(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサにおいて、
基板と、
前記基板のほぼ平坦な表面から上方に離隔して配置された第１可動素子であって、前記基板の前記平坦な表面に垂直な軸に沿う加速度に応じた第１方向への回転運動に適し、前記第１方向への回転運動は、前記第１可動素子の第１および第２の端部の間に配置された第１回転軸の周りに生じる、前記第１可動素子と、
前記基板の前記表面から上方に離隔して配置された第２可動素子であって、前記加速度に応じた第２方向への回転運動に適し、前記第２方向への回転運動は、前記第２可動素子の第３および第４の端部の間に配置された第２回転軸の周りに生じ、前記第２方向は前記第１方向と反対の向きである結果、前記第１可動素子および前記第２可動素子は共通の回転軸の長手方向に沿って互いに隣り合って配置され、前記第１回転軸および第２回転軸は前記共通の回転軸に沿って延びる、前記第２可動素子とを備え、
前記第１および前記第２可動素子は、概ね同一の形状を有し、前記第２可動素子は、前記基板の前記平坦な表面にある点位置の周りに前記第１可動素子に対して概ね回転対称となるように配置され、
前記第１可動素子は、前記第１回転軸と前記第１端部の間の第１部分と、前記第１回転軸と前記第２端部の間の第２部分とを有し、前記第１回転軸は、前記第１回転軸と前記第１端部の間の前記第１部分の長さである第１の長さが、前記第１回転軸と前記第２端部の間の前記第２部分の長さである第２の長さよりも長くなるように、前記第１および前記第２端部の間で偏位した方式に配置され、
前記第２可動素子は、前記第２回転軸と前記第３端部の間の第３部分と、前記第２回転軸と前記第４端部の間の第４部分とを有し、前記第２回転軸は、前記第２回転軸と前記第３端部の間の前記第３部分の長さである第３の長さは前記第２回転軸と前記第４端部の間の前記第４部分の長さである第４の長さよりも短くなるように前記第３および前記第４端部の間で偏位した方式に配置される、
ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記第２可動素子は、前記第１可動素子を前記点位置の周りに約１８０度回転した方向に配置される、請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記基板の前記平坦な表面に形成され、前記共通の回転軸に概ね中心を合わせてある第１サスペンションアンカーと、
前記第１可動素子を前記第１サスペンションアンカーに相互接続するとともに、前記第１可動素子の前記第１回転軸周りの回転運動を可能にさせる第１の対の可撓性部材と、
前記基板の前記表面に形成され、前記共通の回転軸に概ね中心を合わせてある第２サスペンションアンカーと、
前記第２可動素子を前記第２サスペンションアンカーに相互接続するとともに、前記第２可動素子の前記第２回転軸周りの回転運動を可能にさせる第２の対の可撓性部材とをさらに備える、請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記第１の長さは前記第４の長さと概ね等しく、
前記第２の長さは前記第３の長さと概ね等しい、請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記第１可動素子は前記第１部分の第１の側部に延びる第１横方向伸張部を備え、前記第１横方向伸張部は前記第２可動素子の前記第３端部の近傍まで延びるように配置され、
前記第２可動素子は前記第４部分の第２の側部に延びる第２横方向伸張部を備え、前記第２横方向伸張部は、前記第１可動素子の前記第２端部の近傍まで延びるように配置される、請求項６記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記第１可動素子が、第１Ｌ形状可動素子を形成する前記第１横方向伸張部を含み、
前記第２可動素子が、第２Ｌ形状可動素子を形成する前記第２横方向伸張部を含み、前記第１および前記第２Ｌ形状可動素子が、前記第１および前記第２Ｌ形状可動素子との間に接触せずに入れ子の構成に配置される、請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記第１および前記第２可動素子の各々の下方にて前記基板に配置された第１感知素子と、
前記第１および前記第２可動素子の各々の下方にて前記基板に配置された第２感知素子とをさらに備え、
前記第１および前記第２感知素子は、前記共通な回転軸からほぼ等しい距離をもって、かつ反対方向を指向して離隔するように配置され、前記第１および前記第２感知素子は、前記基板の前記平坦な表面に垂直な軸に沿って前記共通な回転軸の周りに前記第１および前記第２可動素子の運動を検知するために適切である、請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサを備えるセンサにおいて、
前記ＭＥＭＳセンサは、
基板と、
前記基板のほぼ平坦な表面から上方に離隔して配置された第１可動素子であって、前記第１可動素子の第１端部と第２端部との間に配置された第１回転軸の周りに回転運動を生じるために適切な第１可動素子と、
前記基板の前記表面から上方に離隔して配置された第２可動素子であって、前記第２可動素子の第３端部と第４端部の間に配置された第２回転軸の周りに回転運動を生じるために適切な第２可動素子とを備え、前記第１回転軸および第２回転軸は前記共通の回転軸に沿って延び、
前記第１および前記第２可動素子は概ね同一の形状を有し、前記第２可動素子は、前記基板の前記平坦な表面にある点位置の周りに前記第１可動素子に対して概ね回転対称となるように配置される結果、前記第１可動素子および前記第２可動素子は共通の回転軸の長手方向に沿って互いに隣り合って配置され、前記第２可動素子は、前記第１可動素子を前記点位置の周りに約１８０度回転した方向に配置され、
前記第１可動素子は、前記第１回転軸と前記第１端部の間の第１部分と、前記第１回転軸と前記第２端部の間の第２部分とを有し、前記第１回転軸は、前記第１回転軸と前記第１端部の間の前記第１部分の長さである第１の長さが、前記第１回転軸と前記第２端部の間の前記第２部分の長さである第２の長さよりも長くなるように、前記第１および前記第２端部の間で偏位した方式に配置され、
前記第２可動素子は、前記第２回転軸と前記第３端部の間の第３部分と、前記第２回転軸と前記第４端部の間の第４部分とを有し、前記第２回転軸は、前記第２回転軸と前記第３端部の間の前記第３部分の長さである第３の長さは前記第２回転軸と前記第４端部の間の前記第４部分の長さである第４の長さよりも短くなるように前記第３および前記第４端部の間で偏位した方式に配置される、デバイス。
【請求項９】
前記第１可動素子は、前記基板の前記平坦な表面に垂直な軸に沿う加速度に応じた第１方向への前記第１回転軸の周りの回転運動に適し、
前記第２可動素子は、前記加速度に応じた第２方向への前記第２回転軸の周りの回転運動に適し、前記第２方向は前記第１方向と反対の向きである、請求項８記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１可動素子は前記第１部分の第１の側部に延びる第１横方向伸張部を備え、前記第１横方向伸張部は前記第２可動素子の前記第３端部の近傍まで延びるように配置され、
前記第２可動素子は前記第４部分の第２の側部に延びる第２横方向伸張部を備え、前記第２横方向伸張部は、前記第１可動素子の前記第２端部の近傍まで延びるように配置される、請求項８記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１および前記第２可動素子の各々の下方にて前記基板に配置された第１感知素子と、
前記第１および前記第２可動素子の各々の下方にて前記基板に配置された第２感知素子とをさらに備え、
前記第１および前記第２感知素子は、前記共通な回転軸からほぼ等しい距離をもって、かつ反対方向を指向して離隔するように配置され、前記第１および前記第２感知素子は、前記基板の前記平坦な表面に垂直な軸に沿って前記共通な回転軸の周りに前記第１および前記第２可動素子の運動を検知するために適切である、請求項８記載のデバイス。
【請求項１２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサにおいて、
基板と、
前記基板のほぼ平坦な表面から上方に離隔して配置された第１可動素子と、
前記基板の前記表面から上方に離隔して配置された第２可動素子とを備え、
前記第１および前記第２可動素子は、概ね同一の形状を有し、前記第２可動素子は、前記基板の前記平坦な表面にある点位置の周りに前記第１可動素子に対して概ね回転対称となるように配置される結果、前記第１可動素子および前記第２可動素子は共通の回転軸の長手方向に沿って互いに隣り合って配置され、前記第１回転軸および第２回転軸は前記共通の回転軸に沿って延び、前記第２可動素子は、前記第１可動素子を前記点位置の周りに約１８０度回転した方向に配置され、前記第１および前記第２可動素子の各々は前記共通の回転軸の周りの回転運動に適切であり、
前記第１および前記第２可動素子の各々の下方にて前記基板に配置された第１感知素子と、
前記第１および前記第２可動素子の各々の下方にて前記基板に配置された第２感知素子とをさらに備え、
前記第１および前記第２感知素子は、前記共通な回転軸からほぼ等しい距離をもって、かつ反対方向を指向して離隔するように配置され、前記第１および前記第２感知素子は、前記基板の前記平坦な表面に垂直な軸に沿って前記共通な回転軸の周りに前記第１および前記第２可動素子の運動を検知するために適切であり、
前記第１可動素子は、第１端部および第２端部、前記共通の回転軸と前記第１端部の間の第１部分、ならびに、前記共通の回転軸と前記第２端部との間の第２部分を有し、前記共通の回転軸と前記第１端部の間の前記第１部分の長さである第１の長さは前記共通の回転軸と前記第２端部との間の前記第２部分の長さである第２の長さより長く、
前記第２可動素子は、第３端部および第４端部、前記共通の回転軸と前記第３端部の間の第３部分、ならびに、前記共通の回転軸と前記第４端部の間の第４部分を有し、前記共通の回転軸と前記第３端部の間の第３部分の長さである第３の長さは前記共通の回転軸と前記第４端部の間の長さである第４部分より短い、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記基板の前記平坦な表面に形成され、前記共通の回転軸に概ね中心を合わせてある第１サスペンションアンカーと、
前記第１可動素子を前記第１サスペンションアンカーに相互接続するとともに、前記第１可動素子の前記第１回転軸周りの回転運動を可能にさせる第１の対の可撓性部材と、
前記基板の前記表面に形成され、前記共通の回転軸に概ね中心を合わせてある第２サスペンションアンカーと、
前記第２可動素子を前記第２サスペンションアンカーに相互接続するとともに、前記第２可動素子の前記第２回転軸周りの回転運動を可能にさせる第２の対の可撓性部材とをさらに備える、請求項１２記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
前記第１可動素子は前記第１部分の第１の側部に延びる第１横方向伸張部を備え、前記第１横方向伸張部は前記第２可動素子の前記第３端部の近傍まで延びるように配置され、
前記第２可動素子は前記第４部分の第２の側部に延びる第２横方向伸張部を備え、前記第２横方向伸張部は、前記第１可動素子の前記第２端部の近傍まで延びるように配置されることによって、前記第１および第２可動素子は互いの間に接触せずに入れ子の構成に配置される、請求項１２記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサに関し、より詳細には温度誘起エラーに対する感度を低下させ、かつセンササイズ縮小するために設けたデュアルプルーフマスを有するＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサは、自動車、慣性誘導システム、家庭用製品、種々のデバイスのための保護システム、他の産業、科学、および工学システムのような用途に広く使用される。このようなＭＥＭＳセンサは、加速度、圧力、または温度のような物理的状態を検出するために使用され、検出された物理的状態を示す電気信号を与える。
OLE_LINK1  容量検出型ＭＥＭＳ設計OLE_LINK1は、小さな寸法および安価な製造に適応しているため、高加速度の環境および小型デバイスの動作に非常に好適である。容量式加速度計は、加速度に応じた電気容量の変化を検出し、作動された回路の出力を変化させる。１つの一般的な加速度計は「ティータートーター」または「シーソー」の構造を有する２層の容量式トランスデューサである。この一般的に利用されるドランスデューサのタイプは、基板上のＺ軸方向の加速度の下で回転する、可動素子またはプレートを用いる。加速度計の構造は、差動または相対容量を判定するために、２つの個別容量を測定し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】一実施形態によるデバイスに含まれるＭＥＭＳセンサの上面図。
【図２】図１のＭＥＭＳセンサの概要を示す側面図。
【図３】図１のＭＥＭＳセンサによって生じられた差動容量の方程式のチャート。
【図４】代替の実施形態によるＭＥＭＳセンサの上面図。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
本明細書に記載された実施形態は、デュアル可動素子すなわち下の基板上に吊らされたプルーフマスを有する微小電気機械（ＭＥＭＳ）センサを含む。デュアル可動素子は熱的に誘起される応力による測定エラーを最小化するために配向される。追加的な態様において、デュアル可動素子を入れ子式構成に収容することを可能にすることによってデュアル可動素子は基板面積を最適化すべく形成され得る。このようなデュアル可動素子を有するＭＥＭＳセンサは従来のＭＥＭＳ作成工程を用いて製造され得る。したがって。このようなＭＥＭＳセンサは、正確、小型、およびコスト効率が良好である製造の設計目的を達成する。
【０００５】
図１は、一実施形態による、デバイス２２に含まれたＭＥＭＳセンサ２０の上面図を示す。加速度計の形態であるＭＥＭＳセンサ２０は矢印２４（図２）によって示すようにＺ軸加速度を検出するように適応され、シーソー型センサとして構成される。デバイス２２は、加速度測定を必要し得るいかなる複数のデバイスを含む可能性がある。このようなデバイスには、例えば、自動車システム、慣性誘導システム、家庭用製品、種々のデバイスのための保護システム、携帯型コンピューティングおよび電気通信デバイス、ハンドヘルド型ゲームコントローラ、および他の多くの産業、科学、および工学システムが含まれる。
【０００６】
ＭＥＭＳセンサ２０は、概ね平坦な表面２８を有する基板２６を含んでなる。第１検出素子３０および第２検出素子３２（鎖線によって示される）は基板２６の平坦な表面２８に形成される。さらに、第１サスペンションアンカー３４および第２サスペンションアンカー３６は基板２６の平坦な表面２８に形成される。本明細書で第１プルーフマス３８と呼ばれる第１可動素子および本明細書で第２プルーフマス４０と呼ばれる第２可動素子は、基板２６の平坦な表面２８の上方にて互いに離隔した様式に配置される。
【０００７】
ＭＥＭＳセンサ２０は、第１プルーフマス３８が基板２６の上方に担持されるように第１プルーフマス３８を第１サスペンションアンカー３４に相互接続するための、第１可撓性部材４２および第２可撓性部材４４を有する。同様に、ＭＥＭＳセンサ２０は、第２プルーフマス４０が基板２６上に担持されるように第２プルーフマス４０を第２サスペンションアンカー３６に相互接続するための、第３可撓性部材４６および第４可撓性部材４８を有する。ＭＥＭＳセンサ３０の部品は、例えば、堆積、パターニング、エッチングを含む従来または将来来るべきＭＥＭＳ作成設計法則および工程を用いて形成され得る。
【０００８】
特に明記しない限り、「第１」及び「第２」等の用語は、そのような用語が述べる要素間を任意に区別するために用いる。従って、これらの用語は、必ずしもそのような要素の時間的な又は他の優先順位付けを示そうとするものではない。
【０００９】
図示するように、開口５０は第１プルーフマス３８を貫通して延伸し、プルーフマス３８の内縁部５２によって画成される。第１サスペンションアンカー３４は、第１プルーフマス３８の第１端部５８と第２端部６０との間の第１プルーフマス３８の第１回転軸５６に沿って開口５０のほぼ中心５４に配置される。同様に、開口６２は第２プルーフマス４０を貫通して延伸し、第２プルーフマス４０の内縁部６４によって画成される。第２サスペンションアンカー３６は、第２プルーフマス４０の第３端部７０と第４端部７２との間の第２プルーフマス４０の第２回転軸６８に沿って開口６２のほぼ中心６６に配置される。
【００１０】
シーソー型加速度計として動作するために、第１回転軸５６の片側にある第１プルーフマス３８の第１部分７６は、第１回転軸５６の他の側にある第１プルーフマス３８の第２部分７８より大きな質量を有するように形成される。例示的な実施形態において、第１部分７６のより大きな質量は、第１回転軸５６と第１端部５８との間の第１部分７６の第１の長さ８０が第１回転軸５６と第２端部６０との間の第２部分７８の第２の長さ８２より長くなるように、第１回転軸５６を偏位することによって形成され得る。同様に、第２回転軸６８の片側における第２プルーフマス４０の第３部分８４は、第２回転軸６８の別の側における第２プルーフマス４０の第４部分８６より相対的に小さい質量を有するように形成される。第３部分８４のより小さい質量は、第２回転軸６８と第３端部７０との間の第３部分８４の第３の長さ８８が第２回転軸６８と第４端部７２との間の第４部分８６の第４の長さ９０より短くなるように第２回転軸６８を偏位することによって形成され得る。第１および第２プルーフマス３８および４０の各々は、加速度２４（図２）に応答して第１プルーフマス３８および第２プルーフマス４０の第１回転軸５６および第２回転軸６８周りで回転するために適していることによって、下方の検出素子３０，３２に対する相対位置を変化させる。
【００１１】
第１プルーフマス３８および第２プルーフマス４０のそれぞれが実質的に等しい、すなわち同一の形状およびサイズを有している。図１の図示された実施形態において、形状は概ね矩形である。さらに、第１部分７６の第１の長さ８０は第４部分８６の第４の長さ９０と実質的に等しく、第２部分７８の第２の長さ８２は第３部分８４の第３の長さ８８と実質的に等しい。それぞれの第１および第２軸の回転５６および６８は回転９２の共通な軸に沿って互いに整列配置される。
【００１２】
ＭＥＭＳセンサの用途は、オフセット（ＴＣＯ）動作のより低い温度係数を要する。ＴＣＯは熱的に誘起される応力がＭＥＭＳセンサのような半導体デバイスの性能にどれぐらい影響を与える測定規準である。高ＴＣＯが、有意に高い熱誘起された応力、すなわち、このような応力に高い感度を有するＭＥＭＳデバイスを示す。ＭＥＭＳセンサ用途のパッケージングは多くの場合において、熱膨張の異なる係数を有する材料を使用する。したがって、望ましくない高ＴＣＯは製造または動作の間に発生され得る。さらに、最終製品におけるプリント回路板にパッケージングされた半導体デバイスをハンダ付けすることから応力が生じ得る。応力とＭＥＭＳデバイスの材料特性の組み合わせによって、ひずみ、すなわち基板２６の変形を生じ得る。第１および第２サスペンションアンカー３０，３２も下方にある基板２６を介してこのひずみまたは変形を受ける可能性がある。サスペンションアンカー３０，３２におけるひずみは、  第１プルーフマス３８および第２プルーフマス４０それぞれが、第１および第２回転軸５６および６８の周りのいくらかの回転を生じ、そこから測定の不正確を生じ得る。したがって容量式ＭＥＭＳセンサ２０の出力に有害な影響を与える。
【００１３】
従来技術に従うと、ＭＥＭＳセンサにおける素子は、対称軸に対して素子を鏡映対称性の原理にしたがって典型的に配置される。対称軸は、幾何学的図形を２つの部分に分け、対称軸について折り返す場合、一つの部分が別の部分に一致するような線である。あいにく、ＴＣＯ効果のため、一対のプルーフマスを鏡映対称性に配置するように仮定すると、高ひずみおよび測定精度の低下を生じ得る。
【００１４】
したがって、第１および第２プルーフマス３８，４０は鏡映対称性にしたがって配置しない。むしろ、第１サスペンションアンカー３４および第２サスペンションアンカー３６のひずみによる不正確さの問題を回避するために、第２プルーフマス４０は、基板２６の平坦面２８にある点位置９４について、第１プルーフマス３８の回転対称となるように、配向される。本明細書で利用された「回転対称性」は、第２プルーフマス４０が第１プルーフマス３８に対して点位置９４の周りを回転されるが、第２プルーフマス４０は第１プルーフマス３８と「依然として同一に見える」ことを称する。すなわち、第１プルーフマスのあらゆる点が第２プルーフマスに整合する点を有し、この点は点位置９４から同一距離であるが、反対方向に配向される。この回転対称は矢印９６によって図１に示される。一実施形態において、第２プルーフマスは、基板２６の点位置９４の周りに回転される配向、第１プルーフマスに対して約１８０度の方向に配置される。この回転対称性の構成はしばしば、「二次回転対称性」と称される。
【００１５】
したがって、第１および第２プルーフマス３８，４０を回転対称に配置することによって、それぞれの第１回転軸５６および第２回転軸６８を回転９２の共通な軸に沿って互いに整列配置させる。したがって、第１サスペンションアンカー３４を介して第１プルーフマス３８の回転を及ぼすいかなるひずみは、第２プルーフマス４０の回転を及ぼす第２サスペンションアンカー３６を介して受けられた、概ね均等かつ反対方向のひずみによって均衝化される。また、第１および第２プルーフマス３８および４０の回転対称の配置が、検出素子３０，３２を互いに近接して配置することを可能にする。このように近接させることによって、検出素子３０，３２はひずみによって同様な変形をもたらす。
【００１６】
図２〜３を参照する。図２はＭＥＭＳセンサ２０の概略を示す側面図を示し、図３がＭＥＭＳセンサ２０によって生じられた差動容量の方程式１００のチャート９８を示す。図２，３において、符号「Ｍ１」が第１プルーフマス３８を示し、「Ｍ２」が第２プルーフマス４０を示し、「Ｓ１」が第１検出素子３０を示し、「Ｓ２」が第２検出素子３２を示す。
【００１７】
図２は、回転の共通軸９２の周りの第１および第２プルーフマス３８および４０それぞれの回転を示している。Ｚ軸加速度２４に応答して、矢印１０２によって示されるように、第１プルーフマス３８が第１方向に回転し、矢印１０４によって示されるように、第２プルーフマス４０が第２方向に回転する。しかしながら、第１および第２プルーフマス３８および４０の回転対称性によって、回転の第２方向１０４は第１方向１０２と反対にある。
【００１８】
第１および第２プルーフマス３８および４０が回転するに従って、下方にある検出素子３０，３２に対するそれらの相対位置が変化する。この位置の変化が１組の容量を生じて、これらの差すなわち差動が加速度２４を指示する。図２に示すように、第１容量Ｃ１は第１プルーフマス３８の第１部分７６と第１検出素子３０との間に形成される。第２容量Ｃ２は第１プルーフマス３８の第２部分７８と第２検出素子３２との間に形成される。また、第３容量Ｃ３は第２プルーフマス４０の第２部分８４と第１検出素子３０との間に形成される。さらに、第４容量Ｃ４は第２プルーフマス４０の第４部分８６と第２検出素子３２との間に形成される。
【００１９】
図３は加速度２４を示す差動容量を示している。特に、加速度方程式１００が、加速度出力ＡＣＣＥＬ（ＯＵＴ）は第１および第４容量（Ｃ１およびＣ４）の和と第２および第３容量（Ｃ２およびＣ３）の和との間の差に比例することを示している。チャート９８が、第１容量Ｃ１は第１プルーフマス３８（Ｍ１）と第１検出素子３０（Ｓ１）との間に形成された構成をさらに示す。第４容量Ｃ４は第２プルーフマス４０（Ｍ２）と第２検出素子３２（Ｓ２）との間に形成される。第２容量Ｃ２は第１プルーフマス３８（Ｍ１）と第２検出素子３２（Ｓ２）との間に形成される。第３容量Ｃ３は第２プルーフマス４０（Ｍ２）および第２検出素子３０（Ｓ１）との間に形成される。
【００２０】
ＭＥＭＳセンサ２０のデュアルプルーフマス構成は小さなパッケージで相対的高加速度出力を生じ、安価な大量生産に非常に好適となる。さらに、第１および第２プルーフマス３８および４０の回転対称の構成が、ＴＣＯと知られている熱的に誘起される応力による測定エラーを少なくとも部分的に相殺する。
【００２１】
図４は、代替の実施形態によるＭＥＭＳセンサ１０６の上面図を示す。ＭＥＭＳセンサ２０（図１）を参照すると、第１および第２プルーフマス３８および４０の回転対称の構成のため、基板２６上に実質的に使用されていない空間が大きくあることを示している。特に、第１プルーフマス３８の第２端部６０と近接する基板２６上の領域および第２プルーフマス第３端部７０と近接する基板２６上の別の領域は使用されない。ＭＥＭＳセンサ１０６の構成がＬ字形状の可動マスを入れ子式にすることを介してこの使用されない空間を利用してＺ軸加速度２４（図２）により高い感知度を達成する。
【００２２】
ＭＥＭＳセンサ１０６の多くの部品はＭＥＭＳセンサ２０（図１）の部品と一般的に等しい。簡略化のために、本明細書で同一符号は等しい部品に使用される。したがって、ＭＥＭＳセンサ１０６が基板２６と、当該基板２６の平坦な表面２８に形成された、第１検出素子３０、第２検出素子３２、第１サスペンションアンカー３４、第２サスペンションアンカー３４を含む。
【００２３】
ＭＥＭＳセンサ１０６は、基板２６の平坦な表面２８上に離隔して配置された本明細書で第１プルーフマスと称される第１可動素子および本明細書で第２プルーフマス１１０と称される第２可動素子をさらに含む。それぞれ第１および第２可撓性部材４２，４４が、第１プルーフマス１０８が基板２６の上方に担持されるように第１プルーフマス１０８を第１サスペンションアンカー３４と相互接続する。同様に、第３および第４の可撓性部材４６，４８はそれぞれ、第２プルーフマス１１０が基板２６の上方に担持されるように第２プルーフマス１１０を第２サスペンションアンカー３６と相互接続する。
【００２４】
第１および第２プルーフマス３８および４０（図１）が概ね矩形形状であるのと対照的に、ＭＥＭＳセンサ１０６の第１および第２プルーフマス１０８および１１０はＬ字形状の素子である。すなわち、第１プルーフマス１０８が、第１プルーフマス１０８の第１側１１４から延伸し、かつ第２プルーフマス１１０の端部１１６の近くに配置された第１横方向伸張部１１２を含む。同様に、第２プルーフマス１１０が、第２プルーフマス１１０の第２側１２０から延伸し、かつ第１プルーフマス１０８の端部１２２の近くに配置された第２横方向伸張部１１８を含む。
【００２５】
互いに接触せず第１および第２プルーフマス１０８，１１０を組み合わせる入れ子式を達成するために、第２Ｌ形状プルーフマス１１０は、基板２６の平坦な表面２８における点位置９４の周りの第１Ｌ形状プルーフマス１０８に対して概ね回転対称９６に配向される。基板２６上にこれまで使用されなかった領域が今利用され、第１および第２プルーフマス１０８および１１０の反対部分の質量をさらに増加する。この増加された質量が、ＭＥＭＳセンサ２０（図１）と等しい面積を使用してＺ軸加速度２４（図１）により高い感知度を提供し得る。また、第１および第２プルーフマス１０８および１１０の回転対称性構成が少なくとも、ＴＣＯと知られている熱的に誘起される応力による測定エラーを部分的減少する。
【００２６】
本明細書記載された実施形態が、下にある基板上に吊らされたデュアル可動素子すなわちプルーフマスを有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサを含む。互いに回転対称に配向されたデュアルプルーフマスが、熱的に誘起される応力による測定エラーを最小化する。追加の態様において、デュアルプルーフマスを入れ子式に互い違いにすることによって基板面積を最適化するために互いに配向されたデュアルプルーフマスはＬ形状であってよい。Ｌ形状デュアルプルーフマスは、概ね矩形のデュアルプルーフマスＭＥＭＳセンサよりも、ＭＥＭＳセンサと等しい面積を使用するにも関わらずＺ軸加速度により高い感知度を提供し得る。デュアルプルーフマスを有するＭＥＭＳセンサは従来ＭＥＭＳ製造工程を用いて製造され得る。したがって、そのようなＭＥＭＳセンサが高感知度、正確度、小型、および効率の良い製造の設計目的を達成する。
【００２７】
前述の詳細な説明は、具体的な例示の実施の形態を参照しながら本発明を説明するものである。しかし、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更が加えられ得ることが理解されよう。例えば、デュアルプルーフマスは互いに回転対称的に配置されることを条件として、デュアルプルーフマスは上述に記載された形状と異なる形状を有してもよい。
【図１】
0005852437.tif 000002
【図２】
0005852437.tif 000003
【図３】
0005852437.tif 000004
【図４】
0005852437.tif 000005