KR20080009093A - Micromechanical pressure/force sensor and corresponding production method - Google Patents
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Abstract
Description
소비자 전자 제품에서 예컨대 접촉이 감지되는 화면이 PDA 및 스마트폰에 사용되고, 접촉이 감지되는 표면은 노트북 컴퓨터에서 마우스 대신 사용된다. 이러한 형태의 사용이 구현될 수 있는 가능성은 표면 내로 삽입되고 접촉 시 전기 접촉의 차단에 의해 핀 또는 핑거의 좌표 판독을 가능하게 하는 와이어 그리드(wire grid)의 사용에 있다. 그러나 이러한 방식의 장치는 각각 적용되는 가압력을 측정하지 못한다.In consumer electronics, for example, touch-sensitive screens are used in PDAs and smartphones, and touch-sensitive surfaces are used in place of mice in notebook computers. The possibility that this type of use can be implemented lies in the use of a wire grid that is inserted into the surface and allows reading of the coordinates of the pin or finger by blocking the electrical contact upon contact. However, this type of device does not measure the applied force respectively.
다른 가능성은, 강성의 판으로서 엣지에서 힘을 감지하는 요소 상에 지지되는 표면이 구성되는데 있다. 상기 요소는 압력 센서에 의해 구현될 수 있다. 힘들의 비율(지렛대 법칙)에 의해 핀 또는 핑거의 위치에서 차단될 수 있다. 힘의 총합은 예컨대 라인 두께로 간주될 수 있는 가압력을 나타낸다. 이러한 방식의 장치는 마찬가지로 필사체 인식의 개선을 위해서도 사용될 수 있다.Another possibility consists in the construction of a surface supported on the force-sensitive element at the edge as a rigid plate. The element can be implemented by a pressure sensor. It can be blocked at the location of the pin or finger by the ratio of forces (crowd law). The sum of the forces represents the pressing force, which can be considered, for example, the line thickness. Devices in this manner can likewise be used to improve handwriting recognition.
여기서 문제점은 힘 센서의 견고함이다. 터치 패드 또는 다른 조작 요소의 통상적인 사용시 약 1%의 정확도로 결정되어야 하는 힘이 약 5N 까지 발생하지만, 센서는 파손 등에 대해 약 50N까지 과부하 보호되어야만 한다.The problem here is the robustness of the force sensor. While the force to be determined with an accuracy of about 1% occurs in normal use of touch pads or other operating elements up to about 5N, the sensor must be overload protected up to about 50N against breakage and the like.
터치 패드로부터 또는 핑거로 직접 조작되는 조작 요소로부터 압력 또는 막 상으로 힘을 전달할 수 있는 가능성은 적절한 구성 기술에 의해 막 상의 정 중앙에 느슨하게 유지되는 작은 강철 볼이 사용되는데 있다. 그러나 이러한 방식의 구성 시 느슨한 볼의 비교적 부정확한 중심 설정이 측정 정확도에 불리한 영향을 미친다.The possibility of transferring pressure onto the membrane or pressure from the touch pad or from an operating element manipulated directly with a finger is due to the use of small steel balls that remain loosely centered on the membrane by appropriate construction techniques. However, in this configuration, the relatively incorrect centering of loose balls adversely affects measurement accuracy.
상기 압력/힘 변환기 또는 그 제조 방법은 표면 마이크로 기계 역학의 통상적인 방법에 의해 제조되는 압력 센서에 기초하고 예컨대 수 마이크로 미터 높이의 (진공)공동 위에 막을 포함한다. 공동은 폐쇄되고 통상적인 KOH-에칭 기술로 제조된 압력 센서의 경우에서와 같이 공동의 막 쪽을 향한 측면이 개방되지 않기 때문에, 막을 위해 기계 역학적인 정지부가 기판상에 제공된다. 이에 의해 힘 센서로서의 사용 시 확실히 개선된 과부하 보호가 발생한다. 또한 공동의 구조에 의해 불과 수 마이크로 미터로 만곡이 제한될 수 있어서, 공동의 밀도가 과부하 경우에도 손상되지 않는데, 이는 상응하게 형성된 막의 강도에서 막 내에 틈이 생길 수 없기 때문이다.The pressure / force transducer or method of making the same is based on a pressure sensor manufactured by a conventional method of surface micromechanical mechanics and comprises a membrane over a (vacuum) cavity, for example several micrometers high. Since the cavity is closed and the side towards the membrane side of the cavity is not open as in the case of pressure sensors made with conventional KOH-etching techniques, a mechanical mechanical stop is provided on the substrate for the membrane. This results in a surely improved overload protection when used as a force sensor. The curvature can also be limited to only a few micrometers by the structure of the cavity, so that the density of the cavity is not damaged even in the event of an overload, since no gaps can occur in the film at the strength of the correspondingly formed film.
공지된 압력 센서는 표면 마이크로 기계 역학적으로 전기 용량의 측정 원리에 의해 작동하고 측정 용량 바로 근처에 평가 회로를 필요로 한다. 이는 힘 센서로서 사용 가능한 각각의 압력 센서에 대한 더 큰 칩 표면을 의미하며, 터치 패드로서 사용을 위해서는, 통상적으로 4개, 적어도 3개의 부재를 의미한다. 이와 대조적으로 본 발명은, 막 내로 또는 막 상으로 제공되는 적어도 하나의 피에조 저항에 의한 피에조 민감성의 원리에 따라 작동한다. 이러한 방식의 측정 원리의 경우, 측정된 측정 미처리 신호는 더 긴 센티미터의 라인을 통해 문제없이 전달될 수 있고 마이크로 기계 역학적 압력/힘 변환기로부터 분리된 각각의 평가 회로에 의해 처리될 수 있다. 또한 이 경우에 바람직하게 복수의 압력/힘 변환기의 신호가 각각의 평가 회로 또는 평가 유닛에 의해 공동으로 처리될 수 있다. 이는 또한 모듈 면에서 단 한 번만 수행되어야 하는 조정을 간소화한다.Known pressure sensors operate on the surface micromechanically mechanical principle of measuring capacitance and require an evaluation circuit in the immediate vicinity of the measuring capacitance. This means a larger chip surface for each pressure sensor that can be used as a force sensor and, for use as a touch pad, typically means four, at least three members. In contrast, the present invention operates on the principle of piezo sensitivity by at least one piezo resistor provided into or on the membrane. In the case of the measuring principle of this manner, the measured raw signal can be transmitted without problem through a longer centimeter line and processed by each evaluation circuit separated from the micromechanical pressure / force transducer. Also in this case preferably the signals of the plurality of pressure / force transducers can be jointly processed by the respective evaluation circuit or the evaluation unit. It also simplifies the adjustments that need to be done only once in terms of modules.
본 발명의 핵심은 압력 또는 힘이 피에조 저항으로 직접 전달되는 것이 아니라, 예컨대 금속 볼 또는 땜납 볼과 같은, 막 상에 제공된 본체를 거쳐 전달된다는 점에 있다. 막 상에 존재하는 이러한 방식의 본체 사용 시, 사전에 삽입된 피에조 저항에 비해 막 상에 압력이 규정되어 안내된다는 장점이 있다.The essence of the present invention is that pressure or force is not transmitted directly to the piezo resistors, but rather via a body provided on the membrane, such as a metal ball or solder ball. The use of the body in this manner, which is present on the membrane, has the advantage that the pressure is defined and guided on the membrane relative to the previously inserted piezo resistor.
본 발명의 구성예에서 본체를 막 상에서 접착층으로 고정 시킴으로써 본체-막 결합이 견고해지는 것이 제공된다. 따라서 피에조 저항에 관한 본체의 변위는 제조 시 및/또는 압력/힘 변환기의 사용시 배제될 수 있다. 따라서 막 상에서 본체의 변위에 의해 상이하게 나타나는 변형에 의한 측정 부정확성도 방지될 수 있다.In the configuration of the present invention, it is provided that the body-membrane bond is secured by fixing the body with an adhesive layer on the film. Thus, displacement of the body relative to piezo resistance can be ruled out during manufacture and / or in the use of pressure / force transducers. Therefore, measurement inaccuracies due to deformations appearing differently by the displacement of the main body on the film can also be prevented.
본체의 변위를 방지하기 위해 본체 또는 금속 볼/땜납 볼을 지지부의 영역 내 반도체 기판상에서 평평하게 제공할 수 있다. 상기 평활화 작업은 사용된 볼에서 막 상으로 제공 이전 또는 제공 중에 이루어질 수 있다. 또한 본 발명의 개선예에서 판이 본체 상으로 장착되도록 제공될 수 있다. 또한 이는 판을 위해 가능한 한 양호한 기계 역학적 지지부를 얻기 위해, 상부 부분, 즉 반도체 기판상에서 볼 지지부에 마주 놓인 볼의 부분을 마찬가지로 평평하게 하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.The body or metal balls / solder balls may be provided flat on the semiconductor substrate in the region of the support to prevent displacement of the body. The smoothing operation can take place before or during the provision from the used ball onto the membrane. It may also be provided in the refinement of the invention that the plate is mounted onto the body. It has also turned out to be desirable to flatten the upper part, ie the part of the ball facing the ball support on the semiconductor substrate, in order to obtain as good a mechanical support as possible for the plate.
공동의 생성을 위해, 우선 바람직하게는 실리콘으로 이루어진 반도체 기판 내 영역이, 상응하는 에칭 과정에 의해 다공성으로 에칭되는 방법이 특히 바람직한 것으로 증명되었다. 그 다음 반도체 물질은 상기 영역 내에서 온도 처리에 의해 둘러싸임으로써 공동이 생성된다. 둘러싸임과 함께 동시에 막이 공동 위에 형성되는 것이 바람직하다. 공동 및 막의 동시 형성에 의해 공동은 거의 진공으로 형성되도록 제공될 수 있다. 제조 과정의 파라미터가 상응하게 선택되면, 온도 처리에 의해 단결정의 또는 최대로 광범위한 단결정의 막이 형성될 수 있다.For the creation of cavities, it has proved to be particularly preferred that the area in the semiconductor substrate, preferably consisting of silicon, is etched porous by a corresponding etching process. The semiconductor material is then surrounded by temperature treatment in the region to create a cavity. It is preferred that a film is formed over the cavity simultaneously with the enveloping. By the simultaneous formation of the cavity and the film, the cavity can be provided to be formed almost in a vacuum. If the parameters of the manufacturing process are selected correspondingly, a single crystal or a wide range of single crystal films can be formed by temperature treatment.
또한 반도체 기판 또는 칩 위에 비용이 많이 드는 볼의 조립은 플립 칩 기술로부터 공지된 납땜 범프(bump)의 제공에 의해 대체될 수 있다. 따라서 달성될 수 있는 압력 센서의 감도는 해상도 및 정확도와 관련하여 저압 영역 내에서 공지된 힘 변환기에 비해 약 50N 까지 증가 될 수 있다.Also, assembly of expensive balls on a semiconductor substrate or chip can be replaced by the provision of solder bumps known from flip chip technology. Thus, the sensitivity of the pressure sensor that can be achieved can be increased by about 50 N compared to known force transducers in the low pressure region with respect to resolution and accuracy.
본 발명의 다른 개선예에서, 막 상에서 사용된 본체는 막의 측면 연장부에 비해 더 큰 지지면 또는 기저면을 포함한다. 이러한 방식의 구성에 의해 본체 상으로 작용하는 힘의 부분이 막의 주변 영역 내로 유도될 수 있음으로써, 힘 측정 영역은 막이 고려되기 전에 상부로 확대된다.In another refinement of the invention, the body used on the membrane comprises a larger support or base surface than the lateral extensions of the membrane. This configuration allows the portion of the force acting on the body to be directed into the peripheral region of the membrane, so that the force measuring region is enlarged upwards before the membrane is considered.
마이크로 기계 역학적 제조 과정의 후속하는 공정 단계에서 서로 매칭되는 마이크로 기계 역학적 마스킹(masking)의 이용 시 본체 또는 땜납 볼의 위치는 매우 정확하게 규정될 수 있다. 따라서 변형이 일어나는 반도체 기판상의 표면이 줄어든다. 또한 시드층(seed layer) 상에서 본체 또는 땜납 볼의 고정에 의해 플라스틱 하우징 내로의 조립이 용이해 진다.In the use of micromechanical masking that is matched to each other in subsequent processing steps of the micromechanical manufacturing process, the position of the body or solder balls can be defined very accurately. Thus, the surface on the semiconductor substrate where the deformation occurs is reduced. In addition, the assembly into the plastic housing is facilitated by the fixing of the body or solder balls on the seed layer.
상이한 땜납 페이스트, 예컨대 Pb-땜납 또는 Pb-비함유 땜납의 이용에 의해 볼의 기계 역학적 특성을, 특히 볼의 희망하는 사용 강도를 적응시킬 수 있다. 가능한 땜납 결합으로서 예컨대 약 80%의 금 및 약 20%의 주석으로 이루어진 합금이 허용되는데, 이는 상기 화합물이 특히 견고하기 때문이다.The use of different solder pastes, such as Pb- or Pb-free solder, can adapt the mechanical mechanical properties of the ball, in particular the desired use strength of the ball. Possible solder bonds are allowed, for example, alloys consisting of about 80% gold and about 20% tin, since the compounds are particularly hard.
본 발명을 사용하여 제어 요소의 작동이 기록될 수 있다. 그러나 바람직하게는 간단한 디지털 스위치 온/오프 외에도 조작 요소의 가압력을 측정하고 디스플레이 및/또는 제어/조절을 상기 가압력에 따라 실행할 수 있다.The operation of the control element can be recorded using the invention. Preferably, however, in addition to simple digital switch on / off, the pressing force of the operating element can be measured and the display and / or control / adjustment can be carried out according to the pressing force.
본 발명의 다른 개선예에서는 복수의 압력/힘 변환기가 공동의 장치 내에서 사용되도록 제공된다. 또한 모든 압력/힘 변환기의 출력 신호가 공동의 평가 유닛에 제공될 수 있는데, 상기 평가 유닛은 검출된 신호에 따라 시각적 및/또는 청각적 디스플레이를 제어한다. 신호의 차별화를 위해 다양한 압력/힘 변환기가 상이한 구조를 포함함으로써, 본체 상에 동일한 힘 작용이 피에조 저항에 의해 생성된 전기적 신호의 상이한 값으로 구현되도록 제공될 수 있다. 여기서 막 두께가 변화되는 것도 고려될 수 있다. 그러나 평가 유닛이 모든 압력/힘 변환기에 대해 상이한 임계값을 포함함으로써, 다양한 힘/압력 변환기의 작동 또는 제어가 서로 구별될 수도 있다.In another refinement of the invention a plurality of pressure / force transducers are provided for use in a common device. The output signals of all pressure / force transducers can also be provided to the common evaluation unit, which controls the visual and / or audio display according to the detected signal. Various pressure / force transducers may include different structures for differentiating signals, such that the same force action on the body can be provided to be implemented with different values of the electrical signal generated by the piezo resistors. It may also be considered here that the film thickness is changed. However, as the evaluation unit includes different thresholds for all pressure / force transducers, the operation or control of the various force / pressure transducers may be distinguished from each other.
본 발명을 위한 통상적인 적용 영역은 예컨대 이동 전화기(핸드폰), (컴퓨터) 키보드, 패들(paddle), 터치 패드 등과 같은 일상 생활 분야에 있기 때문에, 예컨대 높은 온도 변동 또는 특히 유해한 환경 매체에 대한 압력/힘 센서의 특별한 설계를 필요로 하지 않는다. 따라서 제안되는 압력/힘 변환기가 값비싼 추가의 공정 단계 없이 마이크로 기계 역학의 표준 방법으로 저렴하게 제조될 수 있다.Typical areas of application for the present invention are in the field of daily living, such as, for example, mobile telephones (cellphones), (computer) keyboards, paddles, touch pads, etc., for example high pressure fluctuations or particularly harmful to environmental media / No special design of the force sensor is required. Thus, the proposed pressure / force transducers can be manufactured inexpensively by standard methods of micromechanics without expensive additional process steps.
다른 장점은 이하 실시예 또는 종속항의 설명에서 주어진다Other advantages are given in the description of the examples or the dependent claims below.
도1은 본 발명에 따른 압력/힘 변환기의 전형적인 구조를 도시한 도면이다.1 shows a typical structure of a pressure / force transducer according to the present invention.
도2는 막의 최대 정지부로 안내하는 힘 작용을 도시한 도면이다.Figure 2 shows the force action leading to the maximum stop of the membrane.
도3은 특수한 실시예를 도시한 도면이다.3 illustrates a special embodiment.
도4는 하우징 내부의 압력/힘 변환기의 구조를 도시한 도면이다.4 shows the structure of the pressure / force transducer inside the housing.
본 발명에 의해, 통상적으로 키 보드 또는 터치 패드에 사용되는 바와 같은 조작 요소의 작동은, 피에조 기술을 기초로 한 마이크로 기계 역학적 구조로 제조된 압력 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 또한 디지털 온 오프 스위치로서 조작 요소의 작동 외에 조작 요소의 가압력의 직접적인 측정도 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 구성에 의해 가압력이 약 1%의 정확도로 매우 정확하게 측정될 수 있다. 이러한 방식으로 가압력의 정확한 측정은 청각적 또는 시각적 디스플레이 및 다른 장치 유닛을 가압력의 측정된 변수에 따라 제어하는 것을 가능하게 한다.By means of the invention, the operation of the operating element, as typically used in a keyboard or touch pad, can be measured using a pressure sensor made of a micromechanical structure based on piezo technology. In addition to the operation of the operating element as a digital on-off switch, direct measurement of the pressing force of the operating element is also possible. The configuration according to the invention thus allows the pressing force to be measured very accurately with an accuracy of about 1%. In this way an accurate measurement of the pressing force makes it possible to control the audio or visual display and other device units according to the measured parameters of the pressing force.
본 발명에 따른 압력/힘 변환기의 제조를 위한 출발점은 예컨대 DE 100 32 579 A1호 또는 DE 101 14 036 A1호에 공지된 통상적인 마이크로 기계 역학적 방법으로 제조된 압력 센서이다. 상기 방법으로 압력 센서가 제조될 수 있고 압력 센서는 바람직하게 실리콘으로 이루어진 반도체 기판 내에서 공동을 포함하고 공동 위에 존재하는 막을 포함한다. 또한 예컨대 DE 101 35 216 A1호 또는 DE 2004 007518 A1호에 피에조 저항이 막 내에서 또는 막 위의 추가의 층에서 생성되는 것이 공지된다.The starting point for the production of pressure / force transducers according to the invention is pressure sensors made by conventional micromechanical methods, for example known from
도1에 도시된 바와 같이, 유리한 실시예에서 DE 100 32 579 A1호의 제조 방법에 따른 공동(110) 및 막(130)은 다공성 실리콘의 형성 하에 반도체 기판(100) 내에서 후속하는 온도 단계를 사용하여 생성된다. 그 다음 막(120) 상으로 예컨대 DE 101 35 216 A1호에 상응하는 피에조 저항(120) 또는 DE 10 2004 007518 A1호에 설명된 와이어 스트레인 게이지가 마스킹 단계, 에피택시 단계 및 구조화 단계에 의해 제공된다. 반도체 기판(100)의 표면 및 막(130) 상에서 본체(150)의 개선된 접착을 이루기 위해, 막(130) 상에서 본체(150)에 대한 접착 영역을 아연 도금할 수 있다. 이러한 방식의 공정 단계는 시드층으로서 표현되는 층(140)을 생성한다. 기판(100) 또는 막(130) 상에서 본체(150)의 특히 양호한 접착을 가능케 하기 위해 접착은 막(130)의 재료 뿐만 아니라 본체(150)의 재료에 대해서도 적응되도록 형성될 수 있다.As shown in FIG. 1, in an advantageous embodiment the
피에조 저항성 저항(120)의 생성을 위해 먼저 피에조 민감성 층이 도포되고 그 다음 구조화 되도록 제공된다. 따라서 도포 및 구조화도 서로 연속적으로 후속되는 방법 단계의 정확한 위치 설정을 가능하게 하는, 상응하는 마스킹에 의해 마이크로 기계 역학적 표준 방법으로 이루어진다. 이에 의해 예컨대 기판(100) 상에서 동일한 측면의 피에조 저항성 저항(125) 후에 생성되는 층(140)이, 피에조 저항성 저항(120)에 비해 매우 정확하게 위치 설정될 수 있다. 본체(150)로서 땝납 볼, 즉, 통상적인 마이크로 기계 역학적 방법으로 표면에 간단하게 제공될 수 있는 재료가 사용되면, 상기 볼(150)은 마찬가지로 마스킹 기술의 이용에 의해 저항(120)과 관련하여 상당히 정확하게 설정될 수 있다. 피에조 저항(120)과 관련하여 이러한 방식의 볼의 배향에 의해 힘 변환기의 정확도가 상당히 향상될 수 있다.The piezo sensitive layer is first applied and then structured for the creation of the piezo
그러나, 땝납 볼의 사용에 부가적으로 층(140)에서 금속 볼이 위치할 수도 있다. 그러나 이러한 경우, 피에조 저항성 저항(120)에 비해 유사하게 양호한 금속 볼의 배향을 가능하게 하는 위치 설정 방법이 선택되어야 하는 것에 유의해야 한다. 또한 작동시 볼의 변위 및 이에 따른 생성된 신호의 변경을 방지하기 위해 금속 볼이 반도체 기판(100) 또는 층(140)과 견고히 연결되도록 주의해야 한다.However, in addition to the use of solder balls, metal balls may be located in
반도체 기판에서 접착 층(140)의 의미와 목적은, 압력/힘 변환기의 제조 및/또는 작동 중 본체의 슬라이딩을 방지하는데 있다. 또한 볼(150)로서의 본체의 구성 외에 핀과 유사한 본체를 이용하는 것도 제안된다. 핀과 유사한 형태의 본체에 의해 이격된 공급원의 힘 또는 압력이 압력/힘 변환기 상으로 계속해서 전달될 수 있다. 일반적으로 본체(150)에 의해 그리고 마찬가지로 판(230)에 의해 본체(150) 상에서 조작 요소의 비교적 큰 면적이 비교적 작은 유효 면적의 힘 수납부와과 연결될 수 있다. 따라서 예컨대 조작 요소는 핑거 팁의 면적을 포함할 수 있고, 이에 반해 그에 속하는 압력/힘 변환기는 상기 면적의 단지 파편 부분을 형성한다.The meaning and purpose of the
시드층으로서 도시된 층(140)을 생성하기 위해 상응하는 영역은 반도체 기판(100) 상에서도 아연 도금될 수 있다. 또한 실크 스크린 프린팅 방법 또는 플립 칩 기술로부터의 다른 적절한 제조 방법으로 땜납 페이스트가 반도체 기판(100) 상 에 도포될 수 있다. 그 결과 땜납 페이스트는 용융됨으로써 희망하는 평면만 도포되고 도포된 땜납 양에 따라 땜납 볼은 도면(150)에 상응하게 형성된다.Corresponding regions may also be galvanized on the
다른 실시예에서 본체(150)는 시드층(140)과 접착하는 측면 상에서 평평하게 제공될 수 있다(예컨대 도 1a 참조). 땜납 이용시 작동 중 본체(150)의 소성 변형을 방지하기 위해 땜납 볼은 조립 시 판(230)을 사용하여 사전 압착될 수 있어서 땜납 볼은 상부 면에서 평활하게 된다. In other embodiments, the
도1 및 도2에는 힘 변환기 작동의 전형적인 진행이 도시된다. 도1a는 힘 변환기를 비작동 상태에서 도시한다. 이에 반해 도1b는 본체(150)에 작용하는 힘(160)이 충분하고, 막(130)이 최대로 만곡 됨으로써 정지부가 공동 기부에 의해 이루어지는 상태를 도시한다. 상기 만곡에 의해 마찬가지로 피에조 저항성 저항(120)이 변형됨으로써 상기 저항은 측정 가능한 전위를 응력의 형태로 생성한다. 이어서, 측정된 응력은 상응하는 평가 유닛에서 힘의 작용(160)에 할당될 수 있다.1 and 2 show a typical progression of the force transducer operation. 1A shows the force transducer in an inoperative state. In contrast, FIG. 1B shows a state in which the
압력/힘 변환기의 민감도를 설정하기 위해 막(130)의 반도체 재료 또는 막의 두께는 상응하게 선택되거나 또는 처리될 수 있다. 따라서, 압력/힘 변환기의 사용에 따라 재료가 어느 정도 변형될 수도 있다는 것을 고려할 수 있다. 다른 구성예에 따르면, 예컨대 다공성의 실리콘에 의한 공동 형성의 결과로서 막(130)이 단결정으로 형성된다. 또한 반도체 기판 내에서 피에조 저항성 저항(125)의 깊이 및 위치는 희망하는 민감도에 따라 선택될 수도 있다.In order to set the sensitivity of the pressure / force transducer, the semiconductor material or the thickness of the
과부하 보호, 즉 매우 큰 힘 작용에 의한 파손으로부터 힘 변환기의 보호를 고려하는 경우, 공동 깊이는 상응하게 적응될 수 있다. 공동 깊이의 사전 설정에 의해 강압적으로 막의 최대 만곡이 결정된다.When considering overload protection, ie protection of the force transducer from breakage by very large force action, the cavity depth can be adapted accordingly. The maximum curvature of the membrane is forcibly determined by the presetting of the cavity depth.
도3에는 본 발명에 따른 힘 변환기의 가능한 구성예가 도시된다. 이러한 경우 반도체 기판(100), 피에조 저항성 저항(125), 시드층 및 본체(150)로 구성된 힘 변환기는 하우징(200) 내에 수용된다. 따라서 피에조 저항성 저항(125)에 대한 전기적 접속부는 결합 접속부(210)에 의해 하우징(200) 내 접촉점으로 또는 평가 유닛으로 안내될 수 있다. 전기 라인을 주변의 영향 또는 오염으로부터 보호하기 위해, 하우징(200)이 부동화 겔 또는 보호 겔(220)로 적어도 부분적으로 채워지는 것이 선택적으로 제공될 수 있다. 도2에서 알 수 있는 바와 같이 판(230)이 본체 상에 위치될 수 있도록, 본체(150)는 하우징(200) 위로 나오도록 제공된다. 상기 판(230)은 예컨대 핑거로 작동 가능한 조작 요소를 나타내므로, 조작 요소에 핑거 압력을 가하여 본체(150)가 반도체 기판(100) 상으로 가압될 수 있다.3 shows a possible configuration of the force transducer according to the present invention. In this case, a force transducer composed of the
상기 힘 변환기에 대해 가능한 사용 영역은 전기 통신 분야, 예컨대 이동 전화(핸드폰) 및 (컴퓨터) 게임 또는 단말기를 위한 패들 영역이다. 본 발명의 이용시 장점은 마이크로 기계 역학적 압력/힘 변환기의 작은 크기의 조립 구조가 이루어질 수 있다는데 있다. 또한 본체(150)에 가해진 힘에 의해 피에조 저항(120) 내로 측정 가능한 응력이 생성된다. 따라서 조작 요소의 별도의 전압 공급이 생략된다.Possible areas of use for the force transducer are paddle areas for telecommunications applications, such as mobile phones (cellphones) and (computer) games or terminals. An advantage of the present invention is that a small size assembly structure of the micromechanical pressure / force transducer can be achieved. In addition, a measurable stress is generated in the
일반적으로 힘 변환기 및 평가 유닛으로 구성된 조합은 예컨대 임계값의 고려에 의해 전압의 검출시 스위치로서 이용되도록 제공될 수 있다. 따라서 복수의 임계값 및 복수의 회로 설정이 각각의 힘 변환기의 이용시 고려될 수 있는 것 또한 자명하다.In general a combination consisting of a force transducer and an evaluation unit can be provided for use as a switch in the detection of a voltage, for example by consideration of a threshold. It is also apparent that a plurality of thresholds and a plurality of circuit settings can be considered in the use of each force transducer.
다른 실시예에서는 복수의 마이크로 기계 역학적 힘 변환부의 신호가 평가 유닛에 공급되는 것이 제공될 수 있다. 또한, 힘 변환기의 측정된 신호에 따라 평가 유닛이 청각적 및/또는 시각적 신호를 생성할 수 있다. 또한, 평가 유닛은 측정된 신호를 다른 장치의 제어를 위해 사용할 수도 있다.In another embodiment, it may be provided that the signals of the plurality of micromechanical force transducers are supplied to the evaluation unit. In addition, the evaluation unit may generate an acoustic and / or visual signal in accordance with the measured signal of the force transducer. The evaluation unit may also use the measured signal for the control of another device.
도4에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서는 본체(150)의 기저면이 막(130)의 측면 연장부보다 확실히 더 크게 제공된다. 또한 실시예에서 적어도 본체(150)의 전체 기저면을 덮는 시드층으로서의 층(140)이 본체(150)의 하부에 직접 제공되는데, 이는 반도체 기판(100)에 대한 본체(150)의 가능한 양호한 접착을 가능하게 하기 위함이다. 도1에 따른 실시예에서 피에조 저항(120)이 막(130)의 외부 영역에서 공동(110) 상부에 비교적 넓게 제공되는 반면, 피에조 저항(125)은 본체(150)의 하부에 직접 제공된다. 이러한 배치는 도3의 실시예에서 막(130)의 경미한 변형에 근거하므로, 피에조 저항(125)은 최대 변형의 위치 가까이에 제공되어야만 한다. 막(130)의 경미한 변형에 의해 도3에 따른 압력/힘 변환기는 도1에 따른 상응하는 센서보다 덜 민감하다. 공동(110)의 측면 연장부의 비율, 막(130)의 두께 및 본체(150) 기저면의 구성에 의해 압력/힘 변환기의 민감도가 설정될 수 있다.As shown in FIG. 4, in another embodiment the base surface of the
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