KR101516069B1 - 관성센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 관성센서는 질량체와, 전극 또는 압저항 소자 배치되고, 상기 질량체가 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔에 연결되고, 상기 질량체가 부상되도록 가요성 빔을 지지하는 지지부와, 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고, 상기 질량체에 대향되는 상기 하부커버 일면에 쿠션층이 형성되고, 상기 쿠션층은 상기 하부커버의 일부영역에 형성된다.

Description

관성센서{Inertial Sensor}
본 발명은 관성센서에 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.
또한, 종래기술에 따른 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.
관성센서의 일예로서, 선행기술문헌을 포함한 종래기술에 따른 압저항방식의 가속도 센서는 감도증가를 위해 빔의 면적을 축소하다보니 충격에 취약하고, 특히 낙하 신뢰성이 저하되는 문제점을 지니고 있다.
US 20060156818 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 관점은 질량체에 대향되는 하부커버의 일부 영역에 쿠션층이 형성되어, 충격을 완화기능을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 쿠션층은 질량체의 과도한 변위를 제한하기 위한 스토퍼의 기능을 수행하는 관성센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 관성센서는 질량체와, 전극 또는 압저항 소자 배치되고, 상기 질량체가 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔에 연결되고, 상기 질량체가 부상되도록 가요성 빔을 지지하는 지지부와, 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고, 상기 질량체에 대향되는 상기 하부커버 일면에 쿠션층이 형성되고, 상기 쿠션층은 상기 하부커버의 일부영역에 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 쿠션층은 상기 질량체의 중심부에 대응되도록 상기 하부커버에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 쿠션층은 폴리머(polymer)가 패터닝되어 하부기판에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 질량체는 중심 질량체와, 상기 중심 질량체를 중심으로 사방으로 연장되도록 형성된 제1 주변 질량체, 제2 주변 질량체, 제3 주변 질량체 및 제4 주변 질량체를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 중심 질량체에 대향된 중심 쿠션층, 제1 주변 질량체에 대향된 제1 주변 쿠션층와, 제2 주변 질량체에 대향된 제2 주변 쿠션층, 제3 주변 질량체에 대향된 제3 쿠션층 및 제4 주변 질량체에 대향된 제4 쿠션층를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 중심 쿠션층, 상기 제1 주변 쿠션층와, 상기 제2 주변 쿠션층, 상기 제3 쿠션층 및 상기 제4 쿠션층은 폴리머(polymer)가 패터닝되어 하부기판에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 전극 또는 압저항 소자를 커버하도록 상기 가요성 빔의 일면에 결합된 상부커버를 더 포함할 수 있다.
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 질량체에 대향되는 하부커버의 일부 영역에 쿠션층이 형성되어, 충격을 완화기능을 보다 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 쿠션층은 질량체의 과도한 변위를 제한하기 위한 스토퍼의 기능을 수행하는 관성센서를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 관성센서의 개략적인 A-A' 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관성센서에 있어서, 질량체 및 쿠션층을 도시한 평면도.
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 관성센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 관성센서의 개략적인 A-A' 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 관성센서(100)는 가요성 빔(110), 질량체(120), 지지부(130), 쿠션층(140) 및 하부커버(150)를 포함한다.
그리고 상기 가요성 빔(110)는 판상으로 형성되고, 상기 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 멤브레인, 빔 등의 가요성 기판으로 이루어진다.
또한, 상기 가요성 빔(110)의 일면에는 각속도 센서로 구현되기 위해 구동전극 및 감지전극이 형성되거나, 가속도 센서로 구현되기 위해 압저항 소자(111)가 결합될 수 있다.
그리고 상기 질량체(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 질량체(120)가 변위가능하도록 부상상태로 지지된다.
이때, 상기 질량체(120)은 가요성 빔(110)의 중앙부에 위치되고, 상기 지지부(130)는 중공(中空)형으로 형성되어, 상기 질량체(120)가 변위가능하도록 중공부에 위치되고, 상기 지지부(130)은 가요성 빔(110)의 테두리부에 위치됨에 따라, 상기 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
또한, 상기 질량체(120)는 사각기둥 형상으로 형성될 수 있고, 상기 지지부(130)는 원기둥 또는 사각기둥형상으로 이루어질 수 있다. 아울러, 상기 질량체(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 질량체(120)는 외력에 의해 모멘트가 발생되어 이동되고, 가요성 빔(110)의 압저항 소자(111)는 질량체(120)의 변위에 의해 저항값이 변화되고, 상기 저항값을 검출하여 가속도를 산출한다.
또한, 상기 하부커버(150)는 상기 질량체(120)를 커버하도록 상기 지지부(130)의 일면에 결합된다. 그리고 상기 지지부(130)에 상기 하부커버(150)를 결합하기 위해 본딩제(B)가 도포될 수 있고, 상기 본딩제(B)의 두께에 의해 상기 질량체(120)와 상기 하부커버(150)의 간격이 결정될 수 있다.
또한, 하부커버와 지지부를 결합시키기 위해 폴리머의 패터닝을 통해 구현될 수 있다. 그리고 상기 폴리머의 패터닝을 통해 보다 정확한 설계, 제어 및 기술구현이 가능하게 된다.
그리고 상기 질량체(120)에 대향하는 상기 하부커버(150)의 일면에는 쿠션층(140)이 형성된다. 그리고 상기 쿠션층(140)은 상기 질량체(120)가 외력에 의해 상기 하부커버(130)와의 충돌될 경우, 충격을 완화시키기 위한 것이다. 또한 상기 쿠션층(140)은 상기 질량체(120)의 과도한 변위를 제한하기 위한 스토퍼의 기능도 수행한다.
또한 상기 쿠션층(140)은 상기 질량체(120)에 대향되도록 상기 하부커버(150)의 전면에 형성되지 않고, 일부 영역에 부분적으로 형성된다. 이는 면적에 따라 댐핑력이 저하되는 특징을 고려한 것이다.
이에 따른 일실시예로서 도 1 및 도 2는 질량체(120)의 중심부에 대응되도록 상기 하부커버(150)의 일부영역에 쿠션층(140)이 형성된 것을 도시한 것이다.
그리고 상기 쿠션층(140)은 폴리머가 패터닝되어 형성될 수 있다.
한편, 상술한 가요성 빔(110), 질량체(120) 및 지지부(130)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정이 용이한 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 선택적으로 식각하여 형성할 수 있다.
따라서, 질량체(120)와 가요성 빔(110) 사이와, 지지부(130)와 가요성 빔(110) 사이에는 SOI 기판의 실리콘 산화막(미도시)이 잔존할 수 있다. 다만, 가요성 빔(110), 질량체(120) 및 지지부(130)는 반드시 SOI 기판을 식각하여 형성하여야 하는 것은 아니고, 일반적인 실리콘 기판 등을 식각하여 형성할 수도 있다.
또한, 상기 지지부(130)에는 센싱 신호등의 입출력을 위한 전극패드(131)가 더 형성될 수 있다.
이에 더하여 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서는 가요성 빔에 형성된 구동 및 감지전극 또는 압저항 소자를 커버하도록 상기 가요성 빔의 일면에 결합되는 상부커버를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 가요성 빔에 상부커버를 결합하기 위해 본딩제가 도포될 수 있고, 상기 본딩제의 두께에 의해 상기 가요성 빔과 상부커버와의 간격이 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관성센서에 있어서, 질량체 및 쿠션층을 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 다른 실시예에 따른 관성센서는 일실시예에 따른 관성센서와 비교하여 쿠션층의 형상만이 상이하다. 이에 따라 일실시예에 따른 관성센서를 통해 전술한 바 동일 기술구성의 설명은 생략하고, 질량체 및 쿠션층의 형상 및 유기적인 결합만을 기재한다.
보다 구체적으로, 다른 실시예에 따른 관성센서의 질량체(220)에 대향되어 쿠션층(240)이 형성된다.
그리고 상기 쿠션층은 상기 질량체(220)의 중심부와 가장자리부에도 형성된다. 즉, 상기 질량체(220)는 중심 질량체(221), 제1 주변 질량체(222), 제2 주변 질량체(223), 제3 주변 질량체(224) 및 제4 주변 질량체(225)를 포함한다.
그리고 상기 제1 주변 질량체(222), 제2 주변 질량체(223), 제3 주변 질량체(224) 및 제4 주변 질량체(225)는 상기 중심 질량체를 중심으로 사방으로 연장되도록 형성된다.
그리고 상기 쿠션층은 상기 중심 질량체(221)에 대향된 중심 쿠션층(241), 제1 주변 질량체(222)에 대향된 제1 주변 쿠션층(242)와, 제2 주변 질량체(223)에 대향된 제2 주변 쿠션층(243), 제3 주변 질량체(224)에 대향된 제3 쿠션층(244) 및 제4 주변 질량체(225)에 대향된 제4 쿠션층(245)를 포함한다.
또한, 상기 중심 쿠션층(241), 제1 주변 쿠션층(242), 제3 주변 쿠션층(243) 및 제4 주변 쿠션층(245)은 폴리머(polymer)가 패터닝되어 상기 하부기판에 형성될수 있다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 상기 질량체(220)는 외력등에 의해 설정범위 이상으로 변위될 경우, 상기 중심 쿠션층(241), 제1 주변 쿠션층(242), 제3 주변 쿠션층(243) 및 제4 주변 쿠션층(245)에 의해 하나의 또는 복수개의 쿠션층에 의해 동시에 댐핑되고, 상기 중심 쿠션층(241), 제1 주변 쿠션층(242), 제3 주변 쿠션층(243) 및 제4 주변 쿠션층(245)은 일체로 형성되지 않은바, 일체의 층으로 형성된 쿠션층에 비하여 향상된 댐핑력으로 구현된다.
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 : 관성센서 110 : 가요성 빔
120 : 질량체 130 : 지지부
131 : 전극패드 140 : 쿠션층
B : 본딩부 221 : 중심 질량체,
222 : 제1 주변 질량체 223 : 제2 주변 질량체
224 : 제3 주변 질량체 225 : 제4 주변 질량체
241 : 중심 쿠션층 242 : 제1 주변 쿠션층
243 : 제3 주변 쿠션층 245 : 제4 주변 쿠션층

Claims (7)

  1. 질량체;
    전극 또는 압저항 소자 배치되고, 상기 질량체가 결합된 가요성 빔;
    상기 가요성 빔에 연결되고, 상기 질량체가 부상되도록 가요성 빔을 지지하는 지지부; 및
    상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 폴리머의 패터닝에 의한 본딩제에 의해 결합된 하부커버를 포함하고,
    상기 질량체에 대향되는 상기 하부커버 일면에 폴리머의 패터닝에 의해 쿠션층이 형성되고, 상기 쿠션층은 상기 하부커버의 일부영역에 형성되고
    상기 본딩제를 형성하는 폴리머와 상기 쿠션층을 형성하는 폴리머는 동일한 관성센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 쿠션층은
    상기 질량체의 중심부에 대응되도록 상기 하부커버에 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 쿠션층은 폴리머(polymer)가 패터닝되어 하부기판에 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 질량체는 중심 질량체와, 상기 중심 질량체를 중심으로 사방으로 연장되도록 형성된 제1 주변 질량체, 제2 주변 질량체, 제3 주변 질량체 및 제4 주변 질량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중심 질량체에 대향된 중심 쿠션층, 제1 주변 질량체에 대향된 제1 주변 쿠션층와, 제2 주변 질량체에 대향된 제2 주변 쿠션층, 제3 주변 질량체에 대향된 제3 쿠션층 및 제4 주변 질량체에 대향된 제4 쿠션층를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중심 쿠션층, 상기 제1 주변 쿠션층와, 상기 제2 주변 쿠션층, 상기 제3 쿠션층 및 상기 제4 쿠션층은 폴리머(polymer)가 패터닝되어 하부기판에 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 또는 압저항 소자를 커버하도록 상기 가요성 빔의 일면에 결합된 상부커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
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