KR102158350B1

KR102158350B1 - 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법

Info

Publication number: KR102158350B1
Application number: KR1020190046830A
Authority: KR
Inventors: 조형규; 최치진
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-09-21

Abstract

본 발명은 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 액막 두께 측정 기판은, 기재; 기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극; 제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극; 제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극; 및 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 배치되는 접지 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법 {Substrate for measuring liquid thickness, apparatus for the same, and method for same}

본 발명은 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 인가용 전극으로부터의 거리가 서로 다른 두 개의 측정용 전극을 하나의 측정점 내에 배치시켜, 액막 두께에 따라 전극 신호를 선택적으로 선별 및 산출하여 측정의 정확도를 향상시키는, 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법에 관한 것이다.

평면 상에 존재하는 액막 두께를 측정하는 기술은 다양하며, 대표적으로는 방사선 감쇠법(Radiation Attenuation Method), 초음파법(Ultrasonic Method), 전기 전도도법(Impedance Method) 등이 있다.

방사선 감쇠법은 중성자, X-ray 등을 측정하고자 하는 부분에 방사시키고 투과된 방사선을 반대쪽에서 측정하는 방법으로, 측정하고자 하는 장치의 수정없이 측정가능한 장점이 있으나, 방사선 생성을 위한 많은 부대 장치 및 공간이 필요하고 시간 분해능이 떨어지는 단점이 있다. 초음파법은 초음파원에서 발생한 초음파가 액막을 통과하는 동안 반사되는 신호를 측정하는 방법으로, 시스템 수정없이 측정가능한 장점이 있으나, 기-액 경계면의 복잡한 유동에 적용하기 어려운 단점이 있다.

도 1은 종래의 전기 전도도법을 이용한 액막 두께 측정을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 전기 전도도를 이용한 액막 두께 측정의 경우, 인가용 전극(2)으로부터 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류를 측정하여 액막 두께를 역산하는 방식으로 액막의 두께를 측정하는 것이 일반적이다. 전기 전도도법은 전기적 특성을 이용하기 때문에 반응속도가 빨라 실시간 측정이 가능한 이점이 있다.

액막을 구성하는 유체의 저항(Resistance) 또는 임피던스(Impedance)에 의하여 인가용 전극(2)에서 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류의 크기가 결정될 수 있다. 인가용 전극(2) 및 측정용 전극(3) 위에 형성된 액막의 두께(t)가 두꺼워지는 경우, 옴의 법칙(Ohm`s Law)에 의하여 저항 또는 임피던스가 작아지기 때문에, 인가용 전극(2)에서 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류는 더 커지게 된다. 결국, 액막의 두께와 인가용 전극(2)에서 측정용 전극(3)으로 흐르는 전류의 상관 관계를 이용하여 액막의 두께를 산출하는 것이다. 이러한 액막 측정 방법은 유체의 전기 전도도를 고려해야하는데, 상술한 전류의 크기는 유체의 전기 전도도에 의하여 변화된다.

또한, 인가용 전극과 측정용 전극 사이의 거리에 따라 측정할 수 있는 최대 액막의 두께가 달라지는 것으로, 인가용 전극과 측정용 전극 사이의 거리가 가까워질수록 측정할 수 있는 최대 액막의 두께가 감소하게 된다. 따라서 센서 측정부의 공간집적도를 향상시키는 과정에서 항상 측정 범위가 고려되어야 하므로, 액막의 두께와 상관없이 정밀하게 액막의 두께를 산출할 수 있는 액막 두께 측정방법 및 측정 장치를 필요로 하고 있다.

기존의 액막 측정 방법은 인가용 전극(2) 및 측정용 전극(3)을 밀집하여 배치하기 어려운 문제점이 있고, 한 세트의 인가용 전극(2) 및 측정용 전극(3)이 주변의 다른 세트 전극들과의 전류 누화 현상(Cross-Talk)이 발생할 수 있다. 또한, 사각 형태의 전극을 사용하는 경우 단말 현상(End Effect)이 발생하거나, 모서리에서 와전류 등이 발생하여 측정 정확도가 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 인가용 전극으로부터의 거리가 서로 다른 두 개의 측정용 전극을 하나의 측정점 내에 배치시켜, 액막 두께에 따라 전극 신호를 선택적으로 선별 및 산출하여 정확한 액막의 두께 측정이 가능한 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 동적 곡면을 포함하는 곡면에 형성된 액막의 두께 측정이 가능한 액막 두께 측정 기판, 액막 두께 측정 장치 및 액막 두께 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 기판으로서, 기재, 기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극, 제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극, 제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극 및 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 배치되는 접지 전극을 포함하는 액막 두께 측정 기판을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극은 제1 방향 및 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 접지 전극과 반복적으로 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 및 제3 전극은 접지 전극의 양측 영역에 반복적으로 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 기준 두께보다 얇은 액막에서, 제2 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 기준 두께보다 두꺼운 액막에서, 제2 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하고, 제2 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하면, 제3 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극은 전극은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질이고, 상기 기재는 폴리이미드(Polyimide) 재질일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기재는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)일 수 있다.

그리고, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 장치로서, 액막 두께 측정 장치는, 기재, 기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극, 제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극, 제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극, 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 배치되는 접지 전극 및 제1 전극에 전원을 인가하는 전원 인가부를 포함하는 액막 두께 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 제2 전극 및 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값을 기초하여 선택적으로 액막의 두께를 산출하는 산출부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전류값을 증폭시키는 제1 증폭기 및 제2 전류값을 증폭시키는 제2 증폭기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 기준 두께보다 얇은 액막에서, 제2 전극에서 측정되는 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 미만의 값인 경우, 산출부는 제2 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 이상의 값인 경우, 산출부는 제3 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출할수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께와 상이한 경우, 제2 전극 및 제3 전극에서 산출된 액막 두께의 평균 값으로 액막 두께를 산출할 수 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 방법으로서, (a) 액막 내에 액막 두께 측정 기판을 배치하는 단계, (b) 전원 인가부를 통해 제1 전극에 전원을 인가하는 단계 및 (c) 산출부에서 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 제2 전극 및 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값을 기초하여 선택적으로 액막의 두께를 산출하는 단계를 포함하며, 액막 두께 측정 기판은, 기재, 기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극, 제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극, 제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극 및 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 배치되는 접지 전극을 포함하는 액막 두께 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 이상의 값인 경우, 산출부는 제3 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께와 상이한 경우, 산출부는 제2 전극 및 제3 전극에서 산출된 액막 두께의 평균 값으로 액막 두께를 산출할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인가용 전극으로부터의 거리가 서로 다른 두 개의 측정용 전극을 하나의 측정점 내에 배치시켜, 액막 두께에 따라 전극 신호를 선택적으로 선별 및 산출하여 정확한 액막의 두께 측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 동적 곡면을 포함하는 곡면에 형성된 액막의 두께 측정이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 전기 전도도법을 이용한 액막 두께 측정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판의 전극체를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 회로를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 액막 두께 측정 방법을 나타내는 순서도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 교정 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판의 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 이용하여 액막 두께를 측정하는 과정을 나타내는 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예들은 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판의 전극체를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판을 나타내는 개략도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 액막 두께 측정 기판(100)은 기재(101), 기재(101)상에 형성되는 인가용 전극(110)인 제1 전극(110), 제1 전극(110)에 이격 배치되는 측정용 전극(120)인 제2 전극(130), 제1 전극(110)에 제2 전극(130)보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극(120)인 제3 전극(140) 및 제1 전극(110)과 제2 전극(130) 및 제3 전극(140) 사이에 배치되는 접지 전극(150)을 포함할 수 있다.

기재(101)는 비전도성 재질을 사용할 수 있다. 특히, 동적 곡면을 포함하는 곡면에서도 액막 두께를 측정할 수 있도록, 기재(101)는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB; Flexible Print Circuit Board)을 사용할 수 있다. 연성 인쇄 회로 기판(101)은 IT(Information Technology) 및 MEMS(Micro Electrical Mechanical System)에 주로 사용되는 인쇄 회로 기판으로써, 일반적인 인쇄 회로 기판의 플라스틱 절연기판과는 달리 폴리이미드(PI; Polyimide) 필름으로 제작되므로 우수한 연성 및 내열성을 갖는다. 이로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치는 평면이 아닌 곡면 상에 형성된 액막의 두께 측정이 가능하고, 나아가 고온 상황에서도 적용이 가능하다는 장점이 있다.

기재(101) 상에는 전극들(110~150)이 형성될 수 있다. 전극들(110~150)은 기재(101)의 내부로 전극 선이 연장 배치될 수 있으며[도 4 참조], 도 2 및 도 3에서는 액막 두께 측정 기판의 평면을 기준으로 설명한다.

제1 전극(110)은 인가용 전극(110)으로, 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)은 측정용 전극(120)으로 사용될 수 있다.

제1 전극(110)은 원 형상을 가질 수 있다. 제1 전극(110)은 제2, 3 전극(130, 140)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 제1 전극(110)은 제1 방향 및 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 접지 전극(150)과 반복적으로 배치될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 x축 방향으로 기재(101)의 길이 방향에 대응하고, 제2 방향은 y축 방향으로 기재(101)의 폭 방향에 대응할 수 있다.

제2 전극(130) 및 제3 전극(140)은 원 형상을 가질 수 있다. 제2 전극(130)은 제1 전극(110) 같은 직경을 가지며, 제3 전극(140)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(130) 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)은 접지 전극(150)의 양측 영역(상하측 또는 좌우측)에 반복적으로 배치될 수 있다. 즉, 제1 전극(110)은 접지 전극(150)에 상하측, 좌우측이 둘러싸여 있으며, 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)은 접지 전극(150)에 상하측, 좌우측이 둘러싸여 있다.

제1 전극(110), 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)의 재질은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 각 전극은 구리를 기반으로 니켈, 금으로 도금을 하여 물에 의한 부식을 방지시킬 수 있다.

제1 전극(110)은 인가용 전극(110)으로 기능하는 것으로, 후술할 전원 인가부(210)로부터 전원을 인가받을 수 있다. 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)은 측정용 전극(120)으로 기능하는 것으로, 제1 인가용 전극(110)에 인가된 전원에 대한 전류값을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(110)에서 흘러나와 액막(50)[도 4 참조]의 유체를 경유하여 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에 각각 전달되는 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)을 측정할 수 있다.

그리고, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)에 기초하여 액막(50)의 두께를 산출할 수 있다. 액막(50)의 두께는 제1 전류값(I1)과 제2 전류값(I2)에 의하여 선택적으로 산출될 수 있다. 액막(50)의 두께에 따른 전류값은 사전에 측정한 두께 데이터로서 데이터베이스화 될 수 있다. 기설정된 기준 두께는 제1 전류값(I1), 제2 전류값(I2)을 측정하여 액막(50) 두께로 변환한 후, 교정 곡선을 통해 사전에 산출된 것일 수 있다. 이렇게 기설정된 기준 두께를 기준으로 전류값에 의하여 선택적으로 액막(50)의 두께를 산출할 수 있다.

보다 구체적으로, 기설정된 기준 두께보다 얇은 액막(50)에서, 제3 전극(140)에서의 신호민감도가 낮기 때문에, 제2 전극(130)에서 측정하는 액막 두께 신호를 활용할 수 있다. 즉, 기설정된 기준 두께보다 얇은 액막(50)에서, 제2 전극(130)에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하기 전까지는, 제2 전극의 액막 두께 신호인 제1 전류값(I1)에 기초하여 액막 두께를 산출할 수 있다.

또한, 기설정된 기준 두께보다 두꺼운 액막(50)에서, 제2 전극(130)에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생할 수 있다. 제2 전극(130)에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하면, 제3 전극(140)의 액막 두께 신호인 제2 전류값(I2)에 기초하여 액막 두께를 산출할 수 있다.

접지 전극(150)은 인가용 전극(110)과 측정용 전극(120)이 배치되는 영역을 구분하도록 배치형성될 수 있다. 접지 전극(150)은 이웃하는 인가용 전극(110) 및 측정용 전극(120) 사이에서 전류가 누설되는 것을 더욱 방지할 수 있다. 예를 들어, 접지 전극(150)은 인가용 전극(110)과 측정용 전극(120)의 사이사이에 반복적으로 배치되어, 최근접하는 인가용 전극(110)과 측정용 전극(120) 사이의 전류만을 측정할 수 있게 하고, 이보다 더 멀리 배치된 인가용 전극(110)과 측정용 전극(120)에 의한 전류값의 간섭을 방지할 수 있다. 이를 통해 제1 전극(110)으로부터 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에 더욱 일정한 전류 분포를 갖는 전류값(I1, I2)들을 전달받을 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1 전극(110)의 직경은 1.5mm, 제2 전극(130)의 직경은 1.5mm, 제3 전극(140)의 직경은 2mm이고, 전극체(100)의 중심에 있는 접지 전극(150)의 외경은 3mm이며, 전극체(100)의 외곽의 모서리에 형성되어 있는 접지 전극의 가로의 길이는 8mm이고, 세로의 길이는 3mm일 수 있다. 또한, 도 2를 기준으로, 중심에 있는 접지 전극(150)의 원심(원의 중심)으로부터 제1 전극(130)의 원심까지의 거리는 3.75mm이고, 외곽에 형성되어 있는 접지 전극(150)의 중심으로부터 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)의 원심까지의 거리는 3mm일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 나타내는 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 회로를 나타내는 개략도이다.

도 4를 참조하면, 액막 두께 측정 장치(200)는 기재(101), 기재(101) 상에 형성되어 있는 인가용 전극(110)인 제1 전극(110), 제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극(120)인 제2 전극(130), 제1 전극(110)에 제2 전극(130) 보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극(120)인 제3 전극(140), 제1 전극(110)과 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)의 사이에 배치되는 접지 전극(150) 및 제1 전극(110)에 전원을 인가하는 전원 인가부(210)를 포함할 수 있다.

전원 인가부(210)는 제1 전극(110)에 전원을 인가하는 기능을 수행하고, 특정한 크기 및 주기를 갖는 교류 전압을 인가할 수 있는 함수 발생기(Function Generator)인 것이 바람직하다.

또한, 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)과 전기적으로 연결되어 있는 제1 증폭기(220) 및 제2 증폭기(230)를 더 포함할 수 있으며, 제1, 2 증폭기(220, 230)는 제2 전극(130)이 획득한 제1 전류(I1) 및 제3 전극(140)이 획득한 제2 전류(I2)를 각각 증폭시키는 기능을 수행한다.

특히, 제1 증폭기(220) 및 제2 증폭기(230)는 락인앰프(Lock in Amplifier)로 구성되는 것이 바람직하며, 이러한 락인앰프는 측정하고자 하는 신호 이외에 그것과 일정한 주파수와 위상 관계에 있는 참조 신호를 입력하여, 참조 신호와 같은 주파수와 위상의 측정 신호만을 정류하여 추출할 수 있으므로, 잡음 중에 매몰된 신호를 검출 및 증폭이 가능하게 된다.

한편, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)은 동시에 획득되는 것이 바람직하다. 도 5를 참조하면, 제1 전극(110), 제2 전극(130), 제3 전극(140)에 해당하는 부분을 각각 T, R1, R2로 표시하고, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)이 획득되는 회로를 확인할 수 있다. 그리고, 전극들(110~150)이 기재(101) 상에서 매트릭스 형태로 밀집 배치될 수 있으므로, 회로도 병렬 연결 형태로서 컴팩트하게 구성하여 해상도를 높일 수 있으며, 효율적인 데이터 수집이 가능한 이점이 있다.

다음으로, 액막 두께 측정 장치(200)는 제1 전극(110)에서 흘러나와 액막(50)의 유체를 경유하여 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에 각각 전달되는 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)에 기초하여 선택적으로 액막(50)의 두께를 산출하는 산출부(240)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 산출부(240)는 증폭된 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)을 기초하여 액막(50)의 두께를 선택적으로 산출하는데, 제1 전류값(I1) 및 제2 전류값(I2)과 액막(50) 두께와의 관계는 기재(101) 상에 형성된 제1 전극(110), 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)의 위치 및 크기에 따라 달라질 수 있으며, 상술한 바와 같이, 액막(50)의 두께에 따른 전류값은 사전에 측정한 두께 데이터로서 데이터베이스화 된 것으로서, 기설정된 기준 두께는 제1 전류값(I1), 제2 전류값(I2)을 측정하여 액막(50) 두께로 변환한 후, 교정 곡선을 통해 사전에 산출된 것일 수 있다.

한편, 도 4를 다시 참조하면, 액막 두께 측정 기판에는 제1 전극(110), 제2 전극(130) 및 제3 전극(140) 상호 간에 전기적으로 도통하기 위한 별도의 패턴(Pattern)은 형성되지 않는 것이 바람직하다. 각 전극 선끼리 겹치기 않게 배치하기 위해서, 각각의 전극과 연결되는 도선이 기재(101) 막 사이에 배치될 수 있다. 즉, 액막 두께 측정 기판은 폴리이미드 필름 - 제1 전극(110)의 도선 - 폴리이미드 필름 - 제2 전극(130)의 도선 - 폴리이미드 필름 - 제3 전극(140)의 도선 - 폴리이미드 필름 - 접지 전극(150)의 도선 - 폴리이미드 필름 순으로 적층되어 구성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 액막 두께 측정 방법을 나타내는 순서도를 나타낸다.

도 6을 참고하면, 액막 두께 측정방법(S100)은 기판을 배치하는 단계(S110), 전원을 인가하는 단계(S120) 및 액막 두께를 산출하는 단계(S130)를 포함한다.

먼저, 기판을 배치하는 단계(S110)에서, 액막(50) 내에 액막 두께 측정 기판을 배치할 수 있다. 반대로, 액막 두께 측정 기판을 배치한 후에 액체를 기판 상부로 분사함에 따라 액막(50)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 액막 두께 측정 기판을 수직으로 세우고, 측부에서 물을 분사하여 액막을 형성하고, 이에 대한 액막 두께를 측정할 수 있다.

다음으로, 전원을 인가하는 단계(S120)에서, 전원 인가부(210)는 제1 전극(110)으로 전원을 인가할 수 있다. 전원을 인가함으로써, 제1 전극(110)에서 액막(50)의 유체를 경유하여 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)으로 전류가 흘러 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 제1 전류값 및 제2 전류값을 측정할 수 있다.

마지막으로, 액막 두께를 산출하는 단계(S130)는 제2 전극 및 제3 전극으로부터 측정된 제1 전류값 및 제2 전류값을 기초로 하여 액막 두께에 따라 선택적으로 액막의 두께를 산출할 수 있다.

예를 들어, 1) 기설정된 기준 두께보다 액막의 두께가 얇을 경우, 제2 전극(130)에서 측정한 두께를 산출할 수 있다. 상세하게는, 기설정된 기준 두께 보다 액막의 두께가 얇을 경우, 제3 전극(140)에서의 신호민감도가 낮기 때문에, 제2 전극(130)의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하게 된다.

2) 기설정된 기준 두께보다 액막의 두께보다 두꺼울 경우, 제3 전극(140)에서 측정한 두께를 산출할 수 있다. 상세하게는, 기설정된 기준 두께보다 액막의 두께가 두꺼울 경우, 제2 전극(130)에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하므로, 제3 전극(140)의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하게 된다.

3) 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 미만일 경우, 산출부(240)는 제2 전극(130)의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출할 수 있다. 상세하게는, 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 산출된 값이 모두 기설정된 기준 두께보다 미만일 경우, 제2 전극(130)의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하게 된다.

4) 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기 설정된 기준 두께보다 이상일 경우, 산출부(240)는 제3 전극(140)의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출할 수 있다. 상세하게는, 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 산출된 값이 모두 기설정된 기준 두께보다 두꺼울 경우, 제3 전극(140)의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하게 된다.

5) 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께와 상이한 경우, 산출부(240)는 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 산출된 액막 두께의 평균 값으로 액막 두께를 산출할 수 있다. 상게하게는, 제2 전극(130) 및 제3 전극(140)에서 산출된 값이 모두 기설정된 기준 두께와 상이한 경우, 제2 전극(130)의 액막 두께 신호에 기초한 액막 두께와 제3 전극(130)의 액막 두께 신호에 기초한 액막 두께의 평균 값으로 액막 두께를 산출하게 된다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치의 교정 결과를 나타낸 것이다.

도 7을 참고하면, 교정장치를 이용하여 최대 3.2mm의 액막 두께에 대해서 센서의 교정을 수행한 후 교정 결과를 나타낸 것으로, 액막 두께가 1.2mm이하일 경우 제2 전극(130)에서의 신호 민감도가 상대적으로 좋았으며, 액막의 두께가 1.2mm 이상일 경우 제3 전극(140)에서의 신호 민감도가 상대적으로 좋은 것으로 나타났다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 기판의 사진이다.

앞서 도 2 내지 도3에서 설명한 바와 같이 기재(101)에 인가용 전극(110)인 제1 전극(110), 측정용 전극(120)인 제2 전극(130) 및 제3 전극(140) 및 접지 전극(150)으로 구성되어 있는 전극체가 반복적으로 배치되는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 장치를 이용하여 액막 두께를 측정하는 과정을 나타내는 사진이다.

도 9는 물-공기 이상유동이 형성될 수 있는 환형의 시험부와 이에 부착된 액막 두께 측정 기판을 나타낸다. 시험부 내로 주입된 물은 기판 위에 분사되어 액막의 형태로 하강한다. 이와 동시에 주입되는 공기는 시험부 출구로의 공기 유동을 형성하여 기판 위의 액막 유동에 영향을 준다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도 10에서의 측정 결과는 10 초 동안의 시간 평균 액막 두께에 해당한다. 그림을 통해 물이 주입되는 지점과 액막 유동의 경계에서는 상대적으로 두꺼운 액막이 형성되고 있음을 알 수 있다. 또한 공기의 주입 속도가 증가할수록 액막 유동의 경계가 좁아지는 것을 확인할 수 있고, 이러한 측정 결과들로부터 본 액막 두께 측정 장치가 액막 두께를 정성적으로 타당하게 측정하고 있음을 확인할 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

50: 액막
100: 액막 두께 측정 기판
101: 기재
110: 인가용 전극, 제1 전극
120: 측정용 전극
130: 제2 전극
140: 제3 전극
150: 접지 전극
200: 액막 두께 측정 장치
210: 전원 인가부
220: 제1 증폭기
230: 제2 증폭기
240: 산출부

Claims

액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 기판으로서,
기재;
기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극;
제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극;
제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극; 및
제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 이격 배치되는 접지 전극
을 포함하며,
제1전극은 x축 방향 및 x축 방향에 수직하는 y축 방향을 따라 접지 전극과 번갈아 반복적으로 배치되고,
x축 방향을 따라 제2 전극, 제3 전극, 제2 전극를 포함하는 단위 그룹이 접지 전극과 번갈아 반복적으로 배치되며,
제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 최인접하는 복수의 제2 전극 및 복수의 제3 전극의 전류값을 측정할 수 있는,
액막 두께 측정 기판.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
기설정된 기준 두께보다 얇은 액막에서, 제2 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 기판.
제1항에 있어서,
기설정된 기준 두께보다 두꺼운 액막에서, 제2 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하고,
제2 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하면, 제3 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 기판.
제1항에 있어서,
제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극은 Cu, Ag, Au, Pt, Mo, Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 재질이고, 상기 기재는 폴리이미드(Polyimide) 재질인, 액막 두께 측정 기판.
제1항에 있어서,
기재는 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)인,
액막 두께 측정 기판.
액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 장치로서,
액막 두께 측정 장치는,
기재;
기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극;
제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극;
제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극;
제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 배치되는 접지 전극; 및
제1 전극에 전원을 인가하는 전원 인가부
를 포함하며,
제1전극은 x축 방향 및 x축 방향에 수직하는 y축 방향을 따라 접지 전극과 번갈아 반복적으로 배치되고,
x축 방향을 따라 제2 전극, 제3 전극, 제2 전극를 포함하는 단위 그룹이 접지 전극과 번갈아 반복적으로 배치되며,
제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 최인접하는 복수의 제2 전극 및 복수의 제3 전극의 전류값을 측정할 수 있는,
액막 두께 측정 장치.
제8항에 있어서,
제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 제2 전극 및 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값을 기초하여 선택적으로 액막의 두께를 산출하는 산출부를 더 포함하는,
액막 두께 측정 장치.
제9항에 있어서,
제1 전류값을 증폭시키는 제1 증폭기; 및
제2 전류값을 증폭시키는 제2 증폭기를 더 포함하는,
액막 두께 측정 장치.
제9항에 있어서,
기설정된 기준 두께보다 얇은 액막에서, 제2 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 장치.
제9항에 있어서,
기설정된 기준 두께보다 두꺼운 액막에서, 제2 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하고,
제2 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하면, 제3 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 장치.
제9항에 있어서,
제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 미만의 값인 경우, 산출부는 제2 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 장치.
제9항에 있어서,
제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 이상의 값인 경우, 산출부는 제3 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 장치.
제9항에 있어서,
제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께와 상이한 경우, 제2 전극 및 제3 전극에서 산출된 액막 두께의 평균 값으로 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 장치.
액막의 두께를 측정하기 위한 액막 두께 측정 방법으로서,
(a) 액막 내에 액막 두께 측정 기판을 배치하는 단계:
(b) 전원 인가부를 통해 제1 전극에 전원을 인가하는 단계: 및
(c) 산출부에서 제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 제2 전극 및 제3 전극에 각각 전달되는 제1 전류값 및 제2 전류값을 기초하여 선택적으로 액막의 두께를 산출하는 단계
를 포함하며,
액막 두께 측정 기판은,
기재;
기재 상에 형성되는 인가용 전극인 제1 전극;
제1 전극에 이격 배치되는 측정용 전극인 제2 전극;
제1 전극에 제2 전극보다 큰 거리로 이격 배치되는 측정용 전극인 제3 전극;
및 제1 전극과, 제2 전극 및 제3 전극의 사이에 배치되는 접지 전극을 포함하며,
제1전극은 x축 방향 및 x축 방향에 수직하는 y축 방향을 따라 접지 전극과 번갈아 반복적으로 배치되고,
x축 방향을 따라 제2 전극, 제3 전극, 제2 전극를 포함하는 단위 그룹이 접지 전극과 번갈아 반복적으로 배치되며,
제1 전극에서 흘러나와 액막의 유체를 경유하여 최인접하는 복수의 제2 전극 및 복수의 제3 전극의 전류값을 측정할 수 있는,
액막 두께 측정 방법.
제16항에 있어서,
기설정된 기준 두께보다 얇은 액막에서, 제2 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 방법.
제16항에 있어서,
기설정된 기준 두께보다 두꺼운 액막에서, 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하고,
제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호의 포화가 발생하면, 제3 전극의 액막 두께 신호에 기초하여 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 방법.
제16항에 있어서,
제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 미만의 값인 경우, 산출부는 제2 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 방법.
제16항에 있어서,
제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께 이상의 값인 경우, 산출부는 제3 전극의 액막 두께 신호로 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 방법.
제16항에 있어서,
제2 전극 및 제3 전극에서 측정하는 액막 두께 신호가 모두 기설정된 기준 두께와 상이한 경우, 산출부는 제2 전극 및 제3 전극에서 산출된 액막 두께의 평균 값으로 액막 두께를 산출하는,
액막 두께 측정 방법.