KR20190117934A - 히터의 단자접합 구조 - Google Patents

히터의 단자접합 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히터의 단자접합 구조에 관한 것으로서, 히터에 매설되는 금속 단자와 외부로부터 전력을 공급하는 금속 접속 부재(또는 로드)의 단자 접합시 공정 중의 부식성 가스에 대하여 내식성을 구비하고 급격한 온도 변화에 대한 높은 접합 강도와 전기적 접속을 강하게 유지하도록 하는 히터의 단자접합 구조에 관한 것이다. 이를 위해 히터의 플레이트에 매설되는 저항 발열체에 전원을 공급하며, 플레이트의 수용홈에 수용되는 로드, 플레이트의 수용홈에 수용되어 로드와 접촉 결합되는 저열팽창 도체, 저열팽창 도체와 접촉 결합되어 로드 및 저열팽창 도체를 거쳐 전원을 공급받는 단자, 및 단자가 배치된 방향으로 지지힘이 작용되도록 함으로써 저열팽창 도체와 단자간의 결합 고정력을 향상시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조가 개시된다.

Description

히터의 단자접합 구조{Bonding structure of heater terminal}
본 발명은 히터의 단자접합 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히터에 매설되는 금속 단자와 외부로부터 전력을 공급하는 금속 접속 부재(또는 로드)의 단자 접합시 공정 중의 부식성 가스에 대하여 내식성을 구비하고 급격한 온도 변화에 대한 높은 접합 강도와 전기적 접속을 강하게 유지하도록 하는 히터의 단자접합 구조에 관한 것이다.
세라믹 또는 AlN 히터에 있어서 히터의 플레이트 내부에 매설된 저항 발열체에 전원을 공급하기 위해 플레이트 내에 매설된 금속 단자와 접속하기 위한 구조가 다양하게 선행기술문헌에 제시되고 있다. 플레이트 내에 금속 단자를 매설하여 외부의 전력 공급용 커넥터(또는 로드)와 전기적으로 접속할 필요가 있다. 그러나 이러한 접속 부분은 산화성 분위기 하에서 또는 부식성 가스 분위기 하에서, 매우 높은 고온과 매우 낮은 저온의 열순환에 노출된다. 이러한 악조건 하에서도, 장기간 높은 접합 강도와 양호한 전기적 접속을 유지하는 것이 필요하다. 로드와 금속 단자와의 접속 구조에 있어서, 산화성 분위기 하에서 고온이나 열순환에 노출되더라도 높은 접합 강도와 단자의 단락을 방지하고, 로드의 접속력을 강화시킬 수 있는 새로운 접합 구조가 필요하게 되었다.
또한, 로드는 플레이트에 삽입 고정되고 마운트에 결합 고정된다. 이때, 로드와 플레이트는 공정 중에 고온에 노출되며, 이에 따라 로드와 플레이트는 각각의 열팽창 계수에 따라 열팽창 한다. 열팽창에 의해 로드가 신장하는 경우 로드는 양측에서 각각 고정되어 있기 때문에 플레이트의 깨짐(또는 파손)을 유발하는 문제점이 있다.
일본국 등록특허공보 JP 3746594(발명의 명칭 : 세라믹스의 접합 구조 및 그 제조 방법) 대한민국 등록특허공보 제10-1763713(발명의 명칭 : 히터의 단자접합 구조) 대한민국 등록특허공보 제10-1776581(발명의 명칭 : 히터의 단자접합 구조) 대한민국 등록특허공보 제10-1432320(발명의 명칭 : 접합 구조체 및 그 제조 방법) 대한민국 등록특허공보 제10-1071441(발명의 명칭 : 탑재대 구조 및 처리 장치) 대한민국 등록특허공보 제10-0279650(발명의 명칭 : 세라믹 부재와 전력 공급용 커넥터의 접합 구조체) 대한민국 등록특허공보 제10-0283600(발명의 명칭 : 세라믹스의 접합 구조 및 그 제조 방법) 대한민국 등록특허공보 제10-0933430(발명의 명칭 : 히터 및 정전척) 대한민국 등록특허공보 제10-1425688(발명의 명칭 : 접합 구조 및 반도체 제조 장치)
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 공정 중의 부식성 가스에 대하여 내식성을 구비하고 급격한 온도변화에 대한 높은 접합강도와 전기적 접속을 강화할 수 있는 단자접합 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 열팽창에 따른 로드의 신축을 흡수하여 플레이트의 깨짐을 방지하는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 히터의 플레이트에 매설되는 저항 발열체에 전원을 공급하며, 플레이트의 수용홈에 수용되는 로드, 플레이트의 수용홈에 수용되어 로드와 접촉 결합되는 저열팽창 도체, 저열팽창 도체와 접촉 결합되어 로드 및 저열팽창 도체를 거쳐 전원을 공급받는 단자, 및 단자가 배치된 방향으로 지지힘이 작용되도록 함으로써 저열팽창 도체와 단자간의 결합 고정력을 향상시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 로드 및 저열팽창 도체가 플레이트의 수용홈에 수용됨으로써 로드, 저열팽창 도체, 및 단자가 각 층을 이루어 순차적으로 접촉 결합된다.
또한, 로드는 저열팽창 도체 수용홈이 형성되며, 저열팽창 도체와 접촉 결합되는 헤드부를 포함하며, 저열팽창 도체는 단자와 접촉 결합되는 몸체부, 및 몸체부의 중심영역에서 일측방향으로 돌출되어 저열팽창 도체 수용홈에 수용되는 돌출부를 포함한다.
또한, 로드의 헤드부의 일측 영역에는 용접 홀 또는 브레이징 홀이 형성된다.
또한, 브레이징 홀 또는 용접 홀은 저열팽창 도체의 돌출부의 단부가 드러나도록 일측 둘레영역에 형성된다.
또한, 브레이징 홀 또는 용접 홀을 통해 저열팽창 도체의 돌출부와 로드의 헤드부가 측면 용접됨으로써 열팽창에 따른 신축성을 제공하여 플레이트의 깨짐을 방지한다.
또한, 저열팽창 도체의 몸체부와 단자를 접촉 결합하는 결합층은 금, 백금, 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 금속으로 이루어지는 용가재에 의해 브레이징 결합된다.
또한, 용가재는 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오브 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 활성 금속을 함유하여 내산화성을 높인다.
또한, 로드의 헤드부와 저열팽창 도체의 돌출부를 접촉 결합하는 결합층은 금, 백금, 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 금속으로 이루어지는 용가재에 의해 브레이징 결합된다.
또한, 용가재는 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오브 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 활성 금속을 함유하여 내산화성을 높인다.
또한, 고정부는 플레이트의 수용홈의 내벽과 로드의 사이 공간에 둘레방향으로 수용 결합됨으로써 지지힘이 저열팽창 도체와 단자에 가해지도록 한다.
또한, 플레이트의 수용홈의 내벽에는 두께방향 또는 폭을 따라 둘레방향으로 나사산이 형성되며, 고정부의 외측 둘레방향으로 나사산이 형성됨으로써 내벽과 나사 결합된다.
또한, 저열팽창 도체의 열팽창 계수는 로드와 단자의 중간 열팽창 계수 값을 가진다.
또한, 로드는 니켈, 니켈기 내열합금, 금, 백금, 및 은으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며, 저열팽창 도체는 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴-텅스텐 합금, 텅스텐-구리-니켈 합금, 및 코바르로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며, 단자는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 이루어진다.
또한, 로드는 로드의 헤드부의 직경보다 크게 저열팽창 도체 수용홈으로부터 일정거리 이격 형성되는 지지부, 및 지지부에서 길이방향으로 연장 형성되는 길이 몸체부를 포함하며, 고정부는 플레이트의 수용홈의 내벽과 로드의 길이 몸체부의 사이 공간에서 지지부의 외측 둘레면에 지지된다.
또한, 로드의 헤드부 및 저열팽창 도체의 몸체부의 직경은 로드의 지지부의 직경보다 작거나 같다.
또한, 저열팽창 도체의 몸체부의 직경은 로드의 헤드부의 직경보다 크게 형성되며, 고정부는 플레이트의 수용홈의 내벽과 로드의 몸체부의 사이 공간에서 저열팽창 도체의 몸체부의 외측 둘레면에 지지된다.
한편 본 발명의 목적은 히터의 샤프트 내부에 배치되는 커넥터, 및 히터의 플레이트에 매설되는 저항 발열체에 전원을 공급하도록 히터의 플레이트에 삽입 고정되고 마운터에 결합 고정되며, 커넥터에 의해 전기적으로 연결 접속되는 제1,2 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 로드 접속 구조를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 커넥터는 박판, 판상 또는 와이어 형상으로 열팽창에 따른 로드의 신축을 흡수하도록 신축성 있게 또는 플렉시블 하게 제1,2 로드 간을 전기적으로 연결 접속한다.
또한, 커넥터는 니켈 또는 텅스텐으로 이루어진 무저항 커넥터이다.
또한, 제1 로드의 일측이 히터의 플레이트에 삽입 고정되고, 제1 로드의 타측이 커넥터의 일측 단부와 제1 결합영역에서 결합되며, 제2 로드의 일측이 마운터에 결합 고정되고, 제2 로드의 타측이 커넥터의 타측 단부와 제2 결합영역에서 결합된다.
또한, 제1 로드는 제1 결합영역에서 커넥터의 일측 단부와 용접 결합되도록 제1 용접 개방면을 형성하며, 제2 로드는 제1 결합영역에서 일정 거리 떨어진 제2 결합영역에서 커넥터의 타측 단부와 용접 결합되도록 제2 용접 개방면을 형성한다.
또한, 제1,2 용접 개방면은 제1,2 로드의 단부가 드러나도록 일측 둘레영역에 형성되며, 제1,2 용접 개방면을 통해 제1,2 로드의 단부와 커넥터의 단부가 각각 측면 용접됨으로써 로드의 열팽창에 따른 신축성을 흡수하도록 한다.
또한, 제1,2 용접 개방면에는 제1,2 용접층이 형성된다.
또한, 제1 로드와 접촉 결합되며, 중앙영역이 볼록한 돌출부를 구비한 저열팽창 도체를 더 포함하며, 제1 로드는 제3 결합영역에서 돌출부와 용접 결합되도록 제3 용접 개방면을 형성한다.
또한, 제3 용접 개방면은 제3 결합영역에서 제1 로드의 단부가 드러나도록 일측 둘레영역에 형성되며, 제3 용접 개방면을 통해 제1 로드의 단부와 커넥터의 단부가 측면 용접됨으로써 로드의 열팽창에 따른 신축성을 흡수하도록 한다.
또한, 제3 용접 개방면에는 제3 용접층이 형성된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 부식성 가스의 침입을 방지하여 저열팽창 도체 및 단자의 산화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 저열팽창 도체와 단자 간의 결합 고정력을 배가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 플레이트에 매립되어 있는 단자의 상면을 노출함으로써 접합면을 대면적으로 확보하여 접합 강도를 높일 수 있다.
또한, 저열팽창 도체에 의해 플레이트와 로드의 열응력 차를 완화하여 단락의 위험을 줄이고, 플레이트가 깨지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 플렉시블 케이블 및 용접층에 의해 로드의 열팽창에 의한 플레이트의 깨짐을 방지하는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 히터의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단자 접합 구조를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 플레이트의 수용홈에 로드, 저열팽창 도체, 및 고정부가 삽입 안착된 것을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단자 접합 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 플레이트의 수용홈에 로드, 저열팽창 도체, 및 고정부가 삽입 안착된 것을 나타낸 도면이고,
도 6은 로드의 둘레방향의 일측면에 용접 홀이 형성된 것을 도시한 도면이고,
도 7은 용접 홀을 통해 로드의 내측면과 저열팽창 도체의 돌출부의 상단부가 브레이징 용접된 것을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉시블 박판을 도시한 도면이고,
도 9는 플레이트 내에 삽입 고정된 단자부를 나타낸 도면이고,
도 10은 도 8에 도시된 플렉시블 박판과 로드 간의 결합 구조를 확대한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
내식성 또는 산화성 가스 분위기(부식성 분위기)하에서 공정이 진행되는 공정 챔버 내에 배치되는 히터(10)는 세라믹 히터 또는 AlN 히터로 크게 구분될 수 있으며, 이러한 히터(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 대략적으로 플레이트(10)와 플레이트를 지지하는 샤프트(13)로 구성된다. 플레이트(10) 내부에는 플라즈마 형성을 위한 RF전극(11)이 최상단에 배치되며, RF전극(11) 하방에 저항 발열체(12)가 매설된다. 저항 발열체(12)는 코일 타입으로 형성되는 것이 바람직하나 꼭 이에 한정되는 것은 아니다. 샤프트(13)는 중공으로서 플레이트(10)와 동일한 재질로 이루어질 수도 있고, 필요에 따라 서로 다른 재질로 이루어질 수도 있다. 다만, 열전달 특성 등을 고려해 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 중공의 샤프트(13) 내측으로는 RF전극(11)과 접속되는 그라운드 로드(15)가 배치되며, 저항 발열체(12)에 전원을 공급하는 AC 로드(14)가 배치된다. 이때, 저항 발열체(12)에 공급되는 AC 전원은 저항 발열체의 발열량에 따라 적절한 전원이 인가될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 플레이트의 내측에 매설되는 저항 발열체(12)에 전원을 공급하기 위해 AC 로드(14, 이하에서는 로드 또는 전원공급부라 함)가 샤프트(13)의 내측으로 삽입되어 전원을 공급하게 된다. 본 발명에서는 로드(14)와 저항 발열체(12)에 전원을 공급하는 단자 간의 단자접합 구조에 대해 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
(제 1 실시예)
도 2에는 로드(100, 전원공급부)에서 공급된 전원을 단자(300)로 전달하기 위한 구조가 나타나 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 단자 접합 구조는 대략적으로 로드(100), 저열팽창 도체(200) 및 단자(300)로 구성된다. 본 발명에서는 세라믹 히터(10)와 로드(100)간의 열팽창 차이로 인한 큰 응력이 발생되지 않도록 하여 접합 강도가 저하되지 않도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 플레이트(10)에는 수용홈(16)이 두께 방향으로 형성되어 후술하는 로드(100), 저열팽창 도체(200), 및 고정부(400)가 수용홈(16)에 삽입된다. 단자(300)는 AlN 플레이트(10)와 함께 소결된다. 또한, 수용홈(16)에는 두께방향 또는 폭 방향으로 나사산 또는 나사탭(17)이 형성된다(이하에서는 나사탭으로 통칭함). 다만, 나사탭(17)은 제1 실시예와 제2 실시예에 따라 형성 위치가 서로 다르다. 즉, 도 3에 도시된 제1 실시예에서는 나사탭(17)이 길이 몸체부(130)와 헤드부(110)의 사이에 두께방향을 따라 형성되며, 제2 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이 나사탭(17)이 헤드부(110)와 저열팽창 도체(200)의 몸체부(210)까지 두께방향을 따라 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 로드(100, 전원공급부)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 헤드부(110), 지지부(120), 및 길이 몸체부(130)로 대략적으로 이루어진다. 헤드부(110)는 단면이 직사각형 형상이다. 도 2를 기준으로 헤드부(110)의 하부면 중앙영역에는 저열팽창 도체의 돌출부(220)의 수용홈(111)이 형성된다. 이 수용홈(111)에 저열팽창 도체의 돌출부(220)가 수용 삽입되어 용접 결합된다. 지지부(120)는 헤드부(110) 및 길이 몸체부(130)의 직경(W2,W3)보다 크게(W1) 길이 몸체부(130)와 헤드부(110) 사이에 형성된다. 헤드부(110)는 저열팽창 도체(200)와 접촉 결합되며, 길이 몸체부(130)는 지지부(220)로부터 연장 형성된다. 헤드부(110), 지지부(120) 및 길이 몸체부(130)는 일체로 형성될 수 있다. 지지부(120)의 직경은 플레이트 수용홈(16)의 직경 보다 작거나 같게 형성된다. 지지부(120)의 상부면에는 후술하는 고정부(400)가 지지되며, 고정부(400)가 지지부(120)의 상부면에 안착되어 수용홈(16)의 내벽에 형성된 나사탭과 결합됨으로써 하방으로 지지힘(F)이 작용되어 저열팽창 도체(200)와 단자(300)간의 결합 고정력을 배가시킨다. 길이 몸체부(130)는 히터의 마운트(20)가 배치된 방향으로 길이 연장된다.
도 6을 참고하면, 헤드부(110)의 일측면 둘레영역에는 용접 홀(140)이 형성된다. 용접 홀(140)은 후술하는 저열팽창 도체의 돌출부(220)의 상단부가 드러나도록 홈 형상으로 형성된다. 저열팽창 도체의 돌출부(220)가 로드(100)의 수용홈(111)에 삽입 수용되면, 용접 홀(140)을 통해 돌출부의 상단부와 이에 대응되는 헤드부(110)의 내벽을 측면 용접함으로써 도 7과 같이 용접층(150)이 형성된다. 로드(100)와 저열팽창 도체(200)를 전체 면적에서 용접하지 않고 일면만 측면 용접함으로써 로드(100)와 저열팽창 도체(200)의 결합 고정력을 향상시키고, 더 나아가 열팽창에 따른 신축성을 제공하여 AlN 플레이트의 깨짐을 방지한다. 헤드부(110)의 수용홈(111)의 직경 및 홈 길이는 돌출부(220)의 돌출 길이에 따라 상응하게 형성된다. 다만, 수용홈(111)은 저열팽창 도체의 몸체부(210) 상부면에서 지지부(120) 사이에 형성된다.
로드의 헤드부(110)와 저열팽창 도체의 돌출부(220)를 접촉 결합하는 용접층은 금, 은(Ag), 백금, 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 금속으로 이루어지는 용가재에 의해 브레이징 용접된다. 이때, 용가재는 내산화성을 높이기 위해 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오브 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 활성 금속을 함유하는 것이 바람직하다.
로드(100)는 내식성이 높은 재질의 니켈, 니켈기 내열합금, 금, 백금, 및 은으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며, 저열팽창 도체(200)는 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴-텅스텐 합금, 텅스텐-구리-니켈 합금, 및 코바르로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어진다. 따라서 로드(100)와 저열팽창 도체(200)간의 열팽창률(또는 열팽창계수)이 다르다.
본 발명의 일실시예에 따른 저열팽창 도체(200)는 수용홈(16)에 수용된다. 저열팽창 도체(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 하부면이 단자(300)의 상부면과 브레이징 결합되는 단면이 직사각형 형상의 몸체부(210)와 몸체부(210)의 중앙영역에서 마운트(20) 방향으로 소정 직경을 가지면서 돌출 형성되는 돌출부(220)를 포함한다. 돌출부(220)의 직경은 몸체부(210)의 직경보다 작으며, 돌출부(220)의 길이는 로드의 수용홈(111)에 상응하도록 형성된다. 저열팽창 도체의 몸체부(210)의 직경은(W4)은 지지부(120)의 직경(W1)보다 같거나 작은 것이 바람직하다. 지지부(120)의 직경은 고정부(400)가 안정적으로 안착 지지될 수 있도록 길이 몸체부(130)의 직경보다 크고 수용홈(16)의 직경과 같거나 작은 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이 고정부(400)가 지지부(120)의 상부면에 안착 지지되어 수용홈(16)의 내벽과 탭 결합됨으로써 공정 챔버에서 발생하는 부식성 가스가 단자(300)쪽으로 침투하지 못하는 장점이 있다.
한편, 로드(100)는 니켈, 니켈기 내열합금, 금, 백금, 및 은으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며, 저열팽창 도체(200)는 바람직하게는 열팽창률 8.0x10-6/℃ 이하의 성질을 가지는 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴-텅스텐 합금, 텅스텐-구리-니켈 합금, 및 코바르로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며, 플레이트는 세라믹 또는 AlN으로 이루어짐에 따라 서로 간의 열팽창률이 다르다. 저열팽창 도체의 열팽창 계수는 로드(100)와 단자(300)의 중간 열팽창 계수 값을 가지는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 로드(100)와 단자(300) 사이에 저열팽창 도체(200)를 배치하여 중간 접합 매체로 사용함으로써 세라믹 플레이트(10)와 로드(100)간의 열응력 차를 완화하여 단락 위험을 줄이고, 더 나아가 로드(100)와 단자(300) 간의 열팽창을 완화시킨다.
저열팽창 도체의 몸체부(210)의 하부면과 단자(300)의 상부면을 접촉 결합하는 결합층은 금, 은(Ag), 백금, 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 금속으로 이루어지는 용가재에 의해 브레이징 결합된다. 이때, 용가재는 내산화성을 높이기 위해 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오브 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 활성 금속을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 단자(300)는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금제로 이루어지며, 로드(100)와 대략 동일 수직선상에 위치하며, 저열팽창 도체(200)의 몸체부(210)의 상부면과 접착 결합된다. 로드(100) 및 저열팽창 도체(200)가 플레이트의 수용홈(16)에 수용됨으로써 로드(100), 저열팽창 도체(200), 및 단자(300)가 각 접촉층을 이루어 순차적으로 접촉 결합된다. 단자(300)는 상부면이 노출되어 있으며, 노출된 상부면과 저열팽창 도체(200)의 몸체부(210)의 하부면이 면 접촉 또는 선 접촉되어 브레이징 결합된다. 따라서 단자(300)의 상부면 노출로 인해 접합면을 대면적으로 확보할 수 있어 결합력 또는 접합 강도를 높일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 고정부(400)는 고정 볼트로서 수용홈(16)의 내벽과 대면되는 외측 둘레면에 나사산 또는 나사탭(410)이 형성된다. 또한, 고정부(400)는 수용홈(16)에 삽입시에 로드(100)의 길이 몸체부(130)가 통과되도록 중앙영역이 중공으로 이루어진다. 따라서 고정부(400)가 로드(100)의 지지부(120)의 상부면에 안착 지지됨과 동시에 나사산이 형성된 수용홈(16)의 내벽과 나사 결합됨으로써 단자(300) 방향으로 지지힘(F)이 생긴다. 이 지지힘(F)에 의해 힘이 하부로 작용되어 저열팽창 도체(200)와 단자(300)간의 고정력을 향상시키고(즉, 브레이징 용접의 약함을 보완), 저열팽창 도체(200)와 단자(300) 간의 브레이징 용접층이 산화 방지되어 용접층의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
상술한 고정부(400)의 탭 결합에 의해 하방으로 지지힘(F)이 강하게 작용하고, 지지부(120)의 직경이 수용홈(16)의 내벽과 동일하게 형성됨으로써 공정 중에 발생되는 부식성 가스의 침입을 방지하여 단자의 산화 방지 및 내식성을 구비하고, 급격한 온도 변화에 대응하여 높은 접합 강도와 전기적 접속을 유지할 수 있다.
(제 2 실시예)
본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예와 비교하여 고정부(400)의 탭 결합 위치가 변경된다. 따라서, 제1 실시예와 비교하여 다른 점만 설명하기로 하고 나머지 설명은 제1 실시예의 설명에 갈음하기로 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 수용홈(16)의 나사탭(17) 위치가 제1 실시예에 비해 좀 더 아래로 이동되어 형성되어 있다. 이러한 이유는 고정부(400)가 플레이트의 수용홈(16)의 내벽과 로드의 몸체부(110)의 사이 공간에서 저열팽창 도체의 몸체부(210)의 외측 둘레면에 안착 지지되어 수용홈(16)의 내벽에 형성된 나사탭(17)과 나사 결합되기 때문이다. 고정부(400)가 저열팽창 도체의 몸체부(210)의 외측 둘레면에 안착 지지되기 위해 저열팽창 도체의 몸체부(210)의 직경(W2)은 로드의 헤드부(110)의 직경(W1)보다 크게 형성된다. 저열팽창 도체의 몸체부(210)의 직경은 바람직하게는 로드의 헤드부(110)의 직경보다 크면서 수용홈(16)의 직경과 같거나 작은 것이 좋다.
제1 실시예에서는 고정부(400)가 수용홈(16)의 대략 중앙영역에 고정되기 때문에 수용홈(16)의 내벽에 형성된 나사탭(17)도 대략 수용홈(16)의 폭 방향으로 중앙영역에 형성된다. 이에 비해 제2 실시예에서는 고정부가 수용홈(16)의 하측영역에 고정되기 때문에 수용홈(16)의 내벽에 형성된 나사탭(17)도 이와 상응하게 수용홈(16)의 폭 방향으로 하측영역에 형성된다. 상술한 수용홈(16)의 나사탭(17)은 고정부(400)의 나사탭(410)의 폭 보다 더 길게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 고정부(400)의 나사탭(410)이 수용홈(16)의 나사탭(17)과 서로 나사 결합되어 하측방향으로 조임 결합될 수 있다.
(제 3 실시예)
상술한 제1,2 실시예에 따른 단자 접합 구조는 도 8에 도시된 바와 같이 단자부(50)로 통칭하기로 한다. 이러한 단자부(50)는 대략 로드(100), 저열팽창 도체(200), 단자(300), 및 고정부(400)를 포함할 수 있다. 단자부의 로드(100)는 도 8에 도시된 바와 같이 일측(100a)이 플레이트(10)의 수용홈(16)에 삽입 고정되며, 타측(100b)이 마운트(20)에 고정 구속된다. 샤프트(30)의 내측에서 샤프트(30)의 길이방향을 따라 배치된다. 이때, 로드(100)와 플레이트(10)는 각각 열팽창 계수가 다르기 때문에 상술한 제1,2 실시예에서 설명한 바와 같이 저열팽창 도체(200)를 배치하여 중간 접합 매체로 사용함으로써 플레이트(10)와 로드(100) 간의 열 응력이 발생되지 않도록 하고, 열팽창 차를 완화하도록 한다.
본 발명에서는 저열팽창 도체(200)의 배치와 더불어 도 8에 도시된 바와 같이 플렉시블 박판(40, 또는 유연 박판)을 구비하도록 함으로써 저열팽창 도체(200)와 더불어 신축성을 제공함으로써 열 응력 발생을 더욱 억제하고 열팽창 차를 더욱 완화하도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 플렉시블 커넥터 또는 플렉시블 단자(40)는 판상, 박판, 또는 와이어 형상으로 이루어질 수 있으며, 열팽창에 의해 로드(100)가 늘어나는 것을 보완하기 위해 로드와 로드 간을 서로 연결 접속한다. 로드(100)가 플레이트(10)와 마운트(20)에서 각각 고정 구속되기 때문에 로드(100)가 공정 중에 열에 의해 열팽창 하면 상술한 바와 같이 플레이트(10)와 열팽창 계수가 다르기 때문에 열 응력이 발생되거나 또는 열팽창 차에 의해 플레이트(10)에 손상을 가할 수 있다. 플렉시블 박판(40)은 무저항 특성 및 신축성을 동시에 제공하기 위한 재료 또는 형상으로 이루어진다. 플렉시블 박판(40)은 비 발열구간으로서 저항을 갖지 않는 것이 바람직하다. 따라서 플렉시블 박판(40)은 신축성을 제공하기 위해 와이어 또는 얇은 판상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 니켈(Ni) 또는 텅스텐(W) 재료를 사용하는 것이 좋다. 플렉시블 박판(40)은 플레이트(10) 보다는 마운트(20) 측에 가까운 위치에서 제1 로드(100a)와 제2 로드(100b) 간을 전기적으로 연결 접속한다. 플렉시블 박판(40)은 도 10에 도시된 바와 같이 꼬아진 박판 또는 와이어 형상일 수 있다. 즉, 박판 또는 와이어(40)는 직선 형상이거나, 꼬아진 형상이거나, 접혀진 형상일 수 있다. 제1 플렉시블 박판(40a)은 제1 로드(100a)의 단부 영역에 전기적으로 접속 결합되며, 제2 플렉시블 박판(40b)은 제2 로드(100b)의 단부 영역에 전기적으로 접속 결합된다. 제1,2 플렉시블 박판(40a,40b)은 설명의 편의를 위해 분리 설명하였을 뿐 일체로 형성되는 것이 바람직하다.
제1,2 플렉시블 박판(40a,40b)을 각각 제1,2 로드(100a,100b)의 단부 영역에 전기적으로 접속 결합하기 위해 제1,2 로드(100a,100b)의 단부영역의 제1,2 용접 영역에는 각각 제1,2 용접 개방면(101,102)이 로드의 둘레방향 일부영역에 형성된다. 즉, 제1 용접영역(또는 제1 결합영역)에는 제1 용접 개방면(101)이 형성되고, 제2 용접영역(또는 제2 결합영역)에는 제2 용접 개방면(102)이 형성된다. 제1,2 용접영역을 통해 제1,2 플렉시블 박판(40a,40b)을 각각 제1,2 로드(100a,100b)와 용접 결합한다. 용접에 따라 제1,2 용접영역에는 제1,2 용접층이 형성된다. 제1 용접층은 제1 플렉시블 박판(40a)의 단부와 제1 용접 개방면(101)에 인접하는 제1 로드(100a)의 측면을 포함한 부분이 서로 용접되어 형성된다. 제2 용접층은 제2 플렉시블 박판(40b)의 단부와 제2 용접 개방면(102)에 인접하는 제2 로드(100b)의 측면을 포함한 부분이 서로 용접되어 형성된다. 플렉시블 박판은 상술한 바와 같이 용접에 의해서도 결합이 가능하고, 다른 예로서 볼팅이나 압착에 의해서도 제1,2 로드의 단부 영역에 전기적으로 접속 결합시킬 수 있다.
상술한 제3 실시예에서 설명한 각각의 용접층은 제1,2 용접영역에서 로드(100a,100b)와 플렉시블 박판(40a,40b) 간을 서로 용접하며, 제1,2 실시예에서 설명한 용접층(150)은 제3 용접영역에서 저열팽창 도체의 돌출부(220)와 로드(100)를 용접한다. 본 발명에서는 상술한 제3 실시예에서 설명한 각각의 측면 용접층과 제1,2 실시예에서 설명한 측면 용접층(150)에 의해 로드(100)가 공정 중에 공정온도에 의해 열팽창 하더라도 1차적인 신축성을 제공하고, 더 나아가 플렉시블 박판(40)에 의해 2차적인 신축성을 제공함으로써 로드(100)와 플레이트(10) 간의 열팽창 계수 차이로 인한 플레이트(10) 손상을 방지할 수 있다. 또한, 이에 더 나아가 본 발명에서는 로드(100)와 플레이트(10)의 중간 열팽창 계수를 가지는 저열팽창 도체(200)를 중간 매체로 사용함으로써 플레이트(10)의 손상을 더욱 방지할 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 히터(플레이트)
11 : RF전극
12 : 저항 발열체
13 : 샤프트
14 : AC 로드
15 : 그라운드 로드
16 : 수용홈
17 : 나사산(또는 나사탭)
20 : 마운트
30 : 샤프트
40 : 플렉시블 단자(또는 플렉시블 터미널, 플렉시블 소켓)
40a : 제1 플렉시블 박판
40b : 제2 플렉시블 박판
50 : 단자부
100 : 로드(또는 커넥터, 전원공급부)
100a : 제1 로드
100b : 제2 로드
101 : 제1 용접 홀(또는 제1 용접 개방면)
102 : 제2 용접 홀(또는 제2 용접 개방면)
110 : 헤드부
111 : 수용홈
120 : 지지부
130 : 길이 몸체부
140 : 용접 홀(또는 제3 용접 개방면)
150 : 결합층(또는 용접층)
200 저열팽창 도체
210 : 몸체부
220 : 돌출부(또는 결합부)
300 : 단자
400 : 고정부(또는 고정 볼트)
410 : 나사산(또는 나사탭)

Claims (17)

  1. 히터의 플레이트에 매설되는 저항 발열체에 전원을 공급하며, 상기 플레이트의 수용홈에 수용되는 로드,
    상기 플레이트의 수용홈에 수용되어 상기 로드와 접촉 결합되는 저열팽창 도체,
    상기 저열팽창 도체와 접촉 결합되어 상기 로드 및 저열팽창 도체를 거쳐 전원을 공급받는 단자, 및
    상기 단자가 배치된 방향으로 지지힘이 작용되도록 함으로써 상기 저열팽창 도체와 단자 간의 결합 고정력을 향상시키는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드 및 저열팽창 도체가 상기 플레이트의 수용홈에 수용됨으로써 상기 로드, 저열팽창 도체, 및 단자가 각 층을 이루어 순차적으로 접촉 결합되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드는,
    저열팽창 도체 수용홈이 형성되며, 상기 저열팽창 도체와 접촉 결합되는 헤드부를 포함하며,
    상기 저열팽창 도체는,
    단자와 접촉 결합되는 몸체부, 및
    상기 몸체부의 중심영역에서 일측방향으로 돌출되어 상기 저열팽창 도체 수용홈에 수용되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 로드의 헤드부의 일측 영역에는 용접 홀 또는 브레이징 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 용접 홀 또는 브레이징 홀은 상기 저열팽창 도체의 돌출부의 단부가 드러나도록 일측 둘레영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 용접 홀 또는 브레이징 홀을 통해 상기 저열팽창 도체의 돌출부와 상기 로드의 헤드부가 측면 용접됨으로써 열팽창에 따른 신축성을 제공하여 상기 플레이트의 깨짐을 방지하는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 저열팽창 도체의 몸체부와 상기 단자를 접촉 결합하는 결합층은 금, 은, 백금, 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 금속으로 이루어지는 용가재에 의해 브레이징 결합되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용가재는,
    티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오브 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 활성 금속을 함유하여 내산화성을 높이는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 로드의 헤드부와 상기 저열팽창 도체의 돌출부를 접촉 결합하는 결합층은 금, 은, 백금, 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 금속으로 이루어지는 용가재에 의해 브레이징 결합되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 용가재는,
    티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오브 및 마그네슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상의 활성 금속을 함유하여 내산화성을 높이는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 플레이트의 수용홈의 내벽과 상기 로드의 사이 공간에 둘레방향으로 수용 결합됨으로써 상기 지지힘이 저열팽창 도체와 단자에 가해지도록 하는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 플레이트의 수용홈의 내벽에는 두께방향 또는 폭을 따라 둘레방향으로 나사산이 형성되며,
    상기 고정부의 외측 둘레방향으로 나사산이 형성됨으로써 상기 내벽과 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 저열팽창 도체의 열팽창 계수는 상기 로드와 단자의 중간 열팽창 계수 값을 가지는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드는 니켈, 니켈기 내열합금, 금, 백금, 및 은으로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며,
    상기 저열팽창 도체는 몰리브덴, 텅스텐, 몰리브덴-텅스텐 합금, 텅스텐-구리-니켈 합금, 및 코바르로 이루어지는 군으로부터 선택된 한 종류 이상으로 이루어지며,
    상기 단자는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드는,
    상기 로드의 헤드부의 직경보다 크게 상기 저열팽창 도체 수용홈으로부터 일정거리 이격 형성되는 지지부, 및
    상기 지지부에서 길이방향으로 연장 형성되는 길이 몸체부를 포함하며,
    상기 고정부는,
    플레이트의 수용홈의 내벽과 상기 로드의 길이 몸체부의 사이 공간에서 상기 지지부의 외측 둘레면에 지지되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 로드의 헤드부 및 저열팽창 도체의 몸체부의 직경은 상기 로드의 지지부의 직경보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 저열팽창 도체의 몸체부의 직경은 상기 로드의 헤드부의 직경보다 크게 형성되며,
    상기 고정부는,
    플레이트의 수용홈의 내벽과 상기 로드의 몸체부의 사이 공간에서 상기 저열팽창 도체의 몸체부의 외측 둘레면에 지지되는 것을 특징으로 하는 히터의 단자접합 구조.
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