KR101828491B1 - 마이크로 구조물을 위한 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조 - Google Patents

마이크로 구조물을 위한 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 나노튜브 소재를 마이크로 시스템에 접목시켜 미끄럼 마찰을 구현하고, 이를 이용하는 쿨롱 감쇠를 이용한 충격 보호 구조에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조는 쿨롱 마찰력에 의한 감쇠 효과를 마이크로 구조의 충격 방지 구조에 적용하여, 단순히 변위를 제안하거나 충격 시간을 늘린 기존의 충격 방지 구조에 비해 뛰어난 에너지 소산 효과를 가진다.

Description

마이크로 구조물을 위한 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조{Shock Protection Structure Based on Coulomb Damping for Microstructure and Its Manufacturing Method}
본 발명의 일 측면은 마이크로 구조물을 위한 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 나노튜브 소재를 마이크로 시스템에 접목시켜 미끄럼 마찰을 구현하고, 이를 통하여 쿨롱 감쇠를 실현하는 충격 보호 구조에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
마이크로 기전 소자 (Microelectromechanical system, MEMS)는 오늘날 다양한 산업분야 및 일상생활에서 활발히 사용되고 있다. MEMS의 응용분야 및 사용빈도가 늘어남에 따라 외부의 충격으로부터 섬세한 마이크로 구조물을 보호하는 충격 보호 기술이 중요해지고 있다.
이러한 충격 보호 기술은 다양한 접근 방법을 통해 활발히 연구되고 있다. 충격 보호 구조를 위한 연구는 스토퍼(Stopper)를 활용하는 방법, 유연 스프링을 활용하는 방법, 감쇠를 통해 충격 에너지를 소산 시키는 방법 등으로 크게 나뉠 수 있다.
먼저 스토퍼(Stopper)를 활용하는 방법은 가동구조가 지나치게 많이 움직여 스프링에 파단 강도 이상의 응력이 걸리는 것을 막아줄 수 있으나 가동구조와 스토퍼(Stopper) 사이의 충격에 의해 물리적인 손상이 발생할 수 있다는 단점이 있다.
또한, 유연 스프링을 활용할 경우에는 충격력의 크기는 다소 줄일 수 있으나 대신 충격 횟수가 증가하기 때문에 피로응력에 의한 손상이 발생할 가능성이 크다.
그리고 감쇠 구조를 활용하여 충격 에너지를 소산시키는 방법은 가동 구조에 가해지는 손상을 최소화 할 수 있어 현재 가장 주목을 받고 있는 접근 방법으로, 나노갭을 활용한 점성감쇠, 폴리머 코팅을 활용한 고체감쇠 등에 기반한 충격 보호 구조들이 보고된 바 있다.
한편, 쿨롱 감쇠에 의한 에너지 소산은 점성 감쇠 및 고체 감쇠에 비해 효율적으로 에너지를 소산시킬 수 있어 매크로 스케일의 구조에서 가장 많이 사용되는 방법이나 마이크로 시스템에서는 높은 표면 에너지 및 접촉면의 물리적인 손상 등의 문제점이 있어 아직까지 구현된 사례가 없다.
충격 보호 기술은 낙하 충격으로 인해 휴대용 전자기기가 손상되는 것을 막아 줄 수 있으며, MEMS 소자가 우주항공, 방위산업과 같은 극한환경에서도 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 해 준다.
하지만 현재 충격 보호 기술에 대한 연구는 실험적인 수준에 그치고 있어 마이크로 기전 소자의 신뢰성 증대 및 활용 분야 확대에 크게 기여를 하고 있지 못하는 실정이다.
기존 연구들에서 제안한 방법은 공정의 복잡성 및 높은 제작 단가에 비해 효율이 높지 못하며, 신뢰성 및 수명 또한 상용화된 소자에 적용하기에는 어려운 수준이다.
이에 본 발명에 따른 일 측면은, 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 쿨롱 감쇠에 기반하여, 외부의 충격으로부터 마이크로 기전 소자를 효과적으로 보호할 수 있는 충격 방지 구조 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명에서는 탄소 나노튜브라는 새로운 소재를 마이크로 시스템에 접목시킴으로써 구현되는 미끄럼 마찰을 이용하는 쿨롱 감쇠에 기반한 충격 보호 구조 및 그 제작 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 외부힘에 의하여 움직이는 운동부를 가지는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical System, MEMS)에 적용되는 충격 방지 구조에 있어서, 상기 운동부의 관성력에 의하여 상기 운동부의 운동을 직선 운동으로 변환하는 제1 부재; 상기 제1 부재와 상대 운동하는 제2 부재; 및 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 길이방향으로 길게 성장시켜 형성되는 탄소 나노튜브 다발로 구성된 에너지 소산부를 포함하고,
상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 마이크로 구조물이며, 상기 제1 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 상기 제2 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조를 제공할 수 있다.
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상기 운동부는 상기 마이크로 기전 소자의 하우징, 프레임 또는 특정 기능을 수행하기 위하여 운동하는 운동 요소 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 부재는 복원력을 가진 스프링 구조를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 마이크로 구조물은 실리콘 재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 적용되는 충격 방지 구조에 있어서,
상기 마이크로 기전 소자의 외부 힘에 의하여 운동하는 제1 부재; 상기 제1 부재와 상대 운동하는 제2 부재; 및 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 길이방향으로 길게 성장시켜 형성되는 탄소 나노튜브 다발로 구성된 에너지 소산부를 포함하고, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 마이크로 구조물이며, 상기 제1 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 상기 제2 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조를 제공할 수 있다.
아울러, 위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면은, 충격 방지 구조가 적용되는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 있어서, 상기 충격 방지 구조는,
제1 마이크로 구조물; 상기 제1 마이크로 구조물과 상대 운동하는 제2 마이크로 구조물; 및 상기 제1 마이크로 구조물과 상기 제2 마이크로 구조물의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 길이방향으로 길게 성장시켜 형성되는 탄소 나노튜브 다발로 구성된 에너지 소산부를 포함하고, 상기 제1 마이크로 구조물의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 상기 제2 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자를 제공할 수 있다.
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이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조는 쿨롱 마찰력에 의한 감쇠 효과를 마이크로 구조의 충격 방지 구조에 적용하여, 단순히 변위를 제안하거나 충격 시간을 늘린 기존의 충격 방지 구조에 비해 뛰어난 에너지 소산 효과를 가진다.
기계적인 마찰에 기반을 둔 쿨롱 감쇠는 신뢰성 문제로 인하여 마이크로 기전 소자에 활용하기에 어려움이 있지만,본 발명의 일 실시예에 의한 충격 방지 구조는 탄소나노튜브의 높은 영률과 강도, 높은 복원력과 압축률, 내마모성과 피로 저항성으로 인하여, 긴 수명과 높은 신뢰성을 제공한다.
나노갭 및 폴리머 코팅을 활용한 기존의 연구들은 제작에 많은 비용이 소요되며 구조의 신뢰성도 낮지만, 본 실시예는 마이크로 구조물과 통합된 형태로 제작되어 별도의 추가 조립 공정이 필요 없으며, 모든 제작 과정이 일괄 공정으로 이루어져 높은 수율 및 생산성을 제공한다.
탄소나노튜브가 갖는 기계적 내구성과 열적 안정성을 기반으로 하므로 마이크로 기전 소자가 활용되는 다양한 극한 환경에서도 지속적이고 반복적인 구동이 가능하다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 범용성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조를 나타낸다.
도 2는 도 1의 충격 방지 구조에서 운동부의 운동에 의하여 함께 이동하는 제1 부재가 제2 부재와 상대 운동하는 모습을 나타낸다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 확대도로서 에너지 소산부의 구조를 나타낸다.
도 4는 마이크로 기전 소자의 운동부의 구조와 충격 방지 구조와의 배치관계를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조가 적용된 마이크로 기전 소자를 나타낸다.
도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 확대도로서 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조의 구체적인 모습을 나타낸다.
도 7은 도 6의 C 부분을 확대한 확대도로서 충격 방지 수단의 구체적인 모습을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조의 제조 방법을 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조를 나타낸다. 도 2는 도 1의 충격 방지 구조(100)에서 운동부(110)의 운동에 의하여 함께 이동하는 제1 부재(120)가 제2 부재(130)와 상대 운동하는 모습을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조(100)는 외부힘에 의하여 움직이는 운동부(110)를 가지는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 적용될 수 있으며, 상기 운동부(110)의 운동에 의하여 함께 운동하는 제1 부재(120); 상기 제1 부재(120)와 상대 운동하는 제2 부재(130); 및 상기 제1 부재(120)와 상기 제2 부재(130) 중 적어도 하나의 마찰면에 형성되는 에너지 소산부(140);를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 마이크로 기전 소자는 차량, 항공기 등에 설치되는 자이로 센서 등을 의미할 수 있으나, 자이로 센서 등에 한정되는 것은 아니다.
제1 부재(120)는 운동부(110)의 운동에 의하여 함께 운동할 수 있다. 제1 부재(120)는 운동부(110)와는 별도의 구성으로서 운동부(110)와 접촉 상태로 운동부(110)에 인접하여 위치될 수 있으며, 운동부(110)와 비접촉 상태로 운동부(110)에 인접하여 위치된다. 운동부(110)가 관성력에 의하여 유동하여 제1 부재(120)를 밀면 제1 부재(120)는 운동부(110)와 함께 운동부(110)의 유동방향으로 이동한다.
제2 부재(130)는 제1 부재(120)와 상대 운동할 수 있다. 제1 부재(120)는 운동부(110)에 의하여 이동할 수 있어야 하므로 유동할 수 있는 구조이지만, 제2 부재(130)는 제1 부재(120)와 상대운동하도록 고정될 수 있는 구조이다. 그렇지만 제2 부재(130)는 반드시 고정될 필요는 없으며 제1 부재(120)와 상대적으로 운동할 수 있는 구조이면 족하다.
상기 제1 부재(120)는 복원력을 가진 스프링 구조를 포함할 수 있다. 즉, 운동부(110)가 유동하여 제1 부재(120)를 미는 경우 제1 부재(120)는 제2 부재(130)와 상대 운동을 하며 에너지를 소산시키고, 스프링 구조에 의하여 다시 원 위치로 복원될 수 있다. 스프링 구조는 예컨대 마이크로 기전 소자의 하우징, 프레임 등과 일체로 형성되는 컴플라이언트 스프링(Compliant Spring)을 포함할 수 있다.
상기 제1 부재(120) 또는 상기 제2 부재(130)는 수 백 마이크로 미터 단위의 크기를 가지는 마이크로 구조물일 수 있으며, 여기서 마이크로 구조물은 실리콘 재질로 형성될 수 있다.
제1 부재(120)와 제2 부재(130)는 각각 서로 대향하여 마찰되는 마찰면을 가진다. 제1 부재(120)의 마찰면과 제2 부재(130)의 마찰면은 미세한 간격을 두고 이격된다. 제1 부재(120)와 제2 부재(130)의 서로 대향하는 한 쌍의 마찰면 중 적어도 하나에는 에너지 소산부(140)가 형성될 수 있다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 확대도로서 에너지 소산부의 구조를 나타낸다.
실시예에 따라서 에너지 소산부(140)는 길이방향으로 길게 형성된 다수의 에너지 소산 수단을 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따라서 에너지 소산부(140)는 탄소 나노튜브 다발을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 전술한 에너지 소산 수단은 탄소 나노튜브 다발일 수 있다. 탄소 나노튜브 다발은 제1 부재(120)와 제2 부재(130)의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 성장시켜 형성될 수 있다.
마이크로 구조물은 표면 에너지가 높아서 마찰 감쇠를 적용하기 어렵다. 즉, 구조물이 마이크로 단위로 줄어들게 되면 길이의 세제곱에 비례하는 힘들은 힘의 크기가 크게 줄어드는 반면에 길이의 제곱에 비례하는 힘들은 상대적으로 덜 줄어들게 된다. 그 대표적인 것이 표면 에너지이다.
마찰 감쇠가 되려면 두 마찰면이 접촉한 상태에서 상대적인 움직임이 있어야 하는데, 이러한 움직임을 마이크로 단위에서 구현하려면 두 마찰면이 서로 접촉했을 때 두 마찰면 사이의 표면 에너지의 크기가 너무 커서 상대 운동이 일어날 수 없고, 억지로 상대 운동을 일으키게 되면 마이크로 구조물이 파손된다. 따라서 마찰에 기반하는 소자들은 마이크로 단위에서는 사용되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조(100)는 탄소 나노튜브 다발을 적용함으로써 마이크로 단위에서 마찰 감쇠를 적용한다.
에너지 소산 수단은 제1 부재(120)의 마찰면과 제2 부재(130)의 마찰면으로부터 각각 평균적으로 수직하게, 길이방향으로 길게 형성된다. 제1 부재(120)의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 제2 부재(130)의 마찰면에서 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 구성된다.
한 쌍의 에너지 소산 수단의 끝단이 서로 접촉한 상태에서 운동부(110)의 운동에 의하여 함께 제1 부재(120)가 이동을 시작하면 제1 부재(120)의 마찰면에 형성된 에너지 소산 수단의 끝단과 제2 부재(130)의 마찰면에 형성된 에너지 소산 수단의 끝단 사이에 마찰이 생성되며 그로 인하여 에너지가 소산되며 충격이 방지된다. 에너지가 소산된 뒤에는 전술한 바와 같이 컴플라이언트 스프링 구조에 의하여 이동한 제1 부재(120)가 위치를 복원한다.
도 4는 마이크로 기전 소자의 운동부의 구조와 충격 방지 구조와의 배치관계를 나타낸다.
운동부(110)와 충격 방지 구조(100)는 인접하여 위치할 수 있다.
실시예에 따라서 운동부(110)는 마이크로 기전 소자의 하우징, 프레임 또는 특정 기능을 수행하기 위하여 운동하는 운동 요소 중 하나를 포함하는 것일 수 있다. 본 실시예에서 운동부(110)는 마이크로 기전 소자의 지지부(111)와 브릿지(112)를 통하여 부착되어 있다. 여기서 지지부(111)는 마이크로 기전 소자의 하우징, 프레임 등 마이크로 기전 소자에 고정 부착되는 부재를 의미할 수 있다.
본 실시예에서 운동부(110)는 자이로 센서에 형성된 프루프 메스(Proof-Mass)와 대응되는 것일 수 있으며, 본 실시예에서 특정 기능은 움직임에 의하여 특정한 정보를 생성하여 전달하는 기능을 의미할 수 있다.
운동부(110)가 예컨대 자이로 센서의 프루프 메스인 경우, 프루프 메스는 관성력에 의하여 유동하는 부재로서 일정량 이상 유동하게 되면 파손되는 가능성이 있으므로, 충격 방지 구조(100)는 프루프 메스의 유동 방향을 가로 막는 위치에 자이로 센서의 내부 프레임과 일체가 되도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조가 적용된 마이크로 기전 소자를 나타내고, 도 6은 도 5의 B 부분을 확대한 확대도로서 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조의 구체적인 모습을 나타낸다. 그리고, 도 7은 도 6의 C 부분을 확대한 확대도로서 충격 방지 수단의 구체적인 모습을 나타낸다.
도 5는 500 um 스케일을 나타내고 있다. 도 5를 참고하면, 한 쌍의 충격 방지 구조(100)는 500 um 정도의 크기를 가진다. 충격 방지 구조(100)의 제1 부재(120)와 제2 부재(130)는 실리콘 웨이퍼에 식각 공정을 통하여 형성될 수 있다. 제1 부재(120)와 제2 부재(130)는 상대 운동하는 부재이지만 일체로서 형성되는 구조일 수 있으며, 도 5에서는 예시적으로 컴플라이언트 스프링 구조에 의하여 일체로 연결되는 구조를 나타낸다. 충격 방지 구조(100)는 한 쌍으로서 서로 대향하며 배치되며, 한 쌍의 충격 방지 구조(100) 사이에는 프루프 메스가 위치한다.
프루프 메스는 마이크로 기전 소자의 하우징 또는 프레임에 고정된 지지부(111)와 브릿지(112)를 통하여 연결되어 있는 구조로서 임계값 이상으로 유동하는 경우 도 5를 바라볼 때 상부에 위치한 충격 방지 구조(100)와 하부에 위치한 충격 방지 구조(100)에 의하여 완충되도록 구성된다.
도 6을 참조하면 복수의 레그로 구성된 제1 부재(120)와, 제1 부재(120)와 마찬가지로 복수의 레그로 구성된 제2 부재(130)를 보여준다. 여기서 제1 부재(120)의 복수의 레그와 제2 부재(130)의 복수의 레그는 서로 맞물려 위치한다. 제1 부재(120)와 제2 부재(130)의 복수의 레그의 마찰면에는 에너지 소산부(140)가 형성되어 있다.
도 6은 100 um 스케일을 나타내고 있는 바, 도 6을 참조하면, 제1 부재(120)와 제2 부재(130)의 서로 인접하는 한 쌍의 레그가 구성하는 폭은 100 um 보다 작고, 레그의 길이는 100 um 보다 약간 크다. 또한, 레그의 길이방향의 마찰면 뿐만 아니라, 레그와 레그 사이에 형성되는 바닥면과 이 바닥면과 대응하는 레그의 끝단에도 에너지 소산부(140)가 형성되어 있다.
도 7은 1 um 스케일을 나타내고 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명에서 에너지 소산 수단의 일 실시예인 탄소 나노튜브는 약 2 um 정도의 길이를 가지고 있으며, 서로 대향하는 제 1부재와 제2 부재(130)의 사이의 틈은 약 4 um 정도의 간격을 유지한다. 제1 부재(120)와 제2 부재(130) 사이의 틈에 탄소 나노튜브 다발이 형성된다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 기전 소자의 충격 방지 구조(100)는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 적용되는 충격 방지 구조(100)에 있어서, 상기 마이크로 기전 소자의 외부 힘에 의하여 운동하는 제1 부재(120); 상기 제1 부재(120)와 상대 운동하는 제2 부재(130); 및 상기 제1 부재(120)와 상기 제2 부재(130) 중 적어도 하나의 마찰면에 형성되는 에너지 소산부(140);를 포함하여 구성될 수 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 실시예는 마이크로 기전 소자를 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 마이크로 기전 소자는 충격 방지 구조(100)가 적용되는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 있어서,
상기 충격 방지 구조(100)는, 제1 마이크로 구조물; 상기 제1 마이크로 구조물과 상대 운동하는 제2 마이크로 구조물; 및 상기 제1 마이크로 구조물과 상기 제2 마이크로 구조물 중 적어도 하나의 마찰면에 형성되는 탄소 나노튜브 다발;을 포함하여 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 방지 구조의 제조 방법을 나타낸다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 충격 방지 구조의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 충격 방지 구조의 제조 방법은 마이크로 구조물을 마련하는 마이크로 구조물 마련단계(S100); 상기 마이크로 구조물의 표면에 촉매를 코팅하는 촉매 코팅단계(S110);
상기 표면에 코팅된 촉매를 가열하는 촉매 가열단계(S120); 및 상기 촉매를 탄소를 포함하는 전구체와 접촉시켜 상기 촉매로부터 탄소 나노튜브를 성장시키는 탄소 나노튜브 생성단계(S130);를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 마이크로 구조물은 상기 마이크로 기전 소자를 구성하는 일부분일 수 있으며, 상기 마이크로 구조물은 실리콘 재질로 형성되고, 상기 촉매는 아세틸렌(C2H2)일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 충격 방지 구조
110: 운동부
111: 지지부
112: 브릿지
120: 제1 부재
130: 제2 부재
140: 에너지 소산부

Claims (13)

  1. 외부힘에 의하여 움직이는 운동부를 가지는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical System, MEMS)에 적용되는 충격 방지 구조에 있어서,
    상기 운동부의 관성력에 의하여 상기 운동부의 운동을 직선 운동으로 변환하는 제1 부재;
    상기 제1 부재와 상대 운동하는 제2 부재; 및
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 길이방향으로 길게 성장시켜 형성되는 탄소 나노튜브 다발로 구성된 에너지 소산부를 포함하고,상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 마이크로 구조물이며, 상기 제1 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 상기 제2 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운동부는 상기 마이크로 기전 소자의 하우징, 프레임 또는 특정 기능을 수행하기 위하여 운동하는 운동 요소 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는 복원력을 가진 스프링 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 구조물은 실리콘 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조.
  9. 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 적용되는 충격 방지 구조에 있어서,
    상기 마이크로 기전 소자의 외부 힘에 의하여 운동하는 제1 부재;
    상기 제1 부재와 상대 운동하는 제2 부재; 및
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 길이방향으로 길게 성장시켜 형성되는 탄소 나노튜브 다발로 구성된 에너지 소산부를 포함하고,상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 마이크로 구조물이며, 상기 제1 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 상기 제2 부재의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자의 쿨롱 감쇠 기반 충격 방지 구조.
  10. 충격 방지 구조가 적용되는 마이크로 기전 소자(Microelectromechanical system, MEMS)에 있어서,
    상기 충격 방지 구조는,
    제1 마이크로 구조물;
    상기 제1 마이크로 구조물과 상대 운동하는 제2 마이크로 구조물; 및
    상기 제1 마이크로 구조물과 상기 제2 마이크로 구조물의 상호 대향하는 한 쌍의 마찰면 각각으로부터 길이방향으로 길게 성장시켜 형성되는 탄소 나노튜브 다발로 구성된 에너지 소산부를 포함하고,상기 제1 마이크로 구조물의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단과 상기 제2 마이크로 구조물의 마찰면에 형성되는 에너지 소산 수단은 그 끝단이 서로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기전 소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003510462A (ja) * 1999-09-29 2003-03-18 エレクトロファク，ファブリカツィオーン エレクトロテクニシャー スペツィアラルティクテル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 基材上にナノチューブ層を生成する方法
US20100045141A1 (en) 2008-08-21 2010-02-25 Us Government As Represented By Secretary Of The Army Large force and displacement piezoelectric mems lateral actuation
KR101192478B1 (ko) * 2011-06-01 2012-10-18 연세대학교 산학협력단 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 접촉 재료로 사용하는 마이크로 기전 스위치의 스위칭 소자, 마이크로 기전 스위치 및 그 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003510462A (ja) * 1999-09-29 2003-03-18 エレクトロファク，ファブリカツィオーン エレクトロテクニシャー スペツィアラルティクテル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 基材上にナノチューブ層を生成する方法
US20100045141A1 (en) 2008-08-21 2010-02-25 Us Government As Represented By Secretary Of The Army Large force and displacement piezoelectric mems lateral actuation
KR101192478B1 (ko) * 2011-06-01 2012-10-18 연세대학교 산학협력단 정렬된 탄소나노튜브 어레이를 접촉 재료로 사용하는 마이크로 기전 스위치의 스위칭 소자, 마이크로 기전 스위치 및 그 제조방법

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