KR100230891B1 - 정전용량형 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 화학에칭을 필요로 하지 않고, 두께가 얇은 도전성박막을 사용한 정전용량형 압력센서 및 정전용량형 가속도센서 등에 유용하고 소형인 고정밀도의 정전용량형 센서 및 그 제조방법에 있어서, 관통구멍(1a)에 KBr 등의 알칼리할라이드재료(2)를 충전하고, 그 표면에 도전성박막(4)을 형성한후 알칼리할라이드재료(2)를 도면에 의해 용해하여 제거함으로써, 소형이고 고감도인 정전용량형 압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 절연체판(1)의 두께방향으로 형성한 관통구멍(1a)을 KBr등의 알칼리할라이드재료(2)를 용해해서 충천한다. 관통구멍(1a)에 메워진 알칼리할라이드재료(2) 및 그 주변의 표면에 도전성박막(4)을 형성한 후, 수세에 의해 알칼리할라이드재료(2)를 용해해서 제거하고, 관통구멍(1a)과 도전성박막(4)으로 다이어프램을 구성한다. 도전성박막(4)의 앞뒤면의 압력차에 의한 다이어프램의 변형을 도전성박막(4)과 전극층(6)사이의 정전용량의 변화로서 검지할 수 있는 것을 특징으로 한 것이다.
Description
제1도는 본 발명의 정전용량형 압력센서의 실시예 1의 구성을 표시한 단면도.
제2도는 본 발명의 정전용량형 압력센서의 제조방법의 실시예 1을 표시한 공정도.
제3도는 본 발명의 정전용량형 가속도센서의 실시예 2의 구성을 표시한 단면도.
제4도는 본 발명의 정전용량형 가속도센서의 제조방법의 실시예 2를 표시한 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 11 : 절연체판 1a, 11a : 관통구멍
2, 12 : 알칼리할라이드 재료 3, 13 : 유지기반
4, 14 : 도전성박막 5, 17 : 베이스
6, 16 : 전극층 7, 18 : 정전용량부
15 : 추(錐)
본 발명은, 압력센서 및 가속도센서 등에 유용한 박막다이어프램을 사용한 정전용량형센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 화학에칭이 불필요한 정전용량형센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 압력센서는 산업용 플랜트에서부터 가전용 제품에 이르기까지 넓은 분야에서 사용되고 있다. 특히, 실리콘의 우수한 기계특성과 반도체제조기술의 높은 생산성을 활용한 반도체압력센서는, 마이크로컴퓨터와 조합해서 사용됨으로써, 자동제어계의 지능화 및 고부가가치화에 불가결한 중요부품으로 되어 있다. 반도체압력센서는, 크게 분류해서 피에조저항형과 정전용량형으로 분류할 수 있다. 피에조저항형 압력센서는, 실리콘의 피에조저항효과를 이용하여 다이어프램의 변형을 확산저항의 저항치변화로서 검출하는 방법이며, 일반적인 반도체 제조프로세스에 의해서 만들어진다. 한편, 정전용량형 압력센서는, 고정전극과 다이어프램간의 정전용량의 변화는 전기신호로서 인출하는 방식이며, 고감도이며 온도특성이 좋다.
또, 최근, 자동차분야에서는, 조종안정성의 향상이나 안정성의 향상이 추구되고 있으며, 서스펜션·브레이크나 에어백 등의 시스템이 보고되고 있다. 그 때문에, 가속도센서에 대한 수요가 급속히 높아지고, 소형경량이고 신뢰성이 높은 반도체 왜곡게이지식 가속도센서나 정전용량식 가속도센서 등이 개발되어 있다.
또, 자기디스크나 광디스크등의 분야에서도, 휴대시에 픽업/액세스의 제어를 위하여,소형경량이고 신뢰성이 높은 가속도센서가 요구되고 있다.
일반적으로, 정전용량형 압력센서쪽의 피에조저항형 압력센서보다도 분해능이 우수하다. 따라서, 피에조저항형 압력센서를 사용해서, 정전용량형 압력센서와 동등한 분해능으로 미세한 압력을 계측하면, 다이어프램의 두께를 종래의 것보다도 한층 더 얇게하지 않으면 안된다. 그러나, 반도체제조기술을 사용해서 실리콘을 화학적으로 에칭하고, 얇은 다이어프램을 제조하는 것을 곤란하며, 또 제조할 수 있었다고 해도 취급에 주의를 요하고, 또 깨지기 쉽다. 이 때문에, 정전용량형 압력센서와 동등한 분해능을 가진 피에조저항형 압력센서를 제조하는 것을 사실상 불가능하였다. 따라서, 100gf/cm2이하의 미세한 압력영역에서 측정하기 위해서는 정전용량형 압력센서가 적합한 것으로 생각되나, 이 경우에도 다이어프램을 형성하기 위하여 마이크로가공기술이 요구되고, 가공기술의 복잡화나 고가격화를 초래한다고 하는 문제점을 가지고 있었다. 한편, 스테인레스다이어프램을 사용한 정전용량형 압력센서가 종래부터 시판되고 있으나, 기생용량으로 외란의 영향을 받기 쉽다고 하는 결점을 가지고 있다. 이 때문에, 고정밀도화를 도모하기 위해서는, 대형화 및 고가격화를 초래한다고 하는 문제점을 가지고 있었다.
또, 가속도센서에는, 피에조저항형이나 정전용량형의 반도체타입의 가속도센서 및 압전체를 사용한 압전타입의 가속도센서가 알려져 있다. 그러나, 어느 방식에 있어서도, 가속도센서의 소형화나 고감도화를 실현하기 위해서는, 다이어프램이나 캔틸레버등의 감지부분의 기계적특성을 고도화하지 않으면 안되고, 다이어프램이나 캔틸레버를 형성하기 위하여 마이크로가공기술과 같은 고도의 미세가공기술이 요구되어, 가공기술의 고도화나 고가격화를 초래한다고 하는 문제점을 가지고 있었다. 실제적으로, 현시점에서는 제조코스트가 높기 때문에, 실용화되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하기 위하여, 화학에칭을 필요로 하지 않고, 두께가 얇은 도전성박막을 사용한 정전용량형 압력센서 및 정전용량형 가속도센서 등에 유용하고 소형인 고정밀도의 정전용량형 센서 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 정전용량형 센서는, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판과, 상기 절연체판의 한쪽 표면에 형성되어 상기 관통구멍을 덮는 도전성박막과, 상기 절연체판의 다른 쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 전극층과, 상기 전극층과 함께 상기 절연체판을 지지하는 베이스를 구비하고 있다.
상기 구성에 있어서는, 도전성박막의 두께가 10nm내지 5㎛의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
또 상기 구성에 있어서는 전극층은 베이스표면에 형성되며, 절연체판의 다른쪽 표면에 기계적으로 밀착되어 있는 것이 바람직하다.
또 상기 구성에 있어서는, 전극층은 베이스표면에 형성되며, 절연체판의 다른 쪽 표면에 접착제에 의해 접착되어 있는 것이 바람직하다.
또 상기 구성에 있어서는 정전용량형 센서가 정전용량형 압력센서인 것이 바람직하다.
또 상기 구성에 있어서는 도전성박막의 양 표면중에서 관통구멍과 대향하는 쪽의 표면에 추를 형성하여, 정전용량형 가속도센서로 형성한 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 정전용량형센서의 제조방법은, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판과, 상기 절연체판의 한쪽 표면에 형성되어 상기 관통구멍을 덮는 도전성박막과, 상기 절연체판과 다른 쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 전극층과, 상기 전극층과 함께 상기 절연체판을 지지하는 베이스를 구비하는 정전용량형 센서를 제조하는 정전용량형 센서의 제조방법에 있어서, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판의 한쪽 면을 소정의 평면도를 가진 유지기반에 의해 유지하는 단계와, 상기 절연체판의 다른쪽 면으로부터 알칼리할라이드재료를 용융해서 관통구멍을 메우고, 상기 알칼리할라이드재료를 냉각하고, 상기 유지기반에 의해 유지된 쪽의 상기 관통구멍을 메운 알칼리할라이드재료의 표면을 평탄화하는 단계와, 상기 유지기반으로부터 상기 절연체판을 박리하고, 상기 관통구멍을 메운 알칼리할라이드재료 및 그 주변부를 덮도록 도전성박막을 퇴적하고, 수세(水洗)에 의해 유지된 쪽의 상기 알칼리할라이드재료를 용해하여 재거하는 단계와, 상기 절연체판의 다른쪽 면에 대향전극이 되는 도전면을 가진 베이스를 접합하는 단계로 이뤄진 것을 특징으로 한다.
상기 제조방법에 있어서는, 알칼리할라이드재료가, Na, K 및 Cs로부터 선택된 적어도 1종의 알칼리금속원소와, F, Cl, Br 및 I로부터 선택된 적어도 1종의 할로겐원소와의 화합물의 암염형결정인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제조방법에 있어서는, 알칼리할라이드재료가, Na, NaCl, KCl, KBr, CsBr, KI 및 CsI로부터 선택되는 적어도 하나의 염()인 것이 바람직하다.
또 상기 제조방법에 있어서는 도전성박막의 두께가, 10nm이상 5㎛이하인 것이 바람직하다.
또 상기 제조방법에 있어서는, 전극층을 베이스표면에 형성하고, 절연체판의 다른쪽 표면에 기계적으로 밀착하는 것이 바람직하다.
또 상기 제조방법에 있어서는, 전극층을 베이스표면에 형성하고, 절연체판의 다른 쪽 표면을 접착제에 의해 접착하는 것이 바람직하다.
또 상기 제조방법에 있어서는, 정전용량형 센서가 정전용량형 압력센서인 것이 바람직하다.
또 상기 제조방법에 있어서는, 도전성박막의 양쪽 표면중에서 관통구멍과 대향하는 쪽의 표면에 추를 형성하여, 정전용량형 가속도센서로 형성한 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 정전용량형 센서에 의하면, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판과, 상기 절연체판의 한쪽표면에 형성되어 상기 관통구멍을 덮는 도전성박막과, 상기 절연체판의 다른쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 전극층과, 상기 전극층과 함께 상기 절연체판을 지지하는 베이스를 구비함으로써, 화학 에칭을 필요로 하지 않고 두께가 얇은 도전성박막를 사용한 정전용량형 압력센서 및 정전용량형 가속도센서등에 유용하고 소형인 고정밀도의 정전용량형 센서를 실현할 수 있다.
또, 일례인 정전용량형 압력센서에 대해서는, 절연체판에 형성된 관통구멍과 절연체판의 한쪽 표면에 형성된 고전성박막에 의해서 박막다이어프램부를 구성하고, 또, 관통구멍과 도전성박막 및 전극층에 의해서 정전용량부를 구성한다. 정전용량부의 내부의 압력과 다이어프램부의 외부의 압력간에 차가 발생하면, 도전성 박막이 변형하여, 전극층간의 거리가 변화하고, 정전용량부의 정전용량이 변화한다. 이 전정용량부의 정전용량의 변화는 검출함으로써, 정전용량부의 내부의 압력을 기준으로 한 외부의 압력을 측정하는 것이 가능하게 된다. 또, 도전성박막의 두께를 10nm내지 5㎛의 범위로 함으로써, 미소한 압력을 고분해능으로 측정하는 것이 가능하게 된다.
또, 일례인 정전용량형 가속도센서에 대해서는, 도전성박막의 양쪽 표면중에서 관통구멍과 대향하는 쪽의 표면에 추를 형성하여, 정전용량형 가속도센서로 형성함으로써, 절연체판에 형성된 관통구멍과 절연체판의 한쪽 표면에 형성된 도전성 박막에 의해서 박막다이어프램부를 구성하고, 또, 관통구멍과 도전성박막 및 전극층에 의해서 정전용량부를 구성하고, 가속도센서전체가 가속화되면, 추는 관성의 법칙에 따라서 원래의 위치에 머물려고 한다. 이 때문에, 추의 상대적인 미소변위에 의해, 다이어프램부의 도전성박막이 변형하여, 전극층간의 거리가 변화하고, 정전용량부의 정전용량이 변화한다. 이 정전용량부의 정전용량의 변화를 검출함으로써, 추에 작용하는 힘을 측정하는 것이 가능하게 된다. 측정된 힘에 의거해서 공지의 방법으로 가속도가 연산된다.
다음에 본 발명의 제조방법에 의하면, 관통구멍을 가진 절연체판의 한쪽 면을 소정의 평면도를 가진 유지기반에 의해 유지하고, 절연체판의 다른쪽의 면으로부터 알칼리할라이드재료를 용융해서 관통구멍을 메움으로써, 관통구멍에 메워진 알칼리할라이드재료의 표면중에서 유지기반에 의해 유지된 쪽의 표면은 유지기반의 평면도와 동일정도로 평탄화 된다. 그 상태에서 유지기반으로부터 절연체판을 박리하고, 관통구멍에 메워진 알칼리할라이드재료의 부담 및 그 주변부를 덮도록 도전성박막을 퇴적시킴으로써, 관통구멍부분에 도전성박막을 용이하게 형성할 수 있다. 또, 형성된 도전성박막의 표면도 유지기반의 평면도와 동일정도로 평탄하다.
다음에, 수세함으로써, 관통구멍의 부분에 메워져 있었던 알칼리할라이드재료가 용해되어 제거되고, 관통구멍부분이 중공으로 된다. 이때, 관통구멍의 한쪽의 개구는 도전성박막으로 덮혀져 있다. 최후에, 절연체판의 다른쪽 면에 전극층을 가진 베이스를 접합함으로써, 관통구멍의 양쪽이 도전성박막 및 전극층으로 덮혀지며, 관통구멍부분에 정전용량부(콘덴서)가 형성된다. 또, 전극층베이스의 표면에 형성되어 있기 때문에 변형하지 않고, 한편, 도전성박막의 표면은 개방되어 있기 때문에, 도전성박막 쪽을 수압면으로 하는 정전용량형 압력센서가 완성된다.
상기에 있어서, 알칼리할라이드재료가, Na, K 및 Cs로부터 선택된 적어도 1종의 알칼리금속원소와, F, Cl, Br 및 I로부터 선택된 적어도 1종의 할로겐원소와의 화합물의 암염형 결정이라는 바람직한 예에 의하면, 용이하게 물에 용해할 수 있고, 알칼리할라이드가 관통구멍부분에 잔류하는 일없이, 거의 완전히 제거하는 것이 가능해진다. 그 결과, 임의의 기계특성을 가진 다이아프램을, 용이하게 또한 고정밀도로 실현할 수 있는 동시에, 양산된 정전용량형 압력센서의 품질의 불균일이 적어진다. 물에 용해된 알칼리할라이드는, 물을 증발시키게 되면 반복하여 사용할 수 있다. 물론, 본 발명의 방법에서는 화학에칭처리를 필요로 하지 않으므로, 환경오염의 문제도 없다.
또 상기 제조방법에 있어서, 알칼리할라이드재료가 NaF, NaCl, KCl, BKr, CsBr, KI 및 CsI로부터 선택되는 적어도 하나의 염이면, 실용적이다.
또한 상기에 있어서, 관통구멍의 크기는 직경 0.1mm~1mm 정도가 실용적이며 바람직하다.
[실시예 1]
본 발명의 정전용량형 압력센서 및 그 제조방법의 바람직한 실시예 1에 대하여 제1도 및 제2도를 참조하면서 설명한다. 제1도는 본 발명의 정전용량형 압력센서의 실시예 1의 구성을 표시한 단면도이며, 제2도는 본 발명의 정전용량형 압력센서의 제조방법의 실시예 1을 표시한 공정도이다.
제1도에 있어서, 본 발명의 정전용량형 압력센서는, 두께방향으로 임의의 크기의 관통구멍(1a)을 가진 절연체판(1)과, 절연체판(1)의 한쪽 표면(1b)에 형성되어 관통구멍(1a)의 개구부 및 그 주변부를 덮는 도전성박막(4)과, 절연체판(1)의 다른 쪽 표면(1c)에 형성되어 적어도 관통구멍(1a)의 개구부 및 그 주변을 덮는 전극층(6)과, 전극층(6)와 함께 절연체판(1)을 지지하는 베이스(5)를 구비하고 있다.
관통구멍(1a)과 도전성박막(4)에 의해서 박막다이어프램을 구성하고, 또 관통구멍(1a)과 관통구멍(1a)의 양쪽의 개구부를 각각 폐쇄하는 도전성박막(4) 및 전극층(6)에 의해서 정전용량부(콘덴서)(7)을 구성한다. 절연체판(1)으로서는, 예를 들면, 두께 500㎛정도의 알루미나(Al2O3)등의 세라믹의 소결체를 사용한다. 이 경우 절연체판(1)을 소결성형하는 과정전에, 미리 관통구어(1a)을 개방해 두는 것이 효율적이다. 도전성박막(4)의 두께는 임의로 선정할 수 있으나, 본 실시예의 경우, 특히 다이어프램을 박막형성에 의해 형성하는 것이 효과적인 영역, 즉 두께 5㎛이하, 바람직하게는 1㎛정도이다.
정전용량부(7)의 내부의 압력(즉, 관통구멍(1a)의 내부의 압력)과 도전성박막(4)보다도 외부의 압력간에 차가 있을 경우, 그 압력차에 따라서 도전성박막(4) 중에서 관통구멍(1a)을 폐쇄하는 부분이 변형한다. 한편, 전극층(6)은 베이스(5)의 표면에 형성되어 있기 때문에 변형하지 않고, 정전용량부(7)의 정전용량이 변화한다. 이 정전용량의 변화는 검출함으로써, 정전용량부(7)의 내부의 압력을 기준으로 해서 외부의 압력을 측정할 수 있다. 또, 베이스(5)의 뒷면(5a)로부터 정전용량부(7)의 내부까지 관통하는 작은 직경의 구멍을 형성하면, 도전성박막(4)으로 간격을 둔 2개의 영역간의 압력차를 검출하는 것도 가능하다.
다음에, 상기 정전용량형 압력센서의 제조방법을 제2도에 표시한다. 먼저, 공정(a)에 표시한 바와 같이, 임의의 크기의 관통구멍(1a)을 가진 절연체판(1)을 소정의 평면도를 가진 유지기반(3)위에 얹어놓고, 다음에 수용성의 알칼리할라이드재료(2), 예를 들면 암염형결정 KBr을 용융해서 충전하고, 이 관통구멍(1a)을 일단 메운다. 이때에, 알칼리할라이드재료(2)를 예를 들면 프레스성형하여, 관통구멍(1a)에 메워진 알칼리할라이드재료(2)의 유지기반(3)쪽의 단부면을 평탄하게 한다. 다음에 냉각한후, 공정(b)에서는 유지기반(3)로부터 절연체판(1)을 박리하고, 도면중 상하를 반전시킨 후, 유지기반(3)에 접하고 있던 면에 대해서 도전성박막(4)을 퇴적시킨다. 즉, 관통구멍(1a)에 메워진 알칼리할라이드재료(2) 및 그 주변부분을 도전성박막(4)으로 덮는다. 다음에, 공정(c)에서는, 알칼리할라이드재료(2)를 용해할 수 있는 물을 사용하여, 알칼리할라이드재료(2)를 용해·제거한다. 그 결과, 절연체판(1)의 관통구멍(1a)을 메우고 있었던 알칼리할라이드재료(2)가 제거되고, 관통구멍(1a)의 부분을 공동부(空洞部)로 한 다이어프램이 형성된다. 최후에, 공정(d)에서는, 절연체판(1)의 다이어프램과는 반대쪽에, 전극층(6)을 가진 베이스(5)를 기계적으로 밀착시키거나 또는 적절한 접착제를 사용해서 접합시킨다.
또한, 정전용량부(7)의 내부압력은, 공정(d)의 분위기압력으로 결정된다.
또, 알칼리할라이드재료(2)로서는, 여러 가지의 종류의 것이 고려될 수 있으나, 실험한 결과, 암염형결정이 가장 취급하기 쉽고, 또, 도전성박막(4)를 형성할 때에 가열을 필요로 하는 경우에도 적합하다는 것을 알게 되었다. 또, 알칼리할라이드 재료(2)로서, 상기 KBr외에, 수용성의 K, Na 및 Cs로부터 선택된 1종의 원소와 Cl, F, Br 및 I로부터 선택된 1종의 원소로 구성된 암염형결정, 예를 들면 NaF, NaCl, KCl, KBr, CsBr, KI 및 CsI 등도 사용할 수 있다. 또, 본 발명에 관한 정전용량형 압력센서따라 , 상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 구성을 기본으로 해서 여러 가지의 구성이나 크기의 정전용량형 압력센서로 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
[실시예 2]
본 발명의 정전용량형 가속도센서 및 그 제조방법의 바람직한 실시예 2에 대하여 제3도 및 제4도를 참조하면서 설명한다. 제3도는 본 발명의 정전용량형 가속도센서의 실시예 2의 구성을 표시한 단면도이며, 제4도는 본 발명의 정전용량형 가속도센서의 제조방법의 실시예 2를 표시한 공정도이다.
제3도에 있어서, 본 실시예의 정전용량형 가속도센서는, 두께방향으로 임의의 크기의 관통구멍(11a)을 가진 절연체판(11)과, 절연체판(11)의 한쪽 표면(11b)에 형성되어 관통구멍(11a)의 개구부 및 그 주변부를 덮는 도전성박막(14)과, 도전성박막(14)의 관통구멍(11a)은 반대쪽의 표면에 형성된 추(15)와, 절연체판(11)의 다른 쪽의 표면(11c)에 형성되어 적어도 관통구멍(11a)의 개구부 및 그 주변을 덮는 전극층(16)과, 전극층(16)과 함께 절연체판(11)을 지지하는 베이스(17)을 구비하고 있다. 관통구멍(11a)와 도전성박막(14)에 의해서 박막다이어프램을 구성하고, 또 관통구멍(11a)과 관통구멍(11a)의 양쪽의 개구부를 각각 폐쇄하는 도전성박막(14) 및 전극층(16)에 의해서 정전용량부(콘덴서)(18)를 구성한다. 절연체판(11)로서는, 예를 들면, 두께 500㎛의 정도의 알루미나(Al2O3)등의 세라믹의 소결체를 사용한다. 이 경우, 절연체판(11)을 소결성형하는 과정전에, 미리 관통구멍(11a)을 개방해두는 것이 효율적이다. 도전성박막(14)의 두께는 임의로 선정할 수 있으나, 본 실시예의 경우, 특히 다이어프램을 박막형성에 의해 형성하는 것이 효과적인 영역의 두께는 5㎛이하이고, 바람직하게는 1㎛정도이다.
가속도센서전체에 가속도가 작용하면, 베이스(17)와 일체적으로 구성되어 있는 절연체판(11), 전극층(16)은 베이스(17)와 함께 가속된다. 그러나, 다이어프램을 구성하는 도전성박막(14)위에 형성된 추(15)는, 관성의 법칙에 따라서 원래의 위치에 머물려고 한다. 이 때문에, 가속도센서에 작용하는 가속도에 따라서 추(15)가 미소하게 변위하고, 추(15)가 형성되어 있는 도전성박막(14)중에서 관통구멍(11a)을 폐쇄하는 부분이 변형된다. 한편, 전극층(16)은 베이스(17)의 표면에 형성되어 있기 때문에 변형하지 않고, 정전용량부(18)의 정전용량이 변화한다.
즉, 가속도센서에 작용하는 가속도는 추(15)가 미소하게 변위하게 되고, 또 다이어프램의 변형으로서 포착되어, 도전성박막(14)과 전극층(16)간의 정전용량의 변화로서 검지된다. 이 정전용량의 변화의 검출에 의해, 도전성박막(14) 및 추(15)에 작용하는 힘을 측정할 수 있다. 또, 측정된 힘으로부터, 가속도센서에 작용하는 가속도를 연산할 수 있다.
다음에, 상기 정전용량형 가속도센서의 제조방법을 제4도에 표시한다. 먼저, 공정(a)에 표시한 바와 같이, 임의의 크기의 관통구멍(11a)을 가진 절연체판(11)을 소정의 평면도를 가진 유지기반(13)위에 얹어놓고, 다음에 수용성의 알칼리할라이드재료(12), 예를 들면 암염형결정 KBr을 용융해서 충전하고, 이 관통구멍(11a)을 일단 메운다. 이 때에, 알칼리할라이드재료(12)를 예를 들면 프레스성형하여, 관통구멍(11a)에 메워진 알칼리할라이드재료(12)의 유지기반(13)쪽의 단부면을 평탄하게 한다. 다음에 알칼리할라이드재료를 냉각한 후, 공정(b)에서는, 유지기반(13)로부터 절연체판(11)를 박리하고, 도면중에서 아래위를 반전시킨 후, 유지기반(13)에 접하고 있던 면에 대해서 도전성박막(14)을 퇴적시킨다. 즉, 관통구멍(11a)에 메워진 알칼리할라이드재료(12) 및 그 주변부분을 도전성박막(4)으로 덮는다. 다음에, 공정(c)에서는 형성된 도전성박막(14)의 표면(도전성박막(14)의 양표면중에서 관통구멍(11a)과 대향하는 쪽의 표면)에 추(15)로 되는 층을 퇴적시킨다. 추(15)로 되는 층은, 예를 들면 Al금속재료를 저항가열식 진공증착법으로, 두께 10㎛, 면적 8×105㎛2으로 형성하였다. 관통구멍의 크기는 직경 0.9mm, 투의 크기는 직경 0.5mm이었다. 또한 관통구멍의 크기는 직경 0.1mm~1mm 정도가 실용적이며 바람직하다.
다음에, 공정(d)에서는, 알칼리할라이드재료(12)를 용해할 수 있는 물을 사용하여, 알칼리할라이드재료(12)를 용해·제거한다. 그 결과, 절연체판(11)의 관통구멍(11a)을 메우고 있던 알칼리할라이드재료(12)가 제거되고, 관통구멍(11a)의 부분을 공동부로 한 다이어프램이 형성된다. 최후에, 공정(e)에서는, 절연체판(11)의 다이어프램과는 반대쪽에, 전극층(16)을 가진 베이스(17)을 기계적으로 밀착시키거나 또는 적절한 접착제를 사용해서 접합시킨다.
또한, 알칼리할라이드재료(12)로서는, 여러 가지의 종류의 재료가 고려되나, 실험한 결과, 암염형결정이 가장 취급하기 쉽고, 또, 도전성박막(14)을 형성할 때에 가열을 필요로 하는 경우에는 적합하다는 것을 알 수 있었다. 또, 알칼리할라이드재료(12)로서, 상기 KBr이외에, 수용성의 K, Na 및 Cs로부터 선택된 1종의 원소와 Cl, F, Br 및 I로부터 선택된 1종의 원소로 구성된 암염형결정, 예를 들면 NaF, NaCl, KCl, KBr, CsBr, KI 및 CsI 등도 사용할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 정전용량형 가속도센서는, 상기 실시예에 한정되지 않고, 상기 구성을 기본으로 해서 여러 가지의 구성이나 크기의 가속도센서로 적용할 수 있는 것은 말할 것을 없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 정전용량형 센서에 의하면, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판과, 상기 절연체판의 한쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 도전성박막과, 상기 절연체판의 다른 쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 전극층과, 상기 전극층과 함께 상기 절연체판을 지지하는 베이스를 구비함으로써 화학에칭을 필요로 하지 않고, 두께가 얇은 도전성박막을 사용한 정전용량형 압력센서 및 정전용량형 가속도센서등에 유용하고 소형인 고정밀도의 정전용량형 센서를 실현할 수 있다.
또, 일례인 정전용량형 압력센서에 대해서는, 절연체판에 형성된 관통구멍과 절연체판의 한쪽 표면에 형성된 도전성박막에 의해서 박막다이어프램부를 구성하고, 또, 관통구멍과 도전성박막 및 전극층에 의해서 정전용량부를 구성함으로써, 정전용량부의 내부의 압력과 다이어프램부의 외부의 압력간에 압력차가 발생하면, 도전성박막이 변형하여, 전극층간의 거리가 변화하고, 정전용량부의 정전용량이 변화한다. 이 정전용량부의 정전용량의 변화를 검출함으로써, 정전용량부의 내부의 압력을 기준으로 한 외부의 압력을 측정하는 것이 가능하게 된다. 또, 도전성박막의 두께를 10nm 내지 5㎛의 범위로 함으로써, 미소압력을 고분해능으로 측정하는 것이 가능하게 된다.
또, 일례인 정전용량형 가속도센서에 대해서는, 관통구멍과는 반대의 도전성 박막의 표면에 추를 형성하여, 정전용량형 가속도센서에 형성하였으므로, 절연체판에 형성된 관통구멍과 절연체판의 한쪽 표면에 형성된 도전성박막에 의해서 박막다이어프램부를 구성하고, 또, 관통구멍과 도전성박막 및 전극층에 의해서 정전용량부를 구성하고, 가속도센서전체가 가속되면, 추는 관성의 법칙에 따라서 원래의 위치에 머물려고 한다. 이 때문에, 추의 상대적인 미소변화에 의해, 다이어프램부의 도전성박막이 변형하여, 전극층간의 거리가 변화하고, 정전용량부의 정전용량이 변화한다. 이 정전용량부의 정전용량의 변화를 검출함으로써, 추에 작용하는 힘을 측정하는 것이 가능하게 된다. 측정된 힘에 의거해서 가속도가 연산된다.
또, 본 발명의 정전용량형 센서의 제조방법에 의하면, 관통구멍을 가진 절연체판의 한쪽 면을 소정의 평면도를 가진 유지기반에 의해 유지하고, 절연체판의 다른쪽의 면으로부터 알칼리할라이드재료를 용융해서 충전하고, 관통구멍을 메움으로써, 베이스에 의해 유지된 쪽의 메워진 관통구멍부분의 표면이 유지기반의 평면도와 동일정도로 평탄화 되며, 그 상태에서 유지기반으로부터 상기 절연체판을 박리하고, 메워진 관통구멍의 부분 및 그 주변부를 덮도록 도전성박막을 퇴적시킴으로써, 관통구멍부분에 소정의 평면성을 가진 도전성박막을 용이하게 형성할 수 있다.
또, 알칼리할라이드재료를, 수용성의 K 및 Cs로부터 선택된 1종의 원소와, Cl, Br 및 I로부터 선택된 1종의 원소로 구성된 암염형 결정으로 함으로써 알칼리할리이드가 관통구멍부분에 잔류하는 일없이, 거의 완전히 물에 용해, 제거하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 임의의 기계특성을 가진 다이어프램을 용이하게 또한 고정 밀도로 실현할 수 있는 동시에, 양산된 정전용량형 센서의 품질의 불균일이 적게된다.
Claims (8)
- 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판과, 상기 절연체판의 한쪽 표면에 형성되어 상기 관통구멍을 덮는 도전성박막과, 상기 절연체판의 다른쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 전극층과, 상기 전극층과 함께 상기 절연체판을 지지하는 베이스를 구비한 정전용량형 센서를 제조하는 정전용량형 센서의 제조방법에 있어서, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판의 한쪽 면을 소정의 평면도를 가진 유지기반에 의해 유지하는 단계와, 상기 절연체판의 다른 쪽 면으로부터 알칼리할라이드재료를 용융해서 관통구멍을 메우고, 상기 알칼리할라이드재료를 냉각하고, 상기 유지기반에 의해 유지된 쪽의 상기 관통구멍을 메운 알칼리할라이드재료의 표면을 평탄화하는 단계와, 상기 유지기반으로부터 상기 절연체판을 박리하고, 상기 관통구멍을 메운 알칼리할라이드재료 및 그 주변부를 덮도록 도전성박막을 퇴적하고, 수세(水洗)에 의해 상기 알칼리할라이드재료를 용해하여 제거하는 단계와, 상기 절연체판의 다른쪽 면에 대향전극으로 되는 도전면을 가진 베이스를 접합하는 단계로 이뤄진 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 알칼리할라이드재료가, Na, K 및 Cs로부터 선택된 적어도 1종의 알칼리금속원소와, F, Cl, Br 및 I로부터 선택된 적어도 1종의 할로겐원소와의 화합물의 암염형결정인 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 알칼리할라이드재료가 NaF, NaCl, KCl, KBr, CsBr, KI 및 CsI로부터 선택되는 적어도 하나의 염(염)인 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 도전성박막의 두께가 10nm내지 5㎛의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 전극층을 베이스표면에 형성하고, 절연체판의 다른 쪽 표면에 기계적으로 밀착하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서의 제조방법.
- 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판과, 상기 절연체판의 한쪽 표면에 형성되어 상기 관통구멍을 덮는 도전성박막과, 상기 절연체판의 다른쪽 표면에 형성되어 적어도 상기 관통구멍을 덮는 전극층과, 상기 전극층과 함께 상기 절연체판을 지지하는 베이스를 구비한 정전용량형 압력센서를 제조하는 정전용량형 압력센서의 제조방법에 있어서, 두께방향으로 관통구멍을 가진 절연체판의 한쪽 면을 소정의 평면도를 가진 유지기반에 의해 유지하는 단계와, 상기 절연체판의 다른 쪽 면으로부터 알칼리할라이드재료를 용융해서 관통구멍을 메우고, 상기 알칼리할라이드재료를 냉각하고, 상기 유지기반에 위해 유지된 쪽의 상기 관통구멍을 메운 알칼리할라이드재료의 표면을 평탄화하는 단계와, 상기 유지기반으로부터 상기 절연체판을 박리하고, 상기 관통구멍을 메운 알칼리할라이드재료 및 그 주변부를 덮도록 도전성박막을 퇴적하고, 수세(水洗)에 의해 상기 알칼리할라이드재료를 용해하여 제거하는 단계와,상기 절연체판의 다른 쪽 면에 대향전극으로 되는 도전면을 가진 베이스를 접합하는 단계로 이뤄진 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,도전성박막의 양쪽표면중에서 관통구멍과 대향하는 쪽의 표면에 추를 형성하고, 정전용량형 가속도센서로 형성한 것을 특징으로 하는 정전용량형 센서의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 전극층을 베이스표면에 형성하고, 절연체판의 다른 쪽 표면을 접착제에 의해 접착한 것을 특징으로 하는 정전용량형 압력센서의 제조방법.
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