KR20040084318A - 온도센서장치 - Google Patents

Abstract

자동차 또는 선박의 엔진부에서의 온도를 측정하기 위해 백금, 니켈 등의 저항의 온도 의존성을 이용한 온도센서장치에 관한 것으로, 그 제조 과정에 있어서 제작자의 주의를 요할 뿐만 아니라 그 제조 비용이 상승한다는 문제점을 해소할 수 있도록, 백금 박막을 이용한 온도센서장치에 있어서, 온도 센서를 지지하는 세라믹 기판, 백금 박막의 패터닝에 의해 기판상에 형성되고, 제1의 단자 및 제2의 단자를 구비한 제1의 온도 센서부, 제1의 온도 센서부와는 별도로 백금 박막의 패터닝에 의해 기판상에 형성되고, 제3의 단자 및 제4의 단자를 구비한 제2의 온도 센서부 및 본딩부를 통해 제1의 온도 센서부 및 제2의 온도 센서부에 각각 결합된 다수개의 리더 와이어를 포함하며, 제2의 단자와 제3의 단자는 공통으로 사용되는 공통단자인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 온도센서장치를 이용하는 것에 의해, 제작 단가를 크게 절약할 수 있으며, 외부단자와의 리드선 연결이 보다 간편하고 전체 시스템을 4단자에 비해 간소화할 수 있다는 효과가 얻어진다

Description

온도센서장치{TEMPERATURE SENSOR DEVICE}

본 발명은 저항 온도계로서 백금을 이용한 온도센서장치에 관한 것으로, 특히 자동차 또는 선박의 엔진부에서의 온도를 측정하기 위해 백금, 니켈 등의 저항의 온도 의존성을 이용한 온도센서장치에 관한 것이다.

일반적으로 금속은 온도가 올라가면, 저항값이 증가하는 양의 온도계수를 갖고 있다. 이 성질을 이용한 온도센서가 온도측정 저항체이다. 이 저항체로는 백금, 동, 니켈 등이 있으며, 백금은 융점이 1786℃로 높고 화학적이나 전기적으로 안정되어 있어 널리 사용되고 있다. 또, 백금은 탄성이 우수하고 가늘게 가공이 가능하며 저항온도특성이 직선에 가깝다. 이와 같은 장점이 온도센서를 만들기 위한 가장 적합한 재료이다. 또한, 이 백금을 이용한 온도측정센서는 특성이 안정적이며 측정온도범위가 -200℃ 내지 650℃로 넓어서 정밀한 온도측정이 뛰어나며, 최근에는 1000℃넘는 것도 개발되고 있다.

이러한 백금 계측용 저항에 관해서는 독일 특허공개공보 DE 1999 01 183A, DE 19901184, 일본국 공개특허공보 소55-166903호, 미국특허공보 4, 234, 542호 등에 기재되어 있다.

또한, 백금을 이용한 온도센서에 관해서는 대한민국 공개공보 1995-0014873호, 1999-0080913호, 2002-0021543호 등에 기재되어 있다.

도 1은 종래의 백금 SMD칩(100)을 나타낸 도면이다.

즉, 도 1은 Al₂O₃로 제조된 세라믹기판(102)을 포함하여 구성된 SMD칩(100)을 나타낸다. 세라믹 기판(102)의 제1 주표면(104)은 예를 들어, 백금이나 로듐과 약간 합금된 백금 필름으로 구성된 패터닝된 계측용 필름(106)과 맞붙는다. 제1단자(108)이 형성되고, 이것은 계측용 필름(106)의 제1 끝단(110)과 연결된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 단자(108)은 세라믹 기판(102)의 제1 주표면(104)으로부터 세라믹 기판(102)의 측면을 가로질러 제2 주표면으로 뻗어 있다. 계측용 필름(106)의 제2 끝단(114)과 연결된 제2 단자(112)가 같은 방법으로 구성된다.

도 1에 있어서, 계측용 필름(106), 제1 단자(108), 제2 단자(112)는 고온데 안전한 동일물질, 예를 들어 백금으로 만들어진다. 그러나, 응용(약 800℃)을 위해, 가능한 물질은 백금 합금, 니켈 및 니켈 합금을 사용하기도 한다.

따라서, 도 1에 보여진 SMD칩(100)은 고온센서, 즉 필름(016)에 의해 규정지어 진 고온 계측용 소자를 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 구조의 백금을 이용한 백금온도 센서에 리더 와이어를 부착한 도면이다.

도 2에 있어서, (200)은 백금박막 온도센서(PRT)의 세라믹 기판이고, (201)은 기판 상에 백금박막이 패터닝된 백금박막 패턴이고, (203)은 백금박막 패턴(201)의 한쪽 끝에 마련된 제1 및 제2의 단자이다.

(204)는 온도센서에서 감지된 값을 외부의 표시장치에 표시하기 위해 온도센서와 도시하지 않은 표시장치를 접속하는 리더 와이어이며, (205)는 제1 및 제2의 단자(203)와 리더 와이어(204)를 접속하는 본딩부이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 백금박막 온도센서는 백금 박막을 진공상태에서 스퍼터링으로 세라믹 기판(200)상에 증착하여 패터닝한 후 다양한 패키징 기술을 이용하여 제작된다. 이와 같이 제작된 백금박막 온도센서의 저항값은 100Ω, 500Ω 및 1000Ω이며, 온도의 변화에 따라 저항값이 일정한 비(TCR : Temperature Coefficient of Resistance)를 갖고 선형적으로 변화하며, 이 변화값을 이용하여 원하는 곳의 온도를 감지하게 한다.

도 3은 도 2에 도시된 백금박막 온도센서가 금속 원통내에 2개 마련된 이중 백금박막 온도센서를 나타낸 도면이다.

일반적으로 온도보상용으로 이용될 경우 소자 자체가 이용되기도 하나 선박 및 자동차에 적용할 경우 도 3에 도시된 바와 같이 다시 금속 외관에 봉입되어 이용되게 된다.

도 3에 있어서, (300)은 원통형 이중 백금박막 온도센서부이고, (301)은 원통 내에 마련된 와이어로 제작된 제1의 센서부이고, (302)는 예비 센서부로서 기능하며 제1의 센서부(301)과 독립적으로 원통 내에 마련된 제2의 센서부이다.

또, (303)은 제1의 센서부와 접속된 제1의 와이어부이고, (304)은 제2의 센서부에 접속된 제2의 와이어부이다.

도 3과 같이 제작되어 선박 자체 깊숙이 장착되어 사용되는 경우, 오랜 피로현상 및 소자 자체에 결함이 생기게 되면 센서가 봉입되어 있는 금속 외관 전체를 교체하여야만 하고, 경우에 따라 이 교체 작업이 매우 곤란한 경우가 있다. 이런 경우에 원통형 이중 백금박막 온도센서부(200)에 제1의 센서부(301)과 제2의 센서부(302)를 2개(dual-type) 제작하여 하나는 사용하고 나머지 하나는 예비용(spare)으로 사용하게 된다. 이렇게 센서 2개가 제작되어 있는 소자를 이용하게 되면, 사용중인 하나의 센서에 결함이 발생하여도 센서 모듈 전체 교체에 따른 경제적·시간적 손실을 크게 줄일 수 있으며 간단한 조치로 온도제어 시스템을 정지 상태없이 연속적으로 이용할 수 있다.

그러나, 도 3에 도시된 바와 같은 원통형 이중 백금박막 온도센서부의 이중형 센서는 두 센서가 같은 저항, 예를 들어: 100Ω-100Ω 또는 600Ω-600Ω 등과 같이 장착되므로서, 피측정물의 온도가 센서장치의 온도한계를 초월하는 경우 이중으로 장착된 온도센서가 모두 파손된다는 문제점이 있었다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같은 온도센서는 각 센서부가 2단자씩 4단자로 제작되면 얇은 백금세선을 이용하므로 그 제조 과정에 있어서 제작자의 주의를 요할 뿐만 아니라 그 제조 비용이 상승한다는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 이중 온도 센서의 제작 비용을 절감하면서 다량으로 제작할 수 있는 온도센서장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 여러 종류의 피측정물에 용이하게 대처할 수 있는 온도센서장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 백금 SMD칩(100)을 나타낸 도면,

도 2는 도 1에 도시된 구조의 백금을 이용한 백금온도 센서에 리더 와이어를 부착한 도면,

도 3은 도 2에 도시된 백금박막 온도센서가 금속 원통내에 2개 마련된 이중 백금박막 온도센서를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 온도센서 장치를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

41 : 세라믹 기판 42 : 제1의 백금 박막 패턴

43 : 제2 백금 박막 패턴 45 : 패턴 연결부

46 : 공통 패턴부 47 : 제1의 단자

48 : 제2, 3의 단자 49 : 제4의 단자

50 : 제1의 리더 와이어 53 : 본딩부

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 온도센서장치는 백금 박막을 이용한 온도센서장치에 있어서, 상기 온도 센서를 지지하는 세라믹 기판, 상기 백금 박막의 패터닝에 의해 상기 기판상에 형성되고, 제1의 단자 및 제2의 단자를 구비한 제1의 온도 센서부, 상기 제1의 온도 센서부와는 별도로 상기 백금 박막의 패터닝에 의해 기판상에 형성되고, 제3의 단자 및 제4의 단자를 구비한 제2의 온도 센서부 및 본딩부를 통해 상기 제1의 온도 센서부 및 제2의 온도 센서부에 각각 결합된 다수개의 리더 와이어를 포함하며, 상기 제2의 단자와 상기 제3의 단자는 공통으로 사용되는 공통단자인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 온도센서장치에 있어서, 상기 제1의 온도 센서부와 상기 제2의 온도 센서부에서 측정되는 온도측정 범위의 상한값은 서로 다른 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 온도센서장치에 있어서, 상기 다수개의 리더 와이어는 각각 제1의 단자, 공통단자 및 제4의 단자에 결합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 특징적인 실시예를 도면에 따라서 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 온도센서 장치(40)를 나타낸 도면이다.

도 4에 있어서, (41)은 온도 센서를 지지하며, 매우 고온으로서 사용되는 피측정물의 온도에 영향을 받지 않는 물질로 이루어진 세라믹 기판이고, (42)는 백금 박막의 패터닝에 의해 세라믹 기판(40)상에 형성된 제1의 백금 박막 패턴부이며, 이 제1의 백금박막 패턴부(42)는 세라믹 기판(41)의 한 쪽 긴변을 따라 요철형상으로 형성된다.

(43)은 백금 박막의 패터닝에 의해 세라믹 기판(40)상에 형성된 제2의 백금 박막 패턴부이며, 이 제2의 백금박막 패턴부(43)는 세라믹 기판(41)의 다른 쪽 긴변을 따라 제1의 백금 박막 패턴(42)과 대향하며 요철 형상으로 형성된다.

(45)는 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43)의 각각의 한쪽 끝부를 연결하는 패턴 연결부로서, 이 패턴 연결부(45)에 의해 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43)이 서로 연결된다. (46)은 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43) 사이의 중앙부분에서 세라믹 기판(41)의 긴변을 따라 직선 형상으로 마련된 공통 패턴부이고, 이 공통 패턴부(46)의 한쪽 끝은 패턴 연결부(45)에 접속되어 있다.

(47)은 제1의 백금박막 패턴부(42)의 다른쪽 끝에 마련된 제1의 단자이고, (48)은 공통 패턴부(46)의 다른쪽 끝에 마련된 제2 및 제3의 단자이며, (49)는 제2의 백금 박막 패턴(43)의 다른쪽 끝에 마련된 제4의 단자이다.

도 4에 도시된 본 발명은 제2의 단자와 상기 제3의 단자(48)이 공통으로 사용되는 공통단자인 것에 특징이 있다. 또, 본 발명에 있어서는 제1의 백금박막 패턴부(42), 제2의 백금 박막 패턴(43), 패턴 연결부(45), 공통 패턴부(46), 제1의 단자(47), 공통단자(48) 및 제4의 단자(49)를 세라믹 기판(41) 상에 백금 박막을 패터닝할 때 동시에 형성한다.

또한, 본 발명에 있어서 제1의 온도 센서부는 제1의 백금박막 패턴부(42), 패턴 연결부(45), 공통 패턴부(46), 제1의 단자(47), 제2의 단자(48)로 이루어지고, 제2의 온도 센서부는 제2의 백금 박막 패턴(43), 패턴 연결부(45), 공통 패턴부(46), 제3의 단자(48) 및 제4의 단자(49)로 이루어진다.

또, 도 4에 있어서, (50)은 제1의 단자(47)에 연결되는 제1의 리더 와이어이고, (51)은 제2 및 제3의 단자(48)에 연결되는 제2의 리더 와이어이며, (52)는 제4의 단자(49)에 연결되는 제3의 리더 와이어로서, 각각의 단자에 형성되는본딩부(53)를 통해 제1의 온도 센서부 및 제2의 온도 센서부에 각각 결합된다.

즉, 제1 내지 제3의 리더 와이어(50, 51, 52)는 각각 제1의 단자(47), 공통단자(48) 및 제4의 단자(49)에 납땜 등의 본딩 수단에 의해 결합된다.

또한, 본 발명에 있어서는 제1의 온도 센서부와 제2의 온도 센서부에서 측정되는 온도측정 범위의 상한값을 서로 다른 값, 예를 들어 100Ω-1,000Ω의 관계 또는 100Ω-500Ω의 관계로 설정할 수 있다.

즉, 상기 실시예에 있어서는 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43)을 동일 크기의 형상으로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43)의 패턴 굵기 또는 요철의 간격 및 형상을 서로 다르게 형성하는 것에 의해 피측정물의 상태에 따라 온도측정 범위의 상한값을 서로 다른 값으로 제조할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서 리더 와이어를 통해 측정된 온도를 표시하는 구성에 대해서는 그 구체적인 설명을 생략하였으며, 종래부터 알려져온 방식을 사용하면 좋다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기 실시예에 있어서는 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43)을 세라믹 기판(41)의 동일 면 상에 마련한 구조에 관해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 피측정물의 용도에 따라 제1의 백금박막 패턴부(42)를세라믹 기판(41)의 주면에 마련하고, 제2의 백금 박막 패턴(43)을 세라믹 기판(41)의 이면에 마련할 수 도 있다.

또, 상기 실시예에 있어서는 제1의 백금박막 패턴부(42)와 제2의 백금 박막 패턴(43)이 세라믹 기판(41)의 주면 상에 마련한 구조에 관해 설명하였지만, 피측정물의 용도에 따라 세라믹 기판(41)의 이면에 제3의 백금박막 패턴부와 제4의 백금 박막 패턴(43)을 마련하여 제3의 온도 센서부 및 제4의 온도 센서부를 구비한 고조로 형성할 수 도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 온도센서장치에 있어서는 백금박막을 이용하여 이중형으로 제작하므로, 백금 세선을 이용한 종래의 센서온도장치에 비해 제작 단가를 크게 절약할 수 있으며, 또한 3단자(1단자는 공통으로 이용)로 구성되어 있어 외부단자와의 리드선 연결이 보다 간편하고 전체 시스템을 4단자에 비해 간소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 온도센서장치에 있어서는 이중으로 장착된 온도센서부의 두 센서 저항값을 서로 다르게 제작할 수 있어 여러 종류의 피측정물에 적용할 수 있다는 효과도 얻어진다.

Claims (3)

1. 백금 박막을 이용한 온도센서장치에 있어서,

   상기 온도 센서를 지지하는 세라믹 기판,

   상기 백금 박막의 패터닝에 의해 상기 세라믹 기판상에 형성되고, 제1의 단자 및 제2의 단자를 구비한 제1의 온도 센서부,

   상기 제1의 온도 센서부와는 별도로 상기 백금 박막의 패터닝에 의해 세라믹 기판상에 형성되고, 제3의 단자 및 제4의 단자를 구비한 제2의 온도 센서부 및

   본딩부를 통해 상기 제1의 온도 센서부 및 제2의 온도 센서부에 각각 결합된 다수개의 리더 와이어를 포함하며,

   상기 제2의 단자와 상기 제3의 단자는 공통으로 사용되는 공통단자인 것을 특징으로 하는 온도센서장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1의 온도 센서부와 상기 제2의 온도 센서부에서 측정되는 온도측정 범위의 상한값은 서로 다른 것을 특징으로 하는 온도센서장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 다수개의 리더 와이어는 각각 제1의 단자, 공통단자 및 제4의 단자에 결합되는 것을 특징으로 하는 온도센서장치.