KR20080031283A - 용량형 가속도 센서 및 용량형 가속도 센서의 제조 방법 - Google Patents

용량형 가속도 센서 및 용량형 가속도 센서의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가속도의 측정에 사용되는 측정 장치, 더욱 정확하게는 용량형 가속도 센서에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 용량형 가속도 센서의 개선된 제조 방법을 제공하는 것이며, 또한 소형의 용량형 가속도 센서 솔루션(capacitive acceleration sensor solution)에 사용하기 위해 적용가능하고, 특히 여러 축에 대해서 가속도를 측정하는 소형이면서 극히 얇은 용량형 가속도 센서 솔루션에 사용하기에 적합한 용량형 가속도 센서를 제공하는 것이다.
웨이퍼 소자, 가동 전극, 질량체, 토션 스프링, 측정 전극

Description

용량형 가속도 센서 및 용량형 가속도 센서의 제조 방법{Method of manufacturing a capacitive acceleration sensor, and a capacitive acceleration sensor}
본 발명은 가속도의 측정에 사용되는 측정 장치, 더욱 정확하게는 용량형 가속도 센서에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 용량형 가속도 센서의 개선된 제조 방법을 제공하는 것이며, 또한 소형의 용량형 가속도 센서 솔루션(capacitive acceleration sensor solution)에 사용하기 위해 적용가능하고, 특히 여러 축에 대해서 가속도를 측정하는 소형이면서 극히 얇은 용량형 가속도 센서 솔루션에 사용하기에 적합한 용량형 가속도 센서를 제공하는 것이다.
용량형 가속도 센서에 기초하는 측정은 간단하고 신뢰성있는 원리의 가속도 측정 방법임이 입증되었다. 용량형 측정은 센서의 한쌍의 전극의 두 표면 사이의 갭의 변화에 기초한다. 표면들 사이의 캐패시턴스(capacitance) 즉, 전하의 저장 용량은 표면들 사이의 거리 및 표면적에 의존한다. 용량형 측정은 가속도 값의 상당히 낮은 계측 범위에서 사용될 수 있다.
일반적으로, 작은 용량형 가속도 센서 구조는 실리콘에 마이크로 기계 구조(micromechanical structure)에 기초한다. 마이크로 기계 구조는 통상적으로 웨 이퍼 재료를 에칭함으로써 형성된 100㎛을 초과하는 두께를 갖는 구조이다. 마이크로 기계의 용량형 가속도 센서의 장점은 구조 면적에 대해서 큰 질량이고, 이로 인해서 우수한 성능의 용량형 가속도 센서를 제조할 수 있다.
전문가용 및 범용 전자 장치의 제조와 범용 전자장치의 소형화에 현재 사용되는 종래 기술의 접속 및 캡슐화 방법은 용량형 가속도 센서와 같은 마이크로 기계 부품의 사이즈와, 특히 센서 부품의 높이에 관한 엄격한 조건을 필요로 한다.
현재, 여러 축에 대해서 측정하는 일부 종래 기술의 용량형 가속도 센서가 공지되어 있다. 이러한 솔루션은 예를 들어, 독일 특허 공보 DE 102225714호와 미국 특허 제 6,829,937호에 기재되어 있다. 공보에 기재된 가속도 측정 원리는 토션 스프링에 의해서 질량 비대칭 지지에 기초하므로, 질량 무게 중심을 통과하는 스프링 축에 수직하는 것은 캐패시터 판과 반드시 45도의 각도를 형성한다.
하기, 종래 기술은 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도이고,
도 2는 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 소자의 위치 솔루션을 도시하고,
도 3은 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도이고,
도 4는 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션에서 변형된 측정 전극 및 질량체 사이의 거리 영향을 도시한다.
도 1은 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도이다. 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 가동 전극의 질량체(1)를 지지하는 토션 스프링(4)은 두께 방향으로 질량체(1)의 일 에지에서 그리고 종방향으로 중심에 벗어나 배치된다. 측정 전극(2,3)은 스프링 축에 대해서 대칭으로, 질량체 밑에 배치된다. 투영도에서, 측정 전극(2,3)과 나란한 질량체(1)의 영역은 점선으로 도시된다.
도 2는 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 소자의 위치 솔루션을 도시한다. 종래 기술에 따른 위치 솔루션에서, 가속도 센서 소자(7,8,9)는 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하기 위해 배치된다. 도시된 위치 솔루션에 의해서, 여러 축의 가속도 센서는 전체 공간을 조절하는 측정 방법으로 실행될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서의 장점은 동일 평면에 전극들을 배치하는 것과 구조 변형에 대한 적응성(immunity)이다. 구조 변형은 센서가 기계적으로 및 전기적으로 연결되어 있을 때와, 환경으로부터의 화학적 영향으로부터 보호받을 때 거의 피할 수 없는 것이다. 이들 변형은 재료의 열팽창의 차이에 의해서 발생된다. 상술한 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션은 눈금 변화(null shift)로 인해 측정 부정확성을 유발하지 않고 구조의 변형에 대해서 극히 양호한 내구성을 가진다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션의 장점은 가속도 센서 솔루션의 수직 및 수평 민감도를 조정하는 작업이 무게 중심을 통 과하는 스프링 라인에 수직하는 각도를 변경함으로써 용이하게 실행된다는 것이다. 만약, 각도가 45도 이상이라면, 수평 민감도 보다 작은 수직 민감도가 이루어지며, 이것은 많은 실용 적용상황에서 유용하다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션의 단점은 질량체 표면의 일부와 같이, 비효율적으로 사용되는 공간이 전극으로 덮혀지지 않은 상태로 유지된다는 것이다.
도 3은 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도이다. 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 가동 전극의 질량체(10)를 지지하는 토션 스프링(13)은 질량체(10)의 코너에 배치된다. 측정 전극(11,12)은 질량체(10)의 양 측면 상의 두 다른 평면에 배치된다. 투영도에서, 측정 전극(11,12)과 나란한 질량체(10)의 영역은 점선으로 도시된다.
또한, 도 3의 솔루션에서, 측정 방향은 측정 전극(11,12)의 평면에서 45도 각도가 형성된다. 질량체(10)의 코너에 토션 스프링(13)을 배치함으로써 비대칭이 이루어진다. 도 3에 도시된 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션의 장점은 영역을 매우 효율적으로 사용한다는 것이다.
도 3에 도시된 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션의 단점은 두 평면에서 서로로부터 멀리 이격되게 측정 전극(11,12)을 배치하는 것이다. 두 다른 평면에 위치한 측정 전극(11,12)은 전체 구조에서 큰 강도를 필요로 한다.
도 4는 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션에서 변형된 측정 전극 및 질량체 사이의 거리 영향을 도시한다. 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가 속도 센서 솔루션에서, 가동 전극의 질량체(15)를 지지하는 토션 스프링(18)은 질량체(15)의 코너에 배치된다. 측정 전극(16,17)은 질량체(15)의 양 측면 상의 두 다른 평면에 배치된다.
도 4에 도시된 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서의 단점은 가속도 센서 구조의 다른 변형 또는 굽힘에 의해서 발생된 질량체(15)와 측정 전극(16,17) 사이의 거리에서 비례하지 않는다. 구조 변형은 센서가 기계적으로 및 전기적으로 연결되어 있을 때와, 환경으로부터의 화학적 영향으로부터 보호받을 때 거의 피할 수 없는 것이다. 이들 변형은 재료의 열팽창의 차이에 의해서 발생된다.
도 4는 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션의 질량체(15)의 다른 측면에 위치한 측정 전극(16,17)과 질량체(15) 상의 거리가 센서가 굽혀질 때 상호 다른 방식으로 어떻게 변화되는 지를 도시한다. 이 결과는 센서의 두 캐패시턴스 차이 즉, 눈금 변화에 의해서 유발된 측정 에러가 발생된다. 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션에 대한 상황은 질량체의 다른 측면들 상에 위치한 측정 전극(16,17)이 적재 부하 및 모멘트가 비대칭일 때, 서로 독립적으로 굽혀질 수 있다는 사실에 의해서 더욱 복잡하게 된다.
종래 기술에 따른 가속도 센서 솔루션에서의 문제점은 마무리된(finished) 센서 부품의 높이가 매우 크다는 것이다. 현재, 가속도 센서들은 작은 면적과 양호한 성능을 가지는 것을 필요로 한다.
작은 높이의 장점은 현대 전자 제품에서 양호한 설치성이다. 대응하게, 작은 면적의 장점은 웨이퍼 공정에서 낮은 제조 비용이다. 또한, 양호한 성능은 종 종 측정 동안의 저소음과 측정 동안의 장치의 안정성이다. 성능은 종종 구조의 견고성을 필요로 한다.
도 1에 도시된 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 구조는 캐패시터의 영역에 대한 영역을 낭비한다. 대신에, 제공된 솔루션은 기계 변형을 허용하므로, 도 1의 솔루션 보다 많이 얇은 지지 구조를 갖도록 설계될 수 있다.
도 3에 도시된 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서에 의해서, 성능에 의해서 요구되는 큰 캐패시터 영역과 제조 비용에 의해서 요구되는 작은 영역에 대해서 최적의 절충이 이루어진다. 제공된 솔루션은 그러나 두께와 구조 강도 사이의 절충안을 고려할 때, 특히 나쁘다. 다른 평면에 위치한 캐패시터판은 매우 큰 강도의 전체 구조를 필요로 한다.
전문가용 및 범용 전자장치의 제조에 있어서, 특히 여러 축들에 대해서 가속도를 측정하는 작은 용량형 가속도 센서 솔루션에서 신뢰성있는 가속도 측정을 위해서 사용하도록 적용될 수 있는 초기 솔루션, 센서들 보다 낮은 용량형 가속도 센서에 대한 필요성이 뚜렷하게 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 용량형 가속도 센서의 개선된 제조 방법과 개선된 용량형 가속도 센서를 제공하는 것이다. 본 발명에 의해서, 회로 보드 부품의 높이가 절감되고, 본 발명은 특히 여러 축에 대해서 측정하는 작은 용량형 가속도 센서 솔루션에서 사용하기 위해서 적용될 수 있다.
본 발명의 제 1 특징에 따라서, 웨이퍼 소자에서 마이크로 기계 센서를 제조하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 질량체의 종방향으로 대칭이고 질량체의 두께 방향에 대해서 비대칭인 토션 스프링에 의해서 지지된 가동 전극을 형성하는 관성 질량체(inertia mass)가 중심 웨이퍼에서 제조되고; 측정 전극이 제 2 웨이퍼 상으로 제조되고, 여기서 전극들은 토션 스프링 및 질량체에 대해서 대칭으로, 질량체의 제 1 측면에 면하도록 배치되므로, 비대칭으로 배치된 경량 형태부(lightening feature)가 질량체의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 가속도 센서의 질량체로 제조된다.
양호하게는, 질량체는 기계 가공 방법에 의해서 경량 형태부에서 제거된다. 다른 방안으로, 질량체는 에칭 방법에 의해서 경량 형태부에서 제거된다.
양호하게는, 가동 전극은 SOI 웨이퍼를 사용하여 제조된다. 또한, 양호하게는, SOI 웨이퍼는 두 밀봉 웨이퍼에 의해서 밀봉된다. 또한, 양호하게는, 측정 전극은 토션 스프링 및 질량체에 대해서 대칭으로 질량체의 제 1 측면에 대면하게 제 1 밀봉 웨이퍼 상에 배치된다. 또한, 양호하게는, 측정 전극들을 지탱하는 밀봉 웨이퍼는 실리콘 유리 절연 기술에 의해서 제조된다. 또한, 양호하게는, 결합 후에, 제 1 밀봉 웨이퍼가 연마에 의해서 매우 얇게 제조된다.
양호하게는, 제 2 밀봉 웨이퍼는 유리이다. 또한, 양호하게는, 제 2 밀봉 웨이퍼는 매우 얇게 연마된다.
본 발명의 제 2 특징에 따라서, 용량형 가속도 센서가 제공되며, 상기 용량형 가속도 센서는 질량체의 종방향으로 대칭이고 질량체의 두께 방향에 대해서 비대칭인 토션 스프링에 의해서 지지된 가동 전극을 형성하는 관성 질량체(inertia mass)와; 토션 스프링 및 질량체에 대해서 대칭으로, 질량체의 제 1 측면에 면하도록 배치된 측정 전극을 포함하므로, 가속도 센서는 질량체의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 질량체에 제조된 비대칭으로 배치된 경량 형태부를 추가로 포함한다.
양호하게는, 용량형 가속도 센서에는 하나의 경량 형태부가 있다. 다른 방안으로, 용량형 가속도 센서에는 여러 경량 형태부가 있다. 양호하게는, 경량 형태부의 형상은 변화된다.
양호하게는, 가속도 센서는 스프링 축에 대한 서로의 거울상으로서 질량체들중 두 개가 나란하게 배치되도록 3개의 가속도 센서 소자를 포함하고, 제 3 질량체는 제 1 두개 질량체에 대해서 90도 만큼 선회한다.
양호하게는, 질량체중 하나는 경량 형태부 없이 충족(implement)된다. 또한, 양호하게는, 제 3 질량체는 경량 형태부 없이 충족된다. 다른 방안으로, 질량체중 두개는 경량 형태부 없이 충족된다.
하기, 본 발명 및 그 양호한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 예시된 상세한 설명에 기재된다.
도 1은 종래 기술에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도.
도 2는 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 종래 기술에 따른 용량형 가속 도 센서 소자의 위치 솔루션을 도시한 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도.
도 4는 종래 기술에 따른 제 2 용량형 가속도 센서 솔루션에서 변형된 측정 전극 및 질량체 사이의 거리 영향을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도.
도 6은 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서 변형된 측정 전극 및 질량체 사이의 거리 영향을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도.
도 8은 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 소자의 위치 솔루션을 도시한 도면.
도 9는 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 소자의 다른 위치 솔루션을 도시한 도면.
도 1 내지 도 4에 대해서는 상기 기술하였으므로, 하기에는 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 발명 및 그 실시예에 대해서 기술한다.
도 5는 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도이다. 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 관성 질량체(19)는 질량 체(19)의 종방향으로 대칭이고 질량체(19)의 두께 방향에 대해서 비대칭인 토션 스프링(22)에 의해서 지지된다. 측정 전극(20,21)은 토션 스프링(22) 및 질량체(19)에 대해서 대칭으로, 질량체(19)의 제 1 측면에 면하도록 배치된다.
본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 비대칭으로 배치된 경량 형태부(23,24)가 질량체의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 가속도 센서의 질량체(19)로 제조되고, 상기 경량 형태부는 질량체(19)의 무게 중심을 질량체(19)의 종방향으로 경량 형태부(23,24)로부터 멀어지게 이동시킨다. 투영도에서, 측정 전극(20,21)과 나란한 질량체(19)의 영역(25,26)이 점선으로 도시된다.
일부 질량체(19)는 임의의 공지된 가공 방법 또는 에칭 방법으로 경량 형태부(23,24)에서 제거된다. 하나 이상의 경량 형태부(23,24)가 제공될 수 있으며, 그 형상은 변화될 수 있고, 그 형태는 자유롭게 선택된다.
그러나, 경량 형태부(23,24)는 질량체(19)를 통해서 연장될 수 없으며, 이 경우 경량 형태부(23,24)는 측정 전극(20,21)에 대해서 사용될 수 있는 질량체(19)의 영역을 감소시킨다.
도 6은 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서 변형된 측정 전극 및 질량체 사이의 거리 영향을 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 가동 전극의 질량체(27)를 지지하는 토션 스프링(30)은 질량체(27)의 종방향으로 대칭이고 두께 방향에 대해서 비대칭으로 배치된다. 측정 전극(28,29)은 토션 스프링(30) 및 질량체(27)에 대해서 대칭으로, 질량체(27)의 제 1 측면에 면하도록 배치된다. 또한, 비대칭으로 배치된 경량 형태부(31,32)가 질량체(27)의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 질량체(27)로 제조된다.
도 6에 도시된 용량형 가속도 센서 솔루션은 눈금 변화에 의해서 유발된 부정확한 측정을 유발하지 않고 구조 변형을 견딘다. 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션은 기계적 및 전기적으로 매우 잘 연결될 수 있고 심각한 측정 부정확도를 유발하는 구조의 변형에 대한 걱정 없이 환경으로부터 화학적 영향에 대해서 보호받을 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 측정 전극(28,29)의 거리는 동일 방식으로 서로 변화되고, 그에 의해서 캐패시턴스 차이는 변화되지 않고 측정 에러는 발생하지 않는다.
도 7은 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 솔루션을 도시한 단면 투영도이다. 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 가동 전극을 형성하는 관성 질량체(34)는 질량체(34)의 종방향으로 대칭이고 질량체의 두께 방향에 대해서 비대칭인 토션 스프링(39)에 의해서 지지된다. 가동 전극은 그 절연층이 에칭 작업을 중지시키기 위해서 사용되고, 그 지지층 안으로 토션 스프링(39)이 제조되는 SOI 웨이퍼(SOI, Silicon On Insulator;33)를 사용하여 제조된다. SOI 웨이퍼(33)는 두 밀봉 웨이퍼(35,36)에 의해서 밀봉된다.
측정 전극(37,38)은 토션 스프링(39) 및 질량체(34)에 대해서 대칭인 질량체(34)의 제 1 측면에 면하도록 제 1 밀봉 웨이퍼(36) 상에 배치된다. 측정 전극(37,38)을 지탱하는 밀봉 웨이퍼(36)는 실리콘 유리 절연 기술에 의해서 제조된다. 결합 후에, 제 1 밀봉 웨이퍼(36)는 매우 얇게, 즉 200㎛의 두께까지 연마될 수 있다. 비대칭으로 배치된 경량 형태부(40,41)는 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 질량체(34)로 제조되고, 질량체(34)의 무게 중심을 경량 형태부(40,41)에서 질량체(34)의 종방향으로 멀어지게 이동시킨다. 연결 영역의 인입부(lead-in)는 제 1 밀봉 웨이퍼(36)에서 충족된다.
본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 솔루션에서, 질량체(34)의 경량 형태부(40,41)는 관성 질량체(34)가 센서 프레임으로부터 느슨해지는 것과 동시에 임의의 추가 작업 단계 없이 발생하고, 토션 스프링(39)이 형성된다. 이 가속도 센서 솔루션에서, 경량 형태부(40,41)는 깊은 캐비티의 네트워크로서 충족된다.
질량체의 다른 측면 상의 밀봉 웨이퍼(35)는 저렴한 가격 및 전기 절연을 위해서 평탄한 유리로 제조되고, 웨이퍼에서의 변형은 센서 특성에 영향을 미치지 않기 때문에, 상기 웨이퍼는 매우 얇게 즉, 200㎛의 두께까지 연마될 수 있다. 이러한 가정에서, 센서의 전체 두께는 600㎛ 이하일 수 있고, 이것은 1mm 이하의 캡슐형 센서 두께를 가능하게 한다.
하기 표 1에서, 용량형 가속도 센서의 치수(x,y,z)와 센서들의 수(N)는 하나의 캐패시터의 캐패시턴스(C)의 함수로서 150mm의 웨이퍼에서 획득가능하다. 만약, 단일 캐패시턴스 값이 표 1에 따라 세팅되면, 웨이퍼에서 얻을 수 있는 센서들의 가장 양호한 높이 및 수는 각각 표 1에 표시된 것으로 따른다는 것이 입증되었다. 계산에서, 1.5㎛의 캐패시터 갭이 추정된다.
Figure 112008003514117-PCT00001
도 8은 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 소자의 위치 솔루션을 도시한다. 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 소자들의 위치설정 솔루션에 있어서, 질량체(45,46,47)가 3중으로 복사된다.
두개의 질량체(45,46)는 스프링 축에 대해서 서로 거울상으로 나란하게 배치된다. 나란하게 위치한 질량체(45,46)는 방향(y,z)의 가속도를 검출한다. 제 3 질량체(47)는 상기 축방향에 대해서 90도 만큼 선회하고, 방향(x,z)의 가속도를 검출한다. 모든 축들의 민감도는 도 8에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에 의해서 서로 독립적으로 크기설정될 수 있다.
도 9는 3개의 축에 대해서 가속도를 측정하는 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 소자의 다른 위치 솔루션을 도시한다. 본 발명에 따른 다른 용량형 가속도 센서 소자들의 위치설정 솔루션에 있어서, 질량체(48,49,50)가 3중으로 복사된다.
두개의 질량체(48,49)는 스프링 축에 대해서 서로 거울상으로 나란하게 배치된다. 나란하게 위치한 질량체(48,49)는 방향(y,z)의 가속도를 검출한다. 제 3 질량체(50)는 상기 축방향에 대해서 90도 만큼 선회한다. 제 3 질량체(50)는 경량 형태부 없이 충족되고, 방향(x)의 가속도를 검출한다.
모든 축들의 민감도는 도 8 또는 도 9에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에 의해서 서로 독립적으로 크기설정될 수 있다.
본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션은 구조의 변형에 대한 양호한 허용오차 뿐 아니라 상당히 효율적인 면적 활용도를 동시에 제공한다.
본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서는, 질량체의 측면이 전기 활성 작용을 위해서 사용되지 않으므로, 전극들에 대향하는 관성 질량체들의 측면 상에 위치한 임의의 밀봉 구조의 전기 전위 또는 전도성에 대해서 걱정할 필요가 없다. 또한, 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에서는, 관성 질량체의 측면 사이의 전기 전도성이 유지된다는 것을 관찰할 명백한 필요성이 없다. 질량체는 전극들에 면하는 측면 상의 영역을 제외하고 가볍게 도핑된 실리콘으로 제조되거나 또는 매입 경계면 또는 절연층을 수용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션에 의해서 제조 비용에서 상당한 절약이 이루어진다.
본 발명에 따른 용량형 가속도 센서 솔루션의 장점은 수직 방향 및 수평 방향에서의 민감도 조정작업이 무게 중심을 통과하는 스프링 라인에 대한 수직 각도를 변경함으로써 용이하게 실행된다는 것이다. 만약, 각도가 45도 보다 크면, 수평 민감도 보다 작은 수직 민감도가 이루어지고, 이것은 많은 실제 적용에서 유리할 수 있다.

Claims (18)

  1. 웨이퍼 소자에서 용량형 가속도 센서를 제조하기 위한 방법으로서,
    가동 전극을 형성하는 관성 질량체(19,27,34)가 중심 웨이퍼에서 제조되고, 또한 상기 질량체는 질량체의 종방향으로 대칭이고 질량체의 두께 방향에 대해서 비대칭인 토션 스프링(22,30,39)에 의해서 지지되며; 측정 전극(20,21,28,29,37,38)이 제 2 웨이퍼 상에서 제조되고, 상기 측정 전극들이 토션 스프링(22,30,39) 및 질량체(19,27,34)에 대해서 대칭으로, 질량체(19,27,34)의 제 1 측면에 면하도록 배치되는 용량형 가속도 센서의 제조 방법에 있어서,
    비대칭으로 배치된 경량 형태부(23,24,31,32,40,41)가 질량체의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 가속도 센서의 질량체(19,27,34)로 제조되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    일부 질량체(19,27,34)는 기계 가공 방법에 의해서 경량 형태부(23,24,31,32,40,41)에서 제거되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    일부 질량체(19,27,34)는 에칭 방법에 의해서 경량 형태 부(23,24,31,32,40,41)에서 제거되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    가동 전극은 SOI 웨이퍼(33)를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    SOI 웨이퍼(33)는 두 밀봉 웨이퍼(35,36)에 의해서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    측정 전극(37,38)은 토션 스프링(39) 및 질량체(34)에 대해서 대칭으로 질량체(34)의 제 1 측면에 면하게 제 1 밀봉 웨이퍼(36) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    측정 전극(37,38)을 지탱하는 밀봉 웨이퍼(36)는 실리콘 유리 절연 기술에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    결합 후에, 제 1 밀봉 웨이퍼(36)가 매우 얇게 연마되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 밀봉 웨이퍼(35)는 유리로 제조되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 밀봉 웨이퍼(35)는 매우 얇게 연마되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서의 제조 방법.
  11. 가동 전극을 형성하고, 질량체의 종방향으로 대칭이고 질량체의 두께 방향에 대해서 비대칭인 토션 스프링(22,30,39)에 의해서 지지되는 관성 질량체(19,27,34)와; 토션 스프링(22,30,39) 및 질량체(19,27,34)에 대해서 대칭으로, 질량체(19,27,34)의 제 1 측면에 면하도록 배치된 측정 전극(20,21,28,29,37,38)을 포함하는 용량형 가속도 센서에 있어서,
    가속도 센서는 질량체의 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면에서 질량체(19,27,34)로 제조된 비대칭으로 배치된 경량 형태부(23,24,31,32,40,41)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    하나의 경량 형태부(23,24,31,32,40,41)가 있는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  13. 제 11 항에 있어서,
    여러개의 경량 형태부(23,24,31,32,40,41)가 있는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  14. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    경량 형태부(23,24,31,32,40,41)의 형상은 변화되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  15. 제 11 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 있어서,
    가속도 센서는 스프링 축에 대한 서로의 거울상으로서 질량체(45,46,48,49)들중 두 개가 나란하게 배치되도록 3개의 가속도 센서 소자를 포함하고, 제 3 질량체(47,50)는 2개의 제 1 질량체에 대해서 90도 만큼 선회하는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    질량체들중 하나는 경량 형태부 없이 충족되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    제 3 질량체(50)는 경량 형태부 없이 충족되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
  18. 제 15 항에 있어서,
    질량체들중 두개는 경량 형태부 없이 충족되는 것을 특징으로 하는 용량형 가속도 센서.
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