KR20190035306A - 가스센서 패키지용 필터 및 이를 구비한 가스센서 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스센서 패키지에 설치되어 감지대상 가스를 필터링하는 가스센서 패키지용 필터와, 가스센서 패키지용 필터와 가스센서를 구비하여, 감지대상 가스의 농도를 측정하는 가스센서 패키지에 관한 것으로, 특히, 가스센서 패키지용 필터에 형성되는 기공홀 손쉬운 형성 및 상기 기공홀의 균일한 크기를 보장함으로써, 감지대상 가스의 정밀한 측정을 달성할 수 있는 가스센서 패키지용 필터 및 이를 구비한 가스센서 패키지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 가스센서 패키지에 설치되어 감지대상 가스를 필터링하는 가스센서 패키지용 필터와, 가스센서를 구비하여, 감지대상 가스의 농도를 측정하는 가스센서 패키지에 관한 것이다.
가스센서 패키지는 감지막에 가스가 흡착되었을 때 변화되는 전기적 특성을 이용하여 가스의 농도를 측정하는 센서인 가스센서가 구비되어 있는 패키지 형태의 장치를 말한다.
환경에 대한 관심이 증폭됨에 따라 주거 공간의 쾌적화 및 유해 산업 환경의 대처 등을 위해, 위와 같은 가스센서 패키지가 널리 사용되고 있으며, 최근에는 가스센서 패키지의 소형화 및 고정밀화에 대한 개발이 이루어지고 있다.
가스센서 패키지용 필터는 가스센서 패키지의 가스센서가 측정하려는 측정대상 가스를 필터링하는 것을 말하며, 이러한 가스센서 패키지용 필터가 구비된 가스센서 패키지(또는 가스센서)에 대한 특허로는 일본 등록특허공보 제5403695호(이하, '특허문헌 1'이라 한다)에 기재된 것이 공지되어 있다.
특허문헌 1의 가스센서는 프린트 기판에 납땜되어 설치되며, 반도체 칩과 커버를 포함하여 구성된다. 또한, 반도체 칩에는 가스의 농도를 측정할 수 있는 가스부가 구비되어 있으며, 커버에는 캐비티 사이에 마련되는 다공질층과, 다공질층의 상부 캐비티에 수용되는 가스필터가 구비되어 있다.
위와 같이, 가스센서의 커버에 다공질층 및 가스필터가 구비됨에 따라, 피독성 가스의 제거하거나 불필요한 가스의 제거를 달성할 수 있다.
그러나, 특허문헌 1의 가스센서의 경우, 가스센서가 소형화될 경우, 다공질층 및 가스필터의 제작이 매우 어렵다는 문제점이 있다.
상세하게 설명하면, 전술한 바와 같이, 가스센서 패키지(또는 가스센서)의 소형화에 대한 개발이 진행됨에 따라, 현재 가스센서 패키지를 마이크로 단위까지 소형화시키는 기술이 개발되었다.
위와 같은, 마이크로 단위의 가스센서 패키지에 구비되는 필터(또는 다공질층)에 기공홀을 형성시키는 것이 어려우며, 설령 이를 달성하게 되어도, 기공홀의 크기의 균일성을 보장할 수 없다.
이처럼 필터(또는 다공질층)에 형성되는 기공의 균일성을 보장할 수 없게 됨에 따라, 가스센서에 유입되는 가스의 유입량을 원하는 대로 설정할 수 없으며, 이는 가스센서의 성능을 저해하는 원인이 될 수 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 가스센서 패키지용 필터에 형성되는 기공홀의 손쉬운 형성 및 상기 기공홀의 균일한 크기를 보장함으로써, 감지대상 가스의 정밀한 측정을 달성할 수 있는 가스센서 패키지용 필터 및 이를 구비한 가스센서 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 가스센서 패키지용 필터는, 감지대상 가스의 농도를 측정하는 가스센서를 구비한 가스센서 패키지에 설치되는 가스센서 패키지용 필터에 있어서, 상기 필터는 금속을 양극산화하여 형성되는 다수의 기공홀을 갖고 상기 기공홀을 통해 감지대상 가스가 통과하는 양극산화막 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극산화막 필터는, 표준 대기압 상태에서 상기 가스센서 패키지의 내부로 유입되는 공기 중에 함유된 수분은 통과하지 않는 수분 비투과성 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극산화막 필터는, 상기 감지대상 가스가 상기 기공홀을 통과하지 못하도록 상기 기공홀의 상, 하부 중 적어도 한 부분이 밀폐되는 제1영역과, 상기 감지대상 가스가 상기 기공홀을 통과하는 제2영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 가스센서 패키지는, 양극산화막 필터; 및 상기 양극산화막 필터를 통과한 감지대상 가스를 측정하는 가스센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극산화막 필터는, 금속을 양극산화하여 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀이 형성되는 다공층과, 상기 다공층의 상부에 형성되어 상기 기공홀의 일단을 폐쇄하는 배리어층으로 형성되는 제1영역과, 상기 배리어층이 제거되어 상기 금속을 양극산화하여 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀만으로 형성되는 제2영역으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극산화막 필터를 지지하는 지지부;를 더 포함하고, 상기 제1영역의 다공층이 상기 지지부를 향하도록 설치되되, 상기 다공층과 상기 지지부재는 접합제에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 가스센서 패키지용 필터 및 이를 구비한 가스센서 패키지에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
나노 단위의 매우 작은 기공홀의 형성을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 기공홀의 크기의 균일성을 보장할 수 있으므로, 기공홀의 크기의 불균일성에 의해 가스센서 패키지 내부로 소정의 감지대상 가스가 유입되지 못하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
기공홀을 형성시키기 위해 별도의 장치가 필요하지 않으므로, 가스센서 패키지용 필터의 제조시간의 절감 및 제조비용을 현저히 낮출 수 있다.
가스센서 패키지 내부로 공기가 유입되어 감지대상 가스가 가스센서의 감지막에 흡착될 때, 수분 침투가 최소화되며, 이로 인해, 가스센서의 측정 신뢰도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
가스센서 패키지용 필터의 제1영역을 통해 외부 환경으로부터 가스센서 패키지를 용이하게 보호할 수 있다.
제1영역의 기공홀에 접합제가 스며들 수 있으므로, 가스센서 패키지용 필터의 결합이 더욱 견고하게 유지될 수 있다.
감지대상 가스가 유입되는 제2영역을 에칭하여 형성시킴으로써, 감지대상 가스가 유입되는 유입부의 영역을 쉽게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도.
도 2는 도 1의 가스센서의 사시도.
도 3은 도 1의 가스센서의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 가스센서의 평면도.
도 5는 도 1의 가스센서의 저면도.
도 6은 도 4의 A-A' 부분의 단면도.
도 7은 도 2의 가스센서의 제1, 2센서전극이 떨어진 상태를 도시한 평면도.
도 8은 도 7의 제1, 2센서전극의 제1, 2감지부가 서로를 감싸게 붙어 감지부를 이루는 것을 도시한 평면도.
도 9는 도 8의 감지부의 확대도.
도 10는 도 2의 히터전극의 평면도.
도 11은 도 10의 가열부를 확대도.
도 12는 도 2의 패시베이션의 평면도.
도 13은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도.
도 14는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도.
도 15(a) 및 도 15(b)는 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지에 각각 적용될 수 있는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터의 사시도.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지에 각각 적용될 수 있는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터의 제조 과정을 보여주는 단면도.
도 2는 도 1의 가스센서의 사시도.
도 3은 도 1의 가스센서의 분해 사시도.
도 4는 도 1의 가스센서의 평면도.
도 5는 도 1의 가스센서의 저면도.
도 6은 도 4의 A-A' 부분의 단면도.
도 7은 도 2의 가스센서의 제1, 2센서전극이 떨어진 상태를 도시한 평면도.
도 8은 도 7의 제1, 2센서전극의 제1, 2감지부가 서로를 감싸게 붙어 감지부를 이루는 것을 도시한 평면도.
도 9는 도 8의 감지부의 확대도.
도 10는 도 2의 히터전극의 평면도.
도 11은 도 10의 가열부를 확대도.
도 12는 도 2의 패시베이션의 평면도.
도 13은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도.
도 14는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도.
도 15(a) 및 도 15(b)는 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지에 각각 적용될 수 있는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터의 사시도.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지에 각각 적용될 수 있는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터의 제조 과정을 보여주는 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)
이하, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)에 대해 설명한다.
단, 설명의 용이함을 위해, 이하의 설명에서, 도 2의 가스센서(10)가 상하 반전되어 가스센서 패키지(1)에 설치되는 것을 기준으로 설명한다.
따라서, 도 1에서는 가스센서 패키지(1)의 가장 상부에 가스센서 패키지용 필터(600)가 위치하고 있으나, 후술할 바와 같이, 가스센서(10)를 회로기판(20)에 설치할 때, 상부와 하부를 반전시켜 설치하므로, 가스센서 패키지용 필터(600)는 기판(100)의 하부에 설치되는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 가스센서 패키지(1)의 내부로 유입되는 가스는 감지대상 가스외에도 공기가 포함되어 있는 것을 전제로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스센서의 사시도이고, 도 3은 도 1의 가스센서의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1의 가스센서의 평면도이고, 도 5는 도 1의 가스센서의 저면도이고, 도 6은 도 4의 A-A' 부분의 단면도이고, 도 7은 도 2의 가스센서의 제1, 2센서전극이 떨어진 상태를 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7의 제1, 2센서전극의 제1, 2감지부가 서로를 감싸게 붙어 감지부를 이루는 것을 도시한 평면도이고, 도 9는 도 8의 감지부의 확대도이고, 도 10는 도 2의 히터전극의 평면도이고, 도 11은 도 10의 가열부를 확대도이고, 도 12는 도 2의 패시베이션의 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)는, 회로기판(20)과, 회로기판(20)과 전기적으로 연결되는 가스센서(10)와, 가스센서(10)로 유입되는 기체가 통과되는 가스센서 패키지용 필터(600)를 포함하여 구성된다.
회로기판(100)은 가스센서 패키지(1)의 하부에 위치하여 가스센서(10)를 지지하는 기능을 하며, 가스센서(10)의 센서전극(200) 및 히터전극(300)과 전기적으로 연결된다.
회로기판(100)에는 배선부(21)가 구비되어 있으며, 이러한 배선부(21)는 센서전극(200) 또는 히터전극(300)과 전기적으로 연결됨으로써, 센서전극(200)에서 전달되는 감지막(500)의 전기적 특성을 측정할 수 있고, 히터전극(300)에 전기를 인가하여 히터전극(300)의 가열부(310)를 작동시킬 수 있다.
이러한 회로기판(100)은 PCB 기판 등으로 이루어질 수 있으며, 전술한 배선부(21)와 센서전극(200) 또는 히터전극(300)은 숄더(shoulder, 50)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
가스센서(10)는 감지막(500), 센서전극(200), 패시베이션(400) 및 히터전극(300)이 순서대로 적층되는 방향이 회로기판(100)의 하면이 향하는 방향과 동일방향이 되도록 상하 반전되어 회로기판의 상면에 설치된다.
따라서, 감지막(500)의 하면이 향하는 방향은 도 1의 상부 방향을 향하는 방향과 동일방향이 된다.
이하, 가스센서(10)에 대해 설명한다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 가스센서(10)는 상, 하를 관통하는 관통공(110)이 형성된 기판(100)과, 기판(100)의 하부에 설치되고, 관통공(110)을 덮는 필터(600)와, 기판(100)의 상부 형성되고, 관통공(110)의 적어도 일부를 덮는 감지부(210)를 구비한 센서전극(200)과, 기판(100)의 상부에 형성되고, 감지부(210)의 상부에 위치하는 가열부(310)를 구비한 히터전극(300)과, 감지부(210)와 가열부(310)의 사이에 개재되어 감지부(210)와 가열부(310)를 절연시키는 절연부(410)를 구비한 패시베이션(passication, 400)과, 감지부(210)의 하부에 형성되는 감지막(500)을 포함하여 구성된다.
기판(100)은 상, 하를 관통하는 관통공(110)이 형성되어 있으며, 기판(100)의 상부, 즉, 기판(100)의 상면에는 센서전극(200)과, 히터전극(300)이 형성되고, 기판(100)의 하부, 즉, 기판(100)의 하면에는 필터(600)가 설치된다.
관통공(110)은 기판(100)의 중앙에 기판(100)의 상면 및 하면을 관통하도록 형성되며, 감지부(210), 가열부(310) 및 절연부(410)보다 크게 형성된다.
따라서, 감지부(210)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 관통공(110)의 전체가 아닌 관통공(110)의 상부의 일부를 덮게 된다.
이와 같은 기판(100)은 알루미늄(Al)을 양극산화한 후, 알루미늄(Al)을 제거한 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어질 수 있다.
이 경우, 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 기판(100)의 상면에는 다수개의 포어(123)가 형성될 수 있다.
상세하게 설명하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 기판(100)은 배리어층(121)과, 배리어층(121)의 상부에 위치하며, 다수개의 포어(123)가 형성된 다공층(122)을 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 다수개의 포어(123)는 그 하부가 배리어층(121)에 의해 막혀 있게 되며, 이로 인해, 다수개의 포어(123)는 기판(100)의 상면만을 개구한 형상을 갖게 된다.
위와 같은 다수개의 포어(123)는 그 내부에 공기가 존재하게 된다. 따라서, 공기의 단열효과에 의해, 기판(100) 자체의 단열 효과가 높아지게 되므로, 가스센서(10)의 열효율이 높아지게 된다.
따라서, 히터전극(300)을 통해 감지막(500)을 가열할 때, 단열이 충분히 이루어져, 가스센서(10)의 열효율이 높아진다는 효과가 있다.
센서전극(200)은 기판(100)의 상부에 형성되며, 센서전극(200)에 구비된 감지부(210)가 관통공(110)의 상부의 적어도 일부를 덮고 있다.
이러한 감지부(210)는 후술할 제1, 2감지부(210)에 의해 이루어지게 되며, 감지부(210)의 하면, 즉, 감지부(210)의 하부에 감지막(500)이 형성되어 있다.
이러한 센서전극(200)은 감지막(500) 및 회로기판(100)과 전기적으로 연결되며, 감지막(500)에서 측정된 가스의 전기적 특성을 회로기판(100)으로 전달하는 기능을 한다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 센서전극(200)은, 제1감지부(210a)를 구비한 제1센서전극(200a)과, 제2감지부(210b)를 구비한 제2센서전극(200b)으로 이루어질 수 있다.
이 경우, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1감지부(210a)는 제2감지부(210b)의 적어도 일부를 감싸고, 제2감지부(210b)는 제1감지부(210a)의 적어도 일부를 감싸게 되며, 제1감지부(210a) 및 제2감지부(210b)는 서로 접촉하지 않도록 좌우로 이격된 상태에 있고, 동일 평면상에 위치한다.
이러한 제1감지부(210a)와 제2감지부(210b)는 센서전극(200)의 감지부(210)를 이루게 된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1센서전극(200a)은 기판(100)의 상면에 형성되며, 관통공(110)의 상부의 적어도 일부를 덮는 제1감지부(210a)와, 기판(100)의 상면에 형성되는 제1센서전극 패드(220a)와, 제1감지부(210a)와 제1센서전극 패드(220a)를 연결하는 제1센서전극 브리지(230a)를 포함하여 구성된다.
제1감지부(210a)는 제2감지부(210b)와 함께 감지부(210)를 이루게 된다. 따라서, 제1감지부(210a)는 그 하면에 감지막(500)이 형성됨으로써, 감지막(500)에서 전달된 전기적 신호를 회로기판(100)에 전달하는 기능 및 감지막(500)을 관통공(110)의 상부에 위치하도록 지지하는 기능을 한다.
제1센서전극 패드(220a)는 기판(100)의 상면에서 전방 좌측에 형성되며, 회로기판(100)과 가스센서(10)를 연결하는 기능을 함으로써, 가스센서(10)와 회로기판(100)을 전기적으로 연결시킨다.
제1센서전극 브리지(230a)는 제1감지부(210a)와 제1센서전극 패드(220a)를 연결함으로써, 제1감지부(210a)가 관통공(110)의 상부에 위치할 수 있도록 제1감지부(210a)를 지지하는 기능을 한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2센서전극(200b)은 기판(100)의 상면에 형성되며, 관통공(110)의 상부의 적어도 일부를 덮는 제2감지부(210b)와, 기판(100)의 상면에 형성되는 제2센서전극 패드(220b)와, 제2감지부(210b)와 제2센서전극 패드(220b)를 연결하는 제2센서전극 브리지(230b)를 포함하여 구성된다.
제2센서전극 패드(220b)는 기판(100)의 상면에서 전방 우측에 형성되며, 회로기판(100)과 가스센서(10)를 연결하는 기능을 함으로써, 가스센서(10)와 회로기판(100)을 전기적으로 연결시킨다.
제2센서전극 브리지(230b)는 제2감지부(210b)와 제2센서전극 패드(220b)를 연결함으로써, 제2감지부(210b)가 관통공(110)의 상부에 위치할 수 있도록 제2감지부(210b)를 지지하는 기능을 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1감지부(210a)는, 제1센서전극 브리지(230a)에서 연장되는 제1직선부(211a)와, 제1직선부(211a)에서 연장되며, 호형상을 갖는 제2호부(213a)와, 제2호부(213a)의 내측에 위치하는 원형부(215a)를 포함하여 구성된다.
또한, 제2감지부(210b)는, 제2센서전극 브리지(230b)에서 연장되는 제2직선부(211b)와, 제2직선부(211b)에서 연장되는 제1호부(213b)와, 제1호부(213b)의 내측에 위치하는 제3호부(215b)를 포함하여 구성된다.
위와 같은 구성에 의해, 제1감지부(210a)는 제2감지부(210b)의 적어도 일부를 감싸고, 제2감지부(210b)는 제1감지부(210a)의 적어도 일부를 감싸는 감지부(210)의 구조를 갖을 수 있다.
다시 말해, 제2감지부(210b)의 제1호부(213b)는 제1감지부(210a)의 제2호부(213a)를 감싸고, 제1감지부(210a)의 제2호부(213a)는 제2감지부(210b)의 제3호부(215b)를 감싸고, 제3호부(215b)는 제1감지부(210a) 원형부(215a)를 감쌈으로써, 제1, 2감지부(210a, 210b)는 서로 그 일부를 감쌀 수 있는 것이다.
즉, 제1 내지 제3호부(215b)와 원형부(215a)는 서로 엇갈리게 감싸는 구조를 갖게 되며, 이를 통해, 제1, 2감지부(210a, 210b)로 이루어진 감지부(210)는 제1호부(213b)의 내측에 제2호부(213a)가 위치하고, 제2호부(213a)의 내측에 제3호부(215b)가 위치하고, 제3호부(215b)의 내측에 원형부(215a)가 위치하며, 제1감지부(210a)와 제2감지부(210b) 서로 접촉하지 않도록 서로 이격되어 있고, 동일 평면상에 위치하는 구조를 갖을 수 있다.
전술한 센서전극(200), 즉, 제1, 2센서전극(200)은 백금(Pt), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 은(Au), 구리(Cu) 등과 같은 금속재질 중 하나 또는 적어도 어느 하나를 포함하는 금속혼합물 재질로 형성된다.
히터전극(300)은 기판(100)의 상부에 형성되며, 히터전극(300)에 구비된 가열부(310)가 감지부(210)의 상부에 위치하여 있다. 이러한, 히터전극(300)은 가열부(310)를 통해, 감지부(210) 및 감지막(500) 등을 가열하여 온도를 제어하는 기능을 한다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 히터전극(300)은 감지부(210)의 상부에 위치하여 감지막(500)을 가열하는 가열부(310)와, 기판(100)의 상면에 형성되는 제1, 2히터전극 패드(321, 322)와, 가열부(310)와 제1, 2히터전극 패드(321, 322)를 각각 연결하는 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)를 포함하여 구성된다.
가열부(310)는 패시베이션(400)의 절연부(410)의 상면에 형성됨으로써, 감지부(210) 상부에 위치하여 있다.
따라서, 히터전극(300)이 작동하여 가열부(310)가 발열되면, 가열부(310)의 하부에 위치하는 절연부(410)와, 절연부(410)의 하부에 위치하는 감지부(210), 감지부(210) 하부에 위치하는 감지막(500)을 가열하게 된다.
다시 말해, 가열부(310)는 절연부(410), 감지부(210) 및 감지막(500)을 가열하는 기능을 하는 것이다.
이러한, 가열부(310)는, 제1히터전극 브리지(331)에서 연장된 가열배선이 제1히터전극 브리지(331)의 반대 방향(즉, 연결부(315)의 방향)으로 다중의 호부 및 직선부를 구비함으로써, 다중호형 형상을 갖는 제1다중호형부(311)와, 제2히터전극 브리지(332)에서 연장된 가열배선이 제2히터전극 브리지(332)의 반대 방향(연결부(315)의 방향)으로 다중의 호부 및 직선부를 구비함으로써, 다중호형 형상을 갖는 제2다중호형부(313)와, 가열부(310)의 중앙에서 제1다중호형부(311)와 제2다중호형부(313)를 연결하는 연결부(315)를 포함하여 구성된다.
따라서, 가열부(310)는 제1히터전극 브리지(331) 및 제2히터전극 브리지(332) 각각에서 연장된 제1, 2다중호형부(311, 313)에 의해 양측에서 내측 방향(연결부(315)의 방향)으로 다중호형을 이루는 형상을 갖는다.
제1, 2히터전극 패드(321, 322)는 기판(100)의 상면에 형성되며, 회로기판(100)의 배선부(21)와 전기적으로 연결되어 있다.
제1, 2히터전극 브리지(331, 332)는 제1, 2히터전극 패드(321, 322)와 가열부(310)를 연결하는 기능을 한다.
따라서, 제1, 2히터전극 패드(321, 322)로 전기가 인가되면 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)를 통해 가열부(310)에 전극이 전달되며, 가열부(310)의 가열배선의 저항에 의해 전기에너지가 열에너지로 전환됨으로써, 가열부(310)가 발열될 수 있다.
또한, 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)에 의해 가열부(310)가 지지되어 있으므로, 관통공(110)의 상부에 가열부(310)가 용이하게 위치할 수 있다. 물론, 이 경우, 가열부(310)는 감지부(210) 상부에 형성되는 패시베이션(400) 상부에 형성되어 있으므로, 감지부(210) 패시베이션(400)에 의해서도 지지된다.
전술한 히터전극(300)은 백금(Pt), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 은(Au), 구리(Cu) 등과 같은 금속재질 중 하나 또는 적어도 어느 하나를 포함하는 금속혼합물 재질로 형성된다.
패시베이션(400)은 패시베이션(400)에 구비된 절연부(410)가 센서전극(200)의 감지부(210) 히터전극(300)의 가열부(310) 사이에 개재되어, 감지부(210)와 가열부(310)를 절연시키고, 가열부(310)에서 생성된 열을 감지부(210)에 고르게 전달하는 기능을 한다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 패시베이션(400)은, 감지부(210)와 가열부(310) 사이에 개재되는 절연부(410)와, 각각 절연부(410)와 연결되며 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)의 상부에 형성되는 제1, 2지지부(421, 422)와, 각각 절연부(410)와 연결되며 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)와 기판(100) 사이에 개재되도록 형성되는 제3, 4지지부(423, 424)를 포함하여 구성된다.
이러한 패시베이션(400)은, 절연부(410)가 감지부(210)와 가열부(310)사이에 개재되어 그 사이에 위치하고, 제1, 2지지부(421, 422)는 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)의 상부에 위치하고, 제3, 4지지부(423, 424)는 각각 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)와 기판(100) 사이에 개재되어 그 사이에 위치한다.
따라서, 제1 내지 제4지지부(421, 422, 423, 424)는 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)와 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)의 지지력을 보강시키는 기능을 할 수 있다.
전술한 패시베이션(400)은 옥사이드 계열의 재질로 형성될 수 있다.
나아가, 패시베이션(400)은 탄탈룸 산화물(TaOx), 티타늄 산화물(TiO2), 실리콘 산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
감지막(500)은 감지부(210) 하면, 즉, 감지부(210) 하부에 형성되며, 감지대상 가스를 흡착하여 전기적 특성이 변화됨으로써, 가스의 농도를 감지하는 기능을 한다.
위와 같이, 감지막(500)은 감지부(210) 하부에 형성되므로, 관통공(110) 내부에 위치하게 된다.
이하, 전술한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스센서(10)의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 기판(100)의 상면에 센서전극(200)을 형성시킨다. 이 경우, 센서전극(200)이 형성될 영역, 즉, 제1, 2센서전극(200) 형상을 갖도록 형성되는 영역을 제외하고, 기판(100)의 상면에 마스킹을 한 후, 전술한 금속재질 또는 금속혼합물 재질을 이용하여 센서전극(200)을 형성시킨다.
센서전극(200)을 형성시킨 후, 패시베이션(400)이 형성될 영역을 제외하고, 기판(100)의 상면 및 센서전극(200)의 상면에 마스킹을 한 후, 전술한 옥사이드 계열의 재질 또는 산화물 재질등을 이용하여 패시베이션(400)을 형성시킨다.
패시베이션(400)을 형성시킨 후, 히터전극(300)이 형성될 영역을 제외하고, 기판(100)의 상면, 센서전극(200)의 상면 및 패시베이션(400)의 상면에 마스킹을 한 후, 전술한 금속재질 또는 금속혼합물 재질을 이용하여 히터전극(300)을 형성시킨다.
히터전극(300)을 형성시킨 후, 기판(100)의 중앙에 관통공(110)이 형성될 영역을 제외하고, 기판(100)을 마스킹을 한 후, 에칭을 통해 관통공(110)을 형성시킨다.
이 경우, 기판(100)이 양극산화알루미늄(Al2O3)로 이루어진 경우, 양극산화알루미늄(Al2O3)와 반응하는 에칭액 등을 이용함으로써, 센서전극(200), 패시베이션(400) 및 히터전극(300)의 손상 없이 관통공(110)을 용이하게 형성시킬 수 있다.
위와 같이, 관통공(110)이 형성됨에 따라, 센서전극(200)의 감지부(210) 하면은 노출되게 된다.
관통공(110)을 형성시킨 후, 감지막(500)이 형성될 영역, 즉, 노출된 감지부(210) 하면을 제외하고 기판(100)을 마스킹 한 후, 감지막(500)을 형성시킴으로써, 가스센서(10)의 제조가 완료된다.
위와 같이, 가스센서(10)는 기판(100), 센서전극(200), 패시베이션(400), 히터전극(300), 관통공(110), 감지막(500) 순서로 형성되게 된다.
다시 말해, 기판(100)의 상면에 센서전극(200), 패시베이션(400) 및 히터전극(300) 순서로 적층시켜 센서전극(200), 패시베이션(400) 및 히터전극(300)을 형성시키고, 기판(100)의 중앙에 관통공(110)을 형성시키고, 관통공(110) 내에 노출된 센서전극(200)의 감지부(210) 하면에 감지막(500)을 형성시킴으로써, 가스센서(10)의 제조가 완료된다.
이 경우, 센서전극(200)이 형성된 기판(100)의 전방 영역과, 히터전극(300)이 형성된 기판(100)의 후방 영역과, 기판(100)에서 관통공(110)이 위치하는 영역, 즉, 기판(100)의 중앙 영역의 각 구성요소들의 적층 순서는 차이가 있다.
센서전극(200)이 형성된 기판(100)의 전방 영역은, 기판(100)의 상면에 제1, 2센서전극(200)의 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)가 형성되고, 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)의 상면 각각에 패시베이션(400)의 제1, 2지지부(421, 422)가 형성된다.
다시 말해, 기판(100)의 전방 영역은 기판(100), 센서전극(200)의 제1, 2센서전극(200)의 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b), 패시베이션(400)의 제1, 2지지부(421, 422)의 순서대로 하부에서 상부 방향으로 적층되어 있다.
히터전극(300)이 형성된 기판(100)의 후방 영역은, 기판(100)의 상면에 패시베이션(400)의 제3, 4지지부(423, 424)가 형성되고, 제3, 4지지부(423, 424)의 상면 각각에 히터전극(300)의 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)가 형성된다.
다시 말해, 기판(100)의 후방 영역은, 기판(100), 패시베이션(400)의 제3, 4지지부(423, 424), 히터전극(300)의 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)의 순서대로 하부에서 상부 방향으로 적층되어 있다.
관통공(110)이 위치하는 영역, 즉, 기판(100)의 중앙 영역은, 관통공(110)의 상부 영역에 센서전극(200)의 감지부(210) 위치하고, 감지부(210) 상면에 패시베이션(400)의 절연부(410)가 형성되고, 절연부(410)의 상면에 히터전극(300)의 가열부(310)가 형성되어 있으며, 감지부(210) 하면에 감지막(500)이 형성되어 있다.
다시 말해, 기판(100)의 중앙 영역은, 감지막(500), 센서전극(200)의 감지부(210)패시베이션(400)의 절연부(410), 히터전극(300)의 가열부(310)의 순서대로 하부에서 상부 방향으로 적층되어 있다.
이 경우, 감지부(210) 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)에 의해 지지되며, 이로 인해, 관통공(110)의 상부 영역에 떠 있는 구조를 갖게 된다. 따라서, 감지부(210), 절연부(410) 및 가열부(310)는 관통공(110)의 상부 영역에 위치하고, 감지막(500)은 관통공(110)의 내부에 위치하게 되는 것이다.
전술한 구성을 갖는 가스센서(10)는 다음과 같은 효과가 있다.
종래의 가스센서의 경우, 센서전극과 히터전극이 동일평면에 위치하고, 감지막이 센서전극 및 히터전극의 상면에 형성되어 있음으로써, 센서전극이 위치하는 영역에는 히터전극이 위치할 수 없으므로, 상기 영역에서의 가열이 이루어질 수 없었다. 따라서, 감지막에 전달되는 열이 고르게 전달되지 못하는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스센서(10)의 경우, 센서전극(200)의 감지부(210) 상부에 히터전극(300)의 가열부(310)가 위치한다. 즉, 감지부(210) 가열부(310)가 동일평면에 위치하지 않으므로, 가열부(310)가 감지부(210) 전체에 열전달을 고르게 할 수 있다.
또한, 패시베이션(400)의 절연부(410)가 센서전극(200)의 감지부(210) 히터전극(300)의 가열부(310) 사이에 개재되므로, 가열부(310)의 열을 센서전극(200)에 고르게 전달시킬 수 있으며, 이를 통해, 감지부(210) 하면에 형성된 감지막(500)에도 열이 고르게 전달될 수 있어, 가스의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.
관통공(110)에 공기가 존재함으로써, 단열효과가 발생하며, 감지막(500)이 이러한 관통공(110)의 내부에 위치하므로, 감지막(500)이 가열되면 온도 손실이 최소화된다.
따라서, 히터전극(300)의 가열부(310)는 적은 소비전력을 사용하더라도, 감지막(500)의 온도를 적정 온도만큼 상승시키기 용이하며, 이를 통해, 가스센서(10) 및 가스센서 패키지(1)의 소형화를 달성할 수 있다.
또한, 위와 같이, 관통공(110)의 단열 효과에 의해 감지막(500)의 온도 유지를 용이하게 할 수 있으므로, 가스의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.
제1, 2센서전극(200)의 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b)와, 패시베이션(400)의 제1 내지 제4지지부(421, 422, 423, 424)와, 히터전극(300)의 제1, 2히터전극 브리지(331, 332)의 구조를 통해 감지부(210), 절연부(410) 및 가열부(310)를 관통공(110)의 상부에 관통공(110)의 적어도 일부를 덮도록 용이하게 위치시킬 수 있다.
따라서, 기판(100)에 관통공(110)을 용이하게 형성시킬 수 있으며, 이로 인해, 전술한 가스센서(10)의 단열 효과를 누릴 수 있다.
이하, 가스센서 패키지용 필터(600)에 대해 설명한다.
가스센서 패키지용 필터(600)는 금속을 양극산화하여 형성되는 다수의 기공홀(611)을 갖으며, 기공홀(611)을 통해 감지대상 가스를 통과시키는 기능을 한다.
따라서, 감지대상 가스는 기공홀(611)을 통해 가스센서(10)의 감지막(500) 방향으로 유입되어, 감지막(500)에 흡착되며, 이를 통해, 가스센서(10)가 감지대상 가스의 농도를 용이하게 측정할 수 있다. 다시 말해, 가스센서 패키지용 필터(600)는 가스센서 패키지(1)의 내부로 유입되는 감지대상 가스가 유입되는 일종의 유입부의 기능을 한다.
가스센서 패키지용 필터(600)는 금속을 양극산화한 후, 금속을 제거한 양극산화막 재질로 이루어진 양극산화막 필터일 수 있다.
또한, 가스센서 패키지용 필터(600)의 기공홀(611)은 금속을 양극산화하는 과정에서 형성되는 다공층의 포어(pore)로 이루어질 수 있다.
따라서, 금속을 제거하고 양극산화막 재질로만 가스센서 패키지용 필터(600)를 형성시킴에 따라, 기공홀(611)은 가스센서 패키지용 필터(600)의 상면과 하면을 관통하는 형상을 갖을 수 있다.
전술한 금속은 알루미늄(Al)(또는 알루미늄 합금)일 수 있으며, 양극산화막은 알루미늄(Al)을 양극산화하여 형성되는 양극산화알루미늄(Al2O3)막일 수 있다.
다시 말해, 가스센서 패키지용 필터(600)는 알루미늄(Al)을 양극산화한 후, 알루미늄(Al)을 제거한 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어진 양극산화막 필터일 수 있다.
가스센서 패키지용 필터(600)가 양극산화막 재질, 즉, 양극산화막 필터로 이루어짐에 따라 다음과 같은 효과가 있다.
종래의 가스센서 패키지용 필터들은 가스센서 패키지가 마이크로 단위로 소형화됨에 따라, 가스센서 패키지용 필터의 기공홀의 크기가 균일하게 형성되지 않았다.
그러나, 전술한 바와 같이, 가스센서 패키지용 필터(600)가 양극산화막 재질로 이루어짐에 따라, 다수의 기공홀(611)은 금속을 양극산화할 때 형성된다. 이 경우, 기공홀(611)은 나노 단위의 크기를 갖게 되며, 규칙적으로 배열되고, 그 크기 또한, 균일하게 형성된다.
따라서, 종래의 가스센서 패키지용 필터와 달리 나노 단위의 매우 작은 기공홀(611)의 형성을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 기공홀(611)의 크기의 균일성을 보장할 수 있다.
따라서, 마이크로 단위의 크기를 갖는 가스센서 패키지(1)에 매우 적합하며, 기공홀(611)의 불균일성에 의해 가스센서 패키지(1) 내부로 소정의 감지대상 가스가 유입되지 못하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
기공홀(611)을 형성시키기 위해, 별도의 장치가 필요하지 않으므로, 가스센서 패키지용 필터(600)의 제조시간의 절감 및 제조비용을 현저히 낮출 수 있다.
가스센서 패키지용 필터(600)는 표준 대기압 상태에서 가스센서 패키지(1)의 내부로 유입되는 공기 중에 함유된 수분은 통과하지 않는 수분 비투과성 필터일 수 있다.
수분 비투과성 필터는, 가스센서 패키지용 필터(600)의 표면에 소수성 물질을 코팅하여 이루어질 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 가스센서 패키지용 필터(600)가 양극산화막 필터로 이루어질 경우, 양극산화막 필터의 표면에 소수성 물질을 코팅하여 이루어질 수 있다.
위와 같이, 가스센서 패키지용 필터(600)가 수분 비투과성 필터로 이루어짐에 따라 수분이 가스센서 패키지(1)에 침투하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 가스센서 패키지(1) 내부로 공기가 유입되어 감지대상 가스가 가스센서(10)의 감지막(500)에 흡착될 때, 수분이 최소화되며, 이로 인해, 가스센서(10)의 정밀도, 즉, 가스센서(10)의 측정 신뢰도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이하 전술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)가 감지대상 가스를 측정하는 동작에 대해 설명한다.
먼저, 회로기판(100)의 배선부(21)와 전기적으로 연결된 히터전극(300)을 작동시켜, 전기에너지를 열에너지로 전환함으로써, 히터전극(300)의 가열부(310)는 감지막(500)을 가열시킨다.
이 경우, 감지막(500)의 온도는 감지대상 가스의 농도를 측정하기 가장 적합한 온도로 가열되게 된다.
감지대상 가스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 필터(600)의 포어(123)를 통해 유입되고, 관통공(110)으로 유동되어 감지막(500)에 흡착된다.
감지막(500)에 감지대상 가스가 흡착되면, 감지막(500)은 전기적 특성이 변화하게 되고, 이러한 전기적 신호는 감지부(210)는 제1, 2감지부(210a, 210b) 제1, 2센서전극 브리지(230a, 230b), 제1, 2센서전극 패드(220a, 220b), 숄더(50), 배선부(21)를 통해 연산부(미도시)에 전달된다.
따라서, 연산부는 감지막(500)의 변화된 전기적 특성을 연산하여 감지대상 가스의 농도를 산출한다.
본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)는 다음과 같은 효과가 있다.
종래의 가스센서 패키지는 가스센서의 감지막에서 감지대상 가스가 흡착되는 방향이 회로기판의 상면을 향하는 역상 구조로 되어 있다. 따라서, 가스가 유입되는 부분과 감지막이 형성된 위치가 상이하며, 이로 인해, 가스센서를 보호하기 위한 별도의 보호부가 필요하다.
그러나, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)의 경우, 감지막(500)에서 감지대상 가스가 흡착되는 방향이 가스센서 패키지용 필터(600)를 향하는 구조로 되어 있다.
다시 말해, 가스의 유입 방향 상에 감지막(500)이 형성되어 있으므로, 가스의 흡착이 쉽게 이루어질 수 있으며, 가스센서 패키지용 필터(600)만으로도 가스센서(10)를 용이하게 보호할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스센서 패키지(1)의 가스센서(10)는 상하 반전되어 회로기판(100)에 설치되므로, 기판(100)의 다수개의 포어(123)의 개구방향이 회로기판(100)의 하면을 향하는 방향과 동일방향이 된다. 다시 말해, 다수개의 포어(123)는 감지대상 가스가 유입되는 방향과 반대 방향으로 개구되어 있다.
따라서, 감지대상 가스가 유입되더라도, 포어(123) 내부로 가스가 유입되지 않으며, 이로 인해, 가스에 의해 기판(100)이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)는 다른 구조를 갖을 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서 전술한 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)와 다른 구조를 갖는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)와, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)에 대해 설명한다.
다만, 이하의 설명에서, 전술한 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)와 동일한 구성에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')
이하, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도이다.
본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')는, 도 13에 도시된 바와 같이, 가스센서(10)와, 가스센서 패키지(1') 내로 유입되는 감지대상 가스를 필터링하는 가스센서 패키지용 필터(600)와, 가스센서(10)의 기판에 설치되어 가스센서 패키지용 필터(600)를 지지하는 지지부(40)와, 기판(100)에 설치되는 저항기(30)를 포함하여 구성된다.
가스센서(10)는 기판(100)과, 기판(100)의 상면에 형성되는 센서전극(미도시) 및 히터전극(300)과, 센서전극 및 히터전극(300)의 상면에 형성되는 감지막(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 가스센서(10)의 센서전극은 히터전극(300)과 동일한 평면상에 위치하게 되며, 이로 인해, 히터전극(300)의 열선이 센서전극을 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
가스센서 패키지용 필터(600)는 전술한 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')의 가스센서 패키지용 필터(600)와 동일한 구성을 갖을 수 있다.
지지부(40)는 기판(100)과 가스센서 패키지용 필터(600)를 연결하여 가스센서 패키지용 필터(600)를 지지하는 기능을 한다. 따라서, 가스센서 패키지용 필터(600)는 지지부(40)의 상부에 위치하도록 설치된다.
저항기(30)는 기판(100)에 설치되며, 센서전극과 연결되어 있다.
저항기(30)는 감지대상 가스가 감지막(500)에 흡착될 때, 감지막(500)의 전기적 특성변화를 센서전극을 통해 감지하게 되는데, 이러한 감지신호를 저항기가 증폭시키는 기능을 한다. 따라서, 저항기(30)를 통해 더욱 정밀한 측정이 가능하다.
본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')는 가스센서 패키지용 필터(600)의 설치 위치가 지지부(40)의 상부에 설치된다는 점에서 전술한 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)와 차이가 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')는 가스센서 패키지용 필터(600)와 기판(100) 사이에 이격 공간이 형성되어 있으며, 이러한 이격 공간에 가스센서 패키지용 필터(600)를 통과한 감지대상 가스가 감지막(500)에 흡착되어 감지대상 가스의 농도를 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")
이하, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")에 대해 설명한다.
도 14는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지의 단면도이다.
본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")는, 도 14에 도시된 바와 같이, 회로기판(20)의 상부에 전기적으로 연결되어 설치되는 가스센서(10)와, 회로기판(20)에 설치되는 지지부(40)와, 지지부(40)에 의해 지지되는 커버(70)와, 가스센서 패키지(1") 내로 유입되는 감지대상 가스를 필터링하며, 커버(70)에 설치되는 가스센서 패키지용 필터(600)와, 회로기판(20)에 설치되는 저항기(30)를 포함하여 구성된다.
가스센서(10)는 회로기판(20)에 전기적으로 연결되는 기판(100)과, 기판(100)의 상면에 형성되는 센서전극(미도시) 및 히터전극(300)과, 센서전극 및 히터전극(300)의 상면에 형성되는 감지막(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 가스센서(10)의 기판(100)에는 캐비티(130)가 형성될 수 있다.
캐비티(130)는 회로기판(20)과 기판(100) 사이에 위치하도록 기판(100)의 하면에 형성된다.
이러한 캐비티(130) 내부에는 공기가 존재하게 되며, 이로 인해, 기판(100)의 단열 효과를 상승시키는 기능을 한다. 따라서, 히터전극(300)의 발열시 단열 효과를 누릴 수 있으며, 이를 통해, 감지막(500)의 온도 상승효과가 상승될 수 있다.
가스센서(10)의 센서전극은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')의 가스센서(10)와 동일하게, 히터전극(300)과 동일한 평면상에 위치하게 되며, 이로 인해, 히터전극(300)의 열선이 센서전극을 감싸는 구조로 이루어질 수 있다.
가스센서 패키지용 필터(600) 또한, 전술한 본 발명의 바람직한 제1, 2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1, 1')의 가스센서 패키지용 필터(600)와 동일한 구성을 갖을 수 있다.
지지부(40)는 회로기판(20)에 설치되며, 커버(70)를 지지하는 기능을 한다. 커버(70)는 지지부(40)의 상부에 위치하도록 설치되며, 유입구멍(71)이 형성되어 있다. 이러한 커버(70)는 가스센서 패키지(1")를 외부 환경으로부터 보호하는 기능을 한다.
전술한 가스센서 패키지용 필터(600)는 커버(70)의 유입구멍(71)의 하부에 위치하도록 커버(70)의 하부에 설치된다.
저항기(30)는 기판(100)에 설치되며, 센서전극과 연결되어 있다.
저항기(30)는 감지대상 가스가 감지막(500)에 흡착될 때, 감지막(500)의 전기적 특성변화를 센서전극을 통해 감지하게 되는데, 이러한 감지신호를 저항기가 증폭시키는 기능을 한다. 따라서, 저항기(30)를 통해 더욱 정밀한 측정이 가능하다.
본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")는 지지부(40) 및 저항기가 회로기판(20)에 설치되고, 가스센서(10)의 기판(100)에 캐비티(130)가 형성되고, 가스센서 패키지용 필터(600)의 설치 위치가 커버(70)의 하부에 설치된다는 점에서 전술한 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')와 차이가 있다.
본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")는 커버(70)가 외부 환경으로부터 가스센서 패키지(1")를 보호하는 기능을 하고, 가스센서 패키지용 필터(600)는 커버(70)의 유입구멍(71)의 하부에 위치하도록 커버(70)의 하부에 설치되어 감지대상 가스를 필터링하는 기능을 하게 된다.
따라서, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")는 가스센서 패키지용 필터(600)를 통과한 감지대상 가스가 감지막(500)에 흡착되어 감지대상 가스의 농도를 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 캐비티(130)에 의해 가스센서(10)의 단열효과가 발생하므로, 감지막(500)을 통한 정밀한 가스 농도의 측정이 가능하다.
다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')
전술한 본 발명의 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1, 1', 1")는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')를 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 이하의 설명에서 전술한 가스센서 패키지용 필터(600)와 다른 구성 및 형상을 갖는 가스센서 패키지용 필터(600')에 대해 설명한다.
도 15(a) 및 도 15(b)는 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지에 각각 적용될 수 있는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터의 사시도이거, 도 16 내지 도 18은 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지에 각각 적용될 수 있는 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터의 제조 과정을 보여주는 단면도이다.
도 15(a) 내지 도 18에서는 가스센서 패키지(1, 1', 1") 및 가스센서(10)에 대한 도면이 도시되어 있지는 않으나, 이하의 설명에서 언급되는 가스센서 패키지(1, 1', 1") 및 가스센서(10)는 도 1 내지 도 14에 도시된 것으로 이해될 수 있다.
다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')는, 금속을 양극산화한 후, 금속을 제거한 양극산화막 재질로 이루어진 양극산화막 필터일 수 있으며, 도 15(a) 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 금속을 양극산화하여 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀(611a)이 형성되는 다공층(610'a)과, 다공층(610'a)의 상부에 형성되어 기공홀(611)의 일단을 폐쇄하는 배리어층(620'a)으로 형성되는 제1영역(600'a)과, 배리어층(620'a)이 제거되어 금속을 양극산화하여 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀(611'b)만으로 형성되는 제2영역(600'b)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1영역(600'a)은 기공홀(611'a)이 형성된 다공층(610'a)과, 다공층(610'a)의 상부에 형성되어 기공홀(611'a)의 일단을 폐쇄하는 배리어층(620'a)을 포함하여 이루어져 있다.
제1영역(600'a)은 감지대상 가스가 기공홀(611'a)을 통과하지 못하도록 기공홀(611'a)의 상, 하부 중 적어도 한 부분이 밀폐되어 있는 영역이다(단, 본 실시 예에서는 기공홀(611'a)의 상부가 밀폐되어 있다).
따라서, 제1영역(600'a)은 가스센서 패키지용 필터(600')가 가스센서 패키지(1, 1', 1")에 설치시, 가스센서 패키지(1, 1', 1")를 외부 환경으로부터 보호하는 기능을 한다.
다시 말해, 배리어층(620'a)이 가스센서 패키지(1, 1', 1")의 외측 방향에 위치함으로써, 외부 환경으로부터 가스센서 패키지(1, 1', 1")를 차단시키게 되며, 이를 통해, 외부 환경으로부터 가스센서 패키지(1, 1', 1")를 보호해주는 것이다.
한편, 제1영역(600'a)의 배리어층(620'a)에 의해 특정 가스나 이물질이 기공홀(611'a) 내부에 잔존하는 것을 방지하여 가스센서(10)의 감지오류를 방지하는 효과도 달성할 수 있게 된다.
또한, 제1영역(600'a)의 다공층(610'a)은 그 타단이 개방되어 있으므로, 지지부(40)에 가스센서 패키지용 필터(600)가 설치시, 설치를 더욱 용이하게 할 수 있다.
상세하게 설명하면, 도 18에 도시된 바와 같이, 지지부(40')에 가스센서 패키지용 필터(600)를 설치할 때, 접합제(60)의 도포를 통해 설치될 수 있는데, 이러한 접합제(60)이 제1영역(600'a)의 기공홀(611'a) 내부에 스며들 수 있다. 따라서, 접합제(60)와 가스센서 패키지용 필터(600')의 접촉면적이 커지게 되며, 이를 통해, 가스센서 패키지용 필터(600')와 지지부(40')와의 결합이 더욱 견고하게 유지될 수 있다.
제2영역(600'b)에는 일단 및 타단이 모두 개방된 기공홀(611'b)만이 형성되어 있으며, 감지대상 가스가 기공홀을 통과하는 영역이다.
따라서, 제2영역(600'b)의 기공홀(611'b)을 통해 감지대상 가스가 가스센서 패키지(1, 1', 1") 내로 용이하게 유입될 수 있다. 다시 말해, 제2영역(600'b)은 가스센서 패키지용 필터(600')에서 감지대상 가스가 유입되는 유입부의 기능을 하는 것이다.
이하, 도 16 내지 도 18을 참조하여, 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 모재인 금속을 양극산화하면 금속의 상부에 배리어층이 형성되고, 배리어층의 상부에 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀을 갖는 다공층이 형성된다.
위와 같이, 배리어층 및 다공층이 형성된 후, 모재인 금속을 제거한 후, 상하 반전을 시키면, 도 16에 도시된 바와 같이, 가스센서 패키지용 필터(600')는 타단, 즉, 하부가 개구되며, 규칙적으로 배열된 기공홀(611)을 갖는 다공층(610a')과, 다공층(610a')의 상부에 형성되어 기공홀(611'a)의 일단, 즉, 기공홀(611'a)의 상부를 폐쇄하는 배리어층(620'a)을 갖게 된다.
도 16의 상태에서 가스센서 패키지용 필터(600)에서 감지대상 가스를 필터링하여 유입시킬 부분(도 17에서는 가스센서 패키지용 필터(600')의 중앙 부분)을 에칭시킨다.
따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 에칭된 부분은 배리어층(620'a)이 제거되며, 이로 인해, 상부와 하부가 개방된 기공홀(611'b)을 갖는 다공층(610'b)만이 남게 된다.
이처럼, 에칭된 영역, 즉, 상부와 하부가 개방된 기공홀(611'b)을 갖는 다공층(610'b)만이 있는 영역은 제2영역(600'b)이며, 이러한 제2영역(600'b)의 기공홀(611'b)을 통해 감지대상 가스가 유입되게 된다.
또한, 에칭되지 않은 영역, 즉, 하부만 개방된 기공홀(611'a)을 갖는 다공층(610'a)과, 다공층(610'a)의 상부에 형성된 배리어층(620'a)을 갖는 영역이 제1영역(600'a)이며, 이러한 제1영역(600'a)은 제1영역(600'a)의 상부가 외부 환경으로부터 가스센서 패키지(1, 1', 1")를 보호할 수 있게 된다.
또한, 제2영역(600'b) 하부는 가스센서 패키지(1, 1', 1")에 가스센서 패키지용 필터(600')를 설치시 접합제(60)가 도포되는 영역을 제공하는 기능을 한다.
도 17의 가스센서 패키지용 필터(600')를 가스센서 패키지(1, 1', 1")에 설치하게 된다.
따라서, 도 18에 도시된 바와 같이, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 다공층(610'a)은 지지부(40')를 향하도록 설치되되, 다공층(610'a)과 지지부(40')는 접합제(60)에 의해 서로 결합된다.
다시 말해, 지지부(40')와 가스센서 패키지용 필터(600')의 결합을 위해 지지부(40')의 상부와, 제1영역(600'a)의 하부에 접합제(60)를 도포하게 된다.
이 경우, 접합제(60)가 제1영역(600'a)의 기공홀(611'a) 내부로 스며들게 되어 접합제(60)가 도포되는 접착면적이 넓어지게 된다.
따라서, 가스센서 패키지용 필터(600')와 지지부(40')의 결합이 견고하게 유지될 수 있다.
전술한 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')는 가스센서 패키지용 필터(600')에서 감지대상 가스가 유입되는 제2영역(600'b)을 에칭하여 형성시킴으로써, 감지대상 가스가 유입되는 유입부의 영역을 쉽게 설정할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')는 전술한 가스센서 패키지용 필터(600)와 같이, 알루미늄(Al)을 모재로 하여 양극산화한 후, 알루미늄(Al)을 제거한 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어질 수 있다.
다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')는 전술한 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1, 1', 1")에 적용될 수 있다.
다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')가 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)에 설치될 경우, 도 18의 지지부(40')는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 가스센서 패키지(1)의 가스센서(10)의 기판(100)으로 이해될 수 있다.
이 경우, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 다공층(610'a)의 기공홀(611'a)의 개방된 하부는 가스센서 패키지(1)의 가스센서(10)의 기판(100)의 상면을 향하게 된다.
따라서, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 하면은 접합제(60)를 통해 가스센서 패키지(1')의 가스센서(10)의 기판(100)의 상면에 결합됨으로써, 가스센서 패키지용 필터(600')가 가스센서 패키지(1)에 설치될 수 있다.
다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')가 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')에 설치될 경우, 도 18의 지지부(40')는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')의 가스센서(10)의 지지부(40)로 이해될 수 있다.
이 경우, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 다공층(610'a)의 기공홀(611'a)의 개방된 하부는 가스센서 패키지(1')의 지지부(40)의 상면을 향하게 된다.
따라서, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 하면은 접합제(60)를 통해 가스센서 패키지(1')의 지지부(40)의 상면에 결합됨으로써, 가스센서 패키지용 필터(600')가 가스센서 패키지(1)에 설치될 수 있다.
다른 변형 예에 따른 가스센서 패키지용 필터(600')가 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 가스센서 패키지(1')에 설치될 경우, 도 18의 지지부(40')는 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 가스센서 패키지(1")의 커버(70)로 이해될 수 있다.
이 경우, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 다공층(610'a)의 기공홀(611'a)의 개방된 하부는 가스센서 패키지(1")의 커버(70)의 하면을 향하게 된다.
따라서, 가스센서 패키지용 필터(600')의 제1영역(600'a)의 하면은 접합제(60)를 통해 가스센서 패키지(1")의 커버(70)의 하면에 결합됨으로써, 가스센서 패키지용 필터(600')가 가스센서 패키지(1)에 설치될 수 있다. 다시 말해, 가스센서 패키지용 필터(600')는 상하 반전되어 가스센서 패키지(10")의 커버(70)에 설치되는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
1, 1', 1": 가스센서 패키지
10: 가스센서 20: 회로기판
21: 배선부 30: 저항기
40, 40': 지지부 50: 숄더
70: 커버 71: 유입구멍
100: 기판 110: 관통공
121: 배리어층 122: 다공층
123: 포어 130: 캐비티
200: 센서전극 200a: 제1센서전극
200b: 제2센서전극 210: 감지부
210a: 제1감지부 210b: 제2감지부
211a: 제1직선부 211b: 제2직선부
213a: 제2호부 213b: 제1호부
215a: 원형부 215b: 제3호부
220a: 제1센서전극 패드 220b: 제2센서전극 패드
230a: 제1센서전극 브리지 230b: 제2센서전극 브리지
300: 히터전극 310: 가열부
311: 제1다중호형부 313: 제2다중호형부
315: 연결부 321: 제1히터전극 패드
322: 제2히터전극 패드 331: 제1히터전극 브리지
332: 제2히터전극 브리지
400: 패시베이션 410: 절연부
421: 제1지지부 422: 제2지지부
423: 제3지지부 424: 제4지지부
500: 감지막
600, 600': 가스센서 패키지용 필터 600'a: 제영역
600'b: 제2영역 610'a, 610'b: 다공층
611, 611'a, 611'b: 기공홀 620'a: 배리어층
10: 가스센서 20: 회로기판
21: 배선부 30: 저항기
40, 40': 지지부 50: 숄더
70: 커버 71: 유입구멍
100: 기판 110: 관통공
121: 배리어층 122: 다공층
123: 포어 130: 캐비티
200: 센서전극 200a: 제1센서전극
200b: 제2센서전극 210: 감지부
210a: 제1감지부 210b: 제2감지부
211a: 제1직선부 211b: 제2직선부
213a: 제2호부 213b: 제1호부
215a: 원형부 215b: 제3호부
220a: 제1센서전극 패드 220b: 제2센서전극 패드
230a: 제1센서전극 브리지 230b: 제2센서전극 브리지
300: 히터전극 310: 가열부
311: 제1다중호형부 313: 제2다중호형부
315: 연결부 321: 제1히터전극 패드
322: 제2히터전극 패드 331: 제1히터전극 브리지
332: 제2히터전극 브리지
400: 패시베이션 410: 절연부
421: 제1지지부 422: 제2지지부
423: 제3지지부 424: 제4지지부
500: 감지막
600, 600': 가스센서 패키지용 필터 600'a: 제영역
600'b: 제2영역 610'a, 610'b: 다공층
611, 611'a, 611'b: 기공홀 620'a: 배리어층
Claims (6)
- 감지대상 가스의 농도를 측정하는 가스센서를 구비한 가스센서 패키지에 설치되는 가스센서 패키지용 필터에 있어서,
상기 필터는 금속을 양극산화하여 형성되는 다수의 기공홀을 갖고 상기 기공홀을 통해 감지대상 가스가 통과하는 양극산화막 필터인 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 양극산화막 필터는,
표준 대기압 상태에서 상기 가스센서 패키지의 내부로 유입되는 공기 중에 함유된 수분은 통과하지 않는 수분 비투과성 필터인 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지용 필터. - 제1항에 있어서,
상기 양극산화막 필터는,
상기 감지대상 가스가 상기 기공홀을 통과하지 못하도록 상기 기공홀의 상, 하부 중 적어도 한 부분이 밀폐되는 제1영역과,
상기 감지대상 가스가 상기 기공홀을 통과하는 제2영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지용 필터. - 양극산화막 필터; 및
상기 양극산화막 필터를 통과한 감지대상 가스를 측정하는 가스센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제4항에 있어서,
상기 양극산화막 필터는,
금속을 양극산화하여 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀이 형성되는 다공층과, 상기 다공층의 상부에 형성되어 상기 기공홀의 일단을 폐쇄하는 배리어층으로 형성되는 제1영역과,
상기 배리어층이 제거되어 상기 금속을 양극산화하여 규칙적으로 배열된 다수의 기공홀만으로 형성되는 제2영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지. - 제5항에 있어서,
상기 양극산화막 필터를 지지하는 지지부;를 더 포함하고,
상기 제1영역의 다공층이 상기 지지부를 향하도록 설치되되,
상기 다공층과 상기 지지부재는 접합제에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 가스센서 패키지.
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