KR101541527B1 - Apparatus for Measurement of Permittivity Capable of Measuring for Permittivity of high temperature liquid Material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유전율 측정장치에 관한 것으로, 특히 열에 강한 기판의 중앙에 신호선이 배치되고 그 주위를 접지선으로 둘러싼 후 일부만이 노출되도록 하여 측정장치의 하부를 용액에 담가 반사계수를 측정함으로써 고온의 액체에 대한 저주파 영역에서의 복소 비유전율 측정이 가능하도록 한 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a dielectric constant measuring apparatus, and more particularly to a dielectric constant measuring apparatus in which a signal line is disposed at the center of a substrate resistant to heat and a periphery thereof is surrounded by a ground line, To a dielectric constant measuring device capable of measuring a dielectric constant of a high-temperature liquid state material capable of measuring a complex relative dielectric constant in a low-frequency region.
유전율(Permittivity:ε)이란 유전체(Dielectric Material), 즉 부도체의 전기적인 특성을 나타내는 중요한 특성값이다. 유전율은 DC전류에 대한 전기적 특성을 나타내는 것이 아니라 AC 전류, 특히 교류 전자기파의 특성과 직접적인 관련이 있다.The permittivity (ε) is an important property value that indicates the electrical properties of a dielectric material, ie, an insulator. The dielectric constant does not indicate the electrical properties for the DC current but is directly related to the characteristics of the AC current, especially the AC electromagnetic wave.
따라서, 유전율 측정은 많은 전자소자의 정확한 설계 파라미터를 제공하는 중요한 정보가 될 수 있다. 예를 들어, 절연 케이블의 전력손실, 물질의 저항, 유전율과 밀접한 관련이 있는 유전체 고유 진동수 등을 유전율의 측정으로부터 알 수 있다.Thus, dielectric constant measurements can be important information providing accurate design parameters for many electronic devices. For example, it can be seen from the measurement of the dielectric constant that the electric power loss of the insulated cable, the resistance of the material, and dielectric natural frequencies closely related to the dielectric constant.
또한, 특정 매질 내의 유전율을 측정하여, 매질의 수분 함수량을 측정할 수가 있는데, 이 기술은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 예를 들면, 분말 내의 수분 함수량을 측정하거나, 곡식의 건조 정도를 점검하기 위해서도 사용되기도 하며, 모래와 같은 건축자재 내의 함수량은 건축물의 경도를 결정하는 중요한 요소이므로 건축용 모래의 함수량 측정은 매우 중요하다.In addition, it is possible to measure the moisture content of a medium by measuring the dielectric constant in a specific medium. This technique has been applied in various fields. For example, it is also used to measure moisture content in powder or to check grain dryness. Moisture content in building materials such as sand is an important factor in determining the hardness of buildings .
이러한 산업적 수요 때문에, 간편하고 제작이 상대적으로 쉬운, 마이크로파를 이용한 매질 내의 유전율을 측정하는 기술은 오래전부터 연구되어 왔지만, 현재까지의 유전율 측정방법은 주로 매질의 전기저항, 축전용량을 측정하여 매질의 유전율을 측정하는 방법들이 대부분이다.Because of this industrial demand, the technique of measuring the permittivity in the medium using a microwave has been studied for a long time, but the measurement of the permittivity of the medium is mainly used to measure the electric resistance and the capacitance of the medium. Most of the methods to measure the dielectric constant are.
이러한 종래의 유전율 측정장치는 저온 액체 물질의 고주파 영역에서의 유전율을 측정하는 것에 초점이 맞춰져 있었고, 테플론 재질의 유전율 측정장치는 열에 취약하여 고온 액체의 저주파 영역에서의 비유전율을 측정하는 것이 곤란한 문제가 있었다.
Such a conventional permittivity measuring apparatus is focused on measuring the dielectric constant of the low temperature liquid material in the high frequency region and the dielectric constant measuring apparatus of Teflon is vulnerable to heat and it is difficult to measure the relative dielectric constant in the low frequency region of the high temperature liquid .
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열에 강한 기판의 중앙에 신호선이 배치되고 그 주위를 접지선으로 둘러싼 후 일부만이 노출되도록 하여 측정장치의 하부를 용액에 담가 반사계수를 측정함으로써 고온의 액체에 대한 저주파 영역에서의 복소 비유전율 측정이 가능하도록 고안된 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and a device for measuring a reflection coefficient of a high-temperature liquid by placing a signal line at the center of a substrate resistant to heat, surrounding the periphery thereof with a ground wire, A dielectric constant measuring device capable of measuring a dielectric constant of a high-temperature liquid state material designed to be able to measure a complex relative dielectric constant in a semiconductor device.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치는, 일정한 폭과 두께를 가지며 내부에 홈이 형성된 제1 기판; 상기 제1기판의 내부에 형성된 상기 홈의 내부에 구비되는 신호선; 및 상기 제1 기판 및 상기 신호선의 상부에 형성되어 상기 제1 기판 및 상기 신호선을 덮는 제2 기판;을 포함하되, 상기 제2 기판은, 상기 신호선의 일부가 외부로 노출되도록 형성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring a dielectric constant of a liquid material at a high temperature, the apparatus comprising: a first substrate having a predetermined width and thickness and having grooves formed therein; A signal line provided inside the groove formed in the first substrate; And a second substrate formed on the first substrate and the signal line and covering the first substrate and the signal line, wherein the second substrate is formed such that a part of the signal line is exposed to the outside .
이때, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 RF(Radio Frequency) 기판을 사용하는 것을 특징으로 한다.Here, the first substrate and the second substrate may be RF (Radio Frequency) substrates.
상기 신호선은 구리(Cu) 재질인 것이 바람직하고, 상기 제1 기판과 소정의 간격만큼 이격되어 있으며 그 간격은 0.3mm 이하인 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal line is made of copper (Cu). The signal line is spaced apart from the first substrate by a predetermined distance, and the distance therebetween is 0.3 mm or less.
외부로 노출된 상기 신호선의 길이는 10 mm 이하인 것을 특징으로 하고, 외부로 노출된 상기 신호선의 끝단부가 상기 제1 기판의 끝단부로부터 이격된 거리는 10 mm 이하인 것을 특징으로 한다.The length of the signal line exposed to the outside is 10 mm or less, and the distance of the end of the signal line exposed to the outside is 10 mm or less from the end of the first substrate.
이때, 상기 제1 기판은 접지선에 연결되는 것을 특징으로 한다.
In this case, the first substrate is connected to a ground line.
본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치에 의하면 열에 강한 기판을 사용함으로써 고온의 액체에 대한 유전율 측정시 장치의 변형이 일어나지 않으며, 유전율 측정 시 액체에 접하게 되는 신호선의 크기가 일정하게 되어 커패시턴스 값을 증가시키는 것이 용이하여 저주파 영역에서의 유전율 측정이 가능한 장점이 있다.
According to the dielectric constant measuring apparatus capable of measuring the dielectric constant of the high-temperature liquid state material according to the present invention, the device is not deformed when the dielectric constant of a high-temperature liquid is measured by using a substrate resistant to heat, So that it is easy to increase the capacitance value, and the dielectric constant can be measured in a low frequency region.
도 1은 본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 유전율 측정결과를 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining a configuration of a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant of a high-temperature liquid state material according to the present invention.
FIGS. 2 to 5 are diagrams showing dielectric constant measurement results of a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant of a high-temperature liquid state material according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a configuration of a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant of a high-temperature liquid state material according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치는 제1 기판(110), 신호선(120) 및 제2 기판(130)을 구비한다.1, the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention includes a
제1 기판(110)은 일정한 폭과 두께를 가진 직육면체의 형태를 가지며 내부에 홈이 형성되어 있다.The
제1 기판의 형상은 편의상 직육면체인 것으로 설명하였으나 다양한 형태를 가질 수 있음은 당연하다.Although the shape of the first substrate is described as being a rectangular parallelepiped for the sake of convenience, it is of course possible to have various shapes.
한편, 제1 기판(110)은 접지선에 연결됨으로써 기판 전체가 그라운드로 작용한다.On the other hand, the
신호선(120)은 상기 제1 기판의 내부에 형성된 홈의 내부에 형성된다.The
이때 상기 신호선(120)은 상기 제1 기판과 소정의 간격만큼 이격되도록 형성되며, 따라서 상기 신호선(120)은 상기 제1 기판과 커패시터를 형성한다.At this time, the
이때 상기 신호선과 상기 제1 기판 사이의 이격 거리는 0.2mm인 것이 바람직하다.At this time, the distance between the signal line and the first substrate is preferably 0.2 mm.
한편, 상기 신호선은 구리(Cu) 재질의 선을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the signal line is made of copper (Cu).
상기 제2 기판(130)은 제1 기판(110) 및 상기 신호선(120)의 상부에 형성되어 상기 제1 기판 및 상기 신호선을 덮는다.The
즉, 제1 기판(110)과 신호선(120) 및 제2 기판(130)은 동일평면 도파관(CoPlanar Waveguide : CPW)을 형성한다.That is, the
이때 상기 신호선(120)을 모두 덮지 않고 일부가 외부로 노출되도록 위치한다.At this time, the
외부로 노출된 상기 신호선의 길이는 10 mm 이하인 것이 바람직하다. 또한 외부로 노출된 상기 신호선의 끝단부가 상기 제1 기판의 끝단부로부터 이격된 거리는 10 mm 이하인 것이 바람직하다.The length of the signal line exposed to the outside is preferably 10 mm or less. And the distance between the end of the signal line exposed to the outside and the distance from the end of the first substrate is 10 mm or less.
한편, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 50℃ 이상의 고온의 액체에 대한 유전율 측정이 가능하도록 RF(Radio Frequency) 기판을 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the first substrate and the second substrate use an RF (Radio Frequency) substrate so that the dielectric constant of the liquid at a high temperature of 50 ° C or higher can be measured.
즉, 본 발명은 제1기판(110)의 중앙에 형성된 홈에 신호선(120)이 위치하고 상기 제1기판(110)을 접지선에 연결하여 그라운드 전압을 인가하여 신호선(120)의 주위를 둘러싸는 형태를 갖는다.That is, in the present invention, a
한편, 신호선의 일부가 노출되어 있는 장치 끝단부를 유전율을 측정하고자 하는 액체 용액에 담근 후 반사계수를 계산하여 유전율을 측정할 수 있다.On the other hand, the dielectric constant can be measured by immersing the end portion of the device in which a part of the signal line is exposed in the liquid solution to be measured, and then calculating the reflection coefficient.
즉, 신호선의 일부가 노출되어 있는 장치 끝단부가 유전율을 측정하고자 하는 액체 용액에 닿는 경우 신호선과 제1 기판 사이에 형성된 커패시터의 커패시턴스 값이 변하게 되고 그 결과 값에 따라서 물질의 유전율 측정이 가능하게 된다.That is, when the end of the device in which a part of the signal line is exposed touches the liquid solution whose dielectric constant is to be measured, the capacitance value of the capacitor formed between the signal line and the first substrate changes, and the dielectric constant of the material can be measured according to the resultant value .
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치의 유전율 측정결과를 나타내는 도면이다.FIGS. 2 to 5 are diagrams showing dielectric constant measurement results of a dielectric constant measuring apparatus capable of measuring a dielectric constant of a high-temperature liquid state material according to the present invention.
도 2, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 동일평면 도파관(CoPlanar Waveguide : CPW) 형태의 유전율 측정장치와 동축선을 사용하는 유전율 측정장치를 사용하여 유전율을 측정한 결과를 나타내는 도면이고, 도 3은 동일평면 도파관(CoPlanar Waveguide : CPW) 형태의 유전율 측정장치에서 신호선과 제1기판 사이의 거리에 따른 유전율을 측정한 결과를 나타내는 도면이다. FIGS. 2, 4 and 5 are views showing the results of measurement of dielectric constant using a coplanar waveguide (CPW) type permittivity measuring apparatus and a coaxial line permittivity measuring apparatus according to the present invention. 3 is a diagram showing a result of measuring a dielectric constant according to a distance between a signal line and a first substrate in a coplanar waveguide (CPW) type permittivity measuring apparatus.
도 2에 도시된 바와 같이 1기가-헤르쯔(GHz) 내지 6기가-헤르쯔(GHz) 범위의 고주파 영역에서는 유전율 측정결과에 큰 차이가 없는 것으로 보인다.As shown in FIG. 2, there is no significant difference in the dielectric constant measurement results in the high frequency range of 1 gigahertz (GHz) to 6 gigahertz (GHz) range.
그러나 도 4를 참고하면 20메가-헤르쯔(MHz) 내지 100메가-헤르쯔(MHz) 범위의 저주파 영역에서는 동일평면 도파관(CoPlanar Waveguide : CPW) 형태의 유전율 측정장치를 사용하여 측정한 유전율 값이 이론값에 좀 더 가까운 결과를 나타냄을 알 수 있다.However, referring to FIG. 4, in the low frequency range of 20 megahertz (MHz) to 100 megahertz (MHz), the dielectric constant measured using the coplanar waveguide (CPW) And the results are shown in Fig.
한편 도 3에 도시된 바와 같이 동일평면 도파관(CoPlanar Waveguide : CPW) 형태의 유전율 측정장치를 사용하는 경우라도 신호선과 제1 기판 사이의 이격거리를 짧게 하는 경우 더욱 정확한 유전율 측정결과를 얻을 수 있다.As shown in FIG. 3, even when a coplanar waveguide (CPW) type dielectric constant measuring device is used, a more accurate dielectric constant measurement result can be obtained when the distance between the signal line and the first substrate is shortened.
도 5는 온도 변화에 따른 유전율 변화결과를 나타내는 것으로 동일평면 도파관(CoPlanar Waveguide : CPW) 형태의 유전율 측정장치를 사용하여 측정한 유전율 값이 이론값에 좀 더 가까운 결과를 나타냄을 알 수 있다.FIG. 5 shows the result of changing the dielectric constant according to the temperature change. It can be seen that the dielectric constant value measured using the coplanar waveguide (CPW) type dielectric constant measuring device is closer to the theoretical value.
이와 같이 본 발명에 따른 유전율 측정장치를 이용하는 경우 신호선의 일부만이 노출되어 있으므로 신호선이 노출된 부분을 액체 용액에 담그는 경우 액체 용액에 닿게 되는 신호선의 길이를 일정하게 유지할 수 있고 이에 따라 유전율 측정이 용이한 장점이 있다.In the case of using the dielectric constant measuring apparatus according to the present invention, since only a part of the signal line is exposed, when the exposed portion of the signal line is immersed in the liquid solution, the length of the signal line to be exposed to the liquid solution can be kept constant, There is one advantage.
액체 물질의 유전율을 측정하는 경우에 있어서, 저주파 영역으로 갈수록 측정장치 끝단의 커패시턴스 값이 떨어지게 되며 이러한 커패시턴스 값을 증가시키는 것이 매우 중요하다.In measuring the dielectric constant of a liquid material, the capacitance value at the end of the measuring device is lowered toward the lower frequency region, and it is very important to increase such a capacitance value.
본 발명의 경우 외부로 노출되는 신호선의 길이를 조절함으로써 용이하게 측정장치 끝단의 커패시턴스 값을 증가시킬 수 있는 또 다른 효과가 있다.In the case of the present invention, there is another effect that the capacitance value at the end of the measuring device can be easily increased by adjusting the length of the signal line exposed to the outside.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention.
Claims (9)
일정한 폭과 두께를 가지며 내부에 홈이 형성된 제1 기판;
상기 제1기판의 내부에 형성된 상기 홈의 내부에 구비되는 신호선; 및
상기 제1 기판 및 상기 신호선의 상부에 형성되어 상기 제1 기판 및 상기 신호선을 덮는 제2 기판;을 포함하되,
상기 제2 기판은,
상기 신호선의 일부가 외부로 노출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
In the dielectric constant measuring apparatus,
A first substrate having a predetermined width and thickness and formed therein with a groove;
A signal line provided inside the groove formed in the first substrate; And
And a second substrate formed on the first substrate and the signal line and covering the first substrate and the signal line,
The second substrate may include:
Wherein a portion of the signal line is exposed to the outside.
RF 기판인 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
The method of claim 1, wherein the first and second substrates
Wherein the dielectric substrate is an RF substrate.
상기 제1 기판과 소정의 간격만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the signal line
Wherein the first substrate and the second substrate are spaced apart from each other by a predetermined distance.
상기 신호선과 상기 제1 기판 사이의 이격된 거리는 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
4. The method of claim 3, wherein the signal line
Wherein a distance between the signal line and the first substrate is 0.3 mm or less.
외부로 노출된 상기 신호선의 길이는 10 mm 이하인 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the length of the signal line exposed to the outside is 10 mm or less.
외부로 노출된 상기 신호선의 끝단부가 상기 제1 기판의 끝단부로부터 이격된 거리는 10 mm 이하인 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein a distance between an end of the signal line exposed to the outside and a distance from an end of the first substrate is 10 mm or less.
접지선에 연결된 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
The method of claim 1, wherein the first substrate
Wherein the dielectric constant measuring device is connected to a ground line.
구리(Cu) 재질인 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the signal line
Wherein the dielectric constant of the high-temperature liquid-state material is in a range of from about 1 to about 10.
상기 제1 기판, 상기 신호선 및 상기 제2 기판은 동일평면 도파관을 형성하는 것을 특징으로 하는 고온의 액체 상태 물질의 유전율 측정이 가능한 유전율 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the first substrate, the signal line, and the second substrate form a coplanar waveguide.
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| JP2011047856A (en) | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | Apparatus and method for measuring dielectric constant of liquid |
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