KR100699343B1 - Smart Inclination Sensor and its Fabrication Procedures - Google Patents
Smart Inclination Sensor and its Fabrication Procedures Download PDFInfo
- Publication number
- KR100699343B1 KR100699343B1 KR1020060042799A KR20060042799A KR100699343B1 KR 100699343 B1 KR100699343 B1 KR 100699343B1 KR 1020060042799 A KR1020060042799 A KR 1020060042799A KR 20060042799 A KR20060042799 A KR 20060042799A KR 100699343 B1 KR100699343 B1 KR 100699343B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- channel
- substrate
- forming
- mercury
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/18—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/02—Details
- G01C9/06—Electric or photoelectric indication or reading means
Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 경사각 측정 센서의 개략도이다.1A and 1B are schematic views of a tilt angle measuring sensor according to the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 센서의 구조도이다.2 is a structural diagram of an inclination angle sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 경사각 센서의 제작 공정도이다.3 is a manufacturing process diagram of a small tilt angle sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4b 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 센서의 구조의 동작설명도이다.4B and 4B are diagrams illustrating the operation of the structure of the inclination angle sensor according to the exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 유리판10: glass plate
20 : 채널20: channel
40 : 통기 홀 40: ventilation hole
50 : 실리콘 웨이퍼50: Silicon Wafer
80 : 패턴80: pattern
본 발명은 경사각 측정용 센서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 MEMS 기술을 이용하여 반원형 채널을 유리판 위에 형성시켜 이를 일정한 크기의 저항체가 설계되어 있는 기판에 부착한 다음, 채널에 일정 양의 수은 혹은 전해질을 주입하여 센서가 기울어졌을 때 수은 혹은 전해질이 채널을 통하여 이동하면서 발생하는 저항 변화에 따른 전압 강하분을 측정함으로써 경사각과 방향을 동시에 측정할 수 있는 소형 경사각 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor for measuring an inclination angle, and more particularly, by using a MEMS technique, a semicircular channel is formed on a glass plate and attached to a substrate having a resistor of a predetermined size, and then a certain amount of mercury or electrolyte in the channel. The present invention relates to a small inclination angle sensor capable of simultaneously measuring an inclination angle and a direction by measuring a voltage drop according to a change in resistance generated when mercury or electrolyte moves through a channel when the sensor is inclined.
종래 기술에 따른 경사각 측정의 센서로서, 조향각을 측정하기 위해서 포텐쇼미터 (potentiometer)의 원리를 이용하여 회전각을 이에 대응하는 저항의 변화로 감지한 다음 이를 다시 각도로 환산하여 사용하는 방식이 있으나, 포텐쇼미터는 소형화하기 어렵다는 단점을 지니고 있다.As a sensor of inclination angle measurement according to the prior art, there is a method in which a rotation angle is detected as a change in resistance corresponding to the rotation angle by using a potentiometer principle to measure a steering angle, and then converted into an angle again. Has the disadvantage of being difficult to miniaturize.
이를 개선하기 위해 도 1과 같이, MEMS 구조를 사용한 경사각 센서가 제안되었지만, 도 1의 경사각 센서는 X선 마스크를 PMMA(poly methyl methacrylate)와 정렬하고 이를 방사광 가속기 내에 설치하여 채널을 제작하는 RIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung) 공정을 이용함에 따라 가공법의 범용화가 어려울 뿐만 아니라, 그 제작이 고비용이기 때문에 경제성이 결여되어 있어서 상용화가 곤란하다.In order to improve this, as shown in FIG. 1, an inclination angle sensor using a MEMS structure has been proposed, but the inclination angle sensor of FIG. 1 aligns an X-ray mask with poly methyl methacrylate (PMMA) and installs it in an emission accelerator to produce a channel. The Lithographie Galvanoformung Abformung) process is not only difficult to generalize the processing method, but also expensive to manufacture, making it difficult to commercialize.
또한, 위 기술에 의한 발명은 채널 내에서의 수은의 위치 변동에 따른 채널의 저항값의 변화가 미미하여 정밀한 경사 측정이 어려워 상용화가 곤란할 뿐 아니라, 채널 내에서의 수은의 위치에 따른 전압 값 측정을 통해 경사각만을 측정할 수 있다. 즉, 위 기술은 수은이 동심원상으로 배치된 저항체를 연결함에 따라 이를 장착한 물체의 경사도 만을 측정할 수 있음에 따라, 어느 방향으로 물체가 기울어 졌는지에 대한 정보를 얻을 수 없다는 단점을 갖고 있다.In addition, the invention of the above technique is difficult to commercialize due to the slight change of the resistance value of the channel due to the change in position of mercury in the channel, making it difficult to commercialize, and to measure the voltage value according to the position of mercury in the channel. Only the tilt angle can be measured. That is, the above technique has a disadvantage in that it is not possible to obtain information on which direction the object is inclined as the mercury can only measure the inclination of the object equipped with the concentrically arranged resistor.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 첫째 간단한 구조로 경사각 측정이 가능한 소형 경사각 센서를 제공하고, 둘째 기울어지는 방향을 측정할 수 있는 경사각 센서를 제공하고, 셋째 이러한 경사각 센서의 제작 공정을 제공하기 위함이다.The present invention has been devised to solve the above problems, the first provides a small inclination angle sensor capable of measuring the inclination angle with a simple structure, the second provides an inclination angle sensor capable of measuring the inclination direction, and third manufacture of such an inclination angle sensor To provide a process.
본 발명의 경사각 센서는 상술한 목적을 달성하기 위하여, MEMS 가공을 통해 반원형 채널을 유리판 위에 형성시켜 이를 일정한 크기의 저항체가 설계되어 있는 기판에 부착한 다음 채널에 일정 양의 수은 혹은 전해질을 주입하여 구성함으로써, 센서가 기울어졌을 때 수은 혹은 전해질이 채널을 통하여 이동하면서 발생하는 저항 변화에 따른 전압 강하분을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the inclination angle sensor of the present invention forms a semicircular channel on a glass plate through MEMS processing, attaches it to a substrate on which a resistor of a predetermined size is designed, and then injects a certain amount of mercury or electrolyte into the channel. In this case, the voltage drop according to the change in resistance generated as the mercury or the electrolyte moves through the channel when the sensor is tilted can be measured.
또한, 본 발명의 경사각 센서는 평형상태에서 측정한 전압과 경사각에 따라 측정한 전압의 대소를 서로 비교하게 함으로써 기울어진 방향을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the inclination angle sensor of the present invention is characterized in that the inclined direction can be measured by comparing the magnitude of the voltage measured in the equilibrium state with the magnitude of the measured voltage according to the inclination angle.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 센서의 구조도로서, 각각 좌측면, 평면, 우측면을 도시하고 있다.2 is a structural diagram of an inclination angle sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, which shows a left side, a plane, and a right side, respectively.
도 2를 참조하면, 먼저 유리판(소다라임 유리, Sodalime glass)(10)을 사용하여 그 전면에 반원형의 채널(20)을 일정한 채널 폭을 갖도록 가공한다. 본 실시예에서는 유리판(10)을 샌드블라스팅(Sand blasting) 공정으로 가공하였다. 채널의 단면은 다양한 종류의 다각형으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 반원형 단면을 가진다.Referring to FIG. 2, first, a
이어서, 유리판(10)의 배면에서 반원형 채널 상단부의 서로 다른 위치에 Φ1 (지름 1 mm)의 원형 홀(30)을 일정한 깊이로 가공한다. 이 원형 홀(30)은 전면의 반원형의 채널(20)과 겹치는 부분에 소정 크기의 통기 홀들(40)을 형성하게 된다. 통기 홀(40)은 공기가 자유롭게 유동하게 하는 역할을 할 수 있게 함으로써, 수은이 채널 내부에서 기울기에 따라 이동시 공기 저항에 따른 영향을 최소화하는 기능을 한다.Subsequently,
여기서, 유리판(10) 배면의 통기 홀(40)들의 크기와 위치가 약간 상이한 이유는 수은의 삽입을 위한 것으로, 큰 홀은 수은의 주입과 공기의 유동을 원활하게 하기 위한 것이며, 작은 홀은 공기 유동만을 고려한 것으로서 홀의 크기를 최소화하는 것이 바람직하다.Here, the reason why the size and position of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 경사각 센서의 제작 공정도이다.3 is a manufacturing process diagram of a small tilt angle sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 가공 공정 및 유리판(10)과의 접착 공정을 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3, a silicon wafer processing process and an adhesion process with the
먼저, 실리콘 웨이퍼(또는 실리콘 기판)(50)를 준비하고, 실리콘 웨이퍼(50) 상에 일정한 형상의 저항을 형성시키기 위하여 마스크를 제작한다.First, a silicon wafer (or silicon substrate) 50 is prepared, and a mask is fabricated to form a resistance of a certain shape on the
다음, 실리콘 기판(50) 위에 산화막(SiO2)을 성장시키거나, 질화막(Si3N4)을 증착시켜 절연막(60)을 형성하여, 실리콘 기판(50)을 전기적으로 절연시킨다.Next, an oxide film SiO 2 is grown on the
이어서, 전극 형상을 제작하기 위하여 실리콘 기판(50)의 전면에 금/크롬층(Au/Cr)(70)을 일정 두께(약 0.2 ㎛/0.05㎛)로 증착시킨다. 이때 크롬(Cr)층은 절연막(60)과 금(Au) 전극층의 부착력 증대를 위한 부착층으로 사용된다.Subsequently, in order to form an electrode shape, a gold / chromium layer (Au / Cr) 70 is deposited to a predetermined thickness (about 0.2 μm / 0.05 μm) on the entire surface of the
그 후, 포토레지스트(Photoresist)를 도포한 다음, 미리 제작한 마스크를 이용하여 반도체 공정에서 일반적으로 사용하는 노광 및 식각 공정을 이용하여 자외선 노광(a) 및 Au/Cr층(70)의 식각을 수행하면 전극 패턴(80)이 형성된다. 이 전극 패턴(80)은 유리판(10)의 채널(20)의 일측을 따라 선형으로 형성되는 제 1 전극(120)과 상기 채널(20)의 타측을 따라 바람직하게는 솔레노이드 코일형으로 형성되는 제 2 전극(140)으로 구성된다. 또한, 제 2 전극(140)의 코일의 하부 즉, 수은과 접촉하는 부분은 코일의 직경 보다 넓은 면적을 가지는 다각형(예컨대, 사각형) 접촉부가 형성된다.Then, after the photoresist is applied, the ultraviolet exposure (a) and the etching of the Au /
이어서, 상기 공정이 완료된 실리콘 기판을 소정의 크기의 칩(90)으로 절단한 다음, 수은의 이동 채널(20)이 형성된 유리판(10)과 실리콘 칩(90)을 실리콘 기판상에 형성된 정렬 패턴 (100)에 맞춰 접착한다. 이때 실리콘 칩(50)과 유리판(10)은 양극접합(Anodic Bonding)을 이용하여 접착하거나 접착력이 우수한 에폭시 등으로 접착한다.Subsequently, the silicon substrate on which the process is completed is cut into
마지막 단계로, 제작된 경사각 센서의 채널(110)에 수은과 같은 전해질을 통기 홀(40)에 주입함으로써 경사각 센서(110)의 제작을 완료한다.As a final step, the preparation of the
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사각 센서의 구조의 동작설명도이다.4A and 4B are diagrams illustrating the operation of the structure of the inclination angle sensor according to the exemplary embodiment of the present invention.
경사각 센서의 제 1 전극의 일단(120)에 일정한 전압(V)을 인가하고, 제 2 전극의 타단(130)을 접지한다. 그러면, 제 1 전극(120)을 통하여 인가된 전압이 아래의 식에 의하여 배분된다.A constant voltage V is applied to one
즉, 제 1 전극의 일단(120)에서 타단(130) 사이의 저항값은 각각 제 1 전극의 일단(120)에서 수은의 중앙까지의 저항값(R1)과 수은의 중앙에서 제 1 전극의 ㅌ타단(130)까지의 저항값(R2)으로 분배된다.That is, the resistance value between the one
출력전압 Voutput 은 센싱 전극인 제 2 전극(140)을 통해 측정된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제 2 전극(140)은 솔레노이드 코일의 형태를 가지는 것이 바람직하며, 코일의 하부 즉, 수은과 접촉하는 부분은 코일의 직경 보다 넓은 면적을 가지는 다각형(예컨대, 사각형) 접촉부가 형성된다. 다각형 접촉부는 소정의 각도로 나누어 설계될 수 있으며, 이에 따라 경사각을 더욱 정확하게 측정할 수 있다.The output voltage V output is measured through the
도 4a와 같이 경사각 센서가 지면에 수평인 경우, 수은은 반원형으로 형성된 채널(20)의 중앙에 위치한다. 즉, 수은이 제 1 전극의 양단(120, 130)의 중앙에 위치하게 된다. 따라서, 인가된 전압(V)은 수은을 통전되므로 제 2 전극(140)을 통하여 수평상태에서의 전압이 측정된다. 이때 경사각 센서가 수평이므로, R1 = R2 의 관계가 성립함에 따라 인가 전압(V)의 1/2이 출력 전압(V/2)으로 제 2 전극(140)을 통하여 측정된다.When the tilt angle sensor is horizontal to the ground as shown in FIG. 4A, mercury is positioned at the center of the
한편, 본 발명에 의한 경사각 센서가 도 4b와 같이 기울어진 경우, 측정 전압은 상기 식과 같이 표현되나, 이때 저항값 R1, R2 사이에는 R1 > R2 의 관계가 성립한다. 따라서 제 2 전극(140)을 통하여 측정되는 전압 Vdown은 수평상태의 전압 Vneutral 보다 작게 측정된다.On the other hand, when the inclination angle sensor according to the present invention is inclined as shown in Fig. 4b, the measured voltage is expressed as in the above formula, but the relationship of R 1 > R 2 is established between the resistance values R 1 , R 2 . Therefore, the voltage V down measured through the
이와 반대로, 경사각 센서가 도 4b의 반대 방향으로 기울어지면, 저항값 사이에는 R1 < R2 의 관계가 성립함으로써, 측정 전압 Vup은 수평상태의 전압 Vneutral 보다 크게 측정된다. On the contrary, when the inclination angle sensor is inclined in the opposite direction of FIG. 4B, the relationship R 1 <R 2 is established between the resistance values, so that the measured voltage V up is measured larger than the voltage V neutral in the horizontal state.
따라서, 본 발명의 상기 실시예에 따른 경사각 센서는 측정 전압의 크기에 따라 경사각 센서를 부착한 물체가 어떠한 상태로 기울어져 있는지, 예를 들어 경사진 면을 내려가는 상황인지, 올라가고 있는 상황인지를 알려주는 특징을 확보하게 된다.Therefore, the inclination angle sensor according to the embodiment of the present invention informs the state in which the object to which the inclination angle sensor is attached is inclined according to the magnitude of the measured voltage, for example, a situation in which the inclined surface is down or in an up state. Secures the feature.
본 발명에 따르면, MEMS 기술을 이용하여 소형의 간단한 구조로 제조되며, 정밀한 경사각 측정이 가능한 소형 경사각 센서가 제공된다.According to the present invention, there is provided a compact inclination angle sensor that is manufactured in a compact and simple structure using MEMS technology and capable of precise inclination angle measurement.
본 발명에 따르면, 경사각의 크기를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 평형상태에서 측정한 전압과 경사각에 따라 측정한 전압의 대소를 서로 비교함으로써 경사의 방향을 측정할 수 있는 경사각 센서가 제공된다.According to the present invention, there is provided an inclination angle sensor capable of measuring the magnitude of the inclination angle as well as measuring the direction of the inclination by comparing the magnitude of the voltage measured in accordance with the inclination angle with the magnitude of the inclination angle.
본 발명에 따르면, 상기 소형 경사각 센서를 제조하기 위한 효과적인 공정이 제공된다.According to the present invention, an effective process for manufacturing the compact tilt angle sensor is provided.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060042799A KR100699343B1 (en) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Smart Inclination Sensor and its Fabrication Procedures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060042799A KR100699343B1 (en) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Smart Inclination Sensor and its Fabrication Procedures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100699343B1 true KR100699343B1 (en) | 2007-03-23 |
Family
ID=41564441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060042799A KR100699343B1 (en) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Smart Inclination Sensor and its Fabrication Procedures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100699343B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101437655B1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-04 | 한국지질자원연구원 | Apparatus for measuring gradient of drilling core |
CN108691531A (en) * | 2018-05-09 | 2018-10-23 | 中国地质大学(武汉) | A kind of tool face azimuth sensor based on conductance principle |
CN110159255A (en) * | 2019-07-02 | 2019-08-23 | 中国矿业大学(北京) | A kind of the gas drilling inclinometer and implementation method of based superconductive sliding block variable resistance thought |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030079312A (en) * | 2002-04-03 | 2003-10-10 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Back light |
-
2006
- 2006-05-12 KR KR1020060042799A patent/KR100699343B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030079312A (en) * | 2002-04-03 | 2003-10-10 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Back light |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101437655B1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-09-04 | 한국지질자원연구원 | Apparatus for measuring gradient of drilling core |
CN108691531A (en) * | 2018-05-09 | 2018-10-23 | 中国地质大学(武汉) | A kind of tool face azimuth sensor based on conductance principle |
CN110159255A (en) * | 2019-07-02 | 2019-08-23 | 中国矿业大学(北京) | A kind of the gas drilling inclinometer and implementation method of based superconductive sliding block variable resistance thought |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102435604B1 (en) | Multi-electrode structures for molecular sensing devices and methods of making them | |
US20120270355A1 (en) | Inertial sensor and method of manufacturing the same | |
US6263735B1 (en) | Acceleration sensor | |
JPH03122558A (en) | Sensor structure and manufacture thereof | |
US20050274193A1 (en) | Monolithic multi-functional integrated sensor and method for fabricating the same | |
KR20090064693A (en) | Micro gas sensor and manufacturing method thereof | |
US7267557B2 (en) | Micro contact device comprising the micro contact element and the base member | |
US11624668B2 (en) | Methods for fabricating pressure sensors with non-silicon diaphragms | |
KR100699343B1 (en) | Smart Inclination Sensor and its Fabrication Procedures | |
JPH05263272A (en) | Manufacture of micromechanical structural member | |
US20170001857A1 (en) | Sensor element and method of manufacturing the same | |
US20040135466A1 (en) | Electrostatic vibration device | |
CN106840469A (en) | Pressure sensor integrated with multiple gears and manufacturing method thereof | |
KR101071915B1 (en) | Acceleration sensor and method for manufacturing the same | |
US9236555B2 (en) | Piezoelectric based MEMS structure | |
US7838320B2 (en) | Semiconductor physical quantity sensor and method for manufacturing the same | |
CN112198412B (en) | Test structure and preparation method thereof | |
US11187528B2 (en) | Rotation rate sensor, method for manufacturing a rotation rate sensor | |
US9625536B2 (en) | Magnetic sensor and method for manufacturing the same | |
JP2004219370A (en) | Experiment chip, and manufacturing method of experiment chip | |
JP7203400B1 (en) | Method for manufacturing GSR element | |
KR970030066A (en) | Field emission device and manufacturing method thereof | |
TWI784580B (en) | Piezoelectric mems accelerometer and method for manufacturing the same | |
KR102661147B1 (en) | Probe guide plate and method of manufacturing the same and probe device | |
JP2024059043A (en) | Manufacturing method of GSR element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
A302 | Request for accelerated examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120319 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130605 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |