DE102009039584A1

DE102009039584A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE102009039584A1
Application number: DE102009039584A
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kariya-city Higuchi; Tetsuo Kariya-city Fujii; Masaki Kariya-city Inoue
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: JP2010060372A; US20100050767A1; US8234920B2; DE102009039584B4; JP4609558B2

Abstract

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor weist einen ersten und einen zweiten Oszillator (10a, 10b) und einen Verbindungsbalken (104) auf. Der Verbindungsbalken (104) verbindet den ersten und den zweiten Oszillator derart miteinander, dass der erste und der zweite Oszillator (10a, 10b) relativ zueinander in einer vorbestimmten Richtung schwingen. Der Verbindungsbalken (104) weist einen ersten Pfostenabschnitt (104a), der mit einer Oberfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist, einen zweiten Pfostenabschnitt (104a), der mit einer Oberfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist, und einen Federabschnitt (104e) auf, welcher den ersten Pfostenabschnitt (104a) mit dem zweiten Pfostenabschnitt (104a) verbindet. Der Federabschnitt (104e) ist von den Oberflächen des ersten und des zweiten Oszillators (10a, 10b) beabstandet und weist eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Winkelgeschwindigkeitssensoren und insbesondere einen Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps, der Oszillatoren und einen eine Kopplungsschwingung zwischen den Oszillatoren bewirkenden Verbindungsbalken aufweist.
Bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps schwingt ein Oszillator in einer vorbestimmten Richtung (nachstehend als „Ansteuerrichtung” bezeichnet). Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine Achse senkrecht zur Ansteuerrichtung auf den Oszillator aufgebracht wird, wird eine Coriolis-Kraft proportional zur aufgebrachten Winkelgeschwindigkeit in einer Richtung (nachstehend als „Erfassungsrichtung” bezeichnet) senkrecht zu sowohl der Ansteuerrichtung als auch der Achse erzeugt. Die Winkelgeschwindigkeit wird über eine Erfassung der Coriolis-Kraft gemessen.
Bei einem Verfahren zur Erfassung der Coriolis-Kraft wird die Coriolis-Kraft als Trägheitskraft erfasst. D. h., bei dem Verfahren wird ein in der Erfassungsrichtung bewegliches Gewichtselement verwendet und die Coriolis-Kraft erfasst, indem der durch die Coriolis-Kraft bewirkte Verschiebungsbetrag des Gewichtselements erfasst wird.
Es sollte beachtet werden, dass das Gewichtselement auch dann in der Erfassungsrichtung verschoben werden kann, wenn eine Beschleunigung ohne Bezug zur Coriolis-Kraft auf das Gewichtselement aufgebracht wird. Folglich muss die durch die Coriolis-Kraft bewirkte Verschiebung von der durch die Beschleunigung bewirkten Verschiebung getrennt werden, um die Winkelgeschwindigkeit über die Coriolis-Kraft zu berechnen.
Die US 5,604,312 , welche der JP-A-2007-101553 entspricht, offenbart ein Verfahren zum Trennen der durch die Coriolis-Kraft bewirkten Verschiebung von der durch die Beschleunigung bewirkten Verschiebung, um die durch die Coriolis-Kraft bewirkte Ver schiebung zu erfassen. Bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps, so wie er in der US 5,604,312 offenbart ist, sind zwei Oszillatoren über einen federförmigen Balken (nachstehend als „Verbindungsbalken” bezeichnet), der in der Ansteuerrichtung elastisch ist, mechanisch miteinander verbunden. Die Oszillatoren werden angesteuert, um mit der gleichen Frequenz, jedoch gegenphasig zu schwingen. In jedem Oszillator ist ein in der Erfassungsrichtung bewegliches Erfassungsgewicht vorgesehen, das mit dem Oszillator verbunden ist. Folglich wird das Erfassungsgewicht dann, wenn der Oszillator schwingt und in der Ansteuerrichtung verschoben wird, mit der Schwingung des Oszillators in der Ansteuerrichtung und ebenso in der Erfassungsrichtung gemäß der Coriolis-Kraft verschoben.
Der in der US 5,604,312 offenbarte Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps nutzt das Prinzip, dass der Betrag der Verschiebung des Erfassungsgewichts bedingt durch die Coriolis-Kraft proportional zur auf das Erfassungsgewicht aufgebrachten Winkelgeschwindigkeit und der Schwingungsgeschwindigkeit des Erfassungsgewichts in der Ansteuerrichtung ist. Da die zwei Oszillatoren in entgegengesetzten Richtungen (d. h. gegenphasig) schwingen, werden die zwei Erfassungsgewichte beim Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps in Übereinstimmung mit der aufgebrachten Winkelgeschwindigkeit in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Auf diese Weise werden die Coriolis-Kräfte dadurch, dass bewirkt wird, dass die zwei Oszillatoren gegenphasig schwingen, an den zwei Erfassungsgewichten gegenphasig synchron zur Ansteuerfrequenz erzeugt. Es sollte beachtet werden, dass die zwei Erfassungsgewichte dann, wenn eine Beschleunigung in der Erfassungsrichtung aufgebracht wird, mit dem gleichen Betrag in der Ansteuerrichtung verschoben werden, ungeachtet der Ansteuerfrequenz. Folglich wird die durch die Coriolis-Kraft bewirkte Verschiebung bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps von der durch die Beschleunigung bewirkten Verschiebung getrennt, indem eine Differenz zwischen den Verschiebungsbeträgen der zwei Oszillatoren in der Erfassungsrichtung erfasst wird.
Gemäß dem in der US 5,604,312 offenbarten Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps sind die zwei Oszillatoren flach ausgebildete Oszillatoren aus Siliziumsubstrat. Ferner ist der Verbindungsbalken zum Verbinden der zwei Oszillatoren aus dem Siliziumsubstrat aufgebaut und in der gleichen Schicht wie die zwei Oszillatoren gebildet.
Da die Oszillatoren und der Verbindungsbalken in der gleichen Schicht eines Siliziumsubstrats gebildet sind, können andere funktionelle Abschnitte, wie beispielsweise Ansteuerelektroden und zusätzliche Verbindungsbalken, nicht zwischen den Oszillatoren gebildet werden.
Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelgeschwindigkeitssensor bereitzustellen, bei dem Oszillatoren über einen Verbindungsbalken miteinander verbunden sind, der in einer Schicht gebildet ist, die sich von einer Schicht unterscheidet, in welcher die Oszillatoren gebildet sind.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Winkelgeschwindigkeitssensor eine erste Sensoreinheit, eine zweite Sensoreinheit und einen Verbindungsbalken auf. Die erste Sensoreinheit weist ein erstes Ansteuerelement, das dazu ausgelegt ist, in einer ersten Richtung angesteuert zu werden, ein erstes Erfassungselement, das dazu ausgelegt ist, sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu bewegen, und ein erstes elastisches Element auf, das dazu ausgelegt ist, das erste Ansteuerelement mit dem ersten Erfassungselement zu verbinden. Die zweite Sensoreinheit weist die ein zweites Ansteuerelement, das dazu ausgelegt ist, in der ersten Richtung angesteuert zu werden, ein zweites Erfassungselement, das dazu ausgelegt ist, sich in der zweiten Richtung zu bewegen, und ein zweites elastisches Element auf, das dazu ausgelegt ist, das zweite Ansteuerelement mit dem zweiten Erfassungselement zu verbinden. Der Verbindungsbalken ist derart mit Stirnflächen des ersten und des zweiten Ansteuerelements verbunden, dass das erste und das zweite Ansteuerelement über den Verbindungsbalken miteinander verbunden werden können. Der Verbindungsbalken ist beabstandet von Stirnflächen des ersten und des zweiten Erfassungselements angeordnet.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Winkelgeschwindigkeitssensor eine erste Sensoreinheit, eine zweite Sensoreinheit und einen Verbindungsbalken auf. Die erste Sensoreinheit weist ein erstes Ansteuerelement, das dazu ausgelegt ist, in einer ersten Richtung angesteuert zu werden, ein erstes Erfassungselement, das dazu ausgelegt ist, sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu bewegen, und ein erstes elastisches Element auf, das dazu ausgelegt ist, das erste Ansteuerelement mit dem ersten Erfassungselement zu verbinden. Die zweite Sensoreinheit weist ein zweites Ansteuerelement, das dazu ausgelegt ist, in der ersten Richtung angesteuert zu werden, ein zweites Erfassungselement, das dazu ausgelegt ist, sich in der zweiten Richtung zu bewegen, und ein zweites elastisches Element auf, das dazu ausgelegt ist, das zweite Ansteuerelement mit dem zweiten Erfassungselement zu verbinden. Der Verbindungsbalken ist derart mit Stirnflächen des ersten und des zweiten Erfassungselements verbunden, dass das erste und das zweite Erfassungselement über den Verbindungsbalken miteinander verbunden werden können. Der Verbindungsbalken ist beabstandet von Stirnflächen des ersten und des zweiten Ansteuerelements angeordnet.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Winkelgeschwindigkeitssensor einen ersten Oszillator, einen zweiten Oszillator und einen Verbindungsbalken auf. Der erste Oszillator ist dazu ausgelegt, in einer vorbestimmten Richtung zu schwingen. Der zweite Oszillator ist dazu ausgelegt, in der vorbestimmten Richtung zu schwingen. Der Verbindungsbalken ist dazu ausgelegt, den ersten und den zweiten Oszillator derart miteinander zu verbinden, dass der erste und der zweite Oszillator relativ zueinander in der vorbestimmten Richtung schwingen. Der Verbindungsbalken weist einen ersten Pfostenabschnitt, der mit einer Oberfläche des ersten Oszillators verbunden ist, einen zweiten Pfostenabschnitt, der mit einer Oberfläche des zweiten Oszillators verbunden ist, und einen Federabschnitt auf, der eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist. Der erste Pfostenabschnitt erstreckt sich von der Oberfläche des ersten Oszillators weg in einer Dickenrichtung des ersten Oszillators. Der zweite Pfostenabschnitt erstreckt sich von der Oberfläche des zweiten Oszillators weg in einer Dickenrichtung des zweiten Oszillators. Der Federabschnitt verbindet den ersten Pfostenabschnitt mit dem zweiten Pfostenabschnitt und ist beabstandet vom ersten und vom zweiten Oszillator angeordnet.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Winkelgeschwindigkeitssensor einen ersten Oszillator, einen zweiten Oszillator und ein Paar bestehend aus einem ersten und einem zweiten Verbindungsbalken auf. Der erste Oszillator ist dazu ausgelegt, in einer vorbestimmten Richtung zu schwingen. Der zweite Oszillator ist dazu ausgelegt, in der vorbestimmten Richtung zu schwingen. Das Paar bestehend aus einem ersten und einem zweiten Verbindungsbalken ist dazu ausgelegt, den ersten und den zweiten Oszillator derart miteinander zu verbinden, dass der erste und der zweite Oszillator relativ zueinander in der vorbestimmten Richtung schwingen. Der erste Verbindungsbalken weist einen ersten Pfostenabschnitt, der mit einer Stirnfläche des ersten Oszillators verbunden ist, einen zweiten Pfostenabschnitt, der mit einer Stirnfläche des zweiten Oszillators verbunden ist, und einen ersten Federabschnitt auf, der eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist. Der erste Pfostenabschnitt erstreckt sich von der Stirnfläche des ersten Oszillators weg in einer Dickenrichtung des ersten Oszillators. Der zweite Pfostenabschnitt erstreckt sich von der Stirnfläche des zweiten Oszillators weg in einer Dickenrichtung des zweiten Oszillators. Der erste Federabschnitt verbindet den ersten Pfostenabschnitt mit dem zweiten Pfostenabschnitt und ist beabstandet von den Stirnflächen des ersten und des zweiten Oszillators angeordnet. Der zweite Verbindungsbalken weist einen dritten Pfostenabschnitt, der mit einer Rückseitenoberfläche des ersten Oszillators verbunden ist, einen vierten Pfostenabschnitt, der mit einer Rückseitenoberfläche des zweiten Oszillators verbunden ist, und einen zweiten Federabschnitt auf, der eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist. Der dritte Pfostenabschnitt erstreckt sich von der Rückseitenoberfläche des ersten Oszillators weg in der Dickenrichtung des ersten Oszillators. Der vierte Pfostenabschnitt erstreckt sich von der Rückseitenoberfläche des zweiten Oszillators weg in der Dickenrichtung des zweiten Oszillators. Der zweite Federabschnitt verbindet den dritten Pfostenabschnitt mit dem vierten Pfostenabschnitt und ist beabstandet von den Rückseitenoberflächen des ersten und des zweiten Oszillators angeordnet.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist ein Winkelgeschwindigkeitssensor wenigstens zwei Sensoreinheiten auf. Jede Sensoreinheit weist ein Ansteuergewicht, ein Erfassungsgewicht, ein Mittelgewicht und einen Verbindungsbalken auf. Das Ansteuergewicht ist in einer ersten Richtung beweglich. Das Erfassungsgewicht ist in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beweglich. Das Mittelgewicht ist zwischen dem Ansteuergewicht und dem Erfassungsgewicht angeordnet. Das Mittelgewicht bewegt sich in der ersten Richtung, wenn sich das Ansteu ergewicht in der ersten Richtung bewegt. Das Mittelgewicht bewirkt, dass sich das Erfassungsgewicht in der zweiten Richtung bewegt, wenn sich das Mittelgewicht in der zweiten Richtung bewegt. Der Verbindungsbalken ist dazu ausgelegt, die Mittelgewichte der wenigstens zwei Sensoreinheiten miteinander zu verbinden, indem er die Ansteuergewichte oder die Erfassungsgewichte überquert.
Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1;
3A bis 3I Abbildungen zur Veranschaulichung von Prozessen eines Verfahrens zur Fertigung des Winkelgeschwindigkeitssensors;
4A bis 4G Abbildungen zur Veranschaulichung von Prozessen, welche den in den 3A bis 3I gezeigten Prozessen folgen;
5 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in der 5.
7 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in der 7;
9 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in der 9;
11 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in der 12;
14 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in der 13;
15 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Perspektivansicht eines Verbindungsbalkens eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
19 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht entlang der Linie XIX-XIX in der 18;
20 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Draufsicht eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21 eine Abbildung zur Veranschaulichung der Draufsicht des in der 20 gezeigten Winkelgeschwindigkeitssensors, bei dem ein Verbindungsbalken weggelassen ist.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1, 2, 3A bis 3I und 4A bis 4G beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1. Der Winkelgeschwindigkeitssensor weist zwei Sensoreinheit, d. h. eine erste und eine zweite Sensoreinheit auf. Jede Sensoreinheit weist ein Erfassungsgewicht 101 auf, das von einem Erfas sungsbalken 206 gehalten wird. Der Erfassungsbalken 206 ist über einen Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 an einem Ende an einer Substratschicht 1 befestigt. Insbesondere wird das Erfassungsgewicht 101 derart vom Erfassungsbalken 206 gehalten, dass es in einer in der 1 gezeigten Erfassungsrichtung verschoben werden kann, in einer in der 1 gezeigten Ansteuerrichtung jedoch nicht verschoben werden kann. Die Ansteuerrichtung verläuft, wie in 1 gezeigt, senkrecht zur Erfassungsrichtung.
Das Erfassungsgewicht 101 weist eine bewegliche Erfassungselektrode 204a auf, die sich in der Ansteuerrichtung erstreckt, um eine Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 in der Erfassungsrichtung zu erfassen. Die bewegliche Erfassungselektrode 204a ist derart angeordnet, dass sie einer festen Erfassungselektrode 204b in der Erfassungsrichtung gegenüberliegt. Die feste Erfassungselektrode 204b erstreckt sich von einem Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 in der Ansteuerrichtung. Der Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 ist an der Substratschicht 1 befestigt. Ein Trennabstand zwischen der beweglichen Erfassungselektrode 204a und der festen Erfassungselektrode 204b ändert sich mit einer Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 in der Erfassungsrichtung. Folglich ändert sich eine Kapazität zwischen der beweglichen Erfassungselektrode 204a und der festen Erfassungselektrode 204b. Der Verschiebungsbetrag des Erfassungsgewichts 101 in der Erfassungsrichtung kann durch eine Erfassung des Änderungsbetrags der Kapazität gemessen werden. Die Änderung der Kapazität kann als Spannungswert erhalten werden, indem beispielsweise ein gewöhnlicher Kapazitäts-Spannungs-Wandler verwendet wird. Die bewegliche Erfassungselektrode 204a und die feste Erfassungselektrode 204b bilden eine Erfassungselektrode 204.
Jede Sensoreinheit weist ferner ein Ansteuergewicht 100 auf, das über einen Ansteuerbalken 101b am Erfassungsgewicht 101 gehalten wird. Der Ansteuerbalken 101b weist derart eine Elastizität in der Ansteuerrichtung auf, dass das Ansteuergewicht 100 bezüglich des Erfassungsgewichts 101 in der Ansteuerrichtung verschoben werden kann. Vorzugsweise ist das Ansteuergewicht 100 derart ausgelegt, dass es in der Erfassungsrichtung nicht verschoben werden kann.
Jede Sensoreinheit weist ferner eine zahnförmige Ansteuerelektrode 202 auf, um eine Antriebskraft zu erzeugen, die bewirkt, dass das Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung schwingt. Die Ansteuerelektrode 202 weist eine bewegliche Ansteuerelektrode 202a, die sich vom Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung erstreckt, und eine feste Ansteuerelektrode 202b auf, die sich von einem Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a in der Ansteuerrichtung erstreckt. Der Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a ist an der Substratschicht 1 befestigt. Die bewegliche Ansteuerelektrode 202a und die feste Ansteuerelektrode 202b sind abwechselnd in der Erfassungsrichtung angeordnet. Eine elektrostatische Anziehungskraft wird erzeugt, indem eine Spannung zwischen die bewegliche Ansteuerelektrode 202a und die feste Ansteuerelektrode 202b gelegt wird, derart, dass das Ansteuergewicht 100 in Richtung der Seite der festen Ansteuerelektrode 202b gezogen werden kann. Die Ansteuerelektrode 202 ist auf jeder Seite des Ansteuergewichts 100 in der Ansteuerrichtung vorgesehen, und die Spannung wird abwechselnd an die Ansteuerelektrode 202 auf der einen Seite und die Ansteuerelektrode 202 auf der anderen Seite gelegt. Bei solch einem Ansatz kann das Ansteuergewicht 100 effektiv in der Ansteuerrichtung schwingen. Ein beweglicher Abschnitt mit dem Ansteuergewicht 100 und dem Erfassungsgewicht 101 wird hierin als „Oszillator” bezeichnet, und ein nicht beweglicher Abschnitt mit der festen Ansteuerelektrode 202b und der festen Erfassungselektrode 204b wird hierin als „fester Abschnitt” bezeichnet.
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine Achse, die sich in einer Rotationsrichtung erstreckt, die, wie in 2 gezeigt, senkrecht zu sowohl der Ansteuerrichtung als auch der Erfassungsrichtung verläuft, während einer Zeitspanne aufgebracht wird, in welcher das Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung schwingt (d. h. während einer Zeitspanne, in welcher das Ansteuergewicht 100 eine Geschwindigkeit in der Ansteuerrichtung aufweist), wird eine Coriolis-Kraft proportional zur Schwingungsgeschwindigkeit des Ansteuergewichts 100 und zur Winkelgeschwindigkeit in der Erfassungsrichtung erzeugt. Dies führt dazu, dass das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101 in der Erfassungsrichtung verschoben werden. Da die Coriolis-Kraft proportional zur Schwingungsgeschwindigkeit des Ansteuergewichts 100 ist, kann die Coriolis-Kraft erhöht werden, indem die Schwingungsgeschwindigkeit des Ansteuergewichts 100 erhöht wird. Die Schwingungsgeschwindigkeit des Ansteuergewichts 100 kann erhöht werden, indem bewirkt wird, dass das Ansteuergewicht 100 mit einer Resonanzfrequenz des Ansteuergewichts 100 schwingt. Wenn das Ansteuergewicht 100 mit seiner Resonanzfrequenz schwingt, ist die Schwingungsamplitude des Erfassungsgewichts 101 maximiert. Folglich wird die Schwingungsgeschwindigkeit des Ansteuergewichts 100 derart erhöht, dass die Coriolis-Kraft erhöht werden kann. Wenn die Coriolis-Kraft erhöht wird, wird der Verschiebungsbetrag des Erfassungsgewichts 101 derart erhöht, dass der Änderungsbetrag der Kapazität der Erfassungselektrode 204 erhöht werden kann. Folglich weist der Winkelgeschwindigkeitssensor eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit, d. h. ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) auf.
Es sollte beachtet werden, dass die Möglichkeit besteht, dass eine externe Beschleunigung mit einer Beschleunigungskomponente in der Erfassungsrichtung auf den Winkelgeschwindigkeitssensor aufgebracht wird. In solch einem Fall wird das Erfassungsgewicht 101 nicht nur durch die Coriolis-Kraft verschoben, sondern ebenso durch die Beschleunigungskomponente. Da die durch die Beschleunigungskomponente bewirkte Verschiebung für die durch die Coriolis-Kraft bewirkte Verschiebung als Rauschen angesehen werden kann, verschlechtert die durch die Beschleunigungskomponente bewirkte Verschiebung die Erfassungsgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors. Für gewöhnlich wird eine synchrone Erfassungsschaltung verwendet, um die Kapazitätsänderung zu erfassen, um die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit zu vermeiden. Die synchrone Erfassungsschaltung nutzt das Prinzip, dass die Coriolis-Kraft synchron zur Geschwindigkeit des Ansteuergewichts 100, d. h. synchron zur Ansteuerfrequenz des Ansteuergewichts 100 erzeugt wird. Bei der synchronen Erfassungsschaltung wird nur eine Signalkomponente synchron zur Ansteuerfrequenz des Ansteuergewichts 100 aus einem Ausgangssignal extrahiert, welches die Kapazitätsänderung in der Erfassungsrichtung beschreibt. Auf diese Weise kann die synchrone Erfassungsschaltung eine Beschleunigungskomponente (d. h. Rauschen) mit einer von der Ansteuerfrequenz verschiedenen Frequenz entfernen. Die synchrone Erfassungsschaltung kann eine Beschleunigungskomponente (d. h. Rauschen) mit einer Frequenz gleich der Ansteuerfrequenz jedoch nicht entfernen. Angesichts dieser Tatsache ist der Winkelgeschwindigkeitssensor der ersten Ausführungsform dazu ausgelegt, nicht nur die Beschleunigungskomponente mit der von der Ansteuerfrequenz verschiedenen Fre quenz, sondern ebenso die Beschleunigungskomponente mit der Frequenz gleich der Ansteuerfrequenz zu entfernen.
Wie vorstehend bereits erwähnt, weist der Winkelgeschwindigkeitssensor der ersten Ausführungsform zwei Sensoreinheiten auf. Eine Kombination der zwei Sensoreinheiten kann nicht nur die Beschleunigungskomponente mit der von der Ansteuerfrequenz verschiedenen Frequenz, sondern ebenso die Beschleunigungskomponente mit der Frequenz gleich der Ansteuerfrequenz entfernen. Insbesondere weist die erste Sensoreinheit einen ersten Oszillator 10a (d. h. das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101) als beweglichen Abschnitt, den festen Abschnitt (d. h. die feste Ansteuerelektrode 202b und die feste Erfassungselektrode 204b) als nicht beweglichen Abschnitt, den Erfassungsbalken 206 zum Halten des ersten Oszillators 10a am festen Abschnitt und den Ansteuerbalken 101b auf. Gleichermaßen weist die zweite Sensoreinheit einen zweiten Oszillator 10b (d. h. das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101) als beweglichen Abschnitt, den festen Abschnitt (d. h. die feste Ansteuerelektrode 202b und die feste Erfassungselektrode 204b) als nicht beweglichen Abschnitt, den Erfassungsbalken 206 zum Halten des zweiten Oszillators 10b am festen Abschnitt und den Ansteuerbalken 101b auf.
Die Ansteuergewichte 100 der zwei Sensoreinheiten werden angesteuert, um gegenphasig in der Ansteuerrichtung zu schwingen, derart, dass die Ansteuergewichte 100 in entgegengesetzter Richtung in der Ansteuerrichtung schwingen können. Folglich verläuft eine Richtung, in welcher die Coriolis-Kraft auf das Ansteuergewicht 100 der ersten Sensoreinheit aufgebracht wird, entgegengesetzt zu einer Richtung, in welcher die Coriolis-Kraft auf das Ansteuergewicht 100 der zweiten Sensoreinheit aufgebracht wird. Dies führt dazu, dass die Erfassungsgewichte 101 der zwei Sensoreinheiten in entgegengesetzter Richtung in der Erfassungsrichtung verschoben werden, derart, dass diese Signale, welche die Kapazitätsänderungen der Erfassungselektroden 204 der zwei Sensoreinheiten beschreiben, gegenphasig sein können. Demgegenüber werden die externen Beschleunigungskomponenten in derselben Richtung, welche die Erfassungsrichtung beinhaltet, auf die zwei Sensoreinheiten aufgebracht. Folglich können die Beschleunigungskomponenten als Gleichphasenkomponenten entfernt werden, indem eine Differenz zwischen den Erfassungssignalen der zwei Sensoreinheiten unter Ver wendung einer Differenzschaltung genommen wird. Auf diese Weise können nur Signalkomponenten entsprechend der Coriolis-Kraft aus den Erfassungssignalen extrahiert werden.
Damit solch eine Differenzschaltung verwendet werden kann, müssen die Coriolis-Kraft-Komponenten in den Erfassungssignalen synchron zueinander sein. D. h., die Ansteuerfrequenzen der Ansteuergewichte 100 der zwei Sensoreinheiten müssen synchron zueinander sein. Es ist jedoch beispielsweise aufgrund von Abweichungen, die bei der Fertigung verursacht werden, schwierig, den Winkelgeschwindigkeitssensor derart zu fertigen, dass die Oszillatoren 10a, 10b (d. h. die Ansteuergewichte 100) der zwei Sensoreinheiten exakt dieselbe Resonanzfrequenz aufweisen.
Angesichts der Tatsache, dass es schwierig ist, die Oszillatoren 10a, 10b mit exakt derselben Resonanzfrequenz zu fertigen, werden die zwei Ansteuergewichte 100 gemäß der ersten Ausführungsform über einen Verbindungsbalken 104, der eine Elastizität in der Ansteuerrichtung aufweist, mechanisch miteinander verbunden. Der Verbindungsbalken 104 ermöglicht es, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor einen Resonanzschwingungsmodus aufweist, in welchem die zwei Ansteuergewichte 100, die über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden sind, mit derselben Frequenz, jedoch gegenphasig in Resonanz schwingen. D. h., wenn die Ansteuergewichte 100 im Resonanzschwingungsmodus betrieben werden, schwingen die Ansteuergewichte 100 mit derselben Frequenz, jedoch gegenphasig.
Wenn die Ansteuergewichte 100 mit derselben Frequenz, jedoch gegenphasig in Resonanz schwingen, werden Absolutwerte der Beträge der Verschiebungen der Erfassungsgewichte 101 der zwei Sensoreinheiten, die durch die Coriolis-Kraft bewirkt werden, gleich. Folglich können die externe Beschleunigungskomponente (d. h. Rauschen) und die Coriolis-Kraft-Komponente unter Verwendung der Differenzschaltung voneinander getrennt werden.
Der Verbindungsbalken 104 weist ein Paar von Pfostenabschnitten 104a, ein Paar von Balkenabschnitten 104b und einen Mittelfederabschnitt 104e auf. Die Pfostenabschnitte 104a sind entsprechend mit den Ansteuergewichten 100 der zwei Sensorein heiten verbunden. Die Balkenabschnitte 104b sind entsprechend mit den Pfostenabschnitten 104a verbunden. Der Mittelfederabschnitt 104e ist zwischen den Balkenabschnitten 104b verbunden. D. h., der Pfostenabschnitt 104a, der Balkenabschnitt 104b, der Mittelfederabschnitt 104e, der Balkenabschnitt 104b und der Pfostenabschnitt 104a sind in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge verbunden, um den Verbindungsbalken 104 zu bilden, welche die Ansteuergewichte 100 miteinander verbindet.
Der Pfostenabschnitt 104a erstreckt sich von einer Elementbildungsschicht 3 in einer Aufwärtsrichtung. D. h., der Pfostenabschnitt 104a wird durch eine Schicht gebildet, die auf der Elementbildungsschicht 3 geschichtet angeordnet ist. Die Elementbildungsschicht 3 bildet, wie nachstehend noch beschrieben, das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101.
Der Balkenabschnitt 104b verbindet den Pfostenabschnitt 104a mit dem Federabschnitt 104e und erstreckt sich in derselben Richtung (d. h. in der Ansteuerrichtung), in der sich auch die Elementbildungsschicht 3 erstreckt. Der Balkenabschnitt 104b weist eine Dicke in der Rotationsrichtung und eine Breite in der Erfassungsrichtung auf. Vorzugsweise ist der Balkenabschnitt 104b in der Rotationsrichtung starr bzw. unelastisch und von leichtem Gewicht. Folglich wird die Dicke des Balkenabschnitts 104b auf einen geringeren Wert als die Breite des Balkenabschnitts 104b gesetzt. Bei solch einem Ansatz wird die Steifigkeit des Balkenabschnitts 104b in der Rotationsrichtung erhöht und das Gewicht des Balkenabschnitts 104b verringert. Der Balkenabschnitt 104b überlappt das Erfassungsgewicht 101, den Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a und die feste Erfassungselektrode 204b in der Rotationsrichtung. D. h., der Balkenabschnitt 104b ist oberhalb des Erfassungsgewichts 101, des Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitts 201a und der festen Erfassungselektrode 204b angeordnet, derart, dass zwischen dem Balkenabschnitt 104b und sowohl dem Erfassungsgewicht 101, dem Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a als auch der festen Erfassungselektrode 204b ein Zwischenraum vorhanden ist.
Beide Ende des Mittelfederabschnitts 104e sind entsprechend mit den Balkenabschnitten 104b verbunden. Der Mittelfederabschnitt 104e weist eine Elastizität in sowohl der Ansteuerrichtung als auch der Erfassungsrichtung auf. Der Mittelfederabschnitt 104e weist eine rechteckige hohle Form auf. D. h., der Mittelfederabschnitt 104e weist vier Seiten auf. Insbesondere erstreckt sich ein Paar von langen Seiten des Mittelfederabschnitts 104e in der Erfassungsrichtung und ein Paar von kurzen Seiten des Mittelfederabschnitts 104e in der Ansteuerrichtung. Der Verschiebungsbetrag des Ansteuergewichts 100 in der Ansteuerrichtung, der durch die Ansteuerschwingung bewirkt wird, ist für gewöhnlich größer als der Verschiebungsbetrag des Ansteuergewichts 100 in der Erfassungsrichtung, der durch die Coriolis-Kraft bewirkt wird. Folglich wird der Mittelfederabschnitt 104e vorzugsweise leicht in der Ansteuerrichtung verformt. Gemäß der ersten Ausführungsform kann der Mittelfederabschnitt 104e auf einfache Weise in der Ansteuerrichtung verformt werden, da sich die langen Seiten des Mittelfederabschnitts 104e in der Erfassungsrichtung erstrecken. Der Mittelfederabschnitt 104e überlappt den Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 in der Rotationsrichtung. D. h., der Mittelfederabschnitt 104e ist oberhalb des Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitts 203 angeordnet, derart, dass zwischen dem Mittelfederabschnitt 104e und dem Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 ein Zwischenraum vorhanden ist.
Vorzugsweise wird der Verbindungsbalken 104 in einer Schicht gebildet, die sich von einer Schicht unterscheidet, in welcher das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101 gebildet werden. Bei solch einem Ansatz kann der Verbindungsbalken 104 (insbesondere die Balkenabschnitte 104b und der Mittelfederabschnitt 104e) derart ausgebildet sein, dass er über die Ansteuerelektrode 202 und das Erfassungsgewicht 101 geht bzw. verläuft. Folglich können die Ansteuerelektrode 202 und das Erfassungsgewicht 101 ohne Störung bzw. Beeinträchtigung durch den Verbindungsbalken 104 gebildet werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Ansteuergewichte 100 durch das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 in einer Richtung der Schwerkraft verformt werden können, wenn die Ansteuergewichte 100 über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden werden, da der Verbindungsbalken 104 einiges an Gewicht aufweist. D. h., durch das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 können die Ansteuergewichte 100 bezüglich einer Richtung, in der sich die Substratschicht 1 erstreckt, geneigt werden. Um dieses Problem zu verhindern, wird der Pfostenabschnitt 104a vorzugsweise an einem Abschnitt entsprechend dem Schwerpunkt des Ansteuergewichts 100 am Ansteuergewicht 100 befestigt. Bei solch einem Ansatz wird der Verbindungsbalken 104 am Schwerpunkt des Ansteuergewichts 100 durch das Ansteuergewicht 100 gehalten, derart, dass die Neigung des Verbindungsbalkens 104 bezüglich der Substratschicht 1 verringert werden kann.
Gemäß der ersten Ausführungsform können die zwei Ansteuergewichte 100, wie vorstehend beschrieben, stabil mit derselben Frequenz, jedoch gegenphasig, schwingen.
Ferner verbindet der Verbindungsbalken 104 gemäß der ersten Ausführungsform die Ansteuergewichte 100 miteinander, indem er das Erfassungsgewicht 101, den Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a und den Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 überquert. Folglich kann der Verbindungsbalken 104 gebildet werden, ohne das Erfassungsgewicht 101, den Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a und den Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 zu teilen oder wegzulassen.
Ferner verbindet der Verbindungsbalken 104 gemäß der ersten Ausführungsform die Schwerpunkte der Ansteuergewichte 100 der Oszillatoren 10a, 10b der zwei Sensoreinheiten miteinander. Bei solch einem Ansatz wird das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 auf den Schwerpunkt des Ansteuergewichts 100 aufgebracht, derart, dass das Ansteuergewicht 100 mit geringerer Wahrscheinlichkeit in der Richtung der Schwerkraft verformt wird, bedingt durch das Gewicht des Verbindungsbalkens 104. Folglich kann die Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors verringert werden. Es sollte beachtet werden, dass das Ansteuergewicht 100 dann, wenn es verformt wird, nicht in einer richtigen Richtung schwingen kann. Dies führt dazu, dass das Erfassungssignal mit Rauschen überlagert und die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert wird.
Nachstehend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Fertigung des Winkelgeschwindigkeitssensors der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 2, 3A bis 3I und 4A bis 4G beschrieben.
2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1 und den Winkelgeschwindigkeitssensor in einem fertigen Zustand.
Nachstehend wird das Verfahren näher beschrieben. Zunächst wird in einem ersten Prozess, der in der 3A gezeigt ist, ein SOI-Substrat (Wafer) 5 vorbereitet. Das SOI-Substrat 5 wird gebildet, indem eine Elementbildungsschicht 3 aus einem einkristallinen Silizium über eine Siliziumoxidschicht 2 auf einer Substratschicht 1 aus einem einkristallinen Silizium angeordnet wird. Die Siliziumoxidschicht 2 kann als Opferschicht dienen.
Anschließend wird in einem zweiten Prozess, der in der 3B gezeigt ist, eine Photolackschicht 503 auf einer oberen Oberfläche der Elementbildungsschicht 3 des SOI-Substrats 5 gebildet.
Anschließend wird in einem dritten Prozess, der in der 3C gezeigt ist, die Photolackschicht 503 in einem vorbestimmten Muster entsprechend dem Ansteuergewicht 100 und dem Erfassungsgewicht 101 mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses gemustert.
Anschließend werden in einem vierten Prozess, der in der 3D gezeigt ist, das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101 mit Hilfe von beispielsweise einem Plasma-Ätzprozess an der Elementbildungsschicht 3 gebildet.
Anschließend wird in einem fünften Prozess, der in der 3E gezeigt ist, die Photolackschicht 503, die noch auf der Elementbildungsschicht 3 vorhanden ist, entfernt.
Anschließend wird in einem sechsten Prozess, der in der 3F gezeigt ist, die Siliziumoxidschicht 2 mit Hilfe eines Ätzprozesses unter Verwendung eines Ätzmittels, wie beispielsweise Fluorwasserstoff, teilweise entfernt. Die Elementbildungsschicht 3 ist über die verbleibende Siliziumoxidschicht 2 an der Substratschicht 1 befestigt.
Anschließend werden in einem siebten Prozess, der in der 3G gezeigt ist, Abschnitt, die im vierten und sechsten Prozess geätzt werden, mit einem Füllelement 504 aufgefüllt. Da das Füllelement 504 in einem späteren Prozess vollständig entfernt werden muss, ist es vorzugsweise aus einem Material aufgebaut, das mit Hilfe eines Ätzprozesses oder eines Sublimationsprozesses entfernt werden kann. Wenn das Füllelement 504 beispielsweise aus einem organischen Photolackmaterial oder einem Polyimid-Material aufgebaut ist, kann es auf einfache Weise in einem Sauerstoff-Plasma (d. h. in einer trockenen Atmosphäre) entfernt werden. Ferner kann eine Oberfläche des Füllelements 504 im siebten Prozess eben ausgebildet werden. Bei solch einem Ansatz kann der Verbindungsbalken 104 eine bestimmte Dicke aufweisen, wenn der Verbindungsbalken 104 in einem folgenden Prozess gebildet wird.
Anschließend wird in einem achten Prozess, der in der 3H gezeigt ist, ein Photolack 500 auf die Oberfläche des Füllelements 504 aufgetragen werden.
Anschließend wird in einem neunten Prozess, der in der 3I gezeigt ist, mit Hilfe von beispielsweise einem photolithographischen Prozess eine Öffnung an einer Position entsprechend dem Pfostenabschnitt 104a des Verbindungsbalkens 104 im Photolack 500 gebildet.
Anschließend wird in einem zehnten Prozess, der in der 4A gezeigt ist, das Füllelement 504 geätzt, um ein Kontaktloch 505a entsprechend dem Pfostenabschnitt 104a des Verbindungsbalkens 104 zu bilden.
Anschließend wird in einem elften Prozess, der in der 4B gezeigt ist, der Photolack 505 entfernt.
Anschließend wird in einem zwölften Prozess, der in der 4C gezeigt ist, eine polykristalline Siliziumschicht 506 als Material für den Verbindungsbalken 104 auf dem Füllelement 504 gebildet, indem beispielsweise ein Beschichtungsprozess angewandt wird. Alternativ kann eine Metallschicht anstelle der polykristallinen Siliziumschicht 506 auf dem Füllelement 504 gebildet werden, indem beispielsweise ein Abscheidungsprozess oder ein Plattierungsprozess angewandt werden.
Anschließend wird in einem dreizehnten Prozess, der in der 4D gezeigt ist, eine Photolackschicht 507 auf der polykristallinen Siliziumschicht 506 gebildet und mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses in einem vorbestimmten Muster entsprechend dem Balkenabschnitt 104b des Verbindungsbalkens 104 gemustert.
Anschließend wird in einem vierzehnten Prozess, der in der 4E gezeigt ist, die polykristalline Siliziumschicht 506 mit Hilfe eines Ätzprozesses unter Verwendung der gemusterten Photolackschicht 507 als Maske teilweise entfernt. Dies führt dazu, dass die polykristalline Siliziumschicht 506 in der Form des Verbindungsbalkens 104 gebildet wird, derart, dass der Verbindungsbalken 104 fertiggestellt werden kann.
Anschließend wird in einem fünfzehnten Prozess, der in der 4F gezeigt ist, die Photolackschicht 507, die noch auf dem Verbindungsbalken 104 vorhanden ist, entfernt.
Anschließend wird in einem sechzehnten Prozess, der in der 4G gezeigt ist, das Füllelement 504 derart entfernt, dass sich das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101 bewegen können. Schließlich wird beispielsweise ein elektrisches Potential an die Ansteuerelektrode 202 und die Erfassungselektrode 204 gelegt und eine Aluminiumelektrodenkontaktstelle zum Abnehmen eines Erfassungssignals gebildet. Auf diese Weise wird der Winkelgeschwindigkeitssensor der ersten Ausführungsform fertig gestellt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zeigt lediglich ein Beispiel zur Fertigung des Winkelgeschwindigkeitssensors der ersten Ausführungsform auf.
Gemäß dem obigen Verfahren wird der Verbindungsbalken 104 an der polykristallinen Siliziumschicht 506 gebildet, die sich von der Elementbildungsschicht 3 unterschiedet, in welcher die Oszillatoren 10a, 10b (d. h. das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101) gebildet werden. Bei solch einem Ansatz kann der Verbindungsbalken 104 auf die gleiche Weise wie die Oszillatoren 10a, 10b mit Hilfe einer MEMS-(Micro-Electro-Mechanical-Systems)-Technologie gebildet werden. Folglich kann der Verbindungsbalken 104 genau bezüglich des Ansteuergewichts 100 positioniert werden.
Ferner wird der Verbindungsbalken 104 gemäß dem obigen Verfahren in einem Zustand gebildet, in welchem der bewegliche Abschnitt mit dem Ansteuergewicht 100 und dem Erfassungsgewicht 101 durch das Füllelement 504 starr gehalten wird. Bei solch einem Ansatz haftet der bewegliche Abschnitt mit geringerer Wahrscheinlichkeit an anderen Abschnitten, wie beispielsweise dem nicht beweglichen Abschnitt, an.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
5 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 6 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in der 5. Nachstehend wird ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor weist zwei Sensoreinheit, d. h. eine erste und eine zweite Sensoreinheit auf. Jede Sensoreinheit weist ein Ansteuergewicht 100 auf, das von einem Ansteuerbalken 101b gehalten wird. Der Ansteuerbalken 101b ist über einen Ansteuerbalkenbefestigungsabschnitt 207 an einem Ende an einer Substratschicht 1 befestigt. Insbesondere wird das Ansteuergewicht 100 derart vom Ansteuerbalken 101b gehalten, dass das Ansteuergewicht 100 in einer in der 5 gezeigten Ansteuerrichtung verschoben werden kann, in einer in der 5 gezeigten Erfassungsrichtung jedoch nicht verschoben werden kann.
Jede Sensoreinheit weist ferner eine zahnförmige Ansteuerelektrode 202 auf, um eine Antriebskraft zu erzeugen, die bewirkt, dass das Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung schwingt. Die Ansteuerelektrode 202 weist eine bewegliche Ansteuerelektrode 202a, die sich vom Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung erstreckt, und eine feste Ansteuerelektrode 202b auf, die sich von einem Ansteuerelektrodenbe festigungsabschnitt 201a in der Ansteuerrichtung erstreckt. Der Ansteuerelektrodenbefestigungsabschnitt 201a ist an der Substratschicht 1 befestigt. Die bewegliche Ansteuerelektrode 202a und die feste Ansteuerelektrode 202b sind abwechselnd in der Erfassungsrichtung angeordnet. Eine elektrostatische Anziehungskraft wird erzeugt, indem eine Spannung zwischen die bewegliche Ansteuerelektrode 202a und die feste Ansteuerelektrode 202b gelegt wird, derart, dass das Ansteuergewicht 100 in Richtung der Seite der festen Ansteuerelektrode 202b gezogen werden kann. Die Ansteuerelektrode 202 ist auf jeder Seite des Ansteuergewichts 100 in der Ansteuerrichtung vorgesehen, und die Spannung wird abwechselnd an die Ansteuerelektrode 202 auf der einen Seite und die Ansteuerelektrode 202 auf der anderen Seite gelegt. Bei solch einem Ansatz kann das Ansteuergewicht 100 effektiv in der Ansteuerrichtung schwingen.
Jede Sensoreinheit weist ferner ein Erfassungsgewicht 101 auf, das durch einen Erfassungsbalken 206 am Ansteuergewicht 100 gehalten wird. Der Erfassungsbalken 206 weist eine Elastizität in der Erfassungsrichtung auf, derart, dass das Erfassungsgewicht 101 bezüglich des Ansteuergewichts 100 in der Erfassungsrichtung verschoben werden kann. Vorzugsweise ist das Erfassungsgewicht 101 derart aufgebaut, dass es bezüglich des Ansteuergewichts 100 in der Ansteuerrichtung nicht verschoben werden kann.
Das Erfassungsgewicht 101 weist eine bewegliche Erfassungselektrode 204a auf, die sich in der Ansteuerrichtung erstreckt, um eine Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 in der Erfassungsrichtung zu erfassen. Die bewegliche Erfassungselektrode 204a ist derart angeordnet, dass sie einer festen Erfassungselektrode 204b in der Erfassungsrichtung gegenüberliegt. Die feste Erfassungselektrode 204b erstreckt sich von einem Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 in der Ansteuerrichtung. Der Erfassungselektrodenbefestigungsabschnitt 203 ist an der Substratschicht 1 befestigt. Ein Trennabstand zwischen der beweglichen Erfassungselektrode 204a und der festen Erfassungselektrode 204b ändert sich mit einer Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 in der Erfassungsrichtung. Folglich ändert sich eine Kapazität zwischen der beweglichen Erfassungselektrode 204a und der festen Erfassungselektrode 204b. Der Verschiebungsbetrag des Erfassungsgewichts 101 in der Erfassungsrichtung kann über eine Erfassung des Änderungsbetrags der Kapazität gemessen werden. Die Änderung der Kapazität kann als Spannungswert erhalten werden, indem beispielsweise ein gewöhnlicher Kapazitäts-Spannungs-Wandler verwendet wird. Die bewegliche Erfassungselektrode 204a und die feste Erfassungselektrode 204b bilden eine Erfassungselektrode 204.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Winkelgeschwindigkeitssensor der zweiten Ausführungsform zwei Sensoreinheiten, d. h. einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor auf. Die erste Sensoreinheit weist einen ersten Oszillator 10a auf, und die zweite Sensoreinheit weist einen zweiten Oszillator 10b auf. Jeder der Oszillatoren 10, 10b weist das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101 auf. Die zwei Oszillatoren 10a, 10b sind über einen Verbindungsbalken 104 derart mechanisch miteinander verbunden, dass sie mit derselben Resonanzfrequenz, jedoch gegenphasig in Resonanz schwingen können. Der Verbindungsbalken 104 ist in einer Schicht gebildet, die sich von einer Schicht unterschiedet, in welcher das Ansteuergewicht 100 und das Erfassungsgewicht 101 gebildet sind. Das Verbindungsbalken 104 weist ein Paar von Pfostenabschnitten 104a, ein Paar von Balkenabschnitten 104b und einen Mittelfederabschnitt 104e auf. Die Pfostenabschnitte 104a sind entsprechend mit den Erfassungsgewichten 101 der zwei Sensoreinheiten verbunden. Die Balkenabschnitte 104b sind entsprechend mit den Pfostenabschnitten 104a verbunden. Der Mittelfederabschnitt 104e ist zwischen den Balkenabschnitten 104b verbunden. Auf diese Weise verbindet der Verbindungsbalken 104 gemäß der zweiten Ausführungsform die Erfassungsgewichte 101 miteinander, jedoch nicht die Ansteuergewichte 100.
Folglich befinden sich die Schwerpunkte der Oszillatoren 10a, 10b an den Mitten der Erfassungsgewichte 101, nicht der Ansteuergewichte 100. Da das Erfassungsgewicht 101 bezüglich des Ansteuergewichts 100 in der Ansteuerrichtung nicht verschoben wird, schwingt das Erfassungsgewicht 101 in der Ansteuerrichtung zusammen mit dem Ansteuergewicht 100. Folglich kann der Verbindungsbalken 104 dann, wenn die Schwerpunkte der Oszillatoren 10a, 10b (d. h. die Mitten der Erfassungsgewichte 101) über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden sind, gleich der ersten Ausführungsform arbeiten.
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit aufgebracht wird, werden die Erfassungsgewichte 101 in entgegen gesetzten Richtungen in der Erfassungsrichtung verschoben. Folglich müssen die Erfassungsgewichte 101 nicht nur in der Ansteuerrichtung, sondern ebenso in der Erfassungsrichtung elastisch über den Verbindungsbalken 104 verbunden sein. Wenn der Mittelfederabschnitt 104e des Verbindungsbalkens 104 beispielsweise, wie in 5 gezeigt, die Form einer gefalteten Feder (H-förmig) aufweist, kann der Verbindungsbalken 104 nicht nur in der Ansteuerrichtung, sondern ebenso in der Erfassungsrichtung eine Elastizität aufweisen. D. h., gemäß der zweiten Ausführungsform weist der Mittelfederabschnitt 104e einen ersten Balkenabschnitt mit einer Elastizität in der Ansteuerrichtung und einen zweiten Balkenabschnitt mit einer Elastizität in der Erfassungsrichtung auf. Bei solch einem Ansatz können die Elastizität in der Ansteuerrichtung und die Elastizität in der Erfassungsrichtung unabhängig ausgelegt werden. Folglich kann beispielsweise die Elastizität in der Erfassungsrichtung verglichen zur ersten Ausführungsform verringert werden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform sind die Erfassungsgewichte 101, wie vorstehend beschrieben, über den Verbindungsbalken 104 mechanisch miteinander verbunden. Folglich weisen die Oszillatoren 10a, 10b aus den folgenden Gründen dieselbe Resonanzfrequenz auf.
Es ist bekannt, dass sich dann, wenn eine Kraft auf ein Objekt mit einer bestimmten natürlichen Frequenz (d. h. Resonanzfrequenz) wirkt, der Betrag der Verschiebung des Objekt in Abhängigkeit eines Verhältnisses zwischen der Kraft und der Resonanzfrequenz ändert. Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor kann die Coriolis-Kraft als die Kraft angesehen werden und kann das Erfassungsgewicht 101 als das Objekt angesehen werden. Die Coriolis-Kraft erscheint synchron zur Schwingungsfrequenz des Erfassungsgewichts 101. Der Betrag der Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 bedingt durch die Coriolis-Kraft kann als Kapazitätsänderung in der Erfassungselektrode 204 erfasst werden. Eine Differenz zwischen den Kapazitätsänderungen in den Erfassungselektroden 204 der zwei Sensoreinheiten wird berechnet, um die externen Beschleunigungskomponenten zu entfernen. Wenn bedingt durch die Coriolis-Kraft eine Differenz zwischen den Beträgen der Verschiebungen der Erfassungsgewichte 101 vorhanden ist, erscheint die Differenz als Offset, welcher die Erfassungsempfindlichkeit des Win kelgeschwindigkeitssensors beeinträchtig. Folglich weisen die zwei Erfassungsgewichte 101 vorzugsweise die gleiche Resonanzfrequenz auf. Gemäß der zweiten Ausführungsform schwingen die zwei Oszillatoren 10a, 10b in der Erfassungsrichtung derart gleichzeitig in Resonanz, dass die Beträge der Verschiebungen der zwei Erfassungsgewichte 101, die durch die Coriolis-Kraft hervorgerufen werden, gleich zueinander sein können, da die Erfassungsgewichte 101 über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden sind.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben.
7 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in der 7.
Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform sind die Oszillatoren 10a, 10b über den Verbindungsbalken 104 an den Schwerpunkten der Oszillatoren 10a, 10b miteinander verbunden, um zu verhindern, dass die Oszillatoren 10a, 10b durch das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 geneigt werden.
Alternativ können die Oszillatoren 10a, 10b, wie in 7 gezeigt, derart über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden werden, dass die Länge des Verbindungsbalkens 104 minimiert wird.
Bei der dritten Ausführungsform verbindet der Verbindungsbalken 104 die Ansteuergewichte 100 miteinander. Das Ansteuergewicht 100 weist einen ersten Abschnitt 100a, einen zweiten Abschnitt 100b und einen dritten Abschnitt 100c auf. Der erste Abschnitt 100a erstreckt sich in der Ansteuerrichtung. Der zweite Abschnitt 100b ist mit dem ersten Abschnitt 100a verbunden und erstreckt sich in der Erfassungsrichtung. Der dritte Abschnitt 100c ist, wie in 8 gezeigt, derart mit einer Außenwand des zweiten Abschnitts 100b verbunden, dass der dritte Abschnitt 100c des Ansteuergewichts 100 des Oszillators 10a dem dritten Abschnitt 100c des Ansteuergewichts 100 des Oszillators 10b gegenüberliegen kann. Die dritten Abschnitte 100c sind über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden. Folglich sind die Oszillatoren 10a, 10b derart über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden, dass die Länge des Verbindungsbalkens 104 minimiert werden kann.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird die Länge des Verbindungsbalkens 104, wie vorstehend beschrieben, minimiert. Folglich wird das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 verglichen mit der ersten und der zweiten Ausführungsform verringert.
Folglich kann die Neigung der Oszillatoren 10a, 10b, die durch das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 hervorgerufen wird, verhindert werden, ohne die Oszillatoren 10a, 10b an den Schwerpunkten der Oszillatoren 10a, 10b zu verbinden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend wird in Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 9 und 10 beschrieben.
9 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 10 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in der 9.
Die vierte Ausführungsform ähnelt der zweiten Ausführungsform. Wie aus einem Vergleich der 6 und 10 ersichtlich wird, liegt ein Unterschied zwischen der zweiten und der vierten Ausführungsform darin, dass ein Rückseitenverbindungsbalken 105 auf einer Rückseite der Oszillatoren 10a, 10b vorgesehen ist. Der Rückseitenverbindungsbalken 105 entspricht im Aufbau dem Verbindungsbalken 104 und auf der gegenüberliegenden Seite des Verbindungsbalkens 104 über den Oszillatoren 10a, 10b angeordnet. Die Substratschicht 1 ist, wie in 10 gezeigt, teilweise entfernt, um einen Unterbringungsraum für den Rückseitenverbindungsbalken 105 zu bilden.
Der Unterbringungsraum kann beispielsweise gebildet werden, indem ein Photolack auf einer Rückseite der Substratschicht 1 angeordnet wird, um einen Abschnitt der Substratschicht 1 zu bedecken, ein Nassätzen ausgeführt wird, um einen nicht bedeckten Abschnitt der Substratschicht 1 zu entfernen, und anschließend ein Trockenätzen ausgeführt wird, um eine nicht benötigte Oxidschicht 2 zu entfernen. Auf das Bilden des Unterbringungsraums folgend wird der Rückseitenverbindungsbalken 105 auf die gleiche Weise wie der Verbindungsbalken 104 gebildet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Verbindungsbalken 104 auf einer Seite der Oszillatoren 10a, 10b vorgesehen. Folglich können die Oszillatoren 10a, 10b dann, wenn der Verbindungsbalken 104 aus einem Material aufgebaut ist, dass sich von einem Material unterscheidet, aus welchem die Oszillatoren 10a, 10b aufgebaut sind, durch den Verbindungsbalken 104 gedrückt oder gezogen werden, bedingt durch einen Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Verbindungsbalken 104 und den Oszillatoren 10a, 10b. In solch einem Fall kann das Ansteuergewicht nicht in einer richtigen Richtung schwingen, da die Oszillatoren 10a, 10b verformt werden. Dies führt dazu, dass ein Schwingungsverlust in der Ansteuerrichtung und ebenso eine ungewünschte Schwingung in der Erfassungsrichtung auftreten. D. h., die Erfassungsschwingung und die Ansteuerschwingung können nicht in der Richtung auftreten, in der sich die Substratschicht 1 erstreckt. Folglich wird das Erfassungssignal mit Rauschen überlagert und die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert.
Demgegenüber ist, gemäß der vierten Ausführungsform, der Verbindungsbalken 104 auf einer Seite der Oszillatoren 10a, 10b und der Rückseitenverbindungsbalken 105 auf der Rückseite der Oszillatoren 10a, 10b vorgesehen. Der Rückseitenverbindungsbalken 105 weist ein Paar von Pfostenabschnitten 105a, ein Paar von Balkenabschnitten 105b und einen Mittelfederabschnitt 105e auf. Der Rückseitenverbindungsbalken 105 entspricht im Aufbau dem Verbindungsbalken 104 und ist auf der gegenüberliegenden Seite des Verbindungsbalkens 104 über den Oszillatoren 10a, 10b angeordnet. Bei solch einem Ansatz hebt eine durch den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufene Belastung, die vom Rückseitenverbindungsbalken 105 auf die Oszillatoren 10a, 10b aufgebracht wird, die durch den Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufene Belastung, die vom Verbindungsbalken 104 auf die Oszillatoren 10a, 10b aufgebracht wird, auch dann auf, wenn der Verbindungsbalken 104 und der Rückseitenverbindungsbalken 105 aus einem Material aufgebaut sind, das sich von einem Material unterschiedet, aus welchem die Oszillatoren 10a, 10b aufgebaut sind. Folglich kann verhindert werden, dass die Oszillatoren 10a, 10b verformt werden.
Vorzugsweise entspricht der Rückseitenverbindungsbalken 105 dem Verbindungsbalken 104 in Form und Gewicht. Ferner ist der Pfostenabschnitt 105a des Rückseitenverbindungsbalkens 105 dem Pfostenabschnitt 104a des Verbindungsbalkens 104 vorzugsweise direkt gegenüberliegend angeordnet. Bei solch einem Ansatz kann die vom Verbindungsbalken 104 auf die Oszillatoren 10a, 10b aufgebrachte Belastung bzw. Spannung die vom Rückseitenverbindungsbalken 105 auf die Oszillatoren 10a, 10b aufgebrachte Belastung genau aufheben.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben.
Die fünfte Ausführungsform ähnelt, wie aus den 1 und 11 ersichtlich wird, der ersten Ausführungsform. Nachstehend wird ein Unterschied zwischen der ersten und der fünften Ausführungsform beschrieben.
Gemäß der fünften Ausführungsform ist wenigstens ein Ende des Verbindungsbalkens 104 hinter den Pfostenabschnitt 104a verlängert und mit einem ersten Ende eines Federabschnitts 301 verbunden. Der Federabschnitt 301 weist eine Elastizität in sowohl der Ansteuerrichtung als auch der Erfassungsrichtung auf. Ein zweites Ende des Federabschnitts 301 ist mit einem Verbindungsbalkenbefestigungsabschnitt 302 verbunden, der an der Substratschicht 1 befestigt ist. Der Verbindungsbalkenbefestigungsabschnitt 302 weist eine Bondkontaktstelle 303 auf, für eine elektrische Verbindung mit Hilfe eines Bonddrahts.
Das Ansteuergewicht 100 schwingt, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, durch die in der Ansteuerelektrode 202 erzeugte elektrostatische Kraft. Um die elektrostatische Kraft zu erzeugen, muss eine Spannung zwischen die bewegliche Ansteuerelektrode 202a und die feste Ansteuerelektrode 202b gelegt werden. Die Spannung kann beispielsweise über einen Bonddraht angelegt werden, der mit einer Aluminiumbondkontaktstelle verbunden ist, die am Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 gebildet ist. In diesem Fall fließt ein elektrischer Strom vom Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 über das Erfassungsgewicht 101 und den Ansteuerbalken 101b zum Ansteuerbalken 101b. Folglich bildet der elektrische Strom eine elektrische Potentialverteilung von einem Fuß des Ansteuerbalkens 101b zum Ansteuergewicht 100. Idealerweise ist die elektrische Potentialverteilung in der beweglichen Ansteuerelektrode 202a gleichmäßig. Da das Ansteuergewicht 100 aus einem elektrischen Leiter aufgebaut ist, weist das Ansteuergewicht 100 einen Flächenwiderstand auf. Folglich wird die Spannung vorzugsweise symmetrisch angelegt. Um dies zu realisieren, muss die Aluminiumbondkontaktstelle an jedem Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 gebildet werden. Folglich wird die Anzahl der Aluminiumbondkontaktstellen und Bonddrähten erhöht. Dies führt zu einer Vergrößerung des Winkelgeschwindigkeitssensors.
Demgegenüber kann die Spannung gemäß der fünften Ausführungsform vom Schwerpunkt des Ansteuergewichts 100 angelegt werden. Folglich kann die elektrische Potentialverteilung in der beweglichen Ansteuerelektrode 202a gleichmäßig sein. Ferner kann der Winkelgeschwindigkeitssensor in seiner Größe reduziert werden, da die Spannung unter Verwendung von nur einer Bondkontaktstelle 303 angelegt werden kann.
Ferner ist der Verbindungsbalken 104 gemäß der fünften Ausführungsform in der Ansteuerrichtung verlängert und sind die Oszillatoren 10a, 10b in einer Linie angeordnet und über den Federabschnitt 301 an der Substratschicht 1 befestigt. Bei solch einem Ansatz kann das Ansteuergewicht 100 auf einfache Weise genau in der Ansteuerrichtung schwingen, derart, dass die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.
(Sechste Ausführungsform)
Nachstehend wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 12, 13 und 14 beschrieben.
Nachstehend wird ein Unterschied zwischen der sechsten und den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben.
12 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 13 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in der 12. Gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet der, Winkelgeschwindigkeitssensor, wie in 12 gezeigt, ein Wafer-Level-Package (WLP), in welchem das SOI-Substrat 5 mit einem Kappensubstrat 4 verbunden ist, das derart angeordnet ist, das es dem SOI-Substrat 5 gegenüberliegt. Die zwei Sensoreinheiten und der Verbindungsbalken 104 sind in einem Zwischenraum zwischen dem Kappensubstrat 4 und der Substratschicht 1 des SOI-Substrats 5 versiegelt. Der versiegelte Zwischenraum wird in einem Vakuumzustand oder bei verringertem Druck gehalten. Es sollte beachtet werden, dass die Strukturen der Sensoreinheiten und des Verbindungsbalkens 104 der sechsten Ausführungsform nicht auf die in der 12 gezeigten Strukturen beschränkt sind.
Nachstehend wird das Kappensubstrat 4 näher beschrieben. Das Kappensubstrat 4 wird, wie in den 13 und 14 gezeigt, gebildet, indem ein SOI-Substrat verarbeitet wird. Das Kappensubstrat 4 weist einen Pfostenabschnitt 104a, einen Balkenabschnitt 104b, einen Haltebalkenabschnitt 104c, einen Kappensubstratseitenpfostenabschnitt 104d, einen Mittelfederabschnitt 104e und einen Haltefederabschnitt 104f auf. D. h., gemäß der sechsten Ausführungsform weist das Kappensubstrat 4 den Verbindungsbalken 104 auf. Der Kappensubstratseitenpfostenabschnitt 104d wird aus einer Siliziumoxidschicht 42 und einer Elementbildungsschicht 43 des Kappensubstrats 4 gebildet. Der Kappensubstratseitenpfostenabschnitt 104d und der Balkenabschnitt 104b sind über den Haltefederabschnitt 104f durch den Haltebalkenabschnitt 104c miteinander verbunden. Der Balkenabschnitt 104b wird durch die Elementbildungsschicht 43 des Kappensubstrats 4 gebildet. Der Pfostenabschnitt 104a ist zwischen dem Balkenabschnitt 104b und dem SOI-Substrat 5 (d. h. dem Ansteuergewicht 100) gebildet.
Die Oxidschicht 42, die zwischen der Substratschicht 41 und sowohl dem Mittelfederabschnitt 104e, dem Balkenabschnitt 104b als auch dem Haltebalkenabschnitt 104c angeordnet ist, ist, wie in 13 gezeigt, entfernt. Folglich kann der Verbindungsbalken 104 sowohl in der Ansteuerrichtung als auch in der Erfassungsrichtung entlang einer Richtung, in der sich das Kappensubstrat 4 erstreckt, eine Elastizität aufweisen.
Nachstehend wird eine Art und Weise, wie der Verbindungsbalken 104 am Kappensubstrat 4 gehalten wird, beschrieben. 14 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV in der 13. Der Kappensubstratseitenpfostenabschnitt 104d ist, wie in 14 gezeigt, an der Substratschicht 1 befestigt. D. h., die Oxidschicht 42 ist an einer Position entsprechend dem Kappensubstratseitenpfostenabschnitt 104d nicht entfernt. Demgegenüber ist zwischen der Substratschicht 41 des Kappensubstrats 4 und sowohl dem Haltefederabschnitt 104f, dem Balkenabschnitt 104b als auch dem Haltebalkenabschnitt 104c ein Zwischenraum vorhanden. D. h., die Oxidschicht 42 ist an Positionen entsprechend dem Haltefederabschnitt 104f, dem Balkenabschnitt 104b und dem Haltebalkenabschnitt 104c derart entfernt, dass der Zwischenraum gebildet werden kann. Ferner ist ein Isolierraum 104g an der Elementbildungsschicht 3 gebildet, um den Verbindungsbalken 104 zu umgeben. Auf diese Weise werden der Haltefederabschnitt 104f, der Haltebalkenabschnitt 104c und der Balkenabschnitt 104b am Kappensubstrat 4 gehalten und können alle drei Abschnitte in der Richtung verschoben werden, in der sich das Kappensubstrat 4 erstreckt.
Es wird angemerkt, dass die zwei Ansteuergewichte 100 dann, wenn die Coriolis-Kraft aufgebracht wird, in entgegengesetzten Richtungen in der Erfassungsrichtung verschoben werden. Ein Pfostenabschnitt 104a wird beispielsweise in einer Minusrichtung der Erfassungsrichtung und der andere Pfostenabschnitt 104a in einer Plusrichtung der Erfassungsrichtung verschoben. Gleich dem Mittelfederabschnitt 104e weist der Haltefederabschnitt 104f eine Elastizität auf. Folglich werden die Schwingungen des Ansteuergewichts 100 und des Erfassungsgewichts 101 über den Pfostenabschnitt 104a zum Haltefederabschnitt 104f und zum Mittelfederabschnitt 104e übertragen. Dies führt dazu, dass der Haltefederabschnitt 104f und der Mittelfederabschnitt 104e in der Ansteuerrichtung und in der Erfassungsrichtung verformt werden. In der 14 ist der Haltebalkenabschnitt 104c derart ausgebildet, dass er eine Elastizität in einer Richtung aufweisen kann. Alternativ kann der Haltebalkenabschnitt 104c, gleich dem Balkenabschnitt 104b, derart ausgebildet sein, dass er eine Elastizität in zwei Richtungen aufweist. Der Haltebalkenabschnitt 104c kann beispielsweise die Form einer gefalteten Feder aufweisen.
Nachstehend wird eine Art und Weise beschrieben, in welcher das Kappensubstrat 4 und das SOI-Substrat 5 miteinander verbunden werden. Eine Klebeschicht 44a aus Glas geringen Schmelzpunktes wird auf einem Umfangsabschnitt 103b der Elementbildungsschicht 43 gebildet. Gleichermaßen wird eine Klebeschicht 44b aus Glas geringen Schmelzpunktes auf einer Oberfläche des Kappensubstratseitenpfostenabschnitts 104d gebildet. Die Klebeschicht 44b dient als der Pfostenabschnitt 104a, der mit einem Verbindungsziel (d. h. dem Ansteuergewicht 100 oder dem Erfassungsgewicht 101) verbunden wird. Gleich der ersten Ausführungsform kann der Pfostenabschnitt 104a an einer Position entsprechend dem Schwerpunkt des Verbindungsziels mit dem Verbindungsziel verbunden werden. Alternativ kann der Pfostenabschnitt 104a, gleich der zweiten Ausführungsform, derart mit dem Verbindungsziel verbunden werden, dass die Länge des Verbindungsbalkens 104 minimiert werden kann. Vorzugsweise weist der Verbindungsbalken 104 eine größere Breite an einer Position auf, an welcher der Pfostenabschnitt 104a verbunden wird. Bei solch einem Ansatz kann der Pfostenabschnitt 104a genau positioniert und mit dem Balkenabschnitt 104b verbunden werden.
Gemäß der sechsten Ausführungsform wird der Verbindungsbalken 104, wie vorstehend beschrieben, im Kappensubstrat 4 gebildet. Die Oszillatoren 10a, 10b und der Verbindungsbalken 104 sind im Zwischenraum angeordnet, der zwischen dem Kappensubstrat 4 und dem SOI-Substrat 5 versiegelt ist. Bei solch einem Ansatz treten mit geringerer Wahrscheinlichkeit Staubpartikel, die bei Fertigungsprozessen (z. B. bei der Vereinzelung) erzeugt werden, in die Oszillatoren 10a, 10b ein. Dies führt dazu, dass die Wahrscheinlichkeit eines Defekts bei der Fertigung verringert werden kann. Vorzugsweise wird der Vereinzelungsprozess ausgeführt, nachdem das Kappensubstrat 4 und das SOI-Substrat 5 miteinander verbunden wurden, derart, dass die Oszillatoren 10a, 10b über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden und im Zwischenraum zwischen dem Kappensubstrat 4 und dem SOI-Substrat 5 versiegelt werden kön nen. Bei solch einem Ansatz kann sicher verhindert werden, dass beim Vereinzelungsprozess erzeugte Staubpartikel in die Oszillatoren 10a, 10b eintreten.
Ferner kann gemäß der sechsten Ausführungsform eine Elastizität des Verbindungsbalkens 104 abgestimmt werden, indem der Mittelfederabschnitt 104e und/oder der Haltefederabschnitt 104f abgestimmt werden. Folglich kann die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 flexibel ausgelegt werden.
Die Klebeschicht 44b kann aus einem Material aufgebaut werden, dass sich von einem Glas geringen Schmelzpunktes unterscheidet, solang die Klebeschicht 44b nicht nur als Abstandsstück zwischen dem Verbindungsbalken 104 und den Oszillatoren 10a, 10b dienen kann, sondern ebenso als Klebemittel zum Verbinden des Verbindungsbalkens 104 mit den Oszillatoren 10a, 10b.
Wenn die Klebeschicht 44b beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Siliziumoxid, aufgebaut ist, können der Verbindungsbalken 104 und das Verbindungsziel (d. h. das Ansteuergewicht 100 oder das Erfassungsgewicht 101) elektrisch voneinander isoliert werden. Wenn die Klebeschicht 44b beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, aufgebaut ist, können der Verbindungsbalken 104 und das Verbindungsziel elektrisch miteinander verbunden werden. In solch einem Fall kann eine Elektrode, die mit dem Kappensubstratseitenpfostenabschnitt 104d verbunden ist, an der Substratschicht 41 des Kappensubstrats 4 gebildet werden. Bei solch einem Ansatz kann ein Ansteuersignal unter Verwendung der Elektrode an das Kappensubstrat 4 gelegt oder ein Erfassungssignal unter Verwendung der Elektrode vom Kappensubstrat 4 abgenommen werden. Es sollte beachtet werden, dass sowohl Siliziumoxid als auch Aluminium direkt mit Silizium verbunden werden können.
(Siebte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 15 beschrieben.
Gemäß der siebten Ausführungsform weist der Verbindungsbalken 104, wie in 15 gezeigt, eine gebogene bzw. gekrümmt Form auf. D. h., der Verbindungsbalken 104 ist in der Dickenrichtung der Oszillatoren 10a, 10b gekrümmt ausgebildet. Die Oszillatoren 10a, 10b sind über den bogenförmigen Verbindungsbalken 104 derart mechanisch und elastisch miteinander verbunden, dass sie mit der gleichen Frequenz, jedoch gegenphasig, in der Ansteuerrichtung und in der Erfassungsrichtung schwingen können.
Vorzugsweise sind die Oszillatoren 10a, 10b über den bogenförmigen Verbindungsbalken 104 an den Schwerpunkten der Oszillatoren 10a, 10b miteinander verbunden, um zu verhindern, dass die Oszillatoren 10a, 10b durch das Gewicht des bogenförmigen Verbindungsbalkens 104 geneigt werden.
Der bogenförmige Verbindungsbalken 104 kann beispielsweise durch eine MEMS-Technologie gebildet werden. Alternativ kann der bogenförmige Verbindungsbalken 104 gebildet werden, indem die Oszillatoren 10a, 10b über einen Bonddraht verbunden werden. Bei solch einem Ansatz kann der bogenförmige Verbindungsbalken 104 auf einfache Weise gebildet werden.
(Achte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 16 beschrieben.
Gemäß der achten Ausführungsform weist der Mittelfederabschnitt 104e des Verbindungsbalkens 104, wie in 16 gezeigt, eine kreisrunde Form in einer Ebene parallel zur Richtung auf, in der sich die Substratschicht 1 erstreckt. Die Oszillatoren 10a, 10b sind über den Verbindungsbalken 104 mit dem kreisrunden Mittelfederabschnitt 104e derart mechanisch und elastisch verbunden, dass sie mit der gleichen Frequenz, jedoch gegenphasig, in der Ansteuerrichtung und in der Erfassungsrichtung schwingen können.
In der 16 weist der Mittelfederabschnitt 104e des Verbindungsbalkens 104 eine ideal kreisrunde Form auf. Alternativ kann der Mittelfederabschnitt 104e die Form einer Ellipse mit einer Hauptachse, die sich in der Erfassungsrichtung oder in der Ansteuerrichtung erstreckt, aufweisen. Bei solch einem Ansatz können die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 in der Ansteuerrichtung und die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 in der Erfassungsrichtung unabhängig ausgelegt werden. Wenn sich die Hauptachse des ellipsenförmigen Mittelfederabschnitts 104e beispielsweise in der Erfassungsrichtung erstreckt, nimmt die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 in der Ansteuerrichtung einen geringeren Wert als in der Erfassungsrichtung an. Auf diese Weise können dadurch, dass nicht nur die Elastizitäten des Ansteuerbalkens 101b und des Erfassungsbalkens 206 abgestimmt werden, sondern ebenso die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 abgestimmt wird, die Schwingungsfrequenzen der Oszillatoren 10a, 10b flexibel abgestimmt werden.
(Neunte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 17 beschrieben.
Gemäß der neunten Ausführungsform weist der Mittelfederabschnitt 104e des Verbindungsbalkens 104, wie in 17 gezeigt, eine rhombische Form (d. h. die Form eines Diamanten) in der Ebene parallel zur Richtung auf, in der sich die Substratschicht 1 erstreckt. Die Oszillatoren 10a, 10b sind über den Verbindungsbalken 104 mit dem rhombischen Mittelfederabschnitt 104e derart mechanisch und elastisch miteinander verbunden, dass sie mit der gleichen Frequenz, jedoch gegenphasig, in der Ansteuerrichtung und in der Erfassungsrichtung schwingen können.
In der 17 bildet eine Seite des rhombischen Mittelfederabschnitts 104b einen Winkel von ungefähr 45° zur Ansteuerrichtung. Der durch die Seite des rhombischen Mittelfederabschnitts 104e zur Ansteuerrichtung gebildete Winkel kann ein von 45° verschiedener Winkel sein, solange der Winkel ein spitzer Winkel ist, d. h. in einem Bereich zwischen 0 und 90° liegt. Bei solch einem Ansatz können die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 in der Ansteuerrichtung und die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 in der Erfassungsrichtung unabhängig ausgelegt werden. Wenn die Seite des rhombischen Mittelfederabschnitts 104e beispielsweise einen Winkel von größer oder gleich 45° zur Ansteuerrichtung bildet, wird die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 in der Ansteuerrichtung geringer als in der Erfassungsrichtung.
Auf diese Weise können die Schwingungsfrequenzen der Oszillatoren 10a, 10b dadurch, dass nicht nur die Elastizitäten des Ansteuerbalkens 101b und des Erfassungsbalkens 206 abgestimmt werden, sondern ebenso die Elastizität des Verbindungsbalkens 104 abgestimmt wird, flexibel abgestimmt werden.
(Zehnte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 18 und 19 beschrieben. 18 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 19 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in der 18. Nachstehend wird ein Unterschied zwischen der zehnten und den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben.
Gemäß der zehnten Ausführungsform weist der Winkelgeschwindigkeitssensor zwei Verbindungsbalken, d. h. einen Ansteuerverbindungsbalken 1041 und einen Erfassungsverbindungsbalken 1042 auf. Der Ansteuerverbindungsbalken 1041 entspricht im Aufbau dem Verbindungsbalken 104 der ersten Ausführungsform und verbindet die Ansteuergewichte 100 der Oszillatoren 10a, 10b miteinander.
Der Erfassungsverbindungsbalken 1042 verbindet die Erfassungsgewichte 101 der Oszillatoren 10a, 10b miteinander. Der Erfassungsverbindungsbalken 1042 weist eine Elastizität sowohl in der Ansteuerrichtung als auch in der Erfassungsrichtung auf. Folglich werden die Erfassungsgewichte 101 der Oszillatoren 10a, 10b dann, wenn die Coriolis-Kraft aufgebracht wird, in entgegengesetzten Richtungen verschoben. D. h., der Erfassungsverbindungsbalken 1042 arbeitet auf die gleiche Weise wie der Verbindungsbalken 104 der zweiten Ausführungsform.
Der Erfassungsverbindungsbalken 1042 wird gebildet, indem die Elementbildungsschicht 3 geätzt wird. D. h., der Erfassungsverbindungsbalken 1042 wird mit Hilfe der in den 3A bis 3F gezeigten Prozesse zusammen mit den Oszillatoren 10a, 10b gebildet.
Auf diese Weise werden der Ansteuerverbindungsbalken 1041 und der Erfassungsverbindungsbalken 1042 in verschiedenen Schichten gebildet und werden der Erfassungsverbindungsbalken 1042 und die Oszillatoren 10a, 10b in derselben Schicht gebildet.
Gemäß der zehnten Ausführungsform weist der Winkelgeschwindigkeitssensor, wie vorstehend beschrieben, zwei Verbindungsbalken 1041, 1042 auf. Der Ansteuerverbindungsbalken 1041 arbeitet auf die gleiche Weise wie der Verbindungsbalken 104 der ersten Ausführungsform, und der Erfassungsverbindungsbalken 1042 arbeitet auf die gleiche Weise wie der Verbindungsbalken 104 der zweiten Ausführungsform. Folglich kann die zehnte Ausführungsform die Vorteile der ersten und der zweiten Ausführungsform hervorbringen. Ferner können die Verbindungsbalken 1041, 1042 die gleichen Eigenschaften aufweisen, da sie im gleichen Fertigungsprozess gebildet werden. Folglich kann die Erfassungsempfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors verbessert werden.
Die zehnte Ausführungsform kann mit der sechsten Ausführungsform kombiniert werden, wobei der Ansteuerverbindungsbalken 1041 im Kappensubstrat 4 gebildet werden kann.
Gleich der zweiten Ausführungsform können der Erfassungsverbindungsbalken 1042 und die Oszillatoren 10a, 10b in verschiedenen Schichten gebildet werden. In solch einem Fall können der Ansteuerverbindungsbalken 1041 und die Oszillatoren 10a, 10b in derselben Schicht gebildet werden.
(Elfte Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 20 und 21 beschrieben. 20 zeigt eine Draufsicht des Winkelgeschwindigkeitssensors, und 21 entspricht der 20 ohne einen Verbindungsbalken.
Die elfte Ausführungsform ähnelt der zweiten Ausführungsform. Nachstehend wird ein Unterschied zwischen der zweiten und der elften Ausführungsform beschrieben.
Gemäß der elften Ausführungsform wird das Ansteuergewicht 100 derart vom Ansteuerbalken 101b gehalten, dass das Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung verschoben werden kann. Der Ansteuerbalken 101b ist an einem Ende am Ansteuerbalkenbefestigungsabschnitt 207 befestigt. Ferner wird ein mittleres Gewicht 600 von einem Ansteuermittelbalken 601 gehalten. Der Ansteuermittelbalken 601 ist mit einer Innenwand des Ansteuergewichts 100 verbunden und weist eine Elastizität in der Erfassungsrichtung auf. Das Erfassungsgewicht 101 wird von einem Erfassungsmittelbalken 602 gehalten. Der Erfassungsmittelbalken 602 ist mit einer Innenwand des Mittelgewichts 600 verbunden und weist eine Elastizität in der Ansteuerrichtung auf. Ferner wird das Erfassungsgewicht 101 durch den Erfassungsbalken 206 am Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 gehalten. Der Erfassungsbalken 206 weist eine Elastizität in der Erfassungsrichtung auf. Folglich ist das Mittelgewicht 600 sowohl in der Ansteuerrichtung als auch in der Erfassungsrichtung beweglich, ist das Erfassungsgewicht 101 in der Erfassungsrichtung beweglich und ist das Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung beweglich. Der Ansteuerbalkenbefestigungsabschnitt 207, der Ansteuerbalken 101b, das Ansteuergewicht 100, der Ansteuermittelbalken 601, das Mittelgewicht 600, der Erfassungsmittelbalken 602, das Erfassungsgewicht 101 und der Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 sind in der genannten Reihenfolge miteinander verbunden. Folglich werden die Gewichte 100, 101 und 600 vom Ansteuerbalkenbefestigungsabschnitt 207, der außerhalb des Ansteuergewichts 100 angeordnet ist, und vom Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205, der innerhalb des Ansteuergewichts 100 angeordnet ist, gehalten.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor der elften Ausführungsform arbeitet wird folgt. Wenn das Ansteuergewicht 100 in der Ansteuerrichtung schwingt, wird die Schwingung des Ansteuergewichts 100 in der Ansteuerrichtung derart auf das Mittelgewicht 600 übertragen, dass das Mittelgewicht 600 in der Ansteuerrichtung schwingen kann. In diesem Fall schwingt das Erfassungsgewicht 101 nicht in der Ansteuerrichtung, da es mit dem Erfassungsbalken 206 verbunden ist. Insbesondere liegt dies daran, dass der Erfassungsbalken 206 am Erfassungsbalkenbefestigungsabschnitt 205 befestigt ist und eine Elastizität in der Erfassungsrichtung aufweist (und vorzugsweise keine Elastizität in der Ansteuerrichtung).
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine Achse, die sich in der Rotationsrichtung erstreckt, während einer Zeitspanne aufgebracht wird, in welcher das Mittelgewicht 600 in der Ansteuerrichtung schwingt, wirkt die Coriolis-Kraft auf das Ansteuergewicht 100 und das Mittelgewicht 600. In diesem Fall schwingt das Ansteuergewicht 100 nicht in der Erfassungsrichtung, da es mit dem Ansteuerbalken 101b verbunden ist. Insbesondere liegt dies daran, dass der Ansteuerbalken 101b am Ansteuerbalkenbefestigungsabschnitt 207 befestigt ist und eine Elastizität in der Ansteuerrichtung aufweist (und vorzugsweise keine Elastizität in der Erfassungsrichtung). Im Gegensatz zum Ansteuergewicht 100 schwingt das Mittelgewicht 600 in der Erfassungsrichtung (d. h. wird das Mittelgewicht 600 in der Erfassungsrichtung verschoben), da es mit dem Ansteuermittelbalken 601 verbunden ist, der eine Elastizität in der Erfassungsrichtung aufweist. Die Verschiebung des Mittelgewichts 600 in der Erfassungsrichtung wird über den Erfassungsmittelbalken 602, der eine Elastizität in der Ansteuerrichtung aufweist (und vorzugsweise keine Elastizität in der Erfassungsrichtung), auf das Erfassungsgewicht 101 übertragen. Da das Erfassungsgewicht 101 vom Erfassungsbalken 206 mit der Elastizität in der Erfassungsrichtung gehalten wird, wird das Erfassungsgewicht 101 in der Erfassungsrichtung verschoben. Die Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 wird von der Erfassungselektrode 204 erfasst. Auf diese Weise wird die Coriolis-Kraft auf der Grundlage der erfassten Verschiebung des Erfassungsgewichts 101 gemessen.
Ferner sind die Mittelgewichte 600 der Oszillatoren 10a, 10b gemäß der elften Ausführungsform über den Verbindungsbalken 104, der eine Elastizität sowohl in der Ansteuerrichtung als auch in der Erfassungsrichtung aufweist, miteinander verbunden. Insbesondere weist das Mittelgewicht 600, wie in 20 gezeigt, eine rechteckige Rahmenform auf und ist der Pfostenabschnitt 104a des Verbindungsbalkens 104 mit einem Mittelpunkt von jeder Seite des Mittelgewichts 600 verbunden. D. h., die Pfostenabschnitte 104a sind derart angeordnet, dass der Schwerpunkt einer Ebene, die definiert wird, indem alle Pfostenabschnitte 104a verbunden werden, mit dem Schwerpunkt des Mittelgewichts 600 übereinstimmen kann. Bei solch einem Ansatz wird das Mittelgewicht 600 mit geringerer Wahrscheinlichkeit durch das Gewicht des Verbindungsbalkens 104 geneigt.
Folglich kann die elfte Ausführungsform, bei welcher die Mittelgewichts 600 über den Verbindungsbalken 104 miteinander verbunden sind, die gleichen Vorteile wie die vorhergehenden Ausführungsformen aufweisen, bei denen die Ansteuergewichte 100 und/oder die Erfassungsgewichte 101 über den Verbindungsbalken 104 verbunden werden.
Ferner kann der Winkelgeschwindigkeitssensor in seiner Größe verringert werden, da der Verbindungsbalken 104 und die Oszillatoren 10a, 10b in verschiedenen Schichten (Ebenen) gebildet sind. Ferner kann die Festigkeit des Ansteuergewichts 100 verbessert werden, da das Ansteuergewicht 100 eine rechteckige Form aufweist.
(Modifikationen)
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können auf verschiedene Weise modifiziert werden. Bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist das Erfassungsgewicht 101 dann, wenn das Ansteuergewicht 100 eine rechteckige Form aufweist, innerhalb des Ansteuergewichts 100 angeordnet, oder das Ansteuergewicht 100 dann, wenn das Erfassungsgewicht 101 eine rechteckige Form aufweist, innerhalb des Erfassungsgewichts 101 angeordnet. Alternativ kann das Außengewicht eine Form aufweisen, die sich von der rechteckigen Form unterscheidet. So kann das Außengewicht im Wesentlichen H-förmig oder C-förmig ausgebildet sein.
Die Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden. So können beispielsweise die vierte und die zehnte Ausführungsform miteinander kombiniert werden.
Der Aufbau des in den 5, 16 und 17 gezeigten Mittelfederabschnitts 104e kann auf den in den 1, 7, 11, 12, 18 und 20 gezeigten Mittelfederabschnitt 104e angewandt werden.
Der in der 10 gezeigte Aufbau, bei welchem der Verbindungsbalken auf jeder Seite der Elementbildungsschicht 3 gebildet ist, kann auf jede der 1, 7, 11, 12, 16, 17, 18 und 20 angewandt werden.
Der in der 12 gezeigte Aufbau, bei welchem der Verbindungsbalken im Kappensubstrat gebildet ist, kann auf jede der 5, 11, 16, 17, 18 und 20 angewandt werden.
Solche Änderungen und Modifikationen sollen als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, so wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird, beinhaltet verstanden werden.
Vorstehend wurde ein Winkelgeschwindigkeitssensor offenbart.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor weist einen ersten und einen zweiten Oszillator 10a, 10b und einen Verbindungsbalken 104 auf. Der Verbindungsbalken 104 verbindet den ersten und den zweiten Oszillator derart miteinander, dass der erste und der zweite Oszillator 10a, 10b relativ zueinander in einer vorbestimmten Richtung schwingen. Der Verbindungsbalken 104 weist einen ersten Pfostenabschnitt 104a, der mit einer Oberfläche des ersten Oszillators 10a verbunden ist, einen zweiten Pfostenabschnitt 104a, der mit einer Oberfläche des zweiten Oszillators 10b verbunden ist, und einen Federabschnitt 104e auf, welcher den ersten Pfostenabschnitt 104a mit dem zweiten Pfostenabschnitt 104a verbindet. Der Federabschnitt 104a ist von den Oberflächen des ersten und des zweiten Oszillators 10a, 10b beabstandet und weist eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5604312 [0005, 0005, 0006, 0007]
- JP 2007-101553 A [0005]

Claims

Winkelgeschwindigkeitssensor mit: – einer ersten Sensoreinheit, die ein erstes Ansteuerelement (100), das dazu ausgelegt ist, in einer ersten Richtung angesteuert zu werden, ein erstes Erfassungselement (101), das dazu ausgelegt ist, sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu bewegen, und ein erstes elastisches Element (101b) aufweist, das dazu ausgelegt ist, das erste Ansteuerelement (100) mit dem ersten Erfassungselement (101) zu verbinden; – einer zweiten Sensoreinheit, die ein zweites Ansteuerelement (100), das dazu ausgelegt ist, in der ersten Richtung angesteuert zu werden, ein zweites Erfassungselement (101), das dazu ausgelegt ist, sich in der zweiten Richtung zu bewegen, und ein zweites elastisches Element (101b) aufweist, das dazu ausgelegt ist, das zweite Ansteuerelement (100) mit dem zweiten Erfassungselement (101) zu verbinden; und – einem ersten Verbindungsbalken (104), der mit Stirnflächen des ersten und des zweiten Ansteuerelements (100) verbunden ist, um das erste und das zweite Ansteuerelement (100) miteinander zu verbinden, wobei – der erste Verbindungsbalken (104) von Stirnflächen des ersten und des zweiten Erfassungselements (101) beabstandet ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Verbindungsbalken (104) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des ersten Ansteuerelements (100) mit der Stirnfläche des ersten Ansteuerelements (100) verbunden ist; und – der erste Verbindungsbalken (104) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des zweiten Ansteuerelements (100) mit der Stirnfläche des zweiten Ansteuerelements (100) verbunden ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen zweiten Verbindungsbalken (105) aufweist, der mit auf der gegenüberliegenden Seite der Stirnflächen liegenden Rückseitenoberflächen des ersten und des zweiten Ansteuerelements (100) verbunden ist, um das erste und das zweite Ansteuerelement (100) miteinander zu verbinden.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner ein Federelement (301) aufweist, das mit dem ersten Verbindungsbalken (104) verbunden ist, wobei eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsbalken (104) und dem ersten Ansteuerelement (100), eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsbalken (104) und dem zweiten Ansteuerelement (100) und eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsbalken (104) und dem Federelement (301) auf einer geraden Linie liegen.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104), das erste Ansteuerelement (100), das zweite Ansteuerelement (100) und das Federelement (301) elektrisch miteinander verbunden sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104) eine Elastizität in der ersten Richtung aufweist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104) einen senkrechten Abschnitt aufweist, der senkrecht zur ersten Richtung verläuft.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen dritten Verbindungsbalken (1042) aufweist, der dazu ausgelegt ist, das erste und das zweite Erfassungselement (101) miteinander zu verbinden.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104) einen spitzen Abschnitt aufweist, der einen spitzen Winkel bezüglich der ersten Richtung bildet.
Winkelgeschwindigkeitssensor mit: – einer ersten Sensoreinheit, die ein erstes Ansteuerelement (100), das dazu ausgelegt ist, in einer ersten Richtung angesteuert zu werden, ein erstes Erfassungselement (101), das dazu ausgelegt ist, sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung zu bewegen, und ein erstes elastisches Element (101b) aufweist, das dazu ausgelegt ist, das erste Ansteuerelement (100) mit dem ersten Erfassungselement (101) zu verbinden; – einer zweiten Sensoreinheit, die ein zweites Ansteuerelement (100), das dazu ausgelegt ist, in der ersten Richtung angesteuert zu werden, ein zweites Erfassungselement (101), das dazu ausgelegt ist, sich in der zweiten Richtung zu bewegen, und ein zweites elastisches Element (101b) aufweist, das dazu ausgelegt ist, das zweite Ansteuerelement (100) mit dem zweiten Erfassungselement (101) zu verbinden; und – einem ersten Verbindungsbalken (104), der mit Stirnflächen des ersten und des zweiten Erfassungselements (101) verbunden ist, um das erste und das zweite Erfassungselement (101) miteinander zu verbinden, wobei – der erste Verbindungsbalken (104) von Stirnflächen des ersten und des zweiten Ansteuerelements (100) beabstandet ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Verbindungsbalken (104) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des ersten Erfassungselements (101) mit der Stirnfläche des ersten Erfassungselements (101) verbunden ist; und – der erste Verbindungsbalken (104) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des zweiten Erfassungselements (101) mit der Stirnfläche des zweiten Erfassungselements (101) verbunden ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen zweiten Verbindungsbalken (105) aufweist, der auf der gegenüberliegenden Seite der Stirnflächen liegenden Rückseitenoberflächen des ersten und des zweiten Erfassungselements (101) verbunden ist, um das erste und das zweite Erfassungselement (101) miteinander zu verbinden.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner ein Federelement (301) aufweist, das mit dem ersten Verbindungsbalken (104) verbunden ist, wobei eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsbalken (104) und dem ersten Ansteuerelement (100), eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsbalken (104) und dem zweiten Ansteuerelement (100) und eine Verbindung zwischen dem ersten Verbindungsbalken (104) und dem Federelement (301) auf einer geraden Linie liegen.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104), das erste Erfassungselement (101), das zweite Erfassungselement (101) und das Federelement (301) elektrisch miteinander verbunden sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104) eine Elastizität in der zweiten Richtung aufweist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104) einen senkrechten Abschnitt aufweist, der senkrecht zur zweiten Richtung verläuft.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen dritten Verbindungsbalken (1041) aufweist, der dazu ausgelegt ist, das erste und das zweite Ansteuerelement (100) miteinander zu verbinden.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsbalken (104) einen spitzen Abschnitt aufweist, der einen spitzen Winkel bezüglich der zweiten Richtung bildet.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sensoreinheit auf einer Ebene angeordnet sind, die parallel zu einer Ebene verläuft, die durch die erste und die zweite Richtung definiert wird.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sensoreinheit aus Silizium, Metall, Harz, Glas, Keramik oder einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Materialien aufgebaut sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – eine erste Schicht (3), in welcher die erste und die zweite Sensoreinheit gebildet sind; und – eine zweite Schicht (5), in welcher der erste Verbindungsbalken (104) gebildet ist, wobei die zweite Schicht (5) derart angeordnet ist, dass sie der ersten Schicht (3) derart gegenüberliegt, dass ein Zwischenraum zwischen beiden definiert wird, wobei – der erste Verbindungsbalken (104) sowohl in der ersten Richtung als auch in der zweiten Richtung beweglich ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste und das zweite Ansteuerelement (100), das erste und das zweite Erfassungselement (101) und der erste Verbindungsbalken (104) im Zwischenraum angeordnet sind; und – der Zwischenraum versiegelt ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor mit: – einem ersten Oszillator (10a), der dazu ausgelegt ist, in einer vorbestimmten Richtung zu schwingen; – einem zweiten Oszillator (10b), der dazu ausgelegt ist, in der vorbestimmten Richtung zu schwingen; und – einem Verbindungsbalken (104), der dazu ausgelegt ist, den ersten und den zweiten Oszillator (10a, 10b) derart miteinander zu verbinden, dass der erste und der zweite Oszillator (10a, 10b) relativ zueinander in der vorbestimmten Richtung schwingen, wobei – der Verbindungsbalken (104) einen ersten Pfostenabschnitt (104a), der mit einer Oberfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist, einen zweiten Pfostenabschnitt (104a), der mit einer Oberfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist, und einen Federabschnitt aufweist, der eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist, – sich der erste Pfostenabschnitt (104a) von der Oberfläche des ersten Oszillators (10a) weg in einer Dickenrichtung des ersten Oszillators (10a) erstreckt, – sich der zweite Pfostenabschnitt (104a) von der Oberfläche des zweiten Oszillators (10b) weg in einer Dickenrichtung des zweiten Oszillators (10b) erstreckt, und – der Federabschnitt den ersten Pfostenabschnitt (104a) mit dem zweiten Pfostenabschnitt (104a) verbindet und vom ersten und vom zweiten Oszillator (10a, 10b) beabstandet ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Pfostenabschnitt (104a) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des ersten Oszillators (10a) mit der Oberfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist; und – der zweite Pfostenabschnitt (104a) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des zweiten Oszillators (10b) mit der Oberfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Oszillator (10a) einen ersten Abschnitt mit einem ersten und einem zweiten Ende in der vorbestimmten Richtung und einen zweiten Abschnitt aufweist, der mit dem ersten Ende des ersten Abschnitts verbunden ist, wobei eine Längsrichtung des ersten Abschnitts parallel zur vorbestimmten Richtung verläuft; – der zweite Oszillator (10b) einen dritten Abschnitt mit einem ersten und einem zweiten Ende in der vorbestimmten Richtung und einen vierten Abschnitt aufweist, der mit dem ersten Ende des dritten Abschnitts verbunden ist, wobei eine Längsrichtung des dritten Abschnitts parallel zur vorbestimmten Richtung verläuft; – der erste Pfostenabschnitt (104a) des Verbindungsbalkens (104) mit dem zweiten Abschnitt des ersten Oszillators (10a) verbunden ist; – der zweite Pfostenabschnitt (104a) des Verbindungsbalkens (104) mit dem vierten Abschnitt des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist; – das erste Ende des ersten Abschnitts des ersten Oszillators (10a) dichter zum zweiten Oszillator (10b) angeordnet ist als das zweite Ende des ersten Abschnitts des ersten Oszillators (10a); und – das erste Ende des dritten Abschnitts des zweiten Oszillators (10b) dichter zum ersten Oszillator (10a) angeordnet ist als das zweite Ende des dritten Abschnitts des zweiten Oszillators (10b).
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 23 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner ein Federelement (301) aufweist, das mit dem Verbindungsbalken (104) verbunden ist, wobei der erste Pfostenabschnitt (104a), der zweite Pfostenabschnitt (104a) und das Federelement (301) auf einer geraden Linie liegen.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbalken (104), der erste Oszillator (10a), der zweite Oszillator (10b) und das Federelement (301) elektrisch miteinander verbunden sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbalken (104) eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Oszillator (10a, 10b) auf einer gemeinsamen Ebene parallel zur vorbestimmten Richtung angeordnet sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Oszillator (10a, 10b) aus Silizium, Metall, Harz, Glas, Keramik oder einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Materialien aufgebaut sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbalken (104) einen spitzen Abschnitt aufweist, der einen spitzen Winkel bezüglich der vorbestimmten Richtung bildet.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner aufweist: – eine erste Schicht (3), in welcher der erste und der zweite Oszillator (10a, 10b) gebildet sind; und – eine zweite Schicht (5), in welcher der Verbindungsbalken (104) gebildet ist, wobei die zweite Schicht (5) derart angeordnet ist, dass sie der ersten Schicht (3) derart gegenüberliegt, dass ein Zwischenraum zwischen beiden definiert wird, wobei – der Verbindungsbalken (104) in der vorbestimmten Richtung beweglich ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Oszillator (10a), der zweite Oszillator (10b) und der Verbindungsbalken (104) im Zwischenraum angeordnet sind; und – der Zwischenraum versiegelt ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor mit: – einem ersten Oszillator (10a), der dazu ausgelegt ist, in einer vorbestimmten Richtung zu schwingen; – einem zweiten Oszillator (10b), der dazu ausgelegt ist, in der vorbestimmten Richtung zu schwingen; und – einem Paar bestehend aus einem ersten und einem zweiten Verbindungsbalken (104, 105), das dazu ausgelegt ist, den ersten und den zweiten Oszillator (10a, 10b) derart miteinander zu verbinden, dass der erste und der zweite Oszillator (10a, 10b) relativ zueinander in der vorbestimmten Richtung schwingen, wobei – der erste Verbindungsbalken (104) einen ersten Pfostenabschnitt (104a), der mit einer Stirnfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist, einen zweiten Pfostenabschnitt (104a), der mit einer Stirnfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist, und einen ersten Federabschnitt (104e) aufweist, der eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist, – sich der erste Pfostenabschnitt (104a) von der Stirnfläche des ersten Oszillators (10a) weg in einer Dickenrichtung des ersten Oszillators (10a) erstreckt, – sich der zweite Pfostenabschnitt (104a) von der Stirnfläche des zweiten Oszillators (10b) weg in einer Dickenrichtung des zweiten Oszillators (10b) erstreckt, – der erste Federabschnitt (104e) den ersten Pfostenabschnitt (104a) mit dem zweiten Pfostenabschnitt (104a) verbindet und von den Stirnflächen des ersten und des zweiten Oszillators (10a, 10b) beabstandet ist, – der zweite Verbindungsbalken (105) einen dritten Pfostenabschnitt (105a), der mit einer Rückseitenoberfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist, einen vierten Pfostenabschnitt (105a), der mit einer Rückseitenoberfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist, und einen zweiten Federabschnitt (105e) aufweist, der eine Elastizität in der vorbestimmten Richtung aufweist, – sich der dritte Pfostenabschnitt (105a) von der Rückseitenoberfläche des ersten Oszillators (10a) weg in der Dickenrichtung des ersten Oszillators (10a) erstreckt, – sich der vierte Pfostenabschnitt (105a) von der Rückseitenoberfläche des zweiten Oszillators (10b) weg in der Dickenrichtung des zweiten Oszillators (10a) erstreckt, und – der zweite Federabschnitt (105e) den dritten Pfostenabschnitt (105a) mit dem vierten Pfostenabschnitt (105a) verbindet und von den Rückseitenoberflächen des ersten und des zweiten Oszillators (10a, 10b) beabstandet ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Pfostenabschnitt (104a) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des ersten Oszillators (10a) mit der Stirnfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist; – der zweite Pfostenabschnitt (104a) an einer Position entsprechend einem Schwerpunkt des zweiten Oszillators (10b) mit der Stirnfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist; – der dritte Pfostenabschnitt (105a) an einer Position entsprechend dem Schwerpunkt des ersten Oszillators (10a) mit der Rückseitenoberfläche des ersten Oszillators (10a) verbunden ist; – der vierter Pfostenabschnitt (105a) an einer Position entsprechend dem Schwerpunkt des zweiten Oszillators (10b) mit der Rückseitenoberfläche des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Oszillator (10a) einen ersten Abschnitt (100a) mit einem ersten und einem zweiten Ende in der vorbestimmten Richtung und einen zweiten Abschnitt aufweist, der mit dem ersten Ende des ersten Abschnitts (100a) verbunden ist, wobei eine Längsrichtung des ersten Abschnitts (100a) parallel zur vorbestimmten Richtung verläuft; – der zweite Oszillator (10b) einen dritten Abschnitt (100a) mit einem ersten und einem zweiten Ende in der vorbestimmten Richtung und einen vierten Abschnitt (100b) aufweist, der mit dem ersten Ende des dritten Abschnitts (100a) verbunden ist, wobei eine Längsrichtung des dritten Abschnitts (100a) parallel zur vorbestimmten Richtung verläuft; – der erste Pfostenabschnitt (104a) des ersten Verbindungsbalkens (104) mit einer Stirnfläche des zweiten Abschnitts (100b) des ersten Oszillators (10a) verbunden ist; – der zweite Pfostenabschnitt (104a) des ersten Verbindungsbalkens (104) mit einer Stirnfläche des vierten Abschnitts (100b) des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist; – der dritte Pfostenabschnitt (105a) des zweiten Verbindungsbalkens (105) mit einer Rückseitenoberfläche des zweiten Abschnitts (100b) des ersten Oszillators (10a) verbunden ist; – der vierte Pfostenabschnitt (105a) des zweiten Verbindungsbalkens (105) mit einer Rückseitenoberfläche des vierten Abschnitts (100b) des zweiten Oszillators (10b) verbunden ist; – das erste Ende des ersten Abschnitts (100a) des ersten Oszillators (10a) dichter zum zweiten Oszillator (10b) angeordnet ist als das zweite Ende des ersten Abschnitts (100a) des ersten Oszillators (10a); und – das erste Ende des dritten Abschnitts (100a) des zweiten Oszillators (10b) dichter zum ersten Oszillator (10a) angeordnet ist als das zweite Ende des dritten Abschnitts (100a) des zweiten Oszillators (10b).
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Verbindungsbalken (104, 105) aus Silizium, Metall, Harz, Glas, Keramik oder einer Mischung aus wenigstens zwei dieser Materialien aufgebaut sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Verbindungsbalken (104, 105) bogenförmig ausgebildet sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Verbindungsbalken (104, 105) kreisförmig ausgebildet sind.
Winkelgeschwindigkeitssensor mit: – wenigstens zwei Sensoreinheiten (10a, 10b), von denen jede aufweist: – ein Ansteuergewicht (100), das in einer ersten Richtung beweglich ist; – ein Erfassungsgewicht (101), das in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beweglich ist; und – ein Mittelgewicht (600), das zwischen dem Ansteuergewicht (100) und dem Erfassungsgewicht (101) angeordnet ist, wobei das Mittelgewicht (600) dazu ausgelegt ist, sich in der ersten Richtung zu bewegen, wenn sich das Ansteuergewicht (100) in der ersten Richtung bewegt, und das Mittelgewicht (600) dazu ausgelegt ist, zu bewirken, dass sich das Erfassungsgewicht (101) in der zweiten Richtung bewegt, wenn sich das Mittelgewicht (600) in der zweiten Richtung bewegt; und – einem Verbindungsbalken (104), der dazu ausgelegt ist, die Mittelgewichte (600) der wenigstens zwei Sensoreinheiten (10a, 10b) miteinander zu verbinden, indem er die Ansteuergewichte (100) der wenigstens zwei Sensoreinheiten (10a, 10b) oder die Erfassungsgewichte (101) der wenigstens zwei Sensoreinheiten (10a, 10b) überquert.