KR20210043811A - Planar heater and method thereof - Google Patents

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KR20210043811A
KR20210043811A KR1020190126587A KR20190126587A KR20210043811A KR 20210043811 A KR20210043811 A KR 20210043811A KR 1020190126587 A KR1020190126587 A KR 1020190126587A KR 20190126587 A KR20190126587 A KR 20190126587A KR 20210043811 A KR20210043811 A KR 20210043811A
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Abstract

According to the present invention, disclosed are a planar heating element in which island patterns placed between electrodes come into effect as point sources of an electric resistance heating layer, and a manufacturing method thereof. The present invention comprises a substrate, an insulation layer, one pair of electrodes, a plurality of island patterns, and an electric resistance heating layer. The insulation layer is formed on the surface of the substrate. The electrodes are placed on the surface of the insulation layer at a distance from each other. The island patterns are placed at a distance from each other such that a current can flow between the electrodes. The insulation layer is formed on the surface of each of the electrodes and island patterns. According to the present invention, a plurality of island patterns for the flow of a current are formed between the one pair of electrodes to increase the heat emission temperature of an electric resistance heating layer, and improve the controllability of the heat emission temperature.

Description

면상 발열체 및 그 제조 방법{PLANAR HEATER AND METHOD THEREOF}Planar heating element and its manufacturing method TECHNICAL FIELD

본 발명은 면상 발열체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극들 사이에 배치되어 있는 아일랜드 패턴(Island pattern)들이 전기저항 발열층의 포인트 소스(Point source)로 작용되는 면상 발열체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a planar heating element, and more particularly, to a planar heating element in which island patterns disposed between electrodes act as a point source of an electric resistance heating layer, and a manufacturing method thereof. .

면상 발열체는 한 쌍의 전극(Electrode)을 얇은 면상 도전성 발열 요소(Planar electro conductive heating element)의 양쪽 끝에 설치한 후, 전기절연재(Electrical insulation material)로 절연하여 제조하고 있다. 정격 전압이 전극들에 인가되면, 발열 요소의 표면 전체에서 열이 발생되게 된다. 면상 발열체는 굵은 선 모양으로 구성되어 있는 선상발열체와 탄소섬유(Carbon fiber)를 이용하는 선사발열체를 포함한다. 이러한 면상 발열체는 니크롬선(Nichrome wire)을 이용한 전기가열 방식(Electric heating method)보다 효율이 높고, 반응속도가 빠르며, 다양한 디자인에 적용할 수 있다. A planar heating element is manufactured by installing a pair of electrodes at both ends of a planar electro conductive heating element and insulating it with an electrical insulation material. When a rated voltage is applied to the electrodes, heat is generated over the entire surface of the heating element. The planar heating element includes a linear heating element configured in a thick line shape and a prehistoric heating element using carbon fiber. Such a planar heating element is more efficient than an electric heating method using a nichrome wire, has a faster reaction speed, and can be applied to various designs.

미국 등록특허 제5,804,797호 'PTC 면상 발열체 및 그 저항 조절 방법(PTC planar heater and method for adjusting the resistance of the same)'은 알루미나 기판(Alumina substrate), PTC 세라믹 시트(Positive temperature coefficient ceramic sheet), 한 쌍의 전극과, 절연 탄성층(Insulating elastic layer)으로 구성되어 있다. PTC 세라믹 시트는 알루미나 기판의 표면에 형성되어 있다. 전극들 각각은 지그재그 형태(Zigzag shape), 나선 형태(Spiral shape)로 PTC 세라믹 시트의 표면에 형성되어 있다. 절연 탄성층은 전극들의 표면에 접합되어 있다. U.S. Patent No. 5,804,797'PTC planar heater and method for adjusting the resistance of the same' refers to an alumina substrate, a PTC ceramic sheet, It consists of a pair of electrodes and an insulating elastic layer. The PTC ceramic sheet is formed on the surface of the alumina substrate. Each of the electrodes is formed on the surface of the PTC ceramic sheet in a zigzag shape or a spiral shape. The insulating elastic layer is bonded to the surfaces of the electrodes.

미국 등록특허 제8,884,194호와 제9,392,643호 '반도체 처리용 면상 발열체 영역을 갖는 히팅 플레이트(Heating plate with planar heater zones for semiconductor processing)'는 기판 지지 조립체(Substrate support assembly), 정전 척(Electrostatic chuck), 열 장벽층(Thermal barrier layer)과 냉각 플레이트(Cooling plate)로 구성되어 있다. 기판 지지 조립체는 두 전기절연층(Electrically insulating layers)과, 전기절연층들 사이에 통합되어 있는 히터 영역들의 어레이(Array of heater zones)로 구성되어 있다. 정전 척은 기판 지지 조립체의 표면에 장착되어 있으며, 전극들을 감싸고 있는 세라믹층(Ceramic layer)으로 구성되어 있다. 열 장벽층과 냉각 플레이트 각각은 기판 지지 조립체의 아래쪽에 순차적으로 적층되어 있다. 히터 영역들 각각은 전원 공급 라인들(Power supply lines)과 전원 복귀 라인들(Power return lines) 각각에 연결되어 있다. 위 특허문헌들에 개시되어 있는 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. U.S. Patent Nos. 8,884,194 and 9,392,643'Heating plate with planar heater zones for semiconductor processing' refers to a substrate support assembly, an electrostatic chuck, It consists of a thermal barrier layer and a cooling plate. The substrate support assembly includes two electrically insulating layers and an array of heater zones integrated between the electrically insulating layers. The electrostatic chuck is mounted on the surface of the substrate support assembly and is composed of a ceramic layer surrounding electrodes. Each of the thermal barrier layer and the cooling plate is sequentially stacked under the substrate support assembly. Each of the heater regions is connected to each of power supply lines and power return lines. The contents disclosed in the above patent documents are incorporated herein by reference.

상기한 바와 같은 면상 발열체의 PTC 세라믹 시트, 히터 영역들과 같은 면상 도전성 발열 요소는 전극들을 통해 전력이 공급되어 전류가 흐르게 되면, 줄 발열(Joule heating) 또는 전기저항 발열(Electric resistance heating)에 의해 주울 열(Joule's heat)을 발생시키게 된다. 그런데, 발열 요소의 단위면적당 저항에 따라 전류값(Current value)이 변동되기 때문에 발열 온도를 제어하기 어려운 문제가 있다. 따라서 온도 제어를 정확하게 실시할 수 있으며, 쉽게 제조하여 생산비를 절감할 수 있는 면상 발열체가 요구되고 있다.The planar conductive heating elements such as the PTC ceramic sheet of the planar heating element and the heater regions as described above are supplied with electric power through the electrodes and current flows, by Joule heating or electric resistance heating. It generates Joule's heat. However, since the current value varies according to the resistance per unit area of the heating element, it is difficult to control the heating temperature. Therefore, there is a need for a planar heating element that can accurately control temperature and can easily manufacture and reduce production costs.

본 발명은 상기와 같은 요구를 충족할 수 있는 새로운 면상 발열체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a new planar heating element capable of meeting the above demands and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따르면, 면상 발열체의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조 방법은, 표면과 이면을 갖는 기판을 준비하는 단계와; 기판의 표면에 절연층을 형성하는 단계와; 절연층의 표면에 도전성 박을 적층하는 단계와; 도전성 박의 식각에 의해 서로 간격을 두고 배치되어 있는 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 서로 간격을 두고 배치되어 있는 복수의 아일랜드 패턴을 형성하는 단계와; 절연층, 한 쌍의 전극과 복수의 아일랜드 패턴의 표면에 전기저항 발열층을 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, a method of manufacturing a planar heating element is provided. A method of manufacturing a planar heating element according to the present invention includes the steps of preparing a substrate having a surface and a rear surface; Forming an insulating layer on the surface of the substrate; Laminating a conductive foil on the surface of the insulating layer; Forming a pair of electrodes spaced apart from each other by etching of the conductive foil and a plurality of island patterns spaced apart from each other so that current flows between the pair of electrodes; And forming an electrical resistance heating layer on the surface of the insulating layer, the pair of electrodes, and the plurality of island patterns.

또한, 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조 방법은 복수의 아일랜드 패턴을 형성하는 단계에서 복수의 아일랜드 패턴 사이에 전류가 흐를 수 있도록 복수의 서브아일랜드 패턴을 더 형성하고, 한 쌍의 전극 각각은 절연층의 표면 양쪽에 가장자리를 따라 스트립 형태로 형성한다. 서브아일랜드 패턴의 형성에 의해 전기전도성이 높아지게 된다. In addition, the method of manufacturing a planar heating element according to the present invention further forms a plurality of sub-island patterns so that current flows between the plurality of island patterns in the step of forming the plurality of island patterns, and each of the pair of electrodes is an insulating layer. Formed in strips along the edges on both sides of the surface. The electrical conductivity is increased by the formation of the sub-island pattern.

본 발명의 다른 측면에 따른 면상 발열체는, 표면과 이면을 갖는 기판과; 기판의 표면에 형성되어 있는 절연층과; 절연층의 표면에 서로 간격을 두고 배치되어 있는 한 쌍의 전극과; 한 쌍의 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 서로 간격을 두고 배치되어 있는 복수의 아일랜드 패턴과; 절연층, 한 쌍의 전극과 복수의 아일랜드 패턴의 표면에 형성되어 있는 전기저항 발열층을 포함한다. A planar heating element according to another aspect of the present invention includes a substrate having a front surface and a rear surface; An insulating layer formed on the surface of the substrate; A pair of electrodes disposed on the surface of the insulating layer to be spaced apart from each other; A plurality of island patterns spaced apart from each other so that current flows between the pair of electrodes; It includes an insulating layer, a pair of electrodes, and an electric resistance heating layer formed on the surface of the plurality of island patterns.

본 발명에 따른 면상 발열체 및 그 제조 방법은, 한 쌍의 전극 사이에 전류의 흐름을 위한 복수의 아일랜드 패턴이 형성되어 전기저항 발열층의 발열 온도를 높일 수 있으며, 발열 온도의 제어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 한 쌍의 전극과 복수의 아일랜드 패턴을 도전성 박의 식각에 의해 간편하게 형성할 수 있으므로 생산성을 높이고, 생산비를 낮출 수 있다.In the planar heating element and its manufacturing method according to the present invention, a plurality of island patterns for the flow of current are formed between a pair of electrodes to increase the heating temperature of the electric resistance heating layer, and improve controllability of the heating temperature. I can. In addition, since a pair of electrodes and a plurality of island patterns can be easily formed by etching a conductive foil, productivity can be increased and production cost can be reduced.

도 1은 본 발명에 따른 면상 발열체를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 면상 발열체를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 면상 발열체를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 면상 발열체의 제조 방법을 설명하기 위해 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 면상 발열체의 작동을 설명하기 위해 나타낸 회로도이다.1 is a perspective view showing a planar heating element according to the present invention.
2 is a plan view showing a planar heating element according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a planar heating element according to the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a planar heating element according to the present invention.
5 is a circuit diagram illustrating the operation of the planar heating element according to the present invention.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments associated with the accompanying drawings.

이하, 본 발명에 따른 면상 발열체에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the planar heating element according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 기판(20)을 구비한다. 기판(20)은 메탈 베이스(Metal base: 22)로 구성되어 있다. 메탈 베이스(22)는 표면(24)과 이면(26)을 갖는다. 표면(24) 또는 윗면은 발열 요소로부터 열을 흡수하는 흡열면으로 된다. 이면(26) 또는 아랫면은 열을 방출하는 발열면으로 된다. 메탈 베이스(20)는 동판(Copper plate: 28)으로 구성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 메탈 베이스(22)는 알루미늄판(Aluminum plate)과 같은 도전성(Electro conductive)이 우수한 도체판(Conductor plate)으로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 기판(20)은 세라믹판(Ceramic plate), 필름(Film), 시트(Sheet) 등으로 구성될 수도 있다. First, referring to FIGS. 1 to 3, the planar heating element 10 according to the present invention includes a substrate 20. The substrate 20 is composed of a metal base (22). The metal base 22 has a surface 24 and a back surface 26. The surface 24 or the upper surface becomes a heat absorbing surface that absorbs heat from the heating element. The rear surface 26 or the lower surface becomes a heating surface for dissipating heat. The metal base 20 is composed of a copper plate (28), but is not limited thereto. The metal base 22 may be composed of a conductor plate having excellent electro-conductivity such as an aluminum plate. In some embodiments, the substrate 20 may be formed of a ceramic plate, a film, a sheet, or the like.

본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 메탈 베이스(22)의 한쪽 면에 형성되어 있는 절연층(Insulating layer: 30)을 구비한다. 절연층(30)은 메탈 베이스(22)의 표면(24)에 형성되어 있다. 절연층(30)은 절연 시트(Insulating sheet: 32) 또는 절연 필름(Insulating film)으로 구성되어 있다. 절연 시트(32)는 T-preg HTD(상품명, Laird technologies, 미국), Thermal Clad(상품명, Bergquist Company, 미국), Hitt plate(상품명, Denka, 일본) 등의 고방열 절연 시트로 구성될 수 있다. The planar heating element 10 according to the present invention includes an insulating layer 30 formed on one side of the metal base 22. The insulating layer 30 is formed on the surface 24 of the metal base 22. The insulating layer 30 is made of an insulating sheet 32 or an insulating film. The insulation sheet 32 may be composed of a high heat dissipation insulation sheet such as T-preg HTD (brand name, Laird technologies, USA), Thermal Clad (brand name, Bergquist Company, USA), and Hitt plate (brand name, Denka, Japan). .

절연 시트(32)는 접착제, 예를 들면 폴리에테르이미드(Polyetherimide) 계통의 얼템(Ultem, 상품명, GE, 미국)에 의해 가접(Provisional bonding)한 후, 열압착(Thermocompression bonding) 또는 라미네이션(Lamination)에 의해 메탈 베이스(22)의 표면(24)에 적층할 수 있다. 또한, 절연층(30)은 전기 절연 수지(Electrical insulating resin)의 코팅(Coating)에 의해 형성할 수도 있다.The insulating sheet 32 is provisional bonding by an adhesive, for example, Polyetherimide-based Ultem (Ultem, brand name, GE, USA), and then thermocompression bonding or lamination. As a result, it can be laminated on the surface 24 of the metal base 22. In addition, the insulating layer 30 may be formed by coating an electrical insulating resin.

본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 전원(Electric power source: 40)의 연결을 위해 절연층(30)의 표면 양쪽에 서로 나란하도록 간격을 두고 형성되어 있는 한 쌍의 전극(Electrode: 50, 52)을 구비한다. 전원(40)과 전극(50, 52)들은 전선(42)에 의해 연결될 수 있다. 전극(50, 52)들 각각은 절연층(30)의 표면 양쪽에 가장자리를 따라 길게 형성되어 있는 스트립 형태(Strip shape)의 전극 스트립(Electrode strip)으로 구성되어 있다. 전극(50, 52)들 중 하나의 전극(50)은 양극으로 되고, 다른 하나의 전극(52)은 음극으로 된다.The planar heating element 10 according to the present invention includes a pair of electrodes 50 and 52 formed at intervals parallel to each other on both surfaces of the insulating layer 30 for connection of an electric power source 40. ). The power supply 40 and the electrodes 50 and 52 may be connected by an electric wire 42. Each of the electrodes 50 and 52 is composed of an electrode strip having a strip shape formed along the edges on both sides of the insulating layer 30. One of the electrodes 50 and 52 becomes an anode, and the other electrode 52 becomes a cathode.

본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 전극(50, 52)들 사이에 배치되도록 절연층(30)의 표면 또는 윗면에 형성되어 있으며 도전성을 갖는 복수의 아일랜드 패턴Island pattern: 60)을 구비한다. 아일랜드 패턴(60)들은 전류의 흐름을 위하여 전극(50, 52)들 사이에 직교좌표계(Rectangular coordinate system)를 이루도록 서로 일정한 간격을 두고 배치되어 있다. 아일랜드 패턴(60)들 각각은 원형으로 형성되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 아일랜드 패턴(60)들 각각은 타원형, 사각형, 다각형 등으로 형성될 수 있다. The planar heating element 10 according to the present invention includes a plurality of island patterns 60 having conductivity, which are formed on the surface or the upper surface of the insulating layer 30 so as to be disposed between the electrodes 50 and 52. The island patterns 60 are arranged at regular intervals to form a rectangular coordinate system between the electrodes 50 and 52 for the flow of current. Each of the island patterns 60 is formed in a circular shape, but this is exemplary, and each of the island patterns 60 may be formed in an elliptical shape, a square shape, or a polygonal shape.

도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 도전성을 갖는 복수의 서브아일랜드 패턴(Sub-island pattern: 62)이 전류의 흐름을 위하여 아일랜드 패턴(60)들 사이에 배치되도록 절연층(30)의 표면에 더 형성되어 있다. 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 원형으로 형성되어 있는 아일랜드 패턴(60)들 중 서로 이웃하는 네 개의 아일랜드 패턴(60) 사이에 배치되어 있다. 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 원형으로 형성되어 있다. 아일랜드 패턴(60)들 각각의 직경은 서브아일랜드 패턴(62)들의 각각의 직경보다 작게 형성되어 있다. 1 and 2, the insulating layer 30 is formed so that a plurality of sub-island patterns 62 having conductivity are disposed between the island patterns 60 for the flow of current. More formed on the surface. Each of the sub-island patterns 62 is disposed between four island patterns 60 adjacent to each other among the island patterns 60 formed in a circular shape. Each of the sub-island patterns 62 is formed in a circular shape. The diameter of each of the island patterns 60 is formed smaller than the diameter of each of the sub-island patterns 62.

전극(50, 52)들, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 도전성 재료(Electro conductive materials)의 일례로 동박(Copper(Cu) foil: 64) 또는 동판(Cu plate)으로 구성될 수 있다. 동박(64)은 열압착(Thermocompression bonding)에 의해 절연층(30)의 표면에 적층한 후, 식각(Etching)에 의해 전극(50, 52)들, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각으로 형성한다. 도전성 재료는 은박(Silver(Ag) foil), 알루미늄박(Aluminum(Al) foil)로 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 전극(50, 52)들, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 도전성 재료, 예를 들면 Cu, Ag, Al의 증착(Deposition)에 의해 형성할 수도 있다. 또한, 전극(50, 52)들, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 도전성 잉크(Electro conductive ink)의 스크린 프린팅(Screen printing), 잉크젯 프린팅(Ink jet printing)에 의해 형성할 수도 있다.Each of the electrodes 50 and 52, the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 is an example of a conductive material, such as a copper (Cu) foil 64 or a copper plate. It can be composed of. After the copper foil 64 is laminated on the surface of the insulating layer 30 by thermocompression bonding, the electrodes 50 and 52, the island patterns 60, and the sub-island pattern ( 62). The conductive material may be composed of silver foil (Silver (Ag) foil) or aluminum foil (Aluminum (Al) foil). In some embodiments, each of the electrodes 50 and 52, the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 are formed by deposition of a conductive material, for example Cu, Ag, Al. May be. In addition, each of the electrodes 50 and 52, the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 are formed by screen printing and ink jet printing of electro-conductive ink. It can also be formed.

도 1과 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 절연층(30), 전극(50, 52)들, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각의 표면에 형성되어 있는 전기저항 발열층(Electrical resistance heating layer: 70)을 구비한다. 전기저항 발열층(70)은 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각의 도전성보다 낮은 도전성 발열 재료(Electro conductive heating materials)의 코팅(Coating)에 의해 형성될 수 있다. 1 and 3, the planar heating element 10 according to the present invention includes an insulating layer 30, electrodes 50, 52, island patterns 60, and sub-island patterns 62. It includes an electrical resistance heating layer (70) formed on each surface. The electric resistance heating layer 70 may be formed by coating the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 with a conductive heating material lower than the conductivity of each of the island patterns 60 and the sub-island patterns 62.

발열 재료는 카본 페이스트(Carbon(C) paste), 은-팔라듐 페이스트(Silver(Ag)-Palladium(Pd) paste), 산화 루테늄 페이스트(Ruthenium oxide(RuO2) paste), 탄소나노튜브 페이스트(Carbon nano tube(CNT) paste), 텅스텐 페이스트(Tungsten(W) paste), 몰리브덴-망간 페이스트(Molybdenum(Mo)-Manganese(Mn) paste), 몰리브덴 디실리사이드 페이스트(Molybdenum disilicide(MoSi2) or Molybdenum silicide paste) 등으로 구성될 수 있다. 카본 페이스트는 200℃ 이하의 저온 영역에 사용될 수 있다. Ag-Pd 페이스트, RuO2 페이스트와 CNT 페이스트는 300~400℃의 중저온 영역에서 사용될 수 있다. 텅스텐 페이스트와 몰리브덴-망간 페이스트는 700~800℃의 고온 영역에서 사용될 수 있다. 또한, 발열 재료로 몰리브덴 디실리사이드 페이스트(Molybdenum disilicide(MoSi2) or Molybdenum silicide paste)는 1,800℃의 초고온 영역에서 사용될 수 있다. 이러한 페이스트들은 C, Ag-Pd, RuO2, CNT, W, Mo-Mn, MoSi2 등의 도전성 분말을 도막 형성제(Film forming agent)에 혼합하여 만들 수 있다. 도막 형성제는 융점(Melting point)이 낮은 유리 분말과 유기화합물의 혼합체가 사용될 수 있다. 페이스트들은 스크린 프린팅, 롤러 코팅(Roller coation), 슬롯다이 코팅(Slot die coating) 등에 의해 절연층(30)의 표면에 코팅될 수 있다. Heating materials include carbon paste (Carbon(C) paste), silver-palladium paste (Silver(Ag)-Palladium(Pd) paste), ruthenium oxide (RuO 2 ) paste), and carbon nanotube paste. tube(CNT) paste), tungsten paste (Tungsten(W) paste), molybdenum-manganese paste (Molybdenum(Mo)-Manganese(Mn) paste), molybdenum disilicide(MoSi 2 ) or Molybdenum silicide paste) And the like. The carbon paste can be used in a low temperature region of 200°C or less. Ag-Pd paste, RuO 2 paste, and CNT paste can be used in the medium and low temperature range of 300~400℃. Tungsten paste and molybdenum-manganese paste can be used in a high temperature range of 700 to 800°C. In addition, molybdenum disilicide (MoSi 2 ) or Molybdenum silicide paste) as a heating material may be used in an ultra-high temperature range of 1,800°C. These pastes can be made by mixing conductive powders such as C, Ag-Pd, RuO 2 , CNT, W, Mo-Mn, and MoSi 2 with a film forming agent. As the coating film forming agent, a mixture of glass powder and organic compounds having a low melting point may be used. The pastes may be coated on the surface of the insulating layer 30 by screen printing, roller coating, slot die coating, or the like.

지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 면상 발열체에 대한 작용을 설명한다. From now on, the operation of the planar heating element according to the present invention having such a configuration will be described.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 전력이 전원(40)으로부터 전극(50, 52)에 공급되면, 전류가 전극(50, 52)으로부터 전극(50, 52)으로 전기저항 발열층(70)을 따라 흐르면서 주울 열이 발생되게 된다. 전류는 전기저항 발열층(70)을 따라 흐르면서 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각에 인가된다. 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 전류의 흐름을 원활하게 한다. 또한, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들 각각은 그 주위의 전기저항 발열층(70)에 전류를 공급하여 열을 발생시킬 수 있도록 하는 포인트 소스(Point source) 또는 히트 포인트 소스(Heat point source)로 된다.1 to 3, when electric power is supplied from the power source 40 to the electrodes 50 and 52, the electric resistance heating layer 70 is transferred from the electrodes 50 and 52 to the electrodes 50 and 52. Joule heat is generated as it flows along. Current is applied to each of the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 while flowing along the electric resistance heating layer 70. Each of the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 facilitates the flow of current. In addition, each of the island patterns 60 and the sub-island patterns 62 is a point source or a heat point source capable of generating heat by supplying current to the electrical resistance heating layer 70 around the island patterns 60 and the sub-island patterns 62. It becomes (Heat point source).

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 전극(50, 52)들 사이를 잇는 제1 방향(X), 즉 수평 방향을 따라 전극(50, 52)들과 아일랜드 패턴(60)들 각각의 사이에 채워져 있는 전기저항 발열층(70)은 부분적으로 복수의 제1 저항(R1)으로 되어 열을 발생시키게 된다. 제1 방향(X)과 직교하는 제2 방향(Y), 즉 수직 방향 또는 전극(50, 52)들의 길이 방향을 따라 아일랜드 패턴(60)들 각각의 사이에 채워져 있는 전기저항 발열층(70)은 부분적으로 복수의 제2 저항(R2)으로 되어 열을 발생시키게 된다. 이와 같이 아일랜드 패턴(60)들이 그 주위의 전기저항 발열층(70)에 전류를 공급하여 열을 발생시킬 수 있도록 하는 포인트 소스로 작용되는 것에 의해 제1 및 제2 저항(R1, R2)들의 저항값을 조절하여 발열 온도를 정확하게 제어할 수 있다. 제1 및 제2 저항(R1, R2)들의 저항값은 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들의 단위면적과 간격의 설계에 의해 쉽게 조절할 수 있다. As shown in FIG. 5, the first direction X connecting between the electrodes 50 and 52, that is, the horizontal direction, is filled between the electrodes 50 and 52 and the island patterns 60, respectively. The electrical resistance heating layer 70 is partially formed of a plurality of first resistors R1 to generate heat. The electrical resistance heating layer 70 filled between the island patterns 60 along the second direction Y perpendicular to the first direction X, that is, a vertical direction or a length direction of the electrodes 50 and 52 Is partially formed into a plurality of second resistors R2 to generate heat. The resistance of the first and second resistors R1 and R2 by acting as a point source allowing the island patterns 60 to generate heat by supplying current to the electrical resistance heating layer 70 around it. By adjusting the value, the heating temperature can be accurately controlled. The resistance values of the first and second resistors R1 and R2 can be easily adjusted by designing the unit area and spacing of the island patterns 60 and the sub-island patterns 62.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 전기저항 발열층(70)에서 발생되는 열은 절연층(30)과 메탈 베이스(22)의 표면(24)으로 전달되어 흡수된다. 표면(24)에 흡수되는 열은 이면(26)을 통해 방출된다. 이면(26)을 통해 방출되는 열의 온도 분포가 균일하기 때문에 본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 난방, 반도체 제조, 의료, 자동차, 항공 분야 등에서 각종 열원(Heat source)으로 사용될 수 있다. Referring again to FIGS. 1 to 3, heat generated from the electric resistance heating layer 70 is transferred to and absorbed by the insulating layer 30 and the surface 24 of the metal base 22. Heat absorbed by the surface 24 is dissipated through the back surface 26. Since the temperature distribution of heat emitted through the rear surface 26 is uniform, the planar heating element 10 according to the present invention can be used as various heat sources in the fields of heating, semiconductor manufacturing, medical care, automobiles, and aviation.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 면상 발열체(10)는 메탈 베이스(22)를 준비하고, 절연층(30)을 메탈 베이스(22)의 표면(24)에 형성한다. 또한, 동박(64)을 절열층(30)의 표면에 적층한 후, 동박(64)의 식각에 의해 전극(50, 52)들, 아일랜드 패턴(60)들과 서브아일랜드 패턴(62)들을 절연층(30)의 표면에 형성하고, 전기저항 발열층(70)을 절연층(30) 위에 형성하는 단순한 공정에 의해 쉽게 제조할 수 있다. Referring to FIG. 4, in the planar heating element 10 according to the present invention, a metal base 22 is prepared, and an insulating layer 30 is formed on the surface 24 of the metal base 22. In addition, after stacking the copper foil 64 on the surface of the heat-insulating layer 30, the electrodes 50 and 52, the island patterns 60, and the sub-island patterns 62 are insulated by etching the copper foil 64. It can be easily manufactured by a simple process of forming on the surface of the layer 30 and forming the electric resistance heating layer 70 on the insulating layer 30.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The above-described embodiments are merely describing preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and those skilled in the art within the technical spirit and claims of the present invention Various changes, modifications, or substitutions may be made by this, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.

10: 면상 발열체 20: 기판
22: 메탈 베이스 30: 절연층
32: 절연 시트 40: 전원
50, 52: 전극 60: 아일랜드 패턴
62: 서브아일랜드 패턴 64: 동박
70: 전기저항 발열층 10: planar heating element 20: substrate
22: metal base 30: insulating layer
32: insulation sheet 40: power
50, 52: electrode 60: island pattern
62: sub-island pattern 64: copper foil
70: electric resistance heating layer

Claims (10)

표면과 이면을 갖는 기판을 준비하는 단계와;
상기 기판의 표면에 절연층을 형성하는 단계와;
상기 절연층의 표면에 도전성 박을 적층하는 단계와;
상기 도전성 박의 식각에 의해 서로 간격을 두고 배치되어 있는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 서로 간격을 두고 배치되어 있는 복수의 아일랜드 패턴을 형성하는 단계와;
상기 절연층, 상기 한 쌍의 전극과 상기 복수의 아일랜드 패턴 각각의 표면에 전기저항 발열층을 형성하는 단계를 포함하는 면상 발열체의 제조 방법. Preparing a substrate having a surface and a back surface;
Forming an insulating layer on the surface of the substrate;
Laminating a conductive foil on the surface of the insulating layer;
Forming a pair of electrodes spaced apart from each other by etching of the conductive foil and a plurality of island patterns spaced apart from each other so that current flows between the pair of electrodes;
And forming an electrical resistance heating layer on the insulating layer, the pair of electrodes, and the surfaces of each of the plurality of island patterns. 제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 전기저항 발열층에서 발생되는 열을 전달하여 상기 이면으로 방출할 수 있는 메탈 베이스로 이루어지고, 상기 절연층은 절연 시트로 이루어지며, 상기 절연 시트와 상기 도전성 박 각각은 상기 절연층 위에 순차적으로 적층한 후 열압착하는 면상 발열체의 제조 방법. The method of claim 1,
The substrate is made of a metal base capable of transferring heat generated from the electric resistance heating layer to radiate it to the rear surface, the insulating layer is made of an insulating sheet, and each of the insulating sheet and the conductive foil is the insulating layer A method of manufacturing a planar heating element that is sequentially stacked on top and then thermocompressed. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 아일랜드 패턴을 형성하는 단계에서 상기 복수의 아일랜드 패턴 사이에 전류가 흐를 수 있도록 복수의 서브아일랜드 패턴을 더 형성하는 면상 발열체의 제조 방법. The method according to claim 1 or 2,
In the step of forming the plurality of island patterns, a method of manufacturing a planar heating element further forming a plurality of sub-island patterns so that current flows between the plurality of island patterns. 제3항에 있어서,
상기 복수의 아일랜드 패턴과 상기 복수의 서브 아일랜드 패턴 각각은 직교좌표계를 이루도록 배치되는 원형으로 형성하고, 원형으로 형성되어 있는 상기 복수의 아일랜드 패턴의 직경은 원형으로 형성되어 있는 상기 복수의 서브아일랜드패턴의 직경보다 크게 형성하는 면상 발열체의 제조 방법. The method of claim 3,
Each of the plurality of island patterns and the plurality of sub-island patterns is formed in a circular shape arranged to form an orthogonal coordinate system, and the diameter of the plurality of island patterns formed in a circular shape is of the plurality of sub-island patterns formed in a circular shape. A method of manufacturing a planar heating element that is formed larger than the diameter. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 각각은 상기 절연층의 표면 양쪽에 가장자리를 따라 스트립 형태로 형성하는 면상 발열체의 제조 방법. The method according to claim 1 or 2,
Each of the pair of electrodes is formed in a strip shape along the edges on both sides of the surface of the insulating layer. 표면과 이면을 갖는 기판과;
상기 기판의 표면에 형성되어 있는 절연층과;
상기 절연층의 표면에 서로 간격을 두고 배치되어 있는 한 쌍의 전극과;
상기 한 쌍의 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 서로 간격을 두고 배치되어 있는 복수의 아일랜드 패턴과;
상기 절연층, 상기 한 쌍의 전극과 상기 복수의 아일랜드 패턴 각각의 표면에 형성되어 있는 전기저항 발열층을 포함하는 면상 발열체. A substrate having a front surface and a back surface;
An insulating layer formed on the surface of the substrate;
A pair of electrodes disposed on the surface of the insulating layer to be spaced apart from each other;
A plurality of island patterns spaced apart from each other so that current flows between the pair of electrodes;
A planar heating element comprising the insulating layer, the pair of electrodes, and an electric resistance heating layer formed on the surfaces of each of the plurality of island patterns. 제6항에 있어서,
상기 기판은 상기 전기저항 발열층에서 발생되는 열을 전달하여 상기 이면으로 방출할 수 있는 메탈 베이스로 이루어지고, 상기 절연층은 절연 시트로 이루어지며, 상기 한 쌍의 전극과 상기 복수의 아일랜드 패턴 각각은 상기 절연층의 표면에 열압착되어 있는 도전성 박의 식각에 의해 형성되어 있는 면상 발열체. The method of claim 6,
The substrate is made of a metal base capable of transferring heat generated from the electric resistance heating layer to radiate it to the rear surface, the insulating layer is made of an insulating sheet, and each of the pair of electrodes and the plurality of island patterns Is a planar heating element formed by etching a conductive foil that is thermocompressed on the surface of the insulating layer. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 복수의 아일랜드 패턴 사이에 전류가 흐를 수 있도록 복수의 서브아일랜드 패턴이 더 형성되어 있는 면상 발열체. The method according to claim 6 or 7,
A planar heating element further comprising a plurality of sub-island patterns to allow current to flow between the plurality of island patterns. 제8항에 있어서,
상기 복수의 아일랜드 패턴과 상기 복수의 서브 아일랜드 패턴 각각은 직교좌표계를 이루도록 배치되는 원형으로 형성되어 있으며, 원형으로 형성되어 있는 상기 복수의 아일랜드 패턴의 직경은 원형으로 형성되어 있는 상기 복수의 서브아일랜드패턴의 직경보다 크게 형성되어 있는 면상 발열체. The method of claim 8,
Each of the plurality of island patterns and the plurality of sub-island patterns is formed in a circular shape arranged to form an orthogonal coordinate system, and the plurality of sub-island patterns having a circular diameter of the plurality of island patterns formed in a circular shape Planar heating element formed larger than the diameter of. 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극 각각은 상기 절연층의 표면 양쪽에 가장자리를 따라 스트립 형태로 형성되어 있는 면상 발열체. The method according to claim 6 or 7,
Each of the pair of electrodes is formed in a strip shape along an edge on both sides of the surface of the insulating layer.
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