KR20210126472A - 진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체 - Google Patents

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KR20210126472A
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Abstract

발열체의 인쇄성과, 접착성, 및 열 효율이 향상된 진공 히터 소자에 관한 것이다. 진공 히터 소자는 일면에 트렌치(trench) 구조가 형성된 기판과, 상기 기판의 일면에 진공 브레이징 접합되는 덮개를 포함하는 케이스; 상기 트렌치 구조에 인쇄되고, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 발열체; 일부가 상기 케이스 내부에 배치되고 나머지가 상기 케이스 외부에 배치되며, 외부의 전원 공급부와 상기 발열체를 전기적으로 연결시키는 피드스루; 및 상기 케이스 내부에 배치되어 상기 케이스 내부의 진공 상태를 유지하기 위한 게터;를 포함할 수 있다.

Description

진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체{Vacuum heater element and heater assembly comprising the same}
본 발명은 전열장치에 적용되는 진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트렌치 구조를 갖는 기판에 발열체를 인쇄함으로써 고점도의 페이스트로 이루어진 발열체의 인쇄성 및 접착성을 향상시킬 수 있는 진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 발열체가 위치한 케이스 내부를 진공으로 형성함으로써 높은 온도의 구현이 가능한 진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 히터 조립체에 구비된 발열체는 전열장치에 설치되어 외부에서 전원을 공급받으면, 전기에너지를 열에너지로 바꾸어 그 열을 외부로 복사하여 에너지를 전달할 수 있다.
이러한 발열체를 그 재질에 따라 분류하면 크게 금속발열체, 비금속발열체, 기타발열체로 나눌 수 있다. 초기 발열체의 주류를 이루는 금속발열체는 Fe-Cr-Al계, Ni-Cr계 그리고 고융점 금속(백금, Mo, W, Ta 등)이 있으며, MgO 등의 무기절연물을 충전한 금속관의 표면에 원적외선 방사물질을 표면 처리하여 형성될 수 있다. 비금속발열체로는 탄화규소, 몰리브덴 실리사이드, 란탄크로마이트, 카본, 지르코니아 등이 이용될 수 있다. 그리고, 기타발열체로는 세라믹스재질, 탄산바륨, 후막 저항(thick film resistor) 등이 이용될 수 있다.
발열체를 그 외적 형태에 따라 분류할 때, 흔히 열선이라고 일컫는 선형의 발열체와 면상발열체로 나눌 수 있다. 선형의 발열체의 대표적인 예로는 필라멘트와 니크롬선을 들 수 있다. 그리고, 면상 발열체란 얇은 면상의 전도성 발열체 위에 금속 전극을 양 끝에 설치한 후 절연재로 절연 처리하여 면 전체에서 발열하는 발열체를 총칭하는데, 이에는 금속박판을 이용한 것, 발열도료(카본)를 이용한 것, 탄소섬유를 이용한 것 등이 있다.
최근 에너지 절약과 환경 문제에 대한 새로운 인식으로 인해 많은 국가에서 발열체의 제조 및 응용분야에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
종래의 발열체 중 니크롬선을 이용한 선형의 발열체는 가정용 및 공업용으로 널리 보급되고 있으나, 전기적 및 발열특성에 대한 불안정한 요소를 내재하고 있다. 즉, 니크롬선 발열체는 전기가 하나의 선을 통하여 흐르기 때문에 발열선의 어느 한 부분이라도 끊어지면 전기가 통하지 않는 문제가 있다. 또한, 사용하면서 시간이 경과함에 따라 산화반응으로 인해 줄열(Joule heating)이 발생하고, 이는 니크롬선을 가늘게 하여 온도 제어가 어려워지고 수명이 단축되는 등의 문제가 있다.
한편, 세라믹을 이용한 면상 발열체의 경우, 도전성 물질(Filler)의 함량이 많아질 수록 전도성, 열 효율, 내열성 측면에서는 좋아지지만 반대로 인쇄성, 접착성, 작업성 등이 좋지 못하여 고점도의 페이스트를 적용하기에 어려움이 있다. 또한, 카본계 페이스트를 사용하는 면상 발열체의 경우 300 ~ 400℃이상의 고내열성을 가지기 어려우므로, 열 효율이 좋지 못한 단점이 있다.
공개특허공보 10-2019-0025801 (2019.03.12 공개)
본 발명의 과제는 트렌치 구조를 갖는 기판에 발열체를 인쇄함으로써 고점도의 페이스트로 이루어진 발열체의 인쇄성 및 접착성을 향상시킬 수 있으며, 열 효율이 향상되어 사용시 높은 온도의 구현이 가능한 진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체에 관한 것이다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공 히터 소자는 일면에 트렌치(trench) 구조가 형성된 기판과, 상기 기판의 일면에 진공 브레이징 접합되는 덮개를 포함하는 케이스; 상기 트렌치 구조에 인쇄되고, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 발열체; 일부가 상기 케이스 내부에 배치되고 나머지가 상기 케이스 외부에 배치되며, 외부의 전원 공급부와 상기 발열체를 전기적으로 연결시키는 피드스루; 및 상기 케이스 내부에 배치되어 상기 케이스 내부의 진공 상태를 유지하기 위한 게터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트렌치 구조는 100 ~ 10,000㎛의 선폭을 갖도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 트렌치 구조는 100 ~ 10,000㎛의 피치(pitch)를 갖도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 트렌치 구조는 100 ~ 10,000㎛의 깊이로 형성되고, 0.2 ~ 1,000의 종횡비를 갖도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 트렌치 구조는 양단이 상기 기판의 측면까지 연장되어 상기 기판의 측면에 개구를 형성하고, 상기 피드스루는 상기 개구에 삽입되어 일부가 상기 트렌치 구조에 배치될 수 있다.
또한, 상기 피드스루는 사각 기둥 형상으로 형성된 이탈 방지부와, 상기 이탈 방지부의 일면으로부터 돌출된 핀부재를 포함하고, 상기 트렌치 구조의 양단은 상기 피드스루의 형상과 대응되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 발열체는 도전성 분말과, 금속 분말과, 수지 바인더, 및 분산제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 분말은 Graphene Nanoplatelet(GNP)와 Carbon Nano Tube(CNT) 중 선택된 하나 또는 모두를 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이스 내부는 10-3 ~ 10-7 torr의 진공도를 갖도록 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 히터 조립체는 상기 히터 조립체를 복수개 포함하는 히터 모듈; 및 상기 각각의 히터 조립체에 구비된 피드스루와 접속되어, 상기 히터 조립체를 개별적으로 구동하는 제어보드;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공 히터 소자는 매트릭스(matrix) 구조로 배치될 수 있다.
또한, 상기 진공 히터 소자는 좌우 너비가 각각 2 ~ 100mm의 크기를 갖는 초소형으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어보드는 상기 각각의 진공 히터 소자와 전기적으로 연결되는 회로부와, 외부에서 전원을 공급받아 상기 회로부에 연결된 상기 진공 히터 소자를 선택적으로 온/오프하는 제어 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어보드는 상기 각각의 진공 히터 소자로 공급되는 전압 또는 전류의 크기를 조절하여 상기 진공 히터 소자의 온도를 개별적으로 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발열체가 기판의 일면에 형성된 트렌치 구조에 디스펜싱 인쇄 등을 통해 충진되는 방법으로 인쇄되므로, 발열체에 도전성 분말의 함량이 높게 포함되더라도 트렌치 구조에 발열체를 안정적으로 부착 및 형성할 수 있다.
또한, 트렌치 구조의 형상에 따라 발열체의 외관이 정해지므로 트렌치 구조의 선폭과, 피치와, 깊이 및 종횡비 등을 적절히 제어하는 경우, 기판에 인쇄되는 발열체의 면적을 최대로 하여 열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도전성 분말의 함량이 높게 포함된 고성능 발열체가 트렌치 구조에 의하여 기판 내부에 고종횡비로 인쇄되므로, 니크롬선을 이용한 종래의 발열체와 같이 줄열(Joule heating)에 의하여 열선이 단선되는 문제를 해결할 수 있다.
아울러, 발열체가 위치한 케이스 내부를 진공으로 형성함으로써 종래에 탄소 소재를 사용한 발열체에서 문제되었던 산화에 의한 특성 저하가 없어 사용시 높은 온도의 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 히터 소자의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 진공 히터 소자의 분해 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 기판의 일면을 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 조립체의 사시도.
도 5 및 도 6은 도 4의 히터 소자 모듈의 구동 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 조립체의 사시도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 진공 히터 소자 및 이를 포함하는 히터 조립체에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 히터 소자의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 진공 히터 소자의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 기판의 일면을 도시한 평면도이다.
이하 본 실시예에서는 진공 히터 소자(100)를 전열장치에 적용되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되지는 않으며, 열원을 필요로 하는 각종 발열체 및 전자제품에 적용 가능하다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 진공 히터 소자(100)는 케이스(110)와, 발열체(120)와, 피드스루(130), 및 게터(140)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 진공 히터 소자(100)의 외관을 이루는 것으로서, 기판(111)과 덮개(112)를 포함할 수 있다.
기판(111)은 일면에 소정의 깊이를 갖도록 마련된 트렌치(trench) 구조(111a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(111)은 세라믹 재질로 형성될 수 있고, 트렌치 구조(111a)는 미세한 기계가공이나 대량생산에 유리한 고압 프레스 및 CIP(Cold Isostatic Press, 냉간정수압성형)공법으로 성형하는 방법, 그리고 초미세 간극을 위한 포토리소그래피 및 에칭 방법을 사용하여 기판(111) 상에 소정의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 포토리소그래피로 포토레지스트를 패턴하여 에칭 마스크를 만든 후, RIE(Reactive Ion Etching) 등의 에칭법을 사용하여 기판(111) 상에 트렌치 구조(111a)를 형성할 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 형성된 트렌치 구조(111a)는 “ㄹ”자 형 패턴이 연속되는 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 트렌치의 형상은 이에 한정되지 않으며, X축 방향 및 Y축 방향으로 연속되는 선의 형상이라면 다양하게 구현 가능하다. 즉, 트렌치 구조(111a)는 기판(111) 상에 프리패턴(prepattern)될 수 있다.
트렌치 구조(111a)는 양단이 기판(111)의 측면까지 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판(111)에의 측면에는 트렌치 구조(111a)에 의하여 개구(111b)가 형성될 수 있고, 이 개구(111b)를 통해 후술되는 피드스루(130)가 트렌치 구조(111a)에 삽입 및 안착될 수 있다.
트렌치 구조(111a)는 100 ~ 10,000㎛의 선폭(W)을 갖도록 제공될 수 있다. 이는 트렌치 구조(111a)의 선폭(W)이 100㎛ 미만으로 형성되는 경우 가공이 어려우며, 10,000㎛를 초과하는 경우 기판(111)의 크기가 증가하여 진공 히터 소자(100)의 크기가 필요 이상으로 커질 수 있기 때문이다.
트렌치 구조(111a)는 100 ~ 10,000㎛의 피치(pitch)를 갖도록 제공될 수 있다. 즉, 도 3에서 보았을 때, Y축 방향으로 이격된 트렌치 구조(111a) 사이의 간격이 100 ~ 10,000㎛의 크기를 갖도록 제공될 수 있다. 이는 트렌치 구조(111a)의 피치(P)가 100㎛ 미만으로 형성되는 경우 발열체(120)를 트렌치 구조(111a)에 인쇄하기 어렵고, 10,000㎛를 초과하는 경우 트렌치 구조(111a)에 인쇄되는 발열체(120)의 면적이 줄어들어 열 효율이 저하될 수 있기 때문이다.
트렌치 구조(111a)는 100 ~ 10,000㎛의 깊이를 갖도록 제공될 수 있다. 이는 트렌치 구조(111a)의 깊이가 100㎛ 미만으로 형성되는 경우 트렌치 구조(111a)에 인쇄되는 발열체(120)의 면적이 줄어들어 열 효율이 저하될 수 있고, 10,000㎛를 초과하는 경우 발열체(120)의 면적은 증가하나 기판(111)의 높이 또한 증가시켜야 하므로 진공 히터 소자(100)의 크기가 필요 이상으로 커질 수 있기 때문이다.
이러한 트렌치 구조(111a)의 특성을 고려하였을 때, 트렌치 구조(111a)는 0.2 ~ 1,000의 종횡비를 유지하는 것이 바람직하다. 즉, 도 3에서 보았을 때 Y축 방향의 길이와 X축 방향의 길이의 비가 0.2 ~ 1,000을 갖도록 형성함으로써, 트렌치 구조(111a)에 인쇄되는 발열체(120)의 형상을 최적의 조건으로 구현할 수 있다.
덮개(112)는 기판(111)의 일면에 진공 브레이징(brazing) 접합될 수 있다. 이에 따라, 기판(111)의 일면은 덮개(112)에 의하여 밀봉되고, 케이스(110) 내부는 진공의 상태를 유지할 수 있게 된다. 이처럼 케이스(110) 내부가 진공 상태를 이루는 경우, 열 전도와 대류를 차단해 줌으로써 진공 히터 소자(100)의 구동시 열 효율을 향상시킬 수 있고, 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
발열체(120)는 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 것으로서, 30 ~ 900℃로 저온에서 고온까지 구동 가능하며, 도전성 분말과, 금속 분말과, 산화물 분말과, 수지 바인더와, 유기용매 및 분산제를 포함하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 도전성 분말은 Graphene Nanoplatelet(GNP)와 Carbon Nano Tube(CNT)중 선택된 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 그리고, 금속 분말은 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W, Mo, Si 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 수지 바인더는 에틸셀룰로스, 아크릴 수지, 페놀계 수지 또는 폴리비닐 부티랄 수지 등을 포함할 수 있고, 유기용매는 텍사놀, 알파터피네올, BCA 등을 포함할 수 있으며, 분산제는 BYK류의 분산제를 포함할 수 있다. 이때, 도전성 분말과, 금속 분말, 및 산화물 분말 등을 100 중량부에 대하여 10 내지 80 중량부로 함량을 높게 형성함으로써 진공 히터 소자(100)의 열 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 발열체(120)를 구성하는 도전성 분말의 함량이 높게 형성되는 경우, 발열체(120)는 트렌치 구조(111a)와의 접착성이 떨어질 수 있다. 이에 따라, 발열체(120)는 금속분말 중 접착성을 부여하는 소재를 포함시켜 트렌치 구조(111a)에 인쇄될 수 있다. 이러한 접착성을 부여하는 소재는 Ni, Fe, Co, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Pb, Cr, Ti, Ta, Al, In, W, Mo, Si 또는 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
따라서, 발열체(120)에 도전성 분말이 많이 포함되어 있더라도 트렌치 구조(111a)에 발열체(120)를 안정적으로 부착시킬 수 있으며, 별도의 접착물을 필요로 하지 않아 소결과 같은 후처리 공정이 요구되지 않는 장점이 있다.
발열체(120)의 인쇄 방법은 종래의 발열체 인쇄 방법과 마찬가지로 스크린 인쇄로 형성될 수 있으나, 높은 종횡비를 갖는 트렌치 구조(111a)에 발열체(120)를 효과적으로 인쇄하는 방법은 압축공기를 이용하여 페이스트를 고압으로 정량 토출할 수 있는 디스펜싱 인쇄 방법이 적합하다.
발열체(120)는 트렌치 구조(111a)에 인쇄되므로, 트렌치 구조(111a)의 형상에 따라 외관이 결정될 수 있다. 즉, 발열체(120)는 트렌치 구조(111a)와 마찬가지로 100 ~ 10,000㎛의 선폭과, 100 ~ 10,000㎛의 피치와, 100 ~ 10,000㎛의 깊이와, 0.2 ~ 1,000의 종횡비를 갖도록 제공될 수 있다.
이와 같이, 도전성 분말의 함량이 높게 포함된 발열체(120)가 트렌치 구조(111a)에 의하여 기판(111) 내부에 고종횡비로 인쇄됨에 따라, 니크롬선을 이용한 종래의 발열체와 같이 줄열(Joule heating)에 의하여 열선이 단선되는 문제를 해결할 수 있다.
피드스루(130)는 외부의 전원 공급부와 발열체(120)를 전기적으로 연결시키기 위한 것으로서, 일부가 케이스(110) 내부에 배치되고 나머지가 케이스(110) 외부에 배치될 수 있다. 즉, 피드스루(130)는 케이스(110) 내부에 설치된 발열체(120)로 외부 전원을 공급하기 위한 것으로서, 일단이 발열체(120)와 접촉하도록 배치되고 타단이 케이스(110) 외부로 노출되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 피드스루(130)는 한 쌍으로 마련될 수 있으며, 기판(111)의 측면에 형성된 개구(111b)에 삽입되어 일부가 트렌치 구조(111a)에 배치될 수 있다.
피드스루(130)는 사각 기둥 형상으로 형성된 이탈 방지부(131)와, 이탈 방지부(131)의 일면으로부터 돌출된 핀부재(132)를 포함할 수 있다. 즉, 피드스루(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 "T"자 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 트렌치 구조(111a)의 양단은 피드스루(130)가 안착될 수 있도록 피드스루(130)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판(111)에는 단턱(111c)이 형성될 수 있고, 이로 인해 피드스루(130)는 트렌치 구조(111a)에 안착되었을 때 이탈 방지부(131)가 단턱(111c)에 걸려 기판(111)으로부터 이탈하지 않게 된다.
피드스루(130)는 기판(111)에 에폭시 수지와 같은 접착제를 통해 부착되거나, 기판(111)과 덮개(112)를 진공 브레이징 패키징할 때 기판(111)과 덮개(112) 사이에 함께 브레이징 접합될 수 있다.
게터(getter, 140)는 케이스(110) 내부에 배치되어 케이스(110) 내부의 진공 상태를 유지할 수 있다. 이러한 게터(140)는 열이 가해지면 활성화되어 표면의 보호막이 사라지면서 H2, H2O, N2, CO 등의 기체가 게터(140) 표면에 흡착되는 원리를 이용한 것으로서, 타이타늄, 바륨, 지르코늄, 바나듐, 철 등의 합금으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 게터(140)는 직사각형의 바 형상으로 형성되어 트렌치 구조(111a)에 배치될 수 있으며, 보다 구체적으로는 발열체(120)와 간섭되지 않도록 피드스루(130)의 이탈 방지부(131) 주변에 배치될 수 있다.
이와 같이, 게터(140)가 케이스(110) 내부에 배치됨에 따라 케이스(110) 내부를 10-3 ~ 10-7 torr의 고진공도로 유지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 진공 히터 소자(100)의 발열체(120)는 기판(111)의 일면에 형성된 트렌치 구조(111a)에 디스펜싱 인쇄 등을 통해 충진되는 방법으로 인쇄되므로, 발열체(120)에 도전성 분말의 함량이 높게 포함되더라도 트렌치 구조(111a)에 발열체(120)를 안정적으로 부착시킬 수 있다.
또한, 트렌치 구조(111a)의 형상에 따라 발열체(120)의 외관이 정해지므로 트렌치 구조(111a)의 선폭과, 피치와, 깊이 및 종횡비 등을 적절히 제어하는 경우, 기판(111)에 인쇄되는 발열체(120)의 면적을 최대로 하여 열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도전성 분말의 함량이 높게 포함된 고성능 발열체(120)가 트렌치 구조(111a)에 의하여 기판(111) 내부에 고종횡비로 인쇄되므로, 니크롬선을 이용한 종래의 발열체와 같이 줄열(Joule heating)에 의하여 열선이 단선되는 문제를 해결할 수 있다.
아울러, 발열체(120)가 위치한 케이스(110) 내부를 진공으로 형성함으로써 종래에 탄소 소재를 사용한 발열체에서 문제되었던 산화에 의한 특성 저하가 없어 사용시 높은 온도의 구현이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 조립체의 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 히터 모듈의 구동 예를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 조립체의 사시도이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 히터 조립체(1)는 상술한 진공 히터 소자(100)를 복수개 포함하는 히터 모듈(10), 및 프로그램을 통해 진공 히터 소자(100)를 안정적이면서도 개별적으로 구동하기 위한 제어보드(20)를 포함할 수 있다.
히터 모듈(10)은 복수의 진공 히터 소자(100)를 매트릭스(matrix) 구조로 배치함으로써 형성될 수 있다. 즉, 히터 모듈(10)은 진공 히터 소자(100) 각각을 일정 행렬을 갖도록 배열함으로써 형성될 수 있다. 이러한 진공 히터 소자(100)의 개수는 한정되지 않으며, 히터 조립체(1)의 발열 성능에 따라 적절히 조절 가능하다.
제어보드(20)는 각각의 진공 히터 소자(100)에 구비된 피드스루(130)와 접속되어, 진공 히터 소자(100)를 개별적으로 구동시킬 수 있다. 본 실시예에서는 제어보드(20)가 단일로 구성된 것으로 도시하였으나, 제어보드(20)는 진공 히터 소자(100)를 개별적으로 구동하기 위한 제어보드, 프로그램 구동을 위한 제어보드, 그리고 안정된 구동을 위한 제어보드로 이루어질 수 있다.
제어보드(20)는 각각의 진공 히터 소자(100)와 전기적으로 연결되는 회로부(21)와, 외부에서 전원을 공급받아 회로부(21)에 연결된 진공 히터 소자(100)를 선택적으로 온/오프하는 제어 스위치(22)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 회로부(21)는 진공 히터 소자(100)의 피드스루(130)와 솔더링 및 물리적으로 체결되어 각각의 진공 히터 소자(100)와 개별적으로 연결될 수 있으며, 실장된 MPU(Micro Processor Unit, 미도시)를 통해 제어 신호를 생성할 수 있다. 그러면, 제어 스위치(22)는 제어 신호에 따라 선택된 진공 히터 소자(100)를 구동시킬 수 있다.
진공 히터 소자(100)는 제어보드(20)에 의하여 개별적인 온도의 제어가 가능할 수 있다. 예를 들어, 진공 히터 소자(100)로 공급되는 전압 또는 전류의 크기를 조절함으로써 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 진공 히터 소자(100)의 온도를 자유롭게 제어할 수 있다. 즉, 회로부(21)를 통해 각각의 진공 히터 소자(100)로 공급되는 전압 또는 전류를 미세 조절함으로써 원하는 진공 히터 소자(100)만 구동시킬 수 있는 멀티구동이 가능하여, 로컬 온도의 제어가 가능해진다.
본 실시예에서는 히터 모듈(10)에 구비된 진공 히터 소자(100) 모두가 개별적으로 제어되는 것으로 설명하였으나, 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 행에 있는 진공 히터 소자(100)를 결선하여 블록을 형성한 후, 제어보드(20)와 전기적으로 연결시킴으로써 각각의 열에 위치한 블록들을 개별적으로 제어할 수도 있다.
한편, 진공 히터 소자(100)는 좌우 너비가 각각 2 ~ 100mm의 크기를 갖는 초소형으로 제공될 수 있다. 이와 같이, 진공 히터 소자(100)가 초소형으로 제조됨에 따라, 히터 조립체(1)에 보다 많은 진공 히터 소자(100)를 배치시킬 수 있고, 이는 로컬 온도의 제어의 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 히터 조립체
10: 히터 모듈
20: 제어보드
100: 진공 히터 소자
110: 케이스
111: 기판
111a: 트렌치 구조
112: 덮개
120; 발열체
130: 피드스루
140: 게터

Claims (14)

  1. 일면에 트렌치(trench) 구조가 형성된 기판과, 상기 기판의 일면에 진공 브레이징 접합되는 덮개를 포함하는 케이스;
    상기 트렌치 구조에 인쇄되고, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 발열체;
    일부가 상기 케이스 내부에 배치되고 나머지가 상기 케이스 외부에 배치되며, 외부의 전원 공급부와 상기 발열체를 전기적으로 연결시키는 피드스루; 및
    상기 케이스 내부에 배치되어 상기 케이스 내부의 진공 상태를 유지하기 위한 게터;
    를 포함하는 진공 히터 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 구조는 100 ~ 10,000㎛의 선폭을 갖도록 제공되는 진공 히터 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 구조는 100 ~ 10,000㎛의 피치(pitch)를 갖도록 제공되는 진공 히터 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 구조는 100 ~ 10,000㎛의 깊이로 형성되고, 0.2 ~ 1,000의 종횡비를 갖도록 제공되는 진공 히터 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 구조는 양단이 상기 기판의 측면까지 연장되어 상기 기판의 측면에 개구를 형성하고, 상기 피드스루는 상기 개구에 삽입되어 일부가 상기 트렌치 구조에 배치되는 진공 히터 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피드스루는 사각 기둥 형상으로 형성된 이탈 방지부와, 상기 이탈 방지부의 일면으로부터 돌출된 핀부재를 포함하고, 상기 트렌치 구조의 양단은 상기 피드스루의 형상과 대응되게 형성되는 진공 히터 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 도전성 분말과, 금속 분말과, 산화물 분말과, 수지 바인더와, 유기용매 및 분산제를 포함하는 진공 히터 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전성 분말은 Graphene Nanoplatelet(GNP)와 Carbon Nano Tube(CNT) 중 선택된 하나 또는 모두를 포함하는 진공 히터 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 내부는 10-3 ~ 10-7 torr의 진공도를 갖도록 제공되는 진공 히터 소자.
  10. 제1항 내지 제9항에 따른 진공 히터 소자를 복수개 포함하는 히터 모듈; 및
    상기 각각의 진공 히터 소자에 구비된 피드스루와 접속되어, 상기 진공 히터 소자를 개별적으로 구동하는 제어보드;
    를 포함하는 히터 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진공 히터 소자는 매트릭스(matrix) 구조로 배치되는 히터 조립체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 진공 히터 소자는 좌우 너비가 각각 2 ~ 100mm의 크기를 갖는 초소형으로 제공되는 히터 조립체.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제어보드는,
    상기 각각의 진공 히터 소자와 전기적으로 연결되는 회로부와, 외부에서 전원을 공급받아 상기 회로부에 연결된 상기 진공 히터 소자를 선택적으로 온/오프하는 제어 스위치를 포함하는 히터 조립체.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제어보드는 상기 각각의 진공 히터 소자로 공급되는 전압 또는 전류의 크기를 조절하여 상기 진공 히터 소자의 온도를 개별적으로 제어하는 히터 조립체.
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