KR20220169652A - 세라믹 히터용 전기 단자 구조 - Google Patents

세라믹 히터용 전기 단자 구조 Download PDF

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김주환
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Abstract

본 발명은 히터의 세라믹 기판 기체 내부에 배선된 열선 또는 정전기 발생 전극과, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하기 위한 전기 단자 구조로서,
상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면이 노출되도록 세라믹 기판의 하부면으로부터 형성된 관통공; 금속 봉 형상의 부재로서, 상기 관통공 내부에 삽입되어 상단면이 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 전기적으로 연결된 전기 공급 부재; 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면에, 상부면이 접촉되거나 하부로 일정거리 이격되게 위치되고, 상기 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입된 상태로 고정되며, 내주면이 상기 관통공으로 노출되어 상기 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합되는 링형 커넥터;를 포함하는 세라믹 히터용 전기 단자 구조를 제공한다.

Description

세라믹 히터용 전기 단자 구조{Electrical terminal structure for ceramic heater}
본 발명은 세라믹 히터용 전기 단자 구조에 관한 것으로서, 특히 반복적인 열하중에 노출되더라도 응력집중에 의한 접합부 손상이나 세라믹 기판의 파손이 발생되지 않는 세라믹 히터용 전기 단자 구조에 관한 것이다.
세라믹 히터(ceramic heater)는, 반도체를 제조하는 공정 중에 반도체 웨이퍼(wafer)를 가열하기 위한 장치인데, 도 1에는 그러한 세라믹 히터(1)의 일례가 도시되어 있다.
상기 세라믹 히터(1)는, 질화알루미늄(AlN; aluminium nitride) 또는 산화알루미늄(Al2O3; aluminium oxide) 등의 세라믹 소재를 이용하여 제조되는 원형 평판 부재인 세라믹 기판(2)과, 상기 세라믹 기판(2)의 하면에 부착되는 중공형 샤프트(3)와, 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 배선되어 열을 발산하는 열선(4)과, 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 배선되며, 상기 반도체 웨이퍼를 흡착하기 위한 정전기를 발생시키는 정전기 발생 전극(5)과, 상기 중공형 샤프트(3)의 중공에 배치되며 열선(4)에 전기를 공급하는 로드 부재인 제1 전기 공급 부재(6)와, 상기 제1 전기 공급 부재(6)와 상기 열선(4)을 연결시켜 주는 제1 연결 부재(7)와, 상기 중공형 샤프트(3)의 중공에 배치되며 상기 정전기 발생 전극(5)에 전기를 공급하는 로드 부재인 제2 전기 공급 부재(6')와, 상기 제2 전기 공급 부재(6')와 상기 정전기 발생 전극(5)을 연결시켜 주는 제2 연결 부재(7')와, 상기 전기 공급 부재(6, 6')들을 세라믹 기판(2)의 하면에 형성된 관통공(11)에 고정시켜주는 고리 형상의 가이드 부재(10)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 가이드 부재(10)는 걸림턱(13)까지 삽입된 상태로 상기 가이드 삽입공(12)의 내주면에 나사결합되며, 상기 제1 연결 부재(7)와 제1 전기 공급 부재(6) 및 가이드 부재(10)는 브레이징(brazing)으로 접합된다.
상술한 구성의 세라믹 히터(1)는, 상기 열선(4)에 의하여 상기 반도체 웨이퍼를 가열하고, 상기 정전기 발생 전극(5)에 의하여 발생되는 정전기를 이용하여 상기 반도체 웨이퍼를 흡착하여 고정하게 된다.
그러나, 종래의 세라믹 히터(1)에서는, 상기 제1 전기 공급 부재(6)와 가이드 부재(10)가 13.3*10-6*K-1의 열팽창 계수를 가지는 니켈(Ni)로 제조되며, 상기 세라믹 기판(2)은 열팽창 계수 4.4*10-6*K-1인 질화알루미늄(AlN; aluminium nitride) 또는 열팽창 계수 8.0*10-6*K-1인 산화알루미늄(Al2O3; aluminium oxide) 등의 세라믹 소재로 제조되는 바, 상기 제1 전기 공급 부재(6)와 가이드 부재(10) 및 세라믹 기판(2) 간의 열팽창 계수 차이가 커서, 고온의 반복적인 열하중이 작용할 경우, 응력집중에 의하여 상기 제1 연결 부재(7)와 제1 전기 공급 부재(6) 간의 접합부가 손상되거나, 상기 세라믹 기판(2)이 파손되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 보완하기 위하여, 상기 제1 전기 공급 부재(6)의 열팽창 계수와 상기 세라믹 기판(2)의 열팽창계수 사이의 중간값을 열팽창 계수로 가지는 제3의 부재(미도시)를 상기 제1 연결 부재(7)와 제1 전기 공급 부재(6) 사이에 장착하기도 하였으나, 이럴 경우 전류의 흐름을 방해할 수 있는 추가적인 저항이 발생되는 문제점이 있었다.
일본 등록특허 10-1345482호
본 발명은 종래기술의 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서,
세라믹 기판 기체 내부에 배선된 열선 또는 정전기 발생 전극과, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하는 전기 단자 구조가 반복적인 열하중에 노출되더라도, 전기 단자 구조의 팽창 또는 수축에 의해 발생하는 변위를 효과적으로 흡수함으로써, 상기 열선 및 정전기 발생 전극, 및 세라믹 기판이 손상되거나, 전기 단자 구조의 접합부가 파손되는 것을 방지할 수 있는 세라믹 히터용 전기 단자 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
히터의 세라믹 기판 기체(基體) 내부에 배선된 열선 또는 정전기 발생 전극과, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하기 위한 전기 단자 구조로서,
상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면이 노출되도록 세라믹 기판의 하부면으로부터 형성된 관통공;
금속 봉 형상의 부재로서, 상기 관통공 내부에 삽입되어 상단면이 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 전기적으로 연결된 전기 공급 부재;
상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면에, 상부면이 접촉되거나 하부로 일정거리 이격되게 위치되고, 상기 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입된 상태로 고정되며, 내주면이 상기 관통공으로 노출되어 상기 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합되는 링형 커넥터;를 포함하는 세라믹 히터용 전기 단자 구조를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 링형 커넥터는 설치형태를 기준으로 수직방향 절단면이 다각형, 원 또는 타원 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 링형 커넥터는 금속 소재로 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 전기 단자 구조는 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 상기 전기 공급 부재의 상단면 사이에 게재되고, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면 및 상기 전기 공급 부재의 상단면과 접합되는 인서트 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 인서트 부재는 관통공의 형태에 부합하는 측부 외주면을 가지는 플레이트 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 링형 커넥터는 상기 인서트 부재 측부 외주면과 접합될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 인서트 부재는 전도성 세라믹 소재 또는 금속 소재로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 전기 공급 부재는 일단부가 상기 관통공에 삽입되는 본체부; 및 상기 본체부의 측부 외주면에 형성되며, 상기 본체부의 측부 외주면으로부터 상기 본체부의 길이 방향과 교차하는 방향으로 내측으로 함입된 다수개의 홈부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 다수개의 홈부는 상기 본체부의 길이 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 마련되며, 상기 다수개의 홈부 함입은 좌우 교대로 번갈아 가며 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 홈부는 상기 전기 공급 부재와 링형 커넥터의 접합부보다 아래 쪽에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 홈부는 내측으로 함입된 깊이가 상기 본체부의 일단부 최대 직경의 0.5배 내지 0.9배일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 본체부는 원형 단면의 금속 봉 부재이며, 상기 홈부는 상기 본체부의 길이 방향과 수직한 방향으로 함입된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 세라믹 히터용 전기 단자 구조는 상기 관통공과 연통되도록 형성된 가이드 삽입공; 및 상기 가이드 삽입공의 내주면에 결합되어 있는 고리 형상의 가이드 부재;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 세라믹 히터용 전기 단자 구조는 상기 가이드 삽입공과 상기 관통공 사이에 형성된 걸림턱을 더 포함하며, 상기 가이드 부재는 상기 걸림턱까지 삽입된 상태로 상기 가이드 삽입공의 내주면에 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 링형 커넥터가 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입된 상태로 고정되고, 그의 내주면이 관통공으로 노출되어 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합됨으로써,
전기 단자 구조가 열에 의해 팽창되는 경우, 팽창 압력이 열선 또는 정전기 발생 전극 및 이들이 위치하는 세라믹 기판에 전달되는 것을 효과적으로 방지하여, 이들의 파손을 방지하며; 전기 단자 구조가 냉각에 의해 수축되는 경우, 이에 의해 전기 공급 부재의 상단면과 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면의 전기적 연결부가 파손되는 것을 효과적으로 방지한다.
또한, 전기 공급 부재의 본체부 측부 외주면에 형성되는 다수개의 홈부를 구비하여 전기 단자 구조의 팽창 및 수축에 의해 발생하는 길이 변위를 흡수함으로써, 열선 또는 정전기 발생 전극 및 이들이 위치하는 세라믹 기판이 파손되는 것을 효과적으로 방지하며, 전기 공급 부재의 본체부 상단면과 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면의 전기적 연결부가 파손되는 것을 효과적으로 방지한다.
도 1은 종래의 세라믹 히터를 나타내는 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열선과 제1 연결 부재 및 제1 전기 공급 부재 간의 연결 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 열선과 제1 연결 부재 및 제1 전기 공급 부재를 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 정전기 발생 전극과 제2 연결 부재 및 제2 전기 공급 부재 간의 연결 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 정전기 발생 전극과 제2 연결 부재 및 제2 전기 공급 부재를 나타내는 분리 사시도이다.
도 6은 본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조의 일 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 10은 상기 도 9 및 도 10에 사용된 전기 단자의 주요 구성요소를 나타낸 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 13은 상기 도 11 및 도 12에 사용된 전기 단자의 주요 구성요소를 나타낸 분해 사시도이다.
도 14 및 도 15은 본 발명의 전기 공급 부재의 일 실시 형태를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조(100, 200)는, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 히터의 세라믹 기판(2) 기체(基體) 내부에 배선된 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)과, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재(20)를 서로 연결하기 위한 전기 단자 구조로서,
상기 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)의 하부면이 노출되도록 세라믹 기판의 하부면으로부터 형성된 관통공(11);
금속 봉 형상의 부재로서, 상기 관통공 내부에 삽입되어 상단면이 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 전기적으로 연결된 전기 공급 부재(20);
상기 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)의 하부면에, 상부면이 접촉되거나 하부로 일정거리 이격되게 위치되고, 세라믹 기판(2)의 기체 내부에 삽입된 상태로 고정되며, 내주면이 상기 관통공(11)으로 노출되어 상기 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합되는 링형 커넥터(9);를 포함하는 세라믹 히터용 전기 단자 구조를 제공한다.
상기 링형 커넥터(9)는 설치형태를 기준으로 수직방향 절단면이 다각형, 원 또는 타원 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)의 하부면에, 상부면이 접촉되거나 하부로 일정거리 이격되게 위치되고, 세라믹 기판(2)의 기체 내부에 삽입된 상태로 고정되며, 내주면이 상기 관통공(11)으로 노출되어 상기 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합될 수 있는 형태라면, 어떠한 형태라도 사용될 수 있다.
상기 링형 커넥터(9)의 형태는 완벽한 상태의 링 형태만을 의미하는 것은 아니며, 링 형상과 유사한 형태를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 링형 커넥터(9)는 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입된 형태로 전기 공급 부재(20)와 접합되어 전기 공급 부재를 더 잘 지지할 수 있는 구조라면, 다양한 형태로 변형될 수도 있다.
상기 링형 커넥터(9)의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 세라믹 기판의 기채 내부에 삽입시 고정력을 확보할 수 있는 사이즈라면 어떠한 사이즈의 것도 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 링형 커넥터(9)의 상부면이 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)의 하부면과 이격되게 위치되어, 상기 이격부에 소정 두께의 세라믹 기판의 기체가 게재되는 경우, 이렇게 게재되는 세라믹 기판의 기체가 상기 링형 커넥터가 상방향으로 이동하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 링형 커넥터(9)의 하부면에도 세라믹 기판의 기체가 위치되므로, 링형 커넥터가 하부 방향으로 이동하는 것을 차단한다.
상기 링형 커넥터(9)는 상기 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합되므로, 상기 전기 공급 부재가 상방향으로 팽창하여 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5), 또는 이들이 위치된 세라믹 기판을 손상시키는 것을 효과적으로 방지하며, 또한, 상기 전기 공급 부재가 하부방향으로 수축되어, 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)과의 전기적 연결이 손상되는 것을 효과적으로 방지한다.
상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 전기 공급 부재(20)의 전기적 연결은 이 분야에 공지된 방법으로 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기 공급 부재(20)의 상부면이 직접 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면에 접합되는 형태로 이루어질 수 있으며, 또한, 전기 전도성을 갖는 연결 부재를 게재하여 이를 통하여 전기적 연결을 형성할 수도 있다.
상기 링형 커넥터(9)는 내주면이 상기 관통공(11)으로 노출되어 상기 전기 공급 부재(20) 측부 외주면과 접합되는데, 이 때 상기 링형 커넥터(9)의 내주면은 일부 또는 전부가 상기 관통공(11)으로 노출될 수 있다. 예를 들어, 내주면 전면이 관통공으로 노출될 수도 있으며, 일부 돌출된 내주면만 관통공으로 노출되고, 나머지 내주면은 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입된 형태로 존재할 수도 있다. 이 때, 상기 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입되는 부분의 사이즈는 링형 커넥터(9)의 고정력 및 이의 팽창에 의한 세라믹 기판의 손상 등을 고려하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 링형 커넥터(9)는 금속 소재로 제조된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적에 부합하는 소재라면 어떤 소재로 제조된 것이라도 사용이 가능하다. 예를 들어, 몰리부덴, 텅스텐, 나이오븀(Nb), 티타늄, 및 레늄(Rhenium)으로 이루진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들에서 선택되는 1종 이상의 합금이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 전기 단자 구조는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)의 하부면과 상기 전기 공급 부재(20)의 상단면 사이에 게재되고, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면 및 상기 전기 공급 부재의 상단면과 접합되는 인서트 부재(8)를 더 포함할 수 있다.
상기 인서트 부재(8)는 관통공(11)의 형태에 부합하는 측부 외주면을 가지는 플레이트 형태를 가질 수 있으나, 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)의 하부면과 전기 공급 부재(20) 상단면을 연결하여 접합시킬 수 있는 형태로서, 필요한 경우 링형 커넥터(9)와 접합시킬 수 있는 형태라면, 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 인서트 부재(8)는 전도성 세라믹 소재 또는 금속 소재로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 인서트 부재가 세라믹 기판의 기체 소재와 유사한 소재로 형성되는 경우, 팽창 또는 수축률이 유사하므로 더 바람직한 효과를 제공할 수 있다. 상기 인서트 부재용 소재로는 예를 들어, 몰리부덴, 텅스텐, 나이오븀(Nb), 코발트, 인듐, 티타늄, 및 레늄(Rhenium)으로 이루진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들에서 선택되는 1종 이상의 합금이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 상기 링형 커넥터(9)는 상기 인서트 부재(8) 측부 외주면과 접합될 수 있다. 이 경우, 상기 링형 커넥터(9)는 상기 인서트 부재(8) 측부 외주면 및 상기 전기 공급 부재(20) 측부 외주면과 접합을 형성한 형태일 수 있다. 그러나, 본 발명이 상기 링형 커넥터(9)가 상기 인서트 부재(8) 측부 외주면과 단독으로 접합되고, 상기 전기 공급 부재(20) 측부 외주면과 접합을 형성하지 않은 구조를 제외하는 것은 아니다.
이하에서, 도 8 내지 도 9의 도면을 참고하여 본 발명의 세라믹 히터의 전기 단자 구조에 대하여 더 자세히 설명한다. 본 발명의 세라믹 히터의 전기 단자 구조(100, 200)는 반도체 웨이퍼(wafer)를 가열하기 위한 세라믹 히터(ceramic heater)에 사용되는 것이다. 이하에서는, 상기 전기 단자 구조가 도 1에 도시된 세라믹 히터(1)에 사용되는 것을 전제로 설명한다.
상기 세라믹 히터의 세라믹 기판(2)은, 열팽창 계수 4.4*10-6*K-1인 질화알루미늄(AlN; aluminium nitride) 또는 열팽창 계수 8.0*10-6*K-1인 산화알루미늄(Al2O3; aluminium oxide), 산질화알루미늄(AlON) 등의 세라믹 소재를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 세라믹 기판(2)의 하부면에는 상기 열선(4) 및 정전기 발생 전극(5)까지 연통되는 관통공(11)이 형성되어 있으며, 상기 관통공(11)의 아래에는 상기 관통공(11)보다 더 큰 직경의 가이드 삽입공(12)이 상기 관통공(11)과 연통되도록 형성될 수 있으며, 상기 관통공(11)과 가이드 삽입공(12) 사이에는 걸림턱 (13)이 형성될 수 있다.
상기 관통공(11)은 인서트 부재(8) 및 전기 공급 부재(20)가 삽입될 수 있는 구조로 형성되며, 링형 커넥터(9) 내주면의 노출 및 상기 링형 커넥터(9)와 인서트 부재(8) 및 전기 공급 부재(20)의 접합을 고려하여 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 직경이 다른 2개 이상의 원통형 공간이 연통되는 형태로 형성할 수 있으며, 하나의 원통형 공간으로 형성될 수도 있다. 이러한 관통공(11)의 형태는 상기 전기 공급 부재(20)의 형상 및 위에서 언급된 고려 사항에 맞추어 형성될 수 있다.
상기 열선(4)은, 몰리브덴(Mo; molybdenum) 또는 텅스텐(W; tungsten)과 같은 도전성 금속 재질의 와이어로서, 원형 단면을 가지며, 상기 세라믹 기판(2)의 전체 영역에 걸쳐서 다양한 밀도와 형상을 가진 패턴으로 배선될 수 있다. 여기서, 상기 몰리브덴(Mo)의 열팽창 계수는 5.1*10-6*K-1의 값을 가지며, 상기 텅스텐(W)의 열팽창 계수는 5.4*10-6*K-1의 값을 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 열선(4)은 양단이 상기 중공형 샤프트(3)의 중공 내부와 연결되도록 위치된 상태로, 세라믹 기판(2)의 내부에 배선될 수 있다.
상기 정전기 발생 전극(5)은, 몰리브덴(Mo; molybdenum) 또는 텅스텐(W; tungsten)과 같은 도전성 금속으로 제조되는 그물망(mesh) 형상의 부재로서, 상기 세라믹 기판(2)의 내부에 배선될 수 있다. 여기서, 상기 몰리브덴(Mo)의 열팽창 계수는 5.1*10-6*K-1의 값을 가지며, 상기 텅스텐(W)의 열팽창 계수는 5.4*10-6*K-1의 값을 가질 수 있다.
상기 전기 공급 부재(20)는, 상기 열선(4) 및 정전기 발생 전극(5)에 전기를 공급하는 금속 봉 부재로서, 상기 중공형 샤프트(3)의 중공 내부에 배치되며, 본체부(21)와 홈부(도 11, 23)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 금속 봉 부재는 원형, 타원형, 다각형의 단면을 갖는 형태일 수 있다. 상기 전기 공급 부재(20)는 13.3*10-6*K-1의 열팽창 계수를 가지는 니켈(Ni)로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 본체부(21)는, 예를 들어, 중심축을 기준으로 원형의 단면을 가진 금속 봉 부재로서, 상단부가 상기 가이드 부재(10)의 중공(14)을 관통한 상태로, 상기 세라믹 기판(2)의 하면에 형성된 관통공(11)에 삽입될 수 있다.
상기 본체부(21)는, 상기 가이드 부재(10)의 중공(14)에 브레이징을 통하여 결합될 수 있다.
상기 가이드 부재(10)는 중공(14)을 가진 원형 고리 형상의 금속 부재로서, 일단부가 상기 걸림턱(13)까지 삽입된 상태로, 외주면이 상기 가이드 삽입공(12)의 내주면에 나사결합될 수 있다.
도 10은 도 8 및 도 9에서 사용된 본 발명의 세라믹 히터의 전기 단자 구조의 주요 구성요소를 분리하여 나타낸 분해사시도이다.
도 11 내지 도 12은 상기 도 8 및 도 9과 비교하여, 전기 공급 부재(20)에 홈부(23)가 더 형성된 형태를 도시한다. 그러므로, 상기 홈부(23)를 제외한 부분에 대한 설명은 위의 도 8 및 도 9에서 설명된 것과 동일하다.
상기 도 11 및 도 12에서, 상기 전기 공급 부재(20)는 일단부가 상기 관통공(11)에 삽입되는 본체부(21); 및 상기 본체부의 측부 외주면에 형성되며, 상기 본체부의 측부 외주면으로부터 상기 본체부의 길이 방향과 교차하는 방향으로 내측으로 함입된 다수개의 홈부(23);를 포함한다.
상기 다수개의 홈부(23)는 상기 본체부의 길이 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 마련되며, 상기 다수개의 홈부 함입은 좌우 교대로 번갈아 가며 형성될 수 있다.
상기 홈부(23)는 상기 인서트 부재(8) 및 전기 공급 부재(20) 중의 어느 하나 이상과 링형 커넥터(9)의 접합부보다 아래 쪽에 형성될 수 있다.
상기 홈부(23)는 내측으로 함입된 깊이가 상기 본체부의 일단부 최대 직경의 0.5배 내지 0.9배일 수 있다.
상기 홈부(23)는 상기 본체부의 길이 방향과 수직한 방향으로 함입된 것이 바람직할 수 있다.
도 13은 도 11 및 도 12에서 사용된 본 발명의 세라믹 히터의 전기 단자 구조의 주요 구성요소를 분리하여 나타낸 분해사시도이다.
이하에서 도 14 및 도 15을 참조하여, 상기 전기 공급 부재(20)의 본체(21) 및 홈부(23) 등에 대하여 더 자세히 설명한다.
상기 전기 공급 부재(20)는, 상기 열선(4) 및 정전기 발생 전극(5)에 전기를 공급하는 금속 봉 부재로서, 상기 중공형 샤프트(3)의 중공 내부에 배치되며, 본체부(21)와 홈부(23)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 금속 봉 부재는 원형, 타원형, 다각형의 단면을 갖는 형태일 수 있다. 상기 전기 공급 부재(20)는 13.3*10-6*K-1의 열팽창 계수를 가지는 니켈(Ni)로 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 본체부(21)는, 중심선(C)을 기준으로 원형의 단면을 가진 금속 봉 부재로서, 상단부가 상기 가이드 부재(10)의 중공(14)을 관통한 상태로, 상기 세라믹 기판(2)의 하면에 형성된 관통공(11)에 삽입될 수 있다.
상기 본체부(21)는, 상기 가이드 부재(10)의 중공(14)에 브레이징을 통하여 결합될 수 있다. 여기서, 상기 억지 끼워 맞춤은 소위 열박음(shrinkage fitting)이나 냉박음 공법으로 수행될 수도 있다.
상기 홈부(23)는, 상기 본체부(21)의 상단부에 하나 이상이 형성될 수 있으며, 바람직하게는 한 쌍 이상이 형성될 수 있다. 상기 본체부(21)의 표면으로부터 상기 본체부(21)의 길이 방향과 수직한 방향으로 내측으로 함입된 홈(groove) 형태일 수 있다.
상기 홈부(23)의 함입된 깊이(L1)는, 상기 본체부(21)의 상단부 최대 직경(D)의 0.5배 내지 0.9배의 값을 가지도록 깊게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 깊이(L1)가 상기 최대 직경(D)의 0.5배 미만이면 후술할 날개부(22)의 탄성변형이 작아지는 단점이 있으며, 상기 깊이(L1)가 상기 최대 직경(D)의 0.9배를 초과하면 후술할 연결부(24)가 구조적으로 취약해지는 단점이 있다.
본 실시예에서는 상기 홈부(23)의 함입된 깊이(L1)가 상기 본체부(21)의 상단부 최대 직경(D)의 0.5배 내지 0.8배, 더욱 바람직하게는 0.7 배의 값을 가질 수 있으며, 상기 홈부(23)가 상기 중심선(C)을 지난 위치까지 연장되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 홈부(23)가 형성되는 경우, 상기 홈부(23)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 본체부(21)의 상단부 우측과 좌측에 번갈아 형성될 수 있으며, 상기 본체부(21)의 상단부 끝면으로부터 미리 정한 거리(L2)만큼 이격된 위치에 배치될 수 있다.
따라서, 상기 본체부(21)는 상기 홈부(23)가 형성됨에 따라, 본체부(21)의 길이 방향으로 형성되는 연결부(24)와 상기 연결부(24)로부터 수평하게 연장된 날개부(22)를 반복해서 가지게 되어, "ㄹ"자 형상으로 꾸불꾸불한 형상을 가질 수 있다.
결국, 상기 본체부(21)의 "ㄹ"자 형상 상단부는 스프링과 같은 탄성을 가지게 되며, 고온에 의하여 상기 본체부(21)가 길이 방향으로 늘어나거나 상기 본체부(21)에 굽힘 변형 생기더라도, 상기 본체부(21)의 날개부(22)가 탄성 변형됨으로써 상기 본체부(21)의 열변형을 흡수하게 된다.
도 14 및 도 15에 예시된 바와 같이, 상기 본체부(21)의 "ㄹ"자 형상부는 그의 상단부와 비교하여 더 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 이렇게 상기 "ㄹ"자 형상부의 직경이 더 큰 경우, 더 큰 탄성을 갖도록 "ㄹ"자 형상부가 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 홈부위 형성에 의해 약화될 수 있는 본체부(21)의 지지력도 강화시킬 수 있으므로 바람직하다.
상술한 구성의 세라믹 히터의 전기 단자 구조는, 상기 본체부(21)의 다수개의 홈부(23)에 의해 형성된 "ㄹ"자 형상부가 전기 공급 부재(20)의 열변형에 의해 발생하는 팽창 및 수축 변위를 흡수함으로써, 전기 공급 부재(20)의 팽창에 의한 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5) 및 세라믹 기판의 손상을 효과적으로 방지하며, 수축에 의한 열선(4) 또는 정전기 발생 전극(5)과 인서트 부재(8)의 접합부의 손상, 또는 인서트 부재(8)와 전기 공급 부재(20)의 접합부의 손상을 효과적으로 방지한다.
본 발명에서 접합은 브레이징 접합 등 이 분야에 공지된 접합 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 세라믹 히터용 전기 단자 구조에 있어서, 상기에서 기술된 구성을 제외하고는 이 분야에 공지된 구성이 제한없이 채용될 수 있다. 그러므로, 이러한 구성에 대한 설명은 생략한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만,
발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1: 세라믹 히터 2: 세라믹 기판
3: 샤프트 4: 열선
5: 정전기 발생 전극 8: 인서트 부재
9: 링형 커넥터 10: 가이드 부재
11: 관통공 12: 가이드 삽입공
13: 걸림턱 14: 중공
20: 전기 공급 부재 21: 본체부
22: 날개부 23: 홈부
24: 연결부

Claims (14)

  1. 히터의 세라믹 기판 기체 내부에 배선된 열선 또는 정전기 발생 전극과, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극에 전기를 공급하는 전기 공급 부재를 서로 연결하기 위한 전기 단자 구조로서,
    상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면이 노출되도록 세라믹 기판의 하부면으로부터 형성된 관통공;
    금속 봉 형상의 부재로서, 상기 관통공 내부에 삽입되어 상단면이 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 전기적으로 연결된 전기 공급 부재;
    상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면에, 상부면이 접촉되거나 하부로 일정거리 이격되게 위치되고, 상기 세라믹 기판의 기체 내부에 삽입된 상태로 고정되며, 내주면이 상기 관통공으로 노출되어 상기 전기 공급 부재 측부 외주면과 접합되는 링형 커넥터;를 포함하는 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 링형 커넥터는 설치형태를 기준으로 수직방향 절단면이 다각형, 원 또는 타원 형태인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 링형 커넥터는 금속 소재로 제조된 것인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기 단자 구조는 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면과 상기 전기 공급 부재의 상단면 사이에 게재되고, 상기 열선 또는 정전기 발생 전극의 하부면 및 상기 전기 공급 부재의 상단면과 접합되는 인서트 부재를 더 포함하는 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인서트 부재는 관통공의 형태에 부합하는 측부 외주면을 가지는 플레이트 형태인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 링형 커넥터가 상기 인서트 부재 측부 외주면과 접합된 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 인서트 부재는 전도성 세라믹 소재 또는 금속 소재로 제조된 것인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기 공급 부재는 일단부가 상기 관통공에 삽입되는 본체부; 및 상기 본체부의 측부 외주면에 형성되며, 상기 본체부의 측부 외주면으로부터 상기 본체부의 길이 방향과 교차하는 방향으로 내측으로 함입된 다수개의 홈부;를 포함하는 것인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다수개의 홈부는 상기 본체부의 길이 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 마련되며, 상기 다수개의 홈부 함입은 좌우 교대로 번갈아 가며 이루어진 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 홈부는 상기 전기 공급 부재와 링형 커넥터의 접합부보다 아래 쪽에 형성되는 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 홈부는 내측으로 함입된 깊이가 상기 본체부의 일단부 최대 직경의 0.5배 내지 0.9배인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 본체부는 원형 단면의 금속 봉 부재이며,
    상기 홈부는 상기 본체부의 길이 방향과 수직한 방향으로 함입된 것인 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 관통공과 연통되도록 형성된 가이드 삽입공; 및
    상기 가이드 삽입공의 내주면에 결합되어 있는 고리 형상의 가이드 부재;
    를 더 포함하는 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가이드 삽입공과 상기 관통공 사이에 형성된 걸림턱을 더 포함하며,
    상기 가이드 부재는 상기 걸림턱까지 삽입된 상태로 상기 가이드 삽입공의 내주면에 고정되는 세라믹 히터용 전기 단자 구조.
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