정전용량식 vs 압저항식 MEMS 센서: 원리·소비 전력·온도 특성·용도 비교
MEMS 가속도 센서와 압력 센서는 질량체나 다이어프램이 힘에 의해 움직이거나 휘는 양을 전기 신호로 바꿉니다. 정전용량식은 가동 전극과 고정 전극 사이의 정전용량 변화로 변위를 측정합니다. 소비 전력이 작고 온도의 영향도 잘 받지 않지만, 변화가 극히 작아서 고감도 전용 회로가 필요합니다. 압저항식은 실리콘에 응력이 가해지면 비저항이 변하는 효과를 이용하며, 브리지 회로로 읽어 냅니다. 회로가 간단하고 출력도 다루기 쉬운 반면, 전류를 계속 흘리므로 소비 전력이 크고 온도에 따른 변화의 보상이 필수입니다.
| 비교 항목 | 정전용량식 | 압저항식 |
|---|---|---|
| 검출 원리 | 가동 전극과 고정 전극 사이의 정전용량 변화 | 응력에 의한 비저항 변화(압저항 효과) |
| 가속도 센서의 구조 | 스프링으로 지지한 질량체에 빗살 모양의 가동 전극을 달고, 양쪽 고정 전극과의 용량 차이를 측정합니다(차동) | 질량체를 지지하는 빔에 저항을 형성하고, 빔이 휠 때의 응력을 측정합니다 |
| 압력 센서의 구조 | 압력으로 휘는 다이어프램과 마주 보는 전극 사이의 용량을 측정합니다 | 얇은 다이어프램 가장자리에 저항 4개를 형성해 휘트스톤 브리지로 구성합니다 |
| 읽어 내는 신호 | 매우 작은 용량 변화(가속도 센서에서는 fF 이하인 경우도). 용량을 전압으로 바꾸는 전용 ASIC이 필요합니다 | 저항 변화를 브리지의 전압으로 꺼냅니다. 회로가 간단합니다 |
| 소비 전력 | 작음. 직류 전류가 흐르지 않습니다 | 큰 편. 브리지에 직류 전류를 계속 흘립니다 |
| 온도의 영향 | 잘 받지 않습니다 | 저항값과 감도가 온도에 따라 크게 변해 온도 보상이 필수입니다 |
| 감도와 분해능 | 차동 전극과 고감도 회로로 작은 가속도나 미세한 압력도 높은 분해능으로 측정하기 쉽습니다 | 출력의 선형성이 좋습니다. 감도는 비교적 낮은 편이지만, 큰 압력이나 충격 측정에도 적합합니다 |
| 정지 상태(일정한 힘)의 측정 | 가능(중력도 측정 가능) | 가능(중력도 측정 가능) |
| 외란에 대한 강도 | 배선의 기생 용량과 전기적 노이즈의 영향을 받기 쉬워, 회로를 센서 가까이에 둡니다 | 임피던스가 낮아 기생 용량의 영향을 잘 받지 않습니다 |
| 제조 | 표면 마이크로머시닝 등으로 만들며, 회로 칩과 함께 작은 패키지에 넣기 쉽습니다 | 주로 벌크 마이크로머시닝으로 다이어프램이나 빔을 만들고, 이온 주입이나 확산으로 저항을 형성합니다 |
| 주요 용도 | 스마트폰 등의 가속도 센서·자이로, MEMS 마이크로폰, 저전력 기압 센서 | 자동차 엔진과 타이어의 압력, 혈압계, 산업용 압력계, 충격용 가속도 센서 |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.