KR102539685B1 - 열 후막 집적회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 층들로 배열된 금속 기판 및 증기 챔버, 및 금속 기판과 증기 챔버 사이에 개재된 열전 요소를 포함하며, 집적회로가 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면 상에 배열되고, 열전 요소는 전원에 연결되는 열 후막 집적회로를 개시한다. 열 후막 집적회로는 더 적은 부품들을 가지며, 더 간단하고 더 신뢰성 있다. 열 후막 집적회로는, 작은 공간을 점유하고, 신뢰성이 높고, 배선들의 더 적은 사용으로 인해 안전한 통합 및 소형 설계를 채택한다. 큰 표면 영역에 대해, 온도는 냉각 동안 균일하고 빠르게 분포되고, 이는 높은 방열 성능, 높은 효율, 개발 및 사용의 편리 및 용이함을 갖는다.

Description

열 후막 집적회로
본 발명은 전자 장치의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 본 발명은 냉각 및 가열 기능을 갖는 후막 집적회로에 관한 것이다.
기존의 냉각 및 가열 장치들은 다수의 컴포넌트들로 이루어지고, 구조가 복잡하고 크기가 크며; 많은 공간을 점유하고 낮은 신뢰성과 연관되는 비통합(non-integrated) 및 비소형(non-compact) 설계를 채택한다. 또한, 장치가 약간 더 큰 표면 영역을 갖는 경우, 냉각 동안 온도가 불균일하게 분포되며, 이는 열악한 방열 성능 및 낮은 효율을 유발한다. 동시에, 종래의 장치는 개발 및 제조하기가 불편하고 어렵고, 특히 자동화 기술에 의해 제조하기가 어려워서, 높은 제조 비용을 초래한다.
본 발명의 목적은 전통적인 부피가 크고 구조적으로 복잡한 냉각 및 가열 장치들의 결점을 극복하기 위한 열 후막(thermal thick film) 집적회로를 제공하는 것이다.
본 발명은 전술한 기술적 문제들을 해결하기 위한 아래의 기술적 해법들을 제공하는데: 열 후막 집적회로는 층들로 배열되는 금속 기판 및 증기 챔버, 및 금속 기판과 증기 챔버 사이에 개재된 열전 요소를 포함하고, 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면은 집적회로를 포함하고, 열전 요소는 전원에 연결된다.
금속 기판 및 증기 챔버의 에지 부분들은 밀봉재로 밀봉된다.
본 발명은 금속 기판의 실시간 온도를 검출하기 위한 센서를 더 포함한다. 센서는 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면 상에 위치된다. 센서는 집적회로의 내부 및 외부 표면에 연결된다. 센서는 이러한 외부 요소들에 연결된 시그널링 프로브를 포함한다.
열 후막 집적회로는 금속 기판 상의 열 퓨즈를 더 포함한다. 열 퓨즈는 금속 기판 상의 회로 트레이스들에 연결된다.
금속 기판은 높은 열 전도율을 갖는 금속 기판이고/이거나; 열전 요소는 열전 냉각기이다.
열 후막 집적회로는 집적회로의 내부 및 외부 표면에 연결된 마이크로컨트롤러를 더 포함하고; 마이크로컨트롤러는 금속 기판 상의 요소에 유사하게 연결된다.
금속 기판은 회로의 음 전극으로서 동작할 수 있고; 초음파 트랜스듀서는 금속 기판 상에 통합될 수 있다.
열 후막 집적회로의 금속 기판, 상기 금속기판은 상이한 열 팽창 계수들을 갖는 2개의 금속 피스에 의해 형성된 금속 서모스탯과 통합될 수 있다.
금속 기판 및/또는 증기 챔버의 외측 표면에는 보호 코팅 또는 방수 응결 코팅이 제공될 수 있고/있거나; 금속 기판에는 안테나가 제공될 수 있다.
열전 요소는 시트의 형태이고; 대안적으로, 열전 요소는 후막을 형성하도록 금속 기판 상에 직접 퇴적된 펠릿(pellet)이다.
본 발명은, 층들로 배열되는 금속 기판 및 증기 챔버, 및 금속 기판과 증기 챔버 사이에 개재된 열전 요소를 포함하며, 집적회로가 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면 상에 위치되고, 열전 요소는 전원에 연결되는 열 후막 집적회로를 제공한다. 기존의 기술과 비교하여, 본 발명은 다음의 이점들을 갖는다:
1. 열 후막 집적회로는 더 적은 부품들을 가지며, 더 간단하고 더 신뢰성 있다.
2. 열 후막 집적회로는 작은 공간을 점유하고, 신뢰성이 높고, 배선들의 더 적은 사용으로 인해 안전한 통합 및 소형 설계를 채택한다.
3. 큰 표면 영역을 냉각하기 위해 온도가 균일하고 신속하게 분포된다.
4. 열 후막 집적회로는 높은 방열 성능 및 높은 효율과 연관된다.
5. 열 후막 집적회로는 사용 및 개발이 용이하다.
6. 열 후막 집적회로는 마이크로컨트롤러(단일 칩 마이크로컴퓨터)와 통합되어 프로그래밍 가능한 후막 집적 냉각 및 가열 회로를 형성할 수 있다.
7. 열 후막 집적회로는, 특히 자동화 기술에 의해 제조가 용이하여 제조 비용을 감소시킨다.
8. 열 후막 집적회로는 안테나 및 센서와 통합될 수 있고; IoT 시스템들에서의 사용을 위해 원격적으로 통신될 수 있다.
9. 열 후막 집적회로는 배터리와 통합될 수 있고; 즉각 반응하고, 낮은 열 관성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열 후막 집적회로의 개략적인 구조도이다.
도 2는 열전 요소들, 집적회로 및 센서의 배열을 묘사하는 도 1에 도시된 열 후막 집적회로의 금속 기판의 상면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열 후막 집적회로의 열전 요소들의 배열을 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 열 후막 집적회로의 증기 챔버의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열 후막 집적회로의 개략적인 구조도이다.
도 6은 열전 요소들, 집적회로 및 센서들이 배열된 도 5에 도시된 열 후막 집적회로의 알루미늄 기판의 상면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 열 후막 집적회로의 냉각기들의 배열의 개략도이다.
도 8은 도 5에 도시된 열 후막 집적회로의 증기 챔버의 개략적인 구조도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열 후막 집적회로의 개략적인 구조도이다.
도 10은 펠릿들과 같은 열전 요소들, 집적회로 및 센서들의 배열을 묘사하는 도 9에 도시된 열 후막 집적회로의 금속 기판의 상면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 열 후막 집적회로의 열전 펠릿들의 배열의 개략도이다.
도 12는 도 9에 도시된 열 후막 집적회로의 증기 챔버의 개략적인 구조도이다.
본 발명의 목적들, 기술적 방식들 및 이점들의 이해를 용이하게 하기 위해, 본 발명은 도면들 및 실시예들을 참조하여 상세히 더 설명될 것이다. 본 명세서에 설명된 특정 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위해 사용되고, 본 발명을 제한하기 위해 사용되지 않는다는 것을 이해하여야 한다,
도 1 내지 도 4를 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열 후막 집적회로의 개략적인 구조도이고; 도 2는 열전 요소들, 집적회로 및 센서가 배열될 수 있는 것을 묘사하는 도 1에 도시된 열 후막 집적회로의 금속 기판의 상면도이고; 도 3은 도 1에 도시된 열 후막 집적회로의 열전 요소들의 배열의 개략도이고; 도 4는 도 1에 도시된 열 후막 집적회로의 증기 챔버의 개략 구조도이다.
본 발명은, 층들로 배열되는 금속 기판 및 증기 챔버, 및 금속 기판과 증기 챔버 사이에 개재된 열전 요소를 포함하는 열 후막 집적회로를 제공한다. 집적회로가 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면 상에 위치되고, 열전 요소는 전원에 연결된다.
본 발명은 주요 구조로서의 금속 기판의 하부 층, 및 중간의 집적회로를 포함한다. 전원은 필요에 따라 냉각 또는 가열을 위해 금속 기판 상의 평면 회로 트레이스들을 통해 열전 요소에 연결된다.
중간 층은 깔끔하고 효율적으로 배열된 열전 요소들로 구성된다.
상부 층은 열전 요소들에 대한 방열을 제공하는 증기 챔버이다.
냉각 동안, 금속 기판은 열전 요소들의 결빙 기능으로부터 차가운 결빙 표면을 형성하고, 증기 챔버는 열전 요소들에 의해 생성된 열을 흡수하고 방열 효과를 향상시킨다.
반대로, 가열의 경우, 금속 기판은 가열되고, 열전 요소들의 다른 표면은 냉각된다. 동시에, 증기 챔버는 냉각되고 주변 환경으로부터의 열을 흡수한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에서, 열 후막 집적회로는 더 적은 부품들을 갖고, 더 간단하고, 더 신뢰성이 있다. 열 후막 집적회로는 통합 및 소형 설계를 채택하며, 이는 작은 공간을 점유하고, 신뢰성이 높고, 배선들의 더 적은 사용으로 인해 안전하다. 큰 표면 영역을 냉각할 때 온도가 균일하고 신속하게 분포될 수 있고, 이는 높은 방열 성능, 높은 효율, 개발 및 사용의 편리 및 용이함을 갖는다.
일 실시예에서, 전원은 배터리 또는 외부 전원일 수 있고, 배터리는 내부적으로 통합되거나 외부적으로 제공될 수 있다.
밀봉재가 밀봉을 위해 증기 챔버 및 금속 기판의 에지 부분들에 제공된다. 내부 공기의 존재로 인해 사용 동안 물이 응축되는 것을 방지하기 위해 패키징 동안 진공이 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 금속 기판의 실시간 온도를 검출하기 위한 센서가 또한 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면 상에 위치된다. 센서는 집적회로의 내부 및 외부 표면에 연결되고, 내부 및 외부 표면들을 연결하기 위한 신호 프로브를 구비한다. 센서를 제공함으로써, 온도가 너무 높거나 너무 낮아지는 것이 방지될 수 있어서, 열 후막 집적회로 및 사용자에게 해를 입히지 않는다. 또한, 검출된 온도는 온도 조절을 위해 다른 집적회로들에 전송될 수 있다.
또한, 열 후막 집적회로는 금속 기판 상의 열 퓨즈를 더 포함한다. 열 퓨즈는 금속 기판 상의 회로 트레이스들에 연결된다.
과전류에 대한 열 퓨즈를 제공함으로써, 과열의 경우에 전력이 차단되며, 전원은 또한, 과도한 전압으로 인해 과부하, 단락 또는 감전이 발생하는 것을 방지하기 위해 차단된다. 열 퓨즈는 과전압 보호 다이오드에 연결될 수 있다.
또한, 금속 기판은 회로의 음 전극으로서 작동할 수 있어서, 전체 회로 트레이스는 더 간단하고, 따라서 전원의 음 전극은 금속 기판에 연결될 수 있다.
또한, 초음파 트랜스듀서가 다른 기능적 목적들을 위해 금속 기판 상에 통합될 수 있다.
또한, 상이한 금속들의 2개의 피스로 이루어진 저비용 서모스탯이 열 후막 집적회로 상에 통합될 수 있다.
또한, 금속 기판은 다른 기능적인 목적들을 위한 전극으로도 사용될 수 있다.
또한, 금속 기판 및/또는 증기 챔버의 외측 표면에는 보호 코팅이 제공된다. 보호 코팅은 방습, 방수 및 긁힘 방지 코팅일 수 있다.
게다가, 금속 기판에는 또한 IoT 시스템을 형성하기 위해 안테나가 제공될 수 있다.
또한, 열 후막 집적회로는 마이크로컨트롤러를 더 포함하고, 상기 마이크로컨트롤러는 집적회로의 내부 또는 외부에 연결된다. 마이크로컨트롤러에 의해, 열 후막 집적회로는 프로그래밍 가능한 열 후막 집적회로가 된다.
이 실시예에서, 열전 요소들은 시트의 형태이며 금속 기판 상에 깔끔하게 배열된다.
다른 실시예들에서, 도 5-8에 도시된 바와 같이, 금속 기판은 알루미늄 기판일 수 있고; 열전 요소들은 열전 냉각기들일 수 있다.
다른 실시예들에서, 도 9-12에 도시된 바와 같이, 열전 요소들은 후막을 형성하도록 금속 기판 상에 직접 퇴적된 펠릿들인데, 즉 열전 요소들로서의 펠릿들은 금속 기판 상에 직접 퇴적되어 열 후막 집적회로를 형성할 수 있다.
본 발명의 열 후막 집적회로는 전통적인 냉각 및 가열 장치들에서 부피가 크고 복잡한 구조들의 결점들을 해결한다. 열 후막 집적회로는 휴대용일 수 있으며, 그 적용은, 에어컨, 휴대용 소지품으로서, 전자 부품 및 그 장치, 의학 및 미용, 과학 및 기술, 기계 및 로봇, 서모스탯, 애완동물 및 애완동물을 위한 치료 의료 연구, 생물학적 연구, 의약, 수족관, 국방 및 무기, 항공우주 및 우주, 물 및 수중에서 사용되는 것으로 제한되지 않는다.
본 발명은, 층들로 배열되는 금속 기판 및 증기 챔버, 및 금속 기판과 증기 챔버 사이에 개재된 열전 요소들을 포함하며, 집적회로가 증기 챔버에 근접한 금속 기판의 표면 상에 위치되고, 열전 요소는 전원에 연결되는 열 후막 집적회로를 제공한다. 기존의 기술과 비교하여, 본 발명은 다음의 특정 이점들을 갖는다:
1. 열 후막 집적회로는 더 적은 부품들을 가지며, 더 간단하고 더 신뢰성이 있다.
2. 열 후막 집적회로는, 작은 공간을 점유하고, 높은 신뢰성을 갖고, 배선들의 더 적은 사용으로 인해 안전한 통합 및 소형 설계를 채택한다.
3. 냉각 동안 큰 표면 영역에 대해 온도가 균일하고 신속하게 분포된다.
4. 열 후막 집적회로는 높은 방열 성능, 높은 효율 및 높은 유효성과 연관된다.
5. 열 후막 집적회로는 개발 및 사용이 편리하고 용이하다.
6. 열 후막 집적회로는 마이크로컨트롤러(단일 칩 마이크로컴퓨터)와 통합되어 프로그래밍 가능한 열 후막 집적회로를 형성할 수 있다.
7. 열 후막 집적회로는, 특히 자동화 기술에 의해 쉽게 제조되어 제조 비용을 줄인다.
8. 열 후막 집적회로는 안테나 및 센서와 통합될 수 있고; IoT 시스템에서 사용하기 위해 원격적으로 통신될 수 있다.
9. 열 후막 집적회로는 배터리와 통합될 수 있고; 즉각 반응하고, 낮은 열 관성을 갖는다.
상기는 단지 본 발명의 일부 바람직한 특정 실시예들을 설명하지만, 본 발명의 보호 범위는 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 의해 개시되는 기술적 범위 내에서 이 분야의 기술자들에 의해 용이하게 구상될 수 있는 임의의 변경들 또는 대체들은 본 발명의 보호 범위에 의해 커버되어야 한다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 청구항들의 보호 범위에 따라야 한다.

Claims (10)

  1. 열 후막 집적회로로서, 층들로 배열되는 금속 기판 및 증기 챔버를 포함하고, 상기 금속 기판과 상기 증기 챔버 사이에 열전 요소들이 개재되며, 상기 증기 챔버에 근접한 상기 금속 기판의 표면 상에 배열되고 상기 열전 요소들 사이에 위치된 집적회로와, 상기 열전 요소들은 상기 금속 기판 상에서 회로 트레이스들을 통하여 전원에 연결되는, 열 후막 집적회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판 및 상기 증기 챔버의 에지 부분들은 밀봉재로 밀봉되는, 열 후막 집적회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판의 실시간 온도를 검출하기 위한 센서가 상기 증기 챔버에 근접한 상기 금속 기판의 측면에 위치되고, 상기 센서는 상기 집적회로의 내부 또는 외부 표면에 연결되고, 상기 집적회로의 내부 또는 외부 표면에 연결된 신호 프로브를 구비하는, 열 후막 집적회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판 상에 열 퓨즈를 더 포함하고, 상기 열 퓨즈는 상기 금속 기판 상의 회로 트레이스들에 연결되는, 열 후막 집적회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은 높은 열 전도율을 갖는 금속 기판이고/이거나; 상기 열전 요소는 열전 냉각기인, 열 후막 집적회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판 상의 요소에 연결된 마이크로컨트롤러를 더 포함하는, 열 후막 집적회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판은 상기 집적회로의 음 전극이고; 초음파 트랜스듀서가 상기 금속 기판 상에 통합되는, 열 후막 집적회로.
  8. 제1항에 있어서, 상이한 열 팽창 계수들을 갖는 금속들의 2개의 피스로 이루어진 금속 서모스탯이 상기 금속 기판 상에 통합되는, 열 후막 집적회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 금속 기판 및 상기 증기 챔버 중 적어도 하나의 외측 표면에는 보호 코팅 또는 방수 응축 코팅이 제공되고/되거나 상기 금속 기판에는 안테나가 제공되는, 열 후막 집적회로.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열전 요소는 시트의 형태이거나; 상기 열전 요소는 후막을 형성하도록 상기 금속 기판 상에 직접 퇴적된 펠릿인, 열 후막 집적회로.
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