KR101909165B1

KR101909165B1 - 가속도계

Info

Publication number: KR101909165B1
Application number: KR1020137016788A
Authority: KR
Inventors: 앨런 맬버른
Original assignee: 애틀랜틱 이너셜 시스템스 리미티드
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2018-10-17
Also published as: KR20130141627A; JP5960155B2; WO2012076837A1; GB201020722D0; US10101357B2; EP2649460B1; CN103238074A; US20130247667A1; EP2649460A1; JP2014500498A; CN103238074B

Abstract

가속도계는 지지부, 제 1 질량 요소 및 제 2 질량 요소를 포함하고, 상기 질량 요소들은 단단히 서로 연결되어 단일의 이동가능한 검사 질량체를 형성하고, 상기 지지부는 상기 제 1 질량 요소와 상기 제 2 질량 요소 사이에서 적어도 부분적으로 배치되고, 복수의 마운팅 레그가 상기 지지부에 대해 이동할 수 있도록 상기 질량 요소들을 지지하고, 이동가능한 캐패시터 핑거 중 적어도 두 그룹은 상기 제 1 질량 요소 상에 제공되며 상기 지지부와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 대응되는 그룹과 서로 맞물리게 되고, 및 이동가능한 캐패시터 핑거 중 적어도 두 그룹은 상기 제 2 질량 요소 상에 제공되며 상기 지지부와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 대응되는 그룹과 서로 맞물리게 된다.

Description

가속도계{ACCELEROMETER}

본 발명은 가속도계, 특히, 상대적으로 작은 크기와 낮은 비용의 마이크로 전자 기계(MEMS) 가속도계에 관한 것이다.

MEMS 가속도계는, 예를 들어, 자동차와 다른 응용분야에서 널리 사용되고 있다. MEMS 가속도계가 이용되는 한 영역은, 위성 통신 링크가 일시적으로 중단되는 짧은 간격 동안에 사용되기 위한 차량 이동을 나타내는 백업 정보(back-up information)를 제공하도록 하는 글로벌 위치측정(global positioning) 응용분야에 있다. 하지만, 이런 영역은 MEMS 가속도계가 사용될 수 있는 하나의 가능한 응용분야일 뿐이며, 본 발명이 이러한 점에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해될 것이다.

미국 특허 7,047,808호는 이런 응용분야에서 사용되기 적합한 MEMS 가속도계를 설명한다. 이러한 가속도계는, 링 형상의 지지부재에 의해 둘러싸이는 판 형태의 검사 질량체(proof mass)를 포함한다. 지지부재와 검사 질량체는 실질적으로 동일 평면상에 있으며, 검사 질량체는, 질량체 및 지지부재와 일체로 형성되는 일련의 마운팅 레그(mounting leg)에 의해 지지부재에 연결된다. 각 레그는, 가속도계가 가속도를 감지하는 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장된다. 사용 중인 가속도계는 모션을 모니터링하려는 물체 상에, 지지부재가 물체에 단단하게 고정되는 방식으로 장착되는데, 가속도계는 마운팅 레그 각각이 감지 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되도록 정확하게 배향된다. 물체가 감지 방향으로 가속되면, 검사 질량체의 관성 때문에 검사 질량체가 지지부재에 대해 이동하게 되고, 마운팅 레그는 구부러져서 검사 질량체를 정지위치(rest position) 측으로 밀어내는 복원력을 가한다는 것이 이해될 것이다.

검사 질량체와 지지부재 사이의 상대적 이동이 감지되도록 하여 가속도를 나타내는 전기적 출력이 생성되도록 하기 위해, 검사질량체에는 각각이 마운팅 레그와 실질적으로 평행인 방향으로 연장되는 캐패시터 핑거(capacitor finger)의 여러 그룹이 제공된다. 유사하게 지지부재에도 캐패시터 핑거의 여러 그룹이 제공되는데, 각 그룹의 핑거는 검사 질량체에 관련된 대응되는 그룹의 캐패시터 핑거와 서로 맞물리게 된다. 지지부재에 대한 검사 질량체의 이동은, 서로 맞물리게 되는 핑거 중 인접한 핑거의 상대적인 이동을 초래한다. 적절하게 캐패시턴스를 측정함으로써, 지지부재에 대한 검사 질량체의 위치 또는 이동을 결정할 수 있다. 지지부재에 대한 검사 질량체의 이동이, 가속도계가 장착된 물체가 가속을 경험함으로 인해 사용 중에 발생하기 때문에, 이동 출력도 경험된 가속을 나타낸다는 것이 이해될 것이다.

다른 유사한 장치가, 예를 들어, 미국 특허 7,562,573호와 7,267,006호에 설명되어 있다.

이러한 유형의 배치구성에는, 지지부재 상에 제공되는 캐패시터 핑거의 다양한 그룹으로의 구동 전기적 연결을 형성하는 것이 필요하다. 그러므로, 가속도계가, 예를 들어, 지지부재와 관련된 캐패시터 핑거의 4개 그룹을 포함하는 경우, 필요한 접지와 출력 연결 이외에 4개의 구동 전기적 연결이 형성될 필요가 있다. 이러한 연결을 제공하기 위해서는 상대적으로 대형의 가속도계를 초래하는 공간이 필요하고, 이러한 연결을 제공하기 위한 필요성과 관련된 비용 영향(cost implication)과 추가적인 제조의 복잡성도 발생한다.

본 발명의 목적은, 알려진 단점 중 적어도 일부가 극복되거나 감소한 효과를 갖는 가속도계를 제공하는 것이다.

2 이상의 수직 방향으로 가속도를 감지하는 가속도계 장치를 제공하는 것이 바람직하므로, 본 발명의 다른 목적은 이러한 장치에서 사용되기에 적합한 가속도계를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 지지부, 제 1 질량 요소 및 제 2 질량 요소를 포함하는 가속도계가 제공되는데, 상기 질량 요소들은 단단히 서로 연결되어 단일의 이동가능한 검사 질량체를 형성하고, 상기 지지부는 상기 제 1 질량 요소와 상기 제 2 질량 요소 사이에서 적어도 부분적으로 배치되고, 복수의 마운팅 레그가 상기 지지부에 대해 이동할 수 있도록 상기 질량 요소들을 지지하고, 이동가능한 캐패시터 핑거 중 적어도 두 그룹은 상기 제 1 질량 요소 상에 제공되며 상기 지지부와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 대응되는 그룹과 서로 맞물리게 되고, 및 이동가능한 캐패시터 핑거 중 적어도 두 그룹은 상기 제 2 질량 요소 상에 제공되며 상기 지지부와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 대응되는 그룹과 서로 맞물리게 된다.

이러한 배치구성은, 가속도계가 상대적으로 컴팩트하고 공간 효율적인 형태를 가지게 되는 장점을 가진다.

편리하게, 단일의 공유된 전기적 연결이, 상기 지지부와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 그룹 중 2개로의 연결하기 위해 제공될 수 있다. 마찬가지로, 단일의 공유된 전기적 연결이, 상기 지지부와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 그룹 중 다른 2개로의 연결하기 위해 제공될 수 있다. 결과적으로, 요구되는 연결의 총 수를 감소시킴으로써, 제조 공정을 단순화시킬 수 있다. 그 결과로, 비용 절감이 이루어질 수 있으며 또한 추가로 공간 절약도 이루어질 수 있다.

가속도계가 손상을 입지 않고 매우 큰 가속도를 견딜 수 있는 것은 바람직하다. 이러한 기능을 제공하는데 도움을 주기 위해, 상기 가속도계에는 간격을 제한하도록 작동가능한 스톱 형성물(stop formation)이 바람직하게 제공되는데, 상기 간격을 통해 상기 질량 요소들이 이동할 수 있다. 편리하게, 상기 스톱 형성물은 상기 이동을 상기 캐패시터 핑거 중 인접한 핑거들 사이에 접촉이 이루어지는 것을 방지하는데 충분한 정도로 제한하도록 구성된다.

매우 큰 가속도에 노출된 후 가속도계의 동작에 대한 혼란을 최소화하기 위해, 상기 스톱 형성물은 상기 제 1 질량 요소 및 제 2 질량 요소와 동일한 전위에 있는 상기 지지부의 일부분 상에 바람직하게 제공된다. 결과적으로, 이런 매우 큰 가속도의 경우에 전기적 접지는 피하게 된다.

상기 질량 요소들과 지지부는, 예를 들어, 사용중에 유리 플레이트(glass plate) 형태인 한 쌍의 기판 사이에서 지지되는, 실리콘 웨이퍼를 에칭함으로써 제조된다. 상기 질량 요소들과 상기 지지부 사이의 공간은 상기 검사 질량체의 이동에 댐핑(damping)을 제공하도록, 편리하게 밀봉되고, 가스 충전된다.

본 발명은, 또한, 서로 일체적으로 형성되고 서로 수직이 되도록 배향되는, 전술한 유형의 한 쌍의 가속도계를 포함하는 2-축 가속도계 장치에 관한 것이다.

가속도계가 상대적으로 작은 사이즈를 가지고, 요구된 전기적 연결 수가 상대적으로 적기 때문에. 2-축 가속도계를 제공하기 위해 2대의 이와 같은 가속도계의 단일 장치로의 결합이 상대적으로 편리하다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 예로서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 따른 가속도계를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 유형의 한 쌍의 가속도계를 포함하는 가속도계 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3과 4는 도 2의 장치의 일부분의 단면을 나타낸다.
도 5는 도 2의 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 2의 장치의 일부분을 확대하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7 내지 도 9는 도 1 내지 6의 배치구성의 변형예이다.

우선, 도 1을 참조하면, 검사 질량체(14)가 일련의 마운팅 레그(mounting leg)(16)에 의해 이동가능하게 장착되는 지지부(12)를 포함하는 가속도계(10)가 도시되어 있다. 검사 질량체(14), 레그(16) 및 지지부(12)는 서로 일체로 형성되고, 예를 들어, 실질적으로 동일 평면상에서 적절한 에칭 또는 실리콘 웨이퍼의 다른 처리에 의해 제조된다.

검사 질량체(14)는 한 쌍의 마운팅 레그(16)에 의해 지지부(12)에 연결되는 제 1 질량 요소(18), 및 다른 쌍의 마운팅 레그(16)에 의해 지지부(12)에 연결되는 제 2 질량 요소(20)로 구성된다. 크로스 브레이스(22)를 통해, 사용 중에 제 1 질량 요소(18) 및 제 2 질량 요소(20)가 함께 일체적으로 이동하여 단일 질량체로서 역할을 하도록 서로 연결된다.

마운팅 레그(16)은 모두 서로 평행하고, 사용 중에 검사 질량체(14)가 지지부(12)에 대해 이동가능한 감지 방향(도 1에서 화살표 "A"가 나타내는 방향)에 실질적으로 수직으로 연장된다. 마운팅 레그(16)는 바이어스 로드(biasing load)를 검사 질량체(14)에 가하여 검사 질량체(14)를 중심, 정지위치(rest position) 측으로 가압한다. 사용 중에 가속도계(10)가 감지 방향(A)으로 가속되면, 검사 질량체의 관성으로 인해, 검사 질량체(14)가 지지부(12)에 대해 이동하는데, 이러한 이동은 마운팅 레그(16)의 변위에 의해 수용되며, 검사 질량체(14)를 그 중심 위치로 다시 밀어내는 마운팅 레그(16)의 복원력(resilience)에 의해 가해지는 복원 로드(restoring load)의 동작에 대항하여 일어난다. 검사 질량체(14)의 이동 거리는 가속도계가 가속되는 가속도의 크기에 관련된다.

도시된 바와 같이, 제 1 질량 요소(18)와 제 2 질량 요소(20)은 서로 이격되어 있으며, 지지부(12)는 제 1 질량 요소(18)와 제 2 질량 요소(20) 사이의 공간 내로 연장된다. 또한, 브레이스(22)는 이러한 공간을 가로지르며 연장되고, 지지부(12)는 단절부(break)를 포함하도록 형성되는데, 이를 통해 브레이스가 연장되고, 그리하여 검사 질량체(14)가 지지부(12)에 대해 자유롭게 이동하게 된다. 그러므로, 지지부(12)는 전술한 단절부에 의해 구분되는 상부 지지부(12a)와 하부 지지부(12b)의 형태를 취하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 질량 요소는 이동가능한 캐패시터 핑거의 상부 그룹(24)과 하부 그룹(26)을 포함하는데, 각 핑거는 마운팅 레그(16)에 실질적으로 평행하게 연장되어 검사 질량체(14)가 이동가능한 방향(A)에 실질적으로 수직으로 연장된다. "이동가능한"이라는 용어는, 개별적인 핑거가 검사 질량체(14)에 대해 이동가능하다고 제안하기 위해서가 아니라, 지지부(12)에 대해 이동가능한 검사 질량체 상에 핑거가 제공되는 것이기 때문에, 핑거가 지지부(12)에 대해 이동가능하다는 것을 나타내는데 사용된다. 지지부(12)는, 고정형 캐패시터 핑거의 제 1 쌍의 상부 및 하부 그룹(28, 30)과 관련된다. 상부 그룹(28)의 핑거는 상부 그룹(24)의 핑거와 서로 맞물리게 되고, 하부 그룹(30)의 핑거는 하부 그룹(26)의 핑거와 서로 맞물리게 된다. 유사하게, 제 2 질량 요소(20)에는, 지지부(12)와 관련되는 고정형 캐패시터 핑거의 제 2 쌍의 상부 및 하부 그룹(36, 38)과 맞물리게 되는, 이동가능한 캐패시터 핑거의 상부 및 하부 그룹(32, 34)이 제공된다. 제 1 및 제 2 상부 그룹(28, 36)은 지지부(12)의 상부 지지부(12a)와 관련되고, 제 1 및 제 2 하부 그룹(30, 38)은 지지부(12)의 하부 지지부(12b)와 관련된다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 맞물리게 된 그룹의 각 쌍의 핑거들은 동일 간격으로 이격된 것은 아니다. 각 경우에, 지지부(12)에 관련되는 그룹(28, 30, 36, 38)의 각각의 고정형 핑거는, 검사 질량체(14)가 그 중심의, 정지 위치에 있을 때, 지지부(12)가 브레이스 바(brace bar)(22)로부터 더 멀리 떨어진 인접한 이동가능한 핑거에 대해 놓여 있는 것보다, 브레이스 바(22)로부터 가장 근접한 인접한 이동가능한 핑거에 대해 더 가깝게 놓여 있다. 하지만, 이것과 반대인 배치구성도 가능하다.

전술한 바와 같이, 지지부(12), 검사 질량체(14) 및 마운팅 레그(16)은 서로 일체형으로 형성된다. 도 2, 3, 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 지지부(12), 검사 질량체(14) 및 마운팅 레그(16)가 형성되는 실리콘 웨이퍼는, 한 쌍의 유리 또는 다른 적절한 재료 기판(40, 42) 사이에 편리하게 협지되어 있는데, 기판(40, 42)이 적절하게 리세스되어 지지부(12)가 기판(40, 42)를 지탱하여 지지하게 되는 한편, 마운팅 레그(16)와 검사 질량체(14)가 좁은 간격으로 서로 이격되어, 가속도계(10)가 감지 방향(A)으로 가속되는 경우에 검사 질량체(14)가 감지 방향(A)으로 자유롭게 이동하게 된다.

기판(40, 42), 검사 질량체(14) 및 지지부(12)는 댐핑재(damping material), 편리하게 기체 댐핑재, 예를 들어, 공기, 바람직하게 실질적으로 대기압 공기로 충전되어 있다. 그 결과, 가속도계의 동작은 압착 댐핑(squeeze damping)을 경험할 것이다. 핑거 사이의 갭(gap), 핑거의 길이 등을 적절하게 선택함으로써, 원한다면, 가속도계가 개방 루프 구성(open loop configuration)에서 사용되는 경우에 바람직한 중요한 댐핑을 얻을 수 있다.

마운팅 레그(16)의 루트(root), 즉, 마운팅 레그(16)가 지지부에 결합되는 포인트는 지지부(12)의 축에 가깝고, 그리하여 상부 지지부(12a)에 부착되는 마운팅 레그(16)의 루트는 서로 근접해 있으며 하부 지지부(12b)에 부착되는 마운팅 레그(16)의 루트도 서로 근접해 있다. 따라서, 기판(40, 42)의 재료와, 지지부(12), 검사 질량체(14) 및 마운팅 레그(16)가 형성되는 웨이퍼와의 서로 다른 열팽창으로 인해 발생한 응력은 최소화된다. 이것은, 부분적으로, 검사 질량체(14)의 공진 주파수가 마운팅 레그(16)의 응력에 따라 달라지는 경우에 중요하다.

도 2, 3 및 4는, 그룹 각각의 캐피시터 핑거에 대해 전기적 비아 또는 연결부가 만들어질 수 있는 적절한 위치를 추가로 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 지지부(12)는, 지지부(12) 상에 제공되는 전기적 연결부(44, 46)를 구비한다. 연결부 또는 비아는 다양한 알려진 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 한가지 편리한 기술은, 기판(40)을 통하여, 그리고 지지부(12)의 재료 내로 미립분사가공(powder blasting)하여, 지지부(12)의 관련된 부분으로의 양호한 전기적 연결을 제공하기 위해 표면이 금속화되는, 예를 들어, 실질적으로 절단된 원뿔 형상의 리세스를 형성하는 것을 수반한다. 연결부(44)는 상부 지지부(12a) 상에 제공되며 전기적 연결을 고정형 핑거의 제 1 및 제 2 상부 그룹(28, 36)에 제공하고, 연결부(46)는 하부 지지부(12b) 상에 제공되며 전기적 연결을 고정형 핑거의 제 1 및 제 2 하부 그룹(30, 38)에 제공한다. 고정형 핑거의 제 1 및 제 2 상부 그룹(28, 36)은 지지부(12)의 상부 지지부(12a)의 반대측으로부터 연장되기 때문에, 이러한 그룹 모두에 대해 단일의 공유된 연결을 사용하는 것이 편리하고, 유사하게 고정형 핑거의 하부 그룹 모두에 대해서도 단일의 공유된 연결을 사용하는 것이 편리하다는 것이 이해될 것이다. 전술한 유형의 전형적인 차동 캐패시터 가속도계 배치구성과는 대조적으로, 본 발명의 배치구성을 통해, 형성되어야 하는 연결의 수가 감소될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 상당한 공간 절약과 사이즈 감소를 달성할 수 있고, 제조 공정도 상당히 단순화될 수 있다.

연결부(44, 46)에 추가하여, 가속도계에는 연결부(48)가 더 제공되어, 구동 신호가 검사 질량체(14)와 관련된 이동가능한 핑거의 그룹에 인가될 수 있고, 접지 연결부(50) 또한 제공될 수 있다. 이러한 연결부들은 전술한 연결부와 유사한 형상을 가질 수 있다.

사용 중에 가속도계(10)가 방향(A)로 가속되어 검사 질량체(14)가 지지부(12)에 대해 도 1에 도시된 방향으로 상측으로 이동을 하면, 이로써 상부 그룹(24, 28, 32, 36)의 핑거 중 가장 가까운 핑거 사이의 간격이 감소하는 반면, 하부 그룹(26, 30, 34, 38)의 핑거 중 가장 가까운 핑거 사이의 간격은 동일한 양만큼 증가될 것이다. 핑거의 간격이 변화되면, 이들 사이의 캐패시턴스도 변화되고, 차동 캐패시턴스를 적절하게 모니터링함으로써, 지지부(12)에 대해 검사 질량체(14)의 위치를 나타내는 출력을 얻을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 검사 질량체(14)가 차지하는 위치는 적용된 가속도의 크기에 관련되기 때문에, 캐패시턴스를 모니터링함으로써, 적용된 가속도의 크기를 나타내는 출력을 얻을 수 있는 것이 이해될 것이다.

캐패시턴스가 모니터링되는 방식은, 예를 들어, 구형파(square wave) 구동 전압이 바람직하게 연결부(44)로 인가되어 지지부(12)와 관련된 고정형 핑거의 제 1 및 제 2 상부 그룹(28, 36)에 인가되는 반면, 유사하지만 역위상인 구형파 구동신호가 연결부(46)에 인가되어 고정형 핑거의 제 1 및 제 2 하부 그룹(30, 38)에 인가되는 것을 설명하는 미국 특허 7,047,808호에 편리하게 실질적으로 설명되어 있다. 연결부(48)을 통해 검사 질량체(14)에 장착되는 이동가능한 핑거의 그룹으로부터 얻어지는 신호를 적절하게 모니터링 및 처리함으로써, 적용된 가속도를 나타내는 출력을 얻을 수 있다. 출력은 개방 루프 타입 구성을 이용하거나 폐쇄 루프 방식으로 얻어질 수 있다. 캐패시턴스가 모니터링되는 방식이 알려진 기술, 예를 들어, 미국 특허 7,047,808호에 대체로 따르므로, 여기서는 상세하게 설명하지 않는다. 차동 캐패시턴스가 모니터링되는 방식은 전술한 바와 같이 설명될 필요가 없는 것에 주목해야 한다. 예를 들어, 역위상 입력을 연결부(44, 46)에 인가하고 연결부(48)를 사용하여 출력을 제공하기보다는, 입력 신호가 연결부(48)에 인가될 수 있고 그 차동 신호가 출력 신호를 얻기 위해 모니터링되는 연결부(44, 46)에서 출력된다. 또한, 구형파 신호의 사용에 대해 참조하더라도, 본 발명은 이러한 점에서 한정되지 않는다.

도 2와 5에 도시된 바와 같이, 가속도계(10)는, 서로 인접하고 감지 방향(A)이 서로 수직이 되도록 배향된 2대의 가속도계(10)로 구성된 더 큰 개념의 가속도계 장치(52)의 일부를 형성한다. 필요하면, 기판(40, 42)은 두 가속계(10)에 공통일 수 있다. 이러한 형태의 가속도계 장치(52)를 통해, 두 수직 방향 또는 축으로의 가속이 모니터링될 수 있다. 각 개별 가속도계(10)가 상대적으로 컴팩트한 형태를 갖고 오직 형성되어야 하는 전기적 연결 수의 감소를 요구하기 때문에, 가속도계 장치(52)도 또한 상대적으로 컴팩트하고 단순한 형태를 가질 수 있다.

가속도계(10)와 장치(52)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 장치(52)는 대략 2.1mm × 4.2mm의 치수를 가질 수 있다. 이러한 배치구성에서, 지지부(12), 마운팅 레그(16) 및 검사 질량체(14)가 형성되는 실리콘 웨이퍼는 편리하게 대략 150μm의 두께를 갖고, 마운팅 레그(16)은 대략 7 - 8μm의 폭을 가질 수 있어서 약 20:1의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있으며, 핑거는 대략 0.7mm의 길이와 대략 6μm의 폭을 가지며 핑거 간격은 9 - 15μm이고 각 핑거 그룹은 18개의 핑거를 갖고 있다. 이러한 배치구성에서, 브레이스(22)는 대략 0.85μm의 길이와 50μm의 폭을 가질 수 있다. 하지만, 이러한 치수들은 단지 예시일뿐이며 다른 다양한 배치구성도 가능하다는 것이 이해될 것이다.

가속도계(10)가 손상을 입지 않고 상당한 가속도를 견딜 수 있는 것은 바람직하다. 전술한 배치구성에서, 감지 방향(A)으로의 매우 큰 가속으로 인해, 제 1 및 제 2 질량 요소(18, 20)의 각각의 단부는 지지부(12)의 인접한 부분과 충돌하게 된다. 이러한 접촉은, 맞물리는 핑거 중 인접한 핑거 사이에서 접촉이 발생하기 전에 일어나게 되어서, 손상의 위험이나 핑거 사이의 정지 마찰이 낮아진다. 하지만, 지지부(12)와 검사 질량체(14)의 부분들 사이의 결합으로 인해 이들 사이에 전기가 통하게 될 수 있어서 일시적으로 검사 질량체(14)가 접지로 단락됨으로써, 출력이 일시적으로 손실되거나 출력 정확도가 감소할 수 있다. 일부 응용분야에서, 이러한 단기 일시적인 단락은 문제가 아닐 수도 있겠으나 이러한 일시적인 단락도 피하는 것이 바람직한 경우가 있을 수 있다. 도 7 내지 9는 이러한 일시적인 단락을 피할 수 있는 전술한 배치구성의 변형예를 나타낸다.

도 7 내지 9에 도시된 바와 같이, 지지부(12)에는 마운팅 레그(16)에 인접하지만 마운팅 레그(16)로부터 이격되도록 연장되고, 기판(40, 42)에 움직이지 못하게 고정되는 고정 스톱 부재(54)가 제공된다. 스톱 부재(54)는, 검사 질량체(14)의 다양한 부품부과 동일한 전위로 지속되도록 상기 부품부에 연결되고, 검사 질량체(14)가 소정의 제한 위치로 이동하여 검사 질량체(14)의 추가 이동이 억제되는 경우, 제 1 및 제 2 질량 요소(18, 20)에 인접하거나 결합되는 결합부(abutment part)(56)를 포함하도록 자유단에 형성된다. 스톱 부재(54)는 검사 질량체(14)와 동일한 전위로 유지되기 때문에, 이러한 접촉으로 인해, 검사 질량체(14)가 접지로 단락되지는 않는다는 것은 이해될 것이다.

핑거가 서로 접촉되지 않는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 핑거에는 작은 핍(pip)(58)이 제공될 수 있는데, 이러한 핍은 실질적으로 표면 전체가 아니라 인접한 핑거의 핍(58) 사이에서 접촉이 이루어져 정지 마찰의 위험이 더욱 감소하는 방식으로 정렬된다.

도 7, 8 및 9는, 지지부(12), 마운팅 레그(16) 및 검사 질량체(14)가 형성되는 실리콘 웨이퍼 중 어느 부분이, 기판(40, 42)에 양극으로(anodically) 본딩되는지, 그리고 어느 부분이 좁은 간격으로 서로 이격되어 기판(40, 42)에서 얕은 리세스가 형성됨으로써, 기판(40, 42)에 대해 자유롭게 이동되는 것을 나타낸다. 구체적으로는, 도 7은 지지부(12)와 스톱 부재(54)가 기본 기판(40)에 본딩되는 반면, 관련 질량 요소로부터 가장 멀리 떨어진 각 마운팅 레그의 단부 외에 검사 질량체(14)와 마운팅 레그(16)는 기판(40)에 대해 자유롭게 이동하는 것을 나타낸다. 도 7은, 고정형 핑거의 상부 및 하부 그룹이 서로 전기적으로 절연되고, 그 결과 에칭되는 웨이퍼의 관련 부분의 전체 두께에 의해 지지부(12)가 붕괴된다는 것을 추가로 나타낸다. 이러한 특징들은 도 7 내지 9에서 가장 분명하게 도시되어 있지만, 도 1 내지 6의 배치구성도 이러한 점에서 매우 유사하다는 것이 이해될 것이다.

여기에서 본 발명의 특정 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 설명된 배치구성에 대해 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims

지지부, 제 1 질량 요소 및 제 2 질량 요소를 포함하는 선형 가속도계로서,
상기 질량 요소들은 단단히 서로 연결되어 단일의 이동가능한 검사 질량체를 형성하고,
상기 지지부는 상기 제 1 질량 요소와 상기 제 2 질량 요소 사이에 적어도 부분적으로 배치되고, 양측으로부터 연장되는 고정형 캐패시터 핑거의 그룹을 가지며,
복수의 마운팅 레그가, 상기 지지부에 대해 이동할 수 있도록 상기 질량 요소들을 지지하고,
이동가능한 캐패시터 핑거 중 적어도 두 개의 제1 그룹은 상기 제 1 질량 요소 상에 제공되며 상기 지지부로부터 연장되는 고정형 캐패시터 핑거의 대응되는 제1 그룹과 서로 맞물리게 되고,
이동가능한 캐패시터 핑거 중 적어도 두 개의 제2 그룹은 상기 제 2 질량 요소 상에 제공되며 상기 지지부로부터 연장되는 고정형 캐패시터 핑거의 대응되는 제2 그룹과 서로 맞물리게 되고,
상기 지지부로부터 연장되는 상기 고정형 캐패시터 핑거의 제1 그룹 및 제2 그룹 중 2개에 연결을 허용하도록 단일의 공유된 제1 전기적 연결이 제공되고,
상기 지지부로부터 연장되는 상기 고정형 캐패시터 핑거의 제1 그룹 및 제2 그룹 중 다른 2개에 연결을 허용하도록 단일의 공유된 제2 전기적 연결이 제공되고,
상기 마운팅 레그는 열팽창 차이로 인해 발생하는 응력을 최소화하도록 서로 근접한 루트를 가지는, 선형 가속도계.
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제 1 항에 있어서,
간격을 제한하도록 작동가능한 스톱 형성물(stop formation)을 더 포함하되, 상기 간격을 통해 상기 질량 요소들이 이동할 수 있는, 선형 가속도계.
제 4 항에 있어서,
상기 스톱 형성물은 상기 이동을 상기 캐패시터 핑거 중 인접한 핑거들 사이에 접촉이 이루어지는 것을 방지하기에 충분한 정도로 제한하도록 구성되는, 선형 가속도계.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 스톱 형성물은, 상기 제 1 질량요소 및 제 2 질량 요소와 동일한 전위에 있는 상기 지지부의 일부분 상에 제공되는, 선형 가속도계.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 질량 요소들은 브레이스 바(brace bar)에 의해 서로 연결되는, 선형 가속도계.
제 7 항에 있어서,
상기 브레이스 바는, 상기 지지부와 상기 제 1 질량 요소 및 제 2 질량 요소 각각의 핑거의 제1 및 제2 그룹 사이로 연장되는, 선형 가속도계.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 질량 요소들과 지지부는, 사용 중에 한 쌍의 기판 사이에서 지지되는, 실리콘 웨이퍼를 에칭함으로써 제조되는, 선형 가속도계.
제 9 항에 있어서,
상기 질량 요소들과 상기 지지부 사이의 공간은 상기 검사 질량체의 이동에 댐핑(damping)을 제공하도록, 밀봉되고, 가스 충전되는, 선형 가속도계.
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서로 일체적으로 형성되고 서로 수직이 되도록 배향되는, 제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에서 청구된 바와 같은 한 쌍의 가속도계를 포함하는 2-축 가속도계 장치.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 제1 전기적 연결은 상기 지지부의 상부에 제공되고 상기 제2 전기적 연결은 상기 지지부의 하부에 제공되는, 선형 가속도계.
제 13 항에 있어서,
상기 지지부의 상부와 하부는 단절부에 의해 분리되어 있는, 선형 가속도계.
제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 이동가능한 캐패시터 핑거의 제1 그룹 및/또는 제2 그룹에 구동 신호가 인가될 수 있는 연결을 더 포함하는, 선형 가속도계.
제 7 항에 있어서,
상기 브레이스 바는 상기 지지부의 단절부를 통해 연장되는, 선형 가속도계.