• 대한기계학회논문집A
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• 제27권11호
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• pp.1840-1848
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• 2003

This paper presents the structural analysis and optimum design of a vertical micro-gyroscope with decoupled 2 degrees of freedom (DOF), driven by electrostatic force. Simplified beam models were presented to derive the structural stiffness of the driving spring of the U shape and the sensing spring of I shape. A finite element analysis (FEA) was performed to validate each derivation. A total mass and a polar mass moment of inertia were also obtained and used in calculating the resonance frequency at each mode of the 2 DOF. The resonance frequencies of the total system were calculated using the proposed models and it has been found that they were in excellent agreement with those of the FEA. Finally, the developed analysis program was then linked to an optimum design module, and an optimum design of the micro-gyroscope was successfully performed.

• 한국정밀공학회지
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• 제18권1호
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• pp.89-97
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• 2001

A microgyroscope, which vibrates in two orthogonal axes on the substrate plane, is designed and fabricated. The shuttle mass of the vibrating gyroscope consists of two parts. The one is outer shuttle mass which vibrates in driving mode guided by four folded springs attached to anchors. And the other is inner shuttle mass which vibrates in driving mode as the outer frame does and also can vibrate in sensing mode guided by four folded springs attached to the outer shuttle mass. Due to the directions of vibrating mode, it is possible to fabricate the gyroscope with simplified process by using polysilicon on insulator structure. Fabrication processes of the microgyroscope are composed of anisotropic silicon etching by RIE, gas-phase etching (GPE) of the buried sacrificial oxide layer, metal electrode formation. An eletromechanical model of the vibrating microgyroscope was modeled and bandwidth characteristics of the gyroscope operates at DC 4V and AC 0.1V in a vacuum chamber of 100mtorr. The detection circuit consists of a discrete sense amplifier and a noise canceling circuit. Using the evaluated electromechanical model, an operating condition for high performance of the gyroscope is obtained.

• 디지털융복합연구
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• 제14권3호
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• pp.373-379
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• 2016

국내에서 주 5일제 근무가 시행되어 많은 사람들이 주말을 즐기기 위해 취미활동이나 레저활동 혹은 캠핑 등에 관심이 집중되고 있다. 또한 최근 출퇴근을 위한 퍼스널 모빌리티 제품도 샤오미를 통한 가격 인하 제품의 출시로 직장인들에게 많이 판매되고 있다. 이러한 시점에서 본 연구는 레저활동이나 혹은 퍼스널 모빌리티 제품 사용에 있어서의 안전을 위한 자이로스코프 센서를 이용한 방향지시등의 개발을 목적으로 하고 있다. 현재 레저활동이나 퍼스널 모빌리티 제품의 안전을 위한 방향지시등의 제작 사례와 문제점등을 알아 보고 그것을 보완할 수 있는 사용자의 안전을 위한 방향지시등 개발을 개발하였다. 그모양은 원형의 링으로 LED를 사용하여 사용자의 움직임 방향을 후측방에 지시할 수 있다. 이러한 연구는 퍼스널모빌리티 제품을 사용하는 사용자를 위한 하나의 해결책이 될 수있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권9호
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• pp.1931-1942
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• 2002

In this paper a formulation of robust optimization is presented and illustrated by a design example of vibratory micro gyroscopes in order to reduce the effect of variations due to uncertainties in MEMS fabrication processes. For the vibratory micro gyroscope considered it is important to match the resonance frequencies of the vertical (sensing) and lateral (driving) modes as close as possible to attain a high sensing sensitivity. A deterministic optimization in which the difference of both the sensing and driving natural frequencies is minimized as an objective function results in highly enhanced performance but apt to be very sensitive to fabrication errors. The formulation proposed is to attain robustness of the performance by including the sensitivity of the response with respect to uncertain variables as a term of objective function to be minimized. This formulation is simple and practically applicable since no detail statistical information on fabrication errors is required. The geometric variables, beam width, length and thickness of vibratory micro gyroscopes are adopted as design variables and at the same time considered as uncertain variables because here occur the fabrication errors. A robustness test in terms of a percentage yield by using the Monte Carlo simulation has shown that the robust optimum produces twice more acceptable designs than the deterministic optimum. Improvement of robustness becomes bigger as the amount of fabrication errors is assumed larger. Considering that the magnitude of fabrication errors and uncertainties in a MEMS structure are comparatively large, the present method is illustrated to be a viable approach for a robust MEMS design.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권3호
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• pp.57-65
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• 2003

본 연구에서는 웨이퍼 레벨 진공 패키징된 MEMS자이로스코프 소자의 신뢰성 시험 및 분석을 통하여 웨이퍼 레벨 진공 패키징의 파괴 메카니즘을 연구하였다. 진공 패키징의 주된 파괴 모드는 누설, 가스투과, 그리고 outgassing이다. 누설은 접합 계면이나 재질의 결함을 통하여 주로 발생되며, 접합폭을 증가시키거나 단결정 실리콘을 사용하면 누설이 감소한다. Outgassing은 실리콘 및 유리기판의 표면 및 내부에서 발생하며 주로 $H_2O$와, $CO_2$, $C_3H_5$ 및 유기 오염물질이었다. Epi-poly의 경우 SOI 웨이퍼보다 약 10배의 outgassing을 발생시킨다. 또한 유리기판을 샌드블라스트 공정을 사용하여 가공한 경우, 약 2.5배의 outgassing 양이 증가한다. Outgassing 제거를 위해서는 접합 전에 웨이퍼를 pre-baking하는 과정이 필수적이며, outgassing의 발생을 최대로 하기 위한 최적의 pre-baking조건은 실리콘과 유리 웨이퍼를 $400^{\circ}C$와 $500^{\circ}C$ 사이에서 pre-baking하는 것이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권4호
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• pp.13-22
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• 2004

MEMS 소자의 패키지는 일반적으로 패키징 과정에서 큰 온도변화를 받게 되는데, 이에 의한 패키지의 변형은 패키지 및 소자의 신뢰성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 진동형 MEMS 자이로스코프 센서의 패키지를 대상으로 하여, 온도변화로 인한 열변형 거동에 대한 광학실험과 해석을 수행하였다. 이를 위하여 실시간 모아레 간섭계를 이용하여 각 온도단계에서 변위분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 MEMS 패키지의 굽힘변형 거동 및 인장변형에 대한 해석을 수행하였다. MEMS 칩과 EMC 및 PCB의 열팽창계수 차이로 인하여 패키지는 $125^{\circ}C$ 이하에서는 전체적으로 아래로 볼록한 굽힘변형이 발생하였으며, 온도 $140^{\circ}C$를 정점으로 그 이상의 온도에서는 반대의 굽힘변형이 발생하였다. MEMS의 주파수에 영향을 줄 수 있는 칩 자체의 수축변형률은 약 $481{\times}10^{-6}$로 측정되어서 MEMS 설계시 이를 고려하여야 함을 알 수 있다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제5권10호
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• pp.331-338
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• 2016

본 논문에서는 모션 센서를 이용한 군대 수신호 전송 시스템을 제안한다. 제안 시스템은 분대장 디바이스와 분대원 디바이스, 서버로 구성된다. 분대장 디바이스와 분대원 디바이스는 마이크로 아두이노와 가속도 센서, 자이로스코프 센서로 구현되었으며, 서버는 라즈베리파이3을 사용하여 구현되었다. 분대장 디바이스와 분대원 디바이스는 밴드 형태로 제작되었기 때문에 가볍고 휴대성이 좋다. 또한, 제안 시스템은 시야가 확보되지 않는 상황에서 진동을 통해 수신호를 전송할 수 있다. 제안 시스템에서 구현된 디바이스는 4가지의 수신호를 인식할 수 있으며, 실험을 통해 88.82%의 인식 성공률을 보였다. 본 연구의 결과물을 통해 군 작전의 효율성과 병사의 생존율을 높일 것을 기대한다.

• 한국정밀공학회지
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• 제17권11호
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• pp.81-87
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• 2000

A new resonator that is fabricated by single polysilicon layer process is presented. The resonator can move in two orthogonal direction on the plane parallel to the substrate. And the resonant frequencies of the two modes are intrinsically designed to be identical since the overall structure of the resonator is symmetric about the two directions of motion. Since the resonator ideally has two identical vibration mode, it can be applied to various micro-devices that requires multi DOF motion, especially to microgyroscopes. To investigate the feasibility of application of the resonator, dynamic model of the resonator including the nonlinear behavior of driving electrodes is derived and evaluated with the fabricated one, and the self-tuning characteristics are proved though experiments.