히터와 일체화된 전하 유도형 PM 센서

Abstract

급속한 산업화 이후로 미세 먼지(Particulate Matter, PM)는 대기오염의 주 원인으로 인식되고 있다. PM은 대기에 배출되는 총 배출량 중 약 65 %가 자동차에서 배출되는 것으로 추정이 되고 있다. 따라서 자동차에서 배출되는 PM을 제거하기 위하여 DPF 가 모든 자동차에 설치되었지만, DPF는 그 기계적인 특성으로 인해 파손될 수 있다. 따라서 이 DPF의 고장여부를 판단할 수 있는 규제가 시행되고 있으며, 2014년 이후 생산되는 전 차종에 6.5 mg/km 이하를 감지할 수 있는 센서를 장착해야한다. 따라서 이를 위한 센서가 필요하다. PM 의 물리, 화학적 특성에 기인한 센서들 중에서 전하 유도방식 센서는 낮은 Minimum Detectable Range가 달성 가능하며, 간단한 구조로 인해 양산이 용이하다. 하지만, 전하 유도 방식 센서는 센서 표면위에 물이나 PM이 쌓이게 되면 감도가 낮아진다. 따라서 이를 제거할 수 있는 메커니즘이 필요하다. 본 논문에서는 전하유도방식 센서에 히터를 내장하여 PM이 쌓이는 문제를 해결하였다. 세라믹과 실리콘을 접합하여 센서와 히터가 내장된 구조를 만들었다. 실리콘으로 만들어진 센서는 간단한 MEMS 공정을 이용하여 제작되었고, 히터는 세라믹위에 스크린프린팅을 이용하여 제작되었다. 이러한 구조를 이용하여, 배기환경에 적합하며 센서 표면 위 퇴적된 PM을 제거할 수 있는 센서를 제작 하였고, 제작된 센서는 OBD 규제를 만족하는 0.079 mg/km의 minimum detectable range를 달성하였다.