KR20160028825A - 가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160028825A
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한승훈
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서는 압저항 소자가 구비되는 복수의 빔의 외부면, 상기 복수의 빔에 연결된 질량체의 상부 및 상기 지지체의 상부를 보호층으로 감싸 외부 환경으로부터 전기적인 외란이 상기 압저항 소자에 전달되는 것을 방지할 수 있다.

Description

가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법{Acoustic resonator and manufacturing method of the acoustic resonator}
본 발명은 가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가속도 센서는 자동차, 항공기, 이동통신단말기, 완구 등에서 다양하게 사용되고 있으며, 최근 MEMS 기술을 이용한 소형, 경량의 가속도 센서의 제작이 용이해짐에 따라 그 응용영역이 확대되고 있다.
센서의 기능 또한 지속적으로 발전하여 하나의 센서로 2축 이상의 다축에 대한 가속도 측정이 가능한 다축 센서도 개발되고 있다.
일반적으로, 가속도 센서는 질량체의 움직임을 전기신호로 변환시키는 방법으로, 질량체의 움직임을 가요부에 배치된 피에조저항 소자의 저항변화로부터 검출하는 압저항(피에조 저항)방식이 있다.
압저항 방식의 경우 외부 환경으로부터 흡수된 수분이나 이온에 의해 압저항체에 전기적인 외란이 전달되어 그 저항값이 변화하게 되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 압저항 소자에 외부 환경으로부터 전기적인 외란이 전달되는 것을 방지하는 가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서는 압저항 소자가 구비되는 복수의 빔의 외부면, 상기 복수의 빔에 연결된 질량체의 상부 및 상기 지지체의 상부를 보호층으로 감싸 외부 환경으로부터 전기적인 외란이 상기 압저항 소자에 전달되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 제조 방법은 제1 기판과의 사이에 제1 절연층을 두고 제2 기판을 적층하고, 그 뒤에 상기 제2 기판을 식각하여 관통공을 형성하며, 상기 관통공에 제2 절연층을 형성한다. 또한, 상기 제2 기판의 상면에 압저항 소자를 형성하고, 상기 제2 기판의 상면에 제3 절연층을 형성한다. 그 뒤에 상기 제2 기판을 식각하여 상기 압저항 소자가 구비되는 상기 복수의 빔, 상기 질량체의 상부 및 상기 지지체의 상부를 형성함으로써, 결국 상기 복수의 빔, 상기 질량체의 상부 및 상기 지지체의 상부가 상기 제1 절연층 내지 상기 제3 절연층에 의해 둘러싸이도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법에 의하면, 압저항 소자에 외부 환경으로부터 전기적인 외란이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 평면도.
도 2는 도 1의 A-B 부분의 단면도.
도 3은 도 1의 C-D 부분의 단면도.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 제조 방법을나타낸 순서도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서의 평면도.
도 12는 도 11의 E-F 부분의 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-B 부분의 단면도이고, 도 3은 도 1의 C-D 부분의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서는 질량체(150), 지지체(140), 복수의 빔(160), 복수의 감지체(170) 및 보호층(180)을 포함한다.
상기 지지체(140)는 상기 질량체(150)를 둘러싸도록 중공을 구비한다. 따라서, 상기 지지체(140)는 상기 중공을 형성하도록 내벽이 구비되고, 상기 질량체(150)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 제공한다.
상기 질량체(150)는 상기 지지체(140)의 중앙 부분에 형성된 공간에 배치되며, 상기 지지체(140)와 이격 배치된다.
상기 질량체(150)는 상기 복수의 빔(160)에 의해 상기 지지체(140)와 연결된다.
예를 들어, 상기 복수의 빔(160)의 일단은 각각 상기 지지체(140)와 연결되고, 상기 복수의 빔(160)의 타단은 각각 상기 질량체(150)와 연결된다. 따라서, 상기 질량체(150)는 상기 복수의 빔(160)에 의해 부유된 상태로 지지된다.
상기 질량체(150)는 중앙부(151)와 주변부(153)를 포함한다. 상기 중앙부(151)는 상기 복수의 빔(160)의 타단이 연결되는 부분이며, 상기 주변부(153)는 상기 중앙부(151)로부터 상기 지지체(140)를 향하여 돌출되는 부분이고, 상기 주변부(153)는 상기 복수의 빔(160)과 이격 배치된다.
상기 복수의 빔(160)은 상기 지지체(140)와 상기 질량체(150)를 연결하며, 상기 질량체(150)를 탄성 지지한다.
상기 복수의 빔(160)은 상기 질량체(150)의 상기 중앙부(151)를 사방에서 지지하며, 상기 중앙부(151)를 중심으로 대칭되게 배치된다.
상기 복수의 빔(160)에는 각각 복수의 감지체(170)가 형성되며, 상기 복수의 감지체(170)는 상기 질량체(150)의 변위에 의해 저항값이 변화된다.
예를 들어, 상기 질량체(150)는 외력에 의해 모멘트가 발생되어 변위되며, 상기 복수의 빔(160)에 형성된 상기 복수의 감지체(170)는 상기 질량체(150)의 변위에 의해 저항값이 변하게 된다.
이를 위하여, 상기 복수의 감지체(170)는 각각 압저항체 및 상기 압저항체에 형성되는 전극을 포함하는 압저항 소자로 이루어진다.
예를 들어, 상기 복수의 감지체(170)는 X축 압저항 소자(171), Y축 압저항 소자(173) 및 Z축 압저항 소자(175)를 포함한다.
여기서, 도 2를 참조하면, 상기 복수의 빔(170)의 외부면에는 각각 상기 보호층(180)이 형성된다. 상기 보호층(180)은 상기 복수의 빔(170)의 외부면을 감싸도록 형성되어 상기 복수의 감지체(170, 도 2에서는 173)를 외부 환경으로부터 보호한다.
외부 환경으로부터 수분이나 이온이 흡수되어 상기 복수의 감지체(170, 도 2에서는 173)에 구비된 상기 압저항체(173a)에 전기적인 외란을 주는 경우 상기 복수의 감지체(170, 도 2에서는 173)의 저항값이 시간에 따라 변화하게 되므로, 상기 압저항체(173a)를 외부 환경으로부터 차폐시킬 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서에서는 상기 복수의 빔(160)의 외부면을 상기 보호층(180)으로 감싸 상기 압저항체(173a)가 외부 환경으로부터 차폐되도록 한다.
상기 보호층(180)은 상기 복수의 빔(160)의 상면, 하면 및 측면을 연속적으로 감싸도록 형성된다.
따라서, 상기 압저항체(173a)는 상기 복수의 빔(160), 상기 보호층(180) 및 상기 전극(173b)에 의해 외부와 밀폐된 상태로 둘러싸여진다.
또한, 상기 복수의 감지체(170)가 형성된 상기 복수의 빔(160)에 의해 상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)가 연결되어 있으므로, 상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)를 통해 전기적인 외란이 상기 복수의 감지체(170)로 전달될 우려가 있다.
따라서, 상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)의 상부에도 상기 보호층(180)을 형성하여 외부와 차폐되도록 할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)는 복수의 층으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는 두 개의 기판(120, 130)이 적층되어 상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)의 최상층(도 3에서는 130)은 상기 복수의 빔(160)에 의해 서로 연결된다.
상기 질량체(150)와 상기 지지체(140)의 최상층(도 3에서는 130)은 각각 상기 보호층(180)에 의해 둘러싸여지며, 상기 보호층(180)에 의해 외부로부터 차폐될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서에서 상기 질량체(150)의 최상층, 상기 지지체(140)의 최상층 및 상기 복수의 빔(160)의 외부면은 각각 상기 보호층(180)에 의해 둘러싸여질 수 있다.
따라서, 외부 환경으로부터의 전기적인 외란이 상기 복수의 빔(160)에 구비된 상기 복수의 감지체(170)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 4를 참조하면, 제1 기판(120)의 상면에 제1 절연층(180a)을 형성하고, 상기 제1 절연층(180a) 상에 제2 기판(130)을 적층한다. 즉, 상기 제1 기판(120)과 상기 제2 기판(130)은 상기 제1 절연층(180a)을 사이에 두고 적층된다.
여기서, 상기 제1 절연층(180a)은 식각 정지층의 역할을 하며, 식각 공정으로부터 상기 제1 기판(120)을 보호하는 역할을 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제2 기판(130)에 식각 공정을 통해 복수의 관통공을 형성하고, 상기 제2 기판(130)의 상면 및 상기 관통공에 제2 절연층(180b)을 형성한다.
여기서, 상기 관통공에 형성된 상기 제2 절연층(180b)은 상기 제1 절연층(180a)과 접촉하도록 형성된다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제2 기판(130)의 상면에 형성된 상기 제2 절연층(180b)을 제거하고, 상기 제2 기판(130)의 소정 위치에 복수의 감지체(170, 도 7에서는 173)를 형성한다.
상기 제2 기판(130) 중에서 상기 복수의 감지체(170, 도 7에서는 173)가 형성된 부분은 추후의 식각 공정에 의해 상기 복수의 빔(160)을 형성하게 된다.
다음으로, 상기 복수의 감지체(170, 도 7에서는 173)에 구비된 상기 압저항체가 외부와 밀폐되도록 상기 제2 기판(130)의 상면에 제3 절연층(180c)을 형성한다.
여기서, 상기 제3 절연층(180c)은 상기 제2 기판(130)의 상기 관통공에 구비된 상기 제2 절연층(180b)과 접촉하도록 형성된다.
따라서, 상기 제2 기판(130)은 상기 제1 절연층(180a), 상기 제2 절연층(180b) 및 상기 제3 절연층(180c)에 의해 둘러싸이게 된다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 상기 제1 기판(120)의 일부를 제거하여 상기 지지체(140) 및 상기 질량체(150)의 하부를 형성한다.
상기 제1 기판(120)에서 제거되는 부분은 상기 제2 기판(130)에서 상기 관통공이 형성된 영역에 대응될 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 상기 질량체(150)가 부유되도록 상기 지지체(140)에 제3 기판(110)을 결합한다. 상기 지지체(140)는 상기 제3 기판(110)에 본딩될 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 상기 제2 기판(130)의 일부를 제거하여 상기 지지체(140) 및 상기 질량체(150)의 상부를 형성하고, 상기 지지체(140)의 상부와 상기 질량체(150)의 상부를 연결하는 상기 복수의 빔(160)을 형성한다.
상기 제2 기판(130)에서 제거되는 부분은 상기 제1 기판(120)의 일부가 제거된 부분에 대응될 수 있다.
이와 같이, 상기 지지체(140) 및 상기 질량체(150)의 상부와 상기 복수의 빔(160)을 형성하는 상기 제2 기판(130)이 상기 제1 절연층(180a) 내지 상기 제3 절연층(180c)에 의해 감싸지도록 하여 외부 환경으로부터 전달되는 전기적인 외란으로부터 상기 복수의 감지체(170, 도 10에서는 173)에 구비되는 상기 압저항체를 차폐시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서의 평면도이고, 도 12는 도 11의 E-F 부분의 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에서는 상기 지지체(140)의 최상층의 일부 영역의 상면, 하면 및 측면이 상기 보호층(180)에 의해 둘러싸여질 수 있다.
도 12를 참조하면, 가속도 센서의 끝단은 웨이퍼에서 절단되는 면을 형성하므로, 상기 보호층(180)에 의해 보호되기 어려우나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에서는 상기 지지체(140)의 최상층의 일부 영역의 상면, 하면 및 측면을 상기 보호층(180)으로 연속적으로 감쌀 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서에서는 가속도 센서를 구성하는 요소를 아우르는 외곽 영역에 상기 보호층(180)을 형성할 수 있으므로, 외부 환경으로부터의 전기적인 외란을 더욱 효과적으로 차폐시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서의 제조 방법을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가속도 센서는 상기 제2 기판(130)에 상기 관통공을 형성할 때, 상기 가속도 센서의 외곽 영역에도 상기 관통공을 형성하고 상기 가속도 센서의 외곽 영역에 형성된 상기 관통공에 제2 절연층(180b)을 형성함으로써 구현될 수 있다.
따라서, 추가적인 공정없이도 상기 가속도 센서의 외곽 영역까지 차폐시키는 것이 가능하다.
이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가속도 센서 및 가속도 센서의 제조 방법은, 압저항 소자에 외부 환경으로부터 전기적인 외란이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 일 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
110: 제3 기판
120: 제1 기판
130: 제2 기판
140: 지지체
150: 질량체
160: 복수의 빔
170: 복수의 감지체
180: 보호층
180a: 제1 절연층
180b: 제2 절연층
180c: 제3 절연층

Claims (12)

  1. 질량체;
    상기 질량체의 주위를 둘러싸는 지지체;
    상기 질량체와 상기 지지체를 연결하고, 상기 질량체를 탄성 지지하는 복수의 빔;
    상기 복수의 빔에 배치되며, 상기 복수의 빔의 변형을 감지하는 복수의 감지체; 및
    상기 복수의 빔의 외부면을 각각 감싸는 보호층;을 포함하는 가속도 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 감지체는 각각 압저항체 및 상기 압저항체에 형성된 전극을 포함하는 압저항 소자로 이루어진 가속도 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압저항체는 상기 복수의 빔, 상기 보호층 및 상기 전극에 의해 둘러싸인 가속도 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압저항체는 외부와 밀폐된 상태인 가속도 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 복수의 빔의 상면, 하면 및 측면을 연속적으로 감싸는 가속도 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 지지체의 상부 및 상기 질량체의 상부를 커버하는 가속도 센서.
  7. 복수의 층을 포함하는 지지체;
    복수의 층을 포함하고, 상기 지지체에 의해 둘러싸이며 상기 지지체와 이격 배치되는 질량체;
    상기 지지체의 최상층과 상기 질량체의 최상층을 연결하는 복수의 빔;
    상기 복수의 빔에 배치되며, 상기 복수의 빔의 변형을 감지하는 복수의 감지체; 및
    상기 지지체의 최상층, 상기 질량체의 최상층 및 상기 복수의 빔의 외부면을 각각 감싸는 보호층;을 포함하는 가속도 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 감지체는 각각 압저항체 및 상기 압저항체에 형성된 전극을 포함하는 압저항 소자로 이루어진 가속도 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압저항체는 상기 복수의 빔, 상기 보호층 및 상기 전극에 의해 둘러싸여 외부와 밀폐된 상태인 가속도 센서.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 질량체의 최상층 및 상기 복수의 빔 각각의 상면, 하면 및 측면을 연속적으로 감싸는 가속도 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 지지체의 최상층 중 일부 영역의 상면, 하면 및 측면을 연속적으로 감싸는 가속도 센서.
  12. 제1 기판, 제1 절연층 및 제2 기판을 순차로 적층하는 단계;
    상기 제2 기판에 복수의 관통공을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 상면 및 상기 관통공에 제2 절연층을 형성하는 단계;
    상기 제2 기판의 상면에 형성된 상기 제2 절연층을 제거하는 단계;
    상기 제2 기판에 복수의 감지체를 형성하고, 상기 제2 기판의 상면에 제3 절연층을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판의 일부를 제거하여 지지체 및 질량체를 형성하는 단계;
    상기 질량체가 부유되도록 상기 지지체에 제3 기판을 결합하는 단계; 및
    상기 제2 기판의 일부를 제거하여 상기 지지체와 상기 질량체를 연결하는 복수의 빔을 형성하는 단계;를 포함하는 가속도 센서의 제조 방법.
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