KR100421177B1 - 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, MEMS (Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용해 낮은 열 유속 범위에서도 높은 감도와 정확도 및 공간 분해능을 가지는 미세 열 유속센서 (Micro Heat Flux Sensor) 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 미세 열 유속센서는 열 유속이 측정될 물체의 벽면에 접촉되는 실리콘 기판과; 상기 실리콘 기판의 상면에 형성되는 금 박막층과, 상기 금 박막층 위에 형성되는 구리 도금층으로 이루어진 수용부와; 상기 수용부의 구리 도금층으로부터 전달되는 열을 중심으로 모아서 상측으로 이동시키는 원기둥 형상의 열 이동부와; 상기 열 이동부의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 수용부의 구리 도금층 상면에 형성되는 단열층과; 상기 단열층의 상면에 상기 원기둥 형상의 열 이동부로부터 전달되는 열을 중심으로부터 방사 방향으로 분산시키기 위해 중심이 상기 열 이동부와 접하도록 형성되고, 상면 중앙부와 주변부에 각각 제1온도측정지점과 제2온도측정지점이 형성된 측정부와; 상기 측정부의 제1 및 제2온도측정지점의 온도차를 측정하는 온도계를; 포함하는 미세 열 유속센서 및 그 제조방법을 제공한다. 따라서 열경로의 저항을 줄이고, 단열층의 단열효과를 높임으로써 높은 정확도와 감도로 열 유속을 측정할 수 있는 등의 효과를 가진다.

Description

전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서 및 그 제조방법{MICRO HEAT FLUX SENSOR BY USING ELECTROPLATING, AND METHOD OF MAKING THE SAME}

본 발명은 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 낮은 열 유속에서 높은 측정 정확도를 갖는 미세 열 유속센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

열 전달에 있어서 물체의 열적 경계조건을 결정하기 위해서는 물체의 단위면적 당 열에너지의 전달양인 열 유속을 측정하여야 하며, 일반적으로 열유속을 측정하기 위하여 열 유속센서들이 사용되고 있다.

이러한 열 유속센서들은 측정방법에 따라 구배형(Gradient) 열 유속센서, 과도형(Transient) 열 유속센서 및 평형형(Balanced) 열 유속센서로 크게 분류되며, 이중 구배형 열 유속센서는 형태에 따라 층형 게이지(Layed Gauge)의 형태와 원형의 박막 게이지(Circular Thin Foil Gauge)등의 형태로 구분된다.

그러나 이러한 열 유속센서를 이용하는 경우, 열 유속센서 자체가 측정하고자 하는 표면에서의 열 저항으로 작용하여 열 유속을 교란하게 되므로, 열 유속센서에 의한 열 유속 교란을 최소화시키기 위하여 열 유속센서를 가능한 작게 만드는 연구가 수행되어 왔다. 특히, 90년대 들어서 MEMS(Micro Electro MechanicalSystem) 기술을 이용한 초소형 열 유속센서의 연구는 열 유속센서 연구에 새로운 가능성을 열었다.

도 1은 종래의 열 유속센서를 도시한 것으로서, 이는, 실리콘 몸체(3)와, 실리콘 몸체(3)의 상면과 하면 및 중심부 구멍의 내면에 형성된 실리콘 산화막(4)과, 실리콘 산화막(4) 위에 형성된 금 박막(1a)(1b)과, 상부 금 박막(1b) 위에 형성되는 열전대(5)(6)와, 열전대(5)(6) 위에 형성되는 실리콘 산화물층(7)을 구비한다.

그리고 실리콘 몸체(3) 중심부의 구멍은 기판 미세 가공을 이용 식각하여 아래쪽 금 박막(1a)에서 위쪽의 금 박막(1b)으로 열을 전달하는 중심통로(3a)를 만들고, 상기 열전대(5)(6)는 도 2에 도시된 바와 같이, 별 모양으로 배치시켜 중심 부분과 가장자리 부분의 온도차를 측정한다.

이와 같이 구성된 종래의 열 유속센서는, 열 유속이 측정될 물체(M)의 벽면을 통해 방출되는 열이, 화살표로 도시한 바와 같이 벽면에 접촉된 아래쪽 금 박막(1a)과 실리콘 중심부를 통해 위쪽 금 박막(1b)으로 전달되고, 이것은 다시 위쪽 금 박막(1b)의 가장자리를 통해 빠져나가게 되며, 이때, 위쪽 금 박막(1b)의 중심부와 가장자리의 온도차를 측정하여 열 유속을 알 수 있다.

그러나 기판 미세 가공을 이용하여 실리콘 몸체(3)을 식각하는 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 가운데 부분의 열을 전달하는 중심통로(3a)의 모양이 사각형으로 이루어지기 때문에, 중심에 있는 열전대(5)(6) 접점들의 온도가 균일하지 않게 된다.

또한, 도 3과 같이 화살표 a방향의 실리콘 몸체(3)를 사용할 경우 일정한 각을 가지는 기울어진 면을 얻게되어, 위쪽 사각형의 크기는 아래쪽 사각형의 크기뿐만 아니라 실리콘의 두께에도 영향을 받게된다.

만약, 실리콘 몸체(3)의 두께가 예상보다 두꺼울 경우에는 구멍이 뚫리지 않게 되고, 더 얇거나 실리콘 결정방향과 사각형의 방향이 일치하지 않을 경우에는 사각형이 더 커지게 되므로 제작된 센서들간의 재현성이 떨어지는 결과를 초래하게 된다.

또한, 도 2와 같이 별 모양으로 열전대(5)(6)가 배치되어 있을 경우에는 약간의 정렬 오차로 인해 열전대(5)(6) 접점이 중심으로 많이 이동하게 되어 열전대 접점들간의 온도가 균일하지 않고, 출력전압은 예상 값보다 더 낮아 센서의 기능을 떨어뜨리게 된다.

그리고 금 박막(1a)(1b)의 두께가 너무 얇아 열이 이 경로를 따라 흐르는데 저항이 너무 크고, 단열층인 산화막의 두께도 얇기 때문에 금 박막 외부로 열이 빠져나가는 것을 충분히 막아줄 수 없으므로, 센서의 기능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 낮은 열 유속 상태에서도 열 유속을 높은 감도를 가지고 정확하게 측정할 수 있는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열 유속이 측정될 물체의 벽면에 접촉되는 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판의 상면에 형성되며 상기 물체로부터 방출되는 열을 받아들이는 수용부와, 상기 수용부로부터 전달되는 열을 중심으로 모아서 상측으로 이동시키는 원기둥 형상의 열 이동부와, 상기 열 이동부의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 수용부의 상면에 형성되는 단열층과, 상기 단열층의 상면에 형성되며 상기 원기둥 형상의 열 이동부로부터 전달되는 열을 중심으로부터 방사 방향으로 전달하는 측정부와, 상기 측정부의 상면 중앙부와 주변부에 각각 형성되는 제1 및 제2온도측정지점 및 상기 제1 및 제2온도측정지점의 온도차를 측정하는 온도계를 포함하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서를 제공하는데 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은, 실리콘 기판 상에 금 박막과 구리 도금막을 순차적으로 형성하여 수용부를 형성하는 단계와, 상기 구리 도금막 위에 음성 감광제를 도포하여 고폭비의 단열층을 형성한 후, 표면 미세 가공을 통해 중앙에 원형 구멍을 형성하는 단계와, 상기 원형구멍에 도금을 이용하여 구리를 채워 원기둥 형상의 열 이동부를 형성하는 단계와, 상기 단열층 위에 금 박막과 구리 도금막을 순차적으로 형성하여 측정부를 형성하는 단계와, 상기 측정부의 구리 도금막 위에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층 위에 감광제를 도포한 후, 패터닝하여 패턴층을 형성하는 단계와, 상기 패턴층의 일측에 열전대열의 일부를 형성하는 제1금속층을 형성하는 단계와, 상기 패턴층의 타측에 열전대열의 다른 일부를 형성하는 제2금속층을 형성하는 단계와, 상기 패턴층과 제1 및 제2금속층 위에 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 제조방법을 제공하는데 그 특징이 있다.

도 1은 종래의 열 유속센서를 도시한 단면도.

도 2는 종래의 열 유속센서를 도시한 평면도.

도 3은 종래 열 유속센서의 웨이퍼를 TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)용액으로 습식 식각할 때 식각되는 모양을 도시한 일부발췌 단면도

도 4는 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서를 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서를 도시한 평면도.

도 6a-6l은 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 제조 방법을 도시한 공정도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

11 : 실리콘기판 12 : 수용부

13,19 : 금 박막층 14,20 : 구리 도금층

15,21 : 크롬 박막층 16 : 열 이동부

17 : 단열층 18 : 측정부

22,23 : 제1 및 제2온도측정지점 30 : 온도계

31 : 패턴층 32,33 : 제1 및 제2금속층

34 : 절연층

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 일 실시예를 도시한 평면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 일 실시예 제조 방법을 도시한 공정도이다.

도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 일 실시예는, 열 유속이 측정될 물체의 벽면에 접촉되는 실리콘 기판(11)을 구비하고, 이 실리콘 기판(11)의 상면에는 상기 열 유속이 측정될 물체로부터 방출되는 열을 받아들이는 수용부(12)가 형성된다.

그리고 수용부(12)는, 실리콘 기판(11)의 상면에 형성되는 금 박막층(13)과, 이 금 박막층(13) 위에 형성되는 구리 도금층(14)으로 이루어지고, 실리콘 기판(11)과 금 박막층(13) 사이에는 증착 보조층인 크롬 박막층(15)이 형성된다.

그리고 수용부(12)의 구리 도금층(14) 상면 중앙부에는 수용부(12)로부터 전달되는 열을 중심부로 모아서 상측으로 이동시키는 원기둥 형상의 열 이동부(16)가 형성되고, 이 열 이동부(16)의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 수용부(12)의 구리 도금층(14) 상면에는 단열층(17)이 형성된다.

그리고 상기 원기둥 형상의 열 이동부(16)의 재질은 구리로 이루어지고, 상기 단열층(17)은 음성 감광제(SU-8)로 이루어진다.

그리고 단열층(17)의 상면에는 상기 원기둥 형상의 열 이동부(16)로부터 전달되는 열을 중심으로부터 방사 방향으로 전달하는 측정부(18)가 형성되고, 측정부(18)는 단열층(17)의 상면에 그 중앙부가 상기 원기둥 형상의 열 이동부(16)와 접촉되는 상태로 형성되는 금 박막층(19)과, 이 금 박막층(19) 위에 형성되는 구리 도금층(20)으로 이루어지고, 단열층(17)과 금 박막층(19) 사이에는 증착 보조층인 크롬 박막층(21)이 형성된다.

그리고 측정부(18)의 구리 도금층(20) 상부에는 중앙부의 온도를 측정하기 위한 제1온도측정지점(22)과 주변부의 온도를 측정하기 위한 제2온도측정지점(23)이 각각 형성되고, 이 제1온도측정지점(22)과 제2온도측정지점(23)의 온도차를 측정하는 온도계(30)가 마련된다.

그리고 온도계(30)는, 상기 측정부(18)의 구리 도금층(20)위에 도포되는 패턴층(31)과, 상기 제1온도측정지점(22)과 제2온도측정지점(23)을 상호 접합시키기 위한 제1 및 제2금속층(32)(33)과, 상기 측정부(18)로부터 열이 방출되는 것을 차단시키기 위해 상기 측정부(18)와 제1 및 제2금속층(32)(33) 위에 도포되는 절연층(34)을 구비한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서는, 열 유속이 측정될 물체의 벽면을 통해 방출되는 열은 도 4에 화살표로 도시된 바와 같이 벽면에 접촉된 실리콘 기판(11)을 통해 수용부(12)로서의 금 박막층(13)과 구리 도금층(14)으로 전달되고, 구리 도금층(14)으로 전달된 열은 중심부의 열 이동부를 통해 상방향으로 이동하여 측정부로 전달된다.

그리고 측정부로 전달된 열은 측방향으로 중앙부로부터 주변을 향해 이동한다. 측정부에서의 열이 측방향으로 이동함에 따라 온도차가 발생한다. 이때, 측정부의 중앙부에 형성된 제1온도측정지점과 주변부에 형성된 제2온도측정지점에서 온도를 측정하면, 양 지점간의 온도차를 알 수 있으며, 이 온도차를 이용하여 열 유속을 측정한다.

특히, 온도차는 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 열전대에 의해 증폭된다. 따라서, 해당 물체에서 작거나 미세한 열 유속이 발생되는 경우 측정부에서의 온도측정지점간의 거리가 충분히 이격되어 있으므로, 열 유속을 계산하는데 필수적인 적합한 온도차을 획득할 수 있음은 물론, 특히 온도차를 증폭된 신호로 출력시켜 열 유속을 정확하게 측정할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 하기 설명에 있어서, 크기, 두께, 온도, 시간 등을 나타내는 수치 및 제품명은 실시예의 이해를 돕기 위하여 일례로 제시된 것이며, 제시된 수치들에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것이 아님은 이해되어야 한다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서의 제조공정을 설명한다. 첫 번째 단계로, 도 6a에 도시된 바와 같은 실리콘 기판(11) 상에 도 6b에 도시된 바와 같이, 증착보조층으로서의 크롬을 70Å 두께로 증착하여 크롬 박막층(15)을 형성하고, 그 위에 금을 약 1000Å 두께로 증착하여 금 박막층(13)을 형성한다.

그리고 도 6c에 도시된 바와 같이, 금 박막층(13)위에 구리를 10㎛ 두께로 도금하여 구리 도금층(14)을 형성하여, 금 박막층(13)과 구리 도금층(14)으로 이루어지는 수용부(12)를 형성한다.

그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 수용부(12)의 구리 도금층(14)위에 음성 감광제 (EPON SU-8, Micro Chemical Co.)를 100㎛ 두께로 도포하여 고폭비의 단열층(17)을 형성한다. 음성 감광제는 사진식각 공정시, 노광된 부분에 상호연결이 이루어지며, 이로 인하여, 현상액에 노광된 감광제 부위가 녹지 않게 되는 특성이 있고, 이러한 특성을 이용하면, 중앙부에 원형으로 노광되지 않게 마스크를 제작하여 중앙부 이외의 부분에 구조물이 남도록 할 수 있다. 그러므로, 단열층(17)의 형성 이후, 사진식각공정을 통한 표면 미세 가공에 의해 중앙부에 열 이동부(16)를 형성하기 위한 원형구멍을 형성한다.

그리고, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 단열층(17)의 원형구멍에 도금을 이용하여 구리를 채워 원기둥 형상의 열 이동부(16)를 형성한다.

그리고, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 단열층(17)위에 증착보조층으로서의 크롬을 70Å 두께로 증착하여 크롬 박막층(21)을 형성하고, 그 위에 금을 약 1000Å 두께로 증착하여 금 박막층(19)을 형성한다.

그리고, 도 6g에 도시된 바와 같이, 금 박막층(19)위에 구리를 10㎛ 두께로 도금하여 구리 도금층(14)을 형성하여, 금 박막층(19)과 구리 도금층(14)으로 이루어지는 측정부(18)를 형성한다

그리고, 상기 측정부(18)의 구리 도금층(20)위에 절연을 위해 도 6h에 도시된 바와 같이, 액상유리를 도포한 후, 200℃에서 2시간 정도 경화시켜 절연층을 형성한다.

그리고, 도 6i에 도시된 바와 같이, 액상 유리층으로 이루어진 절연층위에 패턴을 형성한다. 먼저 절연층의 두께를 측광기(Spectrophotometer)를 사용하여 측정한다. 그리고, 실리콘 기판(11)을 120℃의 온도에서 200초 동안 프리베이킹(prebaking) 처리한다. 이어서, 절연층에 감광제(AZ5214)를 45초 동안 4000rpm으로 스핀 피복하고, 90℃에서 100초 동안 소프트베이킹(Soft baking) 처리한다. 그 후, 3분 동안 냉각하고, 마스크 얼라이너(Mask Aligner)를 이용하여 7초 동안 노출시킨다. 이어서, 실리콘 기판(11) 전체를 현상액(AZ300MIF)에 1분 동안 침전시킨 후 탈이온수로 헹구고 질소를 송풍시킨다. 그리고, 120℃의 온도에서 100초 동안 하드베이킹 처리한 후, 최종적으로 3분동안 BHF(7:1)용액에서 절연층을 식각한다. 절연층에는 약 100㎛ 직경의 구멍들이 전공되며, 측정부(18)위에는 패턴층(31)이 형성된다.

그리고 패턴층(31)의 일측에 열전대의 일부를 형성하는 제1 금속(32)을 도포시킨다. 제1 금속(32)의 데포지션은 열증발법에 의하여 수행되고, 이 때 제1 금속(32)으로는 알루미늄, 니켈, 콘스탄탄 등이 사용된다.

보다 상세히 설명하면, 먼저 패턴층(31)이 형성된 실리콘 기판 전체를 세정하여 열증발기에 적재하고, 2.5×10^-6토르(Torr)의 진공압 분위기에서 50암페어의 전류를 인가한다. 이와 같이, 열 증발기에서의 처리후 패턴층(31)은 2000Å의 두께를 유지한다. 이어서, 실리콘 기판을 120℃의 온도에서 200초 동안 프리베이킹 처리한다. 그리고, 패턴층(31)에 감광제(AZ5214)를 45초 동안 4000rpm으로 스핀피복하고, 90℃에서 100초 동안 소프트베이킹 처리한다. 그 후, 3분 동안 냉각하고, 마스크 얼라이너를 이용하여 7초 동안 노출시킨다. 이어서, 실리콘 기판 전체를 현상액(AZ300MIF)에 1분 동안 침전시키고 나서 탈이온수로 헹구고 질소를 송풍시킨 후에, 100초 동안 120℃의 온도에서 하드베이킹 처리한다. 그 후, 실리콘 기판을 부식액(Chrome Etchant)에 1분 동안 침액한 후 헹군다. 최종적으로, 실리콘 기판을 아세톤에 침액시키고 다시 헹구어 감광제를 제거한다. 이상에 따라, 제1 금속(32)이 패턴층(31)에 도포되며, 제1 금속(32)은 측정부(18)상의 온도 측정지점들을 상호 접속시키고 또한 열전대열의 일부를 형성한다.

그리고, 도 6j에 도시된 바와 같이, 제1 금속(32)의 데포지션과 상응하게, 패턴층(31)의 타측에 열전대의 다른 일부를 형성하는 제2 금속(33)을 도포시킨다. 제2 금속(33)의 데포지션은 상기한 제1금속 형성 단계와 동일하게 열증발법이 이용되며, 제2 금속으로는 제1 금속과 동일한 알루미늄, 니켈, 콘스탄탄 등이 사용된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 먼저 패턴층(31)의 타측에 제2 금속을 도포한 후, 실리콘 기판을 200초 동안 120℃의 온도에서 프리베이킹 처리한다. 그리고, 패턴층(31)에 감광제(AZ4562)를 45초 동안 3000rpm으로 스핀피복하고, 90℃에서 100초 동안 소프트베이킹 처리한다. 그 후, 3분 동안 냉각하고, 마스크 얼라이너를 이용하여 25초 동안 노출시킨다. 이어서, 실리콘 기판 전체를 현상액(AZ300MIF)에 1분 동안 침전시키고 나서 탈이온수로 헹구고 질소를 송풍시킨 후에, 120℃의 온도에서 100초 동안 하드베이킹 처리한다. 그 후, 실리콘 기판을 열 증발기에 적재하기 전에 세척하고, 실리콘 기판을 열증발기에 적재하여 2.5×10^-6토르의 진공압력 분위기에서 40암페어의 전류를 인가한다. 최종적으로, 실리콘 기판을 아세톤에 1분 동안 침액시켜 감광제를 제거한 후, 다시 탈이온수로 헹구고 질소를 송풍시킨다. 이상에 따라, 제2 금속(33)이 패턴층(31)에 도포되며, 제2 금속(33)은 측정부(18)상의 온도 측정지점들을 상호 접속시키고 열전대열의 일부를 형성한다.

그리고 측정부(18)로부터 주위로 직접 열이 방출되는 것을 방지하기 위해, 도 6k에 도시된 바와 같이, 패턴층(31), 제1 금속(32) 및 제2 금속(33)의 전체면에 액상유리로 이루어진 절연층(34)을 도포시킨다. 이에 따라 측정부(18)상에는 패턴층(31), 제1 금속(32), 제2 금속(33) 및 절연층(34)으로 구성되는 열전대열, 즉, 온도계(30)가 형성된다.

그리고, 상술한 단계들에 의하여 제조된 열 유속센서에 와이어를 연결하기 위해 도 6l에 도시된 바와 같이, 절연층(34)을 부분적으로 식각한다. 부분 식각에 대하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 부분 식각 전에 열 유속센서를 120℃의 온도에서 200초 동안 프리베이킹 처리한다. 그 후, 열유속센서의 상부에 감광제(AZ5214)를 45초 동안 4000rpm으로 스핀피복하고, 90℃에서 100초 동안 소프트 베이킹 처리한다. 그 후, 3분 동안 냉각하고, 마스크 얼라이너를 이용하여 7초간 노출시킨다. 이어서, 열 유속센서를 현상액(AZ300MIF)에 1분 동안 침전시키고 나서 탈이온수로 헹구고 질소를 송풍시킨후, 100초 동안 120℃의 온도로 하드베이킹 처리한다. 그 후, 열 유속센서를 BHF용액에 침액시켜 절연층을 식각한다. 그리고 나서 최종적으로 열 유속센서를 아세톤에 1분 동안 침액시켜 감광제를 제거한 후, 다시 탈이온수로 헹구고 질소를 송풍시킨다. 이와 같이, 열 유속센서가 부분 식각된 후, 절단장치를 이용하여 패턴층(31)과 절연층(34)의 일부를 절단하여 측정부(18)의 일측부를 노출시킨다.

그리고 제조된 열 유속센서에 와이어를 접속시키고 패키지 한다. 보다 상세히 설명하면, 제조자는 은풀(Silver Paste)을 사용하여 순도 99.99%의 알루미나에 접합시킨다. 그 후 납땝 작업을 위하여 구리패드를 알루미나에 붙이고, 열 유속센서와 구리패드사이에 도선을 접합한다. 마지막으로, 도선을 구리패드에 납땜함으로써, 사용 가능한 열 유속센서 패키지가 얻어진다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하 청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 열 경로의 저항을 줄이고, 단열층의 단열효과를 높임으로써 높은 정확도와 감도로 열 유속을 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한 종래 기판 미세가공 시에 생기는 사각형 모양의 열경로(Heat Path)를 높은 고폭비의 음성 감광재(SU-8)를 이용한 표면 미세가공을 통해 원형으로 바꾸어 열접점들의 온도 균일화를 이룩하였으며, 열전대의 배치를 꽃잎 모양으로 함으로써 제조 공정에서의 재현성을 향상시키는 효과를 이룩하였다.

Claims (8)

1. 열 유속이 측정될 물체의 벽면에 접촉되는 실리콘 기판과; 상기 실리콘 기판의 상면에 형성되는 금 박막층과, 상기 금 박막층 위에 형성되는 구리 도금층으로 이루어진 수용부와; 상기 수용부의 구리 도금층으로부터 전달되는 열을 중심으로 모아서 상측으로 이동시키는 원기둥 형상의 열 이동부와; 상기 열 이동부의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 수용부의 구리 도금층 상면에 형성되는 단열층과; 상기 단열층의 상면에 상기 원기둥 형상의 열 이동부로부터 전달되는 열을 중심으로부터 방사 방향으로 분산시키기 위해 중심이 상기 열 이동부와 접하도록 형성되고, 상면 중앙부와 주변부에 각각 제1온도측정지점과 제2온도측정지점이 형성된 측정부와; 상기 측정부의 제1 및 제2온도측정지점의 온도차를 측정하는 온도계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원기둥 형상의 열 이동부는 구리로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열 이동부의 측면을 둘러싸는 형태로 상기 수용부의 구리 도금층 상면에 형성되는 단열층은 높은 고폭비의 음성 감광재 (SU-8)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 측정부는, 금 박막층과 상기 금 박막층 위에 형성되는 구리 도금층으로 이루어지고, 상기 금 박막층과 상기 단열층 사이에 증착보조층으로서의 크롬 박막층이 형성된 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 온도계는, 상기 측정부 상에 형성되는 꽃잎 모양의 패턴층과, 상기 꽃잎 모양의 패턴층에 각각 형성되어 상기 제1 및 제2온도측정지점을 상호 접합시키는 제1 및 제2 금속층과, 상기 측정부로부터 열이 방출되는 것을 차단시키기 위해 상기 패턴층과 상기 제1 및 제2 금속층 위에 도포되는 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 금속층과 제2 금속층은 알루미늄, 니켈, 콘스탄탄 중 어느 하나의 같은 재질로 이루어지고, 제1 금속층과 제2 금속층은 상호 접속되어 열전대를 형성하는 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서.
7. 실리콘 기판 상에 금 박막층과 구리 도금층을 순차적으로 형성하여 수용부를 형성하는 제1단계와;

   상기 구리 도금층 위에 음성 감광제를 도포하여 고폭비의 단열층을 형성한 후, 단열층의 중앙에 표면 미세 가공을 통해 원형 구멍을 형성하는 제2단계와;

   상기 원형 구멍에 도금을 이용하여 구리를 채워 원기둥 형상의 열 이동부를 형성하는 제3단계와;

   상기 단열층 위에 금 박막층과 구리 도금층을 순차적으로 형성하고, 구리 도금층 상면의 중앙부와 주변부에 제1온측정지점과 제2온도측정지점을 형성하여 측정부를 형성하는 제4단계와;

   상기 측정부의 구리 도금층 위에 절연층을 형성하는 제5단계와,

   상기 절연층 위에 감광제를 도포한 후, 패터닝하여 꽃잎 모양의 패턴층을 형성하는 제6단계와,

   상기 꽃잎 모양의 패턴층 일측에 열전대의 일부를 형성하는 제1 금속층을 형성하는 제7단계와,

   상기 꽃잎 모양의 패턴층 타측에 열전대의 다른 일부를 형성하는 제2 금속층을 형성하는 제8단계와,

   상기 꽃잎 모양의 패턴층과 제1 및 제2 금속층 위에 절연층을 형성하는 제9단계를 포함하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 꽃잎 모양의 패턴층과 절연층의 일부를 절단하여 측정부의 일측부를 노출시키는 단계와, 상기 노출된 측정부에 도선을 접속시키고 패키지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기도금을 이용한 초소형 열유속 센서 제조방법.