(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プルーフマスと基板に取り付けられた複数のトラッキングアンカーとを有するデバイスウェハを備える、ＭＥＭＳ加速度計であって、
各トラッキングアンカーが、（１）前記基板内の非対称変形に応じてたわみ、（２）前記たわみに応じて生じた機械的力を伝達して、前記プルーフマスを前記変形の方向に傾ける、ように構成されている、ＭＥＭＳ加速度計。
【請求項２】
前記プルーフマスの前記傾斜と少なくとも１つのトラッキングアンカーの前記たわみとの比率が約０．５である、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項３】
前記プルーフマスの前記傾斜と少なくとも１つのトラッキングアンカーの前記たわみとの比率が約０．５〜約０．６０３である、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計
【請求項４】
前記プルーフマスの前記傾斜と少なくとも１つのトラッキングアンカーの前記たわみとの比率が、約０．４７８４〜約０．５である、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項５】
Ｔ字形ビーム、フレーム、および捩りばねをさらに備え、
（１）少なくとも１つのトラッキングアンカーが、前記たわみに応じて生じた機械的力を前記Ｔ字形ビームに伝達し、
（２）前記Ｔ字形ビームは、受け取った前記機械的力を前記フレームに伝達し、
（３）前記フレームは、受け取った前記機械的力を前記捩りばねに伝達し、
（４）前記捩りばねが、前記プルーフマスにトルクを加えて、前記プルーフマスを前記変形の方向に傾ける、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項６】
複数のビームをさらに備え、各ビームが固有のトラッキングアンカーをフレームに直接接続し、
（１）各トラッキングアンカーが、前記たわみに応じて生じた機械的力をそのそれぞれのビームに伝達し、
（２）各ビームは、受け取った前記機械的力を前記フレームに伝達し、
（３）前記フレームは、受け取った前記機械的力を捩りばねに伝達し、
（４）前記捩りばねは、前記プルーフマスのアンカーにトルクを加えて前記プルーフマスを前記変形の方向に傾ける、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項７】
前記プルーフマスは、ティータトッタプルーフマスまたは傾斜モードプルーフマスである、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項８】
（１）各トラッキングアンカーが、前記加速度計の中心軸から一定の距離に配置されるか、
（２）前記複数のトラッキングアンカーが、前記加速度計の中心軸を挟んで対称的に配置されるか、または
（３）任意の所与のトラッキングアンカーから前記加速度計の中心軸までの距離が、式
【数４】
0006273074.tif 000005
で規定されるか（式中、Ｗは前記プルーフマスの幅であり、Ｌは前記プルーフマスの長さである）、のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項９】
（１）前記プルーフマスを支持し、（２）前記基板に取り付けられた、アンカーをさらに備える、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１０】
少なくとも１つの捩りばねをさらに備え、前記捩りばねにより、前記アンカーが前記プルーフマスを支持する、請求項９に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１１】
前記基板に対する前記プルーフマスの位置を表す信号を出力する回路をさらに備え、前記基板内の前記プルーフマスの前記変形方向の傾斜が、前記変形によって導入されたゼロｇバイアスオフセットを減少させる、請求項１に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１２】
前記複数のビームは、前記加速度計の中心軸を挟んで対称である、請求項６に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１３】
基板と、
アンカーによって前記基板に取り付けられたプルーフマスと、
前記プルーフマスをフレームに結合する捩りばねと、
前記フレームに接続されたＴ字形ビームと、を備え、前記Ｔ字形ビームの第１の端部が前記基板に取り付けられた第１のトラッキングアンカーに接続され、前記Ｔ字形ビームの第２の端部が前記基板に取り付けられた第２のトラッキングアンカーに接続され、
前記第１および第２のトラッキングアンカーが、前記基板における非対象の変形に応じてたわみ、前記Ｔ字形ビーム、フレーム、および捩りばねを介して機械的力を伝達して、前記変形の方向に前記プルーフマスを傾ける、ＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１４】
前記プルーフマスの前記傾斜と、前記第１および第２のトラッキングアンカーの少なくとも一方の前記たわみとの比率が、約０．４７８４〜約０．６０３である、請求項１３に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１５】
（１）前記プルーフマスが、ティータトッタプルーフマスまたは傾斜モードプルーフマスであるか、
（２）各トラッキングアンカーが、前記加速度計の中心軸から一定の距離に配置されるか、
（３）前記複数のトラッキングアンカーが、前記加速度計の中心軸を挟んで対称的に配置されるか、または
（４）任意の所与のトラッキングアンカーから前記加速度計の中心軸までの距離が、式
【数５】
0006273074.tif 000006
で規定されるか（式中、Ｗは前記プルーフマスの幅であり、Ｌは前記プルーフマスの長さである）、のうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１６】
前記基板に対する前記プルーフマスの位置を表す信号を出力する回路をさらに備え、前記基板内の前記プルーフマスの前記変形方向の傾斜が、前記たわみによって導入されたゼロｇバイアスオフセットを減少させる、請求項１３に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１７】
プルーフマスを支持する手段と、
（１）前記基板内の非対称変形に応じてたわみ、（２）前記たわみに応じて生じた機械的力を伝達して、前記プルーフマスを前記たわみの方向に傾けるための、前記基板に取り付けられた手段であって、前記プルーフマスを支持する、手段と、を備える、ＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１８】
前記プルーフマスの前記傾斜と前記第１および第２のトラッキングアンカーの少なくとも一方の前記たわみとの比率が約０．４７８４〜約０．６０３である、請求項１７に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項１９】
（１）前記プルーフマスが、ティータトッタプルーフマスまたは傾斜モードプルーフマスであるか、
（２）各トラッキングアンカーが、前記加速度計の中心軸から一定の距離に配置されるか、
（３）前記複数のトラッキングアンカーが、前記加速度計の中心軸を挟んで対称的に配置されるか、または
（４）任意の所与のトラッキングアンカーから前記加速度計の中心軸までの距離が、式
【数６】
0006273074.tif 000007
で規定されるか（式中、Ｗは前記プルーフマスの幅であり、Ｌは前記プルーフマスの長さである）、のうちの少なくとも１つである、請求項１７に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【請求項２０】
前記基板に対する前記プルーフマスの位置を表す信号を出力する回路をさらに備え、前記基板内の前記プルーフマスの前記変形方向の傾斜が、前記変形によって導入されたゼロｇバイアスオフセットを減少させる、請求項１７に記載のＭＥＭＳ加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１４年１０月３日に出願された「ＭＥＭＳ  Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｚ  Ａｘｉｓ  Ａｎｃｈｏｒ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ」と題された米国出願第１４／５０５，９２８号に対する優先権を主張し、これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、基板内の変形に応答するトラッキングアンカーを備えたＭＥＭＳ加速度計に関する。具体的には、トラッキングアンカーは、変形の影響を打ち消すためにプルーフマスに結合された捩りばねに力を加える。
【背景技術】
【０００３】
加速度計は、加速力を電子信号に変換するトランスデューサの一種である。加速度計は、幅広い種類のデバイスで、かつ幅広い用途に使用されている。例えば、加速度計は、しばしば、エアバッグ展開およびロールオーバ検出などの様々な自動車システムに含まれている。加速度計は、しばしば、動きに基づく感知（例えば、落下検出）および制御（例えば、ゲームのための動きに基づく制御）などの多くのコンピュータデバイスにも含まれている。
【０００４】
微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」、「ＭＥＭＳデバイス」とも呼ばれる）は、ますます多くの用途に使用される特定のタイプの集積回路である。例えば、ＭＥＭＳは現在、航空機のピッチ角を検出するためのジャイロスコープとして、自動車に選択的にエアバッグを展開するための加速度計として実装されている。簡略に言えば、そのようなＭＥＭＳデバイスは、典型的には、基板の上に懸架された可動構造と、懸架構造の動きを感知し、感知された動きデータを１つ以上の外部デバイス（例えば、外部コンピュータ）に供給する関連回路を有する。外部デバイスは、測定された特性（例えば、ピッチ角または加速度）を計算するために、感知されたデータを処理する。
【０００５】
概して言えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）加速度計は、典型的には、とりわけ、プルーフマスと、外部加速度によって誘発されたプルーフマスの移動または位置の変化を感知するための１つ以上のセンサとを含む。加速度計は、１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の加速度軸を感知するように構成することができる。通常、プルーフマスは、所定のデバイス平面内に構成され、感度の軸は、このデバイス平面に関して一般に参照される。例えば、デバイス平面に平行な軸に沿って感知される加速度は、通常、Ｘ軸またはＹ軸加速度と呼ばれ、一方、デバイス面に垂直な軸に沿って感知される加速度は、通常、Ｚ軸加速度と呼ばれる。単一軸加速度計は、Ｘ軸またはＹ軸の加速度またはＺ軸の加速度のみを検出するように構成されている場合がある。２軸加速度計は、Ｘ軸とＹ軸の加速度を検出するように、またはＸ軸とＺ軸の加速度を検出するように構成することができる。３軸加速度計は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の加速度を検出するように構成することができる。
【０００６】
Ｚ軸加速度計の１つのカテゴリーは、「ティータトッタ」または「シーソー」構成に構成されたプルーフマスを使用する。ここで、プルーフマスは、Ｚ軸の加速度の下で基板に対して回転するように、基板から支持される。多くのタイプの加速度計でプルーフマスと容量的に結合された、プルーフマスの下側（例えば、その下の基板上）またはその上下の両方に置かれた感知電極は、プルーフマスのそのような回転を感知するのに使用され、それによってＺ軸加速度を感知する。フィードバック電極などの他の電気的構成要素もプルーフマスの下側および／または上側に含まれてもよい。米国特許第７６１０８０９号および米国特許出願公開第２０１３／０３３３４７１号は、プルーフマスの上および下の両方に電極を有する差動ティータトッタ型Ｚ軸加速度計の例を提供する。米国特許第６８４１９９２号および米国特許第５７１９３３６号は、このようなティータトッタ型加速度計の他の例を提供する。米国特許第８１４６４２５号は、可動のｚ軸感知素子を有するＭＥＭＳセンサを記載している。これらの参考文献の各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，６１０，８０９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０３３３４７１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，８４１，９９２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７１９，３３６号明細書
【特許文献５】米国特許第８，１４６，４２５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本解決策の１つの例示的な実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は、ティータトッタプルーフマスと基板に取り付けられた複数のトラッキングアンカーポイントとを有するデバイスウェハを含む。各トラッキングアンカーは、基板内の変形に応じてたわみ、たわみに応じて生じた機械的力を伝達して、プルーフマスを変形方向に傾けるように構成されている。
【０００９】
いくつかの実施形態では、プルーフマスの傾斜と少なくとも１つのトラッキングアンカーのたわみとの比率は、約０．５〜約０．６０３である。他の実施形態では、比率は約０．４７８４〜約０．５である。いくつかの実施形態では、比率は約０．５である。
【００１０】
様々な実施形態において、ＭＥＭＳ加速度計はまた、Ｔ字形ビーム、フレーム、および捩りばねを含むことができる。少なくとも１つのトラッキングアンカーは、たわみに応じて生じた機械的力をＴ字形ビームに伝達することができる。Ｔ字形ビームは、受け取った機械的力をフレームに伝達することができる。フレームは、受け取った機械的力を捩りばねに伝達することができる。さらに、捩りばねは、プルーフマスのアンカーにトルクを加えて、プルーフマスを変形方向に傾けることができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ＭＥＭＳ加速度計は複数のビームを含むことができ、各ビームは固有のトラッキングアンカーをフレームに直接接続することができる。さらに、各トラッキングアンカーは、たわみに応じて生じた機械的力をそれぞれのビームに伝達することができる。各ビームは、受け取った機械的力をフレームに伝達することができる。フレームは、受け取った機械的力を捩りばねに伝達することができ、捩りばねは、プルーフマスのアンカーにトルクを加えて、プルーフマスを変形の方向に傾けることができる。
【００１２】
さらに、プルーフマスは、ティータトッタプルーフマスまたは傾斜モードプルーフマスであってもよい。
【００１３】
さらなる実施形態が開示され、特許請求の範囲とされてもよい。
【００１４】
本発明の上記および利点は、添付の図面を参照して以下のさらなる説明からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、通常の動作におけるＺ軸加速度計を概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、Ｚ軸加速度計の基板における非対称な変形がゼロｇバイアスオフセットをどのように作り出すかを模式的に示す。
【図２】図２は、図１Ｂに示すゼロｇバイアスオフセットを緩和するために本解法がプルーフマスに適用される補正を概略的に示す。
【図３】図３は、基板内の非対称変形の影響を低減するＺ軸トラッキングアンカーを有する例示的な加速度計を示す。
【図４】図４は、加速度計が基板の変形に応答したときの図３に示した加速度計の斜視図を示す。
【図５】図５は、基板内の変形を評価するために加速度計に配置されたトラッキングアンカーの概略図を示す。
【図６】図６は、トラッキングアンカーのたわみおよび加速度計のプルーフマスを図式的に示す。
【図７】図７は、基板内の非対称変形の影響を低減する別の例示的な加速度計を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
前述の図およびそこに示された要素は、必ずしも一定の縮尺または任意の縮尺に描かれていないことに留意すべきである。文脈が他に示唆しない限り、同様の要素は同様の数字で示される。
【００１７】
定義。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、以下の用語は、文脈が別途必要としない限り、示された意味を有するものとする。
【００１８】
「ゼロｇバイアスオフセット」という用語は、外部加速度が存在せず、加速度計がゼロ加速度信号を出力すべきである場合、加速度計が非ゼロ加速度信号を出力することを意味する。この特許出願の文脈において、ゼロｇバイアスは、非対称変形を含む、加速度計を支持する基板の変形によって引き起こされ得る。
【００１９】
さまざまなシナリオでは、ＭＥＭＳ加速度計の基板は、加速度計が使用されているときに変形する可能性がある。例えば、基板の特定の部分は、内部熱機械的応力を受けるか、または衝撃または曲げ力などの外力からの衝撃を吸収することがある。基板が不均質に変形すると（例えば、非対称的に）、変形はプルーフマスと１つ以上の位置検出電極との間の公称距離（したがって容量）を変化させ、結果として加速度計の測定値（ここでは「ゼロｇバイアスオフセット」と呼ぶ）に誤差を導入する。例えば、外部加速度が存在しない場合であっても、加速度計は、非対称変形によって生じる公称距離／静電容量の変化に基づいて、非ゼロ加速度信号を出力することができる。
【００２０】
他のタイプの加速度計を使用することもできるが、差動容量感知を使用する「ティータトッタ」型加速度計を参照して、特定の例示的な実施形態をここで説明する。通常の動作では、ティータトッタ型加速度計は、プルーフマスと、プルーフマスの上および／または下に配置された差動感知電極との間の容量の変化に基づいてＺ軸加速度を決定する。例えば、米国特許出願公開第２０１３／０３３３４７１号に記載されているティータトッタ型加速度計は、その全体が参照により本明細書に組み込まれており、ティータトッタプルーフマスの上の１組の差動感知電極と同様に、ティータトッタプルーフマスの下の１組の差動感知電極を使用する。公称では、基板に変形がなく、外部Ｚ軸加速度が存在しない場合、プルーフマスとその下にある差動感知電極の各々との間の距離は等しいので、プルーフマスとこれらの下にある差動感知電極との間の容量は同じである。同様に、プルーフマスとその上にある差動感知電極の各々との間の距離は等しいので、プルーフマスとこれらの上にある差動感知電極のそれぞれとの間の容量は等しい。差動検出電極の各組の容量は等しく、それらは互いに相殺し合うので、加速度計はゼロ加速度信号を出力する（すなわち、ゼロｇバイアスはない）。
【００２１】
一般的に言えば、基板が対称的な変形を受ける場合、プルーフマスと各感知電極との間の容量は、同じ量の変化を受ける。このようにして、変形によって誘発されるゼロｇバイアスオフセットは相殺される。しかし、非対称変形の場合、容量は異なる変化を示す。特に、プルーフマスの片側を傾けると、反対側に同じ量の傾きが生じる。したがって、プルーフマスの反対側の差動感知容量は異なる量の変化を受けるため、加速度計の測定値にはゼロｇバイアスが存在することになる。しかし、プルーフマスによる傾きの量を制御することにより、プルーフマスの反対側の差動感知容量が、ゼロｇバイアスオフセットを無効化（例えば、低減またはキャンセル）するために同じ量の変化を示すことを確実にすることができる。
【００２２】
図１は、例示的なティータトッタ型加速度計１００の基板１０５に対する非対称変形の影響を示す。図１Ａは、基板のたわみのない加速度計１００の断面側面図であり、図１Ｂは、基板のたわみを有する加速度計１００の断面側面図である。加速度計１００は、アンカー１１４によって基板１０５によって支持されるプルーフマス１１０を含む。アンカー１１４は、プルーフマス１１０に接続された少なくとも１つの捩りばね（１１１が付された円であらわされる）に順に接続される。基板上の差動感知電極１０１および１０２は、プルーフマス１１０を有する平行プレートキャパシタＣ１およびＣ２を形成する。差動回路（図示せず）は、これらの平行プレートキャパシタの値に基づいて加速度出力信号を生成する（すなわち、出力＝Ｃ１−Ｃ２）。
【００２３】
基板１０５が変形されておらず、図１Ａに示すような外部Ｚ軸加速度が存在しない場合、基板１０５の上面（１０３と表示されている）およびプルーフマス１１０は、互いに平行である。この公称位置では、感知電極１０１および１０２はプルーフマス１１０と等距離にあり、したがって、プルーフマス１１０と感知電極１０１との間の容量Ｃ１は、プルーフマス１１０と感知電極１０２との間の容量Ｃ２と等しい。したがって、この乱されていない状態では、
Ｃ１＝Ｃ２である。
【００２４】
加速度計の出力はゼロである：
出力＝Ｃ１−Ｃ２＝０。
【００２５】
加速度計１００は、外部加速度が加速度計１００にＺ軸方向に作用すると、プルーフマス１１０が捩りばね１１１の周りを「ティータトッタする」ので、プルーフマス１１０と感知電極１０１との間の距離は、プルーフマス１１０と感知電極１０２との間の距離とは異なるため、容量Ｃ１およびＣ２が変化する。静電容量におけるこれらの変化は、差動回路によって処理されて加速度信号を出力する：
出力＝Ｃ１−Ｃ２≠０。
【００２６】
基板１０５が図１Ｂで、符号１０３で表されるように、非対称に変形すると、外乱は、基板１０５とプルーフマス１１０との間の距離を加速度計１００内の異なる位置で変化させる。これにより、プルーフマス１１０と感知電極１０１との間の公称距離は、プルーフマス１１０と感知電極１０２との間の公称距離と異ならせる。容量はプレート間の距離に関係するので、プルーフマス１１０と感知電極１０１および１０２のそれぞれとの間の容量は異なる。図１Ａを参照して上述したＣ１およびＣ２の公称値と比較すると、プルーフマス１１０と感知電極１０１との間の容量は（Ｃ１＋ｄＣ１）となり、プルーフマス１１０と感知電極１０２との間の容量は（Ｃ２＋ｄＣ２）となる。ここで、ｄＣ１とｄＣ２とは通常は反対の符号であり（すなわち、一方は正であり、他方は負である）、異なる大きさ（すなわち、｜ｄＣ１｜≠｜ｄＣ２｜）であってもよい。さらに、容量の変化は、異なる大きさを有し、それによって、基板１０５とプルーフマス１１０との間の全体の容量を変化させる：
ΔＣ  ＝  （Ｃ１＋ｄＣ１）−（Ｃ２＋ｄＣ２）
＝  ｄＣ１−ｄＣ２
≠  ０
その結果、加速度計はゼロｇバイアスオフセットを取得する。さらに図１Ｂに示されているように、プルーフマス１１０は、基板が変形するときに実際傾く。それにも拘わらず、加速度計１００は、非対称的な変形が基板を横切って不均一に差動容量の変化を引き起こすため、ゼロｇバイアスオフセットをさらに示す。
【００２７】
本解決策は、プルーフマス１１０を基板変形に追従するように傾けることによって非対称変形の影響を緩和する。この解決策は、プルーフマスの反対側の差動容量が同じ量だけ変化するように傾きの量を制御する。すなわち、ｄＣ１＝ｄＣ２である。その結果、ΔＣ＝０となる。
【００２８】
図２は、プルーフマス１１０が変形に追随した場合と追随しない場合との加速度計を比較している。加速度計が本解決策を欠いている場合で、基板１０５が非対称に変形すると、プルーフマス１１０は位置１１５に傾くことがある。その結果、ある領域の差動容量Ｃ２は、別の領域の差動容量Ｃ１と異なる量だけ変化する。Ｃ１＋ｄＣ１≠Ｃ２＋ｄＣ２であるので、加速度計１００はゼロｇバイアスオフセットを受ける。
【００２９】
加速度計１００が本解決策を有するとき、プルーフマス１１０は位置１２０まで傾く。プルーフマス１１０は基板１０５とより平行なプレートコンデンサをより密接に形成するので、両者の間の容量はそれぞれの表面にわたってより均一となる。言い換えれば、本解決策を有する加速度計１００は、非対称的な基板変形の影響を緩和し、その結果、デバイスにおいてより均一な静電容量の変化を受ける：
（Ｃ１＋ｄＣ１）〜（Ｃ２＋ｄＣ２）。
【００３０】
その結果、ゼロｇバイアスオフセットは減少する。
【００３１】
図３は、基板内の非対称変形の影響を低減する加速度計１００を示す。この実施形態では、加速度計１００は、４つのトラッキングアンカー３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ（集合的に「３０５」）を含む。２つのトラッキングアンカー３０５ａ、３０５ｂはＴ字形ビーム３１０ａに接続され、他の２つのトラッキングアンカー３０５ｃおよび３０５ｄは他のＴ型ビーム３１０ｂに接続される。両方のＴ字形ビーム３１０ａ、３１０ｂ（集合的に「３１０」）は、フレーム３１５に接続される。次に、このフレーム３１５は、プルーフマス１１０およびそのアンカー１１１に結合された捩りばね３２０ａ、３２０ｂ（まとめて「３２０」）に接続される。特に、これらの要素は、プルーフマス１１０と同じ材料層から形成され、トラッキングアンカー３０５で基板１０５に固定されたビームおよびポストであるため、加速度計設計および製造プロセスフローに容易に組み込まれる。したがって、本発明の解決策の実施形態は、もしあるとしても、ダイ上に追加スペースをほとんど必要としない。
【００３２】
動作において、基板１０５が非対称的な変形を受けるとき、トラッキングアンカー３０５によって生成された機械的力は、力がプルーフマス１１０を傾けて変形方向に追従するまで、加速度計１００の要素を通じて伝播する。特に、トラッキングアンカー３０５が変形に応じてたわむと、トラッキングアンカー３０５は、それらが接続されているＴ字形ビーム３１０に機械的な力を伝達する。次に、Ｔ字形ビーム３１０は、受け取った力をフレーム３１５に伝播する。フレーム３１５は、捩りばね３２０に力を加え、捩りばね３２０は、プルーフマス１１０にトルクを加える。その結果、プルーフマス１１０は、基板１０５の変形に追従するように傾く。
【００３３】
図４は、加速度計が基板変形に応答したときの、図３の加速度計の斜視図を示す。図は基板の変形の表示４１０を含む。そこでは、色および／またはグラデーションが特定の位置でのたわみの大きさに対応する。この実施形態では、トラッキングアンカー３０５ｃおよび３０５ｄに近接する基板の部分は、トラッキングアンカー３０５ａおよび３０５ｂに近接する部分よりも大きな変形を受ける。その結果、図４に示すように、Ｔ字形ビーム３１０ｂは、Ｔ字形ビーム３１０ａより多くたわむ。それにもかかわらず、両Ｔ字形ビーム３１０はそれらのそれぞれのたわみによって生じた機械的力を、フレーム３１５を回転するために伝達する。それに応じて回転されたフレーム３１５は、プルーフマス１１０のアンカーに結合された捩りばね３２０に機械的力を伝達し、バネ３２０は、プルーフマス１１０をそれに応じて傾けるためにアンカーにトルクを加える。
【００３４】
基板１０５上のトラッキングアンカー３０５の位置は、解決策の重要な特徴である。特に、アンカー３０５は、たわみの際に、基板全体にわたる変形を表すＴ字形ビーム３１０に機械的力を加えるように配置されるべきである。図５は、このように基板上に配置されたトラッキングアンカーの概略図を示す。この代表的な実施形態では、各トラッキングアンカー３０５は、加速度計の中心軸から同じ距離ｘ０に配置されている。また、トラッキングアンカー３０５は、この中心軸を挟んで対称的に配置されている。
【００３５】
位置ｘ０は、プルーフマス１１０と基板１０５との間の予想される、または所望の容量に基づいて決定されてもよい。以下の例示的な式は、この容量をモデル化するとき、ｚ軸に沿った基板の変形を考慮する：
【００３６】
【数１】
0006273074.tif 000002
【００３７】
式中、Ｒｓｕｂは基板の曲率半径である。
【００３８】
この式では、「ｘ０」という用語は、式がｚ軸の基板変形を考慮することを可能にする。この積分が予想される、または所望の容量（例えば、式の右辺の表現）と等しく、ｘ０について解くと、ｘ０の値は次のようになる：
【００３９】
【数２】
0006273074.tif 000003
【００４０】
注目すべきことに、ゼロｇバイアスオフセットを緩和するために、プルーフマス１１０は、トラッキングアンカー３０５と同じ程度または大きさにたわまない。本解決策はプルーフマス１１０を基板変形に追従するように傾けるが、解決策はプルーフマス１１０における基板変形の程度を複製しない。実際、プルーフマス１１０は、適切にオフセットを緩和するためにトラッキングアンカー３０５の変位の一部分だけ傾けられなければならない。
【００４１】
いくつかの実施形態では、差分容量が基板にわたって均一に変化することを確実にするために、プルーフマス１１０は、トラッキングアンカー３０５の変位の５０％しか示さなければならない。以下に実証するように、プルーフマス１１０がそのような挙動を示す場合、
Ｃ１＝Ｃ０＋ｄＣ１−０．５＊ｄＣ１
Ｃ２＝Ｃ０＋０．５＊ｄＣ１
その結果、オフセットはＣ１−Ｃ２＝ｄＣ１−０．５＊ｄＣ１−０．５＊ｄＣ１＝０となる。
【００４２】
対照的に、プルーフマス１１０がトラッキングアンカー３０５の全変位を複製する場合、デバイスはバイアスオフセットに適切に対処することができない。基板が非対称に変形すると、プルーフマス１１０の周りの差分容量は次のように変化する：
Ｃ１＝Ｃ０＋ｄＣ１
Ｃ２＝Ｃ０
したがって、オフセットはＣ１−Ｃ２＝ｄＣ１である。
【００４３】
プルーフマス１１０が、トラッキングアンカー３０５の位置で基板の変形を繰り返すように傾く場合、そのようなたわみは、プルーフマス１１０の一方の側の差分容量Ｃ１の変化の１００％を補正する。プルーフマス１１０は傾いているので他方の側の差動容量Ｃ２も同じ量ｄＣ１だけ変化するが、反対の極性のものである：
Ｃ１＝Ｃ０＋ｄＣ１−ｄＣ１
Ｃ２＝Ｃ０＋ｄＣ１
したがって、オフセットはＣ１−Ｃ２＝−ｄＣ１である。この状況では、加速度計１００は依然としてゼロｇバイアスオフセットを受ける。
【００４４】
いくつかの実施形態では、プルーフマス１１０の動きのトラッキングアンカー３０５の動きに対応する比率は、以下の式を解くことによって得ることができる：
【００４５】
【数３】
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【００４６】
本解決策の１つの例示的な実施形態では、比率は約０．６０３であった。別の例示的な実施態様では、結果が図６に図示されており、比率は約０．４７８４であった。この図では、プルーフマス１１０がアンカー６０５に結合され、一方、トラッキングアンカー３０５ａ、３０５ｂが基板に取り付けられている。この特定の実施形態では、非対称的な基板変形により、トラッキングアンカー３０５ｂが０．１０１９μｍたわむ。０．１０１９μｍもたわむ代わりに、プルーフマス１１０は０．０４８７５１μｍたわんでいる。したがって、プルーフマス１１０の基板運動に対する比率は、０．０４８７５１μｍ／０．１０１９μｍ、すなわち約０．４７８４である。
【００４７】
図７は、基板内の非対称変形の影響を低減する別の例示的な加速度計７００を示す。この実施形態では、トラッキングアンカー３０５はそれぞれ、それぞれのビーム７２５でフレームに直接接続されている。このように、各トラッキングアンカー３０５は、そのたわみによって生じた機械的力をフレームに伝達し、それは、力をプルーフマス１１０に伝播する。したがって、プルーフマス１１０は、プルーフマス１１０と感知電極との間の差分容量の変化を相殺するようにビーム７２５の方向に傾く。ここに記載の加速度計と同様に、この実施形態は、ダイのフットプリントに適度な寄与を有する解決策を提供する。
【００４８】
様々な実施形態において、オンチップまたはオフチップ回路は、このように変化する容量信号に基づいて、加速度計によって感知される加速度の正確な量を決定することができる。例えば、オフチップ回路は、加速度計と同じパッケージ内、または別のパッケージ内にある特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として、実装された別のダイを含むことができる。いくつかの実施形態は、ＡＳＩＣダイが加速度計ダイ上にキャップを形成するように、加速度計ダイとＡＳＩＣダイとを組み合わせてもよい。これに代えてまたは加えて、オフチップ回路は個別素子および／または複数の回路チップを含むこともできる。
【００４９】
前述したように、加速度計は、通常、その脆弱な微細構造を保護するためのいくつかの装置を備えている。したがって、前述したように、加速度計は、セラミックキャビティパッケージ、予め成形されたリードフレームパッケージ、キャリアパッケージ、または他のいくつかのパッケージレベルデバイスなどの従来の半導体パッケージ内に配置することができる。パッケージは、様々な実施形態において気密封止されることが好ましく、微細構造をさらに保護するための緩衝および／または酸化緩和ガスを含む。
【００５０】
他の実施形態では、ダイを回路ダイ（例えば、上述のＡＳＩＣ）または不活性キャップのいずれかで単にキャップする。したがって、いずれのタイプのパッケージング方法（すなわち、特に、パッケージレベルパッケージまたはダイレベルパッケージ）は、相互接続リードまたはパッドも含み、加速度計がパッケージの外部にあるデバイスと通信することができる。例えば、パッケージはプリント回路基板（例えば、表面実装、スルーホール接続、または他のタイプの接続）に取り付けられてもよく、それは、自動車のエアバッグ制御システムまたは携帯電話などのより大きなシステム内にあってもよい。
【００５１】
様々な実施形態がティータトッタ型の加速度計に関連して記載されているが、本発明の実施形態はこれらのタイプに限定されない。実施形態は、傾斜モード加速度計、または当業者に理解されるような他のタイプの加速度計を含んでもよい。
【００５２】
本発明は、本発明の真の範囲から逸脱することなく、他の特定の形態で実施することができ、この教示に基づいて当業者には多数の変形および修正が明らかとなるであろう。「発明」に対するいずれの言及も、本発明の例示的な実施形態を指すことを意図しており、文脈が別途必要としない限り、本発明の全ての実施形態を指すものと解釈されるべきではない。記載された実施形態は、すべての点において、例示的なものであって限定的なものではないとみなされるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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