(57)【要約】【課題】１つの方向の加速度を測定し、その測定がこの方向に対して垂直方向の障害的加速度によってほとんど影響を受けないように構成された加速度センサを提供することである。【解決手段】振動質量（１）を有しており、該振動質量はばね（２，１０，１４，１５）に基板を介して張架されており、該基板の表面に対して垂直方向に偏向することができる形式の加速度センサにおいて、前記ばね（２，１０，１４，１５）はそれぞれ２つの撓みバー（６，１２，１３）を有し、該撓みバーはウェブ（７）を介して相互に結合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動質量（１）を有しており、該振動質量はばね（２，１０，１４，１５）に基板を介して張架されており、該基板の表面に対して垂直方向に偏向することができる形式の加速度センサにおいて、
前記ばね（２，１０，１４，１５）はそれぞれ２つの撓みバー（６，１２，１３）を有し、該撓みバーはウェブ（７）を介して相互に結合されている、ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の加速度センサにおいて、
前記２つの撓みバー（６，１２，１３）はそれぞれ一定の幅を有する、ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
請求項２記載の加速度センサにおいて、
前記ウェブ（７）は一定の長さを有し、これにより前記２つの撓みバー（６，１２，１３）は相互に平行に延在する、ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項記載の加速度センサにおいて、
前記ウェブ（７）は２つの撓みバー（６，１２，１３）の間に均等の間隔で配置されている、ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載の加速度センサにおいて、
前記ばね（２，１０，１４，１５）は、前記振動質量（１）と一体的に構成されている、ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載の加速度センサにおいて、
前記ばね（２，１０，１４，１５）は、それぞれ湾曲部（１１）を有する、ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項記載の加速度センサにおいて、
前記ばね（２，１０，１４，１５）は、２つの突起（３）を介して前記振動質量（１）と結合されている、ことを特徴とする加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような加速度センサは振動質量を有しており、この振動質量はばねに基板を介して張架されており、基板の表面に対して垂直方向に偏向することができる。
【０００３】
加速度に基づく、基板に対して垂直方向の振動質量の偏向は、基板上にこの振動質量の下方に設けられた電極によって検出される。この振動質量はまた障害的加速度によって基板の表面に対して垂直方向に偏向するだけでなく、基板の表面に沿って偏向することもある。ここではばねの製造時の不精度のため、基板の表面に沿った障害的加速度が基板表面に対して垂直方向の偏向も引き起こすことがある。このことは基板表面に対して垂直方向の加速度の測定を誤らせる。とりわけ振動によって加速度センサの振動質量は固有周波数により基板表面に沿って振動が励振されることがあり、この振動は基板表面に対して垂直方向の加速度の測定を誤らせる。ここで基板表面に沿った振動の固有周波数は、基板表面に沿ったばねの剛性に依存している。
【０００４】
ばねはそれぞれ長い可撓性のエレメントからなる。基板表面に沿ったばねの剛性は、可撓性エレメントの横断面が拡大することにより上昇することがある。しかしこのことにより同時に、基板表面に対して垂直方向のばねの剛性も上昇する。ｚ方向の偏向に対する加速度センサの感度が相応に低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の基礎とする課題は、１つの方向の加速度を測定し、その測定がこの方向に対して垂直方向の障害的加速度によってほとんど影響を受けないように構成された加速度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の基礎とする課題は、請求項１の特徴部分の構成を備える加速度センサによって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によればばねはそれぞれ２つの撓みバーを有し、これらの撓みバーはウェブを介して相互に結合されている。
【０００８】
有利にはこの種のばねは、基板表面に沿った方向に高い剛性を有する。
【０００９】
有利な実施形態では２つの撓みバーのそれぞれが一定の幅を有する。
【００１０】
有利な実施形態の改善形態では、ウェブが一定の長さを有し、従って２つの撓みバーは相互に平行に延在する。
【００１１】
別の有利な実施形態では、ウェブが撓みバーの間に均等の間隔で配置されている。
【００１２】
これにより有利にはばねの剛性は、基板表面に対して垂直方向では剛性が比較的小さいのに対し、基板表面に沿った方向では最大となる。
【００１３】
別の有利な実施形態では、ばねは振動質量と共に一体的に構成されている。
【００１４】
有利には振動質量は半導体製造方法によりポリシリコンから作製することができる。
【００１５】
さらに別の有利な実施形態では、ばねはそれぞれ１つの湾曲部を有する。
【００１６】
有利にはばねは基板表面に対して垂直の方向に十分に小さい剛性を有するように構成することができ、加速度センサの寸法が大きくなることはない。
【００１７】
別の有利な実施形態では、ばねはそれぞれ２つの突起を介して振動質量と結合されている。
【００１８】
有利にはこれにより、ばねに作用する、振動質量との結合部に発生する最大力が減少する。
【実施例】
【００１９】
以下で本発明を、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、ばねが曲げられていない加速度センサの平面図である。
【００２１】
加速度センサは、図平面に延在する基板上に配置された一定の厚さを有する構造体からなる。この構造体は例えば、ポリシリコン層を一定の厚さの酸化層に析出し、これを再びシリコン基板に設けることによって形成される。酸化層には凹部が形成されており、この凹部でポリシリコン層からシリコン基板への接続が行われる。この構造体はポリシリコン層にエッチングによって規定され、酸化層はエッチングプロセスで除去される。このときポリシリコン層はシリコン基板と接続されたままである。
【００２２】
構造体は矩形の振動質量１と４つの同種のばね２を有する。ばねは振動質量１のそれぞれ一辺で２つの突起３を介して振動質量１の端部と結合されている。矩形の代わりに、別の形状を振動質量に対して使用することもできる。ばね２の他方の端部４は、その下にある基板と結合されている。ばね２は振動質量１の辺に対して平行に配置されており、これにより加速度センサをコンパクトに構成することができる。振動質量１には矩形のホール５が形成されており、エッチング媒体が製造中に容易に酸化層に浸透することができ、振動質量１は完全にその下の基板から解放される。各ばね２は平行な２つの撓みバー６を有する。この撓みバーはウェブ７を介して相互に結合されており、基板上を同じ間隔で延在している。２つの突起３も同様に平行な２つの撓みバー８として構成されており、ウェブ９により相互に結合されている。ばねの数は任意である。しかしいずれの場合でも、基板表面に沿った振動を抑圧するために３つのばねを設けなければならない。各ばねに対して、相互にウェブを介して結合された２つ以上の撓みバーを使用することもできる。
【００２３】
振動質量１が加速度により基板に対して垂直のＺ方向に偏向する場合、各ばね２の平行な２つの撓みバー６が撓む。撓みバー６と共に突起３も撓む。ばね２が振動質量１に、それ自体撓むことのできる２つの突起３を介して結合されていることによって、エラスティックなばね２と剛性の振動質量１との結合部に発生する最大力が減少することができ、これによりばね２の破壊を阻止することができる。振動質量１の下方には電極（図示せず）が形成されている。この電極は、振動質量１に対するキャパシタの変化を測定することによって振動質量１の偏向を検出する。このときＸＹ平面の振動質量１の振動はこの測定を誤らせるので抑圧すべきである。この振動はまず、矩形の振動質量１の４つすべての辺にばね２を設けることによって抑圧される。しかしこの振動の振幅と、振動質量１およびばね２からなるばね質量系の固有周波数は、Ｘ方向およびＹ方向のばねの剛性に依存する。
【００２４】
別の図で同種のエレメントには図１で使用したのと同じ参照符合が付しており、別種のエレメントには別の参照符合が付してある。
【００２５】
図２は、一回だけ曲げられたばね１０を備える加速度センサの平面図である。４つの同形式のばね１０は湾曲部１１を有し、この湾曲部は２つの撓みバー１２と１３の直角として構成されている。直角としての湾曲部の構成は、正方形の振動質量１に対して特にスペースを節約する。
【００２６】
図３は、図２の一回だけ曲げられたばね１１の一部を示す。パラメータｂは撓みバーの幅を表し、パラメータｌはウェブ長を表し、パラメータａはウェブ幅を表し、パラメータｓは２つのウェブ間の間隔を表す。図２ではすべてのパラメータｓ、ａ、ｂ、ｌは一定であるが、パラメータｓとａは変化しても良い。２つの撓みバーは異なる幅でも良く、その幅も変化しても良い。従ってｌも同様に変化することができる。
【００２７】
図４は、一回だけ曲げられたばねの相対的剛性を、基板表面に沿ったＹ方向（ｋｙ／ｋｙ０）と、基板表面に対して垂直のＺ方向（ｋｚ／ｋｚ０）とで、ウェブ長ｌの関数として示す線図である。この線図は、有限要素法で数値的に計算されたものであり、別のパラメータｓ、ａ、およびｂは一定である。ここでｋｙは任意の長さのウェブ長に対するＹ方向でのばね定数であり、ｋｙ０は、ｌ＝０に対するＹ方向でのばね定数、ｋｚは任意の長さのウェブ長に対する方向でのばね定数、ｋｙ０はｌ＝０に対するＺ方向でのばね定数である。基板表面に沿った剛性はウェブ長の増大と共に減少し、Ｚ方向の剛性はウェブ長に依存しない。ここでｌ＝０に対するばねは、従来技術から公知のように長手方向に撓むエレメントとして構成されている。適切なウェブ長ｌを使用することによって、基板表面に沿ったばね１０の剛性は任意に高められる。従って振動質量１の振動振幅を所望の閾値以下に低減することができ、振動振幅１の固有周波数を実質的に励振できないように高めることができる。
【００２８】
図５は、３回曲げられたばね１４（Ｕ字形ばね）を備える加速度センサ、図６は５回曲げられたばね１５（Ｓ字形ばね）を備える加速度センサを示す。湾曲の回数は任意である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ばねが曲げられていない加速度センサの平面図である。
【図２】図２は、一回だけ曲げられたばねを備える加速度センサの平面図である。
【図３】図３は、図２の一回だけ曲げられたばねの平面図である。
【図４】図４は、図２の一回だけ曲げられたばねの剛性をウェブ長の関数として示す線図である。
【図５】図５は、３回曲げられたばねを備える加速度センサの平面図である。
【図６】図６は、５回曲げられたばねを備える加速度センサの平面図である。
【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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