KR102272522B1 - 세라믹 히터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 히터를 개시한다. 개시된 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부; 상기 히터몸체부 내에 배치된 전극; 상기 히터몸체부 내에서 상기 전극과 접속되는 연결수단; 상기 연결수단과 접속되어 상기 전극을 그라운드 단자와 연결하는 제1 커넥터; 및 상기 히터몸체부 내에 상기 전극과 이격 배치된 발열체를 포함한다.
따라서, 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부 내에 배치된 고주파 전극과 커넥터 사이에 연결수단을 배치하여, 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.

Description

세라믹 히터 {CERAMIC HEATER}
본 발명은 세라믹 히터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 히터몸체부 내에 배치된 고주파 전극과 커넥터 사이에 연결수단을 배치하여, 히터몸체부의 균열을 방지한 세라믹 히터에 관한 것이다.
일반적으로 평판표시장치 또는 반도체 소자는 유전체층 및 금속층을 포함하는 다수의 층들을 유리 기판, 플렉시블 기판 또는 반도체 기판 상에 순차적으로 적층한 후, 패터닝하는 방식으로 제조된다. 이들 층들은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)이나 물리기상증착(Physical Vapor Deposition: PVD)에 의해 기판 상에 증착되는데, 상기 CVD 공정은 반응 챔버 내에 제어된 플라즈마가 반응성 물질종(reactive species)을 분해 및/또는 활성화시키는 방식으로 진행된다.
따라서, 상기 CVD 장치에는 상기 유리 기판, 플렉시블 기판 또는 반도체 기판을 지지하고 가열하기 위한 히터가 배치된다. 상기 히터는 상기 기판 상에 형성된 유전체층 또는 금속층의 식각 공정(etching process), 감광막(photo resistor)의 소성 공정 등에서도 기판 가열을 위해 이용되고 있다.
상기 CVD 장치 또는 PVD 장에 배치되는 히터는 온도 제어성과 상기 반도체 소자의 배선 미세화 및 반도체 기판의 정밀한 열처리 요구에 따라 세라믹 히터(Ceramic Heater)가 널리 사용되고 있다.
상기 세라믹 히터는 발열체, 고주파 전극 및 복수의 세라믹판들이 적층된 히터몸체부와 상기 히터몸체부를 지지하는 지지샤프트, 상기 발열체와 고주파 전극의 전기적 접속을 위한 커넥터 및 상기 지지샤프트 내측에 배치되고, 상기 커넥터를 이용하여 상기 발열체 및 고주파 전극과 전기적 접속을 위한 전원부재들을 포함한다.
상기 세라믹 히터의 고주파 전극과 발열체는 상기 히터몸체부의 상면을 기준으로 소정의 간격을 두고 세라믹판들에 의해 매설되는데, 상기 고주파 전극은 상기 히터몸체부의 상면과 0.8~2[mm] 정도로 근접하게 이격되어 있어, 공정 중 발생하는 열적응력과 전기적 응력들이 고주파 전극과 접속된 커넥터에 집중되는 문제가 있다.
상기와 같이, 고주파 전극과 접속되는 커넥터에 열적응력과 전기적 응력이 집중되면, 상기 커넥터 주위를 따라 세라믹판들에 균열(crack)이 발생하거나 상기 고주파 전극과 커넥터가 서로 단락되는 문제가 발생한다.
본 발명은, 히터몸체부 내에 배치된 고주파 전극과 커넥터 사이에 연결수단을 배치하여, 히터몸체부의 균열을 방지한 세라믹 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 히터몸체부에 매설된 고주파 전극과 커넥터의 전기적 접속을 유지시키면서 고주파 전극을 통해 전달되는 전기적 응력을 분산하여 커넥터를 보호할 수 있는 세라믹 히터를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 고주파 전극과 커넥터 사이에 배치되는 연결수단에 복수개의 브릿지들을 형성하고, 상기 브릿지 상에 복수의 홀들을 형성하여, 히터몸체부와 연결수단의 물리적 결합력을 강화시킨 세라믹 히터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 고주파 전극과 커넥터 사이에 소정의 경사를 갖는 복수개의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 반응 공정이 일어나는 히터몸체부의 상면으로부터 커넥터의 위치를 이격시켜 커넥터의 손상 및 히터몸체부의 균열을 방지한 세라믹 히터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 고주파 전극과 커넥터 사이에 복수의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 커넥터와 전극이 단락되더라도 복수의 브릿지들 중 어느 한 곳이 금속층과 연결되면 단락을 방지할 수 있는 세라믹 히터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부; 상기 히터몸체부 내에 배치된 전극; 상기 히터몸체부 내에서 상기 전극과 접속되는 연결수단; 상기 연결수단과 접속되어 상기 전극을 그라운드 단자와 연결하는 제1 커넥터; 및 상기 히터몸체부 내에 상기 전극과 이격 배치된 발열체를 포함한다.
여기서, 상기 연결수단은 접촉부와, 상기 접촉부와 연결된 적어도 2 이상의 브릿지와, 상기 브릿지 각각의 가장자리에 형성된 보조접촉부를 포함하고, 상기 연결수단의 접촉부, 2 이상의 브릿지 및 보조접촉부들은 일체로 형성되며, 상기 연결수단의 브릿지들은 상기 접촉부와 상기 보조접촉부 사이에서 소정의 경사각을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극은 상기 연결수단의 보조접촉부들과 접속되고, 상기 연결수단의 접촉부는 상기 전극으로부터 상기 히터몸체부의 하면 방향으로 이격되며, 상기 연결수단의 접촉부와 상기 전극의 이격거리는 0.5~10mm이고, 상기 연결수단의 브릿지에는 복수개의 홀들이 형성되며, 상기 연결수단의 브릿지의 양측면에는 소정의 곡률을 갖는 요철부가 형성되고, 상기 연결수단의 브릿지의 표면에는 복수개의 돌기부들이 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 연결수단의 브릿지들은 상기 접촉부와 상기 보조접촉부 사이에서 절곡된 구조를 갖고, 상기 히터몸체부 내에는 상기 발열체와 접속된 제2 커넥터를 더 포함하며, 상기 히터몸체부는 상기 히터몸체부의 하면에서 상기 제1 커넥터의 위치까지 형성된 제1 홈과, 상기 히터몸체부의 하면에서 상기 제2 커넥터의 위치까지 형성된 제2 홈을 포함하고, 상기 그라운드 단자 및 상기 제1 커넥터와 접속하는 제1 부재와 상기 제2 커넥터와 접속하는 제2 부재를 포함한다.
본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부 내에 배치된 고주파 전극과 커넥터 사이에 연결수단을 배치하여, 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부에 매설된 고주파 전극과 커넥터의 전기적 접속을 유지시키면서 고주파 전극을 통해 전달되는 전기적 응력을 분산하여 커넥터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 배치되는 연결수단에 복수개 브릿지들을 형성하고, 상기 브릿지 상에 복수의 홀들을 형성하여, 히터몸체부와 연결수단의 물리적 결합력을 강화시킨 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 소정의 경사를 갖는 복수개의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 반응 공정이 일어나는 히터몸체부의 상면으로부터 커넥터의 위치를 이격시켜 커넥터의 손상 및 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 복수의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 커넥터와 전극이 단락되더라도 복수의 브릿지들 중 어느 한 곳이 금속층과 연결되면 단락을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터의 구조를 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 실시예들에 따라 균열발생 여부를 비교한 도면이다;.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 브릿지 구조를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 다른 연결수단의 브릿지 구조들을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 7은 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 다양한 연결수단들의 구조를 도시한 도면이다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 히터의 구조를 도시한 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 구조를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 실시예들에 따라 균열발생 여부를 비교한 도면이다;
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 세라믹 히터(100)는, 유리 기판, 플렉시블 기판 또는 반도체 기판이 안착되는 히터몸체부(110)와, 상기 히터몸체부(110)를 지지하는 지지샤프트(150)를 포함한다.
상기 히터몸체부(110)는 세라믹 재질로 형성된 복수의 세라믹판들(미도시)이 고주파 전극(120)과 발열체(130)를 사이에 두고 적층된 구조로 형성된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 복수의 세라믹판들, 고주파 전극(120) 및 발열체(130)에는 상기 히터몸체부(110) 상면으로 기판을 안착시키거나 외부로 언로딩(Un-Loading) 하는 리프트 핀들이 움직일 수 있도록 복수의 핀홀들(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 세라믹은 Al2O3, Y2O3, Al2O3/Y2O3, ZrO2, AlC(Autoclaved lightweight concrete), TiN, AlN, TiC, MgO, CaO, CeO2, TiO2, BxCy, BN, SiO2, SiC, YAG, Mullite, AlF3 등 일 수 있고, 상기 고주파 전극(120)과 발열체(130)는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 히터몸체부(110)의 고주파 전극(120)과 발열체(130) 사이에는 연결수단(200)이 배치되고, 상기 연결수단(200)은 접촉부(210)를 중심으로 복수의 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 연결수단(200)의 접촉부(210)는 상기 히터몸체부(110)의 상면(TS) 영역에 배치된 고주파 전극(120)과 소정 거리 이격된 상태에서 상기 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)에 형성된 복수의 보조접촉부(230a, 230b, 230c, 230d)에 의해 상기 연결수단(200)은 상기 고주파 전극(120)과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 히터몸체부(110)에는 제1 및 제2 홈들(G1, G2)이 형성되어 있는데, 상기 제1 홈(G1)과 상기 고주파 전극(120) 사이에는 제1 커넥터(161)가 배치되고, 상기 제2 홈(G2)과 상기 발열체(130) 사이에는 제2 커넥터(162)가 배치된다.
상기 연결수단(200), 제1 및 제2 커넥터(161, 162)들은 상기 고주파 전극(120) 및 발열체(130)와 동일하게 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
상기 제1 홈(G1)의 깊이는 상기 히터몸체부(110)의 하면(BS)으로부터 상기 연결수단(200)과 대응되는 제1 커넥터(161) 영역까지로 형성되고, 상기 제2 홈(G2)의 깊이는 상기 히터몸체부(110)의 하면으로부터 상기 발열체(130)와 대응되는 제2 커넥터(162) 영역까지로 형성된다.
상기 지지샤프트(150)는 상기 히터몸체부(110)를 지지하고, 상기 지지샤프트(150) 내측에는 제1 및 제2 부재(151, 152)가 배치된다. 상기 제1 부재(151)는 상기 제1 홈(G1)에 삽입되어, 상기 제1 커넥터(161)와 전기적으로 접속되고, 상기 제2 부재(152)는 상기 제2홈(G2)에 삽입되어, 제2 커넥터(12)와 전기적으로 접속된다.
상기 제1 및 제2 홈(G1, G2)은 상기 세라믹판들, 고주파 전극(120) 및 발열체(130)에 형성된 홀들이 적층되어, 형성된 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제1 부재(151)는 연결수단(200)에 의해 상기 고주파 전극(120)과 전기적으로 접속되어, 상기 고주파 전극(120)이 그라운드 접지 역할을 할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제2 부재(152)는 상기 발열체(130)에 전류를 공급하여, 상기 발열체(130)가 열을 발생할 수 있도록 한다.
상기 고주파 전극(120)은 도전체로 제조될 수 있고, 고주파(RF) 필드 생성의 전도도와 파워, 히터몸체부(110) 제조공정 및 세라믹판들의 열팽창을 고려하여 설계될 수 있다.
상기 고주파 전극(120)은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 금(Au) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있는데, 상기 고주파 전극(120)을 몰리브덴(Mo)으로 제조할 경우, 몰리브덴은 텅스텐보다 연성이 높고, 증착 공정 환경에서 부식에 대한 저항이 큰 장점이 있다. 하지만, 상기 고주파 전극(120)에 대해 다른 특성이 더 요구될 경우, 예를 들어 고온에서의 내구성을 더 필요로 할 경우에는 몰리브덴(Mo)으로 형성하지 않고, 텅스텐(W)으로 형성할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 세라믹 히터(100)에 배치되는 연결수단(200)은, 제1 커넥터(161)와 접촉되는 접촉부(210)와, 상기 접촉부(210)를 중심으로 상하 및 좌우 대칭되도록 배치된 제1 내지 제4 브릿지(220a, 220b, 220c, 220d), 상기 제1 내지 제4 브릿지(220a, 220b, 220c, 220d)의 가장자리에 각각 배치된 제1 내지 제4 보조접촉부(230a, 230b, 230c, 230c)를 포함한다.
상기 접촉부(210), 제1 내지 제4 브릿지(220a, 220b, 220c, 220d) 및 제1 내지 제4 보조접촉부(230a, 230b, 230c, 230d)들은 서로 일체로 형성될 수 있고, 상기 제1 및 제3 브릿지(220a, 220c)는 상기 접촉부(210)를 사이에 두고 서로 상하 대칭되게 형성될 수 있다.
마찬가지로 상기 제2 및 제4 브릿지(220b, 220d)는 상기 접촉부(210)를 사이에 두고 서로 좌우 대칭되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)은 상기 접촉부(210)와 제1 내지 제4 보조접촉부들(230a, 230b, 230c, 230d) 사이에서 소정의 경사를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제4 브릿지(220a, 220b, 220c, 220d)들 각각이 이루는 경사각(θ)은 일측에 형성된 접촉부(210)를 기준으로 타측에 형성된 제1 내지 제4 보조접촉부들(230a, 230b, 230c, 230d) 중 대응되는 보조접촉부 방향으로 이루는 각도로 정의된다.
따라서, 상기 경사각(θ)이 직각에서 둔각 방향으로 커질 경우, 상기 연결수단(200)의 접촉부(210)와 고주파 전극(120)의 거리는 가까워지고, 상기 경사각(θ)이 수직에 가까울 경우 상기 접촉부(210)와 고주파 전극(120) 사이의 거리는 가장 멀어진다.
상기와 같이, 연결수단(200)의 접촉부(210)가 고주파 전극(120)으로부터 멀어지면, 상기 접촉부(210)와 접속되는 제1 커넥터(161)의 위치가 상기 히터몸체부(110)의 상면에서 하면 방향으로 멀어진다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 연결수단(200)의 제1 브릿지(220a) 및 제1 보조접촉부(230a)는 상기 접촉부(210)를 사이에 두고 제3 브릿지(220c) 및 제3 보조접촉부(230c)와 서로 대칭되게 형성되어 있다.
상기 제1 및 제2 보조접촉부(230a, 230c)들은 상기 히터몸체부(110)에 배치된 고주파 전극(120)과 면접촉으로 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 브릿지들(220a, 220c)의 경사에 의해 상기 연결수단(200)의 접촉부(210)는 상기 고주파 전극(120)으로부터 멀어지는 방향으로 이격된다.
상기 연결수단(200)의 접촉부(210)가 상기 고주파 전극(120)과 이격되는 거리는 0.5~10mm 범위에서 설정될 수 있다. 상기 연결수단(200)의 접촉부(210)가 고주파 전극(120)보다 멀어지면, 상기 접촉부(210)와 접촉되는 제1 커넥터(161)의 위치도 상기 고주파 전극(120)으로부터 이격되거나 멀어져 공정 중 발생하는 전기응력으로부터 제1 커넥터(161)를 보호할 수 있다.
상기 연결수단(200)의 접촉부(210)와 고주파 전극(120)의 이격거리는 e이고, 상기 연결수단(200)의 접촉부(210) 직경은 a이며, 상기 제1 내지 제4 보조접촉부들(230a, 230b, 230c, 230d)의 직경은 b이고, 상기 히터몸체부(110)의 상면과 고주파 전극(120)의 거리는 c이며, 상기 접촉부(210)를 사이에 두고 대칭적으로 배치된 한쌍의 브릿지들의 거리를 d라고 한다.
또한, 본 발명의 연결수단(200)의 제1 내지 제4 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d) 각각에는 복수개의 홀(hole: 240)들이 형성되어 있고, 각 브릿지 면적을 기준으로 이들 홀(240)드의 오픈 면적 비율(%)을 f라고 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹 히터(100)는 고주파 전극(120)과 발열체(130) 사이에 연결수단(200)이 배치되어 있어, 종래 상기 고주파 전극(120)과 전기적으로 접촉하던 제1 커넥터(161)의 위치가 히터몸체부(110)의 하면 방향으로 이격된 상태에서 상기 연결수단(200)과 접속한다.
즉, 상기 연결수단(200)의 접촉부(210)는 제1 내지 제4 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)의 경사에 의해 발열체(130)가 위치하는 방향으로 이격되어(고주파 전극으로부터 멀어지는 방향), 제1 부재(151)가 삽입되는 제1 홈(G1)의 깊이를 종래와 같이 고주파 전극(120) 영역까지 깊게 형성할 필요가 없다.
따라서, 상기 제1 커넥터(161)는 본 발명의 연결수단(200)에 의해 e 만큼 상기 히터몸체부(110) 하면 방향으로 이격되어, 반응 공정 중 상기 고주파 전극(120)으로부터 상기 제1 커넥터(161)에 전달되는 전기적응력 및 열적응력이 완화될 수 있도록 하였다. 상기 e의 범위는 상기 연결수단(200)의 접촉부(210)와 고주파 전극(120) 사이의 거리로써, 0.5~10mm 범위에서 선택적으로 정해질 수 있다.
또한, 본 발명의 연결수단(200)은 복수개의 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)을 구비하고 있고, 각각의 브릿지들에는 복수개의 보조접촉부들(230a, 230b, 230c, 230d)이 형성되어 있어, 상기 고주파 전극(120)으로부터 전달되는 고주파 전압을 분산할 수 있는 효과가 있다.
즉, 종래 기술에서는 커넥터가 직접 고주파 전극(120)과 접촉하여, 상기 고주파 전극(120)으로부터 전달되는 고주파 전압이 커넥터에 집중되었지만, 본 발명에서는 제1 커넥터(161)와 고주파 전극(120) 사이에 연결수단(200)이 배치되어 있어, 상기 고주파 전극(120)으로부터 전달되는 고주파 전압(전기적 응력)을 분산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 연결수단(200)의 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)에는 복수의 홀들(240)이 형성되어 있어, 상기 히터몸체부(110)를 구성하는 세라믹과 물리적 결합력을 향상시켰다.
왜냐하면, 상기 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)에 형성된 홀(240) 영역으로 세라믹들이 채워져 브릿지(220a, 220b, 220c, 220d)들과의 접촉 면적이 증가할 뿐아니라 브릿지의 일방향에 대한 수직 방향으로도 고정될 수 있기 때문이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연결수단(200)과 히터몸체부(110)의 조립으로부터 정의되는 요소들(a, b, c, d, e, f)을 각각 다양하게 조절하여 실시예들을 구성하고, 종래 연결수단(200)이 커넥터와 고주파 전극이 접촉하는 비교예들을 대비한 결과, 본 발명과 같이, 연결수단(200)에 의해 제1 커넥터(161)의 위치를 히터몸체부(110)의 하면 또는 발열체(130) 방향으로 이격시킨 경우, 특히 연결수단의 접촉부와 전극의 이격거리(e)가 0.5mm 이상인 경우에 파괴하중이 증가함과 동시에 상기 히터몸체부(110)에서 균열이 발생하지 않는 것을 볼 수 있다. 상기 이격거리(e)가 10mm 이하인 것이 바람직하고, 5mm이하인 것이 보다 바람직하다.
하지만, 종래 기술에서와 같이, 커넥터와 고주파 전극을 직접 접촉하는 비교예 1 내지 2에서는 히터몸체부(110)를 구성하는 세라믹에 균열이 발생하여, 균열은 상기 히터몸체부(110)의 상면까지 전파되는 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부 내에 배치된 고주파 전극과 커넥터 사이에 연결수단을 배치하여, 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부에 매설된 고주파 전극과 커넥터의 전기적 접속을 유지시키면서 고주파 전극을 통해 전달되는 전기적 응력을 분산하여 커넥터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 배치되는 연결수단에 복수개 브릿지들을 형성하고, 상기 브릿지 상에 복수의 홀들을 형성하여, 히터몸체부와 연결수단의 물리적 결합력을 강화시킨 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 소정의 경사를 갖는 복수개의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 반응 공정이 일어나는 히터몸체부의 상면으로부터 커넥터의 위치를 이격시켜 커넥터의 손상 및 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 복수의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 커넥터와 전극이 단락되더라도 복수의 브릿지들 중 어느 한 곳이 금속층과 연결되면 단락을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 브릿지 구조를 도시한 도면이다.
아래에서는 본 발명의 연결수단의 제2 브릿지(220b)와 제3 브릿지(220c)를 중심으로 설명하지만, 제1 및 제2 브릿지(220a, 220d)에서도 동일하게 적용된다.
도 2a와 함께, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 연결수단(200)의 제3 브릿지(220c)에는 소정의 간격으로 복수개의 홀들(240)이 형성되고, 상기 제3 브릿지(220c)의 양측면을 따라 소정의 곡률을 갖는 요철부(241)가 형성되어 있다(X 영역).
상기 본 발명의 연결수단(200)의 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d) 각각에는 복수개의 홀들(240)과 요철부(241)가 형성되어 있고, 상기 연결수단(200)은 히터몸체부(110)에 매몰되어 있기 때문에 상기 홀들(240)과 요철부(241)에 의해 연결수단(200)과 히터몸체부(110) 사이의 물리적 결합력을 강화시킬 수 있다.
또한, 상기 연결수단(200)은 고주파 전극(120)에 고정된 상태에서 가압 소결 공정에 의해 히터몸체부(110)가 형성되는데, 이때 상기 연결수단(200)에 작용하는 힘은 복수개의 브릿지들(220a, 220b, 220c, 220d)에 의해 분산되어 세라믹과 연결수단(200) 사이의 응력을 최소화할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 연결수단(200)의 제2 브릿지(220b)에 형성되는 홀들(240)과 요철부(241)의 면적은 상기 제2 브릿지(220b)의 양측 가장자리에 형성된 접촉부(210)와 제2 보조접촉부(230b)와 접촉하는 끝단과 상기 요철부(241)가 형성되지 않았을 경우의 가장의 직사각형 면적(S)을 기준으로 상기 직사각형 면적(S)에 대해 브릿지 면적(S1)이 50% 이하가 되도록 한다.
즉, 상기 제2 브릿지(220b)에 형성된 홀들(240)의 직경과 요철부(241)의 곡률은 상기 직사각형 면적(S)을 기준으로 50% 이하가 되는 범위에서 결정된다. 예를 들어, S1의 면적이 S 면적 대비 30%일 경우에는 홀들(240)의 직경과 요철부(241)의 곡률이 50%에 비해 크게 형성한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 다른 연결수단의 브릿지 구조들을 도시한 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹 히터에 배치되는 연결수단(300)은 접촉부(301), 브릿지(302) 및 보조접촉부(303)를 포함한다.
상기 연결수단(300)의 구조는 도 2a에 도시된 바와 같이, 4개의 브릿지로 형성되거나, 아래 도 6a 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 브릿지를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 연결수단(300)의 보조접촉부(303)는 히터몸체부(110)에 배치되어 있는 고주파 전극(120)에 접촉되어 있고, 상기 접촉부(301)는 제1 커넥터(161)와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 연결수단(300)에서는 도 2b에 도시된 연결수단(200)과 달리, 브릿지(302)의 구조가 소정의 곡률을 갖는 유선형 구조로 되어 있다. 도면에는 명확하게 도시하지 않았지만, 브릿지(302)에는 도 2a와 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 홀들(240)과 요철부(241) 및 돌기부(410)를 포함할 수 있다.
도 5b에 도시된 본 발명의 연결수단(310)은, 접촉부(311), 브릿지(312) 및 보조접촉부(313)를 포함한다.
상기 연결수단(310)의 구조는 도 2a에 도시된 바와 같이, 4개의 브릿지로 형성되거나, 아래, 도 6a 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 브릿지를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 연결수단(310)의 보조접촉부(313)는 히터몸체부(110)에 배치되어 있는 고주파 전극(120)에 접촉되어 있고, 상기 접촉부(311)는 제1 커넥터(161)와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 연결수단(310)에서는 도 2b에 도시된 연결수단(200)과 달리, 브릿지(312)의 구조가 복수개의 톱니산 구조로 되어 있다. 도면에는 명확하게 도시하지 않았지만, 브릿지(312)에는 도 2a와 도 7에 도시된 바와 같이, 복수개의 홀들(240)과 요철부(241) 및 돌기부(410)를 포함할 수 있다.
상기와 같이, 연결수단(310)의 브릿지(312)들의 구조가 톱니산 구조를 가지면, 히터몸체부(110)의 세라믹과의 물리적 결합력이 강해지고, 브릿지(312)를 통해 전달되는 고주파 전압에 의한 응력을 완충할 수 있어, 제1 커넥터(161) 영역에서의 손상을 최소화할 수 있다.
도 6a 내지 도 7은 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 다양한 연결수단들의 구조를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 세라믹 히터에 사용되는 연결수단의 구조는 다양하게 변경 설계할 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 연결수단의 구조를 중앙의 접촉부를 중심으로 브릿지들이 서로 120°의 각도를 이루는 정삼각형 구조로 형성하거나, 도 6b에 도시된 바와 같이, 연결수단의 구조를 중앙의 접촉부를 중심으로 두 개의 브릿지가 서로 대칭이 되는 일자(ㅡ)형 구조로 형성할 수 있다.
또한, 도 6c에 도시된 바와 같이, 연결수단의 구조를 중앙의 접촉부를 중심으로 브릿지들이 서로 60°의 각을 이루는 육각형 구조로 형성하거나, 도 6d에 도시된 바와 같이, 연결수단의 구조를 중앙의 접촉부를 중심으로 절곡된 브릿지들이 배치된 만(卍: 절표시) 구조로 형성할 수 있다.
도면에는 명확하게 도시하지 않았지만, 도 6b의 만(卍: 절표시) 구조의 연결수단의 브릿지에도 복수개의 홀들과 요철부가 형성되어 있고, 도 7과 같이, 브릿지들에 복수개의 돌기들이 형성될 수 있다.
또한, 도 7의 연결수단(400)은 접촉부(401)과 상기 접촉부(401)와 연결된 적어도 2이상의 브릿지(402)와 상기 브릿지(402)와 일체로 형성된 보조접촉부(403)를 구비한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연결수단(400)의 브릿지(402)에는 도 2a와 같이 복수개의 홀(404)들이 형성되어 있고, 양측 가장자리에는 요철부가 형성되어 있다.
특히, 본 발명의 연결수단(400)에서는 추가적으로 브릿지(402)의 표면에 복수개의 돌기부(410)들을 형성하였다. 상기 돌기부(410)들은 홀들(404)과 함께 히터몸체부와의 물리적 결합력을 강화시키고, 고주파 전극으로부터 전달해 오는 전기적 응력을 완충하는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부 내에 배치된 고주파 전극과 커넥터 사이에 연결수단을 배치하여, 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 히터몸체부에 매설된 고주파 전극과 커넥터의 전기적 접속을 유지시키면서 고주파 전극을 통해 전달되는 전기적 응력을 분산하여 커넥터를 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 배치되는 연결수단에 복수개 브릿지들을 형성하고, 상기 브릿지 상에 복수의 홀들을 형성하여, 히터몸체부와 연결수단의 물리적 결합력을 강화시킨 효과가 있다.
또한, 본 발명의 세라믹 히터는, 고주파 전극과 커넥터 사이에 소정의 경사를 갖는 복수개의 브릿지들을 구비한 연결수단을 배치함으로써, 반응 공정이 일어나는 히터몸체부의 상면으로부터 커넥터의 위치를 이격시켜 커넥터의 손상 및 히터몸체부의 균열을 방지한 효과가 있다.
100: 세라믹 히터
110: 히터몸체부
120: 고주파 전극
130: 발열체
200: 연결수단
150: 지지샤프트
151: 제1 부재
162: 제2 부재

Claims (13)

  1. 히터몸체부;
    상기 히터몸체부 내에 배치된 전극;
    상기 전극과 접속되며, 상기 전극으로부터 전달되는 고주파 전압을 분산하기 위한 복수의 브릿지들을 구비하는 연결수단;
    상기 연결수단과 접속되어 상기 전극을 그라운드 단자와 연결하는 제1 커넥터; 및
    상기 히터몸체부 내에 상기 전극과 이격 배치된 발열체를 포함하는 세라믹 히터.
  2. 히터몸체부;
    상기 히터몸체부 내에 배치된 전극;
    상기 전극과 접속되는 연결수단;
    상기 연결수단과 접속되어 상기 전극을 그라운드 단자와 연결하는 제1 커넥터; 및
    상기 히터몸체부 내에 상기 전극과 이격 배치된 발열체를 포함하되,
    상기 연결수단은, 상기 제1 커넥터에 접촉되는 접촉부와, 상기 전극의 일 면 중 복수의 영역에 면 접촉(area contact)되는 복수의 보조접촉부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결수단은 접촉부와, 상기 브릿지들 각각의 가장자리에 형성된 보조접촉부를 포함하는 세라믹 히터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결수단의 브릿지들은 상기 접촉부와 상기 보조접촉부 사이에서 소정의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 연결수단의 접촉부는 상기 전극으로부터 상기 히터몸체부의 하면 방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결수단의 접촉부와 상기 전극의 이격거리는 0.5~10mm인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연결수단의 브릿지들 각각에는 복수개의 홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  8. 제7항에 있어서,
    각 브릿지의 양 측면에는 소정의 곡률을 갖는 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  9. 제7항에 있어서,
    각 브릿지의 표면에는 복수개의 돌기부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 연결수단의 브릿지들은 상기 접촉부와 상기 보조접촉부 사이에서 절곡된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히터몸체부 내에는 상기 발열체와 접속된 제2 커넥터를 더 포함하는 세라믹 히터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 히터몸체부는 상기 히터몸체부의 하면에서 상기 제1 커넥터의 위치까지 형성된 제1 홈과, 상기 히터몸체부의 하면에서 상기 제2 커넥터의 위치까지 형성된 제2 홈을 포함하는 세라믹 히터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 그라운드 단자 및 상기 제1 커넥터와 접속하는 제1 부재와 상기 제2 커넥터와 접속하는 제2 부재를 포함하는 세라믹 히터.
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