KR20090115857A - 격자 구조를 구비하는 표면을 갖춘 솔더링 팁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔더링 장치를 위한 솔더링 팁(1)에 관한 것으로, 가열 발생 또는 가열 전도성 베이스 바디(4)를 구비하여 구성되고, 그 외측 상에 적어도 구역에서 주석 땜납(12)에 의해 습윤화될 수 있는 접촉 표면(11)을 갖추며, 접촉 표면(11)의 재료는 그리드 구조를 갖는다. 본 발명에 따른 솔더링 팁(1)은 접촉 표면(11)의 그리드 구조에 적어도 하나의 이질적 재료의 대전된 소립자의 혼합을 더 포함한다.

Description

격자 구조를 구비하는 표면을 갖춘 솔더링 팁{SOLDERING TIP HAVING A SURFACE WITH A LATTICE STRUCTURE}

본 발명은 청구항 제1항의 서론에 따라 형성되는 솔더링 팁을 구비하는, 솔더링 장치로서 일반적으로 칭해지는, 솔더링 또는 디솔더링 장치를 위한 솔더링 팁에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 능동(active) 및 수동(passive) 솔더링 팁과 동일하게 언급된다.

능동 솔더링 팁에 따르면, 베이스 바디(base body) 자체는 예컨대 열을 발생시키는 (저항성) 가열 엘리먼트로서 전기적 에너지의 공급하에서 기능한다. 반면, 수동 솔더링 팁에 따르면, 열이 외부 가열 엘리먼트에 의해 발생되어 솔더링 팁에 전달된다. 따라서, 이러한 수동 솔더링 팁의 베이스 바디는 첫째로 열-전도성이 있다. 따라서, 수동 솔더링 팁의 베이스 바디(또는 "코어")는 종종 동 또는 은으로 만들어진다.

동 및 은이 땜납 재료에 의해, 특히 주석 땜납(tin solder)에 의해 용이하게 습식화(wettable)될 수 있음은 사실이다. 그러나, 동시에 액체 주석(liquid tin) 에서 매우 높은 탈성분 부식(dealloying)을 나타내고, 예컨대 대응되게 짧은 수명을 갖는다.

수명은 베이스 바디 또는 "코어" 상의 철제 층(iron layer)을 전착시킴으로써 오래간다는 것이 알려져 있다. 철제(iron)는 여전히 주석과 함께 습식화될 수 있지만, 동 또는 은에 비해 더욱 더 낮은 탈성분 부식을 나타낸다.

한가지 문제는 최근부터 무연 땜납 합금(lead-free solder alloys)만이 허용된다는 것이다. 이러한 무연 땜납 재료는 합금의 주석의 증가된 양과 더 높은 용융 온도에 기인하여 탈성분 부식을 증가시킨다. 이러한 땜납을 위해 필요로 되는 용매체(fluxes)는 또한 서비스 수명 및 철제 층의 습윤성에 부정적인 영향을 갖는다.

본 발명의 목적은 종래의 솔더링 팁에 비해 장기적인 흐름 가동(long-term flow behavior)이 상당히 개선된 솔더링 팁을 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제1항의 특징을 구비하는 솔더링 팁에 의해 달성된다.

본 발명의 유리한 개발은 종속항들에 나타내어진다.

이미 통상적인 솔더링 팁에 따르면, 주석 땜납에 의해 습식화될 수 있는 접촉 표면의 재료가 구성되고 그 원자는 금속(metallic) 또는 결정 격자 구조(crystal lattice structure)로 배열된다. 여기서, 본 발명은 적어도 하나의 이질적 재료의 대전된 소립자가 접촉 표면의 이 격자 구조에 혼합되는 것이 제공되고, 이 문맥에서 용어 "이질적 재료(foreign material)"는 접촉 표면의 메인 또는 베이스 재료와 다른 소정의 재료를 포함한다. 접촉 표면의 원래의 격자 구조(lattice structure)는 이질적 재료의 대전된 소립자의 혼합에 기인하여 변화된다. 놀랍게도, 그에 따라 접촉 표면이 상당히 개선된 방법으로 습식화될 수 있고, 더욱이 기계적으로 더욱 더 안정화됨이 발견되었다. 양쪽 효과는 솔더링 팁의 장기적인 흐름 가동을 개선한다.

특히 이점은, 이러한 솔더링 팁이 그들의 구조에 기인하여 매우 낮은 고유의 안정성만을 갖고 따라서 매우 제한된 수명을 갖기 때문에, 마이크로 전자공학을 위해 이용된 극미세 솔더링 팁에서의 본 발명에 따른 변형된 접촉 표면이다. 이러한 솔더링 팁의 접촉 표면은 대전된 소립자의 혼합에 의해 기계적으로 안정될 수 있으므로, 상기 솔더링 팁의 평균 수명(mean lifetime)은 또한 상당히 연장될 수 있게 된다.

특별한 접촉층이 베이스 바디 상에 먼저 제공될 수 있음을 생각할 수 있고, 상기 접촉층은 이미 특별히 양호한 습윤성을 나타내며, 본 발명에 따라 변형된 접촉 표면은 상기 접촉층의 표면이다. 따라서, 접촉 표면의 습윤성은 2배로 개선된다.

다른 변형에 있어서, 접촉 표면은 베이스 바디 그 자체의 표면일 수 있다. 실시예의 이러한 변형은 부가적인 층이 베이스 바디에 제공될 필요가 없기 때문에 솔더링 팁이 매우 간단한 구성이라는 이점을 제공한다. 부가적인 코팅의 부재에서 이러한 솔더링 팁은 또한 상당한 정도로 끝이 점점 가늘어질 수 있고, 따라서 특히 마이크로 전자공학 응용을 위해 적합하다.

이질적 재료의 형태 및 혼합 형태에 따라, 이질적 재료의 대전된 소립자는 접촉 표면의 격자 구조의 격자 위치 및/또는 틈새(interstices) 상에서 혼합될 수 있다.

이는 제1 이질적 재료의 대전된 소립자에 부가하여 또한 적어도 하나의 제2 이질적 재료의 대전된 소립자가 접촉 표면에 혼합될 때 편리하다. 각 이질적 재료의 선택에 따라, 어느 하나의 효과(예컨대, 습윤성)가 증대되거나, 또는 2가지 다른 효과(습윤성 및 기계적 안정성)가 증진될 수 있다.

이질적 재료, 접촉 표면에 혼합될 수 있는 대전된 소립자는, 예컨대 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 코발트, 게르마늄, 실리콘, 비소, 갈륨, 질소 또는 카본이다. 백금, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니켈 또는 코발트의 대전된 소립자의 혼합은 일반적으로 본 발명에 따른 솔더링 팁의 수명을 개선한다. 게르마늄, 실리콘, 비소 또는 갈륨의 대전된 소립자가 접촉 표면의 격자 구조에 혼합되면, 솔더링 팁의 습윤성이 개선되게 된다. 질소 또는 카본의 혼합은 솔더링 팁이 더 높은 기계적 부하를 견디게 된다는 효과를 갖는다.

바람직하기는, 이질적 재료의 대전된 소립자는 접촉 표면 상에 균등질적으로(homogeneously) 분배된다. 따라서, 전체 솔더링 팁 상의 장기적인 흐름 가동은 취약한 장소의 형성 또는 감소된 습윤성 없이 개선될 수 있다.

그러나, 반대로 이는 또한 솔더링 팁을 가로지르는 대전된 소립자의 밀도를 변화시킨다는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 이는 예컨대 솔더링 팁의 가장 바깥쪽 팁이 기계적으로 특별하게 단단하게 되거나, 가장 바깥쪽 팁을 향하는 땜납 재료의 흐름이 증진될 수 있다는 것을 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 대전된 소립자는 직접 그 접촉 표면 상 뿐만 아니라 접촉 표면의 아래의 볼륨(volume)의 격자 구조에 혼합될 수 있다.

이는 접촉 표면이 솔더링 팁의 동작 동안 마멸(wear)됨에도 표면 조건이 유지된다는 이점을 갖는다.

대전된 소립자가 솔더링 팁의 볼륨 내의 접촉 표면 아래에 존재하면, 이는 상기 대전된 소립자의 농도가 접촉 표면 아래의 깊이를 증가시킴에 따라 변화됨을 생각할 수 있다. 예컨대, 대전된 소립자의 농도가 감소되어, 솔더링 팁의 마멸에 따라 그 습윤성이 나빠지게 되며, 따라서 솔더링 팁이 교체되어져야 한다는 신호를 사용자에게 보낸다.

한편, 대전된 소립자의 농도는 접촉 표면 아래의 깊이를 증가시킴에 따라 증가한다는 것을 또한 생각할 수 있다. 예컨대, 따라서 솔더링 팁의 내부는 기계적으로 특별히 안정되게 만들어질 수 있게 된다.

바람직하기는, 대전된 소립자는 접촉 표면 상에 직접 뿐만 아니라 적어도 접촉 표면 아래의 0.3㎜의 깊이까지 제공된다. 더욱 바람직하기는 적어도 1.0㎜의 깊이까지 대전된 소립자의 공급이다. 따라서, 이는 개선된 솔더링 팁의 흐름 가동이 솔더링 팁의 마멸에도 불구하고 솔더링 팁 상에서 가능한 한 길게 유지되어짐이 달성될 수 있다.

이는 대전된 소립자가 격자 구조에 혼합되기까지의 깊이는 솔더링 팁을 가로질러 변화된다는 것이 가능하다. 이 깊이는 예컨대 각 장소에서 솔더링 팁의 직경(diameter)에 의존한다.

접촉층이 솔더링 팁의 외측에 제공되면, 본 발명에 따른 솔더링 팁의 특성이 더욱 변형 및 개선되어지는, 적어도 하나의 또 다른 층이 베이스 바디와 상기 접촉층 사이에 제공될 수 있다.

예컨대, 적어도 하나의 배리어 층(barrier layer)이 베이스 바디와 접촉층 사이에 제공될 수 있다. 이 배리어 층은 솔더링 팁의 더 깊은 영역으로의 대전된 소립자의 침투나 확산을 방지하기 위한 기능을 갖는다. 다른 배리어 효과는 이러한 방법으로 솔더링 팁의 내부 코어나 베이스 바디를 보호하기 위해 배리어 층이 주석 땜납에 의해 습윤화될 수 없다는 사실에 기인하여 뒤이어 일어나게 된다.

더욱이, 보호 코팅은 또한 선택된 위치에서 접촉 표면의 습윤을 방지하기 위해 접촉 표면의 외부 상의 구역에 제공될 수 있다. 이는 또한 접촉 표면으로의 대전된 소립자의 혼합이 방지되어지는 특정 장소에서 이러한 보호 코팅을 인가하는 것에 대해 생각할 수 있다. 이러한 목적을 위해 적합한 것은 주석, 은 또는 금을 함유하는 보호 코트이다.

도 1은 본 발명에 따른 솔더링 팁의 제1실시예를 통한 종단면도,

도 2는 본 발명에 따른 솔더링 팁의 제2실시예를 통한 종단면도이다.

이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면참조부호를 붙인다.

도 1은 솔더링 장치를 위한 본 발명에 따른 솔더링 팁(1)의 제1실시예를 나타낸다. 솔더링 팁(1)은 실질적으로 원통형 샤프트(2)와 서로 접한 원뿔부(3)를 갖는 축 대칭이다. 도시된 실시예는, 예컨대 동 또는 은으로 구성된, 그 내부에서 가열 도전성 베이스 바디(4)를 구비하여 구성되는 수동 솔더링 팁(1)에 관한 것이다. 능동 솔더링 팁에 있어서, 베이스 바디(4)는 가열 엘리먼트와 가능하게는 온도 센서를 구비하여 구성된다.

원통형 샤프트(2)는 여기서 홈으로서 구성되어 솔더링 팁이 솔더링 장치에 대해 고정될 수 있는 패스닝 엘리먼트(5) 상에 제공된다. 예컨대, 솔더링 팁(1)은 솔더링 장치의 납땜 인두(soldering iron) 상에 부착될 수 있다. 납땜 인두 상에서 더 좋은 그립(grip)을 확보하기 위해, 노치(notch)가 또한 패스닝 엘리먼트(5) 상에 제공될 수 있다.

배리어 층(6)이 베이스 바디(4)의 표면 상에 제공된다. 땜납 재료에 의해 습식화될 수 없는 배리어 층(6)은 베이스 바디(4)의 표면과 함께 녹는다. 배리어 층(6)은 금속으로 구성되고, 이는 특히 금속 용해 공정에서 베이스 바디(4)에 연결된다. 그 층 두께는 50마이크로미터에서 약 1밀리미터의 범위일 수 있다. 이는 습윤으로부터 그리고 땜납 재료에 의한 제거로부터 베이스 바디(4)를 보호하도록 기능한다.

배리어 층(6)의 외측은 결정 격자 구조의 형태로 구성된 접촉층(7) 상에 제공된다. 접촉층(7)은 내부 영역(8)과 외부 영역(9)으로 이루어진다. 솔더링 팁(1)의 전단부의 작업 영역(10)에 있어서, 접촉층(7)의 외부 영역(9)이 노출된다. 그 노출된 표면은 땜납 재료(12)에 의해 습윤화될 수 있는 접촉 표면(11)을 형성한다.

이질적 재료의 대전된 소립자는 접촉층(7)의 외부 영역(9)의 격자 구조에, 그리고 따라서 또한 접촉 표면(11)의 격자 구조에 혼합된다. 도시된 실시예에 있어서, 접촉층(7)은 철제 층이다. 백금, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니켈, 코발트, 게르마늄, 실리콘, 비소, 갈륨, 질소 및/또는 카본의 대전된 소립자는 이러한 방법에서 솔더링 팁(1)의 장기적인 흐름 가동을 개선하기 위해 접촉층(7)의 외부 영역(9)에 삽입된다.

보호층(14)이 캐리어 층(13) 상의 솔더링 팁(1)의 후부 상의 작업 영역(10) 뒤에 제공되고, 캐리어 층(13)은 예컨대 니켈로 구성되며, 보호층(14)은 크롬으로 구성된다. 크롬층(14)은 땜납 재료(12)에 의해 습윤화될 수 없고, 따라서 솔더링 팁(1)의 샤프트(2)에 대한 흐름으로부터 땜납 재료(12)를 보호한다. 보호층 또는 보호 코팅(14)은 또한 주석, 은 또는 금을 함유한다.

도 2는 본 발명에 따른 솔더링 팁(20)의 제2실시예를 나타낸 것으로, 여기서 제2실시예의 솔더링 팁(20)은 제1실시예의 솔더링 팁(1) 보다 더욱 더 간단한 구성이다. 솔더링 팁(20)은 또한 홈으로서 형성된 패스닝 엘리먼트(5)를 구비하는 가열 도전성 베이스 바디(4)를 구비하여 이루어진다. 그러나, 솔더링 팁(1)은 배리 어 층과 특정 접촉층이 없다. 그 대신, 베이스 바디(4)의 재료와 다른 이질적 재료의 대전된 소립자가 베이스 바디(4)의 표면층(21)에 혼합된다. 표면층(21)은 깊이 T까지 연장된다. 솔더링 팁(20)의 작업 영역(10)에 있어서, 표면층(21)이 노출되어, 그 외측이 접촉 표면(11)을 나타낸다. 이질적 재료(또는 다양한 이질적 재료)의 대전된 소립자는 또한 상기 접촉 표면(11)의 격자 구조에 혼합된다. 따라서, 솔더링 팁(20)의 습윤성 및 솔더링 팁(20) 상의 땜납 재료의 장기적인 흐름 가동이 개선된다. 배리어 층 및 특정 접촉층이 생략됨으로써, 제2실시예의 솔더링 팁(20)은 저비용으로 제조될 수 있음과 더불어 제1실시예의 솔더링 팁(1) 보다 더 작은 디멘전을 갖는다. 제2실시예에 있어서, 솔더링 팁(20)은 또한 작업 영역(10) 뒤에 위치한 후부 상에 보호층(14)을 구비하여 구성된다.

도시된 실시예로부터 시작해서, 본 발명에 따른 솔더링 팁은 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 다른 이질적 재료의 대전된 소립자를 접촉 표면(11)의 격자 구조에 혼합하는 것도 가능하다. 특히, 도면에 도시된 바와 같은 솔더링 팁(1,20)의 외형으로부터의 명백한 일탈 또한 가능하다. 더욱이, 도시된 크기는, 특히 실시예에 따라 변경될 수 있으므로, 명백히 축적에 대해 충실한 것은 아니다. 간단한 실시예에 있어서, 보호 코팅(14)은 또한 필요없게 된다.

Claims (18)

1. 가열 발생 또는 가열 전도성 베이스 바디(4)를 구비하여 구성되고, 그 외측 상에 적어도 구역에서 주석 땜납(12)에 의해 습윤될 수 있는 접촉 표면(11)을 갖추며, 격자 구조를 갖춘 접촉 표면(11)의 재료를 구비하는 솔더링 장치용 솔더링 팁(1)에 있어서,

   적어도 하나의 이질적 재료의 대전된 소립자가 접촉 표면(11)의 격자 구조에 혼합되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
2. 제1항에 있어서, 접촉 표면(11)이 베이스 바디(4) 상에 제공된 접촉층(7)의 표면인 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
3. 제1항에 있어서, 접촉 표면(11)이 베이스 바디(4)의 표면인 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자가 접촉 표면(11)의 격자 구조의 격자 위치 상 및/또는 틈새 상에 혼합되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 이질적 재료의 대전된 소립자에 부가하여, 적어도 하나의 제2 이질적 재료의 대전된 소립자가 또한 접촉 표면(11)에 혼합되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및/또는 제2 이질적 재료가 백금, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 니켈, 코발트, 게르마늄, 실리콘, 비소, 갈륨, 질소 및 카본으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 이질적 재료의 대전된 소립자가 접촉 표면(11) 상에 균등질적으로 분배되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자의 밀도가 솔더링 팁(1)을 가로질러 변하는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자가 또한 접촉 표면(11) 아래 격자 구조에 혼합되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자의 농도가 접촉 표면(11) 아래의 깊이를 증가시킴에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자의 농도가 접촉 표면(11) 아래의 깊이를 증가시킴에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자가 접촉 표면(11) 아래의 적어도 0.3㎜, 바람직하기는 1.0㎜의 깊이(T)까지 격자 구조에 혼합되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
13. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 대전된 소립자가 격자 구조에 혼합될때까지의 깊이가 솔더링 팁(1)을 가로질러 변하는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
14. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 여분의 층(6)이 베이스 바디(4)와 접촉층(7) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
15. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 배리어 층(6)이 베이스 바디(4)와 접촉층(7) 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
16. 제15항에 있어서, 배리어 층(6)이 주석 땜납(12)에 의해 습윤화될 수 없는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
17. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 표면(11)이 적어도 보호 코팅(14)을 구비하는 구역에 제공되는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.
18. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 보호 코팅(14)이 주석, 크롬, 은 또는 금을 함유하는 것을 특징으로 하는 솔더링 팁.

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