KR20190100732A - Ltcc(저온 동시 소성 세라믹)를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법 - Google Patents

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KR20190100732A KR1020180020660A KR20180020660A KR20190100732A KR 20190100732 A KR20190100732 A KR 20190100732A KR 1020180020660 A KR1020180020660 A KR 1020180020660A KR 20180020660 A KR20180020660 A KR 20180020660A KR 20190100732 A KR20190100732 A KR 20190100732A
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Abstract

본 발명은 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 제1 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계, 상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트를 제거하는 단계, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계 및 상기 감지전극 상에, 검출 대상에 따라 감지전극 사이의 저항값을 변화시키는 감지물질을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 알루미나 그린시트는, z축 방향으로만 수축이 진행되고, x축 및 y축은 수축되지 않는 것인 유해가스 감지센서의 제조방법이다.

Description

LTCC(저온 동시 소성 세라믹)를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법 {Fabrication method of Harmful gas Sensing sensor using Low Tepmerature Co-fired Ceramic}
본 발명은 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법에 관한 것이다.
가스 감지센서는 특정 가스를 감지하여 그 농도를 전기 신호로 변환하여 출력하는 장치로, 현재 다양한 방식의 가스 감지센서가 상용화되어 있다.
가스 감지센서에는 감지 대상가스의 농도에 따라 저항이 변하는 반도체 물질을 이용한 반도체식 가스 감지센서, 감지 대상 가스의 농도에 따라 감지전극과 기준전극 사이의 기전력이 변하는 성질을 이용하는 고체 전해질식 가스 감지센서 등이 있으며, 이들 가스 감지센서 소자는 통상 저항 또는 기전력 측정을 위한 외부 측정장치와 연결하기 위하여 적어도 2개 이상의 센서 전극 단자들이 구비된다.
반도체식 가스 감지센서는 세라믹 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때, 일어나는 전기전도도의 변화를 이용하는 것으로, 대부분 대기 중에서 가열하여 사용되는 일이 많아 고온에서 안정한 금속산화물(세라믹스)가 주로 사용된다. 이러한 세라믹 반도체 중 전기전도도가 크고 융점이 높아서 사용온도 영역에서 열적으로 안정한 성질을 가진 반도체가 가스 감지센서에 이용되고 있는데, 감지하려는 가스만을 감지할 수 있는 선택성이 떨어지는 문제점이 있다.
현재, 가스 감지센서를 제조하는 방법의 대부분은 실리콘 기판에 SiO2, SixN4 등의 산화막, 질화막을 형성하여 기판과 절연하고, 상부에 감지전극과 감지물질을 형성하며, 반대편에 히터를 형성하고 감지층을 가열하는 구조를 가지거나, 감지층에 히터가 임베디드된 구조를 이용하고 있다.
실리콘 기판을 기반으로 하는 유해가스 감지센서 구조는 대중적으로 이용되는 웨이퍼(wafer)를 이용하여 기존의 디바이스와 효율적으로 결합이 가능하며, 대량생산에 용이하고, 공정이 단순한 장점이 있지만, 기판으로 이용되는 웨이퍼의 비용이 다른 기판(세라믹스 등)에 비해 비싸며, 절연층을 형성하는 공정에 CVD, PVD 등을 이용하기 때문에 디바이스의 가격이 상승하는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제 10-0598029호는 알루미나 기판에 전면은 금으로 된 전극과 후면은 백금으로 된 히터를 인쇄한 후막형 반도체 가스 센서에 관한 등록 특허로서, 가스 감지센서 제작 과정에 있어서 최적의 파라미터를 신속하고 효율적으로 찾아내어, 디바이스 생산의 경제적 효과를 꾀하기 위하여, 다구치(Taguchi) 실험법을 사용하여 가스 감지센서를 제작하였다. 그러나, 상기 특허는, 악취가스 중 하나인 메틸메르캅탄만을 최적의 감도와 뛰어난 재현성으로 검출하기 위한 것으로, 특정 가스만을 타겟팅하여 감지하여, 널리 상용하기 어려운 문제점이 있다.
그 외에, 한국 등록특허 제 10-1772575호는 마이크로 반도체식 가스 센서 및 그의 제조방법에 관한 등록 특허로서, 보다 구체적으로는, 에어 갭을 갖는 기판, 상기 기판 상에 제공되고 전극패드들을 포함하는 주변부, 상기 에어 갭 상에 플로팅되고 상기 전극패드들로부터 연결되는 감지전극 등을 포함하는 것을 개시하고 있다. 상기 특허는, 크기가 작고 소비 전력이 작아서 휴대 가능한 초소형의 장치로 구현 가능하지만, 대량생산에 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제1 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계, 상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트를 제거하는 단계, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계 및 상기 감지전극 상에, 검출 대상에 따라 감지전극 사이의 저항값을 변화시키는 감지물질을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 알루미나 그린시트는, z축 방향으로만 수축이 진행되고, x축 및 y축은 수축되지 않는 것인 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따라, 제조단가는 낮으면서 열효율은 개선된 고효율의 히터를 포함하는 유해가스 감지센서를 제공할 수 있다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법은, 제1 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계, 상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트를 제거하는 단계, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계 및 상기 감지전극 상에, 검출 대상에 따라 감지전극 사이의 저항값을 변화시키는 감지물질을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 알루미나 그린시트는, z축 방향으로만 수축이 진행되고, x축 및 y축은 수축되지 않는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 감지전극을 형성하는 단계는, 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 수행되고, 상기 감지전극은, IDT 전극, 일자 전극 또는 이 둘 모두를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히터층의 히터는, 산화루테늄(IV)(RuO2), 실리콘 카바이드(SiC), 이리듐(IV)옥사이드(IrO2), 백금(Pt) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구조체를 소성하는 단계는, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을, 800 ℃ 미만의 온도에서 7 psi 내지 70 psi의 압력으로 라미네이션 한 후, 800 ℃ 내지 900 ℃에서 소성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 LTCC 층 또는 제2 LTCC 층 중 적어도 하나 이상은, 비아(via) 홀을 포함하고, 상기 비아(via) 홀 내부는 금(Au) 도금되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 감지물질을 형성하는 단계는, 잉크-드롭(ink-drop)공정으로 수행되고, 상기 감지물질은, 히드라진(hydrazine)법을 이용하여 제조된 산화주석(SnO2)를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법은, 제1 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계, 상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트를 제거하는 단계, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계 및 상기 감지전극 상에, 검출 대상에 따라 감지전극 사이의 저항값을 변화시키는 감지물질을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 알루미나 그린시트는, z축 방향으로만 수축이 진행되고, x축 및 y축은 수축되지 않는 것이고, 이에 따라서 히터층과 감지전극의 절연이 명확하게 이루어지면서 열효율이 개선된 유해가스 감지센서를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 유해가스 감지센서의 제조방법에 관한 것으로서, LTCC를 이용하여, 다른 디바이스들과의 결합이 용이하고 여러 형태로 응용이 가능하며, 열효율이 개선된 히터층을 포함하는 유해가스 감지센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 감지센서의 제조 공정 중 구조체를 소성하는 단계를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유해가스 감지센서의 감지전극을 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유해가스 감지센서의 구조를 도식화한 모식도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.
이하에서 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 발명의 범위를 설명된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 출원을 통해 권리로서 청구하고자 하는 범위는 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 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.
구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법은, 제1 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계, 상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계, 상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계, 상기 알루미나 그린시트를 제거하는 단계, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계 및 상기 감지전극 상에, 검출 대상에 따라 감지전극 사이의 저항값을 변화시키는 감지물질을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 알루미나 그린시트는, z축 방향으로만 수축이 진행되고, x축 및 y축은 수축되지 않는 것을 포함한다.
본 발명에서, LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic, 저온 동시 소성 세라믹)는, 테이프 캐스팅(tape casting) 방법으로 제조된 후막 형태의 세라믹 유전체와 여러가지 회로요소를 구현하기 위한 전도성 금속 페이스트를 이용하여 여러 층의 적층형 소자를 제조하는 기법을 의미하며, 이런 적층형 소자 내부에는 각종 수동소자뿐만 아니라 능동소자를 모두 포함시킬 수 있다. LTCC는, 텅스텐 또는 몰리브덴 등의 내열금속 사용에 있어서, 큰 저항 때문에 손실이 커져서 효율이 저하되고, 내열금속의 부식방지 및 후공정에서의 금속 연결을 위해 피막을 입혀야 하는 문제점을 극복할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법은, 금 또는 은과 같은 전도성이 우수하고, 산화분위기에서도 소성이 가능한 전도성 금속을 제약 없이 사용할 수 있어서, 감지센서뿐만 아니라, 저항기, 커패시터, 인덕터 등의 다양한 수동소자를 구현하는 것이 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 LTCC 층을 형성하는 단계에서, 상기 제1 LTCC 층은 그린시트를 캐스팅 및 블랭킹하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 그린시트는, 소성되지 않은 상태의 LTCC 용 세라믹 기판으로서, LTCC 파우더, 용매, 바인더 및 분산제를 포함하는 슬러리를 캐스팅하여 형성한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 LTCC 파우더는 저온 동시 소성이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 이산화규소(SiO2), SixN4, 타이타늄산바륨(BaTiO3), 질화붕소(BN) 및이산화타이타늄(TiO2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 용매는 LTCC 파우더가 용해될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 에탄올 등의 알코올계 용매, 아세톤 등의 케톤계 용매, 디에틸 에테르 등의 에테르계 용매 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 바인더는 폴리비닐뷰티랄(PVB), 에틸 셀룰로오즈 또는 이 둘을 모두 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 분산제는 계면 활성제일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 블랭킹은, 그린 테이프를 정밀 블랭킹 다이(blanking Die)를 이용해서 blanks로 잘라내는 작업을 의미하며, 테이프 캐스팅의 수직방향과 수평방향 사이에는 수축률 차이가 있을 수 있으므로, 균일한 수축률을 얻기 위해서 각층은 각각 90° 로 교번하여 적층하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계는, 히터층을 상기 제1 LTCC 층 상에 스크린 프린팅한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히터층은, 프린팅 기법에 의하여 인쇄된 것으로서, 원하는 형태로 제작이 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계에서, 상기 제2 LTCC 층은 비아 홀(Via)이 펀칭된 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 펀칭은, 그린시트에 원하는 크기, 위치에 비아 및 쓰루 홀을 가공하는 단계를 의미하며, 각 기판을 통과하는 작은 구멍을 형성한 후에 후막 인쇄용 페이스트로 채우는 작업을 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 펀칭은, 다이 세트 리지드 펀치 어레이(Die Set Rigid Punch Array), 수치 제어 펀치 (CNC Punching Machine), 드릴, 레이저 가공 중 어느 하나의 방법으로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계에서, 상기 알루미나 그린시트는, 기판의 변형을 방지하기 위한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 알루미나 그린시트는, 알루미나를 포함하는 그린시트를 의미할 수 있으며, 제1 LTCC 층의 하부 및 제2 LTCC 층의 상부에 각각 위치시켜, 샌드위치 형태를 만드는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 알루미나 그린시트는, 바람직하게는 닥터 블레이드법에 의해 제조된 순도 96% 이상의 (Al2O3-CaO-SiO2-MgO)로 구성된 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 알루미나 그린시트는 제로-쉬링크(zero-shirinkage)가 발생하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 제로-쉬링크는 x축 및 y 축 방향으로는 수축이 일어나지 않고 z축 방향으로만 수축이 일어나서 기판의 변형을 방지할 수 있는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 알루미나 그린시트는, 용매에 의하여 용이하게 제거되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 용매는, 알루미나 그린시트를 제거할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 물 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계는, 멀티레이어를 일체화하는 단계일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 구조체 소성 단계는, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 적층한 후에 결합체의 유리 전이온도 이상을 가열하여 라미네이션(일체화)시키는 공정을 포함하며, 라미네이션 하는 동안 시트들의 측면 변형을 방지하기 위하여 Die wall을 더 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 라미네이션에 의하여, 그린시트의 미세구조는 조성에 따라 면화하며 기공의 공간적이 분포가 적층 공정 동안 변화할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 라미네이션은, Uniaxial방법 또는 Isostatic방법으로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 구조체를 소성하는 단계는, 상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을, 800 ℃ 미만의 온도 에서 7 psi 내지 70 psi의 압력으로 라미네이션 한 후, 800 ℃ 내지 900 ℃에서 소성하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 온도 및 압력 조건 범위는, 라미네이션 단계에서 그린시트들의 측면 변형이 최소화되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 소성온도는 보다 바람직하게는, 850 ℃일 수 있으며, 소성온도가 800 ℃ 미만인 경우에는, 복합 구조체가 잘 형성되지 않을 수 있으며, 900 ℃를 초과하는 경우에는, 고온 소결되어 변형이 일어날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계는, LTCC 기판 위에 n-타입 포토레지스트(PR)을 도포하여, 토포마스크를 이용하여 감지전극 모양으로 노광한 후, 스푸터링(Sputtering)을 이용해 타이타늄 또는 백금을 증착하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 감지전극을 형성하는 단계는, 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 수행되고, 상기 감지전극은, IDT 전극, 일자 전극 또는 이 둘 모두를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 리프트-오프 공정은, 아세톤을 이용한 것으로, 포토레지스트를 제거하여 감지전극을 형성하는 공정일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 감지전극은, IDT전극, 일자 전극 또는 이 둘 모두를 포함하는 것일 수 있으나, 바람직하게는 IDT전극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히터층의 히터는, 산화루테늄(IV)(RuO2), 실리콘 카바이드(SiC), 이리듐(IV)옥사이드(IrO2), 백금(Pt) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히터층의 히터는, 감지물질을 잘 결합하기 위하여 전극을 발열시키는 것이라면 특별히 제한되지는 않으나, 구체적으로, 산화루테늄(IV)(RuO2), 실리콘 카바이드(SiC), 이리듐(IV)옥사이드(IrO2), 백금(Pt) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 산화루테늄(IV)(RuO2) 면상 발열체일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히터층의 히터의 위 아래의 제1 LTCC 층 및 제2 LTCC 층의 두께를 조절하여, 위에 형성될 감지전극, 감지물질과의 절연을 하고, 각 층의 두께에 따를 열전도도의 차이를 이용하여, 열적고립구조를 형성하며, 히터층에서 발생하는 열을 감지전극으로 전달되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제1 LTCC 층 또는 제2 LTCC 층 중 적어도 하나 이상은, 비아(via) 홀을 포함하고, 상기 비아(via) 홀 내부는 금(Au) 도금되어 있는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 비아 홀 내부를 금 도금으로 채우는 경우, 히터층의 열을 감지전극에만 효과적으로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계에서, 상기 감지전극은, 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 은(Ag)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는, 금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 감지물질을 형성하는 단계는, 잉크-드롭(ink-drop)공정으로 수행되고, 상기 감지물질은, 히드라진(hydrazine)법을 이용하여 제조된 산화주석(SnO2)를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 감지물질은, 산화물 반도체로써, 바람직하게는 InGaZnO, CuAlO2, ZnO, SrCu2O2, Cu2O, CuCrO2, ZnIr2O4, In2O3, SnO, SnO2, NiO, TiO2, CuO 및 PdO로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 산화주석(SnO2)을 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 산화주석은 히드라진(hydrazine)법을 이용하여 제작된 것으로, 상기 히드라진법은 환원법과 열분해법으로 상온에서 제작된 방법을 의미하며, 이로 인해 제작된 분말의 입자 크기는 상대적으로 작은 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히드라진법에 의해 제작된 산화주석 분말을 포함하여 제작된 잉크는, 마이크로피펫을 이용하여 감지전극 상에 도포될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 . LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조
1. LTCC를 적층한 히터가 임베디드된 기판을 제조하는 단계
LTCC를 형성하기 위해 먼저 그린시트를 캐스팅 및 블랭킹하고, Via를 형성하고 필링하며, RuO2 히터를 프린팅하였다.
제작된 green sheet를 lamination 시켜 소성을 하여야 하는데, 이 때 수축으로 인한 기판의 변형을 방지하기 위해 zero-shrinkage 공정을 진행하였다. 보다 상세하게는 green sheet 위아래에 alumina green sheet와 함께 lamination 시켜 소성을 진행하여 x, y 축 방향으로는 수축이 일어나지 않고 z축 방향으로만 수축이 일어나는 zero-shrinkage가 발생하여 기판의 변형을 방지하였다.
그리고, zero-shrinkage를 위해 삽입한 alumina green sheet는 용매(물)를 이용하여 제거하였다.
소성단계에서는850℃에서 소성을 진행하였고, 형성된 Via에 Au 도금을 진행하여 LTCC 유해가스 감지센서에 이용되는 히터구조가 임베디드된 기판을 제작하였다.
이 때 상기 RuO2 면상발열체의 위아래 LTCC의 두께를 조절하여 위에 형성될 감지전극, 감지물질과의 절연을 하고, 각 층의 두께에 따른 열전도도의 차이를 이용하여 열적고립구조를 형성하였으며, 면상발열체에서 발생하는 열을 감지층으로 전달되도록 하였다.
2. 제조된 기판에 리프트-오프 공정을 이용하여 감지전극을 형성하는 단계
LTCC 기판 위에 N-type의 PR을 도포하여 포토마스크를 이용하여 감지전극 모양으로 노광한 후 Sputtering을 이용해 Ti, Pt를 증착해 감지전극을 형성하였다. PR은 Actone을 이용한 Lift-off 공정을 통해 제거하여 감지전극을 형성하였다.
이때 감지전극은 일자전극과, IDT 전극을 이용하였다.
3. 제조된 전극에 감지물질을 잉크-드롭법으로 형성하는 단계
감지 물질인 SnO2는 hydrazine법을 이용하여 제작하였다. 각 방법은 환원법과 열분해법으로 상온에서 제작한 분말인 hydrazine법으로 제작된 분말의 입자 크기가 낮은 것으로 확인하였다.
제작된 분말은 물, 글리세롤, bicine과 함께 섞어 잉크로 제작하였다. 제작된 잉크를 마이크로피펫을 이용하여 도포하였으며 잉크가 도포된 센서를 5℃/min 의 승온속도로 300℃에서 3시간, 600℃에서 1시간 소결을 진행하여 LTCC 유해가스 감지센서를 제작하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 제1 LTCC 층을 형성하는 단계;
    상기 제1 LTCC 층 상에 히터층을 형성하는 단계;
    상기 히터층 상에 제2 LTCC 층을 형성하는 단계;
    상기 제1 LTCC 층 하부 및 상기 제2 LTCC 층 상부에 알루미나 그린시트를 각각 형성하는 단계;
    상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을 포함하는 구조체를 소성하는 단계;
    상기 알루미나 그린시트를 제거하는 단계;
    상기 소성된 제2 LTCC 층상에 감지전극을 형성하는 단계; 및
    상기 감지전극 상에, 검출 대상에 따라 감지전극 사이의 저항값을 변화시키는 감지물질을 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 알루미나 그린시트는, z축 방향으로만 수축이 진행되고, x축 및 y축은 수축되지 않는 것인,
    LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지전극을 형성하는 단계는, 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 수행되고,
    상기 감지전극은, IDT 전극, 일자 전극 또는 이 둘 모두를 포함하는 것인,
    LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히터층의 히터는,
    산화루테늄(IV)(RuO2), 실리콘 카바이드(SiC), 이리듐(IV)옥사이드(IrO2), 백금(Pt) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인,
    LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조체를 소성하는 단계는,
    상기 알루미나 그린시트, 제1 LTCC 층, 제2 LTCC 층 및 히터층을,
    800 ℃ 미만의 온도에서 7 psi 내지 70 psi 의 압력으로 라미네이션 한 후,
    800 ℃ 내지 900 ℃에서 소성하는 것인,
    LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서.
    상기 제1 LTCC 층 또는 제2 LTCC 층 중 적어도 하나이상은, 비아 홀을 포함하고,
    상기 비아(via) 홀 내부는 금(Au) 도금되어 있는 것인,
    LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감지물질을 형성하는 단계는, 잉크-드롭(Ink-drop)공정으로 수행되고,
    상기 감지물질은,히드라진(hydrazine)법을 이용하여 제조된 산화주석(SnO2)을 포함하는 것인,
    LTCC를 이용한 유해가스 감지센서의 제조방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111272831A (zh) * 2020-02-24 2020-06-12 大连理工大学 基于MXene/SnO2异质结的无源无线氨气气体传感器及制备方法
WO2020198533A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 Cellmobility, Inc. Gas sensor device based on metal oxide foam

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940001653B1 (ko) * 1990-10-04 1994-02-28 이. 아이. 듀우판 드 네모아 앤드 캄파니 세라믹 물체의 소성시 수축을 줄이는 방법
JP2006135012A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Hitachi Metals Ltd 多層セラミック基板の製造方法および多層セラミック基板
KR100655367B1 (ko) * 2005-07-11 2006-12-08 한국과학기술연구원 Ｌｔｃｃ를 이용한 복합후각센서 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940001653B1 (ko) * 1990-10-04 1994-02-28 이. 아이. 듀우판 드 네모아 앤드 캄파니 세라믹 물체의 소성시 수축을 줄이는 방법
JP2006135012A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Hitachi Metals Ltd 多層セラミック基板の製造方法および多層セラミック基板
KR100655367B1 (ko) * 2005-07-11 2006-12-08 한국과학기술연구원 Ｌｔｃｃ를 이용한 복합후각센서 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
'MEMS sensor packaging using LTCC substrate technology', H. Kopola 등, Proc. SPIE, 2001, 4592, 148-158 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020198533A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 Cellmobility, Inc. Gas sensor device based on metal oxide foam
CN111272831A (zh) * 2020-02-24 2020-06-12 大连理工大学 基于MXene/SnO2异质结的无源无线氨气气体传感器及制备方法
CN111272831B (zh) * 2020-02-24 2021-10-15 大连理工大学 基于MXene/SnO2异质结的无源无线氨气气体传感器及制备方法

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