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KR101787878B1 - Piezoresistive accelerometer - Google Patents

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KR101787878B1
KR101787878B1 KR1020160032258A KR20160032258A KR101787878B1 KR 101787878 B1 KR101787878 B1 KR 101787878B1 KR 1020160032258 A KR1020160032258 A KR 1020160032258A KR 20160032258 A KR20160032258 A KR 20160032258A KR 101787878 B1 KR101787878 B1 KR 101787878B1
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KR
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mass
piezoresistor
piezoresistors
piezoresistive
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고종수
장창욱
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는, 지지체; 상기 지지체에 연결되어 외력에 의해 움직임 가능한 질량체(mass); 상기 지지체 및 상기 질량체 사이에 배치되어 상기 질량체의 움직임에 의해 변형되는 복수 개의 압저항체(piezoresistor); 및 상기 지지체 및 상기 질량체 사이에 배치되어 상기 지지체에 대하여 상기 질량체의 회전을 가능하게 하는 연결부;를 포함하고, 상기 연결부를 중심으로 상기 질량체의 회전에 의해 상기 복수 개의 압저항체가 인장 또는 압축되어 상기 복수 개의 압저항체에서 저항 변화를 일으킬 수 있다.A piezoresistive type accelerometer according to an embodiment includes: a support; A mass connected to the support and movable by an external force; A plurality of piezoresistors disposed between the support and the mass and deformed by movement of the mass; And a connection part disposed between the support body and the mass body to enable rotation of the mass body with respect to the support body, wherein the plurality of piezo resistor bodies are stretched or compressed by rotation of the mass body around the connection part, A resistance change can be caused in a plurality of piezoresistors.

Description

압저항형 가속도계{PIEZORESISTIVE ACCELEROMETER}[0001] PIEZORESISTIVE ACCELEROMETER [0002]

본 발명은 압저항형 가속도계 및 압저항형 가속도계의 패키징 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압저항체의 변형에 의한 저항 변화로부터 가속도의 크기를 측정할 수 있는 압저항형 가속도계 및 상기 압저항형 가속도계를 패키징하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a piezoresistive type accelerometer capable of measuring the magnitude of acceleration from a change in resistance due to deformation of a piezoresistive element, and a piezoresistive type accelerometer To a packaging method.

오늘날 가속도계는 휴대폰, 모션인식 게임, 건물 진동감지, 자동차 에어백, 군수용 등의 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 실리콘 기반의 가속도계는 MEMS(micro electro mechanical systems)공정을 통해 고집적화, 초소형화에 따른 대량생산의 장점을 가지고 있으며 반도체소자의 특성인 빠른 응답 시간을 가지는 장점이 있다.Today, accelerometers are widely used in mobile phones, motion recognition games, building vibration detection, automotive airbags, and military applications. Silicon-based accelerometers have advantages of high integration and miniaturization through mass production through MEMS (micro electro mechanical systems) process, and have advantages of fast response time which is characteristic of semiconductor devices.

이러한 이유로 현대에는 많은 연구자들이 MEMS공정을 기반으로 제작한 가속도계의 제작과 마이크로 구조물을 이용한 작동원리 연구가 다양하게 진행되고 있다. MEMS공정을 통해 제작되는 가속도계에서는 압저항형, 압전형, 정전용량형, 공진형, 광학형 등의 다양한 원리가 사용되고 있다. 이렇게 다양한 형태의 가속도계 중 산업분야에서 널리 이용되는 것은 압저항형, 압전형, 정전용량형이다.For this reason, many researchers in the modern era have been working on the fabrication of accelerometers based on MEMS process and the study of working principles using microstructures. In an accelerometer manufactured through a MEMS process, various principles such as a piezoresistance type, a piezoelectric type, a capacitive type, a resonance type, and an optical type are used. Of these various types of accelerometers, piezo-resistive, piezoelectric, and capacitive types are widely used in industry.

압저항형, 압전형 및 정전용량형 가속도계는 외부에 인가되는 힘에 의해 감지물질의 변형 또는 구조물의 간격 변화를 전기적 신호로 변환하여 측정한다.Piezoresistive, piezoelectric, and capacitive accelerometers measure the change in the deformation of a sensing material or the change in spacing of a structure by an external force by converting it into an electrical signal.

이 중 정전용량형과 압전형 가속도계는 압저항형과 비교하여 상대적으로 높은 감도를 가진다. 하지만 고충격에서는 정전용량 가속도계인 경우 비선형성 증가 문제가 있으며, 압전형 가속도계는 충격 감지 후 원래 신호를 회복하지 못하는 zero-shift 현상이 발생하는 문제가 있다. 따라서 고충격이 가해지는 환경에서는 압저항형 가속도계가 많이 이용되고 있다.Among them, the capacitive type and the piezoelectric type accelerometer have a relatively higher sensitivity than the piezoresistive type. However, in the case of a high impact, there is a problem of non-linearity in the case of a capacitance accelerometer, and a piezoelectric accelerometer has a problem of a zero-shift phenomenon in which the original signal can not be recovered after the shock is detected. Therefore, a piezoresistive type accelerometer is widely used in a high impact environment.

예를 들어, 1998년 08월 12일에 출원된 KR 1998-0032658에는 '용량형 압저항형 가속도계'에 대하여 개시되어 있다.For example, KR 1998-0032658, filed on August 12, 1998, discloses a 'capacitive piezoresistive accelerometer'.

일 실시예에 따른 목적은 질량체의 크기 및 연결부(힌지)의 두께를 조절함으로써 다양한 충격 범위에 적합하며, 건식 식각을 통한 제작으로 제작 공정이 단순화될 수 있는 압저항형 가속도계를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a piezoresistive type accelerometer which is suitable for various impact ranges by adjusting the size of a mass and the thickness of a connection portion (hinge), and can be manufactured through dry etching.

일 실시예에 따른 목적은 휘트스톤 브릿지 회로 구성이 용이하며, 구조물을 최소화하여 고충격에서 구조적 안정성을 가지고 센서의 집적도를 높여 생산성이 향상될 수 있는 압저항형 가속도계를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a piezo-resistive accelerometer which can easily form a Wheatstone bridge circuit, minimizes a structure, increase the degree of integration of the sensor with high stability, and improve productivity.

일 실시예에 따른 목적은 좌우 또는 앞뒤 형상이 대칭으로 되어 충격을 받았을 때 질량체가 보다 안정적으로 움직이며, 질량체가 완벽하게 상하 방향으로만 움직일 수 있는 압저항형 가속도계를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a piezoresistive type accelerometer in which the mass body moves more stably when the impact is applied, and the mass body can move only perfectly in the vertical direction.

일 실시예에 따른 목적은 압저항체에서의 저항의 증가 또는 감소에 의해 가속도의 크기를 측정하여, 군용에서 사용되는 경우 포탄이 충격을 받았을 때 충격의 크기를 측정하여 포탄의 폭발 여부를 결정하는 데 활용될 수 있는 압저항형 가속도계를 제공하는 것이다.An object according to one embodiment is to measure the magnitude of acceleration by increasing or decreasing the resistance of a piezoresistive body and measuring the magnitude of impact when the shell is impacted when used in the military to determine whether the shell explodes And to provide a piezoresistive accelerometer that can be utilized.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는, 지지체; 상기 지지체에 연결되어 외력에 의해 움직임 가능한 질량체(mass); 상기 지지체 및 상기 질량체 사이에 배치되어 상기 질량체의 움직임에 의해 변형되는 복수 개의 압저항체(piezoresistor); 및 상기 지지체 및 상기 질량체 사이에 배치되어 상기 지지체에 대하여 상기 질량체의 회전을 가능하게 하는 연결부;를 포함하고, 상기 연결부를 중심으로 상기 질량체의 회전에 의해 상기 복수 개의 압저항체가 인장 또는 압축되어 상기 복수 개의 압저항체에서 저항 변화를 일으킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a piezoresistive type accelerometer including: a support; A mass connected to the support and movable by an external force; A plurality of piezoresistors disposed between the support and the mass and deformed by movement of the mass; And a connection part disposed between the support body and the mass body to enable rotation of the mass body with respect to the support body, wherein the plurality of piezo resistor bodies are stretched or compressed by rotation of the mass body around the connection part, A resistance change can be caused in a plurality of piezoresistors.

일 측에 의하면, 상기 지지체를 중심으로 서로 대칭되게 복수 개의 질량체가 배치되고, 상기 복수 개의 질량체는, 상기 지지체의 제1 측면에 연결된 제1 질량체; 및 상기 지지체의 제1 측면과 마주보는 상기 지지체의 제2 측면에 연결된 제2 질량체;를 포함하고, 상기 연결부는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 배치될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a plurality of mass bodies are disposed symmetrically with respect to each other with respect to the support, the plurality of mass bodies comprising: a first mass body connected to a first side surface of the support body; And a second mass connected to a second side of the support opposite to the first side of the support, wherein the connection can be disposed on the first side and the second side.

일 측에 의하면, 상기 복수 개의 압저항체는, 상기 제1 질량체 및 상기 상부 지지체의 제1 측면 사이에 브릿지 형태로 배치된 제1 압저항체 및 제2 압저항체; 및 상기 제2 질량체 및 상기 상부 지지체의 제2 측면 사이에 브릿지 형태로 배치된 제3 압저항체 및 제4 압저항체;를 포함하고, 상기 제1 압저항체, 상기 제2 압저항체, 상기 제3 압저항체 및 상기 제4 압저항체는 하나의 휘트스톤 브릿지 회로를 형성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the plurality of piezoresistors may include a first piezoresistive member and a second piezoresistor disposed in a bridge form between the first masses and the first side faces of the upper support member; And a third piezoresistive member and a fourth piezoresistor disposed in a bridge form between the second mass and the second side face of the upper support, wherein the first piezoresistive member, the second piezoresistive member, The resistor and the fourth piezoresistor may form a single Wheatstone bridge circuit.

일 측에 의하면, 상기 제1 압저항체 및 상기 제4 압저항체는 상기 지지체를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치되고, 상기 제2 압저항체 및 상기 제3 압저항체는 상기 지지체를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the first piezoresistive member and the fourth piezoresistive member are arranged symmetrically with each other with the support interposed therebetween, and the second piezoresistive member and the third piezoresistive member are symmetrical .

일 측에 의하면, 상기 제1 질량체 또는 상기 제2 질량체가 하방으로 이동되면, 상기 제1 압저항체 또는 상기 제4 압저항체는 인장되어 저항이 증가되고, 상기 제1 질량체 또는 상기 제2 질량체가 상방으로 이동되면, 상기 제1 압저항체 또는 상기 제4 압저항체는 압축되어 저항이 감소될 수 있다.According to one aspect of the present invention, when the first mass body or the second mass body is moved downward, the first or the fourth resistors are pulled to increase resistance, and the first mass body or the second mass body is moved upward The first piezoresistor or the fourth piezoresistor can be compressed and the resistance can be reduced.

일 측에 의하면, 상기 연결부는 힌지로 마련되고, 상기 연결부는 상기 질량체의 폭에 대응되는 길이를 구비하며, 상기 연결부는 상기 제1 압저항체 및 상기 제2 압저항체의 중앙 및 상기 제3 압저항체 및 제4 압저항체의 중앙에 배치될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the connecting portion is provided by a hinge, and the connecting portion has a length corresponding to the width of the mass body, and the connecting portion is formed between the center of the first piezoresistive body and the third piezoresistive body, And the fourth piezoelectric resistor.

일 측에 의하면, 상기 지지체는, 하면이 패키지 기판에 접합되는 하부 지지체; 및 상기 하부 지지체의 상면에 배치되고, 상기 질량체가 측면에 연결된 상부 지지체;를 포함하고, 상기 질량체의 하면은 상기 하부 지지체의 상면으로부터 이격 배치될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the support includes a lower support to which the lower surface is bonded to the package substrate; And an upper support disposed on the upper surface of the lower support and connected to the side surface of the mass body, and a lower surface of the mass can be disposed apart from the upper surface of the lower support.

일 측에 의하면, 상기 복수 개의 질량체는 상기 상부 지지체를 중심으로 서로 대칭되게 배치되고, 상기 복수 개의 압저항체는 상기 상부 지지체를 중심으로 서로 대칭 또는 비대칭되게 배치될 수 있다.According to one aspect, the plurality of mass bodies may be disposed symmetrically with respect to each other about the upper support, and the plurality of piezo resistors may be arranged symmetrically or asymmetrically with respect to the upper support.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는, 지지체; 상기 지지체에 연결되어 외력에 의해 움직임 가능한 복수 개의 질량체(mass); 및 상기 지지체 및 상기 복수 개의 질량체 사이에 브릿지 형태로 배치되어 상기 질량체의 움직임에 의해 변형되는 복수 개의 압저항체(piezoresistor);를 포함하고, 상기 복수 개의 압저항체는 상기 지지체의 정면 및 배면에 배치될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a piezoresistive type accelerometer including: a support; A plurality of masses connected to the support and movable by an external force; And a plurality of piezoresistors disposed in a bridge form between the support and the plurality of mass bodies and deformed by the movement of the mass body, wherein the plurality of piezo resistors are disposed on the front and back surfaces of the support body .

일 측에 의하면, 상기 복수 개의 압저항체에 의해 복수 개의 휘트스톤 브릿지 회로가 형성되고, 상기 복수 개의 휘트스톤 브릿지 회로는, 상기 지지체의 정면에서 상기 지지체 및 상기 복수 개의 질량체 사이에 연결된 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체로 구성된 제1 휘트스톤 브릿지 회로; 및 상기 지지체의 배면에서 상기 지지체 및 상기 복수 개의 질량체 사이에 연결된 제5 압저항체, 제6 압저항체, 제7 압저항체 및 제8 압저항체로 구성된 제2 휘트스톤 브릿지 회로;를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a plurality of Wheatstone bridge circuits are formed by the plurality of piezoresistors, and the plurality of Wheatstone bridge circuits comprise a first piezoresistor connected between the support and the plurality of mass bodies at the front face of the support, A first Wheatstone bridge circuit composed of a second piezoresistor, a third piezoresistor and a fourth piezoresistor; And a second Wheatstone bridge circuit consisting of a fifth piezoresistor, a sixth piezoresistor, a seventh piezoresistor and an eighth piezoresistor connected between the support and the plurality of masses at the back surface of the support.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 패키징 방법은, 압저항형 가속도계에 와이어 본딩되는 단계; 상기 압저항형 가속도계가 접합될 패키지 기판 상에 접착제가 도포되는 단계; 상기 패키지 기판 상에 상기 압저항형 가속도계가 접합되는 단계; 상기 압저항형 가속도계에 본딩된 와이어가 상기 패키지 기판 상에 본딩되는 단계; 및 상기 압저항형 가속도계 상에 캡이 장착되는 단계;를 포함하고, 상기 압저항형 가속도계 및 상기 패키지 기판에는 서로 대응되도록 복수 개의 전극 패드가 구비될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of packaging a piezoresistive accelerometer, the method comprising: wire bonding the piezoresistive accelerometer; Applying an adhesive on a package substrate to which the piezoresistive accelerometer is to be bonded; Bonding the piezoresistive accelerometer to the package substrate; Bonding a wire bonded to the piezoresistive accelerometer to the package substrate; And mounting a cap on the piezoresistive accelerometer, wherein the piezoresistive accelerometer and the package substrate are provided with a plurality of electrode pads to correspond to each other.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 패키징 방법은, 고충격에 견딜 수 있도록 압저항형 가속도계에 와이어 본딩되는 단계; 금속 패키지 내부에 상기 압저항형 가속도계가 접합되는 단계; 상기 압저항형 가속도계에 본딩된 와이어가 상기 금속 패키지의 기판 상에 본딩되는 단계; 및 상기 금속 패키지 상부에 용접으로 금속 캡이 접합되어 장착되는 단계;를 포함하고, 상기 압저항형 가속도계 및 상기 금속 패키지의 기판에는 서로 대응되도록 복수 개의 전극 패드가 구비될 수 있으며, 상기 전극 패드에 대응되는 전선이 금속 패키지 밖으로 나오게끔 구비될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of packaging a piezoresistive accelerometer, the method comprising: wire bonding the piezoresistive accelerometer to withstand a high impact; Bonding the piezoresistive accelerometer to a metal package; Bonding a wire bonded to the piezoresistive accelerometer to a substrate of the metal package; And a step of bonding a metal cap to the upper part of the metal package by welding, wherein a plurality of electrode pads may be provided on the substrate of the piezoresistive type accelerometer and the metal package, The corresponding wire may be provided to come out of the metal package.

일 실시예에 따른 압저항형 가속도계에 의하면, 질량체의 크기 및 연결부(예를 들어, 힌지)의 두께를 조절함으로써 다양한 충격 범위에 적합하며, 건식 식각을 통한 제작으로 제작 공정이 단순화될 수 있다.According to the piezoresistive type accelerometer according to the embodiment, by adjusting the size of the mass and the thickness of the connection part (for example, hinge), it is suitable for various impact ranges, and the fabrication process can be simplified by manufacturing through dry etching.

일 실시예에 따른 압저항형 가속도계에 의하면, 휘트스톤 브릿지 회로 구성이 용이하며, 구조물을 최소화하여 고충격에서 구조적 안정성을 가지고 센서의 집적도를 높여 생산성이 향상될 수 있다.According to the piezoresistive accelerometer according to the embodiment, the whitestone bridge circuit structure is easy, the structure is minimized, the structural stability at high impact is increased, and the degree of integration of the sensor is increased to improve the productivity.

일 실시예에 따른 압저항형 가속도계에 의하면, 좌우 또는 앞뒤 형상이 대칭으로 되어 충격을 받았을 때 질량체가 보다 안정적으로 움직이며, 질량체가 완벽하게 상하 방향으로만 움직일 수 있다.According to the piezometric resistance type accelerometer according to the embodiment, when the impact is applied, the mass body moves more stably and the mass body can move perfectly only in the up and down direction.

일 실시예에 따른 압저항형 가속도계에 의하면, 압저항체에서의 저항의 증가 또는 감소에 의해 가속도의 크기를 측정하여, 군용에서 사용되는 경우 포탄이 충격을 받았을 때 충격의 크기를 측정하여 포탄의 폭발 여부를 결정하는 데 활용될 수 있다.According to the piezoresistive accelerometer according to the embodiment, the magnitude of the acceleration is measured by increasing or decreasing the resistance of the piezoresistive body. When the shell is used in the military, the magnitude of the impact when the impact is applied is measured, Or to determine whether the

도 1(a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 구동 원리를 도시한다.
도 3은 복수 개의 압저항체에 의해 형성된 휘트스톤 브릿지 회로를 도시한다.
도 4는 상부 지지체의 배면에 추가적으로 휘트스톤 브릿지 회로가 형성된 모습을 도시한다.
도 5(a) 내지 (f)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제작을 위해 사용되는 복수 개의 포토마스크를 도시한다.
도 6(a) 내지 (f)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제작 공정을 도시한다.
도 7은 제작된 압저항형 가속도계의 전자 현미경 사진이다.
도 8은 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 패키징 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9(a) 내지 (e)는 제작된 압저항형 가속도계가 패키징되는 모습을 도시한다.
도 10은 제작된 압저항형 가속도계의 패키징 부품 및 패키징 사진이다.
1 (a) and 1 (b) illustrate a piezoresistive accelerometer according to one embodiment.
2 shows a driving principle of a piezoresistive type accelerometer according to an embodiment.
Fig. 3 shows a Wheatstone bridge circuit formed by a plurality of piezoresistors.
Figure 4 shows the formation of an additional Wheatstone bridge circuit on the back side of the upper support.
5 (a) to 5 (f) show a plurality of photomasks used for manufacturing a piezoresistive accelerometer according to an embodiment.
6 (a) to 6 (f) illustrate a manufacturing process of a piezoresistive type accelerometer according to an embodiment.
7 is an electron micrograph of the manufactured piezoresistive accelerometer.
8 is a flowchart showing a packaging method of a piezoresistive type accelerometer according to an embodiment.
9 (a) to 9 (e) illustrate how the manufactured piezoresistive accelerometer is packaged.
10 is a photograph of a packaging part and a packaging of the manufactured piezoresistive type accelerometer.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the best of an understanding clear.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected," "coupled," or "connected. &Quot;

도 1(a) 및 (b)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계를 도시하고, 도 2는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 구동 원리를 도시하고, 도 3은 복수 개의 압저항체에 의해 형성된 휘트스톤 브릿지 회로를 도시하고, 도 4는 상부 지지체의 배면에 추가적으로 휘트스톤 브릿지 회로가 형성된 모습을 도시한다.FIG. 2 shows a principle of driving a piezoresistive type accelerometer according to an embodiment. FIG. 3 shows the principle of operation of the piezoresistive type accelerometer according to one embodiment. Fig. 4 shows a state in which an additional Wheatstone bridge circuit is formed on the back surface of the upper support. Fig.

도 1(a) 및 (b)를 참조하여, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)는 지지체(100), 질량체(200), 압저항체(300) 및 연결부(400)를 포함할 수 있다.1 (a) and 1 (b), a piezoresistive accelerometer 10 according to one embodiment may include a support 100, a mass 200, a piezoresistor 300, and a connection 400 have.

이때, 도 1(b)는 도 1(a)의 상부 지지체(120)와 제2 질량체(220) 사이를 절단하여 도시한 것이다.1 (b) is a cross-sectional view of the upper support 120 and the second mass 220 of FIG. 1 (a).

상기 지지체(100)는 예를 들어, 하면이 추후 패키징하는 데 이용될 패키지 기판에 접합되는 하부 지지체(110) 및 상기 하부 지지체(110)의 상면에 배치된 상부 지지체(120)를 포함할 수 있다.The support 100 may include a lower support 110 joined to a package substrate to be used for later packaging, for example, and an upper support 120 disposed on the upper surface of the lower support 110 .

이때, 상부 지지체(120)는 하부 지지체(110)의 상면에 대하여 수직하게 배치될 수 있으며, 예를 들어, 하부 지지체(110)의 상면에는 상부 지지체(120)를 위한 안착 홈이 형성될 수 있다.At this time, the upper support 120 may be disposed perpendicular to the upper surface of the lower support 110. For example, a seating groove for the upper support 120 may be formed on the upper surface of the lower support 110 .

그러나 지지체(100)의 형상은 이에 국한되지 아니하며, 질량체(200), 압저항체(300) 및 연결부(400)가 적절히 연결될 수 있는 구조라면 어느 것이든지 가능하다.However, the shape of the support 100 is not limited thereto, and any structure can be used as long as the mass 200, the piezoresistor 300, and the connection portion 400 can be properly connected.

한편, 지지체(100), 특히 상부 지지체(120)에는 복수 개의 질량체(200)가 연결될 수 있다.A plurality of mass bodies 200 may be connected to the support 100, in particular, the upper support 120.

상기 질량체(200)는 예를 들어 상부 지지체(120)의 제1 측면 또는 좌측면에 배치된 제1 질량체(210) 및 상부 지지체(120)의 제2 측면 또는 우측면에 배치된 제2 질량체(220)를 포함할 수 있다.The mass body 200 may include a first mass 210 disposed on a first side or a left side of the upper support 120 and a second mass 220 disposed on a second side or right side of the upper support 120 ).

이때, 복수 개의 질량체(200)는 상부 지지체(120)를 중심으로 대칭되게 배치될 수 있으며, 복수 개의 질량체(200)는 하부 지지체(110) 및 상부 지지체(120)에 대하여 이격 배치될 수 있다.The plurality of mass bodies 200 may be disposed symmetrically with respect to the upper support body 120 and the plurality of mass bodies 200 may be spaced apart from the lower and upper supports 110 and 120.

구체적으로, 복수 개의 질량체(200)의 각각의 하면은 하부 지지체(110)의 상면으로부터 이격 배치될 수 있고, 복수 개의 질량체(200)는 상부 지지체(120)의 양측면에 이격 배치된 후 연결부(400)에 의하여 회전 가능하게 연결될 수 있다.Each of the plurality of mass bodies 200 may be spaced apart from the upper surface of the lower support 110 and the plurality of mass bodies 200 may be spaced apart from each other on both sides of the upper support 120, As shown in Fig.

또한, 지지체(100) 및 질량체(200) 사이에는 복수 개의 압저항체(piezoresistor; 300)가 배치될 수 있다.A plurality of piezoresistors 300 may be disposed between the support 100 and the mass body 200.

상기 복수 개의 압저항체(300)는 질량체(200)의 움직임 또는 상부 지지체(120)에 대한 회전에 의해 변형될 수 있으며, 복수 개의 압저항체(300)가 인장 또는 압축되는 경우 저항 변화를 일으킬 수 있다.The plurality of piezoresistors 300 may be deformed by movement of the mass body 200 or rotation about the upper support 120 and may cause a resistance change when the plurality of piezoresistors 300 are stretched or compressed .

구체적으로, 복수 개의 압저항체(300)는 제1 질량체(210) 및 상부 지지체(120)의 제1 측면 사이에 배치된 제1 압저항체(310) 및 제2 압저항체(320), 제2 질량체(220) 및 상부 지지체(120)의 제2 측면 사이에 배치된 제3 압저항체(330) 및 제4 압저항체(340)를 포함할 수 있다.More specifically, the plurality of piezoresistors 300 include a first piezoresistor 310 and a second piezoresistor 320 disposed between the first masses 210 and the first side faces of the upper support 120, And a third piezoresistor 330 and a fourth piezoresistor 340 disposed between the first side of the upper support 120 and the second side of the upper support 120.

또한, 제1 압저항체(310)는 상부 지지체(120)의 제1 측면과 제1 질량체(210)의 상면을 연결하도록 브릿지 형태로 마련되며, 제2 압저항체(320)는 상부 지지체(120)의 제1 측면과 제1 질량체(210)의 하면을 연결하도록 브릿지 형태로 마련될 수 있다. 그리고 제3 압저항체(330)는 상부 지지체(120)의 제2 측면과 제2 질량체(220)의 하면을 연결하도록 브릿지 형태로 마련되며, 제4 압저항체(340)는 상부 지지체(120)의 제2 측면과 제2 질량체(220)의 상면을 연결하도록 브릿지 형태로 마련될 수 있다.The first piezoelectric resistor 310 is provided in the form of a bridge to connect the first side of the upper support body 120 and the upper side of the first mass body 210. The second piezoelectric resistor 320 is connected to the upper support body 120, May be provided in the form of a bridge to connect the first side of the first mass body 210 to the lower side of the first mass body 210. The third piezoresistive body 330 is provided in the form of a bridge so as to connect the second side face of the upper support body 120 and the lower face of the second mass body 220, And may be provided in the form of a bridge to connect the second side to the upper surface of the second mass body 220.

이에 의해 제1 압저항체(310) 및 제4 압저항체(340)는 상부 지지체(120)를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치되고, 제2 압저항체(320) 및 제3 압저항체(330)는 상부 지지체(120)를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치될 수 있다.The first and third piezoresistors 310 and 340 are disposed symmetrically with respect to each other with the upper support 120 interposed therebetween and the second piezoresist 320 and the third piezoresistor 330 are disposed symmetrically with respect to the And can be arranged symmetrically with respect to each other with the support 120 interposed therebetween.

한편, 복수 개의 압저항체(300)는 수㎛ 수준의 매우 얇은 두께를 구비할 수 있으며, 이에 의해 가속도계의 감도를 높이고, 질량체(200)의 움직임에 방해를 주지 않을 수 있다.On the other hand, the plurality of piezoresistors 300 may have a very thin thickness of several micrometers, thereby increasing the sensitivity of the accelerometer and not hindering the movement of the mass body 200.

이와 같이 브릿지형 압저항체(300)의 두께가 얇을수록 질량체(200)의 미소 변위에도 변형 저항으로 작용하지 않는다. 이는 질량체(200)의 상하 이동을 방해하지 않으면서 압저항체(300)의 물리적 변형이 쉽게 일어나 저항의 변화가 쉽게 일어남을 의미한다.As the thickness of the bridge type piezoresist 300 becomes thinner, the minute displacement of the mass body 200 does not act as deformation resistance. This means that the physical deformation of the piezoelectric resistor 300 easily occurs without interfering with the up and down movement of the mass body 200, so that the change of the resistance easily occurs.

또한, 상부 지지체(120) 및 질량체(200) 사이에는 연결부(400)가 배치될 수 있다. 상기 연결부(400)는 예를 들어 힌지로 마련되어 질량체(200)의 상부 지지체(120)에 대하여 상하 방향으로 회전을 가능하게 할 수 있다.In addition, a connecting part 400 may be disposed between the upper support 120 and the mass body 200. For example, the connection unit 400 may be hinged to allow the mass body 200 to rotate vertically with respect to the upper support 120.

구체적으로, 연결부(400)는 상부 지지체(120)의 제1 측면 및 제2 측면에 배치될 수 있다. 특히 연결부(400)는 상부 지지체(120)의 제1 측면 및 제2 측면에서 질량체(100)의 폭에 대응되는 길이를 구비할 수 있다.Specifically, the connection portion 400 may be disposed on the first side and the second side of the upper support 120. In particular, the connection portion 400 may have a length corresponding to the width of the mass body 100 on the first side and the second side of the upper support 120.

또한, 연결부(400)는 상부 지지체(120)의 제1 측면에서 제1 압저항체(310) 및 제2 압저항체(320)의 중앙 또는 상부 지지체(120)의 제2 측면에서 제3 압저항체(330) 및 제4 압저항체(340)의 중앙에 배치될 수 있다.The connecting portion 400 may be formed on the first side of the upper support 120 in the center of the first piezoelectric resistor 310 and the second piezoelectric resistor 320 or on the second side of the upper support 120, 330 and the fourth piezoresistive member 340. The first and second piezoresistors 340,

이와 같이 연결부(400)가 외력 또는 감지 축에 대하여 수직한 방향으로 위치됨으로써, 질량체(200)에 외력 또는 충격이 인가되면 질량체(200)가 연결부(400)를 중심축으로 하여 회전 운동을 할 수 있다.When the external force or impact is applied to the mass body 200, the mass body 200 can rotate around the connection portion 400 as the center axis have.

이때, 질량체(200)가 회전 운동을 하게 되면 복수 개의 압저항체(300)가 인장 또는 압축을 하게 될 수 있다.At this time, when the mass body 200 rotates, the plurality of piezoresistors 300 may be stretched or compressed.

특히, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에서 제1 질량체(210) 및 제2 질량체(220)가 동일한 크기를 구비하여 상부 지지체(120)를 중심으로 서로 대칭이 되도록 설계되므로, 상부 지지체(120)의 좌우에 배치된 압저항체(300)의 변형은 동일할 수 있다.Particularly, in the piezoresistive type accelerometer 10 according to the embodiment, the first mass body 210 and the second mass body 220 have the same size and are designed to be symmetrical with respect to the upper support body 120, Deformation of the piezoresistors 300 disposed on the left and right of the support 120 may be the same.

도면에는 복수 개의 질량체(200)가 상부 지지체(120)를 중심으로 대칭되게 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 국한되지 아니하며, 복수 개의 질량체(200)가 상부 지지체(120)를 중심으로 서로 비대칭되게 배치될 수 있음은 당연하며, 복수 개의 질량체(200) 및 상부 지지체(120) 사이에 배치된 복수 개의 압저항체(300) 또한 상부 지지체(120)를 중심으로 서로 대칭 또는 비대칭되게 배치될 수 있다.Although a plurality of mass bodies 200 are illustrated as being symmetrically disposed about the upper support body 120, the mass bodies 200 may be arranged asymmetrically with respect to the upper body 120 And a plurality of the piezoresistors 300 disposed between the plurality of mass bodies 200 and the upper support 120 may be arranged symmetrically or asymmetrically with respect to the upper support 120.

또한, 복수 개의 압저항체(300)가 연결부(400)로부터 멀리 배치됨으로써, 복수 개의 압저항체(300)의 물리적 변형이 최대가 되게 할 수 있다.In addition, since the plurality of the piezoresistors 300 are arranged far from the connecting portion 400, the physical deformation of the plurality of piezoresistors 300 can be maximized.

전술된 연결부(400)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에 작용되는 충격 범위에 따라서 다르게 설계될 수 있다. 예를 들어, 압저항형 가속도계(10)에 작용되는 외력 또는 충격량이 증가하는 경우, 압저항형 가속도계(10)의 강도와 고유 진동수를 높이기 위하여 연결부(400)의 두께가 두꺼워질 수 있다. 반면, 압저항형 가속도계(10)에 작용되는 외력 또는 충격량이 감소하는 경우, 압저항형 가속도계(10)의 감도를 높이기 위하여 연결부(400)의 두께가 상대적으로 얇아질 수 있다.The connection portion 400 described above may be designed differently depending on the impact range applied to the piezoresistive type accelerometer 10 according to the embodiment. For example, when the external force or the amount of impact applied to the piezoresistive type accelerometer 10 increases, the thickness of the connection portion 400 may be increased to increase the strength and the natural frequency of the piezoresistive type accelerometer 10. On the other hand, when the external force or the amount of impact applied to the piezoresistive type accelerometer 10 decreases, the thickness of the connection portion 400 may be relatively thinned to increase the sensitivity of the piezoresistive type accelerometer 10.

특히 도 2를 참조하여, 복수 개의 압저항체(300)가 제1 압저항체(310), 제2 압저항체(320), 제3 압저항체(330) 및 제4 압저항체(340)로 구성되는 경우, 각각의 압저항체(300)는 특히 1개의 브릿지형 압저항체로 구성될 수 있다.2, when a plurality of the piezoresistors 300 are constituted by the first piezoresistor 310, the second piezoresistor 320, the third piezoresistor 330 and the fourth piezoresistor 340 Each of the piezoresistors 300 may be composed of one bridge type piezoresistor.

구체적으로, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에 외부 충격이 가해지면, 연결부(400)가 휘어지면서, 질량체(200)가 상하 방향으로 이동될 수 있다.Specifically, when an external impact is applied to the piezoresistive type accelerometer 10 according to one embodiment, the mass body 200 can be moved up and down while the connection portion 400 is bent.

질량체(200)가 하방으로 이동되는 경우, 제1 질량체(210) 및 제2 질량체(220)의 상면에 각각 연결된 제1 압저항체(310) 및 제4 압저항체(340)의 길이가 증가될 수 있다. 이러한 제1 압저항체(310) 및 제4 압저항체(340)의 길이 증가는 제1 압저항체(310) 및 제4 압저항체(340)의 저항 증가로 이어질 수 있다.The lengths of the first piezoresistor 310 and the fourth piezoresistor 340 connected to the upper surfaces of the first mass body 210 and the second mass body 220 may be increased when the mass body 200 is moved downward have. The increase in the lengths of the first and third piezoresistors 310 and 340 may lead to an increase in resistance of the first piezoresistor 310 and the fourth piezoresistor 340.

반면, 질량체(200)가 하방으로 이동되는 경우, 제1 질량체(210) 및 제2 질량체(220)의 하면에 각각 연결된 제2 압저항체(320) 및 제3 압저항체(330)의 길이는 감소될 수 있다. 이러한 제2 압저항체(320) 및 제3 압저항체(330)의 길이 감소는 제2 압저항체(320) 및 제3 압저항체(330)의 저항 감소로 이어질 수 있다.On the other hand, when the mass body 200 moves downward, the lengths of the second and third piezoresistors 320 and 330 connected to the lower surfaces of the first mass body 210 and the second mass body 220 are decreased . The reduction in the lengths of the second and third piezoresistors 320 and 330 may lead to a decrease in resistance of the second and third piezoresistors 320 and 330. [

또한, 외부 충격이 반대 방향으로 전달되어 질량체(200)가 상방으로 이동되는 경우, 제2 압저항체(320) 및 제3 압저항체(330)의 길이가 증가되어 제2 압저항체(320) 및 제3 압저항체(330)의 저항이 증가되고, 제1 압저항체(310) 및 제4 압저항체(340)의 길이가 감소되어 제1 압저항체(310) 및 제4 압저항체(340)의 저항이 감소될 수 있다.When the external impact is transmitted in the opposite direction and the mass 200 is moved upward, the lengths of the second and third piezoelectric resistors 320 and 330 are increased, The resistance of the third piezoresistive body 330 is increased and the lengths of the first piezoresistor 310 and the fourth piezoresistor 340 are reduced so that the resistance of the first piezoresistor 310 and the fourth piezoresistor 340 Can be reduced.

또한, 도 3을 참조하여, 제1 압저항체(310), 제2 압저항체(320), 제3 압저항체(330) 및 제4 압저항체(340)는 휘트스톤 브릿지 회로를 구성할 수 있다.3, the first piezoresistor 310, the second piezoresistor 320, the third piezoresistor 330, and the fourth piezoresistor 340 can form a Wheatstone bridge circuit.

이때, 휘트스톤 브릿지 회로에 V in 의 전압이 인가되면, 출력 전압 V out 은 다음의 수식으로 표현할 수 있다.At this time, when the voltage V in is applied to the Wheatstone bridge circuit, the output voltage V out can be expressed by the following equation.

Figure 112016025875143-pat00001
Figure 112016025875143-pat00001

한편, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에 외부 충격이 인가되어 나타나는 압저항체(300)의 저항 변화값이 압저항체(300)의 초기 저항값보다 매우 작다고 가정하면, 외부 충격이 인가되었을 때 발생하는 압저항체(300)의 저항 변화에 대한 입출력 전압의 비는 아래의 식과 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, assuming that the resistance change value of the piezoresistor 300, which is generated when an external impact is applied to the piezoresistance accelerometer 10 according to an embodiment, is much smaller than the initial resistance value of the piezoresistor 300, The ratio of the input / output voltage to the resistance change of the piezoresistor 300, which is generated when the resistance value of the piezoresistive element 300 is increased, can be expressed by the following equation.

Figure 112016025875143-pat00002
Figure 112016025875143-pat00002

이때, 충격이 인가되었을 때 발생하는 압저항체(300)의 저항 변화는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)의 출력 전압 값의 변화를 나타낼 수 있다. 이를 이용하여 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)의 성능을 나타내는 감도(sensitivity)는 압저항형 가속도계(10)에 인가된 충격량(g in )에 따라 출력되는 출력 전압(V out )의 비로 표현할 수 있다.At this time, the change in resistance of the piezoresistor 300 when the impact is applied may indicate a change in the output voltage value of the piezoresistive type accelerometer 10 according to the embodiment. To do this using the sensitivity of performance of the piezo-resistor-type accelerometer 10 in accordance with one embodiment (sensitivity) is the output voltage (V out) to be output depending on the amount of impact (g in) applied to the piezo-resistor-type accelerometer 10 It can be expressed as a ratio.

Figure 112016025875143-pat00003
Figure 112016025875143-pat00003

또한, 도 4를 참조하여, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에는 상부 지지체(120) 및 질량체(200)의 배면에 복수 개의 압저항체(300)가 배치될 수 있으며, 이에 의해 추가적인 휘트스톤 브릿지 회로가 형성될 수 있다.4, a plurality of piezoresistors 300 may be disposed on the back surface of the upper support 120 and the mass body 200 in the piezoresistive type accelerometer 10 according to one embodiment, A Wheatstone bridge circuit can be formed.

상기 복수 개의 압저항체(300)는 제5 압저항체(350), 제6 압저항체(360), 제7 압저항체(370) 및 제8 압저항체(380)를 더 포함할 수 있다.The plurality of piezoresistors 300 may further include a fifth piezoresistor 350, a sixth piezoresistor 360, a seventh piezoresistor 370 and an eighth piezoresistor 380.

예를 들어, 제1 압저항체(310), 제2 압저항체(320), 제3 압저항체(330) 및 제4 압저항체(340)가 상부 지지체(120)의 정면에 배치된다면, 제5 압저항체(350), 제6 압저항체(360), 제7 압저항체(370) 및 제8 압저항체(380)은 상부 지지체(120)의 배면에 배치될 수 있다.For example, if the first piezoresistor 310, the second piezoresistor 320, the third piezoresistor 330, and the fourth piezoresistor 340 are disposed on the front surface of the upper support 120, Resistor 350, sixth piezoresistor 360, seventh piezoresistor 370 and eighth piezoresistor 380 may be disposed on the backside of upper support 120.

이때, 제5 압저항체(350)는 제1 압저항체(310)와 대칭되게 상부 지지체(120)의 배면에서 제1 질량체(210)의 상면에 브릿지 형태로 마련되고, 제6 압저항체(360)는 제2 압저항체(320)와 대칭되게 상부 지지체(120)의 배면에서 제1 질량체(210)의 하면에 브릿지 형태로 마련되고, 제7 압저항체(370)는 제3 압저항체(330)와 대칭되게 상부 지지체(120)의 배면에서 제2 질량체(220)의 하면에 브릿지 형태로 마련되고, 제8 압저항체(380)는 제4 압저항체(340)와 대칭되게 상부 지지체(120)의 배면에서 제2 질량체(220)의 상면에 브릿지 형태로 마련될 수 있다.The fifth piezoelectric resistor 350 is provided on the upper surface of the first mass body 210 on the back surface of the upper support 120 symmetrically with the first piezoelectric resistor 310 in the form of a bridge, And the seventh piezoelectric resistor 370 is provided on the lower surface of the first mass body 210 in the form of a bridge symmetrically with the second piezoelectric resistor 320 on the back surface of the upper support 120. The third piezoelectric resistor 330, And the eighth piezoelectric resistor 380 is symmetrically provided on the lower surface of the second mass body 220 on the rear surface of the upper supporter 120 and the eighth piezoelectric resistor 380 is provided on the rear surface of the upper supporter 120 in symmetry with the fourth piezoelectric resistor 340, In the form of a bridge on the upper surface of the second mass body 220.

따라서 제1 압저항체(310), 제2 압저항체(320), 제3 압저항체(330) 및 제4 압저항체(340)에 의해 상부 지지체(120)의 정면에 제1 휘트스톤 브릿지 회로가 형성된다면, 제5 압저항체(350), 제6 압저항체(360), 제7 압저항체(370) 및 제8 압저항체(380)에 의해 상부 지지체(120)의 배면에 제2 휘트스톤 브릿지 회로가 형성될 수 있다.Therefore, a first Wheatstone bridge circuit is formed on the front surface of the upper support 120 by the first piezoresistor 310, the second piezoresistor 320, the third piezoresistor 330 and the fourth piezoresistor 340 A second Wheatstone bridge circuit is formed on the back surface of the upper support body 120 by the fifth piezoresistor 350, the sixth piezoresistor 360, the seventh piezoresistor 370 and the eighth piezoresistor 380 .

이와 같이 상부 지지체(120)의 정면 및 배면에 서로 대칭이 되도록 질량체(200) 및 복수 개의 압저항체(300)가 배치됨으로써, 압저항형 가속도계(10)가 좌우 및 앞뒤로 대칭되어 외부 충격이 인가되었을 때 질량체(200)가 보다 안정적으로 움직일 수 있고, 질량체(200)가 더욱 완벽하게 상하 방향으로만 움직일 수 있다.The mass body 200 and the plurality of the piezoresistors 300 are disposed symmetrically with respect to the front and back surfaces of the upper support 120 so that the piezoresistive type accelerometer 10 is symmetrically symmetrical The mass body 200 can move more stably and the mass body 200 can move more completely in the vertical direction.

이상 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계에 대하여 설명되었으며, 이하에서는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제작 방법에 대하여 설명된다.A piezoresistive type accelerometer according to one embodiment of the present invention has been described, and a method of manufacturing the piezoresistance type accelerometer according to one embodiment will be described below.

일 실시예로써, 실리콘(silicon) 기판 위에 산화막(silicon dioxide)과 실리콘(silicon)이 순차적으로 적층되어 있는 SOI(silicon in insulator) 웨이퍼를 사용하여 제작한 방법을 예시한다.As an embodiment, a method of fabricating a silicon on insulator (SOI) wafer in which an oxide film (silicon dioxide) and silicon are sequentially stacked on a silicon substrate is illustrated.

도 5(a) 내지 (f)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제작을 위해 사용되는 복수 개의 포토마스크를 도시하고, 도 6(a) 내지 (f)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 제작 공정을 도시하고, 도 7은 제작된 압저항형 가속도계의 전자 현미경 사진이다.FIGS. 5A to 5F show a plurality of photomasks used for manufacturing a piezoresistive accelerometer according to an embodiment, and FIGS. 6A to 6F are cross- Fig. 7 is an electron micrograph of the manufactured piezoresistive accelerometer. Fig.

도 5(a) 내지 (f)를 참조하여, 압저항형 실리콘 가속도계의 제작을 위하여 총 5개의 포토마스크가 사용될 수 있다.5 (a) to 5 (f), a total of five photomasks can be used to fabricate a piezoresistive silicon accelerometer.

도 5(a)는 1번 포토마스크로서, 이온의 주입을 통하여 압저항체 영역을 정의하는 포토마스크이다. 도 5(b)는 2번 포토마스크로서, 1번 포토마스크에서 정의된 압저항체와 금속 전극 사이의 전기적 접촉을 위해 옴 접촉(Ohmic contact) 영역을 정의하기 위한 산화막 패터닝 포토마스크이다. 도 5(c)는 3번 포토마스크로서, 증착된 금속을 습식 식각 공정을 통한 금속배선 정의 및 와이어 본딩 영역을 정의하는 포토마스크다. 도 5(d)는 4번 포토마스크로서, 가속도계의 질량체와 연결부를 건식 식각 공정으로 제작하기 위한 포토마스크이다. 도 5(e)는 5번 포토마스크로서, 가속도계의 질량체, 연결부 및 복수 개의 압저항체를 식각 공정으로 제작하기 위한 포토마스크이다. 도 5(f)는 전술된 1번 내지 5번 포토마스크 패턴을 정렬한 것이다.Fig. 5 (a) is a photomask which defines a piezoresistive region through ion implantation as a first photomask. 5 (b) is a second photomask, which is an oxide film patterning photomask for defining an Ohmic contact region for electrical contact between the piezoelectric resistor defined by the first photomask and the metal electrode. FIG. 5 (c) is a photomask which defines a metal wiring definition and a wire bonding area through a wet etching process as a third photomask. 5 (d) is a photomask 4 for manufacturing a mass body and a connection portion of the accelerometer by a dry etching process. 5 (e) is a photomask for producing a mass body, a connecting portion, and a plurality of piezoresistors of an accelerometer by a etching process. 5 (f) shows the arrangement of the photomask patterns 1 through 5 described above.

또한, 도 6(a) 내지 (f)를 참조하여, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는 다음과 같이 제작될 수 있다.6 (a) to 6 (f), a piezoresistive type accelerometer according to an embodiment can be manufactured as follows.

압저항형 가속도계 제작의 첫 단계는 압저항체를 형성시키는 것이다.The first step in fabricating the piezoresistive accelerometer is to form a piezoresist.

도 6(a)는 이온 주입 공정 시 포토마스크로 사용할 산화막 패터닝 공정을 나타낸다.6 (a) shows an oxide film patterning process to be used as a photomask in the ion implantation process.

먼저, 퍼니스(furnace)에서 산화막 성장 공정으로 산화막을 성장시킨다. 압저항체 영역을 정의하는 1번 포토마스크를 사용하여 사진식각공정을 통한 감광제 패턴을 형성한 후, 산화막 패터닝을 수행한다. 이후, 이온을 주입한다.First, an oxide film is grown by an oxide film growth process in a furnace. A photoresist pattern is formed through a photolithography process using a photomask 1 that defines a resist-resistant region, and then an oxide film patterning is performed. Then, ions are implanted.

도 6(b)는 산화막 증착 및 금속 전극을 형성하기 위한 공정을 나타낸다.6 (b) shows a process for depositing an oxide film and forming a metal electrode.

먼저 산화막을 증착한다. 이후 2번 포토마스크를 사용하여 사진 식각 공정을 수행한 후 산화막 패터닝을 수행한다.First, an oxide film is deposited. Then, the photolithography process is performed using the second photomask, and then the oxide film patterning is performed.

도 6(c) 및 도 6(d)는 배선을 위한 금속 증착 공정 및 회로 패터닝 공정을 각각 나타낸다.6 (c) and 6 (d) show a metal deposition process and a circuit patterning process for wiring, respectively.

먼저 알루미늄(Al)을 증착한다.First, aluminum (Al) is deposited.

이후 3번 포토마스크를 이용하여 사진 식각 공정을 수행한다. 패터닝된 감광제를 식각 방지 마스크로 사용하여 Al을 식각한다.Thereafter, the photolithography process is performed using the photomask 3. Al is etched using the patterned photoresist as an etch mask.

한편, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는 질량체, 브릿지형 압저항체 및 연결부를 제작하기 위해 질량체, 브릿지형 압저항체 및 연결부를 식각하는 상부 공정과 연결부 및 지지체를 식각하는 하부 공정으로 나뉘어져 있다.Meanwhile, the piezoresistive type accelerometer according to an embodiment of the present invention is divided into an upper process for etching the mass body, the bridge type piezoresistive body and the connection portion, and a lower process for etching the connection portion and the support to fabricate the mass body, the bridge type piezoresistor, and the connection portion.

도 6(e)는 연결부와 지지체의 식각 공정을 나타낸다.6 (e) shows the etching process of the connecting portion and the support.

4번 포토마스크로 사진 식각 공정을 진행하여 감광제를 식각 포토마스크로 사용하여 산화막과 실리콘을 식각한다.The photolithography process is performed with the photomask No. 4, and the photoresist is used as an etching photomask to etch the oxide film and the silicon.

도 6(f)는 상부 공정을 통한 브릿지형 압저항체, 연결부 및 질량체를 제작하는 공정을 나타낸다.Fig. 6 (f) shows a process for fabricating a bridge type piezoresist, a connection portion and a mass via an upper process.

먼저 5번 포토마스크로 사진 식각 공정을 진행하여 감광제를 식각 방지 마스크로 사용하여 산화막을 식각한다. 이어서 DRIE로 공정을 진행하여 브릿지형 압저항체, 연결부 및 질량체의 형상을 완성한다.First, the photolithography process is performed with the photomask 5, and the oxide film is etched using the photoresist as an etch-resistant mask. The process is then followed by DRIE to complete the shape of the bridge-type piezoresistors, connections and masses.

마지막으로 제작된 압저항형 가속도계를 단위 소자로 분리하기 위해 다이싱 공정을 진행한다.Finally, the dicing process is performed to separate the piezoresistive accelerometer manufactured as a unit.

또한, 도 7을 참조하여 전술된 방법으로 제작된 압저항형 가속도계를 확인할 수 있다. 특히 도 7b)에는 지지체 및 질량체 사이에 배치된 브릿지형 압저항체(300)가 나타내지고, 도 7c) 및 d)에는 지지체 및 질량체(200) 사이에 연결된 연결부(400)가 나타내진다.In addition, a piezoresistive accelerometer manufactured by the method described above with reference to Fig. 7 can be confirmed. 7b) shows a bridge type piezoresistor 300 disposed between a support and a mass, and Figs. 7c) and d) show a connection 400 connected between the support and the mass 200. Fig.

이하에서는 전술된 바와 같이 제작된 압저항형 가속도계의 패키징에 대하여 설명된다.Hereinafter, packaging of the piezoresistive type accelerometer fabricated as described above will be described.

도 8은 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계의 패키징 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9(a) 내지 (e)는 제작된 압저항형 가속도계가 패키징되는 모습을 도시하고, 도 10은 제작된 압저항형 가속도계의 패키징 부품 및 패키징 사진이다.FIG. 8 is a flowchart showing a packaging method of a piezoresistive accelerometer according to an embodiment. FIGS. 9 (a) to 9 (e) illustrate how the manufactured piezoresistive type accelerometer is packaged, This is a photograph of packaging parts and packaging of a resistive accelerometer.

도 8을 참조하여, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는 개략적으로 다음과 같이 패키징될 수 있다.Referring to FIG. 8, the piezoresistive accelerometer according to one embodiment can be roughly packaged as follows.

우선, 전술된 바와 같이 제작된 압저항형 가속도계에 1차 와이어 본딩되고(S10), 상기 압저항형 가속도계가 접합될 패키지 기판 상에 접착제가 도포된다(S20). 그리고 상기 패키지 기판 상에 상기 압저항형 가속도계가 접합되고(S30), 상기 압저항형 가속도계에 1차 본딩된 와이어가 상기 패키지 기판 상에 2차 본딩된다(S40). 그런 다음, 압저항형 가속도계 상에 캡이 장착된다(S50).First, wire bonding is performed to the piezoresistive accelerometer manufactured as described above (S10), and an adhesive is applied on the package substrate to which the piezoresistive accelerometer is to be bonded (S20). Then, the piezoresistive accelerometer is bonded on the package substrate (S30), and a wire primarily bonded to the piezoresistive accelerometer is secondarily bonded on the package substrate (S40). Then, the cap is mounted on the piezoresistive accelerometer (S50).

구체적으로, 도 9(a)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)가 패키징된 상태를 도시한다. 도 9(b)는 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에 1차 와이어 본딩된 상태를 도시한다. 도 9(c)는 세라믹 기판으로 마련된 패키지 기판(20) 상에서 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)가 접합될 부위에 에폭시 접착제가 도포된 모습을 도시한다. 이후, 접착제 경화를 진행한다. 도 9(d)는 2차 와이어 본딩 공정으로 패키지 기판(20)과 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에 본딩된 와이어가 연결된 모습을 도시한다.Specifically, FIG. 9 (a) shows a state in which the piezoresistive type accelerometer 10 according to the embodiment is packaged. FIG. 9 (b) shows a state in which the piezo-resistive accelerometer 10 according to the embodiment is wire-bonded in the primary direction. 9 (c) shows a state in which an epoxy adhesive is applied on a package substrate 20 provided with a ceramic substrate to which a piezoresistive accelerometer 10 according to an embodiment is to be bonded. Thereafter, the curing of the adhesive proceeds. Fig. 9 (d) shows the bonding of the wires bonded to the package substrate 20 and the piezoresistive accelerometer 10 according to an embodiment in the secondary wire bonding process.

이러한 와이어 본딩을 위해 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10) 및 패키지 기판(20)에는 서로 대응되도록 전극 패드가 구비될 수 있다. 예를 들어 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계(10)에는 4개의 전극 패드가 구비되고, 패키지 기판(20) 또한 4개의 전극 패드가 구비될 수 있다.For such wire bonding, the piezoresistive type accelerometer 10 and the package substrate 20 according to an embodiment may be provided with electrode pads to correspond to each other. For example, the piezoresistive accelerometer 10 according to an embodiment may include four electrode pads, and the package substrate 20 may also include four electrode pads.

마지막으로, 도 9(e)에 도시된 바와 같이 2차 와이어 본딩 완료 후 캡과 패키지 기판(20)의 접합 부위에 에폭시 접착제를 도포한 후 결합한다. 캡과 패키지 기판(20)의 접합 부위에 도포한 에폭시 접착제를 경화함으로써 압저항형 가속도계(10)의 패키징이 완료된다.Finally, as shown in FIG. 9 (e), after the completion of the secondary wire bonding, an epoxy adhesive is applied to the joint portion between the cap and the package substrate 20 and then bonded. The packaging of the piezoresistive type accelerometer 10 is completed by curing the epoxy adhesive applied to the junction of the cap and the package substrate 20. [

이와 관련하여, 도 10a)는 실제 제작된 플라스틱 캡이고, 도 10b)는 세라믹 보드로 마련된 패키지 기판이며, 도 10c)는 패키지 기판 상에 압저항형 가속도계가 결합된 모습이며, 도 10d)는 패키지 기판 상에 압저항형 가속도계가 결합된 상태에서 캡이 패키징된 모습이다.In this regard, FIG. 10A is a package substrate actually made of ceramic board, FIG. 10B is a package substrate provided by ceramic board, FIG. 10C is a view in which a piezoresistive accelerometer is combined on a package substrate, The cap is packaged with a piezoresistive accelerometer coupled to the substrate.

또한, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 일 실시예에 따른 압저항형 가속도계는 개략적으로 다음과 같이 패키징될 수 있다.Also, although not specifically shown, a piezoresistive accelerometer according to an embodiment can be roughly packaged as follows.

우선 고충격에 견딜 수 있도록 압저항형 가속도계에 와이어 본딩되고, 금속 패키지 내부에 압저항형 가속도계가 접합되며, 압저항형 가속도계에 본딩된 와이어가 금속 패키지의 기판 상에 본딩된 후에, 금속 패키지 상부에 용접으로 금속 캡이 접합되어 장착될 수 있다. 이때, 압저항형 가속도계 및 금속 패키지의 기판에는 서로 대응되도록 복수 개의 전극 패드가 구비될 수 있으며, 전극 패드에 대응되는 전선이 금속 패키지 밖으로 나오게끔 구비될 수 있다.First, a piezoresistive accelerometer is bonded to the inside of the metal package, and a wire bonded to the piezoresistive accelerometer is bonded on the substrate of the metal package. The metal cap can be attached and welded by welding. At this time, a plurality of electrode pads may be provided to correspond to the substrates of the piezoresistive type accelerometer and the metal package, and electric wires corresponding to the electrode pads may be provided to extend out of the metal package.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Although the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

10: 압저항형 가속도계
100: 지지체
110: 하부 지지체
120: 상부 지지체
200: 질량체
300: 압저항체
400: 연결부
10: piezoresistive accelerometer
100: Support
110: Lower support
120: upper support
200: mass
300:
400: Connection

Claims (11)

지지체;
상기 지지체에 연결되어 외력에 의해 움직임 가능한 질량체(mass);
상기 지지체 및 상기 질량체 사이에 배치되어 상기 질량체의 움직임에 의해 변형되는 복수 개의 압저항체(piezoresistor); 및
상기 지지체 및 상기 질량체 사이에 배치되어 상기 지지체에 대하여 상기 질량체의 회전을 가능하게 하는 연결부;
를 포함하고,
상기 연결부를 중심으로 상기 질량체의 회전에 의해 상기 복수 개의 압저항체가 인장 또는 압축되어 상기 복수 개의 압저항체에서 저항 변화를 일으키며,
상기 지지체를 중심으로 서로 대칭되게 복수 개의 질량체가 배치되고,
상기 복수 개의 질량체는,
상기 지지체의 제1 측면에 연결된 제1 질량체; 및
상기 지지체의 제1 측면과 마주보는 상기 지지체의 제2 측면에 연결된 제2 질량체;
를 포함하고,
상기 연결부는 상기 제1 측면 및 상기 제2 측면에 배치되는 압저항형 가속도계.
A support;
A mass connected to the support and movable by an external force;
A plurality of piezoresistors disposed between the support and the mass and deformed by movement of the mass; And
A connection disposed between the support and the mass to enable rotation of the mass relative to the support;
Lt; / RTI >
Wherein the plurality of piezoresistors are tensioned or compressed by the rotation of the mass about the connecting portion to cause a resistance change in the plurality of piezoresistors,
A plurality of mass bodies are arranged symmetrically with respect to each other about the support,
Wherein the plurality of mass bodies comprise:
A first mass connected to a first side of the support; And
A second mass connected to a second side of the support opposite the first side of the support;
Lt; / RTI >
And the connection portion is disposed on the first side surface and the second side surface.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 압저항체는,
상기 제1 질량체 및 상기 지지체의 제1 측면 사이에 브릿지 형태로 배치된 제1 압저항체 및 제2 압저항체; 및
상기 제2 질량체 및 상기 지지체의 제2 측면 사이에 브릿지 형태로 배치된 제3 압저항체 및 제4 압저항체;
를 포함하고,
상기 제1 압저항체, 상기 제2 압저항체, 상기 제3 압저항체 및 상기 제4 압저항체는 하나의 휘트스톤 브릿지 회로를 형성하는 압저항형 가속도계.
The method according to claim 1,
The plurality of the piezoresistors may be formed of,
A first piezoresist and a second piezoresistor disposed in a bridge form between the first mass and the first side of the support; And
A third piezoelectric resistor and a fourth piezoelectric resistor disposed in the form of a bridge between the second mass and the second side of the support;
Lt; / RTI >
Wherein the first piezoresistive member, the second piezoresistor, the third piezoresistor, and the fourth piezoresistor form a single Wheatstone bridge circuit.
제3항에 있어서,
상기 제1 압저항체 및 상기 제4 압저항체는 상기 지지체를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치되고, 상기 제2 압저항체 및 상기 제3 압저항체는 상기 지지체를 사이에 두고 서로 대칭되게 배치되는 압저항형 가속도계.
The method of claim 3,
Wherein the first and the fourth piezoresistors are arranged symmetrically with respect to each other with the support interposed therebetween, and the second piezoresistive element and the third piezoresistor are arranged symmetrically with respect to each other with the support interposed therebetween, Accelerometer.
제4항에 있어서,
상기 제1 질량체 또는 상기 제2 질량체가 하방으로 이동되면, 상기 제1 압저항체 또는 상기 제4 압저항체는 인장되어 저항이 증가되고, 상기 제1 질량체 또는 상기 제2 질량체가 상방으로 이동되면, 상기 제1 압저항체 또는 상기 제4 압저항체는 압축되어 저항이 감소되는 압저항형 가속도계.
5. The method of claim 4,
When the first mass body or the second mass body is moved downward, the resistance of the first or fourth piezo resistor is increased to increase resistance. When the first mass body or the second mass body is moved upward, Wherein the first piezoresistor or the fourth piezoresistor is compressed to reduce the resistance.
제3항에 있어서,
상기 연결부는 힌지로 마련되고,
상기 연결부는 상기 질량체의 폭에 대응되는 길이를 구비하며,
상기 연결부는 상기 제1 압저항체 및 상기 제2 압저항체의 중앙 및 상기 제3 압저항체 및 제4 압저항체의 중앙에 배치되는 압저항형 가속도계.
The method of claim 3,
The connecting portion is provided with a hinge,
The connecting portion has a length corresponding to the width of the mass body,
And the connecting portion is disposed at the center of the first and second piezoresistors and at the center of the third and fourth piezoresistors.
제1항에 있어서,
상기 지지체는,
하면이 패키지 기판에 접합되는 하부 지지체; 및
상기 하부 지지체의 상면에 배치되고, 상기 질량체가 측면에 연결된 상부 지지체;
를 포함하고,
상기 질량체의 하면은 상기 하부 지지체의 상면으로부터 이격 배치되는 압저항형 가속도계.
The method according to claim 1,
Wherein the support comprises:
A lower support joined to the lower surface of the package substrate; And
An upper support disposed on the upper surface of the lower support and connected to the side surface of the mass;
Lt; / RTI >
Wherein the lower surface of the mass body is spaced apart from the upper surface of the lower support.
제7항에 있어서,
상기 복수 개의 질량체는 상기 상부 지지체를 중심으로 서로 대칭되게 배치되고, 상기 복수 개의 압저항체는 상기 상부 지지체를 중심으로 서로 대칭 또는 비대칭되게 배치되는 압저항형 가속도계.
8. The method of claim 7,
Wherein the plurality of mass bodies are disposed symmetrically with respect to each other about the upper support body, and the plurality of piezo resistors are symmetrically or asymmetrically arranged with respect to the upper support body.
지지체;
상기 지지체에 연결되어 외력에 의해 움직임 가능한 복수 개의 질량체(mass); 및
상기 지지체 및 상기 복수 개의 질량체 사이에 브릿지 형태로 배치되어 상기 질량체의 움직임에 의해 변형되는 복수 개의 압저항체(piezoresistor);
를 포함하고,
상기 복수 개의 압저항체는 상기 지지체의 정면 및 배면에 배치되며,
상기 복수 개의 질량체는 상기 지지체를 중심으로 서로 대칭되게 배치되고,
상기 복수 개의 질량체는,
상기 지지체의 제1 측면에 연결된 제1 질량체; 및
상기 지지체의 제1 측면과 마주보는 상기 지지체의 제2 측면에 연결된 제2 질량체;
를 포함하는 압저항형 가속도계.
A support;
A plurality of masses connected to the support and movable by an external force; And
A plurality of piezoresistors arranged in a bridge between the support and the plurality of mass bodies and deformed by the movement of the masses;
Lt; / RTI >
The plurality of piezoresistors are disposed on the front surface and the back surface of the support,
Wherein the plurality of mass bodies are disposed symmetrically with respect to each other about the support,
Wherein the plurality of mass bodies comprise:
A first mass connected to a first side of the support; And
A second mass connected to a second side of the support opposite the first side of the support;
And an accelerometer.
제9항에 있어서,
상기 복수 개의 압저항체에 의해 복수 개의 휘트스톤 브릿지 회로가 형성되고,
상기 복수 개의 휘트스톤 브릿지 회로는,
상기 지지체의 정면에서 상기 지지체 및 상기 복수 개의 질량체 사이에 연결된 제1 압저항체, 제2 압저항체, 제3 압저항체 및 제4 압저항체로 구성된 제1 휘트스톤 브릿지 회로; 및
상기 지지체의 배면에서 상기 지지체 및 상기 복수 개의 질량체 사이에 연결된 제5 압저항체, 제6 압저항체, 제7 압저항체 및 제8 압저항체로 구성된 제2 휘트스톤 브릿지 회로;
를 포함하는 압저항형 가속도계.
10. The method of claim 9,
A plurality of Wheatstone bridge circuits are formed by the plurality of piezoresistors,
Wherein the plurality of Wheatstone bridge circuits comprises:
A first Wheatstone bridge circuit composed of a first piezoresistor, a second piezoresistor, a third piezoresistor and a fourth piezoresistor connected between the support and the plurality of masses in front of the support; And
A second Wheatstone bridge circuit consisting of a fifth piezoresistor, a sixth piezoresistor, a seventh piezoresistor and an eighth piezoresistor connected between the support and the plurality of masses at the backside of the support;
And an accelerometer.
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