KR101673362B1

KR101673362B1 - 가속도 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101673362B1
Application number: KR1020150178546A
Authority: KR
Inventors: 이희원
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2015-12-14
Publication date: 2016-11-07
Also published as: US20170168083A1; US10041969B2; CN106872729A; CN106872729B

Abstract

본 발명의 가속도 센서는, 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 복수의 평면 패턴이 연결된 이동 전극; 및 상기 이동 전극과 정전 용량을 형성하는 대향 전극을 포함하고, 상기 복수의 평면 패턴은: 제1 프레임 패턴; 상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제1 앵커 패턴; 상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 방향인 제1 스프링 패턴; 상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제2 방향인 제2 스프링 패턴; 날개 패턴; 및 상기 제1 프레임 패턴과 상기 날개 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향인 제3 스프링 패턴을 포함하고, 상기 정전 용량의 변화에 따라 가속도를 측정한다.

Description

가속도 센서 및 그 제조 방법{ACCELERATION SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 가속도 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

가속도 센서는 미리 정해진 방향으로 가해지는 관성력을 측정하여, 가속도 센서가 부착된 대상이 어느 방향으로 힘을 받고 있는 지를 판단할 수 있다. 종래에는 무게 추를 포함한 기계식 가속도 센서가 사용되었으나, 최근에는 반도체 공정을 통하여 제작 가능한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 타입의 가속도 센서가 사용되고 있다.

그러나 MEMS 타입의 가속도 센서를 제작하기 위한 반도체 공정은 일반적으로 표면의 구조를 수직으로 전사하여 수직 방향으로 깎아내기 때문에, 평면 방향에 비하여 수직 방향에 대해 섬세한 구조를 만들기 어려운 문제점이 있다. 따라서 높은 정밀도를 요구하지 않는 경우에는, 평면 방향의 가속도 센서를 수직으로 실장하여 수직 방향의 움직임을 측정하기도 한다. 하지만 이러한 방법을 채용하는 경우 조립 공정에서 오차가 생길 수 있고, 충격이나 진동에 약한 구조가 된다는 문제점이 있다.

따라서, 수평 및 수직 방향에 대한 가속도가 모두 측정가능하고, 제조하기에도 용이한 가속도 센서 및 그 제조 방법이 필요하다.

발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 수평 및 수직 방향에 대한 가속도가 모두 측정가능하고, 제조하기에도 용이한 가속도 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가속도 센서는, 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 복수의 평면 패턴이 연결된 이동 전극; 및 상기 이동 전극과 정전 용량을 형성하는 대향 전극을 포함하고, 상기 복수의 평면 패턴은: 제1 프레임 패턴; 상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제1 앵커 패턴; 상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 방향인 제1 스프링 패턴; 상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제2 방향인 제2 스프링 패턴; 날개 패턴; 및 상기 제1 프레임 패턴과 상기 날개 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향인 제3 스프링 패턴을 포함하고, 상기 정전 용량의 변화에 따라 가속도를 측정한다.

상기 대향 전극은 복수 개이고, 상기 제1, 제2 및 제3 방향 중 측정 대상 방향에 따라 대향 전극이 선택되고, 상기 선택된 대향 전극과 상기 이동 전극 사이의 정전 용량의 변화에 따라 상기 측정 대상 방향의 가속도를 측정할 수 있다.

상기 제3 스프링 패턴은 상기 날개 패턴의 외곽을 둘러싸는 형태일 수 있다.

상기 제3 스프링 패턴은 상기 날개 패턴의 중앙에 연결될 수 있다.

상기 제1 프레임 패턴은 상기 제1 방향으로 상기 제1 스프링 패턴과 연결되고, 상기 제2 방향으로 상기 제2 스프링 패턴과 연결될 수 있다.

상기 제1 앵커 패턴 및 상기 제1 프레임 패턴은 복수 개이고, 상기 제1 앵커 패턴은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 사이에 위치할 수 있다.

상기 복수의 평면 패턴은, 상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제2 앵커 패턴; 상기 제2 앵커 패턴 및 상기 제2 앵커 패턴에 대응되는 상기 제1 앵커 패턴 사이에 위치하는 제2 프레임 패턴; 및 상기 제1 앵커 패턴과 상기 제2 프레임 패턴을 연결하는 제4 스프링 패턴; 상기 제2 프레임 패턴과 상기 제2 앵커 패턴을 연결하는 제5 스프링 패턴을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 프레임 패턴은 복수의 빗살 전극을 포함할 수 있다.

상기 복수의 빗살 전극은 상기 제1 앵커 패턴과 상기 제2 앵커 패턴을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다.

상기 복수의 평면 패턴은 동일한 물질 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 가속도 센서의 제조 방법은, 평면 전극층을 형성하는 단계; 및 하나의 마스크를 이용하여 상기 평면 전극층을 패터닝하여 이동 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이동 전극은, 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 서로 연결된 복수의 평면 패턴을 포함하고, 상기 복수의 평면 패턴은: 제1 프레임 패턴; 상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제1 앵커 패턴; 상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 방향인 제1 스프링 패턴; 및 상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제2 방향인 제2 스프링 패턴; 날개 패턴; 및 상기 제1 프레임 패턴과 상기 날개 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향인 제3 스프링 패턴을 포함한다.

상기 가속도 센서의 제조 방법은, 상기 이동 전극을 형성하는 단계에서, 상기 이동 전극과 정전 용량을 형성하는 대향 전극을 함께 형성할 수 있다.

상기 복수의 평면 패턴은 동일한 물질 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 수평 및 수직 방향에 대한 가속도가 모두 측정가능하고, 제조하기에도 용이한 가속도 센서 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동 전극을 도시한 도면이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동 전극 및 대향 전극의 상대적 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 가속도 센서가 제1 방향의 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 가속도 센서가 제2 방향의 반대 방향으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 5b는 가속도 센서가 제3 방향으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

가속도 센서는 이동 전극과 대향 전극을 포함한다. 가속도 센서가 이동함에 따라 이동 전극은 관성력을 받아서 그 위치가 변하고, 이동 전극과 대향 전극 사이의 정전 용량(capacitance)이 변화한다. 이러한 정전 용량의 변화 방향 및 변화량을 측정하면 가속도 센서가 측정하고자 하는 목표 대상의 가속도를 계산할 수 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동 전극을 도시한 도면이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 이동 전극(10)은 복수의 평면 패턴이 연결된 것이다. 즉, 제1 방향(x) 및 제1 방향(x)에 수직인 제2 방향(y) 중 적어도 하나의 방향으로 연장되는 복수의 평면 패턴이 서로 연결되어 이동 전극(10)을 구성한다. 제3 방향(z)은 제1 및 제2 방향(x, y)에 수직이다. 즉, 본 실시예에서는, 제1 및 제2 방향(x, y)으로 평면 방향을 정의하고, 제3 방향(z)으로 수직 방향을 정의한다.

한 실시예에 따르면, 이동 전극(10)은 미리 형성된 평면 전극층에 마스크를 이용하여 식각함으로써 한번에 형성될 수 있다. 마스크를 이용한 식각 방법은 리소그래피(lithography) 등 종래의 기술이 채용될 수 있다. 즉, 본 실시예의 복수의 평면 패턴은, 개별적으로 형성된 후에 서로 연결되는 것이 아니라, 하나의 마스크를 이용하여 한번에 패터닝되므로 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 저렴하다.

도 1a 및 1b를 참조하면, 복수의 평면 패턴은 제1 앵커 패턴(anchor pattern)(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108), 날개 패턴(wing pattern)(111), 제1 프레임 패턴(frame pattern)(121a, 122a, 123a, 124a), 제1 스프링 패턴(spring pattern)(131, 132, 133, 134, 135, 136), 제2 스프링 패턴(141, 142, 143, 144, 145, 146), 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115), 제4 스프링 패턴(171, 172, 173, 174), 제5 스프링 패턴(181a, 181b, 182a, 182b, 183a, 183b, 184a, 184b, 185a, 185b, 186a, 186b, 187a, 187b, 188a, 188b), 제2 앵커 패턴(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158) 및 제2 프레임 패턴(161, 162, 163, 164)을 포함한다.

제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)은 이동 전극(10)을 주위 구조물에 고정시킨다. 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)은 이동 전극(10)을 지지하는 역할을 하며, 이동 전극(10)의 관성 운동에 영향받지 않고 그 위치가 고정된다. 따라서 이동 전극(10)은 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)을 기준 위치로 하여 제1, 제2 및 제3 방향(x, y, z)의 관성 운동을 할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 방향(x)으로 관성 운동 또는 이동할 수 있다는 것은, 제1 방향(x)의 반대 방향(-x)으로 관성 운동 또는 이동할 수 있다는 것을 의미한다. 유사하게, 본 실시예에서, 제2 방향(y)으로 관성 운동 또는 이동할 수 있다는 것은, 제2 방향(y)의 반대 방향(-y)으로 관성 운동 또는 이동할 수 있다는 것을 의미하고, 본 실시예에서, 제3 방향(z)으로 관성 운동 또는 이동할 수 있다는 것은, 제3 방향(z)의 반대 방향(-z)으로 관성 운동 또는 이동할 수 있다는 것을 의미한다.

제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)은 제1 스프링 패턴(131, 132, 133, 134, 135, 136), 제2 스프링 패턴(141, 142, 143, 144, 145, 146) 및 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115)과 연결될 수 있다. 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)은 서로 다른 방향의 스프링 패턴들의 신축 운동이 서로 간섭하지 않도록 중간에서 상쇄시킬 수 있다. 즉, 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)은 이동 전극(10)의 제1 방향(x)의 관성 운동, 제2 방향(y)의 관성 운동 및 제3 방향(z)의 관성 운동을 서로 분리시킬 수 있다.

제1 스프링 패턴(131, 132, 133, 134, 135, 136)은 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)과 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)을 연결하고, 신축 방향이 제1 방향(x)이다. 따라서, 제1 스프링 패턴(131, 132, 133, 134, 135, 136)은 이동 전극(10)의 제1 방향(x)의 관성 운동에 주로 기여한다.

구체적으로, 제1 스프링 패턴(131)은 제1 프레임 패턴(121a)과 제1 앵커 패턴(101)을 연결하고, 제1 스프링 패턴(132)은 제1 프레임 패턴(122a)과 제1 앵커 패턴(102)을 연결하고, 제1 스프링 패턴(133)은 제1 프레임 패턴(122a, 123a)과 제1 앵커 패턴(103, 104)을 연결하고, 제1 스프링 패턴(134)은 제1 프레임 패턴(123a)과 제1 앵커 패턴(105)을 연결하고, 제1 스프링 패턴(135)은 제1 프레임 패턴(124a)과 제1 앵커 패턴(106)을 연결하고, 제1 스프링 패턴(136)은 제1 프레임 패턴(121a, 124a)과 제1 앵커 패턴(107, 108)을 연결할 수 있다.

도 1a 및 1b의 실시예에서, 제1 스프링 패턴(133)은, 제2 스프링 패턴(142)을 통해서 제1 프레임 패턴(122a)과 연결되고, 제2 스프링 패턴(143)을 통해서 제1 프레임 패턴(123a)과 연결되는 것으로 도시되어 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 제1 스프링 패턴(133)은, 제2 스프링 패턴(142, 143)과 연결됨이 없이 독립적으로, 제1 프레임 패턴(122a, 123a)에 직접 연결될 수 있다. 제1 스프링 패턴(136) 또한 유사한 다른 실시예가 구현가능하다.

제2 스프링 패턴(141, 142, 143, 144, 145, 146)은 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)과 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)을 연결하고, 신축 방향이 제2 방향(y)이다. 따라서, 제2 스프링 패턴은 이동 전극(10)의 제2 방향(y)의 관성 운동에 주로 기여한다.

구체적으로, 제2 스프링 패턴(141)은 제1 프레임 패턴(121a, 122a)과 제1 앵커 패턴(101, 102)을 연결하고, 제2 스프링 패턴(142)은 제1 프레임 패턴(122a)과 제1 앵커 패턴(103)을 연결하고, 제2 스프링 패턴(143)은 제1 프레임 패턴(123a)과 제1 앵커 패턴(104)을 연결하고, 제2 스프링 패턴(144)은 제1 프레임 패턴(123a, 124a)과 제1 앵커 패턴(105, 106)을 연결하고, 제2 스프링 패턴(145)은 제1 프레임 패턴(124a)과 제1 앵커 패턴(107)을 연결하고, 제2 스프링 패턴(146)은 제1 프레임 패턴(121a)과 제1 앵커 패턴(108)을 연결할 수 있다.

도 1a 및 1b의 실시예에서, 제2 스프링 패턴(141)은, 제1 스프링 패턴(131)을 통해서 제1 프레임 패턴(121a)과 연결되고, 제1 스프링 패턴(132)을 통해서 제1 프레임 패턴(122a)과 연결되는 것으로 도시되어 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 제2 스프링 패턴(141)은, 제2 스프링 패턴(131, 132)과 연결됨이 없이 독립적으로, 제1 프레임 패턴(121a, 122a)에 직접 연결될 수 있다. 제2 스프링 패턴(144) 또한 유사한 다른 실시예가 구현가능하다.

날개 패턴(111)은 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115)을 통해서 제3 방향(z)으로 관성 운동할 수 있다. 날개 패턴(111)은 다른 패턴에 비해 비교적 넓은 면적을 갖고, 제3 방향(z)으로 대향하는 대향 전극과 정전 용량을 형성할 수 있다. 대향 전극에 대해서는 도 2a 및 2b를 참조하여 더 상세히 설명한다.

제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115)은 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)과 날개 패턴(111)을 연결하고, 신축 방향이 제1 및 제2 방향(x, y)에 수직인 제3 방향(z)이다. 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115)은 날개 패턴(111)의 중앙에 연결될 수 있다.

구체적으로 제3 스프링 패턴(112)은 제1 프레임 패턴(121a)과 날개 패턴(111)을 연결하고, 제3 스프링 패턴(113)은 제1 프레임 패턴(122a)과 날개 패턴(111)을 연결하고, 제3 스프링 패턴(114)은 제1 프레임 패턴(123a)과 날개 패턴(111)을 연결하고, 제3 스프링 패턴(115)은 제1 프레임 패턴(124a)과 날개 패턴(111)을 연결할 수 있다.

제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115)은 날개 패턴(111)의 외곽을 둘러싸는 형태일 수 있다.

제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)은 제1 방향(x)으로 제1 스프링 패턴(131, 132, 133, 134, 135, 136)과 연결되고, 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)은 제2 방향(y)으로 제2 스프링 패턴(141, 142, 143, 144, 145, 146)과 연결될 수 있다. 도 1a 및 1b의 실시예에서 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a)은 사각형의 꼭지점에 배치되는 형태로 위치할 수 있다.

제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴(121a, 122a, 123a, 124a) 사이에 위치할 수 있다.

구체적으로, 제1 앵커 패턴(101, 102)은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 (121a, 122a) 사이에 위치하고, 제1 앵커 패턴(103, 104)은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 (122a, 123a) 사이에 위치하고, 제1 앵커 패턴(105, 106)은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 (123a, 124a) 사이에 위치하고, 제1 앵커 패턴(107, 108)은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 (124a, 121a) 사이에 위치할 수 있다.

제2 앵커 패턴(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158)은 이동 전극(10)을 주위 구조물에 고정시킬 수 있다. 제2 앵커 패턴(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158)은 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)과 유사한 기능을 하므로 편의상 설명을 생략한다.

제2 프레임 패턴(161, 162, 163, 164)은 제2 앵커 패턴(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158) 및 그 대응되는 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108) 사이에 위치할 수 있다.

구체적으로, 제2 프레임 패턴(161)은 제2 앵커 패턴(151, 152) 및 제1 앵커 패턴(101, 102) 사이에 위치하고, 제2 프레임 패턴(162)은 제2 앵커 패턴(153, 154) 및 제1 앵커 패턴(103, 104) 사이에 위치하고, 제2 프레임 패턴(163)은 제2 앵커 패턴(155, 156) 및 제1 앵커 패턴(105, 106) 사이에 위치하고, 제2 프레임 패턴(164)은 제2 앵커 패턴(157, 158) 및 제1 앵커 패턴(107, 108) 사이에 위치할 수 있다.

제2 프레임 패턴(161, 162, 163, 164)은 복수의 빗살 전극(comb-teeth electrode)(161a, 161b, 162a, 162b, 163a, 163b, 164a, 164b)을 포함할 수 있다. 복수의 빗살 전극(161a, 161b, 162a, 162b, 163a, 163b, 164a, 164b)은 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)과 제2 앵커 패턴(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158)을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다.

구체적으로 제2 프레임 패턴(161)의 복수의 빗살 전극(161a, 161b)은 제1 앵커 패턴(101, 102)과 제2 앵커 패턴(151, 152)을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장되고, 제2 프레임 패턴(162)의 복수의 빗살 전극(162a, 162b)은 제1 앵커 패턴(103, 104)과 제2 앵커 패턴(153, 154)을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장되고, 제2 프레임 패턴(163)의 복수의 빗살 전극(163a, 163b)은 제1 앵커 패턴(105, 106)과 제2 앵커 패턴(155, 156)을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장되고, 제2 프레임 패턴(164)의 복수의 빗살 전극(164a, 164b)은 제1 앵커 패턴(107, 108)과 제2 앵커 패턴(157, 158)을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다.

복수의 빗살 전극(161a, 161b, 162a, 162b, 163a, 163b, 164a, 164b)은 후술하는 대향 전극(21, 22, 31, 32)과 이동 전극(10) 사이의 대향 면적을 확장함으로써, 이동 전극(10)과 대향 전극(21, 22, 31, 32) 사이의 정전 용량을 확장할 수 있다(도 2a 참조).

제4 스프링 패턴(171, 172, 173, 174)은 제1 앵커 패턴(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)과 제2 프레임 패턴(161, 162, 163, 164)을 연결할 수 있다.

구체적으로 제4 스프링 패턴(171)은 제1 앵커 패턴(101, 102)과 제2 프레임 패턴(161)을 연결하고, 제4 스프링 패턴(172)은 제1 앵커 패턴(103, 104)과 제2 프레임 패턴(162)을 연결하고, 제4 스프링 패턴(173)은 제1 앵커 패턴(105, 106)과 제2 프레임 패턴(163)을 연결하고, 제4 스프링 패턴(174)은 제1 앵커 패턴(107, 108)과 제2 프레임 패턴(164)을 연결할 수 있다.

제4 스프링 패턴(171, 173)은 신축 방향이 제2 방향(y)이고, 제4 스프링 패턴(172, 174)은 신축 방향이 제1 방향(x)일 수 있다.

제5 스프링 패턴(181a, 181b, 182a, 182b, 183a, 183b, 184a, 184b, 185a, 185b, 186a, 186b, 187a, 187b, 188a, 188b)은 제2 프레임 패턴(161, 162, 163, 164)과 제2 앵커 패턴(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158)을 연결할 수 있다.

구체적으로 제5 스프링 패턴(181a, 181b)은 제2 프레임 패턴(161)과 제2 앵커 패턴(151)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(182a, 182b)은 제2 프레임 패턴(161)과 제2 앵커 패턴(152)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(183a, 183b)은 제2 프레임 패턴(162)과 제2 앵커 패턴(153)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(184a, 184b)은 제2 프레임 패턴(162)과 제2 앵커 패턴(154)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(185a, 185b)은 제2 프레임 패턴(163)과 제2 앵커 패턴(155)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(186a, 186b)은 제2 프레임 패턴(163)과 제2 앵커 패턴(156)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(187a, 187b)은 제2 프레임 패턴(164)과 제2 앵커 패턴(157)을 연결하고, 제5 스프링 패턴(188a, 188b)은 제2 프레임 패턴(164)과 제2 앵커 패턴(158)을 연결할 수 있다.

제5 스프링 패턴(181a, 181b, 182a, 182b, 185a, 185b, 186a, 186b)은 신축 방향이 제2 방향(y)이고, 제5 스프링 패턴(183a, 183b, 184a, 184b, 187a, 187b, 188a, 188b)은 신축 방향이 제1 방향(x)일 수 있다.

복수의 평면 패턴은 동일한 물질 구성을 가질 수 있다. 전술한 바와 같이 복수의 평면 패턴은 하나의 평면 전극층을 패터닝하여 형성될 수 있으므로, 동일한 물질 구성을 가질 수 있다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 이동 전극 및 대향 전극의 상대적 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2a 및 2b를 참조하면, 가속도 센서는 이동 전극(10) 및 대향 전극(21, 22, 31, 32, 41, 42)를 포함한다. 대향 전극(21, 22)은 이동 전극(10)과 제1 방향(x)에서 대향하도록 위치할 수 있다. 대향 전극(31, 32)은 이동 전극(10)과 제2 방향(y)에서 대향하도록 위치할 수 있다. 대향 전극(41, 42)은 이동 전극(10)과 제3 방향(z)에서 대향하도록 위치할 수 있다.

대향 전극(21, 22, 31, 32, 41, 42)은 이동 전극(10)과 정전 용량을 형성한다. 가속도 센서는, 가속도 센서에 가해지는 관성력에 따라 변화되는 정전 용량에 기초하여 가속도를 측정한다. 구체적으로, 제1, 제2 및 제3 방향(x, y, z) 중 측정 대상 방향에 따라 대향 전극(21, 22, 31, 32, 41, 42)을 선택하고, 선택된 대향 전극과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량 변화를 검출함으로써, 측정 대상 방향에 대한 가속도를 측정한다.

예를 들어, 제1 방향(x)의 가속도를 측정하고자 하는 경우, 대향 전극(21)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 감소하고 대향 전극(22)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 증가하면, 관성력에 따라 이동 전극이 제1 방향(x)으로 이동했음을 검출할 수 있다. 만약, 대향 전극(21)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 증가하고 대향 전극(22)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 감소하면, 관성력에 따라 이동 전극이 제1 방향(x)의 반대 방향(-x)으로 이동했음을 검출할 수 있다.

제2 방향(y)의 가속도를 측정하고자 하는 경우, 대향 전극(32)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 감소하고 대향 전극(31)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 증가하면, 관성력에 따라 이동 전극이 제2 방향(y)으로 이동했음을 검출할 수 있다. 만약, 대향 전극(32)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 증가하고 대향 전극(31)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 감소하면, 관성력에 따라 이동 전극이 제2 방향(y)의 반대 방향(-y)으로 이동했음을 검출할 수 있다.

제3 방향(z)의 가속도를 측정하고자 하는 경우, 대향 전극(42)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 감소하고 대향 전극(41)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 증가하면, 관성력에 따라 이동 전극이 제3 방향(z)으로 이동했음을 검출할 수 있다. 만약, 대향 전극(42)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 증가하고 대향 전극(41)과 이동 전극(10) 사이의 정전 용량이 감소하면, 관성력에 따라 이동 전극이 제3 방향(z)의 반대 방향(-z)으로 이동했음을 검출할 수 있다.

제2 프레임 패턴(161, 162, 163, 164)의 빗살 전극(161a, 161b, 162a, 162b, 163a, 163b, 164a, 164b)은 대향 전극(21, 22, 31, 32)과 이동 전극(10) 사이의 대향 면적을 확장함으로써, 이동 전극(10)과 대향 전극(21, 22, 31, 32) 사이의 정전 용량을 크게 할 수 있다(도 1a 참조).

빗살 전극(161a, 161b, 163a, 163b)은 대향 전극(31, 32)과 이동 전극(10) 사이의 대향 면적을 확장하고, 빗살 전극(162a, 162b, 164a, 164b)은 대향 전극(21, 22)과 이동 전극(10) 사이의 대향 면적을 확장할 수 있다.

따라서 제3 방향(z)에 비해 비교적 적은 대향 면적을 갖는 제1 및 제2 방향(x, y)의 대향 면적이, 빗살 전극(161a, 161b, 162a, 162b, 163a, 163b, 164a, 164b)에 의해 확장될 수 있다.

이동 전극(10)과 동일 평면에 위치할 수 있는 대향 전극(21, 22, 31, 32)은, 이동 전극(10)을 패터닝할 때 함께 패터닝될 수 있다. 즉, 상술한 하나의 평면 전극층은 하나의 마스크를 이용하여 이동 전극(10) 및 대향 전극(21, 22, 31, 32)으로 한번에 패터닝될 수 있다.

도 3은 가속도 센서가 제1 방향으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.

가속도 센서가 제1 방향(x)으로 이동하므로, 이동 전극(10)은 관성력에 따라 제1 방향(x)의 반대 방향(-x)으로 이동한다.

도 3을 참조하면 이동 전극(10)이 제1 방향(x)의 반대 방향(-x)으로 이동함에 따라, 제1 스프링 패턴(131, 133, 135), 제4 스프링 패턴(174) 및 제5 스프링 패턴(188b, 187b, 183a, 184a)이 신장되고, 제1 스프링 패턴(132, 134, 136), 제4 스프링 패턴(172) 및 제5 스프링 패턴(188a, 187a, 183b, 184b)이 축소되는 것을 확인할 수 있다.

이때 제1 방향(x)에 대응하지 않는 제2 스프링 패턴(141, 142, 143, 144, 145, 146), 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115), 제4 스프링 패턴(171, 173) 및 제5 스프링 패턴(181a, 181b, 182a, 182b, 185a, 185b, 186a, 186b)은 신축되지 않거나, 그 신축량이 제1 방향(x)에 대응하는 스프링 패턴에 비해 매우 적을 수 있다.

도 4는 가속도 센서가 제2 방향의 반대 방향으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.

가속도 센서가 제2 방향(y)의 반대 방향(-y)으로 이동하므로, 이동 전극(10)은 관성력에 따라 제2 방향(y)으로 이동한다.

도 4를 참조하면 이동 전극(10)이 제2 방향(y)으로 이동함에 따라, 제2 스프링 패턴(142, 144, 146), 제4 스프링 패턴(171), 제5 스프링 패턴(181b, 182b, 185a, 186a)이 신장되고, 제2 스프링 패턴(141, 143, 145), 제4 스프링 패턴(173), 제5 스프링 패턴(181a, 182a, 185b, 186b)이 축소되는 것을 확인할 수 있다.

이때 제2 방향(y)에 대응하지 않는 제1 스프링 패턴(131, 132, 133, 134, 135, 136), 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115), 제4 스프링 패턴(172, 174) 및 제5 스프링 패턴(183a, 183b, 184a, 184b, 187a, 187b, 188a, 188b)은 신축되지 않거나, 그 신축량이 제2 방향(y)에 대응하는 스프링 패턴에 비해 매우 적을 수 있다.

도 5a 및 5b는 가속도 센서가 제3 방향으로 이동한 경우를 설명하기 위한 도면이다.

가속도 센서가 제3 방향(z)으로 이동하므로, 이동 전극(10)은 관성력에 따라 제3 방향(z)의 반대 방향(-z)으로 이동한다.

도 5a 및 5b를 참조하면 이동 전극(10)이 제3 방향(z)의 반대 방향(-z)으로 이동함에 따라, 제3 스프링 패턴(112, 113, 114, 115)이 제3 방향(z)의 반대 방향(-z)으로 휘게 된다.

이때 제3 방향(z)에 대응하지 않는 제1 스프링 패턴(131, 132, 133, 134, 135, 136), 제2 스프링 패턴(141, 142, 143, 144, 145, 146), 제4 스프링 패턴(171, 172, 173, 174) 및 제5 스프링 패턴(181a, 181b, 182a, 182b, 183a, 183b, 184a, 184b, 185a, 185b, 186a, 186b, 187a, 187b, 188a, 188b)은 신축되지 않거나, 그 신축량이 제3 방향(z)에 대응하는 스프링 패턴에 비해 매우 적을 수 있다.

도 3 내지 5b를 참조하여 설명한 바와 같이, 가속도 센서의 이동에 대응하여 이동 전극(10)이 관성력에 따라 위치 변동되는 경우, 각각의 방향을 갖는 스프링 패턴은 해당 방향에 대해서만 신축하고, 다른 방향에 대해서는 영향을 받지 않거나, 그 영향이 최소화될 수 있다.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 이동 전극
21, 22, 31, 32, 41, 42: 대향 전극
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108: 제1 앵커 패턴
111: 날개 패턴
112, 113, 114, 115: 제3 스프링 패턴
121a, 122a, 123a, 124a: 제1 프레임 패턴
131, 132, 133, 134, 135, 136: 제1 스프링 패턴
141, 142, 143, 144, 145, 146: 제2 스프링 패턴
151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158: 제2 앵커 패턴
161, 162, 163, 164: 제2 프레임 패턴
161a, 161b, 162a, 162b, 163a, 163b, 164a, 164b: 빗살 전극
171, 172, 173, 174: 제4 스프링 패턴
181a, 181b, 182a, 182b, 183a, 183b, 184a, 184b, 185a, 185b, 186a, 186b, 187a, 187b, 188a, 188b: 제5 스프링 패턴

Claims

제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 복수의 평면 패턴이 연결된 이동 전극; 및
상기 이동 전극과 정전 용량을 형성하는 대향 전극을 포함하고,
상기 복수의 평면 패턴은:
제1 프레임 패턴;
상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제1 앵커 패턴;
상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 방향인 제1 스프링 패턴;
상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제2 방향인 제2 스프링 패턴;
날개 패턴; 및
상기 제1 프레임 패턴과 상기 날개 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향인 제3 스프링 패턴을 포함하고,
상기 정전 용량의 변화에 따라 가속도를 측정하는
가속도 센서.
제1 항에 있어서,
상기 대향 전극은 복수 개이고,
상기 제1, 제2 및 제3 방향 중 측정 대상 방향에 따라 대향 전극이 선택되고,
상기 선택된 대향 전극과 상기 이동 전극 사이의 정전 용량의 변화에 따라 상기 측정 대상 방향의 가속도를 측정하는
가속도 센서.
제1 항에 있어서,
상기 제3 스프링 패턴은 상기 날개 패턴의 외곽을 둘러싸는 형태인,
가속도 센서.
제3 항에 있어서,
상기 제3 스프링 패턴은 상기 날개 패턴의 중앙에 연결되는,
가속도 센서.
제4 항에 있어서,
상기 제1 프레임 패턴은 상기 제1 방향으로 상기 제1 스프링 패턴과 연결되고, 상기 제2 방향으로 상기 제2 스프링 패턴과 연결되는,
가속도 센서.
제5 항에 있어서,
상기 제1 앵커 패턴 및 상기 제1 프레임 패턴은 복수 개이고,
상기 제1 앵커 패턴은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 사이에 위치한,
가속도 센서.
제6 항에 있어서,
상기 복수의 평면 패턴은,
상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제2 앵커 패턴;
상기 제2 앵커 패턴 및 상기 제2 앵커 패턴에 대응되는 상기 제1 앵커 패턴 사이에 위치하는 제2 프레임 패턴; 및
상기 제1 앵커 패턴과 상기 제2 프레임 패턴을 연결하는 제4 스프링 패턴;
상기 제2 프레임 패턴과 상기 제2 앵커 패턴을 연결하는 제5 스프링 패턴을 더 포함하는,
가속도 센서.
제7 항에 있어서,
상기 제2 프레임 패턴은 복수의 빗살 전극을 포함하는,
가속도 센서.
제8 항에 있어서,
상기 복수의 빗살 전극은 상기 제1 앵커 패턴과 상기 제2 앵커 패턴을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장되는,
가속도 센서.
제9 항에 있어서,
상기 복수의 평면 패턴은 동일한 물질 구성을 갖는,
가속도 센서.
평면 전극층을 형성하는 단계; 및
하나의 마스크를 이용하여 상기 평면 전극층을 패터닝하여 이동 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 이동 전극은, 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 연장되고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 서로 연결된 복수의 평면 패턴을 포함하고,
상기 복수의 평면 패턴은:
제1 프레임 패턴;
상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제1 앵커 패턴;
상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 방향인 제1 스프링 패턴; 및
상기 제1 프레임 패턴과 상기 제1 앵커 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제2 방향인 제2 스프링 패턴;
날개 패턴; 및
상기 제1 프레임 패턴과 상기 날개 패턴을 연결하고, 신축 방향이 상기 제1 및 제2 방향에 수직인 제3 방향인 제3 스프링 패턴을 포함하는,
가속도 센서의 제조 방법.
제11 항에 있어서,
상기 이동 전극을 형성하는 단계에서, 상기 이동 전극과 정전 용량을 형성하는 대향 전극을 함께 형성하는,
가속도 센서의 제조 방법.
제11 항에 있어서,
상기 제3 스프링 패턴은 상기 날개 패턴의 외곽을 둘러싸는 형태인,
가속도 센서의 제조 방법.
제13 항에 있어서,
상기 제3 스프링 패턴은 상기 날개 패턴의 중앙에 연결되는,
가속도 센서의 제조 방법.
제14 항에 있어서,
상기 제1 프레임 패턴은 상기 제1 방향으로 상기 제1 스프링 패턴과 연결되고, 상기 제2 방향으로 상기 제2 스프링 패턴과 연결되는,
가속도 센서의 제조 방법.
제15 항에 있어서,
상기 제1 앵커 패턴 및 상기 제1 프레임 패턴은 복수 개이고,
상기 제1 앵커 패턴은 인접한 두 개의 제1 프레임 패턴 사이에 위치한,
가속도 센서의 제조 방법.
제16 항에 있어서,
상기 복수의 평면 패턴은,
상기 이동 전극을 주위 구조물에 고정시키는 제2 앵커 패턴;
상기 제2 앵커 패턴 및 상기 제2 앵커 패턴에 대응되는 상기 제1 앵커 패턴 사이에 위치하는 제2 프레임 패턴; 및
상기 제1 앵커 패턴과 상기 제2 프레임 패턴을 연결하는 제4 스프링 패턴;
상기 제2 프레임 패턴과 상기 제2 앵커 패턴을 연결하는 제5 스프링 패턴을 더 포함하는,
가속도 센서의 제조 방법.
제17 항에 있어서,
상기 제2 프레임 패턴은 복수의 빗살 전극을 포함하는,
가속도 센서의 제조 방법.
제18 항에 있어서,
상기 복수의 빗살 전극은 상기 제1 앵커 패턴과 상기 제2 앵커 패턴을 연결하는 방향에 수직인 방향으로 연장되는,
가속도 센서의 제조 방법.
제19 항에 있어서,
상기 복수의 평면 패턴은 동일한 물질 구성을 갖는,
가속도 센서의 제조 방법.