KR100370066B1

KR100370066B1 - Micro Absolute Humidity Sensor and Fabricating Method for the same

Info

Publication number: KR100370066B1
Application number: KR10-2000-0025383A
Authority: KR
Inventors: 이돈희
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2003-01-29
Also published as: KR20010096406A

Abstract

마이크로 절대 습도 센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로서, 마이크로 절대 습도 센서는 기판과, 기판의 일측에 소정 형상의 홈을 갖고 형성되어 외부의 습도를 감지하는 감지 소자와, 기판의 다른 일측에 소정 형상의 홈을 갖고 형성되어 감지 소자에서 감지된 외부의 습도가 홈으로 들어오지 못하도록 하여 습도를 보상하는 보상 소자와, 감지 및 보상 소자의 상부에 일체형으로 접합하고 각각 동공 형상을 갖는 캡(cap)을 포함하여 구성되고, 감지 및 보상 소자에 홀이 형성된 금속으로 패키징하는 패키지를 더 포함하여 구성되며, 감지 소자와 보상 소자에 형성된 저항체 박막을 멤브레인막 상에 형성하기 때문에 크기가 작고 열용량이 작은 브릿지 형태의 센서를 만들어 센서의 감도를 크게 하고 응답 속도를 빠르게 향상시킬 수 있으며, 제조 단가를 낮추고 대량 생산이 가능하다.To provide a micro absolute humidity sensor and a manufacturing method thereof, the micro absolute humidity sensor is formed with a substrate, a groove having a predetermined shape on one side of the substrate to detect the external humidity, and a predetermined on the other side of the substrate Compensation element for compensating humidity by preventing external humidity detected by the sensing element from being formed with the groove of the shape, and integrally bonded to the upper part of the sensing and compensation element, and cap having a pupil shape, respectively. The package is configured to include, and further comprises a package for packaging a metal formed with a hole in the sensing and compensation element, and formed on the membrane membrane of the resistor thin film formed on the sensing element and the compensation element because of the small size and small heat capacity Sensor to increase the sensitivity of the sensor, improve the response speed, Whether it is possible to reduce mass production.

Description

Micro Absolute Humidity Sensor and Fabricating Method for the same

본 발명은 마이크로 절대 습도 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro absolute humidity sensor and a manufacturing method thereof.

습도 센서는 습도계서부터 전자 레인지의 음식물 요리를 위한 습도 센서까지 그 사용 용도가 매우 다양하다. 현재까지 사용되고 있는 습도 센서의 종류는 폴리이미드와 같은 유기물의 유전율 변화를 이용한 정전 용량형 습도 센서와와 같은 반도체 세라믹의 저항 변화를 이용한 상대 습도 센서 그리고 세라믹 써미스터를 이용한 습도 센서 등이 있다.Humidity sensors range from humidity meters to humidity sensors for cooking food in microwaves. The types of humidity sensors used to date are capacitive type humidity sensors using a change in dielectric constant of organic materials such as polyimide, Relative humidity sensor using the resistance change of the semiconductor ceramic, and humidity sensor using a ceramic thermistor.

이 중에서 전자 레인지의 음식물 조리를 위한 습도 센서로는 두 개의 써미스터를 이용한 절대 습도 센서가 널리 이용되고 있다. 절대 습도 센서는 주위 온도의 변화에 영향을 받지 않으므로 안정하게 습도를 검출할 수 있다는 장점이 있다. 전자 레인지에서 절대 습도 센서의 감습 원리는 음식물 조리시 음식물로부터 발생한 수증기가 써미스터의 열을 빼앗아 감에 의해 써미스터의 온도 변화에 의한 저항 변화를 이용한다.Among them, an absolute humidity sensor using two thermistors is widely used as a humidity sensor for cooking food in a microwave oven. Absolute humidity sensor has an advantage that can detect the humidity stably because it is not affected by changes in the ambient temperature. The principle of humidity sensitivity of the absolute humidity sensor in a microwave oven takes advantage of the resistance change caused by temperature changes in the thermistor as water vapor generated from the food takes heat away from the thermistor.

도 1 은 종래의 절대 습도 센서의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a conventional absolute humidity sensor.

유리막과 같은 보호막으로 도포된 세라믹 써미스터(1, 2) 두 개가 백금과 같은 귀금속 도선(3)에 의해 지지핀(4)에 연결되어 공중에 떠 있는 구조로 되어 있으며 외부는 두 개의 써미스터(1, 2)를 격리시키는 금속 쉴드 케이스(shield case : 5)에 의해 패키지 되어 있다.Two ceramic thermistors (1, 2) coated with a protective film such as a glass film are connected to the support pin (4) by a precious metal conductor (3) such as platinum and float in the air. 2) It is packaged by a metal shield case (5) to isolate it.

그 중 하나의 써미스터(1)는 상기 금속 패키지(5)에 미세한 구멍(hole)이 있어 수증기가 써미스터(1) 표면에 접촉할 수 있도록 대기 중에 노출되며, 다른 써미스터(2)는 금속 패키지(5)에 의해 드라이로 밀폐되어 수증기가 접촉하지 못하게 되어 있다.One thermistor 1 has a minute hole in the metal package 5 and is exposed to the atmosphere so that water vapor can contact the surface of the thermistor 1, and the other thermistor 2 is a metal package 5. Dry by) It is sealed to prevent water vapor from coming into contact.

따라서 상기 두 개의 써미스터(1, 2)와 외부 저항으로 브릿지 회로를 구성하면 음식물 조리에 의한 수증기 발생시 발생된 수증기가 대기 중에 노출된 써미스터(1)의 열을 빼앗아 감으로써 노출된 한 개의 써미스터(1)에서만 저항 변화가 발생하여 바이어스 전압에 의한 출력 변화가 발생하여 습도를 감지하게 된다.Therefore, if the bridge circuit is composed of the two thermistors (1, 2) and an external resistor, the one thermistor (1) exposed by taking away the heat of the thermistor (1) exposed to the atmosphere when the steam generated by food cooking occurs in the atmosphere ), Resistance change occurs, and output change by bias voltage occurs to detect humidity.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 습도 센서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the humidity sensor according to the related art described above has the following problems.

첫째, 소자를 세라믹 써미스터로 사용하기 때문에 열용량이 커서 감도가 낮고 응답 시간이 늦으며 센서 크기가 커지는 문제점이 있다.First, since the device is used as a ceramic thermistor, the heat capacity is large, resulting in low sensitivity, slow response time, and large sensor size.

둘째, 써미스터 소자를 도선과 지지핀을 이용하여 공중에 띄우고 도선과 지지핀을 스팟 웰딩(spot welding)하기 때문에 그 제조 공정이 복잡하고 공정수가 많게 되어 가격이 비싸고 대량 생산에 불리한 단점이 있다.Second, since the thermistor element is floated in the air by using wires and support pins and spot welding the wires and support pins, the manufacturing process is complicated and the number of processes increases, which is expensive and disadvantageous for mass production.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 온도 저항 계수를 갖는 저항체 박막을 실리콘 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 브릿지 형태를 갖는 멤브레인 상에 형성함으로써, 소자의 열용량을 작게 하고 습도 발생에 의한 소자의 온도 변화를 크게 하여 센서의 감도를 향상시키고 소형화가 가능한 마이크로 절대 습도 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by forming a resistor thin film having a temperature resistance coefficient on the membrane having a bridge shape by using silicon micromachining technology, the heat capacity of the device is reduced and the humidity is generated. It is an object of the present invention to provide a micro absolute humidity sensor and a method of manufacturing the same, by which the temperature change of the device is increased to improve the sensitivity of the sensor and to be miniaturized.

도 1 은 종래의 습도 센서의 구조도1 is a structural diagram of a conventional humidity sensor

도 2a , 도 2b, 도 2c, 도 2d 는 본 발명에 따른 마이크로 절대 습도 센서 제조 공정 단면도Figure 2a, 2b, 2c, 2d is a cross-sectional view of the manufacturing process of the micro absolute humidity sensor according to the present invention

도 2e 및 도 2f 는 상기 단면도 2b 및 도 2c 의 전체 구조도Figures 2e and 2f is the overall structural diagram of the cross-sectional view 2b and 2c

도 3a 는 본 발명에 따른 마이크로 절대 습도 센서의 전체 구조 단면도Figure 3a is a cross-sectional view of the overall structure of the micro absolute humidity sensor according to the present invention

도 3b 는 상기 단면도 3a 의 전체 구조도Figure 3b is an overall structural diagram of the cross-sectional view 3a

도 4 는 제작한 마이크로 절대 습도 센서를 이용한 습도 검출 회로4 is a humidity detection circuit using the manufactured micro absolute humidity sensor

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1, 2 : 세라믹 써미스터 3 : 도선1, 2: ceramic thermistor 3: conductor

4: 지지핀 5 : 금속 패키지/쉴드 케이스4: support pin 5: metal package / shield case

11 : 실리콘 기판 12 : 멤브레인막11 silicon substrate 12 membrane membrane

13 : 감지 소자용 저항체 박막 13’: 보상 소자용 저항체 박막13: resistor thin film for sensing element 13 ': resistor thin film for compensation element

14 : 전극 패드 15 : 보호막14 electrode pad 15 protective film

16, 16’: 홈 17 : 캡16, 16 ': Groove 17: Cap

18, 18’ : 브릿지18, 18 ': bridge

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 습도 센서의 특징은 기판과, 상기 기판의 일측에 소정 형상의 홈을 갖고 형성되어 외부의 습도를 감지하는 감지 소자와, 상기 기판의 다른 일측에 소정 형상의 홈을 갖고 형성되어 상기 감지 소자에서 감지된 외부의 습도가 홈으로 들어오지 못하도록 하여 습도를 보상하는 보상 소자와, 상기 보상 소자와 감지소자의 상부에 일체형으로 접합하고 동공 형상을 갖는 캡(cap)을 포함하여 구성되는데 있다. 상기 감지 소자와 보상 소자에 홀이 형성된 금속으로 패키징하는 패키지를 더 포함하여 구성되기도 한다.A feature of the micro-humidity sensor according to the present invention for achieving the above object is a substrate, a sensing element formed with a groove of a predetermined shape on one side of the substrate to sense external humidity, and on the other side of the substrate Compensation element to compensate for humidity by preventing the external humidity detected by the sensing element is formed with a groove of a predetermined shape, a cap having a pupil shape integrally bonded to the upper portion of the compensation element and the sensing element ( It is configured to include a cap). The sensing device and the compensation device may be configured to further include a package for packaging with a metal formed with a hole.

상기 캡(cap)은 상기 감지 소자의 상부에도 동공 형상을 가지고 상기 보상 및 감지 소자의 상부에 접합하여 형성된 일체형이다.The cap has a pupil shape in the upper portion of the sensing element and is integrally formed by bonding to the upper portion of the compensation and sensing element.

그리고 상기 감지 소자는 상기 감지 소자의 하부에 형성되어 상기 기판의 양측이 개방된 구조를 갖는 홈의 소정 공간 위에 브릿지 형태로 떠 있는 저항체 박막과 상기 저항체 박막에 연결된 전극 패드로 구성되고, 상기 보상 소자는 상기 보상 소자의 하부에 형성되어 상기 기판의 양측이 막힌 구조를 갖는 홈의 소정 공간 위에 브릿지 형태로 떠 있는 저항체 박막과 상기 저항체 박막에 연결된 전극 패드로 구성된다.The sensing element includes a resistor thin film formed in a lower portion of the sensing element and floating in a bridge shape on a predetermined space of a groove having an open structure on both sides of the substrate, and an electrode pad connected to the resistor thin film. The resistive thin film includes a resistor thin film formed under the compensation element and floating in a bridge shape over a predetermined space of a groove having a structure in which both sides of the substrate are blocked, and an electrode pad connected to the resistor thin film.

상기 캡(cap)의 접합에 사용되는 물질은 에폭시(epoxyz) 접착제이고 상기 기판은 실리콘 기판이다.The material used for bonding the cap is an epoxy adhesive and the substrate is a silicon substrate.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 습도 센서 제조방법의 특징은 기판 위에 멤브레인막을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인막 상부에 온도 저항 계수를 갖는 다수 개의 저항체 박막을 형성하여 감지 소자 및 보상 소자용 저항체 박막을 형성하는 단계와, 상기 기판 위에 형성된 상기 감지 소자용 및 보상 소자용 저항체 박막 양측에 접촉하여 전기적으로 연결하는 전극 패드를 형성하는 단계와, 상기 전극 패드 양측이 노출되도록 상기 저항체 박막과 상기 전극 패드 위에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 감지 소자용 및 보상 소자용 저항체 박막의 하부에 위치한 상기 기판에 소정 형상의 홈을 형성하는 단계와, 상기 보상 소자의 상부에 접합하고 동공 형상을 갖는 캡(cap)을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있으며, 상기 감지 소자 및 보상 소자에 홀이 형성된 금속으로 패키징하는 단계를 더 포함하여 이루어지는데 있다.Features of the method for manufacturing a micro humidity sensor according to the present invention for achieving the above object are the steps of forming a membrane film on the substrate, and forming a plurality of resistor thin film having a temperature resistance coefficient on the membrane film sensing element and compensation Forming a resistor thin film for an element, forming an electrode pad that contacts and electrically connects both sides of the resistor thin film for the sensing element and the compensation element formed on the substrate, and exposes the resistor thin film so that both sides of the electrode pad are exposed. And forming a protective film on the electrode pad, forming a groove of a predetermined shape in the substrate positioned under the resistor thin film for the sensing element and the compensation element, and bonding the upper portion of the compensation element to the pupil shape. And forming a cap having the above, The step of packaging with a metal hole is formed in the support element and the compensating element is makin further comprising.

상기 캡(cap)은 상기 감지 소자의 상부에도 동공 형상을 갖고 접합하여 형성되기도 한다.The cap may also be formed by bonding the upper portion of the sensing element to have a pupil shape.

상기 소정 형상의 홈은 각각 소정의 각도를 가지고 기울어진 두 면이 접합하여 형성되고, 상기 멤브레인막은,,중 어느 하나로 형성되고, 상기 저항체 박막은 Ti, Pt, Ni,중 어느 하나로 형성되며, 상기 보호막은,,중 어느 하나로 형성된다.The grooves of the predetermined shape are formed by joining two inclined surfaces at predetermined angles, and the membrane film , , Is formed of any one of, the resistor thin film is Ti, Pt, Ni, Is formed of any one of, the protective film , , It is formed of either.

본 발명의 특징에 따른 작용은 저항체 박막을 열용량이 작은 브릿지 형태의 멤브레인막 상에 형성하기 때문에 센서의 감도를 크게 하고 응답 속도를 빠르게 향상시킬 수 있으며, 동일한 실리콘 기판 상에 감지 소자와 보상 소자 형성을 위한저항체 박막을 마이크로 크기로 형성하여 하나의 패키지로 만들 수 있어 소비 전력을 줄이고 센서의 크기를 작게 할 수 있고 제조 단가를 낮출 수 있으며 대량 생산을 할 수 있다.The action according to the characteristics of the present invention is to form a resistor thin film on the bridge-like membrane film having a small heat capacity, so that the sensitivity of the sensor can be increased and the response speed can be improved quickly. Micro resistive thin films can be formed into a single package to reduce power consumption, reduce the size of the sensor, reduce manufacturing costs, and enable mass production.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 마이크로 절대 습도 센서 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of a micro absolute humidity sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2a 및 도 2b 는 마이크로 절대 습도 센서의 소자의 제조 방법을 나타낸 도면이다.2A and 2B illustrate a method of manufacturing a device of a micro absolute humidity sensor.

먼저, 도 2a 에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(11) 표면에 저응력(low stress),또는로 이루어진 멤브레인막(12)을 형성하고, 그 위에 온도 저항 계수를 갖는 Ti, Pt, Ni,박막으로 감지 소자용 저항체 박막(13)과 보상 소자용 저항체 박막(13’)을 형성하고 상기 저항체 박막(13, 13’)의 전극 패드(14)를 패터닝하여 형성한다.First, a low stress on the surface of the silicon substrate 11 as shown in Figure 2a , or Forming a membrane film 12 having Ti, Pt, Ni, having a temperature resistance coefficient thereon; The resistive thin film 13 for the sensing element and the resistive thin film 13 'for the compensation element are formed of thin films, and the electrode pads 14 of the resistive thin films 13 and 13' are patterned.

도 2b 에 도시된 바와 같이, 상기 저항체 박막(13, 13’)과 전극 패드(14) 상부에 절연 특성을 가지고, KOH용액과 같은 실리콘 에칭 용액에 대해 화학적 내구성이 우수한,,박막으로 보호막(15)을 증착하여 형성한다.As shown in FIG. 2B, the resistor thin films 13 and 13 ′ and the electrode pad 14 have insulating properties, and have excellent chemical durability against a silicon etching solution such as a KOH solution. , , The protective film 15 is formed by depositing a thin film.

상기 보호막(15)을 형성한 후, 홈(16, 16’) 형성과 전극 패드(14) 노출을 위하여 보호막(15)과 멤브레인막(12)의 일정 부분을 패터닝하여 제거한다. 상기홈(16, 16’)의 형성시 감지 소자용 저항체 박막(13) 쪽에 형성되는 홈(16)은 습기의 흐름이 원활하도록 실리콘 기판(11) 끝까지 형성하여 홈(16)의 양끝이 개방되도록 한다. 반대로 보상 소자용 저항체 박막(13’)쪽에 형성되는 홈(16’)은 양끝이 막히도록 하여 습기가 홈(16’)으로 들어오지 못하도록 한다. 브릿지 형성은 KOH와 같은 실리콘 에칭 용액으로 실리콘 기판(11) 전면으로부터 에칭을 행하여 멤브레인막(12)으로 이루어진 브릿지를 형성한다.After forming the passivation layer 15, portions of the passivation layer 15 and the membrane layer 12 are patterned and removed to form grooves 16 and 16 ′ and expose the electrode pads 14. When the grooves 16 and 16 'are formed, the grooves 16 formed on the sensing element resistor thin film 13 side are formed to the end of the silicon substrate 11 so that moisture flows smoothly so that both ends of the grooves 16 are opened. do. On the contrary, the groove 16 'formed on the resistor thin film 13' side of the compensation element is blocked at both ends to prevent moisture from entering the groove 16 '. The bridge formation is etched from the entire silicon substrate 11 with a silicon etching solution such as KOH to form a bridge composed of the membrane film 12.

상기 공정에서 홈의 방향은 (110)방향으로 정렬하여 홈(16, 16’) 외각면이 (110)면이 되도록 한다. (110)면은 KOH 습식 에칭 시 (100)면과 에칭 속도가 유사하기 때문에 실리콘 기판(11)의 수직, 수평 방향의 에칭 속도가 유사하여 브릿지 제작이 용이하다.In the above process, the direction of the grooves is aligned in the (110) direction so that the outer surfaces of the grooves 16 and 16 'are the (110) planes. Since the (110) plane has an etching rate similar to that of the (100) plane during KOH wet etching, the etching speed in the vertical and horizontal directions of the silicon substrate 11 is similar to facilitate the fabrication of the bridge.

도 2b 는 도 2e 를 I-I 방향으로 자른 단면을 나타낸 것이다.FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 2E taken along the I-I direction.

도 2e 는 도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같이 제작한 마이크로 절대 습도 센서 소자의 구조를 나타낸 도면이다.FIG. 2E is a diagram illustrating a structure of a micro absolute humidity sensor device manufactured as shown in FIGS. 2A and 2B.

도 2e 에는 편의상 보호막(10)을 나타내지 않았다. 그 구조는 실리콘 기판(11)상의 일정 부분에 2 개의 홈(groove : 16, 16’)이 있고, 그 홈(16, 16’) 위에 멤브레인막(14)의 일부가 2 개의 브릿지(18, 18’)를 이루고 있으며 상기 브릿지(18, 18’) 상부에 감지 소자용 저항체 박막(13)과 보상 소자용 저항체 박막(13’)의 전극 패드(14)가 형성되어 있다. 절대 습도 센서를 제작하기 위해서는 주위 습도 변화에 영향을 받지 않는 보상 소자가 필요하다.For convenience, the protective film 10 is not shown in FIG. 2E. The structure has two grooves (16, 16 ') in a predetermined portion on the silicon substrate 11, and a portion of the membrane film 14 on the grooves (16, 16') has two bridges (18, 18). And the electrode pads 14 of the sensing element resistor thin film 13 and the compensation element resistor thin film 13 'are formed on the bridges 18 and 18'. The fabrication of an absolute humidity sensor requires a compensation element that is not affected by changes in ambient humidity.

도 2c 는 도 2e 에 도시된 바와 같은 마이크로 절대 습도 센서에 주위 습도가 침투하지 못하도록 보상 소자용 저항체 박막(13’)을 형성하는 도면이다.FIG. 2C is a view of forming a resistor thin film 13 'for the compensating element such that the ambient humidity does not penetrate the micro absolute humidity sensor as shown in FIG. 2E.

외부와 차단하는 방법으로 KOH와 같은 실리콘 에칭 용액의 일정 부분을 에칭, 제거하여 동공이 형성된 실리콘 캡(cap : 17)을 보상 소자용 저항체 박막(13’) 상부에 에폭시(epoxy)와 같은 접착제를 이용하여 접합한다.Etching and removing a portion of a silicon etching solution, such as KOH, by blocking it from the outside, a silicon cap (17) formed with a pupil is placed on top of the resistor thin film 13 'for the compensation element. To join.

도 2f 는 실리콘으로 보상 소자용 저항체 박막(13’)을 캐핑(capping)하여 완성한 마이크로 절대 습도 센서의 구조를 나타낸 단면도로서, 도 2c 를 Ⅱ-Ⅱ 방향으로 자른 단면이다.FIG. 2F is a cross-sectional view showing the structure of a micro absolute humidity sensor completed by capping a resistor thin film 13 'for compensation element with silicon, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the II-II direction.

도 2d 는 도 2f 에 도시된 바와 같은 마이크로 습도 센서를 습기가 들어올 수 있도록 홀이 형성된 금속으로 된 쉴드 케이스(shield case : 5)로 패키징한 마이크로 절대 습도 센서의 구조를 나타낸 것이다.FIG. 2D illustrates the structure of the micro absolute humidity sensor in which the micro humidity sensor as shown in FIG. 2F is packaged into a shield case 5 made of a metal having holes formed therein to allow moisture to enter therein.

도 3a 는 본 발명에 따른 마이크로 절대 습도 센서의 전체 구조 단면도로서 마이크로 절대 습도 센서의 전체 구조도인 도 3b 를 Ⅲ-Ⅲ 방향으로 자른 단면을 나타낸 것이다. 제조 공정은 도 2a 및 도 2b 의 공정을 거쳐 이루어진다.3A is a cross-sectional view showing the overall structure of the micro absolute humidity sensor according to the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the III-III direction of FIG. The manufacturing process is made through the process of FIGS. 2A and 2B.

도 2c 에 도시된 바와 같이 보상 소자용 저항체 박막(13’) 위에 형성된 실리콘 캡(17)을 감지 소자용 저항체 박막(13) 위까지 확장하여 형성한다. 도 2c 에 도시된 바와 같이 보상 소자용 저항체 박막(13’)에만 캐핑(capping)을 할 경우 보상 소자에서 발생하는 복사열이 실리콘 캡(17) 내부에서 외부로 방출되지 못하고 반사되어, 보상 소자부와 감지 소자부의 열평형(thermal balance)이 깨어져 회로 동작이 불안정해진다. 감지 소자부는 홈(16)의 밑으로 습도를 감지하므로 감지 성능에는 아무런 영향을 미치지 않는다.As illustrated in FIG. 2C, the silicon cap 17 formed on the resistor thin film 13 ′ for the compensation device is extended to the resistor thin film 13 for the sensing device. As shown in FIG. 2C, when only the resistor thin film 13 ′ of the compensation element is capped, the radiant heat generated from the compensation element is not reflected to the inside of the silicon cap 17, but is reflected. The thermal balance of the sensing element portion is broken and the circuit operation becomes unstable. The sensing element portion senses humidity below the groove 16 and thus has no effect on sensing performance.

도 4 는 제작한 마이크로 절대 습도 센서를 이용한 습도 검출 회로의 일 예를 나타낸 것이다. 상기 회로는 감지 소자용 저항체 박막(13)과, 보상 소자용 저항체 박막(13’)과, 고정 저항(R1)과, 가변 저항(VR)으로 이루어진 브릿지 회로와, 브릿지 회로에 인가되는 전원(V)으로 간단히 구성된다.4 shows an example of a humidity detection circuit using the manufactured micro absolute humidity sensor. The circuit comprises a bridge circuit comprising a resistive thin film 13 for a sensing element, a resistive thin film 13 'for a compensation element, a fixed resistor R1 and a variable resistor VR, and a power source V applied to the bridge circuit. It simply consists of

일 예로 전자 레인지에 절대 습도 센서와 상기 회로를 이용하여 음식물 조리시 음식물로부터 발생한 수증기에 의한 습도 변화를 검출하는 방법은 다음과 같다.As an example, a method of detecting a change in humidity due to water vapor generated from food when cooking food using an absolute humidity sensor and the circuit in a microwave oven is as follows.

전자 레인지에서 음식물을 가열하면 수증기가 발생하고 발생한 수증기는 센서의 금속 쉴드 케이스(5)에 형성되어 있는 구멍을 통하여 패키지 내부로 들어가 바이어스 전원(V)에 의해 자체 가열(self-heating)되어 있는 감지 소자용 저항체 박막(13)에 접촉하여 열을 빼앗아 가게 된다. 이때 보상 소자용 저항체 박막(13’)에는 습기가 접촉할 수 없으므로 감지 소자용 저항체 박막(13)에만 열 손실이 발생한다. 열 손실 만큼에 상당하는 온도 감소가 발생하여 결국 감지 소자의 저항체 박막(13)만의 온도를 감소시키게 한다. 이러한 감지 소자용 저항체 박막(13)의 저항이 변화하여 브릿지 회로의 출력 변화가 발생하게 되어 습도 변화를 검출할 수 있다. 이때 주변 온도 변화에 의한 영향은 보상 소자용 저항체 박막(13’)에 의하여 보상되므로 절대 습도를 검출할 수 있다. 따라서 마이크로 절대 습도 센서 주변의 습도 변화를 상기 전자 레인지와 같은 마이크로 조리 기기에서 음식물 요리시 가열에 의해 음식물로부터 발생하는 수증기를 검출하여 음식물의 자동 요리 등에 응용한다.When food is heated in a microwave oven, water vapor is generated, and the generated water vapor enters into the package through a hole formed in the metal shield case 5 of the sensor, and senses self-heating by a bias power supply (V). In contact with the element resistor thin film 13, heat is taken away. In this case, since moisture cannot contact the resistor thin film 13 ′ for the compensation element, heat loss occurs only in the resistor thin film 13 for the sensing element. A temperature reduction equivalent to the heat loss occurs, which in turn leads to a decrease in the temperature of only the resistive thin film 13 of the sensing element. The resistance of the resistor thin film 13 for the sensing element is changed to generate a change in output of the bridge circuit, thereby detecting a change in humidity. In this case, the influence of the change in the ambient temperature is compensated by the resistor thin film 13 ′ for the compensating element, so that the absolute humidity can be detected. Therefore, the humidity change around the micro absolute humidity sensor detects water vapor generated from the food by heating when the food is cooked in a micro cooking apparatus such as a microwave oven, and is applied to the automatic cooking of food.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로 절대 습도 센서는 다음과 같은 효과가 있다.The micro absolute humidity sensor according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, 실리콘 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 브릿지 상에 저항체 박막을 형성함으로써 소자의 열 용량을 작게 하여 습도 변화에 의한 소자의 열 손실을 크게 하여 저항체의 저항 변화를 크게 할 수 있어 센서의 감도를 높일 수 있으며 응답 속도를 빠르게 향상시키는 효과가 있다.First, by forming a resistor thin film on the bridge by using silicon micromachining technology, the thermal capacity of the device can be reduced to increase the heat loss of the device due to humidity changes, thereby increasing the resistance change of the resistor, thereby increasing the sensitivity of the sensor. It has the effect of improving the response speed quickly.

둘째, 실리콘 기판 상에 감지 소자와 보상 소자를 형성하고 실리콘 공정을 이용하여 보상 소자 또는 감지 및 보상 소자를 용이하게 캐핑(capping)할 수 있어 센서의 크기를 작게 할 수 있으며, 패키지 등의 조립 공정이 간단하여 센서의 가격을 저렴하게 제작할 수 있으며 대량 생산에 유리한 효과를 가진다.Second, since the sensing element and the compensation element are formed on the silicon substrate, and the compensation element or the sensing and compensation element can be easily capped using the silicon process, the size of the sensor can be reduced, and the assembly process of the package, etc. This simplicity allows the sensor to be manufactured at low cost and has an advantageous effect on mass production.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

Claims

Substrate,

A sensing element formed on one side of the substrate with a groove having a predetermined shape to sense external humidity;

A compensation element formed on the other side of the substrate with a groove having a predetermined shape to compensate for humidity by preventing external humidity detected by the sensing element from entering the groove;

And a cap coupled to the upper portion of the compensation element and the upper portion of the sensing element and integrally bonded to each other.

delete

The micro absolute humidity sensor as claimed in claim 1, further comprising a package for packaging the metal with holes formed in the sensing element and the compensation element.

The method of claim 1, wherein the sensing element

A resistor thin film formed under the sensing element and floating in a bridge shape on a predetermined space of a groove having a structure in which both sides of the substrate are open;

And an electrode pad connected to the resistor thin film.

The method of claim 1, wherein the compensation element

A resistor thin film formed under the compensation element and floating in a bridge shape on a predetermined space of a groove having a structure in which both sides of the substrate are blocked;

And an electrode pad connected to the resistor thin film.

The micro absolute humidity sensor as claimed in claim 1, wherein the material used for bonding the cap is an epoxy adhesive.

The micro absolute humidity sensor of claim 1, wherein the substrate is a silicon substrate.

Forming a membrane film on the substrate,

Forming a plurality of resistor thin films having a temperature resistance coefficient on the membrane film to form resistor thin films for sensing and compensation elements;

Forming electrode pads electrically connected to both sides of the resistor thin film for the sensing element and the compensation element formed on the substrate;

Forming a protective film on the resistor thin film and the electrode pad to expose both sides of the electrode pad;

Forming a groove of a predetermined shape in the silicon substrate located under the resistor thin film for the sensing element and the compensation element;

And forming a cap having a pupil shape and bonded to an upper portion of the compensating element.

The method of claim 8, wherein the cap is formed by joining and having a pupil shape on an upper portion of the sensing element.

The method of claim 8, further comprising packaging the metal with holes formed in the sensing element and the compensation element.

The method of claim 8, wherein the grooves having a predetermined shape are formed by joining two surfaces inclined at predetermined angles, respectively.

The method of claim 8, wherein the membrane membrane , , Micro absolute humidity sensor manufacturing method characterized in that formed of any one of.

The method of claim 8, wherein the resistor thin film is Ti, Pt, Ni, Micro absolute humidity sensor manufacturing method characterized in that formed of any one of.

The method of claim 8, wherein the protective film , , Micro absolute humidity sensor manufacturing method characterized in that formed of any one of.