KR20070076546A - 회전 고조파의 주파수 이동이 가능한 ｍｅｍｓ 소자 - Google Patents

회전 고조파의 주파수 이동이 가능한 ｍｅｍｓ 소자 Download PDF

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윌리엄 피. 플랫
게리 알. 노울즈
맥스 씨. 글렌
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

MEMS 소자에 있어서 회전 고조파의 주파수 이동을 위한 구조물 및 방법이 개시된다. 예시적인 MEMS 소자는 기판, 상기 기판에 연결된 감지 전극 및 상기 감지 전극에 인접한 관성 질량체를 포함한다. 관성 질량체 상에 비균일하게 분포된 다수의 홀 또는 개구부는 관성 질량체 내의 무게 분포를 변화시키도록 구성될 수 있다. 동작하는 동안, 홀 또는 개구부의 존재는 회전 모드에서 중심선에 대하여 회전하는 관성 질량체의 주파수를 변화시켜, 구동 및 감지 시스템에 고조파를 유발하는 것을 감소시킨다.
MEMS(MEMS), 회전 고조파(ROTATIONAL HARMONICS), 관성 질량체(PROOF MASS), 자이로스코프(GYROSCOPE)

Description

회전 고조파의 주파수 이동이 가능한 ＭＥＭＳ 소자{FREQUENCY SHIFTING OF ROTATIONAL HARMONICS IN MEMS DEVICE}
도 1은 MEMS 타입 튜닝 포크형 자이로스코프의 개략적인 평면도이다.
도 2는 다수의 균일하게 분포된 관통홀을 구비한 도 1의 관성 질량체의 하나에 대한 구성을 더욱 상세하게 도시한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 예시적인 자이로스코프의 동작을 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 4는 비균일하게 분포된 다수의 홀 또는 개구부를 갖는 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물의 일부에 대한 개략적인 평면도이다.
도 5는 관성 질량체의 두께부 전체로 연장된 홀 또는 개구부를 도 4의 선 5-5를 따라 도시한 단면도이다.
도 6은 관성 질량체의 상부로만 연장된 홀 또는 개구부를 보여주는 관성 질량체의 다른 단면도이다.
도 7은 관성 질량체의 상부 및 하부로만 연장된 홀 또는 개구부를 보여주는 관성 질량체의 다른 단면도이다.
도 8은 홀 또는 개구부 배열을 갖는 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물에 대한 개략적인 부분 평면도이다.
도 9는 홀 또는 개구부의 엇갈리는 패턴을 갖는 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물에 대한 개략적인 부분 평면도이다.
도 10은 각 관성 질량체의 단부 방향으로 크기가 증가된 홀 또는 개구부 배열을 갖는 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물에 대한 개략적인 부분 평면도이다.
도 11은 다수의 슬롯을 갖는 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물의 일부에 대한 개략적인 평면도이다.
도 12은 다수의 비균일하게 분포된 홀 또는 개구부를 갖는 관성 질량체를 구비한 예시적인 가속도계의 개략적인 평면도이다.
도 13는 각 관성 질량체의 단부 방향으로 크기가 감소된 홀 또는 개구부 배열을 갖는 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물에 대한 개략적인 부분 평면도이다.
본 발명은 일반적으로 마이크로 전기기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 회전 고조파의 주파수 이동이 가능한 MEMS 소자에 관한 것이다.
마이크로 전기기계 시스템(MEMS)은 전기 및 기계 소자를 미세 제작 기술을 이용하여 단일 기판에 집적하는 것이다. 이러한 시스템을 형성하는 전기적인 구성요소는 전형적으로 집적 회로 공정을 이용하여 생산되며, 기계적인 구성요소는 상기 집적 회로 공정과 양립가능한 미세 기계 공정을 사용하여 생산된다. 이러한 조합은 표준 생산 공정을 사용하여 단일 칩 상에 전체 MEMS 소자를 생산하는 것을 가능하게 한다. MEMS 기술을 이용한 소자의 예는 자이로스코프, 가속도계, 액추에이터, 공진기, 스위치, 밸브, 펌프 및 광학 요소를 포함한다.
MEMS 기술의 한 일반적인 애플리케이션은 움직이는 물체의 움직임에서 변화를 검출하고 감지하기 위한 관성 검출 소자를 설계하고 생산하는 것이다. 예를 들어, 항법 및 통신 시스템의 설계에 있어서, 이러한 소자는 공간을 여행하는 이동하는 물체의 선형 및/또는 회전 움직임에 있어서의 미세한 변화를 감지하는 데 유용하다. 자동차 시스템에서는 이러한 소자가 ABS(antilock braking system)의 타이어 회전을 감지하고, 에어백 배치 시스템에서 충돌이 있는지를 감지하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 이러한 동작은 다수의 관성 질량체, 캔틸레버식의 빔 및/또는 깍지끼어진 콤 핑거와 같은 구조체의 변위를 검출하고 측정하는 것에 의하여 감지된다. MEMS형 자이로스코프 또는 가속도계를 이용하는 관성센서에 있어서, 예를 들어, 다수의 관성 질량체가 속도축(rate axis)에 대한 소자의 움직임에 대한 변위 및/또는 가속도를 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 소정의 설계에 있어서는, 하나 또는 그 이상의 자이로스코프 및/또는 가속도계가 다중 차원에서의 움직임과 가속도를 측정하기 위해 사용될 수 있는 관성 측정 유닛(inertial measurement unit, IMU)의 부분으로 제공될 수 있다.
튜닝 포크형 자이로스코프(tuning-fork gyroscope, TFG)와 같은 전형적인 MEMS 기반의 센서에서, 진동하는 관성 질량체의 집합이 코리올리의 힘의 생성과 검출을 통해 각속도(angular rate)를 감지하는데 사용된다. 다수의 깍지끼어진 콤 핑거는 구동 접압원으로부터의 시변 신호로 정전기적으로 충전될 때, 모터 모드(motor mode)에 있는 관성 질량체를 구동축에 따라 앞뒤로 힘을 가할 수 있다. 다수의 서스펜션 스프링 또는 다른 굽어지는 구성요소가 밑에 놓인 지지 기판 위의 특정 방향으로 각 관성 질량체의 움직임을 제한하는데 일반적으로 사용될 수 있다.
감지 전극 또는 기판에 배치된 기타 감지 수단이 자이로스코프의 감지 축(sense axis)을 따라 관성 질량체의 움직임을 감지하고 측정하는데 사용될 수 있다. 각 관성 질량체가 기판의 위로 앞뒤로 움직임에 따라, 속도 축에 대해 회전할 때 질량체의 모멘텀의 보존으로부터 발생하는 코리올리의 힘은 각 관성 질량체와 감지 전극 사이의 간격을 변하게 하며, 이는 커패시턴스에서의 부수하는 변화를 유발한다. 코리올리의 힘은 진동의 종종 감지 모드로 칭해지는 제2 모드를 구동한다. 각 관성 질량체와 대응하는 감지 전극 사이의 커패시턴스를 측정함으로써, 움직이는 부분의 회전 운동 및/또는 가속도가 확인될 수 있다.
MEMS형 관성 센서에서의 오차 발생 원인 중 하나는 원하는 모터 또는 감지 모드와 다른 진동 모드(vibration mode)에서의 관성 질량체의 진동으로부터 유발된다. 전형적으로, 관성 질량체 진동은 특정 진폭 및/또는 주파수에서 유지된다. 센서의 제어 루프 통과 대역(control loop pass band) 내에서의 진동하는 주파수로부 터 유발될 수 있는 원하지 않는 진동 모드의 예는 각 관성 질량체가 구동축을 따라 나란히 움직이는 훌라 모드(hula mode) 및 각 관성 질량체가 구동축에 수직인 감지축 방향을 따라 나란히 움직이는 트램플린 모드(trampoline mode)를 포함할 수 있다. 다른 일반적인 진동 모드는 트위스트 모드(twist mode) 및 플립-플랩 모드(flip-flap mode)를 포함한다.
회전 모드(rotational mode)로 칭해지기도 하는 원하지 않는 동작 모드에서, 각 관성 질량체의 회전이 센서의 감지축과 실질적으로 평행한 관성 질량체의 중심축에 대하여 유도된다. 이와 같은 원하지 않는 회전이, 예를 들면, 관성 질량체의 진동 주파수가 모터 모드에서 관성 질량체를 구동하기 위하여 구동 전자소자에 의해 이용되는 제어 루프 통과 대역 내에 있을 때 발생할 수 있다. 소정의 경우에 있어서는, 이러한 회전이 관성 질량체를 구동하는데 사용되는 구동 전자소자뿐만 아니라 관성 질량체, 서스펜션 스프링 및/또는 콤 핑거를 형성하는데 사용되는 생산 공정에서의 불완전성으로부터 유발될 수 있다. 이러한 회전이 존재하면, 이러한 회전이 원하는 모터 모드에서 동작을 시동할 수 있는 소자의 성능에 영향을 줄 수 있으며, 소자의 동작을 방해할 수 있는 구동 및 감지 시스템에서 회전 고조파를 유발할 수 있다.
본 발명은 자이로스코프 또는 가속도계와 같은 MEMS 소자에 있어서 회전 고조파의 주파수 이동에 관한 것이다.
예시적인 실시예에 따른 MEMS 소자는 기판과, 상기 기판에 연결된 적어도 하나의 감지 전극과, 상기 검출 전극의 적어도 하나에 인접한 적어도 하나의 관성 질량체를 포함한다. 상기 관성 질량체 내에 다수의 비균일하게 분포된 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 모터 구동축의 방향에 수직인 질량체 중심선에 대하여 질량 분포를 변화시킬 수 있다. 상기 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 단부에서 또는 그 근처에서 소정의 패턴 또는 배열로 배치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 상기 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 두께부 전체로 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 상부 및/또는 하부로만 연장될 수 있다.
관성 질량체 상에 상기 홀 또는 개구부가 있는 것은 상기 관성 질량체의 단부에 또는 그 근처에서 질량을 감소시켜 중심선에 대한 관성 질량체의 관성 모멘트를 감소시키는데 사용될 수 있다. 이와 같은 관성 모멘트의 감소는 회전 모드에서 관성 질량체가 회전하는 주파수를 증가시킴으로써 구동 및 감지 시스템에서의 회전 고조파 유발을 감소시키거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 상기 홀 또는 개구부의 분포는 관성 질량체의 회전 모드 주파수를 관성 질량체를 구동하기 위하여 구동 시스템에 의해 사용되는 제어 루프 통과 대역보다 높은 레벨로 증가시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 홀 또는 개구부는 다른 원하지 않는 진동 모드를 보상하기 위해 관성 질량체의 회전 모드 주파수를 감소시키도록 분포될 수 있다.
다음의 설명은 도면을 참조하여 해석되어야 하며, 다른 도면에서 유사한 구성요소는 유사한 형태로 도면 부호가 붙여진다. 척도에 따라 작도되는 것이 필요하지 않은 도면은 선택된 실시예를 도시하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 구축, 치수 및 재질에 대한 예가 다양한 구성요소에 대하여 예시되지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제공된 많은 예시는 사용될 수 있는 적절한 대체물을 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 제공된 다양한 예시들이 MEMS형 자이로스코프 및 가속도계에 있어서 회전 고조파의 주파수 이동을 논의하지만, 본 명세서에 논의된 기술이 회전 모드가 가능한 구조물을 이용하는 다른 소자에서도 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 다른 MEMS 소자의 예시는 관성 측정 유닛(IMU), 액추에이터, 공진기, 스위치, 밸브, 펌프, 압력 센서, 온도 센서 및 광학 요소를 포함하며, 이에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하여 MEMS형 자이로스코프(10)의 개략적인 평면도가 설명될 것이다. 예시적으로 평면 정렬(in-plane) 튜닝 포크형 자이로스크프인 자이로스코프(10)는 제1 관성 질량체(12)와 제2 관성 질량체(14)를 포함하며, 그 각각은 관성 움직임이 결정되는 자이로스코프의 입력 또는 속도축(18)에 수직인 구동 평면에서 밑에 놓인 지지 기판(16)의 상부에서 앞뒤로 움직인다. 좌/우 화살표 세트(20)로 대략 표시된 바와 같이, 상기 제1 관성 질량체(12)는 상기 제1 관성 질량체(12)의 움직임을 제한하기 위하여 지지 기판(16) 상부에 고정되는 제1 구동 전극(22)과 제1 모터 픽오프 콤(24) 사이의 지지 기판(16) 상부에서 앞뒤로 움직일 수 있다. 다음으로, 제2 관성 질량체(14)는 제2 구동 전극(26)과 제2 모터 픽오프 콤(28) 사이 에 유사한 방법으로 지지 기판(16)의 상부에서 앞뒤로 움직일 수 있으나, 좌우 화살표 세트(30)에 의해 대략 표시된 바와 같이 제1 관성 질량체(12)와는 180도의 위상 차가 있다.
상기 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)는 하나 또는 그 이상의 서스펜션 스프링을 사용하여 밑에 놓이는 지지 기판(16) 구조물(16) 상부에서 하나 또는 그 이상의 방향으로 제한받을 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 관성 질량체(12)는 밑에 놓인 지지 기판(16)에 고정되거나 아니면 기판(16) 위로 형성된 다수의 교차 빔(34, 36)에 부착되는 4개의 제1 서스펜션 스프링 세트(32)를 사용하여 밑에 놓인 지지 기판(16)에 연결될 수 있다. 유사한 방법으로, 제2 관성 질량체(14)는 도시된 바와 같이 교차 빔(34, 36)에 부착된 유사한 4개의 스피링 세트(32)를 사용하여 밑에 놓인 지지 기판(16)에 고정될 수 있다. 4개의 서스펜션 스프링(32)이 도시되었지만, 어떤 개수의 서스펜션 스프링도 사용될 수 있다는 것이 의도되었다.
실시에 있어서, 상기 서스펜션 스프링(32)은 자이로스코프(10)의 감지축(40)을 따라서 속도축(18)의 방향으로의 원하지 않는 움직임을 감소시키기 위해 좌/우 화살표 세트(20, 30)로 대략 표시된 방향으로 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)의 움직임을 분리시킨다. 서스펜션 스프링(32)과 교차 빔(34, 36)은 지지 기판(16) 상부로 관성 질량체(12, 14)를 지지하는 것에 더하여 각 액추에이션 사이클 동안 영점을 통해 구동될 때 관성 질량체(12, 14)에 복원력을 제공할 수 있다.
자이로스코프(10)는 구동축(20, 30)을 따라 관성 질량체(12, 14)의 모터 모 드 움직임을 유도하는데 이용될 수 있는 구동 전자소자(42)를 포함할 수 있다. 구동 전자소자(42)는 제1 관성 질량체(12)의 움직임을 유도하기 위하여 제1 구동 전압 신호(44)를 제1 구동 전극(22)에 인가할 수 있으며, 제2 관성 질량체(14)의 움직임을 유도하기 위하여 제2 구동 전압 신호(46)를 제2 구동 전극(26)에 인가할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 각 구동 전극(22, 26)은 각 관성 질량체(12, 14)로부터 바깥쪽으로 연장된 콤 핑거(52, 54)와 깍지끼워질 수 있는 다수의 콤 핑거(48, 50)를 포함한다. 구동 전압 신호(44, 46)를 통해 충전될 때, 각 구동 전극(22, 26)의 콤 핑거(48, 50)는 깍지끼워진 콤 핑거(48, 50, 52, 54)의 각 세트 사이에 정전기적인 인력을 발생시키며, 이는 콤 핑거(48, 50, 52, 54)가 서로에 대해 움직이게 한다. 각 구동 전극(22, 26)에 인가된 전압 신호(44, 46)는 시간에 따라 변할 수 있고, 서로 위상이 다르며, 서스펜션 스프링(32)과 함께 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)가 지지 기판(16) 상부에서 서로 반대방향으로 앞뒤로 움직이게 한다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 전압 신호(44, 46)은 각각 서로 180도의 위상차를 유지하는 교류(AC) 신호일 수 있다. 이 대신에, 다른 실시예에서, 전압 신호(44, 46)은 시간에 따라 크기 및/또는 극성이 변하는 직류(DC) 신호일 수 있다. 어떤 실시예에서도, 주파수와 진폭 특성의 제어는 구동 전자소자(42)에 의해 이루어질 수 있다.
구동 전압 신호(44, 46)는 밑에 놓인 지지 기판(16)의 상부에서 관성 질량체(12, 14)를 차동 동작 모드로 구동할 수 있다. 소정의 실시예에서, 각 구동 전극(24, 28)에 인가된 구동 전압 신호(44, 46)은 자이로스코프(10)의 다양한 감지 및 모터 픽오프 전자소자(70, 88)로부터 피드백 신호를 공급받는 폐루프 시스템을 포함하는 모터 구동 루프(56)를 통해 조절될 수 있으며, 이는 아래에서 더욱 상세히 설명된다.
감지 전극 쌍(58, 60)은 속도축(18)에 대한 회전 운동 움직임의 결과로서 감지 모드 방향(40)으로 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)의 평면을 벗어난 왜곡을 검출하고 측정하기 위하여 감지 시스템의 일부로서 제공될 수 있다. 감지 전극(58, 60)은 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)를 형성하는데 사용되는 재질과 함께 전기전도성을 갖는 실리콘과 같은 적합한 재질로부터 형성될 수 있어, 관성 질량체(12, 14)에 전달되는 감지 바이어스 전압(VS)과 관련하여 감지 전극(58, 60) 상에 전하가 생성되게 한다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 감지 전극(58, 60) 각각은 관성 질량체(12, 14)의 하부에 배치되며 감지 전극(58, 60)의 상부면이 평행한 평판 커패시터를 형성하는 각 관성 질량체(12, 14)의 하부면에 수직으로 인접하고 평행하게 배치되는 방법으로 배향된 직사각형 형상의 얇은 전극 평판을 포함한다. 고정 감지 전극(58, 60)이 도 1에 도시되었지만, MEMS 소자의 특정 구성에 따라 가동 감지 전극이 사용될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.
동작하는 동안에, 관성 질량체(12, 14)가 구동 모터 축(20, 30)을 따라 움직이는 동안 각속도(예를 들어, 항공기 방향 전환)가 속도축(19)을 따라 자이로스코프로 인가된다면, 코리올리의 힘이 감지축(40)의 방향으로 검출될 수 있다. 일반적으로, 감지 모드에 있는 관성 질량체(12, 14)의 움직임이 커패시턴스를 변화시키도 록 DC 및/또는 AC 바이어스 전압(VS)이 각 감지 전극(58, 60)에 인가된다. 그러나, 다른 실시예에서, 감지 전극이 가상 접지에서 유지되는 동안 DC 및/또는 AC 바이어스 전압(Vs)이 각 감지 전극(58, 60)에 인가될 수 있다. 관성 질량체(12, 14)와 감지 전극(58, 60) 사이의 커패시턴스는 도 1에 도시된 바와 같이 감지축(40)을 따라 움직임을 검출하기 위하여 사용되며, 증폭기(66)로 감지 신호(62, 64)로서 공급될 수 있다. 증폭기(66)로부터의 증폭된 신호(68)는 관성 질량체(12, 14)가 감지 전극(58, 60)쪽으로 또는 그로부터의 움직일 때 커패시턴스의 변화를 검출하고 측정하기 위하여 다양한 감지 전자소자(70)로 공급될 수 있다. 소정의 실시예에서, 또한, 감지 전극(70)은 관성 질량체(12, 14)가 구동 전극(22, 26) 및 픽오프 콤(24, 28)에 관하여 움직일 때 커패시턴스의 변화를 검출할 수 있다.
감지 전자소자(70)는 속도축(18)에 대한 자이로스코프(10)의 회전을 나타내는 속도 신호(72)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 감지 전자소자(70)는 항공기, 미사일 또는 기타 움직이는 물체의 제어를 위한 항법 안내 시스템에 속도 신호(72)를 출력할 수 있다. 자이로스코프(10)이 관성 측정 장치(IMU)의 일부가 되는 실시예들에 있어서, 원하는 경우 다중 차원에서 각속도에 대한 표시를 제공하기 위하여 상기 속도 신호(72)는 하나 또는 그 이상의 다른 신호와 함께 제공될 수 있다. 소정의 실시예에서, 모터 구동 루프(56)는 감지 전극(58, 60)으로부터 공급되는 감지 신호(62, 64)의 적어도 일부에 따라 구동 전압 신호(44, 46)를 제어하는데 사용되는 피드백 신호(74)를 감지 전자소자(70)로부터 공급받을 수 있 다.
모터 바이어스 전압(VDC)은 구동 전압 신호(44, 46)을 통해 유도되는 관성 질량체(12, 14)의 변위를 검출 및/또는 측정하기 위하여 제1 및 제2 모터 픽오프 콤(24, 28)에 공급될 수 있다. 제1 및 제2 픽오프 콤(24, 28) 상의 콤 핑거(80, 82)에 대하여 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14) 상의 바깥쪽으로 연장된 다수의 콤 핑거(76, 78)의 움직임으로부터 기인하는 모터 픽오프 전압(VPICK)은 제1 및 제2 관성 질량체(12, 14)의 움직임을 검출하는데 사용될 수 있다. 다음으로, 모터 픽오프 전압(VPICK)으로부터 기인하는 모터 픽오프 신호(84, 86)는 관성 질량체(12, 14)의 관성 질량체의 모터 모드의 진폭을 나타내는 출력 신호(90)를 제공하기 위한 다양한 증폭기 및 인버터를 포함할 수 있는 모터 픽오프 전자소자(88)에 공급될 수 있다. 다음으로, 출력 신호(90)는 구동 전자소자(42)에 의해 추가 제어를 하기 위해 모터 구동 루프(56)에 피드백될 수 있다. 소정의 실시예에서, 기준 전압(92)은 원한다면 구동 전자소자(42)에 의해 출력되는 구동 신호(44, 46)의 자동 이득 제어에 사용하기 위하여 제어 루프(56)로 입력될 수 있다.
도 2는 다수의 균일하게 분포된 관통홀을 구비한 도 1의 관성 질량체의 하나에 대한 구성을 더욱 상세하게 도시한 개략적인 평면도이다. 도 2에서 더 잘 볼 수 있듯이, 각 관성 질량체(12)는 제1 단부(94), 제2 단부(96), 제1 측부(98) 및 제2 측부(100)를 갖는 얇은 평판 또는 적합한 기타 구조물을 포함한다. 관성 질량체(12)의 모터 모드를 구동하기 위해 구동 콤 핑거(48)와 깍지끼워지는 왼쪽 콤 핑 거(52) 세트가 관성 질량체(12)의 제1 단부(94)로부터 바깥쪽으로 연장된다. 또한, 관성 질량체(12)의 움직임을 검출하기 위해 모터 픽오프 콤 핑커(80)와 깍지끼워지는 오른쪽 콤 핑거(76) 세트는 관성 질량체(14)의 제2 단부(96)로부터 바깥쪽으로 연장된다. 제2 관성 질량체(14)도 제1 관성 질량체(12)와 유사하게 구성될 수 있으나, 명료하게 하기 위하여 도시되지 않았다. 4개의 콤 핑커(52, 76)가 관성 질량체(12)의 각 단부(94, 96)로부터 연장되는 것으로 도시되나, 더 많거나 더 적은 수의 콤 핑거가 원하는 바에 따라 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 더하여, 구동 콤 핑커(48) 및/또는 모터 픽오프 콥 핑거(80)의 개수나 구성이 다를 수 있다.
도 2에 도시된 예시적인 자이로스코프(10)에서, 관성 질량체(12)는 밑에 놓인 기판(16)의 상부에서 앞뒤로 진동할 때 관성 질량체의 공기역학적 방해를 감소시키기 위하여 다수의 관통홀(102)을 더 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 관성 질량체(12)의 제1 및 제2 단부(94, 96) 사이의 길이방향(즉, 왼쪽에서 오른쪽으로) 및 관성 질량체(12)의 제1 및 제2 측부(98, 100) 사이의 폭방향(즉, 상부에서 하부로)으로 균일하게 분포된다. 이러한 구성에서, 관성 질량체(12)의 중심 부분(104)에서의 무게 분포가 단부(94, 96) 및 측부(98, 100)의 무게 분포와 실질적으로 동일하여 관성 질량체(12)의 무게는 구조물 전반에 걸쳐 균일하게 배열된다. 모터 구동축의 방향에 수직인 중심 부분(104)을 통해 연장되는 중심선(C)은 관성 질량체(12)의 중심축으로 정의된다.
도 3은 도 1 및 도 2의 예시적인 자이로스코프의 동작을 보여주는 개략적인 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 관성 질량체(12, 14)는 대응하는 감지 전극(58, 60)의 위로 걸리는 얇은 평판 구조물을 포함한다. 각 관성 질량체(12, 14)는 상부(106), 하부(108) 및 그 사이의 두께부를 포함할 수 있다.
관성 질량체(12, 14)가 밑에 놓인 지지 기판(16)의 상부에서 구동축(20, 30)을 따라 앞뒤로 움직일 때, 화살표(112)로 대략 표시된 바와 같이, 관성 질량체(12, 14)의 길이에 따른 균일한 무게 분포는 관성 질량체(12, 14)를 무게 중심(110)에 대하여 회전시킨다. 이러한 회전은 무게 중심(110)으로부터 떨어진 관성 질량체(12)의 단부(94, 96) 쪽으로 무게의 분포에 따라 부분적으로 유도된다. 회전 모드에서의 관성 질량체(12, 14)의 회전에 대한 진폭과 주파수 특성은 평면 영역에 대하여 다음과 같은 식에 의하여 유도될 수 있는 관성 질량체의 중심선(C)에 대한 관성 질량체(12, 14)의 관성 모멘트의 적어도 일부에 따른다.
Figure 112007005439552-PAT00001
;
여기서,
Iy는 관성체의 중심선에 대한 관성 모멘트이며; 그리고
x는 관성 질량체 단부 사이의 미분 영역 A에 대한 좌표이다.
각 관성 질량체(12, 14)에 대한 힘(Fy)은 다음의 식으로부터 결정될 수 있 다.
Figure 112007005439552-PAT00002
;
여기서,
Ky는 관성 질량체의 스프링 상수이다.
따라서, 무게가 무게 중심(100)으로부터 더 멀리 분포되는 경우에, 관성 질량체(12, 14)의 중심선(C)에 대한 관성 모멘트는 더 커지며, 이는 관성 질량체(12, 14)를 화살표(112)로 대략 표시된 방향으로 회전시킨다. 관성 질량체(12, 14)의 상대적으로 큰 관성 모멘트는 관성 질량체(12, 14)가 회전 모드에서 회전하는 주파수를 감소시킨다. 소정의 경우에서, 관성 질량체(12, 14)의 단부(94, 96) 방향으로 무게를 분포시키는 것으로부터 기인하는 회전 모드 주파수는 관성 질량체(12, 14)를 구동하는데 사용되는 제어 루프 통과 대역 내에 있을 수 있으며, 이는 구동 전자 소자(42)를 방해할 수 있는 구동 시스템에서의 회전 고조파를 유발한다. 소정의 애플리케이션에서, 구동 전자소자(42)는 회전 모드에서 시작될 수 있으며, 이는 관성 질량체(12, 14)가 원하는 구동 모드에서 적절히 동작하는 것을 방해한다.
도 4를 참조하여 비균일하게 분포된 다수의 홀 또는 개구부를 갖는 관성 질량체(116)를 구비한 관성 질량체 구조물의 일부에 대한 개략적인 평면도가 설명된다. 관성 질량체(116)는 유사한 구성요소가 유사한 방법으로 도면 부호가 붙여진 전술한 관성 질량체(12)와 유사하다. 그러나, 도 4의 예시적인 실시예에서, 홀 또는 개구부(118)가 관성 질량체(116)의 단부(94, 96) 쪽에 위치하며, 관성 질량체(116)의 내부 영역은 이러한 홀 또는 개구부가 없다. 예를 들어, 점선(122)으로 대략 표시된 바와 같이, 중심선(C)과 제1 단부(94) 사에에 위치한 관성 질량체(116) 제1 내부 영역(124)은 실질적으로 홀이나 개구부가 없다. 이와 유사하게, 점선(126)으로 대략 표시된 바와 같이, 중심선(C)과 제2 단부(96) 사에에 위치한 관성 질량체(116) 제2 내부 영역(128)은 실질적으로 홀이나 개구부가 없다. 이와 같은 구성에서, 관성 질량체(116)에서의 무게 분포는 중심부(104) 쪽으로 집중되어 있고, 따라서, 중심선(C)에 대한 관성 질량체(116)의 관성 모멘트를 감소시킨다. 원한다면, 관성 질량체(116)의 중심선을 따라 배치된 다수의 관통홀(130)이 구동 또는 감지 모드에서 관성 질량체(116)가 진동할 때 공기역학적 방해를 제거하기 위하여 제공될 수 있고, 관성 질량체 구조물(114)의 전체 무게를 더 감소시키기 위하여 제공될 수 있다.
동작하는 동안, 중심 부분(104) 쪽으로의 무게 분포로 인한 구조물의 관성 모멘트에서의 감소는 회전 모드에서 관성 질량체(116)의 회전 주파수를 증가시킨다. 소정의 실시예에서, 홀 또는 개구부(118)의 개수, 크기 및/또는 배열은 관성 질량체(116)의 회전 주파수가 구동 시스템의 제어 루프 통과 대역보다 높도록 선택될 수 있다. 회전 주파수에서의 이러한 증가는 잘못된 모드에서 관성 질량체(116)를 시동 및/또는 동작시키는 것을 방지하여, 원하는 모터 모드에서의 적절한 자극과 동작을 보장한다. 원한다면, 관성 질량체(116)를 제작하는데 사용되는 재질, 관 성 질량체(116)의 두께와 치수, 주변 환경의 온도 및 배치, 서스펜션 스프링(32)과 콤 핑거(52, 76)의 특성 등과 같은 다른 특성들이 관성 질량체(116)의 회전 주파수를 조정하기 위하여 선택될 수 있다.
도 5는 도 4의 선 5-5에 대한 관성 질량체(116)의 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각 홀 또는 개구부(118)는 관성 질량체(116)의 상부(106) 및 하부(108) 사이의 두께부(t) 전체를 통해 연장될 수 있다. 홀 또는 개구부(118)의 형성은, 예를 들어, 패턴화된 포토마스크가 관성 질량체 구조물 위로 도포되고, 적합한 습식 및/또는 건식 부식액이 두께부(t)로 홀 또는 개구부(118)을 에칭하기 위하여 사용되는 적절한 에칭 공정을 이용하여 이루어질 수 있다. 관성 질량체(116)의 단부(94, 96) 방향으로 무게를 감소시키는 것에 더하여 관통홀(118)이 구동 및 감지 모드에서 공기역학적 방해를 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
홀 또는 개구부(118)가 관성 질량체(116)의 두께부 전체를 통하여 연장되는 것이 도시되었지만, 홀 또는 개구부(118)는 관성 질량체(116)의 일부로만 연장될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 다른 일 실시예에서, 홀 또는 개구부(118)는 관성 질량체(116)의 하부(108)는 손대지 않고 관성 질량체(116)의 상부(106)로만 연장될 수 있다. 도 7에 도시된 다른 실시예에서, 홀 또는 개구부(118)는 관성 질량체(116)의 상부(106) 및 하부(108) 양쪽으로 연장되나 관성 질량체(116)의 두께부(t) 전체로 연장되지 않는다. 두께부(t)로 연장되는 홀 또는 개구부(118)의 깊이는 관성 질량체(116)에 대한 원하는 기계적인 특성을 주기 위하여 변경될 수 있다. 개구부(118)의 개수, 크기, 형상 및/또는 배열과 같은 다른 인자가 관성 질량 체(116)의 기계적 특성을 변경하기 위하여 선택될 수 있다.
도 8은 홀 또는 개구부 배열을 갖는 관성 질량체를 구비한 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물(132)에 대한 개략적인 부분 평면도이다. 관성 질량체(134)는 전술한 관성 질량체(116)와 유사하게 구성되며, 유사한 구성요소는 유사한 방법으로 도면 부호가 붙여진다. 그러나, 도 8의 예시적인 실시예에서, 관성 질량체(134)는 관성 질량체(134)의 단부(94, 96) 방향으로 배치된 홀 또는 개구부 배열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 영역(124)의 왼쪽으로 관성 질량체(134)의 제1 단부(94)에 가까이 위치한 홀 또는 개구부(138)의 제1 배열은 관성 질량체(134)의 제1 단부(94) 방향으로 관성 질량체 구조물의 무게를 감소시키기 위해 제공될 수 있다. 유사한 방법으로, 내부 영역(128)의 오른쪽으로 관성 질량체(134)의 제2 단부(96)에 가까이 위치한 홀 또는 개구부(140)의 제2 배열은 관성 질량체(134)의 제2 단부(96) 방향으로 관성 질량체 구조물의 무게를 감소시키기 위해 제공될 수 있다.
홀 또는 개구부(138, 140)의 각 배열은 배열 내의 각 홀 또는 개구부(138, 140)가 동일한 크기와 형상을 가지면서 행과 열의 2차원 배열로 배치될 수 있다. 각 배열이 6개의 개구부를 각각 갖는 2개의 행을 가진 것이 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 수의 열 및/또는 행이 제공될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 본 명세서의 다른 실시예와 같이, 홀 또는 개구부(138, 140)는 관성 질량체 구조물의 두께부 전체를 통해 연장될 수 있거나, 원한다면 그 일부에만 연장될 수 있다.
도 9는 홀 또는 개구부의 엇갈리는 패턴 또는 배열을 갖는 관성 질량체(146) 를 구비한 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물(114)에 대한 개략적인 부분 평면도이다. 관성 질량체(146)는 전술한 관성 질량체(116)와 유사하게 구성되며, 유사한 구성요소는 유사한 방법으로 도면 부호가 붙여진다. 그러나, 도 9의 예시적인 실시예에서, 관성 질량체(146)는 관성 질량체(146)의 단부(94, 96) 방향으로 배치된 홀 또는 개구부의 엇갈린 패턴 또는 배열을 포함할 수 있다.
예를 들어, 내부 영역(124)의 왼쪽으로 관성 질량체(146)의 제1 단부(94)에 가까이 위치한 홀 또는 개구부(150)의 엇갈린 제1 패턴 또는 배열은 관성 질량체(146)의 제1 단부(94) 방향으로 관성 질량체(146)의 무게를 감소시키기 위해 제공될 수 있다. 다음으로, 내부 영역(128)의 오른쪽으로 관성 질량체(146)의 제2 단부(96)에 가까이 위치한 홀 또는 개구부(152)의 엇갈린 제2 패턴 또는 배열은 관성 질량체(134)의 제2 단부(96) 방향으로 관성 질량체(146)의 무게를 감소시키기 위해 제공될 수 있다. 도 9에 더 도시된 바와 같이, 패턴 또는 어레이의 수직방향의 각 행의 홀 또는 개구부(150, 152)는 각 인접한 행의 홀 또는 개구부에 대하여 엇갈릴 수 있다.
도 10은 각 관성 질량체의 단부 방향으로 크기가 증가된 홀 또는 개구부 배열을 갖는 관성 질량체(158)을 구비한 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물(156)에 대한 개략적인 부분 평면도이다. 관성 질량체(158)는 전술한 관성 질량체(116)와 유사하게 구성되며, 유사한 구성요소는 유사한 방법으로 도면 부호가 붙여진다. 그러나, 도 10의 예시적인 실시예에서, 홀 또는 개구부의 크기는 관성 질량체(158)의 중심선(C)에 대한 홀 또는 개구부의 위치에 따라 변할 수 있다. 내부 영역(124)의 왼쪽으로 관성 질량체(158)의 제1 단부(94)에 가까이 위치한 홀 또는 개구부(160)의 제1 배열은 수직방향의 각 행 내의 각 홀 또는 개구부의 면적이 제1 단부(94) 방향으로 크기가 증가하면서 그 크기가 변한다. 유사한 방법으로, 내부 영역(128)의 오른쪽으로 관성 질량체(158)의 제2 단부(96)에 가까이 위치한 홀 또는 개구부(162)의 제2 배열은 수직방향의 각 행 내의 각 홀 또는 개구부의 면적이 제2 단부(96) 방향으로 크기가 증가하면서 그 크기가 변한다.
도 11은 다수의 슬롯을 갖는 관성 질량체(170)를 구비한 다른 예시적인 실시예에 따른 관성 질량체 구조물(168)의 일부에 대한 개략적인 평면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 관성 질량체(170)의 제1 단부(94)에 가까이 위치한 제1 슬롯(172)이 내부 영역(124)의 왼쪽으로 관성 질량체(170)의 무게를 감소시키기 위해 제공될 수 있다. 유사한 방법으로, 관성 질량체(170)의 제2 단부(96)에 가까이 위치한 제2 슬롯(174)이 내부 영역(128)의 오른쪽으로 관성 질량체(170)의 무게를 감소시키기 위해 제공될 수 있다. 실시에 있어서, 슬롯(172, 174)은 본 명세서의 설명된 홀 또는 개구부와 유사한 방법으로 기능을 하여, 중심선(C)에 대한 관성 질량체의 관성 모멘트를 감소시킨다. 본 명세서의 다른 실시예와 같이, 슬롯(172, 174)의 개수, 크기, 형상 및/또는 배치는 자이로스코프에 대한 원하는 기계적 특성을 제공하기 위하여 변할 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 슬롯(172, 174)은 관성 질량체가 회전 모드에서 시동하는 것을 방지하고 구동 및 감지 시스템에 회전 고조파를 유발하는 것을 방지하기 위하여 관성 질량체(168)의 회전 주파수를 자이로스코프의 제어 루프 통과 대역보다 높게 증가시키도록 구성될 수 있다.
도 12를 참조하여, 비균일하게 분포된 다수의 홀 또는 개구부를 갖는 관성 질량체를 구비한 MEMS형 가속도계(176)의 개략적인 평면도가 설명된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 가속도계(176)는 고정 프레임(178), 관성 질량체(180), 상기 프레임(178)과 관성 질량체(180) 사이에 연결된 다수의 빔(182, 184)을 포함할 수 있다. 동작하는 동안, 빔(182, 184)은 화살표(188)로 대략 표시된 모터 구동축을 따라 프레임(178)의 내부(186) 내에서 앞뒤로 관성 질량체(180)를 구동하도록 구성될 수 있다.
관성 질량체(180)는 제1 단부(190), 제2 단부(192), 제1 측부(194) 및 제2 측부(196)을 갖는 실질적으로 평면의 구조물을 포함할 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 점선(202)으로 대략 표시된 관성 질량체(180)의 내부 영역(200)이 실질적으로 홀 또는 개구부를 가지지 않으면서, 관성 질량체(180)는 관성 질량체(180)의 각 단부(190, 192)에 또는 그 근처에 위치한 홀 또는 개구부(198)의 패턴 또는 배열을 포함할 수 있다.
실시에 있어서, 그리고 본 명세서에 설명된 다른 실시예와 같이, 관성 질량체(180)의 단부(190, 192) 방향으로의 홀 또는 개구부(198)의 분포는 중심선(C)에 대한 관성 질량체(180)의 관성 모멘트를 감소시키며, 부수적으로 원하지 않는 진동 모드에서 관성 질량체(180)가 진동하는 주파수에서의 증가를 가져온다. 회전 주파수에서의 이러한 증가는 원하지 않는 진동 모드의 주파수가 진동하는 빔(182, 184)을 구동하기 위하여 구동 시스템에 의해 사용되는 제어 루프 통과 대역의 주파수보다 높도록 조정될 수 있어, 원하는 구동 및 감지 모드를 유발할 수 있는 회전 고조 파의 레벨을 감소시킨다. 홀 또는 개구부가 중심선에서 멀어져 관성 질량체의 각 단부 방향으로 비균일한 방법으로 분산될 수 있지만, 소정의 애플리케이션에서 홀 또는 개구부가 관성 질량체의 각 단부에서 멀어져 중심선 방향으로 비균일한 방법으로 분산되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 소정의 애플리케이션에서, MEMS 소자의 동작에 영향을 줄 수 있는 다른 원하지 않는 진동 모드를 보상하기 위하여 회전 모드에서 관성 질량체 움직임의 회전 주파수를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 도 13에 도시된 이와 같은 실시예에서, 관성 질량체 구조물(204)은 각 관성 질량체 단부 방향으로 크기가 감소하는 홀 또는 개구부(208)의 배열을 갖는 관성 질량체(206)를 포함할 수 있다. 관성 질량체(206)는 전술한 관성 질량체(12)와 유사하게 구성되며, 유사한 구성요소는 유사한 방법으로 도면 부호가 붙여진다. 그러나, 도 13에 도시된 예시적인 실시예에서, 단부(94, 96)에 가까운 관성 질량체(206)의 주변부가 실질적으로 홀 또는 개구부를 가지지 않으면서, 홀 또는 개구부(208)는 관성 질량체(206)의 중심선 방향으로 위치한다. 예를 들어, 점선(210)으로 대략 표시된 바와 같이, 제1 단부(94) 방향에 위치한 관성 질량체(206)의 주변부는 홀 또는 개구부를 실질적으로 가지지 않는다. 유사한 방법으로, 점선(212)으로 대략 표시된 바와 같이, 제2 단부(96) 방향에 위치한 관성 질량체(206)의 주변부는 마찬가지로 홀 또는 개구부를 실질적으로 가지지 않는다. 이러한 구성에 있어서, 관성 질량체(206)의 무게 분포는 중심선(C)에서보다 단부(94, 96) 방향으로 더 집중되어 있다. 동작하는 동안, 중심선(C)에서 또는 그 근처에서 의 질량 감소는 회전 모드에서 관성 질량체(206)의 회전 주파수의 감소를 가져온다.
홀 또는 개구부(208)의 크기는 관성 질량체(206)의 중심선에 대한 홀 또는 개구부(208)의 위치에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 도 13의 예시적인 실시예에 있어서, 각 수직방향의 행 내의 각 홀 또는 개구부(208)의 면적이 제1 및 제2 단부(94, 96) 방향으로 크기가 감소하면서 홀 또는 개구부(208)의 크기가 중심선(C)으로부터의 거리에 따라 변할 수 있다. 크기가 변하는 홀 또는 개구부(208)의 배열이 도 13에 도시되지만, 원한다면 다른 홀 또는 개구부 구성이 채용될 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 실시예가 가능할 수 있으며, 본 명세서에 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 다른 실시예가 실시될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 본 면세서의 의해 지지되는 본 발명의 많은 이점이 전술한 발명의 상세한 설명에서 설명되었다. 본 명세서는 많은 관점에서 단지 예시적인 것이 이해될 것이다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에 설명된 다양한 구성요소에 관한 수정이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 동작하는 동안, 홀 또는 개구부가 있는 것은 회전 모드에서 중심선에 대하여 회전하는 관성 질량체의 주파수를 변화시켜, 구동 및 감지 시스템에 고조파를 유발하는 것을 감소시킨다.

Claims (20)

  1. 기판; 및
    상기 기판에 인접한 적어도 하나의 관성 질량체 - 상기 관성 질량체 각각은 다수의 단부, 다수의 측부, 두께부 및 상기 관성 질량체의 모터 구동축에 수직인 상기 관성 질량체 중심 부분으로 연장된 중심선을 가짐 -;
    을 포함하며,
    상기 관성 질량체 각각은 상기 두께부로 적어도 일부에 형성된 복수의 홀 또는 개구부를 포함하고, 상기 홀 또는 개구부가 상기 관성 질량체 내에 비균일하게 분포된 MEMS 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    비균일하게 분포된 상기 홀 또는 개구부는 상기 중심선으로부터 상기 관성 질량체의 각 단부 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    비균일하게 분포된 상기 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 각 단부로부터 상기 중심선 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    각 단부에서 또는 그 근처에서의 상기 관성 질량체의 무게는 중심 부분에서의 상기 관성 질량체의 무게보다 작은 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 각 단부에서 또는 그 근처에서 패턴 또는 배열 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 각 단부에서 또는 그 근처에서 엇갈린 패턴 또는 배열 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 두께부 전체로 연장된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 상부로만 연장된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 상부 및 하부로만 연장된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 홀 또는 개구부 각각의 크기는 상기 관성 질량체의 중심선으로부터 멀어지는 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 다수의 슬롯을 구비한 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 중심선을 따라 상기 관성 질량체의 두께부를 통해 배치된 다수의 홀 또는 개구부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 MEMS 소자는 자이로스코프 또는 가속도계인 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  14. 기판;
    상기 기판에 연결된 적어도 하나의 감지 전극;
    상기 적어도 하나의 감지 전극에 인접한 적어도 하나의 관성 질량체 - 상기 관성 질량체 각각은 다수의 단부, 다수의 측부, 두께부 및 상기 관성 질량체의 모터 구동축에 수직인 상기 관성 질량체 중심 부분으로 연장된 중심선을 가짐 -; 및
    상기 관성 질량체의 두께부로 적어도 일부에 형성된 복수의 홀 또는 개구부 - 상기 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체 내에 비균일하게 분포됨 -;
    를 포함하며,
    상기 홀 또는 개구부의 분포는 상기 중심선에 대한 상기 관성 질량체의 회전 주파수를 증가시키게 구성된 MEMS 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    각 단부에서 또는 그 근처에서의 상기 관성 질량체의 무게는 중심 부분에서의 상기 관성 질량체의 무게보다 작은 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 각 단부에서 또는 그 근처에서 패턴 또는 배열 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 상기 관성 질량체의 각 단부에서 또는 그 근처에서 엇갈린 패턴 또는 배열 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 홀 또는 개구부 각각의 크기는 상기 관성 질량체의 중심선으로부터 멀어지는 방향으로 증가하는 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 홀 또는 개구부는 다수의 슬롯을 구비한 것을 특징으로 하는 MEMS 소자.
  20. 기판;
    상기 기판에 연결된 적어도 하나의 감지 전극;
    상기 적어도 하나의 감지 전극에 인접한 적어도 하나의 관성 질량체 - 상기 관성 질량체 각각은 다수의 단부, 다수의 측부, 두께부 및 상기 관성 질량체의 모터 구동축에 수직인 상기 관성 질량체 중심 부분으로 연장된 중심선을 가짐 -;
    상기 관성 질량체의 제1 단부에서 또는 그 근처에서 상기 관성 질량체의 두께부로 적어도 일부에 형성된 홀 또는 개구부의 제1 패턴 또는 배열 - 홀 또는 개구부의 상기 제1 패턴 또는 배열은 홀 또는 개구부를 갖지 않는 상기 관성 질량체의 제1 내부에 인접하게 배치됨 -; 및
    상기 관성 질량체의 제2 단부에서 또는 그 근처에서 상기 관성 질량체의 두께부로 적어도 일부에 형성된 홀 또는 개구부의 제2 패턴 또는 배열 - 홀 또는 개 구부의 상기 제2 패턴 또는 배열은 홀 또는 개구부를 갖지 않는 상기 관성 질량체의 제2 내부에 인접하게 배치됨 -;
    를 포함하는 MEMS 소자.
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