KR101310947B1 - 유속 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 구조가 단순하고 제조가 용이한 유속 센서 및 그 제조 방법이 개시된다.
일 예로, 판상으로 형성되고, 내부가 천공되어 홀이 형성된 기판; 상기 기판의 홀 내에 위치하여 일단이 상기 기판과 연결되고, 타단은 자유단으로 형성된 제 1 굽힘부; 상기 제 1 굽힘부의 상부에 형성된 전극; 및 상기 제 1 굽힘부의 상부에 상기 전극을 감싸면서 형성된 제 2 굽힘부를 포함하고, 상기 제 2 굽힘부는 상기 제 1 굽힘부에 비해 잔류 응력이 큰 재질로 형성하는 유속 센서가 개시된다.

Description

유속 센서 및 그 제조 방법{Flow Rate Sensor And Fabracating Method Thereof}
본 발명은 구조가 단순하고 제조가 용이한 유속 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유속 센서란 흐르는 유체 내에 위치하여 유체의 속도를 측정하는 디바이스를 말한다. 이러한 유속 센서는 유체의 흐름에 따라 반복적으로 굴곡되는 동작을 수행하기 때문에, 피로도의 누적에 따라 부러지거나 파손될 염려가 있다. 또한, 이러한 파손은 디바이스 자체의 신뢰도에 영향을 주기 때문에 고려되어야 할 요소가 된다. 또한, 유속 센서를 반도체 공정 등을 이용하여 제조하면 제조 단가가 높아지게 되고, 제조 시간이 증가하게 되므로, 생산에 어려움이 있다.
본 발명은 구조가 단순하고 제조가 용이한 유속 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유속 센서는 판상으로 형성되고, 내부가 천공되어 홀이 형성된 기판; 상기 기판의 홀 내에 위치하여 일단이 상기 기판과 연결되고, 타단은 자유단으로 형성된 제 1 굽힘부; 상기 제 1 굽힘부의 상부에 형성된 전극; 및 상기 제 1 굽힘부의 상부에 상기 전극을 감싸면서 형성된 제 2 굽힘부를 포함하고, 상기 제 2 굽힘부는 상기 제 1 굽힘부에 비해 잔류 응력이 큰 재질로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 기판은 종이 또는 폴리이미드(Polyimide)로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제 1 굽힘부는 상기 기판보다 상부로 돌출되도록 굴곡될 수 있다.
또한, 상기 제 1 굽힘부는 상기 기판과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 굽힘부는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 굽힘부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극에 연결되어 폐루프를 구성하는 전원, 상기 폐루프에 흐르는 전류값을 측정하는 감지부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 감지부는 상기 전류값의 변화를 측정하여, 유체의 속도를 측정할 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 유속 센서의 제조 방법은 판상의 기판을 형성하는 단계; 상기 기판의 상부에 전극을 인쇄하는 단계; 상기 기판을 천공하여, 상기 전극의 하부에 형성되고 일단이 상기 기판의 내면에 고정되고 타단이 자유단인 제 1 굽힘부를 형성하는 단계; 상기 제 1 굽힘부의 상부에 상기 전극을 감싸도록 제 2 굽힘부를 형성하는 단계; 및 외부에서 열을 가하여 상기 제 1 굽힘부 및 제 2 굽힘부가 굴곡되도록 건조 작업을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기판은 종이 또는 폴리이미드(Polyimide)로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제 2 굽힘부는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 굽힘부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 건조 작업을 수행하는 단계 이후에 상기 전극에 와이어를 통해 전원, 및 전류값을 측정하는 감지부를 더 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 유속 센서 및 그 제조 방법은 종이 또는 폴리이미드로 이루어진 기판, 기판의 내측에 일단이 고정된 제 1 굽힘부를 형성하고, 제 1 굽힘부에 전극을 형성하고, 제 1 굽힘부의 상부에 PDMS(polydimethylsiloxane)로 구성된 제 2 굽힘부를 형성한 상태에서, 건조 공정을 수행하여 잔류 응력 차이에 의해 제 1 굽힘부, 전극 및 제 2 굽힘부가 상부로 들어올려진 구조를 형성함으로써, 단순한 구조를 갖고 반복되는 굴곡 동작에 대해 버틸 수 있는 유속 센서를 제공할 수 있다.
또한, 전극 형성시 인쇄 방식을 통해 형성함으로써, 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서(100)는 기판(110), 제 1 굽힘부(120), 전극(130), 제 2 굽힘부(140)를 포함한다. 또한, 상기 유속 센서(100)는 상기 전극(130)과 폐루프를 형성하는 와이어(150), 전원(160) 및 감지부(170)를 포함할 수 있다.
상기 기판(110)은 얇은 판상으로 구비된다. 상기 기판(110)은 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서(100)를 형성하기 위한 베이스를 제공한다. 상기 기판(110)은 내부 영역이 천공되어 홀(110a)이 형성된 대략 사각형의 구성을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)의 내측 일면에 상기 제 1 굽힘부(120)가 형성되고, 상기 기판(110)의 나머지 면들은 상기 제 1 굽힘부(120)와 이격되도록 형성된다. 따라서, 상기 기판(110)은 상기 제 1 굽힘부(120)의 일부 영역만을 고정시키는 구조를 제공한다. 상기 기판(110)은 실리콘과 같은 반도체 공정에 사용되는 재질 대신 연성이 있는 재질로 구성된다. 따라서, 상기 기판(110)과 일체로 형성되는 상기 제 1 굽힘부(120)가 반복되는 굽힘 동작을 유연하게 버틸 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(110)은 종이 또는 폴리이미드(Polyimide)와 같은 재질로 형성될 수 있다.
상기 제 1 굽힘부(120)는 상기 기판(110)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 제 1 굽힘부(120)는 상기 기판(110)의 내면 일측에 일단이 고정되어 형성된다. 또한, 상기 제 1 굽힘부(120)는 상기 기판(110)에 고정된 일단을 기준으로 타단이 자유단으로 구성되며 상부로 굽혀져서, 상기 기판(110)보다 상부로 돌출되도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제 1 굽힘부(120)는 그 상부에 형성되는 상기 제 2 굽힘부(140)와의 잔류 응력 즉, 수축력의 차에 의해 상기 기판(110)보다 상부로 돌출되도록 굽혀질 수 있다. 여기서, 상기 제 1 굽힘부(120)의 수축력이 상기 제 2 굽힘부(140)의 수축력에 비해 작기 때문에, 상기 제 2 굽힘부(140)를 향하는 방향으로 굴곡되어, 상기 제 1 굽힘부(120)가 상기 기판(110)보다 상부로 굴곡될 수 있게 된다.
또한, 상기 제 1 굽힘부(120)는 상기 제 2 굽힘부(140)와 함께 수평방향으로 흐르는 유체의 흐름에 대해 노출된다. 따라서, 유속이 빨라지면, 상기 제 1 굽힘부(120) 및 제 2 굽힘부(140)가 유체에 대해 저항하면서 굴곡된 각도가 변경되게 된다.
상기 전극(130)은 상기 제 1 굽힘부(120)의 상면에 형성된다. 상기 전극(130)는 상기 제 1 굽힘부(120)의 상면에 구리와 같은 금속으로 인쇄(printing) 방식을 통해 형성될 수 있다. 상기 전극(130)은 상기 제 1 굽힘부(120)의 상부에 금속 재질로 패턴되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극(130)의 상부는 다시 상기 제 2 전극(140)에 의해 감싸지게 되어, 상기 전극(130)은 상기 제 1 굽힘부(120) 및 제 2 굽힘부(140)와 함께 유체에 의해 굴곡되는 동작을 함께 수행하게 된다.
또한, 상기 전극(130)은 상기 제 1 굽힘부(120) 및 제 2 굽힘부(140)과 함께 굴곡됨에 따라 전기적 저항 특성이 변하게 된다. 즉, 상기 전극(130)이 유속의 차이에 따라 굴곡되는 정도에 따라 특정값의 저항을 갖게 된다. 따라서, 상기 전극(130)은 굴곡된 정도에 따라 폐루프를 이루면서 연결된 전원(160) 및 감지부(170)에 흐르는 전류값을 변화시킨다. 따라서, 유체의 유속을 감지하는 것이 가능하다.
상기 제 2 굽힘부(140)는 상기 제 1 굽힘부(120)의 상부에 상기 전극(130)을 감싸면서 형성된다. 상기 제 2 굽힘부(140)는 일체로 형성된 상기 기판(110) 및 제 1 굽힘부(120)보다 잔류 응력이 큰 재질로 형성된다. 상기 제 2 굽힘부(140)는 폴리머(Polymer) 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 굽힘부(140)는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 통해 구성될 수 있다. 다만, 상기 제 2 굽힘부(140)의 재질로서 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 굽힘부(140)는 상기 제 1 굽힘부(120)에 비해 잔류 응력 즉, 수축력이 좋기 때문에 상기 제 1 굽힘부(120)를 상부로 들어올리는 역할을 수행한다. 또한, 상기 제 2 굽힘부(140)는 상기 제 1 굽힘부(120) 및 전극(130)를 굴곡된 상태로 유지시킨다. 따라서, 상술한 것처럼, 유체에 의해 상기 제 1 굽힘부(120), 전극(130) 및 제 2 굽힘부(140)가 굴곡된 정도가 변함을 측정하여, 유속을 측정할 수 있다.
상기 와이어(150)는 상기 전극(130), 전원(160) 및 감지부(170)의 사이를 연결하여 폐루프를 형성한다. 따라서, 상기 와이어(150)를 통해 상기 전원(160)으로부터의 전류가 흐를 수 있고, 전류값의 변화를 상기 감지부(170)가 인지하여 유속을 측정할 수 있게 된다.
상기 전원(160)은 상기 전극(130) 및 감지부(170)와 함께 폐루프를 구성한다. 상기 전원(160)은 상기 전극(130)에 대해 지속적으로 일정한 전압의 전력을 인가하고, 이에 따라 상기 폐루프에서 전류가 흐르도록 한다. 또한, 상기 전원(160)으로부터 인가되는 일정한 전압에 비해, 유속에 의해 상기 전극(130)의 저항값이 달라지면, 상기 폐루프의 전류값이 달라지게 되므로, 이에 따라 유속을 측정할 수 있다.
상기 감지부(170)는 상기 전극(130) 및 전원(160)와 함께 구성된 폐루프에 흐르는 전류값을 통해 유속을 측정할 수 있다. 상기 감지부(170)는 상기 전극(130)에 비해 매우 작은 값을 갖는 저항으로 구성되어, 전체 회로에는 영향을 주지 않으면서도 측정된 전압값을 통해 전체 전류를 구할 수 있도록 설계될 수 있다. 다만, 상기 감지부(170)의 내용으로 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서(100)는 유체의 흐름에 따라 화살표로 표시된 것처럼 상기 제 1 굽힘부(120), 전극(130) 및 제 2 굽힘부(140)가 이동할 수 있다. 따라서, 상술한 것처럼, 상기 전극(130)의 저항값이 변하게 되어, 유속을 측정하는 것이 가능하다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서(100)를 제조하기 위해 먼저, 얇은 판상의 기판(110)이 구비된다. 상기 기판(110)은 종이 또는 폴리이미드(Polyimide)와 같은 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 기판(110)은 반도체 공정에 이용되는 재질에 비해 연성이 있기 때문에, 내구력을 높일 수 있다.
또한, 상기 기판(110)의 상부에 전극(130)이 형성된다. 상기 전극(130)은 구리와 같은 금속 재질이 인쇄 기법을 통해 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전극(130)의 형성시 반도체 공정에 의해 형성하는 경우에 비해, 제조 방법이 단순하고 제조 단가를 낮출 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 천공 작업을 통해 기판(110)의 내부에 홀(110a)을 형성한다. 상기 홀(110a)에 의해 상기 기판(110)의 내측 일부에 제 1 굽힘부(120)가 형성되며, 상기 제 1 굽힘부(120)는 일단이 상기 기판(110)에 연결된 상태를 갖게 된다. 또한, 상기 제 1 굽힘부(120)의 타단은 고정되지 않아 자유단의 형태를 갖는다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 제 1 굽힘부(120)의 상부에 상기 전극(130)을 감싸도록 제 2 굽힘부(140)를 형성한다. 상기 제 2 굽힘부(140)는 상기 제 1 굽힘부(120)에 비해 잔류 응력이 큰 재질로 형성한다. 상기 제 2 굽힘부(140)는 폴리머(Polymer) 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, PDMS(polydimethylsiloxane)를 통해 구성될 수 있다.
그리고 도 6을 참조하면, 상기 기판(110), 제 1 굽힘부(120), 전극(130) 및 제 2 굽힘부(140)로 구성된 구조체에 외부에서 열을 가하여 건조 작업을 수행한다. 이 때, 상기 제 1 굽힘부(120)의 일단은 상기 기판(110)에 고정되어 있기 때문에, 상기 제 1 굽힘부(120) 및 제 2 굽힘부(140)는 잔류 응력차에 의해 상기 제 2 굽힘부(140)를 향하는 방향으로 굴곡되어 들어올려진다.
또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 이후 와이어(150)를 통해 전원(160) 및 감지부(170)를 상기 전극(130)과 연결하는 단계가 더 이루어진다.
따라서, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 유속 센서(100)가 최종적으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 유속 센서 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 유속 센서 110; 기판
120; 제 1 굽힘부 130; 전극
140; 제 2 굽힘부 150; 와이어
160; 전원 170; 감지부

Claims (13)

  1. 판상으로 형성되고, 내부가 천공되어 홀이 형성된 기판;
    상기 기판의 홀 내에 위치하여 일단이 상기 기판과 연결되고, 타단은 자유단으로 형성된 제 1 굽힘부;
    상기 제 1 굽힘부의 상부에 형성된 전극; 및
    상기 제 1 굽힘부의 상부에 상기 전극을 감싸면서 형성된 제 2 굽힘부를 포함하고,
    상기 제 2 굽힘부는 상기 제 1 굽힘부에 비해 잔류 응력이 큰 재질로 형성되는 유속 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 종이 또는 폴리이미드(Polyimide)로 형성된 유속 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 굽힘부는 상기 기판보다 상부로 돌출되도록 굴곡된 유속 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 굽힘부는 상기 기판과 일체로 형성된 유속 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 굽힘부는 폴리머 재질로 형성된 유속 센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 굽힘부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성된 유속 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극에 연결되어 폐루프를 구성하는 전원, 상기 폐루프에 흐르는 전류값을 측정하는 감지부를 더 포함하는 유속 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 전류값의 변화를 측정하여, 유체의 속도를 측정하는 유속 센서.
  9. 판상의 기판을 형성하는 단계;
    상기 기판의 상부에 전극을 인쇄하는 단계;
    상기 기판을 천공하여, 상기 전극의 하부에 형성되고 일단이 상기 기판의 내면에 고정되고 타단이 자유단인 제 1 굽힘부를 형성하는 단계;
    상기 제 1 굽힘부의 상부에 상기 전극을 감싸도록 제 2 굽힘부를 형성하는 단계; 및
    외부에서 열을 가하여 상기 제 1 굽힘부 및 제 2 굽힘부가 굴곡되도록 건조 작업을 수행하는 단계를 포함하는 유속 센서의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판은 종이 또는 폴리이미드(Polyimide)로 형성되는 유속 센서의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 굽힘부는 폴리머 재질로 형성되는 유속 센서의 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 굽힘부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성되는 유속 센서의 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 건조 작업을 수행하는 단계 이후에 상기 전극에 와이어를 통해 전원, 및 전류값을 측정하는 감지부를 더 연결하는 단계를 더 포함하는 유속 센서의 제조 방법.
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