KR100782063B1 - 세라믹 히터 - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명은 세라믹 히터(Ceramic Heater)에 발열체 회로와 별도의 온도 센서 회로를 내장한 형태를 정밀 회로 인쇄 기술과 적층 기술을 이용해 코파어링(Cofiring) 공법으로 제작하기 위한 세라믹 히터에 관한 것으로서, 세라믹 히터에 있어서, 상기 제 1 기판 ; 상기 제 1 기판 상부에 소정 패턴으로 구비되는 발열회로; 상기 발열회로의 패턴과 패턴 사이에 위치되는 위치센서회로; 및 상기 제 1 기판 에 적층되는 상기 제 2 기판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
세라믹 히터, 적층, 프린팅, 온도정밀제어

Description

세라믹 히터{Ceramic Heater}
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터의 일 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ***
10 : 제 1 기판 12 : 온도센서회로
14 : 발열회로 16 : 제 2 기판
18 : 중간기판
본 발명은 세라믹 히터에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 세라믹 히터에 발열체 회로와 별도의 온도 센서 회로를 내장한 형태를, 스크린 프린팅 또는 사진식각 기술(포토리소그래피)와 같은 정밀 회로 형성 기술과 적층 기술을 이용해 코파이어링 (Cofiring) 공법으로 제작하기 위한 세라믹 히터에 관한 것이다.
현재 세라믹 히터의 구조는 단순히 발열체 회로만으로 구성되어 있고, 세라믹 히터의 온도 제어 방법은 아날로그와 디지털 방식을 사용하고 있다.
현재의 히터를 사용하여 온도 제어하는 방식의 문제점은 다음과 같다
첫째, 아날로그 방식의 경우는 발열체 회로 자체의 온도에 따른 저항값의 변화를 읽어 온도를 검출하는 방식을 사용하고 있으나 이를 위해서는 전압인가와 저항값을 읽는 것을 교대로 스위칭 하여야 함에 따라 온도 상승을 빨리 할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 스위칭 회로의 경우 오동작 발생 가능성이 매우 높아 오동작시 온도 검출이 되지 않아 과열로 기기가 손상될 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 온도 상승이 늦고, 스위칭 회로의 오동작에 따른 과열 문제가 있다.
둘째 디지털 방식의 경우는 외장 부착형 온도 센서를 사용하고 있으며, 외장 부착형 온도센서의 경우 센서의 위치, 부착방법 등에 따라 온도 데이터의 차이(20℃)가 크게 나타나, 온도를 정밀하게 제어하기가 매우 어려운 상황이다. 즉, 온도 제어가 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 세라믹 히터에 발열체 회로와 별도의 온도 센서 회로를 내장한 형태를, 스크린 프린팅 또는 사진식각기술과 같은 정밀 회로 형성 기술과 적층 기술을 이용해 코파이어링(Cofiring) 공법으로 제작하기 위한 세라믹 히터를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 발열체 회로의 경우는 발열 특성이 우수한 재질을 사용하여 발열체 회로를 구성하고, 온도 변화에 매우 정밀한 온도 센서 회로를 구성함으로써 온도 검출 정밀도를 우수하게 할 수 있도록 하기 위한 세라믹 히터를 제공함에 있다. 온도 센서 회로 구성 방법은 세라믹 재질 또는 금속 재질 또는 세라믹과 금속의 복합 재질을 사용하여 회로를 스크린 프린팅 하거나 사진식각기술(Phtolithography)로 제작할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 실시 예는, 세라믹 히터에 있어서, 제 1 기판 ; 제 2 기판 상부에 소정 패턴으로 구비되는 발열회로; 상기 발열회로의 패턴과 패턴 사이에 위치되는 온도센서회로; 및 제 2 기판에 적층되는 제 1 기판으로 이루어진 것을 특징 으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예는 세라믹 히터에 있어서, 제 1 기판 ; 제 1 기판 상부에 소정 패턴으로 구비되는 발열회로; 발열 회로 면과 다른 별도의 면에 온도센서회로를 구성하는 세라믹히터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 세라믹 히터에 대해 상세하게 설명한다.
(실시예1)
본 발명에 의해 구현된 세라믹 히터의 실시예1은 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이,
제 1 기판 (10)과, 상기 제 1 기판 (10) 상부에 소정 패턴으로 구비되는 발열회로(14)와, 상기 발열회로(14)의 패턴과 패턴 사이에 위치되는 온도센서회로(12)와, 상기 제 1 기판 (10)에 적층되는 제 2 기판 (16)으로 이루어진다.
상기 온도센서회로(12) 및 발열회로(14)는 상기 제1 기판 (10) 상부에 패턴이 형성된다. 이때, 상기 온도센서회로(12)와 발열회로(14)는 스크 린 프린팅 기술을 통해 상기 제 1 기판(10)의 상부에 직접 형성할 수 있거나, 또는 사진식각기술과 같은 반도체공정을 기술을 사용하여 먼저 온도센서회로(12) 또는 발열회로(14)의 패턴들 중 하나의 패턴을 상기 제 1 기판(10)의 상부에 형성한 다음, 발열회로 또는 온도센서회로를 구성하는 재료를 증착 등의 공정으로 형성한 다음, 나머지 온도센서회로 또는 발열회로의 패턴을 마찬가지의 방식으로 사진식각기술을 사용하여 상기 제 2 기판(10)의 상부에 형성한 다음에 증착을 통해 형성한다.
또한, 상기 제 1 기판 (10) 및 제 2 기판(16)은 도면에 도시된 바와 같이 사각형의 판상 모양을 가지고 있으나, 이는 다양한 모양의 판상이나 원형기둥과 같이 입체 구조로 변경할 수 있어, 모든 형태의 세라믹 히터에 적용가능하다.
미설명도면 부호 20은 와이어이다.
상기와 같은 구조를 가지는 세라믹 히터의 경우 발열회로(14) 패턴 사이에 온도센서회로(12)가 위치되도록 하여 온도센서회로(12)가 발열온도를 정확하게 센싱할 수 있도록 하여 사용자가 세라믹 히터의 발열온도를 정밀하게 제어할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 발열회로(14) 및 온도센서회로(12)는 별도로 연결되어 있는 와이어(20)를 통해 전원을 공급받아 발열하며, 감지된 발열온도를 컨트롤러(도면으로 미도시)로 출력하게 된다.
본 발명에 사용되는 상기 발열회로(12)는 Pt, W, Mo, Ni, Ta, SiC, MoSi2 Ni-Cr 합금, Fe-Cr 합금 또는 이들의 합성물로 이루어지고, 온도센서회로는 Pt, W, Mo, Ni, Ta, SiC, MoSi2 Ni-Cr 합금 또는 Fe-Cr 합금 또는 이들의 합성물로 이루어지는 발열재료 또는, Mn, CO, Ni, Fe 등을 포함하는 NTC 더어미스터 재료 또는, BaTiO3, Y,Ce, La, Sn 등을 포함하는 PTC 더어미스터 재료 또는, 백금(Pt) 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 합성물로 구성된다. 상기 NTC 더어미스터 재료는 Mn, CO, Ni, Fe 등이고, 상기 PTC 더어미스터 재료는 BaTiO3, Y, Ce, La, Sn 등이다.
(실시예2)
본 발명에 따른 세라믹 히터의 실시예2는 첨부 도면 도 2에 도시된 바와 같이 제 1 기판(10)과, 상기 제 2 기판(10) 상부에 소정 패턴으로 구비되는 발열회로(14)와, 상기 제 1 기판(10)에 적층되는 중간 기판(18)과, 상기 중간 기판(18) 상부에 소정 패턴으로 구비되는 온도센서회로(12)와, 상기 중간 기판(18)에 적층되는 제 2 기판(16)으로 이루어진다.
상기 발열회로(14) 및 온도센서회로(12)는 상기 제 1 기판(10) 및 중간 기판(18) 상부에 각각 패턴이 형성된다. 이때, 상기 실시예 1에서와 같이 온도센서회로(12)와 발열회로(14)는 스크린 프린팅 기술 또는 사진식각기술과 증착 등을 통해 형성되게 된다.
그리고, 실시예1과 마찬가지로 상기 제 1 기판(10), 중간기판(18) 및 제 2 기판(16)은 도면에 도시된 바와 같이 사각형의 판상 모양을 가지고 있으나, 이는 다양한 모양의 판상이나 원형기둥과 같이 입체 구조로 변경할 수 있어, 모든 형태의 세라믹 히터에 적용가능하다.
상기와 같은 구조를 가지는 세라믹 히터의 경우 온도센서회로(12)와 발열회로(14)가 별도의 기판(10)(18)에 각각 구비되어 있으나, 상기 발열회로(14)는 별도로 연결되어 있는 와이어(20)를 통해 전원을 공급받아 발열하며 온도센서회로(12)는 와이어(20)를 통해 감지된 발열온도를 컨트롤러(도면으로 미도시)로 출력하게 된다.
그리고, 실시예1과는 달리 온도센서회로(12)는 발열회로(14)와 기판(18)을 사이에 두고 밀착 되므로, 발열회로(14)에 의해 발생되는 열에 의해 직접적으로 영향을 받지 않게 되므로, 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발 명은 아날로그 방식에 적용시켜 사용할 경우 스위칭 수단을 제거함으로써, 온도 상승을 매우 빠르게 수행할 수 있도록 제어하고, 스위칭 회로의 오동작을 근본적으로 해결할 수 있어 과열 문제를 제거할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 디지털 제어 방식에 적용시켜 사용할 경우 항상 동일한 위치에 내장시킬 수 있도록 하여 온도 데이터를 매우 정밀(3℃ 이내)하게 측정할 수 있어 디지털 온도 제어가 가능해짐에 따라 매우 고 정밀 온도 제어가 필요한 발열기기의 경우 그 성능을 급속히 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 판상형(원형, 사각형), 원통형, 입체구조 등 각종 세라믹 히터에 적용이 가능하다는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 세라믹 히터에 있어서,
    제1기판과, 상기 제1기판 상에 적층되는 제2기판과, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 위치하는 발열회로와 온도센서회로로 구성되되,
    상기 발열회로가 상기 제1기판의 상부 또는 하부에 소정 패턴으로 형성되고, 상기 온도센서회로가 상기 발열회로의 패턴과 패턴 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 발열회로 및 온도센서회로를 스크린 프린팅을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 발열회로 및 온도센서회로를 사진식각공정과 증착공정을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 발열회로는 Pt, W, Mo, Ni, Ta, SiC, MoSi2 Ni-Cr 합금, Fe-Cr 합금 또는 이들의 합성물들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 세리믹 히터.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 온도센서회로는 Pt, W, Mo, Ni, Ta, SiC, MoSi2 Ni-Cr 합금 또는 Fe-Cr 합금 또는 이들의 합성물로 이루어지는 발열재료 또는
    Mn, CO, Ni, Fe 등을 포함하는 NTC 더어미스터 재료 또는
    BaTiO3, Y,Ce, La, Sn 등을 포함하는 PTC 더어미스터 재료 또는
    백금(Pt) 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 합성물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 발열회로 및 온도센서회로가 구비되는 제1 기판 및 제2 기판은, 판상형 또는 원통형상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  7. 세라믹 히터에 있어서,
    제1기판과; 상기 제1기판에 적층되는 중간기판과;
    상기 중간기판 위에 적층되는 제2기판과;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 위치하는 발열회로와;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 위치하는 온도센서회로 이루어지되,
    상기 중간 기판은 상기 제 1기판과 제2기판 사이에 존재하는 기판으로 1층 또는 그 이상의 층으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발열회로가 상기 제1기판의 상부에 소정 패턴으로 형성되고, 상기 온도센서회로가 상기 제1기판의 상부와 마주하지 않는 상기 중간기판의 일측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 발열회로가 상기 제2기판의 하부에 소정 패턴으로 형성되고, 상기 온도센서회로가 상기 제2기판의 하부와 마주하지 않는 상기 중간기판의 일측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 온도센서회로가 상기 제1기판의 상부에 소정 패턴으로 형성되고, 상기 발열회로가 상기 제1기판의 상부와 마주하지 않는 상기 중간기판의 일측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 온도센서회로 상기 제2기판의 하부에 소정 패턴으로 형성되고, 상기 발열회로가 상기 제2기판의 하부와 마주하지 않는 상기 중간기판의 일측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 발열회로 및 온도센서회로를 스크린 프린팅을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  13. 제7항 에 있어서,
    상기 발열회로 및 온도센서회로를 사진식각공정과 증착공정을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  14. 제 7항에 있어서, 상기 발열회로는 Pt, W, Mo, Ni, Ta, SiC, MoSi2 Ni-Cr 합금, Fe-Cr 합금 또는 이들의 합성물들 중 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 세리믹 히터.
  15. 제 7항에 있어서, 상기 온도센서회로는 Pt, W, Mo, Ni, Ta, SiC, MoSi2 Ni-Cr 합금 또는 Fe-Cr 합금 또는 이들의 합성물로 이루어지는 발열재료 또는
    Mn, CO, Ni, Fe 등을 포함하는 NTC 더어미스터 재료 또는
    BaTiO3, Y,Ce, La, Sn 등을 포함하는 PTC 더어미스터 재료 또는
    백금(Pt) 중 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 합성물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 발열회로 및 온도센서회로가 구비되는 제1 기판 및 제2 기판은,
    판상형 또는 원통형상인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
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