KR20000026118A - 용량형 압력센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

용량형 압력센서 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부에서 가해지는 압력에 비례하여 변화되는 용량을 감지하여 압력 변화를 감지하는 용량형 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 상부전극과, 상부전극의 저면에 내열 유리 재질로 접착되고 그 반대면에 경사홈을 형성한 하부전극과, 하부전극과 동일한 재질을 사용하여 경사홈에 정렬되 내열 유리재로 접착되는 관통홀(Hole)을 형성한 지지부재와, 관통홀에 정렬되는 접착되는 튜브로 구성된다.

Description

용량형 압력센서 및 그 제조 방법
본 발명은 용량형 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 외부에서 가해지는 압력에 비례하여 변화되는 용량을 감지하여 압력 변화를 감지하는 용량형 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
용량형 압력센서는 외부에서 가해지는 압력의 변화를 감지하기 위해서 사용된다. 공기 또는 유체의 압력이 변화되면 용량형 압력센서는 이 변화에 따라 비례하여 용량(Capacitance)이 변하게 된다. 용량의 변화는 용량형 압력센서에서 출력되는 전기신호의 레벨을 변화시키게 되며 이 변화에 따라 압력의 변화정도를 판별하게 된다.
압력의 변화에 따라 용량을 변화시켜 압력 변화를 감지하는 종래의 용량형 압력센서는 상, 하부전극 사이에 소정의 길이를 갖는 갭(Gap)이 형성된다. 갭의 간격은 외부에서 가해지는 압력에 따라 비례하여 조절된다. 압력이 강하면 갭의 간격은 줄어들고 반대로 작아지면 간격이 가해지는 압력에 비례하여 늘어나게 된다. 압력의 변화에 따라 갭을 조절하기 위해 하부전극은 멤브레인(Membrain)으로 사용된다. 멤브레인은 외부에서 가해지는 압력 변화에 따라 팽창/수축하여 갭 간격을 조절함으로써 용량형 압력센서의 용량을 변화시키게 된다.
보다 구체적으로 종래의 용량형 압력센서를 첨부된 도면을 이용하여 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 종래의 용량형 압력센서의 단면도이다. 도시된 바와 같이 실리콘(Si)으로 형성된 상부전극(1)의 저면에 멤브레인으로 사용되는 하부전극(2)이 내열 유리(2)로 접착되어 있다. 내열 유리(2)로 접착되어 있는 상부전극(1)과 하부전극(2) 사이에는 일정한 간격"a"을 갖는 갭이 형성되어 있다. 하부전극(2)의 저면에는 지지부재(4)가 형성되고, 이 지지부재(4) 저면에는 튜브(Tube)(5)가 형성된다.
튜브(5)는 유리 재질로 형성되며 튜브(5)를 통해 외부의 공기 또는 액체가 하부전극(3)으로 유입된다. 유입되는 압력에 비례하여 하부전극(3)은 팽창되어 갭의 간격 "a"을 조절한다. 간격 "a"를 갖는 갭이 형성된 영역은 하부전극(3)에서 능동영역으로 압력에 비례하여 팽창 및 수축을 반복하게 된다. 하부전극(3)의 능동영역이 팽창과 수축의 반복시 하부전극(3)에 가해지는 충격을 흡수하기 위해 지지부재(4)가 사용된다. 지지부재(4)는 내열 유리(Pyrex glass)로 형성된다.
지지부재(4)가 내열 유리 재질로 형성됨으로 인해 실리콘(Si)으로 형성되는 하부전극(3)과의 열용량 및 열팽창 계수가 서로 다르게 된다. 지지부재(4)의 열적 특성이 하부전극(4)과 다르므로 인해 하부전극(4)의 팽창과 수축의 반복으로 인해 발생되는 스트레스를 지지부재(4)에서 흡수하지 못하게 된다. 이 결과, 하부전극(4)에기계적 미소 크랙(Crack)이 발생될 수 있어 용량성 압력센서의 오동작이 발생되 제품의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 멤브레인으로 사용되는 하부전극과 지지부재의 재질을 동일하게 구성한 용량형 압력센서를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 재질로 사용되는 하부전극과 지지부재를 갖는 용량형 압력센서의 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 용량성 압력센서의 하부전극과 지지부재의 재질을 동일하게 사용함으로써 하부전극의 수축과 팽창으로 인한 기계적 미소 크랙 발생을 제거하여 제품의 신뢰성을 증가시킴에 있다.
이러한 목적들을 구현하기 위한 본 발명은 상부전극과, 상부전극의 저면에 내열 유리 재질로 접착되고 그 반대면에 경사홈을 형성한 하부전극과, 하부전극과 동일한 재질을 사용하여 경사홈에 정렬되 내열 유리재로 접착되는 관통홀(Hole)을 형성한 지지부재와, 관통홀에 정렬되는 접착되는 튜브로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은 실리콘(Si) 기판에 불순물을 고농도로 도핑한 후 소정 크기로 절단하여 상부전극을 형성하는 단계와, 실리콘 기판에 불순물을 고농도로 도핑한 후 경사홈을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극을 형성하는 단계와,실리콘 기판에 관통홀을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극을 형성하는 단계와, 상부전극의 저면에 내열 유리로 이용해 하부전극을 접착시키는 단계와, 하부전극에 형성된 경사홈에 관통홀이 정렬된 상태로 내열 유리를 양극접착 방법을 이용해 지지부재를 접착하는 단계와, 지지부재에 형성된 관통홀에 정렬되도록 튜브를 접착하는 단계로 구성된다.
도 1은 종래의 용량형 압력센서의 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 용량형 압력센서의 단면도,
도 3a 내지 도3d는 본 발명에 의한 용량형 압력센서의 제조 공정을 나타낸 단면도,
도 4a 내지 도 4g는 도 3에 도시된 하부전극의 제조 공정을 나타낸 단면도,
도 5a 내지 도 5e는 도 3에 도시된 지지부재의 제조 공정을 나타낸 단면도이 다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호 설명＊
11: 상부전극 12: 내열 유리
13: 하부전극 14: 지지부재
15: 유리튜브
본 발명의 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 용량형 압력센서의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상부전극(11)과, 상부전극(11)의 저면에 내열 유리(12) 재질로 접착되고 그 반대면에 경사홈(13a)을 형성한 하부전극(13)과, 하부전극(13)과 동일한 재질을 사용하여 경사홈(13a)에 정렬되 내열 유리재(12)로 접착되는 관통홀(Hole)(14a)을 형성한 지지부재(14)와, 지지부재(14)의 관통홀(14a)에 정렬되는 접착되는 튜브(15)로 구성된다.
본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상부전극(11)은 도전성을 갖도록 실리콘(Si) 재질을 사용하여 형성한다. 상부전극(11)의 표면 외측에 정렬되도록 내열 유리(12) 재질을 이용해 하부전극(13)을 접착한다. 내열 유리(12)는 소정 두께 즉, 갭의 간격 "a"가 유지되도록 두께를 형성한다. 상, 하부전극(11)(13) 사이의 내열 유리(12)로 접촉되지 않고 갭 간격이 "a"가 유지되는 하부전극(13)의 영역은 능동영역으로 압력의 변화에 따라 팽창 및 수축동작을 한다. 능동영역의 팽창과 수축성 높이기 위해 하부전극(13)에 소정 두께로 경사홈(13a)이 형성된다.
경사홈(13a)은 하부전극(13)으로 외부 압력이 인가되는 경우 멤브레인으로 사용되는 하부전극(13)의 팽창 및 수축성을 향상시키게 된다. 능동영역의 팽창 및 수축성의 향상으로 보다 정밀하게 압력의 변화를 측정할 수 있다. 하부전극(13)의 능동영역의 팽창 및 수축으로 인한 기계적 스트레스를 흡수하기 위해 지지부재(14)가 사용된다.
지지부재(14)는 하부전극(13)과 동일한 실리콘(Si) 재질이 사용되며 관통홀(14a)이 형성된다. 지지부재(14)에 형성된 관통홀(14a)은 지지부재(14)와 하부전극(13) 접착시 정렬 기준으로 사용된다. 관통홀(14a)은 지지부재(14)의 접착시 하부전극(13)의 경사홈(13a)에 정렬된 상태에서 내열유리(12) 재질로 하부전극(13)의 저면에 접착된다. 지지부재(14)의 접착이 완료되면 압력을 가이드 하기 위한 유리재질인 튜브(15)가 지지부재(14)의 관통홀(14a)에 정렬되어 접착된다.
지지부재(14)에 접착된 튜브(15)로 외부 압력이 유입되면 하부전극(13)의 능동영역으로 압력이 가해지고 이 압력으로 인해 능동영영이 팽창하여 갭 "a"가 얇아지게 된다. 갭 "a"가 얇아지게 되면 상부전극(11)과 하부전극(13) 사이의 유전층이 얇아지게 된다. 이로 인해 갭 "a"에 축적되는 전하가 증대되어 용량이 증가된다. 이 용량을 감지하여 압력의 증가를 감지할 수 있게 된다.
압력의 변화를 감지하는 용량형 압력센서의 제조 방법을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도3d는 본 발명에 의한 용량형 압력센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 실리콘(Si) 기판(11a)에 불순물을 고농도로 도핑한 후 소정 크기로 절단하여 상부전극(11)을 형성하는 단계와, 실리콘 기판(13b)에 불순물을 고농도로 도핑한 후 경사홈(13a)을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극(13)을 형성하는 단계와, 실리콘 기판(14b)에 관통홀(14a)을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극(13)을 형성하는 단계와, 상부전극(11)의 저면에 내열 유리(12)로 이용해 하부전극(13)을 접착시키는 단계와, 하부전극(13)에 형성된 경사홈(13a)에 관통홀(14a)이 정렬된 상태로 내열 유리(12)를 양극접착 방법을 이용해 지지부재(14)를 접착하는 단계와, 지지부재(14)에 형성된 관통홀(14a)에 정렬되도록 튜브(15)를 접착하는 단계로 구성된다.
본 발명의 용량형 압력센서의 제조 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a에서와 같이 실리콘(Si) 기판(11a)에 불순물을 고농도로 도핑(Doping)한 후 소정 크기로 절단하여 상부전극(11)을 형성하는 단계를 실행한다. 상부전극(11)이 형성되면 도 3b에서와 같이 실리콘 기판(13b)에 불순물을 고농도로 도핑한 후 경사홈(13a)을 형성한 후 소정 크기로 절단하는 단계에서 하부전극(13)을 형성한다. 형성된 하부전극(13)은 상부전극(11)의 저면에 내열 유리(12)로 이용해 하부전극(13)을 접착시키는 단계에서 상부전극(11)의 저면에 접착된다.
상부전극(11)에 접착되는 하부전극(13)에 형성되는 경사홈(13a)은 도 4a 내지 도 4b에서와 같이 먼저, 실리콘 기판(13b)에 불순물을 고농도로 도핑한 후 질화막(13c)을 형성하는 단계를 실시한다. 질화막(13c)이 형성되면 도 4b 내지 도 4c에서와 같이 질화막(13c) 위에 감광막 패턴(13d)을 형성한 후 감광막 패턴(13d)을 식각 마스크로 하여 질화막(13c)을 식각하는 단계에서 질화막(13c) 패턴을 형성한다. 질화막(13c) 패턴 형성후 도 4d에서와 같이 질화막(13c)을 식각 마스크로 하여 실리콘 기판(13b)을 이방성 식각하는 단계에서 1차로 실리콘 기판(13b)을 식각하여 경사홈(13a)을 식각한다.
1차로 실리콘 기판(13b)이 식각된 후 도 4e에서와 같이 실리콘 기판(13b) 위에 형성된 질화막(13c) 패턴을 식각하여 제거한다. 질화막(13c) 패턴이 제거되면 실리콘 기판(13b)에 질화막(13e)을 재차 형성한 후 감광막 패턴(13f)을 형성하여 감광막 패턴(13f)을 식각 마스크로 하여 질화막(13e)을 식각하는 단계를 실시한다. 이 단계에서 질화막(13e)을 식각하여 질화막(13e)이 형성되면 질화막(13e)위에 형성된 감광막 패턴(13f)을 제거한 후 도 4f에서와 같이 질화막(13e)을 식각마스크로 하여 상기 실리콘 기판(13b)을 이방성 식각하는 단계를 실행하여 재차 실리콘 기판(13b)을 식각한다. 실리콘 기판(13b)을 재차 식각한 후 도 4g에서와 같이 실리콘 기판(13b) 상에 형성된 질화막(13e)을 제거한 후 소정 크기로 절단하는 단계를 실행하여 하부전극(13)의 경사홈(13a)을 형성한다.
하부전극(13)에 경사홈(13a)이 형성되면 도 3c에서와 같이 실리콘 기판(14b)에 관통홀(14a)을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극(13)을 형성하는 단계가 실시된다. 이 단계에서 형성되는 관통홀(14a)의 제조 과정은 먼저 도 5a 내지 도5b에서와 같이, 실리콘 기판(14b)에 불순물을 고농도로 도핑한 후 질화막(14c)을 형성하는 단계를 실행한다. 질화막(14c)이 형성된 후 도 5c에서와 같이 질화막(14c)에 감광막 패턴(14d)을 형성한 후 감광막 패턴(14d)을 식각 마스크로 하여 질화막(14c)을 식각하는 단계에서 질화막(14c) 패턴을 형성한다.
질화막(14c) 패턴이 형성된 후 도 5d에서와 같이 질화막(14c) 패턴을 식각 마스크로 하여 실리콘 기판(14b)을 이방성 식각하는 단계에서 관통홀(14a)을 형성한다. 관통홀(14a)이 형성되면 도 5e에서와 같이 실리콘 기판(14b) 상에 형성된 상기 질화막(14c)을 제거한 후 소정 크기로 절단하는 단계에서 지지부재(14)를 절단하여 분리한다. 이 때 경사홈(13a) 및 관통홀(14a)을 형성하기 위해 실리콘 기판(13a)(14a)의 식각시 이방성식각을 위해 건식 또는 습식식각 방법 모두 적용될 수 있다.
제조가 완료된 지지부재(14)는 하부전극(13)에 형성된 경사홈(13a)에 관통홀(14a)이 정렬된 상태로 내열 유리(12)를 양극접착 방법을 이용해 지지부재(14)를 접착하는 단계에서 하부전극(13)에 접착된다. 지지부재(14)는 내열 유리(12) 재질을 하부전극(13)에 스퍼터링(Sputtering)한 후 양극접촉 방법(Anodic bonding)을 사용해 접촉한다.
하부전극(13)과 지지부재(14)가 접촉된 후 도 3d에 도시된 튜브(15)를 지지부재(14)에 형성된 관통홀(14a)에 정렬되도록 튜브(15)를 접착하는 단계에서 접착한다. 튜브(15)의 접착이 완료되면 도 3e에서와 같이 용량형 압력센서의 제조가 완료된다.
이상에성와 같이 본 발명은 멤브레인으로 사용되는 하부전극과 이를 지지하는 지지부재를 동일한 재질을 사용함으로써 기계적 스트레스로 인한 제품의 오동작을 제거할 수 있어 보다 신뢰성이 있는 제품을 제공하는 효과를 가진다.

Claims (7)

  1. 압력의 변화를 감지하는 센서에 있어서,
    상부전극;
    상기 상부전극의 저면에 내열 유리 재질로 접착되고 그 반대면에 경사홈을 형성한 하부전극;
    상기 하부전극과 동일한 재질을 사용하여 상기 경사홈에 정렬되 내열 유리재로 접착되는 관통홀(Hole)을 형성한 지지부재; 및
    상기 관통홀에 정렬되는 접착되는 튜브로 구성됨을 특징으로 하는 용량형 압력센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부전극과 상기 지지부재는 실리콘으로 형성됨을 특징으로 하는 용량형 압력센서.
  3. 용량형 압력센서를 제조하는 방법에 있어서,
    실리콘(Si) 기판에 불순물을 고농도로 도핑한 후 소정 크기로 절단하여 상부전극을 형성하는 단계;
    실리콘 기판에 불순물을 고농도로 도핑한 후 경사홈을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극을 형성하는 단계;
    실리콘 기판에 관통홀을 형성한 후 소정 크기로 절단하여 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 상부전극의 저면에 내열 유리를 이용 하부전극을 접착시키는 단계;
    상기 하부전극에 형성된 경사홈에 관통홀이 정렬된 상태로 내열 유리를 양극접착 방법을 이용해 상기 지지부재를 접착하는 단계; 및
    상기 지지부재에 형성된 관통홀에 정렬되도록 튜브를 접착하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 용량형 압력센서 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하부전극의 경사홈은 실리콘 기판에 불순물을 고농도로 도핑한 후 질화막을 형성하는 단계;
    상기 질화막에 감광막 패턴을 형성한 후 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 질화막을 식각하는 단계;
    상기 질화막을 식각 마스크로 하여 상기 실리콘 기판을 이방성 식각하는 단계;
    상기 실리콘 기판 위에 형성된 질화막을 식각하여 제거한 후 실리콘 기판에 질화막을 전면 형성한 후 감광막 패턴을 형성하여 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 질화막을 식각하는 단계;
    상기 질화막위에 형성된 감광막 패턴을 제거한 후 질화막을 식각마스크로 하여 상기 실리콘 기판을 이방성 식각하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판 상에 형성된 상기 질화막을 제거한 후 소정 크기로 절단하는 단계로 형성됨을 특징으로 하는 용량형 압력센서 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지부재의 관통홀은 실리콘 기판에 불순물을 고농도로 도핑한 후 질화막을 형성하는 단계;
    상기 질화막에 감광막 패턴을 형성한 후 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 질화막을 식각하는 단계;
    상기 질화막을 식각 마스크로 하여 상기 실리콘 기판을 이방성 식각하는 단계; 및
    상기 실리콘 기판 상에 형성된 상기 질화막을 제거한 후 소정 크기로 절단하는 단계로 형성됨을 특징으로 하는 용량형 압력센서 제조 방법.
  6. 제 3과 제 4항과 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질화막은 산화막으로 사용될 수 있음을 특징으로 하는 용량형 압력센서 제조 방법.
  7. 제 3과 제 4항과 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판의 이방성 식각은 습식 식각 내지 건식 식각이 사용됨을 특징으로 하는 용량형 압력센서 제조 방법.
KR10-1998-0043503A 1998-10-17 1998-10-17 용량형압력센서및그제조방법 KR100383650B1 (ko)

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