KR101637903B1 - 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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- H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
-
- H—ELECTRICITY
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
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- H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
- H05B3/267—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an organic material, e.g. plastic
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Abstract
본 발명은 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 발열체로 주로 사용되는 금속 소재와 비교하여 발열 거동 및 안정성이 높고, 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소하기 위한 것이다. 본 발명은 절연성 기판과 발열 패턴층을 포함하는 발열체를 제공한다. 발열 패턴층은 절연성 기판 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 씨드층과, 발열 씨드층을 덮는 도금층을 구비한다.
Description
본 발명은 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열체로 주로 사용되는 금속 소재와 비교하여 발열 거동 및 안정성이 높고, 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있는 발열 페이스트 조성물을 이용한 인쇄 공정과 도금 공정을 이용하여 형성한 발열체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 카본계 발열체 페이스트는 비저항이 103 ~ 10-1 Ω㎝ 수준으로 저항이 높기 때문에, 자동차의 후면 유리, 창호, 산업용 히터 등의 선형으로 구성되는 긴 제품에는 적용하는 데는 어려움이 있다.
예컨대 자동차의 후면 유리의 열선은 14V 수준의 낮은 전압에서 구동이 가능해야 한다. 이러한 특성을 나타내기 위해서는 충분히 선저항이 낮아야 하는데, 카본계 발열 페이스트로는 달성이 어려운 실정이다.
카본계 발열 페이스트 조성물은 탄소, 흑연, 카본블랙, 탄소나노튜브 등과 같은 도전성의 카본계 분말과 바인더의 혼합에 의해 형성되는 페이스트(paste)로 제조되며, 사용되는 도전성 물질 및 바인더의 사용량에 따라 전도성, 작업성, 접착성, 내스크래치성 등이 결정된다.
그런데 카본블랙을 기반으로 하는 카본계 발열 페이스트는 카본블랙 특유의 PCT(positive coefficient temperature) 거동으로 200℃ 이상의 고내열성을 갖는 발열체로 개발하기 어렵다.
탄소나노튜브를 기반으로 하는 카본계 발열 페이스트는 고내열성을 가지기가 어렵다. 특히 해당 카본계 발열 페이스트로서, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 콤마 코팅이 가능하면서 200℃~300℃ 가량의 온도에서 고내열성을 가지는 발열 페이스트는 보고된 바가 없다. 설령 해당 카본계 발열 페이스트가 고내열성을 가지도록 설계되는 경우에도, 건조온도(경화온도)가 300℃에 육박하기 때문에, PET, PI 등의 플라스틱 소재의 연성 기판에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
탄소나노튜브의 산화온도가 350℃로 고온이긴 하지만, 이를 바인딩 하는 바인더가 이러한 고온을 감당하기 어렵고, 고내열성 바인더를 설계하더라도 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄가 가능하도록 제조하기가 어려운 실정이다.
이로 인해 자동차의 후면 유리의 열선으로는 구리 박막, SUS 박막을 포토리쏘그라피로 에칭하여 사용하거나, 텅스텐 와이어, Cu/Cr 와이어 등의 금속 와이어가 주로 사용하고 있다.
하지만 금속 소재의 발열체는 포토리쏘그라피 공정으로 제조해야 하기 때문에 공정이 복잡하고 제조 비용이 비싸고, 금속 와이어의 경우 응용 분야에 대한 제한이 많은 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 발열체로 주로 사용되는 금속 소재와 비교하여 발열 거동 및 안정성이 높고, 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있는 발열 페이스트 조성물을 이용한 인쇄 공정과 도금 공정을 이용하여 형성한 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속 소재의 발열체를 대체하면서 기존의 카본계 발열 페이스트 조성물이 갖는 문제점을 해소한 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 카본계 발열체와 금속의 시너지 효과를 이용할 수 있는 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 카본계 발열 페이스트가 갖는 문제점을 해소하면서 고내열성과 양호한 인쇄 특성을 갖는 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 가지며, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 콤바 코팅이 가능하고, 100℃ 내지 180℃에서 열경화 가능한 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도에 따른 저항 변화가 작고, 비저항이 낮아 저전압 및 저전력으로 구동 가능한 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 온도의 승강이 빠른 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절연성 기판과 발열 패턴층을 포함하는 발열체를 제공한다. 상기 발열 패턴층은 상기 절연성 기판 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 씨드층과, 상기 발열 씨드층을 덮는 도금층을 구비한다.
본 발명에 따른 발열체에 있어서, 상기 발열 페이스트 조성물은, 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 구비하는 전도성 입자; 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 혼합 바인더; 유기 용매; 및 분산제;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발열체는, 상기 절연성 기판 위의 상기 발열 패턴층을 덮는 수지 보호층과, 상기 수지 보호층 위에 부착된 덮개 기판을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발열체에 있어서, 상기 절연성 기판 및 덮개 기판의 소재는 각각 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드, 셀룰로스 에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리에스테르술폰, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐부티랄(PVB), 유리, 유리섬유(매트), 세라믹, 운모석 또는 실리콘 고무를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발열체에 있어서, 상기 도금층의 소재는 구리 또는 알루미늄 일 수 있다.
본 발명은 또한, 절연성 기판 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 발열 씨드층을 형성하는 인쇄 단계, 및 상기 발열 씨드층을 덮도록 도금층을 형성하여 상기 발열 씨드층과 상기 도금층을 구비하는 발열 패턴층을 형성하는 도금 단계를 포함하는 발열체의 제조 방법을 제공한다.
그리고 본 발명에 따른 발열체의 제조 방법은, 상기 도금 단계 이후에 수행되는, 상기 절연성 기판 위의 상기 발열 패턴층을 덮도록 수지 보호층을 형성하는 단계와, 상기 수지 보호층 위에 덮개 기판을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 전도성 입자와, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있어 고온으로 신속하게 가열이 가능하다.
본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물은 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있기 때문에, 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 발열체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능하기 때문에, 보다 효율성이 높은 발열체를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤바 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있어 다양한 제품에 응용이 가능하다.
본 발명에 따른 발열체는 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 씨드층과, 발열 씨드층을 덮는 도금층을 포함하기 때문에, 발열체로 주로 사용되는 금속 소재와 비교하여 발열 거동 및 안정성이 높고, 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다. 즉 발열체를 형성하는 발열 씨드층은 인쇄 공정으로 형성되기 때문에, 길이가 긴 제품이나 대면적 제품에 적용이 가능하다. 또한 발열체는 발열 씨드층을 도금 공정을 통하여 금속 소재로 도금하기 때문에, 발열 페이스트와 금속 소재가 갖는 효과를 함께 이용할 수 있는 이점도 있다.
그리고 본 발명에 따른 발열체는 포토리쏘그라피 공정이 아닌 인쇄 공정을 이용하여 제조할 수 있기 때문에, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 발열체의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 발열체의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
도 2는 도 1의 발열체의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 발열체의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물을 이용한 발열체를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 발열체(100)는 절연성 기판(10)과 발열 패턴층(40)을 포함한다. 본 실시예에 따른 발열체(100)는 발열 패턴층(40)을 덮는 수지 보호층(50)과 덮개 기판(60)을 더 포함할 수 있다.
절연성 기판(10)은 상부면에 형성되는 발열 패턴층(40)에 인가되는 전원과 열이 외부로 빠져가는 것을 억제하는 기능을 하는 절연성과 단열성을 갖는 소재로 제조된다. 이러한 절연성 기판(10)의 소재로는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드, 셀룰로스 에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리에스테르술폰, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐부티랄(PVB), 유리, 유리섬유(매트), 세라믹, 운모석, 실리콘 고무 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 절연성 기판(10)의 소재는 본 실시예에 따른 발열체(100)의 응용 분야나 사용 온도에 따라 적절히 선택될 수 있다.
발열 패턴층(40)은 발열 씨드층(20)과 도금층(30)을 포함한다. 발열 씨드층(20)은 절연성 기판(10) 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한다. 그리고 도금층(30)은 절연성 기판(10) 위의 발열 씨드층(20)을 덮도록 형성한다.
이때 발열 씨드층(20)을 형성하는 발열 페이스트 조성물은 전도성 입자, 혼합 바인더, 유기 용매 및 분산제를 포함한다. 전도성 입자는 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함한다. 혼합 바인더는 폴리에스테르(polyester), 에폭시(epoxy), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate), 폴리비닐 아세탈(polyvinyl acetal) 및 페놀계 수지(phenol resin) 중 적어도 2종을 포함한다.
본 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물은, 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자는 0.2 내지 6 중량부, 그라파이트 입자는 0.5 내지 30 중량부, 혼합 바인더는 5 내지 30 중량부, 유기 용매는 29 내지 80 중량부, 분산제는 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
탄소나노튜브 입자는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 예컨대 탄소나노튜브 입자는 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube)일 수 있다. 탄소나노튜브 입자가 다중벽 탄소나노튜브일 때, 직경은 5nm 내지 30nm 일 수 있고, 길이는 3㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
그라파이트 입자는 나노 입자로서, 직경이 1㎛ 내지 25㎛일 수 있다.
혼합 바인더는 발열 페이스트 조성물이 300℃ 가량의 온도에서도 내열성을 가질 수 있도록, 폴리에스테르, 에폭시, 에폭시 아크릴레이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지 중 적어도 2종이 혼합된 형태를 갖는다.
예컨대 혼합 바인더는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 수지 및 페놀계 수지가 혼합된 형태를 가질 수 있다. 여기서 혼합 바인더는, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 폴리비닐 아세탈 수지 10 내지 150 중량부, 페놀계 수지 100 내지 500 중량부를 포함한다. 페놀계 수지가 헥사메틸렌 디이소시아네이트 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하인 경우 내열성이 저하되고, 500 중량부를 초과하는 경우 발열 씨드층(20)의 유연성이 저하되어 취성이 강해진다.
이와 같이 본 발명에서는 혼합 바인더의 내열성을 높임으로써, 발열체(100)를 300℃ 가량의 고온으로 발열시키는 경우에도, 발열체(100)의 저항 변화나 발열체(100)의 파손을 억제할 수 있다.
여기에서 페놀계 수지는 페놀 및 페놀 유도체를 포함하는 페놀계 화합물을 의미한다. 예컨대 페놀 유도체는 p-크레졸(p-Cresol), o-구아야콜(o-Guaiacol), 크레오졸(Creosol), 카테콜(Catechol), 3-메톡시-1,2-벤젠디올(3-methoxy-1,2-Benzenediol), 호모카테콜(Homocatechol), 비닐구아야콜(Vinylguaiacol), 시링콜(Syringol), 이소-유제놀(Iso-eugenol), 메톡시 유제놀(Methoxyeugenol), o-크레졸(o-Cresol), 3-메틸-1,2-벤젠디올 (3-methyl-1,2-Benzenediol), (z)-2-메톡시-4-(1-프로페닐)-페놀((z)-2-methoxy-4-(1-propenyl)-Phenol), 2,6-디에톡시-4-(2-프로페닐)-페놀(2,6-dimethoxy-4-(2-propenyl)-Phenol), 3,4-디메톡시-페놀(3,4-dimethoxy-Phenol), 4-에틸-1,3-벤젠디올(4-ethyl-1,3-Benzenediol), 레졸 페놀(Resole phenol), 4-메틸-1,2-벤젠디올(4-methyl-1,2-Benzenediol), 1,2,4-벤젠트리올(1,2,4-Benzenetriol), 2-메톡시-6-메틸페놀(2-Methoxy-6-methylphenol), 2-메톡시-4-비닐페놀(2-Methoxy-4-vinylphenol) 또는 4-에틸-2-메톡시-페놀(4-ethyl-2-methoxy-Phenol) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 용매는 전도성 입자 및 혼합 바인더를 분산시키기 위한 것으로, 카비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 부틸 카비톨 아세테이트(Butyl carbotol acetate), DBE(dibasic ester), 에틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 부탄올(Butanol) 및 옥탄올(Octanol) 중에서 선택되는 2 이상의 혼합 용매일 수 있다.
한편, 분산을 위한 공정은 통상적으로 사용되는 다양한 방법들이 적용될 수 있으며, 예를 들면 초음파처리(Ultra-sonication), 롤밀(Roll mill), 비드밀(Bead mill) 또는 볼밀(Ball mill) 과정을 통해 이루어질 수 있다.
그리고 분산제는 분산을 보다 원활하게 하기 위한 것으로, BYK류와 같이 당업계에서 이용되는 통상의 분산제, Triton X-100과 같은 양쪽성 계면활성제, SDS 등과 같은 이온성 계면활성제를 이용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 발열 페이스트 조성물은 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 첨가제로서 실란 커플링제 0.5 내지 5 중량부를 더 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 발열 페이스트 조성물의 배합 시에 수지들 간에 접착력을 증진시키는 접착증진제 기능을 한다. 실란 커플링제는 에폭시 함유 실란 또는 머켑토 함유 실란일 수 있다. 이러한 실란 커플링제의 예로는 에폭시가 함유된 것으로 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란이 있고, 아민기가 함유된 것으로 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란이 있으며, 머켑토가 함유된 것으로 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 이것에 한정되지 않는다.
발열 씨드층(20)은 절연성 기판(10)의 상부면에 본 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물을 인쇄한 후, 건조 및 경화하여 형성한다. 발열 씨드층(20)의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(내지 롤투롤 그라비아 인쇄), 콤마 코팅(내지 롤투롤 콤마코팅), 플렉소, 임프린팅, 옵셋 인쇄 등이 사용될 수 있다. 건조 및 경화는 100℃ 내지 180℃에서 수행될 수 있다.
도금층(30)은 발열 씨드층(20)을 매개로 전해 또는 무전해 도금 방법으로 발열 씨드층(20)을 덮도록 형성된다. 도금층(30)의 소재로는 구리 또는 알루미늄이 사용될 수 있다. 발열 씨드층(20)은 전기전도성을 갖기 때문에, 전해 도금 시 발열 씨드층(20)에 직접 전원을 인가하여 도금 공정을 수행할 수 있다. 발열 씨드층(20)의 길이 긴 경우, 발열 씨드층(20) 전체에 전원이 안정적으로 인가되어 도금이 균일하게 이루어질 수 있도록 공통 레일 전극을 형성할 수 있다. 공통 레일 전극은 발열 씨드층(20)을 따라서 형성되며, 발열 씨드층(20)의 복수의 지점을 통하여 전원을 공급하도록 형성된다. 공통 레일 전극은, 도금층(30) 형성을 완료한 이후에, 발열 씨드층(20)으로부터 제거된다.
이때 도시 하진 않았지만, 발열 패턴층(40)을 발열시키기 위한 외부 전원을 인가하는 복수의 전극 단자가 발열 패턴층(40)에 접합된다. 복수의 전극 단자로는 도선이 사용될 수 있으며, 발열 패턴층(40) 위에 솔더링 방법으로 접합된다.
수지 보호층(50)은 절연성 기판(10) 위의 발열 패턴층(40)을 덮도록 형성된다. 즉 수지 보호층(50)은 절연성 기판(10)의 상부면과 발열 패턴층(40)을 덮도록 형성된다. 수지 보호층(50)은 발열 패턴층(40)을 보호하는 보호 부재로서의 기능과, 상부에 덮개 기판(60)을 부착시키는 접착 부재로서의 기능을 수행한다. 발열 패턴층에 접합된 복수의 전극 단자 부분 또한 수지 보호층(50)에 의해 덮일 수 있다. 수지 보호층(50)의 소재로는 폴리이미드, 에폭시 수지, OCA(optically clear adhesive) 또는 OCR(optically clear resin) 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
그리고 덮개 기판(60)은 수지 보호층(50) 위에 부착된다. 덮개 기판(60)은 수지 보호층(50)의 접착성을 이용하여 수지 보호층(50) 위에 직접 부착할 수도 있고, 별도의 접착제를 개재하여 부착할 수도 있다. 덮개 기판(60)의 소재로는 절연성 기판(10)에 사용되는 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 본 실시예에 따른 발열체(100)가 자동차 후면 유리의 열선으로 사용되는 경우, 절연성 기판(10) 및 덮개 기판(60)으로 폴리비닐부티랄(PVB)이 사용될 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 발열체(100)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 발열체(100)의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 도 3 내지 도 6은 도 2의 발열체(100)의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 절연성 기판(10)을 준비한다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S71단계에서 절연성 기판(10) 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 발열 씨드층(20) 형성을 형성한다. 예컨대 발열 씨드층(20)의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄 또는 그라비아 인쇄가 사용될 수 있다. 발열 페이스트 조성물의 인쇄 후, 100℃ 내지 180℃에서 건조 및 경화 공정을 수행하여 발열 씨드층(20)을 형성한다.
이때 발열 씨드층(20)을 형성할 때, 필요에 따라 공통 레일 전극을 함께 형성할 수 있다. 즉 공통 레일 전극은 발열 씨드층(20)의 길이가 길고 도금 공정을 도금층(30)을 형성하는 경우에 발열 씨드층(20)과 함께 형성된다. 공통 레일 전극은 발열 씨드층(20)을 형성할 때 함께 형성된다. 물론 무전해 도금 공정으로 발열 씨드층(20)을 형성하는 경우, 발열 씨드층(20)의 길이에 무관하게 공통 레일 전극은 필요하지 않다.
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, S73단계에서 발열 씨드층(20)을 덮도록 도금층(30)을 형성함으로써, 발열 씨드층(20)과 도금층(30)을 구비하는 발열 패턴층(40)을 형성할 수 있다.
도금 공정이 완료된 이후에, 절연성 기판(10) 위에 공통 레일 전극이 형성되어 있다면, 해당 공통 레일 전극은 제거한다.
다음으로 발열 패턴층(40)의 양단부에 각각 단자부를 솔더링하여 접합한다.
이어서 도 6에 도시된 바와 같이, S75단계에서 절연성 기판(10) 위의 발열 패턴층(40)을 덮도록 수지 보호층(50)을 형성한다. 즉 절연성 기판(10) 위에 액상의 수지를 도포하여 상부면이 평평하게 수지 보호층(50)을 형성한다.
그리고 도 1에 도시된 바와 같이, S77단계에서 수지 보호층(50) 위에 덮개 기판(60)을 부착함으로써, 본 실시예에 따른 발열체(100)를 얻을 수 있다. 이때 덮개 기판(60)을 수지 보호층(50) 위에 부착할 때, 별도의 접착제를 개재하지 않고 부착할 경우, 수지 보호층(50)이 완전히 경화하기 전에 덮개 기판(60)을 수지 보호층(50)에 압착하여 부착할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 발열 페이스트 조성물은 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 전도성 입자와, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지가 혼합된 혼합 바인더를 포함하기 때문에, 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있어 고온으로 신속하게 가열이 가능하다.
본 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물은 200℃ 이상의 온도에서도 내열성을 유지할 수 있기 때문에, 온도에 따른 저항 변화가 작아 발열 거동 및 안정성이 높은 발열체(100)를 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물은 비저항이 낮고 두께 조절이 용이하여 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능하기 때문에, 보다 효율성이 높은 발열체(100)를 제작할 수 있다.
본 실시예에 따른 발열 페이스트 조성물은 스크린 인쇄, 롤투롤 그라비아 인쇄, 롤투롤 콤바 코팅, 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄가 가능하기 때문에, 대량 생산에 유리할 뿐만 아니라 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있어 다양한 제품에 응용이 가능하다.
본 실시예에 따른 발열체(100)는 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 씨드층(20)과, 발열 씨드층(20)을 덮는 도금층(30)을 포함하기 때문에, 발열체(100)로 주로 사용되는 금속 소재와 비교하여 발열 거동 및 안정성이 높고, 제품 길이 및 면적에 대한 제약을 해소할 수 있다. 즉 발열체(100)를 형성하는 발열 씨드층(20)은 인쇄 공정으로 형성되기 때문에, 길이가 긴 제품이나 대면적 제품에 적용이 가능하다. 또한 발열체(100)는 발열 씨드층(20)을 도금 공정을 통하여 금속 소재로 도금하기 때문에, 발열 페이스트와 금속 소재가 갖는 효과를 함께 이용할 수 있는 이점도 있다.
그리고 본 실시예에 따른 발열체(100)는 포토리쏘그라피 공정이 아닌 인쇄 공정을 이용하여 제조할 수 있기 때문에, 제조 비용을 낮출 수 있는 이점도 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 절연성 기판
20 : 발열 씨드층
30 : 도금층
40 : 발열 패턴층
50 : 수지 보호층
60 : 덮개 기판
100 : 발열체
20 : 발열 씨드층
30 : 도금층
40 : 발열 패턴층
50 : 수지 보호층
60 : 덮개 기판
100 : 발열체
Claims (9)
- 절연성 기판; 및
상기 절연성 기판 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 씨드층과, 상기 발열 씨드층을 덮는 도금층을 구비하는 발열 패턴층;을 포함하고,
상기 발열 페이스트 조성물은,
전도성 입자;
헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;
유기 용매; 및
분산제;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 발열 페이스트 조성물의 전도성 입자는 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체. - 제2항에 있어서,
상기 절연성 기판 위의 상기 발열 패턴층을 덮는 수지 보호층; 및
상기 수지 보호층 위에 부착된 덮개 기판;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체. - 제3항에 있어서,
상기 절연성 기판 및 덮개 기판의 소재는 각각 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드, 셀룰로스 에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리에스테르술폰, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐부티랄(PVB), 유리, 유리섬유(매트), 세라믹, 운모석 또는 실리콘 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체. - 제1항에 있어서,
상기 도금층의 소재는 구리 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 발열체. - 절연성 기판 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 발열 씨드층을 형성하는 인쇄 단계; 및
상기 발열 씨드층을 덮도록 도금층을 형성하여 상기 발열 씨드층과 상기 도금층을 구비하는 발열 패턴층을 형성하는 도금 단계;를 포함하고,
상기 발열 페이스트 조성물은,
전도성 입자;
헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;
유기 용매; 및
분산제;
를 포함하는 발열체의 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 발열 페이스트 조성물의 전도성 입자는 탄소나노튜브 입자 및 그라파이트 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체의 제조 방법. - 제6항에 있어서, 상기 도금 단계 이후에 수행되는,
상기 절연성 기판 위의 상기 발열 패턴층을 덮도록 수지 보호층을 형성하는 단계; 및
상기 수지 보호층 위에 덮개 기판을 부착하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체의 제조 방법. - 절연성 기판; 및
상기 절연성 기판 위에 발열 페이스트 조성물을 인쇄하여 형성한 발열 씨드층과, 상기 발열 씨드층을 덮는 도금층을 구비하는 발열 패턴층; 및
상기 발열 패턴층을 덮는 수지 보호층;을 포함하고,
상기 발열 페이스트 조성물은,
전도성 입자;
헥사메틸렌 디이소시아네이트, 폴리비닐 아세탈 및 페놀계 수지를 포함하는 혼합 바인더;
유기 용매; 및
분산제;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발열체.
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