JP7146499B2 - ３次元構造部材の製造方法、加速度ピックアップ部材の製造方法、加速度ピックアップ部材、及び加速度センサ - Google Patents

３次元構造部材の製造方法、加速度ピックアップ部材の製造方法、加速度ピックアップ部材、及び加速度センサ Download PDF

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Description

本発明は、平板状の基材を成形して、厚さが異なる複数の部分を有する３次元構造部材を製造する方法に関する。また、本発明は、加速度センサに用いられる加速度ピックアップ部材の製造方法、この製造方法で製造された加速度ピックアップ部材、及びこの加速度ピックアップ部材を備える加速度センサに関する。
例えば、加速度に応じて振れる振子部を備える加速度ピックアップ部材を備える静電容量型（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型）の加速度センサがある（例えば特許文献１参照）。このような加速度センサ又は加速度ピックアップ部材は、傾き、動き、振動、衝撃等を検出することができ、運動体の加速度及び動揺計測、振動傾斜解析、地振の測定・監視・警報等の種々の用途で用いられる（例えば特許文献２及び３参照）。
このような加速度ピックアップ部材は、加速度に応じて振れる振子部と、振子部に連結するヒンジ部と、ヒンジ部を介して振子部を支持する支持部と、振子部と支持部との間の貫通溝部とを備える。
特開２００８－７０３５６号公報 特開２００９－２２２５４０号公報 特開平１０－３２５７６２号公報
本願発明者らは、１つの平板状の基材を成形することにより、このような加速度ピックアップ部材を得ることを試みた。しかし、加速度ピックアップ部材における支持部、振子部及びヒンジ部の厚さは異なり、更に支持部と振子部との間には貫通溝部があるため、各部の成形工程が煩雑となってしまう。
例えば、複数の段差を有し、その一部に基材を貫通する部位を有するような３次元形状を成形する際、加工深さが大きくなるに従って、スピンコート法によりレジストを塗布することが困難になる。貫通部分のみであればレーザー加工により加工可能であるが、基材材料が石英等に限られ、かつ、任意の深さの段差を形成することは一般に困難である。
例えば、大きな段差に対するレジスト塗布は、スプレー法によって実現できる。しかし、凹凸形状の違い（スプレーの流れ易さの違い等）により条件が異なるため、貫通部分を形成するような深いエッチング箇所と浅い段差とが混在するような形状では、条件が複雑になる。また、大きな段差に対するレジスト塗布としてディップ法を用いると、凹部にレジスト溜まりが発生し易く、特に貫通部分が形成された後に適用することが難しい。
本発明は、製造の簡易化が可能な３次元構造部材の製造方法、及び加速度ピックアップ部材の製造方法を提供することを目的とする。また、この製造方法で製造された加速度ピックアップ部材、及びこの加速度ピックアップ部材を備える加速度センサを提供することを目的とする。
（１）本発明に係る３次元構造部材の製造方法は、平板状の基材を成形して、厚さが異なる複数の部分を有する３次元構造部材を製造する方法であって、基材の少なくとも一方主面の全体にマスクを形成するマスク形成工程と、マスクの一部を除去するマスク除去工程と、基材の露出した部分をエッチングするエッチング工程とを含み、マスク除去工程とエッチング工程との組を、３次元構造部材の複数の部分の各々に対応するマスク及び基材に対して、３次元構造部材の厚さが薄い順に行う。
（２）上記の３次元構造部材の製造方法において、マスク形成工程におけるマスクは、ポジレジストであってもよく、マスク除去工程では、マスクの一部を露光することにより除去してもよい。
（３）本発明に係る別の３次元構造部材の製造方法は、平板状の基材を成形して、厚さが異なる４つの部分を有する３次元構造部材を製造する方法であって、基材の少なくとも一方主面の全体にマスクを形成するマスク形成工程と、３次元構造部材の最も薄い部分に対応するマスクの一部を除去する第１マスク除去工程と、３次元構造部材の最も薄い部分に対応する基材の露出した部分をエッチングする第１エッチング工程と、３次元構造部材の２番目に薄い部分に対応するマスクの一部を除去する第２マスク除去工程と、３次元構造部材の２番目に薄い部分及び最も薄い部分に対応する基材の露出した部分をエッチングする第２エッチング工程と、３次元構造部材の３番目に薄い部分に対応するマスクの一部を除去する第３マスク除去工程と、３次元構造部材の３番目に薄い部分、２番目に薄い部分及び最も薄い部分に対応する基材の露出した部分をエッチングする第３エッチング工程とを含む。
（４）上記の３次元構造部材の製造方法において、マスク形成工程におけるマスクは、ポジレジストであってもよく、第１マスク除去工程、第２マスク除去工程及び第３マスク除去工程では、マスクの一部を露光することにより除去してもよい。
（５）本発明に係る加速度ピックアップ部材の製造方法は、加速度センサに用いられる加速度ピックアップ部材であって、平板状の基材を成形して、振子部と、前記振子部に連結するヒンジ部と、ヒンジ部を介して振子部を支持する支持部と、振子部と支持部との間の貫通溝部を有する加速度ピックアップ部材を製造する方法であって、基材の両主面の全体にマスクを形成するマスク形成工程と、貫通溝部に対応するマスクの一部を除去する第１マスク除去工程と、貫通溝部に対応する基材の露出した部分をエッチングする第１エッチング工程と、ヒンジ部に対応するマスクの一部を除去する第２マスク除去工程と、ヒンジ部及び貫通溝部に対応する基材の露出した部分をエッチングする第２エッチング工程と、振子部に対応するマスクの一部を除去する第３マスク除去工程と、振子部、ヒンジ部及び貫通溝部に対応する基材の露出した部分をエッチングする第３エッチング工程とを含む。
（６）上記の加速度ピックアップ部材の製造方法において、マスク形成工程におけるマスクは、ポジレジストであってもよく、第１マスク除去工程、第２マスク除去工程及び第３マスク除去工程では、マスクの一部を露光することにより除去してもよい。
（７）本発明に係る加速度ピックアップ部材は、加速度センサに用いられる加速度ピックアップ部材であって、加速度に応じて振れる振子部と、振子部に連結するヒンジ部と、ヒンジ部を介して振子部を支持する支持部と、振子部と支持部との間の貫通溝部とを備え、振子部の支持部と対向する側面における厚さ方向の中央部の内角は、９０度±１０度であり、振子部とヒンジ部との境界における内角は、１２０度±１０度である。
（８）本発明に係るＭＥＭＳ型の加速度センサは、上記の加速度ピックアップ部材と、加速度ピックアップ部材の振子部の両主面に設けられた可動電極と、可動電極と対向して設けられ、交流電圧が供給される固定電極とを備える。
本発明によれば、製造の簡易化が可能な３次元構造部材の製造方法、及び加速度ピックアップ部材の製造方法を提供することができる。また、この製造方法で製造された加速度ピックアップ部材、及びこの加速度ピックアップ部材を備える加速度センサを提供することができる。
本実施形態に係る加速度センサの概略端面図である。 図１に示す加速度センサの概略平面図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップを示す斜視図である。 図３に示す加速度ピックアップのＩＶ－ＩＶ線断面図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材のレジスト塗布工程（マスク形成工程）を示す図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材の第１レジスト除去工程（第１マスク除去工程）を示す図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材の第１エッチング工程を示す図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材の第２レジスト除去工程（第２マスク除去工程）を示す図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材の第２エッチング工程を示す図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材の第３レジスト除去工程（第３マスク除去工程）を示す図である。 本実施形態に係る加速度ピックアップ部材の第３エッチング工程を示す図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（加速度センサ）
図１は、本実施形態に係る加速度センサの概略端面図であり、図２は、図１に示す加速度センサの概略平面図である。図１は、図２の加速度センサのＩ－Ｉ線断面図である。図１及び図２に示す加速度センサ１は、加速度ピックアップ部材１０と、可動電極２０と、固定電極２１と、トルカコイル２２と、磁石２３と、電源２４と、サーボ制御部２６と、筐体２とを備える。
図１及び図２では、電源２４及びサーボ制御部２６が電気的なブロック図で示されており、その他の構成要素は構造的に示されている。また、図２では、図１における固定電極２１、磁石２３、電源２４、サーボ制御部２６、及び筐体２が省略されている。
加速度ピックアップ部材１０は、支持部１１、振子部１２及びヒンジ部１３を備える。支持部１１は、加速度センサ１における筐体２の一部に固定される。振子部１２は、ヒンジ部１３を介して支持部１１の一部に連結されるとともに、貫通溝部１４によって支持部１１の一部以外の他部と分離されている。これにより、振子部１２は、加速度に応じて、ヒンジ部１３を支点として振れる。
振子部１２の両主面には、可動電極２０とトルカコイル２２とが設けられている。
可動電極２０は、例えば筐体２の一部に設けられた固定電極２１と対向している。可動電極２０と固定電極２１とは静電容量を構成し、固定電極２１には、例えば電源２４から交流電圧が供給される。これにより、加速度ピックアップ部材１０の振子部１２が振れると、可動電極２０に生じる電圧が変化する（静電容量型、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型）。
トルカコイル２２は、例えば筐体２の一部に設けられた磁石２３と対向している。トルカコイル２２に流れる電流は、サーボ制御部２６によって制御される。
トルカコイル２２は、加速度ピックアップ部材１０の振子部１２の重りとしても機能する。なお、振子部１２の重りとしては、トルカコイル２２と別部材が設けられてもよい。
サーボ制御部２６は、可動電極２０からの信号に基づいて、トルカコイル２２の電流を制御する、いわゆるサーボ制御を行う。これにより、サーボ制御部２６は、加速度入力による振子部１２の変位（振れ量）に基づいてトルカコイル２２に電流を流し、電磁力の作用により振子部１２を中立位置に戻すように制御する。
このような加速度センサ１及び加速度ピックアップ部材１０は、傾き、動き、振動、衝撃を検出することができ、運動体の加速度及び動揺計測、振動傾斜解析、地振の測定・監視・警報等の種々の用途で用いられる。
（加速度ピックアップ部材）
図３は、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の斜視図であり、図４は、図３に示す加速度ピックアップ部材１０のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図３及び図４に示す加速度ピックアップ部材１０は、支持部１１と、振子部１２と、ヒンジ部１３とを備える。
支持部１１は、略環状をなしており、内周面の一部から延在するヒンジ部１３を介して振子部１２を支持する。
振子部１２は、略円板状をなしており、支持部１１の内部空間に設けられている。振子部１２の外周面の一部は、ヒンジ部１３に連結されている。振子部１２の外周面の一部以外の部分と、支持部１１の内周面の一部以外の部分との間には、貫通溝部１４が形成されている。すなわち、振子部１２は、ヒンジ部１３を介して支持部１１に連結されると共に、ヒンジ部１３以外において支持部１１と分離されている。これにより、振子部１２は、慣性力学における質量部（マス部）として機能する。
ヒンジ部１３は、慣性力学における弾性部として機能する。
振子部１２の厚さは支持部１１の厚さよりも薄く、ヒンジ部１３の厚さは振子部１２の厚さよりも薄い。
振子部１２の支持部１１と対向する側面における厚さ方向の中央部の内角θ１は、９０度±１０度、好ましくは９０度である。振子部１２とヒンジ部１３との境界における内角θ２は、１２０度±１０度、好ましくは１２３度である。これらの詳細は後述する。
（加速度ピックアップ部材の製造方法）
次に、図５Ａ～図５Ｇ及び図４を参照して、加速度ピックアップ部材１０の製造方法について説明する。図５Ａは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０のレジスト塗布工程（マスク形成工程）を示す図である。図５Ｂは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の第１レジスト除去工程（第１マスク除去工程）を示す図であり、図５Ｃは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の第１エッチング工程を示す図である。図５Ｄは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の第２レジスト除去工程（第２マスク除去工程）を示す図であり、図５Ｅは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の第２エッチング工程を示す図である。図５Ｆは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の第３レジスト除去工程（第３マスク除去工程）を示す図であり、図５Ｇは、本実施形態に係る加速度ピックアップ部材１０の第３エッチング工程を示す図である。
まず、図５Ａに示すように、平板状の基材１０Ａの両主面全体にポジレジスト（マスク）３０を塗布（形成）する（レジスト塗布工程：マスク形成工程）。基材１０Ａの材料としては、石英、ガラス、水晶、又はシリコン等が挙げられる。ポジレジストの材料としては、感光すると溶解除去できるＡＺＰ４３３０（メルクパフォーマンスマテリアルズ合同会社製）、ＦＰＰＲ－Ｐ６０ＥＴ（冨士薬品工業株式会社製）等が挙げられる。ポジレジストの塗布方法としては、スピンコート法、スプレー法、又はディップ法等が用いられる。
次に、図５Ｂに示すように、加速度ピックアップ部材１０の最も薄い貫通溝部１４（厚さ０ｍｍ：本出願では「部材の厚さ」とは厚さ０ｍｍも含むものとする。すなわち、部材の最も薄い部分とは厚さ０ｍｍの貫通溝部も含むものとする。）、すなわち加工深さが最も深い貫通溝部１４に対応するポジレジスト３０の一部を露光（現像）する。これにより、貫通溝部１４に対応するポジレジスト３０の一部が除去される（第１レジスト除去工程：第１マスク除去工程）。露光光源としては、例えば水銀灯が用いられる。
次に、図５Ｃに示すように、貫通溝部１４に対応する基材１０Ａの露出した部分をエッチングする（第１エッチング工程）。
次に、図５Ｄに示すように、加速度ピックアップ部材１０の２番目に薄いヒンジ部１３、すなわち加工深さが２番目に深いヒンジ部１３に対応するポジレジスト３０の一部を露光（現像）する。これにより、ヒンジ部１３に対応するポジレジスト３０の一部が除去される（第２レジスト除去工程：第２マスク除去工程）。露光光源としては、上述した第１レジスト除去工程と同一の光源が用いられる。
次に、図５Ｅに示すように、ヒンジ部１３及び貫通溝部１４に対応する基材１０Ａの露出した部分をエッチングする（第２エッチング工程）。エッチング液としては、上述した第１エッチング工程と同一のエッチング液が用いられる。
次に、図５Ｆに示すように、加速度ピックアップ部材１０の３番目に薄い振子部１２、すなわち加工深さが３番目に深い振子部１２に対応するポジレジスト３０の一部を露光（現像）する。これにより、振子部１２に対応するポジレジスト３０の一部が除去される（第３レジスト除去工程：第３マスク除去工程）。露光光源としては、上述した第１レジスト除去工程及び第２レジスト工程と同一の光源が用いられる。
次に、図５Ｇに示すように、振子部１２、ヒンジ部１３及び貫通溝部１４に対応する基材１０Ａの露出した部分をエッチングする（第３エッチング工程）。エッチング液としては、上述した第１エッチング工程及び第２エッチング工程と同一のエッチング液が用いられる。
次に、加速度ピックアップ部材１０の支持部１１に対応するポジレジスト３０の残りを露光（現像）する。これにより、支持部１１に対応するポジレジスト３０の残りが除去され、図４に示す加速度ピックアップ部材１０が得られる。
上述した全ての工程は、暗室（イエロールーム）で行われる。
ここで、一般に、エッチング加工ごとに、すなわち加工箇所ごとに、レジスト形成及びレジスト除去を行う。
しかし、本実施形態の加速度ピックアップ部材の製造方法によれば、レジスト形成工程は最初の１回のみで、エッチング加工ごとにレジスト除去を行わない。そして、３次元構造部材の厚さが薄い順に、すなわち加工深さが深い順に、レジストの開口部を広げたり、レジストに新たな開口部を形成したりして、エッチングを繰り返す。これにより、平板状の基材から、厚さが異なる振子部１２、ヒンジ部１３、支持部１１及び貫通溝部１４を有する加速度ピックアップ部材１０を簡易に製造することができる。
また、本実施形態の加速度ピックアップ部材の製造方法によれば、レジスト形成工程では、加工前の平坦な基材へのレジスト塗布のため、一般的なスピンコート法、スプレー法又はディップ法等を採用することができる。これにより、加速度ピックアップ部材１０をより簡易に製造することができる。
また、本実施形態の加速度ピックアップ部材の製造方法によれば、レジストとして、感光すると溶解除去できるポジレジストを用いるので、追加で露光するだけで、レジストの開口部を広げたり、レジストに新たな開口部を形成したりすることができる。これにより、加速度ピックアップ部材１０をより簡易に製造することができる。
ここで、図５Ｅ及び図５Ｆに示すように、第２エッチング工程では、振子部１２の支持部１１と対向する側面における厚さ方向の中央部の内角θ１は、９０度よりも非常に小さく、いわゆるバリが発生する。しかし、図５Ｇに示すように、第３エッチング工程において貫通溝部１４を更にエッチングすることにより、振子部１２の支持部１１と対向する側面における厚さ方向の中央部の内角θ１を９０度±１０度、好ましくは９０度にすることができ、バリを低減することができる。
また、図５Ｅ及び図５Ｆに示すように、第２エッチング工程では、振子部１２とヒンジ部１３との境界における内角θ２は、９０度程度であり、鋭角である。この場合、振子部１２とヒンジ部１３との境界上に形成される可動電極が断線（段切れ）することがある。しかし、図５Ｇに示すように、第３エッチング工程において振子部１２だけでなくヒンジ部１３も更にエッチングすることにより、振子部１２とヒンジ部１３との境界における内角θ２を１２０度±１０度、好ましくは１２３度の鈍角にすることができる。これにより、振子部１２とヒンジ部１３との境界上に形成される可動電極の断線（段切れ）を低減することができる。
これにより、本実施形態の加速度ピックアップ部材の製造方法によって製造された加速度ピックアップ部材１０では、振子部１２の支持部１１と対向する側面における厚さ方向の中央部の内角θ１は、９０度±１０度、好ましくは９０度である。振子部１２とヒンジ部１３との境界における内角θ２は、１２０度±１０度、好ましくは１２３度である。これにより、振子部１２の支持部１１と対向する側面における厚さ方向の中央部においてバリを低減することができる。また、振子部１２とヒンジ部１３との境界上に形成される可動電極の断線（段切れ）を低減することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、加速度センサに用いられる加速度ピックアップ部材１０であって、平板状の基材を成形して、振子部１２、ヒンジ部１３、支持部１１及び貫通溝部１４を有する加速度ピックアップ部材１０（すなわち、厚さが異なる４つの部分を有する３次元構造部材）を製造する方法を説明した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、平板状の基材を成形して、厚さが異なる複数の部分を有する３次元構造部材を製造する方法にも適用可能である。この場合、レジスト除去工程（マスク除去工程）とエッチング工程との組を、３次元構造部材の複数の部分の各々に対応するレジスト（マスク）及び基材に対して、３次元構造部材の厚さが薄い順に行えばよい。
また、上述した実施形態では、レジスト塗布工程（マスク形成工程）において基材の両主面にレジスト（マスク）を塗布（形成）したが、基材の少なくとも一方主面の全体にレジスト（マスク）を塗布（形成）してもよい。
１ 加速度センサ
２ 筐体
１０ 加速度ピックアップ部材
１０Ａ 基材
１１ 支持部
１２ 振子部
１３ ヒンジ部
１４ 貫通溝部
２０ 可動電極
２１ 固定電極
２２ トルカコイル
２３ 磁石
２４ 電源
２６ サーボ制御部
３０ ポジレジスト（マスク）

Claims (8)

  1. 平板状の基材を成形して、厚さが異なる複数の部分を有する３次元構造部材を製造する方法であって、
    前記基材の一方主面の全体及び他方主面の全体にマスクを形成するマスク形成工程と、
    前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去するマスク除去工程と、
    前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングするエッチング工程と、
    を含み、
    前記マスク除去工程と前記エッチング工程との組を、前記３次元構造部材の複数の部分の各々に対応する前記一方主面及び前記他方主面の前記マスク及び前記基材の前記一方主面及び前記他方主面に対して、前記３次元構造部材の厚さが薄い順に行う、
    ３次元構造部材の製造方法。
  2. 前記マスク形成工程における前記マスクは、ポジレジストであり、
    前記マスク除去工程では、前記マスクの一部を露光することにより除去する、
    請求項１に記載の３次元構造部材の製造方法。
  3. 平板状の基材を成形して、厚さが異なる４つの部分を有する３次元構造部材を製造する方法であって、
    前記基材の一方主面の全体及び他方主面の全体にマスクを形成するマスク形成工程と、
    前記３次元構造部材の最も薄い部分に対応する前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去する第１マスク除去工程と、
    前記３次元構造部材の最も薄い部分に対応する前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングする第１エッチング工程と、
    前記３次元構造部材の２番目に薄い部分に対応する前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去する第２マスク除去工程と、
    前記３次元構造部材の２番目に薄い部分及び最も薄い部分に対応する前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングする第２エッチング工程と、
    前記３次元構造部材の３番目に薄い部分に対応する前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去する第３マスク除去工程と、
    前記３次元構造部材の３番目に薄い部分、２番目に薄い部分及び最も薄い部分に対応する前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングする第３エッチング工程と、
    を含む、３次元構造部材の製造方法。
  4. 前記マスク形成工程における前記マスクは、ポジレジストであり、
    前記第１マスク除去工程、前記第２マスク除去工程及び前記第３マスク除去工程では、前記マスクの一部を露光することにより除去する、
    請求項３に記載の３次元構造部材の製造方法。
  5. 加速度センサに用いられる加速度ピックアップ部材であって、平板状の基材を成形して、振子部と、前記振子部に連結するヒンジ部と、前記ヒンジ部を介して前記振子部を支持する支持部と、前記振子部と前記支持部との間の貫通溝部を有する加速度ピックアップ部材を製造する方法であって、
    前記基材の一方主面の全体及び他方主面の全体にマスクを形成するマスク形成工程と、
    前記貫通溝部に対応する前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去する第１マスク除去工程と、
    前記貫通溝部に対応する前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングする第１エッチング工程と、
    前記ヒンジ部に対応する前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去する第２マスク除去工程と、
    前記ヒンジ部及び前記貫通溝部に対応する前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングする第２エッチング工程と、
    前記振子部に対応する前記一方主面の前記マスクの一部及び前記他方主面の前記マスクの一部を除去する第３マスク除去工程と、
    前記振子部、前記ヒンジ部及び前記貫通溝部に対応する前記基材の前記一方主面の露出した部分及び前記他方主面の露出した部分をエッチングする第３エッチング工程と、
    を含む、加速度ピックアップ部材の製造方法。
  6. 前記マスク形成工程における前記マスクは、ポジレジストであり、
    前記第１マスク除去工程、前記第２マスク除去工程及び前記第３マスク除去工程では、前記マスクの一部を露光することにより除去する、
    請求項５に記載の加速度ピックアップ部材の製造方法。
  7. 加速度センサに用いられる加速度ピックアップ部材であって、
    加速度に応じて振れる振子部と、
    前記振子部に連結するヒンジ部と、
    前記ヒンジ部を介して前記振子部を支持する支持部と、
    前記振子部と前記支持部との間の貫通溝部と、
    を備え、
    前記振子部の前記支持部と対向する側面における厚さ方向の中央部の内角は、９０度±１０度であり、
    前記振子部と前記ヒンジ部との境界における内角は、１２０度±１０度である、
    加速度ピックアップ部材。
  8. 請求項７に記載の加速度ピックアップ部材と、
    前記加速度ピックアップ部材の振子部の両主面に設けられた可動電極と、
    前記可動電極と対向して設けられ、交流電圧が供給される固定電極と、
    を備える、ＭＥＭＳ型の加速度センサ。
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CN201980047648.5A CN112424613B (zh) 2018-07-17 2019-07-16 三维结构部件的制造方法、加速度拾取部件的制造方法、加速度拾取部件以及加速度传感器
US17/261,213 US11584641B2 (en) 2018-07-17 2019-07-16 Method for manufacturing three-dimensionally structured member, method for manufacturing acceleration pickup, acceleration pickup, and acceleration sensor
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6251698B1 (en) 1997-05-23 2001-06-26 Sextant Avionique Method for making a machined silicon micro-sensor
JP5142247B2 (ja) 2007-03-05 2013-02-13 独立行政法人農業生物資源研究所 植物ウイルス抵抗性植物の製造方法及びその利用
JP7128363B2 (ja) 2018-10-17 2022-08-30 チンタオ ハイアール ウォッシング マシン カンパニー，リミテッド 衣類ケア設備

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623782B2 (ja) 1988-11-15 1994-03-30 株式会社日立製作所 静電容量式加速度センサ及び半導体圧力センサ
JPH0587831A (ja) * 1991-09-26 1993-04-06 Nippon Seiki Co Ltd 半導体加速度センサの製造方法
US5738757A (en) * 1995-11-22 1998-04-14 Northrop Grumman Corporation Planar masking for multi-depth silicon etching
JPH10325762A (ja) 1997-05-23 1998-12-08 Tokimec Inc 微小力評価装置
US6939475B2 (en) * 2001-08-31 2005-09-06 Daishinku Corporation Etching method, etched product formed by the same, and piezoelectric vibration device, method for producing the same
JP3766799B2 (ja) * 2001-12-18 2006-04-19 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP4133580B2 (ja) * 2003-05-21 2008-08-13 独立行政法人科学技術振興機構 圧電材料の加工方法
US20060037398A1 (en) * 2004-08-19 2006-02-23 Rich David B Method for making an impact detector
FR2900400B1 (fr) * 2006-04-28 2008-11-07 Tronic S Microsystems Sa Procede collectif de fabrication de membranes et de cavites de faible volume et de haute precision
JP2008070356A (ja) 2006-08-16 2008-03-27 Japan Aviation Electronics Industry Ltd サーボ型加速度計
JP5043726B2 (ja) 2008-03-17 2012-10-10 東京計器株式会社 サーボ型振動計
US8065915B2 (en) 2008-10-08 2011-11-29 Honeywell International Inc. MEMS accelerometer
CN102602879B (zh) 2011-11-23 2016-01-06 中国计量学院 谐振式加速度计谐振梁和支撑梁的二步腐蚀制造方法
KR101965602B1 (ko) * 2012-10-16 2019-04-04 삼성전자주식회사 3차원 반도체 장치의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 3차원 반도체 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6251698B1 (en) 1997-05-23 2001-06-26 Sextant Avionique Method for making a machined silicon micro-sensor
JP5142247B2 (ja) 2007-03-05 2013-02-13 独立行政法人農業生物資源研究所 植物ウイルス抵抗性植物の製造方法及びその利用
JP7128363B2 (ja) 2018-10-17 2022-08-30 チンタオ ハイアール ウォッシング マシン カンパニー，リミテッド 衣類ケア設備

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