KR101482378B1 - Micro Electro Mechanical Systems device - Google Patents

Micro Electro Mechanical Systems device Download PDF

Info

Publication number
KR101482378B1
KR101482378B1 KR20130020555A KR20130020555A KR101482378B1 KR 101482378 B1 KR101482378 B1 KR 101482378B1 KR 20130020555 A KR20130020555 A KR 20130020555A KR 20130020555 A KR20130020555 A KR 20130020555A KR 101482378 B1 KR101482378 B1 KR 101482378B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flexible portion
mass body
mass
mems device
present
Prior art date
Application number
KR20130020555A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140106247A (en
Inventor
김종운
한승훈
정원규
임창현
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR20130020555A priority Critical patent/KR101482378B1/en
Publication of KR20140106247A publication Critical patent/KR20140106247A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101482378B1 publication Critical patent/KR101482378B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 MEMS 디바이스는 질량체와, 상기 질량체의 일면에 접합된 제 1 가요부, 상기 질량체의 타면에 접합된 제 2 가요부를 포함하는 가요부와, 상기 질량체가 부상되도록 가요부의 단부가 고정되는 지지부를 포함하고, 상기 가요부의 일면에 압전체 또는 압저항체가 구비된다.A MEMS device according to the present invention includes a flexible portion including a mass, a first flexible portion joined to one surface of the mass, and a second flexible portion bonded to the other surface of the mass, and a flexible portion having an end fixed to the flexible portion, And a piezoelectric member or a piezoresistive member is provided on one surface of the flexible portion.

Description

MEMS 디바이스{Micro Electro Mechanical Systems device}[0001] MEMS DEVICE [0002]

본 발명은 MEMS 디바이스에 관한 것이다.
The present invention relates to MEMS devices.

MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)란 실리콘이나 수정, 유리 등을 가공해 초고밀도 집적회로, 센서, 액추에이터(Actuator) 등의 초미세 기계구조물을 만드는 기술이다. MEMS 소자는 마이크로미터(100만분의 1 미터) 이하의 정밀도를 갖고, 구조적으로는 증착과 에칭 등의 과정을 반복하는 반도체 미세공정기술을 적용해 저렴한 비용으로 초소형 제품의 대량 생산이 가능하다. MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is a technology to fabricate ultrafine mechanical structures such as ultra-dense integrated circuits, sensors, and actuators by processing silicon, quartz, and glass. MEMS devices have micrometer (less than one millionth of a meter) precision, and structurally, it is possible to mass-produce very small-sized products at low cost by applying semiconductor fine processing technology which repeats deposition and etching processes.

이를 통해 제조되는 MEMS 디바이스 중, 센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다. Among the MEMS devices manufactured through this process, the sensor can be used for a variety of applications such as air bag, ESC (Electronic Stability Control), vehicle black box (automobile) such as automobile, camcorder shake prevention, It is used for various purposes such as motion sensing of game machines and navigation.

이러한 센서는 가속도, 각속도 또는 힘 등을 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구조를 예로 들 수 있다. 이러한 구조를 통해서, 센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출하는 관성센서, 또는 질량체에 직접 인가되는 외력을 측정하여 힘을 산출하는 압력센서 등으로 이용된다. In order to measure acceleration, angular velocity or force, such a sensor is generally a structure in which a mass is bonded to an elastic substrate such as a membrane. Through this structure, the sensor can measure the inertia force applied to the mass body to calculate the acceleration, or the inertia sensor that calculates the angular velocity by measuring the Coriolis force applied to the mass, or the inertia sensor that measures the external force applied directly to the mass body, Pressure sensor or the like.

특히, 관성 센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙 박스(Black box), 손떨림 방지 캠코더, 핸드폰, 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다. In particular, the inertial sensor is used for military airbags such as air bag, ESC (Electronic Stability Control), vehicle black box, camera shake prevention camcorder, mobile phone, game machine, navigation for satellite, missile and unmanned airplane And so on.

관성 센서는 선형운동을 측정할 수 있는 가속도 센서와 회전운동을 측정할 수 있는 각속도 센서로 나누어진다. The inertial sensor is divided into an acceleration sensor capable of measuring linear motion and an angular velocity sensor capable of measuring rotational motion.

가속도는 뉴튼의 운동법칙 "F = ma" 식에 의해 구해질 수 있어서, 여기서 "m"은 이동체의 질량이고, "a"는 측정하고자하는 가속도이다. 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force)에 관한 "F = 2mΩ·v" 식에 의해 구해질 수 있으며, 여기서, "m"은 이동체의 질량이고, "Ω"은 측정하고자 하는 각속도이며, "v"는 질량의 운동속도이다. 또한, 코리올리힘의 방향은 속도(v)축 및 각속도(Ω)의 회전축에 의해 결정된다. The acceleration can be obtained by Newton's law of motion "F = ma", where "m" is the mass of the moving object and "a" is the acceleration to be measured. The angular velocity can be obtained by the formula "F = 2m? V" for the Coriolis Force where "m" is the mass of the moving object, "?" Is the angular velocity to be measured, "v" Mass is the speed of motion. Further, the direction of the Coriolis force is determined by the rotation axis of the velocity (v) axis and the angular velocity (?).

이러한 관성 센서는 제조공정에 따라 세라믹 센서와 MEMS(Microelectromechanical Systems) 센서로 나눌 수 있다. 이중 MEMS 센서는 센싱 원리에 따라 정전형(Capacitive Type), 압저항형(Piezoresistive Type), 압전형(Piezoelectic Type) 등으로 구분된다. Such an inertial sensor can be divided into a ceramic sensor and a MEMS (Microelectromechanical Systems) sensor according to the manufacturing process. Dual MEMS sensors are classified into capacitive type, piezoresistive type, and piezoelectric type according to the sensing principle.

특히, 선행기술문헌을 포함하는 종래기술에 따른 MEMS 센서는 소형 및 경량으로 제작하기 쉬워짐에 따라, 관성센서의 기능 또한 지속적으로 발전하고 있다. In particular, since the MEMS sensor according to the prior art including the prior art document is made compact and lightweight, the function of the inertial sensor is also continuously evolving.

그러나, 종래기술에 따른 MEMS 센서는 외부의 충격 또는 타축 구동에 따른 간섭으로 일축에 대한 정확한 구동 및 센싱이 어려운 문제점을 지니고 있다.
However, the MEMS sensor according to the related art has a problem that it is difficult to precisely drive and sense one axis due to an external shock or interference due to driving of another axis.

US 20090282918 A1US 20090282918 A1

본 발명의 관점은 타축에 대한 구동을 단속함으로써, 일축에 대해서만 정확히 구동 및 센싱이 가능한 MEMS 디바이스를 제공하기 위한 것이다.
An aspect of the present invention is to provide a MEMS device capable of precisely driving and sensing only one axis by interrupting driving to another axis.

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 디바이스는 질량체와, 상기 질량체의 일면에 접합된 제 1 가요부, 상기 질량체의 타면에 접합된 제 2 가요부를 포함하는 가요부와, 상기 질량체가 부상되도록 가요부의 단부가 결합되는 지지부를 포함하고, 상기 가요부의 일면에 압전체 또는 압저항체가 구비된다.A MEMS device according to an embodiment of the present invention includes a flexible portion including a mass, a first flexible portion joined to one surface of the mass, and a second flexible portion bonded to the other surface of the mass, And a supporting portion to which the end portion is coupled, and a piezoelectric member or a piezoresistive member is provided on one surface of the flexible portion.

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 디바이스에 있어서, 상기 제 1 가요부와 제 2 가요부가 멤브레인(membrane) 형태 또는 브리지(Bridge) 형태로 서로 중첩 구비되는 것을 특징으로 한다.In the MEMS device according to an embodiment of the present invention, the first flexible portion and the second flexible portion are overlapped with each other in the form of a membrane or a bridge.

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 디바이스에 있어서, 상기 질량체는 일축 방향으로 서로 중첩하거나 또는 맞닿은 제 1 질량체와 제 2 질량체를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to an embodiment of the present invention, the mass body includes a first mass body and a second mass body overlapping or abutting with each other in the uniaxial direction.

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 제 1 가요부 또는 제 2 가요부는 일면에 구동 전극과 감지 전극을 구비하고, 상기 구동 전극과 감지 전극을 이용하여 액추에이터(Actuator) 동작을 수행하거나, 또는 상기 감지 전극을 이용하여 압력 또는 가속도를 검출하는 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to an embodiment of the present invention, the first flexible portion or the second flexible portion may include a driving electrode and a sensing electrode on one side, and may perform an actuator operation using the driving electrode and the sensing electrode, Or the pressure or acceleration is detected by using the sensing electrode.

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 가요부는 상기 제 1 질량체의 상면에 접합하고 다수의 상부 압전체를 일면에 구비하며 제 1 지지부에 연결 고정된 제 1 가요부; 및 상기 제 1 질량체의 하면에 맞닿아 상기 제 2 질량체의 상면에 접합하고 다수의 하부 압전체를 일면에 구비하며 제 2 지지부에 연결 고정된 제 2 가요부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to an embodiment of the present invention, the flexible portion includes a first flexible portion joined to the upper surface of the first mass body and having a plurality of upper piezoelectric bodies on one surface thereof and fixedly connected to the first support portion; And a second flexible portion which is in contact with the lower surface of the first mass body and is bonded to the upper surface of the second mass body, has a plurality of lower piezoelectric bodies on one surface thereof, and is fixedly connected to the second support portion.

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 MEMS 디바이스는 상기 상부 압전체와 하부 압전체를 이용하여 액추에이터(Actuator), 가속도 센서 및 압력 센서 중 어느 하나의 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to an embodiment of the present invention, the MEMS device performs an operation of any one of an actuator, an acceleration sensor, and a pressure sensor using the upper piezoelectric body and the lower piezoelectric body.

또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스는 제 1 질량체; 상기 제 1 질량체에 둘러싸이고 다수의 상부 내측 가요부를 매개로 하여 상기 제 1 질량체에 연결되어 중앙에 구비된 제 2 질량체; 상기 제 1 질량체의 상측 외부면에 구비되어 지지부에 연결된 적어도 두 개의 상부 외측 가요부; 및 상기 상부 외측 가요부에 중첩하고 상기 제 1 질량체의 하측 외부면에 구비되어 상기 지지부에 연결된 적어도 두 개의 하부 외측 가요부를 포함한다. Alternatively, a MEMS device according to another embodiment of the present invention includes a first mass; A second mass body surrounded by the first mass body and connected to the first mass body via a plurality of upper inner flexible portions and provided at the center; At least two upper outer flexible portions provided on the upper outer surface of the first mass body and connected to the supporting portion; And at least two lower outer flexible portions overlapping the upper outer flexible portion and provided on a lower outer surface of the first mass body and connected to the support portion.

본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 제 1 질량체는 내부 공간을 갖는 통형 부재인 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to another embodiment of the present invention, the first mass body is a cylindrical member having an inner space.

본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 상부 내측 가요부는 멤브레인(membrane) 형태 또는 브리지(Bridge) 형태로 형성되고, 상면에 상기 제 2 질량체의 각속도를 검출하기 위한 감지 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to another embodiment of the present invention, the upper inner flexible portion is formed in the form of a membrane or a bridge, and has a sensing electrode for detecting the angular velocity of the second mass body on the upper surface thereof .

본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 상부 외측 가요부는 일면에 상기 제 1 질량체를 구동시키기 위한 상부 구동전극을 구비하고, 상기 하부 외측 가요부는 일면에 상기 제 1 질량체를 구동시키기 위한 하부 구동전극을 구비하는 것을 특징으로 한다. In the MEMS device according to another embodiment of the present invention, the upper outer flexible portion includes an upper driving electrode for driving the first mass body on one surface thereof, and the lower outer flexible portion includes a lower driving portion for driving the first mass body on one surface, And an electrode.

본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스는 상기 상부 구동전극과 하부 구동전극을 이용하여 액추에이터로 동작하는 것을 특징으로 한다. The MEMS device according to another embodiment of the present invention operates as an actuator using the upper driving electrode and the lower driving electrode.

본 발명의 다른 실시예에 따른 MEMS 디바이스에서 상기 상부 외측 가요부는 상기 제 1 질량체의 상측 외부면 양측에서 각각 상기 지지부에 대칭으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
In the MEMS device according to another embodiment of the present invention, the upper outer flexible portion is symmetrically connected to the support portion on both sides of the upper outer side of the first mass body.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

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.
Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of a term in order to best describe its invention The present invention should be construed in accordance with the spirit and scope of the present invention.

본 발명에 따르면 타축에 대한 구동을 단속함으로써, 일축에 대해서만 정확히 구동 및 센싱이 가능한 MEMS 디바이스를 얻을 수 있다.
According to the present invention, it is possible to obtain a MEMS device capable of accurately driving and sensing only one axis by interrupting the driving to the other axis.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사용상태도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사용상태도.
도 6a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 평면도.
도 6b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도.
도 7a는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 평명도.
도 7b는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도.
1 is a cross-sectional view of a MEMS device according to a first embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view of a MEMS device according to a second embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view of a MEMS device according to a third embodiment of the present invention.
4 is a schematic use state diagram for explaining the operation of the MEMS device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic use state diagram for explaining the operation of a MEMS device according to a third embodiment of the present invention; FIG.
6A is a plan view of a MEMS device according to a fourth embodiment of the present invention;
6B is a cross-sectional view of a MEMS device according to a fourth embodiment of the present invention.
7A is a plan view of a MEMS device according to a fifth embodiment of the present invention.
7B is a cross-sectional view of a MEMS device according to a fifth embodiment of the present invention.

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.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a MEMS device according to a first embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100)는 일축 방향으로 병진 운동하는 적어도 하나의 질량체(120), 일축 방향으로 질량체(120)의 양면에 각각 접하는 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132), 및 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132) 각각의 단부가 고정된 지지부(110)를 포함하고, 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132)에는 압전체(미도시) 또는 압저항체(미도시)를 구비할 수 있다. As shown in FIG. 1, the MEMS device 100 according to the first embodiment of the present invention includes at least one mass body 120 that translationally moves in the uniaxial direction, a plurality of masses 120 that are in contact with both surfaces of the mass body 120 The first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 and the support portion 110 to which the ends of the first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 are fixed, 131 and the second flexible portion 132 may have a piezoelectric body (not shown) or a piezoelectric body (not shown).

지지부(110)는 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132)를 지지하여 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주고, 질량체(120)에 변위가 발생할 때 기준이 되는 역할을 한다. 여기서, 지지부(110)는 반드시 별도의 구성이어야 하는 것은 아니고, 일체의 구성일 수도 있다. 또한, 지지부(110)의 위치는 질량체(120)의 외측에 구비된다면 특별히 제한되는 것은 아니다.  The support 110 supports the first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 to secure a space in which the mass 120 can cause displacement and is used as a reference when displacement occurs in the mass 120 It plays a role. Here, the support portion 110 does not necessarily have to be a separate structure, but may be an integral structure. Further, the position of the support portion 110 is not particularly limited as long as it is provided on the outer side of the mass body 120.

질량체(120)는 관성력, 코리올리힘, 외력, 구동력 등에 의해서 변위가 발생하는 것으로, Z 축과 같은 일축 방향을 따라 상면에 제 1 가요부(131)가 접합되고 하면에 제 2 가요부(132)가 접합된다. 이러한 질량체(120)는 도 1에서 하나의 부재로 도시하지만, 이에 한정되지 않고 Z 축과 같은 일축 방향을 따라 서로 맞닿은 두 개의 질량체로 구비될 수 있다. The mass 120 is displaced by an inertial force, a Coriolis force, an external force, a driving force, etc. The first flexible portion 131 is joined to the upper surface along the uniaxial direction such as the Z axis, Respectively. These masses 120 are shown as one member in FIG. 1, but are not limited thereto and may be provided with two masses that are in contact with each other along a uniaxial direction such as the Z axis.

제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132)는 중간에 접합된 질량체(120)의 움직임에 따라 탄성 변형하는 멤브레인(membrane) 형태 또는 브리지(Bridge) 형태를 갖는 탄성 부재로서, 테두리 영역에 연결된 지지부(110)의 지지를 받는다. 여기서, 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실리콘 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. The first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 are elastic members having a membrane or bridge shape that is elastically deformed according to the movement of the mass body 120 joined at the middle, As shown in FIG. Here, the material of the first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 is not particularly limited, but is preferably formed using silicon or an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

이러한 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132) 각각은 일면에 압전체(미도시) 또는 압저항체(미도시)를 구비하고, 구비된 압전체 또는 압저항체를 통해 질량체(120)의 변위에 따른 관성력 또는 압력을 검출할 수 있다. 이에 따라, MEMS 디바이스(100)는 관성 센서 또는 압력 센서로 이용될 수 있다. Each of the first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 is provided with a piezoelectric body (not shown) or a piezoelectric body (not shown) on one surface thereof. The displacement of the mass body 120 through the piezoelectric body or the piezoelectric body The inertial force or pressure can be detected. Accordingly, the MEMS device 100 can be used as an inertial sensor or a pressure sensor.

또한, 반대로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100)는 제 1 가요부(131)와 제 2 가요부(132) 각각에 구비된 압전체에 구동 전압을 인가하여, 질량체(120)가 변위 운동에 따른 진동력을 발생시켜, 액추에이터(Actuator)로 동작할 수도 있다. Conversely, in the MEMS device 100 according to the first embodiment of the present invention, the driving voltage is applied to the piezoelectric bodies provided on the first flexible portion 131 and the second flexible portion 132, And generates a vibration force in accordance with the displacement movement, so that it can operate as an actuator.

그리고 제1 가요부(131)와 제2 가요부(132)가 Z축과 같은 일축 방향으로 소정의 거리를 두고 질량체(120)에 접하기 때문에, 질량체(120)은 Z축과 같은 일축 방향의 병진 변위 외의 움직임이 구속될 수 있다.
Since the first flexible portion 131 and the second flexible portion 132 are in contact with the mass body 120 at a predetermined distance in the uniaxial direction such as the Z axis, Movements other than translational displacement can be constrained.

이하, 도 2와 도 4를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사용상태도이다. 여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)에 관한 설명 중 전술된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS 디바이스(100)와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략한다. Hereinafter, a MEMS device 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 4. FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a MEMS device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic use state diagram illustrating an operation of a MEMS device according to a second embodiment of the present invention. Here, the description of the same parts as those of the MEMS device 100 according to the first embodiment of the present invention described in the description of the MEMS device 200 according to the second embodiment of the present invention will be omitted.

도 2에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)는 일축 방향으로 맞닿아 병진 운동하는 제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222), 일축 방향으로 제 1 질량체(221)의 상면에 구비된 제 1 가요부(231), 일축 방향으로 제 2 질량체(221)의 하면에 구비된 제 2 가요부(232), 제 1 가요부(231)의 단부가 고정된 제 1 지지부(211), 및 제 2 가요부(232)의 단부가 고정된 제 2 지지부(212)를 포함한다. The MEMS device 200 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 includes a first mass body 221 and a second mass body 222 which are in contact with each other in a uniaxial direction and translationally move, a first mass body 221 A second flexible portion 232 provided on the lower surface of the second mass body 221 in the uniaxial direction, a first flexible portion 231 provided on the upper surface of the first flexible portion 231, A support portion 211 and a second support portion 212 to which an end of the second flexible portion 232 is fixed.

제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222)는 각각 일축 방향으로 맞닿아 중첩 구비되고, 제 1 질량체(221)의 상면에 제 1 가요부(231)가 접합 연결되며, 제 2 질량체(221)의 하면에 제 2 가요부(232)가 접합 연결된다. 이러한 제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222)는 일축 방향으로 맞닿아 Z축과 같은 일축 방향으로 병진 운동을 하되, 제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222) 각각이 서로 분리되어 맞닿아 별도로 병진 운동하므로, 도 1의 질량체(120) 보다 변위 정도를 극대화하여 센싱 감도를 높힐 수 있다. The first mass body 221 and the second mass body 222 are overlapped to each other in one axial direction and the first flexible portion 231 is joined and connected to the upper surface of the first mass body 221. The second mass body 221 The second flexible portion 232 is joined and connected. The first mass body 221 and the second mass body 222 are in uniaxial direction and translationally moved in the same uniaxial direction as the Z axis so that the first mass body 221 and the second mass body 222 are separated from each other So that it is possible to maximize the degree of displacement of the mass body 120 in FIG. 1, thereby enhancing the sensing sensitivity.

제 1 가요부(231)와 제 2 가요부(232)는 각각에 접합된 제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222)의 움직임에 따라 탄성 변형하는 멤브레인(membrane) 형태 또는 브리지(Bridge) 형태를 갖는 탄성 부재로서, 테두리 영역에 연결된 제 1 지지부(211)와 제 2 지지부(212)의 지지를 받는다. 여기서, 제 1 가요부(231)와 제 2 가요부(232)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실리콘 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. The first flexible portion 231 and the second flexible portion 232 may be formed in the form of a membrane or a bridge that elastically deforms according to the movement of the first mass body 221 and the second mass body 222 bonded to the first and second flexible portions 231 and 232, And is supported by a first support part 211 and a second support part 212 connected to a rim area. Here, the material of the first flexible portion 231 and the second flexible portion 232 is not particularly limited, but is preferably formed using silicon or an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

이러한 제 1 가요부(231)와 제 2 가요부(232) 각각은 대칭적으로 일면에 압전체와 전극을 구비한다. Each of the first flexible portion 231 and the second flexible portion 232 has a piezoelectric body and an electrode on one side in a symmetrical manner.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 가요부(231)의 상부면에는 제 1 압전체(241)가 형성되고, 제 1 압전체(241)의 상부면에는 제 1 감지 전극(251-1, 251-2)과 제 1 구동 전극(252-1, 252-2)을 구비한다. 2, a first piezoelectric body 241 is formed on the upper surface of the first flexible portion 231 and first sensing electrodes 251-1 and 251-2 are formed on the upper surface of the first piezoelectric body 241, 251-2 and first driving electrodes 252-1, 252-2.

또한, 제 2 가요부(232)의 하부면에는 제 2 압전체(242)가 형성되고, 제 2 압전체(242)의 하부면에는 제 2 감지 전극(253-1, 253-2)과 제 2 구동 전극(254-1, 254-2)을 구비한다. The second piezoelectric member 242 is formed on the lower surface of the second flexible portion 232 and the second sensing electrodes 253-1 and 253-2 are formed on the lower surface of the second piezoelectric member 242, And electrodes 254-1 and 254-2.

제 1 지지부(211)와 제 2 지지부(212)는 제 1 가요부(231)와 제 2 가요부(232)를 각각 고정하도록 별도로 구비되지만, 이에 한정되지 않고 제 1 지지부(211)와 제 2 지지부(212)가 일체형으로 형성되어 제 1 가요부(231)와 제 2 가요부(232)를 모두 고정할 수도 있다. The first support portion 211 and the second support portion 212 are separately provided to fix the first flexible portion 231 and the second flexible portion 232 respectively but the present invention is not limited thereto and the first support portion 211 and the second support portion 212 The support portion 212 may be integrally formed to fix both the first flexible portion 231 and the second flexible portion 232 together.

이에 따라, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)는 압전체, 감지 전극 및 구동 전극을 구비하고, 액추에이터(Actuator)와 가속도 센서의 기능을 수행할 수 있다. Accordingly, the MEMS device 200 according to the second embodiment of the present invention includes a piezoelectric body, a sensing electrode, and a driving electrode, and can perform functions of an actuator and an acceleration sensor.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이 예컨대, 제 1 구동 전극(252-1, 252-2)과 제 2 감지 전극(253-1, 253-2)에 "+" 전압을 인가하고, 제 1 감지 전극(251-1, 251-2)과 제 2 구동 전극(254-1, 254-2)에 "-" 전압을 인가하여, 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)가 화살표의 일축 방향으로 변위를 발생시키는 액추에이터로서 동작할 수 있다. 물론, 반대로 전압을 인가하여, 화살표의 반대 방향으로 공진하는 액추에이터로서 동작할 수도 있다. Specifically, as shown in FIG. 4, for example, a "+" voltage is applied to the first driving electrodes 252-1, 252-2 and the second sensing electrodes 253-1, 253-2, Voltage is applied to the sensing electrodes 251-1 and 251-2 and the second driving electrodes 254-1 and 254-2 so that the MEMS device 200 according to the second embodiment is moved in the direction of one axis of the arrow As shown in Fig. Of course, it may also act as an actuator that applies a voltage in the opposite direction and resonates in the opposite direction of the arrow.

또한, 이와는 별개로 제 2 실시예에 따른 MEMS 디바이스(200)는 압력 센서 또는 가속도 센서로 동작할 수 있어서, 외력이 가해지면 제 1 압전체(241)와 제 2 압전체(242)가 외력에 비례하는 양전하와 음전하가 발생하는 압전 효과(piezoelectric effect)를 이용하여 일축 방향으로 제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222)의 변위(D1)를 감지할 수 있다. In addition, apart from this, the MEMS device 200 according to the second embodiment can operate as a pressure sensor or an acceleration sensor, so that when the external force is applied, the first piezoelectric body 241 and the second piezoelectric body 242 are proportional to the external force It is possible to sense the displacement D1 of the first mass body 221 and the second mass body 222 in the uniaxial direction using a piezoelectric effect in which positive and negative charges are generated.

즉, 제 1 감지 전극(251-1, 251-2) 또는 제 2 감지 전극(253-1, 253-2)이 제 1 질량체(221)와 제 2 질량체(222)의 진동 변화(D1)를 감지하고, 제어부(미도시)가 제 1 감지 전극(251-1, 251-2) 또는 제 2 감지 전극(253-1, 253-2)으로부터 수신한 진동 변화(D1)의 정보에 따라 압력 또는 가속도를 검출할 수 있다.
That is, the first sensing electrodes 251-1 and 251-2 or the second sensing electrodes 253-1 and 253-2 change the vibration change D1 of the first mass body 221 and the second mass body 222 And a control unit (not shown) detects pressure or vibration according to the information of the vibration change D1 received from the first sensing electrodes 251-1 and 251-2 or the second sensing electrodes 253-1 and 253-2, The acceleration can be detected.

이하, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스(300)에 대해 도 3과 도 5를 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사용상태도이다. Hereinafter, a MEMS device 300 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 5. FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a MEMS device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic use state diagram illustrating an operation of a MEMS device according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스(300)는 제 1 질량체(321)의 상면에 접합하고 다수의 상부 압전체(341~344)를 일면에 구비하며 제 1 지지부(311)에 연결 고정된 제 1 가요부(331), 및 제 1 질량체(321)의 하면에 맞닿아 제 2 질량체(322)의 상면에 접합하고 다수의 하부 압전체(351~354)를 일면에 구비하며 제 2 지지부(312)에 연결 고정된 제 2 가요부(332)를 포함한다. The MEMS device 300 according to the third embodiment of the present invention includes a plurality of upper piezoelectric bodies 341 to 344 bonded to the upper surface of the first mass body 321, The first flexible portion 331 and the lower portion of the first mass body 321 are bonded to the upper surface of the second mass body 322 and a plurality of lower piezoelectric bodies 351 to 354 are provided on one surface, And a second flexible portion 332 fixedly connected to the second flexible portion 332.

제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322)는 서로 중첩 구비되어 각각 제 1 가요부(331)와 제 2 가요부(332) 각각에 상면이 접합연결된다. The first mass body 321 and the second mass body 322 are overlapped with each other and the upper surfaces thereof are joined to the first flexible portion 331 and the second flexible portion 332, respectively.

이러한 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322)는 일축 방향, 예컨대 Z축과 같은 일축 방향으로 중첩하여 병진 운동을 하되, 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322) 각각이 서로 별도로 병진 운동하므로, 변위 정도를 극대화하여 센싱 감도를 높일 수 있다. The first mass body 321 and the second mass body 322 overlap each other in the uniaxial direction, for example, in the uniaxial direction such as the Z axis, and the first mass body 321 and the second mass body 322 are separately moved Since the translational motion is performed, the degree of displacement can be maximized to increase the sensing sensitivity.

제 1 가요부(331)와 제 2 가요부(332)는 각각에 접합된 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322)의 움직임에 따라 탄성 변형하는 멤브레인 형태 또는 브리지 형태를 갖는 탄성 부재로서, 테두리 영역에 연결된 제 1 지지부(211)와 제 2 지지부(212)의 지지를 받는다. 여기서, 제 1 가요부(231)와 제 2 가요부(232)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실리콘 또는 SOI 기판을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. The first flexible portion 331 and the second flexible portion 332 are elastic members having a membrane shape or a bridge shape that elastically deforms according to the movement of the first mass body 321 and the second mass body 322 bonded to the first and second flexible portions 331 and 332 A first support portion 211 and a second support portion 212 connected to the edge region. Here, the material of the first flexible portion 231 and the second flexible portion 232 is not particularly limited, but is preferably formed using silicon or an SOI substrate.

이러한 제 1 가요부(331)와 제 2 가요부(332) 각각은 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322)에 접하는 면에 대응하는 타면, 즉 상면에 다수의 상부 압전체(341~344)와 하부 압전체(351~354)를 구비한다. Each of the first flexible portion 331 and the second flexible portion 332 includes a plurality of upper piezoelectric bodies 341 to 344 on the other surface corresponding to the surfaces of the first mass body 321 and the second mass body 322, And lower piezoelectric bodies 351 to 354.

이러한 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322) 각각이 가속도에 비례한 외력을 받아 변위할 때, 상부 압전체(341~344)와 하부 압전체(351~354)는 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322) 각각의 휨에 따른 제 1 가요부(331)와 제 2 가요부(332) 각각의 휨을 저항치 변화로 검출한다. 이렇게 검출된 저항치 변화 정보는 제어부로 전달되고, 제어부는 저항치 변화 정보에 따라 일축 방향의 가속도를 검출할 수 있다. When the first mass body 321 and the second mass body 322 receive an external force proportional to the acceleration, the upper piezoelectric bodies 341 to 344 and the lower piezoelectric bodies 351 to 354 are separated from the first mass body 321 The deflection of each of the first flexible portion 331 and the second flexible portion 332 due to the warping of each of the second mass bodies 322 is detected by a change in resistance value. The detected resistance value change information is transmitted to the control unit, and the control unit can detect the uniaxial acceleration in accordance with the resistance value change information.

구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스(300)에 외력이 가해져 제 1 질량체(321)와 제 2 질량체(322) 각각이 변위(D2)할 때, 제 1 가요부(331)에 구비된 상부 압전체(341~344)와 제 2 가요부(332)에 구비된 하부 압전체(351~354)는 압저항체로 이루어질 경우 저항치가 변화한다. 5, when an external force is applied to the MEMS device 300 according to the third embodiment of the present invention and the first mass body 321 and the second mass body 322 displace each other (D2) The upper piezoelectric bodies 341 to 344 provided in the first flexible portion 331 and the lower piezoelectric bodies 351 to 354 provided in the second flexible portion 332 change their resistance values when they are made of a piezo resistor.

이러한 저항치 변화 정보에 대해 제어부는 연산 처리로서, 예를 들어 내측 압전체(342,343,352,353)의 저항치 변화를 "+"로 검출하고, 외측 압전체(341,344,351,354)의 저항치 변화를 "-"로 검출하여, 아래의 [수학식 1]과 같이 연산처리를 통해 Z축 방향의 가속도 또는 압력을 검출할 수 있다. As to the resistance change information, the control unit detects the resistance value change of the inner piezoelectric bodies 342, 343, 352 and 353 as "+ ", the change in resistance value of the outer piezoelectric bodies 341, 344, 351 and 354 as" - & The acceleration or pressure in the Z-axis direction can be detected through the arithmetic processing as shown in Equation (1).

Figure 112013017214306-pat00001
Figure 112013017214306-pat00001

반대로, 상부 압전체(341~344)와 하부 압전체(351~354)에 전압을 인가하여, 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스(300)가 화살표의 일축 방향으로 변위를 발생시키는 액추에이터로 동작할 수 있다. Conversely, by applying a voltage to the upper piezoelectric bodies 341 to 344 and the lower piezoelectric bodies 351 to 354, the MEMS device 300 according to the third embodiment can operate as an actuator that generates a displacement in the direction of one axis of the arrow .

이에 따라, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 디바이스(300)는 상부 압전체(341~344)와 하부 압전체(351~354)를 이용하여 가속도 센서 또는 압력 센서로 기능하거나, 또는 일축 방향으로 공진하는 액추에이터로 기능을 수행할 수 있다.
Accordingly, the MEMS device 300 according to the third embodiment of the present invention functions as an acceleration sensor or a pressure sensor by using the upper piezoelectric bodies 341 to 344 and the lower piezoelectric bodies 351 to 354, The actuator can be used to perform the function.

이하, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스에 대해 도 6a와 도 6b를 참조하여 설명한다. 도 6a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 평면도이고, 도 6b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도이다. 여기서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)는 각속도를 검출하는 각속도 센서 및 액츄에이터의 기능을 수행할 수 있는 MEMS 디바이스에 관한 것이다. Hereinafter, a MEMS device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. FIG. 6A is a plan view of a MEMS device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view of a MEMS device according to a fourth embodiment of the present invention. Here, the MEMS device 400 according to the fourth embodiment of the present invention relates to an angular velocity sensor for detecting angular velocity and a MEMS device capable of performing the functions of an actuator.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)는 제 1 질량체(421-1), 제 1 질량체(421-1)에 둘러싸이고 다수의 내측 가요부(441)에 의해 제 1 질량체(421-1)에 연결되어 중앙에 구비된 제 2 질량체(421-2), 제 1 질량체(421-1)의 상측 외부면에 구비되어 지지부(411,412)에 연결된 제1 가요부인 다수의 상부 외측 가요부(431), 및 제2 가요부인 다수의 상부 외측 가요부(431)에 중첩하고 제 1 질량체(421-1)의 하측 외부면에 구비되어 지지부(411,412)에 연결된 다수의 하부 외측 가요부(451)를 포함한다. The MEMS device 400 according to the fourth embodiment of the present invention includes the first mass body 421-1 and the first mass body 421-1 surrounded by the plurality of inner flexible portions 441, A first mass portion 421-2 provided at the center of the first mass body 421-1 connected to the first mass portion 421-1 and a plurality of upper outer flexible portions 421-2 provided on the upper outer surface of the first mass body 421-1, A plurality of lower outer flexible portions 451 which are provided on the lower outer surface of the first mass body 421-1 and which are connected to the supporting portions 411 and 412 and which overlap the plurality of upper outer flexible portions 431 which are the second flexible portions, ).

제 1 질량체(421-1)는 내부 공간을 갖는 사각통형의 부재이고, 그 내부 공간의 상측에 다수의 내측 가요부(441)를 매개로 하여 제 2 질량체(421-2)를 둘러싸며 구비한다. The first mass body 421-1 is a rectangular tubular member having an inner space and surrounds the second mass body 421-2 via a plurality of inner flexible portions 441 on the upper side of the inner space of the first mass body 421-1 .

상부 외측 가요부(431)는 제 1 질량체(421-1)의 상측 외부면과 지지부 사이에 연결되고, 상면에 상부 구동 전극(430)을 구비하여 제 제 2 질량체(421-2)에 코리올리힘(F)을 발생시켜 진동시키기 위해 제 1 질량체(421-1)를 구동하게 한다. The upper outer flexible portion 431 is connected between the upper outer surface of the first mass body 421-1 and the supporter and the upper driving electrode 430 is provided on the upper surface of the second mass body 421-2 to apply a Coriolis force (F) and causes the first mass body 421-1 to drive to vibrate.

내측 가요부(441)는 제 2 질량체(421-2)의 움직임에 따라 탄성 변형하는 멤브레인 형태 또는 브리지 형태를 갖는 탄성 부재로서, 예를 들어 도 6a에 도시된 바와 같이 4개의 브리지로 구비되어 제 1 질량체(421-1)와 제 2 질량체(421-2) 사이에 연결될 수 있다. 이러한 내측 가요부(441)는 상면에 감지 전극(440)을 구비하여, 제 2 질량체(421-2)에 발생한 코리올리힘(F)에 따른 각속도를 검출하게 된다. The inner flexible portion 441 is an elastic member having a membrane shape or a bridge shape that is elastically deformed in accordance with the movement of the second mass body 421-2. For example, the inner flexible portion 441 is provided with four bridges as shown in Fig. 1 mass body 421-1 and the second mass body 421-2. The inner flexible portion 441 is provided with a sensing electrode 440 on the upper surface thereof to detect the angular velocity according to the Coriolis force F generated in the second mass body 421-2.

하부 외측 가요부(451)는 도 6b에 도시된 바와 같이 상부 외측 가요부(431)에 중첩하여 제 1 질량체(421-1)의 하측 외부면과 지지부 사이에 연결되고, 상부 외측 가요부(431)와 마찬가지로 제 1 질량체(421-1)를 진동시키기 위한 하부 구동 전극(450)을 하면에 구비한다. The lower outer flexible portion 451 is connected between the lower outer surface of the first mass body 421-1 and the supporting portion in such a manner as to overlap the upper outer flexible portion 431 as shown in FIG. 6B, and the upper outer flexible portion 431 A lower driving electrode 450 for vibrating the first mass body 421-1 is provided on the bottom surface.

이와 같은 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)는 예컨대, X축을 기준으로 회전하는 제 2 질량체(421-2)의 각속도(ΩX)를 측정하기 위한 코리올리힘(F)을 발생시키기 위해서, 4개의 상부 외측 가요부(431-1,431-2,431-3,431-4)를 이용하여 제 2 질량체(421-2)를 X축에 수직인 Z축과 같은 일축 방향으로 진동시켜야 한다. 이러한 코리올리힘(F)은 "F = 2mΩZVX" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 제 2 질량체(421-2)에 작용하는 코리올리힘, "m"은 제 2 질량체(421-2)의 질량, "ΩX"는 측정하고자 하는 일축의 각속도, "VZ"는 제 2 질량체(421-2)의 진동 속도이다. In order to generate the Coriolis force F for measuring the angular velocity OX of the second mass body 421-2 that rotates about the X axis, the MEMS device 400 according to the fourth embodiment has four The second mass body 421-2 must be vibrated in the uniaxial direction such as the Z axis perpendicular to the X axis by using the upper outer flexible portions 431-1, 431-2, 431-3, 431-4. Here, "F" is a Coriolis force acting on the second mass 421-2, "m" is a second Coriolis force acting on the second mass 421-2, Quot; XX "is the uniaxial angular velocity to be measured, and" VZ "is the vibration velocity of the second mass body 421-2.

이때, 제 2 질량체(421-2)의 질량(m)과 진동속도(VZ)는 이미 인지하고 있는 값이므로, 감지 전극(440)을 통해 코리올리힘(F)을 측정하면 X축을 기준으로 회전하는 각속도(ΩZ)를 검출할 수 있다. Since the mass m of the second mass body 421-2 and the vibration velocity VZ are already known values, if the Coriolis force F is measured through the sensing electrode 440, The angular speed? Z can be detected.

또한, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)는 상부 외측 가요부(431)의 상부 구동 전극(430)과 하부 외측 가요부(451)의 하부 구동 전극(450)을 이용하여, 일축 방향으로 공진하는 액추에이터로서 동작할 수도 있다. The MEMS device 400 according to the fourth embodiment of the present invention uses the upper driving electrode 430 of the upper outer flexible portion 431 and the lower driving electrode 450 of the lower outer flexible portion 451, But may also act as an actuator resonating in the uniaxial direction.

따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)는 내측 가요부(441)에 구비된 감지 전극(440)을 통해 각속도를 검출하는 각속도 센서, 또는 상부 외측 가요부(431)의 상부 구동 전극(430)과 하부 외측 가요부(451)의 하부 구동 전극(450)을 통해 액추에이터로서 기능을 수행할 수 있다.
Therefore, the MEMS device 400 according to the fourth embodiment of the present invention is an angular velocity sensor for detecting the angular velocity through the sensing electrode 440 provided on the inner flexible portion 441, or an angular velocity sensor for detecting the angular velocity of the upper outer flexible portion 431 The driving electrode 430 and the lower driving electrode 450 of the lower outer flexible portion 451 can function as an actuator.

이하, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스에 대해 도 7a와 도 7b를 참조하여 설명한다. 도 7a는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 평면도이고, 도 7b는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스의 단면도이다. 여기서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스(500)는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)와 동일한 기능으로 각속도를 검출하는 각속도 센서 및 액츄에이터의 기능을 수행할 수 있는 다른 형태의 MEMS 디바이스에 관한 것이다. Hereinafter, a MEMS device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A and 7B. FIG. 7A is a plan view of a MEMS device according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view of a MEMS device according to a fifth embodiment of the present invention. Here, the MEMS device 500 according to the fifth embodiment of the present invention has the same functions as the MEMS device 400 according to the fourth embodiment of the present invention, and is capable of performing the functions of the angular velocity sensor and the actuator for detecting the angular velocity Lt; RTI ID = 0.0 > MEMS < / RTI >

본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스(500)는 내부 공간을 갖는 사각통형의 단면을 갖는 제 1 질량체(521-1), 제 1 질량체(521-1)에 둘러싸이고 멤브레인 형태의 내측 가요부(540)에 의해 제 1 질량체(421-1)에 연결되어 중앙에 구비된 제 2 질량체(521-2), 제 1 질량체(521-1)의 양측 상부 외부면에 구비되어 지지부(511,512)에 연결된 제1 가요부인 상부 외측 가요부(531-1,531-2), 및 다수의 상부 외측 가요부(531-1,531-2)에 중첩하고 제 1 질량체(521-1)의 양측 하부 외부면과 지지부(511,512) 사이에 연결된 제2 가요부인 하부 외측 가요부(551-1,551-2)를 포함한다. The MEMS device 500 according to the fifth embodiment of the present invention includes a first mass body 521-1 having a rectangular tubular cross-section with an internal space, an inner can body 521-1 surrounded by the first mass body 521-1, The second mass body 521-2 connected to the first mass body 421-1 by the first mass body 540 and the second mass body 521-2 provided at the center and the supporting portions 511 and 512 provided on the upper outer surfaces of both sides of the first mass body 521-1, And the upper outer flexible portions 531-1 and 531-2 which are the first flexible members connected to the lower outer side surfaces of the first mass body 521-1 and the upper outer side flexible portions 531-1 and 531-2, And lower outer flexible portions 551-1 and 551-2, which are second flexible portions connected between the first and second flexible portions 511 and 512, respectively.

제 1 질량체(521-1)는 원형의 내부 공간을 갖는 사각통 단면의 부재이고, 그 내부 공간의 상측에 멤브레인 형태의 내측 가요부(540)를 매개로 하여 원통형의 제 2 질량체(521-2)를 둘러싸며 구비한다. The first mass body 521-1 is a member having a rectangular cross section with a circular inner space and is formed on the upper side of the inner space with a cylindrical second mass body 521-2 through an inner flexible portion 540 in the form of a membrane. .

상부 외측 가요부(531-1,531-2)는 제 1 질량체(521-1)의 상부 외부면 양측과 좌,우 지지부(511,512) 사이를 서로 연결하고, 제 1 질량체(521-1)를 구동시키기 위한 상부 구동 전극(530)을 상면에 구비한다. The upper outer flexible portions 531-1 and 531-2 connect the upper outer surface of the first mass body 521-1 and the left and right support portions 511 and 512 to each other to drive the first mass body 521-1 An upper driving electrode 530 is formed on the upper surface.

내측 가요부(540)는 예컨대, 실리콘 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 이용하여 형성될 수 있고, 상면에 제 2 질량체(421-2)의 진동에 따른 각 축방향의 각속도를 검출하기 위한 감지 전극(541)을 구비한다. The inner flexible portion 540 may be formed using, for example, a silicon or an SOI (Silicon On Insulator) substrate, and may have on its upper surface a sensing portion 420 for sensing the angular velocity in each axial direction in accordance with the vibration of the second mass 421-2 And an electrode 541.

하부 외측 가요부(551-1,551-2)는 도 7b에 도시된 바와 같이 상부 외측 가요부(531-1,531-2)에 중첩하여 제 1 질량체(521-1)의 하측 외부면 양측과 지지부(511,512) 사이에 연결되고, 상부 외측 가요부(531-1,531-2)와 마찬가지로 제 1 질량체(521-1)를 진동시키기 위한 하부 구동 전극(550)을 하면에 구비한다. As shown in Fig. 7B, the lower outer flexible portions 551-1 and 551-2 overlap the upper outer flexible portions 531-1 and 531-2 and extend to both sides of the lower outer surface of the first mass body 521-1 and the supporting portions 511 and 512 And a lower driving electrode 550 for vibrating the first mass body 521-1 like the upper outer flexible portions 531-1 and 531-2 is provided on the bottom surface.

이와 같은 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스(500)는 회전하는 제 2 질량체(521-2)의 각속도(ΩX)를 측정하기 위한 코리올리힘(F)을 발생시키기 위해, 상부 외측 가요부(531-1,531-2)의 상부 구동 전극(530)과 하부 외측 가요부(551-1,551-2)의 하부 구동 전극(550)을 이용하여 제 1 질량체(521-1)를 Z축 방향으로 구동시킨다. The MEMS device 500 according to the fifth embodiment has the upper outer flexible portion 531-i to generate the Coriolis force F for measuring the angular velocity? X of the rotating second mass 521-2. The first mass body 521-1 is driven in the Z-axis direction by using the upper driving electrode 530 of the lower outer flexible portion 5531-1 and the lower driving electrode 550 of the lower outer flexible portion 551-1 and 551-2.

이때, 제 2 질량체(521-2)의 각속도(ΩX)는 코리올리힘(F)에 관한 "F = 2mΩZVZ" 식에 의해 구할 수 있고, 여기서 "F"는 제 2 질량체(521-2)에 작용하는 코리올리힘, "m"은 제 2 질량체(521-2)의 질량, "ΩX"는 측정하고자 하는 일축의 각속도, "VZ"는 제 2 질량체(521-2)의 진동 속도이다. At this time, the angular speed OMX of the second mass body 521-2 can be obtained by the expression "F = 2mΩZVZ" concerning the Coriolis force F, where "F" acts on the second mass body 521-2 Quot; is the mass of the second mass body 521-2, "? X" is the uniaxial angular velocity to be measured, and "VZ" is the vibration velocity of the second mass body 521-2.

이러한 식에서 제 2 질량체(521-2)의 질량(m)과 진동속도(VZ)는 이미 인지하고 있는 값이므로, 감지 전극(541)을 통해 코리올리힘(F)을 측정하면 일축을 기준으로 회전하는 각속도(ΩZ)를 검출할 수 있다. Since the mass m and the vibration velocity VZ of the second mass body 521-2 are already known in this equation, if the Coriolis force F is measured through the sensing electrode 541, The angular speed? Z can be detected.

반면에, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스(500)는 상부 외측 가요부(531-1,531-2)의 상부 구동 전극(530)과 하부 외측 가요부(551-1,551-2)의 하부 구동 전극(550)을 이용하여, 일축 방향으로 공진하는 액추에이터로서 기능을 수행할 수 있다. The MEMS device 500 according to the fifth embodiment of the present invention has a structure in which the upper driving electrode 530 of the upper outer flexible portions 531-1 and 531-2 and the lower driving electrode 530 of the lower outer flexible portions 551-1 and 551-2 The function as the actuator resonating in the uniaxial direction can be performed using the driving electrode 550. [

따라서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 MEMS 디바이스(500)는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 MEMS 디바이스(400)와 마찬가지로, 내측 가요부(540)에 구비된 감지 전극(541)을 통해 각속도를 검출하는 각속도 센서, 또는 상부 외측 가요부(531-1,531-2)의 상부 구동 전극(530)과 하부 외측 가요부(551-1,551-2)의 하부 구동 전극(550)을 통해 액추에이터로서 기능을 수행할 수 있다.
Accordingly, the MEMS device 500 according to the fifth embodiment of the present invention is similar to the MEMS device 400 according to the fourth embodiment of the present invention, except that the sensing electrode 541 provided on the inner flexible portion 540 An angular velocity sensor for detecting the angular velocity or an actuator functioning as an actuator through the upper driving electrode 530 of the upper outer flexible portions 531-1 and 531-2 and the lower driving electrode 550 of the lower outer flexible portions 551-1 and 551-2 Can be performed.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification and the modification are possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100,200,300,400,500: MEMS 디바이스
110: 지지부
120: 질량체
131,231: 제 1 가요부
132,232: 제 2 가요부
211: 제 1 지지부
212: 제 2 지지부
221: 제 1 질량체
222: 제 2 질량체
241: 제 1 압전체
242: 제 2 압전체
341~344: 상부 압전체
351~354: 하부 압전체
100, 200, 300, 400, 500: MEMS device
110: Support
120: mass
131, 231:
132,232: a second flexible portion
211: first support portion
212: second support portion
221: First mass
222: second mass
241:
242:
341 to 344: upper piezoelectric body
351 to 354: Lower piezoelectric body

Claims (12)

질량체;
상기 질량체의 일면에 접합된 제 1 가요부와, 상기 질량체의 타면에 접합된 제 2 가요부를 포함하는 가요부; 및
상기 질량체가 부상되도록 가요부의 단부가 고정되는 지지부를 포함하고,
상기 제1 가요부의 일면에는 제1 압전체가 구비되고, 제2 가요부의 일면에 제2 압전체가 구비되고,
상기 제1 가요부의 제1 압전체에는 제1 구동전극과 제1 감지전극 중에서 적어도 하나가 구비되고,
상기 제2 가요부의 제2 압전체에는 제2 구동전극과 제2 감지전극 중에서 적어도 하나가 구비되고,
상기 제1 구동전극과 제2 구동 전극을 이용하여 액추에이터(Actuator) 동작을 수행하거나, 상기 제1 구동전극 및 제2 구동 전극과 제1 감지전극 및 제2 감지 전극을 이용하여 각속도를 검출하는 MEMS 디바이스.
Mass;
A flexible portion including a first flexible portion joined to one surface of the mass body and a second flexible portion bonded to the other surface of the mass body; And
And a support portion to which an end of the flexible portion is fixed so that the mass is lifted,
A first piezoelectric body is provided on one surface of the first flexible portion, a second piezoelectric body is provided on one surface of the second flexible portion,
Wherein at least one of the first driving electrode and the first sensing electrode is provided in the first piezoelectric member of the first flexible portion,
Wherein at least one of the second driving electrode and the second sensing electrode is provided in the second piezoelectric member of the second flexible portion,
An actuator for performing an actuator operation using the first driving electrode and the second driving electrode or a MEMS sensor for detecting an angular velocity using the first driving electrode and the second driving electrode and the first sensing electrode and the second sensing electrode, device.
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 가요부와 제 2 가요부가 멤브레인(membrane) 형태 또는 브리지(Bridge) 형태로 서로 중첩 구비되는 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the first flexible portion and the second flexible portion are overlapped with each other in the form of a membrane or a bridge.
청구항 1에 있어서,
상기 질량체는 일축 방향으로 서로 중첩하거나 또는 맞닿은 제 1 질량체와 제 2 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method according to claim 1,
Wherein the mass body includes a first mass and a second mass that overlap or abut against each other in the uniaxial direction.
삭제delete 청구항 3에 있어서,
상기 가요부는
상기 제 1 질량체의 상면에 접합하고 다수의 상부 압전체를 일면에 구비하며 제 1 지지부에 연결 고정된 제 1 가요부; 및
상기 제 1 질량체의 하면에 맞닿아 상기 제 2 질량체의 상면에 접합하고 다수의 하부 압전체를 일면에 구비하며 제 2 지지부에 연결 고정된 제 2 가요부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method of claim 3,
The flexible portion
A first flexible portion joined to an upper surface of the first mass body and having a plurality of upper piezoelectric bodies on one surface thereof and fixedly connected to the first support portion; And
A second flexible portion joined to an upper surface of the second mass body in contact with a lower surface of the first mass body and having a plurality of lower piezoelectric bodies on one surface thereof and fixedly connected to a second support portion;
The MEMS device comprising: a substrate;
삭제delete 질량체부;
상기 질량체부의 일단면에 접합된 제1 가요부와,
상기 질량체부의 타단면에 접합된 제2 가요부를 포함하는 가요부; 및
상기 질량체가 부상되도록 상기 제1 가요부 및 제2 가요부의 단부가 결합된 지지부를 포함하고,
상기 질량체부는
제 1 질량체와, 상기 제 1 질량체에 내재되는 제2 질량체와, 상기 제1 질량체와 제2 질량체를 연결하는 내측가요부를 포함하고,
상기 내측 가요부에는 상기 제 2 질량체의 각속도를 검출하기 위한 감지 전극이 구비되고,
상기 제1 가요부에는 일면에 상기 제 1 질량체를 구동시키기 위한 상부 구동전극을 구비되고, 상기 제2 가요부에는 일면에 상기 제 1 질량체를 구동시키기 위한 하부 구동전극이 구비되는 MEMS 디바이스.
Mass body;
A first flexible portion joined to one end face of the mass body,
A flexible portion including a second flexible portion joined to the other end surface of the mass body; And
And a support portion to which the end portions of the first flexible portion and the second flexible portion are coupled so that the mass moves up,
The mass portion
A first mass body, a second mass body embedded in the first mass body, and an inner flexible portion connecting the first mass body and the second mass body,
Wherein the inner flexible portion is provided with a sensing electrode for detecting the angular velocity of the second mass body,
Wherein the first flexible portion is provided with an upper driving electrode for driving the first mass body on one surface thereof and the lower flexible electrode is provided with a lower driving electrode for driving the first mass body on one surface thereof.
청구항 7에 있어서,
상기 제 1 질량체는 내부 공간을 갖는 통형 부재인 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method of claim 7,
Wherein the first mass is a cylindrical member having an inner space.
청구항 7에 있어서,
상기 내측 가요부는 멤브레인(membrane) 형태 또는 브리지(Bridge) 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method of claim 7,
Wherein the inner flexible portion is formed in the form of a membrane or a bridge.
삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 MEMS 디바이스는 상기 상부 구동전극과 하부 구동전극을 이용하여 액추에이터로 동작하는 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method of claim 7,
Wherein the MEMS device operates as an actuator using the upper driving electrode and the lower driving electrode.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 가요부는 상기 제 1 질량체의 상측 외부면 양측에서 각각 상기 지지부에 대칭으로 연결되는 것을 특징으로 하는 MEMS 디바이스.
The method of claim 7,
Wherein the first flexible portion is symmetrically connected to the support portion on both sides of the upper outer surface of the first mass body.
KR20130020555A 2013-02-26 2013-02-26 Micro Electro Mechanical Systems device KR101482378B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130020555A KR101482378B1 (en) 2013-02-26 2013-02-26 Micro Electro Mechanical Systems device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130020555A KR101482378B1 (en) 2013-02-26 2013-02-26 Micro Electro Mechanical Systems device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140106247A KR20140106247A (en) 2014-09-03
KR101482378B1 true KR101482378B1 (en) 2015-01-13

Family

ID=51754767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130020555A KR101482378B1 (en) 2013-02-26 2013-02-26 Micro Electro Mechanical Systems device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101482378B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170012713A (en) * 2015-07-22 2017-02-03 한국항공우주연구원 Switching module and method of switching status automatic conformation using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013130A (en) * 2001-08-07 2003-02-14 한국과학기술연구원 High sensitive cantilever sensor and method for fabrication thereof
US20030196490A1 (en) * 2002-04-17 2003-10-23 Donato Cardarelli MEMS-integrated inertial measurement units on a common substrate
JP2009192400A (en) * 2008-02-15 2009-08-27 Wacoh Corp Angular velocity sensor
KR20090107932A (en) * 2008-04-10 2009-10-14 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 Systems and methods for acceleration and rotational determination from an in-plane and out-of-plane mems device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030013130A (en) * 2001-08-07 2003-02-14 한국과학기술연구원 High sensitive cantilever sensor and method for fabrication thereof
US20030196490A1 (en) * 2002-04-17 2003-10-23 Donato Cardarelli MEMS-integrated inertial measurement units on a common substrate
JP2009192400A (en) * 2008-02-15 2009-08-27 Wacoh Corp Angular velocity sensor
KR20090107932A (en) * 2008-04-10 2009-10-14 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 Systems and methods for acceleration and rotational determination from an in-plane and out-of-plane mems device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170012713A (en) * 2015-07-22 2017-02-03 한국항공우주연구원 Switching module and method of switching status automatic conformation using the same
KR101714175B1 (en) * 2015-07-22 2017-03-09 한국항공우주연구원 Switching module and method of switching status automatic conformation using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140106247A (en) 2014-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4687577B2 (en) Inertial sensor
JP5037690B2 (en) Micro electromechanical system
JP5301767B2 (en) Inertial sensor
US20090322183A1 (en) Inertial sensor and inertial detecting device
US8250916B2 (en) Inertial sensor
JP2010071793A (en) Multiaxial acceleration sensor and angular velocity sensor
KR20130142116A (en) Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
WO2013179647A2 (en) Physical amount sensor
FI126070B (en) Improved ring gyroscope design and gyroscope
US20230314469A1 (en) Mems tri-axial accelerometer with one or more decoupling elements
CN107003333B9 (en) MEMS sensor and semiconductor package
KR20180003465A (en) Damping of a sensor
US9052333B2 (en) Sensor capable of measuring acceleration, angular velocity, and DC acceleration
EP2762893B1 (en) Mems resonant accelerometer
JP2013125025A (en) Inertia sensor and acceleration measuring method using the same
JP6627663B2 (en) Physical quantity sensor
KR101482378B1 (en) Micro Electro Mechanical Systems device
JP5816320B2 (en) MEMS element
Tsai et al. Design and analysis of a tri-axis gyroscope micromachined by surface fabrication
TWI600883B (en) Improved gyroscope structure and gyroscope device
KR20130098059A (en) Inertial sensor
KR20120062390A (en) Inertial sensor
KR100593534B1 (en) 2-D Semiconductor Gyroscope Sensing Structure
KR20140028991A (en) Overlay type inertial sensor and control methode thereof
JP2008261772A (en) Inertia force sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee