JP2000510244A

JP2000510244A - 対称的接合質量形の加速度係及びその製造方法

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Publication number: JP2000510244A
Application number: JP10529883A
Authority: JP
Inventors: ヨンホチョ; ビョンマンクァク; クイロリー; クワンフンパク
Original assignee: ヒュンダイモーターカンパニー; コリアアドヴァンスドインスティテュートオブサイエンスアンドテクノロジー
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 2000-08-08
Also published as: WO1998029749A1; EP1012606A1

Abstract

(57)【要約】質量体の一部を接合して全体質量体を対称的に形成することを特徴とする加速度係の製造工程に関し、より詳細にはエアバッゲ、ＡＢＣ（antilock braking system）、能動懸可、航法システム等の自動車用全長システムや変位、速度、振動、加速度及びそれぞれの加速度の測定及び応用をするための家電、医療、産業用の製品構成に使用する目的で、シリコーン等の単一同質平板素材の一側面だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、ビームと下部質量体の加工されない平面の上に感知構造物及び自体診断用の構造物の設置を容易とし、下部質量体と同一質量の上部質量体を接合して上・下部質量体がビームを基準として質量対称になるようにして質量偏心の除去と横方向感度（cross-axis sensitivity）の向上を図り、ビームと下部質量体からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に製作された上部質量体を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離する工程を考案して製造工程の収率及び生産性の向上を図し、蝕刻単差によりビームの厚さを調節する新たな製造方法による対称的接合質量形の加速度係及びその製造方法に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の名称〕対称的接合質量形の加速度係及びその製造方法〔発明の詳細な説明〕〔発明の属する技術分野〕本発明は、質量体の一部を接合して全体質量体を対称的に形成することを特徴とする加速度係の製造工程に関するもので、より詳細には、エアバッゲ、ＡＢＣ（antilock braking system）、能動懸可、航法システム等の自動車用全長システムや変位、速度、振動、加速度及びそれぞれの加速度の測定及び応用をするための家電、医療、産業用の製品構成に使用する目的で、シリコーン等の単一同質平板素材の一側面だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、ビームと下部質量休の加工されない平面の上に感知構造物及び自体診断用の構造物の設置を容易とし、下部質量体と同一質量の上部質量体を接合して上・下部質量体がビームを基準として質量対称になるようにして質量偏心の除去と横方向感度（cross-axis sensitivity）の向上を図り、ビームと下部質量体からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に製作された上部質量体を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離する工程を考案して製造工程の収率及び生産性の向上を図り、蝕刻単差によりビームの厚さを調節する新たな製造方法による対称的接合質量形の加速度係及びその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕シリコーンウェハ等の単一同質平板材料を加工してビーム（beam）と質量体（ proof mass）を製作した従来の加速度係及びその製造方法は、次のように３つの類型として大別される。

１）添附図面１ａに示したように、同質平板素材の一側面だけを非対称的に加工してビーム（２）と質量体（１）を形成した非対称的単一質量形の加速度係及びその製造方法；２）添附図面１ｂに示したように、同質平板材として両面を対称的に加工してビーム（２）と質量体（１）を形成した対称的単一質量形の加速度係及びその製造方法；また、３）添附図面３ｃに示したように、単一平板材料を非対称的に加工してビーム（２）を形成し、別に製作された質量体（１）をビーム（２）の末端に組立・接着した対称的単一質量形の加速度係及びその製造方法である。

上記加速度係の基本構造に、圧抵抗形の加速度の感知及び自体診断機能を与える従来の加速度係及びその製造方法を具体的に見ると次のようである。

１）添附図面１ａの非対称的単一質量形の加速度係の場合には、ビーム（２）の破損を判定するためのビーム（２）と質量体（１）及び支持部（９）がなす平面（７）の上に加速度を感知するための圧抵抗体（３）、自体診断体（４）或いは配線（１４）が設けられる；２）添附図面１ｂの対称的単一質量形の加速度係の場合には、加速度の感知とビーム（２）の破損を判定するためのビーム（２）と質量体（１）或いは支持部（９）の傾斜面まで圧抵抗体（３）、自体診断体（４）或いは配線（１４）が設けられる；また、３）添附図面１ｃの対称的組立質量形の加速度係の場合には、加速度の感知とビーム（２）の破損を判定するためのビーム（２）と支持部（９）がなす平面の上に圧抵抗体（３）、自体診断体（４）或いは配線（１４）が設けられる。

上記した従来の加速度係及びその製造方法の問題は次のようである。

先ず、添附図面１ａの非対称的単一質量形の加速度係は、質量体（１）の重さ中心とビーム（２）との偏心（１９）により測定しようとする加速度方向の以外の加速度成分に影響を受けて横感度（cross axis sensitivity）の悪化を招来する。

また、添附図面１bの対称的単一質量形の加速度係場合には、上下質量体（１ａ）、（１ｂ）が質量対称になって添附図面１ａの非対称的単一質量形の加速度係の横感度にかかわる問題を解決することが出来るが、加速度の感知及び自体診断機能を与党えることにおいて、ビーム（２）と質量（１）或いは支持部（９）の表面が同一平面の上に存在しないので、加速度係の脆弱部であるビームの両端（８ａ）、（８ｂ）に自体診断体（４）、圧抵抗体（３）或いは配線（１４）を設置する工程が難しくなる。

また、添附図面１ｃの対称的組立質量形の加速度係の場合には、質量体（１）を別に組立して対称性を維持し、同質平板材料を非対称的に加工してビーム（２）と支持部（９）が平面（７）を共有することにより、添附図面１ａの横感度にかかわる問題と添附図面１ｂの自体診断体（４）、圧抵抗体（３）或いは配線（１４）工程による全ての問題を解決したが、単位加速度係ごとに質量体（１）をビーム（２）に組立して接合する追加工程が要求される。また、上記組立及び接合工程においても、ビーム（２）の破損、質量体の接合及び偏心発生と工程時間が増加される。

また、添附図面１ａ、添附図面１b及び添附図面１ｃに示した従来のシリコーン加速度係及び製造方法の共通的な問題としては、ビーム（２）の厚さを調節する製造工程として切削、蝕刻時間の調整、ｐ−ｎ接合、腐蝕防止層を利用する等の方法があるが、製造工程の誤差と複雑さ、ビームの厚さ及び物性の制約がある。

〔発明が解決しようとする課題〕本発明は、上記のような従来技術の問題に鑑み、シリコーン等の単一同質平板素材の一側面だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、ビームと下部質量体の加工されない平面（７）の上に圧抵抗体（３）、自体診断体（４）の設置を容易とし、下部質量体（１ｂ）と同一質量の上部質量体（１ａ）を接合して上・下部質量体がビーム（２）を基準として質量対称になるようにして質量偏心の除去と横方向感度（cross-axis sensitivity）の向上を図り、ビーム（２）と下部質量体（１ｂ）からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に配置・製作された上部質量体（１ａ）を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離する工程を考案して製造工程の破損率及び誤差減少、接合及び偏心不良の減少、工程の単純化及び工程時聞の減少を図り、ビーム（２）の厚さを調節する工程として蝕刻単差を利用した新たな製造方法を考案して本発明の対称的接合質量形の加速度係及びその製造方法を開発した。

本発明は、シリコーン等の単一同質平板素材の一側面だけを加工してビームと下部質量体を形成することにより、加工されない平面の上に圧抵抗体、自体診断体及び配線の設置を容易とし、上・下部質量体を対称的に接合して横方向感度（ cross-axis sensitivity）の向上を図り、ビーム（２）と下部質量体（１ｂ）からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に配置・製作された上部質量体（１ａ）を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離する工程を考案して製造工程の効率性と生産性の向上を図り、蝕刻単差を利用した新たな製造方法を考案してビームの厚さを調節する工程の正確さと単純性を向上させる対称的接合質量形の加速度係及びその製造方法を提供することにその目的がある。

〔発明の構成及び作用〕以下、添附図面を参照して本発明の構成に対して見れば次のようである。

本発明は、添附図面１ｄに示したように、単一同質平板素材の一側面だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、圧抵抗体（３）、自体診断体（４）及び配線（１４）の設置を容易として加工されない平面（７）を形成し、横方向感度を向上するために、下部質量体（１ｂ）と同一質量の上部質量体（１ａ）を接合して上・下部質量体がビーム（２）を基準として質量対称になるようとして質量偏心を除去し、製造工程の効率性及び生産性を向上するために、ビーム（２）と下部質量体（１ｂ）からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に配置・製作された上部質量体（１ａ）を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離する製造方法とビーム（２）の厚さを調節する正確さと単純性を向上させるための蝕刻単差を利用した新たな製造方法をその特徴とする。

本発明による加速度係の中央構造部の１つの実施例は、添附図面２に示したように、全てのビーム（２）、対称的質量体（１ａ、１ｂ）、ビーム（２）の破損を診断することが出来る自体診断体（６）、上下平板部の支持部（９）等が一体形からなる加速度係及び図３に示したような製造方法をその特徴とする。

本発明は、単一同質平板素材の一側面だけを加工して両端支持構造或いは多数支持構造を有するビーム（２）と下部質量体（１ｂ）が一体として成形された稼動されない平面（７）に自体矯正或いは自体試験機能のための自体診断体（４）、加速度を感知するための圧抵抗体及び配線（１４）を容易に設置し、加工されない平面（７）の上に質量偏心を除去するために、下部質量体（１ｂ）と対称に上部質量体（１ａ）を一体として接合した構造からなることを特徴とする。

これを添附図面を参照して詳細に説明すれば次のようである。

添附図面２に示したように、加速度係の支持部（９）のｚ方向である室内運動範囲をｚａとし、質量体（１ａ）、１ｂ）の絶対運動変位をｚｏとすれば質量体（１）と支持部（９）の相対運動変位は“ｚ＝ｚｏ−ｚａ”として示すことが出来る。

添附図面２の加速度係からビーム（２）はスプリングの役割をし、質量体（１ａ）、（１ｂ）は、質量（proof-mass）、質量体（１ａ）、（１ｂ）の運動に対する空気或いは流体の沮止力はダンパの役割をする。

上記から、ビーム（２）のスプリング常数をＫ、質量体の全体質量をＭ、ダンパの滅衰常数をＣとすれば、添附図面２に示した加速度係の運動方程式はニュ− トンの運動法則により次のように求められる。

数学式１正弦と函数入力をと仮定し、上記数学式１を相対運動変位に対して解くと、ω／ω_n《１である場合には、次のような解答を得ることが出来る。

数学式２上記から、固有振動数ωｎは、数学式３滅衰比は、数学式４即ち、数学式２により加速度係の支持部（９）の加速度“Ｚａ”の振幅は、質量体（１ａ、１ｂ）と支持部（９）の間の相対運動変位“Ｚ”の振幅、例えば質量体の垂れ測定して加速度“Ｚａ”の大きさを換算することが出来る。添附図面２及び添附図面３の加速度係は、上記のような作動原理を基づいて加速度“Ｚ” によるビームの垂れ“Ｚ”の測定を圧抵抗方式により倶現した１つの実施例である。

即ち、ビームの末端に圧抵抗体（３）を設置し、ビームの変形“Ｚ”により発生する応力を圧抵抗体（３）の抵抗変化として示す。質量（１ａ）、（１ｂ）及びビーム（２）の数値を調節して願う固有振動数“ωｎ”と、周囲流体の粘性、圧力を調節して願う滅衰比“ζ”を得る。

一方、添附図面２に示したように、上部質量体（１ａ）を下部質量体（１ｂ）と対称的に接合して質量偏心の除去と横感度を向上させるばかりでなく、平板素材の一側だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、加工されない平面（７）に圧電体（３）、自体診断体（４）或いは配線（１４）及び電極（５、６）の設置を容易にした。一方、添附図面３の圧抵抗体（pi ezoresistive material）（３）の代りに、圧電体（piczoelectric material）を設置するとか、添附図面５に示したように上・下部隔板（１８ａ）、（１８ｂ）を利用して上・下部質量体（１ａ）、（１ｂ）に対応する平板電極（１７ａ）、（１７ｂ）が形成された上・下部平板を設置することにより、加速度による質量体（１）の変位を圧電体の発生電圧として測定する圧電形の加速度係或いは対向電極の静電容量の変化として測定する容量形の加速度係を構成する。

以下、本発明の製造方法に対して見れば次の通りである。

添附図面３は、添附図面２の加速度係を製作するための製造工程の１つの実施例で、シリコーン基板を素材として低面と垂直方向に配列された加速度係の製造工程のフローを示したのである。

ａ）：ビーム（２）と下部質量体（１ｂ）及び切削ホーム（１５）を蝕刻する目的として、シリコーン基板（１２）の下面に蝕刻防止用保護膜（１３）を形成した後、シリコーン基板（１２）の上面（７）に圧抵抗体（３）及び自体診断体（４）を形成する。

ｂ）：シリコーン基板（１２）の上面に電気的な分離をするための電極分離帯（１１）を形成した後、配線（１４）及び圧抵杭体（３）の感知電極（５）と自体診断体（４）の電極（６）を製作する。

ｃ）：シリコーン基板（１２）の上面を保護した状態で、図３ａから形成した蝕刻保護層（１３）によりシリコーン基板の下面を蝕刻してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）及び切削ホーム（１５）を形成する。この時、ビーム（２）の厚さに該当する深さほど、予め蝕刻したシリコーンウェハと共に蝕刻を実施し、予めビーム（２）の厚さほど蝕刻されているウェハが完全に抜ける時に蝕刻を中断してビーム（２）の厚さを調節する。

ｄ）：添附図面３ｃから用いた上面保護層を除去した後、接着層（１０）により別に製作された上部質量体（１ａ）を接合してビーム（２）を基準として上・下部質量体が対称になるようとする。

ｅ）：添附図面３cから地面の垂直方向に配列された加速度係を切断し、切断ホーム（１５）により再び切断して単位加速度係を得る。

添附図面３に説明した製造工程は添附図面４に示したように、両端支持ビーム或いは多数ビームを設置した加速度係の場合にも同一に適用することが出来る。

〔発明の効果〕

本発明の効果は次のようである。

第１に、平板素材の一側面だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、加工されない平面の上に圧抵抗体（３）、自体診断体（４）、配線（１４）及び電極（５）、（６）を設置する工程を容易とする。

第２に、下部質量体（１ｂ）と同一質量の上部質量体（１ａ）を接合して上・下部質量体がビーム（２）を基準として質量対称をなるようとして質量偏心及び横方向感度を減少させる。

第３に、ビーム（２）と下部質量体（１ｂ）からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に配置・製作された上部質量体（１ａ）を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離することにより、製造工程の効率性及び生産性を向上させる。

第４に、蝕刻単差による新たな蝕刻整地方法を利用してビーム（２）の厚さを調節する正確さと単純性を向上させる。

〔図面の簡単な説明〕

図１ａは、同質平板素材を加工・製作した従来の非対称的単一質量形のカンチレバー加速度係のビーム及び質量体の断面図である。

図１ｂは、同質平板素材を加工・製作した従来の対称的単一質量形のカンチレバー加速度係のビーム及び質量体の断面図である。

図１ｃは、従来の同質平板素材を加工・製作したビームに対称的に製作した別の質量材を組立・接合した従来の対称的単一質量形のカンチレバー加速度係のビーム及び質量体の断面図である。

図１ｄは、本発明によるカンチレバー加速度係のビーム及び質量部を示す図面で、同質平板素材の一側面だけを加工してビームと下部質量体を形成した後、別の上部質量体をビームの基準として下部質量体と質量対称になるように接合した対称的接合質量形のカンチレバー加速度係を示す断面図である。

図２は、本発明による加速度係の１つの実施例で、対称的接合質量形のカンチレバー加速度係を圧抵抗の測定方式として倶現した斜視図である。

図３は、図２の加速度係を製作するための製造工程の１つの実施例で、シリコーンを素材とした工程フロー図である。

図４ａは、本発明による加速度係のほかの実施例で、対称的接合質量形の加速度係を両端支持ビームの形態として倶現した場合のビーム及び質量部の平面図である。

図４ｂは、本発明による加速度係のほかの実施例で、対称的接合質量形の加速度係を両端支持ビームの形態として倶現した場合のビーム及び質量部の断面図である。

図５は、本発明による加速度係のほかの実施例で、対称的接合質量形のカンチレバー加速度係を定先容量形測定方式として倶現した断面図である。

〔図面の主要な部分に対する符号の説明〕

１：質量体１a、１ｂ：上・下部質量体２：ビーム３：圧抵杭体４：自体診断体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ：圧抵抗測定用電極６ａ、６ｂ：自体診断用電極７：平面８ａ、８ｂ：ビームの両端部９：支持部１０：接合体１１：電極分離帯１２：シリコーン基板１３：蝕刻保護膜１４：配線１５：切断ホーム１６ａ、１６ｂ：上・下平板１７ａ、１７ｂ：上・下平板電極１８ａ、１８ｂ：上・下離隔板１９：質量偏心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者クァクビョンマン大韓民国 305―333 デジュンユソン− クオウン−ドン 101―802 ハンビットアパート (72)発明者リークイロ大韓民国 305―333 デジュンユソン− クオウン−ドン 135―1303 ハンビットアパート (72)発明者パククワンフン大韓民国 445―850 キュンキ−ドファソン−クンナミャン−ミュンジャンドック−リ 772―１【要約の続き】称的接合質量形の加速度係及びその製造方法に関するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

〔請求項１〕単一同質平板素材の一側面だけを加工してビーム（２）と下部質量体（１ｂ）を形成することにより、圧抵抗体（３）、体診断（self-diagn osis）体（４）及び配線（１４）の容易な設置が出来るように加工されない平面（７）を形成し、横方向感度を向上するために、上・下部質量体（１ｂ）と同一質量の上部質量体（１ａ）を接合して上・下部質量体がビーム（２）を基準として質量対称になるようにして質量偏心の除去と製造工程の効率性及び生産性を向上するために、ビーム（２）と下部質量体（１ｂ）からなる加速度係を一列に配置・製作し、これに再び一列に配置・製作された上部質量体（１ａ）を接合した後、切削により一列の加速度係から単位加速度係を分離する製造方法と、ビーム（２）の厚さを調節する正確さと単純性を向上させるための蝕刻単差を利用した新たな製造方法を特徴とする対称的接合質量形の加速度係を製造する方法。
〔請求項２〕ビーム（２）の上の圧抵抗体（３）と自体診断体（４）を、加速度係の自体特性を補正或いは試験することが出来る自体矯正（self calibra tion）或いは自体試験（self-testing）機能に利用することを特徴とする請求項１に記載の対称的接合質量形の加速度係を製造する方法。
〔請求項３〕ビーム（２）の上に圧抵抗体（４）を設置した圧抵抗形の測定方式、圧電物質を設置した圧電形測定方式いは質量体（１ａ）、（１ｂ）と、上下平板（１６ａ）、（１６ｂ）の対向面に電極（１７ａ）、（１７ｂ）を設置して容量形測定方式に応用することを特徴とする請求項１或いは２記載の対称的接合質量形の加速度係を製造する方法。
〔請求項４〕加速度係及びその製造方法の特徴を利用して添附図面４の両端支持ビーム或いは多数のビームを形成することを特徴とする請求項１、２或いは３いずれかの請求項に記載の対称的接合質量形の加速度係を製造する方法。
〔請求項５〕単一同質平板素材の一側面だけを加工して両端支持構造或いは多数支持構造を有するビーム（２）と下部質量体（１ｂ）が一体として成形された稼動されない平面（７）に自体矯正或いは自体試験機能のための自体診断体（４）、加速度を感知するための圧抵抗体及び配線（１４）を容易に設置し、加工されない平面（７）の上に質量偏心を除去するために、下部質量体（１ｂ）と対称に上部質量体（１ａ）を一体として接合した構造からなることを特徴とする対称的接合質量形の加速度係を製造する方法。
〔請求項６〕加速度を感知するための上記圧抵抗体（３）を、圧電形或いは容量形を感知するために、圧電体或いは別の電極に代替することを特徴とする請求項５記載の対称的接合質量形の加速度係を製造する方法。