(57)【要約】  １以上の回転子測定板および１以上の固定子測定板が、それらの間で行われる容量測定において、感知軸の方向のプルーフマスの動きを測定することができるように構成される容量性微小電気機械加速度センサ。１以上の第１回転子減衰板および１以上の第１固定子減衰板は、第１減衰軸に直交する平行板の第１セットを形成し、第１減衰軸は、感知軸に略直交する。【選択図】図２ａ
2021524035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性微小電気機械加速度センサであって、
前記センサが感知軸の方向の加速度を受けると当該感知軸の方向に動く少なくとも１つの部分可動プルーフマスと、
前記プルーフマスに取り付けられた、１以上の回転子測定板および１以上の第１回転子減衰板と、
前記センサ内の固定構造体に取り付けられた、１以上の固定子測定板および１以上の第１固定子減衰板とを備え、
前記１以上の回転子測定板および前記１以上の固定子測定板は、それらの間で行われる容量測定において、前記感知軸の方向の前記プルーフマスの動きを測定することができるように構成され、
前記１以上の第１回転子減衰板および前記１以上の第１固定子減衰板は、第１減衰軸に略直交する略平行板の第１セットを形成し、前記１以上の第１回転子減衰板と前記１以上の第１固定子減衰板とのギャップは、前記第１減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭く、
前記第１減衰軸は、前記感知軸に略直交する
容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項２】
前記センサは、前記感知軸が基板面に直交する面外センサである
請求項１に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項３】
前記センサは、前記感知軸が基板面内にある面内センサである
請求項１に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項４】
前記１以上の回転子測定板および前記１以上の固定子測定板は、第２減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成し、前記１以上の回転子測定板と前記１以上の固定子測定板とのギャップは、前記第２減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭い
請求項２または３に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項５】
前記第２減衰軸は、前記第１減衰軸と略平行で、前記感知軸に直交する
請求項４に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項６】
前記第２減衰軸は、前記第１減衰軸および前記感知軸の両方に略直交する
請求項４に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項７】
前記第２減衰軸は、前記感知軸と略平行である
請求項４に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項８】
前記センサは、さらに、前記プルーフマスに取り付けられた１以上の第２回転子減衰板と、前記センサ内の固定構造体に取り付けられた１以上の第２固定子減衰板とを備え、前記１以上の第２回転子減衰板および前記１以上の第２固定子減衰板は、第３減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成し、前記１以上の第２回転子減衰板と前記１以上の第２固定子減衰板とのギャップは、前記第３減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭い
請求項５〜７のいずれか１項に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項９】
前記第３減衰軸は、前記感知軸と略平行である
請求項８に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項１０】
前記第３減衰軸は、前記感知軸に略直交し、前記第１減衰軸に直交する
請求項８に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項１１】
前記１以上の第１固定子減衰板および前記１以上の第２固定子減衰板の少なくとも一方は、前記１以上の第１回転子減衰板および前記１以上の第２回転子減衰板と同電位である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、容量性加速度センサに関し、より詳細には、外乱によって引き起こされる望ましくない振動運動の減衰に関する。本開示は、さらに、面内および面外加速度感知の両方における減衰板の配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械（ＭＥＭＳ）センサは、典型的には、１つ、２つ、または３つの所定の感知軸の方向における加速度を測定する。測定用途は、センサが、測定される動きしか受けないと考えられる隔離環境に限定されない。むしろ、センサは多くの妨害運動を受ける可能性があり、好ましくは、これらの妨害運動によって測定が少しも影響を受けてはならない。
【０００３】
加速度センサは、例えば、システム共振によって引き起こされる高周波振動にさらされる用途に使用されてもよい。そのような妨害振動が、センサが測定するように設計されている周波数帯内にあれば、センサは、それらの妨害振動を感知し得る（ここで、単一の加速イベントの周波数は、その持続時間の逆数として解釈されてもよい）。
【０００４】
センサが非常に高感度で、かつ応答が速い高周波加速度測定は、センサパッケージまたは周辺電子機器の共振振動によって妨げられる場合がある。そのような共振の影響を最小限に抑える１つの方法は、共振構造体の剛性を高めることであり、これにより、共振が、センサの周波数範囲外にあり得るより高い周波数にシフトする。しかしながら、電子部品の共振周波数は、寿命中に変化する傾向があり、ＭＥＭＳセンサの環境内におけるすべての共振素子の特性を、センサの周波数範囲を避けるように調整できるとは限らない。
【０００５】
したがって、外乱に対して感度が低くなるように、センサの周波数感度を変化させることによっても、望ましくない振動運動を減らし得る。センサの異なる部分間の電気減衰または気体減衰により、センサを、所望のカットオフ周波数を有するローパスフィルタのように動作させることができる。減衰がより多く生じるほど、カットオフ周波数がより低い方へシフトする。
【０００６】
所与の容量性ＭＥＭＳ加速度センサ構造体が必要とする減衰量は、その可動構造体の剛性と、センサがその動作環境においてさらされると予想される振動とに依存する。電気減衰は、通常、望ましくない振動を有効に打ち消すように行うことができるが、電気的に活性な減衰板の複数のセット（可動マス上に１セット、および可動マスを取り囲む静止支持構造体上に別の１セット）と、追加の電気回路とを必要とする。
【０００７】
通常、電気的に受動的な気体減衰板を、より単純に加速度センサに実装することができる。気体減衰は、典型的には、センサが最も感度の高い測定軸の方向に構成される。加速度センサの容量測定電極は、それらの表面積と、隣接する電極間のギャップとがこの目的に十分である場合、気体減衰板としても使用され得ることがある。さらに、特に減衰専用の平行板構造体を実装してもよい。
【０００８】
特許文献１は、プルーフマスが、回転軸に垂直な面内加速度成分にさらされると回転軸を中心とするシーソー運動を受けるように、基板面内の回転軸に対して非対称の質量分布を有する加速度センサを開示している。プルーフマスには、感知軸に沿った望ましくない面内振動を減衰させる気体減衰板が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２４９４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
測定軸の方向だけに気体減衰を実装することの課題は、センサが、依然として他の方向の振動外乱に弱い可能性のあることである。
【００１１】
本開示の目的は、上記課題を解決する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の目的は、独立クレームに記載することを特徴とする配置によって達成される。本開示の好ましい実施形態を従属クレームに開示する。
【００１３】
本開示は、加速度センサにおいて、測定軸に直交する方向に生じる振動を減衰させるように方向付けられる気体減衰板を実装するという考案を基礎とする。
【００１４】
この配置の利点は、センサがよりロバストになり、振動外乱がより多様または予測不能な状況で使用できることである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下、添付の図面を参照して、好ましい実施形態によって本開示をより詳細に説明する。
【図１】図１は、測定板および減衰板を示す。
【図２ａ】図２ａは、面外加速度センサを示す。
【図２ｂ】図２ｂは、面外加速度センサを示す。
【図２ｃ】図２ｃは、面外加速度センサを示す。
【図２ｄ】図２ｄは、面外加速度センサを示す。
【図３】図３もまた、面外加速度センサを示す。
【図４】図４は、面内加速度センサを示す。
【図５】図５もまた、面内加速度センサを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示では、少なくとも１つの部分可動プルーフマスを備える容量性微小電気機械加速度センサについて説明し、この少なくとも１つの部分可動プルーフマスは、センサが感知軸の方向の加速度を受けると感知軸の方向に動く。また、センサは、プルーフマスに取り付けられた、１以上の回転子測定板および１以上の第１回転子減衰板と、センサ内の固定構造体に取り付けられた、１以上の固定子測定板および１以上の第１固定子減衰板とを備える。
【００１７】
１以上の回転子測定板および１以上の固定子測定板は、それらの間で行われる容量測定において、感知軸の方向のプルーフマスの動きを測定することができるように構成される。
【００１８】
１以上の第１回転子減衰板および１以上の第１固定子減衰板は、第１減衰軸に略直交する略平行板の第１セットを形成し、１以上の第１回転子減衰板と１以上の第１固定子減衰板とのギャップは、第１減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭い。第１減衰軸は、感知軸に略直交する。
【００１９】
本開示において、「回転子」という用語は、センサの剛性基板に対して部分的に可動である加速度センサの要素を指す。この用語は、特に、プルーフマスに取り付けられるか、プルーフマスの一部を形成する要素を指す。プルーフマスは、典型的には、下に位置する基板または周囲の固定フレームから可撓性懸架部によって懸架され、その結果、センサが加速度を受けると、プルーフマスは、その休止位置から変位し得る。
【００２０】
本開示において、「固定子」という用語は、センサの固定部に強固に取り付けられる加速度センサの要素を指す。取付点は、アンカーポイントと呼ばれてもよい。
【００２１】
本開示において、「感知軸の方向に動く」という表現は、感知軸の方向における線形平行移動、または感知軸に略垂直な軸を中心とする回転のどちらかを指し得る。言いかえれば、プルーフマスは、センサが加速した時にプルーフマスが感知軸に沿って動くことを可能にする可撓性懸架部によって固定構造体から懸架されてもよく、または、センサが加速した時にねじり懸架部によって規定されたねじり軸を中心にプルーフマスが回転することを可能にするねじり懸架部によって懸架されてもよい。後者の配置では、センサが動作する必要条件は、プルーフマスの重心が、ねじり軸上に位置してはならないことである。言いかえれば、「感知軸の方向に動く」という表現は、プルーフマス（しかし、必ずしもプルーフマスのすべての部分ではない）の重心が、感知軸の方向にシフトする回転運動も包含する。
【００２２】
本開示において、「測定板」および「減衰板」という用語は、容量測定および／または気体減衰に使用され得る隣接する平坦な構造体を指す。図１は、ｙ方向に薄いが、ｘ方向に広く、ｚ方向に高い１対の板１１および１２を示す。板１１および１２をｘｙ平面で見ると、それらは、細いフィンガー部の外観を有するであろう。容量測定式加速度センサは、互いに入り込んだフィンガー電極のセットをｘｙ平面内に備えることが多い。そのようなフィンガー電極は、典型的には、測定面積が最大となるようにｚ方向にかなりの高さを有する。言いかえれば、本開示において「板」という表現を用いても、ある特定の角度から見た時に板がフィンガーの外観を有する可能性を排除しない。
【００２３】
板１１および１２が容量性加速度測定に使用される場合、それらは、原則として、ｘ、ｙまたはｚの任意の方向の加速度を測定することができる。言いかえれば、感知軸は、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸と平行であってもよい。加速度がｘ方向またはｚ方向のどちらかである場合、その加速度により、コンデンサの有効面積が変化する。一方、ｙ方向の加速度により、容量性板間の距離が変化する。板１３および１４は、ｚ方向の加速度によって板間の距離が変化する配置を示す。
【００２４】
板１１および１２が気体減衰に使用される場合、それらは、図１のｙ方向に生じる運動だけ減衰させることができる。同様に、板１３および１４は、ｚ方向に生じる運動だけを減衰させることができる。ある特定の板が測定および減衰の両方に使用される場合、感知軸と減衰軸との間に決まった関係はない。減衰軸は、感知軸と平行であっても平行でなくてもよい。
【００２５】
本開示において、「減衰軸」という表現は、所与の減衰板のセットが振動を減衰させ得る方向を指す。減衰させる動きが、必ずしも完全に減衰軸の方向に生じる必要はないことに留意すべきである。減衰軸の方向の成分がゼロでないいずれの動きも、減衰板によって減衰させることができる。その動きは、例えば、角度αだけ減衰軸の方向と異なる方向の線形平行移動であってもよい。この場合、ｃｏｓαを乗じた全運動量に比例する運動量を有する減衰軸に沿った運動成分を減衰させることができる。あるいは、その動きは、ｚ軸（または任意の他の軸）を中心とする回転運動であってもよく、この場合も、減衰軸の方向の瞬間運動成分を減衰させることができる。
【００２６】
測定板および減衰板は、必ずしもそれらの休止位置で互いに正確に位置合わせされる必要はなく、それらのサイズが同じでなくてもよい。例えば、板１１は、上縁部が板１２の上縁部より低いｚ座標に位置し、下縁部が板１２の下縁部より高いｚ座標に位置するように、上側および下側の両方から凹ませることができるであろう。
【００２７】
本開示において、「水平」という用語は、ｘｙ平面を指すために使用されてもよく、ｘｙ平面は、加速度センサの部分可動要素が形成される基板の表面によって規定されたデバイス面に一致すると仮定する。デバイス面は、基板面とも呼ばれてもよい。「垂直」という用語は、ｚ方向を指すために使用されてもよい。「上」、「下」、「垂直」および「水平」などの用語は、デバイス製造時またはデバイス使用時の基板の向きについては何も示唆していない。デバイスおよび基板は、使用中および製造中に、任意の適切な方向、例えば、本開示において「水平」と呼ばれる平面が垂直になるように横向きに方向付けられてもよい。言いかえれば、「水平」および「垂直」という用語は、一方が基板表面と平行であり、他方がその表面に垂直である、直交する二方向を定義しているにすぎない。
【００２８】
さらに、プルーフマスが基板面内で水平のままである線形運動または回転運動は、本開示において「面内」運動と呼ばれてもよく、一方、プルーフマス（またはその重心）が垂直方向に動く線形運動または回転運動は、「面外」運動と呼ばれてもよい。下記の実施形態において説明するように、加速度センサは、ｘ方向および／またはｙ方向の加速度を測定する面内加速度センサであってもよく、または、ｚ方向の加速度を測定する面外加速度センサであってもよい。
【００２９】
固定子板が取り付けられてもよいセンサの固定構造体は、例えば、可動プルーフマスを取り囲む固定フレーム、アンカーポイントに取り付けられる任意の実質的に剛性の構造体、または基板面に上下に隣接して位置するパッケージ構造体の水平内面であってもよい。
【００３０】
本開示において、「略平行」および「略直交」などの表現は、互いに対する、および別々に特定された軸に対する板の向きを指す。向きが完全に平行／直交の向きである場合、最も強い容量性信号および最も強い減衰効果が典型的に得られるが、当業者であれば、向きがある程度この理想から外れても、同じ技術的効果が生じ得ることを理解する。
【００３１】
隣接する２つの板間のギャップを、板に直交する方向に気体減衰するために十分狭くすることは、測定板および減衰板の両方の形状が最適化される、より広範な設計工程の一部であってもよい。一般に、必要なギャップは、少なくとも、予想される加速度範囲と、プルーフマスの重量（および、場合によっては回転軸に対するその重心位置）と、減衰させるプルーフマスの動きの種類に対するプルーフマス懸架部の可撓性と、減衰板同士の共有表面積とに依存する。さらに、ギャップは、特に板が測定板および減衰板の両方として使用される場合、他の目的のために最適化されてもよい。気体減衰を意図した隣接する２つの板間のギャップは、例えば０．５μｍ〜５μｍであってもよいが、上記変数のうちのいずれかが典型的な値から著しく外れる場合は、この範囲外のギャップも可能である。
【００３２】
例示的な加速度センサ構造体を、下記の実施形態に示す。明瞭化のために、図は概略的にのみ示す。測定板および減衰板の数は、実際には、図よりもはるかに多いであろう。下記に示すすべての実施形態において、１以上の第１固定子減衰板および１以上の第２固定子減衰板の少なくとも１つは、１以上の第１回転子減衰板および１以上の第２回転子減衰板と同電位であってもよい。
【００３３】
第１実施形態
第１実施形態において、センサは、感知軸が基板面に直交する面外センサであってもよい。図２ａは、プルーフマス２１を備える面外センサを示す。プルーフマスは、フレームとして成形され、センサが基板面に垂直なｚ方向の加速度を受けると回転軸ＲＡ１を中心に回転可能である。プルーフマス２１は、ねじりバー２８１によって第１アンカーポイント２６１および第１アンカーバー２７１から懸架されてもよく、ねじりバー２８１は、センサがどちらかのｚ方向に加速した時にプルーフマス２１がｘｙ平面外に揺れることを可能にする十分な可撓性をらせん状のねじれに対して有する。この場合、感知軸はｚ軸である。
【００３４】
センサは、プルーフマスに取り付けられた１セットの回転子測定板２２１と、第２アンカーバー２７２などの固定構造体に取り付けられた１セットの固定子測定板２２２とを備えてもよく、第２アンカーバー２７２は、第２アンカーポイント２６２に強固に接合される。感知軸の方向のプルーフマスの動きは、回転子測定板２２１と固定子測定板２２２との静電容量の変化として測定されてもよい。回転子測定板または固定子測定板のどちらかは、回転子測定板の上縁部または下縁部が異なるｚ座標に位置するように、垂直方向に凹んでもよい。
【００３５】
また、センサは、プルーフマスに取り付けられた１セットの第１回転子減衰板２３１と、固定構造体２７３に取り付けられた１セットの第１固定子減衰板２３２とを備えてもよい。固定構造体２７３は、基板側の固定バーであってもよい。第１回転子減衰板２３１および第１固定子減衰板２３２は、減衰軸に直交する平行板の第１セットを形成する。本開示で説明するすべての第１回転子減衰板およびすべての第２回転子減衰板の垂直厚さは、構造体が形成されるデバイスウェハの厚さと典型的に等しいプルーフマス２１の垂直厚さと同じであってもよい。また、すべての第１固定子減衰板およびすべての第２固定子減衰板の垂直厚さも、プルーフマス２１の垂直厚さと同じであってもよい。あるいは、いくつかの板は、垂直厚さがプルーフマスの垂直厚さより薄くなるように、プルーフマスによって規定された表面から凹んでもよい。
【００３６】
減衰板間のギャップは、ｘ方向に非常に狭くなるように寸法付けられるため、ある特定の範囲の振動が気体減衰によって減衰する。この場合、減衰軸は、図２ａのｘ軸と平行である。そのために、減衰板２３１および２３２は、ｘ軸の方向の外部振動に対してプルーフマスを安定させる。図２ａに示すように、減衰板２３１〜２３２は、回転軸ＲＡ１に対してプルーフマス２１の遠位端に配置されてもよい。言いかえれば、減衰板は、より強いトルクをプルーフマス２１上に発生させることができる、回転軸ＲＡ１から遠くに離れたところに配置されてもよい。
【００３７】
本開示で説明する実施形態のすべてにおいて、プルーフマスが遠くに動きすぎるのを防ぐために、加速度センサ内に別個のストッパ構造体が存在してもよい。ストッパ構造体間のギャップは、減衰板（または測定板）間のギャップより狭くてもよいが、それらの表面積は減衰板の面積よりはるかに小さいため、ストッパ構造体には気体減衰は起こらない。
【００３８】
任意選択で、１以上の回転子測定板および１以上の固定子測定板は、第２減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成してもよく、１以上の回転子測定板と１以上の固定子測定板とのギャップは、第２減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭くてもよい。
【００３９】
図２ａでは、回転子測定板２２１および固定子測定板２２２は、それらのギャップがｙ方向に狭くなるように方向付けられる。容量測定での使用に加えて、これらの板はまた、この場合、ｙ軸と平行な第２減衰軸の方向の気体減衰板として使用されてもよい。言いかえれば、第２減衰軸は、第１減衰軸および感知軸の両方に略直交してもよい。
【００４０】
あるいは、第２減衰軸は、第１減衰軸と略平行で、感知軸に直交してもよい。これは図２ｂに示すが、代わりに、測定板間のギャップはｘ方向に狭い。この場合、測定板によってもたらされる減衰は、第１減衰板によってもたらされる減衰を補足する。測定板は、依然として、プルーフマスが面外運動を受けると静電容量の変化を示すことに留意されてもよい。面外運動による容量面積の変化は、ｘｙ平面内における測定板の向きに依存しない。
【００４１】
センサは、さらに、プルーフマスに取り付けられた１以上の第２回転子減衰板と、センサ内の固定構造体に取り付けられた１以上の第２固定子減衰板とを備え、１以上の第２回転子減衰板および１以上の第２固定子減衰板は、第３減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成してもよく、１以上の第２回転子減衰板と１以上の第２固定子減衰板とのギャップは、第３減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭くてもよい。
【００４２】
図２ｃは、第１回転子減衰板２３１および第１固定子減衰板２３２に加えて、プルーフマスに取り付けられた第２回転子減衰板２４１および固定構造体２７４に取り付けられた第２固定子減衰板２４２も備える加速度センサを示す。この場合、第２回転子減衰板２４１と、第２固定子減衰板２４２とのギャップは、第３減衰軸がｙ軸と平行になるようにｙ方向に狭い。第２回転子減衰板および第２固定子減衰板は、図２ｂのプルーフマス上の同じ位置に実装することもできるであろう。
【００４３】
図２ｄは、第１減衰軸がｙ軸と平行になるように第１回転子減衰板２３１および第１固定子減衰板２３２が方向付けられる代替構成を示す。測定板２２１が減衰にも使用される場合、第２減衰軸は、第１減衰軸と平行である。第２回転子減衰板２４１および第２固定子減衰板２４２は、第３減衰軸がｘ軸と平行になるように方向付けられる。図２ａ〜図２ｃに示した配置と比較して、この配置は、減衰板が、ｚ軸を中心とするプルーフマスの回転運動も減衰させるというさらなる利点を有する。
【００４４】
第２減衰板は、測定板によって任意選択でもたらされる減衰を補足するために、または第１減衰板および第１測定板によってカバーされない方向の減衰をもたらすために使用されてもよい。第３減衰軸は、第１減衰軸および感知軸のどちらかに直交してもよい。
【００４５】
測定板が、第１減衰軸に直交する第２減衰軸の方向の減衰に使用される場合、第３減衰軸は、第２減衰軸と平行であってもよく、第２減衰板は、測定板によってもたらされる減衰を補足してもよい。測定板が減衰に使用されない場合、第２減衰板は、第３減衰軸の方向のすべての減衰をもたらしてもよい。
【００４６】
図３は、センサがｚ方向の加速度を受けるとプルーフマス３１が回転軸ＲＡ２を中心にシーソーとして回転する代替構成を示す。プルーフマス３１は、ねじり梁３８１によってアンカーポイント３６１に取り付けられる。この場合、回転子測定板３２１は、プルーフマスの表面上に平坦に位置する。対応する固定子測定板（図３に図示せず）は、デバイス面の上方および／また下方に、例えば、プルーフマス３１が動く空洞を取り囲むパッケージの内面において、回転子測定板と位置合わせされてもよい。固定子測定板は、回転子測定板の上に位置しても、下に位置してもよい。これらの測定板間の距離の減少または増加は、これらの板間の静電容量に影響を及ぼすため、加速度によるプルーフマスの変位を測定することができる。この場合も、感知軸は、ｚ軸と平行である。
【００４７】
図３には、２セットの減衰板を示す。どちらかのセットが単独で使用されてもよく、または、図３に示すように２セットが共に使用されてもよい。第１回転子減衰板３３１および第１固定子減衰板３３２は、この場合、ｙ軸と平行な第１減衰軸の方向の振動を減衰させ、一方、第２回転子減衰板３４１および第２固定子減衰板３４２は、この場合、ｘ軸と平行な第３減衰軸の方向の振動を減衰させる。
【００４８】
さらに、回転子測定板３２１と固定子測定板との垂直距離が十分狭い場合、これらの板は、この場合、ｚ軸と平行な第２減衰軸の方向の振動を減衰させ得る。言いかえれば、この構成では、第１減衰は第３減衰軸に直交する。第２減衰軸が存在する場合、第２減衰軸は、感知軸と平行で、第１減衰軸および第３減衰軸の両方に直交する。
【００４９】
第２実施形態
第２実施形態において、センサは、感知軸が基板面内にある面内センサであってもよい。図４は、感知軸がｘ軸と平行な面内加速度センサを概略的に示す。プルーフマス４１は、１セットの懸架ばね４８１によってアンカーポイント４６１から懸架される。懸架ばね４８１は、プルーフマス４１が軸方向の加速度成分に応答してその軸に沿って動くことを可能にする限り、いずれの種類のものであってもよい。プルーフマス４１は、図４においてフレーム構造体として示し、板、アンカーおよびばねは、ｘｙ平面内のフレーム構造体の内部にある。あるいは、プルーフマスは、中実体にすることができ、櫛、アンカー、ばねなどは、中実体の縁部の外側に配置することができるであろう。アンカーポイントは、例えば、プルーフマスを取り囲む固定フレーム上に配置することができ、ばねは、その固定フレームからプルーフマスを懸架することができるであろう。言いかえれば、図４〜図５には枠状プルーフマスを示すが、同じ減衰構造を中実プルーフマスと共に用いることもできる。
【００５０】
図４では、加速度センサは、プルーフマスに取り付けられた回転子測定板４２１と、アンカーバー４７２に取り付けられた固定子測定板４２２とを備える。回転子測定板と固定子測定板との間で容量測定を行い、ｘ方向の加速度で決まるｘ方向のギャップ幅を監視することができる。
【００５１】
第１回転子減衰板４３１は、プルーフマスに取り付けられ、第１固定子減衰板４３２は、固定構造体４７３に取り付けられる。これらの減衰板は、この場合、第１減衰軸であるｙ軸に直交する１セットの平行板を形成する。第１回転子減衰板と、第１固定子減衰板とのギャップは、第１減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭い。
【００５２】
第１実施形態の場合と同様に、１以上の回転子測定板および１以上の固定子測定板は、この実施形態においても、第２減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成してもよく、１以上の回転子測定板と１以上の固定子測定板とのギャップは、第２減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭くてもよい。
【００５３】
図４に示すように、第２減衰軸は、感知軸と略平行であってもよい。回転子測定板４２１と固定子測定板４２２とのギャップが十分狭く調整されている場合、気体減衰はｘ方向に生じ得る。
【００５４】
第１実施形態の場合と同様に、１以上の第２回転子減衰板がプルーフマスに取り付けられ、１以上の第２固定子減衰板がセンサ内の固定構造体に取り付けられ、その結果、１以上の第２回転子減衰板および１以上の第２固定子減衰板は、第３減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成してもよく、１以上の第２回転子減衰板と１以上の第２固定子減衰板とのギャップは、第３減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭くてもよい。第３減衰軸は、感知軸と略平行であってもよい。
【００５５】
これらの第２回転子減衰板および第２固定子減衰板は図４に示さなかったが、例えば、プルーフマス４１の上縁部および下縁部から、ならびに平行な固定構造体からｙ方向に延在することができるであろう。第３減衰軸は、この場合もｘ軸と平行であるため、感知軸とも平行である。
【００５６】
図５は、参照番号４１、４２１〜４２２、４６１、４７２および４８１が図４と同じ要素を指す代替構造体を示す。この構造体は、第１回転子減衰板５３１がここではｘｙ平面内に平坦に位置する点で図４に示した構造体と異なる。対応する第１固定子減衰板（図示せず）は、デバイス面の上方および／また下方に、例えば、プルーフマス４１が動く空洞を取り囲むパッケージの内面に配置される。第１固定子減衰板は、第１回転子減衰板５３１の上または下に位置し、１以上の第１回転子減衰板と１以上の第１固定子減衰板とのギャップは、この場合、デバイス面に垂直なｚ軸である第１減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭い。
【００５７】
また、図４および図５に示す構造体は、減衰板４３１〜４３２（この場合、第１減衰板と呼ばれてもよい）がｙ軸（この場合、第１減衰軸と呼ばれてもよい）に沿って気体減衰し、一方、減衰板５３１および対応する固定子減衰板（この場合、第２減衰板と呼ばれてもよい）がｚ軸（この場合、第３減衰軸と呼ばれてもよい）に沿って気体減衰するように組み合わされてもよい。第１減衰軸および第３減衰軸の両方は、この場合、感知軸に垂直である。言いかえれば、第３減衰軸は、感知軸に略直交し、第１減衰軸に直交してもよい。この配置は、減衰板４３１〜４３２が、図４の場合と同様にｚ軸を中心とする回転運動も減衰させる利点を有する。
【００５８】
さらに、この組み合わされた構造体は、ｘ軸に沿って気体減衰すると考えられる、図４を参照して説明した追加の気体減衰板を含めることさえ可能であろう。その場合、加速度構造体は、３つの軸すべてに沿って気体減衰する構造体を備えるであろう。前述同様、回転子測定板および固定子測定板は、また、感知軸の方向に気体減衰してもよい。
【図１】
2021524035.tif 000003
【図２ａ】
2021524035.tif 000004
【図２ｂ】
2021524035.tif 000005
【図２ｃ】
2021524035.tif 000006
【図２ｄ】
2021524035.tif 000007
【図３】
2021524035.tif 000008
【図４】
2021524035.tif 000009
【図５】
2021524035.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月12日(2020.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性微小電気機械加速度センサであって、
前記センサが感知軸の方向の加速度を受けると当該感知軸の方向に動く少なくとも１つの部分可動プルーフマスと、
前記プルーフマスに取り付けられた、１以上の回転子測定板および１以上の第１回転子減衰板と、
前記センサ内の固定構造体に取り付けられた、１以上の固定子測定板および１以上の第１固定子減衰板とを備え、
前記１以上の回転子測定板および前記１以上の固定子測定板は、それらの間で行われる容量測定において、前記感知軸の方向の前記プルーフマスの動きを測定することができるように構成され、
前記１以上の第１回転子減衰板および前記１以上の第１固定子減衰板は、第１減衰軸に略直交する略平行板の第１セットを形成し、前記１以上の第１回転子減衰板と前記１以上の第１固定子減衰板とのギャップは、前記第１減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭く、
前記第１減衰軸は、前記感知軸に略直交し、前記センサは、前記感知軸が基板面内にある面内センサであり、
前記センサは、さらに、前記プルーフマスに取り付けられた１以上の第２回転子減衰板と、前記センサ内の固定構造体に取り付けられた１以上の第２固定子減衰板とを備え、
前記１以上の第２回転子減衰板および前記１以上の第２固定子減衰板は、第３減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成し、前記１以上の第２回転子減衰板と前記１以上の第２固定子減衰板とのギャップは、前記第３減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭く、
前記第３減衰軸は、前記感知軸と略平行である
容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項２】
前記１以上の回転子測定板および前記１以上の固定子測定板は、第２減衰軸に略直交する略平行板の第２セットを形成し、前記１以上の回転子測定板と前記１以上の固定子測定板とのギャップは、前記第２減衰軸の方向に気体減衰するために十分狭い
請求項１に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項３】
前記第２減衰軸は、前記第１減衰軸と略平行で、前記感知軸に直交する
請求項２に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項４】
前記第２減衰軸は、前記感知軸と略平行である
請求項２に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【請求項５】
前記１以上の第１固定子減衰板および前記１以上の第２固定子減衰板の少なくとも一方は、前記１以上の第１回転子減衰板および前記１以上の第２回転子減衰板と同電位である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の容量性微小電気機械加速度センサ。
【国際調査報告】
2021524035.tif 000011
2021524035.tif 000012