KR100693222B1 - 압력 감지용 ｓａｗ 트랜스폰더 - Google Patents

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KR100693222B1
KR100693222B1 KR1020060038848A KR20060038848A KR100693222B1 KR 100693222 B1 KR100693222 B1 KR 100693222B1 KR 1020060038848 A KR1020060038848 A KR 1020060038848A KR 20060038848 A KR20060038848 A KR 20060038848A KR 100693222 B1 KR100693222 B1 KR 100693222B1
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최두환
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주식회사 엠디티
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Abstract

본 발명은 RF신호를 인가 받아 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)를 발생시키며, 표면탄성파를 인가 받아 RF신호를 발생시키는 송수신IDT; 상기 송수신IDT로부터 전달받은 표면탄성파를 반사시켜 상기 송수신IDT로 되돌려보내는 감지IDT; 및 주위 압력의 크기에 따라 정전용량이 변화하며, 상기 감지IDT에 전기적으로 연결되어 상기 감지IDT에서 반사되는 표면탄성파의 진폭이 변조되도록 하는 정전용량 압력센서;를 포함하여 이루어지는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더에 있어서, 상기 정전용량 압력센서는 기판(substrate); 상기 기판의 상측에 형성되어 일정한 면적을 차지하는 도전성의 하부전극; 상기 기판의 상측에 상기 하부전극을 덮도록 형성되어 있는 유전층; 및 상기 기판의 상측에 배치되는 고리형의 지지부와, 상기 지지부에 의해 지지되며, 상기 지지부에 의해 둘러 싸여 있는 상기 하부전극의 상측 공간을 밀폐시키고, 상부로부터 작용하는 압력의 증가에 따라 탄성변형되면서 상기 유전층에 접촉할 수 있도록 형성된 도전성의 전극부를 가지는 상부전극을 포함하여 이루어지며, 상기 전극부가 상기 유전층에 접촉하는 면적에 따라 상기 상부전극 및 하부전극의 정전용량이 변하는 점에 특징이 있다.
정전용량, 압력센서, SAW트랜스폰더, TPMS

Description

압력 감지용 ＳＡＷ 트랜스폰더{SAW Transponder for sensing pressure}
도 1은 종래의 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 정전용량 압력센서의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 정전용량 압력센서의 하부전극을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 정전용량 압력센서의 제작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9와 도 10은 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 압력에 따른 변화를 나타내는 도면이다.
도 11과 도 12는 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 각각 도 9와 도 10과 같은 상태에서의 RF펄스파형을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100....압력 감지용 SAW 트랜스폰더 10.....송수신IDT
20.....감지IDT 30.....정전용량 압력센서
40.....안테나 50.....감지IDT
6......압전기판 31.....기판
32.....하부전극 33.....유전층
34.....상부전극 341....지지부
342.....전극부
본 발명은 압력 감지용 SAW 트랜스폰더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 RF신호를 인가 받아 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)를 발생시키는 SAW 트랜스폰더에 압력센서를 연결하여 외부압력의 변화에 따른 표면탄성파의 진폭변화를 통해 압력의 변화를 감지할 수 있는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더에 관한 것이다.
도 1은 종래 표면탄성파를 이용하는 SAW 트랜스폰더의 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.
도 1의 SAW 트랜스폰더는 압전특성(Piezoelectricity)을 갖는 LiNbO3 등과 같은 소재로 된 압전기판(1) 위에 다수의 IDT(Inter Digital Transducer) 금속 전극들이 표면탄성파의 전파방향(propagating direction)을 따라서 배치된 구조를 가진다.
외부의 송수신장치(미도시)에서 무선으로 RF펄스 신호인 질의 펄스 신호(Interrogation Pulse Signal)를 SAW 트랜스폰더로 송신하면, 이 펄스 신호는 SAW 트랜스폰더의 안테나(3)를 통해 송수신IDT(2)로 인가된다. 고주파의 펄스 신호가 송수신IDT(2)에 입사되면, 압전기판(1)에 의해 응력-발전의 과정이 반복되면서 표면탄성파가 생성된다.
송수신IDT(2)에서 형성된 표면탄성파는 감지IDT(4)로 진행되며, 이 표면탄성파의 일부는 진행방향으로 계속해서 진행하고 동시에 진행 방향과 반대 방향의 반사파를 생성시킨다. 생성된 반사파는 송수신IDT(2)로 인가되며, 송수신IDT(2)는 인가된 반사파들을 다시 전기적 신호인 펄스 신호(무선 응답 신호)로 변환한 후 안테나(3)를 통해 무선으로 외부의 송수신장치로 전송된다. 이때 상기 감지IDT(4)에 압력의 변화에 따라 임피던스(impedance)값이 변화하는 압력센서(5)를 연결하면, 반사파의 진폭이 압력센서(5)의 임피던스 변화에 따라 변하게 된다. 외부의 송수신장치는 이러한 반사파의 형태를 분석하여 상기 압력센서(5)가 설치된 곳의 압력을 감지할 수 있게 된다.
이와 같은 압력 감지용 SAW 트랜스폰더는 별도의 전원 공급 장치를 요하지 않으며, 상기 송수신IDT(2)에 인가되는 RF신호를 통하여 전력을 공급할 수 있으며, 감지된 압력신호를 무선으로 외부의 송수신장치에 전송할 수 있는 장점이 있기 때문에, 자동차의 타이어 내부의 압력을 감지하는 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)에 이용된다.
이와 같은 압력 감지용 SAW 트랜스폰더를 TPMS에 이용하기 위해서는, 외부 압력의 변화를 정량적으로 민감하게 감지하는 압력센서가 필요하며, 압력센서의 임피던스가 외부압력의 변화에 따라 선형적으로 변화하여 외부 송수신장치가 압력신호를 용이하게 분석할 수 있게 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더가 필요하다.
본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 안출된 것으로, 외부 압력의 변화에 따른 정전용량의 변화량이 커서 외부압력을 효과적으로 감지할 수 있으며, 외부압력의 변화량과 정전용량의 변화량이 서로 선형적 관계를 가지는 압력센서를 가지는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더를 제공함에 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력 감지용 SAW 트랜스폰더는, RF신호를 인가 받아 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)를 발생시키며, 표면탄성파를 인가 받아 RF신호를 발생시키는 송수신IDT; 상기 송수신IDT로부터 전달받은 표면탄성파를 반사시켜 상기 송수신IDT로 되돌려보내는 감지IDT; 및 주위 압력의 크기에 따라 정전용량이 변화하며, 상기 감지IDT에 전기적으로 연결되어 상기 감지IDT에서 반사되는 표면탄성파의 진폭이 변조되도록 하는 정전용량 압력센서;를 포함하여 이루어지는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더에 있어서, 상기 정전용량 압력센서는 기판(substrate); 상기 기판의 상측에 형성되어 일정한 면적을 차지하는 도전성의 하부전극; 상기 기판의 상측에 상기 하부전극을 덮도록 형성되어 있는 유전층; 및 상기 기판의 상측에 배치되는 고리형의 지지부와, 상기 지지부에 의해 지지되며, 상기 지지부에 의해 둘러 싸여 있는 상기 하부전극의 상측 공간을 밀폐 시키고, 상부로부터 작용하는 압력의 증가에 따라 탄성변형되면서 상기 유전층에 접촉할 수 있도록 형성된 도전성의 전극부를 가지는 상부전극을 포함하여 이루어지며, 상기 전극부가 상기 유전층에 접촉하는 면적에 따라 상기 상부전극 및 하부전극의 정전용량이 변하는 점에 특징이 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 정전용량 압력센서의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 정전용량 압력센서의 하부전극을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예의 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)는 송수신IDT(10)와 감지IDT(20)와 기준IDT(50)와 정전용량 압력센서(30)와 안테나(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 송수신IDT(10)와 상기 감지IDT(20)와 상기 기준IDT(50)는 LiNbO3와 같은 압전특성(piezoelectricity)을 가지는 압전기판(6) 위에 형성되는 IDT(Inter Digital Transducer)이다. 상기 IDT는 서로 나란하게 형성된 복수의 금속 전극에 전기적 신호 또는 RF신호를 인가하여 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)를 발생시키는 것으로서, 표면탄성파를 이용하는 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 송수신IDT(10)는 상기 안테나(40)에 연결되어 있어서, 상기 안테나(40)를 통하여 외부로부터 수신하는 RF신호를 표면탄성파로 변환하거나, 상기 기준IDT(50) 또는 상기 감지IDT(20)로부터 인가 받은 표면탄성파를 RF신호로 변환하여 상기 안테나(40)를 통해 외부로 송신할 수 있게 되어 있다.
상기 감지IDT(20)는 상기 송수신IDT(10)에서 발생된 표면탄성파가 전달되는 경로 상의 상기 압전기판(6)에, 상기 송수신IDT(10)로부터 소정 거리만큼 이격된 채로 형성되어 있어서, 상기 송수신IDT(10)로부터 전달받은 표면탄성파를 반사시켜 상기 송수신IDT(10)로 되돌려 보낼 수 있도록 되어 있다. 상기 감지IDT(20)는 복수의 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)로 이루어지며, 각 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25) 사이의 간격(d1, d2, d3, d4)은 표면탄성파의 손실을 줄일 수 있도록 표면탄성파의 진폭에 맞춰 서로 동일하게 배치된다. 본 실시예의 감지IDT(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 5개의 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)로 이루어져 있다. 상기 감지IDT(20)는 상기 정전용량 압력센서(30)에 전기적으로 연결되어 있어서, 그 정전용량 압력센서(30)의 정전용량에 따라 표면탄성파의 진폭을 변조하여 반사시킨다.
상기 기준IDT(50)도 상기 압전기판(6) 위에 형성되며, 상기 송수신IDT(10)와 상기 감지IDT(20)의 사이에 배치되어 있어서, 상기 송수신IDT(10)에서 발생한 표면탄성파의 일부는 반사시켜 다시 상기 송수신IDT(10)로 되돌려 보내고, 다른 일부는 상기 감지IDT(20)로 전달할 수 있도록 되어 있다. 상기 기준IDT(50)에는 상기 정전용량 압력센서(30)와 같은 외부 임피던스가 연결되어 있지 않기 때문에, 상기 기준 IDT(50)에서 반사되는 표면탄성파는 상기 감지IDT(20)에서 반사되는 표면탄성파의 진폭의 변화량을 파악하는 기준이 된다.
상기 정전용량 압력센서(30)는 기판(31; substrate)과 하부전극(32)과 유전층(33)과 상부전극(34)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판(31; substrate)은 절연성을 가진 재료로서, 파이렉스 유리(pyrex glass)와 같은 재료가 사용된다.
상기 하부전극(32)은 알루미늄, 구리 등의 도전성을 가지는 금속성의 재료가 상기 기판(31)의 상측에 일정한 면적을 차지하도록 형성된다. 상기 하부전극(32)은 서로 이격된 복수의 하부전극요소들(321, 322, 323, 324, 325)로 이루어진다. 본 실시예의 상기 하부전극(32)은 도 4에 도시된 바와 같이, 5개의 하부전극요소들(321, 322, 323, 324, 325)로 이루어져 있다. 상기 각 하부전극요소들(321, 322, 323, 324, 325)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 각 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)에 일대일 대응으로 전기적으로 연결되어 있다.
상기 유전층(33)은 상기 기판(31)의 상측에 상기 하부전극(32)을 덮도록 형성되며, 유전성(dielectricity)가지는 소재가 사용되며, MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술에 흔히 사용되고 용이하게 증착시킬 수 있는 SiO2소재가 사용되는 것이 좋다.
상기 상부전극(34)은 지지부(341)와 전극부(342)를 포함하여 이루어진다.
상기 지지부(341)는 상기 기판(31)의 상면에 형성되며, 본 실시예에서는 4각 고리형으로 형성되어 있다.
상기 전극부(342)는 상기 지지부(341)에 의해 지지되며, 상기 지지부(341)에 의해 둘러 싸여 있는 상기 하부전극(32)의 상측 공간(37)을 밀폐시킴으로써, 상기 유전층(33)과의 사이에 빈 공간(37)이 생기도록 형성되어 있다. 상기 전극부(342)는 도전성을 가진 소재로 되어 있으며, 그 상면에 작용하는 압력의 증가에 따라 탄성변형되면서 상기 유전층(33)에 접촉할 수 있도록 되어 있다. 본 실시예에서는 상기 상부전극(34)의 전극부(342)의 소재로 붕소(B)이온 또는 인(P)이온이 이온 임플렌테이션(ion implantation)된 실리콘(Si)이 사용된다. 부도체인 실리콘(Si)은 상기 붕소(B)이온 또는 인(P)이온의 이온 임플렌테이션에 의해 도전성을 갖게 된다.
상기 전극부(342)의 상면에 작용하는 압력이 증가할수록 그 전극부(342)는 탄성변형되어 상기 유전층(33)에 접촉하는 면적이 증가하게 되고, 상기 전극부(342)의 상면에 작용하는 압력이 감소하면 상기 전극부(342)는 탄성복원되어 상기 유전층(33)에 접촉하는 면적이 감소하다가 압력이 더욱 감소하면 상기 전극부(342)는 상기 유전층(33)에 접촉하지 않게 된다.
이와 같이 구성된 상기 상부전극(34)의 지지부(341)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)에 전기적으로 연결된다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 있어서 상기 정전용량 압력센서(30)의 제작방법의 일례를 개략적으로 설명하기로 한다.
본 실시예의 상기 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)에 있어서, 상기 정전용량 압력센서(30)는 일반적인 MEMS기술에 의한 공정을 통하여 제작된다.
먼저 파이렉스 유리 소재로 된 상기 기판(31) 위에 소정의 면적을 가지는 하부전극(32)을 증착한다.
상기 하부전극(32)이 증착된 상기 기판(31)에 SiO2를 증착하여 상기 하부전극(32)을 덮도록 함으로써 상기 유전층(33)을 형성하면 도 5에 도시한 것과 같은 상태가 된다.
한편, 상기 상부전극(34)을 마련하기 위하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 별도의 실리콘(Si)기판(35)을 식각(etching)함으로써 상기 유전층(33) 상측에 밀폐된 공간(37)을 형성할 수 있는 오목한 형상을 마련한다.
도 6에 점선으로 도시한 바와 같이, 상기 실리콘(Si)기판(35)에 소정 두께만큼 붕소(B)이온 또는 인(P)이온을 이온 임플렌테이션하여 침투시킴으로써 도전성을 갖도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이 형성된 상기 실리콘(Si)기판(35)을 뒤집어서, 도 5에 도시한 바와 같은 상기 파이렉스 유리로 된 기판(31)의 상측에 양극 접착(anodic bonding) 방법에 의하여 접착시키면, 도 7에 도시한 바와 같은 상태가 된다. 이와 같은 방법에 의해, 상기 유전층(33)과 상기 상부전극(34)의 전극부(342) 사이에 빈 공간(37)이 형성된다. 한편, 상기 실리콘(Si)기판(35)을 상기 파이렉스 유리 기판(31) 위에 접착하기에 앞서, 상기 하부전극(32)의 하부전극요소들(321, 322, 323, 324, 325)이 상기 파이렉스 유리 기판(31)과 접촉하게 되는 부분에 절연처리를 하여, 상기 상부전극(34)과 상기 하부전극요소들(321, 322, 323, 324, 325)이 전기적으로 서로 단락(短絡)되는 것을 방지한다.
이와 같이, 도 7에 도시한 바와 같은 상태에서, 상기 실리콘(Si)기판(35)의 상측을 연마(lapping)하여 도 8에 도시한 바와 같이, 어느 정도 깎아 낸 후에 실리콘(Si)기판(35)을 식각하면 붕소(B)이온 또는 인(P)이온이 침투된 상기 상부전극(34)만이 남게 되어, 도 4에 도시한 바와 같은 본 실시예의 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)에 사용되는 정전용량 압력센서(30)가 완성된다.
이하, 본 실시예에 따른 상기 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)의 기능에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 외부의 송수신장치(미도시)에서 무선으로 고주파 펄스 신호이거나 RF신호인 질의 펄스 신호(Interrogation Pulse Signal)를 본 실시예의 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)로 송신하면, 이 펄스 신호는 SAW 트랜스폰더(100)의 안테나(40)를 통해 송수신IDT(10)로 인가된다.
고주파의 펄스 신호가 송수신IDT(10)에 입사되면, 상기 압전기판(6)에 의해 응력-발전의 과정이 반복되면서 표면탄성파가 생성된다.
상기 표면탄성파가 상기 기준IDT(50)에 이르면 일부는 반사되어 상기 송수신IDT(10)로 되돌아가고, 다른 일부는 상기 감지IDT(20)로 전달된다.
상기 기준IDT(50)를 거쳐서 상기 감지IDT(20)에 도달한 상기 표면탄성파는 상기 각 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)에 의해 순차적으로 반사되어, 상기 송수신IDT(10)로 되돌아가게 된다.
이때, 상기 감지IDT(20)는 그에 연결된 상기 정전용량 압력센서(30)의 정전 용량에 따라, 표면탄성파의 진폭을 변화시켜 반사시키게 된다.
상기 기준IDT(50)와 상기 감지IDT(20)에서 반사되어 상기 송수신IDT(10)에 도달한 표면탄성파는, 상기 송수신IDT(10)에 의해 RF신호로 변환되어 상기 안테나(40)를 거쳐서 외부의 송수신장치에 전달된다. 상기 RF신호는 상기 정전용량 압력센서(30)에 의해 진폭이 변조된 RF신호를 포함하므로, 외부의 송수신장치에서 그 RF신호를 분석함으로써, 상기 정전용량 압력센서(30)가 설치된 곳의 압력을 파악할 수 있다. 한편, 본 실시예와 같이, 상기 기준IDT(50)를 포함하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)에 있어서는, 상기 기준IDT(50)는 상기 정전용량 압력센서(30)와 같은 외부 임피던스에 연결되어 있지 않으므로, 표면탄성파의 진폭을 변화시키지 않는다. 따라서, 상기 기준IDT(50)에 의해 반사된 펄스 신호와 상기 감지IDT(20)에서 반사된 펄스 신호를 비교함으로써, 압력의 변화를 더욱 효과적으로 파악할 수 있다.
외부압력이 크지 않은 경우에는, 상기 정전용량 압력센서(30)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 상부전극(34)의 전극부(342)와 상기 유전층(33)이 서로 접촉하지 않은 상태로 있게 된다. 이때, 상기 상부전극(34)의 전극부(342)는 상기 유전층(33)과 떨어져 있고 그 사이에 공기층으로 된 빈 공간(37)이 형성되어 있으므로, 상기 상부전극(34)과 상기 하부전극(32) 사이의 정전용량(capacitance)은 상대적으로 매우 적은 값을 갖게 된다.
이와 같은 상태에서, 도 11에 도시한 바와 같이, 질의 펄스가 상기 송수신IDT(10)에 전달되면, 상기 기준IDT(50)와 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)에서 반사되는 펄스 신호는 그 진폭에 큰 차이가 없다.
상기 정전용량 압력센서(30)가 설치된 곳의 압력이 증가하면, 상기 상부전극(34)의 전극부(342)가 그 상면에 작용하는 압력으로 인해 탄성변형되면서, 도 9에 도시한 바와 같이, 그 일부분이 상기 유전층(33)에 접촉하게 된다. 상기 유전층(33)은 공기에 비해서 상대적으로 높은 유전율을 가지기 때문에, 상기 상부전극(34)과 가장 중심부에 위치하는 상기 하부전극요소(323) 사이의 정전용량은 증가하게 된다. 이로 인해, 중심부에 위치한 상기 하부전극요소(323)와 상기 상부전극(34) 사이에는 임피던스의 변화가 생겨, 도 12에 도시된 바와 같은, 펄스 신호를 관찰할 수 있다. 도 12에 의하면, 중심부에 위한 상기 하부전극요소(323)에 연결된 상기 감지IDT요소(23)로부터 반사된 펄스 신호의 진폭이 다른 감지IDT요소들(21, 22, 24, 25)로부터 반사된 펄스 신호의 진폭보다 작아진다.
다시, 상기 정전용량 압력센서(30)가 설치된 곳의 압력이 더욱 증가하게 되면, 상기 상부전극(34)의 전극부(342)의 탄성변형량이 증가하여, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 유전층(33)에 접촉하는 면적이 증가하게 되고, 상술한 바와 같은 이유로 인해, 상기 상부전극(34)과 중심부 3개의 상기 각 하부전극요소(322, 323, 324) 사이의 정전용량도 증가하게 된다. 이 경우에는, 도 13에 도시한 바와 같이, 중심부 3개의 상기 하부전극요소들(322, 323, 324)에 연결된 상기 감지IDT요소들(22, 23, 24)로부터 반사된 펄스 신호의 진폭이 다른 감지IDT요소들(21, 25)로부터 반사된 펄스 신호의 진폭보다 작아진다.
한편, 상기 정전용량 압력센서(30)가 설치된 곳의 압력이 감소하면, 상기 상 부전극(34)의 전극부(342)가 탄성복원되면서 그 전극부(342)가 상기 유전층(33)에 접촉하는 면적이 감소하고 그에 의해, 상기 송수신IDT(10)를 통해 송신되는 펄스 신호의 진폭도 변하게 된다.
상술한 바와 같은 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)는 무선으로 전력을 공급하므로 별도의 전원공급장치가 필요 없는 장점이 있다. 또한 무선으로 펄스 신호를 송수신하므로, 타이어의 내부와 같이 유선 압력센서의 설치가 어려운 곳에도 효과적으로 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예와 같이, 상기 하부전극(32)이 복수의 하부전극요소(321, 322, 323, 324, 325)로 이루어진 경우에는, 각 하부전극요소(321, 322, 323, 324, 325)와 연결된 상기 복수의 감지IDT요소들(21, 22, 23, 24, 25)에 의한 펄스 신호가 개별적으로 변화하므로, 도 11 내지 도 13과 같은 펄스 신호로부터, 외부압력의 정량적 변화를 용이하게 디지털화하여 감지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 유전층을 사이에 둔 두 전극 사이의 거리의 변화를 이용하여 압력을 측정하는 정전용량 압력센서를 이용하는 경우에 비해, 본 실시예의 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)는 상기 상부전극(34)의 전극부(342)가 상기 유전층(33)에 접촉하는 면적의 변화를 이용하는 접촉식 정전용량 압력센서(30; Touch Mode Capacitive Pressure Sensor)에 의해 압력을 측정하므로, 정전용량의 변화량이 커서 압력에 대한 감도가 향상된 압력 감지용 SAW 트랜스폰더(100)를 제공할 수 있게 되는 장점이 있다.
이상, 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 압 력 감지용 SAW 트랜스폰더가 앞에서 설명되고 도면에 도시된 형태의 구조로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 상기 감지IDT요소(21, 22, 23, 24, 25)의 수와 상기 하부전극요소(321, 322, 323, 324, 325)의 수는 5개로 서로 동일하며, 서로 일대일 대응으로 연결된 것으로 설명하였으나, 필요에 따라, 감지IDT요소의 수와 하부전극요소의 수는 다양하게 변경할 수 있으며, 감지IDT요소와 하부전극요소 사이의 연결도 일대일 대응에 한정되지 않고 다양한 조합으로 서로 연결할 수 있다.
또한, 상기 하부전극은 복수의 하부전극요소로 구성되지 않고 소정의 면적을 가지는 하나의 하부전극으로 구성할 수도 있다. 이와 같은 경우에는, 상기 상부전극의 전극부가 상기 유전층에 접촉하는 면적에 따라, 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이의 정전용량이 변하게 되고, 그 정전용량의 변화에 비례하여, 상기 감지IDT에 의한 펄스 신호의 진폭의 변화량도 증가하게 된다. 따라서, 외부 송수신장치에서 펄스 신호의 진폭의 변화량을 분석하여 압력을 파악하게 된다. 이러한 경우에는 상부전극의 전극부가 상기 유전층에 접촉하는 면적의 증가에 비례하여 압력센서의 정전용량이 증가하므로, 압력의 변화와 정전용량의 변화가 서로 선형적인 관계를 가지게 되어서, 정전용량으로부터 용이하게 압력을 환산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 기준IDT가 없는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더를 구성할 수도 있다. 상기 기준IDT가 없는 경우에는 기준IDT와 감지IDT에 의해 반사되는 펄스 신호를 서로 비교하지 않고, 감지IDT에 의해 반사되는 펄스 신호의 압력의 변화에 따른 진폭 변화를 분석하여 그 압력의 변화를 감지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 압력 감지용 SAW 트랜스폰더의 구조를 개선하여, 외부압력의 변화를 효과적으로 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 외부압력의 변화량과 압력센서의 정전용량의 변화량이 서로 선형적 관계를 가지기 때문에 외부압력의 변화를 정량적으로 용이하게 감지할 수 있으며, 외부 송수신장치가 압력신호를 용이하게 분석할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. RF신호를 인가 받아 표면탄성파(SAW; Surface Acoustic Wave)를 발생시키며, 표면탄성파를 인가 받아 RF신호를 발생시키는 송수신IDT;
    상기 송수신IDT로부터 전달받은 표면탄성파를 반사시켜 상기 송수신IDT로 되돌려보내는 감지IDT; 및
    주위 압력의 크기에 따라 정전용량이 변화하며, 상기 감지IDT에 전기적으로 연결되어 상기 감지IDT에서 반사되는 표면탄성파의 진폭이 변조되도록 하는 정전용량 압력센서;를 포함하여 이루어지는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더에 있어서,
    상기 정전용량 압력센서는,
    기판(substrate);
    상기 기판의 상측에 형성되어 일정한 면적을 차지하는 도전성의 하부전극;
    상기 기판의 상측에 상기 하부전극을 덮도록 형성되어 있는 유전층; 및
    상기 기판의 상측에 배치는 고리형의 지지부와, 상기 지지부에 의해 지지되며, 상기 지지부에 의해 둘러 싸여 있는 상기 하부전극의 상측 공간을 밀폐시키고, 상부로부터 작용하는 압력의 증가에 따라 탄성변형되면서 상기 유전층에 접촉할 수 있도록 형성된 도전성의 전극부를 가지는 상부전극을 포함하여 이루어지며,
    상기 전극부가 상기 유전층에 접촉하는 면적에 따라 상기 상부전극 및 하부전극의 정전용량이 변하는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부로부터 RF신호를 수신하여 상기 송수신IDT에 인가하고, 상기 송수신IDT에서 발생된 RF신호를 외부로 송신하는 안테나가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지IDT에서 반사되는 표면탄성파의 진폭변조특성을 파악할 수 있는 기준이 되는 표면탄성파를 반사시키는 기준IDT를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준IDT는 상기 송수신IDT와 상기 감지IDT의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정전용량 압력센서의 하부전극은 서로 이격된 복수의 하부전극요소들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감지IDT는 복수의 감지IDT요소들로 이루어지고,
    상기 감지IDT의 적어도 하나의 감지IDT요소와 상기 하부전극의 적어도 하나의 하부전극요소가 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 감지IDT요소들의 수와 상기 하부전극요소들의 수는 동일하며,
    상기 감지IDT의 감지IDT요소와 상기 하부전극의 하부전극요소가 각각 일대일 대응으로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 각 감지IDT요소들 사이의 간격은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 압력 감지용 SAW 트랜스폰더.
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