KR20110006209A - 표면 온도 측정을 위한 온도 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 온도 측정을 위한 온도 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도 센서의 형태를 평면 구조를 가지게 하여 발열체의 표면에 밀착하는 구조를 가지게 함으로써 발열체와 기하학적으로 한 몸이 되어 빠른 열 응답 특성을 가지며, 서미스터 소자와 전기적 연결 역할을 하는 리드 프레임의 절연을 핫 멜트 필름을 이용하여 실시하며, 핫멜트 필름의 두께를 서미스터 소자 두께보다 두껍게 하여 핫멜트 필름 사이에 서미스터 소자와 리드 프레임을 완전히 매몰하는 구조를 가지게 하여 기계적 파괴 강도가 높은 신뢰성 있는 표면 온도 센서를 제공하는 표면 온도 측정을 위한 온도 센서에 관한 것이다.

본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서는,

온도 센서에 있어서,

마주 보는 한 쌍의 리드프레임(301a, 301b)과;

상기 한 쌍의 리드 프레임의 어느 일측 끝단에 연결되는 서미스터소자(302)와;

상기 서미스터 소자(302) 및 리드 프레임(301a, 301b)의 일부를 보호해 주도록 형성되는 핫멜트필름(303a, 303b)과;

상기 핫멜트 필름의 상측 및 하측에 형성되는 보호 폴리머(304a,304b);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 표면 온도 센서를 제공함에 있어서 핫멜트 필름을 이용하여 전기적, 기계적 보호층을 형성하고, 서미스터 소자 및 리드프레임의 일부분을 완전히 핫멜트 필름 및 폴리머 내부에 매몰시킴으로써 외부의 충격에 강한 기계적 신뢰성을 제공하게 된다.

서미스터, 온도센서, 표면 온도, 핫멜트 필름, 폴리머.

Description

표면 온도 측정을 위한 온도 센서{Surface temperature sensor.}

본 발명은 표면 온도 측정을 위한 온도 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도 센서의 형태를 평면 구조를 가지게 하여 발열체의 표면에 밀착하는 구조를 가지게 함으로써 발열체와 기하학적으로 한 몸이 되어 빠른 열 응답 특성을 가지며, 서미스터 소자와 전기적 연결 역할을 하는 리드 프레임의 절연을 핫 멜트 필름을 이용하여 실시하며, 핫멜트 필름의 두께를 서미스터 소자 두께 보다 두껍게 하여 핫멜트 필름 사이에 서미스터 소자와 리드 프레임을 완전히 매몰하는 구조를 가지게 하여 기계적 파괴 강도가 높은 신뢰성 있는 표면 온도 센서를 제공하는 표면 온도 측정을 위한 온도 센서에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 에폭시 코팅형 온도 센서는 온도 센서의 머리 부분이 구형 구조를 가지고 있다.

상기한 구조는 유체의 온도를 측정하기는 무리가 없으나, 열을 발생하는 발열체의 표면 온도를 측정하기에는 불합리한 구조이다.

또한, 최근 이동통신 분야의 발전과 부품의 경박 단소화에 따라 이차전지의 구조가 과거 원통형 위주에서 각형 위주로 변화되고 있다.

과거 원통형 이차전지 셀을 이용할 경우 두 개의 셀 사이에 공간이 확보되어 구형 구조를 가진 에폭시형 온도 센서의 사용이 가능했으나, 각형 이차전지 셀을 사용할 경우 온도 센서로 인하여 제품의 두께가 두꺼워 질 수밖에 없는 상황이다.

상기한 제품의 경박 단소화의 경향에 맞추어 표면 온도 측정이 용이하며 두께가 0.5mm 수준인 표면 온도 센서는 빠른 열 응답성 및 정확한 온도 측정, 그리고 제품의 두께를 줄이며 기계적 강도가 향상된 온도 센서를 제공한다.

도 1은 현재 일반적으로 사용되고 있는 서미스터 온도 센서의 형상이다.

서미스터 온도 센서 소자를 두 개의 피복선(101a, 101b) 사이에 납땜하여 전기적 및 기계적으로 연결하고, 소자 부분과 피복선의 일부를 액상의 열경화성 에폭시수지(102)에 침액한 후 100~150도의 온도에 30분에서 수 시간 경화시켜 도 1과 같은 제품 형상을 구현한다.

에폭시 수지의 작용은 전기적으로 절연 상태를 유지하며, 또한 기계적 충격에서 서미스터 온도 센서 소자를 보호하는 역할을 한다.

일반적으로 지금까지의 온도 센서의 용도는 유체(공기 혹은 액체)의 온도를 측정하는 것으로써, 도 1과 같은 구조의 온도 센서가 유체에 완전히 둘러싸인 구조를 가지게 되어 유체와 열평형 상태를 이루게 된다.

하지만, 고체 상태 제품의 온도를 측정하기 위해서는 소자를 완전히 발열에 밀착시켜야 하나, 전술한 에폭시 수지 봉지형 온도 센서는 구조적으로 온도 센서 머리 부분이 구형 구조를 가지고 있기 때문에 고체 표면에 완전 밀착이 불가능하다.

도 2는 발열체 혹은 이차전지 셀(201, 이하 이차전지 셀 이라 정의함)에 에폭시 수지 봉지형 온도 센서를 밀착시킨 구조이다.

상기한 구조에서 이차전지 셀과 온도 센서는 하나의 접촉점(202)에서 접촉하며, 상기 접촉점을 통하여 열에너지가 전도된다.

접촉되지 않은 부분을 통해서는 복사라는 에너지 전도 기구를 이용하여 에너지 전달을 수행하게 되는데, 상기 복사는 전도에 비하여 에너지 전달이 비효율적이다.

따라서 에너지의 전달되는 경로가 좁기 때문에 온도 센서의 응답 속도가 느리며,접촉점(202)을 제외한 부분이 기하학적으로 이차전지 셀과 떨어져 있기 때문에 온도 센서는 고체 형태의 이차 전지 셀(201)의 온도를 측정하기보다는 이차전지 셀(201) 주위의 공기 온도를 측정하는 결과가 되므로 제품의 정확한 온도를 측정하기 어렵다.

또한, 도 2에서 도시한 바와 같이 에폭시 수지 봉지형 온도 센서는 구조적으로 구형 형상의 머리(102) 부분을 가지고 있으며, 기계적인 신뢰성이나 전기적 신뢰성을 확보하기 위하여 에폭시의 봉지 두께를 매우 얇게 가져갈 수 없다.

따라서, 상용되는 제품은 약 2mm 이상의 두께를 가지고 있기 때문에 이후 2차 전지 셀(201)을 팩킹하기 위하여 이차전지 셀의 두께보다 2mm 이상 두꺼운 패키지를 제작하여야 하므로 전체 제품의 두께는 2mm 이상 두꺼워질 수밖에 없었다.

결국, 온도 센서의 두께를 얇고, 이차전지 셀 등 고체 형태 발열체의 표면과 완전히 밀착하여 열평형 상태에 이를 수 있으며, 열 응답 속도가 빠른 온도 센서가 요구되고 있으며, 또한 두께가 얇아지더라도 기계적 충격에 강한 신뢰성을 보이는 표면 온도 센서가 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 표면 온도 측정을 위한 박판형 온도 센서를 제공함으로써 이차 전지 셀 등 고체형상의 발열체에 밀착하여 빠른 응답성을 가지며, 이차 전지 셀 등 고체 형상 발열체와 열적으로 완전한 평형상태에 도달하여 이차전지 셀 등 고체 형상 발열체의 표면 온도를 정확히 측정하는 표면온도 센서를 제공하는 동시에, 박판형으로 구현됨에도 불구하고 강한 기계적 신뢰성을 갖는 표면 온도센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조 공정에서 폴리머 보호층을 형성함에 있어서 경화 시간이 30분에서 수 시간에 달하는 종래의 열경화성 폴리머 대신 서미스터 온도 센서의 소자보다 두꺼운 핫멜트 필름을 사용하여 순간적으로 접착함으로써 공정 시간을 단축하고 소자부분이 핫멜트 필름에 완전히 함몰되어 외부에서의 기계적인 충격에 강한 신뢰성 있는 표면 온도 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서는,

마주 보는 한 쌍의 리드프레임(301a, 301b)과;

상기 한 쌍의 리드 프레임의 어느 일측 끝단에 연결되는 서미스터소자(302) 와;

상기 서미스터 소자(302) 및 리드 프레임(301a, 301b)의 일부를 보호해 주도록 형성되는 핫멜트필름(303a, 303b)과;

상기 핫멜트 필름의 상측 및 하측에 형성되는 보호 폴리머(304a,304b);를 포함하여 구성함으로써 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

상기와 같이 본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서는, 표면 온도 센서를 제공함에 있어서 핫멜트 필름을 이용하여 전기적, 기계적 보호층을 형성하고, 서미스터 소자 및 리드프레임의 일부분을 완전히 핫멜트 필름 및 폴리머 내부에 매몰시킴으로써 외부의 충격에 강한 기계적 신뢰성을 제공하게 된다.

또한, 표면 온도 센서는 제공함에 있어서 핫 롤러나 가열판을 이용하여 순간적으로 보호층을 형성함으로써 제조시간이 단축되어 저가의 표면 온도센서를 제공할 수 있게 된다.

또한, 구형이 아닌 평판형 온도 센서를 제공함으로써 이차 전지 셀 등 고체 발열체의 표면과 밀착하는 구조를 가질 수 있게 되어 센서의 열 응답성을 빠르게 하며 정확한 온도 측정이 가능한 온도 센서를 제공하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서의 구성을 실시 예에 따라 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서는,

온도 센서에 있어서,

마주 보는 한 쌍의 리드프레임(301a, 301b)과;

상기 한 쌍의 리드 프레임의 어느 일측 끝단에 연결되는 서미스터소자(302)와;

상기 서미스터 소자(302) 및 리드 프레임(301a, 301b)의 일부를 보호해 주도록 형성되는 핫멜트필름(303a, 303b)과;

상기 핫멜트 필름의 상측 및 하측에 형성되는 보호 폴리머(304a,304b);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 핫멜트필름의 두께가,

서미스터소자의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 핫멜트필름의 재질은,

폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, EVA 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 핫멜트필름(303a, 303b)은,

두 개의 핫멜트필름(303a, 303b) 사이에 서미스터 소자 및 리드 프레임을 배치한 후 핫롤러에 의해 두 개의 핫멜트필름(303a, 303b)을 접착시켜 하나의 핫멜트 필름(305)으로 형성하되, 상기 핫멜트필름(305) 내에 서미스터 소자 및 리드 프레임이 매몰되는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서의 분해 사시도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서는,

마주 보는 한 쌍의 리드프레임(301a, 301b)과;

상기 한 쌍의 리드 프레임의 어느 일측 끝단에 연결되는 서미스터소자(302)와;

상기 서미스터 소자(302) 및 리드 프레임(301a, 301b)의 일부를 보호해 주도록 형성되는 핫멜트필름(303a, 303b)과;

상기 핫멜트 필름의 상측 및 하측에 형성되는 보호 폴리머(304a,304b);를 포함하여 구성된다.

상기 서미스터 소자(302)는 두 개의 마주 대하는 리드프레임(301a, 301b)의 어느 일측 끝단에 배치되어 납땜 공정을 통하여 전기적, 기계적으로 연결되어진다.

한 장의 핫멜트필름(303a)과 이에 대응하는 한 장의 보호 폴리머(304a)는 핫 롤러를 이용하여 가 접착 상태로 준비되었다.

다른 한 장의 핫멜트필름(303b)과 다른 한 장의 보호 폴리머(304b)는 상기와 마찬가지로 핫 롤러를 이용하여 가 접착 상태로 준비되었다.

상기한 서미스터 소자(302)와 한 쌍의 마주보는 리드프레임(301a, 301b)으로 구성된 부분을 도 3과 같이 두 개의 가 접착된 핫멜트 시트(핫멜트필름 및 보호 폴 리머를 의미함) 사이에 놓고 핫 롤러를 이용하여 본 접착을 실시하고 적당한 크기로 절단하여 본 발명인 온도 센서를 완성하였으며, 완성된 온도 센서는 도 4에 나타내었다.

한 쌍의 마주하는 리드프레임(301a, 301b)의 어느 일측에 서미스터소자(302)가 전기적, 기계적으로 연결되었으며, 두 장의 핫멜트필름이 완전히 접착되어 한 몸이 된 핫멜트필름(305)되어 두 장의 보호 폴리머(304a, 304b) 사이에서 서미스터 소자와 리드프레임을 전기적 혹은 기계적으로 보호한 구조이다.

도 5는 도 4의 A-A'의 단면도이다.

두 장의 보호필름(304a, 304b) 사이에 두 개의 핫멜트필름(303a, 303b)가 완전히 한 몸이 된 핫멜트필름(305)이 존재하며, 상기 핫멜트 필름(305)내에 서미스터 소자 및 리드 프레임이 완전히 매몰된 구조를 가지고 있다.

이때, 전체 온도 센서의 두께는 서미스터 소자의 두께보다 적게는 50 micron에서 500 micron 정도로 두꺼운 수준이다.

상기와 같이 서미스터소자의 두께에 비하여 핫멜트필름의 두께가 두꺼울 경우 외부의 충격에 대하여 핫멜트필름이 충격을 흡수하고, 분산시켜 서미스터소자에 전달되는 충격을 최소로 할 수 있게 되므로 외부 충격에 강한 서미스터소자를 제공할 수 있는 것이다.

본 발명에서 사용되는 핫멜트필름은 EVA, 폴리올레핀계, 폴리에스테르계 등 다양한 폴리머가 사용되어질 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 바람직하게는 탄성계수가 높고 유연성이 있는 폴리 우레탄을 사용하여 내충격성을 향상시킬 수 있었다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서를 이차 전지 셀 혹은 고체상 발열체에 장착한 도면이다.

각형 이차전지 셀 혹은 고체상태의 발열체(201)의 표면과 평판형 온도 센서의 표면이 완전히 밀착되어 발열체와 온도센서가 기하학적으로 한 몸이 된 형상이다.

상기한 경우 온도센서의 한 면 전체를 통하여 이차전지 셀 혹은 평면형 발열체의 열 에너지가 전달되며, 열적인 평형상태를 이루게 되고, 열이 전도되는 면이 넓기 때문에 열 응답성이 빠른 온도 센서를 제공할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서와 에폭시 수지 봉지형 온도 센서의 열 특성을 나타낸 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이 , 25도의 공기 중에 방치한 각각의 평면 온도 센서와 에폭시 수지 봉지형의 온도 센서를 85도 핫 플레이트에 접촉시켜 온도 센서가 나타내는 온도 특성을 표시한 것이다.

도면에서 실선의 그래프는 본 발명에 의한 실시예에 의하여 제작된 표면 온도 센서의 온도 반응성 그래프이며, 점선은 종래의 에폭시형 온도센서의 온도 반응성 그래프이다.

본 발명에 의한 온도 센서의 경우 핫 플레이트에 접촉한 순간(그래프상 6초 근방) 온도 센서의 온도는 급격히 상승하여 약 16초 되는 시점에서 핫 플레이트와 열 평형 상태에 도달했음을 보여 준다.

따라서 열 평형 상태에 도달한 시간은 10초이며, 열 응답성 빠르기를 나타내는 열시정수는 약 2초로 측정되었다.

점선의 에폭시 수지 봉지형 온도 센서의 경우 핫 플레이트와 접촉한 순간 온도 변화는 서서히 발생하였으며, 열시정수는 약 14초 수준으로 측정되었다.

즉, 본 발명의 실시 예에 의해 제작된 표면 온도 센서가 종래의 에폭시 수지 봉지형 온도 센서에 비해 약 7배의 빠른 열 응답성을 가지고 있는 것으로 측정되었다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따라 제조된 표면 온도 센서는 핫 플레이트에 접촉 후 약 10초 경과 후 핫플레이트와 같은 온도인 85도에 도달했으나, 종래 에폭시 수지 봉지형 온도센서의 경우 시간이 경과해도 핫플레이트의 온도에 도달하지 못하고 약 76도 정도를 가리키고 있었다.

즉, 에폭시 수지 봉지형 온도 센서의 경우 이차전지 셀 혹은 평면상의 발열체와 열 평형 상태에 도달하지 못함으로써 측정 물체의 온도를 정확히 측정하지 못하는 반면, 본 발명의 일실시 예에 의한 표면 온도 센서는 평면 발열체의 온도를 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의해 제작된 표면온도 센서의 경우 종래의 에폭시 봉지형 온도센서에 비하여 대단히 빠른 온도 반응성과, 표면온도 측정의 정밀성을 제공하며, 핫멜트필름을 이용하여 순간적인 보호층 형성이 가능한 저가의 센서를 공급하면서도, 핫멜트필름에 완전히 매몰된 소자 구조를 가지고 있기 때문에 외부의 충격에도 강한 신뢰성 있는 표면 온도 센서를 제공하게 된다.

상기와 같은 구성을 통해 핫멜트 필름을 이용하여 전기적, 기계적 보호층을 형성하고, 서미스터 소자 및 리드프레임의 일부분을 완전히 핫멜트 필름 및 폴리머 내부에 매몰시킴으로써 외부의 충격에 강한 기계적 신뢰성을 제공하게 된다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명인 표면 온도 측정을 위한 온도 센서는 표면 온도 센서를 제공함에 있어서 핫멜트 필름을 이용하여 전기적, 기계적 보호층을 형성하고, 서미스터 소자 및 리드프레임의 일부분을 완전히 핫멜트 필름 및 폴리머 내부에 매몰시킴으로써 외부의 충격에 강한 기계적 신뢰성을 제공하게 되어 온도 센서 분야에 널리 활용될 것이다.

도 1은 종래의 서미스터 온도 센서를 나타낸 도면이다.

도 2는 발열체 혹은 이차전지 셀에 종래의 에폭시 수지 봉지형 온도 센서를 밀착시킨 구조를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서를 나타낸 사시도이다.

도 5는 도 4의 A-A'의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서를 이차 전지 셀 혹은 고체상 발열체에 장착한 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 온도 측정을 위한 온도 센서와 에폭시 수지 봉지형 온도 센서의 열 특성을 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

301a, 301b : 리드프레임

302 : 서미스터소자

303a, 303b : 핫멜트필름

304a, 304b : 보호 폴리머

Claims (4)

1. 온도 센서에 있어서,

   마주 보는 한 쌍의 리드프레임(301a, 301b)과;

   상기 한 쌍의 리드 프레임의 어느 일측 끝단에 연결되는 서미스터소자(302)와;

   상기 서미스터 소자(302) 및 리드 프레임(301a, 301b)의 일부를 보호해 주도록 형성되는 핫멜트필름(303a, 303b)과;

   상기 핫멜트 필름의 상측 및 하측에 형성되는 보호 폴리머(304a,304b);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 온도 측정을 위한 온도 센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 핫멜트필름의 두께가,

   서미스터소자의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 표면 온도 측정을 위한 온도 센서.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 핫멜트필름의 재질은,

   폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, EVA 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 온도 측정을 위한 온도 센서.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 핫멜트필름(303a, 303b)은,

   두 개의 핫멜트필름(303a, 303b) 사이에 서미스터 소자 및 리드 프레임을 배치한 후 핫롤러에 의해 두 개의 핫멜트필름(303a, 303b)을 접착시켜 하나의 핫멜트필름(305)으로 형성하되, 상기 핫멜트필름(305) 내에 서미스터 소자 및 리드 프레임이 매몰되는 것을 특징으로 하는 표면 온도 측정을 위한 온도 센서.

Images