KR20160149557A - 마이크로 히터 및 마이크로 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것으로써, 특히, 기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되어, 단열성이 향상되어 저전력을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있는 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것이다.
Description
본 발명은 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것으로써, 특히, 기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되는 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 관한 것이다.
최근 환경에 대한 관심이 점증되면서 짧은 시간에 정밀하고 다양한 정보를 얻을 수 있는 소형 센서의 개발이 요구되고 있다. 특히 주거 공간의 쾌적화와 유해 산업 환경에의 대처, 음식료, 식품의 생산공정 관리 등을 위해 관련 가스의 농도를 용이하게 측정하기 위한 가스 센서와 같은 마이크로 센서의 소형화, 고정밀화, 저가격화를 위한 노력이 진행되어 왔다.
현재 가스 센서는 종래의 세라믹 소결이나 후막 형태의 구조에서 점차적으로 반도체 공정 기술의 적용에 의한 미소기전 집적 시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS) 형태의 마이크로 가스 센서로 진화하고 있다.
측정 방법 측면에서 보면, 현재 가스 센서에서 가장 널리 사용되고 있는 방법은 센서의 감지물질에 가스가 흡착되었을 때 그 전기적 특성이 변화하는 것을 측정하는 것이다. 통상 SnO2와 같은 금속 산화물을 감지물질으로 사용하며 측정 대상 가스의 농도에 따른 전기전도도 변화를 측정하는 것으로 측정법이 비교적 간단한 이점이 있다. 이때 금속 산화물 감지물질은 고온으로 가열되어 동작될 때 그 측정값의 변화가 더욱 현저하다. 따라서 빠르고 정확한 가스 농도의 측정을 위해서는 정확한 온도 조절이 필수적이다. 또한, 측정시에는 감지물질에 기존 흡착되어 있는 가스종이나 수분들을 고온 가열에 의해 강제적으로 제거하여 감지물질을 초기 상태로 복구(reset, recovery)시킨 후 가스농도를 측정한다. 그러므로 가스 센서에서 온도 특성은 센서의 측정감도, 복구 시간, 반응 시간 등의 주요 측정인자에 직접적으로 영향을 미친다.
따라서 효율적인 가열을 위해서는 감지물질 부분만을 국부적으로 균일하게 가열하는 마이크로 히터의 형태가 효과적이다. 그런데 마이크로 가스 센서에 의한 측정시 온도를 조절하는 데 소모 전력이 크다면 센서 및 측정회로의 부피는 작을지라도 큰 배터리나 전력 공급원을 필요로 하게 되어 이것이 결국, 전체 측정 시스템의 크기를 좌우하게 된다. 따라서, 마이크로 가스 센서를 구현하기 위해서는 전력 소모가 적은 구조를 우선적으로 고려하여야 한다.
지금까지 대부분의 마이크로 가스 센서를 제작할 때 열전도가 매우 큰 실리콘 기판을 주로 이용하기 때문에 열손실을 줄이기 위해 몸체 미세가공(bulk micromachining) 공정으로 센서 구조 내에 식각 피트(etched pit)나 홈(groove)을 형성하여 기판으로부터 분리된 부양된(suspended) 구조를 만든 후 이 구조 위에 마이크로 히터, 절연막, 감지물질 등을 순차적으로 형성함으로써 전열 손실을 일부 줄일 수 있다. 그러나 이 경우 기판 자체의 결정 방향성을 이용한 습식 식각을 위주로 하는 제작 방법이므로 센서 소자의 소형화에 제약이 있으며 사용되는 KOH(potassium hydroxide) 등 식각제의 물성이 표준적인 CMOS 반도체 공정과의 호환성이 곤란한 어려움이 있었다.
또한, 도 1에는 종래의 마이크로 센서 중에 하나인 습도 센서의 사시도가 도시되어 있다.
습도 센서(10)는 기판(11)과 기판(11) 상에 형성된 산화 알루미늄 다공층(Anodic Aluminum Oxide; AAO)(13), 및 산화 알루미늄 다공층(13) 상에 형성된 전극(15)을 포함한다.
기판(11)은 알루미늄으로 이루어지며 대략 사각형의 판 형태로 형성된다.
산화 알루미늄 다공층(13)은 기판(11)을 산화시켜서 형성하는데, 알루미늄을 산화시키면 표면에 복수개의 홀(13a)이 형성된 산화 알루미늄 다공층(13)을 형성할 수 있다. 산화 알루미늄 다공층(13)과 알루미늄 사이에는 베리어층이 형성된다.
이때 홀(13a)의 직경은 60nm 이하로 형성되는데, 홀(13a)의 직경이 60nm 이하로 형성되면 에칭액에 의하여 홀(13a)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전극(15)은 백금, 알루미늄, 구리 등의 금속으로 이루어지는데, 증착법 등 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
전극(15)은 제1 전극(16)과 제1 전극(16)에 인접하게 배치된 제2 전극(17)을 포함하며, 제1 전극(16)에는 제2전극(17)을 향하여 돌출된 전극 돌기(16a)가 형성되고, 제2 전극(17)에는 제1 전극(16)을 향하여 돌출된 전극돌기(17a)가 형성된다.
그러나, 이와 같이 마이크로 센서를 구비할 경우, 단열성이 떨어져서 열손실이 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단열성이 향상되어 저전력을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있는 마이크로 히터 및 마이크로 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 히터는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 상기 포어가 상하방향으로 관통되며, 상기 히터전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면에 형성되거나, 상기 히터전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면의 반대면에 형성될 수 있다.
상기 히터전극은 히터배선과 상기 히터배선에 연결되는 히터전극패드를 포함하며, 상기 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비될 수 있다.
상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성될 수 있다.
상기 기판에서 상기 히터전극이 형성된 부분은 인접한 다른 부분보다 상면이 낮게 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 센서전극과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 상기 포어가 상하방향으로 관통되며, 상기 히터전극 및 상기 센서전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면에 형성되거나, 상기 히터전극 및 상기 센서전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면의 반대면에 형성될 수 있다.
상기 센서전극은 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하며, 상기 히터전극은 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과, 상기 히터배선에 연결되는 상기 히터전극패드를 포함하며, 상기 히터전극 및 상기 센서 전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비되며, 상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성될 수 있다.
상기 기판에서 상기 히터전극 및 상기 센서전극이 형성된 부분은 인접한 다른 부분보다 상면이 낮게 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 히터는, 다수개의 포어가 형성된 다공층 기판과, 상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며, 상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어는 상기 히터전극에 의해 상부가 막히고 하부는 개방되며, 상기 히터전극이 형성된 이외에 부분에 배치되는 상기 포어 중 적어도 하나는 상부 및 하부가 개방되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 포어가 상하방향으로 관통되는 다공층으로 이루어진 다공층 기판과, 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극과, 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과, 상기 히터배선에 연결되는 상기 히터전극패드를 포함하는 히터전극 및 상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 포어가 상하방향으로 관통되는 다공층으로 이루어진 다공층 기판과, 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 제1센서배선과 상기 제1센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함하는 제1센서전극과, 상기 제1센서전극과 이격되어 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 제2센서배선과 상기 제2센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함하는 제2센서전극과, 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 상기 제1, 2센서전극의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성되는 히터배선과, 상기 히터배선의 양단에 각각 연결되는 연결되는 제1, 2히터전극패드를 포함하는 히터전극과, 상기 제1센서전극, 상기 제2센서전극 및 상기 히터전극 사이 영역에서 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 불연속적으로 다 수개 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서는, 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되는 다공층으로 이루어진 다공층 기판과, 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극과, 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과, 상기 히터배선에 연결되는 상기 히터전극패드를 포함하는 히터전극 및 상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마이크로 히터 및 마이크로 센서에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되어, 단열성이 향상되어 저전력을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있다. 또한, 전극 부분이 다공층에 의해 안정적으로 지지되어 기계적으로 내구성을 유지할 수 있다. 또한, 열처리 공정시 포어 내부의 유기물 잔존 등으로 인한 전극 손상이 방지된다. 또한, 모바일 기기 등 소형화 기기에 최적화시킬 수 있다.
상기 기판은 산화알루미늄 다공층으로 형성되어, 다공층을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 히터전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면에 형성되어 AA0 표면보다 정렬도가 우수한 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면에 상기 히터전극을 형성하여 히터전극의 접착력이 향상될 수 있다.
상기 히터전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면의 반대면에 형성되어, 히터전극을 형성한 후에 상기 알루미늄 및 상기 베리어층을 제거할 수 있다. 따라서, 히터전극이나 감지물질을 형성할 때 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 기판의 다공층을 지지해주는 역할을 하여 다공층이 유지된다.
히터배선을 둘러싸는 에어갭을 형성하여, 작은 열용량을 가져서 저전력을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있다.
상기 기판에서 상기 히터전극이 형성된 부분은 인접한 다른 부분보다 상면이 낮게 형성되어, 히터전극을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 히터전극 주위에 다수개의 포어가 배치되고, 다수개의 포어에는 공기가 배치되어, 히터전극 주위에 다수개의 공기기둥이 배치되게 된다. 이와 같이, 히터전극 주위에 단열재 역할을 할 수 있는 공기기둥이 다수개 배치되어 히터전극의 열이 측면으로 전달되는 것이 방지된다. 따라서, 히터의 단열효율이 더욱 향상된다.
도 1은 종래의 습도센서를 도시한 사시도.
도 2는 종래의 산화 알루미늄 다공층을 나타낸 절개 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 히터가 구비된 마이크로 센서 평면도.(감지물질 생략)
도 4는 도 3의 A-A 단면도.
도 5는 도 4의 B 확대도.
도 2는 종래의 산화 알루미늄 다공층을 나타낸 절개 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 히터가 구비된 마이크로 센서 평면도.(감지물질 생략)
도 4는 도 3의 A-A 단면도.
도 5는 도 4의 B 확대도.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 히터가 구비된 마이크로 센서 제조방법은, 기판(100)을 형성하는 단계와, 상기 기판(100) 상에 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다수개의 포어(102)가 상하방향으로 형성되는 다공층의 기판(100)을 형성한다.
도면에 도시되어 있는 포어(102)의 직경 및 길이는 설명의 편의를 위해 다소 크게 도시된 것이다.
상기 다공층 기판을 형성하는 단계는, 알루미늄을 양극 산화 처리(아노다이징)하여 산화알루미늄 다공층(AAO)을 만든다.
알루미늄의 표면(상면)을 산화시키면 상부는 개방되고 하부는 막힌 포어(102)가 형성된다.
따라서, 상기 알루미늄 기판은 포어(102)와, 포어(102) 하부에 배치되는 베리어층과, 상기 베리어층의 하부에 배치되는 알루미늄을 포함한다.
이어서, 에칭하여 상기 알루미늄 기판에 에어갭(101)을 형성한다.
상기 알루미늄 기판 상면에서 히터전극(200) 및 센서전극(300)이 형성될 부분을 에칭하여 인접한 다른 부분보다 상면의 높이가 낮아지도록 한다.
상기 알루미늄 기판에서 에칭되어 상면의 높이가 낮아진 부분에 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성한다.
히터전극(200) 및 센서전극(300)은 스퍼터링 등을 통해 형성된다.
히터전극(200) 및 센서전극(300)은 상기 알루미늄 기판에서 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 형성된 면의 반대면에 형성된다.
이와 같이 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성할 때 다공층이 상기 알루미늄과 베리어층에 의해 지지되면 스퍼터링 등을 통해 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성하더라도 다공층이 유지될 수 있다.
히터전극(200)은 히터배선(210)과, 히터배선(210)에 연결되는 히터전극패드(220)를 포함하고, 센서전극(300)은 센서배선(310)과, 센서배선(310)에 연결되는 센서전극패드(320)를 포함한다.
히터배선(210)과 센서배선(310)은 상기 알루미늄 기판 중간에 배치되고, 상기 히터전극패드(220)와 상기 센서전극패드(320)는 히터배선(210)과 센서배선(310)보다 외측에 배치된다.
전술한 바와 다르게, 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성한 후에 에어갭(101)을 형성할 수도 있다.
상기 알루미늄 기판 상면에 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 덮도록 감지물질(400)을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 알루미늄 기판 하부의 알루미늄을 제거하고, 이어서 상기 베리어층을 제거한다. 따라서, 기판(100)은 다공층만 포함하게 된다.
이러한 상기 알루미늄 기판의 상기 알루미늄과 상기 베리어층을 제거하면 포어(102)는 하부도 개방되게 된다. 따라서, 기판(100)에는 상하부가 개방된 포어(102)가 상하방향으로 형성된다.
이와 같이 히터전극(200) 및 센서전극(300)은 기판(100)에서 상기 알루미늄과 상기 베리어층을 제거된 면의 반대면에 형성된다.
전술한 바와 다르게, 히터전극(200) 및 센서전극(300)은 기판(100)에서 상기 알루미늄과 상기 베리어층이 제거된 면에 형성되어, 다공층(AA0) 표면보다 정렬도가 우수한 면에 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 형성하여 히터전극(200) 및 센서전극(300)의 접착력이 향상될 수 있다.
이와 같이 히터전극(200) 및 센서전극(300)은 상하부가 개방된 포어(102)가 다수 형성된 기판(100) 상에 형성되어 히터전극(200) 및 센서전극(300)의 하부 및 둘레에 포어(102) 내부의 공기로 인해 수직한 공기층이 배치된다.
이로 인해, 본 실시예의 마이크로 센서는 단열성이 좋아져서 저전력을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있다.
전술한 마이크로 센서 제조방법에 따라 제조된 마이크로 센서는, 기판(100)과, 상기 기판(100) 상에 형성되는 센서전극(300)과, 상기 기판(100) 상에 형성되는 히터전극(300)을 포함하며, 상기 기판(100)에는 다수개의 포어(102)가 상하방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
기판(100)은 알루미늄재로 형성되며, 사각형의 판형상으로 형성된다.
기판(100)은 다공층으로 형성된다. 즉, 기판(100)은 다공재로 형성된다. 따라서, 기판(100)에는 상부 및 하부가 개방된 복수개의 포어(102)가 상하방향으로 관통되어 형성된다.
기판(100)은 알루미늄판을 양극 산화 처리하여 형성할 수 있다. 따라서, 상기 다공층 기판은 산화 알루미늄 다공층(Anodic Aluminum Oxide; AAO)이다. 산화된 알루미늄 기판(100)에서 알루미늄과 베리어층이 제거되어 기판(100)의 포어(102)는 상하방향으로 관통된다.
센서전극(300)은 기판(100)의 상면에 형성된다.
이러한 센서전극(300)은 가스를 감지한다.
전술한 바와 다르게, 센서전극(300)은 습도 등을 감지할 수도 있다.
센서전극(300)은 제1센서전극(300a)과, 제1센서전극(300a)과 이격되게 배치되는 제2센서전극(300b)을 포함한다. 제1센서전극(300a)과 제2센서전극(300b)은 좌우방향으로 이격되게 배치되며, 평면상에서 수직하게 배치되는 중심선을 기준으로 대칭되게 형성된다.
제1센서전극(300a)은 제1센서배선과 상기 제1센서배선에 연결되는 제1센서전극패드를 포함한다.
제2센서전극(300b)은 제2센서배선과 상기 제2센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함한다.
센서배선(310)은 상기 제1센서배선과 상기 제2센서배선을 포함한다.
센서전극패드(320)는 상기 제1센서전극패드와 상기 제2센서전극패드를 포함한다.
센서배선(310)은 기판(100)의 중심부에 배치된다.
센서배선(310)은 폭이 일정한 직선 형상으로 형성된다.
센서전극패드(320)는 센서배선(310)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 또한, 센서전극패드(320)는 센서배선(310)보다 평면에서 보았을 때 넓은 면적을 갖는다.
제1,2센서전극(300a, 300b)의 센서전극패드(320)는 사각형상으로 형성되는 기판(100)의 두개의 인접한 모서리에 각각 배치되며, 자유단으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 센서전극패드(320)는 센서배선(310)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다.
히터전극(200)은 기판(100)의 상면에 형성된다.
따라서, 히터전극(200) 및 센서전극(300) 하부에 배치되는 포어(102)는 히터전극(200) 및 센서전극(300)에 의해 상부가 막히고 하부는 개방되며, 히터전극(200) 및 센서전극(300)이 형성된 이외에 부분(히터전극(200) 및 센서전극(300) 둘레)에 배치되는 포어(102) 중 적어도 하나는 상부 및 하부가 개방된다.
이와 같이 히터전극(200)이 상기 다공층 상에 형성되어, 포어(102)로 인해 단열효과가 상승하게 된다.
또한, 히터전극(200) 및 센서전극(300)은 기판(100)에서 인접한 다른 부분보다 상면의 높이가 낮은 부분에 형성된다. 즉, 기판(100)에서 움푹 패인 부분에 히터전극(200) 및 센서전극(300)이 형성된다. 따라서, 기판(100)에서 히터전극(200) 및 센서전극(300)이 형성된 부분의 상하길이는 인접한 다른 부분의 상하길이보다 작다.
히터전극(200)은 센서전극패드(320)보다 센서배선(310)에 근접하게 배치되는 히터배선(210)과, 히터배선(210)에 연결되는 히터전극패드(220)를 포함한다.
히터배선(210)은 기판(100)의 중심부에 배치된다.
히터배선(210)은 제1굴곡부(211)와 제1굴곡부(211)로부터 이격되게 배치되는 제2굴곡부(213)와 제1굴곡부(211)와 제2굴곡부(213)를 연결해주는 연결굴곡부(212)를 포함한다. 제1굴곡부(211)와 제2굴곡부(213)는 평면에서 보았을 때 '∩'형상으로 굴곡지게 형성된다. 연결굴곡부(212)는 평면에서 보았을 때 '∪'형상으로 굴곡지게 형성된다. 따라서, 제1굴곡부(211)와 제2굴곡부(213) 사이에는 이격공간부(214)가 형성된다. 이격공간부(214)에는 센서배선(310)이 배치된다. 즉, 히터배선(210)은 상기 제1, 2센서전극(300a, 300b)의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성된다. 이로 인해 이하 서술되는 감지물질(400)이 효과적으로 가열될 수 있다.
히터전극패드(220)는 히터배선(210)의 양단에 각각 연결되는 연결되는 제1, 2히터전극패드(220a,220b)를 포함한다. 이와 같이, 히터전극패드(220)는 적어도 2개 이상으로 형성된다.
히터전극패드(220)는 기판(100)의 나머지 두개의 인접한 두개의 모서리에 배치되며, 외측으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 히터전극패드(220)는 히터배선(210)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다.
히터전극패드(220)는 히터배선(210)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 또한, 히터전극패드(220)는 히터배선(210)보다 평면에서 보았을 때 넓은 면적을 갖는다.
히터전극(200) 및 센서전극(300) 상부 전체에 변색방지 보호층(미도시)이 형성된다.
상기 변색방지 보호층은 옥사이드 계열의 재질로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 변색방지 보호층은 이산화규소 또는 산화알루미늄일 수 있다.
또한, 히터전극패드(220) 및 센서전극패드(320)의 단부에는 솔더링금속이 형성된다.
솔더링금속은 상기 변색방지 보호층 상부에 형성된다.
솔더링금속은 금, 은, 주석 중 적어도 하나일 수 있다.
에어갭(101)은 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 둘러싸도록 기판(100)에 형성된다. 에어갭(101)은 히터배선(210) 및 센서배선(310) 둘레에 배치된다.
에어갭(101)의 최대폭(좌우폭)은 포어(102)의 최대폭보다 넓게 형성된다.
에어갭(101)은 원호형상으로 형성되어, 3개 형성된다. 복수개의 에어갭(101)은 원주방향으로 이격되게 배치된다. 즉, 에어갭(101)은 불연속적으로 다수개 형성된다.
상세하게는, 에어갭(101)은 제1센서전극(300a)의 센서전극패드(320)와 제1히터전극패드(220a) 사이와, 제1히터전극패드(220a)와 제2히터전극패드(220b) 사이와, 제2히터전극패드(220b)와 제2센서전극(300b)의 센서전극패드(320) 사이에 배치된다. 즉, 에어갭(101)은 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 지지하는 부분을 제외한 영역에 형성된다.
에어갭(101)은 상하방향으로 관통되어 형성된다. 즉, 에어갭(101)은 기판(100)의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성된다. 전술한 바와 다르게, 에어갭은 홈형상으로 형성될 수도 있다.
에어갭(101)으로 인해, 기판(100)에는 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 공통으로 지지하는 제1지지부(110)와 히터전극패드(220) 및 센서전극패드(320)를 지지하는 제2지지부(120)가 형성된다. 즉, 제1지지부(110)와 제2지지부(120) 사이에는 에어갭(101)이 형성된다. 에어갭(101)의 폭을 넓게 할수록 발열 피크 온도가 더욱 높아지게 된다.
제1지지부(110)는 히터배선(210) 및 센서배선(310)와 유사한 형상인 원형으로 형성되어, 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 배선과 패드가 연결되는 부분에서 서로 연결되고, 이외의 부분은 에어갭(101)으로 인해 서로 이격된다. 따라서, 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 세 지점에서 연결된다.
제1지지부(110)는 원형상으로 형성되며, 에어갭(101)에 의해 둘러싸인다.
제1지지부(110)는 히터배선(210) 및 센서배선(310)의 면적보다 넓게 형성된다.
에어갭(101)은 제1지지부(110)를 감싸는 형태로 형성된다.
에어갭(101)에 공기가 배치되어, 단열효과가 향상되고, 열전도율이 감소하며, 열용량이 작아질 수 있다.
나아가, 제1지지부(110)에는 히터배선(210) 및 센서배선(310)을 덮는 감지물질(400)이 형성된다.
즉, 감지물질(400)은 제1지지부(110)에 대응되는 위치에 형성된다.
감지물질(400)은 프린팅되어 형성된다. 이와 같이 감지물질(400)이 프린팅되어 형성되면, 감지물질(400)을 형성한 이후에 감지물질(400)의 표면에 메쉬망 형태의 자국이 남는다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 작용을 설명한다.
가스 농도를 측정하기 위해서 먼저 히터전극(200)의 2 개의 히터전극패드(220)에 일정한 전력을 인가하여 이에 접촉된 센서 중앙부의 감지물질(400) 부분을 일정한 온도로 가열한다.
이 상태에서 그 주위에 존재하는 가스가 그 농도에 대응하여 감지물질(400)에 흡착 또는 탈착되었을 때 발생하는 감지물질(400)의 특성 변화는 외부에서 회로를 개재시켜 감지물질(400)과 전기적으로 연결된 센서전극패드(320)간의 전위 차이를 측정하여 감지물질(400)의 전기전도도를 정량화함으로써 측정한다.
또한, 더욱 정밀한 측정을 위해서는 감지물질(400)에 기존 흡착되어 있는 여타 가스종이나 수분들을 히터전극(200)으로 고온 가열하여 강제적으로 제거하여 감지물질(400)을 초기 상태로 복구시킨 후 관심 가스의 농도를 측정한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 기판
200 : 히터전극 210 : 히터배선
300 : 센서전극 310 : 센서배선
100 : 기판
200 : 히터전극 210 : 히터배선
300 : 센서전극 310 : 센서배선
Claims (18)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며,
상기 기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 제 1항에 있어서,
상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 상기 포어가 상하방향으로 관통되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 제 2항에 있어서,
상기 히터전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면에 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 제 2항에 있어서,
상기 히터전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면의 반대면에 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 히터전극은 히터배선과 상기 히터배선에 연결되는 히터전극패드를 포함하며,
상기 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 제5항에 있어서,
상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 기판에서 상기 히터전극이 형성된 부분은 인접한 다른 부분보다 상면이 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 기판;
상기 기판 상에 형성되는 센서전극;
상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며,
상기 기판에는 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 제 8항에 있어서,
상기 기판은 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 상기 포어가 상하방향으로 관통되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 제 9항에 있어서,
상기 히터전극 및 상기 센서전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면에 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 제 9항에 있어서,
상기 히터전극 및 상기 센서전극은 상기 알루미늄 및 상기 베리어층이 제거된 면의 반대면에 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 센서전극은 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하며,
상기 히터전극은 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과, 상기 히터배선에 연결되는 상기 히터전극패드를 포함하며,
상기 히터전극 및 상기 센서 전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭이 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 제 12항에 있어서,
상기 에어갭은 불연속으로 다수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 기판에서 상기 히터전극 및 상기 센서전극이 형성된 부분은 인접한 다른 부분보다 상면이 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 다수개의 포어가 형성된 다공층 기판;
상기 기판 상에 형성되는 히터전극을 포함하며,
상기 히터전극 하부에 배치되는 상기 포어는 상기 히터전극에 의해 상부가 막히고 하부는 개방되며,
상기 히터전극이 형성된 이외에 부분에 배치되는 상기 포어 중 적어도 하나는 상부 및 하부가 개방되는 것을 특징으로 하는 마이크로 히터. - 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 포어가 상하방향으로 관통되는 다공층으로 이루어진 다공층 기판;
상기 다공층 기판 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극;
상기 다공층 기판 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과, 상기 히터배선에 연결되는 상기 히터전극패드를 포함하는 히터전극; 및,
상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 알루미늄을 양극산화처리 한 후 알루미늄과 베리어층이 제거되어 포어가 상하방향으로 관통되는 다공층으로 이루어진 다공층 기판;
상기 다공층 기판 상에 형성되며, 제1센서배선과 상기 제1센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함하는 제1센서전극;
상기 제1센서전극과 이격되어 상기 다공층 기판 상에 형성되며, 제2센서배선과 상기 제2센서배선에 연결되는 제2센서전극패드를 포함하는 제2센서전극;
상기 다공층 기판 상에 형성되며, 상기 제1, 2센서전극의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성되는 히터배선과, 상기 히터배선의 양단에 각각 연결되는 연결되는 제1, 2히터전극패드를 포함하는 히터전극;
상기 제1센서전극, 상기 제2센서전극 및 상기 히터전극 사이 영역에서 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 불연속적으로 다 수개 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서. - 다수개의 포어가 상하방향으로 관통되는 다공층으로 이루어진 다공층 기판;
상기 다공층 기판 상에 형성되며, 센서배선과 상기 센서배선에 연결되는 센서전극패드를 포함하는 센서전극;
상기 다공층 기판 상에 형성되며, 상기 센서전극패드보다 상기 센서배선에 근접하게 배치되는 히터배선과, 상기 히터배선에 연결되는 상기 히터전극패드를 포함하는 히터전극; 및,
상기 센서전극 및 히터전극을 지지하는 부분을 제외한 영역에서, 상기 다공층 기판의 상면에서 하면까지 모두 제거되어 형성되는 에어갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서.
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