KR20240006109A - 가스 센서 - Google Patents
가스 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240006109A KR20240006109A KR1020220082500A KR20220082500A KR20240006109A KR 20240006109 A KR20240006109 A KR 20240006109A KR 1020220082500 A KR1020220082500 A KR 1020220082500A KR 20220082500 A KR20220082500 A KR 20220082500A KR 20240006109 A KR20240006109 A KR 20240006109A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pattern
- heater pattern
- gas sensor
- insulating substrate
- sensing
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 76
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 5
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/16—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
- G01N27/123—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
본 발명은 가스 센서에 관한 것이다. 본 발명은 가스 농도에 따른 전기신호를 생성하는 감지부를 구비하는 가스센서로서, 상기 감지부는, 절연체 기판과; 상기 절연체 기판의 일면에 지그재그로 형성되는 히터 패턴과; 상기 히터 패턴의 양단부와 각각 연결되며, 서로 나란하게, 상기 히터 패턴의 한쪽으로부터 길게 연장된 한 쌍의 연장 패턴과; 상기 히터 패턴이 형성된 일면 또는 반대면 중 적어도 하나에, 상기 히터 패턴 위치에 형성되어, 상기 히터 패턴에서 발생한 열에 의해서 가열되며, 가스 농도에 따라서 전기적 특성이 변화하는 감지 층을 포함하며, 상기 절연체 기판에는 상기 히터 패턴과, 상기 연장 패턴을 상기 절연체 기판의 다른 부분으로부터 분리하도록, 상기 히터 패턴과 상기 연장 패턴의 외곽을 둘러싸는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다. 본 발명에 따른 가스 센서는 히터 패턴이 개구부에 의해서 기판의 다른 부분과 분리되어 있기 때문에 기판을 통해서 새어나가는 열이 최소화된다. 따라서 종래의 가스 센서에 비해서 응답 속도가 빠르다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 가스 센서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 패키징시에 와이어 본딩이 필요없는 가스 센서에 관한 것이다.
가스 센서는 가연성 가스나 유독 가스 등을 감지하기 위한 것으로서, 접촉 연소식 가스 센서, 반도체식 가스 센서, 전기 화학식 가스 센서, 광학식 가스 센서 등이 있다.
접촉 연소식 가스 센서는 가연성 가스를 감지하기 위한 것이다. 접촉 연소식 가스 센서는 촉매 층에서 수소와 같은 가연성 가스가 연소하면서 생기는 반응열에 의한 백금 코일이나 백금 패턴의 저항 변화를 이용하여 가연성 가스를 감지한다.
접촉 연소식 가스 센서는 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 비드형 접촉 연소식 가스 센서는 백금 코일을 알루미나 담체로 덮고 그 표면에 촉매 층을 형성하는 방법으로 제조할 수 있다. 후막형 접촉 연소식 가스 센서는 세라믹 기판에 히터 패턴을 형성한 후 히터 패턴 위에 촉매 층을 형성하는 방법으로 제조할 수 있다.
또한, MEMS형 접촉 연소식 가스 센서는 반도체 공정을 이용하여 실리콘 기판 위에 세라믹 층을 형성하고, 그 위에 지그재그 형 백금 패턴을 형성한 후 백금 패턴 위에 촉매 층을 형성하는 방법으로 제조할 수 있다.
이러한 접촉 연소식 가스 센서의 작용을 간단히 설명하면 다음과 같다. 백금 코일이나 패턴에 전류를 흘려, 촉매 층을 200~300℃로 가열하면, 촉매 층의 표면에서 가연성 가스와 산소가 반응하면서 반응열이 생긴다. 그리고 이 반응열에 의해서 백금 코일이나 패턴의 온도가 상승한다. 백금은 온도가 상승하면, 전기 저항이 증가하기 때문에 백금 코일이나 패턴의 전기 저항의 변화를 통해서 가연성 가스를 감지할 수 있다.
최근에는 수소 전기차에서의 수소 가스 누출을 감지하기 위한 접촉 연소식 가스 센서가 요구되고 있다. 수소 전기차에 사용되는 접촉 연소식 가스 센서의 필수 요건은 수소 전기차의 시동이 걸린 후 약 2초 이내로 수소 가스 누출 여부를 감지할 수 있어야 한다는 것이다.
그런데 상술한 비드형이나 후막형 접촉 연소식 가스 센서는 촉매 층을 가열하는데 시간이 오래 걸리기 때문에 수소 가스 누출 여부를 이른 시간에 감지하기 어렵다는 문제가 있었다. 그리고 MEMS형 접촉 연소식 가스 센서는 제조공정이 복잡하다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 후막형 접촉 연소식 가스 센서는 와이어에 의해서 지탱되기 때문에 내구성이 약하다는 문제도 있었다. 종래의 후막형 접촉 연소식 가스 센서는 촉매 층이 도포된 세라믹 기판에 형성된 패드들과 패키지의 스템핀이 와이어 본딩을 통해서 전기적으로 연결된다. 그리고 세라믹 기판은 와이어에 의해서만 지탱된 상태로 떠 있게 된다.
이와 같은 와이어 본딩 방식의 가스 센서는 외부의 충격에 의해 와이어의 접점이 떨어지거나 와이어 자체가 끊어질 수 있어서, 내구성이 약하다는 문제가 있었다. 특히, 계속해서 진동이 발생하는 차량에 사용될 경우에는 더욱 문제가 된다. 또한, 와이어 본딩 작업의 자동화가 곤란하여 수작업에 의해 공정이 진행되므로, 작업 효율이 떨어지며 불량률이 높다는 문제도 있다.
또한, 표면에 가스가 접촉하였을 때 일어나는 전기전도도 변화를 이용하는 반도체식 가스 센서도 와이어 본딩을 사용하는 경우에는 상술한 후막형 접촉 연소식 가스 센서와 마찬가지로 내구성이 약하다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 가스 센서에 비해서 가스 응답 속도가 빠르며, 자동화를 통한 대량 생산이 가능하며, 불량률이 낮으며, 내구성이 향상된 새로운 구조의 가스 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 가스 농도에 따른 전기신호를 생성하는 감지부를 구비하는 가스센서로서, 상기 감지부는, 절연체 기판과; 상기 절연체 기판의 일면에 지그재그로 형성되는 히터 패턴과; 상기 히터 패턴의 양단부와 각각 연결되며, 서로 나란하게, 상기 히터 패턴의 한쪽으로부터 길게 연장된 한 쌍의 연장 패턴과; 상기 히터 패턴이 형성된 일면 또는 반대면 중 적어도 하나에, 상기 히터 패턴 위치에 형성되어, 상기 히터 패턴에서 발생한 열에 의해서 가열되며, 가스 농도에 따라서 전기적 특성이 변화하는 감지 층을 포함하며, 상기 절연체 기판에는 상기 히터 패턴과, 상기 연장 패턴을 상기 절연체 기판의 다른 부분으로부터 분리하도록, 상기 히터 패턴과 상기 연장 패턴의 외곽을 둘러싸는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 개구부는 ㄷ자 형태로 굽은 개구부 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 절연체 기판은 지르코니아 또는 이트리아 안정화 지르코니아 기판인 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 절연체 기판의 히터 패턴이 형성된 면의 반대 면에 간격을 두고 서로 마주보도록 형성된 한 쌍의 감지 패턴을 더 포함하며, 상기 감지 층은 상기 감지 패턴 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 가스 센서는 보상부를 더 포함하며, 상기 보상부는, 상기 감지부의 개구부가 형성된 절연체 기판, 히터 패턴 및 연장 패턴과 동일한 형태의 절연체 기판, 히터 패턴 및 연장 패턴을 포함하며, 상기 보상부의 절연체 기판에는 감지 층이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 감지부의 절연체 기판과 상기 보상부의 절연체 기판은 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 절연체 기판과 상기 히터 패턴 사이에 형성된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
또한, 상기 절연층은 글라스 층인 것을 특징으로 하는 가스 센서를 제공한다.
본 발명에 따른 가스 센서는 히터 패턴이 개구부에 의해서 기판의 다른 부분과 분리되어 있기 때문에 기판을 통해서 새어나가는 열이 최소화된다. 따라서 종래의 가스 센서에 비해서 응답 속도가 빠르다는 장점이 있다.
또한, 감지 층에서 발생할 수 있는 수분이 개구부를 통해서 쉽게 제거된다는 장점도 있다.
또한, 와이어 본딩 작업이 필요하지 않아서 자동화가 용이하고, 불량률이 낮으며, 내구성이 뛰어나다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 센서의 감지부의 저면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 접촉 연소식 가스 센서의 측정방법을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스 센서의 감지부 및 보상부의 저면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 센서의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 가스 센서의 감지부의 저면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 센서의 감지부의 저면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 접촉 연소식 가스 센서의 측정방법을 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가스 센서의 감지부 및 보상부의 저면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 센서의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 가스 센서의 감지부의 저면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서의 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 가스 센서의 감지부의 저면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서(100)는 접촉 연소식 가스센서로서 크게 감지부(10)와, 보상부(30) 및 하우징(40)을 포함한다.
도 1과 2에 도시된 바와 같이, 감지부(10)는 절연체 기판(11), 히터 패턴(20), 감지 층(촉매 층)(22), 연장 패턴(24), 전극 패턴(25), 패드(26)를 포함한다.
절연체 기판(11)으로는 알루미나 기판, 지르코니아 기판 등 다양한 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 열전도도가 비교적 낮은 지르코니아 또는 이트리아 안정화 지르코니아 기판이 사용될 수 있다. 절연체 기판(11)의 열전도도가 너무 높으면, 감지 층(22) 주변으로 열이 전달되어, 감지 층(22)을 원하는 온도까지 가열하는데 시간이 오래 걸리기 때문이다.
절연체 기판(11)에는 개구부(12)가 형성된다. 개구부(12)는 레이저를 이용한 가공이나 펀칭 가공 등의 방법으로 형성할 수 있다. 개구부(12)는 수소 가스 등의 산화 과정에서 발생하는 물이 빠져나갈 수 있도록 충분히 크게 형성되는 것이 바람직하다. 개구부(12)에 물이 맺히면 개구부(12)에 의한 열 차단 효과가 떨어지고, 히터 패턴(20)에 의한 열이 감지 층(22)에 집중되지 않아서, 감지 층(22)의 가열에 소요되는 시간이 길어질 수 있다. 개구부(12)는 대체로 ㄷ자 형태로 형성된다.
히터 패턴(20)은 절연체 기판(11)의 일면(도 1과 2에서는 하면)에 형성된다. 히터 패턴(20)은 백금으로 이루어질 수 있다. 히터 패턴(20)은 백금과 같은 전도성 입자들과 바인더 및 용제가 혼합된 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 절연체 기판(11)의 일면에 인쇄한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다.
히터 패턴(20)은 감지 층(22)을 가열하는 역할을 한다. 또한, 감지 층(22)의 온도 변화를 감지하는 역할도 한다. 히터 패턴(20)은 온도에 따라서 저항이 변화한다. 백금 패턴일 경우에는 온도가 증가함에 따라서 저항이 증가한다.
히터 패턴(20)은 개구부(12)에 의해서 둘러싸인 구간의 가장 안쪽에 형성된다. 히터 패턴(20)은 지그재그 형태로 형성된다. 히터 패턴(20)의 외곽은 전체적으로 사각형 형태이며, 개구부(12)는 히터 패턴(20)의 3면을 둘러싼다. 따라서 히터 패턴(20)에서 발생한 열이 절연체 기판(11)의 다른 영역으로 전달되는 것을 최대한 차단할 수 있다.
도시하지 않았으나, 절연체 기판(11)과 히터 패턴(20) 사이에는 절연층인 글라스 층이 형성될 수 있다. 글라스 층은 스크린 프린팅 방법이나, 증착법을 이용하여 형성할 수 있다. 글라스 층은 절연체 기판(11)과 히터 패턴(20) 사이의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 고온에서 절연체 기판(11)의 절연성이 떨어지는 문제를 개선하는 역할도 한다.
감지 층(22)은 절연체 기판(11)의 히터 패턴(20)이 형성된 일면 또는 반대면 중 적어도 하나에 형성된다. 가연성 가스는 가열된 감지 층(22)의 표면에서 산소와 반응하면서 반응열을 일으킨다. 도 1과 2에서는 히터 패턴(20)이 형성된 하면에 히터 패턴(20)을 덮도록 감지 층(22)이 형성된 것으로 도시되어 있다.
절연체 기판(11)의 양면 모두에 감지 층(22)을 형성하면, 산소와 가연성 가스의 반응열이 절연체 기판(11)의 양면에서 발생하기 때문에 감도가 더 커진다는 장점이 있다.
감지 층(22)은 알루미나와 백금 또는 팔라듐이 첨가된 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 도포한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다.
한 쌍의 연장 패턴(24)은 히터 패턴(20)의 양단부와 전기적으로 연결된다. 한 쌍의 연장 패턴(24)은 서로 나란하게 형성된다. 한 쌍의 연장 패턴(24)은 개구부(212)에 의해서 막히지 않은 히터 패턴(20)의 한쪽으로부터 길게 연장된다. 한 쌍의 연장 패턴(24)은 개구부(12)에 의해서 둘러싸인 구간의 안쪽에서 히터 패턴(20)과 연결되며, 개구부(12)에 의해서 둘러싸인 구간의 가장 바깥쪽까지 길게 연장된다. 한 쌍의 연장 패턴(24)의 폭은 히터 패턴(20)에 비해서 두껍다.
한 쌍의 연장 패턴(24)은 전극 패턴(25)을 통해서 절연체 기판(11)의 모서리에 형성된 패드(26)들과 전기적으로 연결된다.
연장 패턴(24), 전극 패턴(25) 및 패드(26)는 전극 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 인쇄한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(50)은 핀 헤더(51)를 구비할 수 있다. 도시하지 않았으나, 하우징(50)은 핀 헤더(51)를 덮는 보호 캡을 더 포함할 수 있다. 하우징(30) 트랜지스터 아웃라인 패키지(TO package)일 수 있다.
핀 헤더(51)는 대체로 원판형의 베이스(52)와 베이스(52)를 관통하는 복수의 전도성 핀(54)들을 포함한다. 베이스(52)와 전도성 핀(54)들은 베이스(52)와 전도성 핀(54) 사이의 절연층에 의해서 전기적으로 절연된다.
감지부(10)는 전도성 핀(54) 위에 배치된다. 이때, 감지부(10)의 패드(26)들은 전도성 핀(54)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 전도성 핀(54)의 머리 부분에 전도성 페이스트를 도포한 후에 감지부(10)의 패드(26)들을 전도성 핀(54)의 머리 부분에 올려놓은 후 건조하는 방법으로 감지부(10)의 패드(26)들과 전도성 핀(54)을 전기적으로 연결할 수 있다.
보상부(30)는 감지 층을 제외한 모든 구조가 감지부(10)와 동일하다. 보상부(30)는 감지부(10)와 마찬가지로 절연체 기판(31)과, 히터 패턴과, 연장 패턴과, 전극 패턴, 패드들을 포함한다. 보상부(30)는 감지부(10)와 나란하게 핀 헤더(51)에 설치된다.
도 3은 도 1에 도시된 접촉 연소식 가스 센서의 측정방법을 설명하기 위한 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 감지부(10)와 보상부(30)의 각각의 히터 패턴(20, 40)이 휘트스톤 브리지의 네 개의 저항 중 두 개의 저항 역할을 한다. 감지 층(22)에서의 반응열에 의해서 감지부(10)의 히터 패턴(20)의 저항이 증가하면 평형이 깨지면서 A-B 지점 사이의 출력 전압이 검출된다. 이러한 출력 전압을 이용하면 가연성 가스를 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 센서 평면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 가스 센서의 감지부 및 보상부의 저면도이다.
도 4와 5에 도시된 실시예는 하나의 절연체 기판(111)을 이용하여 감지부(110)와 보상부(130)를 형성한다는 점에서, 도 1과 2에 도시된 실시예와 차이가 있다.
본 실시예는 하나의 절연체 기판(111)을 이용하여 감지부(110)와 보상부(130)를 모두 형성할 수 있어서, 감지부(110)와 보상부(130)의 히터 패턴(120, 140)을 한 번에 형성하고, 연장 패턴(124, 144), 전극 패턴(125, 145), 패드(126, 146)도 한 번에 형성할 수 있다는 점 등 공정이 간단하다는 장점이 있다.
도 1과 2에 도시된 실시예는 감지부(10)에서 발생한 반응열이 절연체 기판(11)을 통해서 보상부(30)로 전달되지 않는다는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 센서의 평면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 가스 센서의 감지부의 저면도이다. 도 6에 도시된 실시예는 반도체식 가스 센서(300)이다.
도 6에 도시된 반도체식 가스 센서(300)는 보상부를 구비하지 않으며, 절연체 기판(211)의 히터 패턴(220)이 형성된 면의 반대 면(도 6에서는 하면)에 감지 층(222)의 저항 변화를 측정하기 위한 한 쌍의 감지 패턴(230)이 형성되며, 감지 층(222)이 한 쌍의 감지 패턴(223) 위에 형성된다는 점에서, 도 1과 2에 도시된 접촉 연소식 가스 센서(100)와 차이가 있다.
본 실시예에 가스 센서(300)의 감지부(210)는 절연체 기판(211)과, 히터 패턴(220)과, 감지 패턴(230)과, 감지 층(222)과, 연장 패턴(224)과, 전극 패턴(225)을 포함한다. 히터 패턴(220), 연장 패턴(224)과, 전극 패턴(225)은 절연체 기판(211)의 일면(도 6에서는 상면)에 형성되며, 감지 패턴(230)과, 감지 층(222)은 반대 면에 형성된다.
절연체 기판(211)으로는 세라믹 기판이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 열전도도가 비교적 낮은 지르코니아 또는 이트리아 안정화 지르코니아 기판이 사용될 수 있다. 절연체 기판(211)에는 개구부(212)가 형성된다. 개구부(212)는 대체로 ㄷ자 형태이다. 개구부(212)는 히터 패턴(220)과 연장 패턴(224)을 둘러싸서, 히터 패턴(220)에서 발생한 열이 빠져나가는 것을 방지한다.
히터 패턴(220)은 절연체 기판(211)의 일면에 형성된다. 히터 패턴(220)은 백금으로 이루어질 수 있다. 히터 패턴(220)은 백금과 같은 전도성 입자들과 바인더 및 용제가 혼합된 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 절연체 기판(211)의 일면에 인쇄한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다. 히터 패턴(220)은 절연체 기판(211)의 반대 면에 형성된 감지 층(222)을 가열하는 역할을 한다.
연장 패턴(224)은 히터 패턴(220)과 전기적으로 연결된다. 연장 패턴(224)은 전극 패턴(225)를 통해서 패드(226)와 연결된다.
연장 패턴(224), 전극 패턴(225), 패드(226)는 전극 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 인쇄한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다. 패드(226)는 비아 홀(미도시)을 통해서 반대 면의 패드(237)와 연결된다.
한 쌍의 감지 패턴(230)은 절연체 기판(211)을 사이에 두고 히터 패턴(220)과 마주보도록 형성된다. 한 쌍의 감지 패턴(230)은 인터디지털(interdigital) 전극 패턴일 수 있다. 한 쌍의 감지 패턴(230)은 히터 패턴(220)과 마찬가지로, 개구부(212)에 의해서 둘러싸인 구간의 가장 안쪽에 형성된다.
한 쌍의 감지 패턴(230)은 백금으로 이루어질 수 있다. 한 쌍의 감지 패턴(230)은 히터 패턴(220)과 마찬가지로 백금과 같은 전도성 입자들과 바인더 및 용제가 혼합된 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 절연체 기판(211)의 반대 면에 인쇄한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다.
감지 층(222)은 절연체 기판(211)의 한 쌍의 감지 패턴(230)이 형성된 면에 한 쌍의 감지 패턴(230) 및 한 쌍의 감지 패턴(230) 사이의 갭을 덮도록 형성된다. 감지 층(222)은 가스와 접촉하였을 때 전기전도도가 변화하는 SnO2, In2O3 등의 감지 물질을 포함한다. 감지 층(222)은 감지 물질이 첨가된 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 도포한 후 열처리하는 방법으로 형성할 수 있다.
감지 패턴(230)은 한 쌍의 감지 패턴 측 연장 패턴(234)과, 한 쌍의 감지 패턴 측 전극 패턴(235)을 통해서 패드(236)와 연결된다. 감지 패턴(230)과 히터 패턴(220)이 절연체 기판(211)을 사이에 두고 마주보도록 형성되므로, 감지 패턴(230)과, 한 쌍의 감지 패턴 측 연장 패턴(234)도 개구부(212)에 의해서 둘러싸인 구역 내에 형성된다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
100, 200, 300: 가스 센서
10, 110, 210: 감지부
11, 31, 111, 211: 절연체 기판
12, 32, 112, 132, 212: 개구부
20, 120, 140, 220: 히터 패턴
22, 122, 222: 감지 층
24, 124, 224: 연장 패턴
25, 125, 225: 전극 패턴
26, 126, 226: 패드
30, 130: 보상부
10, 110, 210: 감지부
11, 31, 111, 211: 절연체 기판
12, 32, 112, 132, 212: 개구부
20, 120, 140, 220: 히터 패턴
22, 122, 222: 감지 층
24, 124, 224: 연장 패턴
25, 125, 225: 전극 패턴
26, 126, 226: 패드
30, 130: 보상부
Claims (8)
- 가스 농도에 따른 전기신호를 생성하는 감지부를 구비하는 가스센서로서,
상기 감지부는,
절연체 기판과,
상기 절연체 기판의 일면에 지그재그로 형성되는 히터 패턴과,
상기 히터 패턴의 양단부와 각각 연결되며, 서로 나란하게, 상기 히터 패턴의 한쪽으로부터 길게 연장된 한 쌍의 연장 패턴과,
상기 히터 패턴이 형성된 일면 또는 반대면 중 적어도 하나에, 상기 히터 패턴 위치에 형성되어, 상기 히터 패턴에서 발생한 열에 의해서 가열되며, 가스 농도에 따라서 전기적 특성이 변화하는 감지 층을 포함하며,
상기 절연체 기판에는 상기 히터 패턴과, 상기 연장 패턴을 상기 절연체 기판의 다른 부분으로부터 분리하도록, 상기 히터 패턴과 상기 연장 패턴의 외곽을 둘러싸는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 개구부는 ㄷ자 형태로 굽은 개구부 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 절연체 기판은 지르코니아 또는 이트리아 안정화 지르코니아 기판인 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 절연체 기판의 히터 패턴이 형성된 면의 반대 면에 간격을 두고 서로 마주보도록 형성된 한 쌍의 감지 패턴을 더 포함하며, 상기 감지 층은 상기 감지 패턴 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 가스 센서는 보상부를 더 포함하며,
상기 보상부는,
상기 감지부의 개구부가 형성된 절연체 기판, 히터 패턴 및 연장 패턴과 동일한 형태의 절연체 기판, 히터 패턴 및 연장 패턴을 포함하며,
상기 보상부의 절연체 기판에는 감지 층이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제5항에 있어서,
상기 감지부의 절연체 기판과 상기 보상부의 절연체 기판은 일체로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제1항에 있어서,
상기 절연체 기판과 상기 히터 패턴 사이에 형성된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서. - 제7항에 있어서,
상기 절연층은 글라스 층인 것을 특징으로 하는 가스 센서.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220082500A KR20240006109A (ko) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | 가스 센서 |
| PCT/KR2023/008486 WO2024010246A1 (ko) | 2022-07-05 | 2023-06-20 | 가스 센서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220082500A KR20240006109A (ko) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | 가스 센서 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240006109A true KR20240006109A (ko) | 2024-01-15 |
Family
ID=89453694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220082500A KR20240006109A (ko) | 2022-07-05 | 2022-07-05 | 가스 센서 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240006109A (ko) |
| WO (1) | WO2024010246A1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100799810B1 (ko) | 2007-02-01 | 2008-01-31 | 유도준 | 적층 및 병렬 실장 가능한 기판 일체형 가스센서 |
| KR100929025B1 (ko) | 2008-01-03 | 2009-11-27 | 한국에너지기술연구원 | 평판형 접촉연소식 수소 및 가연성 가스센서 및 그제조방법 |
| KR101828549B1 (ko) | 2016-10-31 | 2018-02-13 | 세종공업 주식회사 | 빙결개선을 위한 접촉연소식 수소센서 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0633410Y2 (ja) * | 1992-10-29 | 1994-08-31 | 新コスモス電機株式会社 | ガスセンサ |
| JP5014938B2 (ja) * | 2007-09-25 | 2012-08-29 | シチズンホールディングス株式会社 | 接触燃焼式ガスセンサ |
| KR101772575B1 (ko) * | 2013-07-19 | 2017-08-30 | 한국전자통신연구원 | 저전력 구동을 위한 마이크로 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법 |
| JP6917843B2 (ja) * | 2016-10-13 | 2021-08-11 | 理研計器株式会社 | ガスセンサ |
| WO2022030932A1 (ko) * | 2020-08-06 | 2022-02-10 | 주식회사 센텍코리아 | 가스 센서 |
-
2022
- 2022-07-05 KR KR1020220082500A patent/KR20240006109A/ko not_active Application Discontinuation
-
2023
- 2023-06-20 WO PCT/KR2023/008486 patent/WO2024010246A1/ko unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100799810B1 (ko) | 2007-02-01 | 2008-01-31 | 유도준 | 적층 및 병렬 실장 가능한 기판 일체형 가스센서 |
| KR100929025B1 (ko) | 2008-01-03 | 2009-11-27 | 한국에너지기술연구원 | 평판형 접촉연소식 수소 및 가연성 가스센서 및 그제조방법 |
| KR101828549B1 (ko) | 2016-10-31 | 2018-02-13 | 세종공업 주식회사 | 빙결개선을 위한 접촉연소식 수소센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024010246A1 (ko) | 2024-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4300990A (en) | Electrochemical sensor element construction | |
| US5902556A (en) | Catalytic gas sensor | |
| US4703555A (en) | Method of making a catalytic-burning sensor | |
| KR910006223B1 (ko) | 가스센서 및 그 제조방법 | |
| JPH08313470A (ja) | ガス混合物中のメタンの検出法 | |
| EP0058897B1 (en) | Oxygen sensing element having barrier layer between ceramic substrate and solid electrolyte layer | |
| JPS6323500B2 (ko) | ||
| WO1995019563A1 (en) | Gas sensor | |
| JP2018063241A (ja) | ガスセンサ | |
| EP1616172B1 (en) | A thin semiconductor film gas sensor device | |
| JPH04216452A (ja) | 混合気の組成とガス速度を同時に検出するためのセンサ | |
| KR20220019227A (ko) | 가스 센서 | |
| KR20240006109A (ko) | 가스 센서 | |
| RU2137117C1 (ru) | Гибридная интегральная схема газового сенсора | |
| JPS63172948A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2001141575A (ja) | 温度センサ素子およびその素子を用いた温度センサ | |
| EP0057393B1 (en) | Probe for measuring partial pressure of oxygen | |
| JPH11153572A (ja) | ガス濃度測定用センサ | |
| RU2114422C1 (ru) | Полупроводниковый датчик газов | |
| RU2291417C1 (ru) | Датчик определения концентрации газов | |
| KR100325344B1 (ko) | 반도체식 가스센서의 감지재료 | |
| EP0697593A1 (en) | Low power catalytic combustible gas detector | |
| JP2897471B2 (ja) | 酸化物半導体酸素濃度センサ | |
| JPH10206380A (ja) | 酸素濃度検出素子 | |
| KR100257317B1 (ko) | 피티시 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |