JP2001099855A - マイクロマシニング型の回転角加速度センサ - Google Patents
マイクロマシニング型の回転角加速度センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的単純な電子評価装置しか必要としない
マイクロマシニング型の回転角加速度センサを提供す
る。 【解決手段】 リング状のはずみ質量体１０が、撓みば
ね装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介して中央の固定装置
２０に結合されており、はずみ質量体１０が、回転軸線
ｚを中心にして、検出したい回転角加速度によって弾性
的に静止位置から変位可能であり、はずみ質量体１０
に、変位可能な第１のコンデンサプレート装置１０１〜
１０６が設けられており、基板上に、固定の第２のコン
デンサプレート装置２０１〜２１８が設けられており、
両コンデンサプレート装置が、回転軸線ｚを中心とした
回転角加速度を表すパラメータｘを検出するための差動
コンデンサ装置として形成されている。
マイクロマシニング型の回転角加速度センサを提供す
る。 【解決手段】 リング状のはずみ質量体１０が、撓みば
ね装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介して中央の固定装置
２０に結合されており、はずみ質量体１０が、回転軸線
ｚを中心にして、検出したい回転角加速度によって弾性
的に静止位置から変位可能であり、はずみ質量体１０
に、変位可能な第１のコンデンサプレート装置１０１〜
１０６が設けられており、基板上に、固定の第２のコン
デンサプレート装置２０１〜２１８が設けられており、
両コンデンサプレート装置が、回転軸線ｚを中心とした
回転角加速度を表すパラメータｘを検出するための差動
コンデンサ装置として形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシニン
グ型（ｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈ．）の回転角加
速度センサに関する。
グ型（ｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈ．）の回転角加
速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】回転角加速度（Ｄｒｅｈｂｅｓｃｈｌｅ
ｕｎｉｇｕｎｇ）を測定するためには、通常、ヨーレー
トセンサ（ジャイロスコープ、回転角速度センサ）が使
用される。この場合、ヨーレートから時間的な微分によ
って回転角加速度が推量される。
ｕｎｉｇｕｎｇ）を測定するためには、通常、ヨーレー
トセンサ（ジャイロスコープ、回転角速度センサ）が使
用される。この場合、ヨーレートから時間的な微分によ
って回転角加速度が推量される。
【０００３】Ｍ．ルッツ（Ｍ．Ｌｕｔｚ）、Ｗ．ゴルデ
ラ（Ｗ．Ｇｏｌｄｅｒｅｒ）、Ｊ．ゲルステンマイヤ
（Ｊ．Ｇｅｒｓｔｅｎｍｅｉｅｒ）、Ｊ．マレーク
（Ｊ．Ｍａｒｅｋ）、Ｂ．マイヘーファ（Ｂ．Ｍａｉｈ
ｏｅｆｅｒ）およびＤ．シューベルト（Ｄ．Ｓｃｈｕｂ
ｅｒｔ）著の「Ａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｙａｗ Ｒａ
ｔｅＳｅｎｓｏｒ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ」；ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
Ｐａｐｅｒ、９８０２６７およびＫ．フンク（Ｋ．Ｆｕ
ｎｋ）、Ａ．シルプ（Ａ．Ｓｃｈｉｌｐ）、Ｍ．オッフ
ェンベルク（Ｍ．Ｏｆｆｅｎｂｅｒｇ）、Ｂ．エルスナ
（Ｂ．Ｅｌｓｎｅｒ）およびＦ．ラルマ（Ｆ．Ｌａｅｒ
ｍｅｒ）著の「Ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉ
ｎｉｎｇ ｏｆ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」；Ｔｈｅ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏ
ｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｏｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕ
ａｔｏｒｓ，Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＩＸ，ストック
ホルム（Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ）、スェーデン国（Ｓｃｈ
ｗｅｄｅｎ）、１９９５年６月２５日〜２９日、第５０
頁〜第５２頁の記載に基づき、通常、比較的複雑な電子
評価装置を必要とするヨーレートセンサが知られてい
る。
ラ（Ｗ．Ｇｏｌｄｅｒｅｒ）、Ｊ．ゲルステンマイヤ
（Ｊ．Ｇｅｒｓｔｅｎｍｅｉｅｒ）、Ｊ．マレーク
（Ｊ．Ｍａｒｅｋ）、Ｂ．マイヘーファ（Ｂ．Ｍａｉｈ
ｏｅｆｅｒ）およびＤ．シューベルト（Ｄ．Ｓｃｈｕｂ
ｅｒｔ）著の「Ａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｙａｗ Ｒａ
ｔｅＳｅｎｓｏｒ ｉｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｉｎｇ」；ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
Ｐａｐｅｒ、９８０２６７およびＫ．フンク（Ｋ．Ｆｕ
ｎｋ）、Ａ．シルプ（Ａ．Ｓｃｈｉｌｐ）、Ｍ．オッフ
ェンベルク（Ｍ．Ｏｆｆｅｎｂｅｒｇ）、Ｂ．エルスナ
（Ｂ．Ｅｌｓｎｅｒ）およびＦ．ラルマ（Ｆ．Ｌａｅｒ
ｍｅｒ）著の「Ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉ
ｎｉｎｇ ｏｆ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」；Ｔｈｅ ８ｔｈ Ｉｎｔｅｒ
ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏ
ｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｏｎｓｏｒ ａｎｄ Ａｃｔｕ
ａｔｏｒｓ，Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＩＸ，ストック
ホルム（Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ）、スェーデン国（Ｓｃｈ
ｗｅｄｅｎ）、１９９５年６月２５日〜２９日、第５０
頁〜第５２頁の記載に基づき、通常、比較的複雑な電子
評価装置を必要とするヨーレートセンサが知られてい
る。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許第１９６３２３６３
号明細書に基づき、回転角加速度検出装置が公知であ
り、この場合、複数の加速度センサが電気的に評価さ
れ、そして各加速度センサの信号の結合を介して、つま
り信号の差値形成、総和値形成もしくは平均値形成を介
して、回転角加速度が推量される。
号明細書に基づき、回転角加速度検出装置が公知であ
り、この場合、複数の加速度センサが電気的に評価さ
れ、そして各加速度センサの信号の結合を介して、つま
り信号の差値形成、総和値形成もしくは平均値形成を介
して、回転角加速度が推量される。
【０００５】ミズノ Ｊ．（Ｍｉｚｕｎｏ Ｊ．）、ノ
ットマイヤ Ｋ．（Ｎｏｔｔｍｅｙｅｒ．Ｋ）、カナイ
Ｙ．（Ｋａｎａｉ Ｙ．）、ベルベリヒ Ｏ．（Ｂｅ
ｒｂｅｒｉｇ Ｏ．）、コバヤシ Ｔ．（Ｋｏｂａｙａ
ｓｈｉ Ｔ．）、エサシ Ｍ．著の「Ｐｒｏｃ． Ｔｒ
ａｎｓｄｕｃｅｒｓ ′９９」、仙台、日本国、１９９
９年６月７日〜１０日、第１３０２頁〜第１３０５頁に
は、複雑な組み合わされた線状加速度・回転角加速度セ
ンサが記載されている。
ットマイヤ Ｋ．（Ｎｏｔｔｍｅｙｅｒ．Ｋ）、カナイ
Ｙ．（Ｋａｎａｉ Ｙ．）、ベルベリヒ Ｏ．（Ｂｅ
ｒｂｅｒｉｇ Ｏ．）、コバヤシ Ｔ．（Ｋｏｂａｙａ
ｓｈｉ Ｔ．）、エサシ Ｍ．著の「Ｐｒｏｃ． Ｔｒ
ａｎｓｄｕｃｅｒｓ ′９９」、仙台、日本国、１９９
９年６月７日〜１０日、第１３０２頁〜第１３０５頁に
は、複雑な組み合わされた線状加速度・回転角加速度セ
ンサが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、比較
的単純な電子評価装置しか必要としないマイクロマシニ
ング型の回転角加速度センサを提供することである。
的単純な電子評価装置しか必要としないマイクロマシニ
ング型の回転角加速度センサを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、基板が設けられていて、該基板
が、該基板上に設けられた固定装置を有しており、リン
グ状の回転質量体もしくははずみ質量体が設けられてい
て、該はずみ質量体が、撓みばね装置を介して前記固定
装置に結合されており、前記固定装置が、ほぼリング中
央に位置していて、リング状のはずみ質量体が、少なく
とも１つの回転軸線を中心にして、検出したい回転角加
速度によって弾性的に静止位置から変位可能であり、リ
ング状のはずみ質量体に取り付けられた、変位可能な第
１のコンデンサプレート装置と、基板上に取り付けられ
た、固定の第２のコンデンサプレート装置とが設けられ
ており、第１のコンデンサプレート装置と、第２のコン
デンサプレート装置とが、回転軸線を中心とした回転角
加速度を表すパラメータを検出するための差動コンデン
サ装置として形成されているようにした。
に本発明の構成では、基板が設けられていて、該基板
が、該基板上に設けられた固定装置を有しており、リン
グ状の回転質量体もしくははずみ質量体が設けられてい
て、該はずみ質量体が、撓みばね装置を介して前記固定
装置に結合されており、前記固定装置が、ほぼリング中
央に位置していて、リング状のはずみ質量体が、少なく
とも１つの回転軸線を中心にして、検出したい回転角加
速度によって弾性的に静止位置から変位可能であり、リ
ング状のはずみ質量体に取り付けられた、変位可能な第
１のコンデンサプレート装置と、基板上に取り付けられ
た、固定の第２のコンデンサプレート装置とが設けられ
ており、第１のコンデンサプレート装置と、第２のコン
デンサプレート装置とが、回転軸線を中心とした回転角
加速度を表すパラメータを検出するための差動コンデン
サ装置として形成されているようにした。
【０００８】
【発明の効果】本発明の根底を成す思想は、特定のセン
サ構造体の使用により、回転角速度の時間的な導出なし
に回転角加速度を測定することができるようにする点に
ある。このためには、公知の容量型の加速度センサをほ
とんど変更することなしに引き取ることのできる単純な
容量型の差動容量測定装置を利用することができる。
サ構造体の使用により、回転角速度の時間的な導出なし
に回転角加速度を測定することができるようにする点に
ある。このためには、公知の容量型の加速度センサをほ
とんど変更することなしに引き取ることのできる単純な
容量型の差動容量測定装置を利用することができる。
【０００９】本発明によるマイクロマシニング型の回転
角加速度センサは公知の解決手段に比べて、次のような
特別な利点を有している。すなわち、本発明によるマイ
クロマシニング型の回転角加速度センサは小さな構成寸
法しか有しておらず、そしてたとえば標準の表面マイク
ロマシニング製作プロセスにおいて廉価に製造可能とな
る。
角加速度センサは公知の解決手段に比べて、次のような
特別な利点を有している。すなわち、本発明によるマイ
クロマシニング型の回転角加速度センサは小さな構成寸
法しか有しておらず、そしてたとえば標準の表面マイク
ロマシニング製作プロセスにおいて廉価に製造可能とな
る。
【００１０】大量製造プロセスとは、やはりコーム
（櫛）構造体を備えた加速度センサの製作から知られて
いるプロセスである。表面マイクロマシニング技術の使
用、特に典型的に１０μｍの厚さの厚いエピポリ層（Ｅ
ｐｉｐｏｌｙｓｃｈｉｃｈｔ）を用いた大量製造プロセ
スの使用に基づき、僅かな横方向感度を達成させる剛性
的なセンサ構造体の形成が可能となる。
（櫛）構造体を備えた加速度センサの製作から知られて
いるプロセスである。表面マイクロマシニング技術の使
用、特に典型的に１０μｍの厚さの厚いエピポリ層（Ｅ
ｐｉｐｏｌｙｓｃｈｉｃｈｔ）を用いた大量製造プロセ
スの使用に基づき、僅かな横方向感度を達成させる剛性
的なセンサ構造体の形成が可能となる。
【００１１】請求項２以下には、請求項１に記載のマイ
クロマシニング型の回転角加速度センサの有利な改良形
が記載されている。
クロマシニング型の回転角加速度センサの有利な改良形
が記載されている。
【００１２】本発明の有利な改良形では、リング状のは
ずみ質量体に取り付けられた、変位可能な第３のコンデ
ンサプレート装置と、基板上に取り付けられた、固定の
第４のコンデンサプレート装置とが設けられている。第
３のコンデンサプレート装置と、第４のコンデンサプレ
ート装置とが、撓みばね装置のばね剛性を静電気的にチ
ューニングするためのスチフネス・チューニング装置と
して形成されている。これによって、プロセス技術的な
限界を超えて、測定感度を調節することができる。
ずみ質量体に取り付けられた、変位可能な第３のコンデ
ンサプレート装置と、基板上に取り付けられた、固定の
第４のコンデンサプレート装置とが設けられている。第
３のコンデンサプレート装置と、第４のコンデンサプレ
ート装置とが、撓みばね装置のばね剛性を静電気的にチ
ューニングするためのスチフネス・チューニング装置と
して形成されている。これによって、プロセス技術的な
限界を超えて、測定感度を調節することができる。
【００１３】本発明の別の有利な改良形では、はずみ質
量体が円形リング構造体を有していて、基板表面に対し
て垂直に位置する回転軸線を中心にして変位可能であ
る。
量体が円形リング構造体を有していて、基板表面に対し
て垂直に位置する回転軸線を中心にして変位可能であ
る。
【００１４】本発明のさらに別の有利な改良形では、第
１のコンデンサプレート装置と、第３のコンデンサプレ
ート装置とが、円形リング構造体に設けられた切欠き内
に形成されている。このことは高価なレイアウトスペー
スを節約する。
１のコンデンサプレート装置と、第３のコンデンサプレ
ート装置とが、円形リング構造体に設けられた切欠き内
に形成されている。このことは高価なレイアウトスペー
スを節約する。
【００１５】本発明のさらに別の有利な改良形では、第
２のコンデンサプレート装置と、第４のコンデンサプレ
ート装置とが、円形リング構造体に設けられた切欠き内
に突入している。このことは、外部の回転角加速度に基
づく角度変化をできるだけ大きな距離変化に変換するた
めに、回転点から大きく遠ざけられた質量（最大の慣性
モーメント）と、同じく大きく外側に位置する電極との
間での妥協を提供する。
２のコンデンサプレート装置と、第４のコンデンサプレ
ート装置とが、円形リング構造体に設けられた切欠き内
に突入している。このことは、外部の回転角加速度に基
づく角度変化をできるだけ大きな距離変化に変換するた
めに、回転点から大きく遠ざけられた質量（最大の慣性
モーメント）と、同じく大きく外側に位置する電極との
間での妥協を提供する。
【００１６】本発明のさらに別の有利な改良形では、は
ずみ質量体が、二重円形リング構造体を有していて、基
板表面に対して直角に位置する回転軸線を中心にして変
位可能である。この場合には、両円形リングの間に差動
コンデンサ装置および／またはスチフネス・チューニン
グ装置が配置されている。
ずみ質量体が、二重円形リング構造体を有していて、基
板表面に対して直角に位置する回転軸線を中心にして変
位可能である。この場合には、両円形リングの間に差動
コンデンサ装置および／またはスチフネス・チューニン
グ装置が配置されている。
【００１７】本発明のさらに別の有利な改良形では、撓
みばね装置が、内側の円形リングに設けられた中断部を
通じて、外側の円形リングにまで案内されている。これ
によって、曲げ剛性を減少させ、ひいては感度を高める
ことができる。
みばね装置が、内側の円形リングに設けられた中断部を
通じて、外側の円形リングにまで案内されている。これ
によって、曲げ剛性を減少させ、ひいては感度を高める
ことができる。
【００１８】本発明のさらに別の有利な改良形では、は
ずみ質量体が方形リング構造体を有していて、基板表面
に対して平行に延びる回転軸線を中心にして変位可能で
ある。このことから、このような回転軸線に関しても、
はずみ質量体の回転対称的な構造体が得られる。
ずみ質量体が方形リング構造体を有していて、基板表面
に対して平行に延びる回転軸線を中心にして変位可能で
ある。このことから、このような回転軸線に関しても、
はずみ質量体の回転対称的な構造体が得られる。
【００１９】本発明のさらに別の有利な改良形では、第
１のコンデンサプレート装置が、回転軸線に対して平行
に延びる方形体辺に沿って設けられており、第２のコン
デンサプレート装置が、その下に位置する基板範囲に設
けられている。こうして、シーソ原理（Ｗｉｐｐｅｎｐ
ｒｉｎｚｉｐ）に基づく差動コンデンサを実現すること
ができる。
１のコンデンサプレート装置が、回転軸線に対して平行
に延びる方形体辺に沿って設けられており、第２のコン
デンサプレート装置が、その下に位置する基板範囲に設
けられている。こうして、シーソ原理（Ｗｉｐｐｅｎｐ
ｒｉｎｚｉｐ）に基づく差動コンデンサを実現すること
ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。図面中、同一の構成部分また
は同一機能を有する構成部分は同じ符号で示されてい
る。
面につき詳しく説明する。図面中、同一の構成部分また
は同一機能を有する構成部分は同じ符号で示されてい
る。
【００２１】図１には、本発明によるマイクロマシニン
グ型の回転角加速度センサの第１実施例が概略的な平面
図で示されている。
グ型の回転角加速度センサの第１実施例が概略的な平面
図で示されている。
【００２２】この第１実施例によるマイクロマシニング
型の回転角加速度センサでは、基板（図示しない）、た
とえばＳｉウェーハが設けられており、この基板は、こ
の基板上に設けられた固定装置２０、たとえばポスト
（柱体）を有している。
型の回転角加速度センサでは、基板（図示しない）、た
とえばＳｉウェーハが設けられており、この基板は、こ
の基板上に設けられた固定装置２０、たとえばポスト
（柱体）を有している。
【００２３】この固定装置２０には、３つの撓みばね１
５ａ，１５ｂ，１５ｃから成る撓みばね装置を介して、
リング状の回転質量体もしくははずみ質量体１０が結合
されており、この場合、固定装置２０はほぼリング中央
に位置していて、これによりリング状のはずみ質量体１
０はｚ軸を中心として、検出したい回転角加速度によっ
て弾性的にその静止位置から変位可能となる。ｘ方向も
しくはｙ方向における加速度に対する感度を小さく保持
するためには、少なくとも３つの撓みばねを設けること
が有利である。
５ａ，１５ｂ，１５ｃから成る撓みばね装置を介して、
リング状の回転質量体もしくははずみ質量体１０が結合
されており、この場合、固定装置２０はほぼリング中央
に位置していて、これによりリング状のはずみ質量体１
０はｚ軸を中心として、検出したい回転角加速度によっ
て弾性的にその静止位置から変位可能となる。ｘ方向も
しくはｙ方向における加速度に対する感度を小さく保持
するためには、少なくとも３つの撓みばねを設けること
が有利である。
【００２４】リング状のはずみ質量体１０には、６つの
コンデンサプレート１０１，１０２，１０３，１０４，
１０５，１０６から成る変位可能な第１のコンデンサプ
レート装置が設けられている。また、隣接したリング材
料も、コンデンサの一部として働く。基板には、１８個
のコンデンサプレート２０１，２０２，２０３，２０
４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１
０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１
６，２１７，２１８から成る位置不動の、つまり固定の
第２のコンデンサプレート装置が設けられている。
コンデンサプレート１０１，１０２，１０３，１０４，
１０５，１０６から成る変位可能な第１のコンデンサプ
レート装置が設けられている。また、隣接したリング材
料も、コンデンサの一部として働く。基板には、１８個
のコンデンサプレート２０１，２０２，２０３，２０
４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１
０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１
６，２１７，２１８から成る位置不動の、つまり固定の
第２のコンデンサプレート装置が設けられている。
【００２５】第１のコンデンサプレート装置および第２
のコンデンサプレート装置は、公知の形式で、回転軸線
を中心とした回転角加速度を表すパラメータ、つまりこ
の場合には変位量ａを検出するための差動コンデンサ装
置として形成されており、この場合、ａは半径Ｒ×回転
角ψにほぼ等しい。
のコンデンサプレート装置は、公知の形式で、回転軸線
を中心とした回転角加速度を表すパラメータ、つまりこ
の場合には変位量ａを検出するための差動コンデンサ装
置として形成されており、この場合、ａは半径Ｒ×回転
角ψにほぼ等しい。
【００２６】簡単に言うと、測定信号が印加されると２
つの容量（キャパシタンス）が互いに逆向きに変化する
ので、つまり一方の容量が増加すると、他方の容量が減
少するので、加速度センサから知られている評価方法を
変位量ａの評価のために使用することができる（差動コ
ンデンサ原理）。単に静止容量の大きさ（センサデザイ
ン）もしくは電子評価装置の増幅だけを評価ＩＣもしく
は測定領域に適合させるだけで済む。
つの容量（キャパシタンス）が互いに逆向きに変化する
ので、つまり一方の容量が増加すると、他方の容量が減
少するので、加速度センサから知られている評価方法を
変位量ａの評価のために使用することができる（差動コ
ンデンサ原理）。単に静止容量の大きさ（センサデザイ
ン）もしくは電子評価装置の増幅だけを評価ＩＣもしく
は測定領域に適合させるだけで済む。
【００２７】リング状のはずみ質量体１０に設けられ
た、３つのコンデンサプレート１１１，１１２，１１３
を備えた変位可能な第３のコンデンサプレート装置およ
び基板に設けられた、３つのコンデンサプレート対４０
ａ，４０ｂ，４０ｃから成る固定の第４のコンデンサプ
レート装置は、撓みばね装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの
ばね剛性を静電気的にチューニングするためのスチッフ
ネス・チューニング装置（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ−Ｔｕｎ
ｉｎｇ−Ｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇ）として働く（さらに
下で詳しく説明する）。
た、３つのコンデンサプレート１１１，１１２，１１３
を備えた変位可能な第３のコンデンサプレート装置およ
び基板に設けられた、３つのコンデンサプレート対４０
ａ，４０ｂ，４０ｃから成る固定の第４のコンデンサプ
レート装置は、撓みばね装置１５ａ，１５ｂ，１５ｃの
ばね剛性を静電気的にチューニングするためのスチッフ
ネス・チューニング装置（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ−Ｔｕｎ
ｉｎｇ−Ｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇ）として働く（さらに
下で詳しく説明する）。
【００２８】スペース節約の理由から、第１のコンデン
サプレート装置１０１〜１０６と、第３のコンデンサプ
レート装置１１１〜１１３とは、円形リング構造体に設
けられた複数の切欠き内に形成されており、この場合、
第２のコンデンサプレート装置２０１〜２１８と、第４
のコンデンサプレート装置４０ａ〜４０ｃとは、円形リ
ング構造体に設けられたこれらの切欠き内に突入してい
て、対応する変位可能なコンデンサプレートと静電気的
に協働する。
サプレート装置１０１〜１０６と、第３のコンデンサプ
レート装置１１１〜１１３とは、円形リング構造体に設
けられた複数の切欠き内に形成されており、この場合、
第２のコンデンサプレート装置２０１〜２１８と、第４
のコンデンサプレート装置４０ａ〜４０ｃとは、円形リ
ング構造体に設けられたこれらの切欠き内に突入してい
て、対応する変位可能なコンデンサプレートと静電気的
に協働する。
【００２９】本実施例で説明する回転角加速度センサの
機能は、以下に挙げる物理的な関係をベースとしてい
る。
機能は、以下に挙げる物理的な関係をベースとしてい
る。
【００３０】
【外１】
【００３１】
【数１】
【００３２】が成り立つ。
【００３３】図２には、本発明によるマイクロマシニン
グ型の回転角加速度センサの第２実施例が概略的な平面
図で示されている。
グ型の回転角加速度センサの第２実施例が概略的な平面
図で示されている。
【００３４】第２実施例によるマイクロマシニング型の
回転角加速度センサでは、回転質量体もしくははずみ質
量体１０′が二重円形リング構造体を有していて、やは
りｚ軸を中心として変位可能である。差動キャパシタ装
置もしくは差動コンデンサ装置は、図面を見易くすると
いう理由からそれぞれ一括して符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で
示されており、スチフネス・チューニング装置は符号Ｔ
１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で示されている。
回転角加速度センサでは、回転質量体もしくははずみ質
量体１０′が二重円形リング構造体を有していて、やは
りｚ軸を中心として変位可能である。差動キャパシタ装
置もしくは差動コンデンサ装置は、図面を見易くすると
いう理由からそれぞれ一括して符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で
示されており、スチフネス・チューニング装置は符号Ｔ
１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で示されている。
【００３５】両コンデンサ装置は二重円形リング構造体
の両円形リングの間に配置されている。変位可能なコン
デンサプレートは内側の円形リングの外周面に設けられ
ている（原理的には、変位可能なコンデンサプレートを
外側の円形リングの内周面に配置することもできる）。
撓みばね１５ａ，１５ｂ，１５ｃは内側の円形リングに
設けられた中断部を通じて、外側の円形リングにまで案
内されて、この外側の円形リングに作用している。
の両円形リングの間に配置されている。変位可能なコン
デンサプレートは内側の円形リングの外周面に設けられ
ている（原理的には、変位可能なコンデンサプレートを
外側の円形リングの内周面に配置することもできる）。
撓みばね１５ａ，１５ｂ，１５ｃは内側の円形リングに
設けられた中断部を通じて、外側の円形リングにまで案
内されて、この外側の円形リングに作用している。
【００３６】
【外２】
【００３７】回転角加速度を測定しようとしているの
で、できるだけ大きな測定効果を得るためには、慣性モ
ーメントが最大化され、方向モーメントが最小化され、
そして変位半径、つまりばね懸吊部に対して相対的なコ
ンデンサプレートの位置が最大化されなければならな
い。
で、できるだけ大きな測定効果を得るためには、慣性モ
ーメントが最大化され、方向モーメントが最小化され、
そして変位半径、つまりばね懸吊部に対して相対的なコ
ンデンサプレートの位置が最大化されなければならな
い。
【００３８】慣性モーメントＪは質量（一次）と、この
質量の、懸吊点に対して相対的な位置（二次；ｑｕａｄ
ｒａｔｉｓｃｈ）とによって決定される。
質量の、懸吊点に対して相対的な位置（二次；ｑｕａｄ
ｒａｔｉｓｃｈ）とによって決定される。
【００３９】方向モーメントはばね数（一次）と、ばね
高さ（一次）と、ばね幅（三次；ｋｕｂｉｓｃｈ）と、
ばね長さ（逆三次；ｉｎｖｅｒｓ ｋｕｂｉｓｃｈ）と
に関連している。このことは次のように示すことができ
る。
高さ（一次）と、ばね幅（三次；ｋｕｂｉｓｃｈ）と、
ばね長さ（逆三次；ｉｎｖｅｒｓ ｋｕｂｉｓｃｈ）と
に関連している。このことは次のように示すことができ
る。
【００４０】個々のビーム（梁）の形の撓みばねの、横
方向におけるばね剛性ｋRは、次の式で表される：
方向におけるばね剛性ｋRは、次の式で表される：
【００４１】
【数２】
【００４２】
【外３】
【００４３】
【数３】
【００４４】相応して、このことから所属のトルクＭR
もしくは方向モーメントＤmechを撓み梁の数ｎBを考慮
して求めることができる：
もしくは方向モーメントＤmechを撓み梁の数ｎBを考慮
して求めることができる：
【００４５】
【数４】
【００４６】上記式から明らかであるように、小幅でか
つ長尺の梁ばねを配置することによって軟らかいばねが
得られる。梁ばねの高さはデザインパラメータとしてさ
しあたり利用され得ない。なぜならば、プロセス技術的
な理由から、梁の高さを容易に変更することができない
からである。
つ長尺の梁ばねを配置することによって軟らかいばねが
得られる。梁ばねの高さはデザインパラメータとしてさ
しあたり利用され得ない。なぜならば、プロセス技術的
な理由から、梁の高さを容易に変更することができない
からである。
【００４７】構造体の高さを減少させてしまうと、この
ことは構造体の、著しく増大された感度において外部の
ｚ加速度に作用してしまう。すなわち、個々の梁のｚ方
向におけるばね剛性は：
ことは構造体の、著しく増大された感度において外部の
ｚ加速度に作用してしまう。すなわち、個々の梁のｚ方
向におけるばね剛性は：
【００４８】
【数５】
【００４９】で表される。
【００５０】測定効果を制限する要因は、技術的に最小
限に可能な構造体幅（ばね幅）と、センサ構造体の最大
サイズ（チップ面）と、ｚ方向、つまりチップ表面に対
して直角な方向における加速度に対する構造体の横方向
感度とから生ぜしめられる。
限に可能な構造体幅（ばね幅）と、センサ構造体の最大
サイズ（チップ面）と、ｚ方向、つまりチップ表面に対
して直角な方向における加速度に対する構造体の横方向
感度とから生ぜしめられる。
【００５１】図２に示したデザインは、これらの部分的
に相矛盾して設定された条件、すなわち、長尺で小幅の
撓みばね、できるだけ小さな質量（つまりＦ＝ｍ・ａに
基づく線状加速度に対する小さな感度）ならびに固定点
からの質量の大きな距離に基づく、最大化された慣性モ
ーメントを考慮している。できるだけ大きな半径によっ
て変位量のスケーリングを得るためには、差動コンデン
サ装置Ｓ１〜Ｓ３の検出電極が、やはりできるだけ外側
に設けられている。
に相矛盾して設定された条件、すなわち、長尺で小幅の
撓みばね、できるだけ小さな質量（つまりＦ＝ｍ・ａに
基づく線状加速度に対する小さな感度）ならびに固定点
からの質量の大きな距離に基づく、最大化された慣性モ
ーメントを考慮している。できるだけ大きな半径によっ
て変位量のスケーリングを得るためには、差動コンデン
サ装置Ｓ１〜Ｓ３の検出電極が、やはりできるだけ外側
に設けられている。
【００５２】図３には、本発明によるマイクロマシニン
グ型の回転角加速度センサの第３実施例が概略的な斜視
図で示されている。
グ型の回転角加速度センサの第３実施例が概略的な斜視
図で示されている。
【００５３】第３実施例によるマイクロマシニング型の
回転角加速度センサでは、回転質量体もしくははずみ質
量体１０′′が方形リング構造体を有していて、基板表
面に対して平行に延びる回転軸線、つまりｙ軸と呼ばれ
る回転軸線を中心にして変位可能である。第１のコンデ
ンサプレート装置ＰＭは回転軸線に対して平行に延びる
方形辺に沿って設けられており、第２のコンデンサプレ
ート装置ＰＳはその下に位置する基板範囲に設けられて
いる。すなわち、差動コンデンサＣ１，Ｃ２は可動のセ
ンサ構造体と基板との間に形成される。
回転角加速度センサでは、回転質量体もしくははずみ質
量体１０′′が方形リング構造体を有していて、基板表
面に対して平行に延びる回転軸線、つまりｙ軸と呼ばれ
る回転軸線を中心にして変位可能である。第１のコンデ
ンサプレート装置ＰＭは回転軸線に対して平行に延びる
方形辺に沿って設けられており、第２のコンデンサプレ
ート装置ＰＳはその下に位置する基板範囲に設けられて
いる。すなわち、差動コンデンサＣ１，Ｃ２は可動のセ
ンサ構造体と基板との間に形成される。
【００５４】この第３実施例の場合でも、はずみ質量体
１０′′は回転軸線からできるだけ大きく遠ざけられて
設けられており、これによりできるだけ大きな慣性モー
メントが得られると同時に、最小化された質量（横方向
感度）も達成される。ばね戻しモーメントはこの場合、
梁状の捩りばね１５ａ′，１５ｂ′によって付与され
る。これらの捩りばね１５ａ′，１５ｂ′は、薄くて、
ただしできるだけ剛性的な保持部１８を介してはずみ質
量体１０′′に結合されている。
１０′′は回転軸線からできるだけ大きく遠ざけられて
設けられており、これによりできるだけ大きな慣性モー
メントが得られると同時に、最小化された質量（横方向
感度）も達成される。ばね戻しモーメントはこの場合、
梁状の捩りばね１５ａ′，１５ｂ′によって付与され
る。これらの捩りばね１５ａ′，１５ｂ′は、薄くて、
ただしできるだけ剛性的な保持部１８を介してはずみ質
量体１０′′に結合されている。
【００５５】このようなデザインに関しても、第１実施
例および第２実施例の場合と同様に次のようなデザイン
考察が当てはまる。センサ質量は横方向感度に基づき最
小化されなければならないが、それに対して慣性モーメ
ントは最大であることが望ましい。このことは、はずみ
質量体１０′′を懸吊軸線に関して長尺のアームの端部
に取り付けることによって達成される。
例および第２実施例の場合と同様に次のようなデザイン
考察が当てはまる。センサ質量は横方向感度に基づき最
小化されなければならないが、それに対して慣性モーメ
ントは最大であることが望ましい。このことは、はずみ
質量体１０′′を懸吊軸線に関して長尺のアームの端部
に取り付けることによって達成される。
【００５６】図４には、電気的なばね剛性の導出をイラ
スト説明するために、２つの固定電極の間に配置された
１つの可動電極が概略的に示されている。
スト説明するために、２つの固定電極の間に配置された
１つの可動電極が概略的に示されている。
【００５７】図４では、符号ＰＦ１，ＰＦ２が固定のコ
ンデンサプレートを、符号ＰＢが可動のコンデンサプレ
ートを、符号Ｕが電圧を、符号ｄがプレート間隔を、そ
して符号ａが変位量を、それぞれ示している。
ンデンサプレートを、符号ＰＢが可動のコンデンサプレ
ートを、符号Ｕが電圧を、符号ｄがプレート間隔を、そ
して符号ａが変位量を、それぞれ示している。
【００５８】比較的小さな回転角加速度を測定するか、
もしくは測定量（回転角加速度）と横方向影響（ｚ加速
度）との間の比較的大きな感度間隔を達成するために
は、上で説明した第１実施例および第２実施例において
は、たとえばＫ．Ｙ．パーク（Ｐａｒｋ）、Ｃ．Ｗ．リ
ー（Ｌｅｅ）、Ｈ．Ｓ．ヤング（Ｊａｎｇ）、Ｙ．Ｓ．
オウ（Ｏｈ）およびＢ．Ｊ．ハ（ｈａ）著の「Ｃａｐａ
ｃｉｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｙｐｅ Ｓｕｒｆａ
ｃｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ａ Ｓｔｉｆ
ｆｎｅｓｓ Ｔｕｎｉｎｇ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ」
（Ｐｒｏｃ．ＭＥＭＳ９８、１９９８年１月２５日〜２
９日、Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、ドイツ連邦共和国）第６
３７頁〜第６４２頁に記載されているような「スチフネ
ス・チューニング装置」が設けられている。
もしくは測定量（回転角加速度）と横方向影響（ｚ加速
度）との間の比較的大きな感度間隔を達成するために
は、上で説明した第１実施例および第２実施例において
は、たとえばＫ．Ｙ．パーク（Ｐａｒｋ）、Ｃ．Ｗ．リ
ー（Ｌｅｅ）、Ｈ．Ｓ．ヤング（Ｊａｎｇ）、Ｙ．Ｓ．
オウ（Ｏｈ）およびＢ．Ｊ．ハ（ｈａ）著の「Ｃａｐａ
ｃｉｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｔｙｐｅ Ｓｕｒｆａ
ｃｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ
Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｉｔｈ Ａ Ｓｔｉｆ
ｆｎｅｓｓ Ｔｕｎｉｎｇ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ」
（Ｐｒｏｃ．ＭＥＭＳ９８、１９９８年１月２５日〜２
９日、Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ、ドイツ連邦共和国）第６
３７頁〜第６４２頁に記載されているような「スチフネ
ス・チューニング装置」が設けられている。
【００５９】このスチフネス・チューニング装置は直流
電圧によって電気的な吸引力を生ぜしめる。この吸引力
の作用は、負のばね定数とみなすことができる。
電圧によって電気的な吸引力を生ぜしめる。この吸引力
の作用は、負のばね定数とみなすことができる。
【００６０】機械的なばね剛性と電気的なばね剛性とを
加算することにより、必要となるばね剛性は減少し、し
たがってセンサ質量を変位させるためには、一層僅かな
モーメントだけしか必要とならない。全方向モーメント
のためには、機械的な方向モーメントと電気的な方向モ
ーメントとの総和を記載することもできる。
加算することにより、必要となるばね剛性は減少し、し
たがってセンサ質量を変位させるためには、一層僅かな
モーメントだけしか必要とならない。全方向モーメント
のためには、機械的な方向モーメントと電気的な方向モ
ーメントとの総和を記載することもできる。
【００６１】すなわち、ｋ＝ｋmech＋ｋelもしくはＤ＝
Ｄmech＋Ｄelが成り立つ。
Ｄmech＋Ｄelが成り立つ。
【００６２】次に、物理的な背景を説明するために、ま
ず図５に示したような、面積Ａを有するプレートコンデ
ンサのエネルギ含量を利用する。電気的なエネルギに関
しては：
ず図５に示したような、面積Ａを有するプレートコンデ
ンサのエネルギ含量を利用する。電気的なエネルギに関
しては：
【００６３】
【数６】
【００６４】が成り立つ。
【００６５】変位後にエネルギを１回だけ導出すること
により、ｘ方向における力作用を規定することができ
る。引き続き、もう一回ｘを求めて導出されると、電気
的なばね剛性が得られる。
により、ｘ方向における力作用を規定することができ
る。引き続き、もう一回ｘを求めて導出されると、電気
的なばね剛性が得られる。
【００６６】
【数７】
【００６７】ばね剛性の負の前符号は、機械的な梁ばね
とは逆向きの力作用により生じる。電気的なばね剛性
は、上記式で表したように変位量に関連していて、かつ
非線形である。推定のためには、静止位置、つまりｘ＝
０を中心としたばね剛性を以下のように簡単にすること
ができる：
とは逆向きの力作用により生じる。電気的なばね剛性
は、上記式で表したように変位量に関連していて、かつ
非線形である。推定のためには、静止位置、つまりｘ＝
０を中心としたばね剛性を以下のように簡単にすること
ができる：
【００６８】
【数８】
【００６９】すなわち、電気的なばね剛性は、印加され
た電圧の変動と、ギャップ間隔ｄもしくはそのプロセス
技術的な変動とに著しく関連している。したがって、こ
のデザインでは、スチフネス・チューニング電極のギャ
ップ間隔が、最大測定領域におけるセンサ構造体の変位
量に比べて大きく設定される。
た電圧の変動と、ギャップ間隔ｄもしくはそのプロセス
技術的な変動とに著しく関連している。したがって、こ
のデザインでは、スチフネス・チューニング電極のギャ
ップ間隔が、最大測定領域におけるセンサ構造体の変位
量に比べて大きく設定される。
【００７０】すなわち、このような手段は総合的に見
て、測定軸線を中心としてセンサを意図的に軟化させ、
それに対して横方向感度はこのような軟化の影響を全く
受けないで済む。
て、測定軸線を中心としてセンサを意図的に軟化させ、
それに対して横方向感度はこのような軟化の影響を全く
受けないで済む。
【００７１】スチフネス・チューニング電極を用いた電
気的な正帰還（Ｍｉｔｋｏｐｐｌｕｎｇ）によって導入
されたシステムの非線形性（Ｎｉｃｈｔ−Ｌｉｎｅａｒ
ｉｔａｅｔ）は、公称変位量に比例して電極間隔を適当
に設定することにより最小化することができる。
気的な正帰還（Ｍｉｔｋｏｐｐｌｕｎｇ）によって導入
されたシステムの非線形性（Ｎｉｃｈｔ−Ｌｉｎｅａｒ
ｉｔａｅｔ）は、公称変位量に比例して電極間隔を適当
に設定することにより最小化することができる。
【００７２】図５には、図１〜図３に示した本発明によ
るマイクロマシニング型の回転角加速度センサの第１実
施例〜第３実施例のための可能なカプセル封入体が横断
面図で示されている。
るマイクロマシニング型の回転角加速度センサの第１実
施例〜第３実施例のための可能なカプセル封入体が横断
面図で示されている。
【００７３】図５では、既に使用された符号に対して付
加的に、符号５０が図１〜図３に示したマイクロマシニ
ング型の回転角加速度センサを、符号１００が基板を、
符号１１０が二酸化ケイ素から成る第１の絶縁層を、符
号１２０がアルミニウムから成る第１の導電層を、符号
１３５がベースを、符号１４０が二酸化ケイ素から成る
第２の絶縁層を、符号１５０がガラスはんだを、符号１
６０がシリコンウェーハの形のキャップを、符号１７０
がボンディングパッドのためのアルミニウムから成る第
２の導電層を、符号１７５がボンディングパッドベース
を、符号１８０がボンディングパッド開口を、それぞれ
示している。
加的に、符号５０が図１〜図３に示したマイクロマシニ
ング型の回転角加速度センサを、符号１００が基板を、
符号１１０が二酸化ケイ素から成る第１の絶縁層を、符
号１２０がアルミニウムから成る第１の導電層を、符号
１３５がベースを、符号１４０が二酸化ケイ素から成る
第２の絶縁層を、符号１５０がガラスはんだを、符号１
６０がシリコンウェーハの形のキャップを、符号１７０
がボンディングパッドのためのアルミニウムから成る第
２の導電層を、符号１７５がボンディングパッドベース
を、符号１８０がボンディングパッド開口を、それぞれ
示している。
【００７４】以下に、図５につき、本発明によるマイク
ロマシニング型の回転角加速度センサをパッケージ化す
るための方法を詳しく説明する。
ロマシニング型の回転角加速度センサをパッケージ化す
るための方法を詳しく説明する。
【００７５】準備された基板１００において、まず表面
マイクロマシニングの公知のプロセスステップを用い
て、本発明によるマイクロマシニング型の回転角加速度
センサの製造が行われる（たとえば、表面マイクロマシ
ニングプロセスが説明されている、Ｍ．Ｏｆｆｅｎｂｅ
ｒｇ、Ｆ．Ｌａｅｒｍｅｒ、Ｂ．Ｅｌｓｎｅｒ、Ｈ．Ｍ
ｕｅｎｚｅｌおよびＷ．Ｒｉｅｔｈｍｕｅｌｌｅｒ著の
「Ｎｏｖｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ａ ｍｏｎｏ
ｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｃｃｅｌｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ」、Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ９５参照）。
特に、小さな回転角加速度を測定するためには、このよ
うにして達成可能な小さな構造体幅と、大きな層厚さと
が（高いアスペクト比）好都合となる。
マイクロマシニングの公知のプロセスステップを用い
て、本発明によるマイクロマシニング型の回転角加速度
センサの製造が行われる（たとえば、表面マイクロマシ
ニングプロセスが説明されている、Ｍ．Ｏｆｆｅｎｂｅ
ｒｇ、Ｆ．Ｌａｅｒｍｅｒ、Ｂ．Ｅｌｓｎｅｒ、Ｈ．Ｍ
ｕｅｎｚｅｌおよびＷ．Ｒｉｅｔｈｍｕｅｌｌｅｒ著の
「Ｎｏｖｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ａ ｍｏｎｏ
ｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｃｃｅｌｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ」、Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ９５参照）。
特に、小さな回転角加速度を測定するためには、このよ
うにして達成可能な小さな構造体幅と、大きな層厚さと
が（高いアスペクト比）好都合となる。
【００７６】とりわけ、二酸化ケイ素から成る第１の絶
縁層１１０の析出もしくは成長と、パターン化とが行わ
れる。
縁層１１０の析出もしくは成長と、パターン化とが行わ
れる。
【００７７】その後に、回転角加速度センサ５０とコン
デンサ装置とのための電気的な接続部を形成するため
に、第１の導電層１２０が、（埋設したい）ＬＰＣＶＤ
ポリシリコンから析出され、かつパターン化される。
デンサ装置とのための電気的な接続部を形成するため
に、第１の導電層１２０が、（埋設したい）ＬＰＣＶＤ
ポリシリコンから析出され、かつパターン化される。
【００７８】その後に、形成された構造体上に、二酸化
ケイ素から成る第２の絶縁層１４０が析出され、かつパ
ターン化される。
ケイ素から成る第２の絶縁層１４０が析出され、かつパ
ターン化される。
【００７９】次いで、コンデンサ装置を備えた回転角加
速度センサ５０を形成するために、形成された構造体上
に、エピタキシポリシリコン（エピタキシャル成長装置
を用いて製造した多結晶シリコン）から成る第２の導電
層１３０が析出され、かつパターン化される。また、こ
の第２の導電層１３０からは、キャップウェーハ１６０
のためのベース１３５と、ボンディングパッドベース１
７５とが形成される。
速度センサ５０を形成するために、形成された構造体上
に、エピタキシポリシリコン（エピタキシャル成長装置
を用いて製造した多結晶シリコン）から成る第２の導電
層１３０が析出され、かつパターン化される。また、こ
の第２の導電層１３０からは、キャップウェーハ１６０
のためのベース１３５と、ボンディングパッドベース１
７５とが形成される。
【００８０】酸化物のサイドエッチングにより、変位可
能なコンポーネントが、基板１００の上で自由に運動可
能にされる。
能なコンポーネントが、基板１００の上で自由に運動可
能にされる。
【００８１】最後に、変位可能なコンポーネントのキャ
ップ装着が行われる。キャップ装着プロセスのために
は、例示的にガラスはんだ結合技術が示されている。こ
のガラスはんだ結合技術を用いて、センサを密にカプセ
ル封入すると同時に、真空を封入することができる（こ
の真空を介してシステムの機械的な品質もしくは減衰を
調節することができる）。しかし、別の技術、たとえば
陽極ボンディングをキャップ装着のために使用すること
もできる。
ップ装着が行われる。キャップ装着プロセスのために
は、例示的にガラスはんだ結合技術が示されている。こ
のガラスはんだ結合技術を用いて、センサを密にカプセ
ル封入すると同時に、真空を封入することができる（こ
の真空を介してシステムの機械的な品質もしくは減衰を
調節することができる）。しかし、別の技術、たとえば
陽極ボンディングをキャップ装着のために使用すること
もできる。
【００８２】本発明を上で有利な実施例につき説明して
きたが、しかし本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、それどころか種々様々に改良可能である。
きたが、しかし本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、それどころか種々様々に改良可能である。
【００８３】特に、はずみ質量体のジオメトリ（幾何学
的形状）ならびに撓みばね装置およびコンデンサ装置の
ジオメトリは図示の例に限定されるものではない。しか
し、外部加速度の線形成分が測定結果を誤める危険が存
在する場合には、固定部を中心とした対称的な配置から
の比較的大きなずれを回避することが望ましい。
的形状）ならびに撓みばね装置およびコンデンサ装置の
ジオメトリは図示の例に限定されるものではない。しか
し、外部加速度の線形成分が測定結果を誤める危険が存
在する場合には、固定部を中心とした対称的な配置から
の比較的大きなずれを回避することが望ましい。
【００８４】上で説明したパッケージ化形式および製造
方法は、やはり例示的なものであるに過ぎず、別の方
法、たとえば電気メッキ法（ｇａｌｖａｎｉｓｃｈ．Ｖ
ｅｒｆａｈｒｅｎ）を同じく回転角加速度センサの製造
のために使用することもできる。
方法は、やはり例示的なものであるに過ぎず、別の方
法、たとえば電気メッキ法（ｇａｌｖａｎｉｓｃｈ．Ｖ
ｅｒｆａｈｒｅｎ）を同じく回転角加速度センサの製造
のために使用することもできる。
【図１】本発明によるマイクロマシニング型の回転角加
速度センサの第１実施例を示す概略的な平面図である。
速度センサの第１実施例を示す概略的な平面図である。
【図２】本発明によるマイクロマシニング型の回転角加
速度センサの第２実施例を示す概略的な平面図である。
速度センサの第２実施例を示す概略的な平面図である。
【図３】本発明によるマイクロマシニング型の回転角加
速度センサの第３実施例を示す概略的な斜視図である。
速度センサの第３実施例を示す概略的な斜視図である。
【図４】電気的なばね剛性の導出をイラスト説明するた
めの、２つの固定電極の間に配置された１つの可動電極
を示す概略図である。
めの、２つの固定電極の間に配置された１つの可動電極
を示す概略図である。
【図５】図１〜図３に示した本発明によるマイクロマシ
ニング型の回転角加速度センサの第１実施例、第２実施
例および第３実施例のためのカプセル封入体を示す横断
面図である。
ニング型の回転角加速度センサの第１実施例、第２実施
例および第３実施例のためのカプセル封入体を示す横断
面図である。
１０，１０′，１０′′ はずみ質量体、 １５ａ，１
５ｂ，１５ｃ 撓みばね、 １５ａ′，１５ｂ′ 捩り
ばね、 １８ 保持部、 ２０ 固定装置、４０ａ，４
０ｂ，４０ｃ コンデンサプレート対、 ５０ 回転角
加速度センサ、 １００ 基板、 １０１，１０２，１
０３，１０４，１０５，１０６ コンデンサプレート、
１１０ 第１の絶縁層、 １１１，１１２，１１３
コンデンサプレート、 １２０ 第１の導電層、 １３
５ ベース、 １４０ 第２の絶縁層、 １５０ ガラ
スはんだ、 １６０ キャップ、 １７０ 第２の導電
層、 １７５ ボンディングパッドベース、 １８０
ボンディングパッド開口、 ２０１，２０２，２０３，
２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２
１０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１
６，２１７，２１８ コンデンサプレート、 Ｃ１，Ｃ
２ 差動コンデンサ、 ＰＢ 可動のコンデンサプレー
ト、 ＰＦ１，ＰＦ２ 固定のコンデンサプレート、
ＰＭ 第１のコンデンサプレート装置、 ＰＳ 第２の
コンデンサプレート装置、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 差動コ
ンデンサ装置、 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６
スチフネス・チューニング装置、
５ｂ，１５ｃ 撓みばね、 １５ａ′，１５ｂ′ 捩り
ばね、 １８ 保持部、 ２０ 固定装置、４０ａ，４
０ｂ，４０ｃ コンデンサプレート対、 ５０ 回転角
加速度センサ、 １００ 基板、 １０１，１０２，１
０３，１０４，１０５，１０６ コンデンサプレート、
１１０ 第１の絶縁層、 １１１，１１２，１１３
コンデンサプレート、 １２０ 第１の導電層、 １３
５ ベース、 １４０ 第２の絶縁層、 １５０ ガラ
スはんだ、 １６０ キャップ、 １７０ 第２の導電
層、 １７５ ボンディングパッドベース、 １８０
ボンディングパッド開口、 ２０１，２０２，２０３，
２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２
１０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１
６，２１７，２１８ コンデンサプレート、 Ｃ１，Ｃ
２ 差動コンデンサ、 ＰＢ 可動のコンデンサプレー
ト、 ＰＦ１，ＰＦ２ 固定のコンデンサプレート、
ＰＭ 第１のコンデンサプレート装置、 ＰＳ 第２の
コンデンサプレート装置、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 差動コ
ンデンサ装置、 Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６
スチフネス・チューニング装置、
フロントページの続き (72)発明者 ハラルト エメリッヒ ドイツ連邦共和国 ムートランゲン ビュ ルクレースライン 13
Claims (9)
- 【請求項１】 マイクロマシニング型の回転角加速度セ
ンサにおいて、 基板（１００）が設けられていて、該基板（１００）
が、該基板（１００）上に設けられた固定装置（２０；
２０′′）を有しており、 リング状のはずみ質量体（１０；１０′；１０′′）が
設けられていて、該はずみ質量体（１０；１０′；１
０′′）が、撓みばね装置（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ；
１５ａ′，１５ｂ′）を介して前記固定装置（２０；２
０′′）に結合されており、前記固定装置（２０；２
０′′）が、ほぼリング中央に位置していて、リング状
のはずみ質量体（１０；１０′；１０′′）が、少なく
とも１つの回転軸線（ｚ，ｙ）を中心にして、検出した
い回転角加速度によって弾性的に静止位置から変位可能
であり、 リング状のはずみ質量体（１０；１０′；１０′′）に
取り付けられた、変位可能な第１のコンデンサプレート
装置（１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０
６；ＰＭ）と、基板（１００）上に取り付けられた、固
定の第２のコンデンサプレート装置（２０１，２０２，
２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２
０９，２１０，２１１，２１２，２１３，２１４，２１
５，２１６，２１７，２１８；ＰＳ）とが設けられてお
り、 第１のコンデンサプレート装置（１０１，１０２，１０
３，１０４，１０５，１０６；ＰＭ）と、第２のコンデ
ンサプレート装置（２０１，２０２，２０３，２０４，
２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０，２
１１，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１
７，２１８；ＰＳ）とが、回転軸線（ｚ，ｙ）を中心と
した回転角加速度を表すパラメータ（ｘ）を検出するた
めの差動コンデンサ装置（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３；Ｃ１，Ｃ
２）として形成されていることを特徴とする、マイクロ
マシニング型の回転角加速度センサ。 - 【請求項２】 リング状のはずみ質量体（１０；１
０′；１０′′）に取り付けられた、変位可能な第３の
コンデンサプレート装置（１１１，１１２，１１３）
と、基板（１００）上に取り付けられた、固定の第４の
コンデンサプレート装置（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）と
が設けられており、 第３のコンデンサプレート装置（１１１，１１２，１１
３）と、第４のコンデンサプレート装置（４０ａ，４０
ｂ，４０ｃ）とが、撓みばね装置（１５ａ，１５ｂ，１
５ｃ；１５ａ′，１５ｂ′）のばね剛性を静電気的にチ
ューニングするためのスチフネス・チューニング装置
（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６）として形成さ
れている、請求項１記載のマイクロマシニング型の回転
角加速度センサ。 - 【請求項３】 はずみ質量体（１０；１０′）が円形リ
ング構造体を有していて、基板表面に対して垂直に位置
する回転軸線（ｚ）を中心にして変位可能である、請求
項１または２記載のマイクロマシニング型の回転角加速
度センサ。 - 【請求項４】 第１のコンデンサプレート装置（１０
１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６）と、第
３のコンデンサプレート装置（１１１，１１２，１１
３）とが、円形リング構造体に設けられた切欠き内に形
成されている、請求項３記載のマイクロマシニング型の
回転角加速度センサ。 - 【請求項５】 第２のコンデンサプレート装置（２０
１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０
７，２０８，２０９，２１０，２１１，２１２，２１
３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８）と、第
４のコンデンサプレート装置（４０ａ，４０ｂ，４０
ｃ）とが、円形リング構造体に設けられた切欠き内に突
入している、請求項３または４記載のマイクロマシニン
グ型の回転角加速度センサ。 - 【請求項６】 はずみ質量体（１０；１０′）が、二重
円形リング構造体を有していて、基板表面に対して垂直
に位置する回転軸線（ｚ）を中心にして変位可能であ
り、両円形リングの間に差動コンデンサ装置（Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３）および／またはスチフネス・チューニング装
置（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６）が配置され
ている、請求項１または２記載のマイクロマシニング型
の回転角加速度センサ。 - 【請求項７】 撓みばね装置（１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ）が、内側の円形リングに設けられた中断部を通じて
外側の円形リングにまで案内されている、請求項６記載
のマイクロマシニング型の回転角加速度センサ。 - 【請求項８】 はずみ質量体（１０′′）が方形リング
構造体を有していて、基板表面に対して平行に延びる回
転軸線（ｙ）を中心にして変位可能である、請求項１ま
たは２記載のマイクロマシニング型の回転角加速度セン
サ。 - 【請求項９】 第１のコンデンサプレート装置（ＰＭ）
が、回転軸線（ｙ）に対して平行に延びる方形体辺に沿
って設けられており、第２のコンデンサプレート装置
（ＰＳ）が、その下に位置する基板範囲に設けられてい
る、請求項８記載のマイクロマシニング型の回転角加速
度センサ。
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| DE19938206A DE19938206A1 (de) | 1999-08-12 | 1999-08-12 | Mikromechanischer Drehbeschleunigungssensor |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2001099855A true JP2001099855A (ja) | 2001-04-13 |
| JP4705229B2 JP4705229B2 (ja) | 2011-06-22 |
Family
ID=7918157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000245968A Expired - Fee Related JP4705229B2 (ja) | 1999-08-12 | 2000-08-14 | マイクロマシニング型の回転角加速度センサ |
Country Status (4)
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|---|---|
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| JP (1) | JP4705229B2 (ja) |
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| DE (1) | DE19938206A1 (ja) |
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