WO2011126255A2 - 관성 스위치 및 그 제조방법, 관성 스위치를 이용한 자동차 에어백 센서 및 포탄의 신관 - Google Patents

관성 스위치 및 그 제조방법, 관성 스위치를 이용한 자동차 에어백 센서 및 포탄의 신관 Download PDF

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조익천
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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    • H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/16—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting by rolling; by wrapping; Roller or ball contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/006—Containing a capacitive switch or usable as such

Definitions

  • the present invention relates to an inertial switch, and more particularly, to an inertial switch, a method of manufacturing the same, and an fuse of an automobile airbag sensor and shell using the inertial switch.
  • Inertia refers to the property of an object to sustain its current state of motion.
  • An inertial switch has been developed as an example of a device using inertia. Inertial switches are applied to airbag systems, shell fuse power supplies, and so on.
  • Korean Patent No. 10-0910049 discloses an inertial switch using fine liquid metal droplets and a method of manufacturing the same.
  • the technique of this patent document uses fine liquid metal droplets as inertial force working objects.
  • the inertial switch As described above, when the inertia force increases, the droplet breakage occurs (Scattering) has a problem that can not operate correctly. Malfunction of the inertial switch has been problematic in that the inertial switch has many limitations in that the inertial switch is used in a field where malfunction is not allowed, such as an airbag system or a shell fuse power supply.
  • the present invention has been made to solve the various problems described above, an object of the present invention, an inertial switch and a method of manufacturing the same, using a ball that can change the capacitance, the manufacturing method of the car airbag sensor using the inertial switch And providing a fuse of shells.
  • a feature of the present invention for achieving the above object includes a substrate having a surface, a second direction orthogonal to the first direction and the first direction; A pair of electrodes arranged at intervals along the second direction to electrically disconnect the surface of the substrate; A channel disposed on the surface of the substrate in a first direction and formed along the first direction from the pair of electrodes, wherein the channel includes a first region and a pair of electrodes away from the pair of electrodes; A container having a second region disposed therein; A ball housed in the channel to move along the channel from the first region to the second region, the ball being variable in capacitance between the pair of electrodes when disposed in the gap; Disposed in the channel to constrain the movement of the ball from the first area to the second area, the flexible door including a flexible door for releasing the ball when the ball is moved from the first area to the second area by inertial forces; It is in the inertia switch
  • Another feature of the present invention is to prepare a substrate having a surface, a first direction and a second direction orthogonal to the first direction; Patterning the pair of electrodes at intervals along the second direction to electrically disconnect the surface of the substrate; A container having a first region deviating from the pair of electrodes and a second region disposed in the pair of electrodes is formed, and a flexible door defining the first region and the second region is integrally formed.
  • Preparing Placing the container on the surface of the substrate in a first direction such that the first region deviates from the pair of electrodes and the second region is disposed over the pair of electrodes;
  • a method of manufacturing an inertial switch comprising the step of receiving a ball in a first region, which is moved by an inertia force from a second region to a first region, which can vary the capacitance of a pair of electrodes.
  • the inertial switch according to the present invention has an effect that can be accurately operated by the use of a ball that can vary the capacitance to improve the reliability.
  • the structure is relatively simple, there is an advantage that can be produced in a small size. Therefore, the inertial switch according to the present invention can be efficiently used in various fields, such as an automobile airbag sensor or a fuse of a shell, as well as a robot moving system, a portable system, and the like.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an inertial switch according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a separate configuration of the inertial switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing the cover separated from the inertial switch according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view showing the operation of the ball in the inertial switch according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 17 are views for explaining a method of manufacturing an inertial switch according to an embodiment of the present invention.
  • an inertial switch includes a substrate 10 and a pair of electrodes 20 and 22 disposed on a surface of the substrate 10.
  • the substrate 10 has a first direction X and a second direction Y that is perpendicular to the first direction X.
  • FIG. Substrate 10 may be composed of a thin glass substrate.
  • the pair of electrodes 20 and 22 are disposed at intervals 24 along the second direction Y to electrically disconnect the surface of the substrate 10.
  • the electrodes 20 and 22 may be configured by patterning a chromium thin film.
  • the thickness of the electrodes 20, 22 is approximately 2000 mm.
  • a protection film 30 is formed on the electrodes 20, 22 to protect the electrodes 20, 22.
  • the passivation layer 30 may be made of a photoresist, for example, a SU-8 2 resist (MicroChem Corp., Product Name, USA).
  • the thickness of the protective film 30 is about 5 micrometers.
  • the inertial switch includes a container 40 disposed along the first direction X on the surface of the substrate 10.
  • the container 40 has a channel 42 formed along the first direction X from the electrodes 20 and 22.
  • the channel 42 is disposed above the protective film 30.
  • the container 40 may be made of poly dimethyl siloxane (PDMS).
  • the inertial switch has a ball 50 housed in the channel 42 to move along the channel 42.
  • the ball 50 is made of a metal having conductivity.
  • the electrodes 20, 22 generate a switching signal due to the capacitance that changes when the ball 50 is positioned thereon. That is, since the capacitance between the electrodes 20 and 22 is changed when the ball 50 is disposed at the interval 24 between the electrodes 20 and 22, the changed capacitance may be used as a switching signal. . Since the ball 50 contacts the surface of the protective film 30 and moves along the channel 42, damage to the electrodes 20 and 22 due to contact with the ball 50 is prevented.
  • an inertial switch according to an embodiment of the present invention includes a flexible door 60 disposed in the channel 42 to intercept the movement of the ball 50.
  • the flexible door 60 includes a pair of flexible gate bars 62 and 64 and a gateway 66.
  • the pair of flexible gate bars 62, 64 extend from both side walls of the channel 42 toward the center of the channel 42 and are integrally formed with the container 40 using PDMS.
  • the gateway 66 is formed between the flexible gate bars 62 and 64.
  • the width of the gateway 66 at the initial position of the flexible gate bars 62 and 64 is narrower than the diameter of the ball 50. Therefore, the ball 50 does not pass through the gateway 66 at the initial position of the flexible gate bars 62, 64. As shown in FIG. 4, when the flexible gate bars 62 and 64 are deformed, the width of the gateway 66 is wider than the diameter of the ball 50 so that the ball 50 passes through the gateway 66. .
  • the pair of flexible gate bars 62 and 64 are arranged to divide the channel 42 into the first region 44 and the second region 46 at the center of both side walls of the channel 42.
  • the first region 44 is arranged to deviate from the electrodes 20, 22.
  • electrodes 20 and 22 are disposed.
  • the material of the container 40 and the flexible door 60 may be composed of various polymers capable of liquid, in addition to PDMS, for example, polyimide, UV curable polymer, polymethyl methacrylate (PMMA), and the like.
  • the cover 70 is mounted on the top of the container 40 to prevent the ball 50 from leaving the channel 42.
  • the cover 70 may be made of transparent glass, PDMS, or the like that closes the channel 42.
  • the cover 70 is adhered to the upper surface of the container 40 by epoxy resin.
  • 1 to 4 show and explain that the pair of flexible gate bars 62 and 64 extend toward the center of the channel 42 at the center of both side walls of the channel 42, but this is exemplary and is a flexible gate. Bars 62 and 64 may be formed in cover 70 as needed. In this case, the flexible gate bars 62, 64 are configured to block the channel 42 by coupling the cover 70 to the container 40.
  • the inertial switch further includes a guide 80 disposed in the channel 42 to guide the movement of the ball 50.
  • the guide 80 has a guide groove 82 formed to receive and guide the ball 50.
  • the guide groove 82 is formed in the guide 80 to connect the first region 44 and the second region 46.
  • the width of the guide groove 82 is slightly wider than the diameter of the ball 50, the depth may be formed to accommodate only the lower portion of the ball (50).
  • the flexible door 60 is disposed at the center of the guide groove 82.
  • Guide 80 may be composed of a photoresist, for example SU-8 100 resist (MicroChem Corp., Product name).
  • the width of the channel 42 may be configured to be the same as the width of the guide groove 82 so as to accurately guide the movement of the ball 50.
  • the ball 50 in the initial state in which the inertial force is not applied, the ball 50 is blocked by the flexible gate bars (62, 64) It is arranged in the first region 44 of the channel 42. At this time, the electrodes 20 and 22 are electrically disconnected.
  • the ball 50 when a predetermined inertial force is applied to the ball 50, the ball 50 is moved from the first area 44 to the second area 46 along the guide groove 82. .
  • the moving ball 50 pushes the flexible gate bars 62 and 64.
  • the flexible gate bars 62 and 64 are deformed by the pushing force of the ball 50, and the gateway 66 is opened.
  • the ball 50 is moved from the first area 44 to the second area 46 through the gaping gateway 66.
  • the inertial switch according to one embodiment of the present invention is used by being mounted on the fuselage of an automobile airbag sensor or shell that requires inertial operation and high performance, high precision, and high compactness.
  • the operator prepares the substrate 10 and forms a pair of electrodes 20 and 22 on the surface of the substrate 10.
  • the electrodes 20 and 22 are formed by depositing a chromium thin film on the surface of the glass substrate with the substrate 10 and then patterning the chromium thin film.
  • the chromium thin film may be deposited by thin film deposition such as physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD). Patterning of the chromium thin film can be performed by photolithography.
  • the worker forms the electrodes 20 and 22, and then forms the protective film 30 on the surfaces of the electrodes 20 and 22.
  • the protective film 30 is coated with a photoresist by coating a SU-8 2 resist layer 90 by spin coating.
  • Spin coating rotates the substrate 10 by a spin coater 100 to uniformly apply the SU-8 2 resist layer 90 to the surface of the substrate 10.
  • the SU-8 2 resist layer 32 is patterned by photolithography to form a protective film 30.
  • the guide 80 is formed by spin coating and photolithography of the SU-8 100 resist layer 92.
  • the SU-8 100 resist layer 92 is used as a photoresist on the surface of the substrate 10 on which the protective film 30 is formed, as in the SU-8 2 resist layer 90 by spin coating using a spin coater 100. Apply. After application of the SU-8 100 resist layer 92, the SU-8 2 resist layer 92 is patterned by photolithography to form a guide 80 having a guide groove 82.
  • a mold 120 is formed on a base 110 to form a container 40.
  • the base 110 may be formed of a substrate made of silicon, glass, quartz, or the like.
  • a SU-8 100 resist layer 94 is applied by spin coating to the surface of the base 110 with photoresist.
  • the height of the SU-8 100 resist layer 94 is about 780 ⁇ m.
  • Such a photoresist may be appropriately selected and used from SU-8 resists (MicroChem Corp., Product name).
  • the SU-8 100 resist layer 94 is patterned by photolithography to fabricate the container 40 and the flexible door 60. Form a mold 120 for.
  • a PDMS layer 96 is applied to the outer surface of the mold 120. 15 and 16, after curing of the PDMS layer 96, when the cured PDMS layer 96 is separated from the base 110 and the mold 120, the flexible door 60 is integrally formed.
  • the container 40 is completed. As shown in FIG. 17, the container 40 bonds to the surface of the substrate 10 such that the second region 46 is disposed over the electrodes 20, 22.
  • the container 40 may be bonded to the substrate 10 by epoxy resin or hot melting.
  • the operator receives the ball 50 in the first region 46.
  • the operator mounts the cover 70 on the upper surface of the container 40 so that the ball 50 is prevented from being separated from the channel 42.
  • the cover 70 may be bonded to the container 40 by an epoxy resin.
  • micromachining technology of MEMS Micro-electro mechanical systems

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)

Abstract

본 발명은 관성 스위치 및 그 제조방법, 관성 스위치를 이용한 자동차 에어백 센서 및 포탄의 신관을 개시한다. 본 발명의 관성 스위치는 기판, 한 쌍의 전극들, 컨테이너, 볼과 플렉시블 도어로 구성되어 있다. 기판은 표면, 제1 방향과 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 갖는다. 한 쌍의 전극들은 기판의 표면에 전기적으로 단절되도록 제2 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있다. 컨테이너는 기판의 표면에 제1 방향을 따라 배치되어 있고, 한 쌍의 전극들로부터 제1 방향을 따라 형성되어 있는 채널을 갖는다. 채널은 한 쌍의 전극들로부터 벗어나 있는 제1 영역과 한 쌍의 전극들이 배치되어 있는 제2 영역을 갖는다. 볼은 제1 영역에서 제2 영역으로 채널을 따라 이동할 수 있도록 채널에 수용되어 있고, 간격에 배치될 때 한 쌍의 전극들 사이의 정전용량을 변동시킨다. 플렉시블 도어는 제1 영역에서 제2 영역으로 볼이 이동되는 것을 구속할 수 있도록 채널에 배치되어 있으며, 볼이 관성력에 의하여 제1 영역에서 제2 영역으로 이동될 때 볼의 구속을 해제한다.

Description

관성 스위치 및 그 제조방법, 관성 스위치를 이용한 자동차 에어백 센서 및 포탄의 신관
본 발명은 관성 스위치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 관성 스위치 및 그 제조방법, 관성 스위치를 이용한 자동차 에어백 센서 및 포탄의 신관에 관한 것이다.
관성은 현재의 운동상태를 지속하게 하는 물체의 성질을 의미한다. 관성을 이용한 장치의 일례로 관성 스위치가 개발되어 있다. 관성 스위치는 에어백 시스템(Airbag system), 포탄 신관의 전원공급장치 등에 적용되고 있다.
한국 등록특허 제10-0910049호에는 미세 액체금속 액적을 이용한 관성 스위치 및 그 제작방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌의 기술은 미세 액체금속 액적을 관성력 작동 물체로 이용하고 있다.
상기한 바와 같은 관성 스위치는 관성력이 커지면, 액적이 깨지는 현상(Scattering)이 발생되어 정확하게 작동되지 못하는 문제가 있었다. 관성 스위치가 에어백 시스템, 포탄 신관의 전원공급장치 등과 같이 오작동이 허용되지 않는 분야에 사용된다는 점에서 관성 스위치의 오작동은 관성 스위치의 사용에 많은 제약을 수반하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 정전용량을 변동시킬 수 있는 볼을 사용하여 정확하게 작동하는 관성 스위치 및 그 제조방법, 관성 스위치를 이용한 자동차 에어백 센서 및 포탄의 신관을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 표면, 제1 방향과 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 갖는 기판과; 기판의 표면에 전기적으로 단절되도록 제2 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있는 한 쌍의 전극들과; 기판의 표면에 제1 방향을 따라 배치되어 있고, 한 쌍의 전극들로부터 제1 방향을 따라 형성되어 있는 채널을 가지며, 채널은 한 쌍의 전극들로부터 벗어나 있는 제1 영역과 한 쌍의 전극들이 배치되어 있는 제2 영역을 갖는 컨테이너와; 제1 영역에서 제2 영역으로 채널을 따라 이동할 수 있도록 채널에 수용되어 있고, 간격에 배치될 때 한 쌍의 전극들 사이의 정전용량을 변동시키는 볼과; 제1 영역에서 제2 영역으로 볼이 이동되는 것을 구속할 수 있도록 채널에 배치되어 있으며, 볼이 관성력에 의하여 제1 영역에서 제2 영역으로 이동될 때 볼의 구속을 해제하는 플렉시블 도어를 포함하는 관성 스위치에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 표면, 제1 방향과 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 갖는 기판을 준비하는 단계와; 기판의 표면에 전기적으로 단절되도록 제2 방향을 따라 간격을 두고 한 쌍의 전극들을 패터닝하는 단계와; 한 쌍의 전극들로부터 벗어나는 제1 영역과 한 쌍의 전극들에 배치되는 제2 영역을 갖는 채널이 형성되어 있고, 제1 영역과 제2 영역을 구획하는 플렉시블 도어가 일체형으로 형성되어 있는 컨테이너를 준비하는 단계와; 제1 영역이 한 쌍의 전극들로부터 벗어나고, 제2 영역이 한쌍의 전극들 위에 배치되도록 제1 방향을 따라 컨테이너를 기판의 표면에 배치하는 단계와; 제2 영역에서 제1 영역으로 관성력에 의하여 이동되어 한 쌍의 전극들의 정전용량을 변동시킬 수 있는 볼을 제1 영역에 수용하는 단계를 포함하는 관성 스위치의 제조방법에 있다.
본 발명에 따른 관성 스위치는 정전용량을 변동시킬 수 있는 볼의 사용에 의하여 정확하게 작동되어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 구조가 비교적 단순하므로, 작은 크기로 제작할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 발명에 따른 관성 스위치는 자동차 에어백 센서 또는 포탄의 신관 뿐만 아니라, 로봇의 이동 시스템, 휴대용 시스템 등과 같이 다양한 분야에 효율적으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실예에 따른 관성 스위치의 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실예에 따른 관성 스위치에서 커버를 분리하여 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실예에 따른 관성 스위치에서 볼의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 평면도이다.
도 5 내지 17은 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 도면에서 구성요소의 크기와 형상 등은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치는 기판(10)과 기판(10)의 표면에 배치되어 있는 한 쌍의 전극(20, 22)들을 구비한다. 기판(10)은 제1 방향(X)과 제1 방향(X)에 대하여 직교하는 제2 방향(Y)을 갖는다. 기판(10)은 얇은 유리 기판으로 구성될 수 있다.
한 쌍의 전극(20, 22)들은 기판(10)의 표면에 전기적으로 단절되도록 제2 방향(Y)을 따라 간격(24)을 두고 배치되어 있다. 전극(20, 22)들은 크롬 박막의 패터닝(Patterning)에 의하여 구성될 수 있다. 전극(20, 22)들의 두께는 대략 2000Å정도이다. 보호막(Protection film: 30)이 전극(20, 22)들을 보호하기 위하여 전극(20, 22)들 위에 형성되어 있다. 보호막(30)은 포토레지스트(Photoresist), 예를 들어 SU-8 2 레지스트(미국, MicroChem Corp., Product name)를 소재로 구성될 수 있다. 보호막(30)의 두께는 약 5㎛이다.
본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치는 기판(10)의 표면에 제1 방향(X)을 따라 배치되어 있는 컨테이너(Container: 40)를 구비한다. 컨테이너(40)는 전극(20, 22)들로부터 제1 방향(X)을 따라 형성되어 있는 채널(Channel: 42)을 갖는다. 채널(42)은 보호막(30)의 상방에 배치되어 있다. 컨테이너(40)는 PDMS(Poly Dimethyl Siloxane)를 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치는 채널(42)을 따라 이동할 수 있도록 채널(42)에 수용되어 있는 볼(Ball: 50)을 구비한다. 볼(50)은 도전성을 갖는 금속으로 구성되어 있다. 전극(20, 22)들은 볼(50)이 그 위에 위치될 때 변화되는 정전용량에 의하여 스위칭 신호를 발생시킨다. 즉, 볼(50)이 전극(20, 22)들의 사이의 간격(24)에 배치될 때 전극(20, 22)들 사이의 정전용량이 변화되므로, 변화되는 정전용량을 스위칭 신호로 활용할 수 있다. 볼(50)은 보호막(30)의 표면에 접촉되어 채널(42)을 따라 이동되므로, 볼(50)과의 접촉에 의한 전극(20, 22)들의 손상이 방지된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치는 채널(42)에 볼(50)의 이동을 단속하도록 배치되어 있는 플렉시블 도어(Flexible door: 60)를 구비한다. 플렉시블 도어(60)는 한 쌍의 플렉시블 게이트바(Flexible gate bar: 62, 64)들과 게이트웨이(Gateway; 66)로 구성되어 있다.
한 쌍의 플렉시블 게이트바(62, 64)들은 채널(42)의 양측 벽면으로부터 채널(42)의 중앙을 향하여 연장되어 있고, PDMS를 소재로 컨테이너(40)와 일체형으로 구성되어 있다. 게이트웨이(66)는 플렉시블 게이트바(62, 64)들 사이에 형성되어 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 플렉시블 게이트바(62, 64)들의 초기 위치에서 게이트웨이(66)의 폭은 볼(50)의 직경보다 좁게 형성되어 있다. 따라서 플렉시블 게이트바(62, 64)들의 초기 위치에서 볼(50)은 게이트웨이(66)를 통과하지 못한다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 플렉시블 게이트바(62, 64)들이 변형되면, 게이트웨이(66)의 폭이 볼(50)의 직경보다 넓어져 볼(50)이 게이트웨이(66)를 통과하게 된다.
한 쌍의 플렉시블 게이트바(62, 64)들은 채널(42)의 양측 벽면 중앙에 채널(42)을 제1 영역(44)과 제2 영역(46)으로 구획하도록 배치되어 있다. 제1 영역(44)은 전극(20, 22)들로부터 벗어나도록 배치되어 있다. 제2 영역(46)은 전극(20, 22)들이 배치되어 있다. 컨테이너(40)와 플렉시블 도어(60)의 소재는 PDMS 이외에 액상이 가능한 다양한 폴리머, 예를 들어 폴리이미드, UV 경화성 폴리머(UV curable polymer), PMMA(Poly Methyl Methacrylate) 등으로 구성될 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 커버(70)가 채널(42)로부터 볼(50)의 이탈을 방지하도록 컨테이너(40)의 상부에 장착되어 있다. 커버(70)는 채널(42)을 폐쇄하는 투명한 유리, PDMS 등을 소재로 구성될 수 있다. 커버(70)는 에폭시수지에 의하여 컨테이너(40)의 상면에 접착되어 있다. 도 1 내지 도 4에 한 쌍의 플렉시블 게이트바(62, 64)들은 채널(42)의 양측 벽면 중앙에서 채널(42)의 중앙을 향하여 연장되어 있는 것을 도시하고 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 플렉시블 게이트바(62, 64)들은 필요에 따라 커버(70)에 형성될 수 있다. 이 경우, 플렉시블 게이트바(62, 64)들은 커버(70)를 컨테이너(40)에 결합하는 것에 의하여 채널(42)을 차단하도록 구성된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치는 볼(50)의 이동을 안내하도록 채널(42) 안에 배치되어 있는 가이드(Guide: 80)를 더 구비한다. 가이드(80)는 볼(50)을 수용하여 안내하도록 형성되어 있는 가이드그루브(Guide groove: 82)를 갖는다. 가이드그루브(82)는 제1 영역(44)과 제2 영역(46)을 연결하도록 가이드(80)에 형성되어 있다. 가이드그루브(82)의 폭은 볼(50)의 직경보다 약간 넓게 형성되어 있으며, 깊이는 볼(50)의 하부만을 수용하도록 형성될 수 있다. 플렉시블 도어(60)는 가이드그루브(82)의 중앙에 배치되어 있다. 가이드(80)는 포토레지스트, 예를 들어 SU-8 100 레지스트(MicroChem Corp., Product name)로 구성될 수 있다. 본 실시예에 있어서 가이드(80)가 삭제되는 경우, 볼(50)의 이동을 정확하게 안내할 수 있도록 채널(42)의 폭은 가이드그루브(82)의 폭과 동일하게 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치의 작동을 살펴보면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 관성력이 가해지지 않는 초기 상태에서, 볼(50)은 플렉시블 게이트바(62, 64)들에 저지되어 채널(42)의 제1 영역(44)에 배치되어 있게 된다. 이때, 전극(20, 22)들은 전기적으로 단절되어 있게 된다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 소정의 관성력이 볼(50)에 부여되면, 볼(50)은 가이드그루브(82)를 따라 제1 영역(44)에서 제2 영역(46)을 향하여 이동된다. 이동되는 볼(50)은 플렉시블 게이트바(62, 64)들을 밀게 된다. 플렉시블 게이트바(62, 64)들은 볼(50)의 미는 힘에 의하여 변형되고, 게이트웨이(66)가 벌어진다. 볼(50)은 벌어진 게이트웨이(66)를 통하여 제1 영역(44)에서 제2 영역(46)으로 이동된다. 볼(50)이 제2 영역(46)에서 전극(20, 22)들 사이의 간격(24)에 배치되면, 전극(20, 22)들 사이의 정전용량이 변화되고, 스위칭 신호를 발생시킨다. 이러한 본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치는 관성에 의한 작동과 고성능, 고정밀화 및 고집적 소형화가 요구되는 자동차 에어백 센서 또는 포탄의 신관 등에 장착되어 사용된다.
본 발명의 일실시예에 따른 관성 스위치의 제조방법을 도 5 내지 도 17에 의거하여 설명한다.
도 5와 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 작업자는 기판(10)을 준비하고, 기판(10)의 표면에 한 쌍의 전극(20, 22)들을 형성한다. 전극(20, 22)들은 크롬 박막을 기판(10)으로 유리 기판의 표면에 증착한 후, 크롬 박막의 패터닝에 의하여 구성한다. 크롬 박막은 PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 박막증착(Thin film deposition)에 의하여 증착할 수 있다. 크롬 박막의 패터닝은 포토리소그래피(Photolithography)에 의하여 실시할 수 있다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 작업자는 전극(20, 22)들을 형성한 후, 전극(20, 22)들의 표면에 보호막(30)을 형성한다. 보호막(30)은 포토레지스트로 SU-8 2 레지스트 층(90)을 스핀코팅(Spin coating)에 의하여 도포한다. 스핀코팅은 스핀코터(Spin coater; 100)에 의하여 기판(10)을 회전시켜 SU-8 2 레지스트 층(90)을 기판(10)의 표면에 균일하게 도포한다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, SU-8 2 레지스트 층(90)의 도포 후, SU-8 2 레지스트 층(32)을 포토리소그래피에 의하여 패터닝하여 보호막(30)을 형성한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 가이드(80)는 SU-8 100 레지스트 층(92)의 스핀코팅과 포토리소그래피에 의하여 형성한다. 보호막(30)이 형성되어 있는 기판(10)의 표면에 포토레지스트로 SU-8 100 레지스트 층(92)을 SU-8 2 레지스트 층(90)과 마찬가지로 스핀코터(100)를 이용하는 스핀코팅에 의하여 도포한다. SU-8 100 레지스트 층(92)의 도포 후, SU-8 2 레지스트 층(92)을 포토리소그래피에 의하여 패터닝하여 가이드그루브(82)를 갖는 가이드(80)를 형성한다.
도 12 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 일실예에 따른 관성 스위치에서 컨테이너(40)와 플렉시블 도어(60)를 형성하는 방법을 설명한다. 도 12와 도 13을 참조하면, 컨테이너(40)의 형성을 위하여 베이스(Base: 110) 위에 몰드(Mold: 120)를 형성한다. 베이스(110)는 실리콘, 유리, 석영 등을 소재로 제작되어 있는 기판으로 구성될 수 있다. 베이스(110)의 표면에 포토레지스트로 SU-8 100 레지스트 층(94)를 스핀코팅에 의하여 도포한다. SU-8 100 레지스트 층(94)의 높이는 780㎛ 정도이다. 이러한 포토레지스트는 SU-8 레지스트들(SU-8 resists)(MicroChem Corp., Product name) 중에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, SU-8 100 레지스트 층(94)의 도포 후, SU-8 100 레지스트 층(94)을 포토리소그래피에 의하여 패터닝하여 컨테이너(40)와 플렉시블 도어(60)의 제작을 위한 몰드(120)를 형성한다.
도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 몰드(120)의 형성 후, 몰드(120)의 외면에 PDMS 층(96)을 도포한다. 도 15와 도 16을 참조하면, PDMS 층(96)의 경화 후, 경화된 PDMS 층(96)을 베이스(110)와 몰드(120)로부터 분리하면, 플렉시블 도어(60)가 일체형으로 형성되어 있는 컨테이너(40)가 완성된다. 도 17에 도시되어 있는 바와 같이, 컨테이너(40)는 제2 영역(46)이 전극(20, 22)들 위에 배치되도록 기판(10)의 표면에 접합한다. 컨테이너(40)는 에폭시수지나 열융착(Hot melting)에 의하여 기판(10)에 접합될 수 있다.
도 1, 도 2와 도 17을 참조하면, 작업자는 컨테이너(40)가 기판(10)에 접합된 후, 제1 영역(46)에 볼(50)을 수용한다. 작업자는 채널(42)로부터 볼(50)의 이탈이 방지되도록 컨테이너(40)의 상면에 커버(70)를 장착한다. 커버(70)는 에폭시수지에 의하여 컨테이너(40)에 접합될 수 있다.
한편, 한 쌍의 전극(20, 22)들, 보호막(30), 컨테이너(40)와 플렉시블 도어(60)의 패터닝에는 필요에 따라 MEMS(Micro-electro mechanical systems)의 마이크로머시닝(Micromachining) 기술이 이용될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (14)

  1. 표면, 제1 방향과 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향을 갖는 기판과;
    상기 기판의 표면에 전기적으로 단절되도록 상기 제2 방향을 따라 간격을 두고 배치되어 있는 한 쌍의 전극들과;
    상기 기판의 표면에 상기 제1 방향을 따라 배치되어 있고, 상기 한 쌍의 전극들로부터 상기 제1 방향을 따라 형성되어 있는 채널을 가지며, 상기 채널은 상기 한 쌍의 전극들로부터 벗어나 있는 제1 영역과 상기 한 쌍의 전극들이 배치되어 있는 제2 영역을 갖는 컨테이너와;
    상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 상기 채널을 따라 이동할 수 있도록 상기 채널에 수용되어 있고, 상기 간격에 배치될 때 상기 한 쌍의 전극들 사이의 정전용량을 변동시키는 볼과;
    상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 상기 볼이 이동되는 것을 구속할 수 있도록 상기 채널에 배치되어 있으며, 상기 볼이 관성력에 의하여 상기 제1 영역에서 상기 제2 영역으로 이동될 때 상기 볼의 구속을 해제하는 플렉시블 도어를 포함하는 관성 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 채널에 상기 볼을 수용하여 상기 볼의 이동을 안내하는 가이드그루브를 갖는 가이드가 더 배치되어 있고, 상기 가이드그루브는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 연결하도록 상기 제1 방향을 따라 배치되어 있는 관성 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 플렉시블 도어는 상기 채널의 양측 벽면으로부터 상기 채널의 중앙을 향하여 연장되어 있고 상기 볼이 미는 힘에 의하여 변형될 수 있는 한 쌍의 플렉시블 게이트바들과 상기 한 쌍의 플렉시블 게이트바들 사이에 형성되어 있는 게이트웨이를 가지며, 상기 게이트웨이의 폭은 상기 볼의 직경보다 좁게 형성되어 있는 관성 스위치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극들을 보호할 수 있도록 상기 한 쌍의 전극들의 표면에 보호막이 더 배치되어 있고, 상기 채널은 상기 보호막의 상방에 배치되어 있는 관성 스위치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 한 쌍의 플렉시블 게이트바들은 상기 컨테이너와 일체형으로 형성되어 있는 관성 스위치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 컨테이너와 상기 한 쌍의 플렉시블 게이트바들은 PMDS로 이루어지고, 상기 보호막은 포토레지스트로 이루어지는 관성 스위치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 채널로부터 상기 볼의 이탈이 방지되도록 상기 컨테이너의 표면에 커버가 더 장착되어 있는 관성 스위치.
  8. 표면, 제1 방향과 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 갖는 기판을 준비하는 단계와;
    상기 기판의 표면에 전기적으로 단절되도록 상기 제2 방향을 따라 간격을 두고 한 쌍의 전극들을 패터닝하는 단계와;
    상기 한 쌍의 전극들로부터 벗어나는 제1 영역과 상기 한 쌍의 전극들에 배치되는 제2 영역을 갖는 채널이 형성되어 있고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 구획하는 플렉시블 도어가 일체형으로 형성되어 있는 컨테이너를 준비하는 단계와;
    상기 제1 영역이 상기 한 쌍의 전극들로부터 벗어나고, 상기 제2 영역이 상기 한쌍의 전극들 위에 배치되도록 상기 제1 방향을 따라 상기 컨테이너를 상기 기판의 표면에 배치하는 단계와;
    상기 제2 영역에서 상기 제1 영역으로 관성력에 의하여 이동되어 상기 한 쌍의 전극들의 정전용량을 변동시킬 수 있는 볼을 상기 제1 영역에 수용하는 단계를 포함하는 관성 스위치의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 컨테이너를 준비하는 단계는,
    베이스의 표면에 포토레지스트 층을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 층을 포토리소그래피에 의하여 패터닝하여 몰드를 형성하는 단계와;
    상기 몰드의 표면에 SPDM을 도포하여 상기 컨테이너를 형성하는 단계와;
    상기 베이스와 상기 몰드로부터 상기 컨테이너를 분리하는 단계로 이루어지는 관성 스위치의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극들을 패터닝한 후, 상기 한 쌍의 전극들을 보호할 수 있도록 상기 한 쌍의 전극들의 표면에 보호막을 배치하는 단계를 더 포함하는 관성 스위치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 보호막을 배치한 후, 상기 채널에 상기 볼을 수용하여 상기 볼의 이동을 안내하는 가이드그루브를 갖는 가이드를 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 가이드그루브는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 연결하도록 상기 제1 방향을 따라 배치하는 관성 스위치의 제조방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 볼을 상기 제1 영역에 수용한 후, 상기 채널로부터 상기 볼의 이탈이 방지되도록 상기 컨테이너의 표면에 커버를 장착하는 단계를 더 포함하는 관성 스위치의 제조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 관성 스위치를 포함하는 자동차 에어백 센서.
  14. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 관성 스위치를 포함하는 포탄의 신관.
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