KR20160021220A - 인쇄 회로들의 유도 용접을 위한 소형화된 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄 회로들 등에 대한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1)에 관한 것이고, 여기서 여기 인덕턴스(6)와 연관된 인덕터 코어(3)는 유도 헤드에 제공된 경로에서 순환하는 공기 또는 다른 가스 유체에 의해 냉각된다. 제 2 인덕터 코어(4)는 코어들(3, 4) 사이에 개재된 다층 스택(48)의 적어도 하나의 접합 영역에 자속을 유도하기 위하여 제 1 인덕터 코어와 협력하고; 냉각 유체는 다층 스택의 접합 영역을 둘러싸고, 따라서 용접 프로세스의 종료시 헤드의 분리를 가능하게 한다.

Description

인쇄 회로들의 유도 용접을 위한 소형화된 헤드{MINIATURIZED HEAD FOR INDUCTION WELDING OF PRINTED CIRCUITS}

본 발명은 인쇄 회로들을 만들기 위하여 의도된 층들을 접합하기 위한 유도 헤드(inductive head)에 관한 것이다.

뒤따를 본 발명 및 본 발명의 설명의 더 나은 이해를 위해, 본 발명이 바람직하게 적용되는 인쇄 회로 생산 프로세스의 간략한 개요를 제공하는 것이 가치가 있다.

알려진 바와 같이, 컴퓨터들(예를 들어, PC들), 전화들 및 다른 원격통신 장비, 가전 제품들, 머신 툴들 등에 사용된 것들과 같은 전자 애플리케이션들을 위한 인쇄 회로들은 사이에 전기 절연 재료의 층들을 가진, 회로의 토포그래피(topography)에 따라 설계된 트랙들을 포함하는 다수의 전도 층들을 적층함으로써 얻어진다.

인쇄 회로들의 생산은, 전도 시트들이, 절연 층들이 교번되는 전도 층들을 오버랩핑함으로써 얻어진 라미네이트(laminate)들의 스택들인 소위 "다층들"을 생성하도록 조립될 때까지, 프로젝트 설계 또는 토포그래피에 따라 인쇄된 회로 트랙들을 가진 전도 시트들을 만드는 것에서 시작하여 많은 단계들을 요구하는 상당히 복잡한 사이클이다.

절연 층들은 소위 "프리프레그(pre-preg)"로 이루어지는데, 즉 합성 섬유는, 스택된 전도 층들과 함께 단일 시트를 형성하기 위하여, 열간 성형(hot-pressing) 단계에서 가열될 때 경화하는 전기 절연 에폭시 수지들이 침투하였다.

이 기술을 사용함으로써 얻어진 인쇄 회로들은 전자 기판들에 흔히 사용되는 것들과 같이 강성일 수 있거나, 예를 들어 일반적으로 전자 컴퓨터들의 컴포넌트들(PC들 등), 프린터들, 복사기들 및 다른 머신들의 유선 연결들을 위해 사용되는 것들과 같이 연성일 수 있고; 인쇄 회로들의 두께는 몇십 밀리미터 내지 몇 밀리미터로 가변할 수 있다.

고객 컴퓨터 및 원격통신 기술들 및 장비(인터넷 네트워크, 모바일 폰들, 랩톱들, 테블릿들, 위성 네비게이션 시스템들, 등), 특히 이들의 최신 세대의 개발로 인해, 전자 회로들에 의해 수행되는 기능들은 점점 복잡하게 되어간다.

이것은 디바이스들의 경량성 및 휴대성에 악영향을 미치지 않고 보다 높은 성능 레벨을 요구하지만, 그와는 반대로 보다 작은 사이즈 및 두께로의 경향을 가지게 진화한다.

생산자들은 컴포넌트의 무게를 최소로 감소시키기 위한 이런 점점 긴박한 상황을 강요받고; 이것은 기술적 진보를 견디는 보다 가볍고 보다 얇은 컴포넌트들로 옮겨가고, 이것은 이에 의해 소위 "다층"들을 만들기 위하여 적층될 층들의 수가 증가되는 반면, 회로들이 설치될 장치들의 전체 치수들을 변화시키지 않기 위하여 이들의 두께가 감소되는 것을 의미한다.

수반된 치수들의 생각을 제공하기 위하여, 마무리된 라미네이트된 시트는 약 1 밀리미터 두께이고, 그러므로 이를 구성하는 층들(회로 트랙들을 가진 적어도 하나의 전도 층 및 하나의 "프리프레그" 절연 층)은 몇백 밀리미터 내지 몇십 밀리미터(통상적으로 30-40 미크론 내지 500-600 미크론)로 가변하는 두께를 가진다.

다층 라미네이트들의 제조가 기술적으로 말하면 과거보다 이제 훨씬 더 어렵고 정확해지는 것이 뒤따르고; 실제로, 적층되어야 할 층들의 수가 많을수록, 하나의 층 위에 다른 층이 더 정확하게 적용되어야 하고, 그렇지 않으면 회로는 결함이 있는 것으로 판명될 것이다.

결국, 단일 층들이 단지 몇십 미크론 두께이면, 오버랩핑 허용 오차들은 동일한 정도의 크기(즉, 미크론들)을 가질 것이다.

본 발명은 이런 기술적 맥락에 적합하다.

실제로, 본 출원자는 적당한 가열 프레스(press)로 최종 압축 및 열적 접합 단계를 포함하는 다층 라미네이트들의 스택들을 만들기 위한 방법을 이전에 개발하였다.

원해진 최종 물건, 즉 특정 구조 및 기능 특성들을 가진 인쇄 회로를 얻기 위하여, 다층 스택에서 전도 및 절연 층들의 오버랩핑이 매우 정확한 것이 필요하다.

이런 목적을 위하여, 층들 사이의 상대적 움직임들은 다양한 다층 스택 프로세싱 단계들 동안 방지되어야 하고; 이런 이유로, 적층된 층들이 움직이는 것을 방지하기 위하여 적층된 층들의 다양한 포인트들에 접합을 만드는 것이 알려져 있고, 따라서 다층 스택은 조종될 수 있다.

최근에, 다양한 용접 기술들은 대략 만족스러운 결과들로 개발되었고, 이는 다층 스택의 로컬 가열에 기초하고; 예를 들어, 머신들은 만들어졌고, 여기서 접합을 만들기 위하여 필요한 열적 에너지는 전기 저항기들에 의해 가열된 전극들에 의해 적용되거나, 조사 에너지가 마이크로파들 또는 전자기 유도의 형태로 사용된다.

예를 들어, 본 출원자는 인쇄 회로들의 다층 스택들이, 스택을 형성하는 라미네이트들의 치수들에 따라, 에지를 따라 다양한 스폿들에서 전자기 유도 헤드들을 사용함으로써 용접될 수 있는 방법, 및 방법의 구현을 위한 머신에 관한 국제 특허 출원 PCT/IB2011/54486 호를 출원하였다.

이 목적을 위하여, 유도 헤드들은 실질적으로 C-형상 전자석들이 설치되고, 상기 전자석들의 북극-남극은 용융된 수지의 통로로 의도된 금속 스페이서들이 있는 주변 벨트(belt)를 따라, 적층된 라미네이트들의 개별 에지 포인트들에서 동시에 작동한다.

이들 스페이서들은 유도 자기장이 전도 층들에 적용될 때, 절연 기판들을 침투하는(프리프레그) 열경화성 수지를 로컬적으로 용융하기 위하여 필요한 열을 생성하는 전기 전류들에 의해 크로스되는 전도 층들에서 발생한다.

로컬적으로 경화된 수지는 스페이서들의 위치들에 있는 층들을 용접하고, 따라서 다층 스택의 원해진 안정한 구성을 보장하고, 그 다음 추가 프로세싱 단계들을 견딜 수 있다.

본 출원자에 의해 개발된 이 기술은 매우 관심 있는 결과들을 제공하였으며; 그러므로, 추가로 이를 개발하는 것이 본 발명의 목적이다.

이 목적을 위하여, 더 나은 결과들을 이룰 수 있기 위하여, 다수의 접합 스폿들에 이를 사용할 수 있는 바람직할 것이고; 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 실제로, 적층된 층들이 자신의 에지를 따라 다수의 스폿들에서 용접되면, 스폿들이 라미네이트들의 스택에 관하여 보다 공평하게 분산될 것이기 때문에 더 나은 접합은 이루어질 것이고, 접합은 또한 보다 안전하게 되는데, 그 이유는 하나의 접합 스폿이 결함인 경우에, 통상의 머신으로서 현재 이루어질 수 있는 것보다 더 많고 서로 더 가까울 다른 스폿들에 의해 접합이 여전히 보장될 것이기 때문이다.

상기 설명을 고려하여, 본 발명의 기초의 기술적 문제가 전체적으로 접합의 더 나은 균일성 및 신뢰성을 얻기 위하여, 서로 더 가까운 스폿들에서 인쇄 회로들의 생산을 위하여 의도된 적층된 층들의 접합을 허용하는 유도 용접 헤드를 제공하는 것이 언급될 수 있다.

이 문제를 해결하기 위한 생각은 알려진 것들보다 작은 유도 헤드를 제공하는 것이고; 실제로, 이것은 대응하는 스폿들에서 적층된 라미네이트들을 용접하기 위하여, 적층된 라미네이트들의 에지를 따라 분산된 보다 많은 수의 헤드들을 사용하는 것을 허용한다.

본 발명에 따라, 유도 헤드들은 유리하게 냉각되어, 자신의 치수들이 감소될 수 있고; 용접 프로세스 동안 영향을 받는 유도에 의해 가열되는 강자성 재료는 헤드가 접합을 형성하기 위하여 요구된 조건들에서 적당하게 작업하게 하는 온도들에서 여전히 동작할 것이다.

본 발명에 따른 유도 헤드의 피처들은 본 설명에 첨부된 청구항들에서 나타난다.

본 발명의 장점들뿐 아니라 이들 피처들 및 피처들로부터 유도된 효과들은 비제한적 예에 의해 공급되는 부속된 도면들에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예의 예의 다음 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유도 용접 헤드의 투시도이다.
도 2는 자신의 일부가 제거된 도 1의 용접 헤드를 도시한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 용접 헤드의 상세를 도시한다.
도 4는 자신의 일부가 제거된 도 3의 용접 헤드의 상세를 도시한다.
도 5는 도 3 및 도 4의 상세의 일부의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 유도 헤드의 애플리케이션을 도시한다.
도 7은 도 6의 애플리케이션에 사용된 강자성 엘리먼트의 상세를 도시한다.

상기 리스트된 도면들을 참조하여, 제 1 도는 강자성 재료로 만들어지고 실질적으로 C 형상인 제 1 인덕터 코어(3)를 하우징하는 외부 구조(2)를 포함하는 본 발명에 따른 유도 헤드(1)의 일반도를 도시한다.

인덕터 코어(3)는 여기 인덕턴스 또는 코일(6)을 지지하고 제 2 인덕터 코어(4)에 자기적으로 커플링된다.

인덕터 코어들(3 및 4) 둘 다는 인덕턴스(6)가 몇 kHz, 바람직하게 18 kHz와 30 kHz 사이, 이런 특정 경우 대략 24 kHz 정도의 주파수를 가진 교류에 의해 여기될 때, 인덕턴스(6)에 의해 생성된 연쇄된 자속에 투과적인 재료로 만들어진다.

인덕터 코어들을 만들기 위하여 사용된 자속에 투과적인 재료는 바람직하게 페라이트(ferrite)이고: 페라이트를 사용함으로써, 코어 재료의 라미네이션에 의지함이 없이, 가변 자속에 의해 유도된 기생 전류들을 제한하는 것이 가능하다.

간단한 강자성 재료가 사용되면(예를 들어, 연철), 그런 기생 전류들은, 코어들(3 및 4)이 트랜스포머들 같은 시트 스택들의 형태로 제공되지 않으면 상기 코어들(3 및 4)을 과도하게 가열할 것이다.

제 1 인덕터 코어(3)는 바람직하게 C 형상 또는 U 형상이고 중앙 바디(12c)로부터 연장되는 2개의 평행 아암(arm)들(12a, 12b)을 포함하고; 중앙 바디(12c) 상에 인덕턴스(6)가 감겨지고, 인덕턴스(6)는 전도 재료(예를 들어, 구리 또는 구리의 합금들)로 만들어진, 20과 35 사이, 바람직하게 30을 포함하는 비교적 작은 수(N)의 루프들을 가지며, 특정 애플리케이션을 위한 직경을 가진 원형 단면을 가진 코일로 구성된다.

바람직한 실시예에 따라, 컨덕터는 2 또는 그 초과 차수의 동심원 루프들 상에 코일(6)로 감겨지고, 따라서 제 1 강자성 코어(3)의 길이를 증가시키지 않고, 제 1 강자성 코어(3)의 중앙 바디(12c) 둘레에 감겨지는 대응하는 동축 코일들을 얻는다.

이것은 용접될 층들의 에지를 따라 유도 헤드들(1)의 전체 치수들을 감소시킨다. 게다가, 이것은 보다 높은 유도 레벨을 제공하고, 인덕터 코어(13)의 길이와 다른 조건들(공급 전압 및 전류, 감겨진 전도체의 단면, 등)은 동일하다.

루프들의 오버랩핑된 권선 차수들이 코일(6)의 직경을 과도하게 증가시키는 것을 방지하기 위하여, 인덕터 코어(3)의 중앙 바디(12c)의 상단 면(13)은 다른 코어 부분들과 같이 원통형이 아니고 바람직하게 편평하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 용접 영역 및/또는 인덕터 코일(3)은 냉각된다.

이런 목적을 위하여, 아암들(12a, 12b)을 따라 아암의 외측 상에서 길이방향으로 연장되는 그루브들(30, 31)이 있고; 그루브들은 구멍들(32, 33) 및 구조(2)의 상부 부분의 컬렉터(collector) 채널(34)을 통하여 강자성 코어(3)를 하우징하는 구조(2) 내로 공기가 블로우되게(blown) 하기 위하여 사용된다.

컬렉터 채널(34)은 바람직하게 2개의 부분들, 즉 바람직하게 공동(21)을 포함하는 제 1 부분(20) ― 제 1 부분(20)은 인덕터 코어(3)의 형상과 켤레임 ―, 및 제 1 부분(20)을 폐쇄하기 위하여 면으로서 작동하는 실질적으로 플레이트 같은 형상의 제 2 부분(22)으로 이루어지고, 제 1 부분(20)에 제 2 부분(22)이 나사들 등에 의해 고정되고, 이는 그 자체로 알려졌기 때문에 도면들에 도시되지 않는다.

컬렉터(34)는 용접 헤드(1)가 설치되는 머신의 공기 공급 튜브들(도면들에 도시되지 않음)에 연결된다.

공기 흐름은 구멍들(32, 33)을 통하여 엔클로저(enclosure)(2)에 진입하고 엔클로저에 길이방향으로 연장되는 그루브들(30, 31)을 따라 흐른 후 아암들(12a, 12b)의 종단 구역들에서 밖으로 나오고; 이런 방식으로, 열은 다층 용접 사이클 동안 열적 스트레스에 가장 영향을 받은 영역으로부터 제거될 수 있고, 이에 의해 보다 작은 유도 헤드들이 사용되더라도 프로세스의 신뢰성은 개선되고, 공급 전압 및 전류 같은 모든 다른 조건들, 용접될 다층의 두께 등은 동일하다.

이들 목적들을 위하여, 공기 유량, 공기 온도 및 용접 프로세스에 영향을 주는 다른 파라미터들은 하기 설명될 바와 같이 머신의 제어 시스템에 의해 제어 및 관리된다.

유도 헤드의 보다 작은 크기는 또한 인덕터 코어(3)와 용접될 다층 구역 사이의 열 교환 구역을 감소시키고: 그러므로 동일한 공급 전류 및 전압을 사용하는 것을 가능하게 하지 않을 것이다.

그러나, 본 발명에 따른 헤드(1)의 냉각은 재료를 로컬적으로 손상시킬 수 있는 과도한 온도들에 도달하는 위험성 없이 용접 프로세스에 의해 요구된 유도를 얻기 위하여, 동일한 동작 파라미터들을 유지하는 것을 허용한다.

실제로, 요구된 전력이 높을수록, 컨덕터 및 인덕터 코어(3)의 단면이 더 커져야 하고; 또한 하기 설명될 바와 같이 루프들의 수 및 유도 헤드의 타입에 따라, 300 내지 560 볼트의 범위의 전압과 함께, 공급 전류가 10 내지 14 암페어로 가변할 것이라는 것이 지적되어야 한다.

인덕터 코어(3)의 2개의 아암들(12a, 12b)의 자유 단부들은 반대 자극성들을 가져서, 인덕턴스(6)에 의해 생성된 플럭스(flux)는, 인쇄 회로들을 제조하기 위하여 용접될 층들의 스택이 있는 경우, 이들 사이의 공기 갭을 크로싱하면서 제 1 인덕터 코어(3)로부터 제 2 인덕터(4)로 연장되는 자기 회로를 따라 전개될 것이다.

이 예에서, 제 2 인덕터 코어(4)는 제 1 인덕터 코어와 동일한 재료(페라이트)로 만들어진 바아(bar) 또는 플레이트로 이루어지고; 플레이트의 두께 및 치수들은 회로에서 순환하는 자속에 비례한다.

바람직한 실시예에 따라, 제 2 인덕터 코어(4)의 넓이는 제 1 코어(3)의 넓이보다 커서, 이는 바람직하게, 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 머신 상에서 서로 가까이 장착된 2 또는 그 초과의 헤드들(1)에 대해 자기적으로 연관된 엘리먼트로서 사용될 수 있다.

이런 목적을 위하여, 제 2 코어(4)의 단면은 이하에 추가로 설명될 바와 같이, 자속의 통과를 가능하게 하기 위하여, 제 1 코어(3)의 단면보다 크거나 같아야 한다.

바람직하게, 금속 작은 판들(40, 41)은 제 2 코어(4) 상에서 제 1 코어(3)의 아암들(12a, 12b)의 단부들에 병치되는 포인트들에 존재한다.

그런 작은 판들은 구리 또는 다른 전기 전도 재료로 만들어지고, 그 내부에 유도된 전류들의 효과를 통해 가열되고, 따라서 온도가 라미네이트들의 다층 스택의 온도와 유사하게 되고 용접 작용을 촉진하고; 바람직하게, 시스템의 효율성을 감소시킬 수 있는, "프리프레그" 절연 층들로부터 발생하는 용융된 수지의 증착들 또는 스케일(scale)들이 작은 판들(40, 41) 및 제 2 코어(4) 상에 형성하는 것을 방지하기 위하여, 플라스틱 필름의 스트립들(42)이 제 2 코어(4) 상에 적용된다.

그러나, 작은 판들(40, 41)이 대안적으로 제 2 코어(4) 대신 제 1 코어(3)의 아암들(12a, 12b)의 단부들 상에 적용될 수 있다는 것이 지적되어야 한다.

본 발명에 따른 유도 헤드(1)는 절연 층들(50)이 교번되는 전도 층들(49)을 포함하는, 용접될 오버랩된 층들의 스택들(48) 접합을 허용하고, 전도 층들(49)은 제조될 인쇄 회로(51)의 토포그래피를 보유하고, 절연 층들(50)은 상기 언급된 프리프레그로 이루어진다.

게다가, 전도 층들(49)은 전도 스페이서들(55)이 배열되는 주변 벨트(52)를 가지며; 전도 스페이서들(55)은 전기 전도 금속 재료(예를 들어, 구리)로 만들어진 엘리먼트들이고, 그 두께는 실질적으로 인쇄 회로(51)의 두께와 동일하고, 그러므로 애플리케이션에 따라 몇십 밀리미터 내지 몇 밀리미터로 가변할 수 있다.

스페이서들(55)은 원형, 타원형, 다각형(4변형, 6각형, 등) 또는 혼합된 형상을 가지며, 균등하게 분포되고(정돈된 행들로, 매트릭스 또는 다섯 눈 모양 패턴, 등으로); 이들 영역은 3 내지 30 mm²으로 가변할 수 있고, 바람직하게 1-2 밀리미터 정도의 거리로 균등하게 이격된다.

이런 방식으로, 복수의 균등하게 분포된 스페이서들(55)로 이루어진 전도 층들(49)의 에지를 따른 버퍼 구역 또는 벨트(52)를 얻는 것이 가능하고: 상기 벨트의 폭은 4-5 센티미터 내지 1 센티미터 또는 그 미만으로 가변할 수 있다.

스택(48)의 층들(49, 50)에는 미리 결정된 영역들에 배열된 단락 회로 루프들 또는 다른 등가 엘리먼트들이 없고, 대조하여 종래 기술 다층 스택에는 존재하는 것이 주의되어야 한다. 그러므로, 본 발명에 따른 용접 헤드들(1)은 하기 설명되는 바와 같이, 접합을 만들기 위하여 다층 스택(48)의 측면들을 따른 임의의 포인트에 배열될 수 있다.

다층 스택(48)을 이루는 시트들(49, 50)은 이들 애플리케이션들에서 이미 알려진 바와 같이, 적당한 센터링(centering) 디바이스들 또는 홀더들의 도움으로 정확하게 적층된다.

용접을 위해, 따라서 준비된 다층 스택(48)에는 각각의 용접 헤드(1)와 상기 용접 헤드(1)와 연관된 제 2 인덕터 코어(4) 사이에 개재(interpose)된 자신의 버퍼 벨트(52)가 포지션되고: 헤드들은, 본 발명에 따라 접합이 버퍼 벨트(52)의 임의의 포인트에 만들어질 수 있기 때문에, 다층 스택(48)에 관련하여 임의의 포지션에 배열될 수 있다.

그러나, 일반적으로 보다 강한 접합 및 보다 안정된 구성을 얻기 위하여, 스택(48)의 에지들을 따라 접합 스폿들의 균질한 분포를 갖는 것이 바람직하다는 것이 이해될 것이고; 그러므로, 유도 헤드들(1)은 일반적으로 다층 스택(48)의 에지를 따라 균등하게 분포될 것이다.

이에 관하여, 동작 사이클의 시작에서, 각각의 헤드(1)의 인덕터 코어들(3 및 4)이 다층 스택(48) 사이에 삽입을 허용하도록 이격되는 것이 지적되어야 하고, 이 두께는 가끔 가변할 수 있고; 그러나 코어들(3 및 4) 사이의 거리는 개별적으로 다층 스택(48)의 상단 및 하단 면들과 콘택되게 하도록 조절된다. 이런 목적을 위하여, 유도 헤드들(1)이 장착된 머신은 예를 들어 나사 메커니즘, 유압 실린더들 등 같은 코어들(3 및 4) 사이의 거리를 조절하기 위한 그 자체로 알려진 수단을 갖춘다.

이런 동작 조건에서, 전력은 제 1 코어(3)에 유도를 생성하기 위하여 각각의 헤드(1)의 인덕턴스(6)에 공급될 수 있고, 그 다음 다층 스택이 삽입된(48) 공기 갭(46) 및 제 2 인덕터 코어(4)를 포함하는 자기 회로에서 전개될 것이다.

제 1 코어(3)의 극들(12a, 12b) 중 하나로부터 나오는 자속이 외측으로 분산하지 않고 제 2 코어(4)를 가로지른 후 다시 동일한 코어의 다른 극으로 측면으로 진입할 것이고, 그 반대도 가능하다는 것이 뒤따르고: 따라서 용접될 다층 스택(48)은 용접 헤드(1)의 특정 구조로 인해, 인덕터 코어(3)의 극들 중 하나로부터 나오는 자속이 다른 극으로 다시 진입하는 자속과 동일할 것이기 때문에, 동일한 방식으로 2개의 별개의 포인트들에서 자속에 의해 그 두께에 걸쳐 크로스(cross)된다.

게다가, 인덕턴스의 교류 전원은 제 1 인덕터 코어(3)의 극성들의 부호들(N 및 S)(+ 및 -)을 주기적으로 반전하는 것을 허용하여, 정상 동작 조건들에서 시스템 상태의 최적 밸런스가 이루어진다.

이 조건에서, 인덕턴스(6)에 공급되는 고주파 교류 자속(18 내지 30 kHz)에 의해 크로스되는 스페이서들(55)에서, 기생 전류들은 유도되고, 이는 전도 층들(49)의 로컬 가열을 유발하여, 프리프레그 절연 층들(50)이 침투될 수 있는 수지가 경화할 수 있고, 이에 의해 원해진 접합이 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 자기 유도의 적용 동안, 즉 전력이 코일(6)에 공급될 때, 그루브들(30, 31)을 따른 공기 흐름은 용접될 스폿들의 로컬 가열을 가능하게 하기 위하여 적어도 부분적으로 중단된다. 이런 맥락에서, 복수의 별개의 엘리먼트들, 즉 균일한 자속에 의해 크로스되는 스페이서들(55)을 가지는 것의 중요성을 강조하는 것이 필요하다.

실제로, 스페이서들이 관련되는 유도된 자속은 일치하는데, 즉 인덕턴스(6)의 교류 사이클들에 따라 포지티브이거나 네거티브이고; 게다가, 스페이서 엘리먼트들(55)은 인덕터 코어들(3 및 4)의 단면에 비해 작고, 평균 10 내지 20 배 작고, 따라서 스페이서 엘리먼트들(55)을 통하여 흐르는 필드는 그들 각각에 대해 실질적으로 일정한다.

또한 수지가 용융되고 분산되면, 코어들(3 및 4) 내에 유도된 모든 자속이 다층 스택(48)을 통해 흐를 것인데, 그 이유는 모든 자속이 다층 스택(48)과 완전히 연관되기 때문이고; 다른 말로, 다층 스택(48)을 통해 흐르는 자기장의 벡터 합은 영과 동일하다는 것이 강조되어야 한다.

이것은 스택(48)이 각각의 헤드의 자기 코어(3)의 2개의 아암들(12a, 12b)의 포지션들에 있는 다수의 스폿들에서 용접될 수 있기 때문에 유도 헤드(1)의 효율성을 증가시킨다.

그런 결과는 또한, 시스템의 기하 구조가 대칭이기 때문에, 자속 강도가 접합 스폿들에서 동일(비록 반대 부호들을 가지지만)하다는 사실에 의해 가능하게 된다.

이것은 자기장이 동일하기 때문에, 각각의 용접 헤드(1)에 대해 동일한 동작 조건들(온도, 유도된 전류들, 등)을 가지는 것을 허용하고: 그러므로 다수의 스폿들에서 용접 프로세스를 제어하는 것이 가능하고, 대조하여 하나의 스폿에서만 용접할 수 있는 종래 기술 용접 헤드들로는 가능하지 않다.

이 효과는 도 6에 도시된 본 발명의 실시예에서 유리하게 이용되고, 여기서 단일 제 2 강자성 코어(4)는 개별 유도 코일들(6)을 지원하는 2개의 제 1 코어들(3)과 연관된다.

이런 해결책에 의해, 균형된 방식으로 다층 스택의 가까운 스폿들에서 용접이 가능할 수 있고; 이런 목적을 위하여, 바람직한 구성에 따라, 하나의 동일한 제 2 코어(4)와 연관된 헤드들(1)의 유도 코일들(6)은 직렬 또는 병렬로 서로 연결되어, 코일들은 동일한 전류에 의해 작동할 것이고, 또한 개별 코어들(3 및 4)의 유도 코일들(6)에 의해 생성된 자기 유도는 동일할 것이다.

용접 프로세스 동안, 헤드들(1)은 또한 유리하게, 제 1 코어(3)의 아암들(12a, 12b)에서 연장되는 그루브들(30, 31)을 따라 흐르게 되는 공기 또는 다른 적당한 가스(예를 들어, 질소, CO₂)에 의해 냉각될 수 있다.

실제로, 공기 또는 가스 흐름은 또한, 적당하고 신뢰성 있는 동작을 보장하는 적당한 값들 내의 헤드(1) 온도 유지, 게다가 절연 층들(50)의 수지의 경화 촉진, 따라서 용접 프로세스의 지속 시간 감소 및 다층 스택(48)으로부터 헤드(1)의 적당한 분리 효과를 가진다.

이에 관하여, 또한 그루브들(30, 31)을 나오는 공기 흐름에 의해 가해진 압력이 아래 놓인 다층 스택(48) 상에 하향력을 적용하여, 유리하게 유도 헤드(1)로부터 다층 스택 분리를 돕는 것이 지적되어야 한다.

다른 말로, 본 발명에 따른 유도 헤드의 에어레이션(aeration) 시스템이 두 배의 효과를 이루는 것이 말해질 수 있고: 한편으로, 이는 보다 작은 유도 헤드의 존재에서도 미리 설정된 제한들 내에서 온도를 유지하고(용접 파라미터들, 예를 들어 인가된 자기 유도, 전압 및 전류는 동일함); 다른 한편으로 이는 수지의 경화 및 용접 프로세스의 종료시 유도 헤드로부터 다층 스택의 분리를 돕는다.

이에 관하여, 유도 헤드(1)의 엔클로저(2)가 인덕터 코어(3)의 아암들(12a, 12b)의 단부들에서 개방되고, 따라서 순환하는 공기 또는 다른 가스가 나가는 것을 허용하는 것이 강조되어야 하고; 이런 양상은 헤드(1)를 차폐 또는 보호 작은 판이 일반적으로 적용되는(이는 본 발명에 따라 공기가 흘러나가는 것을 방지할 것임) 고정된 자기 극들을 가진 알려진 헤드들과 구별시킨다.

유도 헤드(1)가 본 발명에 의해 다루어지는 기술적 문제를 어떻게 해결할 수 있는지 상기 설명으로부터 쉽게 이해될 수 있다.

실제로, 이로 인해 다층 스택(48)은 전도 스페이서들(52)이 배열되는 버퍼 벨트를 따라 임의의 스폿에서 용접될 수 있고, 따라서 종래 기술보다 훨씬 더 큰 수의 접합 스폿들을 허용하고: 이는 모든 다른 조건들이 동일하지만 종래 기술 헤드들보다 작은 본 발명에 따른 헤드로 인한 것이고, 따라서 보다 큰 수의 그런 헤드들은 다층 스택의 에지를 따라 사용될 수 있다. 이 효과는 또한 본 발명의 구성에 의해 더 상세히 진술될 수 있고 여기서 개별 유도 코일들(6)을 지지하는 2 또는 그 초과의 코어들(3)은 하나의 동일한 코어(4)와 자기적으로 연관되고: 이 구성은 실제로 다층 스택을 따라 접합 스폿들의 접근 및 유도 헤드들에 전력을 인가하고 냉각하기 위하여 유리한 시너지들을 이룰 가능성 둘 다에 관련하여 이용 가능한 공간들을 더 잘 이용하게 한다.

이해될 수 있는 바와 같이, 실제로, 코일들(6)을 지지하는 코어들의 보다 더 가까운 배열은 동일한 전도체들을 통한 자신의 전기 연결을 가능하게 하여, 보다 간단한 전기 연결들을 유도하고; 게다가, 바람직한 실시예에 따라, 아암들(12a, 12b)의 단부들에서 접합 스폿들의 플럭스를 최대화하는, 코일들 사이의 시너지 자기 유도 효과를 제공하기 때문에, 전원 코일들(6)의 직렬 연결이 바람직할 것이라는 것이 검증되었다.

이런 이유로, 본 발명의 바람직한 변형에 따라, 코일들은 코어의 개별 중앙 엘리먼트들(12c) 상에서 반대 방향들로 감겨지고: 이것은 유도 효과를 최대화하고 따라, 결과적으로 용접 작용을 개선하기 위하여, 코일을 통해 흐르는 전류에 의해 생성된 필드들과 상호 유도의 개별 필드를 동기화하는 것을 목표로 한다.

또한 용접 헤드들을 냉각하기 위하여 공기의 공급은, 개별 그루브들(30, 31)이 근접으로 인해, 간단한 방식으로 동일한 소스(예를 들어, 압축기)에 모두 연결될 수 있기 때문에, 개별 코일 지지 코어들(3)의 보다 가까운 어레인지먼트에 의해 가능해진다.

이에 관하여, 바람직하게 본 발명에 따른 헤드들(1)에서 코어의 아암들(12a, 12b)의 그루브들 사이의 거리가 10÷15 센티미터 미만이라는 것이 지적되어야 하고; 게다가, 동일한 인덕터 코어(4)와 연관된 2개의 코일 지지 코어들(3) 사이의 최소 거리는 적어도 대략 1cm이다. 또한, 본 발명의 원리들에 따라, 나란히 배열되고 하나의 동일한 제 2 인덕터 코어(4)와 자기적으로 연관되는 코일들(6)을 지지하는 2개보다 많은 코어들(3)이 있을 수 있다는 것이 주의되어야 한다.

물론, 본 발명은 제공된 설명에 관하여 어느 정도까지만 많은 변형들에 영향을 받을 수 있다.

예를 들어, 냉각 공기의 흐름을 증가시키기 위하여, 더 많은 그루브들(30, 31)이 제 1 인덕터 코어(3)의 아암들(12a, 12b) 상에 존재할 수 있고; 예를 들어, 상기 아암들을 따라 미리 결정된 각도 피치로 분배된, 도면들에 도시된 것들과 평행한 일련의 그루브들을 고려하자.

마찬가지로, 코어(3)를 기계적으로 머시닝(예를 들어, 밀링)함에 의해 쉽게 얻어질 수 있기 때문에 바람직하지만 그루브들(30, 31)의 직선 형상은 곡선 또는 나선형 구성에 의해 대체될 수 있고; 이것은 그루브들이 아암들(12a, 12b)을 따라 나선형으로 연장되는 경우이다.

고려될 수 있는 본 발명의 추가 가능한 변형으로서, 냉각 공기 흐름을 위한 그루브들은 제 2 강자성 인덕터 코어에 제공될 수 있고, 즉 하나의 인덕터 코어는 코일을 지지 않는다.

보다 일반적으로, 헤드(1)의 일부 구조 및/또는 기능 양상들이 본원에 설명된 예에 비교될 때 뒤바뀔 수 있다는 것이 강조되어야 한다.

이런 양상을 보다 명확하게 하기 위하여, 인덕터 코어들(3 및 4)의 포지션들이 맞바뀔 수 있다는 것을 고려하자; 그러므로, 코일을 지지하는 인덕터 코어(3)가 다른 인덕터 코어(4) 아래에 배열되는 것을 방지하는 것이 아무것도 아닐 것이고; 다른 인덕터 코어(4)는 상기 언급된 그루브들(30, 31)과 유사하고, 용접 영역을 냉각할 유체를 위한 그루브들이 갖추어질 수 있다.

또한, 본원을 고려하는 예에서, 공기가 그루브들(30 및 31)을 따라 자유롭게 흐르게 되더라도, 즉 상기 그루브들이 컬렉터(34)로부터 용접 영역으로 공기를 전달하기 위하여 사용되더라도, 다른 해결책들이 고려되고 여기서 공기가 그루브들(30, 31)에 하우징되고 컬렉터(34)로부터 용접 영역으로 연장되는 튜브들에 의해 공급되는 것이 지적되어야 한다.

다른 말로, 이들 튜브들을 사용하여 공기는, 튜브들이 금속, 플라스틱 또는 다른 적당한 재료로 만들어질 수 있고, 강자성 인덕터 코어(4)와 열을 교환하는 그루브들(30, 31)에 하우징된 튜브 자체들이기 때문에, 코어(2)와 직접 콘택하게 되지 않을 것이다.

본 발명의 추가 변형들은 코일들(6)을 지지하는 인덕터 코어들(3)의 어레인지먼트에 관한 것일 수 있고; 실제로, 도면들에 도시된 예들에서 간략성을 위하여 개별 하우징 엔클로저(2)에 배열된 코어(3)에 대해 참조가 이루어진다.

그러나, 변형들은 고려 가능하고 여기서 2(또는 그 초과)개의 나란한 인덕터 코어들(3)은 보다 큰 치수들의 하나의 동일한 엔클로저(2)에 하우징되고: 이런 변형은, 단일 엔클로저에 의해 용접될 다층 스택(48)에 관하여 2(또는 그 초과)개의 인덕터들을 포지션할 수 있기 때문에, 용접 머신에 인덕터들의 적용이 간략화되는 장점을 제공한다.

마지막으로, 공기가 유도 헤드(1)에 흐르는 냉각 유체로서 본원에 참조되었지만, 그러나 이것이 다른 가스들(바람직하게 탄소 이산화물, 질소 또는 비활성 가스들 또는 게다가 산업적 사용을 위한 가스들 같은 불활성 가스들)의 사용을 배제하지 않는 간단하고 값싼 해결책이라는 것을 쉽게 이해할 수 있다는 것이 지적되어야 한다.

이들 변형들 모두는 다음 청구항들의 범위 내에 여전히 속할 것이다.

Claims (13)

1. 인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1)로서,
   여기 인덕턴스(6)와 연관된 제 1 인덕터 코어(3); 자속 상기 제 1 인덕터 코어(3)와 제 2 인덕터 코어(4) 사이에 개재된(interpose) 다층 스택(48)의 적어도 하나의 접합 영역에 가이드하기 위하여 상기 제 1 코어(3)와 협력하는 제 2 인덕터 코어(4)를 포함하고,
   상기 유도 헤드(1)는 상기 제 1 인덕터 코어(3) 및 상기 제 2 인덕터 코어(4) 중 적어도 하나를 따라 연장되는 냉각 유체를 위한 경로(30, 31)를 포함하는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 유체의 경로는 적어도 상기 접합 영역까지 연장되어, 상기 유체는 상기 제 1 인덕터 코어(3)와 상기 제 2 인덕터 코어(4) 사이에 개재된 상기 다층 스택(48)을 둘러싸는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 유체의 경로는 개별 인덕터 코어(3, 4)에 형성된 적어도 하나의 그루브(30, 31)를 포함하는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자속을 제 1 코어들(3)과 상기 제 2 코어(4) 사이에 개재된 다층 스택(48)의 대응하는 접합 영역들 쪽으로 가이드하도록 개별 인덕턴스들(6)과 연관되고 하나의 동일한 제 2 인덕터 코어(4)와 협력하는 적어도 2개의 상기 제 1 인덕터 코어들(3)을 포함하는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 인덕턴스들(6)은 상기 다층 스택(48)을 통한 상기 자속을 최대화하기 위한 방식으로 개별 코어들과 개별적으로 연관된 자속들을 조정하기 위하여, 상기 개별 코어들(3) 상에 반대 방향들로 감겨지는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 코어(3)는 상기 적어도 하나의 접합 영역이 실질적으로 개방된 엔클로저(enclosure)(2)에 하우징되고, 따라서 냉각 유체가 상기 제 1 코어(3)와 상기 제 2 코어(4) 사이에 개재된 다층 스택 쪽으로 흘러나가게 하는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다층 스택(48)의 접합 영역들에서 상기 제 1 및/또는 제 2 코어들(3, 4) 상에 배열된 전도 작은 판들(40, 41)을 포함하는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 인덕터 코어(3)는 자기적으로 투과적 재료로 만들어지고 실질적으로 C 형상의 바디를 포함하고, 한 쌍의 단자 아암들(12a, 12b)은 인덕턴스(6)가 자속을 양쪽 아암들(12a, 12b)로 유도하기 위하여 연관된 중앙 부분(12c)으로부터 연장되는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
9. 제 8 항에 있어서,
   그루브들(30, 31)은 상기 냉각 유체의 통과를 위하여 상기 제 1 인덕터 코어(3)의 상기 아암들(12a, 12b)을 따라 연장되는,
   인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 인덕터 코어(4)는 강자성 재료로 만들어진 실질적으로 직선 엘리먼트를 포함하는,
    인쇄 회로들 등을 위한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 유도 헤드(1).
11. 인쇄 회로들에 대한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 전기 전도 층(49)은 수지들 또는 유사한 서모멜팅(thermomelting) 물질들이 침투된 적어도 하나의 전기 절연 층(50) 위에 적층되고,
    ⅰ) 하나의 인덕턴스(6)와 연관된 적어도 하나의 제 1 인덕터 코어(3) 및 자속을 적어도 하나의 접합 영역(52)으로 가이드하기 위하여 상기 제 1 인덕터 코어(3)와 협력하는 제 2 인덕터 코어(4) 사이에 다층 스택(48)을 개재하는 단계;
    ⅱ) 상기 접합 영역(52)에서 수지의 로컬 용융을 보장하기에 충분한 시간 기간 동안 교류 전류를 인덕턴스에 공급하는 단계;
    ⅲ) 이전에 용융된 수지를 경화하기에 충분한 시간 동안 냉각 유체를 상기 접합 영역(52)쪽으로 블로잉(blowing)하는 단계;
    ⅳ) 상기 제 1 인덕터 코어(3)를 상기 다층 스택(48)으로부터 떨어지게 움직이는 단계
    를 포함하는,
    인쇄 회로들에 대한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 가스 유체, 바람직하게 공기인,
    인쇄 회로들에 대한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 접합 영역은 전도 스페이서 엘리먼트들(55)이 있는 상기 다층 스택(48)의 주변 벨트(52)에 배열되는,
    인쇄 회로들에 대한 다층 스택들(48)을 용접하기 위한 방법.

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