KR20120105161A - 관성 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

관성 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 관성센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서(100)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측으로부터 연장되며 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면(120a)이 테어퍼진 제1 질량체(120), 제1 질량체(120)의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 질량체(125), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면(130a)이 테이퍼진 제1 포스트(130) 및 제1 포스트(130)의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 포스트(135)를 포함하는 구성이며, 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 제1 포스트(130)의 측면(130a)을 테이퍼지도록 형성함으로써, 멤브레인(110)과의 연결 부위가 보강할 수 있다.

Description

관성 센서 및 그 제조방법{Inertial Sensor and Method of Manufacturing The Same}
본 발명은 관성센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 관성센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 관성센서는 가속도와 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 가용성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 관성센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출할 수 있고, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출할 수 있는 것이다.
구체적으로, 관성센서를 이용하여 가속도와 각속도를 측정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 가속도는 뉴톤의 운동법칙 "F=ma" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서, "F"는 질량체에 작용하는 관성력, "m"은 질량체의 질량, "a"는 측정하고자 하는 가속도이다. 따라서, 질량체에 작용하는 힘(F)을 측정하여 일정값인 질량체의 질량(m)으로 나누면, 가속도(a)를 구할 수 있다. 한편, 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force) "F=2mΩ?v" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 질량체에 작용하는 코리올리힘, "m"은 질량체의 질량, "Ω"는 측정하고자 하는 각속도, "v"는 질량체의 운동속도이다. 이중, 질량체의 운동속도(v)와 질량체의 질량(m)은 이미 인지하고 있는 값이므로, 질량체에 작용하는 코리올리힘(F)을 측정하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 관성센서가 관성력(F)을 이용하여 가속도(a)를 측정할 때, 상기 질량체에는 관성력(F)에 의하여 변위가 발생하게 된다. 또한, 관성센서가 코리올리힘(F)을 이용하여 각속도(Ω)를 측정할 때, 상기 질량체를 운동속도(v)로 진동시켜야 한다. 이와 같이, 가속도(a)나 각속도(Ω)를 측정하기 위해서는 질량체의 이동이 필수적이다. 그런데, 종래기술에 따른 관성센서의 제조방법의 경우, 멤브레인의 하면에 질량체를 에칭하여 형성할 때, 과에칭(over etch)으로 인하여 멤브레인과 질량체의 연결 부위에 언더컷(undercut)이나 노치(notch)가 발생한다. 따라서, 가속도(a)나 각속도(Ω)를 측정하기 위해서 질량체가 멤브레인의 탄성에 따라 반복적으로 이동하거나, 관성센서가 자유낙하하여 강력한 충격을 받는 경우, 질량체가 멤브레인으로부터 분리되는 등 신뢰성이 떨어지는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 멤브레인에 접하는 질량체의 상단에 테이퍼를 형성하여 멤브레인과 질량체의 연결 부위를 보강할 수 있는 관성센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서는 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면이 테어퍼진 제1 질량체, 상기 제1 질량체의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면이 테이퍼진 제1 포스트 및 상기 제1 포스트의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 포스트를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제1 질량체와 상기 제1 포스트는 <100> 방향 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 질량체와 상기 제2 포스트는 <110> 방향 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 포스트는 상기 제1 질량체의 측면과 대향하는 내측면만 테이퍼진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 질량체의 두께는 상기 제2 질량체의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 포스트의 두께는 상기 제2 포스트의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 질량체 및 상기 제1 포스트는 실리콘에 습식 에칭을 수행하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 질량체 및 상기 제2 포스트는 실리콘에 습식 에칭을 수행하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 질량체와 상기 제1 포스트는 접합층으로 상기 멤브레인에 접합된 것으로 특징으로 한다.
또한, 상기 접합층은 산화실리콘으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법은 (A) 제1 실리콘, 제2 실리콘, 멤브레인 순으로 적층된 판상의 베이스 부재를 준비하는 단계, (B) 상기 제1 실리콘의 중앙부분과 테두리 사이를 상기 멤브레인 방향으로 갈수록 단면적이 일정하도록 제거하여 상기 제1 실리콘의 중앙부분에 제2 질량체를 형성하고, 상기 제1 실리콘의 테두리에 제2 포스트를 형성하는 단계 및 (C) 상기 제2 질량체와 상기 제2 포스트로부터 노출된 상기 제2 실리콘을 상기 멤브레인 방향으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 측면이 테이퍼지게 제거하여 상기 제2 질량체로부터 연장된 제1 질량체와 상기 제2 포스트로부터 연장된 제1 포스트를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 실리콘은 <110> 방향 실리콘이고, 상기 제2 실리콘은 <100> 방향 실리콘인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (C) 단계에서, 상기 제1 포스트는 상기 제1 질량체의 측면과 대향하는 내측면만 테이퍼진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제1 실리콘의 두께는 상기 제2 실리콘의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B) 단계와 상기 (C) 단계에서, 상기 제1 실리콘과 상기 제2 실리콘은 습식 에칭을 수행하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 습식 에칭은 KOH 또는 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 제2 실리콘과 상기 멤브레인 사이에는 접합층이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접합층은 산화실리콘으로 형성되고, 상기 (C) 단계에서, 상기 제2 실리콘을 습식 에칭으로 제거할 때, 상기 접합층은 에칭 정지층 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 멤브레인에 접하는 질량체의 상단에 테이퍼를 형성하여 멤브레인과 질량체의 연결 부위를 보강함으로써, 가속도나 각속도를 측정하기 위해서 질량체가 멤브레인의 탄성에 따라 반복적으로 이동하더라도 질량체가 멤브레인으로부터 분리되지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 질량체의 상단 뿐만 아니라, 포스트의 상단에도 테이퍼를 형성함으로써, 관성센서가 자유낙하하여 강력한 충격을 받더라도 질량체와 포스트가 멤브레인으로부터 분리되지 않는 낙하 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래의 건식 에칭 대신에 습식 에칭을 이용하여 질량체와 포스트를 형성함으로써, 관성센서의 제조비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 단면도; 및
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면(120a)이 테어퍼진 제1 질량체(120), 제1 질량체(120)의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 질량체(125), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면(130a)이 테이퍼진 제1 포스트(130) 및 제1 포스트(130)의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 포스트(135)를 포함하는 구성이다.
상기 멤브레인(110)은 판상으로 형성되고 제1 질량체(120) 및 제2 질량체(125)가 진동할 수 있도록 탄성을 갖는다. 여기서, 멤브레인(110)의 경계는 정확히 구별되는 것은 아니지만, 멤브레인(110) 중앙의 중앙부분(113)과 멤브레인(110)의 외곽을 따라 구비된 테두리(115)로 구획될 수 있다. 이때, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에는 제1 질량체(120) 및 제2 질량체(125)가 구비되므로, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)은 제1 질량체(120) 및 제2 질량체(125)의 움직임에 대응하는 변위가 발생한다. 또한, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에는 제1 포스트(130) 및 제2 포스트(135)가 구비되어, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)을 지지하는 역할을 수행한다. 한편, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이는 탄성변형되므로, 구동수단을 배치하여 질량체(120, 125)를 진동시키거나 감지수단을 배치하여 질량체(120, 125)의 변위를 측정할 수 있다. 다만, 구동수단과 감지수단은 반드시 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이에 배치하여야 하는 것은 아니고, 일부가 멤브레인(110)의 중앙부분(113)이나 테두리(115)에 배치될 수 있음은 물론이다. 여기서, 구동수단과 감지수단은 판상 구조체인 하나의 압전체(140)에 다수의 전극을 형성하여 구현할 수 있다. 예를 들어, 구동수단은 압전체(140)에 구동전극(145)을 형성하여 구현할 수 있고, 감지수단은 압전체(140)에 감지전극(143)을 형성하여 구현할 수 있다. 구동수단과 감지수단을 압전방식을 기준으로 기술하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 본 실시예에 따른 관성센서(100)는 압저항방식이나 정전용량방식일 수도 있다.
상기 제1 질량체(120) 및 제2 질량체(125)는 관성력이나 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 제1 질량체(120), 제2 질량체(125) 순으로 구비된다. 여기서, 제1 질량체(120)는 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면(120a)이 테이퍼진 원뿔대 형상 또는 다각뿔대 형상으로 형성된다. 또한, 제2 질량체(125)는 제1 질량체(120)의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 원기둥 형상(제1 질량체(120)가 원뿔대 형상인 경우) 또는 다각기둥 형상(제1 질량체(120)가 다각뿔대 형상인 경우)으로 형성된다. 이때, 서로 접하는 제1 질량체(120) 하면과 제2 질량체(125) 상면은 상호 대응하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 포스트(130) 및 제2 포스트(135)는 중공(中空)형으로 형성되어 멤브레인(110)을 지지함으로써 제1 질량체(120) 및 제2 질량체(125)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주는 역할을 하는 것으로, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 제1 포스트(130), 제2 포스트(135) 순으로 구비된다. 여기서, 제1 포스트(130)는 멤브레인(110)의 테두리(115)로부터 하부로 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면(130a)이 테이퍼진 형상으로 형성된다. 이때, 제1 포스트(130)는 습식 에칭을 통해서 형성되므로 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 대향하는 내측면(130a)만 테이퍼질 수 있다. 또한, 제2 포스트(135)는 제1 포스트(130)의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 형상으로 형성된다. 이때, 서로 접하는 제1 포스트(130)의 하면과 제2 포스트(135)의 상면은 상호 대응하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 제1 포스트(130)의 측면(130a)을 테이퍼지도록 형성함으로써, 멤브레인(110)과의 연결 부위가 보강할 수 있다. 따라서, 가속도나 각속도를 측정하기 위해서 질량체(120, 125)가 멤브레인(110)의 탄성에 따라 반복적으로 이동하거나 관성센서(100)가 자유낙하하여 강력한 충격을 받더라도 질량체(120, 125) 또는 포스트(130, 135)가 멤브레인(110)으로부터 쉽게 분리되지 않는 장점이 있다.
여기서, 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)는 <100> 방향 실리콘으로 형성된 것이 바람직하다. 이는 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 제1 포스트(130)의 측면(130a)이 테이퍼지도록 형성하기 위한 것으로, <100> 방향 실리콘을 습식 에칭하는 경우 방향성을 갖는 에칭이 이루어지므로 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 제1 포스트(130)의 측면(130a)에는 테이퍼가 형성된다.
또한, 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)는 <110> 방향 실리콘으로 형성된 것이 바람직하다. 이는 제2 질량체(125)의 측면(125a)과 제2 포스트(135)의 측면(135a)이 멤브레인(110)에 수직이되도록 형성하기 위한 것으로, <110> 방향 실리콘을 습식 에칭하는 경우 방향성을 갖는 에칭이 이루어지므로 제2 질량체(125)의 측면(125a)과 제2 포스트(135)의 측면(135a)은 멤브레인(110)에 수직이 되도록 형성된다.
한편, 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)는 멤브레인(110)과의 연결 부위를 보강시키는 역할을 수행하는 것이고, 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)는 실질적으로 종래기술의 질량체와 포스트와 같은 역할을 수행한다. 따라서, 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)의 두께(D1)는 각각 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)의 두께(D2)보다 얇은 것이 바람직하다.
또한, 제1 질량체(120)가 멤브레인(110)의 중앙부분(113)에 접합되어야 하고, 제1 포스트(130)가 멤브레인(110)의 테두리(115)에 접합되어야 하므로, 제1 질량체(120)와 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 사이 및 제1 포스트(130)와 멤브레인(110)의 테두리(115) 사이에는 접합층(150)이 구비될 수 있다. 여기서, 접합층(150)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 습식 에칭으로 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)를 형성할 때 에칭 정지층 역할을 하도록 산화 실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 접합층(150)을 에칭 정지층으로 활용하는 방안은 제조방법에서 상세히 기술하도록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)의 제조방법은 (A) 제1 실리콘(160), 제2 실리콘(170), 멤브레인(110) 순으로 적층된 판상의 베이스 부재를 준비하는 단계, (B) 제1 실리콘(160)의 중앙부분(163)과 테두리(165) 사이를 멤브레인(110) 방향으로 갈수록 단면적이 일정하도록 제거하여 제1 실리콘(160)의 중앙부분(163)에 제2 질량체(125)를 형성하고, 제1 실리콘(160)의 테두리(165)에 제2 포스트(135)를 형성하는 단계 및 (C) 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)로부터 노출된 제2 실리콘(170)을 멤브레인(110) 방향으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 측면(120a)이 테이퍼지게 제거하여 제2 질량체(125)로부터 연장된 제1 질량체(120)와 제2 포스트(135)로부터 연장된 제1 포스트(130)를 형성하는 단계를 포함하는 구성이다.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 판상의 베이스 부재를 준비하는 단계이다. 여기서, 베이스 부재는 제1 실리콘(160), 제2 실리콘(170), 멤브레인(110) 순으로 적층된 것이고, 추가적으로 제2 실리콘(170)과 멤브레인(110) 사이에는 산화실리콘 등의 접합층(150)이 구비될 수 있다. 이때, 제1 실리콘(160)은 <110> 방향 실리콘이고, 제2 실리콘(170)은 <100> 방향 실리콘인 것이 바람직하다. 이는 습식 에칭시 방향성을 갖는 에칭을 하기 위한 것이다. 또한, 제1 실리콘(160)은 최종적으로 종래기술의 질량체와 포스트와 같은 역할을 수행하는 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)를 형성하고, 제2 실리콘(170)은 최종적으로 멤브레인(110)과의 연결 부위가 보강시키는 역할을 수행하는 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)를 형성한다(도 4 참조). 따라서, 제1 실리콘(160)의 두께(D3)는 제2 실리콘(170)의 두께(D4)보다 두꺼운 것이 바람직하다. 한편, 멤브레인(110) 상에는 압전체(140), 구동전극(145), 감지전극(143)으로 이루어진 구동수단과 감지수단이 형성될 수 있다.
다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)를 형성하는 단계이다. 여기서, 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)는 제1 실리콘(160)의 중앙부분(163)과 테두리(165) 사이(도 2 참조)를 제거하여 형성하는 것으로, 제1 실리콘(160)의 중앙부분(163)이 제2 질량체(125)가 되고 제1 실리콘(160)의 테두리(165)가 제2 포스트(135)가 된다. 이때, 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)는 멤브레인(110) 방향으로 갈수록 단면적이 일정하도록 형성되고, 그에 따라 제2 질량체(125)의 측면(125a)과 제2 포스트(135)의 측면(135a)은 멤브레인(110)과 수직을 이루게된다. 전술한 바와 같이, 제1 실리콘(160)은 <110> 방향 실리콘이므로, 습식 에칭으로 제1 실리콘(160)의 중앙부분(163)과 테두리(165) 사이를 제거할 때, 수직 방향의 방향성을 갖는 에칭을 수행할 수 있는 것이다. 또한, 상기 습식 에칭은 KOH 또는 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)를 이용하여 수행할 수 있다.
다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)를 형성하는 단계이다. 여기서, 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)는 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)로부터 노출된 제2 실리콘(170; 도 3 참조)을 제거하여 형성하는 것으로, 제2 실리콘(170) 중 제2 질량체(125)에 대응하는 부분이 제1 질량체(120)가 되고 제2 실리콘(170) 중 제2 포스트(135)에 대응하는 부분이 제1 포스트(130)가 된다. 이때, 제1 질량체(120)와 제1 포스트(130)는 멤브레인(110) 방향으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 형성되고, 그에 따라 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 제1 포스트(130)의 측면(130a)은 테이퍼가 형성된다. 단, 제2 실리콘(170) 중 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)로부터 노출된 부분만을 제거하여 제1 포스트(130)를 형성하므로, 제1 질량체(120)의 측면(120a)과 대향하는 제1 포스트(130)의 내측면(130a)에만 테이퍼가 형성된다. 전술한 바와 같이, 제2 실리콘(170)은 <100> 방향 실리콘이므로, 습식 에칭으로 제2 실리콘(170) 중 제2 질량체(125)와 제2 포스트(135)로부터 노출된 부분을 제거할 때, 소정 각도의 방향성을 갖는 에칭을 수행할 수 있는 것이다. 또한, 상기 습식 에칭은 KOH 또는 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)를 이용하여 수행할 수 있다. 한편, 접합층(150)은 산화실리콘으로 형성되었으므로, 제2 실리콘(170)을 습식 에칭으로 제거할 때, 접합층(150)이 에칭 정지층 역할을 수행하여 제2 실리콘(170)까지만 정확히 에칭할 수 있다. 이와 같이, 습식 에칭을 이용하여 제1 질량체(120), 제1 포스트(130), 제2 질량체(125) 및 제2 포스트(135)를 형성함으로써, 종래의 건식 에칭에 비해서 관성센서(100)의 제조비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 관성센서 110: 멤브레인
113: 멤브레인의 중앙부분 115: 멤브레인의 테두리
120: 제1 질량체 120a: 제1 질량체의 측면
125: 제2 질량체 125a: 제2 질량체의 측면
130: 제1 포스트 130a: 제1 포스트의 측면
135: 제2 포스트 135a: 제2 포스트의 측면
140: 압전체 143: 감지전극
145: 구동전극 150: 접합층
160: 제1 실리콘 163: 제1 실리콘의 중앙부분
165: 제1 실리콘의 테두리 170: 제2 실리콘
D1: 제1 질량체 및 제1 포스트의 두께
D2: 제2 질량체 및 제2 포스트의 두께
D3: 제1 실리콘의 두께 D4: 제2 실리콘의 두께

Claims (18)

  1. 판상의 멤브레인;
    상기 멤브레인의 중앙부분 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면이 테어퍼진 제1 질량체;
    상기 제1 질량체의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 질량체;
    상기 멤브레인의 테두리 하측으로부터 연장되어 하부로 갈수록 단면적이 감소하도록 측면이 테이퍼진 제1 포스트; 및
    상기 제1 포스트의 하측으로부터 단면적이 일정하도록 하부로 연장된 제2 포스트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 질량체와 상기 제1 포스트는 <100> 방향 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 질량체와 상기 제2 포스트는 <110> 방향 실리콘으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 포스트는 상기 제1 질량체의 측면과 대향하는 내측면만 테이퍼진 것을 특징으로 하는 관성센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 질량체의 두께는 상기 제2 질량체의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 관성센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 포스트의 두께는 상기 제2 포스트의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 관성센서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 질량체 및 상기 제1 포스트는 실리콘에 습식 에칭을 수행하여 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 질량체 및 상기 제2 포스트는 실리콘에 습식 에칭을 수행하여 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 질량체와 상기 제1 포스트는 접합층으로 상기 멤브레인에 접합된 것으로 특징으로 하는 관성센서.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 접합층은 산화실리콘으로 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  11. (A) 제1 실리콘, 제2 실리콘, 멤브레인 순으로 적층된 판상의 베이스 부재를 준비하는 단계;
    (B) 상기 제1 실리콘의 중앙부분과 테두리 사이를 상기 멤브레인 방향으로 갈수록 단면적이 일정하도록 제거하여 상기 제1 실리콘의 중앙부분에 제2 질량체를 형성하고, 상기 제1 실리콘의 테두리에 제2 포스트를 형성하는 단계; 및
    (C) 상기 제2 질량체와 상기 제2 포스트로부터 노출된 상기 제2 실리콘을 상기 멤브레인 방향으로 갈수록 단면적이 넓어지도록 측면이 테이퍼지게 제거하여 상기 제2 질량체로부터 연장된 제1 질량체와 상기 제2 포스트로부터 연장된 제1 포스트를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    상기 제1 실리콘은 <110> 방향 실리콘이고, 상기 제2 실리콘은 <100> 방향 실리콘인 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 (C) 단계에서,
    상기 제1 포스트는 상기 제1 질량체의 측면과 대향하는 내측면만 테이퍼진 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    상기 제1 실리콘의 두께는 상기 제2 실리콘의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 (B) 단계와 상기 (C) 단계에서,
    상기 제1 실리콘과 상기 제2 실리콘은 습식 에칭을 수행하여 제거하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 습식 에칭은 KOH 또는 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    상기 제2 실리콘과 상기 멤브레인 사이에는 접합층이 구비되는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 접합층은 산화실리콘으로 형성되고,
    상기 (C) 단계에서,
    상기 제2 실리콘을 습식 에칭으로 제거할 때, 상기 접합층은 에칭 정지층 역할을 하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454123B1 (ko) * 2013-08-29 2014-10-22 삼성전기주식회사 가속도 센서
KR101454124B1 (ko) * 2013-08-29 2014-10-22 삼성전기주식회사 가속도 센서
WO2017159979A1 (ko) * 2016-03-17 2017-09-21 부산대학교 산학협력단 압저항형 가속도계 및 압저항형 가속도계의 패키징 방법
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101454123B1 (ko) * 2013-08-29 2014-10-22 삼성전기주식회사 가속도 센서
KR101454124B1 (ko) * 2013-08-29 2014-10-22 삼성전기주식회사 가속도 센서
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