KR100556059B1 - 유체흐름 감지 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체흐름 감지 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 각 열 감지전극들의 배치 레이아웃을 예컨대, "기판의 특정 위치에 공유 히터가 단독 배치되고, 이 공유 히터의 좌우측에 복수의 열 감지전극들이 일렬로 배열되어, 해당 열 감지전극들이 공유 히터의 단일 영향권 내에 놓이는 구조"로 변경하여, 각 열 감지전극들이 자신의 지정위치에 따라, "공유 히터와 좁은 간격", "공유 히터와 넓은 간격" 등을 탄력적으로 유지할 수 있도록 하고, 이를 통해, 해당 열 감지전극들의 유체흐름 감지범위가 상황에 따라, 느린 속도의 유체를 감지하기에 적합한 범위 또는 빠른 속도의 유체를 감지하기에 적합한 범위로 자연스럽게 다각화될 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 디바이스의 불필요한 교체 작업 없이도, 유속이 빠른 유체 또는 유속이 느린 유체 등과 관련된 다양한 흐름정보를 자연스럽게 일괄 취득할 수 있도록 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 공유 히터의 좌우측에 위치한 열 감지전극들의 배치개수를 복수화 하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들과 신호연결된 정보처리장치의 정보취득 개연성을 극대화시킴으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 단독 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도할 수 있다.
이와 함께, 본 발명에서는 각 열 감지전극들의 배치방향을 공유 히터의 좌우 측뿐만 아니라, 공유 히터의 전후방 측으로도 다각화하고, 이를 통해, 각 열 감지 전극들이 "유입되는 유체의 방향이 직선방향인 경우"뿐만 아니라, "유입되는 유체의 방향이 틀어지는 경우"에도, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 직선으로 일렬 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도할 수 있다.

Description

유체흐름 감지 디바이스{Device for sensing a flowing status of a fluid}
도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 유체흐름 감지 디바이스를 도시한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 유체흐름 감지 디바이스의 전면을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 유체흐름 감지 디바이스의 후면을 도시한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 유체흐름 감지 디바이스의 단면도.
도 6 내지 도 9는 본 발명에 따른 유체흐름 감지 디바이스의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정순서도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체흐름 감지 디바이스를 개념적으로 도시한 평면도.
본 발명은 유체의 흐름상태를 측정하기 위한 감지 디바이스에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 각 열 감지전극들의 배치방향을 공유 히터의 좌우 측뿐만 아니라, 공유 히터의 전후방 측으로도 다각화하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들이 "유입되는 유체의 방향이 직선방향인 경우"뿐만 아니라, "유입되는 유체의 방향이 틀어지는 경우"에도, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 직선으로 일렬 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도할 수 있는 유체흐름 감지 디바이스에 관한 것이다.
최근, 기체, 액체 등과 같은 유체를 이용한 응용기술이 예컨대, 생의학 분야, 환경 모니터링 분야, 가전제품 분야, 자동차용 센서분야, 공정제어 분야, 마이크로 분석 시스템 분야 등으로 폭 넓게 확대되면서, 유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향 등을 감지해내는 유체흐름 감지 디바이스 또한 빠른 발전을 거듭하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 유체흐름 감지 디바이스, 예를 들어, 열 감지형 유체흐름 감지 디바이스는 예컨대, 실리콘 재질의 기판(1)과, 이 기판(1)의 일부, 예컨대, 중앙에 배치된 히터(3)와, 이 히터(3)를 중심으로 하여, 좌우에 하나씩 미리 정해진 간격 d1만큼 일렬로 이격 배열된 열 감지전극(4)들과, 이 열 감지전극(4)들의 인접부에 하나씩 배열된 온도 감지전극(5)들의 조합으로 이루어진 다. 이 경우, 앞의 히터(3), 열 감지전극(4), 온도 감지전극(5) 등은 기판(1) 상에 도포된 절연막(2)을 토대로 하여, 기판(1)과 전기적으로 절연된다.
이러한 구조를 갖는 종래의 유체흐름 감지 디바이스 체제 하에서, 외부로부터 전력이 공급되면, 그 여파로, 히터(3)는 예컨대, 250℃~500℃ 정도의 열을 방출하게 된다. 이 상황에서, 흐름 유도관(도시 안됨)을 매개로 하여, 각 열 감지전극(4)들의 주변으로 소정의 유체가 화살표 A1 방향으로 인입되면, 그 여파로, 각 열 감지전극(4)들은 "해당 유체의 열 온도에 따라, 각자의 저항이 개별·변화되는 과정"을 겪게 된다.
이때, 열 감지전극(4a)은 히터(3)의 전단에 배치되어 있기 때문에, 히터(3)를 경유하지 않은 소정 온도(즉, 유체 자체의 온도)의 유체와 접촉되는 메카니즘을 자연스럽게 겪게되며, 그 여파로, 소폭의 저항 변화만을 나타내게 된다.
하지만, 열 감지전극(4b)은 히터(3)의 후단에 배치되어 있기 때문에, 히터(3)를 경유하여 일정 폭 승온된 고온의 유체와 접촉되는 메카니즘을 자연스럽게 겪게되며, 그 결과, 앞의 열 감지전극(4a)에 비해 큰 폭의 저항 변화를 나타내게 된다.
이 상황에서, 각 열 감지전극(4a,4b)은 자신의 저항변화를 외부의 정보처리장치(도시 안됨)로 출력하는 절차를 진행하게 되며, 이와 연계하여, 정보처리장치는 예컨대, "각 온도 감지전극으로부터 출력되는 디바이스 주변의 온도 정보", "각 열 감지전극으로부터 출력되는 저항변화 정보" 등을 미리 저장된 변환 테이블을 토대로 종합·판단하고, 해당 판단내역이 반영된 "유체의 흐름상태에 대한 다양한 정 보"를 모니터 등의 출력장치를 통해 출력하는 절차를 진행하게 되고, 결국, 이러한 정보처리장치의 기능 수행에 따라, 관리자 측에서는 유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도 등을 자신의 필요에 따라 손쉽게 체크할 수 있게 된다.
이러한 종래의 유체흐름 감지 체제 하에서, 앞서 언급한 바와 같이, 열 감지전극들(4a,4b)은 히터(3)를 중심으로 하여, 좌우에 하나씩 미리 정해진 간격 d1만큼 일렬로 이격 배열되는 구조를 취하게 된다.
그러나, 이처럼, 열 감지전극들(4a,4b)이 미리 정해진 간격 d1만큼 이격 배열되는 구조를 취하게 되는 경우, 해당 열 감지전극들(4a,4b)이 유체흐름을 감지할 수 있는 범위는 예컨대, 상대적으로 느린 속도의 유속 범위로 어쩔 수 없이 제한될 수밖에 없게 된다.
이와 같이, 각 열 감지전극들(4a,4b)이 유체흐름 감지범위가 느린 속도의 범위로 좁아진 상황에서, 만약, 빠른 유속을 갖는 유체가 유입되는 경우, 해당 유체는 예컨대, "각 열 감지전극들(4a,4b)이 유체의 열 온도에 따라, 각자의 저항이 개별·변화되는 일련의 과정을 겪을 틈도 없이, 외부로 빠져나가게 되는 문제점"을 유발하게 되며, 그 결과, 각 열 감지전극들(4a,4b)은 정확한 자신의 저항변화 정보를 정보처리장치 측으로 정확하게 출력하기 어렵게 되고, 결국, 관리자 측에서는 감지 디바이스를 사용하였음에도 불구하고, "유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향" 등을 정확하게 파악할 수 없게 되는 문제점을 불가피하게 감수할 수밖에 없게 된다.
종래 에서는 이러한 문제점의 발생을 감안하여, 만약, 빠른 유속을 갖는 유 체의 감지절차가 필요로 한 경우, 앞의 감지 디바이스를 도 2에 도시된 바와 같이, 히터(3) 및 열 감지전극(4) 간의 간격이 d1에서, d2로 넓어진 다른 타입의 감지 디바이스로 교체하는 방안을 강구한다.
이러한 다른 타입의 감지 디바이스는 앞의 감지 디바이스에 비해, 유체흐름을 감지할 수 있는 영역이 상대적으로 빠른 속도범위이기 때문에, 만약, 빠른 유속을 갖는 유체가 유입된다 하더라도, "각 열 감지전극들(4a,4b)이 유체의 열 온도에 따라, 각자의 저항이 개별·변화되는 일련의 과정을 충분히 겪을 수 있게 되는 장점"을 자연스럽게 제공할 수 있게 되며, 그 결과, 다른 타입의 감지 디바이스 체제 하에서, 열 감지전극들(4a,4b)은 정확한 자신의 저항변화 정보를 정보처리장치 측으로 정상 출력할 수 있게 되고, 결국, 관리자 측에서는 유체의 유속이 빠른 상황 하에서도, "유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향" 등을 정확하게 파악할 수 있게 된다.
그러나, 이러한 새로운 타입의 감지 디바이스는 히터(3) 및 열 감지전극(4) 간의 간격이 d1에서, d2 정도로 넓어진 구조를 취하고 있기 때문에, 예컨대, 유속이 느린 유체가 유입되는 경우, 해당 유체의 특성을 정밀하게 감지할 수 없는 또 다른 문제점을 유발한다. 즉, 상술한 다른 타입의 감지 디바이스는 히터(3) 및 열 감지전극(4) 사이의 간격이 대폭 넓어진 구조를 취하고 있기 때문에, 해당 감지 디바이스 체제 하에서, 느린 속도로 서서히 유입되는 유체는 히터(3) 및 열 감지전극 (4) 사이의 빈 공간에서 일어나는 자신의 미세한 특성변화를 열 감지전극(4a,4b)에 정상적으로 전달할 수 없게 되며, 그 여파로, 각 열 감지전극(4a,4b) 역시, 자신과 히터 사이의 빈 공간에서 일어나는 유체의 미세한 특성변화를 정보처리장치 측으로 정상 출력할 수 없게 되고, 결국, 관리자 측에서는 감지 디바이스를 사용하였음에도 불구하고, "유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향" 등을 정확하게 파악할 수 없게 되는 문제점을 불가피하게 감수할 수밖에 없게 되는 것이다.
요컨대, 종래의 체제 하에서, 관리자 측에서는 유입되는 유체의 유속에 따라, 유체흐름 감지 디바이스를 그에 걸 맞는 타입으로 매번 교체할 수밖에 없게 되며, 그 여파로, 관리자 측에서는 예컨대, "디바이스의 잦은 교체에 따른 작업효율 저하", "디바이스의 복수 제작에 따른 생산원가 상승", "디바이스의 복수 운영에 따른 제품 생산효율 저하" 등의 문제점을 그대로 감수할 수밖에 없게 되는 것이다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 종래의 체제 하에서, 열 감지전극들(4a,4b)은 히터(3)를 중심으로 하여, 좌우에 단지, 하나씩 배치되는 구조를 취한다.
이처럼, 열 감지전극들(4a,4b)이 히터(3)의 좌우에 단지, 하나씩 배치되는 구조를 취하는 경우, 해당 열 감지전극들(4a,4b)과 신호연결관계를 갖는 정보처리장치는 각 열 감지전극들(4a,4b)의 배치 개수 부족으로 인해, 해당 열 감지전극들(4a,4b)로부터 얻을 수 있는 정보량이 항상 제한적일 수밖에 없는 문제점을 겪을 수밖에 없게 되며, 그 여파로, 관리자 측 역시, 감지 디바이스를 사용하였음에도 불구하고, 정확한 유체흐름 정보를 취득할 수 없는 문제점을 그대로 감수할 수밖에 없게 되는 것이다.
더욱이, 종래의 체제 하에서, 열 감지전극들(4a,4b)은 히터를 중심으로 하여, 좌우에 일렬로 늘어서 배열되는 구조를 취하고 있는 바, 이 상황에서, 각 열 감지전극들(4a,4b)은 단지, 유입되는 유체의 방향이 각 열 감지전극들(4a,4b)의 배치방향과 동일 방향인 경우, 예컨대, 유입되는 유체의 방향이 직선방향인 경우에만, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있게 되고, 만약, 유입되는 유체의 방향이 조금이라도 달라지면, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 없게 되는 문제점을 유발하게 된다.
물론, 종래의 체제 하에서, 디바이스의 주변에는 유체의 흐름을 변화시킬 수 있는 다양한 요인들이 불가피하게 상존할 수밖에 없기 때문에, 유입되는 유체의 방향이 직선방향에서 벗어날 개연성은 매우 높아질 수밖에 없게 되며, 결국, 종래의 체제 하에서, 별도의 조치가 취해지지 않는 한, 해당 열 감지전극들과 신호연결관계를 갖는 정보처리장치는 각 열 감지전극들로부터 얻을 수 있는 정보량이 항상 제한적일 수밖에 없는 문제점을 겪을 수밖에 없게 되고, 그 여파로, 관리자 측 역시, 감지 디바이스를 사용하였음에도 불구하고, 정확한 유체흐름 정보를 취득할 수 없는 문제점을 그대로 감수할 수밖에 없게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 각 열 감지전극들의 배치 레이아웃을 예컨대, "기판의 특정 위치에 공유 히터가 단독 배치되고, 이 공유 히터의 좌우측에 복수의 열 감지전극들이 일렬로 배열되어, 해당 열 감지전극들이 공유 히터의 단일 영향권 내에 놓이는 구조"로 변경하여, 각 열 감지전극들이 자신의 지정위치에 따라, "공유 히터와 좁은 간격", "공유 히터와 넓은 간격" 등을 탄력적으로 유지할 수 있도록 하고, 이를 통해, 해당 열 감지전극들의 유체흐름 감지범위가 상황에 따라, 느린 속도의 유체를 감지하기에 적합한 범위 또는 빠른 속도의 유체를 감지하기에 적합한 범위로 자연스럽게 다각화될 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 디바이스의 불필요한 교체 작업 없이도, 유속이 빠른 유체 또는 유속이 느린 유체 등과 관련된 다양한 흐름정보를 자연스럽게 일괄 취득할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 공유 히터의 좌우측에 위치한 열 감지전극들의 배치개수를 복수화 하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들과 신호연결된 정보처리장치의 정보취득 개연성을 극대화시킴으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 단독 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 열 감지전극들의 배치방향을 공유 히터의 좌우 측뿐만 아니라, 공유 히터의 전후방 측으로도 다각화하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들이 "유입되는 유체의 방향이 직선방향인 경우"뿐만 아니라, "유입되는 유체의 방향이 틀어지는 경우"에도, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 직선으로 일렬 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전면에 절연층이 도포된 기판과, 상기 절연층의 상부에 뉘어져 배치되며, 외부 전압에 의해 가열되는 공유 히터와, 상기 절연층의 상부에서, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 상기 공유 히터를 열원으로 공유하며, 주변에 유입된 유체의 열 온도에 따라, 각기 서로 다른 저항변화를 나타내고, 해당 저항변화를 외부의 정보처리장치로 개별 출력하는 열 감지전극들을 포함하며, 상기 열 감지전극들은 상기 유체의 유입방향이 직선이거나 혹은 틀어지거나 상관없이, 해당 유체가 감지될 수 있도록 상기 공유히터의 전후좌우 사방으로 줄지어 늘어서, 복수로 연속 배열되는 것을 특징으로 하는 유체흐름 감지 디바이스를 개시한다.
삭제
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 유체흐름 감지 디바이스를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유체흐름 감지 디바이스(100)는 전면(11a)에 절연층(12d)이 도포된 기판(11)과, 위 절연층(12d)의 상부에 뉘어져 배치되며, 외부 전압에 의해 가열되는 공유 히터(13)와, 위 절연층(12d)의 상부에서, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 앞의 공유 히터(13)를 중심으로 하여, 양쪽으로 예컨대, 150㎛~170㎛ 정도의 간격을 유지하며 늘어서 연속 배열되는 다수의 열 감지전극(14)들과, 위 절연층(12d)의 상부에서, 독립된 단위패턴을 이루면서, 기판 주변의 온도(상온의 온도)를 감지하기 위한 온도 감지전극(16)들의 조합 으로 이루어진다. 이 경우, 공유 히터(13), 열 감지전극들(14), 온도 감지전극들(16)을 포함하는 디바이스의 전면은 예컨대, SiO2 재질의 보호막(20)에 의해 커버되어, 외부에서 유입되는 감지대상 유체로부터 가해질 수 있는 물리·화학적 충격으로부터 안정적으로 보호된다.
여기서, 앞의 기판(11)은 예컨대, Si 재질로 이루어지며, 앞의 공유 히터(13), 열 감지전극들(14), 온도 감지전극들(16) 등은 Pt 재질로 이루어지고, 이에 더하여, 앞의 절연층(12d)은 예컨대, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 재질의 레이어(12a), 2900Å~3100Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 재질의 레이어(12b), 그리고, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 재질의 레이어(12c)가 순차적으로 적층된 구조를 이룬다.
이때, 열 감지전극들(14)은 와이어(18)와의 접속을 통해, 일련의 전기적인 신호를 외부, 예컨대, 정보처리장치 측으로 출력하는 본딩패드 패턴(14a) 및 기판(11)으로 유입되는 유체와 물리적으로 접촉된 후, 해당 접촉유체의 열 온도에 따라, 실질적인 저항변화를 나타내는 감지전극 패턴(14b)의 조합으로 이루어지며, 공유 히터(13)는 와이어(19)와의 접속을 통해, 외부 전압을 입력받는 본딩패드 패턴(13a) 및 외부 전압에 의해 발생된 열을 주변으로 실질 전달하는 히팅 패턴(13b)의 조합으로 이루어지고, 온도 감지전극들은 와이어(17)와의 접속을 통해, 일련의 전기적인 신호를 외부의 정보처리장치로 출력하는 본딩패드 패턴 및 기판 주변의 온도를 실질적으로 감지하는 감지전극 패턴의 조합으로 이루어진다.
이 경우, 열 감지전극들(14)의 감지전극 패턴(14b)은 자신의 저항 변화 능력이 극대화될 수 있도록 구불구불한 외곽라인을 형성하게 되며, 공유 히터(13)의 히팅 패턴(13b) 역시, 자신의 발열 능력이 극대화될 수 있도록 구불구불한 외곽라인을 형성하게 되고, 온도 감지전극들(16)의 감지전극 패턴 역시, 자신의 온도 감지 능력이 극대화될 수 있도록 구불구불한 외곽라인을 형성하게 된다.
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 앞의 각 열 감지전극들(14), 공유 히터(13) 및 온도 감지전극들(16)의 저부에는 예컨대, Ti 재질을 갖는 접촉패턴들(15)이 더 형성된다. 이러한 접촉패턴들(15)은 예컨대, 각 열 감지전극들(14), 공유 히터(13) 및 온도 감지전극들(16)과 동일한 형상을 유지하면서, 각 열 감지전극들(14)/공유 히터(13)/온도 감지전극(16) 등과 절연층(12d) 사이의 접착력을 강화하는 역할을 수행한다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 앞의 공유 히터(13), 열 감지전극(14)의 형성위치에 대응되는 기판(11)의 후면(11b)은 일정 깊이, 예컨대, 앞의 절연층(12d)이 노출될 정도의 깊이로 파여져 일련의 트랜치 영역(11c)을 형성하게 된다.
이 경우, 도면에 도시된 바와 같이, 공유 히터(13) 및 열 감지전극들(14)을 지지하는 절연층(12d)은 트렌치 영역(11c)의 형성에 의해 기판(11) 본체로부터 자연스럽게 분리되어, 일련의 멤브레인 구조(Membrane structure)를 형성할 수 있게 되며, 그 여파로, 공유 히터(13) 및 열 감지전극들(14) 역시, 기판(1) 본체로부터 열적으로 고립될 수 있게 된다.
이때, 기판(11)의 후면(11b)에도, 기판(11)의 전면(11a)과 유사하게, 예컨대, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 재질의 레이어(12h), 2900Å~3100Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 재질의 레이어(12g), 그리고, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 재질의 레이어(12f)가 순차적으로 적층된 구조의 후면 절연층(12e)이 추가로 형성되는 바, 이러한 후면 절연층(12e)은 앞서 언급한 트랜치 영역(11c)이 형성될 때, 그 식각 충격으로부터 기판(11) 본체의 나머지 영역을 안정적으로 보호하는 역할을 수행한다.
이러한 본 발명의 체제 하에서, 외부로부터 전력이 공급되면, 그 여파로, 공유 히터(13)는 예컨대, 250℃~500℃ 정도의 열을 방출하게 된다. 이 상황에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 흐름 유도관(도시 안됨)을 매개로 하여, 각 열 감지전극들(14)의 주변으로 소정의 유체가 화살표 A2 방향으로 인입되면, 그 여파로, 각 열 감지전극들(14)은 "해당 유체의 열 온도에 따라, 각자의 저항이 개별·변화되는 과정"을 겪게 된다.
이때, 열 감지전극(14-1,14-2,14-3)은 공유 히터(13)의 전단에 배치되어 있기 때문에, 공유 히터(13)를 경유하지 않은 소정 온도(즉, 유체 자체의 온도)의 유체와 접촉되는 메카니즘을 자연스럽게 겪게되며, 그 여파로, 소폭의 저항 변화만을 나타내게 된다.
하지만, 나머지 열 감지전극(14-4,14-5,14-6)들은 공유 히터(13)의 후단에 배치되어 있기 때문에, 공유 히터(13)를 경유하여 일정 폭 승온된 고온의 유체와 접촉되는 메카니즘을 자연스럽게 겪게되며, 그 결과, 앞의 열 감지전극(14-1,14-2,14-3)에 비해 큰 폭의 저항 변화를 나타내게 된다.
이 상황에서, 각 열 감지전극(14-1,14-2,14-3,14-4,14-5,14-6)은 자신의 저항변화를 외부의 정보처리장치로 출력하는 절차를 진행하게 되며, 이와 연계하여, 정보처리장치는 예컨대, "각 온도 감지전극(16)으로부터 출력되는 디바이스(100) 주변의 온도 정보", "각 열 감지전극(14-1,14-2,14-3,14-4,14-5,14-6)으로부터 출력되는 저항변화 정보" 등을 미리 저장된 변환 테이블을 토대로 종합·판단하고, 해당 판단내역이 반영된 "유체의 흐름상태에 대한 다양한 정보"를 모니터 등의 출력장치를 통해 출력하는 절차를 진행하게 되고, 결국, 이러한 정보처리장치의 기능 수행에 따라, 관리자 측에서는 유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향 등을 자신의 필요에 따라 손쉽게 체크할 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 유체흐름 감지 체제 하에서, 도면에 도시된 바와 같이, 각 열 감지전극들(14-1,14-2,14-3,14-4,14-5,14-6) 중, 열 감지전극들(14-2,14-3, 14-4,14-5)은 공유 히터(13)를 중심으로 하여, 좌우에 미리 정해진 간격만큼 일렬로 이격 배열되는 구조를 취하게 된다. 이 경우, 해당 열 감지전극들(14-2,14-3,14-4,14-5)이 유체흐름을 감지할 수 있는 범위는 예컨대, 어느 정도 저속의 흐름속도 범위 Z3으로 제한된다.
이와 같이, 특정 열 감지전극들(14-2,14-3,14-4,14-5)의 유체흐름 감지범위가 상대적으로 저속의 범위 Z3으로 제한된 상황에서, 만약, 유속이 느린 유체가 유입된다 하더라도, 공유 히터(13)의 주변에는 본 발명 고유의 열 감지전극들(14- 2,14-3,14-4,14-5)이 빼곡이 들어서 있기 때문에, 느린 속도로 서서히 유입되는 유체는 "공유 히터(13) 및 열 감지전극(14-2,14-3,14-4,14-5) 사이의 빈 공간에서 일어나는 자신의 미세한 특성변화를 각 열 감지전극(14-2,14-3,14-4,14-5)에 정상적으로 전달할 수 있게 되며, 그 결과, 본 발명의 체제 하에서, 열 감지전극들(14-2,14-3,14-4,14-5)은 정확한 자신의 저항변화 정보를 정보처리장치 측으로 정상 출력할 수 있게 되고, 결국, 관리자 측에서는 유체의 유속이 느린 상황 하에서도, "유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향" 등을 정확하게 파악할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 유체흐름 감지 체제 하에서, 도면에 도시된 바와 같이, 각 열 감지전극들(14-1,14-2,14-3,14-4,14-5,14-6) 중, 열 감지전극들(14-1,14-6)은 공유 히터를 중심으로 하여, 좌우에 최외각 배열되는 구조를 취하게 된다. 이 경우, 해당 열 감지전극들(14-1,14-6)이 유체흐름을 감지할 수 있는 범위는 상대적으로 빠른 속도의 범위 Z4로 확대된다.
이와 같이, 특정 열 감지전극들(14-1,14-6)의 유체흐름 감지범위가 빠른 속도의 범위 Z4로 확대된 상황에서, 만약, 유속이 빠른 유체가 유입된다 하더라도, 공유 히터(13)의 주변에는 넓은 유체흐름 감지범위를 가지도록 열 감지전극들(14-1,14-6)이 넓게 늘어서 있기 때문에, 빠른 속도로 급속히 유입되는 유체는 자신의 열 보유상황을 각 열 감지전극(14-1,14-6)에 정상적으로 전달할 수 있게 되며, 그 결과, 본 발명의 체제 하에서, 열 감지전극들(14-1,14-6)은 정확한 자신의 저항변화 정보를 정보처리장치 측으로 정상 출력할 수 있게 되고, 결국, 관리자 측에서는 유체의 유속이 빠른 상황 하에서도, "유체의 흐름 량, 유체의 흐름 속도, 유체의 흐름 방향" 등을 정확하게 파악할 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명에서는 각 열 감지전극들(14)의 배치 레이아웃을 예컨대, "기판(11)의 특정 위치에 공유 히터(13)가 단독 배치되고, 이 공유 히터(13)의 좌우측에 복수의 열 감지전극들(14)이 일렬로 배열되어, 해당 열 감지전극들(14)이 공유 히터(13)의 단일 영향권 내에 놓이는 구조"로 변경하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들(14)이 자신의 지정위치에 따라, "공유 히터(13)와 좁은 간격", "공유 히터(13)와 넓은 간격" 등을 탄력적으로 유지할 수 있도록 유도하기 때문에, 본 발명이 구현되는 경우, 해당 열 감지전극들(14)은 자신의 유체흐름 감지범위를 상황에 따라, 빠른 속도 측정범위 또는 느린 속도 측정 범위로 자연스럽게 다각화할 수 있게 되며, 결국, 관리자 측에서는 디바이스의 불필요한 교체 작업 없이도, 유속이 빠른 유체 또는 유속이 느린 유체 등과 관련된 다양한 흐름정보를 자연스럽게 일괄 취득할 수 있게 된다. 물론, 이 경우, 관리자 측에서는 "디바이스의 잦은 교체에 따른 작업효율 저하", "디바이스의 복수 제작에 따른 생산원가 상승", "디바이스의 복수 운영에 따른 제품 생산효율 저하" 등의 문제점 또한 손쉽게 피할 수 있게 된다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 종래의 체제 하에서, 열 감지전극들은 공유 히터를 중심으로 하여, 좌우에 단지, 하나씩 배치되는 구조를 취하였다. 물론, 이 경우, 해당 열 감지전극들과 신호연결관계를 갖는 정보처리장치는 각 열 감지전극들의 배치 개수 부족으로 인해, 해당 열 감지전극들로부터 얻을 수 있는 정보량이 항상 제한적일 수밖에 없는 문제점을 겪을 수밖에 없었으며, 그 여파로, 관리자 측 역시, 감지 디바이스를 사용하였음에도 불구하고, 정확한 유체흐름 정보를 취득할 수 없는 문제점을 그대로 감수할 수밖에 없었다.
그러나, 본 발명의 체제 하에서, 열 감지전극들(14-1,14-2,14-3, 14-4,14-5,14-6)은 도면에 도시된 바와 같이, "다양한 속도의 측정이 가능하도록 빠른 속도에서 느린 속도를 측정하도록 충분히 먼 거리사이(Z4) 내에서, 빼곡이 들어서 있는 구조"를 취하고 있기 때문에, 본 발명이 구현되는 경우, 해당 열 감지전극들(14-1,14-2,14-3,14-4,14-5,14-6)과 신호연결관계를 갖는 정보처리장치는 종래와 달리, "해당 열 감지전극들로부터 얻을 수 있는 정보량이 충분해지는 기반 인프라"를 원활하게 제공받을 수 있게 되며, 결과적으로, 관리자 측 역시, 전체적인 유체흐름 감지 품질이 일정 수준 이상으로 향상되는 효과를 자연스럽게 취득할 수 있게 된다.
다른 한편, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서, 열 감지전극들(14-1 내지 14-6)은 "Z4의 먼 거리 영역 내에서, 빼곡이 들어서 있는 구조"를 취하고 있기 때문에, 전체적인 공유 히터의 열 영향력이라는 측면에서, 종래의 열 감지전극들 배치 체제에 비해 다소 취약할 수 있게 되며, 만약, 별도의 조치를 취하지 않는 경우, 관리자 측에서는 예컨대, "공유 히터(13)로부터 출력되는 열이 최외곽에 위치한 열 감지전극(14-1,14-6)에 유효한 영향력을 미치지 못하는 문제점" 등을 피할 수 없게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 감안하여, 상술한 바와 같이, 공유 히터(13) 및 열 감지전극(14)의 형성위치에 대응되는 기판(11)의 후면(11b)을 일정 깊이, 예컨대, 앞의 절연층(12d)이 노출될 정도의 깊이로 파 일련의 트랜치 영역(11c)을 형성하고, 이를 통해, 공유 히터(13), 열 감지전극(14) 등을 기판(11) 본체로부터 열적으로 고립시키는 방안을 강구한다.
이러한 트랜치 영역(11c)의 형성에 따라, 본 발명의 체제 하에서, 공유 히터(13)는 예컨대, "자신으로부터 출력된 열이 기판(11) 본체를 타고 외부로 빠져나갈 수 있는 개연성"을 손쉽게 제거 받을 수 있게 되며, 결국, 공유 히터(13)로부터 출력된 열은 불필요한 손실 없이, 최외곽에 위치한 열 감지전극(14-1,14-6)에 까지 유효한 영향력을 효과적으로 미칠 수 있게 된다.
이하, 상술한 구성을 갖는 유체흐름 감지 디바이스의 제조방법을 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 예컨대, 10Ω·㎝ ~20Ω·㎝ 정도의 저항율을 갖는 Si 재질의 기판(11)을 세척 및 경면 처리한 후, 이 기판(11)의 전·후면(11a,11b)을 타겟으로 하여, 예컨대, 저압 화학기상증착 공정, 대기압 화학기상증착 공정 등을 순차적으로 진행함으로써, 기판(11)의 전·후면(11a,11b)에 절연층(12d) 및 후면 절연층(12e)을 형성한다. 이 경우, 절연층(12d) 및 후면 절연층(12e)은 예컨대, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 재질의 레이어(12a,12h), 2900Å~3100Å 정도의 두께를 갖는 SiO2 재질의 레이어(12b,12g), 그리고, 1400Å~1600Å 정도의 두께를 갖는 Si3N4 재질의 레이어(12c,12f)가 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
그 다음에, 본 발명에서는 절연층(12d) 및 후면 절연층(12e)을 타겟으로 하여, 예컨대, 알에프 마그네트론 스퍼터링 공정(RF magnetron sputtering process)을 연속적으로 진행함으로써, 절연층(12d) 및 후면 절연층(12e)의 상부에 예컨대, Ti 재질의 제 1 금속 소스 레이어(S1,S3) 및 Pt 재질의 제 2 금속 소스 레이어(S2,S4)를 차례로 형성한다. 이 경우, Ti 재질의 제 1 금속 소스 레이어(S1,S3)는 Pt 재질의 제 2 금속 소스 레이어(S2,S4) 및 절연층(12d,12e) 간의 접촉력을 효과적으로 강화시키는 역할을 수행한다.
계속해서, 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 일정 패턴의 마스크를 사용하여, 절연층(12d) 상의 제 1·제 2 금속 소스 레이어(S1,S2) 및 후면 절연층(12e) 상의 제 1·제 2 금속 소스 레이어(S3,S4)를 일괄·노광한 후, 이를 식각함으로써, 절연층(12d)의 상부에 일련의 공유 히터(13), 이 공유 히터(13)를 중심으로, 양쪽으로 늘어서 서로 독립된 단위 패턴들을 이루는 복수의 열 감지전극들(14), 이 열 감지전극들(14)의 최외곽에 인접 형성된 온도 감지센서(16) 등을 일괄·형성하고, 이와 아울러, 후면 절연층(12e)의 상부에 추후 형성될 식각 윈도우 W의 간격만큼 이격된 후면 금속 패턴(P1,P2)을 형성한다. 이 경우, 후면 금속 패턴은 트랜치 영역(11c)이 형성될 때, 그 식각 충격으로부터 기판(11) 본체의 나머지 영역을 안정적으로 보호하는 역할을 수행한다.
여기서, 앞의 공유 히터(13) 및 열 감지전극(14), 온도 감지센서(16), 후면 금속 패턴(P1,P2) 등은 예컨대, 85℃ 정도의 온도조건에서, HNO3, HCl, H2O 등의 용 액이 1:7:8로 혼합된 식각 케미컬에 의해 식각·형성된다.
이어서, 본 발명에서는 기판(11)의 후면(11b)에 형성된 후면 절연층(12e)을 타겟으로 하여, 예컨대, 일련의 반응성 이온에칭 공정을 35분~45분 정도 진행시킴으로써, 후면 절연층(12e)의 일부를 식각·제거하고, 이를 통해, 기판(11)의 후면(11b)에 식각 윈도우 W를 정의한다.
앞의 과정을 통해, 기판(11)의 전면(11a)에 공유 히터(13), 열 감지전극들(14), 온도 감지전극(16) 등이 일괄 형성되고, 기판(11)의 후면(11b)에 식각 윈도우 W가 형성된 상황에서, 본 발명에서는 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(11)의 후면(11b)에 형성된 후면 금속 패턴(P1,P2) 및 후면 절연층(12e)을 마스크로 하여, 기판(11)의 후면(11b)을 예컨대, 절연층(12d)이 노출될 정도의 깊이로 습식 식각하고, 이를 통해, 공유 히터(13) 및 열 감지전극(14)의 형성위치에 대응되는 기판(11)의 후면(11b)에 트랜치 영역(11c)을 정의한다. 이 경우, 트랜치 영역(11c)은 예컨대, KOH 용액을 통해 식각·정의된다.
이후, 본 발명에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 일련의 화학기상증착 공정을 진행하여, 공유 히터(13), 열 감지전극들(14), 온도 감지전극(16)들을 포함하는 기판의 전면에 예컨대, SiO2재질의 보호막(20)을 형성하는 절차를 진행하게 되며, 결국, 앞의 절차가 모두 마무리되면, "기판(11)의 특정 위치에 공유 히터(13)가 단독 배치되고, 이 공유 히터(13)의 좌우측에 각 열 감지전극들(14)이 일렬로 복수 배열되어, 해당 열 감지전극들이 공유 히터(13)의 단일 영향권 내에 놓이는 구조"를 갖 는 본 발명 고유의 유체흐름 감지 디바이스(100)가 얻어지게 된다. 마지막으로, 후면 금속 패턴(P1,P2)은 습식 식각되어 제거된다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 열 감지전극들은 "공유 히터를 중심으로 하여, 양쪽으로 늘어서 복수로 연속 배열되는 구조"에서, "공유 히터(13)를 중심으로 전후좌우 사방으로 줄지어 늘어서 복수로 연속 배열되는 구조"로 변경된다. 물론, 이 경우에도, 각 열 감지전극들(14)은 공유 히터(13)를 열원으로 공유하면서, 주변에 유입된 유체의 열 온도에 따라, 각기 서로 다른 저항변화를 나타내고, 해당 저항변화를 외부의 정보처리장치로 개별 출력하는 역할을 수행하게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 종래의 체제 하에서, 열 감지전극들은 "히터를 중심으로 하여, 양쪽으로 늘어서 일직선으로 배열되는 구조"를 이루고 있었기 때문에, 각 열 감지전극들은 단지, 유입되는 유체의 방향이 각 열 감지전극들의 배치방향과 동일 방향인 경우, 예컨대, 유입되는 유체의 방향이 열감지 전극 배치 방향과 수평인 경우에만, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있었고, 만약, 유입되는 유체의 방향이 조금이라도 달라지면, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 없게 되는 문제점을 유발하였다.
물론, 별도의 조치가 취해지지 않는 한, 디바이스의 주변에는 유체의 흐름을 변화시킬 수 있는 다양한 요인들이 불가피하게 상존할 수밖에 없었기 때문에, 종래의 체제 하에서, 유입되는 유체의 방향이 직선방향에서 벗어날 개연성은 매우 높아질 수밖에 없었으며, 결국, 종래의 체제 하에서, 해당 열 감지전극들과 신호연결관 계를 갖는 정보처리장치는 각 열 감지전극들로부터 얻을 수 있는 정보량이 항상 제한적일 수밖에 없는 문제점을 겪을 수밖에 없었고, 그 여파로, 관리자 측 역시, 감지 디바이스를 사용하였음에도 불구하고, 정확한 유체흐름 정보를 취득할 수 없는 문제점을 그대로 감수할 수밖에 없었다.
그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서, 각 열 감지전극들(14)은 "공유 히터(13)를 중심으로 전후좌우 사방으로 줄지어 늘어서 복수로 연속 배열되는 구조"를 이루기 때문에, 각 열 감지전극들(14)은 단지, 유입되는 유체의 방향이 직선방향, 예컨대, A3 방향인 경우뿐만 아니라, 유입되는 유체의 방향이 틀어진 방향, 예컨대, A4 방향인 경우에도, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있게 되며, 결국, 본 발명의 다른 실시예가 구현되는 경우, 관리자 측에서는 각 열 감지전극들(14)이 직선으로 일렬 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있게 된다.
물론, 이러한 본 발명의 다른 실시예의 경우에도, 도면에 도시된 바와 같이, 공유 히터(13), 열 감지전극들(14)의 형성위치에 대응되는 기판(11)의 후면(11b)은 일정 깊이, 예컨대, 앞의 절연층(12a)이 노출될 정도의 깊이로 파여져 일련의 트랜치 영역(11c)을 형성하게 되며, 그 여파로, 공유 히터(13), 열 감지전극들(14)은 앞의 실시예와 유사하게, 기판(11) 본체로부터 열적으로 고립될 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체흐름 감지 디바이스는 예컨대, 기판(11)의 전면에 절연층(12d)을 형성하는 단계, 절연층(12d)의 상부에 공유 히터(13) 및 공유 히터(13)를 중심으로 하여, 전후좌우 사방으로 늘어서 서로 독립 된 단위 패턴들을 이루는 복수의 열 감지전극들(14)을 일괄·형성하는 단계, 공유 히터(13) 및 열 감지전극들(14)이 열적으로 고립될 수 있도록 해당 공유 히터(13) 및 열 감지전극들(14)의 형성위치에 대응되는 기판(11)의 후면(11c)을 일정 깊이 파는 단계 등을 통해 제조될 수 있다. 물론, 상술한 각 단계들은 앞서 언급한 실시예의 각 단계들과 거의 대동 소이한 바, 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
앞서 언급한 바와 같은 본 발명은 상황에 따라 다양한 변형을 이룰 수 있다.
예를 들어, 관리자 측에서는 상황에 따라, 공유 히터(13)의 개수를 동일 평면상에서, 추가로 배치하는 변화를 꾀할 수도 있으며, 열 감지전극(14)을 상황에 따라, 공유 히터(13)의 좌우 측 또는 공유 히터의 전후 측에 추가로 배치하는 변화를 꾀할 수도 있다. 물론, 이러한 각각의 경우에도, 본 발명의 기본 사상에는 전혀 변함이 없으며, 결국, 관리자 측에서는 그에 따른 다양한 효과를 변함 없이 향유할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 각 열 감지전극들의 배치 레이아웃을 예컨대, "기판의 특정 위치에 공유 히터가 단독 배치되고, 이 공유 히터의 좌우측에 복수의 열 감지전극들이 일렬로 배열되어, 해당 열 감지전극들이 공유 히터의 단일 영향권 내에 놓이는 구조"로 변경하여, 각 열 감지전극들이 자신의 지정위치에 따라, "공유 히터와 좁은 간격", "공유 히터와 넓은 간격" 등을 탄력적으로 유지할 수 있도록 하고, 이를 통해, 해당 열 감지전극들의 유체흐름 감지범위 가 상황에 따라, 느린 속도의 유체를 감지하기에 적합한 범위 또는 빠른 속도의 유체를 감지하기에 적합한 범위로 자연스럽게 다각화될 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 디바이스의 불필요한 교체 작업 없이도, 유속이 빠른 유체 또는 유속이 느린 유체 등과 관련된 다양한 흐름정보를 자연스럽게 일괄 취득할 수 있도록 유도할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 공유 히터의 좌우측에 위치한 열 감지전극들의 배치개수를 복수화 하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들과 신호연결된 정보처리장치의 정보취득 개연성을 극대화시킴으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 단독 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도할 수 있다. 이와 함께, 본 발명에서는 각 열 감지전극들의 배치방향을 공유 히터의 좌우 측뿐만 아니라, 공유 히터의 전후방 측으로도 다각화하고, 이를 통해, 각 열 감지전극들이 "유입되는 유체의 방향이 직선방향인 경우"뿐만 아니라, "유입되는 유체의 방향이 틀어지는 경우"에도, 유체의 열 온도를 정상적으로 감지할 수 있도록 함으로써, 관리자 측에서, 각 열 감지전극들이 직선으로 일렬 배치된 경우에 비해, 좀더 정확한 유체흐름 정보를 자연스럽게 취득할 수 있도록 유도할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (8)

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  3. 전면에 절연층이 도포된 기판과;
    상기 절연층의 상부에 뉘어져 배치되며, 외부 전압에 의해 가열되는 공유 히터와;
    상기 절연층의 상부에서, 서로 독립된 단위 패턴들을 이루면서, 상기 공유 히터를 열원으로 공유하며, 주변에 유입된 유체의 열 온도에 따라, 각기 서로 다른 저항변화를 나타내고, 해당 저항변화를 외부의 정보처리장치로 개별 출력하는 열 감지전극들을 포함하며,
    상기 열 감지전극들은 상기 유체의 유입방향이 직선이거나 혹은 틀어지거나 상관없이, 해당 유체가 감지될 수 있도록 상기 공유히터의 전후좌우 사방으로 줄지어 늘어서, 복수로 연속 배열되는 것을 특징으로 하는 유체흐름 감지 디바이스.
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