JP2013504059A - 電気的特性を測定するためのセンサ - Google Patents

Abstract

本発明によれば、電力伝送線が挿入される円形の貫通穴が形成された印刷回路基板、電力伝送線に形成された電圧を測定するために貫通穴の内周面に沿って密着固定されるリング形象の電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、一端が電極の一側と接し、他端が印刷回路基板の一側に露出する第１端子部を備えた電圧センサ、及び、誘導電流によって電力伝送線に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら貫通穴の外縁に沿って平面状ドーナツ型をなすように撓って、印刷回路基板に少なくとも一部が埋立てられるように配置されるピックアップコイル（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と、ピックアップコイルの両端から延長されて印刷回路基板の一側に露出する第２端子部を備えた電流センサを含む電気的特性を測定するためのセンサが提供される。

Description

本発明は、センサに関するものとして、より詳細には電流、電圧など電気的特性を測定することができるセンサに関する。

交流（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ；ＡＣ）は、多様な産業分野において電力供給及び信号伝送のための手段として使用されている。交流は、伝送線の腐食問題が低く、変圧が容易であるため、発電機から生成された電力を負荷（Ｌｏａｄ）に伝送する方法として広く利用され、通信及び医療装備などの信号又は電力供給手段として使用されている。また、交流は、プラズマエッチングチャンバなどのような半導体製造設備においてフラズマ生成のために電力を供給する手段としても使用されている

一方、一部電子装置の動作特性は、電力供給源から供給される交流の電気的特性に非常に敏感に作動するため、電力の電気的特性は、細密に制御されなければならない。また、このような細密な制御のために供給される電力の電気的特性を精密に測定することができるセンサが必要である。

例えば、プラズマエッチングチャンバの場合、電源と、このことから供給される電力を消耗する負荷（すなわち、プラズマ電極）の間には、電力伝達の効率を極大化させるためにインピーダンス整合システム（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）が配置される。この時、インピーダンス整合は、電源から負荷に供給される電力に対する測定結果に基づいて行われるため、電源と負荷を連結する伝送線の周には様々な電気的特性を測定するためのセンサが配置される。

一般的に、センサは、伝送線を流れる電流を測定するためにインダクタ（すなわち、コイル）を備える。伝送線を流れる交流は、インダクタに誘導起電力を発生させるため、伝送線での電流は、インダクタに誘導される誘導起電力を測定することによって決定される。一般的に、インダクタは、ドーナツ型の構造物を巻く導電線を含む。しかしながら、従来のセンサに使用されるインダクタは、人の手又は機械によって導電線をドーナツ型の構造物に巻く方法を通して製作されている。このように巻く方法によってインダクタを製作する場合、各巻線（Ｗｉｎｄｉｎｇ ｗｉｒｅ）の間の間隔を均一にすることが困難であるため、センサ自体にも要求される高い精密度を有することが困難であるだけでなく、製品別に異なる品質を有することができる。上述のように、供給される電力の細密な制御（すなわち、インピーダンスの精密な整合）のためには、精密な測定が必要であるため、結局さらに高い精密度を提供することができるセンサシステムが要求されている。

本発明の目的は、製品別に均一な品質を有することができ、より精密な電気的特性の測定が可能なセンサを提供することにある。

本発明の実施例による電気的特性を測定するためのセンサは、電力伝送線が挿入される円形の貫通穴が形成された印刷回路基板；前記電力伝送線に形成された電圧を測定するために前記貫通穴の内周面に沿って密着固定されるリング形象の電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、一端が前記電極の一側と接し、他端が前記印刷回路基板の一側に露出する第１端子部を備えた電圧センサ；及び、誘導電流によって前記電力伝送線に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら前記貫通穴の外縁に沿って平面状ドーナツ型をなすように撓って、前記印刷回路基板に少なくとも一部が埋立てられるように配置されるピックアップコイル（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と、前記ピックアップコイルの両端から延長されて前記印刷回路基板の一側に露出する第２端子部を備えた電流センサを含む。

また、本発明の他の実施例による電気的特性を測定するためのセンサは、一側で電力伝送線が挿入されるように一端が開放された挿入溝が形成された印刷回路基板；前記電力伝送線に形成された電圧を測定するために前記挿入溝の内周面の一部に沿って密着固定される円弧型の電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、一端が前記電極の一側と接し、他端が前記印刷回路基板の一側に露出する第１端子部を備えた電圧センサ；及び、誘導電流によって前記電力伝送線に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら前記挿入溝の内周面の外側一部に沿って平面状円弧型をなすように撓って、前記印刷回路基板に少なくとも一部が埋立てられるように配置されるピックアップコイル（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と、前記ピックアップコイルの両端から延長されて前記印刷回路基板の一側に露出する第２端子部を備えた電流センサを含む。

ここで、前記印刷回路基板は、前記電力伝送線によって形成された電圧が前記ピックアップコイルに伝達されることを防止するために、前記ピックアップコイルと前記挿入溝との間に配置されたファラデーシールド（Ｆａｒａｄａｙ ｓｈｉｅｌｄ）をさらに含むことができる。

さらに、前記印刷回路基板は、前記ファラデーシールドを接地させるため、前記ファラデーシールドと前記電力伝送線との間に配置されて接地されるシールドケース（Ｓｈｉｅｌｄ ｃａｓｅ）をさらに含むことができる。

さらに、前記ファラデーシールドは、前記電力伝送線に流れる電流の方向と垂直方向にスリットがさらに形成されることができる。

また、前記ピックアップコイルは、前記ドーナツ又は円弧型の縦断面が四角形をなすように配置されることができる。

尚、前記ピックアップコイルは、前記印刷回路基板の上側に露出、前記印刷回路基板に埋立、前記印刷回路基板の下側に露出、さらに前記印刷回路基板に埋立てられるように繰り返し巻かれることができる。

本発明による電気的特性を測定するためのセンサによると、

第一に、印刷回路基板に電極とピックアップコイルを一体化して形成するため、均一な品質を有することができ、電力伝送線の電気的特性をたいへん精密に測定することができる。

第二に、電力伝送線を中心にその周りに電流センサと電圧センサを配置するため、電力伝送線内部のコア導体と直接接触する部品が全くない完璧な非接触式構造を提供する。

第三に、印刷回路基板が電力伝送線を全て包むように貫通穴が形成された構造と部分的に包むように挿入溝が形成された構造の両方が可能であるため、必要に応じてセンサを選択して使用することができる。

第四に、ファラデーシールド（Ｆａｒａｄａｙ ｓｈｉｅｌｄ）を使用する場合、電力伝送線から形成された電圧がピックアップコイルに伝達することを防止することができて、さらに精密な値の測定が可能である。

第五に、ファラデーシールドとともにシールドケースを使用する場合、ファラデーシールドの接地が可能であって、さらに精密な値の測定の可能な效果がある。

このような本発明によると、印刷回路基板に電極とピックアップコイルを一体化して形成するから、均一な品質を有することができ、電力伝送線の電気的特性をたいへん精密に測定することができ、電力伝送線を中心にその周りに電流センサと電圧センサを配置するから、電力伝送線内部のコア導体と直接接触する部品が全くない完璧な非接触式構造を提供する。

本発明の実施例による電気的特性を測定するためのセンサの平面図である。 図１に示したセンサにおいて、印刷回路基板の一部を除去したことを示した斜視図である。 図１に示したセンサにおいて、印刷回路基板を除去したことを示した斜視図載せる。 本発明の他の実施例による電気的特性を測定するためのセンサの平面図である。 図４に示したセンサにおいて、印刷回路基板の一部を除去したことを示した拡大斜視図である。 図５に示したセンサにシールドケースがさらに備えられたことを示した拡大斜視図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけなく、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。

したがって、本明細書に記載した実施例と図面に示した構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎないだけで、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点において、これらを取り替えることができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

以下、本発明の実施例による電気的特性を測定するためのセンサに対して説明する。 図１は、本発明の実施例による電気的特性を測定するためのセンサの平面図、図２は、図１に示したセンサにおいて、印刷回路基板の一部を除去した斜視図、図３は、図１に示したセンサにおいて、印刷回路基板を除去したことを示した斜視図である。

図１ないし図３を参照すると、電気的特性を測定するためのセンサ１００は、印刷
回路基板１１０、電圧センサ１２０及び電流センサ１３０を含む。

まず、印刷回路基板１１０は、一面又は両面に印刷回路が形成されたものとして、電力伝送線１０が挿入される円形の貫通穴１１０ａが形成された基板である。電力伝送線１０は、一般的にコア導体１１と誘電体１２からなっている。電力伝送線には、多様な電気的特性を有している電流が流れることができ、特に高周波（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｉｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）大電流などが流れることができる。

電圧センサ１２０は、電力伝送線１０に形成された電圧を測定するためのもので、
リング形象の電極１２０ａ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と第１端子部１２０ｂを備える。 電圧センサ１２０の電極１２０ａは、印刷回路基板１１０の貫通穴１１０ａの内周面に沿って密着固定される。第１端子部１２０ｂは、その一端が電極１２０ａの一側面に接し、他端が印刷回路基板１１０の一側に露出する。 露出した第１端子部１２０ｂの他端には、商用キャパシタ、抵抗、インダクタなどが連結されてキャパシタ、抵抗、インダクタなどによって電圧を検出することができるようになる。ここで、第１端子部１２０ｂは、印刷回路基板１１０の内側に埋立てることもでき、印刷回路基板１１０の上面又は下面に露出することもできる。

また、電流センサ１３０は、ピックアップコイル１３０ａ（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と第２端子部１３０ｂを備える。

図２及び図３に示すように、ピックアップコイル１３０ａは、誘導電流によって電力伝送線１０に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら貫通穴１１０ａの外縁に沿って平面状ドーナツ型をなすように撓って、前記印刷回路基板１１０に少なくとも一部が埋立てられるように配置される。

さらに詳しく説明すると、ピックアップコイル１３０ａは、ドーナツ型の縦断面が四角形をなすように配置される。もちろん四角形だけでなく、多様な形象が使用可能であるが、後述するように印刷回路基板１１０と相接して露出することを鑑みる場合、四角形の形状がさらに安定的である。

この場合、ピックアップコイル１３０ａは、印刷回路基板１１０の上側に露出して印刷回路基板１１０に埋立てられ、また印刷回路基板１１０の下側に露出して印刷回路基板１１０に埋立てられることを繰り返しながら巻かれている。すなわち、ピックアップコイル１３０ａの垂直に折曲された部位は、印刷回路基板１１０に埋立てられるが、上側で水平に折曲された水平折曲部１３１は、印刷回路基板１１０の上側と相接したまま露出し、下側で水平に折曲された水平折曲部３２は、印刷回路基板１１０の下側と相接したまま露出するようになる。第２端子部１３０ｂは、ピックアップコイル１３０ａの両端から延長されて電力伝送線１０に流れる電流を測定できるように印刷回路基板１１０の一側に露出する。

次に、本発明の他の実施例による電気的特性を測定するためのセンサに対して説明する。

図４は、本発明の他の実施例による電気的特性を測定するためのセンサの平面図、図５は、図４に示したセンサにおいて、印刷回路基板の一部を除去したことを示した拡大斜視図、図６は、図５に示したセンサにシールドケースがさらに備えられたことを示した拡大斜視図である。

図４ないし図６を参照すると、電気的特性を測定するためのセンサ２００は、印刷
回路基板２１０、電圧センサ２２０及び電流センサ２３０を含む。

印刷回路基板２１０は、一側に電力伝送線１０が挿入されるように一端が開放された挿入溝２１０ａが形成されている。挿入溝２１０ａの一端は、電力伝送線１０が挿入可能に開放され、他端は、電力伝送線１０の外周面に対応されるように円形の型をしている。

電圧センサ２２０は、円弧型の電極２２０ａ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と第１端子部２２０ｂを備える。電極２２０ａ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）は、電力伝送線１０に形成された電圧を測定するために挿入溝２１０ａの内周面の一部に沿って密着固定される。第１端子部２２０ｂは、一端が電極（２２０ａ）の一側と接して、他端が印刷回路基板２１０の一側に露出される。ここでの第１端子部２２０ｂもまた印刷回路基板２１０の内側に埋立てることもでき、印刷回路基板２１０の上面又は下面に露出することもできる。

電流センサ２３０は、ピックアップコイル２３０ａ（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と第２端子部（２３０ｂ）を備える。ピックアップコイル２３０ａは、誘導電流によって電力伝送線１０に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら挿入溝２１０ａの内周面の外側一部に沿って平面状円弧型をなすように撓って、印刷回路基板２１０に少なくとも一部が埋立てられるように配置される。

さらに詳しく説明すると、上記に説明したセンサ１００のピックアップコイル１３０ａのようにピックアップコイル２３０ａは、円弧型の縦断面が四角形をなすように配置される。むろん四角形だけでなく、多様な形象が使用可能であるが、後述のように印刷回路基板２１０と相接して露出することを鑑みる場合、四角形の形象がさらに安定的である。

この場合、ピックアップコイル２３０ａは、印刷回路基板２１０の上側に露出して印刷回路基板２１０に埋立てられ、また印刷回路基板２１０の下側に露出して印刷回路基板２１０に埋立てられることを繰り返しながら巻かれている。すなわち、ピックアップコイル２３０ａの垂直に折曲された部位は、印刷回路基板２１０に埋立てられるが、上側で水平に折曲された部位は、印刷回路基板２１０の上側と相接したまま露出し、下側で水平に折曲された部位は、印刷回路基板２１０の下側と相接したまま露出するようになる。第２端子部２３０ｂは、ピックアップコイル２３０ａの両端から延長されて電力伝送線１０に流れる電流を測定できるように印刷回路基板２１０の一側に露出する。

一方、印刷回路基板２１０には、電力伝送線１０によって形成された電圧がピックアップコイル２３０ａに伝達されることを防止するために、ピックアップコイル２３０ａと挿入溝２１０ａとの間にファラデーシールド２４０（Ｆａｒａｄａｙ ｓｈｉｅｌｄ）がさらに配置される。また、印刷回路基板２１０は、ファラデーシールド２４０を接地させるために、ファラデーシールド２４０と電力伝送線１０との間に配置されて接地されるシールドケース２５０（Ｓｈｉｅｌｄ ｃａｓｅ）をさらに含む。この時、ファラデーシールド２４０には、電力伝送線１０に流れる電流の方向と垂直方向にスリット２４０ａが一つ以上形成されることができる。ファラデーシールド２４０にスリット２４０ａが形成されれば、電力伝送線１０によって形成された電場がピックアップコイル２３０ａに伝達されることを防止し、磁場は、ピックアップコイル２３０ａに伝達することを許容することによってピックアップコイル２３０ａの電流測定をさらに正確にする。

このように本発明の実施例によれば、印刷回路基板１１０、２１０に電極１２０ａ、２２０ａとピックアップコイル１３０ａ、２３０ａを一体化して形成するため、均一な品質を有することができ、電力伝送線１０の電気的特性をたいへん精密に測定することができる。また、電力伝送線１０を中心にその周りに電圧センサ１２０、２２０と電流センサ１３０、２３０を配置するため、電力伝送線１０内部のコア導体１１と直接接触する部品が全くない完璧な非接触式構造を提供する。また、印刷回路基板１１０、２１０が電力伝送線１０を包むように貫通穴１１０ａが形成されたセンサ１００と、部分的に包むように挿入溝２１０ａが形成されたセンサ２００の両方の構造が可能であるため、必要に応じてセンサ１００、２００を選択して使用することができる。

ファラデーシールド２４０を使用する場合、電力伝送線１０で形成された電圧がピックアップコイル１３０ａ、２３０ａに伝達することを防止することができて、さらに精密な値の測定が可能である。また、ファラデーシールド２４０とともにシールドケース２５０を使用する場合、ファラデーシールド２４０の接地が可能であって、さらに精密な値の測定が可能である。

１００、２００：センサ
１１０、２１０：印刷回路基板
１２０、２２０：電圧センサ
１３０、２３０：電流センサ
２４０：ファラデーシールド
２５０：シールドケース

Claims (7)

1. 電力伝送線が挿入される円形の貫通穴が形成された印刷回路基板；
   前記電力伝送線に形成された電圧を測定するために前記貫通穴の内周面に沿って密着固定されるリング形象の電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、一端が前記電極の一側と接し、他端が前記印刷回路基板の一側に露出する第１端子部を備えた電圧センサ；及び、
   誘導電流によって前記電力伝送線に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら前記貫通穴の外縁に沿って平面状ドーナツ型をなすように撓って、前記印刷回路基板に少なくとも一部が埋立てられるように配置されるピックアップコイル（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と、前記ピックアップコイルの両端から延長されて前記印刷回路基板の一側に露出する第２端子部を備えた電流センサを含む電気的特性を測定するためのセンサ。
2. 一側で電力伝送線が挿入されるように一端が開放された挿入溝が形成された印刷回路基板；
   前記電力伝送線に形成された電圧を測定するために前記挿入溝の内周面の一部に沿って密着固定される円弧型の電極（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と、一端が前記電極の一側と接し、他端が前記印刷回路基板の一側に露出する第１端子部を備えた電圧センサ；及び、
   誘導電流によって前記電力伝送線に流れる電流を測定するためにスプリングのように巻かれながら前記挿入溝の内周面の外側一部に沿って平面状円弧型をなすように撓って、前記印刷回路基板に少なくとも一部が埋立てられるように配置されるピックアップコイル（Ｐｉｃｋ ｕｐ ｃｏｉｌ）と、前記ピックアップコイルの両端から延長されて前記印刷回路基板の一側に露出する第２端子部を備えた電流センサを含む電気的特性を測定するためのセンサ。
3. 前記印刷回路基板は、前記電力伝送線によって形成された電圧が前記ピックアップコイルに伝達されることを防止するために、前記ピックアップコイルと前記挿入溝との間に配置されたファラデーシールド（Ｆａｒａｄａｙ ｓｈｉｅｌｄ）をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の電気的特性を測定するためのセンサ。
4. 前記印刷回路基板は、前記ファラデーシールドを接地させるため、前記ファラデーシールドと前記電力伝送線との間に配置されて接地されるシールドケース（Ｓｈｉｅｌｄ ｃａｓｅ）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の電気的特性を測定するためのセンサ。
5. 前記ファラデーシールドは、前記電力伝送線に流れる電流の方向と垂直方向にスリットがさらに形成されたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電気的特性を測定するためのセンサ。
6. 前記ピックアップコイルは、前記ドーナツ又は円弧型の縦断面が四角形をなすように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気的特性を測定するためのセンサ。
7. 前記ピックアップコイルは、前記印刷回路基板の上側に露出、前記印刷回路基板に埋立、前記印刷回路基板の下側に露出、さらに前記印刷回路基板に埋立てられるように繰り返し巻かれることを特徴とする請求項６に記載の電気的特性を測定するためのセンサ。

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