KR200355939Y1 - 압력센서 - Google Patents

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KR200355939Y1
KR200355939Y1 KR20-2004-0011747U KR20040011747U KR200355939Y1 KR 200355939 Y1 KR200355939 Y1 KR 200355939Y1 KR 20040011747 U KR20040011747 U KR 20040011747U KR 200355939 Y1 KR200355939 Y1 KR 200355939Y1
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김영보
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(주)센서시스템기술
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Abstract

본 고안은 압력 센서에 관한 것으로서 압력이 인가되는 타측의 내부가 경사지게 형성된 링(ring) 형상의 베이스와, 상기 베이스의 타측과 대응하는 일측을 막도록 한 몸체로 형성된 제 1 다이아프램과, 상기 제 1 다이아프램의 하부 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된 돌기부와, 상기 베이스의 타측을 막도록 상기 베이스 및 상기 돌기부와 용접된 상기 제 1 다이아프램 보다 큰 면적을 가지는 제 2 다이아프램과, 상기 제 1 다이아프램 상에 접합부에 의해 접합되며 높은 경도와 큰 탄성력을 갖는 절연물질로 이루어진 제 3 다이아프램과, 상기 제 3 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하지 않는 주변 부분 상에 각각 폭과 길이를 가지되 상기 길이가 동일한 방향을 갖도록 형성된 다 수개의 저항체와, 상기 제 3 다이아 프램의 상기 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 상기 다 수개의 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 다 수개의 전극과, 상기 제 3 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체를 덮으며 상기 다 수개의 전극을 개구에 의해 노출시키도록 절연물질로 형성된 보호막을 구비한다. 따라서, 제 3 다이아프램 상에 형성된 저항체들의 변화량을 증가시킬 수 있으므로 센싱 특성을 향상시킬 수 있으며, 제 3 다이아프램의 절연 특성 향상 및 정전 용량 감소에 의해 소자의 동작 특성이 향상되고, 제 3 다이아프램의 탄성력이 크므로 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상되며, 제 2 다이아프램이 낮은 인가 압력에서도 변형되므로 측정 압력의 범위를 넓게 확대할 수 있고, 또한,웨이퍼 상에 한 번의 반도체 공정을 이용하여 다 수개의 스트레인 게이지를 제조할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

압력센서{Pressure sensor}
본 고안은 압력 센서에 관한 것으로서, 특히, 금속의 다이아프램(diaphragm)을 압력 변환 요소로 사용하는 압력 센서에 관한 것이다.
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.
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 다이아프램 상에 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.
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 정밀도가 우수하고 측정 범위가 넓은 데, 특히, 초고압의 압력도 측정할 수 있어 일반 산업용에 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 압력 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1을 A-A 선으로 절단한 단면도이다.
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.
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.
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 분포되므로상부 표면적이 베이스(13)와 인접하는 주변 부분에서 감소하고 중심 부분에서 증가된다.
절연막(17)은 베이스(13) 및 다이아프램(15) 상에 형성된다. 상기에서 절연막(17)은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연 물질이 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 증착되어 형성된다.
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 주변 부분에 각각 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 길이 방향이 동일하도록 형성된다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)는 인가되는 압력에 의해 다이아프램(15)에서 발생되는 변형에 의해 저항같이 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.
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.
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 4 저항체(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.
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.
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 인가되게연결된다.
도 3은 종래 기술에 따른 압력 센서(11)의 동작을 나타내는 개략도이다.
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 Δx1로 최대가 된다. 이 때, 다이아프램(15)의 변형율이 큰 주변 부분 및 중심 부분은 응력이 각각 (-)와 (+)로 분포되어 표면적이 각각 감소 및 증가된다.
상기에서 다이아프램(15)의 변형은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)에 전달되어 이들을 변형시켜 저항감을 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 2및 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.
상술한 구성의 압력 센서(11)의 제조 방법을 설명한다.
베이스(13) 및 다이아프램(15)의 일측 표면 상에 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연물질을 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 증착하여 절연막(17)을 형성한다.
그리고, 절연막(17) 상에 온도에 따른 저항값 변화가 적은 도전성 물질을 CVD 방법 또는 스퍼터링 방법으로 증착하고 다이아프램(15)에 대응하는 부분에만 잔류되게 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 패터닝하여 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)를 형성한다. 이 때, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)를 각각 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 각각의 길이방향이 동일하도록 형성한다. 상기에서 도전성 물질로 불순물이 토핑된 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물이 사용될 수 있다.
그리고, 절연막(17) 상에 알루미늄, 구리 또는 은 등의 도전성 금속을 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)를 덮도록 증착하고 포토리쏘그래피 방법으로 베이스(13)와 대응하는 부분에만 잔류되게 패터닝하여 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)을 형성한다. 이 때, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)을 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(19a)(19b)(19c)(19d)와 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge) 구성을 이루도록 형성한다.
그리고, 절연막(17) 상에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4저항체(19a)(19b)(19c)(19d)와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)을 덮도록 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연물질을 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하여 보호막(23)을 형성한다. 그리고, 보호막(23)을 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)이 노출되도록 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 개구(25)를 형성한다.
그리고, 개구(25)에 의해 노출된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(21a)(21b)(21c)(21d)에 리드(도시되지 않음)를 본딩하여 외부 회로부(도시되지 않음)와 전기적으로 연결한다.
상술한 바와 같이 종래 기술에 따른 압력 센서는 베이스와 한 몸체를 이루는 다이아프램 상에 반도체 공정을 직접 수행하여 형성된다. 그리고, 압력 인가시 다 이아프램은 베이스와 인접하는 주변 부분과 중심 부분의 변형에 의해 중심점에서 변위량이 Δx1로 최대가 되도록 변형되는 데, 이 주변 부분과 중심 부분의 간격이 크므로 이 부분들에서 다이아프램 표면적의 변형량이 감소된다.
그러나, 종래 기술에 따른 압력 센서는 다이아프램의 크기가 한정되므로 측정할 수 있는 압력의 범위가 좁아지는 문제점이 있었다. 또한, 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. 또한, 절연막이 얇게 형성되므로 다이아프램과 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체 사이의 절연 특성이 저하될 뿐만 아니라 정전 용량이 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. 그리고, 압력 센서를 베이스와 한 몸체를 이루는 다이아프램 상에 반도체 공정을 직접 수행하여 형성하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안의 목적은 측정 압력의 범위를 넓게 확대할 수 있는 압력 센서를 제공함에 있다.
본 고안의 다른 목적은 저항체의 저항 값 변화량을 증가시켜 센싱 특성을 향상시킬 수 있는 압력 센서를 제공함에 있다.
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.
본 고안의 또 다른 목적은 저항 값의 직선성 및 재현성을 향상시킬 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성을 향상시킬 수 있는 압력 센서를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 압력 센서의 평면도.
도 2는 도 1을 A-A 선으로 절단한 단면도.
도 3은 종래 기술에 따른 압력 센서의 동작을 나타내는 개략도.
도 4는 본 고안에 따른 압력 센서의 평면도.
도 5는 도 4를 B-B 선으로 절단한 단면도.
도 6은 본 고안에 따른 압력 센서의 동작을 나타내는 개략도.
도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 평면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 고안에 따른 압력 센서의 제조 공정도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31 : 압력 센서 33 : 베이스
35 : 제 1 다이아프램 36 : 제 2 다이아프램
37 : 돌기부 39 : 접합부
41 : 제 3 다이아프램
43a, 43b, 43c, 43d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체
45a, 45b, 45c, 45d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극
47 : 보호막 49 : 개구
51 : 스트레인 게이지 53 : 압력 센서
55a, 55b, 55c, 55d : 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체
상기 목적들을 달성하기 위한 본 고안에 따른 압력 센서는 압력이 인가되는 타측의 내부가 경사지게 형성된 링(ring) 형상의 베이스와, 상기 베이스의 타측과대응하는 일측을 막도록 한 몸체로 형성된 제 1 다이아프램과, 상기 제 1 다이아프램의 하부 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된 돌기부와, 상기 베이스의 타측을 막도록 상기 베이스 및 상기 돌기부와 용접된 상기 제 1 다이아프램 보다 큰 면적을 가지는 제 2 다이아프램과, 상기 제 1 다이아프램 상에 접합부에 의해 접합되며 높은 경도와 큰 탄성력을 갖는 절연물질로 이루어진 제 3 다이아프램과, 상기 제 3 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하지 않는 주변 부분 상에 각각 폭과 길이를 가지되 상기 길이가 동일한 방향을 갖도록 형성된 다 수개의 저항체와, 상기 제 3 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 상기 다 수개의 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 다 수개의 전극과, 상기 제 3다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체를 덮으며 상기 다 수개의 전극을 개구에 의해 노출시키도록 절연물질로 형성된 보호막을 구비한다.
상기에서 베이스, 제 1 및 제 2 다이아프램과 돌기부가 티타늄(Ti), 티타늄합금, 스테인레스강 또는 스프링용 동합금으로 형성된다.
상기에서 제 3 다이아프램이 Al2O3로 형성된다.
상기에서 접합부는 AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 땜납(brazing solder)을 용접하므로써 형성된다.
상기에서 제 3 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체의 양 끝단과 서로 연결되게 형성된 다 수개의 보정저항체를 더 구비한다.
상기에서 다 수개의 보정저항체가 상기 제 1 다이아프램 주변 부분의 상기다 수개의 저항체가 형성되지 않는 부분에 형성된다.
상기에서 다 수개의 보정저항체가 상기 제 3 다이아프램 상의 중앙 부분에도 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 고안에 따른 압력 센서의 평면도이고, 도 5는 도 4를 B-B 선으로 절단한 단면도이다.
본 고안에 따른 압력 센서(31)는 베이스(33), 제 1 및 제 2 다이아프램(35)(36), 돌기부(37), 제 3 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.
상기에서 베이스(33)는 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금으로 링(ring) 형상을 이루며 압력이 인가되는 타측 내부가 경사지게 형성된다.
제 1 다이아프램(35)은 베이스(33)의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측에 0.2 ∼ 1.2mm 정도 두께의 막 형태의 스테인레스강으로 이 베이스(33)와 한 몸체를 이루도록 형성된다.
돌기부(37)는 제 1 다이아프램(35) 하부의 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된다.
그리고, 제 2 다이아프램(36)은 제 1 다이아프램(35) 보다 넓은 면적을 가지며 베이스(33)의 타측을 막도록 0.2 ∼ 1.2mm 정도 두께의 막 형태로 형성된다. 제2 다이아프램(36)은 가장자리 부분 및 중심 부분이 베이스(33) 및 돌출부(37)와 각각 용접(welding)된다. 상기에서 제 2 다이아프램(36)은 베이스(33), 제 1 다이아프램(35) 및 돌출부(37)와 동일한 물질, 즉, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금으로 형성된다. 그러므로, 제 2 다이아프램(36)은 베이스(33) 및 돌출부(37)와 용접이 용이할 뿐만 아니라 서로 다른 열팽창 계수에 의해 용접 부위가 이격되는 것이 방지된다. 또한, 제 2 다이아프램(36)은 베이스(33) 및 돌출부(37)와 용접되는 부분이 용접시 용융되는 등의 손상이 발생되는 것을 방지하기 위해 나머지 부분 보다 1.5 ∼ 3배 정도 두껍게 형성된다.
상기에서 제 2 다이아프램(36)은 인가되는 압력에 따라 응력이 발생되어 중심에서 최대가 되고 주변부로 갈수록 점차 작아져 포물선을 갖도록 변형되는 데, 제 2 다이아프램(36)이 제 1 다이아프램(35) 보다 넓은 면적으로 형성되므로 낮은 압력에서도 변형될 수 있다. 제 2 다이아프램(36)의 변형은 돌기부(37)를 통해 제 1 다이아프램(35)으로 전달되는 데, 이 제 1 다이아프램(35)의 돌기부(37)가 형성된 중심 부분은 압력이 인가되어도 변형되지 않고 평탄한 상태를 유지한다.
상기에서 제 2 다이아프램(36)의 변형이 전달된 제 1 다이아프램(35)은 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와 인접하는 주변 부분의 변형율이 크고 각각 (+)와 (-)의 응력이 분포된다. 또한, 제 1 다이아프램(35)은 돌기부(37)에 의해 변형율이 큰 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와 인접하는 주변 부분 사이의 간격이 감소되므로 이 부분들의 변형율이 증가된다. 그러므로, 제 1 다이아프램(35)의 돌기부(37)의 모서리와 대응하는 부분과 베이스(37)와인접하는 주변 부분에서 상부 표면적의 증가와 감소의 폭은 향상된다.
제 3 다이아프램(41)은 제 1 다이아프램(35) 상에 접합부(39)에 의해 용접되며 절연 특성을 가지며 경도가 높고 탄성력이 큰 Al2O3로 0.1 ∼ 1.0mm 정도의 두께로 형성된다. 상기에서 제 3 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. 상기에서 제 3 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.
접합부(39)는 제 3 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 900 ∼ 1100℃ 정도 온도를 갖는 진공 분위기에서 제 3 다이아프램(41)에 하중(荷重)을 가하면서 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.
상기에서 접합부(39)는 땜납의 용융 온도가 낮으며, 용융시 점도가 낮고, 표면 장력 특성을 가지며, 하중(荷重)을 가한 상태에서 용접되므로 제 1 다이아프램(35)과 제 3 다이아프램(41) 사이에 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 3 다이아프램(41) 사이를 접합할 수 있는 최소한의 얇은 두께로 형성된다. 이에 의해, 제 1 다이아프램(35)에서 발생되는 응력은 손실이 감소된 상태로 제 3 다이아프램(41)으로 전달되며, 또한, 변형된 상태의 제 3 다이아프램(41)이 원래 상태로 복원될 때 크립(creep) 특성을 최소화시킨다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 제 3 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.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)는 제 3 다이아프램(41)의 응력에 따른 변형에 의해 저항이 변화된다. 상기에서 제 3 다이아프램(41)을 통해 응력이 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. 상기에서 제 2 다이아프램(36)이 제 1 다이아프램(35) 보다 넓은 면적으로 형성되므로 낮은 압력이 인가되어도 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)을 변형시켜 정격 전압 출력을 얻을 수 있으므로 측정압력의 범위를 넓게 확대할 수 있다.
상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)의 길이가 증가될 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.
상기에서 제 3 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.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 제 3 다이아프램(41)상의 돌기부(37)와 대응하는 중심 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 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 제 3 다이아프램(41)의 응력이 전달되어도 평탄한 상태를 유지하는 돌기부(37)와 대응하는 중심 부분 상에 형성되므로 장시간 사용으로 인한 접합력이 감소되거나 이 후에 설명되는 리드(도시되지 않음)가 분리되는 것이방지된다.
그리고, 보호막(47)은 제 3 다이아프램(41) 상에 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연 물질로 형성되며 개구(49)에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 노출시키며 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 덮도록 된다.
제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)은 개구(49)를 통해 본 딩하는 리드(도시되지 않음)에 의해 외부 회로(도시되지 않음)와 전기적으로 연결된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d) 중 소정의 마주하는 것, 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.
본 고안에 있어서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)가 제 3 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.
도 6은 본 고안에 따른 압력 센서(31)의 동작을 나타내는 개략도이다.
본 고안에 따른 압력 센서(31)는 베이스(33)의 타측에 형성된 제 2 다이아프램(36)에 압력이 인가되면, 이 제 2 다이아프램(36)은 응력에 의해 중심 부분이 최대 변위량 Δx2를 갖도록 수직방향으로 변형된다. 상기에서 제 2 다이아프램(36)에서 발생된 변형은 돌기부(37)를 통해 제 1 및 제 3 다이아프램(35)(41)으로 전달된다. 이 때, 제 1 및 제 3 다이아프램(35)(41)은 베이스(33)와 인접하는 주변 영역과 돌기부(37)의 모서리에 대응하는 부분이 변형되어 돌기부(37)가 형성된 중심 부분이 최대 변위량 Δx2을 갖게 된다. 그러므로, 제 1 및 제 3 다이아프램(35)(41)은 돌기부(37)에 의해 변형율이 큰 부분들 사이의 간격이 감소되며, 이에 의해 이부분들의 변형율이 증가된다. 그러므로, 제 1 및 제 3 다이아프램(35)(41)은 베이스(33)와 인접하는 주변 부분 및 돌기부(37)의 모서리에 대응하는 부분의 표면적 감소 및 증가의 폭이 더 크게된다.
제 1 및 제 3 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 3 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.
또한, 제 2 다이아프램(36)이 제 1 다이아프램(35) 보다 넓은 면적으로 형성되므로 낮은 압력이 인가되어도 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)을 변형시켜 정격 전압 출력을 얻을 수 있으므로 측정압력의 범위를 넓게 확대할 수 있다.
상기에서 제 3 다이아프램(41)을 이루는 Al2O3은 경도가 높고 탄성력이 크므로 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)에 대해 제 1 다이아프램(35)의 영향력이 최소화되어 저항 값의 직선성 및 재현성과 히스테리시스 특성이 향상될 뿐만 아니라 크립(creep) 특성도 향상된다. 또한, 제 3 다이아프램(41)이 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 감소되어 소자의 동작 특성이 저하되는 것이 방지된다.
도 7는 본 고안의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 평면도이다.
본 고안의 다른 실시예에 따른 압력 센서(53)는 도 4에 도시된 압력 센서(31) 보다 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)가 더 형성된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)는 사각 톱니 형상을 갖는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)의 양 끝단과 서로 연결되게 제 3 다이아프램(41)의 주변 부분에 넓게 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 동일한 저항값 변화가 작은 물질, 즉, 불순물이 도핑된 단결정실리콘 또는 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물로 동일한 공정에 의해 형성된다. 그리고, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)는 동일한 물질 및 공정에 의해 형성되는 적어도 2개의 연결부(57)에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)과 전기적으로 연결된다.
상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)는 넓게 형성되므로 낮은 저항 값을 갖는다. 그러므로, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)와 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d) 사이가 전기적으로 완전히 분리되지 않도록 연결부(57)를 적어도 1개가 남도록 끊어주는 것에 의해 저항 값을 보정할 수 있다.
상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)가 제 3 다이아프램(41)의 주변 부분에만 형성되는 것으로 설명하였으나 중앙 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)의 하부에 중첩되게 형성되어 전기적으로 연결될 수도 있다.
또한, 상기에서 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), 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(55a)(55b)(55c)(55d)와 연결부(57)가 온도에 따른 저항 값의 변화가 작은 CuNi 합금, NiCr 합금 또는 NiCrFeCu 합금으로 형성될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 고안에 따른 압력 센서(31)의 제조 공정도이다.
도 8a를 참조하면, 제 3 다이아프램(41)을 다수 개 포함하는 웨이퍼(도시되지 않음) 상에 온도에 따른 저항값 변화가 작은 도전성 물질을 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착한다. 상기에서 웨이퍼로 절연 특성을 가지며 경도가 높고 탄성력이 큰 Al2O3이 0.1 ∼ 1.0mm 정도의 두께로 이루어진다. 그리고, 도전성 물질로 불순물이 도정된 단결정실리콘 또는 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물이 사용될 수 있다.
웨이퍼 상의 도전성 물질을 제 3 다이아프램(41)의 주변 부분에만 잔류되게 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 패터닝하여 사각 톱니 형상의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 형성한다. 이 때, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 각각 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 각각의 길이 방향이 동일하도록 형성한다.
또한, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 형성할 때 제 3 다이아프램(41)의 주변 부분의 나머지 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체(도시되지 않음)를 형성할 수도 있다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체를 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)의 양 끝단과 서로 연결되게 형성한다.
상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체를 제 3 다이아프램(41)의 주변 부분 뿐만 아니라 중심 부분에도 형성할 수 있다. 이러한 경우 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 보정저항체의 주변 부분에 형성되는 것과 중심 부분에 형성되는 것 사이에 전기적으로 연결하는 연결부(도시되지 않음)를 적어도 2개 형성한다.
그리고, 웨이퍼 상에 알루미늄, 구리 또는 은 등의 도전성 금속을 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하고 제 3 다이아프램(41)의 중심 부분에만 잔류되게 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 형성한다. 이 때, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)와 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge) 구성을 이루도록 형성한다.
상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)과 동일한 물질 및 공정에 의해 형성할 수도 있다. 이 때, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)과 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)를 CuNi 합금, NiCr 합금 또는 NiCrFeCu 합금으로 형성한다.
웨이퍼 상에 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(Si3N4) 등의 절연물질을 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)을 덮도록 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하여 보호막(47)을 형성한다. 그리고, 보호막(47)을 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)이 노출시키는 개구(49)를 형성한다.
그리고, 웨이퍼를 다이아몬드 쏘우(diamond saw) 등으로 절단하여 다수 개의제 3 다이아프램(41)으로 분리한다. 이 때, 각각의 제 3 다이아프램(41) 상의 주변부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)가 위치되고 중심 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)가 위치되게 절단되는 데, 이 절단된 구조 각각은 단위 스트레인 게이지(51)가 된다. 상기에서 웨이퍼 상에 한 번의 반도체 공정을 이용하여 다 수개의 스트레인 게이지를 제조하므로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 8b를 참조하면, 제 1 다이아프램(35)과 한 몸체를 이루는 베이스(33)를 준비한다. 상기에서 베이스(33)는 링(ring) 형상을 이루며 제 1 다이아프램(35)과 대응하는 부분의 내부가 경사지게 형성되며, 제 1 다이아프램(35)은 베이스(33)의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측을 막도록 형성된다. 제 1 다이아프램(35)은 0.2 ∼ 1.2mm 정도 두께의 막 형태로 형성되는 것으로 외부에 노출된 상부의 표면은 경면 처리되고 하부의 중심 부분에 돌기부(37)가 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된다. 상기에서 베이스(33), 제 1 다이아프램(35) 및 돌기부(37)는 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금을 기계 가공하므로써 한 몸체를 이루도록 형성된다.
그리고, 제 1 다이아프램(35) 상에 시트(sheet) 상의 땜납(brazing solder)을 개재시켜 스트레인 게이지(51)를 실장한다. 상기에서 스트레인 게이지(51)를 제 1 다이아프램(35)의 베이스(33)와 인접하는 주변 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체(43a)(43b)(43c)(43d)가, 돌기부(37)가 형성된 중심 부분에 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)가 위치되도록 한다. 땜납은 금속과 비금속 등의 다른 물질들을 서로 접합시키면서 접합 강도가 큰 합금, 예를 들면, AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 합금으로 0.03 ∼ 0.07mm 정도의 두께를 갖도록 형성된다.
그리고, 제 1 다이아프램(35)과 제 3 다이아프램(41) 사이에 땜납이 개재된 구성을 900 ∼ 1100℃ 정도의 분위기 온도를 갖는 진공 상태에서 하중을 가하면서 30분 ∼ 2시간 정도 용접한다. 이에, 땜납이 용융 및 고화되어 제 1 다이아프램(35)과 제 3 다이아프램(41) 사이를 접합시키는 접합부(39)가 된다. 상기에서 진공 상태에서 하중이 가해지면서 용접되므로 제 1 다이아프램(35)과 제 3 다이아프램(41) 사이의 접합부(39)는 공극(void)이 형성되지 않을 뿐만 아니라 균일한 두께로 형성된다. 또한, 용접에 사용되는 땜납이 매우 얇으므로 접합부(39)는 제 1 다이아프램(35)과 제 3 다이아프램(41) 사이를 접합할 수 있는 최소한의 얇은 두께로 형성된다. 그러므로, 제 1 다이아프램(35)의 응력이 제 3 다이아프램(41)으로 손실되지 않고 전달될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 베이스(33)의 타측을 막도록 0.2 ∼ 1.2mm 정도 두께의 막 형태로 제 1 다이아프램(35) 보다 넓은 면적으로 형성된 제 2 다이아프램(36)을 설치한다. 제 2 다이아프램(36)을 모서리 및 중앙 부분이 베이스(33) 및 돌기부(37)와 접합되도록 용접하여 설치한다. 상기에서 제 2 다이아프램(36)은 용접이 용이할 뿐만 아니라 서로 다른 열팽창 계수에 의해 용접 부위가 이격되는 것이 방지하기 위해 베이스(33) 및 돌출부(37)와 동일한 물질, 즉, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금으로 형성된다. 또한, 제 2 다이아프램(36)은 베이스(33) 및 돌출부(37)와 용접되는 부분이 용접시 용융되는 등의 손상이 발생되는 것을 방지하기 위해 나머지 부분 보다 1.5 ∼ 3배 정도 두껍게 형성된다.
그 후, 개구(49)에 의해 노출된 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 전극(45a)(45b)(45c)(45d)을 리드(도시되지 않음)로 본딩하여 외부 회로부(도시되지 않음)와 전기적으로 연결한다.
상술한 바와 같이 본 고안에 따른 압력 센서는 제 2 다이아프램에 압력이 인가되어 중심 부분이 최대 변위량 Δx2를 갖도록 변형되면 돌기부를 통해 제 1 및 제 3 다이아프램도 중심 부분이 최대 변위량 Δx2를 갖도록 변형되는 데, 이 제 1 및 제 3 다이아프램은 돌기부에 의해 중심 부분이 변형되지 않고 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체가 형성되는 베이스와 인접하는 주변 부분과 돌기부의 모서리와 대응하는 부분이 변형되며, 이에 의해 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체의 길이 또는 폭의 변형량이 증가되므로 저항 값의 변화량이 증가된다. 또한, 제 3 다이아프램이 0.1 ∼ 1.0mm 정도 두께의 Al2O3로 형성되므로 절연 특성이 향상되고 정전 용량이 감소되며 탄력성이 양호하게 된다. 또한, 제 2 다이아프램이 제 1 다이아프램 보다넓은 면적으로 형성되므로 낮은 압력에서도 변형될 수 있다. 그리고, 웨이퍼 상에 한 번의 반도체 공정을 이용하여 다 수개의 스트레인 게이지를 제조할 수 있다.
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.
따라서, 본 고안은 제 3 다이아프램 상에 형성된 저항체들의 변화량을 증가시킬 수 있으므로 센싱 특성을 향상시킬 수 있으며, 제 3 다이아프램의 절연 특성향상 및 정전 용량 감소에 의해 소자의 동작 특성이 향상되고, 또한, 제 3 다이아프램의 탄성력이 크므로 저항 값의 직선성 및 재현성이 향상될 뿐만 아니라 히스테리시스 특성 및 크립(creep) 특성도 향상되는 잇점이 있다. 또한, 제 2 다이아프램이 낮은 인가 압력에서도 변형되어 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항체를 변형시켜 정격 전압 출력을 얻을 수 있으므로 측정 압력의 범위를 넓게 확대할 수 있는 잇점이 있다. 그리고, 웨이퍼 상에 한 번의 반도체 공정을 이용하여 다 수개의 스트레인 게이지를 제조할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims (7)

  1. 압력이 인가되는 타측의 내부가 경사지게 형성된 링(ring) 형상의 베이스와,
    상기 베이스의 타측과 대응하는 일측을 막도록 한 몸체로 형성된 제 1 다이아프램과,
    상기 제 1 다이아프램의 하부 중심 부분에 한 몸체를 이루면서 돌출되게 형성된 돌기부와,
    상기 베이스의 타측을 막도록 상기 베이스 및 상기 돌기부와 용접된 상기 제 1 다이아프램 보다 큰 면적을 가지는 제 2 다이아프램과,
    상기 제 1 다이아프램 상에 접합부에 의해 접합되며 높은 경도와 큰 탄성력을 갖는 절연물질로 이루어진 제 3 다이아프램과,
    상기 제 3 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하지 않는 주변 부분 상에 각각 폭과 길이를 가지되 상기 길이가 동일한 방향을 갖도록 형성된 다 수개의 저항체와,
    상기 제 3 다이아프램의 상기 돌기부와 대응하는 중심 부분 상에 상기 다 수개의 저항체와 휘스톤 브릿지 구성을 이루도록 형성된 다 수개의 전극과,
    상기 제 3 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체를 덮으며 상기 다 수개의 전극을 개구에 의해 노출시키도록 절연물질로 형성된 보호막을 구비하는 압력 센서.
  2. 청구항 1에 있어서 상기 베이스, 상기 제 1 및 제 2 다이아프램과 상기 돌기부가 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강 또는 스프링용 동합금으로 형성된 압력 센서.
  3. 청구항 1에 있어서 상기 제 3 다이아프램이 Al2O3로 형성된 압력 센서.
  4. 청구항 1에 있어서 상기 접합부는 AgCuTi 또는 AgCuInTi이 주성분인 땜납(brazing solder)을 용접하므로써 형성되는 압력 센서.
  5. 청구항 1에 있어서 상기 제 3 다이아프램 상에 상기 다 수개의 저항체의 양끝단과 서로 연결되게 형성된 다 수개의 보정저항체를 더 구비하는 압력 센서.
  6. 청구항 5에 있어서 상기 다 수개의 보정저항체가 상기 제 1 다이아프램 주변부분의 상기 다 수개의 저항체가 형성되지 않는 부분에 형성된 압력 센서.
  7. 청구항 6에 있어서 상기 다 수개의 보정저항체가 상기 제 3 다이아프램 상의 중앙 부분에도 형성된 압력 센서.
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