KR20150042399A - 정전 용량 압력 센서와 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 수위 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
정전 용량 압력 센서와 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 수위 측정 장치에 있어서, 상기 정전 용량 압력 센서는, 제1 전극이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판에 결합되며 상기 제1 전극과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판과, 상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함한다. 이때, 상기 멤브레인 전극과 마주하는 상기 보강 기판의 일측 표면은 오목하게 가공된다.
Description
본 발명의 실시예들은 정전 용량 압력 센서와 이를 제조하는 방법 및 이를 포함하는 수위 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 측정 오차를 감소시킬 수 있는 정전 용량 압력 센서와 이를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 세탁기의 수위를 측정하는 장치에 관한 것이다.
정전 용량 압력 센서는 제1 전극과 상기 제1 전극과 소정 거리 이격되도록 배치되는 멤브레인 형태의 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 외부 압력 변화에 의해 변화될 수 있으며, 이에 의해 상기 제1 전극과 제2 전극으로 이루어진 평판 커패시터의 정전 용량이 변화될 수 있다. 상기 정전 용량 압력 센서는 상기와 같은 외부 압력 변화에 따른 정전 용량 변화를 이용하여 압력을 측정할 수 있다.
상기 정전 용량 압력 센서의 예들은 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0015859호, 제10-2013-0084058호 등에 개시되어 있다. 상기 정전 용량 압력 센서는 회로 기판 또는 유리 기판 상에 형성된 제1 전극과, 상기 제1 전극으로부터 소정 거리 이격된 멤브레인 형태의 제2 전극을 구비할 수 있다.
한편, 상기와 같은 정전 용량 압력 센서를 장시간 사용하는 경우 상기 회로 기판 또는 상기 유리 기판이 장착되는 인쇄회로기판 등의 변형에 의해 상기 제1 전극과 멤브레인 전극 사이의 간격이 변화될 수 있으며, 이에 의해 측정 오차가 증가되는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 측정 오차를 감소시킬 수 있는 정전 용량 압력 센서를 제공하는데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 정전 용량 압력 센서를 제조하는 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기에 더하여, 본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 정전 용량 압력 센서를 이용하여 세탁기의 수위를 측정하는 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 정전 용량 압력 센서는, 제1 전극이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판에 결합되며 상기 제1 전극과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판과, 상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함할 수 있다. 이때, 상기 멤브레인 전극과 마주하는 상기 보강 기판의 일측 표면은 오목하게 가공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 멤브레인 전극 사이에서 제1 캐버티가 형성될 수 있으며, 상기 제1 기판에는 상기 제1 캐버티와 연통하는 관통홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 관통홀의 내측면 상에는 상기 제1 전극과 연결되는 관통 전극이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 멤브레인 전극과 상기 보강 기판 사이에서 제2 캐버티가 형성될 수 있으며, 상기 보강 기판에는 상기 제2 캐버티와 연통하는 관통홀이 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 기판 또는 상기 보강 기판이 결합되는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상에 탑재되며 상기 제1 전극 및 상기 멤브레인 전극과 전기적으로 연결되는 집적회로소자가 구비될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 정전 용량 압력 센서의 제조 방법은, 제1 기판 상에 제1 전극을 마련하는 단계와, 제2 기판의 제1 및 제2 표면들에 각각 제1 및 제2 리세스들을 형성하여 상기 제1 및 제2 리세스들 사이에 멤브레인 전극을 마련하는 단계와, 일측 표면이 오목하게 가공된 보강 기판을 마련하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 멤브레인 전극이 소정 간격 이격되도록 상기 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 단계와, 상기 멤브레인 전극과 상기 보강 기판의 일측 표면이 서로 마주하도록 상기 제2 기판과 상기 보강 기판을 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 기판 상에는 도전층이 형성될 수 있으며, 상기 제1 전극은 상기 도전층을 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 기판에는 관통홀이 형성될 수 있으며, 상기 도전층을 형성하는 동안 상기 관통홀의 내측면 상에는 상기 제1 전극과 연결되는 관통 전극이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 보강 기판에는 관통홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 보강 기판의 일측 표면은 샌드 블라스트 가공에 의해 오목하게 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 수위 측정 장치는, 세탁기의 수위를 측정하기 위하여 세탁조에 연결된 에어 튜브의 내부 압력을 측정하는 정전 용량 압력 센서와, 상기 정전 용량 압력 센서가 탑재되는 하부면을 갖는 인쇄회로기판을 포함할 수 있으며, 상기 정전 용량 압력 센서는, 제1 전극이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판에 결합되며 상기 제1 전극과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판과, 상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함할 수 있다. 이때, 상기 멤브레인 전극과 마주하는 상기 보강 기판의 일측 표면은 오목하게 가공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 인쇄회로기판의 하부면에는 상기 세탁기의 진동 및 기울기를 감지하기 위한 접촉 센서가 탑재될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 접촉 센서는, 상방으로 점차 넓어지는 반구 형상의 제1 접촉 단자와, 상기 제1 접촉 단자의 상부에 배치된 제2 접촉 단자와, 상기 제1 접촉 단자 내에 배치되는 볼 형상의 접촉자를 포함할 수 있으며, 상기 접촉자의 움직임에 의해 상기 제1 접촉 단자와 제2 접촉 단자가 전기적으로 연결되는 경우 신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 수위 측정 장치는 상기 인쇄회로기판에 결합되며 상기 에어 튜브에 연결되는 하우징을 포함할 수 있으며, 상기 정전 용량 압력 센서와 상기 접촉 센서는 상기 하우징 내에 수용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 접촉 단자의 중앙 부위에는 원형 개구가 구비될 수 있으며, 상기 하우징은 상기 원형 개구를 통해 하방으로 돌출되는 상기 접촉자를 지지하는 서포트 부재를 구비할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 정전 용량 압력 센서는 제1 전극이 형성된 제1 기판과 상기 제1 전극과 소정 거리 이격된 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판 및 상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함할 수 있으며, 상기 보강 기판에 의해 상기 정전 용량 압력 센서의 내구성이 크게 향상될 수 있다. 특히, 상기 보강 기판의 일측 표면을 오목하게 가공함으로써 상기 제2 기판과 상기 보강 기판의 접합시 불량률을 크게 감소시킬 수 있다.
결과적으로, 상기 정전 용량 압력 센서를 장시간 사용하는 경우에도 상기 정전 용량 압력 센서의 변형이 크게 감소될 수 있으며, 이에 따라 상기 정전 용량 압력 센서의 측정 오차가 크게 감소될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 압력 센서를 설명하기 위한 개략적인 구성도들이다.
도 3은 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4 내지 도 8은 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 9는 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서를 포함하는 세탁기의 수위 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 9에 도시된 수위 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4 내지 도 8은 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 9는 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서를 포함하는 세탁기의 수위 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 10은 도 9에 도시된 수위 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 압력 센서를 설명하기 위한 개략적인 구성도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 압력 센서(100)는 제1 전극(112)이 형성된 제1 기판(110)과 상기 제1 기판(110)에 결합되며 상기 제1 전극(112)과 마주하는 제2 전극을 갖는 제2 기판(130)을 포함할 수 있다.
상기 제1 기판(110)으로는 유리 기판이 사용될 수 있으며, 상기 제1 전극(112)은 상기 유리 기판 상에 진공 증착 방법을 통해 형성될 수 있다. 상기 제2 기판(130)으로는 실리콘 기판 또는 SOI(Silicon On Insulator) 기판이 사용될 수 있으며 상기 제1 전극(112)과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극(132)을 가질 수 있다. 이때, 상기 멤브레인 전극(132)은 상기 제2 전극으로서 기능할 수 있다.
일 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제2 기판(130)의 제1 및 제2 표면들에는 각각 제1 및 제2 리세스들(134,136)이 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 리세스들(134,136) 사이에 상기 멤브레인 전극(132)이 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정전 용량 압력 센서(100)는 상기 제2 기판(130)에 결합되는 보강 기판(150)을 포함할 수 있다. 상기 보강 기판(150)으로는 유리 기판이 사용될 수 있으며 상기 멤브레인 전극(132)과 마주하는 상기 보강 기판(150)의 일측 표면은 오목하게 가공될 수 있다.
상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130)은 양극 접합(Anodic Bonding)에 의해 서로 결합될 수 있으며, 또한 상기 제2 기판(130)과 상기 보강 기판(150) 역시 양극 접합에 의해 서로 결합될 수 있다.
상기 보강 기판(150)의 일측 표면은 샌드 블라스트 가공에 의해 오목하게 형성될 수 있으며, 상기 보강 기판(150)의 오목부(152)는 상기 제2 기판(130)과 보강 기판(150)의 양극 접합시 상기 제2 기판(130)의 멤브레인 전극(132)이 상기 보강 기판(150)에 접합되는 것을 방지하기 위하여 형성될 수 있다. 특히, 상기 보강 기판(150)의 오목부(152)는 상기 샌드 블라스트 가공에 의해 상대적으로 거칠게 가공될 수 있으며, 이에 의해 상기 오목부(152)의 표면과 상기 멤브레인 전극(132) 사이의 접합이 충분히 방지될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 정전 용량 압력 센서(100)는 상기 제1 기판(110)이 결합되는 인쇄회로기판(102)과 상기 인쇄회로기판(102) 상에 탑재되어 상기 제1 전극(112) 및 멤브레인 전극(132)과 전기적으로 연결되는 집적회로소자(104)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(112)과 상기 멤브레인 전극(132) 사이에서 제1 캐버티(106)가 형성될 수 있으며, 상기 제1 기판(110)에는 상기 제1 캐버티(106)와 연통하는 제1 관통홀(114)이 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1 캐버티(106)는 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(130)의 제1 리세스(134)에 의해 한정될 수 있다.
일 예로서, 상기 제1 기판(110)의 제1 표면에는 상기 제1 전극(112)이 배치되고, 상기 제1 관통홀(114)의 내측면 상에는 상기 제1 전극(112)과 연결되는 제1 관통 전극(118)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 기판(110)의 제2 표면에는 상기 제1 관통 전극(118)과 연결되며 상기 집적회로소자(104)와의 전기적인 연결을 위한 제1 전극 패드(122; 도 2 참조)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2 기판(130)은 상기 멤브레인 전극(132)을 감싸도록 배치되어 상기 멤브레인 전극(132)을 지지하며, 상기 제1 기판(110)과 상기 보강 기판(150)에 결합되는 링 형태의 지지부(138)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 기판(130)의 지지부(138)와 대응하는 상기 제1 기판(110)의 접합 영역에는 제2 관통홀(116)이 구비될 수 있으며, 상기 제2 관통홀(116)의 내측면에는 상기 제2 기판(130)의 지지부(138)와 연결되는 제2 관통 전극(120)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 기판(110)의 제2 표면에는 상기 제2 관통 전극(120)과 연결되는 제2 전극 패드(124)가 형성될 수 있다.
상기 제1 기판(110)은 납땜을 통해 상기 인쇄회로기판(102)에 결합될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 인쇄회로기판(102) 상에는 상기 집적회로소자(104)와 상기 제1 및 제2 전극 패드들(122,124) 사이를 연결하는 배선들(미도시)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 멤브레인 전극(132)과 상기 보강 기판(150) 사이에서 제2 캐버티(108)가 형성될 수 있으며, 상기 보강 기판(150)에는 상기 제2 캐버티(108)와 연통하는 제3 관통홀(154)이 구비될 수 있다. 이때, 상기 제2 캐버티(108)는 상기 보강 기판(150)과 상기 제2 기판(130)의 제2 리세스(136)에 의해 한정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판(102)에는 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 및 보강 기판(150)으로 구성된 센싱부와 상기 집적회로소자(104)를 수용하도록 하우징(170)이 결합될 수 있다. 상기 하우징(170)은 압력 측정의 대상에 결합될 수 있으며 압력 측정을 위한 개구(172)를 가질 수 있다.
이 경우, 상기 인쇄회로기판(102)에는 상기 제1 기판(110)의 제1 관통홀(114)과 연통되는 제4 관통홀(103)을 가질 수 있으며, 상기 제1 기판(110)과 상기 인쇄회로기판(102) 사이의 공간은 상기 하우징(170)의 내부 공간으로부터 격리되는 것이 바람직하다. 일 예로서, 상기 제1 기판(110)과 상기 인쇄회로기판(102) 사이의 공간은 실리콘 수지 등과 같은 접착제를 이용하여 상기 하우징(170)의 내부 공간으로부터 격리될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 인쇄회로기판(102)에는 도시된 바와 같이 상기 보강 기판(150)이 결합될 수도 있다. 일 예로서, 상기 보강 기판(150)은 실리콘 수지 등과 같은 접착제를 이용하여 상기 인쇄회로기판(102)에 탑재될 수 있다. 이 경우, 상기 인쇄회로기판(102)의 제4 관통홀(103)은 상기 보강 기판(150)의 제3 관통홀(154)과 연통될 수 있으며, 상기 보강 기판(150)과 인쇄회로기판(102) 사이의 공간은 상기 하우징(170)의 내부 공간과 격리되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 기판(110)의 제1 관통홀(114)은 상기 하우징(170)의 개구(172)와 연통될 수 있으며, 상기 제1 기판(110)의 제1 및 제2 전극 패드들(122,124)은 와이어 본딩을 통해 상기 집적회로소자(104)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 멤브레인 전극(132)이 구비된 제2 기판(130)이 상기 제1 기판(110)과 보강 기판(150) 사이에서 단단하게 고정될 수 있으므로, 상기 정전 용량 압력 센서(100)의 내구성이 크게 향상될 수 있다. 따라서, 장시간 사용에 의해 상기 인쇄회로기판(102)의 변형 등이 발생되는 경우에도 상기 제1 전극(112)과 멤브레인 전극(132) 사이의 간격이 일정하게 유지될 수 있으며 이에 의해 상기 정전 용량 압력 센서(100)의 측정 오차가 충분히 감소될 수 있다.
도 4 내지 도 8은 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 제1 기판(110)으로 사용될 유리 기판에 제1 및 제2 관통홀들(114,116)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 관통홀들(114,116)은 샌드 블라스트 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 샌드 블라스트 공정은 상기 제1 및 제2 관통홀들(114,116)이 상기 제1 기판(110)의 제2 표면(110B)으로부터 제1 표면(110A)을 향하여 점차 직경이 감소되도록 수행될 수 있다.
이어서, 화학적 기계적 연마를 통해 상기 제1 기판(110)의 제1 및 제2 표면들(110A,110B)을 평탄화할 수 있으며, 이를 통해 상기 제1 기판(110)의 두께가 조절될 수 있다. 또한, 상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행한 후 상기 제1 기판(110)의 표면 결함을 제거하기 위한 샌딩 공정이 추가적으로 수행될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 기판(110)의 제1 표면(110A)과 제2 표면(110B) 및 상기 제1 및 제2 관통홀들(114,116)의 내측면 상에 도전층(111)을 형성한다. 상기 도전층(111)은 진공 증착을 통해 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 도전층(111)을 패터닝하여 상기 제1 표면(110A) 상에 제1 전극(112)을 형성하고, 상기 제2 표면(110B) 상에 제1 및 제2 전극 패드들(122,124)을 형성하며, 아울러 상기 제1 및 제2 관통홀들(114,116) 내에 각각 제1 및 제2 관통 전극들(118,120)을 형성한다. 이때, 상기 제1 관통 전극(118)은 상기 제1 전극(112)과 상기 제1 전극 패드(122)를 서로 연결할 수 있으며, 상기 제2 관통 전극(120)은 상기 제2 전극 패드(124)와 연결될 수 있다.
일 예로서, 상기 도전층(111) 상에는 절연막(미도시)으로서 실리콘 질화막이 형성될 수 있으며, 상기 실리콘 절연막 상에 노광 및 현상 공정을 통하여 마스크 패턴(미도시)이 형성될 수 있다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 이용한 식각 공정이 수행될 수 있으며, 이에 의해 상기 도전층(111)의 패터닝이 이루어질 수 있다. 한편, 상기 식각 공정에 의해 상기 도전층(111) 상에 절연막 패턴(미도시)이 형성될 수 있으며, 상기 절연막 패턴 상의 마스크 패턴은 상기 식각 공정 이후 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2 기판(130)으로 사용될 SOI 기판의 제1 표면 즉 전면에 대하여 건식 또는 습식 식각 공정을 수행하여 제1 리세스(134)를 형성하고, SOI 기판의 제2 표면 즉 후면에 대하여 그라인딩 및 화학적 기계적 연마를 통해 상기 SOI 기판의 두께를 조절한 후, 상기 SOI 기판의 제2 표면에 대하여 건식 또는 습식 식각 공정을 수행하여 제2 리세스(136)를 형성한다.
특히, 상기 제1 리세스(134)를 형성하기 위한 식각 공정은 식각 시간을 통해 상기 제1 리세스(134)의 깊이를 조절할 수 있으며, 상기 제2 리세스(136)를 형성하기 위한 식각 공정은 상기 SOI 기판의 실리콘 산화물층(미도시)을 식각 종말점으로 이용할 수 있다.
상기와 같이 SOI 기판의 제1 및 제2 표면들에 상기 제1 및 제2 리세스들(134,136)을 형성함으로써 상기 제1 및 제2 리세스들(134,136) 사이에서 멤브레인 전극(132)이 형성될 수 있으며, 결과적으로 상기 멤브레인 전극(132)과 상기 멤브레인 전극(132)을 감싸는 지지부(138)를 포함하는 제2 기판(130)이 획득될 수 있다.
한편, 상기에서는 SOI 기판을 이용하여 제2 기판(130)을 마련하였으나, 일반적인 실리콘 웨이퍼를 이용하여 상기 제2 기판(130)을 마련할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 보강 기판(150)으로 사용될 유리 기판의 일측 표면에 오목부(152)와, 상기 오목부(152)의 내측 부위에 제3 관통홀(154)을 가공한다. 상기 오목부(152)와 상기 제3 관통홀(154)은 샌드 블라스트 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 보강 기판(150)의 두께는 화학적 기계적 연마 공정을 통해 조절될 수 있다.
상기와 같이 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 및 보강 기판(150)을 마련한 후, 상기 제1 전극(112)과 상기 멤브레인 전극(132)이 소정 간격 이격되도록 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130)을 접합하고, 상기 멤브레인 전극(132)과 상기 보강 기판(150)의 오목부(152)가 서로 마주하도록 상기 제2 기판(130)과 상기 보강 기판(150)을 접합한다. 이때, 상기 제1 전극(112)과 상기 멤브레인 전극(132) 사이의 간격은 상기 제1 리세스(134)의 깊이에 의해 조절될 수 있다. 한편, 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 및 보강 기판(150)의 접합 순서는 변경 가능하므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
일 예로서, 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 및 보강 기판(150)은 양극 접합에 의해 서로 결합될 수 있다. 이때, 상기 보강 기판(150)의 오목부(152)는 양극 접합시 상기 멤브레인 전극(132)이 상기 보강 기판(150)의 일측 표면에 접합되지 않도록 하기 위하여 사용될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 상기 도전층(111)의 패터닝 과정에서 형성된 상기 절연막 패턴은 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(130)의 양극 접합시 상기 제2 관통 전극(120)과 상기 제2 기판(130) 사이에서 전계가 집중되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
상기와 같이 서로 접합된 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 및 보강 기판(150)으로 이루어진 압력 센싱부는 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이 납땜 및/또는 접착제를 통해 인쇄회로기판(102)에 탑재될 수 있으며, 아울러 인쇄회로기판(102) 상의 집적회로소자(104)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9는 도 1에 도시된 정전 용량 압력 센서를 포함하는 세탁기의 수위 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이며, 도 10은 도 9에 도시된 수위 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 측정 장치(10)는 세탁기(2) 내부의 세탁조(4)와 연결된 정전 용량 압력 센서(100A)와, 상기 정전 용량 압력 센서(100A)가 탑재되는 하부면을 갖는 인쇄회로기판(102)을 포함할 수 있다. 상기 정전 용량 압력 센서(100A)는 도시된 바와 같이 상기 세탁조(4)의 하부에 연결된 에어 튜브(6)와 연결될 수 있다.
상기 세탁조(4)의 수위는 상기 에어 튜브(6) 내부의 압력을 측정한 후 상기 측정된 에어 튜브(6)의 내부 압력으로부터 산출될 수 있다.
상기 정전 용량 압력 센서(100A)는 제1 전극이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판과 결합되며 상기 제1 전극과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판 및 상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함할 수 있다. 상기 정전 용량 압력 센서(100A)에 대하여는 도 1 및 도 2를 참조하여 기 설명된 바와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한편 상기 에어 튜브(6)는 상기 세탁조(4)의 하부에 연결되어 수직 상방으로 연장될 수 있으며, 상기 정전 용량 압력 센서(100A)는 상기 에어 튜브(6)의 상단부에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 수위 측정 장치(10)는 상기 인쇄회로기판(102)의 하부면에 탑재되는 접촉 센서(200)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 접촉 센서(200)는 상기 세탁기(2)의 진동 및 기울기를 감지하기 위하여 사용될 수 있으며, 상방으로 점차 넓어지는 반구 형상의 제1 접촉 단자(210)와, 상기 제1 접촉 단자(210)의 상부에 배치된 제2 접촉 단자(220), 및 상기 제1 접촉 단자(210) 내에 배치되는 볼 형상의 접촉자(230)를 포함할 수 있다. 상기 접촉자(230)는 상기 제1 접촉 단자(210) 내에서 상기 세탁기(2)의 진동 또는 기울기에 의해 좌우 및/또는 수직 방향으로 움직일 수 있으며, 상기 접촉자(230)의 움직임에 의해 상기 제1 접촉 단자(210)와 제2 접촉 단자(220)가 전기적으로 연결되는 경우 신호를 발생시킬 수 있다.
일 예로서, 상기 접촉 센서(200)는 상기 인쇄회로기판(102) 상의 집적회로소자(104)와 연결될 수 있으며, 상기와 같이 제1 접촉 단자(210)와 제2 접촉 단자(220)가 전기적으로 서로 연결되는 경우 경보 신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수위 측정 장치(10)는 상기 에어 튜브(6)와 연결되는 하우징(170)을 포함할 수 있으며, 상기 하우징(170)은 상기 정전 용량 압력 센서(100A)와 상기 접촉 센서(200)를 수용하도록 상기 인쇄회로기판(102)에 결합될 수 있다.
특히, 상기 제1 접촉 단자(210)의 중앙 부위에는 도시된 바와 같이 원형 개구가 구비될 수 있으며 상기 하우징(170)은 상기 원형 개구를 통해 하방으로 돌출되는 상기 접촉자(230)를 지지하는 서포트 부재(174)를 구비할 수 있다. 이때, 상기 접촉 센서(200)의 조립을 용이하게 하기 위하여 상기 원형 개구의 내경은 상기 접촉자(230)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 도시된 바에 의하면, 상기 제1 접촉 단자(210)와 제2 접촉 단자(220)가 상기 인쇄회로기판(102) 상에 직접 배치되고 있으나, 상기 제1 접촉 단자(210)와 제2 접촉 단자(220)는 별도의 기판(미도시) 상에 배치될 수도 있으며, 이 경우 상기 별도의 기판이 상기 인쇄회로기판(102) 상에 납땜 등의 방법으로 탑재될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 정전 용량 압력 센서(100)는 제1 전극(112)이 형성된 제1 기판(110)과 상기 제1 전극(112)과 소정 거리 이격된 멤브레인 전극(132)을 갖는 제2 기판(130) 및 상기 제2 기판(130)에 결합되는 보강 기판(150)을 포함할 수 있으며, 상기 보강 기판(150)에 의해 상기 정전 용량 압력 센서(100)의 내구성이 크게 향상될 수 있다. 특히, 상기 보강 기판(150)의 일측 표면을 오목하게 가공함으로써 상기 제2 기판(130)과 상기 보강 기판(150)의 접합시 불량률을 크게 감소시킬 수 있다.
결과적으로, 상기 정전 용량 압력 센서(100)를 장시간 사용하는 경우에도 상기 정전 용량 압력 센서(100)의 변형이 크게 감소될 수 있으며, 이에 따라 상기 정전 용량 압력 센서(100)의 측정 오차가 크게 감소될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 정전 용량 압력 센서 102 : 인쇄회로기판
104 : 집적회로소자 110 : 제1 기판
112 : 제1 전극 130 : 제2 기판
132 : 멤브레인 전극 150 : 보강 기판
152 : 오목부 170 : 하우징
104 : 집적회로소자 110 : 제1 기판
112 : 제1 전극 130 : 제2 기판
132 : 멤브레인 전극 150 : 보강 기판
152 : 오목부 170 : 하우징
Claims (15)
- 제1 전극이 형성된 제1 기판;
상기 제1 기판에 결합되며 상기 제1 전극과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판; 및
상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함하되, 상기 멤브레인 전극과 마주하는 상기 보강 기판의 일측 표면은 오목하게 가공된 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서. - 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 멤브레인 전극 사이에서 제1 캐버티가 형성되며, 상기 제1 기판에는 상기 제1 캐버티와 연통하는 관통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 관통홀의 내측면 상에는 상기 제1 전극과 연결되는 관통 전극이 구비되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 멤브레인 전극과 상기 보강 기판 사이에서 제2 캐버티가 형성되며, 상기 보강 기판에는 상기 제2 캐버티와 연통하는 관통홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 기판 또는 상기 보강 기판이 결합되는 인쇄회로기판; 및
상기 인쇄회로기판 상에 탑재되며 상기 제1 전극 및 상기 멤브레인 전극과 전기적으로 연결되는 집적회로소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서. - 제1 기판 상에 제1 전극을 마련하는 단계;
제2 기판의 제1 및 제2 표면들에 각각 제1 및 제2 리세스들을 형성하여 상기 제1 및 제2 리세스들 사이에 멤브레인 전극을 마련하는 단계;
일측 표면이 오목하게 가공된 보강 기판을 마련하는 단계;
상기 제1 전극과 상기 멤브레인 전극이 소정 간격 이격되도록 상기 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 단계; 및
상기 멤브레인 전극과 상기 보강 기판의 일측 표면이 서로 마주하도록 상기 제2 기판과 상기 보강 기판을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서의 제조 방법. - 제6항에 있어서, 상기 제1 기판 상에 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 제1 전극은 상기 도전층을 패터닝함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 기판에 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 도전층을 형성하는 동안 상기 관통홀의 내측면 상에는 상기 제1 전극과 연결되는 관통 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 보강 기판에 관통홀을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 보강 기판의 일측 표면은 샌드 블라스트 가공에 의해 오목하게 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량 압력 센서의 제조 방법.
- 세탁기의 수위를 측정하기 위하여 세탁조에 연결된 에어 튜브의 내부 압력을 측정하는 정전 용량 압력 센서; 및
상기 정전 용량 압력 센서가 탑재되는 하부면을 갖는 인쇄회로기판을 포함하되,
상기 정전 용량 압력 센서는,
제1 전극이 형성된 제1 기판;
상기 제1 기판에 결합되며 상기 제1 전극과 소정 간격 이격되도록 배치되는 멤브레인 전극을 갖는 제2 기판; 및
상기 제2 기판에 결합되는 보강 기판을 포함하며, 상기 멤브레인 전극과 마주하는 상기 보강 기판의 일측 표면은 오목하게 가공된 것을 특징으로 하는 세탁기의 수위 측정 장치. - 제11항에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 하부면에 탑재되며 상기 세탁기의 진동 및 기울기를 감지하기 위한 접촉 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 접촉 센서는,
상방으로 점차 넓어지는 반구 형상의 제1 접촉 단자;
상기 제1 접촉 단자의 상부에 배치된 제2 접촉 단자; 및
상기 제1 접촉 단자 내에 배치되는 볼 형상의 접촉자를 포함하며,
상기 접촉자의 움직임에 의해 상기 제1 접촉 단자와 제2 접촉 단자가 전기적으로 연결되는 경우 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치. - 제13항에 있어서, 상기 에어 튜브와 연결되며, 상기 정전 용량 압력 센서와 상기 접촉 센서를 수용하도록 상기 인쇄회로기판에 결합되는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 접촉 단자의 중앙 부위에는 원형 개구가 구비되며, 상기 하우징은 상기 원형 개구를 통해 하방으로 돌출되는 상기 접촉자를 지지하는 서포트 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 수위 측정 장치.
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