KR102138269B1 - 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터 - Google Patents

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KR102138269B1
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이충국
정철진
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Abstract

본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터는, 온도에 따라 저항값이 변화하는 서미스터 소자; 상기 서미스터 소자와 접촉 단자를 보호하는 글라스 실링층; 전기적 도선 기능과 서미스터 소자 지지 기능을 가진 한 쌍의 도전지지체 및 상기 실링층과 인접하여 상기 한 쌍의 도전지지체를 감싸 형성된 충격흡수구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터{Glass sealed thermistor having shock absorbed structure}
본 발명은 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서미스터의 글라스 실링층을 보호하기 위하여 충격흡수 구조체가 형성된 글라스 밀봉형 서미스터에 관한 것이다.
서미스터는 온도의 변화에 따라 저항값이 변하는 반도체 소자로, 온도 범위가 -50~1000℃라면 모든 분야에 응용될 수 있다. 크기가 작고 값이 저렴하여 산업기기의 온도 센서나 전자기기, 의료기, 자동차 등의 온도 센서로 많이 사용된다.
서미스터의 전기적 변화를 읽어내기 위하여 한 쌍의 도선이나 리드프레임과 접촉하고 서미스터 소자를 보호하기 위해 소자의 전극과 리드(lead)를 덮어 밀봉한 실링(sealing)층을 형성한다. 상기 실링층은 저온에서 사용할 경우 에폭시 수지와 같은 고분자를 사용하나 200℃ 이상에서 사용하는 고온용은 열적 변화와 신뢰성을 확보하기 위하여 유리 재질의 글라스를 실링층으로 사용한다.
유리 재질로 형성된 글라스 실링층은 도선을 절단하거나 벌릴 경우 충격이 실링층에 전달되어 크랙이 발생하거나 파손되어 실링 효과가 떨어져 서미스터의 신뢰성이 저하된다.
종래의 서미스터는 일반적으로 도 10(a)와 같이 원형 또는 4각 형태의 리드와이어가 주로 사용되는데, 리드와이어는 직경이나 두께가 가늘고 길이가 길어지면 휘어짐이 발생할 수 있고, 와이어를 자를 때 충격으로 소자에 결함이 생길 수 있으며, 리드선 간의 피치가 좁고 쉽게 변형되기 때문에 리드와이어 간의 절연성 확보를 위해 도 10(b)와 같이 코팅이나 튜브 삽입 등 절연을 위한 공정이 추가로 필요한 문제점이 있다.
서미스터의 열 응답속도를 빠르게 하기 위하여 헤드 부위를 소형화하면 리드선이 가늘어지고, 가늘어질수록 리드의 내구성이 약해 취급 중 쉽게 휘어지거나 끊어질 수도 있으며 소자에 결함이 생길 수도 있다.
또한, 자동차용 서미스터와 같이 진동환경에서 기계적 내구성을 갖도록 서미스터 리드의 폭이나 두께를 크게 하면 헤드가 커져 열 응답 특성이 저하되며, 리드프레임 절단 시 전달되는 충격으로 실링층이 손상되는 문제점이 있다.
1. 한국공개특허 제 2001-0029618호
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기계적 충격이 글라스 실링층에 직접 전달되지 않도록 글라스 실링층 근처에 충격흡수 구조물을 가진 글라스 밀봉형 서미스터를 제공하고자 한다.
또한, 열 응답특성을 향상시키면서 기계적 진동에 내구성을 갖도록 변형부 리드프레임의 폭과 두께를 다른 부위보다 작게 형성하여 충격이 완화되는 구조의 리드프레임을 구비한 글라스 밀봉형 서미스터를 제공한다.
상기 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터는, 온도에 따라 저항값이 변화하는 서미스터 소자; 상기 서미스터 소자와 접촉 단자를 보호하는 글라스 실링층; 전기적 도선 기능과 서미스터 소자 지지 기능을 가진 한 쌍의 도전지지체 및 상기 실링층과 인접하여 상기 한 쌍의 도전지지체를 감싸 형성된 충격흡수구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도전지지체는 리드와이어인 것을 특징으로 한다.
상기 리드와이어는 듀멧선인 것을 특징으로 한다.
상기 도전지지체는 리드프레임인 것을 특징으로 한다.
상기 리드프레임은, 전극과 접촉하는 리드부(210); 상기 리드부와 연결되면서 폭, 두께 또는 피치가 변화되는 변형부(220); 상기 변형부와 연결되면서 지지 기능을 하는 몸체부(230) 및 상기 몸체부 및 회로기판과 연결되는 접속부(240)를 포함하며, 상기 리드프레임의 길이 방향으로 폭의 변화로 충격을 완화하는 것을 특징으로 한다.
상기 변형부의 폭이 리드프레임의 두께보다 작게 형성되어, 프레임에서도 충격흡수구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 변형부 주위에 외측으로 돌기부(221)가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 충격흡수구조체는 고분자 수지인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 기계적 충격이 글라스 실링층에 직접 전달되지 않도록 글라스 실링층 근처에 충격흡수 구조물을 형성하여 충격에 의한 크랙이나 파손의 문제점을 해결하여 고신뢰성의 글라스 밀봉형 서미스터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 용도에 따라 리드프레임의 폭이나 두께를 변형하여 다양한 형태로 성형 가능하며, 자동화 공정으로 서미스터의 생산성을 향상 수 있다.
본 발명은 리드프레임의 변형부의 폭을 헤드부의 폭보다 작게 형성함으로써, 리드프레임에 상관없이 헤드부 크기만큼 센서를 작게 만들 수가 있어서 높은 응답속도를 갖는 센서 구현이 가능하며, 접속부의 폭을 보다 충분하게 형성함으로써 연결부의 신뢰도가 증가할 수 있다.
본 발명은 리드프레임의 헤드부와 변형부에 고분자 물질의 실링층을 형성하여 취급 시 헤드부에 가해지는 충격량을 완화할 수 있다.
본 발명은 리드프레임의 변형부의 폭을 리드프레임의 두께보다 작게 형성함으로써, 취급 시 리드프레임에서 전달되는 충격이 좁은 변형부에서 변형으로 흡수됨으로써 헤드부에 전달되는 충격량을 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 충격흡수 구조체를 가진 글라스 밀봉형 서미스터를 도시한 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 리드프레임을 이용한 글라스 밀봉형 서미스터를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터의 고분자물질이 코팅된 형태를 도시한 그림이다.
도 4의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 고분자물질이 코팅된 리드프레임의 변형 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터에 돌기부가 형성된 밀봉형 서미스터를 도시한 그림이다.
도 6의 (a), (b), (c)는 본 발명에 따른 리드프레임에 돌기부를 형성하고, 고분자물질이 코팅층을 형성한 밀봉형 서미스터의 변형 실시예이다.
도 7의 (a), (b), (c)는 리드프레임의 변형부에 돌기를 형성하고 인접하여 충격흡수구조체를 형성한 서미스터의 다른 실시예이다.
도 8는 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터의 다른 실시예이다.
도 9는 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터의 센서구현 형태를 도시한 정면도이다.
도 10은 종래의 서미스터를 도시한 그림이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터로서, 온도에 따라 저항값이 변화하는 서미스터 소자(110), 상기 서미스터 소자와 접촉 단자를 보호하는 글라스 실링층(120), 전기적 도선 기능과 서미스터 소자 지지 기능을 가진 한 쌍의 도전지지체(200, 300) 및 상기 실링층과 인접하여 상기 한 쌍의 도전지지체에 형성된 충격흡수구조체(260)를 포함한다.
상기 실링층은 기밀성을 제공하여 서미스터 소자가 수분이나 화학적 성분으로 부식되는 것을 방지하고, 물리적 열적 충격에 의한 스크래치나 손상을 방지하는 보호층으로 고분자 수지나 유리 재질로 밀봉한다.
실링층은 일반적으로 저온에서 사용할 경우 에폭시 수지와 같은 고분자를 사용하나 200℃ 이상에서 사용하는 고온용은 열적 변화와 신뢰성을 확보하기 위하여 유리 재질의 글라스를 실링층으로 사용한다.
고분자 수지는 제조가 용이하고 제조 단가가 저렴하고 기계적 충격에 강하나 화학적 내구성이나 짧은 수명 등으로 신뢰성이 낮다. 유리 재질의 실링층은 화학적 열적 내구성 등 신뢰성은 높으나 유리 특성상 충격에 의하여 크랙이 발생하거나 깨지는 단점이 있다.
본 발명에 따른 고신뢰성 서미스터는 유리 재질의 특성을 활용하면서 기계적 충격을 흡수하는 충격흡수구조체를 형성하여 유리의 크랙이나 파손을 방지하여 신뢰성을 높인 서미스터를 제공하는 것이다.
상기 충격흡수구조체는 탄성이 있는 고분자 수지를 이용하여 실링층과 인접하여 한 쌍의 도전지지체를 감싸 안은 형상으로 형성한다. 인접의 의미는 이웃하여 접할 수도 있고, 이웃하여 소정거리 이격되어 형성될 수도 있음을 의미한다.
상기 충격흡수구조체는 일반적으로 에폭시 수지가 사용되며 충격 흡수에 용이한 고분자 수지가 바람직하다.
상기 도전지지체는 리드와이어(lead wire) 또는 리드프레임(lead frame)이다. 리드와이어는 도 1(b)와 같이 직경 또는 두께가 일정한 원형 또는 사각형일 수 있고 듀멧선(dumet)선이 바람직하다.
듀멧선은 구리 표면에 얇은 붕사층을 피복하여 산화방지와 유리와의 적합성을 좋게 한다. 듀멧선의 심선은 Fe-Ni합금으로 유리와 팽창률이 유사하여 유리 봉입선으로 사용되고 있다.
도 1(a)는 리드프레임을 사용한 도전지지체로서, 리드프레임은 전기전도도와 강성이 우수한 Fe-Ni 또는 동합금의 얇은 기판으로 주로 반도체 칩을 부착하기 위한 패키지에 사용된다. 원하는 모양의 금형에 의한 펀칭이나 식각으로 대량 생산이 용이하다.
도 2는 본 발명을 리드프레임으로 구현한 실시예를 보여 준다. 리드프레임은 한 쌍(200a, 200b)으로 형성되며, 전극과 접촉하는 리드부(210), 상기 리드부와 연결되면서 폭과 피치가 변화되는 변형부(220), 상기 변형부와 연결되면서 지지 기능을 하는 몸체부(230), 회로기판과 연결되는 접속부(240)를 포함하며, 길이 방향으로 폭 또는 두께의 변화가 있는 것을 특징으로 하며, 폭방향으로 피치(pitch)가 변화할 수 있다.
상기 변형부(220)의 폭은 다른 부위의 폭보다 작게 되어 헤드부(100)의 크기에 비례하여 센서를 소형화 할 수 있어 열 응답속도를 향상시킬 수 있으며, 접속부(240)로부터 헤드부(100)로 전달되는 진동 등의 충격을 완화시켜 줄 수 있다.
또한, 상기 변형부(220)의 폭은 리드프레임(200)의 두께보다 작아 접속부 등으로부터 전달되어 오는 충격을 변형으로 완화내지 차단시킬 수 있다.
변형부 이후부터 접속부까지의 리드프레임 형상은 서미스터 및 센서 제조공정에 적합하게 변형할 수 있다.
상기 리드프레임(200)은 접속부(240)의 강화와 공정자동화를 위한 자동화 기계를 사용하기 위한 자동화부(250)가 더 형성될 수 있으며, 상기 자동화부는 홀(hole)로 형성될 수 있다.
헤드부(100)는 서미스터 소자(110)의 전극과 리드부(210)가 접촉되는 부분으로 소자를 보호하기 위해 봉지되는 글라스 실링층(120)이 형성되고, 상기 글라스 실링층위에 고분자 물질을 더 코팅하는 코팅층(130)을 형성할 수 있다.
상기 코팅층(130)은 유리 재질의 실링층의 크랙이나 파손을 방지하기 위한 것으로 폴리이미드, 에폭시 또는 기타 폴리머 등으로 코팅할 수 있다.
본 발명은 서미스터의 리드프레임(200)이 응력을 완충할 수 있는 형상의 서미스터를 제공하기 위하여 상기한 바와 같이 변형부(220), 몸체부(230), 접속부(240)를 포함한다. 상기 변형부(220)는 상기 리드부(210) 두께보다 좁은 폭으로 형성되고, 상기 변형부(220)와 이어지되 상기 리드부(210)보다 넓거나 유사한 폭을 길이방향으로 형성한 폭에 변화가 있는 몸체부(230) 및 길이방항으로 충분한 폭을 형성한 접속부(240)를 포함할 수 있으며, 여러 실시예를 포함하여 다양한 형상의 리드프레임(200)이 형성될 수 있다.
상기 변형부(220)의 폭은 몸체부의 두께보다 작게 형성함으로써 헤드부(100)에 전해지는 충격을 완화할 수 있다. 상기 변형부(220)의 폭은 리드프레임 두께 대비 0.90 이하로 바람직하게는 0.50 ~0.85이다.
상기 몸체부(230)는 상기 변형부(220)와 이어지되 외부로 굴곡되어 제1 리드프레임(200a)과 제2 리드프레임(200b) 간의 폭이 넓어지게 형성될 수 있다. 또한 리드프레임의 폭은 넓어졌다가 좁아지고 다시 넓어지고 내측이 둥근 반달형태의 단면으로 형성될 수 있다. 넓어진 몸체부의 하단은 다시 좁아지고 접속부와 이어지는 형태일 수 있다.
몸체부(230)와 이어지는 상기 접속부(240)는 견고한 접속을 위한 기계적 강도와 충분한 용접 접촉 면적을 위해 보다 넓은 폭으로 형성하고, 자동화에 용이하도록 자동화홀(250)을 형성할 수 있다. 상기 몸체부(230) 및 접속부(240)는 센서구조에 적합한 형상으로 센서 구조에 따라 폭이 결정될 수 있다.
상기 리드프레임(200)은 코팅된 듀멧선(dumet wire)이거나 그와 유사한 특성을 가진 합금형 모재 또는 모재에 다른 물질이 코팅된 복합재질일 수 있으며, 탄성이 있고 가벼운 재질일 수 있다. 코팅된 듀멧선은 Alloy 42 심선에 Cu가 둘러싸고 Borax 유리가 코팅된 것이다.
도 3은 실링층에 고분자 물질이 더 코팅된 형태를 도시한 정면도로서, 실링층이 기계적 충격에서 보호될 수 있도록 고분자 물질로 코팅할 수 있다. 상기 고분자 물질은 하드물질을 기반으로 할 수 있고, 표면에 소프트한 물질이 코팅되어 있거나, 하나의 물질만으로 코팅된 형태일 수 있다.
도 4의 (a), (b), (c)는 실링층에 고분자물질이 코팅된 리드프레임의 변형 실시예를 보여주는 것으로 다양한 형태의 리드프레임 변형부까지 코팅층 연장되어 충격 흡수하는 충격흡수구조체 기능을 할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터에 돌기가 형성된 것이 특징으로, 리드프레임의 변형부(220) 또는 변형부 주위에 돌출된 돌기부(221)를 형성한다. 상기 돌기부는 헤드부(100)의 글라스 실링층(120)의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있고, 글라스 실링층(120)과 가까운 윗부분 보다는 변형부(220)의 중앙 또는 아랫부분에 위치하여 리드프레임 취급 시 부주의로 글라스 실링층으로 전달되는 충격량을 최소화한다.
상기 돌기부(221)는 변형부(220)에 형성되고, 상기 리드부(210)보다 좁은 폭과 이어지되 상기 리드부(210)보다 넓거나 유사한 폭을 길이방향으로 형성한 폭에 변화가 있는 몸체부(230) 및 길이방항으로 충분한 폭을 형성한 접속부(240)를 포함할 수 있으며, 여러 실시예를 포함하여 다양한 형상의 리드프레임(200)이 형성될 수 있다.
상기 돌기부(221)의 위, 아래 또는 중앙 부분이 리드프레임 두께보다 작게 되어 소형화된 헤드부와 큰 리드프레임구조를 가진 서미스터에서도, 접속부(240)로부터 실링층으로 전달되는 진동 등의 충격을 완화시키는 효과가 있다.
상기 서미스터 소자(110)의 전극과 리드부(210)가 접촉되는 헤드부(100)를 보호하기 위해 봉지되는 글라스 실링층(120)이 형성될 수 있으며, 상기 글라스 실링층과 돌기부(221)를 포함하여 고분자 물질로 코팅한 충격흡수구조체를 형성할 수 있다.
도 6의 (a), (b), (c)는 변형부(220)에 돌기부(221)가 형성되고, 고분자물질이 연장 코팅되어 충격흡수구조체(260) 기능을 하는 밀봉형 서미스터의 변형 실시예를 다양하게 도시한 정면도로, 용도에 맞게 리드프레임(200)의 폭과 피치를 임의로 조절할 수 있으며, 센서구조 등에 따라 리드프레임의 다양한 형태 변형이 가능하다.
충격흡수구조체는 변형부(220)에 리드프레임(200)의 변형을 억제할 수 있도록 실링층과 접하거나 이격하여 형성하여 리드프레임(200)을 벌리거나 절단할 때 실링층으로 충격이 전달되지 않도록 흡수하여 소자를 보호할 수 있다.
상기 충격흡수구조체는 폴리이미드, 에폭시 또는 기타 폴리머 등으로 고분자 또는 무기물이 분산된 형태의 고분자 소재로 습기에 대한 기밀성을 제공하고 리드프레임에 기계적 충격이 가해질 때 충격의 전달을 차단하거나 흡수하여 소자 손상을 방지할 수 있다.
도 7의 (a), (b), (c)는 돌기가 형성된 리드프레임의 변형부(220)에 충격흡수구조체(260)를 형성한 밀봉형 서미스터의 다양한 실시예로, 돌기 형태를 다양하게 변형 가능하며 충격흡수구조체는 돌기부(221)의 상부, 하부, 또는 중간부에 선택적으로 위치할 수 있다. 접속부(240)에서 실링층으로 전달되는 충격이 충격흡수구조체에서 흡수되고 변형부(220)의 구조에서 한 번 더 흡수되는 효과가 있다.
도 8은 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터의 다른 실시예로, 변형부(220)에 돌기를 형성하여 돌기에 조립되는 글라스 튜브의 위치를 고정할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터의 센서구현 형태를 도시한 그림이다.
도 10a는 리드의 피치가 좁은 종래의 서미스터이며, 도 10b는 리드 간의 절연성 확보를 위하여 외부 절연층이 구비된 종래의 서미스터를 도시한 그림이다.
100: 헤드부(110, 120, 210) 110: 서미스터 소자
120: 글라스 실링층 130: 코팅층
200: 리드프레임(200a, 200b) 210: 리드부
211: 도금층 220: 변형부
221: 돌기부 230: 몸체부
240: 접속부 250: 자동화홀
260: 충격흡수구조체 300: 리드와이어

Claims (8)

  1. 온도에 따라 저항값이 변화하는 서미스터 소자;
    상기 서미스터 소자와 접촉 단자를 기밀하게 보호하는 글라스 실링층;
    전기적 도선 기능과 상기 서미스터 소자 지지 기능을 가진 한 쌍의 도전지지체 및 상기 글라스 실링층과 인접하여 상기 한 쌍의 도전지지체를 감싸 형성된 충격흡수구조체를 포함하되,
    상기 도전지지체는 리드프레임으로서,
    전극과 접촉하는 리드부(210);
    상기 리드부와 연결되면서 폭 또는 두께가 변화되는 변형부(220);
    상기 변형부와 연결되면서 지지 기능을 하는 몸체부(230) 및
    상기 몸체부 및 회로기판과 연결되는 접속부(240)를 포함하고,
    상기 변형부의 폭은 리드프레임 두께 대비 0.50 내지 0.85로 작게 형성되고,
    상기 글라스 실링층위에 고분자물질을 코팅한 코팅층(130)이 포함되고,
    상기 코팅층은 변형부의 돌기부(221)까지 연장되어 코팅된 것을 특징으로 하는 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충격흡수구조체는 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 충격흡수 구조의 글라스 밀봉형 서미스터.
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