KR102561841B1 - 박막 히터 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 원하는 히터 면적과 히터 온도에 맞추어 맞춤형으로 제공하고, 내구성 있는 박막 히터를 제공하고, 그러한 박막 히터를 양산할 수 있는 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 원하는 면적의 에폭시 기판 또는 금속 기판 위에 DLC 코팅으로 발열 패턴을 형성하여 전원 인가 시 원하는 온도 수준의 발열을 일으키는 박막 히터를 제공한다.

Description

박막 히터 및 그 제조방법{Thin film heater and its manufacturing method}
본 발명은 박막 히터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 증착을 이용하여 만들어지는 박막 히터에 관한 것이다.
박막을 포함하는 박막 히터는 적용성이 좋아 광범위하게 사용될 수 있다. 지나친 저온 환경에서 동작 불량을 방지하기 위한 각종 전자제품에 포함될 수 있고, 고데기와 같은 미용기기, 최근에는 온열이 제공되는 안마기, 족욕기, 장운동기, 비데와 같은 의료기기에 적용되고 있다. 기존의 박막 히터는 시이트 형태로 만들어진 것을 적용하거나(공개특허 10-2019-0022673), 세라믹에 발열체를 매립하여 사용하는 형태가 있다(등록특허 10-2150811호). 그러나 응용제품 마다 박막 히터의 필요 면적이 정하여지고 해당 면적에서 적절한 온도로 발열되어야 하며, 히터의 내구성도 필요하다. 따라서 기존의 발열 시이트를 이용할 경우, 기기에 대한 고정 방법과 정격전력에 따른 최적의 발열온도를 원하는 정도로 구현하기 어렵다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해소하여 원하는 히터 면적과 히터 온도에 맞추어 맞춤형으로 제공될 수 있으며, 내구성 있는 박막 히터를 제공하고, 그러한 박막 히터를 양산할 수 있는 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 원하는 면적의 금속 기판 또는 에폭시 기판에 대해 발열 패턴을 가공 형성하고, 기판의 소정 면적에 대해 절연층을 코팅하여 원하는 수준의 전기저항을 나타내는 박막 히터를 제공한다.
또한, 본 발명은 원하는 면적의 에폭시 기판 또는 금속 기판 위에 DLC, Si 코팅으로 발열 패턴을 형성하여 전원 인가 시, 원하는 온도 수준의 발열을 일으키는 박막 히터를 제공한다.
또한, 본 발명은 원하는 면적의 금속 기판에 절연층을 형성하고, 그 위에 Ni 합금의 발열 패턴을 코팅하여 전원 인가 시 원하는 온도 수준의 발열을 일으키는 박막 히터를 제공한다.
상기에서, 발열 패턴의 형성은 기판 면적에 대해 원하는 수준의 온도를 낼 수 있도록 디자인 되며, 이러한 패턴의 형성을 위해, 기판 상에 발열 패턴을 남긴 나머지 부분을 덮는 마스킹 필름을 부착하고, DLC 코팅 또는 Ni 합금 코팅을 실시한다.
발열 패턴 형성을 위한 DLC 코팅 또는 Ni 합금 코팅은 기판 전면에 대해 실시되고, 코팅이 완료된 후, 마스킹 필름은 제거된다.
상기에서, DLC 코팅의 두께는 0.5~2μm로 형성되어 전기 저항 103~1010Ω을 나타내며, DLC 코팅공정 온도는 상온 내지 150℃미만이다.
상기에서 Ni합금은 스퍼터링 공정으로 두께 0.2~2μm로 형성되고, 코팅 공정 온도는 상온 내지 150℃미만이다.
상기에서, 마스킹 필름은 DLC 코팅 전, 또는 절연층 코팅 전에 기판 전면에 부착된 다음, 발열 패턴을 남기고 나머지 부분을 덮도록 소정 패턴으로 습식 현상 과정을 거친다.
상기에서, 마스킹 필름은 DLC 코팅 후, 또는 Ni 합금 코팅 후, 약액에 의해 습식으로 모두 제거된다.
상기에서, 발열 히터의 면적과 발열 온도 설정에 따라 발열 패턴의 형상과 DLC 코팅의 두께를 조절하여 전기 저항을 원하는 수준으로 만든다.
상기에서, Ni 합금 코팅에 앞서 기판에 코팅되는 절연층은 DLC로 형성될 수 있다.
상기에서, 금속기판은 Al을 포함하고, Ni 합금 코팅은 Ni-Cu, 또는 Ni-Cr을 포함한다.
즉, 본 발명은,
기판에 대해 발열 패턴을 설계하여 가공하고,
상기 발열 패턴이 형성된 기판의 일부를 마스킹 필름으로 마스킹하고,
발열 패턴의 전기저항을 조절하기 위해 절연층을 코팅하고,
마스킹 필름을 제거하여 마스킹 필름으로 덮이지 않은 발열 패턴 부분에 절연층을 코팅하여 소정의 전기저항을 갖고 소정의 온도로 발열할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 발열 패턴의 가공은 다수의 홀이 펀칭되거나, 다수의 슬릿이 개구부로 형성되어, 기판 면에 여러번의 권선이 있는 것과 같이 저항을 증가시키는 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 기판은 Al을 포함한 금속재 또는 에폭시를 포함하는 소재로 만들고, 상기 절연층은 DLC, 또는 Si를 코팅층으로 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, DLC 코팅은 탄화 가스를 공급하고, 플라즈마를 방전하여 상온 내지 150℃ 미만의 공정 온도에서 실시하고, 0.5~2μm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, Si 코팅은 규화 가스를 공급하고, 플라즈마를 방전하여 상온 내지 150℃ 미만의 공정 온도에서 실시하고, 0.5~2μm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 절연층 위에 Ni 합금 코팅층을 플라즈마를 이용하여 0.2~2μm 두께로 추가하여 발열 패턴의 저항값을 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 마스킹 필름은 자외선 경화 필름이고, 플라즈마에 의한 코팅이 완료 된 후, 습식 제거되는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
금속 또는 에폭시로 된 기판을 준비하고,
상기 기판 위에 발열 패턴을 설계하고 발열 패턴을 제외한 부분에 마스킹 필름을 부착하고,
절연층을 코팅하고,
절연층 위에 Ni 합금 코팅을 실시하고,
마스킹 필름을 박리하여,
소정의 저항값을 갖는 발열 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 기판은 Al을 포함한 금속재 또는 에폭시를 포함하는 소재로 만들고, 상기 절연층은 DLC, 또는 Si를 코팅층으로 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 발열패턴은, 다수의 홀이 소정 간격으로 배열되거나, 슬릿이 배열되거나, 홀과 슬릿이 혼합 배열되거나,
'ㄷ'자형 발열패턴 단위체가 기판의 중심선 슬릿을 따라 좌우 대칭으로 배열되거나, 'ㄷ'자형 발열패턴 단위체가 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 절연층 DLC 코팅은 탄화 가스를 공급하고, 플라즈마를 방전하여 상온 내지 150℃ 미만의 공정 온도에서 실시하고, 0.5~2μm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 절연층 Si 코팅은 규화 가스를 공급하고, 플라즈마를 방전하여 상온 내지 150℃ 미만의 공정 온도에서 실시하고, 0.5~2μm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 절연층 위에 Ni 합금 코팅층을 플라즈마를 이용하여 0.2~2μm 두께로 추가하여 발열 패턴의 저항값을 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
상기에 있어서, 마스킹 필름은 자외선 경화 필름이고, 플라즈마에 의한 코팅이 완료 된 후, 습식 제거되는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조된 박막 히터를 제공한다.
상기 박막 히터의 저항 값은 40 내지 65℃의 온도로 발열하는 박막히터이다.
상기 박막 히터는 발열패턴을 구비하고, 발열패턴은, 다수의 홀이 소정 간격으로 배열되거나, 슬릿이 배열되거나, 홀과 슬릿이 혼합 배열되거나,
'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 연속 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 기판의 중심선 슬릿을 따라 좌우로 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 박막 히터는 금속 기판 또는 에폭시 기판에 대해 발열 패턴을 형성하고, 저항을 조절하기 위해, 일부를 마스킹 필름으로 차단하고 그 위에 전기저항을 갖는 절연층을 코팅한 후 마스킹 필름을 제거함으로써, 필요에 따른 맞춤형으로 제작된다.
또한, 금속 기판에 발열패턴을 제외한 부분을 필름으로 마스킹한 후 DLC, Si와 같은 절연층과 Cr합금계 박막을 코팅하고, 마스킹 필름을 제거하여 박막 히터를 제작하는 경우는, 별도의 기계가공 없이 편리하게 박막 히터를 제작할 수 있으며, 이 경우도 필요에 따른 맞춤형으로 제작된다.
즉, 소면적 저온 히터, 대면적 고온 히터, 소면적 고온 히터, 대면적 저온 히터 등이 발열 패턴 형상 설계와 DLC, Si 코팅 두께 조절로서 모두 구현될 수 있다.
특히, 금속 기판에 DLC, Si를 절연층으로 코팅하고 그 위에 Ni 합금 코팅으로 발열 패턴을 형성할 경우, 탄화 가스를 이용한 플라즈마 코팅방식으로 제작된 DLC 코팅 박막은 마스킹 제거 시 화학약품에 대한 내부식성이 우수하여 금속 기판을 Al 베이스로 할 경우, 기판의 부식을 방지한다.
또한, 금속 기판/절연층에 대한 Ni합금 스퍼터링 후 마스킹 패턴으로 열선을 형성하여 제작된 열선은 발열성이 우수하고 PCB 기판(에폭시)에 비해 고온 발열(180℃)이 가능 하다.
또한, 저온 히터의 경우, 기판을 에폭시로 할 수 있으며, 이 경우 플렉서블 히터, 또는 곡면의 히터를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 박막 히터가 적용된 제품의 예로서, 손바닥용 히터와 손목용 히터를 보여준다.
도 2는 본 발명의 박막 히터가 적용되는 히터용 기판에 발열 패턴이 구성된것을 보여주는 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따라 박막 히터 제작을 위해 기판에 박막을 코팅하기 전, 박막 형성을 제외하고자 하는 부분에 마스킹 필름을 부착한 것을 보여준다.
도 4는 본 발명에 따라 박막 코팅을 완료하고 마스킹 필름을 벗겨낸 박막 히터를 도시한 것과 박막 코팅 직후 마스킹 필름 제거 전 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 기판 상에 마스킹 필름을 이용하여 현상 및 박리를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따라 박막 코팅을 실시하는 공정을 설명하는 순서도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 박막 히터가 적용된 제품의 예로서, 손바닥용 히터(좌)와 손목용 히터(우)를 보여준다. 안마의자, 안마기, 찜질기, 온열기와 같은 건강관리용 의료기기에 들어가는 히터는 대략 40 내지 65℃의 온도로 발열한다. 그에 따라 인가전압 대비 적절한 전력을 낼 수 있는 전기저항을 갖는 발열 히터를 구성하여야 한다. 상기에서 박막 히터라 함은 기판에 박막이 코팅되어 있는 히터를 뜻하며, 기판과 박막이 전력 인가 시 발열하게 되는 히터이다.
도 1의 좌측에 보인 것과 같은 손바닥용 히터는 성인의 손바닥 크기 비슷한 기판 위에 전체 면적에 발열판을 형성할 수 있고, 손가락 마디와 손목과 연결되는 부위에 해당하는 지점에 발열 스팟(저항을 좀더 증가시킨 영역)을 형성할 수 있다. 손바닥용 히터는 45 내지 65℃의 온도로 발열하고 이를 위해 발열 히터가 갖는 저항은 대략 15 내지 20Ω이다. 가열 후 4 내지 5분 후 발열온도는 45에서 65℃로 상승하나 저항은 같은 값으로 유지된다.
손목용 히터는 손목을 감싸거나 손목부분을 커버하는 면적으로 구성되고, 팔꿈치에 못미치지만 소정의 길이(5 내지 10cm)를 갖는다. 그러한 면적의 손목용 히터는 40 내지 55℃의 온도로 발열하고, 이를 위해 발열 히터가 갖는 저항은 대략 30 내지 40Ω이다. 가열 후 4 내지 5분 후 발열온도는 40에서 55℃로 상승하나 저항은 같은 값으로 유지된다. 그외에도 적용 부위에 따라 다양한 면적의 히터를 구성할 수 있다.
또한, 손바닥용 히터는 손으로 감싸기 편리한 형태의 곡면으로 기판을 가공할 수 있고, 손각락마다 안착부를 갖도록 요철을 구비하게 가공할 수 있다. 그외 적용되는 인체 부위에 대해 기판은 맞춤형으로 곡면 가공될 수 있다.
이와 같은 안마기 내지 찜질기용 히터는 적용 면적이 인체 부위에 맞추어 주어지며, 발열 온도도 상한과 하한이 적절하게 주어진다. 따라서 발열 히터는 주어진 면적에서 일정 수준의 저항을 연출하여야 한다.
도 2는 본 발명의 박막 히터가 적용되는 히터용 기판들의 평면도이다.
기판은 금속 기판이 바람직하며, 특히, Al을 소재로 하는 것이 유리하다. 또한, PCB 기판의 소재와 같은 에폭시 기판을 사용할 수도 있으며, 이러한 기판은 유연성이 있어, 손바닥(손으로 쥔 듯한 형상), 손목, 목, 다리 등을 감싸는 형상을 구현할 수 있는 정점이 있다. 그러나, 박막 히터의 증착 공정에서의 내열성 등을 고려하면 금속 기판이 바람직하다.
기판은 주어진 면적 대비 필요한 저항을 갖추어야 하므로, 여러번 구부린 것과 같은 효과를 줄 수 있는 패턴을 구비한다. 즉, 발열 면적과 발열 온도가 주어지면 그에 맞는 저항값이 산출되고, 저항값을 구현할 수 있도록 패턴을 설계하고, 해당 패턴에 대해 적절한 저항을 나타낼 수 있는 절연재료를 박막으로 코팅하며, 이때, 박막 소재의 물성을 고려하여 박막 두께를 산출하여 코팅한다.
도 2에는 4가지 패턴을 보여주며, 좌측 상단의 것(발열 패턴(10))과 하단의 것(발열 패턴(20))은 기판(100)에 슬릿(300)을 형성하여 전체 기판에서 발열선이 여러번 구부러진 효과를 낸다. 이것은 마치 열선을 여러번 감은 것과 같은 효과를 낸다. 발열 패턴은 열선의 길이를 길게할 수 있는 효과를 주는 슬릿, 홀을 포함하며, 홀만 배열, 슬릿만 배열, 홀과 슬릿을 혼합 배열하는 방식이 포함된다.
좌측 상단의 것은 하단의 것보다 면적이 좁기 때문에, 더 여러번 구부러진 효과를 내도록 기판 폭을 따라 다수 형성된 슬릿(300)의 중심선을 지나는 선형 슬릿(310)을 기판 길이를 따라 형성한 것이다. 선형 슬릿(310)으로 인해, 열선의 길이가 더 길어지는 효과가 있다. 열선들은 시작점과 종료점이 특정되고 궁극적으로는 하나의 선과 같은 형태가 되어 전원의 (+), (-) 단자에 시작점과 종료점이 각각 연결된다.
좌측 하단의 것은 상단의 것에 비해 더 넓은 면적의 기판으로, 기판 폭을 따라 일정 간격으로 다수의 슬릿(300)이 형성된 것이다.
우측의 것은 기판(100)에 대해 홀(300)이 뚫린 것을 보여준다. 이러한 홀(400) 역시 열선의 길이를 길게 하여 주는 효과가 있어, 저항을 증가시키는 데 기여한다. 우측 상단의 것(발열 패턴(30)은 손바닥용 히터 기판으로 일정한 면적에 4개의 히터가 구현되는 것을 보여준다. 이러한 구성은 박막 코팅의 생산성을 향상시킨다.
우측 하단의 것(발열 패턴(40))은 손목용 히터 또는 그외 적용가능한 일정 면적에 대해 다수의 홀(400)이 일정 간격으로 형성되어 있다. 하나의 기판에 선대칭으로 두개의 히터가 쌍으로 구성되며, 이 역시 코팅에서 생산성을 좋게 한다.
슬릿 또는 홀은 기계가공에 의해 형성될 수 있다.
이와 같이 패턴이 형성된 기판(100) 전면에 전기저항을 원하는 수준으로 나타낼 수 있는 박막을 코팅할 수도 있지만 전체 면적의 60 내지 70%만 절연층을 코팅하여 저항을 조절할 수 있다. 그에 따라 기판의 일부를 코팅 전에 마스킹 필름으로 덮고 코팅을 완료한 다음, 마스킹 필름을 떼어낸다.
도 3은 본 발명에 따라 박막 히터 제작을 위해 기판(100)에 박막을 코팅하기 전, 박막 형성을 제외하고자 하는 부분에 마스킹 필름(200)을 부착한 것을 보여준다.
기판(100)은 상술한 바와 같이, 금속, 바람직하게는 알루미늄 소재 또는 PCB 기판과 같은 에폭시 소재를 사용할 수 있다. 본래 기판(100) 상면은 동박이 전체적으로 형성된 상태이며, 히터의 전기접점을 담당할 부분에 대해 마스킹 필름을 부착하고 습식각을 실시하여 전기접점 부분만 남기고 동박을 제거한다. 여기에 슬릿 또는 홀을 가공하여 발열 패턴을 만들고, 발열 패턴 일부 또는 전부에 대해 DLC, Si와 같은 저항 조절용 절연층을 형성한다. 이를 위해, 기판 일부분에 대해 마스킹 필름(200)을 부착한다. 즉, 전기접점을 형성하기 위해 동박 부분이 그대로 존재해야 하는 부분, 히터에 다른 부재들이 결합될 부분, 그리고 히터 전체의 발열 온도를 조절하기 위해 히터 면적 중 일부에 대해 절연층을 코팅하여야 하는 부분을 제외한 나머지 부분이 마스킹 필름(200)에 의해 가려진다. 마스킹 필름(200)은 자외선 경화 필름을 사용하는 것이 바람직하며, 라미네이터를 이용하여 부착하고, 자외선에 노광한다. 자외선 경화 필름을 이용한 마스킹 필름의 부착과 제거 기술은 공지된 기술과 같다.
마스킹 필름(200)이 부착된 상태로 기판 전면에 대해 절연층을 코팅한다. 절연층으로서 DLC, Si를 코팅할 수 있다. 이러한 절연층 코팅은 발열 패턴의 전체적인 전기저항을 15 내지 40Ω 사이의 값으로 조절하여 원하는 온도로 발열할 수 있게 한다. 코팅층의 두께는 0.5~2μm 사이에서 기판 면적, 발열 패턴 형상, 희망하는 발열 온도를 고려하여 선택된다.
도 3의 좌측 첫번째는 홀이 형성된 기판인 도 2의 발열 패턴(40)에 대해 마스킹 필름(200)을 적용한 것으로, 기판의 단부, 일측 단부 중심 근처의 전기접점, 그외 중심부에 'T'형 부분과 버튼형 부분이 부재 구성상 마스킹된다. 도 3의 중앙에 있는 것은 도 2의 발열 패턴(30)에 대해 마스킹 필름(200)이 부착된 것을 보여준다. 전기접점부와 중심부 일부 등 부재 형성에 필요한 부위를 마스킹하고 가장자리도 마스킹한다.
슬릿이 형성된 'ㄷ'자형 발열패턴 단위체가 직사각형 기판의 긴 중심선 슬릿을 따라 좌우 대칭으로 배열할 수 있고, 이는 도 2의 좌측 위에 그려진 기판에 대한 발열패턴 (10, 20)에 대해 구성될 수 있다. 직사각형 기판의 긴 변 양단부에 동박 전극 접점부가 있고, 마스킹 필름은 이들 중 일부(단부쪽)를 가려준다.
도 3의 우측 상단에 있는 기판은 발열 패턴을 이루는 단위체가 같은 방향으로 나란히 다수 배열되고, 발열패턴의 하나의 단위체는 'ㄷ'자 형으로 그 단부가 동박이고 각 패턴 단위의 전기접점부로서 이들 전기접점부들은 모두 하나의 길게 연장된 전기접점부에 접속된다. 기판 양단부 또한 전기접점부로서 이에 대해 마스킹 필름이 부착되어 있다. 'ㄷ'자 형 단위체는 동일 형상으로 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루며, 도 3에서는 10행3열로 구성되어 있다. 행렬의 크기는 필요에 따라 구성한다.
도 3의 우측 하단에 있는 기판은 도 2의 발열 패턴(20)을 기본으로 하여 'ㄷ'자 형 단위체가 기판 면의 반을 점유하고 나머지 반은 'W'형으로 더 많이 구부러진 형태의 단위체가 점유한다. 기판 반에 대해 더 높은 저항을 요구할 경우이다.
예시한 발열 패턴 외에 더 다양한 발열 패턴을 구성할 수 있으며, 발열 패턴은 기판의 기계가공에 의해 완성할 수도 있고, 기본적인 홀, 슬릿을 가공한 기판에 대해 상세한 발열 패턴은 마스킹 필름 부착으로 구현할 수도 있다. 예를 들면, 도 2의 발열 패턴(10, 20)은 기계가공하고, 그 위에 도 3의 'ㄷ', 'W'형, 또는 더 많은 굴곡을 갖는 미로형 단위체들의 배열은 마스킹 필름으로 구현할 수 있다.
이와 같이 기판에 마스킹 필름을 부착한 상태에서 기판 전면에 대해 절연층을 코팅한다.
절연층 소재는 DLC, Si이 바람직하며, 본 실시예는 열전도성과 발열특성이 우수한 Al 기판 위에 전기적인 절연 특성을 갖는 DLC를 두께 0.5~2μm로 형성한다. DLC(전기 저항 103~1010Ω) 코팅은 탄화수소가스를 이용하여 플라즈마 코팅으로 실시할 수 있고, 이때, 공정 온도는 상온 내지 150℃ 미만으로 할 수 있다. 탄화 수소 가스를 이용한 플라즈마 코팅 방식으로 제작된 DLC 코팅 박막은 마스킹 필름 제거 시 화학약품에 대한 내부식성이 우수하여 Al 기판의 부식을 방지한다. 또한, 이와 같이 제작된 발열 패턴은 발열성이 우수하고 기존 PCB 기판에 비해 180℃±10℃의 고온 발열이 가능 하다.
DLC 코팅에 대해 도 6은 순서도로 설명한다.
챔버에 코팅할 기판을 로딩하고, 챔버내 기저 압력을 10-4~10-6 torr, 바람직하게는, 10-5 torr 정도로 진공화한다. 비활성 가스를 공급하여 플라즈마를 방전시켜 기판을 세정한다. 탄화수소 가스를 공급하여 13.56MHz 전자파를 인가하여 플라즈마를 방전시켜 DLC 코팅을 실시한다. 1 내지 4시간의 코팅 공정 실시하고, 코팅 완료 후 벤트하고 제품을 언로딩한다.
DLC외에 Si 코팅도 같은 방법으로 실시하며, 실란가스를 원료가스로 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 박막 코팅을 완료하고 마스킹 필름을 벗겨낸 박막 히터를 도시한 것과 박막 코팅 직후 마스킹 필름 제거 전 상태를 보여준다. 도 4의 좌측의 것은 도 3의 좌측에 있는 것과 같은 기판에 대해 코팅을 완료하고 마스킹 필름을 벗겨낸 것이다. 이러한 발열 히터는 기판과 박막 코팅층을 포함함으로서 28~32Ω의 저항을 나타낸다. 미로형 패턴, 'ㄷ'자형 패턴, 'W'자형 패턴이 형성된 것은 대략 26~30Ω의 저항을 나타낸다. 우측의 것은 코팅 완료 직후의 상태를 보여주며, 마스킹 필름 위에도 코팅이 이루어진 상태이다.
또한, 상기에서, DLC, 또는 Si와 같은 절연층 코팅 후 그 위에 Ni합금 코팅을 실시하여 전기저항을 추가로 조절할 수도 있다.
도 5는 마스킹 필름을 이용한 현상과 박리 제거를 설명하기 위한 도면이다. 기판(100) 상에 동박(500)이 형성되어 있고, 여기에 소정 형상을 따라 마스킹 필름(200)이 부착된 것을 보여준다. 마스킹 필름은 자외선 경화필름으로 부착 후, 소정 패턴에 대해 자외선을 조사하면 현상액(0.5 내지 1.5% 탄산나트륨 또는 탄산칼륨 용액)으로 현상하면 자외선 노출부분만 남고 제거된다. 이와 같은 방법으로 기판에 대해 전기접점부만 남기고 동박을 제거할 수 있다.
또한, 절연층(DLC, 또는 Si) 코팅 후, 마스킹 필름 제거도 용액으로 제거하며, 알칼리성 용액을 이용한다. 알칼리성 용액으로서 탄산나트륨 또는 탄산칼륨 용액이 바람직하나 다른 용액을 사용할 수 있다.
한편, 상기 실시예를 변형하여 발열 패턴 자체를 기계가공 없이 절연층 코팅으로 만들수도 있다.
즉, 기판 상에 발열 패턴을 설계하고, 발열 패턴부에만 절연층 코팅이 이루어질 수 있도록 나머지 부분은 마스킹 필름을 부착한다. 상기 실시예에서 기계 가공으로 형성한 홀(400), 슬릿(300, 310) 부분이 본 실시예에서는 마스킹 필름에 의해 마스킹되는 부분이다. 상기에서 기판은 전기접점부를 위한 동박만 남고 다른 부분의 동박은 제거된 상태인 것이 바람직하다.
기판은 열전도성과 발열특성이 우수한 Al로 만든 것이 바람직하지만, 에폭시 기판, 또는 다른 금속재일 수 있다.
이러한 기판에 설계된 발연 패턴만 남기고 마스킹 필름이 부착된 상태에서 절연층으로서 DLC, 또는 Si 층을 상기한 바와 같이 플라즈마로 코팅한다. 두께 0.5~2μm의 절연층을 코팅 한 후, 그 위에 Ni 합금(Ni-Cr, 또는 Ni-Cu)층을 스퍼터링으로 두께 0.2~2μm를 코팅하며, 이 경우에도 에폭시 기판도 견딜 수 있는 상온 내지 150℃미만의 공정온도로 코팅한다. 절연층과 Ni 합금층의 막 두께로 저항값을 조절할 수 있다. 코팅이 완료되면, 알칼리 용액에 의한 습식 공정으로 마스킹 필름을 박리 제거한다. 이와 같은 공정에 의해 금속 또는 에폭시 기판 상에 DLC, 또는 Si 절연층과 그위에 Ni 합금층이 발열 패턴으로 형성된 박막 히터를 얻는다. 절연층과 그위에 Ni 합금층이 코팅된 발열 패턴은 상술한 실시예에서와 같이, 다수의 슬릿을 갖는 경우, 홀을 갖는 경우, 슬릿과 홀을 겸하여 갖는 경우 등이 있다.
이러한 방법으로 제작된 열선은 발열성이 우수하고 금속 기판을 사용한 경우, 180℃±10℃ 정도에 이를 수 있어, 고온 발열 제품에 적용될 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
기판(100)
마스킹 필름(200)
슬릿(300)
선형 슬릿(310)
홀(400)
동박(500)

Claims (16)

  1. 주어진 면적에서 일정 수준의 저항을 연출하는 발열 히터의 제조를 위해, 주어진 면적의 기판에 대해 발열 패턴을 설계하여 가공하고,
    상기 발열 패턴이 형성된 기판의 일부를 마스킹 필름으로 마스킹하고,
    발열 패턴의 전기저항을 조절하기 위해 절연층을 코팅하고,
    마스킹 필름을 제거하여 마스킹 필름으로 덮이지 않은 발열 패턴 부분에 절연층을 코팅하여 소정의 전기저항을 갖고 소정의 온도로 발열할 수 있게 하며,
    기판에 대한 발열 패턴의 가공은 기판에 다수의 홀이 펀칭되거나, 다수의 슬릿이 개구부로 형성되어, 기판 면에 여러 번의 권선이 있는 것과 같이 저항을 증가시키는 패턴으로 형성하며,
    발열패턴은, 다수의 홀이 소정 간격으로 배열되거나, 슬릿이 배열되거나, 홀과 슬릿이 혼합 배열되거나,
    'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 연속 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 기판의 중심선 슬릿을 따라 좌우로 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루어 배열되며,
    상기 기판은 Al을 포함한 금속재 또는 에폭시를 포함하는 소재로 만들고, 상기 절연층은 DLC, 또는 Si를 코팅층으로 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 주어진 면적에서 일정 수준의 저항을 연출하는 발열 히터의 제조를 위해, 주어진 면적을 갖는 금속 또는 에폭시로 된 기판을 준비하고,
    상기 기판 위에 발열 패턴을 설계하고 발열 패턴을 제외한 부분에 마스킹 필름을 부착하고,
    절연층을 코팅하고,
    절연층 위에 Ni 합금 코팅을 실시하고,
    마스킹 필름을 박리하여 소정의 저항값을 갖는 발열 패턴을 형성하며,
    상기 발열패턴은, 다수의 홀이 소정 간격으로 배열되거나, 슬릿이 배열되거나, 홀과 슬릿이 혼합 배열되거나,
    'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 연속 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 기판의 중심선 슬릿을 따라 좌우로 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루어 배열되며,
    상기 기판은 Al을 포함한 금속재 또는 에폭시를 포함하는 소재로 만들고,
    상기 절연층은 DLC, 또는 Si를 코팅층으로 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법.

  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 절연층인 DLC 코팅층은 탄화 가스를 공급하고, 플라즈마를 방전하여 상온 내지 150℃ 미만의 공정 온도에서 실시하고, 0.5~2μm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 절연층인 Si 코팅층은 규화 가스를 공급하고, 플라즈마를 방전하여 상온 내지 150℃ 미만의 공정 온도에서 실시하고, 0.5~2μm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 절연층 위에 Ni 합금 코팅층을 플라즈마를 이용하여 0.2~2μm 두께로 추가하여 발열 패턴의 저항값을 조절하는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 마스킹 필름은 자외선 경화 필름이고, 플라즈마에 의한 코팅이 완료 된 후, 습식 제거되는 것을 특징으로 하는 박막 히터의 제조방법.
  10. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 박막 히터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 박막 히터는 금속 또는 에폭시 기판 위에 DLC, 또는 Si 절연층이 코팅된 발열 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 히터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 박막 히터는 절연층 위에 Ni 합금 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 히터.
  13. 제10항에 있어서, 발열패턴은, 다수의 홀이 소정 간격으로 배열되거나, 슬릿이 배열되거나, 홀과 슬릿이 혼합 배열되거나,
    'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 연속 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 기판의 중심선 슬릿을 따라 좌우로 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루는 것을 특징으로 하는 박막 히터.
  14. 제13항에 있어서, 15 내지 40Ω의 저항치를 유지하고 45 내지 65℃의 발열온도를 나타내는 것을 특징으로 하는 박막 히터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 박막 히터는 금속 또는 에폭시 기판 위에 DLC, 또는 Si 절연층, 상기 절연층 위에 Ni 합금 코팅층이 있는 것을 특징으로 하는 박막 히터.
  16. 제15항에 있어서, 발열패턴은, 다수의 홀이 소정 간격으로 배열되거나, 슬릿이 배열되거나, 홀과 슬릿이 혼합 배열되거나,
    'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 연속 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 기판의 중심선 슬릿을 따라 좌우로 배열되거나, 'ㄷ'자형, 미로형, 또는 'W'자형 발열패턴 단위체가 같은 방향으로 배향되어 다수의 행열을 이루는 것을 특징으로 하는 박막 히터.











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