KR20150075852A - 가속도 센서 - Google Patents

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KR20150075852A
KR20150075852A KR1020130164220A KR20130164220A KR20150075852A KR 20150075852 A KR20150075852 A KR 20150075852A KR 1020130164220 A KR1020130164220 A KR 1020130164220A KR 20130164220 A KR20130164220 A KR 20130164220A KR 20150075852 A KR20150075852 A KR 20150075852A
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한승훈
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 가속도 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 대향되어 완충빔부가 형성된다.

Description

가속도 센서{Acceleration Sensor}
본 발명은 가속도 센서에 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.
이와 같은 관성센서 중에서 가속도 센서는 질량체 및 가요성 빔의 움직임을 전기신호로 변환시키는 기술적특징을 포함하고, 질량체의 움직임을 가요성 빔에 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.
또한, 선행기술문헌을 포함한 종래기술에 따른 압저항방식의 가속도 센서는 감도증가를 위해 빔의 면적을 축소하다보니 충격에 취약하고, 질량체의 과대변위를 방지하기 위해 스토퍼 형성시 공정이 복잡하고, 생산성이 저하되는 문제점을 지니고 있다.
US 20060156818 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 관점은 가속도 센서의 커버에 홀이 형성된 완충빔부를 형성시키고, 질량체의 과대변위발생시 상기 완충빔부를 통해 댐핑함에 따라, 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 댐핑부를 포함하지 않고, 상부커버 및 하부커버의 제조과정을 통해 댐핑부를 간단하게 구현할 수 있는 가속도 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 대향되어 완충빔부가 형성된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 완충빔부에는 상기 질량체에 대향되어 부드러운 재료(soft material)로 이루어진 코팅층이 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성되고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성되고, 상기 복수개의 홀 및 중공부는 이방성 식각공정과 등방성 식각공정에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 완충빔부와의 간격이 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버와, 상기 가요성 빔의 일방을 커버하기 위해 상기 지지부의 일면에 결합된 상부커버를 포함하고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 대향되어 완충빔부가 형성되고, 상기 상부커버에는 상기 질량체 및 가요성 빔에 대향되어 완충빔부가 형성된다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버 및 상부커버의 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버 및 상부커버의 완충빔부에는 상기 질량체에 대향되어 부드러운 재료로 이루어진 코팅층이 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버 및 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버 및 상부커버의 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성되고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성되고, 상기 복수개의 홀 및 중공부는 이방성 식각공정과 등방성 식각공정에 의해 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서에 있어서, 상기 하부커버 및 상부커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 하부커버의 완충빔부의 간격이 되고, 상기 가요성 빔 및 질량체와 상부커버의 완충빔부의 간격이 된다.
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 가속도 센서의 커버에 홀이 형성된 완충빔부를 형성시키고, 질량체의 과대변위발생시 상기 완충빔부를 통해 댐핑함에 따라, 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 댐핑부를 포함하지 않고, 상부커버 및 하부커버의 제조과정을 통해 댐핑부를 간단하게 구현할 수 있는 가속도 센서를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 A-A 단면도.
도 3a는 도 2에 도시한 가속도 센서에 있어서, 댐핑부를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3b는 다른 실시예에 따른 댐핑부를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시한 가속도 센서의 개략적인 사용상태도.
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 제1 실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 가속도 센서의 개략적인 A-A 단면도이고, 도 3a는 도 2에 도시한 가속도 센서에 있어서, 댐핑부를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3b는 다른 실시예에 따른 댐핑부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 가속도 센서(100)는 질량체(110), 가요성 빔(120), 지지부(130) 및 하부커버(140)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 질량체(110)는 상기 가요성 빔(120)에 변위가능하도록 결합되고, 관성력, 외력, 코리올리힘, 구동력등에 의해 변위가 발생된다.
또한, 상기 질량체(110)는 일실시예로서 사각기둥 형상으로 형성된 것을 도시한 것이고, 이에 한정되지 않고, 원기둥 등 당업계에 공지된 모두 형상으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 질량체(110)는 상기 가요성 빔(120)이 사방에서 각각 연결될 수 있도록 4개의 홈부(111a, 111b, 111c, 111d)가 등간격으로 형성되고, 직육면체 형상으로 이루어진다.
즉, 상기 질량체(110)가 가요성 빔(120)에 의해 중심부가 변위가능하도록 고정되기 위해 상기 4개의 홈부(111a, 111b, 111c, 111d)는 상기 질량체(110)의 외측부로부터 중심부를 향해 연장되도록 형성되고, 상기 질량체(110)의 중심부에는 4개의 가요성 빔(120)이 사방에서 각각 결합된다.
다음으로 상기 가요성 빔(120)은 판상으로 형성되고, 상기 질량체(110)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 멤브레인, 빔 등의 가요성 기판으로 이루어진다. 또한 상기 가요성 빔(120)의 일단은 상기 질량체(110)의 홈부(111a, 111b, 111c, 111d)를 통해 상기 질량체(110)의 중심부에 연결되고, 타단은 상기 지지부(130)에 연결된다.
또한, 상기 가요성 빔(110)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 검출수단은 압전체, 압저항체 등으로 다양하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 지지부(130)는 상기 질량체(110)가 결합된 가요성 빔(120)이 결합되어, 상기 질량체(110)가 부상가능하도록 지지함과 동시에, 상기 질량체(110)가 변위가능하도록 중공(中空)형으로 형성되어, 상기 질량체(110)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
그라고 하부커버(140)는 상기 질량체의 일방을 커버하기 위해 상기 지지부(130)의 일면에 결합된다. 또한, 상기 하부커버(140)는 가속도 센서의 낙하 또는 외부충격등에 따른 상기 질량체의 과대변위를 제지하기 위한 완충빔부(141)가 형성된다. 상기 완충빔부(141)는 상기 질량체에 대향되도록 형성되고 빔 형상으로 이루어진다. 그리고 상기 완충빔부(141)는 완충효과를 향상시키기 위해 복수개의 홀(141a)이 형성된다.
또한, 상기 하부커버(140)는 완충빔부(141)의 형성에 의해 중공부(142)가 형성되고, 상기 중공부(142)는 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부(141)의 타방으로 형성된다.
또한, 상기 복수개의 홀(141a) 및 중공부(142)는 웨이퍼에 이방성 및 등방성 식각공정을 순차적으로 수행하여 형성시킬 수 있다.
그리고 도 3b는 다른 실시예에 따른 댐핑부를 개략적으로 도시한 평면도로서, 도시된 바와 같이, 완충빔부(141')에 복수개의 홀(141a')이 형성되고, 상기 완충빔부(141')에는 질량체에 대향되어 코팅층(142')이 형성된다.
상기 코팅층(142')은 부드러운 재료(soft material)가 증착되어 형성될 수 있고, 이에 대한 일례로서 Parylene이 코팅을 통해 완충빔부(141')에 코팅되어 코팅층(142')이 형성될 수 있다.
그리고 상기 하부커버(140)는 상기 지지부(130)에 본딩제(B)에 의해 결합되고, 상기 본딩제(B)의 높이를 통해 상기 질량체(110)와 완충빔부(141,141')와의 간격이 형성된다. 즉, 상기 지지부(130)의 단부는 질량체(110)의 단부와 동일면으로 형성되고, 상기 지지부에 결합되는 하부커버(140)의 상면은 완충빔부(141)의 표면과 동일면으로 형성됨에 따라, 상기 본딩제(B)의 높이는 상기 질량체(110)와 완충빔부(141,141')와의 간격이 된다.
또한 본 발명에 따른 가속도 센서(100)는 본딩제(B) 대신 실리콘다이렉트 본딩방식으로 상기 하부커버와 지지부를 결합시킬 수도 있다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도 센서(100)는 하부커버에 형성된 완충빔부에 의해 질량체의 과대변위에도 질량체의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 댐핑부를 포함하지 않고, 하부커버의 제조과정을 통해 댐핑부를 간단하게 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 가속도 센서(200)는 도 2에 도시한 제1 실시예에 따른 가속도 센서(100)과 비교하여 상부커버를 더 포함하여 이루어진다.
보다 구체적으로, 상기 가속도 센서(200)는 질량체(210), 가요성 빔(220), 지지부(230), 하부커버(240) 및 상부커버(250)를 포함한다.
그리고, 상기 질량체(210)는 상기 가요성 빔(220)에 변위가능하도록 결합되고, 상기 가요성 빔(220)은 상기 질량체(210)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 멤브레인, 빔 등의 가요성 기판으로 이루어진다.
또한 상기 가요성 빔(220)의 일단은 상기 질량체(210)에 연결되고, 타단은 상기 지지부(230)에 연결된다.
또한, 상기 가요성 빔(210)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(미도시)이 형성될 수 있고, 상기 검출수단은 압전체, 압저항체 등으로 다양하게 이루어질 수 있다.
그라고 하부커버(240)는 상기 질량체의 일방을 커버하기 위해 상기 지지부(230)의 일면에 결합된다. 또한, 상기 하부커버(240)는 가속도 센서의 낙하 또는 외부충격등에 따른 상기 질량체의 과대변위를 제지하기 위한 완충빔부(241)가 형성된다. 상기 완충빔부(241)는 상기 질량체에 대향되도록 형성되고 빔 형상으로 이루어진다. 그리고 상기 완충빔부(241)에는 완충효과를 향상시키기 위해 복수개의 홀(241a)이 형성된다.
다음으로, 상기 상부커버(250)은 상기 가요성 빔(220)의 일방을 커버하기 위해 상기 지지부(230)의 일면에 결합된다. 즉 상기 상부커버(250)는 상기 상부커버(240)와 대향되도록 상기 지지부(230)에 결합되고, 상기 가요성 빔(220)에 형성된 검출수단을 커버한다.
또한, 상기 상부커버(250)는 상기 하부커버와 마찬가지로 상기 질량체 및 가요성 빔에 대향되어 완충빔부(251)가 형성되고, 상기 완충빔부(251)에는 완충효과를 향상시키기 위해 복수개의 홀(251a)이 형성된다.
또한, 상기 상부커버(250)는 완충빔부(251)의 형성에 의해 중공부(252)가 형성되고, 상기 중공부(252)는 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부(251)의 타방으로 형성된다.
그리고 상기 복수개의 홀(251a) 및 중공부(252)는 웨이퍼에 이방성 및 등방성 식각공정을 순차적으로 수행하여 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 상부커버(250) 역시 도 3b에 다른 실시예의 댐핑부로 도시한 바와 같이, 상기 질량체(210) 및 가요성 빔(220)에 대향되어 코팅층이 더 형성될 수 있다. 그리고 전술한 바와 같이, 상기 코팅층은 부드러운 재료(soft material)가 증착되어 형성될 수 있다.
그리고 상기 하부커버(240) 및 상부커버(250)는 지지부(230)에 본딩제(B)에 의해 결합되고, 상기 본딩제(B)의 높이를 통해 상기 완충빔부(241, 251)와의 간격을 형성시킬 수 있다.
즉, 상기 본딩제(B)의 높이는 상기 질량체(210)와 하부커버(240)의 완충빔부(241)의 간격이 되고, 상기 가요성 빔(220) 및 질량체(210)와 상부커버(250)의 완충빔부(251)의 간격이 된다.
또한 본 발명에 따른 가속도 센서(200)는 본딩제(B) 대신 실리콘다이렉트 본딩방식으로 상기 하부커버와 지지부를 결합시킬 수도 있고, 상기 상부커버와 상기 지지부를 결합시킬 수도 있다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시한 가속도 센서의 개략적인 사용상태도이다. 도시한 바와 같이, 상기 가속도 센서(200)가 낙하 또는 외부충격에 의해 도 5에 화살표로 도시한 바와 같이 질량체(210)가 하부로 과대변위가 발생될 경우, 상기 질량체(210)는 하부커버(240)의 완충빔부(241)와 접하게 된다.
이때, 상기 완충빔부(241)에는 복수개의 홀(241a)이 형성됨에 따라 상기 질량체(210)를 탄성적으로 지지하여 질량체(210)의 파손을 방지하게 된다.
다음으로, 도 6에 화살표로 도시한 바와 같이 질량체(210)가 상부로 과대변위가 발생될 경우, 상기 질량체(210)는 상부커버(250)의 완충빔부(251)와 접하게 된다.
이때, 상기 완충빔부(251)에는 복수개의 홀(251a)이 형성됨에 따라 상기 질량체(210)를 탄성적으로 지지하여 질량체(210)의 파손을 방지하게 된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가속도 센서(200)는 상부커버 및 하부커버에 형성된 완충빔부(251, 241)에 의해 질량체의 과대변위에도 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 댐핑부를 포함하지 않고, 상부커버 및 하부커버의 제조과정을 통해 댐핑부를 간단하게 구현될 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 : 가속도 센서 110 : 질량체
111a, 111b, 111c, 111d : 홈부
120 : 가요성 빔 130 : 지지부
140 : 하부커버 141, 141' : 완충빔부
141a, 141a' : 홈 142 : 중공부
200 : 가속도 센서 210 : 질량체
220 : 가요성 빔 230 : 지지부
240 : 하부커버 241 : 완충빔부
241a : 홈 242 : 중공부
250 : 상부커버 251 : 완충빔부
251a : 홈 252 : 중공부
B : 본딩제

Claims (12)

  1. 질량체;
    상기 질량체에 결합된 가요성 빔; 및
    상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부; 및
    상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버를 포함하고,
    상기 하부커버에는 상기 질량체에 대향되어 완충빔부가 형성된 가속도 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된 가속도 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충빔부에는 상기 질량체에 대향되어 부드러운 재료(soft material)로 이루어진 코팅층이 더 형성된 가속도 센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성된 가속도 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성되고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성되고, 상기 복수개의 홀 및 중공부는 이방성 식각공정과 등방성 식각공정에 의해 형성된 가속도 센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 완충빔부와의 간격이 되는 가속도 센서.
  7. 질량체;
    상기 질량체에 결합된 가요성 빔; 및
    상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부;
    상기 질량체를 커버하도록 상기 지지부에 결합된 하부커버; 및
    상기 가요성 빔의 일방을 커버하기 위해 상기 지지부의 일면에 결합된 상부커버를 포함하고,
    상기 하부커버에는 상기 질량체에 대향되어 완충빔부가 형성되고,
    상기 상부커버에는 상기 질량체 및 가요성 빔에 대향되어 완충빔부가 형성된 가속도 센서.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부커버 및 상부커버의 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된 가속도 센서.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부커버 및 상부커버의 완충빔부에는 상기 질량체에 대향되어 부드러운 재료로 이루어진 코팅층이 더 형성된 가속도 센서.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부커버 및 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성된 가속도 센서.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부커버 및 상부커버의 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성되고, 상기 하부커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성되고, 상기 복수개의 홀 및 중공부는 이방성 식각공정과 등방성 식각공정에 의해 형성된 가속도 센서.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 하부커버 및 상부커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 하부커버의 완충빔부의 간격이 되고, 상기 가요성 빔 및 질량체와 상부커버의 완충빔부의 간격이 되는 가속도 센서.
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