KR20160067415A - 온도 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 상기 온도 센서는, 안착부가 일측에 형성되는 링터미널; 상기 안착부에 조립되며, 미니 PCB(Printed Circuit Board)를 이용하여 써미스터가 와이어에 연결되는 써미스터 어셈블리; 및 상기 안착부에 조립되는 써미스터 어셈블리를 보강하는 보강재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 센서 및 이의 제조 방법{Temperature sensor and Method for manufacturing the same}
본 발명은 차량용 온도 센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량용 모터, 배터리, 인버터, 전력 변환기, 충전기 등의 차량 부품의 온도제어를 위한 온도센서의 제작상 및/또는 운행상 진동에 의하여 발생할 수 있는 불량을 방지하는 온도 센서 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
상이한 환경의 온도를 측정하기 위해 다양한 유형의 장치가 온도 센서로서 사용된다. 높은 온도 지점 또는 "고온 영역"에 있어서, 이러한 장치의 작동은 문제가 있다. 써미스터(thermistor)와 같은 온도 센서의 일부는 온도를 측정하기 위해, 심지어 온도 변화가 크고 빈번하게 발생할 수 있는 영역에 위치된다. 또한, 진동 및/또는 충격이 있는 영역에 위치된다.
이를 위해, 써미스터를 와이어에 솔더링하고 이를 진동, 충격 및 습기에 대한 강건성을 확보하기 위하여 절연튜브(열수축 튜브)를 솔더링 부위에 1겹 또는 2겹으로 도포한 한다.
이런 공정을 거친후, 최종적으로 온도를 측정하기 위한 곳에 나사로 온도센서를 고정하는 링터미널에 써미스터를 안착하고 에폭시 등으로 접착 및 고정한다.
이 경우, 링터미널의 재질은 통상적으로 열 손실을 없애기 위하여 구리, 황동 및 철등의 재질로 만들게 되는데, 이의 열팽창계수가 접착 및 고정의 목적으로 사용한 수지 계열의 에폭시 등의 열팽창계수와 상이하다.
열의 발생 및 소멸 과정이 반복되면서 열팽창 계수의 차이로 인한 링터미널과 접착용 에폭시등의 변형량의 차이로 응력이 발생하며 최종적으로 링터미털에서 온도센서가 이탈되는 문제가 발생한다.
또한, 차량에 장착되었을때, 와이어가 진동에 의하여 인장력 발생시에는 써미스터의 리드선(와이어)이 단선되는 불량이 발생한다.
이러한 단선 불량은 차량에 장착되었을 때뿐만이 아니라 인서트 사출이라는 제조 과정에서 사출압력에 의하여 단선이 발생되기도 한다.
이러한 문제점 외에도, 절연을 위하여 열수축 튜브를 2중으로 부착하는 과정에서 발생한다. 부연하면, 써미스터의 리드선(와이어)과 통전을 위한 와이어가 직접 솔더링되면서 간혹 납뿔이 발생하게 되는데, 이것이 튜브를 뚫고 통전이 되어 단락(short) 불량이 발생한다.
1. 한국공개특허 제10-2010-0037802호 2. 한국공개특허 제10-2008-0058245호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 열팽창 계수의 차이로 인한 링터미널과 접착용 에폭시등의 변형량의 차이로 응력이 발생하며 최종적으로 링터미털에서 온도센서가 이탈되는 문제를 방지하는 온도 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 써미스터 리드선(와이어)와 통전을 위한 와이어간의 단선(open) 및/또는 단락(short) 불량이 발생하는 것을 방지하는 온도 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일측면은, 열팽창 계수의 차이로 인한 링터미널과 접착용 에폭시등의 변형량의 차이로 응력이 발생하며 최종적으로 링터미털에서 온도센서가 이탈되는 문제를 방지하는 온도 센서를 제공한다.
상기 온도 센서는,
안착부가 일측에 형성되는 링터미널;
상기 안착부에 조립되며, 미니 PCB(Printed Circuit Board)를 이용하여 써미스터가 와이어에 연결되는 써미스터 어셈블리; 및
상기 안착부에 조립되는 써미스터 어셈블리를 보강하는 보강재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 써미스터의 리드선과 상기 와이어는 상기 미니 PCB상에서 솔더링에 의해 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 솔더링은 상기 미니 PCB의 구리 박막이 노출되는 면인 랜드에만 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 써미스터 어셈블리는 접착제를 이용하여 상기 안착부에 조립 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 접착제는 열경화성 접착제인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 써미스터는 임계특성 써미스터, 부특성 써미스터, 및 정특성 써미스터 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보강재는 열경화성 수지인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보강재는 인서트 사출로 성형되어, 상기 링터미널과 미니 PCB를 일체로 고정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일측면은, 미니 PCB를 통해 써미스터와 와이어를 연결하여 써미스터 어셈블리를 생성하는 써미스터 어셈블리 생성 단계; 링터미널 일측에 형성되는 안착부에 상기 써미스터 어셈블리를 조립하는 조립 단계; 및
상기 안착부에 조립되는 써미스터 어셈블리를 보강하도록 보강재를 형성하는 보강재 형성 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 조립 단계는, 접착제를 이용하여 상기 안착부에 조립되는 상기 써미스터 어셈블리를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보강재 형성 단계는, 상기 링터미널과 미니 PCB를 일체로 고정하기 위해, 인서트 사출로 상기 보강재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 링터미널, 써미스터, 써미스터와 와이어의 솔더링부 그리고 와이어를 한 몸으로 구성하여 열충격, 진동, 습기 등의 외부 환경 용인에 의하여 온도센서의 성능에 영향을 받지 않는다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 Mini PCB(Printed Circuit Board) 솔더링 방식을 사용함으로써 제조과정이나 제품 장착후 발생하는 단선 단락 불량을 근본적인 방지할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 강성이 보강되어 온도센서 조립시 발생할 수 있는 조립 불량이 감소하며, 와이어간 솔더링후 2중 열수축 튜브 공정이 삭제되므로 공정이 단순화된다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 제조 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 3은 도 2의 흐름도에서 써미스터와 와이어를 미니 PCB(Printed Circuit Board)로 솔더링하여 써미스터 조립체(130)를 조립하는 단계(S210)을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2의 흐름도에서 링터미널(110)을 준비하는 단계(S220)를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 2의 흐름도에서 링터미널(110)에 써미스터 조립체(130)를 조립하는 단계(S230)를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 2의 흐름도에서 접착제로 써미스터 조립체(130)를 링터미널(110)에 고정하는 단계(S240)를 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 2의 흐름도에서 사출금형을 통해 보강재(140)가 형성되는 단계(S250,S260)를 보여주는 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 온도 센서(100)는, 링터미널(110), 써미스터(120), 미니 PCB(Printed Circuit Board)(130), 보강재(140), 및 와이어(150) 등으로 구성된다.
링터미널(110)은 온도 센서 고정용으로 사용되는 터미널이다. 이 링터미널(110)은 온도 측정할 곳에 체결되도록 체결홀(111)이 형성되며, 일측에 써미스터(120)를 포함하는 써미스터 어셈블리가 설치된다. 써미스터 어셈블리는 써미스터(120), 미니 PCB(130), 와이어(150) 등으로 구성된다. 이러한 써미스터 어셈블리를 더 상세히 보여주는 도면이 도 3에 도시된다.
써미스터(120)는 일반적으로 온도가 올라가면 저항이 떨어지는 부특성 서미서터 Negative Temperature Coefficient Thermistor), 특정 온도(Curie Temperature)에서 급격하게 저항이 변하는 정특성 서미서터, 특정한 온도에서 저항이 변하는 임계특성(Critical Temperature Resistor) 써미스터 등이 될 수 있다.
이중 부특성 서미서터는 -50 ~ 250 ℃의 온도 측정에 사용되며, 망간옥사이드, 니켈옥사이드 또는 코발트옥사이드와 같은 산화물계금속으로부터 만들어질 수 있다.
또한, 정특성 서미서터는 -50 ~ 150 ℃의 온도 측정에 사용되며, 티탄산바륨계 옥사이드과 같은 금속산화물로부터 만들어질 수 있다.
보강재(140)는 인서트 사출로 형성되며, 써미스터(120), 미니 PCB(130), 및 와이어(150) 등을 링터미널(110)의 일측에 감싸서 고정한다. 보강재(140)의 재질로는 열경화성 수지인 PPS(Poly Phenylene Sulfide), PC(Poly-Carbonate), PBT(Polybutylene Terephthalate) 등이 사용될 수 있다.
보강재(140)는 인서트 사출 방법을 통하여 열경화성 재질로 감싸서 써미스터(120)가 링터미널(110)에서 분리(이탈)되는 것을 방지한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 제조 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 미니 PCB(130)를 통해 써미스터(120)와 와이어(150)를 연결하여 써미스터 어셈블리를 생성한다(단계 S210). 이를 보여주는 도면이 도 3에 도시된다. 도 3을 참조하면, 써미스터(120)의 리드선(121)과 통전을 위한 와이어(150)의 솔더링을 통해 연결하여 써미스터 조립체(300)를 만든다. 부연하면, 써미스터(120)의 리드선(121)과 상기 와이어(150)를 상기 미니 PCB(130)의 랜드(미도시)상에서 솔더링에 의해 연결한다.
랜드(미도시)는 상기 미니 PCB(130)의 구리 박막이 노출되는 면이다. 이러한 미니 PCB(130)를 이용하여 써미스터(120)의 리드선(121)과 상기 와이어(150)를 솔더링에 연결하는 것은 다음과 같은 이점을 준다.
① 제품 제조 과정에서 인서트 사출 압력에 의한 단선을 방지한다.
② 제조후 차량에서 진동에 의한 단선을 방지한다.
③ 제조 과정중 납뿔에 의한 단락을 방지한다.
써미스터가 링터미널에 안착되는 부분에 일반적인 방식대로 에폭시 등으로 접착만하는 것이 아니라, 본 발명의 일실시예는 일반적으로 단선 및/또는 단락 불량이 자주 발생하는 곳(써미스터와 와이어의 솔더링 부분)의 강성을 보강하기 위한 것이다. 써미스터(120)의 리드선(121)의 직경은 약 0.3Φ ~ 0.5Φ가량 된다.
도 2를 계속 참조하면, 이러한 써미스터 조립체(300)가 제조되면, 이를 링터미널 일측에 형성되는 안착부가 형성되는 링터미널(110)에 상기 써미스터 어셈블리(300)를 조립한다(단계 S220,S230). 이를 보여주는 도면이 도 4 및 도 5에 도시된다. 도 4에서 링터미널(110)의 측면에 안착부(410)가 형성된다. 도 5에서 이러한 링터미널(110)의 안착부(410)에 써미스터 조립체(300)를 조립한다.
도 2를 계속 참조하면, 링터미널(110)의 안착부(410)에 써미스터 조립체(300)가 조립되면, 접착제를 이용하여 써미스터 조립체(300)를 링터미널(110)에 고정한다(단계 S240). 이를 보여주는 도면이 도 6에 도시된다. 도 6에서, 링터미널(110)의 안착부(410)에 써미스터 어셈블리(도 3의 300)를 안착한 후 접착제(610)로 고정한다. 접착제는 열경화성 접착제로서 에폭시 등이 사용된다.
도 2를 계속 참조하면, 접착제(610)에 의해 링터미널(110)의 안착부(410)에 써미스터 어셈블리(도 3의 300)가 고정되면, 사출 금형에 넣고 인서트 사출을 수행하고, 일정시간 냉각하여 경화함으로써 보강재를 형성한다(단계 S250,S260). 이를 보여주는 도면이 도 7에 도시된다.
도 7을 참조하면, 상기 보강재(140)는 인서트 사출로 성형되어, 상기 링터미널(110)과 미니 PCB(130)를 일체로 고정한다. 보강재는 열경화성 수지가 사용된다.
일반적으로 써미스터가 링터미널 등의 온도 센서를 고정하는 부위에서 분리(이탈) 되는 불량이 자주 발생한다. 왜냐하면, 온도가 상승하고 하강하면서 써미스터(120)와 링터미널(110) 그리고 접착제(610)의 열팽창 계수의 차이로 인하여 장시간 사용시 써미스터(120)가 링터미널(110)에서 분리되어 온도 센싱의 성능 저하를 가져온다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 인서트 사출 을 통하여 열경화성 수지 계열의 보강재(140)로 링터미널(110)과 써미스터(120) 그리고 와이어(150)를 일체로 고정한다. 이러한 보강재(140)로 인해 다음과 같은 이점이 도출된다.
① 사출 압력에 의한 단선은 미니 PCB(130)를 이용하여 써미스터 리드선(와이어)와 통전을 위한 와이어간 솔더링을 하고 EPOXY를 추가 도포하여 솔더링 부위를 보호하므로 인서트 사출 과정에서 발생하는 불량이 방지된다.
② 제조후 차량에서 진동에 의하여 인장력이 발생된다 하더라도, 사출물인 보강재(140)가 Mini PCB(130)를 고정하고 있으므로 인장력이 써미스터(120)의 리드선(도 3의 121)까지 전달되지 않는다.
③ 제조 과정중 납뿔에 의한 단락은 와이어와 솔더가 미니 PCB(130)의 랜드 (솔더링되도록 구리 박막이 노출된 면)에만 형성되는 특징에 의하여 근본적으로 불량이 방지된다.
또한, 솔더링 부위의 강성을 보강하기 위하여 작은 PCB를 이용하여 와이어 솔더 부위의 강성을 보강하므로, 인서트 사출 도중에 사출 압력에 의하여 써미스터 또는 와이어의 솔더링 부위의 단선 불량이 자주 발생하는 데, 이를 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 경우, 링터미널(110), 써미스터(120), 써미스터(120))와 와이어(150)의 솔더링부 그리고 와이어(150)를 한꺼번에 한 몸으로 잡아주게 된다.
이것은 열팽창계수의 차이에 의하여 에폭시 등의 접착제(도 6의 610)가 접착력을 잃거나 분리(이탈)되어도 수지계열의 보강재(도 7의 140)에 의하여 한 몸으로 구조가 유지되므로 온도 센싱의 성능이 유지된다. 특히 차량에서 필연적으로 발생하게 되는 진동 및/또는 충격 등의 외부 요소에 의해서도 링터미널, 써미스터, 써미스터와 와이어의 솔더링부 그리고 와이어가 한 몸으로 되어 있으므로 온도센서의 성능이 유지된다. 또한, 제조 과정 및/또는 차량 장착후 발생하게 되는 단선(Open) 및 단락(Short) 불량이 근본적으로 방지된다.
또한, 제조 공정도 기존의 열추축 튜브를 2중으로 도포하는 공정이 생략되므로 단순화되어 조립성 개선의 효과도 있다.
도 3은 도 2의 흐름도에서 써미스터와 와이어를 미니 PCB(Printed Circuit Board)로 솔더링하여 써미스터 조립체(130)를 조립하는 단계(S210)를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 2의 흐름도에서 링터미널(110)을 준비하는 단계(S220)를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 2의 흐름도에서 링터미널(110)에 써미스터 조립체(130)를 조립하는 단계(S230)를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 2의 흐름도에서 접착제로 써미스터 조립체(130)를 링터미널(110)에 고정하는 단계(S240)를 보여주는 사시도이다.
도 7은 도 2의 흐름도에서 사출금형을 통해 보강재(140)가 형성되는 단계(S250,S260)를 보여주는 사시도이다.
100: 온도 센서
110: 링터미널 111: 체결홀
120: 써미스터 121: 리드선
130: 미니 PCB(Printed Circuit Board)
140: 보강재
150: 와이어
300: 써미스터 조립체
410: 안착부
610: 접착제

Claims (16)

  1. 안착부가 일측에 형성되는 링터미널;
    상기 안착부에 조립되며, 미니 PCB(Printed Circuit Board)를 이용하여 써미스터가 와이어에 연결되는 써미스터 어셈블리; 및
    상기 안착부에 조립되는 써미스터 어셈블리를 보강하는 보강재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 써미스터의 리드선과 상기 와이어는 상기 미니 PCB상에서 솔더링에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 솔더링은 상기 미니 PCB의 구리 박막이 노출되는 면인 랜드에만 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 써미스터 어셈블리는 접착제를 이용하여 상기 안착부에 조립 고정되는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접착제는 열경화성 접착제인 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 써미스터는 임계특성 써미스터, 부특성 써미스터, 및 정특성 써미스터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강재는 인서트 사출로 성형되어, 상기 링터미널과 미니 PCB를 일체로 고정하는 것을 특징으로 하는 온도 센서.
  9. 미니 PCB를 통해 써미스터와 와이어를 연결하여 써미스터 어셈블리를 생성하는 써미스터 어셈블리 생성 단계;
    링터미널 일측에 형성되는 안착부에 상기 써미스터 어셈블리를 조립하는 조립 단계; 및
    상기 안착부에 조립되는 써미스터 어셈블리를 보강하도록 보강재를 형성하는 보강재 형성 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 써미스터의 리드선과 상기 와이어는 상기 미니 PCB상에서 솔더링에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 솔더링은 상기 미니 PCB의 구리 박막이 노출되는 면인 랜드에만 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 조립 단계는,
    접착제를 이용하여 상기 안착부에 조립되는 상기 써미스터 어셈블리를 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 접착제는 열경화성 접착제인 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 써미스터는 임계특성 써미스터, 부특성 써미스터, 및 정특성 써미스터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강재는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 보강재 형성 단계는,
    상기 링터미널과 미니 PCB를 일체로 고정하기 위해, 인서트 사출로 상기 보강재를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 센서의 제조 방법.
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