KR102014771B1 - Wafer-based radon detecting device with radon sensor and interface circuit - Google Patents

Wafer-based radon detecting device with radon sensor and interface circuit Download PDF

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KR102014771B1
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임우석
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Abstract

The present invention relates to a wafer-based radon detecting device having a radon sensor and an interface circuit. According to one embodiment, provided is the radon detecting device comprising a substrate, a housing at least partially covering an upper surface of the substrate, and an integrated circuit (IC) chip formed with a radon sensor detecting radon and an interface circuit electrically connected to the radon sensor. A chamber is formed between the substrate and the housing in a part of a substrate surface, and the IC chip is mounted on the surface of the substrate in a chamber region. Therefore, the present invention is recognized to be reliable by minimizing a signal loss and reducing noise.

Description

라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기 {Wafer-based radon detecting device with radon sensor and interface circuit} Wafer-based radon detecting device with radon sensor and interface circuit

본 발명은 라돈 검출기에 관한 발명으로, 보다 상세하게는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 일체화하여 하나의 IC 칩으로 구현한 라돈 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to a radon detector, and more particularly, to a radon detector implemented by integrating a radon sensor and an interface circuit into a single IC chip.

자연 발생적 방사성 핵종인 라돈(Rn)은 비활성 기체 족으로 불리는 18족에 속하며 원자번호 86번의 원소이다. 라돈은 1급 발암 물질로 규정되어 있고, 담배 다음으로 폐암에 의한 사망과 연관되어 있으며, 최근에는 건물 자재, 내장재, 침대 등의 가구 등 일상 생활 곳곳에서 라돈 노출의 위험성이 알려짐에 따라 라돈에 대한 국민적인 관심이 높아지고 있다.Radon (Rn), a naturally occurring radionuclide, belongs to group 18 called the inert gas group and is an element of atomic number 86. Radon is defined as a first-class carcinogen, the second most common cause of death from lung cancer after tobacco, and the risk of radon exposure is nowadays widespread in everyday life, including building materials, interior materials, and furniture such as beds. National interest is rising.

라돈 측정을 위한 다양한 측정 방식의 라돈 측정기가 개발되고 있는데 일반적으로 핀(PIN) 포토 다이오드를 이용한 라돈 검출기가 널리 이용되고 있다. PIN 포토 다이오드는 P-N 두 영역 사이에 검출 감도를 높이기 위한 목적으로 진성 반도체 영역을 추가한 P-I-N 구조의 포토 다이오드이다. 라돈 입자 붕괴시 발생하는 알파압자, 베타입자, 및/또는 감마입자가 PIN 포토다이오드에 입사할 때 광전류가 생성되며 이 광전류의 발생 빈도를 카운트하여 라돈 농도를 측정한다. Various radon measuring instruments have been developed for measuring radon. In general, a radon detector using a pin photodiode is widely used. The PIN photodiode is a photodiode with a P-I-N structure in which an intrinsic semiconductor region is added for the purpose of increasing detection sensitivity between two P-N regions. When alpha indenters, beta particles, and / or gamma particles incident on the PIN photodiode are generated when radon particles collapse, a photocurrent is generated, and the radon concentration is measured by counting the frequency of occurrence of the photocurrent.

도1은 PIN 포토다이오드를 이용하는 일반적인 라돈 검출기를 개략적으로 도시하였다. PIN 포토 다이오드의 검출센서(100)가 전선(400)을 통해 기판에 연결되고 기판 위에는 제어모듈(200)와 인터페이스 회로(300)가 실장되어 있다. 라돈의 방사선 입자의 충돌에 의해 검출센서(100)가 광전류를 생성하고 이를 인터페이스 회로(300)로 전달하면 인터페이스 회로(300)는 광전류를 필터링 및 증폭하고 이를 제어모듈(200)로 전달하고, 제어모듈(200)은 소정 시간 동안 광전류를 카운팅하여 라돈 농도를 산출한다. 1 schematically shows a typical radon detector using a PIN photodiode. The detection sensor 100 of the PIN photodiode is connected to the substrate through the wire 400, and the control module 200 and the interface circuit 300 are mounted on the substrate. When the detection sensor 100 generates a photocurrent by the collision of the radiation particles of radon and delivers it to the interface circuit 300, the interface circuit 300 filters and amplifies the photocurrent and transfers the photocurrent to the control module 200. The module 200 counts the photocurrent for a predetermined time to calculate the radon concentration.

그러나 이러한 종래기술의 경우 라돈센서와 인터페이스 회로가 분리되어 있는데, 전기적 배선 접속을 통해 연결하면 노이즈가 많고 신호 손실이 커지므로 정확한 검출 데이터를 확보할 수 없는 문제가 있다. However, in the prior art, the radon sensor and the interface circuit are separated, and there is a problem in that accurate detection data cannot be obtained because there is a lot of noise and a large signal loss when the radon sensor and the interface circuit are connected.

특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2017-0023601호 (2017년 3월 6일 공개)Patent Document 1: Korean Unexamined Patent Publication No. 2017-0023601 (published March 6, 2017)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 라돈센서와 인터페이스 회로를 하나의 칩으로 설계하여 일체화하여 라돈센서와 인터페이스 회로 간 신호 손실을 최소화하고 노이즈를 감소시킴으로써 인정적이고 신뢰성 있는 라돈 측정 데이터를 얻을 수 있는 라돈 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다. According to an embodiment of the present invention, the radon sensor and the interface circuit are designed and integrated into one chip to minimize the signal loss between the radon sensor and the interface circuit and reduce the noise, thereby obtaining the radon measurement data which is recognized and reliable. It is an object to provide a detector.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 라돈 검출기로서, 기판; 상기 기판의 상부면을 적어도 부분적으로 커버하는 하우징; 및 라돈을 검출하는 라돈센서 및 라돈센서와 전기적으로 연결된 인터페이스 회로가 형성된 집적회로(IC) 칩;을 포함하고, 상기 기판 표면의 일부 영역에서 상기 기판과 상기 하우징 사이에 챔버가 형성되고, 상기 IC 칩이 이 챔버 영역 내의 상기 기판의 표면에 실장된 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, a radon detector includes: a substrate; A housing at least partially covering an upper surface of the substrate; And an integrated circuit (IC) chip having a radon sensor detecting radon and an interface circuit electrically connected to the radon sensor, wherein a chamber is formed between the substrate and the housing in a partial region of the substrate surface. A chip-based radon detector with a radon sensor and an interface circuit is provided, wherein a chip is mounted on the surface of the substrate in this chamber region.

본 발명의 일 실시예에 따르면 라돈센서와 인터페이스 회로를 하나의 IC 칩으로 설계하여 일체화하여 라돈 측정 신호의 신호 손실을 최소화하고 노이즈를 저감하여 정확하고 안정적이 라돈 측정값을 얻을 수 있다. According to the exemplary embodiment of the present invention, the radon sensor and the interface circuit are designed and integrated into one IC chip to minimize the signal loss of the radon measurement signal and reduce the noise to obtain accurate and stable radon measurement values.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 라돈센서와 인터페이스 회로가 일체화된 IC 칩을 기판 실장하고 기판에 하우징을 체결하여 라돈 검출기를 모듈화 함으로써 라돈 검출기들 간의 성능 편차를 줄이고 안정적이고 신뢰성 있는 측정 데이터를 얻을 수 있는 라돈 검출기를 제공할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention by mounting the IC chip integrated with the radon sensor and the interface circuit and fastening the housing to the substrate to modularize the radon detector to reduce the performance deviation between the radon detectors to obtain stable and reliable measurement data Can provide a radon detector.

도1은 종래 라돈 검출기를 설명하는 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 사시도,
도3은 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 단면도,
도4는 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 평면도,
도5는 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 인터페이스 회로의 블록도이다. 1 is a view for explaining a conventional radon detector,
2 is a perspective view of a radon detector according to an embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a radon detector according to an embodiment;
4 is a plan view of a radon detector according to one embodiment;
5 is a block diagram of an interface circuit of a radon detector according to an embodiment.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

본 명세서의 도면에 있어서, 구성요소들의 길이, 두께, 넓이 등의 수치는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장하여 표시될 수 있다. In the drawings of the present specification, the length, thickness, width, etc. of the components may be exaggerated for the effective description of the technical content.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the words 'comprise' and / or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other components.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the specific embodiments below, various specific details are set forth in order to explain and understand the invention more specifically. However, those skilled in the art can understand that the present invention can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that parts of the invention which are commonly known in the present invention and which are not related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the present invention.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 사시도이고 도3은 라돈 검출기의 단면도를 개략적으로 도시하였다. Figure 2 is a perspective view of a radon detector according to an embodiment of the present invention and Figure 3 schematically shows a cross-sectional view of the radon detector.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 라돈 검출기는 기판(10), 기판(10)의 상부를 커버하는 하우징(20), 및 기판(10) 위에 부착된 집적회로(IC) 칩(30)을 포함한다. 일 실시예에서 기판(10)은 비전도성의 임의의 판상 재질로 구성되고 그 표면에 배선 및/또는 접지를 위해 동박 또는 금박의 패턴 또는 코팅층이 형성될 수 있다. 대안적으로 기판(10)은 배선이 내부 또는 표면에 인쇄된 인쇄회로기판일 수도 있다. Referring to the drawings, a radon detector according to an embodiment includes a substrate 10, a housing 20 covering an upper portion of the substrate 10, and an integrated circuit (IC) chip 30 attached on the substrate 10. Include. In one embodiment, the substrate 10 is made of any non-conductive plate-like material, and a pattern or coating layer of copper foil or gold foil may be formed on the surface thereof for wiring and / or grounding. Alternatively, the substrate 10 may be a printed circuit board in which wiring is printed on or inside the surface.

하우징(20)은 기판(10)의 상부면을 적어도 부분적으로 커버하며 부재이며 내부에 챔버(24)를 갖도록 구성된다. 도시한 실시예에서 하우징(20)은 챔버(24)를 둘러싸는 챔버 형성부(21), 챔버 형성부(21)와 일체로 연결되며 기판(10)의 상부면을 커버하는 상부 커버(22), 및 상부 커버(22)와 일체로 연결되며 기판(10)의 측면을 커버하는 측면 커버(23)로 구성될 수 있다. The housing 20 at least partially covers the top surface of the substrate 10 and is a member and is configured to have a chamber 24 therein. In the illustrated embodiment, the housing 20 is integrally connected with the chamber forming portion 21 and the chamber forming portion 21 surrounding the chamber 24 and the upper cover 22 covering the upper surface of the substrate 10. And a side cover 23 which is integrally connected to the upper cover 22 and covers the side surface of the substrate 10.

도3에 도시한 것처럼 단자부(11)가 배치된 영역을 제외한 기판(10)의 표면을 하우징(20)의 챔버 형성부(21)와 상부 커버(22)가 덮고 있고, 상부 커버(22)로부터연장되어 뻗어있는 측면 커버(23)가 기판(10)의 측면을 덮고 있다. 측면 커버(23)는 상부 커버(22)에서 적어도 1회 절곡되어 기판(10)의 측면에 밀착하도록 구성되고, 이러한 구조에 의해 외부의 빛이 챔버(24) 내부로 유입되지 못하고 챔버(24)가 암실의 상태로 유지될 수 있다. 그러나 기판(10)과 하우징(20) 사이에는 미세한 틈이 존재하기 때문에 외부의 공기는 챔버(24) 내로 유입될 수 있다. As shown in FIG. 3, the chamber forming portion 21 and the upper cover 22 of the housing 20 cover the surface of the substrate 10 except for the region where the terminal portion 11 is disposed, and from the upper cover 22. An extended side cover 23 covers the side of the substrate 10. The side cover 23 is configured to be bent at least once in the upper cover 22 to be in close contact with the side surface of the substrate 10, by which the external light is not introduced into the chamber 24, the chamber 24 Can remain in the dark room. However, since a minute gap exists between the substrate 10 and the housing 20, external air may flow into the chamber 24.

IC 칩(30)은 챔버(24) 영역 내에서 기판(10)의 상부 표면에 배치된다. IC 칩(30)은 라돈을 검출하는 라돈센서와 이 라돈센서에 전기적으로 연결된 인터페이스 회로를 포함하며 이에 대해서는 도4를 참조하여 후술한다. The IC chip 30 is disposed on the upper surface of the substrate 10 in the region of the chamber 24. The IC chip 30 includes a radon sensor for detecting radon and an interface circuit electrically connected to the radon sensor, which will be described later with reference to FIG. 4.

일 실시예에서 기판(10)과 하우징(20)은 체결부(25)에 의해 결합된다. 체결부(25)는 예컨대 나사결합 또는 볼트-너트 결합 등 공지의 체결방식을 이용한 체결수단일 수 있으며 특정 체결방식에 제한되지 않는다. In one embodiment, the substrate 10 and the housing 20 are joined by a fastening portion 25. The fastening part 25 may be, for example, a fastening means using a known fastening method such as screwing or bolt-nut coupling, and is not limited to a specific fastening method.

도4는 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 평면도이며 기판(10) 위에 실장된 구성요소들을 개략적으로 도시하였다. 도면에서 원형의 점선은 하우징(20)의 챔버 형성부(21)와 기판(10)이 만나는 지점을 표시한 것이며 따라서 점선 내부가 챔버(24) 영역임을 이해할 것이다. 4 is a plan view of a radon detector according to one embodiment and schematically illustrates components mounted on a substrate 10. It will be understood that the circular dotted line in the figure indicates the point where the chamber forming portion 21 and the substrate 10 of the housing 20 meet and thus the inside of the dotted line is the chamber 24 area.

도면을 참조하면, IC 칩(30)은 라돈을 검출하는 라돈센서(31) 및 라돈센서(31)와 전기적으로 연결된 인터페이스 회로(35)를 포함한다. 일 실시예에서 라돈센서(31)는 핀(PIN) 포토다이오드로 구성되며, 라돈에서 방출하는 알파 입자, 베타 입자, 및/또는 감마 입자가 라돈센서(31)의 표면에 충돌할 때 전기적 신호를 생성하여 인터페이스 회로(35)로 전달한다. Referring to the drawings, the IC chip 30 includes a radon sensor 31 for detecting radon and an interface circuit 35 electrically connected to the radon sensor 31. In one embodiment, the radon sensor 31 consists of a pin photodiode, and when the alpha particles, beta particles, and / or gamma particles emitted from the radon collide with the surface of the radon sensor 31, they provide electrical signals. It generates and delivers to the interface circuit 35.

인터페이스 회로(35)는 라돈센서(31)로부터 수신한 전기적 신호를 필터링하고 증폭한 후 외부의 제어 모듈(예컨대 도1의 제어 모듈(200))로 전송할 수 있다. 이를 위해 기판(10)이 단자부(11) 및 복수개의 배선(12)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 단자부(11)는 하우징(20)에 의해 커버되지 않는 기판(10)의 상부면 중 일부면에 형성될 수 있다. The interface circuit 35 may filter and amplify the electrical signal received from the radon sensor 31 and transmit the amplified signal to an external control module (eg, the control module 200 of FIG. 1). To this end, the substrate 10 may include a terminal portion 11 and a plurality of wires 12. In one embodiment, the terminal portion 11 may be formed on some of the upper surfaces of the substrate 10 not covered by the housing 20.

배선(12)은 IC 칩(30)과 단자부(11) 사이를 전기적으로 연결한다. 일 실시예에서 배선(12)은 기판(10)의 표면이나 내부에 미리 인쇄되어 있다. IC 칩(30)을 다이 본딩에 의해 기판(10)의 표면에 접합하고, 그 후 와이어 본딩에 의해 인터페이스 회로(35)의 단자를 배선(12)의 단부(12a)에 전기적으로 연결할 수 있다. 외부 장치(예컨대 도1의 제어 모듈(200))와의 전기적 연결을 위해 하나 이상의 전선(210)이 단자부(11)에 연결되고, IC 칩(30)이 외부 장치와 통신하고 전원을 공급받을 수 있다. The wiring 12 electrically connects between the IC chip 30 and the terminal portion 11. In one embodiment, the wiring 12 is preprinted on or in the surface of the substrate 10. The IC chip 30 may be bonded to the surface of the substrate 10 by die bonding, and then the terminal of the interface circuit 35 may be electrically connected to the end 12a of the wiring 12 by wire bonding. One or more wires 210 may be connected to the terminal unit 11 for electrical connection with an external device (eg, the control module 200 of FIG. 1), and the IC chip 30 may communicate with and receive power from the external device. .

일 실시예에서 라돈 검출기는 기판(10)에 실장된 발광부(15)를 더 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서 발광부(15)는 기판(10)의 상부 표면에 IC 칩(30)에 인접하여 배치된다. 발광부(15)를 예컨대 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 기판(10)은 또한 발광부(15)에 전원을 공급하기 위한 전원선(13)을 포함한다. 일 실시예에서 전원선(13)은 발광부(15)와 단자부(11)를 전기적으로 연결하며, 전원선(13)은 기판(10) 표면에 또는 기판 내부에 미리 인쇄된 패턴으로 구현될 수 있다. 단자부(11)는 발광부(15)로의 전원 공급을 온/오프하기 위한 반도체 스위치를 더 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the radon detector may further include a light emitting unit 15 mounted on the substrate 10. In the illustrated embodiment, the light emitting portion 15 is disposed adjacent to the IC chip 30 on the upper surface of the substrate 10. The light emitting unit 15 may be, for example, a light emitting diode (LED). The substrate 10 also includes a power supply line 13 for supplying power to the light emitting portion 15. In one embodiment, the power line 13 electrically connects the light emitting unit 15 and the terminal unit 11, and the power line 13 may be embodied in a preprinted pattern on the surface of the substrate 10 or inside the substrate. have. The terminal unit 11 may further include a semiconductor switch for turning on / off a power supply to the light emitting unit 15.

대안적 실시예에서, 전원선(13)이 발광부(15)와 인터페이스 회로(35)를 전기적으로 연결하도록 구성할 수도 있고, 이 경우 인터페이스 회로(35)가 발광부(15)로의 전원 공급을 온/오프하는 반도체 스위치를 포함할 수 있다. 또 다른 대안적 실시예에서, 발광부(15)로의 전원 공급을 온/오프하는 반도체 스위치가 라돈 검출기 외부의 장치(예컨대 도1의 제어 모듈(200))에 설치될 수도 있다. In an alternative embodiment, the power supply line 13 may also be configured to electrically connect the light emitting portion 15 and the interface circuit 35, in which case the interface circuit 35 supplies power to the light emitting portion 15. It may include a semiconductor switch to turn on / off. In another alternative embodiment, a semiconductor switch for turning on / off the power supply to the light emitting unit 15 may be installed in the device outside the radon detector (eg, the control module 200 of FIG. 1).

이상과 같은 구성에 의하면, 발광부(15)를 이용하여 라돈센서(31)의 고장 유무를 테스트할 수 있다. 외부의 빛이 챔버(24) 내부로 들어갈 수 없으므로 챔버(24)는 항시 암(暗) 상태이고, 라돈센서(31)와 인터페이스 회로(35) 사이에는 전류가 흐르지 않거나 노이즈 전류만 존재한다. 그러나 발광부(15)가 빛을 방출하면 라돈센서(31)가 이를 감지하여 전류를 생성하고 인터페이스 회로(35)로 전달한다. 따라서 제어모듈(200)은 발광부(15)를 온/오프했을 때 인터페이스 회로(35)가 라돈센서(31)로부터 수신하는 전류 차이를 분석하여 라돈센서(31)의 불량 여부를 판단할 수 있다. According to the above configuration, it is possible to test whether the radon sensor 31 is broken by using the light emitting unit 15. Since external light cannot enter the chamber 24, the chamber 24 is always in a dark state, and no current flows or only a noise current exists between the radon sensor 31 and the interface circuit 35. However, when the light emitting unit 15 emits light, the radon sensor 31 detects this, generates a current, and transmits it to the interface circuit 35. Therefore, the control module 200 may determine whether the radon sensor 31 is defective by analyzing the current difference received by the interface circuit 35 from the radon sensor 31 when the light emitting unit 15 is turned on / off. .

이와 같이, 종래에는 라돈 검출기를 설치하여 사용하는 도중에 라돈센서의 고장 여부를 알 수 없었으나 본 발명에 따르면 발광부(15)를 하우징(20) 내에 IC 칩(30)과 함께 설치함으로써 라돈센서의 고장 여부를 소정 시간 주기마다 손쉽게 확인할 수 있다. As such, according to the present invention, it is not possible to know whether the radon sensor is broken during the installation and use of the radon detector. However, according to the present invention, the light emitting unit 15 is installed together with the IC chip 30 in the housing 20. It is easy to check whether there is a failure every predetermined time period.

도5는 일 실시예에 따른 라돈 검출기의 인터페이스 회로의 예시적인 블록도이다. 5 is an exemplary block diagram of an interface circuit of a radon detector according to one embodiment.

도면을 참조하면, 인터페이스 회로(35)는 노이즈 필터(351), 증폭기(352), 및 비교기(353)를 포함할 수 있다. 라돈에서 방출되는 알파입자, 베타입자, 또는 감마입자가 라돈센서(31)의 표면에 충돌하면 라돈센서(31)에서 전류(광전류)가 생성되어 인터페이스 회로(35)로 전달한다. 노이즈 필터(351)는 라돈센서(31)로부터 수신하는 광전류에서 노이즈를 제거한다. 노이즈가 제거된 광전류는 전류가 매우 약하기 때문에 증폭기(352)에서 광전류를 증폭한다. 증폭된 광전류는 비교기(353)로 전달되고, 비교기(353)는 광전류를 기설정된 기준값과 비교하여 알파입자, 베타입자, 및/또는 감마입자에 따른 출력전압을 생성한다. 알파입자, 베타입자, 및 감마입자에 인해 라돈센서(31)가 생성하는 광전류 크기가 각각 상이하기 때문에 각 입자에 따른 광전류를 구분하기 위해 하나 이상의 기준값을 미리 설정할 수 있으며, 비교기(353)는 광전류와 하나 이상의 기준값을 비교하여 알파입자, 베타입자, 및 감마입자 중 어느 방사선 입자를 수신하였는지 판단할 수 있다. Referring to the drawings, the interface circuit 35 may include a noise filter 351, an amplifier 352, and a comparator 353. When an alpha particle, a beta particle, or a gamma particle emitted from radon collides with the surface of the radon sensor 31, a current (photocurrent) is generated in the radon sensor 31 and transmitted to the interface circuit 35. The noise filter 351 removes noise from the photocurrent received from the radon sensor 31. The noise-free photocurrent amplifies the photocurrent in the amplifier 352 because the current is very weak. The amplified photocurrent is transferred to the comparator 353, which compares the photocurrent with a predetermined reference value and generates output voltages according to alpha particles, beta particles, and / or gamma particles. Since the photocurrent generated by the radon sensor 31 is different due to the alpha particles, the beta particles, and the gamma particles, one or more reference values may be set in advance to distinguish the photo currents according to each particle, and the comparator 353 may have a photo current. And one or more reference values may be compared to determine which of the alpha particles, beta particles, and gamma particles received radiation particles.

비교기(353)는 알파입자, 베타입자, 및 감마입자에 따른 출력전압을 생성하여 단자부(11)를 통해 외부 장치(예컨대 도1의 제어모듈(200))로 전송하고, 제어모듈(200)은 이 출력전압을 수신하여 각 방사선 입자를 수신한 횟수를 카운팅하고 소정 시간 동안 카운팅한 숫자에 따라 라돈 농도를 산출할 수 있다. The comparator 353 generates output voltages corresponding to alpha particles, beta particles, and gamma particles, and transmits them to an external device (eg, the control module 200 of FIG. 1) through the terminal unit 11. The output voltage may be counted to count the number of times each radiation particle is received, and the radon concentration may be calculated according to the number counted for a predetermined time.

이상과 같이 본 발명에 따르면 라돈센서(31)와 인터페이스 회로(35)를 하나의 IC 칩(30)으로 설계하여 일체화하고 또한 기판(10)과 하우징(20)을 결합하여 모듈화함으로써 라돈 검출을 안정적이고 신뢰성 있게 수행할 수 있다. As described above, according to the present invention, the radon sensor 31 and the interface circuit 35 are designed and integrated into one IC chip 30, and the radon detection is stable by combining and modularizing the substrate 10 and the housing 20. And can be reliably performed.

도1과 같은 종래기술에서는 라돈센서(100)에서 검출한 광전류가 전선(400)을 통해 인터페이스 회로(300)로 전달될 때 신호 손실과 노이즈가 많이 발생하여 정확한 라돈 검출을 할 수 없는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 따르면 반도체 웨이퍼에서 IC 칩(30)을 제조할 때 라돈센서(31)와 인터페이스 회로(35)를 함께 제작하여 하나의 IC 칩(30)에 라돈센서와 인터페이스 회로를 일체화 함으로써 라돈센서(31)와 인터페이스 회로(35)간 노이즈를 대폭 감소시키고 신호 손실을 최소화할 수 있다. In the prior art as shown in FIG. 1, when the photocurrent detected by the radon sensor 100 is transmitted to the interface circuit 300 through the wire 400, a large amount of signal loss and noise occur to prevent accurate radon detection. . However, according to the present invention, when the IC chip 30 is manufactured on a semiconductor wafer, the radon sensor 31 and the interface circuit 35 are fabricated together to integrate the radon sensor and the interface circuit in one IC chip 30 so as to integrate the radon sensor. Noise between the 31 and the interface circuit 35 can be greatly reduced and signal loss can be minimized.

또한, PIN 포토다이오드 방식의 라돈센서의 경우 정확한 라돈 측정을 위해 라돈센서를 빛이 없는 하우징 내에 설치해야 하는데, 종래와 같이 센서 단위나 기판 단위로 판매할 경우 사용자가 별도로 하우징을 제작해서 라돈 검출기를 만들어야 했다. 따라서 하우징 내로 빛이 스며들 수 있고 라돈 검출기 제작 후 라돈센서의 고장 여부를 테스트할 수 없어 라돈 검출기들 간의 성능 편차가 크고 라돈 측정 데이터를 신뢰할 수 없는 경우가 많았다. In addition, in the case of a PIN photodiode type radon sensor, the radon sensor should be installed in a housing without light in order to measure radon accurately. I had to make it. As a result, light could seep into the housing and the radon sensor could not be tested after the radon detector was fabricated, resulting in large performance deviations between radon detectors and unreliable radon measurement data.

그러나 본 발명에서는 라돈센서(31)와 인터페이스 회로(35)가 일체화된 IC 칩(30)을 기판(10) 실장하고 하우징(20)을 체결하여 라돈 검출기를 모듈화 하였으므로 라돈 검출기들 간의 성능이 일정하고 안정적이고 신뢰성 있는 측정 데이터를 얻을 수 있다. However, in the present invention, since the radon detector is modularized by mounting the IC chip 30 in which the radon sensor 31 and the interface circuit 35 are integrated with the substrate 10 and fastening the housing 20, the performance between the radon detectors is constant. Stable and reliable measurement data can be obtained.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As will be appreciated by those skilled in the art to which the present invention pertains, various modifications and variations are possible from the description of this specification. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

10: 기판 11: 단자부
15: 발광부 20: 하우징
25: 체결부 30: IC 칩
31: 라돈센서 35: 인터페이스 회로10: board | substrate 11: terminal part
15: light emitting unit 20: housing
25: fastening portion 30: IC chip
31: radon sensor 35: interface circuit

Claims (7)

라돈 검출기로서,
기판;
상기 기판의 상부면을 적어도 부분적으로 커버하는 하우징; 및
핀(PIN) 포토 다이오드로 구성되어 라돈에서 방출되는 방사선 입자를 검출하는 라돈센서 및 라돈센서와 전기적으로 연결된 인터페이스 회로가 형성된 하나의 집적회로(IC) 칩;을 포함하고,
상기 IC 칩은 하나의 반도체 웨이퍼에 상기 핀 포토다이오드와 인터페이스 회로를 함께 일체로 형성하여 제작된 IC 칩이고,
상기 기판 표면의 일부 영역에서 상기 기판과 상기 하우징 사이에 챔버가 형성되고, 상기 IC 칩이 이 챔버 영역 내의 상기 기판의 표면에 실장된 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. As a radon detector,
Board;
A housing at least partially covering an upper surface of the substrate; And
And a single integrated circuit (IC) chip composed of a pin photodiode and having an interface circuit electrically connected to the radon sensor and the radon sensor for detecting radiation particles emitted from the radon.
The IC chip is an IC chip manufactured by integrally forming the pin photodiode and the interface circuit together on one semiconductor wafer.
A chamber is formed between the substrate and the housing in a partial region of the substrate surface, and the IC chip is mounted on the surface of the substrate in the chamber region. Detector. 제 1 항에 있어서,
상기 하우징에 의해 커버되지 않은 상기 기판의 상부면에 형성된 단자부; 및
상기 인터페이스 회로에의 전원 공급 및 통신을 위해 상기 인터페이스 회로와 상기 단자부를 전기적으로 연결하는 복수개의 배선;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. The method of claim 1,
A terminal portion formed on an upper surface of the substrate not covered by the housing; And
And a plurality of wires electrically connecting the interface circuit and the terminal unit for power supply and communication to the interface circuit. The wafer-based radon detector having a radon sensor and an interface circuit. 제 2 항에 있어서,
상기 하우징이, 상기 챔버를 둘러싸는 챔버 형성부, 상기 챔버 형성부와 일체로 연결되며 상기 기판의 상부면을 커버하는 상부 커버, 및 상기 상부 커버와 일체로 연결되며 상기 기판의 측면을 커버하는 측면 커버로 구성된 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. The method of claim 2,
The housing includes a chamber forming part surrounding the chamber, an upper cover integrally connected to the chamber forming part and covering an upper surface of the substrate, and a side surface integrally connected to the upper cover and covering a side surface of the substrate. Wafer-based radon detector with a radon sensor and interface circuit, characterized in that consisting of a cover. 제 2 항에 있어서,
상기 챔버 내에서 상기 기판의 상부면에 실장되며 광을 방출할 수 있는 발광부를 더 포함하고,
상기 발광부의 온/오프에 따른 상기 라돈센서의 응답 전류에 기초하여 라돈센서의 고장 유무를 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. The method of claim 2,
A light emitting part mounted on an upper surface of the substrate in the chamber and capable of emitting light;
Wafer-based radon detector having a radon sensor and an interface circuit, characterized in that configured to determine the failure of the radon sensor based on the response current of the radon sensor according to the on / off of the light emitting unit. 제 4 항에 있어서,
상기 발광부에 전원을 공급하기 위해 상기 발광부와 단자부를 연결하는 전원라인; 및
상기 단자부에 형성되며 상기 발광부로의 전원 공급을 온/오프하는 반도체 스위칭 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. The method of claim 4, wherein
A power line connecting the light emitting unit and the terminal unit to supply power to the light emitting unit; And
And a semiconductor switching means formed on the terminal portion to turn on / off power supply to the light emitting portion. The wafer-based radon detector having a radon sensor and an interface circuit. 제 4 항에 있어서,
상기 발광부에 전원을 공급하기 위해 상기 발광부와 인터페이스 회로를 연결하는 전원라인; 및
상기 인터페이스 회로에 형성되며 상기 발광부로의 전원 공급을 온/오프하는 반도체 스위칭 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. The method of claim 4, wherein
A power line connecting the light emitting unit and an interface circuit to supply power to the light emitting unit; And
And a semiconductor switching means formed in the interface circuit to turn on / off power supply to the light emitting unit. A wafer-based radon detector having a radon sensor and an interface circuit. 제 2 항에 있어서, 상기 인터페이스 회로가,
상기 라돈센서로부터 수신하는 광전류에서 노이즈를 필터링하는 필터링 수단;
필터링된 광전류를 증폭하는 증폭수단;
증폭된 광전류를 기설정된 기준값과 비교하여 알파입자, 베타입자, 및/또는 감마입자에 따른 출력전압을 생성하는 비교기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈센서와 인터페이스 회로를 구비한 웨이퍼 기반 라돈 검출기. The method of claim 2, wherein the interface circuit,
Filtering means for filtering noise in the photocurrent received from the radon sensor;
Amplifying means for amplifying the filtered photocurrent;
And a comparator for generating an output voltage according to alpha particles, beta particles, and / or gamma particles by comparing the amplified photocurrent with a predetermined reference value. A wafer-based radon detector having a radon sensor and an interface circuit. .
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