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KR102609589B1 - 시스템 인 패키지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

시스템 인 패키지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치 Download PDF

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KR102609589B1
KR102609589B1 KR1020200117049A KR20200117049A KR102609589B1 KR 102609589 B1 KR102609589 B1 KR 102609589B1 KR 1020200117049 A KR1020200117049 A KR 1020200117049A KR 20200117049 A KR20200117049 A KR 20200117049A KR 102609589 B1 KR102609589 B1 KR 102609589B1
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aerosol
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윤성욱
장석수
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Abstract

에어로졸 생성 장치는 어로졸 생성 장치로 삽입되는 궐련을 가열하는 히터 조립체, 히터 조립체에 전력을 공급하는 배터리 및 시스템 인 패키지(system-in package, SIP)를 포함하고, 시스템 인 패키지는 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, MCU), 센서 모듈, 및 가열 IC(integrated circuit), 메모리, 충전 IC, 통신 모듈 중 적어도 하나를 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package, WLP)로 실장(집적)할 수 있다.

Description

시스템 인 패키지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치{SYSTEM-IN-PACKAGE AND AEROSOL SENERATING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 시스템 인 패키지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 또는 액체 저장부 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸을 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다.
에어로졸을 생성하는 방법 및 이를 이용한 장치를 활용하는 경우, 사용자에게 휴대성은 중요한 부분에 해당할 수 있다. 에어로졸 생성 장치에 대한 소형화는 휴대성을 높일 수 있는 방안이 될 수 있으며, 기존의 기능을 유지하면서 컴팩트(compact)한 사이즈로 제작되기 위해 내부 구성요소의 소형화에 대한 기대가 높아지고 있다.
궐련의 크기는 줄어들었지만, 에어로졸 생성 장치의 크기는 휴대성의 측면에서는 획기적으로 줄어들지 못하고 있다. 사용자는 간편한 소지 및 공간 활용을 위해 더욱 작은 사이즈의 에어로졸 생성 장치를 필요로 할 수 있다.
다만, 사용자가 휴대하기 쉽게 에어로졸 생성 장치의 크기가 줄어드는 경우, 에어로졸 생성 장치 내부 구성요소가 밀집하게 되어 과열 상태가 유발될 수 있다. 에어로졸 생성 장치가 과열된 상태에서 지속적인 가열 동작이 수행된다면, 에어로졸 생성 장치의 구성요소들이 손상되어 문제가 발생할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치의 사용으로 인해 외부의 이물질이 유입되거나 생성될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성에 따른 액적 생성 또는 궐련의 액상 성분의 누액 등에 의해 에어로졸 생성 장치 내부로 이물질이 유입될 수 있다. 에어로졸 생성 장치의 내부에 이물질이 유입되거나 생성되는 경우, 에어로졸 생성 장치의 내부 부품들의 기능이 제대로 발휘되지 못할 수 있다.
다양한 실시예들은 전술한 문제점들을 개선하기 위한 방안으로서, 시스템 인 패키지 및 이를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 제공하고자 한다. 다양한 실시예들을 통해 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 기술적 과제들로 한정되는 것은 아닐 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 측면에 따른 시스템 인 패키지(system-in-package, SIP)는 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, MCU), 센서 모듈, 및 가열 IC(integrated circuit), 메모리, 충전 IC, 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 상기 에어로졸 생성 장치로 삽입되는 궐련을 가열하는 히터 조립체, 상기 히터 조립체에 전력을 공급하는 배터리 및 시스템 인 패키지(system-in package, SIP)를 포함하고, 상기 시스템 인 패키지는 마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, MCU), 센서 모듈, 및 가열 IC(integrated circuit), 메모리, 충전 IC, 통신 모듈 중 적어도 하나를 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package, WLP)로 실장(집적)할 수 있다.
에어로졸 생성 장치는 실장 공간을 축소하기 위해 시스템 인 패키지를 채용할 수 있다. 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)에 장착되어 기능을 수행하던 소자들이 온 칩(on-chip) 형태 및/또는 모듈 형태를 구성하여 하나의 웨이퍼 상에 패키지로 묶일 수 있다. 다양한 기능을 수행하는 에어로졸 생성 장치의 구성요소들이 하나의 묶음으로 구성되어, 에어로졸 생성 장치의 하우징(housing)의 크기를 줄임으로서 휴대성을 높일 수 있다. 이와 더불어, 에어로졸 생성 장치는 부품들을 시스템 인 패키지로 실장하여, 에어로졸 생성 장치 내부의 공간 활용도를 증대시킬 수 있다.
에어로졸 생성 장치는 패키지를 감싸는 몰딩(molding)에 의하여 외부로부터 유입 및/또는 생성되는 이물질로부터 패키지 내부의 구성요소들을 보호할 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 몰딩에 이물질이 닿게 되어 이물질을 감지하게 되는 경우, 히팅부의 가열 동작을 대기 상태로 제어하여 누전 등으로 인한 안전 문제를 예방할 수 있다. 에어로졸 생성 장치에 실장될 수 있는 패키지는 몰딩에 의해 액적, 수분, 먼지 등의 외부의 이물질이 패키지 내부의 구성요소와 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 에어로졸 생성 장치에 포함될 수 있는 시스템 인 패키지의 몰딩은 이물질뿐 아니라, 가열 동작 등으로 인해 발생할 수 있는 내부 구성요소들의 열을 분산시킬 수 있다. 또한, 시스템 인 패키지로 구성함에 따라 센싱되는 패키지의 파트 별 온도를 감지하여, 시스템 인 패키지의 과열 여부를 판단하고 과열 상태에 이른 경우 히팅부의 가열 동작을 대기 상태로 제어하여 과열로 인한 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 물질을 보유하는 교체 가능한 카트리지와 이를 구비한 에어로졸 생성 장치의 결합 관계를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 3 내지 도 4b는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 5는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 구성요소에 관한 블록도이다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예에 따른 시스템 인 패키지의 평면도 및 측면도를 도시한 도면들이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8a 및 도 8b는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 구성요소 배치에 관한 도면들이다.
실시예들에서 사용되는 용어는 다양한 실시예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 다양한 실시예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 다양한 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??부", "??모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일부 실시예에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 장치를 구성하는 요소들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(100)는 히터 조립체(110), 코일(120), 전원부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 도 1에 도시되는 요소들 외에 다른 범용적인 요소들이 에어로졸 생성 장치(100)에 더 포함될 수 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 유도 가열(induction heating) 방식으로 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련을 가열함으로써 에어로졸을 생성할 수 있다. 유도 가열 방식은 외부 자기장에 의해 발열하는 자성체에 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장(alternating magnetic field)을 인가하여 자성체를 발열시키는 방식을 의미할 수 있다.
자성체에 교번 자기장이 인가되는 경우, 자성체에는 와류손(eddy current loss) 및 히스테리시스손(hysteresis loss)에 따른 에너지 손실이 발생할 수 있고, 손실되는 에너지가 열에너지로서 자성체로부터 방출될 수 있다. 자성체에 인가되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 클수록 자성체로부터 많은 열에너지가 방출될 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)는 자성체에 교번 자기장을 인가함으로써 자성체로부터 열에너지를 방출시킬 수 있고, 자성체로부터 방출되는 열에너지를 궐련에 전달할 수 있다.
외부 자기장에 의해 발열하는 자성체는 서셉터(susceptor)일 수 있다. 서셉터는 조각, 박편 또는 스트립 등의 형상으로 궐련 내부에 포함되는 대신, 에어로졸 생성 장치(100)에 구비될 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 장치(100)의 내부에 배치되는 히터 조립체(110)의 적어도 일부가 서셉터 물질로 형성될 수 있다.
서셉터 물질의 적어도 일부는 강자성체(ferromagnetic substance)로 형성될 수 있다. 예를 들면, 서셉터 물질은 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 서셉터 물질은 페라이트(ferrite), 강자성 합금(ferromagnetic alloy), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 서셉터 물질은 흑연(graphite), 몰리브덴(molybdenum), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 니오븀(niobium), 니켈 합금(nickel alloy), 금속 필름(metal film), 지르코니아(zirconia) 등과 같은 세라믹, 니켈(Ni)이나 코발트(Co) 등과 같은 전이 금속, 붕소(B)나 인(P)과 같은 준금속 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(100)는 궐련을 수용할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)에는 궐련을 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 궐련을 수용하기 위한 공간에는 히터 조립체(110)가 배치될 수 있다. 히터 조립체(110)는 내부에 궐련을 수용하기 위한 수용공간이 형성되는 원통 형상을 가질 수 있다. 따라서, 궐련이 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 경우 궐련은 히터 조립체(110)의 수용공간에 수용될 수 있고, 궐련의 외측면의 적어도 일부를 둘러싸는 위치에 히터 조립체(110)가 배치될 수 있다.
히터 조립체(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련의 외측면의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 예를 들면, 궐련에 포함되는 담배 매질의 위치에 대응되는 위치에서 히터 조립체(110)가 궐련의 외측면의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 그에 따라, 히터 조립체(110)로부터 궐련에 포함되는 담배 매질에 열이 보다 효율적으로 전달될 수 있다.
히터 조립체(110)는 에어로졸 생성 장치(100)에 수용되는 궐련을 가열할 수 있다. 전술한 바와 같이, 히터 조립체(110)는 유도 가열 방식으로 궐련을 가열할 수 있다. 히터 조립체(110)는 외부 자기장에 의해 발열하는 서셉터 물질을 포함할 수 있고, 에어로졸 생성 장치(100)는 히터 조립체 (110)에 교번 자기장을 인가할 수 있다.
코일(120)이 에어로졸 생성 장치(100)에 구비될 수 있다. 코일(120)은 히터 조립체 (110)에 교번 자기장을 인가할 수 있다. 에어로졸 생성 장치(100)로부터 코일(120)에 전력이 공급되는 경우 코일(120) 내부에 자기장이 형성될 수 있다. 코일(120)에 교류 전류가 인가되는 경우 코일(120) 내부에 형성되는 자기장의 방향은 지속적으로 변경될 수 있다. 히터 조립체 (110)가 코일(120) 내부에 위치하여 주기적으로 방향이 변하는 교번 자기장에 노출되는 경우, 히터 조립체 (110)가 발열할 수 있고, 히터 조립체 (110)에 수용되는 궐련이 가열될 수 있다.
코일(120)은 히터 조립체 (110)의 외측면을 따라 권선될 수 있다. 코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 외부 하우징의 내면을 따라 권선될 수 있다. 코일(120)이 권선되어 형성되는 내부 공간에 히터 조립체 (110)가 위치할 수 있고, 코일(120)에 전력이 공급되는 경우 코일(120)에 의해 생성되는 교번 자기장이 히터 조립체 (110)에 인가될 수 있다.
코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 코일(120)은 길이 방향을 따라 적정한 길이로 연장될 수 있다. 예를 들면, 코일(120)은 히터 조립체 (110)의 길이에 대응되는 길이로 연장될 수 있고, 또는 히터 조립체 (110)의 길이보다 긴 길이로 연장될 수 있다.
코일(120)은 히터 조립체 (110)에 교번 자기장을 인가하기에 적합한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 코일(120)은 히터 조립체 (110)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이와 같은 코일(120)의 크기 및 배치에 의해 코일(120)의 교번 자기장이 히터 조립체 (110)에 인가되는 효율이 향상될 수 있다.
코일(120)에 의해 형성되는 교번 자기장의 진폭 또는 주파수가 변경되는 경우 히터 조립체 (110)가 궐련을 가열하는 정도 또한 변경될 수 있다. 코일(120)에 의한 자기장의 진폭 또는 주파수는 코일(120)에 인가되는 전력에 의해 변경될 수 있으므로, 에어로졸 생성 장치(100)는 코일(120)에 인가되는 전력을 조정함으로써 궐련의 가열을 제어할 수 있다. 예를 들면, 에어로졸 생성 장치(100)는 코일(120)에 인가되는 교류 전류의 진폭 및 주파수를 제어할 수 있다.
하나의 예시로서, 코일(120)은 솔레노이드(solenoid)로 구현될 수 있다. 코일(120)은 에어로졸 생성 장치(100)의 외부 하우징의 내면을 따라 권선되는 솔레노이드일 수 있고, 솔레노이드의 내부 공간에 히터 조립체 (110) 및 궐련이 위치할 수 있다. 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질은 구리(Cu)일 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니고, 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나, 또는 적어도 하나를 포함하는 합금이 솔레노이드를 구성하는 도선의 재질이 될 수 있다.
전원부(130)는 에어로졸 생성 장치(100)에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(130)는 코일(120)에 전력을 공급할 수 있다. 전원부(130)는 에어로졸 생성 장치(100)에 직류를 공급하는 배터리 및 배터리로부터 공급되는 직류를 코일(120)에 공급되는 교류로 변환하는 변환부를 포함할 수 있다.
배터리는 에어로졸 생성 장치(100)에 직류를 공급할 수 있다. 배터리는 리튬인산철(LiFePO4) 배터리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 배터리는 산화 리튬 코발트(LiCoO2) 배터리, 리튬 티탄산염 배터리 등일 수 있다.
변환부는 배터리로부터 공급되는 직류에 대한 필터링을 수행하여 코일(120)에 공급되는 교류를 출력하는 저역 통과 필터(low-pass filter)를 포함할 수 있다. 변환부는 배터리로부터 공급되는 직류를 증폭하기 위한 증폭기(amplifier)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 변환부는 D급 증폭기(class-D amplifier)의 부하 네트워크를 구성하는 저역 통과 필터를 통해 구현될 수 있다.
제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 코일(120)에 공급되는 전력이 조정되도록 전원부(130)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(140)는 히터 조립체 (110)의 온도에 기초하여 히터 조립체 (110)가 궐련을 가열하는 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어를 수행할 수 있다.
제어부(140)는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장되는 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 제어부(140)는 복수 개의 프로세싱 엘리먼트들(processing elements)로 구성될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(100)에서, 히터 조립체 (110)가 궐련을 가열하는 온도를 일정하게 유지하기 위해, 또는 궐련을 가열하는 온도를 특정 히팅 프로파일(heating profile)에 따라 변경시키기 위해, 히터 조립체 (110)의 온도가 측정될 수 있다. 다만, 에어로졸 생성 장치(100)에는 히터 조립체 (110)의 온도를 측정하기 위한 수단이 별도로 구비되지 않을 수 있고, 대신 히터 조립체 (110)에 일체로서 포함되는 센서 패턴을 통해 히터 조립체 (110)의 온도가 도출될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 관한 에어로졸 생성 물질을 보유하는 교체 가능한 카트리지와 이를 구비한 에어로졸 생성 장치의 결합 관계를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 2에 나타난 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(200)(예: 도 1의 에어로졸 생성 장치(100))는 에어로졸 생성 물질을 보유하는 카트리지(220)와, 카트리지(220)를 지지하는 본체(210)를 포함한다.
카트리지(220)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용한 상태에서 본체(210)에 결합할 수 있다. 카트리지(220)의 일부분이 본체(210)의 수용 공간(219)에 삽입됨으로써 카트리지(220)가 본체(210)에 장착될 수 있다.
카트리지(220)는 예를 들어 액체 상태나, 고체 상태나, 기체 상태나, 겔(gel) 상태 등의 어느 하나의 상태를 갖는 에어로졸 생성 물질을 보유할 수 있다. 에어로졸 생성 물질은 액상 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다.
액상 조성물은 예를 들어, 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 및 비타민 혼합물의 어느 하나의 성분이나, 이들 성분의 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.
예를 들어, 액상 조성물은 니코틴 염이 첨가된 임의의 중량비의 글리세린 및 프로필렌 글리콜 용액을 포함할 수 있다. 액상 조성물에는 2종 이상의 니코틴 염이 포함될 수도 있다. 니코틴 염은 니코틴에 유기산 또는 무기산을 포함하는 적절한 산을 첨가함으로써 형성될 수 있다. 니코틴은 자연적으로 발생하는 니코틴 또는 합성 니코틴으로서, 액상 조성물의 총 용액 중량에 대한 임의의 적절한 중량의 농도를 가질 수 있다.
니코틴 염의 형성을 위한 산은 혈중 니코틴 흡수 속도, 에어로졸 생성 장치(200)의 작동 온도, 향미 또는 풍미, 용해도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 니코틴 염의 형성을 위한 산은 벤조산, 락트산, 살리실산, 라우르산, 소르브산, 레불린산, 피루브산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 시트르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 페닐아세트산, 타르타르산, 숙신산, 푸마르산, 글루콘산, 사카린산, 말론산 또는 말산으로 구성된 군으로부터 선택되는 단독의 산 또는 상기 군으로부터 선택되는 2 이상의 산들의 혼합이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
카트리지(220)는 본체(210)로부터 전달되는 전기 신호 또는 무선 신호 등에 의해 작동함으로써 카트리지(220)의 내부의 에어로졸 생성 물질의 상(phase)을 기체의 상으로 변환하여 에어로졸(aerosol)을 발생시키는 기능을 수행한다. 에어로졸은 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 증기화된 입자와 공기가 혼합된 상태의 기체를 의미할 수 있다.
예를 들어, 카트리지(220)는 본체(210)로부터 전기 신호를 공급받아 에어로졸 생성 물질을 가열하거나, 초음파 진동 방식을 이용하거나, 유도 가열 방식을 이용함으로써 에어로졸 생성 물질의 상을 변환할 수 있다. 다른 예로서, 카트리지(220)가 자체적인 전력원을 포함하는 경우에는 본체(210)로부터 카트리지(220)에 전달되는 전기적인 제어 신호나 무선 신호에 의해 카트리지(220)가 작동함으로써 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
카트리지(220)는 내부에 에어로졸 생성 물질을 수용하는 액체 저장부(221)와, 액체 저장부(221)의 에어로졸 생성 물질을 에어로졸로 변환하는 기능을 수행하는 무화기(atomizer)를 포함할 수 있다.
액체 저장부(221)가 내부에 '에어로졸 생성 물질을 수용한다'는 것은 액체 저장부(221)가 그릇(container)의 용도와 같이 에어로졸 생성 물질을 단순히 담는 기능을 수행하는 것과, 액체 저장부(221)의 내부에 예를 들어 스펀지(sponge)나 솜이나 천이나 다공성 세라믹 구조체와 같은 에어로졸 생성 물질을 함침(함유)하는 요소를 포함하는 것을 의미한다.
무화기는 예를 들어, 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 액체 전달 수단(wick; 윅)과, 액체 전달 수단을 가열하여 에어로졸을 발생하는 히터를 포함할 수 있다.
액체 전달 수단은 예를 들어 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
히터는 전기 저항에 의해 열을 발생시킴으로써 액체 전달 수단에 전달되는 에어로졸 생성 물질을 가열하기 위하여 구리, 니켈, 텅스텐 등의 금속 소재를 포함할 수 있다. 히터는 예를 들어, 금속 열선(wire), 금속 열판(plate), 세라믹 발열체 등으로 구현될 수 있으며, 니크롬선과 같은 소재를 이용하여 전도성 필라멘트로 구현되거나 액체 전달 수단에 감기거나 액체 전달 수단에 인접하게 배치될 수 있다.
무화기는 또한 별도의 액체 전달 수단을 사용하지 않고 에어로졸 생성 물질을 흡수하여 에어로졸로 변환하기 위한 최적의 상태로 유지하는 기능과 에어로졸 생성 물질을 가열하여 에어로졸을 발생하는 기능을 모두 수행하는 메시 형상(mesh shape)이나 판 형상(plate shape)의 발열체로 구현될 수 있다.
카트리지(220)의 내부에 수용된 에어로졸 생성 물질을 외부에서 시각적으로 확인할 수 있도록 카트리지(220)의 액체 저장부(221)는 적어도 일부가 투명한 소재를 포함할 수 있다. 액체 저장부(221)는 본체(210)에 결합할 때에 본체(210)의 홈(211)에 삽입될 수 있도록 액체 저장부(221)로부터 돌출하는 돌출창(221a)을 포함한다. 마우스피스(222) 및 액체 저장부(221)의 전체가 투명한 플라스틱이나 유리 등의 소재로 제작될 수 있으며, 액체 저장부(221)의 일부분에 해당하는 돌출창(221a)만이 투명한 소재로 제작될 수 있다.
본체(210)는 수용 공간(219)의 내측에 배치된 접속 단자(210t)를 포함한다. 본체(210)의 수용 공간(219)에 카트리지(220)의 액체 저장부(221)가 삽입되면 본체(210)는 접속 단자(210t)를 통하여 카트리지(220)에 전력을 제공하거나, 카트리지(220)의 작동과 관련한 신호를 카트리지(220)에 공급할 수 있다.
카트리지(220)의 액체 저장부(221)의 일측 단부에는 마우스피스(222)가 결합된다. 마우스피스(222)는 에어로졸 생성 장치(200)의 사용자의 구강으로 삽입되는 부분이다. 마우스피스(222)는 액체 저장부(221) 내부의 에어로졸 생성 물질로부터 발생한 에어로졸을 외부로 배출하는 배출공(222a)을 포함한다.
본체(210)에는 슬라이더(207)가 본체(210)에 대하여 이동 가능하게 결합된다. 슬라이더(207)는 본체(210)에 대해 이동함으로써 본체(210)에 결합된 카트리지(220)의 마우스피스(222)의 적어도 일부를 덮거나 마우스피스(222)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 기능을 수행한다. 슬라이더(207)는 카트리지(220)의 돌출창(221a)의 적어도 일부를 외부로 노출시키는 장공(20207a)을 포함한다.
슬라이더(207)는 내부가 비어 있으며 양측 단부가 개방된 통 형상을 갖는다. 슬라이더(207)의 구조는 도면에 도시된 것과 같이 통 형상으로 제한되는 것은 아니며, 본체(210)의 가장자리에 결합된 상태를 유지하면서 본체(210)에 대해 이동 가능한 클립 모양의 단면 형상을 갖는 절곡된 판의 구조나, 만곡된 원호 모양의 단면 형상을 갖는 구부러진 반원통 형상 등의 구조를 가질 수 있다.
슬라이더(207)는 본체(210)와 카트리지(220)에 대한 슬라이더(207)의 위치를 유지하기 위한 자성체를 포함한다. 자성체는 영구자석이나, 철, 니켈, 코발트, 또는 이들의 합금 등과 같은 소재를 포함할 수 있다.
자성체는 슬라이더(207)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 두 개의 제1 자성체(208a)와, 슬라이더(207)의 내부 공간을 사이에 두고 서로 마주보는 두 개의 제2 자성체(208b)를 포함한다. 제1 자성체(208a)와 제2 자성체(208b)는 슬라이더(207)의 이동 방향, 즉 본체(210)가 연장하는 방향인 본체(210)의 길이 방향을 따라 서로 이격되게 배치된다.
본체(210)는 슬라이더(207)가 본체(210)에 대하여 이동하는 동안 슬라이더(207)의 제1 자성체(208a)와 제2 자성체(208b)가 이동하는 경로 상에 배치된 고정 자성체(209)를 포함한다. 본체(210)의 고정 자성체(209)도 수용 공간(219)을 사이에 두고 서로 마주보도록 두 개가 설치될 수 있다.
슬라이더(207)의 위치에 따라, 고정 자성체(209)와 제1 자성체(208a) 또는 고정 자성체(209)와 제2 자성체(208b) 사이에서 작용하는 자력에 의하여 슬라이더(207)는 마우스피스(222)의 단부를 덮거나 노출시키는 위치에 안정적으로 유지될 수 있다.
본체(210)는 슬라이더(207)가 본체(210)에 대하여 이동하는 동안 슬라이더(207)의 제1 자성체(208a)와 제2 자성체(208b)의 이동하는 경로 상에 배치되는 위치변화 감지 센서(203)를 포함한다. 위치변화 감지 센서(203)는 예를 들어 자기장의 변화를 감지하여 신호를 발생하는 홀 효과(hall effect)를 이용한 홀 센서(hall IC)를 포함할 수 있다.
상술한 실시예에 관한 에어로졸 생성 장치(200)에서 본체(210)와 카트리지(220)와 슬라이더(207)는 길이 방향을 가로지르는 방향에서의 단면 형상이 대략 직사각형이지만, 실시예는 이러한 에어로졸 생성 장치(200)의 형상에 의해 제한되지 않는다. 에어로졸 생성 장치(200)는 예를 들어 원형이나 타원형이나 정사각형이나 여러 가지 형태의 다각형의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한 에어로졸 생성 장치(200)가 길이 방향으로 연장할 때 반드시 직선적으로 연장하는 구조로 제한되는 것은 아니며, 사용자가 손으로 잡기 편하게 예를 들어 유선형으로 만곡되거나 특정 영역에서 미리 정해진 각도로 절곡되며 길게 연장할 수 있다.
도 3 내지 도 4b는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(300)(예: 도 1 내지 도 2의 에어로졸 생성 장치(100, 200))는 배터리(310), 제어부(320) 및 히터(330)를 포함한다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(400)는 증기화기(440)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 내부 공간에는 궐련(340, 450)이 삽입될 수 있다.
도 3 내지 도 4b에 도시된 에어로졸 생성 장치(300, 400)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 3 내지 도 4b에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 4a 및 도 4b에는 에어로졸 생성 장치(400)(예: 도 1 내지 도 3의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300))에 히터(430)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(430)는 생략될 수도 있다.
도 3에는 배터리(310), 제어부(320) 및 히터(330)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 4a에는 배터리(410), 제어부(420), 증기화기(440) 및 히터(430)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 4b에는 증기화기(440) 및 히터(430)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 내부 구조는 도 3 내지 도 4b에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 설계에 따라, 배터리(310, 410), 제어부(320, 420), 히터(330, 430) 및 증기화기(440)의 배치는 변경될 수 있다.
궐련(340, 450)이 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 히터(330, 430) 및/또는 증기화기(440)를 작동시켜, 궐련(340, 450) 및/또는 증기화기(440)로부터 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 히터(330, 430) 및/또는 증기화기(440)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(340, 450)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 궐련(340, 450)이 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 히터(330, 430)를 가열할 수 있다.
배터리(310, 410)는 에어로졸 생성 장치(300, 400)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(301, 410)는 히터(330, 430) 또는 증기화기(440)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(320, 420)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(310, 410)는 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(320, 420)는 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(320, 420)는 배터리(310, 410), 히터(330, 430) 및 증기화기(440)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(320, 420)는 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(300, 400)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(320, 420)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
히터(330, 430)는 배터리(310, 410)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 삽입되면, 히터(330, 430)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(330, 430)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(330, 430)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(330, 430)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(330, 430)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(330, 430)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(330, 430)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(330, 430)에는 궐련을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 히터(330, 430)는 관 형 가열 요소, 판 형 가열 요소, 침 형 가열 요소 또는 봉 형의 가열 요소를 포함할 수 있으며, 가열 요소의 모양에 따라 궐련(340, 450)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(300, 400)에는 히터(330, 430)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(330, 430)들은 궐련(340, 450)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(340, 450)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(330, 430)들 중 일부는 궐련(340, 450)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(340, 450)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(330, 430)의 형상은 도 3 내지 도 4b에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(440)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(450)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(440)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(400)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(440)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(440)는 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 생성 장치(400)에 포함될 수도 있다.
액체 저장부는 액상 조성물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 액체 저장부는 증기화기(440)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(440)와 일체로서 제작될 수도 있다.
예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.
액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 가열 요소로 전달할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가열 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들어, 가열 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가열 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 가열 요소는, 전류 공급에 의해 가열될 수 있으며, 가열 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(440)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 배터리(310, 410), 제어부(320, 420), 히터(330, 430) 및 증기화기(440) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 궐련(340, 450)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 3 내지 도 4b에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(300, 400)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 배터리(310, 410)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(300, 400)가 결합된 상태에서 히터(330, 430)가 가열될 수도 있다.
궐련(340, 450)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(340, 450)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(340, 450)의 제 2 부분에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제 2 부분에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(300, 400)의 내부에는 제 1 부분의 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(300, 400)의 내부에 제 1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분의 전체 및 제 2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 부분을 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.
일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(300, 400)에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 궐련(340, 450)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(340, 450)의 내부로 유입될 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400)의 유형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치는 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치의 내부 구성요소들의 배치가 상이할 수 있으며, 궐련의 유형도 상이할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치의 에어로졸 생성 방법는 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400)의 에어로졸 생성 방법과 동일 및/또는 유사한 방법을 포함할 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 구성요소에 관한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 디바이스(50)(예: 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400))는 배터리(510), 시스템 인 패키지(system-in-package, SIP)(520) 및 히터 조립체(530)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 디바이스(50)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 5에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 디바이스(50)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 디바이스(50)는 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
SIP(520)는 MCU(micro controller unit)(521)(예: 프로세서, 도 1의 제어부(140), 도3 내지 도 4b의 제어부(320,420)), 이물 감지부(522), 온도 감지부(523) 및 몰딩부(524)를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 SIP(520)의 구성요소들 외에도 다른 범용적인 구성요소들이 SIP(520)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 한편, 도 5의 MCU(521)는 도 1의 제어부(140), 도 3 내지 도 4b의 제어부(320, 420)에 대응될 수 있으며, SIP(520) 전체적으로도 대응될 수도 있다.
도 5를 참조하면, SIP(520)는 시스템 인 패키지(system-in-package)로서 디바이스(50)를 제어할 수 있는 각종 반도체 소자 및/또는 수동 소자들이 실장될 수 있다. 또한, SIP(520)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)에 구비될 수 있는 구성요소들을 실장할 수 있으며, 단일의 웨이퍼(wafer)로 구성될 수 있다.
이물 감지부(522)는 디바이스(50)의 내부 및/또는 SIP(520)의 몰딩부(524)의 적어도 일부 영역에 생성 및/또는 유입될 수 있는 이물을 감지할 수 있다. 예를 들어, 이물은 액적(droplet), 액상, 증기 등의 이물질이 포함될 수 있다.
이물 감지부(522)는 적어도 하나의 센서(예: 누액 감지 센서, 누수 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이물 감지부(522)는 저항의 변화, 자기장의 변화, 색상의 변화 등을 감지하여 SIP(520)의 몰딩부(524)의 적어도 일부 영역에 생성 및/또는 유입될 수 있는 이물질을 감지할 수 있다.
이물 감지부(522)는 미리 설정된 주기(예: 1ms)에 따라 이물질의 양을 감지할 수 있다. 이물 감지부(522)로부터 감지된 이물질의 양은 MCU(521)를 통해 미리 설정된 임계값(예: SIP가 정상 동작이 가능한 범위의 이물질의 양과 관련된 임계값)과 비교될 수 있다. 이물질의 양이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우(예: 이물 존재 상태), MCU(521)는 히터 조립체(530)의 가열 동작을 중단하도록 제어할 수 있다. 이물질의 양이 미리 설정된 임계값 이하로 존재하는 경우(예: 이물 부존재 상태), MCU(521)는 히터 조립체(530)를 이용한 가열 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
온도 감지부(523)는 SIP(520)의 파트(part) 별 온도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(523)는 SIP(520)의 구성요소들과 회로 연결되어 개별 구성요소들(예: 파트 별)의 온도를 감지할 수 있다.
온도 감지부(523)는 적어도 하나의 센서(예: 써미스터)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(523)는 SIP(520)의 파트 별 온도를 감지할 수 있도록 회로 연결되거나 온도를 감지하고자 하는 파트에 인접하여 연결될 수 있다.
온도 감지부(523)는 미리 설정된 주기(예: 1ms)에 따라 온도를 감지할 수 있다. 온도 감지부(523)로부터 감지된 온도는 MCU(521)를 통해 미리 설정된 임계값(예: SIP의 과열 상태와 관련된 온도의 임계값)과 비교될 수 있다. 감지되는 개별 구성요소들의 온도 및/또는 개별 구성요소들의 온도의 총합이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우(예: 과열 상태), MCU(521)는 히터 조립체(530)의 가열 동작을 중단하도록 제어할 수 있다. 감지되는 온도가 미리 설정된 임계값 이하인 경우(예: 정상 상태), MCU(521)는 히터 조립체(530)를 이용한 가열 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, MCU(521)가 비교하게 되는 개별 구성요소들의 온도 및/또는 개별 구성요소들의 온도의 총합은 몰딩부(524)의 방열 기능에 의해 감지된 온도일 수 있다. 예를 들어, 온도 감지부(523)는 몰딩부의 적어도 일부에 대한 온도를 감지하도록 연결될 수 있다.
몰딩부(524)는 웨이퍼 상에 배치되는 구성요소들을 전부 감싸도록 제작될 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(524)는 SIP(520)를 전체적으로 감싸거나 구성요소들이 배치된 상면(upper side)만을 감싸도록 제작될 수 있다.
몰딩부(524)는 방열, 방수가 가능한 재질의 소재로 제작될 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(524)는 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC)로 제작되어 SIP(520)의 외부를 보호할 수 있다. 여기서 EMC는 몰딩부(524)에서 채용될 수 있는 소재의 일 예에 불과하며 동일 및/또는 유사한 기능을 가지는 소재로 대체될 수 있다. 몰딩부(524)는 방열 기능으로서, SIP(520)의 구성요소들의 높아진 온도에 대응하여 내부의 열을 분산시켜 SIP(520)의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 몰딩부(524)는 배터리(510) 및 히터 조립체(530)와 인접한 위치에 있는 SIP(520)의 외부 열을 분산시켜 SIP(520)의 온도를 낮출 수 있다.
히터 조립체(530)는 궐련을 가열하는 히팅부(531)를 포함할 수 있으며, 도 1의 히터 조립체(110), 도 3 내지 도 4b의 히터(330, 430)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 5에는 도시되어 있지 않지만, 디바이스(50)는 메모리를 포함할 수 있으며, 메모리는 SIP(520)의 구성요소로 포함될 수 있다. 메모리(미도시)는 디바이스(50) 내에서 처리되는 데이터들을 저장하고, MCU(521)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리는 이물 감지부(522), 온도 감지부(523)의 감지 주기에 관한 설정 등을 저장할 수 있으며, MCU(521)를 통해 비교하게 될 이물질 양에 대한 임계값 및 몰딩부(524) 또는 SIP(520)의 온도에 대한 임계값과 관련된 설정 등을 저장할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 일부 실시예에 따른 시스템 인 패키지의 평면도 및 측면도를 도시한 도면들이다.
도 6a는 일부 실시예에 따른 시스템 인 패키지의 평면도를 도시한 도면이다. 도 6a를 참조하면, SIP(60)(예: 도 5의 SIP(520))는 MCU(610), 가열 IC(integrated circuit)(620), 메모리(630), 센서 모듈(640), 충전 IC(650) 및 통신 모듈(660)을 포함할 수 있다. 도 6a에 도시된 SIP(60)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 6a에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 SIP(60)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 도 6a의 MCU(610)는 도 1의 제어부(140), 도 3 내지 도 4b의 제어부(320, 420), 및/또는 도 5의 MCU(521)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 또한, 도 6a의 센서 모듈(640)은 도 5의 이물 감지부(522) 및/또는 도 5의 온도 감지부(523)의 구성 및/또는 기능 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 가열 IC(620)는 유도 가열 방식을 이용하는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열 IC(620)는 MCU(610)의 제어 하에 히터 조립체의 가열 동작을 수행하도록 전기 신호를 제공할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 메모리(630)는 MCU(610) 내에서 처리되는 데이터들을 저장하고, MCU(610)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 메모리(630)는 센서 모듈(640)의 감지 주기에 관한 설정 등을 저장할 수 있으며, MCU(610)를 통해 비교하게 될 이물질 양에 대한 임계값 및 몰딩부 또는 SIP(60)의 온도에 대한 임계값과 관련된 설정 등을 저장할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 충전 IC(650)는 배터리(예: 도 1의 전원부(130), 도 3 내지 도 5의 배터리(310, 410 510))의 충전을 지원하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전을 위한 전력 공급이 외부로부터 제공되면 충전 IC(650)는 배터리의 충전이 수행되도록 할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치(예: 도 1 내지 도 4b의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400), 도 5의 디바이스(50))가 무선 충전을 지원하는 경우, SIP(60)의 충전 IC(650)의 영역이 배터리와 겹쳐져 있도록 SIP(60)가 배치될 수 있다.
도 6a를 참조하면, 통신 모듈(660)은 외부 장치와의 통신을 지원하는 구성을 포함할 수 있다.
도 6b는 일부 실시예에 따른 시스템 인 패키지의 측면도를 도시한 도면이다. 도 6b를 참조하면, SIP(60)에 패킹(packing)될 수 있는 반도체 소자, SoC(system-on-chip) 및/또는 수동소자들은 단일의 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package, WLP)로 실장(집적)될 수 있다. 예를 들어, SIP(60)의 구성요소들(610, 620)은 몰딩부(670)로 몰딩된(molded) 단일의 웨이퍼 레벨 패키지로 패킹될 수 있다. 단일의 웨이퍼 레벨 패키지로 패킹되는 경우, SIP(60)의 구성요소들(610, 620)은 일 예에 불과하며, 도 6a 및 도 6b의 구성요소들 외에도 다른 구성요소들로 치환되거나 추가될 수 있다. 도 6b는 도면의 이해를 돕기 위해 단일 웨이퍼에 반도체 소자들이 적층된 구조로 도시한 것이지만, 적층 구조로 한정되는 것은 아니며 상술한 대로 단일 웨이퍼를 통해 웨이퍼 레벨 패키지로 실장(집적)되어 제공될 수 있다.
도 6b를 참조하면, SIP(60)를 구성하는 구성요소들(610, 620)은 마이크로 연결 범프(684)를 포함할 수 있다. 마이크로 연결 범프(684)는 회로 소자에 신호들을 입출력 하기 위한 단자로서, 구성요소들(610, 620)을 하부 배선 패턴에 연결하기 위해 제공될 수 있다. 다만, 단일 웨이퍼를 통해 웨이퍼 레벨 패키지로 패킹되는 경우에는 마이크로 연결 범프(684)가 구비되지 않을 수 있다.
도 6b를 참조하면, 배선부(681)는 다양한 배선 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배선부(681)는 상부 배선, 비아 전극, 하부 배선 등을 포함할 수 있다. 여기서 상부 배선은 SIP(60)의 구성요소들(610, 620)의 마이크로 범프(684)가 연결될 수 있는 패드들을 포함할 수 있다. 비아 전극은 상부 배선 및 하부 배선을 연결할 수 있다. 하부 배선은 구성요소들(610, 620)의 회로 소자와 전기적으로 연결될 수 있으며, 관통 전극(682)과 전기적으로 연결될 수 있으며 솔더볼(683) 등과 이어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배선 패턴은 배선부(681)를 지칭할 수 있으며, SIP(60)가 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)로 구성되는 경우 개별 구성요소들(예: 도 6a의 610 내지 660)을 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 일부 실시예에 따른 도 6a 및 도 6b의 예시는 적층 구조로 이루어졌으나, 이에 한정되는 것은 아니며 웨이퍼 레벨 패키지로 구성되는 경우에는 적층 구조의 구성들이 생략되거나 다른 구성들로 치환될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도시된 개별 구성요소들(610, 620)은 SIP(60)의 일 측면에서 보일 수 있는 구성요소들에 해당할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 도 6a의 다른 구성요소들(630 내지 660)이 도시될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 도 6b에 도시된 개별 구성요소들(610, 620) 외에도 도 6a의 개별 구성요소들(610 내지 660) 중 적어도 하나가 도시될 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 에어로졸 생성 장치의 동작 방법은 도 1 내지 도 4b에 도시된 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400) 및 도 5의 디바이스(50)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성될 수 있다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라도 도 1 내지 도 5의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400) 또는 디바이스(50)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 7의 에어로졸 생성 장치의 동작 방법에도 적용될 수 있다.
단계 710에서, 에어로졸 생성 장치는 시스템 인 패키지(예: 도 5 내지 도 6b의 SIP(520, 60))의 몰딩부(예: 도 5 내지 도 6b의 몰딩부(524, 670))에 이물이 감지되었는지 여부를 판단할 수 있다. 이물 감지부(예: 도 5의 이물 감지부(522))에 의해 감지되는 이물질의 양에 관한 임계값은 일종의 실험값에 해당할 수 있으며, 에어로졸 생성 장치의 내부에 존재하더라도 장치의 구동 및 구성요소의 손상 등에 영향을 주지 않을 정도의 양에 관한 수치가 임계값으로 설정될 경계의 값으로 설정될 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 몰딩부에 이물이 감지되지 않았다고 판단하는 경우, 히터 조립체(예: 도 1의 히터 조립체(110), 도 3 내지 도 4b의 히터(330, 430), 도 5의 히터 조립체(530))의 가열 동작을 수행할 수 있다. 도 7에 도시된 순서도에서 몰딩부의 이물 존재 여부와 과열 여부는 반드시 순차적으로 진행되지는 않을 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치는 미리 설정된 주기에 따라 반복하여 단계 710을 수행할 수 있고, 이물질의 존재 여부에 따라 히터 조립체의 가열 동작의 수행 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 몰딩부에 이물이 감지되지 않는 경우, 단계 730으로 진행하여 히터 조립체의 가열 동작을 수행할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 몰딩부에 이물이 감지되는 경우, 단계 740으로 진행하여 히터 조립체의 가열 동작을 중단할 수 있다.
단계 720에서, 에어로졸 생성 장치는 몰딩부의 과열 여부를 감지할 수 있다. 에어로졸 생성 장치는 몰딩부의 온도를 감지하여 시스템 인 패키지의 과열 상태를 판단할 수 있다. 온도 감지부(예: 도 5의 온도 감지부(523))에 의해 감지되는 온도에 관한 임계값은 일종의 실험값에 해당할 수 잇으며, 에어로졸 생성 장치의 내부 구성요소들의 구동 및 손상 등에 영향을 주지 않을 정도의 온도가 임계값으로 설정될 경계의 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치는 미리 설정된 주기에 따라 반복하여 단계 720을 수행할 수 있고, 몰딩부의 과열 상태 또는 정상 상태에 따라 히터 조립체의 가열 동작의 수행 여부를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 몰딩부가 정상 상태인 것으로 판단되는 경우, 단계 730으로 진행하여 히터 조립체의 가열 동작을 수행할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 몰딩부가 과열 상태인 것으로 판단되는 경우, 단계 740으로 진행하여 히터 조립체의 가열 동작을 중단할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 일부 실시예에 따른 에어로졸 생성 장치의 구성요소 배치에 관한 도면들이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(80)(예: 도 1 내지 도 4의 에어로졸 생성 장치(100, 200, 300, 400), 도 5의 디바이스(50))는 배터리(810) (예: 도 1의 전원부(130), 도 3 내지 도 5의 배터리(310, 410 510)), SIP(820)(예: 도 5의 SIP(520), 도 6a 및 도 6b의 SIP(60)) 및 히터 조립체(830)(예: 도 1의 히터 조립체(110), 도 3 내지 도 4b의 히터(330, 430), 도 5의 히터 조립체(530))를 포함할 수 있다. SIP(820)의 구성요소 중 몰딩부(821)는 패키지의 적어도 일부를 감싸는 방식으로 제작될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(80)의 내부는 궐련이 삽입되어 가열될 수 있는 히터 조립체(830)를 기준으로 아래에 배터리(810)와 SIP(820)가 배치될 수 있다. 배터리(810)와 SIP(820)가 나란히 배치된 것은 도면의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, SIP(820)의 적어도 일부가 배터리(810)의 적어도 일부와 적층되어 배치될 수도 있다. 예를 들어, 몰딩부(821)를 포함하는 SIP(820)와 배터리(810)의 사이즈가 동일 또는 유사할 경우, 배터리(810)와 SIP(820)는 포개어져 에어로졸 생성 장치(80)에 실장될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(80)의 내부는 궐련이 삽입되어 가열될 수 있는 히터 조립체(830)를 기준으로 아래에 SIP(820)가 배치되고, 그 하측에 배터리(810)가 배치될 수 있다. 배터리(810)와 SIP(820)가 상하로 배치된 것은 도면의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, SIP(820)의 적어도 일부가 배터리(810)의 적어도 일부와 적층되어 배치될 수도 있다. 예를 들어, 몰딩부(821)를 포함하는 SIP(820)와 배터리(810)의 사이즈가 동일 또는 유사할 경우, 배터리(810)와 SIP(820)는 포개어져 에어로졸 생성 장치(80)에 실장될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 에어로졸 생성 장치
110: 히터 조립체
120: 코일
130: 전원부
140: 제어부
200: 에어로졸 생성 장치
300: 에어로졸 생성 장치
310: 배터리
320: 제어부
330: 히터
340: 궐련
400: 에어로졸 생성 장치
410: 배터리
420: 제어부
430: 히터
440: 증기화기
450: 궐련
50: 디바이스
510: 배터리
520: SIP
530: 히터 조립체
60: SIP
610: MCU
620: 가열 IC
630: 메모리
640: 센서 모듈
650: 충전 IC
660: 통신 모듈
80: 에어로졸 생성 장치
810: 배터리
820: SIP
830: 히터 조립체

Claims (15)

  1. 시스템 인 패키지(system-in-package, SIP)에 있어서,
    마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, MCU);
    센서 모듈;
    가열 IC(integrated circuit), 메모리, 충전 IC, 통신 모듈 중 적어도 하나; 및
    상기 패키지의 외부의 적어도 일부를 감싸는 몰딩부를 포함하고,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 센서 모듈을 통해 상기 몰딩부의 적어도 일부에 유입되는 이물을 감지하는, 시스템 인 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 패키지와 인접하게 배치된 히터 조립체에 궐련이 삽입된 경우 상기 히터 조립체의 가열 동작을 수행하고,
    상기 센서 모듈에 의해 상기 패키지의 몰딩부의 적어도 일부에 이물이 감지되는 경우 상기 히터 조립체의 가열 동작을 중단하고, 상기 몰딩부의 적어도 일부에 이물이 존재하지 않을 때까지 대기한 후 상기 히터 조립체를 이용한 가열 동작을 수행하도록 설정된 시스템 인 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 센서 모듈에 의해 감지되는 이물의 양이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 이물 존재 상태로 판단하도록 설정된 시스템 인 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 센서 모듈에 의해 감지되는 상기 패키지의 파트(part) 별 온도에 기초하여 상기 패키지가 과열 상태로 판단되는 경우 상기 히터 조립체를 이용한 가열 동작을 중단하고, 상기 과열 상태가 해제될 때까지 대기한 후 상기 히터 조립체를 이용한 가열 동작을 수행하도록 설정된 시스템 인 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 센서 모듈에 의해 감지되는 상기 패키지의 파트 별 온도 또는 상기 파트 별 온도의 총합이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 패키지가 과열 상태인 것으로 판단하도록 설정된 시스템 인 패키지.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패키지는 배터리의 적어도 일부와 적층되어 배치되거나 상기 배터리와 인접하여 나란히 배치되는 시스템 인 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛 및 가열 IC(integrated circuit), 메모리, 센서 모듈, 충전 IC, 통신 모듈 중 적어도 하나는 웨이퍼 레벨 패키지(wafer level package, WLP)로 실장되는 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지.
  9. 에어로졸 생성 장치에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 장치로 삽입되는 궐련을 가열하는 히터 조립체;
    상기 히터 조립체에 전력을 공급하는 배터리; 및
    시스템 인 패키지(system-in package, SIP)를 포함하고,
    상기 시스템 인 패키지는
    마이크로 컨트롤러 유닛(micro controller unit, MCU);
    센서 모듈;
    가열 IC(integrated circuit), 메모리, 충전 IC, 통신 모듈 중 적어도 하나; 및
    상기 패키지의 외부의 적어도 일부를 감싸는 몰딩부를 포함하고,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은 상기 센서 모듈을 통해 상기 몰딩부의 적어도 일부에 유입되는 이물을 감지하는, 에어로졸 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 패키지와 인접한 상기 히터 조립체에 궐련이 삽입된 경우, 상기 히터 조립체의 가열 동작을 수행하고,
    상기 센서 모듈에 의해 상기 패키지의 몰딩부의 적어도 일부에 이물이 감지되는 경우 상기 히터 조립체의 가열 동작을 중단하고, 상기 몰딩부의 적어도 일부에 이물이 존재하지 않을 때까지 대기한 후 상기 히터 조립체를 이용한 가열 동작을 수행하도록 설정된, 에어로졸 생성 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 센서 모듈에 의해 감지되는 이물의 양이 미리 설정된 임계값을 초과하는 경우 이물 존재 상태로 판단하도록 설정된, 에어로졸 생성 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 센서 모듈에 의해 감지되는 상기 패키지의 파트(part) 별 온도에 기초하여 상기 패키지가 과열 상태로 판단되는 경우 상기 히터 조립체를 이용한 가열 동작을 중단하고, 상기 과열 상태가 해제될 때까지 대기한 후 상기 히터 조립체를 이용한 가열 동작을 수행하도록 설정된, 에어로졸 생성 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러 유닛은
    상기 센서 모듈에 의해 감지되는 상기 패키지의 파트 별 온도 또는 상기 파트 별 온도의 총합이 이미 설정된 임계값을 초과하는 경우 상기 패키지가 과열 상태인 것으로 판단하도록 설정된, 에어로졸 생성 장치.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 시스템 인 패키지는 상기 배터리의 적어도 일부와 적층되어 배치되거나 상기 배터리와 인접하여 나란히 배치되는, 에어로졸 생성 장치.
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