DE112013006495B4

DE112013006495B4 - Trägheitssensor

Info

Publication number: DE112013006495B4
Application number: DE112013006495.2T
Authority: DE
Inventors: Heewon JEONG; Kiyoko Yamanaka; Masahide Hayashi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: US9804188B2; WO2014115404A1; DE112013006495T5; JP2014142268A; JP5978140B2; US20150355218A1

Abstract

Trägheitssensor umfassend:
(a) einen Massekörper umfassend einen sich in einer ersten Richtung erstreckenden ersten Bereich, einen sich in der ersten Richtung erstreckenden zweiten Bereich als ein vorgegebener Abstand zum ersten Bereich in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung und einen sich in der zweiten Richtung erstreckenden dritten Bereich zum Koppeln mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, wobei der Massekörper in der ersten Richtung verschiebbar ist;
(b) einen mit dem ersten Bereich über einen ersten Stützträger verbundenen ersten Befestigungsabschnitt;
(c) einen mit dem zweiten Bereich über einen zweiten Stützträger verbundenen zweiten Befestigungsabschnitt;
(d) einen dritten Befestigungsabschnitt;
(e) einen mit dem dritten Befestigungsabschnitt verbundenen und sich in der zweiten Richtung erstreckenden erweiterten Abschnitt;
(f) einen den erweiterten Abschnitt und den dritten Bereich verbindenden dritten Stützträger; und
(g) einen den erweiterten Abschnitt und den dritten Bereich verbindenden vierten Stützträger, wobei der dritte Stützträger und der vierte Stützträger einander gegenüberliegend in Bezug zu einer den dritten Befestigungsabschnitt passierenden und sich in der ersten Richtung erstreckenden virtuellen Linie angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Trägheitssensoren und beispielsweise Technologie zur Anwendung an einem Trägheitssensor, der die Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit durch Erfassen einer physikalischen Größe aufgrund der Verschiebung eines Massenkörpers, die entsprechend des Einwirkens von Beschleunigung oder Winkelgeschwindigkeit auftritt, misst.
HINTERGRUND
Das japanische Patent JP 4 734 756 B2 (Patentdokument 1) beschreibt eine Struktur, bei der vier Befestigungsabschnitte an vier Ecken eines Gewichts angeordnet sind und das Gewicht und jeder der vier Befestigungsabschnitte über Stützträger verbunden sind.
Das japanische Patent JP 5 037 690 B2 (Patentdokument 2) beschreibt eine Technologie zum Verhindern der Verschlechterung der Messgenauigkeit aufgrund von Schwankungen der Erfassungsempfindlichkeit eines Trägheitssensors durch Verhindern von Schwankungen der Eigenfrequenz des Trägheitssensors durch Spannung. Insbesondere bei einem Federsystem, bei dem ein beweglicher Abschnitt und eine Vielzahl damit verbundener Träger kombiniert sind, heben sich eine Zunahme einer Federkonstante durch auf einen Träger einwirkende Zugspannung und eine Abnahme einer Federkonstante durch auf einen anderen Träger einwirkende Druckspannung gegenseitig auf.
Das Nicht-Patent-Dokument 1 beschreibt eine Struktur eines Trägheitssensors, bei der ein Massekörper mit offenem Ende an drei Punkten gestützt wird, wobei symmetrische Stützträger an zwei Punkten an einem offenen Ende angeordnet sind und der Massekörper auf einer mittleren Achse am verbleibenden einen Punkt verbunden ist.
LITERATUR ÜBER DEN EINSCHLÄGIGEN STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP 4 734 756 B2
Patentdokument 2: JP 5 037 690 B2

NICHT-PATENT-LITERATUR
Nicht-Patent-Dokument 1: M. Degawa, et al., „LATERALLY-DRIVEN DEFORMATION-ROBUST MEMS GYROSCOPES WITH THREE SETS OF SYMMETRICALLY ARRANGED FOLDED-BEAM SUSPENSIONS", Solid-State Sensors,. Actuators and Microsystems Conference, 2009. TRANSDUCERS 2009. International, 21.-25. Juni 2009, S. 664-667.
ZUSAMMENFASSUNG
DURCH DIE ERFINDUNG GELÖSTE AUFGABEN
Als ein spezifisches Anwendungsbeispiel eines Trägheitssensors gibt es beispielsweise ein Antischleudersystem eines Fahrzeugs. Dieses System bestimmt das Schleudern eines Fahrzeugs durch Vergleichen eines Werts (eines Eingabewerts) eines an einem Lenkrad montierten Lenkwinkelsensors und eines Ausgabewerts (eines tatsächlich gemessenen Werts) eines im Antischleudersystem integrierten Trägheitssensors und steuert auf Basis des Ergebnisses eine Motorleistung und eine Bremskraft an jeder der vier Räder zum Bewirken einer Steuerung, um ein Schleudern des Fahrzeugkörpers zu verhindern.
Beim bestehenden Antischleudersystem sind entsprechende Komponenten wie ein elektronisches Steuergerät für die Bremssteuerung, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Bremsdruck konfiguriert aus einem Hydraulikmotor und ein Magnetventil zum Abzweigen von Bremsdruck u. Ä. in einem Motorraum angeordnet. Da hingegen der Trägheitssensor eine wichtige Komponente für die Bremssteuerung darstellt und bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor ein Resonanzphänomen genutzt wird, ist der Trägheitssensor innerhalb des Fahrzeugs montiert, wo Maßnahmen zum Beseitigen und Dämpfen von Schwingungen einfach mit relativ geringer Temperaturänderung und Schwingungsstörung getroffen werden können.
Daher besteht das Antischleudersystem zusätzlich zum Trägheitssensor, zum elektronischen Steuergerät und zur Druckerzeugungsvorrichtung aus einem Microcomputer zur CAN-Kommunikation (Controller-Area-Network-Kommunikation), einem Kabel zum Übertragen eines Signals vom Innenraum des Fahrzeugs zum Inneren des Motorraums, Halterungen zum Befestigen des Trägheitssensors und zum Beseitigen und Dämpfen von Schwingungen u. Ä., was ein Problem in Form von Zusatzkosten darstellt.
Daher gab es in den letzten Jahren zur Senkung der Kosten von Antischleudersystemen einen Trend, den Trägheitssensor als eine elektronische Komponente auf der Platine eines elektronischen Steuergeräts für die hydraulische Steuerung zusammen mit einem weiteren integrierten Schaltkreis (LSI) und einem Chipkondensator zu implementieren. Wenn aber der interne Sensor nicht im Fahrzeug implementiert ist, sondern auf der Platine eines elektronischen Steuergeräts für die hydraulische Steuerung implementiert ist, ist die Platine des elektronischen Steuergeräts für die hydraulische Steuerung im Motorraum angeordnet und der Trägheitssensor muss daher Temperaturschwankungen im Motorraum und harten Umgebungsbedingungen, etwa mit Schwingungen, standhalten können. Insbesondere Schwingungen durch den Betrieb des Hydraulikmotors und des Magnetventils in Verbindung mit der Bremssteuerung umfassen stoßartige Schwingungen zusammen mit zyklischen Schwingungen des Ventils. Somit unterliegt der Trägheitssensor einer Umgebung mit einer hohen Temperatur (etwa 125 °C) , von der nicht auszugehen ist, wenn der Trägheitssensor wie üblich innerhalb des Fahrzeugs verwendet wird, wobei Schwingungen in einem breiten Frequenzband entsprechend einem mehrzehnfachen g-Wert bis maximal einem mehrhundertfachen g-Wert auftreten.
Daher müssen zur Senkung der Kosten von Antischleudersystemen bei Montage des Trägheitssensors auf der Platine des elektronischen Steuergeräts für die hydraulische Steuerung Vorkehrungen gegen Störungen durch Temperaturänderung und Schwingungen getroffen werden, um die Leistung des Trägheitssensors zu erhalten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Trägheitssensors, der nicht anfällig für Störungen durch Temperaturänderung und Schwingungen in der Einsatzumgebung des Trägheitssensors (gegen diese beständig) ist.
Andere Probleme und neuartige Merkmale werden aus der Beschreibung der Patentschrift und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
Ein Trägheitssensor in einer Ausführungsform umfasst (a) einen Massekörper, umfassend einen sich in einer ersten Richtung erstreckenden Bereich, einen sich in der ersten Richtung erstreckenden zweiten Bereich als ein vorgegebener Abstand zum ersten Bereich in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung und einen, sich in der zweiten Richtung erstreckenden dritten Bereich zum Koppeln mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, wobei der Massekörper in der ersten Richtung verschiebbar ist. Der Trägheitssensor umfasst ferner (b) einen ersten mit dem ersten Bereich über einen ersten Stützträger verbundenen Befestigungsabschnitt, (c) einen mit dem zweiten Bereich über einen zweiten Stützträger verbundenen zweiten Befestigungsabschnitt, (d) einen dritten Befestigungsabschnitt, (e) einen mit dem dritten Befestigungsabschnitt verbundenen und sich in der zweiten Richtung erstreckenden erweiterten Abschnitt, (f) ein den erweiterten Abschnitt und den dritten Bereich verbindenden dritten Stützträger und (g) einen, den erweiterten Abschnitt und den dritten Bereich verbindenden vierten Stützträger. Der dritte Stützträger und der vierte Stützträger sind hier einander gegenüberliegend in Bezug zu einer den dritten Befestigungsabschnitt passierenden und sich in der ersten Richtung erstreckenden virtuellen Linie angeordnet.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Trägheitssensor bereitgestellt werden, der nicht anfällig für Störungen durch Temperaturänderung und Schwingungen in der Einsatzumgebung ist.
Figurenliste

1 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Frequenzmerkmale eines Beschleunigungssensors;
2 zeigt einen schematischen Graphen zur Darstellung der Frequenzabhängigkeit von 1/f-Rauschen;
3 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Frequenzmerkmale in einem Beschleunigungssensor in einer Dreipunkt-Stützstruktur;
4 zeigt einen Graphen zur Darstellung eines Beispiels, bei dem Eigenfrequenz zu einem Hochfrequenzband im Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur verschoben wird;
5 zeigt einen Graphen zur Darstellung eines weiteren Beispiels, bei dem Eigenfrequenz zu einem Hochfrequenzband im Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur verschoben wird;
6 zeigt einen Graphen zur Darstellung einer technischen Idee, bei der nicht nur ein Schwingungsmodus der Schwingung bei Eigenfrequenz, sondern auch ein unerwünschter Modus durch Rotation und Torsion zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen verschoben wird;
7 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung einer Gesamtstruktur des Sensorelements in der ersten Ausführungsform;
8 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung einer Schnittstruktur eines Sensorelements in der ersten Ausführungsform;
9 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer planaren Struktur des Sensorelements in der ersten Ausführungsform;
10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung eines Zustands, bei dem Verformung in einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, der einen Teil eines Massekörpers konfiguriert, aufgrund einer Substratverzerrung auftritt;
11 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Schaltkreisstruktur des Beschleunigungssensors in der ersten Ausführungsform;
12 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Struktur eines Sensorelements in einem ersten Änderungsbeispiel;
13 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Struktur eines Sensorelements in einem zweiten Änderungsbeispiel;
14 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer planaren Struktur eines Sensorelements eines Winkelgeschwindigkeitssensors in einer zweiten Ausführungsform;
15 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Schaltkreisstruktur zur Steuerung der Ansteuerschwingung des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform; und
16 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung der Struktur eines Erfassungsschaltkreises des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In den folgenden Ausführungsformen erfolgt die Beschreibung durch Unterteilung in eine Vielzahl von Abschnitten oder Ausführungsformen, wenn dies zur Vereinfachung erforderlich ist. Diese sind aber nicht voneinander unabhängig, es sei denn dies ist ausdrücklich angegeben, und weisen insofern eine Beziehung zueinander auf, als sie Änderungsbeispiele, Details, Zusatzbeschreibungen o. Ä. einer Gesamtheit oder Teile von anderen darstellen.
Ebenso, wenn in den folgenden Ausführungsformen auf die Zahl von Elementen u. Ä. Bezug genommen wird (einschließlich eine Anzahl, ein numerischer Wert, eine Menge, ein Bereich u. Ä. ) , ist die Zahl nicht auf diese spezifische Zahl beschränkt und kann größer oder kleiner als die spezifische Zahl sein, es sei denn es ist spezifisch ausdrücklich angegeben oder eindeutig als auf eine spezifische Zahl grundsätzlich beschränkt zu verstehen.
Ferner gilt in den folgenden Ausführungsformen selbstverständlich auch, dass Komponenten (einschließlich Elementschritte u. Ä. ) nicht notwendigerweise unverzichtbar sind, es sei denn es ist spezifisch ausdrücklich angegeben oder eindeutig als grundsätzlich unverzichtbar zu verstehen.
Ähnlich gilt in den folgenden Ausführungsformen, dass, wenn auf die Form, die Positionsbeziehung u. Ä. Bezug genommen wird, dies eine Form u. Ä. im Wesentlichen annähernd oder ähnlich dieser o. Ä. umfasst, es sei denn es ist spezifisch ausdrücklich angegeben oder eindeutig nicht so zu verstehen. Dies gilt auch für den numerischen Wert oder Bereich wie zuvor beschrieben.
Ebenso sind in allen Zeichnungen zur Beschreibung der Ausführungsformen identische Elemente grundsätzlich mit dem gleichen Bezugszeichen versehen und nicht wiederholt beschrieben. Es ist zu beachten, dass auch eine Draufsicht schraffiert sein kann, um die Zeichnung einfacher verständlich zu gestalten.
(Erste Ausführungsform)
<Beschreibung von einschlägiger Technologie>
In der ersten Ausführungsform wird ein Beschleunigungssensor zur Beschreibung als ein Beispiel für den Trägheitssensor verwendet.
Zunächst werden die grundlegenden Betriebsprinzipien eines allgemeinen Beschleunigungssensors kurz beschrieben. Der Beschleunigungssensor weist beispielsweise einen Massekörper auf, der in einer X-Richtung als einer ersten Richtung verschoben werden kann. Das heißt wenn in der X-Richtung eine Beschleunigung einwirkt, wird der Massekörper in der X-Richtung verschoben. In diesem Massekörper ist eine bewegliche Elektrode zur Erfassung ausgeformt und ist eine feste Elektrode zur Erfassung so ausgeformt, dass diese zur beweglichen Elektrode zur Erfassung zeigt. Wenn in diesem Fall der Massekörper verschoben wird, wird die bewegliche Elektrode zur Erfassung entsprechend verschoben. Die feste Elektrode zur Erfassung wiederum bleibt fest und wird nicht verschoben. Wenn daher Beschleunigung in der X-Richtung zum Verschieben des Massekörpers einwirkt, ändert sich ein Zwischenelektrodenabstand eines kapazitiven Elements, gebildet aus der beweglichen Elektrode zur Erfassung und der festen Elektrode zur Erfassung. Die Änderung des Zwischenelektrodenabstands des kapazitiven Elements bedeutet, dass sich die elektrische Kapazität (elektrostatische Kapazität) des kapazitiven Elements ändert. Wenn somit Beschleunigung in der X-Richtung einwirkt, wird der Massekörper in der X-Richtung verschoben und es ändert sich in Folge die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements. Diese Kapazitanzänderung wird in einem Spannungswandelabschnitt in ein Spannungssignal umgewandelt und es wird auf Basis des umgewandelten elektrischen Signals vom Beschleunigungssensor ein Beschleunigungssignal ausgegeben. Gemäß der vorhergehenden Beschreibung wird die auf den Beschleunigungssensor einwirkende Beschleunigung als Kapazitanzänderung des kapazitiven Elements erfasst, die erfasste Kapazitanzänderung in ein Spannungssignal umgewandelt und vom Beschleunigungssensor ein Beschleunigungssignal ausgegeben.
Der Beschleunigungssensor ist so konfiguriert, dass der Massekörper verschoben wird, wenn Beschleunigung von außen einwirkt. Das heißt der Beschleunigungssensor ist so konfiguriert, dass der Massekörper verschoben wird, wenn Beschleunigung von außen einwirkt, und diese Verschiebung des Massekörpers wird als eine Änderung der elektrischen Kapazität (elektrostatischen Kapazität) zum Erfassen der Beschleunigung verwendet.
Der Beschleunigungssensor ist daher aus einem Massekörper sowie einem elastisch verformbaren Träger zum Verbinden dieses Massekörpers und einem Befestigungsabschnitt konfiguriert. Folglich ist im Beschleunigungssensor ein aus dem Massekörper und dem Träger konfiguriertes Schwingungssystem konfiguriert. Dies führt dazu, dass der Beschleunigungssensor eine durch die Masse des Massekörpers und die Federkonstante des Trägers definierte Eigenfrequenz aufweist.
1 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Frequenzmerkmale eines Beschleunigungssensors. In 1 stellt die horizontale Achse die Winkelfrequenz ω (=2πf) eines Schwingungssystems zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors und die vertikale Achse die Höhe der Amplitude des Schwingungssystems dar. Wie in 1 dargestellt, erweist sich, dass beispielsweise im Schwingungssystem zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors bei einer Winkelfrequenz ω0 eine Spitze auftritt. Dies bedeutet, dass das Schwingungssystem zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors bei der Winkelfrequenz ω0 zum Schwingen neigt. Diese Winkelfrequenz ω0 entspricht der Eigenfrequenz und das Schwingungssystem zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors tritt bei dieser Eigenfrequenz .in Resonanz. Daher wird eine Frequenz, die der Eigenfrequenz entspricht, auch als Resonanzfrequenz bezeichnet.
Zum Erfassen der Beschleunigung durch den Beschleunigungssensor ist diese Eigenfrequenz an sich unnötig, aber ist vorhanden, da das Schwingungssystem im Beschleunigungssensor konfiguriert ist. Zum Verbessern der Erfassungsgenauigkeit des Beschleunigungssensors ist die Eigenfrequenz zu berücksichtigen. 028 Das heißt, das Rauschen ist wünschenswerterweise in einem Frequenzband geringer, in dem die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors vorliegt. Wenn nämlich im Frequenzband Rauschen vorhanden ist, in dem die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors vorliegt, tritt die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors mit dem Rauschen in Resonanz, das der Schwingungsstörung entspricht, wodurch ein Schwingen des Massekörpers bewirkt wird. Das heißt, obwohl keine Beschleunigung von außen einwirkt, tritt die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors mit dem Rauschen in Resonanz, das der Schwingungsstörung entspricht, wodurch ein starkes Schwingen des Massekörpers bewirkt wird, wobei Störungen in Form von fehlerhaftem Betrieb, wie wenn Beschleunigung von außen einwirken würde, und darüber hinaus Fehler im Beschleunigungssensor auftreten. Aufgrund der vorhergehenden Beschreibung muss beim Beschleunigungssensor die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors vom Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung durch Konfigurieren des Beschleunigungssensors solcherart, dass die Eigenfrequenz in einem Frequenzband mit weniger Rauschen vorliegt, getrennt werden.
Gemäß diesem Punkt ist in der Umgebung der Peripherie einer Stelle, an welcher der Beschleunigungssensor angeordnet ist, Rauschen mit der Bezeichnung 1/f-Rauschen vorhanden. 2 zeigt einen schematischen Graphen zur Darstellung der Frequenzabhängigkeit von 1/f-Rauschen. In 2 stellt die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse die Stärke des 1/f-Rauschens dar. Wie in 2 dargestellt, ist das 1/f-Rauschen umgekehrt proportional zur Frequenz und besitzt die Eigenart, bei Sinken der Frequenz eines Signals stärker zu werden und bei Steigen der Frequenz des Signals schwächer zu werden.
Somit wird das 1/f-Rauschen ebenfalls stärker, wenn die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors in einem Niederfrequenzband vorliegt. Die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors tritt somit mit dem Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung in Resonanz, wodurch die Störung durch ein Schwingen des Massekörpers ohne Einwirken von Geschwindigkeit von außen zunimmt. Daher erweist sich, dass bei Berücksichtigung von 1/f-Rauschen als Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors wünschenswerterweise zu einem Hochfrequenzband mit weniger 1/f-Rauschen verschoben wird. Das heißt, es erweist sich, dass es bei Berücksichtigung von 1/f-Rauschen zum vorteilhaften Trennen der Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors vom Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung wesentlich ist, den Beschleunigungssensor so zu konfigurieren, dass die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors in möglichst großem Umfang zu einem Hochfrequenzband verschoben wird.
Hier wird in der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie durch einfaches Stützen der vier Ecken des Massekörpers durch Träger der Massekörper aufgehängt, um ein Schwingungssystem zu konfigurieren. Im Falle dieser Technologie kann durch Anpassen der Länge von jedem Träger die Federkonstante des Trägers einfach geändert werden. Dadurch kann die durch die Masse des Massekörpers und die Federkonstante des Trägers definierte Eigenfrequenz einfach angepasst werden. Das heißt, im in Patentdokument 1 beschriebenen Schwingungssystem kann davon ausgegangen werden, dass die Eigenfrequenz einfach zu einem Hochfrequenzband verschoben werden kann, wodurch ein einfaches Trennen der Schwingungsstörung in Form von 1/f-Rauschen von der Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors möglich ist.
Im Beschleunigungssensor sind aber zusätzlich zu Maßnahmen gegen Schwingungsstörungen auch Maßnahmen gegen Temperaturänderungen erforderlich. Beispielsweise treten eine Verzerrung aufgrund einer Temperaturänderung der Peripherie der Stelle, an welcher der Beschleunigungssensor angeordnet ist, und eine Änderung eines implementierten Elements des Beschleunigungssensors im Laufe der Zeit auf. In der Folge tritt eine interne Spannung im Träger zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors auf, wodurch sich die Federkonstante des Trägers ändert. Eine Änderung der Federkonstante des Trägers bedeutet, dass sich die durch die Masse des Massekörpers und die Federkonstante des Trägers definierte Eigenfrequenz ändert. Eine Änderung der Eigenfrequenz bedeutet, dass charakteristische Schwankungen des Beschleunigungssensors auftreten. Um somit charakteristische Schwankungen des Beschleunigungssensors zu vermeiden, werden Maßnahmen gegen eine Temperaturänderung der Peripherie der Stelle, an welcher der Beschleunigungssensor angeordnet ist, getroffen.
Gemäß diesem Punkt weist gemäß der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie der Massekörper eine verformungsbeständige Struktur auf. Daher tritt, wenn eine Verzerrung im Beschleunigungssensor aufgrund einer Änderung eines implementierten Teils im Laufe der Zeit und aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur erfolgt, interne Spannung bevorzugt im Träger zum Aufhängen des Massekörpers auf, um diese Verzerrung zu absorbieren. In der Folge neigt bei der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie die Federkonstante des Trägers durch auf den Träger einwirkende interne Spannung zum Ändern und neigt die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors zum Schwanken. Das heißt, bei der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie ist die Struktur so beschaffen, dass Schwankungen in der Eigenfrequenz dazu neigen, aufgrund einer Änderung eines implementierten Teils im Laufe der Zeit und aufgrund einer Änderung der Umgebungstemperatur aufzutreten, wodurch Störungen in Form von charakteristischen Schwankungen des Beschleunigungssensors auftreten.
Im Allgemeinen werden bei charakteristischen Schwankungen des Beschleunigungssensors aufgrund einer Änderung eines implementierten Teils im Laufe der Zeit oder einer Änderung der Umgebungstemperatur eine anfängliche charakteristische Korrektur und eine elektrische Korrektur zum absichtlichen Herbeiführen einer Änderung der Umgebungstemperatur, so dass eine Charakteristik an jedem Temperaturpunkt innerhalb eines Spezifikationsbereichs liegt, durchgeführt. Daher ist bei der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie ein Prüfen der Leistung an vielen Temperaturpunkten und ein Durchführen komplexer arithmetischer Korrekturvorgänge erforderlich, wodurch ein Problem in Form eines Anstiegs der Fertigungskosten auftritt. Das heißt, wenn ein Ausgabewert vom Beschleunigungssensor an jedem Temperaturpunkt nichtlineares Verhalten zeigt, sind Ausgabewerte an vielen Temperaturpunkten und komplexe arithmetische Korrekturvorgänge erforderlich, was zu höheren Fertigungskosten führt.
Ferner ändert sich, selbst wenn die Schwingungsstörung in Form von 1/f-Rauschen und die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors getrennt sind, wenn eine Schwingungsstörung in einem Frequenzband angrenzend zur Eigenfrequenz vorhanden ist, die Eigenfrequenz mit der Temperaturänderung. Somit kann davon ausgegangen werden, dass sich die Eigenfrequenz und die Schwingungsstörung bei einer spezifischen Temperatur ggf. anpassen. In diesem Fall treten Störungen durch fehlerhaften Betrieb und Fehler des Beschleunigungssensors auf.
Aus der vorhergehenden Beschreibung erweist sich bei der im Patentdokument 1 beschriebenen Technologie, dass Maßnahmen gegen Schwingungsstörungen einfach sind, während Maßnahmen gegen Temperaturänderungen komplex sind. Das heißt, während die im Patentdokument 1 beschriebene Technologie ein einfaches Durchführen der Trennung von Schwingungsstörung und Eigenfrequenz ermöglicht, besteht ein Spielraum für Verbesserung, um Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen zu verhindern.
Daher wurde die im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebene Technologie vorgeschlagen. Beim im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Beschleunigungssensor wird ein Massekörper mit offenem Ende an drei Punkten gestützt, wobei symmetrische Stützträger an zwei Punkten an einem offenen Ende angeordnet sind und der Massekörper auf einer mittleren Achse am verbleibenden einen Punkt verbunden ist.
Gemäß dem wie zuvor strukturierten Beschleunigungssensor kann die Federkonstante des Stützträgers einfach durch Anpassen der Länge des Stützträgers geändert werden. Somit kann die durch die Masse des Massekörpers und die Federkonstante des Trägers definierte Eigenfrequenz einfach angepasst werden. Das heißt, im in Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Schwingungssystem kann ebenfalls die Eigenfrequenz einfach zu einem Hochfrequenzband verschoben werden, wodurch ein einfaches Trennen der Schwingungsstörung in Form von 1/f-Rauschen von der Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors möglich ist.
Ferner absorbiert gemäß dem im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Beschleunigungssensor beispielsweise beim Auftreten einer Verzerrung im Beschleunigungssensor aufgrund beispielsweise einer Temperaturänderung die Verformung des Massekörpers mit offenem Ende einen Teil der Verzerrung. Die verbleibende Verzerrung wirkt dann als interne Spannung der symmetrischen Stützträger zusätzlich ein. Hier sind die symmetrischen Stützträger so konfiguriert, dass bei Einwirken von Zugspannung auf einen Stützträger auf den anderen Stützträger Druckspannung einwirkt. In der Folge heben sich insgesamt bei den symmetrischen Stützträgern Zugspannung und Druckspannung gegenseitig auf. Somit werden insgesamt bei den symmetrischen Stützträgern Schwankungen der Federkonstante vermieden. Das heißt, es können bei der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Technologie Schwankungen der Federkonstante des Stützträgers aufgrund des Verzerrens durch Temperaturänderungen o. Ä. durch Einsatz eines Massekörpers mit offenem Ende und Einsatz von symmetrischen Stützträgern vermieden werden. Da Schwankungen der Federkonstante bei der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Technologie vermieden werden können, erweist sich daher, dass Schwankungen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems aufgrund von Temperaturänderungen vermieden werden können.
Es ergibt sich daraus, dass gemäß der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Technologie, selbst wenn eine Temperaturänderung in einem breiten Bereich eintritt, Schwankungen der Eigenfrequenz im Schwingungssystem vermieden werden können und daher eine Temperaturcharakteristikkorrektur durch einen Signalverarbeitungsschaltkreis in großem Umfang nicht erforderlich ist. Somit kann gemäß der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Technologie eine hohe Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors, eine Verkleinerung des Signalverarbeitungsschaltkreises und eine Vereinfachung der Temperaturcharakteristikkorrektur zum Zeitpunkt des Versands des Beschleunigungssensors erzielt werden, wodurch die Kosten des Beschleunigungssensors gesenkt werden.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, dass die im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebene Technologie problemlos zum Treffen von Maßnahmen gegen Schwingungsstörungen verwendet werden und ebenfalls ausreichend Temperaturänderungen aushalten kann. Das heißt die im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebene Technologie kann problemlos eine Trennung von Schwingungsstörung und Eigenfrequenz durchführen und ebenfalls ausreichend Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen vermeiden.
Allerdings hat der Erfinder durch Untersuchen der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Technologie herausgefunden, dass es weiteren Spielraum für Verbesserungen beim im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur gibt. Das heißt die im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebene Technologie bietet einen Spielraum für Verbesserungen spezifisch bei der Dreipunkt-Stützstruktur. Dieser Punkt ist nachfolgend beschrieben.
Beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur gibt es zusätzlich zum Schwingungsmodus der Schwingung bei Eigenfrequenz in beispielsweise einer erster Richtung (X-Richtung) auch einen Modus durch Rotation und Torsion um eine mittlere Achse. Hier in der Patentschrift wird bei der Dreipunkt-Stützstruktur der Modus durch Rotation und Torsion um die mittlere Achse als ein unerwünschter Modus betrachtet. Das heißt beim Schwingungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur gibt es zusätzlich zum Schwingungsmodus der Schwingung bei Eigenfrequenz auch den unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion. In diesem Fall gibt es beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur Spielraum für Verbesserungen aufgrund des Vorhandenseins des unerwünschten Modus.
3 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Frequenzmerkmale des Beschleunigungssensors in der Dreipunkt-Stützstruktur. In 3 stellt die horizontale Achse die Winkelfrequenz ω eines Schwingungssystems zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors in der Dreipunkt-Stützstruktur und die vertikale Achse die Höhe der Amplitude des Schwingungssystems dar. Wie in 3 beispielsweise dargestellt, ist beim Schwingungssystem zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors in der Dreipunkt-Stützstruktur eine Spitze bei einer Winkelfrequenz ω0 vorhanden. Dies bedeutet, dass das Schwingungssystem zum Konfigurieren des Beschleunigungssensors in der Dreipunkt-Stützstruktur bei der Winkelfrequenz ω0 zum Schwingen neigt. Diese Winkelfrequenz ω0 entspricht der Eigenfrequenz und die Spitze bei der Winkelfrequenz ω0 ist eine Spitze entsprechend dem Schwingungsmodus der Schwingung bei Eigenfrequenz.
Ferner, wie in 3 dargestellt, gibt es beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur ebenfalls eine Spitze bei einer Winkelgeschwindigkeit ω1. Diese Spitze bei der Winkelfrequenz ω1 ist eine Spitze entsprechend dem unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion. Daher erweist sich beim Schwingungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur, dass der Schwingungsmodus der Schwingung bei Eigenfrequenz und der unerwünschte Modus durch Rotation und Torsion vorhanden sind. JHier ist es unter Berücksichtigung von 1/f-Rauschen beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur erforderlich, vorteilhafterweise die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus vom Rauschen entsprechend der Schwingungsverzerrung zu trennen. Hierbei erweist sich beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur ebenfalls, dass der Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur so konfiguriert werden muss, dass die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus in möglichst großem Umfang zu einem Hochfrequenzband verschoben wird.
4 zeigt einen Graphen zur Darstellung eines Beispiels, bei dem die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einem Hochfrequenzband im Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur verschoben wird. Wie aus 4 zu ersehen ist, überlappen sich beispielsweise die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion und die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus in Folge des Verschiebens der Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einem Hochfrequenzband. Da in diesem Fall Schwingungsmodus und unerwünschter Modus vermischt werden, ist die Möglichkeit des Auftretens von fehlerhaftem Betrieb im Beschleunigungssensor größer.
Andererseits zeigt 5 einen Graphen zur Darstellung eines weiteren Beispiels, bei dem die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einem Hochfrequenzband im Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur verschoben wird. Wie aus 5 zu ersehen ist, ist die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus in Folge des Verschiebens der Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einem Hochfrequenzband an einer Hochfrequenzbandseite des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion ohne Überlappen von Schwingungsmodus und unerwünschtem Modus angeordnet. Das heißt, wie in 5 dargestellt, ist beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur davon auszugehen, dass die Schwingungsstörung in Form von 1/f-Rauschen und die Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors problemlos durch Verschieben der Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einem Hochfrequenzband getrennt werden können, so dass der Schwingungsmodus und der unerwünschte Modus nicht überlappen.
Beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur ist der unerwünschte Modus durch Rotation und Torsion vorhanden. Daher reicht das Verschieben der Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einer Hochfrequenzbandseite, damit sie nicht mit dem unerwünschten Modus überlappt, nicht aus, da die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus nach wie vor in einem Niederfrequenzband angeordnet ist. Wenn in diesem Fall die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion in einem Niederfrequenzband angeordnet ist, neigt der Beschleunigungssensor zur Beeinflussung durch 1/f-Rauschen. In der Folge tritt Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung mit der Eigenfrequenz des unerwünschten Modus in Resonanz, wodurch die Möglichkeit größer ist, dass der Massekörper unerwünschtes Verhalten in Form von Rotation und Torsion zeigt, obwohl keine Beschleunigung von außen einwirkt. Daher erweist sich, dass bei Berücksichtigung von 1/f-Rauschen als Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus ebenfalls wünschenswerterweise zu einem Hochfrequenzband mit weniger 1/f-Rauschen verschoben wird. Das heißt, es muss bei Berücksichtigung von 1/f-Rauschen vorteilhafterweise der unerwünschte Modus des Beschleunigungssensors in der Dreipunkt-Stützstruktur vom Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung getrennt werden, und es erweist sich, dass der Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur so zu konfigurieren ist, dass die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus in möglichst großem Umfang zu einem Hochfrequenzband verschoben wird.
Somit ist beim Beschleunigungssensor in der ersten Ausführungsform davon auszugehen, dass die Dreipunkt-Stützstruktur eingesetzt wird, um problemlos ein Trennen von Schwingungsstörung und Eigenfrequenz des Schwingungsmodus durchzuführen und ebenfalls ausreichend Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderung zu vermeiden. In der ersten Ausführungsform ist eine Vorkehrung getroffen, um ein spezifisches Problem beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur zu lösen. Nachfolgend wird der Beschleunigungssensor in der ersten Ausführungsform beschrieben, der mit dieser Vorkehrung ausgestattet ist.
<Grundlegende Idee in der ersten Ausführungsform>
Beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur sind der Schwingungsmodus der Schwingung bei Eigenfrequenz und der unerwünschte Modus durch Rotation und Torsion vorhanden. Somit reicht beim Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur das Verschieben der Eigenfrequenz des Schwingungsmodus zu einer Hochfrequenzbandseite alleine nicht aus, und es muss eine Struktur eingesetzt werden, bei der die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion ebenfalls zu einer Hochfrequenzbandseite verschoben wird. Das heißt, in der ersten Ausführungsform beispielsweise, wie in 6 dargestellt, wird, wenn 1/f-Rauschen als Rauschen entsprechend der Schwingungsstörung berücksichtigt wird, eine Struktur als grundlegende Idee eingesetzt, bei der nicht nur die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus, sondern auch die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen verschoben wird. Nachfolgend ist die Struktur des Beschleunigungssensors in der Dreipunkt-Stützstruktur zur Ausführung dieser grundlegenden Idee beschrieben.
<Gesamtstruktur des Beschleunigungssensors in der ersten Ausführungsform>
Zunächst wird die Gesamtstruktur des Beschleunigungssensors in der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 7 zeigt einen Querschnitt zur Darstellung der Gesamtstruktur eines Beschleunigungssensors S1 in der ersten Ausführungsform. Wie in 7 dargestellt, weist der Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform einen Halbleiterchip CHP1 auf einem Chipmontageabschnitt TAB, integral mit einer Leitung LD durch ein Klebematerial ADH1 ausgeformt, auf. Auf diesem Halbleiterchip CHP1 ist ein Sensorelement SE1 durch ein Klebematerial ADH2 montiert.
Hier im Halbleiterchip CHP1 ist beispielsweise ein integrierter Schaltkreis eines Halbleiterelements in Form eines MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) o. Ä. und von Mehrebenendrähten ausgeformt. Andererseits ist im Sensorelement SE1 beispielsweise eine Beschleunigungssensorstruktur mit einer Dreipunkt-Stützstruktur durch Halbleiter-Mikrobearbeitungstechnologie ausgeformt. Das heißt, beim Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform ist der Halbleiterchip CHP1 mit einem integrierten Schaltkreis ausgeformt und auf dem Sensorelement SE1 ist eine Struktur mit einer Dreipunkt-Stützstruktur ausgeformt. Durch elektrisches Verbinden des Halbleiterchips CHP1 und des Sensorelements SE1 ist der Beschleunigungssensor S1 in der Dreipunkt-Stützstruktur konfiguriert.
Daher sind beispielsweise das Sensorelement SE1 und der Halbleiterchip CHP1 elektrisch über beispielsweise einen aus einem Metalldraht ausgeformten Draht W1 verbunden, und der Halbleiterchip CHP1 und die Leitung LD sind über beispielsweise einen aus einem Metalldraht ausgeformten Draht W2 elektrisch verbunden.
Dadurch erfolgt in der Struktur in der im Sensorelement SE1 ausgeformten Dreipunkt-Stützstruktur ein Verschieben eines Massekörpers entsprechend der Beschleunigung, und dieses Verschieben des Massekörpers wird in einem im Sensorelement SE1 angeordneten Beschleunigungserfassungsabschnitt als eine Änderung der elektrischen Kapazität erfasst. Die im Beschleunigungserfassungsabschnitt im Sensorelement SE1 erfasste Änderung der elektrischen Kapazität wird an den elektrisch über den Draht W1 mit dem Sensorelement SE1 verbundenen Halbleiterchip CHP1 ausgegeben und einer Signalverarbeitung in einem im , Halbleiterchip CHP1 ausgeformten Signalverarbeitungsschaltkreis unterzogen. Anschließend wird ein Beschleunigungssignal an die elektrisch über den Draht W2 mit dem Halbleiterchip CHP1 verbundene Leitung LD ausgegeben.
Ferner werden beim Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform ein Teil des Sensorelements SE1, der Halbleiterchip CHP1, der Draht W1, der Draht W2 und die Leitung LD mit Harz MR bestehend aus Duroplast versiegelt. Der vorhergehend konfigurierte Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform ist beispielsweise zum Integrieren in ein übergeordnetes Systems zum Liefern des erfassten Beschleunigungssignals an das übergeordnete System konfiguriert.
<Schnittstruktur des Sensorelements in der ersten Ausführungsform>
Nachfolgend ist die Schnittstruktur des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform beschrieben. 8 zeigt eine schematische Ansicht zur Darstellung der Schnittstruktur des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform. In 8 wird für das Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform zum Ausformen von mechanischen Komponenten wie Massekörper, Befestigungsabschnitte und Träger, die nachfolgend beschrieben werden, beispielsweise ein auf einem Stützsubstrat 1a mit einer Isolierschicht 1b laminiertes Substrat 1S mit einer leitenden Schicht 1c verwendet. Das heißt, wie in 8 dargestellt, im Substrat 1S ist die Isolierschicht 1b auf dem Stützsubstrat 1a ausgeformt, und die leitende Schicht 1c ist auf dieser Isolierschicht 1b ausgeformt. Das Stützsubstrat besteht beispielsweise aus Silicium (Si) und die Isolierschicht 1b besteht beispielsweise aus Siliciumoxid (SiO₂) . Ferner besteht die auf der Isolierschicht 1b ausgeformte leitende Schicht 1c beispielsweise aus leitendem Silicium.
Die Gesamtstärke des Stützsubstrats 1a und der Isolierschicht 1b beträgt beispielsweise mehrzehnfache µm bis mehrhundertfache µm, und die leitende Schicht 1c weist eine Stärke von beispielsweise mehreren µm bis mehrzehnfachen (µm auf. In der ersten Ausführungsform beispielsweise wird das Substrat 1S, in dem leitendes Silicium als leitende Schicht 1C auf das Siliciumsubstrat (Stützsubstrat 1a), auf dem der Siliciumoxidfilm (Isolierschicht 1b) ausgeformt ist, laminiert ist, verwendet. Das Substrat 1S ist aber nicht darauf beschränkt und kann auf unterschiedliche Weise verändert werden. Beispielsweise kann leitendes Polysilicium mit Oberflächen-MEMS-Technologie oder beispielsweise Beschichtungsmetall wie Nickel (Ni) als leitende Schicht 1c verwendet werden.
Jede Komponente des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform wird durch Bearbeiten des Stützsubstrats 1a, der Isolierschicht 1b und der leitenden Schicht 1c ausgeformt. Insbesondere wird zunächst nach Aufbringen eines auf Licht oder Elektronenstrahlen reagierenden Resistfilms auf der Isolierschicht 1b der Resistfilm auf der Isolierschicht 1b mit Ausnahme eines Abschnitts, der mit einem Befestigungsabschnitt in Form eines Befestigungsabschnitts FU3 zu verbinden ist, durch ein photolithographisches Verfahren oder ein elektronenstrahllithographisches Verfahren entfernt.
Anschließend wird die Isolierschicht 1b durch Einsatz eines Trockenätzverfahrens mit reaktivem Ionenätzen (Reactive Ion Etching, RIE) oder eines Nassätzverfahrens mit Flusssäure entfernt. Ferner wird bei Bedarf ebenfalls ein Teil des freiliegenden Stützsubstrats 1a durch ein Trockenätzverfahren mit RIE oder ein Nassätzverfahren mit einem alkalischen chemischen Stoff wie TMAH oder KOH entfernt. Dadurch kann, wie in 8 dargestellt, ein Raum SP ausgeformt werden.
Anschließend wird nach Entfernen des auf der Isolierschicht 1b ausgeformten Resistfilms die leitende Schicht 1c mit der Isolierschicht 1b durch ein Hochtemperatur-Verbindungsverfahren, ein grenzflächenaktives Verbindungsverfahren o. Ä. verbunden. Mit einem photolithographischen Verfahren und einem Ätzverfahren auf dieser leitenden Schicht 1c können mechanische Komponenten des Sensorelements SE1 wie Massekörper MS, Befestigungsabschnitt FU3 und Träger ausgeformt werden.
Während der Raum SP so bereitgestellt wird, dass der Massekörper MS verschoben werden kann, wird der Raum SP so bereitgestellt, dass verhindert wird, dass der Massekörper MS durch statische Elektrizität o. Ä. am Stützsubstrat 1a haftet, und er ebenfalls als Sperre dient, die ein Verschieben des Massekörpers MS durch eine Einwirkung o. Ä. verhindert, so dass eine andere Komponente auf der gleichen leitenden Schicht 1c wie für den Befestigungsabschnitt FU3 und andere außer Kraft gesetzt wird. Ferner, wenn die mechanischen Komponenten wie der Massekörper MS zum Konfigurieren des Sensorelements Se1 hermetisch in einem Vakuumzustand verschlossen sind, kann durch Bereitstellen des Raums SP das Volumen eines durch das Stützsubstrat 1a und eine Abdeckung CAP ausgeformten luftdichten Raums vergrößert werden. Somit können, selbst wenn geringe Mengen an gasförmigen Molekülen von außen eindringen, ein Ausgasen durch einen organischen Stoff im luftdichten Raum oder eine chemische Reaktion für einen langen Zeitraum erfolgt, oder sich eine freie Wegdistanz von Luftmolekülen im luftdichten Raum durch eine Änderung der Umgebungstemperatur ändert, deren Folgen verringert werden. Daher kann gemäß der ersten Ausführungsform der Beschleunigungssensor S1 mit hervorragender langfristiger Zuverlässigkeit und Beständigkeit gegen Temperaturänderungen bereitgestellt werden.
In der Abdeckung CAP beispielsweise, wie in 8 dargestellt, ist ein Durchgangsloch bis zum Befestigungsabschnitt FU3 angeordnet. In diesem Durchgangsloch ist ein leitendes Material durch einen Isolierfilm IF1 zum Ausformen eines Kontaktlochs (durch eine Elektrode) VA eingebettet. Wie in 8 dargestellt, ist dieses Kontaktloch VA so ausgeformt, dass es elektrisch einen Teil der Abdeckung CAP durch den Isolierfilm IF1 isoliert und durch die Abdeckung CAP durchdringt. Ein mit dem Kontaktloch VA elektrisch verbundenes Pad PD1 ist über dem Isolierfilm IF1 der Abdeckung CAP ausgeformt. Mit diesem Pad PD1 beispielsweise ist der in 7 dargestellte Draht W1 verbunden. Andererseits hat ein Pad PD2 die Funktion zum Fixieren des Potentials eines leitenden Bereichs der Abdeckung CAP abweichend von einem Bereich, der für das Kontaktloch VA bei einem bestimmten Wert zu verwenden ist, und ist auf eine bestimmte Spannung im Halbleiterchip, an der Stelle, an welcher der Signalverarbeitungsschaltkreis ausgeformt ist, fixiert. Dadurch kann verhindert werden, dass elektromagnetisches Rauschen von außen den Beschleunigungssensor nachteilig beeinflussen kann.
Statt des für das Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform verwendete Substrat 1S kann ein SOI-Substrat (Silicon-On-Insulator-Substrat) mit einer dreischichtigen Struktur aus Silicium, Siliciumoxid und Silicium vorab verwendet werden. In diesem Fall wird die Isolierschicht 1b nach Bearbeiten der leitenden Schicht 1c entfernt.
<Planare Struktur des Sensorelements in der ersten Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine planare Struktur des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 9 zeigt eine Zeichnung zur Darstellung einer planaren Struktur des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform. Nachfolgend ist eine sich in einer seitlichen Richtung in der Zeichnung erstreckende Richtung als eine X-Richtung (erste Richtung) definiert und eine sich in einer Längsrichtung in der Zeichnung erstreckende Richtung als eine Y-Richtung definiert. Ferner ist eine Richtung senkrecht sowohl zur X-Richtung als auch zur Y-Richtung (eine Richtung senkrecht zur Papieroberfläche) als eine Z-Richtung definiert.
Im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform ist ein Schwingungssystem durch den Massekörper MS, die Stützträger BM1A bis BM1D, die Stützträger BM2A bis BM2D, einen Stützträger BM3 und einen Stützträger BM4 ausgeformt.
Der Massekörper MS ist in der X-Richtung als der ersten Richtung flexibel und wird in der Y-Richtung als der zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung durch die steifen Stützträger BM1A bis BM1D, die Stützträger BM2A bis BM2D, den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 gestützt.
In 9 ist beim Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform der Massekörper MS in der X-Richtung verschiebbar. Dieser Massekörper MS ist so konfiguriert, dass er einen in der X-Richtung verlängerten ersten Bereich P1, einen in der X-Richtung verlängerten zweiten Bereich P2 und einen sich in der Y-Richtung erstreckenden dritten Bereich P3, um den ersten Bereich P1 und den zweiten Bereich P2 zu koppeln, umfasst. Somit weist der Massekörper MS eine Form mit einer offenen Seite auf. Hier kann sich der sich in der Y-Richtung erstreckende dritte Bereich P3 in der Y-Richtung rechtwinklig zur X-Richtung erstrecken, muss aber nicht notwendigerweise parallel zur Y-Richtung sein, solange der dritte Bereich den ersten Bereich P1 und den zweiten Bereich P2 koppelt. Ferner ist der dritte Bereich P3 so konfiguriert, dass er in der X-Richtung und der Y-Richtung steif ist. Dadurch kann die Eigenfrequenz des in der X-Richtung schwingenden Schwingungssystems erhöht werden.
Der erste Bereich P1 ist so konfiguriert, dass er sich in der X-Richtung erstreckt, und der zweite Bereich P2 ist so konfiguriert, dass er sich in der X-Richtung als ein vorgegebener Abstand zum ersten Bereich P1 in der Y-Richtung rechtwinklig zur X-Richtung erstreckt. Der dritte Bereich P3 ist so konfiguriert, dass er sich in der Y-Richtung erstreckt, um mit dem ersten Bereich P1 und dem zweiten Bereich P2 gekoppelt zu werden.
Beispielsweise sind der erste Bereich P1 und der zweite Bereich P2 symmetrisch in Bezug zu einer virtuellen Linie IL1, die durch die Mitte in der Y-Richtung geht, angeordnet, und ist der dritte Bereich P3 so angeordnet, dass er den ersten Bereich P1 und den zweiten Bereich P2 verbindet. Ein vierter Bereich P4 ist so angeordnet, dass er in einer von erstem Bereich P2, zweitem Bereich P2 und drittem Bereich P3 konfigurierten Form angeordnet ist. Dieser vierte Bereich P4 ist mit dem ersten Bereich P1 über einen Befestigungsträger BM5 verbunden und ist mit dem zweiten Bereich P2 über einen Befestigungsträger BM6 verbunden.
Nahe einem Ende des ersten Bereichs P1 sind ein äußerer Befestigungsabschnitt OFU1A und ein äußerer Befestigungsabschnitt OFU1B angeordnet, und sind ebenfalls ein innerer Befestigungsabschnitt IFU1A und ein innerer Befestigungsabschnitt IFU1B angeordnet. Insbesondere sind der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A, der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B, der innere Befestigungsabschnitt IFU1A und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B auf der gleichen Seite in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet. Ferner sind der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A und der innere Befestigungsabschnitt IFU1A symmetrisch in Bezug zum ersten Bereich P1 angeordnet, und sind ebenfalls der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B in Bezug zum ersten Bereich P1 angeordnet.
Außerhalb des ersten Bereichs P1 ist ein freies Ende FP1 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1B verbunden, und das freie Ende FP1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1A verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A über den Stützträger BM1A verbunden und der Stützträger BM1B mit dem freien Ende FP1 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der erste Bereich P1 und das freie Ende FP1 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1B verbunden, und das freie Ende FP1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1A verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B ebenfalls über den Stützträger BM1A verbunden und der Stützträger BM1B mit dem freien Ende FP1 verbunden.
Ferner ist innerhalb des ersten Bereichs P1 ein freies Ende FP2 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP2 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1D verbunden, und das freie Ende FP2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1C verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1A über den Stützträger BM1C verbunden und der Stützträger BM1D mit dem freien Ende FP2 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der erste Bereich P1 und das freie Ende FP2 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1D verbunden, und das freie Ende FP2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1C verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B ebenfalls über den Stützträger BM1C verbunden und der Stützträger BM1D mit dem freien Ende FP2 verbunden.
Ebenfalls ist innerhalb des zweiten Bereichs P2 ein freies Ende FP3 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP3 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2B verbunden, und das freie Ende FP3 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2A verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2A über den Stützträger BM2A verbunden und der Stützträger BM2B mit dem freien Ende FP3 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP3 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2B verbunden, und das freie Ende FP3 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2A verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2B über den Stützträger BM2A verbunden und der Stützträger BM2B mit dem freien Ende FP3 verbunden.
Ferner ist außerhalb des zweiten Bereichs P2 ein freies Ende FP4 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP4 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2D verbunden, und das freie Ende FP4 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2C verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2A über den Stützträger BM2C verbunden und der Stützträger BM2D mit dem freien Ende FP4 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP4 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2D verbunden, und das freie Ende FP4 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2C verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2B ebenfalls über den Stützträger BM2C verbunden und der Stützträger BM2D mit dem freien Ende FP4 verbunden.
Als nächstes ist im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, der Befestigungsabschnitt FU3 auf der virtuellen Linie IL1 durch die Mitte in der Y-Richtung angeordnet. Mit diesem Befestigungsabschnitt FU3 ist ein sich in der Y-Richtung erstreckender erweiterter Abschnitt EXU verbunden. Dieser erweiterte Abschnitt EXU ist in der Y-Richtung verlängert und weist eine Breite in der X-Richtung auf, die im Vergleich zu den anderen Stützträgern BM1A bis BM1D, Stützträgern BM2A bis BM2D, Stützträger BM3 und Stützträger BM4 ausreichend groß ist. Somit ist der erweiterte Abschnitt EXU schwierig in einer der Richtungen einschließlich der X-Richtung und der Y-Richtung zu bewegen.
Der dritte Bereich P3 zum Konfigurieren eines Teils des Massekörpers MS und der erweiterte Abschnitt EXU sind über den Stützträger BM3 verbunden, und sind über den Stützträger BM4 verbunden. Hier sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet. Beispielsweise sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 symmetrisch in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet.
Ferner umfasst im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, der Massekörper MS den vierten Bereich P4 zusätzlich zum ersten Bereich P1 bis zum dritten Bereich P3. Dieser vierte Bereich P4 ist mit dem dritten Bereich P3 verbunden und ist mit dem in der X-Richtung verlängerten ersten Bereich P1 über den Befestigungsträger BM5, der in der X-Richtung steif und in der Y-Richtung weich ist, verbunden. Auf ähnliche Weise ist der vierte Bereich P4 mit dem in der X-Richtung verlängerten zweiten Bereich P2 über den Befestigungsträger BM6, der in der X-Richtung steif und in der Y-Richtung weich ist, verbunden. Ein Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU ist so ausgeformt, dass er im vierten Bereich P4 zum Konfigurieren eines Teils des Massekörpers MS enthalten ist.
Insbesondere ist dieser Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU so konfiguriert, dass er eine integral mit dem vierten Bereich P4 ausgeformte variable Elektrode zur Erfassung und eine an einem Befestigungsteil befestigte feste Elektrode zur Erfassung umfasst. In diesem Fall, wenn in der X-Richtung eine Beschleunigung von außen einwirkt, wird der Massekörper MS in der X-Richtung verschoben. Daher wird der vierte Bereich P4 zum Konfigurieren eines Teils des Massekörpers MS ebenfalls in der X-Richtung verschoben, und die integral mit dem vierten Bereich P4 ausgeformte bewegliche Elektrode zur Erfassung wird ebenfalls in der X-Richtung verschoben.
Da andererseits die feste Elektrode zur Erfassung mit dem Befestigungsteil verbunden ist, wird diese nicht verschoben, selbst wenn eine Beschleunigung einwirkt. Somit ändert sich ein Abstand zwischen der beweglichen Elektrode zur Erfassung und der festen Elektrode zur Erfassung. Dies bedeutet, dass sich die elektrostatische Kapazität (elektrische Kapazität) eines elektrostatischen Kapazitätselements, das aus der beweglichen Elektrode zur Erfassung und der festen Elektrode zur Erfassung konfiguriert ist, ändert. Somit ist der Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU so konfiguriert, dass er die Verschiebung des Massekörpers MS als eine Änderung der elektrostatischen Kapazität erfasst.
Dieser Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU kann so konfiguriert sein, dass er beispielsweise ein kapazitives Element mit erhöhter elektrostatischer Kapazität und ein kapazitives Element mit verringerter elektrostatischer Kapazität bezüglich der Verschiebung des Massekörpers MS in einer +X-Richtung umfasst, wodurch eine Differentialrichtung erzielt wird. Vorteilhafterweise können durch die Differentialrichtung beispielsweise Einflüsse durch eine ungleichmäßige Ausgangskapazität aufgrund eines Fehlers in einem kapazitiven Element vermindert werden.
<Merkmale in der ersten Ausführungsform>
Das Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform ist wie zuvor beschrieben konfiguriert und die Merkmalspunkte sind nachfolgend beschrieben. Ein erster Merkmalspunkt in der ersten Ausführungsform ist beispielsweise, wie in 9 dargestellt, dass der erweiterte Abschnitt EXU so angeordnet ist, dass er mit dem Befestigungsabschnitt verbunden ist, dieser erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3, der einen Teil des Massekörpers MS konfiguriert, über den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden sind, und der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 einander gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet sind.
Somit kann das Auftreten von Rotation und Torsion des Massekörpers MS mit der virtuellen Linie IL1 als eine Mittellinie vermieden werden. Das heißt, in der ersten Ausführungsform sind der erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3 so konfiguriert, dass sie über die zwei Stützträger BM3 und BM4 verbunden sind, und der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 sind einander gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet, wodurch eine geringere Neigung zum Auftreten einer Rotation und Torsion des Massekörpers MS um die virtuelle Linie IL1 besteht. Dies bedeutet eine Zunahme der Rotationssteifigkeit (Rotationsbeständigkeit) des Massekörpers MS. Dies bedeutet mit anderen Worten gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion des Massekörpers MS zu einem Hochfrequenzband verschoben werden kann.
Im Allgemeinen gilt bei der Annahme, dass die Federkonstante k, die Masse des verschiebbaren Massekörpers m, und die $Eigenfrequenz f ist: Winkelfrequenz ω = 2 π f = \sqrt (k/m)$
Mit dieser Gleichung (1) kann die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion ermittelt werden. Wenn die Gleichung (1) auf diesen unerwünschten Modus angewendet wird, entspricht die Rotationssteifigkeit (Rotationsbeständigkeit) der Federkonstante k, und das Trägheitsmoment um die virtuelle Linie IL1 entspricht der Masse m. Hier ist, gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, der erste Merkmalspunkt umgesetzt, wobei der erweiterte Abschnitt EXU so angeordnet ist, dass er mit dem Befestigungsabschnitt verbunden ist, dieser erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3, der einen Teil des Massekörpers MS konfiguriert, über den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden sind, und der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 einander gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet sind. Wenn die Struktur dieses ersten Merkmalspunkts und die Struktur, in welcher der Befestigungsabschnitt FU3 und der dritte Bereich P3 durch einen auf der virtuellen Linie IL1 angeordneten Stützträger gestützt sind, miteinander verglichen werden, während die Strukturen das gleiche Trägheitsmoment aufweisen, ist die Rotationssteifigkeit (Rotationsbeständigkeit) der Struktur in der ersten Ausführungsform größer. Dies bedeutet, dass die Federkonstante k entsprechend der Rotationssteifigkeit (Rotationsbeständigkeit) in der Gleichung (1) erhöht ist. Daher wird gemäß der Gleichung (1), wenn sich die Federkonstante k erhöht, die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus erhöht.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass gemäß der ersten Ausführungsform die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion des Massekörpers MS zu einem Hochfrequenzband verschoben werden kann. Das heißt gemäß der ersten Ausführungsform, mit dem zuvor beschriebenen ersten Merkmalspunkt, dass die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion des Massekörpers MS zu einem Hochfrequenzband mit weniger 1/f-Rauschen verschoben werden kann. Somit tritt die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus mit einem Rauschen gemäß der Schwingungsstörung in Resonanz und die Möglichkeit, dass der Massekörper unerwünschtes Verhalten in Form von Rotation und Torsion, obwohl keine Beschleunigung von außen einwirkt, verringert wird.
Andererseits sind im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B, die mit dem ersten Bereich P1 verbunden sind, als ein integraler Befestigungsabschnitt zu betrachten, und die äußeren Befestigungsabschnitte OFU2A und OFU2B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU2A und IFU2B, die mit dem zweiten Bereich P2 verbunden sind, als ein integraler Befestigungsabschnitt zu betrachten. Außerdem weist das Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, eine Dreipunkt-Stützstruktur durch die zuvor beschriebenen zwei Befestigungsabschnitte und den Befestigungsabschnitt FU3 auf. Das heißt, es erweist sich, dass das Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform im Wesentlichen die Dreipunktstruktur aufweist, in welcher der Massekörper MS durch drei Befestigungsabschnitte gestützt ist. Daher kann, wie beim im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Beschleunigungssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur, das Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform ebenfalls problemlos eine Trennung der Schwingungsstörung und der Eigenfrequenz des Schwingungssystems durchführen und kann Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen ausreichend vermeiden. Das heißt, dass ebenfalls im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform die Eigenfrequenz des Schwingungssystems, in dem der Massekörper MS in der X-Richtung schwingt, problemlos zu einem Hochfrequenzband verschoben werden kann.
Andererseits werden im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform, anders als beim im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Beschleunigungssensor, der Befestigungsabschnitt FU3 und der dritte Bereich P3 nicht durch einen auf der virtuellen Linie IL1 angeordneten Stützträger gestützt. Insbesondere ist im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform beispielsweise, wie in 9 dargestellt, der erweiterte Abschnitt EXU so angeordnet, dass er mit dem Befestigungsabschnitt FU3 verbunden ist, sind dieser erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3, der einen Teil des Massekörpers MS konfiguriert, über den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden, und sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 einander gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet.
Hier ist, wenn die Stützträger BM1A bis BM1D als ein Stützträger zu betrachten sind und die Stützträger BM2A bis BM2D als ein Stützträger zu betrachten sind, der Massekörper MS in der ersten Ausführungsform über die zuvor beschriebenen zwei Stützträger, den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden. Das heißt, in der ersten Ausführungsform wird eine Struktur eingesetzt, in der, während die Dreipunkt-Stützstruktur im Wesentlichen eingesetzt wird, in welcher der Massekörper MS durch die drei Befestigungsabschnitte gestützt ist, der Massekörper MS durch vier Stützträger aufgehängt ist. Somit kann gemäß dem Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform nicht nur die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus, in welcher der Massekörper MS in der X-Richtung schwingt, sondern auch die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen verschoben werden.
Somit kann im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform nicht nur im Schwingungsmodus, in dem der Massekörper MS in der X-Richtung schwingt, sondern auch im unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion, ein Beschleunigungssensor S1 bereitgestellt werden, der problemlos eine Trennung der Schwingungsstörung und der Eigenfrequenz durchführen und ebenfalls ausreichend Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen vermeiden kann. Das heißt, gemäß dem Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform, kann der Beschleunigungssensor S1 bereitgestellt werden, der nicht anfällig für Störungen durch Temperaturänderung und Schwingungen in der Einsatzumgebung des Beschleunigungssensors S1 (gegen diese beständig) ist.
Es ist zu beachten, dass in der ersten Ausführungsform beim aus dem Massekörper MS, den Stützträgern BM1A bis BM1D, den Stützträgern BM2A bis BM2D, dem Stützträger BM3 und dem Stützträger BM4 konfigurierten Schwingungssystem ein Modus mit der niedrigsten Frequenz der Schwingungsmodus ist, bei welcher der Massekörper MS in der X-Richtung schwingt.
Wie zuvor beschrieben, können im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen ebenfalls ausreichend vermieden werden, und dieser Merkmalspunkt wird beschrieben.
Der Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform ist beispielsweise so konfiguriert, wie in 7 dargestellt, dass verschiedene Materialien unterschiedlicher Typen mehrschichtig vorliegen, wie der Halbleiterchip CHP1, die Klebematerialien ADH1 und ADH2, die Leitung LD und das Sensorelement SE1. Die zuvor beschriebenen Komponenten einschließlich Sensorelement SE1 und Halbleiterchip CHP1 sind mit dem Harz MR versiegelt. Das heißt, dass der Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform als eine mehrschichtige Struktur aus einer Vielzahl von Materialien mit verschiedenen Längsdehnungskoeffizienten konfiguriert ist. Wenn der Beschleunigungssensor S1 mit dieser mehrschichtigen Struktur beispielsweise an einer Stelle mit starken Temperaturänderungen, etwa in einem Fahrzeugmotorraum, eingesetzt wird, verformt sich das Sensorelement SE1 aufgrund einer Differenz im Längsdehnungskoeffizient zwischen den jeweiligen Komponentenmaterialien, und die Positionen der äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A bis OFU2B, der inneren Befestigungsabschnitte IFU1A bis IFU2B und des Befestigungsabschnitts FU3 schwanken.
Gemäß der Theorie der Materialfestigkeit verformt sich das Sensorelement SE1 durch die Temperaturänderung und die Differenz im Längsdehnungskoeffizienten so, dass es eine gleichmäßige Krümmung aufweist. Somit bewegen sich die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A bis OFU2B, die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A bis IFU2B und der Befestigungsabschnitt FU3, die mit den Stützträgern BM1A bis BM1D, den Stützträgern BM2A bis BM2D, dem Stützträger BM3 und dem Stützträger BM4 verbunden sind, in einer Richtung radial von der Mitte des Sensorelements SE1 weg oder näher zu dieser hin.
Somit tritt, wie in 10 dargestellt, gemäß dem Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform, eine Verformung ebenfalls im ersten Bereich P1 und zweiten Bereich P2, die einen Teil des Massekörpers MS konfigurieren, auf. In diesem Fall wird in der ersten Ausführungsform durch Konfigurieren des Massekörpers MS, dass der erste Bereich P1 mit einem offenen Ende, der zweite Bereich P2 und der dritte Bereich P3 umfasst sind, ein Teil der Substratverzerrung durch die Verformung des ersten Bereichs P1 und des zweiten Bereichs P2, die einen Teil des Massekörpers konfigurieren, umgewandelt und absorbiert. Somit wirkt gemäß der ersten Ausführungsform nur nicht vom ersten Bereich P1 und zweiten Bereich P2 absorbierte Substratverzerrung auf die Stützträger BM1A bis BM1D und die Stützträger BM2A bis BM2D ein, wodurch die Einflüsse der Substratverzerrung verringert werden.
Das heißt, ein zweiter Merkmalspunkt in der ersten Ausführungsform ist, dass der Massekörper MS in einer Form mit offenem Ende einschließlich ersten Bereich P1, zweiten Bereich P2 und dritten Bereich P3 konfiguriert ist und ein Teil der Substratverzerrung, die durch Temperaturänderung auftritt, von der Verformung des ersten Bereichs P1 und des zweiten Bereichs P2 absorbiert wird. Das heißt, in der ersten Ausführungsform ist der zweite Merkmalspunkt, dass ein Teil der Substratverzerrung von der Verformung des Massekörpers MS durch Gestaltung der Form des Massekörpers MS absorbiert wird. Somit können gemäß der ersten Ausführungsform Einflüsse der Substratverzerrung durch Temperaturänderung verringert werden.
Wenn beispielsweise die Substratverzerrung zunimmt, treten große interne Spannungen in den Stützträgern BM1A bis BM1D und den Stützträgern BM2A bis BM2D auf, wodurch sich die Federkonstante der Stützträger BM1A bis BM1D und der Stützträger BM2A bis BM2D ändert. Die Änderung der Federkonstante bedeutet, dass sich die Eigenfrequenz ändert, wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist (Gleichung 1). Das heißt, wenn eine Substratverzerrung durch Temperaturänderung auf die Stützträger BM1A bis BM1D und die Stützträger BM2A bis BM2D einwirkt, ändert sich die Eigenfrequenz.
Dies bedeutet, dass sich die Eigenfrequenz durch Temperaturänderung ändert, selbst wenn die Form und Abmessungen der Stützträger BM1A bis BM1D und der Stützträger BM2A bis BM2D zum Erhöhen der Federkonstante angepasst werden, um die Eigenfrequenz zu einem Hochfrequenzband zu verschieben, so dass die Schwingungsstörung in Form von 1/f-Rauschen von der Eigenfrequenz des Beschleunigungssensors getrennt wird. Daraus ergibt sich, dass, wenn eine Schwingungsstörung in einem Frequenzband angrenzend zur Eigenfrequenz vorhanden ist, sich die Eigenfrequenz und die Schwingungsstörung bei einer spezifischen Temperatur ggf. anpassen. In diesem Fall treten Störungen durch fehlerhaften Betrieb und Fehler des Beschleunigungssensors auf.
Gemäß diesem Punkt wird gemäß der ersten Ausführungsform mit dem zuvor beschriebenen zweiten Merkmalspunkt ein Teil der Substratverzerrung durch Verformung des Massekörpers MS absorbiert. Dies bedeutet, dass nur vom ersten Bereich P1 und zweiten Bereich P2 nicht absorbierte Substratverzerrung auf die Stützträger BM1A bis BM1D und die Stützträger BM2A bis BM2D einwirkt, wodurch die Einflüsse der Substratverzerrung verringert werden. Das heißt, gemäß der ersten Ausführungsform können interne Spannungen, die in den Stützträgern BM1A bis BM1D und den Stützträgern BM2A bis BM2D durch Substratverzerrung auftreten, verringert werden. Somit kann gemäß der ersten Ausführungsform ein Anpassen der Eigenfrequenz und der Schwingungsstörung aufgrund einer Änderung der Eigenfrequenz durch Temperaturänderung verringert werden. Dadurch kann ein fehlerhafter Betrieb und ein Fehler des Beschleunigungssensors S1 wirksam vermieden werden und die Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors S1 verbessert werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass beispielsweise auch eine Bewegung des Befestigungsabschnitts FU3 durch Substratverzerrung denkbar ist. Der Befestigungsabschnitt FU3 ist jedoch auf der virtuellen Linie IL1 durch die Mitte des Sensorelements SE1 in der Y-Richtung angeordnet. Daher ist die Bewegung des Befestigungsabschnitts FU3 in der Y-Richtung zu vernachlässigen. Ebenso wird bezüglich der Bewegung des Befestigungsabschnitts FU3 in der X-Richtung, da die Stützträger BM1A bis BM1D, die Stützträger BM2A bis BM2D, der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 so konfiguriert sind, dass sie in der X-Richtung weich sind, eine Bewegung des Befestigungsabschnitts FU3 in der X-Richtung als Verformung der Stützträger BM1A bis BM1D, der Stützträger BM2A bis BM2D, des Stützträgers BM3 und des Stützträgers BM4 in der X-Richtung absorbiert, und Einflüsse auf die Leistung des Beschleunigungssensors S1 wie die Federkonstante der Stützträger BM1A bis BM1D, der Stützträger BM2A bis BM2D, des Stützträgers BM3 und des Stützträgers BM4 sind zu vernachlässigen. 100 Der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 sind beispielsweise mit dem sich in der Y-Richtung vom auf der virtuellen Linie IL1 durch die Mitte des Sensorelements SE1 in der Y-Richtung angeordneten Befestigungsabschnitt FU3 erstreckenden erweiterten Abschnitt EXU verbunden. Der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 stützen den dritten Bereich P3 zum Konfigurieren eines Teils des Massekörpers MS an zwei Punkten entfernt von der virtuellen Linie IL1. Somit ist für den Befestigungsabschnitt FU3, selbst wenn Substratverzerrung durch Änderung der Umgebungstemperatur auftritt, die Bewegung des Befestigungsabschnitts FU3 in einem zu vernachlässigenden Umfang, und der erweiterte Abschnitt EXU und die Stützträger BM3 und BM4, die von diesem Befestigungsabschnitt FU3 gestützt werden, werden kaum beeinflusst.
Ferner umfasst im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform der Massekörper MS ebenfalls den vierten Bereich P4 zusätzlich zum ersten Bereich P1 bis zum dritten Bereich P3. Dieser vierte Bereich P4 ist mit dem dritten Bereich P3 verbunden und ist mit dem in der X-Richtung verlängerten ersten Bereich P1 über den Befestigungsträger BM5, der in der X-Richtung steif und in der Y-Richtung weich ist, verbunden. Auf ähnliche Weise ist der vierte Bereich P4 mit dem in der X-Richtung verlängerten zweiten Bereich P2 über den Befestigungsträger BM6, der in der X-Richtung steif und in der Y-Richtung weich ist, verbunden. Dadurch wird beispielsweise, wie in 10 dargestellt, selbst wenn der erste Bereich P1 und der zweite Bereich P2, die einen Teil des Massekörpers MS konfigurieren, durch Substratverzerrung verformt werden, diese Verformung vom Stützträger BM5 und vom Stützträger BM6 absorbiert. Somit ist der vierte Bereich P4 weniger anfällig für Substratverzerrung , und der integral mit dem vierten Bereich P4 ausgeformte Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU ist ebenfalls weniger anfällig für Substratverzerrung. Ferner ist der vierte Bereich P4, der vom dritten Bereich P3 fest befestigt ist, über den Stützträger BM5 und den Stützträger BM6, die nur in der Y-Richtung weich sind, am ersten Bereich P1 und am zweiten Bereich P2 befestigt. Somit kann, während Einflüsse der Substratverzerrung wirksam beseitigt werden, eine Verschiebung des Massekörpers MS in der X-Richtung zuverlässig zum Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU übertragen werden. Das heißt, dass gemäß der ersten Ausführungsform durch Konfigurieren des Massekörpers MS mit dem ersten Bereich P1 bis vierten Bereich P4 eine Verschiebung des Massekörpers MS in der X-Richtung durch Einwirken einer Beschleunigung zuverlässig zum Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU übertragen werden kann, während ein Teil der Substratverzerrung absorbiert wird. Daher kann, während die Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors S1 verbessert wird, die Erfassungsgenauigkeit des Beschleunigungssensors S1 erhalten werden.
Wie zuvor beschrieben wird gemäß dem Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform mit dem zweiten Merkmalspunkt ein Teil der Substratverzerrung durch Verformung des Massekörpers MS absorbiert. Daher können interne Spannungen, die in den Stützträgern BM1A bis BM1D und den Stützträgern BM2A bis BM2D durch Substratverzerrung auftreten, verringert werden. Die Substratverzerrung hingegen, die nicht vom ersten Bereich P1 und zweiten Bereich P2, die einen Teil einen Teil des Massekörpers MS konfigurieren, absorbiert wird, wirkt auf die Stützträger BM1A bis BM1D und die Stützträger BM2A bis BM2D ein. Somit weist die erste Ausführungsform einen dritten Merkmalspunkt in Form des Vermeidens einer Änderung der Federkonstante der Stützträger BM1A bis BM1D und der Stützträger BM2A bis BM2D durch Substratverzerrung auf. Nachfolgend wird dieser dritte Merkmalspunkt beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass, da die Stützträger BM1A bis BM1D und die Stützträger BM2A bis BM2D eine ähnliche Struktur haben, die Beschreibung für die Stützträger BM1A bis BM1D erfolgt.
Eine Federkonstante k der Stützträger BM1A bis BM1D in.der X-Richtung ist abhängig von der Form der Stützträger BM1A bis BM1D, einem Elastizitätsmodul eines Strukturmaterials o. Ä. Der Elastizitätsmodul des Strukturmaterials ist ein für das Strukturmaterial spezifischer physikalischer Wert, aber ein scheinbarer Wert ändert sich entsprechend der internen Spannung des Strukturmaterials. Daher muss zum Vermeiden von Schwankungen der Federkonstante k der Stützträger BM1A bis BM1D in der X-Richtung die interne Spannung der Stützträger BM1A bis BM1D, die durch Substratverzerrung auftritt, ermittelt werden.
Hier ist ein besonders wichtiger Punkt, dass die interne Spannung der Stützträger BM1A bis BM1D in der Y-Richtung die Federkonstante k in der X-Richtung beeinflusst. Wenn sich beispielsweise der Befestigungsabschnitt in Bezug zu einem mittleren Abschnitt des Sensorelements SE1 bewegt, kann davon ausgegangen werden, dass die Bewegungskomponenten des Befestigungsabschnitts in der X-Richtung durch die Verformung der Stützträger BM1A bis BM1D absorbiert werden und nicht zu einem Auftreten von interner Spannung führen. Andererseits wirkt bei den Bewegungskomponenten des Befestigungsabschnitts in der Y-Richtung der Teil der Verformung, der nicht vom ersten Bereich P1 und vom zweiten Bereich P2, die einen Teil des Massekörpers MS konfigurieren, absorbiert wird, so, dass die Stützträger BM1A bis BM1D in der Y-Richtung gedehnt oder gestaucht werden, und daher tritt Zugspannung oder Druckspannung in der Y-Richtung in den Stützträgern BM1A bis BM1D auf, die so ausgeformt sind, dass sie in der Y-Richtung steif sind. Insbesondere beeinflusst die interne Spannung in der Y-Richtung die Federkonstante k der Stützträger BM1A bis BM1D in der X-Richtung. Daher treten, wie in Bezug auf (Gleichung 1) zu sehen ist, wenn interne Spannung in der Y-Richtung in den Stützträgern BM1A bis BM1D auftritt, Schwankungen der Eigenfrequenz des aus dem Massekörper MS, den Stützträgern BM1A bis BM1D, den Stützträgern BM2A bis BM2D, dem Stützträger BM3 und dem Stützträger BM4 konfigurierten Schwingungssystems auf. Ferner gilt, wenn die Empfindlichkeit des Sensorelements SE1 mit Sa angesetzt wird: Sa = x/a = 1/ (ω) ² (Gleichung 2) . Hier geben „x“ die Verschiebung des Schwingungssystems in der X-Richtung und „a“ die einwirkende Beschleunigung an. Ebenso gibt ω die Eigenfrequenz des Schwingungssystems in der X-Richtung an.
Wie in der (Gleichung 2) dargestellt, ist die Empfindlichkeit Sa des Sensorelements SE1 abhängig von der Eigenfrequenz. Daher schwankt beispielsweise, wenn die Eigenfrequenz des Schwingungssystems schwankt, ebenfalls die Empfindlichkeit Sa des Sensorelements SE1. Das heißt, es erweist sich, dass, wenn eine interne Spannung in der Y-Richtung in den Stützträgern BM1A bis BM1D auftritt, Schwankungen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems auftreten, was ebenfalls die Empfindlichkeit Sa des Sensorelements SE1 beeinflusst. Daher wird in der ersten Ausführungsform die interne Spannung der Stützträger BM1A bis BM1D berücksichtigt, die in der Y-Richtung auftritt.
Der dritte Merkmalspunkt in der ersten Ausführungsform ist, dass beispielsweise, wie in 9 und 10 dargestellt, die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B an der gleichen Seite (Oberseite) in Bezug zur virtuellen Linie IL1 durch die Mitte in der Y-Richtung angeordnet sind und die äußeren Abschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B gegenüberliegend in Bezug zum ersten Bereich P1 angeordnet sind. Der erste Bereich P1 und die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B sind über die Stützträger BM1A bis BM1B verbunden, und der erste Bereich P1 und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B sind über die Stützträger BM1C bis BM1D verbunden.
Diese Struktur berücksichtigt, wie zuvor beschrieben, dass eine Substratverzerrung radial von der Mitte des Substrats auftritt. Das heißt, wenn eine Substratverzerrung radial von der Mitte des Substrats auftritt, wie in 10 dargestellt, bewegen sich, da die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B an der gleichen Seite in Bezug zur virtuellen Linie IL1 durch die Mitte in der Y-Richtung angeordnet sind, die äußeren Abschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B zur gleichen Seite (beispielsweise in eine +Y-Richtung). Hier ist der erste Bereich P1 nicht am Substrat befestigt, sondern aufgehängt und bewegt sich daher nicht. Daher wird beispielsweise, wenn sich die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B in der gleichen +Y-Richtung bewegen, der Abstand zwischen den äußeren Befestigungsabschnitten OFU1A und OFU1B und dem ersten Bereich P1 relativ größer, während der Abstand zwischen den inneren Befestigungsabschnitten IFU1A und IFU1B und dem ersten Bereich P1 relativ kleiner wird. Dies bedeutet, dass, während eine Druckspannung in den Stützträgern BM1A bis BM1B, die den ersten Bereich P1 und die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B verbinden, auftritt, eine Zugspannung in den Stützträgern BM1C bis BM1D, die den ersten Bereich P1 und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B verbinden, auftritt.
Das heißt, dass, wenn die Struktur des dritten Merkmalspunkts in der ersten Ausführungsform eingesetzt wird, die interne Spannung, die in den Stützträgern BM1A bis BM1B auftritt, und die interne Spannung, die in den Stützträgern BM1C bis BM1D auftritt, variieren. In diesem Fall beispielsweise, wenn eine interne Spannung, welche die Federkonstante erhöht, in den Stützträgern BM1A bis BM1B auftritt, tritt eine interne Spannung, welche die Federkonstante verringert, in den Stützträgern BM1C bis BM1D auf. In der Folge heben sich, wenn die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D berücksichtigt wird, Schwankungen der Federkonstante gegenseitig auf. Somit können, wenn die Struktur des dritten Merkmalspunkts in der ersten Ausführungsform eingesetzt wird, Schwankungen der Federkonstante für die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D vermieden werden.
Daher wird gemäß der ersten Ausführungsform, zunächst mit dem zweiten Merkmalspunkt, ein Teil der Substratverzerrung durch Verformung des Massekörpers MS absorbiert, und nur die vom ersten Bereich P1 nicht absorbierte Substratverzerrung wirkt auf die Stützträger BM1A bis BM1D ein, wodurch die Einflüsse der Substratverzerrung verringert werden. Gemäß der ersten Ausführungsform, ferner mit dem dritten Merkmalspunkt, sind, wenn die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D berücksichtigt wird, die interne Spannung, die in den Stützträgern BM1A bis BM1B auftritt, und die interne Spannung, die in den Stützträgern BM1C bis BM1D auftreten, entgegengesetzt zueinander, und daher heben sich Schwankungen der Federkonstante gegenseitig auf und es können Schwankungen der Federkonstante für die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D vermieden werden.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass gemäß der ersten Ausführungsform durch einen Synergieeffekt des zweiten Merkmalspunkts und des dritten Merkmalspunkts wie zuvor beschrieben Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen ausreichend vermieden werden können. Daher können ferner Schwankungen der Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors S1 durch Schwankungen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems ebenfalls vermieden werden.
Beispielsweise gibt es als eine Methode zur Korrektur von charakteristischen Schwankungen durch Temperaturänderungen des Beschleunigungssensors eine elektrische Korrekturmethoden mit Aufzeichnung eines Ausgabewerts des Beschleunigungssensors an jedem Temperaturpunkt und Korrigieren der Ausgabewerte, so dass diese in einem vorgegebenen Spezifikationsbereich eines gesamten Einsatztemperaturbereichs liegen. Wenn die Ausgabewerte des Beschleunigungssensors an den jeweiligen Temperaturpunkten jedoch ein nichtlineares Verhalten zeigen, sind Ausgabewerte an vielen Temperaturpunkten und eine komplexe korrekturarithmetische Vorgangsverarbeitung zur Korrektur erforderlich. Ebenso ist eine teure Auswertungsvorrichtung mit einem Thermostatbad erforderlich, was zu einem Anstieg der Fertigungskosten führt.
Gemäß diesem Punkt können gemäß dem Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform, da der Beschleunigungssensor den zweiten Merkmalspunkt und den dritten Merkmalspunkt wie zuvor beschrieben aufweist, Schwankungen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems ebenfalls in einem breiten Einsatztemperaturbereich vermieden werden. Somit ist gemäß dem Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform eine komplizierte Temperaturcharakteristikkorrektur durch einen Signalverarbeitungsschaltkreis nicht erforderlich, und es kann die Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors S1 verbessert werden, die Größe des Signalverarbeitungsschaltkreises verkleinert werden, die Temperaturcharakteristikkorrektur zum Zeitpunkt des Versands des Beschleunigungssensors S1 vereinfacht werden u. Ä. Somit können die Fertigungskosten gesenkt werden.
<Betrieb des Beschleunigungssensors in der ersten Ausführungsform>
Das Sensorelement S1 in der ersten Ausführungsform ist wie zuvor beschrieben konfiguriert und der Betrieb ist nachfolgend kurz beschrieben.
11 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Schaltkreisstruktur des Beschleunigungssensors S1 in der ersten Ausführungsform. Zunächst wird, wie in 11 dargestellt, wenn Beschleunigung von außen einwirkt, der im Sensorelement SE1 angeordnete Massekörper entsprechend der Stärke der von außen einwirkenden Beschleunigung verschoben. Dann ändern sich nach dieser Verschiebung des Massekörpers elektrostatische Kapazitäten eines kapazitiven Elements 10A und eines kapazitiven Elements 10B zum Konfigurieren des integral mit dem Massekörper ausgeformten Beschleunigungserfassungsabschnitts ASU. Diese Änderung der elektrostatischen Kapazität im Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU wird in einem auf dem Halbleiterchip CHP1 ausgeformten CV-Wandelschaltkreis 21 in ein Spannungssignal umgewandelt. Anschließend wird das durch Umwandlung im CV-Wandelschaltkreis 21 erzeugte Spannungssignal in einem Demodulationsschaltkreis 22 zu einem Beschleunigungssignal wiederhergestellt und das Beschleunigungssignal wird von einer Ausgangsklemme OUT ausgegeben. Somit ist der Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungform in Betrieb.
Insbesondere wird in der ersten Ausführungsform zum Zwecke der Verringerung der Einflüsse von elektromagnetischem Rauschen in der Umgebung und Verbesserung der Signalübertragungsleistung ein Trägersignal (Trägerwelle) 20 von mehreren hundert kHz zum Erfassen der elektrostatischen Kapazität des kapazitiven Elements 10A und des kapazitiven Elements 10B, die den Beschleunigungserfassungsabschnitt ASU konfigurieren, verwendet. Dieses Trägersignal 20 wird auf das kapazitive Element 10A angewendet. Andererseits wird auf das kapazitive Element 10B ein Trägersignal mit einer Phasendifferenz von 180 Grad in Bezug zum Trägersignal 20 angewendet. Ferner heben sich, da das kapazitive Element 10A und das kapazitive Element 10B so ausgelegt sind, dass sie die gleiche Ausgangskapazität C0 aufweisen, wenn der Massekörper in einer Ausgangsposition angeordnet ist, das heißt wenn keine Differenz in der elektrostatischen Kapazität zwischen dem kapazitiven Element 10A und dem kapazitiven Element 10B besteht, die Trägersignale mit der Phasendifferenz von 180 Grad im Massekörper auf, und sie werden vom Sensorelement SE1 nicht ausgegeben.
Andererseits tritt, wenn der Massekörper entsprechend der von außen einwirkenden Beschleunigung angeordnet ist, eine Kapazitätsdifferenz zwischen dem kapazitiven Element 10A und dem kapazitiven Element 10B, jeweils +ΔC und -ΔC, von der Ausgangskapazität C0 auf, und ein Signal entsprechend 2ΔC wird vom Sensorelement SE1 dem Halbleiterchip CHP1 zugeführt. Dieses dem Halbleiterchip CHP1 zugeführte Signal wird im CV-Wandelschaltkreis 21, der im Halbleiterchip CHP1 ausgeformt ist, umgewandelt und anschließend im Demodulationsschaltkreis 22 zu einem Beschleunigungssignal zu einer aktuellen Verhaltensfrequenz des Massekörpers wiederhergestellt. Somit kann gemäß dem Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform, wenn Beschleunigung von außen einwirkt, ein Beschleunigungssignal gemäß der einwirkenden Beschleunigung ausgegeben werden.
<Typische Wirkungen in der ersten Ausführungsform>

(1) In der ersten Ausführungsform mit dem ersten Merkmalspunkt, während die Dreipunkt-Stützstruktur im Wesentlichen eingesetzt wird, in welcher der Massekörper MS durch drei Befestigungsabschnitte gestützt ist, ist die Struktur so beschaffen, dass der Massekörper MS durch vier Stützträger aufgehängt ist. Dadurch kann gemäß dem Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform nicht nur die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus, in welcher der Massekörper MS in der X-Richtung schwingt, sondern auch die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen verschoben werden. Somit kann im Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform nicht nur im Schwingungsmodus, in dem der Massekörper MS in der X-Richtung schwingt, sondern auch im unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion, ein Beschleunigungssensor S1 bereitgestellt werden, der problemlos eine Trennung der Schwingungsstörung und der Eigenfrequenz durchführen und ausreichend Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen vermeiden kann. Das heißt, gemäß dem Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform, kann der Beschleunigungssensor S1 bereitgestellt werden, der nicht anfällig für Störungen durch Temperaturänderung und Schwingungen in der Einsatzumgebung des Beschleunigungssensors S1 (gegen diese beständig) ist. Insbesondere eignet sich gemäß der ersten Ausführungsform, da die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus des Schwingungssystems, in welcher der Massekörper in der X-Richtung schwingt, zu einem Hochfrequenzband verschoben werden kann, die vorliegende Ausführungsform nicht nur zur Anwendung für ein Antischleudersystem eines Automobils, sondern auch beispielsweise für ein System, das eine hohe Beschleunigung zur Steuerung des Auslösens eines Airbags erfasst.
(2) Gemäß der ersten Ausführungsform mit dem zuvor beschriebenen zweiten Merkmalspunkt kann ein Teil der Substratverzerrung durch Verformung des Massekörpers MS absorbiert werden. Somit kann gemäß der ersten Ausführungsform eine Änderung der Eigenfrequenz durch Temperaturänderung eine Anpassung von Eigenfrequenz und Schwingungsstörung verringern und dadurch wirksam einen fehlerhaften Betrieb und einen Fehler des Beschleunigungssensors S1 vermeiden sowie die Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors S1 verbessern.
(3) Gemäß der ersten Ausführungsform kann mit dem ersten Merkmalspunkt beispielsweise, wenn die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D durch Einbeziehen der Stützträger BM1A bis BM1D berücksichtigt wird, interne Spannung, die in den Stützträgern BM1A bis BM1B auftritt, und interne Spannung, die in den Stützträgern BM1C bis BM1D auftritt, umgekehrt werden. Daher können sich Schwankungen der Federkonstante aufheben. Somit können Schwankungen der Federkonstante für die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D vermieden werden.
(4) Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass gemäß der ersten Ausführungsform durch einen Synergieeffekt des zweiten Merkmalspunkts und des dritten Merkmalspunkts wie zuvor beschrieben Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen ausreichend vermieden werden können. Daher können ferner Schwankungen der Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors S1 durch Schwankungen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems ebenfalls vermieden werden. Somit kann, da der Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform eine hervorragende Beständigkeit gegen Substratverzerrung durch Temperaturänderungen aufweist, eine hervorragende Temperaturcharakteristik auch in einem breiten Temperaturbereich wie im Motorraum eines Automobils mit einer problematischen Temperaturumgebung beibehalten werden.
(5) Ebenfalls ist gemäß der ersten Ausführungsform eine komplizierte Temperaturcharakteristikkorrektur durch einen Signalverarbeitungsschaltkreis nicht erforderlich, und es kann die Zuverlässigkeit des Beschleunigungssensors S1 verbessert werden, die Größe des Signalverarbeitungsschaltkreises verkleinert werden, die Temperaturcharakteristikkorrektur zum Zeitpunkt des Versands des Beschleunigungssensors vereinfacht werden u. Ä. Somit können die Fertigungskosten gesenkt werden.

<Erstes Änderungsbeispiel>
Nachfolgend ist ein erstes Änderungsbeispiel für die erste Ausführungsform beschrieben. 12 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Struktur eines Sensorelements SE1 im ersten Änderungsbeispiel. Da das Sensorelement SE1 im ersten Änderungsbeispiel, wie in 12 dargestellt, eine Struktur aufweist, die im Wesentlichen der des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, ähnelt, sind hauptsächlich unterschiedliche Punkte beschrieben.
In 12 ist im ersten Änderungsbeispiel das freie Ende FP1 außerhalb des ersten Bereichs P1 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1B verbunden, und das freie Ende FP1 und ein äußerer Befestigungsabschnitt OFU1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1A verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1 über den Stützträger BM1A verbunden und der Stützträger BM1B mit dem freien Ende FP1 verbunden.
Ferner ist innerhalb des ersten Bereichs P1 das freie Ende FP2 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP2 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1D verbunden, und das freie Ende FP2 und ein innerer Befestigungsabschnitt IFU1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1C verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1 über die Stützträger BM1C und BM1D mit dem freien Ende FP2 verbunden.
Ebenfalls ist innerhalb des zweiten Bereichs P2 das freie Ende FP3 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP3 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2B verbunden, und das freie Ende FP3 und ein innerer Befestigungsabschnitt IFU2 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2A verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2 über den Stützträger BM2A verbunden und der Stützträger BM2B mit dem freien Ende FP3 verbunden.
Ferner ist außerhalb des zweiten Bereichs P2 das freie Ende FP4 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP4 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2D verbunden, und das freie Ende FP4 und ein äußerer Befestigungsabschnitt OFU2 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2C verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2 über den Stützträger BM2C verbunden und der Stützträger BM2D mit dem freien Ende FP4 verbunden.
Wie beim Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform weist das Sensorelement im zuvor beschriebenen ersten Änderungsbeispiel ebenfalls den ersten Merkmalspunkt, den zweiten Merkmalspunkt und den dritten Merkmalspunkt auf. Daher können Wirkungen ähnlich denen im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform ebenfalls im Sensorelement SE im ersten Änderungsbeispiel erzielt werden.
<Zweites Änderungsbeispiel>
Nachfolgend ist ein zweites Änderungsbeispiel für die erste Ausführungsform beschrieben. 13 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Struktur eines Sensorelements SE1 im zweiten Änderungsbeispiel. Da das Sensorelement SE1 im zweiten Änderungsbeispiel, wie in 13 dargestellt, eine Struktur aufweist, die im Wesentlichen der des Sensorelements SE1 in der ersten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, ähnelt, sind hauptsächlich unterschiedliche Punkte beschrieben.
In 13 ist im zweiten Änderungsbeispiel das freie Ende FP1 außerhalb des ersten Bereichs P1 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1B verbunden, und das freie Ende FP1 und ein Befestigungsabschnitt FU1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1A verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der Befestigungsabschnitt FU1 über den Stützträger BM1A verbunden und der Stützträger BM1B mit dem freien Ende-FP1 verbunden.
Ebenso ist außerhalb des zweiten Bereichs P2 das freie Ende FP4 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP4 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2D verbunden, und das freie Ende FP4 und ein Befestigungsabschnitt FU2 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2C verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der Befestigungsabschnitt FU2 über den Stützträger BM2C verbunden und der Stützträger BM2D mit dem freien Ende FP4 verbunden.
Wie beim Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform weist das Sensorelement im zuvor beschriebenen zweiten Änderungsbeispiel ebenfalls den ersten Merkmalspunkt und den zweiten Merkmalspunkt auf. Daher können neben den Wirkungen im Sensorelement SE1 in der ersten Ausführungsform die Wirkung aufgrund des ersten Merkmalspunkts und die Wirkung aufgrund des zweiten Merkmalspunkts ebenfalls im Sensorelement SE1 im zweiten Änderungsbeispiel erzielt werden.
(Zweite Ausführungsform)
In einer zweiten Ausführungsform wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor als ein Beispiel für einen Trägheitssensor verwendet und beschrieben. Der Winkelgeschwindigkeitssensor ist ein Sensor, der die Winkelgeschwindigkeit durch Verwenden eines Coriolis-Phänomens erfasst, wobei beispielsweise bei einem Massekörper, der kontinuierlich zum Schwingen in einer X-Richtung (Ansteuerrichtung) gebracht wird, wenn die Winkelgeschwindigkeit (Rotation) in einer Z-Richtung rechtwinklig zur X-Richtung, in der dieser Massekörper zum Schwingen gebracht wird, einwirkt, der Massekörper, der zum Schwingen in der X-Richtung gebracht wird, in einer Y-Richtung (Erfassungsrichtung) rechtwinklig zur X-Richtung und Z-Richtung mit einer Stärke entsprechend der von außen einwirkenden Winkelgeschwindigkeit schwingt. Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die technische Idee der vorliegenden Erfindung auf den Winkelgeschwindigkeitssensor wie zuvor beschrieben angewendet wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass zwar ein Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform beschrieben wird, der die Winkelgeschwindigkeit in der Z-Richtung erfasst, aber dieses Prinzip im Wesentlichen auch auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der die Winkelgeschwindigkeit in der X-Richtung erfasst, und auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der die Winkelgeschwindigkeit in der Y-Richtung erfasst, angewendet werden kann. Das heißt, dass die technische Idee in der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen nicht nur auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor angewendet werden kann, der die Winkelgeschwindigkeit auf der gleichen Ebene erfasst, sondern auch auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der die Winkelgeschwindigkeit auf versetzten Ebenen erfasst.
Eine Durchführungsausführungsform des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform ähnelt der Durchführungsstruktur des Beschleunigungssensors S1 in der ersten Ausführungsform gemäß der Darstellung in 7. Mit dem Sensorelement SE1 des Beschleunigungssensors S1 in der ersten Ausführungsform kann ein Sensorelement des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform durch Einsatz von Halbleiter-Mikrobearbeitungstechnologie hergestellt werden. Der Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform und der Beschleunigungssensor S1 in der ersten Ausführungsform unterscheiden sich in der Struktur des Sensorelements des Winkelgeschwindigkeitssensors und des Sensorelements SE1 des Beschleunigungssensors S1. In der zweiten Ausführungsform kann durch Verwenden der Struktur wie für das Sensorelement des Winkelgeschwindigkeitssensors beschrieben die von außen einwirkende Winkelgeschwindigkeit erfasst werden.
<Planare Struktur des Sensorelements in der zweiten Ausführungsform>
14 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer planaren Struktur eines Sensorelements SE2 des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform. Nachfolgend wird die Struktur des Sensorelements SE2 in der zweiten Ausführungsform anhand von 14 beschrieben.
In 14 weist das Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform zwei Massekörper MS1 und MS2 auf. Der Massekörper MS1 wird über die Stützträger BM1A bis BM1D, die Stützträger BM2A bis BM2D, einen Stützträger BM3 und einen Stützträger BM4 gestützt, die in der X-Richtung als eine erste Richtung flexibel und in der Y-Richtung als eine zweite Richtung steif sind. In ähnlicher Weise wird der Massekörper MS2 ebenfalls durch die Stützträger BM1A bis BM1D, die Stützträger BM2A bis BM2D, den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 gestützt, die in der X-Richtung als eine erste Richtung flexibel und in der Y-Richtung als eine zweite Richtung steif sind.
Der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 weisen eine erste bewegliche Elektrode auf, die integral so ausgeformt ist, dass sie ein kapazitives Element DE1 mit einer ersten Ansteuerelektrode, die als eine feste Elektrode dient, ausformt, und ein kapazitives Element DE2 mit einer zweiten Ansteuerelektrode, die als eine feste Elektrode dient, ausformt. Ferner weisen der Massekörper MS2 und der Massekörper MS2 eine zweite bewegliche Elektrode auf, die integral so ausgeformt ist, dass sie ein kapazitives Element ME1 und ein kapazitives Element ME2 mit jeweils einer ersten Ansteueramplituden-Überwachungselektrode und einer zweiten Ansteueramplituden-Überwachungselektrode, die als feste Elektroden dienen, ausformt.
Im Massekörper MS1 ist ein Coriolis-Element CE1 so angeordnet, dass es im Massekörper MS1 über die Stützträger BM7 und BM8, die steif in der X-Richtung und flexibel in der Y-Richtung sind, enthalten ist. Auf ähnliche Weise ist im Massekörper MS2 ein Coriolis-Element CE2 so angeordnet, dass es im Massekörper MS2 über die Erfassungsträger BM7 und BM8, die steif in der X-Richtung und flexibel in der Y-Richtung sind, enthalten ist.
Anschließend wird ein Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt YSU1 so ausgeformt, dass er im Coriolis-Element CE1 enthalten ist, und ein Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt YSU2 so ausgeformt, dass er im Coriolis-Element CE2 enthalten ist. Insbesondere sind dieser Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt YSU1 und dieser Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt YSU2 jeweils so konfiguriert, dass sie eine integral mit dem Coriolis-Element CE1 und dem Coriolis-Element CE2 ausgeformte bewegliche Elektrode zur Erfassung und eine an einem Befestigungsteil befestigte feste Elektrode zur Erfassung umfassen. In diesem Fall, wenn Winkelgeschwindigkeit von außen in der X-Richtung einwirkt, werden das Coriolis-Element CE1 und das Coriolis-Element CE2 in der Y-Richtung durch das Coriolis-Phänomen verschieben. Daher werden die integral mit dem Coriolis-Element CE1 und dem Coriolis-Element CE2 ausgeformten beweglichen Elektroden zur Erfassung ebenfalls in der Y-Richtung verschoben. Da andererseits die feste Elektrode zur Erfassung am Befestigungsteil befestigt ist, wird diese nicht verschoben, selbst wenn eine Winkelgeschwindigkeit einwirkt. Somit ändert sich der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode zur Erfassung und der festen Elektrode zur Erfassung. Dies bedeutet, dass sich die elektrostatische Kapazität. (elektrische Kapazität) des kapazitiven Elements, das aus der beweglichen Elektrode zur Erfassung und der festen Elektrode zur Erfassung konfiguriert ist, ändert. Somit sind der Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt YSU1 und der Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt YSU2 konfiguriert, jeweils die Verschiebung des Coriolis-Elements CE1 und des Coriolis-Elements CE2 in der Y-Richtung als eine Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erfassen.
Der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 sind-jeweils aus einem in der X-Richtung verlängerten ersten Bereich P1, einem in der X-Richtung verlängerten zweiten Bereich P2 und einem sich in der Y-Richtung erstreckenden dritten Bereich P3 konfiguriert, um den ersten Bereich P1 und den zweiten Bereich P2 zu koppeln. Somit weisen der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 jeweils eine Form mit einer offenen Seite auf. Der erste Bereich P1 ist so konfiguriert, dass er sich in der X-Richtung erstreckt, und der zweite Bereich P2 ist so konfiguriert, dass er sich in der X-Richtung als ein vorgegebener Abstand zum ersten Bereich P1 in der Y-Richtung rechtwinklig zur X-Richtung erstreckt. Der dritte Bereich P3 ist so konfiguriert, dass er sich in der Y-Richtung erstreckt, um mit dem ersten Bereich P1 und dem zweiten Bereich P2 gekoppelt zu werden.
Beispielsweise sind in Bezug zu einer virtuellen Linie IL1 durch die Mitte in der Y-Richtung der erste Bereich P1 und der zweite Bereich P2 symmetrisch angeordnet, und ist der dritte Bereich P3 so angeordnet, dass er den ersten Bereich P1 und den zweiten Bereich P2 verbindet. Das Coriolis-Element CE1 und das Coriolis-Element CE2 sind so angeordnet, dass sie in einer aus dem ersten Bereich P1, dem zweiten Bereich P2 und dem dritten Bereich P3 konfigurierten Form enthalten sind, und das Coriolis-Element CE1 und das Coriolis-Element CE2 sind jeweils mit dem ersten Bereich P1 über einen Erfassungsträger BM7 verbunden und mit dem zweiten Bereich P2 über einen Erfassungsträger BM8 verbunden.
Nahe einem Ende des ersten Bereichs P1 sind ein äußerer Befestigungsabschnitt OFU1A und ein äußerer Befestigungsabschnitt OFU1B angeordnet, und sind ebenfalls ein innerer Befestigungsabschnitt IFU1A und ein innerer Befestigungsabschnitt IFU1B angeordnet. Insbesondere sind der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A, der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B, der innere Befestigungsabschnitt IFU1A und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B auf der gleichen Seite in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet. Ferner sind der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A und der innere Befestigungsabschnitt IFU1A symmetrisch in Bezug zum ersten Bereich P1 angeordnet, und sind ebenfalls der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B in Bezug zum ersten Bereich P1 angeordnet.
Außerhalb des ersten Bereichs P1 ist ein freies Ende FP1 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP1 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1B verbunden, und das freie Ende FP1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1A verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1A über den Stützträger BM1A verbunden und der Stützträger BM1B mit dem freien Ende FP1 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der erste Bereich P1 und das freie Ende FP1 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1B verbunden, und das freie Ende FP1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1A verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU1B ebenfalls über den Stützträger BM1A verbunden und der Stützträger BM1B mit dem freien Ende FP1 verbunden.
Ferner ist innerhalb des ersten Bereichs P1 ein freies Ende FP2 angeordnet. Der erste Bereich P1 und das freie Ende FP2 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1D verbunden, und das freie Ende FP2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1C verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1A über den Stützträger BM1C verbunden und der Stützträger BM1D mit dem freien Ende FP2 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der erste Bereich P1 und das freie Ende FP2 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1D verbunden, und das freie Ende FP2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM1C verbunden. Daher sind der erste Bereich P1 und der innere Befestigungsabschnitt IFU1B ebenfalls über den Stützträger BM1C verbunden und der Stützträger BM1D mit dem freien Ende FP2 verbunden.
Ebenfalls ist innerhalb des zweiten Bereichs P2 ein freies Ende FP3 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP3 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2B verbunden, und das freie Ende FP3 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2A verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2A über den Stützträger BM2A verbunden und der Stützträger BM2B mit dem freien Ende FP3 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP3 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2B verbunden, und das freie Ende FP3 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2A verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der innere Befestigungsabschnitt IFU2B über den Stützträger BM2A verbunden und der Stützträger BM2B mit dem freien Ende FP3 verbunden.
Ferner ist außerhalb des zweiten Bereichs P2 ein freies Ende FP4 angeordnet. Der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP4 sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2D verbunden, und das freie Ende FP4 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2A sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2C verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2A über den Stützträger BM2C verbunden und der Stützträger BM2D mit dem freien Ende FP4 verbunden. Auf ähnliche Weise sind der zweite Bereich P2 und das freie Ende FP4 über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2D verbunden, und das freie Ende FP4 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2B sind über den sich in der Y-Richtung erstreckenden Stützträger BM2C verbunden. Daher sind der zweite Bereich P2 und der äußere Befestigungsabschnitt OFU2B ebenfalls über den Stützträger BM2C verbunden und der Stützträger BM2D mit dem freien Ende FP4 verbunden.
Als nächstes ist im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform, wie in 14 dargestellt, ein Befestigungsabschnitt FU3 auf der virtuellen Linie IL1 durch die Mitte in der Y-Richtung angeordnet. Mit diesem Befestigungsabschnitt FU3 ist ein sich in der Y-Richtung erstreckender erweiterter Abschnitt EXU verbunden. Dieser erweiterte Abschnitt EXU ist in der Y-Richtung verlängert und weist eine Breite in der X-Richtung auf, die im Vergleich zu den anderen Stützträgern BM1A bis BM1D, Stützträgern BM2A bis BM2D, Stützträger BM3 und Stützträger BM4 ausreichend groß ist. Somit ist der erweiterte Abschnitt EXU schwierig in einer der Richtungen einschließlich der X-Richtung und der Y-Richtung zu bewegen.
Der dritte Bereich P3 zum Konfigurieren eines Teils des Massekörpers MS und der erweiterte Abschnitt EXU sind über den Stützträger BM3 verbunden, und sind über den Stützträger BM4 verbunden. Hier sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet. Beispielsweise sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 symmetrisch in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet.
Anschließend werden der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 über einen Verbindungsträger BM9 verbunden, um eine Stimmgabelstruktur unter Teilen der jeweiligen Schwingungsenergie zu konfigurieren. Da das Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform als eine Stimmgabelstruktur konfiguriert ist, kann beispielsweise, selbst wenn zum Zeitpunkt der Verarbeitung ein Fehler im Massekörper MS1, im Massekörper MS2, in den Stützträgern BM1A bis BM1D, in den Stützträgern BM2A bis BM2D, im Stützträger BM3 und im Stützträger BM4, die ein Ansteuerschwingungssystem konfigurieren, vorhanden ist, eine hervorragende Resonanzcharakteristik erzielt werden. Ferner können ebenfalls im aus dem Coriolis-Element CE1, dem Coriolis-Element CE2, dem Erfassungsträger BM7 und dem Erfassungsträger BM8 konfigurierten Erfassungsschwingungssystem einfach Rauschkomponenten wie eine Schwingungsstörung entfernt und nur ein Signal durch die Einwirkung der Winkelgeschwindigkeit abgetrennt werden.
<Betrieb des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform>
Der Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform ist wie zuvor beschrieben konfiguriert und der Betrieb von diesem ist nachfolgend beschrieben.
15 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Schaltkreisstruktur zur Steuerung der Ansteuerschwingung des Winkelgeschwindigkeitssensors S2 in der zweiten Ausführungsform. In 15 konfigurieren das kapazitive Element DE1 und das kapazitive Element DE2 Ansteuermittel zum Schwingen des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2 in der X-Richtung. Auf eine erste Ansteuerelektrode als eine feste Elektrode, die einen Teil des kapazitiven Elements DE1 konfiguriert, wird Vcom+Vb-Vd als ein Ansteuersignal von einem im Halbleiterchip CHP1 ausgeformten Signalverarbeitungsschaltkreis angewendet. Auf eine zweite Ansteuerelektrode als eine feste Elektrode, die einen Teil des kapazitiven Elements DE2 konfiguriert, wird andererseits Vcom+Vb+Vd als ein Ansteuersignal vom im Halbleiterchip CHP1 ausgeformten Signalverarbeitungsschaltkreis angewendet.
Ebenfalls wird auf den Massekörper MS1 und den Massekörper MS2 über den mit dem erweiterten Abschnitt EXU, der mit Stützträger BM3 und dem Stützträger BM4 verbunden ist, gekoppelten Befestigungsabschnitt FU3 Vcom vom im Halbleiterchip CHP1 ausgeformten Signalverarbeitungsschaltkreis angewendet. Daher ist eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Ansteuerelektrode als eine feste Elektrode und dem Massekörper MS1 sowie dem Massekörper MS2 VB-d, und eine Potentialdifferenz zwischen der zweiten Ansteuerelektrode als eine feste Elektrode und dem Massekörper MS1 sowie dem Massekörper MS2 ist Vb+Vd. In der Folge treten elektrostatische Kräfte durch die zuvor beschriebenen Potentialdifferenzen im kapazitiven Element DE1 und im kapazitiven Element DE2 auf, wodurch der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 in Umkehrphasenschwingung (Ansteuerschwingung) in der X-Richtung versetzt werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass, während ein Trägersignal Vc ebenfalls vom Signalverarbeitungsschaltkreis auf den Massekörper MS1 und den Massekörper MS2 angewendet wird, die Frequenz des Trägersignals Vc mehrere hundert kHz beträgt und so hoch ist, dass die zuvor beschriebene Ansteuerschwingung nicht folgen kann, und daher nicht als Ansteuerkraft dienen kann, und ebenfalls, obwohl nicht darauf beschränkt, im Winkelgeschwindigkeitssensor S2 in der zweiten Ausführungsform zum Erzielen einer hohen Ansteueramplitude in der X-Richtung mit niedriger Ansteuerspannung die Frequenz (Ansteuerfrequenz) eines Ansteuersignals Vd an die Eigenfrequenz eines aus den Massekörpern MS1 und MS2, den Stützträgern BM1A bis BM1D, den Stützträgern BM2A bis BM2D, dem Stützträger BM3, dem Stützträger BM4 und dem Verbindungsträger BM9 konfigurierten Ansteuerschwingungssystems (Umkehrphasenschwingungssystem) angepasst wird. Ebenfalls erfolgt in der zweiten Ausführungsform, damit die Ansteuerfrequenz einer Änderung der Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems durch Schwankungen der Umgebung folgen kann, eine Rückkopplungssteuerung durch Verwenden einer AFC (Auto Frequency Control) 34 durch PLL (Phase Locked Loop) und einen DA-Wandelabschnitt 36.
Ferner werden in der zweiten Ausführungsform die Ansteueramplituden des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2 durch Erfassen von Änderungen von elektrostatischen Kapazitäten des aus der ersten Ansteueramplituden-Überwachungselektrode, die als eine feste Elektrode dient, und aus der integral mit dem Massekörper MS1 und dem Massekörper MS2 ausgeformten zweiten beweglichen Elektrode ausgeformten kapazitiven Elements ME1 überwacht. Auf ähnliche Weise werden die Ansteueramplituden des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2 durch Erfassen von Änderungen der elektrostatischen Kapazität des aus der zweiten Ansteueramplitudenüberwachungselektrode, die als eine feste Elektrode dient, und aus der integral mit dem Massekörper MS1 und dem Massekörper MS2 ausgeformten zweiten beweglichen Elektrode ausgeformten kapazitiven Elements ME2 überwacht.
Insbesondere wird auf den Massekörper MS1 und den Massekörper MS2 das Trägersignal Vc mit einer Frequenz von mehreren hundert kHz angewendet. In diesem Fall tritt mit dem Trägersignal Vc eine Änderung in der elektrostatischen Kapazität des aus dem Massekörper MS1, dem Massekörper MS2 und der ersten Ansteueramplituden-Überwachungselektrode (feste Elektrode) konfigurierten kapazitiven Elements ME1 und der elektrostatischen Kapazität des aus dem Massekörper MS1, dem Massekörper MS2 und der zweiten Ansteueramplitudenüberwachungselektrode (feste Elektrode) konfigurierten kapazitiven Elements ME2 auf, und es tritt eine Bewegung von elektrischen Ladungen entsprechend dieser Änderung der elektrostatischen Kapazität auf. Die Änderung der elektrostatischen Kapazität wird in einem CV-Wandelabschnitt 30, wie in 15 dargestellt, in ein analoges Spannungssignal umgewandelt, und wird anschließend in einem AD-Wandelabschnitt 31 in ein digitales Spannungssignal umgewandelt. Anschließend werden ein vom kapazitiven Element ME1 den CV-Wandelabschnitt 30 und den AD-Wandelabschnitt 31 passierendes erstes digitales Spannungssignal und ein vom kapazitiven Element ME2 den CV-Wandelabschnitt 30 und den AD-Wandelabschnitt 31 passierendes zweites digitales Spannungssignal einem arithmetischen Vorgang in einem Differentialerfassungsabschnitt 32 unterzogen. Wenn die Ansteueramplitude gleich 0 ist, heben sich die anfänglichen elektrostatischen Kapazitäten des kapazitiven Elements ME1 und des kapazitiven Elements M2 auf und somit ist eine Eingangsspannung für einen Synchronwellenerfassungsabschnitt 33 gleich 0.
Wenn der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 eine Umkehrphasenschwingung ausführen, wird, durch Folgen der Ansteueramplituden des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2, die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements ME1 größer und die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements ME2 kleiner. Alternativ wird durch Folgen der Ansteueramplituden des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2 die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements ME1 kleiner und die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements ME2 größer. Somit wird vom Differentialerfassungsabschnitt 32 ein digitales Signal entsprechend der Ansteueramplitude der Umkehrphasenschwingung ausgegeben.
Das vom Differentialerfassungsabschnitt 32 ausgegebene digitale Signal wird im Synchronwellenerfassungsabschnitt 33 zum Ansteuern der Frequenzkomponenten (beispielsweise mehrzehnfache kHz) und Niederfrequenzkomponenten (beispielsweise mehrere hundert kHz von DC) einschließlich DC bei Bedarf umgewandelt. Die in ein niederfrequentes digitales Signal umgewandelte Ansteueramplitude wird .einer AGC (Auto Gain Control) 35 zugeführt und mit einem vorgegebenen Ansteueramplituden-Zielwert verglichen. Anschließend wird aufgrund dieses Vergleichsergebnisses die Größe des Ansteuersignals Vd im DA-Wandelabschnitt 36 angepasst. Somit erfolgt eine Rückkopplungssteuerung, so dass die Ansteueramplitude der vorgegebene Zielwert wird. Auf die zuvor beschriebene Weise können im Winkelgeschwindigkeitssensor S2 in der zweiten Ausführungsform der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 zum Durchführen einer Ansteuerschwingung (Umkehrphasenschwingung) mit einer bestimmten Ansteueramplitude in der X-Richtung veranlasst werden.
Nachfolgend wird ein Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorgang beschrieben, wenn die Winkelgeschwindigkeit in der Z-Richtung einwirkt und der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 zum Schwingen in der X-Richtung gebracht werden.
16 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung der Struktur eines Erfassungsschaltkreises des Winkelgeschwindigkeitssensors S2 in der zweiten Ausführungsform. Zunächst tritt, wenn eine Winkelgeschwindigkeit Ω in der Z-Richtung bei Durchführen einer Umkehrphasenschwingung (Ansteuerschwingung) durch den Massekörper MS1 und den Massekörper MS2 einwirkt, eine Coriolis-Kraft Fc, dargestellt durch die (Gleichung 3), im Massekörper MS1 und im Massekörper MS2 auf, und es tritt eine Schwingung in der Y-Richtung entsprechend der einwirkenden Winkelgeschwindigkeit Ω auf. $Fc = 2 \cdot m \cdot Ω \cdot X \cdot ω x \cdot cos (ω x \cdot t)$
In (Gleichung 3) ist Fc die Coriolis-Kraft, m die Masse des Massekörpers MS1 oder des Massekörpers MS2 und Ω die von außen einwirkende Winkelgeschwindigkeit. Ferner ist X eine maximale Amplitude in der X-Richtung, ωx/2π ist die Ansteuerfrequenz (Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems) und t ist die Zeit. 162 Da der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 eine Umkehrphasenschwingung ausführen, erfolgen Schwingungen in der Y-Richtung ebenfalls in umgekehrter Phase. Da der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch die Stützträger BM1A bis BM1D, die Stützträger BM2A bis BM2D, den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4, die flexibel in der X-Richtung und steif in der Y-Richtung sind, gestützt werden, werden die Massekörper kaum in der Y-Richtung verschoben, selbst wenn die zuvor beschriebe Coriolis-Kraft Fc auftritt. Andererseits werden, da das Coriolis-Element CE1 und das Coriolis-Element CE2 mit dem Massekörper MS1 und dem Massekörper MS2 über den Erfassungsträger BM7 und den Erfassungsträger BM8, die steif in der X-Richtung und flexibel in der Y-Richtung sind, verbunden sind, die Coriolis-Elemente aufgrund der Coriolis-Kraft Fc in einem Verhältnis gemäß der Darstellung in (Gleichung 4) verschoben.
$y = Fc \cdot Qy/ky$
Hier ist y die Erfassungsamplitude, Qy ein mechanischer Qualitätskoeffizient eines Erfassungsschwingungssystems und ky eine Federkonstante des Erfassungsträgers BM7 und des Erfassungsträgers BM8 in der Y-Richtung.
Wenn, wie in 16 dargestellt, das Coriolis-Element CE1 in der Y-Richtung verschoben wird, ändert sich die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements zum Konfigurieren des Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitts YSU1, der zum Verbinden mit dem Coriolis-Element CE1 angeordnet ist. Auf ähnliche Weise ändert sich ebenfalls, wenn das Coriolis-Element CE2 in der Y-Richtung verschoben wird, die elektrostatische Kapazität des kapazitiven Elements zum Konfigurieren des Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitts YSU2, der zum Verbinden mit dem Coriolis-Element CE2 angeordnet ist.
Beispielsweise wird die Änderung der elektrostatischen Kapazität des kapazitiven Elements zum Konfigurieren des Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitts YSU1 in einem CV-Wandelabschnitt 40A in ein analoges Spannungssignal umgewandelt und anschließend in einem AD-Wandelabschnitt 41A in ein digitales Spannungssignal umgewandelt. Anschließend nach einem arithmetischen Vorgang in einem Differentialerfassungsabschnitt 42A wird ein demoduliertes Signal in einem Synchronwellenerfassungsabschnitt 43A extrahiert. Auf ähnliche Weise wird die Änderung der elektrostatischen Kapazität des kapazitiven Elements zum Konfigurieren des Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitts YSU2 in einem CV-Wandelabschnitt 40B in ein analoges Spannungssignal umgewandelt und anschließend in einem AD-Wandelabschnitt 41B in ein digitales Spannungssignal umgewandelt. Anschließend nach einem arithmetischen Vorgang in einem Differentialerfassungsabschnitt 42B wird ein demoduliertes Signal in einem Synchronwellenerfassungsabschnitt 43B extrahiert.
Anschließend werden das durch Demodulation im Synchronwellenerfassungsabschnitt 43A erzeugte demodulierte Signal und das durch Demodulation im Synchronwellenerfassungsabschnitt 43B erzeugte demodulierte Signal einem Differentialarithmetikvorgangsverarbeitungsabschnitt 44 für einen arithmetischen Vorgang zugeführt und passieren danach einen LPF (Niederfrequenz-Bandpassfilter) 45. Somit wird schließlich ein Winkelgeschwindigkeitssignal an einer Ausgangsklemme OUT ausgegeben. Dadurch kann gemäß dem Winkelgeschwindigkeitssensor S2 in der zweiten Ausführungsform eine Winkelgeschwindigkeit erfasst werden.
<Merkmale der zweiten Ausführungsform>
Im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform beispielsweise sind, wie in 14 dargestellt, die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B, die mit dem ersten Bereich P1 verbunden sind, als ein integraler Befestigungsabschnitt zu betrachten, und die äußeren Befestigungsabschnitte OFU2A und OFU2B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU2A und IFU2B, die mit dem zweiten Bereich P2 verbunden sind, als ein integraler Befestigungsabschnitt zu betrachten. Außerdem weist das Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform, wie in 14 dargestellt, eine Dreipunkt-Stützstruktur durch die zuvor beschriebenen zwei Befestigungsabschnitte und den Befestigungsabschnitt FU3 auf. Das heißt, es erweist sich, dass das Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen die Dreipunktstruktur aufweist, in welcher der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch drei Befestigungsabschnitte gestützt sind. Daher kann, wie bei der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Dreipunkt-Stützstruktur, das Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform ebenfalls problemlos eine Trennung der Schwingungsstörung und der Eigenfrequenz durchführen und kann Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen ausreichend vermeiden. Das heißt, dass ebenfalls im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform die Eigenfrequenz des Schwingungssystems, in dem der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 in der X-Richtung zum Schwingen angesteuert werden, problemlos zu einem Hochfrequenzband verschoben werden kann.
Hier kann die Empfindlichkeit Sw des Winkelgeschwindigkeitssensors in der zweiten Ausführungsform durch Anordnen der zuvor beschriebenen (Gleichung 3) und (Gleichung 4) ermittelt werden. $Sw = y/ Ω = 2 \cdot m \cdot X \cdot ω x \cdot cos (ω x \cdot t) \cdot Qy/ky$
Durch die vorhergehende Beschreibung (Gleichung 5) erweist sich, dass zum Konstanthalten der Empfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors ungeachtet von Schwankungen in der Umgebung die Ansteueramplitude X, die Eigenfrequenz ωx des Ansteuerschwingungssystems und der mechanische Qualitätskoeffizient Qy des Erfassungsschwingungssystems konstant gehalten werden müssen. Während der mechanische Qualitätskoeffizient Qy des Erfassungsschwingungssystems eine temperaturabhängige Komponente ist, können dessen Einflüsse beispielsweise durch Verwenden einer Servosteuerung minimiert- . werden, und somit kann der mechanische Qualitätskoeffizient als ein nicht variabler Wert betrachtet werden. Ebenfalls kann die Ansteueramplitude X auf einen konstanten Wert gesetzt werden, indem eine Rückkopplungssteuerung durch eine AGC 35 wie zuvor beschrieben verwendet wird. Somit ist die Empfindlichkeit Sw des Winkelgeschwindigkeitssensors nur von der Eigenfrequenz ωx des Ansteuerschwingungssystems abhängig.
Gemäß diesem Punkt wird in der zweiten Ausführungsform wie zuvor beschrieben die Eigenfrequenz des Schwingungssystems, in dem der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 in der X-Richtung zum Schwingen angesteuert werden, zu einem Hochfrequenzband verschoben. Dies bedeutet, dass die Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems steigt, und es erweist sich, dass die Empfindlichkeit Sw des Winkelgeschwindigkeitssensors ebenfalls durch die (Gleichung 5) verbessert wird. Das heißt, dass in der zweiten Ausführungsform ein Hauptfokus auf das Verschieben der Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen gerichtet wird, um eine Resonanz zwischen der Schwingungsstörung in Form von 1/f-Rauschen und der Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems zu vermeiden. Ferner kann durch Verschieben der Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems zu einer Hochfrequenzbandseite ebenfalls ein Vorteil durch die Möglichkeit der Verbesserung der Empfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors erzielt werden. 173 Andererseits werden im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform, anders als bei der im Nicht-Patent-Dokument 1 beschriebenen Technologie, der Befestigungsabschnitt FU3 und der dritte Bereich P3 nicht durch einen auf der virtuellen Linie IL1 angeordneten Stützträger gestützt. Insbesondere ist im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform beispielsweise, wie in 14 dargestellt, der erweiterte Abschnitt EXU so angeordnet, dass er mit dem Befestigungsabschnitt FU3 verbunden ist, sind dieser erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3, der einen Teil des Massekörpers MS1 konfiguriert, über den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden, und sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet (erster Merkmalspunkt). Auf ähnliche Weise ist in der zweiten Ausführungsform der erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3, der einen Teil des Massekörpers MS2 konfiguriert, über den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden, und sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet (erster Merkmalspunkt).
Hier ist, wenn die Stützträger BM1A bis BM1D als ein Stützträger zu betrachten sind und die Stützträger BM2A bis BM2D als ein Stützträger zu betrachten sind, der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 in der zweiten Ausführungsform über die zuvor beschriebenen zwei Stützträger, den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform wird eine Struktur eingesetzt, in der, während die Dreipunkt-Stützstruktur im Wesentlichen eingesetzt wird, in welcher der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch die drei Befestigungsabschnitte gestützt sind, der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch vier Stützträger aufgehängt sind. Daher kann gemäß dem Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform nicht nur die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus, in welcher der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 zum Schwingen in der X-Richtung gebracht werden, sondern auch die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen verschoben werden. 175 Somit kann im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform nicht nur im Schwingungsmodus, in dem der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 zum Schwingen in der X-Richtung gebracht werden, sondern auch im unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion, ein Winkelgeschwindigkeitssensor bereitgestellt werden, der problemlos eine Trennung der Schwingungsstörung und der Eigenfrequenz durchführen und ebenfalls ausreichend Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen vermeiden kann. Das heißt, gemäß dem Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform, kann ein Winkelgeschwindigkeitssensor bereitgestellt werden, der nicht anfällig für Störungen durch Temperaturänderung und Schwingungen in der Einsatzumgebung des Winkelgeschwindigkeitssensors (gegen diese beständig) ist.
Nachfolgend wird der erste Merkmalspunkt in der zweiten Ausführungsform ausführlich beschrieben. Das Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform ist so konfiguriert, dass beispielsweise, wie in 14 dargestellt, die beiden Massekörper MS1 und MS2 über den Verbindungsträger BM9 verbunden sind und somit einen Schwingungsmodus wie eine Stimmgabel aufweisen. Das heißt, es besteht ein Schwingungsmodus (erster Modus), in dem die zwei Massekörper MS1 und MS2 in der gleichen Richtung und phasengleich in der X-Richtung schwingen, und eine Spitze in diesem ersten Modus ist die Eigenfrequenz des ersten Modus . Ferner besteht in der zweiten Ausführungsform ein Schwingungsmodus (zweiter Modus), in dem die zwei Massekörper MS1 und MS2 jeweils in einer entgegengesetzten Richtung (Umkehrphase) in der X-Richtung schwingen, und eine Spitze in diesem zweiten Modus ist die Eigenfrequenz des zweiten Modus. Hier liegt die Eigenfrequenz des ersten Modus auf einer Niederfrequenzbandseite der Eigenfrequenz des zweiten Modus. Es ist mit anderen Worten zu ersehen, dass die Eigenfrequenz des zweiten Modus auf einer Hochfrequenzbandseite der Eigenfrequenz des ersten Modus liegt.
Ferner liegen im Winkelgeschwindigkeitssensor in der Dreipunkt-Stützstruktur in der zweiten Ausführungsform ein dritter Modus und ein vierter Modus auf einer weiteren Hochfrequenzbandseite des zweiten Modus vor. Dieser dritte Modus und vierte Modus sind unerwünschte Modi und jeder von diesen Modi kann beispielsweise ein Modus sein, in dem zwei Massekörper MS1 und MS2 um die X-Richtung rotieren, oder ein Modus sein, in dem diese um die Z-Richtung rotieren. Anders als beim ersten Modus und zweiten Modus entsprechend der Ansteuerschwingung in der X-Richtung werden diese unerwünschten Modi durch Trägheitsmomente des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2 um eine Rotationsachse und Torsionsfederkonstanten der Stützträger BM1A bis BM1D, der Stützträger BM2A bis BM2D, des Stützträgers BM3 und des Stützträgers BM4 um die Rotationsachse bestimmt.
Somit unterscheiden sich im unerwünschten Modus die Schwankungen durch die Umgebungstemperatur durch diejenigen im ersten Modus und zweiten Modus und Einflüsse auf die Eigenfrequenz durch Substratverzerrung unterscheiden sich ebenfalls davon. Das heißt, damit das Sensorelement SE2 des Winkelgeschwindigkeitssensors stabil in einem breiten Temperaturbereich funktioniert, muss die Eigenfrequenz des zweiten Modus (Ansteuermodus) zur Verwendung als eine Ansteuerfrequenz konstant gehalten werden; es muss aber ebenfalls vermieden werden, dass die Eigenfrequenz des anderen unerwünschten Modus die Eigenfrequenz des zweiten Modus (Ansteuermodus) überlappt.
Insbesondere wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor in der vorliegenden Ausführungsform in widrigen Umgebungen eingesetzt wird, in der eine Schwingungsstörung in einem breiten vorhanden ist, wie etwa in einer Bremsdruckerzeugungs-Steuervorrichtung in einem Antischleudersystem eines Automobils, muss die Eigenfrequenz des zweiten Modus (Ansteuermodus) so viel wie möglich erhöht werden, um nicht mit dem Schwingungsrauschen der Umgebung wie eine Schwingungsstörung gekoppelt zu werden. Ferner muss die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus höher verschoben werden als die Eigenfrequenz des zweiten Modus (Ansteuermodus). Das heißt, durch Verwendung der Dreipunkt-Stützstruktur wurde der Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform für den Zweck des Erhöhens der Eigenfrequenz des zweiten Modus (Ansteuermodus) und weiteren Erhöhens der Eigenfrequenz des unerwünschten höher als die Eigenfrequenz des zweiten Modus (Ansteuermodus) mit einer gegen Substratverzerrung beständigen Struktur entwickelt.
Somit wird inder zweiten Ausführungsform beispielsweise, wie in 14 dargestellt, der erweiterte Abschnitt EXU so angeordnet, dass er mit dem Befestigungsabschnitt FU3 verbunden ist, sind dieser erweiterte Abschnitt EXU und der dritte Bereich P3, der einen Teil des Massekörpers MS1 und des Massekörpers MS2 konfiguriert, über den Stützträger BM3 und den Stützträger BM4 verbunden, und sind der Stützträger BM3 und der Stützträger BM4 einander gegenüberliegend in Bezug zur virtuellen Linie IL1 angeordnet (erster Merkmalspunkt).
In der Folge sind gemäß der zweiten Ausführungsform mit dem zuvor beschriebenen ersten Merkmalspunkt, während eine Struktur eingesetzt wird, in der, während die Dreipunkt-Stützstruktur im Wesentlichen eingesetzt wird, in welcher der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch die drei Befestigungsabschnitte gestützt sind, der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch vier Stützträger aufgehängt. Daher kann gemäß dem Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform nicht nur die Eigenfrequenz des Schwingungsmodus (zweiter Modus), in welcher der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 zum Schwingen in der X-Richtung gebracht werden, sondern auch die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus durch Rotation und Torsion zu einer Hochfrequenzbandseite mit weniger 1/f-Rauschen. verschoben werden.
Der Grund ist, dass gemäß der zweiten Ausführungsform der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 durch vier Stützträger aufgehängt sind, und der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 um die Rotationsachse (X-Achse und Z-Achse) schwer zu rotieren sind. Das heißt, dass gemäß der zweiten Ausführungsform die Rotationssteifigkeit um die Rotationsachse erhöht werden kann und daher die Eigenfrequenz des unerwünschten Modus zu einer Hochfrequenzbandseite verschoben werden kann.
Ferner weist zusätzlich zum oben beschriebenen ersten Merkmalspunkt die zweite Ausführungsform ebenfalls einen zweiten Merkmalspunkt und einen dritten Merkmalspunkt auf. Das heißt, dass im Sensorelement SE2 in der zweiten Ausführungsform der Massekörper MS1 und der Massekörper MS2 in einer Form mit offenem Ende einschließlich den ersten Bereich P1, den zweiten Bereich P2 und den dritten Bereich P3 konfiguriert sind und ein Teil der Substratverzerrung, die durch Temperaturänderung auftritt, von der Verformung des ersten Bereichs P1 und des zweiten Bereichs P2 absorbiert wird (zweiter Merkmalspunkt). Ferner sind in der zweiten Ausführungsform beispielsweise, wie in 14 dargestellt, die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B an der gleichen Seite (Oberseite) in Bezug zur virtuellen Linie IL1 durch die Mitte in der Y-Richtung angeordnet und die äußeren Abschnitte OFU1A und OFU1B und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B gegenüberliegend in Bezug zum ersten Bereich P1 angeordnet. Der erste Bereich P1 und die äußeren Befestigungsabschnitte OFU1A und OFU1B sind über die Stützträger BM1A bis BM1B verbunden, und der erste Bereich P1 und die inneren Befestigungsabschnitte IFU1A und IFU1B sind über die Stützträger BM1C bis BM1D verbunden (dritter Merkmalspunkt) .
Somit kann gemäß der zweiten Ausführungsform eine Änderung der Eigenfrequenz durch Temperaturänderung eine Anpassung von Eigenfrequenz und Schwingungsstörung verringern und dadurch wirksam einen fehlerhaften Betrieb und einen Fehler des Winkelgeschwindigkeitssensors vermeiden sowie die Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors verbessern. Insbesondere können gemäß der zweiten Ausführungsform mit dem zuvor beschriebenen dritten Merkmalspunkt beispielsweise, wenn die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D durch Einbeziehen der Stützträger BM1A bis BM1D berücksichtigt wird, interne Spannung, die in den Stützträgern BM1A bis BM1B auftritt, und interne Spannung, die in den Stützträgern BM1C bis BM1D auftritt, umgekehrt werden. Daher können sich Schwankungen der Federkonstante aufheben. Somit können Schwankungen der Federkonstante für die Gesamtheit der Stützträger BM1A bis BM1D vermieden werden. Das heißt, dass gemäß der zweiten Ausführungsform durch einen Synergieeffekt des zweiten Merkmalspunkts und des dritten Merkmalspunkts wie zuvor beschrieben Schwankungen der Eigenfrequenz durch Temperaturänderungen ausreichend vermieden werden können. Daher können ferner Schwankungen der Empfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors durch Schwankungen der Eigenfrequenz des Schwingungssystems ebenfalls vermieden werden. Somit kann, da der Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform eine hervorragende Beständigkeit gegen Substratverzerrung durch Temperaturänderungen aufweist, eine hervorragende Temperaturcharakteristik auch in einem breiten Temperaturbereich wie im Motorraum eines Automobils mit einer problematischen Temperaturumgebung beibehalten werden.
In der zweiten Ausführungsform bleibt jedoch zur Vereinfachung der Beschreibung eine Änderung eines physikalischen Werts des Materials (beispielsweise monokristallinem Silicium) zum Konfigurieren des Ansteuerschwingungssystems bei Änderung der Umgebungstemperatur unberücksichtigt. Insbesondere im Fall der Stützträger BM1A bis BM1D, der Stützträger BM2A bis BM2D, des Stützträgers BM3 und des Stützträgers BM4 umfasst eine Definitionsgleichung einer Federkonstante gemäß der Darstellung in der (Gleichung 6) den Elastizitätsmodul des Materials. $kx = (E \cdot h \cdot b^{3}) {/L}^{3}$
Hier ist kx eine Federkonstante eines Stützträgers, E der Elastizitätsmodul von Silicium, b die Breite des Stützträgers, h die Höhe des Stützträgers und L die Länge des Stützträgers.
Daher schwanken die Federkonstanten der Stützträger BM1A bis BM1D, der Stützträger BM2A bis BM2D, des Stützträgers BM3 und des Stützträgers BM4 mit der Änderung der Umgebungstemperatur unabhängig von der in der Patentschrift beschriebenen Substratverzerrung. In einem Temperaturbereich von -40 bis 125 Grad wie etwa im Motorraum eines Automobils zeigen Änderungen des Elastizitätsmoduls von Silicium ein etwa lineares Verhalten und daher kann eine Korrektur mit einem einfachen arithmetischen Vorgang erfolgen.
Andererseits sind anders als der zuvor beschriebene Elastizitätsmodul von Silicium Änderungen der Federkonstante durch Substratverzerrung extrem nicht linear. Für eine Korrektur ist eine komplexe arithmetische Vorgangsverarbeitung erforderlich und es sind Ausgabewerte des Winkelgeschwindigkeitssensors bei vielen Temperaturpunkten erforderlich.
Gemäß der vorhergehenden Beschreibung muss zum Vermeiden von Änderungen der Federkonstante durch Substratverzerrung ermittelt werden, wie Änderungen der Federkonstante eines Stützträgers durch Substratverzerrung vermieden werden können. Gemäß diesem Punkt weist gemäß dem Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform der Beschleunigungssensor den zweiten Merkmalspunkt und den dritten Merkmalspunkt wie zuvor beschrieben auf und es können daher Schwankungen der Eigenfrequenz des Ansteuerschwingungssystems ebenfalls in einem breiten Einsatztemperaturbereich vermieden werden. Somit ist gemäß dem Winkelgeschwindigkeitssensor in der zweiten Ausführungsform eine komplexe Temperaturcharakteristikkorrektur auf hohem Niveau durch einen Signalverarbeitungsschaltkreis nicht erforderlich, und es kann eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors, eine Verkleinerung des Signalverarbeitungsschaltkreises und eine Vereinfachung der Temperaturcharakteristik-Korrektur zum Zeitpunkt des Versands des Winkelgeschwindigkeitssensors erzielt werden, wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden.
Vorhergehend wurde die Erfindung des Erfinders spezifisch auf Basis der Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist aber selbstverständlich nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt, und es können Änderungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung kann in einem breiten Umfang im Gebiet der Trägheitssensoren für den Einsatz in der Erfassung der Ausrichtung eines Automobils, Roboters o. Ä., in der Bildstabilisierung in einer Digitalkamera, in der Erfassung der Ausrichtung und Richtung eines Navigationssystems, in der Erfassung der Ausrichtung eines Spielgeräts usw. verwendet werden. Insbesondere können hervorragende Wirkungen beim Einsatz in einem mobilen Körper und bei Vorhandensein einer Schwingungserzeugungsquelle wie Motor, Ventil oder Lautsprecher in Umgebungen erzielt werden.
Bezugszeichenliste

1a: Stützsubstrat
1b: Isolierschicht
1c: leitende Schicht
1S: Substrat
10A: kapazitives Element
10B: kapazitives Element
21: CV-Wandelschaltkreis
22: Demodulationsschaltkreis
30: CV-Wandelabschnitt
31: AD-Wandelabschnitt
32: Differentialerfassungsabschnitt
33: Synchronwellenerfassungsabschnitt
34: AFC
35: AGC
36: DA-Wandelabschnitt
40A: CV-Wandelabschnitt
40B: CV-Wandelabschnitt
41A: AD-Wandelabschnitt
41B: AD-Wandelabschnitt
42A: Differentialerfassungsabschnitt
42B: Differentialerfassungsabschnitt
43A: Synchronwellenerfassungsabschnitt
43B: Synchronwellenerfassungsabschnitt
44: Differentialarithmetikvorgangsverarbeitungsabschnitt
45: LPF
ADH1: Klebematerial
ADH2: Klebematerial
ASU: Beschleunigungserfassungsabschnitt
BM1A: Stützträger
BM1B: Stützträger
BM1C: Stützträger
BM1D: Stützträger
BM2A: Stützträger
BM2B: Stützträger
BM2C: Stützträger
BM2D: Stützträger
BM3: Stützträger
BM4: Stützträger
BM5: Befestigungsträger
BM6: Befestigungsträger
BM7: Erfassungsträger
BM8: Erfassungsträger
BM9: Verbindungsträger
CAP: Abdeckung
CE1: Coriolis-Element
CE2: Coriolis-Element
CHP1: Halbleiterchip
DE1: kapazitives Element
DE2: kapazitives Element
EXU: erweiterter Abschnitt
FP1: freies Ende
FP2: freies Ende
FP3: freies Ende
FP4: freies Ende
FU1: Befestigungsabschnitt
FU2: Befestigungsabschnitt
FU3: Befestigungsabschnitt
IF1: Isolierfilm
IFU1: innerer Befestigungsabschnitt
IFU1A: innerer Befestigungsabschnitt
IFU1B: innerer Befestigungsabschnitt
IFU2: innerer Befestigungsabschnitt
IFU2A: innerer Befestigungsabschnitt
IFU2B: innerer Befestigungsabschnitt
IL1: virtuelle Linie
ME1: kapazitives Element
ME2: kapazitives Element
MR: Harz
MS: Massekörper
OFU1: äußerer Befestigungsabschnitt
OFU1A: äußerer Befestigungsabschnitt
OFU1B: äußerer Befestigungsabschnitt
OFU2: äußerer Befestigungsabschnitt
OFU2A: äußerer Befestigungsabschnitt
OFU2B: äußerer Befestigungsabschnitt
OUT: Ausgangsklemme
P1: erster Bereich
P2: zweiter Bereich
P3: dritter Bereich
P4: vierter Bereich
PD1: Pad
PD2: Pad
S1: Beschleunigungssensor
S2: Winkelgeschwindigkeitssensor
SE1: Sensorelement
SE2: Sensorelement
SP: Raum
TAP: Chipmontageabschnitt
Vc: Trägersignal
W1: Draht
W2: Draht
YSU1: Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt
YSU2: Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt

Claims

Trägheitssensor umfassend: (a) einen Massekörper umfassend einen sich in einer ersten Richtung erstreckenden ersten Bereich, einen sich in der ersten Richtung erstreckenden zweiten Bereich als ein vorgegebener Abstand zum ersten Bereich in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung und einen sich in der zweiten Richtung erstreckenden dritten Bereich zum Koppeln mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, wobei der Massekörper in der ersten Richtung verschiebbar ist; (b) einen mit dem ersten Bereich über einen ersten Stützträger verbundenen ersten Befestigungsabschnitt; (c) einen mit dem zweiten Bereich über einen zweiten Stützträger verbundenen zweiten Befestigungsabschnitt; (d) einen dritten Befestigungsabschnitt; (e) einen mit dem dritten Befestigungsabschnitt verbundenen und sich in der zweiten Richtung erstreckenden erweiterten Abschnitt; (f) einen den erweiterten Abschnitt und den dritten Bereich verbindenden dritten Stützträger; und (g) einen den erweiterten Abschnitt und den dritten Bereich verbindenden vierten Stützträger, wobei der dritte Stützträger und der vierte Stützträger einander gegenüberliegend in Bezug zu einer den dritten Befestigungsabschnitt passierenden und sich in der ersten Richtung erstreckenden virtuellen Linie angeordnet sind.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der dritte Stützträger und der vierte Stützträger symmetrisch in Bezug zur virtuellen Linie angeordnet sind.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der erste Befestigungsabschnitt einen ersten äußeren Befestigungsabschnitt und einen ersten inneren Befestigungsabschnitt umfasst, der erste Stützträger einen ersten äußeren Stützträger und einen ersten inneren Stützträger umfasst, der erste Bereich mit dem ersten äußeren Befestigungsabschnitt über den ersten äußeren Stützträger verbunden ist, und mit dem ersten inneren Befestigungsabschnitt über den ersten inneren Stützträger verbunden ist, und der erste äußere Befestigungsabschnitt und der erste innere Befestigungsabschnitt an einer gleichen Seite in Bezug zur virtuellen Linie angeordnet sind.
Trägheitssensor nach Anspruch 3, wobei der erste äußere Befestigungsabschnitt und der erste innere Befestigungsabschnitt gegenüberliegend in Bezug zum ersten Bereich angeordnet sind.
Trägheitssensor nach Anspruch 3, wobei der erste äußere Stützträger Folgendes umfasst: einen ersten Verbindungsträger, der den ersten Bereich und ein erstes freies Ende verbindet; und einen zweiten Verbindungsträger, der das erste freie Ende und den ersten äußeren Befestigungsabschnitt verbindet, und der erste innere Stützträger Folgendes umfasst: einen dritten Verbindungsträger, der den ersten Bereich und ein zweites freies Ende verbindet; und einen vierten Verbindungsträger, der das zweite freie Ende und den ersten inneren Befestigungsabschnitt verbindet.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der zweite Befestigungsabschnitt einen zweiten äußeren Befestigungsabschnitt und einen zweiten inneren Befestigungsabschnitt umfasst, der zweite Stützträger einen zweiten äußeren Stützträger und einen zweiten inneren Stützträger umfasst, der erste Bereich mit dem zweiten äußeren Befestigungsabschnitt über den zweiten äußeren Stützträger verbunden ist, und mit dem zweiten inneren Befestigungsabschnitt über den zweiten inneren Stützträger verbunden ist, und der zweite äußere Befestigungsabschnitt und der zweite innere Befestigungsabschnitt an einer gleichen Seite in Bezug zur virtuellen Linie angeordnet sind.
Trägheitssensor nach Anspruch 6, wobei der zweite äußere Befestigungsabschnitt und der zweite innere Befestigungsabschnitt gegenüberliegend in Bezug zum ersten Bereich angeordnet sind.
Trägheitssensor nach Anspruch 6, wobei der zweite äußere Stützträger Folgendes umfasst: einen fünften Verbindungsträger, der den ersten Bereich und ein drittes freies Ende verbindet; und einen sechsten Verbindungsträger, der das dritte freie Ende und den zweiten äußeren Befestigungsabschnitt verbindet, und der zweite innere Stützträger Folgendes umfasst: einen siebten Verbindungsträger, der den ersten Bereich und ein viertes freies Ende verbindet; und einen achten Verbindungsträger, der das vierte freie Ende und den zweiten inneren Befestigungsabschnitt verbindet.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der Trägheitssensor ein Beschleunigungssensor ist.
Trägheitssensor nach Anspruch 9, wobei der Beschleunigungssensor einen Beschleunigungserfassungsabschnitt aufweist, der die Verschiebung des Massekörpers in der ersten Richtung als eine Änderung eines elektrostatischen Kapazitätswerts erfasst.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der Trägheitssensor ein Winkelgeschwindigkeitssensor ist.
Trägheitssensor nach Anspruch 11, wobei der Winkelgeschwindigkeitssensor Folgendes umfasst: ein mit dem Massekörper über einen Erfassungsträger verbundenes Coriolis-Element, wobei das Coriolis-Element in der zweiten Richtung verschoben wird, wobei der Massekörper in der ersten Richtung zum Schwingen gebracht wird, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine dritte Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung und zweiten Richtung einwirkt; und einen Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt, der die Verschiebung des Coriolis-Elements in der zweiten Richtung als eine Änderung eines elektrostatischen Kapazitätswerts erfasst.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei der dritte Befestigungsabschnitt auf einer Mittellinie in der zweiten Richtung angeordnet ist.
Trägheitssensor nach Anspruch 1, wobei, von einem aus dem Massekörper, dem ersten Stützträger, dem zweiten Stützträger, dem dritten Stützträger und dem vierten Stützträger konfigurierten Schwingungssystem ein Modus mit einer niedrigsten Frequenz ein Modus ist, in dem der Massekörper in der ersten Richtung schwingt.