JP2007192794A - マイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はマイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップを提供する。質量、弾性係数などの要素によって決定されたシングルチップを製作する半導体バックエンド工程を易しくし、変差を小さくし、感知信号を増加することを目的とする。
【解決手段】該シングルチップはアレイに配列された複数の感知ユニットを有する。それぞれの前記感知ユニットは、均一の厚さを有する金属層と、垂直的に前記シングルチップの中心を通り過ぎて前記金属層に接続して、該金属層を慣性によって二つの自由度がある相対的な揺れ動きさせる金属支柱と、前記金属層の側面に平行的に設置される電極層と、を備えてなる。前記電極層は、複数の駆動電極と、複数の感知電極と、ブロッキングプレートと、を備えてなる。
【選択図】 図４

Description

本発明はシングルチップに関し、特にマイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップに関する。

慣性装置によって感知する技術は一般に、地震計、自動車のエアバッグのセンサー、投射器、スキャナー（バーコード装置、レーザースキャナー）などに応用される。伝統の慣性感知装置はたいてい大型の機械装置である。一方、シングルチップについての製作方式は特徴が小型化である。実施方面の困難な点は、半導体工程で製作してきた機械構造の特性が伝統工程で製作してきた機械構造の特性とは異なるものである。

図１は従来のシングルチップ慣性装置を表示した図示である。その慣性装置は結構体１と回路２を備えてなる。系統は、結構体１によって感知し、回路２によって結構体を作動させる。この慣性装置は伝統的な小型化した機械装置で、結構体１が単一の結構体又は対称な結構体である。しかし、半導体工程によって結構体１を製作するプロセスは難しいので、イールドが低くなりやすい。使用過程で発生した損害も系統の信頼度を低下させることがある。さらに、単一の結構体１はただ一つの自由度だけで測定するのである。体積も小さくなりにくくて、設計方式も相当に限られている。

本発明はマイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップを提供する。質量、弾性係数などの要素によって決定されたシングルチップを製作する半導体バックエンド工程を易しくし、変差を小さくし、感知信号を増加することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るシングルチップは、マイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップであって、該シングルチップはアレイに配列された複数の感知ユニットを有し、
それぞれの前記感知ユニットは、均一の厚さを有する金属層と、垂直的に前記シングルチップの中心を通り過ぎて前記金属層に接続して、該金属層を慣性によって二つの自由度がある相対的な揺れ動きをさせる金属支柱と、前記金属層の側面に平行的に設置される電極層と、を備えてなり、
前記電極層は、前記中心に関して対称に設置されて、電圧を受けてゼロ復帰信号を修正すること、前記金属層と前記電極層の相対的な揺れ動きを回復すること、或いは前記金属層を角度で揺れ動きさせることを特徴とする複数の駆動電極と、前記中心に関して対称に設置されて前記駆動電極を取り囲んで、前記金属層と前記電極層の相対的な揺れ動きを感知して加速度と方位角度を決定する複数の感知電極と、アースされて前記感知電極を取り囲んで、前記金属層をブロックして設計された振幅を超さないようにするブロッキングプレートと、を備えてなることを特徴とする。

前記金属層と前記ブロッキングプレートは前記電極層に対応する形状があって、該形状は円形、正方形、長方形及び三角形より選抜されたことを特徴とする。
複数の前記駆動電極と複数の前記感知電極は前記中心に関して対称に前記電極層の四つの象限に設置されたことを特徴とする。

前記金属層は複数の孔を有し、前記シングルチップの質量と弾性係数、及び該金属層の複数の該孔のダンピング係数は、前記シングルチップの重力加速度又は感度によって決定されたことを特徴とする。
前記シングルチップの質量は、前記金属層の面積及び厚さと正比例し、前記シングルチップの弾性係数は、前記金属支柱の高さと正比例し、前記金属支柱の外径と反比例し、そして前記金属支柱の材質によって決定されたことを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図２はマイクロアレイ慣性装置に応用される本発明のシングルチップの感知ユニットアレイを表示した図示である。一つの感知ユニットしか設置されないシングルチップがある従来の慣性装置に比べて、本発明のシングルチップ３は、感知ユニット４のアレイの位置するシングルチップ平面がある方向に向く相対的な変位、方位角度及び相対的な加速度を感知できる。一方、図１に表示された従来のシングルチップ慣性装置はただ単一の方向に向く相対運動だけを感知できる。もし多数の方向に向く相対運動を感知しようとするなら、該多数の方向に対応する従来の慣性装置を採用しなくてはいけない。さらに、アレイに配列された本発明の複数の感知ユニット４は代理機能性を備える。即ち、単一の、或いは複数の感知ユニット４が損害を与えられたら、正常な別の感知ユニット４、或いは他の同じ数量の感知ユニット４はそれに取って代わること、又はそれを改善することができる。

図３はマイクロアレイ慣性装置に応用される本発明のシングルチップを表示した断面図である。図４は本発明の感知ユニットの電極層を表示した断面図である。それらの結構から見ると、どの感知ユニット４も金属層４１、金属支柱４６、誘電層４２、電極層４９及び回路層４７を有していることが分かる。金属層４１は均一の厚さを有している。金属層４１はさらに金属層４１を貫通する複数の孔（表示されていない）を有している。それらの孔によって金属層４１と誘電層４２の間にある空気は放出されることができる。それらの孔が大きくされれば放出した空気は多くなる。したがって、孔のダンピングは低くなる。その上、それらの孔が多くなれば放出した空気は多くなって、感知ユニット４のダンピングも小さくなる。

金属支柱４６は垂直的にシングルチップ３の中心を通り過ぎて金属層４１に接続して、慣性によって二つの自由度がある相対的な揺れ動くことができる結構になる。設計方式によって、金属層４１と金属支柱４６の材質は異なるものでもよい。円柱又は正方形の支柱に製作された金属支柱４６はどの方向に向いて揺れ動くこともできる。長方形の支柱に製作された金属支柱４６であれば、側面に沿ってより長い縁に向いての揺れ動きは遂に限られる。誘電層４２は金属層４１の側面に設置される。金属層４１にある複数の穴を通して、エッチング工程に使用されるエッチング液は流入できて、短時間で有効に誘電層４２をエッチングする。電極層４９は金属層４１に平行的に設置されて、誘電層４２と金属層４１が隣り合った側面に位置する。電極層４９は円形、正方形、長方形又は三角形であってもよい。金属層４１は電極層４９の形状に対応してなっていてもよい。電極層４９は、四つの駆動電極４３、四つの感知電極４４及びブロッキングプレート４５を有している。四つの駆動電極４３はシングルチップ３の中心に関して対称に四つの象限に設置される。直流バイアスを受けると、駆動電極４３は、ゼロ復帰信号を修正して金属層４１との相対運動に対しての基準になるようにする、電極層４９を前記金属層４１と相対的な揺れ動く状態から元の状態に回復すること、若しくは金属層４１をある角度で揺れ動きさせることを特徴とする。

四つの感知電極４４はシングルチップ３の中心に関して対称に四つの象限に設置されて、四つの駆動電極４３を取り囲む。四つの象限に位置するそれらの電極４３、４４の、シングルチップ３と垂直する方向に沿っての電気容量の差によって、金属層４１と電極層４９との相対運動の加速度及び方位角度を計算することができる。金属材質のブロッキングプレート４５はアースして、シングルチップ３の中心に対称な四つの感知電極４４の形状に対応して四つの感知電極４４を取り囲んで設置された。ブロッキングプレート４５は金属層４１をブロックして設計された振幅を超さないようにするものである。回路層４７は金属層４１に平行して、電極層４９に対応して金属層４１の側面に設置されて、電極層４９を操作して感知するものである。感知ユニット４は直接に回路層４７の上にアレイされてもよい。そうしたら、シングルチップ３の面積も少なくなって、回路の機能も拡充されることができる。例えアナログ／デジタルの転換、無線通信などの機能を加えてもよい。

マイクロアレイ慣性装置に応用される本発明のシングルチップ３は色々な重力加速度、感度についての場合に応用されるので、この二つの条件に影響を及ぼす要素はうまく選択すべきである。これらの要素は、シングルチップ３の質量、弾性係数、シングルチップの孔のダンピング係数などを含む。シングルチップ３の質量は金属層４１の面積及び厚さによって決定されて、即ち金属層４１の面積及び厚さと反比例する。シングルチップ３の弾性係数は、金属支柱４６の高さと正比例して、金属支柱４６の外径と反比例して、そして金属支柱４６の材質によって決定される。したがって、上記の要素を選択して複数の規格を決定して、それぞれの周波選択回路に対応して、正確にシングルチップを調整した後、遂に色々な重力加速度、感度についての要求を満足できる。

図５はＳＲＡＭアドレスによって起動される感知ユニットを表示した図示である。シングルチップ３、行のマルチプレクサ５２、列のマルチプレクサ５３、レジスタ５１が含まれる。まず、シーケンス信号はレジスタ５１に入力される。シーケンス信号は一つ又は複数のグループの行と列のデータを含む。さらに、シーケンス信号はそれぞれに行のマルチプレクサ５２と列のマルチプレクサ５３に入力される。マルチプレクサによって、行と列のデータはシングルチップ３に入力される。すると、一つの又は複数の感知ユニット４を選択して作動させて、適切に制御する、慣性を感知することができる。

以上のように構成されたこの発明は次のような優れた効果を有している。
本発明はマイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップを提供する。シングルチップの感知ユニットは集積回路で製作した上層の金属導線によって製作された。それゆえに、質量、弾性係数などの要素の設計方式も半導体バックエンド工程も易しくなって、変差も小さくなる。そして、感知信号も倍量に増加された。さらに、本発明のシングルチップは代理機能性及び自己診断機能を備える。即ち、単一の、或いは複数の感知ユニットが損害を与えられたら、正常な別の感知ユニット、或いは他の同じ数量の感知ユニットはそれに取って代って、正確な慣性数値を計算できる。

従来のシングルチップ慣性装置を表示した図示である。 マイクロアレイ慣性装置に応用される本発明のシングルチップの感知ユニットアレイを表示した図示である。 マイクロアレイ慣性装置に応用される本発明のシングルチップを表示した断面図である。 本発明の感知ユニットの電極層を表示した断面図である。 ＳＲＡＭアドレスによって起動される感知ユニットを表示した図示である。

符号の説明

１・・・結構体 ２・・・回路 ３・・・マイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップ ４・・・感知ユニット ４１・・・金属層 ４２・・・誘電層 ４３・・・駆動電極 ４４・・・感知電極 ４５・・・ブロッキングプレート ４６・・・金属支柱 ４７・・・回路層 ４９・・・電極層 ５１・・・レジスタ ５２・・・行のマルチプレクサ ５３・・・列のマルチプレクサ

Claims (5)

1. マイクロアレイ慣性装置に応用されるシングルチップであって、該シングルチップはアレイに配列された複数の感知ユニットを有し、
   それぞれの前記感知ユニットは、
   均一の厚さを有する金属層と、
   垂直的に前記シングルチップの中心を通り過ぎて前記金属層に接続して、該金属層に慣性によって二つの自由度がある相対的な揺れ動きをさせる金属支柱と、
   前記金属層の側面に平行的に設置される電極層と、を備えてなり、
   前記電極層は、
   前記中心に関して対称に設置されて、電圧を受けてゼロ復帰信号を修正すること、前記金属層と前記電極層の相対的な揺れ動きを回復すること、或いは前記金属層を角度で揺れ動きさせることを特徴とする複数の駆動電極と、
   前記中心に関して対称に前記駆動電極を取り囲んで設置されて、前記金属層と前記電極層の相対的な揺れ動きを感知して加速度と方位角度を決定する複数の感知電極と、
   アースされて前記感知電極を取り囲んで、前記金属層をブロックして設計された振幅を超さないようにするブロッキングプレートと、を備えてなることを特徴とするシングルチップ。
2. 前記金属層と前記ブロッキングプレートは前記電極層に対応する形状があって、該形状は円形、正方形、長方形及び三角形より選抜されたことを特徴とする請求項１記載のシングルチップ。
3. 複数の前記駆動電極と複数の前記感知電極は前記中心に関して対称に前記電極層の四つの象限に設置されたことを特徴とする請求項１記載のシングルチップ。
4. 前記金属層は複数の孔を有し、
   前記シングルチップの質量と弾性係数、及び該金属層の複数の該孔のダンピング係数は、前記シングルチップの重力加速度又は感度によって決定されたことを特徴とする請求項１記載のシングルチップ。
5. 前記シングルチップの質量は、前記金属層の面積及び厚さと正比例し、
   前記シングルチップの弾性係数は、前記金属支柱の高さと正比例し、前記金属支柱の外径と反比例し、そして前記金属支柱の材質によって決定されたことを特徴とする請求項４記載のシングルチップ。

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