DE102007052804A1

DE102007052804A1 - Beschleunigungssensor

Info

Publication number: DE102007052804A1
Application number: DE102007052804A
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Konno; Yoshiaki Hirata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: US20080110260A1; US7624638B2; DE102007052804B4

Abstract

Ein erster und ein zweiter Detektierrahmen (21, 22) sind von einem Substrat (1) so abgestützt, dass sie um eine erste und eine zweite Torsionsachse drehbar sind. Ein erster Kopplungsstab (31) ist mit dem ersten Detektierrahmen (21) auf einer Achse verbunden, die an einer Position liegt, die von einer Position der ersten Torsionsachse in einer ersten Richtung verlagert ist, welche die erste Torsionsachse kreuzt und zu einer Endseite des ersten Detektierrahmens (21) gerichtet ist. Ein zweiter Kopplungsstab (32) ist mit dem zweiten Detektierrahmen (22) auf einer Achse verbunden, die an einer Position liegt, die von einer Position der zweiten Torsionsachse in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung verlagert ist. Ein Trägheitsmassekörper (2) ist in einer Dickenrichtung des Substrats (1) verlagerbar, indem er mit dem ersten und dem zweiten Detektierrahmen (21, 22) durch den ersten bzw. den zweiten Kopplungsstab (31, 32) gekoppelt ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, einen hochpräzisen Beschleunigungssensor zu erhalten, der durch Störungen kaum beeinflussbar ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor und speziell einen Beschleunigungssensor vom elektrostatischen kapazitiven Typ.
Eine der Grundlagen eines herkömmlichen Beschleunigungssensors zum Detektieren der Beschleunigung in einer Substratdickenrichtung ist ein Verfahren zum Detektieren einer Änderung der elektrostatischen Kapazität in Abhängigkeit von der Beschleunigung. Als ein auf diesem Verfahren basierender Sensor wird in der JP-Offenlegungsschrift 05-133976 (Seite 16, 23 und 24) ein Beschleunigungssensor vorgeschlagen, der beispielsweise einen Torsionsstab, einen Trägheitsmassekörper, einen Detektierrahmen und eine Detektierelektrode als Hauptkomponenten aufweist.
Der Beschleunigungssensor weist einen Detektierrahmen auf, der eine einem Substrat zugewandte Oberfläche hat. Der Trägheitsmassekörper ist an einem Endteil des Detektierrahmens vorgesehen. Ferner ist der Detektierrahmen an dem Substrat so abgestützt, daß er mit dem Torsionsstab als der Rotationsachse drehbar ist. Außerdem ist die Detektierelektrode zum Detektieren dieser Drehverlagerung unter dem Detektierrahmen vorgesehen.
Wenn eine Beschleunigung in der Substratdickenrichtung auf den wie oben beschrieben ausgebildeten Beschleunigungssensor aufgebracht wird, wirkt die Massenkraft in der Substratdickenrichtung auf den Trägheitsmassekörper. Da der Trägheitsmassekörper an dem einen Endteil vorgesehen ist, d. h. an einer Position, die von der Drehachse in der Substratrichtung in der gleichen Ebene abweicht, wirkt diese Massenkraft auf den Detektierrahmen als ein Drehmoment um den Torsionsstab herum. Infolgedessen wird der Detektierrahmen drehverlagert.
Die Distanz zwischen dem Detektierrahmen und der Detektierelektrode wird durch diese Drehverlagerung geändert, was dazu führt, daß die von dem Detektierrahmen und der Detektierelektrode gebildete elektrostatische Kapazität geändert wird. Die Beschleunigung wird aufgrund dieser Änderung der elektrostatischen Kapazität gemessen.
Die Schwerkraft wirkt auf den Trägheitsmassekörper immer nach unten. Dadurch ist der Trägheitsmassekörper in dem Zustand, daß er von der Drehachse des Detektierrahmens nach unten verlagert ist.
Wenn auf den in diesem Zustand befindlichen Beschleunigungssensor eine Beschleunigung in der in der gleichen Ebene befindlichen Substratrichtung und in einer die Drehachse kreuzenden Richtung aufgebracht wird, ist der Punkt, an dem die Trägheitskraft auf den Detektierrahmen wirkt, niedriger als die Drehachse positioniert. Ferner hat diese Trägheitskraft eine zur der Drehachse orthogonale Komponente. Infolgedessen wird der Detektierrahmen durch die Aufnahme von Drehkraft um die Drehachse herum drehverlagert. Das heißt, auch wenn eine Beschleunigung entlang einer anderen als der von dem Beschleunigungssensor zu detektierenden, das Objekt bildenden Achse aufgebracht wird, wird der Detektierrahmen drehverlagert.
Auch wenn ferner eine Winkelbeschleunigung um den Torsionsstab herum auf den Beschleunigungssensor aufgebracht wird, wird der Detektierrahmen durch die auf den Trägheitsmassekörper wirkende Trägheitskraft gedreht.
Auch wenn außerdem eine Winkelgeschwindigkeit auf den Beschleunigungssensor aufgebracht wird, kann der Detektierrahmen unter dem Einfluß der auf den Trägheitsmassekörper wirkenden Fliehkraft verdreht werden.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Beschleunigungssensor kann die Rotation des Detektierrahmens infolge der Beschleunigung einer anderen Achse, der Winkelbeschleunigung und der Winkelgeschwindigkeit nicht von der Rotation des Detektierrahmens infolge einer Beschleunigung in der Substratdickenrichtung, die das zu detektierende Objekt ist, unterschieden werden. Es besteht also das Problem, daß der Beschleunigungs-Erfassungsfehler vergrößert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben beschriebene Problem gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines hochpräzisen Beschleunigungssensors, der durch die Beschleunigung einer anderen Achse, die Winkelbeschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit kaum beeinflußt wird.
Der Beschleunigungssensor nach der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Substrat, einen ersten und einen zweiten Torsionsstab, einen ersten und einen zweiten Detektierrahmen, eine Vielzahl von Detektierelektroden, einen ersten und einen zweiten Kopplungsstab und einen Trägheitsmassekörper.
Der erste Torsionsstab ist um eine erste Torsionsachse herum verwindbar und ist von dem Substrat abgestützt. Der erste Detektierrahmen ist von dem Substrat mit dem ersten Drehstab so abgestützt, daß er um die erste Torsionsachse herum drehbar ist. Der zweite Torsionsstab ist um eine zweite Torsionsachse herum verwindbar und ist von dem Substrat abgestützt. Der zweite Detektierrahmen ist von dem Substrat mit dem zweiten Torsionsstab so abgestützt, daß er um die zweite Torsionsachse herum drehbar ist. Die Vielzahl von Detektierelektroden sind vorgesehen zum Detektieren eines Winkels, der zwischen dem Substrat und jedem von dem ersten und dem zweiten Detektierrahmen gebildet wird, auf der Basis der elektrostatischen Kapazität und sind auf dem Substrat so ausgebildet, daß sie jedem von dem ersten und dem zweiten Detektierrahmen zugewandt sind. Der erste Kopplungsstab ist mit dem ersten Detektierrahmen auf einer Achse verbunden, die an einer Position liegt, die von einer Position der ersten Torsionsachse in einer ersten Richtung, welche die erste Torsionsachse kreuzt, verlagert und zu einem Ende des ersten Detektierrahmens gerichtet ist. Der zweite Kopplungsstab ist mit dem zweiten Detektierrahmen auf einer Achse verbunden, die an einer Position liegt, die von einer Position der zweiten Torsionsachse in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verlagert ist. Der Trägheitsmassekörper ist über dem Substrat so abgestützt, daß er in einer Dickenrichtung des Substrats verlagerbar ist, indem er mit dem ersten bzw. dem zweiten Detektierrahmen durch den ersten bzw. den zweiten Kopplungsstab verbunden ist.
Bei dem Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung ist der erste Kopplungsstab mit dem ersten Detektierrahmen auf der Achse verbunden, die an einer von der Position der ersten Torsionsachse in einer die erste Torsionsachse kreuzenden Richtung verlagert und zu einer Endseite des ersten Detektierrahmens gerichtet ist. Andererseits ist der zweite Kopplungsstab mit dem zweiten Detektierrahmen auf der Achse verbunden, die an einer von der Position der zweiten Torsionsachse in einer zu der oben beschriebenen Richtung entgegengesetzten Richtung verlagert ist.
Wenn daher der Trägheitsmassekörper in der Dickenrichtung des Substrats verlagert wird, werden der erste und der zweite Detektierrahmen in den zueinander entgegengesetzten Richtungen drehverlagert, wogegen dann, wenn der Trägheitsmassekörper geneigt oder in der in der gleichen Ebene liegenden Richtung des Substrats verlagert wird, der erste und der zweite Detektierrahmen in derselben Richtung drehverlagert werden.
Durch Vorsehen der Detektierelektroden auf solche Weise, daß ihre Empfindlichkeit nur dann gesteigert werden kann, wenn der erste und der zweite Detektierrahmen in den zueinander entgegengesetzten Richtungen rotationsmäßig verlagert werden, ist es somit möglich, die Empfindlichkeit für eine Beschleunigung in den von der zu detektierenden Richtung verschiedenen Richtungen zu unterdrücken und den Einfluß der Winkelgeschwindigkeit oder der Winkelbeschleunigung zu unterdrücken.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht von oben und zeigt schematisch den Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1;
3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Beschleunigung nach oben entlang der Schichtdickenrichtung des Substrats auf den Beschleunigungssensor nach Ausführungsform 1 der Erfindung aufgebracht wird, wobei die Querschnittsposition der Querschnittsposition in 2 entspricht und Verankerungen der Klarheit halber nicht gezeigt sind;
4 ist ein Schaltbild zur Erläuterung einer elektrischen Verbindung zwischen Kondensatoren, die durch erste und zweite Detektierrahmen gebildet sind, und Detektierelektroden des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine negative Winkelbeschleunigung um die X-Achse herum auf den Schwerpunkt eines Trägheitsmassekörpers des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird, dessen Querschnittsposition die gleiche wie in 2 ist, und wobei der erste und der zweite Detektierrahmen, Verankerungen und Detektierelektroden der Klarheit halber nicht gezeigt sind;
6 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine negative Winkelbeschleunigung um die X-Achse herum auf den Schwerpunkt eines Trägheitsmassekörpers des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird, dessen Querschnittsposition die gleiche wie in 2 ist und wobei Verankerungen der Klarheit halber nicht gezeigt sind;
7 zeigt einen Zustand, in dem eine Winkelgeschwindigkeit, die eine positive Komponente in der Z-Achsenrichtung und eine negative Komponente in der Y-Achsenrichtung hat, auf den Schwerpunkt des Trägheitsmassekörpers nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird und wobei der erste und der zweite Detektierrahmen, Verankerungen und Detektierelektroden der Klarheit halber nicht gezeigt sind;
8 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand z3eigt, in dem eine Winkelgeschwindigkeit, die eine positive Komponente in der Z-Achsenrichtung und eine negative Komponente in der Y-Achsenrichtung hat, auf den Schwerpunkt eines Trägheitsmassekörpers des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird, dessen Querschnittsposition die gleiche wie in 2 ist, wobei der erste und der zweite Detektierrahmen, Verankerungen und Detektierelektroden der Klarheit halber nicht gezeigt sind;
9 bis 13 sind schematische Schnittansichten, die einen ersten bis fünften Schritt eines Verfahrens zum Herstellen des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen, dessen Querschnittsposition der Querschnittsposition in 2 entspricht;
14 ist eine Draufsicht von oben, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XV-XV von 14;
16 ist eine Draufsicht von oben, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
20 ist ein Schaltbild, das eine elektrische Verbindung zwischen Kondensatoren, die von ersten und zweiten Detektierrahmen gebildet sind, und Detektierelektroden des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
22 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Beschleunigung entlang der Schichtdickenrichtung des Substrats nach oben auf den Beschleunigungssensor nach Ausführungsform 7 der Erfindung aufgebracht wird, dessen Querschnittsposition der Position entlang der Linie XXII-XXII von 21 entspricht, wobei der Klarheit halber keine Verankerungen gezeigt sind und die Position einer zweiten Torsionsachse in der Z-Achsenrichtung der auslegerähnlichen Verlagerung eines zweiten Torsionsstabs entspricht;
23 ist ein Diagramm, das schematisch eine Beziehung zwischen dem Ausgangspotential und der Beschleunigung des Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt;
24 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Ausbildung eines Beschleunigungssensors nach einem Vergleichsbeispiel von Ausführungsform 7 der vorliegende Erfindung zeigt;
25 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Beschleunigung entlang der Schichtdickenrichtung des Substrats nach oben auf den Beschleunigungssensor gemäß dem Vergleichsbeispiel von Ausführungsform 7 der Erfindung zeigt, dessen Querschnittsposition der Position entlang der Linie XXV-XXV von 24 entspricht, wobei der Klarheit halber keine Verankerungen gezeigt sind und wobei die Position einer zweiten Torsionsachse in der Z-Achsenrichtung der auslegerähnlichen Verlagerung eines zweiten Torsionsstabs entspricht;
26 ist ein Diagramm, das schematisch eine Beziehung zwischen einem Ausgangspotential und einer Beschleunigung des Beschleunigungssensors nach dem Vergleichsbeispiel von Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt;
27 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Ausbildung eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt;
28 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Beschleunigung entlang der Schichtdickenrichtung des Substrats nach oben auf den Beschleunigungssensor nach Ausführungsform 8 der Erfindung aufgebracht wird, dessen Querschnittsposition der Position entlang der Linie XXVIII-XXVIII von 27 entspricht, wobei der Klarheit halber keine Verankerungen gezeigt sind und wobei die Position einer zweiten Torsionsachse in der Z-Achsenrichtung einer auslegerähnlichen Verlagerung eines zweiten Torsionsstabs entspricht;
29 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Aufbau eines Beschleunigungssensors nach Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
30 ist eine Teilquerschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, in dem eine Beschleunigung entlang der Schichtdickenrichtung des Substrats nach oben auf den Beschleunigungssensor nach Ausführungsform 9 der Erfindung aufgebracht wird, dessen Querschnittsposition der Position entlang der Linie XXX-XXX in 29 entspricht, wobei der Klarheit halber keine Verankerungen gezeigt sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsform 1)
Zuerst wird ein Grundaufbau eines Beschleunigungssensors nach der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 werden zur erleichterten Erläuterung die Koordinatenachsen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse eingeführt. In 1 ist die X-Achse eine Achse, in der die Rechtsrichtung entlang der Querrichtung die positive Richtung ist, die Y-Achse ist eine Achse, bei der die Aufwärtsrichtung entlang der Längsrichtung die positive Richtung ist, und die Z-Achse ist eine Achse, die zu der Papieroberfläche senkrecht ist und bei der die Aufwärtsrichtung die positive Richtung ist. Es ist zu beachten, daß die Richtung der Z-Achse mit der Beschleunigungsrichtung koinzident ist, die von dem Beschleunigungssensor nach der vorliegenden Ausführungsform zu messen ist.
Der Beschleunigungssensor nach der vorliegenden Ausführungsform weist im wesentlichen auf: ein Substrat 1, einen ersten und einen zweiten Torsionsstab 11 und 12, einen ersten und einen zweiten Detektierrahmen 21 und 22, eine Vielzahl von Detektierelektroden 40, einen ersten und einen zweiten Kopplungsstab 31 und 32 sowie einen Trägheitsmassekörper 2.
Als Substrat 1 kann ein Siliziumsubstrat verwendet werden. Ferner kann als ein Material des ersten und des zweiten Torsionsstabs 11 und 12, des ersten und des zweiten Detektierrahmen 21 und 22, des ersten und des zweiten Kopplungsstabs 31 und 32, des Trägheitsmassekörpers 2 und der Detektierelektroden 40 eine Polysiliziumschicht verwendet werden. Es wird bevorzugt, daß die Polysiliziumschicht geringe Spannung und in ihrer Dickenrichtung keine Spannungsverteilung hat.
Der erste Torsionsstab 11 ist von dem Substrat 1 mit einer Verankerung 91 so abgestützt, daß er um eine erste Torsionsachse T1 herum entlang der X-Achse verwindungsfähig ist.
Der erste Detektierrahmen 11 ist von dem Substrat 1 mit dem ersten Torsionsstab 11 so abgestützt, daß er um die erste Torsionsachse T1 drehbar ist. Ferner hat mindestens ein Teil des ersten Detektierrahmens 21 Leitfähigkeit.
Der zweite Torsionsstab 12 ist von dem Substrat 1 mit einer Verankerung 92 so abgestützt, daß er um eine zweite Torsionsachse T2 herum entlang der X-Achse verwindbar ist.
Der zweite Detektierrahmen 22 ist von dem Substrat 1 mit dem zweiten Torsionsstab 12 so abgestützt, daß er um die zweite Torsionsachse T2 drehbar ist. Ferner hat mindestens ein Teil des zweiten Detektierrahmens 22 Leitfähigkeit.
Die Vielzahl von Detektierelektroden 40 sind auf dem Substrat 1 mit einer Isolierschicht 3 dazwischen so ausgebildet, daß sie jedem von dem ersten und dem zweiten Detektierrahmen 21 und 22 zugewandt sind, um zu ermöglichen, daß ein zwischen dem Substrat 1 und jedem von dem ersten und dem zweiten Detektierrahmen 21 und 22 gebildeter Winkel auf der Basis der elektrostatischen Kapazität detektiert wird. Es ist zu beachten, daß als Isolierschicht 3 bevorzugt eine Siliziumnitridschicht oder eine Siliziumoxidschicht mit geringer Spannung verwendet wird.
Der erste Kopplungsstab 31 ist mit dem ersten Detektierrahmen 21 auf einer Achse L1 verbunden, die an einer Position liegt, die parallel von einer Position der ersten Torsionsachse T1 um einen Versatz bzw. Offset e1 in einer ersten Richtung verlagert ist, welche die erste Torsionsachse T1 kreuzt und zu einer Endseite des ersten Detektierrahmens 21 gerichtet ist. Das heißt, der Absolutwert des Offsets e1 ist eine Dimension zwischen der ersten Torsionsachse T1 und dem ersten Kopplungsstab 31, und die Richtung des Offsets ist die Richtung, welche die erste Torsionsachse T1 kreuzt und von der ersten Torsionsachse T1 zu der Achse L1 gerichtet ist.
Der zweite Kopplungsstab 32 ist mit dem zweiten Detektierrahmen 22 auf einer Achse L2 verbunden, die an einer Position liegt, die von einer Position der zweiten Torsionsachse T2 um einen Offset e2 in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung parallel verlagert ist, d. h. in einer zu der Richtung des Offsets e1 entgegengesetzten Richtung. Das heißt, der Absolutwert des Offsets e2 ist eine Dimension zwischen der zweiten Torsionsachse T2 und dem zweiten Kopplungsstab 32, und die Richtung des Offsets e2 ist zu der Richtung des Offsets e1 entgegengesetzt.
Der Trägheitsmassekörper 2 ist über dem Substrat 1 so abgestützt, daß er in der Dickenrichtung des Substrats 2 verlagerbar ist, indem er mit dem ersten bzw. dem zweiten Detektierrahmen 21 und 22 durch den ersten bzw. zweiten Kopplungsstab 31 und 32 verbunden ist.
Nachstehend werden Einzelheiten der Ausbildung der oben beschriebenen Detektierelektrode 40 und das Prinzip zur Erfassung des Winkels zwischen dem Substrat 1 und jedem von dem ersten und dem zweiten Detektierrahmen 21 und 22 erläutert.
Die Detektierelektrode 40 hat eine erste Detektierelektrode 41, die dem ersten Detektierrahmen 21 zugewandt ist. Die erste Detektierelektrode 41 hat erste Detektierelektroden 41a und 41b, so daß die erste Torsionsachse T1 sandwichartig zwischen diesen angeordnet ist. Die erste Detektierelektrode 41a ist an der äußeren Umfangsseite (der oberen Seite in 1) des Beschleunigungssensors positioniert, und die erste Detektierelektrode 41b ist an der inneren Umfangsseite (der zentralen Seite in 2) des Beschleunigungssensors positioniert. Die ersten Detektierelektroden 41a und 41b sind so vorgesehen, daß die erste Torsionsachse T1 sandwichartig zwischen ihnen liegt.
Wenn der erste Detektierrahmen 21 um den ersten Torsionsstab 11 herum gedreht wird, nähert sich die rückwärtige Oberfläche (die der ersten Detektierelektrode 41 zugewandte Oberfläche) des ersten Detektierrahmens 21 einer der ersten Detektierelektroden 41a und 41b und zieht sich von der anderen ersten Detektierelektrode zurück. Es ist dadurch möglich, einen Winkel zwischen dem ersten Detektierrahmen 21 und dem Substrat 1 zu detektieren durch Erfassen einer Differenz zwischen der elektrostatischen Kapazität, die gebildet ist, indem der erste Detektierrahmen 21 der ersten Detektierelektrode 41a zugewandt ist, und der elektrostatischen Kapazität, die gebildet ist, indem der erste Detektierrahmen 21 der ersten Detektierelektrode 41b zugewandt ist.
Die Detektierelektrode 40 hat eine zweite Detektierelektrode 42, die dem zweiten Detektierrahmen 22 zugewandt ist. Die zweite Detektierelektrode 42 hat zweite Detektierelektroden 42a und 42b, zwischen denen sandwichartig die zweite Torsionsachse T2 liegt. Die zweite Detektierelektrode 42a ist an der äußeren Umfangsseite (der unteren Seite in 1) des Beschleunigungssensors positioniert, und die zweite Detektierelektrode 42b ist an der inneren Umfangsseite (der zentralen Seite in 1) des Beschleunigungssensors positioniert. Die zweiten Detektierelektroden 42a und 42b sind so ausgebildet, daß die zweite Torsionsachse T2 sandwichartig zwischen ihnen liegt.
Wenn der zweite Detektierrahmen 22 um den zweiten Torsionsstab 12 herum gedreht wird, nähert sich die rückwärtige Oberfläche (die der zweiten Detektierelektrode 42 zugewandte Oberfläche) des zweiten Detektierrahmens 22 einer der zweiten Detektierelektroden 42a und 42b und zieht sich von der anderen zweiten Detektierelektrode zurück. Es ist somit möglich, einen Winkel zwischen dem zweiten Detektierrahmen 22 und dem Substrat 1 dadurch zu detektieren, daß eine Differenz zwischen der elektrostatischen Kapazität, die dadurch gebildet ist, daß der zweite Detektierrahmen 22 der zweiten Detektierelektrode 42a zugewandt ist, und der elektrostatischen Kapazität, die dadurch gebildet ist, daß der zweite Detektierrahmen 22 der zweiten Detektierelektrode 42b zugewandt ist, zu erfassen.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Torsionsstab 11 und 12 sowie der erste und der zweite Kopplungsstab 31 und 32 jeweils so angeordnet, daß die Offsets e1 und e2 in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisen und in jeder Richtung einen gleichen Betrag haben.
Noch stärker bevorzugt hat das Flächenlayout des Beschleunigungssensors eine Ausbildung, die mit einer Mittellinie B liniensymmetrisch ist, die in der Richtung parallel mit der ersten und der zweiten Torsionsachse T1 und T2 verläuft, wobei der Schwerpunkt G des Trägheitsmassekörpers 2 auf der Mittellinie B positioniert ist.
Ferner hat das Flächenlayout des Beschleunigungssensors eine Ausbildung, die mit einer Mittellinie A liniensymmetrisch ist, die in der Richtung verläuft, welche die erste und die zweite Torsionsachse T1 und T2 kreuzt, wobei der Schwerpunkt G des Trägheitsmassekörpers 2 auf der Mittellinie A positioniert ist.
Nachstehend wird ein Prinzip der Beschleunigungsmessung des Beschleunigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wenn gemäß 3 eine Beschleunigung az in der Aufwärtsrichtung entlang der Schichtdickenrichtung des Substrats, d. h. in der positiven Richtung (Aufwärtsrichtung in der Figur) der Z-Achse aufgebracht wird, wird der Trägheitsmassekörper 2 von der Trägheitskraft so verlagert, daß er in der negativen Richtung (der Abwärtsrichtung in der Figur) der Z-Achse ausgehend von einer Anfangsposition (der mit Strichlinien gezeigten Position) absinkt. Der erste und der zweite Kopplungsstab 31 und 32, die mit dem Trägheitsmassekörper 2 gekoppelt sind, werden ebenfalls integral mit dem Trägheitsmassekörper in der negativen Richtung (Abwärtsrichtung in der Figur) der Z-Achse verlagert.
Infolge der Verlagerung des ersten Kopplungsstabs 31 empfängt der erste Detektierrahmen 21 eine Kraft in der negativen Richtung (der Abwärtsrichtung in der Figur) der Z-Achse durch einen Teil der Achse L1. Die Achse L1 liegt an der Position, die durch die parallele Bewegung um den Offset e1 von der ersten Torsionsachse T1 verlagert wird, was bewirkt, daß eine Drehkraft auf den ersten Detektierrahmen 21 wirkt. Infolgedessen wird der erste Detektierrahmen 21 drehverlagert.
Infolge der Verlagerung des zweiten Kopplungsstabs 32 empfängt ferner der zweite Detektierrahmen 22 eine Kraft in der negativen Richtung (der Abwärtsrichtung in der Figur) der Z-Achse durch einen Teil der Achse L2. Die Achse L2 liegt an der Position, die durch die parallele Bewegung um den Offset e2 von der zweiten Torsionsachse T2 verlagert wird, was bewirkt, daß eine Drehkraft auf den zweiten Detektierrahmen 22 wirkt. Infolgedessen wird der zweite Detektierrahmen 22 drehverlagert.
Da die Offsets e1 und e2 in die zueinander entgegengesetzten Richtungen erfolgen, werden der erste Detektierrahmen 21 und der zweite Detektierrahmen 22 umgekehrt zueinander gedreht. Dabei werden der erste und der zweite Detektierrahmen 21 und 22 derart drehverlagert, daß die obere Oberfläche des ersten Detektierrahmens 21 zu der einen Endseite (der rechten Seite in 3) des Beschleunigungssensors und die obere Oberfläche des zweiten Detektierrahmens 22 zu der anderen Endseite (der linken Seite in 3) des Beschleunigungssensors hin gerichtet ist.
Entsprechend dieser Drehverlagerung wird die elektrostatische Kapazität C_1a des von dem ersten Detektierrahmen 21 und der ersten Detektierelektrode 41a gebildeten Kondensators C1a erhöht, und die elektrostatische Kapazität C_1b des von dem ersten Detektierrahmen 21 und der ersten Detektierelektrode 41b gebildeten Kondensators C1b wird verringert. Ferner wird die elektrostatische Kapazität C_2a des von dem zweiten Detektierrahmen 22 und der zweiten Detektierelektrode 42a gebildeten Kondensators C2a erhöht, und die elektrostatische Kapazität C_2b des von dem zweiten Detektierrahmen 22 und der zweiten Detektierelektrode 42b gebildeten Kondensators C2b wird verringert.
Gemäß 4 sind die Kondensatoren C1a und C2a parallelgeschaltet, und die Kondensatoren C1b und C2b sind parallelgeschaltet. Ferner sind die beiden Parallelverbindungsteile in Reihe geschaltet. Auf den Endteil an der Seite der Kondensatoren C1a und C2a der so gebildeten Schaltung wird ein Konstantpotential V_d aufgebracht, und der Endteil an der Seite der Kondensatoren C1b und C2b ist geerdet. Der oben beschriebene reihengeschaltete Teil weist einen Anschluß auf, dessen Ausgangspotential V_out gemessen werden kann. Das Ausgangspotential V_out einen Wert an, der aus der nachstehenden Gleichung erhalten wird:
Da das Konstantpotential V_d auf einen Konstantwert fixiert ist, kann ein Wert der nachstehenden Formel erhalten werden durch Messen des Ausgangspotentials V_out.
Der Wert von Gleichung (2) wird verringert, wenn der Trägheitsmassekörper 2 absinkt, wie in 3 gezeigt ist. Wenn ferner die Beschleunigung in der zu der Beschleunigungsrichtung az (3) entgegengesetzten Richtung auf den Beschleunigungssensor wirkt, wird der Trägheitsmassekörper 2 in der Aufwärtsrichtung entlang der Dickenrichtung des Substrats 1 verlagert, wodurch der Wert von Gleichung (2) erhöht wird. Infolgedessen wird die Verlagerung des Trägheitsmassekörpers 2 in der Dickenrichtung des Substrats 1 detektiert durch Messen des Ausgangspotentials V_out, so daß die Beschleunigung az in der Richtung der Z-Achse aus dieser Erfassung detektiert werden kann.
Als nächstes werden Beispiele erläutert, wenn andere Bewegungen als die Beschleunigung in der Z-Richtung auf den Beschleunigungssensor nach der vorliegenden Ausführungsform wirken.
Wenn gemäß 5 der Trägheitsmassekörper 2 eine negative Winkelbeschleunigung aω in Richtung der X-Achse um seinen Schwerpunkt G herum erfährt, wird der Trägheitsmassekörper 2 aufgrund der Drehverlagerung durch sein Trägheitsmoment in der Richtung (der Richtung des Pfeils R in der Figur) entgegengesetzt zu der Winkelbeschleunigung aω ausgehend von der Anfangsposition (der mit Strichlinien in der Figur gezeigten Position) geneigt.
Gemäß 6 wird entsprechend der Neigung des Trägheitsmassekörpers 2 der erste Detektierrahmen 21 durch den Teil der Achse L1 des ersten Kopplungsstabs 31 gehoben, so daß er um die erste Torsionsachse T1 gedreht wird, wogegen der zweite Detektierrahmen 22 durch den Teil der Achse L2 des zweiten Kopplungsstabs 32 nach unten gedrückt wird, so daß er um die zweite Torsionsachse T2 herum gedreht wird.
Entsprechend der Drehung des ersten und des zweiten Detektierrahmens 21 und 22 wird die elektrostatische Kapazität C_1a des durch den ersten Detektierrahmen 21 und die erste Detektierelektrode 41a gebildeten Kondensators C1a verringert, und die elektrostatische Kapazität C_1b des durch den ersten Detektierrahmen 21 und die erste Detektierelektrode 41b gebildeten Kondensators C1b wird erhöht. Ferner wird die elektrostatische Kapazität des durch den zweiten Detektierrahmen 22 und die zweite Detektierelektrode 42a gebildeten Kondensators C2a erhöht, und die elektrostatische Kapazität C_2b des durch den zweiten Detektierrahmen 22 und die zweite Detektierelektrode 42b gebildeten Kondensators C2b wird verringert.
Wenn unter Bezugnahme auf die Gleichung (2) die oben beschriebenen Änderungen der elektrostatischen Kapazität bewirkt werden, heben sich im linken Nenner die Verringerung der elektrostatischen Kapazität C_1a und die Erhöhung von C_2a gegenseitig auf, und im linken Zähler heben sich die Erhöhung von C_1b und die Verringerung von C_2b gegenseitig auf. Daher wird der Einfluß der Winkelbeschleunigung aω auf das Ausgangspotential V_out unterdrückt.
Wenn gemäß 7 die Winkelbeschleunigung ω, die eine positive Komponente in Richtung der Z-Achse und eine negative Komponente in Richtung der Y-Achse hat, um den Schwerpunkt des Trägheitsmassekörpers 2 des Beschleunigungssensors herum aufgebracht wird, wirkt eine Fliehkraft fc auf de Trägheitsmassekörper 2. Dadurch wird das Ende des Trägheitsmassekörpers 2 ausgehend von der Anfangsposition (der mit Strichlinien in der Figur gezeigten Position) in eine Richtung (die Richtung des Pfeils R in der Figur) weeg von der Drehachse der Winkelgeschwindigkeit ω drehverlagert, so daß der Trägheitsmassekörper 2 geneigt wird.
Die Neigung des Trägheitsmassekörpers 2 ist die gleiche wie im oben beschriebenen Fall, in dem eine Winkelbeschleunigung aω aufgebracht wird. Aus diesem Grund wird der Einfluß der Winkelgeschwindigkeit ω auf das Ausgangspotential V_out aufgrund desselben Prinzips ebenfalls unterdrückt.
Als nächstes wird ein Detektierfehler bei Aufbringen einer Beschleunigung einer anderen Achse auf den Beschleunigungssensor nach der vorliegenden Ausführungsform einschließlich des Einflusses der Schwerkraft erläutert.
Nach 8 wirkt eeine negative Kraft in Richtung der Z-Achse als Schwerkraft auf den Trägheitsmassekörper 2, so daß sich der Trägheitsmassekörper 2 in einem Zustand des Absenkens (in der negativen Richtung de Z-Achse in der Figur) aus der Anfangsposition (der mit Strichlinien in der Figur gezeigten Position) befindet.
Wenn in diesem Zustand eine Beschleunigung ay in der negativen Richtung der Y-Achse auf den Beschleunigungssensor aufgebracht wird, wird eine Trägheitskraft in der positiven Richtung der Y-Achse auf den Trägheitsmassekörper 2 aufgebracht. Diese Trägheitskraft wird auf den ersten und den zweiten Detektierrahmen 21 und 22 von den Teilen auf den Achsen L1 und L2 des ersten bzw. des zweiten Kopplungsstabs 31 bzw. 32 übertragen.
Die Höhe der Achse L1 von dem Substrat 1 ist infolge des Einflusses der Schwerkraft kleiner gemacht als diejenige der ersten Torsionsachse T1. Daher wirkt die auf den Teil der Achse L1 übertragene oben beschriebene Kraft auf den ersten Detektierrahmen 21 als Drehkraft um die erste Torsionsachse T1 herum.
Ferner ist die Höhe der Achse L2 von dem Substrat 1 aufgrund des Einflusses der Schwerkraft kleiner als diejenige der zweiten Torsionsachse T2 gemacht. Daher wirkt die auf den Teil der Achse L2 übertragene oben beschriebene Kraft auf den zweiten Detektierrahmen 22 als Drehkraft um die zweite Torsionsachse T2 herum.
Dabei haben die beiden oben beschriebenen Drehkräfte um die erste und die zweite Torsionsachse T1 und T2 herum Wirkpunkte unter der ersten und der zweiten Torsionsachse T1 und T2. Ferner ist die auf die beiden Wirkpunkte einwirkende Kraft in der positiven Richtung der Y- Achsenrichtung gerichtet. Infolgedessen sind eine Drehverlagerung R1 des ersten Detektierrahmens 21 und eine Drehverlagerung R2 des zweiten Detektierrahmens 22 in die gleiche Richtung gerichtet.
Infolge des Einflusses der Drehverlagerung R1 wird die elektrostatische Kapazität C_1a des von dem ersten Detektierrahmen 21 und der ersten Detektierelektrode 41a gebildeten Kondensators C1a verringert, und die elektrostatische Kapazität C_1b des von dem ersten Detektierrahmen 21 und der ersten Detektierelektrode 41b gebildeten Kondensators C1b wird erhöht. Ferner wird durch den Einfluß der Drehverlagerung R2 die elektrostatische Kapazität C_2a des von dem zweiten Detektierrahmen 22 und der zweiten Detektierelektrode 42a gebildeten Kondensators C2a erhöht, und die elektrostatische Kapazität C_2b des von dem zweiten Detektierrahmen 22 und der zweiten Detektierelektrode 42b gebildeten Kondensators C2b wird verringert.
Wenn unter Bezugnahme auf die Gleichung (2) die Änderungen in den oben beschriebenen elektrostatischen Kapazitäten verursacht werden, heben sich die Verringerung der elektrostatischen Kapazität C_1a und die Erhöhung der elektrostatischen Kapazität C_2a im linken Nenner gegenseitig auf, und die Erhöhung der elektrostatischen Kapazität C_1b und die Verringerung der elektrostatischen Kapazität C_2b im linken Zähler heben sich gegenseitig auf. Aus diesem Grund wird der Einfluß der Beschleunigung ay in der X-Achsenrichtung auf das Ausgangspotential V_out, das zur Erfassung der Beschleunigung in der Z-Achsenrichtung gemessen wird, unterdrückt.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des Beschleunigungssensors nach der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 9 bis 13 erläutert.
Nach 9 wird eine Isolierschicht 3 auf dem aus Silizium hergestellten Substrat 1 nach der Niederdruck- bzw. LP-CVD-Beschichtungsmethode aufgebracht. Als Isolierschicht 3 wird zweckmäßig eine Siliziumnitridschicht, eine Siliziumoxidschicht und dergleichen, die geringe Spannung haben, verwendet. Auf der Isolierschicht 3 wird eine elektrisch leitfähige Schicht beispielsweise aus Polysilizium mit dem LP-CVD-Verfahren aufgebracht. Anschließend wird die elektrisch leitfähäige Schicht strukturiert, so daß die Detektierelektrode 40 gebildet wird. Dann wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats 1 eine PSG- bzw. Phosphorsilicatglas-Schicht 101 aufgebracht.
Gemäß 10 wird ein Teil der PSG-Schicht 101, in der Verankerungen 91 und 92 (2) gebildet sind, selektiv abgetragen.
Gemäß 11 wird auf die gesamte Oberfläche des Substrats 1 eine Polysiliziumschicht 102 aufgebracht. Anschließend wird an der Oberfläche der Polysiliziumschicht 102 eine CMP-Bearbeitung (chemisch-mechanisches Polieren) durchgeführt.
Gemäß 12 wird die Oberfläche der Polysiliziumschicht 102 durch die CMP-Bearbeitung plan gemacht.
Nach 13 wird an dem Teil der Polysiliziumschicht 102 auf der Oberfläche der PSG-Schicht 102 selektives Ätzen durchgeführt. Dadurch werden der Trägheitsmassekörper 2, der erste und der zweite Kopplungsstab 31 und 32, der erste und der zweite Detektierrahmen 21 und 22, der erste und der zweite Torsionsstab 11 und 12 sowie die Verankerungen 91 und 92 gemeinsam ausgebildet. Dann wird die PSG-Schicht 102 abgeätzt, und der Beschleunigungssensor nach der in 2 gezeigten Ausführungsform wird erhalten.
Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie sie in 1 zu sehen ist, hat der Beschleunigungssensor ein ebenes Layout, wobei die Offsets e1 und e2 entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Wenn also eine Winkelbeschleunigung aω auf den Beschleunigungssensor wirkt, wie in 5 zu sehen ist, heben sich die Änderungen der elektrostatischen Kapazität zwischen den Kondensatoren C1a und C2a sowie zwischen den Kondensatoren C1b und C2b in der elektrischen Schaltung von 4 gegenseitig auf. Infolgedessen wird die Änderung des durch Gleichung (2) gezeigten Werts unterdrückt. Das heißt also, daß der Einfluß der Winkelbeschleunigung aω auf das Ausgangspotential V_out unterdrückt werden kann. Wenn daher eine Beschleunigung az auf der Basis des Ausgangspotentials V_out detektiert wird, ist es möglich, die Bildung eines Detektierfehlers durch die Winkelbeschleunigung aω zu verhindern.
Wenn ferner eine Winkelgeschwindigkeit ω entsprechend 7 auf den Beschleunigungssensor aufgebracht wild, können die Änderungen der elektrostatischen Kapazität ebenso wie im oben beschriebenen Fall des Aufbringens der Winkelbeschleunigung aω gegenseitig aufgehoben werden, so daß die Änderung in dem durch Gleichung (2) gezeigten Wert unterdrückt wird. Das heißt also, daß der Einfluß der Winkelgeschwindigkeit ω auf das Ausgangspotential V_out unterdrückt werden kann. Wenn daher eine Beschleunigung az auf der Basis des Ausgangspotentials V_out detektiert wird, ist es möglich, einen Detektierfehler aufgrund einer Winkelbeschleunigung ω zu verhindern.
Auch wenn ferner eine Beschleunigung ay in einer anderen Richtung als der Schichtdickenrichtung des Substrats 1 auf den Beschleunigungssensor wirkt, wie in 8 gezeigt ist, können die Änderungen der elektrostatischen Kapazität gegenseitig aufgehoben werden ähnlich wie in den Fällen des Aufbringens der Winkelbeschleunigung aω und der Winkelgeschwindigkeit ω, so daß die Änderung in dem in Gleichung 2 gezeigten Wert unterdrückt wird. Das bedeutet, daß der Einfluß der Beschleunigung ay in einer anderen als der Dickenrichtung des Substrats 1 als dem zu messenden Objekt auf der Basis des Ausgangspotentials V_out unterdrückt werden kann. Wenn also eine Beschleunigung in der Dickenrichtung des Substrats auf der Basis des Ausgangspotentials V_out detektiert wird, ist es möglich, das Auftreten eines Detektierfehlers infolge einer Beschleunigung ay in der anderen Richtung zu verhindern.
Wie ferner die 12 und 13 zeigen, werden der Trägheitsmassekörper 2, der als beweglicher Teil dient, der erste und der zweite Kopplungsstab 31 und 32, der erste und der zweite Detektierrahmen 21 und 22 sowie der erste und der zweite Torsionsstab 11 und 12 gemeinsam aus einer Schicht aus ein und demselben Material gebildet. Da es also keinen Verbindungsteil aus unterschiedlichen Materialien in dem beweglichen Teil gibt, wird keine Verwindung aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedlicher Materialien erzeugt. Das ermöglicht die Unterdrückung der Temperaturabhängigkeit des Beschleunigungssensors.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Offsets e1 und e2 gemäß 1 bevorzugt so ausgebildet, daß sie gleiche Absolutwerte haben. Außerdem sind die erste und die zweite Torsionsachse T1 und T2 in 1 parallel zueinander angeordnet. Wenn daher der Trägheitsmassekörper 2 entsprechend dem Pfeil R in 5 geneigt wird, werden die Beträge der Drehverlagerung des ersten und des zweiten Detektierrahmens 21 und 22 zueinander gleich gemacht, wie 6 zeigt. Somit werden die Änderungen der elektrostatischen Kapazität der Kondensatoren C1a, C1b, C2a, C2b, die in 4 gezeigt sind, noch präziser gegenseitig aufgehoben. Das ermöglicht einen weiteren Ausschluß eines Fehlers des Beschleunigungssensors.
(Ausführungsform 2)
Gemäß den 14 und 15 ist in einem Beschleunigungssensor gemäß dieser Ausführungsform eine Aktivierungselektrode 5 auf dem Substrat 1 so ausgebildet, daß sie dem Trägheitsmassekörper 2 zugewandt ist.
Da mit Ausnahme des genannten Teils die Ausbildung gleich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 ist, werden mit denselben Bezugszeichen und Symbolen versehene Komponenten nicht erneut beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform kann, wie der Pfeil in 15 zeigt, eine elektrostatische Kraft, die den Trägheitsmassekörper 2 zum Substrat 1 hin zieht, erzeugt werden durch Anlegen einer Spannung zwischen der Aktivierungselektrode 5 und dem Trägheitsmassekörper 2. Der Trägheitsmassekörper 2 kann also elektrostatisch in Schichtdickenrichtung des Substrats getrieben werden. Dieses elektrostatische Treiben ermöglicht die Erzeugung der Verlagerung des Trägheitsmassekörpers 2 äquivalent zu der Verlagerung in einem Fall, in dem die Beschleunigung az in der Schichtdickenrichtung des Substrats 1 auf den Beschleunigungssensor aufgebracht wird. Somit kann der Beschleunigungssensor eine Funktion der Selbstdiagnose erhalten und feststellen, ob der Beschleunigungssensor fehlerhaft ist oder nicht, ohne daß tatsächlich eine Beschleunigung az auf den Sensor aufgebracht wird.
(Ausführungsform 3)
Gemäß 16 weist ein Beschleunigungssensor nach dieser Ausführungsform Verankerungen 90 an dem Substrat 1 und Stützstäbe 4 auf.
Der eine Endteil des Stützstabs 4 ist über dem Substrat 1 von der Verankerung 90 abgestützt. Ferner stützt der andere Endteil des Stützstabs 4 den Trägheitsmassekörper 2 ab.
Der Stützstab 4 hat einen ersten Stützstab 4X und einen zweiten Stützstab 4Y. Der erste Stützstab 4X hat eine Gestalt, die in der Z-Achsenrichtung leicht elastisch verformt werden kann und in der Z-Achsenrichtung kaum elastisch verformt werden kann. Der zweite Stützstab 4Y hat eine Gestalt, die in der Z-Achsenrichtung leicht elastisch verformt werden kann und in der Y-Achsenrichtung kaum elastisch verformt werden kann. Aus diesem Grund hat der Stützstab 4 insgesamt eine Ausbildung, die in der Z-Achsenrichtung ohne weiteres elastisch verformt werden kann und in der Richtung der XY-Ebene kaum elastisch verformt werden kann.
Da mit Ausnahme dieses Teils die übrige Ausbildung gleich wie die oben beschriebene Ausbildung der Ausführungsform 1 ist, sind gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen und werden nicht mehr erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Trägheitsmassekörper 2 über dem Substrat 1 von dem Stützstab 4 abgestützt, der in der Richtung der XY-Ebene kaum elastisch verformt werden kann. Das ermöglicht die Unterdrückung der Verlagerung des Trägheitsmassekörpers 2, wenn auf den Beschleunigungssensor eine Beschleunigung (Beschleunigung einer anderen Achse) in der Richtung der XY-Ebene aufgebracht wird. Dadurch kann die Empfindlichkeit (in bezug auf eine andere Achse) hinsichtlich einer Beschleunigung einer anderen Achse verringert werden.
(Ausführungsform 4)
Gemäß 17 weist ein Beschleunigungssensor nach dieser Ausführungsform ferner einen dritten und einen vierten Torsionsstab 13 und 14, einen dritten und einen vierten Detektierrahmen 23 und 24, eine Vielzahl von dritten und vierten Detektierelektroden 43 und 44 sowie dritte und vierte Kopplungsstäbe 33 und 34 zusätzlich zu der Ausbildung des Beschleunigungssensors von Ausführungsform 2 auf.
Der dritte Torsionsstab 13 ist von dem Substrat 1 mit einer Verankerung 93 so abgestützt, daß er um eine dritte Torsionsachse T3 entlang der Y-Achse verwindbar ist.
Der dritte Detektierrahmen 23 ist von dem Substrat 1 mit dem dritten Torsionsstab 13 so abgestützt, daß er um die dritte Torsionsachse T3 herum drehbar ist. Ferner hat mindestens ein Teil des dritten Detektierrahmens 23 Leitfähigkeit.
Der vierte Torsionsstab 14 ist von dem Substrat 1 mit einer Verankerung 94 so abgestützt, daß er um eine vierte Torsionsachse T4 entlang der Y-Achse verwindbar ist.
Der vierte Detektierrahmen 24 ist von dem Substrat 1 mit dem vierten Torsionsstab 14 so abgestützt, daß er um die vierte Torsionsachse T4 herum drehbar ist. Ferner hat mindestens ein Teil des vierten Detektierrahmens 24 Leitfähigkeit.
Die Vielzahl von dritten Detektierelektroden 43 haben dritte Detektierelektroden 43a und 43b, die dem dritten Detektierrahmen 23 zugewandt sind, um das Detektieren eines Winkels zwischen dem dritten Detektierrahmen 23 und dem Substrat 1 zu ermöglichen. Ferner hat die Vielzahl von vierten Detektierelektroden 44 vierte Detektierelektroden 44a und 44b, die dem vierten Detektierrahmen 24 zugewandt sind, um das Detektieren eines Winkels zwischen dem vierten Detektierrahmen 24 und dem Substrat 1 zu ermöglichen.
Der dritte Kopplungsstab 33 ist mit dem dritten Detektierrahmen 23 auf einer Achse L3 verbunden, die an einer Position liegt, die parallel in bezug auf eine Position der dritten Torsionsachse T3 um einen Offset e3 in einer Richtung versetzt ist, welche die dritte Torsionsachse T3 kreuzt und zu einer Endseite des dritten Detektierrahmens 23 gerichtet ist. Das bedeutet, daß der Absolutwert des Offsets e3 eine Dimension zwischen der dritten Torsionsachse T3 und dem dritten Kopplungsstab 33 ist und daß die Richtung des Offsets e3 eine Richtung ist, welche die dritte Torsionsachse T3 kreuzt und von der dritten Torsionsachse T3 zu der Achse L3 weist.
Der vierte Kopplungsstab 34 ist mit dem vierten Detektierrahmen 24 auf einer Achse L4 verbunden, die an einer Position liegt, die von einer Position der vierten Torsionsachse T4 um einen Offset e4 in einer Richtung verlagert ist, die zu der oben beschriebenen Richtung entgegengesetzt ist, d. h. in einer zu der Richtung des Offsets e3 entgegengesetzten Richtung. Das bedeutet, daß der Absolutwert des Offsets e4 eine Dimension zwischen der vierten Torsionsachse T4 und dem vierten Kopplungsstab 34 ist und daß die Richtung des Offsets e4 zu der Richtung des Offsets e3 entgegengesetzt ist.
Der Trägheitsmassekörper 2 ist über dem Substrat 1 so abgestützt, daß er in der Dickenrichtung des Substrats 1 verlagerbar ist, indem er mit dem dritten und vierten Detektierrahmen 23 und 24 über den dritten bzw. den vierten Kopplungsstab 33 bzw. 34 gekoppelt ist.
Der dritte Torsionsstab 13, der dritte Detektierrahmen 23, der dritte Kopplungsstab 33 und die Vielzahl von dritten Detektierelektroden 43 können die gleiche Gestalt wie der erste Torsionsstab 11, der erste Detektierrahmen 21, der erste Kopplungsstab 31 und eine Vielzahl von ersten Detektierelektroden 41 haben, wobei die Gestalt jeweils durch Drehen der genannten Gestalt um 90° um die Z-Achse herum gebildet wird.
Ferner können der vierte Torsionsstab 14, der vierte Detektierrahmen 24, der vierte Kopplungsstab 34 und die Vielzahl von vierten Detektierelektroden 44 die gleiche Gestalt wie der zweite Torsionsstab 12, der zweite Detektierrahmen 22, der zweite Kopplungsstab 32 und eine Vielzahl von zweiten Detektierelektroden 42 haben, wobei die Gestalt jeweils durch Drehen der genannten Gestalt um 90° um die Z-Achse herum gebildet wird.
Da abgesehen von diesem Teil der sonstige Aufbau gleich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ist, sind gleiche Komponenten jeweils mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen und werden nicht erneut erläutert.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die dritten und vierten Kopplungsstäbe 33 und 34 entlang der Y-Achsenrichtung (der Längsrichtung in der Figur) gebildet, wie 17 zeigt. Das ermöglicht die Unterdrückung der Verlagerung des Trägheitsmassekörpers 2 in der Y-Achsenrichtung. Es ist somit möglich, den Meßfehler zu unterdrücken, der hervorgerufen wird, wenn der Trägheitsmassekörper 2 in der Y-Achsenrichtung (der Längsrichtung in der Figur) durch eine auf den Trägheitsmassekörper 2 wirkende Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung verlagert wird.
(Ausführungsform 5)
Unter Bezugnahme auf 14 ist bei dem oben beschriebenen Beschleunigungssensor der Ausführungsform 2 der Trägheitsmassekörper 2 an der äußeren Umfangsseite des Beschleunigungssensors angeordnet, und der erste und der zweite Detektierrahmen 21 und 22 sind an der inneren Umfangsseite angeordnet. Nach 18 unterscheidet sich der Beschleunigungssensor dieser Ausführungsform von demjenigen von Ausführungsform 2 dadurch, daß die ersten und zweiten Detektierrahmen 21R und 22R an der äußeren Umfangsseite des Beschleunigungssensors angeordnet sind und der Trägheitsmassekörper 2 an der inneren Umfangsseite angeordnet ist.
Entsprechend dem Unterschied bei dieser Anordnung ist auch die Anordnung der Detektierelektrode 40R und einer Aktivierungselektrode 5R gemäß dieser Ausführungsform gegenüber der Anordnung von Ausführungsform 1 verschieden. Dabei ist bei dem Beschleunigungssensor gemäß dieser Ausführungsform die Detektierelektrode 40R an der äußeren Umfangsseite des Substrats 1 angeordnet, und die Aktivierungselektrode 5R ist an der inneren Umfangsseite der Detektierelektrode 40R angeordnet.
Die Detektierelektrode 40R hat erste und zweite Detektierelektroden 41R und 42R, die dem ersten bzw. dem zweiten Detektierrahmen 21R bzw. 22R zugewandt sind. Die erste Detektierelektrode 41R hat erste Detektierelektroden 41aR und 41bR, die in einem ebenen Layout durch eine erste Torsionsachse T1 voneinander getrennt sind. Die zweite Detektierelektrode 42R hat zweite Detektierelektroden 42aR und 42bR, die in dem ebenen Layout durch eine zweite Torsionsachse T2 voneinander getrennt sind.
Es ist zu beachten, daß die ersten und zweiten Detektierelektroden 41bR und 42bR auf der zentralen Seit5e des Substrats 1 angeordnet sind und daß die erste und die zweite Detektierelektrode 41aR und 42aR an der peripheren Seite des Substrats 1 angeordnet sind. Jede von der ersten und zweiten Detektierelektrode 41bR und 42bR auf der zentralen Seite ist so ausgebildet, daß die Position unmittelbar unter dem Trägheitsmassekörper 2R vermieden ist. Infolgedessen ist jede von der ersten und der zweiten Detektierelektrode 41bR und 42bR in zwei Zonen unterteilt. Die erste und die zweite Detektierelektrode 41aR und 42aR sind so angeordnet, daß sie die gleiche Gestalt wie die erste und die zweite Detektierelektrode 41bR und 42bR haben.
Es ist zu beachten, daß abgesehen von diesem Teil die Ausbildung gleich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 2 ist, und gleiche Komponenten sind daher mit denselben Bezugszeichen und Symbolen versehen und werden nicht mehr erläutert.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Detektierelektrode 40R an der äußeren Umfangsseite des Trägheitsmassekörpers 2R vorgesehen. Die von der Detektierelektrode 40R ausgehende Verdrahtung kann somit ohne weiteres so angeordnet sein, daß sie nicht unter dem Trägheitsmassekörper 2R verläuft. Infolgedessen kann die parasitäre Kapazität zwischen der Verdrahtung für die Detektierelektrode 40R und dem Trägheitsmassekörper 2R unterdrückt werden, was eine hochpräzise Erfassung der Beschleunigung az ermöglicht.
Ferner existiert in dem ebenen Layout ein Luftspalt S zwischen dem ersten Detektierrahmen 21R und dem zweiten Detektierrahmen 22R. Dadurch ist es möglich, die Ausbildung der parasitären Kapazität zwischen der Verdrahtung für die Aktivierungselektrode 5R und dem ersten und zweiten Detektierrahmen 21R und 22R zu verhindern, indem die Verdrahtung in dem Teil des Luftspalts S vorgesehen wird. Infolgedessen kann eine hochpräzise Erfassung der Beschleunigung erfolgen.
(Ausführungsform 6)
Gemäß 19 weist ein Beschleunigungssensor nach dieser Ausführungsform ferner eine Abdeckkappe 6, erste und zweite Detektierelektroden 41M und 42M sowie eine Verankerung 90 zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausbildung von Ausführungsform 2 auf.
Die Abdeckkappe 6 besteht beispielsweise aus Glas und ist über dem Substrat 1 von der Verankerung 90 abgestützt. Als Verbindungsverfahren für die Abdeckkappe 6 wird ein Verfahren wie etwa anodisches Bonden angewandt, das eine feste Verbindung ermöglicht. Die ersten und zweiten Detektierrahmen 21 und 22 und der Trägheitsmassekörper 2, die über dem Substrat 1 gebildet sind, sind mit der Abdeckkappe 6 abgedeckt.
Bevorzugt sind der erste und zweite Detektierrahmen 21 und 22 und der Trägheitsmassekörper 2 mittels der Abdeckkappe 6 über dem Substrat 1 hermetisch abgedeckt.
Erste und zweite Detektierelektroden 41M und 42M sind an der rückwärtigen Oberfläche (der dem Substrat 1 zugewandten Seite) der Abdeckkappe 6 ausgebildet, so daß sie dem ersten bzw. zweiten Detektierrahmen 21 bzw. 22 zugewandt sind. Die erste Detektierelektrode 41M hat eine erste Detektierelektrode 41aM, die über der ersten Detektierelektrode 41a vorgesehen ist, und eine erste Detektierelektrode 41bM, die über der ersten Detektierelektrode 41b vorgesehen ist. Die zweite Detektierelektrode 42M hat eine zweite Detektierelektrode 42aM, die über der zweiten Detektierelektrode 42a vorgesehen ist, und eine zweite Detektierelektrode 42bM, die über der zweiten Detektierelektrode 42b vorgesehen ist.
Dadurch, daß die erste Detektierelektrode 41aM dem ersten Detektierrahmen 21 zugewandt ausgebildet ist, ist ein Kondensator C1aM gebildet. Ferner ist ein Kondensator C1bM dadurch gebildet, daß die erste Detektierelektrode 41bM dem ersten Detektierrahmen 21 zugewandt ausgebildet ist. Ferner ist ein Kondensator C2aM dadurch gebildet, daß die zweite Detektierelektrode 42aM dem zweiten Detektierrahmen 22 zugewandt ausgebildet ist. Ein Kondensator C2bM ist ferner dadurch gebildet, daß die zweite Detektierelektrode 42bM dem zweiten Detektierrahmen 22 zugewandt ausgebildet ist.
Die oben beschriebenen Kondensatoren und die in Ausführungsform 1 erläuterten Kondensatoren C1a, C1b, C2a und C2b bilden eine elektrische Schaltung, die in 20 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, daß abgesehen von diesem Teil die Ausbildung der vorliegenden Ausführungsform derjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform 2 entspricht, und gleiche Komponenten sind daher mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen und werden nicht mehr erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 19 ist ein struktureller Körperteil (der Teil des ersten und des zweiten Detektierrahmens 21 und 22 und des Trägheitsmassekörpers 2) des Beschleunigungssensors mit der Abdeckkappe 6 abgedeckt und bevorzugt hermetisch dicht. Das ermöglicht es, das Eindringen von Verunreinigungen wie Staub und Wassertropfen in den strukturellen Körperteil zu verhindern. Infolgedessen kann die Widerstandsfähigkeit des Beschleunigungssensors gegenüber der Umgebung verbessert werden.
Zusätzlich zu den ersten und zweiten Detektierelektroden 41 und 42 auf dem Substrat 1 sind außerdem erste und zweite Detektierelektroden 41M und 42MM an der Abdeckkappe 6 ausgebildet. Wie 20 zeigt, erlaubt das im Vergleich mit dem Fall von Ausführungsform 2 praktisch eine Verdoppelung der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Detektieranschluß des Ausgangspotentials V_out und dem Masseteil sowie der elektrostatischen Kapazität zwischen dem Anschluß, an dem ein Konstantpotential V_d anliegt, und dem Masseteil. Das erlaubt eine Verbesserung der Detektierempfindlichkeit des Beschleunigungssensors.
Es ist zu beachten, daß bei der Erläuterung jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Beschleunigungssensor vom Oberflächenbearbeitungstyp erläutert wird, der auf einem Siliziumsubstrat gebildet ist, wobei beispielsweise eine Polysiliziumschicht und dergleichen verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und kann auch bei einem massiven Beschleunigungssensor angewandt werden.
Im Fall des massiven Beschleunigungssensors ist es möglich, ein Glassubstrat als das Substrat 1 zu verwenden. Ferner kann als Detektierelektroden 41, 42, 43 und 44 eine Elektrode verwendet werden, die aus einer metallischen Dünnschicht wie einer Au- bzw. Gold-Dünnschicht auf einer Cr- bzw. Chromunterschicht gebildet ist. Ferner können Detektierrahmen 21, 22, 23, 24 und dergleichen aus einkristallinem Silizium gebildet sein.
(Ausführungsform 7)
Die Ausführungsformen 1 bis 6 wurden unter der Annahme beschrieben, daß die ersten und zweiten Torsionsstäbe 11 und 12 ideale Torsionsstäbe sind und außer der Torsionsverlagerung keine andere Verlagerung erfahren. Genauer gesagt, erfahren der erste und der zweite Torsionsstab 11 und 12 im allgemeinen zusätzlich zu der Torsionsverlagerung eine auslegerähnliche Verlagerung. Speziell wird ein Bereich des ersten Torsionsstabs 11 nahe dem ersten Detektierrahmen 21 in der Z-Achsenrichtung verlagert, wobei ein Bereich davon nahe der Verankerung 91 als Fixpunkt dient, und ein Bereich des zweiten Torsionsstabs 12 nahe dem zweiten Detektierrahmen 22 wird in der Z-Achsenrichtung verlagert, wobei ein Bereich davon nahe der Verankerung 92 als ein Fixpunkt dient. Bei den Ausführungsformen 7 bis 9 erfolgt die Beschreibung unter Berücksichtigung der genannten auslegerähnlichen Verlagerung des ersten und des zweiten Torsionsstabs 11 und 12.
Als Ergebnis der auslegerähnlichen Verlagerung des ersten Torsionsstabs 11 entsprechend einer Änderung der Beschleunigung az ist gemäß den 21 und 22 eine erste Drehachse CR1, die eine Drehachse des ersten Detektierrahmens 21 ist, so positioniert, daß sie von der ersten Torsionsachse T1 verlagert ist. Gleichermaßen ist eine zweite Drehachse CR2, die eine Drehachse des zweiten Detektierrahmens 22 ist, so positioniert, daß sie von der zweiten Torsionsachse T2 verlagert ist.
Die ersten Detektierelektroden 41a und 41b sind symmetrisch zueinander in bezug auf die erste Drehachse CR1 vorgesehen bei Betrachtung in der Ebene (bei Betrachtung in der gleichen Richtung wie 21). Die zweiten Detektierelektroden 42a und 42b sind symmetrisch zueinander in bezug auf die zweite Drehachse CR2 bei Betrachtung in der Ebene vorgesehen. Aufgrund dieser Symmetrie wird in bezug auf die Ausgangsänderung ΔV_out des Ausgangspotentials V_out die Symmetrie zwischen dem Diagramm der Ausgangsänderung ΔV_out in einem Bereich mit positiver Beschleunigung az und dem Diagramm der Ausgangsänderung ΔV_out in einem Bereich mit negativer Beschleunigung az verbessert, wie 23 zeigt.
Es ist zu beachten, daß abgesehen von diesem Teil der vorliegenden Ausführungsform die übrige Ausbildung gleich wie bei der Ausführungsform 1 ist und die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen bezeichnet sind und nicht erneut erläutert werden.
Nachstehend wird eine Ausbildung eines Beschleunigungssensors entsprechend einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Nach den 24 und 25 sind erste Detektierelektroden 41a und 41b in dem vorliegenden Vergleichsbeisp8el symmetrisch zueinander in bezug auf die erste Torsionsachse T1, gesehen in der Ebene (bei Betrachtung in derselben Richtung wie 24) vorgesehen. Zweite Detektierelektroden 42a und 42b sind symmetrisch zueinander in bezug auf die zweite Torsionsachse TT2, gesehen in der Ebene, vorgesehen. Dabei ist die Position der zweiten Torsionsachse T2 zu der zweiten Rotationsachse CR2 verlagert. Somit sind die zweiten Detektierelektroden 42a und 42b asymmetrisch zueinander in bezug auf die zweite Rotationsachse CR2 bei Betrachtung in der Ebene. Gleichermaßen sind die ersten Detektierelektroden 41a und 41b zueinander asymmetrisch in bezug auf die erste Rotationsachse CR1 bei Betrachtung in der Ebene. Wegen dieser Asymmetrie ist hinsichtlich der Ausgangsänderung ΔV_out des Ausgangspotentials V_out die Symmetrie zwischen dem Diagramm der Ausgangsänderung ΔV_out in einem Bereich mit positiver Beschleunigung az und dem Diagramm der Ausgangsänderung ΔV_out in einem Bereich mit negativer Beschleunigung az verschlechtert, wie 26 zeigt.
Nach der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Detektierelektrode 41 symmetrisch in bezug auf die erste Rotationsachse CR1 und die zweite Detektierelektrode 42 symmetrisch in bezug auf die zweite Rotationsachse CR2, gesehen in der Ebene, vorgesehen, wie die 21 und 22 zeigen. Dadurch kann eine Ausgangsänderung ΔV_out mit verbesserter Symmetrie zwischen einem Bereich mit positiver Beschleunigung und einem Bereich mit negativer Beschleunigung, wie in 23 zu sehen, erhalten werden.
(Ausführungsform 8)
Die Ausführungsform 7 wurde unter der Annahme beschrieben, daß die erste und die zweite Rotationsachse CR1 und CR2 an Festpositionen liegen. Genau genommen weisen die Positionen der ersten und der zweiten Rotationsachsen CR1 und CR2 eine Frequenzabhängigkeit in bezug auf die Beschleunigung auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Beschreibung unter Berücksichtigung der genannten Frequenzabhängigkeit.
Unter Bezugnahme auf die 27 und 28 liegt ein Schwerpunkt F1 des ersten Detektierrahmens 21 eines Beschleunigungssensors nach der vorliegenden Ausführungsform auf der ersten Rotationsachse CR1. Ein Schwerpunkt F2 des zweiten Detektierrahmens 22 liegt auf der zweiten Rotationsachse CR2.
Es ist zu beachten, daß abgesehen von diesem Teil der Aufbau dieser Ausführungsform demjenigen der Ausführungsform 7 entspricht; gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen und werden nicht nochmals erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform liegen die Schwerpunkte des ersten und des zweiten Detektierrahmens 21 und 22 auf der ersten bzw. der zweiten Rotationsachse CR1 bzw. CR2. Dadurch kann die Frequenzabhängigkeit der Positionen der ersten und zweiten Rotationsachse CR1 und CR2 unterdrückt werden. Somit kann der Beschleunigungssensor gemäß dieser Ausführungsform die in Ausführungsform 7 beschriebene Auswirkung auf stabile Weise über einen großen Frequenzbereich haben.
(Ausführungsform 9)
Nach den 29 und 30 sind die erste und die zweite Torsionsachse T1 und T2 eines Beschleunigungssensors nach dieser Ausführungsform die erste bzw. die zweite Rotationsachse CR1 bzw. CR2.
Es ist zu beachten, daß abgesehen von diesem Teil der Aufbau dieser Ausführungsform demjenigen der Ausführungsform 7 entspricht; gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen und werden nicht nochmals erläutert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Detektierelektrode 41 symmetrisch in bezug auf die erste Torsionsachse T1 und die zweite Detektierelektrode 42 symmetrisch in bezug auf die zweite Torsionsachse, in der Ebene gesehen, vorgesehen. Dadurch kann die erste Detektierelektrode 41 symmetrisch in bezug auf die erste Rotationsachse CR1 und die zweite Detektierelektrode 42 symmetrisch in bezug auf die zweite Rotationsachse CR2, in der Ebene gesehen, vorgesehen sein. Somit kann die erste Detektierelektrode 41, die eine große Fläche hat, an beiden Seiten der ersten Torsionsachse T1 vorgesehen sein, um bei Betrachtung in der Ebene die Achse sandwichartig einzuschließen, und die zweite Detektierelektrode 42, die eine große Fläche hat, kann an beiden Seiten der zweiten Torsionsachse T2 vorgesehen sein, um bei Betrachtung in der Ebene die Achse sandwichartig einzuschließen. Dadurch können die Kondensatoren C1a, C1b, C2a, C2b eine erhöhte elektrostatische Kapazität haben, und somit kann eine Änderungsrate der elektrostatischen Kapazität präzise detektiert werden. Infolgedessen können die Drehwinkel des ersten und des zweiten Detektierrahmens 21 und 22 präzise detektiert werden, und somit kann wiederum die Beschleunigung präzise detektiert werden.
Es ist zu beachten, daß anders als bei der vorliegenden Ausführungsform die erste und die zweite Torsionsachse T1 und T2 der in 21 gezeigten Ausbildung (Ausführungsform 7) gegenüber der ersten bzw. der zweiten Drehachse CR1 bzw. CR2 verlagert sind. In diesem Fall kann zur Aufrechterhaltung der in Ausführungsform 7 beschriebenen Symmetrie die Detektierelektrode 40 nicht in einem Bereich NE (21) angeordnet sein, der an einer Seite der ersten und zweiten Torsionsachse T1 und T2 nahe der ersten und zweiten Drehachse CR1 bzw. CR2 liegt. Daher ist es im Vergleich mit der vorliegenden Ausführungsform schwierig, die elektrostatische Kapazität der Kondensatoren C1a, C1b, C2a und C2b zu erhöhen.
Jede der hier angegebenen Ausführungsformen ist in jeder Hinsicht als beispielhaft und nichteinschränkend anzusehen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht aus den vorstehenden Erläuterungen, sondern aus den beigefügten Patentansprüchen, und soll sämtliche Änderungen und Modifikationen im Rahmen und Bereich von Äquivalenten der beigefügten Patentansprüche umfassen.

Claims

Beschleunigungssensor, gekennzeichnet durch ein Substrat (1); einen ersten Torsionsstab (11), der von dem Substrat (1) abgestützt und um eine erste Torsionsachse herum verwindbar ist; einen ersten Detektierrahmen (21), der von dem Substrat (1) mit dem ersten Torsionsstab (11) so abgestützt ist, daß er um die erste Torsionsachse drehbar ist; einen zweiten Torsionsstab (12), der von dem Substrat (1) abgestützt und um eine zweite Torsionsachse herum verwindbar ist; einen zweiten Detektierrahmen (22), der von dem Substrat (1) mit dem zweiten Torsionsstab (12) so abgestützt ist, daß er um die zweite Torsionsachse drehbar ist; eine Vielzahl von Detektierelektroden (40), die auf dem Substrat (1) so ausgebildet sind, daß sie jedem von dem ersten und zweiten Detektierrahmen (21, 22) zugewandt sind, um einen zwischen dem Substrat (1) und jedem von dem ersten und zweiten Detektierrahmen (21, 22) gebildeten Winkel auf der Basis der elektrostatischen Kapazität zu detektieren; einen ersten Kopplungsstab (31), der mit dem ersten Detektierrahmen (21) auf einer Achse verbunden ist, die an einer Position liegt, die von einer Position der ersten Torsionsachse in einer ersten Richtung, welche die erste Torsionsachse kreuzt und zu einer Endseite des ersten Detektierrahmens (21) gerichtet ist, verlagert ist; einen zweiten Kopplungsstab (32), der mit dem zweiten Detektierrahmen (22) auf einer Achse verbunden ist, die an einer Position liegt, die von einer Position der zweiten Torsionsachse in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verlagert ist; und einen Trägheitsmassekörper (2), der über dem Substrat (1) in einer Dickenrichtung des Substrats (1) verlagerbar abgestützt ist, indem er mit dem ersten bzw. dem zweiten Detektierrahmen (21, 22) durch den ersten bzw. den zweiten Kopplungsstab (31, 32) gekoppelt ist.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dimension zwischen der ersten Torsionsachse und dem ersten Kopplungsstab (32) gleich einer Dimension zwischen der zweiten Torsionsachse und dem zweiten Kopplungsstab (32) ist.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Torsionsachse zueinander parallel sind.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch einen Abstützstab (4) zur Abstützung des Trägheitsmassekörpers (2) über dem Substrat (1), um zu ermöglichen, daß der Trägheitsmassekörper (2) in der Dickenrichtung des Substrats (2) elastisch verlagerbar ist.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Abdeckkappe (6), die den ersten und den zweiten Detektierrahmen (21, 22) abdeckt.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitsmassekörper (2) einen leitfähigen Teil hat, und ferner gekennzeichnet durch eine Elektrode (5) auf dem Substrat (1) unter dem leitfähigen Teil zum elektrostatischen Treiben des Trägheitsmassekörpers (2) in der Dickenrichtung des Substrats (1).
Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Detektierelektroden (40) folgendes aufweist: eine Vielzahl von ersten Detektierelektroden (41), die auf dem Substrat (1) so gebildet sind, daß sie dem ersten Detektierrahmen (21) zugewandt sind, um einen zwischen dem Substrat (1) und dem ersten Detektierrahmen (21) gebildeten Winkel auf der Basis der elektrostatischen Kapazität zu detektieren; und eine Vielzahl von zweiten Detektierelektroden (42), die auf dem Substrat (1) so gebildet sind, daß sie dem zweiten Detektierrahmen (22) zugewandt sind, um einen zwischen dem Substrat (1) und dem zweiten Detektierrahmen (22) gebildeten Winkel auf der Basis der elektrostatischen Kapazität zu detektieren, wobei die Vielzahl von ersten Detektierelektroden (41) symmetrisch in bezug auf eine Drehachse des ersten Detektierrahmens (21), in der Ebene gesehen, vorgesehen sind und die Vielzahl von zweiten Detektierelektroden (42) symmetrisch in bezug auf eine Drehachse des zweiten Detektierrahmens (22), in der Ebene gesehen, vorgesehen sind.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schwerpunkte des ersten und des zweiten Detektierrahmens (21, 22) jeweils auf den Drehachsen des ersten bzw. des zweiten Detektierrahmens (21, 22) liegen.
Beschleunigungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Torsionsachse die Drehachsen des ersten bzw. des zweiten Detektierrahmens (21, 22) sind.