KR100461787B1 - Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same - Google Patents

Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR100461787B1
KR100461787B1 KR10-2002-0019375A KR20020019375A KR100461787B1 KR 100461787 B1 KR100461787 B1 KR 100461787B1 KR 20020019375 A KR20020019375 A KR 20020019375A KR 100461787 B1 KR100461787 B1 KR 100461787B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon wafer
optical fiber
etching
acceleration sensor
input
Prior art date
Application number
KR10-2002-0019375A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20030080637A (en
Inventor
조동우
이승재
Original Assignee
학교법인 포항공과대학교
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 학교법인 포항공과대학교 filed Critical 학교법인 포항공과대학교
Priority to KR10-2002-0019375A priority Critical patent/KR100461787B1/en
Publication of KR20030080637A publication Critical patent/KR20030080637A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100461787B1 publication Critical patent/KR100461787B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/04Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses for indicating maximum value
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

본 발명은 MEMS 기술을 이용한 가속도센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an acceleration sensor using MEMS technology and a method of manufacturing the same.

본 발명의 제조방법은 실리콘 웨이퍼 양면에 제 1 산화막을 형성시키는 단계; 상기 제 1 산화막을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 실리콘 웨이퍼의 하면을 벌크 에칭(bulk etching)하는 단계; 상기 벌크 에칭된 실리콘 웨이퍼에 제 2 산화막을 형성시키는 단계; 상기 제 2 산화막을 패터닝하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 베이스 실리콘 웨이퍼를 적층하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼에 진동센서를 DEEP RIE(Reactive Ion Etching) 식각으로 형성하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼에 DEEP RIE(Reactive Ion Etching) 식각으로 광섬유 삽입홈을 형성하는 단계; 상기 광섬유 삽입홈에 입, 출력 광섬유를 고정시키는 단계; 상기 입, 출력 광섬유가 고정된 상기 실리콘 웨이퍼 상면에 고정물을 패키징 하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 이용하여 센서의 소형 제작이 가능하며, 광의 전송로로써 광섬유를 사용하여 무인 자동화 시스템을 구축할 때 다수의 공작기계를 장거리에서 효율적인 진단 및 감시가 가능한 효과가 있다.The manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a first oxide film on both sides of the silicon wafer; Patterning the first oxide film; Bulk etching a bottom surface of the patterned silicon wafer; Forming a second oxide film on the bulk etched silicon wafer; Patterning the second oxide film; Stacking a base silicon wafer on a bottom surface of the silicon wafer; Forming a vibration sensor on the silicon wafer by DEEP RIE (Reactive Ion Etching) etching; Forming an optical fiber insertion groove on the silicon wafer by DEEP RIE (Reactive Ion Etching) etching; Fixing an input and an output optical fiber to the optical fiber insertion groove; Packaging a fixture on an upper surface of the silicon wafer on which the input and output optical fibers are fixed; It is characterized by including. Therefore, it is possible to make a small sensor by using MEMS (Micro Electro Mechanical System) process, and it is possible to efficiently diagnose and monitor a large number of machine tools at a long distance when constructing an unmanned automation system using optical fiber as a light transmission path. have.

Description

MEMS 기술을 이용한 가속도센서 및 그 제조방법{ACCELEROMETERS USING MEMS TECHNOLOGY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Accelerometer using MEMS technology and its manufacturing method {ACCELEROMETERS USING MEMS TECHNOLOGY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 가속도를 검출하는 가속도센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무인자동화 시스템에서 다수의 공작기계에 대한 효율적인 진단 및 감시가 가능한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 가속도센서및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an acceleration sensor for detecting acceleration and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an acceleration sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology that enables efficient diagnosis and monitoring of a plurality of machine tools in an unmanned automated system. It relates to a manufacturing method.

가속도센서는 관성센서의 일종으로서 연구, 군사용 등의 특수용도 시장과 더불어 최근에는 자동차 및 가전 제품의 성능 향상이나 신기능 추가의 요구에 따라서 그 적용 분야가 확대되고 있다.Accelerometer is a kind of inertial sensor, and its application field is expanding according to the demand for improving performance of automobiles and home appliances and adding new functions in addition to special purpose markets such as research and military use.

현재 가장 널리 사용되고 있는 가속도센서는 압전소자를 이용한 압전형 가속도센서이며, 이는 압전소자에 극성 방향으로 힘을 가하면 양쪽면에 전하가 발생하며 이에 의하여 전위차가 발생하는 원리를 이용한 것이다. 이 전위차는 가한 힘의 크기에 비례하므로 정확한 진동량을 측정할 수 있다. 이러한 압전형 가속도센서는 다른 진동측정변환기보다 넓은 주파수 영역에서 좋은 선형성을 가지며, 전원이 필요 없다는 장점이 있다.Currently, the most widely used acceleration sensor is a piezoelectric acceleration sensor using a piezoelectric element, which uses a principle in which electric charges are generated on both sides when a force is applied to the piezoelectric element in a polar direction. This potential difference is proportional to the magnitude of the applied force, so that an accurate amount of vibration can be measured. The piezoelectric acceleration sensor has a good linearity in a wider frequency range than other vibration measuring transducers, and does not require a power supply.

도 1은 종래의 압전형 가속도센서의 개략적인 구조도이다.1 is a schematic structural diagram of a conventional piezoelectric acceleration sensor.

사각의 판상을 이루는 베이스(1)와, 베이스(1)의 공간부(2) 내측에 진동센서(3)가 설치된다. 진동센서(3)는 스프링 역할을 하는 케틸레버빔(4)을 일측에 가지고 있다.The base 1 which forms a square plate shape, and the vibration sensor 3 inside the space part 2 of the base 1 are provided. The vibration sensor 3 has a ketilever beam 4 that acts as a spring on one side.

진동센서(3)는 ZnO와 같은 압전물질의 응력에 대한 전기분극을 이용한다.The vibration sensor 3 uses electric polarization against stress of piezoelectric material such as ZnO.

상기 진동센서(3)가 가속도에 의하여 상하 움직이게 되면, 관성력에 의해 진동센서(3)의 상대적 변위가 생기고, 이 변위가 전기적 신호로 감지되는 구조를 가진다.When the vibration sensor 3 moves up and down by acceleration, a relative displacement of the vibration sensor 3 occurs due to an inertial force, and the displacement is detected as an electrical signal.

그러나 이러한 압전형 가속도센서의 모든 압전 재료가 온도에 민감하여 주위의 온도 변화가 가속도센서의 감도에 변화를 초래하며, 압전형 가속도센서는 높은 임피던스를 가지고 있어 연결 케이블에서의 접지루프, 마찰전기잡음, 전자기 잡음 등을 일으킨다. 또한, 기존의 가속도센서는 복잡한 공정 그리고 선형성의 문제점이 있었다.However, all the piezoelectric materials of these piezoelectric acceleration sensors are sensitive to temperature, so changes in ambient temperature cause changes in the sensitivity of the accelerometers. Piezoelectric acceleration sensors have high impedance, so that ground loops and triboelectric noise in connecting cables , Electromagnetic noise, etc. In addition, the conventional acceleration sensor has a problem of complex process and linearity.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광섬유의 사용으로 온도의 영향과 케이블에서의 잡음 극복과 원거리 측정이 가능하며, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 소형화된 센서를 저렴하게 생산할 수 있는 MEMS 기술을 이용한 가속도센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, it is possible to overcome the effects of temperature and noise in the cable and remote measurement by the use of optical fiber, and miniaturized sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology It is an object of the present invention to provide an acceleration sensor and a method of manufacturing the same using MEMS technology that can be produced at low cost.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 가속도센서의 제조 방법에 있어서; 실리콘 웨이퍼 양면에 제 1 산화막을 형성시키는 단계; 상기 제 1 산화막을 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 실리콘 웨이퍼의 하면을 벌크 에칭(bulk etching)하는 단계; 상기 벌크 에칭된 실리콘 웨이퍼에 제 2 산화막을 형성시키는 단계; 상기 제 2 산화막을 패터닝하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 베이스 실리콘 웨이퍼를 적층하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼에 진동센서를 디프 반응성 이온 에칭(DEEP Reactive Ion Etching : DRIE) 식각으로 형성하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼에 디프 반응성 이온 에칭 식각으로 광섬유 삽입홈을 형성하는 단계; 상기 광섬유 삽입홈에 입, 출력 광섬유를 고정시키는 단계; 상기 입, 출력 광섬유가 고정된 상기 실리콘 웨이퍼 상면에 고정물을 패키징 하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an acceleration sensor using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology; Forming a first oxide film on both sides of the silicon wafer; Patterning the first oxide film; Bulk etching a bottom surface of the patterned silicon wafer; Forming a second oxide film on the bulk etched silicon wafer; Patterning the second oxide film; Stacking a base silicon wafer on a bottom surface of the silicon wafer; Forming a vibration sensor on the silicon wafer by DEEP Reactive Ion Etching (DRIE) etching; Forming an optical fiber insertion groove in the silicon wafer by deep reactive ion etching etching; Fixing an input and an output optical fiber to the optical fiber insertion groove; Packaging a fixture on an upper surface of the silicon wafer on which the input and output optical fibers are fixed; It provides a method of manufacturing an acceleration sensor using a MEMS technology comprising.

또한, 본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 가속도센서에 있어서; 베이스 실리콘웨이퍼의 상측에 적층되는 실리콘 웨이퍼와; 상기 실리콘 웨이퍼상에 디프 반응성 이온 에칭(DEEP Reactive Ion Etching : DRIE) 식각 공정으로 중심부에 사각의 공간부와, 상기 공간부의 직교 방향에 형성되는 삽입홈과; 상기 실리콘 웨이퍼의 공간부 내측에 설치되며, 대칭되는 양측면에 수직방향으로 복수개의 실리콘빔과, 일측면에 분기된 셔터를 가지는 진동센서와; 상기 진동센서의 변화를 측정할 수 있도록 상기 삽입홈에 설치되는 입, 출력 광섬유와; 상기 입, 출력 광섬유의 고정 및 상기 진동센서를 보호하기 위하여 상기 실리콘 웨이퍼 상부에 설치되는 고정물로; 이루어진 것을 특징으로 하는 가속도센서를 제공한다.In addition, the present invention in the acceleration sensor using the MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology; A silicon wafer stacked on top of the base silicon wafer; A rectangular space portion in the center and an insertion groove formed in an orthogonal direction of the space portion at a center by a DEEP Reactive Ion Etching (DRIE) etching process on the silicon wafer; A vibration sensor installed inside the space portion of the silicon wafer, the vibration sensor having a plurality of silicon beams in a vertical direction on both symmetric side surfaces, and a shutter branched on one side; An input and an output optical fiber installed in the insertion groove to measure a change of the vibration sensor; A fixture installed on the silicon wafer to fix the input and output optical fibers and the vibration sensor; It provides an acceleration sensor, characterized in that made.

도 1은 종래의 가속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고,1 is a perspective view schematically showing a conventional acceleration sensor,

도 2는 본 발명에 따라 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 제조방법의 공정도이고,2 is a process chart of a method of manufacturing an acceleration sensor using MEMS technology according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따라 제조된 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 사시도이고,3 is a perspective view of an acceleration sensor using a MEMS technology manufactured according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따라 제조된 MEMS 기술을 이용한 가속도센서에 있어서 광량 변화를 일으키는 셔터의 상태도이다.Figure 4 is a state diagram of the shutter causing a change in the amount of light in the acceleration sensor using the MEMS technology manufactured according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : 실리콘 웨이퍼 10' : 베이스 실리콘웨이퍼10: silicon wafer 10 ': base silicon wafer

11, 12 : 제 1, 2 산화막 13 : 포토레지스터11, 12: 1st, 2nd oxide film 13: Photoresistor

14 : 벌크에칭(Bulk Etching)14: Bulk Etching

15 : 디프 반응성 이온 에칭(DEEP Reactive Ion Etching : DRIE)15: DEEP Reactive Ion Etching (DRIE)

20 : 가속도센서 24 : 공간부20: acceleration sensor 24: space part

26 : 삽입홈 30 : 진동센서26: insertion groove 30: vibration sensor

32 : 실리콘빔 34 : 셔터32: silicon beam 34: shutter

40 : 입력 광섬유 42 : 출력 광섬유40: input fiber 42: output fiber

44 : 코어 50 : 고정물44: core 50: fixture

52 : 테두리면 54 : 고정자52: border surface 54: stator

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따라 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 제조방법의 공정도이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따라 제조된 MEMS 기술을 이용한 가속도센서에 있어서, 광량 변화를 일으키는 셔터의 상태도이다.본 발명에 따른 가속도센서 및 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같다.2 is a process diagram of a method of manufacturing an acceleration sensor using the MEMS technology according to the present invention, Figure 3 is a perspective view of the acceleration sensor using the MEMS technology manufactured according to the present invention, Figure 4 is a MEMS technology manufactured according to the present invention In the acceleration sensor using the state of the shutter that causes a change in the amount of light. The manufacturing method of the acceleration sensor using the acceleration sensor and MEMS technology according to the present invention is shown in FIG.

MEMS(Micro Electro Mechanical System) 즉, 초소형 기전 시스템으로 실리콘 기판에 반도체 공정기술을 이용한 가속도센서(20)는, 먼저 실리콘 웨이퍼(10) 양면에 제 1 산화막(11:Si20)을 형성시킨다. 제 1 산화막(11) 상에 포토레지스터(13)를 도포한 후, 노광 및 패터닝 공정으로 제 1 산화막(11)의 일부를 제거한다.The acceleration sensor 20 using a semiconductor process technology on a silicon substrate using a micro electro mechanical system (MEMS), that is, a micro electromechanical system, first forms a first oxide film 11 (Si 2 O) on both sides of the silicon wafer 10. After applying the photoresist 13 on the first oxide film 11, a part of the first oxide film 11 is removed by an exposure and patterning process.

패터닝된 실리콘 웨이퍼(10)의 하면에 TMAH(TetraMethyl-Ammonium Hydroxide) 용액을 이용하여 벌크 에칭(14:bulk etching)을 실시한다.Bulk etching (14: bulk etching) is performed on the lower surface of the patterned silicon wafer 10 using a TetraMethyl-Ammonium Hydroxide (TMAH) solution.

벌크 에칭(14)된 실리콘 웨이퍼(10)의 양면에 제 2 산화막(12)을 형성시킨다.A second oxide film 12 is formed on both sides of the bulk etched silicon wafer 10.

상기 제 2 산화막(12)이 형성된 실리콘 웨이퍼(10)의 상면에 포토레지스터(13)를 다시 도포하고 페터닝을 한다.The photoresist 13 is again coated on the upper surface of the silicon wafer 10 on which the second oxide film 12 is formed and patterned.

그리고 실리콘 웨이퍼(10)의 하면에 상면에만 산화막(11')이 형성된 베이스 실리콘 웨이퍼(10')가 적층된다.The base silicon wafer 10 'having the oxide film 11' formed only on the bottom surface of the silicon wafer 10 is laminated.

상측에 위치한 실리콘 웨이퍼(10)에 진동센서(30)를 디프 반응성 이온 에칭(15: Deep Reactive Ion Etching : DRIE) 식각으로 형성한다.The vibration sensor 30 is formed on the silicon wafer 10 positioned on the upper side by deep reactive ion etching (DRIE) etching.

그리고 실리콘 웨이퍼(10)에 광섬유 삽입홈(26)을 디프 반응성 이온 에칭(15) 식각으로 형성한다.Then, the optical fiber insertion groove 26 is formed in the silicon wafer 10 by deep reactive ion etching 15 etching.

상기 삽입홈(26)에 입, 출력 광섬유(40)(42)를 삽입시킨다.The input and output optical fibers 40 and 42 are inserted into the insertion grooves 26.

삽입된 입, 출력 광섬유(40)(42)를 고정물(50)로 고정시킨 후 패키징하는 구성으로 이루어진다.The input and output optical fibers 40, 42 are fixed to the fixture 50, and then packaged.

상기와 같이 제작된 가속도센서에 대하여 도 3을 참조하면, 가속도센서(20)는 베이스 실리콘 웨이퍼(10')와, 그 상부에 적층된 실리콘 웨이퍼(10)와, 실리콘 웨이퍼(10) 내측에 설치되는 진동센서(30)와, 입, 출력 광섬유(40)(42)와, 고정물(50)로 크게 구성된다.Referring to FIG. 3 with respect to the accelerometer manufactured as described above, the accelerometer 20 is installed on the base silicon wafer 10 ′, the silicon wafer 10 stacked thereon, and the inside of the silicon wafer 10. It is composed of a large vibration sensor 30, the input and output optical fibers 40, 42, and the fixture 50.

여기서 실리콘 웨이퍼(10)의 중심부에 직사각형의 공간부(24)와, 입, 출력 광섬유(40)(42)가 삽입될 수 있도록 공간부(24)와 직교 방향에 삽입홈(26)이 형성된다.Here, an insertion groove 26 is formed in a direction perpendicular to the space portion 24 so that the rectangular space portion 24 and the input / output optical fibers 40 and 42 can be inserted in the center of the silicon wafer 10. .

상기 공간부(24) 내측에 설치되는 진동센서(30)는 좌우 대칭구조로써, 양측면에 실리콘빔(32) 두 쌍이 설치된다. 실리콘빔(32)은 진동센서(30)의 두께와 같은 수직면상으로 설치된다. 그리고 진동센서(30)의 일측면에는 분기된 셔터(34)가 형성된다. 진동센서(30)는 공작기계의 진동범위인 5kHz를 포함하도록 공진주파수를15kHz로 설계하였다.The vibration sensor 30 installed inside the space 24 has a symmetrical structure, and two pairs of silicon beams 32 are installed at both sides. The silicon beam 32 is installed in a vertical plane such as the thickness of the vibration sensor 30. A branched shutter 34 is formed on one side of the vibration sensor 30. The vibration sensor 30 is designed to have a resonance frequency of 15 kHz to include 5 kHz, which is the vibration range of the machine tool.

또한, 광섬유는 레이저광이 나오는 입력 광섬유(40)와, 끝단에 연결되어 변화된 광량을 측정하는 포토디텍터(photo detector:도시안됨)를 가지는 출력 광섬유(42)로 구성되며, 그 중심부에는 각각 직경이 9 ㎛인 코어(44)를 사용하여 셔터(34)의 미세한 변위에서도 광량의 변화가 크도록 형성하였다.In addition, the optical fiber is composed of an input optical fiber 40 from which laser light is emitted, and an output optical fiber 42 having a photo detector (not shown) connected to the end and measuring a changed amount of light. The core 44 having a thickness of 9 µm was used so that the change in the amount of light was large even in the fine displacement of the shutter 34.

상기 입, 출력 광섬유(40)(42)의 일단이 셔터(34)를 사이에 두고 대향되게, 실리콘 웨이퍼(10)의 삽입홈(26)에 길이 방향으로 삽입 설치된다.One end of the input and output optical fibers 40 and 42 is inserted into the insertion groove 26 of the silicon wafer 10 in the longitudinal direction so as to face each other with the shutter 34 interposed therebetween.

그리고 입, 출력 광섬유(40)(42)의 고정 및 진동센서(30)를 보호하기 위하여 실리콘 웨이퍼(10) 상부에 고정물(50)이 설치된다. 고정물(50)은 초소형 광 조형(Micro Stereolithography) 기술로 제작되었으며, 실리콘 웨이퍼(10)의 공간부(24)보다는 다소 큰 넓이로 하여 하방으로 돌출된 테두리면(52)을 가지며, 실리콘 웨이퍼(10)와의 결합은 별도의 접착제로 하여 고정 설치된다. 또한, 테두리면(52)중 내측으로 꺾여서 연장 형성된 부분에 상기 입, 출력 광섬유(40)(42)를 고정하기 위한 고정자(54)가 돌출 형성된다.A fixture 50 is installed on the silicon wafer 10 to protect the input and output optical fibers 40 and 42 and the vibration sensor 30. The fixture 50 is manufactured by a micro stereolithography technique, has a slightly larger area than the space portion 24 of the silicon wafer 10, and has an edge 52 protruding downward, and the silicon wafer 10 Coupling with) is fixed by using a separate adhesive. In addition, a stator 54 for fixing the input and output optical fibers 40 and 42 is protruded to a portion formed by bending inwardly of the edge surface 52.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공작기계의 진동범위인 5kHz를 포함하도록 설계된 가속도센서(20)의 작동은 다음과 같다.Operation of the acceleration sensor 20 designed to include a vibration range of 5kHz of the machine tool according to the present invention configured as described above is as follows.

공작기계 등에서 발생하는 진동은 마이크로 구조물인 진동센서(30)를 움직이게 한다. 이 때 수직형태로 형성된 스프링 기능의 실리콘빔(32)은 진동센서(30)가 상하 방향으로 진동하는 것을 방지하며 수평으로 움직인다.Vibration generated in the machine tool, etc. to move the vibration sensor 30 is a microstructure. At this time, the silicon beam 32 of the spring function formed in a vertical shape moves horizontally to prevent the vibration sensor 30 from vibrating in the vertical direction.

수평으로 진동하는 진동센서(30)는 셔터(34)의 변위를 발생시킨다.The vibration sensor 30 vibrating horizontally generates a displacement of the shutter 34.

도 4를 참조하면, 입, 출력 광섬유(40)(42)의 사이에 위치한 셔터(34)는 코어(44)의 중심에 정렬되게 된다. 이상에서 진동에 의해 셔터(34)가 움직이게 되면 셔터(34)의 변위는 δy만큼 발생하게 된다. 진동이 가해지지 않았을 경우에는 셔터(34)의 끝단이 입력 광섬유(40) 코어(44)의 중심선에 위치하므로 전달되는 레이저 광량이 1/2로 감소된 만큼 출력 광섬유(42)의 포토디텍터에서 측정된다.Referring to FIG. 4, the shutter 34 positioned between the input and output optical fibers 40 and 42 is aligned with the center of the core 44. When the shutter 34 is moved by the vibration above, the displacement of the shutter 34 is generated by δy. When no vibration is applied, the end of the shutter 34 is located at the centerline of the core 44 of the input optical fiber 40, so that the amount of laser light transmitted is reduced by 1/2 so that the photodetector of the output optical fiber 42 is measured. do.

외부에서 진동이 가해질수록 셔터(34)의 변위는 증가하므로 전달되는 광량은 점점 작아지게 된다. 따라서, 외부의 가속도 크기에 따른 셔터(34)의 변위는 이론적으로 알 수 있으므로 그 변위에 따른 광량 변화를 측정하면 인가되는 가속도 크기를 알 수 있게 된다.As the vibration is applied from the outside, the displacement of the shutter 34 increases, so that the amount of light transmitted becomes smaller. Therefore, since the displacement of the shutter 34 according to the external acceleration magnitude can be known in theory, the magnitude of acceleration applied to the displacement of the shutter 34 can be known by measuring the change in the amount of light according to the displacement.

이에 사용되는 입, 출력 광섬유(40)(42)는 종래 케이블에서 발생되던 전기적 잡음이 발생되지 않으며, 광섬유를 통과하는 광량은 온도나 자기장 등의 영향에 무관하므로 열약한 작업 환경에서도 감지가 가능하다. 또한 광섬유로 전달되는 광량은 거리에 따른 전송손실이 매우 적으므로 원거리에서도 미세한 광량 변화 측정이 가능하다.The input and output optical fibers 40 and 42 used therein do not generate electrical noise generated in the conventional cable, and the amount of light passing through the optical fiber is irrelevant to the influence of temperature or magnetic field, and thus can be detected even in a poor working environment. . In addition, since the amount of light transmitted to the optical fiber is very small, the transmission loss with distance is very small.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하 청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능할 것이다.Although the present invention has been illustrated and described with respect to certain preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a person skilled in the art to which the present invention pertains has the present invention set forth in the claims below. Various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 MEMS 기술을 이용한 가속도센서 및 그 제조방법은, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 센서의 소형 제작이 가능하며, 광의 전송로로써 광섬유를 사용하여 무인 자동화 시스템을 구축할 때 다수의 공작기계를 장거리에서 효율적인 진단 및 감시가 가능한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the acceleration sensor and its manufacturing method using MEMS technology can be manufactured in a small size by using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, and unmanned automation using optical fiber as a light transmission path. When building a system, it is possible to efficiently diagnose and monitor a large number of machine tools over a long distance.

Claims (6)

MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 가속도센서의 제조 방법에 있어서;In the manufacturing method of the acceleration sensor using the MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology; 실리콘 웨이퍼 양면에 제 1 산화막을 형성시키는 단계;Forming a first oxide film on both sides of the silicon wafer; 상기 제 1 산화막을 패터닝하는 단계;Patterning the first oxide film; 상기 패터닝된 실리콘 웨이퍼의 하면을 벌크 에칭(bulk etching)하는 단계;Bulk etching a bottom surface of the patterned silicon wafer; 상기 벌크 에칭된 실리콘 웨이퍼에 제 2 산화막을 형성시키는 단계;Forming a second oxide film on the bulk etched silicon wafer; 상기 제 2 산화막을 패터닝하는 단계;Patterning the second oxide film; 상기 실리콘 웨이퍼의 하면에 베이스 실리콘 웨이퍼를 적층하는 단계;Stacking a base silicon wafer on a bottom surface of the silicon wafer; 상기 실리콘 웨이퍼에 진동센서를 디프 반응성 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etching : DRIE) 식각으로 형성하는 단계;Forming a vibration sensor on the silicon wafer by Deep Reactive Ion Etching (DRIE) etching; 상기 실리콘 웨이퍼에 광섬유 삽입홈을 디프 반응성 이온 에칭 식각으로 형성하는 단계;Forming an optical fiber insertion groove in the silicon wafer by deep reactive ion etching etching; 상기 광섬유 삽입홈에 입, 출력 광섬유를 고정시키는 단계;Fixing an input and an output optical fiber to the optical fiber insertion groove; 상기 입, 출력 광섬유가 고정된 상기 실리콘 웨이퍼 상면에 고정물을 패키징 하는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 기술을 이용한 가속도센서의 제조방법.Packaging a fixture on an upper surface of the silicon wafer on which the input and output optical fibers are fixed; Method of manufacturing an acceleration sensor using a MEMS technology comprising a. MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 가속도센서에 있어서;An acceleration sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology; 베이스 실리콘 웨이퍼의 상측에 적층되는 실리콘 웨이퍼와;A silicon wafer stacked on top of the base silicon wafer; 상기 실리콘 웨이퍼상에 디프 반응성 이온 에칭(Deep Reactive Ion Etching : DRIE) 식각 공정으로 중심부에 사각의 공간부와, 상기 공간부의 직교 방향에 형성되는 삽입홈과;A rectangular space portion in the center and an insertion groove formed in an orthogonal direction of the space portion at a center thereof by a deep reactive ion etching (DRIE) etching process on the silicon wafer; 상기 실리콘 웨이퍼의 공간부 내측에 설치되며, 대칭되는 양측면에 수직방향으로 복수개의 실리콘빔과, 일측면에 분기된 셔터를 가지는 진동센서와;A vibration sensor installed inside the space portion of the silicon wafer, the vibration sensor having a plurality of silicon beams in a vertical direction on both symmetric side surfaces, and a shutter branched on one side; 상기 진동센서의 변화를 측정할 수 있도록 상기 삽입홈에 설치되는 입, 출력 광섬유와;An input and an output optical fiber installed in the insertion groove to measure a change of the vibration sensor; 상기 입, 출력 광섬유의 고정 및 상기 진동센서를 보호하기 위하여 상기 실리콘 웨이퍼 상부에 설치되는 고정물로; 이루어진 것을 특징으로 하는 가속도센서.A fixture installed on the silicon wafer to fix the input and output optical fibers and the vibration sensor; Accelerometer, characterized in that made. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 실리콘빔은, 모멘트에 의해 다른 방향으로의 변위가 발생하지 않도록 수직 두께가 상기 진동센서의 두께와 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 가속도센서.The silicon beam, the acceleration sensor, characterized in that the vertical thickness is formed to be the same as the thickness of the vibration sensor so that displacement in the other direction by the moment. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 입, 출력 광섬유는 중심부에 위치한 코어의 직경이 9 ㎛으로 형성된 것을 특징으로 하는 가속도센서.The input and output optical fiber is an acceleration sensor, characterized in that formed in the core diameter of 9㎛. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 고정물은, 상기 입, 출력 광섬유를 고정키 위하여 테두리 상에 고정자가 형성된 것을 특징으로 하는 가속도센서.The fixture, the acceleration sensor, characterized in that the stator is formed on the edge for fixing the input and output optical fiber. 제 2 항에 있어서;The method of claim 2; 상기 진동센서의 공진주파수를 15kHz로 설계한 것을 특징으로 하는 가속도센서.Acceleration sensor characterized in that the resonance frequency of the vibration sensor designed to 15kHz.
KR10-2002-0019375A 2002-04-10 2002-04-10 Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same KR100461787B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0019375A KR100461787B1 (en) 2002-04-10 2002-04-10 Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0019375A KR100461787B1 (en) 2002-04-10 2002-04-10 Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030080637A KR20030080637A (en) 2003-10-17
KR100461787B1 true KR100461787B1 (en) 2004-12-14

Family

ID=32378374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0019375A KR100461787B1 (en) 2002-04-10 2002-04-10 Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100461787B1 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4437699B2 (en) * 2004-05-14 2010-03-24 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 Sensor
WO2006083563A2 (en) * 2005-02-01 2006-08-10 Analog Devices, Inc. Camera with acceleration sensor
US9778042B2 (en) * 2013-12-13 2017-10-03 Intel Corporation Opto-mechanical inertial sensor
US9341644B2 (en) 2013-12-13 2016-05-17 Intel Corporation MEMS apparatus with a movable waveguide section
US9285391B2 (en) 2013-12-13 2016-03-15 Intel Corporation Optomechanical inertial sensor
US9239340B2 (en) 2013-12-13 2016-01-19 Intel Corporation Optomechanical sensor for accelerometry and gyroscopy
CN105158506A (en) * 2015-08-31 2015-12-16 中北大学 Optical fiber MEMS Fabry-Perot acceleration sensor and manufacturing method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0320675A (en) * 1989-06-17 1991-01-29 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Optical fiber gyroscopic accelerometer
JPH0650984A (en) * 1991-11-06 1994-02-25 Battelle Inst Ev Acceleration sensor
JPH08122358A (en) * 1994-10-21 1996-05-17 Japan Aviation Electron Ind Ltd Semiconductor acceleration sensor
US5726480A (en) * 1995-01-27 1998-03-10 The Regents Of The University Of California Etchants for use in micromachining of CMOS Microaccelerometers and microelectromechanical devices and method of making the same
KR19990081452A (en) * 1998-04-29 1999-11-15 오상수 Manufacturing Method of Automotive Semiconductor Sensor Using Polycrystalline Silicon
KR20020016117A (en) * 2000-08-24 2002-03-04 신현준 The Fabrication Process For Microphone Using The MEMS

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0320675A (en) * 1989-06-17 1991-01-29 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Optical fiber gyroscopic accelerometer
JPH0650984A (en) * 1991-11-06 1994-02-25 Battelle Inst Ev Acceleration sensor
JPH08122358A (en) * 1994-10-21 1996-05-17 Japan Aviation Electron Ind Ltd Semiconductor acceleration sensor
US5726480A (en) * 1995-01-27 1998-03-10 The Regents Of The University Of California Etchants for use in micromachining of CMOS Microaccelerometers and microelectromechanical devices and method of making the same
KR19990081452A (en) * 1998-04-29 1999-11-15 오상수 Manufacturing Method of Automotive Semiconductor Sensor Using Polycrystalline Silicon
KR20020016117A (en) * 2000-08-24 2002-03-04 신현준 The Fabrication Process For Microphone Using The MEMS

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030080637A (en) 2003-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6921894B2 (en) Fiber optic micro accelerometer
US9618531B2 (en) Optomechanical accelerometer
US7428054B2 (en) Micro-optical sensor system for pressure, acceleration, and pressure gradient measurements
EP1723072B1 (en) Mechanical sensor with pyramid socket suspension
US5437186A (en) Integrated optical acceleration sensor
US8726730B1 (en) Optically transduced MEMS gyro device
US20070209437A1 (en) Magnetic MEMS device
CN110308306B (en) MOEMS accelerometer based on fully-differential two-dimensional photonic crystal cavity structure and processing method thereof
US9625487B2 (en) Capacitive acceleration sensor with a bending elastic beam and preparation method thereof
EP3336559B1 (en) Out-of-plane-accelerometer
CN110683506B (en) MOEMS two-component acceleration sensor, measurement system and working method
CN108716914B (en) MOEMS gyroscope based on nano grating and processing method thereof
US9476906B2 (en) Capacitive acceleration sensor with an H-shaped beam and preparation method thereof
KR100461787B1 (en) Accelerometers using mems technology and method for manufacturing the same
Qu et al. A high-sensitivity optical MEMS accelerometer based on SOI double-side micromachining
Dokmeci et al. Two-axis single-crystal silicon micromirror arrays
Llobera et al. Integrated polymer optical accelerometer
Müller et al. A passive micromechanical broadband amplifier for acoustic emission sensing
CN114459450B (en) Novel MOEMS gyroscope based on electrostatic drive and processing method thereof
Zook et al. Polysilicon sealed vacuum cavities for microelectromechanical systems
EP0737864A1 (en) Force sensor
Zhang et al. Development of a micro accelerometer based MOEMS
Sanz-Velasco et al. Sensors and actuators based on SOI materials
CN114755452B (en) Push-pull photonic crystal zipper cavity optical accelerometer with electromagnetic feedback
Teo et al. Highly sensitive optical motion detector

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20091204

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee