(57)【要約】  本発明は、任意の感度とねじりばね（１００）とサイズモ補助質量体（４０）とを有するマイクロマシニング式のＺセンサであって、前記ねじりばね（１００）が任意のばね幅（１０５）を有しており、前記サイズモ補助質量体（４０）が、任意のウエブ幅（１１５）を有するウエブ（１００）を備えている形式のものに関する。本発明の核心は、前記ウエブ幅（１１５）が、前記ばね幅（１０５）よりも小さく選定されている点にある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の感度とねじりばね（１００）とサイズモ補助質量体（４０）とを有するマイクロマシニング式のＺセンサであって、
前記ねじりばね（１００）が任意のばね幅（１０５）を有しており、
前記サイズモ補助質量体（４０）が、任意のウエブ幅（１１５）を有するウエブ（１１０）を備えている形式のものにおいて、
前記ウエブ幅（１１５）が、前記ばね幅（１０５）よりも小さく選定されていることを特徴とする、マイクロマシニング式のＺセンサ。
【請求項２】
前記ウエブ幅（１１５）が前記ばね幅（１０５）の半分よりも小さく、しかも前記ばね幅（１０５）の１／４よりも大きく、有利には前記ばね幅（１０５）の１／３よりも大きく選定されている、請求項１記載のマイクロマシニング式のＺセンサ。
【請求項３】
前記Ｚセンサが、別のウエブ幅を有する別のウエブを備えた質量構造体（３０）を有しており、前記ウエブ幅（１１５）と前記別のウエブ幅とが、互いに異なっている、請求項１又は２記載のマイクロマシニング式のＺセンサ。
【請求項４】
異なる幅を有する複数のウエブ（１１０）が設けられており、前記ウエブ幅（１１５）が平均的な幅である、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロマシニング式のＺセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の感度とねじりばねとサイズモ補助質量体とを有するマイクロマシニング式のＺセンサであって、前記ねじりばねが所定のばね幅を有しており、前記サイズモ補助質量体が、任意のウエブ幅を有するウエブを備えている形式のものに関する。
【０００２】
ウェーハ平面に対して垂直な検出方向を有する容量型の加速度センサ、いわゆるＺセンサのためには、多くのロッカレバー構造が用いられる。このようなロッカレバーのセンサ原理は、ばね・質量体システムに基づいており、このばね・質量体システム内で可動なサイズモ質量体が、基板上に固定されたそれぞれ２つの対抗電極と共に、１つのプレートキャパシタを形成する。サイズモ質量体は、ねじりばねの両側においてそれぞれ異なる大きさを有しているので、加速度が作用すると、質量構造体が回転軸線としてのねじりばねに対して相対的に回転せしめられる。このような質量の差は、例えばねじりばねに対して左右非対称に取り付けられた補助質量体によって生ぜしめられる。これによって、電極の間隔は、より大きい質量を有する側では小さく、他の側では大きい。それに基づいて生じる容量変化が、作用する加速度の程度である。このロッカレバーのセンサ原理は、例えばヨーロッパ特許公開第０２４４５８１号明細書又はヨーロッパ特許公開第０７７３４４３号明細書に開示されている。
【０００３】
このような型式のセンサの最も重要なエレメントが、このセンサのねじりばねである。ねじりばねは、センサの機械的な感度を決定するために重要な役割を有している。製造プロセス中の変化によって、ねじりばねの幅が変動し、これが感度に重大な影響を与える。従来技術によるロッカレバーは、このような感度の変動を補償することはできない。
【０００４】
発明の開示
本発明の課題は、製造中のプロセス変動がセンサの感度に重大な影響を及ぼすことがないような質量構造体を提供することである。
【０００５】
発明の利点
本発明は、任意の感度と、ねじりばねとサイズモ補助質量体とを有するマイクロマシニング式のＺセンサであって、前記ねじりばねが任意のばね幅を有しており、前記サイズモ補助質量体が、任意のウエブ幅を備えたウエブを有している形式のものに関する。本発明の核心は、前記ウエブ幅が、前記ばね幅よりも小さく選定されている点にある。
【０００６】
本発明の有利な実施態様によれば、前記ウエブ幅が前記ばね幅の半分よりも小さく、しかも前記ばね幅の１／４よりも大きく、有利には前記ばね幅の１／３よりも大きく選定されている。また有利には、前記Ｚセンサが、前記ウエブ幅とは別のウエブ幅を有する、前記ウエブとは別のウエブを備えており、前記ウエブ幅と前記別のウエブ幅とは、互いに異なっている。有利には、異なる幅を有する複数のウエブが設けられており、前記ウエブ幅が平均的な幅である。
【０００７】
本発明の核心は、ねじりばねに関連して選択された、補助質量体の領域内のロッカレバー構造の構造的な構成にある。この場合、補助質量体は、ねじりばねの幅に適合した、互いに結合されたバーエレメントより成る構造を有している。この構造によって、センサの感度の変動範囲の減少が得られ、これは、接続された電子評価装置のために特に有利である。
【０００８】
本発明は原理的に、ロッカレバー原理に従って構成されたそれぞれの加速度センサに使用することができる。本発明は、簡単に変更することができ、必要な電子評価装置を簡略するか、又はセンサチップを小型化する可能性を提供する。これは、コスト的に有利であり、又はセンサの性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術によるＺセンサの側面図である。
【図２】従来技術によるＺセンサの平面図である。
【図３】本発明によるＺセンサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、従来技術によるＺセンサの側面図を示す。図面は概略図である。基板１０を備えた表面マイクロマシニングセンサが示されており、このセンサは、平面（ｘ；ｙ）に主要な表面を有している。基板１０上で接続部材１５に質量構造体３０が配置されている。質量構造体３０の下側で、基板１０上に電極２０が配置されている。質量構造体３０は、接続部材１５に対して左右非対称に配置された補助質量体４０を有している。平面（ｘ：ｙ）に対して垂直な加速度成分５０を有する、Ｚセンサの加速運動の運転状態において、質量構造体３０は補助質量体４０と共に、センサの基板１０を基準にして変位せしめられる。
【００１１】
図２は、従来技術によるＺセンサの平面図を示す。質量構造体３０は、任意のばね幅１０５を有するねじりばね１００を備えている。ねじりばね１００は、このねじりばね１００の下に配置された接続部材１５によって基板１０と接続されている。このような形式のセンサの感度は、ロッカレバー構造体内の質量分布及びねじりばね１００の剛性に著しく依存している。この場合、高い感度は、「柔軟な」ねじりばね１００及び／又は大きい補助質量体３０によって得られる。技術的な理由により、可動なロッカレバー構造体は複数の孔１２０を備えている（穿孔されている）。分かりやすくするために、以下では、ロッカレバー構造体が個別のウエブ（web；ブリッジ、桁部）１１０より構成されているものとする。従来技術に記載された変化例は、製造プロセス中に、ねじりばね１００だけに作用するのではなく、穿孔されたロッカレバー構造体にも作用する。この場合、各ウエブ１１０は、基本的に、ねじりばね１００と同じ揺れにさらされる。つまり、ばね幅１０５の減少に伴ってウエブ幅１１５が減少し、ばね幅１０５の増大に伴ってウエブ幅１１５が増大する。ばね幅１０５を３乗することによってセンサの感度Ｅ（加速度によって割り算された動き）が得られ、これに対して、ウエブ幅１１５に依存する補助質量体４０は、線形（linear）に収縮する（式１）。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
ねじりばね１００と補助質量体４０のウエブ１１０とが、同じ絶対的な幅変動Δｂにさらされる場合、プロセス変動にさらされる補助質量体のために次の式（式２）が当てはまる。
【００１４】
【数２】
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【００１５】
変動するばね幅のために、次の式（式３）が当てはまる。
【００１６】
【数３】
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【００１７】
これによって、製造プロセスの終了後の感度のために、次の式（式４）が得られる。
【００１８】
【数４】
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【００１９】
プロセス変動の補償は、次の式（式５）によって行われる。
【００２０】
【数５】
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【００２１】
この場合、質量体のウエブ幅１１５は、ばね幅１０５の１／３に相当する。かっこ内の数値及び感度は、構造体幅の変動Δｂとは無関係に約分される。
【００２２】
従って、パラメータΔｂに関連して感度を補償するために、質量構造体が前記式５に従ってねじりばね１００の幅１０５に整合される。これに対応する構造体が図３に示されている。
【００２３】
図３は、本発明によるＺセンサの平面図を示す。本発明によれば、ウエブ１００のための補助質量体４０の範囲内において、ウエブ幅１１５は、ねじりばね１００のばね幅１０５の１／３である。技術的な理由により、質量体ウエブを十分狭く構成することができない場合は、前記式５にできるだけ近いウエブ幅の値が選択される。これによって、前記式５を無視することと較べれば、完全ではないが、改善された補償が得られる。
【００２４】
ロッカレバーの残りの質量構造体３０は、任意に穿孔してもよく、また補助質量体４０と同じ孔を有していてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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