KR101565684B1 - Mems 센서용 검출모듈 및 이를 포함하는 mems 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈은 질량체와, 상기 질량체와 이격되도록 구비된 고정부와, 상기 질량체와 고정부를 연결하는 가요부를 포함하고, 상기 가요부는 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 빔인 제1 가요부와, 상기 제1 가요부에 연장되고 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고 상기 질량체의 변위를 제안하는 힌지인 제2 가요부를 포함한다.

Description

MEMS 센서용 검출모듈 및 이를 포함하는 MEMS 센서{Detector module for MEMS Sensor and MEMS Sensor having the same}
본 발명은 MEMS 센서용 검출모듈 및 이를 포함하는 MEMS 센서에 관한 것이다.
최근, 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.
이러한 센서는 가속도, 각속도 또는 힘 등을 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출하며, 질량체에 직접 인가되는 외력을 측정하여 힘을 산출한다.
한편, 종래기술에 따른 센서는 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 질량체를 구동시키거나 질량체의 변위를 감지하기 위해서 X축 방향 및 Y축 방향으로 연장된 빔(Beam)이 구비된다. 하지만, 종래기술에 따른 센서는 X축 방향으로 연장된 빔과 Y축 방향으로 연장된 빔이 기본적으로 동일한 강성을 가지고 있으므로, 가속도 측정시 크로스토크(Crosstalk)가 발생하거나 각속도 측정시 공진모드의 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 크로스토크나 공진모드의 간섭으로 인하여, 종래기술에 따른 센서는 원하지 않는 방향의 힘이 검출되어, 감도가 저하될 뿐만 아니라, 빔이 기본적으로 병렬 강성 배치를 구현하므로 강성이 커지게 되어 감도가 저하되는 문제점이 존재한다
US 2009-0282918 A1
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 크로스토크나 공진모드의 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 가요부를 통해 강성을 낮추로 이로 인해 감도를 향상시킬 수 있는 MEMS 센서용 검출모듈 및 이를 포함하는 MEMS 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈은 질량체와, 상기 질량체와 이격되도록 구비된 고정부와, 상기 질량체와 고정부를 연결하는 가요부를 포함하고, 상기 가요부는 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 빔인 제1 가요부와, 상기 제1 가요부에 연장되고 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고 상기 질량체의 변위를 제안하는 힌지인 제2 가요부를 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제2 가요부는 상기 제1 가요부가 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, X축 방향의 폭이 Z축 방향의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지이고, Z축 방향의 폭이 Y축 방향의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제2 가요부는 X축 방향을 기준으로 상기 질량체의 무게중심에 대응되도록 위치될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제2 가요부는 제1 가요부에 일단면이 수직으로 결합되어 상기 가요부의 단면은 "T"자형으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제2 가요부의 타단면은 질량체의 하단면과 일면으로 위치될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 질량체의 변위에 의해 제1 가요부에는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부에는 비틀림응력이 발생된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는 선택적으로 상기 질량체의 변위를 감지하는 감지수단이 구비된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 감지수단은 복수의 압저항체와, 상기 압저항체를 연결하는 배선을 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 복수의 압저항체는 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체를 포함하고, 상기 복수의 압저항체는 같은 응력상태로 구현되는 압저항체 끼리 배선으로 연결된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 상기 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체 중에서 2개 또는 4개가 선택적으로 배선으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 질량체를 중심으로 양측에 제2 가요부가 각각 연결되고, 상기 제2 가요부에 각각 복수의 압저항체가 형성되고, 상기 복수의 압저항체는 상기 질량체를 통해 배선으로 연결될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈은 질량체와, 상기 질량체와 이격되도록 구비된 고정부와, 상기 질량체와 고정부를 연결하는 가요부를 포함하고, 상기 가요부는 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하는 빔인 제1 가요부와, 상기 제1 가요부에 연장되고 상기 질량체와 상기 고정부를 연결하고 상기 질량체의 변위를 제안하는 힌지인 제2 가요부를 포함하고, 상기 질량체의 변위를 검출하는 감지수단을 더 포함하고, 상기 감지수단은 상기 질량체의 일면에 형성된 전극부와, 상기 질량체의 전극부에 대향되어 상기 고정부에 형성된 전극부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체가 내재된 포스트와, 상기 질량체와 포스트를 연결하는 가요성 빔을 포함하고, 상기 가요성 빔은 상기 질량체와 상기 포스트를 연결하는 빔인 제1 가요부와, 상기 제1 가요부에 결합되고 상기 질량체와 상기 포스트를 연결하고 상기 질량체의 변위를 제안하는 힌지인 제2 가요부과, 상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에 선택적으로 구비되고, 상기 질량체의 변위를 감지하는 감지수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 상기 제1 가요부가 상기 질량체와 상기 포스트를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 가요부는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔이고, 상기 제2 가요부는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 상기 제2 가요부는 제1 가요부에 일단면이 수직으로 결합되어 가요성 빔의 단면은 "T"자형으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 상기 감지수단은 복수의 압저항체와, 상기 압저항체를 연결하는 배선을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 상기 복수의 압저항체는 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체를 포함하고, 상기 복수의 압저항체는 같은 응력상태로 구현되는 압저항체 끼리 배선으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체 중에서 2개 또는 4개가 선택적으로 배선으로 연결될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 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 따르면, 크로스토크나 공진모드의 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 가요부를 통해 강성을 낮추로 이로 인해 감도를 향상시킬 수 있는 MEMS 센서용 검출모듈 및 이를 포함하는 MEMS 센서를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈의 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈의 개략적인 A-A' 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 감지수단이 형성된 일실시예를 도시한 평면도.
도 4a는 도 3에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 감지수단의 연결배선의 제1 실시예를 도시한 부분 평면도.
도 4b는 도 3에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 감지수단의 연결배선의 제2 실시예를 도시한 부분 평면도.
도 4c는 도 3에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 감지수단의 연결배선의 제3 실시예를 도시한 부분 평면도.
도 4d는 도 3에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈에 있어서, 감지수단의 연결배선의 제4 실시예를 도시한 부분 평면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈의 개략적인 평면도.
도 6은 도 5에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈의 개략적인 B-B' 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈을 포함하는 일실시예에 따른 MEMS 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 8은 도 7에 도시한 MEMS 센서의 개략적인 사용상태도.
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, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈의 개략적인 A-A' 단면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 MEMS 센서용 검출모듈(10)은 질량체(11), 가요부(12) 및 고정부(13)를 포함한다.
또한, 상기 가요부(12)는 제1 가요부(12a) 및 제2 가요부(12b)를 포함하고, 상기 제1 가요부(12a)는 상기 질량체(11)와 상기 고정부(13)를 연결하는 빔으로 이루어지고, 상기 제2 가요부(12b)는 상기 제1 가요부(12a)가 상기 질량체(11)와 상기 고정부(13)를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장되고, 상기 질량체(11)와 상기 고정부(13)를 연결하고 상기 질량체(11)의 변위방향을 제한하는 힌지로 이루어진다.
이하, 각 구성요소의 세부형상 및 유기적 결합과 이에 따른 작용효과에 대하여 보다 자세히 기술한다.
보다 구체적으로, 상기 질량체(11)는 관성력, 코리올리힘, 외력 등에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 상기 제1 가요부(12a)와 제2 가요부(12b)를 통해서 고정부(13)에 연결된다.
그리고 상기 질량체(11)는 힘이 작용할 때 제1 가요부(12a)의 굽힘과 제2 가요부(12b)의 비틀림에 의해서 고정부(13)에 지지된 상태로 변위가 발생한다. 이때, 질량체(110)는 X축을 기준으로 회전하게 되는데, 이에 관련한 구체적인 내용은 후술하도록 한다.
또한, 질량체(11)는 사각기둥 형상으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원기둥 형상이나 팬(Fan) 형상 등 당업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 가요부(12)는 전술한 바와 같이 제1 가요부(12a)와 제2 가요부(12b)를 포함한다.
또한, 상기 제1 가요부(12a) 및 제2 가요부(12b)에는 선택적으로 감지수단이 구비되고, 상기 감지수단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등을 이용하도록 형성할 수 있다.
그리고 상기 제1 가요부(12a)는 전술한 바와 같이, 상기 질량체(11)와 상기 고정부(13)를 연결하는 빔으로 이루어진다. 이를 위해 상기 제1 가요부(12a)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 가요부는 X축 방향의 폭이 Z축 방향의 두께보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부에는 감지수단이 형성될 수 있다. 즉, XY 평면을 기준으로 보았을 때, 제1 가요부(12a)는 제2 가요부(12b)에 비하여 상대적으로 넓으므로, 제1 가요부(12a)에는 상기 질량체(11)의 변위를 감지하는 감지수단이 구비될 수 있다.
다음으로, 상기 제2 가요부(12b)는 전술한 바와같이, 상기 제1 가요부(12a)가 상기 질량체(11)와 상기 고정부(13)를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장되고, 상기 질량체(11)와 상기 고정부(13)를 연결하고 상기 질량체(11)의 변위방향을 제한하는 힌지로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제2 가요부(12b)는 도 2에 도시된 바와 같이 Y축 방향에 대하여 상단면은 제1 가요부(12a)에 결합되고, 도 1에 도시된 바와 같이 X축 방향에 대하여 일단면은 질량체(11)에 결합되고, 타단면은 지지부(13)에 결합된다. 또한, 도 2와 같이 단면으로 보았을 때 제2 가요부(12b)는 제1 가요부(12a)와 수직으로 결합되어 상기 가요부(12)는 "T"자형으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이 구현되도록, 상기 제2 가요부(12b)는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 가요부(12b)는 Z축 방향의 폭이 Y축 방향의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 가요부(12b)는 상기 제1 가요부(12a)의 X축 및 Y축에 의해 형성된 면의 Y축 방향에 대한 중앙부에 위치될 수 있다.
또한, 상기 제2 가요부(12b)는 X축 방향을 기준으로 상기 질량체(11)의 무게중심에 대응되도록 위치될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어짐에 따라, 상기 질량체(11)는 Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한되는 반면, X축을 기준으로 상대적으로 자유롭게 회전할 수 있다.
구체적으로, 제2 가요부(12b)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Y축을 기준으로 회전할 때의 강성이 클수록, 질량체(11)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Y축을 기준으로 회전하는 것이 제한된다.
이와 유사하게, 제2 가요부(12b)가 X축을 기준으로 회전할 때의 강성에 비해서 Z축 방향으로 병진할 때의 강성이 클수록, 질량체(11)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전할 수 있는 반면, Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다. 따라서, 제2 가요부(12b)의 (Y축을 기준을 회전할 때의 강성 또는 Z축 방향으로 병진할 때의 강성)/(X축을 기준으로 회전할 때의 강성) 값이 증가할수록, 질량체(11)는 X축을 기준으로 자유롭게 회전하는 반면, Y축을 기준으로 회전하거나 Z축 방향으로 병진하는 것이 제한된다.
그리고, 상기 질량체(11)가 X축을 회전중심(R)으로 회전될 경우, 제1 가요부(12a)에는 압축응력과 인장응력이 조합된 굽힘응력이 발생하고, 제2 가요부(12b)에는 X축을 기준으로 비틀림응력이 발생한다. 또한, 상기 질량체(11)가 X축을 기준으로 정확히 회전되도록, 제2 가요부(12b)는 X축 방향을 기준으로 질량체(11)의 무게중심(C)에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈(10)의 제1 가요부와 제2 가요부는 일체로 이루어질 수 있다.
다음으로 상기 고정부(13)는 상기 질량체(11)가 변위가능하도록 상기 제1 가요부(12a)와 제2 가요부(12b)를 지지한다. 또한 상기 고정부(13)는 질량체(11)를 둘러싸도록 형성되고 중심부에 상기 질량체(11)가 내재될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈은 제2 가요부에 의해 크로스토크나 공진모드의 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 가요부가 제1 가요부에 연결되어 일축방향으로 상기 질량체를 고정부에 연결함에 따라, 상기 제1 가요부와 제2 가요부는 질량체와 고정부를 연결하는 단일 가요부로 구현되어 강성이 낮춰지고 이로 인해 감도가 향상된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MEMS 센서에 있어서, 감지수단이 형성된 일실시예를 도시한 평면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 MEMS 센서(10)에는 감지수단이 구비되고, 상기 감지수단은 특별히 한정되지 않고, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등으로 다양하게 형성될 수 있으나, 도 3은 이에 대한 일예로서 압저항 방식의 감지수단을 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 상기 감지수단은은 상기 제1 가요부(12a)의 굽힘과 상기 제2 가요부(12b)의 비틀림을 측정하여, X축을 기준으로 회전하는 질량체(11)의 변위를 감지하기 위해 복수의 압저항체와 상기 압저항체를 연결하는 배선을 포함한다.
다만, XY 평면을 기준으로 보았을 때 상기 제1 가요부(12a)가 제2 가요부(12b)에 대하여 상대적으로 넓으므로, 상기 제1 가요부(12a)에 질량체(110)의 변위를 감지하는 감지수단이 구비될 수 있다.
그리고 상기 복수의 압저항체는 제1 압저항체(12'), 제2 압저항체(12"), 제3 압저항체(12"') 및 제4 압저항체(12"")로 이루어질 수 있다.
도 4a는 도 3에 도시한 MEMS 센서에 있어서, 감지수단의 배선의 제1 실시예를 도시한 부분 평면도이다. 도시한 바와 같이 제1 압저항체(12'), 제2 압저항체(12"), 제3 압저항체(12"') 및 제4 압저항체(12"")로 이루어진 상기 감지수단에 있어서, 각각의 압저항체는 같은 응력상태로 구현되는 압저항체끼리 배선으로 연결된다. 즉,다른 극성을 갖는 배선끼리 연결되면 단선이 되므로, 그 사이를 분리시키거나 절연층을 삽입하여 단선을 방지할 수 있다.
이에 대한 일예로서, 도 4a는 상기 제2 압저항체(12")와 제3 압저항체(12"')가 배선(12d)으로 연결된 것을 도시한 것이다.
도 4b는 도 3에 도시한 MEMS 센서에 있어서, 감지수단의 배선의 제2 실시예를 도시한 부분 평면도이다. 도시한 바와 같이 각각 상기 제2 압저항체(12")와 제3 압저항체(12"')가 배선(12d')으로 연결되고, 상기 제1 압저항체(12')와 상기 제4 압저항체(12"")가 배선(12d")으로 연결된다. 즉, 감지수단의 4개 압저항체를 모두 연결시키고, 상기 배선(12d')과 상기 배선(12d") 사이에는 절연층(12e)이 형성되어 단선이 방지된다. 이와 같이 이루어짐에 따라 4개 압저항체를 모두 이용함에 따라 신호증폭 효과를 얻을 수 있다.
도 4c는 도 3에 도시한 MEMS 센서에 있어서, 감지수단의 배선의 제3 실시예를 도시한 부분 평면도이다. 도시한 바와 같이, 제3 실시예에 따른 배선은 도 4a에 도시된 제1 실시예에 따른 배선과 비교하여 상기 질량체(11)를 중심으로 양측에 연결된 제2 가요부(12b)에 각각 형성된 압저항체를 배선으로 연결한 것이다.
즉, 상기 질량체(11)의 일측에 연결된 제2 가요부(12b)의 제2 압저항체(12")와 상기 질량체(11)의 타측에 연결된 제2 가요부(12b)의 제2 압저항체(12")는 배선(12d)로 연결된다.
도 4d는 도 3에 도시한 MEMS 센서에 있어서, 감지수단의 배선의 제4 실시예를 도시한 부분 평면도이다. 도시한 바와 같이, 제4 실시예에 따른 배선은 도 4b에 도시된 제2 실시예에 따른 배선과 비교하여 상기 질량체(11)를 중심으로 양측에 연결된 제2 가요부(12b)에 각각 형성된 압저항체를 배선으로 연결한 것이다.
즉, 상기 질량체(11)의 일측에 연결된 제2 가요부(12b)의 제2 압저항체(12")와 상기 질량체(11)의 타측에 연결된 제2 가요부(12b)의 제2 압저항체(12")는 배선(12d)으로 연결되고, 상기 질량체(11)의 일측에 연결된 제2 가요부(12b)의 제4 압저항체(12"")와 상기 질량체(11)의 타측에 연결된 제2 가요부(12b)의 제4 압저항체(12"")는 배선(12d)으로 연결된다.
상기한 바와 같이 이루어짐에 따라 상기 감지수단의 신호 입출력을 위한 패드의 개수를 줄일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈의 개략적인 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시한 MEMS 센서용 검출모듈의 개략적인 B-B' 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 MEMS 센서용 검출모듈(20)은 도 3에 도시한 제1 실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈(10)과 비교해서 감지수단만이 상이하다. 즉, 상기 MEMS 센서용 검출모듈(20)의 감지수단은 정전용량 방식으로 구현된다.
보다 구체적으로, 상기 MEMS 센서용 검출모듈(20)은 질량체(21), 가요부(22) 및 고정부(23)를 포함한다.
또한, 상기 가요부(22)는 제1 가요부(22a) 및 제2 가요부(22b)를 포함하고, 상기 제1 가요부(22a)는 상기 질량체(21)와 상기 고정부(23)를 연결하는 빔으로 이루어지고, 상기 제2 가요부(22b)는 상기 제1 가요부(22a)가 상기 질량체(21)와 상기 고정부(23)를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장되고, 상기 질량체(21)와 상기 고정부(23)를 연결하고 상기 질량체(21)의 변위방향을 제한하는 힌지로 이루어진다.
그리고 상기 질량체(21)는 상기 고정부(23)에 대향되는 일면에 전극부(21a)가 형성되고, 상기 고정부(23)의 일면에는 상기 질량체(21)의 전극부(21a)에 대향되어 전극부(23a)가 형성된다.
이와같이 이루어지고, 상기 질량체(21)에 변위가 발생될 경우 상기 질량체(21)의 전극부(21a)와 상기 고정부(23)의 전극부(23a) 사이의 갭(g)에서 발생하는 정전기력 및 정전용량의 차이를 통해 관성력을 검출한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서용 검출모듈을 포함하는 일실시예에 따른 MEMS 센서를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 상기 MEMS 센서(100)는 질량체(110), 가요성 빔(120) 및 포스트(130)를 포함하고, 압력센서, 가속도 센서등으로 다양하게 구현될 수 있고, 도 7은 이에 대한 일실시예로서 가속도 센서를 나타낸 것이다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서는 가진수단을 더 포함하고 각속도 센서로 구현될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 가요성 빔(120)은 제1 가요부(121) 및 제2 가요부(122)를 포함하고, 상기 제1 가요부(121)는 상기 질량체(110)와 상기 포스트(130)를 연결하는 빔으로 이루어지고, 상기 제2 가요부(122)는 상기 제1 가요부(121)가 상기 질량체(110)와 상기 포스트(130)를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장되고, 상기 질량체(110)와 상기 포스트(130)를 연결하고 상기 질량체(110)의 변위방향을 제한하는 힌지로 이루어진다.
그리고 상기 질량체(110)가 외력에 의해 변위가 발생될 경우, 상기 질량체에 각각 결합된 상기 제1 가요부(121)는 굽힘응력이 발생되고, 상기 제2 가요부(122)는 비틀림 응력이 발생된다.
또한, 상기 제1 가요부(121)는 전술한 바와 같이, 상기 질량체(110)와 상기 포스트(130)를 연결하는 빔으로 이루어진다. 이를 위해 상기 제1 가요부(121)는 Z축 방향으로 소정두께를 갖고, X축 및 Y축에 의해 형성된 면으로 이루어진 빔으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 가요부(121)는 X축 방향의 폭이 Z축 방향의 두께보다 크게 형성된다.
또한, 상기 제1 가요부에는 감지수단(123)이 구비되고, 상기 감지수단은 특별히 한정되지 않고, 압전 방식, 압저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등으로 다양하게 형성될 수 있으나, 도 7은 이에 대한 일예로서 압저항 방식의 감지수단을 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 상기 감지수단(123)은 제1 압저항체(123'), 제2 압저항체(123"), 제3 압저항체(123"') 및 제4 압저항체(123"")로 이루어질 수 있고, 상기 제1 가요부(121)의 굽힘과 상기 제2 가요부(122)의 비틀림을 측정하여, X축을 기준으로 회전하는 질량체(110)의 변위를 감지할 수 있다.
다음으로, 상기 제2 가요부(122)는 전술한 바와같이, 상기 제1 가요부(121)가 상기 질량체(110)와 상기 포스트(130)를 연결하는 방향에 대한 직교방향으로 연장되고, 상기 질량체(110)와 상기 포스트(130)를 연결하고 상기 질량체(110)의 변위방향을 제한하는 힌지로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제2 가요부(122)는 도 2에 도시된 바와 같이 Y축 방향에 대하여 상단면은 제1 가요부(121)에 결합되고, 도 1에 도시된 바와 같이 X축 방향에 대하여 일단면은 질량체(110)에 결합되고, 타단면은 지지부(130)에 결합된다. 또한, 도 2와 같이 단면으로 보았을 때 제2 가요부(122)는 제1 가요부(121)와 수직으로 결합되어 상기 가요성 빔(120)은 "T"자형으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이 구현되도록, 상기 제2 가요부(122)는 Y축 방향으로 소정 두께를 갖고 X축 및 Z축에 의해 면이 형성된 힌지로 이루어질 수 있다. 즉, 제2 가요부(122)는 Z축 방향의 폭이 Y축 방향의 두께보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 가요부(122)는 상기 제1 가요부(121)의 X축 및 Y축에 의해 형성된 면의 Y축 방향에 대한 중앙부에 위치될 수 있다.
다음으로 상기 포스트(130)는 상기 질량체(11)가 변위가능하도록 상기 제1 가요부(121)와 제2 가요부(122)를 지지한다. 또한 상기 포스트(130)는 질량체(110)를 둘러싸도록 형성되고 중심부에 상기 질량체(110)가 내재될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시한 MEMS 센서의 개략적인 사용상태도이다. 도시한 바와 같이, 상기 질량체(110)가 도시한 바와 같이 외력에 의해 변위가 발생될 경우, 상기 질량체(110)에 연결된 제1 가요부(121) 및 제2 가요부(122)는 상기 질량체(110)에 연동되어 변위가 발생된다. 이때 상기 제1 가요부(121)는 굽힘변위가 발생된다.
그리고 도 8은 질량체(110) 변위를 일예를 도시한 것으로, 상기 질량체(110)는 제2 가요부(122)가 연결된 X축 방향을 기준으로 회전변위가 발생되고, 이에 따라 제1 가요부(121)은 인장 및 수축에 의해 굽힘변위가 발생된다. 그리고 상기 제1 가요부(121)에는 복수의 압저항체와 상기 압저항체를 연결하는 배선(124)을 포함하는 감지수단이 형성된다. 그리고 상기 복수의 압저항체는 제1 압저항체(123'), 제2 압저항체(123"), 제3 압저항체(123"') 및 제4 압저항체(123"")로 이루어지고, 상기 제2 가요부의 압축 및 인장에 따른 신호를 검출한다. 즉, 상기 제1 압저항체(123')와 제3 압저항체(123"')가 압축될 경우, 상기 제2 압저항체(123")와 제4 압저항체(123"")는 인장된다. 그리고 검출된 신호를 통해 가속도를 산출할 수 있게 된다.
또한, 상기 복수의 압저항체에 연결된 배선(124)은 일실시예로서 상기 제2 압저항체(123")와 제3 압저항체(123"')가 연결된 것을 도시한 것으로, 상기 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체 중에서 2개 또는 4개가 선택적으로 연결될 수 있다.
또한, 질량체를 중심으로 양측에 연결된 제2 가요부에 각각 형성된 복수의 압저항체는 상기 질량체를 통해 배선으로 연결될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 MEMS 센서는 제2 가요부에 의해 크로스토크나 공진모드의 간섭을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 제2 가요부가 제1 가요부에 연결되어 일축방향으로 상기 질량체를 고정부에 연결함에 따라, 상기 제1 가요부와 제2 가요부는 질량체와 고정부를 연결하는 단일 가요부로 구현되어 강성이 낮춰지고 이로 인해 감도가 향상된다.
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 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 특히, 본 발명은 "X축", "Y축" 및 "Z축"을 기준으로 설명하였지만, 이는 설명의 편의를 위하여 정의한 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위에 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10, 20 : MEMS 센서용 검출모듈 11, 21 : 질량체
12, 22 : 가요성 빔 12a, 22a : 제1 가요부
12b, 22b : 제2 가요부 12' : 제1 압저항체
12" : 제2 압저항체 12"' : 제3 압저항체
12"" : 제4 압저항체 12d, 12d', 12d" : 배선
13 : 고정부 C : 무게중심
R : 회전중심 21a, 23a : 전극부
100 : MEMS 센서 110 : 질량체
120 : 가요성 빔 130 : 포스트
121 : 제1 가요부 122 : 제2 가요부
123 : 감지수단 123' : 제1 압저항체
123" : 제2 압저항체 123"' : 제3 압저항체
124 : 배선

Claims (21)

  1. 중공이 형성된 포스트;
    상기 중공에 구비되는 질량체;
    상기 질량체 와 상기 포스트를 연결하는 제 1 가요부; 및
    상기 제 1 가요부의 하면으로부터 직교하는 방향으로 연장되어 형성된 제 2 가요부를 포함하며,
    상기 제 1 가요부는
    일단면이 상기 질량체의 일측면에 연결되며, X축 방향의 폭이 Z축 방향의 두께보다 크게 형성되고,
    상기 제 2 가요부는
    일단면이 상기 질량체의 일측면에 연결되며, 타단면은 상기 포스트의 내측면에 연결되고, Z축방향의 폭이 Y축 방향의 두께보다 크게 형성되며,
    상기 제 1 가요부 와 상기 제 2 가요부의 단면은
    T형으로 형성되는 MEMS 센서용 검출모듈.
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  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가요부는
    상기 일단면의 중심이 상기 질량체의 무게중심(C) 와 X축방향의 동일선상에 배치되는 MEMS 센서용 검출모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가요부 또는 제2 가요부의 일면에는
    복수의 압저항체가 형성되며, 적어도 둘이상의 압저항체는 상호 전기적으로 연결되는 MEMS 센서용 검출모듈.
  10. 삭제
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  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 질량체의 일측면에 형성된 전극부와, 상기 질량체의 전극부에 대향되어 상기 포스트의 내측면에 형성된 전극부를 포함하는 MEMS 센서용 검출모듈.
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