KR20180079956A - 히터 코어 및 이를 포함하는 히팅 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 히터 코어는 제1 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 제1 세라믹 층 상에 배치되며, 상기 발열체의 측면에 배치되는 열전도체, 그리고 상기 발열체 및 상기 열전도체 상에 배치되는 제2 세라믹층을 포함한다.
Description
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 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 제1 세라믹 층 상에 배치되며, 상기 발열체의 측면에 배치되는 열전도체, 그리고 상기 발열체 및 상기 열전도체 상에 배치되는 제2 세라믹층을 포함한다.
상기 열전도체의 열전도율은 상기 제1 세라믹층 및 상기 제2 세라믹층의 열전도율보다 높을 수 있다.
상기 열전도체는 질화알루미늄, 질화규소 및 질화붕소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 세라믹층 및 상기 제2 세라믹층은 가장자리에서 일체로 접합할 수 있다.
기공율이 3% 이하일 수 있다.
상기 발열체는 소정 패턴으로 연결되는 복수의 발열 패턴을 포함하며, 상기 열전도체는 상기 복수의 발열 패턴 사이에 배치될 수 있다.
상기 발열 패턴의 측면 및 상기 열전도체의 측면 중 적어도 일부는 서로 접촉할 수 있다.
상기 발열체 및 상기 열전도체와 상기 제2 세라믹층 사이에 배치되는 열전도층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층에 배치되며, 상기 발열체의 제1 단과 연결되는 제1 전극패드 및 상기 발열체의 제2 단과 연결되는 제2 전극패드를 더 포함할 수 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 세라믹층, 상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체, 상기 제1 세라믹 층 상에 배치되며, 상기 발열체의 측면에 배치되는 열전도체, 그리고 상기 발열체 및 상기 열전도체 상에 배치되는 제2 세라믹층을 포함한다.
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, 히터 코어 내부의 공극을 줄여, 열전달 효율을 개선하고, 크랙 발생 가능성을 최소화할 수 있다.
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 세라믹 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10(a)는 비교예에 따라 제작된 세라믹 기판의 단면도를 나타내고, 도 10(b)는 실시예에 따라 제작된 세라믹 기판의 단면도를 나타낸다.
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 세라믹 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10(a)는 비교예에 따라 제작된 세라믹 기판의 단면도를 나타내고, 도 10(b)는 실시예에 따라 제작된 세라믹 기판의 단면도를 나타낸다.
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 전달된 후, 외부로 방출될 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 세라믹 기판의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 분해도이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판 상에 배치된 발열체의 다양한 형상이며, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 기판의 단면도이다. 도 2에서 히터 코어는 세로로 배치되어 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 히터 코어를 가로로 배치하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 히터 코어(220)는 세라믹 기판(224)을 포함한다. 그리고, 히터 코어(220)는 세라믹 기판(224)의 양면에 배치되어 세라믹 기판(224)의 열을 확산시키는 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)을 더 포함할 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 0.8 내지 1.2일 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. 이를 위하여, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)은 각각 제1 열확산층(L1), 제2 열확산층(L2) 및 제3 열확산층(L3)을 포함할 수 있다. 제1 열확산층(L1), 제2 열확산층(L2) 및 제3 열확산층(L3)의 소재 및 두께를 조절하여, 제1 열확산판(222) 및 제2 열확산판(226)의 열팽창 계수를 조절할 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 4 내지 5를 참조하면, 세라믹 기판(224)은 제1 세라믹층(400), 제1 세라믹층(400) 상에 배치되는 발열체(410) 및 열전도체(420), 그리고 발열체(410) 및 열전도체(420) 상에 배치되는 제2 세라믹층(430)을 포함한다.
제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)은 알루미나를 포함할 수 있다. 또는, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)은 질화알루미늄(AlN), 질화규소(SiN) 및 질화붕소(BN) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 또는, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)은 글래스 프리트, 예를 들어 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화규소(SiO2) 및 산화티탄(TiO2)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이때, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)은 금속 입자, 예를 들어 구리(Cu) 또는 은(Ag) 입자를 더 포함할 수도 있다. 이와 같이, 제2 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)이 글래스 프리트에 분산된 구리 또는 은 입자를 더 포함하는 경우, 높은 열전도율을 가질뿐만 아니라, 발열체(410)와의 열팽창 계수 차를 줄일 수 있으므로, 열충격에 강하며, 크랙 발생 문제를 최소화할 수 있다. 이때, 글래스 프리트의 입도 및 금속 입자의 입도는 각각 1 내지 10㎛일 수 있으며, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)에 대하여 금속 입자는 1 내지 20wt%로 포함될 수 있다.
제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)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 6에서 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 포함하며, 복수의 발열 패턴(410-1, 410-2) 간의 이격 영역 내에는 열전도체(420)가 배치될 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.
열전도체(420)는 제1 세라믹층(400) 상에 배치되되, 발열체(410) 사이에 배치되며, 발열체(410)로부터 발생한 열은 열전도체(420)를 통하여 세라믹 기판(224)의 외부로 전달될 수 있다. 발열체(410) 및 열전도체(420)의 높이는 각각 5 내지 20㎛일 수 있다.
이때, 열전도체(420)의 열전도율은 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430)의 열전도율보다 높다. 이를 위하여, 열전도체(420)는 질화알루미늄, 질화규소 및 질화붕소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 열전도체(420)의 측면 및 발열체(410)의 측면 중 적어도 일부는 서로 접촉할 수 있다. 이에 따라, 발열체(410)로부터 발생한 열은 열전도체(420)를 통하여 세라믹 기판(224)의 외부로 전달될 수 있다. 이와 같이, 발열체(410)를 구성하는 발열 패턴(410-1, 410-2) 사이가 열전도체(420)로 채워지면, 제1 세라믹층(400)과 제2 세라믹층(430) 간의 접합 시 제1 세라믹층(400)의 표면과 발열체(410)의 높이 차로 인하여 공극이 발생할 가능성을 낮출 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 세라믹 기판(224)의 기공율을 3% 이하로 낮출 수 있다. 여기서, 기공율은 세라믹 기판(224)의 단면에 대한 단위 면적 당 공극 면적의 백분율을 의미한다. 이와 같이, 세라믹 기판(224)의 기공율이 3% 이하로 낮아지면, 열전도 효율을 높일 수 있으며, 강도가 개선되고, 크랙 발생 가능성이 낮아질 수 있다.
여기서, 열전도체(420)는 제1 세라믹층(400) 상에 배치된 발열 패턴(410-1, 410-2)의 사이에 배치될 수 있을뿐만 아니라, 발열체(410)의 외부에 더 배치될 수도 있다. 이때, 제1 세라믹층(400) 상에 배치된 열전도체(420)의 면적은 발열체(410)의 면적의 0.5배 이상일일 수 있다. 열전도체(420)의 면적이 발열체(410)의 면적의 0.5배 미만인 경우, 발열체(410)로부터 발생한 열의 열전도율이 낮을 수 있다.
한편, 발열체(410)의 일단(T1)은 제1 전극패드(440)와 연결될 수 있으며, 발열체(410)의 타단(T2)은 제2 전극패드(450)와 연결될 수 있다. 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450) 중 적어도 하나는 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430) 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 5(a) 및 도 5(c)를 참조하면, 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450)는 제1 세라믹층(400)에 배치되며, 발열체(410)의 일단(T1) 및 타단(T2)과 각각 연결될 수 있다. 그리고, 제2 세라믹층(430)은 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450)를 파워모듈(300)과 연결되는 배선(W1, W2)에 각각 연결하기 위하여 형성되는 관통홀(432, 434)을 포함할 수도 있다.
또는, 도 5(b) 및 도 5(d)를 참조하면, 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450)는 제1 세라믹층(400)에 배치되며, 발열체(410)의 일단(T1) 및 타단(T2)과 각각 연결될 수 있다. 그리고, 파워모듈(300)과 연결되는 배선(W1, W2)은 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450) 상에 각각 연결되며, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430) 사이에서 외부로 인출될 수도 있다.
뿐만 아니라, 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450) 중 하나는 제1 세라믹층(410)에 배치되고, 나머지 하나는 제2 세라믹층(430)에 배치될 수도 있다. 그리고, 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450) 중 적어도 하나는 제1 세라믹층(400) 또는 제2 세라믹층(430)의 바깥 표면에 배치될 수도 있다. 이때, 발열체(410)의 일단(T1)과 제1 전극패드(440) 또는 발열체(420)의 타단과 제2 전극패드(450)는 제1 세라믹층(410) 또는 제2 세라믹층(430)에 형성된 관통홀을 통하여 연결될 수 있다.
이와 같이, 발열체(410)의 일단(T1) 및 타단(T2)은 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450)를 통하여 파워 모듈(300)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 발열체(410) 내에는 전기가 흐를 수 있다.
도 7을 참조하면, 발열체(410)의 외부에 배치되는 열전도체(420)의 두께는 세라믹 기판(224)의 가장자리로 갈수록 얇아질 수 있다. 이에 따르면, 제1 세라믹층(400)과 제2 세라믹층(430) 간의 접합 시 세라믹 기판(224)의 가장자리에서도 공극이 발생할 가능성을 낮출 수 있다.
도 8을 참조하면, 열전도체(420)는 발열체(410)의 측면뿐만 아니라, 발열체(410) 상에 배치될 수도 있다. 이에 따르면, 세라믹 기판(224)의 측면뿐만 아니라, 제2 세라믹층(430)의 표면을 향하는 방향으로도 열전도율이 높아질 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 세라믹 기판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 제1 세라믹층을 마련한다(S900). 제1 세라믹층은, 전술한 바와 같이 알루미나를 포함할 수 있으며, 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화규소(SiO2) 및 산화티탄(TiO2)으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 제1 세라믹층은 유기물과 혼합된 그린시트 형태일 수 있다.
다음으로, 제1 세라믹층 상에 발열체를 코팅 또는 인쇄한다(S910). 여기서, 발열체는 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.
다음으로, 발열체가 형성된 제1 세라믹층을 건조한다(S920).
다음으로, 발열체 사이에 열전도체를 인쇄한다(S930). 이를 위하여, 질화알루미늄, 질화규소 및 질화붕소 중 적어도 하나를 포함하는 페이스트 또는 슬러리를 이용할 수 있다.
다음으로, 발열체 및 열전도체 상에 제2 세라믹층을 적층하고(S940), 가열 및 가압한다(S950). 이때, 가열 및 가압은 핫프레싱(Hot Pressing) 공정을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어 150 내지 200℃의 온도에서 가압될 수 있다.
이후, 소결 공정을 수행하여 제1 세라믹층 및 제2 세라믹층을 접합한다(S960). 소결 공정은 약 1500℃에서 수행되며, 이에 따라 제1 세라믹층 및 제2 세라믹층은 발열체 및 열전도체가 배치되지 않은 가장자리에서 접합되어 일체로 형성될 수 있다.
이하, 비교예 및 실시예를 이용하여 세라믹 기판의 열전도 성능을 실험한 결과를 설명한다.
비교예에서는 제1 알루미나층 상에 발열체를 인쇄하고, 제2 알루미나층을 적층한 후, 가열 및 가압하였다.
실시예에서는 제1 알루미나층 상에 발열체를 인쇄하고, 인쇄된 발열체 사이에 열전도체를 더 인쇄한 후, 제2 알루미나층을 적층하고, 가열 및 가압하였다.
도 10(a)는 비교예에 따라 제작된 세라믹 기판의 단면도를 나타내고, 도 10(b)는 실시예에 따라 제작된 세라믹 기판의 단면도를 나타낸다. 표 1은 비교예 및 실시예에 따른 세라믹 기판의 열전도도 및 기공율을 나타낸다.
| 실험 번호 | 열전도도(W/mK) | 기공율(%) |
| 비교예 | 18 | 5% |
| 실시예 | 21 | 3% 이하 |
표 1을 참조하면, 실시예에 따른 세라믹 기판은 비교예에 따른 세라믹 기판에 비하여 기공율이 낮으며 열전도도가 높음을 알 수 있다. 기공율이 낮을수록 세라믹 기판의 강도가 높아지며, 크랙 발생 가능성이 낮아질 수 있다.
이상에서는 세라믹 기판이 판 형상인 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 도 11에서 예시된 바와 같이 원기둥 형상일 수도 있다.
도 11을 참조하면, 세라믹 기판(224)은 제1 세라믹층(400), 발열체(410), 열전도체(420), 그리고 제2 세라믹층(430)을 포함한다.
이때, 제1 세라믹층(400)은 원기둥 형상이며, 발열체(410) 및 열전도체(420)는 제1 세라믹층(400)의 외주면에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 세라믹층(430)은 제1 세라믹층(400)의 외주면, 발열체(410) 및 열전도체(420)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
이때, 발열체(410)의 일단(T1)은 제1 전극패드(440)와 연결될 수 있으며, 발열체(410)의 타단(T2)은 제2 전극패드(450)와 연결될 수 있다. 그리고, 파워모듈(300)과 연결되는 배선(W1, W2)은 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450) 상에 각각 연결되며, 제1 세라믹층(400) 및 제2 세라믹층(430) 사이에서 외부로 인출될 수 있다. 도시되지 않았지만, 제2 세라믹층(430)에는 관통홀이 형성되며, 관통홀을 통하여 제1 전극패드(440) 및 제2 전극패드(450)를 파워모듈(300)과 연결되는 배선(W1, W2)에 각각 연결할 수도 있다.
도시되지 않았으나, 제2 세라믹층(430)의 외주면에는 열확산판이 더 배치될 수도 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, 430: 세라믹층 410: 발열체
420: 열전도체
200: 발열 모듈 300: 파워 모듈
210: 방열핀 220: 히터 코어
222, 226: 열 확산판 224: 세라믹 기판
400, 430: 세라믹층 410: 발열체
420: 열전도체
Claims (10)
- 제1 세라믹층,
상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체,
상기 제1 세라믹 층 상에 배치되며, 상기 발열체의 측면에 배치되는 열전도체, 그리고
상기 발열체 및 상기 열전도체 상에 배치되는 제2 세라믹층
을 포함하는 히터 코어. - 제1항에 있어서,
상기 열전도체의 열전도율은 상기 제1 세라믹층 및 상기 제2 세라믹층의 열전도율보다 높은 히터 코어. - 제2항에 있어서,
상기 열전도체는 질화알루미늄, 질화규소 및 질화붕소 중 적어도 하나를 포함하는 히터 코어. - 제1항에 있어서,
상기 제1 세라믹층 및 상기 제2 세라믹층은 가장자리에서 일체로 접합하는 히터 코어. - 제4항에 있어서,
기공율이 3% 이하인 히터 코어. - 제1항에 있어서,
상기 발열체는 소정 패턴으로 연결되는 복수의 발열 패턴을 포함하며, 상기 열전도체는 상기 복수의 발열 패턴 사이에 배치되는 히터 코어. - 제6항에 있어서,
상기 발열 패턴의 측면 및 상기 열전도체의 측면 중 적어도 일부는 서로 접촉하는 히터 코어. - 제1항에 있어서,
상기 발열체 및 상기 열전도체와 상기 제2 세라믹층 사이에 배치되는 열전도층을 더 포함하는 히터 코어. - 제1항에 있어서,
상기 제1 세라믹층 또는 상기 제2 세라믹층에 배치되며, 상기 발열체의 제1 단과 연결되는 제1 전극패드 및 상기 발열체의 제2 단과 연결되는 제2 전극패드를 더 포함하는 히터 코어. - 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 세라믹층,
상기 제1 세라믹층 상에 배치되는 발열체,
상기 제1 세라믹 층 상에 배치되며, 상기 발열체의 측면에 배치되는 열전도체, 그리고
상기 발열체 및 상기 열전도체 상에 배치되는 제2 세라믹층
을 포함하는 히팅 장치.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| KR1020170000744A KR20180079956A (ko) | 2017-01-03 | 2017-01-03 | 히터 코어 및 이를 포함하는 히팅 장치 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170000744A KR20180079956A (ko) | 2017-01-03 | 2017-01-03 | 히터 코어 및 이를 포함하는 히팅 장치 |
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| KR (1) | KR20180079956A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200053926A (ko) * | 2018-11-09 | 2020-05-19 | 양연식 | 표면 발열체를 이용한 무선 헤어 드라이기 |
-
2017
- 2017-01-03 KR KR1020170000744A patent/KR20180079956A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR20200053926A (ko) * | 2018-11-09 | 2020-05-19 | 양연식 | 표면 발열체를 이용한 무선 헤어 드라이기 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |