KR100753268B1 - 전기스위치장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전기스위치장치가 전도체들 위에 미끄럼가능한 와이퍼접점에 의해 연결될 수 있는 적어도 두 개 이상의 전기전도체들을 가지고, 그린상태에서 저온 동시연소 절연기질을 제공하고, 상기 전기전도체를 형성하기 위하여 상기 기질의 한쪽 면 위에 전기 전도성 재료를 부착시키며, 상기 전도체들이 상기 기질면과 동일높이에 있을 때까지 전기전도체를 상기 기질내부로 가압하고, 다음으로 상기 기질을 소결하기에는 충분하지만 상기 전기전도체의 용융점보다 낮은 온도에서 상기 동일한 높이의 전기전도체들과 상기 기질을 연소하며, 상기 전기전도체 및 상기 기질이 연소하는 동안 유사한 수축성을 가져서, 연소후에 상기 전기전도체들이 기질면과 동일높이에 위치하고, 상기 전도체들과 미끄럼 결합하는 전기와이퍼를 조립하는 단계들의 공정에 의해 구성된다.

Description

전기스위치장치 및 그의 제조방법{ELECTRICAL SWITCH DEVICE AND PROCESS FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 주로 고주파수 스위칭 적용 분야(high cycle switching application)에 적합한 접촉식 전기 스위치 장치(contact type electrical switch)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 접촉 스위치(contact switch), 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터) 및 인코더(encoder)들에 이용되는 두꺼운 필름의 스위치 요소(switch element)를 제작하기 위한 방법에 관한 것이다.
전자식 인코딩 장치(electronic encoding device)를 포함한 다수의 저 전류 스위칭 적용분야들은, 와이퍼(wiper), 레이크(rake) 또는 브러쉬(brush)와 같이, 전기회로(electrical circuit)를 점멸하기 위하여 평면 기질(planar substrate) 상에서 금속 단자들(metal terminal) 또는 전도체들(conductor)과 상호작용하는 슬라이딩 전기 접점(sliding electrical contact)을 이용한다. 이러한 타입의 전기 스위칭 장치들은 구조적 단순성 및 신뢰성 덕분에 다양한 적용분야에서 오랫동안 사용되어져 왔다. 최근에는 기준점(reference point)에 대하여 운동요소(movable element)의 위치를 감지하기 위하여 이러한 스위칭 장치들의 이용이 상당히 증가해왔다. 예를 들어, 종종 와이어에 대한 구동 시스템(drive-by-wire system)이라고 하는 전자식 스로틀 제어(ETC, electronic throttle control) 시스템의 일부를 형성하는 가속페달의 위치를 감지하기 위하여 센서들은 차량 내에서 종종 이용되어진다. ETC 시스템 내에서, 가속페달(accelerator pedal)은 차량의 엔진에 기계적이기 보다는 전자식으로 연결되어진다. 페달위치센서(pedal position sensor, PPS)라고 일반적으로 알려진 이러한 타입의 센서는 가속페달 상에 장착되어져서, 페달의 회전변위(rotational displacement)를 페달위치에 비례하는 전기신호(electrical signal)로 변환시킨다. 이러한 신호는 차량의 엔진으로의 연료공급을 제어하는 엔진의 ECU(electronic control unit, 전자식 제어 유닛)로 전달되어진다. 기화기 스로틀 판(carburetor throttle plate)의 실제 위치를 감지하기 위하여, 회전위치센서(rotary position sensor)도 엔진 스로틀 몸체(engine throttle body) 상에 장착되어진다. PPS와 같이, 스로틀 위치 센서(throttle position sensor, TPS)는 고 주파수 요구치(high cycling demand)를 형성한다.
일반적으로 상기에서 기술된 형태의 회전위치센서(rotary position sensor)는, PPS의 경우에 페달의 변위(displacement)에 의해서 구동되어지는 센서 상에서 회전가능한 입력 샤프트(input shaft)로 연결되어지는 하나 또는 그 이상의 와이퍼 접점(wiper contact)을 포함하는, 전위차계 장치(potentiometric device, 퍼텐셔미터 장치)의 형태로 된다. 와이퍼(wiper)는 폴리아미드(polyamide), FR-4, 서모세트(thermoset) 또는 세라믹과 같은 기질(substrate) 상에 부착된 전도체 패턴(conductor pattern)에 걸쳐서 미끄럼 운동한다. 상기 전도체는 도금된 구리(plated copper), 두꺼운 막의 폴리머 또는 두꺼운 막의 귀금속이 될 수도 있다. 전기적으로 전도성인 폴리머(polymer)의 저항막(resistor film)이 가변저항요소를 형성하도록 전도체(conductor) 상에 부착(deposit)되어진다. 전도체 패턴 상에서 와이퍼의 미끄럼 운동(sliding movement)이 센서의 입력 샤프트(input shaft)의 회전위치에 비례하며 따라서 페달위치를 나타내는 가변 전위치계(potentiometric, 퍼텐셔미터) 선형 출력(linear output)을 형성하는 방식으로, 귀금속 접점(precious metal contact)은 저항요소에 걸쳐서 위치되어진다. 공지된 위치센서구성의 한가지 형태는 가요성 폴리머 저항 필름(polymer resistor film)을 채택하며, 상기 필름 상에는 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터) 또는/및 스위치(switch)를 형성하는 저항트랙(resistive track)들이 종래의 두꺼운 막 부착기술을 이용하여 형성되어진다. 비록 폴리머 저항 필름들이 허용할 수 있는 낮은 접점 저항을 초기에 가질 수 있지만, 기계적 주파수(mechanical cycling)에 의해서 상기 필름은 높은 접촉저항 및 전기적 노이즈(electrical noise)를 형성하는 높은 저항 마모 부스러기(resistance wear debris)를 발생시키는 경향이 있다. 이러한 부스러기는 기질의 표면으로부터 재료를 제거하는 이동가능한 접촉 와이퍼에 기인하여 형성되어진다. 부스러기 재료는 와이퍼를 따라서 이동되어지며, 와이퍼와 기질 사이의 중간면(interface)에서 누적된다.
특정한 위치센서 적용예에 있어서는, 연속적인 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터)의 출력 이외에도 스위치 연결 또는 스텝(디지털) 출력을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 스위치들은 공통의 기질(substrate) 상에서 전위차계 저항 회로(potentiometer resistor circuit)와 동시에 구성되며, 따라서 전위차계의 위치에 대해서 스위치 접점(switch contact)의 위치를 영구적으로 고정시킨다. 제어신호들을 변속기(transmission)로 제공하거나 또는 페달이 크게 개방된 스로틀 위치(throttle position)에 위치하는 것을 확인하는 신호를 차량의 엔진 ECU에 제공하기 위하여 상기 일체형 스위치들이 사용되어진다. 기질 상에 형성된 스위치 전도체들이 접촉 와이퍼가 통과해야만 하는 불연속부분(discontinuity) 또는 스텝(step)들을 형성하기 때문에, 부스러기 누적에 의해 야기되는 접촉마모 및 신호노이즈의 문제는 스위치 회로들의 경우에 있어서 특히 중요하다. 와이퍼는 스텝구조 전도체들의 변부(edge)들과 충돌하는 경향이 있고, 재료가 기질로부터 떨어질 가능성을 증가시킨다. 종래기술의 두꺼운 막의 부착기술을 이용하여 기질 상에 형성된 전도체 접촉부는 대략 0.5 내지 1.5 밀리미터(0.0005 - 0.0015 인치)의 스텝높이를 일반적으로 형성한다. 전위차계(potentiometer)의 경우에 있어서도, 두꺼운 막의 저항 단자들의 상부에 인쇄되는 저항(resistor)은 하부에서 단자의 측면에 일치하며, 기계적 이동단부에서 접촉와이퍼가 횡방향으로 이동해야만 하는 저항위에 스텝(step)을 생성한다. 상기에서 기술된 스위치의 적용예와 유사하게, 상기 스텝(step)은 와이퍼 접촉 바운스(wiper contact bounce)를 형성하고 부스러기 생성 및 누적위치를 형성한다.
비록 상기에서 기술된 타입의 종래기술에 따르는 위치센서들은 종래에는 일부의 차량에 여유있게 허용되었으나, 향후의 차량 적용예들에 대한 성능과 사용수명에 관하여 증가되는 엄격한 요구조건들은 현존하는 이러한 센서들을 부적절하게 한다.
고 주파수 스위치 적용예(high cycle switch application)에서 접촉 노이즈 및 마모의 문제점에 대하여 시도된 해결방법이 1992년 12월 8일에 공고된 릴리(Riley)씨의 미국특허 제5,169,465호에서 공개되어진다. 릴리 씨의 특허는 세라믹 기질에 용융된 고온 유리원료(glass frit)를 포함하는 두꺼운 막의 스위치 요소를 개시한다. 저온 유리 매트릭스를 가지는, 은(silver)과 같은 귀금속의 서멧 층(cermet layer)은 서멧 층이 유리원료 층(glass frit glass) 속으로 가라앉도록 해서 스위치 요소 층의 두께가 유리원료 층의 원래의 두께와 거의 동일하도록 종래기술의 노(furnace) 내에서 연소되어진다. 두꺼운 막 스위치 요소(thick film switch element)의 노출표면은 실질적으로 매끄럽고, 저온 서멧 층(cermet layer)과 고온 유리원료층(glass frit layer) 사이의 결합부(joint)는 실질적으로 동일높이로 구성된다. 릴리 씨의 두꺼운 막 스위치요소는 재료조성(material composition) 및 하부 유리원료층 및 상부 서멧층의 연소온도에 관한 엄격한 공정제어를 요구한다. 이러한 더욱 엄격한 공정제어 및 재료들은 비용을 증가시킨다.
따라서 상업적으로 이용가능한 재료들을 이용하고 정밀한 제어가 필요하지 않은 표준공정기술(standard processing technique)을 이용하는 고주파수 스위치 및 인코딩 적용예에 적합한 우수한 센서 구성(sensor construction)이 제공하는 것이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시키는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 저온 동시연소 절연기질(co-fired dielectric substrate)을 가지는 스위치 요소(switch element)와, 기질 내에 박히고 기질표면과 실질적으로 동일한 높이로 된 표면을 가지는 전기 전도체(electric conductor)와, 그리고 전기 전도체와 미끄럼 결합하는 와이퍼 접촉(wiper contact)을 포함하는 장치를 가지는 전기 스위치 장치(electrical switch device)에 관한 것이다.
본 발명의 제 2 실시예는 그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연기질을 제공하며, 기질의 한쪽 면 상으로 전기 전도성 재료를 부착시키며, 재료가 기질 표면과 동일한 높이에 배열될 때까지 전도성 재료를 압축하며, 스위치 요소를 형성하도록 기질과 전도성 재료를 연소하는 것을 포함하는, 스위치 요소의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 방법은 상업적으로 이용가능한 저온 동시연소 절연재료 및 표준 두꺼운 막 처리 조건들을 이용하는 장점을 가진다. 전도성 재료 및 기질은 동시연소(co-fire)되기 때문에, 단지 하나의 연소단계가 요구되어진다. 본 발명의 상기 특징 및 다른 특징들은 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다.
도 1은 일체형 스로틀 제어(throttle control) 및 아이들(idle) 확인 센서 스위치를 도시하는 분해 사시도
도 2는 도 1에 도시된 귀환 스프링(return spring), 로터 접점(rotor contact), 스위치요소(switch element)의 조립된 상태를 도시하는 상세 사시도
도 3은 도 1의 스위치 요소를 도시한 평면도
도 4는 제 1 단계의 과정에 있는 두꺼운 막 스위치 요소를 도시한 단면도
도 5는 제 2 단계의 과정에 있는 두꺼운 막 스위치 요소를 도시한 단면도
도 6은 과정이 완성된 후에 선 6-6을 따라서 취해진 도 3의 스위치 요소를 도시한 단면도
도 7은 가변저항(variable resistor) 및 와이퍼 접점(wiper contact)을 통해서 취해진 종래의 스위치 요소의 단면도
도 8은 와이퍼 접점을 도시하며 선 8-8을 따라서 취해진 스위치 요소를 도시한 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 센서스위치 12 : 센서하우징
18 : 로터(rotor) 34,36 : 전기 전도체
46 : 기질 68 : 와이퍼
도 1은 일체형 스로틀 제어 및 아이들 확인 센서 스위치(10)의 형태로 된 본 발명의 선호적인 실시예를 도시한다. 상기 스위치는 센서 하우징(sensor housing, 12), 센서 커버(sensor cover, 14), 스위치 요소(switch element, 16), 로터(rotor, 18), 귀환 스프링(return spring, 20) 그리고 고무 씰(rubber seal, 22)을 포함한다. 도 2에 상세하게 도시된 바와 같이, 스위치가 조립되어질 때, 로터(18)는 스위치 요소(16) 상에서 전기전도체(electrical conductor, 32,34,36,40) 및 저항(resistor, 64)을 따라서 미끄럼운동하고 접촉하는 미끄럼 가능한 접점(contact) 또는 와이퍼(wiper)(24,26,28,30)를 포함한다. 상기 로터(18)는 기계식 링크의 하중으로부터 (도시되지 않은) 차량 가속 페달과 같은 이동 스로틀 제어 입력장치(moving throttle control input device)까지 회전한다. 로터 및 입력장치를 낮은 스로틀 상태로 귀환시키도록 귀환 스프링(20)은 저항력(resistive force)을 가한다. 전기 전도체(32,34,36) 및 로터 와이퍼(rotor wiper, 24,26)는 아이들 확인(idle validation)을 위해서 단일극, 이중-스로우 스위치(double-throw switch)를 구성한다. 두 개의 전기 전도체(34,36)들 사이의 좁은 간격(gap, 42)은 아이들 스위치 위치(idle switch point)를 형성한다. 전기전도체(40), 저항(resistor, 64) 및 로터 와이퍼(rotor wiper, 28,30)는 두꺼운 막의 폴리머 저항재료층을 포함한 저항(resistor, 64)과 함께 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터)를 구성한다.
스위치 및 전위차계(potentiometer) 기능을 조합한 스위치 요소를 가진 일체형 스로틀 제어 및 아이들 확인 센서 스위치의 작동이 1992년 7월 28일에 공고된 헤링(Hering)씨 등의 미국특허 제5,133,321호에서 상세하게 기술되어지며, 본 명세서에서 상기 작동의 상세한 설명이 참조되어진다. 요약하면, 헤링씨 등의 일체형 스로틀 제어 및 아이들 확인센서는 기계적으로 연결되지만 전기적으로 독립된 스로틀 제어 및 아이들 확인부품을 포함한다. 보호기능의 센서하우징에 대한 단일 기계적 입력은 가속페달위치(accelerator pedal position)에 해당하며, 전자 제어시스템에 의한 해석을 위한 스로틀 확인 전도체와 아이들 확인 전도체(idle validation conductor) 중 하나에 대해서 선택적으로 공급전압을 연결한다. 센서 하우징 내부의 스로틀 제어 시스템은 기계적 입력에 대응하는 운동에 적용되는 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터)를 포함하며, 가변전압 스로틀 제어신호는 전자식 연료제어 시스템에 전달되어질 수도 있다. 상기 센서는 이전의 개별 스로틀 제어와 아이들 확인 기능들을 환경적으로 안전한 단일 하우징으로 일체화하고 교정(calibration)을 필요로 하지 않는다.
도 3은 스위치요소(16)의 평면도이다. 상기 실시예에서 상기 스위치 요소는 전기 전도체(electrical conductor, 32,34,36,38,39,40)를 지지하는 유리-세라믹 형태의 절연재료기질(dielectric material substrate, 46)과, 저항(resistor, 64)과, 전기단자(electrical terminal, 50,51,52,53,54,55)와, 그리고 전가전도체들을 적절한 단자(terminal)에 연결하는 해당 전기적 트레이스(electrical trace, 56,57,58,59,60,61)를 포함한다. 전기 전도체(34,36)들 사이의 간격(gap, 42)은 ECU에 전달된 아이들 확인 신호를 위하여 아이들 설정(idle setting) 상에서 스위치 전이 영역에 해당한다. ECU로 영(0)의 전압신호를 공급하기 위해서 로터접점(rotor contact)들에 의해서 중첩접점(overlapping contact)으로부터 두 개의 전도체들을 전기적으로 절연시킬 정도로 간격(gap, 42)은 충분히 커야만 한다. 간격은 약 10 밀리미터로 되는 것이 선호된다. 선호되는 재료들을 이용하는 다른 적용예들에 있어서는, 전도체들 사이의 간격은 4 밀리미터로 제조될 수도 있다. 저항의 각 단부에서 두꺼운 막의 폴리머 저항(64)은 전기 전도체(38,39)위에 배열된다. 기질(substrate)은 중심으로부터 절단된 구멍(hole, 44)을 포함하며, 구멍을 통해서 로터(18)가 위치되어진다. 또한 기질은 두 개의 고정요소 구멍(48,49)을 포함하며, 센서 하우징(12) 내에 스위치 요소(16)를 제 위치에 고정하도록 상기 구멍을 통해서 고정요소(stake)가 통과할 수도 있다. 전기전도체 및 저항트랙들은 로터(18)의 피벗운동에 연결된 기계적 입력(mechanical input)을 수용하고 기계적 스로틀 입력장치의 충분한 운동에 대해 약 75도의 회전운동을 제공하기 위해 약 75도의 원호각도를 포함하는 원호형상으로 구성된다.
도 6은 도 3의 선 6-6을 따라서 취해진 스위치 요소(16)의 단면도이다. 저온 동시연소 절연기질(co-fire dielectric substrate, 46)은 절연재료의 제 2 지지층(supporting layer, 62)에 적층되어진다. 전기전도체(32,36,38)들은 제 1 절연기질층(46) 속으로 박혀진다. 두꺼운 막의 폴리머(polymer thick film, PTF) 저항(64) 재료의 층이 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터)를 위한 가변 저항을 형성하도록 전기 전도체(38) 상에 배열된다. 전도체의 상부면은 기질(46)의 상부면과 실질적으로 동일한 높이에 있다. 동일한 높이로 구성함으로써, 전도체 및 기질 사이의 연결부(joint)에서 전도체 표면의 높이는 기질의 약 10 미크론 내에, 선호적으로는 약 4 미크론 내에 있다. 이러한 특성은 접촉 바운스(contact bounce)를 방지하며, 스위치 전이영역 즉 도 3에서 도시된 간격(gap, 42) 내에 마모 조각의 형성 및 마모 조작 누적이 감소된다. 기질재료는 매끄러운 표면을 가지며, 전도체 표면은 매우 낮은 조도(roughness)를 가진다. 매끄러운 표면은 접촉마모를 감소시키고 결과적으로 전기적 노이즈를 감소시킨다.
도 4 및 도 5는 과정(processing)의 초기단계에서 스위치 요소(switch element)를 도시한다. 도 4는 예비연소상태(pre-firing condition)에서 아직까지 그린상태(green state)에 있는 절연재료기질(46)의 제 1 층 표면 상에 부착된 전기 전도체(32,36,39)들을 도시한다. 절연재료의 제 2 지지층(62)은 제 1 층으로부터 분리되어 있다. 도 5는 전기 전도체(32,36,39)들이 기질(46) 속으로 가압되어진 이후에 과정의 차후 단계를 도시하고 있으며, 기질은 제 2 지지층(62)에 적층되어진다. 전도체들의 상부면들은 기질(46)의 상부면과 동일한 높이에 구성된다. 적층된 더미(stack)의 전체 두께는 일반적으로 약 15 밀리미터 내지 100 밀리미터(약 0.015인치 및 약 0.100 인치)이다. 선호적으로, 전체두께는 약 20 밀리미터 내지 약 40 밀리미터 사이이다. 전도체의 두께는 일반적으로 연소(firing) 후에는 약 10 내지 15 미크론 사이이다.
도 5는 선호적인 실시예의 스위치 요소의 그린상태(green state) 및 연소된 상태(fired condition) 모두를 도시한다. 연소하는 도중에, 스위치 요소 내의 재료들은 모든 방향으로 동일하게 수축되어져서(선호되는 재료로써는 약 12 퍼센트), 전도체 및 기질의 상태적인 기하학적 비율이 동일하게 유지되도록 한다. 연소 후에는 어떠한 간격(gap)도 전도체 및 기질의 측면들 사이에서 형성되지 않아야만 하고, 전도체의 상부면들은 기질의 상부면과 실질적으로 동일한 높이로 유지되어야만 한다. 따라서 기질 및 전도체에 이용되는 재료들은 동일한 연소조건 하에서 유사한 수축성을 가지거나 또는/및 동일연소되는 것이 선호된다.
도 7은 종래기술에 따르는 가변저항(variable resistor, 66) 및 슬라이딩 와이퍼 접점(sliding wiper contact, 68)을 도시하는 단면도이다. 저항(66)은 일반적으로 기질(72)의 상부에 걸쳐서 걸러지는 두꺼운 막의 저항재료(thick film resistive material)이다. 도시된 바와 같이, 기질은 하나 또는 두 개의 층(72,74)을 포함할 수도 있고, 일반적으로 폴리이미드(polyimide), FR-4, 세라믹(ceramic) 또는 다른 강성재료(rigid material)로부터 만들어진다. 전형적으로 전도체(70,71)들은 두꺼운 Pd/Ag 막 페이스트(film paste)와 같은 귀금속 합금 또는 서멧(cermet)으로부터 만들어진다. 전도체(70,71)들은 저항에 대한 전기적 연결을 제공하도록 저항의 각각의 단부에서 위치한다. 또한 와이퍼(wiper, 68)는 운동의 마지막에서 전도체 상에서 운동하며, 이는 위치 감지 전위차계(position sensing potentiometer)로서 사용하기 위한 편평한 신호출력을 제공한다. 결과적으로, 고주파수 적용분야(high cycling application)에 있어서, 저항재료(68)는 전도체에 걸쳐서 스텝업(step up)될 때, 마모되거나 튀어오른다.
도 8은 도 3으로부터 선 8-8을 따른 스위치 요소(16)의 단면도를 도시하고 있으며, 저항(resistor, 64)과 미끄럼 연결되는 슬라이딩 와이퍼 접점(sliding wiper contact, 76)을 도시한다. 전기 전도체(38,39)들은 제 2 지지층(62) 상에서 배열된 기질층(46) 내에 박혀진다. 전기 전도체(38,39)들은 기질층(46)과 실질적으로 동일한 높이에 위치한다. 표면이 동일한 높이에 있기 때문에, 저항(resistor, 64)은 높이 변화없이 실질적으로 편평하며 전기 전도체(38,39) 상에 놓인다. 따라서 도 7에 도시된 종래의 장치와 대조적으로, 와이퍼 접점(wiper contact, 76)은 레벨의 변화없이 그리고 과도한 마모나 튀어오름(bounce) 없이 전도체(conductor)에 걸쳐서 미끄럼 운동할 수도 있다.
상기 스위치 요소는 선호저긴 실시예의 구성으로 도시되어지나, 당업자들은 스위치 요소가 예를 들어 직선방향으로 운동하는 와이퍼와 접촉하기 위한 직선 형상으로 된 전기 전도체를 가지거나 또는 다른 단자연결을 가지는 다른 구성으로 제작되어질 수도 있다는 것을 이해한다.
본 발명의 선호적인 실시예의 구성이 기술되어지며, 스위치 요소(16)의 구성부품의 일부에 대해서 특정한 재료가 선호되어지는 것이 주목된다. 기질(46)은 저온 동시연소 절연재료(co-fired dielectric material)인 것이 선호된다. 대조적으로, 고온 절연재료는 1500℃ 내지 1600℃의 범위에 있는 온도에서 연소되는 세라믹이다. 그러나, 이러한 상대적으로 고온에서, 전기회로 내에서 전도체로서 이용되어진 귀금속이 용융된다. 저온 절연재료는 일반적으로 1000℃ 이하의 온도에서 연소된다. 상기 온도는 귀금속의 용융온도보다 작기 때문에, 전자산업에서 저온 절연체는 광범위하게 이용된다.
상기 저온 동시연소 절연재료는 종래기술에서 잘 공지되어 있으며, 유리-세라믹 또는 저온 동시연소 세라믹(LTCC, low temperature co-fired ceramic)으로 알려져 있다. 전형적인 LTCC 절연재료는 비결정 유리(즉, 비결정화 유리/세라믹 조성물) 결정상(crystalline phase) 또는 내열성 충진제(refractory filler)로서 Al2O3을 포함한다. LTCC 재료의 장점은, 상당한 체적의 유리상(glass phase)을 포함하고 있기 때문에 표준 알루미나 세라믹 기질(standard alumina ceramic substrate) 본질적으로 더욱 매끄럽고 덜 마모적이다. 또 다른 장점은 처리온도가 낮아서, 전도체들을 위한 금속 합금들의 선택폭이 크다는 것이다. 1987년 3월 31일에 공고된 스타인버그(Steinberg)씨의 미국특허 제4,654,095호는 다중층 회로의 제조에서 이용되는 그린 테이프(green tape) 형태로 된 절연조성(dielectric composition)이 개시되어진다. 상기 특허에 의하면, 특정한 변형(deformation) 및 유연화 온도(softening temperature)를 가지는 선택된 비결정화 유리는 약 825℃ 및 약 900℃으 최대온도 사이에서 연소되어지는 그린 테이프(green tape)를 구성하기 위해 유리 내에서 용해될 수 없는 내열성 충진제(refractory filler)와 혼합되어진다.
다른 형태의 적절한 LTCC 재료는 내열성 충진제를 포함하지 않지만, 동일한 유리 시스템으로부터 하나 또는 두 개 이상의 결정화가능한 유리들의 제위치 결정화에 의해 형성된 유리-세라믹을 포함한다. 상기 LTCC 재료는 비결정화유리/유리-세라믹 절연재료를 포함하며, 세라믹 상(ceramic phase)은 유리 세라믹의 결정화에 의해서 세라믹이 형성되어지는 유리 매트릭스 내에 분포되어진다. 유리 매트릭스를 형성하기 위하여 용해될 수 없는 비결정화 유리와 내열성 충진제(세라믹)가 혼합되어지는 유리/세라믹 복합체와는 달리, 상기 재료는 다른 유리의 비결정화된 매트릭스 내에 유리를 결정화하여 제위치에 형성된 유리 세라믹을 포함된다. 1993년 11월 2일에 공고된 무다리드하르(Muralidhar)씨 등의 미국특허 제5,258,335호에는 상기 LTCC재료가 설명되어지며, 약 800℃ 내지 약 900℃ 사이의 최대온도에서 연소될 수 있는 CaO-B2O3-SiO2 유리시스템의 유리들로부터 선택된 저온 연소 및 저절연성의 유리세라믹이 개시되어진다. 상기 형태의 LTCC 재료는 경량이며, 약 10 보다 작은 저 절연상수(low dielectric constant)를 나타내며, 적합한 기계적 강도 및 열 전도도를 가지며, 그리고 귀금속 전도체와 이용될 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 있어서, 선호되는 저온 동시연소 절연재료는 951 AX 저온 동시연소 절연테이프로서 공지되어지며, 이는 미국 델라웨어 윌밍톤 소재의 듀폰사로부터 상업적으로 구입할 수 있다. 상기 재료는 Green TapeTM 시스템으로서 판매되는데, 즉 약 10 밀리미터의 두께를 가진 비연소 유리-세라믹 테이프의 롤(roll)로 시판된다. 본 발명의 목적을 위하여, 본 발명에서 사용되는 LTCC재료는 시트(sheet)와 같은 모든 구성을 가질 수도 있으며, 서로 다른 두께를 가질 수도 있다. 듀폰 951 LTCC는 유리 및 내열성 충진제(refractory filler)를 포함하는 것으로 알려진다.
전기전도체는 귀금속 또는 서멧(cermet) 재료이다. 선호적으로, 전도체들은 선택된 절연기질재료와 양립하는 서멧 재료이다. 듀폰 951 AX 저온 동시연소 절연재료로써 이용하기 위하여, 미국 델라웨어 윌밍톤 소재의 듀폰사로부터 상업적으로 이용할 수 있는 듀폰 6146 동시연소(Co-fire) Pd/Ag 전도체를 이용하는 것이 선호된다. 상기 절연재료는 듀폰 951 절연재료와 양립하도록 설계된 두꺼운 서멧 막의 은/팔라듐 페이스트이다. 동시연소된 Pd/Ag 전도체 재료는 내구성이 큰 기계적 스위치 주파수에 특히 적합하다. 성능시험에서 전도체표면은 천만 싸이클(cycle) 이후에도 거의 마모가 없는 것을 나타낸다. 전도체표면은 귀금속 합금이기 때문에, 비산화성을 가지고 접점 와이퍼(contact wiper)에서 이용되는 귀금속 합금과 완전히 양립가능하다. Pd/Ag 전도체가 거의 마모되지 않는 것은 접촉특성에 관련된다. 즉, 발생된 모든 부스러기는 마모트랙(wear track) 상에 즉시 재-부착된다. 부스러기가 금속성이기 때문에 부스러기는 접촉저항에 상당하게 영향을 주지 못한다. 또한 Pd/Ag 전도체 재료는 연결단자에 대한 신뢰성 있는 연결을 위하여 우수한 납땜특성(solderability)을 나타낸다.
상기 재료들을 이용하는 장점은, 표준 두꺼운 막 전자회로 적용분야를 위해서 상기 재료들이 전자산업에서 이용되기 때문에, 용이하게 처리되고 양호한 재료특성이 제공된다는 것이다.
전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터) 적용분야를 위한 저항재료는 종래기술에서 이용되는 모든 두꺼운 막을 가진 표준의 폴리머 저항재료(polymer thick film(PTF) resistive material)가 될 수도 있다. PTF 저항재료는 미국 매사추세츠 캔톤소재의 내쇼날 스타치 앤드 케미칼 사의 에머슨 & 커민 사에 의해 제조된 미노코(Minoco) 2000 시리즈이다.
와이퍼 접점(wiper contact)은 기술분야에서 종래기술이다. 와이퍼 접점은 독일 하나우 W.C. 헤라우스 게엠베하 운트 코. 사로부터 상업적으로 이용할 수 있는 Hera 649 합금과 같은 Ag/Pd/Cn 합금으로부터 제조되어진다. 또한 와이퍼 접점은 역시 상업적으로 이용가능한 레이저 폴리싱된 팁(tip)들을 가지는 것이 선호된다.
일 실시예에 있어서, 본 발명은 와이퍼 접점을 포함한 전기스위치 장치(electrical switch device)와, 상부면을 가진 저온 동시연소 절연기질을 포함한 스위치 요소(switch element)를 포함하며, 적어도 하나이상의 전도체 트랙(conductor track)은 와이퍼 접점에 의해 슬라이딩 연결을 위하여 적용된 표면을 가진다. 적어도 하나이상의 전기 전도체 트랙이 기질의 표면 내부에 박히며, 기질의 표면과 전도체 트랙의 표면은 실질적으로 동일높이를 가진다. 전도체는 기질내부로 충분한 높이, 즉 약 10 내지 20 미크론(micron) 사이의 깊이까지 박힌다. 전도체는 연소하는 동안 기질재료의 수축성과 유사한 수축성을 가지는 서멧 재료(cermet material)로 구성된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 전도체들 위에서 미끄럼가능한 전기 와이퍼에 의해 연결가능한 적어도 두 개 이상의 전기전도체들을 가지는 전기스위치를 위한 스위치 요소를 제조하기 위한 방법은,
그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연기질(low temperature co-fired dielectric substrate)을 제공하고(providing),
전기 전도체를 형성하기 위해 기질의 한쪽 면 상으로 전기 전도성 재료를 부착시키며(depositing),
전도체들이 기질 면과 동일한 높이에 위치할 때까지, 전기 전도체들을 기질내부로 가압하고(pressing),
기질을 소결(sinter)하기에는 충분하지만 전기전도체의 용융점(melting point) 보다는 낮은 온도에서 동일한 높이의 전기 전도체들과 기질을 연소(firing)하는 단계들로 구성된다.
상기 연소온도(firing temperature)는 1000℃ 이하이며, 더욱 선호적으로는 900℃ 이하이다. 상기 방법은 미끄럼가능한 와이퍼접점에 의해 연결가능한 가변저항(variable resistor)을 형성하기 위하여 적어도 하나이상의 전기 전도체들에 걸쳐서 두꺼운 막의 폴리머 저항재료(polymer thick film resistive material)를 부착시키고(depositing), 다음에 대기 중에서 약 200℃의 온도에서 두꺼운 막의 폴리머 저항재료를 양생(curing)하는 단계를 추가적으로 포함할 수도 있다.
대안적으로, 상기 방법은 절연기질의 제 2 표면에 대해 제 2 절연재료의 씨트(sheet)를 박층화(laminating)하는 단계들을 포함하는데, 제 2 표면은 전기전도체들이 부착되어지는 제 1 표면과 마주본다. 이러한 박층화(lamination)는 절연재료의 씨트와 절연기질 모두가 그린상태(green state)에 있을 때, 그리고 전도성재료가 기질의 제 1 표면위에 부착되어진 이후에 발생한다. 선호적으로, 제 2 절연재료는 절연기질과 동일한 재료를 가진다. 그러나, 당업자들은 기질이 연소된 이후에는 절연기질이 모든 강성지지체에 부착되어질 수도 있다는 것을 이해한다. 따라서 특별히 다른 설명이 없다면, 상기 방법은 기술된 순서대로 수행되어져야만 하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 방법의 실시예에 있어서, 동시연소 절연기질은 유리 및 내열성 재료(refractory material)로 구성된다. 전기 전도성 재료는 귀금속, 귀금속 합금 또는 서멧 재료(cermet material)이다. 더욱 선호적으로는, 전도성재료는 두꺼운 막의 Pd/Ag 페이스트이다. 기질 및 전기전도성 재료를 위하여 선택된 재료는 연소단계(firing step) 동안 유사한 수축성을 가져서, 연소 후에 전기 전도체들이 기질표면과 실질적으로 동일한 높이를 가지도록 한다. 회전식 와이퍼접점(rotary wiper contact)을 위한 스위치요소를 제조하는 것과 관련하여, 전기 전도성 재료는 원호(arcuate) 형상으로 부착되어지는 것이 선호된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 제 2 실시예는 기질과, 기질 상에서 간격을 형성하도록 서로 이격되어지는 적어도 두 개 이상의 전기 전도체와, 그리고 전도체들 사이의 간격을 통해서 기질에 걸쳐서 미끄럼가능한 와이퍼 접점(wiper contact)을 가지는 전기 센서 스위치를 제조하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은,
그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연기질(low temperature co-fired dielectric substrate)의 제 1 층을 제공하고(providing),
간격을 가진 전기 전도체들을 형성하기 위하여 적어도 두 개 이상의 이격된 영역들 내에서 기질의 제 1 층의 표면위에 전기 전도성 재료를 부착하며(depositing), 층(layer) 위에 단자들로 각각의 전도체들을 전기적으로 연결하는 제 1 층위에 전기 전도성 트레이스(electrically conductive trace)들을 부착하고(depositing),
그린상태에서 절연재료의 제 2 층을 제공하며(providing), 노출된 상태로 유지된 전기 전도체들을 가진 제 2 층위에 제 1 층을 배열하며(placing),
제 1 층 및 제 2 층을 함께 가압하고(pressing), 전기전도체들을 제 1 층 내부로 가압하며(pressing),
층들과 전기전도체들을 연소하고(firing),
전기전도체 위에 미끄럼가능한 접점(contact)을 조립하는(assembling) 단계들로 구성된다.
전도체들이 제 1 층의 표면과 실질적으로 동일한 높이에 위치할 때까지, 전기 전도체들을 제 1 층 내부로 가압하기에 충분한 압력을 이용하여 제 1 층 및 전기 전도체들이 가압되어진다. 또한 다중층들 및 전도체들의 가압은 단일단계에서 수행되어지는 것이 선호된다. 상기 실시예를 위하여 선택된 재료들은 본 발명의 방법에 관한 제 1 실시예에 대한 설명과 동일한 재료이다.
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본 발명에 따른 방법에 있어서, 제 3 실시예는 적어도 두 개 이상의 전기전도체들을 가진 전기스위치보드들을 제조하는 방법을 포함하는데, 전도체들은 전도체들을 포함하는 회로를 단락(break)하고 구성(make)하기 위해 보드 위에서 미끄럼가능한 전기 와이퍼에 의해 연결가능하게 되며, 상기 방법은,
그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연재료(low temperature co-fired dielectric)의 제 1 씨트를 제공하고(providing),
전기 전도체들을 형성하기 위하여 제 1 씨트의 한쪽표면 상으로 전기 전도성재료를 부착하며(depositing),
그린상태에서 절연재료의 제 2 씨트를 제공하고(providing),
전도체들이 상기 한쪽 표면과 실질적으로 동일한 높이에 배열될 때까지 전기전도체들을 제 1 씨트 내부로 이동시킬 정도로 충분한 압력에 의해 제 1 및 제 2 씨트들을 가압하며(pressing),
가압된 씨트들을 연소(firing)하는 단계들로 구성된다.
본 발명에 따른 방법의 일 실례에 있어서, 불연소 또는 그린상태로 된 듀폰 951 AX 그린테이프로 구성된 LTCC 기질재료가 씨트(sheet)로 가공(blank)되어진다. 두꺼운 막의 듀폰 6146 Pd/Ag 페이스트로 구성되는 전도체 페이스트는, 스크리닝(screening) 또는 프린팅(printing)에 의해서, 도 3에 도시된 것과 같이 단일 극 이중스로우 스위치 및 이중트랙 전위차계의 구성으로 기질 사에 부착되어진다. 또한 전기적 트레이스 및 단자연결 패드는 동일한 전도체 페이스트들로 구성되고, 전도체 트랙과 같이 동시에 기질 상에 부착되어지는 것이 선호된다. 전형적으로 종래기술을 따르는 두꺼운 막 제조 공정 후에, 전도체 페이스트는 40 미크론(micron)의 두께로 걸러지고(screened), 20 미크론 이하의 두께로 건조된다. LTCC 기질재료의 제 2 씨트는 제 1 씨트와 동일한 치수로 가공(blank)되어지며, 다음으로 인쇄된 제 1 기질층의 배면에 단일축으로 박층화(laminated) 되어진다. 두 개의 층들 및 전도체들은 80℃에서 10분 동안 3000 psi 압력으로 서로 압축하여 박층화 되어진다. 박층화 단계(lamination step) 동안, 인쇄된 전도체 층은 매끄럽고 동일한 높이를 가지며 평면인 표면을 형성하는 기질층의 표면 내부로 가압되어진다. 압축된 이후에, 센서하우징의 형상에 대응되는 소요형상으로 용융된 더미(stack)가 가공(blank)되어진다. 다음으로 더미(stack)가 편평한 세라믹 타일 상에 배열되어지고, 공기 중에서 표준 875 ℃ 온도 분포 후에 종래기술을 따르는 두꺼운 막의 노(furnace) 내부에서 연소된다. 더미(stack)는 연소하는 동안 약 12.5% ± 0.1%로 수축한다.
수축하는 정도는 이용되는 재료의 특성이며 스위치요소를 처리하는 동안 제어되는 변수는 아니다. 동시연소된 Pd/Ag 전도체들이 절연기질층과 동일한 속도로 모든 방향으로 수축하도록 설계되어져서, 스위치요소의 연소된 표면이 동일한 높이에 위치하고 변형되지 않도록 한다. 전도체들과 기질사이의 높이차는 4 미크론(micron) 이하인 것이 선호된다. 박층화 또는 압축공정은 종래기술을 따르는 두꺼운 막의 처리공정으로 구해질 수 있는 것보다 기질 및 전도체 모두의 위에서 더욱 매끄러운 연소표면을 형성한다.
더미(stack)를 연소한 후에, PTF 저항 페이스트는 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터)를 형성하기 위하여, 프린팅(printing) 또는 스크리닝(screening)에 의해서, 전도체 상으로 부착되어진다(deposited). 다음으로 더미(stack)는 약 200℃ 까지 가열되어지고, PTF 저항재료를 위한 통상적인 양생절차(curing procedure)가 수행된다. 양생작업 후에, 스위치 요소는 센서하우징 내에 배열되고, 로터접점(rotor contact) 및 다른 센서부품들과 조립되어진다. 스위치요소가 플라스틱 센서하우징으로 가열고정(heat-stake) 되고, 나사 또는 리벳과 같은 대안적 수단은 상기 요소를 하우징 내부로 고정하기 위해 이용되어질 수도 있다. 스위치요소는 하우징내부의 단자블록에 전기적으로 연결되어지고, 조립체를 완성하기 위해 하우징은 밀봉되어진다.
본 발명이 발(foot)로 작동되는 가속페달을 위한 일체형 스로틀 제어 및 아이들 확인 센서 스위치(sensor switch)에 대해서 도시되어지고 기술되어진다. 그러나 본 발명은 동일한 고주파수 요구(high cycle requirement)를 가지거나 가질 수 없고, 스위치, 전위차계(potentiometer, 퍼텐셔미터) 또는 양자 모두의 다양한 조합을 가질 수도 있는 다양한 제어 또는 감지장치들에도 적용되어질 수도 있다는 것은 당업자들에게 자명한 것이다. 분리된 전기 전도체 또는 저항 트랙들과 미끄럼 결합하는 와이퍼 접점(wiper contact)을 가지는 상기 장치들의 일부는, 비록 제한되는 것은 아니지만, 디지털 인코더 장치(digital encoder device), 스로틀 위치 센서, 조절가능한 페달 위치 센서, 조절가능한 카 시트 위치 센서, 조절가능한 운전대 위치 센서(차량에 대한 위치 기억에 이용될 수도 있다), 또는 와이어 구동식 적용분야(drive-by-wire application)를 위한 운전대 디지털 인코더를 포함할 수도 있다. 디지털 인코더(digital encoder)의 경우에 있어서, 상기 구성은 회전와이퍼의 축위에서 반경방향으로 배열된 원호형상의 경계 내에서 형성되어지고, 회전하는 기계적 입력장치의 디지털위치출력을 제공하도록, 수집기(collector)로서 이용되어지는 기다란 원호형상의 전도체 트랙과 동축으로 배열되어지고 동일한 형상을 가지며, 2% 분해능(resolution)을 제공하기 위해 적어도 50개 이상의 전도체들과 같은 복수개의 전도체들을 포함할 수도 있다.
본 발명은 상기에서 기술되어지고 도시되어진 특정한 실시예 또는 적용예들에 제한되는 것은 아니다. 당업자들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 범위 내에서 첨부된 청구항으로부터 다양한 변형을 실시할 수 있다.

Claims (39)

  1. 전기 전도체(electrical conductor)들 상에서 미끄럼가능한 와이퍼접점(wiper contact)에 의해서 연결될 수 있는 두 개 이상의 전기 전도체들을 가진 전기 스위치 장치가,
    (a) 그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연기질(low temperature co-fired dielectric substrate)을 제공하고(providing),
    (b) 상기 전기 전도체를 형성하기 위하여 상기 기질의 한쪽 면 위에 전기 전도성 재료를 부착시키며(depositing),
    (c) 상기 전기 전도체들이 상기 기질 면과 동일한 높이에 있을 때까지, 전기 전도체를 상기 기질 내부로 가압하고(pressing),
    (d) 단계 (c) 이후에 , 상기 기질을 소결(sinter)하지만 상기 전기전도체의 용융점(melting point)보다 낮은 온도에서 상기 동일한 높이의 전기 전도체들과 상기 기질을 연소하며(firing), 상기 전기 전도체 및 상기 기질은 연소하는 동안 유사한 수축성(shrinkage)을 가져서, 연소 이후에 상기 전기 전도체들은 기질면과 동일높이에 위치하도록 하며,
    (e) 상기 전기 전도체들과 미끄럼 결합하는 전기와이퍼(electrical wiper)를 조립하는(assembling)하는 단계들의 공정에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  2. 제 1 항에 있어서, 동시연소 절연기질은 유리(glass) 및 내열재료(refractory material)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  3. 제 1 항에 있어서, 전기 전도성 재료는 귀금속합금(precious metal alloy) 또는 서멧 재료(cermet material)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  4. 제 1항에 있어서, 약 800℃ 및 약 900℃ 이하의 온도사이의 최대온도에서 연소되는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  5. 제 1 항에 있어서, 전기 전도성 재료는 기다란 원호형상으로 부착(deposit)되어지는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  6. 제 1 항에 있어서, 절연기질의 제 2 면에 대하여 절연재료의 씨트를 박층화하고(laminating), 상기 제 2 면은 전기 전도체들이 부착되는 상기 제 1 면과 마주보는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  7. 제 6 항에 있어서, 절연재료의 씨트 및 절연기질이 그린상태(green state)일 때 박층화(laminating)가 발생되는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  8. 제 1 항에 있어서, 단계(c) 이전에 그린상태(green state)에 있는 상기 절연기질의 제 2 면에 대하여 그린상태에 있는 절연재료의 씨트를 배열(placing)하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제 2 면은 전기 전도체들이 부착되어지는 상기 제 1 면과 마주보는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  9. 제 1 항에 있어서, 연소(firing) 이후에 전기전도체들이 기질표면과 동일한 높이에 위치하도록 연소단계 동안 상기 절연기질과 전기 전도성 재료는 동일한 수축성(shrinkage)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  10. 제 1 항에 있어서, 저항을 형성하기 위하여 두 개의 전기 전도체들 사이에 그리고 상부에 두꺼운 막의 폴리머 저항재료(polymer thick film resistive material)를 부착(depositing)시키는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  11. 제 10 항에 있어서, 대기 중에서 약 200℃의 온도에서 두꺼운 막의 폴리머 저항재료를 양생(curing)하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 저항과 슬라이딩 연결되는 제 2 와이퍼 접점을 배열(placing)하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  13. 제 1 항에 있어서, 전기 전도체들이 약 10 미크론 내지 20 미크론의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  14. 와이퍼 접점(wiper contact)과,
    상부면을 가지는 저온 동시연소 절연기질과, 와이퍼 접점에 의해 미끄럼 결합되는 표면을 가지는 하나이상의 전기 전도체 트랙(conductor track)을 포함하는 스위치 요소(switch element)로 구성되는 전기 스위치 장치에 있어서,
    하나이상의 전기 전도체 트랙은 기질의 표면 내부로 박혀지며, 기질의 표면과 전기 전도체 트랙의 표면은 동일한 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  15. 제 14 항에 있어서, 하나이상의 전도체는 약 10 내지 20미크론의 깊이로 기질내부로 박히는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  16. 제 14 항에 있어서, 기질내부로 박히고 기질과 동일한 높이에 위치한 표면을 가지는 두 개 이상의 이격된 전기 전도체를 추가로 포함하며, 전도체 패드들과 전기적으로 연결되어지고 부착된 두꺼운 막의 저항을 포함하며, 와이퍼의 위치에 응답하는 신호를 제공하는 가변저항을 형성하도록 와이퍼 접점은 하나이상의 전도체 트랙 및 저항과 미끄럼 결합하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  17. 제 14 항에 있어서, 와이퍼의 위치에 응답하는 확인신호(validation signal)를 제공하도록 단일-극, 이중-스로우(double-throw) 스위치를 형성하기 위해 와이퍼 접점들과 함께 작동하며 와이퍼접점들에 대하여 위치설정 되어지는 세 개 이상의 전기 전도체 트랙들을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  18. 제 17 항에 있어서, 장치 하우징과 가변저항을 추가로 포함하며, 상기 장치는 일체형 위치센서 및 확인 장치이며 상기 가변저항 및 상기 단일-극, 이중-스로우 스위치는 상기 기질 상에 위치되어지며 단일의 기계적 입력에 응답하는 신호를 제공하기 위하여 상기 와이퍼 접점들과 함께 작동하는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  19. 제 14 항에 있어서, 전기 전도성 재료는 귀금속합금 또는 서멧 재료(cermet material)인 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  20. 제 19 항에 있어서, 전도체 트랙은 기다란 원호형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 스위치 장치
  21. 일체형 위치센서 및 확인장치는,
    (a) 장치 하우징(device housing)과,
    (b) 복수개의 와이퍼 접점(wiper contact)을 가지며, 상기 하우징의 외부에 위치하고 이동가능한 대상물에 기계적으로 연결시키기 위한 상기 하우징 내부의 와이퍼(wiper)와,
    (c) 하우징에 위치하고 와이퍼와 근접한 스위치 요소(switch element)를 포함하는데, 상기 스위치 요소는,
    (1) 상부면을 가지는 저온 동시연소 절연기질(low temperature co-fired dielectric substrate)과,
    (2) 하나이상의 와이퍼접점들과 연결하기 위한 표면을 가지는 이격된 복수개의 전기 전도체 트랙들을 포함하며, 세 개 이상의 전기 전도체들은 이동가능한 대상물의 위치에 응답하는 확인신호(validation signal)를 제공하도록 단일-극, 이중-스로우 스위치를 형성하기 위하여 와이퍼 접점들과 함께 작동하며, 하나이상의 전기 전도체들은 가변 저항을 위한 공동 수집기(collector)를 형성하기 위해 와이퍼 접점들에 대해서 위치설정 되어지는, 이격된 복수개의 전기 전도체 트랙들,
    (3) 전기 전도체 패드들 상에 배열되어지는 대향된 단부들을 가지며 이동가능한 대상물의 위치에 응답하는 위치신호를 제공하기 위하여 가변저항을 형성하는 공동 수집기(collector) 및 저항과 미끄럼 연결되는 와이퍼 접점들과 함께 작동하는 기질표면상의 두꺼운 막의 저항을 포함하며,
    전도체 트랙의 표면 및 전도체 패드들은 기질의 표면과 동일한 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 일체형 위치센서 및 확인장치
  22. 전기 전도체들 상에서 미끄럼가능한 전기 와이퍼에 의해 연결될 수 있는 두 개 이상의 전기 전도체들을 가진 전기 스위치를 위한 스위치 요소(switch element)를 제조하기 위한 방법은,
    (a) 그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연기질(low temperature co-fired dielectric substrate)을 제공하고(providing),
    (b) 상기 전기 전도체를 형성하기 위해 상기 기질의 한쪽 면 위에 전기 전도성 재료를 부착시키며(depositing), 상기 재료는 상기 기질과 유사한 수축성을 가지며,
    (c) 상기 전기 전도체들이 상기 기질면과 동일한 위치에 배열될 때까지, 상기 기질내부로 상기 전기전도체들을 가압하고(pressing),
    (d) 단계 (c) 이후에, 상기 기질을 소결(sinter)하기에는 충분하지만 상기 전기전도체의 용융점(melting point) 보다 낮은 온도에서 상기 전기 전도체들과 상기 기질을 연소하며(firing),
    (e) 두 개 이상의 상기 전도체들과 전기적으로 접촉한 상기 기질 위에 전기와이퍼를 배열(placing)하는 단계들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법
  23. 제 22 항에 있어서, 동시연소 절연기질이 유리 및 내열재료(refractory material)로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법
  24. 제 22 항에 있어서, 전기 전도성 재료는 귀금속합금 또는 서멧 재료(cermet material)로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법
  25. 제 22 항에 있어서, 약 800℃ 및 약 900℃ 사이의 최대온도에서 연소(firing)되는 것을 특징으로 하는 방법
  26. 제 22 항에 있어서, 전기 전도성 재료는 기다란 원호형상으로 부착(deposit)되어지는 것을 특징으로 하는 방법
  27. 제 22 항에 있어서, 절연기질의 제 2 면에 대하여 절연재료의 씨트를 박층화(laminating)하는 것을 추가로 포함하며, 상기 제 2 면은 전기 전도체들이 부착되어지는 상기 제 1 면과 마주보는 것을 특징으로 하는 방법
  28. 제 27 항에 있어서, 절연재료의 씨트 및 절연기질이 그린상태(green state)일 때, 박층화(laminating)가 발생되는 것을 특징으로 하는 방법
  29. 제 22 항에 있어서, 단계(c) 이전에 그린상태(green state)에 있는 상기 절연기질의 제 2 면에 대하여 그린상태에 있는 절연재료의 씨트를 배열(placing)하는 것을 추가로 포함하며, 상기 제 2 면은 전기전도체들이 부착되어지는 상기 제 1 면과 마주보는 것을 특징으로 하는 방법
  30. 제 22 항에 있어서, 연소 후에 전기 전도체들이 기질표면과 동일한 높이에 위치하도록, 연소단계 동안 상기 절연기질 및 전기 전도성 재료는 유사한 수축성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법
  31. 제 22 항에 있어서, 미끄럼가능한 와이퍼와 연결될 수 있는 저항을 형성하기 위하여 하나이상의 전기 전도체들 상에 두꺼운 막의 폴리머 저항재료를 부착(depositing)시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  32. 제 31 항에 있어서, 대기 중에서 약 200℃의 온도에서 두꺼운 막의 폴리머 저항재료를 양생(curing)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 저항과 미끄럼 접촉하는 와이퍼를 배열(placing)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  34. 기질과, 상기 기질위에 위치하고 전도체들 사이에 간격을 형성하기 위해 이격된 두 개 이상의 전기 전도체와, 상기 전기 전도체들 사이의 상기 간격을 통해서 상기 전기 전도체들과 미끄럼 연결되는 접점을 포함하는 전기 센서 스위치를 제조하기 위한 방법은,
    (a) 그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연기질(low temperature co-fired dielectric substrate)의 제 1 층을 제공하고(providing),
    (b) 전기 전도체 사이에 간격을 가진 전기 전도체들을 형성하는 두 개 이상의 이격된 영역 내에 기질의 제 1 층면 위에 전기 전도성 재료를 부착하고(depositing), 상기 전도성 재료는 상기 기질과 유사한 연소수축성을 가지며,
    (c) 그린상태에서 절연재료의 제 2 층을 제공하고(providing),
    (d) 노출된 상태로 있는 전기전도체들을 가진 제 2 층위에 제 1 층을 배열하며(placing),
    (e) 상기 제 1 및 제 2 층을 서로 압축하고(pressing),
    (f) 상기 제 1 층 내부로 상기 전기전도체들을 가압하며(pressing),
    (g) 상기 층들 및 전기전도체들을 연소시키고(firing),
    (h) 상기 층위에서 각각의 상기 전도체들을 단자들에 전기적으로 연결하는 제 1 층위에 전기 전도성 트레이스(trace)들을 부착하며(depositing),
    (i) 상기 전기 전도체 위에 미끄럼가능한 접점들을 배열(placing)하는 것을 특징으로 하는 방법
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 전도체들이 상기 제 1 층의 상기 표면과 동일한 높이에 위치할 때까지, 전기 전도체들을 상기 제 1 층 내부로 가압하기에 충분한 압력을 이용하여 단계 (f)가 수행되는 것을 특징으로 하는 방법
  36. 전기 전도체들을 포함한 회로를 구성 및 점멸하기 위해 전기 스위치보드(electrical switch board) 상에서 미끄럼가능한 전기와이퍼에 의해 연결가능한, 두 개 이상의 전기전도체들을 가진 전기 스위치보드를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 그린상태(green state)에서 저온 동시연소 절연체(low temperature co-fired dielectric)의 제 1 씨트를 제공하고(providing),
    (b) 상기 전기 전도체들을 형성하기 위해 상기 제 1 씨트의 한쪽면 위에 전기 전도성 재료를 부착하며(depositing), 상기 전도성 재료들은 상기 기질과 유사한 연소 수축 특성을 가지며,
    (c) 그린상태에서 절연재료의 제 2 씨트를 제공하고,
    (d) 상기 전도체들이 상기 한쪽 면과 동일한 높이에 위치할 때까지 상기 전기 전도체들을 상기 제 1 씨트 내부로 이동시키기에 충분한 압력으로 상기 제 1 및 제 2 씨트들을 가압하며(pressing),
    (e) 단계 (d)에서 박층화된 씨트들을 연소(firing)하는 것을 특징으로 하는 방법
  37. 제 36 항에 있어서, 약 10 미크론 내지 약 20 미크론의 깊이로 접점들이 박히는 것을 특징으로 하는 방법
  38. 제 36 항에 있어서, 인접한 전도체들 사이에서 약 0.01인치의 간격으로 전기 전도체들이 위치설정 되어지는 것을 특징으로 하는 방법
  39. 제 38 항에 있어서, 원호형상을 가진 기다란 전도체 트랙에 인접하며 동축적으로 배열되어지는 원호형상의 경계부 내에서 복수개의 전기 전도체들이 상기 기질 위에서 형성되어지는 것을 특징으로 하는 방법
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