KR200323748Y1 - 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 열식유량검출센서의 발열체 패턴과 온도 검출체 패턴 - Google Patents

Abstract

본 고안은 마이크로 머시닝 기술로 제작되는 열식 유량검출센서에 관한 것으로서, 유량검출을 위한 십자 형상의 발열체(22)와 온도 검출체(32)를 형성함으로써, 넓은 각도 범위에서 유입되는 유체의 유량을 검출할 수 있으며, 이는 적은 유량 변화와 유체 흐름 방향이 흐트러지더라도 유량 검출 데이터의 신뢰성을 높이고, 본딩 패드(21)과 (31)을 대칭구조로 형성하여 와이어 본딩 과 플립칩 본딩에 모두 적용되도록 구성하여, 설계, 설치 및 운용이 용이하도록 하는 열식 유량검출센서의 발열체 패턴과 온도 측정 검출체 패턴에 관한 것이다.

Description

마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 열식 유량검출센서의 발열체 패턴과 온도 검출체 패턴{Patterns of heater and temperature sensor in thermal type flow detecting sensor fabricated by micromaching technology}

열식 유량검출센서는 유체 흐름이 진행되는 유체 속에 설치되어 유량를 검출하는 센서로서, 발열체와 이 발열체의 온도 변화를 측정하는 온도 검출체로 구성된다. 반도체 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조되는 열식 유량검출센서는 소형이며, 낮은 전력에서 구동될 수 있고, 대량생산의 장점을 지니고 있다.

도 2는 종래 기술의 반도체 마이크로 머시닝 기술에 의해 제조된 열식 유량검출센서의 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 주지의 방법에 의한 마이크로 머시닝 기술에 의해서 이방성 식각 홈(11)이 구비된 기판(10)상에 제작된 열식 유량검출센서는 발열체(20)를 중심으로 이웃하게 두개의 온도 검출체(30)가 배치되어, 유체의 유입 방향이 발열체(20)와 온도검출체(30) 길이 방향에 대해 직교하는 방향(41) 혹은 (44)방향으로 유체가 흐트러짐이 없이 유입되는 경우 발열체(20)의 온도 분포 변화를 온도검출체(30)에서 측정하여, 측정된 온도 분포 변화량으로부터 유량으로 환산된다.

즉, 종래기술에서는 유체 유입 방향이 발열체(20)와 온도검출체(30)의 길이방향에 대해 직교하는 방향인 (41) 혹은 (44) 방향으로 유체가 흐트러짐 없이 유입되는 경우에만 정확한 온도분포를 측정할 수 있다는 제약을 받는다.

그런데 센서가 설치되는 유체 흐름관의 구조에 있어서 유체 흐름 방향의 흐트러짐 발생은 용이하며, 유속이 급격하게 바뀌는 조건이나 외부적으로 유체 흐름관이 진동을 받는 경우에 유체 흐름 방향의 흐트러짐 발생은 주지의 사실이다.

종래 기술의 경우 발열체 본딩 패드(21)과 온도 검지체 본딩 패드(31)에 리드선을 접속하는 와이어 본딩(wire-bonding)으로 외부 단자와 연결되게 구성되어 있어 플립 칩(flip-chip) 실장을 적용할 수 없게 구성되어 있다.

이와 같이 종래 기술은 유체흐름의 방향이 소정의 각도 범위를 벗어나거나, 적은 유량의 변화나, 유체 흐름의 흐트러짐이 발생할 때 유량 측정의 오차가 쉽게 발생하는 문제점을 지니고 있고, 유체 흐름관의 설계 조건, 유속이 급격하게 바뀌는 조건과 외부 진동 조건에 따라서 유량 측정 데이터의 오차 변화가 커져 적은 유량의 변화를 측정하기에도 용이하지 않아 측정 데이터의 신뢰성이 떨어지고, 와이어 본딩으로 외부 단자와 연결되도록 본딩 패드가 구성되어, 설계, 제작 및 운용에 있어서 어려움이 따르게 된다.

이에 본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 종래기술의 마이크로 머시닝 기술에 의해 제작되는 소형크기, 저전력소모 및 대량생산의 잇점을 유지하면서, 본 고안에서는 십자 형상의 발열체(22)과 십자 형상의 온도 검출체(32)를 형성함으로써, 종래 기술보다 적은 유량의 변화와 유체 흐름 방향의 흐트러짐이 발생하더라도 (40),(41),(42),(43),(44),(45) 방향의 넓은 각도범위에서 온도분포를 측정하여, 유량 측정 데이터의 신뢰성을 높이고, 와이어 본딩 과 플립 칩 실장에 모두 적용될 수 있도록 본딩 패드(21) 과 (31) 을 대칭구조로 구성하여, 설계, 제작 및 운용의 용이성을 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 열식 유량검출센서의 평면도.

도 2는 유체 흐름 방향을 설명하기 위한 종래기술의 열식 유량검출센서의 평면도.

도 3은 유체 흐름 방향을 설명하기 위한 본 고안의 열식 유량검출센서의 평면도.

도 4는 본 고안의 열식 유량 검출 센서의 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10:기판

11:식각홈

20:발열체

21:발열체의 본딩패드

22:십자형상의 발열체

23:요철형상

30:온도검출체

31:온도검출체의 본딩패드

32:십자형상의 온도검출체

40,41,42,43,44,45: 유체흐름방향

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 고안의 열식 유량센서의 평면도이며, 도 3은 유체 흐름 방향을 설명하기 위한 본 고안의 열식 유량센서의 평면도이고, 도 4는 본 고안의 열식 유량센서의 사시도이다. 먼저 도 1과 도 4를 참조하면 주지의 마이크로 머시닝 기술로 이방성 식각홈(11)이 구비된 기판(10)의 중앙부에 십자 형상의 발열체(22)과 이 십자형상의 발열체(22) 주위에 십자 형상의 온도 검출체(32)로 구성된다. 발열체(22)와 온도검출체(32)는 도 3에서와 같이 발열효율과 검지 효율을 높이기 위한 요철(23)이 있는 십자형상으로 구성될 수도 있다. 상기 발열체에 전류가 공급되면 주울열이 발생하고, 발열체에서 발생한 열에 의한 온도 분포를 온도 검출체에 의해서 저항 변화로 검출하게 되고, 이는 유량 변화로 환산된다.

즉, 유체 흐름 배관 내에 상기의 열식 유량센서가 위치하고, 유체 흐름이 없을 때에는 발열체에서 발생한 열에 의한 온도 분포가 일정하게 유지된다. 유체 흐름 배관 내에 유체 흐름이 있을 때는 발열체에서 발생한 열이 유체 흐름에 전달되고, 유량이 증가함에 비례하여 많은 열이 유체에 전달되어, 온도 분포는 다르게 나타나고 온도 변화는 온도 검출체의 저항변화를 가져와 외부와 연결된 브릿지 회로 및 증폭회로를 거쳐 전압 출력으로부터 유량으로 환산된다.

상기 주지의 원리로 유량의 변화를 검출하게 되며, 본 고안에서는 십자 형태로 발열체(22)와 온도 검출체(32)를 구성함으로써, 도 3에서와 같이 유체 흐름이 (40),(41),(42),(43),(44),(45) 방향으로 넓은 각도 범위에서 유입되더라도 온도 검출체(32), 발열체(22), 온도 검출체(32)의 차례를 순차적으로 거치게 되어, 발열체(22)를 중심으로 발열체(22)를 통과하기 전의 유체 온도와 발열체(22)를 통과하고 난 후의 유체 온도를 검출하게 된다. 즉, 발열체(22)와 온도 검출체(32)가 십자 형태로 구성되어 유체 흐름 방향에 흐트러짐이 발생하거나 유입 방향이 바뀌어도 넓은 각도 범위에서 온도 분포 측정이 용이하고, 적은 유량의 변화가 있더라도 넓은 각도 범위에서 온도 분포가 검출됨으로 적은 유량의 변화도 용이하게 측정되어 측정 데이터의 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.

도 1과 같이 본 고안에서는 외부 단자와 연결을 위한 본딩 패드(21)과 (31) 을 기판(10)의 가장자리에 대칭되게 형성하여 주지의 와이어 본딩과 플립 칩 실장에 모두 적용할 수 있도록 형성한다. 플립 칩 실장을 적용하면 소형 모듈화 기술에 적용이 용이하며, 검출된 신호를 와이어 리드 선을 통하지 않고 짧은 거리로 외부 단자와 연결하여 신호 처리 속도를 증대시킬 수 있음으로 종래기술보다 검출 속도를 향상시킬 수 있다.

실시예로 이방성 식각홈(11)이 구비된 (100)면 방위의 실리콘 기판 상에 100 nm 두께의 Si₃N₄막을 구성하고, 발열체(22)로 두께 300nm의 백금 박막을 길이 400 ㎛, 단면적 0.4㎛²의 저항값 105Ω을 갖는 상기의 십자형상의 패턴을 제작하여 유량변화를 측정한 결과 유량 측정 데이터의 신뢰성 수준을 10%이상 향상시켰다.

본 고안은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 도면에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 종래기술의 마이크로 머시닝 기술에 의해 제작되는 소형크기, 저 전력소모 및 대량생산의 잇점을 유지하면서, 십자 형상의 발열체(22)와 십자 형상의 온도 검출체 (32)를 형성함으로써, (40),(41),(42),(43),(44),(45) 방향의 넓은 각도 범위에서 유량 변화를 측정 할 수 있어, 적은 유량 변화와 유체 흐름 방향의 흐트러짐이 발생하더라도 정확한 유량을 측정하여, 유량 측정 데이터의 신뢰성을 높이고, 본딩 패드(21) 과 (31) 을 와이어 본딩 과 플립 칩 실장에 모두 적용될 수 있도록 구성하여, 검출 속도를 향상시킬 수 있어, 설계, 제작 및 운용의 용이성을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 마이크로 머시닝 기술로 제작되는 열식 유량 검출 센서에 있어서, 열을 발생하는 발열체(22)와 온도를 검출하는 온도 검출체(32)가 십자 형상으로 구성되고, 본딩 패드(21) 과 (31)이 기판에 대칭 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 머시닝 기술로 제작되는 열식 유량 검출 센서.