KR100650603B1 - 응축방울 검지센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 응축방울 검지센서에 관한 것으로, 응축된 미량의 물방울을 실시간으로 신속하게 검지할 수 있는 응축방물 검지센서를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 실리콘 기판의 중앙에 경사식각에 의해 우물(well)이 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면과 이에 연이은 상기 실리콘 산화막 일부의 상면에 박막 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 검지센서를 실리콘 기판을 이용하여 반도체 공정에 의해 저렴한 비용으로 간단하게 제작할 수 있고, 설비 주위에 형성된 응축 물방울을 실시간으로 검지할 수 있으며, 보다 안정적으로 설비를 운영할 수 있고, 센서의 검지성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
응축 방울, 검지, 실리콘 산화막, 소수성 박막, 어레이 박막
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 응축방울 검지센서의 평면도(a)와 단면도(b).
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 응축방울 검지센서를 이용한 누수검지 개념도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 응축방울 검지센서의 우물 구조를 설명하기 위한 평면도(a)와 단면도(b).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬식 응축방울 어레이 센서의 평면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직렬식 응축방울 어레이 센서의 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 응축방울 검지센서 12 : 소수성 박막
14 : 박막형 전극 16 : 우물
17 : 실리콘 경사 식각면 18 : 실리콘 기판
19 : 실리콘 산화막 40 : 병렬식 응축방울 어레이 센서
50 : 직렬식 응축방울 어레이 센서
본 발명은 응축방울 검지센서에 관한 것으로, 특히, 실리콘 기판에 경사면과 박막형 전극을 갖는 우물구조를 형성하고, 박막형 전극과 그 사이의 공기에 의해 형성되는 커패시턴스의 변화를 이용하여 습기가 많거나, 외부와의 온도 차이에 의해 발생하는 응축된 미량의 물방울을 실시간으로 신속하게 검지할 수 있는 응축방울 검지센서에 관한 것이다.
일반적으로 물체 표면의 온도가 실내 공기의 노점(dew point)이하로 떨어지면 그 표면에 이슬이 맺히고, 이 이슬이 응축되어 물이 되어 떨어지는데, 이러한 미량의 응축방울은 수냉식 냉각방법을 사용하는 설비에 있어서 사고의 원인이 되고 있다.
종래에는 이러한 응축된 물방울을 검지하기 위하여 설비 환경에 맞게 습도 센서나 광학 검지 장치들을 이용하였으나 오 동작 및 설치 환경에 맞지 않아 주로 사람이 이를 육안으로 검사하는 경우가 대부분인데, 이 경우 미량의 응축방울은 사람에 의해 인지할 수 없는 경우가 종종 발생한다.
특히, 고 전류 및 고 전압 하에서는 물방울을 검지하기 위해서 전류나 전압 방식의 검지센서를 사용하는 경우, 고 전류 및 고 전압의 영향에 의해 검지센서가 제대로 동작하지 못하며, 또한 센서의 전류 및 전압이 설비에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 검지 센서의 적용이 곤란한 문제점이 있다.
또한, 이러한 센서는 해당 설비의 여러 부분에 설치하기 때문에 저가제작이 가능하여야 한다.
따라서, 응축된 물방울로 인한 설비의 사고 등을 사전에 방지하기 위하여 안정적이고 제조비용이 저렴한 검지센서의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 실리콘 기판에 경사면과 박막형 전극을 갖는 우물구조를 형성하여, 박막형 전극과 그 사이의 공기에 의해 커패시턴스를 형성하고, 우물 내부에 물방울이 형성되거나 떨어질 때 커패시턴스의 변화를 감지하여 응축된 미량의 물방울을 실시간으로 신속하게 검지할 수 있는 응축방물 검지센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 기판에 경사면과 박막형 전극을 갖는 우물구조를 어레이형으로 다수개 형성하고 응축방울의 검지영역을 확장하여 응축된 미량의 물방울을 신속하고 안정적으로 검지할 수 있는 응축방울 검지센서를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 기판의 중앙에 경사식각에 의해 우물(well)이 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면과 이에 연이은 상기 실리콘 산화막 일부의 상면에 박막 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 박막형 전극이 그 두께가 0.3 ~ 0.6㎛일 수 있다.
바람직하게는 상기 실리콘 산화막의 상면에 소수성 박막이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 응축방울 검지센서는 실리콘 기판에 경사식각에 의해 다수의 우물이 배열 형태로 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 다수의 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 다수의 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면에 박막형 전극이 각각 형성되고, 상기 박막형 전극이 병렬로 연결되도록 어레이 박막형 금속이 형성되며, 상기 어레이 박막형 금속의 양단에 외부인출 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 실리콘 기판에 경사식각에 의해 다수의 우물이 배열 형태로 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 다수의 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 다수의 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면에 박막형 전극이 각각 형성되고, 상기 박막형 전극이 직렬로 연결되도록 어레이 박막형 금속이 형성되며, 상기 어레이 박막형 금속의 양단에 외부인출 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 응축방울 검지센서의 평면도(a)와 단면도(b)이다.
응축방울 검지센서(10)는 실리콘 기판(18)의 중앙에 경사식각에 의해 우물(16)이 형성되고, 실리콘 기판(18)의 상면과 우물(16)의 경사식각면(17)에 실리콘 산화막(19)이 형성되며, 우물(16)의 경사식각면(17)중 서로 대응하는 경사식각면(17)과 이에 연이은 실리콘 산화막(19) 일부의 상면에 박막형 전극(14)이 형성되어 이루어진다.
박막형 전극(14)은 금속으로 이루어지는데, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지고, 그 두께는 바람직하게는 0.3 ~ 0.6㎛일 수 있다.
이러한 응축방울 검지센서(10)는 우물(16)의 경사식각면(17)에 형성된 박막형 전극(14)과 그 사이의 공기에 의해 일정한 커패시턴스를 형성하여 이러한 커패시턴스는 인가되는 교류전원에 대하여 일정한 값을 유지한다.
즉, 우물(16) 내의 공기가 유전체 역할을 하여 일정한 커패시턴스를 형성하는데, 이때, 우물(16) 내에 응축방울이 형성되거나 유입되는 경우에는 응축방울이 유전체 역할을 하여 그 커패시턴스가 변화된다.
또한, 응축방울 검지센서(10)는 실리콘 산화막(19)의 표면과 경사식각면(17)면의 표면에 형성된 응축방울이 우물(16) 내부로 용이하게 도입될 수 있도록 실리콘 산화막(19)의 상면에 소수성 박막(12)을 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 응축방울 검지센서를 이용한 누수검지 개념도이다.
응축방울 검지센서(10)의 검지 원리는 응축방울 검지센서(10)에 교류 전원을 인가하여 응축방울 검지센서(10)의 커패시턴스 변화량을 측정하는 것이다.
즉, 응축방울 검지센서(10)에 교류 전원을 인가하여 응축방울 검지센서(10)의 커패시턴스를 지속적으로 측정하고, 응축방울에 의해 응축방울 검지센서(10)의 커패시턴스의 변화량을 측정함으로써, 응축방울의 형성을 검지할 수 있다.
이를 위한 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 교류 전원부(30)에 저항(20)과 응축방울 검지센서(10)를 직렬로 접속하고, 응축방울 검지센서(10)와 병렬로 커패시턴스 측정부(40)를 접속한다.
이와 같은 구성에 의해 교류 전원부(30)는 저항(20)을 거쳐 응축방울 검지센서(10)에 교류 전원을 인가한다. 여기서, 인가된 교류 전원의 주파수에 따라 응축방울 검지센서(10)의 커패시턴스는 일정하게 유지된다.
이때, 응축방울 검지센서(10)의 우물(16)에 물방울이 형성되거나 떨어지면, 이 물방울이 유전체 역할을 하여 응축방울 검지센서(10)의 커패시턴스가 변화되고, 커패시턴스 측정부(40)는 이를 검지함으로써, 응축방울을 검지한다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 이용하여 응축방울 검지센서(10)의 제조방법을 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 응축방울 검지센서의 우물 구조를 설명하기 위한 평면도(a)와 단면도(b)이다.
먼저, 실리콘 기판(18)에 몸체 식각 저지 산화 실리콘을 증착하고, 경사식각이 가능한 용액으로 실리콘 몸체를 식각한다. 이와 같은 경사식각에 의해 형성된 우물(16)의 크기는 0.5㎜ x 0.5㎜ 내지 5㎜ x 5㎜로 형성할 수 있다.
이와 같이 우물(16)이 형성되면, 외부와 실리콘 기판(18)과의 절연을 위하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(19)을 증착하고, 우물의 양측 경사식각면(17)과 이와 연이은 실리콘 산화막(19) 일부에 금속으로 이루어진 박막형 전 극(14)을 형성한다.
실리콘 산화막(19) 위에는 응축방울이 우물(16) 안으로 용이하게 유입될 수 있도록 소수성 표면 현상을 이룰 수 있는 소수성 박막(12)을 형성함으로써, 응축방울 검지센서(10)가 완성된다.
한편, 상기와 같은 응축방울 검지센서(10)는 하나의 우물(16)에 의해 한정된 영역 이외에는 적용이 곤란하므로 우물(16)을 다수개 설치한 어레이형으로 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 병렬식 응축방울 어레이 센서의 평면도이다.
병렬식 응축방울 어레이 센서(40)는 검지영역을 확장하기 위하여 상술한 바와 같은 응축방울 검지센서(10)를 병렬 형태로 다수개 형성한 것이다.
보다 구체적으로는, 병렬식 응축방울 어레이 센서(40)는 실리콘 기판(48)에 경사식각에 의해 다수의 우물(46)이 배열 형태로 형성되고, 실리콘 기판(48)의 상면과 다수의 우물(46)의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 다수의 우물(46)의 경사면중 서로 대응하는 경사면에 박막형 전극이 각각 형성되고, 박막형 전극이 병렬로 연결되도록 어레이 박막형 금속(420)이 형성되며, 어레이 박막형 금속(420)의 양단에 외부인출 전극(410)이 형성된다.
여기서, 실리콘 산화막의 상면에는, 응축방울이 우물(46)로 용이하게 도입되도록 하기 위하여 소수성 박막을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직렬식 응축방울 어레이 센서의 평 면도이다.
직렬식 응축방울 어레이 센서(50)는 검지영역을 확장하기 위하여 상술한 바와 같은 응축방울 검지센서(10)를 직렬로 다수개 형성한 것이다.
보다 구체적으로는, 실리콘 기판(58)에 경사식각에 의해 다수의 우물(56)이 배열 형태로 형성되고, 실리콘 기판(58)의 상면과 다수의 우물(56)의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 다수의 우물(56)의 경사면중 서로 대응하는 경사면에 박막형 전극이 각각 형성되고, 박막형 전극이 직렬로 연결되도록 어레이 박막형 금속(520)이 형성되며, 어레이 박막형 금속(520)의 양단에 외부인출 전극(510)이 형성된다.
여기서, 실리콘 산화막의 상면에는, 응축방울이 우물(56)로 용이하게 도입되도록 하기 위하여 소수성 박막을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 응축방울 검지센서는 실리콘 기판의 상면에 경사식각에 의해 우물을 형성하고 우물의 양측 경사면에 박막형 전극을 형성함으로써, 검지센서를 실리콘 기판을 이용하여 반도체 공정에 의해 저렴한 비용으로 간단하게 제작할 수 있고, 설비 주위에 형성된 응축 물방울을 실시간으로 검지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 실리콘 산화막의 상면에 소수성의 표면 현상을 이룰 수 있는 소수성 박막 전극을 형성함으로써, 아주 작은 물방울도 우물 안으로 쉽게 유입되도록 하여 응축방울의 형성 초기에 신속하게 감지할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 공정을 이용하여 실리콘 기판에 형성된 우물구조에 의해 일정량의 커패시턴스를 형성하고, 커패시턴스의 변화량을 감지함으로써, 고 전압 및 고 전류의 설비 주위에서 형성된 응축 물방울을 실시간으로 검지하여 보다 안정적으로 설비를 운영할 수 있다.
또한, 본 발명은 단일센서 구조를 어레이형 배열로 형성함으로써, 검지영역을 보다 확장하여 센서의 검지성능의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 실리콘 기판의 중앙에 경사식각에 의해 우물(well)이 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면과 이에 연이은 상기 실리콘 산화막 일부의 상면에 박막 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 응축방울 검지센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 박막형 전극은 그 두께가 0.3 ~ 0.6㎛인 것을 특징으로 하는 응축방울 검지센서.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘 산화막의 상면에 소수성 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 응축방울 검지센서.
- 실리콘 기판에 경사식각에 의해 다수의 우물이 배열 형태로 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 다수의 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 다수의 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면에 박막형 전극이 각각 형성되고, 상기 박막형 전극이 병렬로 연결되도록 어레이 박막형 금속이 형성되며, 상기 어레이 박막형 금속의 양단에 외부인출 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 응축방울 검지센서.
- 실리콘 기판에 경사식각에 의해 다수의 우물이 배열 형태로 형성되고, 상기 실리콘 기판의 상면과 상기 다수의 우물의 경사면에 실리콘 산화막이 형성되며, 상기 다수의 우물의 경사면중 서로 대응하는 경사면에 박막형 전극이 각각 형성되고, 상기 박막형 전극이 직렬로 연결되도록 어레이 박막형 금속이 형성되며, 상기 어레이 박막형 금속의 양단에 외부인출 전극이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 응축방울 검지센서.
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