KR20140116696A - 관성센서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 관성센서는 질량체와, 상기 질량체가 결합된 가요성 기판와, 상기 가요성 기판에 연결되고, 상기 질량체가 부상되도록 가요성 기판을 지지하는 지지부와, 상기 가요성 기판의 일면에 형성된 상부전극 및 상기 질량체의 일면에 형성된 하부전극을 포함하는 전극을 포함하는 센서부; 및 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고, 상기 하부전극은 상기 하부커버에 대향되는 상기 질량체의 일면에 형성된다.

Description

관성센서{Inertial Sensor}

본 발명은 관성센서에 관한 것이다.

일반적으로 관성센서는 자동차, 항공기, 이동통신단말기, 완구등에서 다양하게 사용되고 있으며, X축, Y축 및 Z축 가속도 및 각속도를 측정하는 3축 가속도 및 각속도 센서가 요구되고, 미세한 가속도를 검출하기 위해 고성능 및 소형으로 개발되고 있다.

또한, 종래기술에 따른 가속도 센서는 질량체 및 가요부의 움직임을 전기신호로 변환시키는 기술적특징을 포함하고, 질량체의 움직임을 가요부에 배치된 피에조저항 소자의 저항변화로부터 검출하는 압저항(피에조 저항)방식과, 질량체의 움직임을 고정전극과의 사이의 정전용량 변화로 검출하는 정전용량방식 등이 있다.

그리고 압저항방식은 응력(Stress)에 의한 저항값이 변화하는 소자를 이용하는 것으로, 예를 들어 인장응력이 분포된 곳에는 저항값이 증가하며, 압축응력이 분포된 곳에는 저항값이 감소한다.

관성센서의 일예로서, 선행기술문헌을 포함한 종래기술에 따른 관성센서는 감도를 증가시키기 위한 한계가 있고, 낙하 신뢰성이 저하되는 문제점을 지니고 있다.

US 20060156818 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 관점은 상부전극 뿐만 아니라 하부전극에서도 정전용량방식으로 관성력을 센싱함에 따라 센싱감도가 증가되고,

본 발명의 제2 관점은 센서부와 하부커버와의 결합부를 a-Si layer으로 증착하고, 선택적 에칭으로 형성시킴에 따라, 상기 하부커버에 대응되어 질량체에 형성된 하부전극와 하부커버 사이의 갭이 일정하고, 작게 형성됨에 따라 센싱감도가 향상되고,

본 발명의 제3 관점은 질량체와 하부커버와의 갭이 최소화되어 질량체의 과변위로 인해 질량체와 하부커버가 충돌할 경우, 충격량이 저하된 관성센서를 얻기 위한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 관성센서는 질량체와, 상기 질량체가 결합된 가요성 기판와, 상기 가요성 기판에 연결되고, 상기 질량체가 부상되도록 가요성 기판을 지지하는 지지부와, 상기 가요성 기판의 일면에 형성된 상부전극 및 상기 질량체의 일면에 형성된 하부전극을 포함하는 전극을 포함하는 센서부; 및 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고, 상기 하부전극은 상기 하부커버에 대향되는 상기 질량체의 일면에 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서는 상기 가요성 기판에 형성된 상부전극과, 상기 질량체에 형성된 하부전극은 서로 대향되도록 배치된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 센서부는 상기 지지부와 상기 하부커버를 결합하기 위해 결합층이 형성되고, 상기 결합층은 a-Si layer으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 결합층인 a-Si layer은 상기 하부커버에 증착되고, 센서부가 결합되고, 상기 지지부와 하부커버의 결합부를 제외한 나머지 영역을 에칭하여 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서에 있어서, 상기 결합층인 a-Si layer는 CVD 방식으로 증착되는 박판형으로 이루어질 수 있다.

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 아니 되며, 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 의하면 상부전극 뿐만 아니라 하부전극에서도 정전용량방식으로 관성력을 센싱함에 따라 센싱감도가 증가되고, 센서부와 하부커버와의 결합부를 a-Si layer으로 증착하고, 선택적 에칭으로 형성시킴에 따라, 상기 하부커버에 대응되어 질량체에 형성된 하부전극와 하부커버 사이의 갭이 일정하고, 작게 형성됨에 따라 센싱감도가 향상되고, 질량체와 하부커버와의 갭이 최소화되어 질량체의 과변위로 인해 질량체와 하부커버가 충돌할 경우, 충격량이 저하된 관성센서를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서를 개략적으로 도시한 구성도.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도.

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, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도시한 바와 같이, 상기 관성센서(100)는 정전용량방식의 센서로 이루어지고, 이를 위해 센서부(110) 및 하부커버(120)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 센서부(110)는 질량체(111), 가요성 기판(112), 지지부(113) 및 전극(114)을 포함한다.

그리고 상기 가요성 기판(112)에는 질량체(111)가 결합된다. 그리고 상기 지지부(113)는 상기 질량체(111)가 부상가능하도록 상기 가요성 기판(112)의 타면에 결합되고, 상기 가요성 기판(112)을 지지한다.

그리고 상기 전극(114)은 상부전극(114a) 및 하부전극(114b)로 이루어진다. 또한, 상기 상부전극(114a)은 일면에 상기 질량체(111)가 결합되는 상기 가요성 기판(112)의 타면에 형성되고, 상기 하부전극(114b)는 일면에 상기 가요성 기판(112)가 결합되는 상기 질량체(111)의 타면에 형성된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 가요성 기판(112)의 상면에 상부전극(114a)이 형성되고, 상기 질량체(111)의 하면에 상기 하부전극(114b)이 형성된다.

그리고 상기 하부커버(120)는 상기 질량체(111)를 커버하도록 상기 지지부(113)의 일면에 결합된다. 그리고 상기 지지부(113)에 상기 하부커버(120)를 결합하기 위해 결합층(130)이 형성된다.

또한, 상기 결합층(130)의 두께에 의해 상기 질량체(111)의 하부전극(114b)와 상기 하부커버(120)의 간격이 결정된다. 이때, 상기 하부전극(114b)과 하부커버(120)의 갭이 작을 경우 센싱의 감도가 증가됨에 따라 상기 간격에 의한 갭은 최소화되도록 구현되는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 결합층(130)은 지지부(113) 및 질량체(111)와 하부커버(120) 사이에 a-Si layer가 증착되고, 지지부(113)와 하부커버(120)의 결합부를 제외한 나머지 영역을 에칭하여 형성될 수 있다.

이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서는 상부전극(114a) 뿐만 아니라 하부전극(114b)에서도 정전용량방식으로 관성력을 센싱함에 따라 센싱감도가 증가할 뿐만 아니라, 질량체와 하부커버와의 갭이 최소화되어 질량체의 과변위로 인해 질량체(111)와 하부커버(120)가 충돌할 경우, 충격량이 저하된다.

또한, 본 발명에 따른 관성센서는 상기 하부커버(120)이 결합되는 상기 센서부(110)의 반대측 즉, 상기 상부전극을 커버하도록 상기 센서부에 결합되는 상부기판(미도시)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시한 관성센서의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.

도시한 바와 같이, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서의 센서부가 형성된 것을 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 상부전극을 증착하고 에칭하여 상부전극(114a)을 형성시키고, 하부전극을 증착하고 에칭하여 하부전극(114b)을 형성시키고, 드라이 에칭에 의해 질량체(111)를 형성시킨다.

도 2b는 상기 하부커버(120)에 센서부(110)와 결합을 위한 결합층(130)이 도포된 것을 도시한 것이다. 또한, 상기 결합층(130)은 폴리머 본딩제로 형성될 경우 두께조절이 용이하지 않고 얇은 갭으로 구현하기 어려움에 따라 a-Si layer를 증착시킬 수 있다. 이때, a-Si layer은 CVD 방식으로 증착되는 박판형으로 이루어질 수 있다.

그리고, 도 2c는 센서부(110)와 상기 하부커버(120)이 결합된 것을 도시한 것이다.

다음으로, 도 2d는 상기 결합부(130)를 선택적으로 에칭하여 센서부(110)의 지지부(113)와 하부커버(120)의 결합부만을 남겨놓은 본 발명의 일실시예에 따른 관성센서(100)를 도시한 것이다.

또한, 상기 결합부(130)인 a-Si layer의 선택적 에칭은 XeF2 etcher를 이용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 관성센서가 제조됨에 따라, 상기 하부커버(120)에 대응되어 질량체(111)에 형성된 하부전극(114b)와 하부커버(120) 사이의 갭이 일정하고, 작게 형성됨에 따라 센싱감도가 향상된 관성센서를 얻을 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 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 : 센서부
120 : 상부커버
111 : 질량체 112 : 가요성 기판
113 : 지지부 114 : 전극
114a : 상부전극 114b : 하부전극
130 : 결합부

Claims (5)

1. 질량체와, 상기 질량체가 결합된 가요성 기판와, 상기 가요성 기판에 연결되고, 상기 질량체가 부상되도록 가요성 기판을 지지하는 지지부와, 상기 가요성 기판의 일면에 형성된 상부전극 및 상기 질량체의 일면에 형성된 하부전극을 포함하는 전극을 포함하는 센서부; 및
   상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고,
   상기 하부전극은 상기 하부커버에 대향되는 상기 질량체의 일면에 형성된 관성센서.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가요성 기판에 형성된 상부전극과, 상기 질량체에 형성된 하부전극은 서로 대향되도록 배치된 것을 특징으로 하는 관성센서.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 센서부는
   상기 지지부와 상기 하부커버를 결합하기 위해 결합층이 형성되고, 상기 결합층은 a-Si layer인 것을 특징으로 하는 관성센서.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 결합층인 a-Si layer은 상기 하부커버에 증착되고, 센서부가 결합되고, 상기 지지부와 하부커버의 결합부를 제외한 나머지 영역을 에칭하여 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 결합층인 a-Si layer는 CVD 방식으로 증착되는 박판형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 관성센서.

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