KR20030011895A - 퍼텐셜면을 갖는 센서칩과 센서칩 상에서의 퍼텐셜면의용도 및 센서칩 상의 오염을 방지하기 위한 방법 - Google Patents

퍼텐셜면을 갖는 센서칩과 센서칩 상에서의 퍼텐셜면의용도 및 센서칩 상의 오염을 방지하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

종래 기술에 따른 센서칩의 경우, 센서칩을 스쳐서 유동하는 매체 내의 오염물로 인해 센서 영역 내에 침전물이 생긴다.
본 발명에 따른 센서칩(1)은 적어도 센서 영역(17)의 흐름 방향 상류측으로 적어도 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)을 포함하며, 상기 퍼텐셜면은 유동 매체 내의 오염물과 전기적으로 상호 작용함으로써, 센서 영역(17) 내에 침전되는 것을 방지한다.

Description

퍼텐셜면을 갖는 센서칩과 센서칩 상에서의 퍼텐셜면의 용도 및 센서칩 상의 오염을 방지하기 위한 방법{Potential Energy surface sensor chip and use of potential energy surfaces on a sensor chip and method for preventing a sensor chip from being soiled}
DE 196 01 791 A1에는 예컨대 프레임 소자, 리세스 및 막으로 구성된 센서 영역을 구비한 센서칩이 공지되어 있으며, 상기 막은 센서 영역을 형성한다. 이 경우 항상, 예컨대 상기 센서칩이 노출되어 있는 오일 등과 같은 오염물로 인해 센서 영역 내의 센서칩에는 불리한 측정 신호 영향이 일어날 수 있다. 센서 영역 또는 센서 영역 둘레에 바로 접한 영역 내의, 오일에 의한 오염은 센서칩 표면의 열전도값을 변화시키며 이로써 측정 신호 상에 날조되게 영향을 미친다. 부가적으로, 센서칩 상에 침전된 오일은 유동 매체 내에 함유된 고체 입자에 대한 접착제로서 사용될 수 있다. 포획된 입자는 상기의 불리한 영향을 부가적으로 재차 증폭시킨다.
US-PS 5,705,745는 온도 저항 및 발열 저항이 배열된 막을 갖는 센서칩을 제시하며, 상기 막은 U형상일 수 있는 열전도 소자에 의해 둘러싸인다. 열전도 소자는 가열되지 않는데, 즉 포텐셜을 갖지 않는다.
US-PS 4,888,988은 막을 갖는 센서칩을 제시하며, 막 둘레에는 금속 전도체가 배열된다. 상기 전도체는 측정 방법을 위한, 센서칩 상의 측정 장치의 공통의 중성 전도체(zero conductor)이다.
DE 198 01 484 A1은 막을 갖는 센서칩을 제시하며, 상기 막 둘레에는 전기 전도체가 배열되며, 전기 전도체를 통해 전기 전류가 흐른다. 전도체 레일은 측정 방법 또는 측정 과정을 위해 사용되는 온도 센서이다.
DE 29 00 210 A1 또는 US-PS 4,294,114는 온도에 따라 좌우되는 저항을 캐리어 상에 포함하는 센서칩을 제시하며, 기판을 가열하는 또 다른 저항이 상기 캐리어 상에 증착된다.
DE 42 19 454 A1 또는 US-PS 5,404,753은 센서 영역으로부터 간격을 두고 기준 온도 센서를 포함하는 센서칩을 제시한다.
DE 31 35 793 A1 또는 US-PS 4,468, 963은 센서 저항의 유동 방향 상류측 및/또는 유동 방향 하류측에 또 다른 저항을 포함하는 센서칩을 제시하나 상기 저항은 측정 신호에 영향을 미친다.
본 발명은 제 1 항 또는 제 13 항 또는 제 14 항 또는 제 15 항의 전제부에 따라, 퍼텐셜면을 갖는 센서칩과 센서칩 상에서의 퍼텐셜면의 사용 및 센서칩 상의 오염을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 센서칩을 도시한 도면.
도 2a는 본 발명에 따른 센서칩의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 2b는 본 발명에 따른 센서칩의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 2c는 본 발명에 따른 센서칩의 제 3 실시예를 도시한 도면.
이에 반해 제 1 항 또는 제 13 항 또는 제 14 항 또는 제 15 항의 특징을 가지며, 퍼텐셜면을 갖는 본 발명에 따른 센서칩과 센서칩 상에서의 퍼텐셜면의 본발명에 따른 사용 및 센서칩 상의 오염을 방지하기 위한 본 발명에 따른 방법은 단순한 방법으로 센서칩의 센서 영역의 오염이 감소 또는 방지되는 장점을 갖는다.
종속항에 제시된 방법을 통해 제 1 항에 언급된 센서칩의 바람직한 또 다른 실시예 및 개선이 가능해진다.
센서 영역의 유동 방향 하류측으로 바람직하게는, 예컨대 역류시 센서 영역을 보호하는 퍼텐셜면이 배열된다.
제 1 퍼텐셜면 상의 포지티브 퍼텐셜 및 후속된 퍼텐셜면 상의 네가티브 퍼텐셜을 통해 바람직한 퍼텐셜면에 이른다.
퍼텐셜면은 바람직하게는, 센서 영역을 둘러싸는 U형을 갖는다.
퍼텐셜면은 바람직하게는 발열 저항과 같은 전도체 레일로서 형성되는데 이것이 공지된 단순한 제조 방법이기 때문이다.
센서 영역은 바람직하게는 퍼텐셜면과 무관하게 작동되는데, 즉 측정, 또는 센서 영역에 제공되는 측정 신호는 퍼텐셜면의 작동에 의해 영향을 받지 않으며 그 역이 성립된다.
본 발명의 실시예는 도면에 단순하게 도시되며 하기의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 센서칩을 도시하며, 상기 센서칩은 도 2a 내지 2c의 실시예에 상응하여 본 발명에 따라 개선된다. 상기와 같은 센서칩의 제조 방법 및 사용은 DE 196 01 791 A1에 자세히 설명되어 있으며, 그 내용은 공개되어 있다.
센서칩은 예컨대 실리콘으로 구성된 프레임 소자(3)를 갖는다. 상기 프레임 소자(3)는 리세스(5)를 갖는다. 프레임 소자에는 예컨대 SiO2로 이루어진 절연층(21)이 형성된다. 상기 층(21)은 전체 프레임 소자(3)에 걸쳐서 연장되나, 리세스(5)의 영역에서도 연장된다. 상기 영역은 한쪽 면에서 리세스(5)를 부분적 또는 전체적으로 제한하는 막(33)을 형성한다. 리세스(5) 반대편 막(33)의 면에는 적어도 하나의, 예컨대 3 개의 금속 레일(19)이 제공된다. 금속 레일(19)은 예컨대 전기적 가열기 및/또는 측정 저항을 형성하며 막(33)과 함께 센서 영역(17)을 형성한다. 적어도 센서 영역(17)은 주로 보호층(23)으로 덮인다. 보호층(23) 역시 금속 레일(19) 위로만 연장될 수 있다. 센서칩은 유동 매체와 직접 접촉하는 표면(27)을 갖는다.
도 2a는 본 발명에 따라 형성된 센서칩(1)의 제 1 실시예를 평면도로 도시한다. 센서 영역(17)에는 예컨대 적어도 하나의 전기적 발열 저항(35) 및 적어도 하나의 온도 센서(37)를 형성하는 금속 레일이 배열된다. 온도 센서(37)는 예컨대 전기 저항이다. 상기의 경우 상기 저항은 주로 서로 평행하게 배열된 1 개의 발열저항(35) 및 2 개의 온도 센서(37)이며 온도 센서(37)는 발열 저항(35)의 좌측 및 우측으로 연장된다. 금속 레일은 대부분 센서 영역(17) 내에 배열되며 예컨대 유동 매체의 온도 및/또는 유량과 같은 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위한 측정 방법을 위한 전제 조건이다. 따라서 센서 영역(17)은 도시되지 않은 공지된 제어 및 조절 회로에 접속된다. 센서 영역(17)은 예컨대 상술된 막(33)을 통해 형성될 수 있다. 센서칩(1)은 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위한 유동 매체 내에 배열되며, 유동 매체는 주 유동 방향(42)으로 센서칩(1) 또는 센서칩 위 또는 표면(27)을 스쳐 유동한다. 유동 매체는 센서칩(1)을 오염시킬 수 있는 불순물을 포함할 수 있다. 이는 예컨대 오일이거나 또는 물에 용해된 소금이다. 오염을 방지하거나 감소시키기 위해, 주 유동 방향(42)으로 센서 영역(17) 앞에는 제 1, 제 2 퍼텐셜면(44, 47)이 배열된다. 상기 제 1 퍼텐셜면(44)은 예컨대 1 볼트의 포지티브 퍼텐셜을 포함하며, 상기 퍼텐셜은 예컨대 제어 회로 및 조절 회로와 무관한 전압원으로부터 유래된다. 제 2 퍼텐셜면(47)은 하나의 네가티브 퍼텐셜을 포함하거나 또는 포함하지 않는다. 퍼텐셜 경사는 모든 값을 가질 수 있거나 또는 그 역도 성립될 수 있다.
유동 매체에 함유된 유체 입자 또는 오염 입자와 퍼텐셜면이 전기적으로 상호 작용함으로써, 센서 영역(17)에의 침전이 방지되는데, 이는 인가된 전압의 전기장을 통해 오염 입자가 밀쳐지기 때문이고 이로써 상기 오염 입자는 센서 영역(17) 둘레에서 방향 전환된다. 이는 퍼텐셜 입자의 퍼텐셜과 유체 또는 오염 입자의 전하가 동일한 방향으로, 즉 양 측 모두 포지티브 또는 양 측 모두 네가티브로 로드될 때 일어난다. 퍼텐셜면의 퍼텐셜 및 고체 입자 또는 오염 입자의 전하가 반대 방향으로, 즉 퍼텐셜은 포지티브로 유체 입자 또는 오염 입자는 네가티브로 또는 그 반대로 일어나면, 유체 입자 또는 오염 입자는 표면(27) 쪽으로 끌어당겨지며 퍼텐셜면의 영역에 의도한 바대로 축적되나 센서 영역(17)에는 축적되지 않는다. 바람직하게 정전기적 자계가 사용된다. 그러나 교번 자계가 인가될 수도 있다.
도 2b는 본 발명에 따라 형성된 센서칩(1)의 제 2 실시예를 도시한다. 센서칩(1)은 부가적으로 흐름 방향 하류측으로 센서 영역(17)에 제 3 및 제 4 퍼텐셜면(50, 53)을 포함한다. 제 1 퍼텐셜면(44)은 예컨대 제 4 퍼텐셜면(53)과 같은 동일한 퍼텐셜 상에 위치하며 제 2, 제 3 퍼텐셜(47, 50)도 마찬가지로 예컨대 동일한 퍼텐셜을 포함한다. 따라서 예컨대 주유동 방향에 반대되게 일어날 수 있으며 펄스에 의한 역류 및 센서 영역(17) 내의 오염은 방지된다. 센서 영역(17)의 흐름 방향 상류측 및 흐름 방향 하류측으로 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 동일한 퍼텐셜차이를 반드시 포함해야 될 필요는 없다.
도 2c는 본 발명에 따라 형성된 센서칩(1)의 제 3 실시예를 도시한다. 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 센서 영역(17)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 U 형에 따라 부품을 형성한다. 도 2b로부터, 제 2, 제 3 퍼텐셜면(47, 50)이 서로 연결되고, 제 1 퍼텐셜면(44)은 하나의 퍼텐셜면을 형성하는 제 4 퍼텐셜면(53)과 연결되는 것이 제시된다.
또한 모든 실시예에 대해 하기의 설명이 적용된다. 센서칩(1)은 예컨대 플레이트형으로 형성되며, 유동 매체가 스쳐서 흐르는 표면(27)을 갖는다. 센서 영역(17) 및 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 표면(27)에 함께 배열된다.
퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 센서 영역(17)의 적어도 흐름 방향 상류측 또는 흐름 방향 하류측으로, 센서 영역(17)의 길이(l) 보다 길고 주 유동 방향(42)에 대해서 수직인 길이를 갖도록 형성된다. 이로써 센서 영역(17)은 그 전체 길이(l)에 걸쳐서 오염에 대해 방지된다.
저항(35, 37) 및/또는 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 바람직하게는 전도체 레일로서 형성된다.
퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 센서 영역(17) 상에 전체적 또는 부분적으로, 센서 영역(17)에 바로 인접하게 또는 센서 영역(17)으로부터 간격을 두고 배열될 수 있다.
상기 센서 영역(17)은 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)과 무관하게 작동될 수 있으며 즉 측정, 또는 센서 영역(17)에 제공된 측정 신호는 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)의 작동에 영향을 받지 않는다. 센서 영역(17)의 제어 및 조절 회로는 예컨대 특정의 전압을 인가하거나 또는 전압을 스위치 오프하는 것과 같이 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)에 신호를 보낼 수 있으나, 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 센서 영역(17)의 측정 또는 조절 경로의 부분은 아니다. 인가된 전압의 높이는 변할 수 있다.
퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)의 퍼텐셜은 구성시에 이미 정해질 수 있으므로, 센서칩의 전체 수명에 대해 정해지는 특정 퍼텐셜을 세팅하기 위해 제어 회로는 필요치 않다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 측정 방법을 위한 센서 영역을 갖는 유동 매체의 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위한 센서칩으로서, 상기 매체는 주 유동 방향(42)을 포함하는 센서칩에 있어서,
    센서칩(1) 상에서 적어도 부분적으로 흐름 방향 상류측으로 센서 영역(17) 앞에는 적어도 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)이 배열되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  2. 제 1 항에 있어서, 센서칩(1) 상에서 흐름 방향 하류측으로 상기 센서 영역(17) 뒤쪽에는 적어도 하나의 또 다른 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)이 배열되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 적어도 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 센서 영역에 간격을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 포지티브한 전기적 퍼텐셜을 포함하며 바로 인접한 다른 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 네가티브한 퍼텐셜을 포함하거나 또는 포함하지 않으며, 양 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 주 유동 방향(42)으로 센서 영역(17) 앞 또는 뒤에 배열되는 것을특징으로 하는 센서칩.
  5. 제 1 항에 있어서, 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 U형인 것을 특징으로 하는 센서칩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 영역(17)은 막(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 영역(17)에는 적어도 하나의 발열 저항(35) 및 적어도 하나의 온도 센서(37)가 배열되며, 이들(35, 37)은 주로 센서 영역(17)에 배열되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 영역(17)은 주 유동 방향(42)에 가로질러서 길이(l)를 가지며, 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 주 유동 방향(42)에 가로질러 배열되고 길이(l)보다 긴 것을 특징으로 하는 센서칩.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 저항(35) 또는 온도 센서(37)는 전도체 레일로서 형성되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 전도체레일로서 형성되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 센서칩(1)은 유동하는 매체가 스쳐서 흐르는 적어도 하나의 표면(27)을 가지며, 센서 영역(17) 및 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 표면(27) 상에 함께 배열되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 영역(17)은 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)과 무관하게 전기적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 센서칩.
  13. 유동 매체의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위해 사용되는 센서칩(1) 상에 배열되고, 센서 영역(17) 주위에서 유동하는 매체의, 함께 운반된 입자를 전기 장을 이용하여 방향 전환하기 위한 적어도 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)의 용도.
  14. 센서 영역(17)을 가지며 유동 매체 내에 배열된 센서칩(1)의 오염을 방지하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 인가된 전기 전압을 통해 전기 장을 일으키며, 상기 전기 장은 함께 운반된 매체의 입자를 센서 영역(17) 둘레에서 전향시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 센서 영역(17)을 가지며 유동 매체 내에 배열된 센서칩(1)의 오염을 방지하기 위한 방법에 있어서, 적어도 하나의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)은 인가된 전기 전압을 통해 전기 장을 일으키며, 상기 전기 장은 함께 운반된 매체의 입자를 센서 영역(17) 앞 또는 뒤의 퍼텐셜면(44, 47, 50, 53)의 영역에서 끌어당기는 것을 특징으로 하는 방법.
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