KR20000013253U - 저항형 습도센서 - Google Patents

Abstract

본 고안은 저항형 습도센서에 관한 것으로, 종래에는 세라믹 물질인 소결 알루미나 기판은 수증기내에서 표면에 친수성 수산기 그룹을 형성하여 일정기간이 지나면 화학적 흡착이 발생하여 소자의 저항이 증가하게 되므로, 습도에 대하여 둔감해지고 수명도 단축되는 문제점이 있었던 바, 본 고안에서는 소결 알루미나 기판의 상면에 백금박막을 스퍼터링 증착하여 전극모양으로 패턴을 형성하고, 그 백금박막형 패턴의 상면에 감습폴리머를 도포하며, 상기 소결 알루미나 기판의 배면에 감습막 표면의 초기화를 위한 백금히터를 장착하여 구성함으로써, 물에 쉽게 용해되지 않아 정확한 센싱을 할 수 있도록 하고, 수명도 연장되며, 각종 오염물질에 대해 내구성을 가질 수 있다.

Description

저항형 습도센서

본 고안은 저항형 습도센서에 관한 것으로, 특히 패턴전극을 백금으로 형성하고 감습폴러머를 도포하여 정확한 센싱을 하는데 적합한 저항형 습도센서에 관한 것이다.

일반적으로 저항형 습도센서는 습도를 전기량으로 변환시켜 상대습도를 측정하는 기구로서, 흡습성의 고분자 물질에 반도체성 도전물질의 극미입자를 혼입한 플라스틱 페인트를 테프론 시이트 속에 도포하여 군 것이다. 이 센서는 측정할 기체 또는 분체 내에 놓고 그 장소의 상대습도에 따라 수증기가 막면으로부터 흡탈(吸脫)하여 저항치가 변화하는 것을 측정하는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래 저항형 습도센서의 일례를 보인 것으로, 이에 도시된 바와 같이 종래의 저항형 습도센서는 소결 알루미나 기판(1)상에 귀금속(Au) 전극(2)을 증착 또는 프린트 인화하고, 그 위에 감습성 폴리머 박막(3)을 도포시켜 이루어져 있다.

상기 습도센서용 Au전극(2)은 수천 옹스트롬(Å) 두께로 형성되고, 그 Au전극(2) 위에 상기한 감습막(3)을 수 마이크로미터(μm) 및 그 감습막 위에 10 마이크로미터(μm) 정도의 보호막(4)이 코팅되어 있다.

상기 폴리머 박막(3)에는 폴리머 용액의 도포 건조에 의한 것, 모너머 또는 폴리머와 가교제 용액을 도포하고 기판 상에서 가교반응을 하는 것, 기판 위에 프라즈마 중합으로 제4급 암모늄기를 포함하는 폴리머막을 형성한 것 등이 있다.

상기 기판(1)은 세라믹이고, 그 기판(1)의 일단에는 Ag-Pd 재료로 이루어진 신호 인출단자 전극(5)이 형성되며, 그 신호인출단자 전극(5)에는 리드핀(6)이 납땜되어 있다.

상기와 같은 저항형 습도센서는 상대습도가 증가함에 따라 대수적으로 전기저항값이 감소하는 특성을 가지며 교류전압으로서 구동하게 되는데, 이때 고분자형 습도센서도 기판상에 전극을 인쇄하는 것은 세라믹형과 같지만 감습재료로서 고분자 유기물을 용해한 액체를 발라 전극표면에 평탄한 막을 만든다.

이후, 열처리나 중합반응에 의해서 표면을 견고하게 함과 동시에 특성의 안정화를 꾀하게 되고, 이러한 습도센서의 감습메커니즘은 세라믹과 마찬가지로 고분자막이 물분자를 흡착하여 이온화하면서 전기전도가 발생하게 된다.

한편, 상기 저항형 습도센서의 습도-저항 특성은 지수적이므로, 상기 습도센서로부터의 출력전압(또는 전류)도 지수적으로 변하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 저항형 습도센서에 있어서, 세라믹 물질인 소결 알루미나 기판(1)은 수증기내에서 표면에 친수성 수산기 그룹(Hydrophilic Hydroxyl Group)을 형성하여 일정기간이 지나면 화학적 흡착이 발생하여 소자의 저항이 증가하게 되므로, 습도에 대하여 둔감해지고 수명도 단축되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래 저항형 습도센서가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 물에 쉽게 용해되지 않도록 하여 정확한 센싱을 할 수 있도록 하고, 수명도 연장되며, 각종 오염물질에 대해 내구성을 가질 수 있는 저항형 습도센서를 제공하려는데 본 고안의 목적이 있다.

도 1은 종래 저항형 습도센서의 일례를 보인 평면도.

도 2는 종래 저항형 습도센서의 일례를 보인 측단면도.

도 3은 본 고안 저항형 습도센서의 일례를 보인 평면도.

도 4는 본 고안 저항형 습도센서의 일례를 보인 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 소결 알루미나 기판 12 : 백금(Pt)전극

13 : 감습막 14 : 백금(Pt)히터

15 : 은(Au)리드선

이와 같은 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 소결 알루미나 기판의 상면에 백금(Pt)박막을 스퍼터링 증착하여 전극모양으로 패턴을 형성하고, 그 백금박막형 패턴의 상면에 감습폴리머를 도포하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항형 습도센서가 제공된다.

이하, 본 고안에 의한 저항형 습도센서를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 고안 저항형 습도센서의 일례를 보인 평면도이고, 도 4는 본 고안 저항형 습도센서의 일례를 보인 측단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 고안에 의한 저항형 습도센서는, 소정의 두께를 갖는 알루미나 기판(11)과, 그 알루미나 기판(11)의 상면에 약 1000 옹스트롬(Å) 두께의 백금(Pt)을 스퍼터링하여 형성되는 전극패턴(12)과, 그 전극패턴(12)의 상면에 도포되는 4가형 암모늄염 폴리머의 감습막(13)과, 상기 알루미나 기판(11)의 후면에 부착되어 감습막(13)을 리플래시하기 위한 열량을 제공하는 백금히터(14)와, 상기 전극패턴(12) 및 히터(14)에 각각 전원을 인가하기 위한 은(Au)리드선(15)을 포함하여 구성된다.

상기 전극패턴(12)은 레이저 조각기(Laser Engraving Machine)를 이용하여 알루미나 기판(11)에 증착된 백금박막을 깎아 형성하는 것이 바람직하다.

상기 백금히터(14)는 그 두께를 1 마이크로미터(μm) 정도로 하고, 그 저항은 30 오옴(Ω)정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 금리드선(15)은 출력신호를 얻기 위하여 금선(Au wire)을 공압을 이용한 리드압접기로 본딩한다.

여기서, 상기 표면형 센서에서는 히스테리시스를 작게 하기 위하여 고분자박막을 가능한한 얇게 하는 것이 바람직하다.

도면중 미설명 부호인 12a는 백금전극의 본딩패드이다.

상기와 같은 본 고안에 의한 저항형 습도센서를 제작하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 상기 알루미나 기판(11)의 상면에 백금박막을 스퍼터링하여 증착하고, 그 백금박막을 레이저 패터닝하여 백금전극(12)을 형성하며, 상기 백금전극(12)의 본딩패드(12a)에 금리드선을 부착시키고, 상기 백금전극(12)에 암모늄염의 감습재료(13)를 도포하며, 이후 건조 및 열처리를 통해 습도센서를 완성한다.

이러한 저항형 습도센서의 동작은 감습재료의 차이나 구조, 리플래시형과 논리프래시형 등의 차이는 있어도 기본적인 구동방법은 거의 동일하다.

즉, 상기 센서에 인가한 전압은 양호한 특성과 성능을 좌우할 뿐만 아니라, 센서의 수명이나 신뢰성에 큰 영향을 주기 때문에 매우 중요하다. 센서에 인가하는 교류전압은 일그러짐이 적은 사인파가 이상적인데, 이때 0볼트(V)를 중심으로 대칭으로 직류바이어스가 걸려 있지 않은 파형이 필요하다.

이렇게 하여 제작된 저항형 습도센서는 상기 전극(12)이 백금으로 이루어져 선형성이 우수하고, 표준규격이 널리 알려져 있어 적용하기가 용이하며, 박막형성이 용이하게 된다.

또한, 습도변화를 전기 저항변화로 바꾸어 연속적으로 습도를 검출할 수 있으므로 마이컴을 이용하면 저습도에서 고습도까지의 다점제어 및 습도표시 등의 다기능화를 용이하게 실현할 수 있으며, 일정시간 마다 센서의 감습부에 병설한 히터에 통전하여 400 ~ 500℃로 가열하여 계측하는 환경이 고온이거나 먼지가 많은 등 악조건에서의 습도계측을 가능하게 한다. 뿐만 아니라 기존의 온도센서, 갓센서 등과 함께 하나의 기판 위에 구성하여 스마트 센서 구현이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의한 저항형 습도센서는, 소결 알루미나 기판의 상면에 백금박막을 스퍼터링 증착하여 전극모양으로 패턴을 형성하고, 그 백금박막형 패턴의 상면에 감습폴리머를 도포하며, 상기 소결 알루미나 기판의 배면에 감습막 표면의 초기화를 위한 백금히터를 장착하여 구성함으로써, 물에 쉽게 용해되지 않아 정확한 센싱을 할 수 있도록 하고, 수명도 연장되며, 각종 오염물질에 대해 내구성을 가질 수 있다.

Claims (3)

1. 소결 알루미나 기판의 상면에 백금(Pt)박막을 스퍼터링 증착하여 전극모양으로 패턴을 형성하고, 그 백금박막형 패턴의 상면에 감습폴리머를 도포하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항형 습도센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 소결 알루미나 기판의 배면에 감습막 표면의 초기화를 위한 백금히터를 장착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항형 습도센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 패턴은 소결 알루미나 기판의 상면에 증착된 백금박막을 깎아서 형성되는 것을 특징으로 하는 저항형 습도센서.