KR101756357B1 - 마이크로 히터 및 마이크로 센서 - Google Patents

마이크로 히터 및 마이크로 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101756357B1
KR101756357B1 KR1020150086766A KR20150086766A KR101756357B1 KR 101756357 B1 KR101756357 B1 KR 101756357B1 KR 1020150086766 A KR1020150086766 A KR 1020150086766A KR 20150086766 A KR20150086766 A KR 20150086766A KR 101756357 B1 KR101756357 B1 KR 101756357B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
electrode
substrate
heater
porous layer
Prior art date
Application number
KR1020150086766A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160149579A (ko
Inventor
안범모
박승호
변성현
Original Assignee
(주)포인트엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)포인트엔지니어링 filed Critical (주)포인트엔지니어링
Priority to KR1020150086766A priority Critical patent/KR101756357B1/ko
Priority to US15/181,976 priority patent/US20160370336A1/en
Priority to EP17194842.5A priority patent/EP3287776A1/en
Priority to EP17194843.3A priority patent/EP3287777B1/en
Priority to EP16174642.5A priority patent/EP3115775A3/en
Priority to CN201610428627.6A priority patent/CN106257961A/zh
Publication of KR20160149579A publication Critical patent/KR20160149579A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101756357B1 publication Critical patent/KR101756357B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/18—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor the conductor being embedded in an insulating material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/148—Silicon, e.g. silicon carbide, magnesium silicide, heating transistors or diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/16—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor the conductor being mounted on an insulating base
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H05B3/82—Fixedly-mounted immersion heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것으로써, 특히, 기판의 베리어층 상에 히터전극이 형성되어, 히터전극을 형성할 때 리퀴드 포토레지스트가 포어에 스며드는 것이 방지되어 히터전극의 패턴이 원활하게 형성될 수 있으며 히터전극의 패턴이 작고 정밀하게 형성될 수 있는 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것이다.

Description

마이크로 히터 및 마이크로 센서{Micro heater and Micro sensor}
본 발명은 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것으로써, 특히, 기판의 베리어층 상에 히터전극이 형성되는 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 점증되면서 짧은 시간에 정밀하고 다양한 정보를 얻을 수 있는 소형 센서의 개발이 요구되고 있다. 특히 주거 공간의 쾌적화와 유해 산업 환경에의 대처, 음식료, 식품의 생산공정 관리 등을 위해 관련 가스의 농도를 용이하게 측정하기 위한 가스 센서와 같은 마이크로 센서의 소형화, 고정밀화, 저가격화를 위한 노력이 진행되어 왔다.
현재 가스 센서는 종래의 세라믹 소결이나 후막 형태의 구조에서 점차적으로 반도체 공정 기술의 적용에 의한 미소기전 집적 시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS) 형태의 마이크로 가스 센서로 진화하고 있다.
측정 방법 측면에서 보면, 현재 가스 센서에서 가장 널리 사용되고 있는 방법은 센서의 감지물질에 가스가 흡착되었을 때 그 전기적 특성이 변화하는 것을 측정하는 것이다. 통상 SnO2와 같은 금속 산화물을 감지물질으로 사용하며 측정 대상 가스의 농도에 따른 전기전도도 변화를 측정하는 것으로 측정법이 비교적 간단한 이점이 있다. 이때 금속 산화물 감지물질은 고온으로 가열되어 동작될 때 그 측정값의 변화가 더욱 현저하다. 따라서 빠르고 정확한 가스 농도의 측정을 위해서는 정확한 온도 조절이 필수적이다. 또한, 측정시에는 감지물질에 기존 흡착되어 있는 가스종이나 수분들을 고온 가열에 의해 강제적으로 제거하여 감지물질을 초기 상태로 복구(reset, recovery)시킨 후 가스농도를 측정한다. 그러므로 가스 센서에서 온도 특성은 센서의 측정감도, 복구 시간, 반응 시간 등의 주요 측정인자에 직접적으로 영향을 미친다.
따라서 효율적인 가열을 위해서는 감지물질 부분만을 국부적으로 균일하게 가열하는 마이크로 히터의 형태가 효과적이다. 그런데 마이크로 가스 센서에 의한 측정시 온도를 조절하는 데 소모 전력이 크다면 센서 및 측정회로의 부피는 작을지라도 큰 배터리나 전력 공급원을 필요로 하게 되어 이것이 결국, 전체 측정 시스템의 크기를 좌우하게 된다. 따라서, 마이크로 가스 센서를 구현하기 위해서는 전력 소모가 적은 구조를 우선적으로 고려하여야 한다.
지금까지 대부분의 마이크로 가스 센서를 제작할 때 열전도가 매우 큰 실리콘 기판을 주로 이용하기 때문에 열손실을 줄이기 위해 몸체 미세가공(bulk micromachining) 공정으로 센서 구조 내에 식각 피트(etched pit)나 홈(groove)을 형성하여 기판으로부터 분리된 부양된(suspended) 구조를 만든 후 이 구조 위에 마이크로 히터, 절연막, 감지물질 등을 순차적으로 형성함으로써 전열 손실을 일부 줄일 수 있다. 그러나 이 경우 기판 자체의 결정 방향성을 이용한 습식 식각을 위주로 하는 제작 방법이므로 센서 소자의 소형화에 제약이 있으며 사용되는 KOH(potassium hydroxide) 등 식각제의 물성이 표준적인 CMOS 반도체 공정과의 호환성이 곤란한 어려움이 있었다.
또한, 도 1에는 종래의 마이크로 센서 중에 하나인 습도 센서의 사시도가 도시되어 있다.
습도 센서(10)는 기판(11)과 기판(11) 상에 형성된 산화 알루미늄 다공층(Anodic Aluminum Oxide; AAO)(13), 및 산화 알루미늄 다공층(13) 상에 형성된 전극(15)을 포함한다.
기판(11)은 알루미늄으로 이루어지며 대략 사각형의 판 형태로 형성된다.
산화 알루미늄 다공층(13)은 기판(11)을 산화시켜서 형성하는데, 알루미늄을 산화시키면 표면에 복수개의 홀(13a)이 형성된 산화 알루미늄 다공층(13)을 형성할 수 있다. 산화 알루미늄 다공층(13)과 알루미늄 사이에는 베리어층이 형성된다.
이때 홀(13a)의 직경은 60nm 이하로 형성되는데, 홀(13a)의 직경이 60nm 이하로 형성되면 에칭액에 의하여 홀(13a)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전극(15)은 백금, 알루미늄, 구리 등의 금속으로 이루어지는데, 증착법 등 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
전극(15)은 제1 전극(16)과 제1 전극(16)에 인접하게 배치된 제2 전극(17)을 포함하며, 제1 전극(16)에는 제2전극(17)을 향하여 돌출된 전극 돌기(16a)가 형성되고, 제2 전극(17)에는 제1 전극(16)을 향하여 돌출된 전극돌기(17a)가 형성된다.
그러나, 이와 같이 마이크로 센서를 구비할 경우, 단열성이 떨어져서 열손실이 있는 문제점이 있다.
한편, 전극 패턴을 형성할 때 패턴의 레졸루션(Resolution) 확보를 위해 리퀴드 포토레지스트를 사용하기도 한다. 그러나, 이러한 리퀴드 포토레지스트를 종래의 다공층을 구비한 마이크로 센서에 적용할 경우 리퀴드 포토레지스트가 포어에 스며들어서 패턴 형성이 원활하게 되지 않는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2009-0064693호 한국등록특허공보 제1019576호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 우수한 단열성을 갖는 동시에 히터전극을 형성할 때 리퀴드 포토레지스트가 포어에 스며드는 것이 방지되어 히터전극의 패턴이 원활하게 형성될 수 있으며 히터전극의 패턴이 작고 정밀하게 형성될 수 있는 마이크로 히터 및 마이크로 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 히터는, 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 기판과, 상기 베리어층 상에 형성되는 히터전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 히터전극은 리퀴드 포토레지스트를 이용하여 형성되며, 상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여 형성될 수 있다.
상기 베리어층의 일부가 제거되어 상기 다공층의 포어가 상하방향으로 관통되는 것을 포함할 수 있다.
상기 히터전극은 백금이며, 상기 기판과 상기 히터전극 사이에는 탄탈룸 산화물층이 배치될 수 있다.
상기 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비되며, 상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 센서전극과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 센서전극과 상기 히터전극 중 적어도 하나는 상기 베리어층 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 베리어층 상에 형성되는 상기 센서전극 또는 상기 히터전극은 리퀴드 포토레지스트를 이용하여 형성되며, 상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여 형성될 수 있다.
상기 베리어층의 일부가 제거되어 상기 다공층의 포어가 상하방향으로 관통되는 것을 포함하며, 상기 히터전극과 상기 센서전극 중 적어도 하나는 백금이며, 상기 기판과 백금으로 형성되는 전극 사이에는 탄탈룸 산화물층이 배치될 수 있다.
상기 히터전극 및 상시 센서 전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비되며, 상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 히터는, 다수개의 포어가 형성된 다공층 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어의 상부는 막히는 것을 특징으로 한다.
상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어의 상부는 베리어층에 의해 막히며, 상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어의 하부는 개방될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여, 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 다공층 기판과, 상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극과, 상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과 상기 히터배선에 연결되는 히터전극패드를 포함하는 히터전극 및, 상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여, 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 다공층 기판과, 상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 제1센서배선과 상기 제1센서배선에 연결되는 제1센서전극패드를 포함하는 제1센서전극과, 상기 제1센서전극과 이격되어 상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 제2센서배선과 상기 제2센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함하는 제2센서전극과, 상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 상기 제1, 2센서전극의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성되는 히터배선과, 상기 히터배선의 양단에 각각 연결되는 연결되는 제1, 2히터전극패드를 포함하는 히터전극과, 상기 제1센서전극, 상기 제2센서전극 및 상기 히터전극 사이 영역에서 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 불연속적으로 다수개 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 일단이 뚫리고 타단이 막혀있는 포어가 다수 개 형성되어 있는 다공층으로 이루어진 다공층 기판과, 상기 다공층 기판의 타단 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극과, 상기 다공층 기판의 타단 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과 상기 히터배선에 연결되는 히터전극패드를 포함하는 히터전극 및, 상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
기판의 베리어층 상에 히터전극이 형성되어, 히터전극을 형성할 때 리퀴드 포토레지스트(액상)가 포어에 스며드는 것이 방지되어 히터전극의 패턴이 원활하게 형성될 수 있으며 히터전극의 패턴이 작고 정밀하게 형성될 수 있다. 동시에 기판에 형성된 다공층으로 인해 단열성이 향상되어 저전력을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있다. 또한, 전극 부분이 다공층에 의해 안정적으로 지지되어 기계적으로 내구성을 유지할 수 있다. 또한, 열처리 공정시 포어 내부의 유기물 잔존 등으로 인한 전극 손상이 방지된다. 또한, 모바일 기기 등 소형화 기기에 최적화시킬 수 있다. 또한, 전극이나 감지물질을 형성할 때 상기 베리어층이 기판의 다공층을 지지해주는 역할을 하여 다공층이 유지된다.
상기 히터전극은 리퀴드 포토레지스트를 이용하여 형성되며, 제품을 소형화할 수 있으며, 전극패턴을 세밀하게 할 수 있다.
상기 기판은 산화알루미늄 다공층으로 형성되고, 다공층을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 베리어층은 상기 다공층의 일부에만 형성되어, 상기 다공층은 상하방향으로 관통된 포어를 포함하여, 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 히터전극은 백금이며, 상기 기판과 상기 히터전극 사이에는 탄탈룸 산화물층이 배치되어, 전극의 접착력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 습도센서를 도시한 사시도.
도 2는 종래의 산화 알루미늄 다공층을 나타낸 절개 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 히터가 구비된 마이크로 센서 평면도.(감지물질 생략)
도 4는 도 3의 A-A 단면도.
도 5는 도 4의 B부분 확대도.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 히터가 구비된 마이크로 센서는, 다수의 포어(102)가 상하방향으로 형성된 다공층(103)과 상기 다공층(103)의 상부에 위치하는 베리어층(104)으로 이루어진 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 형성되는 센서전극(300)과, 상기 기판(100) 상에 형성되는 히터전극(200)을 포함하며, 상기 센서전극(300)과 상기 히터전극(200) 중 적어도 하나는 상기 베리어층(104) 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
기판(100)은 알루미늄재로 형성되며, 사각형의 판형상으로 형성된다.
기판(100)은 다공층(103)과, 다공층(103) 상부에 형성된 베리어층(104)을 포함한다. 즉, 기판(100)은 다수개의 포어(102)가 상하방향으로 형성된 다공재로 형성된다.
도면에 도시되어 있는 포어의 직경(102) 및 길이는 설명의 편의를 위해 다소 크게 도시된 것이다.
기판(100)은 알루미늄판을 양극 산화 처리하여 형성할 수 있다. 따라서, 상기 다공층 기판은 산화 알루미늄 다공층(Anodic Aluminum Oxide; AAO)이다. 산화된 알루미늄 기판(100)에서 알루미늄이 제거된다. 즉, 기판(100)에서 다공층(103)과 베리어층(104)이 남게 된다.
포어(102)의 상부는 베리어층(104)에 의해 막히고 하부는 개방된다. 이로인해 단열효과가 상승하게 된다.
센서전극(300)은 기판(100)에서 상기 알루미늄이 제거된 베리어층(104)의 상면에 형성된다.
이러한 센서전극(300)은 가스를 감지한다.
전술한 바와 다르게, 센서전극(300)은 습도 등을 감지할 수도 있다.
센서전극(300)은 제1센서전극(300a)과, 제1센서전극(300a)과 이격되게 배치되는 제2센서전극(300b)을 포함한다. 제1센서전극(300a)과 제2센서전극(300b)은 좌우방향으로 이격되게 배치되며, 평면상에서 수직하게 배치되는 중심선을 기준으로 대칭되게 형성된다.
제1센서전극(300a)은 제1센서배선과 상기 제1센서배선에 연결되는 제1센서전극패드를 포함한다.
제2센서전극(300b)은 제2센서배선과 상기 제2센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함한다.
센서배선(310)은 상기 제1센서배선과 상기 제2센서배선을 포함한다.
센서전극패드(320)는 상기 제1센서전극패드와 상기 제2센서전극패드를 포함한다.
센서전극(300)은 백금(Pt) 소재로 형성된다.
센서배선(310)은 기판(100)의 중심부에 배치된다.
센서배선(310)은 폭이 일정한 직선 형상으로 형성된다.
센서전극패드(320)는 센서배선(310)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 또한, 센서전극패드(320)는 센서배선(310)보다 평면에서 보았을 때 넓은 면적을 갖는다.
제1,2센서전극(300a, 300b)의 센서전극패드(320)는 사각형상으로 형성되는 기판(100)의 두개의 인접한 모서리에 각각 배치되며, 자유단으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 센서전극패드(320)는 센서배선(310)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다.
히터전극(200)은 기판(100)에서 상기 알루미늄이 제거된 베리어층(104) 상면에 형성된다.
또한, 베리어층(104) 상에 형성되는 센서전극(300) 및 히터전극(200)은 리퀴드 포토레지스트(LPR)를 이용하여 형성된다. 리퀴드 포토레지스트는 베리어층(104)으로 인해 포어(102) 내부로 스며들지 않게 된다. 따라서, 센서전극(300) 및 히터전극(200)의 패턴이 원활하게 형성될 수 있으며 센서전극(300) 및 히터전극(200)의 패턴이 작고 정밀하게 형성될 수 있다.
히터전극(200) 및 센서전극(300)은 스퍼터링 등을 통해 형성된다.
이와 같이 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성할 때 다공층(103)이 베리어층(104)에 의해 지지되면 스퍼터링 등을 통해 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성하더라도 다공층(103)이 유지될 수 있다.
예를 들어, 마이크로 센서 제조방법은 다음과 같다. 알루미늄 기판을 아노다이징 처리한 후에, 상기 알루미늄을 에칭하여 제거한다. 이어서, 리퀴드 포토레지스트 후에 스퍼터링을 통해 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성한다. 상기 리퀴드 포토레지스트를 제거한 후에 이하 서술되는 에어갭(101)을 에칭하여 형성한다.
히터전극(200)은 백금(Pt) 소재로 형성된다.
히터전극(200)은 센서전극패드(320)보다 센서배선(310)에 근접하게 배치되는 히터배선(210)과, 히터배선(210)에 연결되는 히터전극패드(220)를 포함한다.
히터배선(210)은 기판(100)의 중심부에 배치된다. 히터배선(210)은 제1굴곡부(211)와 제1굴곡부(211)로부터 이격되게 배치되는 제2굴곡부(213)와 제1굴곡부(211)와 제2굴곡부(213)를 연결해주는 연결굴곡부(212)를 포함한다. 제1굴곡부(211)와 제2굴곡부(213)는 평면에서 보았을 때 '∩'형상으로 굴곡지게 형성된다. 연결굴곡부(212)는 평면에서 보았을 때 '∪'형상으로 굴곡지게 형성된다. 따라서, 제1굴곡부(211)와 제2굴곡부(213) 사이에는 이격공간부(214)가 형성된다. 이격공간부(214)에는 센서배선(310)이 배치된다. 즉, 히터배선(210)은 상기 제1, 2센서전극(300a, 300b)의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성된다. 이로 인해 이하 서술되는 감지물질(400)이 효과적으로 가열될 수 있다.
히터전극패드(220)는 히터배선(210)의 양단에 각각 연결되는 연결되는 제1, 2히터전극패드(220a,220b)를 포함한다. 이와 같이, 히터전극패드(220)는 적어도 2개 이상으로 형성된다.
히터전극패드(220)는 기판(100)의 나머지 두개의 인접한 두개의 모서리에 배치되며, 외측으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 히터전극패드(220)는 히터배선(210)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다.
히터전극패드(220)는 히터배선(210)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 또한, 히터전극패드(220)는 히터배선(210)보다 평면에서 보았을 때 넓은 면적을 갖는다.
전술한 바와 다르게, 상기 베리어층의 일부가 제거되어 상기 다공층의 포어가 상하방향으로 관통될 수 있다. 즉, 상기 베리어층은 상기 다공층의 일부에만 형성되어, 상기 다공층은 상하방향으로 관통된 포어를 포함할 수 있다. 즉, 상기 기판에서 상기 히터전극 및 상기 센서전극 이외의 부분은 알루미늄과 베리어층을 모두 제거하여 다공층만 형성될 수 있다.
히터전극(200) 및 센서전극(300) 상부 전체에 탄탈룸 산화물(TaOx)의 보호층(미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 상기 보호층으로 인해 히터전극(200) 및 센서전극(300)이 산화되는 것이 방지되고 히터전극(200) 및 센서전극(300)이 보호될 수 있다.
나아가, 기판(100)의 베리어층(104)과 히터전극(200) 및 센서전극(300) 사이에는 탄탈룸 산화물층(700)이 배치된다. 이러한 탄탈룸 산화물층(700)으로 인해 히터전극(200) 및 센서전극(300)의 접착력이 향상된다.
또한, 히터전극패드(220) 및 센서전극패드(320)의 단부에는 솔더링금속이 형성된다.
솔더링금속은 보호층 상부에 형성될 수 있다.
솔더링금속은 금, 은, 주석 중 적어도 하나일 수 있다.
에어갭(101)은 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 둘러싸도록 기판(100)에 형성된다. 에어갭(101)은 히터배선(210) 및 센서배선(310) 둘레에 배치된다.
에어갭(101)의 최대폭(좌우폭)은 포어(102)의 최대폭보다 넓게 형성된다.
에어갭(101)은 원호형상으로 형성되어, 3개 형성된다. 복수개의 에어갭(101)은 원주방향으로 이격되게 배치된다. 즉, 에어갭(101)은 불연속적으로 다수개 형성된다.
상세하게는, 에어갭(101)은 제1센서전극(300a)의 센서전극패드(320)와 제1히터전극패드(220a) 사이와, 제1히터전극패드(220a)와 제2히터전극패드(220b) 사이와, 제2히터전극패드(220b)와 제2센서전극(300b)의 센서전극패드(320) 사이에 배치된다. 즉, 에어갭(101)은 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 지지하는 부분을 제외한 영역에 형성된다.
에어갭(101)은 상하방향으로 관통되어 형성된다. 즉, 에어갭(101)은 기판(100)의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성된다. 전술한 바와 다르게, 에어갭은 홈형상으로 형성될 수도 있다.
에어갭(101)으로 인해, 기판(100)에는 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 공통으로 지지하는 제1지지부(110)와 히터전극패드(220) 및 센서전극패드(320)를 지지하는 제2지지부(120)가 형성된다. 즉, 제1지지부(110)와 제2지지부(120) 사이에는 에어갭(101)이 형성된다. 에어갭(101)의 폭을 넓게 할 수록 발열 피크 온도가 더욱 높아지게 된다.
제1지지부(110)는 히터배선(210) 및 센서배선(310)와 유사한 형상인 원형으로 형성되어, 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 배선과 패드가 연결되는 부분에서 서로 연결되고, 이외의 부분은 에어갭(101)으로 인해 서로 이격된다. 따라서, 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 세 지점에서 연결된다.
제1지지부(110)는 원형상으로 형성되며, 에어갭(101)에 의해 둘러싸인다.
제1지지부(110)는 히터배선(210) 및 센서배선(310)의 면적보다 넓게 형성된다.
에어갭(101)은 제1지지부(110)를 감싸는 형태로 형성된다.
에어갭(101)에 공기가 배치되어, 단열효과가 향상되고, 열전도율이 감소하며, 열용량이 작아질 수 있다.
나아가, 제1지지부(110)에는 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 덮는 감지물질(400)이 형성된다.
즉, 감지물질(400)은 제1지지부(110)에 대응되는 위치에 형성된다.
감지물질(400)은 프린팅되어 형성된다. 이와 같이 감지물질(400)이 프린팅되어 형성되면, 감지물질(400)을 형성한 이후에 감지물질(400)의 표면에 메쉬망 형태의 자국이 남는다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 작용을 설명한다.
가스 농도를 측정하기 위해서 먼저 히터전극(200)의 2 개의 히터전극패드(220)에 일정한 전력을 인가하여 이에 접촉된 센서 중앙부의 감지물질(400) 부분을 일정한 온도로 가열한다.
이 상태에서 그 주위에 존재하는 가스가 그 농도에 대응하여 감지물질(400)에 흡착 또는 탈착되었을 때 발생하는 감지물질(400)의 특성 변화는 외부에서 회로를 개재시켜 감지물질(400)과 전기적으로 연결된 센서전극패드(320)간의 전위 차이를 측정하여 감지물질(400)의 전기전도도를 정량화함으로써 측정한다.
또한, 더욱 정밀한 측정을 위해서는 감지물질(400)에 기존 흡착되어 있는 여타 가스종이나 수분들을 히터전극(200)으로 고온 가열하여 강제적으로 제거하여 감지물질(400)을 초기 상태로 복구시킨 후 관심 가스의 농도를 측정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 기판
200 : 히터전극 210 : 히터배선
300 : 센서전극 310 : 센서배선

Claims (20)

  1. 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 기판;
    상기 베리어층 상에 형성되는 히터전극을 포함하며,
    상기 포어의 상부는 상기 베리어층에 의해 막히고,
    상기 베리어층은 상기 다공층을 형성할 때 형성되며,
    상기 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히터전극은 리퀴드 포토레지스트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 베리어층의 일부가 제거되어 상기 다공층의 포어가 상하방향으로 관통되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 히터전극은 백금이며, 상기 기판과 상기 히터전극 사이에는 탄탈룸 산화물층이 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  8. 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 센서전극;
    상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며,
    상기 센서전극과 상기 히터전극 중 적어도 하나는 상기 베리어층 상에 형성되며,
    상기 포어의 상부는 상기 베리어층에 의해 막히고,
    상기 베리어층은 상기 다공층을 형성할 때 형성되며,
    상기 히터전극 및 상시 센서 전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 베리어층 상에 형성되는 상기 센서전극 또는 상기 히터전극은 리퀴드 포토레지스트를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 베리어층의 일부가 제거되어 상기 다공층의 포어가 상하방향으로 관통되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  12. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 히터전극과 상기 센서전극 중 적어도 하나는 백금이며, 상기 기판과 백금으로 형성되는 전극 사이에는 탄탈룸 산화물층이 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  15. 다수개의 포어가 형성된 다공층 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며,
    상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어의 상부는 베리어층에 의해 막히고,
    상기 베리어층은 상기 포어를 형성할 때 형성되며,
    상기 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  16. 삭제
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어의 하부는 개방되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터.
  18. 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여, 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 다공층 기판;
    상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극;
    상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과 상기 히터배선에 연결되는 히터전극패드를 포함하는 히터전극; 및,
    상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하며,
    상기 포어의 상부는 상기 베리어층에 의해 막히는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  19. 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄만을 제거하여, 다수의 포어가 상하방향으로 형성된 다공층과 상기 다공층의 상부에 위치하는 베리어층으로 이루어진 다공층 기판;
    상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 제1센서배선과 상기 제1센서배선에 연결되는 제1센서전극패드를 포함하는 제1센서전극;
    상기 제1센서전극과 이격되어 상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 제2센서배선과 상기 제2센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함하는 제2센서전극;
    상기 다공층 기판의 베리어층 상에 형성되며, 상기 제1, 2센서전극의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성되는 히터배선과, 상기 히터배선의 양단에 각각 연결되는 연결되는 제1, 2히터전극패드를 포함하는 히터전극;
    상기 제1센서전극, 상기 제2센서전극 및 상기 히터전극 사이 영역에서 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 불연속적으로 다수개 형성되는 에어갭을 포함하며,
    상기 포어의 상부는 상기 베리어층에 의해 막히는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
  20. 일단이 뚫리고 타단이 막혀있는 포어가 다수 개 형성되어 있는 다공층으로 이루어진 다공층 기판;
    상기 다공층 기판에서 상기 포어가 막힌 쪽에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극;
    상기 다공층 기판에서 상기 포어가 막힌 쪽에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과 상기 히터배선에 연결되는 히터전극패드를 포함하는 히터전극; 및,
    상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
KR1020150086766A 2015-06-18 2015-06-18 마이크로 히터 및 마이크로 센서 KR101756357B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150086766A KR101756357B1 (ko) 2015-06-18 2015-06-18 마이크로 히터 및 마이크로 센서
US15/181,976 US20160370336A1 (en) 2015-06-18 2016-06-14 Micro Heater and Micro Sensor
EP17194842.5A EP3287776A1 (en) 2015-06-18 2016-06-15 Micro heater and micro sensor
EP17194843.3A EP3287777B1 (en) 2015-06-18 2016-06-15 Micro sensor
EP16174642.5A EP3115775A3 (en) 2015-06-18 2016-06-15 Micro heater and micro sensor
CN201610428627.6A CN106257961A (zh) 2015-06-18 2016-06-16 微加热器和微传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150086766A KR101756357B1 (ko) 2015-06-18 2015-06-18 마이크로 히터 및 마이크로 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160149579A KR20160149579A (ko) 2016-12-28
KR101756357B1 true KR101756357B1 (ko) 2017-07-11

Family

ID=57724424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150086766A KR101756357B1 (ko) 2015-06-18 2015-06-18 마이크로 히터 및 마이크로 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101756357B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102393780B1 (ko) * 2017-07-19 2022-05-03 (주)포인트엔지니어링 공정분위기 측정센서
KR102017280B1 (ko) * 2017-09-26 2019-09-02 (주)포인트엔지니어링 가스센서 패키지용 필터 및 이를 구비한 가스센서 패키지

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140272280A1 (en) * 2013-03-18 2014-09-18 Asian Institute Of Technology Anodized aluminum oxide nanoporous membrane integrated with micro-channel and method of formation thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090064693A (ko) 2007-12-17 2009-06-22 한국전자통신연구원 마이크로 가스 센서 및 그 제작 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140272280A1 (en) * 2013-03-18 2014-09-18 Asian Institute Of Technology Anodized aluminum oxide nanoporous membrane integrated with micro-channel and method of formation thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160149579A (ko) 2016-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101808239B1 (ko) 마이크로 히터 및 마이크로 센서
KR101805784B1 (ko) 마이크로 히터 및 마이크로 센서 및 마이크로 센서 제조방법
EP3287777B1 (en) Micro sensor
KR102210634B1 (ko) 마이크로 히터 및 마이크로 센서
US10015841B2 (en) Micro heater and micro sensor and manufacturing methods thereof
US7861575B2 (en) Micro gas sensor and manufacturing method thereof
KR101686123B1 (ko) 마이크로 히터 및 마이크로 센서
JP6917843B2 (ja) ガスセンサ
WO2014007603A2 (en) A method of fabricating a gas sensor
KR101756357B1 (ko) 마이크로 히터 및 마이크로 센서
JPH08278274A (ja) ガスセンサ及びその製造方法
KR101786803B1 (ko) Coffee-Ring Effect를 활용할 수 있는 가스 센서 플랫폼 및 그 제조방법
KR101760811B1 (ko) 마이크로 히터 및 마이크로 센서
CN107727713B (zh) 微传感器
KR102017280B1 (ko) 가스센서 패키지용 필터 및 이를 구비한 가스센서 패키지
JP2008203263A (ja) 放射センサ素子、センサフィールドおよび放射センサ素子の製造方法
CN104838492A (zh) 具有集成热板和凹口衬底的半导体装置及制造方法
KR102361250B1 (ko) 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
CN215415161U (zh) 一种mems半导体气体传感器
KR102190862B1 (ko) 마이크로 히터 제조방법 및 마이크로 센서 및 마이크로 센서 제조방법
US10433370B2 (en) Micro multi-array heater and micro multi-array sensor
US20180003661A1 (en) Micro multi-array sensor
KR20090002424A (ko) 가스 센서 및 그의 제조 방법
KR100773025B1 (ko) 반도체식 가스센서, 그 구동방법 및 제조방법
JP2002239999A (ja) マイクロマシンおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant