KR100330370B1 - A method for fabricting pressure transducer using ceramic diaphragm - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 다이어프램에 후막 또는 박막 스트레인 게이지를 형성하여 용접과 같은 번거롭고 고비용의 공정을 제거함으로써 비용절감과 함께 보수유지의 편리성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 절연체인 세라믹을 "ㄷ"모양의 세라믹 다이어프램을 형성하는 공정과, 상기 세라믹 다이어프램 상에 후막기술을 이용해 고저항 후막 저항을 만들어 스트레인 게이지를 형성하는 공정과, 다수의 리드선이 부착된 세라믹 지지대를 형성하는 공정과, 세라믹 접착제를 사용해 상기 세라믹 다이어프램과 세라믹 지지대를 접착하여 스트레인 게이지를 완전히 밀봉하는 공정을 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic diaphragm-type pressure sensor that can form a thick film or a thin film strain gauge on the ceramic diaphragm, thereby eliminating cumbersome and expensive processes such as welding, thereby greatly improving the cost and convenience of maintenance. According to the present invention, a process of forming a ceramic diaphragm having a shape of an insulator ceramic "c", a process of forming a high resistance thick film resistance by using a thick film technique on the ceramic diaphragm, and forming a strain gauge, And a step of forming the attached ceramic support, and the step of bonding the ceramic diaphragm and the ceramic support using a ceramic adhesive to completely seal the strain gauge.

Description

세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법{A method for fabricting pressure transducer using ceramic diaphragm}A method for fabricting pressure transducer using ceramic diaphragm

본 발명은 다이어프램형 압력센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세라믹 다이어프램에 후막 또는 박막 스트레인 게이지를 형성하여 용접과 같은 번거롭고 고비용의 공정을 제거함으로써 비용절감과 함께 보수유지의 편리성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a diaphragm type pressure sensor, and more particularly, to form a thick film or a thin film strain gauge on a ceramic diaphragm, thereby eliminating cumbersome and expensive processes such as welding, thereby greatly improving the convenience of maintenance and maintenance. The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic diaphragm type pressure sensor.

일반적으로, 스트레인 게이지(변형 게이지)는 금속 또는 반도체의 저항체에 변형이 가해지면 그 저항값이 변화하는 압저항 효과를 이용한 것으로, 용도로서는 하중, 압력, 토크(torque), 기타 실응력의 측정에 각 분야에서 사용되고 있다.In general, strain gages (strain gages) utilize the piezoresistive effect of changing the resistance value when a resistance is applied to a metal or semiconductor resistor, and is used for measuring load, pressure, torque, and other actual stresses. It is used in each field.

또한, 압력센서는 자동차의 메니폴드 압력, 엔진유압 뿐만 아니라 일반 산업용 및 민생용 압력계등 저압에서 고압에 이르기까지 넓은 압력 범위를 고정밀도로 측정하는 데 사용되는 것이다.In addition, the pressure sensor is used to accurately measure a wide range of pressures from low to high pressure, such as automobile manifold pressure, engine hydraulic pressure, as well as general industrial and civil pressure gauges.

그리고, 압력센서는 전세계적으로 첨단 핵심기술의 전자화, 고기능, 다양화가 진행됨에 따라 각 분야에서 요구가 급증하고 있으며, 이에 따른 수요 증가로 선진각국에서 이미 기술 개발사업을 중점 첨단 기술사업으로 분류하고 연구 개발에 집중적으로 지원을 함으로서 기술수준도 진일보하여 대량 생산체제가 확립되고 저가격화 및 초소형화, 스마트화가 실현되고 있다.In addition, the pressure sensor is rapidly increasing in various fields as the electronic technology, high function, and diversification of high-tech core technologies are progressing all over the world. By intensively supporting research and development, the technological level is further advanced, mass production system is established, low price, miniaturization and smartization are realized.

도 1은 종래기술에 따른 스테인리스 다이어프램형 압력센서의 제1 실시예의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a first embodiment of a stainless diaphragm type pressure sensor according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 일측의 표면이 경면처리된 스테인리스 기판(다이어프램)(10)과, 상기 스테인리스 기판(10)의 상면에 일정 두께로 증착된 절연박막(12)과, 상기 절연박막(12) 상면에 Cu-Ni의 조성을 갖고 일정형상의 패턴이 형성된 금속 박막 스트레인 게이지(14)와, 이 금속 박막 스트레인 게이지(14) 및 절연박막(12) 상면에 증착된 보호막(16)으로 이루어진다.As shown in FIG. 1, a stainless steel substrate (diaphragm) 10 having a surface of one side mirrored, an insulating thin film 12 deposited on the upper surface of the stainless substrate 10 with a predetermined thickness, and the insulating thin film ( 12) A metal thin film strain gauge 14 having a composition of Cu—Ni on the top surface and having a predetermined pattern, and a protective film 16 deposited on the metal thin film strain gauge 14 and the insulating thin film 12.

이와 같이 구성된 스테인리스 다이어프램형 압력센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the stainless diaphragm-type pressure sensor configured as described above are as follows.

먼저, 스테인리스를 가공하여 얇은 기판(다이어프램)(10) 만들고, 그 위에 절연막(12)을 증착시키고 이어서, 박막 또는 후막게이지(14)를 형성하여 감압부를 제작한후 그 상면에 보호막(16)을 형성하고, 이것을 압력 지지체(케이스)에 특수 용접한다.First, a stainless substrate is processed to form a thin substrate (diaphragm) 10, and an insulating film 12 is deposited thereon. Then, a thin film or a thick film gauge 14 is formed to fabricate a pressure reducing part, and then a protective film 16 is formed on the upper surface thereof. And special welding to the pressure support (case).

도 2는 종래기술에 따른 스테인리스 다이어프램형 압력센서의 제2 실시예의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a second embodiment of a stainless diaphragm type pressure sensor according to the prior art.

도 2에 도시된 바와 같이, 일측의 표면이 경면처리된 스테인리스 기판(다이어프램)(20)과, 상기 스테인리스 기판(20)의 상면에 형성된 절연베이스(22)와 금속 스트레인 게이지(24) 및 보호막(26)으로 구성된 박 게이지(foil gage)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, a stainless steel substrate (diaphragm) 20 having one surface thereof mirrored, an insulating base 22 formed on the upper surface of the stainless substrate 20, a metal strain gauge 24, and a protective film ( It consists of a foil gage composed of 26).

이와 같이 구성된 스테인리스 다이어프램형 압력센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the stainless diaphragm-type pressure sensor configured as described above are as follows.

도 2는 도 1과 같은 방법으로 제조되는 것으로서, 특히 케이스와 일체로 가공된 다이어프램 위에 박 게이지를 부착한 것이다.FIG. 2 is manufactured by the same method as FIG. 1, in which a foil gauge is attached to a diaphragm that is integrally processed with a case.

상기와 같이 구성되는 스테인리스 다이어프램형의 압력센서는 다이어프램의 가공이 복잡하고 게이지를 수작업으로 부착하여야 하는 문제점이 있었다.The stainless steel diaphragm type pressure sensor configured as described above has a problem in that the processing of the diaphragm is complicated and the gauge must be manually attached.

따라서, 스테인리스 다이어프램형 압력센서는 제조공정이 복잡하여 제조단가가 고가로 될 뿐만 아니라, 게이지가 대기나 측정매질(액체나 기체)에 노출되면 부식되기 쉬워 장기 안정성이나 신뢰성의 저하를 가져오는 문제점이 있었다.Therefore, the stainless diaphragm type pressure sensor has a complicated manufacturing process, which increases the manufacturing cost, and also causes the gauge to be corroded when exposed to the air or the measurement medium (liquid or gas). there was.

또한, 상기 금속 박막 스트레인 게이지가 고장나면, 압력센서 전체를 교체해야 되는 문제점이 있었다.In addition, when the metal thin film strain gauge is broken, there is a problem that the entire pressure sensor needs to be replaced.

그리고, 스테인리스 다이어프램은 부식성가스와 액체의 압력측정에는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.In addition, the stainless diaphragm has a problem that cannot be used to measure the pressure of the corrosive gas and the liquid.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 본 발명의 목적은, 세라믹 다이어프램에 고저항의 후막 또는 박막 게이지를 형성함과 아울러 이것을 다시 세라믹 캡(cap)으로 완전히 밀봉(sealing) 하거나 특수 절연도료의 보호막을 코팅함으로써 기체, 액체에 모두 사용이 가능하고 내부식성(습기, 액체등)이 뛰어난 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법을 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems according to the prior art, an object of the present invention is to form a high-resistance thick film or a thin film gauge on the ceramic diaphragm, and again sealing it completely with a ceramic cap. It provides a manufacturing method of ceramic diaphragm type pressure sensor that can be used for both gas and liquid and has excellent corrosion resistance (humidity, liquid, etc.) by coating a protective film of special insulating paint.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법의 특징은, 절연체인 세라믹을 "ㄷ"모양의 세라믹 다이어프램을 형성하는 공정과, 상기 세라믹 다이어프램 상에 후막기술을 이용해 고저항 후막 저항을 만들어 스트레인 게이지를 형성하는 공정과, 다수의 리드선이 부착된 세라믹 지지대를 형성하는 공정과, 세라믹 접착제를 사용해 상기 세라믹 다이어프램과 세라믹 지지대를 접착하여 스트레인 게이지를 완전히 밀봉하는 공정을 포함하여 이루어진다.A feature of the method for manufacturing a ceramic diaphragm type pressure sensor according to the present invention for achieving the above object is the step of forming a ceramic diaphragm of the shape of the ceramic insulator "c", and using a thick film technology on the ceramic diaphragm Forming a strain gage by forming a resistive thick film resistor, forming a ceramic support with a plurality of lead wires, and bonding the ceramic diaphragm and the ceramic support using a ceramic adhesive to completely seal the strain gauge, Is done.

도 1은 종래기술에 따른 스테인리스 다이어프램형 압력센서의 제1 실시예의 구조를 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing the structure of a first embodiment of a stainless diaphragm-type pressure sensor according to the prior art,

도 2는 종래기술에 따른 스테인리스 다이어프램형 압력센서의 제2 실시예의 구조를 나타낸 단면도,Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of a second embodiment of a stainless diaphragm type pressure sensor according to the prior art,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법을 도시한 공정단면도,3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a ceramic diaphragm type pressure sensor according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 세라믹 다이어프램형 압력센서의 구조를 나타낸 평단면도이다.Figure 4 is a plan sectional view showing the structure of a ceramic diaphragm-type pressure sensor according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

30 : 세라믹 다이어프램, 32 : 후막/박막 스트레인 게이지,30: ceramic diaphragm, 32: thick film / thin film strain gauge,

34 : 세라믹 지지대, 36 : 리드선,34: ceramic support, 36: lead wire,

38 : 세라믹 접착제.38: ceramic adhesive.

이하, 본 발명에 따른 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the method of manufacturing a ceramic diaphragm pressure sensor according to the present invention will be described.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법을 도시한 공정단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a ceramic diaphragm type pressure sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the ceramic diaphragm-type pressure sensor according to the present invention.

먼저, 세라믹 다이어프램형 압력센서에서 후막 스트레인 게이지를 사용하는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이 절연체인 세라믹을 직경 1㎝, 두께 20㎛로 가공하여 "ㄷ"모양의 다이어프램(30)을 형성한다.First, in the case of using a thick film strain gauge in a ceramic diaphragm type pressure sensor, as shown in FIG. 3A, the ceramic, which is an insulator, is processed to a diameter of 1 cm and a thickness of 20 μm to form a “c” shaped diaphragm 30.

상기 세라믹 다이어프램(30)의 두께와 직경은 센서의 사양에 따라 임의로 조정할 수 있다.The thickness and diameter of the ceramic diaphragm 30 can be arbitrarily adjusted according to the specifications of the sensor.

이어, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 세라믹 다이어프램(30) 상에 후막기술을 이용해 고저항 후막 저항(2 ∼ 4㏀)을 만들어 후막 스트레인 게이지(32)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, a high resistance thick film resistor (2 to 4 kW) is formed on the ceramic diaphragm 30 using a thick film technique to form a thick film strain gauge 32.

상기 후막 저항값은 요구되는 입출력 임피던스에 따라 조정 가능하다.The thick film resistance value is adjustable in accordance with the required input and output impedance.

그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이 다수의 리드선(36)이 부착된 세라믹 지지대(34)를 형성한후, 세라믹 접착제(38)를 사용해 상기 세라믹 다이어프램(30)과 세라믹 지지대(34)를 접착하여 스트레인 게이지(32)를 완전히 밀봉한다.And, as shown in Figure 3c after forming a ceramic support 34 with a plurality of lead wires 36, the ceramic diaphragm 30 and the ceramic support 34 is bonded by using a ceramic adhesive 38 Strain gauge 32 is completely sealed.

한편, 세라믹 다이어프램형 압력센서에서 박막 스트레인 게이지를 사용하는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이 절연체인 세라믹을 직경 1㎝, 두께 20㎛로 가공하여 "ㄷ"모양의 다이어프램(30)을 형성한다.On the other hand, in the case of using a thin film strain gauge in the ceramic diaphragm-type pressure sensor, as shown in Figure 3a, by processing the ceramic insulator 1cm in diameter, 20㎛ thickness to form a "c" -shaped diaphragm 30.

상기 세라믹 다이어프램(30)의 두께와 직경은 센서의 사양에 따라 임의로 조정할 수 있다.The thickness and diameter of the ceramic diaphragm 30 can be arbitrarily adjusted according to the specifications of the sensor.

이어, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 세라믹 다이어프램(30) 상에 이온 비임 스퍼터링법을 이용하여 CuNi 또는 NiCr 박막을 증착하고 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 박막 스트레인 게이지(32)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, a CuNi or NiCr thin film is deposited on the ceramic diaphragm 30 using an ion beam sputtering method and patterned by a photolithography process to form a thin film strain gauge 32.

상기 박막 스트레인 게이지(32)의 저항 값은 박막의 두께와 게이지의 길이를 변화시켜 100Ω∼1000Ω사이에서 조정한다.The resistance value of the thin film strain gauge 32 is adjusted between 100 kV and 1000 kV by changing the thickness of the thin film and the length of the gage.

그리고, 도 3c에 도시된 바와 같이 다수의 리드선(36)이 부착된 세라믹 지지대(34)를 형성한후, 세라믹 접착제(38)를 사용해 상기 세라믹 다이어프램(30)과 세라믹 지지대(34)를 접착하여 스트레인 게이지(32)를 완전히 밀봉한다.And, as shown in Figure 3c after forming a ceramic support 34 with a plurality of lead wires 36, the ceramic diaphragm 30 and the ceramic support 34 is bonded by using a ceramic adhesive 38 Strain gauge 32 is completely sealed.

이상에서 상기한 바와 같이 본 발명은 스트레인 게이지를 세라믹 캡으로 완전히 밀봉하거나 특수절연도료의 보호막을 코팅함으로써 내부식성(각종 기체, 습기, 액체등)이 뛰어나고, 장기 안정성 및 성능이 우수하다.As described above, the present invention is excellent in corrosion resistance (various gases, moisture, liquid, etc.) and excellent long-term stability and performance by completely sealing the strain gauge with a ceramic cap or coating a protective film of a special insulating paint.

또한, 압력센싱부와 케이스를 별도 제작하여 조립하므로 사용 중 스트레인 게이지가 고장나면 압력 센싱부만 교체하여 재사용 할 수 있으므로 비용절감과 함께 보수유지의 편리성을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, since the pressure sensing unit and the case are manufactured and assembled separately, if the strain gauge breaks down during use, only the pressure sensing unit can be replaced and reused, thereby greatly reducing the cost and convenience of maintenance.

그리고, 용접이나 게이지 부착과 같이 번거롭고 고비용의 수작업 공정을 제거함으로써 저가격화를 실현할 수 있다.In addition, it is possible to realize low cost by eliminating cumbersome and expensive manual processes such as welding or attaching a gauge.

마지막, 종래의 스테인리스 다이어프램(도 1)의 경우 전기적 절연을 위해서 반드시 절연층이 필요하지만, 본 발명의 경우 세라믹 기판 자체가 절연체이므로 절연박막의 증착이 불필요하기 때문에 공정이 단순화되어 저가격화가 가능하고, 다층박막에서 발생하는 내부 응력(stress)이 완화되어 센서의 신뢰성이 크게 향상된다.Lastly, in the case of the conventional stainless steel diaphragm (FIG. 1), an insulating layer is necessarily required for electrical insulation, but in the present invention, since the ceramic substrate itself is an insulator, the deposition of the insulating thin film is unnecessary, so that the process is simplified and the price can be reduced. The internal stress generated in the multilayer thin film is alleviated, so that the reliability of the sensor is greatly improved.

Claims (7)

절연체인 세라믹을 "ㄷ"모양의 세라믹 다이어프램을 형성하는 공정과;Forming a ceramic diaphragm in the shape of a "?" Ceramic, which is an insulator; 상기 세라믹 다이어프램 상에 후막기술을 이용해 고저항 후막 저항을 만들어 스트레인 게이지를 형성하는 공정과;Forming a strain gauge by forming a high resistance thick film resistor on the ceramic diaphragm using a thick film technology; 다수의 리드선이 부착된 세라믹 지지대를 형성하는 공정과;Forming a ceramic support with a plurality of lead wires attached thereto; 세라믹 접착제를 사용해 상기 세라믹 다이어프램과 세라믹 지지대를 접착하여 스트레인 게이지를 완전히 밀봉하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.A method of manufacturing a ceramic diaphragm-type pressure sensor comprising the step of bonding the ceramic diaphragm and the ceramic support using a ceramic adhesive to completely seal the strain gauge. 절연체인 세라믹을 "ㄷ"모양의 세라믹 다이어프램을 형성하는 공정과;Forming a ceramic diaphragm in the shape of a "?" Ceramic, which is an insulator; 상기 세라믹 다이어프램 상에 이온 비임 스퍼터링법을 이용하여 CuNi 또는 NiCr 박막을 증착하고 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 박막 스트레인 게이지를 형성하는 공정과;Depositing a CuNi or NiCr thin film on the ceramic diaphragm using an ion beam sputtering method and patterning the thin film strain gauge by a photolithography process; 다수의 리드선이 부착된 세라믹 지지대를 형성하는 공정과;Forming a ceramic support with a plurality of lead wires attached thereto; 세라믹 접착제를 사용해 상기 세라믹 다이어프램과 세라믹 지지대를 접착하여 스트레인 게이지를 완전히 밀봉하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.A method of manufacturing a ceramic diaphragm-type pressure sensor comprising the step of bonding the ceramic diaphragm and the ceramic support using a ceramic adhesive to completely seal the strain gauge. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세라믹의 직경과 두께는 센서의 사양에 따라 임의로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.Diameter and thickness of the ceramic can be arbitrarily adjusted according to the specifications of the sensor, the method of manufacturing a ceramic diaphragm-type pressure sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 세라믹의 직경은 1㎝, 두께는 20㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.Diameter of the ceramic is 1cm, thickness of 20㎛ manufacturing method of the ceramic diaphragm-type pressure sensor, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후막 스트레인 게이지의 후막 저항은 입출력 임피던스에 따라 임의로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.The thick film resistance of the thick film strain gauge can be arbitrarily adjusted according to the input and output impedance of the ceramic diaphragm type manufacturing method of the pressure sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후막 스트레인 게이지의 후막 저항은 약 2㏀ ∼ 4㏀인 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.And a thick film resistance of the thick film strain gauge is about 2 kW to 4 kW. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 박막 스트레인 게이지의 저항은 100Ω∼ 1000Ω인 것을 특징으로 하는 세라믹 다이어프램형 압력센서의 제조방법.The method of manufacturing a ceramic diaphragm-type pressure sensor, characterized in that the resistance of the thin film strain gauge is 100 kPa to 1000 kPa.
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