KR20150140794A - 개선된 압력 센서 - Google Patents

개선된 압력 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20150140794A
KR20150140794A KR1020157032082A KR20157032082A KR20150140794A KR 20150140794 A KR20150140794 A KR 20150140794A KR 1020157032082 A KR1020157032082 A KR 1020157032082A KR 20157032082 A KR20157032082 A KR 20157032082A KR 20150140794 A KR20150140794 A KR 20150140794A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diaphragm
sensor structure
pressure sensor
cavity
width
Prior art date
Application number
KR1020157032082A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101830618B1 (ko
Inventor
헤이키 쿠이스마
Original Assignee
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 filed Critical 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Publication of KR20150140794A publication Critical patent/KR20150140794A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101830618B1 publication Critical patent/KR101830618B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
    • G01L7/08—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type
    • G01L7/082—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type construction or mounting of diaphragms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/007—For controlling stiffness, e.g. ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0042—Constructional details associated with semiconductive diaphragm sensors, e.g. etching, or constructional details of non-semiconductive diaphragms
    • G01L9/0048—Details about the mounting of the diaphragm to its support or about the diaphragm edges, e.g. notches, round shapes for stress relief
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0073—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a semiconductive diaphragm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/12—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in capacitance, i.e. electric circuits therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

다이아프램의 길이가 다이아프램의 폭의 적어도 3배인 미소 전자 기계 압력 센서 구조가 개시된다. 직사각형 다이아프램은 다이아프램의 폭을 따르는 웨이퍼 및 다이아프램의 굽힘 사이의 최소 차이를 겪는다. 직각 방향으로, 다이아프램은 웨이퍼의 굽힘 형태와 정확하게 정렬하는 것으로 인하여 적어도 3배 더 길다. 이러한 것으로 인해, 구조의 굽힘에 의해 유발되는 전체 에러는 상당히 감소되고, 보다 강건한 구조가 달성된다. 동시에, 보다 긴 다이아프램은 검출을 위한 보다 편향된 영역을 제공하고, 그러므로 디바이스의 감도를 상당히 개선한다.

Description

개선된 압력 센서{AN IMPROVED PRESSURE SENSOR}
본 발명은 미소 전자 기계 디바이스(microelectromechanical device)에 관한 것이고, 특히 독립항들의 도입부에 따른 개선된 압력 센서 구조 및 압력 센서에 관한 것이다.
압력은 표면의 영역에 대한 표면 상에 작용하는 힘의 비에 대응하는 물리적인 양이다. 압력을 측정하는 게이지로서 사용될 수 있는 다바이스가 압력 센서이다.
대기압은 대기 중의 공기 기둥(a column of air)에 의해 표면에서 가해지는 압력이다. 대기압은 고도 및 날씨 패턴에 의해 변한다. 압력 센서에 의해 얻어지는 양은 대기압을 배제할 수 있으며, 이 경우에 과압을 나타낸다. 대기압이 포함되면, 그 결과는 절대 압력을 나타낸다.
미소 전자 기계 시스템, 또는 MEMS는 적어도 일부 요소들이 특정 종류의 기계적인 기능성을 가지는 소형화된 기계 및 전자-기계 시스템으로서 정의될 수 있다. MEMS 디바이스들이 집적회로를 생성하도록 사용된 동일한 도구로 생성되기 때문에, 미소 기계 및 미소 전자 요소들은 다양한 형태의 디바이스들을 가능하게 하도록 실리콘의 부분 상에 제작될 수 있다.
도 1은 압력의 감지를 위한 미소 전자 기계 디바이스의 예시적인 구조를 도시한다. 미소 전자 기계 압력 센서들을 전형적으로 기준 압력에서 일정 체적을 제공하는 갭(12) 위에 걸쳐있는 박형 다이아프램(10)을 포함한다. 다이아프램은 기준 압력과 센서를 둘러싸는 주위 압력 사이의 차이로 인하여 변형된다. 다이아프램 변위는 용량성 또는 압전저항 감지에 의해 전기 신호로 바뀔 수 있다.
미소 전자 기계 디바이스의 경우, 치수들은 매우 작고; 구성요소들은 수십 마이크로미터로부터 수 밀리미터의 크기 범위에 놓인다. 이러한 것은 설계에 많은 도전을 부과한다. 예를 들어, 미소 전자 기계 압력 센서에서, 압력 변화로 인한 검출된 다아이프램 변위는 나노미터 이하일 수 있다. 이러한 것은 변위에 의해 발생된 신호가 작다는 것을 의미한다. 가변적인 작업 온도에서 열팽창에 의해 유발되는 요소들의 치수 변화는 측정된 값들에 대해 상당한 변화를 유발할 수 있다. 부가하여, 센서 구조와 관련 전자 기기들은 패키지에서 캡슐화될 필요가 있다. 패키지는 센서 구조와 다른 열팽창 계수를 가질 수 있으며, 이는 측정치를 왜곡하는 큰 온도 의존형 굽힘 응력을 유발할 수 있다.
본 발명의 목적은 이러한 악영향을 제거하거나 또는 적어도 완화시키며 미소 전자 기계 압력 센서들에 있는 다이아프램의 압력 유도 편향의 검출을 개선하는 것이다. 본 발명의 목적은 독립항의 특징부에 따른 압력 센서 구조 및 압력 센서로 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 개시된다.
청구된 발명은 직사각형(oblong) 센서 구조를 한정하며, 여기에서, 치수는 다이아프램이 거의 일방향으로 기능하도록 고려될 수 있도록 조화된다. 따라서, 다이아프램은 다이아프램의 폭을 따라서 웨이퍼 및 다이아프램의 굽힘 사이의 최소화된 차이를 겪도록 좁아진다. 다이아프램은 웨이퍼의 굽힘 형태와 정확히 정렬하는 것으로 인하여 수직 방향으로 적어도 3배 길다. 이러한 특정 치수화로 인하여, 구조의 굽힘에 의해 유발되는 전체 에러는 상당히 감소되고, 동시에 더욱 튼튼한 구조가 달성된다. 또한, 보다 긴 다이아프램은 검출을 위해 더욱 편향된 영역을 제공하며, 그러므로 디바이스의 감도를 상당히 개선한다.
청구된 발명 및 그 실시예의 특징 및 이점은 실시예의 상세한 설명으로 더욱 상세하게 설명된다.
다음에, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 관련하여 보다 상세하게 설명된다:
도 1은 종래의 회전 대칭 미소 전자 기계 압력 센서 구조의 예시적인 대칭을 도시한 도면;
도 2는 예시적인 미소 전자 기계 압력 센서 구조의 측면도 및 평면도,
도 3은 굽혀진 센서 구조의 곡선 형상을 도시한 도면;
도 4는 굽혀진 센서 구조에서 상이하게 곡선화된 표면들을 도시한 도면;
도 5a는 종래의 정사각형 다이아프램의 형태를 도시한 도면;
도 5b는 청구된 직사각형 다이아프램의 형태를 도시한 도면;
도 6은 다이아프램의 폭에 걸친 웨이퍼의 제1 표면 및 다이아프램의 제2 표면의 굽힘을 도시한 도면;
도 7은 다이아프램의 길이의 절반에 걸친 웨이퍼의 제1 표면 및 다이아프램의 제2 표면의 굽힘을 도시한 도면;
도 8은 검출된 압력의 함수로서 캐패시턴스 값을 나타낸 도면;
도 9는 다이아프램의 폭 치수에서 위치의 함수로서 다이아프램의 변위를 도시한 도면;
도 10은 다이아프램의 폭 치수에서 위치의 함수로서 다이아프램의 변위를 도시한 도면;
도 11은 그 길이를 따라서 직사각형 센서 구조를 도시하는 측면도; 및
도 12는 센서 구조가 다수의 감지 다이아프램들을 포함하도록 구성된 추가의 실시예를 도시한 도면.
다음의 실시예들은 예시적이다. 비록 명세서가 "하나" 또는 "일부" 실시예를 인용할 수 있을지라도, 이러한 것은 반드시, 각 이러한 인용이 동일한 실시예(들)에 대한 것이거나 또는 도면이 단지 단일 실시예에 적용하는 것을 의미하는 것은 아니다. 상이한 실시예들의 단일 특징은 추가의 실시예들을 제공하도록 조합될 수 있다.
다음에, 본 발명의 특징들은, 본 발명의 다양한 실시예들이 실행되는 디바이스 아키텍쳐의 간단한 예에 의해 설명될 것이다. 실시예들을 도시하는 것과 관련한 요소들만이 상세히 설명된다. 압력 센서들의 다양한 실시는 당업자에게 대체로 공지되고 본 명세서에서 특별히 설명되지 않는 요소들을 포함한다.
본 발명의 예로서, 도 2는 미소 전자 기계 압력 센서 구조의 예시적인 구조를 도시한다. 도 2는 예시된 센서 구조의 측면도 및 평면도를 도시한다. 예시된 압력 센서는 평면 베이스(21)와 측벽(23)들에 의해 형성된 본체 구조를 포함한다. 평면 베이스(21)는 실리콘 물질의 웨이퍼로 제조될 수 있지만, 예를 들어, 전도체, 반도체 또는 절연 물질이 보호 범위 내에서 적용될 수 있다. 평면 베이스(21)는 본질적으로 제1 평면(25)을 따라서 연장하는 제1 표면(24)을 가진다. 본 명세서에서, 용어 본질적으로는 표면이 하급의 표면 구조(범프들 또는 캐비티들)들을 수용할 수 있지만, 허용오차 내에서 표면적의 90% 이상이 제1 평면(25)에 정렬되는 것을 의미한다.
측벽(23)들은 도 2에 도시된 바와 같이 유익하게 제1 평면(25)에 직각인 방향으로 제1 표면(24)으로부터 멀리 연장한다. 측벽(23)들은 평면 베이스(21)에 튼튼하게 부착되며, 그러므로 그 위에 개방 공간을 외접하여 둘러싼다. 평면 베이스(21)와 함께, 측벽(23)들은 중공을 형성하며, 중공의 깊이는 측벽(23)들의 높이에 일치한다. 측벽들은 이산화규소와 같은 전기 절연 물질일 수 있지만, 다른 전기 절연 물질들이 보호 범위 내에서 적용될 수 있다. 예의 구조의 평면도에서, 측벽들의 단면은 점선으로부터 외향하여 연장하는 직사각형 주변으로서 도시된다. 점선은 측벽들의 내부면들을 도시하고, 이러한 내부면들의 상부 가장자리는 평면 베이스(21)와 측벽(23)들에 의해 형성된 중공에 대한 원주 개구를 한정한다.
이러한 중공은 측벽(23)들 상에서 연장하는 다이아프램 플레이트(26)에 의해 기밀하게 밀봉된다. 용어 다이아프램은 본 명세서에서 그 주변에 정착된 탄성 변형 물질의 막을 인용한다. 다이아프램 플레이트(26)는, 센서 구조에 다이아프램(27)을 제공하고 그 주변에 다이아프램을 고정하는 평면 물체이다. 다이아프램 플레이트(26)는 실리콘 물질로 만들어질 수 있지만, 다른 전도체, 반도체 또는 절연 물질들이 보호 범위 내에서 적용될 수 있다. 다이아프램 플레이트(26)는 초기에 평면 베이스(21)의 제1 표면(24)에 평행한 평면인 제2 표면(28)을 통해 측벽(23)들에 연결된다. 상기 조항은 초기에 본 명세서에서 센서의 제조 스테이지들에 대한 제2 표면의 치수에 관계한다는 것을 유념하여야 한다. 당업자는 압력 센서의 작동 동안, 부분들이 그 초기의 평면 형태로부터 변형될 수 있다는 것을 이해한다.
평면 베이스(21), 측벽(23)들 및 다이아프램 플레이트(26)은 제1 표면(24), 제2 표면(28) 및 측벽(23)들의 내부면들이 기준 압력에서 휘발성 물질을 수용하는 기밀하게 폐쇄된 갭(22)을 형성하도록 서로 부착된다. 갭(22)은 단지 소량의 잔류 가스만을 수용하도록 비워질 수 있지만, 이것은 또한 선택된 기준 압력에서 선택된 가스 또는 다른 휘발성 물질이 충전될 수 있다.
갭(22)에 대한 원주 개구에 걸쳐서 연장하는 다이아프램 플레이트(26)의 일부는 다이아프램(27)을 제공하고, 다이아프램의 주변은 개구에 의해 한정되고, 측벽들의 상부면과 다이아프램 플레이트 사이의 확실한 물질 접촉에 의해 고정이 제공된다. 다이아프램(27)은 한쪽 측부에서 갭의 기준 압력에 노출되고, 다른 측부에서 다이아프램 플레이트(26)의 상부에서 주위 압력에 노출된다. 그러므로, 이러한 다이아프램(27)은 기준 압력과 주위 압력 사이의 압력차에 응답하여 변형된다. 이러한 변형의 정도는 전극들에 의해 갭(22)의 높이에서 변형 유도 변화를 전기 신호로 바꾸는 것에 의해 용량성으로 검출될 수 있다. 변형은 통합된 압전 저항기 또는 유사한 스트레인 게이지 저항기들에 의해 다이아프램에서 변형 유도 응력을 전기 신호로 바꾸는 것에 의해 압전 저항형 또는 유사한 스트레인 게이지 기반 방법에 의해 대안적으로 검출될 수 있다. 이러한 방법 모두는 종래에 개시되어 있으며, 당업자에게 널리 공지됨에 따라서 본 명세서에서 상세히 설명되지 않는다. 이러한 해결 수단은 용량성 감지가 적용되는 압력 센서 구조들에 특별히 적용할 수 있다.
통상적으로, 압력 센서 다이아프램의 형상은 원형 형태 또는 정사각형 형태의 회전 대칭이었다. 도 1의 압력 센서는 이러한 종래의 직사각형 형상을 가진 다이아프램을 도시한다. 이러한 회전 대칭 형상에 대한 이유는 이러한 다이아프램들이 다이아프램의 주어진 두께에 대하여 편향의 최대 압력 감도를 보이기 때문이다. 사실, 다이아프램의 두께에서의 변화는 압력 감도에서 ±15% 보다 작은 변화를 달성하기 위하여 바람직하게 ±5%로 제한되며; 압력 감도는 다이아프램의 두께의 세제곱멱(the third power)에 반비례한다. 따라서, 종래의 실리콘 압력 센서들에서, 다이아프램 두께는 20 내지 40 ㎛의 범위에서 변하였으며, 다이아프램의 측부 길이 또는 지름은 0,5 내지 1,0 mm의 범위에서, 다이아프램 두께의 변화는 1 내지 2 ㎛의 범위에서 변하였다.
공지의 진보된 실리콘 박화 폴리싱 기술(silicon thinning polishing technology)에 의해, 실리콘 웨이퍼의 균일성은 오늘날 웨이퍼의 전체에 걸쳐서 그리고 웨이퍼로부터 웨이퍼로 0,3 ㎛ 레벨까지 낮출 수 있다. 상기의 선호도를 고려하여, 적절한 균일성은 5 ㎛ 두께의 다이아프램들에서도 달성될 수 있었다. 이러한 것은 다이아프램의 면적, 이에 의해 전체 센서의 크기를 또한 감소시킬 가능성을 열었다. 이러한 가능성은 전형적으로 특히 감소된 재료 비용으로 인하여 열망하여 적용된다. 그러나, 상업적인 압력 센서들은 전형적으로 패키지 내로 측정 회로 및 다른 구성요소들에 의해 여러번 캡슐에 넣어지며, 동시에, 다이아프램의 면적의 감소는 더 이상 전체 패키지의 설계에 추가의 이점을 제공하지 않는다. 보다 중요한 것은 미소 전자 기계 압력 센서 다이아프램의 임의의 설계된 영역을 가능한 효율적으로 도포하는 것이다.
다이아프램의 면적이 압력 센서의 감도와 상관한다는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 이러한 것은, 특정 방식으로 특정 다이아프램 면적을 한정하는 치수들의 비를 변경하는 것에 의해, 일부 중요한 이점이 이 특정 면적으로 고유하게 파생 가능한 감도를 손상시키지 않고 달성될 수 있다는 것이 알려졌다. 상기 이점들은 가장 긴 치수와 가장 짧은 치수의 종횡비가 적어도 3인 직사각형 다이아프램 형상으로 달성될 수 있다.
도 2의 도면에서, 측벽(23)은 다이아프램 플레이트(26) 상의 제2 표면에 부착되고, 그러므로, 측벽(23)들의 내부면들의 상부 가장자리는 다이아프램(27)의 원주를 나타낸다. 이러한 원주는 또한 제1 평면(25)의 방향으로 제2 표면에서 길이(27a) 및 폭(27b)을 가진다. 다이아프램의 길이(27a)는 다이아프램의 가장 긴 길이에 대응하고, 제1 평면(25)에 평행한 제1 방향으로 연장한다. 다이아프램의 폭(27b)은 제2 방향으로의 다이아프램의 범위이다. 이러한 제2 방향은 또한 제1 평면(25)에 평행하지만, 이것은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 방향에 직각이다.
필요한 효과를 제공하는 직사각형 형상의 종횡비는 다이아프램의 길이가 다이아프램의 폭의 적어도 3배일 때 이미 달성된다. 그러나, 추후에 설명되는 바와 같이, 4배 내지 10배의 더욱 높은 종횡비가 개선된 성능을 위해 적용될 수 있다. 현재, 미소 전자 기계 압력 센서 압력 센서들에서 다이아프램 면적을 위한 실제의 최적값은 대략 0,3 내지 0,5 ㎟이다. 따라서, 5 ㎛ 두께의 다이아프램에 의해, 보다 짧은 치수는 유익하게 0,25 ㎜로 낮출 수 있는 반면에, 보다 긴 치수는 대응하여 0,75 ㎜ 또는 1 ㎜로부터 1,5 ㎜ 또는 심지어 2 ㎜까지의 범위일 수 있다. 그러나, 그 범위는 임의의 특정 면적 제한으로 제한되지 않는다는 것을 유념하여야 한다. 그 범위는 도 2의 직사각형 형상의 다이아프램으로 제한되지 않으며, 상기 종횡비 한정을 이행하는 임의의 직사각형 형상은 보호 범위 내에서 적용될 수 있다.
본 발명의 하나의 이점은 센서 구조의 패키지 유도 굽힘에 대해 증가된 강건성(robustness)이다. 종래에 공지된 바와 같이, 물질 층들의 상이한 열팽창계수는 굽힘 응력을 유발하려 한다. 패키징된 디바이스에서, 센서와 패키지의 열팽창계수 사이의 불일치는 도 3에 도시된 바와 같이 곡선 형상으로 센서 구조를 굽힐 수 있다. 이러한 곡선 형상은 구형 캡으로 근사될 수 있으며, 캡의 베이스의 폭은 W이며, 캡의 높이는 H이다. 미소 전자 기계 센서들의 다이아프램들의 경우에, H ≪ W일 때, 캡의 높이는 베이스의 곡률 반경이 일정하게 유지될 때, H~W2의 제곱멱(the second power)에 비례하도록 근사될 수 있다.
용량성 검출에서, 다이아프램 편향은 제1 표면(35) 상의 편향 다이아프램 전극과 제2 표면(38) 상의 고정 전극 사이의 갭에 걸쳐서 캐패시턴스의 변화를 검출하는 것에 의해 감지된다. 이상적으로, 검출된 캐패시턴스는 검출된 압력 변화에 응답하는 편향으로 인하여 변할 것이다. 심지어 외력에 의한 다이아프램 및 고정 전극의 굽힘이 허용될 수 있으며; 갭의 저부에 있는 제1 표면(35)과 갭의 상부에 있는 제2 표면(38)이 유사하게 굽혀져서, 갭의 높이가 굽힘때문에 변경되지 않으면, 이러한 것은 이상적으로 검출을 방해하지 않는다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 표면들이 상이하게 변형되도록 유발하는 다수의 현실적인 인자들이 있다.
예를 들어, 균일한 굽힘 모멘트를 받으면, 그리고 그 측면 치수가 그 두께에 비교하여 매우 크면, 평면 베이스(41)의 웨이퍼는 구형 표면으로 굽혀질 수 있다. 후자의 요구는 그 두께에 비교하여 센서의 제한된 크기로 인하여 용이하게 실현되지 않는다. 이러한 것은, 굽힘 모멘트가 전단 변형에 의해 웨이퍼의 가장자리에 근접하여 완화되려 하는 것을 의미한다. 이 때문에, 그러므로, 웨이퍼는 도 4에 도시된 바와 같이 구형이 아니라 무딘 원뿔 형태에 가까운 형상으로 굽혀지려 한다. 다른 한편으로, 상이한 치수 때문에, 다이아프램은 전형적으로 포물 형상으로 굽혀지려 한다. 그 결과, 제1 표면(45)과 제2 표면(48)은 편향 때문 뿐만 아니라 굽힘 때문에 변하게 된다. 이러한 것은 측정된 캐패시턴스 값들에 대한 에러를 유발할 것이다. 이러한 가장자리 효과는 유일의 인자가 아니며; 구조의 상이한 굽힘을 통하여 에러에 잠재적으로 기여하는 다른 메커니즘이 또한 있다는 것을 유념하여야 한다.
회전 대칭 굽힘 요소에 의해, 요소의 폭 및 길이는 동등하고, 굽힘은 그 양방향으로 유사하게 발생하는 것으로 고려될 수 있다. 도 3을 참조하여 상기된 바와 같이, 제2 표면(38)의 구형 캡의 높이는 대칭 요소의 폭/길이의 제곱멱에 대략 비례한다. 직사각형 요소에 의해, 이러한 것은 사실이지만, 지금 폭 및 길이 방향에서의 굽힘은 동일하지 않다. 폭의 제곱멱에 대한 비례의 원칙으로 인하여, 굽힘은 직사각형 요소의 길이의 방향으로 강하게 증가하고, 직사각형 요소의 폭의 방향으로 급하게 감소한다. 예를 들어, 폭의 방향으로, 0,25 ㎜ 폭의 직사각형 요소는 0,75 ㎜ 폭의 정사각형 요소보다 약 9배 적게 굽혀질 것이다.
다이아프램의 청구된 직사각형 형상은 검출에 대해 굽힘의 효과를 완화시키도록 이러한 이해를 적용한다. 도 5a는 종래의 정사각형 다이아프램(50)을 도시한다. 정사각형 다이아프램의 폭(Ws)은 정사각형 다이아프램의 길이(Ls)와 같다. 도 5b는 청구된 직사각형 다이아프램(51)을 도시하며, 여기에서, 직사각형 다이아프램의 폭(Wo)은 직사각형 다이아프램의 길이(Lo)의 적어도 3배이다. 예로서, 본 발명에서, Lo = 3*Wo로 가정한다. 직사각형 다이아프램(51)은 정사각형 다이아프램과 동일한 유효 면적(A)을 가진다(A = Ws2 = Ls2 = Wo* Lo). 직사각형 형상에 의해, 길이(Lo)의 방향으로, 직사각형 다이아프램은 정사각형 다이아프램보다 훨씬 더(약 9배) 굽혀진다. 다른 한편으로, 폭(Wo)의 방향으로, 직사각형 다이아프램은 정사각형 다이아프램보다 훨씬 적게(약 9배) 굽혀진다. 그러나, 측정된 캐패시턴스 값에 의해 유발되는 에러가 보다 짧은 치수(폭)에서의 굽힘에 의해 가장 크게 되고, 보다 긴 치수(길이)에서의 굽힘에 둔감하다는 것이 검출되었으며, 그러므로, 직사각형 형상의 영역이 겪게 되는 에러는 정사각형 형상의 영역이 겪는 것보다 상당히 작다.
미소 전자 기계 압력 센서들의 치수는 항상 최적화되고, 직사각형 다이아프램에 의해, 또한 평면 베이스의 웨이퍼는 전형적으로 직사각형 형상이다. 도 6은 다이아프램의 폭에 걸쳐서 웨이퍼의 제1 표면과 다이아프램의 제2 표면의 굽힘의 유한요소법(FEM) 시뮬레이션을 도시한다. 시뮬레이션 모델은 0,25 ㎜ 폭과 1,6 ㎜ 길이의 다이아프램을 갖는 직사각형 센서이다. 도 6의 결과는 다이아프램의 폭의 방향으로 치수화한 청구된 직사각형에 의해, 웨이퍼가 다이아프램보다 훨씬 굽혀지는 경향이 있다는 것이다. 그러나, 다이아프램의 짧은 길이로 인하여, 굽힘의 절대값들은 매우 작다. 정사각형 다이아프램에서, 폭은 모델링된 직사각형 다이아프램과 동일한 유효 면적을 제공하도록 약 0,64 ㎜이어야 한다. 이러한 길이는 다이아프램보다 6배 이상의 강한 굽힘을 초래한다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
도 6에 대응하여, 도 7은 다이아프램의 길이의 절반에 걸쳐서 웨이퍼의 제1 표면과 다이아프램의 제2 표면의 굽힘의 유한요소법 (FEM) 시뮬레이션을 도시한다. 굽힘의 절대값이 도 6에서보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 그러나, 웨이퍼가 지금 강하게 굽혀질지라도, 다이아프램의 굽힘 형상이 웨이퍼의 굽힘 형상을 매우 정밀하게 따르는 것을 또한 알 수 있다(도시된 결과에서, 곡선들은 실제로 일치한다). 이러한 것은 이 방향으로 갭의 거리가 웨이퍼의 굽힘때문에 실질적으로 변하지 않고 추가의 에러가 측정된 캐패시턴스 값들에 의해 유발되지 않는다는 것을 의미한다.
간단히, 청구된 직사각형 센서 구조에서, 다이아프램의 폭은 대응하는 대칭 구조에서보다 웨이퍼 및 다이아프램의 굽힘 사이의 훨씬 작은 차이를 겪도록 충분히 짧게 만들어진다. 다른 한편으로, 다이아프램의 길이는 웨이퍼의 굽힘과 정확하게 정렬되도록 충분히 길게 만들어진다. 이러한 것으로 인하여, 다이아프램의 폭을 따르는 웨이퍼의 굽힘의 효과는 가장 크게 되고, 그러므로, 전체 에러는 대응 회전 대칭 구조에 의한 것보다 상당히 작다.
본 발명의 또 다른 이점은 개선된 감도이다. 이러한 것은, 도 6 및 도 7의 예시적인 구성에서 검출된 압력의 함수로서 FEM 시뮬레이션된 캐패시턴스 값들을 도시하는 도 8에 도시된다. 실선은 상기 직사각형 다이아프램 구조로 발생된 캐패시턴스 값들을 나타내며, 점선은 동일한 유효 면적의 원형 다이아프램 구조로 발생된 캐패시턴스 값들을 나타낸다. 결과에서의 차이가 주목할만하다는 것을 용이하게 알 수 있다. 개선을 위한 이유는 편향이 전체 다이아프램으로부터 검출되기 때문이다. 회전 대칭 구조에 의해, 다이아프램의 편향 부분은 다이아프램의 중심에 포인트형 오목한 자국(dint)인 표면을 형성한다. 직사각형 구조로, 다이아프램의 편향 부분은 길이 방향을 따라서 연장하는 라인 그루브와 같은 표면을 형성한다. 이러한 것은 도 9 및 도 10에 도시된다. 도 9는 다이아프램의 폭 치수에서 위치의 함수로서 모델링된 다이아프램의 변위를 도시한다. 도 10은 다이아프램의 길이 치수에서 위치의 함수로서 모델링된 다이아프램의 변위를 도시한다. 도 10에서 최대 편향이 보다 긴 거리까지 연장하고, 그러므로 보다 높은 용량을 유도하며 검출을 위하여 훨씬 높은 신호를 가능하게 하는 것을 알 수 있다. 동일한 유효 면적을 갖는 정사각형 또는 원형 구조에서, 양 방향으로의 변위는 도 9의 변위와 훨씬 비슷하고, 그러므로, 도 8에 도시된 바와 같이, 보다 낮은 신호 레벨을 제공한다.
본 발명의 추가의 이점은 전자 패키징에서 치수들의 보다 양호한 매칭이다. 매우 자주, 압력 센서는 집적회로와 나란히 패키지 내로 조립될 것이다. 전형적인 인터페이스 회로는 2 ㎜ x 2 ㎜의 측면 치수를 가질 것이다. 0.5 ㎜ x 2 ㎜ 센서가 1 ㎜ x 1 ㎜ 정사각형 센서와 비교하여 패키지의 하나의 치수에서 0.5 ㎜를 세이브할 수 있다. 이러한 것은 종래의 압력 센서들의 상태가 크기에서 3 x 3 ㎟이고 다음의 목표가 2 x 2 ㎟ 레벨을 취하는 것이기 때문에 중요하다.
용량성 센서에서, 편향 다이아프램과 고정 전극을 지지하고 고정 전극으로서 작용하는 웨이퍼 사이의 거리는 전형적으로 매우 작으며, 때때로 대략 1 ㎛ 이하이다. 이러한 좁은 거리와 다이아프램 면적은 희박 가스 또는 선택된 기준 압력에 있는 가스를 수용할 수 있는 밀봉된 기준 압력 갭을 형성한다. 상기된 바와 같이, 주위 압력(적용 압력)과 갭에 있는 가스의 압력 사이의 차이는 다이아프램의 굽힘을 유발할 것이다. 초기 교정 절차 후의 기준 압력에서의 모든 변화는 압력 측정 에러로서 보일 것이다.
밀봉된 갭의 체적이 매우 작으면, 센서 물질 상에서 가스의 흡착, 흡착 및 탈착은 센서의 장기간 안정성에 영향을 줄 것이다. 갭의 밀봉 동안 또는 후에 고온 제조 단계들이 표면으로부터 및 센서 물질의 벌크로부터 가스를 탈착할 것이다. 탈착된 가스는 점차적으로 표면들 상에서 다시 흡착될 것이며, 센서 물질 내로 흡착될 것이다. 이러한 공정은 갭 내에서 기준 압력을 연속으로 변경할 것이다. 공정은 모든 가스가 소비될 때, 또는 수용한 분자 위치가 표면 근처에서 포화되었을 때 일어나는 공정의 약한 감속으로 수년 걸릴 수 있다. 이러한 방식으로 거동하는 전형적인 가스는 수증기이다.
기준 압력 변화에 의해 한정된 안정성을 개선하도록, 갭의 체적을 증가시키는 것이 필요하다. 도 2를 참조하여, 갭(22)의 높이가 1 ㎛인 것을 가정한다. 갭의 표면 상의 일분자층의 1/1000에 대응하는 물분자의 수에서의 변화는 이러한 갭에서 기준 압력에 대해 100 Pa 변화를 유발할 수 있다. 이러한 규모에서의 변화는 스포츠 시계 및 스마트폰같은 요구가 많지 않은 소비자 애플리케이션에서 1년의 시간에서 기압 압력 센서(barometric pressure sensor)의 최대 허용 추이에 대응한다.
도 11은 압력 센서의 감도 또는 기계적 강건성을 해치지 않고 보다 큰 체적을 갭에 제공하도록 직사각형 센서가 적용되는 실시예를 도시한다. 도 11은 그 길이를 따르는 센서 구조를 도시하는 측면도이며, 평면 베이스(111), 측벽(113)들, 및 상기에서 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명된 다이아프램 플레이트(116) 요소들을 도시한다. 추가된 체적은 평면 베이스(111)의 제1 표면으로부터 평면 베이스 내로 연장하는 하나 이상의 캐비티(110)들의 수단에 의해 생성된다. 하나 이상의 캐비티(110)들은 예를 들어 에칭에 의해 평면 베이스 물질을 제거하는 것에 의해 평면 베이스(111)의 웨이퍼로 제조될 수 있다. 웨이퍼의 두께를 통한 하나 이상의 캐비티(110)들의 범위는 기계적 강건성을 보유하고 제조 비용을 제어하도록 최적화된다. 예를 들어, 150 ㎛ 두께 또는 더 두꺼운 웨이퍼에서, 캐비티는 바람직하게 대략 100 ㎛ 깊이이다.
갭 내에 있는 제1 표면(115)의 영역은 갭 영역(112)으로서 고려된다. 캐비티들이 위치될 수 있는 제1 표면의 영역은 캐비티 영역(114)으로서 고려된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 캐비티(110)들은 바람직하게 중첩하는 다이아프램의 편향이 그 최대 편향보다 작은 위치들로 제조된다. 이러한 두 지점들 사이를 연결하는 선이 제1 표면의 평면에 직각일 때, 캐비티 영역에 있는 위치가 다이아프램의 제2 표면에 있는 위치와 대응하는 것을 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 작동 동안, 다이아프램은 제2 표면의 위치에 있는 지점이 제1 평면을 향해, 즉 제1 평면(115)에 직각인 방향으로 움직이도록 편향한다. 하나 이상의 위치들에서, 편향이 임의의 다른 위치들보다 커서, 다이아프램의 편향은 이러한 하나 이상의 위치들에서 그 최대 편향에 도달한다. 도 8 및 도 9에 도시된 경우에, 최대 편향은 폭 치수에서 중간에, 그리고 길이 치수를 따라서 +/- 500 ㎛에서 일어난다.
유효 유전체 공간이 갭의 높이와 캐비티의 깊이의 합이기 때문에 용량성 감도가 캐비티 영역에서 손실된다는 것을 이해하여야 한다. 갭이 전형적으로 웨이퍼에 비교하여 매우 얇아서, 캐비티의 깊이는 심지어 갭의 높이보다 100배 클 수 있다. 이러한 것은 캐비티 영역(114) 상의 용량성 감도가 갭 영역(112)의 다른 영역들보다 10000의 인자만큼 작을 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로, 다이아프램 편향이 상기 최대 편향값보다 작은 캐비티 영역(114)에서 하나 이상의 캐비티들을 위치시키는 것이 유익하다.
유익하게, 하나 이상의 캐비티들은 다이아프램이 작동 동안 그 최대 편향에 도달하는 제1 표면의 영역(112) 외부에 있다. 바람직하게, 하나 이상의 캐비티들은 대응하는 위치에서 다이아프램의 편향이 최대 편향의 2/3보다 작은 영역(114)에서 존재한다.
회전 대칭 압력 센서 구성에서, 이러한 캐비티 영역들은 본질적으로 센서의 감도 또는 기계적인 강건성을 해치지 않고 도입될 수 없다. 그러나, 도 11에 도시된 바와 같이, 직사각형 압력 센서들에서, 그 위에서 다이아프램이 그 최대로 연장할 수 있는 캐비티 영역(112)이 더욱 길어서, 하나 이상의 캐비티들은 다이아프램의 가장 긴 범위의 단부 또는 양쪽 단부들에 있는 영역(114)으로 안전하게 위치될 수 있다. 이러한 것은 평면 베이스(111)와 다이아프램(116)이 캐비티 영역(114) 외부에서 외부 기계적 응력으로 인하여 굽혀질 수 있는지에 대해 영향을 미치지 않을 것이다. 갭 체적은 증가되고, 센서의 안정성은 이에 의해 측정치에 대해 본질적인 부정적인 측면 효과를 유발함이 없이 상당히 증가된다. 전형적인 미소 전자 기계 디바이스 치수에 의한 테스트에서, 20 내지 30의 범위에 있는 전체 갭 체적 증가는 이러한 간단한 캐비티 구조로 달성되었다.
순서에 따라서 제1 표면에 있는 측벽들을 따라서 제한된 영역에 또는 바로 우측에 위치되도록, 하나 이상의 캐비티들은 스트링(string)을 형성할 수 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 스트링은 세장형 캐비티로 형성된다. 본 명세서에서 용어 세장형은 캐비티의 길이가 캐비티의 평균 폭의 적어도 2배인 것을 의미한다. 스트링의 형태가 센서 구조의 형태를 따라서, 직사각형 센서 구조에 의해, 세장형 캐비티는 라인 캐비티일 수 있다. 타원형 센서 구조에 의해, 세장형 캐비티는 대응하여 원호의 형태를 할 수 있다. 도 11은 압력 센서가 2개의 라인 캐비티들을 포함하는 유익한 구성을 도시하며, 각각의 라인 캐비티는 다이아프램의 가장 긴 범위의 반대편 단부에서 연장한다.
도 12는 센서 구조가 다수의 감지 다이아프램들을 제공하도록 구성된 추가의 실시예를 도시한다. 도 12는 도 2를 참조하여 상기된 평면 베이스(121), 측벽(123)들, 다이아프램 플레이트(126) 요소들 및 제1 및 제2 표면(125, 128)들을 도시하는 측면도이다. 실시예에서, 평면 베이스(121), 측벽(123)들 및 다이아프램 플레이트(126)가 서로 부착되어서, 제1 표면, 제2 표면 및 측벽들의 내부면들은 별개의 갭 영역들을 구비한 2개 이상의 기밀하게 폐쇄된 갭들을 형성한다. 측벽들의 내부면들의 상부 가장자리들은 제2 표면의 방향으로 일정 길이 및 일정 폭을 가지는 2개 이상의 다이아프램(127)들의 제2 표면 원주에서 형성된다. 이 다이아프램들의 길이는 다이아프램의 가장 긴 범위의 방향이며, 그 폭은 제2 표면에서 길이의 방향에 직각인 방향이다. 초기에서와 같이, 각각의 다이아프램의 길이는 다이아프램의 폭의 적어도 3배이다. 이러한 방식으로, 직사각형 다이아프램의 이점이 달성되는 한편, 센서 다이의 보다 전통적인 종횡비를 유지한다. 이러한 것은 일부 패키징 구성에서 또는 다이아프램의 극한 종횡비에 의해 유익할 수 있다.
상기된 바와 같이, 굽힘 모멘트는 전단 변형에 의해 웨이퍼의 가장자리들 가까이에서 완화되려 한다. 이러한 것 때문에, 웨이퍼는 구형이 아니지만 더욱 둔각의 원뿔 형태와 비슷한 형상으로 굽혀지려 한다. 요소들의 굽힘의 이점이 이상적인 것으로부터 파생되도록 하는 추가의 효과는, 평면 응력에서 임의의 인장 또는 압축이 다이아프램의 중간 평면에 존재할 때, 절연체에 의한 비대칭 지지로 인하여 다이아프램의 가장자리들에서 발생되는 굽힘 모멘트이다. 굽힘 관련 문제들에 대한 종래의 접근은 요소들의 단단함을 증가시키는 것이었다. 그러나, 본 발명의 추가의 실시예는 센서 구조의 특정 치수화에 의해 증가된 굽힘으로부터, 부정적인 효과가 2개의 굽힘 표면들 사이의 개선된 정렬로부터의 긍정적인 효과에 의해 보상될 수 있는 새로운 이해에 기초한다.
도 2의 측면도를 다시 참조하여, 센서 구조는 제1 표면(24)에 직각인 방향으로 일정 두께를 가진다. 센서 구조의 외부면(29)은 센서 구조의 제1 표면에 직각인 방향을 따라서 적어도 부분적으로 연장한다. 도 2에서, 본체 구조 및 다이아프램 플레이트의 외부면들이 정렬되고, 센서 구조의 외부면(29)이 제1 표면에 직각인 방향을 따라서 완전히 연장하는 것을 유념하여야 한다. 그러나, 센서 구조의 외부면의 일부가 다른 방향으로(수평으로) 연장하는 구조들이 또한 포함된다. 측벽들의 폭은 센서 구조의 외부면으로부터 다이아프램 단부들이 고정되는 지지부의 지점까지의 거리를 나타낸다. 측벽들의 폭은 측벽들의 내부면들의 상부 가장자리로부터 센서 구조의 외부면(29)까지의 가장 짧은 거리로부터 결정될 수 있다.
센서 구조가 측벽들의 폭의 2배보다 작은 경우에, 상기 긍정적인 효과가 특정 치수화에 의해 부정적인 효과를 상회한다는 것이 알려졌다. 센서 구조는 종래의 센서 구조들보다 다소 많이 굽혀질 수 있으나, 다이아프램의 굽힘 및 평면 베이스의 굽힘은 잘 정렬되고, 굽힘의 효과는 이에 의해 최소화된다. 이러한 치수화는 청구된 직사각형 형태를 가진 센서 구조들에서 유익하다. 그러나, 이러한 치수화의 이점은 직사각형 형상에 의존하지 않고, 동일한 치수화는 회전 대칭 센서 구조 형상같은 다른 센서 구조 형상이 적용될 수 있다.
도 13은 미소 전자 기계 압력 센서(130)의 실시예를 도시한다. 압력 센서는 상기된 대안적인 센서 구조들 중 임의의 것일 수 있는 센서 구조(131)를 포함한다. 압력 센서는 또한 전기 회로부(132)를 포함한다. 센서 구조(131)와 전기 회로부(132)는 플라스틱 물질(133)로 몰딩된 별개의 다이들일 수 있다. 중합체 유전층(134)은 재건된 웨이퍼에 침착될 수 있다. 다이들의 전기 단자(135)들의 접점들은 유전체 층(134) 상의 개구들을 통하여 침착된 필름층들을 구비할 수 있다.
기술이 발전함으로써, 본 발명의 기본적인 사상이 다양한 방식으로 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 그러므로, 본 발명과 그 실시예들은 상기 예들로 한정되지 않고, 청구항의 범위 내에서 변할 수 있다.

Claims (19)

  1. 본체 구조와 다이아프램 플레이트를 포함하는 미소 전자 기계 압력 센서 구조로서,
    상기 본체 구조는, 평면 베이스와 측벽들을 포함하며;
    제1 표면은 본질적으로 상기 평면 베이스를 따라서 연장하며;
    상기 측벽들은 상기 평면 베이스로부터 멀리 원주 방향으로 연장하고;
    상기 다이아프램 플레이트는 제2 표면을 따라서 상기 측벽들 상에서 연장하고;
    상기 평면 베이스, 상기 측벽들 및 상기 다이아프램 플레이트는 서로 부착되어서, 상기 제1 표면, 상기 제2 표면 및 상기 측벽들의 내부면들은 기준 압력에서 기밀하게 폐쇄된 갭을 형성하고;
    상기 측벽들의 내부면들의 상부 가장자리는 상기 제2 표면의 방향으로 일정 길이 및 일정 폭을 가지는 다이아프램의 원주를 형성하며, 상기 길이는 상기 다이아프램의 가장 긴 범위의 방향이며, 상기 폭은 상기 제1 평면의 방향으로 상기 길이의 방향에 직각인 방향이며;
    상기 다이아프램의 길이는 상기 다이아프램의 폭의 적어도 3배인, 압력 센서 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측벽들은 상기 제1 표면에 직각인 방향으로 상기 평면 베이스로부터 멀리 원주 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 작동시에, 상기 다이아프램이 편향되도록 구성되어서, 상기 제2 표면의 위치에 있는 지점은 상기 제1 표면에 직각인 방향으로 상기 제1 표면을 향해 움직이는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이아프램의 길이는 상기 다이아프램의 폭의 적어도 5배인 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 표면으로부터 상기 평면 베이스 내로 연장하는 하나 이상의 캐비티(들)를 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 캐비티(들)는 스트링(string)을 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스트링은 상기 측벽들의 내부면의 적어도 일부에 평행한 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 스트링은 적어도 하나의 세장형 캐비티를 포함하고, 상기 캐비티의 길이는 상기 캐비티의 평균 폭의 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  9. 제8항에 있어서, 상기 세장형 캐비티는 라인 캐비티를 형성하는 라인인 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 캐비티의 원주의 부분은 상기 측벽들의 내부면의 적어도 일부와 정렬되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  11. 제7항에 있어서, 상기 스트링은 상기 다이아프램의 가장 긴 범위의 단부에서 연장하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  12. 제9항에 있어서, 상기 압력 센서는 2개의 라인 캐비티들을 포함하며, 각각의 캐비티는 상기 다이아프램의 가장 긴 범위의 반대편 단부에서 연장하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  13. 제5항에 있어서, 상기 스트링은 상기 제1 표면 상의 하나 이상의 캐비티 영역(들)에서 존재하며;
    상기 캐비티 영역들에 있는 하나의 위치는, 상기 위치들을 연결하는 라인이 상기 제1 표면의 평면에 직각일 때 상기 제2 표면에 있는 위치와 일치하며;
    상기 다이아프램은 작동시에 상기 다이아프램의 허용된 가장 큰 변위에 대응하는 최대 편향을 가지도록 구성되고;
    캐비티 영역들은, 대응 위치에서의 상기 다이아프램의 편향이 상기 최대 편향보다 작은 위치에 존재하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  14. 제13항에 있어서, 상기 캐비티 영역들은, 대응 위치에서의 상기 다이아프램의 편향이 상기 최대 편향의 2/3보다 작은 위치들에 존재하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면 베이스, 상기 측벽들 및 상기 다이아프램 플레이트는 서로 부착되어서, 상기 제1 표면, 상기 제2 표면 및 상기 측벽들의 내부면들은 2개 이상의 기밀하게 폐쇄된 갭들을 형성하고;
    상기 측벽들의 내부면들의 상부 가장자리들은 상기 제2 표면의 방향으로 일정 길이 및 일정 폭을 가지는 2개 이상의 다이아프램들의 상기 제2 표면 원주들을 형성하며, 상기 다이아프램의 길이는 상기 다이아프램의 가장 긴 범위의 방향이며, 상기 폭은 상기 제2 표면에서 상기 길이의 방향에 직각인 방향이며;
    상기 각각의 다이아프램의 길이는 상기 다이아프램의 폭의 적어도 3배인 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 센서 구조는 상기 갭에 걸쳐서 캐피시턴스에서 변화를 검출하기 위하여 상기 제1 표면 상의 고정 전극과 상기 제2 표면 상의 다이아프램 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평면 베이스 및/또는 상기 다이아프램은 전기 전도성 물질로 만들어지고, 상기 갭에 걸쳐서 캐패시턴스에서의 변화를 검출하기 위한 용량성 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 구조는 상기 제1 표면에 직각인 방향으로 일정 두께를 가지며;
    상기 센서 구조의 외부면은 상기 센서 구조의 상기 제1 표면에 대해 직각인 방향을 따라서 연장하며;
    상기 측벽들의 폭은 상기 측벽들의 내부면들의 상부 가장자리로부터 상기 센서 구조의 외부면까지의 가장 짧은 거리에 일치하며;
    상기 센서 구조의 두께는 상기 측벽들의 폭의 2배보다 작은 것을 특징으로 하는 압력 센서 구조.
  19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 압력 센서 구조를 포함하는 압력 센서.
KR1020157032082A 2013-05-10 2014-05-08 개선된 압력 센서 KR101830618B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20135487A FI125958B (en) 2013-05-10 2013-05-10 Improved safe measuring box
FI20135487 2013-05-10
PCT/IB2014/061282 WO2014181274A1 (en) 2013-05-10 2014-05-08 An improved pressure sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150140794A true KR20150140794A (ko) 2015-12-16
KR101830618B1 KR101830618B1 (ko) 2018-02-21

Family

ID=50841916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157032082A KR101830618B1 (ko) 2013-05-10 2014-05-08 개선된 압력 센서

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9442032B2 (ko)
EP (1) EP2994733B1 (ko)
JP (1) JP6128278B2 (ko)
KR (1) KR101830618B1 (ko)
CN (1) CN105229438B (ko)
FI (1) FI125958B (ko)
TW (1) TWI620921B (ko)
WO (1) WO2014181274A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI125447B (en) * 2013-06-04 2015-10-15 Murata Manufacturing Co Improved pressure sensor
US20200315539A1 (en) 2017-11-08 2020-10-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Rapid exchange catheter system for fractional flow reserve measurement
FR3074096B1 (fr) * 2017-11-27 2019-12-20 Safran Electronics & Defense Dispositif autonome de mesure de pression embarque procede de mesure de pression
CN112189130A (zh) * 2018-05-22 2021-01-05 株式会社村田制作所 压力检测元件及压力检测装置
CN113167667B (zh) * 2018-12-13 2023-04-18 三菱电机株式会社 牵引检测装置及具备该牵引检测装置的移动体系统
DE102018222758A1 (de) 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh MEMS-Sensor mit einer Membran sowie Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Sensors
DE102018222770A1 (de) 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensoreinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensoreinrichtung
DE102018222738A1 (de) 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drucksensorvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren
CN110243532A (zh) * 2019-04-22 2019-09-17 西安石油大学 一种管道油气压力监测的光纤光栅压力传感器

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5241794A (en) * 1975-09-29 1977-03-31 Toshiba Corp Underwater exploring device
JP3203560B2 (ja) * 1991-12-13 2001-08-27 ハネウエル・インコーポレーテッド 圧電抵抗シリコン圧力センサ設計
FR2687783B1 (fr) * 1992-02-20 1994-05-20 Sextant Avionique Micro-capteur de pression.
US5528452A (en) * 1994-11-22 1996-06-18 Case Western Reserve University Capacitive absolute pressure sensor
US6388279B1 (en) 1997-06-11 2002-05-14 Denso Corporation Semiconductor substrate manufacturing method, semiconductor pressure sensor and manufacturing method thereof
JP2001050841A (ja) * 1999-08-04 2001-02-23 Fujikura Ltd 半導体圧力センサおよびその製造方法
JP2002181648A (ja) * 2000-12-19 2002-06-26 Fujikura Ltd 圧力センサ
JP2002195903A (ja) * 2000-12-26 2002-07-10 Fujikura Ltd 圧力センサ
FI114825B (fi) 2002-02-13 2004-12-31 Vti Technologies Oy Menetelmä kapasitiivisen anturin lämpötilariippuvuuden pienentämiseksi sekä kapasitiivinen anturirakenne
US7499604B1 (en) * 2004-12-12 2009-03-03 Burns David W Optically coupled resonant pressure sensor and process
JP4585426B2 (ja) 2005-10-31 2010-11-24 アルプス電気株式会社 静電容量型圧力センサ
JP2007225344A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Epson Toyocom Corp 圧力センサ
JP4916006B2 (ja) * 2007-02-28 2012-04-11 株式会社山武 圧力センサ
JP5687202B2 (ja) * 2009-11-04 2015-03-18 ローム株式会社 圧力センサおよび圧力センサの製造方法
JP2011220927A (ja) 2010-04-13 2011-11-04 Yamatake Corp 圧力センサ
US8569851B2 (en) 2010-06-18 2013-10-29 General Electric Company Sensor and method for fabricating the same
FR2963099B1 (fr) 2010-07-22 2013-10-04 Commissariat Energie Atomique Capteur de pression dynamique mems, en particulier pour des applications a la realisation de microphones
TWI506249B (zh) * 2011-04-15 2015-11-01 Ind Tech Res Inst 微機電感測裝置
TWI442035B (zh) * 2011-07-22 2014-06-21 Univ Nat Taiwan 壓力感測器及感測陣列
JP5737148B2 (ja) * 2011-11-14 2015-06-17 オムロン株式会社 静電容量型圧力センサとその製造方法及び入力装置
US8590389B2 (en) * 2012-02-10 2013-11-26 Metrodyne Microsystems Corporation, R.O.C. MEMS pressure sensor device and manufacturing method thereof
EP2967432B1 (en) 2013-03-15 2023-09-06 Endotronix, Inc. Pressure sensing implant
EP2796844B1 (en) * 2013-04-25 2019-12-25 ams international AG Mems capacitive pressure sensor
FI125959B (en) * 2013-05-10 2016-04-29 Murata Manufacturing Co Microelectromechanical device and method of manufacture of microelectromechanical device
FI125960B (en) * 2013-05-28 2016-04-29 Murata Manufacturing Co Improved pressure gauge box
FI125447B (en) * 2013-06-04 2015-10-15 Murata Manufacturing Co Improved pressure sensor
FI126999B (en) * 2014-01-17 2017-09-15 Murata Manufacturing Co Improved pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
CN105229438B (zh) 2017-11-10
FI125958B (en) 2016-04-29
TWI620921B (zh) 2018-04-11
CN105229438A (zh) 2016-01-06
KR101830618B1 (ko) 2018-02-21
EP2994733B1 (en) 2018-01-31
US9442032B2 (en) 2016-09-13
WO2014181274A1 (en) 2014-11-13
JP2016526157A (ja) 2016-09-01
FI20135487A (fi) 2014-11-11
JP6128278B2 (ja) 2017-05-17
EP2994733A1 (en) 2016-03-16
TW201502483A (zh) 2015-01-16
US20150226624A1 (en) 2015-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101830618B1 (ko) 개선된 압력 센서
JP6256619B2 (ja) 改良された圧力センサ構造
KR100486322B1 (ko) 반도체압력센서
US9453775B2 (en) Pressure sensor
US8833171B2 (en) Pressure sensor
EP3252449B1 (en) Miniaturized load sensor device having low sensitivity to thermo-mechanical packaging stress, in particular force and pressure sensor
JP6195011B2 (ja) 改良された圧力センサー構造
US9021887B2 (en) Micromechanical semiconductor sensing device
US10113928B2 (en) Pressure sensor and a method for manufacturing the same
US20200290864A1 (en) Mems device and method for producing the same
CN110697647A (zh) Mems传感器元件和对应的传感器、芯片以及其制造方法
JP2007225344A (ja) 圧力センサ
WO2017092075A1 (zh) 一种环境传感器及其制造方法
KR20150142015A (ko) 미소 전자 기계 디바이스 및 제조 방법
ES2627013B1 (es) Sensor de presión capacitivo con capacitancias de referencia y método de obtención del mismo
JP2013148495A (ja) 半導体センサ
US11493396B2 (en) Pressure detection element and pressure detection apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
GRNT Written decision to grant