KR100607360B1 - 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조 - Google Patents

3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자이로스코프 센서(Gyroscope Sensor)에 관한 것으로, 특히 진공 상태가 아닌 대기압 상태에서 구동 가능한 3차원 자이로스코프 센서를 반도체 소자를 이용하여 구현할 수 있도록 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 소자를 이용하여 대기압 상태에서의 3차원 이동 가속도 측정이 가능한 소형 자이로스코프 센서를 구현함으로써, 이동통신 단말기와 같은 소형 전자제품에도 자이로스코프 센싱 기술을 적용할 수 있게 되며, 또한 반도체 소자를 이용함에 따라 회로 일체형으로 간단히 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 3차원 반도체 자이로스코프 센서를 이동통신 단말기와 같은 소형 전자제품에 적용함으로써 일련의 스트로크 기능을 이용한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있게 되며, 나아가 지진의 대략적인 강도 측정 및 카메라 손떨림 보정 등과 같은 다양한 분야에 응용할 수 있게 된다.
자이로스코프 센서, 반도체 소자, 3차원, 구동 전극부, 고정 전극부, 회전자 에어 브릿지, 고정자 브릿지

Description

3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조{Three-Dimension Semiconductor Gyroscope Sensing Structure}
도 1은 본 발명에 따른 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조를 도시한 평면도.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 있어, 구동 전극부와 고정 전극부의 연결 구조를 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 있어, 구동 전극부와 고정 전극부의 각 가지 전극 사이의 간격 및 정전용량을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 반도체 자이로스코프 센서에 의해 측정된 출력 신호가 슈미트 트리거 회로를 거치면서 출력된 결과 값을 예시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 반도체 자이로스코프 센서를 임의의 이동체에 구성하기 위한 주변 부가 회로들을 예시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 유리기판 10, 11 : 관성 질량판
15x, 15y, 15z : 탄성부재 21x : X축 구동 전극부
21y : Y축 구동 전극부 21z : Z축 구동 전극부
22 : 회전자 에어 브릿지 22a : 홀
24 : 고정자 브릿지 25x : X축 고정 전극부
25y : Y축 고정 전극부 25z : Z축 고정 전극부
본 발명은 자이로스코프 센서(Gyroscope Sensor)에 관한 것으로, 특히 진공 상태가 아닌 대기압 상태에서 구동 가능한 3차원 자이로스코프 센서를 반도체 소자를 이용하여 구현할 수 있도록 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 관성 센서는 관성력(inertial force)를 측정 가능한 전기적인 신호로 변환시켜 주는 디바이스로서, 이를 이용하여 이동체의 가속도를 측정하는 가속도계와 압력 센서 등은 상용화되어 선박, 항공기 등의 항법장치용 핵심부품으로 사용되어 왔으며, 최근에는 자동차의 항법장치나 카메라의 손떨림 보정 장치 등에 사용되면서 그 사용 영역이 확대되고 있다.
이러한 관성 센서와 관련한 기술적인 원리는 회전각이나 회전 속도를 측정하는 자이로스코프(Gyroscope)에 있다고 할 수 있는데, 종래에는 회전식 베어링을 이용하는 기계식 자이로스코프를 이용함에 따라 기계적인 마모가 있어 일정 시간이 경과하면 교체 및 보완해야만 했었다.
또한, 종래에 군사용이나 선박, 항공기, 자동차 등에 사용되는 자이로스코프는 다수의 복잡한 부품이 정밀 가공 및 조립 공정 등을 통하여 제작되므로 정밀한 성능을 얻을 수 있으나, 제작 비용이 많이 소요되고, 부피가 대형화되어 일반 산업용이나 전자제품에는 적용이 어렵다는 문제점이 있었다.
이에, 최근에는 삼각 프리즘 형태의 비임(Beam)에 압전소자를 부착한 소형 자이로스코프를 개발하여 소형 비디오 카메라 등의 손떨림 감지용 센서로서 사용하고 있으며, 또한 압전소자를 부착한 자이로스코프의 제작에 따른 어려운 점을 극복할 수 있도록 개선된 원통형 비임 구조를 갖는 소형 자이로스코프를 개발하게 되었다.
하지만, 전술한 소형 자이로스코프는 모두 정밀 가공을 필요로 하는 소형 부품으로 이루어진 관계로, 제작이 어려울 뿐 아니라 고가의 비용이 소요되는 단점이 있으며, 특히 다수의 기계 부품으로 이루어져 있기 때문에 회로 일체형으로 적용하기가 곤란하다는 문제점이 있었다.
또한, 최근 마이크로 일렉트로 메카니컬 시스템(Micro Electro Mechanical Systems : MEMS) 기술 분야가 급속도로 발전하면서 반도체 및 광(Optic) 소자를 이용한 마이크로 자이로스코프 제품에 대한 연구가 진행되고 있는 실정이며, 일부 MEMS 기술을 이용한 자이로스코프가 개발되고 있으나 현재까지는 진공 상태에서 구동되는 단일 구조의 센싱 요소를 구성하고 있을 뿐이어서 대기압 상태에서의 정확한 센싱이 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 반도체 소자를 이용하여 대기압 상태에서의 3차원 이동 가속도 측정이 가능한 소형 자이로스코프 센서를 구현하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 대기압 상태에서 구동 가능한 3차원 반도체 자이로스코프 센서를 구현함으로써, 이동통신 단말기와 같은 소형 전자제품에도 자이로스코프 센싱 기술을 적용할 수 있도록 함과 동시에 반도체 소자를 이용하여 회로 일체형으로 간단히 구현할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 3차원 반도체 자이로스코프 센서를 이동통신 단말기와 같은 소형 전자제품에 적용함으로써 일련의 스트로크 기능을 이용한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있도록 하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 반도체 기판 위의 중앙 부분에 상하로 배치되어, 외부에서 가해지는 힘에 대응하여 진동하는 제1 및 제2관성 질량판과; 상기 제1관성 질량판의 좌우측에 탄성부재를 매개로 각각 연결되어 Y축 방향 이동 가속도를 센싱하기 위해 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 X축 구동 전극부와, 상기 제1관성 질량판의 상하측에 탄성부재를 매개로 각각 연결되어 X축 방향 이동 가속도를 센싱하기 위해 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 Y축 구동 전극부와, 상기 제2관성 질량판의 대각선 방향으로 탄성부재를 매개로 각각 연결되어 Z축 방향 이동 가속도를 센싱하기 위해 빗 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 Z축 구동 전극부로 구성되는 구동 전극부와; 상기 구동 전극부의 각 가지 전극들과 소정의 정전용량(Csx+, Csx-, Csy+, Csy-, Csz+, Csz-)을 갖는 커패시터가 형성되도록, 상기 구동 전극부의 각 가지 전극들과 일정 거리의 간격을 두고 형성되는 다수의 가지 전극들을 갖는 고정 전극부를 포함하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조를 구현하는데 있다.
여기서, 상기 구동 전극부는, 중앙에 고정 전극부를 형성하는 물질이 통과되는 다수의 홀이 구성된 회전자 에어 브릿지(Rotor Air Bridge)를 이용하여 다단 구조로 연결되는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 각 구동 전극부의 가지 전극과 그에 대응하는 고정 전극부의 가지 전극 사이의 간격은 서로 다른 간격을 갖게 되는 것을 특징으로 한다.
한편으로, 상기 X축 및 Y축 구동 전극부의 가지 전극들과 그 구동 전극부에 대응하는 X축 및 Y축 고정 전극부의 가지 전극들은 수평 방향으로 일정 거리의 간격을 두고 요철 형상으로 맞물리도록 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 Z축 구동 전극부의 가지 전극들과 그 구동 전극부에 대응하는 Z축 고정 전극부의 가지 전극들은 수직 방향으로 일정 거리의 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고정 전극부는, 고정자 브릿지(Stator Bridge)를 이용하여 구동 전극부의 하단을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2관성 질량판과 구동 전극부 및 고정 전극부는 실리콘 소자를 집적화하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
삭제
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조는 첨부한 도면 도 1에 도시한 평면도에서와 같이, 자이로스코프 센싱 요소들이 구성되는 반도체 기판 즉, 유리기판(Glass substrate) 위의 중앙 부분에 이동 가능한 두 개의 관성 질량판(Moveable Proof Mass)(10, 11)이 상하로 배치된다.
그리고, 유리기판 위에 배치된 제1관성 질량판(10)의 좌우측에 Y축 방향 이동 가속도를 센싱하는데 사용되는 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 X축 구동 전극부(Moving Electrodes)(21x)가 일련의 탄성부재(예컨대, 스프링)(15x)를 매개로 Y축 방향으로 진동하도록 각각 연결되고, 그 제1관성 질량판(10)의 상하측에는 X축 방향 이동 가속도를 센싱하는데 사용되는 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 Y축 구동 전극부(21y)가 일련의 탄성부재(15y)를 매개로 X축 방향으로 진동하도록 각각 연결되며, 또한 3차원 이동 가속도 센싱을 위해 X축 및 Y축 구동 전극부(21x, 21y)가 연결된 제1관성 질량판(10)의 상단에 이동 가능한 다른 하나의 제2관성 질량판(11)이 배치되며, 그 제2관성 질량판(11)의 대각선 방향으로 Z축 이동 가속도를 센싱하는데 사용되는 빗 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 Z축 구동 전극부(21z)가 일련의 탄성부재(15z)를 매개로 Z축 방향으로 진동하도록 각각 연결된다.
또한, 각 관성 질량판(10, 11)에 탄성부재(15x, 15y, 15z)로 연결된 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z)와 대응되는 고정 전극부(Fixed Electrodes)(25x, 25y, 25z)가 유리기판 위에 형성되는데, 이는 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z)의 가지 전극들과 유사하게 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들로 이루어진다.
즉, X축 및 Y축 구동 전극부(21x, 21y)의 가지 전극들과 그 구동 전극부(21x, 21y)에 대응하는 각 고정 전극부(25x, 25y)의 가지 전극들은 수평 방향으로 일정 거리의 간격을 두고 요철 형상으로 맞물리도록 형성되며, Z축 구동 전극부(21z)의 가지 전극들과 그 구동 전극부(21z)에 대응하는 고정 전극부(25z)의 가지 전극들은 수직 방향으로 일정 거리의 간격을 두고 형성된다.
이때, 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 구동 전극부(21x, 21y, 21z)는 첨부한 도면 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 중앙에 고정 전극부(25x, 25y, 25z)를 형성하는 물질이 통과되는 다수의 홀(22a)이 구성된 회전자 에어 브릿지(Rotor Air Bridge)(22)를 이용하여 다단 구조로 연결하게 되며, 이로써 각 관성 질량판(10, 11)이 진동하는 경우에 이에 탄성부재(15x, 15y, 15z)로 연결된 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z)들이 함께 진동하게 된다. 또한, X축 및 Y축 구동 전극부(21x, 21y)에 대응하는 각 고정 전극부(25x, 25y)는 유리기판(1) 위에 형성된 고정자 브릿지(Stator Bridge)(24)를 이용하여 그 구동 전극부(21x, 21y)의 하단을 통해 연결하게 된다.
그리고, 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z)의 가지 전극과 그에 대응하는 고정 전극부(25x, 25y, 25z)의 가지 전극 사이의 간격은 서로 다른 간격을 갖게 된다.
또한, 본 발명에서 자이로스코프 센싱 요소가 되는 두 개의 관성 질량판(10, 11)과 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z) 및 고정 전극부(25x, 25y, 25z)는 실리콘 소자를 집적화하여 형성하게 되며, 이러한 반도체 자이로스코프 센서는 진공 상태에서 구동되는 일반적인 자이로스코프 센서와는 달리 대기압에서 구동할 수 있도록 공기 감쇄를 줄임과 동시에 높은 정전용량을 갖도록 설계되었다.
이와 같은 구조를 갖는 3차원 반도체 자이로스코프 센서는 제1 및 제2관성 질량판(10, 11)과 그 관성 질량판(10, 11)에 탄성부재(15x, 15y, 15z)로 연결된 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z)가 외부에서 인가되는 힘에 의해 코리올리 힘을 받아 X축, Y축 또는 Z축 방향으로 진동하게 되면, 해당 구동 전극부(21x, 21y, 21z)의 가지 전극과 그 구동 전극부(21x, 21y, 21z)에 대응하는 고정 전극부(25x, 25y, 25z)의 각 가지 전극 사이의 간격이 변하게 된다.
그리고, 상술한 구동 전극부(21x, 21y, 21z)와 그에 대응하는 고정 전극부(25x, 25y, 25z)의 각 가지 전극 사이의 간격 변화로 인해 정전용량이 변하게 되고, 이때 변화되는 정전용량의 차이를 부가적인 회로 즉, 슈미트 트리거 회로(도면에 도시되어 있지 않음)를 이용하여 전압 신호로 산출함으로써 그 자이로스코프 센서가 장착된 이동체의 3차원 가속도 즉, X축, Y축 및 Z축 이동 거리를 측정할 수 있게 된다.
즉, 도 3a의 (가) 및 (나)에 도시한 바와 같이, 제1관성 질량판(10)에 탄성부재(15x, 15y)로 연결된 각 구동 전극부(21x, 21y)의 가지 전극들과 그 구동 전극부(21x, 21y)에 수평 방향으로 각각 대응하는 고정 전극부(25x, 25y)의 가지 전극들 사이에는 소정의 정전용량(Csx+, Csx-, Csy+, Csy-)을 갖는 커패시터가 형성되며, 이렇게 대응되는 각 가지 전극들은 상호 간에 일정 거리(dx, dy)의 간격으로 배치된다.
또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, Z축 구동 전극부(21z)의 가지 전극들과 그 구동 전극부(21z)에 수직 방향으로 각각 대응하는 고정 전극부(25z)의 가지 전극들 사이에는 소정의 정전용량(Csz+, Csz+)을 갖는 커패시터가 형성되며, 이렇게 대응되는 각 가지 전극들은 상호 간에 일정 거리(dz)의 간격으로 배치된다.
이러한 상태에서 이동체가 X축 방향으로 이동하게 되면, 그 이동체에 장착된 자이로스코프 센서의 제1관성 질량판(10)이 X축 방향으로 진동하게 되며, 그 제1관성 질량판(10)의 진동으로 인해 탄성부재(15y)로 연결된 Y축 구동 전극부(21y)가 X축 방향으로 진동하면서 그 Y축 구동 전극부(21y)의 가지 전극들과, 그 구동 전극부(21y)에 대응하는 Y축 고정 전극부(25y)의 각 가지 전극들 사이의 간격(dy)이 변하게 되고, 이에 따라 각 가지 전극들 사이의 정전용량이 변하게 된다.
그리고, 이러한 정전용량의 차이 즉, 'Csy+'와 'Csy-'의 차이를 산출함으로써 X축 방향으로의 이동 가속도를 측정할 수 있게 되는데, 이때, 각 가지 전극들 사이의 간격 변화는 X축 이동 가속도에 비례함을 알 수 있다. 즉, X축 이동 가속도 'a'는 아래의 수학식 1과 같이 가지 전극들 사이의 간격 변화 및 정전용량의 차이 값에 비례한다.
Figure 112004046282112-pat00001
여기서, 'K'는 탄성부재의 등가 탄성 상수(힘의 변위의 비)이고, 'dy'는 가지 전극들 사이의 초기 간격 즉, 초기 커패시턴스 간격을 의미하며, 'm'은 센싱 요소의 진동 질량을 의미한다.
그리고, 정전용량의 차 '(Csy+)-(Csy-)'는 아래의 수학식 2와 같이, 대기압에서의 각 재질의 유전율(ε0 ; Silicon@11.9, 0.0476) 및 단면적(A)에 비례하고, 초기 커패시턴스 간격(dy)에 반비례한다.
Figure 112006018137932-pat00017
여기서, 'x'는 관성력에 의한 관성 질량판의 상대적 변위를 의미한다.
이와 마찬가지로, 이동체가 Y축 방향으로 이동하게 되면, 그 이동체에 장착된 자이로스코프 센서의 제1관성 질량판(10)이 Y축 방향으로 진동하게 되며, 그 제1관성 질량판(10)의 진동으로 인해 탄성부재(15x)로 연결된 X축 구동 전극부(21x)가 Y축 방향으로 진동하면서 그 X축 구동 전극부(21x)의 가지 전극들과, 그 구동 전극부(21x)에 대응하는 X축 고정 전극부(25x)의 각 가지 전극들 사이의 간격(dx)이 변하게 되고, 이에 따라 각 가지 전극들 사이의 정전용량이 변하게 된다.
그리고, 이러한 정전용량의 차이 즉, 'Csx+'와 'Csx-'의 차이를 산출함으로써 Y축 방향으로의 이동 가속도를 측정할 수 있게 되는데, 이때, 각 가지 전극들 사이의 간격 변화는 Y축 이동 가속도에 비례함을 알 수 있다. 즉, Y축 이동 가속도 'a'는 아래의 수학식 3과 같이 가지 전극들 사이의 간격 변화 및 정전용량의 차이 값에 비례한다.
Figure 112004046282112-pat00003
그리고, 정전용량의 차 '(Csx+)-(Csx-)'는 아래의 수학식 4와 같이, 대기압에서의 각 재질의 유전율(ε0 ; Silicon@11.9, 0.0476)) 및 단면적(A)에 비례하고, 초기 커패시턴스 간격(dx)에 반비례한다.
Figure 112006018137932-pat00018
또한, 이동체가 Z축 방향으로 이동하게 되면, 그 이동체에 장착된 자이로스코프 센서의 제2관성 질량판(11)이 Z축 방향으로 진동하게 되며, 그 제2관성 질량판(11)의 진동으로 인해 탄성부재(15z)로 연결된 Z축 구동 전극부(21z)가 Z축 방향으로 진동하면서 그 Z축 구동 전극부(21z)의 가지 전극들과, 그 구동 전극부(21z)에 대응하는 Z축 고정 전극부(25z)의 각 가지 전극들 사이의 상하 간격(dz)이 변하게 되고, 이에 따라 각 가지 전극들 사이의 정전용량이 변하게 된다.
그리고, 이러한 정전용량의 차이 즉, 'Csz+'와 'Csz-'의 차이를 산출함으로써 Z축 방향으로의 이동 가속도를 측정할 수 있게 되는데, 이때, 각 가지 전극들 사이의 상하 간격 변화는 Z축 이동 가속도에 비례함을 알 수 있다. 즉, Z축 이동 가속도 'a'는 아래의 수학식 5와 같이 가지 전극들 사이의 상하 간격 변화 및 정전용량의 차이 값에 비례한다.
Figure 112004046282112-pat00005
그리고, 정전용량의 차 '(Csz+)-(Csz-)'는 아래의 수학식 6과 같이, 대기압에서의 각 재질의 유전율(ε0 ; Silicon@11.9, 0.0476)) 및 단면적(A)에 비례하고, 초기 커패시턴스 간격(dz)에 반비례한다.
Figure 112006018137932-pat00019
참고로, 상술한 3차원 반도체 자이로스코프 센서는 정상 상태에서 변위 'x' 와 가속도 'a'의 관계는 '
Figure 112004046282112-pat00007
'이 되고, 이는 자이로스코프 센서의 감도 즉, 'x/a'가 'm/k'에 비례한다는 것을 의미한다. 반면에 같은 비율 'm/k'는 무 감쇠 시스템의 공진 주파수 'fr'과는 아래의 수학식 7과 같은 관계가 있다.
Figure 112004046282112-pat00008
즉, 자이로스코프의 감도가 높으면 공진 주파수가 낮아지며, 따라서 감도 및 주파수는 서로 양립하는 특성을 나타내기 때문에 주의해야 한다.
또한, 자이로스코프 센서의 정전용량 'Cs'는 정전류 'I0'에 의해 주기적으로 충전 또는 방전되며, 표유 정전용량(stray capacitance)을 무시한다면 출력 주파수 'fout'은 아래의 수학식 8과 같다.
Figure 112004046282112-pat00009
여기서, 'Vh'는 슈미트 트리거 회로의 히스테리시스 전압을 나타내며, 'fout'은 센서 정전용량이 반비례함을 알 수 있고, 전류 'I0'가 증가함에 따라 큰 출력 주파수가 얻어지며, 이는 주파수 범위를 늘려주고 누설 전류에 의해 불안정성을 줄여 준다.
이러한 3차원 반도체 자이로스코프 센서에 의해 측정된 출력 신호가 슈미트 트리거 회로를 거치면서 출력된 결과 값은 첨부한 도면 도 4와 같다.
한편으로, 본 발명에서는 각 구동 전극부(21x, 21y, 21z)와 그에 각각 대응하는 고정 전극부(25x, 25y, 25z)의 각 가지 전극들 사이의 간격 변화로 인해 발생되는 정전용량의 차이를 산출한 후, 그 정전용량의 차이로 발생된 주파수를 즉, 3차원 반도체 자이로스코프 센서에서 발생된 X축, Y축 및 Z축 이동 주파수를 첨부한 도면 도 5에 예시한 바와 같은 일련의 부가 회로들을 이용하여 이동체(예컨대, 이동통신 단말기, 디지털 카메라 등)에서 사용 가능한 값(X축, Y축 및 Z축 이동 가속도 값)으로 공급하게 되며, 이로써 이동통신 단말기를 이용한 카메라 모드에서의 손떨림 보정 등에 응용 가능하고, 또한 스트로크를 이용한 사용자 인터페이스 구현이 가능하며, 더 나아가 단말기간 게임 응용 및 지진의 강도 측정 등에 활용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 반도체 소자를 이용하여 대기압 상태에서의 3차원 이동 가속도 측정이 가능한 소형 자이로스코프 센서를 구현함으로써, 이동통신 단 말기와 같은 소형 전자제품에도 자이로스코프 센싱 기술을 적용할 수 있게 되며, 또한 반도체 소자를 이용함에 따라 회로 일체형으로 간단히 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 3차원 반도체 자이로스코프 센서를 이동통신 단말기와 같은 소형 전자제품에 적용함으로써 일련의 스트로크 기능을 이용한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있게 되며, 나아가 지진의 대략적인 강도 측정 및 카메라 손떨림 보정 등과 같은 다양한 분야에 응용할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 반도체 기판 위의 중앙 부분에 상하로 배치되어, 외부에서 가해지는 힘에 대응하여 진동하는 제1 및 제2관성 질량판과;
    상기 제1관성 질량판의 좌우측에 탄성부재를 매개로 각각 연결되어 Y축 방향 이동 가속도를 센싱하기 위해 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 X축 구동 전극부와, 상기 제1관성 질량판의 상하측에 탄성부재를 매개로 각각 연결되어 X축 방향 이동 가속도를 센싱하기 위해 생선뼈 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 Y축 구동 전극부와, 상기 제2관성 질량판의 대각선 방향으로 탄성부재를 매개로 각각 연결되어 Z축 방향 이동 가속도를 센싱하기 위해 빗 모양으로 분할된 가지 전극들을 갖는 다단 구조의 Z축 구동 전극부로 구성되는 구동 전극부와;
    상기 구동 전극부의 각 가지 전극들과 소정의 정전용량(Csx+, Csx-, Csy+, Csy-, Csz+, Csz-)을 갖는 커패시터가 형성되도록, 상기 구동 전극부의 각 가지 전극들과 일정 거리의 간격을 두고 형성되는 다수의 가지 전극들을 갖는 고정 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 전극부는, 중앙에 고정 전극부를 형성하는 물질이 통과되는 다수의 홀이 구성된 회전자 에어 브릿지(Rotor Air Bridge)를 이용하여 다단 구조로 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 각 구동 전극부의 가지 전극과 그에 대응하는 고정 전극부의 가지 전극 사이의 간격은 서로 다른 간격을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 X축 및 Y축 구동 전극부의 가지 전극들과 그 구동 전극부에 대응하는 X축 및 Y축 고정 전극부의 가지 전극들은 수평 방향으로 일정 거리의 간격을 두고 요철 형상으로 맞물리도록 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 Z축 구동 전극부의 가지 전극들과 그 구동 전극부에 대응하는 Z축 고정 전극부의 가지 전극들은 수직 방향으로 일정 거리의 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 고정 전극부는, 고정자 브릿지(Stator Bridge)를 이용하여 구동 전극부의 하단을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2관성 질량판과 구동 전극부 및 고정 전극부는 실리콘 소자를 집적화하여 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 반도체 자이로스코프 센싱 구조.
  9. 삭제
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