KR102359236B1 - 가스 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은, 기판; 상기 기판 위에 배치되며, 감지 전극, 히팅 전극 및 감지물을 포함하는 감지부; 및 상기 감지부와 전기적으로 연결되는 상기 기판 위에 배치되는 상부 전극 패드를 포함하며, 상기 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정의 간격으로 이격되는 복수의 공극을 포함한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 가스 센싱 모듈에 관한 것으로, 특히 감지 영역과 주변 영역 사이에 공극이 형성된 기판을 포함하는 가스 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치에 관한 것이다.
가스센서는 아래와 같은 다양한 조건을 만족해야 하며, 상기 만족해야 하는 조건에는 얼마나 빨리 반응을 할 수 있는지를 보여주는 신속성, 얼마나 미세한 양이 검출이 되어도 반응할 수 있는지를 보여주는 민감성, 얼마나 오랫동안 동작을 할 수 있는지를 보여주는 내구성, 그리고 소비자가 얼마나 부담 없이 센서를 사용할 수 있는지를 보여주는 경제성 등이 포함된다.
또한, 기존의 반도체 공정 기술과 결합하기 위해서는 집적화, 나열화 하기 쉬운 특성을 갖고 있어야 한다. 실용적인 가스센서로는 산화주석(SnO2)을 재료로 해서 만들어진 가정용 가스 누출 경보기 등이 폭넓게 보급되어 있다. 동작원리로는 가스양의 변화에 따라서 저항 값이 변화하는 것을 이용한 반도체형과 일정 주파수를 갖고 진동하고 있는 진동자에 가스가 흡착되면 진동수가 바뀌는 것을 이용한 진동자형이 있다. 대부분의 가스센서는 회로가 간단하고 상온에서 안정적인 열 적인 특성을 보이는 반도체형을 이용하고 있다.
선행문헌 1에 의하면, 일반적으로 가스센서는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩을 실장하는 구조의 패키지 구조를 가지고 있으며, 종래에는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩의 상면 보호를 위한 별도의 캡부재를 구비하여야 하며, 이러한 캡부재 상면에는 미세한 망으로 형성되어 있는 메쉬 형상의 부재를 마련하여 가스통기가 가능하도록 형성하고 있다.
이러한 가스센싱을 위한 센싱패키지는 이러한 캡부재 및 메쉬형부재로 인해 상부 구조의 높이가 커지고, 센서칩과 전극부와의 연결에 있어서, 와이어본딩을 사용하게 되어 센서칩보다 전체 패키지 사이즈가 수배~수십 배 커지게 되며, 이러한 문제로 가스센서의 소형화가 구현되지 못하는 한계로 작용하고 있다.
또한, 선행문헌 2에 의하면, 다층박막 구조의 기판 위에 마이크로 히터와 전극을 형성하고, 상기 형성된 전극 위에 감지물을 코팅하여 가스 센서를 제작하게 된다. 상기와 같이 제작된 가스 센서는 감지물과 가스 종류에 따라 구동 온도가 비교적 고온(250~300±100)에서 동작하게 되며, 이에 따라 감지물 주변의 온도 유지가 중요한 변수가 된다. 그러나, 상기와 같은 가스 센서에 따르면 외부에서 발생하는 열이 감지물로 그대로 전달되며, 그에 따라 상기 감지물에 공급되는 열이 외부로 방출됨에 따라 상기 감지물의 온도가 변화하게 되며, 이는 센서의 감지 성능에 큰 영향을 미치게 된다.
[선행문헌 1] 국내 등록실용신안 20-0196605호
[선행문헌 2] 국내 등록특허공보 10-0914938호
본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 구조의 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 감지물의 온도 유지를 위한 히터 구동 전력을 최소화할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 외부에서 감지물로 전달되는 열을 차단하면서, 상기 감지물에 공급되는 열이 외부로 방출됨에 따라 나타나는 문제를 해결할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 감지물과 전극 사이에 에어 공극을 형성하여, 상기 감지물과 상기 전극 사이에서의 열 전달을 차단할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 외부에서 발생한 충격에 따른 크랙이 내부의 기판으로 전달되는 것을 방지하여 가스 센서의 파손을 방지할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 하나의 센서를 통해 다양한 종류의 가스를 동시에 감지할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은, 기판; 상기 기판 위에 배치되며, 감지 전극, 히팅 전극 및 감지물을 포함하는 감지부; 및 상기 감지부와 전기적으로 연결되는 상기 기판 위에 배치되는 상부 전극 패드를 포함하며, 상기 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정의 간격으로 일정 간격 이격되는 복수의 공극을 포함한다.
또한, 상기 기판과 상기 감지부 사이에 배치되는 단열부를 더 포함한다.
또한, 상기 복수의 공극은, 상기 감지부의 주변에 인접하여 형성된 제 1 공극과, 상기 제 1 공극 주변에 인접하여 형성된 제 2 공극을 포함하며, 상기 제 1 공극 및 상기 제 2 공극은, 서로 소정 간격 이격되는 복수의 단위 공극으로 구성된다.
또한, 상기 복수의 공극은 상기 기판을 관통한다.
또한, 상기 복수의 공극은 상기 감지부를 중심으로 대칭으로 배치된다.
또한, 상기 감지부는, 상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 감지 전극과, 상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 히터 전극과, 상기 제 1 및 제 2 감지 전극을 덮는 감지물을 포함한다.
또한, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 공극은, 상기 보호층을 관통한다.
또한, 상기 기판에 형성된 상기 복수의 공극 내에 단열 재료로 충진된 열 차단부를 더 포함한다.
또한, 상기 단열 재료는 내부 진공 세라믹스를 포함한다.
또한, 상기 기판 아래에 배치되는 하부 전극 패드; 및 상기 기판 내에 배치되며, 상기 상부 전극 패드와 상기 하부 전극 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 더 포함한다.
또한, 상기 연결부는 상기 기판의 외측에 배치된다.
또한, 상기 기판은, 세라믹 기판을 포함한다.
또한, 상기 기판은, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나를 포함하는 다층박막을 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 다층박막을 관통한다.
또한, 상기 기판의 상부 영역은 제 1 및 제 2 영역으로 구획되고, 상기 감지부는, 상기 제 1 영역에 배치된 제 1 감지부와, 상기 제 2 영역에 배치된 제 2 감지부를 포함하며, 상기 공극은, 상기 제 1 및 제 2 영역 사이에 형성된 제 3 공극을 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판 위에 배치되는 센싱 모듈을 포함하고, 상기 센싱 모듈은, 센서 기판과, 상기 센서 기판 위에 배치되는 감지부와, 상기 센서 기판 위에 배치되는 제 1 전극 패드와, 상기 센서 기판 아래에 배치되며, 상기 외부 인쇄회로기판과 접촉하는 하부 제 2 전극 패드와, 상기 센서 기판 내에 배치되며, 상기 제 1 전극 패드와 상기 제 2 전극 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 센서 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정 간격 이격되는 복수의 공극을 포함한다.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 센서 기판과 상기 감지부 사이에 배치되는 단열부를 더 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 단열부의 주변에 인접하여 형성된 제 1 공극과, 상기 제 1 공극 주변에 인접하여 형성된 제 2 공극을 포함하는 단위 공극으로 구성되며, 상기 제 1 공극 및 상기 2 공극은 서로 일정 간격 이격되고, 상기 기판을 관통한다.
또한, 상기 센서 기판은, 상기 복수의 단위 공극 사이에 지지부를 포함한다.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 센서 기판 위에 배치되며, 상기 히터 전극을 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하고, 상기 제 1 및 2 공극은, 상기 보호층을 관통한다.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 센서 기판에 형성된 상기 복수의 공극을 단열재료로 충진하는 열 차단부를 더 포함하며, 상기 단열 재료는 진공 세라믹스를 포함한다.
또한, 상기 센서 기판은, 세라믹 기판을 포함한다.
또한, 상기 센서 기판은, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나를 포함하는 다층박막을 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 다층박막을 관통한다.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 인쇄회로기판 위에 복수 개 배치된다.
또한, 상기 복수의 센싱 모듈의 접합부에는, 각각의 센서 기판을 관통하는 제 3 공극이 배치된다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지의 전달을 방지하여 세라믹 기판 내부로 크랙이 전파되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 복수의 센서가 배치되는 가스 센서 구조에서, 상기 복수의 센서 사이에 에어 공극을 형성함으로써, 상기 복수의 센서 사이의 열 전달을 방지하여 보다 정확한 감지 동작을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 다층박막 구조는 기판의 지지대 역할이 가능하며, 2 layer 구조에서는 공정상 가이드 역할이 가능하므로 감지물을 디스펜싱 하거나 스크린 프린팅이 가능하도록 마크 얼라인에 유리하다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1a의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 2b는 도 1b의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 1a 또는 도 1b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화에 따른 소비전력 변화량을 보여주는 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100A)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 도면이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제9 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제11 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 외곽 구조물의 구조를 보여주는 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1a의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 2b는 도 1b의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 1a 또는 도 1b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화에 따른 소비전력 변화량을 보여주는 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100A)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 도면이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제9 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제11 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 외곽 구조물의 구조를 보여주는 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 설명한다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이며, 도 2a는 도 1a의 센싱 모듈의 평면도이고, 도 2b는 도 1b의 센싱 모듈의 평면도이며, 도 3은 도 1a 또는 도 1b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
도 1a 및 2a를 참조하면, 센싱 모듈(100A)은 기판(110), 중간층(115), 제 1 전극 패드(120), 제 2 전극 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150), 연결부(155)를 포함한다.
기판(110)은 전극 패드가 형성되는 센싱 모듈(100A)의 지지 기판이다. 상기 기판(110)은 절연 플레이트를 형성하며, 세라믹 기판일 수 있다.
바람직하게, 상기 기판(110)은 알루미나(Alumina) 또는 질화 실리콘(SiN)를 포함하는 세라믹 기판일 수 있다.
기판(110) 위에는 제 1 전극 패드(120)가 배치된다.
상기 제 1 전극 패드(120)는 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티브 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 형성 가능하며, 여기에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제 1 전극 패드(120)는 상기 기판(110) 위에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.
바람직하게, 제 1 전극 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121), 제 2 상부 전극 패드(122), 제 3 상부 전극 패드(123) 및 제 4 상부 전극 패드(124)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121, 122, 123, 124) 중 2개의 상부 전극 패드는, 히터 전극(135)가 연결되고, 나머지 2개의 상부 전극 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 전극 패드(121) 및 제 2 상부 전극 패드(122)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 전극 패드(123) 및 제 4 상부 전극 패드(124)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121, 122, 123, 124)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다.
한편, 상기 기판(110) 아래에는 제 2 전극 패드(125)가 배치된다.
다시 말해서, 기판(110)의 상면에는 제 1 전극 패드(120)가 배치되고, 상기 기판(110)의 하면에는 제 2 전극 패드(125)가 배치된다.
상기 제 2 전극 패드(125)는 상기 센싱 모듈(100A)을 외부 기판(도시하지 않음)에 부착시키기 위한 부착 패드이다. 이를 위해, 상기 제 2 전극 패드(125)는 페이스트로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제 2 전극 패드(125)는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn),구리(C), 아연(Zn)의 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한 상기 제 2 전극 패드(125)는 본딩력이 우수한 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn),구리(C), 아연(Zn)의 금속 물질을 포함하는 페이스트 또는 솔더 페이스트로 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극 패드(125)의 표면에는 금속층(130)이 배치된다. 상기 금속층(130)은 상기 제 2 전극 패드(125)의 표면을 보호하면서, 상기 제 2 전극 패드(125)의 본딩력을 높일 수 있는 금속물질로 형성된다. 바람직하게, 상기 금속층(130)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn),구리(C), 아연(Zn)의 금속 을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 전극 패드(125)는 상기 기판(110)의 하면에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.
즉, 제 2 전극 패드(125)는 제 1 하부 전극 패드 내지 제 4 하부 전극 패드(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
그리고, 제 1 하부 전극 패드는 상기 제 1 상부 전극 패드(121)와 전기적으로 연결되고, 제 2 하부 전극 패드는 상기 제 2 상부 전극 패드(122)와 전기적으로 연결되며, 제 3 하부 전극 패드는 상기 제 3 상부 전극 패드(123)와 전기적으로 연결되고, 제 4 하부 전극 패드는 상기 제 4 상부 전극 패드(124)와 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 금속층(130)은 상기 제 1 내지 4 하부 전극 패드의 표면에 각각 배치된다.
연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전극 패드(125)와 연결된다.
다시 말해서, 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 전도성 물질로 충진하여 형성할 수 있다.
상기 관통 홀은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 형성될 수 있다.
상기 관통 홀이 기계 가공에 의해 형성되는 경우에는 밀링(Milling), 드릴(Drill) 및 라우팅(Routing) 등의 방식을 사용할 수 있고, 레이저 가공에 의해 형성되는 경우에는 UV나 CO2 레이저 방식을 사용할 수 있으며, 화학 가공에 의해 형성되는 경우에는 아미노실란, 케톤류 등을 포함하는 약품을 이용하여 상기 기판(110)을 개방할 수 있다.
한편, 상기 레이저에 의한 가공은 광학 에너지를 표면에 집중시켜 재료의 일부를 녹이고 증발시켜, 원하는 형태를 취하는 절단 방법으로, 컴퓨터 프로그램에 의한 복잡한 형성도 쉽게 가공할 수 있고, 다른 방법으로는 절단하기 어려운 복합 재료도 가공할 수 있다.
또한, 상기 레이저에 의한 가공은 절단 직경이 최소 0.005mm까지 가능하며, 가공 가능한 두께 범위로 넓은 장점이 있다.
상기 레이저 가공 드릴로, YAG(Yttrium Aluminum Garnet)레이저나 CO2 레이저나 자외선(UV) 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. YAG 레이저는 동박층 및 절연층 모두를 가공할 수 있는 레이저이고, CO2 레이저는 절연층만 가공할 수 있는 레이저이다.
상기 관통 홀이 형성되면, 상기 관통 홀 내부를 전도성 물질로 충진하여 상기 연결부(155)를 형성한다. 상기 연결부(155)는 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 도통시키기 위해 형성된다. 상기 연결부(155)를 형성하는 금속 물질은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질일 수 있으며, 상기 전도성 물질 충진은 무전해 도금, 전해 도금, 스크린 인쇄(Screen Printing), 스퍼터링(Sputtering), 증발법(Evaporation), 잉크젯팅 및 디스펜싱 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 방식을 이용할 수 있다.
상기 기판(110) 위에는, 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되는 히터 전극(135) 및 감지 전극(140)이 각각 배치된다.
상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110) 위에 배치되어 열을 발생하는 저항체이며, 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 실리콘 합금 또는 전도성 금속 산화물 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 금속 중에서 백금(Pt)으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 센싱 모듈(100A)은 고온(예를 들어, 250~300℃)에서 동작하기 때문에 온도를 상승시키기 위한 구성이 필요하며, 이에 따라 상기 히터 전극(135)은 외부에서 인가되는 전원에 의해 주울 열(Joule Heat)을 발생하여 상기 센싱 모듈(100A)의 온도를 상승시킨다.
이때, 상기 센싱 모듈(100A)은 다양한 종류의 가스를 센싱하는 가스 센싱 모듈일 수 있으며, 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 센싱 모듈이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 온도도 상이하다.
따라서, 본 발명에서는 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 히터 전극(135)의 온도를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 센싱 모듈(100A)이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 특정 온도까지 상승되도록 한다. 이때, 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 온도는 상기 인가되는 전원(Power)의 크기에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 온도는 상기 히터 전극(135)의 폭이나 길이 등의 변화를 통해 조절할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 기판(110) 위에는 중간층(115)이 배치된다.
상기 중간층(115)은 열 전도율이 낮은 물질로 형성되며, 그에 따라 상기 히터 전극(135)에 의해 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 한다. 다시 말해서, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)에서 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 하는 단열부로 기능한다.
이를 위해, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135) 아래에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 중간층(115)은 상기 기판(110)의 상부 영역 중 감지 영역(감지물(145)이 올라가는 영역)에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110)의 감지 영역에 배치된 중간층(115) 위에 배치된다. 즉, 상기 기판(110)의 상부 영역 중 상기 중간층(115)이 배치된 영역이 감지 영역일 수 있고, 상기 중간층(115)이 배치된 영역을 제외한 영역(다시 말해서, 제 1 전극 패드(120)가 배치된 영역)이 주변 영역일 수 있다.
이때, 상기 히터 전극(135)은 상기 중간층(115)에 배치된 히터 전극과 상기 제 1 전극 패드(120)를 상호 전기적으로 연결한다. 이때, 상기 히터 전극(135) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께는 상기 제 1 전극 패드(120)와 연결되는 부분의 두께보다 얇다. 즉, 상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110) 위에 배치된 부분과 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께가 서로 다르다. 이에 따라,
상기 히터 전극(135)은 상기 감지물(145)이 배치된 위치로 갈수록 두께가 점차 얇아지며, 그에 따라 상기 감지물(145)이 배치된 부분의 히터 전극(135)은 다른 부분에 배치된 부분의 히터 전극이 가지는 저항보다 낮게 설정된다.
따라서, 상기 중간층(115) 위에 배치된 히터 전극(135)은 다른 부분의 히터 전극보다 높은 온도를 발생하여 상기 감지물(145)을 가열한다.
한편, 상기 중간층(115)은 글래스 또는 산화물로 형성된 층일 수 있으며, 바람직하게 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 막기 위해 낮은 열 전도율(Low Thermal Conductivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 감지 전극(140)은 소정 간격으로 상호 이격되는 제 1 감지 전극(141) 및 제 2 감지 전극(142)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 감지 전극(141)은 네거티브(-) 특성을 갖는 전극일 수 있고, 제 2 감지 전극(142)은 포지티브(+) 특성을 갖는 전극일 수 있다.
감지물(145)은 상기 감지 전극(140) 상부에 금속 산화물로 구성될 수 있으며, 그에 따라 가스와 흡착되어 상기 금속 산화물의 저항 변화가 발생할 수 있다. 그리고, 상기 감지 전극(140)은 상기 감지물(145)에 흡착되는 상기 가스에 의한 저항 변화를 측정한다.
상기 감지 전극(140)은 금(Au) 또는 백금(Pt)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 감지 전극(140)도 상기 히터 전극(135)과 마찬가지로 상기 중간층(115) 위에 배치될 수 있다.
이를 위해, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)뿐 아니라 상기 감지 전극(140) 아래에도 배치될 수 있다.
그리고, 상기 감지 전극(140)은 상기 기판(110)의 감지 영역에 배치된 중간층(115) 위에 배치된다.
이때, 상기 감지 전극(140)은 상기 제 1 전극 패드(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 중간층(115)에 배치된 부분에서 히터 전극(135)에 의해 기화된 가스를 감지한다.
즉, 상기 감지 전극(140) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분은 상기 감지물(145)에 의해 덮이며, 이에 따라 상기 히터 전극(135)에 의해 기화된 가스를 감지한다.
한편, 상기 감지물(145)은 금속 산화물, 금 나노입자, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(Carbon nanoTube), 풀러렌(fullerene) 및 이황화 몰리브덴(MoS2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 산화물은 텅스텐 산화물(WOx), 주석 산화물(SnOx), 아연 산화물(ZnOx), 인듐 산화물(InOx), 티타늄 산화물(TiOx), 갈륨 산화물(GaOx) 및 코발트 산화물(CoOx) 중 둘 이상이 일정한 비율로 결합될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물은 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나의 금속 또는 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 금속 산화물을 보조 입자로 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 산화물은 평균 직경의 크기가 1nm 내지 500nm 수준의 나노 입자일 수 있다. 또한 상기 금속 산화물은 나노 기둥으로 형성된 주상 구조를 가지는 박막일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 감지 전극(140)과의 접촉력이 크게 향상될 수 있어 상기 감지물(145)에 접촉된 가스에 의한 전기저항의 변화가 보다 민감하게 체크될 수 있다. 또한 상기 나노 입자는 표면적이 크고, 외부 영향에 의한 전기적인 변화가 크므로 센싱 모듈(100A)의 작동온도를 크게 낮출 수 있다.
상기 기판(110) 위에는 보호층(150)이 형성된다.
상기 보호층(150)은 상기 기판(110) 위에 배치된 제 1 전극 패드(120), 히터 전극(135) 및 감지 전극(140)을 덮으며 형성된다.
바람직하게, 상기 보호층(150)은 상기 감지 전극(140) 위에 배치된 감지물(145)을 제외한 영역, 다시 말해서, 상기 감지물(145)에 의해 덮이지 않은 감지 전극(140)의 일부분, 상기 히터 전극(135), 상기 제 1 전극 패드(120) 및 상기 기판(110)의 상면을 덮으며 형성된다.
이때, 상기 보호층(150)은 글래스 또는 산화물로 형성된 층일 수 있으며, 바람직하게 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 막기 위해 낮은 열 전도율(Low Thermal Conductivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 센싱 모듈(100A)은 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
한편, 상기 기판(110)에는 공극(160)이 형성된다. 상기 공극(160)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.
바람직하게, 상기 공극(160)은 상기 보호층(150)의 상면에서부터 상기 기판(110)의 하면까지 관통하며 형성된다. 그리고, 상기 공극(160)은 상기 감지 영역을 둘러싸며 배치되어, 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이에 열 전달이 이루어지지 않도록 한다.
여기에서, 상기 감지 영역은 상기 중간층(115)이 배치된 영역일 수 있다. 따라서, 상기 공극(160)응 상기 중간층(115)의 주변 영역에 배치된다. 이때, 상기 공극(160)이 상기 기판(110) 및 상기 보호층(150)의 전체 영역에 걸쳐 형성되게 되면, 상기 중간층(115)을 포함하는 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도가 약해질 수 있다.
따라서, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)과 소정 간격 이격된 둘레 영역을 둘러싸며 배치되는 복수의 단위 공극을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 기판(110) 중 상기 복수의 단위 공극 사이의 부분은 제거되지 않고 남아 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결을 지지하여, 연결부의 강도를 향상시키도록 한다.
상기 복수의 단위 공극은, 도 2a에 도시된 바와 같이 "ㄷ" 형상을 가질 수 있으며, 상기 중간층(115)의 상하 중심선을 기준으로 대칭 형상을 가지며 각각 배치될 수 있다.
상기 공극(160)은 도 2a에 도시된 기판(110)만을 관통하며 형성되는 것이 아니라, 상기 기판(110)과 함께 상기 기판(110) 위에 배치된 보호층(150)도 관통하며 형성된다. 따라서, 상기 공극(160)에 의해, 상기 보호층(150) 영역에서부터 상기 기판(110)의 영역까지 열 차단 영역이 형성된다.
상기 공극(160)은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 상기 기판(110) 및 상기 보호층(150)을 개방하며 형성될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
한편, 도 1b 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 센싱 모듈(100B)은, 기판(110), 중간층(115), 제 1 전극 패드(120), 제 2 전극 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150), 연결부(155A)를 포함한다.
도 1b 및 도 2b에 도시된 가스 센싱 모듈(100B)은 도 1a 및 도 2a에 도시된 가스 센싱 모듈(100A)과 제 1 전극 패드(120) 및 연결부(155A)를 제외한 다른 구성은 동일하다. 이에 따라, 상기 제 1 전극 패드(120) 및 연결부(155A)를 제외한 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전극 패드(125)와 연결된다.
다시 말해서, 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 금속 물질로 충진하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 외곽부에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 외곽에 형성되어 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다.
따라서, 상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)의 외곽부에 형성되며, 바람직하게 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결부(155A)의 일부는 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다. 이때, 상기 노출되는 부분은 상기 연결부(155A)의 상면 또는 하면이 아닌 측면이다.
또한, 제 1 전극 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121A), 제 2 상부 전극 패드(122A), 제 3 상부 전극 패드(123A) 및 제 4 상부 전극 패드(124A)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A) 중 2개의 상부 전극 패드는, 히터 전극(135)가 연결되고, 나머지 2개의 상부 전극 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 전극 패드(121A) 및 제 2 상부 전극 패드(122A)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 전극 패드(123A) 및 제 4 상부 전극 패드(124A)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)은 상기 기판(110)의 상부 영역의 외곽부에 배치된다. 이에 따라, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)의 측면은 기판(110)의 외측으로 노출될 수 있다.
상기와 같이, 연결부(155A)와 같은 관통 전극를 기판의 외곽부에 배치하여 상기 관통 전극의 일부가 외부로 노출되도록 함으로써, 전체 관통 전극의 면적 비율을 감소할 수 있으며, 이에 따라 상기 관통 전극을 구성하는 전도성 물질이나 전도성 페이스트의 사용량을 감소할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 복수 개로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 도 3은 도 2a 또는 도 2b에 도시된 공극(160)인 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
이하에서의 센싱 모듈(100)은 상기 도 1a에 도시된 센싱 모듈(100A) 및 도 1b에 도시된 센싱 모듈(100B) 중 어느 하나를 의미할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)과 소정 간격 이격되어 상기 중간층(115)의 주변 영역에 배치되는 제 1 공극(161)과, 상기 제 1 공극(161)과 소정 간격 이격되어 상기 제 1 공극(161)의 주변 영역에 배치되는 제 2 공극(162)과, 상기 제 2 공극(162)과 소정 간격 이격되어 상기 제 2 공극(162)의 주변 영역에 배치되는 제 3 공극(163)을 포함한다.
상기 제 1 공극(161)은 중간층(115)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 1 단위 공극을 포함한다. 상기 복수의 제 1 단위 공극 사이에는 상기 기판(110)이나 상기 보호층(150)이 그대로 남아있게 되며, 그에 따라 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도를 상승시킨다.
제 2 공극(162)은 상기 제 1 공극(161)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 1 공극(161)의 주위를 둘러싸며 배치된다. 또한, 상기 제 2 공극(162)은 상기 제 1 공극(161)과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 2 단위 공극으로 구성된다.
제 3 공극(163)은 상기 제 2 공극(162)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 2 공극(162)의 주위를 둘러싸며 배치된다. 또한, 상기 제 3 공극(163)은 상기 제 1 및 2 공극(161, 162)과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 3 단위 공극으로 구성된다.
상기와 같은, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지가 내부 전달되어 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 그에 따라 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.
한편, 센싱 모듈은 도 1a 또는 도 1b에 도시된 바와 같은 일체형 기판 구조가 아닌 다층박막 구조 또는 브리지 구조를 가질 수 있으며, 상기 다층박막 구조 또는 브리지 구조에 도 3에 설명한 바와 같은 복수의 공극(160)이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 일반적인 1층 다층박막 구조를 가지며, 기판에 공극(260)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 센싱 모듈(200)은 기판(210), 전극 패드(220), 히터 전극(235), 감지 전극(240) 및 감지물(245)을 포함한다.
기판(210)은 절연 플레이트(211), 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(213)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
절연 플레이트(211)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.
한편, 히터 전극(235) 및 감지 전극(240)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 식각되어 제거된다.
이때, 상기 절연 플레이트(211)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)은 다층박막(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(211) 상에 순차적으로 적층된다.
상기 다층박막은 절연 플레이트(211)의 하부 영역 식각 시에 식각 방지층의 역할을 하며, 또한 상기 감지 전극(240)이나 히터 전극(235)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 다층박막은 히터 전극(235)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다.
본 도면에서는 다층박막이 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)의 적층 구조로 형성된 경우에 대해 도시하고 있는데, 이와 같이 다층박막은 압축 응력을 갖는 산화 실리콘 박막과 신장 응력을 갖는 질화 실리콘 박막을 도 4와 같은 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 다층박막은 이들 중 어느 하나의 박막으로만 이루어질 수도 있다.
상기 다층박막은 열산화법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다
상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 전극 패드(220)가 배치된다. 상기 전극 패드(220)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4개의 전극 패드로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 히터 전극(235) 및 감지 전극(240)이 각각 배치된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 상기 감지 전극(240)을 덮으며 감지물(245)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(210)에는 상기 감지물(245)의 주변에 상기 감지물(245)을 둘러싸며 배치되는 공극(260)이 형성된다.
바람직하게, 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(260)은 상기 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(211)의 하부 영역과 연결된다.
상기 공극(260)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 센싱 모듈(200)은 1층 구조의 센싱 모듈이며, 바람직하게 동일한 층에 감지 전극(240)과 히터 전극(235)이 각각 배치되는 구조를 갖는다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 일반적인 2층 다층박막 구조를 가지며, 기판에 공극(360)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 5를 참조하면, 센싱 모듈(300)은 기판(310), 보호층(315), 전극 패드(320), 히터 전극(335), 감지 전극(340) 및 감지물(345)을 포함한다.
기판(310)은 절연 플레이트(311), 제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(313)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
절연 플레이트(311)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.
한편, 히터 전극(335) 및 감지 전극(340)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 식각되어 제거된다.
이때, 상기 절연 플레이트(311)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(314)은 다층박막(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(311) 상에 순차적으로 적층된다.
상기 다층박막은 절연 플레이트(311)의 하부 영역 식각 시에 식각 방지층의 역할을 하며, 또한 상기 감지 전극(340)이나 히터 전극(335)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 다층박막은 히터 전극(335)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다.
상기 다층박막은 열산화법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다
상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 전극 패드(320)가 배치된다.
상기 전극 패드(220)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에 배치되는 전극 패드(320)는 히터 전극(335)과 연결되는 전극 패드이다.
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 히터 전극(335)이 각각 배치된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 상기 히터 전극(335)을 덮으며 보호층(315)이 배치된다.
그리고, 상기 보호층(315) 위에는 감지 전극(340), 그리고 상기 감지 전극(340)과 전기적으로 연결되는 전극 패드(320)가 배치된다.
그리고, 상기 보호층(315) 위에는 상기 감지 전극(340)을 덮으며 감지물(335)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(310) 및 상기 보호층(315)에는 상기 감지물(345)의 주변에 상기 감지물(345)을 둘러싸며 배치되는 공극(360)이 형성된다.
바람직하게, 상기 절연 플레이트(311)의 하부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(360)은 상기 보호층(315), 상기 제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(314)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(311)의 하부 영역과 연결된다.
상기 공극(360)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 센싱 모듈(300)은 2층 구조의 센싱 모듈이며, 바람직하게 제 1 층에는 히터 전극(335)이 배치되고, 상기 제 1 층 위의 제 2 층에 감지 전극(340)이 배치되는 구조를 갖는다.
상기와 같은, 다층박막 구조는 기판의 지지대 역할이 가능하며, 도 5에서와 같은 2 layer 구조에서는 공정상 가이드 역할이 가능하므로 감지물을 디스펜싱 하거나 스크린 프린팅이 가능하도록 마크 얼라인에 유리하다
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 6는 일반적인 브리지 구조를 가지며, 기판에 공극(460)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 6을 참조하면, 센싱 모듈(400)은 기판(410), 전극 패드(420), 히터 전극(435), 감지 전극(440), 보호층(415), 브리지부(470) 및 감지물(445)을 포함한다.
기판(410)은 절연 플레이트(411), 제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(413)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
절연 플레이트(411)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.
한편, 히터 전극(435) 및 감지 전극(440)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(411)의 상부 영역은 식각되어 제거된다.
이때, 상기 절연 플레이트(411)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(414)은 다층박막(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(411) 상에 순차적으로 적층된다.
상기 다층박막은 감지 전극(440)이나 히터 전극(435)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 다층박막은 히터 전극(435)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다.
상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 전극 패드(420)가 배치된다. 상기 전극 패드(420)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4개의 전극 패드로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 히터 전극(435) 및 감지 전극(440)이 각각 배치된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 상기 히터 전극(435)을 덮으며 보호층(415)이 형성된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 상기 보호층(415) 및 상기 감지 전극(440)을 덮으며 감지물(445)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(410)에는 상기 감지물(445)의 주변에 상기 감지물(445) 주변을 둘러싸며 배치되는 공극(460)이 형성된다.
바람직하게, 상기 절연 플레이트(411)의 상부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(460)은 상기 제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(414)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(411)의 상부 영역과 연결된다.
상기 공극(460)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 기판(410)에는 상기 감지물(445)이 형성된 영역을 플로팅(floating) 시키기 위한 브리지를 포함하는 브리지부(470)가 형성된다. 이에 따라, 상기 공극(460)은 상기 브리지부(470)와 상기 감지물(445) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 센싱 모듈(400)은 브리지 구조의 센싱 모듈이며, 상기와 같이 기판에 공극이 형성되어 상기 감지 영역 내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 2a에서는, 기판(110)의 상면에 복수의 제 1 전극 패드(120)가 배치되는데, 상기 복수의 제 1 전극 패드(120)는 4개로 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
도 7을 참조하면, 기판(510) 위에는 복수의 제 1 전극 패드(520)가 배치되며, 상기 복수의 제 1 전극 패드(520)는 도 2a와는 다르게, 제 1 상부 전극 패드(521), 제 2 상부 전극 패드(522) 및 제 3 상부 전극 패드(523)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 상부 전극 패드(521)는 제 1 감지 전극(541) 및 히터 전극(535)과 공통 연결되고, 제 2 상부 전극 패드(522)는 제 2 감지 전극(542)과 연결되고, 제 3 상부 전극 패드(523)은 히터 전극(535)과 연결된다. 즉, 도 2a에서는 감지 전극(140) 및 히터 전극(135)이 서로 개별적으로 전극 패드와 연결되었으나, 도 7에 따르면, 하나의 전극 패드를 감지 전극과 히터 전극의 공용 전극 패드로 사용한다.
따라서, 도 7에 따르면 기판 위에 배치되는 전극 패드를 4개의 전극 패드에서 3 개의 전극 패드 구조로 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 센싱 모듈은 중간층(115)의 주변에 하나의 공극(160)만이 형성되어 있으며, 도 8의 (b)를 참조하면 중간층(115)의 주변에 복수의 공극이 소정 간격 이격되어 배치되어 있다.
도 8의 (a)에 따른 구조를 보면, 일반적으로 취성이 강한 세라믹 기판은 외부 충격에 따른 크랙이 내부에 발생하여 파손 가능성이 있다. 이때, 제 1 전극 패드(120)의 일부에서 크랙이 발생함에 따라 상기 크랙은 기판(110)의 상부 영역의 전체 영역으로 전파되며, 그에 따른 세라믹 기판의 파손 가능성이 높아진다.
그러나, 도 8의 (b)에 따른 본 발명의 센싱 모듈의 구조를 보면, 기판(110)은 서로 소정 간격 이격되는 복수의 공극이 형성된 브리지 구조를 가짐으로써, 외부에서 발생된 충격에 따른 에너지를 상쇄시킬 수 있다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 센싱 모듈의 구조는, 세라믹 기판의 취성은 같으나, 복수의 공극 사이의 세라믹 기판의 브리지(복수의 공극 사이에 배치되는 기판 영역) 선폭이 길이 대비 상대적으로 작기 때문에 외부 충격에서 발생되어 전파되는 충격 에너지는 외팔보(single beam) 또는 양팔보(양쪽 고정 beam)와 같이 보(beam)의 상/하/좌/우 운동으로 발산/소멸되며, 그에 따라 내부로 크랙이 전파되는 것을 방해함에 따라 세라믹 기판의 파손 확률을 감소시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9의 (a)는 종래 기술에 따른 센싱 모듈의 시간에 따른 측정 온도의 변화를 보여주고, (b)는 본 발명에 따른 센싱 모듈의 시간에 따른 측정 온도의 변화를 보여준다.
종래에는 상기와 같은 공극(160)이 기판(110)에 형성되어 있지 않음에 따라 감지 영역의 온도는 외부 온도에 영향을 많이 받았으며, 그에 따라 시간에 따른 측정 온도의 변화량은 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 종래에서는 기판 상의 감지물의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 히터 전극에 지속적인 전원을 공급해야 했으며, 이에 따른 소비 전력이 증가하였다.
그러나, 본 발명에 따르면, 상기 공극(160)이 기판(110)에 형성되어 있음에 따라 상기 감지 영역의 온도가 외부 온도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 하며, 그에 따라 종래에 대비하여 시간에 따른 측정 온도의 변화량은 미세한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 공극(160)에 의해 상기 기판의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 히터 전극에 공급되는 전원을 감소시켜 전력 소모를 획기적으로 절감할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 공극(160)의 수직 단면의 형상을 보여주고, 도 13은 공극(160)의 수평 단면의 형상을 보여준다.
상기 공극(160)의 형상은 상기 공극(160)의 형성 방법에 의해 결정될 수 있다. 상기 공극(160)은 식각 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이와 다르게 샌드 블러스트나 레이저 가공과 같은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 공극(160)은 습식 식각(wet etching)에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공극(160)은 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 하부를 과에칭함에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있으며, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 기판(110)의 상부를 과에칭함에 따라 하부에서 상부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수도 있다.
도 11을 참조하면, 상기 공극(160)은 드라이 식각(dry etching)에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공극(160)은 도 11의 (a)와 같이 일반적인 드라이 식각에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하는 형상을 가질 수 있고, (b)에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 드라이 에칭으로 DRIE(Deep reactive-ion etching)이 이용될 수 있으며, 이에 따라 상기 공극(160)은 곡면 형상을 가질 수 있다.
즉, 상기 공극(160)은 도 11의 (c)와 같이 기판의 내부 방향으로 오목한 곡면 형상을 가질 수 있고, (d)에 도시된 바와 같이, 기판의 외부 방향으로 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있으며, (e)에 도시된 바와 같이 내부 방향으로 오목하면서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하는 곡면 형상을 가질 수도 있을 것이다.
또한, 도 12를 참조하면, 상기 공극(160)은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
즉, 공극(160)은 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 샌드 블러스트 가공에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 상부에서 하부로 갈수록 불규칙한 폭 변화를 갖는 형상을 가질 수 있다. 또한, 공극(160)은 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 레이저 가공에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 상부에서 하부로 갈수폭 불규칙한 폭 변화를 가지는 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 공극(160)은 다양한 수평 단면을 가질 수 있다.
즉, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸는 원형 도넛 형상의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며 원형의 내부 형상 및 사각의 외곽 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며 삼각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며, 직선의 사각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 센싱 모듈(600)은 기판(610), 중간층(615), 제 1 전극 패드(620), 제 2 전극 패드(625), 금속층(630), 히터 전극(635), 감지 전극(640), 감지물(645), 보호층(650), 연결부(655)를 포함한다.
여기에서, 상기 센싱 모듈(600)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 1 내지 3에서 설명한 센싱 모듈(100)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 기판(610)에는 공극(660)이 형성된다. 상기 공극(660)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.
바람직하게, 상기 공극(660)은 상기 보호층(650) 및 기판(610)에 형성되며, 이때 상기 보호층(65)을 관통하면서 상기 기판(610)을 비관통하며 형성된다.
즉, 본 발명의 제 1 실시 예에서의 공극(160)은 홀 형상을 가졌지만, 제 6 실시 예에서의 상기 공극(660)은 비관통의 홈 형상을 갖는다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 도면이다.
도 15를 참조하면, 센싱 모듈(700)은 기판(710), 중간층(715), 제 1 전극 패드(720), 제 2 전극 패드(725), 금속층(730), 히터 전극(735), 감지 전극(740), 감지물(745), 보호층(750), 연결부(755)를 포함한다.
여기에서, 상기 센싱 모듈(700)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 1 내지 3에서 설명한 센싱 모듈(100)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 기판(710)에는 공극이 형성되며, 상기 공극은 열 차단을 위한 단열 재료로 충진된 열 차단부(760)를 형성한다.
이때, 상기 열 차단부(760)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 관통 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 도 14에 도시된 바와 같이 비관통 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기 공극 내에 충진되는 단열 재료는 내부 진공형 세라믹 입자와 유기 재료를 포함할 수 있다. 이때, 상기 열이 상기 세라믹 입자의 중공부의 진공 부분을 통과하지 못하고, 입자 계면과 입자 커버 부분을 지나가야 하므로, 열 전도 계수가 상대적으로 낮아지며, 이에 따라 열 차단부(760)는 단열 효과(열 차단 효과)를 가지게 된다.
도 16은 본 발명의 제8 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
센싱 모듈(800)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(810)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(820)가 배치되는 제 2 영역으로 구분된다.
그리고, 상기 제 1 센서부(810)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(812), 제 2 상부 전극 패드(813), 제 3 상부 전극 패드(814), 제 4 상부 전극 패드(815), 감지물(816), 제 1 감지 전극(817), 제 2 감지 전극(818) 및 히터 전극(819)을 포함한다.
그리고, 제 2 센서부(820)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(822), 제 2 상부 전극 패드(823), 제 3 상부 전극 패드(824), 제 4 상부 전극 패드(825), 감지물(826), 제 1 감지 전극(827), 제 2 감지 전극(828) 및 히터 전극(829)을 포함한다.
그리고, 기판에는 상기 제 1 센서부(810)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 1 공극(830)이 형성되고, 상기 제 2 센서부(820)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 2 공극(840)이 형성된다. 이때, 상기 복수의 제 1 공극(830) 및 복수의 제 2 공극(840) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판에는 상기 제 1 센서부(810) 중 상기 제 2 센서부(820)와 인접한 영역에 제 3 공극(850)이 더 형성되고, 상기 제 2 센서부(820) 중 제 1 센서부(810)와 인접한 영역에 제 4 공극(860)이 더 형성될 수 있다.
상기와 같이 복수의 센서부를 포함하는 센싱 모듈에서, 복수의 센서부 사이에 추가적인 공극(850, 860)을 더 형성하여 센서 상호 간의 열 전달을 최소화하여 고온 발생을 감소시킨다.
이때, 상기 복수의 센서부 각각은 서로 다른 가스를 감지할 수 있으며, 예를 들어 상기 제 1 센서부(810)은 휘발성유기화합물(VOCs)를 감지할 수 있고, 제 2 센서부(820)는 에탄올을 감지할 수 있다.
도 17은 본 발명의 제9 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
센싱 모듈(900)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(910)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(920)가 배치되는 제 2 영역으로 구분된다.
그리고, 상기 제 1 센서부(910)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(912), 제 2 상부 전극 패드(913), 제 3 상부 전극 패드(914), 제 4 상부 전극 패드(915), 감지물(916), 제 1 감지 전극(917), 제 2 감지 전극(918) 및 히터 전극(919)을 포함한다.
그리고, 제 2 센서부(920)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(922), 제 2 상부 전극 패드(923), 제 3 상부 전극 패드(924), 제 4 상부 전극 패드(925), 감지물(926), 제 1 감지 전극(927), 제 2 감지 전극(928) 및 히터 전극(929)을 포함한다.
그리고, 기판에는 상기 제 1 센서부(910)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 1 공극(930)이 형성되고, 상기 제 2 센서부(920)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 2 공극(940)이 형성된다. 이때, 상기 복수의 제 1 공극(930) 및 복수의 제 2 공극(940) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판에는 상기 제 1 센서부(910)와 상기 제 2 센서부(920)의 중첩 영역에 제 3 공극(950)이 더 형성될 수 있다. 즉, 제 8 실시 예에서는 상기 센서부 간의 공극이 각각의 센서부 내에 별도로 배치되었지만, 제 9 실시 예에서는 상기 센서부 간의 공극이 상기 제 1 센서부(910)의 영역과 상기 제 2 센서부(920)의 영역에 공통으로 형성된다. 다시 말해서, 상기 센서부 간의 공극에 해당하는 제 3 공극(950)의 일부는 상기 제 1 센서부(910)에 위치하고, 나머지 일부는 상기 제 2 센서부(920)에 위치한다.
도 18은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
센싱 모듈(1000)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(1010)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(1020)가 배치되는 제 2 영역과, 제 3 센서부(1030)가 배치되는 제 3 영역과, 제 4 센서부(1040)가 배치되는 제 4 영역으로 구분된다.
이때, 상기 제 1 센서부(1010)는 휘발성 유기 화합물을 감지할 수 있고, 상기 제 2 센서부(1020)는 에탄올을 감지할 수 있으며, 상기 제 3 센서부(1030)는 포름알데히드(HCHO)를 감지할 수 있으며, 상기 제 4 센서부(1040)는 메탄을 감지할 수 있다.
그리고, 각각의 센서부에는 감지물의 주위를 둘러싸며 배치되는 제 1 공극(1050, 1060, 1070, 1080)이 형성된다.
그리고, 상기 제 1 내지 4 센서부의 중앙 영역에는 제 2 공극(1090)이 형성된다. 상기 제 2 공극(1090)은 상기 제 1 내지 4 센서부에 공통으로 형성되며, 그에 따라 일부는 제 1 영역에 배치되고, 다른 일부는 제 2 영역에 배치되며, 또 다른 일부는 제 3 영역에 배치되고, 또 다른 일부는 제 4 영역에 배치된다.
이때, 도면에 도시된 바와 같이 상기 제 2 공극(1090)은 원형 형상을 가질 수 있다.
도 19는 본 발명의 제11 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
센싱 모듈(1100)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(1110)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(1120)가 배치되는 제 2 영역과, 제 3 센서부(1130)가 배치되는 제 3 영역과, 제 4 센서부(1140)가 배치되는 제 4 영역으로 구분된다.
이때, 상기 제 1 센서부(1110)는 휘발성 유기 화합물을 감지할 수 있고, 상기 제 2 센서부(1120)는 에탄올을 감지할 수 있으며, 상기 제 3 센서부(1130)는 포름알데히드(HCHO)를 감지할 수 있으며, 상기 제 4 센서부(1140)는 메탄을 감지할 수 있다.
그리고, 각각의 센서부에는 감지물의 주위를 둘러싸며 배치되는 제 1 공극(1150, 1160, 1170, 1180)이 형성된다.
그리고, 상기 제 1 내지 4 센서부의 중앙 영역에는 제 2 공극(1190)이 형성된다. 상기 제 2 공극(1190)은 상기 제 1 내지 4 센서부에 공통으로 형성되며, 그에 따라 일부는 제 1 영역에 배치되고, 다른 일부는 제 2 영역에 배치되며, 또 다른 일부는 제 3 영역에 배치되고, 또 다른 일부는 제 4 영역에 배치된다.
이때, 도면에 도시된 바와 같이 상기 제 2 공극(1190)은 곡면의 측면을 가지는 마름모 형상을 가질 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 외곽 구조물의 구조를 보여주는 도면이다.
도 20을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같은 센싱 모듈(100)의 외곽에는 내부에 상기 센싱 모듈(100)를 수용하는 수용 공간을 가지며, 상기 수용 공간 내부로 센싱을 위한 가스를 유입시키는 홀이 형성된 커버(170)가 배치될 수 있다.
이때, 기존에는 상기와 같은 공극(160)이 전혀 존재하지 않았기 때문에, 상기 홀은 상기 커버(170)의 상부에 국한적으로 형성되어야만 했다.
그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 기판(110)을 관통하며 공극(160)이 형성되며, 그에 따라 상기 공극(160)을 통해 외부의 가스가 상기 커버(170) 내부로 유입될 수 있다.
따라서, 도 20의 (a)와 같이, 상기 홀(175)은 커버(170)의 상부 영역에 형성될 수 있고, (b)에 도시된 바와 같이 상기 커버(170)의 하부 영역에 형성될 수 있으며, (c)에 도시된 바와 같이 상기 커버(170)의 좌측 영역에 형성될 수 있고, (d)에 도시된 바와 같이 상기 커버(170)의 우측 영역에 형성될 수 있다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
센싱 장치는, 외부 기판(180) 및 상기 외부 기판(180) 위에 배치되는 센싱 모듈(100)을 포함한다.
이때, 상기 센싱 모듈(100)은 상기 외부 기판(180) 위에 직접 부착될 수 있으며, 바람직하게 상기 제 2 전극 패드(125) 및 금속층(130)이 상기 외부 기판(180) 위의 패드(도시하지 않음)에 플립 칩 공정으로 직접 부착될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 외부 기판(180)과 상기 센싱 모듈(100)을 별도의 와이어 본딩 공정 없이 직접 연결할 수 있으며, 이에 따라 제품 부피를 소형화할 수 있을 뿐 아니라, 제품 단가를 낮출 수 있다.
또한, 센싱 모듈(100)의 상부 영역에는 커버(170A)가 배치되며, 상기 커버(170A)는 도 21에 도시된 바와 같이 상부 영역에 홀(175)이 형성된 구조를 가질 수 있으며, 이와 다르게 도 22에 도시된 바와 같이 홀을 포함하지 않을 수 있다.
즉, 도 22에 도시된 바와 같이 커버(170A)는 상기 센싱 모듈(100)의 상부 영역을 모두 덮으며 배치될 수 있다. 이때, 상기 외부 기판(180)과 상기 센싱 모듈(100) 사이에는 일정 공간이 형성되며, 그에 따라 상기 공간 및 상기 공극(160)을 통해 상기 감지물(145)로 외부 가스가 유입될 수 있으며, 이에 따라 상기와 같이 커버에 별도의 홀을 형성하지 않아도 된다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지의 전달을 방지하여 세라믹 기판 내부로 크랙이 전파되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 복수의 센서가 배치되는 가스 센서 구조에서, 상기 복수의 센서 사이에 에어 공극을 형성함으로써, 상기 복수의 센서 사이의 열 전달을 방지하여 보다 정확한 감지 동작을 수행할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A, 100B: 센싱 모듈
110: 기판
115: 중간층
120: 제 1 전극 패드
125: 제 2 전극 패드
130: 금속층
135: 히터 전극
140: 감지 전극
145: 감지물
150: 보호층
155, 155A: 연결부
160: 공극
170, 170A: 커버
180: 외부 기판
110: 기판
115: 중간층
120: 제 1 전극 패드
125: 제 2 전극 패드
130: 금속층
135: 히터 전극
140: 감지 전극
145: 감지물
150: 보호층
155, 155A: 연결부
160: 공극
170, 170A: 커버
180: 외부 기판
Claims (16)
- 캐비티를 포함하는 절연 플레이트;
상기 절연 플레이트 상에 배치되고, 상기 캐비티와 수직으로 중첩된 제1 영역 및 상기 제1 영역을 제외한 제2 영역을 포함하는 제1 박막층;
상기 제1 박막층의 상기 제1 영역 상에 배치된 제1 부분과, 상기 제1 박막층의 상기 제2 영역 상에 배치된 제2 부분을 포함하는 전극부;
상기 전극부의 상기 제1 부분을 덮으며, 상기 제1 박막층의 상기 제1 영역 상에 배치되는 감지층; 및
상기 제1 박막층의 상기 제2 영역 상에 배치되고, 상기 전극부와 연결된 제1 전극 패드부를 포함하고,
상기 전극부는,
제1 감지 전극, 제2 감지 전극 및 히터 전극을 포함하고,
상기 제1 전극 패드부는 상기 제1 감지 전극 및 상기 히터 전극의 일단에 연결되는 제1 전극 패드와, 상기 제2 감지 전극에 연결되는 제2 전극 패드와, 상기 히터 전극의 타단에 연결되는 제3 전극 패드를 포함하고,
상기 제1 박막층은, 상기 제1 박막층을 관통하는 공극을 포함하고,
상기 공극은 상기 절연 플레이트의 캐비티와 수직으로 중첩된,
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 감지층은
상기 제1 감지 전극의 제1 부분, 상기 제2 감지 전극의 제1 부분 및 상기 히터 전극의 제1 부분을 덮으며 배치되는,
가스 센싱 모듈. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 공극은,
상기 감지층의 제1측에서 상기 제1 박막층을 관통하는 제1 공극과,
상기 감지층의 상기 제1측과 반대되는 제2측에서 상기 제1 박막층을 관통하는 제2 공극을 포함하고,
상기 전극부의 상기 제2 부분은 상기 제1 공극과 상기 제2 공극 사이의 이격 영역에 배치되는,
가스 센싱 모듈. - 제 3항에 있어서,
상기 제1 공극은,
상기 감지층의 상기 제1측에서 상호 이격되는 복수의 제1 단위 공극을 포함하고,
상기 제2 공극은,
상기 감지층의 상기 제2측에서 상호 이격되는 복수의 제2 단위 공극을 포함하는,
가스 센싱 모듈 - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제1 박막층 상에 배치되고, 상기 히터 전극을 덮는 보호층을 더 포함하고,
상기 감지 전극 및 상기 제1 전극 패드부는 상기 보호층 상에 배치되는
가스 센싱 모듈. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제1 박막층의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 배치되고, 상기 캐비티 상에서 상기 제1 박막층의 제1 영역을 플로팅하는 브리지를 포함하는 브리지부를 더 포함하며,
상기 공극은,
상기 브리지부와 상기 감지층 사이에 형성되는
가스 센싱 모듈. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 절연 플레이트의 하면에 배치된 제2 전극 패드부; 및
상기 절연 플레이트를 관통하며, 상기 제1 및 제2 전극 패드부 사이를 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 연결부의 측면 중 적어도 일부는 상기 절연 플레이트로 덮이지 않는,
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005164570A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010037655A (ko) * | 1999-10-19 | 2001-05-15 | 이진경 | 마이크로머시닝 기술에 의해 제조되는 저전력형 세라믹 가스센서 및 그 제조방법 |
| US20070062812A1 (en) * | 2003-07-25 | 2007-03-22 | Heribert Weber | Gas sensor and method for the production thereof |
| KR101349267B1 (ko) * | 2012-04-27 | 2014-01-16 | 전자부품연구원 | 마이크로 가스 센서 제조 방법 |
| KR101772575B1 (ko) * | 2013-07-19 | 2017-08-30 | 한국전자통신연구원 | 저전력 구동을 위한 마이크로 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법 |
-
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005164570A (ja) * | 2003-11-11 | 2005-06-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ及びその製造方法 |
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