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KR101630573B1 - 접합 장치 및 방법 - Google Patents

접합 장치 및 방법 Download PDF

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KR101630573B1
KR101630573B1 KR1020150039827A KR20150039827A KR101630573B1 KR 101630573 B1 KR101630573 B1 KR 101630573B1 KR 1020150039827 A KR1020150039827 A KR 1020150039827A KR 20150039827 A KR20150039827 A KR 20150039827A KR 101630573 B1 KR101630573 B1 KR 101630573B1
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KR
South Korea
Prior art keywords
light
bonding
bonding agent
unit
light absorber
Prior art date
Application number
KR1020150039827A
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English (en)
Inventor
윤창훈
이유성
김완호
김재필
전시욱
송상빈
Original Assignee
한국광기술원
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Publication date
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Abstract

본 발명은 광흡수체를 접합 대상의 임의의 위치에 도포하여 특정 위치에서 상기 광흡수체의 순간적인 열을 통해 신속한 접합이 이루어지도록 하는 접합 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 제 1 접합물의 임의의 위치에 접합제를 도포하는 접합제 도포부; 상기 제 1 접합물 상에 배치된 제 2 접합물의 임의의 위치에 광흡수체를 도포하는 광흡수체 도포부; 상기 접합제 도포부 및 광흡수체 도포부의 동작 제어신호와, 상기 광흡수체를 경화시키는 경화부의 동작 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 광흡수체로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하는 경화부를 포함한다. 따라서 본 발명은 광흡수체를 접합 대상의 임의의 위치에 도포하여 특정 위치에서 상기 광흡수체의 순간적인 열을 통해 접합물의 신속한 접합을 제공할 수 있고, 특정 접합부위만 발열시킴으로써, 부품의 손상을 최소화시킬 수 있으며, 레이저를 이용한 신속한 접합을 제공함으로써, 제조과정 및 시간을 단축시킬 수 있고, 광흡수체의 도포 면적에 따라 작은 면적의 접합, 넓은 면적의 접합, 정밀 접합 등 다양한 접합방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

접합 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BONDING PART}
본 발명은 접합 장치 및 방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 광흡수체를 접합 대상의 임의의 위치에 도포하여 특정 위치에서 상기 광흡수체의 순간적인 열을 통해 신속한 접합이 이루어지도록 하는 접합 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이종 물질 또는 동종 물질을 접합시키는 방법으로 용접(Welding)을 이용한 방법이 널리 사용되고 있다.
이러한 용접은 접합하는 위치에 국부적으로 열을 가해 재료의 일부를 일단 용융상태로 만들어 서로 섞은 다음 냉각시켜서 굳히는 것으로 볼트 등으로 조이는 접합에 비해 접합부의 강도가 높고 밀폐성이 좋은 장점이 있다.
그러나 급속한 용융응고를 수반하므로 재료나 부품의 성능이 변성 또는 변형되거나, 강도가 약해져 내구성이 감소하는 등의 단점이 있고, 더욱이 용접을 이용한 방법은 전자부품 등에 적용할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 전자부품 등의 접합은 통상 접합제를 통해 이종 또는 동종 물질 사이에 접합이 이루어지도록 하고, 일반적인 접합제를 이용한 접합과정은 접합제를 경화시키기 위해 가열한 다음, 접합 대상물을 가압하여 접합이 이루어지게 한다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0057303호(발명의 명칭: 접합 방법 및 접합 시스템)에는 전자부품 등에 대한 접합방법이 제안되어 있다.
그러나 종래의 접합제를 경화시켜 접합하는 장치 또는 방법은 주로 컨벡션 오븐을 이용한 경화 또는 리플로우를 이용한 경화가 주로 사용되는데, 이러한 가열을 이용한 경화과정은 공정시간이 증가하여 생산성이 감소하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 컨벡션 오븐을 이용한 경화 또는 리플로우를 이용한 경화는 다양한 구조를 갖는 물질의 접합이 용이하지 못하고, 가열공정에서 발생되는 열로 인해 전자부품에 이차 손상이 발생하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0057303호(발명의 명칭: 접합 방법 및 접합 시스템)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광흡수체를 접합 대상의 임의의 위치에 도포하여 특정 위치에서 상기 광흡수체의 순간적인 열을 통해 신속한 접합이 이루어지도록 하는 접합 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 접합장치로서, 제 1 접합물의 임의의 위치에 접합제를 도포하는 접합제 도포부; 상기 제 1 접합물 상에 배치된 제 2 접합물의 외부면에 광흡수체를 도포하는 광흡수체 도포부; 상기 접합제 도포부 및 광흡수체 도포부의 동작 제어신호와, 상기 광흡수체를 경화시키는 경화부의 동작 제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 광흡수체로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하는 경화부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 광흡수체를 상기 제 2 접합물의 외부면 상에 미리 설정된 면적 또는 패턴에 따라 도포하여 상기 광흡수체가 도포된 제 2 접합물의 일정 영역에서만 발열이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 접합제 도포부 및 광흡수체 도포부는 디스펜싱(Dispensing), 브러싱(Blushing), 도팅(Dotting), 프린팅(Printing) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 상기 접합제 및 광흡수체를 도포하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 접합제는 열경화성 수지, 전도성 접합제, 이방성 접합제(Anisotropic Adhesive)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광흡수체는 일정 파장의 빛을 흡수하면 발열하여 상기 접합제를 경화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광흡수체는 유기 안료 및 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광흡수체는 일정 크기의 발열 입자를 휘발성 용액에 용해한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발열 입자는 직경이 1㎛ ~ 100㎛이면 광흡수체에서 상기 발열 입자의 비율은 0.1wt% ~ 90wt%이고, 상기 발열 입자의 직경이 1㎚ ~ 1㎛이면 상기 광흡수체에서 발열 입자의 비율은 0.001wt% ~ 50wt%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 경화부는 레이저 모듈이고, 상기 레이저 모듈은 1W ~ 100W 사이의 저출력 레이저인 것이 바람직하며, 상기 레이저 모듈은 800nm ~ 1400nm 사이의 파장 범위를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 접합방법으로서, a) 제어부가 접합제 도포부의 동작을 제어하여 제 1 접합물 상의 임의의 위치에 일정량의 접합제가 도포되도록 하는 단계; b) 상기 도포된 접합제의 상부에 제 2 접합물이 배치되면, 상기 제어부가 광흡수체 도포부의 동작을 제어하여 광흡수체가 도포된 제 2 접합물의 일정 영역에서만 발열이 이루어지도록 일정량의 상기 광흡수체를 상기 제 2 접합물의 외부면 상에 미리 설정된 면적 또는 패턴에 따라 도포하는 단계; 및 c) 상기 제어부가 경화부의 동작을 제어하여 상기 도포된 광흡수체의 발열을 위한 일정 파장의 빛이 출력되도록 하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 접합제는 광흡수체에서 발생되는 열에 의해 경화되는 것을 특징으로 하고, 상기 광흡수체에 의한 발열은 상기 광흡수체가 도포된 면적 및 경화부에서 발광된 빛의 조사 면적 중 적어도 하나의 면적에 비례하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광흡수체를 접합 대상의 임의의 위치에 도포하여 특정 위치에서 상기 광흡수체의 순간적인 열을 통해 접합물의 신속한 접합을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 특정 접합부위만 발열시킴으로써, 부품의 손상을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 레이저를 이용한 신속한 접합을 제공함으로써, 제조과정 및 시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 저출력의 레이저를 사용함으로써, 제조설비의 크기와 비용을 현저하게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 광흡수체의 도포 면적에 따라 작은 면적의 접합, 넓은 면적의 접합, 정밀 접합 등 다양한 접합방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 접합 장치를 나타낸 블록도.
도 2 는 본 발명에 따른 접합 장치의 사용 상태를 나타낸 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 접합 방법의 접합과정을 나타낸 예시도.
도 4 는 도 3에 따른 접합 방법의 경화과정을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 접합장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 접합 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 접합 장치의 사용 상태를 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 접합장치(100)는 접합제 도포부(110)와, 광흡수체 도포부(120)와, 제어부(130)와, 경화부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 접합제 도포부(110)는 접합이 요구되는 제 1 접합물(200)의 임의의 위치에 접합제(111)를 도포하는 구성으로서, 디스펜싱(Dispensing), 브러싱(Blushing), 도팅(Dotting), 프린팅(Printing) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 상기 접합제(111)가 도포되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 접합제(111)는 열에 의해 변형이 용이하게 발생하여 접합대상인 제 1 접합물(200)과 제 2 접합물(210)을 접합시키는 물질로서, 실리콘, 에폭시 등의 열경화성 수지, 솔더 크림, 솔더 패스트 등의 전기적 접합을 위한 전도성 접합제, 다기능 접합물질인 이방성 접합제(Anisotropic Adhesive)중 적어도 하나로 이루어진다.
즉 상기 접합제(111)는 제 2 접합물(210)의 일부 영역에서 전도되는 열에 의한 변형을 통해 제 1 접합물(200)과 제 2 접합물(210)이 접합되도록 한다.
상기 광흡수체 도포부(120)는 접합제 도포부(110)의 일측에 배치되고, 상기 제 1 접합물(200) 상에 배치된 제 2 접합물(210)의 임의의 위치에 발열용 광흡수체(121)를 도포하는 구성으로서, 디스펜싱, 브러싱, 도팅, 프린팅 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 상기 광흡수체(121)가 도포되도록 한다.
상기 광흡수체(121)는 일정 파장의 빛을 흡수하면 발열하여 제 2 접합물(210)의 하부에 도포된 접합제(111)가 경화되도록 하는 구성으로서, 상기 광흡수체(121)는 유기 안료 및 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어진다.
즉 상기 광흡수체(121)는 빛을 흡수하여 발열 동작을 수행하고, 상기 광흡수체(121)에서 발생된 열은 제 2 접합물(210)의 수직방향 아래쪽으로 전도되어 접합제(111)에 전달된다.
또한, 상기 광흡수체(121)는 일정 크기의 발열 입자를 포함하여 구성되고, 제 2 접합물(210)의 표면에 도포된 다음 상온에서 신속하게 건조될 수 있도록 휘발성 용액에 용해하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광흡수체(121)는 IR 영역의 빛을 흡수하여 발열하는 SiO2, Al2O3, TiO2 등 특정 파장의 빛을 흡수하여 발열 가능한 통상적인 산화무기물을 포함할 수 있고, 금 나노튜브(Gold nanotube)와 같은 나노 크기의 금속 입자를 포함한 발열 입자로 구성될 수 있다.
상기 발열 입자는 종류에 따라 다르지만, 상기 발열 입자의 직경이 1㎛ ~ 100㎛이면 광흡수체(121)에서 발열 입자의 비율은 0.1wt% ~ 90wt%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발열 입자의 직경이 1㎚ ~ 1㎛이면 광흡수체(121)에서 발열 입자의 비율은 0.001wt% ~ 50wt%인 것이 바람직하다.
상기 제어부(130)는 접합제 도포부(110)가 제 1 접합물(200)의 일정 위치에 접합제(111)를 도포하도록 동작 제어신호를 출력하고, 상기 광흡수체 도포부(120)가 제 2 접합물(210)의 일정 위치에 광흡수체(121)를 도포하도록 동작 제어신호를 출력한다.
또한, 상기 제어부(130)는 제 2 접합물(210) 상에 도포된 광흡수체(121)를 경화시키기 위한 동작 제어신호를 경화부(140)로 출력한다.
상기 경화부(140)는 광흡수체 도포부(120)의 일측에 설치되어 상기 광흡수체 도포부(120)에서 도포된 광흡수체(121)로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하는 구성으로서, 바람직하게는 일정 파장 범위의 빛을 출력하는 레이저 모듈로 이루어진다.
또한, 상기 경화부(140)는 1W ~ 100W 사이의 저출력 레이저 모듈로 이루어지고, 상기 레이저 모듈은 800nm ~ 1400nm 사이의 파장 범위를 갖는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 접합물(200, 210)은 구성되는 재질이 한정되는 것은 아니고, 금속 또는 세라믹과 같이 수직방향으로의 열 전도 특성이 우수한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음은 본 발명에 따른 접합방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 접합 방법의 접합과정을 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 3에 따른 접합 방법의 경화과정을 나타낸 예시도로서, 본 발명에 따른 접합방법을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
접합 대상인 제 1 접합물(200)이 로딩되면, 도 3(a)와 같이 제어부(130)는 접합제 도포부(110)로 동작 제어신호를 출력하여 미리 설정된 상기 제 1 접합물(200) 상의 임의의 위치로 이동시켜 일정량의 접합제(111)가 도포되도록 한다.
상기 접합제(111)가 도포된 다음 상기 도포된 접합제(111)의 상부에는 도 3(b)와 같이 제 2 접합물(210)이 배치되고, 제어부(130)는 도 3(c)와 같이 광흡수체 도포부(120)로 동작 제어신호를 출력하여 미리 설정된 상기 제 2 접합물(210) 상의 임의의 위치로 이동시켜 일정량의 광흡수체(121)가 도포되도록 한다.
이때, 상기 광흡수체(121)가 도포되는 면적은 미리 설정된 정보에 따라 일정 크기의 면적을 형성하며 도포될 수 있다.
즉 작은 면적의 접합이 필요하거나 또는 넓은 면적의 접합이 필요한 경우 상기 광흡수체(121)가 도포되는 면적이나 도포된 패턴을 제어하여 상기 광흡수체(121)가 도포된 특정 영역에서만 발열이 이루어질 수 있도록 함으로써, 정밀한 접합이 이루어질 수 있게 한다.
한편, 상기 광흡수체(121)의 도포가 완료되면, 상기 제어부(130)는 경화부(140)로 동작 제어신호를 출력하여 도 4(a)와 같이, 경화부(140)에서 일정 파장의 빛이 도포된 광흡수체(121)로 발광되도록 한다.
도 4(b)와 같이 상기 광흡수체(121)는 경화부(140)에서 발광된 빛을 흡수하여 발열하고, 상기 광흡수체(121)에서 발생된 열은 도 4(c)와 같이 제 2 접합물(210)의 수직방향인 발열경로(122)를 따라 전도되어 접합제(111)에 전달된다.
상기 광흡수체(121)에서 발생되어 접합제(111)로 전도된 열은 도 4(d)와 같이 제 1 접합물(200)과 제 2 접합물(210) 사이에서 열에 의한 변형과 함께 경화되어 상기 제 1 접합물(200)과 제 2 접합물(210)이 접합되도록 한다.
상기 광흡수체(121)에 의한 발열은 상기 광흡수체(121)가 도포된 제 2 접합물(210)의 면적과, 경화부(140)에서 발광되는 빛의 조사 면적(예를 들면, 레이저의 스폿 크기(Spot size)에 따라 비례하고, 상기 경화부(140)에서 출력되는 빛의 세기, 조사시간에 따라 조절될 수 있다.
따라서 광흡수체를 접합 대상의 임의의 위치에 도포하여 특정 위치에서 상기 광흡수체의 순간적인 열을 통해 접합물의 신속한 접합을 제공할 수 있고, 광흡수체가 도포된 특정 접합부위만 발열시킴으로써, 부품의 손상을 최소화시킬 수 있으며, 레이저를 이용한 신속한 접합을 제공함으로써, 제조과정 및 시간을 단축시킬 수 있고, 광흡수체의 도포 면적에 따라 작은 면적의 접합, 넓은 면적의 접합, 정밀 접합 등 다양한 접합방법을 제공할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 접합장치
110 : 접합제 도포부
111 : 접합제
120 : 광흡수체 도포부
121 : 광흡수체
122 : 발열경로
130 : 제어부
140 : 경화부
200 : 제 1 접합물
210 : 제 2 접합물

Claims (13)

  1. 제 1 접합물(200)의 임의의 위치에 접합제(111)를 도포하는 접합제 도포부(110);
    상기 제 1 접합물(200) 상에 배치된 제 2 접합물(210)의 외부면에 광흡수체(121)를 도포하는 광흡수체 도포부(120);
    상기 접합제 도포부(110) 및 광흡수체 도포부(120)의 동작 제어신호와, 상기 광흡수체(121)를 경화시키는 경화부(140)의 동작 제어신호를 출력하는 제어부(130); 및
    상기 광흡수체(121)로 일정 파장의 경화용 빛을 출력하는 경화부(140)를 포함하고,
    상기 제어부(130)는 상기 광흡수체(121)를 상기 제 2 접합물(210)의 외부면 상에 미리 설정된 면적 또는 패턴에 따라 도포하여 상기 광흡수체(121)가 도포된 제 2 접합물(210)의 일정 영역에서만 발열이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 접합장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합제 도포부(110) 및 광흡수체 도포부(120)는 디스펜싱(Dispensing), 브러싱(Blushing), 도팅(Dotting), 프린팅(Printing) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 상기 접합제(111) 및 광흡수체(121)를 도포하는 것을 특징으로 하는 접합장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합제(111)는 열경화성 수지, 전도성 접합제, 이방성 접합제(Anisotropic Adhesive)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광흡수체(121)는 일정 파장의 빛을 흡수하면 발열하여 상기 접합제(111)를 경화시키는 것을 특징으로 하는 접합장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광흡수체(121)는 유기 안료 및 세라믹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접합장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광흡수체(121)는 일정 크기의 발열 입자를 휘발성 용액에 용해한 것을 특징으로 하는 접합장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발열 입자는 직경이 1㎛ ~ 100㎛이면 광흡수체에서 상기 발열 입자의 비율은 0.1wt% ~ 90wt%이고, 상기 발열 입자의 직경이 1㎚ ~ 1㎛이면 상기 광흡수체에서 발열 입자의 비율은 0.001wt% ~ 50wt%인 것을 특징으로 하는 접합장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화부(140)는 레이저 모듈인 것을 특징으로 하는 접합장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 모듈은 1W ~ 100W 사이의 저출력 레이저인 것을 특징으로 하는 접합장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저 모듈은 800nm ~ 1400nm 사이의 파장 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 접합장치.
  11. a) 제어부(130)가 접합제 도포부(110)의 동작을 제어하여 제 1 접합물(200) 상의 임의의 위치에 일정량의 접합제(111)가 도포되도록 하는 단계;
    b) 상기 도포된 접합제(111)의 상부에 제 2 접합물(210)이 배치되면, 상기 제어부(130)가 광흡수체 도포부(120)의 동작을 제어하여 광흡수체(121)가 도포된 제 2 접합물(210)의 일정 영역에서만 발열이 이루어지도록 일정량의 상기 광흡수체(121)를 상기 제 2 접합물(210)의 외부면 상에 미리 설정된 면적 또는 패턴에 따라 도포하는 단계; 및
    c) 상기 제어부(130)가 경화부(140)의 동작을 제어하여 상기 도포된 광흡수체(121)의 발열을 위한 일정 파장의 빛이 출력되도록 하는 단계를 포함하는 접합방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 접합제(111)는 광흡수체(121)에서 발생되는 열에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 접합방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광흡수체(121)에 의한 발열은 상기 광흡수체(121)가 도포된 면적 및 경화부(140)에서 발광된 빛의 조사 면적 중 적어도 하나의 면적에 비례하는 것을 특징으로 하는 접합방법.
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