(57)【要約】【課題】追加の費用および物理空間を必要とせず、面外加速度を感知する加速度計を提供する。【解決手段】加速度計は、加えられた加速度に応じて面外感知方向に直線移動可能なように、固定基板に取り付けられたプルーフマスと、感知方向に対し垂直な第１の面内方向にプルーフマスから延び、感知方向に対し垂直な第２の面内方向に横に離間して配置された可動静電容量電極指の第１及び第２の集合と、可動静電容量電極指と相互篏合する、基板に取り付けられた固定静電容量電極指の対応集合とを備え、固定指の第１の集合の厚さは、可動指の第１の集合の厚さよりも薄く、固定指の第２の集合の厚さは、可動指の第２の集合の厚さよりも分厚い。使用時、相互篏合指の隣接対のそれぞれは、それらの対向面の間に、電場を有する。各集合の指が互いに篏合すると、薄化指と厚化指の対向面間の「重なり」度合いにより、相互篏合指の間の電場、従って静電容量が決まる。【選択図】図７Ｂ
2020085891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体により固定基板に取り付けられた略平面のプルーフマスであって、加えられた加速度に応じて面外感知方向に直線移動可能なように、柔軟フレキシャにより前記支持体に結合され、当該プルーフマスは、前記面外感知方向に対し略垂直な第１の面内方向に前記プルーフマスから延び、前記面外感知方向に対し垂直な第２の面内方向に横に離間して配置された可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合を備える、前記プルーフマスと、
前記固定基板に取り付けられた第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極であって、当該第１の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第１の集合を含み、当該第２の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第２の集合を含み、前記固定静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合は、前記第１の面内感知方向に延び、前記第２の面内感知方向に横に離間して配置されている、第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極と、
を備え、
前記固定静電容量電極指の第１の集合は、前記プルーフマスの前記可動静電容量電極指の第１の集合と互いに篏合するように配置され、前記固定静電容量電極指の第２の集合は、前記プルーフマスの前記可動静電容量電極指の第２の集合と互いに篏合するように配置され、
前記固定静電容量電極指の第１の集合の厚さは、前記可動静電容量電極指の第１の集合の厚さよりも薄く、
前記固定静電容量電極指の第２の集合の厚さは、前記可動静電容量電極指の第２の集合の厚さよりも分厚い、加速度計。
【請求項２】
前記可動静電容量電極指の第１の集合及び／または第２の集合の厚さは、前記プルーフマスの厚さとほぼ等しい、請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
前記プルーフマスは、前記可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合と、前記固定静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合とを囲む可動フレームを備える、請求項１または請求項２に記載の加速度計。
【請求項４】
前記プルーフマスは、複数の支持体により前記固定基板に取り付けられ、前記プルーフマスは、複数の柔軟フレキシャにより前記支持体に結合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度計。
【請求項５】
前記プルーフマスは、下部ガラス層と上部ガラス層との間に位置し、前記下部ガラス層及び上部ガラス層は、前記プルーフマスが配置される密封容器を形成することが好ましい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の加速度計。
【請求項６】
前記固定静電容量電極指と前記可動静電容量電極指との間の各隙間は、ほぼ等しい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の加速度計。
【請求項７】
駆動周波数を有する同相ＰＷＭ駆動信号及び逆相ＰＷＭ駆動信号を生成するように配置されたパルス幅変調（ＰＷＭ）発生器をさらに備え、前記同相ＰＷＭ駆動信号及び逆相ＰＷＭ駆動信号は、前記第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極にそれぞれ印加され、これらの固定静電容量電極は交互に充電される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の加速度計。
【請求項８】
前記可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合は、使用時に、前記面外感知方向に加えられた加速度を感知するために、ピックオフ信号を提供するように配置された電気ピックオフ接続をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の加速度計。
【請求項９】
ヌル位置からの前記プルーフマスの変位を表す前記加速度計からの前記ピックオフ信号を検出するように配置された出力信号検出器をさらに備え、前記ヌル位置は、加速度が加えられていないときの前記第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極に対する前記プルーフマスの位置である、請求項８に記載の加速度計。
【請求項１０】
ヌル位置に前記プルーフマスがあるとき、前記固定静電容量電極指の上面は、前記可動静電容量電極指の上面とほぼ同一平面上にあり、前記ヌル位置は、加速度が加えられていないときの前記第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極に対する前記プルーフマスの位置である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の加速度計。
【請求項１１】
単一の密封パッケージに全てが統合された第１の加速度計、第２の加速度計、及び第３の加速度計を備える３軸加速度計であって、
前記第１の加速度計は、第１の加速度計方向に加えられた加速度を測定するように配置され、前記第２の加速度計は、前記第１の加速度計方向に直交する第２の加速度計方向に加えられた加速度を測定するように配置され、
前記第３の加速度計は、前記第１の加速度計方向及び第２の加速度計方向に直交する面外感知方向に加えられた加速度を測定するように配置され、
前記第３の加速度計は、
支持体により固定基板に取り付けられた略平面のプルーフマスであって、加えられた加速度に応じて前記面外感知方向に直線移動可能なように、柔軟フレキシャにより前記支持体に結合され、当該プルーフマスは、可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合であって、前記可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合は、第１の面内方向に延び、第２の面内方向に横に離間して配置されており、前記第１の面内方向及び第２の面内方向は、前記面外感知方向に直交する、前記可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合を備える、プルーフマスと、
前記固定基板に取り付けられた第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極であって、当該第１の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第１の集合を含み、当該第２の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第２の集合を含み、前記固定静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合は、前記第１の面内感知方向に延び、前記第２の面内感知方向に横に離間して配置されている、第１の固定静電容量電極及び第２の固定静電容量電極と、を備え、
前記固定静電容量電極指の第１の集合は、前記プルーフマスの前記可動静電容量電極指の第１の集合と互いに篏合するように配置され、前記固定静電容量電極指の第２の集合は、前記プルーフマスの前記可動静電容量電極指の第２の集合と互いに篏合するように配置され、
前記固定静電容量電極指の第１の集合の厚さは、前記可動静電容量電極指の第１の集合の厚さよりも薄く、
前記固定静電容量電極指の第２の集合の厚さは、前記可動静電容量電極指の第２の集合の厚さよりも分厚い、３軸加速度計。
【請求項１２】
面外感知方向の加速度を感知する加速度計を製作する方法であって、
シリコン基板の第１の表面上に、ブラインドエッチング工程を行うことと、
下部ガラス層の第１の表面に、支持体を陽極接合することと、
前記シリコン基板の第２の表面上に全深エッチング工程を行うことであって、前記ブラインドエッチング及び全深エッチング工程は、柔軟フレキシャにより支持体に結合された略平面プルーフマスを確定し、前記プルーフマスは、可動静電容量電極指の第１の集合及び第２の集合を備え、前記可動静電容量電極指の第１及び第２の集合は、前記面外感知方向に対し略垂直な第１の面内方向に前記プルーフマスから延び、前記面外感知方向に対し垂直な第２の面内方向に横に離間して配置されている、前記シリコン基板の前記第２の表面上に前記全深エッチング工程を行うことと、
前記シリコン基板の第２の表面を上部ガラス層に陽極接合することであって、前記上部ガラス層と下部ガラス層は密封容器を形成する、前記陽極接合することと、
を含み、
前記ブラインドエッチング工程は、
前記固定静電容量電極指の第１の集合の厚さが、前記可動静電容量電極指の第１の集合の厚さよりも薄くなるように、前記固定静電容量電極指の第１の集合をエッチングすることと、
前記固定静電容量電極指の第１の集合の厚さが、前記可動静電容量電極指の第２の集合の厚さよりも分厚くなるように、前記固定静電容量電極指の第２の集合をエッチングすることと、
を含む、面外感知方向の加速度を感知する加速度計を製作する方法。
【請求項１３】
前記可動静電容量電極指の第１の集合の前記それぞれ厚さが、前記プルーフマスの各厚さとほぼ等しくなるように、前記可動静電容量電極指の第１の集合の薄化は行われず、及び／または、前記固定静電容量電極指の第２の集合の前記それぞれの厚さが、前記プルーフマスの各厚さとほぼ等しくなるように、前記固定静電容量電極指の第２の集合の薄化は行われない、請求項１２に記載の面外感知方向の加速度を感知する加速度計を製作する方法。
【請求項１４】
前記下部ガラス層の第１の表面の一部を、前記下部ガラス層の前記第１の表面に前記支持体を陽極接合する前に薄化することをさらに含む、請求項１２または請求項１３に記載の面外感知方向の加速度を感知する加速度計を製作する方法。
【請求項１５】
前記上部ガラス層の前記第１の表面の一部を、前記シリコン基板に前記上部ガラス層の前記第１の表面を陽極接合する前に薄化することをさらに含む、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の面外感知方向の加速度を感知する加速度計を製作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、加速度計に関し、特に面外加速度を感知する平面状静電容量型加速度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型加速度計は通常、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスとして、シリコンから製造される。これらの小型デバイスは通常、プルーフマスを備え、これは、柔軟フレキシャを用いて支持体または「基板」に対し可動的に取り付けられ、並びに、加えられた加速度に応じてデバイスが感知方向に移動するときに、デバイス内に閉じ込められた気体媒質がプルーフマスに制振をもたらすように、密封されている。静電容量型加速度計には通常、基板に取り付けられた固定電極と、プルーフマスに取り付けられた可動電極が設けられ、プルーフマスの偏位を検出するように、電極間の差動静電容量が測定される。ＭＥＭＳデバイスの共振周波数は、プルーフマスの質量、及び柔軟フレキシャの正のバネ定数により、定義される。
【０００３】
数多くの用途に関して、３次元空間のいずれの方向でも加速度を測定することができるように、デカルト空間で定義された３つの直交方向、すなわちｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸で、加速度を検出することが望ましい。これを達成するために、本技術分野で知られている数多くの慣性測定装置（ＩＭＵ）は、互いに直交して配置された３つの加速度計パッケージを用い、従って各軸に加速度計が設けられている。各パッケージには、１つの加速度計と共に、関連するボンドワイヤが含まれる。しかしながら、３つの個別の加速度計パッケージの使用は、通常、追加の費用が発生し、概して、３つの個別パッケージを収容するために、追加の物理空間が必要となる。
【０００４】
Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ（登録商標）から入手可能なＧｅｍｉｎｉ（登録商標）加速度計は、２つの軸の加速度、すなわち面内加速度を感知することができる２軸加速度計を単一のパッケージ内に設けており、これは数多くの用途に適している。しかしながら、面外加速度を感知するには、上記のように、追加の加速度計が必要である。
【０００５】
従って、従来の３軸加速度計では通常、少なくとも２つの加速度計パッケージを使用する必要があり、１つの加速度計パッケージを「その側方」に配置し、その隣に別の加速度計パッケージを配置することで、直交する全３方向の感知を行う。本開示の少なくともいくつかの好ましい実施例は、この問題への対処を試みる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様によれば、加速度計が提供され、加速度計は、
支持体により固定基板に取り付けられた略平面のプルーフマスであって、加えられた加速度に応じて面外感知方向に直線移動可能なように、柔軟フレキシャにより支持体に結合され、
プルーフマスは、面外感知方向に対し略垂直な第１の面内方向にプルーフマスから延び、面外感知方向に対し垂直な第２の面内方向に横に離間して配置された可動静電容量電極指の第１及び第２の集合を備える、プルーフマスと、
固定基板に取り付けられた第１及び第２の固定静電容量電極であって、第１の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第１の集合を含み、第２の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第２の集合を含み、固定静電容量電極指の第１及び第２の集合は、第１の面内感知方向に延び、第２の面内感知方向に横に離間して配置されている、第１及び第２の固定静電容量電極と、を備え、
固定静電容量電極指の第１の集合は、プルーフマスの可動静電容量電極指の第１の集合と互いに篏合するように配置され、固定静電容量電極指の第２の集合は、プルーフマスの可動静電容量電極指の第２の集合と互いに篏合するように配置され、
固定静電容量電極指の第１の集合の厚さは、可動静電容量電極指の第１の集合の厚さよりも薄く、
固定静電容量電極指の第２の集合の厚さは、可動静電容量電極指の第２の集合の厚さよりも分厚い。
【０００７】
使用時、相互篏合指の隣接対のそれぞれは、それらの対向面の間に、電場を有することが認識されている。各集合の指が互いに篏合すると、薄化指と厚化指の対向面間の「重なり」度合いにより、相互篏合指の間の電場、従って静電容量が決まる。加速度計が面外方向に加速すると、各相互篏合集合の可動指は、その集合の対応する固定指に対して、略平面プルーフマスの面外の「上方」または「下方」に動く。
【０００８】
１つの集合の可動指を薄化し、もう１つの集合の固定指を薄化することにより、特定方向への加速に対し、相互篏合指の１つの集合の静電容量は増加し、相互篏合指のもう１つの集合の静電容量は減少する（反対方向への加速に対しては、各集合の静電容量の増加及び減少は逆転する）。一般に、面外加速に応じて可動指が上向きまたは下向きに動くと、固定指の対向面と可動指の対向面との重なり度合いが変化し、電場が変化する。この重なりが変化すると、隣接する固定指と可動指の間の静電容量も変化する。具体的には、重なりの量が増加すると、静電容量は増加する。
【０００９】
従って、本開示は、プルーフマスに関して面外に加えられた加速度（すなわちプルーフマスの平面に垂直な加速度）を感知し得る加速度計を提供することが、当業者には理解されよう。有利なことに、ｚ軸加速度計は平面状であるため、ｘ軸及び／またはｙ軸加速度計と共に、好ましくは単一の３軸加速度計パッケージを形成するために両加速度計と共に、単一の加速度計パッケージ内に製造することができ、これにより、複数の加速度計パッケージを互いに直交するように配置する必要がなくなる。このような配置の場合、３つの加速度計の３つのプルーフマスは全て同じ平面上にあり、同じウェーハから形成することさえも可能である。
【００１０】
本開示の第１の態様によれば、加速度計は、２対の相互篏合指集合を有する。１つの相互篏合指集合は、固定指が、相互篏合する対応可動指よりも薄く、一方、もう１つの相互篏合指集合は、可動指が固定指よりも薄い。
【００１１】
１つの相互篏合集合内の可動指を相対的に薄化し、もう１つの相互篏合集合内の固定指を相対的に薄化することにより、例えば、正のｇ加速度に起因して、薄化可動指を有する相互篏合集合の指の間の静電容量は増加し、薄化固定指を有するもう１つの相互篏合集合の指の間の静電容量は減少することが、認識されている。逆に、負のｇ加速度に起因して、薄化可動指を有する相互篏合集合の指の間の静電容量は減少し、薄化固定指を有するもう１つの相互篏合集合の指の間の静電容量は増加する。２つの相互篏合集合の間の差動静電容量は、加えられた面外加速度の実質的尺度である。
【００１２】
上記の利点は、指集合のそれぞれの好適な厚さにより得ることができると、本出願人は認識している。しかしながら、いくつかの実施例では、可動静電容量電極指の第１の集合の厚さは、プルーフマスの厚さとほぼ等しい。いくつかの潜在的に重複する実施例では、固定静電容量電極指の第２の集合の厚さは、プルーフマスの厚さとほぼ等しい。プルーフマスの全厚をより厚化した電極指に適用することで、薄化指の所与の厚さに関して、薄化指と厚化指との厚さの差を最大化することができる。これは、達成可能な薄化度合いが制限要因である場合に、特に有利である。
【００１３】
柔軟フレキシャと薄化指は、互いに異なる厚さを有する場合があるが、少なくともいくつかの実施例では、固定静電容量電極指の第１の集合の厚さは、フレキシャの厚さとほぼ等しい。潜在的に重複する実施例の集合では、可動静電容量電極指の第２の集合の厚さは、フレキシャの厚さとほぼ等しい。
【００１４】
フレキシャ（複数可）の厚さにより、面外共振周波数が決定され得、ほんの一例としては、２〜３ｋＨｚに設定され得、これは典型的なｇ（重力加速度）範囲である±３０ｇに対応し得る。これは、製造工程中に、電極及びフレキシャの両方にバックエッチングを使用することで、達成され得る。フレキシャが薄すぎると脆弱すぎる場合があるため、１００〜１５０ミクロンであり得るシリコン基板（すなわちウェーハ）の厚さに対して、典型的な残厚は、２０〜４０ミクロンであり得る。この同じ厚さ（２０〜４０μｍ）は、薄化指にも好適であり、よって有利なことに、フレキシャと薄化指の両方に、単一のバックエッチング工程を用いることができる。
【００１５】
特に可動プルーフマスの構成に関して、本開示を容易に適用することができる多くのデバイス形状も存在する。いくつかの実施例では、プルーフマスは、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合と、固定静電容量電極指の第１及び第２の集合とを囲む可動フレームの形態を取り得る。可動静電容量電極指は、プルーフマスのフレーム内に対称的に配置され得る。フレームは長方形であり得るが、別の形状であってもよい。他の実施例では、プルーフマスは、外側に突出した形状を有し得、固定静電容量電極指の内側に配置され得る。
【００１６】
いくつかの実施例では、プルーフマスは、複数の支持体により固定基板に取り付けられ、プルーフマスは、複数の柔軟フレキシャにより支持体に結合されている。各支持体は、少なくともいくつかの実施例では、固定基板に結合され得る。これは、以下でさらに詳しく概説されるように、例えば、支持体を固定基板に陽極接合することにより、達成され得る。
【００１７】
固定基板は、少なくともいくつかの実施例では、ガラス層を含み得る。このような実施例の好ましい集合では、プルーフマスは、下部ガラス層と上部ガラス層との間に位置し、下部ガラス層及び上部ガラス層は、プルーフマスが中に配置される密封容器を形成することが好ましい。加速度計の外周部（例えば通常はシリコン感知層であるプルーフマスを含む感知層の周囲部分）は、いくつかの実施例では、プルーフマスを取り囲み、密封容器を形成するように、上部ガラス層及び下部ガラス層と連通し得る。容器を密封することにより、湿気及び／または微粒子の侵入は有利に防止され得る。密封された容器は、いくつかの実施例では、制振をもたらすガスで充填され得る。
【００１８】
いくつかの実施例では、固定静電容量電極指と可動静電容量電極指との間の各隙間は、ほぼ等しい。このような実施例によれば、相互篏合指の間に、面内「オフセット」は実質的に存在しない。その結果、加速度計は、面内加速度に実質的に反応しない。
【００１９】
いくつかの実施例では、加速度計はさらに、パルス幅変調（ＰＷＭ）発生器を備え、ＰＷＭ発生器は、駆動周波数を有する同相ＰＷＭ駆動信号及び逆相ＰＷＭ駆動信号を生成するように配置され、当該同相ＰＷＭ駆動信号及び逆相ＰＷＭ駆動信号は、第１及び第２の固定静電容量電極にそれぞれ印加され、これによりこれらは交互に充電される。
【００２０】
潜在的に重複する実施例の集合では、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合はさらに、使用時に、面外感知方向に加えられた加速度を感知するために、ピックオフ信号を提供するように配置された電気ピックオフ接続を含む。これらの電気ピックオフ接続は、出力電圧（すなわちピックオフ信号）を提供し、これは、いくつかの実施例では、印加された振幅を特定することができる処理装置に供給され得る。いくつかのこのような実施例では、加速度計はさらに、ヌル位置からのプルーフマスの変位を表す加速度計からのピックオフ信号を検出するように配置された出力信号検出器を備え、ヌル位置は、加速度が加えられていないときの第１及び第２の固定静電容量電極に対するプルーフマスの位置である。
【００２１】
加速度計の物理的サイズ及び厚さは、加速度計が使用される特定の用途に従って選択され得ることが、当業者には理解されよう。例えば、特定の用途では２０ｎｍ／ｇの感度が望ましい場合があり、これは、例えば３ｋＨｚの共振周波数で達成することができる。このような共振周波数は、約１００μｍ〜１５０μｍの厚さのシリコンウェーハを用い、並びに好適な長さのフレキシャと共に相対的薄化指を約３０μｍに薄化することで、達成され得る。
【００２２】
いくつかの実施例では、固定静電容量電極指及び可動静電容量電極指は、単一のウェーハ、好ましくは単一のシリコンウェーハで、形成される。この単一のウェーハは、上記で概説した構造的特徴を提供するために、製造工程中にエッチングされ得る。
【００２３】
相互篏合静電容量電極指の対向面の間の電場はまた、その周辺に、すなわち隣接する相互篏合指の対向面の物理的境界を越えて広がる電場の周辺部分に、付随「フリンジ磁場」を含み得る。よって、ヌル位置における対向面間の物理的な「重なり」の量は、加速を受けて、厚化指の対向面から広がる空間体積のさらに内側に薄化指が配置されるときと同じであり得るが（すなわち両事例とも、薄化指の面全体が、厚化指の面から広がる空間体積の「中」に存在するため）、薄化指が当該体積のさらに内側に配置された場合、その体積を越えて広がるフリンジ磁場は、プルーフマスがヌル位置にあるときよりも少ないことから、電場の観点からすると、より大きい重なりが存在する。
【００２４】
固定静電容量電極指及び可動静電容量電極指の相対的高さは、同じである必要はない。面外感知方向でのプルーフマスの位置の変化により、静電容量に変化が生じた場合に（例えば上記で概説されたフリンジ磁場の影響により）、加えられた面外加速度は特定され得る。しかしながら、いくつかの実施例では、加速度が加えられていないときの第１及び第２の固定静電容量電極に対するプルーフマスの位置であるヌル位置に、プルーフマスがあるとき、固定静電容量電極指の上面は、可動静電容量電極指の上面とほぼ同一平面上にある。これにより、少なくともいくつかの実施例では、有利なことに、ウェーハを前面と背面の両方からエッチングすることで指を薄化する必要はなくなる。言い換えると、指を全て単一のウェーハで形成して、片側からのブラインドエッチングにより薄化指を形成することができ、従って、全ての指の反対側は、ヌル位置と同一平面上に保たれる。
【００２５】
加速度計は、開ループで作動してもよく（加速度を受けたときに、プルーフマスは移動することを許可されている）、または閉ループで作動してもよい（加速度を受けたときに、プルーフマスがそのヌル位置に戻るように、プルーフマスに復元力が加えられる）。
【００２６】
本開示の第２の態様によれば、単一の密封パッケージに全てが統合された第１、第２、及び第３の加速度計を備える３軸加速度計が提供され、
第１の加速度計は、第１の加速度計方向に加えられた加速度を測定するように配置され、第２の加速度計は、第１の加速度計方向に直交する第２の加速度計方向に加えられた加速度を測定するように配置され、
第３の加速度計は、第１及び第２の加速度計方向に直交する面外感知方向に加えられた加速度を測定するように配置され、
第３の加速度計は、
支持体により固定基板に取り付けられた略平面のプルーフマスであって、加えられた加速度に応じて面外感知方向に直線移動可能なように、柔軟フレキシャにより支持体に結合され、
プルーフマスは、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合であって、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合は、第１の面内方向に延び、第２の面内方向に横に離間して配置されており、当該第１及び第２の面内方向は、面外感知方向に直交する、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合を備える、プルーフマスと、
固定基板に取り付けられた第１及び第２の固定静電容量電極であって、第１の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第１の集合を含み、第２の固定静電容量電極は、固定静電容量電極指の第２の集合を含み、固定静電容量電極指の第１及び第２の集合は、第１の面内感知方向に延び、第２の面内感知方向に横に離間して配置されている、第１及び第２の固定静電容量電極と、を備え、
固定静電容量電極指の第１の集合は、プルーフマスの可動静電容量電極指の第１の集合と互いに篏合するように配置され、固定静電容量電極指の第２の集合は、プルーフマスの可動静電容量電極指の第２の集合と互いに篏合するように配置され、
固定静電容量電極指の第１の集合の厚さは、可動静電容量電極指の第１の集合の厚さよりも薄く、
固定静電容量電極指の第２の集合の厚さは、可動静電容量電極指の第２の集合の厚さよりも分厚い。
【００２７】
本開示の第３の態様によれば、本開示の第２の態様による３軸加速度計を備える慣性測定装置が提供され、当該慣性測定装置はさらに、第１、第２、及び第３のジャイロスコープを備え、これらは各自、第１、第２、及び第３のジャイロスコープ感知方向に関する角速度をそれぞれ測定するように配置されている。
【００２８】
第１の態様に関連して上述した好ましい及び任意の特徴は、第２及び第３の態様に等しく適用される。
【００２９】
個々の加速度計（及び該当する場合はジャイロスコープ）は、それぞれ個別に密封容器を備え得る。いくつかの潜在的に重複する実施例では、３軸加速度計（及び／または必要に応じて慣性測定装置）は、第１、第２、及び第３の加速度計（並びに任意で第１、第２、及び第３のジャイロスコープ）を含む密封容器を備える。
【００３０】
例えば慣性測定装置に、加速度計とジャイロスコープの両方が設けられる場合、加速度計はジャイロスコープとは別に密封され得、その後、加速度計の密封容器及びジャイロスコープの密封容器はさらに、ＩＭＵレベルの密封容器内に密閉され得る。あるいは、加速度計及びジャイロスコープは、単一の共通容器内に密封され得る。
【００３１】
本開示の第４の態様によれば、面外感知方向の加速度を感知する加速度計を製作する方法が提供され、方法は、
シリコン基板の第１の表面上に、ブラインドエッチング工程を行うことと、
下部ガラス層の第１の表面に、支持体を陽極接合することと、
シリコン基板の第２の表面上に全深エッチング工程を行うことであって、当該ブラインドエッチング及び全深エッチング工程は、柔軟フレキシャにより支持体に結合された略平面プルーフマスを確定し、プルーフマスは、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合を備え、可動静電容量電極指の第１及び第２の集合は、面外感知方向に対し略垂直な第１の面内方向にプルーフマスから延び、面外感知方向に対し垂直な第２の面内方向に横に離間して配置されている、シリコン基板の第２の表面上に全深エッチング工程を行うことと、
下部ガラス層と共に密封容器を形成する上部ガラス層に、シリコン基板の第２の表面を陽極接合することと、
を含み、
ブラインドエッチング工程は、
固定静電容量電極指の第１の集合の厚さが、可動静電容量電極指の第１の集合の厚さよりも薄くなるように、当該固定静電容量電極指の第１の集合をエッチングすることと、
固定静電容量電極指の第１の集合の厚さが、可動静電容量電極指の第２の集合の厚さよりも分厚くなるように、当該固定静電容量電極指の第２の集合をエッチングすることと
を含む。
【００３２】
「ブラインド」エッチング工程は、材料を完全に切断することなく材料をエッチング除去することを含み、すなわち、エッチングは、別の材料で停止するのではなく、代わりにエッチングされる材料の途中で停止することが、当業者には理解されよう。逆に、全深または「貫通」エッチング工程は、材料を通して反対側までエッチングすることを含み、従って、エッチングされる材料を貫通する穴を作る。
【００３３】
いくつかの実施例では、可動静電容量電極指の第１の集合の厚さがプルーフマスの厚さとほぼ等しくなるようにするため、可動静電容量電極指の第１の集合の薄化は行われない。潜在的に重複する実施形態の集合では、固定静電容量電極指の第２の集合の厚さがプルーフマスの厚さとほぼ等しくなるようにするため、固定静電容量電極指の第２の集合の薄化は行われない。前に説明したように、プルーフマスの全厚を厚化指に使用することで、薄化指の所与の厚さに関して、薄化指と厚化指との厚さの差を最大化することができる。
【００３４】
いくつかの実施例では、方法は、下部ガラス層の第１の表面に支持体を陽極接合する前に、下部ガラス層の第１の表面の一部を薄化することを含む。加速度が加えられ、プルーフマスが下部ガラス層に向かって面外に動かされるとき、プルーフマスが入り込む追加の物理空間が、下部ガラス層に「事前に空洞を形成」することで設けられる。
【００３５】
いくつかの潜在的に重複する実施例では、方法は、シリコン基板に上部ガラス層の第１の表面を陽極接合する前に、上部ガラス層の第１の表面の一部を薄化することを含む。この場合も同様に、加速度が加えられ、プルーフマスが上部ガラス層に向かって面外に動かされるとき、プルーフマスが入り込む追加の物理空間が、上部ガラス層に「事前に空洞を形成」することで設けられる。さらに、陽極接合工程中に生じ得る加速度計構造への損傷、例えば加速度計構造に印加される高電圧が原因の損傷であって、上部ガラス層に近すぎると加速度計構造を壊し得る損傷は、上部ガラス層に事前に空洞を形成することで、回避され得る。
【００３６】
いくつかの実施例では、方法は、ダウンホールビアを通してシリコン基板に接続する電気ピックオフ接続を、上部ガラス層上に設けることを含み、当該電気ピックオフ接続は、使用時に、面外感知方向に加えられた加速度を感知するために、出力電圧を提供するように配置される。
【００３７】
いくつかの実施例では、方法は、上部ガラス層の外面上にエッチング工程を行って、１つ以上のダウンホールビアを設けることを含む。
【００３８】
いくつかの実施例では、ブラインドエッチング工程はさらに、支持体をエッチングして、当該支持体の厚さを減少させることを含む。支持体の厚さにより、加速度計の面外共振周波数が少なくとも部分的に決まり得ることが、当業者には理解されよう。このような実施例によれば、この薄化ステップは、固定静電容量電極指の第１の集合及び可動静電容量電極指の第２の集合の薄化と同時に、有利に実行され得る。
【００３９】
通常、ウェーハは、陽極接合の前にバックエッチング工程が生じることから、適度に頑強である必要があり、よってシリコン基板ウェーハは、それ自体が取り扱い易くあることが好ましいことが、当業者には理解されよう。いくつかの実施例では、バックエッチング工程中にシリコン基板を支持するために、シリコン基板は、ハンドルウェーハに一時的に取り付けられる。例示的なハンドルウェーハは、ワックスによりシリコン基板ウェーハに一時的に接合された追加のシリコンウェーハを含む。
【００４０】
本開示の特定の実施例はここで、添付の図面を参照して、単なる例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本開示の一実施例による加速度計の断面図である。
【図２】図１の加速度計パッケージのシリコン基板層の俯瞰平面図である。
【図３Ａ】図２の下部静電容量電極指集合の断面図である。
【図３Ｂ】図２の下部静電容量電極指集合の断面図である。
【図３Ｃ】図２の下部静電容量電極指集合の断面図である。
【図４Ａ】図２の上部静電容量電極指集合の断面図である。
【図４Ｂ】図２の上部静電容量電極指集合の断面図である。
【図４Ｃ】図２の上部静電容量電極指集合の断面図である。
【図５】開ループ動作用に接続された加速度計のブロック図である。
【図６Ａ】静電容量電極指集合の間のフリンジ磁場の影響を例示するブロック図である。
【図６Ｂ】静電容量電極指集合の間のフリンジ磁場の影響を例示するブロック図である。
【図６Ｃ】静電容量電極指集合の間のフリンジ磁場の影響を例示するブロック図である。
【図７Ａ】固定静電容量電極指を囲む等電位線を例示するブロック図である。
【図７Ｂ】固定静電容量電極指を囲む等電位線を例示するブロック図である。
【図７Ｃ】固定静電容量電極指を囲む等電位線を例示するブロック図である。
【図８】本開示の一実施例による図１の加速度計を含む３軸加速度計のブロック図である。
【図９】本開示の別の実施例による図１の加速度計を含む慣性測定装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１は、本開示の一実施例による加速度計２の断面図である。加速度計２は、シリコン基板４を上部ガラス基板６と下部ガラス基板８（すなわちガラス層）の間に「挟み」、密封（すなわち気密）アセンブリを形成して、構成される。これらの層４、６、８は、組み立て時に破線矢印１０に示されるように一緒に積み重ねられる。
【００４３】
シリコン基板４の「裏面」が「ブラインドエッチング」されることで、略平面プルーフマス１２及び柔軟フレキシャ１４、１６の薄化領域が画定され、これらは、下記に説明される全深エッチング工程がその後行われると、このようになる。これらの柔軟フレキシャ１４、１６は、バルクシリコン基板４と比べて実質的に「薄化」され、プルーフマス１２と一対の支持体１８、２０との間の弾性連結を提供し、この薄化は、ブラインドエッチング工程中に達成される。プルーフマス１２及び柔軟フレキシャ１４、１６の構造及び機能は、図２に関して下記でさらに詳しく論述される。柔軟フレキシャ１４、１６は、プルーフマス１２のｚ軸方向の動きを可能にする。
【００４４】
ブラインドエッチング工程中、静電容量電極指のうちのいくつかも、バルクシリコン基板４の厚さに対して薄化される。これについては、図２に関して下記でさらに詳しく説明する。
【００４５】
組み立ての前に、下部ガラス基板８は、ガラスの中央部２２を薄化する「事前空洞形成」の処理工程を受ける。この事前空洞形成は、当技術分野で知られている任意の好適な工程を用いて達成されるが、このような工程の１つはウェットエッチングである。下部ガラス基板８の一表面にウェットエッチングを施す（またはある他の方法を用いる）ことにより、中央部２２の厚さは減少され、加速度計２が組み立てられたときに、プルーフマス１２が入ることができる空洞領域が提供される。
【００４６】
柔軟フレキシャ１４、１６の「基底」を形成する支持体１８、２０は、下部ガラス基板８の非空洞化周辺部に陽極接合される。柔軟フレキシャ１４、１６自体は、陽極接合されておらず自由であり、プルーフマス１２の移動を可能にする。従って、支持体１８、２０は、シリコン基板４と下部ガラス基板８との接触点を提供する。
【００４７】
シリコンを切断するために、シリコン基板４の「前面」に全深（または「貫通」）エッチング工程が行われ、その結果、プルーフマス１２は、柔軟フレキシャ１４、１６によってのみ周囲シリコンに結合された状態となる。この全深エッチング工程はまた、図２に関して後述されるように、相互篏合静電容量電極指を互いに分離する。
【００４８】
下部ガラス基板８と同様に、上部ガラス基板６も、組み立て前に、例えば深さ１５μｍまで事前空洞形成（例えばウェットエッチング）工程を受けて、いくつかの空洞２８，３０が設けられた成形上部ガラス基板６が生成され、結果、ガラスにいくつかの厚化支持部３２が設けられる。プルーフマス１２を上部ガラス基板６に向かって移動させる加速度が加速度計２に加えられたとき、これらの空洞２８、３０により、プルーフマス１２の動きが可能となる。
【００４９】
上部ガラス基板６の支持部３２は、シリコン基板４の前面（すなわち上面）に陽極接合される。通常、アセンブリ２は、空気、ネオン、またはアルゴンなどのガスで充填され、これにより使用時の制振がもたらされる。
【００５０】
次に、いくつかのダウンホールビア３４、３６、３８、４０を設けるために、上部ガラス基板６の最上面に、粉体噴射工程が行われる。図２により明確に示されるように、プルーフマス１２の上に、２つのダウンホールビア３８、４０がｘ軸に沿って前後に配置されていることに留意されたい。
【００５１】
図２は、図１の加速度計２のシリコン基板層４の俯瞰平面図である。シリコン基板層４は、中央に配置された２つの固定静電容量電極４２、４４、すなわち上部固定静電容量電極４２及び下部固定静電容量電極４４を有する。固定静電容量電極指４６の上部集合は、ｙ軸に沿って上部固定静電容量電極４２から延び、ｘ軸に沿って互いに分離した状態であり、ｘ軸及びｙ軸は、感知方向であるｚ軸に直交する（すなわち垂直である）。固定静電容量電極指４８の下部集合は、ｙ軸に沿って下部固定静電容量電極４４から延び、ｘ軸に沿って互いに分離した状態である。
【００５２】
プルーフマス１２は、可動静電容量電極指５０の上部集合と、可動静電容量電極指５２の下部集合とを備える。可動静電容量電極指５０の上部集合は、固定静電容量電極指４６の上部集合と互いに篏合するように配置され、可動静電容量電極指５２の下部集合は、固定静電容量電極指４８の下部集合と互いに篏合するように配置される。示されるように、各指と２つの隣接する指との間のそれぞれの隙間は、両側とも同じであり、すなわち指に実質的面内オフセットは存在しない。
【００５３】
下部ガラス基板８に陽極接合された支持体１８、２０は、薄化柔軟フレキシャ１４、１６を介して、プルーフマス１２に結合される。これらの柔軟フレキシャ１４、１６により、プルーフマス１２は、加えられた面外加速度に応じて（すなわちｚ軸に沿って）、面外に移動することが可能になる。
【００５４】
シリコン基板層４の周辺部５４は、デバイスの周りに境界を設け、組み立てられたときにこれは、上部ガラス層６及び下部ガラス層８と共に、プルーフマス１２を密封容器内に封じ込む側壁を形成する。ガラスは、ｘ軸及び／またはｙ軸加速計も封じ込めるように配置され、単一の密封容器内に３軸加速度計を形成し得ることが理解されよう。この周辺部５４は、全てのエッチング段階が完了した後に、加速度計の内部から電気的に絶縁される。
【００５５】
上部ガラス基板６上に設けられたダウンホールビア３４は、周辺部５４へ電気接続を提供し、具体的には、使用時にシリコン基板層４の外枠５４が接地されるように、電気接地用の電気接続を提供する。
【００５６】
他の２つのダウンホールビア３８、４０はそれぞれ、上部固定静電容量電極４２及び下部固定静電容量電極４４に電気接続を提供する。図５に示されるように、これらのダウンホールビア３８、４０は、同相ＰＷＭ駆動信号及び逆相ＰＷＭ駆動信号を提供するＰＷＭ発生器５６に接続されており、これは当業者によく理解されよう。
【００５７】
さらにダウンホールビア３６は、支持体１８のうちの１つに設けられ、プルーフマス１２を含むシリコンに電気接続を提供する。図５に示されるように、プルーフマス１２のｚ軸方向の変位を表す加速度計２からのピックオフ信号を検出する出力信号検出器５８に、このダウンホールビア３６は接続されている。
【００５８】
図３Ａ〜図３Ｃは、図２の下部静電容量電極指集合の断面図である。相互篏合指の下部集合では、固定静電容量電極指４８の下部集合は、シリコン基板４の全厚を有し、一方、可動静電容量電極指５２の下部集合は、バックエッチング工程中に薄化され、よって固定静電容量電極指４８の下部集合よりも薄い。
【００５９】
図３Ａは、加速度計２がいずれの面外加速度も受けていない、すなわちゼロのｇ力下で加速度計２がそのヌル位置にあるときの下部静電容量電極指集合を示す。示されるように、薄化された下部可動静電容量電極指５２の上部は、全厚の下部固定静電容量電極指４８の上部とほぼ平行に、かつ同じ高さに位置している。下部可動静電容量電極指５２は薄化されたため、下部可動静電容量電極指５２の底部は、下部固定静電容量電極指４８の上部と底部との間に位置する。その結果、下部可動静電容量電極指５２の対向面は、下部固定静電容量電極指４８の対向面内に主に位置する（すなわち重なり合う）。
【００６０】
図３Ｂは、加速度計２がｚ軸に沿って下向きの面外加速度を受けている、すなわち正のｇ力下にあるときの下部静電容量電極指集合を示す。加速度計２が下向きに加速すると、下部可動静電容量電極指５２は、下部固定静電容量電極指４８に対して上方に変位し、よってこれらの対向面間の重なりは少なくなり、これにより、重なりに起因して電場の大きさが縮小され、またフリンジ磁場の影響も低減される。結果、下部可動静電容量電極指５２と下部固定静電容量電極指４８との間の静電容量は減少する。フリンジ磁場の影響については、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、下記で説明される。
【００６１】
逆に、図３Ｃは、加速度計２がｚ軸に沿って上向きの面外加速度を受けている、すなわち負のｇ力下にあるときの下部静電容量電極指集合を示す。加速度計２が上向きに加速すると、下部可動静電容量電極指５２は、下部固定静電容量電極指４８に対して下方に変位する。これらの対向面間の垂直の重なりに変化はないが、この移動はフリンジ磁場の影響を増大させ、これにより総電場強度、よって静電容量も増加する。結果、下部可動静電容量電極指５２と下部固定静電容量電極指４８との間の静電容量は増加する。
【００６２】
図４Ａ〜図４Ｃは、図２の上部静電容量電極指集合の断面図である。相互篏合指の上部集合では、可動静電容量電極指５０の上部集合は、シリコン基板４の全厚を有し、一方、固定静電容量電極指４６の上部集合は、バックエッチング工程中に薄化され、よって可動静電容量電極指５０の上部集合よりも薄い。
【００６３】
図４Ａは、加速度計２がいずれの面外加速度も受けていない、すなわちゼロのｇ力下で加速度計２がそのヌル位置にあるときの上部静電容量電極指集合を示す。示されるように、全厚の上部可動静電容量電極指５０の上部は、薄化された上部固定静電容量電極指４６の上部とほぼ平行に、かつ同じ高さに位置している。上部固定静電容量電極指４６は薄化されたため、上部固定静電容量電極指４６の底部は、上部可動静電容量電極指５０の上部と底部との間に位置する。その結果、上部固定静電容量電極指４６の対向面は、上部可動静電容量電極指５０の対向面内に主に位置する（すなわち重なり合う）。
【００６４】
図４Ｂは、加速度計２がｚ軸に沿って下向きの面外加速度を受けている、すなわち正のｇ力下にあるときの上部静電容量電極指集合を示す。加速度計２が下向きに加速すると、上部可動静電容量電極指５０は、上部固定静電容量電極指４６に対して上方に変位する。これらの対向面間の垂直の重なりに変化はないが、この移動はフリンジ磁場の影響を増大させ、これにより総電場強度、よって静電容量も増加する。結果、上部可動静電容量電極指５０と上部固定静電容量電極指との間の静電容量は増加する。
【００６５】
逆に、図４Ｃは、加速度計２がｚ軸に沿って上向きの面外加速度を受けている、すなわち負のｇ力下にあるときの上部静電容量電極指集合を示す。加速度計２が上向きに加速すると、上部可動静電容量電極指５０は、上部固定静電容量電極指４６に対して下方に変位し、よってこれらの対向面間の重なりは少なくなり、これにより、重なりに起因して電場の大きさが縮小され、またフリンジ磁場の影響も低減される。結果、上部可動静電容量電極指５０と上部固定静電容量電極指４６との間の静電容量は減少する。
【００６６】
従って、正のｇ力の下では、下部集合の相互篏合指４８、５２間の静電容量は減少し、上部集合の相互篏合指４６、５０間の静電容量は増加する。負のｇ力の下では、下部集合の相互篏合指４８、５２間の静電容量は増加し、上部集合の相互篏合指４６、５０間の静電容量は減少する。相互篏合指の上部集合と相互篏合指の下部集合との間の差動静電容量は、加えられた面外加速度の実質的尺度である。
【００６７】
図６Ａ〜図６Ｃは、前述の静電容量電極指集合の間のフリンジ磁場の影響を例示するブロック図である。これらの図は単に例示であり、本開示による特定のデバイスのフリンジ磁場の影響は、シミュレーションを通して、例えば有限要素モデルを用いて、理解され得ることに留意されたい。
【００６８】
厚さ１０１を有する厚化静電容量性構造体１００は、厚化静電容量性構造体１００の厚さ１０１よりも薄い厚さ１０３を有する薄化静電容量性構造体１０２の反対側に配置される。これらの厚化及び薄化静電容量性構造体１００、１０２のうちの１つは可動指であり、もう１つの静電容量性構造体１００、１０２は固定指であるが、図は、これらがどちらであるかに限定されず、どの相互篏合静電容量電極指の集合が適用されるかに依存する。
【００６９】
図６Ａは、各静電容量性構造体１００、１０２の上面が互いに同一平面上にあるように、ヌル位置にある静電容量性構造体１００、１０２を示す。静電容量性構造体１００、１０２の対向面の間に、電場１０４が存在する。電場の周囲には、フリンジ磁場１０６、１０８が存在し、これは、薄化静電容量性構造体１０２の物理的境界を越えて広がる。参照の便宜上、「上部」フリンジ磁場１０６及び「下部」フリンジ磁場１０８が示されるが、実際にフリンジ磁場は、薄化静電容量性構造体１０２の周囲全体から広がることが理解されよう。このフリンジ磁場は、静電容量性構造体１００、１０２の間の総電場１０４に寄与し、従って同様に、これらの静電容量に寄与する。
【００７０】
図６Ｂは、薄化静電容量性構造体１０２が厚化静電容量性構造体１００に対して上方に移動したときの静電容量性構造体１００、１０２を示す。この場合、静電容量性構造体１００、１０２の対向面間の重なりが少なくなるため、垂直磁場及びフリンジ磁場上部１０６の影響は低減され、従って静電容量性構造体１００、１０２の間の総電場１０４の低減が生じ、よってこれらの間の静電容量は減少する。
【００７１】
図６Ｃは、薄化静電容量性構造体１０２が厚化静電容量性構造体１００に対して下方に移動したときの静電容量性構造体１００、１０２を示す。図６Ａ及び図６Ｃにおける対向面間の「物理的重なり」の量は、どちらの場合も、薄化静電容量性構造体１０２の面全体が厚化静電容量性構造体１００の面から広がる空間体積の「内側」にあるという点で、同じであるが、図６Ａよりも図６Ｃのほうが体積を越えて広がるフリンジ磁場が少ないため、電場の観点からは、図６Ａよりも図６Ｃのほうが「電気的重なり」が大きいことが、理解されよう。
【００７２】
図６Ｃを参照すると、この場合、静電容量性構造体１００、１０２の対向面間の電気的重なりが多くなるため、フリンジ磁場上部１０６の影響は増大し、従って静電容量性構造体１００、１０２の間の総電場１０４の増加が生じ、よってこれらの間の静電容量は増加する。
【００７３】
図７Ａ〜図７Ｃは、固定静電容量電極指４６、４８を囲む等電位線６０、６２を例示するブロック図である。可動静電容量電極指５２の薄化下部集合に相互篏合する固定静電容量電極指４８の厚化下部集合が、左側に示される。可動静電容量電極指５０の厚化上部集合に相互篏合する固定静電容量電極指４６の薄化上部集合が、右側に示される。
【００７４】
図７Ａ〜図７Ｃのそれぞれでは、固定静電容量電極指４６、４８に固定試験電圧が印加され、結果、等電位線６０、６２が、固定静電容量電極指４６、４８をほぼ中心に据えて固定静電容量電極指４６、４８を取り囲む。等電位線６０は、固定静電容量電極指４６、４８の同一平面にある上面の上で、ほぼ平坦であることがわかる。逆に、等電位線６２は、固定指４６の薄化集合に適用された薄化工程により高さが異なる固定静電容量電極指４６、４８の底面の下に存在し、この厚さの違いにより曲がっている。等電位線６０、６２は実際には、固定指４６、４８の全ての部分を完全に取り囲み、連続しているが、例示の便宜上、等電位線６０、６２の有限で個別の選集のみが示されていることが、理解されよう。
【００７５】
等電位線６０、６２の集合における個別の線のそれぞれが、試験電荷が置かれた場合に観察される等電圧の筋を表すことが、当業者には理解されよう。これらの線６０、６２のそれぞれにおける電圧の大きさは、通常、固定静電容量電極指４６、４８から距離が遠くなるにつれ、小さくなる。
【００７６】
図７Ａは、ヌル位置にある可動静電容量電極指５２の薄化下部集合と、可動静電容量電極指５０の厚化上部集合とを示し、これらの上面は、固定静電容量電極指４６、４８の上面と同一平面上にある。
【００７７】
図７Ｂを参照すると、図３Ｂ及び図４Ｂを参照して前述されたように、ｚ軸に沿った下向きの面外加速度の下、すなわち正のｇ力の下、加速度計２は下向きに加速し、下部可動静電容量電極指５２は、下部固定静電容量電極指４８に対して上方に変位し、同時に、上部可動静電容量電極指５０も、上部固定静電容量電極指４６に対して上方に変位する。その結果、可動静電容量電極指５０、５２は上方に、さらに上部等電位線６０内に、すなわちより低い電圧領域内に、移動する。
【００７８】
逆に、図７Ｃを参照すると、図３Ｃ及び図４Ｃを参照して前述されたように、ｚ軸に沿った上向きの面外加速度の下、すなわち負のｇ力の下、加速度計２は上向きに加速し、下部可動静電容量電極指５２は、下部固定静電容量電極指４８に対して下方に変位し、同時に、上部可動静電容量電極指５０も、上部固定静電容量電極指４６に対して下方に変位する。その結果、可動静電容量電極指５０、５２は下方に、さらに下部等電位線６２内に、すなわちより低い電圧領域内に、移動する。
【００７９】
上記で概説されたように、固定静電容量電極指４６の上部集合は、固定静電容量電極指４８の下部集合と比べて薄化されており、これにより、下部等電位線集合６２は「曲がる」。従って、各集合における異なる可動電極指５０、５２のそれぞれが受ける電圧の変化は、異なる。これにより、相互篏合電極指４８、５２の下部集合と相互篏合電極指４６、５０の上部集合とを比較したとき、静電容量の差動変化が生じ、この静電容量の差動変化が、加えられた面外加速度の実質的尺度である。
【００８０】
図８は、本開示の一実施例による図１の加速度計２を含む３軸加速度計１のブロック図である。ｚ軸加速度計２は、ｘ軸加速度計３及びｙ軸加速度計５と共に、密封容器７内に配置される。有利なことに、３つの加速度計２、３、５全ては、互いに同一平面上にある（すなわちこれらのプルーフマス全てが同一平面上にある）。ｘ軸加速度計３及びｙ軸加速度計は、別個の加速度計であってもよく、またはＳｉｌｉｃｏｎ  Ｓｅｎｓｉｎｇ（登録商標）から入手可能なＧｅｍｉｎｉ（登録商標）加速度計などの２軸加速度計であってもよい。
【００８１】
図９は、本開示の別の実施例による図１の加速度計を含む慣性測定装置１’のブロック図であり、同様の参照番号は同様の構成要素を示す。ｚ軸加速度計２’は、ｘ軸加速度計３’及びｙ軸加速度計５’と共に、密封容器７’内に配置される。また、密封容器７’内には、ｚ軸ジャイロスコープ９’、ｘ軸ジャイロスコープ１１’、及びｙ軸ジャイロスコープ１３’が接地され、これらは、ｚ軸、ｘ軸、及びｙ軸に関する角速度をそれぞれ測定するように配置されている。
【００８２】
この場合も同様に、ｘ軸加速度計３及びｙ軸加速度計は、別個の加速度計であってもよく、または前述のＧｅｍｉｎｉ（登録商標）加速度計などの２軸加速度計であってもよい。
【００８３】
従って、本開示は、プルーフマスに関して面外に加えられた加速度を感知し得る改良された加速度計を提供することが、理解されよう。有利なことに、ｚ軸加速度計は平面状であるため、ｘ軸及びｙ軸加速度計と共に、単一の加速度計パッケージ内に製造して、単一で平面状の３軸加速度計パッケージを形成することができる。前述の実施例は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではないことが、当業者には理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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