KR102557142B1 - 요 레이트 센서, 요 레이트 센서를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

요 레이트 센서, 요 레이트 센서를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판이 주 연장 평면(110, 120)을 가지며, 이 경우 요 레이트 센서는 진동으로 전환 가능한 하나 이상의 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)를 구비하며, 이 경우 기판의 제1 주 연장 방향(110)은 제1 질량 요소(10)로부터 제2 질량 요소(20)까지를 가리키며, 이 경우 제1 주 연장 방향(110)으로 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20) 사이에는 커플링 구조(30)가 배열되어 있는, 기판을 갖는 요 레이트 센서에 관한 것이며, 커플링 구조(30)의 제1 커플링 영역(31)이 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 이 경우 제1 질량 요소(10)의 제1 질량 영역(11)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 이 경우 제1 질량 요소(10)의 제2 질량 영역(12)은 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있으며, 이 경우 제1 기능 층(1)은 주 연장 평면(110, 120)에 수직인 연장 방향(200)으로 기판과 제2 기능 층(2) 사이에 배열되어 있으며, 이 경우 제2 주 연장 방향(120)은 제1 주 연장 방향(110)에 수직이며, 이 경우 제1 커플링 영역(31)은 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 큰 치수를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

요 레이트 센서, 요 레이트 센서를 제조하기 위한 방법
본 발명은, 청구항 제1항의 전제부에 따른 요 레이트 센서로부터 출발한다.
기판 상의 요 레이트 센서가 일반적으로 공지되어 있다. 이와 같은 요 레이트 센서는, 요 레이트를 측정할 수 있고 대부분 실리콘을 기반으로 하는 특수한 미세 전자 기계 시스템(MEMS: Microelectromechanical Systems)이다. 전형적으로, 이 경우에는 요 레이트 센서가 다양한 질량체를 구비한다. 이와 같은 질량체는 검출 질량, 구동 질량 및/또는 코리올리 질량으로서 사용된다. 이 목적을 위해, 개별 질량들은 상호간에 결합되고 부분적으로는 기판과 결합된다. 평면-내(in-plane) 요 레이트 센서의 경우에는, 질량 및 스프링이 종종 하나의 기능 층 내에 형성되어 있다. 하지만, 이 경우에 전형적으로 스프링 요소는, 일반적으로 오히려 낮은 형성 가능성만을 가지며, 질량의 커플링을 위한 그리고 특정한 상대 진동 방향 및 진동 모드의 활성화/억제를 위한 제한된 가능성만을 갖는 굽힘 요소 및 비틀림 요소에 한정되어 있다.
본 발명의 과제는, 예를 들어 기판의 주 연장 평면 내에서 질량의 동작들이 일반적으로 또는 선택적으로 억제될 수 있는 한편, 주 연장 평면에 수직으로의 동작들은 가능해지는 방식으로, 다양한 질량들을 결합하기 위한 개선된 그리고/또는 확장된 가능성이 존재하는, 기판을 갖는 요 레이트 센서를 제안하는 것이다.
주 청구항에 따른, 본 발명에 따른 요 레이트 센서는 종래 기술에 비하여, 제1 및 제2 기능 층을 사용함으로써 그리고 2개의 기능 층들 내에 제1 질량 요소의 질량 영역들을 배열함으로써, 2개 질량 요소들의 원하는 진동 거동을 발생시키기 위한 바람직한 가능성이 가능해진다는 장점을 갖는다. 특히, 본 발명에 따르면, 커플링 구조가 전체적으로 또는 부분적으로 제1 기능 층 내에 형성되어 있는 것이 가능하다. 이와 같은 가능성에 의해서는, 예를 들어 바람직한 방식으로, 특히 제1 주 연장 방향으로 강성으로 구현되어 있고 주 연장 평면에 수직으로 질량 요소들의 동작들, 예를 들어 틸팅 동작들 및/또는 회전 동작들을 허용하는 스프링 요소들이 구현될 수 있는 가능성이 나타난다.
본 발명의 다른 대상은, 기판이 주 연장 평면을 구비하며, 이 경우 요 레이트 센서는 진동으로 전환 가능한 하나 이상의 제1 및 제2 질량 요소를 구비하며, 이 경우 기판의 제1 주 연장 방향은 제1 질량 요소로부터 제2 질량 요소까지를 가리키며, 이 경우 제1 주 연장 방향으로 제1 질량 요소와 제2 질량 요소 사이에는 커플링 구조가 배열되어 있는, 기판을 갖는 요 레이트 센서이며, 커플링 구조의 제1 커플링 영역이 제1 기능 층 내에 배열되어 있으며, 이 경우 제1 질량 요소의 제1 질량 영역은 제1 기능 층 내에 배열되어 있으며, 이 경우 제1 질량 요소의 제2 질량 영역은 제2 기능 층 내에 배열되어 있으며, 이 경우 제1 기능 층은 주 연장 평면에 수직인 연장 방향으로 기판과 제2 기능 층 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은, 종속 청구항들 그리고 도면을 참조하는 상세한 설명으로부터 인용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제1 기능 층이 주 연장 평면에 수직인 연장 방향으로 제2 기능 층보다 더 작은 치수를 가짐으로써, 바람직한 방식으로는, 제1 커플링 영역 및/또는 전체 커플링 구조가 주 연장 평면에 수직으로 질량 요소들의 동작들, 예를 들어 틸팅 동작들 및/또는 회전 동작들을 허용하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제1 커플링 영역이 제2 주 연장 방향으로보다 제1 주 연장 방향으로 더 높은 강성을 가짐으로써, 기판의 주 연장 평면에 수직인 연장 방향으로뿐만 아니라 기판의 제2 주 연장 방향으로도, 제1 주 연장 방향으로보다 덜 강성으로 구현된 제1 커플링 영역이 가능해지는 것이 가능하다. 이로 인해서는, 질량 요소들이 제2 주 연장 방향으로 그리고 (기판의 주 연장 평면에 수직인) 연장 방향으로는 서로에 대해 동작할 수 있지만, 제1 주 연장 방향으로는 강성으로 커플링 되는 방식으로, 커플링 구조를 구현하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제3 기능 층이 연장 방향으로 기판과 제1 기능 층 사이에 배열되어 있으며, 이 경우에는 제1 질량 요소의 제3 질량 영역이 제3 기능 층 내에 배열되어 있음으로써, 기판의 주 연장 평면 내에 응력이 인가되는 상황에서는 지배적인 보상 동작을 실시하지 않는 결합된 질량 요소들을 구현하는 것이 가능하다. 특히, 제1 질량 요소, 제2 질량 요소 및 커플링 구조로 이루어진 배열이 (기판의 주 연장 평면에 수직인 연장 방향으로 그리고 제1 주 연장 방향으로 연장되는 대칭 평면을 기준으로) 대칭적으로 실시되는 것이 가능하다. 이와 같은 실시는, 특히 제2 질량 요소의 또 다른 제1 질량 영역이 제1 기능 층 내에 배열되어 있는 경우에 가능하며, 이 경우 제2 질량 요소의 또 다른 제2 질량 영역은 제2 기능 층 내에 배열되어 있으며, 이 경우 특히 제2 질량 요소의 또 다른 제3 질량 영역은 제3 기능 층 내에 배열되어 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 연결된 (제1 및 제2) 질량 요소의 하향 구부러짐이 양의 연장 방향(주 연장 평면에 수직임) 및 음의 연장 방향으로 실질적으로 대칭적으로 이루어지는 것이 가능하다.
특히, 상기와 같은 구현은, 질량이 연장 방향으로 편향될 때에 힌지 스프링을 통해 정의된 힘의 도입이 (연장 방향으로 질량들의 치수를 기준으로) 중심에서 이루어지는 경우에 가능한데, 그 이유는 커플링 구조(예를 들어 힌지 스프링)가 중심에서 질량 요소들과 연결될 수 있기 때문이다. 따라서, 주 연장 평면 내에서 인가되는 힘이 음의 연장 방향 또는 양의 연장 방향(주 연장 평면에 수직임)으로 커플링 구조의 이탈 동작을 야기하지 않는 것이 가능하다. 이와 같은 상황은, 요 레이트 센서의 거동에 바람직한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 또 다른 기능 층들(또는 구조 평면들)이 제공되어 있는 것이 가능하다. 복수의 구조 평면들로의 확장은, 커플링 구조들(예를 들어 힌지 스프링들, 추력 바아들 및/또는 추력 밴드들)을 (연장 방향을 기준으로) 질량 요소 상에서 중심에 배치하는 것을 가능하게 한다. 특히 3개의 또는 여타 홀수 개의 기능 층의 경우에는, 자체적으로 대칭인 미세 기계적 커플링 구조들 그리고 질량 요소들에 대칭적으로 부착된 커플링 구조들이 바람직한 방식으로 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 커플링 구조의 제2 커플링 영역이 제2 기능 층 내에 배열되어 있음으로써, 커플링 구조를 위해 (제1 주 연장 방향에 수직인) 다양한 바람직한 횡단면들이 구현될 수 있는 것이 가능하다. 예를 들어 L자형, T자형 또는 U자형 횡단면들을 구현하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 커플링 구조의 제3 커플링 영역이 제3 기능 층 내에 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 배열에 의해서는, 특히 바람직한 특성들을 갖는 로커 구조(rocker structure)들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 십자 형상의 횡단면을 갖는 커플링 구조들이 구현될 수 있다. 이와 같은 횡단면들은, 예를 들어 비틀림 축에 대한 커플링 구조/비틀림 요소의 대칭성을 증가시키며, 또한 기판의 주 연장 평면으로의 그리고 이 평면에 수직인 연장 방향으로의 (원치 않는) 굽힘 동작에 대한 비대칭적인 강성도 최소화한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제4 기능 층이 제2 기능 층 위에 연장 방향으로 배열되어 있으며, 이 경우에는 제4 기능 층 내에 또 다른 제2 질량 요소가 배열되어 있으며, 이 경우 커플링 구조는 제2 기능 층 내에 배열된 제2 커플링 영역 및 또 다른 커플링 영역을 구비하며, 이 경우 또 다른 커플링 영역은 제4 기능 층 내에 배열되어 있으며, 이 경우에는 커플링 구조의 도움으로 제1 질량 요소와 또 다른 제2 질량 요소가 서로 기계적으로 연결되어 있음으로써, 다양한 기능 층들 내에 있는 질량 요소들이 바람직한 방식으로 서로 결합될 수 있는 것이 가능하다. 예를 들어, 또 다른 제2 질량 요소가 제2 질량 요소 위에 적어도 부분적으로 배열되어 있는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제4 기능 층 내에 또 다른 제1 질량 요소가 배열되어 있으며, 이 경우에는 제1 주 연장 방향으로 제1 질량 요소와 제2 질량 요소 사이에 추가의 커플링 구조가 배열되어 있으며, 이 경우 추가의 커플링 구조는 추가의 커플링 영역 및 추가의 또 다른 커플링 영역을 구비하며, 이 경우 추가의 커플링 영역은 제1 및 제2 기능 층 내에 형성되어 있으며, 이 경우 추가의 또 다른 커플링 영역은 제4 기능 층 내에 형성되어 있으며, 이 경우에는 추가 커플링 구조의 도움으로 제2 질량 요소와 또 다른 제1 질량 요소가 서로 기계적으로 연결되어 있음으로써, 제3 기능 층에서는 바람직한 방식으로, 특히 또 다른 제1 질량 요소가 적어도 부분적으로 제1 질량 요소 위에 있는 경우에는 각각 위·아래로 배열된 질량 요소들이 교차 커플링을 갖는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 특히 커플링 구조가 힌지 요소를 포함하는 방식으로, 커플링 구조가 기판 상에 하나 이상의, 바람직하게는 2개의 앵커를 구비함으로써, 바람직한 방식으로 커플링 구조가 힌지로서 형성되어 있는 것이 가능하다. 이로 인해서는, 원치 않는 굽힘 동작들이 억제될 수 있는 것이 가능하다. 추가로 또는 대안적으로는, 커플링 구조가 로커 구조로서 형성되어 있는 것이 가능하다.
전체적으로, 본 발명에 따라 복수의 기능 층들을 사용함으로써는, 매우 다양한 원하는 (결합된) 진동 특성들을 갖는 결합된 질량 요소들이 구현될 수 있는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 요 레이트 센서를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 종래 기술에 비하여, 본 발명에 따른 요 레이트 센서 또는 본 발명에 따른 요 레이트 센서의 일 실시예와 관련하여 이미 기술된 장점들을 갖는다.
본 발명의 실시예들이 도면부에 도시되어 있고, 이하의 명세서에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하며,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하며,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하고,
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하며,
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하고,
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하며,
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하고,
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하며,
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하고,
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시하며, 그리고
도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분을 개략적으로 도시한다.
다양한 도면에서, 동일한 부분들에는 항상 동일한 참조 부호들이 제공되어 있으며, 그렇기 때문에 일반적으로는 또한 각각 단 한 번만 명명되거나 언급된다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제1 질량 요소(10) 및 제2 질량 요소(20)가 도시되어 있다. 2개의 질량 요소들(10, 20)은 각각 부분적으로 제1 기능 층(1) 및 제2 기능 층(2) 내에 형성되어 있으며, 특히 제1 질량 영역(11) 및 또 다른 제1 질량 영역(21)이 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있고, 제2 질량 영역(12) 및 또 다른 제2 질량 영역(22)이 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있다. 질량 요소들(10, 20)은 커플링 구조(30)에 의해 서로 결합되어 있다. 커플링 구조(30)는, 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있는 제1 커플링 영역(31)을 구비한다. 커플링 구조(30)는 추력 바아로서 형성되어 있고, 기판의 제1 및 제2 주 연장 방향(110, 120)으로 강성을 지닌다. 도시된 실시예는, 예를 들어 표시된 파선 화살표에 따른 2개 질량 요소들(10, 20)의 결합된 동작을 가능하게 한다. 또 다른 독립적인 미세 기계적 요소(70)는 예를 들어 커플링 구조(30) 위에 배열될 수 있다. 이와 같은 배열 상태는 도 1에 파선 바디(70)에 의해서 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 표시된 두꺼운 실선 화살표들은, 외부로부터 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)에 작용하는 기계적인 응력을 상징적으로 나타내며, 이 응력은 예를 들어 온도 효과에 의해서 야기될 수 있다. 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20)가 커플링 구조(30)에 의해서 연장 방향(200)을 기준으로 비대칭적으로 결합되어 있기 때문에, 이와 같은 응력 결합은, 두꺼운 파선 화살표의 방향으로[다시 말해, 음의 연장 방향(200)으로], 커플링 구조(30) 및 도시된 전체 배열의 이탈 동작을 야기한다.
도 3에는, 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 기판의 주 연장 평면(110, 120)에 수직인 연장 방향(200)으로의 커플링 구조(30)의 강성은 (다른 무엇보다) 커플링 구조(30)의 [연장 방향(200)으로의] 두께에 의해서 그리고 이와 더불어 제1 및 제2 기능 층(1, 2)의 두께 비율에 의해서 주요하게 결정되었다. 따라서, 구조 요소가 적합하게 치수 설계된 경우에는, 예를 들어 독립적인 미세 기계적 요소(70)가 교차되는 경우에도, 제1 및 제2 주 연장 방향(110, 120)으로 충분히 강성을 지니는 연결/커플링 구조(30)가 구현될 수 있다. 도시된 실시예는, 예를 들어 연장 방향(200)으로 표시된 화살표들에 따른 2개 질량 요소들(10, 20)의 결합된 동작들을 가능하게 하며, 이 경우 질량은 반대 위상으로뿐만 아니라 동일 위상으로도 동작할 수 있다.
도 4에는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제1 질량 요소(10) 및 제2 질량 요소(20)가 도시되어 있다. 2개의 질량 요소들이 각각 부분적으로 제1 기능 층(1) 및 제2 기능 층(2) 내에 형성되어 있으며, 특히 제1 질량 영역(11) 및 또 다른 제1 질량 영역(21)이 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있고, 제2 질량 영역(12) 및 또 다른 제2 질량 영역(22)이 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있다. 질량 요소들(10, 20)은 커플링 구조(30)에 의해 서로 결합되어 있다. 커플링 구조는, 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있는 제1 커플링 영역(31)을 구비한다. 커플링 구조(30)는 얇은 추력 바아로서 형성되어 있고, 기판의 제1 주 연장 방향(110)으로 강성을 지닌다. 도시된 실시예는, 예를 들어 표시된 파선 화살표들에 따른 2개 질량 요소들(10, 20)의 결합된 동작을 가능하게 하는데, 다시 말하자면 특히 기판의 제2 주 연장 방향(120)으로 그리고 기판의 주 연장 평면(110, 120)에 수직으로 진행하는 연장 방향(200)으로의 결합된 동작을 가능하게 한다. 또 다른 독립적인 미세 기계적 요소(70)는 예를 들어 커플링 구조(30) 위에 배열될 수 있다. 이와 같은 배열 상태는 도 4에 파선으로 도시된 바디(70)에 의해서 도시되어 있다.
도 5에는, 도 4에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 표시된 두꺼운 실선 화살표들은, 외부로부터 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)에 작용하는 기계적인 응력을 상징적으로 나타내며, 이 응력은 예를 들어 온도 효과에 의해서 야기될 수 있다. 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20)가 커플링 구조(30)에 의해서 연장 방향(200)을 기준으로 비대칭적으로 결합되어 있기 때문에, 이와 같은 응력 결합은, 두꺼운 파선 화살표의 방향으로[다시 말해, 음의 연장 방향(200)으로], 커플링 구조(30) 및 도시된 전체 배열의 이탈 동작을 야기한다.
도 6에는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제1 질량 요소(10), 제2 질량 요소(20), 또 다른 제1 질량 요소(10') 및 또 다른 제2 질량 요소(20')가 도시되어 있다. 제1 질량 요소 및 제2 질량 요소(10, 20)는 제1 및 제2 기능 층(1, 2) 내에 형성되어 있다. 또 다른 제1 질량 요소 및 또 다른 제2 질량 요소(10', 20')는 제4 기능 층(4) 내에 형성되어 있다. 제4 기능 층(4)은 제2 기능 층(2) 위에 배열되어 있다. 또한, 커플링 구조(30)도 도시되어 있다. 커플링 구조(30)는, 제1 기능 층(1) 내에 형성되어 있는 제1 커플링 영역(31), 제2 기능 층(2) 내에 형성되어 있는 제2 커플링 영역(32), 및 제4 기능 층(4) 내에 형성되어 있는 또 다른 커플링 영역(34)을 포함한다. 커플링 구조는 제1 질량 요소(10)를 또 다른 제2 질량 요소(20')와 기계적으로 연결한다. 또한, 추가의 커플링 구조(30')도 있다. 추가의 커플링 구조(30')는 부분적으로 제1 주 연장 방향(110)으로 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20) 사이에 배열되어 있다. 추가의 커플링 구조는 추가의 커플링 영역(31') 및 추가의 또 다른 커플링 영역(32')을 포함한다. 추가의 커플링 영역(31')은 제1 기능 층 및 제2 기능 층(1, 2) 내에 배열되어 있다. 추가의 또 다른 커플링 영역(32')은 제4 기능 층(4) 내에 형성되어 있다. 추가 커플링 구조(30')에 의해서는, 제2 질량 요소(20)와 또 다른 제1 질량 요소(10')가 서로 기계적으로 연결 및 결합되어 있다. 도시된 실시예에 의해서는, 주 연장 평면(110, 120)에서의 각각 결합된 질량 요소들(10, 20', 10', 20)의 병렬 동작이 가능하며, 역-병렬 동작은 억제된다. 제1 및 제2 기능 층(1, 2) 대 제4 기능 층(4)의 두께 비율에 따라, 특히 연장 방향(200)으로의 굽힘 동작이 가능하거나 그렇지 않으면 예를 들어 두꺼운 기능 층들(1, 2, 4)에 대해 억제된다. 도시된 실시예에 의해서는, 예를 들어 [연장 방향(200)으로] 위·아래로 배열되어 있고 제1 또는 제2 주 연장 방향(110, 120)으로 서로에 대해 진동할 수 있는 질량 요소들을 구현하는 것이 가능하다. 개별 질량 요소들(10, 10', 20, 20')의 가능한 진동 방향들은 실선 및 파선 화살표들에 의해서 도시되어 있다.
도 7에는, 본 발명의 제4 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 실시예는 도 1에 이미 도시된 구성 요소들을 포함한다. 또한, 기판과 제1 기능 층(1) 사이에 배열되어 있는 제3 기능 층(3)도 도시되어 있다. 제1 질량 요소(10)는, 제3 기능 층(3) 내에 형성되어 있는 제3 질량 영역(13)을 포함한다. 제2 질량 요소(20)는, 마찬가지로 제3 기능 층(3) 내에 형성되어 있는 또 다른 제3 질량 영역(23)을 포함한다. 이로 인해서는, 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20)를 [제1 및 제2 주 연장 방향(110, 120)을 기준으로 해서뿐만 아니라 이 방향에 수직인 연장 방향(200)을 기준으로 해서도] 중심에서 연결하는 커플링 구조(30)가 제1 및 제2 질량 요소(10, 20) 상에 배열되어 있는 것이 가능하다. 표시된 두꺼운 실선 화살표는 외부로부터 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)에 작용하는 기계적인 응력을 상징적으로 나타낸다. 제1 질량 요소(10) 및 제2 질량 요소(20)가 커플링 구조(30)에 의해서 연장 방향(200)을 기준으로 대칭적으로 결합되어 있기 때문에, 심지어 이와 같은 응력 결합 하에서도 바람직한 방식으로 커플링 구조(30) 또는 도시된 전체 배열의 보상 동작이 전혀 이루어지지 않는다(두꺼운 파선 화살표).
도 8에는, 본 발명의 제5 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제5 실시예는 제4 실시예(도 7)와 유사하며, 커플링 구조(30)가 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 명백하게 더 큰 치수를 갖는다는 차이를 갖는다. 이로 인해서는, 2개의 질량 요소들(10, 20)을 서로 결합하는 것이 가능해짐으로써, 결과적으로 이들 질량 요소들은 연장 방향(200)으로 그리고 제2 주 연장 방향(120)으로 상대 동작을 실시할 수는 있지만, 그럼에도 외부로부터의 응력 결합 하에서는(두꺼운 실선 화살표들) 연장 방향(200)으로의 보상 동작이 전혀 이루어지지 않는다(두꺼운 파선 화살표들).
도 9에는, 본 발명의 제6 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제6 실시예는 제5 실시예(도 8)와 유사하다. 추가로, 커플링 구조(30)를 부분적으로 둘러싸는 또 다른 독립적인 미세 기계적 요소(70)가 도시되어 있다. 또한, 파선 화살표들은, 본 실시예에서 가능한, 연장 방향(200) 및 제2 주 연장 방향(120)으로의 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)의 동작들을 상징적으로 나타낸다.
도 10에는, 본 발명의 제7 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제1 질량 요소와 제2 질량 요소(10, 20)는 커플링 구조(30)에 의해 기계적으로 결합되어 있다. 2개의 질량 요소들(10, 20)은 각각 부분적으로 제1 기능 층(1) 및 제2 기능 층(2) 내에 형성되어 있으며, 이 경우에는 제1 질량 영역(11) 및 또 다른 제1 질량 영역(21)이 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있고, 제2 질량 영역(12) 및 또 다른 제2 질량 영역(22)이 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있다. 커플링 구조(30)는, 제1 기능 층(1) 내에 형성된 제1 커플링 영역(31), 및 제2 기능 층(2) 내에 형성된 제2 커플링 영역(32)을 포함한다. 제1 및 제2 커플링 영역(31, 32)은 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 큰 치수를 갖는다. 특히, 제2 커플링 영역(32)이 아닌 제1 커플링 영역(31)만 질량 요소들(10, 20)에 직접 인접한다. 이로 인해 [그리고 연장 방향(200)으로 제1 커플링 영역(31)의 작은 치수로 인해] 연장 방향(200)으로의 질량 요소들(10, 20)의 진동들이 가능하다[양의 그리고 음의 연장 방향(200)을 가리키는 실선 화살표들에 의해서 도시됨]. 또한, 커플링 구조(30)는 2개의 앵커들(50)을 포함하며, 이들 앵커들에 의해서 커플링 구조(30)가 기판에 결합될 수 있다. 앵커들(50)의 주 연장 방향은 기판의 제2 주 연장 방향(120)과 일치한다. 앵커들(50)은 제1 및 제2 기능 층(1, 2) 내에 형성되어 있다. 또한, 앵커들(50)은 제1 질량 요소와 제2 질량 요소 사이에서 [제1 주 연장 방향(110)을 기준으로] 중심에 배열되어 있고, 이로써 마찬가지로 제1 및 제2 커플링 영역(31, 32) 상에서 중심에 배열되어 있으며, 이로 인해 비틀림 바의 형상이 나타난다. 이렇게 함으로써, 도시된 배열은 힌지를 갖는 로커 구조로서 형성되어 있다(표시된 휘어진 실선 화살표들을 따르는 동작들을 가능하게 함). 도시된 실시예에서, 제1 주 연장 방향(110)으로의 동작들은 부분적으로만 억제되는데, 그 이유는 앵커들(50)이 이 방향(110)으로 작은 치수만을 갖고, 이로써 비교적 낮은 강성을 갖기 때문이다. 이와 같은 상황은 파선 화살표들에 의해서 도시되어 있다.
도 11에는, 본 발명의 제8 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 제8 실시예는 제7 실시예(도 10)와 유사하다. 하지만, 커플링 구조(30)의 부분으로서 형성되어 있는 앵커들(50)이 본 실시예에서는 T자형의 횡단면을 갖는다. 이와 같은 상황은, 특히 앵커들(50)이 제1 기능 층(1) 내에 제1 주 연장 방향(110)으로 확장된 제1 앵커 영역을 구비함으로써 가능하다[제1 앵커 영역은, 제2 기능 층(2) 내에 배열된, 앵커들(50)의 제2 앵커 영역보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 넓음]. 이로 인해, 제8 실시예에서의 커플링 구조(30)는 제7 실시예(도 10)에서보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 강성을 지니고, 제1 주 연장 방향(110)으로의 진동이 억제된다. T자형의 프로파일을 갖는 비틀림 바에 의한 로커의 서스펜션은 특히 제1 주 연장 방향(110) 및 연장 방향(200)으로 (비틀림 강성에 비례하여) 휨 강성을 지닌다.
도 12에는, 본 발명의 제9 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 제9 실시예는 도 11에 도시된 제8 실시예와 유사하다. 하지만, 제9 실시예에는 제3 기능 층(3)이 존재한다. 상기 제3 기능 층(3) 내에는, 제1 질량 요소(10)의 제3 질량 영역(13), 제2 질량 요소(20)의 또 다른 제3 질량 영역(23)뿐만 아니라 커플링 구조(30)의 제3 커플링 영역(33)까지도 배열되어 있다. 또한, 앵커들(50)은, 각각 제3 기능 층(50) 내에 형성되어 있는 제3 앵커 영역을 포함한다. 특히, 이로 인해서는 앵커들(50)의 십자 형상의 횡단면이 나타난다. 도시된 전체 배열은, 기판의 주 연장 평면(110, 120)에 평행하게 배열되어 있고 중심에서 질량 요소들(10, 20) 및 커플링 구조(30)를 통과하는 대칭 평면을 기준으로 반사 대칭적으로 형성되어 있다.
도 13에는, 본 발명의 제10 실시예에 따른 요 레이트 센서의 일 부분이 개략적으로 도시되어 있다. 특히, 커플링 구조(30) 및 2개의 또 다른 커플링 구조들(30")이 도시되어 있다. (또 다른) 커플링 구조들(30, 30")은 제1 주 연장 방향(110)으로 서로 나란히 그리고 서로 직접 인접하여 배열되어 있다. 커플링 구조들(30, 30")은 함께, 도면에 도시되어 있지 않은 2개의 질량 요소들 사이에 기계적인 연결을 형성한다. 커플링 구조(30)는, 제1 기능 층(1) 내에 배열된 제1 커플링 영역(31) 및 제2 기능 층(2) 내에 배열된 제2 커플링 영역(32)을 포함한다. 또한, 커플링 구조(30)는 기판 상에 2개의 앵커들(50)을 포함하며, 이들 앵커들은 주로 제2 주 연장 방향(120)으로 연장된다. 앵커들(50)도 마찬가지로 부분적으로 제1 및 제2 기능 층(1, 2) 내에 형성되어 있고, T자형의 횡단면을 갖는다. 또 다른 커플링 구조들(30")은 커플링 구조(30)와 실질적으로 동일하다. 도시된 (또 다른) 커플링 구조들(30, 30")은, 실선 화살표에 의해서 도시되어 있는 국부적인 동작을 가능하게 한다. 힌지 스프링들에 의해서는, 오로지 연장 방향(200)으로의 동작들만을 촉진하는 커플링 구조들(30, 30")의 배열이 나타난다. 커플링 구조들(30, 30") 사이의 인접한 연결 노드들은 반대 위상으로 동작한다[양의 그리고 음의 연장 방향(200)으로의 실선 화살표들에 의해서 상징적으로 표시됨].

Claims (14)

  1. 기판을 갖는 요 레이트 센서이며, 기판은 주 연장 평면(110, 120)을 가지며, 요 레이트 센서는 진동으로 전환 가능한 하나 이상의 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)를 구비하며, 기판의 제1 주 연장 방향(110)은 제1 질량 요소(10)로부터 제2 질량 요소(20)까지를 가리키며, 제1 주 연장 방향(110)으로 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20) 사이에는 커플링 구조(30)가 배열되어 있는, 상기 요 레이트 센서에 있어서,
    커플링 구조(30)의 제1 커플링 영역(31)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제1 질량 영역(11)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제2 질량 영역(12)은 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있으며, 제1 기능 층(1)은 주 연장 평면(110, 120)에 수직인 연장 방향(200)으로 기판과 제2 기능 층(2) 사이에 배열되어 있으며, 제2 주 연장 방향(120)은 제1 주 연장 방향(110)에 수직이며, 제1 커플링 영역(31)은 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 큰 치수를 갖고,
    제1 커플링 영역(31)은 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 높은 강성을 갖는 것을 특징으로 하는, 요 레이트 센서.
  2. 기판을 갖는 요 레이트 센서이며, 기판은 주 연장 평면(110, 120)을 가지며, 요 레이트 센서는 진동으로 전환 가능한 하나 이상의 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)를 구비하며, 기판의 제1 주 연장 방향(110)은 제1 질량 요소(10)로부터 제2 질량 요소(20)까지를 가리키며, 제1 주 연장 방향(110)으로 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20) 사이에는 커플링 구조(30)가 배열되어 있는, 상기 요 레이트 센서에 있어서,
    커플링 구조(30)의 제1 커플링 영역(31)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제1 질량 영역(11)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제2 질량 영역(12)은 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있으며, 제1 기능 층(1)은 주 연장 평면(110, 120)에 수직인 연장 방향(200)으로 기판과 제2 기능 층(2) 사이에 배열되어 있으며, 제2 주 연장 방향(120)은 제1 주 연장 방향(110)에 수직이며, 제1 커플링 영역(31)은 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 큰 치수를 갖고,
    커플링 구조(30)의 제2 커플링 영역(32)이 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있으며, 커플링 구조(30)의 제3 커플링 영역(33)이 제3 기능 층(3) 내에 배열되어 있으며,
    제2 커플링 영역(32)은 제2 주 연장 방향(120)으로 제1 커플링 영역(31)보다 더 작은 치수를 가지며, 제3 커플링 영역(33)은 제2 주 연장 방향(120)으로 제1 커플링 영역(31)보다 더 작은 치수를 갖는, 요 레이트 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20)는 커플링 구조(30)에 의해서 기계적으로 연결되어 있는, 요 레이트 센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 기능 층(1)은 주 연장 평면(110, 120)에 수직인 연장 방향(200)으로 제2 기능 층(2)보다 더 작은 치수를 갖는, 요 레이트 센서.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3 기능 층(3)은 연장 방향(200)으로 기판과 제1 기능 층(1) 사이에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제3 질량 영역(13)이 제3 기능 층 내에 배열되어 있는, 요 레이트 센서.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 질량 요소(20)의 또 다른 제1 질량 영역(21)이 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제2 질량 요소(20)의 또 다른 제2 질량 영역(22)은 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있으며, 특히 제2 질량 요소(20)의 또 다른 제3 질량 영역(23)이 제3 기능 층(3) 내에 배열되어 있는, 요 레이트 센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 커플링 구조(30)가 힌지 요소를 포함하는 방식으로, 커플링 구조(30)는 기판 상에 하나 이상의 앵커(50)를 구비하는, 요 레이트 센서.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 커플링 구조(30)는 로커 구조로서 형성되어 있는, 요 레이트 센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 요 레이트 센서는 하나 이상의 또 다른 커플링 구조(30")를 구비하며, 또 다른 커플링 구조(30")는 커플링 구조(30)와 실질적으로 동일하게 형성되어 있으며, 커플링 구조(30) 및 또 다른 커플링 구조(30")는 기판의 제1 주 연장 방향(110)으로 서로 나란히, 서로 인접하여 배열되어 있는, 요 레이트 센서.
  10. 기판을 갖는 요 레이트 센서이며, 기판은 주 연장 평면(110, 120)을 가지며, 요 레이트 센서는 진동으로 전환 가능한 하나 이상의 제1 및 제2 질량 요소(10, 20)를 구비하며, 기판의 제1 주 연장 방향(110)은 제1 질량 요소(10)로부터 제2 질량 요소(20)까지를 가리키며, 제1 주 연장 방향(110)으로 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20) 사이에는 커플링 구조(30)가 배열되어 있는, 상기 요 레이트 센서에 있어서,
    커플링 구조(30)의 제1 커플링 영역(31)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제1 질량 영역(11)은 제1 기능 층(1) 내에 배열되어 있으며, 제1 질량 요소(10)의 제2 질량 영역(12)은 제2 기능 층(2) 내에 배열되어 있으며, 제1 기능 층(1)은 주 연장 평면(110, 120)에 수직인 연장 방향(200)으로 기판과 제2 기능 층(2) 사이에 배열되어 있으며, 제2 주 연장 방향(120)은 제1 주 연장 방향(110)에 수직이며, 제1 커플링 영역(31)은 제2 주 연장 방향(120)으로보다 제1 주 연장 방향(110)으로 더 큰 치수를 갖고,
    제4 기능 층이 제2 기능 층(2) 위에 연장 방향(200)으로 배열되어 있으며, 제4 기능 층(4) 내에는 또 다른 제2 질량 요소(20')가 배열되어 있으며, 커플링 구조(30)는 제2 기능 층(2) 내에 배열된 제2 커플링 영역(32) 및 또 다른 커플링 영역(34)을 구비하며, 또 다른 커플링 영역(34)은 제4 기능 층(4) 내에 배열되어 있으며, 커플링 구조(30)의 도움으로 제1 질량 요소(10)와 또 다른 제2 질량 요소(20')는 서로 기계적으로 연결되어 있는, 요 레이트 센서.
  11. 제10항에 있어서, 제4 기능 층(4) 내에는 또 다른 제1 질량 요소(10')가 배열되어 있으며, 제1 주 연장 방향(110)으로 제1 질량 요소(10)와 제2 질량 요소(20) 사이에는 추가의 커플링 구조(30')가 배열되어 있으며, 추가의 커플링 구조(30')는 추가의 커플링 영역(31') 및 추가의 또 다른 커플링 영역(32')을 구비하며, 추가의 커플링 영역(31')은 제1 및 제2 기능 층(1, 2) 내에 형성되어 있으며, 추가의 또 다른 커플링 영역(32')은 제4 기능 층(4) 내에 형성되어 있으며, 추가 커플링 구조(30')의 도움으로 제2 질량 요소(20)와 또 다른 제1 질량 요소(10')는 서로 기계적으로 연결되어 있는, 요 레이트 센서.
  12. 제1항, 제2항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 요 레이트 센서를 제조하기 위한 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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