KR102265323B1 - AlN 히터용 와이어 클립 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AlN 히터용 와이어 클립에 관한 것으로, 기판에 정착구를 솔더링하고, 정착구에 고정부를 끼움방식으로 결합시킨 후, 고정부에 AlN 히터용 와이어를 끼움방식으로 고정시킴으로써, AlN 히터용 와이어를 기판 상에 안정적으로 정착시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립은, 발열체 회로가 형성된 기판에 고정되는 정착구; 및 상기 정착구에 결합되며 AlN 히터용 와이어를 고정하는 고정수단이 형성된 고정부;를 포함한다.

Description

AlN 히터용 와이어 클립{CLIP FOR AlN HEATER WIRE}

본 발명은 AlN 히터용 와이어 클립에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판에 정착구를 솔더링하고, 정착구에 고정부를 끼움방식으로 결합시킨 후, 고정부에 AlN 히터용 와이어를 끼움방식으로 고정시킴으로써, AlN 히터용 와이어를 기판 상에 안정적으로 정착시킬 수 있는 AlN 히터용 와이어 클립에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체용 세라믹 히터는 일반적으로, 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 형성되는 발열체 회로, 상기 발열체 회로에 접합되는 단자 및 상기 발열체 회로 상의 단자가 접합되는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 절연막으로 구성된다. 그리고 상기 발열체 회로와 단자는 용가재에 의해 접합된다.

이러한 반도체용 세라믹 히터는 온도의 안정성을 유지하며, 균일하게 열을 전달해야 하기 때문에 발열체 회로나 전원 공급부 등의 품질 유지가 매우 중요한 요소이다. 특히 반도체용 세라믹 히터의 고장 유형은 전원 꺼짐, 히트 싱크(Heat sink)의 구동불량이나 고장 원인이 파악되지 않은 고장 유형 등이 있지만, 그 중에서 전원 공급 단자의 단선 고장이 가장 많은 부분을 차지하고 있는바, 상기 발열체 회로가 형성된 세라믹 기판과 상기 단자를 고신뢰성을 갖도록 접합하는 것이 중요하다.

현재 단자를 상기 발열체 회로가 형성된 세라믹 기판 상에 접합하기 위한 방법으로, 솔더링(soldering) 방식이 이용되고 있다. 그리고 용가재로는 Sn-Ag 또는 Sn-Ag-Cu(SAC)가 사용되고 있다.

그러나 이러한 Sn-Ag 또는 Sn-Ag-Cu(SAC)는 낮은 젖음성(wettability)와 낮은 연성을 가지며, 열화 특성으로 인해 솔더 접합부의 신뢰도를 저하시키는 문제가 있다. 특히 Sn-Ag 또는 Sn-Ag-Cu와 같은 용가재는 입자의 조대화로 인해 고온에서 낮은 신뢰도를 보인다.

즉, 고온에서 사용되는 용가재는 접합부 계면에서 금속간 화합물(IMC)인 2차 상이 형성되며, 열화로 인한 금속간 화합물의 성장과 보이드(void)의 형성은 마이크로 크랙(micro crack)을 발생시킬 수 있는 요인으로 작용하여, 크랙 확장과 아크 발생 등으로 인한 취성파괴의 형태를 보일 수 있다.

또한, 리플로우 공정시 젖음성이 저하되고, 단자 표면의 산화 진행으로 인해 솔더링 후 접합부에 보이드가 다량 존재하게 되며, 높은 보이드 분율은 단자와 회로와의 초기 접합 강도를 저하시키고, 고온 사용 환경을 고려할 때, 사용시간이 길어짐에 따라 접합부의 기계적 특성이 저하되어 내구 수명을 저하시키는 원인으로 작용하게 되는 문제가 있다.

이러한 솔더링 방식의 단점을 개선하기 위하여, 대한민국 등록특허 제10-1579885호에서는 Ag-Cu 용가재를 이용하여 800~850℃의 온도구간에서 브레이징 처리하여 단자를 접합하는 방법을 제안하였다.

그러나 이러한 방식은 센서 와이어를 히터 단자에 에폭시로 경화시켜 고정하였는 바, 취급 부주의로 인해 에폭시가 뜯겨 센서 와이어가 기판에서 이탈되는 문제점이 있다.

그리고, 에폭시의 경화 온도는 150℃이고, 기판에 마련된 발열체 회로에서 발생되는 온도는 에폭시의 경화온도 부근인 110℃이므로, 열화로 인해 에폭시가 기판에서 이탈되는 문제점이 있다.

KR 10-1579885 B1

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판에 정착구를 솔더링하고, 정착구에 고정부를 끼움방식으로 결합시킨 후, 고정부에 AlN 히터용 와이어를 끼움방식으로 고정시킴으로써, AlN 히터용 와이어를 기판 상에 안정적으로 정착시킬 수 있는 AlN 히터용 와이어 클립을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, AlN 히터용 와이어와 기판의 접촉면적을 최소화하여 기판에 마련된 발열체 회로에서 발생되는 고열이 AlN 히터용 와이어에 직접적으로 전달되는 것을 방지할 수 있는 AlN 히터용 와이어 클립을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

또한, 내열성이 우수한 재질로 AlN 히터용 와이어를 고정함으로써, 제품의 수명 및 신뢰성을 우수하게 할 수 있는 AlN 히터용 와이어 클립을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 AlN 히터용 와이어 클립은, 발열체 회로가 형성된 기판에 고정되는 정착구; 및 상기 정착구에 결합되며 AlN 히터용 와이어를 고정하는 고정수단이 형성되고, PEAK 재질로 형성되는 고정부;를 포함하며, 상기 정착구는 SUS 재질로 형성되고, 금으로 코팅되며, 상기 기판에 매립된 포켓의 내부에 솔더링 방식으로 고정되고, 상기 정착구는 후술되는 고정부가 수용되는 과정에서 탄성적으로 벌어질 수 있도록 일정영역이 서로 이격되는 형태로 단절되거나 또는 서로 단순히 접촉되는 형태로 단절되며, 상기 고정부는, 상기 정착구의 내부에 마련된 공간에 정착되는 바디부재; 및 상기 바디부재와 연결되고 상기 고정수단이 적어도 하나 이상으로 형성된 헤드부재;를 포함하며, 상기 고정수단은 홀로 형성되고, 상기 고정수단은 적어도 하나 이상의 AlN 히터용 와이어를 수용하도록 장방향으로 형성되며, 상기 헤드부재에는 상기 AlN 히터용 와이어를 상기 고정수단 방향으로 통과시키는 통과홀이 형성된다.

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본 발명에 따른 AlN 히터용 와이어 클립에 의하면, 기판에 정착구를 솔더링하고, 정착구에 바디부재를 끼움방식으로 결합시킨 후, 헤드부재의 고정수단에 AlN 히터용 와이어를 고정시킴에 따라, AlN 히터용 와이어를 기판 상에 안정적으로 정착시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, AlN 히터용 와이어를 고정하는 헤드부재가 기판의 상측으로 돌출되기 때문에 AlN 히터용 와이어와 기판의 접촉면적을 최소화 할 수 있다. 따라서, 발열체 회로에 발생되는 고열이 AlN 히터용 와이어에 직접적으로 전달되는 것을 방지하여 AlN 히터용 와이어의 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, AlN 히터용 와이어를 고정하는 고정부가 내열성이 우수한 PEAK 재질로 형성되므로, 기판의 온도가 과도하게 상승하여도 물성 변화되지 아니한다. 따라서, AlN 히터용 와이어 및 AlN 히터 제품의 수명 및 신뢰성을 우수하게 할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 바디부재가 정착구에 볼트, 피스 등의 부품을 통해 결합되는 것이 아니라 간편한 끼움방식으로 결합되는 바, 기판 상에 AlN 히터용 와이어를 고정시키기 위한 시간 및 AlN 히터용 와이어를 단자에 고정시키기 위한 시간을 종래에 비해 현저히 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 바디부재가 정착구에 간편한 끼움방식으로 결합되기 때문에 다수개의 고정부 중 어느 하나 이상에 고장이 발생될 경우 해당 고정부만을 용이하게 교체할 수 있는 효과가 있다.

그리고, AlN 히터용 와이어를 간편한 끼움방식으로 고정할 수 있기 때문에 AlN 히터용 와이어중 어느 하나 이상에 고장이 발생될 경우 해당 AlN 히터용 와이어만을 용이하게 교체할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립을 도시한 결합 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립에 적용된 정착구를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립을 도시한 결합 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 AlN 히터용 와이어 클립의 사용 예를 도시한 사시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립을 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립에 적용된 정착구를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립을 도시한 결합 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 AlN 히터용 와이어 클립의 사용 예를 도시한 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립(1)은 발열체 회로(2b)가 형성된 가판에 고정되는 정착구(10) 및 정착구(10)에 의해 기판(2)에 정착되며 AlN 히터용 와이어(W)를 고정하는 고정부(20)를 포함할 수 있다.

기판(2)은 종래 일반적으로 사용되는 질화알루미늄(AlN) 기판을 의미하는바, 상기 질화알루미늄은 열전도율이 좋고 고절연성을 가지고 있어 가장 많이 사용된다.

발열체 회로(2b)는 기판(2) 상에 크게 두가지 방법으로 형성할 수 있는바, Ni을 포함하는 화합물을 도금처리 후, 에칭하여 형성하거나, Ag 계열의 재료를 페이스트 형태로 하여 인쇄하는 것이다. 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이, 기판(2), 발열체 회로(2b)의 구성은 종래 기술에 따르는바, 그 방법을 제한하지 않는다.

아울러, 발열체 회로(2b) 상의 단자가 접합되지 않는 면에는 절연막(미도시)이 형성되는 바, 절연막의 구성 및 그 형성방법 역시 종래 기술에 의하는 것이다.

또한, 필요에 따라 상기 발열체 회로(2b)를 추가 도금하거나 추가 표면처리할 수도 있는 것으로, 이 역시 종래기술에 의하는 것이라면 제한하지 않는다.

다만, 최종 니켈 도금된 발열체 회로(2b)가 형성된 기판(2)을 사용할 경우, 단자의 접합 강도가 조금 더 상승하나, 이의 사용은 제한하지 않는다.

그리고, 단자는 마운팅된 기판(2)을 브레이징로에 투입하고 600~700℃의 온도에서 브레이징 함으로써, 발열체 회로(2b)에 접합될 수 있다.

이상 설명한 기판(2)에는 정착구(10)가 수용되는 포켓(2a)이 매립된다.

포켓(2a)은 AlN 히터용 와이어(W)를 고정하는 고정부(20)를 다수개로 적용할 수 있도록 다수개로 적용되어 기판(2)에 일정간격으로 배치될 수 있다.

정착구(10)는 고정부(20)를 수용할 수 있도록 상면이 개방되고 내부에 수용공간(10a)이 형성된 원통 구조로 이루어질 수 있다.

정착구(10)는 후술되는 고정부(20)가 수용되는 과정에서 탄성적으로 벌어질 수 있도록 일정영역이 서로 이격되는 형태로 단절되거나 또는 서로 단순히 접촉되는 형태로 단절될 수 있다.

이러한, 정착구(10)는 쉽게 부식되거나 녹슬지 아니하며 내열성과 내구성 및 강도가 우수한 SUS 재질로 형성될 수 있다.

이때, 정착구(10)는 오스테나이트 계 스테인리스 강인 SUS 304 계열로 적용될 수 있으나, 본 발명에서 SUS의 계열은 전술한 것에 한정되지 않음을 밝힌다.

정착구(10)는 하측 일부분이 포켓(2a)에 수용되고 나머지 상측 부분은 기판(2)의 상측으로 돌출된다.

그리고, 포켓(2a)에 수용된 정착구(10)의 하측 부분은 포켓(2a)부에 솔더링 방식으로 접합된다.

이때, 포켓(2a)은 금속재질로 형성될 수 있고, 정착구(10)는 포켓(2a)에 용이하게 접합될 수 있도록 금으로 코팅될 수 있다.

한편, 고정부(20)는 정착구(10)에 고정결합되어 AlN 히터용 와이어(W)를 고정하는 구성이다.

이를 위해 고정부(20)는 바디부재(21) 및 헤드부재(22)를 포함할 수 있다.

바디부재(21)는 일정한 직경과 길이를 갖는 원형 블록 형상으로 형성될 수 있다.

바디부재(21)는 정착구(10)의 상 방향에서 수용공간(10a)에 삽입된다. 이때, 전술한 바와 같이 정착구(10)는 일정영역이 단절되어 있으므로, 바디부재(21)는 정착구(10)를 탄성적으로 벌리면서 수용공간(10a)에 삽입된다.

그리고, 바디부재(21)가 수용공간(10a)에 완전히 삽입되면 정착구(10)가 탄성력에 의해 바디부재(21)의 둘레면에 밀착된 상태를 유지한다.

헤드부재(22)는 바디부재(21)의 상측에 일체로 형성될 수 있다.

따라서, 헤드부재(22)는 바디부재(21)가 정착구(10)에 결합되면 기판(2)의 상측으로 돌출된다.

헤드부재(22)의 상면과 내부에는 통과홀(22b)과 고정수단(22a)이 서로 연결되는 형태로 형성된다.

고정수단(22a)은 헤드부재(22)에 수평방향으로 관통형성되는 홀로 적용될 수 있다.

헤드부재(22)는 바디부재(21)보다 큰 직경을 갖는 원형 블록 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 헤드부재(22)에 통과홀(22b) 및 고정수단(22a)을 넉넉한 간격과 개수로 적용할 수 있다.

도면에는 통과홀(22b) 및 고정수단(22a)이 각각 2개로 적용된 예를 도시하였으나, 본 발명에서 통과홀(22b) 및 고정수단(22a)의 개수는 한정되지 않음을 밝힌다.

이러한 통과홀(22b)은 헤드부재(22)의 상방에서 AlN 히터용 와이어(W)의 일정영역을 통과시킬 수 있도록 하고, 고정수단(22a)은 통과홀(22b)을 통과한 AlN 히터용 와이어(W)의 일정영역을 고정한다.

이때, 고정수단(22a)은 적어도 하나 이상의 AlN 히터용 와이어(W)를 수용하도록 장방향으로 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이 통과홀(22b)과 고정수단(22a)의 조합된 형상은 상광하협(上廣下挾) 형상으로 형성되는 바, 통과홀(22b)에 AlN 히터용 와이어(W)를 하나씩 통과시켜 고정수단(22a)에 수용시키면 된다.

그리고, 도면에는 1개의 수용수단에 3개의 AlN 히터용 와이어(W)가 수평선상에 위치되는 형태로 수용된 예를 도시하였는바, AlN 히터용 와이어(W)들은 고정수단(22a)에서 서로 밀착되어 고정된 상태를 유지하게 된다.

이상 설명한 고정부(20)는 가공성이 용이하며 고내열성 재질인 PEAK 재질로 형성될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립(1)의 사용 예에 대해 설명한다.

먼저, 기판(2)에 매립된 포켓(2a)들의 내부에 정착구(10)를 각각 삽입한 다음, 포켓(2a)의 내면과 정착구(10)의 외면을 솔더링으로 고정한다.

이때, 포켓(2a)의 바닥면과 정착구(10)의 저면을 먼저 솔더링 한 이후에 포켓(2a)의 내면과 정착구(10)의 외면을 솔더링 할 수도 있다. 이와 같은 경우 포켓(2a)에 대한 정착구(10)의 정착 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.

이후, 정착구(10)의 수용공간(10a)에 바디부재(21)를 삽입한다.

바디부재(21)는 정착구(10)를 탄성적으로 벌리면서 삽입되고, 바디부재(21)가 수용공간(10a)에 완전히 삽입되면 정착구(10)가 탄성력에 의해 바디부재(21)의 둘레면에 밀착된 상태를 유지한다.

즉, 정착구(10)가 바디부재(21)의 둘레면을 가압하여 고정하기 때문에 고정부(20)가 정착구(10)에서 인출되는 것을 방지할 수 있다. 결국, 고정부(20)를 기판(2) 상에 안정적으로 정착할 수 있고, 고정부(20)에 고정되는 AlN 히터용 와이어(W)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

한편, 바디부재(21)를 정착구(10)의 수용공간(10a)에 수용하면 헤드부재(22)만 정착구(10)의 상측으로 돌출된다.

따라서, 헤드부재(22)의 통과홀(22b)에 AlN 히터용 와이어(W)의 일정영역을 통과시킴으로써, 고정수단(22a)에 AlN 히터용 와이어(W)를 고정시키면 된다.

이후, AlN 히터용 와이어(W)를 기판(2)에 마련된 단자에 고정하면 된다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 AlN 히터용 와이어 클립(1)에서 나타나는 특유의 효과에 대해 설명한다.

본원발명은 기판(2)에 마련된 포켓(2a)에 정착구(10)가 솔더링되고 정착구(10)에 바디부재(21)를 결합시킨 후, 헤드부재(22)의 고정수단(22a)에 AlN 히터용 와이어(W)를 고정시킴에 따라, AlN 히터용 와이어(W)를 기판(2) 상에 안정적으로 정착시킬 수 있다.

그리고, AlN 히터용 와이어(W)를 고정하는 헤드부재(22)가 기판(2)의 상측으로 돌출되기 때문에 AlN 히터용 와이어(W)와 기판(2)의 접촉면적을 최소할 수 있다.

따라서, 발열체 회로(2b)에 발생되는 고열이 AlN 히터용 와이어(W)에 직접적으로 전달되는 것을 방지하여, AlN 히터용 와이어(W)의 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 고정부(20)는 PEAK 재질로 형성되어 내열성이 우수함으로, 기판(2)의 온도가 과도하게 상승하여도 물성 변화되지 아니한다. 따라서, AlN 히터 제품의 수명 및 신뢰성을 우수하게 할 수 있다.

그리고, 바디부재(21)가 정착구(10)에 볼트, 피스 등의 부품을 통해 결합되는 것이 아니라 간편한 끼움방식으로 결합되는 바, 기판(2) 상에 AlN 히터용 와이어(W)를 고정시키기 위한 시간 및 AlN 히터용 와이어(W)를 단자에 고정시키기 위한 시간을 종래에 비해 현저히 단축할 수 있다.

또한, 바디부재(21)가 정착구(10)에 간편한 끼움방식으로 결합되기 때문에 다수개의 고정부(20) 중 어느 하나 이상에 고장이 발생될 경우 해당 고정부(20)만을 용이하게 교체할 수 있다.

그리고, AlN 히터용 와이어(W)를 헤드부재(22)의 고정수단(22a)에 간편한 끼움방식으로 고정할 수 있기 때문에 AlN 히터용 와이어(W) 중 어느 하나 이상에 고장이 발생될 경우 해당 AlN 히터용 와이어(W)만을 용이하게 교체할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : AlN 히터용 와이어 클립 10 : 정착구
10a : 수용공간 20 : 고정부
21 : 바디부재 22 : 헤드부재
22a : 고정수단 22b : 통과홀

Claims (5)

1. 발열체 회로가 형성된 기판에 고정되는 정착구; 및
   상기 정착구에 결합되며 AlN 히터용 와이어를 고정하는 고정수단이 형성되고, PEAK 재질로 형성되는 고정부;를 포함하며,
   상기 정착구는 SUS 재질로 형성되고, 금으로 코팅되며, 상기 기판에 매립된 포켓의 내부에 솔더링 방식으로 고정되고,
   상기 정착구는 후술되는 고정부가 수용되는 과정에서 탄성적으로 벌어질 수 있도록 일정영역이 서로 이격되는 형태로 단절되거나 또는 서로 단순히 접촉되는 형태로 단절되며,
   상기 고정부는, 상기 정착구의 내부에 마련된 공간에 정착되는 바디부재; 및 상기 바디부재와 연결되고 상기 고정수단이 적어도 하나 이상으로 형성된 헤드부재;를 포함하며,
   상기 고정수단은 홀로 형성되고,
   상기 고정수단은 적어도 하나 이상의 AlN 히터용 와이어를 수용하도록 장방향으로 형성되며,
   상기 헤드부재에는 상기 AlN 히터용 와이어를 상기 고정수단 방향으로 통과시키는 통과홀이 형성되는 AlN 히터용 와이어 클립.
   
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