KR200355935Y1 - Pressure sensor - Google Patents

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KR200355935Y1
KR200355935Y1 KR20-2004-0011586U KR20040011586U KR200355935Y1 KR 200355935 Y1 KR200355935 Y1 KR 200355935Y1 KR 20040011586 U KR20040011586 U KR 20040011586U KR 200355935 Y1 KR200355935 Y1 KR 200355935Y1
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pressure sensor
protrusion
electrodes
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KR20-2004-0011586U
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김영보
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(주)센서시스템기술
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Abstract

본 고안은 압력 센서에 관한 것으로서 링(ring) 형상의 베이스와, 상기 베이스의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측을 막도록 한 몸체로 형성된 제 1 다이아프램과, 상기 제 1 다이아프램의 하부 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된 돌기부와, 상기 제 1 다이아프램 상에 접합부에 의해 접합되며 높은 경도와 큰 탄성력을 갖는 절연물질로 이루어진 제 2 다이아프램과, 상기 제 2 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하지 않는 주변 부분 상에 각각 폭과 길이를 가지되 상기 길이가 동일한 방향을 갖도록 형성된 다 수개의 저항체와, 상기 제 2 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 상기 다 수개의 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 다 수개의 전극과, 상기 제 2 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체를 덮으며 상기 다 수개의 전극을 개구에 의해 노출시키도록 절연물질로 형성된 보호막을 구비한다. 따라서, 저항체의 변화량을 증가시킬 수 있으므로 센싱 특성을 향상시킬 수 있으며, 제 2 다이아프램의 절연 특성 향상 및 정전 용량감소에 의해 소자의 동작 특성이 향상되고, 또한, 제 2 다이아프램의 탄성력이 크므로 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상된다.The present invention relates to a pressure sensor, a ring-shaped base, a first diaphragm formed of a body formed to block one side corresponding to the other side to which the pressure of the base is applied, and a lower center of the first diaphragm. A protrusion formed to protrude while forming a body in a portion, a second diaphragm made of an insulating material bonded to the first diaphragm by a bonding portion and having a high hardness and a large elastic force, and the protrusion of the second diaphragm; A plurality of resistors each having a width and a length on each of the corresponding peripheral portions, the lengths having the same direction, and the plurality of resistors and the plurality of resistors on the central portion corresponding to the protrusion of the second diaphragm. A plurality of electrodes formed to form a stone bridge configuration, and the plurality of resistors on the second diaphragm covering the plurality of resistors Is the number of electrodes and a protective film formed of an insulating material so as to expose by the opening. Therefore, since the amount of change in the resistor can be increased, the sensing characteristic can be improved, and the operation characteristics of the device are improved by improving the insulation characteristics and reducing the capacitance of the second diaphragm, and the elastic force of the second diaphragm is large. In addition to improving linearity and reproducibility of the furnace resistance value, hysteresis characteristics and creep characteristics are also improved.

Description

압력 센서{Pressure sensor}Pressure sensor

본 고안은 압력 센서에 관한 것으로서, 특히, 금속의 다이아프램(diaphragm)을 압력 변환 요소로 사용하는 압력 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly, to a pressure sensor using a metal diaphragm as a pressure conversion element.

압력 센서는 기본적인 물리량의 하나인 압력을 감지하여 전기 신호로 변환시키는 것에 의해 압력의 크기를 측정하는 것으로 가전제품, 자동차 엔진제어, 생체공학용 의료기, 산업용 로보트 및 산업체의 대규모 시스템 제어 등에 사용되고 있다. 압력 센서는 재료에 따라 반도체 다이아프램형 압력 센서와 금속 다이아프램형 압력 센서 등으로 구별된다.The pressure sensor measures the magnitude of the pressure by sensing the pressure, which is one of the basic physical quantities, and converting the signal into an electrical signal. The pressure sensor is used for large-scale system control of home appliances, automobile engine control, biomedical medical devices, industrial robots, and industrial equipment. Pressure sensors are classified into semiconductor diaphragm type pressure sensors and metal diaphragm type pressure sensors depending on materials.

상기에서 반도체 다이아프램형 압력 센서는 단결정 또는 다결정 실리콘이 사용되는 데, 단결정 실리콘을 사용하는 압력 센서는 용량형 압력 센서와 압저항형 압력 센서로 구분된다. 용량성 압력 센서는 외부 압력에 의해 다이아프램의 휨 정도에 따라 정전 용량이 변하는 것을 이용하며, 압저항형 압력 센서는 다이아프램상에 형성된 저항체가 응력에 따라 저항 값이 변하는 것을 이용한다. 상기에서 용량성 압력 센서는 온도 계수가 낮으나 선형성이 나쁘고 신호 처리가 어려운 반면에 압저항형 압력 센서는 선형성이 우수하고 신호 처리가 용이하나 온도 특성이 저하된다.In the semiconductor diaphragm type pressure sensor, single crystal or polycrystalline silicon is used, and a pressure sensor using single crystal silicon is classified into a capacitive pressure sensor and a piezoresistive pressure sensor. The capacitive pressure sensor uses a change in capacitance depending on the degree of deflection of the diaphragm due to external pressure, and the piezoresistive pressure sensor uses a resistor in which a resistance formed on the diaphragm changes in response to stress. While the capacitive pressure sensor has a low temperature coefficient but has poor linearity and difficult signal processing, the piezoresistive pressure sensor has excellent linearity and easy signal processing but the temperature characteristic is degraded.

또한, 금속 다이아프램형 압력 센서는 스테인레스강(stainless steel)으로 이루어져 수압부로 사용되는 다이아프램 상에 산화실리콘(SiO2) 절연막을 개재시켜 저항체가 형성되는 구조를 갖는다. 상기에서 금속 다이아프램형 압력 센서는 저항체의 게이지율이 낮으나 소형이며 구조가 간단할 뿐만 아니라 내구성과 정밀도가우수하고 측정 범위가 넓은 데, 특히, 초고압의 압력도 측정할 수 있어 일반 산업용에 많이 사용되고 있다.In addition, the metal diaphragm-type pressure sensor is made of stainless steel and has a structure in which a resistor is formed by interposing a silicon oxide (SiO 2 ) insulating film on a diaphragm used as a hydraulic pressure unit. The metal diaphragm type pressure sensor is low in gauge rate but small in size, simple in structure, excellent in durability and precision, and has a wide measurement range. In particular, it can be used for general industrial applications because it can measure ultra high pressure. have.

도 1은 종래 기술에 따른 압력 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1을 A-A 선으로 절단한 단면도이다.1 is a plan view of a pressure sensor according to the prior art, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1.

종래 기술에 따른 압력 센서(11)는 베이스(13), 다이아프램(15), 절연막(17), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d) 및 보호막(23)으로 구성된다.The pressure sensor 11 according to the prior art includes a base 13, a diaphragm 15, an insulating film 17, first, second, third and fourth resistors 19a, 19b, 19c and 19d. And first, second, third, and fourth electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and protective film 23.

상기에서 베이스(13)는 스테인레스강으로 링(ring) 형상을 이루도록 형성되며, 다이아프램(15)은 베이스(13)의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측에 얇은 막 형태의 스테인레스강으로 한 몸체를 이루도록 형성된다. 다이아프램(15)은 인가되는 압력의 변화에 따라 응력이 발생되어 수직방향으로 변형되는 것으로 외부에 노출된 일측 표면이 폴리싱(poslihing)되어 경면 처리된다.The base 13 is formed in a ring shape made of stainless steel, the diaphragm 15 is a body made of stainless steel in the form of a thin film on one side corresponding to the other side to which the pressure of the base 13 is applied. It is formed to achieve. The diaphragm 15 is deformed in a vertical direction by generating stress in accordance with a change in the applied pressure, so that one surface exposed to the outside is polished and polished.

상기에서 다이아프램(15)의 변형율은 베이스(13)와 인접하는 주변 부분과 중심 부분에서 크며 변위량은 중심점에서 최대가 된다. 또한, 다이아프램(15)은 응력이 베이스(13)와 인접하는 주변 부분에서 (-)이고 중심 부분에서 (+)로 분포되므로 상부 표면적이 베이스(13)와 인접하는 주변 부분에서 감소하고 중심 부분에서 증가된다.In the above, the strain of the diaphragm 15 is large in the peripheral part and the center part adjacent to the base 13, and the displacement amount is maximum at the center point. In addition, the diaphragm 15 has a negative surface area in the peripheral portion adjacent to the base 13 and a positive distribution in the central portion, so that the upper surface area decreases in the peripheral portion adjacent to the base 13 and the central portion. Is increased.

절연막(17)은 베이스(13) 및 다이아프램(15) 상에 형성된다. 상기에서 절연 막(17)은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연 물질이화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 증착되어 형성된다.The insulating film 17 is formed on the base 13 and the diaphragm 15. The insulating film 17 is formed by depositing an insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) by a method such as chemical vapor deposition (CVD) or sputtering. do.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)는 절연막(17) 상의 다이아프램(15)과 대응하는 부분에 온도에 따른 저항값 변화가 작은 불순물이 도핑된 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물로 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)는 다이아프램(15) 상의 변형율이 큰 부분, 예를 들면, 베이스(13)와 인접하는 주변부분에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 길이 방향이 동일하도록 형성된다.The first, second, third, and fourth resistors 19a, 19b, 19c, and 19d have impurities having a small change in resistance value depending on temperature in portions corresponding to the diaphragms 15 on the insulating film 17. It is formed of a doped polycrystalline silicon, or a metal oxide such as Induim Tin Oxide (ITO) or Tin Oxide (TO). In the above, the first, second, third, and fourth resistors 19a, 19b, 19c, and 19d are portions having a large strain on the diaphragm 15, for example, a peripheral area adjacent to the base 13. Each part has a narrow width and a long length, and is formed to have the same length direction.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)는 인가되는 압력에 의해 다이아프램(15)에서 발생되는 변형에 의해 저항값이 변화된다. 상기에서 다이아프램(15)의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)가 형성된 베이스(13)와 인접하는 주변 부분의 표면적이 감소되므로 제 1 및 제 3 저항체(19a)(19c)는 길이가 감소되어 저항이 감소되고, 제 2 및 제 4 저항체(19b)(19d)는 폭이 감소되어 저항이 증가된다.The resistance values of the first, second, third and fourth resistors 19a, 19b, 19c and 19d are changed by the deformation generated in the diaphragm 15 by the pressure applied. Since the surface area of the peripheral portion adjacent to the base 13 on which the first, second, third and fourth resistors 19a, 19b, 19c, and 19d of the diaphragm 15 are formed is reduced, the first And the third resistors 19a and 19c are reduced in length to decrease resistance, and the second and fourth resistors 19b and 19d are reduced in width to increase resistance.

상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)가 다이아프램(15) 상의 중심 부분에 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 다이아프램(15) 중심 부분의 표면적이 증가되므로 제 1 및 제 3 저항체(19a)(19c)는 길이가 증가되어 저항이 증가되고, 제 2 및 제 4 저항체(19b)(19d)는 폭이 증가되어 저항이 감소된다.In the above, the first, second, third and fourth resistors 19a, 19b, 19c and 19d may be formed in the central portion on the diaphragm 15. In this case, since the surface area of the center portion of the diaphragm 15 is increased, the lengths of the first and third resistors 19a and 19c are increased to increase the resistance, and the second and fourth resistors 19b and 19d are The width is increased and the resistance is reduced.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)은 절연막(17) 상의 베이스(13)와 대응하는 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4저항체(19a)(19b)(19c)(19d)와 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge) 구성을 이루도록 알루미늄, 구리 또는 은 등의 금속으로 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)은 베이스(13)와 대응하는 부분에 형성되어 다이아프램(15)에 발생되는 응력이 전달되지 않으므로 장시간 사용으로 인한 접합력이 감소되거나 이 후에 설명되는 리드(도시되지 않음)가 분리되는 것이 방지된다.The first, second, third, and fourth electrodes 21a, 21b, 21c, 21d are formed in the first, second, third, and fourth portions corresponding to the base 13 on the insulating film 17. It is formed of a metal such as aluminum, copper, or silver so as to form a wheatstone bridge with the resistors 19a, 19b, 19c, and 19d. In the above, the first, second, third and fourth electrodes 21a, 21b, 21c and 21d are formed at portions corresponding to the base 13 so that the stress generated in the diaphragm 15 is not transmitted. Therefore, the bonding force due to prolonged use is reduced or the leads (not shown) described later are prevented from being separated.

보호막(23)은 절연막(17) 상에 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연 물질로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)를 덮으며 개구(25)에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)을 노출시키도록 형성된다.The passivation layer 23 is made of an insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) on the insulating film 17. The first, second, third and fourth resistors 19a and 19b ( 19c) and 19d, and are formed to expose the first, second, third and fourth electrodes 21a, 21b, 21c and 21d by the opening 25.

그리고, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)은 개구(25)를 통해 리드(도시되지 않음)로 본딩되어 외부 회로(도시되지 않음)와 전기적으로 연결된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d) 중 소정의 마주하는 것, 예를 들면, 제 1 및 제 3 전극(21a)(21c)은 입력 전압이 인가되게 연결되며 나머지 마주하는 것, 제 2 및 제 4 전극(21b)(21d)은 출력 전압이 인가되게 연결된다.The first, second, third, and fourth electrodes 21a, 21b, 21c, 21d are bonded to leads (not shown) through the openings 25 to form an external circuit (not shown). Electrically connected. In the above, the predetermined facing among the first, second, third and fourth electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, for example, the first and third electrodes 21a, 21c The input voltage is connected and the remaining facing, the second and fourth electrodes 21b and 21d are connected to the output voltage.

도 3은 종래 기술에 따른 압력 센서(11)의 동작을 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing the operation of the pressure sensor 11 according to the prior art.

종래 기술에 따른 압력 센서(11)는 압력이 인가되면 다이아프램(15)은 응력이 발생되어 수직방향으로 변형되는 데, 이 변형에 의해 다이아프램(15)의 중심점에서 변위량이 △ x1로 최대가 된다. 이 때, 다이아프램(15)의 변형율이 큰 주변부분 및 중심 부분은 응력이 각각 (-)와 (+)로 분포되어 표면적이 각각 감소 및 증가된다.In the pressure sensor 11 according to the related art, when a pressure is applied, the diaphragm 15 is deformed in a vertical direction due to stress, which causes a maximum displacement amount Δx1 at the center point of the diaphragm 15. do. At this time, the peripheral portion and the center portion of the diaphragm 15 having a large strain rate are distributed in the negative (-) and (+), respectively, so that the surface area is decreased and increased, respectively.

상기에서 다이아프램(15)의 변형은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)에 전달되어 이들을 변형시켜 저항값을 변화시킨다. 즉, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)은 각각의 길이 방향이 동일하므로 이들 중 소정의 마주하는 것, 예를 들면, 제 1 및 제 3 저항체(19a)(19c)는 길이가 감소되어 저항이 감소되고, 나머지 마주하는 것, 제 2 및 제 4 저항체(19b)(19d)는 폭이 감소되어 저항이 증가된다. 이에, 제 1 및 제 3 전극(21a)(21c)에 입력 전압이 인가되면 제 2 및 제 4 전극(21b)(21d)에서 저항값에 따라 변화되는 전압이 출력된다. 그러므로, 제 2 및 제 4 전극(21b)(21d)에서 출력되는 전압을 검출하는 것에 의해 다이아프램(15)에 인가되는 압력의 세기가 센싱된다.In the above, the deformation of the diaphragm 15 is transmitted to the first, second, third and fourth resistors 19a, 19b, 19c and 19d so as to deform them to change the resistance value. That is, the first, second, third and fourth resistors 19a, 19b, 19c, 19d have the same length direction, so that the first, second, third, and fourth resistors 19a, 19b, 19c, and 19d face each other, for example, the first and the second. The three resistors 19a and 19c are reduced in length to decrease resistance, and the remaining facing ones and the second and fourth resistors 19b and 19d are reduced in width to increase resistance. Accordingly, when an input voltage is applied to the first and third electrodes 21a and 21c, a voltage that changes according to the resistance value is output from the second and fourth electrodes 21b and 21d. Therefore, the strength of the pressure applied to the diaphragm 15 is sensed by detecting the voltages output from the second and fourth electrodes 21b and 21d.

상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 압력 센서는 베이스와 한 몸체를 이루는 다이아프램 상에 반도체 공정을 직접 수행하여 형성된다. 그리고, 압력 인가시 다이아프램은 베이스와 인접하는 주변 부분과 중심 부분의 변형에 의해 중심점에서 변위량이 △ x1로 최대가 되도록 변형되는 데, 이 주변 부분과 중심 부분의 간격이 크므로 이 부분들에서 다이아프램 표면적의 변형량이 감소된다.As described above, the pressure sensor according to the related art is formed by directly performing a semiconductor process on a diaphragm constituting a body with a base. And when pressure is applied, the diaphragm is deformed so that the displacement amount at the center point is maximized by Δ x1 due to the deformation of the peripheral part and the central part adjacent to the base, and in these parts because the distance between the peripheral part and the central part is large. The amount of deformation of the diaphragm surface area is reduced.

그러나, 종래 기술에 따른 압력 센서는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체가 형성된 부분의 다이아프램의 표면적 변형량이 감소되므로 이 저항체들의 저항 값 변화량이 작게 되어 센싱 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 그리고, 절연막이 얇게 형성되므로 다이아프램과 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체 사이의 절연 특성이 저하될 뿐만 아니라 정전용량이 증가되어 동작 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 다이아프램의 탄성력이 낮아 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 저항 값의 직선성 및 재현성이 저하될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성이 저하되는 문제점이 있었다.However, the pressure sensor according to the related art reduces the surface area deformation of the diaphragm of the portion in which the first, second, third and fourth resistors are formed, so that the resistance value change of these resistors is small, so that the sensing characteristics are deteriorated. . In addition, since the insulating film is thinly formed, not only the insulating property between the diaphragm and the first, second, third and fourth resistors is lowered, but also the capacitance is increased, thereby deteriorating operating characteristics. In addition, since the elastic force of the diaphragm is low, not only the linearity and reproducibility of the resistance values of the first, second, third and fourth resistors are lowered, but also the hysteresis characteristics and creep characteristics are lowered.

따라서, 본 고안의 목적은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 저항 값 변화량을 증가시켜 센싱 특성을 향상시킬 수 있는 압력 센서를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can improve the sensing characteristics by increasing the amount of change in the resistance value of the first, second, third and fourth resistors.

본 고안의 다른 목적은 다이아프램과 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체 사이의 절연 특성을 향상시키고 정전 용량을 감소시켜 동작 특성을 향상시킬 수 있는 압력 센서를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a pressure sensor that can improve the operating characteristics by improving the insulating properties between the diaphragm and the first, second, third and fourth resistors and reducing the capacitance.

본 고안의 또 다른 목적은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 저항 값의 직선성 및 재현성을 향상시킬 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성을 향상시킬 수 있는 압력 센서를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a pressure sensor capable of improving the linearity and reproducibility of resistance values of the first, second, third and fourth resistors, as well as the hysteresis characteristics and creep characteristics. have.

도 1은 종래 기술에 따른 압력 센서의 평면도.1 is a plan view of a pressure sensor according to the prior art;

도 2는 도 1을 A-A 선으로 절단한 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 3은 종래 기술에 따른 압력 센서의 동작을 나타내는 개략도.3 is a schematic diagram showing the operation of a pressure sensor according to the prior art;

도 4는 본 고안에 따른 압력 센서의 평면도.4 is a plan view of the pressure sensor according to the present invention.

도 5는 도 4를 B-B 선으로 절단한 단면도.5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 4.

도 6은 본 고안에 따른 압력 센서의 동작을 나타내는 개략도.6 is a schematic view showing the operation of the pressure sensor according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

31 : 압력 센서 33 : 베이스31 pressure sensor 33 base

35 : 제 1 다이아프램 37 : 돌기부35: first diaphragm 37: projection

39 : 접합부 41 : 제 2 다이아프램39: junction 41: second diaphragm

43a, 43b, 43c, 43d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체43a, 43b, 43c, 43d: first, second, third and fourth resistors

45a, 45b, 45c, 45d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극45a, 45b, 45c, 45d: first, second, third and fourth electrodes

47 : 보호막 49 : 개구47: protective film 49: opening

상기 목적들을 달성하기 위한 본 고안에 따른 압력 센서는 링(ring) 형상의 베이스와, 상기 베이스의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측을 막도록 한 몸체로 형성된 제 1 다이아프램과, 상기 제 1 다이아프램의 하부 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된 돌기부와, 상기 제 1 다이아프램 상에 접합부에 의해 접합되며 높은 경도와 큰 탄성력을 갖는 절연물질로 이루어진 제 2 다이아프램과,상기 제 2 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하지 않는 주변 부분 상에 각각 폭과 길이를 가지되 상기 길이가 동일한 방향을 갖도록 형성된 다 수개의 저항체와, 상기 제 2 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 상기 다 수개의 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 다 수개의 전극과, 상기 제 2 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체를 덮으며 상기 다 수개의 전극을 개구에 의해 노출시키도록 절연물질로 형성된 보호막을 구비한다.Pressure sensor according to the present invention for achieving the above object is a ring-shaped base, a first diaphragm formed of a body to block one side corresponding to the other side to which the pressure of the base is applied, and the first A protrusion formed to protrude while forming a body in a lower center portion of the diaphragm, a second diaphragm made of an insulating material having a high hardness and a large elastic force and joined by a bonding portion on the first diaphragm, and the second diaphragm. A plurality of resistors each having a width and a length on the peripheral portion not corresponding to the protrusion of the fram, the length being the same in the direction, and on the center portion corresponding to the protrusion of the second diaphragm. A plurality of electrodes formed to form a Wheatstone bridge configuration with several resistors, and the plurality of electrodes on the second diaphragm The number of the electrode was covered with an antibody provided with a protective film formed of an insulating material so as to expose by the opening.

상기에서 베이스, 제 1 다이아프램 및 돌기부가 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강 또는 스프링용 동합금으로 형성된다.In the above, the base, the first diaphragm and the protrusion are formed of titanium (Ti), titanium alloy, stainless steel or copper alloy for spring.

상기에서 돌기부가 상기 제 1 다이아프램 보다 2 ∼ 10 배 두껍게 형성된다.In the above, the protrusion is formed 2 to 10 times thicker than the first diaphragm.

상기에서 제 2 다이아프램이 Al2O3로 형성된다.In the above, the second diaphragm is formed of Al 2 O 3 .

상기에서 접합부는 AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 땜납(brazing solder)을 용접하므로써 형성된다.In the above, the joint is formed by welding a brazing solder in which AgCuTi or AgCuInTi is a main component.

상기에서 다 수개의 저항체가 사각 톱니 형상으로 형성된다.In the above, a plurality of resistors are formed in a rectangular sawtooth shape.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 4는 본 고안에 따른 압력 센서의 평면도이고, 도 5는 도 4를 B-B 선으로 절단한 단면도이다.Figure 4 is a plan view of a pressure sensor according to the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.

본 고안에 따른 압력 센서(31)는 베이스(33), 제 1 다이아프램(35), 돌기부(37), 제 2 다이아프램(41), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)및 보호막(47)으로 구성된다.Pressure sensor 31 according to the present invention is the base 33, the first diaphragm 35, the projection 37, the second diaphragm 41, the first, second, third and fourth resistor 43a 43b, 43c, 43d, first, second, third, and fourth electrodes 45a, 45b, 45c, 45d, and a protective film 47.

상기에서 베이스(33)는 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금으로 링(ring) 형상을 이루도록 형성된다.The base 33 is formed in a ring shape of titanium (Ti), titanium alloy, stainless steel, or a copper alloy for the spring.

제 1 다이아프램(35)은 베이스(33)의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측에 0.2 ∼ 1.2㎜ 정도 두께의 막 형태의 스테인레스강으로 이 베이스(33)와 한 몸체를 이루도록 형성된다. 그리고, 돌기부(37)는 제 1 다이아프램(35) 하부의 중심부분에 2 ∼ 10 배 정도 두꺼운 두께로 돌출되어 한 몸체를 이루도록 형성된다.The first diaphragm 35 is formed on one side corresponding to the other side to which the pressure of the base 33 is applied to form a body with the base 33 made of stainless steel having a thickness of about 0.2 to 1.2 mm. In addition, the protrusion 37 is formed to protrude in a central portion of the lower portion of the first diaphragm 35 to a thickness of about 2 to 10 times thick to form a body.

상기에서 제 1 다이아프램(35)은 베이스(33)의 타측으로 부터 인가되는 압력에 따라 응력이 발생되어 수직방향으로 변형되는 데, 돌기부(37)가 형성된 중심 부분은 두꺼운 두께에 의해 변형되지 않고 위치만 변위된다. 그러므로, 제 1 다이아프램(35)은 중심 부분이 변형되지 않고 평탄한 상태가 유지되면서 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와 인접하는 주변 부분의 변형율이 크고 각각 (+)와 (-)의 응력이 분포된다. 이에, 제 1 다이아프램(35)의 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와 인접하는 주변 부분 사이, 즉, 변형율이 큰 부분들 사이의 간격이 돌기부(37)에 의해 감소되어 이 부분들의 변형율이 증가된다. 그러므로, 제 1 다이아프램(35)의 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와 인접하는 주변 부분은 변형율이 증가되어 상부 표면적의 증가와 감소의 폭이 향상된다.In the above, the first diaphragm 35 is deformed in a vertical direction due to stress generated according to the pressure applied from the other side of the base 33. Only the position is displaced. Therefore, the first diaphragm 35 has a high strain rate of the portion corresponding to the corner of the protrusion 37 and the peripheral portion adjacent to the base 37 while maintaining a flat state without deforming the center portion. The negative stress is distributed. Thus, the spacing between the portion corresponding to the corner of the protrusion 37 of the first diaphragm 35 and the peripheral portion adjacent to the base 37, that is, between the portions with high strain rate, is reduced by the protrusion 37. This increases the strain of these parts. Therefore, the portion corresponding to the corner of the protrusion 37 of the first diaphragm 35 and the peripheral portion adjacent to the base 37 are increased in strain so that the width of the increase and decrease of the upper surface area is improved.

제 2 다이아프램(41)은 제 1 다이아프램(35) 상에 접합부(39)에 의해 용접되며 절연 특성을 가지며 경도가 높고 탄성력이 큰 Al2O3가 0.1 ∼ 1.0mm 정도의 두께로 형성된다. 상기에서 제 2 다이아프램(41)은 용접된 제 1 다이아프램(35)과 같이 돌기부(37)와 대응하는 중심 부분은 변형되지 않고 평탄한 상태가 유지되면서 돌기 부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와 인접하는 주변 부분만 변형된다. 그리고, 제 2 다이아프램(41)을 이루는 Al2O3은 탄성력이 크므로 변형 상태에서 복원될 때 제 1 다이아프램(35)으로 부터의 영향이 최소화되어 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상된다.The second diaphragm 41 is welded on the first diaphragm 35 by the joining portion 39, and Al 2 O 3 having an insulating property and having high hardness and high elasticity is formed to a thickness of about 0.1 to 1.0 mm. . In the above, the second diaphragm 41 corresponds to the edge of the protrusion 37 while the center portion corresponding to the protrusion 37 is not deformed and remains flat, such as the welded first diaphragm 35. And only the peripheral portion adjacent to the base 37 is deformed. In addition, since Al 2 O 3 constituting the second diaphragm 41 has a large elastic force, when it is restored in a deformed state, the influence from the first diaphragm 35 may be minimized to improve linearity and reproducibility of the resistance value. In addition, hysteresis and creep characteristics are improved.

접합부(39)는 제 2 다이아프램(41)과 제 1 다이아프램(35) 사이를 0.03 ∼ 0.07mm 정도의 두께를 갖는 시트(sheet) 상의 땜납(brazing solder : 도시되지 않음)을 개재시켜 진공 상태에서 900 ∼ 1100℃ 정도 온도로 제 2 다이아프램(41) 상부에 하중을 인가한 상태에서 용접(brazing)하므로써 형성된다. 상기에서 접합부(39)를 형성하기 위한 땜납은 금속과 비금속 등의 다른 물질들을 서로 접합시키면서 접합 강도가 큰 합금, 예를 들면, AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 합금으로 형성된다.The junction 39 is vacuumed through a brazing solder (not shown) on a sheet having a thickness of about 0.03 to 0.07 mm between the second diaphragm 41 and the first diaphragm 35. At a temperature of about 900 to 1100 ° C. in the state in which a load is applied to the second diaphragm 41 on the upper side. The solder for forming the junction portion 39 is formed of an alloy having a large bond strength, for example, AgCuTi or AgCuInTi, as a main component, while joining other materials such as metal and nonmetal.

상기에서 땜납은 용융 온도가 낮으며, 용융시 점도가 낮고, 표면 장력 특성을 가지며, 용접시 하중(荷重)을 가하므로 접합부(39)는 균일한 두께로 얇게 형성된다. 또한, 용접이 진공 상태에서 진행되므로 접합부(39)에 공극(void)이 형성되지 않게 된다. 상기에서 접합부(39)는 제 1 다이아프램(35)과 제 2 다이아프램(41) 사이를 접합할 수 있는 최소한의 얇은 두께로 형성된다. 이에 의해 제 1 다이아프램(35)에서 발생되는 음력은 손실이 감소된 상태로 제 2 다이아프램(41)으로 전달되며, 또한, 변형된 상태의 제 2 다이아프램(41)이 원래 상태로 복원될 때 크립(creep) 특성을 최소화시킨다.Since the solder has a low melting temperature, a low viscosity at the time of melting, a surface tension characteristic, and a load applied at the time of welding, the joint 39 is thinly formed with a uniform thickness. In addition, since the welding proceeds in a vacuum state, voids are not formed in the junction 39. In the above, the junction 39 is formed to have a minimum thickness that can bond between the first diaphragm 35 and the second diaphragm 41. As a result, the sound force generated in the first diaphragm 35 is transmitted to the second diaphragm 41 in a state where the loss is reduced, and the second diaphragm 41 in the deformed state is restored to its original state. Minimizes creep characteristics when

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 제 2 다이아프램(41) 상의 베이스(37)와 인접하는 주변 부분에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 동일한 길이 방향을 갖도록 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 온도에 따른 저항값 변화가 작은 불순물이 도핑된 단결정 또는 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물로 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)가 단결정실리콘으로 형성된 경우 제 2 다이아프램(41)에 에피택셜(epitaxial) 방법으로, 다결정실리콘 또는 금속산화물로 형성된 경우 CVD 방법 또는 스퍼터링 방법으로 박막을 형성한 후 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하므로써 형성된다.The first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d respectively have narrow widths and long lengths in the peripheral portion adjacent to the base 37 on the second diaphragm 41. And are formed to have the same longitudinal direction. In the above description, the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d may be single crystal or polycrystalline silicon doped with impurities having a small change in resistance value according to temperature, or ITO (Induim Tin). Oxide) or TO (Tin Oxide). In the above, when the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d are formed of single crystal silicon, the polysilicon is epitaxially formed on the second diaphragm 41. Alternatively, when formed of a metal oxide, it is formed by forming a thin film by a CVD method or a sputtering method and then patterning the photolithography method.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 인가되는 압력에 의해 제 1 다이아프램(35)에서 발생되어 제 2 다이아프램(41)을 통해 전달되는 응력에 따른 변형에 의해 저항이 변화된다. 상기에서 압력 인가에 의해 응력이 제 1 다이아프램(35)이 압력 방향으로 발생되고 제 2 다이아프램(41)을 통해 전달되면 제 1 및 제 3 저항체(43a)(43c)는 길이가 감소되어 저항이 감소되고, 제 2 및 제 4 저항체(43b)(43d)는 폭이 감소되어 저항이 증가된다.The first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d are generated in the first diaphragm 35 by the applied pressure and transmitted through the second diaphragm 41. The resistance changes due to the deformation caused by the stress. When a stress is generated in the pressure direction by the first diaphragm 35 and is transmitted through the second diaphragm 41 by the application of pressure in the above, the lengths of the first and third resistors 43a and 43c are reduced to decrease the resistance. Is reduced, and the widths of the second and fourth resistors 43b and 43d are reduced to increase the resistance.

상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)의 길이가증가될 수록 센싱(sensing) 특성이 향상된다. 그러므로, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 길이가 증가되도록 사각 톱니 형태로 형성된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 제 2 다이아프램(41) 상의 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분에 형성될 수도 있다.As the lengths of the first, second, third, and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d increase, the sensing characteristic is improved. Therefore, the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d are formed in the form of square teeth so as to increase in length. The first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d may be formed at portions corresponding to the corners of the protrusion 37 on the second diaphragm 41.

상기에서 제 2 다이아프램(41)이 0.1 ∼ 1.0mm 정도의 두께로 두껍게 형성되므로 제 1 다이아프램(35)과 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d) 사이의 절연 특성이 향상되고 정전 용량이 감소되므로 동작 특성이 저하되는 것이 방지된다.Since the second diaphragm 41 is formed thick with a thickness of about 0.1 to 1.0 mm, the first diaphragm 35 and the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c are formed. Since the insulating characteristic between 43d is improved and the capacitance is reduced, the deterioration of the operating characteristic is prevented.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 제 2 다이아프램(41)상의 돌기부(37)와 대응하는 중심 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)과 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 알루미늄, 구리 또는 은 등의 금속으로 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 평탄한 상태를 유지하는 돌기부(37)와 대응하는 중심부분에 형성되므로 장시간 사용으로 인한 접합력이 감소되거나 이 후에 설명되는 리드(도시되지 않음)가 분리되는 것이 방지된다.The first, second, third, and fourth electrodes 45a, 45b, 45c, 45d are formed in the center portions corresponding to the protrusions 37 on the second diaphragm 41, respectively. It is formed of a metal such as aluminum, copper, or silver so as to form a Wheatstone bridge configuration with the third and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d. Since the first, second, third and fourth electrodes 45a, 45b, 45c and 45d are formed in the central portion corresponding to the protrusion 37 which maintains a flat state, the bonding force due to long time use The leads (not shown) reduced or described later are prevented from being separated.

그리고, 보호막(47)은 제 2 다이아프램(41) 상에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 덮으며 개구(49)에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 노출시키도록 산화실리콘 또는 질화실리콘 등의 절연물질로 형성된다.The protective film 47 covers the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d on the second diaphragm 41 and is formed by the opening 49. It is formed of an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride to expose the first, second, third and fourth electrodes 45a, 45b, 45c and 45d.

제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 개구(49)를 통해 리드(도시되지 않음)가 본딩되어 외부 회로(도시되지 않음)와 전기적으로 연결된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d) 중 소정의 마주하는것, 예를 들면, 제 1 및 제 3 전극(45a)(45c)은 입력 전압이 인가되게 연결되며 나머지 마주하는 것, 제 2 및 제 4 전극(45b)(45d)은 출력 전압이 인가되게 연결된다.The first, second, third and fourth electrodes 45a, 45b, 45c and 45d are electrically connected to an external circuit (not shown) by bonding leads (not shown) through the opening 49. Connected. In the above, a predetermined facing among the first, second, third and fourth electrodes 45a, 45b, 45c and 45d, for example, the first and third electrodes 45a and 45c are input. The voltages are connected to each other and the other facing, second and fourth electrodes 45b and 45d are connected to the output voltages.

본 고안의 다른 실시예로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)가 제 2 다이아프램(41) 상의 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분에 형성될 수도 있다. 또한, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)이 온도에 따른 저항 값의 변화가 작은 CuNi 합금, NiCr 합금 또는 NiCrFeCu 합금으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)가 동시에 형성되므로 공정이 간단해진다.In another embodiment of the present invention, a portion in which the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d correspond to the corners of the protrusion 37 on the second diaphragm 41. It may be formed in. Further, the first, second, third, and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d and the first, second, third, and fourth electrodes 45a, 45b, 45c, 45d This may be formed of a CuNi alloy, NiCr alloy or NiCrFeCu alloy with a small change in resistance value with temperature. In this case, the first, second, third, and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d and the first, second, third, and fourth electrodes 45a, 45b, 45c, 45d ) Are formed simultaneously, which simplifies the process.

또한, 본 고안의 또 다른 실시예에 있어서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 동일한 물질로 형성되는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(도시되지 않음)가 더 구비될 수도 있다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체는 제 2 다이아프램(41) 상의 넓은 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)의 양 끝단과 서로 연결될 뿐만 아니라 적어도 2개의 연결부(도시되지 않음)에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)과 전기적으로 연결된다.Further, in another embodiment of the present invention, the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c, 43d are made of the same material as that of the first and second resistors 43a, 43b, 43c, 43d. A fourth correction resistor (not shown) may be further provided. The first, second, third and fourth correction resistors are formed in the wide portions on the second diaphragm 41 of the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d. Not only are they connected to both ends, but are also electrically connected to the first, second, third, and fourth electrodes 45a, 45b, 45c, 45d by at least two connections (not shown).

도 6은 본 고안에 따른 압력 센서(31)의 동작을 나타내는 개략도이다.6 is a schematic view showing the operation of the pressure sensor 31 according to the present invention.

압력 센서(31)는 압력이 인가되면 제 1 및 제 2 다이아프램(35)(41)은 응력에 의해 중심 부분이 최대 변위량 △ x2를 갖도록 수직 방향으로 변형된다. 이 때, 제 1 및 제 2 다이아프램(35)(41)은 돌기부(37)가 형성된 중심 부분을 제외한 베이스(33)와 인접하는 주변 영역과 돌기부(37)의 모서리에 대응하는 부분에 의해서 △ x2 만큼 변형된다. 그러므로, 제 1 및 제 2 다이아프램(35)(41)은 돌기부(37)에 의해 변형율이 큰 부분들, 즉, 베이스(33)와 인접하는 주변 영역과 돌기부(37)의 모서리에 대응하는 부분 사이의 간격이 감소되며, 이에 의해 이 부분들의 변형율이 증가된다. 그러므로, 제 1 및 제 2 다이아프램(35)(41)은 베이스(33)와 인접하는 주변 부분 및 돌기부(37)의 모서리에 대응하는 부분의 표면적 감소 및 증가의 폭이 더 크게된다.When pressure is applied, the pressure sensor 31 is deformed in the vertical direction such that the first and second diaphragms 35 and 41 have a maximum displacement amount DELTA x2 due to stress. At this time, the first and second diaphragms 35 and 41 are formed by the portions corresponding to the edges of the protrusions 37 and the peripheral region adjacent to the base 33 except for the central portion where the protrusions 37 are formed. transformed by x2. Therefore, the first and second diaphragms 35 and 41 are portions having a high strain rate by the protrusions 37, that is, portions corresponding to the peripheral region adjacent to the base 33 and the corners of the protrusions 37. The spacing between them is reduced, thereby increasing the strain of these parts. Therefore, the first and second diaphragms 35 and 41 have a greater width of decrease and increase in the surface area of the peripheral portion adjacent to the base 33 and the portion corresponding to the edge of the protrusion 37.

제 1 및 제 2 다이아프램(35)(41)의 변형은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)에 전달되어 저항 값을 변화시키는 데, 제 1 및 제 3 저항체(43a)(43c)는 길이가 감소되어 저항이 감소되고 제 2 및 제 4 저항체(43b)(43d)는 폭이 감소되어 저항이 증가된다. 이 때, 제 1 및 제 2 다이아프램(35)(41)의 베이스(33)와 인접하는 주변 부분의 표면적 감소 폭이 크므로 제 1 및 제 3 저항체(43a)(43c)의 길이와 제 2 및 제 4 저항체(43b)(43d)의 폭이 감소되는 것을 더 크게하여 저항 값의 변화량을 증가시킨다. 그러므로, 저항의 미소한 변화에 따른 출력의 미소한 변화를 감지할 수 있게 되어 센싱 특성이 향상된다.Deformation of the first and second diaphragms 35 and 41 is transmitted to the first, second, third and fourth resistors 43a, 43b, 43c and 43d to change the resistance value. The lengths of the first and third resistors 43a and 43c are reduced to decrease the resistance, and the widths of the second and fourth resistors 43b and 43d are reduced to increase the resistance. At this time, since the surface area reduction width of the peripheral portion adjacent to the base 33 of the first and second diaphragms 35 and 41 is large, the length and the second length of the first and third resistors 43a and 43c are large. And increasing the width of the fourth resistors 43b and 43d to increase the amount of change in the resistance value. Therefore, it is possible to detect the small change in the output due to the small change in the resistance, thereby improving the sensing characteristic.

상기에서 압력 센서(31)는 다수 개 제 2 다이아프램(41)을 포함하는 웨이퍼(도시되지 않음) 상에 반도체 제조 공정에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d), 보호막(47) 및 개구(49)를 순차적으로 형성한 후 각각의 제 2 다이아프램(41)으로 절단하여 분리한 단위 스트레인 게이지(strain gage)를 제 1 다이아프램(35) 상에 용접하므로써 제조된다. 제 2 다이아프램(41)을 이루는 Al2O3은 탄성력이 크므로 제 1 다이아프램(35)의 영향력이 최소화되어 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성을 향상된다.The pressure sensor 31 is the first, second, third and fourth resistors 43a and 43b by a semiconductor manufacturing process on a wafer (not shown) including a plurality of second diaphragms 41. 43c, 43d, first, second, third, and fourth electrodes 45a, 45b, 45c, 45d, passivation film 47, and openings 49 are sequentially formed. It is manufactured by welding the unit strain gage cut and separated by the 2nd diaphragm 41 on the 1st diaphragm 35. FIG. Since Al 2 O 3 constituting the second diaphragm 41 has a large elastic force, the influence of the first diaphragm 35 is minimized, thereby improving the linearity and reproducibility of the resistance value, as well as hysteresis characteristics and creep characteristics. Is improved.

상술한 바와 같이 본 고안에 따른 압력 센서는 하부의 중심 부분에 돌출부가 형성된 제 1 다이아프램 상에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극이 휘스톤 브릿지 형태로 형성되는 제 2 다이아프램이 용접되되, 이제 2 다이아프램의 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극이 위치되고 변형율이 큰 베이스와 인접하는 주변 부분 상에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체이 위치되도록 한다. 그러므로, 제 1 및 제 2 다이아프램은 압력이 인가되면 중심 부분이 변형되지 않고 베이스와 인접하는 주변 부분과 돌기부의 모서리와 대응하는 부분에 의해 △ x2 만큼 팽창 변형되어 변형율이 큰 부분들 사이의 간격이 감소되므로 이 부분들의 변형율이 증가되며, 이에 의해 제 2 다이아프램 상에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 길이 또는 폭의 변형량이 증가되므로 저항 값의 변화량이 증가된다. 그리고, 제 1 다이아프램이 0.1 ∼ 1.0mm 정도두께의 Al2O3로 형성되므로 절연 특성이 향상되고 정전 용량이 감소되며 탄력성이 양호하게 된다.As described above, the pressure sensor according to the present invention includes first, second, third, and fourth resistors and first, second, third, and fourth electrodes on a first diaphragm having protrusions formed at a central portion of a lower portion thereof. The second diaphragm, which is formed in the form of this Wheatstone bridge, is welded, but now the first, second, third and fourth electrodes are positioned on the center portion corresponding to the protrusion of the second diaphragm and adjacent to the base having high strain rate. The first, second, third and fourth resistors are positioned on the peripheral portion. Therefore, when the pressure is applied, the first and second diaphragms are not deformed, but are expanded and deformed by Δ x2 by the peripheral portion adjacent to the base and the edge corresponding to the corner of the protrusion, so that the gap between the portions having the high strain rate. This decreases, so that the strain of these portions is increased, thereby increasing the amount of change in the resistance value since the amount of deformation in the length or width of the first, second, third and fourth resistors formed on the second diaphragm is increased. In addition, since the first diaphragm is formed of Al 2 O 3 having a thickness of about 0.1 to 1.0 mm, insulation properties are improved, capacitance is reduced, and elasticity is good.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

따라서, 본 고안은 저항체의 변화량을 증가시킬 수 있으므로 센싱 특성을 향상시킬 수 있으며, 제 2 다이아프램의 절연 특성이 향상 및 정전 용량 감소에 의해 동작 특성이 향상되고, 또한, 제 2 다이아프램의 탄성력이 크므로 저항 값의 직선 성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상되는 잇점이 있다.Therefore, the present invention can increase the amount of change in the resistor, so that the sensing characteristics can be improved, and the operating characteristics are improved by improving the insulating properties of the second diaphragm and reducing the capacitance, and also the elastic force of the second diaphragm. Since this is large, not only the linearity and reproducibility of the resistance value is improved but also the hysteresis characteristics and creep characteristics are improved.

Claims (7)

링(ring) 형상의 베이스와,Ring-shaped base, 상기 베이스의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측을 막도록 한 몸체로 형성된 제 1 다이아프램과,A first diaphragm formed of a body to block one side corresponding to the other side to which the pressure of the base is applied; 상기 제 1 다이아프램의 하부 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된 돌기부와,A protrusion formed to protrude while forming a body in a lower center portion of the first diaphragm; 상기 제 1 다이아프램 상에 접합부에 의해 접합되며 높은 경도와 큰 탄성력을 갖는 절연물질로 이루어진 제 2 다이아프램과A second diaphragm formed of an insulating material having a high hardness and a large elastic force, the second diaphragm being joined to the first diaphragm by a bonding part; 상기 제 2 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하지 않는 주변 부분 상에 각각 폭과 길이를 가지되 상기 길이가 동일한 방향을 갖도록 형성된 다 수개의 저항체와,A plurality of resistors each having a width and a length on the periphery of the second diaphragm that do not correspond to the protrusions, and the lengths having the same direction; 상기 제 2 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 상기 다 수개의 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 다 수개의 전극과,A plurality of electrodes formed to form a Wheatstone bridge configuration with the plurality of resistors on a central portion corresponding to the protrusion of the second diaphragm; 상기 제 2 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체를 덮으며 상기 다 수개의 전극을 개구에 의해 노출시키도록 절연물질로 형성된 보호막을 구비하는 압력 센서.And a protective film formed of an insulating material to cover the plurality of resistors on the second diaphragm and to expose the plurality of electrodes by openings. 청구항 1에 있어서 상기 베이스, 상기 제 1 다이아프램 및 상기 돌기부가 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강 또는 스프링용 동합금으로 형성된 압력 센서.The pressure sensor of claim 1, wherein the base, the first diaphragm, and the protrusion are formed of titanium (Ti), a titanium alloy, stainless steel, or a copper alloy for a spring. 청구항 1에 있어서 상기 돌기부가 상기 제 1 다이아프램 보다 2 ∼ 10 배 두껍게 형성된 압력 센서.The pressure sensor according to claim 1, wherein the protrusion is formed 2 to 10 times thicker than the first diaphragm. 청구항 1에 있어서 상기 제 2 다이아프램이 Al2O3로 형성된 압력 센서.The pressure sensor of claim 1, wherein the second diaphragm is formed of Al 2 O 3 . 청구항 1에 있어서 상기 접합부는 AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 땜납(brazing solder)을 용접하므로써 형성되는 압력 센서.The pressure sensor according to claim 1, wherein the joint is formed by welding a brazing solder whose AgCuTi or AgCuInTi is a main component. 청구항 1에 있어서 상기 다 수개의 저항체가 사각 톱니 형태로 형성된 압력센서.The pressure sensor of claim 1, wherein the plurality of resistors are formed in a square saw tooth shape. 청구항 1에 있어서 상기 제 2 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체의 양끝단과 서로 연결되게 형성된 다 수개의 보정저항체를 더 구비하는 압력 센서.The pressure sensor according to claim 1, further comprising a plurality of correction resistors formed on the second diaphragm so as to be connected to both ends of the plurality of resistors.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101222045B1 (en) 2011-05-11 2013-01-15 세종공업 주식회사 Pressure measuring apparatus
KR101924546B1 (en) 2017-01-28 2018-12-04 유아이엘 주식회사 Apparatus for measuring pressure
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