KR101008260B1 - Infrared sensor and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 프레넬 렌즈 없이 MEMS 공정을 통해 인체감지 유효각도를 조절할 수 있는 적외선 센서를 구성하여 제한된 공간에서 인체감지와 실내온도감지를 동시에 할 수 있는 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared sensor and a method for manufacturing the same, and more specifically, to configure the infrared sensor that can adjust the effective angle of human body detection through the MEMS process without a Fresnel lens can simultaneously detect the human body and room temperature in a limited space. An infrared sensor and a method for manufacturing the same.
본 발명의 적외선 센서 및 그 제조방법은 인체를 감지하는 센서에 있어서, 멤브레인 구조가 형성된 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 절연막; 상기 절연막의 멤브레인 구조 상에 형성되어 적외선 흡수막을 투과한 적외선을 감지하는 적외선 감지막; 상기 적외선 감지막에서 감지한 신호를 전달하기 위해 외부 회로와 연결되는 한 쌍의 전극; 상기 적외선 감지막과 이격되어 형성되고 적외선을 흡수하는 적외선 흡수막; 및 상기 절연막 상에 형성되고 상기 적외선 흡수막을 지지하는 제2기판을 포함함에 기술적 특징이 있다.An infrared sensor and a method of manufacturing the same of the present invention, a sensor for detecting a human body, comprising: a first substrate having a membrane structure; An insulating film formed on the first substrate; An infrared detection film formed on the membrane structure of the insulating film to detect infrared light transmitted through the infrared absorption film; A pair of electrodes connected to an external circuit to transfer a signal sensed by the infrared sensing film; An infrared absorption film formed spaced apart from the infrared detection film and absorbing infrared light; And a second substrate formed on the insulating film and supporting the infrared absorbing film.
적외선 센서, 인체감지, 온도감지, 인체감지 유효각도 Infrared sensor, human body detection, temperature detection, human body detection effective angle
Description
본 발명은 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 프레넬 렌즈 없이 MEMS 공정을 통해 인체감지 유효각도를 조절할 수 있는 적외선 센서를 구성하여 제한된 공간에서 인체감지와 실내온도감지를 동시에 할 수 있는 적외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared sensor and a method for manufacturing the same, and more specifically, to configure the infrared sensor that can adjust the effective angle of human body detection through the MEMS process without a Fresnel lens can simultaneously detect the human body and room temperature in a limited space. An infrared sensor and a method for manufacturing the same.
일반적으로 적외선은 파장이 0.75 내지 1000 ㎛인 전자기파로, 전자기파 스펙트럼 중 가시광선의 적색광보다 파장이 길고 마이크로파보다 짧은 파장을 갖는 복사선을 일컫는다. 적외선을 이용하여 감도 및 정확도를 향상시킨 센서로 적외선 센서가 있으며, 적외선 센서는 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량, 화학량을 검지하고 검지된 물리량 및 화학량을 신호처리가 가능하도록 전기적인 신호로 변환하여 출력하게 된다.In general, infrared rays are electromagnetic waves having a wavelength of 0.75 to 1000 µm and refer to radiation having a wavelength longer than that of visible light and shorter than microwaves in the electromagnetic spectrum. Infrared sensor is a sensor that improves sensitivity and accuracy by using infrared rays. Infrared sensor detects physical and chemical quantities such as temperature, pressure and radiation intensity, and detects physical and chemical quantities as electrical signals to enable signal processing. The output will be converted.
적외선 센서는 현재 가정이나 사무실에서 침입자 경보용으로 널리 쓰이고 있다. 그 중, 인체감지 적외선 센서는 인체에서 발생되는 7 내지 14 ㎛ 정도의 긴 파장을 가진 적외선에 반응하는 전기적 신호를 출력하는 초전형 센서(Pyroelectric Sensor)를 포함하고 있으며, 발생된 전기적 신호는 신호 증폭기를 통해 큰 신호로 증폭되고 이후 신호 감지 회로를 통해 사람이 있는지의 여부를 판단하게 된다.Infrared sensors are now widely used for intruder alerts in homes and offices. Among them, the human body sensing infrared sensor includes a pyroelectric sensor that outputs an electrical signal in response to an infrared ray having a long wavelength of about 7 to 14 μm generated in the human body, and the generated electrical signal is a signal amplifier. The signal is amplified by a large signal, and then the signal sensing circuit determines whether a person is present.
종래에는 인체에서 나오는 적외선을 센서로 집광하기 위해 집광렌즈를 사용하며, 일반적으로 집광렌즈로 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 사용한다.Conventionally, a condenser lens is used to condense infrared rays emitted from a human body by a sensor, and in general, a Fresnel lens is used as the condenser lens.
프레넬 렌즈를 제대로 선정하지 않으면 인체감지 자외선 센서는 제 성능을 발휘하지 못한다. 프레넬 렌즈 없이 인체감지 센서만 사용하여 동작시키려면 감지거리는 상당히 짧으며 감도 또한 좋지 않게 되므로, 이러한 현상을 해결하기 위해 프레넬 렌즈는 반드시 필요하다. 프레넬 렌즈의 주요 역할은 감지거리의 확대와 감도를 극대화하는데 있으며, 외부의 바람의 영향을 막아주는 역할과 외부의 잡 빛에 영향을 막는 역할을 한다. 감지거리 및 각도를 확인하여 프레넬 렌즈를 선택해서 사용한다. If Fresnel lenses are not properly selected, human-sensing UV sensors will not perform properly. In order to operate using only the human body sensor without the Fresnel lens, the sensing distance is very short and the sensitivity is not good. Therefore, Fresnel lens is necessary to solve this phenomenon. The main role of the Fresnel lens is to maximize the detection distance and to maximize the sensitivity, and to prevent the influence of external wind and to prevent the influence of external noise. Check the detection distance and angle to use Fresnel lens.
도 1은 종래의 인체감지 적외선 센서의 구조를 나타낸다. 1 shows a structure of a conventional human body sensing infrared sensor.
상기 인체감지 적외선 센서는 기판(10), 흡수부(20), 감지부(30), 전극(40) 및 프레넬 렌즈(50)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 프레넬 렌즈(50)를 통하여 120°정도의 범위로 인체에서 나오는 적외선의 감지가 가능하다.The human body sensing infrared sensor includes a
상기 프레넬 렌즈(50)를 통해 적외선이 들어오면, 상기 흡수부(20)에서 적외선을 흡수해 상기 감지부(30)에서 감지하게 된다. When the infrared rays enter through the Fresnel
종래에는 프레넬 렌즈의 설계를 통해 별도의 감지 범위를 지정해야 하는 번거로움이 존재하고, 제한된 공간에서 인체감지를 하는 것이 불가능하다. 120°정도의 각도는 옆에서 오버랩이 될 수 있는 여지가 있기 때문에 센서가 오작동할 확률이 높아지기 때문이다.Conventionally, the design of the Fresnel lens has a hassle to specify a separate detection range, it is impossible to detect the human body in a limited space. This is because the 120 ° angle can be overlapped from the side, increasing the probability of the sensor malfunctioning.
또한, 종래의 인체감지 적외선 센서는 온도를 비교할 수 있게 하기 위해서는 주변 온도를 감지할 수 있는 별도의 센서를 구성해야 하기 때문에 하나의 공정으로 구성이 불가능하다.In addition, the conventional human body detection infrared sensor is not possible to configure in one process because it needs to configure a separate sensor that can detect the ambient temperature in order to be able to compare the temperature.
또한, 5㎛ 이상의 회로 패턴을 사용하는 후막(Thick film)공정으로 이루어지기 때문에 소형화를 하는데 한계가 있다.In addition, there is a limit in miniaturization because it is made of a thick film process using a circuit pattern of 5 μm or more.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 MEMS 공정을 통해 인체감지 유효각도를 조절함으로써 프레넬 렌즈 없이 제한된 공간에서 인체감지와 실내온도감지를 동시에 할 수 있도록 하는 자외선 센서 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the problems of the prior art as described above is an ultraviolet sensor and a room temperature sensing at the same time in a limited space without a Fresnel lens by adjusting the effective angle of human body detection through the MEMS process and The purpose is to provide a manufacturing method.
또한, 본 발명은 MEMS 공정으로 간단하게 적외선 센서를 제작해 소형화시킬 수 있는 자외선 센서 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an ultraviolet sensor and a method of manufacturing the same, which can be easily miniaturized by manufacturing an infrared sensor by a MEMS process.
본 발명의 상기 목적은 인체를 감지하는 센서에 있어서, 멤브레인 구조가 형성된 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 절연막; 상기 절연막의 멤브레인 구조 상에 형성되어 적외선 흡수막을 투과한 적외선을 감지하는 적외선 감지막; 상기 적외선 감지막에서 감지한 신호를 전달하기 위해 외부 회로와 연결되는 한 쌍의 전극; 상기 적외선 감지막과 이격되어 형성되고 적외선을 흡수하는 적외선 흡수막; 및 상기 절연막 상에 형성되고 상기 적외선 흡수막을 지지하는 제2기판을 포함하는 적외선 센서에 의해 달성된다.The object of the present invention is a sensor for detecting a human body, the first substrate having a membrane structure; An insulating film formed on the first substrate; An infrared detection film formed on the membrane structure of the insulating film to detect infrared light transmitted through the infrared absorption film; A pair of electrodes connected to an external circuit to transfer a signal sensed by the infrared sensing film; An infrared absorption film formed spaced apart from the infrared detection film and absorbing infrared light; And a second substrate formed on the insulating film and supporting the infrared absorbing film.
또한, 본 발명의 다른 목적은 인체를 감지하는 센서에 있어서, 멤브레인 구조가 형성된 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 절연막; 상기 절연막의 멤브레인 구조 상에 형성되어 적외선 흡수막을 통과한 적외선을 감지하는 적외선 감지막; 상 기 적외선 감지막 상에 형성되어 적외선을 흡수하는 적외선 흡수막; 및 상기 적외선 감지막에서 감지한 신호를 전달하기 위해 외부회로와 연결된 한 쌍의 전극을 포함하는 적외선 센서에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is a sensor for detecting a human body, the first substrate having a membrane structure; An insulating film formed on the first substrate; An infrared detection film formed on the membrane structure of the insulating film to detect infrared light passing through the infrared absorption film; An infrared absorption film formed on the infrared detection film to absorb infrared light; And a pair of electrodes connected to an external circuit to transmit a signal sensed by the infrared sensing film.
또한, 본 발명의 상기 절연막 상에 상기 적외선 감지막과 일정거리 이격되어 주변 온도를 감지하는 온도 감지막; 및 상기 온도 감지막에서 감지한 신호를 전달하기 위해 외부회로와 연결되는 한 쌍의 전극을 더 포함함이 바람직하다.In addition, a temperature sensing film for sensing the ambient temperature spaced apart from the infrared sensing film a predetermined distance on the insulating film of the present invention; And a pair of electrodes connected to an external circuit to transmit a signal sensed by the temperature sensing film.
또한, 본 발명의 상기 적외선 흡수막은 감지하고자 하는 8 내지 10 ㎛ 파장의 적외선을 흡수함이 바람직하다.In addition, the infrared absorption film of the present invention preferably absorbs infrared rays of 8 to 10 ㎛ wavelength to be detected.
또한, 본 발명의 상기 적외선 흡수막은 적외선 필터를 더 포함함이 바람직하다.In addition, the infrared absorption film of the present invention preferably further comprises an infrared filter.
또한, 본 발명의 상기 적외선 흡수막과 상기 적외선 감지막 사이의 공간은 진공상태로 형성됨이 바람직하다.In addition, the space between the infrared absorption film and the infrared detection film of the present invention is preferably formed in a vacuum state.
또한, 본 발명의 상기 적외선 흡수막은 상기 적외선 감지막과 λ/4의 거리에 위치함이 바람직하다.In addition, the infrared absorption film of the present invention is preferably located at a distance of λ / 4 from the infrared detection film.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 인체를 감지하는 센서의 제조방법에 있어서, 인체를 감지하는 센서의 제조방법에 있어서, 제1기판에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 적외선 감지막과 온도 감지막을 리소그래피 공정으로 형성하는 단계; 상기 적외선 감지막과 온도 감지막의 양 끝단에 한 쌍의 전극을 각각 형성하고, 외부회로와 연결하기 위한 단자를 형성하는 단계; 상기 적외선 감지막이 위치한 상기 절연막 하부의 제1기판을 식각하여 멤브레인 구조로 형성하는 단계; 제2기판에 적외선 흡수막을 형성하는 단계; 상기 적외선 흡수막 하부의 제2기판 및 상기 온도 감지막이 위치하는 부분을 식각하여 각각 제1중공부 및 제2중공부를 형성하는 단계; 및 상기 제1기판과 제2기판을 접합하는 단계를 포함하는 적외선 센서의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is a method of manufacturing a sensor for detecting a human body, the method of manufacturing a sensor for detecting a human body, forming an insulating film on the first substrate; Forming an infrared sensing film and a temperature sensing film on the insulating film by a lithography process; Forming a pair of electrodes at both ends of the infrared sensing film and the temperature sensing film, respectively, and forming a terminal for connecting to an external circuit; Etching the first substrate below the insulating layer on which the infrared sensing layer is positioned to form a membrane structure; Forming an infrared absorbing film on the second substrate; Etching portions of the second substrate and the temperature sensing layer under the infrared absorption layer to form a first hollow portion and a second hollow portion, respectively; And it is achieved by a method of manufacturing an infrared sensor comprising the step of bonding the first substrate and the second substrate.
또한, 본 발명의 상기 제1중공부는 진공 상태임이 바람직하다.In addition, the first hollow portion of the present invention is preferably in a vacuum state.
또한, 본 발명의 상기 제2기판은 높이와 식각하는 각도를 조절하여 감지 유효각도가 설정됨이 바람직하다.In addition, the second substrate of the present invention is preferably set the effective angle of detection by adjusting the height and the angle of etching.
또한, 본 발명의 상기 적외선 흡수막은 상기 적외선 감지막과 λ/4의 거리에 위치함이 바람직하다.In addition, the infrared absorption film of the present invention is preferably located at a distance of λ / 4 from the infrared detection film.
또한, 본 발명의 상기 제2기판은 상기 제1기판과 Si-Si 진공 접합 또는 접착 폴리머를 이용하여 접합함이 바람직하다.In addition, the second substrate of the present invention is preferably bonded to the first substrate using a Si-Si vacuum bonding or adhesive polymer.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 인체를 감지하는 센서의 제조방법에 있어서, 제1기판에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 적외선 감지막과 온도 감지막을 리소그래피 공정으로 형성하는 단계; 상기 적외선 감지막 상에 적외선 흡수막을 형성하는 단계; 상기 적외선 감지막 및 온도 감지막의 양 끝단에 한 쌍의 전극을 각각 형성하고, 외부회로와 연결하기 위한 단자를 형성하는 단계; 상기 적외선 감지막이 위치한 상기 절연막 하부의 제1기판을 식각하여 멤브레인 구조로 형성하는 단계; 및 상기 적외선 감지막 상부에 적외선 흡수막을 형성하는 단계를 포함하는 적외선 센서의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention is a method of manufacturing a sensor for detecting a human body, comprising: forming an insulating film on a first substrate; Forming an infrared sensing film and a temperature sensing film on the insulating film by a lithography process; Forming an infrared absorbing film on the infrared sensing film; Forming a pair of electrodes at both ends of the infrared sensing film and the temperature sensing film, respectively, and forming a terminal for connecting to an external circuit; Etching the first substrate below the insulating layer on which the infrared sensing layer is positioned to form a membrane structure; And forming an infrared absorbing film on the infrared sensing film.
또한, 본 발명의 상기 멤브레인을 형성하는 식각은 식각홀을 통해 XeF4 가스를 주입하여 하는 건식식각임이 바람직하다.In addition, the etching forming the membrane of the present invention is preferably a dry etching by injecting XeF 4 gas through the etching hole.
따라서, 본 발명의 적외선 센서 및 그 제조방법은 MEMS 공정을 통해 인체감지 유효각도를 조절함으로써 제한된 공간에서 인체감지와 실내온도감지를 동시에 할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.Therefore, the infrared sensor of the present invention and a method of manufacturing the same have a remarkable and advantageous effect that can simultaneously detect the human body and the indoor temperature in a limited space by controlling the effective angle of the human body sensing through the MEMS process.
또한, 본 발명의 적외선 센서 및 그 제조방법은 MEMS 공정으로 간단하게 적외선 센서를 제작함으로써, 제조비용을 줄이고, 소형화가 가능한 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the infrared sensor of the present invention and a method of manufacturing the same have a remarkable and advantageous effect of reducing manufacturing cost and miniaturization by simply manufacturing an infrared sensor by a MEMS process.
또한, 본 발명의 적외선 센서 및 그 제조방법은 간편하게 복합적인 감지가 가능한 이종센서를 제작할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.In addition, the infrared sensor of the present invention and a method of manufacturing the same have a remarkable and advantageous effect of making a heterogeneous sensor that can be easily detected in a complex manner.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서의 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서의 평면도를 나타낸 도면이다.2 is a view showing the structure of the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention, Figure 3 is a plan view of the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 적외선 센서는 상판과 하판이 접합되어 하나의 센서를 이루는 구조로 이루어진다. 또한, 상기 적외선 센서는 적외선 감지부(300)를 통해 인체에서 방출되는 적외선을 감지하며, 온도감지부(400)를 통해 온도감지도 동시에 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 적외선 센서는 초전형 센서임이 바람직하다.The infrared sensor of the present invention has a structure in which an upper plate and a lower plate are bonded to form one sensor. In addition, the infrared sensor may detect infrared rays emitted from the human body through the
도 2에서와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서는 적외선 감지부(300)와 온도감지부(400)로 구성된다. 상기 적외선 감지부(300)는 적외선 흡수막(220), 적외선 감지막(130) 및 한 쌍의 전극(140)을 포함하고, 상기 온도 감지부(400)는 온도 감지막(131) 및 한 쌍의 전극(141)을 포함한다. 또한, 도 3에서와 같이, 적외선 감지부(300)에는 멤브레인(150) 구조를 형성하기 위한 식각홀(170)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 2, the infrared sensor according to the first exemplary embodiment of the present invention includes an
여기서, 상기 적외선 흡수막(220)과 적외선 감지막(130)은 일정 간격 이격되어 있는 구조를 이룬다.Here, the infrared absorbing
상기 적외선 흡수막(220)은 Ti로 이루어져 있으며, 입사되는 적외선 중 감지 하고자 하는 파장대, 더 바람직하게는 8 내지 10㎛ 영역의 적외선만을 흡수하여 통과시킨다.The
상기 적외선 흡수막(220)은 인체에서 방출되는 8 내지 10㎛ 파장 영역대의 적외선만 흡수할 수 있도록 구성된다. 또한, 모든 파장대의 적외선을 흡수하되, 패키징시 원하는 파장대만 투과시킬 수 있는 적외선 필터(미도시)를 장착하여 구성될 수도 있다. 상기 적외선 필터는 8 내지 10㎛ 영역대의 적외선을 필터링한다.The
상기 적외선 감지막(130)은 PZT와 같은 세라믹 계열, PbTiO3, LiTaO3 등과 같은 물질로 이루어지며, 적외선 흡수막(220)을 투과한 적외선을 감지한다. 그리고, 상기 온도 감지막(131)은 실내의 온도를 감지한다.The
상기 한 쌍의 전극(140, 141)은 외부회로와 연결되어 상기 적외선 감지막(130)과 상기 온도 감지막(131)에서 감지한 신호를 전달하는 역할을 한다.The pair of
상기 멤브레인(150) 구조는 식각홀을 통해 적외선 감지막(130)이 위치한 절연막 하부의 제1기판을 식각함으로써 형성되며, 이러한 구조는 적외선 감지막(130)이 제1기판과 접합되어 있지 않기 때문에 감지효율을 더 향상시킬 수 있다.The structure of the
상기 온도 감지부(400)는 MEMS 공정으로 형성되며, 인체를 감지하기 위한 구조가 아니라 주변의 온도를 감지하기 위해 설계된 구조이다. 온도 감지막(131)은 외부 온도를 감지하는 역할을 하며, 이로 인해 직접적인 주변의 온도 감지도 가능하게 되는 것이다.The
본 발명에 따른 상기 적외선 센서의 상판은 제2기판(210) 및 적외선 흡수 막(220)를 포함하여 구성되고, A의 각도와 B의 높이를 조절함으로써, 인체를 감지할 수 있는 범위, 즉, 인체감지 유효각도를 조절할 수 있도록 설계된 구조이다. 또한, 상기 적외선 흡수막(220) 하부를 식각하여 제1중공부를 형성한다. The top plate of the infrared sensor according to the present invention comprises a
제1중공부는 상판과 하판을 접합시킬 때, 적외선 흡수막(220)과 적외선 감지막(130) 사이의 공간이 된다. 또한, 제1중공부는 진공으로 형성되는 것이 바람직하다. 적외선 흡수막(220)에 흡수된 적외선은 열의 형태로 전달되어 적외선 감지막(130)에서 감지하게 된다. 이때, 적외선 흡수막(220)과 적외선 감지막(130) 사이의 공간이 진공으로 형성되면, 전달되는 적외선이 대류에 의해 손실되는 것을 방지하므로 보다 고감도의 감지가 가능하게 된다.The first hollow portion is a space between the infrared
그리고, 본 발명에 따른 적외선 센서의 하판은 제1기판(110), 절연막(120), 적외선 감지막(130), 온도 감지막(131), 전극(140, 141), 멤브레인(150)을 포함하여 구성되고, 외부의 회로와 연결될 수 있는 한 쌍의 단자(160)가 구비되어 있다.In addition, the lower plate of the infrared sensor according to the present invention includes the
상기 적외선 센서의 하판 구조는 표면 MEMS 공정을 통해 제조되며, 실리콘 기판(110)위에 절연막(120)이 증착되고, 그 위에 적외선 감지막(130)이 형성된다.The bottom plate structure of the infrared sensor is manufactured through a surface MEMS process, and an insulating
상기 제1기판(110)과 제2기판(210)은 실리콘 기판으로 형성되는 것이 바람직하며, 반도체 기판으로 사용되는 기판 중 어느 하나를 선택해서 사용할 수도 있다. 이때, 상기 제2기판(210)은 상기 제1기판(110)에 비하여 상대적으로 높이가 낮게 형성되고, 상기 제2기판(210)의 높이(B)는 A의 각도에 의해 조절이 가능하다.The
상기 절연막(120)은 열 전도도가 낮은 박막을 사용하며, 실리콘 질화 막(SixNy) 및 실리콘 산화막(SiOx) 중 어느 하나의 박막을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 절연막(120)은 복수의 박막이 적층된 형태로 제작될 수도 있다.The insulating
상기 적외선 감지막(130)의 면적은 상부구조의 적외선 흡수막(220)의 면적에 비례하여 설계 및 제작하는 것이 바람직하다. 상기 적외선 흡수막(220)의 면적이 적외선 감지막(130)의 면적보다 작아질 경우에는, 노이즈가 형성되거나 적외선 센서가 오작동할 확률이 커지게 되기 때문이다.The area of the
본 발명의 적외선 센서는 프레넬 렌즈없이도 A와 B의 구조를 통해 인체감지 유효각도를 조절할 수 있는 특징이 있다. 즉, A와 B를 조절함에 따라 감지거리와 감지각도 범위를 조절할 수 있는 것이다. 이때, A의 각도와 제2기판의 높이(B)는 MEMS 공정을 통해 조절이 가능하다.The infrared sensor of the present invention has a feature that can adjust the effective detection angle of the human body through the structure of A and B without a Fresnel lens. That is, by adjusting A and B, the detection distance and the detection angle range can be adjusted. At this time, the angle of A and the height B of the second substrate can be adjusted through the MEMS process.
자동차와 같이 제한된 공간 내에서 인체감지를 하고자 할 때, 각도가 120°정도 되면 자동차 옆으로 사람이 지나갈 때 이를 감지할 가능성이 존재한다. 때문에 본 발명에서는 A의 각도를 조절하여 제한된 공간에 있는 사람만 감지할 수 있고, 이를 통해 적절한 온도를 유지하고 쾌적한 환경을 도모할 수 있는 것이다.When trying to detect a human body in a confined space such as a car, when the angle is about 120 °, there is a possibility of detecting when a person passes by the side of the car. Therefore, in the present invention, by adjusting the angle of A can detect only people in a limited space, through which it is possible to maintain a proper temperature and to promote a comfortable environment.
또한, 제2기판의 높이(B)는 상기 적외선 흡수막(220)으로부터 상기 적외선 감지막(130)까지의 거리를 조절하여 λ/4를 맞춰주면 감도 효과를 높일 수 있다.In addition, the height B of the second substrate may increase the sensitivity effect by adjusting λ / 4 by adjusting the distance from the infrared
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서의 제조 공정도를 나타낸 도면이다.4 to 9 are diagrams showing a manufacturing process of the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 적외선 센서는 기본적으로 박막(Thin film) 공정을 기본으로 하고, MEMS 공정을 이용해 상판과 하판을 따로 만든 후, 접합함으로써 하나의 센서를 구성하기 때문에 적외선 센서의 소형화가 가능하다.The infrared sensor of the present invention is basically based on a thin film process, and by making a top plate and a bottom plate separately using a MEMS process, and forming a single sensor by bonding, it is possible to miniaturize the infrared sensor.
우선 하판의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.First, the manufacturing process of the lower plate is as follows.
우선, 도 4와 같이 제1기판(110) 위에 절연막(120)을 형성한다. 상기 절연막(120)은 SixNy 또는 SiOx로 이루어지고, 두께는 0.5 내지 2㎛ 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 5와 같이, 상기 절연막(120) 위에 리소그래피 공정으로 적외선 감지막(130) 및 온도 감지막(131)을 형성한다. 그 후, 도 6과 같이, 상기 적외선 감지막(130) 및 온도 감지막(131)의 양 끝단에 한 쌍의 전극(140, 141)을 형성하고, 외부회로와 연결하기 위한 단자(160)를 형성한다. 마지막으로, 도 7과 같이, 상기 적외선 감지막(130) 하부의 제1기판(110)을 XeF4 가스를 이용하여 식각함으로써 멤브레인(150) 구조를 형성한다. First, an insulating
상기 멤브레인(150) 구조는 식각홀(170, 도 3 참조) 내에 XeF4 가스를 주입하고 상기 제1기판(110)을 하부 방향으로 건식 식각함으로써 형성된다. 이때, 식각은 10 내지 30㎛ 정도 행하는 것이 바람직하다. 여기서 KOH, TMAH, EDP, 하이드라진 수용액 등을 이용하는 습식 식각을 이용해도 무방하다.The
다음으로 상판의 제조공정을 살펴보면 다음과 같다.Next, look at the manufacturing process of the top plate as follows.
우선 도 8과 같이, 제2기판(210) 상부에 리소그래피 공정을 이용하여 적외선 흡수막(220)을 형성한다. 그 후, 도 9와 같이, 식각을 통하여 적외선 흡수막(220) 하부의 제2기판(210)에는 제1중공부를 온도감지부가 위치하는 부분에는 제2중공부를 형성한다. 상기 식각은 건식 비등방성 식각 또는 KOH, TMAH 등을 이용하는 습식 비등방성 식각을 이용할 수 있다.First, as shown in FIG. 8, an
상기의 제조과정에 의해 만들어진 상판과 하판을 접합해 도 2와 같은 형태의 적외선 센서를 완성한다. 이때, 상판과 하판 중 어느 것을 먼저 제조해도 무방하다.The top plate and the bottom plate made by the above manufacturing process are bonded to complete an infrared sensor as shown in FIG. 2. At this time, you may manufacture any of an upper board and a lower board first.
본 발명의 적외선 센서의 상판과 하판을 접합하는 방법은 두 가지 이다. There are two methods for bonding the upper and lower plates of the infrared sensor of the present invention.
첫 번째는, Si-Si 진공 접합을 이용하는 방법이고, 두 번째는, 접착 폴리머를 이용하여 접합하는 방법이다. 접착 폴리머를 이용하면 저온에서도 접합이 가능하다.The first is a method using Si-Si vacuum bonding, and the second is a bonding method using an adhesive polymer. Bonding polymers can be used even at low temperatures.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 적외선 센서의 구조를 나타낸 도면이다.10 is a view showing the structure of an infrared sensor according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 따른 적외선 센서는 적외선 흡수막(220)과 적외선 감지막(130)이 이격되어 있지 않고, 접합되어 형성된 구조이다. 이때의 인체감지 유효각도는 0°에 가까워 직선적인 감지만 가능하다.The infrared sensor according to the second embodiment of the present invention has a structure in which the infrared
상기 적외선 흡수막(220)은 입사되는 적외선 중 감지하고자 하는 파장대, 더 바람직하게는 8 내지 10㎛ 영역의 적외선만을 흡수하여 통과시킨다.The
본 발명의 제2실시예에 따른 적외선 센서의 제조방법은 제1실시예의 제조방법의 도 4 내지 도 7의 과정까지는 동일하며, 그 후에 적외선 흡수막(220)을 적외선 감지막(130) 상부에 형성하는 과정이 더 진행된다.The manufacturing method of the infrared sensor according to the second embodiment of the present invention is the same as the process of FIGS. 4 to 7 of the manufacturing method of the first embodiment, after which the infrared
우선, 도 4와 같이 제1기판(110) 위에 절연막(120)을 형성한다. 상기 절연막(120)은 SixNy 또는 SiOx로 이루어지고, 두께는 0.5 내지 2㎛ 정도로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 5와 같이, 상기 절연막(120) 위에 리소그래피 공정으로 적외선 감지막(130) 및 온도 감지막(131)을 형성한다. 그 후, 도 6과 같이, 상기 적외선 감지막(130) 및 온도 감지막(131)의 양 끝단에 전극(140, 141)을 형성하고, 외부회로와 연결하기 위한 단자(160)를 형성한다. 마지막으로, 도 7과 같이, 상기 적외선 감지막(130) 하부의 제1기판(110)을 XeF4 가스를 이용하여 식각함으로써 멤브레인(150) 구조를 형성한다. 그리고 나서, 적외선 감지막(130) 상부에 적외선 흡수막(220)을 형성해 도 10과 같은 구조를 형성한다.First, an insulating
이때, 적외선 흡수막(220)은 멤브레인(150) 구조를 형성하기 전에 형성해도 무방하다.In this case, the
본 발명의 적외선 센서는 가스센서 등과 같은 다른 MEMS 센서와 함께 복합적인 기능을 할 수 있도록 제작하는 것이 가능하다. 예를 들어, 인체감지와 온도감지를 함께 수행하는 센서, 인체감지와 가스감지를 함께 수행하는 센서 등을 쉽게 제작할 수 있는 장점이 있다.The infrared sensor of the present invention can be manufactured to perform a complex function with other MEMS sensors such as gas sensors. For example, there is an advantage that can easily produce a sensor that performs a human body and a temperature detection, a sensor that performs a human body and a gas detection together.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
도 1은 종래의 적외선 센서를 나타낸 도면1 is a view showing a conventional infrared sensor
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서의 구조를 나타낸 도면2 is a view showing the structure of an infrared sensor according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서의 평면도를 나타낸 도면3 is a plan view showing an infrared sensor according to a first embodiment of the present invention;
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 적외선 센서의 제조공정도를 나타낸 도면4 to 9 are views showing a manufacturing process of the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 적외선 센서의 구조를 나타낸 도면10 is a view showing the structure of an infrared sensor according to a second embodiment of the present invention
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110 : 제1기판 120 : 절연막110: first substrate 120: insulating film
130 : 적외선 감지막 131 : 온도 감지막130: infrared detection film 131: temperature detection film
140, 141 : 전극 150 : 멤브레인 140, 141: electrode 150: membrane
160 : 단자 170 : 식각홀160: terminal 170: etching hole
210 : 제2기판 220 : 적외선 흡수막 210: second substrate 220: infrared absorption film
300 : 적외선 감지부 400 : 온도 감지부300: infrared detector 400: temperature detector
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