KR20230110353A

KR20230110353A - 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물

Info

Publication number: KR20230110353A
Application number: KR1020237021788A
Authority: KR
Inventors: 모니카 코스터; 요헨 라인무트
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-07-21
Also published as: DE102020215238A1; CN116635324A; WO2022117494A1; US20230331544A1

Abstract

본 발명은 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)에 관한 것으로, 이 센서 구조물은 기판(101)과; 기판(101)에 대해 탄성적으로 편향될 수 있는 질량체(103)와; 질량체(103)의 편향을 검출하는 측정 유닛(105)과; 서로 맞물리는 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)을 구비한, 질량체(103)의 편향을 감쇠시키는 감쇠 구조물(107);을 포함하며, 제1 감쇠 콤(109)은 질량체(103)에 배치되고, 제2 감쇠 콤(111)은 편향 구조물(113)에 움직일 수 있게 배치되며, 질량체(103)가 제1 방향(A1)으로 편향되면, 제2 감쇠 콤(111)은 편향 구조물(113)을 통해 기판(101)에 대해 제1 방향(A1)과 반대인 제2 방향(A2)으로 움직인다.

Description

감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물

본 발명은 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물에 관한 것이다.

가속도 센서의 제조를 위해 두꺼운 폴리실리콘 기능층으로부터 식각되는 MEMS 구조물이 자주 사용된다. 이들은 얇은 매립형 폴리실리콘 층 위에 배치된다. 이들은 차례로 산화물 층에 의해 기판상에 고정된다. 이 경우, 매립층은 도체 트랙 또는 전극의 역할을 할 수 있다. 기능층은 또한 트렌치 공정 및 산화물 희생층 공정을 통해 노출될 수 있다. 매립층은 산화물을 통해 기판으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 도체 트랙과 전극은 또한, 산화물-희생 산화물 에칭 시 완전히 언더컷되지 않음으로써 기판에 안정적으로 고정될 수 있도록 넓게 구성될 수 있다.

이렇게 생성된 마이크로기계 구조물은 대개 추가 공정 시퀀스에서 캡 웨이퍼(cap wafer)로 밀봉된다. 용도에 따라 밀폐된 체적 내에 적절한 압력이 갇힐 수 있다. 이 경우, 밀폐는 예를 들어 AlGe를 이용한 밀봉 유리 접합 방법(seal glass bonding) 또는 공융 접합 방법(eutectic bonding)을 통해 수행될 수 있다.

가속도 센서의 제조 시, 스프링 요소에 의해 기판에 고정되는 기능층에서 일반적으로 독립된 편향 가능한 질량체가 생성된다. 외부에서 인가되는 가속으로 인한, 기판에 대한 독립 질량체의 편향을 측정하기 위해, 일반적으로 독립 질량체에 부착된 전극 표면과 기판에 단단히 고정된 전극 표면 사이의 커패시턴스 변화가 검출된다. 큰 용량성 신호 및 이와 관련하여 센서의 높은 여기 감도를 얻기 위해서는, 가동 질량체에 배열된 전극 표면과 고정된 전극 표면 사이의 간격이 가능한 한 작게 선택되어야 한다.

진동에 대한 센서의 반응은 일반적으로 바람직하지 않기 때문에, 센서는 의도적으로 감쇠된다. 이를 위해, 편향 가능한 질량체와 기판 모두에 서로 맞물리는 감쇠 콤(damping combs)이 제공될 수 있다. 편향 가능한 질량체가 감쇠 콤의 감쇠 핑거의 연장 방향에 대해 수직으로 이동하면, 서로 대향하는 감쇠 핑거 사이의 간격이 줄어들고 핑거 사이에 위치한 유체가 압축되어 콤 밖으로 밀려나간다. 이 과정을 이른바 스퀴즈 필름 감쇠(squeeze film damping)라고 한다. 질량체가 감쇠 핑거의 확장 방향에 평행하게 움직이고 감쇠 핑거 사이의 간격이 변하지 않고 유지되는 슬라이드 필름 감쇠(slide film damping)와 대조적으로, 스퀴즈 필름 감쇠에 의해서는 작은 콤 구조물에 의해 자체적으로 매우 높은 감쇠 값이 달성될 수 있다.

서로를 향해 움직이는 2개의 판 사이에서 유체가 배출될 때 달성될 수 있는 감쇠는 제1 근사치에서 유체의 점도 및 감쇠 핑거의 수와 길이에 정비례하고, 서로 정반대편에 놓인 핑거 사이의 간격의 세제곱에 반비례한다.

이러한 거동은 가속도 센서에 특히 유리하다. 한편으로는 높은 감도를 달성하기 위해 가속도 센서는 매우 느슨하게 현수되어야 한다. 다른 한편으로는, 외부로부터 과하중이 인가되는 경우, 가동 질량체가 너무 높은 속도로 고정 구조물에 충돌하여 그 과정에서 구조물을 손상시키지 않아야 한다.

이러한 충격을 방지하기 위해, 가동 질량체가 감쇠 콤에 충돌하기 직전에 대향하여 놓인 감쇠 핑거들 사이의 간격이 매우 작도록, 그리고 이로써 높은 감쇠 작용이 달성될 수 있도록, 감쇠 핑거가 사용되고 구성될 수 있다. 이는 매우 강한 감쇠가 요구되는 센서에 특히 유리하다.

그러나 이러한 방식의 구현은, 바람직하게 결과적으로 강한 감쇠가 불리하게 작용하는 높은 주파수에 대해서도 측정 감도를 가져야 하는 가속도 센서의 경우에 구현하기가 어렵다. 감쇠 핑거들 사이의 간격이 증가하여 정상 작동 모드에서 더 약한 감쇠 효과만 발생하는 경우, 질량체의 강한 편향 시 충분한 감쇠를 계속 유지하고 질량체가 비가동 구조물에 충돌하는 것을 방지할 수 있도록, 대향하여 놓인 측정 전극들 사이의 간격도 확대되어야 한다. 그러나 이렇게 하면 센서의 감도가 크게 감소할 것이다. 전극 표면의 확대를 통해 감도의 감소가 보상될 수는 있다. 그러나 이렇게 하면 가동 질량체의 질량이 증가하고, 이와 연계되어 질량체의 충돌 시 에너지가 증가할 것이며, 이는 다시 더 강한 감쇠를 필요로 할 것이다.

따라서 본 발명의 과제는 개선된 감쇠 거동을 갖는 마이크로기계 센서 구조물을 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들의 대상에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.

일 양태에 따라, 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물이 제공되고, 이 센서 구조물은:

기판과;

이 기판에 대해 탄성적으로 편향될 수 있는 질량체와;

이 질량체의 편향을 검출하는 측정 유닛과; 서로 맞물리는 제1 및 제2 감쇠 콤을 구비한, 질량체의 편향을 감쇠시키는 감쇠 구조물;

을 포함하며, 제1 감쇠 콤은 질량체에 배치되고, 제2 감쇠 콤은 편향 구조물에 움직일 수 있게 배치되며, 질량체가 제1 방향으로 편향되면, 제2 감쇠 콤은 편향 구조물을 통해 기판에 대해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 움직인다.

이를 통해, 개선된 압력 거동을 갖는 마이크로기계 센서 구조물이 제공될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 편향 가능 질량체에 배치된 제1 감쇠 콤 및 편향 구조물에 움직일 수 있게 배치된 제2 감쇠 콤을 갖는 감쇠 구조물을 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 외부 가속으로 인한 편향 가능 질량체의 편향이 감쇠될 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 감쇠 콤은 대응 감쇠 핑거와 서로 맞물려서 서로에 대해 움직일 수 있다. 편향 구조물을 통해, 질량체가 제1 방향으로 편향되면 제2 감쇠 콤은 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 움직일 수 있다. 따라서 편향 가능 질량체의 편향으로 인해, 편향 가능 질량체에 부착된 제1 감쇠 콤이 제2 감쇠 콤의 방향으로 움직인다. 또한, 편향 구조물에 의해 제2 감쇠 콤이 제1 감쇠 콤의 방향으로 움직인다. 제1 및 제2 감쇠 콤이 서로를 향해 움직임으로써, 서로 평행하게 배열되어 서로 맞물리는, 제1 및 제2 감쇠 콤의 감쇠 핑거들 사이의 간격이 측정 유닛의 제1 측정 전극과 제2 측정 전극 사이의 간격보다 더 높은 속도로 줄어든다.

이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 정상 상태에서 감쇠 구조물의 제1 및 제2 감쇠 콤이 제1 및 제2 감쇠 구조물의 서로 평행하게 배열된 감쇠 핑거 사이의 각각 큰 간격으로 작동될 수 있는 점이 달성될 수 있다. 이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물이 정상 상태에서 약하게 감쇠되어 작동될 수 있음으로써, 마이크로기계 센서 구조물이 높은 응답 거동을 갖게 되어 고주파 가속도가 검출될 수 있다. 마이크로기계 센서 구조물의 과하중으로 인한 편향 가능 질량체의 강한 편향 시, 편향 가능 질량체가 외부 가속으로 인해 마이크로기계 센서 구조물의 고정 구조물 쪽으로 이동하는 것보다 더 높은 속도로 제1 및 제2 감쇠 콤이 편향 구조물에 의해 서로를 향해 이동한다.

그로 인해 제1 및 제2 감쇠 콤의 감쇠 핑거들 사이의 간격이 측정 유닛의 제1 측정 전극과 제2 측정 전극 사이의 간격보다 더 높은 속도로 줄어든다. 이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 외부 과하중으로 인해 편향 가능한 질량의 강한 가속 시 감쇠 구조물의 제1 및 제2 감쇠 콤의 감쇠 핑거 사이에 작은 간격이 생성될 수 있으며, 그로 인해 편향 가능 질량체의 운동의 높은 감쇠가 달성된다. 이를 통해 편향 가능 질량체가 마이크로기계 센서 구조물의 고정 구조물에 부딪히는 것이 방지될 수 있다. 따라서 마이크로기계 센서 구조물 및 특히 편향 구조물에 의해 정상 상태에서는 약한 감쇠 거동이 달성될 수 있고, 마이크로기계 센서 구조물의 과하중 시에는 강한 감쇠 거동이 달성될 수 있다. 또한, 과하중 시 가능한 강한 감쇠 거동으로 인해 측정 유닛의 제1 측정 전극과 제2 측정 전극은 서로 짧은 간격으로 구성될 수 있으며, 그로 인해 마이크로기계 센서 구조물의 높은 측정 감도가 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 편향 구조물은 피벗 가능한(pivotable) 레버 암을 갖는 로커(rocker) 구조물로 형성되고, 레버 암은 기판에 고정된 제1 스프링 요소를 통해 피벗 가능하게 장착되며, 레버 암의 제1 단부에 제2 감쇠 콤이 배치되고, 레버 암은 레버 암의 제2 단부에 배치된 제2 스프링 요소를 통해 질량체와 연결된다.

이를 통해, 편향 가능 질량체의 편향 시 편향 가능 질량체의 편향 방향과 반대 방향으로 제2 감쇠 콤을 이동시키도록 구성된, 기술적으로 가능한 한 단순하게 구성된 편향 구조가 제공될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 마이크로기계 센서 구조물은 복수의 감쇠 구조물을 포함한다.

이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 감쇠 거동이 더 개선될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 복수의 감쇠 구조에 의해, 마이크로기계 센서 구조물의 과하중 시 특히 서로 맞물리는 복수의 감쇠 콤에 기반한 개선된 감쇠 거동 및 이와 연계된 감쇠 성능 증대가 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 질량체는 편향 구조물의 제1 스프링 요소를 통해 탄성적으로 편향 가능하게 기판에 고정된다.

이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 가능한 한 컴팩트한 구조 방식이 제공될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 편향 구조물의 제1 스프링 요소를 통해 편향 가능 질량체가 장착됨으로써, 편향 가능 질량체가 탄성적으로 편향 가능하게 기판과 연결된다. 따라서 기판상에 편향 가능 질량체를 편향 가능하게 장착하기 위한 추가 스프링 요소는 불필요하다.

일 실시예에 따라, 감쇠 구조물의 제1 스프링 요소들은 하나의 공통 고정 구조물에서 기판과 연결된다.

이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 감쇠 거동이 더 개선될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 또한, 복수의 감쇠 구조물의 복수의 제1 스프링 요소를 공통 고정 구조물에 고정함으로써, 개별 제1 스프링 요소의 응답 거동이 동기화될 수 있으며, 그 결과 복수의 감쇠 구조물의 균일한 감쇠 거동이 제공될 수 있다.

일 실시예에 따라, 감쇠 구조물들이 질량체의 가장자리 영역에 배치되어 상기 질량체를 적어도 부분적으로 둘러싸며; 그리고/또는 감쇠 구조물들이 질량체의 내부 영역에 배치되어 상기 질량체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다.

이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 컴팩트한 구조 방식의 기술적 이점이 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 인접한 감쇠 구조물의 제2 감쇠 콤은 공통의 제3 스프링 요소를 통해 서로 연결된다.

이를 통해, 개선된 압력 거동이 제공될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 제3 스프링 요소를 통해 인접한 감쇠 구조물의 인접한 제2 감쇠 콤을 연결함으로써, 편향 구조물의 편향으로 인한, 특히 로커 구조물의 레버 암의 편향으로 인한, 제2 감쇠 콤의 운동의 회전 성분이 감소할 수 있다. 이를 통해, 각각의 제1 감쇠 콤에 대한 제2 감쇠 콤의 순수 병진 운동이 달성될 수 있음으로써, 감쇠 구조물의 서로 맞물리는 제1 및 제2 감쇠 콤의 감쇠 핑거가 계속 병렬로 배열된 상태로 유지될 수 있다. 이를 통해, 감쇠 거동이 더욱 정밀해질 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 스프링 요소와 제2 스프링 요소 사이의 레버 암의 제1 섹션의 제1 길이는 제1 스프링 요소와 제3 스프링 요소 사이의 레버 암의 제2 섹션의 제2 길이의 두 배 이상이다.

이를 통해, 감쇠 구조물의 감쇠 특성이 더 개선될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 전술한 간격들에 의해, 특히 인접한 제2 감쇠 콤을 서로 연결하는 제3 스프링 요소와 결합하여, 편향 구조물의 편향으로 인해 제2 감쇠 콤의 가급적 선형인 운동이 진행된다.

일 실시예에 따라, 레버 암은 질량체의 편향 방향에 대해 수직인 방향을 따라 연장된다.

이를 통해, 편향 가능 질량체의 편향 시 로커 구조로 형성된 편향 구조물의 최대한 정밀한 응답 거동 및 이와 연계된 감쇠 구조물의 정밀한 감쇠 거동이 달성될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 레버 암의 길이는 질량체 직경의 15% 이상이다.

이를 통해, 감쇠 구조물의 가능한 한 느슨한 현수가 달성될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 감쇠 구조물의 가능한 한 느슨한 현수에 의해, 특히 낮은 하중에서 감쇠 구조물에 의해 편향 가능 질량체의 응답 거동에 미치는 영향이 최소화됨으로써, 마이크로기계 센서 구조물의 정밀한 측정 거동이 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 레버 암이 제1 스프링 요소와 연결되는 현수점의 위치 설정을 통해, 감쇠 구조물의 감쇠 거동이 변동할 수 있다.

이를 통해, 감쇠 구조물의 감쇠 거동이 가변적으로 조정될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 제1 스프링 요소에서의 레버 암의 현수점의 위치 설정을 통해, 레버 암의 지렛대 효과가 변동될 수 있다. 이를 통해, 편향 가능 질량체의 편향으로 인한, 레버 암에 형성된 제2 감쇠 콤의 편향 및 이와 연계된 감쇠 구조물의 감쇠 거동이 각각의 마이크로기계 센서 구조물의 특성에 맞춰 조정될 수 있다.

일 실시예에 따라, 측정 유닛은 기판상에 배치된 적어도 하나의 제1 측정 전극 및 상기 제1 측정 전극과 대향하여 질량체에 배치된 적어도 하나의 제2 측정 전극을 포함하며, 제1 및 제2 감쇠 콤은, 질량체의 편향 방향에 대해 수직으로 연장되고 제1 및 제2 측정 전극에 대해 평행하게 배열되며 동일한 전위를 갖는 제1 및 제2 감쇠 핑거를 갖는다.

이를 통해, 감쇠 구조물의 정밀한 감쇠 거동이 달성될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다. 서로 대향하여 놓인 제1 및 제2 감쇠 핑거가 평행하게 정렬됨으로써, 서로 정반대편에 놓인 감쇠 핑거들 사이의 간격의 균일한 변동에 의해 감쇠 구조물의 균일한 감쇠 거동이 달성될 수 있다. 이는, 편향 가능 질량체의 편향 방향에 대해 수직으로 배향된 연장 방향으로 각각 배치되고 서로 대향하여 놓이도록 배치된 제1 및 제2 측정 전극에 대한 감쇠 핑거의 평행 배치에도 동일하게 적용된다. 제1 및 제2 감쇠 콤의 제1 및 제2 감쇠 핑거의 동일한 전위를 통해 감쇠 핑거들 사이의 정전기 인력이 방지될 수 있음으로써 감쇠 거동이 개선될 수 있다.

일 실시예에 따라, 질량체가 정지 위치에 있을 때, 서로 정반대편에 놓인 제1 감쇠 핑거와 제2 감쇠 핑거 사이의 간격은 서로 정반대편에 놓인 제1 측정 전극과 제2 측정 전극 사이의 간격보다 더 크다.

이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물의 정상 상태에서, 즉, 편향 가능 질량체의 편향이 약할 때, 서로 정반대편에 놓인 제1 감쇠 핑거와 제2 감쇠 핑거의 큰 간격으로 인해 감쇠 구조물의 약한 감쇠 효과가 가능하다는 점이 달성될 수 있다. 이를 통해, 고주파 가속도에 대한 마이크로기계 센서 구조물의 높은 응답 거동 또는 높은 측정 정확도 및 감도가 달성될 수 있다. 편향 구조물의 전술한 효과를 통해, 편향 가능 질량체의 강한 편향 시, 대향하여 놓인 제1 감쇠 핑거와 제2 감쇠 핑거 사이의 간격이 서로 정반대편에 놓인 제1 측정 전극과 제2 측정 전극 사이의 간격보다 더 높은 속도로 감소할 수 있음으로써, 편향 가능 질량체가 외부에서 작용하는 과하중으로 인해 강하게 편향될 때 서로 정반대편에 놓인 제1 감쇠 핑거와 제2 감쇠 핑거 사이의 작은 간격으로 인해 강한 감쇠 효과가 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 질량체는 적어도 하나의 현수 스프링 요소를 통해 탄성적으로 편향 가능하게 기판에 고정된다.

이를 통해, 기판에서의 편향 가능 질량체의 탄성적으로 편향 가능한 고정이 개선될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 마이크로기계 센서 구조물은 가속도 센서 또는 요레이트 센서 또는 마이크로 미러로서 구성된다.

이를 통해, 전술한 이점을 가진 마이크로기계 센서 구조물의 가능한 한 광범위한 적용 분야가 제공될 수 있다는 기술적 이점이 달성될 수 있다.

하기의 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 더 상세히 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 개략도이다.
도 2는 편향된 상태에 있는, 도 1의 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 개략도이다.
도 3은 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 또 다른 개략도이다.
도 4는 편향된 상태에 있는, 도 3의 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 개략도이다.
도 5는 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 또 다른 개략도이다.
도 6은 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 또 다른 개략도이다.
도 7은 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물의 또 다른 개략도이다.

도 1은 일 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 개략도를 도시한다.

도 1의 실시예에서, 마이크로기계 센서 구조물(100)은 기판(101), 기판(101)에 대해 상대적으로 배치되어 탄성적으로 편향 가능한 질량체(103), 편향 가능 질량체(103)의 편향을 검출하도록 구성된 측정 유닛(105) 및 편향 가능 질량체(103)의 편향을 감쇠시키기 위한 감쇠 구조물(107)을 포함한다.

도 1의 실시예에서, 감쇠 구조물(107)은 제1 감쇠 콤(109) 및 제2 감쇠 콤(111)을 포함한다. 제1 감쇠 콤(109)은 편향 가능 질량체(103)상에 고정 배치된다. 제2 감쇠 콤(111)은 편향 구조물(113)을 통해 편향 가능하도록 움직일 수 있게 배치된다. 편향 구조물(113)은 도시된 실시예에서 로커 구조물로서 형성되고, 제1 스프링 요소(117)를 통해 피벗 가능하게 기판상에 배치된 레버 암(115)을 포함한다. 레버 암의 제1 단부(114)에 제2 감쇠 콤(111)이 배치되는 한편, 레버 암(115)은 레버 암(115)의 제2 단부(116)에 배치된 제2 스프링 요소(119)를 통해 편향 가능 질량체(103)와 연결된다.

제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)은, 각각 서로 평행하게 배열되어 서로 교대로 맞물리는 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129)를 포함한다.

도시된 실시예에서, 편향 가능 질량체(103)는 직사각형으로 형성되고 제1 측면(S1) 및 제2 측면(S2)을 갖는다.

제1 감쇠 콤(109)은 편향 가능 질량체(103)의 제1 측면(S1)의 중앙에 배치된다. 제2 스프링 요소(119)를 통한 감쇠 구조물(107)의 레버 암(115)의 연결도 마찬가지로 편향 가능 질량체(103)의 제1 측면(S1)에서 수행되며, 제2 스프링 요소(119)는 편향 가능 질량체(103)의 제2 측면(S2)의 한 외측 에지에 배치된다.

측정 유닛(105)은 서로 평행하게 배열된 복수의 제1 및 제2 측정 전극(123, 125)을 포함한다. 제1 측정 전극(123)은 각각 기판(101)에 고정되는 한편, 제2 측정 전극(125)은 편향 가능 질량체(103)에 배치된다.

도시된 실시예에서, 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)의 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129)는 각각 서로 평행하게 배열될 뿐만 아니라 측정 유닛(105)의 제1 및 제2 측정 전극(123, 125)에 대해서도 평행하게 배열된다.

도시된 실시예에서, 편향 가능 질량체(103)는 양의 Y방향 및 음의 Y방향으로 편향될 수 있다. 그에 반해, 제1 및 제2 측정 전극(123, 125)과 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129)는 모두 편향 방향에 대해 수직인 방향, 즉, 도 1의 X방향으로 연장된다.

레버 암(115)은 현수점(121)을 통해 제1 스프링 요소(117)와 연결된다. 편향 가능 질량체(103)의 편향 시, 레버 암(115)은 현수점(121)을 중심으로 피벗 가능하다. 레버 암(115)에서의 현수점(121)의 위치 설정을 통해, 제1 단부(114)와 현수점(121) 사이의 섹션과, 레버 암(115)의 제2 단부(116)와 현수점(121) 사이의 섹션 사이의 길이비의 변화에 따라 레버 암의 지렛대 비가 변동될 수 있다. 지렛대 비의 변동에 의해, 편향 가능 질량체(103)의 편향 시 레버 암(115)의 피벗에 의해 야기되는 제2 감쇠 콤(111)의 운동 및 이와 연계된 감쇠 거동이 변동할 수 있다.

편향 가능 질량체(103)는 직각으로 배열된, 편향 가능 질량체(103)의 측면 에지들 중 하나의 길이에 상응하는 직경(D)을 갖는다.

레버 암(115)은 길이(L)를 갖는다. 이는 예를 들어 편향 가능 질량체(103)의 직경(D)의 15%를 차지할 수 있다. 도 1에는, 도시된 마이크로기계 센서 구조물(100)의 크기비 및 길이비가 등거리로 도시되지 않았으므로, 도시된 레버 암(115)은 상기 숫자 값과 편차가 있는 길이를 갖는다.

도시된 실시예에서, 마이크로기계 센서 구조물(111)은 전술한 것과 동일하게 구성된 복수의 감쇠 구조물(107)을 포함한다. 개별 감쇠 구조물(107)은 직사각형으로 형성된 편향 가능 질량체(103)의 4개의 모서리에 각각 배치된다. 개별 감쇠 구조물(107)의 수 또는 배열은 여기에 도시된 실시예로부터 원하는 대로 변경되거나 차이가 날 수 있다.

도시된 실시예에서 측정 유닛(105)은 중앙에 배치되어 있다. 측정 유닛(105)의 배열 및 평행하게 배열된 제1 및 제2 측정 전극(123, 125)의 수는 모두 도 1에 도시된 예로부터 원하는 대로 차이가 날 수 있다.

제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)뿐만 아니라 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129)의 수 및 크기비도 마찬가지로 도 1에 단지 개략적으로 그리고 예시로서 도시된 실시예로부터 차이가 날 수 있다.

도시된 실시예에서, 센서 구조물(100)은 동일하게 구성된 4개의 감쇠 구조물(107)을 갖는다. 대안적으로, 단 하나의 감쇠 구조물(107) 또는 임의의 수의 감쇠 구조물(107)을 갖는 센서 구조물(100)도 생각해볼 수 있다.

도 1에는, 마이크로기계 센서 구조물(100)이 가속도 센서로서 도시되어 있다. 도시된 실시예에서 편향 가능 질량체(103)는 도시된 공간 방향(X 및 Y)으로 편향될 수 있다. 형성된 감쇠 구조물(107)에 의한 편향 가능 질량체(103)의 편향의 상응하는 감쇠는 공간 방향(X, Y)에 걸쳐 있는 공간 평면 내에서도 일어난다. 이에 대한 대안으로, 마이크로기계 센서 구조물(100)은 요레이트 센서 또는 마이크로 미러로서도 구성될 수 있다. 또한, 감쇠 구조물(107)에 의한, 편향 가능 질량체(103)의 편향의 감쇠는 도시된 공간 평면(X, Y)에 대해 수직인 편향 가능 질량체(103)의 편향 성분에 대해서도 수행될 수 있다.

도 2는 편향된 상태에 있는, 도 1의 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 개략도를 도시한다.

도 2는, 마이크로기계 센서 구조물(100)의 상응하는 가속으로 인해 편향 가능 질량체(103)가 제1 방향(A1) 및 그에 따라 양의 Y방향으로 이동하는 편향 상태에 있는, 도 1의 마이크로기계 센서 구조물(100)을 도시한다.

제1 방향(A1)으로의 편향 가능 질량체(103)의 편향으로 인해, 감쇠 구조물(107)의 제2 감쇠 콤(111)이 편향 구조물(113)에 의해 제1 방향(A1)과 반대인 제2 방향(A2)으로, 그리고 그에 따라 음의 Y방향으로 이동한다.

제1 방향(A1)으로의 편향 가능 질량체(103)의 편향으로 인해, 제2 스프링 요소(119)를 통해 편향 가능 질량체(103)와 연결된 레버 암(115)의 제2 단부(116)도 제1 방향(A1)으로 이동한다. 레버 암(115)이 제1 스프링 요소(117)를 통해 기판(101)에 고정됨으로써, 레버 암(115)의 제2 단부(116)가 제1 방향(A1)으로 움직이면 현수점(121)을 중심으로 레버 암(115)의 피벗 운동이 수행된다. 이는 다시, 레버 암(115)의 제1 단부(117)가 제1 방향(A1)과 반대 방향인 제2 방향(A2)으로 움직이게 한다. 이는 레버 암(115)의 제1 단부(114)에 형성된 제2 감쇠 콤(111)이 제2 방향(A2)으로 움직이게도 한다. 제1 방향(A1)으로의 편향 가능 질량체(103)의 편향으로 인해, 편향 가능 질량체(103)상에 배치된 제1 감쇠 콤(109)도 제1 방향(A1)으로 이동한다.

편향 가능 질량체(103)의 제1 방향(A1)으로의 이동으로 인해, 편향 가능 질량체(103)상에 형성된 측정 유닛(105)의 제2 측정 전극(125)의 이동도 수행된다. 그에 반해 제1 측정 전극(123)은 기판(101)에 고정되어 있으므로, 이동이 수행되지 않는다. 따라서, 움직이지 않는 제1 측정 전극(123)에 대한 제2 측정 전극(125)의 상대 운동에 의해, 서로 평행하게 배열되고 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 측정 전극(123, 125) 사이의 간격이 감소한다.

동시에, 서로 평행하게 배열되고 서로 정반대편에 놓인, 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)의 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이의 간격이 감소한다. 그러나 제1 및 제2 측정 전극(123, 125)과 달리 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)은 각각 반대 방향으로 운동하기 때문에, 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이의 간격은 편향 가능 질량체(103)의 편향에 의해, 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 측정 전극(123, 125) 사이의 간격보다 더 높은 속도로 감소하며, 상기 측정 전극 중 기판(101)에 고정된 제1 측정 전극(123)은 운동을 수행하지 않는다.

서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이의 간격의 상대적으로 더 빠른 감소에 의해, 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이 간격의 강한 감소로 인한 편향 가능 질량체(103)의 강한 편향 시 스퀴즈 필름 감쇠의 감쇠 성능이 높아질 수 있음으로써, 편향 가능 질량체(103)의 강한 편향 시 감쇠 성능이 높아질 수 있다. 동시에, 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이의 간격 감소가 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 측정 전극(123, 125) 사이의 간격 감소에 비해 더 가속화됨으로써, 정지 상태에서 서로 정반대편에 놓인 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이의 간격이 제1 및 제2 측정 전극(123, 125) 사이의 간격에 비해 증가한다. 이를 통해, 마이크로기계 센서 구조물(100)의 약하게 편향된 고주파 가속을 위한 마이크로기계 센서 구조물(100)의 약한 감쇠 효과 및 이와 연계된 정밀한 응답 거동이 달성될 수 있다.

편향 가능 질량체(103)가 음의 Y방향으로 편향되면 감쇠 거동은 당연히 전술한 방법과 유사하게 수행된다.

도 3은 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 또 다른 개략도를 도시한다.

또한, 도 1 및 도 2의 실시예와 달리 도 3의 실시예의 마이크로기계 센서 구조물(100)은 복수의 현수 스프링 요소(133)를 가지며, 이들 현수 스프링 요소를 통해 편향 가능 질량체(103)가 탄성적으로 편향 가능하게 기판(101)상에 장착된다. 따라서, 편향 가능 질량체(103)는 감쇠 구조물(107)의 복수의 제1 스프링 요소(117)뿐만 아니라 복수의 현수 스프링 요소(133)를 통해서도 기판(101)상에 장착된다.

또한, 도시된 실시예에서, 인접한 감쇠 구조물(107)의 제2 감쇠 콤(111)은 각각 제3 스프링 요소(131)를 통해 서로 연결된다.

측정 유닛(105)의 편향 가능 질량체(103) 및 감쇠 구조물(107)의 나머지 특성은 도 1 및 도 2의 실시예의 특성에 상응하므로 이하에서는 다시 자세히 설명하지 않는다.

도 4는 편향된 상태에 있는, 도 3의 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 개략도를 도시한다.

감쇠 구조물(107)의 작동 방식은 도 1 및 도 2의 실시예의 감쇠 구조물(107)의 작동 방식에 상응하므로 이하에서는 다시 자세히 설명하지 않는다.

인접한 감쇠 구조물(107)의 인접한 제2 감쇠 콤(111)을 서로 연결하는 제3 스프링 요소(131)에 의해, 편향된 레버 암(115)의 피벗 운동에 의해 야기되는, 제2 방향(A2)으로의 제2 감쇠 콤(111)의 운동의 회전 성분이 감소하거나 억제될 수 있다. 이 회전 운동을 통해, 일반적으로는 감쇠되기 훨씬 더 어려운 고차 모드(higher mode)가 감소할 수 있다.

또한, 제3 스프링 요소(131)를 통해 서로 연결된 제2 감쇠 콤(111)은 연결 요소(139)를 통해 각각의 감쇠 구조물(107)의 레버 암(115)의 제1 단부(114)와 연결된다.

도 5는 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 또 다른 개략도를 도시한다.

도 5의 실시예는 도 3 및 도 4의 실시예에 기초하며, 현수 스프링 요소(131)가 편향 가능 질량체(103) 내부에 설치되고 공통 고정 구조물(135)을 통해 기판(101)과 고정된다는 점에서 언급한 실시예들과 차이가 있다. 공통 고정 구조물(135)은 편향 가능 질량체(103)에 대해 중앙에 배치된다. 현수 스프링 요소(133) 및 공통 고정 구조물(135)의 배열은 도 5에 도시된 실시예와 관련하여 원하는 대로 변경될 수 있다.

감쇠 구조물(107)의 작동 방식은 도 2 및 도 4와 관련하여 설명한 작동 방식에 상응하므로 이하에서는 다시 설명하지 않는다.

도 6은 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 또 다른 개략도를 도시한다.

도 6의 실시예에서는, 감쇠 구조물(107)의 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)이 편향 가능 질량체(103)의 제2 측면(S2)에 배열된다. 레버 암(115)은 또한 제1 스프링 요소(117)를 통해 기판(101)에 고정되고, 제2 스프링 요소(119)를 통해 편향 가능 질량체(103)와 연결된다. 그러나 제2 스프링 요소(119)를 통한 편향 가능 질량체(103)와의 연결은 편향 가능 질량체(103)의 제1 측면(S1)의 중앙에서 수행된다.

또한, 마이크로기계 센서 구조물(100)은, 감쇠 구조물(107)의 제2 감쇠 콤(111)을 서로 연결하고 편향 가능 질량체(103)를 둘러싸는 테두리 요소(137)를 포함한다.

도 7은 또 다른 한 실시예에 따른 감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)의 또 다른 개략도를 도시한다.

도 7의 실시예에서, 감쇠 구조물(107)은 편향 가능 질량체(103)의 내부에 설치되어 그에 의해 둘러싸여 있다.

감쇠 구조물(107)의 제1 스프링 요소(117)는 중앙에 배치된 공통 고정 구조물(135)을 통해 기판(101)과 고정된다.

또한, 도시된 실시예의 마이크로기계 센서 구조물(100)은, 편향 가능 질량체(103)의 제2 측면(S2)에 각각 측방향으로 배열되고 동일하게 구성된 2개의 측정 유닛(105)을 갖는다.

레버 암(115)은 편향 가능 질량체(103)의 제1 측면(S1)에 각각 평행하게 배열되고, 제2 스프링 요소(119)를 통해 편향 가능 질량체(103)와 연결되며, 연결은 편향 가능 질량체(103)의 중앙에서 수행된다. 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)은 편향 가능 질량체(103)의 제2 측면(S2)에 각각 평행하게 배열된다.

도시된 실시예에서, 편향 가능 질량체(103)는 양의 Y방향 및 음의 Y방향으로 편향될 수 있다. 감쇠 구조물(107)을 통한 편향 가능 질량체(103)의 편향의 감쇠는 전술한 다른 실시예들의 거동에 상응한다.

제2 감쇠 콤(111)은 각각 연결 요소(139)를 통해 대응 감쇠 구조물(107)의 레버 암(115)의 제2 단부(116)와 연결된다.

Claims

감쇠 구조물을 갖는 마이크로기계 센서 구조물(100)이며, 이 센서 구조물은,
기판(101)과;
기판(101)에 대해 탄성적으로 편향될 수 있는 질량체(103)와;
질량체(103)의 편향을 검출하는 측정 유닛(105)과;
서로 맞물리는 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)을 구비한, 질량체(103)의 편향을 감쇠시키는 감쇠 구조물(107);을 포함하며, 제1 감쇠 콤(109)은 질량체(103)에 배치되고, 제2 감쇠 콤(111)은 편향 구조물(113)에 움직일 수 있게 배치되며, 질량체(103)가 제1 방향(A1)으로 편향되면, 제2 감쇠 콤(111)은 편향 구조물(113)을 통해 기판(101)에 대해 제1 방향(A1)과 반대인 제2 방향(A2)으로 움직이는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제1항에 있어서, 편향 구조물(113)은 피벗 가능한 레버 암(115)을 구비한 로커 구조물로서 형성되며, 레버 암(115)은 기판(101)에 고정된 제1 스프링 요소(117)를 통해 피벗 가능하게 장착되며, 레버 암(115)의 제1 단부(114)에 제2 감쇠 콤(111)이 배치되며, 레버 암(115)은 레버 암(115)의 제2 단부(116)에 배치된 제2 스프링 요소(119)를 통해 질량체(103)와 연결되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마이크로기계 센서 구조물은 복수의 감쇠 구조물(107)을 포함하는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 및 제3항에 있어서, 질량체(103)는 편향 구조물(113)의 제1 스프링 요소(117)를 통해 탄성적으로 편향 가능하게 기판(101)에 고정되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 및 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 감쇠 구조물(107)의 제1 스프링 요소(117)는 하나의 공통 고정 구조물(135)에서 기판(101)과 연결되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 및 제3항 또는 제4항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 감쇠 구조물(107)이 질량체(103)의 가장자리 영역에 배치되어 상기 질량체를 적어도 부분적으로 둘러싸며; 그리고/또는
감쇠 구조물(107)이 질량체(103)의 내부 영역에 배치되어 상기 질량체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 및 제3항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 감쇠 구조물(107)의 제2 감쇠 콤(111)은 공통의 제3 스프링 요소(131)를 통해 서로 연결되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제7항에 있어서, 제1 스프링 요소(117)와 제2 스프링 요소(119) 사이의 레버 암(115)의 제1 섹션의 제1 길이(L1)는 제1 스프링 요소(117)와 제3 스프링 요소(131) 사이의 레버 암(115)의 제2 섹션의 제2 길이(L2)의 두 배 이상인, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 레버 암(115)은 질량체(103)의 편향 방향(A1)에 대해 수직인 방향을 따라 연장되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 레버 암(115)의 길이(L)는 질량체 직경의 15%보다 큰, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 레버 암(115)이 제1 스프링 요소(117)와 연결되는 현수점(121)의 위치 설정을 통해, 감쇠 구조물(107)의 감쇠 거동이 변동되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 유닛(105)은 기판(101)상에 배치된 적어도 하나의 제1 측정 전극(123) 및 상기 제1 측정 전극(123)과 대향하여 질량체(103)에 배치된 적어도 하나의 제2 측정 전극(125)을 포함하며, 제1 및 제2 감쇠 콤(109, 111)은, 질량체(103)의 편향 방향(A1)에 대해 수직으로 연장되고 제1 및 제2 측정 전극(123, 125)에 대해 평행하게 배열되며 동일한 전위를 갖는 제1 및 제2 감쇠 핑거(127, 129)를 갖는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제12항에 있어서, 질량체(103)가 정지 위치에 있을 때, 서로 정반대편에 놓인 제1 감쇠 핑거와 제2 감쇠 핑거(127, 129) 사이의 간격은 서로 정반대편에 놓인 제1 측정 전극과 제2 측정 전극(123, 125) 사이의 간격보다 더 큰, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 질량체(103)는 적어도 하나의 현수 스프링 요소(133)를 통해 탄성적으로 편향 가능하게 기판(101)에 고정되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로기계 센서 구조물(100)은 가속도 센서 또는 요레이트 센서 또는 마이크로 미러로서 구성되는, 마이크로기계 센서 구조물(100).