KR102612215B1 - Gas sensing module and sensing device - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은, 기판; 상기 기판 위에 배치되며, 감지 전극, 히팅 전극 및 감지물을 포함하는 감지부; 및 상기 감지부와 전기적으로 연결되는 상기 기판 위에 배치되는 상부 전극 패드를 포함하며, 상기 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정의 간격으로 이격되는 복수의 공극을 포함한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.A gas sensing module according to an embodiment includes: a substrate; a sensing unit disposed on the substrate and including a sensing electrode, a heating electrode, and a sensing object; and an upper electrode pad disposed on the substrate electrically connected to the sensing unit, wherein the substrate includes a plurality of air gaps formed around the sensing unit and spaced apart from each other at a predetermined distance.
According to an embodiment of the present invention, by forming a plurality of air gaps around the sensing object, external heat transmitted to the sensing object can be blocked, and accordingly, gas detection appears as the external heat is transmitted to the sensing object. By eliminating error phenomena, the operational reliability of the sensor can be improved.
Description
본 발명은 가스 센싱 모듈에 관한 것으로, 특히 감지 영역과 주변 영역 사이에 공극이 형성된 기판을 포함하는 가스 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensing module, and more particularly to a gas sensing module including a substrate with an air gap formed between a sensing area and a surrounding area, and a sensing device including the same.
가스센서는 아래와 같은 다양한 조건을 만족해야 하며, 상기 만족해야 하는 조건에는 얼마나 빨리 반응을 할 수 있는지를 보여주는 신속성, 얼마나 미세한 양이 검출이 되어도 반응할 수 있는지를 보여주는 민감성, 얼마나 오랫동안 동작을 할 수 있는지를 보여주는 내구성, 그리고 소비자가 얼마나 부담 없이 센서를 사용할 수 있는지를 보여주는 경제성 등이 포함된다. A gas sensor must satisfy various conditions as follows, and the conditions that must be satisfied include speed, which shows how quickly it can react, sensitivity, which shows how quickly it can react even if a small amount is detected, and how long it can operate. These include durability, which shows how well the sensor is available, and economic feasibility, which shows how comfortably consumers can use the sensor.
또한, 기존의 반도체 공정 기술과 결합하기 위해서는 집적화, 나열화 하기 쉬운 특성을 갖고 있어야 한다. 실용적인 가스센서로는 산화주석(SnO2)을 재료로 해서 만들어진 가정용 가스 누출 경보기 등이 폭넓게 보급되어 있다. 동작원리로는 가스양의 변화에 따라서 저항 값이 변화하는 것을 이용한 반도체형과 일정 주파수를 갖고 진동하고 있는 진동자에 가스가 흡착되면 진동수가 바뀌는 것을 이용한 진동자형이 있다. 대부분의 가스센서는 회로가 간단하고 상온에서 안정적인 열 적인 특성을 보이는 반도체형을 이용하고 있다.Additionally, in order to be combined with existing semiconductor processing technology, it must have characteristics that make it easy to integrate and enumerate. As practical gas sensors, household gas leak detectors made of tin oxide (SnO2) are widely available. The operating principle includes a semiconductor type that uses a change in resistance value depending on the change in the amount of gas, and a vibrator type that uses a change in frequency when gas is adsorbed to a vibrator vibrating at a certain frequency. Most gas sensors use a semiconductor type that has a simple circuit and shows stable thermal characteristics at room temperature.
선행문헌 1에 의하면, 일반적으로 가스센서는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩을 실장하는 구조의 패키지 구조를 가지고 있으며, 종래에는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩의 상면 보호를 위한 별도의 캡부재를 구비하여야 하며, 이러한 캡부재 상면에는 미세한 망으로 형성되어 있는 메쉬 형상의 부재를 마련하여 가스통기가 가능하도록 형성하고 있다.According to Prior Literature 1, gas sensors generally have a package structure for mounting a gas sensing material or a sensing chip, and conventionally, a separate cap member must be provided to protect the top surface of the gas sensing material or sensing chip. A mesh-shaped member made of a fine mesh is provided on the upper surface of this cap member to enable gas ventilation.
이러한 가스센싱을 위한 센싱패키지는 이러한 캡부재 및 메쉬형부재로 인해 상부 구조의 높이가 커지고, 센서칩과 전극부와의 연결에 있어서, 와이어본딩을 사용하게 되어 센서칩보다 전체 패키지 사이즈가 수배~수십 배 커지게 되며, 이러한 문제로 가스센서의 소형화가 구현되지 못하는 한계로 작용하고 있다.In the sensing package for gas sensing, the height of the upper structure is increased due to the cap member and the mesh-type member, and wire bonding is used to connect the sensor chip and the electrode portion, so the overall package size is several times larger than the sensor chip. It becomes tens of times larger, and this problem acts as a limitation that prevents miniaturization of gas sensors.
또한, 선행문헌 2에 의하면, 멤브레인 구조의 기판 위에 마이크로 히터와 전극을 형성하고, 상기 형성된 전극 위에 감지물을 코팅하여 가스 센서를 제작하게 된다. 상기와 같이 제작된 가스 센서는 감지물과 가스 종류에 따라 구동 온도가 비교적 고온(250~300±100)에서 동작하게 되며, 이에 따라 감지물 주변의 온도 유지가 중요한 변수가 된다. 그러나, 상기와 같은 가스 센서에 따르면 외부에서 발생하는 열이 감지물로 그대로 전달되며, 그에 따라 상기 감지물에 공급되는 열이 외부로 방출됨에 따라 상기 감지물의 온도가 변화하게 되며, 이는 센서의 감지 성능에 큰 영향을 미치게 된다.In addition, according to Prior Literature 2, a micro heater and an electrode are formed on a membrane-structured substrate, and a sensing material is coated on the formed electrode to manufacture a gas sensor. The gas sensor manufactured as above operates at a relatively high operating temperature (250 to 300 ± 100) depending on the type of sensing object and gas, and thus maintaining the temperature around the sensing object becomes an important variable. However, according to the above gas sensor, heat generated from the outside is directly transferred to the sensing object, and as the heat supplied to the sensing object is released to the outside, the temperature of the sensing object changes, which is caused by the sensor's detection. It will have a big impact on performance.
[선행문헌 1] 국내 등록실용신안 20-0196605호[Prior Document 1] Domestic Registered Utility Model No. 20-0196605
[선행문헌 2] 국내 등록특허공보 10-0914938호[Prior Document 2] Domestic Registered Patent Publication No. 10-0914938
본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 구조의 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.In an embodiment of the present invention, a sensing module with a new structure and a sensing device including the same are provided.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 감지물의 온도 유지를 위한 히터 구동 전력을 최소화할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.Additionally, an embodiment of the present invention provides a sensing module that can minimize heater driving power for maintaining the temperature of a sensing object and a sensing device including the same.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 외부에서 감지물로 전달되는 열을 차단하면서, 상기 감지물에 공급되는 열이 외부로 방출됨에 따라 나타나는 문제를 해결할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.In addition, in an embodiment according to the present invention, a sensing module and a sensing device including the same are provided that can block heat transmitted from the outside to the sensing object and solve problems that occur when heat supplied to the sensing object is emitted to the outside. to provide.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 감지물과 전극 사이에 에어 공극을 형성하여, 상기 감지물과 상기 전극 사이에서의 열 전달을 차단할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.Additionally, an embodiment of the present invention provides a sensing module capable of blocking heat transfer between the sensing object and the electrode by forming an air gap between the sensing object and the electrode, and a sensing device including the same.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 외부에서 발생한 충격에 따른 크랙이 내부의 기판으로 전달되는 것을 방지하여 가스 센서의 파손을 방지할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention provides a sensing module that can prevent damage to a gas sensor by preventing cracks due to external impacts from being transmitted to the internal substrate, and a sensing device including the same.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 하나의 센서를 통해 다양한 종류의 가스를 동시에 감지할 수 있는 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치를 제공한다. Additionally, an embodiment of the present invention provides a sensing module capable of simultaneously detecting various types of gases through one sensor and a sensing device including the same.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical challenges to be achieved in the proposed embodiment are not limited to the technical challenges mentioned above, and other technical challenges not mentioned are clear to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은, 기판; 상기 기판 위에 배치되며, 감지 전극, 히팅 전극 및 감지물을 포함하는 감지부; 및 상기 감지부와 전기적으로 연결되는 상기 기판 위에 배치되는 상부 전극 패드를 포함하며, 상기 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정의 간격으로 일정 간격 이격되는 복수의 공극을 포함한다.A gas sensing module according to an embodiment includes: a substrate; a sensing unit disposed on the substrate and including a sensing electrode, a heating electrode, and a sensing object; and an upper electrode pad disposed on the substrate electrically connected to the sensing unit, wherein the substrate includes a plurality of air gaps formed around the sensing unit and spaced apart from each other at a predetermined distance.
또한, 상기 기판과 상기 감지부 사이에 배치되는 단열부를 더 포함한다.In addition, it further includes an insulating part disposed between the substrate and the sensing unit.
또한, 상기 복수의 공극은, 상기 감지부의 주변에 인접하여 형성된 제 1 공극과, 상기 제 1 공극 주변에 인접하여 형성된 제 2 공극을 포함하며, 상기 제 1 공극 및 상기 제 2 공극은, 서로 소정 간격 이격되는 복수의 단위 공극으로 구성된다.In addition, the plurality of air gaps include a first air gap formed adjacent to the periphery of the sensing unit, and a second air gap formed adjacent to the periphery of the first air gap, and the first air gap and the second air gap have a predetermined distance from each other. It is composed of a plurality of unit pores spaced apart.
또한, 상기 복수의 공극은 상기 기판을 관통한다.Additionally, the plurality of voids penetrate the substrate.
또한, 상기 복수의 공극은 상기 감지부를 중심으로 대칭으로 배치된다.Additionally, the plurality of air gaps are arranged symmetrically around the sensing unit.
또한, 상기 감지부는, 상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 감지 전극과, 상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 히터 전극과, 상기 제 1 및 제 2 감지 전극을 덮는 감지물을 포함한다.In addition, the sensing unit includes first and second sensing electrodes electrically connected to the upper electrode pad, a heater electrode electrically connected to the upper electrode pad, and a sensing material covering the first and second sensing electrodes. Includes.
또한, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 공극은, 상기 보호층을 관통한다.In addition, it further includes a protective layer disposed on the substrate and covering an area excluding the sensing object, and the first and second pores penetrate the protective layer.
또한, 상기 기판에 형성된 상기 복수의 공극 내에 단열 재료로 충진된 열 차단부를 더 포함한다.In addition, it further includes a heat shield filled with an insulating material in the plurality of pores formed in the substrate.
또한, 상기 단열 재료는 내부 진공 세라믹스를 포함한다.Additionally, the insulating material includes internal vacuum ceramics.
또한, 상기 기판 아래에 배치되는 하부 전극 패드; 및 상기 기판 내에 배치되며, 상기 상부 전극 패드와 상기 하부 전극 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 더 포함한다.Additionally, a lower electrode pad disposed below the substrate; and a connection part disposed within the substrate and electrically connecting the upper electrode pad and the lower electrode pad.
또한, 상기 연결부는 상기 기판의 외측에 배치된다.Additionally, the connection portion is disposed outside the substrate.
또한, 상기 기판은, 세라믹 기판을 포함한다.Additionally, the substrate includes a ceramic substrate.
또한, 상기 기판은, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나를 포함하는 멤브레인을 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 멤브레인을 관통한다.Additionally, the substrate includes a membrane including at least one of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and the plurality of pores penetrate the membrane.
또한, 상기 기판의 상부 영역은 제 1 및 제 2 영역으로 구획되고, 상기 감지부는, 상기 제 1 영역에 배치된 제 1 감지부와, 상기 제 2 영역에 배치된 제 2 감지부를 포함하며, 상기 공극은, 상기 제 1 및 제 2 영역 사이에 형성된 제 3 공극을 더 포함한다.Additionally, the upper region of the substrate is divided into a first region and a second region, and the sensing unit includes a first sensing unit disposed in the first region and a second sensing portion disposed in the second region. The gap further includes a third gap formed between the first and second regions.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판 위에 배치되는 센싱 모듈을 포함하고, 상기 센싱 모듈은, 센서 기판과, 상기 센서 기판 위에 배치되는 감지부와, 상기 센서 기판 위에 배치되는 제 1 전극 패드와, 상기 센서 기판 아래에 배치되며, 상기 외부 인쇄회로기판과 접촉하는 하부 제 2 전극 패드와, 상기 센서 기판 내에 배치되며, 상기 제 1 전극 패드와 상기 제 2 전극 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하며, 상기 센서 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정 간격 이격되는 복수의 공극을 포함한다.Additionally, a sensing device according to an embodiment of the present invention includes a printed circuit board; and a sensing module disposed on the printed circuit board, wherein the sensing module includes a sensor substrate, a sensing unit disposed on the sensor substrate, a first electrode pad disposed on the sensor substrate, and below the sensor substrate. It is disposed and includes a lower second electrode pad in contact with the external printed circuit board, and a connection part disposed within the sensor substrate and electrically connecting the first electrode pad and the second electrode pad, wherein the sensor substrate includes: , is formed around the sensing unit and includes a plurality of air gaps spaced apart from each other at a predetermined distance.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 센서 기판과 상기 감지부 사이에 배치되는 단열부를 더 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 단열부의 주변에 인접하여 형성된 제 1 공극과, 상기 제 1 공극 주변에 인접하여 형성된 제 2 공극을 포함하는 단위 공극으로 구성되며, 상기 제 1 공극 및 상기 2 공극은 서로 일정 간격 이격되고, 상기 기판을 관통한다.In addition, the sensing module further includes an insulating part disposed between the sensor substrate and the sensing unit, and the plurality of air gaps include a first air gap formed adjacent to the periphery of the insulating part, and adjacent to the first air gap. It is composed of a unit pore including a second pore formed as follows, and the first pore and the second pore are spaced apart from each other at a predetermined distance and penetrate the substrate.
또한, 상기 센서 기판은, 상기 복수의 단위 공극 사이에 지지부를 포함한다.Additionally, the sensor substrate includes a support portion between the plurality of unit gaps.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 센서 기판 위에 배치되며, 상기 히터 전극을 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하고, 상기 제 1 및 2 공극은, 상기 보호층을 관통한다.In addition, the sensing module is disposed on the sensor substrate and further includes a protective layer covering an area of the heater electrode excluding the sensing object, and the first and second air gaps penetrate the protective layer.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 센서 기판에 형성된 상기 복수의 공극을 단열재료로 충진하는 열 차단부를 더 포함하며, 상기 단열 재료는 진공 세라믹스를 포함한다.In addition, the sensing module further includes a heat shield that fills the plurality of pores formed in the sensor substrate with an insulating material, and the insulating material includes vacuum ceramics.
또한, 상기 센서 기판은, 세라믹 기판을 포함한다.Additionally, the sensor substrate includes a ceramic substrate.
또한, 상기 센서 기판은, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나를 포함하는 멤브레인을 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 멤브레인을 관통한다.Additionally, the sensor substrate includes a membrane including at least one of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and the plurality of pores penetrate the membrane.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 인쇄회로기판 위에 복수 개 배치된다.Additionally, a plurality of sensing modules are arranged on the printed circuit board.
또한, 상기 복수의 센싱 모듈의 접합부에는, 각각의 센서 기판을 관통하는 제 3 공극이 배치된다.Additionally, a third air gap penetrating each sensor substrate is disposed at the junction of the plurality of sensing modules.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by providing a sensing module in which a through electrode connected to the sensing electrode and the heater electrode is formed on a ceramic substrate, miniaturization or slimming of the sensing module and sensing device is achieved by eliminating processes such as wire bonding. This can be achieved, and a sensing device that can be applied to various products can be provided.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by forming a plurality of air gaps around the sensing object, external heat transmitted to the sensing object can be blocked, and thus, the external heat is transmitted to the sensing object, resulting in The operational reliability of the sensor can be improved by eliminating gas detection errors.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.In addition, according to the implementation according to the present invention, the heat of the sensing object is not emitted to the outside by the air gap, so that the sensing object can always maintain a high temperature, and the power consumption for maintaining the sensing object at a constant temperature is reduced. It can be minimized.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지의 전달을 방지하여 세라믹 기판 내부로 크랙이 전파되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by forming a plurality of pores spaced apart at a predetermined distance around the sensing object, it is possible to prevent cracks from propagating into the ceramic substrate by preventing the transmission of impact energy generated from the outside, This can solve the problem of damage to the sensing module.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 복수의 센서가 배치되는 가스 센서 구조에서, 상기 복수의 센서 사이에 에어 공극을 형성함으로써, 상기 복수의 센서 사이의 열 전달을 방지하여 보다 정확한 감지 동작을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in a gas sensor structure in which a plurality of sensors are disposed, an air gap is formed between the plurality of sensors to prevent heat transfer between the plurality of sensors to achieve a more accurate sensing operation. It can be done.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 멤브레인 구조는 기판의 지지대 역할이 가능하며, 2 layer 구조에서는 공정상 가이드 역할이 가능하므로 감지물을 디스펜싱 하거나 스크린 프린팅이 가능하도록 마크 얼라인에 유리하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the membrane structure can serve as a support for the substrate, and the two-layer structure can serve as a guide during the process, so it is advantageous for mark alignment to enable dispensing or screen printing of sensing objects. .
도 1a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1a의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 2b는 도 1b의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 1a 또는 도 1b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화에 따른 소비전력 변화량을 보여주는 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100A)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 도면이다.
도 16은 본 발명의 제8 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제9 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 제11 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 외곽 구조물의 구조를 보여주는 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치의 단면 구조를 보여주는 도면이다.Figure 1a is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 1B is a diagram showing a modified example of the sensing module shown in FIG. 1A.
FIG. 2A is a top view of the sensing module of FIG. 1A.
FIG. 2B is a top view of the sensing module of FIG. 1B.
FIG. 3 is a plan view of an embodiment in which the air gap of the sensing module of FIG. 1A or FIG. 1B is increased.
Figure 4 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a second embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a third embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a fourth embodiment of the present invention.
Figure 7 is a plan view of a sensing module according to a fifth embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram showing the impact characteristics of a sensing module according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the amount of change in power consumption according to temperature change of the sensing module according to an embodiment of the present invention.
10 to 13 are diagrams showing the shape of the
Figure 14 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a sixth embodiment of the present invention.
Figure 15 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the sensing module according to the seventh embodiment of the present invention.
Figure 16 is a plan view of a sensing module according to an eighth embodiment of the present invention.
Figure 17 is a plan view of a sensing module according to a ninth embodiment of the present invention.
Figure 18 is a plan view of a sensing module according to the tenth embodiment of the present invention.
Figure 19 is a plan view of a sensing module according to the 11th embodiment of the present invention.
Figure 20 is a diagram showing the structure of an outer structure according to an embodiment of the present invention.
21 and 22 are diagrams showing the cross-sectional structure of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Hereinafter, the configuration and operation according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical components will be given the same reference regardless of their reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 설명한다.Hereinafter, embodiments will be clearly revealed through the accompanying drawings and descriptions of the embodiments. In the description of the embodiments, each layer (film), region, pattern or structure is formed “on” or “under” the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case where it is described, “on” and “under” include both being formed “directly” or “indirectly” through another layer. In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Additionally, the size of each component does not entirely reflect the actual size. Hereinafter, embodiments will be described with reference to the attached drawings.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이며, 도 2a는 도 1a의 센싱 모듈의 평면도이고, 도 2b는 도 1b의 센싱 모듈의 평면도이며, 도 3은 도 1a 또는 도 1b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.FIG. 1A is a diagram showing a cross-sectional structure of a sensing module according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a diagram showing a modified example of the sensing module shown in FIG. 1A, and FIG. 2A is a top view of the sensing module of FIG. 1A. , FIG. 2B is a plan view of the sensing module of FIG. 1B, and FIG. 3 is a plan view of an embodiment in which the air gap of the sensing module of FIG. 1A or FIG. 1B is increased.
도 1a 및 2a를 참조하면, 센싱 모듈(100A)은 기판(110), 중간층(115), 제 1 전극 패드(120), 제 2 전극 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150), 연결부(155)를 포함한다.Referring to FIGS. 1A and 2A, the
기판(110)은 전극 패드가 형성되는 센싱 모듈(100A)의 지지 기판이다. 상기 기판(110)은 절연 플레이트를 형성하며, 세라믹 기판일 수 있다.The
바람직하게, 상기 기판(110)은 알루미나(Alumina) 또는 질화 실리콘(SiN)를 포함하는 세라믹 기판일 수 있다.Preferably, the
기판(110) 위에는 제 1 전극 패드(120)가 배치된다.A
상기 제 1 전극 패드(120)는 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티브 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 형성 가능하며, 여기에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The
상기 제 1 전극 패드(120)는 상기 기판(110) 위에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.A plurality of
바람직하게, 제 1 전극 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121), 제 2 상부 전극 패드(122), 제 3 상부 전극 패드(123) 및 제 4 상부 전극 패드(124)를 포함한다.Preferably, the
그리고, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121, 122, 123, 124) 중 2개의 상부 전극 패드는, 히터 전극(135)가 연결되고, 나머지 2개의 상부 전극 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 전극 패드(121) 및 제 2 상부 전극 패드(122)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 전극 패드(123) 및 제 4 상부 전극 패드(124)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.In addition, among the first to fourth
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121, 122, 123, 124)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다.At this time, the first to fourth
한편, 상기 기판(110) 아래에는 제 2 전극 패드(125)가 배치된다.Meanwhile, a
다시 말해서, 기판(110)의 상면에는 제 1 전극 패드(120)가 배치되고, 상기 기판(110)의 하면에는 제 2 전극 패드(125)가 배치된다.In other words, the
상기 제 2 전극 패드(125)는 상기 센싱 모듈(100A)을 외부 기판(도시하지 않음)에 부착시키기 위한 부착 패드이다. 이를 위해, 상기 제 2 전극 패드(125)는 페이스트로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제 2 전극 패드(125)는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn),구리(C), 아연(Zn)의 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한 상기 제 2 전극 패드(125)는 본딩력이 우수한 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn),구리(C), 아연(Zn)의 금속 물질을 포함하는 페이스트 또는 솔더 페이스트로 형성될 수 있다.The
상기 제 2 전극 패드(125)의 표면에는 금속층(130)이 배치된다. 상기 금속층(130)은 상기 제 2 전극 패드(125)의 표면을 보호하면서, 상기 제 2 전극 패드(125)의 본딩력을 높일 수 있는 금속물질로 형성된다. 바람직하게, 상기 금속층(130)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn),구리(C), 아연(Zn)의 금속 을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.A
한편, 상기 제 2 전극 패드(125)는 상기 기판(110)의 하면에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.Meanwhile, a plurality of
즉, 제 2 전극 패드(125)는 제 1 하부 전극 패드 내지 제 4 하부 전극 패드(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.That is, the
그리고, 제 1 하부 전극 패드는 상기 제 1 상부 전극 패드(121)와 전기적으로 연결되고, 제 2 하부 전극 패드는 상기 제 2 상부 전극 패드(122)와 전기적으로 연결되며, 제 3 하부 전극 패드는 상기 제 3 상부 전극 패드(123)와 전기적으로 연결되고, 제 4 하부 전극 패드는 상기 제 4 상부 전극 패드(124)와 전기적으로 연결된다.And, the first lower electrode pad is electrically connected to the first
또한, 상기 금속층(130)은 상기 제 1 내지 4 하부 전극 패드의 표면에 각각 배치된다.Additionally, the
연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전극 패드(125)와 연결된다.The
다시 말해서, 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.In other words, the
상기 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 전도성 물질로 충진하여 형성할 수 있다.The
상기 관통 홀은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 형성될 수 있다.The through hole may be formed by any one of mechanical, laser, and chemical processing.
상기 관통 홀이 기계 가공에 의해 형성되는 경우에는 밀링(Milling), 드릴(Drill) 및 라우팅(Routing) 등의 방식을 사용할 수 있고, 레이저 가공에 의해 형성되는 경우에는 UV나 CO2 레이저 방식을 사용할 수 있으며, 화학 가공에 의해 형성되는 경우에는 아미노실란, 케톤류 등을 포함하는 약품을 이용하여 상기 기판(110)을 개방할 수 있다.When the through hole is formed by machining, methods such as milling, drilling, and routing can be used. When the through hole is formed by laser processing, UV or CO 2 laser methods can be used. When formed through chemical processing, the
한편, 상기 레이저에 의한 가공은 광학 에너지를 표면에 집중시켜 재료의 일부를 녹이고 증발시켜, 원하는 형태를 취하는 절단 방법으로, 컴퓨터 프로그램에 의한 복잡한 형성도 쉽게 가공할 수 있고, 다른 방법으로는 절단하기 어려운 복합 재료도 가공할 수 있다. On the other hand, the laser processing is a cutting method that takes the desired shape by concentrating optical energy on the surface to melt and evaporate part of the material. Complex shapes can be easily processed using a computer program, and other methods include cutting. Even difficult composite materials can be processed.
또한, 상기 레이저에 의한 가공은 절단 직경이 최소 0.005mm까지 가능하며, 가공 가능한 두께 범위로 넓은 장점이 있다.In addition, processing using the laser has the advantage that the cutting diameter is possible up to a minimum of 0.005 mm and the thickness range that can be processed is wide.
상기 레이저 가공 드릴로, YAG(Yttrium Aluminum Garnet)레이저나 CO2 레이저나 자외선(UV) 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. YAG 레이저는 동박층 및 절연층 모두를 가공할 수 있는 레이저이고, CO2 레이저는 절연층만 가공할 수 있는 레이저이다.As the laser processing drill, it is preferable to use a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser, a CO 2 laser, or an ultraviolet (UV) laser. The YAG laser is a laser that can process both the copper foil layer and the insulating layer, and the CO 2 laser is a laser that can only process the insulating layer.
상기 관통 홀이 형성되면, 상기 관통 홀 내부를 전도성 물질로 충진하여 상기 연결부(155)를 형성한다. 상기 연결부(155)는 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 도통시키기 위해 형성된다. 상기 연결부(155)를 형성하는 금속 물질은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질일 수 있으며, 상기 전도성 물질 충진은 무전해 도금, 전해 도금, 스크린 인쇄(Screen Printing), 스퍼터링(Sputtering), 증발법(Evaporation), 잉크젯팅 및 디스펜싱 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 방식을 이용할 수 있다.Once the through hole is formed, the inside of the through hole is filled with a conductive material to form the
상기 기판(110) 위에는, 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되는 히터 전극(135) 및 감지 전극(140)이 각각 배치된다.On the
상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110) 위에 배치되어 열을 발생하는 저항체이며, 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 실리콘 합금 또는 전도성 금속 산화물 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 금속 중에서 백금(Pt)으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 센싱 모듈(100A)은 고온(예를 들어, 250~300℃)에서 동작하기 때문에 온도를 상승시키기 위한 구성이 필요하며, 이에 따라 상기 히터 전극(135)은 외부에서 인가되는 전원에 의해 주울 열(Joule Heat)을 발생하여 상기 센싱 모듈(100A)의 온도를 상승시킨다.The
이때, 상기 센싱 모듈(100A)은 다양한 종류의 가스를 센싱하는 가스 센싱 모듈일 수 있으며, 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 센싱 모듈이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 온도도 상이하다.At this time, the
따라서, 본 발명에서는 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 히터 전극(135)의 온도를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 센싱 모듈(100A)이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 특정 온도까지 상승되도록 한다. 이때, 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 온도는 상기 인가되는 전원(Power)의 크기에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 온도는 상기 히터 전극(135)의 폭이나 길이 등의 변화를 통해 조절할 수도 있을 것이다.Therefore, in the present invention, the temperature of the
한편, 상기 기판(110) 위에는 중간층(115)이 배치된다. Meanwhile, an
상기 중간층(115)은 열 전도율이 낮은 물질로 형성되며, 그에 따라 상기 히터 전극(135)에 의해 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 한다. 다시 말해서, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)에서 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 하는 단열부로 기능한다.The
이를 위해, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135) 아래에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 중간층(115)은 상기 기판(110)의 상부 영역 중 감지 영역(감지물(145)이 올라가는 영역)에 배치될 수 있다.To this end, the
그리고, 상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110)의 감지 영역에 배치된 중간층(115) 위에 배치된다. 즉, 상기 기판(110)의 상부 영역 중 상기 중간층(115)이 배치된 영역이 감지 영역일 수 있고, 상기 중간층(115)이 배치된 영역을 제외한 영역(다시 말해서, 제 1 전극 패드(120)가 배치된 영역)이 주변 영역일 수 있다.In addition, the
이때, 상기 히터 전극(135)은 상기 중간층(115)에 배치된 히터 전극과 상기 제 1 전극 패드(120)를 상호 전기적으로 연결한다. 이때, 상기 히터 전극(135) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께는 상기 제 1 전극 패드(120)와 연결되는 부분의 두께보다 얇다. 즉, 상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110) 위에 배치된 부분과 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께가 서로 다르다. 이에 따라,At this time, the
상기 히터 전극(135)은 상기 감지물(145)이 배치된 위치로 갈수록 두께가 점차 얇아지며, 그에 따라 상기 감지물(145)이 배치된 부분의 히터 전극(135)은 다른 부분에 배치된 부분의 히터 전극이 가지는 저항보다 낮게 설정된다.The thickness of the
따라서, 상기 중간층(115) 위에 배치된 히터 전극(135)은 다른 부분의 히터 전극보다 높은 온도를 발생하여 상기 감지물(145)을 가열한다. Accordingly, the
한편, 상기 중간층(115)은 글래스 또는 산화물로 형성된 층일 수 있으며, 바람직하게 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 막기 위해 낮은 열 전도율(Low Thermal Conductivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다.Meanwhile, the
또한, 감지 전극(140)은 소정 간격으로 상호 이격되는 제 1 감지 전극(141) 및 제 2 감지 전극(142)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 감지 전극(141)은 네거티브(-) 특성을 갖는 전극일 수 있고, 제 2 감지 전극(142)은 포지티브(+) 특성을 갖는 전극일 수 있다. Additionally, the
감지물(145)은 상기 감지 전극(140) 상부에 금속 산화물로 구성될 수 있으며, 그에 따라 가스와 흡착되어 상기 금속 산화물의 저항 변화가 발생할 수 있다. 그리고, 상기 감지 전극(140)은 상기 감지물(145)에 흡착되는 상기 가스에 의한 저항 변화를 측정한다. The
상기 감지 전극(140)은 금(Au) 또는 백금(Pt)으로 형성될 수 있다. The
또한, 상기 감지 전극(140)도 상기 히터 전극(135)과 마찬가지로 상기 중간층(115) 위에 배치될 수 있다. Additionally, the
이를 위해, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)뿐 아니라 상기 감지 전극(140) 아래에도 배치될 수 있다. To this end, the
그리고, 상기 감지 전극(140)은 상기 기판(110)의 감지 영역에 배치된 중간층(115) 위에 배치된다. And, the
이때, 상기 감지 전극(140)은 상기 제 1 전극 패드(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 중간층(115)에 배치된 부분에서 히터 전극(135)에 의해 기화된 가스를 감지한다.At this time, the
즉, 상기 감지 전극(140) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분은 상기 감지물(145)에 의해 덮이며, 이에 따라 상기 히터 전극(135)에 의해 기화된 가스를 감지한다.That is, the portion of the
한편, 상기 감지물(145)은 금속 산화물, 금 나노입자, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(Carbon nanoTube), 풀러렌(fullerene) 및 이황화 몰리브덴(MoS2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 산화물은 텅스텐 산화물(WOx), 주석 산화물(SnOx), 아연 산화물(ZnOx), 인듐 산화물(InOx), 티타늄 산화물(TiOx), 갈륨 산화물(GaOx) 및 코발트 산화물(CoOx) 중 둘 이상이 일정한 비율로 결합될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물은 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나의 금속 또는 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 금속 산화물을 보조 입자로 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 산화물은 평균 직경의 크기가 1nm 내지 500nm 수준의 나노 입자일 수 있다. 또한 상기 금속 산화물은 나노 기둥으로 형성된 주상 구조를 가지는 박막일 수 있다. 상기 나노 입자는 상기 감지 전극(140)과의 접촉력이 크게 향상될 수 있어 상기 감지물(145)에 접촉된 가스에 의한 전기저항의 변화가 보다 민감하게 체크될 수 있다. 또한 상기 나노 입자는 표면적이 크고, 외부 영향에 의한 전기적인 변화가 크므로 센싱 모듈(100A)의 작동온도를 크게 낮출 수 있다.Meanwhile, the
상기 기판(110) 위에는 보호층(150)이 형성된다.A
상기 보호층(150)은 상기 기판(110) 위에 배치된 제 1 전극 패드(120), 히터 전극(135) 및 감지 전극(140)을 덮으며 형성된다.The
바람직하게, 상기 보호층(150)은 상기 감지 전극(140) 위에 배치된 감지물(145)을 제외한 영역, 다시 말해서, 상기 감지물(145)에 의해 덮이지 않은 감지 전극(140)의 일부분, 상기 히터 전극(135), 상기 제 1 전극 패드(120) 및 상기 기판(110)의 상면을 덮으며 형성된다.Preferably, the
이때, 상기 보호층(150)은 글래스 또는 산화물로 형성된 층일 수 있으며, 바람직하게 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 막기 위해 낮은 열 전도율(Low Thermal Conductivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다.At this time, the
상기와 같이, 본 발명에 따른 센싱 모듈(100A)은 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.As described above, the sensing module (100A) according to the present invention provides a sensing module in which a through electrode connected to the sensing electrode and the heater electrode is formed on a ceramic substrate, thereby eliminating processes such as wire bonding to form a sensing module and a sensing device. Miniaturization or slimming can be achieved, and a sensing device that can be applied to various products can be provided.
한편, 상기 기판(110)에는 공극(160)이 형성된다. 상기 공극(160)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.Meanwhile, a
바람직하게, 상기 공극(160)은 상기 보호층(150)의 상면에서부터 상기 기판(110)의 하면까지 관통하며 형성된다. 그리고, 상기 공극(160)은 상기 감지 영역을 둘러싸며 배치되어, 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이에 열 전달이 이루어지지 않도록 한다.Preferably, the
여기에서, 상기 감지 영역은 상기 중간층(115)이 배치된 영역일 수 있다. 따라서, 상기 공극(160)응 상기 중간층(115)의 주변 영역에 배치된다. 이때, 상기 공극(160)이 상기 기판(110) 및 상기 보호층(150)의 전체 영역에 걸쳐 형성되게 되면, 상기 중간층(115)을 포함하는 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도가 약해질 수 있다.Here, the sensing area may be an area where the
따라서, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)과 소정 간격 이격된 둘레 영역을 둘러싸며 배치되는 복수의 단위 공극을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 기판(110) 중 상기 복수의 단위 공극 사이의 부분은 제거되지 않고 남아 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결을 지지하여, 연결부의 강도를 향상시키도록 한다.Accordingly, the void 160 may include a plurality of unit voids disposed surrounding a peripheral area spaced apart from the
상기 복수의 단위 공극은, 도 2a에 도시된 바와 같이 "ㄷ" 형상을 가질 수 있으며, 상기 중간층(115)의 상하 중심선을 기준으로 대칭 형상을 가지며 각각 배치될 수 있다.The plurality of unit pores may have a “ㄷ” shape as shown in FIG. 2A and may each be arranged in a symmetrical shape with respect to the upper and lower center lines of the
상기 공극(160)은 도 2a에 도시된 기판(110)만을 관통하며 형성되는 것이 아니라, 상기 기판(110)과 함께 상기 기판(110) 위에 배치된 보호층(150)도 관통하며 형성된다. 따라서, 상기 공극(160)에 의해, 상기 보호층(150) 영역에서부터 상기 기판(110)의 영역까지 열 차단 영역이 형성된다.The
상기 공극(160)은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 상기 기판(110) 및 상기 보호층(150)을 개방하며 형성될 수 있다.The void 160 may be formed by opening the
상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, external heat transmitted to the sensing object can be blocked by forming a plurality of air gaps around the sensing object, and accordingly, as the external heat is transmitted to the sensing object. The operational reliability of the sensor can be improved by eliminating gas detection errors that appear.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.In addition, according to the implementation according to the present invention, the heat of the sensing object is not emitted to the outside by the air gap, so that the sensing object can always maintain a high temperature, and the power consumption for maintaining the sensing object at a constant temperature is reduced. It can be minimized.
한편, 도 1b 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 센싱 모듈(100B)은, 기판(110), 중간층(115), 제 1 전극 패드(120), 제 2 전극 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150), 연결부(155A)를 포함한다.Meanwhile, as shown in FIGS. 1B and 2B, the
도 1b 및 도 2b에 도시된 가스 센싱 모듈(100B)은 도 1a 및 도 2a에 도시된 가스 센싱 모듈(100A)과 제 1 전극 패드(120) 및 연결부(155A)를 제외한 다른 구성은 동일하다. 이에 따라, 상기 제 1 전극 패드(120) 및 연결부(155A)를 제외한 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The
상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전극 패드(125)와 연결된다.The
다시 말해서, 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.In other words, the
상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 금속 물질로 충진하여 형성할 수 있다.The
이때, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 외곽부에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 외곽에 형성되어 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다.At this time, the through hole may be formed on the outer portion of the
따라서, 상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)의 외곽부에 형성되며, 바람직하게 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결부(155A)의 일부는 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다. 이때, 상기 노출되는 부분은 상기 연결부(155A)의 상면 또는 하면이 아닌 측면이다. Accordingly, the
또한, 제 1 전극 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121A), 제 2 상부 전극 패드(122A), 제 3 상부 전극 패드(123A) 및 제 4 상부 전극 패드(124A)를 포함한다.Additionally, the
그리고, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A) 중 2개의 상부 전극 패드는, 히터 전극(135)가 연결되고, 나머지 2개의 상부 전극 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 전극 패드(121A) 및 제 2 상부 전극 패드(122A)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 전극 패드(123A) 및 제 4 상부 전극 패드(124A)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.In addition, two of the first to fourth upper electrode pads (121A, 122A, 123A, and 124A) are connected to the
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)은 상기 기판(110)의 상부 영역의 외곽부에 배치된다. 이에 따라, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)의 측면은 기판(110)의 외측으로 노출될 수 있다.At this time, the first to fourth
상기와 같이, 연결부(155A)와 같은 관통 전극를 기판의 외곽부에 배치하여 상기 관통 전극의 일부가 외부로 노출되도록 함으로써, 전체 관통 전극의 면적 비율을 감소할 수 있으며, 이에 따라 상기 관통 전극을 구성하는 전도성 물질이나 전도성 페이스트의 사용량을 감소할 수 있다.As described above, by placing a through electrode such as the
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 복수 개로 형성될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, the
다시 말해서, 도 3은 도 2a 또는 도 2b에 도시된 공극(160)인 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.In other words, FIG. 3 is a plan view of one stretched embodiment of the void 160 shown in FIG. 2A or FIG. 2B.
이하에서의 센싱 모듈(100)은 상기 도 1a에 도시된 센싱 모듈(100A) 및 도 1b에 도시된 센싱 모듈(100B) 중 어느 하나를 의미할 수 있다.Hereinafter, the
도 3을 참조하면, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)과 소정 간격 이격되어 상기 중간층(115)의 주변 영역에 배치되는 제 1 공극(161)과, 상기 제 1 공극(161)과 소정 간격 이격되어 상기 제 1 공극(161)의 주변 영역에 배치되는 제 2 공극(162)과, 상기 제 2 공극(162)과 소정 간격 이격되어 상기 제 2 공극(162)의 주변 영역에 배치되는 제 3 공극(163)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the
상기 제 1 공극(161)은 중간층(115)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 1 단위 공극을 포함한다. 상기 복수의 제 1 단위 공극 사이에는 상기 기판(110)이나 상기 보호층(150)이 그대로 남아있게 되며, 그에 따라 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도를 상승시킨다.The
제 2 공극(162)은 상기 제 1 공극(161)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 1 공극(161)의 주위를 둘러싸며 배치된다. 또한, 상기 제 2 공극(162)은 상기 제 1 공극(161)과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 2 단위 공극으로 구성된다.The
제 3 공극(163)은 상기 제 2 공극(162)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 2 공극(162)의 주위를 둘러싸며 배치된다. 또한, 상기 제 3 공극(163)은 상기 제 1 및 2 공극(161, 162)과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 3 단위 공극으로 구성된다.The
상기와 같은, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지가 내부 전달되어 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 그에 따라 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.According to the embodiment according to the present invention as described above, by forming a plurality of air gaps spaced at a predetermined distance around the sensing object, impact energy generated from the outside is transmitted internally to prevent cracks from occurring, thereby preventing the occurrence of cracks in the sensing module. The damage problem can be solved.
한편, 센싱 모듈은 도 1a 또는 도 1b에 도시된 바와 같은 일체형 기판 구조가 아닌 멤브레인 구조 또는 브리지 구조를 가질 수 있으며, 상기 멤브레인 구조 또는 브리지 구조에 도 3에 설명한 바와 같은 복수의 공극(160)이 형성될 수 있다.Meanwhile, the sensing module may have a membrane structure or a bridge structure rather than an integrated substrate structure as shown in FIG. 1A or 1B, and the membrane structure or bridge structure may have a plurality of
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 일반적인 1층 멤브레인 구조를 가지며, 기판에 공극(260)이 형성된 것을 특징으로 한다.Figure 4 has a general one-layer membrane structure, and is characterized by
도 4를 참조하면, 센싱 모듈(200)은 기판(210), 전극 패드(220), 히터 전극(235), 감지 전극(240) 및 감지물(245)을 포함한다.Referring to FIG. 4 , the
기판(210)은 절연 플레이트(211), 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(213)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.The
절연 플레이트(211)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.The insulating
한편, 히터 전극(235) 및 감지 전극(240)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 식각되어 제거된다. Meanwhile, the lower area of the insulating
이때, 상기 절연 플레이트(211)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.At this time, when etching the insulating
제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)은 멤브레인(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(211) 상에 순차적으로 적층된다.The first silicon oxide
상기 멤브레인은 절연 플레이트(211)의 하부 영역 식각 시에 식각 방지층의 역할을 하며, 또한 상기 감지 전극(240)이나 히터 전극(235)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 멤브레인은 히터 전극(235)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다. The membrane serves as an anti-etching layer when etching the lower region of the insulating
본 도면에서는 멤브레인이 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)의 적층 구조로 형성된 경우에 대해 도시하고 있는데, 이와 같이 멤브레인은 압축 응력을 갖는 산화 실리콘 박막과 신장 응력을 갖는 질화 실리콘 박막을 도 4와 같은 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 멤브레인은 이들 중 어느 하나의 박막으로만 이루어질 수도 있다.This figure shows the case where the membrane is formed as a stacked structure of the first silicon oxide
상기 멤브레인은 열산화법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다The membrane can be formed using methods such as thermal oxidation, sputtering, or chemical vapor deposition.
상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 전극 패드(220)가 배치된다. 상기 전극 패드(220)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4개의 전극 패드로 구성될 수 있다.An
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 히터 전극(235) 및 감지 전극(240)이 각각 배치된다.Additionally, a
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 상기 감지 전극(240)을 덮으며 감지물(245)이 배치된다.Additionally, a
그리고, 상기 기판(210)에는 상기 감지물(245)의 주변에 상기 감지물(245)을 둘러싸며 배치되는 공극(260)이 형성된다.In addition, an
바람직하게, 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(260)은 상기 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(211)의 하부 영역과 연결된다.Preferably, the lower region of the insulating
상기 공극(260)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.The
상기와 같은 센싱 모듈(200)은 1층 구조의 센싱 모듈이며, 바람직하게 동일한 층에 감지 전극(240)과 히터 전극(235)이 각각 배치되는 구조를 갖는다.The
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a third embodiment of the present invention.
도 5는 일반적인 2층 멤브레인 구조를 가지며, 기판에 공극(360)이 형성된 것을 특징으로 한다.Figure 5 has a general two-layer membrane structure, and is characterized by pores 360 formed in the substrate.
도 5를 참조하면, 센싱 모듈(300)은 기판(310), 보호층(315), 전극 패드(320), 히터 전극(335), 감지 전극(340) 및 감지물(345)을 포함한다.Referring to FIG. 5 , the
기판(310)은 절연 플레이트(311), 제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(313)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.The
절연 플레이트(311)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.The insulating
한편, 히터 전극(335) 및 감지 전극(340)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 식각되어 제거된다. Meanwhile, the lower area of the insulating
이때, 상기 절연 플레이트(311)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.At this time, when etching the insulating
제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(314)은 멤브레인(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(311) 상에 순차적으로 적층된다.The first silicon oxide
상기 멤브레인은 절연 플레이트(311)의 하부 영역 식각 시에 식각 방지층의 역할을 하며, 또한 상기 감지 전극(340)이나 히터 전극(335)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 멤브레인은 히터 전극(335)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다. The membrane serves as an anti-etching layer when etching the lower region of the insulating
상기 멤브레인은 열산화법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다The membrane can be formed using methods such as thermal oxidation, sputtering, or chemical vapor deposition.
상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 전극 패드(320)가 배치된다.An
상기 전극 패드(220)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에 배치되는 전극 패드(320)는 히터 전극(335)과 연결되는 전극 패드이다.As described above, the
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 히터 전극(335)이 각각 배치된다.Additionally,
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 상기 히터 전극(335)을 덮으며 보호층(315)이 배치된다.Additionally, a
그리고, 상기 보호층(315) 위에는 감지 전극(340), 그리고 상기 감지 전극(340)과 전기적으로 연결되는 전극 패드(320)가 배치된다.Additionally, a
그리고, 상기 보호층(315) 위에는 상기 감지 전극(340)을 덮으며 감지물(335)이 배치된다.Then, a
그리고, 상기 기판(310) 및 상기 보호층(315)에는 상기 감지물(345)의 주변에 상기 감지물(345)을 둘러싸며 배치되는 공극(360)이 형성된다.Additionally, an air gap 360 is formed around the
바람직하게, 상기 절연 플레이트(311)의 하부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(360)은 상기 보호층(315), 상기 제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(314)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(311)의 하부 영역과 연결된다.Preferably, the lower region of the insulating
상기 공극(360)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.The pores 360 may include a plurality of pores as described above, and each of the plurality of pores may be composed of a plurality of unit pores spaced apart by a predetermined distance.
상기와 같은 센싱 모듈(300)은 2층 구조의 센싱 모듈이며, 바람직하게 제 1 층에는 히터 전극(335)이 배치되고, 상기 제 1 층 위의 제 2 층에 감지 전극(340)이 배치되는 구조를 갖는다.The
상기와 같은, 멤브레인 구조는 기판의 지지대 역할이 가능하며, 도 5에서와 같은 2 layer 구조에서는 공정상 가이드 역할이 가능하므로 감지물을 디스펜싱 하거나 스크린 프린팅이 가능하도록 마크 얼라인에 유리하다As described above, the membrane structure can serve as a support for the substrate, and the two-layer structure as shown in Figure 5 can serve as a guide during the process, so it is advantageous for mark alignment to enable dispensing or screen printing of sensing objects.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a fourth embodiment of the present invention.
도 6는 일반적인 브리지 구조를 가지며, 기판에 공극(460)이 형성된 것을 특징으로 한다.Figure 6 has a general bridge structure and is characterized by an
도 6을 참조하면, 센싱 모듈(400)은 기판(410), 전극 패드(420), 히터 전극(435), 감지 전극(440), 보호층(415), 브리지부(470) 및 감지물(445)을 포함한다.Referring to FIG. 6, the
기판(410)은 절연 플레이트(411), 제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(413)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.The
절연 플레이트(411)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.The insulating
한편, 히터 전극(435) 및 감지 전극(440)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(411)의 상부 영역은 식각되어 제거된다. Meanwhile, the upper area of the insulating
이때, 상기 절연 플레이트(411)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.At this time, when etching the insulating
제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(414)은 멤브레인(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(411) 상에 순차적으로 적층된다.The first silicon oxide
상기 멤브레인은 감지 전극(440)이나 히터 전극(435)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 멤브레인은 히터 전극(435)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다. The membrane serves as a support for the
상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 전극 패드(420)가 배치된다. 상기 전극 패드(420)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4개의 전극 패드로 구성될 수 있다.An
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 히터 전극(435) 및 감지 전극(440)이 각각 배치된다. Additionally, a
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 상기 히터 전극(435)을 덮으며 보호층(415)이 형성된다. Additionally, a
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 상기 보호층(415) 및 상기 감지 전극(440)을 덮으며 감지물(445)이 배치된다.Additionally, a
그리고, 상기 기판(410)에는 상기 감지물(445)의 주변에 상기 감지물(445) 주변을 둘러싸며 배치되는 공극(460)이 형성된다.Additionally, an
바람직하게, 상기 절연 플레이트(411)의 상부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(460)은 상기 제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(414)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(411)의 상부 영역과 연결된다.Preferably, the upper region of the insulating
상기 공극(460)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.The
또한, 상기 기판(410)에는 상기 감지물(445)이 형성된 영역을 플로팅(floating) 시키기 위한 브리지를 포함하는 브리지부(470)가 형성된다. 이에 따라, 상기 공극(460)은 상기 브리지부(470)와 상기 감지물(445) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.Additionally, a
상기와 같은 센싱 모듈(400)은 브리지 구조의 센싱 모듈이며, 상기와 같이 기판에 공극이 형성되어 상기 감지 영역 내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.The
도 7은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.Figure 7 is a plan view of a sensing module according to a fifth embodiment of the present invention.
도 2a에서는, 기판(110)의 상면에 복수의 제 1 전극 패드(120)가 배치되는데, 상기 복수의 제 1 전극 패드(120)는 4개로 형성되는 것을 확인할 수 있었다.In FIG. 2A, a plurality of
도 7을 참조하면, 기판(510) 위에는 복수의 제 1 전극 패드(520)가 배치되며, 상기 복수의 제 1 전극 패드(520)는 도 2a와는 다르게, 제 1 상부 전극 패드(521), 제 2 상부 전극 패드(522) 및 제 3 상부 전극 패드(523)를 포함한다. Referring to FIG. 7, a plurality of first electrode pads 520 are disposed on the substrate 510, and, unlike FIG. 2A, the plurality of first electrode pads 520 include a first
그리고, 상기 제 1 상부 전극 패드(521)는 제 1 감지 전극(541) 및 히터 전극(535)과 공통 연결되고, 제 2 상부 전극 패드(522)는 제 2 감지 전극(542)과 연결되고, 제 3 상부 전극 패드(523)은 히터 전극(535)과 연결된다. 즉, 도 2a에서는 감지 전극(140) 및 히터 전극(135)이 서로 개별적으로 전극 패드와 연결되었으나, 도 7에 따르면, 하나의 전극 패드를 감지 전극과 히터 전극의 공용 전극 패드로 사용한다.In addition, the first
따라서, 도 7에 따르면 기판 위에 배치되는 전극 패드를 4개의 전극 패드에서 3 개의 전극 패드 구조로 줄일 수 있다.Therefore, according to FIG. 7, the number of electrode pads placed on the substrate can be reduced from 4 electrode pads to 3 electrode pads.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.Figure 8 is a diagram showing the impact characteristics of a sensing module according to an embodiment of the present invention.
도 8의 (a)를 참조하면, 센싱 모듈은 중간층(115)의 주변에 하나의 공극(160)만이 형성되어 있으며, 도 8의 (b)를 참조하면 중간층(115)의 주변에 복수의 공극이 소정 간격 이격되어 배치되어 있다.Referring to (a) of FIG. 8, the sensing module has only one
도 8의 (a)에 따른 구조를 보면, 일반적으로 취성이 강한 세라믹 기판은 외부 충격에 따른 크랙이 내부에 발생하여 파손 가능성이 있다. 이때, 제 1 전극 패드(120)의 일부에서 크랙이 발생함에 따라 상기 크랙은 기판(110)의 상부 영역의 전체 영역으로 전파되며, 그에 따른 세라믹 기판의 파손 가능성이 높아진다.Looking at the structure according to (a) of FIG. 8, there is a possibility that a ceramic substrate, which is generally highly brittle, may be damaged due to internal cracks occurring due to external impact. At this time, as a crack occurs in a part of the
그러나, 도 8의 (b)에 따른 본 발명의 센싱 모듈의 구조를 보면, 기판(110)은 서로 소정 간격 이격되는 복수의 공극이 형성된 브리지 구조를 가짐으로써, 외부에서 발생된 충격에 따른 에너지를 상쇄시킬 수 있다.However, looking at the structure of the sensing module of the present invention according to (b) of FIG. 8, the
다시 말해서, 본 발명에 따른 센싱 모듈의 구조는, 세라믹 기판의 취성은 같으나, 복수의 공극 사이의 세라믹 기판의 브리지(복수의 공극 사이에 배치되는 기판 영역) 선폭이 길이 대비 상대적으로 작기 때문에 외부 충격에서 발생되어 전파되는 충격 에너지는 외팔보(single beam) 또는 양팔보(양쪽 고정 beam)와 같이 보(beam)의 상/하/좌/우 운동으로 발산/소멸되며, 그에 따라 내부로 크랙이 전파되는 것을 방해함에 따라 세라믹 기판의 파손 확률을 감소시킬 수 있다.In other words, the structure of the sensing module according to the present invention has the same brittleness of the ceramic substrate, but the line width of the bridge (substrate area disposed between the plurality of pores) of the ceramic substrate between the plurality of pores is relatively small compared to the length, so external shock is reduced. The impact energy generated and propagated is dissipated/dissipated by the up/down/left/right movement of the beam, such as a cantilever beam (single beam) or double beam beam (both fixed beams), and cracks are propagated internally accordingly. By disrupting the process, the probability of damage to the ceramic substrate can be reduced.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.Figure 9 is a graph showing the temperature change of the sensing module according to an embodiment of the present invention.
도 9의 (a)는 종래 기술에 따른 센싱 모듈의 시간에 따른 측정 온도의 변화를 보여주고, (b)는 본 발명에 따른 센싱 모듈의 시간에 따른 측정 온도의 변화를 보여준다.Figure 9 (a) shows the change in measured temperature over time of the sensing module according to the prior art, and (b) shows the change in measured temperature over time of the sensing module according to the present invention.
종래에는 상기와 같은 공극(160)이 기판(110)에 형성되어 있지 않음에 따라 감지 영역의 온도는 외부 온도에 영향을 많이 받았으며, 그에 따라 시간에 따른 측정 온도의 변화량은 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 종래에서는 기판 상의 감지부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 히터 전극에 지속적인 전원을 공급해야 했으며, 이에 따른 소비 전력이 증가하였다.Conventionally, since the above-mentioned
그러나, 본 발명에 따르면, 상기 공극(160)이 기판(110)에 형성되어 있음에 따라 상기 감지 영역의 온도가 외부 온도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 하며, 그에 따라 종래에 대비하여 시간에 따른 측정 온도의 변화량은 미세한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 공극(160)에 의해 상기 기판의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 히터 전극에 공급되는 전원을 감소시켜 전력 소모를 획기적으로 절감할 수 있다.However, according to the present invention, since the
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.10 to 13 are diagrams showing the shape of the
도 10 내지 도 12는 공극(160)의 수직 단면의 형상을 보여주고, 도 13은 공극(160)의 수평 단면의 형상을 보여준다.10 to 12 show the shape of a vertical cross section of the
상기 공극(160)의 형상은 상기 공극(160)의 형성 방법에 의해 결정될 수 있다. 상기 공극(160)은 식각 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이와 다르게 샌드 블러스트나 레이저 가공과 같은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.The shape of the
도 10을 참조하면, 상기 공극(160)은 습식 식각(wet etching)에 의해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10, the void 160 may be formed by wet etching.
따라서, 상기 공극(160)은 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 하부를 과에칭함에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있으며, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 기판(110)의 상부를 과에칭함에 따라 하부에서 상부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수도 있다.Accordingly, the
도 11을 참조하면, 상기 공극(160)은 드라이 식각(dry etching)에 의해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 11, the void 160 may be formed by dry etching.
따라서, 상기 공극(160)은 도 11의 (a)와 같이 일반적인 드라이 식각에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하는 형상을 가질 수 있고, (b)에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있다.Therefore, the void 160 may have a shape in which the width gradually decreases from the top to the bottom according to general dry etching, as shown in (a) of FIG. 11, and from the top to the bottom as shown in (b). It can have a shape where the width gradually increases.
또한, 상기 드라이 에칭으로 DRIE(Deep reactive-ion etching)이 이용될 수 있으며, 이에 따라 상기 공극(160)은 곡면 형상을 가질 수 있다.Additionally, deep reactive-ion etching (DRIE) may be used as the dry etching, and accordingly, the void 160 may have a curved shape.
즉, 상기 공극(160)은 도 11의 (c)와 같이 기판의 내부 방향으로 오목한 곡면 형상을 가질 수 있고, (d)에 도시된 바와 같이, 기판의 외부 방향으로 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있으며, (e)에 도시된 바와 같이 내부 방향으로 오목하면서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하는 곡면 형상을 가질 수도 있을 것이다.That is, the
또한, 도 12를 참조하면, 상기 공극(160)은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.Additionally, referring to FIG. 12, the void 160 may be formed through machining.
즉, 공극(160)은 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 샌드 블러스트 가공에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 상부에서 하부로 갈수록 불규칙한 폭 변화를 갖는 형상을 가질 수 있다. 또한, 공극(160)은 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 레이저 가공에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 상부에서 하부로 갈수폭 불규칙한 폭 변화를 가지는 형상을 가질 수 있다.That is, the void 160 may be formed by sand blasting, as shown in (a) of FIG. 12, and may therefore have a shape with an irregular width change from the top to the bottom. Additionally, the void 160 may be formed by laser processing, as shown in (b) of FIG. 12, and may therefore have a shape with an irregular width change from the top to the bottom.
한편, 상기 공극(160)은 다양한 수평 단면을 가질 수 있다.Meanwhile, the
즉, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸는 원형 도넛 형상의 단위 공극들을 포함할 수 있다. That is, as shown in (a) of FIG. 13 , the
또한, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며 원형의 내부 형상 및 사각의 외곽 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 13, the
또한, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며 삼각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.Additionally, as shown in (c) of FIG. 13, the
또한, 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며, 직선의 사각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.In addition, as shown in (d) of FIG. 13, the
도 14는 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.Figure 14 is a diagram showing the cross-sectional structure of a sensing module according to a sixth embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 센싱 모듈(600)은 기판(610), 중간층(615), 제 1 전극 패드(620), 제 2 전극 패드(625), 금속층(630), 히터 전극(635), 감지 전극(640), 감지물(645), 보호층(650), 연결부(655)를 포함한다.Referring to FIG. 14, the
여기에서, 상기 센싱 모듈(600)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 1 내지 3에서 설명한 센싱 모듈(100)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.Here, the structure of other parts of the
한편, 상기 기판(610)에는 공극(660)이 형성된다. 상기 공극(660)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.Meanwhile, a
바람직하게, 상기 공극(660)은 상기 보호층(650) 및 기판(610)에 형성되며, 이때 상기 보호층(65)을 관통하면서 상기 기판(610)을 비관통하며 형성된다.Preferably, the
즉, 본 발명의 제 1 실시 예에서의 공극(160)은 홀 형상을 가졌지만, 제 6 실시 예에서의 상기 공극(660)은 비관통의 홈 형상을 갖는다.That is, the
도 15는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 도면이다.Figure 15 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure of the sensing module according to the seventh embodiment of the present invention.
도 15를 참조하면, 센싱 모듈(700)은 기판(710), 중간층(715), 제 1 전극 패드(720), 제 2 전극 패드(725), 금속층(730), 히터 전극(735), 감지 전극(740), 감지물(745), 보호층(750), 연결부(755)를 포함한다.Referring to FIG. 15, the
여기에서, 상기 센싱 모듈(700)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 1 내지 3에서 설명한 센싱 모듈(100)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.Here, the structure of other parts of the
한편, 상기 기판(710)에는 공극이 형성되며, 상기 공극은 열 차단을 위한 단열 재료로 충진된 열 차단부(760)를 형성한다.Meanwhile, a gap is formed in the
이때, 상기 열 차단부(760)는 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 관통 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 도 14에 도시된 바와 같이 비관통 형상을 가질 수 있다.At this time, the
그리고, 상기 공극 내에 충진되는 단열 재료는 내부 진공형 세라믹 입자와 유기 재료를 포함할 수 있다. 이때, 상기 열이 상기 세라믹 입자의 중공부의 진공 부분을 통과하지 못하고, 입자 계면과 입자 커버 부분을 지나가야 하므로, 열 전도 계수가 상대적으로 낮아지며, 이에 따라 열 차단부(760)는 단열 효과(열 차단 효과)를 가지게 된다.Additionally, the insulating material filled in the pores may include internal vacuum-type ceramic particles and organic materials. At this time, since the heat cannot pass through the vacuum portion of the hollow portion of the ceramic particle and must pass through the particle interface and the particle cover portion, the heat conduction coefficient is relatively low, and accordingly, the
도 16은 본 발명의 제8 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.Figure 16 is a plan view of a sensing module according to an eighth embodiment of the present invention.
센싱 모듈(800)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(810)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(820)가 배치되는 제 2 영역으로 구분된다.The
그리고, 상기 제 1 센서부(810)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(812), 제 2 상부 전극 패드(813), 제 3 상부 전극 패드(814), 제 4 상부 전극 패드(815), 감지물(816), 제 1 감지 전극(817), 제 2 감지 전극(818) 및 히터 전극(819)을 포함한다.And, as described above, the
그리고, 제 2 센서부(820)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(822), 제 2 상부 전극 패드(823), 제 3 상부 전극 패드(824), 제 4 상부 전극 패드(825), 감지물(826), 제 1 감지 전극(827), 제 2 감지 전극(828) 및 히터 전극(829)을 포함한다.And, as described above, the
그리고, 기판에는 상기 제 1 센서부(810)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 1 공극(830)이 형성되고, 상기 제 2 센서부(820)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 2 공극(840)이 형성된다. 이때, 상기 복수의 제 1 공극(830) 및 복수의 제 2 공극(840) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.In addition, a plurality of
또한, 상기 기판에는 상기 제 1 센서부(810) 중 상기 제 2 센서부(820)와 인접한 영역에 제 3 공극(850)이 더 형성되고, 상기 제 2 센서부(820) 중 제 1 센서부(810)와 인접한 영역에 제 4 공극(860)이 더 형성될 수 있다.In addition, a
상기와 같이 복수의 센서부를 포함하는 센싱 모듈에서, 복수의 센서부 사이에 추가적인 공극(850, 860)을 더 형성하여 센서 상호 간의 열 전달을 최소화하여 고온 발생을 감소시킨다.In the sensing module including a plurality of sensor units as described above,
이때, 상기 복수의 센서부 각각은 서로 다른 가스를 감지할 수 있으며, 예를 들어 상기 제 1 센서부(810)은 휘발성유기화합물(VOCs)를 감지할 수 있고, 제 2 센서부(820)는 에탄올을 감지할 수 있다.At this time, each of the plurality of sensor units can detect different gases. For example, the
도 17은 본 발명의 제9 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.Figure 17 is a plan view of a sensing module according to a ninth embodiment of the present invention.
센싱 모듈(900)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(910)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(920)가 배치되는 제 2 영역으로 구분된다.The
그리고, 상기 제 1 센서부(910)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(912), 제 2 상부 전극 패드(913), 제 3 상부 전극 패드(914), 제 4 상부 전극 패드(915), 감지물(916), 제 1 감지 전극(917), 제 2 감지 전극(918) 및 히터 전극(919)을 포함한다.And, as described above, the
그리고, 제 2 센서부(920)는 상기 설명한 바와 같이, 제 1 상부 전극 패드(922), 제 2 상부 전극 패드(923), 제 3 상부 전극 패드(924), 제 4 상부 전극 패드(925), 감지물(926), 제 1 감지 전극(927), 제 2 감지 전극(928) 및 히터 전극(929)을 포함한다.And, as described above, the
그리고, 기판에는 상기 제 1 센서부(910)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 1 공극(930)이 형성되고, 상기 제 2 센서부(920)의 감지 영역의 주위에 복수의 제 2 공극(940)이 형성된다. 이때, 상기 복수의 제 1 공극(930) 및 복수의 제 2 공극(940) 각각은 도 3에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.In addition, a plurality of
또한, 상기 기판에는 상기 제 1 센서부(910)와 상기 제 2 센서부(920)의 중첩 영역에 제 3 공극(950)이 더 형성될 수 있다. 즉, 제 8 실시 예에서는 상기 센서부 간의 공극이 각각의 센서부 내에 별도로 배치되었지만, 제 9 실시 예에서는 상기 센서부 간의 공극이 상기 제 1 센서부(910)의 영역과 상기 제 2 센서부(920)의 영역에 공통으로 형성된다. 다시 말해서, 상기 센서부 간의 공극에 해당하는 제 3 공극(950)의 일부는 상기 제 1 센서부(910)에 위치하고, 나머지 일부는 상기 제 2 센서부(920)에 위치한다.Additionally, a
도 18은 본 발명의 제10 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.Figure 18 is a plan view of a sensing module according to the tenth embodiment of the present invention.
센싱 모듈(1000)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(1010)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(1020)가 배치되는 제 2 영역과, 제 3 센서부(1030)가 배치되는 제 3 영역과, 제 4 센서부(1040)가 배치되는 제 4 영역으로 구분된다.The
이때, 상기 제 1 센서부(1010)는 휘발성 유기 화합물을 감지할 수 있고, 상기 제 2 센서부(1020)는 에탄올을 감지할 수 있으며, 상기 제 3 센서부(1030)는 포름알데히드(HCHO)를 감지할 수 있으며, 상기 제 4 센서부(1040)는 메탄을 감지할 수 있다.At this time, the
그리고, 각각의 센서부에는 감지물의 주위를 둘러싸며 배치되는 제 1 공극(1050, 1060, 1070, 1080)이 형성된다. In addition,
그리고, 상기 제 1 내지 4 센서부의 중앙 영역에는 제 2 공극(1090)이 형성된다. 상기 제 2 공극(1090)은 상기 제 1 내지 4 센서부에 공통으로 형성되며, 그에 따라 일부는 제 1 영역에 배치되고, 다른 일부는 제 2 영역에 배치되며, 또 다른 일부는 제 3 영역에 배치되고, 또 다른 일부는 제 4 영역에 배치된다.And, a
이때, 도면에 도시된 바와 같이 상기 제 2 공극(1090)은 원형 형상을 가질 수 있다.At this time, as shown in the drawing, the
도 19는 본 발명의 제11 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.Figure 19 is a plan view of a sensing module according to the 11th embodiment of the present invention.
센싱 모듈(1100)은 복수의 센서부를 포함하며, 그에 따라 하나의 기판의 상부 영역은 제 1 센서부(1110)가 배치되는 제 1 영역과 제 2 센서부(1120)가 배치되는 제 2 영역과, 제 3 센서부(1130)가 배치되는 제 3 영역과, 제 4 센서부(1140)가 배치되는 제 4 영역으로 구분된다.The
이때, 상기 제 1 센서부(1110)는 휘발성 유기 화합물을 감지할 수 있고, 상기 제 2 센서부(1120)는 에탄올을 감지할 수 있으며, 상기 제 3 센서부(1130)는 포름알데히드(HCHO)를 감지할 수 있으며, 상기 제 4 센서부(1140)는 메탄을 감지할 수 있다.At this time, the
그리고, 각각의 센서부에는 감지물의 주위를 둘러싸며 배치되는 제 1 공극(1150, 1160, 1170, 1180)이 형성된다. In addition,
그리고, 상기 제 1 내지 4 센서부의 중앙 영역에는 제 2 공극(1190)이 형성된다. 상기 제 2 공극(1190)은 상기 제 1 내지 4 센서부에 공통으로 형성되며, 그에 따라 일부는 제 1 영역에 배치되고, 다른 일부는 제 2 영역에 배치되며, 또 다른 일부는 제 3 영역에 배치되고, 또 다른 일부는 제 4 영역에 배치된다.And, a
이때, 도면에 도시된 바와 같이 상기 제 2 공극(1190)은 곡면의 측면을 가지는 마름모 형상을 가질 수 있다.At this time, as shown in the drawing, the
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 외곽 구조물의 구조를 보여주는 도면이다.Figure 20 is a diagram showing the structure of an outer structure according to an embodiment of the present invention.
도 20을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같은 센싱 모듈(100)의 외곽에는 내부에 상기 센싱 모듈(100)를 수용하는 수용 공간을 가지며, 상기 수용 공간 내부로 센싱을 위한 가스를 유입시키는 홀이 형성된 커버(170)가 배치될 수 있다.Referring to FIG. 20, the outside of the
이때, 기존에는 상기와 같은 공극(160)이 전혀 존재하지 않았기 때문에, 상기 홀은 상기 커버(170)의 상부에 국한적으로 형성되어야만 했다.At this time, since the
그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 기판(110)을 관통하며 공극(160)이 형성되며, 그에 따라 상기 공극(160)을 통해 외부의 가스가 상기 커버(170) 내부로 유입될 수 있다.However, in the present invention, an
따라서, 도 20의 (a)와 같이, 상기 홀(175)은 커버(170)의 상부 영역에 형성될 수 있고, (b)에 도시된 바와 같이 상기 커버(170)의 하부 영역에 형성될 수 있으며, (c)에 도시된 바와 같이 상기 커버(170)의 좌측 영역에 형성될 수 있고, (d)에 도시된 바와 같이 상기 커버(170)의 우측 영역에 형성될 수 있다.Therefore, as shown in (a) of FIG. 20, the
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치의 단면 구조를 보여주는 도면이다.Figures 21 and 22 are diagrams showing the cross-sectional structure of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
센싱 장치는, 외부 기판(180) 및 상기 외부 기판(180) 위에 배치되는 센싱 모듈(100)을 포함한다.The sensing device includes an
이때, 상기 센싱 모듈(100)은 상기 외부 기판(180) 위에 직접 부착될 수 있으며, 바람직하게 상기 제 2 전극 패드(125) 및 금속층(130)이 상기 외부 기판(180) 위의 패드(도시하지 않음)에 플립 칩 공정으로 직접 부착될 수 있다.At this time, the
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 외부 기판(180)과 상기 센싱 모듈(100)을 별도의 와이어 본딩 공정 없이 직접 연결할 수 있으며, 이에 따라 제품 부피를 소형화할 수 있을 뿐 아니라, 제품 단가를 낮출 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, the
또한, 센싱 모듈(100)의 상부 영역에는 커버(170A)가 배치되며, 상기 커버(170A)는 도 21에 도시된 바와 같이 상부 영역에 홀(175)이 형성된 구조를 가질 수 있으며, 이와 다르게 도 22에 도시된 바와 같이 홀을 포함하지 않을 수 있다.In addition, a
즉, 도 22에 도시된 바와 같이 커버(170A)는 상기 센싱 모듈(100)의 상부 영역을 모두 덮으며 배치될 수 있다. 이때, 상기 외부 기판(180)과 상기 센싱 모듈(100) 사이에는 일정 공간이 형성되며, 그에 따라 상기 공간 및 상기 공극(160)을 통해 상기 감지물(145)로 외부 가스가 유입될 수 있으며, 이에 따라 상기와 같이 커버에 별도의 홀을 형성하지 않아도 된다.That is, as shown in FIG. 22, the
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by providing a sensing module in which a through electrode connected to the sensing electrode and the heater electrode is formed on a ceramic substrate, miniaturization or slimming of the sensing module and sensing device is achieved by eliminating processes such as wire bonding. This can be achieved, and a sensing device that can be applied to various products can be provided.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by forming a plurality of air gaps around the sensing object, external heat transmitted to the sensing object can be blocked, and thus, the external heat is transmitted to the sensing object, resulting in The operational reliability of the sensor can be improved by eliminating gas detection errors.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.In addition, according to the implementation according to the present invention, the heat of the sensing object is not emitted to the outside by the air gap, so that the sensing object can always maintain a high temperature, and the power consumption for maintaining the sensing object at a constant temperature is reduced. It can be minimized.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지의 전달을 방지하여 세라믹 기판 내부로 크랙이 전파되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따른 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by forming a plurality of pores spaced apart at a predetermined distance around the sensing object, it is possible to prevent cracks from propagating into the ceramic substrate by preventing the transmission of impact energy generated from the outside, This can solve the problem of damage to the sensing module.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 복수의 센서가 배치되는 가스 센서 구조에서, 상기 복수의 센서 사이에 에어 공극을 형성함으로써, 상기 복수의 센서 사이의 열 전달을 방지하여 보다 정확한 감지 동작을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in a gas sensor structure in which a plurality of sensors are disposed, an air gap is formed between the plurality of sensors to prevent heat transfer between the plurality of sensors to achieve a more accurate sensing operation. It can be done.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects, etc. described in the embodiments above are included in at least one embodiment and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified and implemented in other embodiments by a person with ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the embodiments.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description focuses on the examples, this is only an example and does not limit the examples, and those skilled in the art will understand that there are various options not exemplified above without departing from the essential characteristics of the examples. You will see that variations and applications of branches are possible. For example, each component specifically shown in the examples can be modified and implemented. And these variations and differences related to application should be interpreted as being included in the scope of the embodiments set forth in the appended claims.
100A, 100B: 센싱 모듈
110: 기판
115: 중간층
120: 제 1 전극 패드
125: 제 2 전극 패드
130: 금속층
135: 히터 전극
140: 감지 전극
145: 감지물
150: 보호층
155, 155A: 연결부
160: 공극
170, 170A: 커버
180: 외부 기판100A, 100B: Sensing module
110: substrate
115: middle layer
120: first electrode pad
125: second electrode pad
130: metal layer
135: heater electrode
140: sensing electrode
145: Sensing object
150: protective layer
155, 155A: Connection
160: void
170, 170A: Cover
180: external substrate
Claims (23)
상기 기판의 주변 영역 상에 배치된 제1 전극 패드;
상기 기판의 상기 주변 영역과 상기 감지 영역을 전기적으로 연결하도록 배치되고, 상기 제1 전극 패드와 연결된 전극부; 및
상기 감지 영역에 배치된 전극부의 일부를 덮으며 상기 감지 영역 상에배치되는 감지물을 포함하고,
상기 기판은, 상기 기판의 상면에서 하면을 향하여 연장되는 공극을 포함하고,
상기 공극에 선택적으로 주입되는 단열재를 포함하며,
상기 기판의 공극 및 상기 단열재는 상기 전극부 및 상기 감지물과 수직으로 중첩되지 않는,
가스 센싱 모듈.A substrate including a sensing area for sensing gas and a surrounding area other than the sensing area;
a first electrode pad disposed on a peripheral area of the substrate;
an electrode portion disposed to electrically connect the peripheral area of the substrate and the sensing area and connected to the first electrode pad; and
Covering a portion of the electrode portion disposed in the sensing area and comprising a sensing object disposed on the sensing area,
The substrate includes a gap extending from the upper surface of the substrate toward the lower surface,
It includes an insulating material selectively injected into the void,
The pores of the substrate and the insulating material do not vertically overlap the electrode portion and the sensing object,
Gas sensing module.
상기 기판의 감지 영역 상에 배치되는 중간층을 더 포함하고,
상기 감지 영역 상에 배치된 상기 전극부의 일부분 및 상기 감지물은 상기 중간층 상에 배치되며,
상기 공극은 상기 중간층과 수직으로 중첩되지 않는,
가스 센싱 모듈.According to clause 1,
Further comprising an intermediate layer disposed on the sensing area of the substrate,
A portion of the electrode portion disposed on the sensing area and the sensing object are disposed on the intermediate layer,
The pores do not overlap perpendicularly with the intermediate layer,
Gas sensing module.
상기 공극은,
상기 감지물의 제1측에 형성되는 제1 공극과,
상기 감지물의 상기 제1측과 반대되는 제2측에 형성되고, 상기 제1 공극과 이격된 제2 공극을 포함하고,
상기 전극부의 일부분은 상기 제1 공극과 상기 제2 공극 사이의 이격 영역에 배치되는,
가스 센싱 모듈.According to claim 1 or 2,
The void is,
a first gap formed on a first side of the sensing object;
It is formed on a second side of the sensing object opposite to the first side, and includes a second gap spaced apart from the first gap,
A portion of the electrode portion is disposed in a spaced area between the first gap and the second gap,
Gas sensing module.
상기 제1 공극은,
상기 감지물의 상기 제1측에 형성되고, 상호 이격되는 복수의 제1 단위 공극을 포함하고,
상기 제2 공극은,
상기 감지물의 상기 제2측에 형성되고, 상호 이격되는 복수의 제2 단위 공극을 포함하는,
가스 센싱 모듈According to clause 3,
The first gap is,
A plurality of first unit pores formed on the first side of the sensing object and spaced apart from each other,
The second gap is,
A plurality of second unit pores formed on the second side of the sensing object and spaced apart from each other,
gas sensing module
상기 제1 공극은 상기 감지물을 중심으로 상기 제2 공극과 대칭 형상을 가지는,
가스 센싱 모듈According to clause 3,
The first air gap has a symmetrical shape with the second air gap around the sensing object,
gas sensing module
상기 전극부는,
상기 제1 전극 패드와 연결되며, 제1 및 제2 감지 전극을 포함하는 감지 전극부와,
상기 제1 전극 패드와 연결되며, 상기 감지 전극부와 이격되는 히터 전극을 포함하며,
상기 제1 전극 패드는,
상기 제1 감지 전극과 연결되는 제1-1 전극 패드와,
상기 제2 감지 전극과 연결되는 제1-2 전극 패드와,
상기 히터 전극의 일단과 연결되는 제1-3 전극 패드와,
상기 히터 전극의 타단과 연결되는 제1-4 전극 패드를 포함하는,
가스 센싱 모듈.According to claim 1 or 2,
The electrode part,
a sensing electrode portion connected to the first electrode pad and including first and second sensing electrodes;
It includes a heater electrode connected to the first electrode pad and spaced apart from the sensing electrode portion,
The first electrode pad is,
A 1-1 electrode pad connected to the first sensing electrode,
A 1-2 electrode pad connected to the second sensing electrode,
1st-3rd electrode pads connected to one end of the heater electrode,
Comprising 1-4 electrode pads connected to the other end of the heater electrode,
Gas sensing module.
상기 기판의 주변 영역 및 감지 영역 상에 배치되고, 상기 감지물과 수직으로 중첩되는 개구를 포함하는 보호층을 포함하고,
상기 공극은 상기 보호층을 관통하는
가스 센싱 모듈.According to claim 1 or 2,
A protective layer disposed on a peripheral area and a sensing area of the substrate and including an opening that vertically overlaps the sensing object,
The void penetrates the protective layer.
Gas sensing module.
상기 공극은, 상기 기판을 관통하는 관통 홀 및 상기 기판을 비관통하는 리세스 중 어느 하나를 포함하는,
가스 센싱 모듈.According to claim 1 or 2,
The air gap includes one of a through hole penetrating the substrate and a recess not penetrating the substrate.
Gas sensing module.
상기 기판의 하면에 배치된 제2 전극 패드; 및
상기 기판을 관통하며, 상기 제1 전극 패드 및 상기 제2 전극 패드를 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 연결부의 최외측면은 상기 기판으로 덮이지 않는,
가스 센싱 모듈.According to clause 1,
a second electrode pad disposed on the lower surface of the substrate; and
Penetrating the substrate and including a connection portion connecting the first electrode pad and the second electrode pad,
The outermost side of the connection portion is not covered with the substrate,
Gas sensing module.
상기 기판은 복수의 감지 영역을 포함하고,
상기 제1 전극 패드, 상기 전극부 및 상기 감지물은 상기 복수의 감지 영역 상에 각각 배치되는 복수의 감지부를 포함하고,
상기 공극은 상기 기판의 상기 복수의 감지 영역 사이에 더 형성되는,
가스 센싱 모듈.According to claim 1 or 2,
The substrate includes a plurality of sensing areas,
The first electrode pad, the electrode unit, and the sensing object include a plurality of sensing units respectively disposed on the plurality of sensing areas,
wherein the air gap is further formed between the plurality of sensing regions of the substrate,
Gas sensing module.
Priority Applications (2)
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