KR101902366B1 - 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서 - Google Patents

마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서에 관한 것으로써, 특히, 발열량이 다른 제1히터전극과 제2히터전극이 구비되어, 가스 센서에 적용하였을 때 여러 종류의 가스를 감지할 수 있는 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서에 관한 것이다.

Description

마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서{Micro multi-array heater and Micro multi-array sensor}
본 발명은 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서에 관한 것으로써, 특히, 발열량이 다른 제1히터전극과 제2히터전극이 구비되는 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 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 멀티어레이 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 ElectroMechanical 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 감지물질로 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.
그러나, 이러한 종래의 센서는 한 종류의 가스를 검출하기 때문에 여러종류의 가스를 검출하기 위해서는 여러개의 센서가 구비되어야 하므로 부피가 커지고, 소비 전력도 증가하는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2009-0064693호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단순한 구조로 여러 종류의 가스를 동시에 감지할 수 있는 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 멀티어레이 히터는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 히터전극은 제1발열배선을 갖는 제1히터전극과, 제2발열배선을 갖는 제2히터전극을 포함하며, 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선의 발열량은 서로 다르도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 병렬연결될 수 있다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 길이가 다르게 형성될 수 있다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 두께가 다르게 형성될 수 있다.
상기 기판에는 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치되는 에어갭이 적어도 하나 형성될 수 있다.
상기 에어갭은 상기 제1발열배선을 둘러싸는 제1에어갭과, 상기 제2발열배선을 둘러싸는 제2에어갭을 포함할 수 있다.
상기 에어갭은 상기 제1에어갭과 상기 제2에어갭에 연통되는 제3에어갭을 포함하며, 상기 제3에어갭은 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치될 수 있다.
상기 에어갭은 상기 기판의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간일 수 있다.
상기 기판은 금속재질의 모재를 양극산화한 후 상기 모재를 제거한 양극산화 피막일 수 있다.
상기 에어갭과 상기 제1발열배선 또는 상기 제2발열배선 사이에 배치되도록 상기 기판 상에 더미금속이 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 멀티어레이 센서는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 센서전극과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 센서전극은 제1센서배선을 갖는 제1센서전극과, 제2센서배선을 갖는 제2센서전극을 포함하며, 상기 히터전극은 제1발열배선을 갖는 제1히터전극과, 제2발열배선을 갖는 제2히터전극을 포함하며, 상기 제1센서배선은 상기 제2발열배선보다 상기 제1발열배선에 근접하게 배치되며, 상기 제2센서배선은 상기 제1발열배선보다 상기 제2발열배선에 근접하게 배치되고, 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선의 발열량은 서로 다르도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 병렬연결될 수 있다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 길이가 다르게 형성될 수 있다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 두께가 다르게 형성될 수 있다.
상기 기판에는 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치되는 에어갭이 적어도 하나 형성될 수 있다.
상기 에어갭은 상기 제1발열배선을 둘러싸는 제1에어갭과, 상기 제2발열배선을 둘러싸는 제2에어갭을 포함할 수 있다.
상기 에어갭은 상기 제1에어갭과 상기 제2에어갭에 연통되는 제3에어갭을 포함하며, 상기 제3에어갭은 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치될 수 있다.
상기 에어갭은 상기 기판의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간일 수 있다.
상기 기판은 금속재질의 모재를 양극산화한 후 상기 모재를 제거한 양극산화 피막일 수 있다.
상기 에어갭과 상기 제1발열배선 또는 상기 제2발열배선 사이에 배치되도록 상기 기판 상에 더미금속이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마이크로 멀티어레이 히터 및 마이크로 멀티어레이 센서에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
발열량이 다른 제1히터전극과 제2히터전극이 구비되어, 가스 센서에 적용하였을 때 단순한 구조로 여러 종류의 가스를 동시에 감지할 수 있다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 병렬연결되어, 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선에 동일한 전압이 인가되어 낮은 전압으로 구동할 수 있는 저전력 사용이 요구되는 모바일과 같은 제품에 적용할 수 있다.
상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 길이가 다르게 형성되거나, 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 두께가 다르게 형성되어, 단순한 구조로 두개의 발열배선의 발열량을 다르게 할 수 있다.
상기 기판에는 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치되는 에어갭이 적어도 하나 형성되어, 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이가 단열되어 하나의 기판에 두개의 발열배선이 형성되고 두 발열배선의 발열온도를 다르게 하더라도 발열온도가 효과적으로 유지되어 여러 종류의 가스를 더욱 정밀하게 감지할 수 있다.
상기 에어갭은 상기 제1발열배선을 둘러싸는 제1에어갭과, 상기 제2발열배선을 둘러싸는 제2에어갭을 포함하여, 열용량이 작아져서 저전력으로 높은 온도를 유지할 수 있다.
상기 에어갭은 상기 제1에어갭과 상기 제2에어갭에 연통되는 제3에어갭을 포함하며, 상기 제3에어갭은 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치되어, 제1발열배선과 제2발열배선 사이가 더욱 효과적으로 단열될 수 있다.
상기 에어갭은 상기 기판의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간이어서, 단열효과가 극대화될 수 있다.
상기 기판은 금속재질의 모재를 양극산화한 후 상기 모재를 제거한 양극산화 피막이어서, 단열효과가 더욱 향상된다.
상기 에어갭과 상기 제1발열배선 또는 상기 제2발열배선 사이에 배치되도록 상기 기판 상에 더미금속이 형성되어, 제1지지부의 온도 균일성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 멀티어레이 히터가 구비된 마이크로 멀티어레이 센서 평면도.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도.
도 3은 도 1의 B 부분 확대도.
도 4는 도 1의 C-C 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 멀티어레이 히터가 구비된 마이크로 멀티어레이 센서 평면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 멀티어레이 히터가 구비된 마이크로 멀티어레이 센서 평면도.
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 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 멀티어레이 히터가 구비된 마이크로 멀티어레이 센서는, 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 형성되는 센서전극과, 상기 기판(100) 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 센서전극은 제1센서배선(1310)을 갖는 제1센서전극(1300)과, 제2센서배선(2310)을 갖는 제2센서전극(2300)을 포함하며, 상기 히터전극은 제1발열배선(1210)을 갖는 제1히터전극(1200)과, 제2발열배선(2210)을 갖는 제2히터전극(2200)을 포함하며, 상기 제1센서배선(1310)은 상기 제2발열배선(2210)보다 상기 제1발열배선(1210)에 근접하게 배치되며, 상기 제2센서배선(2310)은 상기 제1발열배선(1210)보다 상기 제2발열배선(2210)에 근접하게 배치되고, 상기 제1발열배선(1210)과 상기 제2발열배선(2210)의 발열량은 서로 다르도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
금속재질의 모재에 양극산화처리(anodizing)를 하면, 표면에 뚫린 구멍(Pore)을 다수 가지는 다공층과 다공층 하부에 존재하는 베리어층으로 이루어진 양극산화 피막이 형성된다. 여기서의 금속재질의 모재는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn) 등일 수 있으나, 경량이고, 가공이 용이하고, 열전도성이 우수하며, 중금속 오염의 우려가 없는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
일례로 알루미늄의 표면에 양극산화처리를 행하는 것에 의해 표면에 뚫린 포어(102)를 다수 가지는 산화알루미늄 다공층과 산화알루미늄 다공층 하부에 존재하는 베리어층으로 이루어진 산화알루미늄 피막이 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서의 기판(100)은 일례로, 알루미늄이 제거된 산화알루미늄 피막만으로 구성될 수 있다. 또한 산화알루미늄 피막의 산화알루미늄 다공층 상에 전극이 형성될 수 있고, 반대로 베리어층 상에 전극이 형성될 수 있다. 또한 산화알루미늄 피막의 베리어층을 제거하여 포어(102)가 상, 하로 관통되는 산화알루미늄 다공층만으로 구성될 수 있다.
이하에는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 알루미늄과 상기 베리어층이 모두 제거된 기판(100)을 기준으로 설명하도록 한다.
양극산화된 알루미늄에서 상기 알루미늄과 상기 베리어층이 제거되어 기판(100)의 포어(102)는 상하방향으로 관통된다. 기판(100)이 산화알루미늄 다공층으로 형성되므로 마이크로 멀티어레이 히터는 열용량이 작아진다.
기판(100)은 기판(100)의 양측에 원통 형상으로 형성된 적어도 두개의 제1지지부(110)와, 제1지지부(110)와 이격되어 제1지지부(110)의 외측에 형성된 제2지지부(120)와, 제1지지부(110) 및 제2지지부(120)를 연결하는 복수개의 브리지부를 포함하여 이루어진다. 또한, 제1지지부(110)의 주변, 즉 제1지지부(110)와 제2지지부(120) 사이에는 다수 개의 에어갭이 형성된다. 본 실시예에서는 하나의 기판(100)에 제1지지부(110)가 두개 형성된 것으로 설명하고 있으나, 제1지지부(110)가 3개 이상 형성될 수도 있다. 각각의 제1지지부(110)는 서로 이격되게 배치된다.
상기 에어갭은 좌측에 배치되는 제1지지부(110)의 주변을 둘러싸는 제1에어갭(101a)과, 우측에 배치되는 제1지지부(110)의 주변을 둘러싸는 제2에어갭(101b)을 포함한다.
또한, 각각의 제1지지부(110)의 외주에는 다수 개의 에어갭이 형성된다. 에어갭은 복수 개가 불연속적으로 형성될 수 있다. 제1지지부(110)의 주변을 따라 에어갭 및 브리지부가 교대로 배치된다. 이러한 브리지부는 제1지지부(110) 주변을 에칭에 의해 불연속으로 에어갭을 형성함으로써, 형성되는 것이다. 그래서 복수 개의 브리지부의 일단은 제1지지부(110)에 연결되고, 타단은 제2지지부(120)에 연결된다.
이하에는 기판(100)의 상면에 형성되는 상기 센서전극 및 상기 히터전극 및 더미금속(500)에 대해 설명한다.
상기 센서전극은 기판(100)의 상면에 형성된다.
이러한 상기 센서전극은 감지물질에 가스가 흡착되었을 때의 전기적 특성 변화를 감지하여 가스를 감지한다.
상기 센서전극은 제1센서전극(1300)과, 제2센서전극(2300)을 포함한다.
제1센서전극(1300)은 좌측에 배치되는 제1지지부(110)의 상면에 형성되는 제1센서배선(1310)과, 제1센서배선(1310)에 연결되어 브리지부 및 제2지지부(120)에 형성되는 제1센서전극 패드(1320)를 포함한다.
제1센서배선(1310)은 제1센서배선 제1연결부(1310a)와, 제1센서배선 제2연결부(1310b)를 포함한다.
제1센서배선 제1연결부(1310a)와 제1센서배선 제2연결부(1310b)는 동일하게 형성되며, 좌우방향으로 이격되게 배치된다. 제1센서배선 제1연결부(1310a)와 제1센서배선 제2연결부(1310b)는 상하방향으로 배치되는 일직선 형상으로 형성된다.
제1센서전극 패드(1320)는 제1센서배선 제1연결부(1310a)에 연결되는 제1센서전극 제1패드(1320a)와, 제1센서배선 제2연결부(1310b)에 연결되는 제1센서전극 제2패드(1320b)를 포함한다. 제1센서전극 제1패드(1320a)의 끝단은 제1센서전극 제2패드(1320b)의 끝단보다 우측에 배치되는 제1지지부(110)에 근접하게 배치된다.
제1센서전극 패드(1320)는 제1센서배선(1310)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다.
제1센서전극 패드(1320)는 단부로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다.
제1센서전극(1300)과 제2센서전극(2300)은 Pt와 W와 Co와 Ni과 Au과 Cu 중 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 혼합물로 형성된다.
제2센서전극(2300)도 제1센서전극(1300)과 동일한 형상으로 형성된다.
제2센서전극(2300)은 우측에 배치되는 제1지지부(110)의 상면에 형성되는 제2센서배선(2310)과, 제2센서배선(2310)에 연결되어 브리지부 및 제2지지부(120)에 형성되는 제2센서전극 패드(2320)를 포함한다.
제2센서배선(2310)은 제2센서배선 제1연결부(2310a)와, 제2센서배선 제2연결부(2310b)를 포함한다.
제2센서전극 패드(2320)는 제2센서배선 제1연결부(2310a)에 연결되는 제2센서전극 제1패드(2320a)와, 제2센서배선 제2연결부(2310b)에 연결되는 제2센서전극 제2패드(2320b)를 포함한다. 제2센서전극 제1패드(2320a)의 끝단은 제2센서전극 제2패드(2320b)의 끝단보다 좌측에 배치되는 제1지지부(110)에 근접하게 배치된다.
제2센서전극 제1패드(2320a)의 끝단은 제1센서전극 제1패드(1320a)의 끝단에 연결된다.
이러한, 제2센서전극 제1패드(2320a)와 제1센서전극 제1패드(1320a)의 중간부위를 공통전극(common 전극)으로 사용할 경우에는 제1센서전극(1300)과 제2센서전극(2300)은 병렬연결된다.
상기 히터전극은 기판(100)의 상면에 형성된다.
산화알루미늄 피막의 산화알루미늄 다공층 상에 전극이 형성되는 경우에는 상기 히터전극 및 상기 센서전극 하부에 위치하는 포어(102)는 상기 히터전극 및 상기 센서전극에 의해 상부가 막히고 하부 역시 막힌다. 이와 달리, 산화알루미늄 피막의 베리어층 상에 전극이 형성되는 경우에는 상기 히터전극 및 상기 센서전극 하부에 위치하는 포어(102)는 상부가 막혀 있고, 하부는 개방된다. 이와 달리, 산화알루미늄 피막의 베리어층을 제거한 경우에는 상기 히터전극 및 상기 센서전극 하부에 위치하는 포어(102)는 상기 히터전극 및 상기 센서전극에 의해 상부가 막히고 하부는 개방된다. 이와 같이 상기 히터전극이 상기 산화알루미늄 다공층 상에 형성되므로, 열용량이 작은 마이크로센서가 된다.
상기 히터전극은 제1히터전극(1200)과, 제1히터전극(1200)과 이격되게 배치되는 제2히터전극(2200)을 포함한다.
제1히터전극(1200)은 제1센서전극 패드(1320)보다 제1센서배선(1310)에 근접한 제1발열배선(1210)과, 제1발열배선(1210)에 연결되어 제2지지부(120) 및 브리지부에 형성되는 제1히터전극 패드(1220)를 포함하여 이루어진다.
제1발열배선(1210)은 좌측에 배치되는 제1지지부(110) 상에 형성되며, 제1센서배선(1310)의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된다. 그리고 제1히터전극 패드(1220)는 제1발열배선(1210)의 양단에 각각 연결되는 제1히터전극 제1패드(1220a) 및 제1히터전극 제2패드(1220b)를 포함한다. 제1히터전극 제1패드(1220a)와 제1히터전극 제2패드(1220b)는 서로 이격되게 배치된다.
도 2와 같이 평면상에서 볼 때, 제1발열배선(1210)은 제1지지부(110)의 수직중심선에 대해 대칭을 이루도록 형성되되, 원호 형상으로 형성된 복수 개의 호부와, 호부를 연결하는 복수 개의 연결부를 포함한다.
제1발열배선(1210)은 제1지지부(110)의 가장자리로부터 내측으로 이격되게 형성된다.
제1발열배선(1210)은 제1에어갭(101a)에 인접하여 원호 형상으로 형성된 제1호부(1211a)와, 제1호부(1211a)의 일단에서 제1지지부(110)의 내측을 향해 절곡 연장된 제1연결부(1212a)와, 제1연결부(1212a)의 단부에서 원호 형상으로 연장 형성되어 제1호부(1211a)의 내측으로 이격 배치된 제2호부(1211b)와, 제2호부(1211b)의 단부에서 제1지지부(110)의 내측을 향해 연장 형성된 제2연결부(1212b)… 제3호부(1211c)를 포함하며, 이와 같은 방식으로 복수 개의 호부 및 연결부가 반복적으로 연결되어 형성된다.
제1발열배선(1210)은 제1호부(1211a)에서 제3호부(1211c)까지 연결되어 일체를 이루고, 좌측에 배치되는 제1지지부(110)의 수직중심선에 대해 대칭을 이룬다.
도 2와 같이, 제1발열배선(1210)의 복수 개의 호부는 각각 대략 반원호 형상으로 형성되고, 좌우 대칭으로 형성된다. 따라서 제1발열배선(1210)은 전체적으로 원형을 이룬다. 이로 인해 제1지지부(110)의 온도 균일성이 향상된다.
제1발열배선(1210)의 중심부는 좌우측의 호부가 서로 만나는 지점으로서, 두 개의 원호 형상의 호부가 합쳐져 하측이 개방된 원형을 이룬다. 그리고 그 내측에 이격공간부(1214)가 형성된다. 이격공간부(1214)는 제1발열배선(1210)의 중심부에서 제1발열배선(1210)의 하부까지 연장되어 형성된다. 즉 제1발열배선(1210)의 중심부에서 하부까지 이격공간부(1214)가 형성되도록 좌우측의 호부는 좌우로 이격되어 있다. 이러한 이격공간부(1214)에는 제1센서배선(1310)이 배치된다. 따라서, 제1발열배선(1210)은 제1센서배선(1310)의 상부 및 양측을 둘러싸게 된다.
또한, 제1호부(1211a)의 타단부에는 제1히터전극 제2패드(1220b)가 연결되고, 제3호부(1211c)의 일단부에는 제1히터전극 제1패드(1220a)가 연결된다.
제1히터전극(1200)은 Pt와 W와 Co와 Ni과 Au과 Cu 중 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 혼합물로 형성된다.
한편, 제1발열배선(1210)의 양단, 즉 제1히터전극 제1패드(1220a) 및 제1히터전극 제2패드(1220b)가 각각 연결되는 제1호부(1211a) 및 제3호부(1211c)의 단부 사이에는 더미금속(500)이 형성된다.
좌측에 배치되는 더미금속(500)은 제1히터전극(1200), 즉 제1발열배선(1210)과 제1에어갭(101a) 사이에 원호 형상으로 배치된다. 더미금속(500)은 인접하는 제1발열배선(1210)과는 이격된 채로 형성된다.
더미금속(500)은 제1지지부(110)의 가장자리로부터 내측으로 이격되게 배치된다.
더미금속(500)은 제1발열배선(1210)의 외측에 형성되며, 금속인 것이 바람직하다. 더미금속(500)의 재질은 전극 재질과 동일할 수 있고, 여기서의 전극재질은 백금, 알루미늄, 구리 등의 금속일 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1호부(1211a) 및 제3호부(1211c)는 그 내측의 나머지 호부들에 비해 길이가 짧게 형성된다. 제1발열배선(1210)의 외주 중에서, 제1호부(1211a) 및 제3호부(1211c)의 단부 사이에는 공간(510)이 형성되고, 이 공간(510)에 더미금속(500)이 위치한다. 더미금속(500)의 폭은 제1발열배선(1210)의 폭과 동일 또는 유사하게 형성된다.
더미금속(500)의 형성 면적만큼 제1발열배선(1210)의 외주의 공간(510)이 부분적으로 메워진다. 이로 인해 평면에서 봤을 때, 제1발열배선(1210) 및 더미금속(500)의 외주가 실질적으로 원형을 이룸으로써, 제1지지부(110)의 온도 균일성이 향상된다.
제1히터전극 제1패드(1220a) 및 제1히터전극 제2패드(1220b)는 외측으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 제1히터전극 패드(1220)는 제1발열배선(1210)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다. 제1히터전극 패드(1220)는 제1발열배선(1210)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다.
제1히터전극 제1패드(1220a)는 제1히터전극 제2패드(1220b)보다 우측에 배치되는 제1지지부(110)에 근접하게 배치된다.
제2히터전극(2200)도 제1히터전극(1200)과 유사하게 형성된다.
제2히터전극(2200)은 제2센서전극 패드(2320)보다 제2센서배선(2310)에 근접하는 제2발열배선(2210)과, 제2발열배선(2210)에 연결되어 제2지지부(120) 및 브리지부에 형성되는 제2히터전극 패드(2220)를 포함하여 이루어진다.
제2발열배선(2210)은 우측에 배치되는 제1지지부(110) 상에 형성된다.
따라서, 좌측에 배치되는 제1지지부(110)의 상면에 제1센서배선(1310)과 제1발열배선(1210)이 형성되고, 우측에 배치되는 제1지지부(110)의 상면에 제2센서배선(2310)과 제2발열배선(2210)이 형성된다.
이로 인해, 제1센서배선(1310)은 제2발열배선(2210)보다 제1발열배선(1210)에 근접하게 배치되며, 제2센서배선(2310)은 제1발열배선(1210)보다 제2발열배선(2210)에 근접하게 배치된다.
또한, 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)의 발열량은 서로 다르도록 형성된다.
제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)의 발열량을 다르게 하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)의 길이를 다르게 하거나, 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)의 두께를 다르게 형성할 수 있다.
본 실시예에서는 제1발열배선(1210)의 길이를 제2발열배선(2210)보다 길게하여 좌측에 배치되는 제1지지부(110)의 상부에 형성된 이하 서술되는 제1감지물질(400a)이 우측에 배치되는 제1지지부(110)의 상부에 형성된 제2감지물질(400b)보다 고온으로 가열되도록 할 수 있다. 이로 인해 제1센서전극(1300)과 제2센서전극(2300)에서 다른 종류의 가스를 감지할 수 있다.
제1발열배선(1210)은 제2발열배선(2210)보다 사이간격이 더 좁도록 절곡되어 한정된 공간(제1지지부)에 서로 다른 길이가 되도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예와 다르게, 제1발열배선과 제2발열배선의 양측이 제1지지부(110)의 수직중심선 또는 수평중심선에 대해 대칭되지 않도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 제1발열배선 및/또는 상기 제2발열배선은 서로 다른 모양으로 절곡된 두개의 발열배선이 직렬연결되어 형성될 수 있다.
제2발열배선(2210)은 우측에 배치되는 제1지지부(110) 상에 형성되며, 제2센서배선(2310)의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성된다. 그리고 제2히터전극 패드(2220)는 제2발열배선(2210)의 양단에 각각 연결되는 제2히터전극 제1패드(2220a) 및 제2히터전극 제2패드(2220b)를 포함한다. 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제2히터전극 제2패드(2220b)는 서로 이격되게 배치된다.
도 3과 같이 평면상에서 볼 때, 제2발열배선(2210)도 우측에 배치되는 제1지지부(110)의 수직중심선에 대해 대칭을 이루도록 형성된다.
제2발열배선(2210)은 제1지지부(110)의 가장자리로부터 내측으로 이격되게 형성된다.
제2발열배선(2210)은 제2에어갭(101b)에 인접하여 원호 형상으로 형성된 제1호부(2211a)와, 제3호부(2211c)와, 제1호부(2211a)와 제3호부(2211c) 사이에 형성된 센서배선 둘레부(2212)가 형성된다.
제1호부(2211a)는 제2히터전극 제1패드(2220a)에 연결되고, 제3호부(2211c)는 제2히터전극 제2패드(2220b)에 연결된다.
센서배선 둘레부(2212)는 제1호부(2211a)와 제3호부(2211c)의 하단에 연결되며, 제2센서배선(2310)을 둘러싸도록 굴곡지게 형성된다. 따라서, 센서배선 둘레부(2212)에는 아래가 개방된 이격공간부(2214)가 형성된다.
제2발열배선(2210)의 양단, 즉 제2히터전극 제1패드(2220a) 및 제2히터전극 제2패드(2220b)가 각각 연결되는 제1호부(2211a) 및 제3호부(2211c)의 단부 사이에는 원호형상의 더미금속(500)이 형성된다.
우측에 배치되는 제1지지부(110)의 상면에 형성된 더미금속(500)은 좌측에 배치되는 제1지지부(110)의 상면에 형성된 더미금속(500)과 형상 및 효과가 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 제1에어갭(101a)과 제1발열배선(1210) 사이에는 기판(100)의 제1지지부(110) 상에 더미금속(500)이 형성되고, 제2에어갭(101b)과 제2발열배선(2210) 사이에는 기판(100)의 제1지지부(110) 상에 더미금속(500)이 형성된다.
제2히터전극 제1패드(2220a) 및 제2히터전극 제2패드(2220b)는 외측으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 제2히터전극 패드(2220)는 제2발열배선(2210)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다. 제2히터전극 패드(2220)는 제2발열배선(2210)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다.
제2히터전극 제1패드(2220a)는 제2히터전극 제2패드(2220b)보다 좌측에 배치되는 제1지지부(110)에 근접하게 배치된다.
제2히터전극 제1패드(2220a)는 제1히터전극 제1패드(1220a)에 연결된다.
이러한 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제1히터전극 제1패드(1220a)의 중간부위를 공통전극(common 전극)으로 사용할 경우에는 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)은 병렬연결된다.
이와 다르게, 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제1히터전극 제1패드(1220a)의 중간부위를 공통전극으로 사용하지 않고 단순히 연결시킨 상태에서 제1히터전극(1200) 또는 제2히터전극(2200)에 전기를 인가하면 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)은 직렬연결된다.
이와같이, 본 실시예의 히터전극은 전기를 인가하는 위치에 따라 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)이 병렬연결되거나 직렬연결될 수 있다.
전술한 바와 다르게, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2히터전극 제1패드(2220a')와 제1히터전극 제1패드(1220a')가 분리되도록 형성되고, 제2센서전극 제1패드(2320a')과 제1센서전극 제1패드(1320a')이 분리되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 제1,2히터전극 패드(1220', 2220') 및 제1,2센서전극 패드(1320', 2320')가 분리되도록 형성되어, 좌측과 우측의 센서를 개별적으로 제어할 수 있게 된다. 이로 인해, 상황에 따라 좌측의 센서만 온시켜서 가스를 감지하거나, 우측의 센서만 온시켜서 가스를 감지할 수 있다.
기판(100)의 중간 상부에는 제1,2히터전극 제1패드(1220a, 2220a)가 배치되고, 기판(100)의 양측 상부에는 제1,2히터전극 제2패드(1220b, 2220b)가 배치된다.
상기 히터전극 및 상기 센서전극 상부 전체에 변색방지 보호층(미도시)이 형성된다. 상기 변색방지 보호층은 옥사이드 계열의 재질로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 변색방지 보호층은 탄탈룸 산화물(TaOx)과 티타늄 산화물(TiO2)과 실리콘 산화물(SiO2)과 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 하나로 형성된다.
또한, 제1,2히터전극 패드(1220, 2220) 및 제1,2센서전극 패드(1320, 2320)의 단부에는 솔더링금속이 형성된다. 솔더링금속은 상기 변색방지 보호층 상부에 형성된다. 솔더링금속은 금, 은, 주석 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 제1에어갭(101a)은 제1발열배선(1210)을 둘러싸고, 제2에어갭(101b)은 제2발열배선(2210)을 둘러싼다. 이와 같이, 제1발열배선(1210)과 상기 제2발열배선(2210) 사이에 에어갭이 적어도 하나 형성된다.
제1에어갭(101a)과 제2에어갭(101b)은 동일한 형상으로 형성된다.
제1,2에어갭(101a, 101b)은 포어(102)의 최대폭보다 넓게 형성된다. 제1,2에어갭(101a, 101b)은 원호형상으로 형성되어, 4개씩 형성된다. 복수 개의 제1,2에어갭(101a, 101b)은 원주방향으로 이격되게 배치된다. 즉, 제1,2에어갭(101a, 101b)은 불연속적으로 다수 개 형성된다.
상세하게는, 제1에어갭(101a)은 제1센서전극 제2패드(1320b)와 제1히터전극 제2패드(1220b) 사이와, 제1히터전극 제2패드(1220b)와 제1히터전극 제1패드(1220a) 사이와, 제1히터전극 제1패드(1220a)와 제1센서전극 제1패드(1320a) 사이와, 제1센서전극 제1패드(1320a)와 제1센서전극 제2패드(1320b) 사이에 배치된다.
제2에어갭(101b)은 제2센서전극 제2패드(2320b)와 제2히터전극 제2패드(2220b) 사이와, 제2히터전극 제2패드(2220b)와 제2히터전극 제1패드(2220a) 사이와, 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제2센서전극 제1패드(2320a) 사이와, 제2센서전극 제1패드(2320a)와 제2센서전극 제2패드(2320b) 사이에 배치된다.
즉, 제1,2에어갭(101a, 101b)은 제1,2히터전극(1200, 2200) 및 제1,2센서전극(1300, 2300)을 지지하는 부분을 제외한 영역에 형성된다.
제1,2에어갭(101a, 101b)은 상하방향으로 관통되어 형성된다. 즉, 제1,2에어갭(101a, 101b)은 기판(100)의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간이다.
제1,2에어갭(101a, 101b)으로 인해, 기판(100)에는 제1발열배선(1210) 및 제1센서배선(1310)을 공통으로 지지하는 좌측에 배치되는 제1지지부(110)와, 제2발열배선(2210) 및 제2센서배선(2310)을 공통으로 지지하는 우측에 배치되는 제1지지부(110)와, 제1,2히터전극 패드(1220, 2220) 및 제1,2센서전극 패드(1320, 2320)를 지지하는 제2지지부(120) 및 브리지부가 형성된다.
각각의 제1지지부(110)는 제1지지부(110) 상에 형성된 발열배선과 센서배선의 총합 면적보다 넓게 형성된다.
그리고 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 브리지부 이외의 부분에서 에어갭으로 인해 서로 이격된다. 따라서, 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 네 개의 브리지부에 의해 네 지점에서 서로 연결된다.
좌우측에 배치되는 제1지지부(110) 사이에 배치되는 제1에어갭(101a)과 제2에어갭(101b) 사이에는 제2지지부(120)가 배치된다. 즉, 제1히터전극 제1패드(1220a)와 제1센서전극 제1패드(1320a) 사이에 배치되는 제1에어갭(101a)과 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제2센서전극 제1패드(2320a) 사이에 배치되는 제2에어갭(101b) 사이에는 제2지지부(120)가 배치된다. 따라서, 좌측에 배치되는 제1지지부(110), 제1에어갭(101a), 제2지지부(120), 제2에어갭(101b), 우측에 배치되는 제1지지부(110)가 좌측에서 우측방향으로 순차적으로 배치된다.
이와 다르게, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 에어갭은 상기 제1에어갭(101a)과 상기 제2에어갭(101b)에 연통되는 제3에어갭(101c)을 포함하며, 상기 제3에어갭(101c)은 상기 제1발열배선(1210)과 상기 제2발열배선(2210) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제3에어갭(101c)은 제1히터전극 제1패드(1220a)와 제1센서전극 제1패드(1320a) 사이에 배치되는 제1에어갭(101a)과 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제2센서전극 제1패드(2320a) 사이에 배치되는 제2에어갭(101b) 사이에 배치된다. 이로 인해, 또 다른 실시예에 따른 기판(100')은 제1히터전극 제1패드(1220a)와 제1센서전극 제1패드(1320a) 사이에 배치되는 제1에어갭(101a)과 제2히터전극 제1패드(2220a)와 제2센서전극 제1패드(2320a) 사이에 배치되는 제2에어갭(101b) 사이에 제2지지부(120)가 배제된다. 따라서, 좌측에 배치되는 제1지지부(110), 제1에어갭(101a), 제3에어갭(101c), 제2에어갭(101b), 우측에 배치되는 제1지지부(110)가 좌측에서 우측방향으로 순차적으로 배치된다. 기판(100')에는 좌측에 배치되는 제1지지부(110)와, 제1히터전극 제1패드(1220a)와 제2히터전극 제1패드(2220a)와 우측에 배치되는 제1지지부(110)와, 제2센서전극 제1패드(2320a)와 제1센서전극 제1패드(1320a)로 둘러싸이는 에어갭이 형성되게 된다.
각각의 제1지지부(110)에는 제1,2감지물질(400a, 400b)이 형성된다.
제1,2감지물질(400a, 400b)은 제1지지부(110)에 대응되는 위치에 형성된다.
제1감지물질(400a)은 제1발열배선(1210) 및 제1센서배선(1310)을 덮는다.
제2감지물질(400b)은 제2발열배선(2210) 및 제2센서배선(2310)을 덮는다.
제1감지물질(400a)과 제2감지물질(400b)은 같은 소재로 형성되거나 다른 소재로 형성될 수 있다. 같은 감지물질이라고 하더라도 가열되는 온도에 따라 흡착되는 가스가 다를 수 있다.
제1,2감지물질(400a, 400b)은 프린팅되어 형성된다. 이와 같이 제1,2감지물질(400a, 400b)이 프린팅되어 형성되면, 제1,2감지물질(400a, 400b)을 형성한 이후에 제1,2감지물질(400a, 400b)의 표면에 메쉬망 형태의 자국이 남는다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 작용을 설명한다.
가스 농도를 측정하기 위해서 먼저 제1히터전극 패드(1220)와 제2히터전극 패드(2220)에 동일한 전력을 동시에 각각 인가하여 제1발열배선(1210)과 제2발열배선(2210)이 발열되도록 한다. 제1발열배선(1210)은 제2발열배선(2210)보다 길게 형성되므로 제1감지물질(400a)은 제2감지물질(400b)보다 더 고온으로 가열된다.
이로 인해 제1,2감지물질(400a, 400b)에는 서로 다른 가스가 흡착 또는 탈착된다.
이와 같은 과정을 통해 본 실시예의 마이크로 멀티어레이 센서는 복수개의 가스를 동시에 검출할 수 있다.
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 101a : 제1에어갭
101b : 제2에어갭 102 : 포어
110 : 제1지지부 120 : 제2지지부
1200 : 제1히터전극 1210 : 제1발열배선
1211a : 제1호부 1211b : 제2호부
1211c : 제3호부 1212a : 제1연결부
1212b : 제2연결부 1214 : 이격공간부
1220 : 제1히터전극 패드 1220a: 제1히터전극 제1패드
1220b: 제1히터전극 제2패드
1300: 제1센서전극 1310 : 제1센서배선
1310a : 제1센서배선 제1연결부
1310b : 제1센서배선 제2연결부
1320 : 제1센서전극 패드
1320a : 제1센서전극 제1패드
1320b : 제1센서전극 제2패드
2200 : 제2히터전극 2210 : 제2발열배선
2220 : 제2히터전극 패드
2220a : 제2히터전극 제1패드
2220b : 제2히터전극 제2패드
2300 : 제2센서전극
2310 : 제2센서배선
2310a : 제2센서배선 제1연결부
2310b : 제2센서배선 제2연결부
2320 : 제2센서전극 패드
2320a : 제2센서전극 제1패드
2320b : 제2센서전극 제2패드
400a : 제1감지물질 400b : 제2감지물질
500 : 더미금속 510 : 공간

Claims (20)

  1. 다공층으로 형성된 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 상기 기판에 의해 지지되는 히터전극을 포함하며,
    상기 히터전극은 제1발열배선을 갖는 제1히터전극과, 제2발열배선을 갖는 제2히터전극을 포함하며, 병렬연결되는 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 발열량이 서로 다르도록 길이가 다르게 형성되거나 두께가 다르게 형성되며,
    상기 제1발열배선을 둘러싸는 제1에어갭과 상기 제2발열배선을 둘러싸는 제2에어갭이 상기 기판에 더 형성되고,
    상기 제1에어갭과 상기 제2에어갭에 연통되는 제3에어갭을 상기 기판에 더 형성하되, 상기 제3에어갭은 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 히터.
  2. 삭제
  3. 삭제
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  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선 각각은,
    자신을 둘러싼 상기 제1에어갭 혹은 제2에어갭에 인접하여 원호 형상으로 형성되는 제n호부와, 상기 제n호부의 일단에서 원호의 내측을 향해 절곡 연장되는 제n연결부와, 상기 제n연결부의 단부에서 원호 형상으로 다시 연장 형성되어 상기 제n호부의 내측으로 이격 배치된 제n+1호부와, 상기 제n+1호부의 단부에서 다시 원호의 내측을 향해 절곡 연장되어 제n+1연결부가 연장 형성되는 방식으로 복수 개의 호부 및 연결부가 반복적으로 연결 형성되되, 상기 제1발열배선 및 제2발열배선 각각을 형성하는 복수 개의 상기 호부는 반원호 형상으로 형성되고 상기 원호의 중심점을 지나는 중심선에 대해 좌우 대칭으로 형성되어 온도 균일성을 향상시킴을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 히터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2에어갭은 상기 기판의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간인 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 히터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 금속재질의 모재를 양극산화한 후 상기 모재를 제거한 양극산화 피막인 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 히터.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1에어갭과 상기 제1발열배선 및 상기 제2에어갭과 상기 제2발열배선 사이에 배치되도록 상기 기판 상에 더미금속이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 히터.
  11. 다공층으로 형성된 기판;
    상기 기판 상에 형성되어 상기 기판에 의하여 지지되는 센서전극;
    상기 기판 상에 형성되어 상기 기판에 의하여 지지되는 히터전극을 포함하며,
    상기 센서전극은 제1센서배선을 갖는 제1센서전극과, 제2센서배선을 갖는 제2센서전극을 포함하며,
    상기 히터전극은 제1발열배선을 갖는 제1히터전극과, 제2발열배선을 갖는 제2히터전극을 포함하며,
    상기 제1발열배선을 둘러싸는 제1에어갭과 상기 제2발열배선을 둘러싸는 제2에어갭이 상기 기판에 더 형성되되, 상기 제1에어갭과 상기 제2에어갭에 연통되는 제3에어갭이 상기 기판에 더 형성되며,
    상기 제1센서배선은 상기 제2발열배선보다 상기 제1발열배선에 근접하게 배치되며, 상기 제2센서배선은 상기 제1발열배선보다 상기 제2발열배선에 근접하게 배치되고,
    병렬연결되는 상기 제1발열배선과 상기 제2발열배선은 발열량이 서로 다르도록 길이가 다르게 형성되거나 두께가 다르게 형성됨을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 센서.
  12. 삭제
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  16. 삭제
  17. 제 11항에 있어서, 상기 제1 및 제2발열배선 각각은,
    자신을 둘러싼 상기 제1 및 제2에어갭 중 어느 하나에 인접하여 원호 형상으로 형성되는 제n호부와, 상기 제n호부의 일단에서 원호의 내측을 향해 절곡 연장되는 제n연결부와, 상기 제n연결부의 단부에서 원호 형상으로 다시 연장 형성되어 상기 제n호부의 내측으로 이격 배치된 제n+1호부와, 상기 제n+1호부의 단부에서 다시 원호의 내측을 향해 절곡 연장되어 제n+1연결부가 연장 형성되는 방식으로 복수 개의 호부 및 연결부가 반복적으로 연결 형성되되, 상기 제1발열배선 및 제2발열배선 각각을 형성하는 복수 개의 상기 호부는 반원호 형상으로 형성되고 상기 원호의 중심점을 지나는 중심선에 대해 좌우 대칭으로 형성되어 온도 균일성을 향상시킴을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 센서.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 에어갭은 상기 기판의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간인 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 센서.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 기판은 금속재질의 모재를 양극산화한 후 상기 모재를 제거한 양극산화 피막인 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 센서.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 제1에어갭과 상기 제1발열배선 및 상기 제2에어갭과 상기 제2발열배선 사이에 배치되도록 상기 기판상에 더미금속이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 멀티어레이 센서.
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