KR20190007381A - 정전 용량 반응을 증가시키도록 구성된 유리 배리어 재료를 갖는 압력 센서 요소 - Google Patents

정전 용량 반응을 증가시키도록 구성된 유리 배리어 재료를 갖는 압력 센서 요소 Download PDF

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센사타 테크놀로지스, 인크
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Abstract

개선된 정전 용량 감지 요소의 에어 갭에 유리 층을 포함시킴으로써, 인가된 압력에 대한 정전 용량 반응을 증가시키는 방법을 제공한다. 상기 유리 층은 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소에 비해 추가적인 두께를 갖는다. 상기 추가적인 두께는, 전극들 사이의 갭에 걸쳐서 유전율을 소정량 증가시키도록 선택된다. 예시적인 실시형태에서, 결과적으로 얻어지는 정전 용량 감지 요소는, 전극들 사이에, 2개의 유전 매체, 즉 공기와 유리를 갖는 갭을 포함하는데, 상기 갭에서의 유리 매체의 두께와 나머지 에어 갭의 두께는, 센서 설계에 있어서의 소기의 정전 용량 반응 특성을 달성하도록, 유리 및 공기의 유전율에 기초하여 사전 결정된다.

Description

정전 용량 반응을 증가시키도록 구성된 유리 배리어 재료를 갖는 압력 센서 요소{PRESSURE SENSOR ELEMENT WITH GLASS BARRIER MATERIAL CONFIGURED FOR INCREASED CAPACITIVE RESPONSE}
본 개시내용은 압력 변환기의 분야에 속하는 것이고, 보다 구체적으로는 커패시터 타입의 압력 감지 요소에 속하는 것이다.
압력 변환기는, 매우 다양한 기계 및 시스템에서, 변환기의 위치에 인가된 힘과 유체 압력을 감지하기 위해 사용되고 있다. 압력 변환기는, 일반적으로 인가된 압력의 크기를 그 크기를 나타내는 전기 신호로 변환한다. 예를 들어, 이전에 공지된 정전 용량 압력 센서는, 인가된 압력의 크기를 전기 정전 용량의 크기로 변환한다.
압력 변환기 용례에 사용될 수 있는 이전에 공지된 일부 압력 감지 요소는, 정전 용량 감지 기술을 기반으로 한다. 이러한 감지 요소의 일례는, 강성 세라믹 판 기판 상에 평행 판 커패시터를 형성하는, 에어 갭에 의해 분리된 전극들과 한 쌍의 세라믹 판을 이용한다. 변형 가능한 세라믹 판은, 에어 갭을 가로지르는 두 전극 사이의 거리를 조절하는 다이어프램을 형성한다. 감지 요소의 공칭 정전 용량과 압력 하중의 인가 하에서의 정전 용량의 변화량은, 몇몇 기계적 인자에 의해 결정되는 감지 요소의 특성이다. 상기한 인자로는, 다이어프램의 두께, 변형이 허용되는 다이어프램의 면적, 전극의 면적, 및 전극들 사이에 있는 에어 갭의 두께 등이 있다.
특정 용례에서, 감지 요소의 전극들 사이의 에어 갭 거리는, 마이크로미터 수준이다. 이러한 작은 갭 두께를 갖도록 제조된 감지 요소는, 전극들 사이에 전도 경로를 제공할 수 있는, 에어 갭 내의 전도성 입자에 의한 오염으로 인하여, 높은 결함률을 가질 수 있다. 상기 전도성 입자는, 제조 중에 완전히 제거하기가 곤란하다.
감지 요소의 에어 갭에 있어서의 전도성 입자의 오염으로 인한 제조 결함을 감소시키기 위해, 이전에 공지된 일부 정전 용량 감지 요소는, 전극들 사이를 전기적으로 절연시키도록 전극들 중 어느 하나 위에 유리 층을 포함하였다. 그러나, 유리 층은 에어 갭 내의 공기와 다른 유전율을 갖기 때문에, 유리 층은, 공칭 정전 용량 및 압력 하중의 인가 하에서의 정정 용량의 변화량 등과 같은, 감지 요소의 특성을 변경시킨다고 하는 악영향을 미친다. 또한, 전극들 중의 어느 하나 위에 유리 배리어를 포함함으로써, 변형 가능한 세라믹 판이 유리 배리어와 접촉하기 전에 달성할 수 있는 휨량이 제한된다. 전극들 중의 어느 하나 위에 추가 유리 층을 포함하는 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소에 있어서, 센서의 정전 용량 반응 특성에 대한 변화는, 유리 층의 두께를 최소화하거나 에어 갭의 두께를 증가시킴으로써, 최소화되거나 감소된다.
본 개시내용의 양태들은 정전 용량 센서 장치를 포함한다. 상기 정전 용량 센서 장치는, 강성 절연체 판과, 상기 강성 절연체 판 상에 형성된 제1 전극과, 상기 강성 절연체 판에 대향하는 변형 가능한 절연체 판, 그리고 상기 변형 가능한 절연체 판 상에 형성되고 상기 제1 전극과 대면하는 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 에어 갭이 형성된다. 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 유리 배리어 층이 형성된다. 상기 유리 배리어 층은, 소정의 유리 배리어 층 두께를 사용함으로써 및/또는 소정의 정전 용량 성능의 증가를 달성하도록 유리 배리어 층 재료를 선택함으로써 구성된다. 상기 변형 가능한 절연체 판은, 인가된 압력에 반응하여 상기 에어 갭을 통해 변형되도록 선택된 면적 및 두께를 갖는다.
본 개시내용의 다른 양태는 압력을 감지하는 방법을 포함한다. 상기 방법은, 강성 유전체 기판 상에 제1 전극 층을 제공하는 단계와, 가요성 유전체 기판 상에 상기 제1 전극 층에 대면하는 제2 전극 층을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이의 갭에 제1 유전체 층을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 유전체 층은, 예를 들어 상기 제1 전극 층을 덮는, 유리 등과 같은 고체 유전체 재료를 포함한다. 본 개시내용의 양태에 따르면, 상기 제1 유전체 층의 두께와 유전율은, 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이의 정전 용량을 소정량 증가시키도록 선택된다. 상기 방법은, 상기 갭에 제2 유전체 층을 제공하는 단계를 더 포함한다. 상기 제2 유전체 층은, 상기 제2 전극 층 부근의 압축성 유전체 재료를 포함한다. 상기 제2 유전체 층은 예를 들어 공기 또는 그 밖의 기체일 수 있다. 상기 방법은, 상기 가요성 유전체 기판을 압력에 노출시키는 단계, 및 상기 제1 전극 층과 상기 제2 유전체 층 사이의 정전 용량을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 제2 유전체 층은, 상기 가요성 유전체 기판이 상기 갭 안으로 소정 거리만큼 휘는 것을 허용하도록 선택된 두께를 갖는다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시형태에 대한 세부 사항이, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 제시된다. 그 밖의 본 개시내용의 특징, 목적 및 이점은, 상세한 설명 및 도면을 통해, 그리고 청구범위를 통해 분명해질 것이다.
도 1은 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소의 도식화된 도면이다.
도 2는 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소의 도식화된 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따라 유리 배리어 층을 포함하는 정전 용량 감지 요소의 도식화된 도면이다.
도 4는 본 개시내용의 양태에 따라 유리 배리어 층을 포함하는 개선된 정전 용량 감지 요소의 도식화된 도면이다.
도 5는 본 개시내용의 양태에 따라 개선된 정전 용량 감지 요소의 개선된 정전 용량 반응을 실증하는 그래프이다.
도 6은 본 개시내용의 양태에 따른 압력 감지 방법을 보여주는 공정 흐름도이다.
도 1은 전극들 사이를 분리시키는 경계 유리 층, 강성 기판, 및 인가된 압력에 반응하여 예측 가능하게 휠 수 있는 얇은 다이어프램과 함께 커패시터를 형성하는 2개의 전극을 구비하는 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이전에 공지된 압력 변환기(100)는, 기판(102), 다이어프램 층(104), 및 상기 기판(102)과 상기 다이어프램 층(104) 사이에 있는 경계 유리 층(106)을 포함한다. 공극(108)이 상기 경계 유리 층(106)을 통해 연장된다. 제1 전극 층(110)은 공극(108) 내의 기판(102) 상에 형성되고, 제2 전극 층(112)은 공극(108) 내의 다이어프램 층(104) 상에 형성된다. 제1 전극 층(110)과 제2 전극 층(112) 사이의 공극(108)에 에어 갭(114)이 형성된다.
도 2는 다이어프램을 휘도록 압력이 인가된 상태인, 도 1에 도시된 것과 동일한 정전 용량 감지 요소(100)를 보여준다. 전극들 사이의 거리가 감소됨으로써, 감지 요소의 정전 용량이 증대되는데, 감소되는 거리는 재료 특성 및 치수로부터 산출될 수 있다.
압력(118)이 다이어프램 층(104)에 인가될 때, 다이어프램 층(104)은 공극(108) 안쪽으로 휘게 되고, 이에 따라 제1 전극 층(110)과 제2 전극 층(112) 사이의 에어 갭 두께가 감소된다. 에어 갭 두께가 감소됨으로써, 제1 전극 층(110)과 제2 전극 층(112) 간의 정전 용량이 달라진다. 정전 용량의 변화는 용이하게 측정될 수 있고, 인가된 압력(118)을 나타내는 신호를 제공한다.
이와 같은 이전에 공지된 압력 변환기(100)는, 에어 갭(114)에 전도성 입자가 없다고 할 수 없을 때, 고장나기 쉬운 경향이 있었다. 에어 갭(114)에 들어가 제1 전극과 제2 전극 사이에 전도성 가교를 제공할 수 있는 전도성 입자는, 제조 공정의 자연스러운 부산물이며 완전히 제거하기가 어렵거나 불가능하였다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 감지 요소(100)와 유사하지만, 전극(310)들 중의 어느 하나 위에 유리 배리어 층(316)을 더 포함하는, 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)를 도시한다.
정전 용량 감지 요소(300)는, 기판(302), 다이어프램 층(304), 및 상기 기판(302)과 상기 다이어프램 층(304) 사이에 있는 경계 유리 층(306)을 포함한다. 경계 유리 층(306)은, 기판(302)과 다이어프램 층(304)의 사이에 갭을 형성하는 공극(308)을 포함한다. 제1 전극 층(310)은 공극(308) 내의 기판(302) 상에 형성되고, 제2 전극 층(312)은 공극(308) 내의 다이어프램 층(304) 상에 형성된다. 제1 전극 층(310)과 제2 전극 층(312) 사이의 공극(308)에 에어 갭(314)이 형성된다.
유리 배리어 층(316)은 에어 갭(314) 내의 전도성 입자에 의한 전극 층들(310, 312) 사이의 가교를 방지한다. 제1 전극 층(310)과 제2 전극 층(312) 사이에 있는 유리 배리어 층(316)은, 이 유리 배리어 층이 대체하는 공기보다 높은 유전율을 갖고, 이에 따라 도 1 및 도 2에 도시된 감지 요소(100)와 비교해 보면, 감지 요소(300)의 정전 용량이 증가된다.
이와 같이 상이한 유리 배리어 층(316)의 유전율은, 인가된 압력(318)에 반응하여 감지 요소(300)의 정전 용량에 영향을 미친다. 유리 배리어 층(316)의 유전체 거동은 또한, 공기와는 다른 속도로 온도에 따라 변화된다. 이러한 차이는, 온도의 변화에 따라 결과적으로 얻어지는 센서 요소의 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)는, 타깃 갭 치수를 증가시킴으로써, 유리 배리어 층이 정전 용량에 미치는 영향을 최소화하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 정전 용량 감지 요소(300)에서, 최소 커패시터 갭 타깃은, 유리 배리어 층을 포함하지 않는 정전 용량 감지 요소(100)(도 1 및 도 2)에서의 최소 커패시터 갭 타깃이 약 14 내지 17 ㎛인 것에 비해, 약 21 내지 27 ㎛로 증가된다. 정전 용량 감지 요소(300)에서, 유리 배리어 층(316)은 7 ㎛의 두께를 갖는다.
유리 배리어 층(316)은 전극들 사이의 단락을 방지할 수 있지만, 유리 배리어 층이 정전 용량에 미치는 영향으로, 전극들 사이의 갭을 더 줄이지 못하게 되었고, 이에 따라 이전에는 정전 용량 감지 요소의 크기를 더 줄이는 데에도 효과적이지 않았다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 유리 배리어 층 또는 유리 배리어 층 대신에 전극들을 분리하는 다른 유전체 재료가, 부수적인 효과가 최소화되는 것으로 처리되기 보다는 정전 용량 감지 요소의 정전 용량 반응을 증가시키도록 선택될 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 양태에 따른 정전 용량 감지 요소(400)를 도시한다. 정전 용량 감지 요소(400)는 도 3에 도시된 감지 요소(300) 등과 같은 이전에 공지된 감지 요소들의 한계를 극복한다.
정전 용량 감지 요소(400)는, 기판(402), 다이어프램 층(404), 및 상기 기판(402)과 상기 다이어프램 층(404) 사이에 있는 경계 유리 층(406)을 포함한다. 경계 유리 층(406)은, 기판(402)과 다이어프램 층(404)의 사이에 갭을 형성하는 공극(408)을 포함한다. 제1 전극 층(410)은 공극(408) 내의 기판(402) 상에 형성되고, 제2 전극 층(412)은 공극(408) 내의 다이어프램 층(404) 상에 형성된다. 제1 전극 층(410)과 제2 전극 층(412) 사이의 공극(408)에 에어 갭(414)이 형성된다.
유리 배리어 층(416)은 에어 갭(414) 내의 전도성 입자에 의한 전극 층들(410, 412) 사이의 가교를 방지한다. 유리 배리어 층(416)이 정전 용량에 미치는 영향은, 정전 용량 감지 요소(400)의 정전 용량 반응을 증가시킨다.
상이한 유리 배리어 층(416)의 유전율은, 인가된 압력(418)에 반응하여 감지 요소(400)의 정전 용량에 영향을 미친다. 유리 배리어 층(416)의 유전체 거동은 또한, 공기와는 다른 속도로 온도에 따라 변화된다. 이러한 차이는, 온도의 변화에 따라 결과적으로 얻어지는 센서 요소의 정확도에 영향을 미칠 수 있다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 유리 배리어 층(416)은, 전극들 사이의 단락을 방지하고, 유리 배리어 층(416)이 정전 용량에 미치는 영향이 전극들 사이의 갭을 증가시키는 일 없이 정전 용량 감지 요소(400)의 정전 용량 반응을 증가시키도록 선택되며 치수 설정된다. 예를 들어, 정전 용량 감지 요소(400)에서, 최소 커패시터 갭 타깃은, 유리 배리어 층을 구비하는 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)(도 3)에서의 최소 커패시터 갭 타깃이 약 21 내지 25 ㎛인 것에 비해, 약 17 ㎛로 감소되었다. 이러한 갭 치수는, 유리 배리어 층을 포함하지 않는 정전 용량 감지 요소(100)(도 1 및 도 2)에서의 최소 커패시터 갭 타깃인 약 14 내지 17 ㎛에 필적한다.
본원에 개시된 정전 용량 감지 요소(400)의 타깃 에어 갭은 약 10 ㎛이다. 유리 배리어 층(416)의 유전율은, 정전 용량을 증가시키고 다이어프램 층(404)의 휨에 대한 정전 용량 반응을 증가시키는데, 이로써 타깃 에어 갭이 예를 들어 15 ㎛ 미만으로, 또는 약 10 ㎛로 감소되는 것이 허용된다. 7 ㎛ 두께의 유리 배리어 층을 추가함으로써, 전극들 사이의 전체 갭이 약 17 ㎛로 증가된다.
이에 비해, 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)에서의 타깃 에어 갭은, 유리 배리어 층을 갖지 않는 센서 요소(100)와 유사한 작동 특성을 제공하도록 약 14 ㎛이었다. 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)에서는 7 ㎛의 유리 배리어 층을 추가함으로써, 전극들 사이의 전체 갭이 약 21 ㎛로 증가된다.
도 5는 제1 그룹(502)이 도 1 및 도 2에 도시된 감지 요소(100)를 나타내고 제2 그룹(504)이 본 개시내용의 양태에 따라 전극들 중의 어느 하나(410)의 위에 유리 배리어 층(416)을 구비하는 도 4에 도시된 감지 요소(400)를 나타낸다는 점에서만 서로 다른 두 그룹의 감지 요소의 측정된 정전 용량을 보여준다.
도 5의 예의 제1 그룹(502)에 속하는 감지 요소(감지 요소의 갭에 유리 배리어 재료가 없음)의 경우, 14 ㎛의 커패시터 갭 타깃이 사용되었다. 이는, 전극들 사이의 갭을 가교하는 전도성 입자로 인한 제조 수율의 현저한 손실을 초래하는 일 없이 실제적으로 달성될 수 있는 가장 작은 갭을 나타낸다. 도 5의 예의 제2 그룹(504)에 속하는 감지 요소(감지 요소의 갭에 유리 배리어 재료가 있음)의 경우, 전극들 사이에 17 ㎛의 커패시터 갭 타깃이 사용되었다. 제2 그룹(504)에서, 유리 배리어 층 두께의 타깃은, 15 ㎛ 미만의 에어 갭을 남기는 7 ㎛이었다. 도 5의 예에 사용된 감지 요소들(100, 400)의 그 밖의 설계 파라미터는 두 그룹 간에 서로 동일하다.
도 5의 그래프(500)에 도시된 각 점은 단일의 제조된 감지 요소를 나타낸다. 수평 눈금(506)은, 압력이 인가되지 않은 상태에서 측정된 감지 요소(100, 400)의 정전 용량을 나타낸다. 수직 눈금은, 설정된 용례-대표 압력에서 동일한 감지 요소(100, 400)에 대해 측정된 정전 용량을 나타낸다. 본원에 기술된 바와 같이, 본원에 기술된 개선된 감지 요소(400)를 나타내는 제2 그룹(504)은, 이전에 공지된 감지 요소(100)에 비해 정전 용량 반응이 증대된 것으로 입증된다.
이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)에 대해 측정된 정전 용량 데이터는 도 5에 포함되어 있지 않지만, 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소(300)에서는 전극들 사이의 갭이 약 21 ㎛로 증가됨으로써, 정전 용량 성능이 예를 들어 도 5의 502에 도시된 그룹과 유사하게 되거나 또는 그보다 더 나빠진다.
본 개시내용의 다른 양태는, 에어 갭에 유리 층을 포함시킴으로써, 인가된 압력에 대한 정전 용량 반응을 증가시키는 방법을 포함하는데, 상기 유리 층은 이전에 공지된 정전 용량 감지 요소에 비해 추가적인 두께를 갖는 것이다. 상기 추가적인 두께는, 전극들 사이의 갭에 걸쳐서 유전율을 소정량 증가시키도록 선택된다. 예시적인 실시형태에서, 결과적으로 얻어지는 정전 용량 감지 요소는, 전극들 사이에, 2개의 유전 매체, 즉 공기와 유리를 갖는 갭을 포함하는데, 상기 갭에서의 유리 매체의 두께와 나머지 에어 갭의 두께는, 센서 설계에 있어서의 소기의 정전 용량 반응 특성을 달성하도록, 유리 및 공기의 유전율에 기초하여 사전 결정된다.
도 6을 참조해 보면, 본 개시내용의 양태에 따라 압력을 감지하는 방법(600)은, 강성 유전체 기판 상에 제1 전극 층을 제공하는 단계(블록 602)와, 제2 전극 층이 제1 전극 층에 대면하도록 가요성 유전체 기판 상에 제2 전극 층을 제공하는 단계(블록 604)를 포함한다. 제1 전극 층과 제2 전극 층 사이의 분리 거리가 갭을 획정한다. 상기 방법은, 상기 제1 전극 층을 덮는 고체 유전체 재료로부터 상기 갭에 제1 유전체 층을 제공하는 단계(블록 606)를 포함한다. 본 개시내용의 양태에 따르면, 상기 제1 유전체 층은, 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이의 정전 용량을 소정량 증가시키도록 선택된 두께와 유전율을 갖는다. 상기 방법은, 상기 제2 전극 층 부근의 압축성 유전체 재료로부터 상기 갭에 제2 유전체 층을 제공하는 단계(블록 608)를 포함한다. 상기 방법은 상기 가요성 유전체 기판을 압력에 노출시키는 단계(블록 610)를 포함하고, 상기 방법은 상기 제1 전극 층과 상기 제2 유전체 층 사이의 정전 용량을 측정하는 단계(블록 612)를 포함한다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 강성 유전체 기판 및/또는 가요성 유전체 기판은 세라믹 재료로 제조된다. 본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 상기 가요성 유전체 기판은, 압력에 반응하여 상기 제2 유전체 층을 통하여 변형되도록 선택된 면적 및 두께를 포함한다. 예시적인 실시형태에서, 본 개시내용의 양태에 따르면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에는, 두께가 각각 약 0.4 ㎛인 각 금속 층이 있다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 상기 제2 유전체 층은, 상기 가요성 유전체 기판이 상기 갭 안으로 소정 거리만큼 휘는 것을 허용하도록 선택된 두께를 갖는다. 제2 유전체 층은 기체 층이며, 이 기체 층에서 기체는 공기이거나 또는 센서 요소의 정전 용량 반응을 증가시키도록 그 유전체 특성을 이유로 선택된 다른 유전체 재료일 수 있다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 제1 유전체 층은 유리 층이다. 예시적인 실시형태에서, 제2 유전체 층은 약 10 ㎛의 두께를 갖고, 상기 제1 유전체 층은 약 7 ㎛의 두께를 갖는다. 예시적인 실시형태에서, 본 개시내용의 양태에 따르면, 상기 가요성 유전체 기판이 변형되지 않은 상태일 때, 상기 정전 용량은 약 5 pF 내지 약 8 pF이다. 예시적인 실시형태에서, 상기 가요성 유전체 기판이 변형되지 않은 상태로부터 최대로 변형된 상태로 휜 것에 반응하여, 상기 정전 용량이 0.8 pF 내지 2.0 pF 만큼 변화된다. 다른 실시형태에서, 정전 용량은 약 5 pF 내지 약 50 pF의 범위일 수 있고, 정전 용량의 변화는 예를 들어 약 0.5 pF 내지 약 40 pF의 범위일 수 있다.
정전 용량 감지 요소의 정전 용량 반응을 증가시킴으로써, 본원에 개시된 방법과 장치는, 보다 작은 감지 요소를, 그리고 예를 들어 현재 이용 가능한 크기의 감지 요소로서 압력 감지 범위가 확장된 감지 요소를 제조하는 것을 가능하게 한다.
본원에 개시된 감지 요소와 방법은 제1 전극과 제2 전극 사이에 있는 유리 유전체 층에 관하여 본원에 기술되어 있지만, 본 개시내용의 여러 대안적인 실시형태에서는 다른 고체 유전체 층이 유리 대신에 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
대응 도면을 참조로 하여 전술한 바와 같은, 상기한 예시적인 실시형태에 대한 여러 변형이 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고서도 실시될 수 있으므로, 전술한 상세한 설명에 포함되어 있고 첨부 도면에 도시되어 있는 모든 사항은, 제한적이라기 보다는 예시적인 것으로 해석되어야 하는 것으로 의도되어 있다. 따라서, 본 개시내용의 폭과 범위는, 임의의 전술한 예시적인 실시형태들에 의해 제한되어서는 안 되며, 본원에 첨부된 이하의 청구범위와 그 등가물에 따라서만 규정되어야 한다.
본 개시내용의 다수의 구현예가 기술되어 있다. 그렇지만, 본 개시 내용의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서, 여러 변형이 실시될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 정전 용량 센서 장치로서:
    강성 절연체 판;
    상기 강성 절연체 판 상에 형성된 제1 전극;
    상기 강성 절연체 판에 대향하는 변형 가능한 절연체 판;
    상기 변형 가능한 절연체 판 상에 형성되고 상기 제1 전극과 대면하는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 있는 15 ㎛ 미만의 에어 갭; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 있는 유리 배리어
    를 포함하는 정전 용량 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강성 절연체 판은 세라믹 재료로 제조되는 것인 정전 용량 센서 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 절연체 판은 세라믹 재료로 제조되는 것인 정전 용량 센서 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 각 금속 층을 포함하는 것인 정전 용량 센서 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 절연체 판이 변형되지 않은 상태일 때, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 정전 용량은 약 5 pF 내지 약 50 pF인 것인 정전 용량 센서 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 절연체 판이 변형되지 않은 상태로부터 최대로 변형된 상태로 휜 것에 반응하여, 0.5 pF 내지 40 pF의 정전 용량이 변화되는 것인 정전 용량 센서 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 변형 가능한 절연체 판은, 인가된 압력에 반응하여 상기 에어 갭을 통해 변형되도록 선택된 면적 및 두께를 갖는 것인 정전 용량 센서 장치.
  8. 압력을 감지하는 방법으로서:
    강성 유전체 기판 상에 제1 전극 층을 제공하는 단계;
    가요성 유전체 기판 상에 제2 전극 층을 제공하는 단계로서, 상기 제2 전극 층은 상기 제1 전극 층에 대면하고, 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이의 이격 거리는 15 ㎛ 미만의 갭을 획정하는 것인 제2 전극 층 제공 단계;
    상기 제1 전극 층을 덮는 고체 유전체 재료로부터 상기 갭에 제1 유전체 층을 제공하는 단계로서, 상기 제1 유전체 층은 상기 제1 전극 층과 상기 제2 전극 층 사이의 정전 용량을 소정량 증가시키도록 선택된 유전율 및 두께를 갖는 것인 제1 유전체 층 제공 단계;
    상기 제2 전극 층 부근의 압축성 유전체 재료로부터 상기 갭에 제2 유전체 층을 제공하는 단계;
    상기 가요성 유전체 기판을 압력에 노출시키는 단계; 및
    상기 제1 전극 층과 상기 제2 유전체 층 사이의 정전 용량을 측정하는 단계
    를 포함하는 압력 감지 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은, 상기 가요성 유전체 기판이 상기 갭 안으로 소정 거리만큼 휘는 것을 허용하도록 선택된 두께를 갖는 것인 압력 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 기체 층을 포함하는 것인 압력 감지 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 공기 층을 포함하는 것인 압력 감지 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 유전체 층은 유리 층을 포함하는 것인 압력 감지 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 약 17 ㎛의 두께를 갖는 것인 압력 감지 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 유전체 층은 약 7 ㎛의 두께를 갖는 것인 압력 감지 방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 강성 유전체 기판은 세라믹 재료로 제조되는 것인 압력 감지 방법.
  16. 제8항에 있어서, 상기 가요성 유전체 기판은 세라믹 재료로 제조되는 것인 압력 감지 방법.
  17. 제8항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 두께가 각각 약 0.4 ㎛인 각 금속 층을 포함하는 것인 압력 감지 방법.
  18. 제8항에 있어서, 상기 가요성 유전체 기판이 변형되지 않은 상태일 때, 상기 정전 용량은 약 5 pF 내지 약 50 pF인 것인 압력 감지 방법.
  19. 제8항에 있어서, 상기 가요성 유전체 기판이 변형되지 않은 상태로부터 최대로 변형된 상태로 휜 것에 반응하여, 상기 정전 용량이 0.5 pF 내지 40 pF 만큼 변화되는 것인 압력 감지 방법.
  20. 제8항에 있어서, 상기 가요성 유전체 기판은, 압력에 반응하여 상기 제2 유전체 층을 통해 변형되도록 선택된 면적 및 두께를 포함하는 것인 압력 감지 방법.
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