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공개특허 10-2020-0088548

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(1)

(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A)

(11) 공개번호 10-2020-0088548 (43) 공개일자 2020년07월23일 (51) 국제특허분류(Int. Cl.)

G01N 11/16 (2006.01) G01N 11/00 (2020.01) G01N 9/00 (2006.01)

(52) CPC특허분류

G01N 11/16 (2013.01) G01N 9/002 (2013.01)

(21) 출원번호 10-2019-0004873 (22) 출원일자 2019년01월14일 심사청구일자 없음

(71) 출원인

한국전자통신연구원

대전광역시 유성구 가정로 218 (가정동) (72) 발명자

제창한

대전광역시 유성구 도안동로 523 208동 2301호 (봉명동,호반베르디움아파트)

양일석

대전광역시 유성구 구즉로 16 이현중

대전광역시 유성구 노은2동 노은동로 219 303동 1802호

(74) 대리인 특허법인 고려 전체 청구항 수 : 총 17 항

(54) 발명의 명칭 유체 점도 측정 장치 (57) 요 약

유체 점도 측정 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 유체 점도 측정 장치는 그를 제1 방향으로 관통하는 개구부를 갖는 지지구조체, 상기 지지구조체에 고정되어 상기 개구부와 중첩되도록 연장된 구동 공진기 및 상기 구동 공진기와 상기 제1 방향으로 이격되도록 상기 지지구조체에 고정되며, 상기 구동 공진기와 나란히 연장된 감지 공진기를 포함하되, 상기 구동 공진기는 제1 압전체를 포함하고, 감지 공진기는 제2 압전체를 포함하고, 상 기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 동일한 형상을 가질 수 있다.

대 표 도 - 도2

공개특허 10-2020-0088548

(2)

(52) CPC특허분류

G01N 2009/006 (2013.01) G01N 2011/006 (2013.01)

(3)

명 세 서 청구범위 청구항 1

그를 제1 방향으로 관통하는 개구부를 갖는 지지구조체;

상기 지지구조체에 고정되어 상기 개구부와 중첩되도록 연장된 구동 공진기; 및

상기 구동 공진기와 상기 제1 방향으로 이격되도록 상기 지지구조체에 고정되며, 상기 구동 공진기와 나란히 연 장된 감지 공진기를 포함하되,

상기 구동 공진기는 제1 압전체를 포함하고, 상기 감지 공진기는 제2 압전체를 포함하고, 상기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 동일한 형상을 갖는 유체 점도 측정 장치.

청구항 2 제1 항에 있어서,

상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기의 각각은 상기 개구부 내에 자유단(free end)을 갖는 캔틸레버의 형상을 갖는 유체 점도 측정 장치.

청구항 3 제1 항에 있어서,

상기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 서로 동일한 상기 제1 방향의 두께를 갖는 유체 점도 측정 장치.

청구항 4 제1 항에 있어서,

상기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되고, 서로 동일한 상기 제2 방향의 길이를 갖는 유체 점도 측정 장치.

청구항 5 제1 항에 있어서,

상기 구동 공진기는 상기 제1 압전체를 사이에 두고 서로 이격된 구동부 전극들을 포함하고, 상기 감지 공진기 는 상기 제2 압전체를 사이에 두고 서로 이격된 센서부 전극들을 포함하는 유체 점도 측정 장치.

청구항 6 제5 항에 있어서,

상기 구동 공진기는 상기 제1 압전체 및 상기 구동부 전극들을 둘러싸는 구동부 절연막을 포함하고, 상기 감지 공진기는 상기 제2 압전체 및 상기 감지 공진기를 둘러싸는 센서부 절연막을 포함하는 유체 점도 측정 장치.

청구항 7 제6 항에 있어서,

상기 구동 공진기와 상기 감지 공진기는 동일한 크기 및 형상을 갖는 유체 점도 측정 장치.

청구항 8 제7 항에 있어서,

상기 구동 공진기와 상기 감지 공진기는 동일한 고유진동수(natural frequency)를 갖는 유체 점도 측정 장치.

(4)

청구항 9 제1 항에 있어서,

상기 지지구조체는 순차적으로 적층된 제1 지지층, 제2 지지층 및 제3 지지층을 포함하고, 상기 구동 공진기는 상기 제1 지지층의 상면에 고정되고, 상기 감지 공진기는 상기 제3 지지층의 하면에 고정되는 유체 점도 측정 장치.

청구항 10 제9 항에 있어서,

상기 제2 지지층의 상기 제1 방향의 두께는 상기 구동 공진기의 두께와 상기 감지 공진기의 두께의 합보다 큰 유체 점도 측정 장치.

청구항 11 제1 항에 있어서,

상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되고, 상기 구동 공진기 상 기 감지 공진기 사이의 간격은 상기 제2 방향을 따라 일정한 유체 점도 측정 장치.

청구항 12 제1 항에 있어서,

상기 지지구조체 상에 배치되어 상기 개구부에 의해 일부가 노출되는 일 면을 갖는 지지기판을 더 포함하는 유 체 점도 측정 장치.

청구항 13

그를 제1 방향으로 관통하는 개구부를 갖는 지지구조체;

상기 지지구조체로부터 연장되어 상기 개구부의 내에 배치되는 제1 및 제2 공진기 지지부;

상기 제1 공진기 지지부 상에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 구동 공진기; 및 상기 제2 공진기 지지부 상에 배치되며, 상기 제2 방향으로 연장된 감지 공진기를 포함하되,

상기 구동 공진기는 제1 압전체를 포함하고, 감지 공진기는 제2 압전체를 포함하고, 상기 구동 공진기와 상기 감지 공진기는 서로 마주보도록 배치되는 유체 점도 측정 장치.

청구항 14 제13 항에 있어서,

상기 지지구조체와 상기 제1 공진기 지지부를 연결하는 제1 연결부들 및 상기 지지구조체와 상기 제2 공진기 지 지부를 연결하는 제2 연결부를 더 포함하는 점도 측정 장치.

청구항 15 제14 항에 있어서,

상기 제1 연결부들은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 서로 이격되고, 제2 연결부들 상기 제3 방향으로 서로 이격되는 점도 측정 장치.

청구항 16 제13 항에 있어서,

상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기는 상기 제1 방향으로 서로 이격되는 유체 점도 측정 장치.

청구항 17

(5)

제13 항에 있어서,

상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기는 상기 제2 방향으로 서로 이격되는 유체 점도 측정 장치.

발명의 설명 기 술 분 야

본 발명은 유체 점도 측정 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 압전체를 포함하는 [0001]

MEMS(Microelectromechanical systems) 공진기 기반의 유체 점도 측정 장치에 관한 것이다.

배 경 기 술

멤스 공진기(MEMS resonator)는 구조체의 공진주파수에 해당하는 신호가 입력되면 공진하여 기계적 변위가 최대 [0002]

치를 나타내는 초소형 기계 장치이다. 멤스 공진기의 공진주파수는 공진 대상 구조체의 기계적 특성(치수, 재료, 형상)에 의해서 결정된다. 공진기의 공진 특성에는 공진기 자체의 기계적인 특성 이외에 동작하는 환경 (온도, 압력, 유체)에 의한 영향도 함께 작용하게 되는데, 이 현상을 이용하여, 멤스 공진기의 특성을 측정하는 것으로부터 동작 환경을 감지하는 센서로 활용이 가능하다.

최근, 의료 및 바이오 분야에서 유체의 특성 분석이 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 뿐만 아니라, 산업분야 전반 [0003]

에서도, 정확한 동작과 성능을 확보하기 위하여 유체의 특성을 정확이 제어하고 측정하는 것이 매우 중요하다.

유체의 특성은 점도와 밀도로 대표되며, 이를 측정하기 위한 많은 방법들이 있어 왔다. 최근, 유체 점도 측정 장치의 소형화, 저가격화 및 실시간/연속 측정하기 위한 기술들이 연구 개발되고 있다. 특히, 반도체 기술의 발 달과 함께 등장한 초소형 기계전자소자(MEMS) 기술이 적용된 유체 점도 측정 장치에 대한 연구가 활발하게 진행 되고 있다.

발명의 내용 해결하려는 과제

본원 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 제조가 용이하고, 신뢰성이 우수한 초소형의 유체 점도 측정 장치 [0004]

를 제공하는데 있다.

과제의 해결 수단

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치는 그를 제1 방향으로 관통하는 개 [0005]

구부를 갖는 지지구조체; 상기 지지구조체에 고정되어 상기 개구부와 중첩되도록 연장된 구동 공진기; 및 상기 구동 공진기와 상기 제1 방향으로 이격되도록 상기 지지구조체에 고정되며, 상기 구동 공진기와 나란히 연장된 감지 공진기를 포함하되, 상기 구동 공진기는 제1 압전체를 포함하고, 상기 감지 공진기는 제2 압전체를 포함하 고, 상기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 동일한 형상을 가질 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기의 각각은 상기 개구부 내에 자유단(free end)을 갖 [0006]

는 캔틸레버의 형상을 가질 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 서로 동일한 상기 제1 방향의 두께를 가질 수 있다.

[0007]

실시예들에 따르면, 상기 제1 압전체 및 상기 제2 압전체는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되고, 서 [0008]

로 동일한 상기 제2 방향의 길이를 가질 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기는 상기 제1 압전체를 사이에 두고 서로 이격된 구동부 전극들을 [0009]

포함하고, 상기 감지 공진기는 상기 제2 압전체를 사이에 두고 서로 이격된 센서부 전극들을 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기는 상기 제1 압전체 및 상기 구동부 전극들을 둘러싸는 구동부 절연막을 [0010]

포함하고, 상기 감지 공진기는 상기 제2 압전체 및 상기 감지 공진기를 둘러싸는 센서부 절연막을 포함할 수 있 다.

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기와 상기 감지 공진기는 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다.

[0011]

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기와 상기 감지 공진기는 동일한 고유진동수(natural frequency)를 가질 수 [0012]

(6)

있다.

실시예들에 따르면, 상기 지지구조체는 순차적으로 적층된 제1 지지층, 제2 지지층 및 세3 지지층을 포함하고, [0013]

상기 구동 공진기는 상기 제1 지지층의 상면에 고정되고, 상기 감지 공진기는 상기 제3 지지층의 하면에 고정될 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 제2 지지층의 상기 제1 방향의 두께는 상기 구동 공진기의 두께와 상기 감지 공진기의 [0014]

두께의 합보다 클 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기는 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되고, [0015]

상기 구동 공진기 상기 감지 공진기 사이의 간격은 상기 제2 방향을 따라 일정할 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 지지구조체 상에 배치되어 상기 개구부에 의해 일부가 노출되는 일 면을 갖는 지지기 [0016]

판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 센서는 그를 제1 방향으로 관통하는 개구부를 갖는 지지구조체; 상기 지 [0017]

지구조체로부터 연장되어 상기 개구부의 내에 배치되는 제1 및 제2 공진기 지지부; 상기 제1 공진기 지지부 상 에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 구동 공진기; 및 상기 제2 공진기 지지부 상에 배 치되며, 상기 제2 방향으로 연장된 감지 공진기를 포함하되, 상기 구동 공진기는 제1 압전체를 포함하고, 감지 공진기는 제2 압전체를 포함하고, 상기 구동 공진기와 상기 감지 공진기는 서로 마주보도록 배치될 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 지지구조체와 상기 제1 공진기 지지부를 연결하는 제1 연결부들 및 상기 지지구조체와 [0018]

상기 제2 공진기 지지부를 연결하는 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 제1 연결부들은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 서로 이격되 [0019]

고, 제2 연결부들 상기 제3 방향으로 서로 이격될 수 있다.

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기는 상기 제1 방향으로 서로 이격될 수 있다.

[0020]

실시예들에 따르면, 상기 구동 공진기 및 상기 감지 공진기는 상기 제2 방향으로 서로 이격될 수 있다.

[0021]

발명의 효과

본 발명의 실시예들에 따르면, 신뢰도가 높고, 제조가 용이한 유체 점도 측정 장치가 제공될 수 있다.

[0022]

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 나타낸 분해 사시도이다.

[0023]

도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 단면도로 도 1의 I~I' 선에 대응된다.

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 일부를 나타낸 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 다른 일부를 나타낸 평면도이다.

도 5는 도 2의 A부분에 대응되는 확대단면도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 나타낸 단면도들이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 점도 측정 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 평면도이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 도면들로, 각각, 도 8의 의 II~II'선 및 III~III' 선을 따라 절취한 단면도들이다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 평면도이다.

도 11는 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 도면으로, 도 10의 의 IV~IV'선을 따 라 절취한 단면도이다.

도 12 내지 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

(7)

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 [0024]

설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이 다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것 을 이해할 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 [0025]

명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다 (comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 [0026]

(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 [0027]

사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소 정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명 되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표 시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 [0028]

자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치에 대해 상세히 설명한다.

[0029]

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들 [0030]

에 따른 유체 점도 측정 장치의 단면도로 도 1의 I~I' 선에 대응된다. 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 일부를 나타낸 평면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 다른 일부를 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 2의 A부분에 대응되는 확대단면도이다. 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 나타낸 단면도들이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치는 지지 구조체(100), 구동 공진기 [0031]

(200) 및 감지 공진기(300)를 포함할 수 있다.

지지 구조체(100)는 그를 제1 방향(D1)으로 관통하는 개구부(SH)를 가질 수 있다. 개구부(SH)는 감지 대상 유체 [0032]

가 제공되는 부분으로, 실질적으로, 감지 대상 유체의 점도 측정이 이루어지는 감지 영역일 수 있다. 지지 구조 체(100)는 순차적으로 적층된 제1 지지층(110), 중간층(130) 및 제2 지지층(120)을 포함할 수 있다. 제1 지지층 (110), 중간층(130) 및 제2 지지층(120)은 MEMS 공정 또는 반도체 공정을 통하여 형성된 절연층들일 수 있다.

구체적으로, 제1 지지층(110), 중간층(130) 및 제2 지지층(120)의 각각은 그들을 상하로 관통하는 개구부를 가 [0033]

질 수 있다. 다시 말해서 제1 지지층(110)은 그를 제1 방향(D1)으로 관통하는 제1 개구부를 가질 수 있고, 중간 층(130)은 그를 제1 방향(D1)으로 관통하는 제2 개구부를 가질 수 있고, 제2 지지층(120)은 그를 제1 방향(D1) 으로 관통하는 제3 개구부를 가질 수 있다. 제1 개구부, 제2 개구부 및 제3 개구부는 수직적으로 적어도 부분적 으로 중첩될 수 있다. 제1 개구부, 제2 개구부 및 제3 개구부가 수직적으로 중첩된 부분은 지지 구조체(100)의 개구부(SH)를 구성할 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 개구부, 제2 개구부 및 제3 개구부는, 평면적 관점에서, 사 각형의 형상을 가질 수 있다. 제1 개구부의 폭과 제3 개구부의 폭은 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 개구부의 폭은 제1 개구부 폭 및 제3 개구부의 폭에 비해 클 수 있다.

구동 공진기(200)가 제1 지지층(110)에 고정될 수 있다. 구동 공진기(200)는 제1 지지층(110)의 상면으로부터 [0034]

개구부(SH)의 내부로 연장될 수 있다. 다시 말해서, 구동 공진기(200)는 개구부(SH) 내에 자유단(free end)을 갖는 캔틸레버의 형상을 가질 수 있다. 구동 공진기(200)는 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 구동 공진기(200)의 일단은 제1 지지층(110)에 고정되고, 구동 공진기(200)의 타단은 개구부(SH) 내에 부유될 수 있다. 구동 공진기(200)는 소정의 고유 진동수(natural frequency)를 갖도록 형성된 구조체로, 외부 전압을 인가 받아 능동적으로 공진될 수 있다. 구동 공진기는, 예컨대, 전압을 인가 받아 위아래로 휘는 운동을 할 수 있다.

(8)

구동 공진기(200)는 제1 구동부 전극(202), 제2 구동부 전극(204), 제1 압전체(210) 및 구동부 절연막(220)을 [0035]

포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 구동부 전극(202) 및 제2 구동부 전극(204)이 구동 공진기(200)의 내에 나란 히 배치될 수 있다. 제2 구동부 전극(204)은 제1 구동부 전극(202)의 상면과 마주보는 하면을 가지며, 제1 구동 부 전극(202)의 위에 배치될 수 있다. 제1 구동부 전극(202) 및 제2 구동부 전극(204)은 제1 압전체(210)를 사 이에 두고, 제1 압전체(210)의 제1 방향(D1)의 두께(t1)만큼 서로 이격될 수 있다. 제1 구동부 전극(202)과 제2 구동부 전극(204)의 제2 방향(D2)의 길이는 서로 다를 수 있다. 일 예로 제1 구동부 전극(202)의 제2 방향(D2) 의 길이는 제2 구동부 전극(204)의 제2 방향(D2)의 길이에 비해 클 수 있다.

제1 압전체(210)가 제1 구동부 전극(202)과 제2 구동부 전극(204)의 사이에 배치될 수 있다. 제1 [0036]

압전체(210)는, 예컨대, PZT, PMN-PT, PZN-PT, PMN-PZT, MFC(Micro-fiber Composite), ZnO 및 AlN 등을 포함할 수 있다. 제1 압전체(210)는 제1 구동부 전극(202) 및 제2 구동부 전극(204)으로부터 전기 신호를 제공받아, 기 계적 변위가 발생될 수 있다. 일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 압전체(210)는 제1 구동부 전극(202) 및 제2 구동부 전극(204)을 통하여 신호 생성 회로(signal generator circuit, 402)와 연결될 수 있다. 신호 생성 회로(402)는, 지지 구조체(100)의 내부에 집적되거나, 또는 유체 점도 측정 장치의 외부에 별도로 구성될 수 있 다. 신호 생성 회로(402)는, 예컨대, 펄스 제너레이터 회로를 포함할 수 있다. 신호 생성 회로(402)는, 제1 압 전체(210)로 소정의 공진 주파수를 갖는 펄스 전압을 인가할 수 있다. 제1 압전체(210)는 펄스 전압을 인가 받 아 주기적으로 변위될 수 있으며, 구동 공진기(200)는 제1 압전체(210)의 변위에 따라 공진 될 수 있다.

구동부 절연막(220)은 제1 구동부 전극(202), 제2 구동부 전극(204) 및 제1 압전체(210)를 둘러쌀 수 있다. 이 [0037]

로써, 제1 구동부 전극(202), 제2 구동부 전극(204) 및 제1 압전체(210)는 개구부(SH) 내에 제공되는 감지대상 유체로부터 절연될 수 있다. 일 예에 따르면, 구동부 절연막(220)의 하면의 일부는 제1 지지층(110)의 상면에 접촉하여 고정될 수 있다. 구동부 절연막(220) 내의 제1 구동부 전극(202), 제2 구동부 전극(204) 및 제1 압전 체(210)는 구동부 절연막(220)에 의해 제2 방향(D2)과 실질적으로 평행하게 지지될 수 있다.

구동 공진기(200)는 제3 방향(D3)으로 돌출된 구동 패드부(200p)를 포함할 수 있다. 구동 공진기(200)는 구동 [0038]

패드부(200p)를 통하여 회로 또는 소자와 전기적으로 연결될 수 있다. 구동 패드부(200p) 내에서, 제1 구동부 전극(202)의 일부 및 제2 구동부 전극(204)의 일부가 구동부 절연막(220)에 의해 노출될 수 있다.

감지 공진기(300)가 제2 지지층(120)에 고정되어, 구동 공진기(200)와 제1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 감지 [0039]

공진기(300)는 구동 공진기(200)와 나란한 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 감지 공진기(300)와 구동 공진기 (200) 사이의 거리(d1)는 제2 방향(D2)으로 일정할 수 있다. 감지 공진기(300)의 일단은 제2 지지층(120)에 고 정되고, 감지 공진기(300)의 타단은 개구부(SH) 내에 부유될 수 있다. 감지 공진기(300)는 구동 공진기(200)와 마찬가지로, 소정의 공진 주파수를 갖도록 형성된 구조체일 수 있다. 감지 공진기(300)의 공진 주파수는 구동 공진기(200)의 공진주파수와 동일할 수 있다. 감지 공진기(300)는, 구동 공진기(200)와 마주하는 면을 가질 수 있다. 예컨대, 감지 공진기(300)의 하면은 구동 공진기(200)의 상면과 마주할 수 있다. 감지 공진기(300)와 구 동 공진기(200)의 사이에 감지대상 유체(도 7a의 OF 참조)가 제공될 수 있다. 감지 공진기(300)는 감지대상 유 체(OF)를 통하여 구동 공진기(200)와 상호작용할 수 있다. 감지 공진기(300)는 구동 공진기(200)의 공진에 따라 함께 공진될 수 있다. 일 예에 따르면, 감지 공진기(300)는 구동 공진기(200)와 실질적으로 동일한 형상을 가짐 으로써 구동 공진기(200)와 동일한 주파수로 공진될 수 있다. 감지 공진기(300)와 구동 공진기(200)의 구체적인 공진 메커니즘에 대해서는 도 7a 및 도 7b를 참조하여 후술된다.

감지 공진기(300)는 제1 감지부 전극(302), 제2 감지부 전극(304), 제2 압전체(310), 감지부 절연막(320)을 포 [0040]

함할 수 있다.

제1 감지부 전극(302) 및 제2 감지부 전극(304)이 감지 공진기(300)의 내에 나란히 배치될 수 있다. 제1 감지부 [0041]

전극(302) 및 제2 감지부 전극(304)은 제2 압전체(310)를 사이에 두고, 서로 이격될 수 있다. 제1 감지부 전극 (302)과 제2 감지부 전극(304)의 제2 방향(D2)의 길이는 서로 다를 수 있다. 일 예로 제1 감지부 전극(302)의 제2 방향(D2)의 길이는 제2 감지부 전극(304)의 제2 방향(D2)의 길이에 비해 작을 수 있다.

제2 압전체(310)가 제1 감지부 전극(302) 및 제2 감지부 전극(304)의 사이에 배치될 수 있다. 제2 압전체(310) [0042]

는, 예컨대, PZT, PMN-PT, PZN-PT, PMN-PZT, MFC(Micro-fiber Composite), ZnO 및 AlN 등을 포함할 수 있다.

제2 압전체(310)는 제1 압전체(210)와 동일한 물질로 구성될 수 있으며, 제1 압전체(210)와 동일한 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 제1 압전체(210) 및 제2 압전체(310)는 제2 방향(D2)으로 길쭉하게 연장된 평판의 형상을 가 질 수 있다. 제1 압전체(210)의 제2 방향(D2)의 길이는 제2 압전체(310) 제2 방향(D2)의 길이와 동일할 수 있다. 제1 압전체(210) 두께(t1) 및 제2 압전체(310)의 두께(t2)의 각각은 제2 방향(D2)으로 일정할 수 있다.

(9)

또한, 제1 압전체(210) 두께(t1) 및 제2 압전체(310)의 두께(t2)는 서로 동일할 수 있다.

감지 공진기(300)가 공진됨에 따라, 그 내부의 제2 압전체(310)가 공진될 수 있다. 제2 압전체(310)는 발생되는 [0043]

기계적 변위에 따라 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 압전체(310)는 제1 감지부 전극(302) 및 제2 감지부 전극(304)을 통하여 신호 수신 회로(signal receiving circuit, 404) 와 연결될 수 있다. 제2 압전체(310)는 발생된 전기 신호를 신호 수신 회로(404)에 제공할 수 있다. 신호 수신 회로(404)는, 예컨대, 증폭기, 디지털 변환기 등을 포함할 수 있으며, 제2 압전체(310)로부터 제공받은 전기신호로부터 펄스 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제1 압전체(210) 및 제2 압전체(310)가 동일한 형상을 가짐으로써, 감지 공진기 (300)의 공진 주파수가 구동 공진기(200)의 공진 주파수와 같아질 수 있다. 나아가, 제2 압전체(310)에 의해 발 생되는 펄스 신호를 측정함으로써, 제1 압전체(210) 및 제2 압전체(310)의 공진 주파수가 용이하게 추정될 수 있다.

감지부 절연막(320)은 제1 감지부 전극(302), 제2 감지부 전극(304) 및 제2 압전체(310)를 둘러쌀 수 있다. 이 [0044]

로써, 제1 감지부 전극(302), 제2 감지부 전극(304) 및 제2 압전체(310)는 개구부(SH) 내에 제공되는 감지대상 유체로부터 절연될 수 있다. 일 예에 따르면, 감지부 절연막(320)의 상면의 일부는 제2 지지층(120)의 하면에 접촉하여 고정될 수 있다. 감지부 절연막(320) 내의 제1 감지부 전극(302), 제2 감지부 전극(304) 및 제1 압전 체(210)는 감지부 절연막(320)에 의해 제2 방향(D2)과 실질적으로 평행하게 지지될 수 있다.

감지 공진기(300)는 제3 방향(D3)으로 돌출된 감지 패드부(300p)를 포함할 수 있다. 감지 공진기(300)는 감지 [0045]

패드부(300p)를 통하여 회로 또는 소자와 전기적으로 연결될 수 있다. 감지 패드부(300p) 내에서, 제1 감지부 전극(302)의 일부 및 제2 감지부 전극(304)의 일부가 감지부 절연막(320)에 의해 노출될 수 있다.

도 6a 및 도 6b을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치는 지지 구조체(100) 상에 배치된 [0046]

지지기판(140)을 더 포함할 수 있다. 지지기판(140)의 일면은 개구부(SH)에 의해 일부가 노출될 수 있다. 다시 말해서, 개구부(SH)의 상단 또는 하단은 지지기판(140)에 의해 닫힐 수 있다. 이로써, 감지대상 유체가 감지 영 역인 개구부(SH)의 내에 보다 용이하게 잔존될 수 있다. 일 예에 따르면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 지지기판 (140)은 감지 공진기(300)에 비해 구동 공진기(200)와 가깝게 배치될 수 있다. 이와 달리, 도 6b에 도시된 바와 같이, 지지기판(140)은 구동 공진기(200)에 비해 감지 공진기(300)와 가깝게 배치될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 점도 측정 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

[0047]

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)의 사이에 유체(OF)가 제공될 수 있다. 유체 [0048]

(OF)는 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)의 사이에 국소적으로 제공될 수 있으나, 본 발명의 실시예들에 따 른 유체 점도 측정 방법이 이에 제한되는 것은 아니다. 유체(OF)는 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)를 둘 러싸도록 제공되거나, 또는 지지 구조체(100)의 개구부(SH, 도 2 참조)를 완전히 채우도록 제공될 수도 있다.

구동 공진기(200)에 고유 진동수에 해당하는 펄스 신호 인가되면, 구동 공진기(200)는 위아래로 휘는 운동을 할 [0049]

수 있다. 이 때, 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)의 사이의 유체(OF)에 스퀴징 현상(squeezing effect)이 발생될 수 있다. 스퀴징 현상은 유체(OF)가 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)의 사이에 정의되는 간극의 내 부 또는 외부로 반복적으로 이동하는 것을 포함할 수 있다. 스퀴징 현상에 따른 유체(OF)의 운동에 의해, 감지 공진기(300)는 구동 공진기(200)의 공진 모드 주파수와 동일한 주파수로 구동되어 동일한 공진 모드로 동작할 수 있다. 이로써, 제2 압전체(310)에 전기적 신호가 발생하게 되며, 이 신호는 구동 공진기(200)에 인가된 신호 와 같은 주파수를 가지면서 다른 크기와 위상을 가질 수 있다. 제2 압전체(310)에 의해 발생된 신호의 크기와 위상은 유체(OF)의 점도와 간극에 의한 스퀴진 현상에 의해 정해지며, 점도에 따라 신호의 크기와 위상이 달라 질 수 있다. 즉, 제2 압전체(310)로부터 수신된 신호의 크기와 위상을 통해 유체의 점도가 측정될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 구동 공진기(200)의 공진 모드가 감지 대상 유체(OF)를 통하여 감지 공진기(30 [0050]

0)에 전달될 때, 공진 모드의 특성이 유체의 점도에 의해서 변하는 것을 이용하여 유체의 점도가 측정될 수 있 다. 이로써, 유체의 점도가 실시간으로 측정될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 유체의 특성 중 일부를 알고 있어야 하거나 또는 아는 값으로 가정할 필요 없이 유체의 점도를 직접적으로 측정할 수 있으므로 보다 신뢰도 높은 점도 측정 결과를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치는 유체 내에서 능동적으로 공진되는 공진기의 특성 변화를 감 [0051]

지하는 방식과 달리, 유체의 점도 특성에 따라 공진기 사이에 전달되는 공진 모드의 변화를 감지하는 것이므로 보다 신뢰도 높은 점도 측정 결과를 얻을 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 9a 및 9b는 본 발명의 [0052]

(10)

실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 도면들로, 각각, 도 8의 의 II~II'선 및 III~III' 선을 따라 절취한 단면도들이다.

간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 유체 점도 측정 장치와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있 [0053]

다.

도 8, 도 9a 및 9b를 참조하면, 지지 구조체(100)는 그를 제1 방향(D1)으로 관통하는 개구부(SH)를 가질 수 있 [0054]

다. 지지 구조체(100)는 순차적으로 적층된 제1 지지층(110), 중간층(130) 및 제2 지지층(120)을 포함할 수 있 다. 제1 및 제2 공진기 지지부(230, 330)가 지지 구조체(100)로부터 연장되어 개구부(SH)의 내에 배치될 수 있 다. 제1 공진기 지지부(230)는 구동 공진기(200)를 지지할 수 있으며, 제2 공진기 지지부(330)는 감지 공진기 (300)를 지지할 수 있다.

구체적으로, 제1 지지층(110)은 순차적으로 적층된 제1 하부층(112), 제2 하부층(114) 및 제3 하부층(116)을 포 [0055]

함할 수 있다. 제3 하부층(116)과 제1 공진기 지지부(230)가 제1 연결부들(240)을 통하여 연결될 수 있다. 제3 하부층(116), 제1 공진기 지지부(230) 및 제1 연결부들(240)은 서로 연결되어 일체를 이룰 수 있다. 제1 공진기 지지부(230)는 개구부(SH)의 내에서 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 연결부들(240)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 교차하는 제3 방향(D3)으로 연장되어 제3 하부층(116)과 제1 공진기 지지부(230)를 연결할 수 있다. 제1 연결부들(240)은 제1 공진기 지지부(230)의 제2 방향(D2)의 중심선의 연장선 상에 형성될 수 있다.

이로써, 구동 공진기(200)가 공진되는 동안, 구동 공진기(200)의 비대칭적인 운동이 방지될 수 있으며, 제1 연 결부들(240)에 전달되는 스트레스가 감소될 수 있다.

제2 지지층(120)은 순차적으로 적층된 제1 상부층(126), 제2 상부층(124) 및 제3 상부층(122)을 포함할 수 [0056]

있다. 제1 상부층(126)과 제2 공진기 지지부(330)가 제2 연결부들(340)을 통하여 연결될 수 있다. 제1 상부층 (126), 제2 공진기 지지부(330) 및 제2 연결부들(340)은 서로 연결되어 일체를 이룰 수 있다. 제1 공진기 지지 부(230)는 개구부(SH)의 내에서 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 연결부들(340)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 교차하는 제3 방향(D3)으로 연장되어 제1 상부층(126)과 제2 공진기 지지부(330)를 연결할 수 있다.

제2 연결부들(340)은 제2 공진기 지지부(330)의 제2 방향(D2)의 중심선의 연장선 상에 형성될 수 있다. 다시 말 해서, 제2 연결부들(340)은 제1 연결부들(240)과 수직적으로 중첩될 수 있다. 이로써, 제2 공진기 지지부(330) 에 의해 지지되는 감지 공진기(300)가 구동 공진기(200)와 동일한 공진모드를 가질 수 있다.

본 예에서, 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)는 제1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 달리 말해서, 구동 [0057]

공진기(200)는, 제1 공진기 지지부(230)의 상면 상에 배치될 수 있고, 감지 공진기(300)는 제2 공진기 지지부 (330)의 하면 상에 배치될 수 있다. 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)는 제1 방향(D1)으로 서로 마주볼 수 있다. 감지 공진기(300)는 구동 공진기(200)의 상면과 마주보는 하면을 가질 수 있다. 구동 공진기(200)의 상면 과 감지 공진기(300)의 하면 사이에 감지 대상 유체가 제공될 수 있으며, 구동 공진기(200)가 공진되는 경우, 감지 대상 유체는 감지 공진기(300)에 공진 모드를 전달할 수 있다. 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)는 두 께 확장 모드(thickness-extension mode)로 동작할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 11는 본 발명의 실시 [0059]

예들에 따른 유체 점도 측정 장치를 설명하기 위한 도면으로, 도 10의 의 IV~IV'선을 따라 절취한 단면도이다.

간결한 설명을 위하여, 앞서 설명된 유체 점도 측정 장치와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있 [0060]

다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 지지 구조체(100)는 순차적으로 적층된 제1 하부층(112), 제2 하부층(114) 및 제3 [0061]

하부층(116)을 포함할 수 있다. 제1 공진기 지지부(230)는 제1 연결부들(240)을 통하여 제3 하부층(116)과 연결 될 수 있고, 제2 공진기 지지부(330)는 제2 연결부들(340)을 통하여 제3 하부층(116)과 연결될 수 있다. 달리 말해서, 제1 공진기 지지부(230), 제2 공진기 지지부(330), 제3 하부층(116), 제1 연결부들(240) 및 제2 연결부 들(340)은 서로 연결되어 일체를 이룰 수 있다.

제1 공진기 지지부(230) 상에 구동 공진기(200)가 배치될 수 있고, 제2 공진기 지지부(330) 상에 감지 공진기 [0062]

(300)가 배치될 수 있다. 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)의 각각은 개구부(SH) 내에서 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 구동 공진기(200)와 감지 공진기(300)는 제2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 감지 공진기 (300)는 구동 공진기(200)의 측면과 마주보는 측면을 가질 수 있다. 감지 공진기(300)와 구동 공진기(200)는 길 이 확장 모드(length-extension mode)로 동작할 수 있다. 감지대상 유체는, 점도 측정을 위하여, 적어도 감지

(11)

공진기(300)와 구동 공진기(200)의 서로 마주보는 측면들 사이에 배치될 수 있다. 구동 공진기(200)의 동작에 따라, 감지 공진기(300)와 구동 공진기(200) 사이의 거리(w1)가 주기적으로 변화될 수 있다. 이로써, 감지대상 유체가 스퀴징될 수 있으며, 구동 공진기(200)의 공진 모드가 감지 공진기(300)에 전달될 수 있다.

도 12 내지 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 유체 점도 측정 장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

[0063]

도 12를 참조하면, 예비 제1 하부층(112a) 상에 예비 제2 하부층(114a) 및 예비 제3 하부층(116a)이 순차적으로 [0064]

적층될 수 있다. 일 예로, 예비 제1 하부층(112a), 예비 제2 하부층(114a) 및 예비 제3 하부층(116a)은 순차적 으로 적층된 절연층들일 수 있다. 일 예로, 예비 제1 하부층(112a), 예비 제2 하부층(114a) 및 예비 제3 하부층 (116a)은 SOI 웨이퍼(Silicon On Insulator Wafer)의 일부일 수도 있다.

예비 제3 하부층(116a) 상에 구동 공진기(200)를 형성할 수 있다. 구동 공진기(200)는 증착 공정 및 패터닝 공 [0065]

정을 이용하여 형성될 수 있다. 구동 공진기(200)를 형성하는 것은 제1 절연막을 형성하는 것, 제1 절연막 상에 제1 구동부 전극(202), 제1 압전체(210) 및 제2 구동부 전극(204)을 순차적으로 형성하는 것 및 제1 구동부 전 극(202), 제1 압전체(210) 및 제2 구동부 전극(204)을 덮는 제2 절연막을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 제1 절연막과 제2 절연막은 구동부 절연막(220)을 구성할 수 있다.

도 13을 참조하면, 예비 제3 하부층(116a)을 패터닝하여 제3 하부층(116) 및 제1 공진기 지지부(230)를 형성할 [0066]

수 있다. 예비 제3 하부층(116a)을 패터닝하는 것은 예비 제3 하부층(116a) 상에 제2 하부층(114)을 노출하는 트렌치(T)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 트렌치(T)는 예비 제2 하부층(114a)을 식각 정지막으로 이용하는 이방성 식각 공정에 의하여 형성될 수 있다.

도 14를 참조하면, 예비 제1 하부층(112a)의 일부를 제거하여 제1 하부층(112)을 형성할 수 있다. 제1 하부층 [0067]

(112)은 예비 제2 하부층(114a)의 하면의 일부를 노출할 수 있다.

도 15를 참조하면, 예비 제2 하부층(114a)의 일부를 제거하여 제1 하부층(112), 제2 하부층(114) 및 제3 하부층 [0068]

(116)을 포함하는 제1 지지층(110)을 형성할 수 있다. 제1 공진기 지지부(230)는, 도 8 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 제1 연결부들(240)에 의하여 제3 하부층(116)과 연결되어 지지될 수 있다.

예비 제2 하부층(114a)은 제1 하부층(112) 및 제3 하부층(116)과 식각 선택성이 있는 물질을 포함할 수 있다.

[0069]

예비 제2 하부층(114a)의 일부를 제거하는 제2 하부층(114)을 선택적으로 식각할 수 있는 레서피를 이용한 등방 성 식각 공정을 이용하여 수행될 수 있다.

도 16을 참조하면, 도 12 내지 도 15 참조하여 설명된 방식과 동일/유사한 방식으로 감지 공진기(300) 및 제2 [0070]

지지층(120)이 형성될 수 있다. 이어서, 제2 지지층(120)이 중간층(130)을 개재하여 제1 지지층(110) 상에 고정 될 수 있다. 이때, 제2 지지층(120)은 감지 공진기(300)의 일면이 구동 공진기(200)의 상면과 마주보도록 제1 지지층(110) 상에 고정될 수 있다.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 [0071]

특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모 든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

(12)

도면 도면1

(13)

도면2

(14)

도면3

(15)

도면4

(16)

도면5

도면6a

(17)

도면6b

도면7a

(18)

도면7b

(19)

도면8

도면9a

(20)

도면9b

(21)

도면10

(22)

도면11

도면12

(23)

도면13

도면14

도면15

(24)

도면16

참조

관련 문서