KR102245198B1 - 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 센서에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 압력센서의 제조방법이 레이저를 이용하여 질소가스 분위기에서 금속표면을 스캐터링하여 표면이 거칠은 표면연마부를 형성하며 질소가스 분위기에서 흡입공정을 통하여 표면처리공정을 수행하여 표면처리공정이 대단히 단축되어 제조시간이 월등하게 절감되는 것은 물론이고 레이저의 패턴을 다양한 형태로 제조할 수가 있어 접착용 페이스트의 형성이 용이하게 되며, 적합한 이중 패턴 레이저를 사용하여 정밀한 접착용 페이스트의 도포가 가능하게 되고, 접착용 페이스트의 점도/유동성/센서 위치에 따라 다양한 조건의 패턴을 이용하는 것이 가능하고 레이저공정을 이용하여 표면연마부를 가공하므로 공정시간이 단축되고 원하는 형상과 패턴을 임의로 제조하는 것이 가능하게 되고 작업환경이 깨끗해지고 인라인 설비와 연계하여 자동화가 가능하게 되어 대량생산이 가능하게 되는 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압력센서에 관한 것이다.

Description

레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 센서{Sensor manufacturing method and sensor applying laser scattering}

본 발명은 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 센서에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 압력센서의 제조방법이 레이저를 이용하여 질소가스 분위기에서 금속표면을 스캐터링하여 표면이 거칠은 표면연마부를 형성하며 질소가스 분위기에서 흡입공정을 통하여 표면처리공정을 수행하여 표면처리공정이 대단히 단축되어 제조시간이 월등하게 절감되는 것은 물론이고 레이저의 패턴을 다양한 형태로 제조할 수가 있어 접착용 페이스트의 형성이 용이하게 되며, 적합한 이중 패턴 레이저를 사용하여 정밀한 접착용 페이스트의 도포가 가능하게 되고, 접착용 페이스트의 점도/유동성/센서 위치에 따라 다양한 조건의 패턴을 이용하는 것이 가능하고 레이저공정을 이용하여 표면연마부를 가공하므로 공정시간이 단축되고 원하는 형상과 패턴을 임의로 제조하는 것이 가능하게 되고 작업환경이 깨끗해지고 인라인 설비와 연계하여 자동화가 가능하게 되어 대량생산이 가능하게 되는 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압력센서에 관한 것이다.

자동차 전자 제어 시스템의 정보 소스의 하나로서, 자동차용 범용 압력 센서는 자동차 전자 제어 시스템의 중요한 부품이며, 또한 차량 전자 장치의 기술 분야에 대한 연구의 핵심적인 사항들 중의 하나이다. 자동차용 범용 압력 센서는 브레이크 시스템, 자동 변속기, 공조 시스템, 현가 장치, 엔진 오일 압력, 파워 전환 변속 시스템, 엔진 직접 분사 압력, LPG 시스템, CNG 시스템 및 자동차의 유사한 장치와 같은 부품의 제어 압력 측정을 위해 주로 사용된다.

최근에, 미국의 메저먼트 스페셜티즈 인코퍼레이티드(Measurement Specialties [0005] Inc) 및 미국의 센사타(Sensata)는 접착 스트레인 게이지 기술을 고온 유리 분말 소결 실리콘 스트레인 게이지 기술로 대체함으로써 전술한 스트레인 기술에 대한 향상을 달성하였으며, 코어 제조 비용이 약간 증가하지만 이 기술은 경시적으로 변하는 센서의 측정 정확성의 문제 및 수명의 문제를 해결하는 동시에 실리콘 스트레인 게이지를 사용함으로써 출력 감도를 상당히 증가시킨다. 그러나, 유리 분말 소결 공정에서 유리 분말층의 두께로 인하여 면적은 상대적으로 크고, 유리 재료가 상대적으로 취약하기 때문에 급격한 압력 과부하 충격 및 온도 충격을 받을 때에 소결 유리층에서 파괴가 일어날 것이며, 작동 온도 범위가 단지 -20℃ 내지 80℃이므로, 이 기술은 여러 관점에서 자동차에서의 작동 요건을 충족시킬 수 없다. 또한, 이후의 단계에서, 전술한 스트레인 모드의 단점은 스트레인 모드에서 파생되는 스퍼터 박막 모드 범용 압력 센서에 의해서 해결되고, 작동 온도 범위는 자동차에서의 요건을 또한 충족시킬수 있고, 출력 감도는 5 mV/V에 도달할 수 있으며, 압력 과부하 충격의 저항성은 2배가 될 수 있다. 그러나, 이 기술은 상대적으로 높은 제조 비용 때문에 자동차 분야에 광범위하게 적용되어 보급될 수 없다.

유럽의 켈러(KELLER) 및 미국의 허니웰(Honeywell)과 같은 회사들은 MEMS 단결정 실리콘 감지 소자를 사용하고, 출력 감도는 20 mV/V에 도달할 수 있으며 압력 과부하 충격의 저항성은 3배가 될 수 있고, 자동차에 적용하는 것을 만족시킨다는 전제하에서 반도체 MEMS 공정을 이용함으로써 낮은 비용으로 감지 소자들의 배치 방식(batch) 제조가 달성되지만, 단결정 실리콘 범용 압력 센서 칩의 국제적으로 보편적인 설계는 후방 표면이 칩을 지지하며 전방 표면이 압력을 지탱하는 구조이고, 특히 측정 매질의 호환성 요건을 충족하기 위하여 복잡한 절연 오일 충전 용접 기술이 요구되기 때문에, 제품의 제조 비용은 상당히 증가하고, 따라서 자동차 분야에 광범위하게 적용되어 보급될 수 없다는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 한국등록특허 제10-1659528호는, 높은 측정 정확성 및 저비용의 특성을 갖는 자동차용 범용 압력 센서를 제공하는데, 이 센서는 오일 압력, 가스 압력, 연료, 냉매, 유체 압력 등과 같은 압력의 측정 요건을 충족시킬 수 있고 설치가 간편하고 신뢰성이 있으나, 상기 특허는 실리콘 압전 저항 감지 소자는 유리 링 쉬트를 통하여 센서 코어 시트에 밀폐 고정되고, 차례로 센서 코어 시트는 센서 하우징의 압력 인넷의 내측에 밀폐 고정되는 한편, 센서 하우징은 센서 베이스와 센서 쉴드로 구성되고, 센서 쉴드는 센서 베이스에 회전 고정되며 내부 공동을 형성하고, 센서 쉴드는 차량 전자 장치 인터페이스에 설치되고, 압력 인넷으로서 계단식 구멍이 센서 베이스의 중앙부에 있으며, 센서 코어 시트는 나사 실런트에 의해 센서 베이스의 계단식 구멍에 회전 고정되고, 이와 같이 함으로써 다수의 조치에 의해 센서를 제조하는 한편 유리 링 쉬트, 센서 코어 시트, 센서 베이스 및 센서 쉴드 간의 밀봉 특성이 보장되는 장점은 있으나, MEMS 칩과는 관계가 없는 기계적인 문제점만을 해결한 단점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 특허등록 제10-1288338호에는, MEMS 칩이 부착될 표면의 표면가공을 수행하고, 표면가공 처리된 상부면에 압력감지를 할 수 있는 위치에 특정 형상으로 인쇄(이를 '스크린 인쇄'라고 함)를 수행하고, 상기 스크린 인쇄된 부분에 압력측정소자를 부착시키고, 부착된 압력측정소자에 대한 소성 공정을 통해 압력센서를 제조하는 방식이 제안되었으나, 이러한 종래의 압력센서의 다이아프램의 표면상에 MEMS 칩을 부착시키는 방식은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다이아프램을 갖는 압력센서의 본체를 가공하고, 다이아프램의 표면을 가공하고, 인쇄하고, MEMS 본딩하고, 소성가공을 하는 방식으로 수행되며, 다이아프램의 표면을 가공하는 방식은, 하부 지그에 압력센서를 부착시키고, 상부 지그에 압력센서의 상부를 고정시키고, 세라믹분말로 이루어진 파우더를 샌딩블래스트를 통하여 분사시켜 표면을 가공시키고, 가공후 상부 지그와 하부 지그에 고정된 압력센서를 해체시키고 먼지가 비산되어 지저분한 상하부 지그와 압력센서를 개별로 먼지를 털어내고 물로 다시세척하고 건조시키는 방식으로 진행되므로, 반드시 여러단계의 세척을 통한 청소가 필요한 것은 물론이고, 이러한 여러단계의 세척작업은 자동화가 어렵고 MEMS 칩을 스크린 인쇄부에 고정시키는 작업은 수작업으로 수행되므로 자동화가 이루어지기 않게 되어 MEMS 칩의 부착이 대단히 더디게 되어 대량생산을 위한 작업에는 한계가 있게 되는 문제점이 있었다.

등록특허 10-1659528 특허등록 제10-1288338호

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 압력센서의 제조방법이 레이저를 이용하여 질소가스 분위기에서 금속표면을 스캐터링하여 표면이 거칠은 표면연마부를 형성하며 질소가스 분위기에서 흡입공정을 통하여 표면처리공정을 수행하여 표면처리공정이 대단히 단축되어 제조시간이 월등하게 절감되는 것은 물론이고 레이저의 패턴을 이용하여 다양한 형태로 제조할 수가 있으며, 적합한 이중 패턴 레이저를 사용하여 정밀형 접합용 페이스트의 도포(인쇄)가 가능하게 되고, 접착형 페이스트의 점도/유동성/센서 위치에 따라 다양한 조건의 패턴을 이용하는 것이 가능한 레이저공정을 이용하여 표면연마부를 가공하므로 공정시간이 단축되고 원하는 형상과 패턴을 임의로 제조하는 것이 가능하게 되고 작업환경이 깨끗해지고 인라인 설비와 연계하여 자동화가 가능하게 되어 대량생산이 가능하게 되는 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압력센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 다이아프램 표면을 갖는 센서본체가 제조되는 단계와, 상기 다이아프램 표면이 레이저를 이용하여 표면연마부가 형성되는 단계와, 상기 표면연마부의 성형시에 간격의 크기와 레이저패턴을 이용하여 상기 표면연마부의 표면조도를 제어하는 단계와, 상기 표면연마부의 상부에 접착용 페이스트가 도포 후 페이스트의 형상이 퍼지지 않고 유지되는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 이러한 목적은, 상기의 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법에 의하여 제조된 본 발명에 따른 압력센서에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 의하여 제조된 압력센서는, 다이아프램 표면을 갖는 센서본체가 제조되는 단계와, 상기 다이아프램 표면이 레이저를 이용하여 표면연마부가 형성되는 단계와, 상기 표면연마부의 성형시에 간격의 크기와 레이저패턴을 이용하여 상기 표면연마부의 표면조도를 제어하는 단계와, 상기 표면연마부의 상부에 접착용 페이스트가 도포 후 페이스트의 형상이 퍼지지 않고 안정된 점도와 크기를 갖고 도포되는 단계를 포함하는 방식으로 제조되어, 압력센서의 제조방법이 레이저를 이용하여 질소가스 분위기에서 금속표면을 스캐터링하여 표면이 거칠은 표면연마부를 형성하며 질소가스 분위기에서 흡입공정을 통하여 표면처리공정을 수행하여 표면처리공정이 대단히 단축되어 제조시간이 월등하게 절감되는 것은 물론이고 레이저의 패턴을 이용한 다양한 형태로 제조할 수가 있으며, 적합한 이중 패턴 레이저를 사용하여 정밀한 접착형 페이스트의 도포(인쇄)가 가능하게 되고, 접착형 페이스트의 점도/유동성/센서 위치에 따라 다양한 조건의 패턴을 이용하는 것이 가능한 레이저공정을 이용하여 표면연마부를 가공하므로 공정시간이 단축되고 원하는 형상과 패턴을 임의로 제조하는 것이 가능하게 되고 작업환경이 깨끗해지고 인라인 설비와 연계하여 자동화가 가능하게 되어 대량생산이 가능하게 되는 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래의 압렉센서의 표면가공방법이 도시된 도면
도 2a, 2b,2c는 본 발명에 따른 센서의 표면가공방법이 도시된 도면, 공정도 및 가공설비의 개략적인 단면도
도 3a, 3b, 3c, 3d는 본 발명에 따른 센서의 다이아프램면의 종단면도, 다이아프램의 표면가공방법의 다양한 방식, 표면연마부의 유무에 대한 페이스트의 퍼짐을 도시한 설명도, 및 표면연마부의 다수의 표면돌기가 도시된 확대사진
도 4는 스캐터링가공 전의 센서 본체의 표면 사진
도 5는 본 발명에 따른 센서본체의 표면가공방법의 단방향과 양방향 여러 간격의 스캐터링조건의 가공에 의한 표면이 도시된 평면사진
도 6은 본 발명에 따른 센서본체의 표면가공방법의 다양한 대각선의 각도에 따른 스캐터링 가공에 의한 표면이 도시된 평면사진
도 7은 본 발명에 따른 센서본체의 표면가공방법의 이중 스캐터링 방식에 따른 스캐터링 가공에 의한 표면이 도시된 평면사진

본 발명에 따른 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 다이아프램 표면을 갖는 센서본체가 제조되는 단계(S1)와, 상기 다이아프램 표면이 레이저를 이용하여 표면연마부가 형성되는 단계(S2)와, 상기 표면연마부의 성형시에 간격의 크기와 레이저패턴을 이용하여 상기 표면연마부의 표면조도를 제어하는 단계(S3)와, 상기 표면연마부의 상부에 접착용 페이스트가 도포 후 상기 페이스트의 형상이 퍼지지 않고 유지되게 안정된 점도와 크기를 갖고 도포되는 단계(S4)를 포함한다.

상기 다이아프램 표면이 레이저를 이용하여 표면연마부가 형성되는 단계(S2)를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 설비케이스(C)내로 상부에 설치된 질소가스유입구로 질소가스가 유입되고, 하부에 설치된 진공펌프로 배출부로 질소가스와 가공시에 발생된 흄(hume)이 흡입작용에 의하여 설비케이스(C)의 외부로 배출되게 되는 것이며, 도면에는 표면 레이저 스캐터링 시 발생되는 가스 및 금속 먼지 경로가 파란색 화살표로 표시되어 있으며, 다이아프램공(12a)과 배출공(12b)과 설비안착공(12c)이 형성된 상부 지그판(12)의 다이아프램공(12a)에 다수의 센서본체(1)들이 배치될 것이 예시적으로 도시되어 있다.

상기 접착용 페이스트가 도포되는 단계(S4)의 이후의 공정은, 도시되지는 않았지만, MEMS 칩(4)을 부착시키고, 상기 MEMS 칩(4)이 배치된 접착용 페이스트를 소성건조시키는 단계가 포함되는 것을 당연하다고 할 것이다.

이와 같은 단계를 통하여 제조된 센서의 다이아프램의 구조는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 센서본체(1)의 다이아프램(11)의 표면상에 표면연마부(2)가 형성되고, 상기 표면연마부(2)상에 유리질 페이스트(3)가 코팅되고, 유리질 페이스트(3)상에 MEMS 칩(4)이 소성가공된 상태로 부착되어 있다.

상기 다이아프램 표면에 표면연마부가 가공되는 단계(S2)는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 레이저를 단방향으로 스캐터링하는 단방향 스캐터링 방식, 레이저를 양방향으로 스캐터링하는 양방향 스캐터링 방식, 레이저를 단방향과 경사방향으로 스캐터링하는 크로스(Cross)시키는 대각선 방향 스캐터링 방식, 레이저를 일부는 단방향으로 세로방향로 이격되게 스캐터링하고 레이저를 일부는 이격된 사이에 가로방향으로 스캐터링하는 이중 스캐터링 방식을 사용하여 스캐터링을 수행하게 되는 다양한 방식의 스캐터링을 하여 표면연마부를 형성할 수가 있게 되는 것이다.

이와 같이 다양한 패턴을 갖도록 표면연마부(2)를 레이저 스캐터링 가공하는 이유는 다양한 방식으로 접합용 페이스트의 흐름을 유도하기 위한 것이다. 즉, 예를 들면, 표면연마부(2)의 단방향 스캐터링 방식에서 다수의 돌기(2a)들이 연속적으로 형성되어 접착용 페이스트의 흐름을 화살표와 같은 가로 방향으로만 흐르도록 유도하는 방식으로 형성되는 것이다.

상기 표면연마부(2)가 형성되는 이유는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 표면연마부(2)가 형성되지 않는 (a)의 경우에는, 다이아프램(11)의 편평한 표면상에 접합용 페이스트()가 낙하되어도, 다이아프램(11)의 표면이 편평하게 되므로 접합용 페이스트의 두께가 감소하면서 페이스트가 옆으로 흐르면서 퍼지게 되고, 소성가공시에도 더욱 얇게 퍼지면서 두께가 추가로 감소되게 되어 페이스트의 절연성이 약화되고 균열과 같은 손상도 쉽게 발생되게 되는 것이다. 표면연마부(2)가 형성된 (b)의 경우에는, 표면연마부(2)의 산과 골이 반복적으로 형성되어 거칠게 형성된 표면에 의하여 접합용 페이스트가 낙하되어도 표면연마부의 거칠게 형성된 산과 골이 페이스트의 흐름을 방해하게 되므로 접합용 페이스트가 쉽게 흐르지 않고 일정한 작은 양만이 퍼지게 되므로 형상의 유지가 용이하게 되며, 소성시의 일시적으로 녹은 상태에서도 그 형태를 그대로 유지하게 되므로 절연성이 유지되고 균열이 발생되지 않게 되는 것이다. (c)에 도시된 바와 같이, 레이저 출력 범위가 25w, 단방향 간격이 0.03mm, 표면조도(Ra)는 2.4 ~ 2.8 ㎛, 접합용 페이스트의 두께는 100 ~ 200 ㎛, 접합용 페이스트의 점도는 100,000 ~ 200,000 cps 에서 수행된 단방향 스캐터링 방식에 의하여 가공된 표면연마부(2)의 산(거칠기)의 높이(H)는 2.0 ~ 4.0 ㎛, 산 사이의 폭(D)은 15 ~ 25㎛ 가 형성되어 접합용 페이스트의 흐름을 방해하는 장벽으로서의 기능을 수행하게 되는 것이다.

즉, 도 3d에 도시된 바와 같이, 표면연마부(2)의 표면에 거칠게 형성된 표면돌기(2a)들이 접합용 페이스트의 흐름을 방지하는 기능을 수행하게 되는 것이다.

특히, 이중 스캐터링 방식은, 도포(인쇄)영역의 요구사항에 맞게 퍼지는 특성을 조정하는 것으로, 도포(인쇄)영역이 좌우로 퍼지지 않도록 세로방향으로 스캐터링을 수행하고, 상기 세로방향의 중간에 도포(인쇄)영역이 서로 붙지 않도록 가로방향으로 스캐터링을 수행하는 방식으로 수행할 수가 있어 도포(인쇄)영역의 요구사항에 맞게 퍼지는 특성을 정밀하게 조정할 수가 있게 되는 것이다.

상기 레이저 스캐터링하는 과정에서 레이저에 의하여 표면이 스캐터링되는 표면연마부(2)는 레이저 온도가 고온으로 가공되므로 산화를 방지하기 위하여 공기와 혼합된 질소가스가 분사됨과 동시에 가공된 찌꺼기들을 포함하는 흄을 흡입하는 공정이 동시에 진행되게 되므로, 스캐터링공정이후에 여러단계를 필수적으로 거쳐야 하는 많은 단계를 갖는 청소와 같은 공정이 생략되게 되어 공정의 단축이 가능하게 되는 것이다.

이러한 과정을 보다 상세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 스캐터링가공 전의 센서본체의 다이아프램(11)의 표면 사진은 선삭가공된 상태가 그대로 노출되어 있어 접합용 페이스트를 코팅시키기에는 부적절한 표면의 거칠기를 가지게 된다.

따라서, 상기의 다이아프램(11)의 표면을 스캐터링하여 표면연마부(2)의 가공을 하게 되는 것이며, 이와 같은 스캐터링가공에 의하여 가공된 표면연마부(2)의 형태가 도 5와 도 6에 상세하게 사진으로 도시되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 센서본체의 표면가공방법의 단방향과 양방향 여러 간격의 스캐터링조건의 가공에 의한 표면연마부(2)의 표면이 도시된 도면으로서, 단방향 간격이 0.03mm, 0.05mm, 0.07mm, 0.1mm로 표면연마부(2)의 표면이 확대된 사진과, 양방향 간격이 0.03mm, 0.05mm, 0.07mm, 0.1mm로 표면연마부(2)의 표면이 50 배로 확대된 사진이 도시되어 있다. 상기 단방향과 양방향의 모두에서 표면연마부(2)의 간격이, 0.03 mm 일 경우에 표면조도(Ra)는 2.4 ~ 2.8 ㎛, 0.05 mm 일 경우에 표면조도(Ra)는 2.2 ~ 2.6 ㎛, 0.07 mm 일 경우에 표면조도(Ra)는 2.0 ~ 2.4 ㎛, 0.1 mm 일 경우에 표면조도(Ra)는 1.8 ~ 2.2 ㎛ 가 적당한 표면조도이다. 접합용 페이스트의 두께는 0.01 ~ 0.06mm 간격일 경우에는 100 ~ 200 ㎛ 이고, 접합용 페이스트의 점도는 100,000 ~ 200,000 cps 가 적당하다고 할 것이다. 접합용 페이스트의 두께는 0.06 ~ 0.1mm 간격일 경우에는 50 ~ 100 ㎛ 이고, 접합용 페이스트의 점도는 50,000 ~ 100,000 cps 가 적당하다고 실험되었다.

상기에서 스캐터링 조건은, 레이저 출력 범위가 10 ~ 40w 이고, 레이저 스케터링 패턴 간격은 0.03 ~ 0.1 mm 이고, 레이저 스캐터링 방향이 단방향, 양방향 스캐터링이 수행되었다. 금속의 재질 종류와 표면 선삭된 상태에 따라서 다양한 파워와 패턴 간격 등을 선정해서 요구되는 페이스트 형상과 두께가 고려되어 선정되어야 하는 것은 당연하다고 할 것이다.

상기에서 접합용 페이스트의 점도는 50,000 ~ 200,000 cps 이고, 접합용 페이스트의 두께는 50 ~ 200 ㎛ 이고, 소성후 글래스 층 두께는 20 ~ 150 ㎛ 로 되는 것이 타당한 것으로 확인되었다.

표면연마부(2)의 간격이, 0.03 mm 일 경우에 표면조도(Ra)는 2.4 ㎛ 이상 일 경우에는 접합용 페이스트가 고점도에서 사용하기에 흐름성이 낮고 페이스트 두께가 높은 사항을 요구할 때 사용하며, 표면조도가 크고 chacha한 거칠기를 가지기에 흐름의 장애를 많이 줄 수 있다. 표면연마부(2)의 간격이 0.1 mm 일 경우에, 표면조도(Ra) 1.8 ~ 2.2 ㎛ 는 점도가 상대적으로 낮고 상기 페이스트의 두께가 낮을 경우에 사용한다. 상기 페이스트가 고점도 수급이 어려워 낮은 점도를 사용해야 하는 불가피한 경우에 적용된다. 저점도 낮은 페이스트의 경우 표면조도가 너무 촘촘한 경우 효과가 낮고 거칠기 간격을 주어서 흐름속도를 낮추는 것이 효과적 이었다.

본 발명에서 설정된 다른 수치의 한정도 많은 실험을 통하여 효과적이 부분으로 인정된 부분이 수치한정으로 정해진 것을 이해하야야 할 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 센서본체의 표면가공방법의 다양한 대각선의 각도의 표면연마부의 20 배로 확대된 확대사진이고, 도 7은 이중 스캐터링에 따른 표면연마부(2)의 표면이 도시된 20 배로 확대된 사진으로서, 30도 크로스 스캐터링 방식, 45도 크로스 스캐터링 방식, 60도 크로스 스캐터링 방식, 및 이중 스캐터링 방식에 의한 트리밍부(2)의 표면이 확대된 사진이 도시되어 있다.

상기 실시예에서, 대각선 각도의 스캐터링 조건을 보면, 레이저 출력 범위가 10 ~ 40w 이고, 레이저 스케터링 패턴 간격은 0.03 ~ 0.1 mm 이고, 레이저 스캐터링 방향이 대각선(30도, 45도, 60도) 이었다.

도 7은 이중 스캐터링에 따른 표면연마부(2)의 표면이 도시된 도면으로서, 상하에는 단방향 0.1 mm 간격의 표면연마부가 형성되고 중간에는 횡방향으로 격자형의 양방향 0.1 mm 간격의 표면연마부가 형성되었다.

상기에서 스캐터링 조건은, 레이저 출력 범위가 10 ~ 40w 이고, 레이저 스케터링 패턴 간격은 0.03 ~ 0.1 mm 이고, 레이저 스캐터링 방향은 상하가 단방향 스캐터링이 수행되고, 중간에는 양방향 스캐터링이 수행되었다.

상기 접합용 페이스트(3)는 일반적으로 실리콘 산화막용 페이스트 및 슬러리로 사용하며, 내열도를 향상하며 요구온도에 적합하도록 알루미나 및 불순물을 첨가된 것으로 제조되고, 본 실시예에서는 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 및 세라믹 접합에 적용되는 유리질 페이스트로 인쇄되었으며, 이러한 방식으로 제조된 접합용 유리질 페이스트(3)는 400℃에서 850℃의 열처리를 통해 페이스트상을 소성하여 고체화된 20 ~ 150 ㎛의 후막상태의 절연층과 접합층을 얻게 된다.

상기 접합용 유리질 페이스트(3)의 점도, 유동성, MEMS 칩의 위치 등에 따라 코팅되는 조건이 다양하게 되므로, 이러한 다양한 조건에 따라 여러가지 패턴을 이용할 수가 있도록 레이저 스캐터링 가공방법 압력센서를 제조할 수가 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 센서는 금속 재질의 수압부를 갖는 압력센서로, 레이져 스캐터링을 이용하여 접합할 금속 수압부 표면 거칠기와 패턴 형상을 구성하고, 그 가공된 표면 연마부에 접합용 페이스트를 도포하여 안정적 형상을 제어할 수 있고, 상기 페이스트 위에 측정하고자 하는 반도체용 센서 소자(MEMS 칩)가 배치되고 열처리를 통하여 소성가공되는 것이다.

이와 같이 본 발명의 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법에 따라 제조된 센서는 레이저를 이용하여 질소가스 분위기에서 금속표면을 스캐터링하여 표면이 거칠은 표면연마부를 형성하며 질소가스 분위기에서 흡입공정을 통하여 표면처리공정을 수행하여 표면처리공정이 대단히 단축되어 제조시간이 월등하게 절감되는 것은 물론이고 레이저의 패턴을 이용한 다양한 형태로 제조할 수가 있으며, 적합한 이중 패턴 레이저를 사용하여 정밀형 유리질 인쇄가 가능하게 되고, 접합용 유리질 페이스트의 점도/유동성/센서 위치에 따라 다양한 조건의 패턴을 이용하는 것이 가능한 레이저공정을 이용하여 트리밍부를 가공하므로 공정시간이 단축되고 원하는 형상과 패턴을 임의로 제조하는 것이 가능하게 되고 작업환경이 깨끗해지고 인라인 설비와 연계하여 자동화가 가능하게 되는 것이다.

본 발명에서 사용되는 레이저 기술을 적용하는 방법은 미술을 위한 표면 가공, 글자 색인을 위한 레이저 마킹 등에 활용 가능한 보편적 기술이며 산업분야에서 많이 적용되는 부분이나, 본 발명의 특징은 센서 제조에서 요구되는 특성에 맞도록 아이디어를 도출하고 개발제품에 적용을 위한 주요 조건과 패턴을 개발하여 독창적인 기술 사항이 반영되었으며 접합용 페이스트를 정밀하고 안정적인 제어를 위한 표면 거칠기를 형성하는 방법을 레이저 스캐터링을 이용한 것이 큰 특징이라고 할 수 있을 것이다.

본 발명의 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 센서는 센서의 제조산업에서 동일한 방법을 반복적으로 실시할 수가 있으며 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

C : 설비케이스 12 : 지그판
12a : 다이아프렘공 12b : 배출공
12c : 설비안착공 1 : 센서본체
2 : 표면연마부 3 : 유리질 페이스트
4 : MEMS칩

Claims (4)

1. 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법에 있어서,
   상기 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법은, 다이아프램 표면을 갖는 센서본체가 제조되는 단계(S1)와,
   상기 다이아프램 표면이 레이저를 이용하여 표면연마부가 형성되는 단계(S2)와,
   상기 표면연마부의 성형시에 간격의 크기와 레이저패턴을 이용하여 상기 표면연마부의 표면조도를 제어하는 단계(S3)와,
   상기 표면연마부의 상부에 접합용 페이스트가 도포 후 상기 페이스트의 형상이 퍼지지 않고 유지되는 단계(S4)를 포함하고,
   상기 다이아프램 표면에 표면연마부가 가공되는 단계(S2)는, 상기 다이아프램 표면이 레이저를 이용하여 표면연마부가 형성되면서 설비케이스(C)내로 상부에 설치된 질소가스유입구로 질소가스가 유입되고, 하부에 설치된 진공펌프로 배출부로 질소가스와 가공시에 발생된 흄(hume)이 흡입작용에 의하여 발생된 다이아프램 표면에서 가공된 찌꺼기가 설비케이스(C)의 외부로 배출되게 되며,
   상기 다이아프램 표면에 표면연마부가 가공되는 단계(S2)는, 레이저를 단방향으로 스캐터링하는 단방향 스캐터링 방식, 레이저를 양방향으로 스캐터링하는 양방향 스캐터링 방식, 레이저를 단방향과 경사방향으로 스캐터링하는 크로스(Cross)시키는 대각선 방향 스캐터링 방식, 레이저를 일부는 단방향으로 세로방향로 이격되게 스캐터링하고 레이저를 일부는 이격된 사이에 가로방향으로 스캐터링하는 이중 스캐터링 방식 중에서 선택되고,
   상기 단방향과 양방향의 모두에서 표면연마부의 간격과 패턴화하여 규칙적 배열하는 구조를 가지며,
   상기 제어로 형성된 표면 연마에서 거칠기를 가지며 일정 조도를 형성하고
   상기 접합용 페이스트는 두께의 범위는 50 ~ 200 ㎛ 이고, 점도는 50,000 ~ 200,000 cps 가 사용되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐터링을 적용한 센서 제조방법.
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