KR101015790B1 - 역학 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

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김영보
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(주)센서시스템기술
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Abstract

본 발명은 역학 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서 압력이 인가되는 타측이 개방된 링(ring) 형상의 베이스와, 상기 베이스의 타측과 대응하는 일측을 막도록 상기 베이스와 한 몸체로 형성된 다이아프램과, 상기 다이아프램 상에 부착되는 기판 상에 다수 개의 전극 및 다수 개의 전극이 형성된 스트레인 게이지와, 상기 다이아프램 상에 졸 상태로 도포되고 상기 스트레인 게이지를 부착한 상태에서 열처리에 의해 건조된 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 유리 접착제로 형성된 접착층을 포함한다. 따라서, 접착층이 산화실리콘(SiO2)으로 형성되므로 열 팽창 계수가 작으면서 제 1 및 제 2 기판과 유사한 물질 특성을 가지므로 센서 작동시 크립 특성이 감소되어 안정화 상태까지 도달하는 시간이 단축되므로 응답 특성이 향상되며, 또한, 접착층이 산화실리콘으로 형성되므로 다이아프램에서 발생된 응력이 손실없이 제 1 및 제 2 스트레인 게이지에 전달되므로 출력이 크면서 장시간 사용하여도 안정도가 저하되는 것이 방지된다.

Description

역학 센서 및 그의 제조방법{Mechanical sensor and method for assembling thereof}
본 발명은 역학 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 응력이 인가될 때 변형이 일어나는 금속체인 다이아프램에 소형의 반도체 스트레인 게이지가 부착되는 역학 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 센서란 측정 대상물로부터 물리량을 검출하고 검출된 물리량을 전기적인 신호로 변환해주는 소자이다. 센서의 궁극적인 목적은 인간의 감각 기능을 제어 가능한 다른 신호로 대체하여 신뢰할 수 있는 정보를 인간에게 제공하기 위한 것이다. 이러한 이유로 센서의 응용 분야는 매우 광범위하다. 즉, 센서는 다양한 물리량을 감지하고 측정하기 위한 역학 센서, 광 센서, 압전 센서, 온도 센서, 연기 센서 및 위치 센서 등의 다양한 종류가 산업 현장에서의 공장자동화, 자동차 등의 운송수단, 우주/항공, 의료용, 대기 및 수질 등의 환경 측정용 및 군사용 등 일상 생활 및 산업 전반에 걸친 다양하게 사용되고 있다.
상기에서 역학 센서의 종류에는 크게 압력센서, 가속도센서, 각속도센서, 유량센서 및 로드 셀(load cell) 등이 있다. 상기에서 압력센서, 가속도센서 및 로드 셀 등은 보(beam) 또는 다이어프램(diaphragm)의 변형량의 크기를 한개 또는 다수 개의 저항으로 이루어진 스트레인 게이지(strain gage)를 이용하여 전기적인 신호로 변환되는 물리량을 측정한다.
최근에 센서는 반도체 집적화기술, MEMS(Micro ElectroMechanical System) 기술 및 3차원 미세 가공 등의 기술을 이용하여 제조하므로 고성능, 지능화 및 소형화되고 있다. 상기에서 스트레인 게이지는 저항이 형성되는 기판으로 실리콘 등의 반도체 또는 비정질 산화실리콘(SiO2) 등이 사용될 수 있다. 상기에서 비정질 산화실리콘 기판은 열 안정성이 좋고 기계적인 강도가 높아 고온이나 기계적인 충격에 견딜 수 있으며, 또한, 내화학성이 좋고 낮은 유전 상수를 가지므로 자동차용, 고온용 및 군수용 등에 사용되는 센서에 적용되고 있다.
압력 센서 등의 역학 센서는 일반적으로 기판 상에 P-N 접합으로 이루어진 피에조(piezo) 저항으로 휘스톤 브릿지(Wheatstone bridge)를 구성한다. 이러한 휘스톤 브릿지를 구성하는 피에조 저항이 한개의 기판 상에 형성되는 풀 브릿지형(full bridge type)과, 두개의 기판 상에 형성되는 하프 브릿지형(half bridge type)으로 구성 될 수 있다. 또한, 한개의 기판 상에 한개의 저항체가 형성된 싱글 브릿지형(single bridge type)으로 구성될 수 있다.
상기에서 풀 브릿지형의 스트레인 게이지는 다이아프램 상의 전면을 덮도록 부착되며, 하프 브릿지형의 스트레인 게이지는 다이아프램 상의 압력 등의 물리력에 의해 변형되는 부분에 부착된다. 그러므로, 하프 브릿지형 및 싱글 브리지형의 스트레인 게이지는 풀 브릿지형의 스트레인 게이지에 비해 크기가 작아 동일한 크기의 웨이퍼 상에서 생산되는 양이 많다. 그러므로, 하프 브릿지형 및 싱글 브리지형 스트레인 게이지는 풀 브릿지형의 스트레인 게이지에 비해 생산 단가가 절감된다.
종래의 압력 센서 등의 역학 센서는 풀 브릿지형의 스트레인 게이지, 하프 브릿지형 또는 싱글 브릿지형의 스트레인 게이지가 스테인레스 스틸 등의 금속체로 형성된 다이아프램 상에 에폭시 등의 수지 접착제로 부착한다.
그러나, 종래 기술에 따른 역학 센서는 보(beam) 또는 다이어프램(diaphragm)과 스트레인 게이지를 에폭시 등의 수지 접착제로 부착하므로 온도특성이 저하되며 작동시 크립(creep) 특성이 커 안정화 상태까지 도달하는 시간이 많이 소요되므로 응답 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 종래 기술에 따른 역학 센서는 접착층이 다이아프램에서 발생된 응력을 제 1 및 제 2 스트레인 게이지에 전달하므로 출력이 감소되면서 장시간 사용시 안정도가 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 접착층의 온도 특성을 향상시키면서 작동시 크립 특성을 감소시켜 안정화 상태까지 도달하는 시간을 감소시킬 수 있는 역학 센서 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 접착층에 의해 다이아프램에서 발생된 응력이 변위의 손실없이 스트레인 게이지에 전달되어 출력이 크면서 장시간 사용하여도 안정도가 저하되는 것을 방지할 수 있는 역학 센서 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 역학 센서는 압력이 인가되는 타측이 개방된 링(ring) 형상의 베이스와, 상기 베이스의 타측과 대응하는 일측을 막도록 상기 베이스와 한 몸체로 형성된 다이아프램과, 상기 다이아프램 상에 부착되는 기판 상에 다수 개의 전극 및 다수 개의 전극이 형성된 스트레인 게이지와, 상기 다이아프램 상에 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 중에서 선택되는 어느 하나가 졸 상태로 도포되고 상기 스트레인 게이지가 부착한 상태에서 열처리에 의해 건조 및 소성되어 잔류되는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 유리 접착제로 형성된 접착층을 포함한다.
상기에서 다이아프램의 표면이 3 ∼ 7㎛의 표면 거칠기를 갖는다.
상기에서 스트레인 게이지가 상기 다이아프램 상에 1개 또는 2개가 부착된다.
상기에서 접착층이 5 ∼ 10㎛의 두께로 형성된다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 역학 센서의 제조방법은 다이아프램의 표면을 거칠기를 갖도록 가공하는 단계와, 상기 다이아프램의 표면 상에 납(Pd) 및 아민계 촉매가 유기 용제에 의해 녹은 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 중에서 선택되는 어느 하나를 졸(Sol) 상태의 실리콘을 포함하는 용액을 도포하여 접착층을 형성하는 단계와, 상기 접착층을 노출시키면서 베이스를 고정하는 지그(jig)에 취부하고 상기 노출된 접착층에 스트레인 게이지를 정렬하고 눌러서 부착하는 단계와, 상기 지그를 제거하고 상기 졸 상태의 접착층을 용매가 휘발하여 산화실리콘(SiO2)이 잔류되도록 열처리하는 단계를 포함한다.
상기에서 다이아프램의 표면 상에 접착층을 형성하는 단계는 졸(Sol) 상태의 폴리실라제인(Polysilazane) 용액을 5 ∼ 10㎛의 두께로 도팅하여 형성한다.
상기에서 폴리실라제인 용액은 퍼하이드로 폴리실라제인이 전체 조성물 총량 중 20 내지 50 중량%가 함유된다.
상기에서 상기 졸 상태의 접착층의 열처리는, 상기 졸 상태의 접착층을 상온에서 10 ∼ 60분 방치한 후 10 ∼ 30분 동안 온도를 25 ∼ 100℃ 사이에서 서서히 상승시키는 제 1 차 열처리와, 상기 제 1 차 열처리된 접착층을 400 ∼ 600℃ 사이의 온도에서 20 ∼ 50분 동안 진행하는 제 2 차 열처리와, 상기 제 2 차 열처리된 접착층을 수증기 상태의 250 ∼ 400℃ 사이의 온도에서 30 ∼ 60분 동안 진행하여 상기 접착층에 수증기가 침투하여 산소 고용도(Solid State Solubility)를 증가시키는 제 3 차 열처리를 포함한다.
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따라서, 본 발명에 따른 역학 센서는 접착층이 산화실리콘(SiO2)으로 형성되므로 열 팽창 계수가 작으면서 제 1 및 제 2 기판과 유사한 물질 특성을 가지므로 센서 작동시 크립 특성이 감소되어 안정화 상태까지 도달하는 시간이 단축되므로 응답 특성이 향상되는 이점이 있다. 또한, 접착층이 산화실리콘으로 형성되므로 다이아프램에서 발생된 응력이 손실없이 제 1 및 제 2 스트레인 게이지에 전달되므로 출력이 크면서 장시간 사용하여도 안정도가 저하되는 것이 방지되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 평면도.
도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 동작 상태도.
도 4는 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 등가 회로도.
도 5는 본 발명에 따른 역학 센서의 제조 공정을 나타내는 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1을 A-A선으로 절단한 단면도이다.
본 발명에 따른 역학 센서는 반도체 스트레인 게이지를 사용하는 것으로, 본 발명에 따른 역학 센서 중 일 실시 예에 따른 압력 센서는 베이스(11), 다이아프램(13), 접착층(15), 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)를 포함한다. 상기에서 본 발명에 따른 일 실시 예는 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)를 포함하는 하프 브릿지형의 압력 센서이나 본 발명은 풀 브릿지형의 압력 센서 뿐만 아니라 가속도센서, 각속도센서, 유량센서 및 로드 셀(load cell) 등에 적용될 수 있다.
상기에서 베이스(11)는 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금 등으로 압력이 인가되는 타측이 개방된 링(ring) 형상을 이루도록 형성된다.
다이아프램(13)은 베이스(11)의 압력이 인가되는 타측과 대응하는 일측에 얇은 막 형태로 형성된다. 상기에서 다이아프램(13)은 베이스(11)와 동일한 물질, 즉, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금 등으로 한 몸체를 이루도록 형성된다. 다이아프램(13)은 인가되는 압력의 변화에 따라 응력이 발생된다.
다이아프램(13)은 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)와 접착 면적을 증가시켜 접착 강도를 향상시키기 위해 표면을 가공하여 3 ∼ 7㎛ 정도의 표면 거칠기를 갖는다. 상기에서 다이아프램(13)의 표면 가공은 이 다이아프램(13)을 구성하는 물질, 즉, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금 등 보다 경도가 높은 모래 또는 산화알루미늄 등을 분사하여 가공한다.
제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)는 다이아프램(13) 상에 부착되어 하프 브릿지형으로 구성된다. 상기에서 제 1 스트레인 게이지(17a)와 제 2 스트레인 게이지(17b)는 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b) 상에 각각 제 1 내지 제 3 전극(21a)(21b)(21c)과 제 4 내지 제 6 전극(21d)(21e)(21f)이 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b) 상의 제 1 내지 제 3 전극(21a)(21b)(21c)과 제 4 내지 제 6 전극(21d)(21e)(21f) 사이에 각각 제 1 및 제 2 저항(23a)(23b)과 제 3 및 제 4 저항(23c)(23d)이 형성된다. 상기에서 제 1 및 제 2 저항(23a)(23b)과 제 3 및 제 4 저항(23c)(23d)은 각각 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b) 상에 좁은 폭과 긴 길이를 가지며 동일한 길이 방향을 갖도록 형성된다.
제 1 및 제 2 기판(19a)(19b)은 실리콘 등의 반도체, 비정질 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 사파이어 등으로 형성될 수 있다. 상기에서 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b)으로 사용된 실리콘 등의 반도체, 비정질 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 사파이어 등은 열안정성 및 내화학성이 좋으면서 기계적인 강도가 높으므로 자동차용, 고온용 및 군수용과 같이 열악한 환경에서 사용되는 센서에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서는 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)를 갖는 하프 브리지형이므로 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b)의 크기는 0.3 × 1.0㎜ 정도로 매우 작고 두께는 0.05 ∼ 0.2㎜ 정도로 매우 얇다. 그러므로, 하프 브릿지형을 구성하는 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)는 풀 브릿지형을 구성하는 스트레인 게이지 보다 동일한 크기의 웨이퍼 상에서 많은 갯수가 생산되므로 생산 단가가 절감된다.
또한, 제 1 내지 제 4 저항(23a)(23b)(23c)(23d)은 온도에 따른 저항값 변화가 작은 불순물이 도핑된 단결정실리콘 또는 다결정실리콘, 또는, ITO(Induim Tin Oxide) 또는 TO(Tin Oxide) 등의 금속산화물로 형성된다. 상기에서 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 저항(23a)(23b)(23c)(23d)이 단결정실리콘으로 형성된 경우 다이아프램(13) 상에 에피택셜(epitaxial) 방법으로, 다결정실리콘 또는 금속산화물로 형성된 경우 CVD 방법 또는 스퍼터링 방법으로 박막을 형성한 후 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하므로써 형성된다.
제 1 내지 제 6 전극(21a)(21b)(21c)(21d)(21e)(21f)은 알루미늄, 구리 또는 은 등의 금속으로 형성되어 제 1 내지 제 4 저항(23a)(23b)(23c)(23d)와 휘스톤 브릿지(wheatstone bridge) 구성을 이룬다. 상기에서 도시되지는 않았지만 제 1 전극(21a)과 제 6 전극(21f) 및 제 3 전극(21c)과 제 4 전극(21c)(21d)은 각각 공통을 이룬다.
접착층(15)은 다이아프램(13) 상에 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)를 부착시킨다. 상기에서 접착층(15)은 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 유리 접착제로 형성된다. 상기에서 접착층(15)은 다이아프램(13)이 표면 거칠기가 3 ∼ 7㎛ 정도이므로 5 ∼ 10㎛ 정도의 두께로 형성된다.
상기에서 접착층(15)은 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 등의 유리 접착제 물질 중에서 선택되는 어느 하나를 도포한 후 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)을 부착한 상태에서 건조 및 소성하여 산화실리콘(SiO2)이 잔류되도록 용매를 휘발하는 것에 의해 형성된다.
상기에서 접착층(15)은 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 등의 물질 중에서 선택되는 어느 하나를 도팅(dotting) 또는 스핀 코팅(spin coating) 등으로 도포된다.
상기에서 접착층(15)이 산화실리콘(SiO2)으로 형성되므로 열 팽창 계수가 작으면서 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)의 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b)과 유사한 물질 특성을 가지므로 센서 작동시 크립 특성이 감소되어 안정화 상태까지 도달하는 시간이 단축되어 응답 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 접착층(15)이 산화실리콘으로 5 ∼ 10㎛ 정도의 두께로 형성되므로 다이아프램(13)에서 발생된 응력이 손실없이 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)에 전달되므로 출력이 크면서 장시간 사용하여도 안정도가 저하되는 것이 방지된다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서의 동작 상태도이고, 도 4는 등가 회로도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 압력 센서는 베이스(33)의 개방된 타측을 통해 다이아프램(13)의 수직 방향으로 인가되는 압력에 의해 다이아프램(13)은 응력이 발생되어 수직방향으로 변형된다. 이때, 다이아프램(13)의 응력은 베이스(11)와 인접하는 주변 부분에서 (-)이고 중심 부분에서 (+)로 분포되므로 제 1 및 제 3 저항(23a)(23c)은 길이가 감소되며 제 2 및 제 4 저항(23b)(23d)은 폭이 감소된다. 그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 3 저항(23a)(23c)은 저항 값이 감소되고, 제 2 및 제 4 저항(23b)(23d)은 저항 값이 증가된다.
상기에서 제 1 및 제 6 전극(21a)(21f)과 제 3 및 제 4 전극(21c)(21d)은 도 5에 도시된 바와 같이 각각 공통이다.
도 5는 본 발명에 따른 역학 센서의 제조 공정을 나타내는 흐름도이고, 도 도 6은 접착층(15)의 화학 구조의 중요 변화를 도시한 것이다.
제 1 단계(S1)는 다이아프램(13)의 표면을 3 ∼ 7㎛ 정도의 표면 거칠기를 갖도록 가공한다. 상기에서 다이아프램(13)의 표면 가공은 이 다이아프램(13)을 구성하는 물질, 즉, 티타늄(Ti), 티타늄 합금, 스테인레스강, 또는, 스프링용 동합금 등 보다 경도가 높은 모래 또는 산화알루미늄 등의 분말을 분사하여 가공한다.
제 2 단계(S2)는 다이아프램(13)의 표면 상에 졸(Sol) 상태의 폴리실라제인(Polysilazane) 용액을 도팅하여 접착층(15)을 5 ∼ 10㎛ 정도의 두께로 형성한다. 상기에서 폴리실라제인 용액은 고형 성분으로 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane)이 디부틸 에테르, 톨루엔 또는 크실렌 등의 유기 용제에 의해 용해된 것으로 수소(H2) 및 질소(N2)를 포함하는 것으로 도 6의 P1과 같은 구조식을 갖는다. 또한, 상기 폴리실라제인 용액은 납(Pd) 또는 아민계 촉매가 포함될 수 있다.
상기에서 접착층(15)을 형성하기 위한 폴리실라제인 용액은 퍼하이드로 폴리실라제인이 전체 조성물 총량 중 20 내지 50 중량%인 것이 바람직하다. 상기에서 퍼하이드로 폴리실라제인이 전체 조성물 총량 중 20중량% 이하이면 점도가 저하되어 도포하고자 하는 막의 두께가 얇아지고, 50 중량% 이상이면, 점도가 증가되어 막의 두께가 필요 이상으로 두꺼워진다.
또한, 접착층(15)은 BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 등의 실리콘을 포함하는 물질 중에서 선택되는 어느 하나로도 형성될 수 있다.
제 3 단계(S3)는 베이스(11)를 접착층(15)을 노출시키면서 고정하는 지그(jig)에 취부한다. 그리고, 지그(jig)에 의해 노출된 접착층(15) 상에 제 1 스트레인 게이지(17a)와 제 2 스트레인 게이지(17b)를 정렬하고 눌러서 부착한다. 상기에서 제 1 스트레인 게이지(17a)와 제 2 스트레인 게이지(17b)는 각각 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b) 상에 제 1 내지 제 3 전극(21a)(21b)(21c)과 제 4 내지 제 6 전극(21d)(21e)(21f)이 각각 형성된다.
제 4 단계(S4)는 지그를 제거하고 졸 상태의 접착층(15)을 제 1 차 열처리하여 제 1 스트레인 게이지(17a)와 제 2 스트레인 게이지(17b)를 다이아프램에 고착시킨다. 제 1 차 열처리는 진공 분위기의 상온에서 10분 ∼ 1시간 정도 방치한 후 10 ∼ 30분 동안 온도를 25 ∼ 100℃ 사이에서 서서히 상승시키는데, 제 1 차 열처리시 용제로 사용된 디부틸 에테르, 톨루엔 또는 크실렌 등의 유기 용제가 휘발되어 접착층(15)은 도 6의 P2와 같은 구조식을 갖는다.
제 5 단계(S5)는 제 1 차 열처리된 접착층(15)을 제 2 차 열처리한다. 상기에서 제 2 차 열처리는 400 ∼ 600℃ 사이의 온도에서 20 ∼ 50분 동안 진행하여 접착층(15)에 함유된 수소 및 질소 등을 실란(SiH4) 또는 암모니아(NH3) 등의 가스로 배출한다. 이에 의해 접착층(15)은 도 6의 P3과 같은 구조식을 가져 대부분의 실리콘(Si) 원자들이 산소와 반응하여 Si-O 결합을 형성하여 물리적인 접착 강도가 유지된다.
제 6 단계(S6)는 제 2 차 열처리된 접착층(15)을 제 3 차 열처리한다. 상기에서 제 3 차 열처리는 수증기 분위기 상태의 250 ∼ 400℃ 사이의 온도에서 30 ∼ 60분 동안 진행한다. 제 3 차 열처리가 진행되는 동안 접착층(15)에 수분이 침투하여 접착층(15)은 산소 고용도(Solid State Solubility)가 증가된다. 이에 의해, 접착층(15)은 산화가 촉진되어 도 6의 P3과 같은 구조식을 가지므로 물리적인 접착 강도가 증가된다.
상기에서 산화실리콘(SiO2)으로 형성된 접착층(15)은 열 팽창 계수가 작으면서 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)의 제 1 및 제 2 기판(19a)(19b)과 유사한 물질 특성을 가지므로 센서 작동시 크립 특성이 감소되어 안정화 상태까지 도달하는 시간이 단축되어 응답 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 접착층(15)이 산화실리콘으로 5 ∼ 10㎛ 정도의 두께로 형성되므로 다이아프램(13)에서 발생된 응력의 손실없이 제 1 및 제 2 스트레인 게이지(17a)(17b)에 전달되므로 출력이 크면서 장시간 사용하여도 안정도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 하나의 실시 예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 압력이 인가되는 타측이 개방된 링(ring) 형상의 베이스와,
    상기 베이스의 타측과 대응하는 일측을 막도록 상기 베이스와 한 몸체로 형성된 다이아프램과,
    상기 다이아프램 상에 부착되는 기판 상에 다수 개의 전극 및 다수 개의 전극이 형성된 스트레인 게이지와,
    상기 다이아프램 상에 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 중에서 선택되는 어느 하나가 졸 상태로 도포되고 상기 스트레인 게이지가 부착한 상태에서 열처리에 의해 건조 및 소성되어 잔류되는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 유리 접착제로 형성된 접착층을 포함하는 역학 센서.
  2. 청구항 1에 있어서 상기 다이아프램의 표면이 3 ∼ 7㎛의 표면 거칠기를 갖는 역학 센서.
  3. 청구항 1에 있어서 상기 스트레인 게이지가 상기 다이아프램 상에 1개 또는 2개가 부착된 역학 센서.
  4. 청구항 1에 있어서 상기 접착층이 5 ∼ 10㎛의 두께로 형성된 역학 센서.
  5. 다이아프램의 표면을 거칠기를 갖도록 가공하는 단계와,
    상기 다이아프램의 표면 상에 납(Pd) 및 아민계 촉매가 유기 용제에 의해 녹은 퍼하이드로 폴리실라제인(Perhydro Polysilazane), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass) 및 BSG(Boro-Silicate Glass) 중에서 선택되는 어느 하나를 졸(Sol) 상태의 실리콘을 포함하는 용액을 도포하여 접착층을 형성하는 단계와,
    상기 접착층을 노출시키면서 베이스를 고정하는 지그(jig)에 취부하고 상기 노출된 접착층에 스트레인 게이지를 정렬하고 눌러서 부착하는 단계와,
    상기 지그를 제거하고 상기 졸 상태의 접착층을 용매가 휘발하여 산화실리콘(SiO2)이 잔류되도록 열처리하는 단계를 포함하는 역학 센서의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서 상기 다이아프램의 표면 상에 접착층을 형성하는 단계는 졸(Sol) 상태의 폴리실라제인(Polysilazane) 용액을 5 ∼ 10㎛의 두께로 도팅하여 형성하는 역학 센서의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서 상기 폴리실라제인 용액은 퍼하이드로 폴리실라제인이 전체 조성물 총량 중 20 내지 50 중량%가 함유된 역학 센서의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 5에 있어서 상기 졸 상태의 접착층의 열처리는,
    상기 졸 상태의 접착층을 상온에서 10 ∼ 60분 방치한 후 10 ∼ 30분 동안 온도를 25 ∼ 100℃ 사이에서 서서히 상승시키는 제 1 차 열처리와,
    상기 제 1 차 열처리된 접착층을 400 ∼ 600℃ 사이의 온도에서 20 ∼ 50분 동안 진행하는 제 2 차 열처리와,
    상기 제 2 차 열처리된 접착층을 수증기 상태의 250 ∼ 400℃ 사이의 온도에서 30 ∼ 60분 동안 진행하여 상기 접착층에 수증기가 침투하여 산소 고용도(Solid State Solubility)를 증가시키는 제 3 차 열처리를 포함하는 역학 센서의 제조방법.
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