KR20120089276A - 유체의 적외선 분석용 측정 셀, 이러한 측정 셀을 갖는 측정 시스템 및 이러한 측정 셀을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

유체의 적외선 분석용 측정 셀, 이러한 측정 셀을 갖는 측정 시스템 및 이러한 측정 셀을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체의 적외선 분석을 위한 측정 셀(1)로서, 특히 20 bar 초과, 바람직하게는 50 bar 초과의 허용 가능한 작동 압력을 갖고, 제 1 및 제 2 요소(2, 4) 사이에 형성된 유체용 유동 채널(10)을 갖고, 제 1 및 제 2 요소의 각각은 적외선 방사선에 적어도 단면에서 투명하고, 적외선 방사선은 제 1 요소(2)를 경유하여 유동 채널(10) 내로 방사될 수 있고 제 2 요소(4)를 경유하여 유동 채널(10)로부터 나올 수 있고, 2개의 요소(2, 4)는 그 사이에 배열되고 글래스 함유 재료 특히, 소결된 글래스-세라믹 재료로 제조된 연결층(6)에 의해 유체 기밀하게 기계적으로 고강도 방식으로 연결되는 측정 셀(1)에 관한 것이고, 본 발명은 또한 이러한 측정 셀(1)을 갖는 측정 시스템(8) 및 이러한 측정 셀(1)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

유체의 적외선 분석용 측정 셀, 이러한 측정 셀을 갖는 측정 시스템 및 이러한 측정 셀을 제조하기 위한 방법{MEASURING CELL FOR THE INFRARED ANALYSIS OF FLUIDS, MEASURING SYSTEM HAVING SUCH A MEASURING CELL, AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A MEASURING CELL}
본 발명은 유체의 적외선 분석을 위한 측정 셀, 이러한 측정 셀을 갖는 측정 시스템 및 이러한 측정 셀을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
이 유형의 측정 셀은 예를 들어 압력의 전달을 위한, 윤활을 위한 및/또는 냉각을 위한 기술 시스템에 사용되는 오일의 분석을 위해 사용될 수 있다. 작동시에, 오일은 시효(aging) 및/또는 오염(fouling)을 받게 되고, 시스템의 작동 신뢰성을 위해, 거의 실시간으로 오일의 품질 상태를 검사하는 것이 가능한 것이 중요하다. 이 목적으로, 오일의 파장 의존성 전달이 측정될 수 있고, 또는 흡수 대역이 특히 적외선 범위에서 측정될 수 있고, 그로부터 오일의 품질에 관한 결론이 도출될 수 있다.
이들 측정 셀을 갖는 반사 분광계가 예를 들어 DE 103 21 472 A1호, DE 197 31 241 C2호 또는 EP 0 488 947 A1호로부터 공지되어 있다. 투과 분광계가 예를 들어 DE 10 2004 008 685 A1호 및 GB 2 341 92 A호로부터 공지되어 있다.
DE 41 37 060 C2호는 적외선 분광법을 위한 마이크로셀을 개시하고 있다.
US 2002/0063330 A1호는 히트 싱크 및 이 히트 싱크를 제조하기 위한 방법을 개시하고 있다.
DE 102 44 786 A1호 및 AT 500 075 B1호는 웨이퍼를 연결하기 위한 방법을 개시하고 있다. DE 103 29 866 A1호는 온도 보상을 갖는 압전 기판을 위한 웨이퍼 접합의 사용 및 표면파 성분을 생성하기 위한 방법을 개시하고 있다.
DE 199 09 692 C1호는 고속 화학 반응을 연구하기 위한 유동 측정 셀을 개시하고 있다.
DE 101 04 957 A1호는 3차원 마이크로 유동 셀을 제조하기 위한 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 향상된 성능 특성을 갖는 측정 셀, 뿐만 아니라 관련 측정 시스템 및 관련 제조 방법을 이용 가능하게 하는 것이다. 일 실시예에서, 측정 셀 및 센서 및 방사체는 높은 작동 압력에서도 사용되도록 설계되고, 이 목적으로 이들은 높은 작동 신뢰도를 나타낸다.
이 목적은 청구항 1에 규정된 측정 셀 뿐만 아니라 독립 청구항에 규정된 시스템 및 독립 청구항에 규정된 제조 방법에 의해 성취된다. 본 발명의 특정 실시예는 종속 청구항에 규정되어 있다.
일 실시예에서, 상기 목적은 유체의 적외선 분석을 위한 측정 셀로서, 특히 20 bar 초과, 바람직하게는 50 bar 초과의 허용 가능한 작동 압력을 갖고, 제 1 투명 요소와 제 2 투명 요소 사이에 형성된 유체용 유동 채널을 갖고, 제 1 및 제 2 투명 요소의 각각은 적외선 방사선에 적어도 단면에서 투명하고, 적외선 방사선은 제 1 요소를 경유하여 유동 채널 내로 방사될 수 있고 제 2 요소를 경유하여 유동 채널로부터 나올 수 있고, 2개의 요소는 특히 소결된 글래스-세라믹 재료인 글래스 함유 재료의 연결층에 의해 높은 기계 강도로 서로 유체 기밀하게 연결되고, 층은 2개의 요소들 사이에 위치되는 측정 셀에 의해 성취된다.
여기서, 고압력 사용을 위해 필요한 바와 같이 심지어 비교적 두꺼운 요소는 연결층에 의해 서로 영구적으로 신뢰적으로 연결될 수 있고, 특히 연결부는 고압 사용에 대해 비교적 두꺼운 요소의 강성에도 불구하고 다공성 스폿 없이 생성될 수 있는 것이 유리하다. 또한 비소결된 상태에서, 대응 압력을 인가함으로써, 연결층의 재료는 존재할 수 있는 2개의 요소의 표면의 형태학(topography) 또는 표면 주름(ripple)이 이 방식으로 일정하게 되도록 2개의 요소의 표면과 접촉하게 될 수 있다. 이는 특히 측정 셀이 패널 내에, 그 복수의 요소 및 따라서 복수의 측정 셀이 예를 들어 구성 요소를 위해 동시에 사용되어 구현되는 보드 또는 웨이퍼 상에 제조될 때 유리하다.
예를 들어, 패널 내의 요소는 1 mm 초과, 특히 1.5 mm 초과 및 바람직하게는 2 mm 초과의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼로부터 형성될 수 있고, 소결된 상태의 연결층은 50 ㎛ 초과 500 ㎛ 미만, 특히 100 ㎛ 초과 300 ㎛ 미만, 바람직하게는 120 ㎛ 초과 200 ㎛ 미만의 두께를 갖는다. 유체의 유동 채널은 3 mm 초과, 6 mm 초과 및 바람직하게는 9 mm 초과의 길이, 10 mm 미만, 특히 8 mm 미만, 바람직하게는 6 mm 미만의 폭을 갖는 마이크로유체 채널일 수 있다. 유동 채널 내에서, 그에 의해 높은 압력의 영향 하에서도 유동 채널의 높이가 규정 가능한 값으로 유지되는 하나 이상의 스페이서가 존재할 수 있다. 스페이서는 예를 들어 길이방향으로부터 유동방향으로 연장하는 웨브에 의해 형성될 수 있다. 유동 채널의 스페이서 및/또는 기하학적 형상은 요소 중 하나에 의해 및/또는 연결층에 의해 적어도 단면에서 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 연결층은 요소들 중 하나에 구조화되어 적용되고 또는 2개의 요소 사이에 배치된다. 연결층을 구조화함으로써, 예를 들어 유동 채널이 규정될 수 있고, 특히 유동 채널을 경계 형성하는 2개의 요소는 또한 기본적으로 구조화되지 않을 수 있다. 대안적으로 또는 게다가, 2개의 요소는 적어도 섹션에서 유동 채널을 규정하고 표면 상에 에칭에 의해 생성되는 구조체를 또한 가질 수 있다. 기본적으로, 연결층은 또한 예를 들어 두꺼운 필름 기술로부터 공지된 모든 방법에 의해 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 스트립, 테이프 또는 멤브레인의 형태의 연결층은 요소들 중 하나 상에 적층되고 또는 2개의 요소들 사이에 적층된다. 예를 들어, 멤브레인 형태의 연결층은 복수의 측정 셀의 제 1 요소를 형성하는 웨이퍼 및 복수의 측정 셀의 제 2 요소가 연결층 상에 배치될 수 있는 웨이퍼 상에 배치될 수 있고, 이어서 조합체는 함께 가압되고 이어서 소결될 수 있다.
일 실시예에서, 연결층은 소결에 선행하는 프로세스에서 연결층으로부터 유기 구성 요소의 배출을 위한 출구 채널을 갖는다. 출구 채널은 연결층의 격자형 구조에 의해 형성될 수 있다. 이들 출구 채널을 제공하는 것은 이 경우에 온도 처리시에 휘발성인 유기 성분이 측방향으로 나올 수 있기 때문에 패널 내의 측정 셀의 제조시에 특히 유리하다.
일 실시예에서, 연결층은 바람직하게는 가소제를 갖는 저온 동시 소성된 세라믹으로부터 형성된다. 가소제에 의한 연결층의 적층이 가능하다. 아직 소결되지 않은 상태에서, 연결층은 가요성이다. 이 상태에서 연결층의 구성 요소는 글래스, 특히 보로실리케이트 글래스, 보로플로트 글래스 및/또는 석영 글래스, 세라믹-예를 들어, Al2O3- 및 경화 중에 휘발하는 유기 성분일 수 있다. 이들 구성 요소의 혼합은 측정 셀의 요소의 열팽창 계수에 대한, 특히 실리콘의 열팽창 계수에 대한 -50 내지 +850℃의 온도 범위에서의 열팽창 계수의 정합을 보장한다.
일 실시예에서, 0 내지 200℃, 특히 0 내지 400℃ 및 바람직하게는 0 내지 600℃의 온도 범위의 연결층은 요소들 중 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 요소의 선형 열팽창 계수로부터 8 ppm/K 미만, 특히 5 ppm/K 미만, 바람직하게는 0.5 ppm/K 미만 벗어나는 선형 열팽창 계수를 갖는다. 이 방식으로, 요소에 대한 연결층으로부터의 열팽창 계수의 양호한 정합은 열적으로 유도된 응력이 측정 셀의 소결된 상태에서도 낮아 따라서 높은 작동 신뢰성이 보증되도록 보장된다.
일 실시예에서, 유동 채널을 위한 경계를 형성하는 일 표면 상에서 2개의 요소 중 적어도 하나는 적외선 방사선을 위한 반사 방지층 및/또는 필터층으로서 및/또는 연결층을 위한 접착 촉진제로서 작용하는 표면 구조체를 갖는다. 적외선 방사선을 위한 측정 셀의 투과 능력은 따라서 상당히 증가될 수 있고, 그 결과 고신호 레벨이 센서 신호의 평가를 위해 발생한다. 더욱이, 이 방식으로, 광학 필터는 또한 측정 셀 내에 일체화될 수 있고, 이 필터에 의해 연구될 유체의 흡수 대역이 결정될 수 있다. 더욱이, 이 방식으로, 연결층의 접착력이 증가될 수 있고, 이는 고압 작동에 있어서 특히 유리하다. 표면 구조체는 표면 상의 나노구조체에 의해 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 표면 구조체는 mm2 당 10,000개 초과 니들, 특히 mm2 당 100,000개 초과 니들, 바람직하게는 mm2 당 500,000개 초과 니들의 밀도를 갖는 복수의 마이크로니들을 갖는다. 이러한 니들형 요소는 예를 들어 자체 마스킹된 건식 에칭에 의해 단결정 실리콘에 제조될 수 있다. 그 광학적 외관에 따라 이 방식으로 생성되어 있는 표면 구조체는 또한 "블랙 실리콘(black silicon)"이라 칭한다.
일 실시예에서, 니들은 0.3 초과 30 ㎛ 미만, 특히 0.5 초과 15 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.8 초과 8 ㎛ 미만의 길이를 갖는다. 연구는 이 니들 길이에서 적외선 방사선을 위한 특히 적합한 반사 방지 거동 및/또는 연결층에 대한 높은 접착이 성취될 수 있다는 것을 나타내고 있다.
일 실시예에서, 요소는 연결층의 영역에서 또한 표면 구조체를 갖는다. 여기서, 표면 구조체는 반사 방지층으로서의 그 작용에 대안적으로 또는 추가하여 또한 요소 및 연결층의 연결을 위한 접착 촉진제로서 사용되는 것이 유리하다. 특히, 니들은 연결층의 구조체 내로 관통될 수 있고, 대면적 연결층이 따라서 니들의 높은 표면 대 체적비에 의해 형성된다.
일 예시적인 실시예에서, 2개의 요소는 단결정 실리콘으로부터 형성된다. 이는 적외선 방사선을 위한 비교적 높은 투과 계수 및 더욱이 우수한 기계적 특성을 갖는다. 더욱이, 단결정 실리콘의 요소는 건식 화학 및 습식 화학 에칭법을 포함하는 반도체 기술로부터의 공지의 구조화 방법을 사용하여 유동 채널을 규정하기 위해 높은 정밀도로 거의 임의의 방식으로 구조화될 수 있다.
일 실시예에서, 2개의 요소 중 적어도 하나는 1 mm 초과, 특히 1.5 mm 초과, 바람직하게는 2 mm 초과의 두께를 갖는다. 이러한 두께의 요소에 의해, 특히 재료 단결정 실리콘과 함께, 따라서 또한 고압 사용을 위해 적합한 높은 기계적 강도를 갖는 측정 셀이 제조될 수 있다. 연결층의 두께에 의해 규정되는 유동 채널의 높이는 50 내지 500 ㎛, 특히 80 ㎛ 초과 400 ㎛ 미만, 바람직하게는 100 ㎛ 초과 300 ㎛ 미만일 수 있다.
본 발명은 또한 전술된 바와 같은 측정 셀, 뿐만 아니라 방사체 및 센서를 갖는 유체의 적외선 분석을 위한 측정 시스템의 구조체에 관한 것이다. 측정 시스템은 예를 들어 광대역 방사 열 방사체 및/또는 비교적 협대역 방사 적외광 방출 다이오드와 같은 적외선 방사선을 위한 방사체 및 적외선 방사선용 수용기를 갖는다. 방사체 및 수용기는 바람직하게는 측정 셀의 대향 단부들에 위치된다. 일 유닛에서, 수용기는 이에 의해 상이한 파장 범위의 방사선의 강도가 측정될 수 있는 다수의 검출기 요소를 가질 수 있다. 이를 위해, 수용기는 이를 경유하여 방사선이 검출기 요소들 중 하나에 입사되는 다수의 입구 윈도우를 가질 수 있다. 윈도우 및/또는 검출기 요소는 필터링을 가능하게 할 수 있다.
마찬가지로, 협대역 방출을 갖는 다수의 방사체가 또한 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 측정 시스템은 측정 셀용 수용 개구를 갖는 설치 요소를 갖는다. 측정 셀은 수용 개구 내에 삽입될 수 있고, 특히 수용 개구는 예를 들어 다각형 및/또는 특히 직사각형일 수 있는 측정 셀의 외부 윤곽에 적어도 단면에서 그 윤곽에 대해 조정될 수 있다. 설치 요소는 유체를 위한 하나의 입구 개구 및 하나의 출구 개구를 갖는다. 유체는 입구 개구를 경유하여 측정 셀의 유동 채널에 진입할 수 있고, 유체는 출구 개구를 경유하여 측정 셀의 유동 채널로부터 나올 수 있다.
본 발명은 또한 전술된 바와 같은 측정 셀을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 글래스 함유, 특히 글래스-세라믹 재료의 연결층은 예를 들어 스트립 또는 멤브레인의 형태의 아직 소결되지 않은 상태로 2개의 요소 사이에 위치될 수 있다. 여기서 연결층은 그린 콤팩트(green compact)이다. 연결층은 그에 의해 연결층이 요소의 캐리어로 교정될 수 있는 교정 표식 또는 개구를 가질 수 있다. 연결층은 비소결 포일의 형태로 존재할 수 있고 그리고/또는 보로실리케이트 글래스, 석영 글래스 및 알루미늄 산화물 뿐만 유기 용제의 혼합물로부터 제조될 수 있다.
연결층은 예를 들어 요소를 형성하는 2개의 웨이퍼 사이에서, 250 bar의 압력 및 70℃의 온도 하에서 300 ㎛의 두께를 갖는 그린 콤팩트로서 적층된다.
연결층은 이 부하 하에서 그린 콤팩트 내에 도입되어 있는 가소제를 통해 유동하고 2개의 요소 사이의 모든 공간 공차를 평형화하여 연결층이 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 요소와 접촉하게 된다.
연결층에 대면하는 이들의 표면 상의 요소는 예를 들어 니들의 형성에 의해 나노구조화된다. 니들은 연결층의 구조체 내로 관통된다. 다음에, 소결 프로세스가 압력 및 온도의 작용 하에서 발생한다. 대략 650℃로부터 시작하는 온도에서, 글래스 프릿(frit)이 세라믹 그린 콤팩트의 모든 구성 요소에 연결되고 또한 요소를 형성하는 웨이퍼의 니들에 연결된다. 이들 니들은 특히 이들의 측방향 치수가 매우 작기 때문에 나노구조로 존재한다. 소결 프로세스에서 압력의 인가는 특히 연결층의 측방향 수축을 방지한다. 요소를 형성하는 웨이퍼의 표면에 수직인 연결층의 수축은 약 50%일 수 있다.
본 발명의 다른 장점, 특징 및 상세는 다수의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 상세히 설명되어 있는 이하의 상세한 설명 및 종속 청구항들로부터 명백해질 것이다. 청구항 및 상세한 설명에 언급된 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 측정 셀의 일 예시적인 실시예의 사시도.
도 2는 유체의 적외선 분석을 위한 측정 시스템을 통한 단면도.
도 3은 설치 요소의 사시도.
도 4 내지 도 7은 4개의 상이한 파장에서 총 5개의 유체 샘플의 투과 거동을 도시하는 도면.
도 8 내지 도 10은 측정 셀을 제조하기 위한 방법의 상이한 스테이지를 도시하는 도면.
도 1은 고압 작동을 위한 유체의 적외선 분석을 위한 본 발명에 따른 측정 셀(1)의 일 예시적인 실시예의 사시도를 도시한다. 예시적인 실시예에서 유체를 위한 유동 채널(10)은 5 mm의 폭(12), 9.5 mm의 길이(14) 및 0.2 mm의 높이(16)를 갖는다. 유동 방향은 화살표(18)에 의해 지시된다. 폭(12)에 대해 중간에서 유동 채널(10) 내의 유동 방향(18)에서, 스페이서(20)가 연장되고, 그 길이(22)는 유동 채널(10)의 길이(14)의 대략 50%, 예시적인 실시예에서 대략 4.5 mm이고, 그 폭(24)은 유동 채널(10)의 폭(12)의 20% 미만, 예시적인 실시예에서 0.8 mm이다. 한편으로는, 높이(16)는 또한 스페이서(20)에 의해 유동 채널(10)의 중간 영역에서 안정화되고, 더욱이 웨브 형상으로 제조되는 스페이서(20)는 또한 유동 채널(10) 내의 층류를 향상시키는데 사용될 수 있다.
유동 채널(10)은 제 1 요소(2)와 제 2 요소(4) 사이에 형성되고, 2개의 요소들은 적어도 단면에서 적외선 방사선에 투명하고, 단결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 적외선 방사선은 제 1 요소(2)를 경유하여 유동 채널(10) 내로 조사될 수 있고, 적외선 방사선은 제 2 요소(4)를 경유하여 유동 채널로부터 나올 수 있다. 2개의 요소(2, 4)는 글래스 함유 재료, 특히 소결된 글래스 세라믹 재료로 이루어진 그 사이에 위치된 연결층(6)에 의해 높은 기계적 강도를 갖고 서로 유체 기밀하게 연결된다.
도 2는 전술된 바와 같이 측정 셀(1)을 갖는 유체의 적외선 분석을 위한 측정 시스템(8)을 통한 단면도를 도시한다. 측정 셀(1)은 설치 요소(26)에 의해 시스템 하우징(28) 내에 배열된다. 도 3은 측정 셀(1)이 삽입될 수 있는 수용 개구(30)를 갖는 설치 요소(2)의 사시도를 도시한다. 수용 개구(30)는 본질적으로 측정 셀(1)의 외부 윤곽에 정합되고, 이는 이어서 본질적으로 직사각형 또는 특정의 경우에 정사각형이다. 그 코너에서, 수용 개구(30)는 측정 셀(1)의 삽입을 용이하게 하는 팽윤부(bulge)를 갖는다. 설치 요소(26)는 입구 개구(32) 및 출구 개구(34)를 갖고, 이들 개구를 통해 유체가 측정 셀(1)의 유동 채널(10)에 진입할 수 있거나 측정 셀(1)의 유동 채널(10)로부터 나올 수 있다. 설치 요소(26)와 측정 셀(1) 사이의 연결은 유체 기밀적이고, 예를 들어 가스켓 등과 같은 이 목적으로 필수적일 수 있는 밀봉 수단은 명료화를 위해 도 2에는 도시되어 있지 않다.
측정 시스템(8)은 측정 셀(1)의 제 1 요소(2)에 할당된 일 측면에서, 적외선 방사선을 위한 방사체(36)를 갖는다. 방사체(36)는 예를 들어 이 경우에 예를 들어 2 내지 6 ㎛인 관심 파장 범위에서 충분한 방사선 강도를 갖는 비교적 광대역 방출 가열 요소일 수 있다. 방사체(36)는 바람직하게는 중앙 통로 개구(38)를 갖는 체결 요소(40)에 의해 시스템 하우징(28) 상에 탈착 가능하게 고정된다. 방사체(36)는 측정 셀(1)의 제 1 요소(2) 상에 본질적으로 중심에 방사한다.
측정 셀(1)에 대향하는 측면에서, 측정 시스템(8) 내에는 제 2 요소(4)의 외부면에 대향하여 바람직하게는 제 2 요소(4) 및 따라서 측정 셀(1)에 대해 중앙에 위치되는 수용기(42)가 존재한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 수용기(42)는 총 4개의 검출기 요소(44, 46)를 갖는데, 도 2는 단면도의 결과로서 단지 2개의 검출기 요소(44, 46)만을 도시하고 있다. 측정 셀(1)에 대면하는 그 표면에서, 수용기(42)는 동시에 하나의 검출기 요소(44, 46)에 할당되는 총 4개의 윈도우(48, 50)를 갖는다. 각각의 윈도우(48, 50) 및/또는 각각의 검출기 요소(44, 46)는 측정 셀(1)을 통해 통과하고 방사체(36)로부터 방사되어 있는 적외선 스펙트럼의 단지 하나의 협대역 영역이 동시에 검출기 요소(44, 46) 상에 방출되도록 하는 필터층을 가질 수 있다.
도 4 내지 도 7은 2.58 ㎛ 내지 3.01 ㎛의 상이한 파장에서 이들의 품질 상태에 대해 상이한 총 5개의 유체 샘플의 상대 투과 거동(Tr)을 도시한다. 샘플 No.1은 신선하고 아직 미사용된 유체이고, 시효는 샘플 번호에 따라 증가한다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 파장 2.58 및 2.73 ㎛에서, 유체의 어떠한 시효 의존성 흡수도 측정될 수 없다. 역으로, 도 6 및 도 7에 따르면, 파장 2.87 및 3.01 ㎛에서, 시효 의존성 흡수가 발생하고, 이들 흡수 대역이 발생하는 파장은 유체 내의 시효 지시된 성분에 관한 결론을 허용한다. 특정 파장에서 어떠한 시효 지시된 흡수도 측정될 수 없는 상황(도 4 및 도 5)은 예를 들어 비교 측정을 취하기 위해 기준 대역으로서 이들 파장을 사용하는 것을 가능하게 한다.
도 8 내지 도 10은 전술된 바와 같이, 측정 셀(1)을 제조하기 위한 방법의 상이한 스테이지를 도시한다. 더 양호한 표현의 이유로, 치수는 실제 축적대로 도시되어 있지 않다. 먼저, 나노구조체(56), 예를 들어 복수의 니들의 표면 구조가 실리콘 웨이퍼(52, 54)에 적용되고, 이는 피복되거나 구조화된 적어도 하나의 표면 상에 제 1 요소(2) 및 제 2 요소(4)를 형성한다. 이 중간 스테이지는 도 8에 도시되어 있다.
도 9는 바람직하게는 50 내지 500 bar, 특히 200 내지 300 bar, 바람직하게는 250 bar의 압력 작용 및 50 내지 100도, 특히 60 내지 80도 및 바람직하게는 70도의 온도의 작용에 의해, 대략 300 ㎛의 두께를 갖는 연결층(6)이 어떻게 2개의 실리콘 웨이퍼(52, 54) 사이에 적층되는지를 도시한다. 연결층(6)은 예를 들어 소위 LTCC 세라믹의 글래스 함유 및 특히 글래스-세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 연결층(6)은 그린 콤팩트로서 테이프의 형태로 적층될 수 있다. 연결층(6)은 테이프 내에 배치된 가소제를 통해 적층 압력 하에서 유동하고 따라서 실리콘 웨이퍼(52, 54) 사이의 모든 공간 공차를 평형화한다. 여기서, 니들 구조체(56)는 연결층(6)의 표면 내로 관통한다.
테이프 및/또는 실리콘 웨이퍼의 구조화는 추가된 채널을 통해 결합 해제 프로세스에서 테이프로부터 유기 물질의 제거를 보장한다. 특히 패널 내의 제조시에 요소(2, 4)의 평탄화 결함은 특히 소결 프로세스에 앞서 그 특성에 의해 연결층(6)에 의해 완화된다.
도 10은 600도 초과, 바람직하게는 750도 초과, 예를 들어 800 내지 900도의 온도에서 발생하는 소결 후의 상태를 도시한다. 여기서, 연결층(6)의 글래스 성분은 세라믹 함유 테이프의 모든 성분 뿐만 아니라 실리콘 웨이퍼(52, 54)의 나노구조체(56)와 조합된다. 소결 프로세스 주의 압력의 인가는 글래스 세라믹의 측방향 수축을 본질적으로 또는 심지어 완전하게 정지시킨다. 실리콘 웨이퍼(52, 54)의 표면에 수직인 수축은 약 50%여서 결국에는 연결층(6)이 대략 150 ㎛의 두께로 존재하게 된다.
1: 측정 셀 2: 제 1 요소
4: 제 2 요소 6: 연결층
10: 유동 채널 12: 폭
14: 길이 16: 높이
20: 스페이서 26: 설치 요소
28: 하우징 30: 수용 개구
32: 입구 개구 34: 출구 개구
36: 방사체 42: 수용기
44, 46: 검출기 요소 52, 54: 실리콘 웨이퍼

Claims (17)

  1. 유체들의 적외선 분석을 위한 측정 셀(1)로서, 특히 20 bar 초과, 바람직하게는 50 bar 초과의 허용 가능한 작동 압력을 갖고, 제 1 투명 요소(2)와 제 2 투명 요소(4) 사이에 형성된 유체용 유동 채널(10)을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 투명 요소의 각각은 적외선 방사선에 적어도 단면들에서 투명하고, 상기 적외선 방사선은 상기 제 1 요소(2)를 경유하여 상기 유동 채널(10) 내로 방사될 수 있고 상기 제 2 요소(4)를 경유하여 상기 유동 채널(10)로부터 나올 수 있고, 2개의 요소들(2, 4)은 특히 소결된 글래스-세라믹 재료인 글래스 함유 재료의 연결층(6)에 의해 높은 기계 강도로 서로 유체 기밀하게 연결되고, 상기 층은 상기 2개의 요소들 사이에 위치되는 측정 셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결층(6)은 상기 요소들(2, 4) 중 하나로 구조화되어 적용되는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 비소결 상태에서 상기 연결층(6)은 상기 요소들(2, 4) 중 하나 상에 적층되고 또는 상기 2개의 요소들(2, 4) 사이에 적층되는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결층(6)은 소결에 선행하는 프로세스에서 상기 연결층(6)으로부터 유기 구성 요소의 출구를 위한 출구 채널들을 갖는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결층(6)은 가소제들을 갖는 저온 동시 소성된 세라믹으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결층(6)은 세라믹 필름으로서 구조화되고, 이 방식으로 상기 유동 채널(10)은 그 형상이 규정되는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 0 내지 200℃, 특히 0 내지 400℃ 및 바람직하게는 0 내지 600℃의 온도 범위에서 소결된 연결층(6)은 8 ppm/K 미만, 특히 5 ppm/K 미만 및 바람직하게는 3 ppm/K 초과의 선형 열팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 채널(10)을 위한 경계를 형성하는 일 표면 상의 2개의 요소들(2, 4) 중 적어도 하나는 적외선 방사선을 위한 반사 방지층 및/또는 필터층 및/또는 상기 연결층(6)을 위한 접착 촉진제로서 작용하는 표면 구조체(56)를 갖는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 표면 구조체(56)는 mm2 당 10,000개 초과 니들, 특히 mm2 당 100,000개 초과 니들, 바람직하게는 mm2 당 500,000개 초과 니들의 밀도를 갖는 복수의 마이크로니들들을 갖는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 니들들은 0.3 초과 30 ㎛ 미만, 특히 0.5 초과 15 ㎛ 미만, 바람직하게는 0.8 초과 8 ㎛ 미만의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요소는 또한 상기 연결층(6)의 영역에 상기 표면 구조체(56)를 갖고, 상기 표면 구조체(56)는 또한 상기 요소(2, 4)와 상기 연결층(6)의 연결을 위한 접착 촉진제를 형성하는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 요소들(2, 4)은 단결정 실리콘으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 요소들(2, 4) 중 적어도 하나는 1 mm 초과, 특히 1.5 mm 초과, 바람직하게는 2 mm 초과의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로유체 구조체들은 상기 2개의 요소들(2, 4) 중 적어도 하나, 바람직하게는 양 요소들(2, 4) 내에 제조되고, 상기 마이크로유체 구조체들은 바람직하게는 요소들(2, 4)을 형성하는 하나의 실리콘 웨이퍼 내에 제조되는 것을 특징으로 하는 측정 셀.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 측정 셀(1)을 갖고, 적외선 방사선용 방사체(36) 및 적외선 방사선용 수용기(42)를 갖는 유체들의 적외선 분석을 위한 측정 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 측정 시스템(8)은 상기 측정 셀(1)이 삽입되는 수용 개구(30)를 갖는 설치 요소(26)를 갖고, 상기 설치 요소(26)는 그를 경유하여 유체가 상기 측정 셀(1)의 유동 채널(10)에 진입할 수 있고 상기 측정 셀(1)의 유동 채널(10)로부터 나올 수 있는 유체용 입구 개구(32) 및 출구 개구(34)를 갖는 것을 특징으로 하는 측정 시스템.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 측정 셀(1)을 제조하는 방법에 있어서,
    아직 소결되지 않은 상태에서 글래스-세라믹 재료의 연결층(6)이 2개의 요소들(2, 4) 사이에 위치되고 이어서 상기 2개의 요소들(2, 4)의 장치 및 상기 연결층(6)은 온도 및 압력의 작용에 의해 소결되고, 이와 같이 함으로써 높은 기계적 강도를 갖는 유체 기밀 연결부가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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