(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのビーム型エレメント（２１０）を有するマイクロメカニカルシステム（２００）であって、
当該ビーム型エレメントは、自由端部（２１１）を有しており、その他方の端部（２１２）が前記マイクロメカニカルシステム（２００）の別のエレメントに連結されている、マイクロメカニカルシステム（２００）であって、
前記ビーム型エレメント（２１０）には、当該ビーム型エレメント（２１０）の質量を自由端部（２１１）に向かって減少させるように凹部（２１３）が設けられている、
マイクロメカニカルシステム（２００）において、
該マイクロメカニカルシステム（２００）は、前記自由端部（２１１）および前記他方の端部（２１２）を備えた複数のビーム型エレメントから構成される固定電極（２０５）に対する、前記複数のビーム型エレメントから構成される可動電極（２０４）の相対的な振動によって発生するキャパシタンスの変化によってアコースティックエミッションを検出するセンサとして構成されている
ことを特徴とするマイクロメカニカルシステム（２００）。
【請求項２】
前記マイクロメカニカルシステム（２００）は、振動質量体（２０１）を備えた振動可能なシステムを有しており、
前記ビーム型エレメント（２１０）は、前記振動質量体（２０１）に連結されている、
請求項１に記載のマイクロメカニカルシステム。
【請求項３】
前記凹部（２１３）は、貫通穴または止まり穴として形成されている、
請求項１または２に記載のマイクロメカニカルシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのビーム型エレメント（２１０）を有するマイクロメカニカルシステム（２００）を作製する方法であって、
当該ビーム型エレメントは、自由端部（２１１）を有しており、その他方の端部（２１２）が前記マイクロメカニカルシステム（２００）の別のエレメントに連結されており、かつ、前記マイクロメカニカルシステム（２００）が、前記自由端部（２１１）および前記他方の端部（２１２）を備えた複数のビーム型エレメントから構成される固定電極（２０５）に対する、前記複数のビーム型エレメントから構成される可動電極（２０４）の相対的な振動によって発生するキャパシタンスの変化によってアコースティックエミッションを検出するセンサとして構成されている、
マイクロメカニカルシステム（２００）を作製する方法において、
ａ）  前記マイクロメカニカルシステム（２００）の動作時に、前記ビーム型エレメント（２１０）の質量エレメント内に発生する機械的な負荷を求め、
ｂ）  少なくとも負荷が加えられていない質量エレメントを、凹部（２１３）によって前記ビーム型エレメント（２１０）から取り除くことを特徴とする、
マイクロメカニカルシステム（２００）を作製する方法。
【請求項５】
ｃ）  前記の方法ステップａ）およびｂ）を反復して繰り返す、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
凹部（２１３）用いて、少なくとも負荷が加えられていない質量エレメントを前記ビーム型エレメント（２１０）から取り除いて、当該ビーム型エレメント（２１０）の質量を前記自由端部（２１１）に向かって減少させる、
請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記の少なくとも１つのビーム型エレメント（２１０）のコンピュータ支援型シミュレーションモデルを使用して、前記マイクロメカニカルシステム（２００）の動作時に、前記ビーム型エレメント（２１０）の質量エレメント内に発生する機械的な負荷を求める、
請求項４から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
シミュレーションモデルとして有限要素法によるモデルを使用する、
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
相当応力分析を用い、前記マイクロメカニカルシステム（２００）の動作時に前記ビーム型エレメント（２１０）の質量エレメント内に発生する機械的な負荷を求める、
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
貫通孔または止まり孔として構成された凹部（２１３）の形態で、前記ビーム型エレメント（２１０）から前記質量エレメントを取り除く、
請求項４から９までのいずれ１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのビーム型エレメントを有するマイクロメカニカルシステムに関しており、ここでこのビーム型エレメントは、一方に自由端部を有しており、また他方の端部には上記のマクロメカニカルシステムの別のエレメントが連結されている。
【０００２】
しばしばマクロシステムまたはＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical-System）とも称されるマイクロメカニカルシステムは、例えば、そのサイズが小さく、比較的価格が安く、また信頼性が高いことに起因してますます広まっている。このことは、例えば、マイクロメカニカルシステムが種々のセンサとして使用されることに関係しているのであり、これらのセンサは、例えば、アコースティックエミッションを検出するセンサの形態で使用され、また固定伝搬音センサ、加速度センサ、傾きセンサ、回転速度センサまたは圧力センサとして使用される。
【０００３】
英語では"Acoustic Emissons（ＡＥ）"と称される「アコースティックエミッション」とはふつう、固体内でエネルギを突然解放することに起因した衝撃的な励起により、弾性波が形成される現象のことである。固定伝送音の形態で固体に伝搬する相応のアコースティックエミッション信号はふつう約２０kHz〜約１MHzの周波数領域において発生する。ここでアコースティックエミッション信号は、固体ないしは対象体の機械的な損傷の影響をひじょうに受けやすい。このため、アコースティックエミッションを検出するマイクロメカニカルセンサ（Acoustic Emission Sensor）は、例えばころがり軸受けなどの機械的な構成部材の摩耗を監視するために使用される。ここで相応するセンサはふつう、ばねエレメントに懸架ないしは固定された振動質量体を有する振動可能なシステムを有する。外力ないしは加速度により、固定の懸架部に対して上記の振動質量体が運動する。この相対運動が評価され、ここでは信号を得るため、容量式の原理が使用されることが多い。上記の振動質量体は、電極装置を有しており、この電極装置は、例えば櫛形に実施することができ、また固定の対向電極と共に可変の容量を形成する。ここではこの容量の値ないしはその変化を検出することにより、アコースティックエミッションを検出することができる。ここでふつう出発点とするのは、上記の振動質量体それ自体ならびに電極装置が、それぞれの有効周波数領域において、それ自体固定のエレメントを形成することである。
【０００４】
現在のところ、マイクロメカニカルシステムの固有周波数は、つねに高くなり続けるという傾向がある。このことは広帯域の適用分野にも、共振システムにも共に当てはまる。ここでは、アコースティックエミッションを検出するすでに述べたセンサの他に、高周波領域用のマイクロメカニカルフィルタおよびミキサを別の例として挙げられる。
【０００５】
マイクロメカニカルシステムは、表面ＭＥＭＳ技術および近表面ＭＥＭＳ技術において、例えばドライエッチングプロセスによって作製される。このようにして作製される構造体ないしはシステムはふつう高いアスペクト比（ＨＡＲ，High Aspect Ratio）を有する。ここで上記の構造体のこのような高いアスペクト比が必要されるのはふつう、システムの横方向の感度を最小化すると同時に有効方向における感度を高めるためである。
【０００６】
上で挙げたタイプのマイクロメカニカルシステムの利点は、ウェハにおいてバッチ処理を行うことができることであり、またこれによって作製コストが少なくなることである。これに関連してマイクロメカニカルシステムの所要面積は重要なコスト要因である。それは、所要面積が小さければ、ウェハ上に高いチップ密度が可能となるからである。
【０００７】
他方ではマイクロメカニカルシステムないしはマイクロエレクトロメカニカルシステムの感度を高くするため、面積の大きな電極ないしは電極システムが必要となることが多い。可能な限りに大きな電極面積を得るため、ここで横方向のサイズを同じに保ったまま、垂直方向の構造化によって電極システムの表面を拡大することが多い。ここで「横方向」ないしは「垂直」とはそれぞれウェハ面を基準にしたものである。これにより、例えば枝分かれた電極構造体が得られるのである。しかしながらこのような電極構造体において実際には、電極ならびにその懸架部の振動質量体が大きいことに起因して、マイクロメカニカルシステムの振動可能なシステムの固有周波数ないしはマイクロメカニカルシステムの固有周波数が低くなってしまうというおそれがある。このことが当てはまるのは、例えば、電極がいわゆるインターデジタル構造を有しており、また電極の懸架部がビーム構造によって実現される場合である。
【０００８】
一般的には、マイクロメカニカルシステムの機能の影響を取り除くため、電極構造体それ自体が高い剛性ないしは極めて高い固有周波数を持たせたいという要求がある。これを保証するための１つの選択肢は、面積の大きくかつ頑丈な支持システムを使用することである。しかしながらこのことに付随する欠点は、相応に面積の大きな支持システムには大きな面積が必要であり、ひいては相応するマイクロメカニカルシステムを殊にコスト的に有利に作製するという上で説明した目標に逆行してしまうことである。例えばビーム構造体から電極の懸架部に向かってテーパ状にすることが基本的に考えられるが、これに付随して上記の構造体の剛性が３乗で低下してしまうため、これはふつう不利であるかないしは不可能である。逆に上記に相応してビームを拡げることは、所要の面積を小さくしようとする努力に逆行してしまう。一般にマイクロメカニカルシステムを小さくすることは固有周波数を高めることに結び付くが、この際には同時にこのマイクロメカニカルシステムの感度を下げてしまうという欠点に結び付いてしまうのである。
【０００９】
上記の説明および問題は、一方に自由端部を有しておりかつ他方の端部がマイクロメカニカルシステムの別のエレメントに連結されている、マイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントにも当てはまる。このマイクロメカニカルシステムには、例えばシールド電極などの受動素子、または片側が支持点に懸架されたビーム型エレメント形の別の構造体も含まれている。ここにもまた、上記の構造体が高い剛性を有すると同時に、マイクロメカニカルシステムの価格を実質的に決めるケイ素面積をできるかぎり少なくなるようにしたいという要求がある。
【００１０】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のマイクロメカニカルシステムを提供することであり、ここではこのマイクロメカニカルシステムの機械的な特性およびその作製コストが殊に有利になるようにする。
【００１１】
この課題は、本発明により、少なくとも１つのビーム型エレメントを有するマイクロメカニカルシステムによって解決され、ここでこのビーム型エレメントは、片側に自由端部を有しており、また他方の端部がマイクロメカニカルシステムの別のエレメントに連結されており、ビーム型エレメントには凹部が設けられており、ビーム型エレメントの質量が上記の自由端部に向かって減少するようにされている。
【００１２】
すでに開示されているUS特許明細書US 2007/0163346 A1からは凹部によって振動質量体の周波数を変化させて、この振動質量体の、すなわち運動質量体全体の回転モードの周波数を値の高い方にシフトさせることが公知である。しかしながらUS 2007/0163346 A1には、マイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの固有周波数を高めるためにこのビーム型エレメントに凹部を設けて、このビーム型エレメントの質量を自由端部に向かって減少させることまでの示唆はなされていない。
【００１３】
本発明では、ビーム型エレメントには凹部を設けて、このビーム型エレメントの質量を自由端部に向かって減少させる。このことが意味するのは、ビーム型エレメントの質量分布が均一でなく、中央部における凹部に起因してビーム型エレメントの単位長さ当たりの質量が自由端部に向かって減少することである。したがって自由端部の領域におけるビーム型エレメントの質量は、他方の端部領域よりも小さいのである。ここでこのビーム型エレメントは、片側が懸架されているかないしは片側が支承されており、すなわちウェブに類似してただ１つの支持点ないしは固定点を有するのである。
【００１４】
本発明によるマイクロメカニカルシステムは有利である。それは、このマイクロメカニカルシステムにより、感度が同じままでありかつサイズが同じ場合にビーム型エレメントの固有周波数を高めることができるか、または固有周波数および感度が同じ場合にビーム型エレメントのサイズを小さくすることができるからである。さらに基本的にそれぞれの要求に依存して最適化を行って、固有周波数を上げると共にサイズを小さくすることができるのである。
【００１５】
本発明によるマイクロメカニカルシステムは、例えば、ＨＡＲＭ（High Aspect Ratio Micromachining）技術または表面技術などの種々異なる近表面テクノロジ用のドライエッチングプロセスを用いて作製可能である。
【００１６】
本発明によるマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントは基本的に上記のシステムの任意の能動コンポーネントまたは受動コンポーネントの構成部材とすることができる。これには可動のエレメントも固定のエレメントも共に含まれる。本発明によるマイクロメカニカルシステムは殊に、高い周波数用に設計されているかないしは周波数の高い負荷に曝されるシステムに有利である。
【００１７】
本発明によるマイクロメカニカルシステムの殊に有利な１発展形態によれば、上記のビーム型エレメントは、マイクロメカニカルシステムの１電極の構成部分である。このことは有利である。それは、ここに示した実施例に相応して、殊にマイクロメカニカルシステムの電極では、剛性を高めると同時に所要の面積を小さくしたいという要求があるからである。
【００１８】
別の殊に有利な１実施形態によれば、本発明によるマイクロメカニカルシステムを構成して、このマイクロメカニカルシステムが、振動質量体を有する振動可能なシステムを有しており、また上記のビーム型エレメントがこの振動質量体に連結されるようにすることも可能である。殊に振動可能なシステムの振動質量体に接続されるビーム型エレメントは大きな機械的負荷に曝されるため、このことは有利である。さらに個々のビーム型エレメントの固有周波数による上記の振動可能なシステムの有効周波数領域の影響を回避することができる。したがって殊に上記のようなマイクロメカニカルシステムに対し、ないしはこのようなシステムのビーム型エレメントに対して固有周波数を増大させること、またこれに伴ってこのエレメントの剛性を増大させることは極めて重要である。この際に考慮すべきであるのは、上記の固有周波数が、上記の剛性と質量との商のルートに比例することである。
【００１９】
上記のビーム型エレメントの凹部の形状は基本的に任意である。ここで重要であるのは、上記の凹部を設けて、ビーム型エレメントの質量を自由端部に向かって減少させることだけである。したがって本発明によるマイクロメカニカルシステムの別の殊に有利な１実施形態によれば、上記の凹部を貫通孔または止まり孔として構成することができるのである。
【００２０】
本発明によるマイクロメカニカルシステムでは基本的に任意のタイプのマイクロメカニカルシステムを対象とすることができる。例えば上記のマイクロメカニカルシステムをアクチュエータとして構成することができる。殊に有利な別の１実施形態によれば、本発明のマイクロメカニカルシステムはセンサとして構成される。マイクロメカニカルセンサは、比較的コストが安くまた信頼性が高くことに起因して種々異なる適用分野にますます使用されることになるため、このことは有利である。
【００２１】
別の有利な１実施形態によれば、本発明のマイクロメカニカルシステムは、アコースティックエミッションを検出するセンサとして構成される。アコースティックエミッション（Acoustic Emission）を検出するセンサはふつう可聴領域以上の振動を、すなわち例えば超音波領域の振動を検出するため、このことは有利である。これに伴う機械的な負荷に起因して、また測定の影響を回避するために殊に重要であるのは、上記のビーム型エレメントが、高い剛性と同時に高い固有周波数を有することである。
【００２２】
さらに本発明は、少なくとも１つのビーム型エレメントを有するマイクロメカニカルシステムを作製する方法に関する。
【００２３】
方法についての本発明の課題は、機械的な特性についても作製コストについても殊に有利な、少なくとも１つのビーム型エレメントを有するマイクロメカニカルシステムを作製する方法を提供することである。
【００２４】
この課題は本発明により、少なくとも１つのビーム型エレメントを有するマイクロメカニカルシステムを作製する方法によって解決され、ここでここのエレメントは、片側に自由端部を有しており、またその他方の端部にはマイクロメカニカルシステムの別のエレメントが連結されている。ここでは
ａ）  上記のマイクロメカニカルシステムの動作時に、ビーム型エレメントの質量エレメント内に発生する機械的な負荷を求め、
ｂ）  負荷が加えられていないかまたは比較的負荷の少ない質量エレメントを、凹部によって上記のビーム型エレメントから取り除く。
【００２５】
本発明による方法は有利である。それは、本発明により、マイクロメカニカルシステムの作製ないしは発展が可能になるからであり、ここでこのマイクロメカニカルシステムの少なくとも１つのビーム型エレメントは、感度が同じままでありかつサイズが同じ場合に最適にその固有周波数を高めることができ、または周波数が同じままでありかつ感度が同じままの場合に最適にそのサイズを小さくすることができるからである。これは、上記のマイクロメカニカルシステムの動作時にビーム型エレメントの質量エレメント内に発生する機械的負荷を求めて、凹部によって機械的負荷のない質量エレメントまたは機械的負荷が比較的少ない質量エレメントを上記のビーム型エレメントから取り除くことによって行われる。これによって保証されるのは、上記のマイクロメカニカルシステムの剛性を実質的に変化させることがないのと同時に上記のビーム型エレメントの質量を小さくすることによってその固有周波数を上げることである。
【００２６】
本発明による方法の殊に有利な１実施形態によれば、上記の方法ステップａ）およびｂ）を反復して繰り返す。このような反復式の方法は有利である。それはこの方法によりふつう、上記のマイクロメカニカルシステムないしはこのマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントを最善に最適化することができるからである。ここで反復を有利に十分な回数繰り返して、これによってビーム型エレメントの機械的な特性がさらに改善されるまで行う。ここでは一方では最適化を行って、実質的に感度が同じままでありかつそのサイズが同じままでビーム型エレメントの固有周波数が高まるようにする。これに対して付加的にないしはこれとは択一的に最適化を行って、実質的に固有周波数が同じままでありかつ感度が同じままでビーム型エレメントのサイズが小さくなるようにする。
【００２７】
別の有利な１発展形態によれば、本発明による方法を実行して、凹部を用いて、比較的負荷の小さい質量エレメントまたは負荷のかかっていない質量エレメントを上記のビーム型エレメントから取り除いて、このビーム型エレメントの質量が、上記の自由端部に向かって小さくなるようにする。この実施形態は、上記のマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの固有周波数を所望のように上げるのに殊に有利である。
【００２８】
有利には本発明による上記の方法を構成して、少なくとも１つのビーム型エレメントのコンピュータ支援シミュレーションモデルを使用することにより、上記のマイクロメカニカルシステムの動作時にビーム型エレメントの質量エレメント内に発生する機械的負荷を求める。コンピュータ支援シミュレーションモデルを使用することにより、殊に性能が高くかつ比較的コストをかけずに上記のマイクロメカニカルシステムを最適化できるため、このことは有利である。
【００２９】
基本的にはシミュレーションモデルとして、相応する最適化の要求に関連して、技術の種々異なる分野においてそれ自体公知の方法を使用することができる。本発明による方法の殊に有利な１実施形態によれば、シミュレーションモデルとして有限要素法（ＦＥＭ  Finite-Element-Method）によるモデルを使用する。有限要素法は工学において広く知られたコンピュータ支援計算法であるため、このことは有利である。
【００３０】
本発明による方法の別の有利な１実施形態によれば、相当応力分析を用いて、上記のマイクロメカニカルシステムの動作時にビーム型エレメントの質量エレメント内に発生する機械的負荷を求める。相応する相当応力分析は、トポロジ最適化分野ではしばしば使用されるため、有利にも比較的少ないコストで使用可能である。
【００３１】
有利には本発明による方法を構成して、貫通孔または止まり孔で構成された凹部の形態で上記のビーム型エレメントから質量エレメントを取り除く。
【００３２】
以下では実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】マイクロメカニカルシステムの従来のビーム型エレメントと、本発明によるマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの第１実施形態との比較を略示する図である。
【図２】本発明によるマクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの第２実施形態が略示された図である。
【図３】作製に起因した凹部を有する、従来のマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントと、本発明によるマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの第３実施形態との比較を略示した図である。
【図４】アコースティックエミッションを検出するセンサとして構成された本発明によるマイクロメカニカルシステムの１実施例が示す図である。
【００３４】
ここで上記の図では各構造の１つずつの平面図が示されていることを指摘しておく。
【００３５】
図１には、マイクロメカニカルシステムの従来形のビーム型エレメントと、本発明によるマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの第１実施形態との比較が略示されている。ここには従来形のマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメント１０が示されている。ビーム型エレメント１０は、長さｌと、幅ｂ1と、自由端部１１と、マイクロメカニカルシステムの別の素子に固定された端部１２とを有する。
【００３６】
ここでは横方向のサイズを維持しながらビーム型エレメント１０の固有周波数を高めるため、ないしは固有周波数を同じに保ったままでその横方向のサイズを最小化するため、上記のマイクロメカニカルシステムないしはビーム型エレメント１０を最適化することが望ましい。
【００３７】
機械的な特性および作製コストが最適化された上記のようなマイクロメカニカルシステムは、例えばビーム型エレメント１０ないしはマイクロメカニカルシステム全体の有限要素法（ＦＥＭ）を作成することによって作製することができる。有限要素法を使用した分析を用い、市販の相応のソフトウェアを使用すれば、例えば相当応力（equivalent stress）分析により、上記のマイクロメカニカルシステムを動作させた際にビーム型エレメントの質量エレメント内で発生する機械的負荷を計算して表示することができる。
【００３８】
負荷がかけられていない質量エレメント、すなわち負荷がかけられていないかまたは比較的わずかにしか負荷がかけられていない質量エレメントは、上記のシミュレーションモデルにおける凹部を用いて、上記の構造体から、すなわちビーム型エレメント１０から取り除くことができる。つぎに上記の方法ステップを繰り返すことによる反復式の方法を用いれば、上記のマイクロメカニカルシステムないしはそのビーム型エレメント１０の最適化を行うことができる。ここで指摘しておきたいのは、マイクロメカニカルシステムはふつう複数ないしは多くの相応するビーム型エレメントを有しており、上記の方法は、マイクロメカニカルシステムの１つ、複数またはすべてのビーム型エレメントに対するそれぞれ条件および要求に依存して行うことができることである。
【００３９】
マイクロメカニカルシステムを作製するのに通常使用される材料であるケイ素は、使用する技術的なプロセスの点から見ると、ふつう２次元的にしかマスキングできないため、上記の構造化、すなわち凹部の形成ことは、有利には深さ方向へのエッチングによって行われる。上で説明した手法によって可能になるのは、ビーム型エレメントの質量を大きく低減することである。しかしながらビーム型エレメントの剛性は維持される。
【００４０】
相応に最適化されたビーム型エレメント２０および３０は、図１において従来形のビーム型エレメント１０の右側に示されている。図示したビーム型エレメント２０ないしは３０は、自由端部２１ないしは３１および他方の端部２２ないしは３２の他に凹部２３ないしは３３を有しており、これらの凹部は、ビーム型エレメント２０ないしは３０の自由端部２１ないしは３１に向かって、それぞれのビーム型エレメント２０ないしは３０の質量が減少するように配置される。
【００４１】
ビーム型エレメント２０は凹部２３に起因して、従来形のビーム型１０と比べると、幅が同じ（ｂ2 ＝ ｂ1）場合に有利もより高い固有周波数を有する。これに対し、ビーム型エレメント３０の固有周波数は、従来のビーム型エレメント１０と比べて変化しないが、ビーム型エレメント３０の幅ｂ3は、従来形のビーム型エレメント１０の幅ｂ1に比べて格段に小さくなっている。これにより、ビーム型エレメント３０に必要な面積が小さくなり、また必要な面積が小さくなることにより、マイクロメカニカルシステムの作製コストが相応に低減されることになる。
【００４２】
図２には、本発明によるマクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの第２実施形態が略示されている。図２からわかるのは、本発明によるビーム型エレメント４０ないしは５０が、マイクロメカニカルシステム内で異なる役割を果たし得ることである。自由端部４１と、別の端部４２と、凹部４３とを有するビーム型エレメント４０それ自体は、別のビーム型エレメント５０の形状を有する別の機能グループ用の支持構造として使用されており、この別のビーム型エレメント５０は、ビーム型エレメント４０に連結されている。これに対し、ビーム型エレメント４０に固定される端部５２および凹部５３の一部分だけが示されている別のビーム型エレメント５０は、例えば、マイクロメカニカルシステムないしはマイクロエレクトロメカニカルシステムの電極の分岐ないしは枝分かれとすることが可能である。
【００４３】
図３には、従来形のマイクロメカニカルシステムの、作製に起因する凹部を有するビーム型エレメントと、本発明によるマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの第３実施形態との比較が略示されている。自由端部６１ならびに別の端部６２を有する図３の左側に示したビーム型エレメント６０は、従来形のビーム型エレメントである。ビーム型エレメント６０を作製するために使用されるプロセスに起因する凹部６３は、ビーム型エレメント６０の全面にわたって均一に分散されている。これとは基本的に異なり、（わかりやすくするため部分的にしか示していない）本発明によるマイクロメカニカルシステムの図示した実施形態によれば、ビーム型エレメント７０，８０，９０，１００の凹部はつぎのように配置されている。すなわち、ビーム型エレメント７０，８０，９０，１００の質量が自由端部７１，８１，９１，１００に向かって減少するように、凹部７３，８３，９３，１０３がビーム型エレメント７０，８０，９０，１００に設けられて配置されているのである。したがって図３からわかるように、ビーム型エレメント７０，８０，９０，１００の質量はそれぞれ、自由端部７１，８１，９１，１０１の領域において他方の端部７２，８２，９２，１０２の領域よりも小さいのである。
【００４４】
図４には、アコースティックエミッションを検出するセンサとして構成された本発明によるマイクロメカニカルシステムの１実施例が示されている。マイクロシステム２００は、振動質量体２０１を有しており、この振動質量は、ばねシステム２０２により、固定された支持点２０３に連結されている。マイクロメカニカルシステム２００の振動質量体２０１には、可動電極２０４が連結されており、これらの可動電極のビーム型エレメントと、固定電極２０５のビーム型エレメントとは、互い噛み合う指のようにして可変のキャパシタンスを形成する。図４では上記の可動電極の複数のビーム型エレメントのうちの１つのビーム型エレメント２１０が例示的に示されており、このビーム型エレメント２１０は、自由端部２１１と、振動質量体２０１に接続された他方の端部２１２と、凹部２１３とを有する。さらに図４では可動電極２０４および固定電極２０５の他にシールド電極２０６が示されている。
【００４５】
例えばころがり軸受けなどの機械的な構成部材の摩耗に起因して発生しかつ固体伝送音として伝搬されるアコースティックエミッションにより、可動電極２０４ならびに振動質量体２０１の水平方向の振動、すなわちふつうｘ方向を向いた振動が、不動ないし固定の電極２０５に対して相対的に発生する。これによってキャパシタンスの変化が発生し、このキャパシタンスの変化が、マイクロメカニカルシステム２００の形態のアコースティックエミッションを検出するセンサ（ＡＥ(Acoustic Emmision)センサ）によって検出されて、のアコースティックエミッションの測定に使用される。
【００４６】
剛性がほとんど同じままでまた電極の感度が同じままで、可動電極２０４、固定電極２０５およびシールド電極２０６の固有周波数をできるだけ高くするため、可動電極２０４、固定電極２０５ならびにシールド電極２０６はそれぞれ、図１ないし３に示したのと類似の凹部２１３を有する。ここでこれらの凹部は、各ビーム型エレメント２１０の質量が自由端部に向かって減少するように設けられている。図４によれば、図示のマイクロメカニカルシステム２００は、相応に最適化した多数のビーム型エレメントを有しており、これらのビーム型エレメントの機能は、上記の説明のようにマイクロメカニカルシステム２００内で異なる。
【００４７】
ここで注意しておきたいのは、図の実施例において各ビーム型エレメントの凹部は、例示的にそれぞれ矩形だけで実施されているが、これらの凹部の形状は基本的には任意に選択できることである。
【００４８】
上記の説明によれば、本発明によるマイクロメカニカルシステムならびに本発明による方法の利点は、この方法およびシステムにより、高い感度および高い固有周波数を同時に有するコスト的に有利なマイクロメカニカルシステムを提供することが可能になり、その際にこのマイクロメカニカルシステムのビーム型エレメントの剛性がほとんど変わらないことである。したがってマイクロメカニカルシステムの従来形の実施形態を出発点とすれば、一方では、感度およびサイズが同じままでビーム型エレメントの固有周波数を高めることできる。これとは択一的にこれに付加的に固有周波数および感度が同じままで、ビーム型エレメントのサイズを低減することができ、ひいてはマイクロメカニカルシステム全体のサイズを低減することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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