KR101517591B1 - 이산화탄소 센서장치 - Google Patents
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Abstract
이산화탄소 센서장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치는, 기판, 기판의 일면에 형성되는 발열패턴, 기판의 타면에 형성되는 고체전해질층, 고체전체질층의 일면에 형성되는 전극패턴, 및 전극패턴 상에 적층되는 패시베이션층을 포함하되, 전극패턴은 서로 이격된 제1 전극패턴 및 제2 전극패턴을 포함하고, 패시베이션층은 제2 전극패턴이 외부로 노출되도록 하는 개구부를 포함하고, 개구부의 상부에 감지물질층이 적층되고, 발열패턴은 외부로부터 전력을 공급받아 기판을 가열한다.
Description
본 발명은 이산화탄소 센서장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 센서의 구동소비전력 감소, 측정 정확도 및 동작 속도를 높일 수 있는 이산화탄소 센서장치에 관한 것이다.
이산화탄소는 대기 중에서 화학적으로 매우 안정한 기체로서 지구 온난화를 발생시키는 주원인으로, 상기 환경문제를 비롯하여 건물 및 자동차의 실내 공조를 위하여 상기 이산화탄소 농도 조절의 필요성이 증가되고 있으며, 이에 따라 공기 중에 존재하는 이산화탄소 가스의 농도를 측정하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히 최근 자동차 HVAC 시스템에 대해 유럽을 비롯한 선진국에서는 기존의 지구 온난화의 대표적인 오염 물질인 프레온 가스 대신 이산화탄소 냉매로 변경 적용시킬 예정이다. 이들 자동차 업체의 평가 결과, 이러한 냉매 변경으로 인해 차량 내부 CO2 농도의 급격한 증가가 확인되었으며, 차량 내부에 적용될 저가의 CO2 가스 센서 시스템의 필요성이 확인되었다.
뿐만 아니라 인체에 불쾌감을 느끼게 하는 CO2 농도의 범위는 1,000ppm이상으로 흡입 시 인체에 미치는 영향으로 호흡과 맥박이 빨라지고 혈압 및 맥압이 상승하며, 두통, 권태, 현기증, 불쾌감 등의 증상을 초래하게 된다. 따라서 장시간 운전 시 차량 내 CO2 농도의 증가로 인해 졸음운전을 유발하고, 여름철과 겨울철 히터에 의해 어린이 및 애완동물 질식사를 초래할 수도 있다.
종래의 공기 중에 존재하는 이산화탄소 가스의 농도를 측정하는 방법으로 광학적인 방법(NDIR 방식)을 가장 많이 사용하고 있으며, 이 방식은 선택성과 정량성 및 재현성이 우수하다는 장점이 있으나, 측정을 위해서 밀폐된 공간이 필요하며 구성요소들과 필터들의 물리적인 크기 때문에 다양한 시스템 적용에 제한이 있다. 또한 구동부 및 측정소자가 매우 고가이며 제어를 위한 처리부의 구성이 복잡하므로 전체적인 센서의 가격이 높을 수밖에 없어 그 용도가 매우 다양함에도 불구하고 광범위하게 활용되고 있지 못하고 있다. 특히 열악한 환경에 노출될 경우 광학계가 오염되기 쉽기 때문에 사용범위가 비교적 안정적인 시설물 실내로 제한되는 단점이 있다.
최근에는 고체전해질을 이용한 전기화학식 이산화탄소 센서가 제안된 바 있으나, 원활한 동작을 위해 고온의 구동온도 유지가 필수적이기 때문에 가열 수단에 의한 열화로 인해 전체 내구성을 저하시키는 주 원인이 되고 있다. 또한, 고체 전해질을 벌크(Pellet) 형태의 전해질 소결체를 사용할 경우, 상대적으로 높은 소비전력과 전해질 두께로 인한 열적 평형상태 도달이 늦어, 초기 동작시간이 느려지는 문제점이 발생할 수 있다.
위와 같은 문제점으로부터 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 저소비전력을 가지면서 측정정밀도를 향상시킬 수 있는 이산화탄소 센서장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 신속하게 열적 평형상태에 도달하여 초기 동작 시간을 단축시키고 이산화탄소 농도 측정의 신뢰성을 더욱 높일 수 있는 이산화탄소 센서장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 언급된 기술적 과제들을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치는, 기판, 기판의 일면에 형성되는 발열패턴, 기판의 타면에 형성되는 고체전해질층, 고체전체질층의 일면에 형성되는 전극패턴, 및 전극패턴 상에 적층되는 패시베이션층을 포함하되, 전극패턴은 서로 이격된 제1 전극패턴 및 제2 전극패턴을 포함하고, 패시베이션층은 제2 전극패턴이 외부로 노출되도록 하는 개구부를 포함하고, 개구부의 상부에 감지물질층이 적층되고, 발열패턴은 외부로부터 전력을 공급받아 기판을 가열한다.
상기 제1 전극패턴의 상부에 형성되어 상기 제1 전극패턴과 상기 패시베이션층을 이격시키는 확산방지층을 더 포함할 수 있다.
상기 전극패턴의 일단이 연장되어 상기 패시베이션층의 외부로 노출되는 패드전극을 더 포함하되, 상기 패드전극의 일면은 상기 기판과 접촉할 수 있다.
상기 고체전해질층은 상기 기판 상에 후막 형태로 분포되어 형성될 수 있다.
상기 감지물질층은 귀금속 또는 탄산염을 포함할 수 있다.
상기 감지물질층의 상부에 적층되는 다공성 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 다공성 보호층은 Au, Ag, Pt, SiO2, B2O3, P2O5 Na2O, Li2O 및 Al2O3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치는, 세라믹 기판 일측에 형성되는 발열 패턴과, 발열 패턴의 양 단부에 연결되어 전압을 인가하는 한 쌍의 전압인가패드와, 세라믹 기판의 상측에 발열 패턴을 내부에 포함하도록 형성되는 발열 패턴 보호층과, 세라믹 기판의 타 측면에 후막으로 인쇄된 고체전해질과, 고체전해질의 표면에 형성되는 기준전극과, 기준신호패턴과 세라믹 기판에 형성되는 기준신호 패드와 기준전극부와 이격하여 고체전해질 표면에 형성되는 감지전극과, 감지신호패턴과, 세라믹 기판에 형성되는 감지신호패드와, 기준 전극 및 기준신호패턴 상부에 형성되는 확산 방지층과, 고체전해질 전체와 확산 방지층 전체, 감지신호패턴을 포함하고 감지전극 및 기준신호패턴과 감지신호패턴은 제외한 부분에 도포되는 밀봉층과, 감지전극에 형성되는 감지 물질 층을 포함한다.
상기 발열 패턴의 양 단부에 연결되어 전압을 인가하는 한 쌍의 전압인가 패드를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 발열 패턴 보호층은 Al2O3, SiO2, Na2O, Li2O, B2O3, V2O5, MgO, ZnO, CaO, BaO, 및 Si3N4 에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 가열수단은 상기 발열 패턴이 형성되지 않은 세라믹 기판의 타 측면에 고체전해질이 후막형태로 일부 형성될 수 있다.
상기 기준전극, 기준신호패턴, 기준신호패드, 감지전극, 감지신호패턴, 감지신호패드는 Pt, Au, Ru 및 Ag에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 확산 방지층은 고체 전해질과 동일한 물질 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있으며, YSZ, Al2O3, ZrO2, Y2O3, SiO2, B2O3, PbO, BaO, CaO 및 Si3N4 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 밀봉재는 Al2O3, SiO2, B2O3, PbO, BaO, CaO, 및 Si3N4에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 감지전극에 귀금속과 탄산염을 포함하는 혼합층, 및 상기 혼합층을 감싸도록 다공성 보호층이 더 포함될 수 있으며, 다공성 보호층은 Au, Ag, Pt, SiO2, B2O3, P2O5 Na2O, Li2O 및 Al2O3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 고체 전해질이 한 측면에 후막 인쇄된 가열 수단이 이용됨으로써 기존 펠렛(Bulk) 형태의 전해질 소결체를 이용한 CO2 센서와 비교시 동일한 구동온도를 유지하면서 저소비전력화를 이룰 수 있으며, 동작 초기 시 가열 수단으로 방출되는 열로 인한 센서 전체의 온도구배가 기존의 벌크 형태의 CO2 센서보다 빠르게 열적 평형상태에 도달할 수 있기 때문에 초기 동작 시간 단축을 얻을 수 있다.
또한, 전체 제작 공정을 후막공정으로 통일하여 진행하기 때문에 규격화된 센서 제작이 용이하며, 이에 따른 센서 재현성 확보, 공정 단순화 및 대량 생산이 용이하여 생산성을 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 발열 패턴을 보호하는 발열 패턴 보호층이 형성된 가열수단을 이용함으로써 고온 구동에 따른 발열 패턴의 형상이 변화하는 것을 방지하고, 외부 환경으로부터의 영향을 최소화하여 일정한 구동 온도를 제공함으로써 안정적으로 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있다.
또한, 내구성 및 신뢰성이 떨어지는 와이어 본딩 방식을 채용한 패키지에서 벗어나 히터 전압 인가 패드와 센서 출력 신호 패드를 직접 슬롯형태의 패키지에 적용가능하기 때문에 진동 및 가혹한 환경에서도 신호 안정성을 확보할 수 있는 내구성이 뛰어난 장점이 있다.
도 1은 일반적인 이산화탄소 센서장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 이산화탄소 센서장치의 전원공급 및 기전력 측정 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 2의 이산화탄소 센서장치의 저면도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 이산화탄소 센서장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 단면도이다.
도 8은 도 1의 이산화탄소 센서장치와 도 2의 이산화탄소 센서장치의 초기 동작 시간을 비교한 그래프이다.
도 9은 도 1의 이산화탄소 센서장치와 도 2의 이산화탄소 센서장치의 구동온도별 인가전압 및 소비전력 비교 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 단면도이다.
도 3은 도 2의 이산화탄소 센서장치의 전원공급 및 기전력 측정 구조를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 2의 이산화탄소 센서장치의 저면도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 이산화탄소 센서장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 단면도이다.
도 8은 도 1의 이산화탄소 센서장치와 도 2의 이산화탄소 센서장치의 초기 동작 시간을 비교한 그래프이다.
도 9은 도 1의 이산화탄소 센서장치와 도 2의 이산화탄소 센서장치의 구동온도별 인가전압 및 소비전력 비교 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치(1)는, 기판(10), 기판(10)의 일면에 형성되는 발열패턴(21), 기판(10)의 타면에 형성되는 고체전해질층(31), 고체전체질층(31)의 일면에 형성되는 전극패턴(32, 34), 및 전극패턴(32, 34) 상에 적층되는 패시베이션층(37)을 포함하되, 전극패턴(32, 34)은 서로 이격된 제1 전극패턴(32) 및 제2 전극패턴(34)을 포함하고, 패시베이션층(37)은 제2 전극패턴(34)이 외부로 노출되도록 하는 개구부를 포함하고, 개구부의 상부에 감지물질층(38)이 적층되고, 발열패턴(21)은 외부로부터 전력을 공급받아 기판(10)을 가열한다. 제1 전극패턴(32)의 상부에 형성되어 제1 전극패턴(32)과 패시베이션층(37)을 이격시키는 확산방지층(36)을 더 포함할 수 있다.
기판(10)은 일면에 발열패턴(21)이 형성되고 타면에 고체전해질층(31)이 형성된다. 기판(10)의 재질에는 제한이 없으나 일면에서 구비된 발열패턴(21)에서 발생한 열이 타면의 고체전해질층(31)으로 신속하고 효율적으로 전달되도록 세라믹 등의 재질로 형성될 수 있다.
발열패턴(21)은 기판(10)에 형성되어 전체 영역을 가열하도록 하는 구성으로서, 백금(Pt)을 포함하는 페이스트 등을 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 하여 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
발열패턴 보호층(22)은 발열패턴(21) 상에 형성될 수 있으며, 발열패턴 보호층(22)은 기판(10)의 발열패턴(21)이 형성된 일측에 발열패턴(21)을 내부에 포함하도록 형성되는 구성으로서, 이로 인해 외부 환경에 따른 발열패턴(21)의 저항변화 또는 형상변화 등을 억제할 수 있다. 또한, 발열패턴(21)이 외부 환경과는 관계 없이 이산화탄소 농도 측정에 필요한 일정한 고온의 구동 온도를 유지할 수 있다.
발열패턴 보호층(22)은 Al2O3, SiO2, Na2O, Li2O, B2O3, V2O5, MgO, ZnO, CaO, BaO, 및 Si3N4 에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
발열패턴 보호층(22)의 제작 방법은 페이스트 형태로 제작하여 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 하여 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치(1)는 갈바닉 전지구조에서 고체전해질층(31)의 한면 혹은 양면에 구비된 감지전극 및 기준전극에서 측정된 기전력이 네른스트(Nernst) 식에 의해 주변의 이산화탄소 가스의 농도에 따라 변화되는 원리를 따르고 있다.
이 때, 고체전해질층(31)은 리튬, 나트륨, 칼륨과 같은 알칼리 이온 전도체로서, 더욱 상세하게 베타 알루미나(β-alumina: Na2Oㆍχ Al2O3), 나시콘(NASICON : Na1 + yZr2SiyP3 - yO12), Na2CO3, Li2CO3, K2CO3와 같은 알칼리금속 탄산염, Li3PO4나 LIPON(Lithium Phosphorous OxyNitride), LISICON(Li1 + yZr2SiyP3 - yO12), 또는 이들의 혼합물이 이용될 수 있다(상기 X, Y는 독립적으로 각각 1~11, 1~3의 상수). 고체전해질층(31)은 기판(10)의 타측에 페이스트 형태로 제작하여 테입 케스팅, 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
고체전해질층(31)의 일면 또는 양면에는 제1 전극패턴(32)과 제2 전극패턴(34)이 형성될 수 있다. 제1 전극패턴(32)은 기준전극과 대응될 수 있으며, 제2 전극패턴(34)은 감지전극과 대응될 수 있다. 전극패턴(32, 34)의 일단이 연장되어 패시베이션층(37)의 외부로 노출되는 전극패드(33, 35)를 더 포함할 수 있다. 전극패드(33, 35)의 일면은 기판(10)과 접촉할 수 있다.
제1 전극패턴(32)은 고체전해질층(31)의 표면에 형성되며, 제1 전극패드(33)는 기판(10)에 형성되고, Pt, Au, Ru 및 Ag에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극패턴(32) 및/또는 제1 전극패드(33)의 제작 방법은 페이스트 형태로 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
제2 전극패턴(34)은 제1 전극패턴(32)과 마찬가지로 고체전해질층(31)의 표면에 형성되며, 제2 전극패드(35)는 기판(10)에 형성되며, Pt, Au, Ru 및 Ag에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 제2 전극패턴(34) 및/또는 제2 전극패드(35)의 제작 방법은 페이스트 형태로 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
확산방지층(36)은 제1 전극패턴(32)의 상부에 형성되어 제1 전극패턴(32)과 패시베이션층(37)을 이격시킬 수 있다. 즉, 확산방지층(36)은 패시베이션층(37)이 제1 전극패턴(32)과 반응하여 신호 변화를 일으키는 것을 억제하기 위해 필요하며, 제1 전극패턴(32) 상에만 형성될 수 있고, 확산방지층(36)은 고체전해질층(31)과 동일한 물질 또는 YSZ, Al2O3, ZrO2, Y2O3, SiO2, B2O3, PbO, BaO, CaO 및 Si3N4 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수도 있다. 확산방지층(36)의 제작 방법은 페이스트 형태로 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
패시베이션층(passivation layer)(37)은 기판(10) 상의 고체전해질층(31) 측 전면에 형성되어 고체전해질층(31) 및 제1 전극패턴(32)을 밀봉하되, 제1 전극패드(33), 제2 전극패턴(34), 제2 전극패드(35)는 외부로 노출되도록 밀봉 범위에서 제외된다. 즉, 패시베이션층(37)은 제2 전극패턴(34)이 외부로 노출되도록 개구부를 형성할 수 있으며, 패시베이션층(37)은 제1 및 제2 전극패드(33, 35)가 형성된 영역에서 제외될 수 있다.
패시베이션층(37)은 Al2O3, SiO2, B2O3, PbO, BaO, CaO, 및 Si3N4에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 패시베이션층(37)의 제작 방법은 페이스트 형태로 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
감지물질층(38)은 제2 전극패턴(34)의 상부에 형성되며, 감지물질층(38)은 귀금속 또는 탄산염을 포함할 수 있다. 감지물질층(38)은 귀금속과 탄산염이 혼합된 구성일 수 있으며, 귀금속과 탄산염의 혼합층은 Na2CO3, BaCO3, Li2CO3, SrCO3, CaCO3, Cs2CO3, MnCO3, MgCO3, K2CO3, Rb2CO3, CuCO3에서 선택되는 하나 이상의 탄산염과, Pt, Au, 및 Ag에서 선택되는 하나 이상의 귀금속을 포함할 수 있다.
몇몇 다른 실시예에서, 감지물질층(38)은 BaCO3, Na2CO3, Li2CO3, CaCO3 에서 선택되는 하나 이상의 탄산염과, Pt 및 Au 에서 선택되는 하나 이상의 귀금속을 함유할 수 있다.
감지물질층(38)의 제작 방법은 페이스트 형태로 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
다공성 보호층(39)은 감지물질층(38)의 상부에 적층될 수 있다. 다공성 보호층(39)은 귀금속 또는 산화물을 포함하며, Au, Ag, Pt, SiO2, B2O3, P2O5 Na2O, Li2O 및 Al2O3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 다공성 보호층(39)의 제작 방법은 페이스트 형태로 스크린 프린팅, 스프레이, 닥터 블레이트, 스핀 코팅, 스텐실 프린팅 등과 같은 방법을 사용하여 후막 형성가능하며, 이용되는 재료 및 형성 방법은 이 외에도 더욱 다양하게 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(10)의 일면에 형성된 발열패턴(21)은 전원공급부(40)와 연결되어 소정의 전압 및/또는 전류를 공급받을 수 있다. 발열패턴(21)이 발열패턴 보호층(22) 내부에 배치될 수 있으며, 이러한 경우 발열패턴 패드부(21_1)가 발열패턴 보호층(22)의 외부로 일부 노출될 수 있다. 전원공급부(40)는 발열패턴 패드부(21_1)와 연결되어 전원을 공급할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전극패턴(32, 34)은 각각 단자부(32a, 34a), 이로부터 연장되는 연결부(32b, 34b) 및 연결부(32b, 34b)의 말단부에 형성되는 전극패드(33, 35)가 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극패턴(32, 34)은 고체전해질층(31)의 상부에 형성되며 제1 전극패턴(32)의 상부에는 확산방지층(36)이 형성될 수 있다.
패시베이션층(37)이 적층되면 감지전극과 대응되는 제2 전극패턴(34)의 적어도 일부, 제1 및 제2 전극패드(33, 35)만 노출되고 나머지 부분은 밀봉된다. 노출된 제2 전극패턴(34) 상에 감지물질층(38)이 적층되고 감지물질층(38)의 상부에 다공성 보호층(39)이 추가로 적층될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 단면도가 개시된다. 본 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치는, 앞선 실시예에서와 동일하되, 제1 전극패턴(32)이 고체전해질층(31)의 하부에 형성되며, 확산방지층(36)의 구성이 생략되는 점이 상이하다. 즉, 제1 전극패턴(32)이 고체전해질층(31)에 의해 패시베이션층(37)과 이격되므로 확산방지층(36)의 구성을 생략할 수 있다.
도 8은 도 1의 이산화탄소 센서장치와 도 2의 이산화탄소 센서장치의 초기 동작 시간을 비교한 그래프이고, 도 9은 도 1의 이산화탄소 센서장치와 도 2의 이산화탄소 센서장치의 구동온도별 인가전압 및 소비전력 비교 그래프이다.
도 8을 참조하면, 종래의 이산화탄소 센서장치에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 초기 동작 시간이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다. 이산화탄소 농도가 1000ppm 이하로 내려가는데 초기 동작 시간이 기존의 제품은 40분 이상이 소요되는 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 센서장치의 경우, 5분 안팎으로 소요되는 것을 확인할 수 있다.
도 9를 참조하면, 종래의 센서장치의 경우, 특정 구동온도에 도달하기 위해서는 높은 전압(400℃ 기준 4.2V)을 인가해야 하는 반면, 본 실시예에 따른 센서장치의 경우에는 상대적으로 낮은 전압(400℃ 기준 3.7V)만 인가해도 구동온도에 도달할 수 있기 때문에 저전력으로 구동할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 기판
21: 발열패턴
22: 발열패턴 보호층
31: 고체전해질층
32: 제1 전극패턴
33: 제1 전극패드
34: 제2 전극패턴
35: 제2 전극패드
36: 확산방지층
37: 패시베이션층
38: 감지물질층
39: 다공성 보호층
21: 발열패턴
22: 발열패턴 보호층
31: 고체전해질층
32: 제1 전극패턴
33: 제1 전극패드
34: 제2 전극패턴
35: 제2 전극패드
36: 확산방지층
37: 패시베이션층
38: 감지물질층
39: 다공성 보호층
Claims (9)
- 기판;
상기 기판의 일면에 형성되는 발열패턴;
상기 기판의 타면에 형성되는 고체전해질층;
상기 고체전해질층의 일면에 형성되는 전극패턴; 및
상기 전극패턴 상에 적층되는 패시베이션층을 포함하되,
상기 전극패턴은 서로 이격된 제1 전극패턴 및 제2 전극패턴을 포함하고,
상기 패시베이션층은 상기 제2 전극패턴이 외부로 노출되도록 하는 개구부를 포함하고,
상기 개구부의 상기 제2 전극패턴 상에 감지물질층이 적층되고,
상기 발열패턴은 외부로부터 전력을 공급받아 상기 기판을 가열하는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극패턴의 상부에 형성되어 상기 제1 전극패턴과 상기 패시베이션층을 이격시키는 확산방지층을 더 포함하는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극패턴의 일단이 연장되어 상기 패시베이션층의 외부로 노출되는 전극패드을 더 포함하되,
상기 전극패드의 일면은 상기 기판과 접촉하는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 고체전해질층은 상기 기판 상에 후막 형태로 형성되는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 감지물질층은 귀금속 또는 탄산염을 포함하는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 감지물질층의 상부에 적층되는 다공성 보호층을 더 포함하는, 이산화탄소 센서장치. - 제6항에 있어서,
상기 다공성 보호층은 Au, Ag, Pt, SiO2, B2O3, P2O5 Na2O, Li2O 및 Al2O3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 발열패턴 상에 형성되어 상기 발열패턴을 커버하는 발열패턴 보호층을 더 포함하는, 이산화탄소 센서장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극패턴은 상기 고체전해질층의 하부에 형성되고, 상기 제1 전극패턴은 상기 패시베이션 층과 이격되는, 이산화탄소 센서장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020130071736A KR101517591B1 (ko) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 이산화탄소 센서장치 |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140148167A KR20140148167A (ko) | 2014-12-31 |
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| KR1020130071736A KR101517591B1 (ko) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | 이산화탄소 센서장치 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101517591B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180098114A (ko) | 2017-11-09 | 2018-09-03 | (주)엑센 | 가스센서소자용 서브기판 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200351291Y1 (ko) | 2004-02-19 | 2004-05-20 | 주식회사 오감테크놀러지 | 고체전해질식 이산화탄소 가스센서 |
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2013
- 2013-06-21 KR KR1020130071736A patent/KR101517591B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR200351291Y1 (ko) | 2004-02-19 | 2004-05-20 | 주식회사 오감테크놀러지 | 고체전해질식 이산화탄소 가스센서 |
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| KR20180098114A (ko) | 2017-11-09 | 2018-09-03 | (주)엑센 | 가스센서소자용 서브기판 및 그 제조방법 |
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|---|---|
| KR20140148167A (ko) | 2014-12-31 |
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