WO2024053784A1 - 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법 - Google Patents

에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법 Download PDF

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WO2024053784A1
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etching
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busbar
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노정석
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(주) 시에스텍
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing dissimilar metal bonding sheets or coils for electric current and busbars using an etching process.
  • it is about a method of manufacturing dissimilar metal bonding sheets or coils for electric current and busbars using an etching process that can freely express various shapes, sizes, and negative and negative angle designs, and can produce dissimilar metal sheets with excellent formability. will be.
  • Secondary batteries that repeat charging and discharging are used in electric vehicles and energy storage systems.
  • secondary batteries are used as secondary battery packs that control capacity and power by connecting multiple plate-shaped cells in series or parallel.
  • a bus bar is used as a part to connect the cells of the secondary battery.
  • the basic structure of the bus bar consists of a body part and a terminal part that are welded to connect the cells.
  • busbars are used in distribution boards and distribution boards for industrial purposes that require the installation of a large-capacity electric energy transmission system, as well as relatively small-scale household purposes.
  • Busbar materials include copper (Cu), aluminum (Al), and nickel (Ni) depending on the use area, and for mass production, welding of cells and busbars is done using laser welding.
  • busbars such as copper, aluminum, and nickel
  • metal prices fluctuate every year, so the amount when imported is large, causing an increase in busbar manufacturing costs. It is causing.
  • composite materials such as plating copper on the outside of aluminum to reduce costs, reduce weight, and improve performance, or plating copper on the outside of iron alloy to increase strength.
  • Formed busbars are being developed.
  • dissimilar metal sheets can be manufactured by cutting grooves in base materials, inserting contact materials, and then joining them through a rolling process. There is a problem that it is difficult to implement yin-yang angle patterns and various patterns.
  • the present invention was developed to improve the problems described above, and unlike the conventional busbar manufacturing process, it can be processed into various forms and uses an etching process that allows for small quantity production of various types of dissimilar metal bonding sheets for electric current and busbars.
  • the purpose is to provide a coil manufacturing method.
  • the method of manufacturing a dissimilar metal bonding sheet or coil for electric current and busbar using an etching process according to the present invention to achieve the above object is (a) a cathode metal material and an anode metal material, which are raw materials to be used for the dissimilar metal bonding sheet.
  • each bonding surface of the cathode metal material and the anode material metal is scraped with a brush to expand the surface area of the cathode metal material and the anode material metal to create uneven portions to ensure smooth bonding;
  • a joining process in which the anode material metal is placed between two rotating rollers on which the cathode metal material is wound, and the anode material metal and the cathode metal material alloy are joined by the force acting on the surface of the roller on which the cathode metal material is wound;
  • a heat treatment process in which the resultant bonded in process (c) is heat treated and then cooled gradually;
  • a cold rolling process is performed under a certain temperature to reduce the thickness to a preset target thickness;
  • Acid treatment process in which the result of the (e) process is treated with acid to remove foreign substances on the surface;
  • a shape correction process to correct the
  • a press process is further included to apply pressure to reduce the level difference between the exposed aluminum and copper by removing corrosion of the copper.
  • the (h) process includes a pretreatment step of cleaning the surface of the metal and inspecting the surface for nicks and scratches; A coating step of coating a masking film on the surface of the metal that has undergone the pretreatment step to prevent corrosion of necessary areas; An exposure step of curing the masking film by irradiating ultraviolet light to the metal material for a predetermined period of time; The metal is immersed in the developing solution, and the masking film on the area irradiated with ultraviolet rays is photocured during the exposure step and remains insoluble in the developer solution, and the masking film on the area not irradiated with ultraviolet rays remains in the developing solution.
  • a development stage where it is decomposed and removed from; An etching step in which copper is removed from the metal surface except for the area coated with the masking film; and including a peeling step of removing the masking film.
  • etching method for dissimilar metal patterns by implementing an etching method for dissimilar metal patterns, it is possible to freely express various shapes, sizes, and negative and positive angle designs at the same time, thereby making it possible to use small motor parts, electrical contact switches, home appliance switches, connectors, and busbars for electric vehicles. It has the effect of efficiently producing dissimilar metal bonding sheets or coils that can be applied to industrial grounding busbars, etc.
  • the etching solution mainly uses copper chloride solution or iron chloride, and solutions can be mixed as needed.
  • the etching process consists of pretreatment stage - coating stage - exposure stage - development stage - etching stage - peeling stage - inspection stage, and may be omitted or added to the above processes as needed.
  • FIG. 1 is a diagram showing each step of a method of manufacturing a dissimilar metal bonding sheet or coil for electric current and busbar using an etching process according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a diagram showing each step of the etching process of the present invention.
  • Figure 3 is a view showing an example of an etched dissimilar metal bonding sheet
  • Figure 4 is a view showing another example of an etched dissimilar metal bonding sheet.
  • Figure 5 is a view showing various examples of etched dissimilar metal bonding sheets.
  • An embodiment of the method of manufacturing a dissimilar metal bonding sheet or coil for electric current and busbar using the etching process according to the present invention is (a) material preparation for cutting the cathode metal material and anode metal material, which are raw materials to be used for the dissimilar metal bonding sheet, respectively.
  • each bonding surface of the cathode metal material and the anode material metal is scraped with a brush to expand the surface area of the cathode metal material and the anode material metal to create uneven portions to ensure smooth bonding;
  • a joining process in which the anode material metal is placed between two rotating rollers on which the cathode metal material is wound, and the anode material metal and the cathode metal material alloy are joined by the force acting on the surface of the roller on which the cathode metal material is wound;
  • a heat treatment process in which the resultant bonded in process (c) is heat treated and then cooled gradually;
  • a cold rolling process is performed under a certain temperature to reduce the thickness to a preset target thickness;
  • Acid treatment process in which the result of the (e) process is treated with acid to remove foreign substances on the surface;
  • a shape correction process to correct the shape to ensure flatness
  • Figure 1 is a diagram showing each step of a method of manufacturing a dissimilar metal bonding sheet or coil for electric current and busbar using an etching process according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows each step of the etching process of the present invention
  • 3 is a view showing an example of an etched dissimilar metal bonding sheet or coil
  • FIG. 4 is a view showing another example of an etched dissimilar metal bonding sheet
  • FIG. 5 is an etched dissimilar metal bonding sheet. This diagram shows various examples of sheets.
  • the method of manufacturing a dissimilar metal bonding sheet or coil for electric current and busbar using an etching process includes a material preparation process (S100), a surface processing process (S200), and a joining process (S300). ), heat treatment process (S400), cold rolling process (S500), shape correction process (S700), acid treatment process (S600), slitting and shearing process, and etching process (S800).
  • the anode metal material is aluminum and the cathode metal material is copper.
  • the anode metal material and the cathode metal material include not only aluminum and copper but also stainless steel, steel, and non-ferrous metals, which generate a potential difference and are used for electric current and booth use. Any metal that can be used for a bar can be used.
  • the surface is scraped with a brush 30 to form uneven portions.
  • the joint surface can be scraped using a brush formed in at least one type of shape on the input raw materials.
  • joining process aluminum is placed between two rotating rollers on which copper materials are each wound, and the aluminum is pressed between the copper materials on both sides or on one side through the joint so that the entire product can be rolled.
  • the joining process (S300) joins aluminum and copper only by the pressure applied to the surface of the roller on which the rotating copper material is wound.
  • a sheet in which aluminum and copper are joined can be continuously manufactured using a rolling method in the joining process.
  • the embodiment was described in which the same cathode metal material is bonded to both sides based on the anode metal material, but cathode metal materials of different materials may be bonded to one side of the anode metal material.
  • the anode metal material may be bonded, and the sheet is not limited to the above example, but various anode metal materials and cathode metal materials can be bonded to produce a sheet.
  • copper and aluminum, or nickel and copper may be respectively bonded, and may be bonded in the order of copper-aluminum-nickel, or in the order of copper-aluminum-stainless.
  • the result of the bonding process in the bonding process (S300) is heat treated in a heat treatment unit and then gradually cooled.
  • the heat treatment process (S400), the structure of each raw material hardened in the joining process (S300) is softened to lower the hardness, and the processability and workability are improved in the rolling process (S500), which is a post-processing process. Additionally, conditions can be changed as needed.
  • the reason for heat treatment using a mixed gas of hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), and ammonia in the heat treatment process (S400) is to prevent surface corrosion, improve surface condition, and homogenize the metal structures of aluminum and copper. It is to make it happen. Additionally, gas may not be used if necessary.
  • the bonding strength of the bonding surface where dissimilar metals including aluminum and copper are bonded increases due to diffusion of atoms through heat treatment. Afterwards, shrinkage of voids, destruction or decomposition of the oxide film progresses, the contact surface increases, and the atomic arrangement at the bonding interface approaches that of the grain boundary. Additionally, as the contact area increases, grain growth and recrystallization across the bonding interface occur, and the initial bonding interface disappears, increasing bonding strength.
  • the temperature conditions in the heat treatment process (S400) are preferably carried out in a common temperature range where annealing of aluminum and copper is possible, and a more preferable temperature is 200°C to 400°C.
  • the rolling process (S500) is performed after the heat treatment process (S400) to reduce the thickness to a preset target thickness. More specifically, in the rolling process (S500), the heat-treated workpiece passes through a rolling unit between two rollers rotating at a certain temperature or lower and is pressed to a preset target thickness. At this time, the thickness is measured using a thickness measurement sensor (not shown) previously installed in the rolling line and subjected to rolling processing.
  • the acid treatment process (S600) removes foreign substances on the surface by treating the result of the rolling process with acid.
  • the shape correction process (S700) is a process of securing flatness by applying strong tensile force to the deformed shape through rolling and heat treatment.
  • the resulting shape after the re-rolling process (S500) is repeatedly bent through rolling and heat treatment.
  • the shape is corrected by sequentially processing the flattening correction roller 80.
  • the material in a curled or cross bow shape is repeatedly bent multiple times, and the correction roller 80 performs tension flattening on the material in a waved or buckle shape. Correct it by performing tension flatening.
  • the correction unit roller 80 may be provided with at least two rollers at the top and bottom, and shape correction is performed by inserting a material between the rollers.
  • the result of the shape correction process is exposed to a corrosive agent to remove corrosion from the portion exposed to the corrosive agent.
  • the etching process (S800) includes a pretreatment step (S810), a coating step (S820), an exposure step (S830), a developing step (S840), an etching step (S850), a peeling step (S860), and an inspection step. It can be accomplished including (S870).
  • the surface of the metal is cleaned and inspected for dents or scratches.
  • a masking film is coated on the surface of the metal that has undergone the pretreatment step to prevent corrosion in necessary areas.
  • the masking film is cured by irradiating ultraviolet light to the metal material for a predetermined period of time.
  • the metal is immersed in a developer, and the metal immersed in the developer remains undissolved in the developing solution as the masking film on the area irradiated with ultraviolet rays is photocured in the exposure step, and the metal immersed in the developer remains undissolved in the area not irradiated with ultraviolet rays.
  • the masking film is decomposed and removed in the developer.
  • a corrosion inhibitor rather than a masking film can be used to prevent corrosion of necessary parts from being removed.
  • the coating step, exposure step, and development step can be replaced with the corrosion inhibitor application step.
  • the corrosion inhibitor When a corrosion inhibitor is applied, the corrosion inhibitor is adsorbed on the strongly cationic portion of the copper surface, thereby suppressing the corrosion reaction on the copper surface. As etching between crystals and crystals with relatively weak cation is induced, the surface The effect of improving illumination may occur.
  • corrosion inhibitors can prevent corrosion removal by adsorbing on the surface of copper and interfering with etching.
  • 2-methylimidazole and 1-methyl which have strong electronegativity and strong adsorption properties, are used.
  • Benzotriazole, 2-aminobenzothiazole, etc. may be used.
  • the etching step (S850) corrodes and removes unnecessary parts of the metal surface other than the necessary parts, and the masking film acts as a protective film that prevents the metal material from being corroded and removed by the color additive, and removes the remaining metal material from the masking film. Corrosion is not removed from the area, and only the exposed area can be selectively removed without a masking film to complete the product with the desired pattern.
  • etching step it is preferable to perform etching at 30°C to 40°C. As the temperature increases, the viscosity of the etching solution decreases, allowing the etching solution to better penetrate the metal, thereby increasing the etching speed, uniformity, and accuracy.
  • etching step it is most preferable to perform etching at 0°C to 40°C in terms of etching speed, uniformity, and accuracy.
  • the peeling process (S860) removes the masking film remaining on the corroded product with a masking film removal solution containing an NAOH solution, and can ultimately complete a dissimilar metal bonding sheet or coil with a specific pattern.
  • the inspection process (S870) can determine the appearance of the peeled product and check whether it is defective or good.
  • both side surfaces and the central portion of the sheet are masked to prevent corrosion, so that only a portion of both sides based on the central portion can be removed from corrosion.
  • the surface When corrosion is removed on only part of both sides based on the center, the surface is formed in the order of copper-aluminum-copper-aluminum-copper. When cutting is done based on the center of the aluminum, the surface is formed in the order of copper-aluminum.
  • a double sidelay with a surface formed in the order of aluminum-copper-aluminum, and a sidelay with a surface formed in the order of aluminum-copper can be manufactured, respectively.
  • a part of the base material is cut off and part of it is filled with the necessary material, or a plating layer is applied only to the required part, or a part of the clad metal is cut through milling.
  • the pattern was obtained through methods such as printing method. Cutting and bending processes were generally difficult, and post-processing such as various groove processing was impossible.
  • the present invention manufactures dissimilar metal bonding sheets or coils for electric current and busbars using an etching method, allowing free expression of various shapes, sizes, and negative and positive angle designs, which can be used for small motor parts, electrical contact switches, home appliance switches, connectors, and electric vehicle booths. It can be applied to bars and industrial grounding busbars.
  • a pressing process may be further included to reduce the level difference by applying pressure to the metal sheet.
  • the dissimilar metal bonding sheet or coil for electric current and busbar using an etching process manufactured according to the present invention can also be used in products that require a step difference between aluminum and copper. If possible, it can be produced maintaining the level difference without a press process, and if it is used in a product that does not need a level difference, the level difference can be reduced through the press process.
  • the present invention it is possible to manufacture not only sheet-type dissimilar metal bonding sheets but also coil-type dissimilar metals for current conduction and busbars.
  • the coiling process is further performed after the etching process. It may be included, and the process of forming the coil itself is a widely known process, and is not related to the scope of the present invention, so detailed description is omitted.
  • the present invention can be applied to various industrial fields, including manufacturing busbars for secondary batteries.

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Abstract

본 발명은 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다양한 형태와 크기 및 음양각 디자인 표현을 자유롭게 할 수 있으며, 성형성이 우수한 이종금속 금속시트를 제조할 수 있는 에칭공정을 이용한 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법에 관한 것이다.

Description

에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법
본 발명은 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 다양한 형태와 크기 및 음양각 디자인 표현을 자유롭게 할 수 있으며, 성형성이 우수한 이종금속 금속시트를 제조할 수 있는 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법에 관한 것이다.
전기자동차 및 에너지 저장 시스템 등에는 충전과 방전을 반복하는 2차 전지가 사용된다. 통상적으로 2차 전지는 다수개의 판형 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 용량 및 전원을 조절하는 2차 전지팩으로 사용되고 있다.
이때, 2차 전지의 셀들을 연결하기 위한 부품으로서 부스바(bus bar)를 사용하는데, 부스바의 기본적인 구조는 셀들을 연결하기 위해 용접되어지는 몸체부와 단자부로 구성된다.
또한, 부스바는 대용량의 전기에너지 전송 시스템의 설치가 필요한 공업용에서부터 비교적 규모가 작은 가정용 등의 분전반이나 배전반에도 사용된다.
부스바의 재질은 사용부분에 따라 동(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 등이 사용되고 있으며, 대량생산을 위하여 셀과 부스바의 용접은 레이저 용접 등을 하고 있다.
부스바의 주원료인 구리와 알루미늄, 니켈 등은 대부분 수입에 의존하고 있어 해외 금속가격에 민감하다는 단점이 있으며, 금속 가격은 매년 요동치고 있어 수입될 때의 금액 변동이 커서 부스바 제조 비용의 상승을 초래하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 원가를 절감하고 무게를 줄이며, 성능을 향상시키기 위하여 알루미늄 외부에 구리를 도금막 코팅하거나, 강도를 높이기 위하여 철합금 외부에 구리를 도금하여 사용하는 등의 복합재질로 형성되는 부스바가 개발되고 있다.
최근 이종금속 시트 모재에 홈을 파고 접점재료를 삽입 후 압연과정을 통하여 접합시켜 제조할 수 있으나. 음양각의 문양 및 다양한 패턴을 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 도금을 이용하여 부스바를 제조하는 경우에는 도금 자체의 특성 영향으로, 충격, 변형에 의한 탈락 등의 발생이 가능하다는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 새로운 이종금속 시트를 이용한 부스바 제조방법의 개발이 필요한 실정이다.
선행기술문헌 : KR 등록특허공보 제10-2422880호(2022.07.21.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 종래의 부스바 제조공정과 달리 다양한 형태로 가공이 가능하며, 다품종 소량생산이 가능한 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법은 (a) 이종금속접합시트에 이용될 원소재인 음극금속소재과 양극금속소재를 각각 절단하는 소재준비 공정; (b) (a) 공정 이후, 음극금속소재과 양극소재금속의 각 접합면을 브러쉬로 긁어내어 상기 음극금속소재와 양극소재금속의 표면적을 넓혀 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 요철부를 생성하는 표면가공공정; (c) 음극금속소재가 각각 권취된 2개의 회전하는 롤러 사이에 양극소재금속을 위치시키고 음극금속소재가 권취된 롤러 면에 작용하는 힘으로 양극소재금속과 음극금속소재 합금을 접합시키는 접합공정; (d) (c) 공정에서 접합처리된 결과물을 열처리한 다음, 서서히 냉각시키는 열처리공정; (e) (d) 공정 이후, 기 설정된 목표 두께 이내로 줄이기 위해 일정 온도 하에서 압연처리하는 냉간압연공정; (f) (e) 공정의 결과물에 산을 처리하여 표면의 이물질을 제거하는 산처리공정; (g) (f) 단계 이후, 평탄도를 확보하기 위하여 형상을 교정하는 형상교정공정; (h) (g) 공정의 결과물을 부식제에 노출시켜 노출된 부분을 부식 제거하는 에칭공정을 포함한다..
또한, (h) 공정의 결과 구리가 부식제거되어 노출된 알루미늄과 구리와의 단차를 감소하기 위해 압력을 가하는 프레스공정을 더 포함하여 이루어진다.
또한, (h) 공정은 금속의 표면을 세척하고, 표면에 찍힘, 긁힘이 있는지 여부를 검사하는 전처리단계; 전처리단계를 거친 금속의 표면에 필요 부분의 부식을 막기 위하여 마스킹 필름을 코팅하는 코팅단계; 금속소재에 자외선 빛을 소정시간 동안 조사하여 마스킹필름을 경화시키는 노광단계; 금속을 현상액에 침지시키며, 현상액에 침지된 금속은 노광단계에서 자외선이 조사된 부위의 마스킹 필름이 광경화되어 현상용액 속에서 용해되지 않고 남아있고, 자외선이 조사되지 않은 부위의 마스킹 필름은 현상액 속에서 분해되어 제거되는 현상단계; 금속 표면에서 마스킹필름이 코팅되어 있는 부분을 제외한 구리가 부식 제거되는 에칭단계; 마스킹필름을 제거하는 박리단계를 포함하는 것을 포함한다.
본 발명에 의하면, 이종금속 패턴을 위하여 에칭 방식으로 구현함으로써 동시에 다양한 형태와 크기 및 음양각 디자인 표현을 자유롭게 할 수 있게 함으로써, 소형모터부품, 전장 접점 스위치, 가전제품 스위치, 커넥터, 전기자동차용 부스바 및 산업용 접지 부스바등에 적용할 수 있는 이종금속접합시트 또는 코일의 생산을 효율적으로 할 수 있다는 효과가 있다.
에칭공정에서는 노광공정에서 자외선 빛에 노출된 동박들이 에칭용 액에 의해서 녹아 없어진다. 에칭액은 주로 염화동용액이나 염화철을 사용하고, 필요에 따라 용액을 혼합하여 사용할 수 있다.
에칭공정은 전처리단계-코팅단계-노광단계-현상단계-에칭단계-박리단계-검사단계로 이루어지며, 필요에 따라 위 공정 중 생략되거나 추가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법의 각각의 단계를 도시한 도면,
도 2는 본발명의 에칭공정의 각각의 단계를 도시한 도면,
도 3은 에칭된 이종금속접합시트의 실시례를 도시한 도면,
도 4는 에칭된 이종금속접합시트의 또 다른 실시례를 도시한 도면.
도 5는 에칭된 이종금속접합시트의 여러가지 실시례를 도시한 도면.
본 발명에 따른 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법의 실시예는 (a) 이종금속접합시트에 이용될 원소재인 음극금속소재과 양극금속소재를 각각 절단하는 소재준비 공정; (b) (a) 공정 이후, 음극금속소재과 양극소재금속의 각 접합면을 브러쉬로 긁어내어 상기 음극금속소재와 양극소재금속의 표면적을 넓혀 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 요철부를 생성하는 표면가공공정; (c) 음극금속소재가 각각 권취된 2개의 회전하는 롤러 사이에 양극소재금속을 위치시키고 음극금속소재가 권취된 롤러 면에 작용하는 힘으로 양극소재금속과 음극금속소재 합금을 접합시키는 접합공정; (d) (c) 공정에서 접합처리된 결과물을 열처리한 다음, 서서히 냉각시키는 열처리공정; (e) (d) 공정 이후, 기 설정된 목표 두께 이내로 줄이기 위해 일정 온도 하에서 압연처리하는 냉간압연공정; (f) (e) 공정의 결과물에 산을 처리하여 표면의 이물질을 제거하는 산처리공정; (g) (f) 단계 이후, 평탄도를 확보하기 위하여 형상을 교정하는 형상교정공정; (h) (g) 공정의 결과물을 부식제에 노출시켜 노출된 부분을 부식 제거하는 에칭공정을 포함한다..
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법의 각각의 단계를 도시한 도면, 도 2는 본발명의 에칭공정의 각각의 단계를 도시한 도면, 도 3은 에칭된 이종금속접합시트 또는 코일의 실시례를 도시한 도면, 도 4는 에칭된 이종금속접합시트의 또 다른 실시례를 도시한 도면, 도 5는 에칭된 이종금속접합시트의 여러가지 실시례를 도시한 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법을 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법은 도 1을 참조하면, 소재준비 공정(S100), 표면가공 공정(S200), 접합 공정(S300), 열처리 공정(S400), 냉간 압연 공정(S500), 형상교정 공정(S700), 산처리 공정(S600), 슬리팅 및 전단공정, 에칭공정(S800)을 포함하여 이루어진다.
또한, 이하에서는 양극금속소재는 알루미늄, 음극금속소재는 구리로 예시하여 설명하지만, 양극금속소재 및 음극금속소재는 알루미늄과 구리 뿐만 아니라 스테인레스, 철강, 비철금속을 포함하여 전위차를 발생시켜 통전용 및 부스바용으로 사용할 수 있는 금속을 사용할 수 있다.
소재준비 공정(S100)은 동을 포함하는 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조에 이용될 원소재인 알루미늄와 구리를 제품에 각각 적합한 폭으로 절단한다. 슬리팅 공정(S100)은 알루미늄와 구리를 슬리터 라인에 각각 투입하여 진행방향과 평행하게 폭 방향으로 절단한다.
요철부 형성 공정(S200)은 소재준비 공정(S100) 이후, 상기 원소재인 알루미늄과 구리의 표면적을 넓혀 후 가공 공정인 접합 공정(S300)에서 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 알루미늄와 구리의 각 접합표면을 브러쉬(30)로 긁어내어 요철부를 형성한다. 이때, 요철부 형성 공정(S200)은 투입된 원자재에 적어도 한 종류 이상의 형상으로 형성된 브러쉬를 이용하여 접합표면을 긁어낼 수 있다.
접합 공정(S300)은 동 소재가 각각 권취된 2개의 회전하는 롤러 사이에 알루미늄를 위치시켜 접합부를 통해 양측 또는 편측 구리 소재 사이에 알루미늄이 압착되도록 하여 전체가 롤링될 수 있도록 접합한다. 접합 공정(S300)은 회전하는 양 구리 소재가 권취된 롤러 면에 작용하는 압력만으로 알루미늄와 구리를 접합시킨다.
본 발명에서는 접합공정에서 압연방식를 이용하여 알루미늄과 구리가 접합되어 있는 시트를 연속적으로 제조할 수 있다.
또한, 상기에서는 양극금속소재를 기준으로 양측에 동일한 음극금속소재가 접합되는 것으로 실시예를 설명하였으나, 양극금속소재를 기준으로 상이한 재질의 음극금속소재가 접합될 수 있으며, 양극금속소재의 일측에 음극금속소재가 접합 될 수도 있는 것으로, 상기 예시에 한정되지 않고 다양한 양극금속소재 및 음극금속소재가 접합되어 시트가 제조될 수 있다.
예컨대, 구리와 알루미늄, 또는 니켈과 구리가 각각 접합될 수 있으며, 구리-알루미늄-니켈의 순으로 각각 접합될 수도 있고, 구리-알루미늄-스테인레스 순으로 각각 접합될 수도 있다.
열처리 공정(S400)은 접합공정(S300)에서 접합처리된 결과물을 열처리부에서 열처리한 다음, 서서히 냉각시킨다.
특히, 본 공정인 열처리 공정(S400)에서는 접합 공정(S300)에서 경화된 각 원소재의 조직을 연화시켜 경도를 낮추고, 후가공 공정인 압연 공정(S500)에서 가공성 및 작업성을 높일 수 있도록 한다. 또한, 필요에 따라 조건을 변경할 수 있다.
열처리 공정(S400)에서 수소(H2) 및 질소(N2), 암모니아 혼합 가스를 이용하여 열처리하는 이유는 표면 부식을 방지하고, 표면의 상태를 개선시키며, 알루미늄과 구리의 각 금속 조직을 균일화시키기 위함이다. 또한, 필요에 따라 가스를 사용하지 않을 수도 있다.
열처리 공정(S400)이 수행되면 알루미늄과 구리를 포함하는 이종금속이 접합되는 접합표면은 열처리에 의한 원자의 확산에 의해 접합력이 상승하게 된다. 이후, 공극의 수축, 산화피막의 파괴나 분해가 진행되고, 접촉면이 증가하여 접합계면의 원자배열이 결정립계의 원자배열에 가까워진다. 또한, 접촉면이 증가하면 접합계면을 가로지르는 결정립의 성장과 재결정을 일으키고, 최초의 접합계면이 소실되어 접합강도가 높아지게 된다.
열처리 공정(S400)에서 온도 조건은 알루미늄과 구리의 풀림(annealing)이 가능한 공통된 온도 구간에서 진행되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 온도는 200℃~400℃ 에서 이루어지는 것이다.
압연 공정(S500)은 열처리 공정(S400) 이후, 미리 설정된 목표 두께로 줄이기 위해 압연을 실시한다. 보다 구체적으로, 압연 공정(S500)은 일정 온도 이하에서 회전하는 두 개의 롤러 사이에 열처리된 가공물을 압연부에 통과시켜 미리 설정된 목표 두께로 가압한다. 이때, 압연 라인에 미리 설치된 두께측정센서(미도시)를 통해 두께를 측정하여 압연처리한다.
이때, 압연 공정(S500) 이후 기 설정된 목표 두께가 도출되지 않을 경우에는 재열처리 공정이 더 수반될 수 있다.
산처리공정(S600)은 압연 공정의 결과물에 산을 처리하여 표면의 이물질을 제거한다.
형상교정 공정(S700)은 압연과 열처리를 거치며 변형된 형상을 강한 인장력을 가하여 평탄도를 확보하는 공정으로서, 압연과 열처리를 거치며 변형된 재압연 공정(S500) 이후의 결과물을 반복적으로 굽힘처리하여 평탄처리하는 교정부 롤러(80)에 순차적으로 처리하여 형상을 교정한다.
감겨지거나(curl) 크로스 보우(cross bow) 형상의 소재를 복수회에 걸쳐 반복 굽힘을 실시하고, 상기 교정부 롤러(80)는 웨이브(wave)지거나 휘어진(buckle) 형상의 소재를 탠션 플랫트닝(tension flatening)을 실시하여 교정하도록 한다. 이때, 교정부 롤러(80)에는 상하에 각각 적어도 둘 이상의 롤러가 구비될 수 있고, 상기 롤러 사이로 소재를 투입하여 형상교정을 실시하도록 한다.
에칭공정(S800)에서는 형상교정공정의 결과물을 부식제에 노출시켜 부식제에 노출된 부분을 부식제거한다.
에칭공정(S800)에는 도 2를 참조하면, 전처리단계(S810), 코팅단계(S820), 노광단계(S830), 현상단계(S840), 에칭단계(S850), 박리단계(S860), 검사단계(S870)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전처리단계(S810)에서는 금속의 표면을 세척하고, 찍힘, 긁힘이 있는지 여부를 검사한다.
코팅단계(S820)에서는 전처리단계를 거친 금속의 표면에 필요 부분의 부식을 막기 위하여 마스킹 필름을 코팅한다.
노광단계(S830)에서는 금속소재에 자외선 빛을 소정시간 동안 조사하여 마스킹 필름을 경화시킨다.
현상단계(S840)에서는 금속을 현상액에 침지시키며, 현상액에 침지된 금속은 노광단계에서 자외선이 조사된 부위의 마스킹 필름이 광경화되어 현상용액속에서 용해되지 않고 남아있고 자외선이 조사되지 않은 부위의 마스킹 필름은 현상액 속에서 분해되어 제거된다.
또한, 마스킹 필름이 아닌 부식억제제를 사용하여 필요한 부분이 부식제거되지 않도록 할 수 있으며, 이 경우, 코팅단계, 노광단계, 현상단계는 부식억제제도포단계로 대체될 수 있다.
부식억제제가 도포되면, 구리의 표면의 강한 양이온을 띄고 있는 부분에 부식억제제가 흡착되어 구리 표면의 부식반응을 억제할 수 있고, 상대적으로 약한 양이온을 띄는 결정과 결정 사이로의 에칭이 유도됨에 따라 표면 조도가 향상되는 효과가 발생할 수 있다.
또한 부식억제제는 구리의 표면에 흡착하여 에칭을 방해하여 부식 제거되는 것을 방지할 수 있으며, 구리의 표면에 강하게 흡착되기 위해서는 강한 전기 음성도를 가지며 흡착성이 강한 2-메틸이미다졸, 1-메틸벤조트리아졸, 2-아미노벤조티아졸 등이 사용될 수 있다.
에칭단계(S850)은 금속 표면에서 필요한 부분 이외의 불필요한 부위의 금속소재를 부식시켜 제거하며, 마스킹 필름은 부색액으로부터 금속소재가 부식제거되는 것을 막아주는 방어막 열할을 하게 되며, 마스킹 필름이 남아 있는 부위는 부식제거되지 않고, 마스킹 필름이 없이 노출되어 있는 부분만 선택적으로 부식 제거하여 원하는 패턴의 제품을 완성시킬 수 있다.
에칭단계에서는 30℃ 내지 40℃에서 에칭을 수행하는 것이 바람직하며, 온도가 증가할 수록 에칭용액의 점도가 감소하여 에칭액이 금속에 더 잘 침투하여 에칭의 속도가 높아지고, 균일하고, 정확도가 높아진다.
다만, 온도가 40℃ 이상이 되는 경우, 온도가 너무 높아지면 에칭의 활성도가 높아져 에칭의 속도가 너무 높아져 언더컷(모재가 파여 홈으로 남아 있는 부분)을 유발하여 균일성 및 정확도가 감소된다.
따라서, 에칭단계에서는 0℃ 내지 40℃에서 에칭을 수행하는 것이 에칭의 속도, 균일성, 정확도의 면에서 가장 바람직하다.
박리공정(S860)은 부식이 완료된 제품에 남아있는 마스킹 필름을 NAOH용액 등을 포함한 마스킹 필름 제거용액으로 제거하여 최종적으로 특정 패턴의 이종금속접합시트 또는 코일를 완성시킬 수 있다.
검사공정(S870)은 박리를 마친 제품의 외관 상황을 파악하고 불량 및 양품을 확인할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 에칭공정에서는 시트의 양측면부 및 중앙부는 부식을 방지하기 위하여 마스킹처리를 하여 중앙부를 기준으로 양측 일부만을 부식제거할 수 있다.
중앙부를 기준으로 양측 일부만을 부식제거 하는 경우, 표면은 구리-알루미늄-구리-알루미늄-구리의 순으로 형성되며, 알루미늄의 가운데를 기준으로 절제하는 경우, 구리-알루미늄 순으로 표면이 형성되어 있는 사이드레이, 알루미늄-구리-알루미늄 순으로 표면이 형성되어 있는 더블사이드레이, 알루미늄-구리 순으로 표면이 형성되어 있는 사이드레이가 각각 제조될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 시트의 특정부분을 부식제거하여 사이드레이, 더블사이드레이 뿐만아니라 리버스레이, 센터레이를 포함한 여러 형태의 시트를 제조할 수 있다.
즉, 본원 발명에서와 같이 중앙부를 기준으로 양측 일부만을 부식제거하는 경우, 여러형태의 사이드레이와 더블사이드레이를 한꺼번에 쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 종래에는 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일를 제조하는데 있어 모재의 일부를 깍아서 이의 일부를 필요한 소재로 채워넣는 방식 또는 필요로 하는 부위만 도금층을 입히는 방식, 클래드 금속에 밀링 작업을 통해서 일부를 깍아내는 방법 등을 통하여 패턴을 구형하였으나. 절단 및 절곡 가공이 일반적으로 어렵고, 다양한 홈가공 등의 후가공이 불가능하다는 단점이 있었다.
본원 발명은 에칭방식으로 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일를 제조함으로써 다양한 형태와 크기 및 음양각 디자인 표현을 자유롭게 할 수 있어 소형모터부품, 전장 접점 스위치, 가전제품 스위치, 커넥터, 전기자동차용 부스바 및 산업용 접지 부스바 등에 적용할 수 있다.
또한, 에칭공정의 결과 구리가 부식제거되어 노출된 알루미늄과 구리와의 단차를 제거하기 위하여 금속시트에 압력을 가하여 단차를 줄이는 프레스공정이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 의하여 제조되는 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일는 알루미늄과 구리와의 단차를 필요로 하는 제품에도 사용될 수 있는데, 알루미늄과 구리와의 단차를 필요로 하는 제품에 사용되는 경우 프레스공정 없이 단차를 유지하여 생산될 수 있고, 단차를 불필요하는 제품에 사용되는 경우 프레스 공정을 통하여 단차를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명을 이용하여 시트 형식의 이종금속접합시트 뿐만 아니라 코일 형식의 통전용, 부스바용 이종금속을 제작할 수 있으며, 코일 형식의 이종금속을 제작하는 경우, 에칭공정 이후에 코일링 공정이 더 포함될 수 있으며, 코일을 형성하는 공정 자체는 이미 널리 알려진 공정이며, 본 발명의 권리범위와는 관계 없으므로 상세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 2차전지용 부스바 제조를 비롯한 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.

Claims (3)

  1. (a) 이종금속접합시트에 이용될 원소재인 음극금속소재과 양극금속소재를 각각 절단하는 소재준비 공정;
    (b) (a) 공정 이후, 음극금속소재과 양극소재금속의 각 접합면을 브러쉬로 긁어내어 상기 음극금속소재와 양극소재금속의 표면적을 넓혀 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 요철부를 생성하는 표면가공공정;
    (c) 음극금속소재가 각각 권취된 2개의 회전하는 롤러 사이에 양극소재금속을 위치시키고 음극금속소재가 권취된 롤러 면에 작용하는 힘으로 양극소재금속과 음극금속소재 합금을 접합시키는 접합공정;
    (d) (c) 공정에서 접합처리된 결과물을 열처리한 다음, 서서히 냉각시키는 열처리공정;
    (e) (d) 공정 이후, 기 설정된 목표 두께 이내로 줄이기 위해 일정 온도 하에서 압연처리하는 냉간압연공정;
    (f) (e) 공정의 결과물에 산을 처리하여 표면의 이물질을 제거하는 산처리공정;
    (g) (f) 단계 이후, 평탄도를 확보하기 위하여 형상을 교정하는 형상교정공정;
    (h) (g) 공정의 결과물을 부식제에 노출시켜 노출된 부분을 부식 제거하는 에칭공정
    을 포함하는 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (i) (h) 공정의 결과 음극소재금속이 부식제거되어 노출된 양극소재금속과 음극소재금속과의 단차를 감소하기 위해 압력을 가하는 프레스공정
    을 포함하는 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    (h) 공정은
    금속의 표면을 세척하고, 표면에 찍힘, 긁힘이 있는지 여부를 검사하는 전처리단계;
    전처리단계를 거친 금속의 표면에 필요 부분의 부식을 막기 위하여 마스킹 필름을 코팅하는 코팅단계;
    금속소재에 자외선 빛을 소정시간 동안 조사하여 마스킹필름을 경화시키는 노광단계;
    금속을 현상액에 침지시키며, 현상액에 침지된 금속은 노광단계에서 자외선이 조사된 부위의 마스킹 필름이 광경화되어 현상용액 속에서 용해되지 않고 남아있고, 자외선이 조사되지 않은 부위의 마스킹 필름은 현상액 속에서 분해되어 제거되는 현상단계;
    금속 표면에서 마스킹필름이 코팅되어 있는 부분을 제외한 음극금속소재가 부식 제거되는 에칭단계;
    마스킹필름을 제거하는 박리단계;
    를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법.
PCT/KR2022/018041 2022-09-08 2022-11-16 에칭공정을 이용한 통전용, 부스바용 이종금속접합시트 또는 코일 제조방법 WO2024053784A1 (ko)

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