KR20160112281A

KR20160112281A - 압력 센서

Info

Publication number: KR20160112281A
Application number: KR1020150037640A
Authority: KR
Inventors: 이태훈; 임창현; 이준규; 정대훈
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2015-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: KR101892793B1; US20160273985A1; US9857258B2

Abstract

본 발명은 MEMS 기술에 의해서 제조되는 압력 센서와 이를 이용한 압력 측정방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 일면에 배치되는 멤브레인, 및 상기 멤브레인 상에 배치되어 상기 맴브레인의 움직임을 기반으로 압력의 변화를 감지하는 압력 감지부를 포함하며, 상기 베이스 기판은 상기 멤브레인과 상기 압력 감지부가 배치되는 센싱부, 상기 센싱부를 내부에 수용하는 프레임, 및 상기 센싱부와 상기 프레임을 탄력적으로 연결하는 적어도 하나의 탄성 지지부를 포함할 수 있다.

Description

압력 센서{SENSOR PACKAGE}

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System; 극미세 전자 기계 시스템) 기술에 의해서 제조되는 압력 센서에 관한 것이다.

전자제품들의 소형화가 계속되면서 그에 실장되는 부속품들도 점차 소형화 되어가고 있는 추세이며, 그에 따라 이동통신 단말기 등에 널리 사용되는 센서들도 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 제조한 초소형 센서들이 선호되고 있다.

한편 다양한 MEMS 센서들 중 압력 센서로는 압저항을 이용하는 압저항형 압력 센서가 널리 이용되고 있다.

그런데 압저항형 압력 센서는 기술의 특성상 멤브레인(membrane)에 가해지는 외력에 민감하게 반응한다. 따라서 미세한 변형이 발생되더라도 특성에 영향을 미쳐 센서의 정밀도가 저하된다는 문제가 있다.

일본특허공개공보 제2005-337874 호

본 발명은 높은 정밀도를 제공할 수 있는 압력 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 센서는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 일면에 배치되는 멤브레인, 및 상기 멤브레인 상에 배치되어 상기 맴브레인의 움직임을 기반으로 압력의 변화를 감지하는 압력 감지부를 포함하며, 상기 베이스 기판은 상기 멤브레인과 상기 압력 감지부가 배치되는 센싱부, 상기 센싱부를 내부에 수용하는 프레임, 및 상기 센싱부와 상기 프레임을 탄력적으로 연결하는 적어도 하나의 탄성 지지부를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 압력 측정 방법은, 적어도 하나의 압력 감지부가 배치되는 센싱부, 상기 센싱부를 내부에 수용하는 프레임, 상기 센싱부와 상기 프레임을 탄력적으로 연결하는 적어도 하나의 탄성 지지부, 및 상기 탄성 지지부에 배치되는 적어도 하나의 변형 감지부를 포함하는 압력 센서를 이용하며, 상기 압력 감지부를 통해 출력된 제1 출력 값을 획득하는 단계, 상기 변형 감지부를 통해 출력된 제2 출력 값을 획득하는 단계, 및 상기 제1 출력 값과 상기 제2 출력 값을 이용하여 보정된 출력 값인 제3 출력 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 센서는 센싱부가 탄성 지지부를 통해 탄력적으로 지지된다. 따라서 외력 등으로 인해 기판에 변형이나 충격이 발생하더라도 이러한 변형이나 충격이 센싱부에 직접 전달되지 않고 탄성 지지부에 의해 완화되므로, 센싱부가 파손되거나, 상기한 변형, 충격으로 인해 센싱부의 압력 감도가 저하되는 것을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서는 탄성 지지부에 배치되는 변형 감지부를 통해 압력 감지의 정밀도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 도 1의 A-A를 따라 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 도 1의 B-B를 따라 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 실시예에 따른 압력 측정 방법을 설명하기 위한 압력 센서의 평면도.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 압력 센서를 개략적으로 도시한 평면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A를 따라 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B를 따라 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 압력 센서(100)는, 편평한 기판(150) 상에 대해 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 이용하여 형성한 센서 칩을 접합하여 형성할 수 있다.

기판(150)의 재질로는 유리 재료가 이용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 실리콘 기판(150) 등 필요에 따라 다양한 기판(150)이 이용될 수 있다.

센서 칩은 베이스 기판(110), 베이스 기판(110)의 상면에 얇게 형성된 멤브레인(120), 및 멤브레인(120)의 상면에 형성된 다수의 압력 감지부(130)를 포함할 수 있다.

베이스 기판(110)은 반도체 기판(150)으로, 통상의 실리콘 기판이 이용될 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(110)은 단결정 실리콘 또는 SOI(Silicon on insulator) 재질일 수 있다. 또한, 베이스 기판(110)은 하나 이상의 실리콘이 적층된 형태일 수 있다.

베이스 기판(110)의 상면에는 캐비티(112a)가 형성된다. 또한 하면에는 일정 체적의 공간부(150a)가 형성될 수 있다.

멤브레인(120, membrane)은 얇은 막의 형태로 형성되며 베이스 기판(110)의 상면에서 캐비티(112a)를 덮으며 밀폐하는 형태로 베이스 기판(110)에 결합된다. 따라서, 캐비티(112a)는 멤브레인(120)에 의해 밀폐된 공간으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 멤브레인(120)은 폴리실리콘막이나 실리콘 산화막을 이용하거나 이들을 적층하여 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

압력 감지부(130)는 다수의 압저항(또는 압전 저항 소자, piezo resistive element)을 포함할 수 있다.

압력 감지부(130)는 멤브레인(120)의 상면에 형성되며, 보다 구체적으로 멤브레인(120)과 베이스 기판(110)이 연결되는 부분에 배치될 수 있다. 이에 외부 압력에 의해 멤브레인(120)이 이 진동하게 되면 멤브레인(120)의 응력은 압력 감지부(130) 집중되므로, 압저항의 저항 값이 변하게 되며, 이를 통해 압력의 센싱 및 측정이 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 압력 감지부(130)는 네 개의 압저항을 통해 휘스톤 브릿지(wheastone bridge) 회로를 구성할 수 있다. 따라서 멤브레인(120)에 움직임이 없는 경우 네 개의 압저항은 동일한 저항 값을 가지므로, 압력 감지부(130)는 입력 전압(예컨대 1.8V)에 대하여 출력 전압이 0V로 나타난다.

반면에 주변의 압력 변화로 인해 멤브레인(120)에 움직임이 발생한 경우, 네 개의 압저항 중 적어도 하나는 저항 값이 변하게 되므로, 출력 전압은 0V가 아닌 다른 값이 출력된다. 이를 통해 압력의 변화를 측정할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 베이스 기판(110)은 센싱부(112), 센싱부(112)의 외측에 배치되며 하단이 기판(150)에 접합되는 프레임(114), 그리고 센싱부(112)와 프레임(114)을 상호 연결하는 탄성 지지부(116)를 포함할 수 있다.

센싱부(112)는 전술한 캐비티(112a)가 형성되는 부분으로, 일면에 멤브레인(120)과 압력 감지부(130)가 배치된다.

프레임(114)은 센싱부(112)를 둘러 싸는 형태로 센싱부(112)의 주변에 배치된다. 따라서 센싱부(112)는 프레임(114)의 내부 공간에 수용되는 형태로 배치된다.

본 실시예의 경우, 센싱부(112)는 전체적으로 직육면체 형상으로 형성된다. 이에 따라 프레임(114)도 전체적으로 내부가 빈 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(114)의 하부면은 센싱부(112)의 하부면보다 하부로 더 돌출되며, 돌출된 부분의 끝단은 기판(150)에 접합된다. 따라서 센싱부(112)의 하부면과 기판(150) 사이에는 공간부(150a)가 형성될 수 있다.

탄성 지지부(116)는 센싱부(112)와 프레임(114)을 연결한다. 보다 구체적으로, 탄성 지지부(116)는 탄력적으로 센싱부(112)를 지지한다. 따라서 외력에 의해 압력 센서(100)에 충격이 가해지는 경우, 탄성 지지부(116)는 탄성력을 통해 충격을 완화시켜 충격이 센싱부(112)로 직접 유입되는 것을 최소화한다.

본 실시예에 따른 탄성 지지부(116)는 한쪽 끝을 프레임(114)에 고정시킨 판 스프링의 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어 탄성 지지부(116)는 외팔보 스프링(cantilever　spring)의 형태로 형성될 수 있다.

탄성 지지부(116)의 일단은 프레임(114)에 연결되고, 반대 측의 일단은 센싱부(112)에 연결된다. 한편, 센싱부(112)의 유동 거리를 확보하기 위해, 센싱부(112)와 프레임(114) 사이에는 간극(117)이 형성되며, 탄성 지지부(116)는 상기한 간극 내에 배치된다.

또한 탄성 지지부(116)는 상기한 간극(117)과 평행하게 배치되는 판부(116a), 판부(116a)의 양단에서 면방향으로 연장되어 센싱부(112)와 프레임(114)에 각각 연결되는 한 쌍의 연결부(116b, 116c)를 포함할 수 있다.

연결부(116b, 116c)는 각각 판부(116a)의 양단에서 판부(116a)의 두께 방향으로 연장되는 형태로 형성된다. 그리고 연결부(116b, 116c)의 끝단은 센싱부(112) 또는 프레임(114)과 각각 연결된다.

따라서 센싱부(112)와 프레임(114)은 판부(116a)의 양단에 각각 연결되며, 이에 탄성 지지부(116)는 판부(116a)의 탄성력을 통해 센싱부(112)와 프레임(114) 간에 완충 효과를 제공할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 베이스 기판(110)은 센싱부(112)의 측면들과 프레임(114)의 내측면들이 서로 대응하며 마주보는 형태로 배치된다.

그리고 판부(116a)의 양단에 배치된 두 개의 연결부(116b, 116c)는 서로 마주보는 센싱부(112)의 측면과 프레임(114)의 내측면에 각각 연결된다. 또한 본 실시예에 따른 탄성 지지부(116)는 센싱부(112)의 네 측면에 대응하여 4개가 배치된다. 따라서 4개의 탄성 지지부(116)가 센싱부(112)의 각 측면에 배치되어 센싱부(112)의 사방에서 센싱부(112)의 움직임을 탄성적으로 지지한다.

그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 센싱부(112)의 형상이나, 탄성 지지부(116)의 형상에 따라 다양한 개수의 탄성 지지부(116)가 다양한 형태로 배치될 수 있다.

이와 같이 구성되는 탄성 지지부(116)에 의해, 센싱부(112)는 X, Y 방향에 대해 탄력적으로 움직일 수 있다. 그리고 Z 방향으로의 움직임은 제한된다.

또한 본 실시예에 따른 탄성 지지부(116)에는 적어도 하나의 변형 감지부(140)가 형성될 수 있다.

변형 감지부(140)는 탄성 지지부(116)가 변형되는 것을 감지하며, 이를 위해 변형 감지부(140)는 압저항(또는 압전 저항)이 이용될 수 있다.

변형 감지부(140)는 탄성 지지부(116)의 일면에 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 변형 감지부(140)가 탄성 지지부(116)의 판부(116a) 상면에 형성된다. 또한 각각의 탄성 지지부(116)는 판부(116a)와 프레임(114)을 연결하는 연결부(116b)와 인접한 위치에 하나의 변형 감지부(140)가 배치된다.

그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 변형 감지부(140)는 탄성 지지부(116)의 변형에 의해 함께 변형될 수 있는 위치라면 어느 곳이라도 배치될 수 있다. 예를 들어 변형 감지부(140)는 탄성 지지부(116)가 변형될 때, 가장 크게 변형되는 부분에 배치될 수 있다. 또한 필요에 따라 하나의 탄성 지지부(116)에 다수 개의 변형 감지부(140)를 배치할 수도 있다.

한편, 도시되어 있지 않지만, 베이스 기판(110)에는 배선 패턴이 형성될 수 있다. 배선 패턴은 압력 감지부(130)와 변형 감지부(140)를 외부 또는 기판(150)와 전기적으로 연결한다. 따라서, 배선 패턴은 베이스 기판(110)의 표면을 따라 형성될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 압저항형 압력 센서(100)는, MEMS 제조 공정을 제조될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 반도체 공정 등 다양한 공정을 통해 제조될 수 있다.

본 실시예에 따른 압저항형 압력 센서(100)는 센싱부(112)와 기판(150)에 고정된 프레임(114) 사이에 완충 작용을 하는 탄성 지지부(116)가 배치된다. 이로 인해 기판(150)에는 프레임(114)만 고정 접합되고, 센싱부(112)는 기판(150)에 고정되지 않으며, 일단이 프레임(114)에 고정된 탄성 지지부(116)를 통해 탄력적으로 지지된다.

따라서 외력 등으로 인해 기판(150)에 변형이나 충격이 발생하더라도 이러한 변형이나 충격이 센싱부(112)에 직접 전달되지 않고 탄성 지지부(116)에 의해 완화된다.

따라서 센싱부(112)가 파손되거나, 상기한 변형, 충격으로 인해 센싱부(112)의 압력 감도가 저하되는 것을 최소화할 수 있다.

이에 더하여, 본 실시예에 따른 압력 센서(100)는 탄성 지지부(116)에 배치되는 변형 감지부(140)를 통해 압력 감지의 정밀도를 높일 수 있다.

예를 들어, 기판(150)이 휘어지는 등 변형이 발생한 경우, 기판(150)에 접합된 프레임(114)도 기판(150)을 따라 변형이 발생될 수 있다.

이 경우 센싱부(112)에도 상기한 변형의 영향을 받게 되므로, 센싱부(112)의 압력 감지부(130) 중 적어도 하나는 저항 값이 변하게 되며, 이에 압력 센서(100)의 출력 전압도 변하게 된다.

이처럼 변형으로 인하여 압력 감지부(130)의 출력 전압이 변하는 경우, 실제 압력 변화에 의해 출력 전압이 변하는 경우와 구분이 어렵다. 특히 변형과 압력 변화가 동시에 발생하는 경우, 압력 변화에 따른 출력 전압만 출력되지 않고 변형에 따른 출력 전압이 더해져 출력되므로, 압력 변화의 측정의 정밀도가 저하될 수 있다.

따라서 이를 해소하기 위해 본 실시예에 따른 압력 센서(100)는 탄성 지지부(116)에 변형 감지부(140)를 배치한다.

프레임(114)에 변형이 발생된 경우, 센싱부(112)와 프레임(114)을 연결하는 탄성 지지부(116)에도 변형이 발생하게 되며, 이러한 변형은 발생된 탄성 지지부(116)에 배치된 변형 감지부(140)에 영향을 미쳐 해당 변형 감지부(140)에도 전류가 발생하게 된다.

따라서, 변형 감지부(140)에서 발생된 전류를 기반으로 압력 감지부(130)의 오차를 보정할 수 있다.

이하에서는 도 4와 다음의 표 1을 참고하여 본 실시예에 따른 압력 측정 방법을 설명한다.

도 4는 본 실시예에 따른 압력 측정 방법을 설명하기 위한 압력 센서(100)의 평면도로, 도 1과 동일하게 도시하였으나 설명의 편의를 위해 압력 감지부(130)와 변형 감지부(140)의 참조 부호를 구체적으로 명시하였다.

한편, 본 실시예에 있어서, 압력 센서(100)에 인가되는 전압은 1.8V이고, 압력 감지부(R1 ~ R4)와 변형 감지부(SR1 ~ SR4)의 변형 전 저항 값은 5 kohm이다.

구분	변형 전 저항 값 [kohm]	변형 발생 후 저항 값 [kohm]	저항 값 변화율 [%]
R1	5	5.0000042	0.00008%
R2	5	4.9999788	-0.00042%
R3	5	5.0000645	0.00129%
R4	5	5.0000154	0.00031%
SR3	5	5.025	0.50%
SR1	5	5.01	0.20%
SR2	5	5.015	0.30%
SR4	5	5.005	0.10%

도 4와 다음의 표 1을 참고하면, 먼저 압력 변화가 없는 경우, 압력 감지부(R1 ~ R4)는 일정한 저항 값(예컨대, 5 kohm)을 갖는다. 저항 값의 변화가 없으므로 압력의 변화를 나타내는 압력 센서(100)의 출력 값은 0V이다.

이 경우, 변형 감지부(SR1 ~ SR4)에도 아무런 변화가 없으므로, 변형 감지부(SR1 ~ SR4)도 일정한 저항 값(예컨대, 5 kohm)을 갖는다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, P 방향으로 압력 센서(100)에 외력이 작용하여 압력 센서(100)에 변형이 발생한 경우, 표 1에 기재된 바와 같이 압력 감지부(R1 ~ R4)의 저항 값은 변하게 된다. 여기서 표 1의 경우, 압력의 변화 없이 프레임의 일부를 P 방향으로 5um 변형시킨 후 측정하였다.

이 경우, 압력 감지부(R1 ~ R4)의 저항 값의 변화로 인해 압력 센서(100)의 출력 값(제1 출력 값)은 0V가 아닌, -6.700469 uV가 출력되었다. 여기서, 제1 출력 값은 하기의 식 2를 통해 산출될 수 있다.

이로 인해, 실제적으로 압력의 변화는 없지만 압력 센서(100)의 변형에 의해 압력 센서(100)의 출력이 발생했으므로, 외부에서는 압력의 변화가 발생된 것으로 판단될 수 있다. 따라서 상기한 출력 값은 오차로 작용될 수 있다.

그러나, 본 실시예와 같이 변형 감지부(SR1 ~ SR4)를 구비하는 경우, 이를 통해 상기한 오차를 최소화할 수 있다.

압력 센서(100)에 변형이 발생된 경우, 탄성 지지부(116)에도 변형이 일어나게 된다. 이로 인해 탄성 지지부(116)에 배치된 변형 감지부(SR1 ~ SR4)의 저항 값도 표 1에 기재된 바와 같이 변하게 된다.

따라서, 압력 감지부(R1 ~ R4)에서 발생된 저항 값의 변화율과, 변형 감지부(SR1 ~ SR4)에서 발생된 저항 값의 변화율을 이용하여 보정된 출력 값을 산출한다.

예를 들어, 보정된 출력 값인 제3 출력 값(V3)은 다음의 식 1을 통해 산출할 수 있다.

(식 1)

V3= V1 - V2

여기서 V1은 압력 감지부(R1 ~ R4)에서 발생된 저항 값의 변화를 기반으로 출력된 출력 값(이하, 제1 출력 값)이고, V2는 변형 감지부(SR1 ~ SR4)에서 발생된 저항 값의 변화를 기반으로 산출한 출력 값(이하, 제2 출력 값)을 의미한다.

이처럼 보정된 제3 출력 값(V3)은 제1 출력 값(V1)과 제2 출력 값(V2)의 차(差)에 의해 산출될 수 있다.

또한 V1, V2는 다음의 식 2, 3을 통해 산출할 수 있다.

(식 2)

V1= Vs(R2/(R1+R2) - R3(R3+R4))

(식 3)

V2= Vs(R2′/(R1′+R2′) - R3′(R3′+R4′))

여기서, Vs는 압력 센서(100)의 입력 전압으로, 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 1.8V를 인가하였다.

또한 3에서 R1′, R2′, R3′, R4′는 변형 감지부(SR1 ~ SR4)의 저항 값을 기반으로 산출한 변형 저항 값이다. 변형 감지부(SR1 ~ SR4)의 경우, 어느 하나만 저항 값이 변하지 않고 전체가 유기적으로 변하게 된다.

따라서 변형 감지부들(SR1 ~ SR4)의 저항 값을 조합하여 R1′, R2′, R3′, R4′를 산출하여 이용한다. 또한 식 3은 R1′, R2′, R3′, R4′가 휘스톤 브릿지(wheastone bridge) 회로를 이룬다는 가정 하에 작성되었다.

R1′, R2′, R3′, R4′는 다음의 식 4를 통해 산출할 수 있다.

(식 4)

R1′= αSR1+ βSR2+γSR4

R2′= αSR2+ βSR3+γSR1

R3′= αSR3+ βSR4+γSR2

R4′= αSR4+ βSR1+γSR3

여기서 R1′는 SR1에 가장 큰 변형이 발생되는 경우에 대한 변형 감지부들(SR1 ~ SR4)의 저항 값을 의미한다. 이 경우, SR1과 가장 멀리 배치된 SR3의 경우 저항 값의 변화가 거의 없는 것으로 규정하여 SR3에 대한 항목은 생략되었다.

이는 R2′, R3′, R4′에도 동일하게 적용된다.

한편, 식 4의 α, β, γ는 상수로 변형 감지부들(SR1 ~ SR4) 간의 배치 간격이나 배치 위치에 따른 차이를 보정한다.

α, β, γ는 반복적인 측정을 통해 산출될 수 있으며, 변형 감지부(SR1 ~ SR4)가 배치되는 위치나 탄성 지지부(116)의 형상 등에 따라 그 값이 변경될 수 있다.

표 1에 기재된 변형 감지부들(SR1 ~ SR4)의 저항 값을 기반으로 식 4, 3을 적용하면, 제2 출력 값(V2)는 -6.708858uV가 산출된다.

여기서, α는 -0.000145, β는 0.000068, γ는 0.00001을 대입하여 산출하였다.

산출된 제2 출력 값(V2)은 프레임(114)의 일부가 P 방향으로 5um 변형된 경우, 이러한 변형에 의해 발생된 전압의 변화를 의미한다.

따라서, 식 1에 산출된 V1, V2를 대입하는 경우, 보정된 출력 값은0.0083898uV가 된다. 따라서, 압력 변화가 없음에도 -6.700469 uV가 출력된 V1을 그대로 압력 산출에 이용하는 경우에 비해 오차를 최소화할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 압력 센서에 본 발명에 따른 탄성 지지부(116)와 변형 감지부(140)가 없는 경우, 압력 센서는 압력 감지부(R1 ~ R4)에서 발생된 저항 값의 변화를 기반으로 출력된 값인 V1만을 측정할 수 있다. 따라서 오차의 보정이 불가능하다.

그러나 본 실시예에 따른 압력 센서(100)는 탄성 지지부(116)와 변형 감지부(140)를 이용하여 오차의 보정이 가능하다. 따라서 보다 정밀한 압력 값을 제공할 수 있다.

한편 본 발명에 따른 압력 센서는 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.

도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 압력 센서(200)는 탄성 지지부(116)의 형상과, 연결 구조에 있어서 차이를 갖는다.

본 실시예에 따른 탄성 지지부(116)는 센싱부(112)의 꼭지 부분을 감아 도는 형태로 배치되며, 이로 인해 탄성 지지부(116)의 양단은 센싱부(112)의 서로 다른 측면 상에 배치된다.

또한 도 6에 도시된 본 실시예에 따른 압력 센서(300)는 두 개의 탄성 지지부(116)만을 구비한다. 그리고 탄성 지지부(116)가 연결되지 않은 센싱부(112)의 측면과 프레임(114) 내측면 사이의 거리는 탄성 지지부(116)가 연결된 부분보다 넓은 간격으로 형성된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

100, 200, 300: 압력 센서
110: 베이스 기판
112: 센싱부
114: 프레임
116: 탄성 지지부
120: 멤브레인
130, R1 ~R4: 압력 감지부
140, SR1 ~ SR4: 변형 감지부
150: 기판

Claims

베이스 기판;
상기 베이스 기판의 일면에 배치되는 멤브레인; 및
상기 멤브레인 상에 배치되어 상기 맴브레인의 움직임을 기반으로 압력의 변화를 감지하는 압력 감지부;
를 포함하며,
상기 베이스 기판은,
상기 멤브레인과 상기 압력 감지부가 배치되는 센싱부, 상기 센싱부를 내부에 수용하는 프레임, 및 상기 센싱부와 상기 프레임을 탄력적으로 연결하는 적어도 하나의 탄성 지지부를 포함하는 압력 센서.
제1항에 있어서, 상기 베이스 기판은,
상기 센싱부는 상기 프레임의 내측면과 이격 배치되며, 상기 탄성 지지부에 의해 연결되는 압력 센서.
제1항에 있어서, 상기 센싱부는,
일면에 캐비티가 형성되고, 상기 멤브레인은 상기 캐비티를 덮으며 상기 센싱부에 배치되는 압력 센서.
제1항에 있어서, 상기 탄성 지지부는,
판 스프링 형태으로 형성되어 일단이 상기 센싱부에 연결되고 타단이 상기 프레임에 연결되는 압력 센서.
제4항에 있어서, 상기 탄성 지지부는,
편평한 판으로 형성되는 판부와, 상기 판부의 양단에서 연장되어 상기 센싱부와 상기 프레임에 각각 연결되는 한 쌍의 연결부를 포함하는 압력 센서.
제1항에 있어서,
상기 탄성 지지부에 배치되는 적어도 하나의 변형 감지부를 더 포함하는 압력 센서.
제6항에 있어서, 상기 변형 감지부는,
적어도 하나의 압저항을 포함하는 압력 센서.
제6항에 있어서,
상기 탄성 지지부는 편평한 판으로 형성되는 판부와, 상기 판부의 양단에서 연장되어 상기 센싱부와 상기 프레임에 각각 연결되는 한 쌍의 연결부를 포함하며,
상기 변형 감지부는 상기 판부에 형성되고, 상기 프레임에 연결되는 상기 연결부와 인접한 위치에 형성되는 압력 센서.
적어도 하나의 압력 감지부가 배치되는 센싱부;
상기 센싱부를 내부에 수용하는 프레임;
상기 센싱부와 상기 프레임을 탄력적으로 연결하는 적어도 하나의 탄성 지지부; 및
상기 탄성 지지부에 배치되는 적어도 하나의 변형 감지부;
를 포함하는 압력 센서.
제9항에 있어서,
상기 센싱부의 일면에는 캐비티가 형성되고, 상기 캐비티를 덮는 멤브레인이 배치되며, 상기 멤브레인 상에는 적어도 하나의 압력 감지부가 배치되는 압력 센서.
제9항에 있어서, 상기 탄성 지지부는,
일단이 상기 프레임에 고정되고 타단은 상기 센싱부에 연결되는 외팔보 스프링의 형태로 형성되는 압력 센서.
제9항에 있어서, 상기 변형 감지부는,
상기 탄성 지지부가 탄성 변형될 때 가장 변형이 크게 발생하는 부분에 배치되는 압력 센서.
제9항에 있어서,
일면에 상기 프레임의 하단이 접합되는 기판을 더 포함하는 압력 센서.
제13항에 있어서,
상기 기판과 상기 센싱부 사이에는 공간부가 형성되는 압력 센서.
제9항에 기재된 압력 센서를 이용하는 압력 측정 방법으로,
상기 압력 감지부를 통해 출력된 제1 출력 값을 획득하는 단계;
상기 변형 감지부를 통해 출력된 제2 출력 값을 획득하는 단계; 및
상기 제1 출력 값과 상기 제2 출력 값을 이용하여 보정된 출력 값인 제3 출력 값을 산출하는 단계;
를 포함하는 압력 측정 방법.
제15항에 있어서, 상기 제2 출력 값은,
상기 탄성 지지부가 변형되는 경우에만 발생하는 압력 측정 방법.
제15항에 있어서, 상기 제3 출력 값은,
상기 제1 출력 값과 상기 제2 출력 값의 차(差)에 의해 산출되는 압력 측정 방법.