KR102611218B1 - 광이온화 가스 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 기판, 제2 기판, 제3 기판이 상하로 순차적으로 결합되고, 상기 제2 기판의 가운데에 캐비티가 형성되며, 상기 캐비티에 불활성기체가 충진되며, 상기 불활성기체에 전계를 인가하여 자외선을 생성하는 자외선 발생모듈, 및 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 지나가는 경로에 전계를 인가하여 상기 이온화된 가스가 전극에 접촉하여 생성되는 전기신호를 수집하는 측정모듈을 포함하여, 부피가 작고 낮은 전압으로 구동될 수 있는 광이온화 가스 센서를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 광이온화 가스 센서에 관한 것이다.
휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds)은 대기 중으로 쉽게 휘발될 수 있다. 휘발성 유기화합물은 신체에 대한 독성을 가질 수 있다. 휘발성 유기화합물을 검출하기 위하여, 광이온화 검출기(photoionization detector)를 이용할 수 있다. 광이온화 검출기는 휘발성 유기화합물 등의 가스에 이온화에너지 이상의 에너지를 갖는 자외선을 조사하여 이온화시키고, 양이온 또는 음이온으로 분리된 가스의 이온들이 측정전극으로 이동하여 발생하는 전기신호를 측정하여 농도를 검출할 수 있다. 이때, 자외선을 생성하기 위하여 불활성가스를 포함하는 원통형 관에 전계를 인가하는 구조의 자외선 광원을 이용한다.
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 부피가 작고 낮은 전압으로 구동되는 광이온화 가스 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서는, 제1 기판, 제2 기판, 제3 기판이 상하로 순차적으로 결합되고, 상기 제2 기판의 가운데에 제1 캐비티가 형성되며, 상기 제1 캐비티에 불활성기체가 충진되며, 상기 불활성기체에 전계를 인가하여 자외선을 생성하는 자외선 발생모듈, 및 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 지나가는 경로에 전계를 인가하여 상기 이온화된 가스가 전극에 접촉하여 생성되는 전기신호를 수집하는 측정모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자외선 발생모듈은 상면에 제1 전극이 형성된 제1 기판, 하면에 제2 전극이 형성된 제3 기판, 및 상기 제1 기판과 제3 기판 사이에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티가 형성된 제2 기판을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 캐비티에는 불활성기체가 충진되며, 상기 제1 전극은 가운데에 제1 홀이 형성되고, 상기 제2 전극은 판형으로 형성되어, 상기 캐비티의 불활성기체가 전계와 반응하여 생성하는 자외선이 상기 제1 홀을 통해 상기 제1 전극의 상부로 조사될 수 있다.
또한, 상기 측정모듈은 상기 제1 기판의 상면으로부터 스페이서에 의해 이격되며, 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 통과하도록 상하로 관통된 관통홀이 형성되는 지지기판, 상기 지지기판의 하면에 형성되고, 상기 관통홀에 대응하는 제2 홀이 형성되는 제3 전극, 상기 지지기판의 상면에 형성되고, 상기 관통홀에 대응하는 제3 홀이 형성되는 제4 전극을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3 전극과 제4 전극에 전압이 인가되어 형성되는 전계에 따라, 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 상기 제3 전극 또는 제4 전극에 접촉하여 전기신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 자외선 발생모듈은 제1 기판, 상면에 제1 전극과 제2 전극이 서로 이격되도록 형성된 제3 기판, 및 상기 제1 기판과 제3 기판 사이에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티가 형성된 제2 기판을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 캐비티에는 불활성기체가 충진되며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 어긋나게 마주보며 서로 이격된 빗살 형태로 형성되어, 상기 제1 캐비티의 불활성기체가 전계와 반응하는 면적이 고르게 분포할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극과 제2 전극의 빗살이 서로 어긋나게 마주보는 부분은 상기 제2 기판의 제1 캐비티가 형성된 영역에 대응하게 위치할 수 있다.
또한, 상기 자외선 발생모듈은 제1 기판, 상기 제1 기판의 하면에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티가 서펜타인 형상으로 형성되고, 상기 제1 캐비티의 내면에 서로 이격되면서 마주보도록 제1 전극과 제2 전극이 형성되는 제2 기판, 및 상기 제2 기판의 하면에 결합되며, 하면에 제1 전극의 제1 패드와 제2 전극의 제2 패드가 형성되며, 상기 제1 전극과 제1 전극의 제1 패드를 연결하는 제1 비아, 및 상기 제2 전극과 제2 전극의 제2 패드를 연결하는 제2 비아가 형성된 제3 기판을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 캐비티에는 불활성기체가 충진되며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 제1 캐비티의 내측면에 형성되어, 서로 이격된 빗살 형태로 마주보므로 상기 제1 캐비티의 전체에서 상기 불활성기체가 전계와 반응할 수 있다.
또한, 상기 측정모듈은 상기 제1 기판의 상면으로부터 스페이서에 의해 이격되며, 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 통과하도록 상하로 관통된 서펜타인 형상으로 관통홀이 형성되고, 상면에 상기 서펜타인 형상을 중심으로 이격된 제3 전극 및 제4 전극이 형성되는 지지기판, 및 상기 제3 전극과 제4 전극에 전압이 인가되어 형성되는 전계에 따라, 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 상기 제3 전극 또는 제4 전극에 접촉하여 전기신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 측정모듈은 상기 지지기판의 상면에 결합되며, 가운데에 상기 관통홀을 통과한 가스가 배출되도록 제2 캐비티가 형성되고, 상면에 상기 제3 전극의 제3 패드 및 제4 전극의 제4 패드가 형성되며, 상기 제3 전극과 제3 전극의 제3 패드를 연결하는 제3 비아 및 상기 제4 전극과 제4 전극의 제4 패드를 연결하는 제4 비아가 형성된 커버기판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 반도체 공정을 이용하여 전극의 간격을 최소화하면서 불활성기체와 접촉하는 전계를 최대화하는 구조의 자외선 광원을 이용하므로, 광이온화 가스 센서의 부피가 작고 낮은 전압으로 구동될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 분해사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 사시도이다.
도 5는 도 4의 B-B' 및 C-C'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 사시도이다.
도 7는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 분해사시도이다.
도 8은 도 6의 D-D'에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 분해사시도이다.
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도 5는 도 4의 B-B' 및 C-C'에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 사시도이다.
도 7는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서의 분해사시도이다.
도 8은 도 6의 D-D'에 따른 단면도이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 일실시예의 설명들에 의해 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, X축, Y축, Z축 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다는 것을 알아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)의 분해사시도이다. 도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다. 도 1, 도 2, 및 도 3을 함께 참조한다.
본 발명의 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)는, 제1 기판(11), 제2 기판(12), 제3 기판(13)이 상하로 순차적으로 결합되고, 제2 기판(12)의 가운데에 제1 캐비티(C1)가 형성되며, 제1 캐비티(C1)에 불활성기체가 충진되며, 불활성기체에 전계를 인가하여 자외선을 생성하는 자외선 발생모듈(10), 및 자외선에 의해 이온화된 가스가 지나가는 경로에 전계를 인가하여 이온화된 가스가 전극에 접촉하여 생성되는 전기신호를 수집하는 측정모듈(20)을 포함할 수 있다.
종래의 자외선광원은 불활성기체를 진공관에 충진하고, 진공관의 양측에 전극을 배치하여 약 100kHz, 1kV 의 고주파수 고전압을 인가하였다. 그리고, 진공관의 양측에 전극을 배치하였으므로 전극의 거리가 멀어서 강한 전계를 인가하려면 고전압이 필요했다.
본 발명의 일실시예에 따른 자외선 발생모듈(10)은 불활성기체에 강한 전계를 인가하여 불활성기체가 자외선을 방출하게 한다. 자외선 발생모듈(10)은 반도체 제조방법에 의해 제조되어 크기가 매우 작을 수 있다. 자외선 발생모듈(10)은 제1 기판(11), 제2 기판(12), 제3 기판(13)이 결합되되, 제2 기판(12)에 불활성기체를 수용할 수 있는 제1 캐비티(C1)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 기판(11), 제1 캐비티(C1)가 형성된 제2 기판(12), 제3 기판(13)이 결합되어 하나의 챔버를 형성하는 것이다.
전계(E)는 전압(V)/전극 사이의 거리(d)로 나타낼 수 있다. 즉, 전극 사이의 거리(d)가 작을수록 낮은 전압으로 높은 전계(E)를 얻을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 발생모듈(10)은 제1 기판(11), 제2 기판(12), 제3 기판(13)의 높이가 전극 사이의 거리에 해당하므로 종래의 진공관보다 전극 사이의 거리를 최소화할 수 있어서 낮은 전압으로도 자외선을 발생시킬 수 있다.
광이온화 가스 센서(1)는 반도체 제조공정 또는 MEMS 제조공정을 이용하여 형성될 수 있다. 자외선 발생모듈(10)은 상면에 제1 전극(14)이 형성된 제1 기판(11), 하면에 제2 전극(15)이 형성된 제3 기판(13), 및 제1 기판(11)과 제3 기판(13) 사이에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티(C1)가 형성된 제2 기판(12)을 포함할 수 있다.
제1 기판(11), 제2 기판(12), 제3 기판(13)은 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다. 제1 기판(11)과 제2 기판(12)은 접착층(16)에 의해 결합될 수 있다. 제2 기판(12)과 제3 기판(13)은 접착층(16)에 의해 결합될 수 있다. 접착층(16)은 접착 필름, 접착제, 등 다양한 알려진 기술로 형성될 수 있다.
제2 기판(12)의 제1 캐비티(C1)에는 불활성기체가 충진될 수 있다. 불활성기체는 제논(Xe), 크립톤(Kr), 아르곤(Ar) 등을 포함할 수 있다.
제1 전극(14)은 가운데에 제1 홀(H1)이 형성되고, 제2 전극(15)은 판형으로 형성될 수 있다. 제1 캐비티(C1)의 불활성기체가 전계와 반응하여 생성하는 자외선이 제1 전극(14)에 형성된 제1 홀(H1)을 통해 상기 제1 전극(14)의 상부로 조사될 수 있다. 제1 전극(14)은 제1 기판(11)의 상면에 형성될 수 있다. 제1 전극(14)의 가운데에는 자외선이 통과하여 측정모듈(20)로 향할 수 있도록 제1 홀(H1)이 형성될 수 있다. 제2 전극(15)은 제3 기판(13)의 하면에 판형으로 형성될 수 있다. 제2 전극(15)이 판형이고, 제1 전극(14)에 제1 홀(H1)이 형성되어 있으므로 제2 기판(12)의 제1 캐비티(C1)에 수용된 불활성기체에서 방출되는 자외선은 제1 전극(14)의 제1 홀(H1)을 통해 방출될 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15) 사이의 거리는 종래의 진공관형 자외선 광원의 전극 사이의 거리보다 작다. 따라서 상대적으로 더 낮은 전압으로 자외선을 발생시킬 수 있다.
제1 전극(14)의 일단에는 제1 패드(14p)가 형성될 수 있다. 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)는 외부기판(2)과 연결될 수 있다. 제2 전극(15)은 외부기판(2)과 연결될 수 있다. 도 3에서, 제2 전극(15)은 외부기판(2)의 전극패드(3)와 직접 접촉 또는 솔더링을 이용하여 연결될 수 있다. 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)는 외부기판(2)의 전극패드(3)와 본딩와이어(4)를 통해 연결될 수 있다. 외부기판(2)은 제1 전극(14)과 제2 전극(15)에 자외선 발생을 위한 전압을 공급할 수 있다.
측정모듈(20)은 지지기판(21), 제3 전극(22), 제4 전극(23)을 포함할 수 있다. 지지기판(21)은 제1 기판(11)의 상면으로부터 스페이서(24)에 의해 이격되며, 자외선에 의해 이온화된 가스가 통과하도록 상하로 관통된 관통홀(21h)이 형성될 수 있다. 지지기판(21)은 실리콘(Si)으로 형성될 수 있다. 스페이서(24)는 지지기판(21)과 제1 기판(11)의 사이에 결합될 수 있다. 지지기판(21)은 스페이서(24)의 높이만큼 제1 기판(11)의 상면과 이격될 수 있다. 지지기판(21)에는 이온화된 가스가 지지기판(21)의 하면에서 상면으로 흐를 수 있도록 관통홀(21h)이 형성될 수 있다. 관통홀(21h)은 복수개 형성될 수 있다. 도 1, 도 2에서는 관통홀(21h)이 9개 형성된 지지기판(21)을 예시적으로 도시한다.
제3 전극(22)은 지지기판(21)의 하면에 형성되고, 관통홀(21h)에 대응하는 제2 홀(H2)이 형성될 수 있다. 제4 전극(23)은 지지기판(21)의 상면에 형성되고, 관통홀(21h)에 대응하는 제3 홀(H3)이 형성될 수 있다. 제3 전극(22)과 제4 전극(23)에 전압이 인가되어 형성되는 전계에 따라, 자외선에 의해 이온화된 가스가 제3 전극(22) 또는 제4 전극(23)에 접촉하여 전기신호를 생성할 수 있다. 제2 홀(H2), 관통홀(21h), 제3 홀(H3)은 나란하게 형성되어 가스가 지나가는 하나의 경로를 형성할 수 있다.
제3 전극(22)과 제4 전극(23)은 전기전도성 재질, 예를 들어 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 등의 금속 또는 이를 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 제3 전극(22)은 지지기판(21)의 하면에 전체적으로 원형으로 형성될 수 있다. 제3 전극(22)의 일단에는 제3 패드(22p)가 형성될 수 있다. 제3 전극(22)의 제3 패드(22p)는 지지기판(21)의 모서리 가장자리에 형성될 수 있다. 제4 전극(23)은 지지기판(21)의 상면에 전체적으로 원형으로 형성될 수 있다. 제4 전극(23)의 일단에는 제4 패드(23p)가 형성될 수 있다. 지지기판(21)의 상면에 형성된 제4 패드(23p)는 제4 전극(23)과 연결되고, 지지기판(21)의 상면에 형성된 제3 패드(22p)는 지지기판(21)의 비아(21v)를 통해 지지기판(21)의 하면에 형성된 제3 패드(22p)와 연결될 수 있다. 지지기판(21)의 비아(21v)는 지지기판(21)의 상하를 관통하여 전기신호를 전달할 수 있다.
제3 전극(22)의 제3 패드(22p)는 외부기판(2)의 전극패드(3)와 본딩와이어(4)로 연결될 수 있다. 제4 전극(23)의 제4 패드(23p)는 외부기판(2)의 전극패드(3)와 본딩와이어(4)로 연결될 수 있다. 외부기판(2)은 제3 전극(22)과 제4 전극(23)에 전압을 공급하고, 이온화된 가스가 제3 전극(22) 또는 제4 전극(23)에 접촉하여 발생하는 전기신호를 획득할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 3에 도시된 광이온화 가스 센서(1)는, 지지기판(21)과 제1 기판(11) 사이의 공간으로 가스가 흐를 수 있다. 가스가 제1 전극(14)의 제1 홀(H1)을 지나가면 자외선에 의해 이온화될 수 있다. 이온화된 가스는 지지기판(21)의 관통홀(21h)을 통과할 수 있다. 이때, 지지기판(21)의 하면에 형성된 제3 전극(22)과 지지기판(21)의 상면에 형성된 제4 전극(23)이 형성하는 전계에 의해, 이온화된 가스는 극성에 따라 이동하여 제3 전극(22) 또는 제4 전극(23)에 접촉하여 전기신호를 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)의 사시도이다. 도 5는 도 4의 B-B' 및 C-C'에 따른 단면도이다. 도 4, 및 도 5를 함께 참조한다.
도 4, 및 도 5는 본 발명의 다른 일실시예를 나타낸다. 도 1, 도 2, 및 도 3에 도시된 구조와 비교하면, 자외선 발생모듈(10)의 구조가 일부 다르다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 자외선 발생모듈(10)은, 제1 기판(11), 상면에 제1 전극(14)과 제2 전극(15)이 서로 이격되도록 형성된 제3 기판(13), 및 제1 기판(11)과 제3 기판(13) 사이에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티(C1)가 형성된 제2 기판(12)을 포함할 수 있다. 제1 기판(11), 제2 기판(12), 제3 기판(13)이 순서대로 상하로 결합되고, 제2 기판(12)에 형성된 제1 캐비티(C1)에 불활성기체가 충진될 수 있는 점은 도 1, 도 2, 및 도 3에서 설명한 바와 동일하다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 자외선 발생모듈(10)은, 제1 전극(14)과 제2 전극(15)이 제3 기판(13)의 상면에 형성된다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)은 어긋나게 마주보며 서로 이격된 빗살 형태로 형성되어, 제1 캐비티(C1)의 불활성기체가 전계와 반응하는 면적이 고르게 분포할 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)은 나란하게 제3 기판(13)의 상면에 형성되므로, 서로의 간격이 좁다. 따라서 자외선을 생성하기 위해 더 낮은 전압을 이용할 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)의 빗살이 서로 어긋나게 마주보는 부분은 제2 기판(12)의 제1 캐비티(C1)가 형성된 영역에 대응하게 위치할 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)의 빗살의 수를 증가시키면 비활성기체와 전계가 접촉하는 면적이 넓어지므로 자외선 생성 효율이 향상될 수 있다.
제3 기판(13)의 하면에는 서로 이격된 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)와 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)가 형성될 수 있다. 제3 기판(13)에는 상하를 관통하는 제1 비아(13va) 및 제2 비아(13vb)가 형성될 수 있다. 제1 전극(14)은 제3 기판(13)의 제1 비아(13va)를 통해 제1 패드(14p)와 연결될 수 있다. 제2 전극(15)은 제3 기판(13)의 제2 비아(13vb)를 통해 제2 패드(15p)와 연결될 수 있다.
제1 전극(14)의 제1 패드(14p)는 외부기판(2)의 전극패드(3)와 직접 또는 솔더링을 이용하여 연결될 수 있다. 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)는 외부기판(2)의 전극패드(3)와 직접 또는 솔더링을 이용하여 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)의 사시도이다. 도 7는 본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)의 분해사시도이다. 도 8은 도 6의 D-D'에 따른 단면도이다. 도 6, 도 7, 도 8을 함께 참조한다.
본 발명의 또다른 일실시예에 따른 광이온화 가스 센서(1)는 자외선 발생모듈(10)의 구조가 다르고, 측정모듈(20)의 구조가 다르다.
자외선 발생모듈(10)은 제1 기판(11), 제2 기판(12), 제3 기판(13)을 포함할 수 있다. 제2 기판(12)은 제1 기판(11)의 하면에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티(C1)가 서펜타인 형상으로 형성되고, 제1 캐비티(C1)의 내면에 서로 이격되면서 마주보도록 제1 전극(14)과 제2 전극(15)이 형성될 수 있다. 제3 기판(13)은 제2 기판(12)의 하면에 결합되며, 하면에 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)와 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)가 형성되며, 제1 전극(14)과 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)를 연결하는 제1 비아(13va), 및 상기 제2 전극(15)과 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)를 연결하는 제2 비아(13vb)가 형성될 수 있다.
제2 기판(12)은 가운데에 서펜타인 형상의 제1 캐비티(C1)가 형성될 수 있다. 제1 캐비티(C1)의 내면은 서로 엇갈리게 마주보는 빗살 형태가 될 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)은 제1 캐비티(C1)의 내면에 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)은 제2 기판(12)의 상면, 하면, 내면에 걸쳐 형성될 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)은 제2 기판(12)의 상면, 하면, 내면에서 서로 이격되도록 형성될 수 있다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15) 사이에는 불활성기체가 충진된다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)에 전압이 인가되면, 불활성기체에 전계가 가해지고 자외선이 생성된다. 제1 전극(14)과 제2 전극(15)은 상기 제1 캐비티(C1)의 내측면에 형성되어, 서로 이격된 빗살 형태로 마주보므로 제1 캐비티(C1)의 전체에서 불활성기체가 전계와 반응할 수 있다. 따라서 제1 전극(14)과 제2 전극(15)이 생성하는 전계가 전부 불활성기체에 가해지므로 자외선 생성량이 많고 효율이 높다.
제3 기판(13)의 하면에는 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)와 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)가 형성될 수 있다. 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)는 제3 기판(13)의 제1 비아(13va)를 통해 제2 기판(12)의 하면에 형성된 제1 전극(14)과 연결될 수 있다. 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)는 제3 기판(13)의 제2 비아(13vb)를 통해 제2 기판(12)의 하면에 형성된 제2 전극(15)과 연결될 수 있다. 제3 기판(13)의 하면에 형성된 제1 전극(14)의 제1 패드(14p)와 제2 전극(15)의 제2 패드(15p)는 외부기판(2)의 전극패턴과 연결될 수 있다.
측정모듈(20)은 제1 기판(11)의 상면으로부터 스페이서(24)에 의해 이격되며, 자외선에 의해 이온화된 가스가 통과하도록 상하로 관통된 서펜타인 형상으로 관통홀(21h)이 형성되고, 상면에 상기 서펜타인 형상을 중심으로 이격된 제3 전극(22) 및 제4 전극(23)이 형성되는 지지기판(21)을 포함한다. 그리고, 제3 전극(22)과 제4 전극(23)에 전압이 인가되어 형성되는 전계에 따라, 자외선에 의해 이온화된 가스가 상기 제3 전극(22) 또는 제4 전극(23)에 접촉하여 전기신호를 생성할 수 있다.
측정모듈(20)의 지지기판(21)이 스페이서(24)에 의해 제1 기판(11)과 이격되는 것은 위에서 설명한 바와 같다. 지지기판(21)에는 서펜타인 형상의 관통홀(21h)이 형성될 수 있다. 서펜타인 형상의 관통홀(21h)의 내면은 서로 어긋나게 마주보는 빗살 형상이 된다. 제3 전극(22)과 제4 전극(23)은 지지기판(21)의 상면 상에 형성되되, 관통홀(21h)의 경계를 따라 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 이때, 제3 전극(22)과 제4 전극(23)은 서로 어긋나게 마주보는 빗살 형태로 배치될 수 있다.
자외선에 의해 이온화된 가스는 서펜타인 형상의 관통홀(21h)을 통과하여 제3 전극(22)과 제4 전극(23)이 마주보면서 전계를 형성하는 공간을 지나간다. 이온화된 가스는 전계에 따라 제3 전극(22) 또는 제4 전극(23)과 접촉하여 전기신호를 생성할 수 있다. 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 지지기판(21)에 원형 관통홀(21h)을 다수 형성하고, 제3 전극(22)과 제4 전극(23)을 지지기판(21)의 상면과 하면에 배치하는 구조와 비교하면, 도 6 내지 도 8에 도시된 구조는 지지기판(21)의 상면이라는 동일 평면에 제3 전극(22)과 제4 전극(23)이 형성되므로 전극 사이의 거리가 짧아 더 강한 전계를 형성하므로, 측정감도가 향상될 수 있다.
측정모듈(20)은 지지기판(21)의 상면에 결합되며, 가운데에 관통홀(21h)을 통과한 가스가 배출되도록 제2 캐비티(C2)가 형성되고, 상면에 상기 제3 전극(22)의 제3 패드(22p) 및 제4 전극(23)의 제4 패드(23p)가 형성되며, 제3 전극(22)과 제3 전극(22)의 제3 패드(22p)를 연결하는 제3 비아(25vc) 및 상기 제4 전극(23)과 제4 전극(23)의 제4 패드(23p)를 연결하는 제4 비아(25vd)가 형성된 커버기판(25)을 더 포함할 수 있다.
커버기판(25)은 지지기판(21)에 직접 본딩와이어(4)를 형성하지 않고, 커버기판(25)을 통해 연결할 때 이용될 수 있다. 커버기판(25)의 가운데에는 지지기판(21)에 형성된 서펜타인 형상의 관통홀(21h)을 포함하는 크기의 제2 캐비티(C2)가 형성될 수 있다. 커버기판(25)의 제2 캐비티(C2)는 지지기판(21)을 통과하는 가스가 흐를 수 있도록 지지기판(21)의 관통홀(21h)보다 크게 형성되는 것이 바람직히다. 커버기판(25)의 상면에는 제3 전극(22)의 제3 패드(22p) 및 제4 전극(23)의 제4 패드(23p)가 형성될 수 있다. 커버기판(25)은 상하를 관통하는 제3 비아(25vc) 및 제4 비아(25vd)가 형성될 수 있다. 제3 전극(22)의 제3 패드(22p)는 커버기판(25)의 제3 비아(25vc)를 통해 제3 전극(22)과 연결될 수 있다. 제4 전극(23)의 제4 패드(23p)는 커버기판(25)의 제4 비아(25vd)를 통해 제3 전극(22)과 연결될 수 있다. 제3 전극(22)의 제3 패드(22p)는 본딩와이어(4)를 통해 외부기판(2)의 전극패드(3)와 연결될 수 있다. 제4 전극(23)의 제4 패드(23p)는 본딩와이어(4)를 통해 외부기판(2)의 전극패드(3)와 연결될 수 있다.
상술한 본 발명의 일실시예에 따르면, 자외선 발생모듈(10)의 제1 전극(14)과 제2 전극(15)의 거리를 최소화하고, 제1 전극(14)과 제2 전극(15)이 형성하는 전계와 불활성기체가 반응하는 면적을 최대화하여, 낮은 전압으로 자외선을 많이 생성할 수 있다. 그리고, 측정모듈(20)의 제3 전극(22)과 제4 전극(23)이 생성하는 전계의 면적을 최대화하고, 제3 전극(22)과 제4 전극(23)의 거리를 최소화하여, 이온화된 가스를 높은 감도로 측정할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 광이온화 가스 센서
10: 자외선 발생모듈
11: 제1 기판
12: 제2 기판
C1: 제1 캐비티
13: 제3 기판
14: 제1 전극
14p: 제1 패드
15: 제2 전극
15p: 제2 패드
16: 접착층
20: 측정모듈
21: 지지기판
21h: 관통홀
22: 제3 전극
22p: 제3 패드
23: 제4 전극
22p: 제4 패드
24: 스페이서
25: 커버기판
C2: 제2 캐비티
2: 외부기판
3: 외부기판의 전극패드
4: 본딩와이어
10: 자외선 발생모듈
11: 제1 기판
12: 제2 기판
C1: 제1 캐비티
13: 제3 기판
14: 제1 전극
14p: 제1 패드
15: 제2 전극
15p: 제2 패드
16: 접착층
20: 측정모듈
21: 지지기판
21h: 관통홀
22: 제3 전극
22p: 제3 패드
23: 제4 전극
22p: 제4 패드
24: 스페이서
25: 커버기판
C2: 제2 캐비티
2: 외부기판
3: 외부기판의 전극패드
4: 본딩와이어
Claims (8)
- 삭제
- 삭제
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- 제1 기판, 제2 기판, 제3 기판이 상하로 순차적으로 결합되고, 상기 제2 기판의 가운데에 제1 캐비티가 형성되며, 상기 제1 캐비티에 불활성기체가 충진되며, 상기 불활성기체에 전계를 인가하여 자외선을 생성하는 자외선 발생모듈; 및
상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 지나가는 경로에 전계를 인가하여 상기 이온화된 가스가 전극에 접촉하여 생성되는 전기신호를 수집하는 측정모듈을 포함하고,
상기 자외선 발생모듈은
제1 기판;
상기 제1 기판의 하면에 결합되며, 가운데에 상하로 관통되는 제1 캐비티가 서펜타인 형상으로 형성되고, 상기 제1 캐비티의 내면에 서로 이격되면서 마주보도록 제1 전극과 제2 전극이 형성되는 제2 기판; 및
상기 제2 기판의 하면에 결합되며, 하면에 제1 전극의 제1 패드와 제2 전극의 제2 패드가 형성되며, 상기 제1 전극과 제1 전극의 제1 패드를 연결하는 제1 비아, 및 상기 제2 전극과 제2 전극의 제2 패드를 연결하는 제2 비아가 형성된 제3 기판을 포함하고,
상기 제1 캐비티에는 불활성기체가 충진되며,
상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 제1 캐비티의 내측면에 형성되어, 서로 이격된 빗살 형태로 마주보므로 상기 제1 캐비티의 전체에서 상기 불활성기체가 전계와 반응하는, 광이온화 가스 센서. - 삭제
- 제1 기판, 제2 기판, 제3 기판이 상하로 순차적으로 결합되고, 상기 제2 기판의 가운데에 제1 캐비티가 형성되며, 상기 제1 캐비티에 불활성기체가 충진되며, 상기 불활성기체에 전계를 인가하여 자외선을 생성하는 자외선 발생모듈; 및
상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 지나가는 경로에 전계를 인가하여 상기 이온화된 가스가 전극에 접촉하여 생성되는 전기신호를 수집하는 측정모듈을 포함하고,
상기 측정모듈은
상기 제1 기판의 상면으로부터 스페이서에 의해 이격되며, 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 통과하도록 상하로 관통된 서펜타인 형상으로 관통홀이 형성되고, 상면에 상기 서펜타인 형상을 중심으로 이격된 제3 전극 및 제4 전극이 형성되는 지지기판; 및
상기 지지기판의 상면에 결합되며, 가운데에 상기 관통홀을 통과한 가스가 배출되도록 제2 캐비티가 형성되고, 상면에 상기 제3 전극의 제3 패드 및 제4 전극의 제4 패드가 형성되며, 상기 제3 전극과 제3 전극의 제3 패드를 연결하는 제3 비아 및 상기 제4 전극과 제4 전극의 제4 패드를 연결하는 제4 비아가 형성된 커버기판을 더 포함하고,
상기 제3 전극과 제4 전극에 전압이 인가되어 형성되는 전계에 따라, 상기 자외선에 의해 이온화된 가스가 상기 제3 전극 또는 제4 전극에 접촉하여 전기신호를 생성하는, 광이온화 가스 센서.
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