KR20150090629A - 다기능 mems 센서 - Google Patents

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KR20150090629A
KR20150090629A KR1020140011519A KR20140011519A KR20150090629A KR 20150090629 A KR20150090629 A KR 20150090629A KR 1020140011519 A KR1020140011519 A KR 1020140011519A KR 20140011519 A KR20140011519 A KR 20140011519A KR 20150090629 A KR20150090629 A KR 20150090629A
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김종운
임창현
이준규
한승훈
김태윤
송종형
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삼성전기주식회사
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    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 변형검출부를 포함한다.

Description

다기능 MEMS 센서{Acceleration Sensor}
본 발명은 다기능 MEMS 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.
그리고, 가속도센서가 장착되는 모바일기기는 압력센서, MIC등을 같이 탑재하며 부품소형화가 중요하다. 따라서 다종의 센서를 하나의 소자 또는 하나의 패키지로 집적하여 소형화를 구현하는 것이 요구되고 있고, 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 질량체에 대향되도록 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 있고, 상기 완충빔부에 변형검출부를 형성시키고, 상기 완충빔부의 변형량을 검출하여 압력 또한 음량을 추가로 검출할 수 있는 다기능 MEMS 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 변형검출부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 가요성 빔의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단이 형성된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 완충빔부는 질량체의 일방에 대향되도록 위치된 제1 완충빔부와 상기 질량체의 타방에 대향되도록 위치된 제2 완충빔부를 포함하고, 상기 변형검출부는 상기 제1 완충빔부에 결합된 제1 변형검출부와, 상기 제2 완충빔부에 결합된 제2 변형검출부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 변형검출부를 포함하고, 상기 완충빔부는 상기 질량체 및 가요성 빔을 커버하도록 상기 지지부에 결합되어 제1 센싱부는 흡습이 방지된다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부에 결합되고 질량체에 대향되어 제1 완충빔부가 형성된 제1 커버를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 제2 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 센서칩을 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 센서칩은 압력센서칩 또는 음향 센서칩으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 완충빔부 및 상기 제2 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 제1 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 완충빔부에는 상기 질량체에 대향되어 부드러운 재료(soft material)로 이루어진 코팅층이 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 제1 완충빔부와의 간격이 된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 가요성 빔의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단이 형성된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부에 결합되고 질량체에 대향되어 제1 완충빔부가 형성된 제1 커버를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 제2 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 제2 센서칩과, 상기 센서칩과 제2 완충빔부를 커버하면서 상기 제2 완충빔부에 결합되는 제2 커버를 포함하고, 상기 제2 커버에는 홀이 형성된다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부에 결합되고 질량체에 대향된 제1 완충빔부가 형성되고, 상기 완충빔부에 제1 센서칩이 결합된 제1 커버를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 제2 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 제2 센서칩을 포함한다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 가요성 빔에는 관통홀이 형성되고, 제2 완충빔부에는 상기 가요성 빔에 형성된 관통홀에 대향되도록 관통홀이 형성되고, 상기 가요성 빔의 관통홀 및 제2 완충빔부의 관통홀을 통해 상기 제1 완충빔부에 결합된 제1 센서칩은 제2 완충빔부의 외부와 연통된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 센서칩과 제2 센서칩은 압력센서칩 또는 음향 센서칩이다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 제1 완충빔부 및 상기 제2 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서는 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부에 결합되고 질량체에 대향된 제1 완충빔부가 형성되고, 상기 완충빔부에 제1 센서칩이 결합된 커버를 포함하는 제1 센싱부 및 상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 제2 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 제2 센서칩을 포함하고, 상기 제1 센서칩 및 상기 제2 센서칩은 충격가속도 센서칩이다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 가요성 빔의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단이 형성된다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서에 있어서, 상기 커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 제1 완충빔부와의 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 질량체에 대향되도록 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 있고, 상기 완충빔부에 변형검출부를 형성시키고, 상기 완충빔부의 변형량을 검출하여 압력 또한 음량을 추가로 검출할 수 있는 다기능 MEMS 센서를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념이 적용된 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 분해사시도.
도 2는 도 1에 도시한 다기능 MEMS 센서가 결합된 상태의 개략적인 A-A' 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 다기능 MEMS 센서의 개략적인 평면도.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시한 다기능 MEMS 센서의 개략적인 사용상태도.
도 5는 본 발명의 개념이 적용된 다른 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도.
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 개념이 적용된 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 분해사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 다기능 MEMS 센서가 결합된 상태의 개략적인 A-A' 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시한 다기능 MEMS 센서의 개략적인 평면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 다기능 MEMS 센서(100)는 가속도 센싱부(110), 댐핑부(120) 및 변형검출부(130)를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 가속도 센싱부(110)는 변위가능하도록 가요성 빔(112)에 결합된 질량체(111)를 포함하고, 상기 질량체(111)에 대향되도록 댐핑부(120)가 위치되고, 상기 댐핑부(120)에는 변형검출부(130)가 결합된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 상기 다기능 MEMS 센서(100)는 가속도 센싱부(110)를 통해 가속도를 검출하고, 댐핑부(120)에 의해 가속도 센싱부의 질량체 변위가 제한되고 댐핑됨에 따라 안정적인 센서로 구현될 뿐만 아니라, 상기 댐핑부(120)의 변형검출부(130)에 의해 압력 및 소리등을 추가로 검출할 수 있어, 다기능 센서로 구현된다.
이하, 상술된 다기능 MEMS 센서(100)로 구현되기 위한 세부기술구성 및 이들의 유기적 결합에 대하여 보다 자세히 기술한다.
우선, 상기 가속도 센싱부(110)는 질량체(111), 가요성 빔(112), 지지부(113)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 질량체(111)는 상기 가요성 빔(112)에 변위가능하도록 결합되고, 관성력, 외력, 코리올리힘, 구동력등에 의해 변위가 발생된다.
또한, 상기 질량체(111)는 일실시예로서 사각기둥 형상으로 형성된 것을 도시한 것이고, 이에 한정되지 않고, 원기둥 등 당업계에 공지된 모두 형상으로 형성될 수 있다.
그리고 상기 질량체(111)는 상기 가요성 빔(112)이 사방에서 각각 연결될 수 있도록 4개의 홈부(111a, 111b, 111c, 111d)가 등간격으로 형성되고, 직육면체 형상으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 질량체(111)가 가요성 빔(112)에 의해 중심부가 변위가능하도록 고정되기 위해 상기 4개의 홈부(111a, 111b, 111c, 111d)는 상기 질량체(111)의 외측부로부터 중심부를 향해 연장되도록 형성되고, 상기 질량체(111)의 중심부에는 4개의 가요성 빔(112)이 사방에서 각각 결합된다.
다음으로 상기 가요성 빔(112)은 판상으로 형성되고, 상기 질량체(111)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는 멤브레인, 빔 등의 가요성 기판으로 이루어진다. 또한 상기 가요성 빔(112)의 일단은 상기 질량체(111)의 홈부(111a, 111b, 111c, 111d)를 통해 상기 질량체(111)의 중심부에 연결되고, 타단은 상기 지지부(113)에 연결된다.
또한, 상기 가요성 빔(111)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(112a)이 형성될 수 있고, 상기 검출수단(112a)은 압전체, 압저항체 등으로 다양하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 지지부(113)는 상기 질량체(111)가 결합된 가요성 빔(112)이 결합되어, 상기 질량체(111)가 부상가능하도록 지지함과 동시에, 상기 질량체(111)가 변위가능하도록 중공(中空)형으로 형성되어, 상기 질량체(111)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해준다.
그리고 상기 댐핑부(120)는 상기 가속도 센싱부(110)의 지지부(113)에 결합되고, 질량체에 대향되도록 위치된다. 또한, 상기 댐핑부(120)는 완충빔부로 형성되고, 상기 가속도 센싱부(110)의 질량체의 일방에 대향되도록 위치된 제1 댐핑부(120a)와 상기 질량체의 타방에 대향되도록 위치된 제2 댐핑부(120b)로 이루어진다.
그리고 상기 제1 댐핑부(120a) 및 제2 댐핑부(120b)는 상기 질량체에 대하여 소정간격으로 이격되도록 위치된다. 즉, 상기 제1 댐핑부(120a) 및 제2 댐핑부(120b)는 질량체의 과대변위를 제한하기 위한 스토퍼의 역할을 수행하도록 소정간격으로 이격되도록 위치된다.
또한, 상기 댐핑부(120)와 지지부(113) 사이의 간격은 상기 댐핑부를 지지부에 결합시키기 위해 도포된 본딩제(B)의 두께에 의해 설정할 수 있다.
또한, 상기 제1 댐핑부(120a) 및 제2 댐핑부(120b)는 댐핑효과를 향상시키기 위해 상기 가속도 센싱부(110)의 질량체(111)에 대향되어 홀(121)이 형성되고, 상기 홀(121)는 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다.
다음으로 상기 변형검출부(130)는 상기 댐핑부(120)인 완충빔부의 일면에 형성되고, 압력 및 소리등을 추가로 검출하기 위해 압저항, 압전, 정전방식등으로 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 상기 변형검출부(130)는 제1 댐핑부(120a)에 결합되는 제1 변형검출부(130a)와 제2 댐핑부(120b)에 결합된 제2 변형검출부(130b)를 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시한 다기능 MEMS 센서의 개략적인 사용상태도이다. 도시한 바와 같이, 상기 가속도 센싱부(110)의 질량체(111)가 낙하 또는 외부충격에 의해 도 4a에 화살표로 도시한 바와 같이 일방 즉, 하방으로 과대변위가 발생될 경우, 상기 질량체(111)는 하부 완충빔부인 제2 댐핑부(120b)에 접하게 된다.
이때, 상기 제2 댐핑부(120b)에는 복수개의 홀(121b)이 형성됨에 따라 상기 질량체(111)를 탄성적으로 지지하여 질량체(111) 및 가요성 빔(112)의 파손을 방지하게 된다.
다음으로, 도 4b에 화살표로 도시한 바와 같이 질량체(111)가 상방으로 과대변위가 발생될 경우, 상기 질량체(111)는 상부 완충빔부인 제1 댐핑부(120a)와 접하게 된다. 이때, 상기 제1 댐핑부(120a)에는 복수개의 홀(121a)이 형성됨에 따라 상기 질량체(111)를 탄성적으로 지지하여 질량체(111)의 파손을 방지하게 된다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(100)는 가속도 센싱부의 완충빔부인 댐핑부(120)에 의해 질량체의 과대변위에도 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 댐핑부(120)에 변형검출부(130)가 결합됨에 따라 압력 및 소리등을 추가로 검출하여 다기능 MEMS 센서로 구현된다.
도 5는 본 발명의 개념이 적용된 다른 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 다기능 MEMS 센서(200)는 도 2에 도시한 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(100)와 비교하여 댐핑부의 형상만이 상이하다.
보다 구체적으로 상기 다기능 MEMS 센서(200)는 가속도 센싱부(210), 댐핑부(220) 및 변형검출부(230)를 포함한다. 그리고 상기 다기능 MEMS 센서(200)의 상기 가속도 센싱부(210)는 변위가능하도록 가요성 빔에 결합된 질량체를 포함하고, 상기 질량체에 대향되도록 댐핑부(220)가 위치되고, 상기 댐핑부(220)에는 변형검출부(230)가 결합된다.
그리고 상기 가속도 센싱부(210)는 질량체(211), 가요성 빔(212), 지지부(213)를 포함하고, 상기 질량체(211)는 상기 가요성 빔(212)에 변위가능하도록 결합된다.
또한, 상기 가요성 빔(212)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(212a)이 형성될 수 있고, 상기 검출수단(212a)은 압전체, 압저항체 등으로 다양하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 지지부(213)는 상기 질량체(211)가 결합된 가요성 빔(212)이 결합되어, 상기 질량체(211)가 부상가능하도록 지지한다.
그리고 상기 댐핑부(220)는 상기 가속도 센싱부(210)에 결합되고, 질량체에 대향되도록 위치되고 완충빔부로 형성되고, 상기 가속도 센싱부(210)의 질량체의 일방에 대향되도록 위치된 제1 댐핑부(220a)와 상기 질량체의 타방에 대향되도록 위치된 제2 댐핑부(220b)로 이루어진다.
또한, 상기 제1 댐핑부(220a) 및 제2 댐핑부(220b)는 도 2에 도시한 일실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(100)의 제1 댐핑부(120a) 및 제2 댐핑부(120b)와 달리 홀이 형성되지 않은 빔부로 이루어진다.
그리고 상기 제1 댐핑부(220a) 및 제2 댐핑부(220b)가 가속도 센싱부(210)를 커버하도록 결합될 경우, 상기 제1 댐핑부(220a) 및 제2 댐핑부(220b)는 상기 질량체(211)의 변위제한 및 댐핑 뿐만 아니라, 상기 가속도 센싱부(210)으로의 흡습을 방지하는 역할을 수행한다.
다음으로 상기 변형검출부(230)는 상기 댐핑부(220)인 완충빔부의 일면에 형성되고, 압력 및 소리등을 추가로 검출하기 위해 압저항, 압전, 정전방식등으로 다양하게 구현될 수 있다.
이와 같이 이루어짐에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(200)는 가속도 센싱부의 완충빔부인 댐핑부(220)에 의해, 질량체가 과대변위에도 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손을 방지하고 흡습을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 댐핑부(220)에 변형검출부(230)가 결합됨에 따라 압력 및 소리등을 추가로 검출하여 다기능 MEMS 센서로 구현된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도이다. 보다 구체적으로, 상기 다기능 MEMS 센서(1000)는 제1 센싱부(1100) 및 제2 센싱부(1200)를 포함하고 상기 제1 센싱부(1100)는 가속도 센싱부로 구현되고, 제2 센싱부(1200)는 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있다.
그리고 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(1100)는 질량체(1110), 가요성 빔(1120), 지지부(1130) 및 커버(1140)를 포함하고, 상기 커버(1140)는 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부(1130)에 결합된다.
그리고 상기 커버(1140)에는 상기 질량체(1110)에 대향되어 제1 완충빔부(1141)와 중공부(1142)가 형성된다. 또한, 상기 완충빔부(1141)에는 댐핑효과를 향상시키기 위해 홀(1141a)이 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 홀(1141a) 및 중공부(1142)는 커버로 제조되는 웨이퍼에 이방성 및 등방성 식각공정을 순차적으로 수행하여 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 완충빔부(1141)에는 질량체에 대향되어 코팅층(1143)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 코팅층(1143)은 댐핑효과를 보다 향상시키기 위한 것으로 부드러운 재료(soft material)가 증착되어 형성될 수 있고, 이에 대한 일례로서 Parylene이 코팅을 통해 제1 완충빔부(1141)에 코팅되어 코팅층(1143)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 커버(1140)는 본딩제(B)에 의해 상기 지지부(1130)에 결합될 수 있고, 상기 본딩제(B)의 두께에 의해 상기 제1 완충빔부(1141)와 상기 질량체(1110)의 간격을 조절할 수 있다.
즉, 상기 지지부(1130)의 단부는 질량체(1110)의 단부와 동일면으로 형성되고, 상기 지지부(1130)에 결합되는 상기 커버(1140)의 상면은 제1 완충빔부(1141)의 표면과 동일면으로 형성됨에 따라, 상기 본딩제(B)의 두께는 상기 질량체(1110)와 제1 완충빔부(1141)와의 간격이 된다.
또한 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(1000)는 질량체와 완충빔부 사이의 간격을 설정하고, 본딩제(B) 대신 실리콘다이렉트 본딩방식으로 상기 하부커버와 지지부를 결합시킬 수도 있다.
또한, 상기 가요성 빔(1120)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(1121)이 형성된다.
또한 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(1100)의 질량체(1110), 가요성 빔(1120) 및 지지부(1130)는 도 2를 통해 설명한 가속도 센싱부의 대응되는 기술구성과 동일한 바, 이에 대한 세부기술구성의 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 제2 센싱부(1200)는 전술한 바와 같이 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있고, 이를 위해 상기 제2 센싱부(1200)는 제2 완충빔부(1210) 및 센서칩(1220)을 포함한다.
그리고 상기 제2 완충빔부(1210)는 일측에 커버가 결합되는 상기 질량체(1110)의 타측으로 위치되고, 상기 가속도 센싱부(1100)의 지지부(1130)에 결합된다. 또한, 상기 제2 완충빔부(1210)에는 댐핑효과를 향상시키기 위해 홀(1211)이 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 센서칩(1220)은 압력센서칩 또는 음향 센서칩이 채택될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 센서칩(1220)은 상기 제2 완충빔부(1210)에 결합되고, 상기 제2 완충빔부(1210)가 외부압력에 의해 변형되는 양을 검출하여 인가된 압력 또는 음향을 검출할 수 있다.
상기한 바와 같이, 이루어짐에 따라 본 발명의 제1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(1000)는 완충빔부(1141, 1210)에 의해, 질량체가 과대변위될 경우, 변위가 제한되고, 댐핑됨에 따라, 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손이 방지되고, 제2 센싱부에 의해 압력 및 소리등을 추가로 검출하여 다기능 MEMS 센서로 구현된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 다기능 MEMS 센서(2000)는 제1 센싱부(2100) 및 제2 센싱부(2200)를 포함하고, 상기 제1 센싱부(2100)는 가속도 센싱부로 구현되고, 제2 센싱부(2200)는 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있다.
또한, 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(2100)는 질량체(2110), 가요성 빔(2120), 지지부(2130) 및 제1 커버(2140)를 포함하고, 상기 제1 커버(2140)는 하부커버로서 상기 질량체(2110)의 일방을 커버하도록 상기 지지부(2130)에 결합된다.
그리고 상기 제1 커버(2140)에는 상기 질량체(2110)에 대향되어 제1 완충빔부(2141)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 완충빔부(2141)에는 댐핑효과를 향상시키기 위해 홀(2141a)이 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 커버(2140)는 본딩제(B)에 의해 상기 지지부(2130)에 결합될 수 있고, 상기 본딩제(B)의 두께에 의해 상기 제1 완충빔부(2141)와 상기 질량체(2110)의 간격을 조절할 수 있다.
또한, 상기 가요성 빔(2120)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(2121)이 형성된다.
또한 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(2100)의 질량체(2110), 가요성 빔(2120) 및 지지부(2130)는 도 2를 통해 설명한 가속도 센싱부의 대응되는 기술구성과 동일한 바, 이에 대한 세부기술구성의 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 제2 센싱부(2200)는 전술한 바와 같이 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있고, 이를 위해 상기 제2 센싱부(2200)는 제2 완충빔부(2210), 센서칩(2220) 및 제2 커버(2230)를 포함한다.
그리고 상기 제2 완충빔부(2210)는 일측에 상기 제1 커버(2140)가 결합되는 질량체(2110)의 타측으로 위치되도록, 상기 가속도 센싱부(2100)의 지지부(2130)에 결합된다. 또한, 상기 제2 완충빔부(2210)에는 도 6에 도시한 제 1 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(1000)의 제2 완충빔부(1210)와 달리 홀이 형성되지 않는다.
또한, 상기 제2 커버(2230)는 상부커버로서 상기 센서칩(2220)과 제2 완충빔부(2210)를 커버하면서 상기 제2 완충빔부(2210)에 결합된다. 그리고 상기 제2 커버(2230)에는 홀(2231)이 형성된다.
그리고 상기 센서칩(2220)은 압력 또는 음향센서칩으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 센서칩(2220)은 상기 제2 완충빔부(2210)에 결합되고, 상기 제2 완충빔부(2210)가 외부압력에 의해 변형되는 양을 검출하여 인가된 압력 또는 음향을 검출할 수 있다.
또한, 상기 제2 완충빔부(2210)는 본딩제(B)에 의해 상기 지지부(2130)에 결합될 수 있고, 상기 본딩제(B)의 두께에 의해 상기 제2 완충빔부(2210)와 상기 질량체(2110)의 간격을 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이, 이루어짐에 따라 본 발명의 제2 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(2000)는 완충빔부(2141, 2210)에 의해, 질량체가 과대변위될 경우, 변위가 제한되고, 댐핑됨에 따라, 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손이 방지될 뿐만 아니라, 흡습이 방지되고, 제2 센싱부에 의해 압력 및 소리등을 추가로 검출하여 다기능 MEMS 센서로 구현된다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 다기능 MEMS 센서(3000)는 제1 센싱부(3100) 및 제2 센싱부(3200)를 포함하고 상기 제1 센싱부(3100)는 가속도 센싱부로 구현되고, 제2 센싱부(3200)는 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있다.
그리고 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(3100)는 질량체(3110), 가요성 빔(3120), 지지부(3130) 및 커버(3140)를 포함하고, 상기 커버(3140)는 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부(3130)에 결합된다.
또한, 상기 가요성 빔(3120)에는 관통홀(3122)이 형성된다.
그리고 상기 커버(3140)에는 상기 질량체(3110)에 대향되어 제1 완충빔부(3141)가 형성된다. 그리고 상기 제1 완충빔부(3141)에는 제2 센싱부(3200)의 제2 센서칩(3220b)이 결합된다. 또한, 상기 제1 완충빔부(3141)에는 댐핑효과를 향상시키기 위해 홀(3141a)이 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다
또한, 상기 가요성 빔(3120)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(3121)이 형성된다.
또한 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(3100)의 질량체(3110), 가요성 빔(3120) 및 지지부(3130)는 도 2를 통해 설명한 가속도 센싱부의 대응되는 기술구성과 동일한 바, 이에 대한 세부기술구성의 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 제2 센싱부(3200)는 전술한 바와 같이 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있고, 이를 위해 상기 제2 센싱부(3200)는 제2 완충빔부(3210) 및 센서칩(3220)을 포함한다.
그리고 상기 제2 완충빔부(3210)는 일측에 커버가 결합되는 질량체의 타측으로 위치되고, 상기 가속도 센싱부(3100)의 지지부(3130)에 결합된다. 그리고 상기 제2 완충빔부(3210)에는 댐핑효과를 향상시키기 위해 홀(3211)이 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 완충빔부(3210)에는 상기 가요성 빔(3120)의 관통홀(3122)에 대향되어 관통홀(3212)이 형성된다.
그리고 상기 센서칩(3220)은 압력 또는 음향센서칩으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 센서칩(3220)은 상기 제2 완충빔부(3210)에 결합된 제1 센서칩(3220a)과, 전술한 바와 같이 상기 제1 센싱부(3100)의 제1 완충빔부(3141)에 결합된 제2 센서칩(3220b)를 포함한다.
그리고, 상기 제1 센서칩(3220a) 및 제2 센서칩(3220b)은 각각 완충빔부(3210, 3140))가 외부압력에 의해 변형되는 양을 검출하여 인가된 압력 또는 음향을 검출할 수 있다.
또한, 상기 제1 센서칩(3220a)는 음향센서칩으로 구현되고, 상기 제2 센서칩(3220b)은 압력센서칩으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 제2 완충빔부(3210)는 본딩제(B)에 의해 상기 지지부(3130)에 결합될 수 있고, 상기 본딩제(B)의 두께에 의해 상기 제2 완충빔부(3210)와 상기 질량체(3110)의 간격을 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이, 이루어짐에 따라 본 발명의 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(3000)는 완충빔부(3141, 3210)에 의해, 질량체가 과대변위될 경우, 변위가 제한되고, 댐핑됨에 따라, 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손이 방지될 뿐만 아니라, 제1 센서칩(3220a) 및 제2 센서칩(3220b)로 이루어진 제2 센싱부에 의해 압력 및 소리를 추가로 검출하여 다기능 MEMS 센서로 구현된다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서의 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 다기능 MEMS 센서(4000)는 제1 센싱부(4100) 및 제2 센싱부(4200)를 포함하고 상기 제1 센싱부(4100)는 가속도 센싱부로 구현되고, 제2 센싱부(4200)는 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있다.
그리고 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(4100)는 질량체(4110), 가요성 빔(4120), 지지부(4130) 및 커버(4140)를 포함하고, 상기 커버(4140)는 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부(4130)에 결합된다.
그리고 상기 커버(4140)에는 상기 질량체(4110)에 대향되어 제1 완충빔부(4141)가 형성된다. 그리고 상기 제1 완충빔부(4141)에는 제2 센싱부(4200)의 제2 센서칩(4220b)이 결합된다. 또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(4000)의 커버(4140)에 형성된 제1 완충빔부(4141)는 도 8에 도시한 제3 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(3000)의 커버(3140)에 형성된 제1 완충빔부(3141)와 비교하여 홀이 형성되지 않는다.
또한, 상기 가요성 빔(4120)의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단(4121)이 형성된다.
또한 상기 가속도 센싱부인 제1 센싱부(4100)의 질량체(4110), 가요성 빔(4120) 및 지지부(4130)는 도 2를 통해 설명한 가속도 센싱부의 대응되는 기술구성과 동일한 바, 이에 대한 세부기술구성의 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 제2 센싱부(4200)는 전술한 바와 같이 압력 또는 음향센싱부로 구현될 수 있고, 이를 위해 상기 제2 센싱부(4200)는 제2 완충빔부(4210) 및 센서칩(4220)을 포함한다.
그리고 상기 제2 완충빔부(4210)는 일측에 커버가 결합되는 질량체의 타측으로 위치되고, 상기 가속도 센싱부(4100)의 지지부(4130)에 결합된다. 그리고 상기 제2 완충빔부(4210)에는 댐핑효과를 향상시키기 위해 홀(4211)이 복수개가 등간격으로 어레이되도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 센서칩(4220)은 압력 또는 음향센서칩으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 센서칩(4220)은 상기 제2 완충빔부(4210)에 결합된 제1 센서칩(4220a)과, 전술한 바와 같이 상기 제1 센싱부(4100)의 제1 완충빔부(4141)에 결합된 제2 센서칩(4220b)를 포함한다.
그리고 상기 제1 센서칩(4220a) 및 제2 센서칩(4220b)은 충격가속도를 측정하기 위한 센서칩으로 구현될 수 있다.
즉, 상기 질량체가 가속도 측정 범위를 벋어나는 큰 충격가속도가 입력된 경우, 상기 제1 센서칩(4220a) 및 제2 센서칩(4220b)은 각각 완충빔부(4210, 4140))의 변위를 검출하여 충격가속도를 검출할 수 있다.
또한, 상기 제2 완충빔부(4210)는 본딩제(B)에 의해 상기 지지부(4130)에 결합될 수 있고, 상기 본딩제(B)의 두께에 의해 상기 제2 완충빔부(4210)와 상기 질량체(4110)의 간격을 조절할 수 있다.
상기한 바와 같이, 이루어짐에 따라 본 발명의 제4 실시예에 따른 다기능 MEMS 센서(4000)는 완충빔부(4141, 4210)에 의해, 질량체가 과대변위될 경우, 변위가 제한되고, 댐핑됨에 따라, 충격에 취약한 가요성 빔 및 질량체의 파손이 방지될 뿐만 아니라, 제1 센서칩(4220a) 및 제2 센서칩(4220b)로 이루어진 제2 센싱부에 의해 충격가속도를 검출하여 다기능 MEMS 센서로 구현된다.
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, 200 : 다기능 MEMS 센서 110, 210 : 가속도 센싱부
111, 211 : 질량체
111a, 111b, 111c, 111d : 홈부
112, 212 : 가요성 빔 112a, 212a : 검출수단
113, 213 : 지지부 120a, 220a : 제1 댐핑부
120, 220 : 댐핑부 130, 230 : 변형검출부
120b, 220b : 제2 댐핑부 121, 121a, 121b : 홀
130a : 제1 변형검출부 130b : 제2 변형검출부
1000 : 다기능 MEMS 센서 1100 : 제1 센싱부
1110 : 질량체 1120 : 가요성 빔
1121 : 검출수단
1130 : 지지부 1140 : 커버
1141 : 제1 완충빔부 1141a : 홀
1142 : 중공부 1143 : 코팅층
1200 : 제2 센싱부 1210 : 제2 완충빔부
1220 : 센서칩
2000 : 다기능 MEMS 센서 2100 : 제1 센싱부
2110 : 질량체 2120 : 가요성 빔
2121 : 검출수단
2130 : 지지부 2140 : 제1 커버
2141 : 제1 완충빔부
2200 : 제2 센싱부 2210 : 제2 완충빔부
2220 : 센서칩 2230 : 제2 커버
2231 : 홀
3000 : 다기능 MEMS 센서 3100 : 제1 센싱부
3110 : 질량체 3120 : 가요성 빔
3121 : 검출수단 3122 : 관통홀
3130 : 지지부 3140 : 커버
3141 : 제1 완충빔부
3200 : 제2 센싱부 3210 : 제2 완충빔부
3220a : 제1 센서칩 3220b : 제2 센서칩
3141a : 홀 3212 : 관통홀
4000 : 다기능 MEMS 센서 4100 : 제1 센싱부
4110 : 질량체 4120 : 가요성 빔
4121 : 검출수단
4130 : 지지부 4140 : 커버
4141 : 제1 완충빔부
4200 : 제2 센싱부 4210 : 제2 완충빔부
4220a : 제1 센서칩 4220b : 제2 센서칩
B : 본딩제

Claims (20)

  1. 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부를 포함하는 제1 센싱부; 및
    상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 변형검출부를 포함하는 다기능 MEMS 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가요성 빔의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충빔부는 질량체의 일방에 대향되도록 위치된 제1 완충빔부와 상기 질량체의 타방에 대향되도록 위치된 제2 완충빔부를 포함하고,
    상기 변형검출부는 상기 제1 완충빔부에 결합된 제1 변형검출부와, 상기 제2 완충빔부에 결합된 제2 변형검출부를 포함하는 다기능 MEMS 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충빔부는 상기 질량체 및 가요성 빔을 커버하도록 상기 지지부에 결합되어 제1 센싱부는 흡습이 방지된 다기능 MEMS 센서.
  6. 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부에 결합되고 질량체에 대향되어 제1 완충빔부가 형성된 제1 커버를 포함하는 제1 센싱부; 및
    상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 제2 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 센서칩을 포함하는 다기능 MEMS 센서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서칩은 압력센서칩 또는 음향 센서칩인 다기능 MEMS 센서.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 완충빔부 및 상기 제2 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 커버에는 상기 질량체에 일방이 대향되는 제1 완충빔부의 타방으로 중공부가 형성된 다기능 MEMS 센서.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 완충빔부에는 상기 질량체에 대향되어 부드러운 재료(soft material)로 이루어진 코팅층이 더 형성된 다기능 MEMS 센서.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 두께는 상기 질량체와 제1 완충빔부와의 간격이 되는 가속도 센서.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 가요성 빔의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 센서칩과 제2 완충빔부를 커버하면서 상기 제2 완충빔부에 결합되는 제2 커버를 더 포함하고, 상기 제2 커버에는 홀이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  14. 질량체와, 상기 질량체에 결합된 가요성 빔과, 상기 가요성 빔이 연결되고 상기 질량체를 부상가능하도록 지지하는 지지부와, 상기 질량체의 일방을 커버하도록 상기 지지부에 결합되고 질량체에 대향된 제1 완충빔부가 형성되고, 상기 완충빔부에 제1 센서칩이 결합된 커버를 포함하는 제1 센싱부; 및
    상기 질량체에 대향되도록 상기 지지부에 결합된 제2 완충빔부와, 상기 완충빔부에 결합된 제2 센서칩을 포함하는 다기능 MEMS 센서.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 가요성 빔에는 관통홀이 형성되고, 제2 완충빔부에는 상기 가요성 빔에 형성된 관통홀에 대향되도록 관통홀이 형성되고, 상기 가요성 빔의 관통홀 및 제2 완충빔부의 관통홀을 통해 상기 제1 완충빔부에 결합된 제1 센서칩은 제2 완충빔부의 외부와 연통된 다기능 MEMS 센서.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 센서칩과 제2 센서칩은 압력센서칩 또는 음향 센서칩인 다기능 MEMS 센서.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 완충빔부 및 상기 제2 완충빔부에는 복수개의 홀이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 센서칩 및 상기 제2 센서칩은 충격가속도 센서칩인 다기능 MEMS 센서.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 가요성 빔의 일면에는 상기 질량체의 변위를 검출하기 위한 검출수단이 형성된 다기능 MEMS 센서.
  20. 청구항 14에 있어서,
    상기 커버는 상기 지지부에 본딩제에 의해 결합되고, 상기 본딩제의 높이는 상기 질량체와 제1 완충빔부와의 간격이 되는 가속도 센서.
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