KR20050086918A - Ｍｅｍｓ구조의 검사질량체이동 감속방법 및 시스템 - Google Patents

Ｍｅｍｓ구조의 검사질량체이동 감속방법 및 시스템 Download PDF

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맥스 씨. 글렌
윌리엄 피. 플랫
마크 더블유. 워버
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

적어도 하나의 앵커를 갖는 기판(110)과, 외부로 연장된 적어도 하나의 감속연장부(66) 또는 그 내부로 형성된 적어도 하나의 감속만입부(158) 중 하나를 갖는 검사질량체(12), 모터 구동 콤(18)과, 모터 감지 콤(20)을 갖는 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)가 개시된다. 나아가, 상기 MEMS 장치는 상기 기판 상에서 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤 사이에 상기 검사질량체가 부유하도록 구성된 복수의 서스펜션(14)을 포함하며, 상기 서스펜션은 상기 기판에 앵커링된다. 또한, 상기 MEMS 장치는 상기 기판에 부착된 본체(60)와, 상기 본체로부터 연장된 적어도 하나의 감속빔(64)을 포함한다. 상기 감속빔은 상기 검사질량체가 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속연장부 또는 상기 적어도 하나의 감속만입부에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성된다.

Description

ＭＥＭＳ구조의 검사질량체이동 감속방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR DECELARATING PROOF MASS MOVEMENTS WITHIN MEMS STRUCTURES}
본 발명은 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MEMS장치 내에서 다양한 요소의 손상을 방지하기 위해서 그 장치 내에서 이동을 감속하는 방안에 관한 것이다.
마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)은 실리콘 기판과 같은 동일한 기판 상에 마이크로제조기술을 이용하여 전자적/기계적 요소를 집적화시킨다. 전자적 요소는 집적회로공정을 이용하여 제조되며, 기계적 요소는 집적회로공정과 병행가능한 마이크로가공공정을 이용하여 제조된다. 이러한 두 공정의 조합은 표준제조공정을 이용하여 칩 상에 전체 시스템을 제조하는 것을 가능하게 한다.
MEMS 장치의 일반적인 응용예는 센서장치의 설계 및 제조에 있다. 센서장치의 기계부는 감지능력을 제공하며, 센서장치의 전자부는 기계부로부터 수신된 정보를 처리한다. 이러한 MEMS 장치의 일예로는 자이로스코프(gyroscope)가 있다. 특정 관성측정장치(IMU)는 하나이상의 MEMS 자이로스크로를 포함한다.
공지된 유형의 MEMS 자이로스코프는 코리올리 가속도의 검출을 통해 각속도를 감지하는 진동요소를 이용한다. 상기 진동요소는 모토모드로 불려지는 진동 공진모드에서 기판과 평행한 모터(X)축을 따라 발진동작(oscillatory motion)을 수행한다. 상기 진동요소가 동작하면, 자이로스코프는 기판과 수직인 입력(Z)축 주위를 회전하면서 기판에 의해 유도되는 각속도를 검출할 수 있다. 코리올리 가속도는 X 및 Y축에 모두 수직인 감지(Y)축을 따라 발생되며, 센스모드로 불려지는 공진모드에서 Y축을 따라 발진동작을 유발한다. 센스모드의 발진증폭은 상기 기판의 각속도와 비례한다. 하지만, 상기 진동요소는 종종 외부의 힘에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 항공기 또는 비행체는 종종 높은 중력기동(gravitational force maneuvers)를 형성한다. 높은 속도에서 그 힘으로 인해 MEMS 장치 내에서 검사질량체를 모터구동부, 모터픽오프(moter pickoff) 또는 감지판에 접촉할 수도 있으며, 상술된 요소 중 적어도 하나에 손상이 발생될 수 있다. 이러한 접촉은 바람직하지 않으며, MEMS 장치의 성능에 영향을 줄 수 있다.
도1은 상기 검사질량체와 상기 지지구조물로부터 연장된 감속정지부를 결합된 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치를 도시한다.
도2는 도1에 도시된 감속정지부의 확대도이다.
도3은 검사질량체로부터 연장된 감속연장부의 일실시형태를 나타낸다.
도4는 도1의 장치에 검사질량체로부터 연장된 감속정지부와 선택적인 앵커링구조를 결합한 MEMS 장치를 나타낸다.
도5는 도4에 도시된 감속정지부의 확대도이다.
도6은 검사질량체를 감속시키기 위한 다른 실시형태를 나타낸다.
본 발명의 일 관점에서, 적어도 하나의 앵커(anchor)를 구비한 기판과, 그 외부로 연장된 적어도 하나의 감속연장부(deceleration extension) 또는 그 내부를 향해 형성된 적어도 하나의 감속만입부(deceleration indentation)를 갖는 검사질량체와, 모터 구동 콤과 모터 감지 콤을 포함한 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치가 제공된다. 또한, 상기 장치는 상기 기판 상에서 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤 사이에 상기 검사질량체가 부유하도록 구성되며, 상기 기판에 앵커링된 복수의 서스펜션을 포함한다. 나아가, 상기 장치는 상기 기판에 부착된 본체와, 상기 본체로부터 연장된 적어도 하나의 감속빔(deceleration beam)을 포함한다. 상기 감속빔은 상기 검사질량체가 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤에 접촉하기 전에 상기 감속연장부 또는 상기 감속만입부에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성된다.
본 발명의 다른 관점에서, 기판과 적어도 하나의 검사질량체를 포함한 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치를 위한 감속정지부(deceleration stop)가 제공된다. 상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부와 상기 검사질량체에 형성된 적어도 하나의 감속만입부 중 하나와, 상기 기판에 앵커링된 복수의 감속빔을 포함한다. 상기 감속빔은 상기 검사질량체를 향해 연장된다. 상기 감속연장부와 상기 감속만입부는 상기 검사질량체와 상기 검사질량체에 인접한 상기 MEMS의 요소들에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 관점에서, 기판과, 상기 기판에 앵커링된 적어도 하나의 크로스빔(cross beam)과, 각각 적어도 하나의 감속연장부 또는 적어도 하나의 감속만입부 중 하나를 포함하는 적어도 하나의 검사질량체와, 상기 크로스빔 각각에 연결된 복수의 서스펜션(suspension)을 포함하는 자이로스코프를 제공한다. 상기 서스펜션은 상기 기판 상에 검사질량체가 부유하도록 구성된다. 또한, 상기 자이로스코프는 상기 검사질량체에 인접한 모터 구동 콤과, 상기 검사질량체에 인접한 모터 감지 콤과, 상기 크로스빔에 각각 부착된 적어도 하나의 본체, 상기 본체로부터 연장된 복수의 감속빔을 포함한다. 상기 감속연장부 또는 상기 감속만입부는 상기 검사질량체가 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤에 접촉하기 전에, 상기 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성된다.
본 발명의 다른 관점에서, 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치에서 검사질량체와 인접 요소들 사이의 충격 및 충격속도 완화방법을 제공한다, 상기 방법은 상기 검사질량체에 상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부또는 상기 검사질량체에 형성된 적어도 하나의 감속만입부를 형성하는 단계와, 상기 검사질량체를 향해 연장된 복수개의 감속빔을 제공하는 단계와, 상기 감속빔에 앵커를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 감속빔은 상기 검사질량체가 인접한 MEMS장치의 임의의 요소에 접촉하기 전에 상기 감속연장부 또는 상기 감속만입부에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지하도록 구성된다.
본 발명의 또 다른 관점에서, 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치에서 검사질량체와 인접 요소들 사이의 충격 및 충격속도 완화방법을 제공한다. 상기 검사질량체는 복수의 서스펜션에 의해 기판 상에 부유한다. 상기 방법은 상기 기판 상에 상기 서스펜션을 위한 앵커를 제공하는 단계와, 상기 검사질량체를 향해 연장된 본체를 형성하는 단계와, 상기 본체를 앵커링하는 단계와, 상기 본체에 상기 검사질량체를 향해 연장된 복수개의 감속빔을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 검사 질량체에 상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부와 상기 검사질량체에 형성된 적어도 하나의 감속만입부 중 하나를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 감속연장부와 상기 감속만입부는 상기 검사질량체가 상기 검사질량체에 인접한 MEMS장치의 임의의 요소에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체를 느려지거나 정지하도록 구성된다.
도 1은 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS) 장치(10), 예를 들어 자이로스코프의 평면도이다. MEMS 장치(10)는 기판(미도시) 상에 형성되며, 적어도 하나의 검사질량체(12), 검사질량체(12)를 부유시키기 위한 복수개의 서스펜션(suspension)(14) 및 상기 서스펜션(14)에 연결된 적어도 하나의 크로스빔(cross beam)(16)을 포함한다. 선택적인 구성에 있어서, 서스펜션(14)은 개별적 상기 기판에 직접 연결된다. MEMS 장치(10)는 또한 모터 구동 콤(motor drive comb)(18), 모터 픽오프 콤(moter pickoff comb)(20) 및 각 검사질량체(12)에 대응하는 감지판(22)를 포함한다.
검사질량체(12)는 MEMS 장치에 사용되기 적합한 임의의 질량체로부터 제조된다. 일 실시형태에서, 검사질량체(12)는 실리콘판이다. 마이크로 머시닝 기술에 호환될 수 있는 다른 재료들도 사용될 수 있다. 도 1에서는 두 개의 검사질량체(12)를 도시하고 있지만, 더 적거나 더 많은 검사질량체를 갖는 MEMS 장치도 사용될 수 있다.
검사질량체(12)는 실질적으로 모터 구동 콤(18) 및 모터 픽오프 콤(20) 사이에 위치된다. 검사질량체(12)는 복수개의 콤형 전극(26)을 포함한다. 전극(26)의 일부는 모터 구동 콤(18)으로 연장되고, 전극(26)의 일부는 모터 픽오프 콤(26)으로 연장된다. 개시된 실시형태에서는 검사질량체(12)가 34개의 전극(26)을 갖지만, 다른 개수의 전극을 통합한 검사질량체를 사용하는 것은 공지되어 있다. MEMS 장치의 다른 실시형태(미도시)에서, 모터 구동 콤 및 모터 픽오프 콤은 서로 이웃하여 배치될 수도 있다.
제시된 실시형태에서, 검사질량체(12)는 각 감지판(22) 상부에 서스펜션(14)에 의해 부유된다. 각 검사질량체(12)을 부유하기 위한 4개의 서스펜션(14)을 도시하어 있으나, 검사질량체(12)를 적절히 지지하는 서스펜션(14)은 임의의 개수로 사용될 수 있다. 일 실시형태에서 서스펜션(14)은 실리콘 웨이퍼로부터 마이크로-머신 처리된 빔이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서스펜션(14)은 또한 검사질량체(12)가 구동판(X축) 및 감지판(Y축) 내에서 이동하게 하는 스프링으로서의 역할을 수행한다.
모터 구동 콤(18)은 각 검사질량체(12)로 연장되는 복수개의 콤형 전극(28)을 포함한다. 모터 구동 콤(18)이 18개의 전극(28)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 통상적으로 모터 구동 콤(18) 상의 전극(28) 개수는 각 검사질량체(12) 상의 전극(26) 개수에 의해 결정된다. 모터 구동 콤은 통상적으로 구동 전극에 연결된다(도 1에는 미도시 됨). 전극(26) 및 전극(28)은 서로 맞물려져 각 질량검사체(12) 및 모터 구동 콤(18)으로부터 연장되며, 구동판(X축) 내에서 구동을 발생시키는데 사용되는 커패시터로부터 연장된다.
모터 픽오프 콤(20)은 또한 각 검사질량체(12)로 연장되는 복수개의 콤형 전극(30)을 포함한다. 모터 픽오프 콤(20)이 18개의 전극(30)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 모터 픽오프 콤(20)은 통상적으로 각 검사질량체(12) 상의 전극(26) 개수에 의해 결정된다. 종종 모터 픽오프 콤(20)은 감지 콤(sense comb)으로 지칭된다. 전극(26) 및 전극(28)은 서로 맞물려져 각 검사질량체(12) 및 모터 픽오프 콤(20)으로부터 연장되며, 구동판(X축) 내에서 구동을 감지하는데 사용되는 커패시터로부터 연장된다.
감지판(22)은 커패시터로부터 자신의 각 검사질량체(12)와 병렬로 연결된다. 만약 적어도 하나의 검사질량체(12)가 구동판(X축)을 따라 진동하는 동안, 각도율(즉, 항공기 터닝)이 입력 벡터(Z축)을 따라 자이로스코프로서 동작하는 MEMS 장치(10)에 적용되면, 코리올리 가속도는 상기 감지판(Y축)에서 검출된다. 상기 감지판(Y축)에서의 이동을 감지하기 위하여 커패시턴스가 사용된다. MEMS 장치(10)의 출력은 통상적으로 상기 이동에 의한 커패시턴스의 변화에 비례하는 신호이다. 도 1에는 미도시되었으나, 감지판(22)는 통산적으로 감지 전극에 연결된다. 각 감지판(22)과 각 모터 구동 콤(18) 및 모터 픽오프 콤(20) 방향으로 및/또는 그 방향으로부터 멀어지는 방향으로의 검사질량체(12)의 이동으로부터 커패시턴스의 변화를 검출한다.
모터 픽오프 콤(20)은 일반적으로 검사질량체(12)의 이동을 감시하는데 이용되는 바이어스 전압(미도시)에 연결된다. 모터 구동 콤(18)은 일반적으로 구동 전극(미도시)에 연결된다. 상기 구동 전극은 검사질량체(12) 및 모터 구동 콤(18)에서 서로 맞물린 복수개의 콤형 전극(26,28)에 의해 형성된 커패시터를 이용하여 각 검사질량체(12)가 실질적으로 튜닝 포크 주파수(turning fork frequency)에서 구동판(X축)을 따라 진동하도록 한다. MEMS 장치(10)는 두 개의 인접한 진동모드를 갖는다. 그 중에서 종종 모터 모드라 칭하는 한 모드는 상기 장치(10)의 공진 주파수에서 정전기력에 의해 구동되어 상대적으로 큰 진동 크기를 생성한다. 상기 장치(10)에 회전력이 인가되는 경우, 상기 모터 모드에서 검사질량체(12)의 속도에 비례하는 코리올리력이 생성된다. 상기 코리올리력에 의해 상기 모터 코드의 주파수에서 감지 모드 방향으로 검사질량체(12)가 이동한다. 하기에서 설명하는 바와 같이, 커패시턴스를 이용하여 상기 감지 모드에서 진동을 검출하는 하나 이상의 전극이 제공된다. DC 및/또는 AC 바이어스 전압이 감지 전극에 인가되고 이로서 상기 감지 모드에서 검사질량체(12)의 이동에 따른 출력전류를 생성한다.
특정한 동작 환경에서, 예를 들어 자이로스코프와 같은 MEMS 장치는 심한 충격 및 진동에 노출된다. 그러나 상기 MEMS 장치는 미세한 각속도 및 선형 가속도를 측정하는데 기계적으로 충분히 민감해야 한다. 이러한 힘으로 인해 검사질량체(12)의 연장부(26)가 하나 이상의 모터 구동 콤(18), 그 연장부(28), 모터 픽오프 콤(20) 및 그 연장부(30)에 강하게 접촉될 수 있다. 하나 이상의 연장부(26,28,30)가 부서지거나 손상을 입을 가능성이 있으며, 게다가, 정전기력에 의해 상기 검사질량체(12)가 접촉된 장치(10)의 요소와 상기 검사질량체(12)가 물리적인 접촉이 유지될 수 있다. 다른 힘에 의해 검사질량체(12)의 주 본체가 감지판(22)과 접촉할 수 있다. 다시 말해서 정전기력에 의해 검사질량체(12)가 감지판(22)과의 접촉을 유지할 수 있다.
또한, MEMS 장치(10)는 초과된 외부의 기계적 힘에 의해 발생된 상기한 동작상의 문제를 줄이거나 완화하는 복수개의 감속정지부(50)로 구성된다. 장치(10)은 감속정지부(50)를 이용하여 외부 힘 보호를 제공한다. 나아가 검사질량체(12)는 좌측 검사질량체(54) 및 우측 검사질량체(56)으로 확인된다. 여기서 사용되는 "좌측(left)" 및 "우측(right)"이라는 용어는, 단지 감속정지부(50)의 동작을 설명하기 위한 도면 설명을 위한 것으로서, MEMS 장치(10)에 대한 어떠한 구조적인 한정도 포함하지 않는다. 또한, 서스펜션(14)은 일반적으로 감지판(미도시)이 상부에 실장된 기판(미도시) 상에서 검사질량체(54 및 56)를 부유시켜, 바이어스 전압의 인가시 상기 검사질량체(54 및 56)가 진동하는 것을 허용한다. 상기 검사질량체(54 및 56)가 진동할 때, 연장부(26)는, 모터 구동 콤(18)의 연장부(28) 및 모터 픽오프 콤(20)의 연장부(30) 사이에서 전후로 이동하여 계량될 수 있는 캐패시턴스 변화를 일으킨다.
도 2는 좌측 검사질량체(54)가 모터 구동 콤(18) 및 모터 감지 콤(20)과 접촉하는 것을 방지하도록 동작하는 감속정지부(50)를 상세하게 도시한다. 하나의 감속정지부(50)가 좌측 검사질량체(54)에 관하여 설명되고 기술되나, 이 설명은 임의의 검사질량체(우측 검사질량체(56)를 포함하는)에 대해 사용된 감속정지부에도 적용되며, 다수의 감속정지부들(50)이 임의의 개별 검사질량체(도 1에 도시된 것과 같은)에 연관될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 일실시형태에서, 감속정지부(50)는 크로스 빔(16)과 검사질량체(54) 사이에 위치하며, 앵커링 연장부(anchoring extension)(62)를 통해 크로스빔(16)에 부착되는 본체(60)를 포함한다. 일실시형태에서, 본체(60)는 기반에 부착되며 MEMS 장치용 앵커링 기능을 제공한다. 더하여, 복수의 감속빔들(64)이 본체(60)로부터 검사질량체(54)를 향하여 연장된다. 감속빔들(64) 사이에 위치한 감속연장부(66)가 검사질량체(54)로부터 연장된다. 감속빔(64) 및 감속연장부(66)는, 검사질량체(54)가 일반 작동 조건에서 자유롭게 움직이도록 하지만, 검사질량체(54)의 움직임이 소정 한계를 넘을 때 검사질량체(54)를 감속시키는 역할을 한다. 일실시형태에서, 감속빔들(64)은, 검사질량체(54)가 콤들(28 및 30)에 위치하는 것보다 연장부(86)에 더 가깝게 위치한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일실시형태에서, 감속빔(64)과 감속연장부(66)는 연장된 사각형 구조이다.
특히, 검사질량체(54)의 동작이 감속연장부(66)를 감속빔들(64) 중 하나에 맞물리게 하는 경우, 검사질량체(54)가 앵커링된 정지부에 접촉할 때의 충격이 현저히 감소하거나 제거되도록, 외력으로 인해 감속빔(64) 및 감속연장부(66) 중 하나 또는 둘 모두가 휘어져 검사질량체(54)를 감속시킨다.
또한, 외력은 검사질량체(54)가 상하로 이동하게 한다. 도 3은, 검사질량체(102)로부터 연장된 감속연장부(100)의 일실시형태를 도시한 도면이다. 검사질량체(102)가 감지판(104)과 접촉하도록 하부로 움직일 때, 질량검사체(102)를 하부로의 움직이게 한 원천적인 힘이 제거되면, 정전력은 질량검사체(102)가 감지판(104)과 접촉된 상태를 유지하게 하는 것으로 알려져있다.
전술한 문제의 역효과를 제거하기 위해, 감속연장부(100)의 하면은 감속연장부(100)로부터 하부로 연장된 다수의 돌출된 반구 영역(108)을 갖도록 형성된다. 돌출된 반구 영역(108)이 기판(110)과 접촉할 때, 검사질량체(102)의 하부로의 움직임이 정지되고 검사질량체(102)가 감지판(104) 또는 기판(110)가 접촉하는 것이 방지된다. 다른 실시형태에서, 기판(110)은, 직접 감속연장부(100)와 맞물리거나(도시한 바와 같이) 검사질량체(102)와 감지판(104) 사이에 더욱 큰 분리를 제공하기 위해 돌출된 반구 영역(108)과 맞물리는 돌출 영역(112)을 갖도록 형성된다. 일실시형태에서, 감속연장부의 상면(114)은, 검사질량체 및 검사질량체 상부에 위치하는 MEMS 장치의 구성요소 사이에 접촉을 감소시키거나 제거하기 위해 구성된 돌출된 반구 영역(108)과 유사한 다수의 동출 영역(미도시)을 갖도록 형성된다. 돌출 영역(108)은 반구형으로 기술되고 도시되며 돌출 영역(112)은 사각 블록 형태로 도시되나, 동일한 기능을 제공하는 타 형상을 이용한 다른 실시형태가 존재한다는 것이 이해되어야 한다.
도 4 및 5는 감속정지부(120)의 다른 실시형태를 도시한다. 도 1 및 2에서 도시된 구성요소와 동일한 도 4 및 5의 구성요소들은 도 1 및 2에 사용된 것과 동일한 참조부호를 이용하여 도시된다. 도 4를 참조하면, 크로스빔(122)이, 앵커(124)와 상기 앵커(124) 및 크로스빔(122) 사이에 연장된 앵커링 연장부(125)를 이용하여 기판(미도시)에 연결된다. 본체(126)는, 각각의 검사질량체들(54 및 56) 중 하나를 향해 연장된 감속빔(128)을 포함하는 크로스빔(122)으로부터 연장된다. 본체(126)는 검사질량체(54, 56)을 향해 크로스빔(122)로부터 연장되며, 크로스빔(122)과 일체로 형성될 수 있으며, 크로스빔(122)으로부터 연장된 임의의 형상을 가질 수 있다. 도시된 실시형태에서, 본체(126)는 직사각 형상이다. 감속정지부(120)의 구조가 도 5에 더욱 상세하게 도시된다. 감속빔(128)이, 검사질량체(54)의 움직임에 따라 감속연장부(66)와 맞물리도록 배치된다. 감속정지부(120)는, 본체(60)(도 2에 도시된)와 같이 MEMS 장치의 부유를 위한 앵커링 기능을 제공하지 않으므로, 감속정지부(120)는 감속정지부(50)(도 1 및 도 2에 도시된)와 다르다.
도 6은 검사질량체(122)를 감속하기 위한 감속정지부(150)의 다른 실시형태를 도시한다. 감속정지부(150)에 인접한 부분과 함께 검사질량체(152)의 일부분이 도시된다는 점을 주지해야 할 것이다. 본 실시형태에서, 감속빔(154)이 기판(미도시)에 앵커링된 본체(156)으로부터 검사질량체(152) 방향으로 연장된다. 전술한 바와 같이, 감속연장부가 감속빔에 맞물리도록 배치되기 보다는, 검사질량체(152)가, 감속빔(154)와 맞물리는 직사각형 만입부(indentation)(158)를 갖도록 형성된다. 감속연장부에 비해, 만입부(158)를 갖는 검사질량체의 형성은, 주어진 영역에서 더욱 큰 검사질량체가 형성될 수 있게 한다. 다른 실시형태에서, 감속연장부가 앵커링 본체 내에 형성되는 반면, 감속빔은 검사질량체로부터 연장될 수 있다.
하나의 감속빔(154)와 만입부(158)를 사용하는 것으로 도시되고 기술되었으나, MEMS 장치는 감속정지부로서 하나 이상의 감속빔(154)과 만입부(158)를 포함할 수 있다는 점을 이해해야야 한다. 나아가, 하나 또는 복수의 감속빔(154)과 만입부(158)를 이용하는 일부 감속정지부(150)가, 네 개의 감속정지부(50)를 설명하는 도 1에 도시된 것과 유사한 구조로 MEMS 장치에 포함될 수 있다. 더하여, 도 3에 기술된 검사질량체 및 감지판 사이에 접촉 문제를 완화하기 위해, 검사질량체(152)는 복수의 돌출된 반구 영역(108)(도 3에 도시된 것과 같은)을 갖는 구조일 수 있다.
전술한 감속정지부의 실시형태들 및 검사질량체의 상하 움직임의 효과를 방지하기 위해 사용된 실시형태들은, 사용시 직면할 수 있는 과도한 힘으로부터 MEMS 장치의 구성 요소들을 보호하는데 사용된다. MEMS 장치에 관하여 설명될 때, 기술된 내용은 MEMS 자이로스코프, 관성 측정 장치, 가속도계, 압력 센서 및 온도 센서를 포함하나 이에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 특정 실시형태로 기술되었으나, 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은, 본 발명이 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 변형되어 실시될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.

Claims (42)

  1. 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)에 있어서,
    적어도 하나의 앵커를 구비한 기판;
    그 외부로 연장된 적어도 하나의 감속연장부(66) 또는 그 내부를 향해 형성된 적어도 하나의 감속만입부(158)에 갖는 검사질량체(12);
    모터 구동 콤(18);
    모터 감지 콤(20);
    상기 기판에 앵커링되어, 상기 기판 상에서 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤 사이에 상기 검사질량체가 부유하도록 구성된 복수의 서스펜션(14);
    상기 기판에 부착된 본체(60); 및
    상기 본체로부터 연장되며, 상기 검사질량체가 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속연장부 또는 상기 적어도 하나의 감속만입부에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성된 감속빔을 포함하는 MEMS 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 서스펜션(14) 사이에 연장된 적어도 하나의 크로스빔(16)을 더 포함하며, 상기 본체(60)는 상기 크로스 빔에 연결되며 상기 기판 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 장치는 상기 본체(60)를 상기 크로스빔(16)에 연결하는데 사용되는 앵커링 연장부(62)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 서스펜션(14) 사이에 연장된 적어도 하나의 크로스빔(122)과, 상기 본체가 상기 크로스빔에 연결되도록 상기 크로스빔과 상기 기판에 부착된 앵커부(124)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감속연장부(100)는, 하면(106)과, 상기 하면에 형성되며, 상기 검사질량체(102)와 상기 검사질량체 아래에 위치한 상기 장치의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감속연장부(100)는, 상면(114)과, 상기 상면에 형성되며, 상기 검사질량체(102)와 상기 검사질량체 위에 위치한 상기 장치의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역(108)을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검사질량체(152)는 적어도 하나의 감속만입부(158)를 구비하도록 구성되고, 상기 검사질량체는, 상면 및 하면과, 그 상하면 중 하나 또는 두 면에 형성되며, 상기 검사질량체와 상기 검사질량체 위와 아래에 위치한 상기 장치의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판(110)은 상기 감속연장부(100)에 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역(112)을 포함하며, 상기 돌출영역은 상기 검사질량체와 상기 검사질량체 아래에 위치한 상기 장치의 요소들의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)와 상기 감속빔(64)은 서로 맞물릴 때에 구부려져 상기 검사질량체(12)에 감속기능을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감속연장부(66)와 상기 적어도 하나의 감속빔(64)은 직사각형 구조로 연장되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 감속만입부(158)는 연장된 형태이며 직사각형인 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 복수개의 검사질량체(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 자이로스코프, 관성측정장치, 가속도계, 압력센서 및 온도센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
  14. 기판(110)과 적어도 하나의 검사질량체를 포함한 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)를 위한 감속정지부(50)에 있어서,
    상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부(66)와 상기 검사질량체에 형성된 적어도 하나의 감속만입부(158) 중 하나; 및
    상기 기판에 앵커링되어 상기 검사질량체를 향해 연장된 복수의 감속빔(64)를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 감속연장부 또는 상기 적어도 하나의 감속만입부는, 상기 검사질량체와 인접한 상기 MEMS의 요소들에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성되는 감속정지부.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판(110)에 앵커링된 본체(60)를 더 포함하며, 상기 감속빔(64)은 상기 본체로부터 상기 검사질량체(12)를 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 본체를 상기 MEMS 장치(10)의 크로스빔에 연결하는데 사용되는 앵커링 연장부(62)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)는, 상면(114) 및 하면(106)과, 상하면 중 적어도 한 면에 형성되며 상기 검사질량체(12)와 상기 검사질량체 위와 아래에 위치한 상기 MEMS 장치(10)의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 검사질량체(12)는, 상면 및 하면과, 상하면 중 적어도 한 면에 형성되며 상기 검사질량체(12)와 상기 검사질량체 위와 아래에 위치한 상기 MEMS 장치(10)의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)와 상기 감속빔(64)은 서로 맞물릴 때에 구부려져 상기 검사질량체(12)에 감속기능을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)와 상기 감속빔(64)은 직사각형 구조로 연장된 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 감속만입부(158)는 연장된 형태이며, 직사각형인 것을 특징으로 하는 감속정지부.
  22. 기판(110);
    상기 기판에 앵커링된 적어도 하나의 크로스빔(16);
    각각 적어도 하나의 감속연장부(66) 또는 적어도 하나의 감속만입부(158) 중 하나를 포함하는 적어도 하나의 검사질량체(12);
    상기 크로스빔 각각에 연결되며, 상기 기판 상에 검사질량체가 부유하도록 구성된 복수의 서스펜션(14);
    상기 검사질량체에 인접한 모터 구동 콤(18);
    상기 검사질량체에 인접한 모터 감지 콤(20);
    상기 크로스빔에 각각 부착된 적어도 하나의 본체(60); 및
    상기 본체로부터 연장된 복수의 감속빔(64)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 감속연장부 또는 상기 적어도 하나의 감속만입부는, 상기 검사질량체가 상기 모터 구동 콤과 상기 모터 감지 콤에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성되는 자이로스코프.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 본체(60)는 상기 기판(110)에 앵커링되는 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 크로스빔(16)에 상기 본체(60)를 연결하는데 사용하는 앵커링 연장부(62)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 감속연장부(100)는 상면(114) 및 하면(106)과, 그 상하면 중 적어도 한 면에 형성되며 상기 검사질량체(12)와 상기 검사질량체 위와 아래에 위치한 상기 자이로스코프의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 검사질량체(12)는, 상면 및 하면과, 그 상하면 중 적어도 한 면에 형성되며 상기 검사질량체와 상기 검사질량체 위와 아래에 위치한 상기 자이로스코프의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)와 상기 감속빔(64)은 서로 맞물릴 때에 구부려져 상기 검사질량체(12)에 감속을 제공하는 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)와 상기 감속빔(64)은 직사각형 구조로 연장된 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 감속만입부(158)는 연장된 형태이며, 직사각형인 것을 특징으로 하는 자이로스코프.
  30. 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)에서 검사질량체(12)와 인접 요소들 사이의 충격 및 충격속도을 완화하는 방법에 있어서,
    상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부(66)를 갖는 검사질량체를 구성하는 단계;
    상기 검사질량체를 향해 연장되며, 상기 검사질량체가 그 검사질량체에 인접한 MEMS장치의 임의의 요소에 접촉하기 전에 상기 감속연장부가 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지하도록 구성된 복수의 감속빔(64)을 제공하는 단계; 및
    상기 감속빔에 앵커를 제공하는 단계를 포함하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 감속연장부(100)의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 적어도 하나의 돌출영역(108)을 형성하는 단계을 더 포함하며, 상기 돌출영역(108)은 상기 검사질량체(102)와 상기 검사질량체의 상부 또는 아래에 위치한 상기 MEMS 장치(10)의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  32. 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)에서 검사질량체(152)와 인접 요소들 사이의 충격 및 충격속도를 완화시키는 방법에 있어서,
    상기 검사질량체에 형성된 적어도 하나의 감속만입부(158)를 갖는 검사질량체를 구성하는 단계;
    상기 검사질량체를 향해 연장되며, 상기 검사질량체에 인접한 MEMS장치의 임의의 요소에 접촉하기 전에 상기 감속만연부가 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지하도록 구성된 복수의 감속빔(154)을 제공하는 단계; 및
    상기 감속빔에 앵커를 제공하는 단계를 포함하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 검사질량체(108)의 상면 및 하면 중 적어도 한 면에 적어도 하나의 돌출영역(108)을 형성하는 단계을 더 포함하며, 상기 돌출영역(108)은 상기 검사질량체(102)와 상기 검사질량체의 상부 또는 아래에 위치한 상기 MEMS 장치(10)의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성된 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  34. 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)에서 복수의 서스펜션에 의해 기판(110) 상에 부유하는 검사질량체(12)와 인접 요소들 사이의 충격 및 충격속도를 완화시키는 방법에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 서스펜션을 위한 앵커를 제공하는 단계;
    상기 검사질량체를 향해 연장된 본체(60)를 형성하는 단계;
    상기 본체를 앵커링하는 단계;
    상기 본체에 상기 검사질량체를 향해 연장된 복수개의 감속빔(64)을 형성하는 단계; 및
    상기 검사 질량체에 상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부(66)와 상기 검사질량체에 형성된 적어도 하나의 감속만입부(158) 중 하나를 형성하는 단계 - 여기서 상기 적어도 하나의 감속연장부와 상기 적어도 하나의 감속만입부는, 상기 검사질량체가 그 검사질량체에 인접한 MEMS장치의 임의의 요소에 접촉하기 전에 적어도 하나의 감속빔에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성됨 - 를 포함하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 감속연장부(66)의 상면(114) 및 하면(106) 중 적어도 한면에 적어도 하나의 돌출영역(108)을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 돌출영역은 상기 검사질량체(12)와 상기 검사질량체 위 또는 아래에 위치한 상기 MEMS 장치(10)의 요소들 사이에 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 검사질량체(12)의 상면 및 하면 중 적어도 한면에 적어도 하나의 돌출영역(108)을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 돌출영역은 상기 검사질량체(12)와 상기 검사질량체 위 또는 아래에 위치한 상기 MEMS 장치(10)의 요소들 사이에 접촉이 감소되거나 해소되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 기판(110)에 상기 감속연장부(100) 또는 상기 검사질량체(102)의 하면에 맞물리도록 구성된 적어도 하나의 돌출영역(112)을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 돌출영역과 상기 하면은 상기 검사질량체와 상기 검사질량체 아래에 위치한 MEMS 장치의 요소들 사이의 접촉이 감소되거나 해소되도록 맞물리는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 본체(60)를 앵커링하는 단계는, 상기 기판(110)에 직접 상기 본체를 앵커링하는 단계를 포함하며, 또한 상기 본체는 상기 서스펜션(14)을 위한 앵커를 제공하는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  39. 제34항에 있어서,
    상기 서스펜션(14)을 위한 앵커를 제공하는 단계는,
    상기 서스펜션 사이에 크로스빔(16)을 제공하는 단계와, 상기 기판(110)에 크로스빔을 앵커링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 본체(60)를 앵커링하는 단계는, 상기 크로스빔(16)에 상기 본체를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 기판(110)에 상기 크로스빔(16)을 앵커링하는 단계는, 상기 본체(60)와 상기 크로스빔 사이에 앵커링연장부를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 및 충격속도 완화방법.
  42. 기판(110), 상기 기판 상에 부유하는 적어도 하나의 검사질량체(12), 상기 기판 상에 부착된 본체(60)를 포함한 마이크로 일렉트로메카니컬 시스템(MEMS)장치(10)를 위한 감속정지부(50)에 있어서,
    상기 검사질량체로부터 연장된 적어도 하나의 감속연장부(66); 및
    상기 본체(60)에 형성된 적어도 하나의 감속만입부를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 감속연장부는, 상기 검사질량체가 그 검사질량체에 인접한 상기 MEMS의 요소에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 감속만입부에 맞물려 상기 검사질량체가 느려지거나 정지되도록 구성되는 감속정지부.
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