KR20050033705A - 가스감지센서 - Google Patents

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KR20050033705A
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Abstract

본 발명은, 특히 차량 또는 가정 등에서 발생하는 불완전 연소가스, 가연성가스 등을 비롯해서 각종 가스를 감지하는 가스감지센서에 관한 것으로서, 상측에 덮개로 형성되어 있으면서 중앙부에 필터망(12)이 형성되어 있는 덮개부재(11)와, 상기 덮개부재(11)의 하단부에 결착되어 있는 몸체인 지지몸체부재(20)와, 상기 지지몸체부재(20)에 복수개 형성되어 있는 복수개의 절연글라스(40)의 사이에 각각 삽입되어 있는 복수개의 연결핀부재(30)와, 상기 연결핀부재(30)의 상단부에 에폭시(Epoxy)에 의해 결착되어 있으며 상기 지지몸체부재(20)로부터 이격되어 있는 가스감지칩(50)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

가스감지센서{GAS SENSING SENSOR}
본 발명은 가스감지센서에 관한 것으로서, 특히 차량 또는 가정 등에서 발생하는 불완전 연소가스, 가연성가스 등을 비롯해서 각종 가스를 감지하는 가스감지센서에 관한 것이다.
일반적으로 가스센서의 개발은 반도체표면에 가스가 접촉하였을 때 발생하는 전기전도도의 변화를 이용하여 고온산화성 분위기에서 작동하므로 금속산화물이 가장 널리 이용되고 있다.
특히 금속산화물은 n형 반도체이며, 금속산화물 표면에 공기중의 산소가 흡착하면 입자표면의 산소기체에 O-형태로 물리적 흡착이 발생하고 금속산화물 입자들의 접촉면에 전위장벽이 산소의 흡착전보다 높아진다.
CO와 같은 환원성 기체나 자동차의 매연가스로 발생하는 하이드로카본(hydrocarbon) 가연성 가스는 산소를 흡착산소와 반응하여 탈착시키고 이때 산소에 포획되었던 전자들이 금속산화물 입자내로 들어가 전위장벽이 낮아져 전기전도도가 커지게 되며, 이를 이용하여 저항변화를 측정함으로서 가스를 감지한다.
반도체형 가스센서는 금속산화물 반도체인 SnO2, ZnO, In2O3 등의 소결체로서 공기중 특정가스의 유무 및 농도를 저항변화형으로 측정하고 있다. 반도체식 가스센서는 가스 감지부, 히터부 및 전극부의 세부분으로 구성되며, 우선 가스감지부는 검출가스와 직접반응하여 저항변화를 나타내며 이러한 저항변화는 검지기체가 센서표면 혹은 센서표면의 흡착기체와 반응시 감지물질의 에너지준위에서의 전자이동에 의해 발생되기 때문에 감지물질은 반도체의 성질을 반드시 가지고 있어야 한다.
히터부는 감지물질을 적절한 온도까지 상승시켜주는 부분이며 발열의 방식은 전기저항체에 전압을 인가하여 발생하는 주울(Joule) 열 방식이 주로 사용된다.
한편, 박막형 가스센서는 nm급의 막을 CVD, PVD, 스퍼터링(Sputtering) 등의 기법을 이용하여 형성시키고, 틱 필름 타입(Thick film type)의 가스센서는 ㎛단위의 막을 주로 웨이퍼, 글라스(glass), 알루미나 등의 기판위에 형성함으로써 제작되며 대부분 스크린프린팅(screen-printing) 기법을 사용한다.
이러한 가스센서는 벌크타입(bulk type), 튜브타입(tube type), 틱 타입(thick type)이 있으나, 일체화된 센서 패키지에 삽입될 수 있도록 최근 대량생산이 가능한 스크린 프린팅 기법을 이용한 평면형 후막 가스센서 또는 PECVD 장비를 활용하여 nm급의 박막형 가스센서를 개발하고 있다.
종래의 가스센서는 도 10에 도시된 바와 같이, 상측에 덮개로 형성되어 있으면서 내측면에 필터망(212)이 형성되어 있는 덮개부재(211)와, 상기 덮개부재(211)의 하단부에 결착되어 있는 몸체인 지지몸체부재(220)와, 상기 지지몸체부재(220)에 복수개 형성되어 있는 복수개의 절연글라스(240)의 사이에 각각 삽입되어 있는 복수개의 연결핀부재(230)와, 상기 복수개의 연결핀부재(230)에 연결되어 있는 연결와이어(265)와 연결용접부(261)에 의해 연결되어 가스를 감지하는 가스센서칩(250)으로 형성되어 있다.
그러나 이러한 가스센서는 가스센서칩(250)에 연결되어 있는 복수개의 연결와이어(265)에 의해 연결되어 있기 때문에 와이어를 매개로 용접하기도 어려울 뿐만 아니라, 상기 가스센서칩(250)이 복수개의 연결와이어(265)에 의해 연결되어 공중에 떠 있기 때문에 사용중에 외부의 충격이 발생할 경우에는 흔들림이 발생하여 연결부분이 떨어져서 불량이 발생하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 가스감지칩을 안정적으로 고정하기 위해서 연결핀부재의 상측에 지지부재를 형성하므로서 작업성을 향상시킴과 동시에 제조원가를 감소시킬 수 있는 가스감지센서를 제공하는데 있다.
그리고 본 발명은 가스감지칩을 연결하기 위해 사용되던 기존의 와이어 본딩방법(Al, Pt, Au를 이용하여 작업)을 없애므로서 제조원가를 감소시킴과 동시에 와이어를 통한 열손실을 줄일 수 있고, 센서의 기계적 강도를 향상시킬 수 있는 가스감지센서를 제공하는데 있다.
그리고 본 발명의 가스감지센서는, 상측에 덮개로 형성되어 있으면서 중앙부에 필터망(12)이 형성되어 있는 덮개부재(11)와, 상기 덮개부재(11)의 하단부에 결착되어 있는 몸체인 지지몸체부재(20)와, 상기 지지몸체부재(20)에 복수개 형성되어 있는 복수개의 절연글라스(40)의 사이에 각각 삽입되어 있는 복수개의 연결핀부재(30)와, 상기 연결핀부재(30)의 상단부에 에폭시(Epoxy)에 의해 결착되어 있으며 상기 지지몸체부재(20)로부터 이격되어 있는 가스감지칩(50)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발명이다.
그리고 본 발명의 상기 필터망(12)과 상기 덮개부재(11)는 외측면에서 절곡결착부(144)를 형성하여 결착할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 상기 지지몸체부재(20)는 상기 복수개의 연결핀부재(30)가 삽입될 수 있도록 복수개 형성되어 있는 관통구멍(24)과, 상기 관통구멍(24)의 내부에 형성되어 있는 절연글라스(40)와, 상기 지지몸체부재(20)의 외주면에 돌출되도록 형성되어 상기 외측연결부(116)와 결착되어 일체로 형성되는 외측연결부(22)와, 상기 외측연결부(22)의 상측면에 돌출되도록 형성되어 상기 덮개부재(11)의 외측결착부(116)와 함께 접착부(28)에 의해 결착되는 결착돌출부(25)와, 상기 외측연결부(22)의 외측면에 돌출되어 도시되지 않은 별도의 자동조립용 공급장치에 의해 가이드되어 자동으로 조립될 수 있는 조립돌출부(26)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하며, 상기 지지몸체부재(20)의 재질은 SPCC, 52Ni 또는 SUS 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하며, 또는 상기 지지몸체부재(20)의 재질은 코바(Kovar) 또는 42Ni 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 상기 코바의 재질(Kovar)은 Fe(50-56중량％), Co(26-30중량％), Ni(15-20중량％), Mn(0.1-0.3중량％), Si(0.1-0.3중량％), C(0.01-0.03중량％)로 조성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 상기 연결핀부재(30)는 상기 가스감지칩(50)을 상기 지지몸체(20)로부터 상측으로 이격시켜 놓기 위해 지지하는 칩지지부(33)가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 연결핀부재(30)의 재질은 Ni 52중량% 알로이(alloy)합금 또는 코바(Kovar) 또는 42니켈(Ni 42중량% +Fe 58중량%)중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 상기 절연글라스(40)의 재질은 소프트글라스(soft glass) 또는 하드글라스(hard glass)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 상기 가스감지칩(50)과 연결핀부재(30)는 와이어본딩방식으로 Au 또는 Pt로 형성된 연결와이어(74)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 구성을 첨부도면을 참조하여 구체적으로 기술하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 대한 전체적인 외관의 사시도이며, 가스감지센서(100)는 가스를 검출하는 센서이며, 상기 가스감지센서(100)의 상측에 덮개로 형성되어 있는 덮개부재(11)와, 상기 덮개부재(11)의 하단부에 결착되어 있는 몸체인 지지몸체부재(20)와, 상기 지지몸체부재(20)에 복수개 형성되어 있는 복수개의 절연글라스(40)의 사이에 각각 삽입되어 있는 복수개의 연결핀부재(30)와, 상기 연결핀부재(30)의 상단부에 에폭시(Epoxy)에 의해 결착되어 상기 지지몸체부재(20)로부터 이격되어 가스를 검출하기 위한 칩(chip)이 형성되어 있는 가스감지칩(50)으로 형성되어 있다.
상기 덮개부재(11)는 그 중앙부가 절개되어 있는 관통구멍(112)과, 상기 관통구멍(112)의 내측에 용접 등으로 결착되어 있는 접착부(114)에 의해서 상기 덮개부재(11)와 일체로 형성되며, 미세망의 형태를 가지는 필터망(12)과, 상기 덮개부재(11)의 외주면에 외측으로 절곡되어 접착부(28)에 의해 상기 지지몸체부재(20)와 일체로 결착되도록 형성되는 외측결착부(116)로 구성되어 있다.
상기 필터망(12)은 미세한 망으로서 작은 먼지나 이물질이 내부로 들어가지 못하도록 하기 위한 것이다.
그리고 상기 필터망(12)의 하단부와 상기 덮개부재(11)의 상단부가 결착하는 방식은 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 절곡결착부(144)를 형성하여 결착할 수도 있고, 아니면 접착부(114)와 같은 용접방식인 접착부(142)를 형성하여 결착할 수도 있는 것이다.
그리고 상기 지지몸체부재(20)는 상기 복수개의 연결핀부재(30)가 삽입될 수 있도록 복수개 형성되어 있는 관통구멍(24)과, 상기 관통구멍(24)의 내부에 형성되어 있는 절연글라스(40)와, 상기 지지몸체부재(20)의 외주면에 돌출되도록 형성되어 상기 외측연결부(116)와 결착되어 일체로 형성되는 외측연결부(22)와, 상기 외측연결부(22)의 상측면에 돌출되도록 형성되어 상기 덮개부재(11)의 외측결착부(116)와 함께 접착부(28)에 의해 결착되는 결착돌출부(25)와, 상기 외측연결부(22)의 외측면에 돌출되어 도시되지 않은 별도의 자동조립용 공급장치에 의해 가이드되어 자동으로 조립될 수 있는 조립돌출부(26)로 형성되어 있다.
상기 인쇄부(27)는 각종 제품에 대한 고유번호 또는 회사의 인쇄내용이 기록되는 부분이다.
상기 지지몸체부재(20)의 재질은 상기 연결핀부재(30) 및 절연글라스(40)의 재질에 따라 변동될 수 있으며, 1) SPCC, 52Ni 또는 SUS 중에서 어느 하나를 사용하는 방안과, 2) 코바(Kovar) 또는 42Ni 중에서 어느 하나를 선택할 수 있다.
상기 코바의 재질(Kovar)는 Fe은 50-56중량％, Co는 26-30중량％, Ni은 15-20중량％, Mn은 0.1-0.3중량％, Si는 0.1-0.3중량％, C는 0.01-0.03중량％로 조성된다.
그리고 상기 연결핀부재(30)는 상기 복수개의 관통구멍(24)에 채워진 절연글라스(40)의 중앙부에 삽입되도록 복수개 형성되어 있다.
상기 연결핀부재(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가스감지칩(50)을 상기 지지몸체(20)로부터 상측으로 이격시켜 놓기 위해서 내측으로 절곡되어 있는 칩지지부(33)가 각각 형성되어 있다.
이와 같이 상기 칩지지부(33)에 의해 상기 가스감지칩(50)이 상기 지지몸체(20)로부터 이격되어 공간이 형성되기 때문에 상기 가스감지칩(50)의 하단부에 도 9와 같이 형성된 가열선(52)의 양단부를 결착하기 용이하며, 이로 인해서 작업성을 향상시킬 수 있는 것이다.
게다가 상기 가스감지칩(50)이 사용중 흔들림이나 충격에도 복수개의 칩지지부(33)가 하측에서 받치고 있기 때문에 견고하게 유지되어 각종 고장을 방지할 수 있는 것이다.
그리고 상기 연결핀부재(30)의 재질은 원통형 또는 사각형 등과 같은 형상의 봉으로 형성되어 있으며, 재질은 1) 유리와 팽창계수가 비슷한 것이고, 2) Ni 52중량% 알로이(alloy)합금으로 구성되거나, 3) 코바(Kovar) 또는 42니켈(Ni 42중량% +Fe 58중량%)중에서 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것이다.
그리고 상기 절연글라스(40)의 재질은 상기 지지몸체부재(20) 및 연결핀부재(30)의 재질에 따라 변동되며, 소프트글라스(soft glass)를 사용하거나 또는 하드글라스(hard glass)를 사용할 수 있다.
따라서 상기 지지몸체부재(20)와 연결핀부재(30)와 절연글라스(40)는 각각의 재질에 따라 서로 달리 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 지지몸체부재(20)가 SPCC, 52Ni 또는 SUS 중에서 어느 하나를 사용할 경우에, 상기 연결핀부재(30)는 52Ni를 사용하고, 상기 절연글라스(40)의 재질은 소프트 글래스를 사용한다.
한편, 상기 지지몸체부재(20)가 코바(Kovar) 또는 42Ni 중에서 어느 하나를 사용할 경우에, 상기 연결핀부재(30)은 코바 또는 42Ni 중에서 어느 하나를 사용하고, 상기 절연글라스(40)의 재질은 하드 글래스를 사용한다.
도 9는 상기 가스감지칩(50)의 하단부를 나타내기 위해 뒤집어 놓은 것이고, 열을 발생하는 가열선(52)이 형성되어 있고, 이러한 가열선(52)의 양단부를 연결용접부(61,62)에 의해 연결되도록 형성되어 있으나, 제품의 설계에 따라 어떤 경우에는 어느 한쪽의 회로 패턴이 상측으로 연결되어 도 5, 도 6 및 도 8과 같이 상측에서 연결용접부(61)에 의해 접착될 수도 있는 것이다.
또한 상기에 기술한 가스감지칩(50)의 연결용접부(61 내지 64)는 에폭시(Epoxy)를 이용하여 연결할 수 있는 것이다.
한편, 상기에 기술한 가스감지칩(50)의 연결용접부(61 내지 64)는 에폭시(Epoxy)를 이용하여 연결하는 방법 이외에도, 도 8과 같이 연결와이어(74) 방식을 이용하여 연결할 수 있는 것이며, 이때 사용되는 와이어는 Au 또는 Pt를 이용할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 가스센서칩을 지지하기 용이하도록 칩지지부를 복수개 형성하므로서 작업성을 향상시킬 뿐만 아니라 견고하게 지지되도록 하여 불량률을 감소시킬 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있는 발명이다.
도 1은 본 발명의 가스감지센서에 대한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 분해사시도이며,
도 3은 본 발명의 덮개부재를 개방한 상태에서 내부에 대한 평면도이며,
도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이며,
도 5는 본 발명의 가스감지센서에 대한 다른 실시예의 단면도이며,
도 6은 본 발명의 가스감지센서에 대한 또 다른 실시예의 단면도이며,
도 7은 본 발명의 가스감지센서에 대한 또 다른 실시예에 대한 단면도이고,
도 8은 본 발명의 가스감지센서에 대한 또 다른 실시예에 대한 단면도이고,
도 9는 본 발명의 가스감지칩의 저면에 형성된 가열선을 파악하기 위한 저면도이며,
도 10은 종래의 센서를 도시한 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 덮개부재 12 : 필터망
20 : 지지몸체부재 22 : 외측결착부
30 : 연결핀부재 40 : 절연글라스
50 : 가스감지칩 52 : 가열선
74 : 연결와이어 100 : 가스감지센서

Claims (10)

  1. 상측에 덮개로 형성되어 있으면서 중앙부에 필터망(12)이 형성되어 있는 덮개부재(11)와, 상기 덮개부재(11)의 하단부에 결착되어 있는 몸체인 지지몸체부재(20)와, 상기 지지몸체부재(20)에 복수개 형성되어 있는 복수개의 절연글라스(40)의 사이에 각각 삽입되어 있는 복수개의 연결핀부재(30)와, 상기 연결핀부재(30)의 상단부에 에폭시(Epoxy)에 의해 결착되어 있으며 상기 지지몸체부재(20)로부터 이격되어 있는 가스감지칩(50)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 필터망(12)과 상기 덮개부재(11)는 외측면에서 절곡결착부(144)를 형성하여 결착할 수도 있는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 지지몸체부재(20)는 상기 복수개의 연결핀부재(30)가 삽입될 수 있도록 복수개 형성되어 있는 관통구멍(24)과, 상기 관통구멍(24)의 내부에 형성되어 있는 절연글라스(40)와, 상기 지지몸체부재(20)의 외주면에 돌출되도록 형성되어 상기 외측연결부(116)와 결착되어 일체로 형성되는 외측연결부(22)와, 상기 외측연결부(22)의 상측면에 돌출되도록 형성되어 상기 덮개부재(11)의 외측결착부(116)와 함께 접착부(28)에 의해 결착되는 결착돌출부(25)와, 상기 외측연결부(22)의 외측면에 돌출되어 도시되지 않은 별도의 자동조립용 공급장치에 의해 가이드되어 자동으로 조립될 수 있는 조립돌출부(26)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 지지몸체부재(20)의 재질은 SPCC, 52Ni 또는 SUS 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 지지몸체부재(20)의 재질은 코바(Kovar) 또는 42Ni 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 코바의 재질(Kovar)은 Fe(50-56중량％), Co(26-30중량％), Ni(15-20중량％), Mn(0.1-0.3중량％), Si(0.1-0.3중량％), C(0.01-0.03중량％)로 조성되는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 연결핀부재(30)는 상기 가스감지칩(50)을 상기 지지몸체(20)로부터 상측으로 이격시켜 놓기 위해 지지하는 칩지지부(33)가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  8. 제 1항 및 제 7항에 있어서, 상기 연결핀부재(30)의 재질은 Ni 52중량% 알로이(alloy)합금 또는 코바(Kovar) 또는 42니켈(Ni 42중량% +Fe 58중량%)중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 절연글라스(40)의 재질은 소프트글라스(soft glass) 또는 하드글라스(hard glass)를 사용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 가스감지칩(50)과 연결핀부재(30)는 와이어본딩방식으로 Au 또는 Pt로 형성된 연결와이어(74)를 이용하는 것을 특징으로 하는 가스감지센서.
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