WO2020209397A1 - 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기 - Google Patents

높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기 Download PDF

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gauge
substrate
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diaphragm
pad
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민남기
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주식회사 오토닉스
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means

Definitions

  • the disclosed invention relates to a high sensitivity silicon strain gauge and a pressure transducer including the same.
  • a diaphragm type pressure sensor using a silicon gauge can be used to measure not only high pressure but also low pressure.
  • Such a silicon gauge is used to measure pressure in all fields such as automobiles, home appliances, and industries.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional silicon strain gauge (single crystal silicon half bridge chip).
  • a conventional silicon strain gauge 110 includes a bonding pad 130 and two silicon strain gauge structures 120a and 120b. Two such silicon strain gauges 110 are attached to the diaphragm, thereby manufacturing a conventional diaphragm pressure transducer.
  • the first strain gauge structure 120a of the two silicon strain gauge structures is attached to respond to radial tensile strain in the radial direction among strains generated on the surface of the metal diaphragm, thereby increasing electrical resistance.
  • the second strain gauge structure 120b among the two silicon strain gauges may reduce electrical resistance by responding to radial compressive strain in the radial direction.
  • the silicon strain gauge 110 When the silicon strain gauge 110 is used for low pressure measurement, the silicon strain gauge 110 may require higher sensitivity than the high pressure.
  • the size of the silicon strain gauge 110 in the longitudinal direction is increased, the amount of silicon used in manufacturing may increase.
  • the pressure transducer in which the strain gauge 110 is provided may cause a problem of gauge breakage and/or position variability. As a result, the yield of the pressure transducer may be lowered, and price competitiveness may be weakened.
  • An aspect of the disclosed invention provides a silicon strain gauge having high sensitivity that can be used not only for high pressure but also for low pressure measurement, and a pressure transducer including the same.
  • Another aspect of the disclosed invention provides a pressure transducer having high sensitivity while securing flexibility in positioning for a silicon strain gauge chip on a diaphragm.
  • Another aspect of the disclosed invention provides a pressure transducer having a high sensitivity in which the strain gauge can be easily deformed according to the size of the diaphragm by independently designing the tangential gauge and the radial gauge.
  • Another aspect of the disclosed invention provides a pressure transducer having a high withstanding voltage by fabricating a tangential gauge and a radial gauge on an anodic bonded silicon-glass substrate.
  • Another aspect of the disclosed invention is to fabricate a tangential gauge and a radial gauge on an anodized silicon-glass substrate to improve adhesion (adhesion) when the gauge is attached to the diaphragm using a glass frit. It reduces gauge breakage and provides a user-friendly pressure transducer that is easy to handle.
  • a silicon strain gauge having high sensitivity includes: a substrate having a pad area and a gauge area; A gauge structure disposed in the gauge area and having at least one arc-shaped pattern in a tangential direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate; And two pad structures connected to both ends of the gauge structure and positioned in the pad area.
  • a silicon strain gauge having high sensitivity includes: a substrate having a pad area and a gauge area; A gauge structure disposed in the gauge area and including at least one linear pattern in a radial direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate; And two pad structures connected to both ends of the gauge structure and positioned in the pad area.
  • a silicon strain gauge having a high sensitivity includes: a substrate having a first pad area, a second pad area, and a gauge area; A first gauge structure located in the gauge area and having an arc-shaped pattern in a tangential direction of a circle centered on a virtual first point located outside the substrate; A first pad structure located in the gauge area and connected to the first gauge structure; A second gauge structure located in the gauge area and having a linear pattern in a radial direction of a circle centered on a virtual second point located outside the substrate; And a second pad structure positioned in the first pad area and the second pad area and connected to the second gauge structure.
  • a silicon strain gauge having a high sensitivity includes: a substrate including a first pad area, a second pad area, a first gauge area, a second gauge area, and a silicon area; A plurality of gauge structures disposed in the first and second gauge regions, respectively, and having an arc-shaped pattern in a tangential direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate; And a plurality of pad structures positioned in the first pad area and the second pad area and connected to each of both ends of the respective gauge structures, wherein the plurality of gauge structures and the plurality of pad structures include the silicon area It can be located symmetrically based on.
  • the arc-shaped pattern in the tangential direction and the linear pattern in the radial direction may include a meander structure on a plane.
  • the substrate may be implemented with any one of a silicon-glass substrate and a glass substrate.
  • it may further include a glass frit for fabricating the arc-shaped pattern in the tangential direction and the linear pattern in the radial direction on the anode-bonded substrate and attaching the substrate to the diaphragm.
  • a pressure transducer having a high sensitivity includes a diaphragm having a predetermined area; Two first substrates having an arc-shaped pattern in a tangential direction of a circle determined according to the center of the diaphragm and positioned symmetrically with respect to the center of the diaphragm; And two second substrates having a linear pattern in a radial direction of a circle determined according to the center of the diaphragm, and positioned symmetrically with respect to the center of the diaphragm, wherein the first substrate comprises: The second substrate may be closer to the center of the diaphragm.
  • a pressure transducer having a high sensitivity includes a diaphragm having a predetermined area; A first substrate having two arc-shaped patterns in a tangential direction of a circle determined according to the center of the diaphragm, and positioned at the center of the diaphragm; And two second substrates having a linear pattern in a radial direction of a circle determined according to a center of the diaphragm, and the second substrate may be positioned symmetrically with respect to the first substrate.
  • a pressure transducer includes a diaphragm having a predetermined area; And a first gauge structure having an arc shape pattern in a tangential direction of a circle determined according to the center of the diaphragm, and a second gauge structure having a linear pattern in a radial direction of the circle determined according to the center of the diaphragm. It includes two substrates including, and the two substrates may be positioned symmetrically with respect to the center of the diaphragm.
  • the arc-shaped pattern in the tangential direction and the linear pattern in the radial direction may include a meander structure on a plane.
  • it may include a glass substrate.
  • it may further include a glass frit (Glass Frit) bonding the arc-shaped pattern in the tangential direction and the linear pattern in the radial direction to the glass substrate.
  • Glass Frit Glass Frit
  • a silicon strain gauge having high sensitivity and a pressure transducer including the same according to an embodiment of the disclosed invention will be described as follows.
  • a silicon strain gauge having a high sensitivity and a pressure transducer including the same have a gauge structure having a high output sensitivity, and thus can be used when measuring a low pressure.
  • a silicon strain gauge having a high sensitivity may be attached to a diaphragm with a high degree of freedom.
  • a silicon strain gauge having high sensitivity and a pressure transducer including the same design a tangential gauge and a radial gauge independently, so that the strain gauge can be easily changed according to the size of the diaphragm. have.
  • the silicon strain gauge when the silicon strain gauge is manufactured on a glass substrate having excellent insulating properties, it can withstand a high voltage (2 kV or more).
  • the silicon strain gauge when the silicon strain gauge is manufactured on a glass substrate having excellent insulating properties, adhesion (adhesion) is improved when the gauge is attached to the diaphragm using a glass frit, Gauge breakage is reduced, and it is very easy to handle and can be user-friendly.
  • 1 is a view showing a conventional silicon strain gauge.
  • FIG. 2 is a view showing a silicon strain gauge having high sensitivity according to an embodiment of the disclosed invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a silicon strain gauge having high sensitivity according to another embodiment of the disclosed invention.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the principle of a silicon strain gauge having high sensitivity according to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing a silicon strain gauge having a high sensitivity according to another embodiment of the disclosed invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of a silicon strain gauge having high sensitivity according to FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view showing a silicon strain gauge having high sensitivity according to another embodiment of the disclosed invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a pressure transducer including a conventional silicon strain gauge.
  • 9 to 11 are views for explaining a pressure transducer including a silicon strain gauge according to various embodiments of the disclosed invention.
  • the silicon strain gauge 110 disclosed in FIG. 1 when the silicon strain gauge 110 disclosed in FIG. 1 is applied to a pressure transducer, there may be a restriction on a position where the silicon strain gauge 110 is provided on the diaphragm.
  • the pressure transducer to which the silicon strain gauge 110 of FIG. 1 is applied may have low accuracy of a detection result when measuring low pressure.
  • the size of the silicon strain gauge 110 is increased in the longitudinal direction in order to increase the sensitivity of the pressure transducer, the probability that the gauge will be damaged during manufacturing of the pressure transducer increases, resulting in a decrease in the yield of the pressure transducer, and price competitiveness.
  • the silicon strain gauge of the disclosed invention may have at least one pattern of a tangential pattern and a radial pattern.
  • FIG. 2 is a view showing a silicon strain gauge having high sensitivity according to an embodiment of the disclosed invention, specifically a view showing a strain gauge in the tangential direction.
  • the strain gauge 210 in the tangential direction may include a gauge structure 220, a pad structure 230, and a substrate 240.
  • the substrate 240 may include at least one pad region 242 and at least one gauge region 241.
  • the pad area 242 may mean an area in which at least one or more pad structures 230 are formed
  • the gauge area 241 may mean an area in which at least one or more gauge structures 220 are formed.
  • the substrate 240 may be formed of a hard material or a flexible material.
  • the substrate 240 according to an exemplary embodiment of the present disclosure may be formed of various glasses having a similar coefficient of thermal expansion as a silicon gauge.
  • the substrate 240 according to another embodiment of the disclosed invention may include a silicon on insulator (SOI) in which an insulating layer is provided on a surface of a silicon layer.
  • SOI silicon on insulator
  • the pad structure 230 may be formed on the substrate 240, and specifically, the pad structure 230 may be formed in the pad region 242 of the substrate 240.
  • the pad structure 230 may be provided in various shapes within a technical concept formed in the pad region 242 of the substrate 240.
  • the pad structure 230 according to the disclosed embodiment may be formed in a rectangular pad shape as shown in FIG. 2.
  • the pad structure 230 may be implemented in a polygonal, circular, and/or T-shape.
  • the pad structure 230 may be formed of various materials within the technical concept of being formed in the pad region 242 of the substrate 240.
  • the pad structure 230 according to an embodiment of the disclosed invention may be formed of a metal such as titanium and/or aluminum.
  • the pad structure 230 may be connected to an external power source and receive power from the outside.
  • the gauge structure 220 may be formed on the substrate 240, and specifically, the gauge structure 230 may be formed in the gauge region 241 of the substrate 240.
  • the gauge structure 220 may be electrically connected to the pad structure 230.
  • the gauge structure 220 according to an embodiment of the disclosed invention may be electrically connected to an external power source through the pad structure 230.
  • the gauge structure 220 may form an arc-shaped pattern in a tangential direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate 240.
  • the arc-shaped pattern can be formed with a single strain gauge that responds only to tensile strain in the tangential direction.
  • an arc-shaped pattern in a tangential direction may be formed in a zigzag shape, including a meander structure on a plane.
  • the zigzag-shaped gauge structure 220 may be formed so that the respective curvatures do not contact each other even if the respective spacing intervals decrease.
  • the pad structure 230 and the gauge structure 220 may be made using a silicon-glass laminated substrate 240.
  • the substrate 240 according to the disclosed embodiment may include a glass substrate having a similar coefficient of thermal expansion to the pad structure 230 and the gauge structure 220.
  • the substrate 240 according to the disclosed embodiment may be implemented as a silicon-glass substrate in which a silicon wafer and a glass wafer are bonded by using an anode bonding technique.
  • the pad structure 230 and the gauge structure 220 are provided on the substrate 240, the overall withstand voltage of the strain gauge 210 can be greatly increased.
  • FIG. 3 is a diagram showing a silicon strain gauge having high sensitivity according to another embodiment of the disclosed invention, and in detail, an example in which a plurality of gauge structures are integrated on one substrate.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a case in which two strain gauges 210 of FIG. 2 are provided on a single substrate, and the embodiment of FIG. 3 will be described in detail below.
  • the strain gauge 310 in the tangential direction includes a first gauge structure 320, a second gauge structure 321, a first pad structure 330, a second pad structure 331, and a substrate 340.
  • silicon 350 may be included.
  • the substrate 340 may include a first gauge region 341, a first pad region 342, a silicon region 343, a second pad region 344, and a second gauge region 345.
  • the first pad area 342 and the second pad area 344 refer to an area in which the first pad structure 330 and the second pad structure 331 are formed, and the first gauge area 341 and the second gauge
  • the region 345 may mean a region in which the first gauge structure 320 and the second gauge structure 321 are formed.
  • the first pad structure 330 and the second pad structure 331 may be formed on the substrate 340, and in detail, each of the first pad structure 330 and the second pad structure 331 is a substrate 340. ) May be formed in the first pad area 342 and the second pad area 344.
  • the pad structures 330 and 331 may be connected to an external power source and receive power from the outside.
  • the first gauge structure 320 and the second gauge structure 321 may be formed on the substrate 340, and in detail, each of the first gauge structure 320 and the second gauge structure 321 is a substrate 340 ) May be formed in the first gauge region 341 and the second gauge region 345.
  • Each of the first gauge structure 320 and the second gauge structure 321 may be electrically connected to the first pad structure 330 and the second pad structure 331. It is the same as that of FIG. 2 that the gauge structures 320 and 321 of FIG. 3 may be electrically connected to an external power source through the pad structures 330 and 331. As a result, when strain occurs in the object to which the strain gauge 310 is attached, the resistance of the gauge structures 320 and 321 is changed, so that the strain of the object can be measured.
  • the gauge structures 320 and 321 may form an arc-shaped pattern in a tangential direction of a circle centered on an imaginary point located outside the substrate 340.
  • the arc-shaped pattern can be formed with a single strain gauge that responds only to tensile strain in the tangential direction.
  • the arc-shaped pattern in the tangential direction includes a meander structure on a plane and may be formed in a zigzag shape as in the case of FIG. 2. Accordingly, the zigzag-shaped gauge structures 320 and 321 may be formed so that their respective curvature radii do not contact each other even if the respective spacing intervals decrease.
  • Each of the gauge structures 320 and 321 and each of the pad structures 330 and 331 connected to the respective gauge structures 320 and 321 may be symmetrical about the silicon region 343.
  • the silicon 350 located in the silicon region 343 may not be electrically connected to the outside. Instead, the silicon 350 may increase the strength of the strain gauge 310 and facilitate automation of the attachment process.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing the principle of a silicon strain gauge having high sensitivity according to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 4(a) is a view for explaining positions P1 and P2 spaced apart by R1 and R2 from the center of a virtual concentric circle
  • FIGS. 4(b) and 4(c) are strain gauges 210 and 310 It is a diagram illustrating the gauge structures 421 and 422 in the tangential direction to be implemented when the center of is at positions P1 and P2.
  • P1 may be located in a region closer to the center of a concentric circle than P2. Accordingly, the distance R1 at which the position P1 is separated from the center of the concentric circle may be smaller than the distance R2 at which the position P2 is separated from the center of the concentric circle.
  • the radius of curvature of the tangential gauge structures 421 and 422 decreases as the diaphragm center is closer as shown in Figs. 4(b) and 4(c). can do.
  • the radius of curvature of the tangential gauge structures 421 and 422 may increase.
  • the radius of curvature of the tangential gauge structure 421 of FIG. 4(b) may be 0.8R
  • the radius of curvature of the tangential gauge structure 422 of FIG. 4(c) may be 1.08R.
  • the tangential gauge structures 421 and 422 of FIGS. 4B and 4C may include a linear gauge in order to more emphasize the effect of an arc-shaped gauge.
  • the shape of the tangential gauge structures 421 and 422 is formed in the same shape as the tangential strain direction, the direction of the current flowing through the gauge structures 421 and 422 and the strain direction may be matched.
  • arc-shaped gauges such as the gauge structures 220, 320, and 321 may have a higher sensitivity because the average strain acting on the gauge is larger and more uniform than the linear gauge.
  • FIG. 5 is a view showing a silicon strain gauge having a high sensitivity according to another embodiment of the disclosed invention, specifically, a view showing a radial strain gauge.
  • the strain gauge 510 of FIG. 5 differs from the strain gauge 210 of FIG. 2 only in the direction in which the gauge structure is provided, it will be described in detail below.
  • the strain gauge 510 in the radial direction may include a gauge structure 560, a pad structure 530, and a substrate 540.
  • the substrate 540 may include at least one pad region 542 and at least one gauge region 541.
  • the pad area 542 may mean an area in which at least one or more pad structures 530 are formed
  • the gauge area 541 may mean an area in which at least one or more gauge structures 560 are formed.
  • the pad structure 530 may be formed on the substrate 540, and specifically, the pad structure 530 may be formed in the pad region 542 of the substrate 540.
  • the pad structure 530 is connected to an external power source and can receive power from the outside.
  • the gauge structure 560 may be formed on the substrate 540, and specifically, the gauge structure 560 may be formed in the gauge region 541 of the substrate 540.
  • the gauge structure 560 may be electrically connected to the pad structure 530.
  • the gauge structure 560 of FIG. 5 is electrically connected to the pad structure 530 to form a Wheatstone bridge circuit, thereby being electrically connected as in the case of FIG. 2.
  • the resistance of the gauge structure 560 is changed, so that the strain of the object can be measured.
  • the gauge structure 560 may form a linear pattern in the radial direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate 540.
  • the linear pattern can be formed with a single strain gauge that responds to compressive and tensile strains in the radial direction.
  • a linear pattern in a radial direction may be formed in a zigzag shape, including a meander structure on a plane. Accordingly, the zigzag-shaped gauge structure 560 may be formed so as not to contact each other even though the respective spacing intervals decrease.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of a silicon strain gauge having high sensitivity according to FIG. 5.
  • Figs. 6(a) and 6(b) show radial gauge structures 661 and 662 to be implemented when the centers of the strain gauges 210 and 310 are at positions P1 and P2 of Fig. 4(a). It is a diagram illustrating.
  • the angle between the radial gauge structures 661 of FIG. 6(a) may be 10°, while the angle between the radial gauge structures 662 of FIG. 6(b) may be 6°.
  • FIG. 6 (a) shows a radial gauge structure 661 having an angle of 10° from the origin
  • FIG. 6 (b) shows a radial gauge structure 662 having an angle of 6° from the origin. Show.
  • the radial gauge structures 661 and 662 may be implemented in an oblique shape to coincide with the radial strain direction. As a result, compared to the linear gauge 120 of FIG. 1, the radial gauge structures 661 and 662 of FIG. 6 respond to a larger average strain, and thus sensitivity may be improved.
  • FIG. 7 is a view showing a silicon strain gauge having high sensitivity according to another embodiment of the disclosed invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a case in which the strain gauge 210 of FIG. 2 and the strain gauge 510 of FIG. 5 are provided on a single substrate. Hereinafter, a redundant description is omitted and the above-described strain gauge 210 , 510).
  • the tangential and radial strain gauges 710 include a first gauge structure 720, a first pad structure 770, a second gauge structure 760, and a second pad structure 730, 731. , And a substrate 740.
  • the substrate 740 may include a first pad area 741, a gauge area 742, and a second pad area 743.
  • the first pad area 741 and the second pad area 743 refer to areas in which the first sub-pad structure 731 and the second sub-pad structure 730 are formed among the second pad structures, and the gauge area 742 ) May mean a region in which the first gauge structure 720, the second gauge structure 760, and the first pad structure 770 are formed.
  • the first sub-pad structure 730 and the second sub-pad structure 731 may be formed on the substrate 740, and specifically, the first sub-pad structure 731 is a first pad area. It is formed in 741 and the second sub-pad structure 730 may be formed in the second pad area 743. These second pad structures 730 and 731 may be connected to an external power source to receive power from the outside.
  • the first pad structure 770 may be formed on the substrate 740, specifically in the gauge area 742.
  • the first pad structure 770 may be connected to an external power source and receive power from the outside.
  • the first gauge structure 720 may be formed on the substrate 740, specifically in the gauge region 742. One end of the first gauge structure 720 may be electrically connected to the first pad structure 770 and the other end may be electrically connected to the first sub pad structure 731. As a result, when strain occurs in the object to which the strain gauge is attached, the resistance of the first gauge structure 720 is changed, so that the strain of the object can be measured.
  • the first gauge structure 720 similar to the gauge structure 220 of FIG. 2, has an arc shape in a tangential direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate 740 Patterns can be formed.
  • the arc-shaped pattern can be formed with a single strain gauge that responds only to tensile strain in the tangential direction.
  • the second gauge structure 760 may be formed on the substrate 740, specifically, in the gauge region 742.
  • the second gauge structure 760 has one end electrically connected to the second sub-pad structure 730 of the second pad structures, and the other end to be electrically connected to the first sub-pad structure 731 of the second pad structures. I can.
  • the resistance of the second gauge structure 760 is changed, so that the strain of the object can be measured.
  • This second gauge structure 760 forms a linear pattern in the radial direction of a circle centered on a virtual point located outside the substrate 740 can do.
  • the linear pattern can be formed with a single strain gauge that responds to compressive and tensile strains in the radial direction.
  • Silicon strain gauges according to exemplary embodiments of the present invention have been described with reference to FIGS. 2 to 7.
  • a pressure transducer including a strain gauge according to various embodiments described above will be described.
  • FIGS. 9 to 11 are diagrams for explaining a pressure transducer including a silicon strain gauge according to various embodiments of the disclosed invention.
  • the pressure transducers 800, 900, 1000, and 1100 are disc-shaped diaphragms 820, 920, 1010 and 1110 having a predetermined area for measuring sensitivity, and diaphragms 820 and 920.
  • 1010, 1110 may include strain gauges (810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160) provided on the.
  • the diaphragm 820, 920, 1010, 1110 may be formed of a metal or ceramic material, and a substrate adhered to the diaphragm may include at least one of silicon and glass. Specifically, when the substrate is formed of glass, the glass substrate including strain gauges in the tangential direction and the radial direction may be bonded to the diaphragm using a glass frit.
  • the strain gauges 810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160 may be provided on the upper surface of the diaphragm.
  • the position where the strain gauges 810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160 are provided, and the strain provided The types of the gauges 810, 910, 1020, 1060, 1120, and 1160 and the sensitivity of the pressure transducer accordingly will be described.
  • the conventional pressure transducer 800 may be implemented by providing the strain gauge 810 of FIG. 1 on the diaphragm 820. At this time, the strain gauge 810 needs to be located at a strain inflection point whose center is zero strain in the radial direction of the diaphragm 820. In FIG. 8, two strain gauges 810 are positioned on a strain inflection point symmetrical to the center of the diaphragm 820.
  • the pressure transducer 900 may be implemented by providing the strain gauge 910 of FIG. 7 on the diaphragm 920.
  • the center position of the strain gauge 910 need not be limited to the strain inflection point.
  • two gauge structures including a first gauge structure having an arc-shaped pattern in a tangential direction centering on the center O of the diaphragm 1020 and a second gauge structure having a linear pattern in the radial direction of the diaphragm 1020. The case where the strain gauges 910 are located symmetrically around the origin of the diaphragm is illustrated.
  • the pressure transducer 1000 according to the embodiment of FIG. 10 may be implemented by providing the strain gauge 210 of FIG. 2 and the strain gauge 510 of FIG. 5 together on the diaphragm 1010.
  • the pressure transducer 1000 of FIG. 11 includes a pair of inner strain gauges 1020 having an arc-shaped pattern in a tangential direction centered on the center O of the diaphragm 1010, and the radial direction of the diaphragm 1010. It may include a pair of outer strain gauges 1060 having a linear pattern of.
  • the pressure transducer 1000 of FIG. 10 may position the two pairs of strain gauges 1020 and 1060 on the diaphragm 1010 to maximize sensitivity.
  • two strain gauges 1020 inside the diaphragm 1010 are provided at a position where the tangential strain is maximized in the graph, and two strain gauges 1060 outside the strain gauge 1020 are in the tangential direction.
  • Bridge output can be maximized by being provided in a position where the strain is maximized.
  • the pressure transducer 1100 according to the embodiment of FIG. 11 may be implemented by providing the strain gauge 310 of FIG. 3 and the strain gauge 510 of FIG. 5 together on the diaphragm 1110.
  • the pressure transducer 1100 of FIG. 11 includes an inner strain gauge 1120 in which two tangential gauge structures are provided on one substrate, and a pair of outer strains having a linear pattern in the radial direction of the diaphragm.
  • a gauge 1160 may be included.
  • the central positions of the inner strain gauge 1120 and the outer strain gauge 1160 need not be limited to the strain inflection point as shown in FIGS. 9 and 10.
  • two tangential gauges disposed inside may be integrated on one glass substrate.
  • the output sensitivity of the pressure transducer 1100 is the same, it is possible to reduce the defect rate and reduce the cost by simplifying the gauge attaching process.
  • Table 1 shows the average tensile strain, average shrinkage strain, and sensitivity of the pressure transducers 800, 900, 1000, and 1100 of FIGS. 8 to 11 implemented according to the above description.
  • the sensitivity of the pressure transducers 900, 1000, and 1100 of FIGS. 9 to 11 is improved compared to the conventional pressure transducer 800 of FIG. 8.
  • the sensitivity of the pressure transducers 1000 and 1100 of FIGS. 10 and 11 is superior compared to other cases.
  • the silicon strain gauge and pressure transducer having high sensitivity have a gauge structure of high output sensitivity and can be easily applied to low pressure measurement, and the silicon strain gauge can be freely positioned on the diaphragm.
  • the tangential and radial gauges are designed independently so that the gauge can be easily deformed according to the size of the diaphragm.

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Abstract

개시된 발명의 일 실시 예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기는 패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판, 상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 접선방향의 아크(arc) 형상 패턴을 적어도 하나 이상 구비하는 게이지 구조물, 및 상기 게이지 구조물의 양단에 연결되어, 상기 패드 영역에 위치하는 2개의 패드 구조물을 포함한다.

Description

높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기
개시된 발명은 높은 감도를 가지는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기에 관한 것이다.
실리콘 게이지(Silicon Gage)는 금속 게이지와 비교하여 감도가 50배 이상 높기 때문에 실리콘 게이지를 이용한 다이어프램식 압력센서는 고압뿐만 아니라 및 저압 측정에도 사용될 수 있다. 이와 같은, 실리콘 게이지는 자동차, 가전 및 산업용 등 모든 분야의 압력을 측정하기 위하여 사용된다.
도 1은 종래의 실리콘 스트레인 게이지(단결정 실리콘 하프 브리지 칩(Half Bridge Chip))를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 실리콘 스트레인 게이지(110)는 본딩 패드(130) 및 두 개의 실리콘 스트레인 게이지 구조물(120a, 120b)을 포함한다. 이와 같은 실리콘 스트레인 게이지(110) 두 개가 다이어프램 상에 부착됨으로써 종래의 다이어프램식 압력 변환기가 제조될 수 있다.
이 때, 두 개의 실리콘 스트레인 게이지 구조물 중 제 1 스트레인 게이지 구조물(120a)은 금속 다이어프램 표면에 발생하는 스트레인 중 반경 방향의 인장 스트레인(Radial Tensile Strain)에 감응하도록 부착되어 전기저항을 증가시킬 수 있다. 또한, 두 개의 실리콘 스트레인 게이지 중 제 2 스트레인 게이지 구조물(120b)은 반경 방향의 압축 스트레인(Radial Compressive Strain)에 감응하여 전기저항을 감소시킬 수 있다.
이와 같은 실리콘 스트레인 게이지(110)가 저압 측정에 이용될 경우, 실리콘 스트레인 게이지(110)는 고압의 경우보다 높은 감도가 요구될 수 있다.
이를 해결하기 위해, 실리콘 스트레인 게이지(110)의 길이방향의 크기를 증가시킬 경우, 제조에 사용되는 실리콘의 양이 증가할 수 있다. 또한, 스트레인 게이지(110)가 마련되는 압력 변환기는 게이지 파손 및/또는 위치 변동성의 문제가 발생할 수 있다. 그 결과, 압력 변환기의 수율이 낮아지고, 가격 경쟁력이 약화될 수 있다.
뿐만 아니라, 실리콘 스트레인 게이지(110)의 본딩 패드(130)가 항상 스트레인 변곡점에 위치해야 하므로 위치 선정의 유연성이 부족할 수 있다.
개시된 발명의 일 측면은, 고압뿐만 아니라 저압 측정에도 이용 가능한 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기를 제공한다.
개시된 발명의 다른 측면은, 다이어프램 상에서 실리콘 스트레인 게이지 칩에 대한 위치 선정의 유연성을 확보함과 동시에 높은 감도를 갖는 압력 변환기를 제공한다.
개시된 발명의 또 다른 측면은, 접선 방향 게이지 및 반경 방향 게이지를 독립적으로 설계하여, 다이어프램의 크기에 따라 스트레인 게이지의 변형이 용이한 높은 감도를 갖는 압력 변환기를 제공한다.
개시된 발명의 또 다른 측면은, 접선 방향 게이지 및 반경 방향 게이지를 양극접합(anodic bonding)된 실리콘-유리 기판에 제작하여, 높은 내전압(withstanding voltage)을 갖는 압력 변환기를 제공한다.
개시된 발명의 또 다른 측면은, 접선 방향 게이지 및 반경 방향 게이지를 양극접합된 실리콘-유리 기판에 제작하여, 게이지를 글라스 프릿(Glass Frit)을 사용해서 다이어프램에 부착할 때 부착력(접착력)을 향상시키고, 게이지의 파손을 줄이고, 다루기가 용이한 사용자 친화적 압력 변환기를 제공한다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지는, 패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판; 상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 적어도 하나 이상 구비하는 게이지 구조물; 및 상기 게이지 구조물의 양단에 연결되어, 상기 패드 영역에 위치하는 2개의 패드 구조물을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지는, 패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판; 상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 적어도 하나 이상 구비하는 게이지 구조물; 및 상기 게이지 구조물의 양단에 연결되어, 상기 패드 영역에 위치하는 2개의 패드 구조물을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지는, 제1패드 영역, 제2패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판; 상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 제1지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크 형상 패턴을 구비하는 제1게이지 구조물; 상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 제1게이지 구조물과 연결되는 제1패드 구조물; 상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 제2지점을 중심으로 하는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하는 제2게이지 구조물; 및 상기 제1패드 영역 및 상기 제2패드 영역에 위치하고, 상기 제2게이지 구조물과 연결되는 제2패드 구조물을 포함할 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지는, 제1패드 영역, 제2패드 영역, 제1게이지 영역, 제2게이지 영역 및 실리콘 영역을 포함하는 기판; 상기 제1게이지 영역 및 상기 제2게이지 영역에 각각에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크 형상 패턴을 구비하는 복수의 게이지 구조물; 및 상기 제1패드 영역 및 상기 제2패드 영역에 위치하고, 상기 각각의 게이지 구조물의 양단 각각에 연결되는 복수의 패드 구조물을 포함하고, 상기 복수의 게이지 구조물 및 상기 복수의 패드 구조물은, 상기 실리콘 영역을 기준으로 대칭되어 위치할 수 있다.
또한, 상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴은, 평면상의 미앤더 구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판은, 실리콘-유리기판 및 유리기판 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
또한, 상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴을 양극 접합된 상기 기판에 제작하고, 상기 기판을 다이어프램에 부착하는 글라스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 압력 변환기는, 소정의 면적을 구비하는 다이어프램; 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 구비하고, 상기 다이어프램의 중심을 기준으로 대칭되어 위치하는 두 개의 제1기판; 및 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하고, 상기 다이어프램의 중심을 기준으로 대칭되어 위치하는 두 개의 제2기판을 포함하고, 상기 제1기판은, 상기 제2기판보다 상기 다이어프램의 중심에 인접할 수 있다.
개시된 발명의 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 압력 변환기는, 소정의 면적을 구비하는 다이어프램; 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 두 개 구비하고, 상기 다이어프램의 중심에 위치하는 제1기판; 및 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하는 두 개의 제2기판을 포함하고, 상기 제2기판은, 상기 제1기판을 기준으로 대칭되어 위치할 수 있다.
개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 변환기는, 소정의 면적을 구비한 다이어프램; 및 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 접선 방향으로의 아크 형상 패턴을 구비하는 제1게이지 구조물 및 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하는 제2게이지 구조물을 포함하는 두 개의 기판을 포함하고, 상기 두 개의 기판은, 상기 다이어프램의 중심을 기준으로 대칭되어 위치할 수 있다.
또한, 상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴은, 평면상의 미앤더 구조를 포함할 수 있다.
또한, 유리기판을 포함할 수 있다.
또한, 상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴을 상기 유리기판에 접합하는 글라스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기에 대해 설명하면 다음과 같다.
개시된 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기는 높은 출력 감도의 게이지 구조를 구비하여, 저압 측정 시에 이용될 수 있다.
개시된 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지는 다이어프램 상에 높은 자유도를 가지고 부착될 수 있다.
개시된 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기는 접선 방향 게이지 및 반경 방향 게이지를 독립적으로 설계하여, 다이어프램의 크기에 따라 스트레인 게이지를 용이하게 변경할 수 있다.
개시된 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실리콘 스트레인 게이지가 절연특성이 우수한 유리 기판에 제작되는 경우 높은 전압(2kV이상)에 견딜 수 있다.
개시된 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실리콘 스트레인 게이지가 절연특성이 우수한 유리 기판에 제작되는 경우, 게이지를 글라스 프릿(Glass Frit)을 사용해서 다이어프램에 부착할 때 부착력(접착력)이 향상되고, 게이지의 파손이 감소하고, 다루기가 매우 용이하여 사용자 친화적일 수 있다.
도 1은 종래의 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시 예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 3은 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지의 원리를 나타내는 도면이다.
도 5는 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지의 원리를 나타내는 도면이다.
도 7은 개시된 발명의 또 다른 실시 예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 8 은 종래의 실리콘 스트레인 게이지를 포함하는 압력 변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 11은 개시된 발명의 여러 가지 실시예 따른 실리콘 스트레인 게이지를 포함하는 압력 변환기를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 개시된 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 개시된 발명은 개시된 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당해 업계의 통상의 기술자에게 자명하다.
상술한 바와 같이, 도 1에 개시된 실리콘 스트레인 게이지(110)를 압력 변환기에 적용하는 경우, 다이어프램 상 실리콘 스트레인 게이지(110)가 마련되는 위치에 제약이 존재할 수 있다.
또한, 고압 측정에 비해 저압 측정에 높은 감도가 요구되므로, 도 1의 실리콘 스트레인 게이지(110)가 적용된 압력 변환기는 저압 측정 시 감지 결과의 정확도가 낮을 수 있다. 압력 변환기의 감도를 높이기 위해 실리콘 스트레인 게이지(110)의 크기를 길이방향으로 증가시킬 경우, 압력 변환기 제작 시 게이지가 파손될 확률이 증가하여 압력 변환기의 수율이 저하되고, 가격 경쟁력이 약화될 수 있다.
이를 해결하기 위해, 개시된 발명의 실리콘 스트레인 게이지는 접선 방향의 패턴 및 반경 방향의 패턴 중 적어도 하나 이상의 패턴을 구비할 수 있다.
도 2는 개시된 발명의 일 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이고, 구체적으로 접선 방향의 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 접선 방향의 스트레인 게이지(210)는 게이지 구조물(220), 패드 구조물(230) 및 기판(240)을 포함할 수 있다.
기판(240)은 적어도 하나 이상의 패드 영역(242) 및 적어도 하나 이상의 게이지 영역(241)을 포함할 수 있다. 패드 영역(242)은 적어도 하나 이상의 패드 구조물(230)이 형성되는 영역을 의미하고, 게이지 영역(241)은 적어도 하나 이상의 게이지 구조물(220)이 형성되는 영역을 의미할 수 있다.
기판(240)은 단단한(Hard) 재질 또는 유연한(Flexible) 재질로 구현될 수 있다. 예를 들어, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 기판(240)은 실리콘 게이지와 열팽창 계수가 비슷한 각종 유리로 구현될 수 있다. 이와는 달리, 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 기판(240)은 실리콘층 표면 상에 절연층(Insulation Layer)이 마련되는 SOI(Silicon On Insulator)를 포함할 수 있다.
패드 구조물(230)은 기판(240)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 패드 구조물(230)은 기판(240)의 패드 영역(242)에 형성될 수 있다. 패드 구조물(230)은 기판(240)의 패드 영역(242)에 형성되는 기술적 사상 안에서 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 패드 구조물(230)은 도 2와 같은 사각 패드형태로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 패드 구조물(230)은 다각형, 원형 및/또는 T자형상 등으로 구현될 수 있다.
또한, 패드 구조물(230)은 기판(240)의 패드 영역(242)에 형성되는 기술적 사상 안에서 다양한 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 패드 구조물(230)은 티타늄, 및/또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성될 수 있다.
패드 구조물(230)은 외부전원과 연결되어, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
게이지 구조물(220)은 기판(240)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 게이지 구조물(230)은 기판(240)의 게이지 영역(241)에 형성될 수 있다.
게이지 구조물(220)은 패드 구조물(230)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 게이지 구조물(220)은 패드 구조물(230)을 통해 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 스트레인 게이지가 부착된 대상체에 스트레인이 발생할 경우, 게이지 구조물(220)의 저항이 변화되어, 대상체의 스트레인을 측정할 수 있다.
이와 같은, 게이지 구조물(220)은 기판(240) 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 형성할 수 있다. 아크 형상 패턴은 접선 방향의 인장 스트레인에만 반응하는 단일 스트레인 게이지로 형성될 수 있다.
게이지 구조물(220)에서 접선 방향의 아크 형상 패턴은 평면상의 미앤더 구조를 포함하여, 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 그 결과, 지그재그 형태의 게이지 구조물(220)은 각각의 이격 간격이 감소하더라도 각각의 곡률이 서로 접촉하지 않도록 형성될 수 있다.
패드 구조물(230) 및 게이지 구조물(220)은 실리콘-유리 접합 기판(240)을 사용해 만들어 질 수 있다.
개시된 발명의 일 실시예에 따른 기판(240)은 패드 구조물(230) 및 게이지 구조물(220)과 열팽창 계수가 유사한 유리 기판을 포함할 수 있다. 구체적으로, 개시된 발명의 일 실시예에 따른 기판(240)은 양극 전합(Anodic Bonding) 기술을 이용하여 실리콘 웨이퍼와 유리 웨이퍼가 접합된 실리콘-유리 기판으로 구현될 수 있다. 이와 같은 기판(240) 상에 패드 구조물(230) 및 게이지 구조물(220)이 마련되면, 스트레인 게이지(210)의 전체 내전압을 크게 높일 수 있다.
도 3은 개시된 발명의 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내며, 구체적으로 복수 개의 게이지 구조물을 하나의 기판에 집적화한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 스트레인 게이지(210) 두 개가 하나의 기판상에 마련됨으로써 구현되는 경우를 예시하는 도면으로, 이하에서는 도 3의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 접선 방향의 스트레인 게이지(310)는 제1게이지 구조물(320), 제2게이지 구조물(321), 제1패드 구조물(330), 제2패드 구조물(331), 기판(340) 및 실리콘(350)을 포함할 수 있다.
기판(340)은 제1게이지 영역(341), 제1패드 영역(342), 실리콘 영역(343), 제2패드 영역(344) 및 제2게이지 영역(345)을 포함할 수 있다. 제1패드 영역(342) 및 제2패드 영역(344)은 제1패드 구조물(330) 및 제2패드 구조물(331)이 형성되는 영역을 의미하고, 제1게이지 영역(341) 및 제2게이지 영역(345)은 제1게이지 구조물(320) 및 제2게이지 구조물(321)이 형성되는 영역을 의미할 수 있다.
제1패드 구조물(330) 및 제2패드 구조물(331)은 기판(340)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 제1패드 구조물(330) 및 제2패드 구조물(331) 각각은 기판(340)의 제1패드 영역(342) 및 제2패드영역(344)에 형성될 수 있다.
패드 구조물(330, 331)은 외부전원과 연결되어, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다. 제1게이지 구조물(320) 및 제2게이지 구조물(321)은 기판(340)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 제1게이지 구조물(320) 및 제2게이지 구조물(321) 각각은 기판(340)의 제1게이지 영역(341) 및 제2게이지 영역(345)에 형성될 수 있다.
제1게이지 구조물(320) 및 제2게이지 구조물(321) 각각은 제1 패드 구조물(330) 및 제2 패드 구조물(331)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3의 게이지 구조물(320, 321)이 패드 구조물(330, 331)을 통해 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있음은 도 2의 경우와 같다. 그 결과, 스트레인 게이지(310)가 부착된 대상체에 스트레인이 발생할 경우, 게이지 구조물(320, 321)의 저항이 변화되어, 대상체의 스트레인을 측정할 수 있다.
이와 같은, 게이지 구조물(320, 321)은 기판(340) 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 형성할 수 있다. 아크 형상 패턴은 접선 방향의 인장 스트레인만 반응하는 단일 스트레인 게이지로 형성될 수 있다.
도 3의 게이지 구조물(320, 321) 중 접선 방향의 아크 형상 패턴은 평면상의 미앤더 구조를 포함하여, 지그재그 형태로 형성될 수 있음은 도 2의 경우와 같다. 따라서, 지그재그 형태의 게이지 구조물(320, 321)은 각각의 이격 간격이 감소하더라도 각각의 곡률 반경이 서로 접촉하지 않도록 형성될 수 있다.
각각의 게이지 구조물(320, 321) 및 각각의 게이지 구조물(320, 321)에 연결된 각각의 패드 구조물(330, 331)은 실리콘 영역(343)을 중심으로 대칭될 수 있다. 실리콘 영역(343)에 위치하는 실리콘(350)은 외부와는 전기적으로 연결되지 않을수 있다. 그 대신, 실리콘(350)은 스트레인 게이지(310)의 강도를 증가시키고, 부착공정 자동화를 용이하게 할 수 있다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지의 원리를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 4(a)는 가상의 동심원의 중심으로부터 R1 및 R2만큼 이격된 위치 P1 및 P2를 설명하기 위한 도면이고, 도 4(b) 및 4(c)는 스트레인 게이지(210, 310)의 중심이 위치 P1, 및 P2에 있을 경우 구현될 접선 방향의 게이지 구조물(421, 422)을 예시한 도면이다.
도 4 (a)를 참조하면, P1은 P2보다 동심원의 중심에 근접한 영역에 위치할 수 있다. 따라서, 위치 P1이 동심원의 중심으로부터 이격된 거리 R1은 위치 P2가 동심원의 중심으로부터 이격된 거리 R2보다 작을 수 있다.
도 4(a)의 동심원 중심에 다이어프램의 중심을 일치시킬 경우, 도 4(b) 및 4(c) 와 같이, 다이어프램 중심에 가까워질수록 접선 방향 게이지 구조물(421, 422)의 곡률 반경은 감소할 수 있다. 이와는 반대로, 다이어프램의 중심에서 멀어질수록 접선 방향 게이지 구조물(421, 422)의 곡률 반경은 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 4(b)의 접선 방향 게이지 구조물(421)의 곡률 반경은 0.8R인 반면, 도 4(c)의 접선 방향 게이지 구조물(422)의 곡률 반경은 1.08R일 수 있다. 아울러, 도 4(b) 및 4(c)의 접선 방향 게이지 구조물(421, 422)은 아크(arc) 형태의 게이지의 효과를 보다 강조하기 위하여, 직선 형태의 게이지를 포함할 수 있다.
이와 같이, 접선 방향 게이지 구조물(421, 422)의 형태를 접선 스트레인 방향과 동일하게 형성할 경우, 게이지 구조물(421, 422)에 흐르는 전류의 방향과 스트레인 방향이 일치될 수 있다. 그 결과, 게이지 구조물(220, 320, 321)과 같은 아크 형태의 게이지는 직선 형태의 게이지에 비해 게이지에 작용하는 평균 스트레인의 값이 더 크고 균일하여 더 높은 감도를 가질 수 있다.
도 5는 개시된 발명의 또 다른 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이고, 구체적으로, 반경 방향 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 5의 스트레인 게이지(510)는 게이지 구조물이 마련되는 방향만이 도 2의 스트레인 게이지(210)와 상이하므로, 이하에서는 이를 중심으로 상세히 설명한다. 도 5를 참조하면, 반경 방향의 스트레인 게이지(510)는 게이지 구조물(560), 패드 구조물(530), 및 기판(540)을 포함할 수 있다.
기판(540)은 적어도 하나 이상의 패드 영역(542) 및 적어도 하나 이상의 게이지 영역(541)을 포함할 수 있다. 패드 영역(542)은 적어도 하나 이상의 패드 구조물(530)이 형성되는 영역을 의미하고, 게이지 영역(541)은 적어도 하나 이상의 게이지 구조물(560)이 형성되는 영역을 의미할 수 있다.
패드 구조물(530)은 기판(540)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 패드 구조물(530)은 기판(540)의 패드 영역(542)에 형성될 수 있다.
패드 구조물(530)이 외부전원과 연결되어, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있음은 도 2와 같다.
게이지 구조물(560)은 기판(540)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 게이지 구조물(560)은 기판(540)의 게이지 영역(541)에 형성될 수 있다.
게이지 구조물(560)은 패드 구조물(530)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도 5의 게이지 구조물(560)이 패드 구조물(530)과 전기적으로 연결되어 휘스톤 브릿지 회로를 구성함으로써 전기적으로 연결될 수 있음은 도 2의 경우와 같다. 그 결과, 스트레인 게이지가 부착된 대상체에 스트레인이 발생할 경우, 게이지 구조물(560)의 저항이 변화되어, 대상체의 스트레인을 측정할 수 있다.
이와 같은, 게이지 구조물(560)은 기판(540) 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 형성할 수 있다. 직선 형상 패턴은 반경 방향의 압축 및 인장 스트레인에 반응하는 단일 스트레인 게이지로 형성될 수 있다.
게이지 구조물(560) 중 반경 방향의 직선 패턴은 평면상의 미앤더 구조를 포함하여, 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 지그재그 형태의 게이지 구조물(560)은 각각의 이격 간격이 감소하더라도 서로 접촉하지 않도록 형성될 수 있다.
도 6은 도 5에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지의 원리를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 6(a) 및 6(b)는 스트레인 게이지(210, 310)의 중심이 도 4(a)의 위치 P1, 및 P2에 있을 경우 구현될 반경 방향의 게이지 구조물(661, 662)을 예시한 도면이다.
도 4(a)의 동심원 중심에 다이어프램의 중심을 일치시킬 경우, 도 6(a) 및 6(b) 와 같이, 원형 다이어프램의 중심에 근접할수록 반경 방향 게이지 구조물(661, 662) 사이의 각도는 증가할 수 있다. 이와는 반대로, 원형 다이어프램의 중심에서 멀어질수록 반경 방향 게이지 구조물(661, 662) 사이의 각도는 감소할 수 있다.
예를 들어, 도 6(a)의 반경 방향 게이지 구조물(661) 사이의 각도는 10°인 반면, 도 6(b)의 반경방향 게이지 구조물(662) 사이의 각도는 6°일 수 있다. 구체적으로, 도 6 (a)는 원점에서 10°의 각도를 가지는 반경 방향의 게이지 구조물(661)을 나타내고, 도 6 (b)는 원점에서 6°의 각도를 가지는 반경 방향 게이지 구조물(662)을 나타낸다.
이와 같이, 반경 방향 게이지 구조물(661, 662)은 반경 스트레인 방향과 일치하도록 사선 모양으로 구현될 수 있다. 그 결과, 도 1의 직선 게이지(120)에 비해 도 6의 반경 방향 게이지 구조물(661, 662)은 더 큰 평균 스트레인에 반응하여 감도가 향상될 수 있다.
도 7은 개시된 발명의 또 다른 실시 예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 2의 스트레인 게이지(210)와 도 5의 스트레인 게이지(510)가 하나의 기판상에 마련됨으로써 구현되는 경우를 예시하는 도면으로, 이하에서는 중복 설명은 생략하고 상술한 스트레인 게이지(210, 510)들과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 접선 방향 및 반경 방향 스트레인 게이지(710)는 제1게이지 구조물(720), 제1패드 구조물(770), 제2게이지 구조물(760), 제2패드 구조물(730, 731), 및 기판(740)을 포함할 수 있다.
기판(740)은 제1패드 영역(741), 게이지 영역(742) 및 제2패드 영역(743)을 포함할 수 있다. 제1패드 영역(741) 및 제2패드 영역(743)은 제2패드 구조물 중 제1서브패드 구조물(731) 및 제2서브패드 구조물(730)이 형성되는 영역을 의미하고, 게이지 영역(742)은 제1게이지 구조물(720), 제2게이지 구조물(760) 및 제1패드 구조물(770)이 형성되는 영역을 의미할 수 있다.
제2패드 구조물 중 제1서브패드 구조물(730) 및 제2서브패드 구조물(731)은 기판(740)의 상부에 형성될 수 있으며, 구체적으로 제1서브패드 구조물(731)은 제1패드 영역(741)에 형성되고, 제2서브패드 구조물(730)은 제2패드 영역(743)에 형성될 수 있다. 이러한 제2패드 구조물(730, 731)은 외부전원과 연결되어 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
제1패드 구조물(770)은 기판(740)의 상부, 구체적으로 게이지 영역(742)내에 형성될 수 있다. 이러한 제1패드 구조물(770)은 외부전원과 연결되어, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
제1게이지 구조물(720)은 기판(740)의 상부, 구체적으로 게이지 영역(742)내에 형성될 수 있다. 이러한 제1게이지 구조물(720)은 일 단이 제1패드 구조물(770)과 전기적으로 연결되고, 타 단이 제1서브패드 구조물(731)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 스트레인 게이지가 부착된 대상체에 스트레인이 발생할 경우, 제1게이지 구조물(720)의 저항이 변화되어, 대상체의 스트레인을 측정할 수 있다.
이와 같은 제1게이지 구조물(720)은, 도 2의 게이지 구조물(220)과 유사하게, 기판(740) 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 형성할 수 있다. 아크 형상 패턴은 접선 방향의 인장 스트레인만 반응하는 단일 스트레인 게이지로 형성될 수 있다.
제2게이지 구조물(760)은 기판(740)의 상부, 구체적으로 게이지 영역(742) 내에 형성될 수 있다. 이러한 제2게이지 구조물(760)은 일 단이 제2패드 구조물 중 제2서브패드 구조물(730)과 전기적으로 연결되고, 타단이 제2패드 구조물 중 제1서브패드 구조물(731)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 스트레인 게이지가 부착된 대상체에 스트레인이 발생할 경우, 제2게이지 구조물(760)의 저항이 변화되어, 대상체의 스트레인을 측정할 수 있다.
이와 같은 제2게이지 구조물(760)은, 도 5의 게이지 구조물(560)과 유사하게, 기판(740) 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 형성할 수 있다. 직선 형상 패턴은 반경 방향의 압축 및 인장 스트레인에 반응하는 단일 스트레인 게이지로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시 예들에 따른 실리콘 스트레인 게이지를 설명하였다. 이하에서는 상술한 여러 가지 실시예에 따른 스트레인 게이지를 포함하는 압력 변환기를 설명하기로 한다.
도 8 은 종래의 실리콘 스트레인 게이지를 포함하는 압력 변환기를 설명하기 위한 도면이고, 도 9 내지 도 11은 개시된 발명의 여러 가지 실시예 따른 실리콘 스트레인 게이지를 포함하는 압력 변환기를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 11을 참조하면, 압력 변환기(800, 900, 1000, 1100)는 감도의 측정을 위하여 소정의 면적을 구비한 원반형의 다이어프램(820, 920, 1010, 1110)과, 다이어프램(820, 920, 1010, 1110) 상에 마련되는 스트레인 게이지(810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160)를 포함할 수 있다.
다이어프램(820, 920, 1010, 1110) 은 금속 또는 세라믹 재질로 형성될 수 있고, 다이어프램에 접착되는 기판은 실리콘, 유리 중 적어도 하나 이상을 포함 수 있다. 구체적으로, 기판이 유리로 형성된 경우, 접선 방향 및 반경 방향의 스트레인 게이지를 포함하는 유리 기판은 글라스 프릿을 사용해 다이어프램에 접합될 수 있다.
스트레인 게이지(810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160)은 다이어프램의 상면에 마련될 수 있는데, 이하에서는 스트레인 게이지(810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160)가 마련되는 위치, 마련되는 스트레인 게이지(810, 910, 1020, 1060, 1120, 1160)의 종류 및 이에 따른 압력 변환기의 감도에 대하여 설명한다.
도 8를 참조하면, 종래의 압력 변환기(800)는 다이어프램(820) 상에 도 1의 스트레인 게이지(810)가 마련됨으로써 구현될 수 있다. 이 때, 스트레인 게이지(810)는 중심이 다이어프램(820)의 반경방향으로 스트레인이 0이 되는 스트레인 변곡점에 위치할 필요가 있다. 도 8에서는 두 개의 스트레인 게이지(810)가 다이어프램(820)의 중심에 대칭되는 스트레인 변곡점 상에 위치하는 경우를 예시한다.
반면, 도 9의 실시예에 따른 압력 변환기(900)는 다이어프램(920) 상에 도 7의 스트레인 게이지(910)가 마련됨으로써 구현될 수 있다. 이 때, 접선 방향으로는 모든 위치에서 인장 스트레인이 작용하므로, 스트레인 게이지(910)의 중심 위치가 스트레인 변곡점으로 한정될 필요가 없다. 도 9에서는 다이어프램(1020)의 중심 O를 중심으로 하는 접선 방향의 아크 형상 패턴을 구비하는 제1게이지 구조물 및 다이어프램(1020)의 반경 방향의 직선 형상 패턴을 구비하는 제2게이지 구조물을 포함하는 두 개의 스트레인 게이지(910)가 다이어프램의 원점을 중심으로 대칭되어 위치하는 경우를 예시한다.
또한, 도 10의 실시예에 따른 압력 변환기(1000)는 다이어프램(1010) 상에 도 2의 스트레인 게이지(210)와 도 5의 스트레인 게이지(510)가 함께 마련됨으로써 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 11의 압력 변환기(1000)는 다이어프램(1010)의 중심 O를 중심으로 하는 접선 방향의 아크 형상 패턴을 구비하는 한 쌍의 내측 스트레인 게이지(1020), 및 다이어프램(1010)의 반경 방향의 직선 형상 패턴을 구비하는 한 쌍의 외측 스트레인 게이지(1060)을 포함할 수 있다.
이 때, 접선 방향으로는 모든 위치에서 인장 스트레인이 작용하므로, 내측 스트레인 게이지(1020) 및 외측 스트레인 게이지(1060)의 중심 위치가 스트레인 변곡점으로 한정될 필요가 없음은 도 9와 같다. 따라서, 도 10의 압력 변환기(1000)는 다이어프램(1010) 상에서 감도를 최대화 할 수 있는 위치에 두 쌍의 스트레인 게이지(1020, 1060)을 위치시킬 수 있다.
예를 들어, 다이어프램(1010) 내측의 두 개의 스트레인 게이지(1020)는 그래프에서 접선 방향 스트레인이 최대가 되는 위치에 마련되고, 스트레인 게이지(1020)의 외측의 두 개의 스트레인 게이지(1060)는 접선 방향 스트레인이 최대가 되는 위치에 마련됨으로써 브릿지 출력을 최대화할 수 있다.
한편, 도 11의 실시예에 따른 압력 변환기(1100)는 다이어프램(1110) 상에 도3의 스트레인 게이지(310)와 도 5의 스트레인 게이지(510)가 함께 마련됨으로써 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 11의 압력 변환기(1100)는 2개의 접선 방향 게이지 구조물이 하나의 기판상에 마련되는 내측 스트레인 게이지(1120), 및 다이어프램의 반경 방향의 직선 형상 패턴을 구비하는 한 쌍의 외측 스트레인 게이지(1160)을 포함할 수 있다.
이 때, 접선 방향으로는 모든 위치에서 인장 스트레인이 작용하므로, 내측 스트레인 게이지(1120) 및 외측 스트레인 게이지(1160)의 중심 위치가 스트레인 변곡점으로 한정될 필요가 없음은 도 9 및 10과 같다.
다만, 도 10의 경우와 달리, 도 11 의 압력 변환기(1100)는 내측에 배치되는 2개의 접선 방향 게이지를 하나의 유리 기판에 집적화 할 수 있다. 그 결과, 압력 변환기(1100)의 출력 감도는 동일하지만, 게이지 부착 공정을 단순화 하여 불량률을 줄이고 비용을 절감할 수 있다.
상술한 바에 따라 구현된 도 8 내지 11의 압력 변환기(800, 900, 1000, 1100)의 평균 인장 스트레인, 평균 수축 스트레인, 및 감도는 표1과 같다.
특성 도 8 도 9 도 10 도 11
평균 인장 스트레인 1.71X10 -4 2.08X10 -4 3.42X10 -4 3.22X10 -4
평균 수축 스트레인 -2.2X10 -4 -2.2X10 -4 -3.73X10 -4 -3.73X10 -4
감도(mV/V) 19.54 21.39 35.71 34.73
표 1을 참조하면, 도 8의 종래의 압력 변환기(800)에 비해 도 9 내지 11의 압력 변환기(900, 1000, 1100)의 감도가 개선되었다. 특히, 도 10 및 11의 압력 변환기(1000, 1100)의 감도가 다른 경우에 비해 월등히 우수함을 확인할 수 있다.
이처럼 개시된 발명의 여러 가지 실시예에 따른 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 압력 변환기는 높은 출력 감도의 게이지 구조를 구비하여 저압 측적에 쉽게 적용될 수 있고, 실리콘 스트레인 게이지는 다이어프램에 자유롭게 위치할 수 있다. 마지막으로, 접선 방향 및 반경 방향 게이지를 독립적으로 설계하여 다이어프램의 크기에 따라 게이지의 변형이 용이할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (13)

  1. 패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판;
    상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 적어도 하나 이상 구비하는 게이지 구조물; 및
    상기 게이지 구조물의 양단에 연결되어, 상기 패드 영역에 위치하는 2개의 패드 구조물을 포함하는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  2. 패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판;
    상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 적어도 하나 이상 구비하는 게이지 구조물; 및
    상기 게이지 구조물의 양단에 연결되어, 상기 패드 영역에 위치하는 2개의 패드 구조물을 포함하는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  3. 제1패드 영역, 제2패드 영역 및 게이지 영역을 구비하는 기판;
    상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 제1지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크 형상 패턴을 구비하는 제1게이지 구조물;
    상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 제1게이지 구조물과 연결되는 제1패드 구조물;
    상기 게이지 영역에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 제2지점을 중심으로 하는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하는 제2게이지 구조물; 및
    상기 제1패드 영역 및 상기 제2패드 영역에 위치하고, 상기 제2게이지 구조물과 연결되는 제2패드 구조물을 포함하는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  4. 제1패드 영역, 제2패드 영역, 제1게이지 영역, 제2게이지 영역 및 실리콘 영역을 포함하는 기판;
    상기 제1게이지 영역 및 상기 제2게이지 영역에 각각에 위치하고, 상기 기판 외부에 위치하는 가상의 일 지점을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로의 아크 형상 패턴을 구비하는 복수의 게이지 구조물; 및
    상기 제1패드 영역 및 상기 제2패드 영역에 위치하고, 상기 각각의 게이지 구조물의 양단 각각에 연결되는 복수의 패드 구조물을 포함하고,
    상기 복수의 게이지 구조물 및 상기 복수의 패드 구조물은,
    상기 실리콘 영역을 기준으로 대칭되어 위치하는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴은,
    평면상의 미앤더 구조를 포함하는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판은,
    실리콘-유리기판 및 유리기판 중 어느 하나로 구현되는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴을 양극 접합된 상기 기판에 제작하고, 상기 기판을 다이어프램에 부착하는 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지.
  8. 소정의 면적을 구비하는 다이어프램;
    상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 구비하고, 상기 다이어프램의 중심을 기준으로 대칭되어 위치하는 두 개의 제1기판; 및
    상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하고, 상기 다이어프램의 중심을 기준으로 대칭되어 위치하는 두 개의 제2기판을 포함하고,
    상기 제1기판은,
    상기 제2기판보다 상기 다이어프램의 중심에 인접한 높은 감도를 갖는 압력 변환기.
  9. 소정의 면적을 구비하는 다이어프램;
    상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 접선 방향으로의 아크(arc) 형상 패턴을 두 개 구비하고, 상기 다이어프램의 중심에 위치하는 제1기판; 및
    상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하는 두 개의 제2기판을 포함하고,
    상기 제2기판은,
    상기 제1기판을 기준으로 대칭되어 위치하는 높은 감도를 갖는 압력 변환기.
  10. 소정의 면적을 구비한 다이어프램; 및
    상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 접선 방향으로의 아크 형상 패턴을 구비하는 제1게이지 구조물 및 상기 다이어프램의 중심에 따라 결정되는 원의 반경 방향으로의 직선 형상 패턴을 구비하는 제2게이지 구조물을 포함하는 두 개의 기판을 포함하고,
    상기 두 개의 기판은,
    상기 다이어프램의 중심을 기준으로 대칭되어 위치하는 높은 감도를 갖는 압력 변환기.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴은,
    평면상의 미앤더 구조를 포함하는 높은 감도를 갖는 압력 변환기.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 기판은,
    실리콘-유리기판 및 유리기판 중 어느 하나로 구현되는 높은 감도를 갖는 압력 변환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 접선 방향의 아크 형상 패턴 및 상기 반경 방향의 직선 형상 패턴을 양극 접합된 상기 기판에 제작하고, 상기 기판을 다이어프램에 부착하는 높은 감도를 갖는 압력 변환기.
PCT/KR2019/004168 2019-04-08 2019-04-08 높은 감도를 갖는 실리콘 스트레인 게이지 및 이를 포함하는 압력 변환기 WO2020209397A1 (ko)

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