KR20130016607A - 관성센서 및 그 제조방법 - Google Patents

관성센서 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130016607A
KR20130016607A KR1020110078638A KR20110078638A KR20130016607A KR 20130016607 A KR20130016607 A KR 20130016607A KR 1020110078638 A KR1020110078638 A KR 1020110078638A KR 20110078638 A KR20110078638 A KR 20110078638A KR 20130016607 A KR20130016607 A KR 20130016607A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
post
lower cap
cap
spacer
Prior art date
Application number
KR1020110078638A
Other languages
English (en)
Inventor
김종운
이성준
정원규
최민규
박흥우
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020110078638A priority Critical patent/KR20130016607A/ko
Priority to US13/275,397 priority patent/US8973438B2/en
Publication of KR20130016607A publication Critical patent/KR20130016607A/ko
Priority to US14/610,949 priority patent/US20150211884A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/0076—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised in that the layers are not bonded on the totality of their surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/02—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by a sequence of laminating steps, e.g. by adding new layers at consecutive laminating stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/12—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by using adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating
    • B32B37/18—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/10—Removing layers, or parts of layers, mechanically or chemically
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/02—Local etching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5733—Structural details or topology
    • G01C19/5755—Structural details or topology the devices having a single sensing mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5719—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
    • G01C19/5769—Manufacturing; Mounting; Housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/135—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by making use of contacts which are actuated by a movable inertial mass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y10T156/1062—Prior to assembly
    • Y10T156/1064—Partial cutting [e.g., grooving or incising]

Abstract

본 발명은 관성센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서(100)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에 구비된 질량체(120), 멤브레인(110)을 지지하도록 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에 구비된 포스트(130) 및 질량체(120)와 포스트(130)를 덮도록 테두리(153)가 포스트(130)의 하면에 접착제(140)로 접착되고, 접착제(140)가 유입되는 제1 캐비티(155)가 테두리(153)에 형성된 하부캡(150; Bottom Cap)을 포함하는 구성이며, 하부캡(150)의 테두리(153)에 제1 캐비티(155)를 구비하여 접착제(140)를 제1 캐비티(155)로 유입시킴으로써, 접착제(140)가 포스트(130)의 내측으로 침투하는 것을 저지할 수 있다.

Description

관성센서 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 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 관성센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 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. 이중, 질량체에 작용하는 관성력(F)을 감지하여 일정값인 질량체의 질량(m)으로 나누면, 가속도(a)를 구할 수 있다. 또한, 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 감지하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
상술한 바와 같이, 관성센서가 가속도(a)를 측정할 때, 상기 질량체에는 관성력(F)에 의하여 변위가 발생하게 된다. 또한, 관성센서가 각속도(Ω)를 측정할 때, 상기 질량체를 운동속도(v)로 진동시켜야 한다. 이와 같이, 가속도(a)나 각속도(Ω)를 측정하기 위해서는 질량체의 이동이 필수적이고, 이동하는 질량체를 보호하기 위해서 질량체 하부에는 캡(Cap)이 구비되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 관성센서의 단면도이고, 도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 관성센서(10)는 멤브레인(1), 질량체(2), 포스트(3) 및 캡(4)으로 구성된다. 여기서, 질량체(2)와 캡(4) 사이의 간격(G)은 질량체(2)에 대한 공기의 감쇠력과 관련하여 관성센서(10)의 동적 특성에 영향을 준다. 이러한 질량체(2)와 캡(4) 사이의 간격(G)은 포스트(3)와 캡(4)을 접착시키는 접착제(5)의 두께에 영향을 받는다. 하지만, 통상 사용되는 접착제(5)는 점도가 낮아 두께를 제어하기 어렵고, 그에 따라 질량체(2)와 캡(4) 사이의 간격(G)을 정밀하게 구현하기가 매우 어렵다. 이와 같이, 질량체(2)와 캡(4) 사이의 간격(G)이 정밀하게 구현되지 않으면, 결국 관성센서(10)의 동적 특성이 악화되는 문제점이 존재한다.
게다가, 접착제(5)를 얇게 구현하기 위해서, 포스트(3)와 캡(4)을 접착시킬 때 포스트(3)와 캡(4)을 가압하면, 점도가 낮은 접착제(5)는 포스트(3)의 내측으로 침투하게 된다. 이와 같이, 접착제(5)가 포스트(3)의 내측으로 침투하면, 질량체(2)와 캡(4) 사이의 공간(S)이 감소하므로, 질량체(2)에 대한 공기의 감쇠력이 변화하여 관성센서(10)의 동적 특성이 악화될 수 있고, 양산에 있어 품질이 변동하는 산포(dispersion)가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 포스트(3)의 내측으로 침투하는 접착제(5)의 양이 많을 경우 접착제(5)가 질량체(2)에 직접 접착되어 관성센서(10)의 불량을 유발할 수 있는 문제점도 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 포스트와 접착하는 하부캡에 제1 캐비티를 구비하여 접착제를 유입시킴으로써, 접착제가 포스트의 내측으로 침투하는 것을 방지할 수 있고, 포스트와 하부캡 사이에 스페이서를 구비함으로써, 포스트와 하부캡의 간격을 정밀하게 구현할 수 있는 관성센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서는 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하측에 구비된 질량체, 상기 멤브레인을 지지하도록 상기 멤브레인의 테두리 하측에 구비된 포스트 및 상기 질량체와 상기 포스트를 덮도록 테두리가 상기 포스트의 하면에 접착제로 접착되고, 상기 접착제가 유입되는 제1 캐비티가 테두리에 형성된 하부캡을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 포스트와 상기 하부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고, 상기 포스트의 하면과 상기 하부캡의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스페이서는 상기 포스트와 상기 하부캡 사이의 최외측 또는 최내측을 따라 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부캡에는 상기 제1 캐비티가 2개 이상 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부캡의 중앙부분에는 상기 질량체와 이격되도록 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 포스트와 상기 하부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고, 상기 포스트의 하면과 상기 하부캡의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일하고, 상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성되며, 상기 질량체의 하면과 상기 스토퍼의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법은 (A) 하부캡를 준비하는 단계, (B) 상기 하부캡의 테두리에 제1 캐비티를 형성하는 단계, (C) 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하측에 구비된 질량체 및 상기 멤브레인을 지지하도록 상기 멤브레인의 테두리 하측에 구비된 포스트를 준비하는 단계 및 (D) 상기 질량체와 상기 포스트를 덮도록 상기 하부캡의 테두리를 상기 포스트의 하면에 접착제로 접착시키고, 상기 접착제가 상기 제1 캐비티로 유입되는 단계를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 (A) 단계 후에, 상기 하부캡의 상면에 소정두께를 갖는 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (D) 단계에서, 상기 포스트의 하면과 상기 하부캡의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스페이서를 형성하는 단계에서, 상기 포스트와 상기 하부캡 사이의 최외측 또는 최내측을 따라 상기 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (D) 단계 이후에, 상기 멤브레인과 상기 포스트 중 상기 스페이서의 상측에 대응하는 부분, 상기 하부캡 중 상기 스페이서의 하측에 대응하는 부분 및 상기 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스페이서를 형성하는 단계는, 산화층, 도금층 또는 포토레지스트층을 상기 하부캡에 형성하는 단계 및 상기 산화층, 상기 도금층 또는 상기 포토레지스트층를 선택적으로 패터닝하여 상기 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B) 단계에서, 상기 하부캡을 선택적으로 에칭하여 상기 제1 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B) 단계에서, 상기 제1 캐비티를 2개 이상 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (A) 단계 이후에, 상기 하부캡의 중앙부분에 두께방향으로 함몰된 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 (D) 단계에서, 상기 오목부는 상기 질량체와 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부를 형성하는 단계에서, 상기 하부캡을 선택적으로 에칭하여 상기 오목부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부를 형성하는 단계에서, 상기 오목부에 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부캡을 선택적으로 에칭하여 동시에 상기 제1 캐비티, 상기 오목부 및 상기 스토퍼를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 관성센서는 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하측에 구비된 질량체, 상기 멤브레인을 지지하도록 상기 멤브레인의 테두리 하측에 구비된 포스트 및 상기 멤브레인을 덮도록 테두리가 상기 멤브레인의 상면에 접착제로 접착되고, 상기 접착제가 유입되는 제2 캐비티가 테두리에 형성된 상부캡을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 멤브레인과 상기 상부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고, 상기 멤브레인의 상면과 상기 상부캡의 하면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부캡의 중앙부분에는 상기 멤브레인과 이격되도록 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 멤브레인과 상기 상부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고, 상기 멤브레인의 상면과 상기 상부캡의 하면의 간격은 상기 소정두께와 동일하고, 상기 오목부에는 상기 멤브레인 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성되며, 상기 멤브레인의 상면과 상기 스토퍼의 하면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 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, 하부캡에 제1 캐비티를 구비하여 접착제로 포스트와 하부캡을 접착시킬 때 접착제를 제1 캐비티로 유입시킴으로써, 접착제가 포스트의 내측으로 침투하는 것을 저지할 수 있고, 그에 따라 관성센서의 동적 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있고 품질이 변동하는 산포(dispersion) 발생을 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 접착제가 포스트의 내측으로 침투하여 질량체와 직접 접착되는 것을 막아, 관성센서의 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 포스트와 하부캡 사이에 스페이서를 구비함으로써, 기존의 접합공정을 이용하면서도 고수율로 포스트와 하부캡의 간격을 정밀하게 구현할 수 있고, 그에 따라 관성센서의 동적 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 포스트와 하부캡 사이에 스페이서를 구비하여 포스트와 하부캡의 간격을 정밀하게 구현함으로써, 하부캡에 구비된 스토퍼와 질량체 사이의 간격을 미세하게 구현할 수 있고, 그에 따라 관성센서의 충격 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 관성센서의 단면도;
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 단면도;
도 5 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정 단면도; 및
도 15는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 관성센서의 단면도이다.
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 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 단면도이 이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에 구비된 질량체(120), 멤브레인(110)을 지지하도록 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에 구비된 포스트(130) 및 질량체(120)와 포스트(130)를 덮도록 테두리(153)가 포스트(130)의 하면에 접착제(140)로 접착되고, 접착제(140)가 유입되는 제1 캐비티(155)가 테두리(153)에 형성된 하부캡(150; Bottom Cap)을 포함하는 구성이다.
상기 멤브레인(110)은 판상으로 형성되어 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는다. 여기서, 멤브레인(110)의 경계는 정확히 구별되는 것은 아니지만, 멤브레인(110) 중심의 중앙부분(113)과 멤브레인(110)의 외곽을 따라 구비된 테두리(115)로 구획될 수 있다. 이때, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에는 질량체(120)가 구비되어, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)은 질량체(120)의 움직임에 대응하는 변위가 발생한다. 또한, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에는 포스트(130)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)를 진동시키거나 감지수단을 배치하여 질량체(120)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, 구동수단이나 감지수단은 당업계에 공지된 압전방식, 압저항방식 또는 정전용량방식 등을 이용하여 구현할 수 있다.
상기 질량체(120)는 관성력이나 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것으로, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에 구비된다. 또한, 상기 포스트(130)는 중공(中空)형으로 형성되어 멤브레인(110)을 지지함으로써 질량체(120)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주는 역할을 하는 것으로, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에 구비된다. 여기서, 질량체(120)는 예를 들어 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 포스트(130)는 중심에 원기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 횡단면을 기준으로 볼 때, 질량체(120)는 원형으로 형성되고, 포스트(130)는 중앙에 원형의 개구가 구비된 사각형으로 형성되는 것이다. 다만, 질량체(120)와 포스트(130)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 질량체(120)와 포스트(130)를 형성할 수 있음은 물론이다.
전술한 질량체(120)와 포스트(130)는 실리콘 기판 등을 선택적으로 에칭하여 동시에 형성할 수 있다. 이와 같이, 질량체(120)와 포스트(130)를 에칭하여 동시에 형성하는 경우, 질량체(120)의 하면과 포스트(130)의 하면은 동일한 높이를 갖는다.
상기 하부캡(150)은 질량체(120)와 포스트(130)의 하측을 덮어 관성센서(100)의 하부를 보호하는 역할을 하는 것으로, 하부캡(150)의 테두리(153)가 포스트(130)의 하면에 접착제(140)로 접착된다. 여기서, 접착제(140)는 통상 점도가 낮은 에폭시(Epoxy) 계열을 이용하므로, 포스트(130)와 하부캡(150)을 접착시키기 위해서 가압하면, 접착제(140)의 일부가 포스트(130)의 내측으로 침투할 우려가 있었다. 하지만, 하부캡(150)의 테두리(153)에는 제1 캐비티(155; Cavity)가 형성되어 있으므로, 접착제(140)가 표면장력에 의해 제1 캐비티(155)로 유입되어, 포스트(130)의 내측으로 접착제(140)가 침투하는 것을 저지할 수 있다. 따라서, 접착제(140)의 침투로 인하여 관성센서(100)의 동적 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있고, 품질이 변동하는 산포 발생을 억제할 수 있다. 또한, 접착제(140)가 포스트(130)의 내측으로 침투하여 질량체(120)와 직접 접착되는 것을 막아, 관성센서(100)의 불량을 방지할 수 있다. 한편, 접착제(140)가 유입되는 제1 캐비티(155)는 하부캡(150)의 테두리(153)에 환형(環形)으로 1개가 형성될 수 있지만(도 2 내지 도 3a 참조), 이에 한정되는 것은 아니고 접착제(140)의 양에 따라 환형으로 2개 이상 형성될 수 있다(도 3b 참조).
또한, 하부캡(150)의 중앙부분(151)에는 질량체(120)와 이격되도록 두께방향으로 함몰된 오목부(157)가 형성되는 것이 바람직하다. 하부캡(150)의 중앙부분(151)에 오목부(157)를 형성함으로써, 질량체(120)에 작용하는 공기의 감쇠력을 줄여 동적 특성을 향상시킬 수 있다. 추가적으로, 오목부(157)에는 질량체(120) 방향으로 돌출되어 형성된 스토퍼(159; Stopper)가 구비될 수 있다. 여기서, 스토퍼(159)는 질량체(120)의 하측 변위를 제한하는 역할을 수행하는 것이다. 특히, 관성센서(100)가 자유낙하하여 지면과 충돌하면, 질량체(120)에는 매우 큰 힘이 인가되어 질량체(120)가 접합된 멤브레인(110)이 파손될 우려가 있는데, 스토퍼(159)는 질량체(120)의 하측 변위를 제한함으로써, 멤브레인(110)이 파손되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
전술한 제1 캐비티(155), 오목부(157) 및 스토퍼(159)는 하부캡(150)을 선택적으로 에칭하여 동시에 형성하는 것이 제조공정의 단순화를 위해 바람직하다. 이와 같이, 오목부(157)와 스토퍼(159)를 에칭하여 동시에 형성하는 경우, 스토퍼(159)의 상면과 하부캡(150)의 상면은 동일한 높이를 갖는다.
한편, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 포스트(130)와 하부캡(150) 사이에는 소정두께(T)를 갖는 스페이서(160)가 구비될 수 있다. 여기서, 스페이서(160)는 접착제(140)의 점도와 관계없이 포스트(130)의 하면과 하부캡(150)의 상면을 일정하게 이격시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 포스트(130)의 하면과 하부캡(150)의 상면의 간격(G1)은 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일하다. 포스트(130)와 하부캡(150) 사이에 스페이서(160)를 구비함으로써, 기존의 접합공정을 이용하면서도 고수율로 포스트(130)와 하부캡(150)의 간격(G1)을 정밀하게 구현할 수 있고, 그에 따라 관성센서(100)의 동적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스페이서(160)는 접착제(140)가 관성센서(100)의 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해서, 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 최외측을 따라 구비되는 것이 바람직하다(도 3a 내지 도 3b 참조).
다만, 스페이서(160)는 반드시 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 최외측을 따라 구비되어야 하는 것은 아니고, 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 최내측을 따라 구비될 수도 있다(도 4a 참조). 이와 같이, 스페이서(160)가 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 최내측을 따라 구비됨으로써, 접착제(140)가 포스트(130)의 내측으로 침투하는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 최내측에 스페이서(160)가 구비되어, 제1 캐비티(155)가 스페이서(160)의 외측에 형성되는 경우, 필요에 따라 제1 캐비티(155)를 제거하는 것도 가능하다(도 4b 참조). 구체적으로, 멤브레인(110)과 포스트(130) 중 제1 캐비티(155)의 상측에 대응하는 부분 및 제1 캐비티(155)가 형성된 하부캡(150)의 테두리(153)를 절단하여 제거할 수 있다. 즉, 제1 캐비티(155)가 제거되도록 관성센서(100)의 테두리를 수직으로 절단하는 것이다.
또한, 전술한 바와 같이, 질량체(120)와 포스트(130)를 에칭하여 동시에 형성함으로써 질량체(120)의 하면과 포스트(130)의 하면이 동일한 높이를 갖고, 오목부(157)와 스토퍼(159)를 에칭하여 동시에 형성함으로써, 스토퍼(159)의 상면과 하부캡(150)의 상면이 동일한 높이를 갖는다면, 포스트(130)의 하면과 하부캡(150)의 상면의 간격(G1)은 질량체(120)의 하면과 스토퍼(159)의 상면의 간격(G2)과 동일하게 된다. 그런데, 포스트(130)의 하면과 하부캡(150)의 상면의 간격(G1)이 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일하므로, 결국 질량체(120)의 하면과 스토퍼(159)의 상면의 간격(G2)은 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일하게 된다. 결국, 스페이서(160)의 두께를 조절하여 질량체(120)와 스토퍼(159) 사이의 간격(G2)을 제어할 수 있고, 그에 따라 질량체(120)의 하측 변위를 더욱 정밀하게 제한할 수 있으므로, 관성센서(100)가 자유낙하하더라도 질량체(120)가 접합된 멤브레인(110)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 명세서 전반에 기술된 "높이나 간격이 동일하다"라는 의미는 수학적으로 정확히 동일하다는 것을 의미하는 것은 아니고, 제조 공정에서 발생하는 가공오차 등의 미미한 변화를 포함하는 것이다.
도 5 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정 단면도이다.
도 5 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)의 제조방법은 (A) 하부캡(150)를 준비하는 단계, (B) 하부캡(150)의 테두리(153)에 제1 캐비티(155)를 형성하는 단계, (C) 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에 구비된 질량체(120) 및 멤브레인(110)을 지지하도록 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에 구비된 포스트(130)를 준비하는 단계 및 (D) 질량체(120)와 포스트(130)를 덮도록 하부캡(150)의 테두리(153)를 포스트(130)의 하면에 접착제(140)로 접착시키고, 접착제(140)가 제1 캐비티(155)로 유입되는 단계를 포함하는 구성이다.
우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부캡(150)을 준비하는 단계이다. 여기서, 하부캡(150)은 질량체(120)와 포스트(130)의 하측을 덮어 관성센서(100)의 하부를 보호하는 역할을 하는 것으로, 에칭 공정이 용이한 실리콘 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 하부캡(150)으로 반드시 실리콘 기판을 이용해야 하는 것은 아니고, 금속 기판이나 수지 기판 등을 이용할 수 있음은 물론이다.
다음, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 스페이서(160)를 구비하는 단계이다. 상기 스페이서(160)는 최종적으로 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 간격(G1)을 조절하는 역할을 수행한다. 여기서, 스페이서(160)는 하부캡(150)의 상면에 소정두께(T)를 갖도록 형성하고, 바람직하게는 하부캡(150)의 상면의 최외측을 따라 형성한다. 또한, 스페이서(160)는 산화실리콘(SiO2) 등으로 형성된 산화층, 구리, 니켈, 알루미늄 등으로 형성된 도금층 또는 드라이필름, 액상감광재 등으로 형성된 포토레지스트층(165)을 이용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 스페이서(160)를 형성하는 공정을 살펴보면, 우선 산화층, 도금층 또는 포토레지스트층(165)을 하부캡(150)의 상면에 형성한 후(도 6 참조), 산화층, 도금층 또는 포토레지스트층(165)를 에칭(산화층, 도금층인 경우)이나 노광/현상(포토레지스트층인 경우)을 통해서 선택적으로 패터닝하여 스페이서(160)를 형성한다(도 7 참조).
다음, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 하부캡(150)의 테두리(153)에 제1 캐비티(155)를 형성하는 단계이다. 여기서, 제1 캐비티(155)는 최종적으로 접착제(140)가 유입되는 부분으로, 하부캡(150)을 선택적으로 에칭하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 캐비티(155)를 형성하는 공정을 살펴보면, 우선 에칭레지스트층(170; 드라이필름, 액상감광재 등)을 하부캡(150)의 상면에 도포하고, 노광/현상을 통해서 에칭레지스트층(170)에 제1 오픈부(173)가 형성되도록 패터닝한 후(도 8 참조), 에칭을 통해서 제1 오픈부(173)로부터 노출된 하부캡(150)을 선택적으로 에칭하여 제1 캐비티(155)를 형성한다(도 9 참조). 한편, 제1 캐비티(155)는 도면상 1개가 형성되어 있지만, 접착제(140)의 양에 따라 2개 이상 형성될 수 있다(도 3b 참조).
또한, 하부캡(150)의 테두리(153)에 제1 캐비티(155)를 형성할 때, 하부캡(150)의 중앙부분(151)에 오목부(157)를 형성할 수 있고, 오목부(157)에는 스토퍼(159)를 형성할 수 있다. 즉, 제1 캐비티(155)를 형성하는 공정에서 에칭레지스트층(170)의 패터닝을 수정하여 제1 캐비티(155)와 함께 오목부(157) 및 스토퍼(159)를 형성하는 것이다. 구체적으로, 제1 캐비티(155)와 함께 오목부(157)와 스토퍼(159)를 형성하는 공정을 살펴보면, 우선 에칭레지스트층(170; 드라이필름, 액상감광재 등)을 하부캡(150)의 상면에 도포하고, 노광/현상을 통해서 에칭레지스트층(170)에 제1 오픈부(173)와 함께 제2 오픈부(175)가 형성되도록 패터닝한다(도 8 참조). 그 후, 에칭을 통해서 제1 오픈부(173)와 제2 오픈부(175)로부터 노출된 하부캡(150)을 선택적으로 에칭하여 제1 오픈부(173)에 대응하는 부분에 제1 캐비티(155)를 형성하고, 제2 오픈부(175)에 대응하는 부분에 오목부(157)를 형성하며, 제2 오픈부(175) 사이에 대응하는 부분에 스토퍼(159)를 형성한다(도 9 참조). 이와 같이, 에칭레지스트층(170)의 패터닝을 수정하는 것만으로, 제1 캐비티(155), 오목부(157) 및 스토퍼(159)를 동시에 형성할 수 있으므로, 제조공정을 단순화할 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 캐비티(155), 오목부(157) 및 스토퍼(159)을 형성한 후, 에칭레지스트층(170)은 그 역할을 완료하였으므로 제거하도록 한다.
다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에 구비된 질량체(120) 및 멤브레인(110)을 지지하도록 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에 구비된 포스트(130)를 준비하는 단계이다. 여기서, 질량체(120)와 포스트(130)는 실리콘 기판 등을 선택적으로 에칭하여 형성할 수 있다.
다음, 도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 하부캡(150)의 테두리(153)를 포스트(130)의 하면에 접착제(140)로 접착시키고, 접착제(140)가 제1 캐비티(155)로 유입되는 단계이다. 구체적으로, 하부캡(150)의 테두리(153)에 접착제(140)를 도포한 후(도 12 참조), 하부캡(150)의 테두리(153)를 포스트(130)의 하면에 접착제(140)로 접착시켜, 하부캡(150)으로 질량체(120)와 포스트(130)를 덮는다(도 13 참조). 한편, 하부캡(150)의 테두리(153)를 포스트(130)의 하면에 접착시키면서, 압력이나 열을 가해줄 수 있다. 또한, 하부캡(150)의 테두리(153)를 포스트(130)의 하면에 접착시킬 때, 하부캡(150)에 형성된 제1 캐비티(155)로 여분의 접착제(140)가 유입된다(도 13 참조). 이때, 접착제(140)가 효과적으로 제1 캐비티(155)에 유입될 수 있도록 제1 캐비티(155)에는 접착제(140)와의 젖음성(Wettability)을 높일 수 있는 표면처리를 실시할 수 있다. 이와 같이, 접착제(140)가 제1 캐비티(155)로 유입됨으로써, 접착제(140)가 포스트(130)의 내측으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 하부캡(150)의 테두리(153)를 포스트(130)의 하면에 접착시키면, 접착제(140)는 두께가 변할 수 있지만, 스페이서(160)가 소정두께(T)를 유지하므로 포스트(130)의 하면과 하부캡(150)의 상면의 간격(G1)은 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일하게 된다. 결국, 스페이서(160)의 소정두께(T)를 조절하여 포스트(130)와 하부캡(150) 사이의 간격(G1)을 제어할 수 있고, 그에 따라 포스트(130)와 하부캡(150)의 간격(G1)을 정밀하게 구현할 수 있다.
또한, 하부캡(150)의 중앙부분(151)에는 오목부(157)가 두께방향으로 함몰되도록 형성되어 있으므로, 하부캡(150)과 포스트(130)를 접착시켰을 때, 하부캡(150)의 오목부(157)는 질량체(120)와 이격된다. 결국, 오목부(157)는 질량체(120)에 작용하는 공기의 감쇠력을 줄여 동적 특성을 향상시킬 수 있다.
다음, 도 14에 도시된 바와 같이, 관성센서(100)의 테두리를 절단하여 스페이서(160)를 제거하는 단계이다. 스페이서(160)는 포스트(130)와 하부캡(150)의 간격(G1)을 제어하는 역할을 하는 것이므로, 하부캡(150)과 포스트(130)가 접착제(140)로 완전히 접착되어 간격(G1)이 일정하게 유지되면, 스페이서(160)를 제거하는 것도 가능하다. 구체적으로, 멤브레인(110)과 포스트(130) 중 스페이서(160)의 상측에 대응하는 부분, 하부캡(150) 중 스페이서(160)의 하측에 대응하는 부분 및 스페이서(160)를 절단하여 제거할 수 있다. 즉, 스페이서(160)가 제거되도록 관성센서(100)의 테두리를 수직으로 절단하는 것이다. 다만, 본 단계는 선택적인 것으로, 관성센서(100)의 구조적 안정성을 유지하기 위해서 스페이서(160)를 제거하지 않을 수도 있다.
도 15는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 관성센서의 단면도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(200)는 판상의 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하측에 구비된 질량체(120), 멤브레인(110)을 지지하도록 멤브레인(110)의 테두리(115) 하측에 구비된 포스트(130) 및 멤브레인(110)을 덮도록 테두리(183)가 멤브레인(110)의 상면에 접착제(140)로 접착되고, 접착제(140)가 유입되는 제2 캐비티(185)가 테두리(183)에 형성된 상부캡(180; Upper Cap)을 포함하는 구성이다.
전술한 실시예에 따른 관성센서(100)는 하부캡(150)을 기준으로 하였지만, 본 실시예에 따른 관성센서(200)는 상부캡(180)을 기준으로 하는 것으로, 그외의 구성은 동일하다. 따라서, 본 실시예는 상부캡(180)을 중심으로 기술하도록 하고, 전술한 실시예와 중복되는 내용은 생략하도록 한다.
상기 상부캡(180)은 멤브레인(110)의 상측을 덮어 관성센서(200)의 상측을 보호하는 역할을 하는 것으로, 상부캡(180)의 테두리(183)가 멤브레인(110)의 상면에 접착제(140)로 접착된다. 상부캡(180)을 멤브레인(110)에 접착시킬 때, 접착제(140)의 일부가 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 방향으로 침투할 우려가 있었다. 하지만, 상부캡(180)의 테두리(183)에는 제2 캐비티(185)가 형성되어 있으므로, 접착제(140)가 제2 캐비티(185)로 유입되어, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 방향으로 접착제(140)가 침투하는 것을 저지할 수 있다. 따라서, 접착제(140)의 침투로 인하여 관성센서(200)의 동적 특성이 악화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 멤브레인(110) 강성의 산포 발생을 억제할 수 있다. 한편, 접착제(140)가 유입되는 제2 캐비티(185)는 환형으로 1개가 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 환형으로 2개 이상 형성될 수 있다.
또한, 상부캡(180)의 중앙부분(181)에는 멤브레인(110)과 이격되도록 두께방향으로 함몰된 오목부(187)를 형성함으로써, 멤브레인(110)에 작용하는 공기의 감쇠력을 줄여 동적 특성을 향상시킬 수 있다. 추가적으로, 오목부(187)에는 멤브레인(110) 방향으로 돌출되어 형성된 스토퍼(189)가 구비될 수 있다. 여기서, 스토퍼(189)는 질량체(120)의 상측 변위를 제한하는 역할을 하는 것이다.
전술한 제2 캐비티(185), 오목부(187) 및 스토퍼(189)는 상부캡(180)을 선택적으로 에칭하여 동시에 형성하는 것이 제조공정의 단순화를 위해 바람직하다. 이와 같이, 오목부(187)와 스토퍼(189)를 에칭하여 동시에 형성하는 경우, 스토퍼(189)의 하면과 상부캡(180)의 하면은 동일한 높이를 갖는다.
한편, 멤브레인(110)과 상부캡(180) 사이에는 소정두께(T)를 갖는 스페이서(160)가 구비될 수 있다. 여기서, 스페이서(160)는 접착제(140)의 점도와 관계없이 멤브레인(110)의 상면과 상부캡(180)의 하면을 스페이서(160)의 소정두께(T)만큼 일정하게 이격시키는 역할을 수행한다. 즉, 멤브레인(110)의 상면과 상부캡(180)의 하면의 간격(G3)은 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일한 것이다. 멤브레인(110)과 상부캡(180) 사이에 스페이서(160)를 구비함으로써, 기존의 접합공정을 이용하면서도 고수율로 멤브레인(110)과 상부캡(180)의 간격(G3)을 정밀하게 구현할 수 있고, 그에 따라 관성센서(200)의 동적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 오목부(187)와 스토퍼(189)를 에칭하여 동시에 형성함으로써, 스토퍼(189)의 하면과 상부캡(180)의 하면이 동일한 높이를 갖는다면, 멤브레인(110)의 상면과 상부캡(180)의 하면의 간격(G3)은 멤브레인(110)의 상면과 스토퍼(189)의 하면의 간격(G4)과 동일하게 된다. 그런데, 멤브레인(110)의 상면과 상부캡(180)의 하면의 간격(G3)이 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일하므로, 결국 멤브레인(110)의 상면과 스토퍼(189)의 하면의 간격(G4)은 스페이서(160)의 소정두께(T)와 동일하게 된다. 결국, 스페이서(160)의 두께를 조절하여 멤브레인(110)과 스토퍼(189)의 간격(G4)을 제어할 수 있고, 그에 따라 질량체(120)의 상측 변위를 더욱 정밀하게 제한할 수 있으므로, 관성센서(100)가 자유낙하하더라도 멤브레인(110)이 파손되는 것을 방지할 수 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, 200: 관성센서 110: 멤브레인
113: 멤브레인의 중앙부분 115: 멤브레인의 테두리
120: 질량체 130: 포스트
140: 접착제 150: 하부캡
151: 하부캡의 중앙부분 153: 하부캡의 테두리
155: 제1 캐비티 157: 오목부
159: 스토퍼 160: 스페이서
165: 산화층, 도금층 또는 포토레지스트층
170: 에칭레지스트층 173: 제1 오픈부
175: 제2 오픈부 180: 상부캡
181: 상부캡의 중앙부분 183: 상부캡의 테두리
185: 제2 캐비티 187: 오목부
189: 스토퍼
T: 스페이서의 소정두께
G1: 포스트의 하면과 하부캡의 상면의 간격
G2: 질량체의 하면과 스토퍼의 상면의 간격
G3: 멤브레인의 상면과 상부캡의 하면의 간격
G4: 멤브레인의 상면과 스토퍼의 하면의 간격

Claims (22)

  1. 판상의 멤브레인;
    상기 멤브레인의 중앙부분 하측에 구비된 질량체;
    상기 멤브레인을 지지하도록 상기 멤브레인의 테두리 하측에 구비된 포스트; 및
    상기 질량체와 상기 포스트를 덮도록 테두리가 상기 포스트의 하면에 접착제로 접착되고, 상기 접착제가 유입되는 제1 캐비티가 테두리에 형성된 하부캡;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 포스트와 상기 하부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고,
    상기 포스트의 하면과 상기 하부캡의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 하는 관성센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 포스트와 상기 하부캡 사이의 최외측 또는 최내측을 따라 구비된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부캡에는 상기 제1 캐비티가 2개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부캡의 중앙부분에는 상기 질량체와 이격되도록 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 포스트와 상기 하부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고,
    상기 포스트의 하면과 상기 하부캡의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일하고,
    상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성되며,
    상기 질량체의 하면과 상기 스토퍼의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 하는 관성센서.
  8. (A) 하부캡를 준비하는 단계;
    (B) 상기 하부캡의 테두리에 제1 캐비티를 형성하는 단계;
    (C) 판상의 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하측에 구비된 질량체 및 상기 멤브레인을 지지하도록 상기 멤브레인의 테두리 하측에 구비된 포스트를 준비하는 단계; 및
    (D) 상기 질량체와 상기 포스트를 덮도록 상기 하부캡의 테두리를 상기 포스트의 하면에 접착제로 접착시키고, 상기 접착제가 상기 제1 캐비티로 유입되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (A) 단계 후에,
    상기 하부캡의 상면에 소정두께를 갖는 스페이서를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 (D) 단계에서,
    상기 포스트의 하면과 상기 하부캡의 상면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 스페이서를 형성하는 단계에서,
    상기 포스트와 상기 하부캡 사이의 최외측 또는 최내측을 따라 상기 스페이서를 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 (D) 단계 이후에,
    상기 멤브레인과 상기 포스트 중 상기 스페이서의 상측에 대응하는 부분, 상기 하부캡 중 상기 스페이서의 하측에 대응하는 부분 및 상기 스페이서를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 스페이서를 형성하는 단계는,
    산화층, 도금층 또는 포토레지스트층을 상기 하부캡에 형성하는 단계; 및
    상기 산화층, 상기 도금층 또는 상기 포토레지스트층를 선택적으로 패터닝하여 상기 스페이서를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 (B) 단계에서,
    상기 하부캡을 선택적으로 에칭하여 상기 제1 캐비티를 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 (B) 단계에서,
    상기 제1 캐비티를 2개 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 (A) 단계 이후에,
    상기 하부캡의 중앙부분에 두께방향으로 함몰된 오목부를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (D) 단계에서,
    상기 오목부는 상기 질량체와 이격되는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 오목부를 형성하는 단계에서,
    상기 하부캡을 선택적으로 에칭하여 상기 오목부를 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 오목부를 형성하는 단계에서,
    상기 오목부에 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 하부캡을 선택적으로 에칭하여 동시에 상기 제1 캐비티, 상기 오목부 및 상기 스토퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
  19. 판상의 멤브레인;
    상기 멤브레인의 중앙부분 하측에 구비된 질량체;
    상기 멤브레인을 지지하도록 상기 멤브레인의 테두리 하측에 구비된 포스트; 및
    상기 멤브레인을 덮도록 테두리가 상기 멤브레인의 상면에 접착제로 접착되고, 상기 접착제가 유입되는 제2 캐비티가 테두리에 형성된 상부캡;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 상부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고,
    상기 멤브레인의 상면과 상기 상부캡의 하면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 하는 관성센서.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 상부캡의 중앙부분에는 상기 멤브레인과 이격되도록 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 멤브레인과 상기 상부캡 사이에는 소정두께를 갖는 스페이서가 구비되고,
    상기 멤브레인의 상면과 상기 상부캡의 하면의 간격은 상기 소정두께와 동일하고,
    상기 오목부에는 상기 멤브레인 방향으로 돌출된 스토퍼가 형성되며,
    상기 멤브레인의 상면과 상기 스토퍼의 하면의 간격은 상기 소정두께와 동일한 것을 특징으로 하는 관성센서.
KR1020110078638A 2011-08-08 2011-08-08 관성센서 및 그 제조방법 KR20130016607A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078638A KR20130016607A (ko) 2011-08-08 2011-08-08 관성센서 및 그 제조방법
US13/275,397 US8973438B2 (en) 2011-08-08 2011-10-18 Inertial sensor and method of manufacturing the same
US14/610,949 US20150211884A1 (en) 2011-08-08 2015-01-30 Inertial sensor and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078638A KR20130016607A (ko) 2011-08-08 2011-08-08 관성센서 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130016607A true KR20130016607A (ko) 2013-02-18

Family

ID=47676657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110078638A KR20130016607A (ko) 2011-08-08 2011-08-08 관성센서 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (2) US8973438B2 (ko)
KR (1) KR20130016607A (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101299730B1 (ko) * 2012-05-31 2013-08-22 삼성전기주식회사 센서
US9464950B2 (en) * 2013-11-15 2016-10-11 Rosemount Aerospace Inc. Capacitive pressure sensors for high temperature applications
US20150290815A1 (en) * 2014-04-11 2015-10-15 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Planar end effector and method of making a planar end effector
US20170160307A1 (en) * 2014-07-04 2017-06-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Sensor
TWI549897B (zh) * 2014-12-19 2016-09-21 立錡科技股份有限公司 微機電系統晶片
US10011476B1 (en) 2016-12-29 2018-07-03 Industrial Technology Research Institute MEMS apparatus having impact absorber
DE102017208357A1 (de) * 2017-05-18 2018-11-22 Robert Bosch Gmbh Mikroelektromechanisches Bauelement
CN108073330B (zh) * 2018-02-09 2020-12-15 业成科技（成都）有限公司 触控装置及其制作方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5221400A (en) * 1990-12-11 1993-06-22 Delco Electronics Corporation Method of making a microaccelerometer having low stress bonds and means for preventing excessive z-axis deflection
US5351542A (en) * 1992-01-27 1994-10-04 Kansei Corporation Acceleration sensor assembly
JP2658949B2 (ja) * 1995-02-23 1997-09-30 日本電気株式会社 半導体加速度センサ
US7004030B2 (en) * 2002-09-27 2006-02-28 Oki Electric Industry Co., Ltd. Acceleration sensor
US6892578B2 (en) * 2002-11-29 2005-05-17 Hitachi Metals Ltd. Acceleration sensor
JP2004198280A (ja) * 2002-12-19 2004-07-15 Hitachi Metals Ltd 加速度センサ
JP4578087B2 (ja) * 2003-11-10 2010-11-10 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 加速度センサ
JP2005283393A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Fujitsu Media Device Kk 慣性センサ
JP4277079B2 (ja) * 2004-06-18 2009-06-10 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 半導体加速度センサ装置及びその製造方法
JP4337099B2 (ja) * 2004-11-08 2009-09-30 日立金属株式会社 加速度センサ
JP4747677B2 (ja) * 2005-05-27 2011-08-17 大日本印刷株式会社 角速度センサの製造方法
JP4832802B2 (ja) * 2005-05-30 2011-12-07 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 半導体加速度センサ装置及びその製造方法
US7562575B2 (en) * 2005-08-05 2009-07-21 Hitachi Metals, Ltd. Impact-resistant acceleration sensor
US7845229B2 (en) * 2006-08-11 2010-12-07 Rohm Co., Ltd. Acceleration sensor
WO2009022498A1 (ja) * 2007-08-10 2009-02-19 Murata Manufacturing Co., Ltd. 電子部品の製造方法
US8334984B2 (en) * 2008-08-22 2012-12-18 The Regents Of The University Of California Single wafer fabrication process for wavelength dependent reflectance for linear optical serialization of accelerometers
EP2375219B1 (en) * 2009-04-17 2019-02-20 Hitachi, Ltd. Inertial sensor and method for manufacturing the same
KR101273700B1 (ko) * 2011-09-15 2013-06-12 삼성전기주식회사 Ｍｅｍｓ 소자
KR20130054473A (ko) * 2011-09-29 2013-05-27 삼성전기주식회사 관성센서
KR101331685B1 (ko) * 2011-12-29 2013-11-20 삼성전기주식회사 관성센서 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20130036818A1 (en) 2013-02-14
US20150211884A1 (en) 2015-07-30
US8973438B2 (en) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130016607A (ko) 관성센서 및 그 제조방법
KR101273700B1 (ko) Ｍｅｍｓ 소자
JP6433313B2 (ja) 環境的に堅牢なディスク状共振器ジャイロスコープ
KR101310564B1 (ko) 관성센서
US8429969B2 (en) Inertial sensor and method of manufacturing the same
US4882933A (en) Accelerometer with integral bidirectional shock protection and controllable viscous damping
KR101321270B1 (ko) 관성센서
US9880000B2 (en) Manufacturing method of inertial sensor and inertial sensor
KR20130006751A (ko) 관성센서
CN110023233A (zh) 用于带帽mems装置的垂直塞子
US9686864B2 (en) Device including interposer between semiconductor and substrate
KR20120131789A (ko) 관성센서
US9731958B2 (en) Microelectromechanical system and fabricating process having decoupling structure that includes attaching element for fastening to carrier
KR20130067336A (ko) 관성센서
US11111132B2 (en) Micro electromechanical systems (MEMS)inertial sensor
KR20120121564A (ko) 관성센서
KR20120105161A (ko) 관성 센서 및 그 제조방법
JP2001332746A (ja) 半導体圧力センサの製造方法
CN102645556B (zh) 一种硅微加速度传感器
JP2020011375A (ja) センサパッケージ、およびセンサパッケージの製造方法
KR20150075852A (ko) 가속도 센서
KR101194536B1 (ko) 관성센서의 제조방법
KR101310502B1 (ko) 관성센서
KR20120131788A (ko) 관성센서 및 그 제조방법
KR20130098059A (ko) 관성센서

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid