KR101454124B1

KR101454124B1 - 가속도 센서

Info

Publication number: KR101454124B1
Application number: KR1020130103026A
Authority: KR
Inventors: 김종운; 김태윤; 임승모
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-10-22
Also published as: US20150059476A1

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서는 질량체부와, 전극 또는 압저항체가 배치되고, 상기 질량체부가 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고, 가요성 빔을 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 질량체부, 가요성 빔 및 지지부는 제1 기판 및 제2 기판이 결합되어 이루어지고, 상기 제1 기판의 일면에는 상기 가요부, 질량체부 및 지지부에 대응된 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 기판의 일면에는 질량체부 및 지지부에 대응된 제2 마스킹 패턴이 형성된다.

Description

가속도 센서{Acceleration Sensor}

본 발명은 가속도 센서에 관한 것이다.

일반적으로 관성센서는 자동차, 항공기, 이동통신단말기, 완구등에서 다양하게 사용되고 있으며, X축, Y축 및 Z축 가속도 및 각속도를 측정하는 3축 가속도 및 각속도 센서가 요구되고, 미세한 가속도를 검출하기 위해 고성능 및 소형으로 개발되고 있다.

이와 같은 관성센서 중에서 가속도 센서는 질량체 및 가요성 빔의 움직임을 전기신호로 변환시키는 기술적특징을 포함하고, 질량체의 움직임을 가요성 빔에 배치된 피에조저항 소자의 저항변화로부터 검출하는 압저항(피에조 저항)방식과, 질량체의 움직임을 고정전극과의 사이의 정전용량 변화로 검출하는 정전용량방식 등이 있다.

그리고 압저항방식은 응력(Stress)에 의한 저항값이 변화하는 소자를 이용하는 것으로, 예를 들어 인장응력이 분포된 곳에는 저항값이 증가하며, 압축응력이 분포된 곳에는 저항값이 감소한다.

또한, 선행기술문헌을 포함한 종래기술에 따른 압저항방식의 가속도 센서는 감도증가를 위해 빔의 면적을 축소하다보니 충격에 취약하다.

또한, 감도의 극대화를 위해 응력이 집중하는 가요부 끝단에 압저항체를 위치시키는 것이 바람직하나, 가요부 형성을 위한 식각 공정에서 측벽각도의 산포가 발생하면 가요부 끝단과 감도 저하의 문제 발생한다. 또한 감도 향상을 위해서 질량체의 두께가 두꺼워야 하는데 측벽각도의 산포는 식각 깊이가 커질수록 더욱 악화되는 문제점을 지니고 있다.

US 20060156818 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 관점은 가속도 센서를 제1 기판 및 제2 기판의 복층구조로 구성하고, 상기 제1 마스킹 패턴 및 제2 마스킹 패턴을 통해 각각의 구성요소를 형성시킴에 따라, 얕은 식각 깊이로 가요성 빔의 형성이 가능하고, 압저항체를 최적의 위치에 유지할 수 있어 감도향상 및 감도산포를 감소시킬 수 있는 가속도 센서를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 가요성 빔은 제1 기판으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 질량체부는 상기 제1 기판으로 이루어진 제1 질량체와, 상기 제2 기판으로 이루어진 제2 질량체를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 질량체에 대향된 제1 질량체의 일면에 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 질량체에는 제2 마스킹 패턴이 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 마스킹 패턴은 상기 제2 마스킹 패턴에 비하여 넓은 면적으로 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 지지부는 제1 기판으로 이루어진 제1 지지부와 제2 기판으로 이루어진 제2 지지부를 포함한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 지지부와 제2 지지부 사이에는 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 지지부에는 제2 마스킹 패턴이 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 마스킹 패턴은 제2 마스킹 패턴에 비하여 넓은 면적으로 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제2 지지부는 제1 지지부에 비하여 좁은 면적으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 마스킹 패턴은 상기 제2 기판에 대향되도록 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 지지부의 일면에 결합되는 하부커버를 더 포함하고 상기 제2 마스킹 패턴은 상기 하부커버에 대향되도록 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서는 질량체부와, 전극 또는 압저항체가 배치되고, 상기 질량체부가 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고, 가요성 빔을 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 질량체부, 가요성 빔 및 지지부는 제1 기판 및 제2 기판이 결합되어 이루어지고, 상기 제1 기판의 일면에는 상기 가요부, 질량체부 및 지지부에 대응된 제1 마스킹 패턴이 형성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 가요성 빔은 제1 기판으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 질량체부는 상기 제1 기판으로 이루어진 제1 질량체와, 상기 제2 기판으로 이루어진 제2 질량체를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체와 제2 질량체 사이에 제1 마스킹 패턴이 형성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 질량체는 제2 질량체에 비하여 넓은 면적으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 지지부는 제1 기판으로 이루어진 제1 지지부와 제2 기판으로 이루어진 제2 지지부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 지지부와 제2 지지부 사이에 제1 마스킹 패턴이 형성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 제1 지지부는 제2 지지부에 비하여 넓은 면적으로 이루어진다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 의하면 제1 기판 및 제2 기판의 복층구조로 구성하고, 상기 제1 마스킹 패턴 및 제2 마스킹 패턴을 통해 각각의 구성요소를 형성시킴에 따라, 얕은 식각 깊이로 가요성 빔의 형성이 가능하고, 압저항체를 최적의 위치에 유지할 수 있어 감도향상 및 감도산포를 감소시킬 수 있는 가속도 센서를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 B-B 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서의 개략적인 단면도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 B-B 단면도이다.

도시한 바와 같이, 상기 가속도 센서(100)는 가요성 빔(110), 질량체부(120), 지지부(130)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 가속도 센서(100)는 제1 기판(100a)과 제2 기판(100b)이 결합되고 소정패턴으로 식각되어 이루어진다.

이를 위해, 상기 제1 기판(100a)의 일면에는 상기 가요성 빔(110), 질량체부(120) 및 지지부(130)에 대응된 제1 마스킹 패턴(101a)이 형성되고, 제2 기판의 일면에는 질량체부 및 지지부에 대응된 제2 마스킹 패턴(101b)이 형성된다.

또한, 상기 가속도 센서(100)의 각 구성요소는 제1 기판(100a) 만으로 이루어지거나, 제1 기판(100a) 및 제2 기판(100b)으로 이루어진다.

즉, 상기 가요성 빔(110)는 제1 기판(100a)으로 이루어지고, 상기 질량체부(120)는 제1 기판(100a)으로 이루어진 제1 질량체(120a)와 제2 기판(100b)으로 이루어진 제2 질량체(120b)를 포함한다.

또한, 상기 제2 질량체(120b)에 대향된 제1 질량체(120a)의 일면에 제1 마스킹 패턴(101a)이 형성되고, 제2 질량체에는 제2 마스킹 패턴(101b)이 형성된다.

그리고 상기 제1 마스킹 패턴(101a)은 상기 제2 마스킹 패턴(101b)에 비하여 넓은 면적으로 이루어지고, 이에 따라 상기 제1 질량체는 제2 질량체보다 넓은 면적으로 이루어진다.

이는 제2 마스킹 패턴에 의해 식각하고, 다음으로 제1 마스킹 패턴에 의해 식각함으로써, 순차적인 식각이 이루어짐에 따른 것이다.

그리고, 상기 지지부(130)는 제1 기판(100a)으로 이루어진 제1 지지부(130a)와 제2 기판(100b)으로 이루어진 제2 지지부(130b)를 포함한다.

또한, 상기 제1 지지부(130a)와 제2 지지부(130b) 사이에는 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 지지부에는 제2 마스킹 패턴이 형성된다. 그리고 상기 제1 마스킹 패턴(101a)은 제2 마스킹 패턴(101b)에 비하여 넓은 면적으로 형성된다. 이에 따라 상기 제2 지지부(130b)는 제1 지지부(130a)에 비하여 좁은 면적으로 이루어진다.

그리고, 상기 제1 기판(100a)의 일면에 가요성 빔(110), 제1 질량체(120a) 및 제1 지지부(130a)를 형성하기 위한 제1 마스킹 패턴(101a)이 상기 제2 기판(100b)에 대향되도록 형성된다.

그리고 제2 기판(100b)의 일면에는 제2 질량체(120b) 및 제2 지지부(130b)를 형성하기 위한 제2 마스킹 패턴(101b)이 하부커버(140)에 대향되도록 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 가속도 센서(100)는 제1 기판(100a) 및 제2 기판(100b)의 복층구조로 이루어지고, 상기 제1 마스킹 패턴(101a) 및 제2 마스킹 패턴(101b)을 통해 각각의 구성요소를 형성시킴에 따라, 얕은 식각 깊이로 가요성 빔의 형성이 가능하고, 압저항체(111)를 최적의 위치에 유지할 수 있어 감도향상 및 감도산포를 감소시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 가속도 센서에 대한 각각의 구성요소 및 이들의 유기적 결합에 대하여 보다 자세히 기술한다.

보다 구체적으로, 상기 가요성 빔(110)은 판상으로 형성되고, 상기 질량체부(120)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 멤브레인, 빔 등의 가요성 기판으로 이루어진다.

또한, 상기 가요성 빔(110)의 일면에는 압저항체(111)가 형성된다.

그리고 상기 질량체부(120)는 가요성 빔(110)의 일면에 결합되고, 관성력, 외력, 코리올리힘, 구동력등에 의해 변위가 발생된다.

그리고 상기 지지부(130)는 가요성 빔의 일면에 결합되고, 상기 질량체부(120)가 변위가능하도록 부상상태로 지지된다.

이때, 상기 질량체부(120)은 가요성 빔(110)의 중앙부에 위치되고, 상기 지지부(130)는 중공(中空)형으로 형성되어, 상기 질량체부(120)가 변위가능하도록 중공부에 위치되고, 상기 지지부(130)는 가요성 빔(110)의 테두리부에 위치됨에 따라, 상기 질량체부(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.

또한, 상기 질량체부(120)는 사각기둥 형상으로 형성될 수 있고, 상기 지지부(130)는 원기둥 또는 사각기둥형상으로 이루어질 수 있다. 아울러, 상기 질량체부(120) 및 지지부(130)의 형상은 이에 한정되지 않고, 당업계에 공지된 모두 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이 이루어지고 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서가 가속도 센서로 구현되고, 외력이 발생될 경우 상기 질량체부(120)는 외력에 의해 모멘트가 발생되어 이동되고, 가요성 빔(110)의 압저항체(111)는 상기 질량체부(120)의 변위에 의해 저항값이 변화되고, 상기 저항값을 검출하여 가속도를 산출한다.

또한, 본 발명에 따른 가속도 센서(100)는 상기 질량체부(120)를 커버하도록 상기 지지부(130)의 일면에 결합되는 하부커버(140)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가속도 센서(100)는 상기 압저항체(111)를 커버하도록 상기 지지부(130)의 일면에 결합되는 상부커버(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서의 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서는 도 1에 도시한 일실시예에 따른 각속도 센서와 비교하여 외부로 노출된 마스킹 패턴이 잔존되어 있지 않다.

도시한 바와 같이, 상기 각속도 센서(200)는 가요성 빔(210), 질량체부(220), 지지부(230)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 가속도 센서(200)는 제1 기판(200a)과 제2 기판(200b)이 결합되고 소정패턴으로 식각되어 이루어진다.

이를 위해 상기 제1 기판(200a)의 일면에는 상기 가요성 빔(210), 질량체부(220) 및 지지부(230)에 대응된 제1 마스킹 패턴(201a)이 형성된다.

이에 따라, 상기 가속도 센서(200)의 각 구성요소는 제1 기판(200a) 만으로 이루어지거나, 제1 기판(200a) 및 제2 기판(200b)으로 이루어진다.

즉, 상기 가요성 빔(210)은 제1 기판(200a)으로 이루어지고, 상기 질량체부(220)는 제1 기판(200a)으로 이루어진 제1 질량체(220a)와 제2 기판(200b)으로 이루어진 제2 질량체(220b)를 포함한다.

또한, 상기 제1 질량체(220a)와 제2 질량체(220b) 사이에 제1 마스킹 패턴(201a)이 형성된다.

그리고, 상기 제1 질량체(220a)는 제2 질량체(220b)에 비하여 넓은 면적으로 이루어진다.

그리고, 상기 지지부(230)는 제1 기판(200a)으로 이루어진 제1 지지부(230a)와 제2 기판(200b)으로 이루어진 제2 지지부(230b)를 포함한다.

그리고, 상기 제1 마스킹 패턴(201a)은 제1 지지부(230a)와 제2 지지부(230b)사이에 형성된다.

상기 제1 지지부(230a)는 제2 지지부(230b)에 비하여 넓은 면적으로 이루어진다.

그리고 제2 기판(200b)의 일면에는 제2 질량체(220b) 및 제2 지지부(230b)를 형성하기 위한 제2 마스킹 패턴(미도시)이 하부커버(미도시)에 대향되도록 형성된다.

이와 같이 이루어지고, 상기 가속도 센서(200)에 있어서 외부로 노출된 상기 제1 마스킹 패턴(201a)과 제2 마스킹 패턴은 추가로 식각되어 도 4에 도시한 가속도 센서(200)가 완성된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 가속도 센서 100a : 제1 기판
100b : 제2 기판 110 : 가요성 빔
111 : 압저항체
120 : 질량체부 120a: 제1 질량체
120b : 제2 질량체
130 : 지지부 140 : 하부커버
130a: 제1 지지부 130b: 제2 지지부
101a : 제1 마스킹 패턴
102b: 제2 마스킹 패턴
200 : 가속도 센서 200a : 제1 기판
200b : 제2 기판 211 : 압저항체
220 : 질량체부 220a: 제1 질량체
220b : 제2 질량체
230 : 지지부
230a: 제1 지지부 230b: 제2 지지부
201a : 제1 마스킹 패턴

Claims

질량체부;
전극 또는 압저항체가 배치되고, 상기 질량체부가 결합된 가요성 빔; 및
상기 가요성 빔이 연결되고, 가요성 빔을 지지하는 지지부를 포함하고,
상기 질량체부, 가요성 빔 및 지지부는 제1 기판 및 제2 기판이 결합되어 이루어지고, 상기 제1 기판의 일면에는 상기 가요성 빔, 질량체부 및 지지부에 대응된 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 기판의 일면에는 질량체부 및 지지부에 대응된 제2 마스킹 패턴이 형성된 가속도 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 가요성 빔은 제1 기판으로 이루어진 가속도 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 질량체부는
상기 제1 기판으로 이루어진 제1 질량체; 및
상기 제2 기판으로 이루어진 제2 질량체를 포함하는 가속도 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 질량체에 대향된 제1 질량체의 일면에 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 질량체에는 제2 마스킹 패턴이 형성된 가속도 센서.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 마스킹 패턴은 상기 제2 마스킹 패턴에 비하여 넓은 면적으로 형성된 가속도 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 지지부는 제1 기판으로 이루어진 제1 지지부와 제2 기판으로 이루어진 제2 지지부를 포함하는 가속도 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 지지부와 제2 지지부 사이에는 제1 마스킹 패턴이 형성되고, 제2 지지부에는 제2 마스킹 패턴이 형성된 가속도 센서.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 마스킹 패턴은 제2 마스킹 패턴에 비하여 넓은 면적으로 형성된 가속도 센서.
청구항 7에 있어서,
상기 제2 지지부는 제1 지지부에 비하여 좁은 면적으로 이루어진 가속도 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 마스킹 패턴은 상기 제2 기판에 대향되도록 형성된 가속도 센서.
청구항 1에 있어서,
상기 지지부의 일면에 결합되는 하부커버를 더 포함하고 상기 제2 마스킹 패턴은 상기 하부커버에 대향되도록 형성된 가속도 센서.
질량체부;
전극 또는 압저항체가 배치되고, 상기 질량체가 결합된 가요성 빔; 및
상기 가요성 빔이 연결되고, 가요성 빔을 지지하는 지지부를 포함하고,
상기 질량체부, 가요성 빔 및 지지부는 제1 기판 및 제2 기판이 결합되어 이루어지고, 상기 제1 기판의 일면에는 상기 가요성 빔, 질량체부 및 지지부에 대응된 제1 마스킹 패턴이 형성된 가속도 센서.
청구항 12에 있어서,
상기 가요성 빔은 제1 기판으로 이루어진 가속도 센서.
청구항 12에 있어서,
상기 질량체부는
상기 제1 기판으로 이루어진 제1 질량체; 및
상기 제2 기판으로 이루어진 제2 질량체를 포함하는 가속도 센서.
청구항 14에 있어서,
상기 제1 질량체와 제2 질량체 사이에 제1 마스킹 패턴이 형성된 가속도 센서.
청구항 15에 있어서,
상기 제1 질량체는 제2 질량체에 비하여 넓은 면적으로 이루어진 가속도 센서.
청구항 12에 있어서,
상기 지지부는 제1 기판으로 이루어진 제1 지지부와 제2 기판으로 이루어진 제2 지지부를 포함하는 가속도 센서.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 지지부와 제2 지지부 사이에 제1 마스킹 패턴이 형성된 가속도 센서.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 지지부는 제2 지지부에 비하여 넓은 면적으로 이루어진 가속도 센서.