KR100734788B1 - 부온도계수 써미스터 온도센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NTC 써미스터 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 듀멧선으로 마련되는 리드와이어를 보다 효과적으로 절연시킬 수 있도록 하면서도 생산비용을 줄일 수 있도록 마련된 NTC 써미스터 온도센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 NTC 써미스터 온도센서는 천이 금속산화물을 통해 형성되며 양측에 각각 전극이 마련된 써미스터소자와, 상기 각 전극에 일단이 접속되도록 각각 듀멧선으로 마련되는 한 쌍의 리드와이어와, 상기 써미스터소자 및 전극을 덮어 밀봉시키도록 마련되는 글라스실링층과, 상기 글라스실링층에 인접한 부위의 상기 각 리드와이어 표면에 코팅된 세라믹절연층을 포함하여 구성된다.

Description

부온도계수 써미스터 온도센서 및 그 제조방법 {NTC THERMISTOR TEMPERATURE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래 고온용 NTC 써미스터 온도센서의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2는 종래 고온용 NTC 써미스터 온도센서의 제조과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 NTC 써미스터 온도센서의 구조를 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 NTC 써미스터 온도센서의 제조과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: NTC 써미스터 11: 전극

20: 리드와이어 30: 글라스실링층

40: 세라믹절연층 41: 세라믹겔층

50: 글라스관

본 발명은 NTC 써미스터 온도센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 듀멧선으로 마련되는 리드와이어의 절연구조가 개선된 NTC 써미스터 온도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 천이금속산화물을 고온에서 소결가공하여 만들어지는 NTC(Negative Temperature Coefficient; 부온도계수) 써미스터는 온도가 증가하면 전기저항이 감소되는 반도체 소자로서, 이러한 NTC 써미스터는 저항의 온도계수가 크기 때문에 미세하고도 정밀한 온도변화의 측정이 가능하고, 전기 및 자기 등 온도 이외의 요인에는 둔감하여 가전제품을 포함한 여러 가지 전자제품의 온도센서 소자로 널리 사용되고 있다.

이러한 NTC 써미스터를 구비하는 온도센서는 양측에 전극이 마련된 상기 NTC 써미스터와, 상기 각 전극에 일단이 접속되도록 마련된 한 쌍의 리드와이어와, NTC 써미스터의 보호를 위해 NTC 써미서터 및 상기 전극에 인접한 부위의 상기 리드와이어를 덮어 밀봉시키도록 마련되는 실링층을 포함하여 구성된다.

그리고 이러한 NTC 써미스터 온도센서는 통상적으로 대략 섭씨 200도 이상의 온도영역에서 사용되는 고온용과 대략 섭씨 150도 이내에서 사용되는 일반용으로 구분된다.

이중 먼저 일반용은 상기 실링층이 에폭시수지재질로 형성되고, 상기 리드와이어로는 폴리에스테르재질의 피복을 구비하는 리드와이어가 사용되며, 고온용의 경우에는 실링층이나 리드와이어가 고온의 조건에서 열적으로 변형되는 것을 방지 하기 위해 유리재질의 실링층 및 듀멧(dumet)선으로 마련되는 리드와이어가 채용되고 있다. 참고로 열적내구성을 고려했을 때 상기 일반용은 고온용으로 사용될 수 없으나, 상기 고온용의 경우에는 일반용으로 사용되어도 무방하다.

도 1에는 종래 이러한 고온용 NTC 써미스터의 구조가 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 고온용 NTC 써미스터는 양측에 전극(1a)이 형성된 NTC 써미스터(1)와, 상기 각 전극(1a)에 접속되도록 듀멧선으로 마련되는 한 쌍의 리드와이어(2)와, NTC 써미스터(1) 및 각 전극(1a) 외측을 덮어 밀봉시키도록 유리재질로 마련되는 실링층(3)을 구비한다.

또한 일반용과 달리 고온용 NTC 써미스터 온도센서의 경우에는 NTC 써미스터(1) 측 열에 의해 실링층(3)에 인접하게 되는 부위의 각 리드와이어(2) 표면이 산화되어 녹으면서 각 리드와어어(2)를 연결하는 브릿지를 형성하여 소위 마이그레이션(migration)이라는 이온 이동현상이 발생할 우려가 있으며, 이러한 마이그레이션(migration)은 온도센서의 작동불량으로 연결된다.

따라서 고온용 NTC 써미스터 온도센서에 있어서 상기 실링층(3)에 인접한 부위의 리드와이어(2)에는 절연을 목적으로 통상 AL2O3를 함유하는 세라믹재질의 절연부재(4)가 설치되는데, 이러한 절연부재(4)는 각 리드와이어(2)가 끼워지도록 한 쌍의 관통홀(4a)을 구비하는 원통형상으로 마련된다.

도 2에는 이러한 종래 고온용 NTC 써미스터 온도센서의 제조과정이 도시된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 고온용 NTC 써미스터 온도센서를 제조하기 위해서는 먼저 NTC 써미스터(1) 양측의 전극(1a)에 각각 듀멧선으로 마련되는 리드와이어(2)를 접속시킨다.

이후에는 상기 실링층(3)을 형성하기 위한 글라스관(5)을 써미스터(1) 및 전극(1a) 외측에 끼우고, 상기 각 리드와이어(2)가 상기 관통홀(4a)에 끼워지도록 한 상태에서 절연부재(4)를 글라스관(5)과 접하도록 리드와이어(2)에 설치한 후 상기 글라스관(5)을 용융시키게 된다.

따라서 글라스관(5)은 용융되면서 NTC 써미스터(1)와 전극(1a) 외측을 덮는 대략 타원형상의 실링층(3)을 형성하게 되고, 절연부재(4)는 실링층(3)이 건조되는 과정에서 실링층(3) 쪽 단부가 실링층(3)과 접합되면서 실링층(3)에 인접한 부위의 리드와이어(2)가 절연된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

그러나 이러한 종래 NTC 써미스터 온도센서는 상기 절연부재(4)의 가공오차로 인해 상기 관통홀(4a)과 리드와이어(2) 사이에 틈새가 형성되면서 리드와이어(2)의 절연효과가 저하될 우려가 있었다.

또 종래 NTC 써미스터 온도센서는 리드와이어(2)의 절연을 위해 고가인 세라믹재질을 사용하면서도 실질적으로 절연되는 리드와이어(2) 표면에 비해 상기 절연부재(4)의 부피가 상대적으로 과도하게 컸기 때문에, 절연부재(4)의 재료비 낭비로 인해 생산비용이 증가되었으며, 이는 일반용과 고온용 NTC 써미스터 온도센서를 공용화하여 사용할 수 없도록 하는 요인이 되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 듀멧선 으로 마련되는 리드와이어를 보다 효과적으로 절연시킬 수 있도록 하면서도 생산비용을 줄일 수 있도록 마련된 NTC 써미스터 온도센서 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 NTC 서미스터 온도센서는 천이 금속산화물을 통해 형성되며 양측에 각각 전극이 마련된 써미스터소자와, 상기 각 전극에 일단이 접속되도록 각각 듀멧선으로 마련되는 한 쌍의 리드와이어와, 상기 써미스터소자 및 전극을 덮어 밀봉시키도록 마련되는 글라스실링층과, 상기 글라스실링층에 인접한 부위의 상기 각 리드와이어 표면에 코팅된 세라믹절연층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 NTC 써미스터 온도센서의 제조방법은 천이 금속산화물을 통해 형성되며 양측에 각각 전극이 마련된 써미스터소자의 각 전극에 듀멧선으로 마련되는 리드와이어를 각각 접속시키는 리드와이어 접속단계와; 상기 써미스터소자 및 상기 전극 외측에 글라스관을 끼우고, 상기 글라스관을 용융시켜 형성되는 글라스실링층을 통해 상기 써미스터소자 및 상기 전극을 밀봉시키는 글라스실링층 형성단계와; 상기 글라스실링층에 인접한 부위의 상기 리드와이어 표면에 세라믹졸을 코팅하여 세라믹절연층을 형성하는 세라믹절연층 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 세라믹절연층 형성단계는 상기 글라스실링층이 아래를 향하도록 한 상태에서 글라스실링층 및 글라스실링층에 인접한 부위의 리드와이어를 세라믹 졸에 담그고 빼낸 후 건조시켜 글라스실링층 및 글라스실링층에 인접한 부위의 리드와이어에 도포된 세라믹졸이 세라믹겔층을 형성하도록 하는 세라믹졸 도포단계와, 상기 세라믹겔층을 환원 가스 분위기에서 건조시켜 세라믹절연층을 형성하도록 하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다음은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

본 실시예에 따른 NTC 써미스터 온도센서는 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 NTC 써미스터(10)와, NTC 써미스터(10)의 양측에 일단이 접속되도록 마련된 리드와이어(20)를 구비한다.

NTC 써미스터(10)는 Mn3O4 20-30w%와, NiO 60-70w%와, Al2O3 8-10w%를 고온에서 소결가공하여 마련되는 Mn-Ni-Al계 NTC 써미스터(10)로서, 온도가 올라가면 전기저항이 감소되는 부온도계수 특성을 나타내도록 만들어지고, 상기 리드와이어(20)는 Ni-Fe 합금을 심선으로 하여 그 표면에 무산소구리와 산화구리, 그리고 붕사코팅층이 차례로 피복된 듀멧선으로 마련되며, 경우에 따라 리드와어어(20)는 붕사코팅층을 제외한 듀멧선으로 채용하여 사용할 수도 있다.

또 NTC 써미스터(10)의 양측면에는 리드와이어(20)와의 접속을 위한 것으로 전극(11)이 형성되며, NTC 써미스터(10)의 보호를 위해 NTC 써미스터(10) 및 전극(11)의 외측에는 NTC 써미스터(10) 및 전극(11)을 덮어 밀봉시키도록 글라스실링층(30)이 형성된다.

여기서 상기 전극(11)에는 리드와이어(20)의 일단이 금속 페이스트 (Paste)(21)에 의해 접속되며, 이러한 리드와이어(20)는 상기 전극(11)이 NTC 써미스터(10)의 양측면에 페이스트(paste) 상태로 도포되도록 하고 이러한 전극(11)이 건조되는 과정에서 NTC 써미스터(10)의 양측에 접속 할 수 있다.

한편, NTC 써미스터(10)는 열에 의해 글라스실링층(30)에 인접하게 되는 부위의 각 리드와이어(20) 표면이 산화되어 녹으면서 각 리드와이어(20)를 연결하는 브릿지를 형성하여 소위 마이그레이션(migration)이라는 이온 이동현상이 발생할 우려가 있는데, 이를 방지하도록 글라스실링층(30)에 인접한 부위의 상기 리드와이어(20) 표면에는 AL2O3를 함유하는 세라믹재질의 세라믹절연층(40)이 형성되며, 이러한 세라믹절연층(40)은 세라믹 졸(sol)을 리드와이어(20) 표면에 코팅시킴으로써 마련된다.

이와 같이 졸 상태의 세라믹을 리드와이어(20) 표면에 코팅시켜 마련되는 세라믹절연층(40)의 구성은 리드와이어(20) 표면에 도포되는 졸 상태의 세라믹이 건조되어 겔(gel)화되고 다시 열처리되어 글라스화 되면서 리드와이어(20) 표면에 코팅되는 과정에서 리드와이어(20)의 표면에 견고히 밀착되도록 함으로써, 리드와이어(20)와 세라믹절연층(40) 사이에 틈새가 발생하지 않게 되어 리드와이어(20)의 절연효과가 개선되도록 한다.

또 이러한 세라믹절연층(40)은 얇은 두께의 막 형태로 리드와이어(20) 표면에 코팅되기 때문에, 리드와이어(20)의 절연을 위해 사용되던 종래 절연부재와 같이 고가인 세라믹재료가 낭비되는 일이 없도록 한다.

따라서 이러한 세라믹절연층(40)을 구비한 NTC 써미스터 온도센서는 전체적 으로도 생산비용이 큰 폭으로 낮아지게 되며, 이와 같이 생산비용이 저렴한 NTC 써미스터 온도센서는 일반용으로 사용하더라도 가격부담이 없어 일반용과 고온용을 쉽게 공용화할 수 있도록 한다.

다음은 이와 같이 마련되는 본 실시예에 따른 NTC 써미스터 온도센서의 제조방법을 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 NTC 서미스터 온도센서는 크게 리드와어어 접속단계와, 상기 글라스실링층을 형성하는 글라스실링층 형성단계와, 상기 세라믹절연층을 형성하는 세라믹절연층 형성단계를 순차적으로 거쳐 제조된다.

도 4의 a와 같이, 먼저 리드와이어 접속단계에서는 Mn3O4 20-30w%와, NiO 60-70w%와, Al2O3 8-10w%를 고온에서 소결가공하여 마련되고 양측에 전극(11)이 설치된 NTC 써미스터(10)를 준비한 상태에서 듀멧선으로 마련되는 리드와이어(20)의 일단을 각각 금속 페이스트(21)을 사용하여 NTC 써미스터(10)의 각 전극(11)에 접속시키게 된다.

리드와이어(20)를 NTC 써미스터(10)에 접속시킨 상태에서는 글라스실링층 형성단계를 거쳐 NTC 써미스터(10)와 전극(11)이 글라스실링층(30)을 통해 외부로부터 보호될 수 있도록 하는데, 이때는 도 4의 b에 도시된 바와 같이, 글라스관(50)을 NTC 써미스터(10) 및 전극(11) 외측에 끼운 상태로 도시되지 않은 실링로에 넣어 글라스관(50)을 용융시키게 된다.

그러면 도 4의 c에 도시된 바와 같이, 이러한 글라스관(50)이 용융되면서 NTC 써미스터(10)와 전극(11) 외측을 덮는 대략 타원형상의 글라스실링층(30)을 형 성하게 된다.

글라스실링층(30)이 형성된 다음에는 상기 세라믹절연층(40)을 형성하여 글라스실링층(30)에 인접한 부위의 각 리드와이어(20)가 절연된 상태를 유지할 수 있도록 하며, 이러한 세라믹절연층 형성단계는 세라믹졸 도포단계와 열처리단계를 거쳐 이루어진다.

세라믹졸 도포단계에서는 먼저 글라스실링층(30)을 형성하는 과정에서 세라믹절연층(40)이 형성될 부위의 리드와이어(20) 표면에 형성된 산화물이 제거되도록 세라믹졸(S)이 도포될 부위의 리드와이어(20)를 세척하고 닦아 낸다. 이는 세라믹졸(S)이 코팅될 리드와이어(20) 표면에 불순물이 없도록 하여 세라믹졸(20)과 리드와이어(20) 간의 결합력이 향상되도록 하면서도 불순물로 인한 리드와이어(20)의 절연효과 저하를 방지하기 위한 것이다.

그리고 리드와이어(20) 표면으로부터 불순물이 제거된 상태에서는 AL2O3를 함유하는 세라믹졸(S)을 준비한 후 도 4의 d에 도시된 바와 같이, 글라스실링층(30)이 아래를 향하도록 한 상태에서 글라스실링층(30) 및 글라스실링층(30)에 인접한 부위의 리드와이어(20)를 세라믹졸(S)에 담그고 빼낸 후 건조시켜 도 4의 e에 도시된 바와 같이, 글라스실링층(30) 및 글라스실링층(30)에 인접한 부위의 리드와이어(20) 표면에 얇은 막형태로 도포된 세라믹졸이 겔(gel)화 되면서 세라믹겔층(41)을 형성하도록 하는데, 이러한 과정은 다수 회 반복적으로 진행되어 적정두께의 세라믹겔층(41)이 글라스실링층(30) 및 글리스실링층(30)에 인접한 부위의 리드와이어(20) 표면에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고 이후에는 마지막으로 세라믹겔층(41)을 질소가스와 같은 환원가스 분위기에서 건조시키는 열처리 단계를 거쳐 세라믹겔층(41)이 글라스화되면서 세라믹절연층(40)을 형성하도록 함으로써 NTC 써미스터 온도센서의 제조가 완료되도록 한다.

이러한 열처리 단계에서 질소가스를 사용하는 것은 세라믹겔층(41)이 건조되어 글라스화되기 전에 세라믹겔층(41) 내부의 리드와이어(20) 표면이 산화될 경우, 세라믹겔층(41)과 리드와이어(20) 표면 간의 결합력이 저하되어 글라스화된 세라믹절연층(40)이 리드와이어(20) 표면으로부터 쉽게 떨어질 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 것이다.

그리고 이와 같이 제조된 NTC 서미스터 온도센서는 상기 글라스실링층(30)의 표면에도 세라믹절연층(40)이 형성되게 되어 NTC 써미스터(10)와 전극(11)이 글라스실링층(30)과 세라믹절연층(40)을 통해 이중으로 밀봉되기 때문에, NTC 써미스터(10)와 전극(11)의 밀봉효과 또한 증대되게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 NTC 써미스터 온도센서 및 그 제조방법은 졸 상태의 세라믹을 리드와이어 표면에 코팅시켜 마련되는 세라믹절연층을 통해 듀멧선으로 마련되는 리드와이어가 절연된다.

따라서 이러한 NTC 써미스터 온도센서는 리드와이어 표면에 도포되는 졸 상태의 세라믹이 건조되어 겔(gel)화되고 다시 열처리되어 글라스화 되면서 리드와이어 표면에 코팅되는 과정에서 리드와이어의 표면에 견고히 밀착됨에 따라 리드와이 어와 세라믹절연층 사이에 틈새가 발생하지 않게 되어 리드와이어의 절연효과가 개선된다.

또 이러한 NTC 써미스터 온도센서는 세라믹절연층이 얇은 두께의 막 형태로 리드와이어 표면에 코팅되기 때문에, 고가인 세라믹재료의 량을 큰 폭으로 줄일 수 있게 되어 생산단가가 대폭 절감되며, 이와 같이 생산비용이 저렴한 NTC 써미스터 온도센서는 고온용은 물론 일반용으로 사용하더라도 가격부담이 없게 되어 일반용과 고온용의 공용화가 용이해지도록 한다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 천이 금속산화물을 통해 형성되며 양측에 각각 전극이 마련된 써미스터소자의 각 전극에 듀멧선으로 마련되는 리드와이어를 각각 접속시키는 리드와이어 접속단계와;

   상기 써미스터소자 및 상기 전극 외측에 글라스관을 끼우고, 상기 글라스관을 용융시켜 형성되는 글라스실링층을 통해 상기 써미스터소자 및 상기 전극을 밀봉시키는 글라스실링층 형성단계와;

   상기 글라스실링층에 인접한 부위의 상기 리드와이어 표면에 세라믹졸을 코팅하여 세라믹절연층을 형성하는 세라믹절연층 형성단계;를 포함하고,

   상기 세라믹절연층 형성단계는 상기 글라스실링층이 아래를 향하도록 한 상태에서 글라스실링층 및 글라스실링층에 인접한 부위의 리드와이어를 세라믹졸에 담그고 빼낸 후 건조시켜 글라스실링층 및 글라스실링층에 인접한 부위의 리드와이어에 도포된 세라믹졸이 세라믹겔층을 형성하도록 하는 세라믹졸 도포단계와, 상기 세라믹겔층을 환원 가스 분위기에서 건조시켜 글라스화되도록 하는 열처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 NTC 써미스터 온도센서 제조방법.
3. 삭제

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