KR101843185B1 - 관성센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 관성센서에 관한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서(100)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된 질량체(120), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비되어 질량체(120)를 둘러싸는 포스트(130), 멤브레인(110)의 상부에 형성되고, 두께방향으로 캐비티(141)가 형성된 압전체(140), 캐비티(141) 내에 구비된 감지전극(150) 및 캐비티(141) 외에 구비된 구동전극(160)을 포함하는 구성이며, 감지전극(150)이 구비되는 부분의 압전체(140) 두께를 얇게 형성함으로써, 관성센서(100)의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

관성센서{Inertial Sensor}
본 발명은 관성센서에 관한 것이다.
최근, 관성센서는 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 관성센서는 가속도와 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 관성센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출할 수 있는 것이다.
구체적으로, 관성센서를 이용하여 가속도와 각속도를 측정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 가속도는 뉴톤의 운동법칙 "F=ma" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서, "F"는 질량체에 작용하는 관성력, "m"은 질량체의 질량, "a"는 측정하고자 하는 가속도이다. 이중, 질량체에 작용하는 관성력(F)을 감지하여 일정값인 질량체의 질량(m)으로 나누면, 가속도(a)를 구할 수 있다. 또한, 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force) "F=2mΩ·v" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 질량체에 작용하는 코리올리힘, "m"은 질량체의 질량, "Ω"는 측정하고자 하는 각속도, "v"는 질량체의 운동속도이다. 이중, 질량체의 운동속도(v)와 질량체의 질량(m)은 이미 인지하고 있는 값이므로, 질량체에 작용하는 코리올리힘(F)을 감지하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
여기서, 질량체에 작용하는 관성력(F)이나 코리올리힘(F)을 감지하기 위해서는, 질량체가 접착된 멤브레인의 변위를 정확히 측정할 수 있어야 한다. 상기 멤브레인의 변위는 멤브레인 상에 형성된 압전체와 감지전극을 이용하여 측정한다. 하지만, 종래기술에 따른 관성센서는 설계상의 제약 등으로 멤브레인의 변위를 측정하는 감도를 높일 수 있는 명확한 방안이 없는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 감지전극이 구비되는 부분의 압전체 두께를 얇게 형성함으로써, 감도를 향상시킬 수 있는 관성센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서는 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비되어 상기 질량체를 둘러싸는 포스트, 상기 멤브레인의 상부에 형성되고, 두께방향으로 캐비티가 형성된 압전체, 상기 캐비티 내에 구비된 감지전극 및 상기 캐비티 외에 구비된 구동전극을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 감지전극은 상기 구동전극에 비하여 상기 압전체의 중심으로부터 가까운 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동전극은 상기 감지전극에 비하여 상기 압전체의 중심으로부터 먼 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캐비티는 에칭 공정을 통해서 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인과 상기 압전체 사이에는 공통전극이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압전체는 상기 압전체의 중심을 둘러싸는 내측 환상 영역과 상기 내측 환상 영역을 둘러싸는 외측 환상 영역으로 구획되고, 상기 캐비티는 상기 내측 환상 영역에 원호 형상으로 형성되고, 상기 감지전극은 상기 캐비티 내에 원호 형상으로 형성되며, 상기 구동전극은 상기 외측 환상 영역에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압전체는 상기 압전체의 중심을 둘러싸는 내측 환상 영역과 상기 내측 환상 영역을 둘러싸는 외측 환상 영역으로 구획되고, 상기 캐비티는 상기 외측 환상 영역에 원호 형상으로 형성되고, 상기 구동전극은 상기 내측 환상 영역에 원호 형상으로 형성되고, 상기 감지전극은 상기 캐비티 내에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 관성센서는 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비되어 상기 질량체를 둘러싸는 포스트, 상기 멤브레인의 상부에 형성되고, 중심을 둘러싸는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역으로 구획되며, 상기 제1 영역의 두께가 상기 제2 영역의 두께보다 얇은 압전체, 상기 제1 영역에 구비된 감지전극 및 상기 제2 영역에 구비된 구동전극을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 압전체는 에칭 공정을 통해서 상기 제1 영역의 두께가 상기 제2 영역의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인과 상기 압전체 사이에는 공통전극이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지전극은 상기 제1 영역에 원호 형상으로 형성되며, 상기 구동전극은 상기 제2 영역에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 관성센서는 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비되어 상기 질량체를 둘러싸는 포스트, 상기 멤브레인의 상부에 형성되고, 중심을 둘러싸는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역으로 구획되며, 상기 제2 영역의 두께가 상기 제1 영역의 두께보다 얇은 압전체, 상기 제2 영역에 구비된 감지전극 및 상기 제1 영역에 구비된 구동전극을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 압전체는 에칭 공정을 통해서 상기 제2 영역의 두께가 상기 제1 영역의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인과 상기 압전체 사이에는 공통전극이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지전극은 상기 제2 영역에 원호 형상으로 형성되며, 상기 구동전극은 상기 제1 영역에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
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 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, 감지전극이 구비되는 부분의 압전체 두께를 얇게 형성함으로써, 관성센서의 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 감지전극의 감도를 향상시킴으로써, 상대적으로 구동전극에 인가되는 전압을 낮출 수 있고, 그에 따라 관성센서의 소비전력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 관성센서의 단면도;
도 3은 도 1에 도시된 관성센서의 평면도;
도 4는 도 2에 도시된 관성센서의 평면도;
도 5는 도 1에 도시된 관성센서의 멤브레인에 변위가 발생하는 과정을 도시한 단면도;
도 6은 압전체의 두께 변화에 따른 감지전극의 전압 변화를 측정한 그래프;
도 7 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 관성센서의 단면도;
도 9는 도 7에 도시된 관성센서의 평면도; 및
도 10은 도 8에 도시된 관성센서의 평면도이다.
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. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 관성센서의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 관성센서의 평면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 관성센서의 평면도이며, 도 5는 도 1에 도시된 관성센서의 멤브레인에 변위가 발생하는 과정을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된 질량체(120), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비되어 질량체(120)를 둘러싸는 포스트(130), 멤브레인(110)의 상부에 형성되고, 두께방향으로 캐비티(141)가 형성된 압전체(140), 캐비티(141) 내에 구비된 감지전극(150) 및 캐비티(141) 외에 구비된 구동전극(160)을 포함하는 구성이다.
상기 멤브레인(110)은 판상으로 형성되어 질량체(120)가 진동할 수 있도록 탄성을 갖는다. 여기서, 멤브레인(110)의 경계는 정확히 구획되는 것은 아니지만, 멤브레인(110)의 중앙에 구비된 중앙부분(113)과 멤브레인(110)의 외곽을 따라 구비된 테두리(115)로 구획될 수 있다. 이때, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에는 질량체(120)가 배치되므로, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)은 질량체(120)의 움직임에 대응하는 변위가 발생한다. 또한, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에는 포스트(130)가 배치되어, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)을 지지하는 역할을 수행한다. 한편, 멤브레인(110)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 양면의 산화막(119)이 형성된 실리콘 기판(117)을 채용할 수 있다.
상기 질량체(120)는 관성력이나 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된다. 또한, 상기 포스트(130)는 중공(中空)형으로 형성되어 멤브레인(110)을 지지함으로써 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주는 역할을 하는 것으로, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비된다. 여기서, 질량체(120)는 예를 들어 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 포스트(130)는 중심에 사각 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 횡단면을 기준으로 볼 때, 질량체(120)는 원형으로 형성되고, 포스트(130)는 중앙에 사각 개구가 구비된 사각형으로 형성되는 것이다. 다만, 전술한 질량체(120)와 포스트(130)의 형상은 예시적인 것으로, 반드시 이에 한정되지 않고 당업계에서 공지된 모든 형상의 질량체(120)와 포스트(130)를 사용할 수 있다. 한편, 질량체(120)와 포스트(130)의 재질 역시 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실리콘 기판을 선택적으로 에칭하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 압전체(140)는 멤브레인(110)의 상부에 형성되어, 멤브레인(110)에 변위가 발생하면 전기적 분극이 일어나고(압전효과), 전기적 에너지가 가해지면 물리적 변형이 발생되어(역압전효과) 멤브레인(110)을 진동시킨다. 여기서, 압전체(140)로는 PZT(Lead zirconate titanate) 등의 압전세라믹스를 이용할 수 있다. 한편, 압전체(140)에는 습식 에칭 또는 건식 에칭 등의 에칭공정 등을 통해서 캐비티(141)가 형성되는데, 상기 캐비티(141)는 관성센서(100)의 감도를 향상시키기 위한 것으로 상세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 감지전극(150)은 멤브레인(110)의 변위에 따라 전압이 발생되어, 제어부가 멤브레인(110)의 변위를 감지할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)에 변위가 발생하면 압전체(140)에 전기적 분극이 일어나고, 그에 따라 감지전극(150)에는 전압이 발생한다. 따라서, 제어부에서는 감지전극(150)에 발생한 전압을 기초로 멤브레인(110)의 변위를 측정할 수 있다. 여기서, 감지전극(150)은 압전체(140) 중에서 상대적으로 두께가 얇은 캐비티(141) 내에 형성된다. 따라서, 감지전극(150)은 캐비티(141) 내에 형성하지 않은 경우보다 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께가 얇으므로, 정전용량이 증가하고 그에 따라 발생하는 전압이 상대적으로 높아진다. 결국, 감지전극(150)을 캐비티(141) 내에 형성함으로써, 센서에 인가되는 관성력을 더욱 정확히 감지할 수 있는 효과가 있다.
상기 구동전극(160)은 압전체(140)에 전압을 인가하여, 압전체(140)가 멤브레인(110)을 진동시킬 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 구동전극(160)에 전압을 인가하면 압전체(140)에 전기적 에너지가 가해져 구동력이 발생되고, 그에 따라 멤브레인(110)을 진동시킬 수 있는 것이다. 여기서, 구동전극(160)은 캐비티(141) 외에 구비된다. 따라서, 상기 압전체(140)의 두께가 기존의 관성센서와 동일하다고 가정하면, 압전체(140)의 구동력에는 변화가 없다. 다만, 압전체(140)의 구동력에 변화가 없다라도, 감지전극(150)을 캐비티(141) 내에 형성하였으므로, 감지전극(150)에는 상대적으로 높은 전압이 발생하여 관성센서(100)의 감도를 높일 수 있다. 또한, 관성센서(100)의 감도가 높아졌으므로, 압전체(140)의 구동력을 낮추더라도 동일한 감도를 유지할 수 있는데, 이 경우 구동전극(160)에 인가되는 전압이 낮아져 관성센서(100)의 전체적인 소비전력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이가 탄성변형하므로, 감지전극(150)과 구동전극(160)은 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이에 대응하는 부분에 구비되는 것이 바람직하다. 다만, 감지전극(150)과 구동전극(160)은 반드시 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이에 대응하는 부분에 구비되어야 하는 것은 아니고, 일부가 멤브레인(110)의 중앙부분(113)이나 테두리(115)에 대응하는 부분에 구비될 수 있다. 여기서, 감지전극(150)과 구동전극(160)의 위치는 압전체(140)의 중심(C)을 기준으로 서로 변경될 수 있다. 즉, 감지전극(150)이 구동전극(160)에 비하여 압전체(140)의 중심(C)으로부터 가깝게 구비되거나(도 1 참조), 감지전극(150)이 구동전극(160)에 비하여 압전체(140)의 중심(C)으로부터 멀게 구비될 수 있다(도 2 참조). 이때, 감지전극(150)은 캐비티(141) 내에 구비되어야 하므로, 캐비티(141)의 위치는 감지전극(150)의 위치에 대응해야 함은 물론이다.
도 3 내지 도 4를 참조하여 감지전극(150)과 구동전극(160)을 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다. 우선, 압전체(140)는 압전체(140)의 중심(C)을 둘러싸는 내측 환상(環狀) 영역(143)과 내측 환상 영역(143)을 둘러싸는 외측 환상 영역(145)으로 구획할 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 캐비티(141)는 내측 환상 영역(143)에 원호(圓弧)로 형성되고, 캐비티(141) 내에 감지전극(150)은 캐비티(141)에 대응하도록 원호로 형성될 수 있다. 또한, 구동전극(160)은 외측 환상 영역(145)에 원호로 형성될 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 캐비티(141)는 외측 환상 영역(145)에 원호로 형성되고 캐비티(141) 내에 감지전극(150)은 캐비티(141)에 대응하도록 원호로 형성될 수 있다. 또한, 구동전극(160)은 내측 환상 영역(143)에 원호로 형성될 수 있다. 한편, 감지전극(150)은 N개로 분할되어 형성될 수 있고, 구동전극(160)은 M개로 분할되어 형성될 수 있다. 도면상 감지전극(150)과 구동전극(160)은 각각 4개로 분할되어 형성되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제작비용이나 구현하고자 하는 구동력, 감도를 고려하여 감지전극(150)과 구동전극(160)의 수를 결정할 수 있다.
추가적으로, 멤브레인(110)과 압전체(140) 사이에는 공통전극(170)이 구비될 수 있는데(도 1 내지 도 2 참조), 이는 예시적인 것으로, 멤브레인(110)과 압전체(140) 사이에도 전술한 감지전극(150)과 구동전극(160)과 동일한 형태의 감지전극과 구동전극이 구비될 수 있다.
한편, 도 6은 압전체의 두께 변화에 따른 감지전극의 전압 변화를 측정한 그래프이다. 구체적으로, 도 6은 도 1에 도시된 관성센서(100)를 기준으로 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Ts)를 변화시키면서, 압전체(140) 두께(2μm)가 일정할 때 감지전극(150)에서 발생하는 전압(V1)과 압전체(140) 두께를 변화시킬 때 감지전극(150)에서 발생하는 전압(V2)의 비율(V2/V1)을 측정한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 구동전극(160)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Td)를 2μm로 고정하고, 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Ts)를 변화시킬 때, 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Ts)가 얇을수록 감지전극(150)에서 발생하는 전압의 비율(V2/V1)이 증가하는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140)를 최대한 얇게 형성하면 감지전극(150)에서 발생하는 전압의 비율(V2/V1)을 1.4까지 증가(40% 향상)시킬 수 있다.
또한, 구동전극(160)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Td)를 3μm로 고정하고, 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Ts)를 변화시킬 때 역시, 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Ts)가 얇을수록 감지전극(150)에서 발생하는 전압의 비율(V2/V1)이 증가하는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140)를 최대한 얇게 형성하면 감지전극(150)에서 발생하는 전압의 비율(V2/V1)을 1.6까지 증가(60% 향상)시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 전압의 비율(V2/V1)이 증가하는 것은 관성센서(100)의 감도가 향상되는 것을 의미한다. 결국, 도 6을 바탕으로 감지전극(150)이 구비된 부분의 압전체(140) 두께(Ts)를 얇게 형성하면 관성센서(100)의 감도를 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 관성센서의 단면도이고, 도 9는 도 7에 도시된 관성센서의 평면도이며, 도 10은 도 8에 도시된 관성센서의 평면도이다.
도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(200)와 전술한 제1 실시예에 따른 관성센서(100)의 가장 중요한 차이점은 캐비티(141)의 유무와 압전체(140)의 두께 차이에 따른 영역분할이다. 즉, 본 실시예는 제1 실시예와 달리 압전체(140)에 캐비티(141)를 형성하지 않고, 압전체(140)를 제1 영역(147)과 제2 영역(149)으로 구획하여 제1 영역(147)이나 제2 영역(149) 중 한 영역을 에칭 공정을 통해서 상대적으로 얇게 형성한다. 따라서, 본 실시예는 제1 실시예와 차이점인 압전체(140)를 중심으로 기술하도록 하고, 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
상기 압전체(140)는 멤브레인(110)의 상부에 형성되고, 압전체(140)의 중심(C)을 둘러싸는 제1 영역(147)과 제1 영역(147)을 둘러싸는 제2 영역(149)으로 구획된다. 여기서, 제1 영역(147)과 제2 영역(149)은 서로 두께가 상이하므로, 상호간의 두께 차이(T1, T2)로 경계가 형성된다. 구체적으로, 제1 영역(147)의 두께(T1)가 제2 영역(149)의 두께(T2)보다 얇거나(도 7 참조), 제2 영역(149)의 두께(T2)가 제1 영역(147)의 두께(T1)보다 얇을 수 있다(도 8 참조). 이때, 감지전극(150)은 제1 영역(147)과 제2 영역(149) 중 상대적으로 두께가 얇은 영역에 구비되고, 구동전극(160)은 제1 영역(147)과 제2 영역(149) 중 상대적으로 두께가 두꺼운 영역에 구비된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 영역(147)의 두께(T1)가 제2 영역(149)의 두께(T2)보다 얇은 경우, 제1 영역(147)에 감지전극(150)이 구비되고, 제2 영역(149)에 구동전극(160)이 구비된다. 이때, 감지전극(150)은 제1 영역(147)에 원호 형상으로 형성되고, 구동전극(160)은 제2 영역(149)에 원호 형상으로 형성될 수 있다(도 9 참조). 반면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 영역(149)의 두께(T2)가 제1 영역(147)의 두께(T1)보다 얇은 경우, 제1 영역(147)에 구동전극(160)이 구비되고, 제2 영역(149)에 감지전극(150)이 구비된다. 이때, 구동전극(160)은 제1 영역(147)에 원호 형상으로 형성되고, 감지전극(150)은 제2 영역(149)에 원호 형상으로 형성될 수 있다(도 10 참조).
이와 같이, 감지전극(150)이 압전체(140)의 상대적으로 얇은 영역에 구비되므로, 정전용량이 증가하여 감지전극(150)에 인가되는 전압이 높아지고, 그에 따라 멤브레인(110)의 변위를 더욱 정확하게 감지할 수 있는 효과가 있다.
추가적으로, 멤브레인(110)과 압전체(140) 사이에는 공통전극(170)이 구비될 수 있는데(도 7 내지 도 8 참조), 이는 예시적인 것으로, 멤브레인(110)과 압전체(140) 사이에도 전술한 감지전극(150)과 구동전극(160)과 동일한 형태의 감지전극과 구동전극이 구비될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서는 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, 200: 관성센서 110: 멤브레인
113: 멤브레인의 중앙부분 115: 멤브레인의 테두리
117: 실리콘 기판 119: 산화막
120: 질량체 130: 포스트
140: 압전체 141: 캐비티
143: 내측 환상 영역 145: 외측 환상 영역
147: 제1 영역 149: 제2 영역
150: 감지전극 160: 구동전극
170: 공통전극 C: 압전체의 중심
Td, Ts: 압전체의 두께 T1: 제1 영역의 두께
T2: 제2 영역의 두께

Claims (15)

  1. 판상의 멤브레인;
    상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체;
    상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비되어 상기 질량체를 둘러싸는 포스트;
    상기 멤브레인의 상부에 형성되고, 두께방향으로 캐비티가 형성된 압전체;
    상기 캐비티 내에 구비된 감지전극; 및
    상기 캐비티 외에 구비된 구동전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지전극은 상기 구동전극에 비하여 상기 압전체의 중심으로부터 가까운 것을 특징으로 하는 관성센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지전극은 상기 구동전극에 비하여 상기 압전체의 중심으로부터 먼 것을 특징으로 하는 관성센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐비티는 에칭 공정을 통해서 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 압전체 사이에는 공통전극이 구비된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전체는 상기 압전체의 중심을 둘러싸는 내측 환상 영역과 상기 내측 환상 영역을 둘러싸는 외측 환상 영역으로 구획되고,
    상기 캐비티는 상기 내측 환상 영역에 원호 형상으로 형성되고,
    상기 감지전극은 상기 캐비티 내에 원호 형상으로 형성되며,
    상기 구동전극은 상기 외측 환상 영역에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전체는 상기 압전체의 중심을 둘러싸는 내측 환상 영역과 상기 내측 환상 영역을 둘러싸는 외측 환상 영역으로 구획되고,
    상기 캐비티는 상기 외측 환상 영역에 원호 형상으로 형성되고,
    상기 구동전극은 상기 내측 환상 영역에 원호 형상으로 형성되고,
    상기 감지전극은 상기 캐비티 내에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  8. 판상의 멤브레인;
    상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체;
    상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비되어 상기 질량체를 둘러싸는 포스트;
    상기 멤브레인의 상부에 형성되고, 중심을 둘러싸는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역으로 구획되며, 상기 제1 영역의 두께가 상기 제2 영역의 두께보다 얇은 압전체;
    상기 제1 영역에 구비된 감지전극; 및
    상기 제2 영역에 구비된 구동전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 압전체는 에칭 공정을 통해서 상기 제1 영역의 두께가 상기 제2 영역의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 압전체 사이에는 공통전극이 구비된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 감지전극은 상기 제1 영역에 원호 형상으로 형성되며,
    상기 구동전극은 상기 제2 영역에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  12. 판상의 멤브레인;
    상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체;
    상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비되어 상기 질량체를 둘러싸는 포스트;
    상기 멤브레인의 상부에 형성되고, 중심을 둘러싸는 제1 영역과 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역으로 구획되며, 상기 제2 영역의 두께가 상기 제1 영역의 두께보다 얇은 압전체;
    상기 제2 영역에 구비된 감지전극; 및
    상기 제1 영역에 구비된 구동전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 압전체는 에칭 공정을 통해서 상기 제2 영역의 두께가 상기 제1 영역의 두께보다 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 압전체 사이에는 공통전극이 구비된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 감지전극은 상기 제2 영역에 원호 형상으로 형성되며,
    상기 구동전극은 상기 제1 영역에 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
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