KR20080069912A - 모션 센서, 가속도계, 경사 센서, 압력 센서, 및 촉각컨트롤러 - Google Patents

모션 센서, 가속도계, 경사 센서, 압력 센서, 및 촉각컨트롤러 Download PDF

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아쯔오 하또리
겐따로 나까무라
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야마하 가부시키가이샤
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Abstract

모션 센서는 기판, 빔, 추, 압전 막, 및 제1 전극을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔은 기판에 의해 지지된다. 빔은 탄성적으로 변형가능하다. 추는 빔에 부착된다. 압전 막은 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재된다. 압전 막은 유기 압전 막을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제1 전극은 압전 막 상에 배치된다.
모션 센서, 가속도계, 경사 센서, 압력 센서, 촉각 컨트롤러

Description

모션 센서, 가속도계, 경사 센서, 압력 센서, 및 촉각 컨트롤러{MOTION SENSOR, ACCELEROMETER, INCLINATION SENSOR, PRESSURE SENSOR, AND TACTILE CONTROLLER}
본 발명은 일반적으로 가속도, 기울기, 및 각속도 등의 물리량을 검출하는 데에 이용될 수 있는 모션 센서, 이 모션 센서를 이용하는 가속도계, 이 모션 센서를 이용하는 경사 센서, 이 모션 센서를 이용하는 압력 센서, 및 이 모션 센서를 이용하는 촉각 컨트롤러에 관한 것이다.
2007년 1월 24일에 출원된 일본 특허 출원 제2007-14334호에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용물이 본원에 참조로서 포함된다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 상태를 보다 완전하게 설명하기 위하여, 이하 본 명세서에 인용되거나 식별될 모든 특허, 특허 명세서, 특허 공개 공보, 과학 관련 기사들은 그 전체가 본원에 참조로서 포함될 것이다.
모션 센서는 가속도, 기울기, 및 각속도 등의 물리량을 검출하는 데에 이용될 수 있다. 모션 센서는 자동차 등의 차량의 충돌 또는 파괴를 검출하고, HDD 하강을 검출하며, 게이밍 기기를 실현하는 데에 이용될 수 있다. 통상적인 유형의 모션 센서는 압전저항(piezoresistance) 모션 센서, 용량 모션 센서, 및 압전 모션 센서를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 압전저항 모션 센서 및 용량 모션 센서는 MEMS 기술을 이용하는 컴팩트 센서로서 상품화되어 왔다.
일반적으로, 압전저항 모션 센서는 가속도의 크기를 나타내는 저항 변동의 크기를 감지하도록 설계된다. 압전저항 모션 센서는 또한 저항을 전압으로 변환하고 이 감지된, 가속도의 크기를 나타내는 저항 변동의 크기로부터 출력 신호를 생성하도록 설계된다. 압전 모션 센서는 저항을 전압으로 변환하기 위한 회로를 필요로 한다.
일반적으로, 용량 모션 센서는 가속도의 크기를 나타내는 정전 용량의 변동의 크기를 감지하도록 설계된다. 용량 모션 센서는 또한 정전 용량을 전압으로 변환하고 이 감지된, 가속도의 크기를 나타내는 정전 용량의 변동의 크기로부터 출력 신호를 생성하도록 설계된다. 용량 모션 센서는 또한 정전 용량을 전압으로 변환하기 위한 회로를 필요로 한다.
압전 모션 센서는 가속도의 크기를 감지하고 이 감지된 가속도의 크기를 나타내는 전압을 생성하도록 설계된다. 압전 모션 센서는 어떠한 전압-변환 회로도 필요로 하지 않는다.
심사되지 않은 일본 특허 출원, 제1 공개 공보, 제8-166243호는 압전 각속도 센서로서 2-축 각속도 센서를 개시한다. 2-축 각속도 센서는 복수의 전극 패턴을 가지는 압전 세라믹, 및 빔으로서의 금속판을 가진다. 압전 세라믹은 빔이 되는 금속판에 접착제에 의해 접착된다. 압전 세라믹은 빔을 진동시키고 코리올리의 힘 을 검출한다.
미심사 일본 특허 출원, 제1 공개 공보, 제8-201067호는 다른 압전 각속도 센서를 개시한다. 감도를 향상시키기 위해 빔의 중앙에 추(weight)가 부착된다.
일본 특허 제3585980은 압전 각속도 센서로서 3-축 각속도 센서를 개시하는데, 이 센서는 추가 회전식 모션을 보여주어 3-축 상에서의 각속도를 감지할 수 있도록 설계된다.
미심사 일본 특허 출원, 제1 공개 공보, 제2001-124562호는 또 다른 압전 각속도 센서를 개시한다. 압전 막은 압전 센서 뿐만 아니라 빔으로서도 이용된다. 센서의 SNR(signal-to-noise ratio)을 향상시키기 위하여 압전 막 위에 또는 아래에 추들이 제공된다.
상술한 센서는 세라믹으로 이루어진 압전 막을 가진다. 세라믹 압전 막에 기계적인 강한 충격을 가하면 세라믹 압전 막에 깨지거나 금이 가는 등의 손상을 입힐 수 있다. 세라믹 압전 막은 감도가 요구되는 것에 비해 상대적으로 낮다. 실제로 압전 세라믹을 미세가공(micro-process)하는 것은 어려운 일이다. 또한 압전 세라믹의 정렬에 있어 정확도를 향상시키는 것도 어려운 일이다. 더욱이 압전 모션 센서를 조립함에 있어 정확도를 향상시키는 것도 어려운 일이다.
상술한 관점에서, 당업자들에는 본 개시물로부터, 향상된 모션 센서, 이 모션 센서를 이용하는 가속도계, 이 모션 센서를 이용하는 경사 센서, 이 모션 센서를 이용하는 압력 센서, 및 이 모션 센서를 이용하는 촉각 컨트롤러가 필요하다는 것이 명백할 것이다. 본 발명이 이러한 본 기술 분야의 요구를 및 다른 요구를 해결한다는 것이 본 개시물로부터 당업자들에게 명백해질 것이다.
따라서, 모션 센서를 제공하는 것이 본 발명의 주목적이다.
가속도계를 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
경사 센서를 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
압력 센서를 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
촉각 컨트롤러를 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 모션 센서는 기판, 빔, 추, 압전 막, 및 제1 전극을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔은 기판에 의해 지지된다. 빔은 탄성적으로 변형가능하다. 추는 빔에 부착된다. 압전 막은 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재된다. 압전 막은 유기 압전 막을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제1 전극은 압전 막 상에 배치된다.
압전 막으로서 유기 재료를 이용하면 모션 센서의 충격 저항이 향상된다.
몇몇의 경우, 모션 센서는 빔 상의 절연막, 및 절연막 상의 제2 전극을 더 포함한다. 제2 전극은 절연막에 의해 빔으로부터 전기적으로 분리된다. 제2 전극은 압전 막 아래에 연재되어 있다. 압전 막은 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된다.
다른 경우, 빔은, 제2 전극으로서 기능하도록, 도전성 재료로 이루어질 수 있으며, 압전 막은 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재된다.
통상적인 경우, 유기 압전 막은 폴리우레아(polyurea)를 포함한다. 압전 막은 건식 공정으로서 진공 증착 중합(vapor deposition polymerization) 공정에 의해 형성될 수 있다. 이 공정은 압전 막의 두께를 줄이는 것을 용이하게 할 수 있다. 이 공정은 또한 압전 막의 두께를 제어하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이 공정은 또한 압전 막의 형상 또는 패턴을 한정하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이 공정은 압전저항 모션 센서 또는 용량 모션 센서와 거의 동일한 사이즈로 압전 모션 센서를 제조할 수 있게 해준다.
몇몇의 경우, 빔은 한쪽이 기판에 의해 지지되어 모션 센서가 단일-축 가속도계로서 기능하도록 해줄 수 있다.
다른 경우, 빔은 양쪽 모두가 기판에 의해 지지되어 모션 센서가 3개의 축 가속도계로서 기능하도록 해준다.
빔의 양쪽이 지지되는 경우, 추는 빔의 중앙 영역에 부착될 수 있다. 제1 전극은 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 가속도계는 모션 센서, 및 출력 검출 유닛을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서는 기판, 빔, 추, 압전 막, 및 제1 전극을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔은 양쪽이 기판에 의해 지지된다. 빔은 탄성적으로 변형가능하다. 추는 빔의 중앙 영역에 부착된다. 압전 막은 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재된다. 압전 막은 유기 압전 막을 포함하거나 유기 압전 막으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 압전 막 상에 배치된다. 제1 전극은 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함하거나 이 전극 패턴들로 구성될 수 있다. 출력 검출 유닛은 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된다. 출력 검출 유닛은 이러한 전극 패턴들 중 적어도 2개로부터 출력을 검출한다. 출력 검출 유닛은 가속도가 추에 가해질 때 전극 패턴들 중 적어도 2개에서 나타나는 출력에 기초하여 가속도를 검출하는 가속도 검출 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 경사 센서는, 모션 센서, 여기 전압 인가 유닛, 및 출력 검출 유닛을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서는 기판, 빔, 추, 압전 막, 및 제1 전극을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔은 양쪽이 기판에 의해 지지된다. 빔은 탄성적으로 변형가능하다. 추는 빔의 중앙 영역에 부착된다. 압전 막은 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재된 다. 압전 막은 유기 압전 막을 포함하거나 유기 압전 막으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 압전 막 상에 배치된다. 제1 전극은 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함하거나 이 전극 패턴들로 구성될 수 있다. 여기 전압 인가 유닛은 이러한 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된다. 여기 전압 인가 유닛은 전극 패턴들 중 적어도 2개에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛은 다른 전극 패턴들에 접속된다. 출력 검출 유닛은 다른 전극 패턴들로부터 출력을 검출한다. 출력 검출 유닛은 공진 주파수의 변화에 기초하여 경사 센서의 기울임 각을 검출하는 경사 검출 유닛을 포함하거나, 이 유닛으로 구성될 수 있다. 공진 주파수의 변화는 추의 경사에 의해 일어난다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 압력 센서는, 모션 센서, 여기 전압 인가 유닛, 및 출력 검출 유닛을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서는 기판, 빔, 추, 압전 막, 및 제1 전극을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔은 양쪽이 기판에 의해 지지된다. 빔은 탄성적으로 변형가능하다. 추는 빔의 중앙 영역에 부착된다. 압전 막은 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재된다. 압전 막은 유기 압전 막을 포함하거나 유기 압전 막으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 압전 막 상에 배치된다. 제1 전극은 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함하거나 이 전극 패턴들로 구성될 수 있다. 여기 전압 인가 유닛은 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된다. 여기 전압 인가 유닛은 이러한 전극 패턴들 중 적어도 2개에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛은 다른 전극 패턴들에 접속된다. 출력 검출 유닛은 다른 전극 패턴들로부터 출력을 검출한다. 출력 검출 유 닛은 공진 주파수의 변화에 기초하여 경사 센서에 가해지는 외부 압력을 검출하는 압력 검출 유닛을 포함하거나, 이 유닛으로 구성될 수 있다. 공진 주파수의 변화는 추에 외부 압력을 가함으로써 일어난다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 촉각 컨트롤러는, 모션 센서, 여기 전압 인가 유닛, 출력 검출 유닛, 및 촉각 제어 유닛을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서는 기판, 빔, 추, 압전 막, 및 제1 전극을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔은 양쪽이 기판에 의해 지지된다. 빔은 탄성적으로 변형가능하다. 추는 빔의 중앙 영역에 부착된다. 압전 막은 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재된다. 압전 막은 유기 압전 막을 포함하거나 이러한 유기 압전 막으로 구성될 수 있다. 제1 전극은 압전 막 상에 배치된다. 제1 전극은 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함하거나 이러한 전극 패턴들로 구성될 수 있다. 여기 전압 인가 유닛은 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된다. 여기 전압 인가 유닛은 전극 패턴들 중 적어도 2개에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛은 다른 전극 패턴들에 접속된다. 출력 검출 유닛은 다른 전극 패턴들로부터 출력을 검출한다. 촉각 제어 유닛은 여기 전압 인가 유닛과 출력 검출 유닛 간에 접속된다. 촉각 제어 유닛은 추를 접촉할 때 일어나는 공진 주파수의 변화에 기초하여 여기 전압을 제어한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 양태, 및 이점은 본 발명의 실시예를 도시하는 첨부된 도면에 관련하여 이루어진 이하 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
이 실시예의 압전 모션 센서는 용량 모션 센서에 필요한 어떠한 유동적인 전극 구조도 필요로 하지 않는다. 이 실시예의 압전 모션 센서는 MEMS 공정을 단순화하여, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 이 모션 센서는 그 사이즈를 줄이고, 그 제조 비용을 줄이고, 그 충격 저항을 줄이는 데에 적합하다. 상술한 모션 센서는 차량, 악기, 셀룰러폰, 게임 기기, 및 리모트 컨트롤러 등의 개체의 의향 및 모션을 검출하는 데에 유용하다.
본 발명의 독자적인 개시물의 일부를 형성하는 첨부된 도면을 참조한다.
이제 본 발명의 선택된 실시예가 도면을 참조하여 기술될 것이다. 당업자들에는 본 개시물로부터 본 발명의 이하 실시예의 설명은 단지 예시를 위한 것이며 첨부된 특허청구범위 및 그 동등물로서 한정된 본 발명을 제한하기 위하여 제공된 것이 아님이 명백할 것이다.
제1 실시예
[모션 센서의 구조]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모션 센서를 도시하는 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1의 X-축을 따라 이루어진, 모션 센서의 세로 단면도이다. 모션 센서(1)는 3개의-축 가속도계에서 이용될 수 있다. 모션 센서(1)는 기판(2), 빔(3), 추(4), 압전 막(5), 및 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 포함할 수 있다. 빔(3) 은 기판(2)에 의해 지지되는 평평한(planer) 빔에 의해 실현될 수 있다. 추(4)는 모션 센서(1)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 추(4)는 빔(3)의 중앙부에 부착될 수 있다. 압전 막(5)이 빔(3) 상에 제공될 수 있다. 몇몇의 경우, 압전 막(5)은 빔(3)의, 중앙 영역을 제외한, 거의 전체 표면 상에 제공될 수 있다. 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)은 압전 막(5) 상에 제공될 수 있다. 몇몇의 경우, 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)은 압전 막(5) 상의 추(4) 주변에 배치된다. 통상적으로, 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)은 모션 센서(1)의 중앙에 대하여 대칭되도록 배치될 수 있다.
몇몇의 경우, 기판(2)은 붕규산염(borosilicate) 유리로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 기판(2)은 그 중앙에 개구(7)를 가지는 정사각형-프레임 지지대를 형성한다.
몇몇의 경우, 빔(3)은 기판(2)과 동일한 크기를 가지는 정사각형 판에 형성되어 빔(3)이 기판(2)의 외측 모서리에 정렬된 외측 모서리를 가진다. 몇몇의 경우, 빔(3)은 5 μm인 두께를 가질 수 있다. 빔(3)은 기판(2) 뿐 아니라 개구(7)도 커버하도록 기판(2)에 고정될 수 있다. 몇몇의 경우, 빔(3)은 Ni 또는 NiFe 등의 Ni-합금으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
몇몇의 경우, 추(4)는 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상부 추(4A)는 빔(3)의 상면의 중앙 영역에 고정될 수 있다. 하부 추(4B)는 빔(3)의 하면의 중앙 영역에 고정될 수 있다. 빔(3)의 중앙부는 상부 추(4A)와 하부 추(4B) 사이에 끼어있을 수 있다. 이 경우, 상부 추(4A) 및 하부 추(4B) 서로 그 질량이 다를 수 있다. 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)에 의해 구 성된 추(4)는 도 2에 도시된 빔(3) 아래에 위치된 무게 중심 G를 가질 수 있다. 몇몇의 경우, 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)는 서로 재료나 3-차원적인 사이즈 또는 이 둘 모두가 다를 수 있어, 이들의 질량이 서로 달라질 수 있다. 몇몇의 경우, 상부 추(4A)는 빔(3)과 동일한 재료, 예를 들면, Ni 또는 NiFe 등의 Ni-합금으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 하부 추(4B)는 기판(2)과 동일한 재료, 예를 들면, 붕규산염 유리로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 상부 추(4A)는 정사각형-형상의 단면을 가진다. 3개의 축, X-축, Y-축, 및 Z-축의 원점은 상부 추(4A)의 중앙에 위치된다.
압전 막(5)은 유기 압전 막일 수 있다. 통상적으로, 유기 압전 막은 폴리우레아로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 압전 막(5)의 통상적인 두께 예는 대략 1 μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)은 압전 막(5)의 상면 상의 상부 추(4A) 주변에 배치될 수 있다. 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)은 상부 추(4A)의 중앙에 대하여 점-대칭적인 레이아웃을 가진다. 몇몇의 경우, 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D) 각각은 변형된 직사각형 형상을 가질 수 있다. 전극(6A) 및 전극(6C)은 X-축에 대하여 평행한 방향으로 간격을 두어 배치될 수 있다. 전극(6A) 및 전극(6C)은 상부 추(4A)의 반대쪽에 X-축에 대하여 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 전극(6B) 및 전극(6D)은 Y-축에 대하여 평행하게 간격을 두어 배치될 수 있다. 전극(6B) 및 전극(6D)은 상부 추(4A)의 반대쪽에 Y-축에 대하여 평행하게 배치될 수 있다. 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)의 통상적인 예로는 Al, Cu, Au, Pt, Ag, 및 AlSi를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)의 두께는 통상적으로 1000 Å일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
[모션 센서를 형성하기 위한 공정]
모션 센서(1)를 형성하기 위한 공정이 기술될 것이다. 도 3 내지 도 18은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는 순차적인 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판(2)을 준비한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(2)의 상면에 레지스트 막이 도포된다. 기판(2) 상에 제1 포토-레지스트 패턴(11)을 형성하는 데에 포토-리소그래피 공정이 수행된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 포토-레지스트 패턴(11)을 마스크로 이용하여 에칭 공정을 수행하여, 기판(2)이 오목부(12) 및 이 오목부(12)에 의해 둘러싸인 볼록부(13)를 포함하도록, 기판(2)을 선택적으로 에칭한다. 볼록부(13)는 경사진 벽에 의해 오목부(12)와 경계를 짓는다. 오목부(12)는 개구(7)가 될 것이다. 볼록부(13)는 하부 추(4B)가 될 것이다. 예를 들면, 에칭 공정은 CF4 가스를 이용하는 RIE(Reactive Ion Etching) 공정에 의해 실현될 수 있다. RIE 공정은 이등방성 에칭 공정들 중 하나이다. 에칭 깊이는, 예를 들면, 200 μm가 설정될 수 있다. 오목부(12)의 너비가 줄어들면 깊이는 더 깊어진다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유기 용매에 의해 기판(2)으로부터 제1 포토-레지스트 패턴(11)이 제거된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 도금 시드층(14)이 오목부(12)의 표면 및 볼록부(13)의 표면 위에 연재되도록 제1 도금 시드층(14)이 기판(2) 상에 형성된다. 예를 들면, 제1 도금 시드층(14)은 Cu-스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있는 Cu-층일 수 있다. 제1 도금 시드층(14)의 두께는 3000 Å일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도금 시드층(14) 상에 희생층(15)이 형성된다. 희생층(15)은 Cu로 이루어질 수 있다. 희생층(15)은 전해질 도금 공정에 의해 형성될 수 있다. 희생층(15)의 두께는 300μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 기판(2)의 오목부(12) 내에 희생층(15)과 제1 도금 시드층(14)을 남기도록 기판(2)으로부터 희생층(15) 및 제1 도금 시드층(14)을 선택적으로 제거하는 데에 분쇄 공정 및 연마 공정 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 그 결과로, 기판(2)의 상면이 노출된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 기판(2), 희생층(15) 및 제1 도금 시드층(14)의 노출면 상에 제2 도금 시드층(3)이 형성된다. 제2 도금 시드층(3)은 빔(3)이 될 것이다. 몇몇의 경우, 제2 도금 시드층(3)은 Ni로 이루어질 수 있다. 제2 도금 시드층(3)은 Ni-스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 도금 시드층(3)의 두께는 5μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 도금 시드층(3)의 통상적인 재료의 예로는 Ni 및 NiFe 등의 Ni-합금을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 제2 도금 시드층(3)은 빔(3)으로서 수행된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 도금 시드층(14)이 노출되도록, 제2 도금 시드층(3)이 배치되는 쪽과 반대쪽의 기판(2)을 분쇄 및/또는 연마하기 위한 분쇄 공정 및 연마 공정 중 적어도 하나가 수행될 수 있다. 그 결과로, 볼록부(13)는 하부 추(4B)가 된다. 몇몇의 경우, 분쇄 공정 및 연마 공정 중 적어도 하나는 희생층(15)이 노출될 때까지 계속하여 수행될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제2 도금 시드층(3) 상에 포토-레지스트 막이 도포된다. 제2 도금 시드층(3) 상에 제2 포토-레지스트 패턴(16)을 형성하는 데에 포토-리소그래피 공정이 수행된다. 제2 포토-레지스트 패턴(16)은 제2 도금 시드층(3)의 중앙부에 달하는 개구를 포함한다. 제2 도금 시드층(3)의 중앙부는 하부 추(4B) 상에 위치된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상부 추(4A)가 제2 도금 시드층(3)의 중앙부 위인 제2 포토-레지스트 패턴(16)의 개구에 선택적으로 형성된다. 상부 추(4A)는 제2 포토-레지스트 패턴(16)의 개구에 의해 한정된다. 상부 추(4A)는 제2 도금 시드층(3)에 고정된다. 제2 도금 시드층(3)은 빔(3)을 구성한다. 상부 추(4A)는 Ni로 이루어질 수 있다. 상부 추(4A)의 통상적인 재료의 예로는 Ni 및 NiFe 등의 Ni-합금으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 상부 추(4A)의 두께는 50μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 14에 도시된 바와 같이, 유기 용매를 이용함으로써 빔(3)으로부터 제2 포토-레지스트 패턴(16)이 제거된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 빔(3) 및 상부 추(4A) 상에 압전 막(5)이 형성된다. 압전 막(5)은 폴리우레아로 이루어질 수 있다. 폴리우레아로 이루어진 압전 막(5)은 진공 증착 중합(vapor deposition polymerization) 공정에 의해 형성될 수 있다. 폴리우레아로 이루어진 압전 막(5)의 두께는 1μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 16에 도시된 바와 같이, 압전 막(5) 상에 전극층(17)이 형성된다. 전극층(17)은 Al 등의 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 전극층(17)의 재료의 통상적인 예로는, Al, Cu, Au, Pt, Ag, 및 AlSi를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전극층(17)의 두께는 1000 Å일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 17에 도시된 바와 같이, 전극층(17) 상에 레지스트 막이 도포된다. 전극층(17) 상에 제3 레지스트 패턴(18)을 형성하는 데에 포토-리소그래피 공정이 수행된다.
도 18에 도시된 바와 같이, 전극층(17)을 선택적으로 제거하도록 제3 레지스트 패턴(18)을 마스크로 이용하여 이등방성 에칭 공정을 수행하여, 압전 막(5) 상에 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 형성한다. 다시 말해서, 전극층(17)이 선택적으로 에칭되어 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)으로서 기능하는 4개의 분리된 패턴들로 나뉘어진다. 희생층(15), 제1 도금 시드층(14) 및 제3 레지스트 패턴(18)이 제거되어, 개구(7) 및 하부 추(4B)를 형성한다. 하부 추(4B)는 빔(3)의 하면의 중앙 영역 상 에 배치된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 압전 막(5)은, 도 1에 도시된 것과는 다르게, 상부 추(4A)를 여전히 덮고 있다. 빔(3)의 중앙부는 상부 추(4A)와 하부 추(4B) 사이에 끼어 있다.
압전 막(5)을 분극화 하는 데에 전계 및 고온을 이용할 수 있다. 예를 들면, 도전성 페이스트(20)를 통하여 납(19)이 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에 접속될 수 있다. 압전 막(5)을 180℃까지 가열 유지시키는 동안, 납(19)을 통해 80V인 전압이 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에 인가되어, 압전 막(5)의 분극화를 일으킨다.
이 실시예의 압전 모션 센서는 용량 모션 센서에 필요한 어떠한 부유(floating) 전극 구조도 필요로 하지 않는다. 이 실시예의 압전 모션 센서는 MEMS 공정을 단순화하여, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
몇몇의 경우에서, 빔(3)은 Ni 등의 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 도전성 재료로 이루어진 빔(3)은 압전 막(5)에 대한 하부 전극으로서 기능할 수 있다.
다른 경우, 빔(3)이 폴리이미드 수지 등의 절연성 재료로 이루어지는 변형이 가능할 수 있다. 이 경우, 하부 전극 층이 추가적으로 빔(3) 상에 제공되고, 압전 막(5)이 하부 전극 층 상에 제공되어 하부 전극층이 빔(3)과 압전 막(5) 사이에 끼어있게 된다.
몇몇의 경우, 하부 추(4B)는 빔(3)에 근접하는 위치에 있을수록 그 너비가 줄어들도록 끝이 가늘어지는 형상을 가질 수 있다. 다른 경우, 하부 추(4B)는 그 너비가 일정한, 끝이 가늘어지지 않는 형상을 가질 수 있다.
몇몇의 경우, 빔(3)의 중앙 영역 위와 아래에 있는 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)가 모두 제공된다. 다른 경우, 추(4)는 하부 추(4B)에 의해서만 구성되는 변형이 가능하다. 즉, 빔(3)의 중앙 영역 아래에 하부 추(4B)만 제공하는 변형이 가능하다.
[폴리우레아 압전 막을 형성하기 위한 공정]
이하의 설명은 본 실시예의 모션 센서를 형성하기 위한 순차적인 공정에 포함되는 폴리우레아 압전 막을 형성하기 위한 공정에 초점을 맞출 것이다. 통상적으로, 폴리우레아로 이루어진 압전 막은 진공 증착 중합법에 의해 증착될 수 있다. 아로마 디아민(4, 4'-ODA(diamino diphenyl ether)) 및 아로마 디이소시아네이트(4, 4'MDI(diphenyl methane diisocyanate))는 진공에서 가열되고 증발된다.
다음의 화학식 1은 ODA와 MDI 간의 응축 중합 반응을 나타낸다. 폴리우레아는, 각각이 진공 증착 중합 공정이 수행된 직후에, 수 개의 모노머 또는 수 십개의 모노머로 구성된 올리고마 형태로 되어 있다. 올리고마는 이 올리고마에 전계를 인가하는 동안, 가열된다. 올리고마의 중합 반응은 대략 80℃ 온도에서 개시된다. 올리고마의 전계의 인가 하에 몇 초 동안 100℃에서 올리고마를 가열한다면 올리고마의 중합이 거의 완료되어, 압전기를 나타내는 고정된 방향을 가지는 중합체 막을 형성할 수 있다.
Figure 112008005439441-PAT00001
도 19는 진공 상태를 파괴하지 않고 순차적으로 폴리우레아 막 및 전극 막을 증착하도록 설계된 증착 시스템의 구성을 도시하는 개략도이다. 증착 시스템(21)은 폴리우레아 증착 챔버(22) 및 전극 증착 챔버(23)를 포함하는 2중 챔버 증착 시스템에 의해 실현될 수 있다. 2중 챔버 증착 시스템은 폴리우레아 막 및 전극 막을 순차적으로 증착하도록 설계된다.
폴리우레아 증착 챔버(22)에서, ODA 및 MDI가 개별적으로 가열되고 증발되어 ODA 가스 및 MDI 가스를 형성한다. 그 다음 증발된 ODA 및 MDI는 기판(2) 상에 증착된다. ODA 및 MDI는 몰 비율 1:1로 기판(2)에 제공되어 폴리우레아 압전 막을 형성하는 것이 바람직함을 확인하였다. ODA 및 MDI를 각각 62℃ 및 122℃로 가열하면 ODA 및 MDI을 몰 비율 1:1로 기판(2)에 제공할 수 있음이 또한 확인되었다. 기판(2)이 폴리우레아 증착 챔버(22)에 위치될 때 기판(2) 위에 배치되는 펠티에 장치(24)에 의해 기판(2)의 온도가 15℃ 내지 18℃의 범위에서 제어될 수 있다.
전극 증착 챔버(23)에서, 전자 빔을 조사하여 알루미늄을 증발시키고 이 증발된 알루미늄을 기판(2) 상의 폴리우레아 압전 막에 증착한다.
폴리우레아 증착 챔버(22)에서, 마스크(25)를 이용하여 폴리우레아 막의 선 택적인 증착이 수행될 수 있다. 마스크(25)는 기판(2)이 폴리우레아 증착 챔버(22) 안에 있을 때 기판(2) 아래 위치된다. 폴리우레아 막의 형상 또는 패턴은 마스크(26)의 형상 또는 패턴에 의존한다.
전극 증착 챔버(23)에서, 마스크(26)를 이용하여 알루미늄 막의 선택적인 증착이 수행될 수 있다. 마스크(26)는 기판(2)이 전극 증착 챔버(23) 안에 있을 때 기판(2) 아래 위치된다. 알루미늄 막의 형상 또는 패턴은 마스크(26)의 형상 또는 패턴에 의존한다.
증착률은 임의의 상업적으로 구입가능한 모니터에 의해 감시될 수 있다. 모니터의 통상적인 예로는 석영 진동기 유형의 증착 컨트롤러, 예를 들면, ULVAC사로부터 상업적으로 구입가능한 CRTM-1000일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 폴리우레아 막의 증착률은 2 Å/sec 내지 3 Å/sec의 범위에서 제어될 수 있다. 알루미늄 막의 증착률은 5 Å/sec 내지 10 Å/sec의 범위에서 제어될 수 있다. 증착 시스템(21)은 기판(2)이, 폴리우레아 증착 챔버(22)와 전극 증착 챔버(23) 간을, 이들 챔버(22) 및 챔버(23)내의 진공 상태를 파괴하지 않고, 이동할 수 있도록 설계될 수 있다. 증착 시스템(21)은 진공 상태를 파괴하지 않고 순차적으로 폴리우레아 막 및 전극 막을 증착하는 것을 수행하도록 설계될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 폴리우레아 증착 챔버(22) 및 전극 증착 챔버(23) 안에 각각 있는 마스크(25) 및 마스크(26) 아래에 석영 미소천칭(27)들이 제공된다. 폴리우레아 증착 챔버(22)와 전극 증착 챔버(23)에 기판(2)을 이송하기 위한 이송기(28) 또한 제공된다. 이송기(28)는 벨트형 이송기에 의해 실현될 수 있다. 증착 시스템(21)은 또한 기판(2)을 들여오거나 내보내기 위한 적재 챔버(29)를 포함한다.
증착 시스템(21)은 또한 제1 셔터 및 제2 셔터(30)를 포함한다. 제1 셔터(30)는 폴리우레아 증착 챔버(22)와 전극 증착 챔버(23) 사이에 제공된다. 폴리우레아 증착 공정이 폴리우레아 증착 챔버(22)에서 수행되는 동안, 제1 셔터(30)는 전극 증착 챔버(23)로부터 폴리우레아 증착 챔버(22)를 차단한다. 또한 전극 증착 공정이 전극 증착 챔버(23)에서 수행되는 동안, 제1 셔터(30)는 폴리우레아 증착 챔버(22)로부터 전극 증착 챔버(23)를 차단한다. 제2 셔터(30)는 전극 증착 챔버(23)와 적재 챔버(29) 사이에 제공된다. 전극 증착 공정이 전극 증착 챔버(23)에서 수행되는 동안, 제2 셔터(30)는 적재 챔버(29)로부터 전극 증착 챔버(23)를 차단한다. 또한 기판(2)이 적재 챔버(29)로 또는 이로부터 이송될 때, 제2 셔터(30)는 전극 증착 챔버(23)로부터 적재 챔버(29)를 차단한다.
PVDF(polyvinylidene difluoride) 등의 압전기를 가지는 다른 유기 재료가 습식 공정에서 형성될 수 있다. PVDF 막의 형상을 정확하게 한정하는 것은 어려운 일이다. PVDF 막은 일괄(batch)-공정에 적절하지 않다.
이와는 다르게, 폴리우레아는 압전기를 가지는 유기재료들 중 하나이다. 폴리우레아 막은 소위 진공 증착 중합법이라 불리우는 건식 공정에 의해 형성될 수 있다. 폴리우레아 막은 그 두께를 줄이는 데에 적절하다. 폴리우레아 막은 또한 그 두께를 정확하게 제어하는 데에 적절하다. 폴리우레아 막은 또한 그 형상을 정확하게 한정하는 데에 적절하다. 폴리우레아 막을 이용하는 것은 압전저항 모션 센서 또는 용량 모션 센서와 거의 동일한 사이즈로 압전 모션 센서를 제작할 수 있게 해줄 수 있다.
압전 막으로서 폴리우레아 막을 이용하는 모션 센서는 높은 감도를 가진다. 폴리우레아의 압전 상수 "g"는 세라믹 압전 막 PZT-4의 압전 상수 "g"보다 적어도 1개의 자릿수만큼 큰 280E-3 [Vm/N]이다.
[가속도를 검출하는 원리]
상술한 바와 같이 모션 센서(1)는 빔(3) 및 기판(2)을 포함한다. 빔(3)은 측면부와 중앙부를 포함한다. 빔(3)은 기계적인 유동성을 가진다. 빔(3)의 일부는 기판(2)에 의해 지지된다. 빔(3)의 중앙부는 기판(2)의 개구(7)에 인접하고 있다. 빔(3)의 중앙부는 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)가 부착되어 있다. 기판(2)은 빔(3)의 측면부가 고정되도록 기계적으로 빔(3)을 지지하는 반면 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)가 포함되는 중앙부는 위로 또는 아래로 이동가능하고 위치가 바뀔 수 있다. 즉, 기판(2)은 빔(3)을 구부릴 수 있도록 빔(3)을 기계적으로 지지한다.
도 20a는 압전 막(5) 및 전극 막(6)이 구부러져서 압전 막(5)에 압축 응력을 가하는 빔(3)을 도시하는 세로 단면도이다. 빔(3)이 구부러져 빔(3)의 중앙부가 아래로 위치가 바뀔 때, 빔(3) 위에 연재된 압전 막(5)에 압축 응력이 가해진다. 압축 응력이 압전 막(5)에 가해지면 전극(6)에서 플러스(+) 전압이 발생한다.
도 20b는 압전 막(5) 및 전극 막(6)이 구부러져서 압전 막(5)에 신장(tensile) 응력을 가하는 빔(3)을 도시하는 세로 단면도이다. 빔(3)이 구부러져 빔(3)의 중앙부가 위로 위치가 바뀔 때, 빔(3) 위에 연재되는 압전 막(5)에 신장 응력이 가해진다. 신장 응력이 압전 막(5)에 가해지면 전극(6)에서 마이너스(-) 전압이 발생한다.
빔(3)의 변형에 기초하는 3개의-축 가속도를 검출하는 원리가 기술될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 모션 센서(1)에 대한 X-축, Y-축, 및 Z-축이 설정된다. X-축, Y-축, 및 Z-축인, 3개의 축의 원점은 상부 추(4A)의 중앙에 위치된다. 하부 추(4B)는 상부 추(4A)보다 질량이 크다. 무게 중심 G는 빔(3)의 중앙 아래에 위치한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 무게 중심 G는 하부 추(4B) 상에 위치한다.
도 21a는 X-축 방향으로 가속도를 가할 때의 모션 센서를 도시하는 세로 단면도이다. 도 21b는 모션 센서에 도 21a에 도시된 X-축 방향으로 가속도가 가해질 때 전극과 이 전극에서 나타나는 출력의 관계를 도시하는 표이다.
빔(3)은 중앙부 및 제1 내지 제4부를 포함한다. 빔(3)의 중앙부는 상부 추(4A)와 하부 추(4B) 사이에 개재된다. 빔(3)의 제1부는 전극(6A) 아래에 위치된다. 빔(3)의 제2부는 전극(6B) 아래에 위치된다. 빔(3)의 제3부는 전극(6C) 아래에 위치된다. 빔(3)의 제4부는 전극(6D) 아래에 위치된다.
압전 막(5)은 중앙부 및 제1 내지 제4부를 포함한다. 압전 막(5)의 중앙부는 상부 추(4A) 아래에 위치된다. 압전 막(5)의 제1부는 전극(6A) 아래에 위치된다. 압전 막(5)의 제2부는 전극(6B) 아래에 위치된다. 압전 막(5)의 제3부는 전극(6C) 아래에 위치된다. 압전 막(5)의 제4부는 전극(6D) 아래에 위치된다.
X-축의 플러스 방향으로 가속된 추(4A) 및 추(4B)에 가속도를 가할 때, 빔(3)은 도 21a에 도시된 바와 같이 변형된다. 무게 중심 G는 추(4A) 및 추(4B)에 가속도가 가해지는 X-축의 플러스 방향과는 반대 방향인 X-축의 마이너스 방향으로 이동한다. 상부 추(4A)는 X-축의 플러스 방향으로 기울어지는 반면, 하부 추(4B)는 X-축의 마이너스 방향으로 기울어진다.
전극(6A) 아래에 위치되는, 빔(3)의 제1부는 이 제1부의 중앙이 아래로 이동하도록 구부러진다. 전극(6C) 아래에 위치되는, 빔(3)의 제3부는 이 제3부의 중앙이 위로 이동하도록 구부러진다. 빔(3)의 제2 및 제4부는 구부러지지 않는다. 압전 막(5)의 제1부에는 압축 응력이 가해지는 반면, 압전 막(5)의 제3부에는 신장 응력이 가해진다. 압전 막(5)의 제2 및 제4부에는 거의 아무런 응력도 가해지지 않는다. 압전 막(5)의 제1부에 압축 응력이 가해지면 전극(6A)에서 양 전하가 발생한다. 압전 막(5)의 제3부에 신장 응력이 가해지면 전극(6C)에서 음 전하가 발생한다. 압전 막(5)의 제2 및 제4부에 아무런 응력도 가해지지 않는다면 전극(6B) 및 전극(6D)에 어떠한 전하도 발생하지 않는다. 도 21b에 나타난 바와 같이, 전극(6A)에서 나타나는 출력 전압은 플러스이다. 전극(6B)에서 나타나는 출력 전압은 0이다. 전극(6C)에서 나타나는 출력 전압은 마이너스이다. 전극(6D)에서 나타나는 출력 전압은 0이다.
Y-축의 플러스 방향으로 가속된 추(4A) 및 추(4B)에 가속도가 가해질 때, 빔(3)이 변형된다. 무게 중심 G는 추(4A) 및 추(4B)에 가속도가 가해지는 Y-축의 플러스 방향과는 반대 방향인 Y-축의 마이너스 방향으로 이동한다. 상부 추(4A)는 Y-축의 플러스 방향으로 기울어지는 반면, 하부 추(4B)는 Y-축의 마이너스 방향으로 기울어진다.
전극(6B) 아래에 위치되는, 빔(3)의 제2부는 이 제2부의 중앙이 아래로 이동하도록 구부러진다. 전극(6D) 아래에 위치되는, 빔(3)의 제4부는 이 제4부의 중앙이 위로 이동하도록 구부러진다. 빔(3)의 제1 및 제3부는 구부러지지 않는다. 압전 막(5)의 제2부에는 압축 응력이 가해지는 반면, 압전 막(5)의 제4부에는 신장 응력이 가해진다. 압전 막(5)의 제1 및 제3부에는 거의 아무런 응력도 가해지지 않는다. 압전 막(5)의 제2부에 압축 응력이 가해지면 전극(6B)에서 양 전하가 발생한다. 압전 막(5)의 제4부에 신장 응력이 가해지면 전극(6D)에서 음 전하가 발생한다. 압전 막(5)의 제1 및 제3부에 아무런 응력도 가해지지 않는다면 전극(6A) 및 전극(6C)에 어떠한 전하도 발생하지 않는다. 전극(6A)에서 나타나는 출력 전압은 0이다. 전극(6B)에서 나타나는 출력 전압은 플러스이다. 전극(6C)에서 나타나는 출력 전압은 0이다. 전극(6D)에서 나타나는 출력 전압은 마이너스이다.
도 22a는 Z-축 방향으로 가속도를 가할 때의 모션 센서를 도시하는 세로 단면도이다. 도 22b는 모션 센서에 도 22a에 도시된 바와 같이 Z-축 방향으로 가속도가 가해질 때 전극과 이 전극에서 나타나는 출력의 관계를 도시하는 표이다.
Z-축의 플러스 방향으로 가속된 추(4A) 및 추(4B)에 가속도를 가할 때, 빔(3)은 도 22a에 도시된 바와 같이 변형된다. 빔(3)의 중앙과 추(4A) 및 추(4B)는 아래로, 즉 추(4A) 및 추(4B)에 가속도가 가해지는 Z-축의 플러스 방향과는 반대 방향인 Z-축의 마이너스 방향으로 이동한다. 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)는 기 울어지지 않는다.
각각이 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D) 아래에 위치되는, 빔(3)의 제1 내지 제4부는, 이들의 중앙들이 아래로 이동하도록 구부러진다. 압전 막(5)의 제1 내지 제4부 각각에 압축 응력이 가해진다. 압전 막(5)의 제1 내지 제4부에 압축 응력이 가해지면 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에서 양 전하가 발생한다. 도 22b에 나타난 바와 같이, 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에 나타나는 출력 전압은 플러스이다.
Z-축의 플러스 방향으로 가속된 추(4A) 및 추(4B)에 가속도를 가할 때, 빔(3)이 변형된다. 빔(4)의 중앙 및 추(4A 및 4B)는 위로, 즉, 추(4A 및 4B)에 가속도가 가해지는 Z-축의 마이너스 방향과는 반대 방향인 Z-축의 플러스 방향으로 이동한다. 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)는 기울어지지 않는다.
각각이 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D) 아래에 위치되는, 빔(3)의 제1 내지 제4부는, 이들의 중앙들이 위로 이동하도록 구부러진다. 압전 막(5)의 제1 내지 제4부 각각에 신장 응력이 가해진다. 압전 막(5)의 제1 내지 제4부에 신장 응력이 가해지면 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에서 음 전하가 발생한다. 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에 나타나는 출력 전압은 마이너스이다.
빔(3)의 변형의 방향 및 크기를 검출함으로써 3개의 축의 가속도가 검출될 수 있다.
[3개의 축 가속도계]
도 23은 3개의 축 가속도를 검출하는 가속도계를 도시하는 개략도이다. 도 23의 가속도계(31)는 도 1의 모션 센서(1), 및 출력 검출기(38)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 출력 검출기(38)는 X-축 가속도, Y-축 가속도, 및 Z-축 가속도를 독립적으로 검출하도록 구성될 수 있다.
출력 검출기(38)는 차분 회로(32 및 34), 가산기(36), X-축 가속도 검출 유닛(33), Y-축 가속도 검출 유닛(35), 및 Z-축 가속도 검출 유닛(37)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. X-축 가속도 검출 유닛(33)은 차분 회로(32)의 출력에 접속된다. 차분 회로(32)의 입력은 전극(6A 및 6C)에 접속된다. X-축 가속도 검출 유닛(33) 및 차분 회로(32)는 X-축 가속도를 검출하기 위하여 제공된다. Y-축 가속도 검출 유닛(35)은 차분 회로(34)의 출력에 접속된다. 차분 회로(34)의 입력은 전극(6B) 및 전극(6D)에 접속된다. Y-축 가속도 검출 유닛(35) 및 차분 회로(34)는 Y-축 가속도를 검출하기 위하여 제공된다. Z-축 가속도 검출 유닛(37)은 가산기(36)의 출력에 접속된다. 가산기(36)의 입력은 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에 접속된다.
도 24는 모션 센서의 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에 나타나는 출력 전압과 3개의 축 가속도 간의 관계를 나타내는 표이다. 모션 센서(1)에 X-축의 플러스 방향으로 가속도가 가해질 때, 전극(6A)에는 플러스 전압 출력이 나타나고, 전극(6B)에는 0 전압 출력이 나타나고, 전극(6C)에는 마이너스 전압 출력이 나타나며, 전극(6D)에는 0 전압 출력이 나타난다. 모션 센서(1)에 X-축의 마이너스 방향으로 가속도가 가해질 때, 전극(6A)에는 마이너스 전압 출력이 나타나고, 전극(6B)에는 0 전압 출력이 나타나고, 전극(6C)에는 플러스 전압 출력이 나타나며, 전극(6D)에 는 0 전압 출력이 나타난다. 모션 센서(1)에 Y-축의 플러스 방향으로 가속도가 가해질 때, 전극(6A)에는 0 전압 출력이 나타나고, 전극(6B)에는 플러스 전압 출력이 나타나고, 전극(6C)에는 0 전압 출력이 나타나며, 전극(6D)에는 마이너스 전압 출력이 나타난다. 모션 센서(1)에 Y-축의 마이너스 방향으로 가속도가 가해질 때, 전극(6A)에는 0 전압 출력이 나타나고, 전극(6B)에는 마이너스 전압 출력이 나타나고, 전극(6C)에는 0 전압 출력이 나타나며, 전극(6D)에는 플러스 전압 출력이 나타난다. 모션 센서(1)에 Z-축의 플러스 방향으로 가속도가 가해질 때, 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에는 플러스 전압 출력이 나타난다. 모션 센서(1)에 Z-축의 마이너스 방향으로 가속도가 가해질 때, 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)에는 마이너스 전압 출력이 나타난다.
제2 실시예
[모션 센서의 구조]
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모션 센서를 도시하는 측면도이다. 도 26은 도 25의 모션 센서를 도시하는 평면도이다. 모션 센서(41)는 단축 가속도를 검출하도록 설계될 수 있다. 모션 센서(41)는 기판(42), 빔(43), 절연막(48), 하부 전극(49), 압전 막(44), 및 상부 전극(45)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔(43)은 기판(42)에 의해 기계적으로 지지된다. 절연막(48)은 빔(43) 및 기판(42)의 일부 상에 배치된다. 하부 전극(49)은 절연막(48) 상에 배치된다. 압전 막(44)은 하부 전극(49) 및 절연막(48)의 일부 위에 연재되어 있다. 상부 전극(45)은 압전 막(44) 및 절연막(48)의 일부 위에 연재되어 있다. 상부 전극(45) 및 하부 전극(49)은 압전 막(44)에 의해 분리된다. 압전 막(44)은 상부 전극(45)과 하부 전극(49) 사이에 끼어 있다.
빔(43)은 서로 대향하는 제1측과 제2측을 포함한다. 빔(43)의 제1측은 기판(42)에 의해 지지된다. 빔(43)의 제2측은 개방되어 있다. 즉, 단축 가속도계(41)는 빔(43)의 한쪽이 기판(42)에 의해 지지되는 지지 구조를 가진다. 3개의-축 가속도계(1)는 빔(3)의 서로 대향하는 측들이 기판(2)에 의해 지지되는 다른 지지 구조를 가진다.
기판(42)은 개구(47)를 둘러싸는 4개의 측을 포함하는 프레임(46)으로 구성될 수 있다. 빔(43)은 프레임(46)의 한쪽으로부터 개구(47)로 연재되어 있다. 빔(43)은 그 제1측이 기판(42)에 의해 지지되도록 프레임(46)의 한쪽과 합쳐진 제1측을 포함한다. 빔(43)은 제1측과 대향하는 제2측을 포함한다. 빔(43)의 제2측은 개방되어 있다. 빔(43)의 제2측은 프레임(46)의 한쪽에 대향하는 측에 근접하게 위치하며 그 측으로부터 분리된다. 절연막(48)은 빔(43) 및 프레임(46)의 한쪽 위에 연재되어 있다. 절연막(48)은 빔(43)보다 그 너비가 더 넓다. 빔(43)은 개방되어 있는 제2측과 인접하는 돌기부(43a)를 포함한다. 돌기부(43a)는 추로서 기능한다. 절연막(48)은 돌기부(43a)를 제외하고 빔(43)을 덮는다. 절연막(48)은 폴리이미드 막으로 형성되어 있을 수 있다.
하부 전극(49)은 절연막(48)에 의해 빔(43)으로부터 분리된다. 압전 막(44)은 유기 재료로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 압전 막(44)은 폴리우레아로 이 루어질 수 있다. 압전 막(44)은 하부 전극(49) 상에 제공된다. 상부 전극(45)은 압전 막(44) 상에 제공된다.
도 26에 도시된 바와 같이, 빔(43)은 돌기부(43a)를 포함한다. 돌기부(43a)는 절연막(48)으로 덮이지 않는다. 돌기부(43a)는 추로서 기능한다. 즉, 빔(43)은, 개방되어 있으며 이 빔(43)이 기판(42)에 의해 지지되는 제1측에 대향하는, 제2측 상의 추를 포함한다. 빔(43)의 제2측은 가속도가 세로 방향으로 모션 센서(41)에 가해질 때 세로 방향으로 이동할 수 있다. 빔(43)의 제2측의 세로 방향 움직임은 빔(43) 및 압전 막(44)을 구부린다. 빔(43)의 제2측의 아래 방향 움직임은 압전 막(44)에 신장 응력을 가한다. 빔(43)의 제2측의 위 방향 움직임은 압전 막(44)에 압축 응력을 가한다. 모션 센서(41)는 세로 방향 가속도 성분을 검출하도록 설계된다. 압전 막(44)은 빔(43)보다 그 너비가 넓을 수 있다. 하부 전극(49)은 빔(43) 보다 좁다. 압전 막(44)은 절연막(48)과 동일한 너비를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 돌기부(43a)는 추로서 기능한다. 가속도가 세로 방향으로 추에 가해질 때 빔(43)의 제2측이 세로 방향으로 이동될 수 있도록 제1측을 제외한 빔(43) 상에 추를 더 제공하는 변형이 가능하다. 이 추가적인 추는 빔(43) 아래 및/또는 위에 제공될 수 있다.
빔(43)이 돌기부를 가지지 않고 제1측을 제외한 빔(43) 상에 대안적인 추가 제공되어, 가속도가 세로 방향으로 대안적인 추에 가해질 때 빔(43)의 제2측이 세로 방향으로 이동될 수 있도록 하는 변형 또한 가능하다. 이 대안적인 추는 밉 아 래 및/또는 위에 제공될 수 있다.
[모션 센서를 형성하기 위한 공정]
모션 센서(41)를 형성하기 위한 공정이 기술될 것이다. 모션 센서(41)는 다음과 같이 형성될 수 있다. 절연막으로서의 폴리이미드 막(48) 상에 하부 전극(49)이 적층된다. 하부 전극(49) 및 폴리이미드 막(48)의 일부 위에 압전 막(44)이 적층된다. 압전 막(44) 상에 상부 전극(45)이 적층되어, 소자(50)를 형성한다. 소자(50)는 절연막(48), 하부 전극(490), 압전 막(44), 및 상부 전극(45)을 포함한다. 소자(50)는 빔(43)을 포함하는 기판(42)에 부착된다.
예를 들면, 두께가 25 μm인 폴리이미드 막(48)을 준비한다. 폴리이미드 막(48) 상에 두께가 0.1 μm인 Al로 이루어진 하부 전극(49)이 선택적으로 증착된다. 하부 전극(49) 및 폴리이미드 막(48) 위에 두께가 3.5 μm인 폴리우레아인 압전 막(44)이 선택적으로 형성된다. 압전 막(44) 상에 두께가 1 μm인 Al로 이루어진 상부 전극(45)이 선택적으로 증착된다. 폴리우레아 막은 상부 전극(45)과 하부 전극(49) 사이에 끼어져 있는 사이에 낀 부분을 포함한다. 폴리우에라 막의 사이에 낀 부분은 압전 막으로서 기능한다. 빔(43)을 포함하는 기판(42)을 준비한다. 그 결과로, 절연막(48), 하부 전극(490), 압전 막(44), 및 상부 전극(45)을 포함하는 소자(50)가 빔(43) 및 기판(42)에 부착된다. 빔(43)은 유연성 및 탄성을 가진다. 빔(43)은 스프링판으로서 기능한다. 빔(43)은 베릴륨 구리로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 폴리우레아 압전 막의 분극화는 일렉트릿법에 의해 이루어질 수 있다.
도 27은 도 25 및 26의 모션 센서(41)의 소자(50)의 폴리우레아 압전 막(44)의 분극화에 이용될 수 있는 분극화 시스템의 구성의 일례를 도시하는 개략도이다. 형성된 소자(50)는 절연 타일(52) 상에 위치된다. 상부 전극(45)과 하부 전극(49) 간에 80V/μ의 D. C. 전압을 인가하는 데에 고 전압 D. C. 전원(53)이 이용된다. 고 전압 D. C. 전원(53)은 에질런트 테크놀로지 사로부터 상업적으로 구입가능한 High Resistancemeter(4339A)에 의해 실현될 수 있다. 열전쌍(54)이 절연 타일(52)에 접촉하여 위치된다. 열전쌍(54)은 온도 컨트롤러(55)에 접속된다. 분극화 온도는 온도 컨트롤러(55)에 의해 제어된다. 분극화 온도는 폴리우레아 및 폴리이미드의 가열 저항 온도가 각각 200℃ 및 400℃인 것을 고려함으로써 10분 동안 180℃로 제어될 수 있다.
[모션 센서의 동작 검사]
모션 센서(41)에 가속도가 주어져, 빔(43) 및 압전 막(44)을 변형시킨다. 빔(43) 및 압전 막(44)이 변형되면 압전 막(44)에 신장 또는 압축 응력을 가하게 된다. 상부 전극(45) 및 하부 전극(49) 간의 전압이 생성된다. 다음의 실험을 수행하였다.
도 28은 도 25 및 도 26에 도시된 단축 모션 센서(41)의 동작 검사를 하기 위한 계측 시스템을 도시하는 개략도이다. 단축 모션 센서(41)는 도 28에 도시된 계측 시스템(61)에 고정된다. 계측 시스템(61)은 단축 모션 센서(41)에 강한 충격 의 가속도를 가한다. 단축 모션 센서(41)는 한 쌍의 지그(62)들 사이에 끼어져 있다. 진동 발생기(63)는 단축 모션 센서(41)를 받치고 있는 지그 쌍(62)에 진동시키는 데에 이용될 수 있다. 진동기(64)는 증폭기(66)를 통해 진동 발생기(63)에 접속된다. 진동기(64)는 사인(sine)파를 생성한다. 증폭기(66)는 이 사인파를 증폭한다. 증폭된 사인파는 진동 발생기(63)에 제공된다. 진동 발생기(63)는 EMIC 사로부터 상업적으로 구입가능한 512-D/A에 의해 실현될 수 있다. 진동기(64)는 NF 사로부터 상업적으로 구입가능한 WF1966에 의해 실현될 수 있다. 레이저 도플러 진동 계측기(65)는 모션 센서(41)를 받치고 있는 지그 쌍(62)의 진동 속도를 측정하는 데 이용될 수 있다. 레이저 도플러 진동 계측기(65)는 폴리테크 사로부터 상업적으로 구입가능한 CLV1000에 의해 실현될 수 있다. 진동 가속도는 지그 쌍(62)의 이 측정된 진동 속도로부터 계산될 수 있다. 진동 가속도를 감시하는 데에 오실로스코프(67)가 이용될 수 있다. 진동기(64) 및 증폭기(66)의 출력은 가해진 진동 가속도가 1g(9.8m/s2)로 일정해지도록 조정된다.
도 29는 Z-축 방향으로 강한 충격의 가속도를 가할 때의 모션 센서(41)로부터의 시간에 따른 출력 전압의 변이를 나타내는 도면이다. "A"는 모션 센서(41)에 가해진 강한 충격의 가속도를 나타낸다. 전압 출력은 모션 센서(41)에 가해진 강한 충격의 가속도에 응답하여 모션 센서(41)로부터 획득되었다. 감소된 진폭이 관측되었다. 이는 모션 센서(41)가 Z-축 방향의 가속도를 검출하였음을 의미한다.
도 30은 도 29에 도시된 출력 전압의 감소된 진폭에 대한 고속 퓨리에 변환 분석의 결과를 나타내는 도면이다. 고속 퓨리에 변환 분석은 도 29에 도시된 출력 전압의 감소된 진폭 중 0.03초 내지 0.031 초의 범위에 적용된다. 기계적 공진 주파수는 약 320 Hz이다.
도 31은 모션 센서(41)의 주파수 특징을 나타내는 도면이다. 공진 주파수는 고속 퓨리에 변환 분석에 의해 획득된 약 320 Hz인 기계적 공진 주파수에 근접한 313 Hz였다. 출력 전압은 비-공진 주파수에서 약 10 mV/g였다.
제3 실시예 :
[모션 센서의 구조]
도 32는 본 발명의 제3 실시예에 따른 모션 센서를 도시하는 세로 단면도이다. 도 33은 도 32의 모션 센서를 도시하는 평면도이다. 모션 센서(71)는 단축 가속도를 검출하도록 설계될 수 있다. 모션 센서(71)는 기판(72), 빔(73), 추(74), 압전 막(75), 및 상부 전극(76)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔(73)은 기판(72)에 의해 기계적으로 지지된다. 빔(73)은 서로 대향하는 제1측과 제2측을 포함한다. 빔(73)의 제1측은 기판(72)에 의해 지지된다. 빔(73)의 제2측은 개방되어 있다. 빔(73)은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 제2측에 인접하여 제2측부 상에 추(74)가 배치된다. 빔(73)의 제2측부는 세로 방향으로 이동할 수 있다. 압전 막(75)은 빔(73)의 제2측부를 따라 연재되어 있다. 압전 막(75)은 적어도 빔(73)의 제2측부 위에 연재되어 있다. 압전 막(75) 상에 상부 전극(76)이 배치된다.
기판(72)은 변형된 판-형상을 가진다. 기판(72)은 측면 프레임부 및 측면 프레임부에 의해 둘러싸인 중앙의 오목부(77)를 포함한다. 기판(72)의 측면 프레임부는 4개의 측면을 포함한다. 빔(73)은 제1측에 인접한 제1측부를 포함한다. 빔(73)의 제1측부는 기판(72)의 측면 프레임부의 한쪽에 부착된다. 빔(73)의 하면에 도금 시드층(78)이 형성된다. 즉, 도금 시드층(78)은 빔(73)의 아래에 연재된다. 빔(73)의 제2측부는 기판(72)의 중앙 오목부(77) 위에 연재된다. 추(74)는 빔(73)의 제2측부의 일부에 고정된다. 압전 막(75)은 적어도 빔(73)의 제2측부 위와 추(74)의 위에 연재된다. 압전 막(75)은 유기 재료로 이루어질 수 있다. 압전 막(75)은 바람직하게는 폴리우레아로 이루어질 수 있다. 압전 막(75) 상에 상부 전극(76)이 형성된다.
빔(73)의 제1측부는 도 33의 평면도로 도시된 바와 같이 변형된 V-형상을 가진다. 즉, 빔(73)의 제1측부는 제1 분할부(73a) 및 제2 분할부(73b)를 포함한다. 빔(73)의 제1 분할부(73a)는 상부 전극(76)에 의해 덮이지 않는다. 빔(73)의 제2 분할부(73b)는 상부 전극(76)에 의해 덮인다. 빔(73)의 제1 분할부(73a) 및 상부 전극(76)은 각각 납(19) 및 도전형 페이스트(20)를 통해 외부 검출 회로에 접속된다. 빔(73)은 도전성 재료로 이루어져 있다. 빔(73)은 도금 시드층(78)과 결합하여 압전 막(75)에 대한 하부 전극으로서 기능한다.
[모션 센서를 형성하기 위한 공정]
모션 센서(71)를 형성하기 위한 공정이 기술될 것이다. 모션 센서(71)는 다 음과 같이 형성될 수 있다. 도 34 내지 도 37은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도이다. 도 38은 도 37에 나타난 단계를 나타내는 평면도이다. 도 39 내지 도 41은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 37 및 도 38의 단계 다음의 순차적인 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도이다. 도 42는 도 41에 나타난 단계를 나타내는 평면도이다. 도 43 내지 도 45는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 41 및 도 42의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도이다. 도 46은 도 45에 나타난 단계를 나타내는 평면도이다. 도 47 및 도 48은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 45 및 도 46의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도이다. 도 49는 도 48에 나타난 단계를 나타내는 평면도이다. 도 50은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 48 및 도 49의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도이다. 도 51은 도 50에 나타낸 단계를 나타내는 평면도이다. 도 52는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 50 및 도 51의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도이다. 도 53은 도 52에 나타난 단계를 나타내는 평면도이다. 도 54는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 52 및 도 53의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도이다. 도 55는 도 54에 나타난 단계를 나타내는 평면도이다.
도 34에 도시된 바와 같이, 기판(72)을 준비한다. 기판(72)은 유리 세라믹으로 이루어질 수 있다. 기판(72)은 이 기판(72) 내에 오목부(77)가 형성되도록 선택적으로 제거된다. 기판(72)은 오목부(77) 및 이 오목부(77)를 둘러싸는 측면 프레임부를 포함한다.
도 35에 도시된 바와 같이, 기판(72) 표면 상에 제1 도금 시드층(81)이 형성된다. 제1 도금 시드층(81)은 프레임부의 상면 및 기판(72)의 오목부(77)를 덮고 있다. 기판(72) 위에 Cu 도금 시드층(81)을 증착하기 위하여 Cu 타깃을 스퍼터링함으로써 스퍼터링 공정이 수행될 수 있다. Cu 도금 시드층(81)의 두께는 3000 Å일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
접착층 상에 제1 도금 시드층(81)이 형성되기 전에 기판(72)의 표면에 접착층을 형성하는 변형이 가능하다. 접착층은 Cr로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 접착층의 두께는 500 Å일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 36에 도시된 바와 같이, 제1 도금 시드층(81) 상에 희생층(82)이 형성된다. 희생층(82)은 구리로 이루어질 수 있다. 희생층(82)은 전해질 도금 공정에 의해 형성될 수 있다. 희생층(82)의 두께는 300 μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 37 및 도 38에 도시된 바와 같이, 기판(72)의 오목부(77) 내의 희생층(82)과 제1 도금 시드층(81)을 남기도록 기판(72)으로부터 희생층(82) 및 제1 도금 시드층(81)을 선택적으로 제거하는 데에 분쇄 공정 및 연마 공정 중 적어도 하나가 수행될 수 있다. 그 결과로, 기판(72)의 상면이 노출된다.
도 39에 도시된 바와 같이, 기판(72), 희생층(82) 및 제1 도금 시드층(81)의 노출면 상에 제2 도금 시드층(83)이 형성된다. 몇몇의 경우, 제2 도금 시드층(83)은 Ni로 이루어질 수 있다. 제2 도금 시드층(83)은 Ni-스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 도금 시드층(83)의 두께는 5μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제2 도금 시드층(83)의 통상적인 재료의 예로는 Ni, 및 NiFe 등의 Ni-합금으로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 40에 도시된 바와 같이, 제2 도금 시드층(83) 상에 포토-레지스트 막이 도포된다. 제2 도금 시드층(83) 상에 제1 포토-레지스트 패턴(84)을 형성하는 데에 포토-리소그래피 공정이 수행된다. 제1 포토-레지스트 패턴(84)은 제2 도금 시드층(83)에 달하는 개구를 포함한다.
도 41 및 도 42에 도시된 바와 같이, 제1 포토 레지스트 패턴(84)을 마스크로서 이용하면서, 제2 도금 시드층(83) 위의 제1 포토 레지스트 패턴(84)의 개구 안에 선택적으로 빔(73)이 형성된다. 빔(73)은 제1 포토 레지스트 패턴(84)을 마스크로서 이용함으로써 제2 도금 시드층(83) 상에 도금될 수 있다. 빔(73)은 전해질 도금 공정에 의해 형성될 수 있다. 빔(73)의 두께는 50 μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 빔(73)의 통상적인 재료의 예로는 Ni 및 NiFe 등의 Ni-합금을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 빔(73)은 제1부 및 제2부를 포함한다. 빔(73)의 제1부는 기판(72)의 측면 프레임부 위에 연재된다. 빔(73)의 제2부는 기판(72)의 오목부(77) 내의 희생층(82) 위에 연재된다. 빔(73)의 제1측부는 도 42에 평면도로 도시된 바와 같이 변형된 V-형상을 가질 수 있다. 즉, 빔(73)의 제1 측부는 제1 분할부(73a) 및 제2 분할부(73b)를 포함한다.
도 43에 도시된 바와 같이, 유기 용매를 이용함으로써 제1 포토-레지스트 패턴(84)이 빔(73)으로부터 제거된다.
도 44에 도시된 바와 같이, 빔(73) 및 제2 도금 시드층(83) 상에 레지스트 막이 도포된다. 빔(73) 및 제2 도금 시드층(83) 상에 제2 레지스트 패턴(85)을 형성하는 데에 포토-리소그래피 공정이 수행된다. 제2 레지스트 패턴(85)은 빔(73)의 제2부 중 선택 영역 상에 위치되는 개구를 포함한다. 선택 영역은 빔(73)의 제2측에 인접하고 있다.
도 45 및 도 46에 도시된 바와 같이, 제2 레지스트 패턴(85)을 마스크로 이용하여 빔(73)의 제2부의 선택 영역 위의 제2 레지스트 패턴(85)의 개구 내에 선택적으로 추(74)를 형성한다. 추(74)는 전해질 도금법에 의해 형성될 수 있다. 추(74)의 두께는 50 μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 추(74)의 통상적인 재료의 예로는 Ni 및 NiFe 등의 Ni-합금을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 47에 도시된 바와 같이, 유기 용매를 이용함으로써 제2 레지스트 패턴(85)이 기판(72)으로부터 제거된다.
도 44 내지 도 47을 참조하여 기술된 추(74)를 형성하기 위한 순차적인 단계를 생략한 변형이 가능하다.
도 48 및 도 49에 도시된 바와 같이, 빔(73) 및 추(74)가 결합된 마스크로서 이용되어 제2 도금 시드층(83)을 선택적으로 제거하여, 빔(73) 아래에 연재된 도금 시드층(78)을 형성한다.
도 50 및 도 51에 도시된 바와 같이, 도금 시드층(78) 및 추(74)를 포함하는 빔(73)이 오목부(77) 위에 연재되도록, 기판(72)의 오목부(77)로부터 희생층(82) 및 제1 도금 시드층(81)을 제거하는 데에 습식 에칭 공정이 수행된다. 즉, 빔(73)은 제1부 및 제2부를 포함한다. 빔(73)의 제1부는 기판(72)의 측면 프레임부에 의해 지지된다. 추(74) 및 빔(73)의 제2부는 세로 방향으로 이동할 수 있다. 기판(72)의 측면 프레임부 중 적어도 한쪽은 빔(73)을 지지할 필요가 있다. 그러므로, 기판(72)의 측면 프레임부 중 적어도 한쪽을 남겨두어 기판(72)의 남은 부분이 빔(73)을 지지할 수 있게 하도록 기판(72)을 일부 절단하는 변형이 가능하다. 기판(72)을 절단하는 데에 다이서(dicer)가 이용될 수 있다.
도 52 및 도 53에 도시된 바와 같이, 빔(73)의 제1 분할부(73a)를 선택적으로 덮는 마스크(86)가 형성된다. 압전 막(75)은, 이 압전 막(75)이 적어도 빔(73) 및 추(74)를 덮도록 마스크(86)를 이용하여 선택적으로 형성된다. 압전 막(75)은 폴리우레아로 이루어질 수 있다. 폴리우레아로 이루어진 압전 막(75)은 진공 증착 중합법에 의해 형성될 수 있다. 폴리우레아로 이루어진 압전 막(75)의 두께는 1 μm일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 진공 증착 중합법이 이용되면, 압전 막(75)은 빔(73) 및 추(74) 상에 뿐만 아니라 기판(72)의 노출된 상면 상에도 형성된다.
도 54 및 55에 도시된 바와 같이, 압전 막(75) 상에 전극층(76)이 형성된다. 전극층(76)은 Al 등의 도전성 재료로 이루어질 수 있다. 전극층(76)의 통상적인 재료의 예로는 Al, Cu, Au, Pt, Ag, 및, AlSi를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전극층(76)의 두께는 1000 Å일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도 32 및 도 33에 도시된 바와 같이, 빔(73)의 제1 분할부(73a)가 노출되도록 마스크(86)가 제거된다. 빔(73)의, 제1 분할부(73a) 이외의 나머지 부분은 전극층(76)에 의해 덮여있다.
압전 막(75)을 분극화하는 데에 전계 및 고온을 이용할 수 있다. 예를 들면, 납(19)은 도전형 페이스트(20)를 통하여 전극층(76) 및 빔(73)의 제1 분할부(73a)에 접속될 수 있다. 압전 막(75)을 180 ℃까지 가열 유지시키는 동안, 납(19)을 통해 80V의 전압이 전극층(76) 및 빔(73)의 제1 분할부(73a)에 인가되어, 압전 막(75)의 분극화를 일으킨다.
압전 막(75)은 빔(73)에 대하여 자가 정렬된다. 전극층(76)도 빔(73)에 대하여 자가 정렬된다. 압전 막(75)과 전극층(76)이 빔(73)에 대하여 어긋남이 발생할 가능성은 거의 없다.
제1 도금 시드층(78) 및 추(74)를 포함하는 빔(73)이 오목부(77)위로 연재되도록 희생층(82) 및 제1 도금 시드층(81)이 기판(72)의 오목부(77)로부터 제거된 후에는 습식 공정이 수행되는 것이 아니라 건식 공정이 수행된다. 습식 공정이 없다면 빔(73)은 어떠한 변형도 피할 수 있다. 습식 공정에서는 액체가 흘러 빔(73)이 변형될 수 있다. 습식 공정은 또한 들러붙는 현상을 발생시키는 모세관 현상을 일으킬 수 있다.
전극막(76)은 압전 막(75)보다 너비가 넓다. 압전 막(75)은 빔(73) 보다 너 비가 넓다.
[회전 속도 센서]
질량이 M인 개체가 속도 V 및 각비율(angular rate) Ω로 회전하여 이동할 때, 이에 대한 코리올리의 힘 Fc는 속도 V의 방향과 수직인 방향으로 동작한다. 평면에서의 진동하고 있는 푸코 진자에 외부 회전을 가하면 코리올리의 힘 Fc가 진동 방향과 수직인 방향으로 진자에 가해져서, 진동면의 방향을 변경시킨다. 코리올리의 힘 Fc는 Fc=2MVΩ로 주어진다.
도 56은 코리올리의 힘을 이용하는 회전 속도 센서를 도시하는 개략적인 사시도이다. 회전 속도 센서(91)는 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된 모션 센서(1)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서(1)는 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 포함한다. 회전 속도 센서(91)는 AC 전원(92), 및 출력 검출 유닛(91)을 더 포함할 수 있다. 출력 검출 유닛(93)은 또한 차분 회로(94) 및 회전 속도 검출 유닛(95)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전극(6A 및 6C)은 서로 간격을 두어 X-축의 방향으로 정렬된다. 전극(6B 및 6D)은 서로 간격을 두어 Y-축의 방향으로 정렬된다. AC 전원(92)은 전극(6A 및 6C)에 접속되어 전극(6A)과 전극(6C) 간에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛(93)은 전극(6B 및 6D)에 접속된다. 차분 회로(94)의 2개의 입력은 전극(6B 및 6D)에 접속된다. 회전 속도 검출 유닛(95)은 차분 회로(94)의 출력에 접속된다. 그러므로, 회전 속도 검출 유닛(95)은 차분 회로(94)를 통해 전극(6B 및 6D)에 접속된다.
도 57a는 AC 전압이 전극(6A 및 6C)에 인가될 때 추들을 포함하는 빔의 X-축의 방향으로의 진동을 나타내는 세로 단면도이다. 도 57b는 도 57a에 도시된 전극(6A 및 6C)으로의 AC 전압 입력과 전극들의 관계를 나타내는 표이다.
압전 막(5)은 중앙부 및 제1 내지 제4부를 포함한다. 압전 막(5)의 중앙부는 상부추(4A) 아래에 위치한다. 압전 막(5)의 제1부는 전극(6A) 아래에 위치한다. 압전 막(5)의 제2부는 전극(6B) 아래에 위치한다. 압전 막(5)의 제3부는 전극(6C) 아래에 위치한다. 압전 막(5)의 제4부는 전극(6D) 아래에 위치한다.
전극(6A 및 6C)에 입력 S가 인가된다. 전극(6A)에 플러스 전압이 인가되고 전극(6C)에 마이너스 전압이 인가될 때, 전극(6A) 아래에 위치된 빔(3)의 제1부가 구부러져서 제1부의 중앙이 아래로 이동한다. 전극(6C) 아래에 위치된 빔(3)의 제3부가 구부러져서 제3부의 중앙이 위로 이동한다. 빔(3)의 제2부 및 제4부는 구부러지지 않는다. 상부 추(4A)는 X-축의 플러스 방향으로 기울어진다. 하부 추(4B)는 X-축의 마이너스 방향으로 기울어진다. 이러한 빔(3)의 변형 및 추(4A) 및 추(4B)의 기울어짐이 도 57a에 실선으로 도시된다.
전극(6A 및 6C)에 입력 T가 인가된다. 전극(6A)에 마이너스 전압이 인가되고 전극(6C)에 플러스 전압이 인가될 때, 빔(3)의 제1부가 구부러져서 제1부의 중앙이 위로 이동한다. 빔(3)의 제3부가 구부러져서 제3부의 중앙이 아래로 이동한다. 빔(3)의 제2부 및 제4부는 구부러지지 않는다. 상부 추(4A)는 X-축의 마이너스 방향으로 기울어진다. 하부 추(4B)는 X-축의 플러스 방향으로 기울어진다. 이러한 빔(3)의 변형 및 추(4A) 및 추(4B)의 기울어짐이 도 57a에 파선으로 도시된 다.
전극(6A 및 6C)에 AC 전압을 인가하면 화살표 "A"로 나타낸 X-축 방향으로 추(4A) 및 추(4B)가 진동하거나 스윙하게 되어 빔(3)이 교대로 변형된다. 회전 속도 센서(91)에 Z-축 주변의 각도력 및 회전력이 가해지게 되어, 회전 속도 센서(91)가 회전율 ΩZ로 Z-축 주변을 회전하게 된다. 전극(6A 및 6C)에 AC 전압이 인가될 때 회전 속도 센서(91)에 Z-축 주변의 각도력 및 회전력이 가해지면, 회전 속도 센서(91)에 코리올리의 힘이 가해져서, 화살표 "B"로 나타낸 Y-축 방향으로 추(4A) 및 추(4B)가 또한 진동하게 된다. 가해진 코리올리의 힘은 Fc=2MVΩ로 주어진다. 화살표 "B"로 나타낸 Y-축 방향으로의 추(4A) 및 추(4B)의 진동은 빔(3)의 제2부와 제4부 및 압전 막(5)이 교대로 변형되게 한다. 압전 막(5)이 교대로 변형하면 전극(6B 및 6D)에서 나타나는 교류 전압이 발생하게 된다. 이 발생된 교류 전압은 출력 검출 유닛(93)에 의해 검출될 수 있다. 회전 속도 센서(91)에 가해지는 코리올리의 힘은 출력 검출 유닛(93)에 의해 출력된 발생된 교류 전압 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 회전율 또는 각비율은 회전 속도 센서(91)에 가해지는 코리올리의 힘을 측정함으로써 검출될 수 있다.
AC 전원(92)이 전극(6B 및 6D)에 접속되고 출력 검출 유닛(93)이 전극(6A 및 6C)에 접속되는 변형이 가능하다. 이 경우, 회전 속도 센서(91)에 가해지는 코리올리의 힘은 출력 검출 유닛(93)에 의해 출력된 발생된 교류 전압 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 회전율 또는 각비율은 회전 속도 센서(91)에 가해지는 코리 올리의 힘을 측정함으로써 검출될 수 있다.
[2방향 경사 센서]
도 58은 모션 센서를 이용하는 2방향 경사 센서를 도시하는 개략적인 사시도이다. 2방향 경사 센서는 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된 모션 센서(1)에서 변형된 모션 센서(102)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서(102)는 X-축의 방향으로 정렬된 전극(103A, 103B, 103C, 및 103D)을 포함한다. 전극(103A, 103B, 103C, 및 103D) 및 추(4)는 X-축 방향으로 정렬된다. 예를 들면, 전극(103A 및 103B)은 추(4)의 제1측에 제공되며, 전극(103C 및 103D)은 추(4)의 제2측에 제공되는데, 이 제1측 및 제2측은 서로 대향하고 있다. 전극(103B)은 전극(103A)과 추(4) 사이에 배치된다. 추(4)는 전극(103B)과 전극(103C) 사이에 배치된다. 전극(103C)은 추(4)와 전극(103D) 사이에 배치된다.
2방향 경사 센서(101)는 AC 전원(92) 및 출력 검출 유닛(104)을 더 포함할 수 있다. 출력 검출 유닛(104)은 또한 차분 회로(105) 및 경사 검출 유닛(106)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. AC 전원(92)은 전극(103A 및 103D)에 접속되어 전극(103A)과 전극(103D) 간에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛(104)은 전극(103B 및 103C)에 접속된다. 차분 회로(105)의 2개의 입력은 전극(103B 및 103C)에 접속된다. 차분 회로(105)의 출력에 경사 검출 유닛(106)이 접속된다. 그러므로, 경사 검출 유닛(106)은 차분 회로(105)를 통해 전극(103B 및 103C)에 접속된다.
전극(103A 및 103D)에 AC 전압을 인가하면 X-축 방향으로 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)가 진동하거나 스윙(swing)하게 될 수 있다. 이러한 진동 또는 스윙은 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)로 구성된 추(4)의 회전 관성, 및 추(4)에 부착된 빔(3)의 탄성에 모두 의존한다.
도 59는 전극(103A 및 103D)에 AC 전압이 인가될 때의 추의 X-축 방향으로의 진동 또는 스윙을 나타내는 세로 단면도이다. 도 60은 도 58의 2방향 경사 센서(101)의 공진 주파수 특징을 나타내는 도면이다.
X-축의 플러스 방향으로 기울어지는 기판(2)이 주어질 때, 도 59에 도시된 바와 같이 진동 중심의 축 H는 Z-축으로부터 X-축의 플러스 방향으로 θ만큼 기울어져, 빔(3), 압전 막(5) 및 전극(103A 및 103D)에 바이어스 응력을 가한다. 바이어스 응력을 가하면 빔(3), 압전 막(5) 및 전극(103A 및 103D)의 탄성이 변하여, 도 60에 나타난 바와 같이 공진 주파수가 E로부터 F로 변하게 된다. 공진 주파수의 변화는 축 H의, Z-축으로부터 X-축의 플러스 방향으로의 기울임 각 θ에 의존한다. 공진 주파수의 변화는 전극(103B 및 103C)으로부터 차분 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 즉, 축 H의, Z-축으로부터 X-축의 플러스 방향으로의 기울임 각 θ는 전극(103B 및 103C)으로부터 차분 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 즉, 2방향 경사 센서(101)는 X-축의 방향으로 경사를 검출하도록 구성된다.
도 61은 모션 센서를 이용하는 다른 2방향 경사 센서를 도시하는 개략적인 사시도이다. 2방향 경사 센서(107)는 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된 모션 센서(1)에서 변형된 모션 센서(102)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모 션 센서(102)는 Y-축의 방향으로 정렬된 전극(103A, 103B, 103C, 및 103D)을 포함한다. 전극(103A, 103B, 103C, 및 103D) 및 추(4)는 Y-축 방향으로 정렬된다. 예를 들면, 전극(103A 및 103B)은 추(4)의 제1측에 제공되며, 전극(103C 및 103D)은 추(4)의 제2측에 제공되는데, 이 제1측 및 제2측은 서로 대향하고 있다. 전극(103B)은 전극(103A)과 추(4) 사이에 배치된다. 추(4)는 전극(103B)과 전극(103C) 사이에 배치된다. 전극(103C)은 추(4)와 전극(103D) 사이에 배치된다.
2방향 경사 센서(107)는 AC 전원(92) 및 출력 검출 유닛(104)을 더 포함할 수 있다. 출력 검출 유닛(104)은 또한 차분 회로(105) 및 경사 검출 유닛(106)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. AC 전원(92)은 전극(103A 및 103D)에 접속되어 전극(103A)과 전극(103D) 간에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛(104)은 전극(103B 및 103C)에 접속된다. 차분 회로(105)의 2개의 입력은 전극(103B 및 103C)에 접속된다. 차분 회로(105)의 출력에 경사 검출 유닛(106)이 접속된다. 그러므로, 경사 검출 유닛(106)은 차분 회로(105)를 통해 전극(103B 및 103C)에 접속된다.
전극(103A 및 103D)에 AC 전압을 인가하면 Y-축 방향으로 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)가 진동하거나 스윙하게 될 수 있다. 이러한 진동 또는 스윙은 상부 추(4A) 및 하부 추(4B)로 구성된 추(4)의 회전 관성, 및 추(4)에 부착된 빔(3)의 탄성에 모두 의존한다.
Y-축의 플러스 방향으로 기울어지는 기판(2)이 주어질 때, 진동 중심의 축 H는 Z-축으로부터 Y-축의 플러스 방향으로 기울어져, 빔(3), 압전 막(5) 및 전 극(103A 및 103D)에 바이어스 응력을 가한다. 바이어스 응력을 가하면 빔(3), 압전 막(5) 및 전극(103A 및 103D)의 탄성이 변하여, 공진 주파수가 변하게 된다. 공진 주파수의 변화는 축 H의, Z-축으로부터 Y-축의 플러스 방향으로의 기울임에 의존한다. 공진 주파수의 변화는 전극(103B 및 103C)으로부터 차분 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 즉, 축 H의, Z-축으로부터 Y-축의 플러스 방향으로의 기울임은 전극(103B 및 103C)으로부터 차분 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 즉, 2방향 경사 센서(101)는 Y-축의 방향으로 경사를 검출하도록 구성된다.
[압력 센서]
도 62는 모션 센서를 포함하는 압력 센서를 도시하는 개략적인 사시도이다. 압력 센서(111)는 도 56을 참조하여 기술된 회전 속도 센서(91)와, 출력 검출 유닛을 제외하고는, 동일한 구성을 가진다. 압력 센서(111)는 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된 모션 센서(1)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서(1)는 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 포함한다. 압력 센서(111)는 AC 전원(92), 및 출력 검출 유닛(112)을 더 포함할 수 있다. 출력 검출 유닛(112)은 또한 차분 회로(94) 및 압력 검출 유닛(113)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전극(6A 및 6C)은 서로 간격을 두어 X-축의 방향으로 정렬된다. 전극(6B 및 6D)은 서로 간격을 두어 Y-축의 방향으로 정렬된다. AC 전원(92)은 전극(6A 및 6C)에 접속되어 전극(6A)과 전극(6C) 간에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛(112)은 전극(6B 및 6D)에 접속된다. 차분 회로(94)의 2개의 입력은 전극(6B 및 6D)에 접 속된다. 압력 검출 유닛(113)은 차분 회로(94)의 출력에 접속된다. 그러므로, 압력 검출 유닛(113)은 차분 회로(94)를 통해 전극(6B 및 6D)에 접속된다.
도 63은 도 62의 압력 센서(111)의 공진 주파수 특징을 도시하는 도면이다.
AC 전원(92)이 전극(6A)과 전극(6C) 간에 AC 전압을 인가하면, 추(4)를 포함하는 빔(3)은, 압력 센서(111)가 도 63에 실선으로 나타낸 공진 주파수 특징 E를 가질 경우, 진동한다. 추(4)를 포함하는 빔(3)이 진동될 때, 추(4)를 접촉하면 공진 전류 E가 공진 전류 J로 줄어들 수 있고, 또한 공진 주파수 E가 공진 주파수 F로 변할 수 있다. 공진 주파수와 공진 전류의 변화는 추에 가해지는 압력에, 즉, 가해지는 압력의 방향 및 크기에, 의존한다. 공진 주파수 및 공진 전류의 변화는 전극(103B 및 103D)으로부터의 차분 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다. 즉, 추에 인가되는 압력의 방향 및 크기는 전극(103B 및 103D)으로부터의 차분 출력을 검출함으로써 검출될 수 있다.
도 64는 모션 센서의 어레이를 포함하는 다른 압력 센서를 도시하는 개략적인 사시도이다. 압력 센서(115)는 모션 센서(116)의 어레이를 포함한다. 각 모션 센서는 상술한 모션 센서(1)의 구성과 거의 동일한 구성을 가진다. 압력 센서(115)는 기판(2), 기판(2) 상의 압전 막(5), 및 압전 막(5) 상의 유닛 어레이를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 각 유닛은 추(4), 및 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 각 유닛은 또한 AC 전원 및 출력 검출 유닛에 접속되지만, 도 64에는 도시가 생략되었다. 압력 센서(115)는 추(4)에 가해지는 압력의 방향 및 크기 만을 검출하는 것이 아니라 이 압력 센서(115) 상의 압력 분포 또한 검출할 수 있다.
[촉각 컨트롤러]
도 62 및 도 64에 도시된 압력 센서(111 및 115)에 따르면, 진동하는 추(4)를 접촉하는 것은 진동하지 않는 추를 접촉할 때와는 다른 촉각을 제공할 수 있다. 진동하는 추(4)를 접촉하는 촉각 또는 느낌은 입력 전압의 강도 및 진동 주파수에 의존할 수 있다. 진동하는 추(4)를 접촉하는 촉각 또는 느낌은 입력 AC 전압의 강도 및 진동 주파수를 변경함으로써 변경될 수 있다.
도 65는 촉각 컨트롤러를 도시하는 개략적인 사시도이다. 촉각 컨트롤러(121)는 추가적인 소자로서의 제어 유닛(112)을 제외하고는 압력 센서(111)와 동일한 구성을 가진다. 촉각 컨트롤러(121)는 도 1 및 도 2를 참조하여 기술된 모션 센서(1)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 모션 센서(1)는 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 포함한다. 촉각 컨트롤러(121)는 AC 전원(92), 출력 검출 유닛(112), 및 제어 유닛(122)을 더 포함할 수 있다. 출력 검출 유닛(112)은 또한 차분 회로(93) 및 압력 검출 유닛(113)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 전극(6A) 및 전극(6C)은 간격을 두어 X-축 방향으로 정렬될 수 있다. 전극(6B) 및 전극(6D)은 간격을 두어 Y-축 방향으로 정렬될 수 있다. AC 전원(92)은 전극(6A 및 6C)에 접속되어 전극(6A)과 전극(6C) 간에 여기 전압을 인가한다. 출력 검출 유닛(112)은 전극(6B 및 6D)에 접속된다. 차분 회로(94)의 2개의 입력은 전극(6B 및 6D)에 접속된다. 압력 검출 유닛(113)은 차분 회로(94)의 출력에 접속 된다. 그러므로, 압력 검출 유닛(113)은 차분 회로(94)를 통해 전극(6B 및 6D)에 접속된다.
제어 유닛(122)은 AC 전원(92) 및 압력 검출 유닛(113) 간에 접속된다. 제어 유닛(122)은 압력 검출 회로(113)로부터 검출된 압력 신호를 수신한다. 제어 유닛(122)은 검출된 압력 신호에 기초하여 제어 신호를 생성한다. 제어 유닛(122)은 전극(6A 및 6C)으로의 AC 전압 입력을 제어하도록 제어 신호를 AC 전원(92)에 제공한다. 제어 유닛(122)은 압력 검출 유닛(113)으로부터 검출된 압력 신호에 기초하여, 입력 AC 전압의 강도 및 진동 주파수를 제어하도록 구성된다. 입력 AC 전압의 강도 및 진동 주파수를 제어하면 진동하는 추(4)를 접촉하는 촉각 또는 느낌을 제어할 수 있다.
촉각 컨트롤러(121)가 도 64에 도시된 모션 센서(116)의 어레이를 포함하는 변형이 가능하다. 각 모션 센서는 상술한 모션 센서(1)의 구성과 거의 동일한 구성을 가진다. 촉각 컨트롤러(121)는 기판(2), 기판(2) 상의 압전 막(5), 및 압전 막(5) 상의 유닛 어레이를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 도 65에 도시된 바와 같이 각 유닛은 추(4), 및 전극(6A, 6B, 6C, 및 6D)을 포함할 수 있다. 도 65에 도시된 바와 같이 각 유닛은 또한 AC 전원 및 출력 검출 유닛에 접속된다. 2-차원 촉각 컨트롤러를 실현할 수 있다. 2-차원 촉각 컨트롤러는 점자식 디스플레이에 적용될 수 있다.
추(4)를 타원형으로 진동시키도록 X-축 및 Y-축을 따르는 방향으로 2개의 진동 성분을 결합하는 다른 변형 또한 가능하다. 타원형으로 진동되는 추(4)를 접촉 하는 것은 다른 접촉 촉각 또는 느낌을 제공한다.
변형
모션 센서, 가속도계, 경사 센서, 압력 센서, 및 촉각 컨트롤러는 실시예에서 상술한 것들에 제한되지 않아야 한다.
기판은 절연체, 도체 또는 반도체로 이루어질 수 있다. 기판에 대한 절연체의 통상적인 예로는, 붕규산염 유리, 수정 유리, 석영, 알루미나, 질화실리콘(SiN), 유리 세라믹, 산화 지르코늄, 수정, 및 사파이어를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 기판용 도체의 통상적인 예로는 금속 및 합금을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 기판용 반도체의 통상적인 예로는 실리콘(Si) 및 탄화실리콘(SiC)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 압전 막은 유기 재료로 이루어질 수 있다. 압전 막용 유기 재료의 예로는 폴리우레아, PVDF(polyvinylidene difluoride) 등의 압전중합체, 및 AlN 및 ZnO 등의 압전세라믹을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 유기 압전 막은 PVDF(polyvinylidene difluoride), P의 공중합체(VDF/TrFE)=VDF(vinylidene fluoride)와 TrFE(trifluoro ethylene), P의 공중합체(VDF/TeFE)=VDF(vinylidene fluoride)와 TeFE(terrafluoroethylene), 및 대안적인 P의 공중합체(VDCN/VAc)=VDCN(vinylidene cyanide)와 VAc(vinyl acetate) 중 적어도 임의의 하나를 포함할 수 있다.
상술한 모션 센서는 그 사이즈를 줄이고, 그 제조 비용을 줄이고, 그 충격 저항을 줄이는 데에 적합하다. 상술한 모션 센서는 차량, 악기, 셀룰러폰, 게임 기기, 및 리모트 컨트롤러 등의 개체의 의향 및 모션을 검출하는 데에 유용하다.
본원에 이용되는, 다음의 방향 용어 "앞으로, 후방으로, 위에, 아래로, 세로, 가로, 밑에, 및 가로질러" 및 임의의 기타 유사한 방향 용어는 본 발명에 장착된 장치의 방향을 칭하는 것이다. 따라서, 본 발명을 기술하는 데에 이용되는 용어는 본 발명에 장착된 장치에 관련하여 해석되어야 한다.
용어 "구성된"은 장치의 일부, 섹션, 또는 성분이 원하는 기능을 수행하도록 구성되고/거나 프로그래밍된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다는 것을 설명하는 데에 이용된다.
또한, 청구범위의 "수단-추가 기능"으로서 기술된 용어는 본 발명의 일부의 기능을 수행하는 데에 이용될 수 있는 임의의 구조를 포함해야 한다.
본원에 기술된 "대략", "약, 및 "어림잡아" 등의 정도의 용어는 최종 결과가 크게 변형되지 않도록 수정되는 용어의 합리적인 정도의 편차를 의미한다. 예를 들면, 이들 용어는 이들 용어가 수정하고자 하는 단어의 의미가 그 편차에 의해 없어지지 않는다면 이 수정되는 용어의 적어도 ±5 퍼센트의 편차를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상술되었고 도시되었지만, 이들은 본 발명을 예시하는 것이지 한정하는 것이 아니라고 이해되어야 한다. 추가, 생략, 대체, 및 기타 변형이 본 발명의 범주 또는 사상을 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 앞선 설명에 의해 제한되는 것으로 여겨지지 않으며, 오직 특허 청구범위의 범주에 의해서만 제한된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모션 센서를 도시하는 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 X-축을 따라 이루어진, 모션 센서의 세로 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 3의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 4의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 6은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 5의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 7은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 6의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 8은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 7의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 9는 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 8의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 10은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 9의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 11은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 10의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 12는 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 11의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 13은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 12의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 14는 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 13의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 15는 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 14의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 16은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 15의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 17은 도 1 및 도 2에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 16의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 18은 도 17의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 19는 폴리우레아 막 및 전극 막을 증착하도록 설계된 증착 시스템의 구성을 도시하는 개략도.
도 20a는 압전 막 및 전극 막이 구부러져서 압전 막에 압축 응력을 가하는 빔을 도시하는 세로 단면도.
도 20b는 압전 막 및 전극 막이 구부러져서 압전 막에 신장 응력을 가하는 빔을 도시하는 세로 단면도.
도 21a는 Z-축 방향으로 가속도를 가할 때의 모션 센서를 도시하는 세로 단면도.
도 21b는 모션 센서에 도 21a에 도시된 Z-축 방향으로 가속도가 가해질 때 전극과 이 전극에서 나타나는 출력의 관계를 도시하는 표.
도 22a는 X-축 방향으로 가속도를 가할 때의 모션 센서를 도시하는 세로 단면도.
도 22b는 모션 센서에 도 22a에 도시된 X-축 방향으로 가속도가 가해질 때 전극과 이 전극에서 나타나는 출력의 관계를 도시하는 표.
도 23은 3 축 가속도를 검출하는 가속도계를 도시하는 개략도.
도 24는 도 1의 모션 센서의 전극에 나타나는 출력 전압과 3 축 가속도 간의 관계를 나타내는 표.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모션 센서를 도시하는 측면도.
도 26은 도 25의 모션 센서를 도시하는 평면도.
도 27은 도 25 및 26의 모션 센서의 소자의 폴리우레아 압전 막의 분극화에 이용될 수 있는 분극화 시스템의 구성의 일례를 도시하는 개략도.
도 28은 도 25 및 도 26에 도시된 단축 모션 센서(41)의 동작 검사를 하기 위한 계측 시스템을 도시하는 개략도.
도 29는 Z-축 방향으로 강한 충격의 가속도를 가할 때의 도 15 및 도 26에 도시된 모션 센서(41)로부터의 시간에 따른 출력 전압의 변이를 나타내는 도면.
도 30은 도 29에 도시된 출력 전압의 감소된 진폭에 대한 고속 퓨리에 변환 분석의 결과를 나타내는 도면.
도 31은 모션 센서의 주파수 특징을 나타내는 도면.
도 32는 본 발명의 제3 실시예에 따른 모션 센서를 도시하는 세로 단면도.
도 33은 도 32의 모션 센서를 도시하는 평면도.
도 34는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 35는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 34의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 36은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 35의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 37은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 36의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 38은 도 37에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 39는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 36 및 도 37의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 40은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 39의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 41은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 40의 단계 다음의 단계를 도시하는 단편적인 세로 단면도.
도 42는 도 41에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 43은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 41 및 도 42의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 44는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 43의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 45는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 44의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 46은 도 45에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 47은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 45 및 도 46의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 48은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 47의 단계 다음의 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 49는 도 48에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 50은 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 48 및 도 49의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 51은 도 50에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 52는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 50 및 도 51의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 53은 도 52에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 54는 도 32 및 도 33에 도시된 모션 센서를 형성하기 위한 공정에 포함되는, 도 52 및 도 53의 단계 다음의 순차적인 단계를 나타내는 단편적인 세로 단면도.
도 55는 도 54에 나타난 단계를 나타내는 평면도.
도 56은 코리올리의 힘을 이용하는 회전 속도 센서를 도시하는 개략적인 사시도.
도 57a는 AC 전압이 도 56에 도시된 회전 속도 센서의 전극들에 인가될 때 추들을 포함하는 빔의 X-축의 방향으로의 진동을 나타내는 세로 단면도.
도 57b는 도 57a에 도시된 회전 속도 센서의 전극들로의 AC 전압 입력과 전극들의 관계를 나타내는 표.
도 58은 모션 센서를 이용하는 2방향 경사 센서를 도시하는 개략적인 사시도.
도 59는 도 58의 2방향 경사 센서의 전극들에 AC 전압이 인가될 때의 추의 X-축 방향으로의 진동 또는 스윙을 나타내는 세로 단면도.
도 60은 도 58의 2방향 경사 센서의 공진 주파수 특징을 나타내는 도면.
도 61은 모션 센서를 이용하는 다른 2방향 경사 센서를 도시하는 개략적인 사시도.
도 62는 모션 센서를 포함하는 압력 센서를 도시하는 개략적인 사시도.
도 63은 도 62의 압력 센서의 공진 주파수 특징을 도시하는 도면.
도 64는 모션 센서의 어레이를 포함하는 다른 압력 센서를 도시하는 개략적인 사시도.
도 65는 촉각 컨트롤러를 도시하는 개략적인 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 모션 센서
2: 기판
4: 추
5: 압전 막
6A, 6B, 6C, 6D: 전극
31: 가속도계
101: 경사 센서
111: 압력 센서
121: 촉각 컨트롤러

Claims (11)

  1. 기판,
    상기 기판에 의해 지지되는 빔 - 상기 빔은 탄성적으로 변형가능함 - ,
    상기 빔에 부착된 추(weight),
    상기 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재되는 압전 막 - 상기 압전 막은 유기 압전 막을 포함함 - , 및
    상기 압전 막 상의 제1 전극
    을 포함하는 모션 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 상의 절연막, 및
    상기 절연막 상의 제2 전극 - 상기 제2 전극은 상기 절연막에 의해 상기 빔으로부터 전기적으로 분리되고, 상기 제2 전극은 상기 압전 막 아래에 있음 -
    을 더 포함하고,
    상기 압전 막은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되는 모션 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 도전성 재료로 이루어져 있으며,
    상기 빔은 제2 전극으로서 기능하여 상기 압전 막이 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되도록 하는 모션 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 압전 막은 폴리우레아를 포함하는 모션 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 그 한쪽이 상기 기판에 의해 지지되는 모션 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 그 양쪽 모두가 상기 기판에 의해 지지되는 모션 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 추는 상기 빔의 중앙 영역에 부착되고,
    상기 제1 전극은 상기 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함하는 모션 센서.
  8. 기판,
    그 양쪽 모두가 상기 기판에 의해 지지되는 빔 - 상기 빔은 탄성적으로 변형가능함 - ,
    상기 빔의 중앙 영역에 부착된 추,
    상기 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재되는 압전 막 - 상기 압전 막은 유기 압전 막을 포함함 - , 및
    상기 압전 막 상의 제1 전극 - 상기 제1 전극은 상기 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함함 -
    을 포함하는 모션 센서, 및
    상기 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속되는 출력 검출 유닛 - 상기 출력 검출 유닛은 상기 전극 패턴들 중 상기 적어도 2개로부터의 출력을 검출하고, 상기 출력 검출 유닛은 가속도가 상기 추에 가해질 때 상기 전극 패턴들 중 상기 적어도 2개에서 나타나는 출력에 기초하여 가속도를 검출하는 가속도 검출 유닛을 포함함 -
    을 포함하는 가속도계.
  9. 경사 센서로서,
    기판,
    그 양쪽 모두가 상기 기판에 의해 지지되는 빔 - 상기 빔은 탄성적으로 변형가능함 - ,
    상기 빔의 중앙 영역에 부착된 추,
    상기 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재되는 압전 막 - 상기 압전 막은 유기 압전 막을 포함함 - , 및
    상기 압전 막 상의 제1 전극 - 상기 제1 전극은 상기 추 주변에 배치되는 복 수의 전극 패턴을 포함함 -
    을 포함하는 모션 센서,
    상기 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된 여기 전압 인가 유닛 - 상기 여기 전압 인가 유닛은 상기 전극 패턴들 중 상기 적어도 2개에 여기 전압을 인가함 - , 및
    다른 전극 패턴들에 접속된 출력 검출 유닛 - 상기 출력 검출 유닛은 상기 다른 전극 패턴들로부터의 출력을 검출하고, 상기 출력 검출 유닛은 공진 주파수의 변화에 기초하여 상기 경사 센서의 기울임 각을 검출하는 경사 검출 유닛을 포함하고, 상기 공진 주파수의 변화는 상기 추의 경사에 의해 일어남 -
    을 포함하는 경사 센서.
  10. 압력 센서로서,
    기판,
    그 양쪽 모두가 상기 기판에 의해 지지되는 빔 - 상기 빔은 탄성적으로 변형가능함 - ,
    상기 빔의 중앙 영역에 부착된 추,
    상기 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재되는 압전 막 - 상기 압전 막은 유기 압전 막을 포함함 - , 및
    상기 압전 막 상의 제1 전극 - 상기 제1 전극은 상기 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함함 -
    을 포함하는 모션 센서,
    상기 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된 여기 전압 인가 유닛 - 상기 여기 전압 인가 유닛은 상기 전극 패턴들 중 상기 적어도 2개에 여기 전압을 인가함 - , 및
    다른 전극 패턴들에 접속된 출력 검출 유닛 - 상기 출력 검출 유닛은 상기 다른 전극 패턴들로부터의 출력을 검출하고, 상기 출력 검출 유닛은 공진 주파수의 변화에 기초하여 상기 경사 센서에 가해지는 외부 압력을 검출하는 압력 검출 유닛을 포함하고, 상기 공진 주파수의 변화는 상기 추에 외부 압력을 가함으로써 일어남 -
    을 포함하는 압력 센서.
  11. 촉각 컨트롤러로서,
    기판,
    그 양쪽 모두가 상기 기판에 의해 지지되는 빔 - 상기 빔은 탄성적으로 변형가능함 - ,
    상기 빔의 중앙 영역에 부착된 추,
    상기 빔의 적어도 일부에 따르며 이를 따라 연재되는 압전 막 - 상기 압전 막은 유기 압전 막을 포함함 - , 및
    상기 압전 막 상의 제1 전극 - 상기 제1 전극은 상기 추 주변에 배치되는 복수의 전극 패턴을 포함함 -
    을 포함하는 모션 센서,
    상기 전극 패턴들 중 적어도 2개에 접속된 여기 전압 인가 유닛 - 상기 여기 전압 인가 유닛은 상기 전극 패턴들 중 상기 적어도 2개에 여기 전압을 인가함 - ,
    다른 전극 패턴들에 접속된 출력 검출 유닛 - 상기 출력 검출 유닛은 상기 다른 전극 패턴들로부터의 출력을 검출함 - , 및
    상기 여기 전압 인가 유닛과 상기 출력 검출 유닛 간에 접속되는 촉각 제어 유닛 - 상기 촉각 제어 유닛은 상기 추를 접촉할 때 일어나는 공진 주파수의 변화에 기초하여 상기 여기 전압을 제어함 - 을 포함하는 촉각 컨트롤러.
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Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006011370A1 (de) * 2006-03-09 2007-09-20 Eppendorf Ag Vorrichtung zum Mischen insbesondere von Laborgefäß-Inhalten mit einem Sensor
JP5005627B2 (ja) 2008-07-10 2012-08-22 任天堂株式会社 情報処理プログラムおよび情報処理装置
EP2327960B1 (en) * 2008-08-18 2019-10-09 Hitachi, Ltd. Micro electro mechanical system
KR101001477B1 (ko) * 2009-02-27 2010-12-14 아주대학교산학협력단 바이오-메디컬 응용을 위한 상압 저온 마이크로 플라즈마 분사 장치
DE102009026738A1 (de) * 2009-06-04 2010-12-09 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Beschleunigungssensor und Verfahren zur Herstellung eines Beschleunigungssensors
KR101353013B1 (ko) * 2009-10-14 2014-01-22 도요타 지도샤（주） 시트 형상 촉각 센서 시스템
US8386042B2 (en) * 2009-11-03 2013-02-26 Medtronic Minimed, Inc. Omnidirectional accelerometer device and medical device incorporating same
TWI392854B (zh) * 2009-11-25 2013-04-11 Edison Opto Corp 粒子移動式方位感測器
KR101119283B1 (ko) * 2009-12-22 2012-06-05 삼성전기주식회사 관성 센서 및 그 제조 방법
GB2482190A (en) * 2010-07-23 2012-01-25 New Transducers Ltd Methods of generating a desired haptic sensation in a touch sensitive device
JP5764885B2 (ja) * 2010-08-17 2015-08-19 セイコーエプソン株式会社 集積回路装置及び電子機器
CN102322984A (zh) * 2011-05-30 2012-01-18 吉林大学 多种类型微载荷检测装置
JP5776334B2 (ja) * 2011-05-31 2015-09-09 セイコーエプソン株式会社 応力検出素子、センサーモジュール、電子機器、及び把持装置
KR101354757B1 (ko) * 2011-11-18 2014-01-22 삼성전기주식회사 관성센서
KR20130071040A (ko) * 2011-12-20 2013-06-28 삼성전기주식회사 관성센서
CN102722929B (zh) * 2012-06-18 2015-02-11 重庆大学 基于运动传感器的门禁控制系统
US9164121B2 (en) 2012-11-07 2015-10-20 Empire Technology Development Llc Motion sensing
JP5655925B2 (ja) * 2013-12-24 2015-01-21 セイコーエプソン株式会社 応力検出素子、触覚センサー、および把持装置
JP2014062918A (ja) * 2013-12-25 2014-04-10 Seiko Epson Corp 応力検出素子、触覚センサー、および把持装置
JP2015224893A (ja) * 2014-05-26 2015-12-14 Tdk株式会社 角速度センサ
CN104266788A (zh) * 2014-09-04 2015-01-07 上海工程技术大学 一种柔性电容压力传感装置
JP6309498B2 (ja) * 2015-09-11 2018-04-11 株式会社鷺宮製作所 静電容量検出式圧力スイッチ及び圧力センサ
TWI620920B (zh) * 2015-09-23 2018-04-11 中原大學 多軸向壓電應力感測元件、多軸向壓電應力感測元件極化之方法及其壓電感應偵測系統
JP5995212B1 (ja) * 2016-01-13 2016-09-21 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 物理量センサ
JP6508109B2 (ja) * 2016-04-13 2019-05-08 株式会社Sumco 工作機械のレベリングマウント調整方法およびそれを用いたワークの研削加工方法
CN109475079B (zh) 2016-07-22 2023-03-14 哈曼国际工业有限公司 触觉驾驶引导系统
KR102653711B1 (ko) * 2016-11-29 2024-04-01 엘지디스플레이 주식회사 접촉 감응 소자 및 그를 포함하는 표시 장치
CN106706108B (zh) * 2017-03-10 2023-04-28 中北大学 基于压电效应的mems同振型球形振子矢量水听器
CN107063438B (zh) * 2017-03-10 2023-04-28 中北大学 基于压电效应的mems三维同振型矢量水听器
DE102017115667A1 (de) * 2017-07-12 2019-01-17 Tdk Electronics Ag Verfahren zum Messen eines Verhaltens eines MEMS-Bauelements
CN113050824B (zh) * 2017-08-10 2022-05-31 荣耀终端有限公司 一种确定目标操作的方法、压力检测装置及终端设备
US10999684B1 (en) 2020-01-17 2021-05-04 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. MEMS microphone and method of manufacturing the MEMS microphone
TWI765232B (zh) * 2020-02-21 2022-05-21 國立清華大學 加速度感測結構及加速度感測器
IT202000003868A1 (it) * 2020-02-25 2021-08-25 St Microelectronics Srl Inclinometro mems avente ridotto errore di rettificazione di vibrazioni
TWI788671B (zh) * 2020-06-02 2023-01-01 晶極光電科技股份有限公司 多孔壓力感測器的製造方法及其裝置
CN112945362A (zh) * 2021-01-29 2021-06-11 长安大学 一种轴重、车速动态感知装置及测量方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08166243A (ja) 1994-12-15 1996-06-25 Miyota Kk 角速度センサ
JPH08201067A (ja) 1995-01-27 1996-08-09 Miyota Kk 角速度センサ
JP3585980B2 (ja) 1995-02-21 2004-11-10 株式会社ワコー 角速度センサ
JP2001124562A (ja) 1999-10-29 2001-05-11 Kyocera Corp 圧電ジャイロ
KR100761367B1 (ko) 2005-07-04 2007-10-05 류이하 무즙을 이용한 전분질원료의 주류 및 그 제조방법

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