KR20000044819A - 적외선 흡수 볼로메터 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터는 기판(301)과 기판(301) 위에 형성된 한쌍의 접속단자(307, 309)와 기판(301)을 덮는 보호층(303)을 갖는 구동기판레벨(310)과; 층상구조측면에서 접속단자(307, 309)에 전기적으로 연결된 전도선(338, 348)을 포함하며 길이 방향의 구조면에서 일(一)자형의 수평 교각부(333, 343)를 구비하는 지지레벨(330, 340)에 있어서, 상기 수평 교각부(333, 343)는 그 중앙부에 미리 결정된 'ㄷ'자 모양으로 형성된 보정홈(334, 344)에 의해 부분적으로 분리되는 보정교각부(335, 345)를 지니는 지지레벨(330, 340)과; 상기 보정교각부(335, 345)위의 끝부분에 형성된 포스트(350, 360)와; 포스트(350, 360)에 의해 지지되고 그 내부에 미리 결정된 모양으로 형성된 볼로메터 요소(382)를 갖는 흡수레벨(380)을 구비하는 데, 상기 볼로메터 요소(382)는 상기 보정교각부(335, 345)의 전도선(338, 3480과 전기적으로 연결된다. 따라서, 일자형의 수평교각부(333, 343)에 보정홈(334, 344)을 형성함에 의해 보정교각부(335, 345)를 구성하여, 지지레벨(330, 340)이 잔류응력으로 인한 초기 경사각에 의한 휘어짐 때문에 생기는 흡수레벨의 평탄화 방해효과를 보정하여 흡수부를 평탄하게 형성하여 볼로메터의 적외선 흡수율을 향상시키는 동시에 수평 교각부의 길이를 길게하여 열차단 효과를 개선할 수 있다.

Description

적외선 흡수 볼로메터
본 발명은 물체가 방사하고 있는 각종 적외선을 검출하는 볼로메터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡수레벨의 평탄화를 도모하고 열차단 효과를 높일 수 있도록 지지레벨의 구조를 개선한 적외선 흡수 볼로메터에 관한 것이다.
일반적으로 볼로메터는 적외선 센서의 일종으로서, 물체에서 방사되는 적외선을 열에너지로서 흡수하여 그로 인한 온도상승으로 전기저항이 변하는 것을 측정하기 위한 것으로서 직접 물체에 접촉하지 않아도 물체 표면의 온도를 감지할 수 있는 특징을 지닌다.
적외선은 파장이 가시광보다 길고 전파보다 짧은 전자파의 일종으로 자연계에 존재하는 물체는 사람을 비롯하여 모두 적외선을 방사하고 있다. 단, 물체의 온도에 따라 그 파장이 다르므로 온도 검출이 가능하다.
이와 같은 볼로메터는 금속 또는 반도전성 재료를 이용하여 제조된다. 금속 볼로메터 요소는 온도의 변화에 자유전자의 밀도가 지수적으로 변화하는 특성을 가지며, 반도전성 재료 볼로메터 요소는 온도변화에 따른 저항변화의 큰 민감성을 얻을 수 있다. 그러나 반도전성 재료 볼로메터는 박막형으로 제조하기가 어려워 실용화되기 어려운 문제점이 있다.
도 1은 종래의 적외선 흡수 볼로메터(100)를 도시한 분해 사시도이다. 종래의 적외선 흡수 볼로메터(100)는 구동기판레벨(110), 한 쌍의 지지레벨(130, 140), 한 쌍의 포스트(150, 160) 그리고 흡수레벨(180)로 구성된다. 여기서 구동기판레벨(110)과 흡수레벨(180)은 서로 평행인 구조로 되어 있는 것이 바람직함에 주목할 필요가 있다.
구동기판레벨(110)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(101)과 보호층(103) 그리고 한 쌍의 접속 단자(107, 109)를 포함한다. 다만, 설명의 편의를 위하여 도 1에서는 접속 단자(107, 109)의 상부 표면만이 빗금 부분으로 도시된다.
지지레벨(130)의 구조를 보다 상세히 설명하면, 구동레벨내의 접속 단자(107)와 접속하기 위한 앵커부(또는 접속부)(131), 경사 교각부(132), 'ㄱ'자 모양의 수평교각부(133)로 구성된다. 한편 지지레벨(130)은 두께 방향에서 살펴보면 실리콘 질화물막으로 만들어진 교각 하부층(137)과 그 위에 형성된 티타늄(Ti) 금속으로 만들어진 교각 상부층으로서의 전도선(138)으로 이루어져 있다. 포스트(150)는 'ㄱ'자 모양의 수평교각부(133)의 끝부분 위치의 교각부 전도선(138)위에 형성되어 흡수층의 도선 연결부(187)에 연결된다.
한편, 지지레벨(140)은 지지레벨(130)과 동일한 구조를 하고 있으며 도 1에서 알 수 있듯이 지지레벨(130)과는 대각선 방향으로 대칭 구조의 위치에 놓여져 지지레벨(130)과 마찬가지로 구동레벨(110)과 흡수레벨(180)을 연결하는 동시에 흡수부(180)를 지지하는 역할을 한다. 즉, 지지레벨(140)은 구동레벨내의 접속 단자(109)와 접속하기 위한 앵커부(또는 접속부)(141), 경사 교각부(142), 'ㄱ'자 모양의 수평교각부(143)로 구성된다. 한편 지지레벨(140)은 두께 방향에서 살펴보면 실리콘 질화물막으로 만들어진 하부층(147)과 그 위에 형성된 티타늄(Ti) 금속으로 만들어진 전도선(148)으로 이루어져 있다. 포스트(160)는 'ㄱ'자 모양의 수평교각부(143)의 끝부분 위치의 흡수레벨 전도선(148)위에 형성되어 흡수층의 도선 연결부(189)에 연결된다.
흡수레벨(180)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 실리콘 질화물(SixNy) 로 만들어진 흡수대(181)와 상기 흡수대(181)에 의해 둘러싸여진 연속적인 'ㄹ'자형으로 형성된 흡수레벨 전도선으로서의 볼로메터 요소(182)를 포함한다. 상기 흡수대(181)의 상부에는 적외선 흡수 코팅(183)이 형성되어 있다.
여기서, 티타늄(Ti)은 온도에 따른 저항계수의 변화가 크고 잡음지수가 적은 재료로 볼로메터의 작동 효율을 향상시키는데 유리하기 때문에 전도선(138, 148)과 볼로메터 요소(182)에는 티타늄(Ti)이 주로 사용되며 볼로메터 요소(182)의 패턴 형상은 단위 면적에 흡수되는 적외선에 의한 저항 값을 크게 하기 위해서 미리 결정된 모양, 예를 들면, 'ㄹ'자형으로 형성됨에 주목할 필요가 있다.
그런데 이와 같은 종래의 볼로메터의 지지레벨(130, 140)은 그 하부에 있던 희생층(도면상 미도시됨)이 제거되면서 구동기판레벨(110)위에 밀착 지지되는 부분을 제외한 나머지 부분들은 부상된 상태를 유지하게 되는데 이때 지지레벨(130, 140)이 윗방향으로 휘어지는 초기 경사가 나타난다. 이와 같은 초기 경사는 지지레벨(130, 140)을 형성하는 동안 내부에 발생된 잔류응력의 변형에 의해 발생되는 것이다. 이하, 도 2a 및 2b를 참조하면서 초기 경사각에 의한 종래의 적외선 흡수 볼로메터의 문제점을 기술하고자 한다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 종래의 적외선 흡수 볼로메터(100)내의 교각 구조의 문제점을 설명하기 위한 개략도이다. 도 2a는 구동기판레벨(110) 또는 흡수 레벨(180)에 수직인 방향에서 내려다본 수평 교각부(133, 143)의 모양을 개략적으로 도시한다. 도 2a에서 보듯이 수평 교각부(133, 143)는, 앞서 설명한 잔류응력에 의한 초기 경사 때문에, 각각 수평 및 수직 방향에서 직각 구조를 이루지 못하고 편차(도 2a에서 A, B, C, D로 표시됨)를 가진다.
또한 도 2b는 구동기판레벨(110) 또는 흡수 레벨(180)에 평행인 방향에서 바라본 수평 교각부(130)의 측면도를 개략적으로 도시한다. 도 2b에서 보듯이 수평 교각부(133)는, 앞서 설명한 잔류응력에 의한 초기 경사 때문에, 그 길이 방향으로 볼 때, 위쪽으로 굽어지는 경사(도 2b에서의 경사각 θ참조)를 가진다. 이것은 수평 교각부(140)의 경우에도 마찬가지이다(편의상 세부 설명은 생략함).
이상에서 설명한 초기 경사는 지지레벨내의 수평교각부의 휘어짐을 초래하여 흡수 레벨을 평탄하게 형성하는 데 방해가 되므로 결국 흡수 레벨의 열흡수 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 종래의 적외선 흡수 볼로메터에 있어서, 지지레벨의 수평부를 형성하는 동안 내부에 발생하는 잔류응력을 근본적으로 제거하는 데는 기술적 한계가 있으므로 이와 같은 지지레벨의 초기 경사에 의해 초래되는 문제를 적절한 방법으로 해결할 필요가 있다. 또한 종래의 지지레벨내의 'ㄱ'자 모양의 수평 교각부보다 더욱 길이가 긴 교각부를 형성하여 흡수 레벨로부터 기판레벨로의 열전도를 더욱 줄일 필요가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지지레벨을 형성하는 과정에서 발생된 잔류응력 때문에 생기는 초기 경사각에 의한 흡수부 평탄화 방해 효과를 최소화하는 동시에 열 전도를 최소화 할 수 있도록 한 지지레벨의 수평 교각 구조를 구비하는 적외선 흡수 볼로메터를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 기판과 기판위에 형성된 한쌍의 접속단자와 기판을 덮는 보호층을 갖는 구동기판레벨과; 층상구조측면에서 접속단자에 전기적으로 연결된 전도선을 포함하며 길이 방향의 구조면에서 일(一)자형의 수평 교각부를 구비하는 지지레벨에 있어서, 상기 수평교각부는 그 중앙부에 미리 결정된 'ㄷ'자 모양으로 형성된 보정홈에 의해 부분적으로 분리되는 보정교각부를 지니는 지지레벨과; 상기 보정교각부위의 끝부분에 형성된 포스트와; 상기 포스트에 의해 지지되고 그 내부에 미리 결정된 모양으로 형성된 볼로메터 요소를 갖는 흡수레벨을 구비하는 데, 상기 볼로메터 요소는 상기 보정교각부의 전도선과 전기적으로 연결된 적외선 흡수 볼로메터가 제공된다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 적외선 흡수 볼로메터를 도시한 분해 사시도,
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 종래의 적외선 흡수 볼로메터의 지지 레벨내의 교각부 구조의 문제점을 설명하기 위한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 도시한 분해 사시도,
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터의 지지 레벨 내의 교각부의 구조를 설명하기 위한 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310 : 구동기판레벨 330, 340 : 지지 레벨
380 : 흡수 레벨 331, 341: 앵커부
332, 342 : 경사 교각부 333, 343 : 수평 교각부
335, 345 : 보정 교각부 337, 347 : 교각 하부층
338, 348 : 교각부 전도선 334, 344 : 교각 보정홈
350, 360 : 포스트 382 : 볼로메터 요소
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 적외선 흡수 볼로메터를 도시한 분해 사시도이다. 본 발명에 따는 적외선 흡수 볼로메터(300)는 구동기판 레벨(310), 한쌍의 지지레벨(330, 340), 한쌍의 포스트(350, 360) 그리고 흡수레벨(180)로 구성된다. 여기서 구동기판 레벨(310)과 흡수레벨(380)은 서로 평행인 구조가 되도록 형성하는 것이 기본적으로 요구됨에 주목할 필요가 있다.
구동기판 레벨(310)은 집적회로(도시되지 않음)가 형성되어 있는 기판(301)과 보호층(303) 그리고 한쌍의 접속단자(307, 309)를 포함한다. 다만, 설명의 편의를 위하여 도 3에서는 접속 단자(307, 309)의 상부 표면만이 빗금 부분으로 도시된다.
흡수레벨(380)은 잔류응력이 보상되고 절연성이 우수한 실리콘 질화물(SixNy) 로 만들어진 흡수대(381)와 상기 흡수대(381)에 의해 둘러쌓여진 흡수레벨 전도선으로서의 볼로메터 요소(382)를 포함한다. 상기 흡수대(381)의 상부에는 적외선 흡수코팅(383)이 형성되어 있다.
여기서, 티타늄(Ti)은 온도에 따른 저항계수의 변화가 크고 잡음지수가 적은 재료로서 볼로메터의 작동 효율을 향상시키는데 유리하기 때문에, 전도선(338, 348)과 볼로메터 요소(382)에는 티탄늄(Ti)이 주로 사용되며 볼로메터 요소(382)의 패턴형상은 단위면적에 흡수되는 적외선에 의한 저항값을 크게 할 수 있도록 미리 결정된 형상, 예를 들면 'ㄹ'자 형상으로 형성됨에 주목할 필요가 있다.
지지레벨(330)은, 도 3에서 볼 수 있듯이, 구동레벨내의 접속 단자(307)와 접속하기 위한 앵커부(또는 접속부)(331), 앵커부(331)와 일체화된 경사 교각부(332), 경사 교각부(332)와 일체화된 일(一)자 모양의 수평 교각부(333)로 구성된다. 수평교각부(333)는 보정홈(334)과 보정 교각부(335)를 포함한다. 여기서 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 지지레벨(330)은 경사 교각부(332)를 포함하지 않고 앵커부(331)가 직접 수평 교각부(333)과 일체화된 구조로 될 수 도 있음에 주목할 필요가 있다.
한편 지지레벨(330)은 두께 방향에서 살펴보면 실리콘 질화물막으로 만들어진 교각 하부층(337)과 그 위에 형성된 티타늄(Ti) 금속으로 만들어진 교각 상부층으로서의 전도선(338)으로 이루어져 있다. 보정 교각부(335)의 끝부분에 형성된 포스트(350)는 흡수레벨(380)의 도선 연결부(389)에 연결되어 흡수레벨(380)을 지지하는 동시에 흡수레벨(380)의 도선부와 교각부(330)의 전도선(338)을 전기적으로 연결하는 기능을 한다.
지지레벨(340)은, 지지 레벨(330)과 동일한 구조를 하고 있으며 구동 기판레벨(110)위에서 지지레벨(330)과는 대각선 방향으로 대칭인 위치에 놓여진다. 부연하면, 지지레벨(340)은 구동기판 레벨(110)내의 접속 단자(309)와 접속하기 위한 앵커부(또는 접속부)(341), 앵커부(341)와 일체화된 경사교각부(342), 경사교각부(342)와 일체화된 일(一)자 모양의 수평교각부(343)로 구성된다. 수평교각부(343)는 보정홈(344)과 보정 교각부(345)를 포함한다.
한편 지지레벨(340)은 두께 방향에서 살펴보면 실리콘 질화물막으로 만들어진 교각 하부층(347)과 그 위에 형성된 티타늄(Ti) 금속으로 만들어진 교각 상부층으로서의 전도선(348)으로 이루어져 있다. 보정 교각부(345)의 끝부분에 형성된 포스트(360)는 흡수레벨(380)의 도선 연결부(387)에 연결되어 흡수레벨(380)을 지지하는 동시에 흡수레벨(380)의 도선부와 교각부(340)의 전도선(348)을 전기적으로 연결하는 기능을 한다.
이하에서는 본 발명의 특징 부분을 이루는 수평 교각부(333)의 구조를 도 4a 내지 도 4c를 참조하면서 설명하고자 한다. (수평 교각부(343)의 구조는 수평 교각부(333)와 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략한다). 도 4a는 수평 교각부(333)에 형성된 보정홈(334)을 형성하는 기본 개념을 나타내는 개략도이다. 도 4a에서 알 수 있듯이, 수평 교각부(333)는 길이 방향으로 중앙부에 'ㄷ'자 모양의 보정홈이 파여진 구조를 하고 있다.
수평교각부(333)는 보정홈(334)이 파여지기 전에는 잔류응력으로 인해 위쪽으로 휘어진 구조를 하지만 도 4a와 같은 모양의 보정홈(334)이 수평교각부(333)에 형성되면 수평교각부는(334)는 결국 도 4b에서 볼 수 있듯이 보정홈(334)에 의해 부분적으로 분리되는 보정 교각부(335)를 갖추게 된다. 보정 교각부(335)는 잔류 응력으로 인해 도 4c에서 보듯이 보정 홈이 파이기 전에 수평 교각부(333)가 휘어진 방향과는 반대의 방향으로 휘어지며 결국에는 포스트(350)가 자리잡는 보정 교각부(335)의 끝 부분 위치(도 4c에서 336으로 표시)에서는 보정 교각부(335)가 거의 수평, 즉 구동기판레벨(310)과 거의 평행을 이루게 된다. 이하 도 4c를 참조하면서, 수평 교각부(333)의 구조를 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 4c에서 보듯이 수평 교각부(333)는, 앞서 설명한 잔류 응력 때문에, 그 길이 방향으로 위쪽으로 굽어져 수평 기준선과 θ1의 각도를 이룬다. 한편, 'ㄷ'자 모양의 보정홈(334)이 수평 교각부(333)의 길이 방향으로 중앙부에 형성되면 보정 교각부(335)는 θ1이 형성된 방향과 반대 방향으로 θ1이 형성된 기준선과 θ2의 각도로 형성된다. 따라서 결국 포스트(350)가 위치하게 되는 수평 교각부(333)의 끝부분(336)은 수평 기준선과 θ3의 각을 이루게 되는 데 θ1=θ2 +θ3의 관계가 있으므로 θ2를 가능한 한 크게 하면 θ3를 제로에 가깝게 형성할 수 있다. 이렇게 하여 흡수부(380)를 떠받치는 포스트(350)가 거의 수평으로 위치하도록 할 수 있다.
한편, 위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수평 교각부(333)의 보정 교각부(335)가 형성됨에 따라 종래의 'ㄱ'자 모양의 수평 교각부보다 더욱 길이가 긴 교각부를 형성하여 흡수 레벨로부터 기판레벨로의 열전도를 더욱 줄일 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시 할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 지지레벨내의 수평교각부를 일자형으로 형성하고 수평교각부의 중앙부에 미리 결정된 'ㄷ'자 모양의 보정홈을 형성하여 보정 교각부를 갖도록 함으로써 지지레벨을 형성하는 과정에서 발생된 잔류응력에 의해 지지레벨이 휘어지는 초기 경사각에 의한 흡수레벨의 평탄화 방해효과를 보정하여 흡수부를 평탄하게 형성하여 볼로메터의 적외선 흡수율을 향상시키는 동시에 수평 교각부의 길이를 종래의 경우에 비해 더욱 길게하여 열차단 효과를 개선할 수 있다.

Claims (3)

  1. 적외선을 흡수하여 이 적외선에 의한 열에너지를 저항값의 변화로서 감지하기 위한 적외선 볼로메터에 있어서, 상기 적외선 흡수 볼로메터는
    기판(301)과 기판(301) 위에 형성된 한쌍의 접속단자(307, 309)를 갖는 구동기판 레벨(310)과;
    층상구조측면에서 접속단자(307, 309)에 전기적으로 연결된 전도선(338, 348)을 포함하며 길이 방향의 구조면에서 일(一)자형의 수평 교각부(333, 343)를 구비하는 지지레벨(330, 340)에 있어서, 상기 수평교각부(333, 343)는 그 중앙부에 미리 결정된 'ㄷ'자 모양으로 형성된 보정홈(334, 344)에 의해 부분적으로 분리되는 보정교각부(335, 345)를 지니는 지지레벨(330, 340)과;
    상기 보정교각부(335, 345)위의 끝부분에 형성된 포스트(350, 360)와;
    상기 포스트(350, 360)에 의해 지지되고 그 내부에 미리 결정된 모양으로 형성된 볼로메터 요소(382)를 갖는 흡수레벨(380)을 구비하는 데, 상기 볼로메터 요소(382)는 상기 보정 교각부(335, 345)의 전도선(338, 348)과 전기적으로 연결된 적외선 흡수 볼로메터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수평교각부(333, 334)는 층상구조 측면에서 상기 전도선(338, 348)이 교각 하부층(337, 347)위에 형성되며, 길이 방향의 구조면에서는 앵커부(331, 341)와 경사 교각부(332, 342)를 더욱 구비하는 적외선 흡수 볼로메터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도선(338, 348)과 상기 볼로메터 요소(382)는 각각 티타늄(Ti)로 이루어지며, 상기 볼로메터 요소(382)가 'ㄹ'자형으로 형성 되어 있는 적외선 흡수 볼로메터.
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