KR100269860B1 - 가스감지나 습도제거용 피티씨히터의 후막성형방법 및 절연막의 솔코팅방법 - Google Patents
가스감지나 습도제거용 피티씨히터의 후막성형방법 및 절연막의 솔코팅방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 가스감지, 습도제거용 PTC(Positive Temperature Coefficient : 정온도계수) 히터의 후막성형방법 및 절연막의 Sol코팅 방법에 관한 것으로서 티탄산납 50mol.%, 산화니오비윰 0.2mol.%, 실리카 2mol.%, 알루미나 0.168mol.% 잔부는 티탄산바륨으로 이루어지는 조성물을 후막성형법으로 길이 80∼150mm, 너비 80∼150mm, 두께 0.02∼0.04mm로 green sheet를 제작한 후 5∼15장을 적층한 후 적층한 sheet를 크기가 3*2*0.1∼0.4mm(기로*세로*두께)가 되게끔 절단하여 소결 후 두께가 0.1∼0.4mm 되게끔 소자를 제작하고 적층한 PTC 히터 소자위에 Si-sol을 spin coater로 두께 10∼50㎛로 코팅한 후 열처리하여 일체화된 가스 및 습도센서용 히터를 제작하였다.
본 발명에서 가스 및 습도센서의 가열히터는 기존의 사용하던 히터에 비해 기판과 히터가 하나로 이루어짐으로 가격이 저렴할 뿐만 아니라 내구성과 열팽창에 대한 저항이 증진되는 우수한 가스감지, 습도제거용 히터를 제조할 수 있게 한 신규한 발명이다.
Description
제1도는 후막 성형(doctor blade)으로 sheet를 제작한 후 적층한 단면도
제2도는 가스센서 및 습도센서용 히터(기판+히터)소자
제3도는 센서기판용 저저항 반도체 히터의 구조도
본 발명은 가스감지나 습도제거용 PTC(Positive Temperature Coefficient : 정온도 계수) 히터(heater)의 후막성형방법과 절연막의 Sol코팅방법에 관한 것으로서 더욱 상세히는 각종 센서에 사용되고 있는 절연기판(substrate)과 300℃ 이상으로 가열할 수 있는 히터 각각을 일체화된 하나의 재료로 대체할수 있는 것으로서 티탄산바륨-티탄산납계를 원료로 하여 기판자체가 자기 가열되는 고온용 PTC 써미스터를 얇은 쉬트(sheet)형태로 제조 할 수 있는 방법과 센서기판용 고온 PTC히터 위의 전극과 가스 감지막 사이에 전기적으로 절연할 수 있는 유리질 절연막의 Sol코팅방법에 관한 것이다.
종래의 PTC 써미스터는 전자모기향, 전자향로, 복사기, hair dryer, 전기밥솥, VTR 결토방지등에 사용되는 열발산정수를 크게한 대전력용으로는 온풍기나 의류, 식기, 작물등의 건조와 에어콘 보조히터등에 이용되어 왔으나 두께가 1.0mm이상인 disk형으로 상온저항이 1∼2㏀정도이고 전력소모량이 1∼5kw로 높다는 것이 문제점으로 지적되어왔으며 또한 이러한 히터는 alumina기판이나 silicon에 귀금속인 Pd나 Pt를 sputtering 이나 screen printing하여 사용하고 있으나, 이러한 종류의 히터는 제조공정이 복잡하고 제조단가가 높으며 가열과정 중 두 재료간의 열팽창 차이로 인해 부착 부분에서 crack이 자주 발생하며, 가열온도 조절에 어려움이 있고 또한 내구성에 문제점이 있는 단점이 있다. 특히 screen할 경우 Pt, Pd paste가 고가이고 screen막 두께의 균질도가 낮아 히터의 온도분포가 불균일하고, 저항의 허용값 범위를 5%로 조절하는 것이 어려워 작업수율이 낮고 또한 절연막의 경우 히터가 인쇄된 기판 센서감지막과의 결합력과 내구성이 우수해야 하며, 장기간 사용시 신뢰도에 문제가 없어야 한다.
따라서 두 재료가 갖는 열팽창 차이의 문제점을 해결하기 위해 두 재료를 하나로 하는 저항의 허용범위가 5% 이내인 히터를 사용하여야 하며, 이 PTC히터는 가스를 감지하기 위한 표면상태의 평활도가 0.05㎛ 이하여야 한다. 특성으로는 상온에서 100Ω이하의 저항값을 갖어 DC 6V에서 자기 발영하여 100W미만의 전력소모를 할 수 있는 칩 형태이어야 하고, 절연막은 1∼100㎛의 두께를 갖는 균일한 두께의 막이어야 한다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명은 상기한 조래의 문제점들을 해결하기 위한것으로서 티탄산바륨-티탄산납계에 다른 여러 dopant를 첨가한 조성을 이용하여 도 1과 같이 sheet를 제작하여 5∼15장의 sheet를 적층한 후 가로*세로*두께가 2*3*0.1∼0.4mm인 소자로 만든 후 열처리하고, 전극을 인쇄하여 그 위에 Si-sol절연막을 코팅하는 절연막의 Sol코팅방법 및 후막성형방법을 제공하는데 목적이 있다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로 두재료가 갖는 열팽창 차이의 문제점을 해결하기위해 두재료를 하나로 하는 저항의 허용범위가 5%이 내인 히터를 사용하여야 하며 상기 PTC히터는 가스를 감지하기 위한 표면상태의 평활도가 0.05㎛이하이어야 한다. 특성으로는 상온에서 100Ω이하의 저항값을 갖어 DC 6V에서 자기 발열하여 100W미만의 전력소모를 할 수 있는 칩형태이어야 하고 절연막은 1∼100㎛의 두께를 갖는 균일한 막이어야한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[실시예1]
티탄산납 60mol.%, 산화니오비윰 0.2mol.%, 알루미나 0.168mol.%, 실리카 2mol.% 잔부는 티탄산바륨을 24시간 동안 불밀에서 혼합하여 1000℃에서 2∼4시간 하소하고, 불밀에서 24시간 정도 분쇄하여 doctor blade용 binder를 중량비로 40%넣어 4시간 동안 혼합하였다.
혼합한 슬러리를 doctor blade를 이용하여 0.02∼0.04mm 두께의 sheet로 제작한 후 도1과 같이 가로, 세로가 80∼150mm이 되도록 절단하여 0.1∼0.4mm 두께를 갖도록 5∼15장의 sheet를 적층하였다. 적층한 sheet는 도 2와 같이 가로*세로*두께가 2*3*0.1∼0.4mm가 되도록 자른 후 600℃에서 10시간 동안 열처리하여 binder를 제거하였다. Binder를 제거한 sheet를 1200℃에서 2시간 동안 유지하여 소결한 후 1000℃까지 시간당 100℃의 속도로 냉각하여 소결하였다. 소결한 PTC 히터 소자는 ohmic 전극과 cover전극을 양면에 인쇄하였다. 이 PTC 히터의 특성은 성온저항이 100Ω, 큐리점(curie point)는 330℃이고 jump 정도는 102정도이며, 알파(α)는 1.6정도였으며 DC 6V 인가시 발열량은 300℃이상이었으며, 80W 정도의 절력소모를 나타내었다.
[실시예 2]
60℃로 예열한 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)에 혼합한 증류수와 에탄올을 첨가하여 4시간 혼합하여 Si-sol을 만들어 실시예1에서 만든 센서기판용 PTC 소자에 10∼100㎛ 두께로 코팅하였다. 코팅한 소자는 80℃는 24시간 건조한 후 800℃까지 시간동 50℃로 승온하여 1시간 동안 열처리하였다. Si-sol로 코팅하여 800℃에서 4시간 열처리한 가스감지, 습도제거용 PTC 히터는 절연막의 두께가 약 100∼50㎛ 정도였다.
[발명의 효과]
따라서 본 발명에 의한 기판용 저저항 PTC 히터는 표면상태의 평활도가 0.05㎛ 이하, 상온에서 100Ω이하의 저항을 갖고 DC 6V 이하의 낮은 전류에도 발열량이 300℃이상이며 80W 정도의 전력소보를 가지므로 기존의 alumina 기판이나 silicon기판에 paste를 처리하는 방법보다 간편하다. 또한 기존에 사용하던 고가의 Pt,Pd paste를 인쇄한 alumina 기판이나 silicon 기판에 비해 가격이 저렴하고, sputtering 이나, screen시 사용되던 고가의 설비 미사용으로 인한 장점과 열팽창으로 인한 crack발생의 문제점이 없다는 장점이 있다.
Si-sol코팅에 의한 절연막의 경우도 코팅 두께가 균일하게 접착력과 내구성이 뛰어나다는 장점이 있다. 이러한 기판용 저저항 PTC히터를 가스, 습도 센서경보장치에 적용하면 높은 semiconductivity 특성을 갖게되며, 가스센서경보장치 뿐만 아니라 전자모기향, 복사기, 석유연료히터, 전기밥솥에 사용할 수 있고, 열방산정수를 크게하여 대전력용 즉 가정내 온풍장치, 의류, 식기, 작물건조기, 온장고 히터등에 널리 사용할 수 있다.
Claims (1)
- 티탄산바륨납(Ba0.4Pb0.6TiO3)을 주성분으로 하는 센서기판용 저저항 PTC히터소자를 후막성형(doctor blade)하여 적층소결한 후 두께가 0.1∼0.4mm인 sheet형태로 성형하고 Tetra Ethyl Ortho Silicate용액으로 부터 Si-sol을 생성한 후 상기 Sheet 상부에 Spin Coater로 10∼50㎛의 두께를 갖는 절연막으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 가스감지나 습도제거용 PTC 히터의 후막성형방법 및 절연막 sol 코팅방법.
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