(57)【要約】【課題】【解決手段】一例における装置は、第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマスと、第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスとを備えている。第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線は実質的に直交する。第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは実質的に面一である。プルーフマスのキャビティは重心を配置する機能を果たす。入力軸線は、これらの入力軸線が共通の点にて交差し且つ、互いに直交するよう配置することができる。
2007519902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置において、
第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマス（ｐｒｏｏｆｍａｓｓ）と、
第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、
第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスとを備え、
第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線は実質的に直交し、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは実質的に面一である、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスの各々は、１つ又はより多数の空隙と、幾何学的中心と、質量中心とを備え、
１つ又はより多数の空隙は、質量中心を幾何学的中心の下方に配置する作用を果たす、装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
１つ又はより多数の空隙は、第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線を３つの実質的に直交する方向に向けて方向決めし得るよう、第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマス内に配置される、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは実質的に１つの面内に位置し、
第一及び第二のプルーフマス内の１つ又はより多数の空隙は、第一及び第二の入力軸線を１つの面内方向に向けて方向決めし、
第一のプルーフマスは、第一の入力軸線を第二の入力軸線に対し直交するよう方向決めし得るよう、前記面内にて第二のプルーフマスに対して配置され、
第三のプルーフマス内の１つ又はより多数の空隙は、第三のプルーフマスの質量中心を幾何学的中心の下方に配置し、また、第三のプルーフマスの回転軸線の一側部に対して配置し、第三の入力軸線を第一及び第二の入力軸線に対して直交する面外の方向に向けて方向決めする、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、
第一のプルーフマスは、第一のプルーフマスをフレームに連結するクロスリーフ撓み材（ｃｒｏｓｓ−ｌｅａｆ  ｆｌｅｘｕｒｅ）を備え、
クロスリーフ撓み材は、第一の撓み梁（ｆｌｅｘｕｒｅ  ｂｅａｍ）と、第二の撓み梁とを備え、
第一、第二及び第三のプルーフマスは、実質的に１つの面内に位置し、
第一の撓み梁は前記面に対し実質的に平行であり、第二の撓み梁は前記面に対して実質的に直交する、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
第二の撓み梁は、前記面の外方向に向けたクロスリーフ撓み材の順応性（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｙ）の減少を促進する作用を果たす、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
第三のプルーフマスは、第一及び第二のプルーフマスに対して、第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線が第一の加速度、第二の加速度及び第三の加速度の１つ又はより多くを計算する間、共通の点にて交差し、補償アルゴリズムを簡略化するよう、配置される、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び（又は）第三のプルーフマスの１つ又はより多くは、第一の加速度、第二の加速度及び（又は）第三の加速度の１つ又はより多くを測定するとき、スクイズフィルム気体（ｓｑｕｅｅｚｅ  ｆｉｌｍ  ｇａｓ）の減衰と関係した騒音とを減少させる作用を果たす１つ又はより多くの穴を備える、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
頂部カバーと、底部カバーとを更に備え、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスが基板層に形成され、
基板層は、頂部カバーと底部カバーとの間にて封入され、
頂部カバー及び底部カバーは、第一、第二及び第三のプルーフマスの変位を検出し且つ、その変位を零に戻すよう整合された１つ又はより多くの電極を備える、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
基板層と、頂部カバー及び底部カバーの１つ又はより多くとの間に１つ又はより多くの誘電層を更に備え、
１つ又はより多くの誘電層は、第一、第二及び第三のプルーフマスが変位するための空間を提供する開口部を備える、装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置において、
１つ又はより多くの電気経路を更に備え、
頂部カバー及び底部カバーの１つ又はより多くは、１つ又はより多くの電気接点を有する外面を備え、
電気経路は、１つ又はより多くの電気接点と、第一のプルーフマス、第二のプルーフマス、第三のプルーフマスの１つ又はより多くとの間、及び１つ又はより多くの電極との間にて信号を供給し、
１つ又はより多くの電気接点は、別個の層と電気的に且つ機械的に接触する作用を果たす、装置。
【請求項１２】
方法において、
３つの面一のプルーフマスを基層内にエッチングし、３つのそれぞれの入力軸線に沿った加速度を検出すべく３つの面一のプルーフマスが採用可能であるステップと、
１つ又はより多くの空隙を３つの面一のプルーフマス内にエッチングし、３つのそれぞれの入力軸線を３つの直交する加速度の検知方向に向けて方向決めするステップとを備える、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
３つの面一のプルーフマスを支持すべく１つ又はより多くの撓み材構成要素を形成するステップを更に備え、
１つ又はより多くの撓み材構成要素は、３つのプルーフマスの１つの面に対し実質的に平行な第一の梁と、前記面に対して実質的に直交し、前記面の外方向に向けた１つ又はより多数の撓み材構成要素の順応性の減少を促進する第二の梁とを備える、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
前記３つの面一のプルーフマスを基板にエッチングするステップは、
３つの入力軸線が３つの直交する方向に向けて整合されるよう３つのプルーフマスを基層内に配置するステップと、
３つの入力軸線が共通の点にて交差するよう第三のプルーフマスを第一及び第二のプルーフマスに対して配置するステップとを備える、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、
３つのそれぞれの入力軸線に沿った加速度を測定するとき、スクイズフィルム気体の減衰と関係した騒音とを減少させる作用を果たす１つ又はより多数の穴を３つの面一のプルーフマスの１つ又はより多数内にエッチングするステップを更に備える、方法。
【請求項１６】
装置において、
第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマスと、
第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、
第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスとを備え、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは実質的に面一であり、
第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線は共通の点にて交差し且つ、実質的に直交する、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、
第一のプルーフマスは、第一のプルーフマスをフレームに連結するクロスリーフ撓み材を備え、
クロスリーフ撓み材は、第一の撓み構成要素と、第二の撓み構成要素とを備え、
第一の撓み構成要素は、第一の入力軸線と実質的に平行である第一の撓み部分を備え、
第二の撓み構成要素は、第一の撓み部分と実質的に直交する第二の撓み部分を備える、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
第一のプルーフマスは実質的に１つの面内に位置し、
第二の撓み構成要素の第二の撓み部分は、前記面の外方向に向けた第一のプルーフマスの順応性の減少を促進する作用を果たす、装置。
【請求項１９】
請求項１６に記載の装置において、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスの各々は、１つ又はより多数の空隙と、幾何学的中心と、質量中心とを備え、
１つ又はより多数の空隙は、質量中心を幾何学的中心の下方に配置し、
第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線は、第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスの１つ又はより多くの空隙の配置に基づいて直交方向に方向決めされる、装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置において、
第三のプルーフマスは、第一のプルーフマス及び第二のプルーフマスに対して、第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線が第一の加速度、第二の加速度及び第三の加速度の１つ又はより多くを計算する間、共通の点にて交差し、補償アルゴリズムを簡略化するよう、配置される、装置。
【請求項２１】
装置において、
第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマスと、
第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、
第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスと、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスをフレームに連結する複数のクロスリーフ撓み材と、を備え、
第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは、実質的に面一である、装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国仮特許出願明細書６０／５３４，９４８号（ロバート・イー・スチュワート（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｅ．  Ｓｔｅｗａｒｔ）により２００４年１月７日付けで出願された、「３軸線に沿った加速度を検知すべく採用可能な面一のプルーフマス（ＣＯＰＬＡＮＡＲ  ＰＲＯＯＦＭＡＳＳＥＳ  ＥＭＰＬＯＹＡＢＬＥ  ＴＯ  ＳＥＮＳＥ  ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＩＯＮ  ＡＬＯＮＧ  ＴＨＲＥＥ  ＡＸＥＳ）」という名称）の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全体として、電気機械的システム、より具体的には、電気機械的加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
一例における電気機械的システムは、１つのパラメータを測定する。電気機械的システムは、パラメータを測定するマイクロ電気機械的システム（「ＭＥＭＳ」）加速度計又はジャイロスコープを備えることができる。例えば、加速度計は、加速度を測定し、ジャイロスコープは、回転を測定する。一例における加速度計は、フレームにより撓み点にて支持されたプルーフマス（ｐｒｏｏｆｍａｓｓ）センサ構成要素を備えている。撓み点は、加速度が生じたとき、プルーフマスが動くのを許容するように順応性がある。ピックオフ構成要素及び処理構成要素は、プルーフマスの動きを測定し且つその動きを加速度の方向及び大きさに変換する。
【０００４】
一方向への加速度を検知するためプルーフマスが採用可能である。加速度をより完全に分析するため、３つのプルーフマスが組み合わせて使用される。例えば、第一のプルーフマスは、第一の方向（例えば、Ｘ軸線）に沿った加速度を検知し得るよう方向決めされ、第二のプルーフマスは、第二の方向（例えば、Ｙ軸線）に沿った加速度を検知し得るよう方向決めされ、第三のプルーフマスは、第三の方向（例えば、Ｚ軸線）に沿った加速度を検知し得るよう方向決めされる。一例において３つの方向は直交する。３つのプルーフマスは、加速度の正確な方向及び大きさを決定し得るよう三つ組みにて配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一例において、第一のプルーフマスは、立方体の第一の面に取り付けられ、第二のプルーフマスは、立方体の第二の面に取り付けられ、第三のプルーフマスは、立方体の第三の面に取り付けられる。プルーフマスの検知軸線（すなわち、入力軸線）は、立方体の取り付け面に対して直交する。このため、３つのプルーフマスを有する立方体を採用して３つのプルーフマスからの測定値を組み合わせることにより、任意の方向への加速度を測定することができる。１つの欠点として、３つのプルーフマスを３つの異なる面内にて方向決めする必要性のため、加速度計の寸法は大きい。別の欠点として、３つのプルーフマスを３つの異なる面内にて相互に接続することはコストが掛かる。更に別の例として、３つのプルーフマスは３つの異なる面内に方向決めされているため、プルーフマスは、幾つかの方向に向けて大きく加速される間、損傷を防止するため制限ストッパを備えることができない。
【０００６】
別の例において、３つのプルーフマスは面一である。プルーフマスをフレームと接続する撓み構成要素は、極めて順応性であり、過度の面外への動きを許容する。１つの欠点として、加速度の測定中、過度の面外への動きによって非直線状の実行エラーが生ずる。一例において３つのプルーフマスの検知軸線は、共通の点にて交差しない。加速度を測定する処理構成要素は、３つのプルーフマスの検知軸線が共通の点にて交差しないことを考慮する補償アルゴリズムを採用しなければならない。別の欠点として、補償アルゴリズムは、加速度の計算過程を複雑にする。
【０００７】
このため、３つの軸線に沿った加速度を検知すべく採用可能な３つの面一のプルーフマスを備える電気機械的システムが必要とされている。加速度を測定するときの非直線状の実行エラーを防止する電気機械的システムが更に必要とされている。電気機械的システムによって検知された加速度を計算するときの補償アルゴリズムによる計算上の複雑さの軽減を促進する電気機械的システムが更に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、１つの実施の形態において、１つの装置を包含する。該装置は、第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマスと、第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスとを備えている。第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線は、実質的に直交する。第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは、実質的に面一である。
【０００９】
本発明は、別の実施の形態において、１つの方法を包含する。３つの面一のプルーフマスは基板にエッチングされる。３つの面一のプルーフマスを採用して３つのそれぞれの入力軸線に沿った加速度を検知することができる。１つ又はより多くの空隙を３つの面一のプルーフマスにエッチングし、３つのそれぞれの入力軸線を３つの直交する加速度の検知方向に方向決めする。
【００１０】
本発明は、更に別の実施の形態において、１つの装置を包含する。該装置は、第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマスと、第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスとを備えている。第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは、実質的に面一である。第一の入力軸線、第二の入力軸線及び第三の入力軸線は、共通の点にて交差し且つ、実質的に直交する。
【００１１】
本発明は、更に別の実施の形態において、１つの装置を包含する。該装置は、第一の入力軸線に沿った第一の加速度を検知すべく採用可能な第一のプルーフマスと、第二の入力軸線に沿った第二の加速度を検知すべく採用可能な第二のプルーフマスと、第三の入力軸線に沿った第三の加速度を検知すべく採用可能な第三のプルーフマスと、第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスをフレームに連結する複数のクロスリーフ（ｃｒｏｓｓ−ｌｅａｆ）撓み材とを備えている。第一のプルーフマス、第二のプルーフマス及び第三のプルーフマスは実質的に面一である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一例としての実施の形態における特徴は、以下の説明、特許請求の範囲及び添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
図１を参照すると、一例における装置１００は、マイクロ電気機械的システム（「ＭＥＭＳ」）加速度計を備えている。該加速度計は、高精度巡航加速度検知のため採用可能である。装置１００は、複数のケイ素層を備えている。例えば、複数のケイ素層は、１つ又はより多くの単結晶ケイ素層と、１つ又はより多くの二酸化ケイ素誘電層とを備えることができる。ＭＥＭＳ３軸平面状加速度計センサチップ１０２は、複数のケイ素層を備えている。一例において、複数のケイ素層は、中央要素１０４と、頂部カバー１０６と、底部カバー１０８と、誘電層１１０、１１２とを備えている。
【００１４】
図２を参照すると、中央要素１０４は、１つの例において、３つのプルーフマス１２０、１２２、１２４と、フレーム１２６とを備えている。例えば、プルーフマス１２０、１２２、１２４は下垂センサ構成要素を備えている。３つのプルーフマス１２０、１２２、１２４は、実質的に同様であり且つ共通の多重化した電子的再平衡（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｒｅｂａｌａｎｃｅ）回路から作動させることができる。プルーフマス１２０、１２２、１２４は実質的に面一である。例えば、プルーフマス１２０、１２２、１２４は単結晶ケイ素層からエッチングし、フレーム１２６がプルーフマス１２０、１２２、１２４を撓み点にて支持するようにすることができる。別の例において、３つのプルーフマス１２０、１２２、１２４は、別個のケイ素層から形成し且つ、その後、面一となるように方向決めすることができる。３つのプルーフマス１２０、１２２、１２４は、同一面内に位置する一方、プルーフマス１２０、１２２、１２４の下垂及び入力軸線は直交する座標フレームを形成するよう方向決めすることができる。３つのプルーフマス１２０、１２２、１２４の全てが同一の面内に位置する場合、これらのプルーフマスを単一の基板にて製造することが可能である。プルーフマス１２０は第一の入力軸線２０２（例えば、Ｘ軸）に沿った加速度を検知すべく採用可能であり、プルーフマス１２２は第二の入力軸線２０４（例えば、Ｙ軸）に沿った加速度を検知すべく採用可能であり、プルーフマス１２４は第三の入力軸線２０６（例えば、Ｚ軸）に沿った加速度を検知すべく採用可能である。入力軸線２０２、２０４、２０６は実質的に直交する。
【００１５】
プルーフマス１２０、１２２、１２４は、一例において、シーソーの形態にて配置される。例えば、プルーフマス１２０、１２２、１２４の中間部分は支持し且つ端部分は、加速度に応答してシーソー動作にて動くようにすることができる。シーソーの形態は、プルーフマス１２０、１２２、１２４の共通の厚さにて異なる加速度範囲となり、また、をＭＥＭＳケイ素微細加工技術を使用して単一の三つ組みとしてプルーフマス１２０、１２２、１２４をバッチ製造するよう設計する能力を提供する。例えば、異なる加速度の範囲に対し設計する能力は、軸方向加速度及び横断軸線加速度が変化する場合に実施するとき、有益である。シーソーの形態は、より大きい直径のケイ素ウエハーを使用することを許容し、ウェハ当たりより多数回、ダイスし且つチップ当たりのコストを削減することを許容する、より厚い厚さのプルーフマス１２０、１２２、１２４を設計する能力を提供する。プルーフマス１２０、１２２、１２４の平面状の形態は、また、共通の信号線をチップレベルにて互いに接続することにより、ＭＥＭＳ３軸の平面状加速度計センサチップ１０２（図１）とシステムのエレクトロニクスとの間の相互接続箇所の数を減少させることも促進する。シーソーの形態をした平面状の幾何学的形態は、プルーフマス１２０、１２２、１２４が底部に達し且つ懸垂物への応力を制限することを許容する向きにてＭＥＭＳ３軸の平面状加速度計センサチップ１０２（図１）を取り付けることを許容する。Ｚ軸線が大きい加速度方向に対し平行に整合された場合、大きい加速度が生じたとき、プルーフマス１２０、１２２、１２４は、底部に達し、懸垂物への損傷を防止することになろう。
【００１６】
図２ないし図４を参照すると、プルーフマス１２０、１２２、１２４は、１つ又はより多数のキャビティ２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８と、キャビティ２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８の底部にエッチングされた１つ又はより多数の穴２２０とを備えている。穴２２０は、スクイズフィルム（ｓｑｕｅｅｚｅ  ｆｉｌｍ）の気体減衰及び関連した騒音を軽減する作用を果たす。キャビティ２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８は、プルーフマス１２０、１２２、１２４の頂面からエッチングすることができる。キャビティ２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８は、プルーフマス１２０、１２２、１２４の質量中心をプルーフマス１２０、１２２、１２４の底面近くにする作用を果たす。例えば、質量中心は幾何学的中心よりも下方にある。キャビティ２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８は、入力軸線２０２、２０４、２０６を方向決めする作用を果たす。例えば、プルーフマス１２０、１２２、１２４におけるキャビティ２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８は、質量中心の位置を調整する。質量中心の位置は、３つの直交方向への加速度を測定し得るよう入力軸線２０２、２０４、２０６を方向決めする。
【００１７】
図２及び図３を参照すると、クロスリーフ撓み材２３０は、プルーフマス１２０、１２２、１２４をフレーム１２６に連結する。クロスリーフ撓み材２３０は、プルーフマス１２０、１２２、１２４が回転軸線の回りを回転するのを許容する。回転軸線はクロスリーフ撓み材２３０の撓み点を貫通して伸びている。回転軸線は、プルーフマス１２０に対する出力軸線（「ＯＡ」）３０４を備えている。下垂軸線（「ＰＡ」）３０６は、出力軸線３０４に直交し且つプルーフマス１２０の質量中心を貫通して伸びる。プルーフマス１２０の入力軸線２０２は、プルーフマス１２０の中心を貫通して伸び且つ、出力軸線３０４及び下垂軸線３０６の双方を保持する面に対し直交する。このように、プルーフマス１２０、１２２の入力軸線２０２、２０４は、質量中心をクロスリーフ撓み材２３０に対して整合させることにより、配置することができる。例えば、質量中心は、出力軸線３０４に対して整合され、入力軸線２０２、２０４を配置する。入力軸線２０２、２０４が直交状態となるようにプルーフマス１２０、１２２を方向決めすることは、プルーフマス１２０、１２２が任意の面内方向に向けての加速度を検知することを許容する。
【００１８】
図２及び図４を参照すると、面外加速度を検知するため、プルーフマス１２４の質量中心は、入力軸線２０６を面外方向に向けて方向決めし得るよう配置される。例えば、入力軸線２０６は、入力軸線２０２、２０４に対し実質的に直交する。入力軸線２０６は、プルーフマス１２４の質量中心をクロスリーフ撓み材２３０に対して整合することにより、配置することができる。プルーフマス１２４のキャビティ２１６、２１８の位置は、プルーフマス１２４に対し出力軸線４０４の側部に対して変位させた位置にてプルーフマス１２４の質量中心を整合する。プルーフマス１２４に対する下垂軸線４０６は、出力軸線４０４に直交し且つ、プルーフマス１２４の質量中心を貫通して伸びている。このように、下垂軸線４０６は面内にあり、入力軸線２０６は、面外加速度を測定し得るよう面外にある。
【００１９】
図５を参照すると、一例において入力軸線２０２、２０４、２０６は、共通の点５０２にて交差し且つ、実質的に直交する。例えば、プルーフマス１２４の向きは、入力軸線２０２、２０４が交差する位置に入力軸線２０６を配置するよう選ぶことができる。入力軸線２０２、２０４、２０６を共通の点５０２にて交差するよう方向決めすることは、慣性システム内にて寸法効果を補償するのに必要とされる係数の数を少なくする働きをする。プルーフマス１２０、１２２、１２４により検知された加速度を計算するため補償アルゴリズムが採用される。補償アルゴリズムは、入力軸線２０２、２０４、２０６の位置を考慮に入れる。入力軸線２０２、２０４、２０６は、共通の点５０２にて交差するため、補償アルゴリズムは簡略化することができる。
【００２０】
図２及び図６を参照すると、プルーフマス１２０、１２２、１２４は、プルーフマス１２０、１２２、１２４をフレーム１２６に連結するクロスリーフ撓み材２３０を採用する。クロスリーフ撓み材２３０は、第一の撓み構成要素６０２と、第二の撓み構成要素６０４とを備えている。第一の撓み構成要素６０２は、入力軸線２０２に対し実質的に平行な第一の撓み部分を備えている。第二の撓み構成要素６０４は、入力軸線２０２に対し実質的に直交する第二の撓み部分を備えている。クロスリーフ撓み材２３０は、プルーフマス１２０、１２２、１２４の平行移動を防止する。プルーフマス１２０、１２２、１２４の平行移動により、静電押し付け作用のため使用されるキャパシタギャップの変化に起因する調整ファクタの非直線性が生ずる。
【００２１】
第二の撓み構成要素６０４は、第一の撓み構成要素６０２の順応性を減少させる作用を果たし、また、第一の撓み構成要素６０２は、第二の撓み構成要素６０４の順応性を減少させる作用を果たす。プルーフマス１２０、１２２、１２４は、実質的に１つの面内に位置している。第二の撓み構成要素６０４は、面外の方向に向けたプルーフマス１２０、１２２、１２４の順応性の減少を促進する作用を果たす。第二の撓み構成要素６０４は、第一の撓み構成要素６０２の面に直交する加速度に対するクロスリーフ撓み材２３０の剛性を提供する。このように、第二の撓み構成要素６０４は、ヒンジ垂みを減少させる作用を果たす。
【００２２】
図２、図７及び図８を参照すると、第一の撓み構成要素６０２は、プルーフマス１２０、１２２、１２４と実質的に面一である片持ち梁撓み材を備えている。第二の撓み構成要素６０４は、片持ち梁撓み材に対し実質的に直交する第二の撓み部分を備えている。第二の撓み材構成要素６０４は、面外への動きへのクロスリーフ撓み材２３０の剛性の増大を促進する。
【００２３】
図１ないし図６を参照すると、実行の必要条件に依存して、ＭＥＭＳ３軸の平面状加速度計センサチップ１０２は、開ループ又は閉ループの何れかにて作動させることができる。開ループ作動の場合、クロスリーフ撓み材２３０の設計は、プルーフマス１２０、１２２、１２４の回転動作を制限し、プルーフマス１２０、１２２、１２４が最大の加速度範囲にて電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０と接触しないようなものとされる。より大きい動的範囲、改良された調整ファクタの直線性、バイアス安定性、及び再現性を得るため、ＭＥＭＳ３軸の平面状加速度センサチップ１０２は、閉ループモードにて作動する。閉ループモードにおいて、電圧が電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０に戻され、ピックオフを零に保つ静電力を発生させる。静電押し付け方法は、電圧バイアス法又は電荷制御法の何れかとすることができる。
【００２４】
図１を参照すると、頂部カバー１０６及び底部カバー１０８は、中央要素１０４を封入する作用を果たす。頂部カバー１０６及び底部カバー１０８は、中央用要素１０４と接合されたとき、密閉的に密封されたセンサチップを形成する。センサチップの微細加工製造及び接合は、ウェハのレベルにて行われる。底部カバー１０８は、絶縁上シリコン（「ＳＯＩ」）構造である。底部カバー１０８の外層はハンドル層を備えている。底部カバー１０８の内層はデバイス層を備えている。デバイス層は、複数の電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０と、ガードリング１４２とを備えている。デバイス層は、１つの例において、６つの絶縁した電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０を備えている。電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０の２つは、プルーフマス１２０、１２２、１２４の各々と関係している。
【００２５】
誘電層１１０は、頂部カバー１０６と中央要素１０４との間に空隙を確立する。誘電層１１２は、中央要素１０４と底部カバー１０８との間に空隙を確立する。例えば、誘電層１１２は、電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０とプルーフマス１２０、１２２、１２４との間に空隙を確立する。電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０及びプルーフマス１２０、１２２、１２４は、容量性ピックオフ要素及び押し付け要素を形成する。
【００２６】
力の再平衡（ｆｏｒｃｅ  ｒｅｂａｌａｎｃｅ）サーボエレクトロニクスは、電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０に電荷を印加してプルーフマス１２０、１２２、１２４の変位を検知し且つ、変位を零に保つ。電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０は、サーボエレクトロニクスと組み合わさって、プルーフマス１２０、１２２、１２４の加速度誘導の回転動作を容量の差として検知し且つ、パルス幅変調した静電力を印加して、プルーフマス１２０、１２２、１２４を零に維持する。一例において、三つ組みの平面状加速度計の出力は、±５０Ｇの範囲にて約１００ＫＨｚ／Ｇの調整ファクタにてパルス列に変換される。三つ組み内の個別の加速度計チャネルは、特定の用途に対し１０００Ｇまでの異なるＧの範囲に調整することができる。
【００２７】
図１及び図９を参照すると、一例におけるＭＥＭＳ３軸の平面状加速度計センサチップ１０２は、プルーフマス１２０、１２２、１２４及び電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０からの電気信号をＭＥＭＳ３軸の平面状加速度計センサチップ１０２の取り付け面における接点パッドに供給する。ＭＥＭＳ３軸の平面状加速度計センサチップ１０２は、一例において、ボールグリッドアレイに対する接点パッド（例えば、はんだパッド）又は基板９０４に対するフリップチップマウンティングを採用する。電気接点９０６、９０８は、一例において、電極１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０の２つからの電気信号を接点パッドに伝達する。電気接点９１０は、一例において、プルーフマス１２０、１２２、１２４の１つから接点パッドまで電気信号を伝達する。
【００２８】
装置１００は、一例において、ハードウェハ構成要素のような複数の構成要素を備えている。かかる構成要素の多数を、装置１００の一例において、組み合わせ又は分割することができる。装置１００は、一例において、任意の（例えば、水平方向、斜め方向又は垂直方向の）向きを備え、本明細書の説明及び図面は、説明の目的のため、装置１００の一例としての向きを示す。
【００２９】
本明細書に記載したステップ又は作用は単に一例である。本発明の精神から逸脱せずに、これらのステップ又は工程に対し多数の変更例が存在する。例えば、ステップは、異なる順序にて実行し又はステップを追加し、削除し、又は改変することが可能である。
【００３０】
本発明の一例としての実施の形態を図示し且つ、本明細書にて詳細に説明したが、関連技術の当業者には、本発明の精神から逸脱せずに色々な改変例、追加、置換及び同様のものを為すことが可能であることが明らかであろうし、このため、これらは、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内に属するものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】マイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップを備える装置の一例としての実施の形態を示す分解図である。
【図２】図１に示したマイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップの中心要素を示す図である。
【図３】図１に示した装置のマイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップに対するｘ軸線又はｙ軸線に沿った加速度を検知するプルーフマス用のクロスリーフ撓み材を示す図である。
【図４】図１に示した装置のマイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップに対するｚ軸線に沿った加速度を検知するプルーフマス用のクロスリーフ撓み材を示す図である。
【図５】図１に示した装置のマイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップの３つのプルーフマスの入力軸線が共通の点にて交差する状態を示す図である。
【図６】図１に示した装置のマイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップのプルーフマスに対するクロスリーフ撓み材を示す図である。
【図７】図６に示した装置のクロスリーフ撓み材の第一の撓み部分を示す図である。
【図８】図６に示した装置のクロスリーフ撓み材の第二の撓み部分を示す図である。
【図９】内部電極から図１に示した装置のマイクロ電気機械的システムの３軸平面状加速度計センサチップの取り付け面における接点パッドまで電気信号の伝送状態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【国際調査報告】
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