KR20230145800A - Apparatus and method for welding the wireless charge coil and lead frame - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기에 구비된 무선 충전코일과 FPCB로 구성된 리드 프레임을 초음파에 의해 접합하기 위한 스마트폰의 무선 충전코일과 단자 접합장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless charging coil and terminal bonding device and method for a smartphone for joining a lead frame composed of a wireless charging coil and FPCB provided in a mobile device such as a smartphone or tablet PC by ultrasonic waves.
최근에 출시되는 스마트폰에는 내부에 구비된 배터리에 전원을 충전시키기 위하여 무선충전방식을 많이 채택하고 있는데, 이러한 무선충전방식은 전원충전패드에 송전코일이 구비되고, 스마트폰에는 수전코일이 구비되어 비접촉방식으로 송전된 전원을 스마트폰에서 수전하여 충전하게 된다.Smartphones released recently often adopt a wireless charging method to charge power to the battery installed inside. This wireless charging method is equipped with a power transmission coil on the power charging pad, and the smartphone is equipped with a power receiving coil. The smartphone receives power transmitted through a non-contact method and charges it.
이러한 무선충전코일의 일예로서, 공개특허 제10-2020-0085479호(무선충전코일 및 무선충전장치)에서는 As an example of such a wireless charging coil, Patent Publication No. 10-2020-0085479 (wireless charging coil and wireless charging device)
복수 회 권선되는 도선을 포함하는 코일부;A coil portion including a conductor wound multiple times;
상기 코일부의 내측에 배치되고 상기 도선의 일측에서 연장되는 제1단자;a first terminal disposed inside the coil unit and extending from one side of the conductor;
상기 코일부의 외측에 배치되고 상기 도선의 타측에서 연장되는 제2단자;로 구성된 무선충전코일을 제안하였다.A wireless charging coil consisting of a second terminal disposed outside the coil unit and extending from the other side of the conductor was proposed.
이러한 구조는 FPCB 상에 코일부, 제1단자, 제2단자가 구비되어 있고, 제1단자와 제2단자에 연결되어 모바일 기기 내부의 회로부와 연결시키기 위한 리드 프레임이 더 구비된다.This structure includes a coil unit, a first terminal, and a second terminal on the FPCB, and a lead frame is further provided to connect the first terminal and the second terminal to the circuit unit inside the mobile device.
이때 리드 프레임은 FPCB로 되어 있고, 일단과 타단에는 각각 코일부의 제1단자와 제2단자와 접속되기 위한 단자가 구비되어 있으며, 코일부의 제1단자 및 제2단자와 리드 프레임의 단자는 솔더링에 의해 서로 접합된다.At this time, the lead frame is made of an FPCB, and one end and the other end are provided with terminals for connection to the first and second terminals of the coil part, respectively, and the first and second terminals of the coil part and the terminals of the lead frame are They are joined together by soldering.
그런데, 모바일 제조업체에서 요구하는 무선충전코일과 리드부의 총 두께는 30㎛이하, 인장력 200g 이상 등을 요구하고 있지만, 통상적으로 솔더링의 두께만 100㎛ 정도 이므로, 코일부와 리드부, 그리고 솔더링의 두께를 포함한 총 두께를 30㎛이하로 실현하기가 매우 어렵게 된다.However, the total thickness of the wireless charging coil and lead part required by mobile manufacturers is 30㎛ or less and a tensile force of 200g or more, but usually only the soldering thickness is about 100㎛, so the thickness of the coil part, lead part, and soldering It becomes very difficult to realize a total thickness including less than 30㎛.
이러한 규격을 맞추기 위해 FPCB의 두께를 얇게 하는 경우에 찢어지거나 구겨지는 손상이 쉽게 발생하게 되고, 솔더링의 두께를 얇게 하는 경우에는 코일부와 리드 프레임의 접합성이 좋지 않아 쉽게 박리됨으로써 불량의 소지가 매우 크게 된다.When the thickness of the FPCB is thinned to meet these standards, damage such as tearing or crumpling easily occurs, and when the thickness of the soldering is thinned, the adhesion between the coil part and the lead frame is not good, so it can be easily separated, making it highly susceptible to defects. It becomes big.
<선행기술문헌><Prior art literature>
1. 대한민국 공개특허 제10-2020-0085479호1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0085479
(무선충전코일 및 무선충전장치) (wireless charging coil and wireless charging device)
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 코일부의 단자와 리드 프레임의 단자를 초음파에 의해 접합시킴으로써 두께를 최소화하면서도 서로 박리되지 않도록 견고하게 접합시킬 수 있도록 한 모바일 기기의 무선 충전코일과 리em 프레임 접합장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve these conventional problems, the present invention is a wireless charging coil and lead frame for mobile devices that can be firmly bonded to each other to prevent separation while minimizing the thickness by bonding the terminals of the coil portion and the terminals of the lead frame by ultrasonic waves. The purpose is to provide an em frame joining device and method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서보모터에 의해 초음파 혼이 엔빌 위에 놓여진 코일부와 리드 프레임을 정확한 두께를 가지도록 가압한 후 초음파에 의해 접합시킴으로써 두께를 최소화하면서도 박리가 발생하지 않도록 한다.In order to achieve the above purpose, the ultrasonic horn is used by a servomotor to pressurize the coil portion and the lead frame placed on the anvil to have the correct thickness and then join them by ultrasonic waves to minimize the thickness and prevent delamination.
또한, 코일부의 단자와 리드 프레임의 단자가 정확하게 맞닿아 위치하도록 초음파를 인가하기 전에 가압된 상태에서 테스트 전류를 먼저 인가하여 단자의 전기적 접속상태를 확인한 다음 초음파에 의해 접합이 이루어질 수 있도록 한다.In addition, before applying ultrasonic waves to ensure that the terminals of the coil unit and the terminals of the lead frame are positioned in exact contact, a test current is first applied in a pressurized state to check the electrical connection status of the terminals, and then bonding can be achieved by ultrasonic waves.
이러한 본 발명에 의하면, 전송된 전원을 수전받는 코일부와 리드 프레임의 두께를 최소화하면서도 박리가 되지 않도록 견고하게 접합할 수 있게 되어 제품의 신뢰성을 크게 높일 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, the thickness of the coil portion that receives the transmitted power and the lead frame can be minimized while firmly bonded to prevent separation, which has the advantage of greatly increasing the reliability of the product.
또한, 초음파 접합 전에 가압된 상태에서 미리 테스트 전류에 의한 접속상태를 확인함으로써 통전 불량 등의 소지를 없애 이 또한 제품의 불량율을 낮춰서 제품의 신뢰성을 크게 높일 수 있는 장점이 있다.In addition, by checking the connection status by test current in a pressurized state before ultrasonic bonding, the possibility of conduction defects is eliminated, which also has the advantage of greatly increasing the reliability of the product by lowering the defective rate of the product.
도1은 코일부와 리드 프레임의 일예를 보인 도.
도2는 서보모터에 의해 코일부와 리드 프레임을 가압하고, 초음파를 인가하는 장치를 보인 도.
도3은 코일부와 리드 프레임이 접합된 상태를 보인 도.
도4는 본 발명의 회로 블럭도. Figure 1 shows an example of a coil unit and a lead frame.
Figure 2 shows a device that pressurizes the coil unit and the lead frame by a servomotor and applies ultrasonic waves.
Figure 3 is a diagram showing a state in which the coil unit and the lead frame are joined.
Figure 4 is a circuit block diagram of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The above-mentioned objects, features, and advantages will be described in detail later with reference to the attached drawings, so that those skilled in the art will be able to easily implement the technical idea of the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. The terms used in the present invention are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention.
따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than simply the name of the term.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다. However, the embodiments of the present invention illustrated below may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments detailed below.
본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도1은 코일부와 리드 프레임의 일예를 보인 도이고, 도2는 서보모터에 의해 코일부와 리드 프레임을 가압하고, 초음파를 인가하는 장치를 보인 도이며, 도3은 코일부와 리드 프레임이 접합된 상태를 보인 도이다. 그리고 도4는 본 발명의 회로 블럭도이다. Figure 1 is a diagram showing an example of a coil part and a lead frame, Figure 2 is a diagram showing a device that pressurizes the coil part and the lead frame by a servomotor and applies ultrasonic waves, and Figure 3 shows an example of the coil part and the lead frame. This is a diagram showing the connected state. And Figure 4 is a circuit block diagram of the present invention.
본 발명에서는 일 예로서 도1에 도시한 바와같이, 무선으로 송전된 전원을 수전받기 위한 수전코일(100)은 FPCB(110)에 에칭 기법에 의해 코일부(120)가 형성되고, 상기 코일부(120)의 내측에는 제1단자(121)가 구비되어 있으며, 상기 코일부(120)의 외측에는 제2단자(122)가 구비되어 있는 구조를 가진다.In the present invention, as shown in Figure 1 as an example, the power receiving coil 100 for receiving power transmitted wirelessly has a coil part 120 formed on the FPCB 110 by an etching technique, and the coil part A first terminal 121 is provided on the inside of 120, and a second terminal 122 is provided on the outside of the coil unit 120.
또한, 리드 프레임(200)은 상기 코일부(120)의 제1단자(121)와 제2단자(122)에 접합되어 스마트폰 등의 모바일 기기에 구비된 메인보드와 전기적으로 연결하게 되는데, 이러한 리드 프레임(200)도 마찬가지로 FPCB 형태로 되어 에칭 기법에 의해 제1단자(210)와 제2단자(220)가 형성되며, 상기 코일부(120)의 제1단자(121)와 대응되는 위치에 제1단자(210)가 형성되고, 코일부(120)의 제2단자(122)에 대응되는 위치에 제2단자(220)가 형성되어 있다.In addition, the lead frame 200 is connected to the first terminal 121 and the second terminal 122 of the coil unit 120 and is electrically connected to the main board provided in a mobile device such as a smartphone. The lead frame 200 is also in the form of an FPCB, and the first terminal 210 and the second terminal 220 are formed by an etching technique, and the lead frame 200 is positioned at a position corresponding to the first terminal 121 of the coil unit 120. A first terminal 210 is formed, and a second terminal 220 is formed at a position corresponding to the second terminal 122 of the coil unit 120.
따라서, 도2에서와 같이 엔빌(300)의 상부면에 코일부(120)와 리드 프레임(200)의 단자가 서로 일치하도록 포개어 놓은 상태에서 서보 모터(400)의 구동에 의해 초음파 혼(600)이 레일(500)을 타고 하강하여 포개어진 단자(121,210)(122,220)를 엔빌(300) 방향으로 가압하게 된다.Therefore, as shown in Figure 2, the terminals of the coil unit 120 and the lead frame 200 are stacked on the upper surface of the anvil 300 so that they coincide with each other, and the ultrasonic horn 600 is driven by the servo motor 400. It descends on this rail 500 and presses the overlapping terminals 121, 210, 122, 220 in the direction of the anvil 300.
이때, 가압력에 의해 코일부(120)와 리드 프레임(200)이 손상되지 않도록 그 가압력을 조절할 수 있게 되는데, 프로세서(700)는 서보 모터 구도웁(710)를 제어하여 서보 모터(400)를 구동시킴으로써 초음파 혼(600)이 레일(500)을 타고 하강하도록 하고, 상기 서보 모터(400)에 구비된 엔코더(420)로부터 회전에 대한 값을 인가받아 기 설정된 값이 되면, 서보 모터(400)의 구동을 중지시킬 수 잇도록 서보 모터 구동부(710)를 제어하게 된다.At this time, the pressing force can be adjusted so that the coil unit 120 and the lead frame 200 are not damaged by the pressing force, and the processor 700 controls the servo motor guide 710 to drive the servo motor 400. This causes the ultrasonic horn 600 to descend on the rail 500, and when the rotation value is received from the encoder 420 provided in the servo motor 400 and reaches a preset value, the servo motor 400 The servo motor driving unit 710 is controlled to stop driving.
따라서, 제1단자(121,210)와 제2단자(122,220)는 서로 물리적으로 접촉된 상태가 된다.Accordingly, the first terminals 121 and 210 and the second terminals 122 and 220 are in physical contact with each other.
이후, 프로세서(700)는 테스트 전류 인가부(730)를 제어하여 먼저 테스트 전류를 제1단자(121,210)와 제2단자(122,220)에 인가하게 되는데, 이러한 테스트 전류를 인가하기 위한 전극은 초음파 혼(600)에 함께 구비되어 있게 된다.Afterwards, the processor 700 controls the test current application unit 730 to first apply the test current to the first terminals 121 and 210 and the second terminals 122 and 220. The electrode for applying the test current is an ultrasonic horn. It is provided together with (600).
즉, 초음파 혼(600)의 초음파를 인가하는 팁을 테스트 전류를 인가하기 위한 전극으로 함께 사용함으로써 테스트 전류를 인가할 수 있게 된다.That is, the test current can be applied by using the tip of the ultrasonic horn 600 for applying ultrasonic waves as an electrode for applying the test current.
따라서, 프로세서(700)는 제1단자(121,210)와 제2단자(122,220)에 의해 통전이 이루어졌다고 판단되면, 초음파 발생부(720)를 구동시켜 초음파 혼(600)을 통해 제1단자(121,210)와 제2단자(122,220)에 초음파를 인가함으로써 단자를 구성하는 금속 즉 구리간의 물리적 확산 현상에 의해 접합이 이루어짐으로써 도3에서와 같이 코일부(120)의 제1단자(121)와 제2단자(122)에 리드 프레임(200)의 제1단자(210)와 제2단자(220)가 각각 접합된다.Therefore, when the processor 700 determines that electricity is supplied to the first terminals 121 and 210 and the second terminals 122 and 220, the processor 700 drives the ultrasonic generator 720 to connect the first terminals 121 and 210 through the ultrasonic horn 600. ) and the second terminals 122 and 220, by applying ultrasonic waves, bonding is achieved by a physical diffusion phenomenon between the metal constituting the terminal, that is, copper, so that the first terminal 121 and the second terminal of the coil portion 120 are bonded as shown in FIG. 3. The first terminal 210 and the second terminal 220 of the lead frame 200 are respectively bonded to the terminal 122.
이때, 리드 프레임(200)의 제1단자(210)와 제2단자(220)에는 미리 얇게 솔더링이 행해져서 접합이 이루어질 수 있으며, 솔더링을 행하지 않아도 물리적 확산에 의해 충분한 접합이 이루어질 수 있다.At this time, the first terminal 210 and the second terminal 220 of the lead frame 200 can be joined by thinly soldering in advance, and sufficient bonding can be achieved by physical diffusion even without soldering.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it is clear to those skilled in the art that these specific techniques are merely preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. something to do.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
100 : 수전코일
110 : FPCB
120 : 코일부
121 : 제1단자
122 : 제2단자
200 : 리드 프레임
210 : 제1단자
220 : 제2단자
300 : 엔빌
400 : 서보모터
420 : 엔코더
500 : 레일
600 : 초음파 혼
700 : 프로세서
710 : 서보모터 구동부
720 : 초음파 발생부
730 : 테스트전류 인가부100: Faucet coil
110: FPCB
120: coil part
121: 1st terminal
122: 2nd terminal
200: lead frame
210: 1st terminal
220: 2nd terminal
300: Anvil
400: Servo motor
420: encoder
500: rail
600: ultrasonic horn
700: processor
710: Servo motor driving unit
720: Ultrasonic generator
730: Test current application unit
Claims (4)
레일을 타고 하강하여 상기 엔빌에 놓인 상기 코일부의 단자와 리드 프레임의 단자를 가압하여 물리적으로 접촉시키고, 초음파를 인가하여 상기 코일부의 단자와 리드 프레임의 단자를 접합하는 초음파 혼;
상기 초음파 혼을 제어하여 초음파를 상기 단자들에 공급하도록 하는 프로세서;로 구성된 것을 특징으로 하는 모바일 기기의 무선 충전코일과 리드 프레임 접합장치.
An anvil so that the coil terminals of the wireless charging coil and the terminals of the lead frame are overlapped on the upper surface so that they match each other;
an ultrasonic horn that descends on a rail to pressurize the terminals of the coil unit placed on the anvil and the terminals of the lead frame to physically contact them, and applies ultrasonic waves to join the terminals of the coil unit and the terminals of the lead frame;
A wireless charging coil and lead frame bonding device for a mobile device, comprising a processor that controls the ultrasonic horn to supply ultrasonic waves to the terminals.
상기 프로세서는 상기 테스트 전류 인가부를 제어하여 테스트 전류를 상기 단자들에 공급하도록 하여 통전상태를 확인하고, 통전이 이루어지면 상기 초음파 혼을 제어하는 것을 특징으로 하는 모바일 기기의 무선 충전코일과 리드 프레임 접합장치.
The method of claim 2, comprising a test current applicator that applies a test current to the terminals through the ultrasonic horn when the terminals of the coil unit and the terminals of the lead frame are physically contacted,
The processor controls the test current application unit to supply test current to the terminals to check the energization state, and when energization is achieved, controls the ultrasonic horn. Bonding the wireless charging coil and lead frame of the mobile device. Device.
초음파 혼을 하강시켜 상기 엔빌의 상부면에 놓인 코일부 단자와 리드 프레임의 단자를 가압하여 접촉시키는 제2과정;
프로세서가 상기 초음파 혼을 제어하여 단자들을 접합시키는 제3과정;으로 구성된 것을 특징으로 하는 모바일 기기의 무선 충전코일과 리드 프레임 접합방법.
A first process of stacking the coil terminals of the wireless charging coil and the terminals of the lead frame on the upper surface of the anvil so that they match each other;
A second process of lowering the ultrasonic horn to pressurize and contact the coil terminal placed on the upper surface of the anvil with the terminal of the lead frame;
A method of joining a wireless charging coil and a lead frame of a mobile device, characterized in that it consists of a third process in which a processor controls the ultrasonic horn to join the terminals.
The method of claim 3, wherein in the third process, the processor controls the ultrasonic horn when the terminals are energized by applying a test current to the terminals.
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| KR1020220044657A KR20230145800A (en) | 2022-04-11 | 2022-04-11 | Apparatus and method for welding the wireless charge coil and lead frame |
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