(57)【要約】【課題】慣性を検出するために変位する質量体に連結される可撓ビームの長さをＸ字形に配置して限定空間内でビームの長さを最大化することによって小型化が可能であり、感度が向上したＭＥＭＳ素子を提供する。【解決手段】本発明のＭＥＭＳ素子１００は、質量体１１０と、質量体１１０の両端部に連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段１４０が形成された可撓性ビーム１２０及び可撓性ビーム１２０が結合され、質量体１１０の両側に互いに平行に配置された一対の支持部１３０を含むものである。【選択図】図１
2014215294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量体；
前記質量体の両端部に連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビーム；及び
前記可撓性ビームが結合され、前記質量体の両側に互いに平行に配置された一対の支持部を含む、ＭＥＭＳ素子。
【請求項２】
前記質量体は、
菱形の中心質量体；及び
前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体を含み、
前記周辺質量体は隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されたことを特徴とする、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３】
前記支持部には、前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されたことを特徴とする、請求項１に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項４】
第１質量体と、前記第１質量体が連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビームとを含む加速度検出部；及び
第２質量体と、前記第２質量体が連結され、感知手段及び駆動手段が形成された可撓部とを含む角速度検出部を含み、
前記加速度検出部及び角速度検出部は平行な一対の支持部に連結された、ＭＥＭＳ素子。
【請求項５】
前記角速度検出部の可撓部は、前記第２質量体の中心部両側にそれぞれ一端が連結され、他端が支持部に連結された第１可撓部と、前記第２質量体の両端部に一端が結合され、他端が支持部に連結された第２可撓部とを含むことを特徴とする、請求項４に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項６】
前記第１可撓部と前記第２可撓部は直交方向に配置されたことを特徴とする、請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項７】
前記角速度検出部は、
前記第１可撓部が第２質量体の中心部にＹ軸方向に結合され、
前記第２可撓部が第２質量体の両端部に結合され、前記第２質量体がＹ軸方向を基準に回転することを特徴とする、請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項８】
前記第２可撓部には感知手段及び駆動手段が形成されたことを特徴とする、請求項７に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項９】
前記第２可撓部は前記第２質量体の両端部にＸ軸方向に結合されたことを特徴とする、請求項７に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１０】
前記第１可撓部は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されたことを特徴とする、請求項７に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１１】
前記第２可撓部は、Ｙ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく形成されたことを特徴とする、請求項７に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１２】
前記支持部は、第１可撓部が結合される結合部と、前記第２可撓部が結合される突出部とが形成され、前記突出部は前記第２質量体に向かって突出したことを特徴とする、請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１３】
前記第２質量体は、両端部に突出結合部が形成され、
前記第２可撓部の一端は前記第２質量体の突出結合部に結合され、他端は前記支持部の突出部に結合されたことを特徴とする、請求項１２に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１４】
前記支持部に結合された前記第２可撓部の一端が、前記第２質量体に連結された第２可撓部の他端に比べ、前記第２質量体の回転軸（Ｙ軸）に近く位置したことを特徴とする、請求項１３に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１５】
前記第１可撓部は、Ｚ軸方向を基準に前記第２質量体の重量中心（Ｃ）より上側に結合されたことを特徴とする、請求項５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１６】
前記加速度検出部の第１質量体は、菱形の中心質量体と、前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体とを含み、
前記周辺質量体は、隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されたことを特徴とする、請求項４に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１７】
前記支持部には、前記加速度検出部の前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されたことを特徴とする、請求項４に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項１８】
第１質量体と、前記第１質量体が連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビームとを含む加速度検出部；及び
第２質量体と、前記第２質量体が連結され、感知手段及び駆動手段が形成された可撓部とを含む角速度検出部を含み、
前記加速度検出部及び角速度検出部は平行な一対の支持部に連結され、
前記角速度検出部の可撓部は、
前記第２質量体の中心部両側にそれぞれ一端が連結され、他端が支持部に連結された第１可撓部と、前記第２質量体の両端部に一端が結合され、他端が前記第１可撓部に連結された第２可撓部とを含み、
前記第１可撓部と前記第２可撓部は直交方向に配置されたことを特徴とする、ＭＥＭＳ素子。
【請求項１９】
前記角速度検出部は、
前記第１可撓部が第２質量体の中心部にＹ軸方向に結合され、
前記第２可撓部が第２質量体の両端部にＸ軸方向に結合され、前記第２質量体はＹ軸方向を基準に回転することを特徴とする、請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２０】
前記第２可撓部には感知手段及び駆動手段が形成されたことを特徴とする、請求項１９に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２１】
前記第１可撓部は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されたことを特徴とする、請求項１９に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２２】
前記第２可撓部は、Ｙ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく形成されたことを特徴とする、請求項１９に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２３】
前記加速度検出部の第１質量体は、菱形の中心質量体と、前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体とを含み、
前記周辺質量体は、隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されたことを特徴とする、請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２４】
前記支持部には、前記加速度検出部の前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されたことを特徴とする、請求項１８に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２５】
第１質量体と、前記第１質量体が連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビームとを含む加速度検出部；及び
第２質量体と、前記第２質量体が連結され、感知手段及び駆動手段が形成された可撓部と、前記第２質量体と可撓部を連結し、前記第２質量体の内部に位置したアンカーとを含む角速度検出部を含み、
前記加速度検出部及び角速度検出部は平行な一対の支持部に連結された、ＭＥＭＳ素子。
【請求項２６】
前記第２質量体は、一側質量体と、他側質量体と、連結質量体とからなり、前記連結質量体は前記一側質量体と他側質量体が互いに離隔して空間部が形成されるように連結され、一側質量体と他側質量体は可撓部によって支持部に連結されたことを特徴とする、請求項２５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２７】
前記可撓部は、
前記一側質量体及び他側質量体の中心部にそれぞれ一端が連結され、前記支持部に他端が連結された第１可撓部；及び
前記連結質量体に一端が結合され、他端がアンカーに結合された第２可撓部を含み、
前記第１可撓部と第２可撓部は直交方向に配置されたことを特徴とする、請求項２５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２８】
前記第１可撓部は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されたことを特徴とする、請求項２７に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項２９】
前記第２可撓部は、Ｙ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく形成されたことを特徴とする、請求項２７に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３０】
前記加速度検出部の第１質量体は、菱形の中心質量体と、前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体とを含み、
前記周辺質量体は、隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されたことを特徴とする、請求項２５に記載のＭＥＭＳ素子。
【請求項３１】
前記支持部には、前記加速度検出部の前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されたことを特徴とする、請求項２５に記載のＭＥＭＳ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ；微小電気機械システム）とは、シリコン、水晶、ガラスなどを加工して超高密度集積回路、センサー、アクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）などの超微細機械構造物を製造する技術である。ＭＥＭＳ素子はマイクロメートル（１００万分の１メートル）以下の精密度を持ち、構造的には蒸着とエッチングなどの過程を繰り返す半導体微細工程技術を適用して安い費用でマイクロ製品の大量生産が可能である。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子の中で、センサーは人工衛星、ミサイル、無人航空機などの軍需用からエアバッグ（Ａｉｒ  Ｂａｇ）、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、車両用ブラックボックス（Ｂｌａｃｋ  Ｂｏｘ）、キャムコーダの手の震え防止用、携帯電話やゲーム機のモーション検出用、ナビゲーション用などの多様な用途に使われている。
【０００４】
このようなセンサーは、加速度、角速度または力などを測定するために、一般的にメンブレイン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）などの弾性基板に質量体を接着させた構成を採用している。前記構成によって、センサーは質量体に印加される慣性力を測定して加速度を算出するか、あるいは質量体に印加されるコリオリの力を測定して角速度を算出し、質量体に直接印加される外力を測定して力を算出する。
【０００５】
具体的に、センサーを用いて加速度と角速度を測定する方式を説明すれば次のようである。まず、加速度はニュートンの運動法則“Ｆ＝ｍａ”式によって求めることができる。ここで、“Ｆ”は質量体に作用する慣性力、“ｍ”は質量体の質量、“ａ”は測定しようとする加速度である。このうち、質量体に作用する慣性力（Ｆ）を感知し、一定値の質量体の質量（ｍ）で割れば、加速度（ａ）を求めることができる。また、角速度はコリオリの力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ  Ｆｏｒｃｅ）“Ｆ＝２ｍΩ×ｖ”式によって求めることができる。ここで、“Ｆ”は質量体に作用するコリオリの力、“ｍ”は質量体の質量、“Ω”は測定しようとする角速度、“ｖ”は質量体の運動速度である。このうち、質量体の運動の速度（ｖ）と質量体の質量（ｍ）はもう認知している値なので、質量体に作用するコリオリの力（Ｆ）を感知すれば角速度（Ω）を求めることができる。
【０００６】
一方、従来技術によるセンサーは、特許文献１に開示されたように、質量体を駆動させるか質量体の変位を感知するために、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に伸びたビーム（Ｂｅａｍ）を備える。
【０００７】
しかし、従来技術によるセンサーは、質量体の変位が大きくなるほどビームに作用する張力（Ｔｅｎｓｉｏｎ、張力）が急激に増加する。このように、ビームの張力が増加すれば、それによってビームの剛性も増加し、質量体の駆動変位や感知変位が制限される問題点が発生する。また、ビームの剛性が増加するにつれて、共振周波数が変化してノイズ（Ｎｏｉｓｅ）が増加する問題点も発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２８２９１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前述した従来技術の問題点を解決するためのもので、本発明の第１側面は、慣性を検出するために変位する質量体に連結される可撓ビームの長さをＸ字形に配置して限定空間内でビームの長さを最大化することによって小型化が可能であり、感度が向上したＭＥＭＳ素子を提供するためのものである。
【００１０】
本発明の第２側面は、角速度検出部及び加速度検出部を含み、平行に配置された二つの支持部によって連結され、加速度検出部と角速度検出部を区画する隔壁部も不要になって小型化したワンチップ化が可能なＭＥＭＳ素子を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子は、質量体；前記質量体の両端部に連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビーム；及び前記可撓性ビームが結合され、前記質量体の両側に互いに平行に配置された一対の支持部を含む。
【００１２】
本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記質量体は、菱形の中心質量体；及び前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体を含み、前記周辺質量体は隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されることができる。
【００１３】
本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記支持部には、前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されることができる。
【００１４】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子は、第１質量体と、前記第１質量体が連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビームとを含む加速度検出部；及び第２質量体と、前記第２質量体が連結され、感知手段及び駆動手段が形成された可撓部とを含む角速度検出部を含み、前記加速度検出部及び角速度検出部は平行な一対の支持部に連結される。
【００１５】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記角速度検出部の可撓部は、前記第２質量体の中心部両側にそれぞれ一端が連結され、他端が支持部に連結された第１可撓部と、前記第２質量体の両端部に一端が結合され、他端が支持部に連結された第２可撓部とを含むことができる。
【００１６】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第１可撓部と前記第２可撓部は直交方向に配置されることができる。
【００１７】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記角速度検出部は、前記第１可撓部が第２質量体の中心部にＹ軸方向に結合され、前記第２可撓部が第２質量体の両端部に結合され、前記第２質量体がＹ軸方向を基準に回転することができる。
【００１８】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２可撓部には感知手段及び駆動手段が形成されることができる。
【００１９】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２可撓部は前記第２質量体の両端部にＸ軸方向に結合されることができる。
【００２０】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第１可撓部は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されることができる。
【００２１】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２可撓部は、Ｙ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく形成されることができる。
【００２２】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記支持部は、第１可撓部が結合される結合部と、前記第２可撓部が結合される突出部とが形成され、前記突出部は前記第２質量体に向かって突出することができる。
【００２３】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２質量体は、両端部に突出結合部が形成され、前記第２可撓部の一端は前記第２質量体の突出結合部に結合され、他端は前記支持部の突出部に結合されることができる。
【００２４】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記支持部に結合された前記第２可撓部の一端が、前記第２質量体に連結された第２可撓部の他端に比べ、前記第２質量体の回転軸（Ｙ軸）に近く位置することができる。
【００２５】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第１可撓部は、Ｚ軸方向を基準に前記第２質量体の重量中心（Ｃ）より上側に結合されることができる。
【００２６】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記加速度検出部の第１質量体は、菱形の中心質量体と、前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体とを含み、前記周辺質量体は、隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されることができる。
【００２７】
本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記支持部には、前記加速度検出部の前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されることができる。
【００２８】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子は、第１質量体と、前記第１質量体が連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビームとを含む加速度検出部；及び第２質量体と、前記第２質量体が連結され、感知手段及び駆動手段が形成された可撓部とを含む角速度検出部を含み、前記加速度検出部及び角速度検出部は平行な一対の支持部に連結され、前記角速度検出部の可撓部は、前記第２質量体の中心部両側にそれぞれ一端が連結され、他端が支持部に連結された第１可撓部と、前記第２質量体の両端部に一端が結合され、他端が前記第１可撓部に連結された第２可撓部とを含み、前記第１可撓部と前記第２可撓部は直交方向に配置される。
【００２９】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記角速度検出部は、前記第１可撓部が第２質量体の中心部にＹ軸方向に結合され、前記第２可撓部が第２質量体の両端部にＸ軸方向に結合され、前記第２質量体はＹ軸方向を基準に回転することができる。
【００３０】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２可撓部には感知手段及び駆動手段が形成されることができる。
【００３１】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第１可撓部は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されることができる。
【００３２】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２可撓部は、Ｙ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく形成されることができる。
【００３３】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記加速度検出部の第１質量体は、菱形の中心質量体と、前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体とを含み、前記周辺質量体は、隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されることができる。
【００３４】
本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記支持部には、前記加速度検出部の前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されることができる。
【００３５】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子は、第１質量体と、前記第１質量体が連結され、Ｘ字形に配置され、感知手段が形成された可撓性ビームとを含む加速度検出部；及び第２質量体と、前記第２質量体が連結され、感知手段及び駆動手段が形成された可撓部と、前記第２質量体と可撓部を連結し、前記第２質量体の内部に位置したアンカーとを含む角速度検出部を含み、前記加速度検出部及び角速度検出部は平行な一対の支持部に連結される。
【００３６】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２質量体は、一側質量体と、他側質量体と、連結質量体とからなり、前記連結質量体は前記一側質量体と他側質量体が互いに離隔して空間部が形成されるように連結され、一側質量体と他側質量体は可撓部によって支持部に連結されることができる。
【００３７】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記可撓部は、前記一側質量体及び他側質量体の中心部にそれぞれ一端が連結され、前記支持部に他端が連結された第１可撓部；及び前記連結質量体に一端が結合され、他端がアンカーに結合された第２可撓部を含み、前記第１可撓部と第２可撓部は直交方向に配置されることができる。
【００３８】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第１可撓部は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されることができる。
【００３９】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記第２可撓部は、Ｙ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく形成されることができる。
【００４０】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記加速度検出部の第１質量体は、菱形の中心質量体と、前記中心質量体の角部にそれぞれ連結された複数の周辺質量体とを含み、前記周辺質量体は、隣接した周辺質量体との間に空間部が形成されるように前記中心質量体に連結され、前記空間部には可撓性ビームが配置されることができる。
【００４１】
本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子において、前記支持部には、前記加速度検出部の前記可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビームの端部に対応する突出結合部が両端部にそれぞれ形成されることができる。
【００４２】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以降の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【００４３】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は通常的で辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者がその自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、慣性を検出するために変位する質量体に連結される可撓ビームの長さをＸ字形に配置して限定空間内でビームの長さを最大化することによって小型化が可能であり、感度が向上したＭＥＭＳ素子を得ることができ、角速度検出部及び加速度検出部を含み、平行に配置された二つの支持部によって連結され、加速度検出部と角速度検出部を区画する隔壁部も不要になって小型化したワンチップ化が可能なＭＥＭＳ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳ素子のＡ−Ａ線についての概略断面図である。
【図３】図１に示すＭＥＭＳ素子のＢ−Ｂ線についての概略断面図である。
【図４】本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子製造工程の一部工程を概略的に示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図である。
【図６】図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部のＣ−Ｃ線についての概略断面図である。
【図７】図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部のＤ−Ｄ線についての概略断面図である。
【図８】図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部の駆動についての概略的な説明図である。
【図９】図５に示すＭＥＭＳ素子の角速度検出部において質量体の回転角度による張力の変化を示すグラフである。
【図１０Ａ】図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部の駆動を概略的に示す使用状態図である。
【図１０Ｂ】図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部の駆動を概略的に示す使用状態図である。
【図１１】本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図である。
【図１３】図１２に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部の概略構成図である。
【図１４】図１２に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部のＥ−Ｅ線についての概略断面図である。
【図１５】図５に示す本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子製造工程の一部工程を概略的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「第１」、「第２」、「一面」、「他面」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨をあいまいにする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。
【００４７】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００４８】
図１は、本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図、図２は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＡ−Ａ線についての概略断面図、図３は、図１に示すＭＥＭＳ素子のＢ−Ｂ線についての概略断面図である。
【００４９】
図示のように、前記ＭＥＭＳ素子１００は、質量体１１０、可撓性ビーム１２０及び支持部１３０を含み、前記可撓性ビーム１２０に感知手段１４０が形成され、前記支持部１３０には電極パッド１５０が形成される。そして、前記支持部１３０は、前記質量体の両側に互いに平行に一対が配置される。
【００５０】
より具体的に、前記質量体１１０は、慣性力、コリオリの力、外力、駆動力などによって変位が発生し、中心質量体１１０ａ及び複数の周辺質量体１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅでなる。また、前記中心質量体１１０ａは菱形に形成され、前記周辺質量体１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは前記中心質量体１１０ａの角部から伸びるように一体的になり、三角形に形成される。
【００５１】
また、図示のように、前記周辺質量体１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、それぞれ隣接した周辺質量体から離隔するように中心質量体に連結されて空間部が形成され、前記空間部に可撓性ビーム１２０が配置される。
【００５２】
前述したように構成されることにより、前記中心質量体１１０ａと前記周辺質量体１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅによる前記質量体１１０は、全体的に四角形になる。
【００５３】
ついで、前記可撓性ビーム１２０は、一端が前記中心質量体１１０ａに連結され、他端が支持部１３０に連結される。これにより、前記質量体１１０は、可撓性ビーム１２０及び支持部１３０によって変位可能となるように浮遊状態で支持される。
【００５４】
より具体的に、前記可撓性ビーム１２０は、前記中心質量体１１０ａの四面にそれぞれ結合されてＸ字形に配置される。
【００５５】
これにより、曲げ剛性は長さの三乗に反比例するので、前記可撓性ビーム１２０は、Ｘ字形に配置されることで、＋字形に配置される場合に比べ、長さが√２倍増加して剛性の２√２倍減少の効果を得ることができ、感度が約３倍向上する。
【００５６】
また、前述したように、前記可撓性ビーム１２０の一面には、感知手段１４０が形成される。そして、前記感知手段１４０は、前記質量体１１０の変位を感知するためのものとして圧電体、圧抵抗体、静電容量検出電極などを用いるように形成できる。
【００５７】
また、前記可撓性ビーム１２０には、前記感知手段１４０だけでなく、質量体１１０の変位を発生させる駆動手段（図示せず）を備えることもできる。この際、駆動手段は、圧電方式または静電容量方式などを用いるように形成することができる。
【００５８】
ついで、前記支持部１３０は、前記質量体１１０の両側に互いに対向するように一対が平行に配置される。また、前記支持部１３０には、前記可撓性ビーム１２０が結合され、Ｘ字形に配置された可撓性ビーム１２０がより安定的に結合できるように可撓性ビームの一端に向かって突出し、前記可撓性ビーム１２０の端部に対応する突出結合部１３１が両端部にそれぞれ形成される。
【００５９】
このように構成されることにより、本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子１００は、質量体１１０がＸ字形に配置された可撓性ビーム１２０に連結されることで、ビームの長さを最大に確保することによって感度が向上し、支持部１３０が質量体１１０の両側に一対で平行に配置されることにより小型化が具現される。
【００６０】
そして、本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子は、加速度センサー、及び角速度センサーでなることができる。
【００６１】
図４は、本発明の第１実施例によるＭＥＭＳ素子製造工程の一部工程を概略的に示す説明図である。
【００６２】
図示のように、前記ＭＥＭＳ素子１００は、複数が整列された状態で、点線で示すように、ダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）した場合、図１に示す個別ＭＥＭＳ素子を得ることができる。
【００６３】
このために、素子ウエハー（ｗａｆｅｒ）と下部キャップウエハー（図示せず）をウエハーレベルボンディングした後にダイシングする。また、下部キャップは、ＡＳＩＣまたは他のセンサーチップに取り替えることができる。この場合、ハーフダイシング（ｈａｌｆ  ｄｉｃｉｎｇ）することで、素子とハブチップの間にウエハーボンディングで電気的接続を成すことができる。また、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いれば、支持部を貫通して電気的接続がなされるので、フルダイシング（Ｆｕｌｌ  ｄｉｃｉｎｇ）の適用も可能である。
【００６４】
図５は、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図、図６は、図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部のＣ−Ｃ線についての概略断面図、図７は、図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部のＤ−Ｄ線についての概略断面図である。
【００６５】
図示のように、前記ＭＥＭＳ素子２００は、第１質量体２１１の変位検出のための加速度検出部２１０と第２質量体２２１の駆動及び変位検出のための角速度検出部２２０でなり、前記加速度検出部２１０と角速度検出部２２０は両側に平行に連結された支持部２３０によってワンチップ化したＭＥＭＳ素子２００でなる。
【００６６】
すなわち、前記角速度検出部２１０と加速度検出部２２０は、平行な一対の支持部２３０に連結される。
【００６７】
より具体的に、前記加速度検出部２１０は、第１質量体２１１、可撓性ビーム２１２及び支持部２３０を含み、前記可撓性ビーム２１２はＸ字形に配置されるように前記第１質量体２１１と支持部２３０に連結され、感知手段２１３が形成され、前記支持部２３０には電極パッド２３１が形成される。
【００６８】
また、前記加速度検出部２１０は、図１に示すＭＥＭＳ素子と同様であり、詳細な技術構成、形状及びこれらの有機的結合も同様であるので、その説明は省略する。
【００６９】
ついで、前記角速度検出部２２０は、第２質量体２２１、第１可撓部２２２、第２可撓部２２３及び支持部２３０を含む。そして、前記支持部２３０は、結合部２３２と突出部２３３が形成される。
【００７０】
また、前記第２可撓部２２３には感知手段２２４及び駆動手段２２５が形成され、前述したように、前記支持部２３０には電極パッド２３１が形成される。
【００７１】
より具体的に、前記第２質量体２２１は、慣性力、コリオリの力、外力、駆動力などによって変位が発生し、中心部にはＹ軸方向の両側に第１可撓部２２２が結合され、Ｘ軸方向の両端部には第２可撓部２２３が結合される。
【００７２】
また、前記第２質量体２２１の両端部に突出結合部２２１ａをさらに形成することができる。そして、前記突出結合部２２１ａは、第２可撓部２２２と第２質量体２２１を結合させるためのもので、前記第２質量体２２１と一体的に形成されるかあるいは別個に形成されて第２質量体２２１に結合させることができる。そして、前記質量体２２１は、六面体として示したが、これに限定されるものではなく、本発明の技術分野に知られたすべての形状に形成させることができるのは明らかである。
【００７３】
ついで、前記第１可撓部２２２は、図６及び図７の断面図に示すように、Ｘ軸方向に所定厚さを持ち、Ｙ軸及びＺ軸によって面が形成されたヒンジである。
【００７４】
そして、第２可撓部２２３は、Ｚ軸方向に所定厚さを持ち、Ｘ軸及びＹ軸によって形成された面でなったビームである。
【００７５】
また、前記第１可撓部２２２及び第２可撓部２２３は、互いに直交方向に配置される。
【００７６】
以下、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００において角速度検出部２２０の第１可撓部２２２及び第２可撓部２２３の形状、有機的結合及び技術の具現についてより詳細に説明する。
【００７７】
前記第１可撓部２２２は、支持部２３０の結合部２３２を基準に質量体２２１が変位を引き起こすように第２質量体２２１と結合部２３２を連結する。
【００７８】
すなわち、前記第１可撓部２２２は、一端が質量体２２１の中心部両側にＹ軸方向に結合され、他端が支持部２３０の結合部２３２に結合される。このように構成されることにより、前記質量体２２１が支持部２３０の結合部２３２に固定されてＹ軸方向を基準に回転運動し、前記第１可撓部２２２は、このためのヒンジの役目をする。
【００７９】
ついで、前記第２可撓部２２３は、一端が質量体２２１に連結され、他端が支持部２３０の突出部２３３に連結される。より具体的に、前記第２可撓部２２３は、前記質量体２２１の両端部に形成された突出結合部２２１ａにそれぞれ一端が結合され、Ｘ軸方向の他端は前記突出部２３３にそれぞれ結合される。すなわち、図５に示すように、平行に配置された前記支持部２３０において第２質量体２２１に向かってそれぞれ突出した一対の突出部２３３に前記第２可撓部２２３の一端が結合され、他端は前記突出結合部２２１ａにそれぞれ結合される。
【００８０】
この際、前記突出部２３３に連結された第２可撓部２２３の他端は、質量体２２１の突出結合部２２１ａに連結された第２可撓部２２３の一端に比べ、質量体２２１の回転軸（Ｙ軸）に近く形成される。すなわち、第２可撓部２２３の固定された突出部２３３が質量体１１０の回転軸（Ｙ軸）にもっと近く位置する。第２可撓部２２３の固定された突出部２３３が前記第２質量体２２１の回転軸（Ｙ軸）とまったく一致すれば、前記第２質量体２２１が回転しても第２可撓部２２３の長くは変わらない。
【００８１】
したがって、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００の角速度検出部２２０のように、第２可撓部２２３が固定された突出部２３３が前記第２質量体２２１の回転軸（Ｙ軸）に近く形成されれば、前記第２質量体２２１が回転するとき、第２可撓部２２３の長さの変化を最小化することができる。
【００８２】
すなわち、図９に示すように、前記突出部２３３に連結された第２可撓部２２３の一端が、第２質量体２２１に連結された前記第２可撓部２２３の他端に比べ、第２質量体の回転軸から遠く位置する場合、Ａ線のように質量体の回転角度によって急激に張力が増加したことを確認することができる。
【００８３】
一方、前記突出部２３３に連結された第２可撓部２２３の一端が、前記第２質量体２２１に連結された第２可撓部２２３の他端に比べ、質量体２２１の回転軸（Ｙ軸）に近く位置する場合、つまり図５に示すＭＥＭＳ素子２００の角速度検出部２２０のように具現される場合、図９のＢ線のように、前記第２質量体２２１の回転角度によって緩く張力が増加する。
【００８４】
結局、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００において、角速度検出部の第２質量体２２１が回転するとき、第２可撓部２２３に作用する張力が急激に増加しない。よって、第２可撓部２２３の剛性も急激に増加しないので、前記第２質量体２２１の駆動変位や感知変位が制限されることを防止することができる効果を得ることができる。
【００８５】
また、前記第２可撓部２２３の張力が急激に変化しないので、共振周波数が急激に変化しながらノイズ（Ｎｏｉｓｅ）が増加することを防止することができる利点がある。
【００８６】
図８は、図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部の駆動についての概略説明図である。
【００８７】
図７及び図８に基づき、前記角速度検出部の第２質量体の駆動について詳細に説明する。
【００８８】
図示のように、第２可撓部２２３はＹ軸方向の幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく、第１可撓部２２２はＺ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きく形成されることができる。
【００８９】
このように、第１可撓部２２２のＺ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きいので、前記第２質量体２２１はＸ軸を基準に回転するか、Ｚ軸方向に並進することが制限される一方、Ｙ軸を基準に相対的に自由に回転することができる。
【００９０】
より具体的に、第１可撓部２２２がＹ軸を基準に回転するときの剛性に比べ、Ｘ軸を基準に回転するときの剛性が大きいほど、第２質量体２２１はＹ軸を基準に自由に回転することができる一方、Ｘ軸を基準に回転することが制限される。
【００９１】
これと同様に、第１可撓部２２２がＹ軸を基準に回転するときの剛性に比べ、Ｚ軸方向に並進するときの剛性が大きいほど、前記第２質量体２２１はＹ軸を基準に自由に回転することができる一方、Ｚ軸方向に並進することが制限される。よって、第１可撓部２２２の（Ｘ軸を基準に回転するときの剛性またはＺ軸方向に並進するときの剛性）／（Ｙ軸を基準に回転するときの剛性）値が増加するほど、前記第２質量体２２１はＹ軸を基準に自由に回転する一方、Ｘ軸を基準に回転するかあるいはＺ軸方向に並進することが制限される。
【００９２】
また、第１可撓部２２２のＺ軸方向の幅（Ｗ１）、Ｙ軸方向の長さ（Ｌ）及びＸ軸方向の厚さ（ｔ１）と方向別剛性間の関係を整理すれば次のようである。
【００９３】
（１）第１可撓部２２２のＸ軸を基準に回転するときの剛性またはＺ軸方向に並進するときの剛性∝ｔ１×Ｗ１３／Ｌ３
【００９４】
（２）第１可撓部２２２のＹ軸を基準に回転するときの剛性∝ｔ１３×Ｗ１／Ｌ
【００９５】
前記二つの式によれば、第１可撓部２２２の（Ｘ軸を基準を回転するときの剛性またはＺ軸方向に並進するときの剛性）／（Ｙ軸を基準に回転するときの剛性）値は（Ｗ１／（ｔ１Ｌ））２に比例する。
【００９６】
ところが、本実施例による第１可撓部２２２は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きいので、（Ｗ１／（ｔ１Ｌ））２が大きく、それにより第１可撓部２２２の（Ｘ軸を基準を回転するときの剛性またはＺ軸方向に並進するときの剛性）／（Ｙ軸を基準に回転するときの剛性）値が増加するようになる。
【００９７】
前述したように、第１可撓部２２２の特性によって、前記第２質量体２２１は、Ｙ軸を基準に自由に回転する一方、Ｘ軸を基準に回転するとかＺ軸方向に並進することが制限される。
【００９８】
一方、第２可撓部２２３は、長手方向（Ｘ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いので、前記第２質量体２２１がＺ軸を基準に回転するとかＸ軸方向に並進することを制限することができる。また、第１可撓部２２２は長手方向（Ｙ軸方向）の剛性が相対的に非常に高いので、前記第２質量体２２１がＹ軸方向に並進することを制限することができる。
【００９９】
結局、前述した第１可撓部２２２と第２可撓部２２３の特性によって、前記第２質量体２２１は、Ｙ軸を基準に回転することができるが、Ｘ軸またはＺ軸を基準に回転するとかＺ軸、Ｙ軸またはＸ軸方向に並進することが制限される。すなわち、前記第２質量体２２１の運動可能な方向を整理すれば、表１のようである。
【０１００】
【表１】
2014215294.tif 000003
【０１０１】
このように、前記第２質量体２２１は、Ｙ軸を基準に回転することが可能である一方、残りの方向に運動することが制限されるので、質量体２２１の変位を所望方向（Ｙ軸を基準に回転）の力に対してだけ発生するようにすることができる。結局、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００の角速度検出部２２０は、加速度または力の測定の際、クロストーク（Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が発生することを防止することができ、角速度測定の際、共振モードの干渉を除去することができるようになる。
【０１０２】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図５に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部の駆動を概略的に示す使用状態図である。
【０１０３】
図示のように、前記第２質量体２２１がＹ軸を回転軸として回転するので、第２可撓部２２３には、圧縮応力と引張応力が組み合わせられた曲げ応力が発生し、第１可撓部２２２にはＹ軸を基準にねじり応力が発生する。この際、質量体２２１にトーク（Ｔｏｒｑｕｅ）を大きく発生させるために、第１可撓部２２２は、Ｚ軸方向を基準に質量体２２１の重量中心（Ｃ）より上側に備えることができる。
【０１０４】
一方、Ｘ軸及びＹ軸によって形成された平面を基準に見たとき、前記第２可撓部２２３は第１可撓部２２２に比べて相対的に広く形成されることにより、第２可撓部２２３には前記第２質量体２２１の変位を感知する感知手段２２４などを備えることができる。ここで、感知手段２２４は、Ｙ軸を基準に回転する第２質量体２２１の変位を感知するためのものである。そして、感知手段２２４は、特に限定されるものではなく、圧電方式、圧抵抗方式、静電容量方式、光学方式などを用いるように形成させることができる。
【０１０５】
また、前記第２可撓部２２３には、第２質量体２２１の変位を発生させる駆動手段２２５を備えることもできる。この際、駆動手段は、圧電方式または静電容量方式などを用いるように形成させることができる。
【０１０６】
ついで、前記支持部２３０の結合部２３２及び突出部２３３は、それぞれ第１可撓部２２２と第２可撓部２２３を支持して、第２質量体２２１が変位を引き起こすことができる空間を確保し、前記第２質量体２２１で変位が発生するとき、基準となる役目をする。
【０１０７】
また、前記結合部２３２と突出部２３３の位置は、前記第２質量体２２１の外側に備えられれば、特に制限されるものではない。ただ、質量体２２１がＹ軸を基準に回転するとき、第２可撓部２２３に作用する張力が急激に増加することを防止するために、第２可撓部２２３は、Ｙ軸に対して第２質量体２２１に隣接するように位置し、前記第２可撓部２２３の一端が結合された前記突出部２３３は、Ｙ軸に対して前記第２質量体２２１と隣接するように配置することができる。
【０１０８】
このように構成されることにより、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００は、加速度検出部２１０と角速度検出部２２０を同時に含み、平行に配置された二つの支持部によって連結され、加速度検出部２１０と角速度検出部２２０を区画する隔壁部も不要になって小型化したワンチップ化の可能なＭＥＭＳ素子を得ることができるようになる。
【０１０９】
図１１は、本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図である。
【０１１０】
図示のように、前記ＭＥＭＳ素子３００は、図５に示す第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００と比較して、角速度検出部だけが違う。
【０１１１】
より具体的に、前記ＭＥＭＳ素子３００は、第１質量体３１１の変位検出のための加速度検出部３１０と第２質量体３２１の駆動及び変位検出のための角速度検出部３２０でなり、前記加速度検出部３１０と角速度検出部３２０は、両側に平行にそれぞれ連結された支持部３３０によってワンチップ化したＭＥＭＳ素子でなる。
【０１１２】
すなわち、前記角速度検出部３１０と加速度検出部３２０は、平行な一対の支持部３３０に連結される。
【０１１３】
より具体的に、前記加速度検出部３１０は第１質量体３１１、可撓性ビーム３１２及び支持部３３０を含み、前記可撓性ビーム３１２はＸ字形に配置されるように前記第１質量体３１１に連結され、感知手段３１３が形成され、前記支持部３３０には電極パッド３３１が形成される。
【０１１４】
また、前記加速度検出部３１０は、図１に示すＭＥＭＳ素子と同様であり、詳細な技術構成、形状及びこれらの有機的結合も同様であるので、その説明は省略する。
【０１１５】
ついで、前記角速度検出部３２０は、第２質量体３２１、第１可撓部３２２、第２可撓部３２３及び支持部３３０を含む。そして、前記支持部３３０は、電極パッド３３１及び結合部３３２が形成される。
【０１１６】
また、前記第２可撓部３２３には、感知手段３２４及び駆動手段３２５が形成される。
【０１１７】
また、前記角速度検出部３２０は、図５に示す第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００の角速度検出部２２０と比較して、支持部と第１可撓部及び第２可撓部の有機的結合関係が違う。
【０１１８】
より具体的に、前記角速度検出部３２０は、第２質量体３２１の中心部にはＹ軸方向の両側に第１可撓部３２２が結合され、Ｘ軸方向の両端部に第２可撓部３２３が結合される。また、前記第１可撓部３２２は支持部３３０の結合部３３３に連結され、前記第２可撓部３２３は一端が第１可撓部３２２に結合され、他端が第２質量体３２１に結合される。
【０１１９】
すなわち、第１可撓部に第２可撓部３２３が結合されることにより、第２可撓部３２３の一端は、第２質量体３２１の回転軸（Ｙ軸）とほぼ一致するようになる。
【０１２０】
したがって、第２質量体３２１がＹ軸を基準に回転しても、第２可撓部３２３の長さは、ほとんど変わらない。すなわち、前記第２質量体３２１が回転するとき、第２可撓部３２３の長さの変化を最小化すれば、第２可撓部３２３に作用する張力が急激に増加しない。よって、第２可撓部３２３の剛性も急激に増加しないので、前記第２質量体３２１の駆動変位や感知変位が制限されることを防止することができる効果がある。
【０１２１】
また、前記第２可撓部３２３の張力が急激に変化しないので、共振周波数が急激に変化しながら、ノイズ（Ｎｏｉｓｅ）が増加することを防止することができる利点がある。一方、第２可撓部３２３は、前述したように、前記第２質量体３２１に形成された突出結合部３２１ａに連結することができる。
【０１２２】
そして、本発明の第３実施例によるＭＥＭＳ素子の角速度検出部３２０の詳細な技術構成、形状、これらの有機的結合及びこれによる技術具現は第２実施例によるＭＥＭＳ素子の角速度検出部３２０と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２３】
図１２は、本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子を概略的に示す平面図、図１３は、図１２に示すＭＥＭＳ素子において角速度検出部のＥ−Ｅ線についての概略断面図である。
【０１２４】
図示のように、前記ＭＥＭＳ素子４００は、図５に示す第２実施例によるＭＥＭＳ素子２００と比較して、角速度検出部だけが違う。
【０１２５】
より具体的に、前記ＭＥＭＳ素子４００は、第１質量体４１１の変位検出のための加速度検出部４１０と第２質量体４２１の駆動及び変位検出のための角速度検出部４２０からなり、前記加速度検出部４１０と角速度検出部４２０は両側に平行にそれぞれ連結された支持部４３０によってワンチップ化したＭＥＭＳ素子４００でなる。
【０１２６】
すなわち、前記角速度検出部４１０と加速度検出部４２０は、平行な一対の支持部２３０に連結される。
【０１２７】
より具体的に、前記加速度検出部４１０は第１質量体４１１、可撓性ビーム４１２及び支持部４３０を含み、前記可撓性ビーム４１２はＸ字形に配置されるように前記第１質量体４１１に連結され、感知手段４１３が形成され、前記支持部４３０には電極パッド４３１が形成される。
【０１２８】
また、前記加速度検出部４１０は、図１に示すＭＥＭＳ素子と同様であり、詳細な技術構成、形状及びこれらの有機的結合も同様であるので、その説明は省略する。
【０１２９】
ついで、前記角速度検出部４２０は、前述した第２及び第３実施例によるＭＥＭＳ素子の角速度検出部２２０、３２０と比較して、アンカー４２６の有無に相違点が存在する。
【０１３０】
より具体的に、前記角速度検出部４２０は、第２質量体４２１、第１可撓部４２２、第２可撓部４２３、アンカー４２６及び支持部４３０を含む。そして、前記支持部４３０には前述したように、電極パッド４３１が形成され、これに加えて前記第１可撓部４２２が結合されるための結合部４３２が形成される。
【０１３１】
また、前記第２可撓部４２３には、感知手段４２４及び駆動手段４２５が形成される。
【０１３２】
そして、前記第２質量体４２１は、一側質量体４２１ａ、他側質量体４２１ｂ及び連結質量体４２１ｃでなる。また、前記一側質量体４２１ａと他側質量体４２１ｂは同一の大きさ及び形状でなり、Ｘ軸方向に平行に配置させることができる。
【０１３３】
また、前記連結質量体４２１ｃは、前記一側質量体４２１ａと他側質量体４２１ｂが離隔して空間部が形成されるように連結され、図１２は、一実施例として前記一側質量体４２１ａと他側質量体４２１ｂの両端にそれぞれ連結されたものを示すものである。
【０１３４】
また、前記第２質量体４２１の一側質量体４２１ａ、他側質量体４２１ｂ及び連結質量体４２１ｃは、内部に中空部を持つように一体的に構成されることができる。
【０１３５】
そして、前記一側質量体４２１ａ及び他側質量体４２１ｂの中心部には、それぞれ支持部４３０に向かってＹ軸方向に前記第１可撓部４２２が結合される。そして、前記第１可撓部４２２は、前記支持部４３０の結合部４３２に結合されることにより、前記第２質量体４２１は、変位可能となるように浮遊状態で支持される。
【０１３６】
ついで、前記アンカー４２６は、前記第２質量体４２１が変位を引き起こすように第２可撓部４２３を支持し、前記第２質量体４２１で変位が発生するとき、基準となる役目をする。ここで、アンカー４２６の位置は、前記第２質量体４２１の内側の空間部に位置するように備えられれば、特に制限されるものではない。例えば、前記アンカー４２６は、前記一側質量体４２１ａと他側質量体４２１ｂの間の空間部に備えることができる。また、前記アンカー４２６は、Ｘ軸方向に対して第２質量体４２１の中間部に位置し、両端部に前記第２可撓部４２３が連結される。
【０１３７】
また、前記第２可撓部４２３は、アンカー４２６を基準に、第２質量体４２１が変位を引き起こすように、前記第２質量体４２１と前記アンカー４２３を連結する役目をする。
【０１３８】
より具体的に、前記第２可撓部４２３はＸ軸方向に伸びるように形成され、一端は第２質量体４２１の連結質量体４２１ｃに連結され、他端は前記アンカー４２６に連結される。
【０１３９】
この際、前記アンカー４２６に連結された第２可撓部４２３の一端は、前記第２質量体４２１の連結質量体４２１ｃに連結された第２可撓部４２３の他端に比べ、前記第２質量体４２１の回転軸（Ｙ軸）に近く位置する。
【０１４０】
すなわち、前記第２可撓部４２３の固定された部分（第２可撓部４２３の一端）が前記第２質量体４２１の回転軸（Ｙ軸）に近いものである。前記第２可撓部４２３の固定された部分（第２可撓部４２３の一端）が前記第２質量体４２１の回転軸（Ｙ軸）と一致すれば、前記第２質量体４２１が回転しても前記第２可撓部４２３の長さは変わらない。
【０１４１】
したがって、本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子の角速度検出部４２０のように、前記第２可撓部４２３の固定された部分（第２可撓部４２３の他端）が前記第２質量体４２１の回転軸（Ｙ軸）に近く形成されれば、前記第２質量体４２１が回転するとき、第２可撓部４２３の長さの変化を最小化することができる。このように、前記第２質量体４２１が回転するとき、前記第２可撓部４２３の長さの変化を最小化すれば、第２可撓部４２３に作用する張力が急激に増加しない。
【０１４２】
結局、前記第２可撓部４２３の剛性も急激に増加しないので、前記第２質量体４２１の駆動変位や感知変位が制限されることを防止することができる効果がある。また、前記第２可撓部４２３の張力が急激に変化しないので、共振周波数が急激に変化しながらノイズ（Ｎｏｉｓｅ）が増加することを防止することができる利点がある。
【０１４３】
また、前記第１可撓部４２２は、アンカー４２６または支持部４３０の固定部４３２を基準に、前記第２質量体４２１が変位を引き起こすように、前記第２質量体４２１と支持部４３０を連結する役目をする。
【０１４４】
また、第１可撓部４２２と第２可撓部４２３は、互いに直交方向に配置される。
【０１４５】
すなわち、第１可撓部４２２は、Ｙ軸に対応するように形成される一方、前記第２可撓部４２３は、Ｘ軸方向に伸びるように形成され、幅（Ｗ２）がＺ軸方向の厚さ（ｔ２）より大きく、第１可撓部４２２は、Ｚ軸方向の幅（Ｗ１）がＸ軸方向の厚さ（ｔ１）より大きくなることができる。
【０１４６】
このような前記第１可撓部４２２及び第２可撓部４２３の特性によって、前述した第１実施例によるＭＥＭＳ素子２００の角速度検出部２２０と同様に、前記第２質量体４２１は、Ｙ軸を基準に回転可能であり、Ｘ軸またはＺ軸を基準に回転するとかＺ軸、Ｙ軸またはＸ軸方向に並進することが制限される。
【０１４７】
そして、本発明の第４実施例によるＭＥＭＳ素子の角速度検出部４２０の詳細な技術構成、形状、これらの有機的結合及びこれによる技術具現は、第２実施例によるＭＥＭＳ素子の角速度検出部４２０と同様であるので、その説明は省略する。
【０１４８】
また、本発明によるＭＥＭＳ素子は、多様な分野に活用されることができる。例えば、本発明によるＭＥＭＳ素子は、角速度センサー、加速度センサーまたはアクチュエータ（Ａｃｔｕａｔｏｒ）などを含むワンチップに具現されることができる。
【０１４９】
図１２は、本発明の第２実施例によるＭＥＭＳ素子製造工程の一部工程を概略的に示す説明図である。
【０１５０】
図示のように、前記ＭＥＭＳ素子２００は、複数が整列された状態で、点線で示すように、ダイシング（ｄｉｃｉｎｇ）を行った場合、図５に示す個別ＭＥＭＳ素子を得ることができる。
【０１５１】
このために、素子ウエハー（ｗａｆｅｒ）と下部キャップウエハー（図示せず）をウエハーレベルボンディングした後、ダイシングを行う。また、下部キャップは、ＡＳＩＣまたは他のセンサーチップに取り替えることができる。この場合、ハーフダイシング（ｈａｌｆ  ｄｉｃｉｎｇ）することで、素子とハブチップの間にウエハーボンディングで電気的接続を成すことができる。また、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を使えば、支持部を貫通して電気的接続がなされることによって、フルダイシング（Ｆｕｌｌ  ｄｉｃｉｎｇ）の適用も可能である。
【０１５２】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【０１５３】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は、人工衛星、ミサイル、無人航空機などの軍需用からエアバッグ、ＥＳＣ、車両用ブラックボックス、キャムコーダの手の震え防止用、携帯電話やゲーム機のモーション検出用、ナビゲーション用などの多様な用途に適用可能である。
【符号の説明】
【０１５５】
１００    ＭＥＭＳ素子
１１０    質量体
１１０ａ    中心質量体
１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ，１１０ｄ，１１０ｅ    周辺質量体
１２０    可撓性ビーム
１３０    支持部
１３１    突出結合部
１４０    感知手段
２００    ＭＥＭＳ素子
２１０    加速度検出部
２１１    第１質量体
２１２    可撓性ビーム
２２０    角速度検出部
２２１    第２質量体
２２１ａ  突出結合部
２２２    第１可撓部
２２３    第２可撓部
２２４    感知手段
２２５    駆動手段
２３０    支持部
２３１    電極パッド
２３２    結合部
２３３    突出部
３００    ＭＥＭＳ素子
３１０    加速度検出部
３１１    第１質量体
３１２    可撓性ビーム
３２０    角速度検出部
３２１    第２質量体
３２２    第１可撓部
３２３    第２可撓部
３２４    感知手段
３２５    駆動手段
３３０    支持部
３３１    電極パッド
３３２    結合部
４００    ＭＥＭＳ素子
４１０    加速度検出部
４１１    第１質量体
４１２    可撓性ビーム
４２０    角速度検出部
４２１    第２質量体
４２１ａ    一側質量体
４２１ｂ    他側質量体
４２１ｃ    連結質量体
４２２    第１可撓部
４２３    第２可撓部
４２４    感知手段
４２５    駆動手段
４２６    アンカー
４３０    支持部
４３１    電極パッド
４３２    結合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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