KR101890176B1 - 온도 센서 모듈 - Google Patents

Abstract

온도에 따라 저항이 변하는 전기적 특성을 제공하는 물질부 및 상기 물질부의 서로 다른 면에 부착되어 전기적으로 연결되는 한 쌍의 코어와이어, 상기 물질부와 상기 코어와이어를 부착시키는 전극부, 상기 코어와이어를 수용하고, 상기 전기적 특성에 대한 신호를 외부로 전송하는 케이블을 포함하고, 상기 코어와이어는 상기 케이블의 피복이 제거되어 형성되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈을 제시한다. 따라서 백금 전극 와이어를 배제하고, 용접 공정을 제외함으로써 생산 비용을 절감시키고, 불량률을 현저히 감소시켜 보다 향상된 생산성을 제공한다.

Description

온도 센서 모듈 {TEMPERATURE SENSOR MODULE}

본 발명은 온도 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차에서 배출되는 배기가스의 온도를 측정할 수 있는 오도 센서 모듈에 관한 것이다.

배기가스 등의 온도를 검출하는 온도 센서는 금속의 PCT(Positive Temperature Coefficient) 특성을 이용하여 온도에 따라 저항이 변화되는 특성의 소자 예를 들어, RTD(Resistance Temperature Detector), 서미스터(Thermistor) 등을 사용한다. 한편 온도 센서 모듈은 전기적 신호를 전달하기 위해 감온 소자와 연결되는 MI(Mineral Insulated) 케이블을 더 포함한다. RTD 소자와 연결되는 한 쌍의 전극 와이어는 MI 케이블의 코어 와이어와 용접되어 RTD 소자의 저항에 관한 정보를 전기적 신호로 MI 케이블로 전달한다. 그리고 이 신호는 다시 MI 케이블과 연결된 커넥터 등을 통해 온도 측정기 등의 외부 장치로 전달된다.

종래 RTD 소자에 연결된 백금 와이어와 코어 와이어는 서로 겹쳐지도록 배치된 후 레이저 용접 등의 방법으로 접합되었다. 그러나 이런 방법은 정렬 불량에 의해 서로 단락되는 등의 공정 불량률을 증가시켰으며, 별개 전극 와이어의 사용은 온도 센서 모듈의 제작비용을 상승시키는 문제점이 있었다. 또한, 종래 레이저 용접되는 부분이 점 접합되는 것으로 인해 부착 강도가 낮아 진동 등이 가해지면 쉽게 분리되는 문제점이 있었으며, 레이저 용접 공정으로 인한 설비 투자비가 증가되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록실용신안 제20-0447259호 (2009.12.31. 등록) 대한민국 공개특허 제10-2015-0103944호 (2015.09.14. 공개) 대한민국 등록특허 제10-1307528호 (2013.09.05. 등록)

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 백금 전극 와이어를 배제하여 공정 불량률을 감소시키고, 제품 생산 비용을 절감할 수 있는 온도 센서 모듈을 제공하고자 한다. 또한, 온도 센서 내부의 전극과 MI 케이블을 접합할 때 부착 강도가 우수한 온도 센서 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 온도에 따라 저항이 변하는 전기적 특성을 제공하는 물질부; 상기 물질부의 서로 다른 면에 부착되어 전기적으로 연결되는 한 쌍의 코어와이어; 상기 물질부와 상기 한 쌍의 코어와이어를 부착시키는 전극부; 및 상기 코어와이어를 수용하고, 상기 전기적 특성에 대한 신호를 외부로 전송하는 케이블을 포함하는 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈을 제공한다.

한 쌍의 코어와이어는 케이블의 일 말단의 피복을 제어하여 형성되는 것으로, 서로 일정 거리 이격되어 형성된다.

또한 코어와이어는 X자로 서로 엇갈려 물질부의 서로 다른 면에 부착될 수 있으며, 또한 코어와이어의 각 말단을 압착하여 평탄부를 형성하고, 평탄부가 X자로 서로 엇갈려 물질부의 서로 다른 면에 면 부착될 수 있다.

전극부는 금속 페이스트로 형성되어, 물질부와 코어와이어를 서로 부착시킨다.

물질부는 세라믹기판의 양 측면에 인쇄된 금속 패턴으로 형성될 수 있다.

금속 패턴은 특정 패턴을 가지며, 서로 연결된 하나로 형성될 수 있고, 연결되지 않은 복수 개로 형성될 수 있다.

복수 개의 서로 연결되지 않는 금속 패턴으로 형성되는 경우 세라믹기판에는 금속 패턴이 인쇄된 양 측면을 관통하는 홀이 더 형성된다.

물질부는 금속 패턴이 인쇄된 세라믹기판이 복수 개 적층되어 형성될 수 있으며, 이때 코어와이어는 서로 다른 금속 패턴에 면 부착된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 모두 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 아래와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명인 온도 센서 모듈은 백금 전극 와이어를 배제시킴으로써 생산비용을 절감할 수 있으며, 전극부에 의해 코어와이어와 금속 패턴을 직접 접합시킬 수 있어 레이져 용접 공정을 배제할 수 있다. 따라서, 용접 시 발생할 수 있는 금속 패턴 손상, 전극 단락 현상 등에 의한 불량률을 감소시키고, 레이져 설비를 필요로 하지 않아 제품 생산 비용을 절감시킬 수 있다.

또한 코어와이어는 X자로 서로 엇갈려 물질부에 부착될 수 있고, 더 나아가 말단이 압착되어 평탄부를 형성하고 평탄부를 X자로 서로 엇갈려 물질부에 부착될 수 있다. 이에 따라 소자의 안착성, 부착강도 등이 보다 더 향상되는 동시에 내구성까지 확보될 수 있다.

물질부는 세라믹기판의 양 측면에 인쇄된 금속 패턴으로 형성될 수 있으며, 금속 패턴은 서로 연결되어 하나로 형성되거나, 금속 패턴이 형성된 세라믹기판의 양 측면을 관통하는 홀이 더 형성되어 전기적으로 연결되어 회로를 연장할 수 있다.

뿐만 아니라, 물질부는 금속 패턴이 인쇄된 세라믹기판을 복수 개 적층하여 형성될 수 도 있어 회로 연장효과를 극대화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈의 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 물질부와 코어와이어를 확대한 사시도.
도 4는 도 1의 평면도.
도 5는 도 1의 측면도.
도 6은 도 3의 물질부의 다른 실시예와 코어와이어를 확대한 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈의 사시도.
도 8은 도 1의 케이블의 사시도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 물질부와 코어와이어를 확대한 사시도이다. 도 4는 도 1의 평면도이고, 도 5는 도 1의 측면도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 온도 센서 모듈은 온도에 따라 저항이 변하는 전기적 특성을 제공하는 물질부(10) 및 상기 물질부(10)의 서로 다른 면에 부착되어 전기적으로 연결되는 한 쌍의 코어와이어(30), 상기 물질부와 상기 코어와이어를 부착시키는 전극부(20), 상기 코어와이어(30)를 수용하고, 상기 전기적 특성에 대한 신호를 외부로 전송하는 케이블(40)을 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 물질부(10)는 세라믹기판(11)에 인쇄된 특정 패턴을 갖는 금속 패턴(12)으로 형성된 소형 RDT소자를 사용한다. 이때, 금속 패턴(12)은 세라믹기판(11)의 상/하 면에 형성될 수 있으며, 측면을 따라 연결되어 하나의 금속 패턴(12)으로 형성된다.

이에 따라 온도를 측정할 수 있는 회로의 길이를 종래 보다 더 연장시킬 수 있는 효과가 있다. 회로가 길이가 연장되는 경우, 금속 패턴(12)의 저항을 여러 지점에서 측정할 수 있으며, 이에 따라 좀 더 정확한 온도 측정이 가능하다.

금속 패턴(12)은 비저항이 작은 순 금속으로 형성되는 것이 바람직하며, 그 중에서도 백금으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 고온으로 배출되는 자동차 배기가스의 온도를 안정적으로 측정하기 위함니다.

RTD(resistance temperature detector)소자는 온도가 증가함에 따라 저항 값이 증가하는 금속의 PTD(Positive Temperature Coefficient)특성을 이용한 것으로 금속의 저항을 측정함으로써 역으로 온도를 측정하는 온도센서로 측온 저항체라도 한다. RTD소자는 매우 정확하고 반복성이 우수하며, 장기간에 걸쳐 매우 안정적이다. 또한, 박막이므로 열 응답성이 우수하고, 열전대나 서미스트에 비해 선형성이 우수하고, 반도체 제조 기술을 이용하여 제작하기 때문에 생산 비용이 저렴하다.

그 중에서도 백금으로 형성된 RTD소자는 넓은 온도 범위(-200℃~540℃)에 걸쳐 안정성, 직선성, 내화학성, 내부식성이 우수하다 또한, 기본 저항 값으로 100Ω, 200Ω, 500Ω, 1000Ω 다양하게 갖으며, 저항 값이 클수록 감도와 분해능은 더 우수하다. 또한, 세라믹기판에 인쇄된 백금 패턴은 0℃에서 1000Ω 큰 저항 값을 가져, 온도에 따른 저항 값의 변화율이 커 감도가 높고, 도선의 저항(lead wire resistance)에 기인하는 오차가 작아 3선식 배선이 필요하지 않다는 장점이 있다.

금속 패턴(12)은 금속으로 형성되고, 차량의 배기가스에는 약 8%~ 14%의 물을 포함하여 부식의 문제점이 있어 금속 패턴(12) 위에 보호층(미도시)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 보호층은 코어와이어(30)가 부착되는 부분에는 형성되지 않아 코어와이어(30)와 금속 패턴(12)의 전기적 연결을 방해하지 않는다.

코어와이어(30)는 한 쌍으로 형성되고, 물질부(10)의 서로 다른면에 각각 부착된다. 구체적으로는, 세라믹기판(11)의 서로 다른 면에 인쇄된 하나의 금속 패턴(12)의 말단부에 부착된다. 따라서 금속 패턴(12)의 말단부는 부착을 위해 넓게 형성되는 것이 바람직하다.

물질부(10)와 코어와이어(30)의 부착력을 향상시키기 위하여 코어와이어(30)는 X자로 서로 엇갈려 물질부(10)에 부착된다. 이때, 부착력을 극대화하기 위해 코어와이어(30)의 말단을 상하방향으로 압착하여 평탄부(31)를 형성하고, 평탄부(31)를 X자로 서로 엇갈려 물질부(10)와 면 부착시켜 부착력을 극대화 하는 것이 바람직하다.

따라서 코어와이어(30)가 연장되는 길이 방향으로 인장력이 가해지는 경우에도, 코어와이어(30)의 각 단부가 물질부(10)에서 쉽게 분리 이탈되지 않아 제품의 내구성이 향상되고, 그에 따라 다양한 용도의 차량에 적용할 수 있는 효과가 있다.

코어와이어(30)는 금속 패턴(12)에 부착되어 저항을 측정한다. 측정된 저항 값은 전기적인 신호로 코어와이어(30)를 수용하는 케이블(40)에 연결된 외부 장치(미도시)에 전달되고, 외부 장치는 금속의 PTD(Positive Temperature Coefficient)특성에 따른 저항 값과 온도의 비례관계를 역으로 분석하여 온도에 관한 정보로 변환한다.

물질부(10)와 코어와이어(30)는 금속 페이스트(paste)로 형성된 전극부(20)에 의해 직접 부착된다. 구체적으로는, 세라믹기판(11)의 상/하 면에 각각 인쇄된 금속 패턴(12)의 말단 위에 페이스트를 올리고 그 위에 다시 코어와이어(30)의 말단을 올려 압착하는 방식으로 부착된다. 따라서 전극부(20)는 세라믹기판의 상면에 하나의 전극부(21)가 형성되고, 세라믹기판의 하면(22)에 다른 하나의 전극부가 형성된다.

금속 페이스트는 물질부(10)와 코어와이어(30)가 부착 부분의 부식 현상을 방지하고, 부착 부분의 저항을 최소화하기 위해 백금 페이스트를 사용하는 것이 바람직하다.

페이스트는 풀과 같이 점착성을 가지는 상태를 의미한다. 따라서 본 발명인 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈은 용접 공정 없이 물질부(10)와 코어와이어(30)를 부착할 수 있다. 이에 따라 용접공정을 제외함으로써, 생산시간 단축 및 설비 투자비 절감 효과가 있으며, 용접 공정 시 발생할 수 있는 전극 단락 현상 및 소자에 주어지는 열 충격에 의한 금속 패턴(12)의 손상을 근본적으로 차단하여 불량률을 현저히 감소 시키는 효과가 있다.

물질부(10)와 코어와이어(30)가 전극부(20)에 의해 부착된 후, 물질부(10)의 외측으로 코팅층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 이는 금속 패턴(12) 표면의 산화를 방지할 수 있으며, 온도 센서 모듈의 안정성, 내구성, 신뢰성 등을 향상시킬 수 있으며, 이를 위해 코팅층은 유리 또는 에폭시로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4 및 도 5에서는 전극부(20)에 의한 물질부(10)와 코어와이어(30)의 부착 상태를 도시하기 위해 물질부의 크기를 확대하여 도시한 도면이다. 현실적으로는 물질부(10)는 케이블(40)의 외측으로 돌출되지 않게 형성되고, 온도 센서의 수명을 연장시키기 위해 케이블(40)과 결합하여 일체로 형성되는 튜브(미도시)를 물질부(10)의 외측으로 씌워 외력으로부터 온도 센서를 보호하고, 이물질 등이 부착되는 것을 방지한다.

도 6은 도 3의 물질부의 다른 실시예와 코어와이어를 확대한 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 물질부(10)는 세라믹기판(11)에 인쇄된 특정 패턴을 갖는 금속 패턴(12)으로 형성된 소형 RDT소자를 사용한다. 이때, 금속 패턴(12)은 세라믹기판(11)의 상/하면에 각각 인쇄될 수 있으며, 세라믹기판(11)에는 금속 패턴(12)이 인쇄된 상/하면을 관통하는 관통홀(13)이 더 형성된다.

관통홀(13)은 상/하면에 인쇄된 금속 패턴(12)을 전기적으로 연결하기 위한 것으로 금속 패턴(12)이 인쇄된 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 회로의 길이를 종래 보다 더 연장시키는 효과가 있으며, 도 3의 물질부(10)와 동일한 장점이 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈의 사시도이다.

도 7에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈의 물질부(10)는 금속 패턴(12)이 인쇄된 세라믹기판(11)이 복수 개 적층되어 형성된다. 이때 각 세라믹기판(11)에 인쇄된 금속 패턴(12)은 서로 전기적으로 연결되어 회로가 더 길어지는 효과가 있다.

따라서 세라믹기판(11)에 인쇄된 금속 패턴(12)의 패턴은 각 세라믹기판(11)이 접하는 면에서 그 패턴을 달리하여 일 지점에서만 연결되는 것이 바람직하다.

도 7에서는 도 3과 같이 하나의 금속 패턴(12)으로 형성되는 제2 실시예에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈을 도시하고 있으나, 도 6과 같이 금속 패턴(12)이 세라믹기판(11)의 서로 다른 면에 각각 인쇄된 물질부(10)를 적층하여 실시 할 수 있다. 이때, 관통홀(13)은 각 세라믹기판(11)에 인쇄된 금속 패턴(12)만을 관통하는 것으로 형성된다.

도 8은 도 1의 케이블의 사시도이다.

케이블(40)은 코어와이어(30)를 수용하고, 물질부(10)의 전기적 특성에 의한 신호를 연결된 외부 장치로 전송한다. 따라서 전기적인 신호를 외부 장치까지 전송하는 동안 외부와 절연되는 것이 바람직하다.

따라서, 케이블(40)은 내부는 절연체(41)로 채워져 있으며, 외부는 절연체(41)를 감싸는 시스(sheath,42)로 형성된다. 이는 한 쌍의 코어와이어(30) 사이 또는 코어와이어(30)와 외부 사이에서 발생할 수 있는 쇼트현상을 방지하여 전기적 신호가 원할하게 이동할 수 있도록 한다.

절연체(41)는 순도가 33.4%이상인 산화마그네슘 파우더를 사용하는 것이 바람직하다.

도 8에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 코어와이어(30)는 케이블(40)의 시스(42)를 일부 제거하여 수용된 코어와이어(30)를 노출하여 형성된다. 전기 톱 등으로 케이블(40)에 흠집을 낸 후 압력을 가해 시스(42)을 제거하여 형성하는 방법이 있으나, 이러한 방법을 사용하는 경우 절단면이 거칠고 압력을 가하는 과정에서 코어와이어(30)에 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있어, 레이져를 이용하여 케이블(40)을 절단하여 형성하는 것이 바람직하다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 따른 전극 와이어를 배제한 온도센서 모듈을 설명하였으나, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위의 발명은 본 발명의 보호범위에 속한다.

물질부 : 10
세라믹기판 : 11 금속 패턴 : 12
전극부 : 20
하측 전극부 : 21 상측 전극부 : 22
코어와이어 : 30 평탄부 : 31
케이블 : 40

Claims (9)

1. 온도에 따라 저항이 변하는 전기적 특성을 제공하는 물질부;
   상기 물질부의 서로 다른 면에 부착되어 전기적으로 연결되는 한 쌍의 코어와이어;
   상기 물질부와 상기 코어와이어를 부착시키는 전극부; 및
   상기 코어와이어를 수용하고, 상기 전기적 특성에 대한 신호를 외부로 전송하는 케이블;을 포함하고,
   상기 코어와이어는
   상기 케이블의 피복이 제거되어 형성되는 전극 와이어를 배재한 온도 센서 모듈.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 코어와이어는
   X자로 서로 엇갈려, 상기 전극부에 의해 상기 물질부에 부착되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 코어와이어는
   각 말단이 압착되어 평탄부가 형성되고, 상기 평탄부가 상기 물질부의 서로 다른 면에 면 부착되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 평탄부는
   X자로 서로 엇갈려, 상기 전극부에 의해 상기 물질부의 서로 다른 면에 면 부착되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 전극부는
   금속 페이스트로 형성되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   
6. 온도에 따라 저항이 변하는 전기적 특성을 제공하는 물질부;
   X자로 서로 엇갈려, 상기 물질부의 서로 다른 면에 부착되어 전기적으로 연결되는 한 쌍의 코어와이어;
   상기 물질부와 상기 한 쌍의 코어와이어를 부착시키는 금속 페이스트로 형성된 전극부; 및
   상기 한 쌍의 코어와이어를 수용하고, 상기 전기적 특성에 대한 신호를 외부로 전송하는 케이블;을 포함하고,
   상기 물질부는
   세라믹기판의 양 측면에 인쇄된 금속 패턴으로 하나의 패턴으로 형성되고, 상기 코어와이어가 상기 금속 패턴의 서로 다른 면에 각각 부착되며,
   상기 코어 와이어는
   상기 케이블의 피복이 제거되어 형성되는 전극 와이어를 배재한 온도 센서 모듈.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 물질부는
   상기 세라믹기판의 양 측면에 각각 인쇄된 복수 개의 금속 패턴으로 형성되고, 상기 코어와이어가 서로 다른 상기 금속 패턴에 각각 부착되며,
   상기 세라믹기판은
   상기 금속 패턴이 인쇄된 양 측면을 관통하는 홀이 형성된 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 코어와이어는
   각 말단이 압착되어 평탄부가 형성되고, 상기 평탄부가 X자로 서로 엇갈려 상기 물질부의 서도 다른 면에 면 부착되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 물질부는
   상기 금속 패턴이 인쇄된 상기 세라믹기판이 복수 개가 적층되어 형성되고, 상기 코어와이어가 서로 다른 상기 금속 패턴에 면 부착되는 전극 와이어를 배제한 온도 센서 모듈.
   

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