정전용량압력센서는 높은 민감도를 가지며, 낮은 전력 소비와 낮은 노이즈를 갖는 장점으로 잘 알려져 있다. 특히 압저항형 센서에 비해 정전용량 압력센서는 열적 변화에 의존도가 적다는 특징을 가지고 있다. 이러한 이유에서 압력센서는 한의학에서도 이용되고 있으며, 환자의 요골동맥상의 ...
정전용량압력센서는 높은 민감도를 가지며, 낮은 전력 소비와 낮은 노이즈를 갖는 장점으로 잘 알려져 있다. 특히 압저항형 센서에 비해 정전용량 압력센서는 열적 변화에 의존도가 적다는 특징을 가지고 있다. 이러한 이유에서 압력센서는 한의학에서도 이용되고 있으며, 환자의 요골동맥상의 맥압을 모니터링 하는데 사용되고 있다. 그러나 환자의 맥압을 측정하는 경우에는 인체에 직접적으로 접촉해야 하기 위한 기계적 감지 요인 때문에 센서의 전면에 신호처리 회로와의 연결을 위한 와이어 구조가 없는 특별한 압력센서 구조가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 압력센서가 균일한 성능을 보일 수 있도록 SOI웨이퍼의 디바이스 층을 이용하여 센서 박막을 두께를 균일하게 얻을 수 있는 공정 방법을 제안하였다. 실리콘 감지 센서 박막과 관통형 실리콘 비아 전극을 가지는 MEMS 정전용량 압력센서 구조를 제작하였다. 센서의 박막과 실리콘 비아 구조는 유리 기판 위에 집적되어 있는 구조는 SOI-Si 웨이퍼 접합과 실리콘 DRIE 및 유리 재흐름 공정을 이용하여 구현되었다. 이러한 구조 센서 기판의 후면으로 센서 전극을 인출 가능하기 때문에 맥압 측정시 직접 접촉 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 센서의 전체 사이즈는 4.0x4.7 mm2 이고, 제작된 압력센서를 측정하기 위해서 PCB 전극과 압력센서의 후면의 전극을 전도성 실버에폭시를 이용해 PCB 보드 위에 붙여 고정시키고, 센서의 정전용량 변화는 정전용량 및 디지털 컨버터 칩(AD7147, Analog Devices)을 이용하여 측정하였다. 제작된 5개의 단일 압력센서는 인가된 압력에 따라서 균일한 응답을 보였으며, 그 압력센서의 초기 정전용량은 7.78±0.32 pF으로 측정되었다. 또한 최대압력 360 Torr의 영역에서 센서의 최대 정전용량 변화는 470±15 fF으로 측정되었고, 제작된 압력센서의 평균 민감도는 1.1±0.1 fF/Torr를 갖는다.
정전용량 압력센서는 높은 민감도를 가지며, 낮은 전력 소비와 낮은 노이즈를 갖는 장점으로 잘 알려져 있다. 특히 압저항형 센서에 비해 정전용량 압력센서는 열적 변화에 의존도가 적다는 특징을 가지고 있다. 이러한 이유에서 압력센서는 한의학에서도 이용되고 있으며, 환자의 요골동맥상의 맥압을 모니터링 하는데 사용되고 있다. 그러나 환자의 맥압을 측정하는 경우에는 인체에 직접적으로 접촉해야 하기 위한 기계적 감지 요인 때문에 센서의 전면에 신호처리 회로와의 연결을 위한 와이어 구조가 없는 특별한 압력센서 구조가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 압력센서가 균일한 성능을 보일 수 있도록 SOI 웨이퍼의 디바이스 층을 이용하여 센서 박막을 두께를 균일하게 얻을 수 있는 공정 방법을 제안하였다. 실리콘 감지 센서 박막과 관통형 실리콘 비아 전극을 가지는 MEMS 정전용량 압력센서 구조를 제작하였다. 센서의 박막과 실리콘 비아 구조는 유리 기판 위에 집적되어 있는 구조는 SOI-Si 웨이퍼 접합과 실리콘 DRIE 및 유리 재흐름 공정을 이용하여 구현되었다. 이러한 구조 센서 기판의 후면으로 센서 전극을 인출 가능하기 때문에 맥압 측정시 직접 접촉 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 센서의 전체 사이즈는 4.0x4.7 mm2 이고, 제작된 압력센서를 측정하기 위해서 PCB 전극과 압력센서의 후면의 전극을 전도성 실버 에폭시를 이용해 PCB 보드 위에 붙여 고정시키고, 센서의 정전용량 변화는 정전용량 및 디지털 컨버터 칩(AD7147, Analog Devices)을 이용하여 측정하였다. 제작된 5개의 단일 압력센서는 인가된 압력에 따라서 균일한 응답을 보였으며, 그 압력센서의 초기 정전용량은 7.78±0.32 pF으로 측정되었다. 또한 최대압력 360 Torr의 영역에서 센서의 최대 정전용량 변화는 470±15 fF으로 측정되었고, 제작된 압력센서의 평균 민감도는 1.1±0.1 fF/Torr를 갖는다.
Capacitive pressure sensors are known to provide high sensitivity, low power, low noise and especially little temperature dependence over piezoresistive sensors. In biomedical applications of oriental medicine, pressure sensors are used to monitor the human pulse from the patients’ wrist. In this ca...
Capacitive pressure sensors are known to provide high sensitivity, low power, low noise and especially little temperature dependence over piezoresistive sensors. In biomedical applications of oriental medicine, pressure sensors are used to monitor the human pulse from the patients’ wrist. In this case, specific pressure sensors that have no bondwires on the frontside are required, because the mechanical sensing element must be in touch with human skin directly. In this paper, the fabrication process is modified to use an SOI wafer to improve the performance uniformity of the sensor, by using the uniform device layer of the SOI wafer as a sensing membrane. In this paper, a MEMS capacitive pressure sensor structure with silicon sensing membrane and through-wafer silicon vias for electrodes has been fabricated and tested. The membrane of the sensor and silicon via structures embedded in the glass substrate are realized by SOI-Si wafer bonding and subsequent silicon DRIE and glass reflow process. It allows us to access the sensor electrodes easily from the backside of the substrate. The total sensor size is 4.0x4.7 mm2. The fabricated pressure sensor is mounted and fixed to the PCB board using a conducting silver epoxy as an adhesive, with each silicon via aligned to the electrode on the PCB. The sensor response to the applied pressure is measured by a capacitance-to-digital converter chip (AD7147, Analog Devices). The fabricated five sensors show relatively uniform responses according to the applied pressure. The initial capacitance of the sensor is 7.78±0.32 pF, and the total capacitance change in the full range up to 360 Torr is 470±15 fF. The averaged sensitivity of the sensor is approximately 1.1±0.1 fF/Torr.
Capacitive pressure sensors are known to provide high sensitivity, low power, low noise and especially little temperature dependence over piezoresistive sensors. In biomedical applications of oriental medicine, pressure sensors are used to monitor the human pulse from the patients’ wrist. In this case, specific pressure sensors that have no bondwires on the frontside are required, because the mechanical sensing element must be in touch with human skin directly. In this paper, the fabrication process is modified to use an SOI wafer to improve the performance uniformity of the sensor, by using the uniform device layer of the SOI wafer as a sensing membrane. In this paper, a MEMS capacitive pressure sensor structure with silicon sensing membrane and through-wafer silicon vias for electrodes has been fabricated and tested. The membrane of the sensor and silicon via structures embedded in the glass substrate are realized by SOI-Si wafer bonding and subsequent silicon DRIE and glass reflow process. It allows us to access the sensor electrodes easily from the backside of the substrate. The total sensor size is 4.0x4.7 mm2. The fabricated pressure sensor is mounted and fixed to the PCB board using a conducting silver epoxy as an adhesive, with each silicon via aligned to the electrode on the PCB. The sensor response to the applied pressure is measured by a capacitance-to-digital converter chip (AD7147, Analog Devices). The fabricated five sensors show relatively uniform responses according to the applied pressure. The initial capacitance of the sensor is 7.78±0.32 pF, and the total capacitance change in the full range up to 360 Torr is 470±15 fF. The averaged sensitivity of the sensor is approximately 1.1±0.1 fF/Torr.
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