KR100498550B1 - Capacitance-type differential pressure sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용량형 차동 압력 센서에 관한 것으로서, 멤스(MEMS)를 이용한 반도체 공정을 통해 일괄적으로 제조하여, 종래와 같이 기계적인 가공을 이용해 형성한 센서보다 제품의 균일도를 향상시킬 수 있고, 그 크기를 소형화할 수 있으며, 이로 인해 나아가 제조 공정비를 줄일 수 있으며, 종래와 같이 센싱 플레이트를 고정시키기 위하여 전원 접지와 직접 연결할 필요가 없어 노이즈의 영향을 줄일 수 있도록 한다.The present invention relates to a capacitive differential pressure sensor, which is manufactured collectively through a semiconductor process using MEMS, and thus, the uniformity of a product can be improved compared to a sensor formed by using a mechanical process as in the prior art. The size can be reduced, thereby further reducing the manufacturing process cost, and it is not necessary to directly connect the power supply ground to fix the sensing plate as in the related art, thereby reducing the influence of noise.
Description
본 발명은 멤스(MEMS)를 이용한 반도체 공정을 통해 센서를 제조하여, 종래와 같이 기계적인 가공을 이용해 형성한 센서보다 제품의 균일도를 향상시키도록 하고, 그 크기를 소형화하도록 하며, 종래와 같이 센싱 플레이트를 고정시키기 위하여 전원 접지와 직접 연결할 필요가 없도록 하여 노이즈의 영향을 최대한으로 줄일 수 있도록 하는, 용량형 차동 압력 센서에 관한 것이다.The present invention is to produce a sensor through a semiconductor process using MEMS, to improve the uniformity of the product than the sensor formed by using a mechanical processing as in the prior art, to reduce the size, and to sense as in the prior art The present invention relates to a capacitive differential pressure sensor that minimizes the effects of noise by eliminating the need to connect directly to the power ground to secure the plate.
일반적으로, 용량형 차동 압력 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 좌우측 각각의 전극판(10)은 유리로 된 절연체(11)상에 얇은 박막으로 형성되어 있으며, 그 전극판(10)은 절연체(11) 속에 삽입된 와이어(12)를 통해 외부와 전기적으로 연결되어 있고, 전극판(10)을 관통하는 복수의 관통관(13)을 통해 외부의 압력을 전원 접지(A, B)와 연결되어 고정되어 있는 중앙의 센싱 플레이트(14)로 전달하는 구조로 되어 있으며, 센서의 내부는 비워있거나 오일로 채워져 있다.In general, the capacitive differential pressure sensor, as shown in Fig. 1, each of the electrode plates 10 on the left and right sides is formed of a thin thin film on an insulator 11 made of glass, and the electrode plate 10 is an insulator. Electrically connected to the outside through a wire 12 inserted into the (11), the external pressure is connected to the power supply ground (A, B) through a plurality of through pipe 13 through the electrode plate 10 It is structured to be delivered to the central sensing plate 14 is fixed, the interior of the sensor is empty or filled with oil.
이러한, 용량형 차동 압력 센서는, 좌/우측 각각의 전극판을 관통하는 복수의 관통관을 통해 센싱 플레이트로 압력이 인가되고, 이렇게 좌/우측 두 방향으로 인가된 압력이 상이한 경우 센싱 플레이트는 압력이 작은 쪽으로 휘어지고, 그로 인해 압력이 큰 쪽의 커패시턴스는 줄어들며, 압력이 작은 쪽의 커패시턴스는 커지게 되는데, 이러한 커패시턴스의 차이를 측정하게 되면 인가된 압력의 차이를 계산할 수 있게 된다.In the capacitive differential pressure sensor, pressure is applied to the sensing plate through a plurality of through-tubes passing through the respective left and right electrode plates, and when the pressures applied in the left and right two directions are different, the sensing plate is pressured. This small deflection leads to a reduction in the capacitance on the larger pressure side and a larger capacitance on the smaller pressure side. By measuring the difference in capacitance, the difference in applied pressure can be calculated.
하지만, 이러한 용량형 차동 압력 센서는 기본적으로 기계적인 가공을 통해 제조되기 때문에 다음과 같은 문제점이 발생한다.However, since these capacitive differential pressure sensors are manufactured by mechanical processing, the following problems arise.
1) 일반적인 용량형 차동 압력 센서는 기계적인 가공을 통해 제조되기 때문에, 그 크기를 어느 정도 이하로 소형화할 수 있는데 한계가 있으며, 제조되는 센서마다 제품의 균일도를 일정하게 유지할 수 없으며, 제조 공정비가 비싸다.1) Since general capacitive differential pressure sensors are manufactured through mechanical processing, they can be miniaturized to a certain extent or less, and there is a limit. The uniformity of the product cannot be maintained for each sensor manufactured, and the manufacturing process cost is high. expensive.
2) 일반적인 용량형 차동 압력 센서의 센싱 플레이트가, 전원 접지인 외부의 메탈 하우징에 의해 고정되기 때문에 노이즈(noise)에 상당히 많은 영향을 받게 된다.2) The sensing plate of a typical capacitive differential pressure sensor is significantly affected by noise because it is fixed by an external metal housing which is a power ground.
3) 센서 자체의 오프셋 용량을 제거하기가 어려울 뿐만 아니라, 그 오차 범위가 매우 큰 문제점을 가지고 있다.3) Not only is it difficult to remove the offset capacity of the sensor itself, but the error range is very large.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 멤스(MEMS)를 이용한 반도체 공정을 통해 센서를 제조하여, 종래와 같이 기계적인 가공을 이용해 형성한 센서보다 제품의 균일도를 향상시키도록 하고, 그 크기를 소형화하도록 하며, 종래와 같이 센싱 플레이트를 고정시키기 위하여 전원 접지와 직접 연결할 필요가 없도록 하여 노이즈의 영향을 최소한으로 줄일 수 있도록 하는, 용량형 차동 압력 센서를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention was developed to solve the above problems, to manufacture a sensor through a semiconductor process using MEMS, to improve the uniformity of the product than the sensor formed by using a mechanical process as in the prior art It is an object of the present invention to provide a capacitive differential pressure sensor capable of miniaturizing its size and minimizing the effect of noise by eliminating the need to directly connect the power supply ground to fix the sensing plate as in the related art.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에 사용되는 전극은, 기판의 일부를 관통시켜 압력전달공을 형성한 다음, 이 압력 전달공이 형성된 기판의 상면과 하면 각각의 양측 일부를 제외한 나머지 영역에 금속층을 형성하는 공정을 통해 제조되는데, 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 본 발명에 사용되는 전극 형성 방법의 실시예에 대해 설명한다.First, the electrode used in the present invention passes through a portion of the substrate to form a pressure transfer hole, and then forms a metal layer in the remaining regions except for portions of both sides of the upper and lower surfaces of the substrate on which the pressure transfer hole is formed. 2A to 2E, an embodiment of the electrode forming method used in the present invention will be described.
<실시예><Example>
우선, 상기 도 2a에 도시된 바와 같이, 소정 두께의 유리 기판(20)이 마련되면, 이 유리 기판(20)의 상면에 드라이 필름 레지스트(Dry Film Resist : DFR)(21)를 코팅하고, 코팅한 드라이 필름 레지스트(21)의 일부를 식각하여 윈도우(window)를 형성한다(도 2b).First, as shown in FIG. 2A, when a glass substrate 20 having a predetermined thickness is provided, a dry film resist (DFR) 21 is coated on the upper surface of the glass substrate 20 and coated. A portion of one dry film resist 21 is etched to form a window (FIG. 2B).
그런 후, 샌드 블레이팅(sand blating), 즉 가는 모래 입자를 고속으로 투입시켜 상기 윈도우(window) 하부에 위치한 유리 기판(20)을 제거해 압력전달공을 형성하고(도 2c), 남아 있는 드라이 필름 레지스트를 제거한다.Then, sand blating, that is, fine sand particles are introduced at high speed to remove the glass substrate 20 located below the window to form pressure transfer holes (FIG. 2C), and the remaining dry film Remove the resist.
다음, 상기 유리 기판(20)의 상면과 하면 각각의 양측 일부에 새도우 마스크(22)를 정렬하여 부착시킨 다음, 도전성 금속을 증착하여 상기 새도우 마스크(22)가 부착되지 않은 기판의 상면과 하면 영역에 금속층을 형성하는데(도 2d), 상기 금속층은 정전 용량을 전압 레벨로 변환하는 C-V컨버터와 전기적으로 연결된다. Next, shadow masks 22 are aligned and attached to portions of both upper and lower surfaces of the glass substrate 20, and then conductive metals are deposited to deposit upper and lower regions of the substrate to which the shadow masks 22 are not attached. In forming a metal layer in FIG. 2D, the metal layer is electrically connected to a CV converter that converts the capacitance to a voltage level.
마지막으로, 유리 기판(20)의 상부 및 하부 각각의 양측 일부에 형성된 새도우 마스크(22)를 제거하게 되면, 본 발명에 사용되는 전극 형성 방법의 실시예가 완료되며, 그 결과, 도 2e에 도시된 바와 같이, 새도우 마스크가 부착되지 않은 영역을 제외한 유리 기판(20)의 상면과 하면에는 도전성 금속이 증착되며, 특히 상기 압력 전달공의 내부에도 금속이 증착되고, 상면과 하면의 금속을 연결시켜 전기적으로 도통을 이루도록 한다.Finally, removal of the shadow mask 22 formed on both sides of each of the upper and lower portions of the glass substrate 20 completes the embodiment of the electrode forming method used in the present invention, as a result shown in FIG. 2E. As described above, conductive metals are deposited on the upper and lower surfaces of the glass substrate 20 except for the area where the shadow mask is not attached. In particular, metals are deposited on the inside of the pressure transmission hole, and the upper and lower metals are electrically connected to each other. To achieve conduction.
상기 도전성 금속으로는, Au를 사용하는 것이 바람직한데, 이 때 Au를 유리 기판에 직접 증착하는 것이 쉽지 않기 때문에, 본 발명에서는 Ti, Pt, Au를 기술된 순서대로 새도우 마스크가 부착되지 않은 유리 기판 상면과 하면 각각에 증착하여 3중층의 금속층을 형성하도록 하는 것이 가장 바람직하다.It is preferable to use Au as the conductive metal, but since it is not easy to deposit Au directly on the glass substrate at this time, in the present invention, Ti, Pt, Au is not a glass substrate having a shadow mask attached in the order described. It is most preferable to deposit on the upper and lower surfaces to form a triple metal layer.
다음으로는, 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 본 발명에 사용되는 센싱 플레이트의 형성 방법에 대한 실시예를 설명한다.Next, an embodiment of a method of forming a sensing plate used in the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3E.
<실시예><Example>
우선, 도 3a와 같이, 고농도로 도핑된 전극용 기판(30)이 마련되면, 그 기판의 상면과 하면 일영역을 각기 식각하여, 접합후, 상부 전극 및 하부 전극과 일정 간격(gap)이 형성되도록 한다.First, as shown in FIG. 3A, when a highly doped electrode substrate 30 is provided, one region of the upper and lower surfaces of the substrate is etched, and after bonding, a gap is formed between the upper electrode and the lower electrode. Be sure to
즉, 기판의 상면과 하면 각각에 산화막(31)을 증착하고(도 3b), 패터닝하여 산화막 패턴이 형성되면, 이 산화막 패턴을 마스크(mask)로 하여 산화막 패턴이 형성되지 않은 기판(30)의 상면과 하면을 각기 비등방 식각한 다음, 마지막으로 상기 산화막 패턴을 제거하게 되면, 후속 공정인 접합 공정시, 상기 상부 전극 및 하부 전극과 일정 간격(gap)이 형성된다(도 3c).That is, when the oxide film 31 is deposited on each of the upper and lower surfaces of the substrate (FIG. 3B) and patterned to form an oxide film pattern, the oxide film pattern is used as a mask to form the substrate 30 on which the oxide film pattern is not formed. After anisotropically etching the upper and lower surfaces, and finally removing the oxide layer pattern, a gap is formed between the upper electrode and the lower electrode in a subsequent bonding process (FIG. 3C).
상기 기판(30)은, 종래에 사용되는 메탈 플레이트 대신 정밀 식각을 통해 두께 및 좌우 편차를 정확하게 제어할 수 있는 실리콘 기판을 사용하는 것이 바람직한데, 특히 상기 실리콘 기판을 전극판으로 사용할 수 있도록 하기 위해 도핑농도가 높은 실리콘 기판을 사용하는 것이 바람직하다.The substrate 30 is preferably a silicon substrate capable of precisely controlling thickness and left and right deviations through precise etching instead of a metal plate used in the related art. In particular, the substrate 30 may be used as an electrode plate. It is preferable to use a silicon substrate having a high doping concentration.
한편, 후속공정인 접합 공정시, 상부 전극 및 하부 전극과 갭(gap)이 형성되도록, 기판(30)의 상면과 하면 일영역이 각기 식각되면, 이 식각된 기판(30)의 상면과 하면 각각의 일영역 중에서, 일단을 타단보다 얇게 패터닝하여 다이어프렘(32)을 형성하는데, 본 발명에서는 특히, 가장 자리 부분을 중앙 영역보다 더 식각하여(도 3d), 다이어프렘을 형성하는 것이 바람직하다.In the subsequent bonding process, when the upper and lower surfaces of the substrate 30 are etched so that a gap is formed between the upper electrode and the lower electrode, the upper and lower surfaces of the etched substrate 30 are respectively. In one region of, one end is patterned thinner than the other end to form a diaphragm 32. In the present invention, it is particularly preferable to form the diaphragm by etching the edge portion more than the center region (FIG. 3D).
상기 다이어프렘(32) 형성 방법에 대한 실시예는 다음과 같다. An embodiment of the method of forming the diaphragm 32 is as follows.
먼저, 상기 일영역이 식각된 기판(30)의 상면과 하면에 각기 질화막(33)을 형성한다.First, nitride films 33 are formed on the upper and lower surfaces of the substrate 30 where one region is etched.
그런 다음, 상기 질화막(33)을 패터닝하여 질화막 패턴을 형성한 후, 이렇게 형성한 질화막 패턴을 마스크(mask)로 하여, 상기 식각된 기판의 상면과 하면 각각의 일영역에 속한 일단을 타단보다 얇게 패터닝한 후, 마지막으로 상기 질화막 패턴을 제거하게 되면 다이어프렘(32)이 형성된다.Then, the nitride film 33 is patterned to form a nitride film pattern. The nitride film pattern thus formed is a mask, and one end of each of the upper and lower surfaces of the etched substrate is thinner than the other end. After patterning, when the nitride layer pattern is finally removed, the diaphragm 32 is formed.
이렇게 형성된 다이어프렘(32)은 상부전극 또는 하부전극을 통해 전달된 압력에 의해 휘어지게 되고, 그 휘어짐에 따라 상부전극과의 연동 커패시턴스 또는 하부전극과의 연동 커패시턴스를 가변시키게 된다.The diaphragm 32 formed as described above is bent by the pressure transmitted through the upper electrode or the lower electrode, and according to the bending, the interlock capacitance with the upper electrode or with the lower electrode is varied.
계속해서, 기판(30)의 일영역에 다이어프렘(32)이 형성되면, 마지막으로 상기 기판(30)과 다이어프렘(32) 각각의 외주면에 산화막을 증착하여 절연층(34)을 형성함으로써 본 발명에 사용되는 센싱 플레이트의 제조 방법이 완료된다.Subsequently, when the diaphragm 32 is formed in one region of the substrate 30, an oxide film is formed on the outer circumferential surface of each of the substrate 30 and the diaphragm 32 to form the insulating layer 34. The manufacturing method of the sensing plate used for this invention is completed.
이러한 센싱 플레이트는 그 상면과 하면이 도 2e에 도시된 전극과 접합되어 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서가 구성되는데, 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서의 구성에 대해 좀 더 상세히 설명한다.The sensing plate has a top surface and a bottom surface joined to the electrode shown in FIG. 2E to form a capacitive differential pressure sensor according to the present invention. Referring to FIG. 4, a configuration of the capacitive differential pressure sensor according to the present invention is described. It will be described in more detail.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서는, 외주면이 절연체로 코팅되고, 타영역보다 얇게 성형된 일영역이 외부로부터 전달된 압력에 의해 휘어지는 센싱 플레이트(40)와, 상기 센싱 플레이트(40) 상면의 양측 일부에 코팅된 절연체와 접합되어 상기 센싱 플레이트(40)를 고정시키고, 상기 접합 부분을 제외한 센싱 플레이트(40)의 나머지 영역과는 이격되어 상부 방향에서 발생된 압력을 상기 센싱 플레이트(40)로 전달하며, 일영역이 외부와 전기적으로 연결되는 상부전극(50)과, 상기 센싱 플레이트(40) 하면의 양측 일부에 코팅된 절연체와 접합되어 상기 센싱 플레이트(40)를 고정시키고, 상기 접합 부분을 제외한 센싱 플레이트(40)의 나머지 영역는 이격되어, 하부 방향에서 발생된 압력을 상기 센싱 플레이트(40)로 전달하며, 일영역이 외부와 전기적으로 연결되는 하부 전극(60)으로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the capacitive differential pressure sensor according to the present invention includes a sensing plate 40 whose outer circumferential surface is coated with an insulator and one region formed thinner than another region is bent by pressure transmitted from the outside. And the insulator coated on both sides of the upper surface of the sensing plate 40 to fix the sensing plate 40, and spaced apart from the remaining area of the sensing plate 40 except for the bonding part. The pressure is transmitted to the sensing plate 40, and one region is joined to an upper electrode 50 electrically connected to the outside and an insulator coated on both sides of the lower surface of the sensing plate 40 to sense the sensing plate 40. ) Is fixed, and the remaining area of the sensing plate 40 except for the bonding portion is spaced apart to transfer the pressure generated in the downward direction to the sensing plate 40, This region consists of a lower electrode 60 that is connected to the external devices electrically.
그리고, 이렇게 이루어지는 용량형 차동 압력 센서에서, 상기 센싱 플레이트(40)는, 두께가 타영역보다 얇게 성형되어 상기 상부 전극(50) 또는 하부 전극(60)으로부터 전달된 압력에 의해 휘어지는 다이어프렘(41)과, 상기 다이어 프레임(41)의 내측과 연결되어 그 휘어짐에 따라 상하방향으로 움직여 상기 상부전극(50)과의 연동 커패시턴스 또는 상기 하부전극(60)과 연동 커패시턴스를 가변시키는 용량가변체(42)와, 상기 다이어프렘(41)의 외측과 연결되어 상기 다이어프렘(41)을 지지하는 지지체(43), 상기 다이어프렘(41), 용량가변체(42), 지지체(43) 각각의 외주면에 코팅된 절연층(44)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the capacitive differential pressure sensor thus formed, the sensing plate 40 is formed to have a thickness thinner than that of other regions, and the diaphragm 41 is bent by the pressure transmitted from the upper electrode 50 or the lower electrode 60. ) And the capacitive variable 42 which is connected to the inside of the diamond frame 41 and moves in an up and down direction to vary an interlocking capacitance with the upper electrode 50 or an interlocking capacitance with the lower electrode 60. And, connected to the outside of the diaphragm 41 is coated on the outer peripheral surface of each of the support 43, the diaphragm 41, the capacitive variable 42, the support 43 to support the diaphragm 41 It is characterized by consisting of an insulating layer 44.
이러한 센싱 플레이트는, 종래와 같이 전원 접지와 연결할 필요가 없어 노이즈의 영향을 줄일 수 있으며, 반도체 공정을 통해 형성하기 때문에 제품의 균일도를 향상시킬 수 있고 제조 공정비를 줄일 수 있게 된다.Since the sensing plate does not need to be connected to the power supply ground as in the related art, the influence of noise may be reduced, and the sensing plate may be formed through a semiconductor process, thereby improving the uniformity of the product and reducing the manufacturing process cost.
계속해서, 본 발명에 사용되는 상부전극(50)은, 하면의 양측 일단이 상기 센싱 플레이트(40) 상면의 양측 일단과 접합되는 상부전극몸체(51)와, 상기 상부 전극 몸체(51)의 일부를 관통시켜 형성하여 외부로부터 발생된 압력을 상기 센싱 플레이트로 전달하는 압력전달공(52), 상기 센싱 플레이트(40)와 접합되지 않은 상부전극몸체(51)의 타단 일부에 외부와 전기적으로 연결되도록 금속을 증착하여 형성한 상부금속층(53)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Subsequently, the upper electrode 50 used in the present invention includes an upper electrode body 51 in which one end of both sides of the lower surface is joined to both ends of the upper surface of the sensing plate 40, and a part of the upper electrode body 51. It is formed by penetrating through the pressure transfer hole 52 for transferring the pressure generated from the outside to the sensing plate, so as to be electrically connected to the other end of the other end of the upper electrode body 51 not bonded to the sensing plate 40 Characterized in that the upper metal layer 53 formed by depositing a metal.
특히, 상기 압력 전달공(52)은 외부로부터 발생된 압력을 상기 센싱 플레이트에 좀 더 많이 전달하기 위하여 적어도 두 개 이상 복수개로 형성하는 것이 바람직하다.In particular, the pressure transmission hole 52 is preferably formed in at least two or more in order to transfer more pressure generated from the outside to the sensing plate.
다음, 상기 하부 전극(60)은, 상면의 양측 일단이 상기 센싱 플레이트(40) 하면의 양측 일단과 접합되는 하부전극몸체(61)와, 상기 하부전극몸체(61)의 일부를 관통시켜 형성하여 외부로부터 발생된 압력을 상기 센싱 플레이트(40)로 전달하는 압력전달공(62), 상기 센싱 플레이트(40)와 접합되지 않은 하부전극몸체(61)의 타단 일부에 외부와 전기적으로 연결되도록 금속을 증착하여 형성한 하부금속층(63)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Next, the lower electrode 60 may be formed by penetrating a portion of the lower electrode body 61 and a portion of the lower electrode body 61, one end of which is connected to both ends of the lower surface of the sensing plate 40. A pressure transfer hole 62 for transferring pressure generated from the outside to the sensing plate 40 and a metal to be electrically connected to the other end of the lower electrode body 61 which is not bonded to the sensing plate 40. It is characterized by consisting of a lower metal layer 63 formed by depositing.
이러한 센싱 플레이트와 전극으로 이루어진 본 발명의 용량형 차동 압력 센서는, 전술한 바와 같이, 멤스(MEMS)를 이용한 반도체 공정을 통해 일괄적으로 제조되기 때문에, 종래와 같이 기계적인 가공을 이용해 형성한 센서보다 제품의 균일도를 향상시킬 수 있고, 그 크기를 소형화할 수 있는데, 실제적으로, 일반적인 용량형 차동 압력 센서의 크기는 40mm ×30mm인데 반해, 전술한 본 발명의 용량형 차동 압력 센서의 크기를 5mm ×5mm정도로 소형화할 수 있다.Since the capacitive differential pressure sensor of the present invention consisting of the sensing plate and the electrode is collectively manufactured through the semiconductor process using MEMS as described above, the sensor is formed using mechanical processing as in the prior art. In addition, the uniformity of the product can be improved and the size thereof can be reduced. In practice, the size of the conventional capacitive differential pressure sensor is 40 mm x 30 mm, whereas the size of the capacitive differential pressure sensor of the present invention described above is 5 mm. The size can be reduced to about 5 mm.
마지막으로, 이러한 구성적 특징을 가지는, 본 발명의 용량형 차동 압력 센서의 동작원리에 대해 도 5a와 도 5b를 참조하여 설명한다.Finally, the operation principle of the capacitive differential pressure sensor of the present invention having such a constitutional feature will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
상기 도 5a는 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서의 동작원리를 설명하기 위한 도면이고, 상기 도 5b는 도 5a의 등가회로를 도시한 도면이다.5A is a view for explaining the operation principle of the capacitive differential pressure sensor according to the present invention, and FIG. 5B is a view showing the equivalent circuit of FIG. 5A.
먼저, 상부전극의 커패시터 CH와 센싱 플레이트의 커패시터인 CC사이에 제 1 커패시턴스(C1)가 형성되고, 하부전극의 정전용량인 CL과 센싱 플레이트의 정전용량인 CC사이에 제 2 커패시턴스(C2)가 형성된 경우, 이 때 상부 전극의 압력전달공을 통해 전달된 압력 P1과 하부 전극의 압력전달공을 통해 전달된 압력 P2가 같은 경우에는, 제 1 커패시턴스(C1)와 제 2 커패시턴스(C2)가 동일하게 된다.First, a first capacitance C1 is formed between capacitor C H of the upper electrode and C C, which is a capacitor of the sensing plate, and a second capacitance between C L , which is the capacitance of the lower electrode, and C C, which is the capacitance of the sensing plate. When C2 is formed, when the pressure P1 transmitted through the pressure transfer hole of the upper electrode and the pressure P2 transmitted through the pressure transfer hole of the lower electrode are the same, the first capacitance C1 and the second capacitance ( C2) becomes the same.
반면, P1>P2인 경우에는, 즉, 상부방향에서 전달된 압력이 하부방향에서 전달된 압력보다 큰 경우에는, 센싱 플레이트의 다이어프렘이 하부전극 방향으로 휘어지게 되면, 그로 인해 제 1 커패시턴스(C1)와 제 2 커패시턴스(C2)에 변화가 생기게 된다.On the other hand, in the case of P1> P2, that is, when the pressure transmitted in the upper direction is greater than the pressure transmitted in the lower direction, the diaphragm of the sensing plate is bent in the lower electrode direction, thereby causing the first capacitance C1. ) And the second capacitance C2.
즉, 제 2 커패시턴스(C2)가 커지고, 이와 반대로, 제 1 커패시턴스(C1)는 작아지게 된다.That is, the second capacitance C2 becomes large, and conversely, the first capacitance C1 becomes small.
그리고, 이렇게 변환된 커패시턴스는, 상부전극의 금속층과, 하부전극의 금속층에 각기 전기적으로 연결된 C-V컨버터("커패시턴스를 전압으로 변환시키는 소자")를 이용해 소정의 전압 레벨로 변환되어, 그 결과를 통해 P1과 P2의 압력차이를 센싱할 수 있게 된다.Then, the converted capacitance is converted to a predetermined voltage level by using a CV converter ("a device for converting capacitance into voltage") electrically connected to the metal layer of the upper electrode and the metal layer of the lower electrode. The pressure difference between P1 and P2 can be sensed.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서는, 멤스(MEMS)를 이용한 반도체 공정을 통해 일괄적으로 제조하여, 종래와 같이 기계적인 가공을 이용해 형성한 센서보다 제품의 균일도를 향상시킬 수 있고, 그 크기를 소형화할 수 있으며, 이로 인해 나아가 제조 공정비를 줄일 수 있으며, 종래와 같이 센싱 플레이트를 고정시키기 위하여 전원 접지와 직접 연결할 필요가 없어 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the capacitive differential pressure sensor according to the present invention is manufactured in a batch through a semiconductor process using MEMS, and improves the uniformity of the product than the sensor formed by using mechanical processing as in the prior art. It is possible to improve the size, reduce the size, and further reduce the manufacturing process cost, and there is no need to connect directly to the power ground to fix the sensing plate as in the prior art, thereby reducing the effect of noise. have.
본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to the specific examples described, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
도 1은 일반적인 용량형 차동 압력 센서를 도시한 도면,1 shows a typical capacitive differential pressure sensor,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 사용되는 전극 형성 방법을 도시한 도면,2a to 2e is a view showing an electrode forming method used in the present invention,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 사용되는 센싱 플레이트의 형성 방법을 도시한 도면,3a to 3e is a view showing a method of forming a sensing plate used in the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서를 도시한 도면,4 shows a capacitive differential pressure sensor in accordance with the present invention;
도 5a는 본 발명에 따른 용량형 차동 압력 센서의 동작원리를 설명하기 위한 도면,5A is a view for explaining the operation principle of the capacitive differential pressure sensor according to the present invention;
도 5b는 도 5a의 등가회로를 도시한 도면이다.FIG. 5B illustrates the equivalent circuit of FIG. 5A.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
40 : 센싱 플레이트 41 : 다이어프렘40: sensing plate 41: diaphragm
42 : 용량가변체 43 : 지지체42: capacity variable 43: support
44 : 절연층 50 : 상부전극44: insulating layer 50: upper electrode
51 : 상부전극몸체 52, 62 : 압력전달공51: upper electrode body 52, 62: pressure transfer hole
53 : 상부금속층 60 : 하부전극53: upper metal layer 60: lower electrode
61 : 하부전극몸체 63 : 하부금속층61: lower electrode body 63: lower metal layer
Claims (16)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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2003
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