KR20140096169A - 에폭시로 몰딩 된 광 측정을 위한 가스 셀 및 그 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매크로스코픽 시스템에서의 가스 함유물 및/또는 농도의 광 측정을 위한 가스 셀에 있어서, 캐비티(1a), 가스 교환을 위한 적어도 하나의 개구(11), 광 방출 수단(2)을 위한 적어도 하나의 제1 소켓(12), 광 검출 수단(3)을 위한 적어도 하나의 제2 소켓(13)을 포함하고, 여기서 상기 캐비티(1a)를 관통하는 광 측정 경로(A)의 길이는 제1 소켓(12)에 위치한 광 방출 수단(2)과 제2 소켓(13)에 위치한 광 검출 수단(3)사이의 직접 또는 간접 거리에 의하여 정의되어 지고, EMC(epoxy mold compound)가 상기 광 측정 경로(A)로 정의되는 상기 가스 셀의 적어도 일부분을 형성하기위해 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 셀(1)에 관한 것이다.

Description

에폭시로 몰딩 된 광 측정을 위한 가스 셀 및 그 형성 방법{Epoxy molded gas cell for optical measurement and method of forming}
본 발명은 수 센티미터의 범위의 광 측정 경로의 길이를 가진 매크로스코픽(macroscopic) 시스템에서 가스 함유물 및/또는 농도의 광 측정을 위한 가스 셀에 관한 것이다.
가스 셀은 캐비티(cavity), 가스를 교환하기 위한 적어도 하나의 개구(aperture), 입사 광(incoming light)을 위한 적어도 하나의 제1 소켓 및 광 검출 수단을 위한 적어도 하나의 제2 소켓을 포함할 수 있다.
캐비티를 관통하는 광 측정 경로의 길이는 광 방출 수단(light emitting means) 과 제2 소켓의 광 검출 수단 (light detecting means) 사이의 직접, 간접적 거리인 것으로 정의되어 있다.
본 발명은 독창적인 가스 셀(inventive gas cell)을 형성하는 방법에 관련되어 있다.
수 센티미터 이상 범위의 광 측정 경로를 이용한 광 측정을 위한 가스 셀의 제조에서, 기계적 안정성은 센서 출력(sensor output)의 안정성에 직접 영향을 미치며 이는 센서의 정확도를 제한할 수 있다.
적은 비용의 가스 셀은 열가소성 물질(thermoplastic material)로 사출성형(injection moulding)을 통해 보통 만들어 진다
이러한 가스 셀은 일반적으로 온도 및 습도의 변화 또는 기계적 스트레스 또는 힘이 플라스틱에 미칠 때 변형된다.
액정 폴리머(LCP)등과 같은 사출성형이 가능한 고성능 열 가소성 재료(high-performance thermoplastic materials)를 사용한다는 것이 알려져 있다.
또한 더 나은 정확도 또는 안정성이 요구되는 경우 사용될 수 있다는 것도 알려져 있다.
예를 들어 매우 민감한 누설 감지기(leak detector)는 금속 광학(metal optics) 및/또는 금속 기계(metal mechanics)를 사용하고, 이들은 물론 상당히 높은 생산 비용을 가지게 된다.
센티미터 이상 범위의 광 측정 경로를 이용해 광 측정을 하기 위하여 가스 셀을 만드는 것에 있어서, 높은 기계적 안정성 및 방출기와 검출기 사이의 정의되고 안정적인 광 경로-범위(optical path-length)를 가진 셀을 형성하는 것이 문제이다
반사되어 방출된 광의 파면이 왜곡되지 않도록 충분하게 매끈한 반사 표면(reflecting surfaces)을 생성하는 것이 문제가 되며, 구체적으로 하나의 측정 경로가 적어도 하나 이상의 반사 표면을 이용하여 다수의 반사를 일으킬 수 있고, 동시에 반사된 광의 파면에서 왜곡 됨이(introducing distortion) 없이 온도변화 및/또는 기계적 스트레스에 대해서 안정되고 유지가능하도록 생산하여야하는 것이 문제가 된다.
이것은 가스셀의 구성요소의 환경적인 문제가 발생한 환경에서 원활한 환경 보호가 가능한기능을 제공할 수 있는 가스셀을 생산하는 것의 문제이다.
이것은 부서지고 파괴되는 와이어 본드 결합(wire-bond connection)의 위험성 과 구성요소의 일 부분에 덮개가 없어 덮이지 않는 것 없이 검출기(detector), 방출기(emitter)등과 같은 구성요소를 캡슐화하는 것의 문제이다.
또한 이것은 가스 셀의 제조를 위하여 알려져 있는 기술을 사용할 때 광 미러(optical mirror) 기능 및 히터(heater) 또는 미러 내부의 다른 전자장치를 통합하는 것에 대한 문제이다.
또한 이것은 광학 부품에 나타나는 결로, 자세히는 반사표면에서 온도가 이슬점에 근접하였을 때 온도 변화에 의해 나타나는 결로를 관리하는 것의 문제이다.
이미 정의된 발명의 기술분야를 의 관점으로부터 상기 언급된 문제를 해결하기 위해, 측정 경로를 포함하는 가스 셀의 적어도 일부분을 형성하는데 상기 에폭시 몰드 컴파운드(epoxy mold compound)(EMC)가 사용되는 가스 셀이 제안된다.
본 발명의 설명에 따르면 세라믹 강화 캡슐화(Ceramic Reinforced Encapsulation)(CRE)를 사용할 수도 있다.
CRE로는 IC 패키징 산업의 전자장치에서 매우 넓고 중요하게 사용되는 혼합된 미네랄이 채워진 에폭시(epoxy)가 매우 일반적으로 사용될 수 있다.
전자 장치 부품 산업에서 이 물질의 성공에 대한 이유는 몰딩 프로세스(moulding process) 가 진행되는 동안에 물질의 점도가 매우 낮기 때문이다. 비록 점도가 낮아도 가장 얇은 전자 칩 및 그들의 마이크로 미터(micro-meter)의 얇은 와이어-본드 연결(wire-bond connections)은 단단히 결합되어 있고 충분하게 몰딩 컴파운드에 의하여 채워져 있으며, 부서지거나 파괴되지 않게 된다.
가스 셀을 사용하는 가스 센서의 안전성 및 분해능(resolution)은 광 측정 경로의 기계적 안전성에 매우 의존되고, 측정 경로의 물리적인 길이의 의미는 정의될 필요가 있으며, 안정적이어야 하고 기계적인 스트레스 및 온도변화, 자세하게는 수 센티미터 단위 이상의 범위를 가진 광 측정 경로의 길이를 포함하는 매크로스코픽 시스템에서 도달하기 힘든 온도변화도 견딜 수 있어야 하고, 가스 셀에서 반사 수단(reflecting means)으로 반사되어 질 때 왜곡없이 방출된 광의 파면을 유지하며, 상기 반사 수단은 기계적인 스트레스 및 몇 평방 센티미터일 수 있는 반사 표면을 포함하는 매트로스코픽 시스템에서 달성되기 어려운 온도 변화를 견딜 수 있다.
본 발명은 광 측정 경로로 정의된 가스 셀의 일부분을 형성하는데 EMC(epoxy mold compound)가 사용되는 것을 개시하고 있고, 따라서 이러한 요건을 충촉하는 측정 경로를 제공할 수 있으나, 이것은 EMC가 광 측정 경로로 정의된 부분 그 이상을 형성할 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
제1 소켓은 정확한 위치에 발광 수단(light emitting means)이 고정되도록 맞춰질 수 있다.
이러한 소켓은 전조 나사(threaded screw), 총검 고착(bayonet fastening), 고정하는 것의 스냅(snap on fastening) 또는 에폭시 접착제(epoxy glue)와 같은 접착제등을 통하는 것과 같은, 발광수단을 고정하는 다른 방법에도 적용될 수 있다.
제1 소켓에 발광 수단이 위치되는 것 및 발광 수단이 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화(encapsulation)되는 것이 제안된다.
이러한 캡슐화는 어떠한 다른 발광 수단을 보관하는 수단 없이도 발광 수단이 그것의 정확한 위치에 있도록 보관하는 것을 가능하게 한다.
또한 보호를 위하여 광학적으로 투명한 EMC와 같은 광학적으로 투명한 물질에 의하여 발광 수단이 덮일 수 있다.
상술 된 것과 같이 제1 소켓의 발광 수단을 보관할 수 있고, 제2 소켓은 다른 방법의 광 검출 수단을 보관하기 위해 적용될 수 있다.
광 검출 수단이 제1 소켓에 위치하는 것 및 광 검출 수단은 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화되는 것이 제안될 수 있다.
이러한 캡슐화는 다른 어떤 광 검출 장치를 확보하는 수단 없이 광 검출 수단을 이것의 정확한 위치에 보관하는 것을 가능하게 한다.
또한 광 검출 수단이 보호를 위해 광학적으로 투명한 물질에 의해 덮일 수 있다.
이것은 오직 보호의 기능뿐만이 아니라 광 검출수단에 의해 검출되거나 또는 검출되지 않은 입사광의 파장을 분리하기 위한 수단일 수 있는 광학적으로 투명한 EMC 또는 광 필터일 수 있다.
또한 캐비티는 적어도 하나의 광 반사 수단을 포함할수 있으며, 여기서 상기 측정 경로는 광 반사 수단의 반사를 포함하는 것이 제안된다.
광 반사 수단은 광 반사 미러(light reflecting mirror)가 될 수 있고, 상기 광 반사 미러는 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화될 수 있다.
반사 미러의 뒤에 피에조 변환기(piezo transducer)가 위치할 수 있고, 반사 미러의 위치를 조정하기 위해 적용될 수 있으며, 상기 피에조 변환기는 EMC에 캡슐화될 수 있다.
또한 광 반사 수단은 EMC로 형성된 상기 반사 표면의 형상을 가진 반사 표면일 수 있다.
이러한 반사 표면은 정의된 측정경로의 일부분이고, 측정 경로 내에서는 광의 파면이 왜곡하는 어떤 방식도 사용될 수 없다.
광 반사 수단 뒤에 위치할 수 있는 가열 수단(heating means)이 제안되고, 이러한 가열수단은 EMC로 캡슐화될 수 있다.
증폭 수단(amplifying means), 연산 수단(computing means), 메모리 수단(memory means) 또는, 가스 셀에 관련된 광 방출 수단을 위한 드라이버 전자 장치(driver electronics) 등과 같은 전자 부품들 또한 EMC로 캡슐화될 수 있다.
또한 적어도 EMC를 통해 부분적으로는 캡슐화되는 광 필터링 수단(optical filtering means), 빔 분할 수단(beam splitting means) 또는 광 격자(optical gratings)등과 같은 광학 부품(optical components)을 가질 수 있다.
또한 캐비티의 오염을 예방하는 필터 등과 같은 가스 필터링 수단(gas filtering means)이 제안되며, 여기서 가스 필터링 수단은 개구(aperture)에 위치할 수 있고 EMC를 통해 적어도 부분적으로는 캡슐화될 수 있다.
또한 본 발명은 캐비티가 포함하는 가스 함유물(gas content) 및/또는 가스 농도의 광학 측정을 위한 가스 셀을 형성하는 방법과 관련되어 있고, 가스 교환을 위하여 적어도 하나의 개구, 광 방출 수단을 위한 적어도 하나의 제1 소켓,광 검출 수단을 위한 적어도 하나의 제2 소켓을 가지며, 캐비티를 관통하는 상기 광학 측정 경로의 길이는 제1 소켓의 광 방출 수단과 제2 소켓의 광 검출 수단 사이의 직접 또는 간접 거리(direct or indirect distance)로 정의될 수 있다.
본 발명은 EMC가 광 측정 경로로 정의된 가스 셀의 적어도 일부분을 형성하기 위해 사용되는 것에 대해 상세하게 개시하고 있다.
광 방출 수단이 제1 소켓에 위치하고, 그 광 방출 수단이 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화되는 것이 제안된다.
광 방출 수단은 광학 투명 EMC와 같은 보호를 위한 광학 투명 물질로 덮힐 수 있다.
또한 광 검출 수단이 제2 소켓에 위치하고, 광 검출 수단이 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
이러한 광 검출 수단은 광학 투명 EMC 또는 광학 필터와 같은 보호를 위한 광학 투명 물질로 덮일 수 있다.
캐비티는 적어도 하나의 광 반사 수단을 포함할 수 있고, 측정 경로는 광 반사 수단의 반사를 포함할 수 있다.
광 반사 수단은 광 반사 미러 일 수 있고, 상기 광 반사 미러는 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화될 수 있다.
피에조 변환기는 반사 미러 뒤에 위치할 수 있고, 반사 미러의 위치를 조정할 수 있게 적용될 수 있으며, 이러한 피에조 변환기는 EMC로 캡슐화될 수 있다.
또한 광 반사 수단은 반사 표면일 수 있고, 상기 반사 표면의 형상은 EMC로 형성될 수 있다.
가열 수단은 광 반사 수단의 뒤에 위치할 수 있는 것이 제안되고, 상기 가열 수단은 EMC로 캡슐화될 수 있다.
또한 증폭 수단, 연산 수단, 메모리 수단 또는 광 방출 수단을 위한 드라이버 전자장치와 같은 가스 셀에 관련된 전자장치의 구성요소는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
또한, 광 필터링 수단, 빔 분산 수단 또는 광 격자 등과 같은 가스 셀에 관련된 광학 구성요소는 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화될 수 있는 것이 제안된다.
캐비티의 오염을 방지하는 필터와 같은 가스 필터링 수단은 개구 내에 위치할 수 있고 가스 필터링 수단은 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화될 수 있다.
본 발명은 가스 셀이 트랜스퍼 몰딩(transfer moulding)의 수단을 통해 형성될 수 있는 방법이 개시되어 있다.
비록 종래의 생산에 있어서 인젝션 몰딩(injection moulding)은 더 짧은 사이클 타임(cycle times)으로(예를들어 단지 몇 초 만에) 생산되어 왔고, 상기 트랜스퍼 몰딩을 위한 사이클 타임은 일반적으로 1~2분의 범위에 있으나, CRE는 각 부분을 대하여 여전히 낮은 생산 비용 제공하며, 같은 생산 장비(production tool)중 하나와 병렬로 연결되어 복수의 가스 셀을 생성하는 것을 제안할 수 있다.
가스 셀의 이점 및 본 발명에 따른 방법은 CER 테크놀러지 패키징(CRE technology packaging)이며, 이것은 높은 생산 정밀도, 훌륭한 기계적 안정성 및 좋은 환경을 제공하고, 이러한 것들은 낮은 생산 비용과 더불어 산업에서 요구되는 좋은 특징이다.
발전된 CRE는 몰딩 컴파운드(moulding compound)에 의해 덮이는 것 없이 구성요소의 특정 영역이 개방되거나 공기 중에 노출되는 것이 허용되도록 만들 수 있다
또한 만약 광학적으로 투명한 EMC로 개방된 영역을 덮는 것이 요구된다면, 위험한 환경으로부터 구성요소를 보호하기 위해 부분 또는 전체에 대한 캡슐화를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 가스 셀 및 방법은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 가스 셀을 도식적이고 매우 단순화된 하나의 단면의 관점에서 나타낸 도면이다.
도 2는 병렬로 생성될 수 있는 복수의 가스 셀의 생산도구에 대한 도식적이고 단순화된 도면이다.
도면 3a, 3b, 3c는 본 발명에 따른 가스 셀의 제1 실시 예를 각 관점으로 나타낸 도면이다.
도면 4a, 4b, 4c는 본 발명에 따른 가스 셀의 제2 실시 예를 각 관점으로 나타낸 도면이다.
도면 5a, 5b, 5c는 본 발명에 따른 가스 셀의 제3 실시예를 각 관점으로나타낸 도면이다.
본 발명은 도 1을 참조하며 도시된 가스 함유물 및/또는 농도의 광 측정을 위한 가스 셀(1)을 설명한다.
가스 셀은 캐비티(1a), 적어도 하나의 가스 교환을 위한 개구(11), 적어도 하나의 광 방출 수단을 위한 제1 소켓(12) 및 적어도 광 검출 수단을 위한 하나의 제2 소켓(13)을 포함한다.
본 발명의 설명 및 도면은 각각 하나의 개구(11), 제1 소켓(12), 제2 소켓(13)을 간단하게 보여주고 있다.
그러나 복수의 개구와 소켓이 가스 셀의 다른 실시 예에서 사용될 수 있음을 당업자에게 명백하다.
복수의 개구는 캐비티를 통하여 가스 교환을 향상시키기 위해 사용될 수 있고, 만약 가스 셀을 통한 다른 광 경로를 포함하는 다른 광 방출 수단을 사용하거나 다른 파장을 가진 광 방출 수단을 사용하기 위하여 복수의 다른 광 방출 수단이 사용된다면 복수의 제1 소켓이 사용될 수 있고, 만약 복수의 광 검출 수단이 가스 셀을 통해 다른 광 경로의 경로 끝 및/또는 다른 파장을 가진 다른 광 방출 수단으로부터 광을 검출하기 위해 사용된다면, 복수의 제2 소켓이 사용될 수 있다.
광학 구성요소는 하나의 광 방출 수단으로부터 온 광을 복수의 검출 수단을 통해 검출된 복수의 광 경로로 분산하는데 사용될 수 있다.
광 방출 수단으로부터 복수의 다른 광 경로를 통하는 광 구성요소는 하나의 검출 수단에 의해 검출되고 조합될 수 있다.
광 방출 수단(2)은 광범위 스펙트럼 범위의 파장을 제공하는 백열등의 필라멘트 또는 발광 다이오드 또는 레이저와 같은 적은 범위의 광원 또는 단일 파장 등과 같은 다른 종류의 광원이 될 수 있다.
광은 가스 셀의 구체적인 실시 예에 따라서 어떠한 파장의 전자기 방사(electromagnetic radiation)라도 될 수 있다.
광 검출 수단(3)은 수신한 광의 특정 파장 또는 광범위의 파장 중 적어도 하나를 검출하기에 적합한 센서 또는 검출기라면 종류의 제한 없이 사용될 수 있다.
캐비티(1a)를 관통하는 광 측정 경로 A의 길이는 제1 소켓(12)의 광 방출 수단과 제2 소켓(13)의 광 검출 수단 사이의 직접 또는 간접 거리에 의해 정의된다 .
광 방출 수단(2)과 광 수신 수단(3)사이의 직접 경로는 가장 단순한 경로(simple path)이나 때때로 이 경로는 가장 짧을 수도 있다.
긴 광 측정 패스의 필요성은 가스 셀의 민감도를 향상시키기 위하여. 작은 캐비티에서도 충분하게 긴 측정 경로를 얻을 수 있는 캐비티를 통해 한번 또는 복수의 횟수로 반사되는 광 측정 경로에서 요구되는 작은 사이즈의 가스 셀에 대한 수요와 함께 존재한다.
그래서 광 측정 경로는 종종 광 방출 수단(2)과 광 수신수단(3) 사이의 간접 경로이고, 상기 경로는 캐비티(11)의 반사 수단에서 한번 또는 여러 번 반사되어 진다.
도 1은 광 검출 수단(3)에 도달하기 전에 2회 반사되는 광 측정 경로 A 도시하고 있고, 이러한 이유로 광 방출 수단과 광 검출 수단 사이의 간접 거리는 정의될 수 있다.
본 발명은 에폭시 몰드 컴파운드(EMC)가 적어도 가스 셀(1)에 광 측정 경로가 정의된 가스 셀의 부분을 형성하기 위해 사용되는 것을 개시한다.
EMC 세라믹 강화 캡슐화가 사용하는 경우 가스 셀(1)에서 다른 구성요소를 캡슐화하기 위하여 사용될 수 있고, 그렇게 함으로써 가스 셀에서 이러한 구성요소들을 통합하고 보호할 수 있다.
또한 매우 높은 정확도로 의도된 위치에 구성요소들을 둘 수 있고 가스 셀의 온도 변화, 습도 변화 또는 기계적 스트레스를 겪는 중에서도 이러한 위치는 유지되어 질 것이고, 그 때문에 잘 정의되고 안정된 광 측정 경로A는 광 방출 수단(12)과 광 검출 수단(13)의 사이에서 얻어질 수 있다.
그래서 광 방출 수단(12)이 제1 소켓(2)에 위치할 수 있는 것이 제안된다.
광 방출 수단(12)은 제1 소켓과 연결된 몇몇 고정 수단을 관통하는 것 및/또는 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화될 수 있는 것이 보장될 수 있다.
광 방출 수단(2)의 보호를 제공하기 위하여 광 방출 수단(2)은 광학적으로 투명한 EMC등과 같은 광학적으로 투명한 물질로 덮이는 것이 제안된다.
광 검출 수단은 제2 소켓(13)에 위치되는 것이 제안되고, 광 검출 수단(3)은 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화될 수 있다.
또한 광 검출 수단(3)은 광학적으로 투명한 물질(13)에 의하여 덮일 수 있다.
또한 이러한 물질은 광학적으로 투명한 EMC 또는 검출된 광 파장과 검출되지 않은 광 파장을 분산하는 기능을 더 포함하는 광학 필터일 수 있다.
충분하게 긴 측정 경로를 제공하기 위해서 캐비티가 적어도 하나의 광 반사 수단(4)을 포함하는 것이 제안되고, 여기서 측정 경로A는 광 반사 수단(4)에서의 반사를 포함할 수 있다.
광 반사 수단(4)은 광 반사 미러(41)일 수 있고, 여기서 광 반사 미러(41)는 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화된 것일 수 있다.
예를 들어 EMC를 통해 캡슐화되어질 수 있는 구성요소는 반사 미러(41)의 뒤에 위치할 수 있는 피에조 변환기(5)일 수 있고, 반사 미러(41)의 위치를 조정할 수 있도록 적용될 수 있다.
또한 광 반사 수단(4)는 반사 표면(42)이 될 수 있고, 반사 표면(42)의 형상은 EMC를 통해 형성될 수 있다.
EMC로 캡슐화될 수 있는 또 다른 구성요소의 예는 광 반사 수단(4)의 뒤에 위치될 수 있는 가열 수단(4)일 수 있다.
이러한 가열 수단(6)은 가스 셀(1) 내부에 있는 가스의 습도에 기인하는 반사 수단(4)상에 생성된 안개를 방지하기 위하여 반사 수단(4)에 열을 제공하기에 적합한 수단이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
이 도면은 반사 표면(42)의 뒤에 위치한 가열 수단(6)을 나타내고, 만약 이러한 가열 수단이 도면에서 보여지지 않는 경우 미러(41) 뒤에 가열 수단이 위치하는 것이 가능한것으로 이해될 수 있다.
EMC로 캡슐화될 수 있는 또 다른 구성요소의 예는 가스 셀에 연결된 증폭 수단(71), 연산 수단(72), 메모리 수단(73) 또는 광 방출 수단(2)을 위한 드라이버 전자 장치(74) 등과 같은 전자 장치 구성요소일 수 있다.
적어도 부분적이라도 EMC로 캡슐화될 수 있는 또 다른 구성요소의 예는 광 필터링 수단(8), 빔 분산 수단 또는 광 격자 등과 같은 가스 셀에 관련된 광 구성요소일 수 있고, 빔 분산 수단 및 광 격자는 도면에 도시되지 아니하였다.
또한 적어도 부분적이라도 EMC로 캡슐화될 수 있는 가스 필터링 수단(9)과 같은 구성요소를 가질 수 있고, 상기 가스 필터링 수단(9)은 캐비티(1)의 오염을 방지하기 위한 필터일 수 있고 개구(11)의 내부에 위치할 수 있다.
EMC는 에폭시로 채워진 고도의 미네랄(highly mineral)일 것이 제안된다.
또한 본 발명은 형성하는 캐비티(1a), 가스 교환을 위한 적어도 하나의 개구(11), 광 방출 수단을 위한 적어도 하나의 제1 소켓(12) 및 광 검출 수단을 위한 적어도 하나의 제2 소켓을 포함하는 가스 함유물 및/또는 농도의 광 측정을 위한 가스 셀(1) 을 형성하는 방법에 관한 것이고, 캐비티(1a)를 관통하는 광 측정 경로 A의 길이는 제1 소켓(12)의 광 방출 수단과 제2 소켓의 광 방출 수단(13)의 직접 또는 간접거리에 의해 정의될 수 있다.
본 발명은 에폭시 몰드 컴파운드(epoxy mold compound)(EMC)는 가스 셀(1)의 광 측정 경로를 정의하는 가스 셀의 적어도 일 부분을 형성하는데 사용되는 것이 구체적으로 개시되어 있다.
광 방출 수단(2)은 제1 소켓에 위치하고 광 방출 수단(2)은 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화되어지는 것이 제안된다.
또한 광 방출 수단(2)은 광학적으로 투명한 EMC등과 같은 광학적으로 투명한 물질(12)에 의해 덮일 수 있는 것이 제안된다.
동일한 방식으로 제2 소켓(13)에 EMC로 적어도 부분적으로는 캡슐화될 수 있는 광 검출 수단도 위치할 수 있다.
또한 광 검출 수단(3)은 광학적으로 투명한 EMC 또는 광 필터 등과 같은 광학적으로 투명한 물질(13)에 의해 덮일 수 있다.
만약 캐비티(1a)가 적어도 하나의 광 반사 수단(4)을 포함하면, 측정 경로는 광 반사 수단(4)의 반사를 포함할 수 있고, 만약 광 검출 수단(4)가 광 반사 미러(41)인 경우, 광 반사 미러(41)는 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
또한 반사 미러(41)의 뒤의 피에조 변환기(5)는 반사 미러(41)의 위치를 조절할 수 있으며, 피에조 변환기(5)는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
만약 캐비티가 적어도 하나의 광 반사 수단을 포함하면, 측정 경로는 광 반사 수단에서의 반사를 포함할 수 있고, 만약 광 반사 수단(4)이 반사 표면(42)이라면, 반사 표면(42)의 형상을 EMC로 형성하는 것이 제안된다.
사용되는 반사 수단(4)의 종류에 관계없이, 가열 수단(6)은 광 반사 수단 뒤에 위치할 수 있는 것 및 가열 수단(6)이 EMC로 캡슐화될 수 있는 것이 제안된다.
또한 증폭 수단(71), 연산 수단(72). 메모리 수단(73), 광 방출 수단(2)을 위한 드라이버 전자장치(74)와 같은 가스 셀에 관련된 전자 장치 구성요소는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
또한 광 필터링 수단(8), 광 분산 수단 또는 광 격자 등과 같은 가스 셀과 관련된 광 구성요소는 적어도 부분적으로는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
또한 캐비티(1a)의 오염을 방지하기 휘한 필터 등과 같은 가스 필터링 수단(9)이 개구(11)의 내부에 위치하고, 가스 필터링 수단(9)이 적어도 부분적으로 는 EMC로 캡슐화되는 것이 제안된다.
본 발명은 가스 셀(1)이 트랜스퍼 모듈링(transfer moulding)의 수단에 의해 형성될 수 있는 내용이 개시되고, 도 2는 복수의 가스 셀(1, 1’, 1’’, 1’’’)이 평행한 동일한 생산 도구(production tool)(1b) 중 하나로 생산될 수 있는 것이 도시되어 있다.
EMC로서 사용될 수 있는 물질로는 높은 미네랄로 채워진 에폭시(highly mineral filled Epoxy)가 제안된다.
도 1은 전체 가스 셀을 형성하기 위해 사용되는 EMC에 대한 본 발명의 매우 단순화되고 도식화된 도면이나, 본 발명은 광 측정 경로를 정의하는 가스 셀의 적어도 일 부분을 형성하기 위해 EMC가 사용된 가스 셀과 연관된다. .
도 3은 가스 셀(31)의 오직 한 부분을 형성하기 위해 EMC가 사용되는 예이다.
도 3a는 세 쌍의 다른 구멍(openings)(312a, 312b, 312c)이 보여지는 가스 셀의 한 면을 나타내고 있고, 이러한 구멍들은 이러한 구멍들은 PCB(printed circuit board)(35)상의 다른 전자장치 구성요소에 연결하기 위하여 가스 셀의 외부의 광 방출 수단(32)으로부터 전원 연결을 이끌어 내기 위해 적합하게 될 수 있다.
도 3b 및 3c는 가스 셀(31)의 개구(aperture)(311)가 캐비티의 오염을 방지하기 위해 가스 셀의 내,외부의 가스 교환(3B)을 허용하기 위한 적합한 필터링 수단(39)에 의해 덮이는 것이 개시된다.
도 3c는 가스 셀의 단면도이고, 여기서 광 측정 수단(3A)을 위하여 정의된 부분은 검은 색으로 채워져 있다.
이것은 제1 소켓(312)에 위치한 광 방출 수단(32) 및 제2 소켓(313)에 위치한 광 검출 수단(33)으로 보일 수 있다.
광 측정 경로(3A)는 광 방출 수단(32)에서부터 광 검출 수단(33)까지 직진으로 진행하고, 거리는 정의된 부분(36)에 의해서 정의되어 진다.
EMC는 적어도 정의된 부분(36)으로 형성하기 위해 사용되기 때문에 광 측정 경로는 잘 정의되며 안정적이다.
도 3을 참조하면 일 실시 예에 따르면 광원으로 램프를 사용하는 가스 셀의 매크로스코픽 시스템(macroscopic system)에서의 치수(dimension)는 램프의 지경은 3mm일 수 있고 M16 스레드(m16 thread)를 가진 가스 셀의 외측부분과 볼트로 체결될 수 있다.
도 4는 도 3에 따른 가스 셀의 몇몇 변형가능한 실시 예를 개시하고 있다.
2개의 개구(411a, 411b)는 가스 셀(41)의 내,외측의 가스교환을 제공하기 위해 사용되고, 여기서 필터링 수단은 만약 요구된다면 강제된 기체 흐름(forced gas flow)내의 어디라도 위치할 수 있다.
반사 미러(441)는 반사 수단(44)으로 동작 되기 위해 광 검출 수단(43)의 반대 방향에 위치할 수 있다.
도 4b를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따르면 광 방출 수단(42)은 제1 소켓(도면에 도시되어 있지 않은)에 위치하고, 반사 미러(441)의 근처에 광 방출 수단(42)이 위치할 수 있다.
반사 미러는 광 방출 수단으로부터 광 검출 수단(43)을 향해 방출된 빛을 반사 및 포커싱(focusing)하기 위해 오목한 형상(concave shape)을 가질 수 있다.
도 4c는 도 4b와 동일한 실시 예를 나타내고 있으나, 여기서 광 방출 수단(42)은 제1 소켓(도면에 도시되지 않은)에 위치하고 광 검출 수단(43)의 근처에 광 방출 수단(42)이 위치할 수 있다.
광 측정 경로(4A)는 광 방출 수단(42)으로부터 반사 미러(441)를 경유하며, 광 검출 수단으로 향하여 간접적(indirect)이다.
정의되는 부분(46)은 광 방출 수단(42), 반사 미러(441) 및 광 검출 수단(43)을 위하여 잘 정의되고 안정적인 위치를 제공하고, 따라서 잘 정의되고 안정적인 광 측정 경로(4A)를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 형성된 가스 셀(51)이 도시되어 있다.
도 5a는 가스 셀의 측면 단면도(cross sectional side view)가 도시되어 있다.
도 5b의 투시도를 참조하면 제1 정의 부분(first defining part)(561)이 도시되어 있고, 광 방출 장치(52)에 연결된 한 개의 제1 소켓(512) 및 3개의 각기 다른 검출 수단(53a, 53b, 53c)에 연결된 3개의 제2소켓(513a, 513b, 513c)이 포함될 수 있고, 도 5b의 투시도를 참조하면 제2 정의 부분(second defining part)(562)이 도시되어 있고, 반사 표면(54)이 포함될 수 있다.
EMC는 제1 정의부분(561) 및 제2 정의부분(562)을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
안정적인 제1 정의 부분(561)은 정확하고 안전한 위치 및 방출 수단(52)의 정렬 및 3개의 검출 수단을 제공할 수 있다.
제2 정의 부분(562)은 유입되는 광(incoming light)의 파장을 왜곡 없이 의도된 방향으로 반사하는 것을 제공할 수 있는 형태로 형성된 반사 표면(54)를 제공할 수 있다.
도 5d는 제2 정의부(the second defining part)(562)의 내부에 몰딩 된 PCB(57)를 도시한다.
여기서 PCB에는 반사 표면(54)에 결로가 생기는 것을 회피하기 위하여 반사표면을 가열하기에 적당한 두 개의 가열수단(56a, 56b)이 고정될 수 있다.
도 5e는 반사 표면(54)의 형상을 형성하기 위하여 EMC(58)가 사용된 제2 정의부(562)를 도시하고, 여기서 반사 표면은 반사 특성을 제공하기 위하여 금속화될 수 있다.
제1 정의부(561)와 제2 정의부(562)가 가스 셀(51)이 튜브 형상의 부재(a tube shaped member)(563)에 결합 되도록 형성되고, 여기서 EMC는 가스 셀(51) 내부의 측정 경로의 정의를 위한 중요한 부분을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.
부재는 장방형으로 상대적으로 크거나 길 수 있기 때문에 EMC가 사용되는 것이 튜브 형상의 부재(563)를 형성하는 것에 적당하지 않을 수 있다.
만약 EMC 통해 이러한 부재를 형성하는 것이 가능하지 않다면, 충분한 안정성을 제공하는 임의의 다른 방법으로 부재를 형성할 수 있다.
매크로스코픽 시스템의 관점에서 다른 실시 예를 나타내면, 도 5의 가스 셀에 광 방출 장치(52)와 반사 표면(54) 사이에 거리가 8cm 고 반사 표면(54)의 표면적이 2 cm x 4 cm인 알콜 미터(alcohol meter)가 사용될 수 있다.
광 측정 경로를 직접적으로 정의하지 않은 부분은 다른 방법으로 생성할 수 있으나 EMC가 이러한 부분을 생성하기 위해 사용되는 것을 예방하는 것은 존재하지 아니한다.
본 발명은 기재되고 도시된 예시로 한정되지는 아니하고, 청구항에 에 의해 변형이 가능한 것으로 이해될 수 있다.

Claims (37)

  1. 매크로스코픽 시스템에서의 가스 함유물 및/또는 농도의 광 측정을 위한 가스 셀에 있어서,
    캐비티, 가스 교환을 위한 적어도 하나의 개구, 광 방출 수단을 위한 적어도 하나의 제1 소켓, 광 검출 수단을 위한 적어도 하나의 제2 소켓을 포함하고, 여기서 상기 캐비티를 관통하는 광 측정 경로의 길이는 제1 소켓에 위치한 광 방출 수단과 제2 소켓에 위치한 광 검출 수단 사이의 직접 또는 간접 거리에 의하여 정의되어 지고, EMC(epoxy mold compound)가 상기 광 측정 경로로 정의되는 상기 가스 셀의 적어도 일부분을 형성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.가스 교환을 위한 적어도 하나의 개구, 광 방출 수단을 위한 적어도 하나의 제1 소켓, 광 검출 수단을 위한 적어도 하나의 제2 소켓을 포함하고, 여기서 상기 캐비티를 관통하는 광 측정 경로의 길이는 제1 소켓에 위치한 광 방출 수단과 제2 소켓에 위치한 광 검출 수단 사이의 직접 또는 간접 거리에 의하여 정의되어 지고, EMC(epoxy mold compound)가 상기 광 측정 경로로 정의되는 상기 가스 셀의 적어도 일부분을 형성하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  2. 제1항에 있어서 ,
    광 방출 수단이 제1 소켓에 위치하고, 상기 광 방출 수단이 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 방출 수단이 광학적으로 투명한 물질로 덮이는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질은 광학적으로 투명한 EMC인 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  5. 선행된 모든 청구항에 있어서,
    광 검출 수단은 제2 소켓에 위치하고, 상기 광 검출 수단은 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 광 검출 수단은 광학적으로 투명한 물질에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질은 광학적으로 투명한 EMC인 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질이 광 필터인 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  9. 선행하는 모든 청구항에 있어서,
    상기 캐비티는 적어도 하나의 광 반사 수단을 포함하고, 상기 측정경로는 상기 광 반사 수단의 반사를 포함하는 것을 특징으로하는 가스 셀.
  10. 제9항에 따르면,
    상기 광 반사 수단은 광 반사 미러이고, 상기 광 반사 미러는 적어도 부분적으로는상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  11. 제10항에 있어서,
    피에조 변환기는 반사 미러 뒤에 위치하고, 상기 반사 미러의 위치를 조정하기에 적합하며. 상기 피에조 변환기는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 광 반사 수단은 반사 표면이고, 상기 반사 표면의 형상은 상기 EMC로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 수단은 상기 광 반사 수단의 뒤에 위치하고, 상기 가열 수단은 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  14. 선행하는 청구항에 있어서,
    상기 가스 셀과 관련된 증폭 수단, 연산 수단, 메모리 수단 또는 광 방출 수단을 위한 드라이버 전자장치와 같은 전자 장치 구성요소는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  15. 선행하는 모든 청구항에 있어서,
    상기 가스 셀과 관련된 광 필터링 수단, 빔 분산 수단 또는 광 격자와 같은 광 구성요소는 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  16. 선행하는 모든 청구항에 있어서,
    상기 캐비티의 오염을 방지하기 위한 필터와 같은 가스 필터링 수단은 상기 개구의 내부에 위치하고 있으며, 상기 가스 필터링 수단은 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  17. 선행하는 모든 청구항에 있어서,
    상기 EMC는 높은 미네랄로 채워진 에폭시(highly mineral filled Epoxy)인 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  18. 선행하는 모든 청구항에 있어서,
    광 측정 경로의 길이는 수 센티미터(cm)의 범위인 것을 특징으로 하는 가스 셀.
  19. 가스의 함유물 및/또는 농도의 광 측정을 위한 가스 셀을 형성하는 방법에 있어서,
    캐비티, 가스 교환을 위한 적어도 하나의 개구, 광 방출 수단을 위한 적어도 하나의 제1 소켓, 광 검출 수단을 위한 적어도 하나의 제2 소켓을 포함하고, 여기서 상기 캐비티를 관통하는 광 측정 경로의 길이는 제1 소켓에 위치한 광 방출 수단과 제2 소켓에 위치한 광 검출 수단 사이의 직접 또는 간접 거리에 의하여 정의되고, 상기 광 측정 경로로 정의되는 상기 가스 셀의 적어도 일부분을 형성하기 위해 EMC(epoxy mold compound)가 사용되는 을 특징으로 하는 가스 셀을 형성하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    광 방출 수단은 제1 소켓에 위치하고, 상기 광 방출 수단은 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항 내지 제20항에 있어서,
    상기 광 방출 수단이 광학적으로 투명한 물질로 덮이는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질은 광학적으로 투명한 EMC인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 검출 수단은 상기 제2 소켓에 위치하고, 상기 광 검출 수단은 적어도 부분적으로 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제19항 내지 제23항에 있어서,
    상기 광 검출 수단은 광학적으로 투명한 물질로 덮이는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질은 광학적으로 투명한 EMC인 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 물질은 광 필터인 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티는 적어도 하나의 광 반사 수단을 포함하고, 여기서 상기 측정경로는 상기 광 반사 수단의 반사를 포함하고, 상기 광 반사 수단은 광 반사 미러일 수 있고, 상기 광 반사 미러는 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    피에조 변환기는 상기 반사 미러의 뒤에 위치할 수 있고, 상기 반사 미러의 위치를 조정하기에 적합할 수 있으며, 상기 피에조 변환기는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티는 적어도 하나의 광 반사 수단을 포함하고, 여기서 상기 측정 경로는 상기 반사 수단의 반사를 포함하고, 상기 광 반사 수단은 반사 표면이며 상기 반사 표면의 형상을 상기 EMC로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제27항 내지 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 수단은 상기 광 반사 수단의 뒤에 위치하고, 상기 가열 수단은 상기 EMC로 캡슐화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제19항 내지 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    증폭 수단, 연산수단, 메모리 수단 또는 광 방출 수단을 위한 드라이버 전자 장치같은 전자 장치 구성요소는 상기 EMC로 캡슐화된 가스 셀과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제19항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 필터링 수단, 빔 분산 수단 또는 광 격자와 같은 광 구성요소는 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 가스 셀과 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티의 오염을 예방하기 위한 팔터와 같은 가스 필터링 수단은 상기 개구의 내부에 위치하고, 상기 가스 필터링 수단은 적어도 부분적으로는 상기 EMC로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제19항 내지 제33항에 있어서,
    상기 가스 셀은 변환 모듈링의 수단으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    다수의 가스 셀이 하나 또는 동일한 생산 도구를 통해 평행하게 생산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제19항 내지 제35항에 있어서,
    상기 EMC를 위하여 높은 미네랄로 채워진 에폭시를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제19항 내지 제36항에 있어서,
    광 측정 경로의 길이는 수 센티미터의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
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