본 논문에서는 열경화성 폴리이미드를 정전용량형 습도센서의 감습재료로 사용하여 공정이 간단한 IDT(Interdigitated) 전극을 갖는 정전용량형 습도센서를 제작하고 특성을 측정 및 분석하였다. 먼저 일정한 용량값을 얻기 위하여 용량형 센서의 전극 수, 전극의 두께와 간격 및 폴리이미드 감습막의 두께 등을 최적화하여 마스크 설계 및 제작을 했으며, 실리콘 기판 상에 반도체 공정 장비를 이용하여 정전용량형 습도센서를 제작하였다. 제작된 센서의 면적은 $1.56{\times}1.66mm^2$ 이며, 전극의 넓이와 전극간 폭은 동일하게 각각 $3{\mu}m$, 센서의 감도를 위해 전극 수를 166개, 전극의 길이는 1.294mm로 제작하였다. 그런 다음 센서 특성을 측정하기 위해 PCB상에 패키징 하였다. $25^{\circ}C$챔버 환경에 센서를 삽입하고 LCR Meter에 연결하여 1V, 20kHz를 인가한 상태에서 20%RH에서 90%RH까지 습도변화에 대한 용량값 변화를 측정하였다. 제작된 정전용량형 습도센서의 측정 결과 감도는 26fF/%RH, 선형 특성 < ${\pm}2%RH$ 그리고 히스테리시스는 < ${\pm}2.5%RH$를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 열경화성 폴리이미드를 정전용량형 습도센서의 감습재료로 사용하여 공정이 간단한 IDT(Interdigitated) 전극을 갖는 정전용량형 습도센서를 제작하고 특성을 측정 및 분석하였다. 먼저 일정한 용량값을 얻기 위하여 용량형 센서의 전극 수, 전극의 두께와 간격 및 폴리이미드 감습막의 두께 등을 최적화하여 마스크 설계 및 제작을 했으며, 실리콘 기판 상에 반도체 공정 장비를 이용하여 정전용량형 습도센서를 제작하였다. 제작된 센서의 면적은 $1.56{\times}1.66mm^2$ 이며, 전극의 넓이와 전극간 폭은 동일하게 각각 $3{\mu}m$, 센서의 감도를 위해 전극 수를 166개, 전극의 길이는 1.294mm로 제작하였다. 그런 다음 센서 특성을 측정하기 위해 PCB상에 패키징 하였다. $25^{\circ}C$ 챔버 환경에 센서를 삽입하고 LCR Meter에 연결하여 1V, 20kHz를 인가한 상태에서 20%RH에서 90%RH까지 습도변화에 대한 용량값 변화를 측정하였다. 제작된 정전용량형 습도센서의 측정 결과 감도는 26fF/%RH, 선형 특성 < ${\pm}2%RH$ 그리고 히스테리시스는 < ${\pm}2.5%RH$를 얻을 수 있었다.
In this study, we fabricated a capacitive humidity sensor with interdigitated (IDT) electrodes using a thermosetting polyimide as a humidifying material. First, the number of electrodes, thickness, and spacing of the polyimide film were optimized, and a mask was designed and fabricated. The sensor w...
In this study, we fabricated a capacitive humidity sensor with interdigitated (IDT) electrodes using a thermosetting polyimide as a humidifying material. First, the number of electrodes, thickness, and spacing of the polyimide film were optimized, and a mask was designed and fabricated. The sensor was fabricated on a silicon substrate using semiconductor processing equipment. The area of the sensor was $1.56{\times}1.66mm^2$, and the width of the electrode and the gap between the electrodes were each $3{\mu}m$. The number of electrodes was 166, and the length of an electrode was 1.294 mm for the sensitivity of the sensor. The sensor was then packaged on a PCB for measurement. The sensor was inserted into a chamber environment with a temperature of $25^{\circ}C$ and connected to an LCR meter to measure the change in capacitance at relative humidity (RH) of 20% to 90%, 1 V, and 20 kHz. The results showed a sensitivity of 26fF/%RH, linearity of < ${\pm}2%RH$, and hysteresis of < ${\pm}2.5%RH$.
In this study, we fabricated a capacitive humidity sensor with interdigitated (IDT) electrodes using a thermosetting polyimide as a humidifying material. First, the number of electrodes, thickness, and spacing of the polyimide film were optimized, and a mask was designed and fabricated. The sensor was fabricated on a silicon substrate using semiconductor processing equipment. The area of the sensor was $1.56{\times}1.66mm^2$, and the width of the electrode and the gap between the electrodes were each $3{\mu}m$. The number of electrodes was 166, and the length of an electrode was 1.294 mm for the sensitivity of the sensor. The sensor was then packaged on a PCB for measurement. The sensor was inserted into a chamber environment with a temperature of $25^{\circ}C$ and connected to an LCR meter to measure the change in capacitance at relative humidity (RH) of 20% to 90%, 1 V, and 20 kHz. The results showed a sensitivity of 26fF/%RH, linearity of < ${\pm}2%RH$, and hysteresis of < ${\pm}2.5%RH$.
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문제 정의
본 논문에서는 빗살형 정전용량형 습도센서를 제작하고 특성을 측정하였다. 먼저 전극의 수, 전극의 두께와 간격 및 폴리이미드 감습막의 두께 등을 최적화하여 마스크 설계 및 제작을 했으며, 실리콘 기판상에 반도체 공정장비를 이용하여 정전용량형 습도센서를 제작하였다.
제안 방법
먼저 전극의 수, 전극의 두께와 간격 및 폴리이미드 감습막의 두께 등을 최적화하여 마스크 설계 및 제작을 했으며, 실리콘 기판상에 반도체 공정장비를 이용하여 정전용량형 습도센서를 제작하였다. 그런 후 Wafer Sawing 및 PCB 상에 패키징하여 습도센서 특성을 측정하고 분석하였다.
본 논문에서는 빗살형 정전용량형 습도센서를 제작하고 특성을 측정하였다. 먼저 전극의 수, 전극의 두께와 간격 및 폴리이미드 감습막의 두께 등을 최적화하여 마스크 설계 및 제작을 했으며, 실리콘 기판상에 반도체 공정장비를 이용하여 정전용량형 습도센서를 제작하였다. 그런 후 Wafer Sawing 및 PCB 상에 패키징하여 습도센서 특성을 측정하고 분석하였다.
본 논문에서는 IDT 구조 정전용량형 습도센서를 6인치 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제작한 후, 자체 제작한 PCB를 이용하여 패키징을 수행하여 센서특성을 측정하였다. 제작된 습도센서의 면적은 1.
본 논문에서는 전극 간격과 폭의 합을 6㎛로 설계하고 유전율 2.95, 체적저항율 3.4☓1016 Ω·㎝로 내열성 및 내화학성 등이 우수한 열경화성 폴리이미드(HDMicrosystems제조)를 반도체 장비를 이용하여 코팅 및 패턴닝 후 열처리를 통해 두께를 최적화하였다.
4(a)). 산화막 위에 사진식각 공정을 이용하여 전극패턴을 형성한 후, 패턴 내부의 잔류 포토레지스트 등을 제거하기 위해 플라즈마 장비(plasma asher)를 이용하여 에싱(ashing)을 수행하였다(Fig. 4(b)).
센서의 선형 특성을 측정하기 위해 챔버 내에 센서를 삽입하고 LCR Meter를 통해 1V, 20kHz의 전원을 인가한 후 25℃에서 습도를 변화시키면서 정전용량값을 측정하였다. Fig.
소자 제작은 실리콘 기판 절연을 위해 열 산화(Oxidation) 공정을 이용하여 산화막을 5,000Å두께로 성장하였다(Fig.
대상 데이터
본 논문에서는 6인치 (100)방향의 P-형 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용하여 IDT 구조를 갖는 정전용량형 습도센서를 제작하였다.
습도센서의 면적은 1.56☓1.66㎟ 이며, 전극의 넓이와 전극간 폭은 동일하게 각각 3㎛, 센서의 감도를 위해 전극 수를 166개, 길이를 1.294㎜로 설계 및 제작하였으며 Fig. 4는 제작된 마스크를 이용한 IDT 구조의 정전용량형 습도센서 제조 공정을 보여주고 있다.
본 논문에서는 IDT 구조 정전용량형 습도센서를 6인치 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제작한 후, 자체 제작한 PCB를 이용하여 패키징을 수행하여 센서특성을 측정하였다. 제작된 습도센서의 면적은 1.56☓1.66㎟이며, 전극의 넓이와 전극간 폭은 동일하게 각각 3㎛, 센서의 감도를 높이기 위해 전극 수를 166개, 길이를 1.294㎜로 설계 및 제작하였다. 센서특성 측정 결과 감도는 26fF/%RH, 선형 특성 < ± 2%RH 그리고 히스테리시스는 < ± 2.
성능/효과
각 습도 구간에서 20분 정도의 안정화 시간을 두고 측정을 하였으며, 측정 결과 히스테리시스는 20%RH에서 90%RH 영역에서 < ± 2.5%RH 편차로 좋은 특성을 보여주었다.
294㎜로 설계 및 제작하였다. 센서특성 측정 결과 감도는 26fF/%RH, 선형 특성 < ± 2%RH 그리고 히스테리시스는 < ± 2.5%RH로 나타났다.
후속연구
IDT 구조는 기존의 적층형 정전용량형 습도센서보다 공정이 간단하면서 우수한 특성을 보임으로써 반도체 공정을 이용하여 대량 생산이 가능하며 사물인터넷 시대에 다양한 환경에서 온·습도 모니터링뿐만 아니라 고정밀기기 분야에도 적용할 수 있으리라 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
저항형 습도센서의 장단점에는 무엇이 있는가?
현재 상용화되어 널리 사용되고 있는 습도센서로는 크게 저항형 습도센서와 정전용량형 습도센서로 구분할 수 있다. 저항형 습도센서는 구조가 간단하고 제조 공정이 간단하여 가격이 저렴하다는 장점이 있지만, 온도 보정이 필요하거나 낮은 습도의 측정이 어려운 단점을 가지고있다. 정전용량형 습도센서는 낮은 습도의 감지가 가능하고 선형성 및 응답특성이 우수한 장점을 가지고 있지만, 저항형 습도센서에 비해 가격이 비싸다는 단점이 있다[4-6].
센서의 정의는?
센서란 측정 대상물로부터 압력, 온도, 습도, 가속도, 생체신호 등 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환시켜주는 장치로 인간이 오감을 통해 주위 환경을 인지하고 파악하는 것처럼 다양한 전자기기에서 센서를 통해 정보를 취득하고 분석하므로 센서는 인간의 감각기관 역할을 수행하는 IoT의 핵심 요소이다.
사물인터넷의 주요 기술들 중 하나인 센싱기술이 발전하고 있는 방향은?
MEMS(Microelectromechanical systems) 기술의 도입과 발전으로 센서는 소형화되고 복합화되면서 단순센싱 기능 이외에 데이터 처리, 의사 결정, 통신 기능 등이 결합되어 필요한 정보를 얻고 스스로 의사결정 및 정보 처리가 가능한 지능화된 센서로 발전하고 있다.
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