KR102463460B1 - 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입자상 물질 감지시 응답속도가 향상되고 출력이 높아지도록 센서의 표면에 입자상 물질의 퇴적 초기부터 센서출력이 발생하도록 한 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자는, 기판(121)의 표면에 도전성 물질로 라인형태를 갖되 서로 이격되게 패터닝되는 복수의 기준전극(122)(123)을 포함하고, 상기 서로 이격된 기준전극(122)(123) 사이에 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)이 퇴적되어 서로 이격된 기준전극(122)(123)을 전기적으로 연결되도록 하여 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 감지하는 입자상 물질 센서의 센서 소자에 있어서, 상기 기판(121)의 표면에서 서로 이격된 기준전극(122)(123)의 사이에는 스팟(spot)형태로 형성되는 아일랜드 전극(125)들이 서로 간극을 두고 이격되게 형성되고, 상기 입자상 물질(PM)이 상기 기판(121)에 퇴적되면, 상기 기준전극(122)(123)이 상기 입자상 물질(PM)과 상기 아일랜드 전극(125)에 의해 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법{sensor element of ceramic type particulate matter sensor and method for manufacturing of the sensor}
본 발명은 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 세라믹 입자상 물질 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입자상 물질 감지시 응답속도가 향상되고 출력이 높아지도록 센서의 표면에 입자상 물질의 퇴적 초기부터 센서출력이 발생하도록 한 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
차량의 배기가스에는 각종 유해물질이 포함되어 있고, 이러한 유해물질은 연소단계에서부터 저감되도록 하거나, 배기계통에서 정화된 후, 최소한의 양만 배출되도록 하고 있다.
상기와 같이, 배기가스를 저감시키기 위해서는 배기가스에 포함된 유해물질을 측정할 수 있는 센서가 배기라인에 장착된다.
그 중에는 도 1에 도시된 바와 같이, 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM; particulate　matter)을 감지하는 입자상 물질 센서가 설치된다.
상기 입자상 물질 센서(10)는 배기라인에 체결되는 체결부(11)와, 상기 입자상 물질 센서(10)의 외형을 형성하는 외부하우징(12)과, 상기 외부하우징(12)에서 센서 소자(20)를 보호하는 내부하우징(13), 센서 소자(20)가 설치되는 슬리브(14) 및 배기라인을 유동중인 입자상 물질이 퇴적되면, 이를 감지하는 센서 소자(20)를 포함한다.
상기 센서 소자(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(21)에 패턴으로 전극이 인쇄되어 구성된다. 입자상 물질 센서(10)가 고온의 배기가스에 노출되므로, 통상적으로 세라믹 재질로 상기 기판(21)을 형성하고, 상기 기판(21)에 백금을 패터닝하여 완성된다.
상기 입자상 물질 센서(10)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하여 DPF (Diesel Particulate Filter)의 크랙 등의 고장을 사용자가 인지하도록 한다. 상기 DPF 등과 같은 후처리 장치에 이상이 발생하면, 상기 후처리장치가 정상적으로 작동하지 않아 통상적인 경우보다 더 많은 양의 입자상 물질이 배출되므로, 이를 통하여 상기 DPF와 같은 후처리 장치의 고장을 감지할 수 있다.
이러한 입자상 물질 센서(10)는 입자상 물질 검출방식에 따라 저항방식과 정전용량방식으로 분류될 수 있다.
도 3과 도 4에는 저항방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되는 센서 소자(20A)가 도시되어 있다.
저항방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되는 센서 소자(20A)는 기판(21)의 내부와 표면에 전극(22)(23)이 형성되어 있고, 상기 기판(21)의 내부에는 상기 입자상 물질 센서(10)를 활성화시키기 위한 히터(24)가 형성되어 있다. 상기 기판(21)의 표면에는 전극(22)(23)이 패터닝되어 있고, 서로 인접한 전극(22)(23)끼리 전기적으로 연결되지 않은 상태이다. 상기 입자상 물질(PM)이 퇴적되면, 서로 이격된 전극(22)(23)이 상기 입자상 물질(PM)에 의해 서로 전기적으로 연결되고, 상기 입자상 물질(PM)은 저항으로 작용하게 되므로, 저항 또는 전류의 변화로 상기 입자상 물질(PM)을 감지한다.
이러한 저항방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되는 센서 소자(20A)는 서로 이격된 표면의 전극(22)(23)이 서로 연결되기 전까지는 상기 입자상 물질(PM)을 검출하지 못하였다.
도 5와 도 6에는 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되는 센서 소자(20B)가 도시되어 있다.
유전체를 형성하는 기판(21)의 상부면과 하부면에 전극(22)(23)이 형성되어 있다. 이중에서, 배기가스에 노출되는 면에 형성되는 면에 형성되는 전극(22)들은 서로 이격되게 패터닝되어 있다. 입자상 물질(PM)이 퇴적되기 전까지는 전극(22)이 패터닝된 부부의 면적에 비례하여 정정 용량이 발생한다. 상기 입자상 물질(PM)이 퇴적되면, 서로 이격된 전극(22) 사이가 연결되어, 상기 배기가스에 노출되는 면의 전극(22) 면적이 넓어지게 된다. 이와 같이, 입자상 물질(PM)의 퇴적으로 전극(22)의 면적이 넓어지면 정정용량이 증가하는 쪽으로 변화하게 되므로, 이를 이용하여 입자상 물질(PM)의 양을 감지한다.
상기 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되는 센서 소자(20B)도 서로 이격된 전극(22)이 연결될 때 까지는 상기 입자상 물질(PM)을 검출하지 못하는 문제점이 있었다.
상기 저항 방식의 입자상 물질 센서(10)과 상기 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되는 센서 소자(20A)(20B)에서 응답속도를 개선하기 위해서는 상기 입자상 물질(PM)의 퇴적으로 서로 이격된 전극이 연결되도록 전극의 간격을 최소화시켜 상기 전극의 면적 증가 속도를 빠르게 하면 되지만, 인쇄 공정의 한계상 약 20 μm이하로는 줄이는 것은 한계가 있었다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '입자상 물질　센서'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-1401713 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 기판의 표면에 서로 이격되게 패터닝된 전극이 입자상 물질의 퇴적 초기에 서로 연결될 수 있도록 하여 응답속도와 출력값을 향상시킬 수 있도록 한 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자는, 기판의 표면에 도전성 물질로 라인형태를 갖되 서로 이격되게 패터닝되는 복수의 기준전극을 포함하고, 상기 서로 이격된 기준전극 사이에 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질이 퇴적되어 서로 이격된 기준전극을 전기적으로 연결되도록 하여 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 입자상 물질 센서의 센서 소자에 있어서, 상기 기판의 표면에서 서로 이격된 기준전극의 사이에는 스팟(spot)형태로 형성되는 아일랜드 전극들이 서로 간극을 두고 이격되게 형성되고, 상기 입자상 물질이 상기 기판에 퇴적되면, 상기 기준전극이 상기 입자상 물질과 상기 아일랜드 전극에 의해 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 서로 이격된 상기 기준전극 사이의 면적에 대하여 정해진 비율로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 서로 이격된 상기 기준전극 사이의 면적 대비 5% 이상 65% 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 서로 이격된 상기 기준전극 사이의 면적 대비 30% 이상 65% 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극은 스크린 프린팅으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극은 상기 기준전극과 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극은 백금을 재질로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극들의 전체 중량은 상기 기준전극의 전체 중량 대비 30wt% 내지 65wt%로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 서로 이격된 기준전극들 사이에는 상기 기준전극과 전기적으로 연결되지 않고, 상기 기준전극이 형성된 방향을 따라 패터닝된 보조전극이 형성되고, 상기 아일랜드 전극들은 상기 기준전극과 상기 보조전극 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 상기 기준전극 사이의 면적에 대하여 정해진 비율로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 아일랜드 전극, 상기 기준전극 및 상기 히터는 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 입자상 물질의 센서 소자는 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서에 적용되는 것을 특징으로 한다.
상기 입자상 물질의 센서 소자는 저항 방식의 입자상 물질 센서에 적용되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자의 제조방법은 기판에 아일랜드 전극을 포함한 패턴이 패터닝된 마스크를 올리는 마스크 준비단계와, 전극 페이스트를 기판에 스크린 프린팅으로 도포하는 전극 페이스트 도포 단계와, 상기 전극 페이스트를 소결시키는 전극 소결 단계를 포함한다.
상기 마스크 준비단계에서는 알루미나 기판에 패터닝된 마스크를 올리는 것을 특징으로 한다.
상기 전극 페이스트 도포 단계와 상기 전극 소결 단계 사이에는 전극 페이스트를 건조 고정으로 사전 열처리하는 사전 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크 준비단계에서는 알루미나 그린 페이퍼(green paper)에 패터닝된 마스크를 올리는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 및 그 제조방법에 따르면, 기판의 표면에 패터닝된 제1전극과 제2전극 사이에 도트형태의 아일랜드 전극을 미리 패터닝해 둠으로써, 입자상 물질의 퇴적 초기에 서로 이격된 전극끼리 연결됨으로써, 응답속도가 향상된다.
특히, 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서에 적용되는 경우, 상기 아일랜드 전극에 의해 전극표면이 증가함에 따라 정전 용량이 향상되어 센서의 출력값도 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 통상적인 입자상 물질 센서를 도시한 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 입자상 물질 센서의 센서 소자를 도시한 평면도.
도 3은 종래기술에 따른 저항 방식의 입자상 물질 센서의 센서 소자를 도시한 단면도.
도 4는 종래기술에 따른 저항 방식의 입자상 물질 센서의 센서 소자의 작동 원리를 도시한 단면도.
도 5는 종래기술에 따른 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서의 센서 소자를 도시한 단면도.
도 6은 종래기술에 따른 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서의 센서 소자의 작동 원리를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자에서 입자상 물질이 퇴적된 상태를 도시한 요부 확대도.
도 9a 내지 도 9d는 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자에서 아일랜드 전극의 면적비에 따른 전자 현미경 사진으로서, 도 9a는 아일랜드 전극의 면적비가 5%, 도 9b는 아일랜드 전극의 면적비가 10%, 도 9c는 아일랜드 전극의 면적비가 30%, 도 9d는 아일랜드 전극의 면적비가 60%일때의 전자현미경 사진.
도 10은 본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자 제조방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자는, 기판(121)의 표면에 도전성 물질로 라인형태를 갖되 서로 이격되게 패터닝되는 복수의 기준전극(122)(123)을 포함하고, 상기 서로 이격된 기준전극(122)(123) 사이에 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)이 퇴적되어 서로 이격된 기준전극(122)(123)을 전기적으로 연결되도록 하여 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 감지하는 입자상 물질 센서의 센서 소자에서, 상기 기판(121)의 표면에서 서로 이격된 기준전극(122)(123)의 사이에는 스팟(spot)형태로 형성되는 아일랜드 전극(125)들이 서로 간극을 두고 이격되게 형성되고, 상기 입자상 물질(PM)이 상기 기판(121)에 퇴적되면, 상기 기준전극(122)(123)이 상기 입자상 물질(PM)과 상기 아일랜드 전극(125)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
기판(121)은 절연체로 이루어진다. 상기 기판(121)은 평면형태로 형성되고, 더 구체적으로는 입자상 물질 센서(10)의 장착위치에 맞는 형태를 갖는다. 상기 기판(121)은 상기 센서 소자(120)가 정정 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용될 때에는 유전체의 역할도 한다. 상기 기판(121)은 상기 센서 소자(120)가 고온의 배기가스에 노출되므로, 기계적 강도 및 고온 특성이 우수한 알루미나(Al2O3)를 재질로 한 세라믹 기판이 될 수 있다.
기준전극(122)(123)은 상기 기판(121)에 도전성 물질로 패터닝된다. 상기 기준전극(122)(123)은 라인형태, 바람직하게는 직선의 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 기준전극(122)(123)은 상기 기판(121)에서 배기가스에 노출되는 면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 기준전극(122)(123)들은 인접한 다른 기준전극(122)(123)과 이격되어 있고, 이격된 간격 사이로 입자상 물질(PM)의 퇴적을 감지하기 위한 것이므로, 상기 기판(121)에서 배기가스에 노출되는 면에 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 기판(121)에는 상기 센서 소자(120)가 적용되는 입자상 물질 센서(10)를 승온시키기 위한 히터(124)도 형성될 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기판(121) 상에서 상기 기준전극(122)(123) 사이의 공간에 상기 히터(124)가 패터닝되거나, 상기 기판(121)의 내부에 패터닝될 수 있다.
아일랜드 전극(125)은 상기 기판(121) 상에서 상기 기준전극(122)(123)들의 사이에 형성된다. 상기 아일랜드 전극(125)은 스팟(spot) 형태로 형성되고, 서로 인접한 다른 아일랜드 전극(125)이나 상기 기준전극(122)(123)과 서로 전기적으로 연결되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 아일랜드 전극(125)은 상기 기준전극(122)(123)과 동일한 물질, 예컨대 내화학성이 우수한 백금(Pt)을 재질로 형성될 수 있다.
상기 아일랜드 전극(125)는 상기 기준전극(122)(123)의 패터닝시 상기 기준전극(122)(123)과 동일한 방법, 예컨대 스크린 프린팅으로 형성될 수 있다. 예컨대, 메쉬 타입의 마스크를 상기 기판(121)의 상부면에 위치시킨 상태에서 스크린 프린팅 함으로써, 상기 아일랜드 전극(125)이 형성되도록 한다.
상기 아일랜드 전극(125)들은 상기 기판(121)상에서 일정 간극을 두고 상기 기준전극(122)(123)들 사이에 형성되어 있으므로 상기 기준전극(122)(123)들이 상기 아일랜드 전극(125)을 통하여 전기적으로 연결되지 않지만, 상기 입자상 물질(PM)의 퇴적시 상기 입자상 물질(PM)과 상기 아일랜드 전극(125)들이 서로 연결되어 서로 이격된 기준전극(122)(123)을 연결하는 브릿지를 조기에 형성함으로써, 반응속도와 센서출력이 향상되도록 한다.
이때, 상기 아일랜드 전극(125)들은 상기 기준전극(122)(123)들 사이의 면적에 대하여 정해진 비율로 형성될 수 있다. 즉, 상기 기준전극(122)(123)들 사이의 면적에 대하여 그 사이에 형성되는 아일랜드 전극(125)들의 면적의 총합의 비율을 아일랜드 전극의 밀도라 칭할 수 있고, 상기 아일랜드 전극의 밀도가 정해진 비율로 형성된다. 예컨대, 상기 아일랜드 전극의 밀도가 30%라면, 상기 기준전극(122)(123) 사이의 면적에 대하여 상기 아일랜드 전극(125)들의 총합의 면적이 30%라는 의미이다.
상기 아일랜드 전극의 밀도는 5% 이상 65%가 되는 것이 바람직하고, 특히 30% 내지 65%가 되는 것이 더 바람직하다. 만약, 상기 아일랜드 전극의 밀도가 65%를 초과하게 되면, 상기 아일랜드 전극(125)이 번져 인접한 다른 아일랜드 전극(125)이나 상기 기준전극(122)(123)에 연결될 수 있기 때문이다.
상기 아일랜드 전극(125)은 상기 기판상에서 상기 기준전극(122)(123)의 중량 대비 30wt% 내지 65wt%로 형성되는 것이 바람직하다.
다만, 상기 아일랜드 전극(125)은 상기 기판(121)에 최외곽에 형성되는 기준전극(122)(123)의 외측에는 형성되지 않는 것이 바람직하다. 상기 기판(121)에서 최외곽에 형성되는 기준전극(122)(123)의 외측으로는 입자상 물질(PM)이 퇴적되더라도 다른 기준전극(122)(123)과 브릿지를 형성하지 않으므로, 최외곽의 기준전극(122)(123)의 외측으로는 상기 아일랜드 전극(125)이 형성되지 않도록 한다.
상기 아일랜드 전극(125)는 상기 기판(121) 상에서 균일하게 분포되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 아일랜드 전극(125)은 앞서 살펴본 밀도, 즉 면적비로 형성되되, 인접한 다른 아일랜드 전극(125)과는 간격은 최대한 동일하도록 하여 특정 영역에 상기 아일랜드 전극(125)들이 집중하여 분포되거나, 분포도가 다른 영역에 비하여 현저하게 떨어지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
히터(124)는 상기 기판(121)상에 형성되어, 상기 센서 소자(120)가 활성화 온도에 신속하게 도달하도록 가열시키는 역할을 한다.
도 7에는 기판(121)에 제1기준전극(122)과 제2기준전극(123)에 형성되고, 상기 히터(124)가 형성된 구성이 도시되어 있다.
도 8에는 입자상 물질(PM)이 퇴적된 상태가 도시되어 있는데, 상기 입자상 물질(PM)이 2개의 전극, 예컨대 제1기준전극(122)과 제2기준전극(123) 사이에 순수하게 입자상 물질(PM)로만 브릿지가 형성되지 않더라도, 상기 입자상 물질(PM)과 상기 아일랜드 전극(125)에 의해 브릿지가 형성됨으로써, 상기 아일랜드 전극(125)이 형성되지 않은 센서 소자(120)에 비하여 응답속도가 빨라진다. 또한, 상기 전극의 면적도 늘어나게 됨으로써 출력값도 향상된다.
상기와 같은 구성을 갖는 입자상 물질 센서의 센서 소자(120)는 저항 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용되거나, 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 입자상 물질 센서의 센서 소자(120)의 각 실시예에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
하기의 표에는 아일랜드 전극의 밀도를 5% 내지 65%까지 아일랜드 전극의 밀도 별로 센서 소자(120)를 제작한 후, 정정 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)에 적용하여, 응답속도와 출력성능을 평가한 예가 도시되어 있다.
배기가스에 포함된 입자상 물질은 농도는 10 ~ 15 mg/m3이고, 배기가스의 유량은 70 kg/h, 배기가스의 온도는 300 ℃의 조건에서 평가한 결과이다.
아일랜드 전극 밀도 초기 값 (pF) 15분 후 (pF) 출력 변화량 응답시간
비교예 - 53.8 58.1 4.3 2300 s
실시예1 5 % 54.2 59.1 4.9 2200 s
실시예2 10 % 55.7 94.4 38.7 1700 s
실시예3 25 % 55.8 95.1 39.3 1700 s
실시예4 30 % 56.1 107.9 51.8 1200 s
실시예5 60 % 62.7 115.5 62.1 1100 s
실시예6 65 % 63.1 117.2 54.1 1300 s
실시예7 70 % - - - -
먼저, 아일랜드 전극의 밀도가 5%인 실시예1에 따르면, 입자상 물질 센서의 출력은 종래기술(아일랜드 전극이 없는 경우, 비교예)에 비하여, 4.9 pF만큼 향상되었고, 응답시간은 100s만큼 줄었음을 알 수 있다.
상기 아일랜드 전극(125)의 밀도를 10%(실시예2), 25%(실시예3), 30%(실시예4), 60%(실시예5), 65%(실시예6)로 늘이게 되면, 출력 변화량이 크게 증가하여 감지능력이 증가하였고, 응답속도도 현저하게 빨라짐을 알 수 있다.
특히, 실시예4, 실시예5 및 실시예6에서는 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서(10)임에도 불구하고, 응답시간이 1500미만으로 응답속도가 빠르다고 알려진 저항 방식의 입자상 물질 센서(10)와 동등한 수준의 응답속도를 보인다.
다만, 아일랜드 전극(125)의 밀도를 65%초과, 예컨대 70%로 하면, 전극 패터닝시 서로 인접한 다른 아일랜드 전극(125)과 응집하여 상기 기준전극(122)(123)과 붙어버리는 현상이 발생하여, 본 발명에 따른 센서 소자(120)가 구현되지 못한다. 또한 고가의 백금의 사용량이 증가하여 경제성이 떨어짐은 물론 서로 인접한 기준전극(122)(123)이 상기 아일랜드 전극(125)으로 연결되어 쇼트(short)가 발생하여 센서 소자로 사용이 불가하다.
한편, 본 발명에 따른 입자상 물질 센서의 센서 소자의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 입자상 물질 센서의 센서 소자의 제조방법은, 아일랜드 전극(125)을 포함한 패턴이 패터닝된 마스크를 올리는 마스크 준비단계(S110)와, 전극 페이스트를 기판(121)에 스크린 프린팅으로 도포하는 전극 페이스트 도포 단계(S120)와, 상기 전극 페이스트를 소결시키는 전극 소결 단계(S140)를 포함한다.
마스크 준비단계(S110)는 앞서 설명한 아일랜드 전극(125)이 포함된 패턴이 패터닝된 마스크를 기판에 올린다. 상기 기판은 알루미나 기판이 될 수도 있고, 알루미나 그린 페이퍼(green paper)가 될 수도 있다.
상기 마스크에는 상기 아일랜드 전극(125)이 패턴의 형태로 마스킹되는데, 상기 아일랜드 전극(125)은 상기 기준전극(122)(123)과 함께 형성되거나, 상기 기준전극(122)(123)이 형성된 상태에서 추가로 형성될 수 있다.
상기 아일랜드 전극(125)은 상기 기준전극(122)(123)과 함께 형성되도록 할 수도 있는데, 이때에는 상기 기준전극(122)(123)과 상기 아일랜드 전극(125)이 상기 마스크에 모두 패터닝된다.
하지만, 상기 아일랜드 전극(125)은 그 크기가 작기 때문에 상기 기준전극(122)(123)이 형성된 기판(121)에 추가적으로 상기 아일랜드 전극(125)이 형성되도록 할 수 있다. 이때, 기준전극(122)(123)까지 형성된 기판(121)에 메쉬 타입의 마스크를 상기 기판(121)에 올리도록 하여, 상기 아일랜드 전극(125)이 추가로 형성되도록 하는 것이 바람직 하다.
전극 페이스트 도포 단계(S120)는 전극 페이스트를 상기 기판(121)에 도포한다. 예컨대, 스크린 프린팅으로 전극 페이스트를 상기 기판(121)에 도포한다. 상기 기판(121)에는 마스크가 올려진 상태이므로, 상기 기판(121)에는 마스크의 패턴이 적용된 상태로 상기 전극 페이스트가 도포된다.
상기 전극 페이스트는 상기 기판(121)에 도포된 후, 건조 공정으로 사전 열처리될 수 있다(S130). 상기 사전 열처리 단계(S130)는 상기 마스크 준비단계(S110)에서 알루미나 기판에 패터닝된 마스크를 올리는 경우에 적용되는 것이 바람직하다.
전극 소결 단계(S140)는 상기 기판(121)에 도포된 전극을 소성가공을 통하여 상기 전극 페이스트가 전극으로 소결되도록 한다. 상기 마스크 준비단계(S110)에서 알루미나 기판에 패터닝된 마스크를 올리는 경우에는 상기 전극 페이스트 도포 단계(S120)에서 전극을 도포하는 것에 의해 전극이 상기 기판(121)에 1차 접합되고, 상기 전극 소결 단계(S140)에서 소성공정을 통하여 전극이 2차 접합된다. 이후, 열처리되어 입자상 물질 센서의 센서 소자가 된다. 한편, 상기 마스크 준비단계(S110)에서 알루미나 그린 페이퍼(green paper)에 패터닝된 마스크를 올리는 경우에는 상기 전극 소결 단계(S140)에서 세라믹과 전극 페이스트가 동시에 소결된다.
10 : 입자상 물질 센서
11 : 체결부
12 : 외부하우징
13 : 내부하우징
14 : 슬리브
20, 20A, 20B : 센서소자
21 : 기판
22, 23 : 기준 전극
24 : 히터
120 : 센서소자
121 : 기판
122 : 제1기준전극
123 : 제2기준전극
124 : 히터
125 : 아일랜드전극
S110 : 마스크 준비단계
S120 : 전극 페이스트 도포 단계
S130 : 사전 열처리 단계
S140 : 전극 소결 단계

Claims (17)

  1. 기판의 표면에 도전성 물질로 라인형태를 갖되 서로 이격되게 패터닝되는 복수의 기준전극을 포함하고, 상기 서로 이격된 기준전극 사이에 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질이 퇴적되어 서로 이격된 기준전극을 전기적으로 연결되도록 하여 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질을 감지하는 입자상 물질 센서의 센서 소자에 있어서,
    상기 기판의 표면에서 서로 이격된 기준전극의 사이에는 스팟형태로 형성되는 아일랜드 전극들은 인접한 다른 아일랜드 전극 및 상기 기준전극과 서로 전기적으로 연결되지 않도록 서로 간극을 두고 이격되게 형성되고,
    상기 입자상 물질이 상기 기판에 퇴적되면, 서로 이격된 상기 기준전극과 상기 아일랜드 전극 사이에 상기 입자상 물질이 채워져 상기 기준전극이 상기 입자상 물질과 상기 아일랜드 전극에 의해 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 세라믹 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 서로 이격된 상기 기준전극 사이의 면적에 대하여 정해진 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 서로 이격된 상기 기준전극 사이의 면적 대비 5% 이상 65% 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 서로 이격된 상기 기준전극 사이의 면적 대비 30% 이상 65% 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극은 스크린 프린팅으로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극은 상기 기준전극과 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극은 백금을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극들의 전체 중량은 상기 기준전극의 전체 중량 대비 30wt% 내지 65wt%로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 서로 이격된 기준전극들 사이에는 상기 기준전극과 전기적으로 연결되지 않고, 상기 기준전극이 형성된 방향을 따라 패터닝된 히터가 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극들의 면적의 총합은, 상기 기준전극 사이의 면적에 대하여 정해진 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 아일랜드 전극, 상기 기준전극 및 상기 히터는 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 입자상 물질의 센서 소자는 정전 용량 방식의 입자상 물질 센서에 적용되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 입자상 물질의 센서 소자는 저항 방식의 입자상 물질 센서에 적용되는 것을 특징으로 하는 입자상 물질 센서의 센서 소자.
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