KR20180003465A - 센서의 댐핑 - Google Patents

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Abstract

장치(100)는 기판(105)과, 스프링 구조물(130)과, 제1 센서(110)를 포함한다. 제1 센서(110)는 스프링 구조물(130)을 통해 기판(105)에 탄성적으로 결합된다. 스프링 구조물(130)은 기판(105)에 대해 제1 센서(110)의 댐핑을 제공하도록 구성된다. 장치(100)는 또한 스프링 구조물(130)의 편향을 감지하도록 구성된 제2 센서(120)를 포함한다.

Description

센서의 댐핑{DAMPING OF A SENSOR}
다양한 예들은 기판, 스프링 구조물 및 제1 센서를 포함하는 장치에 관한 것이다. 제1 센서는 스프링 구조물을 통해 기판에 탄성적으로 결합된다. 스프링 구조물은 기판에 대해 제1 센서의 댐핑(damping)을 제공하도록 구성된다. 이 장치는 스프링 구조물의 편향을 감지하도록 구성된 제2 센서를 더 포함한다.
미세전자기계시스템(MEMS)은 조밀하게 집적될 수 있고 이에 대한 설계가 융통성있게 선택될 수 있음으로 인해, 이 MEMS는 예를 들어 주변 압력 감지용으로 바람직하다. 잠재적인 적용분야는 광범위한데, 즉 네비게이션 또는 위치확인 애플리케이션은 대기압의 변화를 다른 방법으로 감지된 각 장치의 높이 변화와 상관시킴으로써 이득을 볼 수 있다.
그러나, MEMS 압력 센서의 센서 신호의 변화는 주변 압력 자체의 변화 이외의 추가적인 외부 영향에 의해 야기될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 외부 영향을 간섭이라고 한다. 간섭은 측정의 정확성을 떨어뜨리는 경향이 있다.
간섭의 원인 중 하나는 센서가 통합된 기판의 기계적 응력이다. 기계적 응력을 야기하는 상이한 원인이 있는데, 즉 일반적으로, MEMS 압력 센서를 포함하는 장치의 설계 및 구현은 복수의 상이한 재료의 사용을 요구한다. 종종, 이러한 상이한 재료는 상이한 팽창 계수 및 탄성을 비롯하여 상이한 물리적 특성을 갖는다. 그런 다음, 주변 온도의 변화는 기계적 응력을 유도한다. 이러한 열 기계적 응력은 심각한 간섭을 일으켜 측정 오차를 증가시킬 수 있다.
따라서, 이러한 간섭을 감소시키거나 보상할 필요성이 존재한다. 이것은 일반적으로 댐핑에 의해 달성된다. 댐핑은 MEMS 압력 센서를 기판 및 주변으로부터 어느 정도 분리, 예를 들어 기계적으로 분리한다. 댐핑은 기계적 응력의 흡수를 가능하게 한다. 댐핑은 접착성 폴리머를 사용하여 MEMS 압력 센서의 하우징을 기판에 부착함으로써 달성될 수 있다. 폴리머는 기계적 응력을 흡수하여 MEMS 압력 센서를 기판으로부터 분리한다. 이에 의해 외부 응력이 폴리머에 의해 흡수된다. 이에 의해, 열 기계적 응력에 의한 간섭이 줄어드는 것에 더하여, 증가된 내구성 및 기계적 안정성이 제공될 수 있다.
그러나, 이러한 댐핑이 모든 간섭 원인을 감소시키는 것은 아닐 수 있다. 간섭의 또 다른 원인은 MEMS 압력 센서의 방향 변화이다. 방향이 변경되면 주변 압력이 일정하게 유지되더라도 해당 센서 신호가 변경될 수 있다. 따라서, 이러한 간섭을 보정하기 위해, MEMS 압력 센서의 방향 및/또는 가속을 감지하는 것이 바람직하다.
기준 구현예에 따른 일례에서, MEMS 압력 센서 및 별도의 제2 센서가 공통 기판 상에 배치된다. 제2 센서는 가속을 감지한다. 그러나, 이러한 접근법은 특정 제한 사항과 단점에 직면한다. MEMS 압력 센서와 제2 센서를 별개로 통합함으로써, 공간이 더 요구된다.
대안적인 접근법은 MEMS 압력 센서 및 제2 센서를 장치의 기판 상에 모놀리 식으로 통합하는 것을 포함한다. 여기서, MEMS 압력 센서는 댐핑 구조물을 통해 기판에 결합된다. 그러나 이러한 접근법은 특정 단점과 제한사항에 직면한다. MEMS 압력 센서와 제2 센서는 개별적으로 통합되며 이는 여전히 기판 상의 공간을 더 요구한다.
따라서, 기판 상에 센서들을 집적화하는 개선된 기술이 필요하다. 특히, 전술한 단점 및 제한사항들 중 적어도 일부를 극복하거나 완화시키는 기술이 필요하다.
이러한 필요성은 독립항 제1항의 특징에 의해 충족된다. 종속항은 실시예를 정의한다.
일 실시예에 따르면, 장치는 기판, 스프링 구조물 및 제1 센서를 포함한다. 제1 센서는 스프링 구조물을 통해 기판에 탄성적으로 결합된다. 스프링 구조물은 기판에 대해 제1 센서의 댐핑을 제공하도록 구성된다. 이 장치는 스프링 구조물의 편향을 감지하도록 구성된 제2 센서를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 방법이 제공된다. 이 방법은 제1 센서가 물리적으로 관찰가능한 것을 감지하는 단계를 포함한다. 방법은 스프링 구조물이 제1 센서에 댐핑을 제공하는 단계를 더 포함한다. 방법은 제2 센서가 스프링 구조물의 편향을 감지하는 단계를 더 포함한다.
상술한 예 및 후술하는 예는 서로 또한 추가의 예와 조합하여 실시될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 기판, 스프링 구조물, 제1 센서 및 제2 센서를 포함하는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 도 1의 장치의 제1 센서의 병진 운동의 자유도를 도시한다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 도 1의 장치의 제1 센서의 회전 운동의 자유도를 도시한다.
도 4는 도 1에 따른 장치의 제2 센서의 거리-가변 용량성 감지를 개략적으로 도시한다.
도 5는 도 1에 따른 장치의 제2 센서의 면적-가변 용량성 감지를 개략적으로 도시한다.
도 6은 다양한 실시예에 따라, 도 1에 따른 제1 센서 및 제2 센서를 포함하는 장치를 개략적으로 도시하되, 이 장치는 제1 센서 및 제2 센서 각각으로부터 센서 신호를 수신하기 위한 회로를 더 포함한다.
도 7은 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도면은 개략적인 것으로 간주되어야 하며, 도면에 도시된 요소들은 반드시 축척대로 도시되지는 않는다. 오히려, 다양한 요소들은 그 기능 및 범용 목적이 당업자에게 명백해질 수 있도록 표현된다. 도면들에 도시되거나 본 명세서에 기재된 기능 블록들, 장치들, 컴포넌트들, 또는 다른 물리적 또는 기능적 유닛들 사이의 임의의 연결 또는 결합은 또한 간접적인 연결 또는 결합에 의해 구현될 수 있다. 구성요소들 간의 결합은 무선 연결을 통해 확립될 수도 있다. 기능 블록은 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
이하, 제1 센서 및 제2 센서를 포함하는 장치에 대한 다양한 양상이 개시된다. 제1 센서 및/또는 제2 센서는 MEMS 기반일 수 있다. 제1 센서 및 제2 센서는 장치의 기판 상에 모놀리식으로 집적될 수 있다.
제1 센서는 물리적으로 관찰가능 값을 나타내는 센서 신호를 출력할 수 있다. 제1 센서에 의해 감지될 수 있는 물리적으로 관찰가능한 것의 예는 주변 압력이다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 기술은 압력 센서에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 예들에서, 제1 센서의 센서 신호는 주변 온도, 습도 등을 나타낼 수 있다.
몇몇 양상은 기판에 대해 제1 센서의 댐핑을 제공하는 것에 관한 것이다. 댐핑은 스프링 구조물에 의해 달성될 수 있다. 스프링 구조물은 MEMS 기반일 수 있고, 그에 따라 스프링 구조물은 하나 이상의 마이크로기계식 요소를 포함할 수 있다. 스프링 구조물에 의해 제공되는 댐핑에 의해, 기판에 대한 제1 센서의 응력 분리가 달성될 수 있다. 따라서, 제1 센서에 의한 제각기의 물리적으로 관찰가능한 것의 보다 정확한 감지가 달성될 수 있는데, 그 이유는 간섭이 감소되기 때문이다.
실시예에 따르면, 스프링 구조물의 편향을 감지하도록 구성된 제2 센서가 제공된다. 본 기술은 스프링 구조물의 편향이 전형적으로 장치 및 특히 제1 센서에 작용하는 가속 또는 외력을 나타낸다는 사실에 기초한다. 스프링 구조물의 편향을 감지함으로써, 별도의 가속 센서를 제공할 필요성이 감소된다. 대신에, 스프링 구조물의 편향을 감지함으로써, 특정의 간단한 방식으로 장치에 작용하는 외력을 나타내는 값이 제2 센서의 센서 신호에 기초하여 얻어질 수 있다.
따라서, (제1 센서의 댐핑을 위해 사용되는) 스프링 구조물은 기판에 대한 제1 센서의 위치를 검출하기 위해 재사용될 수 있다. 응력을 분리한다는 것 외에도, 제1 센서에 작용하는 외력을 감지하는 것이 가능하며, 이는 중력 또는 예를 들어 장치의 충격 또는 가속으로 인한 다른 힘에 대한 제1 센서의 방향을 포함할 수 있다.
본 기술은 장치의 집적에 필요한 기판 면적을 줄여준다. 기판상의 이용가능한 영역을 효율적으로 사용함으로써 비용뿐만 아니라 복잡성 및 제조과정을 감소시킨다. 통합된 댐핑 및 힘 감지를 통해, 매우 정밀한 측정이 가능하다. 특히, 제2 센서의 센서 신호는 장치의 가속 및/또는 방향에 대한 제1 센서의 교차 감도(cross-sensitivities)를 보상하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 일례에 따른 장치를 개략적으로 도시한다. 장치(100)는 실리콘 또는 다른 반도체와 같은 기판(105)을 포함한다. 장치(100)는 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)를 더 포함한다. 제1 센서(110) 및 제2 센서(120)는 도 1에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 둘 모두는 특정 구조물, 예를 들어, MEMS 기반 구조물(도 1에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
제1 센서(110)는 주변 압력 및 주변 온도 중 적어도 하나를 나타내는 제1 센서 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
제1 센서(110) 및 제2 센서(120)는 기판(105)에 형성된 리세스 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 리세스는 에칭에 의해 형성될 수 있다.
제1 센서(110), 제2 센서(120) 및 장치(100)의 나머지 요소는 기판(105) 상에 모놀리식으로 집적될 수 있다. 제1 센서(110) 및/또는 제2 센서(120)는 MEMS 기반일 수 있다.
장치(100)는 스프링 구조물(130)을 더 포함한다. 이 스프링 구조물(130)은 기판(105)과 제1 센서(110) 사이에 결합된다. 이에 의해, 제1 센서(110)는 기판(105)에 대해 움직일 수 있다. 스프링 구조물(130)은 기판에 대한 제1 센서(110) 댐핑을 제공하도록 구성된다. 이 댐핑은 제1 센서(110)를 기판(105)으로부터 어느 정도 기계적으로 분리시킨다.
스프링 구조물(130)의 댐핑 기능이 다음에 설명될 것이다. 기판(105), 스프링 구조물(130) 및 제1 센서(110)를 포함하는 시스템은 다음의 운동 방정식을 갖는 댐핑형 고조파 발진기(damped harmonic oscillator)로서 취급될 수 있다:
Figure pat00001
여기서, x는 기판(105)에 대한 제1 센서(110)의 위치를 나타내고, m은 제1 센서(110)의 질량을 나타내고, k는 스프링 구조물(130)의 탄성력이고, d는 마찰 계수이며, F는 인가된 외력이다. 자세한 사항은 라스베가스, 네바다에서의 Small Gear Publishing(2009)에 발표된 카이야카리, 빌의 ""Practical MEMS: Design of microsystems, accelerometers, gyroscopes, RF MEMS, optical MEMS, and microfluidic systems."을 참조한다.
외력은 예를 들어 중력 또는 가속 펄스로 인한 힘일 수 있다. 따라서, 외력은 움직임-댐핑된(motion-damped) 제1 센서(110)의 변위를 야기한다. 이 변위의 진폭(x)은 다음 식에 따라 발진기의 품질(Q)과 고유 진동수(ω0)에 의존한다.
Figure pat00002
s는 라플라스 연산자를 나타낸다.
따라서 식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 스프링 구조물(130)의 편향을 검출함으로써, 제1 센서(110)에 작용하는 힘 또는 가속을 결정할 수 있다.
스프링 구조물(130)은 제1 센서(110)에 적어도 2 자유도(at least two degrees of freedom)의 운동을 제공하도록 구성된다. 도 2를 참조하면, 스프링 구조물(130)은 기판(105)의 평면(도 1 및 2의 평면)에서 병진 변위(201)를 가능하게 한다. 스프링 구조물(130)은 또한 기판(105)의 평면에 수직인 병진 변위를 가능하게 할 수도 있다(도 2에 미도시). 도 3을 더 참조하면, 스프링 구조물(130)은 기판(105)의 평면에서 회전 변위(202)를 가능하게 한다.
적어도 2 자유도의 운동(201, 202)을 제공하도록 스프링 구조물(130)을 구현함으로써, 효율적인 댐핑이 가능하여, 따라서 기판(105)의 응력이 스프링 구조물(130)에 의해 효율적으로 흡수될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 도 1의 예에서의 스프링 구조물(130)은 제1 자유도의 병진 운동(201)(도 1에서 상하 방향)을 제공하는 제1 미세기계식 요소(131)를 포함하고, 제2 자유도의 병진 운동(201)(도 1에서 좌우 방향)을 제1 센서(110)에 제공하는 제2 미세기계식 요소(132)를 더 포함한다.
예를 들어, 미세기계식 요소(131, 132)는 지그재그 형태의 독립형 브릿지일 수 있다. 다른 구현도 생각할 수 있다. 그 형상 및/또는 재료에 인해, 미세기계식 요소(131, 132)는 변형될 수 있다. 이것은 시스템에 복원력을 제공한다.
알 수 있는 바와 같이, 미세기계식 요소(131, 132)는 서로에 대해 수직으로 배치된다. 또한, 제1 미세기계식 요소(131) 및 제2 미세기계식 요소(132)는 제1 센서(110)와 기판(105) 사이에 직렬로 연결된다. 이러한 직렬 연결은 종종 캐스캐 이드형 마이크로 발진기로 지칭된다. 캐스케이드형 마이크로 발진기는 제1 센서(110)에 큰 최대 편향/이동 경로를 제공한다.
다른 실시예에서, 제1 미세기계식 요소(131) 및 제2 미세기계식 요소(132)는 제1 센서(110)와 기판(105) 사이에 병렬로 연결될 수도 있다.
도 1의 예에서, 제1 미세기계식 요소(131)는 제1 센서(110)의 두 개의 맞은편 측면(110A, 110B)(도 1에서, 상측 및 하측) 상에 제공된다. 마찬가지로, 제2 미세기계식 요소(132)는 제1 센서(110)의 동일한 2개의 맞은편 측면(110A, 110B)(도 1에서, 상측 및 하측) 상에 제공된다. 이는 기판(105)에 대해 제1 센서(110)의 효율적인 댐핑을 가능하게 한다. 또 다른 예에서, 제1 센서(110)의 다른 측상에 다른 미세기계식 요소(도 1에 도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
장치(100)는 추가의 스프링 구조물(140)을 더 포함한다. 이 추가의 스프링 구조물(140)은 제1 센서(110)와 제2 센서(120)의 맞은편 상에 배열된 미세기계식 요소(141, 142)를 포함한다. 추가 스프링 구조물(140)의 미세기계식 요소(141,142)는 스프링 구조물(130)의 미세기계식 요소(131, 132)의 구현에 대응하여 구현될 수 있다.
추가의 스프링 구조물(140)은 제2 센서(120)와 기판(105) 사이 및 스프링 구조물(130)과 기판(105) 사이에 결합된다. 따라서, 추가의 스프링 구조물(140)은 기판(105)에 대하여 제2 센서(110) 및 스프링 구조물(130)의 댐핑을 제공한다. 따라서, 기판(105)에 작용하는 응력은 이 추가의 스프링 구조물(140)에 의해 흡수되고 제1 센서(110)뿐만 아니라 제2 센서(120)에 의해 수행되는 측정을 방해하지 못한다. 제1 센서(110)에 대해, 추가의 스프링 구조물(140)은 또 다른 댐핑 층을 추가한다.
일부 예에서, 스프링 구조물(130)의 탄성력은 스프링 구조물(140)의 탄성력보다 큰 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 스프링 구조물(130)의 탄성력은 추가의 스프링 구조물(140)의 탄성력보다 2배 내지 20배, 바람직하게는 5배 내지 10배 큰 값을 가질 수 있다.
추가적인 스프링 구조물의 탄성력은 기판(105) 상에 작용하는 응력을 흡수하도록 하는 치수를 가질 수 있다. 스프링 구조물(130)의 탄성력은 제1 센서의 비교적 무거운 구조의 센서(110)가 주어졌을 때 센서(110)의 충분한 변위가 가능하도록 하는 치수를 갖는다. 스프링 구조물(130)의 탄성력은 제1 센서(110)의 진동을 충분히 감쇠시키도록 하는 치수를 가질 수 있다. 이로써, 식 (2)에 따른 평형 상태가 단시간에 도달할 수 있다.
장치(100)는 제1 센서(110)와 이 제1 센서(110)로부터 제1 센서 신호를 수신하도록 구성된 회로 사이에 전기적 트레이스를 더 포함할 수 있다(전기적 트레이스 및 회로는 도 1에 도시되지 않음). 전기적 트레이스는 제1 센서 신호를 전송하도록 구성된다. 특히, 전기적 트레이스는 적어도 부분적으로 스프링 구조물(130) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전기적 트레이스는 스프링 구조물(130)을 구현하는 미세기계식 요소(131, 132)의 표면 상에 배치될 수 있다. 전기적 트레이스는 또한 미세기계식 요소(131,132)의 다층 구조 내에 내장될 수 있다. 마찬가지로, 전기적 트레이스는 대응하는 방식으로 적어도 부분적으로 추가의 스프링 구조물(140) 상에 배치될 수 있다.
회로는 제1 센서 신호에 기초하여 출력 신호를 결정할 수 있다. 예를 들어, 출력 신호는 주위 압력 또는 주변 온도 등을 나타낼 수 있다.
이러한 회로는 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 센서(120)로부터 제2 센서 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 센서 신호에 기초하여, 회로는 장치(100)의 가속, 및 예를 들어 중력에 대한 장치(100)의 기울기 중 적어도 하나를 나타내는 출력 신호를 출력할 수 있다.
일부 예에서, 회로는 제1 센서에 의해 감지된 물리적 관측가능 값을 나타내는 단일 출력 신호만을 제공할 수 있다. 회로는 제1 센서 신호뿐만 아니라 제2 센서 신호 모두에 기초하여 출력 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 따라서, 측정 오류가 줄어들 수 있다.
제1 센서(110) 및/또는 제2 센서(120)가 다음의 측정 원리, 즉 용량성 감지, 압전 저항 감지, 전도도 감지, 면적 가변 정전 용량성 감지, 및 거리 가변 용량성 감지 중 적어도 하나에 따라 동작할 수 있다.
예를 들어, 압전 저항 감지의 경우, 프로빙 트레이스(probing traces)의 길이 변경 및/또는 모양 변경(예를 들어, 휨)은 프로빙 트레이스의 저항 변화로 이어질 수 있다. 전도도 감지는 제1 센서의 이동가능한 부분의 위치에 따라 선택적으로 폐쇄되는 기계적 스위치를 포함할 수 있다.
도 4는 거리 가변 용량성 감지에 관한 양상을 도시한다. 여기서, 제2 센서(120)의 제1 전극(121)과 제2 센서(120)의 제2 전극(122)은 갭(125)에 의해 서로 이격되어 배치된다. 예를 들어, 전극(121)은 제1 센서(110)에 결합될 수 있는 한편, 전극(122)은 기판(105) 또는 다른 스프링 구조물(140)에 결합될 수 있다. 제1 센서(110)의 병진 운동(201) 및/또는 회전 운동(202)에 응답하여, 전극(121, 122) 사이의 거리가 변한다. 이것에 의해, 전극(121, 122)에 의해 형성되는 전극 시스템의 커패시턴스는 변화한다. 이러한 커패시턴스의 변화는 검출될 수 있다. 이는 기판(105)에 대한 스프링 구조물(130)의 편향 및/또는 제1 센서(110)의 위치를 감지할 수 있게 한다.
도 5는 면적 가변 용량성 감지와 관련된 양상을 도시한다. 여기서, 제2 센서(120)의 전극(121, 122) 모두는 기판(105)에 고정적으로 부착된다. 갭(125) 내의 물질의 유전 상수는 병진 운동(201) 및/또는 회전 운동(202)에 따라 변한다. 이에 의해, 전극(121, 122)에 의해 형성된 전극 시스템의 캐패시턴스는 변화한다. 커패시턴스의 변화는 검출될 수 있다. 이는 기판(105)에 대한 스프링 구조물(130)의 편향 및/또는 제1 센서(110)의 위치를 감지할 수 있게 한다.
따라서, 제2 센서(120)에 대해, 제1 센서(110)의 위치의 검출은 2개의 전극(121, 122) 사이에 전기장을 인가함으로써 달성될 수 있다. 전극(121, 122)은 주위에 대해 전기적으로 절연될 수 있다. 기판(105)은 또한 전기적 차폐로서 작용할 수 있으며, 따라서 정확한 용량성 감지를 용이하게 할 수 있다.
전극(121, 122)이 기판(105)의 표면에 수직으로 구조화되면, 제2 센서(120)의 구현에 필요한 공간을 감소시킬 수 있다.
도 6은 제1 센서(110)로부터 수신된 제1 센서 신호 및 제2 센서(120)로부터 수신된 제2 센서 신호(120)를 평가하기 위한 회로(600)에 관한 양상을 개략적으로 도시한다. 회로(600)는 처리 요소(602)를 제1 센서(110) 또는 제2 센서(120)에 선택적으로 결합하는 스위치(601)를 포함한다. 예를 들어, 스위치(601)는 다이오드 또는 전계 효과 트랜지스터와 같은 고체 상태 스위치일 수 있다.
스위치의 위치에 따라, 제1 센서 신호가 처리 요소(602)에 의해 수신되거나 제2 센서 신호가 처리 요소(602)에 의해 수신된다. 처리 요소(602)는 제1 센서 신호 및/또는 제2 센서 신호를 분석하고, 각각의 출력 인터페이스(603)를 통해 출력 신호를 출력한다.
예를 들어, 처리 요소는 기준 커패시턴스, 기준 저항, 전류원, 전압원 등을 포함하는 그룹으로부터 선택된 요소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 회로(600)는 집적 회로 및/또는 주문형 집적 회로(ASIC)로서 구현될 수 있다.
일부 예들에서, 동일한 측정 원리, 예컨대 용량성 감지 또는 저항 감지 등에 따라 제1 센서 및 제2 센서를 구현할 수 있다. 그 다음, 동일한 회로를 재사용할 수 있고, 특히 제1 센서로부터 수신된 제1 센서 신호 및 제2 센서로부터 수신된 제2 센서 신호를 분석하기 위해 동일한 처리 요소(602)를 재사용할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 센서 신호를 교대로 분석하기 위해 시분할 듀플렉싱(TDD) 기술이 사용될 수 있다. 회로(600)의 적어도 일부를 재사용함으로써, 집적에 필요한 공간을 줄이고, 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 1001에서, 제1 센서(110)는 물리적으로 관찰가능한 것, 예를 들어 온도를 감지한다.
1002에서, 스프링 구조물(130)은 제1 센서(110)에 댐핑을 제공한다. 이에 따라, 스프링 구조물(130)은 제1 센서(110)를 기판(105)으로부터 어느 정도 기계적으로 분리한다.
1003에서, 제2 센서(120)는 스프링 구조물(130)의 편향을 감지한다. 이를 위해, 용량성 감지 및/또는 압전 저항 감지가 사용될 수 있다. 스프링 구조물(130)의 편향은 일반적으로 제1 센서(110)의 위치와 상관관계가 있다. 스프링 구조물(130)의 편향은 장치(100)에 작용하는 외력 또는 장치(100)의 가속을 나타낼 수 있다.
요약하면, 고도로 통합된 방식으로 가속 감지를 위해 제1 센서 및 제2 센서를 구현하는 기술이 개시되었다. 제1 센서는 주변 압력 또는 온도 등을 감지할 수 있다.
제1 센서 및 제2 센서는 동일한 기판 상에 모놀리식으로 집적될 수 있다. 또한, 제1 센서 및 제2 센서로부터 수신된 센서 신호를 분석하기 위한 회로는 동일한 기판 상에서 또한 그에 따라 동일한 다이 또는 칩 상에서 센서들과 모놀리식으로 통합될 수 있다.
이러한 고도로 통합된 접근법은 제2 센서의 감지된 가속에 기초하여 제1 센서로부터 수신된 제1 센서 신호의 보정을 허용한다. 이로써, 추가 센서의 측정 정확도에 영향을 미치는 열역학적 응력 또는 임의의 다른 외력과 같은 외부 영향이 감소될 수 있다.
따라서, 앞서의 설명에서는 적어도 하기의 예가 상세히 설명되었다.
예 1.
- 기판,
- 스프링 구조물,
- 스프링 구조물을 통해 기판에 탄성적으로 결합된 제1 센서- 이 스프링 구조물은 기판에 대해 제1 센서의 댐핑을 제공하도록 구성됨 -, 및
- 스프링 구조물의 편향을 감지하도록 구성된 제2 센서를 포함하는 장치.
예 2. 예 1의 장치로서,
스프링 구조물은 적어도 2 자유도의 운동을 제1 센서에 제공하도록 구성된다.
예 3. 예 2의 장치로서,
스프링 구조물은 제1 자유도의 병진 운동을 제1 센서에 제공하는 적어도 하나의 제1 미세기계식 요소를 포함하고, 제2 자유도의 병진 운동을 제1 센서에 제공하는 적어도 하나의 제2 미세기계식 요소를 더 포함하고, 제2 자유도는 제1 자유도와 상이하다.
예 4. 예 3의 장치로서,
적어도 하나의 제1 미세기계식 요소 및 적어도 하나의 제2 미세기계식 요소는 제1 센서와 기판 사이에 직렬로 결합된다.
예 5. 예 3의 장치로서,
적어도 하나의 제1 미세기계식 요소 중 제1 미세기계식 요소는 제1 센서의 제1 측면상에 배치되고,
적어도 하나의 제1 미세기계식 요소 중 제2 미세기계식 요소는 제1 센서의 제2 측면상에 배치되고, 제2 측면은 제1 측면 맞은편에 있으며,
적어도 하나의 제2 미세기계식 요소 중 제1 미세기계식 요소는 제1 센서의 제1 측면상에 배치되고,
적어도 하나의 제2 미세기계식 요소 중 제2 미세기계식 요소는 상기 제1 센서의 제2 측면 상에 배치된다.
예 6. 예 1의 장치로서,
- 제2 센서와 기판 사이에 결합된 추가 스프링 구조물을 더 포함하되,
제2 센서는 적어도 하나의 추가 스프링 구조물을 통해 기판에 탄성적으로 결합되고, 추가 스프링 구조물은 기판에 대해 제2 센서의 댐핑을 제공하도록 구성된다.
예 7. 예 1의 장치로서,
- 스프링 구조물과 기판 사이에 결합된 추가 스프링 구조물을 더 포함하되,
스프링 구조물은 추가 스프링 구조물을 통해 기판에 탄성적으로 결합되고, 추가 스프링 구조물은 기판에 대해 스프링 구조물의 댐핑을 제공하도록 구성된다.
예 8. 예 6의 장치로서,
스프링 구조물의 탄성력은 추가 스프링 구조물의 탄성력보다 2배 내지 20 배, 바람직하게는 5배 내지 10배 크다.
예 9. 예 6의 장치로서,
추가 스프링 구조물의 탄성력은 기판에 작용하는 열기계적 응력을 흡수하도록 하는 치수를 갖는다.
예 10. 예 1의 장치로서,
제1 센서와 이 제1 센서로부터 제1 센서 신호를 수신하도록 구성된 회로 사이의 전기적 트레이스를 더 포함하되, 전기적 트레이스는 제1 센서 신호를 전송하도록 구성되고,
전기적 트레이스는 스프링 구조물 상에 적어도 부분적으로 배치된다.
예 11. 예 1의 장치로서,
제2 센서로부터 제2 센서 신호를 수신하고 이 제2 센서 신호에 기초하여, 장치의 가속 및 장치의 기울기 중 적어도 하나를 나타내는 출력 신호를 결정하도록 구성된 회로를 더 포함한다.
예 12. 예 1의 장치로서,
스위치의 동작 모드에 따라 제1 센서로부터의 제1 센서 신호 또는 제2 센서로부터의 제2 센서 신호를 선택적으로 수신하도록 구성된 회로를 더 포함한다.
예 13. 예 1의 장치로서,
제1 센서 및/또는 제2 센서는 다음의 측정 원리, 즉 용량성 감지, 압전 저항 감지, 전도도 감지, 면적 가변 용량성 감지, 및 거리 가변 용량성 감지 중 적어도 하나에 따라 동작한다.
예 14. 예 1의 장치로서,
제2 센서는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극을 포함하고, 제1 전극은 제1 센서에 결합된다.
예 15. 예 7의 장치로서,
제2 전극은 추가 스프링 구조물에 연결된다.
예 16. 예 1의 장치로서,
제2 센서는 기판에 대한 제1 센서의 상대 위치를 나타내는 제2 센서 신호를 출력하도록 구성된다.
예 17. 예 1의 장치로서,
제1 센서는 주변 압력 및 주변 온도 중 적어도 하나를 나타내는 제1 센서 신호를 출력하도록 구성된다.
예 18. 예 1의 장치로서,
제1 센서 및 제2 센서는 기판 상에 모놀리식으로 집적된다.
예 19. 예 1의 장치로서,
제1 센서는 미세전자기계식으로 집적된다.
예 20.
- 제1 센서가 물리적으로 관찰가능한 것을 감지하는 단계,
- 스프링 구조물이 제1 센서에 댐핑을 제공하는 단계, 및
- 제2 센서가 스프링 구조물의 편향을 감지하는 단계를 포함하는 방법이다.
본 발명은 소정의 바람직한 실시예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서을 읽고 이해하는 당업자라면 등가물 및 변형예를 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 이러한 모든 등가물 및 변형 예를 포함하며 첨부된 청구 범위의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 기판(105)과,
    스프링 구조물(130)과,
    상기 스프링 구조물(130)을 통해 상기 기판(105)에 탄성적으로 결합된 제1 센서(110)- 상기 스프링 구조물(130)은 상기 기판(105)에 대해 상기 제1 센서(110)의 댐핑(damping)을 제공하도록 구성됨 -와,
    상기 스프링 구조물(130)의 편향을 감지하도록 구성된 제2 센서(120)를 포함하는
    장치(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 구조물(130)은 적어도 2 자유도의 운동(at least two degrees of freedom)(201,202)을 상기 제1 센서(110)에 제공하도록 구성되는
    장치(100).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스프링 구조물(130)은 제1 자유도의 병진 운동을 상기 제1 센서(110)에 제공하는 적어도 하나의 제1 미세기계식 요소(131, 132)를 포함하고, 제2 자유도의 병진 운동을 상기 제1 센서(110)에 제공하는 적어도 하나의 제2 미세기계식 요소(131,132)를 더 포함하고, 상기 제2 자유도는 상기 제1 자유도와 상이한
    장치(100).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 미세기계식 요소(131,132) 및 상기 적어도 하나의 제2 미세기계식 요소(131,132)는 상기 제1 센서(110)와 상기 기판(105) 사이에 직렬로 결합되는
    장치(100).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 미세기계식 요소(101,132) 중 제1 미세기계식 요소는 상기 제1 센서(110)의 제1 측면(110A,110B)상에 배치되고,
    상기 적어도 하나의 제1 미세기계식 요소(131,132) 중 제2 미세기계식 요소는 상기 제1 센서(110)의 제2 측면(110A,110B)상에 배치되고, 상기 제2 측면(110A,110B)은 제1 측면(110A,110B) 맞은편에 있으며,
    상기 적어도 하나의 제2 미세기계식 요소(131,132) 중 제1 미세기계식 요소는 상기 제1 센서(110)의 상기 제1 측면(110A,110B)상에 배치되고,
    상기 적어도 하나의 제2 미세기계식 요소(131,132) 중 제2 미세기계식 요소는 상기 제1 센서(110)의 제2 측면(110A,110B) 상에 배치되는
    장치(100).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 센서(120)와 상기 기판(105) 사이에 결합된 추가 스프링 구조물(140)을 더 포함하되,
    상기 제2 센서(120)는 적어도 하나의 상기 추가 스프링 구조물(140)을 통해 상기 기판(105)에 탄성적으로 결합되고, 상기 추가 스프링 구조물(140)은 상기 기판(105)에 대해 상기 제2 센서(120)의 댐핑을 제공하도록 구성되는
    장치(100).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링 구조물(130)과 상기 기판(105) 사이에 결합된 추가 스프링 구조물(140)을 더 포함하되,
    상기 스프링 구조물(130)은 상기 추가 스프링 구조물(140)을 통해 상기 기판(105)에 탄성적으로 결합되고, 상기 추가 스프링 구조물(140)은 상기 기판(105)에 대해 상기 스프링 구조물(130)의 댐핑을 제공하도록 구성되는
    장치(100).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 스프링 구조물(130)의 탄성력은 상기 추가 스프링 구조물(140)의 탄성력보다 2배 내지 20배 큰
    장치(100).
  9. 제6항에 있어서,
    상기 추가 스프링 구조물(140)의 탄성력은 상기 기판(105)에 작용하는 열기계적 응력을 흡수하도록 하는 치수(dimension)를 갖는
    장치(100).
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 센서(110)와 상기 제1 센서(110)로부터 제1 센서 신호를 수신하도록 구성된 회로 사이의 전기적 트레이스를 더 포함하되, 상기 전기적 트레이스는 상기 제1 센서 신호를 전송하도록 구성되고,
    상기 전기적 트레이스는 상기 스프링 구조물(130) 상에 적어도 부분적으로 배치되는
    장치(100).
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 센서(120)로부터 제2 센서 신호를 수신하고 상기 제2 센서 신호에 기초하여, 상기 장치(100)의 가속 및 상기 장치(100)의 기울기 중 적어도 하나를 나타내는 출력 신호를 결정하도록 구성된 회로를 더 포함하는
    장치(100).
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    스위치의 동작 모드에 따라 상기 제1 센서(110)로부터의 제1 센서 신호 또는 상기 제2 센서(120)로부터의 제2 센서 신호를 선택적으로 수신하도록 구성된 회로를 더 포함하는
    장치(100).
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 센서(110) 및 상기 제2 센서(120) 중 적어도 하나는 측정 원리인 용량성 감지, 압전 저항 감지, 전도도 감지, 면적 가변 용량성 감지, 및 거리 가변 용량성 감지 중 적어도 하나에 따라 동작하는
    장치(100).
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제2 센서(120)는 적어도 하나의 제1 전극 및 적어도 하나의 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 제1 센서(110)에 결합되는
    장치(100).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 추가 스프링 구조물(140)에 연결되는
    장치(100).
  16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 센서(120)는 상기 기판(105)에 대한 상기 제1 센서(110)의 상대 위치를 나타내는 제2 센서 신호를 출력하도록 구성되는
    장치(100).
  17. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 센서(110)는 주변 압력 및 주변 온도 중 적어도 하나를 나타내는 제1 센서 신호를 출력하도록 구성되는
    장치(100).
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 센서(110) 및 상기 제2 센서(120)는 상기 기판(105) 상에 모놀리식으로 집적되는
    장치(100).
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 센서(110)는 미세전자기계식으로(microelectromechanically) 집적되는
    장치(100).
  20. 제1 센서가 물리적으로 관찰가능한 것을 감지하는 단계와,
    스프링 구조물이 상기 제1 센서에 댐핑을 제공하는 단계와
    제2 센서가 상기 스프링 구조물의 편향을 감지하는 단계를 포함하는
    방법.
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