KR101161723B1 - 정전용량형 가속도 센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 가동부를 기밀 봉지하는 밀봉 구조체의 깨짐을 억제하고, 또한, 가속도의 측정 정밀도의 저하도 회피할 수 있는 정전용량형 가속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 가속도를 검출하는 콘덴서를 형성하는 가속도 센서 가동부 및 가속도 센서 비가동부와, 이 가속도 센서 가동부와 접촉하지 않고 이 가속도 센서 가동부를 기밀 봉지하는 밀봉 구조체와, 이 가속도 센서 가동부에 둘러싸이지만 이 가속도 센서 가동부에 직접 접촉하지 않고, 또한 양단이 이 밀봉 구조체의 내벽과 접하는 지주를 구비하고, 이 가속도 센서 가동부는 이 지주와 전기적으로 접속된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 가속도의 변화를 검출하기 위한 가동부가 밀폐된 공극 중에 배치되는 정전용량형 가속도 센서에 관한 것이다.
정전용량형 가속도 센서는 콘덴서의 정전용량 변화를 검출함으로써 가속도를 측정한다. 이 콘덴서는 가동부(질량체로 부르는 일도 있다)와 비가동부를 구비한다. 그리고, 전형적으로는 대들보에 의해 지지된 가동부의 미소한 변위가 전술한 콘덴서의 정전용량에 변화를 주어, 가속도의 검출을 가능하게 한다.
전술한 가동부는, 그것의 가동 범위를 확보하기 위해 밀봉 구조체에 의해 형성된 공극 내에 기밀 봉지되도록 배치된다. 또한, 가동부가 기밀 밀봉됨으로써 가동부는 이물질이나 수분으로 보호된다. 이와 같은 밀봉 구조체는 가동부 및 비가동부를 구비한 실리콘을 상하 방향에서 끼우는 상부 유리와 하부 유리인 경우가 많다. 밀봉 구조체는 가동부를 위한 공극을 확보하고, 또한, 가동부가 이물질, 수분 등으로 영향을 받는 것을 억제하는 것이 바람직하다. 특허문헌 1-4에는 전술한 관점을 고려한 밀봉 구조체 또는 그것을 포함하는 가속도 센서에 대한 기재가 있다.
밀봉 구조체는 소형화, 저비용화, 고성능화의 관점에서 트랜스퍼 몰드법에 의한 수지밀봉을 행하여 패키지되는 일이 많다. 트랜스퍼 몰드에서는 사출성형기에 의해 몰드 수지를 고압의 상태로 사출한다. 따라서, 사출성형시에는 정전용량형 가속도 센서에는 고압이 걸린다. 이 고압에 의해 밀봉 구조체가 공극을 형성하는 부분에서 깨지는 문제가 있었다. 밀봉 구조체가 깨지면, 가속도를 검출해야 할 가동부와 비가동부를 파손시키거나, 공극에 이물질이 들어가 가속도 센서의 특성 변동을 일으키는 문제가 있었다.
밀봉 구조체의 깨짐을 회피하기 위해 사출 성형의 압력을 저감하는 것도 생각된다. 그러나, 이 경우, 몰드 수지의 흐름이 나빠져 몰드 수지 중에 보이드가 생겨 패키지로서의 내부 보호 기능을 저하시키는 신뢰성 저하의 문제가 있었다. 또한, 정전용량형 가속도 센서와 몰드 수지의 밀착성이 저하하여 양자가 박리하는 것에 따른 신뢰성 저하의 문제도 있었다.
밀봉 구조체의 깨짐을 회피하기 위해 밀봉 구조체가 형성하는 공극 중에 지주를 설치하는 것도 생각된다. 즉, 해당 지주의 양단에서 공극을 지지하도록 지주를 배치하여 밀봉 구조체의 깨짐을 억제하는 것이 생각된다. 그렇지만, 해당 지주가 전기적으로 뜬(electrically floating) 상태에서 배치되면 가동부가 지주에 의한 전기적 작용에 의해 변위하는 문제가 있었다. 그 때문에, 가속도 센서로서의 측정 정밀도를 저하시키는 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 것과 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 트랜스퍼 몰드에 의한 밀봉 구조체의 깨짐을 억제하고, 또한, 가속도의 측정 정밀도의 저하도 회피할 수 있는 정전용량형 가속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원의 발명에 따른 정전용량형 가속도 센서는, 가속도를 검출하는 콘덴서를 형성하는 가속도 센서 가동부 및 가속도 센서 비가동부와, 상기 가속도 센서 가동부와 접촉하지 않고 사이 가속도 센서 가동부를 기밀 봉지하는 밀봉 구조체와, 상기 가속도 센서 가동부에 둘러싸이지만 상기 가속도 센서 가동부에 직접 접촉하지 않고, 또한, 양단이 상기 밀봉 구조체의 내벽과 접하는 지주를 구비하고, 상기 가속도 센서 가동부는 상기 지주와 전기적으로 접속된 것을 특징으로 한다.
본원의 발명에 따른 정전용량형 가속도 센서는, 가속도를 검출하는 콘덴서를 형성하는 가속도 센서 가동부 및 가속도 센서 비가동부와, 상기 가속도 센서 가동부와 접촉하지 않고 상기 가속도 센서 가동부를 기밀 봉지하는 밀봉 구조체를 구비하고, 상기 가속도 센서 가동부 및 상기 가속도 센서 비가동부가 상기 콘덴서를 형성하는 부분에서는, 상기 가속도 센서 가동부 및 상기 가속도 센서 비가동부가 빗살 형상이고, 상기 가속도 센서 비가동부의 상기 빗살의 일부는 상기 밀봉 구조체의 지주이고, 상기 지주는 상기 가속도 센서 가동부에 둘러싸이지만 상기 가속도 센서 가동부에 직접 접촉하지 않고, 또한, 양단이 상기 밀봉 구조체의 내벽과 접하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 가속도 측정의 정밀도를 유지하여 신뢰성을 높인 정전용량형 가속도 센서를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 반도체 부분의 평면도이다.
도 2는 도 1의 파선 부분의 단면 등을 설명하는 단면도다.
도 3은 실시예 1의 변형예에 대해 설명하는 평면도다.
도 4는 실시예 2의 반도체 부분의 평면도다.
도 5는 지주를 구비한 빗살에 대해 설명하는 사시도다.
도 6은 도 4의 파선 부분의 단면 등을 설명하는 단면도다.
도 7은 실시예 2의 변형예에 대해 설명하는 평면도다.
도 2는 도 1의 파선 부분의 단면 등을 설명하는 단면도다.
도 3은 실시예 1의 변형예에 대해 설명하는 평면도다.
도 4는 실시예 2의 반도체 부분의 평면도다.
도 5는 지주를 구비한 빗살에 대해 설명하는 사시도다.
도 6은 도 4의 파선 부분의 단면 등을 설명하는 단면도다.
도 7은 실시예 2의 변형예에 대해 설명하는 평면도다.
실시예 1
본 실시예는 도 1-3을 참조해서 설명한다. 이때, 동일 재료 또는 동일, 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 복수회 설명을 생략하는 경우가 있다. 다른 실시예에서도 동일하다.
도 1은 본 실시예의 반도체 부분(13)에 대해 설명하는 평면도다. 반도체 부분(13)이란 가속도 검출을 행하는 부분이다. 반도체 부분(13)은 가속도 센서 가동부(31)(이후, 가동부(31)라고 칭한다)와 가속도 센서 비가동부(32)(이후, 비가동부(32)라고 칭한다)를 구비한다. 가동부(31)는 빗살 형상으로 형성된 가동 빗살 부분(46, 48)을 구비하고, 비가동부(32)는 빗살 형상으로 형성된 비가동 빗살 부분(42, 44)을 구비한다. 가동 빗살 부분 46과 비가동 빗살 부분 42가 근접해서 배치되어 콘덴서를 형성한다. 마찬가지로 가동 빗살 부분 48과 비가동 빗살 부분 44가 근접해서 배치되어 콘덴서를 형성한다.
가동부(31)는 대들보(37)를 거쳐 앵커(35)에 접속된다. 대들보(37)로 지지된 가동부(31)는 가속도에 따라 변위하여 전술한 콘덴서에 정전용량 변화를 준다. 가동부(31)에 둘러싸이고, 또한 가동부(31)에 접촉하지 않도록 지주(34)가 배치된다. 지주(34)의 기술적인 의의에 대해서는 후술한다. 지주(34)는, 도전체인 연결 부분(36)을 거쳐 앵커(35)와 접속된다.
도 2는, 도 1의 파선 부분에 있어서의 단면도로, 밀봉 구조체(15)를 부가한 정전용량형 가속도 센서(10)를 설명하는 도면이다. 밀봉 구조체(15)란 상부 유리(12)와 하부 유리(14)에 의해 반도체 부분(13)을 끼워, 가동부(31)를 기밀 봉지하는 것이다. 구체적으로는, 상부 유리(12)와 하부 유리(14)는 지주(34)의 양단과 접한다. 또한, 상부 유리(12)와 하부 유리(14)는 접합 프레임(39)에 접한다. 또한, 상부 유리(12)와 하부 유리(14)는 비가동부(32)에 접한다. 이때, 앵커에 대해서는 상부 유리(12)와 하부 유리(14)의 한쪽 또는 양쪽과 접한다. 이렇게 하여, 도 2에서 파악되는 공극(33)이 형성된다.
가동부(31)는, 상부 유리(12)가 하부 유리(14)로 이루어진 밀봉 구조체(15)와 접촉하지 않도록 공극(33)에 수용된다. 이에 따라 가동부(31)의 가동 범위를 확보한다. 또한, 가동부(31)는 기밀 봉지된다.
지주(34)는, 상기한 것과 같이 가동부(31)에 둘러싸이고, 또한 가동부(31)에 접촉하지 않는다. 또한, 그것의 양단에서 상부 유리(12) 및 하부 유리(14)에 접하는 것이다. 즉, 가동부(31)는 밀봉 구조체(15)와 접하지 않기 때문에 가동부(31)의 주변에 큰 공극(33)이 형성되는데, 지주(34)는 그 공극(33)을 지지하는 것이다. 본 실시예의 정전용량형 가속도 센서는 상기한 구성을 구비한다.
본 실시예의 구성에 따르면, 정전용량형 가속도 센서의 패키지에 널리 이용되고 있는 트랜스퍼 몰드에 있어서의 고압에 의해서도 상부 유리(12), 하부 유리(14)의 깨짐을 회피할 수 있다. 즉 본 실시예의 지주(34)는, 밀봉 구조체(15)가 형성하는 공극(33)의 내벽을 그것의 양단에서 지지하고 있어, 밀봉 구조체(15)의 강도증 가에 공헌하고 있다. 따라서 트랜스퍼 몰드에 의한 사출성형의 압력을 저감하지 않고 상부 유리(12) 및 하부 유리(14)의 깨짐을 억제할 수 있다. 더구나, 공극(33)의 기밀성을 유지할 수 있기 때문에 가동부(31)를 보호할 수 있고, 이물질 등의 침입을 방지할 수 있다. 즉, 밀봉 구조체(15)에 의해 반도체 부분(13)을 보호할 수 있다. 또한, 원하는 압력의 사출성형에 의해 높은 신뢰성을 갖는 패키지를 제조할 수 있다. 이때, 트랜스퍼 몰드에 한정되지 않고 그 밖의 외력에 기인하는 상부 유리(12) 및 하부 유리(14)의 깨짐도 억제할 수 있다.
더구나, 지주(34)는 연결부(36)를 통해 앵커(35)에 접속되어 있다. 그리고, 가동부(31)도 대들보(37)를 거쳐 앵커(35)와 접속되어 있기 때문에 지주(34)와 가동부(31)는 동전위이다. 따라서, 지주(34)는 가동부(31)에 전기적인 영향을 미치지 않기 때문에, 지주(34)를 설치함으로써 가속도 센서의 기능 및 정밀도를 저하시키는 것을 회피할 수 있다. 예를 들면, 지주가 전기적으로 뜬 상태인 경우, 가동부와 지주와의 사이에 전위차 또는 전위차의 변동이 생겨 가속도 센서의 기능 및 정밀도에 영향을 줄 수 있다. 특히, 가속도가 아니고 전기적인 요인으로 가동부(31)가 변위해 버리면 가속도 센서의 정밀도가 악화한다. 그렇지만 본 실시예의 구성에 따르면, 지주(34)는 가동부(31)에 둘러싸여 양자는 근접하고 있는데도 불구하고, 양자가 동전위이기 때문에 상기한 영향을 회피할 수 있다.
본 실시예에서는 밀봉 구조체(15)로서 상부 유리(12)와 하부 유리(14)를 사용했지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 밀봉 구조체(15)는 실리콘으로 형성되어 있어도 된다. 밀봉 구조체(15)를 실리콘으로 형성하면, 통상의 반도체 제조 라인에 의해 제조할 수 있어 비용을 저감할 수 있는 것 등의 제조공정 상의 이익이 있다. 한편 유리를 사용하는 경우에는 유리 중의 불순물을 고려해서 전용 라인, 전용 장치를 필요로 한다. 또한, 밀봉 구조체의 형상은, 밀봉 구조체 단독 또는 반도체 부분의 일부와 협동해서 공극을 형성할 수 있는 한 특별히 한정되지 않는다.
도 3은 본 실시예의 변형예에 대해 설명하는 반도체 부분의 평면도다. 도 3에 있어서 도 1의 구성과 차이나는 것은, 지주(52)가 연결 부분(50)에 의해 가동부(54)와 접속되는 점이다. 이와 같은 구성은 도 1의 구성보다는 간소하면서 도 1의 구성과 동등한 효과를 얻을 수 있다는 점에서 우수하다.
실시예 2
본 실시예는 도 4~도 7을 참조해서 설명한다. 도 4는 실시예 2에 있어서의 반도체 부분의 평면도이다. 비가동 빗살 부분 64와 가동 빗살 부분 46이 콘덴서를 형성하고, 비가동 빗살 부분 66과 가동 빗살 부분 48이 콘덴서를 형성한다. 비가동 빗살 부분 64는 지주를 구비한 빗살 68을 갖는다. 마찬가지로, 비가동 빗살 부분 66은 지주를 구비한 빗살 69를 갖는다.
도 5는 비가동 빗살 부분 64의 사시도다. 도 5에 나타낸 것과 같이 지주를 구비한 빗살 68은 다른 빗살보다도 길게 뻗고, 선단에는 지주(70)를 구비한 구성이다. 이 지주(70)의 기능은 실시예 1과 동일하다. 도 4에 도시된 지주를 구비한 빗살 69에 대해서도 동일한 구성이다.
도 6은 도 4의 파선 부분에 있어서의 단면도로, 실시예 1과 동등한 상부 유리(12), 하부 유리(14)를 부가한 정전용량형 가속도 센서를 설명하는 도면이다. 도 6으로부터 명확한 것과 같이 지주(70)의 양단이, 상부 유리(12)와 하부 유리(14)로 이루어진 밀봉 구조체의 내벽에 접한다. 지주(70) 이외에, 지주를 구비한 빗살 69가 갖는 지주도 동일하게 밀봉 구조체의 내벽에 접한다.
이와 같이 실시예 2의 정전용량형 가속도 센서는 지주를 구비한 빗살의 지주가 밀봉 구조체의 강도 증가에 공헌하는 것을 특징으로 한다. 빗살의 일부를 밀봉 구조체의 지주로 함으로써 구성을 간소화하면서, 실시예 1에 기재된 효과를 얻을 수 있다. 이때, 본 실시예의 지주도 실시예 1의 지주와 마찬가지로 가동부(61)에 둘러싸이지만, 가동부(61)와 접촉하지 않는다.
도 7은 본 실시예의 정전용량형 가속도 센서(반도체 부분)의 변형예에 대해 설명하는 평면도다. 도 7에 나타낸 구성의 특징은, 가동부(84)의 길이 방향의 길이를 대략 3등분하는 위치에 지주가 배치되는 것이다. 즉, 지주를 구비한 빗살 80의 지주와, 지주를 구비한 빗살 82의 지주가 가동부(84)의 길이 방향의 길이를 대략 3등분하는 위치에 배치된다. 도 4의 예에서는 지주는, 가동부 중앙에 배치되었다. 그러나, 도 7의 구성과 같이 지주를 분산 배치함으로써 밀봉 구조체의 깨짐을 억제하는 효과가 높아진다. 이때, 지주의 개수는, 트랜스퍼 몰드의 사출성형시의 설정압력 등을 고려해서 적절히 정한다. 따라서 지주의 수를 늘려, 예를 들면 가동부 길이 방향을 대략 4등분, 대략 5등분하도록 지주를 배치해도 된다. 그 이외 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 다양한 변형을 할 수 있고, 적어도 실시예 1 상당의 변형을 행할 수 있다.
10: 정전용량형 가속도 센서, 12: 상부 유리, 14: 하부 유리, 15: 밀봉 구조체, 31: 가동부, 32: 비가동부, 34: 지주, 35: 앵커, 36: 연결 부분, 37: 대들보
Claims (5)
- 가속도를 검출하는 콘덴서를 형성하는 가속도 센서 가동부 및 가속도 센서 비가동부와,
상기 가속도 센서 가동부와 접촉하지 않고 상기 가속도 센서 가동부를 기밀 봉지하는 밀봉 구조체와,
상기 가속도 센서 가동부에 둘러싸이지만 상기 가속도 센서 가동부에 직접 접촉하지 않고, 또한, 양단이 상기 밀봉 구조체의 내벽과 접하는 지주를 구비하고,
상기 가속도 센서 가동부는 상기 지주와 전기적으로 접속되고, 상기 가속도 센서 가동부와 상기 지주는 동전위로 된 것을 특징으로 하는 정전용량형 가속도 센서.
- 가속도를 검출하는 콘덴서를 형성하는 가속도 센서 가동부 및 가속도 센서 비가동부와,
상기 가속도 센서 가동부와 접촉하지 않고 상기 가속도 센서 가동부를 기밀 봉지하는 밀봉 구조체를 구비하고,
상기 가속도 센서 가동부 및 상기 가속도 센서 비가동부가 상기 콘덴서를 형성하는 부분에서는, 상기 가속도 센서 가동부 및 상기 가속도 센서 비가동부가 빗살 형상이고,
상기 가속도 센서 비가동부의 상기 빗살의 일부는 상기 밀봉 구조체의 지주이고,
상기 지주는 상기 가속도 센서 가동부에 둘러싸이지만 상기 가속도 센서 가동부에 직접 접촉하지 않고, 또한, 양단이 상기 밀봉 구조체의 내벽과 접하는 것을 특징으로 하는 정전용량형 가속도 센서.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 지주는 상기 가속도 센서 가동부의 길이 방향의 길이를 3등분하는 위치에 2개소 배치되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 가속도 센서.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 밀봉 구조체는 실리콘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 가속도 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 가속도 센서 가동부는 대들보를 통해 앵커에 접속되고, 상기 지주는 도전체인 연결 부분을 거쳐 상기 앵커와 접속됨으로써, 상기 가속도 센서 가동부는 상기 지주와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 가속도 센서.
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