KR101684094B1

KR101684094B1 - Mems습도센서소자

Info

Publication number: KR101684094B1
Application number: KR1020150049623A
Authority: KR
Inventors: 오수석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2016-12-08
Also published as: KR20160120831A

Abstract

베이스기판의 상면에 수직으로 마련되며, 상호 이격되도록 형성된 복수의 절연체; 상기 각 절연체의 양측면에 각각 밀착되도록 마련된 복수의 전극; 상호 마주보는 전극이 이루는 사이 공간마다 마련된 복수의 감습막; 베이스기판의 하방에 마련된 회로기판; 및 베이스기판을 관통하고, 상단이 전극의 하단과 연결되며, 하단이 회로기판과 연결된 복수의 배선;을 포함하는 MEMS습도센서소자가 소개된다.

Description

MEMS습도센서소자 {MEMS MOISTURE SENSOR DVICE}

본 발명은 캐패시터의 측면을 통해 습기 접촉이 발생하도록 하여, 유효 접촉면적을 기존대비 충분히 확보하고 이를 통해 감도와 응답속도 특성 등을 향상시키는 MEMS습도센서소자에 관한 것이다.

일반적인 용량형 습도센서는 전기용량 감지를 위해 2개의 전극이 감습 물질 양단에 위치해 있는데, 이러한 전극막을 통해 습기가 효과적으로 감습물질과 접촉하여 흡탈착 할 수 있어야 한다. 즉 가능한 감습물질이 외부의 습기와 효과적으로 접촉할 수 있는 전극구조가 필요한데 이를 위해 전극에 패터닝을 통해 습기 유동통로를 제작하거나, 전극막 형성 공정 중에 인위적인 깨짐(Crack)이 일어나도록 막을 형성하는 공정조건을 조절하기도 한다. 특히 최근에는 IDT(Inter DigiTal)구조라 하여 편판형이 아닌 가지 형태의 전극을 상부에 배열하여 감습물질이 최대한 외기와 접촉되도록 하는 구조가 적용되고 있다. 하지만 이러한 IDT구조 또한 소자 자체의 용량 값이 작아 감도가 작고, DATA의 떨림 현상이 심한 문제가 있다.

또한, 제조방법에서도 패터닝 공정으로 인해 공정수가 증가하고, 상부전극 패턴에 다른 설계용량 값 예측이 어려운 문제, 패턴의 모서리 및 계면부에 기생용량의 존재로 인한 출력신호 오차 발생 등의 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10- 2008-0058286 A KR 10- 2010-0053082 A

본 발명은 캐패시터의 측면을 통해 습기 접촉이 발생하도록 하여, 유효 접촉면적을 기존대비 충분히 확보하고 이를 통해 감도와 응답속도 특성 등을 향상시키는 MEMS습도센서소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

베이스기판의 상면에 수직으로 마련되며, 상호 이격되도록 형성된 복수의 절연체; 상기 각 절연체의 양측면에 각각 밀착되도록 마련된 복수의 전극; 상호 마주보는 전극이 이루는 사이 공간마다 마련된 복수의 감습막; 베이스기판의 하방에 마련된 회로기판; 및 베이스기판을 관통하고, 상단이 전극의 하단과 연결되며, 하단이 회로기판과 연결된 복수의 배선;을 포함하고, 감습막은 폴리이미드(PI, Polyimide) 재질로서 습기를 흡착하는 것을 특징으로 하며, 감습막은 상면이 대기중에 노출된 것을 특징으로 하고, 배선은 하단이 지지부를 통해 회로기판에 설치됨으로써 베이스 기판을 지지하는 것을 특징으로 하며, 전극은 각각의 절연체 양측면에 밀착된 제1전극부와 최외곽의 양측에 각각 마련된 제2전극부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 MEMS습도센서소자에 따르면, 종래 기술 대비 습도 센서 소자의 설계 및 공정을 단순화 할 수 있고, 캐패시터 측면을 통해 습기접촉이 발생하도록 하여 유효접촉면적을 종래기술 대비 충분히 확보가 가능하며, 이를 통해 감도와 응답속도의 특성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS습도센서소자의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS습도센서소자의 제조과정을 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MEMS습도센서소자의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS습도센서소자의 제조과정을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)습도센서 소자는, 베이스기판(100)의 상면에 수직으로 마련되며, 상호 이격되도록 형성된 복수의 절연체(200); 각 절연체(200)의 양측면에 각각 밀착되도록 마련된 복수의 전극(300); 상호 마주보는 전극(300)이 이루는 사이 공간마다 마련된 복수의 감습막(400); 베이스기판(100)의 하방에 마련된 회로기판(500); 및 베이스기판(100)을 관통하고, 상단이 전극(300)의 하단과 연결되며, 하단이 회로기판과 연결된 복수의 배선(600);을 포함한다.

본 발명은 도 1에서와 같이 베이스기판(100)에 상면에 일정간격을 두고 수직으로 복수개의 절연체(200)가 형성된다. 그리고, 각각의 절연체(200) 양측면에 밀착되도록 복수개의 전극(300)이 형성되고, 서로 마주보는 각각의 전극 사이에 감습막(400)이 마련된다.

또한, 베이스기판(100)에는 베이스기판(100)에 마련된 전극(300)과 하방에 마련된 회로기판(500)을 연결해주는 배선(600)이 관통할 수 있도록 관통홀(610)을 형성한다.

감습막(400)은 폴리이미드(PI, Polyimide) 재질로서 습기를 흡착하는 것을 특징으로 하고 감습막(400)은 상면이 대기중에 노출된 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이와 같은 구조를 통하여, 커패시터 타입의 센서 측면을 통하여 습기를 흡수하고 이를 감지하는바, 감습막(400)의 전체 면적이 노출되어 습기를 흡수함으로써 센싱의 정확도와 민감도가 증가되는 것이다.

즉, 종래의 경우 감습막(400)의 상면 및 하면에 전극(300)을 설치하고 측면은 보강구조로 덮었으며, 상면의 전극(300) 일부를 절개하여 습기가 침투하는 구조였는바, 감습막(400)의 전체 면적 중 습기에 접촉되는 유효면적과 무효면적이 존재하는 문제가 있었던 것이다. 그러나 본 발명에 의하면 감습막(400)의 측면을 상방으로 노출시킴으로써 측면 전체가 유효면적으로 작용하여 습기를 잘 흡수할 수 있도록 하였고, 양측의 전극(300)은 각 측면에 위치시킴으로써 안정적으로 센싱이 되도록 한 것이다.

한편, 배선은 하단이 베이스기판(100)을 관통한 후 지지부(700)를 통해 회로기판에 설치됨으로써 베이스기판(100)을 지지하는 것을 특징으로 하고 회로기판(500)과 전극(300)의 연결성을 유지하는 역할을 수행토록 한다.

또한, 전극(300)은 각각의 절연체(200) 양측면에 밀착된 제1전극부(300)와 최외곽의 양측에 각각 마련된 제2전극부(310)로 구성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 전체 센서에서 최 양측단에 위치된 전극(300)의 경우 제2전극부(310)로서, 제2전극부(310)는 절연체 없이 하나의 전극 단독으로만 마련될 수 있는 것이다.

전극(300)은 절연체(200) 양측면에 밀착된 제1전극부(300)와 최외곽 양측에 각각 마련된 제2전극부(310)로 나누어지는데, 제1전극부(300)의 경우 전극(300)과 전극(300) 사이에 절연체(200)가 마련되어 양측 전극(300)을 상호 절연시키는 분리판의 역할을 하는 것이고, 제2전극부(310)의 경우는 최외곽에 양측부에 마련되어 있기 때문에 또 다른 전극(300)과 함께 마련되지 않고 단독으로 마련되는 것이고, 그에 따라 전극(300)과 전극(300)을 분리하는 절연체(200)도 필요하지 않기 때문이다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MEMS습도센서소자의 제조과정을 나타낸 도면으로서, 본 발명의 MEMS습도센서소자의 제조방법은, 베이스기판(100)의 상면에 복수의 절연체(200)를 마련하되, 복수의 절연체(200)가 상호 이격 되도록 마련하는 절연체(200) 형성단계(a); 각 절연체(200)의 양측면에 각각 전극을 말착시키는 전극(300) 형성단계(b); 상호 이격된 상태로 마주보는 전극(300)이 이루는 공간 사이에 감습막(400)을 마련하는 감습막(400) 형성단계(c); 베이스기판(100) 중 전극(300)에 대응되는 지점에 관통홀(610)을 형성하는 관통단계; 및 배선(600)이 베이스기판(100)을 관통하여 전극(300)의 하단과 연결하고, 배선(600)의 하단을 베이스기판(100) 하방의 회로기판(500)과 연결시키는 배선(600)설치단계(d);를 포함한다.

먼저, 절연체(200) 형성단계에서는 베이스기판(100) 상면에 복수의 절연체(200)를 마련하되, 복수의 절연체(200)가 상호 이격 되도록 베이스기판(100)에 LP-CVD(Low Pressure - Chemical Vapor Deposition) 공법을 이용하여 1㎛두께로 절연체(200)를 형성한다. 절연체(200)의 소재는 SiO₂재질을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 절연체(200) 형성단계에서는 베이스기판(100)의 상면에 절연체(200)를 수직으로 증착하되 각각의 절연체(200)는 베이스기판(100) 상면에서 상호 평행하게 되도록 마련한다. 그리고 절연체(200)를 증착한 후에는 후가공으로써 절연체(200)의 폭이 일정해지도록 가공하는 것이 바람직하다.

그 후, 전극 형성단계에서는 증착된 각 절연체(200)의 양측면에 DC 스퍼터링 공법을 이용하여 1㎛ 두께로 전극을 절연체(200)에 밀착시키며 증착시키도록 한다. 그리고, 전극의 재질은 Cr재질을 사용함이 바람직하다. 또한, 증착된 전극 역시 절연체(200)와 마찬가지로 포토공정을 통해 폭이 150nm로 일정해지도록 패터닝을 해주게 되면, 상호 이격된 상태로 마주보는 한 쌍의 전극(300)은 그 사이에서 이루는 공간을 형성하게 되고, 그 공간의 폭 또한 일정하게 유지되는 것이다.

그리고 나서 감습막(400) 형성단계에서는 이격된 전극(300)의 사이에서 이루어지는 공간에 감습막(400)을 스핀 코팅법으로 공간에 골고루 채우는 형식으로 도포하는 것이다. 감습막(400)의 재질로는 폴리이미드(PI, Polyimide) 재질로서 습기를 흡착하도록 함이 바람직하다. 이를 통하여 감습막(400)은 마주보는 전극(300)의 사이 공간에 도포되고, 따라서 감습막(400)의 상면이 대기중에 노출됨으로써 습기를 흡수할 수 있는 유효면적으로써 감습막(400)의 전체 상면을 이용할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 종래와는 달리 전극(300)은 대기중에 노출되지 않고, 필요한 감습막(400)의 전체 면적이 노출되도록 구조를 변경함으로써 습도 센싱의 민감도와 정확도를 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 베이스기판 200 : 절연체
300 : 전극 400 : 감습막
500 : 회로기판 600 : 배선
700 : 지지부

Claims

베이스기판의 상면에 수직으로 마련되며, 상호 이격되도록 형성된 복수의 절연체;
일측면이 각 절연체의 양측면에 각각 밀착되도록 마련된 복수의 전극;
상호 마주보는 전극이 이루는 사이 공간마다 배치되어 전극의 타측면과 밀착되도록 마련되고, 상면이 절연체 및 전극의 상면과 함께 대기 중에 노출된 복수의 감습막;
베이스기판의 하방에 마련된 회로기판; 및
베이스기판을 관통하며, 상단이 전극의 하단과 연결되며, 하단이 회로기판과 연결된 복수의 배선;을 포함하는 MEMS습도센서소자.
청구항 1에 있어서,
감습막은 폴리이미드(PI, Polyimide) 재질로서 습기를 흡착하는 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자.
삭제
청구항 1에 있어서,
배선은 하단이 지지부를 통해 회로기판에 설치됨으로써 베이스 기판을 지지하는 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자.
청구항 1에 있어서,
전극은 각각의 절연체 양측면에 밀착된 제1전극부와 최외곽의 양측에 각각 마련된 제2전극부로 구성된 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자.
청구항 1의 MEMS습도센서소자 제조하는 방법으로서,
베이스기판의 상면에 복수의 절연체를 마련하되, 복수의 절연체가 상호 이격 되도록 마련하는 절연체 형성단계;
각 절연체의 양측면에 각각 전극의 일측면을 밀착시키는 전극형성단계;
상호 이격된 상태로 마주보는 전극이 이루는 공간 사이에 감습막을 배치하여 전극의 타측면과 밀착되도록 마련하되, 감습막의 상면이 절연체 및 전극의 상면과 함께 대기 중에 노출되도록 마련하는 감습막 형성단계;
베이스기판 중 전극에 대응되는 지점에 관통홀을 형성하는 관통단계; 및
배선의 상단을 베이스기판을 관통하여 전극의 하단과 연결시키고, 배선의 하단을 베이스기판 하방의 회로기판과 연결시키는 배선설치단계;를 포함하는 MEMS습도센서소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,
절연체형성단계는 각각의 절연체를 베이스 기판 상면에서 상호 평행하게 되도록 마련하는 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,
절연체형성단계는 베이스기판의 상면에 절연체를 수직으로 증착하고, 절연체의 폭이 일정해지도록 가공하는 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,
전극형성단계는 베이스기판의 상면에서 절연체에 밀착되는 지점에 전극을 수직으로 증착하고, 전극의 폭이 일정해지도록 가공하는 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자 제조방법.
청구항 6에 있어서,
감습막형성단계는 마주보는 전극의 사이 공간에 감습막을 도포함으로써 감습막의 상면이 대기중에 노출되도록 하는 것을 특징으로 하는 MEMS습도센서소자 제조방법.