초록 ▼

세라믹 소재를 이용한 압력 Transducer 및 선박용 압력 모니터링 시스템은 선박에 설치되어 있는 밸러스트(Ballast), 드래프트(Draft) 탱크와 각종 오일(Oil), 물탱크의 수위를 연속적으로 측정하는 핵심부품과 그 시스템장치이다. 선박의 밸러스트 (ballast) 탱크나 오일·물탱크(tank) 내의 수위나 흐름을 연속적으로 측정하는 장치인 레벨트랜스미터(level transmitter)에는 큰 해수압을 견디는 견고한 압력트랜스듀서가 내장되어 있다. 압력트랜스듀서는 외부 압력에 의한 다이아프램의 변형(휨) 정도가 달라짐

세라믹 소재를 이용한 압력 Transducer 및 선박용 압력 모니터링 시스템은 선박에 설치되어 있는 밸러스트(Ballast), 드래프트(Draft) 탱크와 각종 오일(Oil), 물탱크의 수위를 연속적으로 측정하는 핵심부품과 그 시스템장치이다. 선박의 밸러스트 (ballast) 탱크나 오일·물탱크(tank) 내의 수위나 흐름을 연속적으로 측정하는 장치인 레벨트랜스미터(level transmitter)에는 큰 해수압을 견디는 견고한 압력트랜스듀서가 내장되어 있다. 압력트랜스듀서는 외부 압력에 의한 다이아프램의 변형(휨) 정도가 달라짐을 이용하는 정전용량형과 다이아프램 위에 위치한 저항체가 응력에 따라 저항값이 바뀌는 것을 이용하는 압저항형으로 크게 구분된다. 일반적으로 정전용량형은 압저항형에 비해 고감도, 고정밀, 낮은 온도계수 등의 장점을 가지고 있고, 전력 손실도 낮아 선진국에서는 이미 제품으로 개발하여 상용화시키고 있다. 본 개발대상 제품은 레벨트랜스미터의 핵심부품인 고감도, 고정밀 정전용량형(capacitance type) 압력트랜스듀서(pressure transducer)이다. 개발하고자 하는 압력트랜스듀서는 압력을 전기적인 신호로 변환하는 세라믹 압력센서셀(pressure sensor cell)과 신호처리회로부로 구성되어 있다.
정전용량의 변화를 측정하는 방식은 MEMS 뿐만 아니라 정밀계측에서 많이 사용되어지는 방법이다. 정전용량 감지를 위한 물리적인 구조는 매우 간단하며 온도에 따른 편차가 적다. 반면, 정전용량형 압력센서의 경우 측정값의 비선형성이 존재하고 있으나 구조의 간단함 및 적은 온도편차의 장점에 의해 많이 사용되어지고 있다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약서(초록) ... 3
• 목차 ... 4
• 제 1장 기술개발과제의 개요 ... 12
• 제 1절 기술개발의 중요성 ... 12
• 1. 기술개발의 개요 ... 12
• 2. 기술개발의 중요성 ... 13
• 제 2절 국내·외 관련기술 현황 ... 14
• 1. 국내 관련기술 현황 ... 14
• 2. 국내 관련기술 현황 ... 14
• 제 2 장 기술개발 목표 및 개발내용 ... 15
• 제 1 절 기술개발 목표 ... 15
• 1. 1차년도 목표 ... 15
• 2. 1차년도 세부개발내용 ... 15
• 3. 2차년도 목표 ... 16
• 4. 2차년도 세부개발내용 ... 16
• 제 2 절 세부 개발내용 및 방법 ... 17
• 1. 압력센서용 세라믹모재와 다이아프램 설계 및 가공 ... 17
• 가. 압력센서용 세라믹모재 설계 및 정밀 가공 ... 17
• 나. 압력센서용 다이아프램 설계 및 가공 ... 19
• 2. 외부회로 연결을 위한 세라믹 모재 삽입용 전극봉 ... 20
• 가. 세라믹 모재 삽입용 도전재료 ... 20
• 나. 세라믹 모재 전극홀 삽입 ... 20
• 3. 압력센서용 전극패턴 설계 및 가공 ... 21
• 가. 세라믹모재 전극패턴 설계 ... 21
• 나. 다이아프램 전극패턴 설계 및 가공 ... 26
• 다. 활성용가제의 설계 ... 28
• 4. 다아이프램 기판에 전극패턴 증착 ... 29
• 가. 양면 폴리싱된 사파이어 기판에 Ta 전극증착 ... 29
• 나. 양면폴리싱 되지 않은 사파이어 기판에서의 Ta전극 증착 ... 34
• 5. 세라믹 모재에 전극 패턴 증착 ... 39
• 가. 세라믹모재 ... 39
• 나. 스크린인쇄에 의한 전극증착 (TYPE1) ... 40
• 다. 금속물질에 의한 전극형성 (TYPE2) ... 43
• 라. DC스퍼터에 의한 전극증착 (TYPE3) ... 43
• 마. DC스퍼터에 의한 전극증착 - 수정된 세라믹모재 ... 45
• 바. DC스퍼터에 의한 전극증착 - 수정된 세라믹모재용 쉐도우마스크 ... 46
• 사. DC스퍼터에 의한 전극증착 - 재수정된 세라믹모재용 쉐도우마스크 ... 47
• 아. DC스퍼터에 의한 전극증착 - 초기용량값의 조정 ... 49
• 6. 세라믹모재의 후 열처리 ... 51
• 가. Ar가스 분위기에서의 열처리 ... 51
• 나. 진공로내 Ar가스 분위기에서의 열처리 ... 53
• 7. 세라믹모재와 다이아프램 접합 ( Brazing ) ... 55
• 가. 세라믹모재와 다이아프램 접합 ... 55
• 8. 압력센서 DSP용 회로설계 및 구현 ... 67
• 9. 압력센서셀과 금속하우징 ... 68
• 10. 압력센서 시작품 분석 및 측정 ... 70
• 가. 압력센서 시작품의 XRD 분석 자료 ... 70
• 나. 표면 및 성분분석 자료 ... 79
• 11. 압력센서 시작품 측정기구 자료 ... 91
• 12. 압력센서 시작품 측정 데이터 자료 ... 93
• 가. 공정과정에 따른 계측자료 ... 93
• 13. 압력 모니터링 시스템의 구현과 동작 ... 107
• 가. 압력 모니터링 시스템의 구성 ... 107
• 나. 압력 모니터링 시스템의 압력테스트 ... 109
• 14. 압력센서 시작품의 신뢰성 시험 ... 110
• 제 3 장 성과요약 및 기대효과 ... 113
• 제 1 절. 기술개발의 성과요약 및 기대효과 ... 113
• 제 2 절. 기술개발을 적용한 사업화 계획 ... 113
• 1. 개발된 기술을 활용한 사업화 방안 ... 113
• 가. 제품화 개발계획 ... 114
• 나. 양산 및 판로 확보 계획 ... 114
• 3. 부 록 ... 117
• 가. 정전용량형 압력센서관련 도면 ... 118
• 나. 정전용량형 압력센서관련 시험성적서 ... 128
• 다. 정전용량형 압력센서관련 특허 ... 136
• 라. 압력센서 접합공정관련 논문:Ti가 함유된 Active Filler Metal을 이용한 Al₂O₃/Al₂O₃ Brazing 반응층의 조성과 Ti 거동에 관한 연구 ... 212