DE102006052718A1

DE102006052718A1 - Einzelchip Drei-Achsen-Beschleunigungsmessgerät

Info

Publication number: DE102006052718A1
Application number: DE102006052718A
Authority: DE
Inventors: Yaping Hua; Leyue Jiang; Yongyao Acton Cai; Albert Burnaby Leung; Yang Andover Zhao
Original assignee: Memsic Inc
Current assignee: Memsic Inc
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: DE102006052718B4; US20070101813A1; US7424826B2

Abstract

Einzelchip thermische 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgeräte beinhalten ein Substrat, wenigstens einen Hohlraum, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist, eine Brückenstruktur, die über einer Öffnung des Hohlraums auf- bzw. abgehängt ist, und eine Mehrzahl von Heizelementen und Temperaturabtastelementen, die auf der Brückenstruktur angeordnet sind. Das Substrat hat eine im wesentlichen ebene Oberfläche, die durch X- und Y-Koordinatenachsen definierbar ist, und die Brückenstruktur ist über der Öffnung des Hohlraums in der X-Y Ebene abgehängt. In einer Ausbildung ist die Brückenstruktur konfiguriert, um wenigstens zwei der Temperaturabtastelemente außerhalb der X-Y Ebene zu positionieren. Die Heiz- und Temperaturabtastelemente sind auf der Brückenstruktur in optimierten Anordnungen angeordnet, um reduzierte Temperaturkoeffizienten zur Verfügung zu stellen und um Ausgabespannungen zu produzieren, die eine(n) reduzierte(n) Gleichstrom-Offset und -Drift aufweisen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mikrobearbeitete konvektive Beschleunigungsmeßgeräte und spezifischer auf thermische mehrachsige Beschleunigungsmeßgeräte, die fähig sind, auf einem einzigen Chip ausgebildet zu werden.

U.S. Patentanmeldung Nr. 11/125,759, hinterlegt am 10. Mai 2005 mit dem Titel Z-AXIS THERMAL ACCELEROMETER ("Ther misches Z-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät") und auf dieselbe Zessionarin wie die vorliegende Erfindung übertragen (die '759 Anmeldung) offenbart ein thermisches Beschleunigungsmeßgerät, welches bis zu drei Achsen einer Beschleunigungsabtastung bzw. -erfassung erlaubt. Das geoffenbarte thermische Beschleunigungsmeßgerät umfaßt einen thermischen Beschleunigungssensor, beinhaltend ein Substrat, das eine im wesentlichen ebene bzw. planare Oberfläche aufweist, die durch X- und Y-Koordinatenachsen definiert ist, wenigstens einen Hohlraum, der in dem Substrat ausgebildet ist, wenigstens ein Heizeinrichtungs- bzw. Heizelement, ein erstes und zweites Temperaturabtastelement und eine innere bzw. interne Bezugsspannung. Das Heizelement ist über dem Hohlraum in der X-Y Ebene auf- bzw. abgehängt und das erste und zweite Temperaturabtastelement sind entlang entweder der X-Achse oder der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet. Das thermische Beschleunigungsmeßgerät beinhaltet weiterhin eine Verstärkungsschaltung, die betätigbar bzw. operativ ist, um Signale zu empfangen, die eine Differentialtemperatur darstellen bzw. repräsentieren, die durch das erste und zweite Temperaturabtastelement detektiert ist, in welcher die Differentialtemperatur für eine erfaßte bzw. abgetastete Beschleunigung entlang der X- oder Y-Achse hinweisend ist. Die Verstärkungsschaltung ist auch betätigbar bzw. betreibbar, um Signale zu empfangen, die eine Temperatur einer gemeinsamen Mode darstellen, die durch das erste und zweite Temperaturabtastelement detektiert ist, in welchem die Temperatur einer gemeinsamen Mode für eine abgetastete Beschleunigung entlang der Z-Achse hinweisend ist. Die Verstärkungsschaltung erzeugt Ausgangs- bzw. Ausgabespannungen, die für die Größen einer Beschleunigung in der X-, Y- und Z-Richtung hinweisend bzw. reprä sentativ ist. Wie in der '759 Anmeldung geoffenbart, kann das thermische Beschleunigungsmeßgerät unter Verwendung von Herstellungstechniken implementiert sein bzw. werden, welche mit CMOS- und Bipolar-Verfahren kompatibel sind.

Obwohl das thermische Beschleunigungsmeßgerät, das in der '759 Anmeldung geoffenbart ist, erfolgreich angewandt werden, um bis zu drei Achsen einer Beschleunigungsabtastung bzw. -erfassung zu erhalten, gibt es ein ansteigendes Erfordernis für thermische mehrachsige Einzelchip-Beschleunigungsmeßgeräte, welche eine verbesserte Leistung gegenüber bestehenden thermischen mehrachsigen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen besitzen. Derartige verbesserte bzw. verstärkte thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen würden thermische Beschleunigungssensoren beinhalten, die reduzierte Temperaturkoeffizienten aufweisen, und würden Ausgangs- bzw. Ausgabespannungen produzieren, die eine(n) reduzierte(n) Gleichstrom-Offset und -Drift zeigen. Bisher wurde das verstärkte Bedürfnis für thermische mehrachsige Einzelchip-Beschleunigungsmeßgeräte, die für eine höhere Leistungsfähigkeit verbessert waren, nicht vollständig erfüllt. Es würde wünschenswert sein, thermische mehrachsige Einzelchip-Beschleunigungsmeßgeräte zu besitzen, welche dieses Erfordernis adressieren.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind bzw. werden thermische mehrachsige Einzelchip-Beschleunigungsmeßgeräte geoffenbart, welche eine verbesserte Leistung bzw. Leistungsfähigkeit gegenüber konventionellen thermischen mehrachsigen Beschleunigungsmeßvorrichtungen geben.

In einer Ausbildung beinhaltet eine thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung ein Sub strat, wenigstens einen Hohlraum, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist, eine Brückenstruktur, die über einer Öffnung des Hohlraums abgehängt bzw. aufgehängt ist, und eine Mehrzahl von Heizeinrichtungs- bzw. Heizelementen und eine Mehrzahl von Temperaturabtast- bzw. -erfassungselementen, die auf der Brückenstruktur angeordnet sind. Das Substrat hat eine im wesentlichen ebene bzw. planare Oberfläche, die durch die X- und Y-Koordinatenachsen definiert ist, und die Brückenstruktur ist über der Öffnung des Hohlraums in der X-Y Ebene abgehängt. In dieser ersten Ausbildung sind die entsprechenden Vielzahlen von Heizelementen und Temperaturabtastelementen auf der Brückstruktur in einer Mehrzahl von Gruppen angeordnet, in welchen jede Gruppe zwei Temperaturabtastelemente und ein einziges Heizelement beinhaltet. Eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von Heiz- und Temperaturabtastelementen sind entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet, und eine dritte Gruppe und eine vierte Gruppe von Heiz- und Temperaturabtastelementen sind entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet. Innerhalb jeder Gruppe von Heiz- und Temperaturabtastelementen sind die zwei Temperaturabtastelemente entlang der X-Achse oder der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem entsprechenden Heizelement angeordnet.

Wenn Beschleunigungskräfte auf die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung angewandt bzw. aufgebracht werden, verschiebt sich die Temperaturverteilung des Fluids innerhalb des Vorrichtungshohlraums. In dieser ersten Ausbildung werden, um einen Hinweis der Größe einer Be schleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, die differentiellen bzw. Differentialtemperaturen, die durch die Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der ersten und zweiten Gruppe abgetastet bzw. erfaßt sind bzw. werden, in derselben Richtung entlang der X-Achse bestimmt. Als nächstes werden Signale, die diese Differentialtemperaturen entlang der X-Achse repräsentieren bzw. darstellen, generiert bzw. erzeugt und die Signalgrößen werden bestimmt und summiert. In ähnlicher Weise werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten, die Differentialtemperaturen, die durch die Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der dritten und vierten Gruppe abgetastet sind bzw. werden, in derselben Richtung entlang der Y-Achse bestimmt. Signale, die diese Differentialtemperatur entlang der Y-Achse repräsentieren, werden dann generiert, und die Signalgrößen werden bestimmt und summiert. Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse, d.h. senkrecht zu der X-Y Ebene, zu erhalten, werden die Differentialtemperaturen, die durch die Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der ersten und zweiten Gruppe abgetastet sind bzw. werden, in entgegengesetzten Richtungen entlang der X-Achse bestimmt. In ähnlicher Weise werden die Differentialtemperaturen, die durch die Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der dritten und vierten Gruppe abgetastet sind bzw. werden, in entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse bestimmt. Als nächstes werden Signale, die diese Differentialtemperaturen entlang der X- und Y-Achse repräsentieren, generiert, und die Signalgrößen werden bestimmt und summiert. Um die Empfindlichkeit einer Beschleunigungsabtastung bzw. -erfassung in der Z-Richtung zu erhöhen, kann ein zusätzliches Heizelement an im wesentlichen dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sein bzw. werden, und die Größe einer Beschleunigung entlang der Z- Achse kann in derselben Weise, wie oben beschrieben, bestimmt werden. Dieses zusätzliche Heizelement kann jedoch bewirken, daß DC- bzw. Gleichstrom-Versetzungen bzw. -Offsets ansteigen.

In einer anderen Ausbildung beinhaltet eine thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung ein Substrat, wenigstens einen Hohlraum, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist, eine Brückenstruktur, die über einer Öffnung des Hohlraums abgehängt ist, und ein Heizelement und eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen, die auf der Brückenstruktur angeordnet sind. Ähnlich der ersten Ausbildung der thermischen Beschleunigungsmeßvorrichtung, die oben beschrieben ist, hat das Substrat eine im wesentlichen ebene Oberfläche, die durch die X- und Y-Koordinatenachsen definiert ist, und die Brückenstruktur ist über der Öffnung des Hohlraums der X-Y Ebene abgehängt. In dieser zweiten Ausbildung ist jedoch das einzige Heizelement durch die Brückenstruktur an im wesentlichen dem Zentrum der Hohlraumöffnung abgehängt. Weiterhin sind die Temperaturabtastelemente auf der Brückenstruktur derart angeordnet, daß ein erstes Paar von Temperaturabtast- bzw. -erfassungselementen entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seite von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet ist, und ein zweites Paar von Temperaturabtastelementen entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet ist. Das erste und zweite Paar von Temperaturabtastelementen können verwendet werden, um Hinweise der Größe einer Beschleunigung entlang der X- bzw. Y-Achse zu erhalten. Zusätzlich wird ein drittes Paar von Temperaturabtastelementen entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet, und ein viertes Paar von Temperaturabtastelementen wird entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet. Jedes Temperaturabtastelement innerhalb des dritten und vierten Paars von Elementen ist auf der Brückenstruktur näher zu dem Heizelement angeordnet als die Temperaturabtastelemente innerhalb des ersten und zweiten Paars von Elementen. Das dritte und vierte Paar von Temperaturabtastelementen können verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse zu erhalten.

In dieser zweiten Ausbildung wird, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, die Differentialtemperatur, die durch das erste Paar von Temperaturabtastelementen detektiert ist bzw. wird, bestimmt, ein Signal, das diese Differentialtemperatur entlang der X-Achse darstellt, wird generiert bzw. erzeugt, und die Signalgröße wird bestimmt. In ähnlicher Weise wird, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten, die Differentialtemperatur, die durch das zweite Paar von Temperaturabtastelementen detektiert ist bzw. wird, bestimmt, ein Signal, das diese Differentialtemperatur entlang der Y-Achse darstellt bzw. repräsentiert, wird generiert, und die Signalgröße wird bestimmt. Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse zu erhalten, wird die Temperatur einer gemeinsamen Mode, die durch das dritte und vierte Paar von Temperaturabtastelementen detektiert ist, bestimmt, ein Signal, das diese Temperatur einer gemeinsamen Mode repräsentiert, wird generiert, und die Signalgröße wird bestimmt. Alternativ kann die Größe des Signals, das die Temperatur der gemeinsamen Mode repräsentiert, die durch das dritte und vierte Paar von Temperaturabtastele menten detektiert ist bzw. wird, durch die Summe der Größen der Signale dividiert werden, die die Temperaturen repräsentieren, die durch das erste und zweite Paar von Temperaturabtastelementen detektiert sind, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse mit dem reduzierten Temperaturkoeffizienten zu erhalten.

In noch einer anderen Ausbildung beinhaltet eine thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung ein Substrat, wenigstens einen Hohlraum, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist, eine Brückenstruktur, die über einer Öffnung des Hohlraums abgehängt ist, und ein Heizelement und eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen, die auf der Brückenstruktur angeordnet sind. Wie in der zweiten Ausbildung der thermischen Beschleunigungsmeßvorrichtung, die oben beschrieben ist, ist das Heizelement durch die Brückenstruktur an im wesentlichen dem Zentrum der Hohlraumöffnung abgehängt. Weiterhin sind die Temperaturabtast- bzw. -erfassungselemente auf der Brückenstruktur derart angeordnet, daß ein erstes Paar von Temperaturabtastelementen entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet ist, und ein zweites Paar von Temperaturabtastelementen entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet ist. In dieser dritten Ausbildung sind jedoch ein drittes und viertes Paar von Temperaturabtastelementen auf der Brückenstruktur derart angeordnet, daß das entsprechende dritte und vierte Paar von Elementen auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement, jedoch außerhalb der X-Y Ebene angeordnet sind. Spezifisch ist das dritte Paar von Temperaturabtastelementen aus bzw. außerhalb der X-Y Ebene entlang einer Linie parallel zur X-Achse angeordnet, und das vierte Paar von Temperaturabtastelementen ist außerhalb der X-Y Ebene entlang einer Linie parallel zur Y-Achse angeordnet. Jedes Temperaturabtastelement innerhalb des dritten und vierten Paars von Elementen ist auf der Brückenstruktur näher zu dem Heizelement als die Temperaturabtastelemente innerhalb des ersten und zweiten Paars von Elementen angeordnet.

In dieser dritten Ausbildung wird ein Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse erhalten durch ein Bestimmen der unterschiedlichen bzw. Differentialtemperatur, die durch das erste Paar von Temperaturabtastelementen abgetastet bzw. erfaßt wird bzw. ist, ein Generieren eines Signals, das diese Differentialtemperatur entlang der X-Achse repräsentiert, und ein Bestimmen der Signalgröße. In ähnlicher Weise wird ein Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse erhalten durch ein Bestimmen der Differentialtemperatur, die durch das zweite Paar von Temperaturabtastelementen detektiert ist, ein Generieren eines Signals, das diese Differentialtemperatur entlang der Y-Achse repräsentiert, und ein Bestimmen der Signalgröße. Ein Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann erhalten werden durch ein Bestimmen der Temperatur der gemeinsamen Mode, die durch das dritte und vierte Paar von Temperaturabtastelementen detektiert ist bzw. wird, ein Generieren eines Signals, das diese Temperatur der gemeinsamen Mode repräsentiert, und ein Bestimmen der Signalgröße. Alternativ kann die Summe der Größen der Signale, die die Temperaturen repräsentieren, die durch die Temperaturabtastelemente innerhalb des ersten und zweiten Paars von Elementen detektiert werden bzw. sind, von der Größe des Signals subtrahiert werden, das die Temperatur der gemeinsamen Mode repräsentiert, die durch das dritte und vierte Paar von Temperaturabtastelementen detektiert ist bzw. wird, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse mit einer reduzierten Gleichstrom-Versetzung zu erhalten.

In noch einer weiteren Ausbildung beinhaltet die thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung ein Substrat, wenigstens einen Hohlraum, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist, eine Brückenstruktur, die über einer Öffnung des Hohlraums abgehängt ist, und eine Mehrzahl von Heizelementen, wobei ein erstes Temperaturabtastelement und eine Mehrzahl von zweiten Temperaturabtastelementen auf der Brückenstruktur angeordnet sind. Das erste Temperaturabtastelement ist an im wesentlichen dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet. Weiterhin sind die Mehrzahl von zweiten Temperaturabtastelementen und die Mehrzahl von Heizelementen in einer Mehrzahl von Gruppen von Elementen angeordnet, die über dem Hohlraum in der X-Y Ebene abgehängt sind, in welchen jede Gruppe von Elementen wenigstens ein zweites Temperaturabtastelement und wenigstens zwei Heizelemente beinhaltet. Die zwei Heizelemente innerhalb jeder Gruppe sind zwischen dem ersten Temperaturabtastelement und einem zweiten Temperaturabtastelement innerhalb der Gruppe angeordnet. Die Mehrzahl von Gruppen von zweiten Temperaturabtastelementen und Heizelementen beinhaltet eine erste und zweite Gruppe von Elementen, die entlang der X-Achse angeordnet sind, und eine dritte und vierte Gruppe von Elementen, die entlang der Y-Achse angeordnet sind. Die erste und zweite Gruppe von Elementen und die dritte und vierte Gruppe von Elementen sind jeweils entlang der X- und Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und bei im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet.

Andere Merkmale, Funktionen und Aspekte der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung der Erfindung, welche folgt, ersichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZAHLREICHEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird vollständiger unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht eines thermischen Beschleunigungssensors ist, beinhaltend ein Heizelement und ein Paar von Temperaturabtast- bzw. -erfassungselementen, die isotherme Konturen zeigen, die durch das Heizelement generiert sind;
2a eine Draufsicht auf eine erste Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2b eine Querschnittsansicht der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 2a ist;
2c–2d Querschnittsansichten der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 2a sind, die den Fluß von erwärmtem Fluid durch die Vorrichtung in einer aufgerichteten bzw. umgekehrten Ausrichtung zeigt;
2e eine detaillierte Draufsicht auf die thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 2a ist, die eine illustrierende Brückenstruktur zeigt;
3a eine Draufsicht auf eine zweite Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3b eine Querschnittsansicht der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 3a ist;
3c eine detaillierte Draufsicht auf die thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 3a ist, die eine illustrative Brückenstruktur zeigt;
4a eine Draufsicht auf eine dritte Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4b eine Querschnittsansicht der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsvorrichtung von 4a ist;
4c eine detaillierte Draufsicht auf eine thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 4a ist, die eine illustrative Brückenstruktur zeigt;
4d eine Draufsicht auf eine erste illustrative Ausbildung einer Brückenstruktur ist, die in der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 4a enthalten ist, wobei die Brückenstruktur konfiguriert ist, um Temperaturabtastelemente innerhalb der Vorrichtung aus der Ebene des Vorrichtungssubstrats zu positionieren;
4e eine perspektivische Ansicht der Brückenstruktur von 4d ist;
4f eine Draufsicht auf eine zweite illustrative Ausbildung einer Brückenstruktur ist, die in der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 4a enthalten ist, wobei die Brückenstruktur konfiguriert ist, um Temperaturabtastelemente innerhalb der Vorrichtung außerhalb der Ebene des Vorrichtungssubstrats zu positionieren;
4g eine perspektivische Ansicht der Brückenstruktur von 4f ist;
4h eine alternative Ausbildung der Brückenstruktur von 4f ist;
5a eine Draufsicht auf eine vierte Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
5b eine detaillierte Draufsicht auf die thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 5a ist, die eine illustrative Brückenstruktur zeigt; und
5c eine detaillierte Draufsicht der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung von 5a ist, die eine alternative Ausbildung der Brückenstruktur von 5b zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen sind bzw. werden geoffenbart, die eine erhöhte Leistung bzw. Leistungsfähigkeit gegenüber konventionellen mehrachsigen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen zeigen. In einer Ausbildung beinhalten die gegenwärtig geoffenbarten thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen thermische Beschleunigungssensoren, die reduzierte Temperaturkoeffizienten aufweisen. In einer anderen Ausbildung sind die geoffenbarten thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen fähig, Ausgangs- bzw. Ausgabespannungen zu produzieren, welche eine reduzierte DC- bzw. Gleichstrom-Versetzung und eine -Verschiebung bzw. -Drift zeigen. Weitere Ausbildungen der thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgeräte stellen eine erhöhte Empfindlichkeit in der Richtung senkrecht zur Ebene des Vorrichtungssubstrats zur Verfügung.
1 stellt eine erläuternde bzw. illustrative Ausbildung eines thermischen Beschleunigungssensors 100 dar, welcher hierin beschrieben ist, um den Mechanismus einer Beschleunigungsabtastung bzw. -erfassung zu illustrieren, der innerhalb der gegenwärtig geoffenbarten thermischen 3-Achsen-Beschleunigungsmeßvorrichtungen angewandt ist. In der illustrierten Ausbildung beinhaltet der thermische bzw. Wärme-Beschleunigungssensor 100 ein in im wesentlichen ebenes bzw. planares Substrat 102, einen Hohlraum 104, der in dem Substrat 102 ausgebildet ist, und ein Heizeinrichtungs- bzw. Heizelement 108, und ein erstes und zweites Temperaturabtast- bzw. -erfassungselement 110.1–110.2, die über dem Hohlraum 104 abgehängt bzw. aufgehängt sind. Jeder des ersten und zweiten Temperaturabtastelements 110.1–110.2 beinhaltet ein kaltes Ende eines Thermoelements bzw. eine kalte Verbindung (nicht numeriert) an einem Ende davon, das an einer Oberfläche des Substrats 102 festgelegt ist, und eine heiße Verbindung (nicht numeriert) an dem anderen Ende davon, das über dem Hohlraum 104 angeordnet ist. Der thermische Beschleunigungssensor 100 beinhaltet weiterhin ein Fluid, das das Heizelement 108 umgibt, um einen konvektiven Wärmeübergang bzw. -transfer innerhalb der Vorrichtung stattfinden zu lassen. Es ist festzuhalten, daß die gesamte Struktur des thermischen Beschleunigungssensors 100 in einer hermetisch abgedichteten Packung 112 umschlossen ist, und daher ist das Fluid innerhalb der abgedichteten Packung angeordnet, um den Hohlraum 104 und einen Bereich bzw. eine Region 113 innerhalb der Packung 112 außerhalb des Hohlraums 104 zu füllen. Das Heizelement 108 ist betätigbar bzw. operativ, um einen Temperaturgradienten innerhalb des Fluids auszubilden, wie dies durch eine Mehrzahl von isothermen Konturen 106 dargestellt bzw. repräsentiert ist.
Wie dies in 1 gezeigt ist, zeigen die isothermen Konturen 106 an, daß der Temperaturgradient, der durch das Heizelement 108 gebildet bzw. erzeugt ist bzw. wird, im wesentlichen symmetrisch in der X- oder "horizontalen" Richtung ist. Es ist zu verstehen, daß der Temperaturgradient auch im wesentlichen symmetrisch in der horizontalen Richtung der Y-Achse ist, welche konzeptmäßig bzw. konzeptuell senkrecht zu dem Zeichnungsblatt von 1 ist. Im Gegensatz dazu ist der Temperaturgradient asymmetrisch in der Z- oder "vertikalen" Richtung, beispielsweise sind die isothermen Konturen 106 näher zueinander unter dem Heizelement 108 innerhalb des Hohlraums 104, jedoch aufeinanderfolgend bzw. zunehmend weiter voneinander entfernt über dem Heizelement 108 außerhalb des Hohlraums 104. Dementsprechend beinhaltet der Temperaturgradient an jeder heißen Verbindung der Temperaturabtastelemente 110.1–110.2 eine vertikale Komponente, die eine Größe aufweist, welche von der thermischen Asymmetrie in der Z-Richtung und der Position der heißen Verbindung relativ zu dem Heizelement 108 abhängig ist.
Da die Temperaturabtastelemente 110.1–110.2 an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement 108 angeordnet sind, bewirkt ein symmetrischer Temperaturgradient entlang der X-Achse, daß die Differentialtemperatur zwischen den Temperaturabtastelementen 110.1–110.2 Null ist, wenn sich der thermische Beschleunigungssensor 100 in Ruhe befindet. In dem Fall, daß eine Beschleunigungskraft auf den Sensor 100 in der X-Richtung aufgebracht wird, verschiebt sich die Temperaturverteilung, wodurch eine Differentialtemperatur ungleich Null proportional zu der Größe der aufgebrachten bzw. angelegten Beschleunigung erlaubt ist, die durch die Temperaturabtast- bzw. -erfassungselemente 110.1–110.2 zu detektieren ist. Es ist zu ver stehen, daß in Antwort auf eine angelegte Beschleunigung in der Y-Richtung eine Differentialtemperatur ungleich Null auch durch Temperaturabtastelemente (nicht gezeigt) detektiert werden kann, die entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an bzw. bei im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizeinrichtungs- bzw. Heizelement 108 angeordnet sind. In dem Fall, daß eine Beschleunigungskraft auf den Sensor 100 in der Z-Richtung aufgebracht bzw. angewandt wird, verschiebt sich die Temperaturverteilung neuerlich, wobei jedoch der sich verschiebende Temperaturgradient beide der Temperaturabtastelemente 110.1–110.2 in derselben Weise beeinflußt. Als ein Ergebnis verändert sich die Temperatur der gemeinsamen Mode, die durch die Temperaturabtastelemente 110.1–110.2 detektiert ist bzw. wird, und die Größe dieser Temperaturänderung ist proportional der Größe der angelegten Beschleunigung in der Z-Richtung. Allgemein ist bei konstanter Heizleistung die Temperatur der gemeinsamen Mode der heißen Verbindungen der Temperaturabtastelemente 110.1–110.2 für eine Beschleunigung in der Z- oder vertikalen Richtung hinweisend bzw. anzeigend.
In einer Ausbildung ist das Substrat 102 aus Silizium gefertigt bzw. hergestellt. Weiterhin kann jedes Temperaturabtastelement 110.1–110.2 unter Verwendung eines Thermoelements, eines Widerstands oder einer Diode implementiert sein bzw. werden, das Heizelement 108 kann als Heizwiderstand implementiert sein bzw. werden, und das Fluid, das einen konvektiven Wärmeübergang bzw. -transfer in dem Hohlraum 104 auftreten läßt, kann eine Menge Luft sein. Fachleute werden erkennen, daß die Temperaturabtastelemente 110.1–110.2 und das Heizelement 108 unter Verwendung von bekannten CMOS oder bipolaren Verfahren bzw. Prozessen hergestellt werden können. Darüber hinaus kann der Hohlraum 104 durch ein Ätzen oder durch ein Mikrobearbeiten der Oberfläche des Substrats 102 unter Verwendung von jeder geeigneten Technik ausgebildet werden.
2a–2b zeigen eine illustrative Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten bzw. illustrativen Ausbildung beinhaltet die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 ein Substrat 202, wenigstens einen Hohlraum 204, der einen Querschnitt in irgendeiner geeigneten Form bzw. Gestalt (beispielsweise quadratisch oder rechteckig) aufweist, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid (nicht numeriert), wie Luft, das in dem Hohlraum 204 angeordnet ist, eine Brückenstruktur 250 (siehe 2e), die über einer Öffnung (nicht numeriert) des Hohlraums 204 auf- bzw. abgehängt ist, und eine Mehrzahl von Heizelementen 208.1–208.4 und eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen 210.1–210.8, die auf der Brückenstruktur 250 angeordnet sind. Das Substrat 202 hat eine im wesentlichen ebene Oberfläche, die durch die X- und Y-Koordinatenachse definiert ist, und die Brückenstruktur 250 ist bzw. wird über der Öffnung des Hohlraums 204 im wesentlichen in der X-Y Ebene abgehängt.
Wie dies in 2a gezeigt ist, sind die Vielzahlen von Heizelementen 208.1–208.4 und Temperaturabtastelementen 210.1–210.8 in vier Gruppen angeordnet, in welchen jede Gruppe zwei Temperaturabtastelemente und ein einziges Heizelement beinhaltet. Eine erste Gruppe, beinhaltend das Heizelement 208.1 und die Temperaturabtastelemente 210.1–210.2, und eine zweite Gruppe, beinhaltend das Heizelement 208.2 und die Temperaturabtastelemente 210.3–210.4 sind entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet, allgemein entsprechend dem Schnitt der X- und Y-Achse (siehe 2a). Eine dritte Gruppe, beinhaltend das Heizelement 208.3 und die Temperaturabtastelemente 210.5–210.6, und eine vierte Gruppe, beinhaltend das Heizelement 208.4 und die Temperaturabtastelemente 210.7–210.8, sind entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet (siehe 2a). Innerhalb jeder Gruppe von Heiz- und Temperaturabtastelementen sind die zwei Temperaturabtastelemente entlang der X-Achse oder der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an bzw. bei im wesentlichen gleichen Abständen von dem entsprechenden Heizelement angeordnet.
Es ist festzuhalten bzw. wird bemerkt, daß die gesamte Struktur der thermischen Beschleunigungsmeßvorrichtung 200 in einer hermetisch gedichteten Packung 212 eingeschlossen ist (siehe 2b) und daher das Fluid in der abgedichteten Packung angeordnet ist, um den Hohlraum 204 und einen Bereich 213 innerhalb der Packung 212 außerhalb des Hohlraums 204 zu füllen. In der illustrierten Ausbildung ist der Bereich 213 größer als das Volumen des Hohlraums 204. In einem typischen Betätigungsmodus, wenn keinerlei Beschleunigung (beinhaltend Schwerkraft) auf die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 aufgebracht bzw. angewandt ist, ist der Mechanismus eines Wärmeübergangs innerhalb der Packung 212 lediglich durch Leitung. Jedoch ist, wenn eine Beschleunigung auf die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 aufgebracht ist, der Mechanismus des Wärmeübergangs innerhalb der Packung 212 durch Leitung und Konvektion. Da der Bereich 213 größer als das Volumen des Hohlraums 204 ist, ist der Raum innerhalb der Packung 212, in welcher deine Konvektion stattfindet, entlang der Z-Achse asymmetrisch.
2c–2d illustrieren die Zirkulation des Fluids innerhalb der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 durch Konvektion in der Anwesenheit einer Schwerkraftbeschleunigung G. Spezifisch zeigen 2c–2d die Zirkulation von erhitzen Fluidströmen bzw. Strömen eines erhitzten Fluids durch den Hohlraum 204 und den Bereich 213, wenn sich die Vorrichtungspackung 212 in einer aufgerichteten bzw. umgekehrten Orientierung befindet. Wie dies in 2c gezeigt ist, wenn sich die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 in einer aufrechten bzw. aufgerichteten Orientierung befindet, strömt bzw. fließt das Fluid, das durch die Heizelemente 208.1–208.4 (siehe auch 2a) erhitzt ist bzw. wird, von dem Zentrum der Hohlraumöffnung entlang der äußeren bzw. Außengrenzen des Bereichs 213 und zurück innerhalb des Hohlraums 204 zu dem Zentrum der Hohlraumöffnung. Da das Fluid gekühlt wird, wenn es entlang der Grenzen des Bereichs 213 fließt, und erhitzt bzw. erwärmt wird, wenn es innerhalb des Hohlraums 204 fließt, sinken die Temperaturen T₁, T₄, T₅, T₈, die durch die entsprechenden bzw. jeweiligen äußeren Temperaturabtastelemente 210.1, 210.4, 210.5, 210.8 detektiert sind bzw. werden, während die Temperaturen T₂, T₃, T₆, T₇, die durch die entsprechenden inneren Temperaturabtastelemente 210.2, 210.3, 210.6, 210.7 abgetastet bzw. detektiert sind bzw. werden, ansteigen.
Wie dies in 2d gezeigt ist, fließt bzw. strömt, wenn sich die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 in einer umgekehrten bzw. invertierten Ausrichtung befindet, das Fluid, das durch die Heizelemente 208.1–208.4 erhitzt ist (siehe auch 2a), innerhalb des Hohlraums 204 von dem Zentrum der Hohlraumöffnung zu dem Bereich 213 entlang der äußeren bzw. Außengrenzen des Bereichs 213 und zurück zu dem Zentrum der Hohlraumöffnung. Da das Fluid erhitzt wird, wenn es innerhalb des Hohlraums 204 fließt und gekühlt wird, wenn es entlang der Grenzen des Bereichs bzw. der Region 213 fließt, steigen die Temperaturen T₁, T₄, T₅, T₈, die durch die entsprechenden äußeren Temperaturabtastelemente 210.1, 210.4, 210.5, 210.8 detektiert sind, während die Temperaturen, T₂, T₃, T₆, T₇, die durch die entsprechenden inneren Temperaturabtastelemente 210.2, 210.3, 210.6, 210.7 detektiert sind bzw. werden, absinken.
Die Größen einer Beschleunigung in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achse können unter Verwendung der unterschiedlichen bzw. Differentialtemperaturen bestimmt werden, die durch die Temperaturabtastelemente 210.1–210.8 innerhalb der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200 detektiert sind bzw. werden (siehe 2a–2b). Um einen Hinweis für die Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, wird die Differentialtemperatur T₂ – T₁, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.2, 210.1 aus der ersten Gruppe detektiert ist bzw. wird, und die Differentialtemperatur T₄ – T₃, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.4, 210.3 aus der zweiten Gruppe detektiert ist bzw. wird, in derselben Richtung entlang der X-Achse bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T₂ – T₁), S(T₄ – T₃) (beispielsweise Spannungssignale), die jeweils die Differentialtemperaturen T₂ – T₁ und T₄ – T₃ repräsentieren, generiert bzw. erzeugt, und die Größen der Signale S(T₂ – T₁), S(T₄ – T₃) werden bestimmt und summiert. Die Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse kann daher ausgedrückt werden als X-Achsen-Beschleunigung = mag [S(T2 – T1)] + mag[S(T4 – T3)] (1) in welcher "mag[S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT repräsentiert.
In ähnlicher Weise werden, um einen Hinweis betreffend die Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten, die Differenz- bzw. Differentialtemperatur T₅ – T₆, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.5–210.6 der dritten Gruppe detektiert ist, und die Differentialtemperatur T₇ – T₈, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.7–210.8 der vierten Gruppe detektiert ist, in derselben Richtung entlang der Y-Achse bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T₅ – T₆), S(T₇ – T₈) (beispielsweise Spannungssignale), die jeweils die Differentialtemperaturen T₅ – T₆ und T₇ – T₈ repräsentieren, generiert und die Größen der Signale S(T₅ – T₆), S(T₇ – T₈) werden bestimmt und summiert. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse kann daher ausgedrückt werden als Y-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T5 – T6)] + mag[S(T7 – T8)] (2)in welcher "mag [S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT repräsentiert.
Um eine Anzeige der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse zu erhalten, d.h. senkrecht zur X-Y Ebene, werden die Differentialtemperatur T₂ – T₁, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.2, 210.1 der ersten Gruppe detektiert wird, und die Differentialtemperatur T₃ – T₄, die durch die Temperaturabtastelemente 210.3–210.4 der zweiten Gruppe detektiert wird, in entgegengesetzten Richtungen entlang der X-Achse bestimmt. In ähnlicher Weise werden die Differentialtemperatur T₆ – T₅, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.6, 210.5 der dritten Gruppe detektiert wird, und die Differentialtemperatur T₇ – T₈, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 210.7–210.8 der vierten Gruppe detektiert wird, in entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T₂ – T₁), S(T₃ – T₄) (beispielsweise Spannungssignale), die die Differentialtemperaturen T₂ – T₁ bzw. T₃ – T₄ repräsentieren, und Signale S(T₆ – T₅), S(T₇ – T₈) (beispielsweise Spannungssignale), die die Differentialtemperaturen T₆ – T₅ bzw. T₇ – T₈ repräsentieren, generiert, und die Größen der Signale S(T₂ – T₁), S(T₃ – T₄), S(T₆ – T₅), S(T₇ – T₈) werden bestimmt und summiert. Die Größe der Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T2 – T1)] + mag[S(T3 – T4)] + mag [S(T6 – T5)] + mag[S(T7 – T8)] (3)in welcher ein "mag(S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT darstellt. Es ist festzuhalten, daß zum Erhöhen der Empfindlichkeit einer Beschleunigungsabtastung in der Z-Richtung ein zusätzliches Heizelement auf der Brückenstruktur 250 im wesentlichen im Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sein bzw. werden kann, und die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse in derselben Weise, wie oben beschrieben, bestimmt werden kann. Dieses zusätzliche Heizelement kann jedoch bewirken, daß die Gleichstrom-Versetzung der abgetasteten bzw. erfaßten Beschleunigung in der Z-Richtung ansteigt.
2e zeigt eine detaillierte Ansicht der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 200, die die Brückenstruktur 250 zeigt, auf welcher die Mehrzahlen von Heizelementen 208.1–208.4 und Temperaturabtastelementen 210.1–210.8 angeordnet sind bzw. werden. Die Brückenstruktur 250 beinhaltet eine Mehrzahl von Balken bzw. Trägern 250.1–250.12, welche in dem Substrat 202 unter Verwendung einer geeigneten Ätz- oder Mikrobearbeitungstechnik ausge bildet sein bzw. werden kann. Wie dies in 2e gezeigt ist, sind die Heizelemente 208.1–208.4 auf den Balken 250.2, 250.5, 250.8 bzw. 250.11 angeordnet. Zusätzlich sind die Temperaturabtastelemente 210.1–210.8 auf den Balken 250.1, 250.3, 250.4, 250.6, 250.7, 250.9, 250.10 bzw. 250.12 angeordnet. Es sollte festgehalten bzw. bemerkt werden, daß die Brückenstruktur 250 hierin für Zwecke einer Illustration beschrieben ist und daß jede andere geeignete Brückenstrukturkonfiguration angewandt werden kann.
3a–3b zeigen eine andere illustrative Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 300 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In der illustrativen Ausbildung beinhaltet die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 300 ein Substrat 302, wenigstens einen Hohlraum 304, der einen Querschnitt von irgendeiner geeigneten Form (beispielsweise quadratisch oder rechteckig) aufweist, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid (nicht numeriert), wie Luft, das in dem Hohlraum 304 angeordnet ist, eine Brückenstruktur 350 (siehe 3c), die über einer Öffnung (nicht numeriert) des Hohlraums 304 abgehängt ist, und ein Heizelement 308 und eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen 310.1–310.8, die auf der Brückenstruktur 350 angeordnet sind. Eine hermetisch abgedichtete Packung 312 bildet eine Außengrenze eines Bereichs 313 über dem Hohlraum 304 (siehe 3b) und das Fluid füllt den Hohlraum 309 und den Raum innerhalb der Vorrichtung entsprechend dem. Bereich bzw. der Region 313. Ähnlich dem Substrat 202 (siehe 2a–2b) hat das Substrat 302 eine im wesentlichen ebene Oberfläche, die durch die X- und Y-Koordinatenachse definiert ist, und die Brückenstruktur 350 ist bzw. wird über der Öffnung des Hohlraums 304 im wesentlichen in der X-Y Ebene auf- bzw. abgehängt. In dieser zweiten Ausbildung ist jedoch das ein zige bzw. einzelne Heizelement 308 durch die Brückenstruktur 350 an im wesentlichen dem Zentrum der Hohlraumöffnung abgehängt.
Wie dies in 3a gezeigt ist, sind die Temperaturabtastelemente 310.1–310.8 innerhalb der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 300 derart angeordnet, daß die Paare von Temperaturabtastelementen 310.1 und 310.4 und 310.2 und 310.3 entlang der X-Achse angeordnet sind, und die Paare von Temperaturabtastelementen 310.5 und 310.8 und 310.6 und 310.7 entlang der Y-Achse angeordnet sind. Die Elemente innerhalb jedes Paars von Temperaturabtastelementen 310.1 und 310.4, 310.2 und 310.3, 310.5 und 310.8, und 310.6 und 310.7 sind auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement 308 angeordnet. In der illustrierten Ausbildung sind die Temperaturabtastelemente 310.2, 310.3, 310.6, 310.7 auf der Brückenstruktur 350 näher zum Heizelement 308 angeordnet als die Temperaturabtastelemente 310.1, 310.4, 310.5, 310.8. Die Temperaturabtastelemente 310.1, 310.4 können verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, und die Temperaturabtastelemente 310.5, 310.8 können verwendet werden, um einen Hinweis bzw. eine Anzeige der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten. Zusätzlich können die Temperaturabtastelemente 310.2, 310.3, 310.6, 310.7 verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse zu erhalten.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, wird die Differentialtemperatur T₄ – T₁, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 310.4 bzw. 310.1 detektiert ist, bestimmt. Als nächstes wird ein Signal S(T₄ – T₁) (beispielsweise ein Spannungssignal), das die Differentialtemperatur T₄ – T₁ reprä sentiert, generiert und die Größe S(T₄ – T₁) wird bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse kann daher ausgedrückt werden als X-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T4 – T1)], (4)in welcher "mag[(SΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT repräsentiert.
In ähnlicher Weise wird, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten, die Differentialtemperatur T₅ – T₈, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 310.5, 310.8 detektiert ist, bestimmt. Als nächstes wird ein Signal S(T₅ – T₈) (beispielsweise ein Spannungssignal), das die Differentialtemperatur T₅ – T₈ repräsentiert, generiert, und die Größe des Signals S(T₅ – T₈) wird bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse kann daher ausgedrückt werden als Y-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T5 – T8)], (5)in welcher "mag[S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT darstellt.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse, d.h. senkrecht zur X-Y Ebene, zu erhalten, werden die Temperaturen T₂, T₃, T₆, T₇, die durch die Temperaturabtastelemente 310.2, 310.3, 310.6 bzw. 310.7 detektiert sind bzw. werden, bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T₂), S(T₃), S(T₆), S(T₇) (beispielsweise Spannungssignale), die die Temperaturen T₂, T₃, T₆, T₇ repräsentieren, generiert, und die Größen der Signale S(T₂), S(T₃), S(T₆), S(T₇) werden bestimmt. Ein Hinweis der Temperatur der gemeinsamen Mode, die durch die Temperaturabtastelemente 310.2, 310.3, 310.6, 310.7 detektiert ist bzw. wird, wird dann durch ein Nehmen des Durchtritts der Größe der Signale S(T₂), S(T₃), S(T₆), S(T₇) erhalten. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = {mag[S(T2)] + mag[S(T3)] + mag[S(T6)] + mag[S(T7)]}/4, (6)in welcher "mag[S(T)]" die Größe des Signals S ist, das die Temperatur T darstellt.
Es wird festgehalten, daß die Ausgaben der Temperaturabtastelemente 310.2, 310.3, 310.6, 310.7, die verwendet werden, um eine Beschleunigungsabtastung bzw. -erfassung in der Z-Richtung auszuführen, die Ausgaben der Temperaturabtastelemente 310.1, 310.4, die angewandt bzw. verwendet werden, um eine Beschleunigungsabtastung in der X-Richtung auszuführen, und die Ausgaben der Temperaturabtastelemente 310.5, 310.8, die verwendet werden, um eine Beschleunigungsabtastung in der Y-Richtung auszuführen, sich jeweils im Verhältnis zu Änderungen der angelegten Beschleunigung entlang der Z-Achse, jedoch in unterschiedlichen Verhältnissen ändern. In einer alternativen Ausbildung kann daher die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse ausgedrückt werden als Z-Beschleunigung = {mag[S(T2)] + mag[S(T3)] + mag[S(T6)] + mag[S(T7)]}/{mag[S(T1)] + mag[S(T4)] + mag[S(T5)] + mag[S(T8)]}, (7)in welcher "mag [S(T)]" die Größe des Signals S ist, das die Temperatur T repräsentiert. Es wird festgehalten, daß der Hinweis einer Z-Achsen-Beschleunigung, die in Gleichung (7) ausgedrückt ist, einen Temperaturkoeffizienten zeigt, welcher kleiner ist als jener, der durch die Anzeige der Z- Achsen-Beschleunigung gezeigt wird, die in Gleichung (6) ausgedrückt ist.
3c zeigt eine detaillierte Ansicht der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 300, die die Brückenstruktur 350 zeigt, auf welcher das Heizelement 308 und die Temperaturabtastelemente 310.1–310.8 angeordnet sind. Die Brückenstruktur 350 beinhaltet eine Mehrzahl von Balken 350.1a–350.1b, 350.2a–350.2b, 350.3a–350.3b, 350.4a–350.4b, 350.5, 350.6, 350.7, 350.8, welche in dem Substrat 302 unter Verwendung einer geeigneten Ätz- oder Mikrobearbeitungstechnik ausgebildet sein können. In der illustrierten Ausbildung beinhaltet das Temperaturabtastelement 310.1 Temperaturabtastelemente 310.1a–310.1b, das Temperaturabtastelement 310.4 beinhaltet Temperaturabtastelemente 310.4a–310.4b, das Temperaturabtastelement 310.5 beinhaltet Temperaturabtastelemente 310.5a–310.5b, und das Temperaturabtastelement 310.8 beinhaltet Temperaturabtastelemente 310.8a–310.8b. Wie dies in 3c gezeigt ist, sind die Temperaturabtastelemente 310.1a, 310.1b jeweils auf den Balken 350.1a–350.1b angeordnet, die Temperaturabtastelemente 310.4a, 310.4b sind jeweils auf den Balken 350.2a–350.2b angeordnet, die Temperaturabtastelemente 310.5a, 310.5b sind jeweils auf den Balken 350.3a–350.3b angeordnet, und die Temperaturabtastelemente 310.8a, 310.8b sind jeweils auf den Balken 350.4a–350.4b angeordnet. Zusätzlich sind die Temperaturabtastelemente 310.2, 310.3, 310.6, 310.7 jeweils auf den Balken 350.5, 350.6, 350.7, 350.8 angeordnet. Es sollte festgehalten werden, daß die Brückenstruktur 350 hierin zu Illustratianszwecken beschrieben ist, und daß jede andere geeignete Brückenstrukturkonfiguration alternativ angewandt werden kann.
4a–4b zeigen eine dritte illustrative Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeß gerätvorrichtung 400 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In der illustrierten Ausbildung beinhaltet die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 400 ein Substrat 402, wenigstens einen Hohlraum 404, der einen Querschnitt von irgendeiner geeigneten Form bzw. Gestalt (beispielsweise quadratisch oder rechteckig) aufweist, der in das Substrat geätzt ist, ein Fluid (nicht numeriert), wie Luft, das in dem Hohlraum 404 angeordnet ist, eine Brückenstruktur 450 (siehe beispielsweise 4c), die über einer Öffnung (nicht numeriert) des Hohlraums 404 abgehängt ist, und ein Heizelement 408 und eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen 410.1–410.8, die auf der Brückenstruktur 450 angeordnet sind. Eine hermetisch gedichtete Packung bzw. Dichtung 412 bildet eine Außengrenze eines Bereichs 413 über dem Hohlraum 404 (siehe 4b), und das Fluid füllt den Hohlraum 404 und den Bereich bzw. die Region 413 innerhalb der Vorrichtung.
Ähnlich den entsprechenden Elementen, die in der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 300 inkludiert sind (siehe 3a–3b), hat das Substrat 402 eine im wesentlichen ebene Oberfläche, die durch die X- und Y-Koordinatenachse definiert ist, ist die Brückenstrukaur 450 über der Öffnung des Hohlraums 404 abgehängt, ist das einzige Heizelement 408 durch die Brückenstruktur 450 im wesentlichen im Zentrum der Hohlraumöffnung abgehängt, und sind die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 auf der Brückenstruktur 450 näher zu dem Heizelement 408 als die Temperaturabtastelemente 410.1, 410.4, 410.5, 410.8 angeordnet. In dieser dritten Ausbildung sind. jedoch die Balken, die die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 über dem Hohlraum 404 abhängen, konfiguriert, um die Elemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 außerhalb der X-Y Ebene zu positionieren. Beispielsweise illustriert 4b Balken 415.1–415.2, auf welchen jeweils die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3 angeordnet sind. Es sollte verstanden werden, daß die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 400 zusätzliche Balken, wie die Balken 415.1–415.2 beinhaltet, auf welchen die Temperaturabtastelemente 410.6, 410.7 angeordnet sind. Wie dies in 4b gezeigt ist, sind die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3 durch die Balken jeweils in einem Abstand h über der X-Y Ebene abgehängt. In einer Ausbildung ist der Abstand h größer oder gleich 10 % der Länge von jedem der Balken, d.h. der Länge von jedem der Balken 415.1–415.2 von dem Substrat 402 zu dem entsprechenden Temperaturabtastelement.
Wie dies in 4a gezeigt ist, sind die Temperaturabtastelemente 410.1–410.8 innerhalb der thermischen Beschleunigungsmeßvorrichtung 400 derart angeordnet, daß die Paare von Temperaturabtastelementen 410.1 und 410.4, und 410.2 und 410.3 entlang der X-Achse angeordnet sind, und die Paare von Temperaturabtastelementen 410.5 und 410.8, und 410.6 und 410.7 entlang der Y-Achse angeordnet sind. Die Elemente innerhalb jedes Paars von Temperaturabtastelementen 410.1 und 410.4, 410.2 und 410.3, 410.5 und 410.8, und 410.6 und 410.7 sind auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement 408 angeordnet. Die Temperaturabtastelemente 410.1, 410.4 können verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, und die Temperaturabtastelemente 410.5, 410.8 können verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten. Zusätzlich können die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse zu erhalten.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, wird die Differentialtemperatur T₄ – T₁, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 410.4, 410.1 detektiert ist bzw. wird, bestimmt. Als nächstes wird ein Signal S(T₄ – T₁) (beispielsweise ein Spannungssignal), das die Differentialtemperatur T₄ – T₁ repräsentiert, generiert bzw. erzeugt, und die Größe des Signals S(T₄ – T₁) wird bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse kann daher ausgedrückt werden als X-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T4 – T1)], (8)in welcher "mag [S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT repräsentiert.
In ähnlicher Weise wird, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten, die Differentialtemperatur T₅ – T₈, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 410.5, 410.8 detektiert ist bzw. wird, bestimmt. Als nächstes wird ein Signal S(T₅ – T₈) (beispielsweise ein Spannungssignal), das die Differentialtemperatur T₅ – T₈ repräsentiert, generiert, und die Größe des Signals S(T₅ – T₈) wird bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse kann daher ausgedrückt werden als Y-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T5 – T8)], (9)in welcher "mag[S(ΔT)]" die Größe der Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT darstellt bzw. repräsentiert.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse, d.h. senkrecht zur X-Y Ebene, zu erhalten, werden die Temperaturen T₂, T₃, T₆, T₇, die durch die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3, 410.6 bzw. 410.7 detektiert sind bzw. werden, bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T₂), S(T₃), S(T₆), S(T₇) (beispielsweise Spannungssignale), die die Temperaturen T₂, T₃, T₆, T₇ repräsentieren, generiert, und die Größen der Signale S(T₂), S(T₃), S(T₆), S(T₇) werden bestimmt. Ein Hinweis der Temperatur der gemeinsamen Mode, die durch die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 detektiert ist bzw. wird, wird dann durch ein Nehmen des Durchschnitts bzw. Mittelwerts der Größen der Signale S(T₂), S(T₃), S(T₆), S(T₇) erhalten. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = {mag[S(T2)] + mag[S(T3)] + mag[S(T6)] + mag[S(T7)]}/4, (10)in welcher "mag[S(T)]" die Größe des Signals S ist, das die Temperatur T darstellt.
4c zeigt eine detaillierte Ansicht der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 400, die eine Brückenstruktur 450 zeigt, auf welcher das Heizelement 408 und die Temperaturabtastelemente 410.1–410.8 angeordnet sind. Die Brückenstruktur 450 beinhaltet eine Mehrzahl von Balken 450.1a–450.1b, 450.2a–450.2b, 450.3a–450.3b, 450.4a–450.4b, 450.5–450.12, welche in dem Substrat 402 unter Verwendung von jeder geeigneten Ätz- oder Mikrobearbeitungstechnik ausgebildet sein können. In der illustrierten Ausbildung beinhaltet das Temperaturabtastelement 410.1 Temperaturabtastelemente 410.1a–410.1b, das Temperaturabtastelement 410.4 beinhaltet Temperaturabtastelemente 410.4a–410.4b, das Temperaturabtastelement 410.5 beinhaltet Temperaturabtastelement 410.5a–410.5b, und das Temperaturabtastelement 410.8 beinhaltet Temperaturabtastelemente 410.8a–410.8b. Wie dies in 4c gezeigt ist, sind die Temperaturabtastelemente 410.1a, 410.1b jeweils auf den Balken 450.1a–450.1b angeordnet, die Temperaturabtastelemente 410.4a, 410.4b sind jeweils auf den Balken 450.2a–450.2b angeordnet, die Temperaturabtastelemente 410.5a, 410.5b sind jeweils auf den Balken 450.3a–450.3b angeordnet, und die Temperaturabtastelemente 410.8a, 410.8b sind jeweils auf den Balken 450.4a–450.4b angeordnet.
Zusätzlich beinhaltet das Temperaturabtastelement 410.2 ein Temperaturabtastelement 410.2a (Z+) und zwei Temperaturabtastelemente 410.2b–410.2c (Z–), die auf gegenüberliegenden Seiten des Elements 410.2a angeordnet sind, das Temperaturabtastelement 410.3 beinhaltet ein Temperaturabtastelement 410.3a (Z+) und zwei Temperaturabtastelemente 410.3b–410.3c (Z–), die auf gegenüberliegenden Seiten des Elements 410.3a angeordnet sind, das Temperaturabtastelement 410.6 beinhaltet ein Temperaturabtastelement 410.6a (Z+) und zwei Temperaturabtastelemente 410.6b–410.6c (Z–), die auf gegenüberliegenden Seiten des Elements 410.6a angeordnet sind, und das Temperaturabtastelement 410.7 beinhaltet ein Temperaturabtastelement 410.7a (Z+) und zwei Temperaturabtastelemente 410.7b–410.7c (Z–), die auf gegenüberliegenden Seiten des Elements 410.7a angeordnet sind.
Wie dies in 4c gezeigt ist, sind die Temperaturabtastelemente 410.1a, 410.1b jeweils auf den Balken 450.1a–450.1b angeordnet, die Temperaturabtastelemente 410.4a, 410.4b sind jeweils auf den Balken 450.2a–450.2b angeordnet, die Temperaturabtastelemente 410.5a, 410.5b sind jeweils auf den Balken 450.3a–450.3b angeordnet, und die Temperaturabtastelemente 410.8a, 410.8b sind jeweils auf den Balken 450.4a–450.4b angeordnet. Weiterhin sind die Temperaturabtastelemente 410.2a (Z+) und 410.2b–410.2c (Z–) jeweils auf den Balken 450.5a–450.5c angeordnet, die Temperaturabtastelemente 410.3a (Z+) und 410.3b–410.3c (Z–) sind jeweils auf den Balken 450.6a–450.6c angeordnet, die Temperaturabtastelemente 410.6a (Z+) und 410.6b–410.6c (Z–) sind jeweils auf den Balken 450.7a–450.7c angeordnet, und die Temperaturabtastelemente 410.7a (Z+) und 410.7b–410.7c (Z–) sind jeweils auf den Balken 450.8a–450.8c angeordnet. Es sollte festgehalten werden, daß die Brückenstruktur 450 hierin für Zwecke einer Illustration beschrieben ist, und daß irgendeine andere geeignete Brückenstrukturkonfiguration alternativ angewandt bzw. verwendet werden kann.
Die Brückenstruktur 450 beinhaltet Brücken 460.1a, 460.1b, die konfiguriert sind, um die Temperaturabtastelemente 410.1a, 410.1b jeweils mit dem Heizelement 408 zu verbinden, Brücken 460.2a, 460.2b, die konfiguriert sind, um jeweils die Temperaturabtastelemente 410.4a, 410.4b mit dem Heizelement 408 zu verbinden, Brücken 460.3a, 460.3b, die konfiguriert sind, um jeweils die Temperaturabtastelemente 410.5a, 410.5b mit dem Heizelement 408 zu verbinden, und Brücken 460.4a, 460.4b, die konfiguriert sind, um jeweils die Temperaturabtastelemente 410.8a, 410.8b mit dem Heizelement 408 zu verbinden. In einer Ausbildung haben die Brücken 460.1a–460.4b eine reduzierte thermische Leitfähigkeit innerhalb der gesamten Brückenstruktur 450.
Dementsprechend ist der Mechanismus eines Wärmetransfers bzw. Wärmeübergangs von dem Heizelement 408 zu den Temperaturabtastelementen 410.1a, 410.1b, 410.4a, 410.4b, 410.5a, 410.5b, 410.8a, 410.8b durch Leitung über die entsprechenden festen Brückenstrukturen 460.1a–460.4b. Im Gegensatz dazu ist der Mechanismus eines Wärmeübergangs von dem Heizelement 408 zu den Temperaturabtastelementen 410.2a (Z+), 410.2b–410.2c (Z–), 410.3a (Z+), 410.3b–410.3c (Z–), 410.6a (Z+), 410.6b–410.6c (Z–), 410.7a (Z+), 410.7b–410.7c (Z–) lediglich durch Konvektion. Zusätzlich ist der Mechanismus eines Wärmeübergangs von dem Heizelement 408 zu den Temperaturabtastelementen 410.2b–410.2c (Z–), 410.3b– 410.3c (Z–), 410.6b–410.6c (Z–), 410.7b–410.7c (Z–) sowohl durch Leitung (über die entsprechenden festen Brückenstrukturen) als auch durch Konvektion. Da die Wärmeleitfähigkeit durch die festen Brückenstrukturen 460.1a–460.4b größer als die Wärmeleitfähigkeit durch das Fluid ist, das in der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 400 angeordnet ist, müssen die Temperaturabtastelemente 410.2a, 410.3a, 410.6a und 410.7a näher zu dem Heizelement 408 liegen als die Temperaturabtastelemente 410.2b–410.2c, 410.3b–410.3c, 410.6b–410.6c und 410.7b–410.7c, damit die jeweiligen Temperaturabtastelemente dieselbe Temperatur erzielen. In der illustrierten Ausbildung sind die Temperaturabtastelemente 410.2a–410.2c, 410.3a–410.3c, 410.6a–410.6c, 410.7a–410.7c, 410.1a–410.1b, 410.4a–410.4b, 410.5a–410.5b, 410.8a–410.8b innerhalb der thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 400 so positioniert, daß der Z-Achse 0-g Offset ist (d.h. der Z-Achsen Gleichstrom-Offset in der Abwesenheit einer angelegten Beschleunigung) im wesentlichen gleich Null ist.
Um einen Hinweis auf die Größe einer Beschleunigung der Z-Achse, d.h. senkrecht zur X-Y Ebene, zu erhalten, werden die Temperaturen T_2a, T_3a, T_6a, T_7a, T_2bc, T_3bc, T_6bc und T_7bc, die durch die Temperaturabtastelemente 410.2a, 410.3a, 410.6a, 410.7a, 410.2b–410.2c, 410.3b–410.3c, 410.6b–410.6c bzw. 410.7b–410.7c detektiert sind bzw. werden, bestimmt. Es wird festgehalten, daß die Temperatur T_2bc der Temperatur entspricht, die durch die Temperaturabtastelemente 410.2b und 410.2c detektiert ist bzw. wird. In ähnlicher Weise entsprechen die Temperaturen T_3bc, T_6bc und T_7bc den Temperaturen, die durch die Abtastelemente 410.3b und 410.3c, 410.6b und 410.6c bzw. 410.7b und 410.7c detektiert sind bzw. werden. Als nächstes werden Signale S(T_2a), S(T_3a), S(T_6a), S(T_7a), S(T_2bc), S(T_3bc), S(T_6bc) und S(T_7bc) (bei spielsweise Spannungssignale), die die Temperaturen T_2a T_3a, T_6a, T_7a, T_2bc, T_3bc, T_6bc bzw. T_7bc repräsentieren, generiert bzw. erzeugt, und die Größen der Signale S(T_2a), S(T_3a), S(T_6a), S(T_7a), S(T_2bc), S(T_3bc), S(T_6bc) und S(T_7bc) werden bestimmt. Ein Hinweis der Differentialmodustemperatur, die durch die Temperaturabtastelemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 detektiert wird, wird dann erhalten, indem die Summe der Größen {S(T_2a) – S(T_2bc)}, {S(T_3a) – S(T_3bc)}, {S(T_6a) – S(T_6bc)} und {S(T_7a) – S(T_7bc)} genommen wird. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = mag{S(T2a) – S(T2bc)} + mag{S(T3a) – S(T3bc)} + mag{S(T6a) – S(T6bc)} + mag{S(T7a) – S(T7bc)}, (11)in welcher "mag[S(T)]" die Größe des Signals S ist, das die Temperatur T repräsentiert.
Wie oben beschrieben, sind die Balken (beispielsweise die Balken 415.1–415.2; siehe 4b), die die Temperaturabtastelemente 410.2 410.3, 410.6, 410.7 über dem Hohlraum 404 abhängen, konfiguriert, um die Elemente 410.2, 410.3, 410.6, 410.7 außerhalb der X-Y Ebene zu positionieren. In der gegenwärtig geoffenbarten Ausbildung sind Balken 415.1–415.2 so konfiguriert, indem jeder Balken 415.1, 415.2 mit mehreren Schichten bzw. Lagen aus Material gebildet ist, in welchen jede Materialschicht unterschiedliche Beanspruchungs- bzw. Spannungscharakteristika aufweist, wodurch die Balken 415.1–415.2 veranlaßt werden, sich aus der X-Y Ebene zu biegen, wenn die Balken von dem Substrat während einer Herstellung freigegeben werden, wie dies in 4b illustriert ist. In einer Ausbildung hat bzw. haben eine oder mehrere Schicht(en) der Balken Druckspannungscharakteristika, und kann bzw. können als thermisch aufgewachsene Siliziumoxid-, CVD Siliziumoxid- und/oder Siliziumnitrid schichten oder irgendwelche andere geeignete Schichten implementiert sein bzw. werden Weiterhin weist bzw. weisen eine oder mehrere obere Schicht(en) der Balken Zugspannungscharakteristika auf, und kann bzw. können als Metall- und/oder Poly-Silizium/Poly-Silizidschichten oder andere geeignete Schichten implementiert sein.
4d–4e stellen eine erste illustrative Konfiguration der Balken 415.1–415.2 dar (siehe auch 4b). In dieser illustrativen Konfiguration beinhalten die Temperaturabtastelemente, welche eine Beschleunigungsabtastung entlang der Z-Achse zur Verfügung stellen, ein Temperaturabtastelement 430.1 (Z+), das auf dem Balken 415.1 angeordnet ist, ein Temperaturabtastelement 430.2 (Z+), das auf dem Balken 415.2 angeordnet ist, ein Temperaturabtastelement 430.3 (Z–), das auf einem Balken 417.1 angeordnet ist, ein Temperaturabtastelement 430.4 (Z–), das auf einem Balken 417.2 angeordnet ist, ein Temperaturabtastelement 430.5 (Z–), das auf einem Balken 417.3 angeordnet ist, und ein Temperaturabtastelement 430.6 (Z–), das auf einem Balken 417.4 angeordnet ist. Wie dies in 4d gezeigt ist, ist das Heizelement 408 zwischen der Gruppe von Balken 415.1, 417.1, 417.3 und der Gruppe von Balken 415.2, 417.2, 417.4 in der X-Y Ebene im wesentlichen im Zentrum der Öffnung des Hohlraums 404 angeordnet.
4e zeigt eine perspektivische Ansicht der Balken 415.1, 415.2, 417.1, 417.2, 417.3 und 417.4, die die Z+ Balken 415.1–415.2 zeigen, die aus der X-Y Ebene gebogen sind. Da der Z+ Balken 415.1, 415.2 mit mehreren Materialschichten gebildet ist, wobei jede Schicht unterschiedliche Spannungscharakteristika aufweist, biegen sich die Z+ Balken 415.1–415.2 aus der X-Y Ebene, wenn sie von dem Substrat 402 freigegeben sind bzw. werden (siehe auch 4b). Als ein Ergebnis sind die Temperaturabtastelemente, die an den Enden der Z+ Balken 415.1–415.2 angeordnet sind, außerhalb der X-Y Ebene positioniert. Es wird festgehalten, daß jeweils die Enden 480.1–480.2 der Z+ Balken 415.1–415.2 und jeweils die Enden 470.1, 470.2, 470.3, 470.4 der Z– Balken 417.1, 417.2. 417.3, 417.4 fix an der Oberfläche des Substrats 402 in der X-Y Ebene festgelegt sind.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse unter Verwendung der Balkenkonfiguration von 4d–4e zu erhalten, werden die Temperaturen T_1,Z+, T_2,Z+, T_1,Z–, T_2,Z–, T_3,Z–, T_4,Z–, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 415.1, 415.2, 417.1, 417.2, 417.3, 417.4 detektiert sind bzw. werden, bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T_1,Z+), S(T_2,Z+), S(T_1,Z–), S(T_2,Z–), S(T_3,Z–), S(T_4,Z–) (beispielsweise Spannungssignale), die die Temperaturen T_1,Z+, T_2,Z+, T_1,Z–, T_2,Z–, T_3,Z–, T_4,Z– repräsentieren, generiert bzw. erzeugt, und die Größen der Signale S(T_1,Z+), S(T_2,Z+), S(T_1,Z–), S(T_2,Z–), S(T_3,Z–), S(T_4,Z–) werden bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = {mag[S(T1,Z+)] + mag[S(T2,Z+)]} – {mag[S(T1,Z–)] + mag[S(T2,Z–)] + mag[S(T3,Z–)] + mag[S(T4,Z–)]}, (12)in welcher "mag[S(T)]" die Größe des Signals S ist, das die Temperatur T darstellt. Es wird festgehalten, daß die Konfiguration der Balken 415.1, 415.2, 417.1, 417.2, 417.3 und 417.4 optimiert werden kann, um die Temperaturabtastelemente 415.1, 415.2, 417.1, 417.2, 417.3, 417.4 relativ zu dem Heizelementen 408 für eine reduzierte Gleichstrom-Versetzung zu positionieren.
4f–4g zeigen eine zweite illustrative Konfiguration der Z+ Balken 415.1–415.2 (siehe auch 4b). In dieser zweiten Konfiguration ist bzw. wird ein Temperaturabtastelement 440.1 an der Kopplung der Z+ Balken 415.1– 415.2 angeordnet, ein Temperaturabtastelement 440.2 ist an einem Z– Balken 421 (beinhaltend Z– Balken 421.1–421.3) angeordnet, und das Heizelement 408 ist bzw. wird an der Kopplung der Balken 409.1–409.2 angeordnet. Die Z+ Balken 415.1–415.2 und die Heizeinrichtungsbalken 409.1–409.2 sind konfiguriert, um jeweils das Temperaturabtastelement 440.1 und das Heizelement 408 außerhalb der X-Y Ebene im wesentlichen über dem Zentrum der Hohlraumöffnung anzuordnen. Wie dies in 4g gezeigt ist, ist das Heizelement 408 im wesentlichen am Mittelpunkt des Abstands zwischen dem Temperaturabtastelement 440.1 (Z+) und dem Temperaturabtastelement 440.2 (Z–) angeordnet. Es wird festgehalten, daß die Z– Balken 421.1–421.3 und das Temperaturabtastelement 440.2, das darauf angeordnet ist, in der X-Y Ebene angeordnet sind.
Dementsprechend sind die Z+ Balken 415.1–415.2 und die Heizbalken 409.1–409.2 jeweils mit mehreren Materialschichten ausgebildet, wobei jede Schicht unterschiedliche Spannungscharakteristika aufweist, so daß nach bzw. bei Freigabe von dem Substrat sich die Balken 415.1–415.2, 409.1–409.2 aus der X-Y Ebene biegen (siehe 4g), wodurch das Temperaturabtastelement 440.1 (Z+) und das Heizelement 408 außerhalb der X-Y Ebene positioniert werden. Die Kopplung der Z+ Balken 415.1–415.2 und die Kopplung der Heizbalken 409.1–409.2 bilden eine sichere mechanische Verriegelungsinterferenzpassung im Mikrometerbereich an den Enden 482, 490 der Balken, wenn jeder Satz von Balken aus der X-Y Ebene gebogen ist. Es wird festgehalten, daß jeweils die distalen Enden 484.1, 484.2 der Z+ Balken 415.1–415.2, jeweils die distalen Enden 492.1, 492.2 der Heizbalken 409.1–409.2, und die Enden 472.1, 472.2 des Z– Balkens 421 fix an der Oberfläche des Substrats 402 in der X-Y Ebene festgelegt sind.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse unter Verwendung der Balkenkonfiguration von 4f–4g zu erhalten, werden die Temperaturen T_1,Z+, T_2,Z–, die jeweils durch die Temperaturabtastelemente 440.1 (Z+) und 440.2 (Z–) detektiert sind bzw. werden, bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T_1,Z+), S(T_2,Z–) (beispielsweise Spannungssignale), die die Temperaturen T_1,Z+, T_2,Z– repräsentieren, generiert, und die Größen der Signale S(T_1,Z+), S(T_2,Z–) werden bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T1,Z+)] – mag[S(T2,Z–)] (13)in welcher "mag[S(T)]" die Größe des Signals S ist, das die Temperatur T repräsentiert.
4h zeigt eine dritte illustrative Konfiguration des Z+ Balkens 415.1–415.2 (siehe auch 4b), welche das Erfordernis für ein Bereitstellen von gesonderten Balken zum Halten des Heizelements und der Z- Temperaturabtastelemente unnotwendig macht. Wie dies in 4h gezeigt ist, ist ein Temperaturabtastelement 442.1 außerhalb der X-Y Ebene an der Kopplung der Z+ Balken 415.1–415.2 angeordnet. Zusätzlich sind Temperaturabtastelemente 442.2 und 442.3 (Z-) jeweils auf den Z+ Balken 415.1 und 415.2 im wesentlichen in der X-Y Ebene angeordnet, und ein Heizelement 408 ist außerhalb der X-Y Ebene auf dem Z+ Balken 415.1 im wesentlichen an dem Mittelpunkt des Abstands zwischen dem Temperaturabtastelement 442.1 (Z+) und dem Temperaturabtastelement 442.2 angeordnet. In dieser dritten Konfiguration kann die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse ausgedrückt werden, wie dies in Gleichung (13) oben angedeutet ist.
5a–5c zeigen eine vierte illustrative Ausbildung einer thermischen Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 500 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. In der illustrierten Ausbildung beinhaltet die thermische Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 500 ein Substrat 502, wenigstens einen Hohlraum 504, der einen Querschnitt von irgendeiner geeigneten Form (beispielsweise quadratisch oder rechteckig) aufweist, der in das Substrat 502 geätzt ist, ein Fluid (nicht numeriert), wie Luft, das in dem Hohlraum 504 angeordnet ist, eine Brückenstruktur (siehe beispielsweise Brückenstrukturen 550.1–550.2 von 5b–5c), die über einer Öffnung (nicht numeriert) des Hohlraums 504 auf- bzw. abgehängt ist, und innere und äußere Heizelemente 508.1–508.8 und eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen 510.1–510.5, die auf der Brückenstruktur angeordnet sind. Die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen 510.1–510.5 beinhaltet die Temperaturabtastelemente 510.1–510.2, die entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Mittelpunkt des Hohlraums 504 beabstandet sind, die Temperaturabtastelemente 510.3–510.4, die entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Mittelpunkt des Hohlraums 504 angeordnet sind, und das Temperaturabtastelement 510.5, das an im wesentlichen dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet ist. Weiterhin sind die äußeren Heizelemente 508.1 und 508.4 entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet, die äußeren Heizelemente 508.5 und 508.8 sind entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet, die inneren Heizelemente 508.2–508.3 sind ent lang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet, und die inneren Heizelemente 508.6–508.7 sind entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet. Gleich den thermischen Beschleunigungsmeßgerätvorrichtungen 200, 300 und 400 (siehe 2b, 3b und 4b) bildet eine hermetisch abgedichtete Packung eine Außengrenze eines Bereichs bzw. einer Region über dem Hohlraum 504, und das Fluid füllt den Hohlraum 504 und den Bereich innerhalb der Vorrichtung.
5b zeigt die thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 500 von 5a, die die Heizelemente 508.1–508.8 und die Temperaturabtastelemente 510.1–510.5 illustriert, die auf der Brückenstruktur 550.1 angeordnet sind. In dieser illustrativen Ausbildung beinhaltet das Temperaturabtastelement 510.5, das im wesentlichen beim Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet ist, eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen S1–S4, die nahe dem Hohlraumzentrum angeordnet sind. Spezifisch sind die Temperaturabtastelemente S1–S2 entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet, und die Temperaturabtastelemente S3–S4 sind entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet. Es wird festgehalten, daß die Temperaturabtastelemente S1 und 510.1 elektrisch durch die abgehängte Brückenstruktur 550.1 verbunden sind, um ein erstes Temperaturabtastelementpaar (+X) auszubilden, die Temperaturabtastelemente S2 und 510.2 elektrisch durch die abgehängte Brückenstruktur 550.1 verbunden sind, um ein zweites Temperaturabtastelementpaar (–X) auszubilden, die Temperatur abtastelemente S3 und 510.3 elektrisch durch die abgehängte Brückenstruktur 550.1 verbunden sind, um ein drittes Temperaturabtastelementpaar (+Y) auszubilden, und die Temperaturabtastelemente S4 und 510.4 elektrisch durch die abgehängte Brückenstruktur 550.1 verbunden sind, um ein viertes Temperaturabtastelementpaar (–Y) auszubilden. Auf diese Weise kann der Leistungsverbrauch der Heizelemente 508.1–508.8 reduziert werden und der Widerstand der Temperaturabtastelemente 510.1–510.5 kann reduziert werden. Die Temperaturabtastelementpaare +X und –X können verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, und die Temperaturabtastelementpaare +Y und –Y können verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erhalten. Zusätzlich können die Temperaturabtastelementpaare +X, –X, +Y, –Y verwendet werden, um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse zu erhalten.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse zu erhalten, wird die Differentialtemperatur (T₁₁ – T₂₂), die jeweils durch die Temperaturabtastelementpaare +X, –X detektiert ist bzw. wird, bestimmt. Als nächstes wird ein Signal S(T₁₁ – T₂₂) (beispielsweise ein Spannungssignal), das die Differentialtemperatur (T₁₁ – T₂₂) repräsentiert, generiert, und die Größe des Signals S(T₁₁ – T₂₂) wird bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der X-Achse kann daher ausgedrückt werden als X-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T11 – T22)], (14)in welcher "mag[S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT darstellt.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse zu erzielen, wird die Differentialtem peratur (T₃₃ – T₄₄), die jeweils durch die Temperaturabtastelementpaare +Y, –Y detektiert wird, bestimmt. Als nächstes wird ein Signal S(T₃₃ – T₄₄) (beispielsweise ein Spannungssignal), das die Differentialtemperatur T₃₃ – T₄₄ repräsentiert, generiert, und die Größe des Signals S(T₃₃ – T₄₄) wird bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Y-Achse kann daher ausgedrückt werden als Y-Achsen-Beschleunigung = mag[S(T33 – T44)], (15)in welcher "mag[S(ΔT)]" die Größe des Signals S ist, das die Differentialtemperatur ΔT repräsentiert.
Um einen Hinweis der Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse, d.h. senkrecht zur X-Y Ebene, zu erhalten, werden die Temperaturen T₁₁, T₂₂, T₃₃, T₄₄, die jeweils durch die Temperaturabtastelementpaare +X, –X, +Y, und –Y detektiert werden, bestimmt. Als nächstes werden Signale S(T₁₁), S(T₂₂), S(T₃₃) und S(T₄₄) (beispielsweise Spannungssignale), die die Temperaturen T₁₁, T₂₂, T₃₃ bzw. T₄₄ repräsentieren, generiert, und die Größen der Signale S(T₁₁), S(T₂₂), S(T₃₃) und S(T₄₄) werden bestimmt. Die Größe einer Beschleunigung entlang der Z-Achse kann daher ausgedrückt werden als Z-Achsen-Beschleunigung = mag[(S(T11) + S(T22) + S(T33) + S(T44)]. (16)
Es wird festgehalten, daß durch ein Festlegen von verschiedenen Werten der Leistungen der inneren Heizelemente 508.2–508.3, 508.6–508.7 und der äußeren Heizelemente 508.1, 508.4, 508.5, 508.8, die Versetzung bzw. der Offset der Temperaturabtastelemente 510.1–510.5 im wesentlichen hauptsächlich durch Konvektion eliminiert werden kann.
5c zeigt die thermische Einzelchip 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerätvorrichtung 500 gemäß 5a, die die Heizelemente 508.11, 508.12, 508.13, 508.14, 508.15, 508.16, 508.17 und 508.18 und die Temperaturabtastelemente 510.1–510.5 illustriert, die auf der Brückenstruktur 550.2 angeordnet sind. Ähnlich der illustrativen Ausbildung von 5b ist das Temperaturabtastelement 510.5 der 5c an im wesentlichen dem Zentrum des Hohlraums 504 angeordnet und beinhaltet eine Mehrzahl von Temperaturabtastelementen S1–S4, die nahe dem Hohlraumzentrum angeordnet sind. Zusätzlich sind die Heizelemente 508.11, 508.12, 508.13, 508.14 auf einem ersten 45° Balken der Brückenstruktur 550.2 angeordnet, und die Heizelemente 508.15, 508.16, 508.17, 508.18 sind auf einem zweiten 45° Balken der Brückenstruktur 550.2 angeordnet. Die Temperaturabtastelemente S1 und 510.1 sind elektrisch durch einen ersten Balken entlang der X-Achse verbunden, um ein erstes Temperaturabtastelementpaar (+X) auszubilden, die Temperaturabtastelemente S2 und 510.2 sind elektrisch durch einen zweiten Balken entlang der X-Achse verbunden, um ein zweites Temperaturabtastelementpaar (–X) auszubilden, die Temperaturabtastelemente S3 und 510.3 sind elektrisch durch einen dritten Balken entlang der Y-Achse verbunden, um ein drittes Temperaturabtastelementpaar (+Y) auszubilden, und die Temperaturabtastelemente S4 und 510.4 sind elektrisch durch einen vierten Balken entlang der Y-Achse verbunden, um ein viertes Temperaturabtastelementpaar (–Y) auszubilden. Auf diese Weise kann der Leistungsverbrauch der Heizelemente 508.11, 508.12, 508.13, 508.14, 508.15, 508.16, 508.17, 508.18 reduziert werden und der Widerstand der Temperaturabtastelemente 510.1–510.5 kann reduziert werden. Hinweise der Größen einer Beschleunigung entlang der X-, Y- und Z-Achse unter Verwendung der thermischen Beschleuni gungsmeßgerätvorrichtung von 5c können entsprechend den Ausdrücken erhalten werden, die in Gleichung (14), (15) und (16) oben enthalten sind. Indem unterschiedliche Werte der Leistungen der inneren Heizelemente 508.12, 508.13, 508.16, 508.17 und der äußeren Heizelemente 508.11, 508.14, 508.15, 508.18 festgelegt werden, kann der Offset der Temperaturabtastelemente 510.1–510.5 im wesentlichen hauptsächlich durch thermische Leitung der festen Balken eliminiert werden.
Es wird festgehalten, daß die Spannungssignale, die in der Bestimmung der Größen einer Beschleunigung entlang der X-, Y- und Z-Achse generiert werden, wie dies oben beschrieben ist, unter Verwendung eines Schaltkreises ähnlich jenem be- bzw. verarbeitet werden können, der in der ebenfalls anhängigen U.S. Patentanmeldung Nr. 11/125,759, hinterlegt am 10. Mai 2005, mit dem Titel Z-AXIS THERMAL ACCELEROMETER (der '759 Anmeldung) beschrieben ist, die hierin durch Bezugnahme umfaßt bzw. aufgenommen ist.
Es wird durch Fachleute erkannt bzw. geschätzt werden, daß weitere Modifikationen und Variationen des oben beschriebenen Einzelchip Drei-Achsen-Beschleunigungsmeßgeräts gemacht werden können, ohne von den erfinderischen Konzepten abzugehen, die hierin geoffenbart sind. Dementsprechend sollte die Erfindung nicht, außer durch den Rahmen und Geist der beiliegenden Ansprüche als beschränkt betrachtet werden.

Claims

Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät, wobei das thermische Beschleunigungsmeßgerät zum Abtasten bzw. Erfassen einer Beschleunigung entlang einer X-, Y- und Z-Achse betätigbar ist, die ein X-Y-Z kartesisches Koordinatensystem definieren, wobei das thermische 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät umfaßt: ein Substrat, das eine im wesentlichen ebene bzw. planare Fläche bzw. Oberfläche aufweist, die durch die X- und Y-Achse definiert ist; wenigstens einen Hohlraum, der in dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Hohlraum eine Öffnung in der X-Y Ebene aufweist, wobei sich die X- und Y-Achse radial von einem Zentrum der Hohlraumöffnung erstrecken; ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist; eine Mehrzahl von ersten Heizelementen; und eine Mehrzahl von Temperaturabtast- bzw. -sensorelementen, wobei die Mehrzahl von ersten Heizeinrichtungs- bzw. Heizelementen und die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen in einer Mehrzahl von Gruppen von Elementen angeordnet sind, die über dem Hohlraum in der X-Y Ebene abgehängt bzw. aufgehängt sind, wobei jede Gruppe von Elementen wenigstens zwei Temperaturabtastelemente und wenigstens ein erstes Heizelement umfaßt, wobei die zwei Temperaturabtastelemente innerhalb jeder Gruppe auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem ersten Heizelement innerhalb der Gruppe angeordnet sind, und wobei die Mehrzahl von Gruppen von ersten Heizelementen und Temperaturabtastelementen eine erste und zweite Gruppe von Elementen, die entlang der X-Achse angeordnet sind, und eine dritte und vierte Gruppe von Elementen beinhaltet, die entlang der Y-Achse angeordnet sind, wobei die erste und zweite Gruppe von Elementen und die dritte und vierte Gruppe von Elementen entlang der X- bzw. Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten und zweiten Gruppe von Elementen betätigbar bzw. betreibbar sind, um erste bzw. zweite Differentialtemperaturen in Antwort auf eine Beschleunigung zu detektieren, die entlang der X-Achse angelegt bzw. aufgebracht ist, wobei die Summe der ersten und zweiten Differentialtemperatur für die aufgebrachte Beschleunigung entlang der X-Achse hinweisend bzw. anzeigend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die Temperaturabtastelemente innerhalb der dritten und vierten Gruppe betätigbar sind, um dritte bzw. vierte Differentialtemperaturen in Antwort auf eine Beschleunigung zu detektieren, die entlang der Y-Achse aufgebracht ist, wobei die Summe der dritten und vierten Differentialtemperatur für die aufgebrachte Beschleunigung entlang der Y-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1, wobei in Antwort auf eine Beschleunigung, die entlang der Z-Achse aufgebracht ist, die Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten und zweiten Gruppe von Elementen betätigbar sind, um eine erste bzw. zweite Differentialtemperatur zu detektieren, wobei die erste und zweite Differentialtemperatur in entgegengesetzten Richtungen entlang der X-Achse detektiert sind bzw. werden, die Temperaturabtastelemente in der dritten und vierten Gruppe von Elementen betätigbar sind, um eine dritte bzw. vierte Differentialtemperatur zu detektieren, wobei die dritte und vierte Differentialtemperatur in entgegengesetzten Richtungen entlang der Y-Achse detektiert sind, wobei die Summe der ersten, zweiten, dritten und vierten Differentialtemperatur für die angelegte Beschleunigung entlang der Z-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1, weiterhin beinhaltend eine abgedichtete Packung, wobei das Substrat, das Fluid, die Mehrzahl von Heizelementen und die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen in der abgedichteten Packung bzw. Verpackung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 5, wobei die abgedichtete Packung konfiguriert ist, um einen ersten räumlichen Bereich angrenzend an das Substrat und außerhalb des Hohlraums zu definieren, wobei das Fluid in dem Hohlraum und dem ersten räumlichen Bereich angeordnet ist, und wobei das Volumen des ersten räumlichen Bereichs größer als das Volumen des Hohlraums ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 1, weiterhin beinhaltend ein zweites Heizeinrichtungs- bzw. Heizelement, das über dem Hohlraum in der X-Y Ebene im wesentlichen im Zentrum der Hohlraumöffnung abgehängt bzw. aufgehängt ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät, wobei das thermische Beschleunigungsmeßgerät betätigbar ist, um eine Beschleunigung entlang der X-, Y- und Z-Achse abzutasten bzw. zu erfassen, die ein X-Y-Z kartesisches Koordinatensystem definieren, wobei das thermische 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät umfaßt: ein Substrat, das eine im wesentlichen ebene bzw. planare Fläche bzw. Oberfläche aufweist, die durch die X- und Y-Achse definiert ist, wenigstens einen Hohlraum, der in dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Hohlraum eine Öffnung in der X-Y Ebene aufweist, wobei sich die X- und Y-Achse radial von einem Zentrum der Hohlraumöffnung erstrecken; ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist; wenigstens ein Heizeinrichtungs- bzw. Heizelement; und eine Mehrzahl von Temperaturabtast- bzw. -erfassungselementen, wobei das Heizelement über dem Hohlraum in der X-Y Ebene im wesentlichen im Zentrum der Hohlraumöffnung abgehängt bzw. aufgehängt ist, wobei die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen in einer Mehrzahl von Gruppen von Elementen angeordnet ist, die über dem Hohlraum aufgehängt sind, wobei jede Gruppe von Elementen wenigstens zwei Temperaturabtastelemente beinhaltet, und wobei die Mehrzahl von Gruppen von Temperaturabtastelementen eine erste und zweite Gruppe von Elementen, die entlang der X-Achse angeordnet sind, und eine dritte und vierte Gruppe von Elementen beinhalten, die entlang der Y-Achse angeordnet sind, wobei die erste und zweite Gruppe von Elementen und die dritte und vierte Gruppe von Elementen entlang der X- und Y-Achsen jeweils auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 8, wobei ein erstes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten Gruppe von Elementen und ein zweites eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der zweiten Gruppe von Elementen betätigbar sind, um eine erste differentielle bzw. Differentialtemperatur in Antwort auf eine Beschleunigung zu detektieren, die entlang der X-Achse angelegt bzw. aufgebracht ist, wobei das erste und zweite eine der Temperaturabtastelemente entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind, wobei die erste Differentialtemperatur für die aufgebrachte Beschleunigung entlang der X-Achse hinweisend bzw. anzeigend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 8, wobei ein drittes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der dritten Gruppe von Elementen und ein viertes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der vierten Gruppe von Elementen betätigbar sind, um eine zweite Differentialtemperatur in Antwort auf eine Beschleunigung zu detektieren, die entlang der Y-Achse angelegt bzw. aufgebracht ist, wobei das dritte und vierte eine der Temperaturabtastelemente entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichmäßigen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind, wobei die zweite Differentialtemperatur für die angelegte Beschleunigung entlang der Y-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 8, wobei ein erstes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten Gruppe von Elementen, ein zweites eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der zweiten Gruppen von Elementen, ein drittes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der dritten Gruppe von Elementen und ein viertes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der vierten Gruppe von Elementen betätigbar sind, um eine Temperatur eines gemeinsamen Modus zu detektieren, wobei das erste und zweite eine der Temperaturabtastelemente entlang der X-Achse angeordnet sind und das dritte und vierte eine der Temperaturabtastelemente entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind, wobei die Temperatur der gemeinsamen Mode für die angelegte Beschleunigung entlang der Z-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 11, wobei ein fünftes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten Gruppe von Elementen, ein sechstes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der zweiten Gruppe von Elementen, ein siebentes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der dritten Gruppe von Elementen und ein achtes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der vierten Gruppe von Elementen jeweils betätigbar sind, um eine entsprechende bzw. jeweilige Temperatur zu detektieren, wobei das fünfte und sechste eine der Temperaturabtastelemente entlang der X-Achse angeordnet sind und das siebente und achte eine der Temperaturabtastelemente entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind, und wobei der Wert des Quotienten, der durch ein Dividieren der Summe der entsprechenden Temperaturen, die durch das fünfte, sechste, siebente und achte eine der Temperaturabtastelemente detektiert sind, durch die Summe der entsprechenden Temperaturen, die durch das erste, zweite, dritte und vierte eine der Temperaturabtastelemente erhalten sind bzw. werden, für die angelegte Beschleunigung entlang der Z-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 11, weiterhin beinhaltend eine Brückenstruktur, die konfiguriert ist, um das Heizelement und die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen über dem Hohlraum abzuhängen, wobei ein fünftes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten Gruppe von Elementen, ein sechstes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der zweiten Gruppe von Elementen, ein siebentes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der dritten Gruppe von Elementen und ein achtes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der vierten Gruppe von Elementen jeweils betätigbar sind, um eine entsprechende Temperatur zu detektieren, wobei das fünfte und sechste eine der Temperaturabtastelemente entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind und mit der Brückenstruktur über entsprechende erste Brücken einer reduzierten, thermischen Leitfähigkeit verbunden sind, und wobei das siebente und achte eine der Temperaturabtastelemente entlang der Y-Achse an gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind und mit der Brückenstruktur über entsprechende zweite Brücken einer reduzierten, thermischen Leitfähigkeit verbunden sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 13, wobei jedes des fünften, sechsten, siebenten und achten Temperaturabtastelements in zwei Hälften ausgebildet ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 13, wobei ein neuntes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der ersten Gruppe von Elementen, ein zehntes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der zweiten Gruppe von Elementen, ein elftes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der dritten Gruppe von Elementen und ein zwölftes eines der Temperaturabtastelemente innerhalb der vierten Gruppe von Elementen jeweils betätigbar sind, um eine entsprechende Temperatur zu detektieren, wobei das neunte und zehnte eine der Temperaturabtastelemente außerhalb der X-Y Ebene entlang einer Linie parallel zur X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind, und wobei das elfte und zwölfte eine der Temperaturabtastelemente außerhalb der X-Y Ebene entlang einer Linie parallel zur Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 15, wobei der Wert des Unterschieds bzw. der Differenz zwischen der Summe der entsprechenden Temperaturen, die durch das neunte, zehnte, elfte und zwölfte eine der Temperaturabtastelemente detektiert sind, und der Summe der entsprechenden Temperaturen, die durch das fünfte, sechste, siebente und achte eine der Temperaturabtastelemente detektiert sind, für die angelegte Beschleunigung entlang der Z-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 15, wobei jedes des fünften, sechsten, siebenten und achten Temperaturabtastelements in zwei Hälften ausgebildet ist, wobei das neunte Temperaturabtastelement zwischen den zwei Hälften des fünften Temperaturabtastelements entlang der X-Achse angeordnet ist, wobei das zehnte Temperaturabtastelement zwischen den zwei Hälften des sechsten Temperaturabtastelements entlang der X-Achse angeordnet ist, wobei das elfte Temperaturabtastelement zwischen den zwei Hälften des siebenten Temperaturabtastelements entlang der Y-Achse angeordnet ist, und wobei das zwölfte Temperaturabtastelement zwischen den zwei Hälften des achten Temperaturabtastelements entlang der Y-Achse angeordnet ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 8, weiterhin beinhaltend eine Brückenstruktur, die konfiguriert ist, um das Heizelement und die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen über dem Hohlraum abzuhängen, wobei die Brückenstruktur weiterhin konfiguriert ist, um ein entsprechendes der Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Gruppe von Elementen über dem Hohlraum und außerhalb der X-Y Ebene abzuhängen.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 18, wobei die Brückenstruktur eine Mehrzahl von Balken bzw. Trägern beinhaltet, die konfiguriert sind, um die entsprechenden Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Gruppe von Elementen über dem Hohlraum und außerhalb der X-Y Ebene abzuhängen, wobei jeder der Mehrzahl von Balken mit mehreren Materialschichten ausgebildet ist, und wobei wenigstens zwei der mehreren Materialschichten, die jeden Balken ausbilden, unterschiedliche Beanspruchungs- bzw. Spannungscharakteristika aufweisen, wodurch jeder Balken veranlaßt wird, sich aus der X-Y Ebene zu biegen, wenn der Balken von dem Substrat während einer Herstellung freigegeben ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 19, wobei die mehreren Materialschichten, die jeden Balken ausbilden, wenigstens eine erste Schicht, die Druckspannungscharakteristika aufweist, und wenigstens eine zweite Schicht beinhalten, die Zugspannungscharakteristika aufweist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 20, wobei die wenigstens eine erste Schicht, die Druckspannungscharakteristika aufweist, aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus thermisch gewachsenen Siliziumoxid-, CVD Siliziumoxid- und Siliziumnitrid-Schichten.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 20, wobei die wenigstens eine zweite Schicht, die Zugspannungscharakteristika aufweist, aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus Metall- und Polysilikon/Polysilizid-Schichten.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 18, wobei das entsprechende eine der Temperaturabtastelemente innerhalb jeder der ersten, zweiten, dritten und vierten Gruppe von Elementen, die über dem Hohlraum außerhalb der X-Y Ebene abgehängt sind, näher zu dem Heizelement angeordnet ist als das andere der Temperaturabtastelemente innerhalb der Gruppe von Elementen.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 8, weiterhin beinhaltend eine abgedichtete Packung, wobei das Substrat das Fluid, das Heizelement und die Mehrzahl von Temperaturabtastelementen in der abgedichteten Packung bzw. Dichtung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 24, wobei die gedichtete Packung konfiguriert ist, um einen ersten räumlichen Bereich angrenzend an das Substrat und außerhalb des Hohlraums zu definieren, wobei das Fluid in dem Hohlraum und dem ersten räumlichen Bereich angeordnet ist, und wobei das Volumen des ersten räumlichen Bereichs größer als das Volumen des Hohlraums ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät, wobei das thermische Beschleunigungsmeßgerät betätigbar ist, um die Beschleunigung entlang einer X-, Y- und Z-Achse abzutasten bzw. zu erfassen, die ein X-Y-Z kartesisches Koordinatensystem definieren, wobei das thermische 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät umfaßt: ein Substrat, das eine im wesentlichen ebene bzw. planare Fläche bzw. Oberfläche aufweist, die durch die X- und Y-Achse definiert ist, wenigstens einen Hohlraum, der in dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Hohlraum eine Öffnung in der X-Y Ebene aufweist, wobei sich die X- und Y-Achse radial von einem Zentrum der Hohlraumöffnung erstrecken; ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist; wenigstens ein Heizeinrichtungs- bzw. Heizelement; und eine Mehrzahl von Temperaturabtast- bzw. -erfassungselementen, wobei das Heizelement über dem Hohlraum außerhalb der X-Y Ebene abgehängt ist, wobei wenigstens ein erstes eines und wenigstens ein zweites eines der Mehrzahl von Temperaturabtastelementen über dem Hohlraum abhängt sind, wobei wenigstens eines des ersten und zweiten Temperaturabtastelemente über dem Hohlraum außerhalb der X-Y Ebene abgehängt sind, und wobei das erste und zweite Temperaturabtastelement im wesentlichen entlang der Z-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Heizelement angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 26, wobei der Wert des Unterschieds zwischen den entsprechenden Temperaturen, die durch das erste und zweite Temperaturabtastelement detektiert sind, für die aufgebrachte Beschleunigung entlang der Z-Achse hinweisend ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät, wobei das thermische Beschleunigungsmeßgerät zum Abtasten bzw. Erfassen einer Beschleunigung entlang einer X-, Y- und Z-Achse betätigbar ist, die ein X-Y-Z kartesisches Koordinatensystem definieren, wobei das thermische 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät umfaßt: ein Substrat, das eine im wesentlichen ebene Fläche bzw. Oberfläche aufweist, die durch X- und Y-Achse definiert ist; wenigstens einen Hohlraum, der in dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Hohlraum eine Öffnung in der X-Y Ebene aufweist, wobei sich die X- und Y-Achse radial von einem Zentrum der Hohlraumöffnung erstrecken, ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist, eine Mehrzahl von Heizelementen, und ein erstes Temperaturabtast- bzw. -erfassungselement und eine Mehrzahl von zweiten Temperaturabtastelementen, wobei das erste Temperaturabtastelement im wesentlichen im Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von zweiten Temperaturabtastelementen und die Mehrzahl von Heizelementen in einer Mehrzahl von Gruppen von Elementen angeordnet sind, die über dem Hohlraum in der X-Y Ebene abgehängt sind, wobei jede Gruppe von Elementen wenigstens ein zweites Temperaturabtastelement und wenigstens zwei Heizelemente beinhaltet, wobei die zwei Heizelemente innerhalb jeder Gruppe zwischen dem ersten Temperaturabtastelement und dem zweiten Temperaturabtastelement innerhalb der Gruppe angeordnet sind, und wobei die Mehrzahl von Gruppen von zweiten Temperaturabtastelementen und Heizelementen eine erste und zweite Gruppe von Elementen, die entlang der X-Achse angeordnet sind, und eine dritte und vierte Gruppe von Elementen beinhaltet, die entlang der Y-Achse angeordnet sind, wobei die erste und zweite Gruppe von Elementen und die dritte und vierte Gruppe von Elementen jeweils entlang der X- und Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 28, wobei die zwei Heizelemente innerhalb jeder Gruppe ein erstes Heizelement und ein zweites Heizelement beinhalten, wobei das erste Heizelement näher zu dem ersten Temperaturabtastelement als das zweite Heizelement angeordnet ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 29, wobei jedes des ersten und zweiten Heizelements ein Leistungsniveau aufweist, das damit assoziiert ist, wobei das Leistungsniveau des ersten Heizelements unterschiedlich von dem Leistungsniveau des zweiten Heizelements ist, um eine Versetzung bzw. einen Offset zu reduzieren, die bzw. der mit dem ersten und zweiten Temperaturabtastelement assoziiert ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 28, wobei das erste Temperaturabtastelement dritte und vierte Temperaturabtastelemente, die entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind, und fünfte und sechste Temperaturabtastelemente beinhaltet, die entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 31, wobei das dritte Temperaturabtastelement elektrisch mit dem zweiten Temperaturabtastelement innerhalb der ersten Gruppe von Elementen verbunden ist, wobei das dritte Temperaturabtastelement und die erste Gruppe von Elementen auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung angeordnet sind, wobei das vierte Temperaturabtastelement elektrisch mit dem zweiten Temperaturabtastelement innerhalb der zweiten Gruppe von Elementen verbunden ist, wobei das vierte Temperaturabtastelement und die zweite Gruppe von Elementen auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung angeordnet sind, wobei das fünfte Temperaturabtastelement elektrisch mit dem zweiten Temperaturabtastelement innerhalb der dritten Gruppe von Elementen verbunden ist, wobei das fünfte Temperaturabtastelement und die dritte Gruppe von Elementen auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung angeordnet sind, und wobei das sechste Temperaturabtastelement elektrisch mit dem zweiten Temperaturabtastelement innerhalb der vierten Gruppe von Elementen verbunden ist, wobei das sechste Temperaturabtastelement und die vierte Gruppe von Elementen auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät, wobei das thermische Beschleunigungsmeßgerät zum Abtasten bzw. Erfassen einer Beschleunigung entlang einer X-, Y- und Z-Achse betätigbar bzw. betreibbar ist, die ein X-Y-Z kartesisches Koordinatensystem definieren, wobei das thermische 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät umfaßt: ein Substrat, das eine im wesentlichen ebene bzw. planare Fläche bzw. Oberfläche aufweist, die durch die X- und Y-Achse definiert ist; wenigstens einen Hohlraum, der in dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Hohlraum eine Öffnung in der X-Y Ebene aufweist, wobei sich die X- und Y-Achse radial von einem Zentrum der Hohlraumöffnung erstrecken; ein Fluid, das in dem Hohlraum angeordnet ist; eine Mehrzahl von Heizeinrichtungs- bzw. Heizelementen; und ein erstes Temperaturabtastelement und eine Mehrzahl von zweiten Temperaturabtastelementen, wobei das erste Temperaturabtast- bzw. -erfassungselement an im wesentlichen dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von zweiten Temperaturabtastelementen ein erstes Paar von zweiten Temperaturabtastelementen, die entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind, und ein zweites Paar von zweiten Temperaturabtastelementen beinhaltet, die entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind, und wobei die Mehrzahl von Heizelementen in einer Mehrzahl von Gruppen von Heizelementen angeordnet ist, wobei jede Gruppe von Heizelementen ein erstes Heizelement und ein zweites Heizelement beinhaltet, wobei das erste Heizelement innerhalb jeder Gruppe zwischen dem ersten Temperaturabtastelement und dem zweiten Heizelement innerhalb der Gruppe angeordnet ist, und wobei die Mehrzahl von Gruppen von Heizelementen eine erste und zweite Gruppe von Heizelementen, die entlang einer ersten Achse in der X-Y Ebene angeordnet sind, die ungefähr bei einem 45° Winkel zu der X- und Y-Achse angeordnet ist, und eine dritte und vierte Gruppe von Heizelementen beinhaltet, die entlang einer zweiten Achse in der X-Y Ebene orthogonal zur ersten Achse angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 33, wobei jedes des ersten und zweiten Heizelements ein Leistungsniveau aufweist, das damit assoziiert ist, wobei das Leistungsniveau des ersten Heizelements unterschiedlich von dem Leistungsniveau des zweiten Heizelements ist, um eine Versetzung zu reduzieren, die mit dem ersten und zweiten Temperaturabtastelement assoziiert ist.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 33, wobei das erste Temperaturabtastelement ein drittes und viertes Temperaturabtastelement, die entlang der X-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind, und ein fünftes und sechstes Temperaturabtastelement beinhaltet, die entlang der Y-Achse auf gegenüberliegenden Seiten von und an im wesentlichen gleichen Abständen von dem Zentrum der Hohlraumöffnung angeordnet sind.
Thermisches 3-Achsen-Beschleunigungsmeßgerät nach Anspruch 35, wobei das dritte Temperaturabtastelement elektrisch mit einem entsprechenden zweiten Temperaturabtastelement innerhalb des ersten Paars von Elementen verbunden ist, die auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung wie das dritte Temperaturabtastelement angeordnet sind, wobei das vierte Temperaturabtastelement elektrisch mit einem entsprechenden zweiten Temperaturabtastelement innerhalb des ersten Paars von Elementen verbunden ist, die auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung wie das vierte Temperaturabtastelement angeordnet sind, wobei das fünfte Temperaturabtastelement elektrisch mit einem entsprechenden zweiten Temperaturabtastelement innerhalb des zweiten Paars von Elementen verbunden ist, die auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung wie das fünfte Temperaturabtastelement angeordnet sind, und wobei das sechste Temperaturabtastelement elektrisch mit einem entsprechenden zweiten Temperaturabtastelement innerhalb des zweiten Paars von Elementen verbunden ist, die auf derselben Seite des Zentrums der Hohlraumöffnung wie das sechste Temperaturabtastelement angeordnet sind.