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WO2021020597A1 - 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물 - Google Patents

온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물 Download PDF

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WO2021020597A1
WO2021020597A1 PCT/KR2019/009339 KR2019009339W WO2021020597A1 WO 2021020597 A1 WO2021020597 A1 WO 2021020597A1 KR 2019009339 W KR2019009339 W KR 2019009339W WO 2021020597 A1 WO2021020597 A1 WO 2021020597A1
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insulating layer
electrode
temperature sensor
heating element
sensor
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2019/009339
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English (en)
French (fr)
Inventor
금진
양찬우
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Interflex Co Ltd
Original Assignee
Interflex Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Interflex Co Ltd filed Critical Interflex Co Ltd
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Priority to PCT/KR2019/009339 priority patent/WO2021020597A1/ko
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G—PHYSICS
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G01K1/143—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations for measuring surface temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/006—Thin film resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/18—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material comprising a plurality of layers stacked between terminals

Definitions

  • the present invention relates to a temperature sensor and a heating structure including the same, and more particularly, to a temperature sensor for measuring the temperature of the heating element and a heating structure including the same.
  • the heating structure means a structure that generates heat by receiving current from an external power source.
  • the heating structure includes a heating element, a supply electrode connected to an external power source and supplying current to the heating element, and an insulating layer that electrically insulates them from other components.
  • These heating structures are used in various devices such as electronic cigarettes, heat transfer mats, and industrial warming devices, and serve to supply heat to a desired space or parts.
  • a temperature sensor is usually installed.
  • the temperature sensor measures the temperature of the heating element and transmits the measured information to a separate control unit. Accordingly, the operator adjusts the intensity of the current supplied to the heating element through the supply electrode based on the temperature information of the heating element stored in the control unit.
  • the temperature sensor is manufactured in a chip type.
  • a chip-type temperature sensor has a problem in that it must be attached to the heating element using a separate bonding means.
  • the chip-type temperature sensor has a limit in the area in contact with the heating element, there is a problem that the temperature of the heating element cannot be accurately measured.
  • the present invention has been created to solve the above problems, and can be easily attached to a heating element without a separate adhesive means, and provides a temperature sensor that makes contact with the heating element through a larger area, and a heating structure including the same. There is a purpose to do.
  • the first insulating layer having electrical insulation performance; A sensor electrode that is seated on the upper side of the first insulating layer and changes the intensity of a current conducted according to a change in heat generated from the heating element; And a second insulating layer covering an upper side of the sensor electrode, wherein the sensor electrode is disposed in parallel with the first insulating layer, and a temperature sensor having a plurality of bent portions formed from one end to the other end is provided.
  • the heating element A supply electrode connected to an external power source to supply current to the heating element; And a temperature sensor installed on one side of the heating element and measuring a temperature of the heating element, wherein the temperature sensor includes a first insulating layer in a thin film shape, and seated on an upper side of the first insulating layer, and the heating element A sensor electrode whose intensity of a conductive current varies according to a change in heat generated from the sensor electrode, and a second insulating layer covering an upper side of the sensor electrode, wherein the sensor electrode is disposed parallel to the first insulating layer, A heating structure in which a plurality of bent portions are formed is provided from one end to the other end.
  • the sensor electrode has a resistance value of 10 to 1000 ⁇ at one end and the other end, respectively.
  • the sensor electrode is manufactured by an etching method.
  • the sensor electrode includes a first electrode layer containing a material selected from nickel, molybdenum, and silver, and a second electrode layer seated on the first electrode layer and containing copper. do.
  • the first electrode layer has a thickness of 0.1 to 1 ⁇ m
  • the second electrode layer has a thickness of 1 to 50 ⁇ m.
  • the heating structure according to the present invention further includes a third insulating layer on which the heating element and the supply electrode are seated on the upper side, and a fourth insulating layer covering the upper side of the heating element and the supply electrode, and the temperature sensor comprises: It is seated on the upper surface of the fourth insulating layer.
  • the heating structure according to the present invention further includes a metal layer on which the third insulating layer is seated.
  • the heating structure according to the present invention includes a third insulating layer on which the heating element and the supply electrode are seated below the first insulating layer, and a fourth insulating layer covering the lower side of the heating element and the supply electrode. And a metal layer interposed between the first insulating layer and the third insulating layer.
  • a first insulating layer of a thin film a sensor electrode seated on the first insulating layer and having a plurality of bent portions, and a second insulating layer covering the sensor electrode.
  • the temperature sensor and the heating structure including the same there is an advantage in that a response time to temperature is increased as compared to a conventional chip type temperature sensor. That is, according to the temperature sensor and the heating structure including the same according to the present invention, by providing a film type temperature sensor, it is possible to form a thickness thinner than that of a conventional chip type temperature sensor, so that the heat capacity can be kept low. Of course, there is an advantage in that the reaction rate (change of resistance value) by heat is increased.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a heating structure according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a temperature sensor showing a state cut along line A-A of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the sensor electrode shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the heating structure cut along line A-A of FIG. 1, and is a view showing a first embodiment of the heating structure according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a heating structure cut along line A-A of FIG. 1, showing a second embodiment of the heating structure according to the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a heating structure cut along line A-A of FIG. 1, and is a view showing a third embodiment of the heating structure according to the present invention.
  • FIG. 7 to 10 are plan views of FIG. 1, illustrating various patterns of a heating element and a sensor electrode.
  • the temperature sensor 100 according to the present invention is installed on the upper side of the heating element 12 and measures the temperature of the heating element 12.
  • the temperature sensor 100 according to the present invention includes a first insulating layer 110, a sensor electrode 120 and a second insulating layer 130.
  • the first insulating layer 110 is formed of a thin film and has electrical insulation performance.
  • the sensor electrode 120 is mounted on the upper side of the first insulating layer 110, and the intensity of the conducted current changes according to the change of heat generated from the heating element 12.
  • the sensor electrode 120 is connected to an external control unit (not shown), and the control unit determines the amount of heat change of the heating element 12 based on the change in the intensity of the current conducted to the heating element 12 Yields Further, the control unit infers the temperature currently represented by the heating element 12 based on the calculated amount of heat change. Based on the inferred temperature value of the heating element 12, the intensity of the current supplied to the heating element 12 through the supply electrode 13 is adjusted.
  • the sensor electrode 120 is disposed in parallel with the first insulating layer 130, as shown in FIGS. 7 to 10, and a plurality of bent portions 123 from one end 121 to the other end 122 ) Is formed.
  • 7 to 10 show that the sensor electrode 120 is bent at a right angle in the plurality of bent portions 123, this is only an example, and the sensor electrode 120 is the plurality of bent portions. It may be bent to have a curvature at (123), or may be bent to show an angle other than a right angle.
  • the second insulating layer 130 covers the upper side of the sensor electrode 120. Accordingly, the temperature sensor 100 is designed in a shape having a film-type structure as a whole as the first insulating layer 110, the sensor electrode 120, and the second insulating layer 130 are stacked. Therefore, according to the temperature sensor 100 and the heating structure 10 including the same according to the present invention, when compared to the conventional temperature sensor 100 was designed in a chip (Chip) type, the temperature sensor 100 It can be more easily attached to the heating element 12, it can be made to be in contact with the heating element 12 through a wider area.
  • Chip Chip
  • the sensor electrode 120 may be formed such that one end 121 and the other end 122 have resistance values of 10 to 1000 ⁇ , respectively.
  • the resistance value of one end 121 and the other end 122 of the sensor electrode 120 is less than 10 ⁇ or exceeds 1000 ⁇ , the temperature measurement function by the sensor electrode 120 is significantly reduced. Occurs. Therefore, in order to more effectively measure the temperature of the heating element 12 through the sensor electrode 120, the sensor electrode 120 has one end 121 and the other end 122 representing resistance values of 10 to 1000 ⁇ , respectively. It can be said that it is formed so as to be.
  • the sensor electrode 120 may be manufactured by an etching method. Etching refers to a method of leaving only a necessary part of an object and removing the remaining part by using a chemical solution or gas. Such etching includes a dry method using a gas, plasma, or ion beam, and a wet method using a chemical agent. When the sensor electrode 120 is manufactured by using such an etching method, the pattern of the sensor electrode 120 that the practitioner wants can be more precisely implemented on the first insulating layer 110.
  • the sensor electrode 120 may include a first electrode layer 124 and a second electrode layer 125.
  • the first electrode layer 124 contains one material selected from nickel, molybdenum, and silver in a weight ratio of 30% or more.
  • the second electrode layer 125 is mounted on the upper side of the first electrode layer 124 and contains copper.
  • Nickel, Molybdenum, and Silver are materials with strong corrosion resistance, and copper is a material with good conductivity. Therefore, when the first electrode layer 124 is formed of nickel, molybdenum, and silver, and the second electrode layer 125 is formed of copper, the corrosion resistance of the sensor electrode 120 and Both conductivity can be improved.
  • the first electrode layer 124 may have a thickness D1 of 0.1 to 1 ⁇ m
  • the second electrode layer 125 may have a thickness D2 of 1 to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the sensor electrode 120 In order to change the intensity of the current conducted to the sensor electrode 120 according to the change of heat generated from the heating element 12, the thickness of the sensor electrode 120 must be secured to some extent.
  • the first electrode layer 124 since the second electrode layer 125 has excellent conductivity compared to the first electrode layer 124, for a more effective temperature measurement function, the first electrode layer 124 has a thickness D1 of 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the second electrode layer 125 has a thickness D2 of 1 to 50 ⁇ m.
  • heating structures 10, 20, and 30 according to the first to third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • the heating structures 10, 20, and 30 according to the first to third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
  • the second embodiment of the present invention only portions that are different from the first embodiment will be described.
  • the third embodiment of the present invention only portions that are different from the second embodiment will be described.
  • the heating structure 10 according to the first embodiment of the present invention, the temperature sensor 100, the third insulating layer 11, the heating element 12, the supply electrode 13, It includes 4 insulating layers 14.
  • the third insulating layer 11 is disposed under the temperature sensor 100.
  • the heating element 12 is disposed between the third insulating layer 11 and the temperature sensor 100 and is mounted on the upper side of the third insulating layer 11.
  • the supply electrode 13 is disposed between the third insulating layer 11 and the temperature sensor 100 and is connected to the heating element 12.
  • the supply electrode 13 applies a current supplied from an external power source (not shown) to the heating element 12.
  • the heating element 12 receiving current from the supply electrode 13 generates heat.
  • the fourth insulating layer 14 is interposed between the heating element 12 and the temperature sensor 100, and covers the upper side of the heating element 12 and the supply electrode 13.
  • the first insulating layer 110 is mounted on the fourth insulating layer 14.
  • the heating structure 20 further includes a metal layer 15 based on the first embodiment of the present invention.
  • the metal layer 15 is disposed under the third insulating layer 11.
  • the metal layer 15 is in contact with an object to be heated (not shown) to transfer heat generated from the heating element 12 to the object to be heated.
  • the heating structure 30 according to the third embodiment of the present invention includes the third insulating layer 11, the heating element 12, and the supply electrode 13 based on the second embodiment of the present invention. ), the fourth insulating layer 14 and the metal layer 15 are designed in a vertically inverted structure. That is, as shown in Fig. 6, the metal layer 15, the third insulating layer 11, the heating element 12 and the supply electrode 13, and the A fourth insulating layer 14 is provided.
  • the heating structure 30 according to the third embodiment of the present invention it is possible to more smoothly measure the temperature of the heating element 12 by the temperature sensor 100.
  • heating elements 12a, 12b, 12c, and 12d various modifications of the heating elements 12a, 12b, 12c, and 12d and the sensor electrodes 120a, 120b, 120c, and 120d will be described with reference to FIGS. 7 to 10.
  • the heating elements 12a and 12b may be disposed on the third insulating layer 11 to be spaced apart by two or more pieces.
  • the sensor electrodes 120a and 120b may be formed to be arranged in a pattern on the upper side of each of the heating elements 12a and 12b.
  • the heating elements 12c and 12d may be formed as a single piece on the third insulating layer 11.
  • the sensor electrodes 120c and 120d may be formed to be patterned on one of the heating elements 12c and 12d.
  • the sensor electrodes 120c and 120d may be formed to cover most of the area of the heating element 12c as shown in FIG. 9, or may be formed to cover only a very small part of the heating element 12d as shown in FIG. 10.
  • the heating structures 10a, 10b, 10c, and 10d shown in FIGS. 7 to 10 the pattern and shape of the sensor electrodes 120a, 120b, 120c, 120d and the temperature sensor 100 according to the purpose of the practitioner By changing, it is possible to measure various parts of the heating elements 12a, 12b, 12c, and 12d that the practitioner wants.
  • a first insulating layer of a thin film As described above, according to the temperature sensor and the heating structure including the same according to the present invention, a first insulating layer of a thin film, a sensor electrode seated on the first insulating layer and having a plurality of bent portions, and covering the sensor electrode.
  • the temperature sensor can be more easily attached to the heating element, and it can be brought into contact with the heating element through a wider area.
  • the temperature sensor and the heating structure including the same there is an advantage in that a response time to temperature is increased as compared to a conventional chip type temperature sensor. That is, according to the temperature sensor and the heating structure including the same according to the present invention, by providing a film type temperature sensor, it is possible to form a thickness thinner than that of a conventional chip type temperature sensor, so that the heat capacity can be kept low. Of course, there is an advantage in that the reaction rate (change of resistance value) by heat is increased.

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Abstract

본 발명은, 발열체의 온도를 측정하는 것으로서, 전기적 절연 성능을 갖는 제1절연층; 상기 제1절연층의 상측에 안착되며, 발열체로부터 발생되는 열의 변화에 따라 도전되는 전류의 세기가 변화하는 센서전극; 및 상기 센서전극의 상측을 덮는 제2절연층을 포함하되, 상기 센서전극은, 상기 제1절연층과 평행하게 배치되고, 일단에서 타단으로 갈수록 복수개의 절곡부가 형성된 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물을 제공한다. 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 박막의 제1절연층과, 제1절연층에 안착되며 복수개의 절곡부를 갖는 센서전극과, 센서전극을 덮는 제2절연층을 포함하는 필름 타입의 온도센서를 구비함으로써, 온도센서를 발열체에 보다 용이하게 부착시킬 수 있으며, 보다 넓은 면적을 통하여 발열체와 접촉되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 종래의 칩(Chip) 타입의 온도센서와 비교하였을 때, 온도에 대한 반응시간(Response time)이 빨라진다는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 필름(Film) 타입의 온도센서를 구비함으로써, 종래의 칩 타입의 온도센서보다 두께를 얇게 형성할 수 있어, 열용량을 낮게 유지할 수 있음은 물론, 열에 의한 반응 속도(저항값 변화)가 빨라진다는 장점이 있다.

Description

온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물
본 발명은 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발열체의 온도를 측정하는 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 발열구조물이란, 외부 전원으로부터 전류를 공급받아 열을 발생시키는 구조물을 의미한다. 발열구조물은, 발열체와, 외부 전원에 녀결되며 발열체로 전류를 공급하는 공급전극과, 이들을 다른 부품과 전기적으로 절연시켜주는 절연층을 포함한다. 이러한 발열구조물은, 전자담배, 전열매트, 산업용 보온기구 등 다양한 장치에 사용되어, 목적하는 공간이나 부품으로 열을 공급하는 역할을 한다.
한편, 이러한 발열구조물에는, 통상 온도센서가 설치된다. 온도센서는 발열체의 온도를 측정하며, 측정된 정보를 별도의 제어부로 전달한다. 따라서 실시자는 제어부에 저장된 발열체의 온도 정보에 기초하여, 공급전극을 통해 발열체로 공급되는 전류의 세기를 조절하게 된다.
이때, 종래의 발열구조물에 의하면, 온도센서는 칩(Chip) 타입으로 제조된다는 특징이 있다. 이러한 칩 타입의 온도센서는, 별도의 접착수단을 이용하여 발열체에 부착시켜야 한다는 문제가 있다. 또한, 칩 타입의 온도센서는, 발열체와 접촉되는 면적에 한계가 있으므로, 발열체의 온도를 정확히 측정하지 못한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 별도의 접착수단이 없이도 발열체에 용이하게 부착시킬 수 있으며, 보다 넓은 면적을 통하여 발열체와 접촉되도록 하는 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 발열체의 온도를 측정하는 것으로서, 전기적 절연 성능을 갖는 제1절연층; 상기 제1절연층의 상측에 안착되며, 발열체로부터 발생되는 열의 변화에 따라 도전되는 전류의 세기가 변화하는 센서전극; 및 상기 센서전극의 상측을 덮는 제2절연층을 포함하되, 상기 센서전극은, 상기 제1절연층과 평행하게 배치되고, 일단에서 타단으로 갈수록 복수개의 절곡부가 형성된 온도센서가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 발열체; 외부 전원에 연결되어 상기 발열체로 전류를 공급하는 공급전극; 및 상기 발열체의 일 측에 설치되며, 상기 발열체의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하되, 상기 온도센서는, 박막 형상의 제1절연층과, 상기 제1절연층의 상측에 안착되며, 상기 발열체로부터 발생되는 열의 변화에 따라 도전되는 전류의 세기가 변화하는 센서전극과, 상기 센서전극의 상측을 덮는 제2절연층을 포함하며, 상기 센서전극은, 상기 제1절연층과 평행하게 배치되고, 일단에서 타단으로 갈수록 복수개의 절곡부가 형성된 발열구조물이 제공된다.
상기 센서전극은, 일단과 타단이 각각 10 내지 1000Ω의 저항값을 나타낸다.
상기 센서전극은, 에칭(Etching) 공법에 의해 제조된다.
상기 센서전극은, 니켈(Nickel), 몰리브덴(Molybdenum), 은(Silver) 중에서 선택된 물질이 함유된 제1전극층과, 상기 제1전극층에 안착되며, 구리(Copper)가 함유된 제2전극층을 포함한다.
상기 제1전극층은, 두께가 0.1 내지 1 ㎛이며, 상기 제2전극층은, 두께가 1 내지 50 ㎛이다.
본 발명에 따른 발열구조물은, 상기 발열체 및 상기 공급전극이 상측에 안착되는 제3절연층과, 상기 발열체 및 상기 공급전극의 상측을 덮는 제4절연층을 더 포함하며, 상기 온도센서는, 상기 제4절연층의 상면에 안착된다.
본 발명에 따른 발열구조물은, 상측에 상기 제3절연층이 안착되는 메탈층을 더 포함한다.
본 발명에 따른 발열구조물은, 상기 발열체 및 상기 공급전극이 하측에 안착되며, 상기 제1절연층의 하측에 배치되는 제3절연층과, 상기 발열체 및 상기 공급전극의 하측을 덮는 제4절연층과, 상기 제1절연층 및 상기 제3절연층의 사이에 개재되는 메탈층을 더 포함한다.
본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 박막의 제1절연층과, 제1절연층에 안착되며 복수개의 절곡부를 갖는 센서전극과, 센서전극을 덮는 제2절연층을 포함하는 필름 타입의 온도센서를 구비함으로써, 온도센서를 발열체에 보다 용이하게 부착시킬 수 있으며, 보다 넓은 면적을 통하여 발열체와 접촉되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 종래의 칩(Chip) 타입의 온도센서와 비교하였을 때, 온도에 대한 반응시간(Response time)이 빨라진다는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 필름(Film) 타입의 온도센서를 구비함으로써, 종래의 칩 타입의 온도센서보다 두께를 얇게 형성할 수 있어, 열용량을 낮게 유지할 수 있음은 물론, 열에 의한 반응 속도(저항값 변화)가 빨라진다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발열구조물의 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절단된 모습을 나타낸 온도센서의 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 센서전극의 단면도이다.
도 4는 도 1의 A-A 선을 따라 절단된 모습을 나타낸 발열구조물의 단면도로서, 본 발명에 따른 발열구조물의 제1실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 A-A 선을 따라 절단된 모습을 나타낸 발열구조물의 단면도로서, 본 발명에 따른 발열구조물의 제2실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 A-A 선을 따라 절단된 모습을 나타낸 발열구조물의 단면도로서, 본 발명에 따른 발열구조물의 제3실시예를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 10은 도 1의 평면도로서, 발열체 및 센서전극의 다양한 패턴을 도시한 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 관해 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 온도센서(100)는, 발열체(12)의 상측에 설치되는 것으로서, 상기 발열체(12)의 온도를 측정한다. 이를 위하여 본 발명에 따른 온도센서(100)는, 제1절연층(110), 센서전극(120) 및 제2절연층(130)을 포함한다. 상기 제1절연층(110)은, 박막(Thin film)으로 형성된 것으로서, 전기적 절연 성능을 갖는다. 상기 센서전극(120)은, 상기 제1절연층(110)의 상측에 안착되며, 상기 발열체(12)로부터 발생되는 열의 변화에 따라 도전되는 전류의 세기가 변화한다. 상기 센서전극(120)은 외부의 제어부(미도시)와 연결되는데, 상기 제어부는 상기 발열체(12)에 도전되는 전류의 세기의 변화에 기초하여, 상기 발열체(12)의 열 변화량이 어느 정도인지를 산출한다. 그리고 상기 제어부는, 산출된 열 변화량에 기초하여 현재 상기 발열체(12)가 나타내는 온도를 추론한다. 추론된 상기 발열체(12)의 온도값에 기초하여, 공급전극(13)을 통해 상기 발열체(12)로 공급되는 전류의 세기가 조절된다.
상기 센서전극(120)은, 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연층(130)과 평행하게 배치되며, 일단(121)에서 타단(122)로 갈수록 복수개의 절곡부(123)가 형성된다. 도 7 내지 도 10에서는 상기 복수개의 절곡부(123)에서 상기 센서전극(120)이 직각으로 절곡되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예에 불과하며, 상기 센서전극(120)은 상기 복수개의 절곡부(123)에서 곡률을 갖도록 휘어지거나, 직각이 아닌 다른 각을 나타내도록 절곡될 수도 있다.
상기 제2절연층(130)은, 상기 센서전극(120)의 상측을 덮는다. 이에 따라 상기 온도센서(100)는, 상기 제1절연층(110), 센서전극(120) 및 제2절연층(130)이 적층됨에 따라 전체로서 필름 타입의 구조를 갖는 형상으로 설계된다. 따라서 본 발명에 따른 온도센서(100) 및 이를 포함하는 발열구조물(10)에 의하면, 종래에 칩(Chip) 타입으로 온도센서(100)가 설계되던 것과 비교하였을 때, 상기 온도센서(100)를 상기 발열체(12)에 보다 용이하게 부착시킬 수 있으며, 보다 넓은 면적을 통하여 상기 발열체(12)와 접촉되도록 할 수 있다.
상기 센서전극(120)은, 일단(121)과 타단(122)이 각각 10 내지 1000Ω의 저항값을 나타내도록 형성될 수 있다. 상기 센서전극(120)의 일단(121)과 타단(122)의 저항값이 10 Ω 미만이 돠거나 1000 Ω을 초과하는 경우, 상기 센서전극(120)에 의한 온도 측정기능이 현저히 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 상기 센서전극(120)을 통해 상기 발열체(12)의 온도를 보다 효과적으로 측정하기 위하여, 상기 센서전극(120)은, 일단(121)과 타단(122)이 각각 10 내지 1000Ω의 저항값을 나타내도록 형성된다고 할 수 있다.
상기 센서전극(120)은, 에칭(Etching) 공법에 의해 제조될 수 있다. 에칭이란, 화학용액이나 가스를 이용하여 대상물 중 필요한 부분만을 남겨놓고, 나머지 부분을 제거하는 공법을 의미한다. 이러한 에칭은, 가스나 플라즈마, 이온 빔을 사용하는 건식 방법과, 화학약품을 사용하는 습식 방법이 있다. 이러한 에칭 공법을 이용하여 상기 센서전극(120)을 제조하는 경우, 상기 제1절연층(110) 상에 실시자가 목적하는 상기 센서전극(120)의 패턴을 보다 정교하게 구현할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 센서전극(120)은, 제1전극층(124)와 제2전극층(125)를 포함할 수 있다. 상기 제1전극층(124)은, 니켈(Nickel), 몰리브덴(Molybdenum), 은(Silver) 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 30%중량비 이상으로 함유한다. 상기 제2전극층(125)은, 상기 제1전극층(124)의 상측에 안착되며, 구리(Copper)를 함유한다. 니켈(Nickel), 몰리브덴(Molybdenum), 은(Silver)은, 내부식성이 강한 소재이며, 구리는 전도성이 좋은 소재이다. 따라서 상기 제1전극층(124)이 니켈(Nickel), 몰리브덴(Molybdenum), 은(Silver)으로 형성되고, 제2전극층(125)이 구리로 형성되는 경우, 상기 센서전극(120)의 내부식성 및 전도성을 모두 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 제1전극층(124)은, 두께(D1)가 0.1 내지 1 ㎛이며, 상기 제2전극층(125)는 두께(D2)가 1 내지 50 ㎛일 수 있다. 상기 발열체(12)로부터 발생되는 열의 변화에 따라 상기 센서전극(120)에 도전되는 전류의 세기가 변화하기 위해서는, 상기 센서전극(120)의 두께가 어느 정도 확보되어야 한다. 이때, 상기 제1전극층(124)에 비해 상기 제2전극층(125)이 전도성이 우수하므로, 보다 효과적인 온도 측정기능을 위해, 상기 제1전극층(124)은, 두께(D1)가 0.1 내지 1 ㎛이며, 상기 제2전극층(125)는 두께(D2)가 1 내지 50 ㎛이 되는 것이다.
이하부터는, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 발열구조물(10,20,30)에 관해 설명하도록 한다. 이때, 본 발명의 제2실시예의 경우, 제1실시예와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다. 그리고 본 발명의 제3실시예의 경우, 제2실시예와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 발열구조물(10)은, 상술한 온도센서(100), 제3절연층(11), 발열체(12), 공급전극(13), 제4절연층(14)을 포함한다. 상기 제3절연층(11)은, 상기 온도센서(100)의 하측에 배치된다. 상기 발열체(12)는, 상기 제3절연층(11)과 상기 온도센서(100)의 사이에 배치되며, 상기 제3절연층(11)의 상측에 안착된다. 상기 공급전극(13)은, 상기 제3절연층(11)과 상기 온도센서(100)의 사이에 배치되며, 상기 발열체(12)에 연결된다. 그리고 상기 공급전극(13)은 외부의 전원(미도시)으로부터 공급받은 전류를 상기 발열체(12)에 인가한다. 상기 공급전극(13)으로부터 전류를 인가받은 상기 발열체(12)는, 열을 발생시키게 된다. 상기 제4절연층(14)은, 상기 발열체(12)와 상기 온도센서(100)의 사이에 개재되며, 상기 발열체(12) 및 상기 공급전극(13)의 상측을 덮는다. 그리고 상기 제4절연층(14)의 상측에는, 상기 제1절연층(110)이 안착된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 발열구조물(20)은, 본 발명의 제1실시예를 기준으로 메탈층(15)을 더 포함한다. 상기 메탈층(15)은, 상기 제3절연층(11)의 하측에 배치된다. 그리고 상기 메탈층(15)은 가열 대상물(미도시)에 접촉되어, 상기 발열체(12)로부터 발생된 열을 가열 대상물로 전달한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 발열구조물(30)은, 본 발명의 제2실시예를 기준으로 상기 제3절연층(11), 발열체(12), 공급전극(13), 제4절연층(14) 및 메탈층(15)이 상하로 뒤집어진 구조로 설계된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1절연층(110)로부터 하측으로 차례로 상기 메탈층(15), 제3절연층(11), 발열체(12) 및 공급전극(13), 그리고 상기 제4절연층(14)이 설치된다. 이 경우, 상기 메탈층(15)은, 본 발명의 제2실시예에서 상기 발열체(12)로부터 발생된 열을 가열 대상물로 전달하는 역할을 하던 것과 비교하여, 본 발명의 제3실시예에서는 상기 발열체(12)로부터 발생된 열을 상기 센서전극(120)으로 전달하는 역할을 한다. 이와 같은 본 발명의 제3실시예에 따른 발열구조물(30)에 의하면, 상기 온도센서(100)에 의한 상기 발열체(12)의 온도 측정이 보다 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 발열체(12a,12b,12c,12d) 및 센서전극(120a,120b,120c,120d)의 다양한 변형례에 관해 설명하도록 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 발열체(12a,12b)는, 상기 제3절연층(11) 상에 2개 혹은 그 이상의 복수개의 조각으로 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 센서전극(120a,120b)은, 각각의 발열체(12a,12b))의 상측에 모두 패턴 배열되도록 형성될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 발열체(12c,12d)는, 상기 제3절연층(11) 상에 하나의 조각으로 형성될 수 있다. 그리고 센서전극(120c,120d)은, 이러한 하나의 발열체(12c,12d)) 상에 패턴 배열되도록 형성될 수 있다. 이때, 센서전극(120c,120d)은, 도 9와 같이 발열체(12c)의 면적 대부분을 덮도록 형성될 수도 있고, 도 10과 같이 발열체(12d)의 아주 작은 일부분만을 덮도록 형성될 수도 있다.
따라서 도 7 내지 도 10에 도시된 발열구조물(10a,10b,10c,10d)에 의하면, 실시자가 목적하는 바에 따라 센서전극(120a,120b,120c,120d) 및 온도센서(100)의 패턴 및 형상을 변경하여, 실시자가 목적하는 발열체(12a,12b,12c,12d)의 다양한 부위를 측정할 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 박막의 제1절연층과, 제1절연층에 안착되며 복수개의 절곡부를 갖는 센서전극과, 센서전극을 덮는 제2절연층을 포함하는 필름 타입의 온도센서를 구비함으로써, 온도센서를 발열체에 보다 용이하게 부착시킬 수 있으며, 보다 넓은 면적을 통하여 발열체와 접촉되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 종래의 칩(Chip) 타입의 온도센서와 비교하였을 때, 온도에 대한 반응시간(Response time)이 빨라진다는 장점이 있다. 즉, 본 발명에 따른 온도센서 및 이를 포함하는 발열구조물에 의하면, 필름(Film) 타입의 온도센서를 구비함으로써, 종래의 칩 타입의 온도센서보다 두께를 얇게 형성할 수 있어, 열용량을 낮게 유지할 수 있음은 물론, 열에 의한 반응 속도(저항값 변화)가 빨라진다는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 발열체의 온도를 측정하는 온도센서에 있어서,
    전기적 절연 성능을 갖는 제1절연층;
    상기 제1절연층의 상측에 안착되며, 발열체로부터 발생되는 열의 변화에 따라 도전되는 전류의 세기가 변화하는 센서전극; 및
    상기 센서전극의 상측을 덮는 제2절연층을 포함하되,
    상기 센서전극은, 상기 제1절연층과 평행하게 배치되고, 일단에서 타단으로 갈수록 복수개의 절곡부가 형성된 온도센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서전극은, 일단과 타단이 각각 10 내지 1000Ω의 저항값을 나타내는 온도센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서전극은, 에칭(Etching) 공법에 의해 제조되는 온도센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서전극은,
    니켈(Nickel), 몰리브덴(Molybdenum), 은(Silver) 중에서 선택된 물질이 함유된 제1전극층과,
    상기 제1전극층에 안착되며, 구리(Copper)가 함유된 제2전극층을 포함하는 온도센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1전극층은, 두께가 0.1 내지 1 ㎛이며,
    상기 제2전극층은, 두께가 1 내지 50 ㎛인 온도센서.
  6. 발열체;
    외부 전원에 연결되어 상기 발열체로 전류를 공급하는 공급전극; 및
    상기 발열체의 일 측에 설치되며, 상기 발열체의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하되,
    상기 온도센서는,
    박막 형상의 제1절연층과,
    상기 제1절연층의 상측에 안착되며, 상기 발열체로부터 발생되는 열의 변화에 따라 도전되는 전류의 세기가 변화하는 센서전극과,
    상기 센서전극의 상측을 덮는 제2절연층을 포함하며,
    상기 센서전극은, 상기 제1절연층과 평행하게 배치되고, 일단에서 타단으로 갈수록 복수개의 절곡부가 형성된 발열구조물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서전극은, 일단과 타단이 각각 10 내지 1000Ω의 저항값을 나타내는 발열구조물.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서전극은, 에칭(Etching) 공법에 의해 제조되는 발열구조물.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서전극은,
    니켈(Nickel), 몰리브덴(Molybdenum), 은(Silver) 중에서 선택된 물질이 함유된 제1전극층과,
    상기 제1전극층에 안착되며, 구리(Copper)가 함유된 제2전극층을 포함하는 발열구조물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1전극층은, 두께가 0.1 내지 1 ㎛이며,
    상기 제2전극층은, 두께가 1 내지 50 ㎛인 발열구조물.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 발열체 및 상기 공급전극이 상측에 안착되는 제3절연층과,
    상기 발열체 및 상기 공급전극의 상측을 덮는 제4절연층을 더 포함하며,
    상기 온도센서는, 상기 제4절연층의 상면에 안착되는 발열구조물.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상측에 상기 제3절연층이 안착되는 메탈층을 더 포함하는 발열구조물.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 발열체 및 상기 공급전극이 하측에 안착되며, 상기 제1절연층의 하측에 배치되는 제3절연층과,
    상기 발열체 및 상기 공급전극의 하측을 덮는 제4절연층과,
    상기 제1절연층 및 상기 제3절연층의 사이에 개재되는 메탈층을 더 포함하는 발열구조물.
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