(57)【要約】  トランスデューサ（２０）は、可動要素（２４）と、自己試験アクチュエータ（２２）と、感知要素（５６，５８）とを備える。感知要素（５６，５８）は、感知要素（５６，５８）の平面に対し垂直な軸に沿った第１の位置（９６）から第２の位置（１０２）への可動要素（２４）の移動を検出する。第２の位置（１０２）では、自由落下条件をシミュレートする出力信号（８２）が生じる。トランスデューサ（２０）を有するデバイス（７０）の保護フィーチャを試験する方法（９２）は、可動要素（２４）を第１の位置（１０２）に移動させ、感知要素（５６，６８）にて検出可能な負の重力を発生させることと、アクチュエータ（２２）に信号（８８）を適用し、静電気力（１００）によって可動要素（２４）を第２の位置（１０２）に移動させることと、シミュレートされた自由落下に応答して保護フィーチャの使用可能性を確認することとを含む。
2010507074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサを備えたデバイスであって、同トランスデューサは、
可動要素と、
前記可動要素の近傍に配置されており、静電気力を与えて前記可動要素を第１の位置から第２の位置へ移動させるための自己試験アクチュエータと、
前記可動要素の下に配置されており、前記感知要素の平面に対し垂直な軸に沿った第１の位置から第２の位置への前記可動要素の移動を検出するための感知要素と、を備える、デバイス。
【請求項２】
前記静電気力は重力加速度に相当する大きさを有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記可動要素の第１の位置は負の重力の位置に相当し、前記可動要素の第２の位置は自由落下をシミュレートする中立の重力の位置に相当する請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記感知要素は前記軸に沿った加速を感知するためのキャパシタ板を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記軸は第１の軸であり、前記可動要素は、第１の軸に直交するとともに相互に直交する第２の軸および第３の軸に沿った加速を感知するための第１のフィンガーの組および第２のフィンガーの組を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記トランスデューサはさらに基板を備え、前記自己試験アクチュエータは前記可動要素の下で前記基板上に支持されている請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記感知要素は第１の感知要素であり、前記トランスデューサは前記可動要素の下に配置された第２の感知要素をさらに備え、第１および第２の感知要素は前記可動要素の前記移動を検出するように機能する請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記トランスデューサはさらに基板を備え、前記可動要素は前記基板上に取り付けられており、第１および第２の感知要素は前記可動要素の下で前記基板に支持されており、第１および第２の感知要素は鏡面対称軸を有する構成に配置されている請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
第１の感知要素は前記対称軸から第１の距離だけ離れており、前記自己試験アクチュエータは前記可動要素の下で前記基板に支持されるとともに、前記対称軸から第１の距離より大きい第２の距離だけ離れている請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記トランスデューサはさらに基板を備え、前記可動要素は前記基板上に取り付けられており、前記感知要素は前記可動要素の中央位置の下に配置されている請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記自己試験アクチュエータは前記基板上に前記中央位置に対して対称的に配置された第１の部分および第２の部分を含む請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記可動要素の第２の位置は前記デバイスの自由落下をシミュレートし、前記トランスデューサは前記シミュレートされた自由落下に対応する信号を提供するための出力要素をさらに備え、前記信号は前記デバイスの保護フィーチャの使用可能性を確認するために利用される請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
自由落下を感知するためのトランスデューサを有するデバイスの保護フィーチャを試験する方法であって、前記トランスデューサは、可動要素と、前記可動要素の近傍に配置された自己試験アクチュエータと、前記可動要素の下に配置された感知要素とを備えており、前記方法は、
前記感知要素にて検出可能な負の重力を発生させる第１の位置に前記可動要素を移動させる移動工程と、
前記自己試験アクチュエータに自己試験信号を適用し、静電気力によって、自由落下をシミュレートする第２の位置に前記可動要素を移動させる信号適用工程と、
前記シミュレートされた自由落下に応答して前記保護フィーチャの使用可能性を確認する確認工程と、を含む方法。
【請求項１４】
前記移動工程は、前記負の重力を発生させる向きに前記デバイスを配置することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記信号適用工程は、重力加速度に相当する大きさを前記静電気力に与えることを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記信号適用工程に応答して、前記感知要素にて前記感知要素の平面に対し垂直な軸に沿った重力加速度を感知することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記軸は第１の軸であり、前記可動要素は、第２の軸に沿って配列された第１のフィンガーの組と、第３の軸に沿って配列された第２のフィンガーの組とを含み、第１の軸、第２の軸および第３の軸は相互に直交しており、前記方法は第２の軸および第３の軸に沿った加速を感知することをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
第２の位置に対応する信号を前記トランスデューサから出力することと、
前記デバイスにて同信号を検出することと、
前記信号の検出に応答して前記デバイスの前記保護フィーチャの使用可能性を検証することと、を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
基板と、
前記基板上に取り付けられた可動要素と、
前記可動要素の下で前記基板上に支持されており、重力加速度に相当する大きさを有する静電気力を与えて前記可動要素を第１の位置から第２の位置へ移動させるための自己試験アクチュエータと、
前記可動要素の下で前記基板に支持されており、前記感知要素の平面に対し垂直な軸に沿った第１の位置から第２の位置への前記可動要素の移動を検出するための感知要素と、を備えたトランスデューサ。
【請求項２０】
前記感知要素は第１の感知要素であり、前記トランスデューサは前記可動要素の下で前記基板によって支持される第２の感知要素をさらに備え、第１および第２の感知要素は鏡面対称軸を有する構成に配置されており、第１の感知要素は前記対称軸から第１の距離だけ離れており、前記自己試験アクチュエータは前記対称軸から第１の距離より大きい第２の距離だけ離れている請求項１９に記載のトランスデューサ。
【請求項２１】
前記軸は第１の軸であり、前記可動要素は、第１の軸に直交するとともに相互に直交する第２の軸および第３の軸に沿った加速を感知するための第１のフィンガーの組および第２のフィンガーの組を含む請求項１９に記載のトランスデューサ。
【請求項２２】
ハードディスクドライブを含むデバイスに備えられた請求項１９に記載のトランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ電気機械センサ（ＭＥＭＳ）に関する。より詳細には、本発明は自由落下自己試験性能を有するトランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度計は、加速力を測定するために通常利用されるセンサである。それら加速力は一定である重力など静的な力の場合もあり、加速度計を移動または振動させることによって生じるように動的な力の場合もある。加速度計は、１つ、２つのまたは３つの軸すなわち方向に沿って、加速その他の現象を感知することができる。この情報から、その加速度計が取り付けられているデバイスの移動または向きを確認することが可能である。
【０００３】
加速度計は、慣性誘導システム、車両におけるエアバッグ展開システムならびに他の多くの科学および工学システムにおいて用いられている。マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計における成長中の一用途は、様々なデバイスの保護システムにおける使用である。これらの保護システムは、理想的には、衝撃および振動からデバイスを保護するように機能する。代表的なデバイスには、カムコーダー、ラップトップおよびノート型コンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、セルラー電話機、デジタルオーディオプレーヤや、内蔵のハードディスクドライブ、相当する部品またはその両方を含み得る他のそうしたデバイスが含まれる。自由落下は、重力の加速を受けるデバイスの落下運動である。したがって、自由落下状態はデバイスが落下するときに発生し、デバイスが最終的に表面に衝突するとき、損傷が生じることがある。デバイスが落下するときに発生し得る損傷からデバイスを保護するための保護システムには、自由落下状態を感知するＭＥＭＳ加速度計が含まれる場合がある。自由落下を感知すると、保護システムはデバイスへの動力を自動的に断ち、内蔵のハードディスクドライブの書込ヘッドの係合を解き、デバイスが表面に衝突するときにヘッドクラッシュを回避することが可能である。
【０００４】
一部の例では、ハードディスクドライブまたは他のそうしたデバイス部品を含む製品の製造者は、それらの製品の落下試験を行う場合がある。落下試験では、自由落下保護フィーチャの機能を検査するために、最終製品を表面に落下させる場合がある。そのような試験の目的は、自由落下の検出を確認することであり、自由落下が検出されたときに、ハードディスクドライブのヘッド、他のデバイス部品またはその両方が待避（ｐａｒｋ）その他係合を解かれることを確認することである。残念なことに、制御された落下試験を行うことが困難な場合がある。すなわち、製品が様々な面に様々な高さから落とされるとき、また、製品が単に落とされるか投げ落とされるかによっても、様々な結果が生じ得る。さらに、そのような落下試験は、最終製品のケースに傷、剥がれ、へこみを付けたりなど、最終製品のケースを破損させる場合がある。これに加えて、落下試験は、最終製品内の他の部品を損傷させたり、その寿命を短くしたりすることがある。したがって、自由落下保護フィーチャの機能を確認するために落下試験を実行することは、制御が困難であり、時間を要し、損傷した製品に関するコストも必要とする。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の好適な一実施形態による自己試験アクチュエータを備えたトランスデューサの平面図。
【図２】図１のトランスデューサの側面図。
【図３】図１のトランスデューサを利用する自由落下保護フィーチャを有するデバイスのブロック図。
【図４】図３のデバイスの自由落下保護フィーチャを検証するために実行される自由落下自己試験処理のフローチャート。
【図５】自由落下自己試験処理により上下を逆転させて配置された図１のトランスデューサのブロック図。
【図６】自己試験信号が適用される図１のトランスデューサのブロック図。
【図７】本発明の代替の一実施形態による自己試験アクチュエータを備えたトランスデューサの平面図。
【図８】自由落下自己試験処理により上下を逆転させて配置された図７のトランスデューサのブロック図。
【図９】自由落下自己試験処理による自己試験信号が適用される図７のトランスデューサのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一実施形態では、トランスデューサ（例えば、加速度計または他の感知デバイス）は、そのトランスデューサの取り付けられているデバイスの自由落下保護フィーチャを検証するための自己試験性能を備える。この自由落下自己試験性能は、既存および次世代のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ設計に、容易にかつコスト面で有効に組み込まれることが可能である。
【０００７】
図１および２を参照する。図１には、本発明の好適な一実施形態による自己試験アクチュエータ２２を備えたトランスデューサ２０の平面図を示し、図２には、トランスデューサ２０の側面図を示す。トランスデューサ２０は、ＭＥＭＳチップとして形成された容量性加速度計である。容量性加速度計は、加速に関連した静電容量の変化を感知して、エネルギーの与えられた回路の出力を変化させる。トランスデューサ２０は、フレーム２８からＸ感知フィンガー３０およびＹ感知フィンガー３２によって支持されている、中央質量２６を有する可動要素２４を備える。そして、フレーム２８は、好適には３つの相互に直交する方向に伸縮する一連のばね３６によって、複数のアンカー３４に取り付けられている。アンカー３４はダイまたは他の基板３８上に取り付けられている。
【０００８】
各Ｘ感知フィンガー３０は、２つの固定フィンガー４０，４２に囲まれている。同様に、各Ｙ感知フィンガー３２は、２つの固定フィンガー４４，４６に囲まれている。トランスデューサ２０がＸ軸に沿った加速を経験するとき、Ｘ感知フィンガー３０と、隣接した固定フィンガー４０，４２との間の距離が変化するため、それらのフィンガー間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、感知回路（図示せず）によって記録され、Ｘ軸に沿った加速を表す出力信号へ変換される。Ｙ軸に沿った加速は、Ｙ感知フィンガー３２と、対応する固定フィンガー４４，４６との間の静電容量の変化を記録することによって、類似の手法により感知される。
【０００９】
プルーフマスとしても知られる可動要素２４は、質量が等しくない対向する第１、第２の側４８，５０を有することによって、平衡の取れていないプルーフマスを生じる。この実施形態では、対向する側４８，５０は、厚さおよび幅がほぼ等しいが、長さは等しくない。すなわち、第１の側４８は第１の長さ５２を示し、第１の長さ５２は第２の側５０の第２の長さ５４より大きい。結果的に、第１の側４８は第２の側５０より大きい質量を有するため、Ｚ軸に沿った加速に応じてＹ軸の周りに可動要素２４を回転／傾斜させる。このＺ軸に沿った可動要素２４の運動は、可動要素２４の下で基板３８上に配置された第１のキャパシタ板５６および第２のキャパシタ板５８の形態の感知要素によって感知される。第１、第２のキャパシタ板５６，５８は、それぞれ差分モードで作用する２つのキャパシタを形成し、トランスデューサ２０がＺ軸方向の加速を受けるときオシレータによって生成されるピーク電圧を変更するように動作する。検出回路（図示せず）は、このピーク電圧を捕捉する。このピーク電圧は、続いて最終の出力信号へと処理される。固定すなわち一定である加速を受けるとき、静電容量値も一定となり、静的な加速に比例した測定信号を生じる。この静的な加速は、ＤＣ加速または一様な加速とも呼ばれる。
【００１０】
トランスデューサ２０において、Ｘ感知フィンガー３０、Ｙ感知フィンガー３２、固定フィンガー４０，４２，４４，４６およびばね３６は、それらの要素の構成が２つの鏡面対称軸を有するように、均一に離間され、中央質量２６の対向する第１、第２の側４８，５０上にそれぞれ配置される。第１の対称軸６０はＸ軸に相当し、第２の対称軸６２はＹ軸に相当する。そうした対称性によって、軸に交差した方向の感度（ｃｒｏｓｓ−ａｘｉｓ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｉｅｓ）を効果的に除去することが可能となり、Ｘ，Ｙ軸に沿った加速を感知する際、トランスデューサ２０はそれらの軸の各々に沿って生じる加速成分のみを感知する。しかしながら、そのような対称性を有さない他の様々な可動要素２４の構成がこれに代えて利用されてもよい。
【００１１】
第１、第２のキャパシタ板５６，５８は、それぞれ、第２の対称軸に対してほぼ均一に離間され、それぞれ対向する第１、第２の側４８，５０上に配置されている。第１、第２のキャパシタ板５６，５８の各々は、対向する方向に第２の対称軸６２から第１の距離６４だけ離れている。第１の側４８の第１の長さ５２は第２の側５０の第２の長さ５４より大きいので、可動要素２４の未使用領域、すなわちシールド領域６６が形成される。自己試験アクチュエータ２２は、第２の対称軸６２から第１の距離６４より大きい第２の距離６８だけ離れている。したがって、自己試験アクチュエータ２２は、可動要素２４の通常未使用のシールド領域６６の下で基板３８によって支持されている。
【００１２】
一実施形態では、トランスデューサ２０は、例えば、数々の様々な材料を用いる表面マイクロマシニングなど、従来のＭＥＭＳ処理技術によって製造され得る。表面マイクロマシニングは、様々な構造層の堆積、パターニングおよびエッチングに基づく。表面マイクロマシニングは、製造の制御および柔軟性を組み合わせた薄膜技術に基づくので、高品質ＭＥＭＳデバイスの製造を可能とする。例として、基板３８の表面に導体材料層が堆積されてもよい。次いで、この導体材料が、第１、第２のキャパシタ板５６，５８と自己試験アクチュエータ２２とを形成するように、マスク、パターニングおよびエッチングを行うことが可能である。続いて、自由落下を検出する組み込みセルフテスト性能（すなわち、自己試験アクチュエータ）を有するトランスデューサ２０を製造するために、従来の技術に応じて、犠牲層の堆積、接点開口部の形成、第２の導体材料の堆積、マスク、パターニング、エッチングなどが行われる。
【００１３】
図３には、トランスデューサ２０を利用する自由落下保護フィーチャを有するデバイス７０のブロック図を示す。デバイス７０は、デバイス７０が落下したときデバイス７０が地面などの表面に衝突する前に理想的には「セーフモード」となる内部ハードディスクドライブ７２、他の部品またはその両方を有する数々のデバイスのいずれであってもよい。そのようなデバイスには、カムコーダー、ラップトップまたはノート型コンピュータ、携帯情報端末、セルラー電話機、デジタルオーディオプレーヤなどが含まれる。デバイス７０は、トランスデューサ２０が組み込まれた加速度計パッケージ７４を備える。加速度計パッケージ７４はプロセッサ７６と通信状態にあり、プロセッサ７６は、例えば、従来のバス構造を介してハードディスクドライブ７２と通信状態にある。当業者には、デバイス７０が簡潔さのために本明細書においては説明しない他の多くの部品を備え得ることが認識される。
【００１４】
一般に、プロセッサ７６は加速度計パッケージ７４からの信号を監視する。これらの信号には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に沿った加速度が含まれる。自由落下保護フィーチャでは、プロセッサ７６がＸ，Ｙ，Ｚ軸の全てに沿った加速度信号（自由落下条件に対応する）を受信する（すなわち、３つの軸全てにおいて加速はほぼ０Ｇであると感知される）と、プロセッサ７６は、ハードディスクドライブ７２に対する損傷を最小化するために、待避その他、そのヘッドの係合を解くよう、ハードディスクドライブ７２に信号を送信する。
【００１５】
加速度計パッケージ７４のトランスデューサ２０は、Ｘ軸加速度（ＡＸ）７８、Ｙ軸加速度（ＡＹ）８０およびＺ軸加速度（ＡＺ）８２を感知する。Ｘ軸加速度７８、Ｙ軸加速度８０およびＺ軸加速度８２は、当業者には知られているように、対の静電容量信号（例えば、Ｘ１：Ｘ２，Ｙ１：Ｙ２，Ｚ１：Ｚ２）から生成されてもよい。加速度計パッケージ７４は、トランスデューサ２０と通信状態にある入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路チップ８４をさらに備える。Ｉ／Ｏ回路チップ８４は、Ｘ軸加速度７８、Ｙ軸加速度８０およびＺ軸加速度８２を処理して出力するためのデジタル・シグナル・プロセッサなどを有する、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）半導体であってよい。一般に、ＭＥＭＳトランスデューサ２０からの静電容量信号は、当業者には知られているように、プロセッサ７６に対する出力の前に、適切な処理のためチップ８４へと通信される。
【００１６】
加速度計パッケージ７４は、デジタル自己試験入力信号８７の適用のため、プロセッサ７６と通信状態にある自己試験入力ポート８６をさらに備える。デジタル自己試験入力信号８７は、自己試験動作モードを可能とするようにＩ／Ｏ回路チップ８４に信号を送信する。自己試験動作モードでは、Ｉ／Ｏ回路チップ８４は自己試験アクチュエータ２２（図２）に自己試験信号８８を適用する。自己試験信号８８は、静電気力を生成して加速をシミュレートする電圧である。プロセッサ７６は、これに加えて、デバイス７０外の自己試験ポート９０と通信状態にあってもよい。自己試験モードを可能とするように、外部自己試験入力信号９１がプロセッサ７６へ通信されてもよい。プロセッサ７６上のプロセッサソフトウェアまたはハードウェアは、続いてデジタル自己試験入力信号８７を生成する。デジタル自己試験入力信号８７は、自己試験入力ポート８６へ伝達される。自己試験ポート９０によって、試験オペレータが外部自己試験入力信号９１を容易に適用することが可能である。これによって、プロセッサ７６およびＩ／Ｏ回路チップ８４が自己試験アクチュエータ２２を励起させ、最終製品（すなわち、デバイス７０）の自由落下保護フィーチャの機能を確認する。しかしながら、自己試験ポート９０の存在によって本発明は制限されない。これに代えて、試験オペレータがデバイス７０を開き、加速度計パッケージ７４にて自己試験入力ポート８６にアクセスを行ってもよい。
【００１７】
自己試験信号９１は、好適には高（ｈｉｇｈ）論理信号である。自己試験信号９１の適用によって、プロセッサ７６およびＩ／Ｏ回路チップ８４が自己試験信号８８を介して自己試験アクチュエータ２２を励起させる。自己試験アクチュエータ２２の励起によって、以下に説明するように、自由落下自己試験処理の実行中に静電気力によって可動要素２４（図１）を第１の位置から第２の位置へ移動させる。この運動は、Ｚ軸加速度８２を決定するために、第１、第２のキャパシタ板５６，５８（図１）によってそれぞれ検出される。加速度計７４の製造中、自己試験の効果（すなわち、自己試験信号８８）の大きさを較正することが可能である。一実施例として、自己試験効果の大きさを１Ｇに調整することが可能である。較正は、パッケージとＭＥＭＳチップ２０との製造における変動のために所望される。この較正は、プログラム可能なメモリなどを用いて、自己試験較正回路９３によって表現される、調節可能な回路パラメータを含むＩ／Ｏ回路チップ８４によって実行される。したがって、加速度計７４がシステム７０に取り付けられるとき、自己試験の大きさは元々知られている。
【００１８】
図４には、デバイス７０（図３）の自由落下保護フィーチャを検証するために実行される自由落下自己試験処理９２のフローチャートを示す。詳細には、処理９２はＺ軸、すなわち、デバイス７０が名目上正しい直立位置に配置されるときに最も重力加速度を受ける可能性のある軸）において実行される。処理９２は、デバイス７０の落下試験を行う必要なくデバイス７０の自由落下検出および保護フィーチャを診断するために実行される。
【００１９】
自己試験処理９２は、タスク９４から開始する。タスク９４にて、加速度計パッケージ７４（図３）の取り付けられたデバイス７０は、トランスデューサ２０（図３）の名目上の直立位置に対し上下を逆転させて配置される。そのような位置では、トランスデューサ２０は、負の重力場が生成するように配向されている。
【００２０】
タスク９４に関連して図５を参照する。図５には、上下を逆転させて配置された図１のトランスデューサ２０のブロック図を示す。デバイス７０の残部分については示さないが、デバイス７０の最終製品に対し試験が実行されているときには、やはり上下が逆転されている。トランスデューサ２０が上下の逆転した静止位置に保持されるとき、可動要素２４はＹ軸の周りに回転／傾斜し、第１の位置９６へ移動する。トランスデューサ２０が静止しているので、トランスデューサの上下が逆転して配置されているとき、Ｘ軸加速度７８はほぼ０Ｇであり、Ｙ軸加速度８０はほぼ０Ｇである。しかしながら、トランスデューサ２０のＺ軸は重力を受け、可動要素２４の運動のため、Ｚ軸加速度８２はほぼ−１Ｇとして感知される。したがって、第１の位置９６は負の重力の位置に相当する。
【００２１】
戻って図４を参照する。自己試験処理９２は、配置タスク９４に続くタスク９８へ移る。タスク９８にて、自己試験信号（ＶＬＨ）８８（図３）が、好適には自己試験ポート９０（図３）を介して、自己試験入力８６（図３）へ適用される。
【００２２】
タスク９８に関連して図６を参照する。図６には、自己試験信号８８が適用されるトランスデューサ２０のブロック図を示す。上述のように、自己試験信号８８は高論理信号である。自己試験較正回路９２（図３）におけるバランスの調節に続き、自己試験アクチュエータ２２に自己試験信号８８を適用することによって、可動要素２４と自己試験アクチュエータ２２との間に静電気力１００を生じさせる。静電気力１００は、ほぼ重力加速度（すなわち、１Ｇ）に相当する大きさを有する。したがって、静電気力１００は、可動要素２４をＹ軸の周りに回転／傾斜させて、第２の位置１０２へ移動させる。この場合にも、トランスデューサ２０が静止しているので、Ｘ軸加速度７８およびＹ軸加速度８０は、ほぼ０Ｇのままである。しかしながら、静電気力１００を受けると、Ｚ軸加速度８２は、以前の−１Ｇからほぼ０Ｇに変化する。したがって、第２の位置１０２は中立の重力の位置に相当する。この中立の重力の位置は、デバイス７０が落下するときに発生するのと加速度計の信号がほぼ同じ（３つの軸すべてにおいて０Ｇ）である、自由落下状態をシミュレートする。
【００２３】
戻って図４を参照する。自己試験処理９２は、タスク９８に続くタスク１０４へ移る。タスク１０４にて、トランスデューサ信号（すなわち、いずれも０ＧであるＸ軸加速度（ＡＸ）７８、Ｙ軸加速度（ＡＹ）８０、Ｚ軸加速度（ＡＺ）８２）が、加速度計パッケージ７４（図３）からデバイス７０（図３）のプロセッサ７６（図３）へ出力される。プロセッサ７６は、続いてＸ軸加速度（ＡＸ）７８、Ｙ軸加速度（ＡＹ）８０およびＺ軸加速度（ＡＺ）８２を感知する。
【００２４】
クエリタスク１０６がタスク１０４に応答して実行される。クエリタスク１０６にて、プロセッサ７６にてＸ軸加速度（ＡＸ）７８、Ｙ軸加速度（ＡＹ）８０およびＺ軸加速度（ＡＺ）を検出することに応答してデバイス７０の自由落下保護フィーチャが使用可能となるか否かについて、決定が行われる。自由落下保護フィーチャの使用可能性は、例えば、Ｘ軸加速度（ＡＸ）７８、Ｙ軸加速度（ＡＹ）８０およびＺ軸加速度（ＡＺ）８２が全て０Ｇであるときに、ハードディスクドライブ７２（図３）のヘッドが待避その他係合を解かれることを確認することによって確認される。
【００２５】
クエリタスク１０６がデバイス７０の自由落下保護フィーチャの使用可能性を確認したとき、処理９２はタスク１０８に移る。タスク１０８にて、随意で、デバイス７０が自己試験に合格したことを示す報告が、手動で試験オペレータによって、または自動的に生成されてもよい。自由落下自己試験処理９２は、タスク１０８に続いて終了する。
【００２６】
反対に、シミュレートされた自由落下条件が存在するときにデバイス７０の自由落下保護フィーチャが使用可能にならなかったとクエリタスク１０６が判定したとき、処理９２はタスク１１０に移る。タスク１１０にて、随意で、デバイス７０が自己試験に合格しなかったことを示す報告が、手動でまたは自動で生成されてもよい。自由落下自己試験処理９２は、タスク１１０に続いて終了する。したがって、処理９２によって、デバイス７０に損傷の可能性やコスト的な影響を与える必要なく、デバイス７０の保護フィーチャを試験する方法が提供される。
【００２７】
自由落下自己試験装置および方法について、上述では、自己試験アクチュエータ２２が可動要素２４の未使用のシールド部分６６（図１）の下に配置された、３軸容量性加速度計の非平衡プルーフマス（可動要素２４）に関連して記載した。しかしながら、これに代えて、本発明が様々なＸ，Ｙ感知要素の構成を有する１軸または２軸の加速度計、複数のプルーフマスを備えたデバイス、またはその両方において実装されてもよい。これに加えて、代替の一実施形態では、Ｚ軸に沿った加速の感知に対称的な構成（すなわち、平衡したプルーフマス）が用いられるときに、自由落下自己試験装置および方法が実装されてもよい。
【００２８】
図７には、本発明の代替の一実施形態による自己試験アクチュエータ１１４を備えたトランスデューサ１１２の平面図を示す。詳細には、トランスデューサ１１２は、可動要素１１６が質量のほぼ等しい対向する第１、第２の側１１８，１２０を有する、対称的な構成を示す。この実施形態では、対向する側１１８，１２０は厚さ、幅および長さがほぼ等しいことによって、平衡したプルーフマスを与える。
【００２９】
これに加えて、トランスデューサ１１２において、Ｘ感知フィンガー３０、Ｙ感知フィンガー３２、固定フィンガー４０，４２，４４，４６およびばね３６は、それらの要素の構成が２つの鏡面対称軸を有するように、均一に離間され、可動要素１１６の中央質量１２２の対向する第１、第２の側１１８，１２０上にそれぞれ配置される。第１の鏡面対称軸１２４はＸ軸に相当し、第２の対称軸１２６はＹ軸に相当する。
【００３０】
可動要素１１６の釣り合いが取られているので、可動要素１１６は、トランスデューサ２０（図１）におけるＹ軸周りの回転／傾斜と異なり、ほぼＺ軸に沿った加速に応答してＺ軸に平行に運動する。結果的に、キャパシタ板１２８の形態の感知要素は、第１、第２対称軸１２４，１２６の交点によって決定される中央位置１３０にて、可動要素１１６の下に配置され得る。このＺ軸に沿った可動要素１１６の運動は、キャパシタ板１２８によって感知される。キャパシタ板１２８と、可動要素１１６から離れて（例えば、トランスデューサ１１２の硬質板の上に）配置された固定キャパシタ（図示せず）との間の静電容量の変化は、感知回路（図示せず）によって記録され、Ｚ軸に沿った加速度を表す出力信号に変換される。
【００３１】
釣り合いの取られた可動要素１１６およびキャパシタ板１２８の中央位置１３０により、自己試験アクチュエータ１１４は、第１、第２対称軸１２４，１２６に対して対称的に可動要素１１６上に配置される。この代表的な実施形態では、自己試験アクチュエータ１１４は、第１の部分１３２および第２の部分１３４を含む。自己試験アクチュエータ１１４の第１、第２の部分１３２，１３４は、中央位置１３０について対称的に基板１３６（図８−９に示す）上に配置される。すなわち、第１、第２の部分１３２，１３４は、第１、第２の対称軸１２４，１２６に対して、対応する対向する第１、第２の側１１８，１２０上の同じ位置にそれぞれ配置される。この対称的な構成の目的は、以下の説明により明らかとなる。
【００３２】
図８は、自由落下自己試験処理９２のタスク９４により上下を逆転させて配置されたトランスデューサ１１２のブロック図である。トランスデューサ１１２が上下の逆転した静止位置に保持されるとき、可動要素１１６は、トランスデューサ１１２が名目上の直立位置に保持されているときより基板１３６から離れて第１の位置１３８までＺ軸に平行に移動する。可動要素１１６の平衡性のため、トランスデューサ１１２が上下を逆転させて配置されるとき、可動要素１１６の対向する第１、第２の側１１８，１２０は、重力加速度に応答して基板１３６から均等に離間される。トランスデューサ１１２が静止しているので、Ｘ軸加速度７８およびＹ軸加速度８０は各々、第１の位置１３８においてほぼ０Ｇである。しかしながら、Ｚ軸加速度８２は、固定キャパシタ（図示せず）に対してキャパシタ板１２８にて感知されるように、ほぼ−１Ｇの重力を受ける。
【００３３】
図９は、自由落下自己試験処理（図４）のタスク９８（図４）による自己試験信号８８（図３）が適用されるトランスデューサ１１２のブロック図である。自己試験較正回路９２（図３）におけるバランスの調節に続き、自己試験アクチュエータ１１４の第１、第２の部分１３２，１３４に自己試験信号８８を適用することによって、可動要素１１６と自己試験アクチュエータ１１４の第１、第２の部分１３２，１３４との間に静電気力１４０を生じさせる。静電気力１４０は、ほぼ重力加速度（すなわち、１Ｇ）に相当する大きさを有する。したがって、静電気力１４０は、可動要素１１６をＺ軸にほぼ平行に移動させて、基板１３６へ向かって第２の位置１４２まで移動させる。トランスデューサ１２２が静止しているので、可動要素１１６が第２の位置１４２へ移動するとき、Ｘ軸加速度７８およびＹ軸加速度８０は、ほぼ０Ｇのままである。しかしながら、静電気力１４０を受けるＺ軸加速度８２は、ほぼ０Ｇとなる。すなわち、第２の位置１４２は、デバイス７０が落下するときに発生するのと加速度計の信号が同じ（３つの軸すべてにおいて０Ｇ）である、自由落下状態をシミュレートする中立の重力の位置に相当する。したがって、自由落下自己試験保護システムの使用可能性の検査は、トランスデューサ１１２が取り付けられるデバイス内において確認することが可能である。
【００３４】
本明細書に記載の一実施形態は、自由落下自己試験性能を有するトランスデューサを備えたデバイスを含む。別の実施形態は、自由落下を感知するためのトランスデューサを有するデバイスの自由落下保護フィーチャを試験する方法を含む。トランスデューサは、静電気力が与えられる自己試験アクチュエータを含む加速度計その他の感知デバイスであってよい。トランスデューサが適切な位置に配置され、静電気力が与えられると、トランスデューサは０Ｇに相当する静的な加速度信号を生成し、自由落下条件をシミュレートする。この自由落下条件はデバイスの処理要素へ通信される。次いで、処理要素は、自由落下保護システムがハードディスクドライブなど一定のデバイス部品を損傷から保護することを可能とする。この自由落下自己試験性能は、既存および次世代のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ設計に、容易にかつコスト面で有効に組み込まれることが可能である。例えば、自己試験アクチュエータは、そのようなデバイスのダイ領域の増大に伴って増大することなく、既存の非平衡プルーフマス実装における未使用のシールド領域へ組み込まれてもよい。加えて、自由落下自己試験性能によって、製造所構内における最終製品の破損を与える高価な落下試験の必要が除去される。
【００３５】
本発明の好適な実施形態について詳細に図示および説明したが、本発明の精神および添付の特許請求の範囲から逸脱することなく様々な修正が行われてよいことが当業者には明らかである。例えば、自己試験アクチュエータは加速度計のＺ軸部品に０Ｇの信号を生じる静電気力を発生させるようにエネルギーを与えられているが、これに代えて、同じまたは異なる力が加速度計パッケージのＺ軸部品の機能と加速度計のＸ軸およびＹ軸部品の機能とのうちの１つ以上を検証するために用いられてもよい。
【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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