KR20180071823A - 히터 코어 및 이를 포함하는 히팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어는 제1 열확산판, 상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고, 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층된다.

Description

히터 코어 및 이를 포함하는 히팅 장치{HEATER AND HEATING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 히팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 히팅 장치에 포함되는 히터 코어에 관한 것이다.
자동차는 실내의 열적 쾌적성을 제공하기 위한 공조장치, 예를 들어 히터를 통해 난방을 수행하는 난방 장치 및 냉매 순환을 통해 냉방을 수행하는 냉방 장치를 포함한다.
일반적인 내연 기관 자동차의 경우, 엔진으로부터 다량의 폐열이 발생하므로, 이로부터 난방에 필요한 열을 확보하기 용이하다. 이에 반해, 전기 자동차의 경우, 내연 기관 자동차에 비해 발생하는 열이 적으며, 배터리를 위한 히팅도 필요한 문제가 있다.
이에 따라, 전기 자동차는 별도의 히팅 장치가 필요하며, 그 히팅 장치의 에너지 효율을 높이는 것이 중요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 히터 코어 및 이를 포함하는 차량용 히팅 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어는 제1 열확산판, 상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고, 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층된다.
2 레이어 간 계면은 공극에 의하여 구분될 수 있다.
상기 2 레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작을 수 있다.
상기 복수의 레이어는 제1 레이어, 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제2 레이어, 그리고 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제3 레이어를 포함하며, 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어 간 공극의 일부는 상기 제2 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지고, 상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어 간 공극의 일부는 상기 제3 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워질 수 있다.
상기 복수의 레이어는 각각 구리를 포함할 수 있다.
상기 복수의 레이어 중 일부는 구리를 포함하며, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 구리를 포함하는 레이어와 상기 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 레이어는 교번 배치될 수 있다.
각 레이어의 두께는 1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있다.
상기 복수의 레이어는 스크린 프린팅에 의하여 형성될 수 있다.
상기 세라믹 기판은, 제1 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드, 그리고 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드를 포함하며, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층될 수 있다. 여기서, 제1 전극패드 및 제2 전극패드 중 적어도 하나는 제1 세라믹층 및 제2 세라믹층 사이에 형성될 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어는 제1 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드, 그리고 상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드를 포함하며, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층된다. 여기서, 제1 전극패드 및 제2 전극패드 중 적어도 하나는 제1 세라믹층 및 제2 세라믹층 사이에 형성될 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 히팅 장치는 파워 모듈, 그리고 상기 파워 모듈 상에 배치되고, 상기 파워 모듈로부터 공급 받은 전력을 이용하여 열을 발생시키는 발열 모듈을 포함하며, 상기 발열 모듈은, 교번하여 배치되는 복수의 방열핀 및 복수의 히터 코어를 포함하며, 각 히터 코어는, 제1 열확산판, 상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판, 상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고, 상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열효율이 높고, 빠른 가열이 가능한 히터 코어 및 이를 포함하는 차량용 히팅 장치를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 열확산 성능이 우수하며, 면저항이 높은 히터 코어를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 기판과 열확산판 간의 접합 및 세라믹층과 전극패드 간의 접합이 용이하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치에 포함되는 발열 모듈의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열확산판의 단면도이다.
도 5 내지 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열확산판의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 열확산판의 단면 이미지이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 장치에 포함되는 발열 모듈의 평면도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 히터 장치(10)는 케이스(100), 발열모듈(200) 및 파워모듈(300)을 포함한다.
케이스(100)는 발열 모듈(200)의 외장부재일 수 있다. 케이스(100)는 내부에 발열모듈(200)을 수용하며, 케이스(100) 및 발열모듈(200)은 파워모듈(300) 상에 배치될 수 있다.
케이스(100)는 케이지(cage) 형상일 수 있으며, 케이스(100)의 한 면(110)으로부터 유입된 공기는 케이스(100) 내부의 발열모듈(200)에 의하여 가열된 후, 케이스(100)의 다른 면을 통하여 배출될 수 있다.
발열 모듈(200)은 케이스(100)의 내부에 배치되며, 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다.
발열 모듈(200)은 방열핀(210), 히터 코어(220), 제1 가스켓(230) 및 제2 가스켓(240)을 포함한다. 복수 개의 방열핀(210)과 복수 개의 히터 코어(220)는 서로 교번하여 배치되며, 복수 개의 히터 코어(220)의 상부는 제1 가스켓(230)에 의하여 지지되고, 복수 개의 히터 코어(220)의 하부는 제2 가스켓(240)에 의하여 지지될 수 있다. 복수 개의 히터 코어(220) 각각의 하부는 제2 가스켓(240)을 통하여 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있다.
복수 개의 방열핀(210)과 복수 개의 히터 코어(220)는 서로 교번하여 접합될 수 있으며, 이때, 실버 페이스트 또는 열전도성 실리콘에 의하여 접합될 수 있다. 이에 따라, 히터 코어(220)에서 발생한 열은 방열핀(210)으로 전달될 수 있다. 방열핀(210)은, 예를 들어 루버핀일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 표면적을 넓힐 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 히팅 장치(10)는 공기 가열 방식에 의한 히팅 장치뿐만 아니라 냉각수 가열 방식에 의한 히팅 장치일 수도 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열확산판의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 히터 코어(220)는 제1 열확산판(222), 세라믹 기판(224) 및 제2 열확산판(226)을 포함한다.
세라믹 기판(224)은 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226) 사이에 배치될 수 있다. 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)은 세라믹 기판(224)으로부터 발생한 열을 확산시킬 수 있다.
이때, 제1 열확산판(222), 세라믹 기판(224) 및 제2 열확산판(226)의 열팽창 계수는 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 세라믹 기판(224)의 열팽창 계수가 7ppm/℃인 경우, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)의 열팽창 계수도 각각 7ppm/℃일 수 있다. 또는, 세라믹 기판(224)의 열팽창 계수에 대하여 제1 열확산판(222) 및 제2 열 확산판(226)의 열팽창 계수는 0.6 내지 1.3배, 바람직하게는 0.8 내지 1.2배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1배 일 수 있다. 이와 같이, 제1 열확산판(222), 세라믹 기판(224) 및 제2 열확산판(226)의 열팽창 계수가 동일하거나 유사하면, 세라믹 기판(224)이 열팽창으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 열확산판(222)과 세라믹 기판(224), 그리고 세라믹 기판(224)과 제2 열확산판(226)은 접합층에 의하여 접합될 수 있다. 이때, 접합층은 티탄(Ti), 지르코늄(Zr) 등을 포함하는 활성 금속 합금 또는 산화구리(CuO 또는 Cu2O)를 포함하는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 접합층은 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화규소 및 탄화규소 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 이에 따르면, 접합층은 가열 및 가압에 의하여 세라믹 기판(224)과 반응하므로, 제1 열확산판(222)과 세라믹 기판(224), 그리고 세라믹 기판(224)과 제2 열확산판(226)을 접착할 수 있다.
제1 열확산판(222)과 제2 열확산판(226) 사이에 하나의 세라믹 기판(224)이 배치된 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 제1 열확산판(222)과 제2 열확산판(226) 사이에는 복수의 세라믹 기판(224)이 적층되어 배치될 수도 있다.
세라믹 기판(224)은 발열 소자를 내장하는 세라믹 재질의 기판으로, PTC 서미스터에 비하여 경량이며, 납(Pb) 성분 등 중금속으로부터 자유롭고, 원적외선이 발산되며, 높은 열전도율을 가질 수 있다.
도 3 내지 4를 참조하면, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)은 각각 복수의 레이어(L1, L2, L3, ..., Ln)로 적층될 수 있다. 각 레이어의 두께(d)는 1 내지 300㎛, 바람직하게는 5 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있으며, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226) 각각의 전체 두께(D)는 20 내지 500㎛, 바람직하게는 40 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 100 내지 300㎛일 수 있다.
이때, 2 레이어 간의 계면은 공극에 의하여 구분될 수 있다. 즉, 2레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어(L1) 및 제1 레이어(L1)의 한 면에 배치되는 제2 레이어(L2) 간 공극의 일부는 제2 레이어(L2)의 재료를 포함하는 입자로 채워지고, 제2 레이어(L2) 및 제2 레이어(L2)의 한 면에 배치되는 제3 레이어(L3) 간 공극의 일부는 제3 레이어(L3)의 재료를 포함하는 입자로 채워질 수 있다.
이에 따라, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)에 형성되는 공극을 줄일 수 있으므로, 열전도 성능을 개선하고, 강도를 높일 수 있다. 특히, 2 레이어 간 계면에서의 접합 강도를 높일 수 있다.
이때, 도 5에서 도시된 바와 같이, 복수의 레이어(L1, L2, L3, ..., Ln)는 동일한 소재, 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 또는, 도 6에서 도시된 바와 같이, 복수의 레이어(L1, L2, L3, ..., Ln) 중 일부는 구리를 포함하고, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 구리를 포함하는 레이어와 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 레이어는 교번하여 배치될 수도 있다.
이와 같은 열 확산판은 스크린 프린팅(screen printing)에 의하여 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 세라믹 기판을 마련한 후(S700), 금속 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅(screen printing)으로 인쇄한 후(S710), 건조시킨다(S720).
이때, 금속 페이스트는 금속 입자, 수지, 분산제, 글래스 프리트(glass frit) 및 용매를 포함할 수 있으며, 금속 입자는 금속 페이스트 내에서 50 내지 80wt%로 포함될 수 있고, 글래스 프리트는 금속 페이스트 내에서 0.05 내지 3wt%로로 포함될 수 있다. 여기서, 금속 입자는 Cu, Mo, Ag, Ti 및 Al으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 글래스 프리트는 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화규소(SiO2) 및 산화티탄(TiO2)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
건조 과정은, 예를 들어 10℃/min으로 승온한 후 약 600 내지 800℃의 대기 분위기 하에서 수행될 수 있다. 이와 같이, 금속 페이스트를 스크린 프린팅한 후, 저온(예, 600 내지 800℃)에서 처리하면, 레이어의 뒤틀림이 발생할 가능성을 줄일 수 있다. 다만, 금속 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 수행한 후, 건조시키면, 레이어의 내부 및 표면에 기공이 발생할 수 있다.
다음으로, 단계 S710 및 단계 S720을 수회 반복한다. 이에 따라, 스크린 프린팅 후 건조한 금속 레이어의 표면에 형성된 기공은 다음으로 스크린 프린팅된 금속 레이어에 의하여 채워질 수 있다. 이때, 각 레이어마다 금속 페이스트는 모두 동일하거나, 상이할 수 있다. 예를 들어, Cu를 포함하는 금속 페이스트만이 사용되거나, Cu를 포함하는 금속 페이스트와 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 금속 페이스트는 교번하여 사용될 수 있다.
다음으로, 소결 공정을 수행하여 히터 코어를 제작한다(S730). 이때, 소결 공정은 900℃, 질소 분위기 하에서 수행될 수 있다. 소결 공정동안, 금속 페이스트 내의 글래스 프리트는 세라믹 기판과 레이어 사이, 그리고 레이어와 레이어 사이의 본딩 역할을 할 수 있다.
이와 같이, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)이 스크린 프린팅을 이용하여 복수 회 인쇄되면, 저온(예, 600 내지 800℃) 공정이 가능하다. 이에 따라, 세라믹 기판(224) 상에 DBC 기법 등을 이용하여 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)을 적층하는 과정에서 고온(예, 900℃ 이상) 공정을 거침에 따라 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)이 틀어져 불량이 생기는 문제를 방지할 수 있다. 특히, 세라믹 기판(224)이 금속과의 접합 성능이 낮은 질화규소 등의 질화물을 포함하는 경우에도, 저온 공정으로 열확산판을 적층하는 것이 가능하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 열확산판의 단면 이미지이다.
도 8을 참조하면, Cu 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 1회 수행하고 건조시킨 후, 다시 Cu 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅을 1회 수행하고 건조시켰다. 레이어 간 계면의 공극의 적어도 일부는 Cu 입자로 채워짐을 알 수 있다. 이에 따라, 열확산판 전체의 공극율을 낮출 수 있으며, 열확산판을 이루는 레이어 간의 접합 강도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같은 열확산판의 구조는 세라믹 기판 내 전극 패드에도 유사하게 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이며, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이다.
도 9 내지 10을 참조하면, 세라믹 기판(224)은 제1 세라믹층(400), 제1 세라믹층(400) 상에 배치되는 발열체(410), 그리고 발열체(410) 상에 배치되는 제2 세라믹층(420)을 포함한다.
제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(420)은 알루미나 또는 질화규소를 포함할 수 있다. 또는, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(420)은 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화규소(SiO2) 및 산화티탄(TiO2)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 또는, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(420)은 질화알루미늄(AlN) 및 질화붕소(BN) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(420)의 두께는 각각 0.5 내지 2mm일 수 있다.
발열체(410)는 제1 세라믹층(400) 상에 배치되며, 전기가 흐르면 열을 발생시킨다. 발열체(410)는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 구리(Cu), 은(Ag), ITO(Indium Tin Oxide) 및 티탄산바륨(BaTiO)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 발열체(410)는 도 11에서 도시된 바와 같이 다양한 형상으로 제1 세라믹층(400) 상에 인쇄, 패터닝, 코팅 또는 증착될 수 있다. 예를 들어, 발열체(410)는 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 제1 방향으로 연장된 후, 턴업되어 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 연장되는 패턴을 반복하도록 형성되거나, 도 6(b)와 같이 지그재그 형상으로 형성되거나, 도 6(c)와 같이 나선 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 발열체(410)는 소정 패턴으로 연결되며, 서로 이격되어 배치되는 복수의 발열 패턴(410-1, 410-2)을 포함할 수 있다. 발열체(410)가 인쇄된 면적이 넓을수록 세라믹 기판(224)의 발열량이 많아질 수 있다. 본 명세서에서, 발열체(410)는 저항체, 발열 패턴 등과 혼용될 수 있다.
한편, 발열체(410)의 일단(T1)은 제1 전극패드(430)와 연결될 수 있으며, 발열체(410)의 타단(T2)은 제2 전극패드(440)와 연결될 수 있다. 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440)가 제2 세라믹층(420)에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440)가 제1 세라믹층(410)에 배치될 수도 있으며, 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440) 중 하나는 제1 세라믹층(410)에 배치되고, 나머지 하나는 제2 세라믹층(420)에 배치될 수도 있다. 또는, 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440)는 제1 세라믹층(410) 및 제2 세라믹층(420) 사이에 배치될 수도 있다. 제1 전극패드(430) 또는 제2 전극패드(440)가 제1 세라믹층(400) 또는 제2 세라믹층(420)의 바깥 표면에 배치되는 경우, 발열체(410)의 일단(T1)과 제1 전극패드(430) 또는 발열체(410)의 타단과 제2 전극패드(440)는 제1 세라믹층(410) 또는 제2 세라믹층(420)에 형성된 관통홀을 통하여 연결될 수 있다. 이와 같이, 발열체(410)의 일단(T1) 및 타단(T2)은 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440)를 통하여 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 발열체(410) 내에는 전기가 흐를 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440)는 각각 복수의 레이어(L1, L2, ..., Ln)로 적층될 수 있다. 각 레이어의 두께는 10 내지 30㎛일 수 있으며, 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450) 각각의 전체 두께는 100 내지 300㎛일 수 있다.
이때, 2 레이어 간의 계면은 공극에 의하여 구분될 수 있다. 즉, 2레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 레이어(L1) 및 제1 레이어(L1)의 한 면에 배치되는 제2 레이어(L2) 간 공극의 일부는 제2 레이어(L2)의 재료를 포함하는 입자로 채워지고, 제2 레이어(L2) 및 제2 레이어(L2)의 한 면에 배치되는 제3 레이어(L3) 간 공극의 일부는 제3 레이어(L3)의 재료를 포함하는 입자로 채워질 수 있다.
이에 따라, 제1 전극패드(430) 및 제2 전극패드(440)에 형성되는 공극을 줄일 수 있으므로, 면저항 성능 및 전기전도 성능을 개선하고, 강도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 2 레이어 간 계면에서의 접합 강도를 높일 수 있다.
이때, 복수의 레이어(L1, L2, ..., Ln)는 동일한 소재, 예를 들어 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 또는, 복수의 레이어(L1, L2, ..., Ln) 중 일부는 구리를 포함하고, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이와 같은 전극 패드는 스크린 프린팅(screen printing)에 의하여 형성될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 히팅 장치 100: 케이스
200: 발열 모듈 300: 파워 모듈
210: 방열핀 220: 히터 코어
222, 226: 열 확산판 224: 세라믹 기판
400, 420: 세라믹층 410: 발열체

Claims (14)

  1. 제1 열확산판,
    상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판,
    상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고,
    상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층되는 히터 코어.
  2. 제1항에 있어서,
    2 레이어 간 계면은 공극에 의하여 구분되는 히터 코어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2 레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작은 히터 코어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 레이어는 제1 레이어, 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제2 레이어, 그리고 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제3 레이어를 포함하며,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어 간 공극의 일부는 상기 제2 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지고,
    상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어 간 공극의 일부는 상기 제3 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지는 히터 코어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어는 각각 구리를 포함하는 히터 코어.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어 중 일부는 구리를 포함하며, 나머지 일부는 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 구리를 포함하는 레이어와 상기 Mo, Ag, Ti 및 Al로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 레이어는 교번 배치되는 히터 코어.
  7. 제1항에 있어서,
    각 레이어의 두께는 1 내지 300㎛인 히터 코어.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 레이어는 스크린 프린팅에 의하여 형성되는 히터 코어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 기판은,
    제1 세라믹층,
    상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체,
    상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층,
    상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드, 그리고
    상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드를 포함하며,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층되는 히터 코어.
  10. 제1 세라믹층,
    상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체,
    상기 발열체 상에 배치되는 제2 세라믹층,
    상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 전극 패드, 그리고
    상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층의 한 면에 배치되며, 상기 발열체의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 전극 패드를 포함하며,
    상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드 중 적어도 하나는 복수의 레이어로 적층되는 히터 코어.
  11. 제10항에 있어서,
    2 레이어 간 계면은 공극에 의하여 구분되는 히터 코어.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 2 레이어 간 계면의 공극률은 각 레이어 내 공극률보다 작은 히터 코어.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 레이어는 제1 레이어, 상기 제1 레이어의 한 면에 배치되는 제2 레이어, 그리고 상기 제2 레이어의 한 면에 배치되는 제3 레이어를 포함하며,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어 간 공극의 일부는 상기 제2 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지고,
    상기 제2 레이어 및 상기 제3 레이어 간 공극의 일부는 상기 제3 레이어의 재료를 포함하는 입자로 채워지는 히터 코어.
  14. 파워 모듈, 그리고
    상기 파워 모듈 상에 배치되고, 상기 파워 모듈로부터 공급 받은 전력을 이용하여 열을 발생시키는 발열 모듈을 포함하며,
    상기 발열 모듈은,
    교번하여 배치되는 복수의 방열핀 및 복수의 히터 코어를 포함하며,
    각 히터 코어는,
    제1 열확산판,
    상기 제1 열확산판 상에 배치되며, 내부에 발열체가 배치된 세라믹 기판,
    상기 세라믹 기판 상에 배치되는 제2 열확산판을 포함하고,
    상기 제1 열확산판 및 상기 제2 열확산판은 각각 복수의 레이어로 적층되는 히팅 장치.
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