JPH0933557A - 回転率センサ - Google Patents
回転率センサInfo
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- JPH0933557A JPH0933557A JP8191072A JP19107296A JPH0933557A JP H0933557 A JPH0933557 A JP H0933557A JP 8191072 A JP8191072 A JP 8191072A JP 19107296 A JP19107296 A JP 19107296A JP H0933557 A JPH0933557 A JP H0933557A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5705—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis
- G01C19/5712—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis the devices involving a micromechanical structure
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転率センサにおいて、振動子の変位をスト
ッパを設けることによって制限し、それによってセンサ
の運転の信頼性及びセンサの強靭性を高めることができ
るようにする。 【解決手段】 このため振動子（４）の変位を制限する
ストッパが、多層基板（１０）から組織パターン加工さ
れている。
ッパを設けることによって制限し、それによってセンサ
の運転の信頼性及びセンサの強靭性を高めることができ
るようにする。 【解決手段】 このため振動子（４）の変位を制限する
ストッパが、多層基板（１０）から組織パターン加工さ
れている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、請求項１の上位
概念に基く回転率センサに関する。
概念に基く回転率センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ国特許第１９５０４１５１号明細
書によれば、多層基板から構成されている回転率センサ
が公知である。この多層基板は、上方珪素層と下方珪素
層とを有し、これらの珪素層の間に絶縁作用を有する犠
牲層が設けられている。多層基板から振動子が組織パタ
ーン加工されており、該振動子は振動ビームに懸吊され
ている。振動子上には加速度センサが設けられており、
該加速度センサは、振動軸線に対し垂直に発生する可能
性のあるコリオリ加速度を測定することができるように
構成されている。
書によれば、多層基板から構成されている回転率センサ
が公知である。この多層基板は、上方珪素層と下方珪素
層とを有し、これらの珪素層の間に絶縁作用を有する犠
牲層が設けられている。多層基板から振動子が組織パタ
ーン加工されており、該振動子は振動ビームに懸吊され
ている。振動子上には加速度センサが設けられており、
該加速度センサは、振動軸線に対し垂直に発生する可能
性のあるコリオリ加速度を測定することができるように
構成されている。
【０００３】ヨーロッパ特許第５３９３９３Ｂ１号明細
書によって既に公知である回転率センサの場合には、振
動子は多層基板から組織パターン加工されている。更に
該明細書によれば、特に静電駆動装置、電磁駆動装置及
び熱機械駆動装置による、この種の振動子を励振するた
めの多数の励振方法が公知である。
書によって既に公知である回転率センサの場合には、振
動子は多層基板から組織パターン加工されている。更に
該明細書によれば、特に静電駆動装置、電磁駆動装置及
び熱機械駆動装置による、この種の振動子を励振するた
めの多数の励振方法が公知である。
【０００４】
【発明の課題】本発明の課題は、回転率センサの運転の
信頼性及びセンサの強靭性を高めることである。
信頼性及びセンサの強靭性を高めることである。
【０００５】
【課題を解決する手段】本発明の課題は回転率センサの
振動子の変位がストッパによって制限されていることに
より解決された。特にストッパの使用によってセンサの
感度を、大きな直線加速装置に比較して小さくすること
ができる。
振動子の変位がストッパによって制限されていることに
より解決された。特にストッパの使用によってセンサの
感度を、大きな直線加速装置に比較して小さくすること
ができる。
【０００６】請求項２以下に述べられている手段によっ
て、請求項１で述べた回転率センサの別の有利な構成が
可能である。
て、請求項１で述べた回転率センサの別の有利な構成が
可能である。
【０００７】振動子が基板に対し平行に特に容易に変位
することができるので、有利にはこの種の変位を制限す
る平行ストッパが設けられている。センサを製造する際
のエッチング時間を短縮するため、下方珪素層の肉厚を
振動子の下で削減しておくと有利である。この場合振動
方向に対し垂直な振動子の変位を制限するためにはスト
ッパが設けられており、該ストッパは、下方の珪素層１
から組織パターン加工されているか、又は付加的なプレ
ート上に設けられている。下方珪素層１の肉厚が予め充
分に薄く選択されている場合には、プレート上にセンサ
を組み付けることによって変位の制限を達成することが
できる。その際プレートと振動子との間の間隔は、結合
層を適当な肉厚にすることによって特に簡単に調節可能
である。回転率センサはカバーによって汚染から保護さ
れており、それによって上方への振動子の変位が制限さ
れている。
することができるので、有利にはこの種の変位を制限す
る平行ストッパが設けられている。センサを製造する際
のエッチング時間を短縮するため、下方珪素層の肉厚を
振動子の下で削減しておくと有利である。この場合振動
方向に対し垂直な振動子の変位を制限するためにはスト
ッパが設けられており、該ストッパは、下方の珪素層１
から組織パターン加工されているか、又は付加的なプレ
ート上に設けられている。下方珪素層１の肉厚が予め充
分に薄く選択されている場合には、プレート上にセンサ
を組み付けることによって変位の制限を達成することが
できる。その際プレートと振動子との間の間隔は、結合
層を適当な肉厚にすることによって特に簡単に調節可能
である。回転率センサはカバーによって汚染から保護さ
れており、それによって上方への振動子の変位が制限さ
れている。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に図示し、
次にこれを詳しく説明する。
次にこれを詳しく説明する。
【０００９】図１には、下方珪素層１と上方珪素層３と
を有する多層基板１０が図示されている。両珪素層１，
３の間には絶縁作用を有する犠牲層２が配置されてい
る。下方珪素層１は一般的に珪素ウェーハであり、該珪
素ウェーハ上には、例えば酸化珪素、窒化珪素又はガラ
スから成る犠牲層２が装着されている。更に犠牲層２上
には、プラズマからの析出又は別の珪素ウェーハのボン
ディングによって上方の珪素層３が形成されている。そ
れぞれの製造方法に応じて上方の珪素層３は、多結晶の
珪素材料、単結晶の珪素材料又は多結晶及び単結晶の珪
素材料の混合体から成っている。多層基板１０の背面側
には切欠き７が加工されており、該切欠き７によって下
方珪素層１の肉厚を区分的に減少させることができる。
下方の珪素層１を貫通して溝を加工しようとする場合に
は、下方珪素層１の肉厚を減少することによってエッチ
ング時間を短縮することができる。
を有する多層基板１０が図示されている。両珪素層１，
３の間には絶縁作用を有する犠牲層２が配置されてい
る。下方珪素層１は一般的に珪素ウェーハであり、該珪
素ウェーハ上には、例えば酸化珪素、窒化珪素又はガラ
スから成る犠牲層２が装着されている。更に犠牲層２上
には、プラズマからの析出又は別の珪素ウェーハのボン
ディングによって上方の珪素層３が形成されている。そ
れぞれの製造方法に応じて上方の珪素層３は、多結晶の
珪素材料、単結晶の珪素材料又は多結晶及び単結晶の珪
素材料の混合体から成っている。多層基板１０の背面側
には切欠き７が加工されており、該切欠き７によって下
方珪素層１の肉厚を区分的に減少させることができる。
下方の珪素層１を貫通して溝を加工しようとする場合に
は、下方珪素層１の肉厚を減少することによってエッチ
ング時間を短縮することができる。
【００１０】多層基板１０の上側には第１のエッチング
マスク８が装着されている。この第１エッチングマスク
８は、図３及び図４で詳しく説明される、加速度センサ
のための組織構造体を有している。次いで、エッチング
マスク８の組織構造体がエッチング加工されるエッチン
グステップが実施される。それによって形成された溝は
犠牲層２にまで到達する。第１エッチングマスク８のた
めの材料としては、フォトラック又は適当に組織パター
ン化された酸化珪素層又は窒化珪素層を使用することが
できる。
マスク８が装着されている。この第１エッチングマスク
８は、図３及び図４で詳しく説明される、加速度センサ
のための組織構造体を有している。次いで、エッチング
マスク８の組織構造体がエッチング加工されるエッチン
グステップが実施される。それによって形成された溝は
犠牲層２にまで到達する。第１エッチングマスク８のた
めの材料としては、フォトラック又は適当に組織パター
ン化された酸化珪素層又は窒化珪素層を使用することが
できる。
【００１１】図２に図示されているように、別のステッ
プで第２のエッチングマスク９が装着される。この第２
のエッチングマスク９によって、エッチング溝を多層基
板１０内に加工するのに使用される組織構造体が規定さ
れる。該エッチング溝は上方珪素層３、犠牲層２及び下
方珪素層１を貫通している。予め加工された切欠き７に
よってこれに必要なエッチング時間を減少させることが
できる。続いてエッチングマスク９を除去する。次の方
法ステップで犠牲層２のエッチングを行う。犠牲層２の
このエッチングステップは等方的に行われるので、上方
珪素層３と下方珪素層１との間に配置されている犠牲層
２の領域もエッチングされ、その結果上方珪素層３内に
装着された組織構造体のアンダエッチングも行うことが
できるようになる。しかしこのエッチングは短時間の間
だけ行われるので、側方への広がりの小さい組織構造体
がアンダエッチングされるだけである。
プで第２のエッチングマスク９が装着される。この第２
のエッチングマスク９によって、エッチング溝を多層基
板１０内に加工するのに使用される組織構造体が規定さ
れる。該エッチング溝は上方珪素層３、犠牲層２及び下
方珪素層１を貫通している。予め加工された切欠き７に
よってこれに必要なエッチング時間を減少させることが
できる。続いてエッチングマスク９を除去する。次の方
法ステップで犠牲層２のエッチングを行う。犠牲層２の
このエッチングステップは等方的に行われるので、上方
珪素層３と下方珪素層１との間に配置されている犠牲層
２の領域もエッチングされ、その結果上方珪素層３内に
装着された組織構造体のアンダエッチングも行うことが
できるようになる。しかしこのエッチングは短時間の間
だけ行われるので、側方への広がりの小さい組織構造体
がアンダエッチングされるだけである。
【００１２】図３には、犠牲層２をエッチングした後の
多層基板１０が示されている。製造方法によって、多数
の異なった領域を備えたセンサ部材を製造することがで
きる。フレーム１１は層３，２及び１の元の肉厚を有し
ていて、センサを保持するのに特に良好に適している。
多層基板１０が示されている。製造方法によって、多数
の異なった領域を備えたセンサ部材を製造することがで
きる。フレーム１１は層３，２及び１の元の肉厚を有し
ていて、センサを保持するのに特に良好に適している。
【００１３】更に振動ビーム５が形成されており、該振
動ビーム５のＸ方向の寸法は、Ｙ方向の寸法に比較して
相対的に小さな寸法である。従ってこの振動ビーム５は
Ｘ方向に特に容易に変位することができる一方で、Ｙ方
向においては比較的剛性に構成されている。更に、上方
珪素層３から形成された振動ビーム５の上方領域は、機
械的に不動であるが犠牲層２によって絶縁されていて、
下方層１から組織パターン加工された下方部分に結合さ
れている。
動ビーム５のＸ方向の寸法は、Ｙ方向の寸法に比較して
相対的に小さな寸法である。従ってこの振動ビーム５は
Ｘ方向に特に容易に変位することができる一方で、Ｙ方
向においては比較的剛性に構成されている。更に、上方
珪素層３から形成された振動ビーム５の上方領域は、機
械的に不動であるが犠牲層２によって絶縁されていて、
下方層１から組織パターン加工された下方部分に結合さ
れている。
【００１４】更に、振動ビーム５によってフレーム１１
に結合された振動子４が組織パターン加工されている。
この振動子４は、第１珪素層１から組織パターン加工さ
れている下方プレート１４を有している。振動子４の上
方珪素層３は固着部２３を有し、該固着部２３は、絶縁
作用を有する犠牲層２によって振動子４の下方プレート
１４に不動に結合されている。
に結合された振動子４が組織パターン加工されている。
この振動子４は、第１珪素層１から組織パターン加工さ
れている下方プレート１４を有している。振動子４の上
方珪素層３は固着部２３を有し、該固着部２３は、絶縁
作用を有する犠牲層２によって振動子４の下方プレート
１４に不動に結合されている。
【００１５】更に振動子４の上方珪素層３から、図４の
平面図で明らかなように、運動可能な中央ビーム２２乃
至運動可能な電極２１が組織パターン加工されている。
中央ビーム２２は、固着部２３に固定されている撓みば
ね２４に懸吊されている。この撓みばね２４はＺ方向に
は比較的狭く形成されており、このため中央ビーム２２
及び運動可能な電極２１が加速度によってＺ方向に移動
できるようになっている。これによって、運動可能な電
極２１と、固着部２３によって振動子４の下方プレート
に剛性的に結合されている不動な電極２０との間のキャ
パシタンスが変化する。つまり固着部２３、中央ビーム
２２の撓みばね２４、運動可能な電極２１及び不動な電
極２０が、Ｚ方向の加速度を測定する加速度センサ２５
を形成している。
平面図で明らかなように、運動可能な中央ビーム２２乃
至運動可能な電極２１が組織パターン加工されている。
中央ビーム２２は、固着部２３に固定されている撓みば
ね２４に懸吊されている。この撓みばね２４はＺ方向に
は比較的狭く形成されており、このため中央ビーム２２
及び運動可能な電極２１が加速度によってＺ方向に移動
できるようになっている。これによって、運動可能な電
極２１と、固着部２３によって振動子４の下方プレート
に剛性的に結合されている不動な電極２０との間のキャ
パシタンスが変化する。つまり固着部２３、中央ビーム
２２の撓みばね２４、運動可能な電極２１及び不動な電
極２０が、Ｚ方向の加速度を測定する加速度センサ２５
を形成している。
【００１６】図４で明らかなように、固着部２３は振動
子４の上方珪素層３から組織パターン加工されていて、
固着部２３乃至固着部２３のグループが相互に電気的に
絶縁されうるように構成されている。撓みばね２４を懸
吊するためには１つのグループの固着部２３が設けられ
ている。更に不動な電極２０のために、それぞれ相互に
絶縁された２つの固着部２３が設けられている。図３に
図示されているように、これらの固着部２３は振動子４
の上方珪素層３に直接結合されており、このため不動な
電極２０の電気信号が振動ビーム５を介してフレーム１
１に導かれるようになっている。フレーム１１上では上
方珪素層３から接触領域１２が組織パターン加工されて
いる。該接触領域１２は振動ビーム５の上方珪素層３に
結合されている。つまり接触領域１２では、不動な電極
２０に発生する電気信号が取り出される。この構成によ
って、加速度センサ２５のプレートコンデンサにおける
キャパシタンスの変化を測定することができる。図４に
は不動な電極２０の接触部だけが図示されている。勿論
同様な形式で撓みバー２４の固着部２３の接触も行われ
る。これにより電気信号が運動可能な電極２１から取り
出し可能である。しかし図面を見易くする観点から、こ
のことは図４には図示されていない。
子４の上方珪素層３から組織パターン加工されていて、
固着部２３乃至固着部２３のグループが相互に電気的に
絶縁されうるように構成されている。撓みばね２４を懸
吊するためには１つのグループの固着部２３が設けられ
ている。更に不動な電極２０のために、それぞれ相互に
絶縁された２つの固着部２３が設けられている。図３に
図示されているように、これらの固着部２３は振動子４
の上方珪素層３に直接結合されており、このため不動な
電極２０の電気信号が振動ビーム５を介してフレーム１
１に導かれるようになっている。フレーム１１上では上
方珪素層３から接触領域１２が組織パターン加工されて
いる。該接触領域１２は振動ビーム５の上方珪素層３に
結合されている。つまり接触領域１２では、不動な電極
２０に発生する電気信号が取り出される。この構成によ
って、加速度センサ２５のプレートコンデンサにおける
キャパシタンスの変化を測定することができる。図４に
は不動な電極２０の接触部だけが図示されている。勿論
同様な形式で撓みバー２４の固着部２３の接触も行われ
る。これにより電気信号が運動可能な電極２１から取り
出し可能である。しかし図面を見易くする観点から、こ
のことは図４には図示されていない。
【００１７】図３には、図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿っ
たセンサの概略横断面が示されている。しかしこの場合
個々の寸法は相互に比例して図示されていない。例えば
図３に図示された固着領域２３の幅は極端に短縮されて
いる。
たセンサの概略横断面が示されている。しかしこの場合
個々の寸法は相互に比例して図示されていない。例えば
図３に図示された固着領域２３の幅は極端に短縮されて
いる。
【００１８】図３及び図４に基くセンサは、ドイツ国特
許出願第１９５０４１５１号明細書によって既に公知で
あるセンサにほぼ相当している。
許出願第１９５０４１５１号明細書によって既に公知で
あるセンサにほぼ相当している。
【００１９】図３及び図４に図示された回転率センサの
運転のためには振動子４がＸ方向に振動させられる。こ
の種の振動のための駆動手段は、例えばヨーロッパ特許
第５３９３９３号明細書によって公知である。例として
図４には、振動子４上に、取り付けられた磁気材料の領
域３０だけが図示されている。強度が時間的に変化する
外方の磁場によって、振動子４の振動が励起される。
運転のためには振動子４がＸ方向に振動させられる。こ
の種の振動のための駆動手段は、例えばヨーロッパ特許
第５３９３９３号明細書によって公知である。例として
図４には、振動子４上に、取り付けられた磁気材料の領
域３０だけが図示されている。強度が時間的に変化する
外方の磁場によって、振動子４の振動が励起される。
【００２０】運転中振動子４はＸ方向に振動させられ
る。次いでＹ軸線を中心とした回転が行われ、このため
Ｚ方向にはコリオリ加速が与えられる。このコリオリ加
速は、加速度センサ２５によって検出され、かつＹ軸を
中心とした回転のための尺度である。
る。次いでＹ軸線を中心とした回転が行われ、このため
Ｚ方向にはコリオリ加速が与えられる。このコリオリ加
速は、加速度センサ２５によって検出され、かつＹ軸を
中心とした回転のための尺度である。
【００２１】振動子４はＸ方向には極めて軟かく懸吊さ
れているので、外方の直線的な加速によって極めて容易
にＸ方向に変位することができる。Ｘ方向におけるこの
加速が極めて大きい場合には、振動ビーム５の機械的な
強度が凌駕されて、センサが破壊されるおそれがある。
このことを阻止するため、平行ストッパ４１及び４２が
フレーム１１及び振動子４から組織パターン加工されて
いる。ストッパ４１及び４２は平行ストッパと呼ばれて
いる。それは、該ストッパ４１，４２が振動子４の変位
を個々の珪素層に対し平行に制限しているからである。
図４では振動子４のストッパ４２は、下方プレート１４
に適当な形態を与えることによって形成されている。つ
まりストッパ４２は下方珪素層１だけから組織パターン
加工されている。フレーム１１のストッパ４１は、下方
珪素層１からもまた上方珪素層３からも組織パターン加
工されている。この実施例ではフレーム１１は、振動子
４の２つのストッパ４２の間に配置されている１つのス
トッパ４１しか有していない。この代りに、ストッパ４
１，４２を任意に多重配置することも勿論可能である。
れているので、外方の直線的な加速によって極めて容易
にＸ方向に変位することができる。Ｘ方向におけるこの
加速が極めて大きい場合には、振動ビーム５の機械的な
強度が凌駕されて、センサが破壊されるおそれがある。
このことを阻止するため、平行ストッパ４１及び４２が
フレーム１１及び振動子４から組織パターン加工されて
いる。ストッパ４１及び４２は平行ストッパと呼ばれて
いる。それは、該ストッパ４１，４２が振動子４の変位
を個々の珪素層に対し平行に制限しているからである。
図４では振動子４のストッパ４２は、下方プレート１４
に適当な形態を与えることによって形成されている。つ
まりストッパ４２は下方珪素層１だけから組織パターン
加工されている。フレーム１１のストッパ４１は、下方
珪素層１からもまた上方珪素層３からも組織パターン加
工されている。この実施例ではフレーム１１は、振動子
４の２つのストッパ４２の間に配置されている１つのス
トッパ４１しか有していない。この代りに、ストッパ４
１，４２を任意に多重配置することも勿論可能である。
【００２２】図５には本発明の回転率センサの別の実施
例が図示されており、該回転率センサは、ストッパの形
態を除いては既に図３で示した公知の回転率センサに一
致している。同一の対象物には、図３及び図４の場合と
同一の符号が使用されている。しかし図３とは異なって
振動子４に下方ストッパ４３が設けられており、該スト
ッパ４３によって負のＹ方向における振動子４の変位が
制限されている。回転率センサのフレーム１１は、結合
層３３を介して支持プレート３２に結合されている。こ
の種の支持プレート３２は、例えば珪素、ガラス又はそ
の他の材料から成っている。しかし熱膨脹係数が小さい
という観点からは珪素が優れている。結合層３３の材料
としては、酸化珪素、窒化珪素、ガラス、接着剤又はは
んだが適している。下方のストッパ４３は、切欠き７が
ほぼ撓みビーム５の下方にだけ設けられ、振動子４の下
方プレート１４と一緒になってストッパ４３が元の下方
珪素層１の肉厚を有するようにすることによって、形成
可能である。下方ストッパ４３と支持プレート３２との
間の間隔は、結合層３３の肉厚を適当に選択することに
よって、又は下方ストッパ４３を規定されたように局部
的に後退エッチングすることによって調節可能である。
この例ではＹ方向における振動子４の変位はカバー３１
によって制限されている。このカバー３１は多数の材
料、例えばセラミック又は金属から製造可能であるが、
適した膨脹係数の観点から珪素が優れている。
例が図示されており、該回転率センサは、ストッパの形
態を除いては既に図３で示した公知の回転率センサに一
致している。同一の対象物には、図３及び図４の場合と
同一の符号が使用されている。しかし図３とは異なって
振動子４に下方ストッパ４３が設けられており、該スト
ッパ４３によって負のＹ方向における振動子４の変位が
制限されている。回転率センサのフレーム１１は、結合
層３３を介して支持プレート３２に結合されている。こ
の種の支持プレート３２は、例えば珪素、ガラス又はそ
の他の材料から成っている。しかし熱膨脹係数が小さい
という観点からは珪素が優れている。結合層３３の材料
としては、酸化珪素、窒化珪素、ガラス、接着剤又はは
んだが適している。下方のストッパ４３は、切欠き７が
ほぼ撓みビーム５の下方にだけ設けられ、振動子４の下
方プレート１４と一緒になってストッパ４３が元の下方
珪素層１の肉厚を有するようにすることによって、形成
可能である。下方ストッパ４３と支持プレート３２との
間の間隔は、結合層３３の肉厚を適当に選択することに
よって、又は下方ストッパ４３を規定されたように局部
的に後退エッチングすることによって調節可能である。
この例ではＹ方向における振動子４の変位はカバー３１
によって制限されている。このカバー３１は多数の材
料、例えばセラミック又は金属から製造可能であるが、
適した膨脹係数の観点から珪素が優れている。
【００２３】更に有利には、カバー３１及び下方支持プ
レート３２によって回転率センサを密封することができ
るように気密中空室が形成されている。この様な形式で
センサ部材は、不都合で有害な環境因子から特に良好に
保護されている。
レート３２によって回転率センサを密封することができ
るように気密中空室が形成されている。この様な形式で
センサ部材は、不都合で有害な環境因子から特に良好に
保護されている。
【００２４】図６には、本発明の回転率センサの、図５
にほぼ一致する別の実施例が示されている。図５との相
違点は、下方ストッパ４３が支持プレート３２から組織
パターン加工されているか、乃至は支持プレート３２上
に装着されているという点である。この形態の場合に
は、振動子４と下方ストッパ４３との間の間隔を結合層
３３の肉厚とは無関係に選択することができる。しかし
この場合には、下方ストッパ４３の高さを極めて精密な
仕上公差に維持する必要がある。
にほぼ一致する別の実施例が示されている。図５との相
違点は、下方ストッパ４３が支持プレート３２から組織
パターン加工されているか、乃至は支持プレート３２上
に装着されているという点である。この形態の場合に
は、振動子４と下方ストッパ４３との間の間隔を結合層
３３の肉厚とは無関係に選択することができる。しかし
この場合には、下方ストッパ４３の高さを極めて精密な
仕上公差に維持する必要がある。
【００２５】図７及び図８には、ストッパを備えた回転
率センサを製造する別の方法が述べられている。この方
法では、珪素ウェーハ５０から出発する。該珪素ウェー
ハ５０上には絶縁分離層５１が、更に該絶縁分離層５１
上に珪素層１が装着されている。この種の珪素ウェーハ
は、絶縁分離された回路を製作するための所謂ＳＯＩウ
ェーハとして入手可能である。その場合珪素層１は、回
転率センサを製造するための下方珪素層として使用され
る。その後で析出又は熱的な酸化によって珪素層１の上
側に絶縁分離層２を形成する。この場合析出によっては
多結晶性の珪素層３が析出される。この珪素ウェーハ５
０は典型的な形式で数１００μｍの肉厚を有している。
絶縁分離層５１は典型的には０．５μｍと２μｍとの間
の肉厚を、珪素層１は５０μｍと１００μｍとの間の肉
厚を、絶縁作用を有する犠牲層２は典型的には０．５μ
ｍと２μｍとの間の肉厚を、上方珪素層３は典型的には
１０μｍと５０μｍとの間の肉厚をそれぞれ有してい
る。背面側から切欠き６０が、珪素ウェーハ５０内を延
びてエッチング加工されており、該切欠き６０は絶縁分
離層５１にまで達している。図７には２つの切欠き６０
が示されており、これらの切欠き６０の間にはブロック
６１が配置されている。専門家には、任意の数の切欠き
６０を利用することができることも、例えば１つだけの
大きな切欠き６０を設けそれによってブロック６１を省
くことができることも、明らかであろう。次に等方性エ
ッチングステップを行って絶縁分離層５１をエッチング
する。その際等方性に基いて側方においても制御された
アンダエッチングが行われ、該エッチングの大きさはエ
ッチング率及びエッチング時間によって制御可能であ
る。次に上方層１，２，３において、図１から図３まで
に既に説明したのと同じ様な、回転率センサのための製
造ステップを実施する。しかし珪素層１の肉厚は予め所
望の寸法に選択されているので、この場合には下方珪素
層１の背面側に切欠き７を設けることを省くことができ
る。更に幅の広い珪素ウェーハ５０によって回転率セン
サの安定性を高めることができるので、フレーム１１を
より薄く構成することも可能である。その際珪素ウェー
ハ５０によっては下方のストッパを形成することもでき
る。
率センサを製造する別の方法が述べられている。この方
法では、珪素ウェーハ５０から出発する。該珪素ウェー
ハ５０上には絶縁分離層５１が、更に該絶縁分離層５１
上に珪素層１が装着されている。この種の珪素ウェーハ
は、絶縁分離された回路を製作するための所謂ＳＯＩウ
ェーハとして入手可能である。その場合珪素層１は、回
転率センサを製造するための下方珪素層として使用され
る。その後で析出又は熱的な酸化によって珪素層１の上
側に絶縁分離層２を形成する。この場合析出によっては
多結晶性の珪素層３が析出される。この珪素ウェーハ５
０は典型的な形式で数１００μｍの肉厚を有している。
絶縁分離層５１は典型的には０．５μｍと２μｍとの間
の肉厚を、珪素層１は５０μｍと１００μｍとの間の肉
厚を、絶縁作用を有する犠牲層２は典型的には０．５μ
ｍと２μｍとの間の肉厚を、上方珪素層３は典型的には
１０μｍと５０μｍとの間の肉厚をそれぞれ有してい
る。背面側から切欠き６０が、珪素ウェーハ５０内を延
びてエッチング加工されており、該切欠き６０は絶縁分
離層５１にまで達している。図７には２つの切欠き６０
が示されており、これらの切欠き６０の間にはブロック
６１が配置されている。専門家には、任意の数の切欠き
６０を利用することができることも、例えば１つだけの
大きな切欠き６０を設けそれによってブロック６１を省
くことができることも、明らかであろう。次に等方性エ
ッチングステップを行って絶縁分離層５１をエッチング
する。その際等方性に基いて側方においても制御された
アンダエッチングが行われ、該エッチングの大きさはエ
ッチング率及びエッチング時間によって制御可能であ
る。次に上方層１，２，３において、図１から図３まで
に既に説明したのと同じ様な、回転率センサのための製
造ステップを実施する。しかし珪素層１の肉厚は予め所
望の寸法に選択されているので、この場合には下方珪素
層１の背面側に切欠き７を設けることを省くことができ
る。更に幅の広い珪素ウェーハ５０によって回転率セン
サの安定性を高めることができるので、フレーム１１を
より薄く構成することも可能である。その際珪素ウェー
ハ５０によっては下方のストッパを形成することもでき
る。
【００２６】振動子の領域において下方珪素層１の肉厚
を更に縮小しようとする希望がある場合には、これを同
じ様に実施することができる。このことは図８に示され
ている。この例では下方珪素層１のエッチングを等方エ
ッチングプロセスで行う場合、エッチング媒体は切欠き
６０を通して供給される。この種の等方エッチングプロ
セスの場合においても、下方珪素層１の残余の肉厚を高
い精度で調節することができる。
を更に縮小しようとする希望がある場合には、これを同
じ様に実施することができる。このことは図８に示され
ている。この例では下方珪素層１のエッチングを等方エ
ッチングプロセスで行う場合、エッチング媒体は切欠き
６０を通して供給される。この種の等方エッチングプロ
セスの場合においても、下方珪素層１の残余の肉厚を高
い精度で調節することができる。
【００２７】図９には、図８から出発して図１乃至図４
の公知の製作ステップで製造された回転率センサの概略
横断面が図示されている。この場合下方への振動子４の
変位は下方の珪素プレート５０によって制限され、上方
への振動子４の変位はカバー３１によって制限されてい
る。
の公知の製作ステップで製造された回転率センサの概略
横断面が図示されている。この場合下方への振動子４の
変位は下方の珪素プレート５０によって制限され、上方
への振動子４の変位はカバー３１によって制限されてい
る。
【図１】従来技術に基く回転率センサの製造方法を示す
図である。
図である。
【図２】従来技術に基く回転率センサの製造方法を示す
図である。
図である。
【図３】本発明の完成した回転率センサの概略横断面図
である。
である。
【図４】図３の回転率センサの平面図である。
【図５】本発明の回転率センサの実施例を示した図であ
る。
る。
【図６】本発明の回転率センサの更に別の実施例を示し
た図である。
た図である。
【図７】本発明の回転率センサの別の製造方法を示した
図である。
図である。
【図８】本発明の回転率センサの更に別の製造方法を示
した図である。
した図である。
【図９】図７及び図８に基く方法で製造された回転率セ
ンサを示した図である。
ンサを示した図である。
１ 珪素層 ２ 犠牲層 ３ 珪素層 ４ 振動子 ６ 振動ビーム、撓みビーム ７ 切欠き ８，９ エッチングマスク １０ 基板 １１ フレーム １２ 接触領域 １４ プレート ２０，２１ 電極 ２２ 中央ビーム ２３ 固着部 ２４ 撓みばね ２５ 加速度センサ ３０ 領域 ３１ カバー ３２ 支持プレート ３３ 結合層 ４１，４２，４３ ストッパ ５０ 珪素ウェーハ ５１ 絶縁分離層 ６０ 切欠き ６１ ブロック
フロントページの続き (72)発明者 クルト ヴァイプレン ドイツ連邦共和国 メッツィンゲン ベン ツァー シュトラーセ ４ (72)発明者 ホルスト ミュンツェル ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン グル オバッハシュトラーセ 60 (72)発明者 ヘルムート バウマン ドイツ連邦共和国 ゴマリンゲン エンゲ ルハークシュトラーセ 16 (72)発明者 クラウス ハイアース ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ロー ベルト−コッホ シュトラーセ 37 (72)発明者 マルクス ルッツ ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン フィ ツィオーンシュトラーセ 23
Claims (9)
- 【請求項１】 多層基板から成る回転率センサであっ
て、下方の珪素層（１）上には絶縁作用を有する犠牲層
（２）が、該犠牲層（２）上には上方の珪素層（３）が
それぞれ装着されており、多層基板から振動ビーム
（５）に懸吊された振動子（４）が組織パターン加工さ
れており、振動子（４）を励振して第１の方向の振動を
発生させるための手段が設けられており、振動子（４）
の上には加速度センサ（２５）が配置されている形式の
ものにおいて、 多層基板（１０）から、振動子（４）の変位を制限する
ストッパ（４１，４２，４３）が組織パターン加工され
ていることを特徴とする回転率センサ。 - 【請求項２】 振動子（４）が多層基板（１０）に対し
平行に振動し、振動子（４）がフレーム（１１）によっ
て取り囲まれており、ストッパが平行ストッパ（４１，
４２）としてフレーム（１１）及び振動子（４）に設け
られていて、振動子（４）の変位が基板（１０）に対し
平行に制限されうるようになっていることを特徴とす
る、請求項１記載の回転率センサ。 - 【請求項３】 振動子（４）の下で下方珪素層（１）の
肉厚が減少していて、該個所には下方ストッパ（４３）
が設けられており、該ストッパ（４３）によって振動方
向に対して垂直な振動子（４）の変位が制限されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の回転率セン
サ。 - 【請求項４】 前記下方ストッパ（４３）が下方珪素層
（１）から組織パターン加工されていることを特徴とす
る、請求項３記載の回転率センサ。 - 【請求項５】 前記フレーム（１１）の下方珪素層
（１）が別のプレート（３２，５０）上に固定されてい
ることを特徴とする、請求項３記載の回転率センサ。 - 【請求項６】 前記別のプレートが、下方ストッパ（４
３）を有する支持プレート（３２）として構成されてい
ることを特徴とする、請求項５記載の回転率センサ。 - 【請求項７】 前記別のプレートが珪素ウェーハ（５
０）によって形成され、該珪素ウェーハ（５０）には少
くとも１つの切欠き（６０）がエッチング加工されてい
ることを特徴とする、請求項５記載の回転率センサ。 - 【請求項８】 振動子（４）が第１珪素層（１）の肉厚
内に下方プレート（１４）を有し、前記フレーム（１
１）が該フレームの下方珪素層（１）で絶縁層（５１）
によって珪素ウェーハ（５０）に結合されており、該絶
縁層（５１）が振動子（４）及び撓みビーム（５）の下
方で取り除かれていることを特徴とする、請求項１又は
２記載の回転率センサ。 - 【請求項９】 前記フレーム（１１）の上側にはカバー
（３１）が設けられていることを特徴とする、請求項１
から８までのいずれか１項記載の回転率センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19526903.9 | 1995-07-22 | ||
| DE19526903A DE19526903B4 (de) | 1995-07-22 | 1995-07-22 | Drehratensensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933557A true JPH0933557A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=7767593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8191072A Pending JPH0933557A (ja) | 1995-07-22 | 1996-07-19 | 回転率センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5721377A (ja) |
| JP (1) | JPH0933557A (ja) |
| DE (1) | DE19526903B4 (ja) |
Cited By (5)
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| JP2006510029A (ja) * | 2002-12-16 | 2006-03-23 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | Ｍｅｍｓ構造内でプルーフマスの運動を減速させる方法およびシステム |
| KR100627217B1 (ko) * | 2004-03-30 | 2006-09-25 | 후지쓰 메디아 데바이스 가부시키가이샤 | 관성 센서 |
| KR100927094B1 (ko) * | 2006-09-27 | 2009-11-13 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | 마이크로 구조체 제조 방법 및 마이크로 구조체 |
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| JP2014032200A (ja) * | 2013-09-12 | 2014-02-20 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ｍｅｍｓセンサ |
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| US5996411A (en) * | 1996-11-25 | 1999-12-07 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam accelerometer and method for manufacturing the same |
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-
1995
- 1995-07-22 DE DE19526903A patent/DE19526903B4/de not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-07-19 JP JP8191072A patent/JPH0933557A/ja active Pending
- 1996-07-22 US US08/681,243 patent/US5721377A/en not_active Expired - Fee Related
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