KR101481899B1 - 실리콘 가속도계 및 이의 패키징 - Google Patents

실리콘 가속도계 및 이의 패키징 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압저항형 가속도계에 관한 것으로, 바닥면, 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각은 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 연결됨 -; 제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 강성체; 상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 질량체; 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체를 포함하는 압저항형 가속도계를 제공한다.

Description

실리콘 가속도계 및 이의 패키징{Silicon Accelerometer and Packaging of the Same}
본 발명은 가속도계에 관한 것으로, 압저항형 실리콘 가속도계 및 압저항형 가속도계의 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 가속도 센서는 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술을 응용한 미세 가공 기술의 발전에 의해 소형화 및 고성능화를 실현하는 것이 가능하게 되었다. MEMS 기술 개발이 시작된 이래로 반도체 공정에서의 실리콘 미세 가공 기술을 바탕으로 실리콘 압저항 특성을 이용한 압저항 가속도계가 특정 분야를 제외하고는 압저항 가속도계 시장의 대부분을 차지하고 있다.
한국공개특허 제2011-0067241호는 수직축 방향 가속도계에 관한 것으로, 기판에 수직방향으로 작용하는 가속도를 측정하기 위한 미세가공 수직방향가속도계의 감도를 향상시키기 위한 구조에 대해 기재하고 있다. 하지만 종래의 압저항형 실리콘 가속도계는 한 두 개의 브릿지를 이용하여 가속도 및 압력을 측정하였기 때문에 측정하는 가속도 및 압력의 방향성 감지가 어려울 뿐 아니라 미세한 변화에 둔감하다는 문제점을 지니고 있다.
본 발명은 제조가 간단하고, 제조 비용이 저렴하면서, 정확한 가속도의 측정이 가능한 압저항형 가속도계를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계에 있어서, 바닥면, 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각은 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 연결됨 -; 제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 강성체; 상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 질량체; 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체를 포함하는 압저항형 가속도계를 제공한다.
일측에 따르면, 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 강성체의 단면적보다 큰 압저항형 가속도계를 제공한다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 외곽 지지체의 상기 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 T자형인 저항형 가속도계를 제공한다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 강성체의 단면적과 동일하고, 상기 외곽 지지체의 상기 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 I자형인 압저항형 가속도계를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계에 있어서, 바닥면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 외곽 지지체는 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 면은 포함하지 않음 -; 제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 공간을 두고 이격된 강성체; 상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 공간을 두고 이격된 질량체; 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체를 포함하는 압저항형 가속도계를 제공한다.
일측에 따르면, 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 강성체의 단면적보다 큰 압저항형 가속도계를 제공한다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 가상의 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 T자형인 압저항형 가속도계를 제공한다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 강성체의 단면적과 동일하고, 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 가상의 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 I자형인 압저항형 가속도계를 제공한다.
또 다른 일측에 따르면 상기 강성체는, 상기 질량체의 움직임에 대하여 스프링(spring) 역할을 하는 압저항형 가속도계를 제공한다.
또 다른 일측에 따르면, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면으로부터 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 방향으로의 충격 또는 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면으로부터 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 방향으로의 충격에 의하여 저항 값이 변화하는 압저항형 가속도계를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제조 방법에 있어서, 패키지 기판의 4개의 전극 패드에 솔더 볼(solder ball) 또는 솔더 범퍼(solder bumper)를 형성하는 단계; 상기 패키지 기판에 평행 또는 수직으로 실리콘 가속도계를 접합하는 단계; 및 상기 솔더 볼을 용융하여 상기 실리콘 가속도계의 4개의 저항체의 각각을 상기 패키지 기판의 4개의 전극 패드의 각각에 연결하는 단계를 포함하는 압저항형 가속도계의 제조 방법을 제공한다.
일측에 따르면 상기 실리콘 가속도계는, 바닥면, 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각은 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 연결됨 -; 제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 강성체; 상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 질량체; 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체를 포함하는 압저항형 가속도계의 제조 방법을 제공한다.
또 다른 일측에 따르면 상기 실리콘 가속도계는, 바닥면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 외곽 지지체는 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 면은 포함하지 않음 -; 제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 공간을 두고 이격된 강성체; 상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 공간을 두고 이격된 질량체; 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및 상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체를 포함하는 압저항형 가속도계의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 제조가 간단하고, 제조 비용이 저렴하면서, 정확한 가속도의 측정이 가능한 압저항형 가속도계를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 T자형 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 T자형 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 I자형 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 I자형 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 T자형 구조에서 좌우 방향의 지지체만 존재하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 I자형 구조에서 좌우 방향의 지지체만 존재하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 볼을 이용한 압저항형 가속도계의 패키지 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 볼을 이용한 압저항형 가속도계의 또 다른 패키지 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 T자형 구조를 나타낸 사시도이다.
일 실시예에 따르면, 압저항형 가속도계는 외곽 지지체(110), 강성체, 질량체(130), 저항체(140a~140d)로 구성될 수 있다. 압저항형 가속도계는 바닥면을 포함하고, 바닥면에 수직이면서 사방이 면으로 둘러싸인 형태의 외곽 지지체(110), 외곽 지지체(110)의 바닥면에 고정된 강성체, 외곽 지지체(110)에 둘러싸인 상태에서 강성체에 연결된 질량체(130), 외곽 지지체(110)와 질량체(130) 사이에 연결되는4개의 압저항체(140a~140d)로 구성될 수 있다. 강성체 및 질량체(130)는 외곽 지지체(110)의 내부에 위치할 수 있다.
외곽 지지체(110)는 바닥면, 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면, 및 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하고, 제1 면 및 제2 면의 각각은 제3 면 및 제4 면과 연결되어 있다. 예를 들면, 제1 면을 우측면(150), 제2 면을 좌측면(170), 제3 면을 앞면(160), 제4 면을 뒷면(180)이라 가정하면, 외곽 지지체(110)는 바닥면에 수직인 우측면(150), 바닥면에 수직이면서 우측면(150)을 마주보는 좌측면(170)을 포함하고, 또한 외곽 지지체(110)는 바닥면에 수직인 앞면(160), 바닥면에 수직이면서 앞면(160)을 마주보는 뒷면(180)을 포함하며, 우측면(150), 좌측면(170), 앞면(160), 뒷면(180) 각각은 도1a와 같이 서로 연결되어 있다.
강성체는 제1 측이 외곽 지지체(110)의 바닥면에 고정되고, 외곽 지지체(110)의 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면과 공간을 두고 이격되어 있다. 강성체의 한쪽면은 외곽 지지체(110)의 바닥면에 고정되어 있어 압저항형 가속도계가 받는 충격 방향 이외에 다른 방향으로는 질량체(130)가 거의 움직이지 않는다. 또한, 강성체는 압저항형 가속도계가 받는 충격 방향에 따른 질량체(130)의 움직임에 대하여 스프링(spring) 역할을 한다.
질량체(130)는 강성체의 제1 측의 반대 측과 연결되고, 외곽 지지체(110)의 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면과 공간을 두고 이격되어 있다. 예를 들면, 강성체는 외곽 지지체(110)의 바닥면에 고정이 되어 있고, 강성체는 외곽 지지체(110)의 바닥면에 고정되어 있지 않은 반대쪽면인 윗면과 질량체(130)의 한쪽면이 연결되어 있다. 이때, 질량체(130)는 강성체의 상부에 연결되어 있는데, 질량체(130)의 단면적이 강성체의 단면적보다 크다.
저항체(140a~140d)는 질량체(130)의 상부와 외곽 지지체(110)의 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체(140a) 및 제2 저항체(140b), 질량체(130)의 상부와 외곽 지지체(110)의 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체(140c) 및 제 4 저항체(140d)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 질량체(130)의 상부와 외곽 지지체(110)의 우측면(150) 사이에 제1 저항체(140a) 및 제2 저항체(140b)를 연결하고, 질량체(130)의 상부와 외곽 지지체(110) 사이의 좌측면(170) 사이에 제3 저항체(140c) 및 제 4 저항체(140d)를 연결할 수 있다.
또한 저항체(140a~140d)는 외곽 지지체(110)의 제1 면으로부터 외곽 지지체(110)의 제2 면 방향으로의 충격 또는 외곽 지지체(110)의 제2 면으로부터 외곽 지지체의 제1 면 방향으로의 충격에 의하여 저항 값이 변화한다. 예를 들면, 외부로부터 충격이 오면 질량체(130)가 좌우로 움직이게 되고 이때 질량체(130)의 상부와 외곽 지지체(110) 사이에 연결된 4개의 저항체(140a~140d)는 외부로부터의 충격에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들면서 각 저항체의 저항이 변하게 된다. 질량체(130)가 왼쪽으로 움직이면 제3 저항체(140c) 및 제4 저항체(140d)는 길이가 줄어들면서 저항 값(R3, R4)이 감소하는 반면, 제1 저항체(140a) 및 제2 저항체(140 b)는 길이가 늘어나서 저항 값(R1, R2)이 증가한다. 이때, 4개의 저항체(140a~140d)는 미지의 저항 값을 측정하기 위하여 휘스톤브릿지(Wheastone bridge)형태로 구성될 수 있다. 휘스톤브릿지(Wheastone bridge)란 브릿지 회로의 한 종류로 4개의 저항이 사각형의 형태를 이루며, 대각선을 연결하는 브릿지(bridge)로 전압계, 검류계를 사용하여 미지의 저항 값을 측정할 수 있다. 따라서 저항체(140a~140d)의 역할은 도1 내지 도5 에서 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는 4개의 저항체의 저항 값에 따라 그에 상응하는 전압 값을 얻을 수 있다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 T자형 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1b는 도 1a에서 압저항형 가속도계의 T자형 구조를 설명하기 위하여 A-A' 부분의 단면을 도시한 것으로, 외곽 지지체(110)의 제3 면으로부터 본 강성체(120) 및 질량체(130)의 형태가 T자형 압저항형 가속도계에 관한 것이다. 압저항형 가속도계의 구조에 있어서 도1b를 참고하면, 외곽 지지체(110)의 앞쪽면에서 강성체(120)및 질량체(130)를 보면 강성체(120) 및 질량체(130)의 형태가 T자형 구조인 것을 확인할 수 있다. 또한, 질량체(130)의 단면적이 강성체(120)의 단면적보다 큰 것을 알 수 있다.
강성체(120)는 외곽 지지체(110)의 바닥면(190)에 고정이 되어 있고, 강성체(120)는 외곽 지지체(110)의 바닥면(190)에 고정되어 있지 않은 반대쪽면인 윗면과 질량체(130)의 한쪽면이 연결되어 있다. 이때, 질량체(130)는 강성체(120)의 상부에 연결되어 있는데, 질량체(130)의 단면적이 강성체(120)의 단면적보다 크다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 I자형 구조를 나타낸 사시도이다.
일 실시예에 따르면, 압저항형 가속도계는 외곽 지지체(210), 강성체, 질량체(230), 압저항체(240a~240d)로 구성될 수 있다. 압저항형 가속도계는 바닥면을 포함하고, 바닥면에 수직이면서 사방이 면으로 둘러싸인 형태의 외곽 지지체(210), 외곽 지지체(210)의 바닥면에 고정된 강성체, 외곽 지지체(210)에 둘러싸인 상태에서 강성체의 윗면과 연결되는 질량체(230), 외곽 지지체(210)와 질량체(230)의 상부 사이에 연결되는 4개의 압저항체(240a~240d)로 구성될 수 있다. 강성체 및 질량체(230)는 외곽 지지체(210)의 내부에 위치할 수 있다.
외곽 지지체(210)는 바닥면에 수직인 우측면(250), 바닥면에 수직이면서 우측면(250)을 마주보는 좌측면(270)을 포함하고, 또한 외곽 지지체(210)는 바닥면에 수직인 앞면(260), 바닥면에 수직이면서 앞면을 마주보는 뒷면(280)을 포함하며, 우측면(250), 좌측면(270), 앞면(260), 뒷면(280) 각각은 도 2a와 같이 서로 연결되어 있다.
강성체는 제1 측이 외곽 지지체(210)의 바닥면에 고정되고, 외곽 지지체(210)의 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면과 공간을 두고 이격되어 있다. 강성체의 한쪽면이 외곽 지지체(210)의 바닥면에 고정되어 있다.
질량체(230)는 강성체의 제1 측의 반대 측과 연결되고, 외곽 지지체(210)의 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면과 공간을 두고 이격되어 있다. 강성체는 외곽 지지체(210)의 바닥면에 고정이 되어 있고, 강성체는 외곽 지지체(210)의 바닥면에 고정되어 있지 않은 반대쪽 면인 윗면과 질량체의 한쪽 면이 연결되어 있다. 이때, 강성체 및 질량체는 같은 두께를 가질 수 있으며, 도 2a를 B-B'로 나눈 단면도는 도 2b와 같이 나타낼 수 있다.
저항체(240a~240d)는 질량체(230)의 상부와 외곽 지지체(210)의 우측면(250) 사이에 제1 저항체(240a) 및 제2 저항체(240b)를 연결하고, 질량체(230)의 상부와 외곽 지지체(210) 사이의 좌측면(270) 사이에 제3 저항체(240c) 및 제 4 저항체(240d)를 연결함으로써 구성될 수 있다. 이때, 외부로부터 충격이 오면 질량체(230)가 좌우로 움직이게 되고, 질량체(230)의 상부와 외곽 지지체(210) 사이에 연결된 4개의 저항체(240a~240d)는 외부로부터의 충격에 의해 길이가 늘어나거나 줄어들면서 각 저항체의 저항이 변하게 된다.
도 2에서 질량체 및 강성체가 연결되는 부분에서 질량체(230)의 단면적이 강성체의 단면적과 동일하고, 외곽 지지체(210)의 제3 면으로부터 본 질량체(230) 및 강성체의 형태가 I자형인 압저항형 가속도계이다. 따라서 압저항형 가속도계는 도 2a 및 도 2b와 같이 강성체 및 질량체(230)를 동시에 담당하는 I자형 압저항형 가속도계로 나타낼 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 I자형 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2b는 압저항형 가속도계의 I자형 구조를 설명하기 위하여 도 2a에서 B-B' 부분의 단면을 도시한 것으로, 외곽 지지체(210)의 제3 면으로부터 본 질량체(230) 및 강성체(220)의 형태가 I자형인 압저항형 가속도계이다. 압저항형 가속도계는 외곽 지지체(210)의 앞쪽에서 질량체(230) 및 강성체(220)를 보면, 질량체(230) 및 강성체(220)가 같은 두께를 가지고 있는 것을 볼 수 있고, 질량체(230) 및 강성체(220)를 동시에 담당할 수 있다.
강성체(220)는 외곽 지지체(210)의 바닥면(290)에 고정이 되어 있고, 강성체(220)는 외곽 지지체(210)의 바닥면(290)에 고정되어 있지 않은 반대쪽면인 윗면과 질량체(230)의 한쪽면이 연결되어 있다. 이때, 질량체(230)는 강성체(220)의 상부에 연결되어 있는데, 질량체(230)의 단면적이 강성체(220)의 단면적과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 T자형 구조에서 좌우 방향의 지지체만 존재하는 구조를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따르면, 압저항형 가속도계는 외곽 지지체(310), 강성체(320), 질량체(330), 저항체(340a~340d)로 구성될 수 있다. 외곽 지지체(310)는 바닥면(390), 바닥면(390)과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 바닥면(390)과 수직이며 제1 면 및 제2 면과 수직인 면은 포함하지 않는다. 예를 들면, 제1 면을 우측면(350), 제2 면을 좌측면(370), 제3 면을 앞면, 제4 면을 뒷면이라 가정하면, 외곽 지지체(310)는 바닥면(390)에 수직인 우측면(350), 우측면(350)을 마주보는 좌측면(370)을 포함하고, 앞면 및 뒷면은 포함하지 않는다. 또한, 강성체(320) 및 질량체(330)는 외곽 지지체(310)의 내부에 위치할 수 있다.
강성체(320)는 외곽 지지체(310)의 바닥면(390)에 고정되고, 외곽 지지체(310)의 제1 면 및 제2 면과 공간을 두고 이격되어 있다. 강성체(320)는 외곽 지지체(310)의 우측면(350) 및 좌측면(370)에 공간을 두고 외곽 지지체(310)의 바닥면(390)에 고정되어 있다. 강성체(320) 및 질량체(330)는 외곽 지지체(310)의 내부에 위치할 수 있다. 강성체(320)는 질량체(330)의 움직임에 대하여 스프링 역할을 한다.
질량체(330)는 강성체(320)의 제1 측의 반대 측과 연결되고, 외곽 지지체(310)의 제1 면 및 제2 면과 공간을 두고 이격되어 있다. 질량체(330)는 외곽 지지체(310)의 우측면(350) 및 좌측면(370)에 공간을 두고 바닥면(390)에 고정되어 있는 강성체(320)의 상부에 연결되어 있는데, 이때, 질량체(330)의 단면적이 강성체(320)의 단면적보다 크다.
저항체(340a~340d)는 질량체(330)의 상부와 외곽 지지체(310)의 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체(340a) 및 제2 저항체(340b), 그리고 질량체(330)의 상부와 외곽 지지체(310)의 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체(340c) 및 제4 저항체(340d)를 포함한다. 예를 들면, 질량체(330)의 상부와 외곽 지지체(310)의 우측면(350) 사이에 제1 저항체(340a) 및 제2 저항체(340b)를 연결하고, 질량체(330)의 외곽 지지체(310)의 좌측면(370) 사이에 제3 저항체(340c) 및 제4 저항체(340d)를 연결할 수 있다.
또한 저항체(340a~340d)는 외곽 지지체(310)의 제1 면으로부터 외곽 지지체(310)의 제2 면 방향으로의 충격 또는 외곽 지지체(310)의 제2 면으로부터 외곽 지지체(310)의 제1 면 방향으로의 충격에 의하여 저항 값이 변화한다. 예를 들면, 외부로부터 충격에 의해 질량체(330)가 오른쪽으로 움직이면 제1 저항체(340a) 및 제2 저항체(340b)는 길이가 줄어들면서 저항 값(R1, R2)이 감소하는 반면, 제3 저항체(340c) 및 제4 저항체(340d)는 길이가 늘어나면서 저항 값(R3, R4)이 증가한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 I자형 구조에서 좌우 방향의 지지체만 존재하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에서 압저항형 가속도계의 I자형 구조에 있어서, 외곽 지지체(410)는 바닥면(490)에 수직인 우측면(450), 바닥면(490)과 수직이면서 우측면(450)과 마주보는 좌측면(470)을 포함하고, 우측면(450) 및 좌측면(470)과 수직인 앞면 및 뒷면은 포함하지 않는다. 따라서 외곽 지지체(410)는 좌우 방향의 지지체만 존재하는 구조이다.
강성체(420)는 외곽 지지체(410)의 바닥면(490)에 고정이 되어 있고, 강성체(420)는 외곽 지지체(410)의 바닥면(490)에 고정되어 있지 않은 반대쪽 면인 윗면과 질량체(430)의 한쪽 면이 연결되어 있다. 강성체(420) 및 질량체(430)는 외곽 지지체(410)의 내부에 위치할 수 있다. 도 4에서 압저항형 가속도계는 질량체(430) 및 강성체(420)를 동시에 담당하는 구조로, 질량체(430) 및 강성체(420)가 연결되는 부분에서의 질량체(430)의 단면적이 강성체(420)의 단면적과 동일하고, 질량체(430) 및 강성체(420)의 두께가 같다. 따라서, 외곽 지지체(410)의 앞쪽에서 압저항형 가속도계를 바라보았을 때, 강성체(420) 및 질량체(430)는 I자형 구조임을 확인할 수 있다.
저항체(440a~440d)는 질량체(430)의 상부와 외곽 지지체(410)의 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체(440a) 및 제2 저항체(440b), 질량체(430)의 상부와 외곽 지지체(410)의 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체(440c) 및 제 4 저항체(440d)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 질량체(430)의 상부와 외곽 지지체(410)의 우측면(450) 사이에 제1 저항체(440a) 및 제2 저항체(440b)를 연결하고, 질량체(430)의 상부와 외곽 지지체(410) 사이의 좌측면(470) 사이에 제3 저항체(440c) 및 제 4 저항체(440d)를 연결할 수 있다. 외부로부터 충격에 의해 질량체(430)가 왼쪽으로 움직이면 제3 저항체(440c) 및 제4 저항체(440d)의 길이가 줄어들면서 저항 값(R3, R4)이 감소하는 반면, 제1 저항체(440a) 및 제2 저항체(440 b)는 길이가 늘어나서 저항 값(R1, R2)이 증가한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 볼을 이용한 압저항형 가속도계의 패키지 구조를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 솔더 볼을 이용한 압저항형 가속도계의 패키지 구조에 관한 것으로, 동일한 압저항형 가속도계의 제조 방법에 의해 적용될 수 있다.
실리콘 가속도계(510)를 패키지 기판(520)에 접합하여 전기적으로 배선을 할 때, 와이어 본딩(Wire bonding)을 수행할 경우 개별 와이어를 일일이 접합해야 하는 번거로움이 있기 때문에 패키지 작업 효율을 떨어뜨린다. 따라서 본 발명에서는 패키지 기판(520)의 전극 패드(530)에 솔더 볼(540)을 형성함으로써 패키지 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 솔더 볼(solder ball)이란 소자를 기판에 부착함과 동시에 전기적인 연결을 하는 경우에 사용하는 금속(Pb/Sn 또는 Lead-free solder 라고 하는 Sn-Au, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu 계열의 합금 금속) 알갱이로 직경은 1 mm이하로 이루어져 있으며, 패키지 기판(520)의 전극 패드(530)에 솔더 볼(540)을 형성하여 사용할 수 있다. 솔더 볼 대신에 솔더 범퍼(solder bumper)를 사용할 수 있으며, 솔더 범퍼는 가속도계 또는 패키지 기판에 돌출형 구조로 형성될 수 있다.
압저항형 가속도계의 제조 방법은 패키지 기판(520)의 4개의 전극 패드(530)에 솔더 볼(540)을 형성하여 패키지 기판(520)에 평행 또는 수직으로 실리콘 가속도계(510)를 접합하고, 솔더 볼(540)을 용융하여 실리콘 가속도계(510)의 저항체의 각각을 패키지 기판(520)의 전극 패드(530)에 연결한다.
이때, 솔더 볼을 형성하여 패키지 기판에 평행으로 실리콘 가속도계를 접합한 도면은 도 5b와 같이 나타낼 수 있으며, 솔더 볼을 형성하여 패키지 기판에 수직으로 실리콘 가속도계를 접합한 도면은 도 5a와 같이 나타낼 수 있다.
이때, 압저항형 가속도계는 소정 규격의 실리콘 재질로 이루어질 수 있으며, 도 1 내지 도 2에서 설명한 외곽 지지체가 4면을 가지고 있는 구조인 압저항형 가속도계 및 도 3 내지 도 4에서 설명한 외곽 지지체가 2면을 가지고 있는 구조인 압저항형 가속도계에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
압저항형 가속도계의 제조 방법은 압저항형 가속도계에 의해 수행될 수 있으며, 압저항형 가속도계는 도 1 내지 도 4에서 설명한 것과 같이 외곽 지지체가 4면을 가지고 있는 T자형 압저항형 가속도계 및 외곽 지지체가 4면을 가지고 있는 I자형 압저항형 가속도계, 외곽 지지체가 2면을 가지고 있는 T자형 압저항형 가속도계 및 외곽 지지체가 2면을 가지고 있는 I자형 압저항형 가속도계에 적용할 수 있다.
단계(610)에서 압저항형 가속도계는 패키지 기판의 4개의 전극 패드에 솔더 볼을 형성한다. 이때, 와이어 본딩을 수행할 경우, 개별 와이어를 일일이 접합해야 하는 번거로움이 있어서 패키지 작업 효율이 떨어지는 단점이 있으므로, 패키지 기판의 전극 패드에 솔더 볼을 형성함으로써 패키지 작업 효율성을 향상시킨다.
단계(620)에서 압저항형 가속도계는 패키지 기판에 평행 또는 수직으로 실리콘 가속도계를 접합한다. 실리콘 가속도계를 패키지 기판에 평행 하게 접합한 도면은 도 5b를, 수직으로 실리콘 가속도계를 접합한 도면은 도 5a 와 같이 나타낼 수 있다.
예를 들면, 패키지 기판의 일부가 수직으로 형성되어 있는 패키지 기판의 수직부의 표면에 실리콘 가속도계가 접합될 수 있다. 또한, 실리콘 가속도계는 패키지 기판에 3축(x, y, z)으로 접합될 수 있다.
단계(630)에서 압저항형 가속도계는 솔더 볼을 용융하여 실리콘 가속도계의 4개의 저항체의 각각을 패키지 기판의 4개의 전극 패드의 각각에 연결한다.
따라서, 본 발명은 질량체의 상부와 외곽 지지체 사이에 연결된 4개의 저항체의 길이 변화에 따라 저항 값이 변화하는 가속도계의 구조를 통해 압저항형 가속도계의 충격의 크기에 따라 상응하는 전압값을 얻을 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 외곽 지지체
120: 강성체
130: 질량체
140a~140d: 압저항체

Claims (13)

  1. 압저항형 가속도계에 있어서,
    바닥면, 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각은 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 연결됨 -;
    제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 강성체;
    상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 질량체;
    상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및
    상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체
    를 포함하고,
    상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분의 단면적보다 크고,
    상기 외곽 지지체의 상기 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 T자형인
    압저항형 가속도계.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 강성체의 단면적과 동일하고, 상기 외곽 지지체의 상기 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 I자형인
    압저항형 가속도계.
  5. 압저항형 가속도계에 있어서,
    바닥면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 외곽 지지체는 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 면은 포함하지 않음 -;
    제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 공간을 두고 이격된 강성체;
    상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 공간을 두고 이격된 질량체;
    상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및
    상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체
    를 포함하고
    상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분의 단면적보다 크고,
    상기 외곽 지지체의 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 가상의 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 T자형인
    압저항형 가속도계.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강성체는,
    상기 질량체의 움직임에 대하여 스프링(spring) 역할을 하는
    압저항형 가속도계.
  10. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 저항체, 상기 제2 저항체, 상기 제3 저항체 및 상기 제4 저항체는,
    상기 외곽 지지체의 상기 제1 면으로부터 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 방향으로의 충격 또는 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면으로부터 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 방향으로의 충격에 의하여 저항 값이 변화하는
    압저항형 가속도계.
  11. 압저항형 가속도계의 제조 방법에 있어서,
    패키지 기판의 4개의 전극 패드에 솔더 볼 또는 솔더 범퍼를 형성하는 단계;
    상기 패키지 기판에 평행 또는 수직으로 실리콘 가속도계를 접합하는 단계; 및
    상기 솔더 볼을 용융하여 상기 실리콘 가속도계의 4개의 저항체의 각각을 상기 패키지 기판의 4개의 전극 패드의 각각에 연결하는 단계
    를 포함하고,
    상기 실리콘 가속도계는,
    바닥면, 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면, 및 상기 바닥면과 수직이며 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하는 외곽 지지체 - 상기 제1 면 및 상기 제2 면의 각각은 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 연결됨 -;
    제1 측이 상기 외곽 지지체의 상기 바닥면에 고정되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 강성체;
    상기 강성체의 상기 제1 측의 반대 측과 연결되고, 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면과 공간을 두고 이격된 질량체;
    상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제1 면 사이에 연결된 제1 저항체 및 제2 저항체; 및
    상기 질량체의 상부와 상기 외곽 지지체의 상기 제2 면 사이에 연결된 제3 저항체 및 제4 저항체
    를 포함하고,
    상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분에서의 상기 질량체의 단면적이 상기 질량체 및 상기 강성체가 연결되는 부분의 단면적보다 크고,
    상기 외곽 지지체의 상기 바닥면과 수직이며 상기 제1 면 및 상기 제2 면과 수직인 가상의 제3 면으로부터 본 상기 질량체 및 상기 강성체의 형태가 T자형인
    압저항형 가속도계의 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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