KR20180010059A

KR20180010059A - Temperature sensor

Info

Publication number: KR20180010059A
Application number: KR1020160092163A
Authority: KR
Inventors: 유영삼
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-30

Abstract

Disclosed is a temperature sensor with improved sensitivity. The temperature sensor comprises: a substrate; a black body part disposed on the substrate; a heat sink disposed on the substrate; and a thermoelement disposed between the heat sink and the black body part, wherein the heat sink is disposed on an outer surface of the black body part.

Description

Temperature sensor {TEMPERATURE SENSOR}

본 발명은 온도 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열 손실이 개선된 온도 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature sensor, and more particularly, to a temperature sensor with improved heat loss.

임의의 온도를 갖고 있는 물체는 흑체 복사에 의해 특정 파장 대역의 빛을 방사하게 되는데, 주위에 존재하는 상온의 물체에서는 대부분 적외선이 방사된다.An object having an arbitrary temperature emits light of a specific wavelength band by blackbody radiation, and most infrared rays are emitted in an ambient temperature object.

이렇게 방사되는 적외선을 검출하기 위해 온도 센서가 많이 사용되고 있다. 일반적으로, 온도 센서는 적외선 감지용으로 적외선 입사에 따른 물질의 기전력 변화를 이용한 써모파일(Thermopile) 센서가 존재한다.Temperature sensors are widely used to detect infrared radiation. In general, a temperature sensor has a thermopile sensor for detecting infrared rays, which uses an electromotive force change of a material due to infrared ray incidence.

이 때, 써모파일 방식의 온도 센서는 방사된 적외선에 의해 열이 발생하는 흑체부에 일측은 접촉하고 타측은 이격된 서로 다른 두 개의 전도체, 또는 반도체를 포함한다.At this time, the thermopile type temperature sensor includes two different conductors or semiconductors, one side of which is in contact with the black body portion where heat is generated by the radiated infrared rays, and the other side is apart.

그리고 온도 센서에서 흑체부에 접촉된 부분과 이격된 부분에 온도차가 생기고, 온도차에 비례하여 열기전력(Thermoelectric Power)이 발생하며, 열기전력에 의한 전기적 신호의 크기를 기초로 온도 센서가 온도를 감지한다.Then, a temperature difference is generated between the portion contacting the black body portion and the portion separated from the temperature sensor, thermoelectric power is generated in proportion to the temperature difference, and the temperature sensor detects the temperature based on the magnitude of the electrical signal due to the thermoelectric power do.

즉, 온도 센서는 제벡효과(Seebeck effect)를 기본으로 하여 온도를 감지하는 소자이다.That is, the temperature sensor is a device that senses temperature based on the Seebeck effect.

그리고 제벡 효과를 이용하여 열기전력을 발생하기 위해 온도 센서는 직렬로 연결된 복수의 열전쌍과 열 손실을 차단하는 멤브레인부를 포함한다.In order to generate thermoelectric power using the Seebeck effect, the temperature sensor includes a plurality of thermocouples connected in series and a membrane portion for blocking heat loss.

이때, 일반적으로 적외선 감지를 위한 온도 센서는 절연층을 증착하고, 실리콘 기판 하면은 식각 공정을 거쳐야 하므로 비용이 많이 소모되는 문제가 존재한다. 또한, 공정이 추가로 요구되는 문제가 존재한다.At this time, a temperature sensor for detecting infrared rays generally requires an insulating layer to be deposited and a lower surface of the silicon substrate must undergo an etching process, which is costly. Further, there is a problem that a further process is required.

추가적으로, 멤브레인부는 일반적으로 두께가 0.1㎛내지 1㎛로 매우 얇아 지지력이 약하며, 열전도도는 30W/mK 정도로 높아 열 손실이 높아 온도 센서의 민감도가 떨어지는 한계가 존재한다.In addition, the membrane portion generally has a thin thickness of 0.1 탆 to 1 탆 and is weak in the supporting force, and the thermal conductivity is as high as about 30 W / mK, so that there is a limit in that the sensitivity of the temperature sensor is low due to high heat loss.

또한, 온도 센서에서 실리콘 기판이 하부에 배치되어 유연성이 떨어지는 문제가 존재한다.Further, there is a problem that the silicon substrate is disposed at the lower portion in the temperature sensor, resulting in poor flexibility.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 민감도가 향상된 온도 센서를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a temperature sensor having improved sensitivity.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 흑체부; 상기 기판 상에 배치되는 히트 싱크; 상기 히트 싱크는 상기 흑체부의 외측면에 배치되며, 상기 히트 싱크와 상기 흑체부 사이에 배치되는 열전쌍;을 포함한다.A temperature sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate; A blackbody portion disposed on the substrate; A heat sink disposed on the substrate; The heat sink includes a thermocouple disposed on an outer surface of the black body and disposed between the heat sink and the black body.

상기 열전쌍은 상기 흑체부와 상기 히트 싱크 간의 온도차에 의하여 기전력을 발생시킬 수 있다.The thermocouple can generate an electromotive force due to a temperature difference between the black body and the heat sink.

상기 기판은 폴리이미드(Polyimide)를 포함할 수 있다.The substrate may include a polyimide.

상기 기판의 두께는 12.5㎛ 내지 100㎛ 일 수 있다.The thickness of the substrate may be between 12.5 μm and 100 μm.

상기 히트 싱크는 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 질화티타늄(TiN) 또는 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The heat sink may include at least one of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), titanium (Ti), cobalt (Co), titanium nitride (TiN), or tungsten can do.

상기 흑체는 소정의 파장을 가지는 적외선을 흡수할 수 있다.The black body can absorb infrared rays having a predetermined wavelength.

상기 열전쌍은 복수개이고 직렬로 연결되도록 배치될 수 있다.The plurality of thermocouples may be arranged to be connected in series.

상기 흑체부와 상기 열전쌍은 직접 접하도록 배치될 수 있다.The black body and the thermocouple may be arranged to be in direct contact with each other.

상기 흑체부, 상기 열전쌍 및 상기 히트싱크는 동일평면 상에 배치될 수 있다.The black body, the thermocouple, and the heat sink may be disposed on the same plane.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서는 기존의 멤브레인 대신에 기판으로 대체되어 열 손실을 줄임으로써 적은 온도에 대해서도 열 감지가 가능할 수 있다.The temperature sensor according to an exemplary embodiment of the present invention may be replaced with a substrate instead of a conventional membrane to reduce heat loss, thereby enabling thermal sensing even at a low temperature.

또한, 일실시예에 따른 온도 센서는 복수의 열전쌍을 이용하여 품질이 우수한 온도 감지가 가능하다. In addition, the temperature sensor according to an exemplary embodiment uses a plurality of thermocouples to enable temperature sensing with superior quality.

그리고, 실시예들은 예를 들면 테라헤르츠 온도 센서와 같이 소정의 파장 대역의 적외선을 흡수할 수 있으며, 이에 해당하는 열을 검출하는 응용 분야에도 적용될 수 있다.In addition, the embodiments can absorb infrared rays of a predetermined wavelength band, for example, a terahertz temperature sensor, and can be applied to an application field for detecting the corresponding infrared rays.

또한, 일실시예에 따른 온도 센서는 열전쌍을 둘러싸는 구조를 가짐으로써 외부로의 열 손실을 감소시켜 고온부와 저온부의 온도차를 최대한 증가 시킬 수 있다. 이로써, 온도 센서의 민감도를 향상시킬 수 있다.In addition, the temperature sensor according to the embodiment has a structure surrounding the thermocouple, thereby reducing the heat loss to the outside, and maximizing the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part. Thus, the sensitivity of the temperature sensor can be improved.

뿐만 아니라, 유연하고, 열전도도가 낮은 기판을 통해 열 손실을 최소화할 수 있다.In addition, heat loss can be minimized through flexible, low thermal conductivity substrates.

도 1은 일반적인 온도 센서의 단면도이다.
도 2는 일반적인 온도 센서의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 열전쌍 및 전극에 대한 확대도이다.1 is a sectional view of a general temperature sensor.
2 is a top view of a typical temperature sensor.
3 is a cross-sectional view of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a top view of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of a thermocouple and an electrode of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 일반적인 온도 센서의 단면도이고, 도 2는 일반적인 온도 센서의 상면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 온도 센서의 구조는 다음과 같다.Fig. 1 is a cross-sectional view of a general temperature sensor, and Fig. 2 is a top view of a general temperature sensor. 1 and 2, a general structure of a temperature sensor is as follows.

일반적으로, 온도 센서(100)는 중앙부에 비아 홀(via hole)을 포함하는 실리콘 기판(110), 실리콘 기판(110) 상에 형성된 멤브레인막(120), 멤브레인막(120) 상에 배치된 열전쌍(140), 열전쌍(140)과 연결된 패드부(130) 및 열전쌍(140)과 연결된 흑체부(160)를 포함한다. Generally, the temperature sensor 100 includes a silicon substrate 110 having a via hole at its center, a membrane 120 formed on the silicon substrate 110, a thermocouple 120 disposed on the membrane 120, A pad unit 130 connected to the thermocouple 140 and a blackbody unit 160 connected to the thermocouple 140.

일반적인 온도 센서(100)에서 흑체부(160)는 고온부(hot junction)를 형성하고, 실리콘 기판(110)은 저온부(cold junction)를 형성한다. 그리고 입력되는 적외선 등을 흡수하는 흑체부(160)와 실리콘을 통해 열 방출이 일어나는 실리콘 기판(110) 부분의 온도차에 의해 기전력이 여기된다. In the general temperature sensor 100, the blackbody 160 forms a hot junction and the silicon substrate 110 forms a cold junction. The electromotive force is excited by the temperature difference between the black body portion 160 that absorbs infrared rays and the like and the temperature of the silicon substrate 110 where heat is radiated through silicon.

구체적으로, 온도 센서(100)에 일정한 적외선이 가해질 때 발생하는 기전력은, 고온부(hot junction)와 저온부(cold junction)의 온도차에 비례하게 나타난다.Specifically, the electromotive force generated when a constant infrared ray is applied to the temperature sensor 100 is proportional to the temperature difference between the hot junction and the cold junction.

따라서 고온부(hot junction)에서는 입력되는 적외선을 효율적으로 흡수하고 열 손실을 최소화하고, 저온부(cold junction)에서는 열 방출이 잘 발생하도록 구성하는 것이 온도 센서(100)의 민감도 향상과 직결된다.Therefore, it is directly related to the sensitivity enhancement of the temperature sensor 100 that the infrared ray is efficiently absorbed at the hot junction, the heat loss is minimized, and the heat release is generated at the cold junction well.

또한, 온도 센서(100)에서 열전쌍(140)은 패드부(130)와 전기적으로 연결되며, 일예로 열전쌍(140)은 N형 반도체와 P형 반도체 중 어느 하나와 알루미늄 전극이 연결되어 열전쌍(140)을 구성할 수 있다. In the temperature sensor 100, the thermocouple 140 is electrically connected to the pad unit 130. For example, the thermocouple 140 is formed by connecting an aluminum electrode to one of an N-type semiconductor and a P- ).

그리고 열전쌍(140)이 복수개로 직렬 연결될 수 있다. 이에, N형 반도체와 P형 반도체를 통해 제백 효과에 의한 기전력을 여기한다.And a plurality of thermocouples 140 may be connected in series. Thus, the electromotive force due to the whitening effect is excited through the N-type semiconductor and the P-type semiconductor.

또한, 멤브레인(membrane)막(120)은 복사에너지를 받는 부분은 열적 고립을 위해 최대한 낮은 열전도도를 갖도록 매우 얇은 박막이다. 그리고 흑체부(160)에 많은 적외선이 가해지도록 열전쌍(140) 상에 절연층(150)을 배치하고 소정의 굴절률을 가지도록 형성할 수 있다.In addition, the membrane 120 is a very thin film so that the portion receiving the radiant energy has the lowest thermal conductivity for thermal isolation. The insulating layer 150 may be disposed on the thermocouple 140 so that a large amount of infrared rays may be applied to the blackbody 160 and have a predetermined refractive index.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 상면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a top view of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 적외선을 감지하는 온도 센서의 감도(sensitivity)는 R = n×α× Rth×η 라는 수식에 의해 정해진다. 여기서, R는 적×외선 온도 센서의 감도(=발생 전압/입사광의 전력), n은 사용된 열전쌍들의 개수, α는 Seebeck 상수, Rth는 열전쌍의 고온부(hot junction)와 저온부(cold junction) 사이의 열저항, η 는 흑체부의 적외선 흡수율을 의미한다.First, the sensitivity of a temperature sensor that senses infrared rays is determined by the following equation: R = n × α × Rth × η. Where R is the sensitivity of the red × outer temperature sensor (= generated voltage / power of incident light), n is the number of thermocouples used, α is the Seebeck constant and Rth is the temperature between the hot junction and the cold junction of the thermocouple , And? Indicates the infrared absorption rate of the black body portion.

따라서 온도 센서의 열전쌍의 개수를 향상 시키거나, 고온부(hot junction)과 저온부(cold junction) 사이의 열저항을 감소시키는 방법을 통해 온도 센서의 감도를 향상시킬 수 있다.Therefore, the sensitivity of the temperature sensor can be improved by improving the number of thermocouples of the temperature sensor or reducing the thermal resistance between the hot junction and the cold junction.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서(200)는 기판(210), 기판(210) 상의 양단부에 배치되는 히트 싱크(220), 기판(210) 상에 배치되는 흑체부(240), 히트 싱크(220)와 흑체부(240) 사이에 배치되는 열전쌍(230)을 포함한다.3 and 4, a temperature sensor 200 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a substrate 210, a heat sink 220 disposed at both ends of the substrate 210, And a thermocouple 230 disposed between the heat sink 220 and the black body portion 240. The black body portion 240 includes a plurality of heat sinks 240,

도 1과 같이 온도 센서에서 열 손실 방지하기 위해 사용된 멤브레인부를 대신하여 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서(200)는 하부에 배치되는 기판(210)을 포함한다.1, a temperature sensor 200 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a substrate 210 disposed at a lower portion in place of a membrane portion used to prevent heat loss in the temperature sensor.

기판(210)은 폴리이미드(Polyimide)를 포함하는 기판(210)일 수 있다. 또한, 유연성을 가질 수 있다.The substrate 210 may be a substrate 210 including a polyimide. Also, it can have flexibility.

그리고 기판(210)의 두께는 12.5㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 또한, 기판(210)의 열전도도는 일반적으로 0.2W/mK일 수 있다. 이에, 멤브레인부를 포함하는 온도 센서와 비교할 때, 일실시예에 따른 온도 센서(200)는 멤브레인부 보다 큰 두께를 가진 기판(210)을 포함하여, 지지력을 강화할 수 있다.The thickness of the substrate 210 may be between 12.5 μm and 100 μm. In addition, the thermal conductivity of the substrate 210 may generally be 0.2 W / mK. Accordingly, as compared with the temperature sensor including the membrane portion, the temperature sensor 200 according to the embodiment includes the substrate 210 having a thickness larger than that of the membrane portion, thereby enhancing the supporting force.

또한, 기판(210)은 하부 전체에 배치되어 온도 센서(200)를 지지하여, 기판(210) 상부에 배치된 구조물의 함몰을 방지한다.In addition, the substrate 210 is disposed on the entire lower portion to support the temperature sensor 200 to prevent the structure disposed on the substrate 210 from sinking.

이로써, 열전쌍(230)의 연결이 끊어져 써모파일 적외선 센서가 동작되지 않는 문제를 방지할 수 있다.Thus, the problem that the connection of the thermocouple 230 is cut off and the thermopile infrared sensor is not operated can be prevented.

또한, 기판(210)은 멤브레인부 보다 낮은 열전도도를 가짐으로써, 열전쌍(230)에서 방출되는 열의 손실을 차단하여 온도 센서(200)의 민감도를 향상시킬 수 있다.In addition, the substrate 210 has a thermal conductivity lower than that of the membrane portion, thereby preventing the loss of heat emitted from the thermocouple 230, thereby improving the sensitivity of the temperature sensor 200.

또한, 기판(210)을 하부에 배치함으로써, 일반적인 온도 센서 하부에 배치된 실리콘 기판에 대해 적용되는 증착 및 식각 공정이 불요하게 된다. 이에, 본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서(200)는 일반적인 온도 센서와 달리 증착 및 식각 공정에 대한 비용이 절감되고, 공정이 간단해져 제작 효율이 향상한다.In addition, by disposing the substrate 210 at the lower portion, a deposition and etching process applied to a silicon substrate disposed under a general temperature sensor becomes unnecessary. Accordingly, the temperature sensor 200 according to an embodiment of the present invention is different from a conventional temperature sensor, and costs for the deposition and etching processes are reduced, and the process is simplified, thereby improving the fabrication efficiency.

히트 싱크(220)는 열을 방출하는 것으로 기판(210) 상의 양단부에 배치된다. 히트 싱크(220)는 열전쌍(230)의 일단과 접촉하여 열 방출을 통해 저온부(cold junction)를 형성할 수 있다. The heat sink 220 is disposed at both ends of the substrate 210 by emitting heat. The heat sink 220 may contact one end of the thermocouple 230 to form a cold junction through heat dissipation.

또한, 히트 싱크(220)는 기판(210) 상부 외곽에 금속을 증착하여 이루어질 수 있다. 금속은 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 코발트(Co), 질화티타늄(TiN) 또는 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, the heat sink 220 may be formed by depositing a metal on the outer side of the substrate 210. The metal may include at least one of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), titanium (Ti), cobalt (Co), titanium nitride (TiN), or tungsten have.

일예로, 히트 싱크(220)가 구리(Cu)를 포함하는 경우, 구리(Cu)의 열전도도는 일반적으로 대략 400W/mK일 수 있다. 그리고 히트 싱크(220)의 두께는 175㎛보다 크고 525㎛보다 작을 수 있다.For example, when the heat sink 220 includes copper (Cu), the thermal conductivity of copper (Cu) may generally be approximately 400 W / mK. The thickness of the heat sink 220 may be greater than 175 [mu] m and less than 525 [mu] m.

또한, 히트 싱크(220)는 기판(210) 상의 양단부에 배치되어 열전쌍(230)을 둘러싸며, 이에 열전쌍(230)의 외부와의 접촉을 통한 열 손실을 최소화할 수 있다.The heat sink 220 is disposed at both ends of the substrate 210 to surround the thermocouple 230 and minimize heat loss through contact with the outside of the thermocouple 230.

열전쌍(230)(thermocouple)은 기판(210) 상에서 히트 싱크(220)와 흑체부(240) 사이에 배치될 수 있다. 열전쌍(230)은 복수개일 수 있으며, 흑체부(240)로부터 열에너지를 전달 받아 온도차에 의한 기전력을 발생시킨다. A thermocouple 230 may be disposed between the heat sink 220 and the blackbody portion 240 on the substrate 210. The thermocouple 230 may be a plurality of thermocouples and receives thermal energy from the blackbody 240 to generate an electromotive force due to a temperature difference.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서의 열전쌍 및 전극에 대한 확대도인 도 5를 참조하면, 열전쌍(230)은 복수개이며 직렬로 연결되도록 마련될 수 있다. Referring to FIG. 5, which is an enlarged view of a thermocouple and an electrode of a temperature sensor according to an embodiment of the present invention, a plurality of thermocouples 230 may be provided so as to be connected in series.

그리고 복수의 열전쌍(230) 각각은 그 양단에 마련된 고온부(hot junction)과 저온부(cold junction)에 접할 수 있다. 여기서 고온부(hot junction)는 흑체부(240)와 접촉하는 부분이며, 저온부(cold junction)는 히트싱크(220)와 접촉하는 부분이다. 그리고 상기 기재와 같이, 고온부(hot junction)와 저온부(cold junction) 사이의 온도차에 의해 기전력이 발생한다. Each of the plurality of thermocouples 230 can contact a hot junction and a cold junction provided at both ends thereof. Here, the hot junction is a portion in contact with the black body portion 240, and the cold junction is a portion in contact with the heat sink 220. As described above, an electromotive force is generated by a temperature difference between a hot junction and a cold junction.

이러한 열전쌍(230) 각각은 제1 전극(231), 제2 전극(232), 제3전극(233)을 포함할 수 있다. 제1 전극(231)은 예를 들어 N형 반도체와 P형 반도체을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.Each of the thermocouples 230 may include a first electrode 231, a second electrode 232, and a third electrode 233. The first electrode 231 may include, for example, an N-type semiconductor and a P-type semiconductor, but is not limited thereto.

또한, P형 반도체 및 N형 반도체의 재료로는 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘이 이용될 수 있다. In addition, polycrystalline silicon and single crystal silicon may be used as the material of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor.

또한, 열전쌍(230)들의 직렬 연결을 위해 고온부(hot junction) 및 저온부(cold junction)와 접촉하는 부분에 제3 전극(233)이 배치될 수 있다. 제3 전극(233)은 은(Ag), 구리(Gu), 금(Au) 및/또는 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the third electrode 233 may be disposed at a portion contacting the hot junction and the cold junction for series connection of the thermocouples 230. The third electrode 233 may include, but is not limited to, silver (Ag), copper (Gu), gold (Au), and aluminum (Al)

그리고 열전쌍(230)은 제1 전극(231)의 N형 반도체 및 P형 반도체 중 어느 하나와 제3 전극(233)과 전기적으로 연결되도록 배치된 제2 전극(232)을 포함할 수 있다.The thermocouple 230 may include a second electrode 232 electrically connected to the third electrode 233 and the N-type semiconductor or the P-type semiconductor of the first electrode 231.

또한, 제1 전극(231)의 N형 반도체 및 P형 반도체와 제2 전극(232)은 동일 평면상에 수평방향으로 직렬로 배열될 수 있다. In addition, the N-type semiconductor and the P-type semiconductor of the first electrode 231 and the second electrode 232 may be arranged in series in the horizontal direction on the same plane.

뿐만 아니라, 제1 전극(231)의 N형 반도체 및 P형 반도체 중 어느 하나와 제2 전극(232)은 수직으로 연결되어 적층된 층상 구조를 형성할 수 있다. 이로써, 동일 면적 내에 많은 열전쌍(230)을 배치할 수 있어, 집적도 및 온도 센서(200)의 감지 성능을 향상 시킬 수 있다.In addition, any one of the N-type semiconductor and the P-type semiconductor of the first electrode 231 and the second electrode 232 may be vertically connected to form a laminated layered structure. Accordingly, a large number of thermocouples 230 can be disposed within the same area, and the degree of integration and the sensing performance of the temperature sensor 200 can be improved.

즉, 제1 전극(231)의 N형 반도체 및 P형 반도체 중 어느 하나와 제2 전극(232) 간의 배치 형태를 상이하게 할 수 있다.That is, the arrangement of any one of the N-type semiconductor and the P-type semiconductor of the first electrode 231 and the second electrode 232 can be made different.

그리고 제2 전극(232)도 은(Ag), 구리(Gu), 금(Au) 및/또는 알루미늄(Al) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The second electrode 232 may include Ag, Cu, Au, and / or Al, but is not limited thereto.

한편, 기판(210) 상에 열전쌍(230)으로부터 발생된 기전력을 출력시키기 위한 한 쌍의 전기 패드(electric pad, 미도시됨)가 마련될 수 있다. 그리고 전기 패드는 외부 장치(미도시됨)와 연결되어 전기적 신호인 출력을 온도차로 변환하여 디스플레이화할 수 있다.On the other hand, a pair of electric pads (not shown) for outputting the electromotive force generated from the thermocouple 230 may be provided on the substrate 210. The electrical pad may be connected to an external device (not shown) to convert an output, which is an electrical signal, into a temperature difference and display it.

흑체부(240)는 기판(210) 상에 배치되어 입사된 적외선을 흡수하여 열을 발생할 수 있다. 일예로, 흑체부(240)는 일정한 파장 대역의 적외선을 흡수할 수 있다. 그리고, 흑체부(240)는 열전쌍(230) 및 히트싱크(220)는 기판(210) 상에 동일평면으로 배치될 수 있다.The black body 240 is disposed on the substrate 210 and absorbs incident infrared rays to generate heat. For example, the black body portion 240 can absorb infrared rays of a predetermined wavelength band. The blackbody 240 may be disposed on the substrate 210 in the same plane as the thermocouple 230 and the heat sink 220.

또한, 상기 기재와 같이 흑체부(240)는 흑체부(240)의 가장자리 부분이 열전쌍(230)에 직접 접하도록 기판(210) 상에 마련될 수 있다. 이에 따라, 흑체부(240)로부터 발생되는 열에너지는 열전쌍(230)에 직접 전달될 수 있다.The blackbody 240 may be provided on the substrate 210 so that the edge portion of the blackbody 240 directly contacts the thermocouple 230 as described above. Accordingly, the thermal energy generated from the black body 240 can be directly transmitted to the thermocouple 230.

또한, 일예로 흑체부(240)는 금속박막을 산화처리 또는 염화처리하여 구성되거나, 코발트(Co)나 카본(C)을 주성분으로 하여 흑화 처리된 물질로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the black body part 240 may be formed by oxidizing or chlorinating the metal thin film, or may be formed of a blackening material containing cobalt (Co) or carbon (C) as a main component. However, the present invention is not limited thereto.

그리고 흑화 처리된 물질로는 코발트(Co)나 카본(C) 이외에 금(Au), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 크롬(Cr), 백금(Pt), 비스무트(Bi) 등의 물질이 더 포함될 수 있다.As the blackened material, a material such as gold (Au), ruthenium (Ru), copper (Cu), chromium (Cr), platinum (Pt) or bismuth (Bi) in addition to cobalt . &Lt; / RTI >

또한, 일예로 흑체부(240)는 플라즈몬 공진기 또는 메타물질 공진기를 이용하여 적외선 흡수율(η)을 크게 향상 시킬 수 있으며, 이에 따라 적외선 온도 센서(200)의 감도를 향상 시킬 수 있다.In addition, for example, the blackbody 240 can greatly improve the infrared absorption rate (η) using a plasmon resonator or a metamaterial resonator, thereby improving the sensitivity of the infrared temperature sensor 200.

본 발명의 일실시예에 따른 온도 센서(200)는 집고온부와 저온부 사이의 열저항을 향상시켜 작은 온도에 대해 향상된 감도를 제공할 수 있다.The temperature sensor 200 according to an embodiment of the present invention can improve the thermal resistance between the collector high temperature part and the low temperature part to provide improved sensitivity to a small temperature.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 온도 센서는 적외선 등을 흡수하여 발생한 열에너지를 이용하여 검출하는 모든 응용 분야에 적용될 수 있다.In addition, the temperature sensor according to the embodiment of the present invention can be applied to all applications in which heat energy generated by absorbing infrared rays is used for detection.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

100, 200: 온도 센서
110: 실리콘 기판
120: 멤브레인막
121: 멤브레인부
130: 패드부
140, 230: 열전쌍(써모파일)
150: 절연층
160, 240: 흑체부
210: 기판
220: 히트 싱크
231, 232, 233: 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극100, 200: Temperature sensor
110: silicon substrate
120: Membrane membrane
121: membrane part
130:
140, 230: thermocouple (thermopile)
150: insulating layer
160, 240: Black body part
210: substrate
220: Heat sink
231, 232 and 233: a first electrode, a second electrode, a third electrode

Claims

Board;
A blackbody portion disposed on the substrate;
A heat sink disposed on the substrate; And
And a thermocouple disposed between the heat sink and the black body,
The heat sink is disposed on an outer surface of the black body portion
temperature Senser.

The method according to claim 1,
Wherein the thermocouple generates an electromotive force by a temperature difference between the black body and the heat sink.

The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises a polyimide.

The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the substrate is 12.5 탆 to 100 탆.

The method according to claim 1,
The heat sink may include at least one of copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), aluminum (Al), titanium (Ti), cobalt (Co), titanium nitride (TiN), or tungsten Temperature sensor.

The method according to claim 1,
The black body absorbs infrared rays having a predetermined wavelength.

The method according to claim 1,
Wherein the plurality of thermocouples are arranged to be connected in series.

The method according to claim 1,
And the black body and the thermocouple are disposed in direct contact with each other.

The method according to claim 1,
Wherein the blackbody, the thermocouple, and the heat sink are disposed on the same plane.