(57)【要約】【課題】加速度計を提供する。【解決手段】本明細書に開示する加速度計は、支持ウエーハ、下部ウエーハ、上部ウエーハ、および誘導ピックオフ含む。支持ウエーハは、平面を画定することができ、第１の側、第２の側、およびプルーフマスを備えることができる。プルーフマスは、支持ウエーハによって画定された平面内を動くように構成することができる。下部ウエーハは、第１の側および第２の側を備えることができ、第１の側は、支持ウエーハの第１の側の上に位置決めすることができる。上部ウエーハは、第１の側および第２の側を備えることができ、第１の側は、支持ウエーハの第２の側の上に位置決めすることができる。誘導ピックオフは、近接場共振伝導結合機構を備えることができ、プルーフマスの変位量を示す信号を電子機器へ出力するように構成することができる。【選択図】図１
2017026614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面を画定し、プルーフマスを備える支持ウエーハであって、前記プルーフマスが、前記支持ウエーハによって画定された前記平面内を動くように構成される、支持ウエーハと、
下部ウエーハであって、前記下部ウエーハの第１の側が前記支持ウエーハの第１の側の上に位置決めされる、下部ウエーハと、
上部ウエーハであって、前記上部ウエーハの第１の側が前記支持ウエーハの第２の側の上に位置決めされる、上部ウエーハと、
近接場共振誘導結合機構を備え、電子機器へ信号を出力するように構成された誘導ピックオフであって、前記信号が前記プルーフマスの変位量を示す、誘導ピックオフと
を備える加速度計。
【請求項２】
前記誘導ピックオフが、
ソースコイルによって、印加電圧を受け取って、前記ソースコイル内にソース電流を生成し、
前記ソースコイルによって、前記ソース電流に基づいて第１の電磁エネルギーを伝送し、
前記プルーフマス上に位置決めされたターゲットコイルによって、前記第１の電磁エネルギーの一部分を受け取って、前記ターゲットコイル内にターゲット電流を生成し、
前記ターゲットコイルによって、前記ターゲット電流に基づいて第２の電磁エネルギーを伝送し、
複数のピックオフコイルのそれぞれによって、前記伝送された第２の電磁エネルギーの一部分を受け取って、ピックオフ電圧信号を生成し、
前記複数のピックオフコイルのそれぞれによって、前記ピックオフ電圧信号を前記電子機器へ出力するようにさらに構成され、前記複数のピックオフ電圧信号が、前記プルーフマスによって画定された平面に対して平行な前記プルーフマスの前記変位量を示す、請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
前記誘導ピックオフが、
前記上部ウエーハの前記第２の側に位置決めされたソースコイルと、
前記プルーフマスの第１の側に位置決めされたターゲットコイルと、
前記上部ウエーハの前記第２の側に位置決めされた複数のピックオフコイルとを備え、
前記ソースコイルが、
印加電圧を受け取って、ソース電流を生成し、
電磁エネルギーをターゲットコイルへ伝送して、前記ターゲットコイル内にターゲット電流を誘導するように構成され、
前記ターゲットコイルが、ＬＣ共振器または誘導コイルの１つを成し、
前記ターゲットコイルが、
前記ソースコイルから伝送された第１の電磁エネルギーを受け取って、ターゲット電流を生成し、
第２の電磁エネルギーを伝送するように構成され、
前記複数のピックオフコイルのそれぞれが、
電磁エネルギーを受け取って、ピックオフ電圧信号を生成し、
前記ピックオフ電圧信号を前記電子機器へ出力するように構成され、前記複数のピックオフコイルからの前記複数のピックオフ電圧信号が、前記プルーフマスの前記変位量を示す、請求項１に記載の加速度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、加速度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]加速度計は、開ループ加速度計または閉ループ加速度計として分類することができる。開ループ加速度計は、慣性力の存在下で変位されるプルーフマスを有し、その変位量を測定して、加速度値を判定する。対照的に、閉ループ加速度計は、サーボシステムによって固定の位置で維持されるプルーフマスを有する。その位置を維持するために必要なサーボシステムによって生成される力を測定して、加速度値を判定する。
【０００３】
[0003]従来の閉ループ加速度計設計は、プルーフマスの変位を検出するために容量ピックオフを利用することができる。プルーフマスの上面には導電性材料（たとえば、コンデンサ極板）を堆積させることができ、プルーフマスの下面には類似の導電性材料を堆積させることができる。加速度計の受感軸に沿って印加される加速度または力は、プルーフマスを上方または下方へ撓ませて、ピックオフ容量板と上部および下部の励振リングとの間の距離（たとえば、容量ギャップ）を変動させる。容量ギャップのこの変動性は、容量素子の容量の変化を引き起こす。これは、受感軸に沿ったプルーフマスの変位を表す。容量の変化は、変位信号として使用することができ、１つまたは複数の電磁石（たとえば、力再平衡コイル（ｆｏｒｃｅ−ｒｅｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｃｏｉｌ））を含むサーボシステムに印加して、プルーフマスを零位または静止位置に戻すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加速度計を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0004]概して、本開示は、誘導ピックオフ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｐｉｃｋ−ｏｆｆ）を有する開ループ２軸加速度計（ｏｐｅｎ−ｌｏｏｐ，  ｄｕａｌ−ａｘｉｓ  ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）を利用することによって、加速度計の温度耐性（すなわち、周囲温度が１０００℃前後になる過酷な環境で動作する能力）を増大させることができるシステム、デバイス、および技法を対象とする。加速度計は、プルーフマスの面内運動を検出する近接場誘導ピックオフを利用することができる。たとえば、誘導ピックオフは、近接場共振誘導結合機構（ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を使用する可変変圧器として動作することができる。いくつかの例では、誘導ピックオフは、過渡的な磁界源と、ターゲットコイルに磁気結合された４つの誘導ピックオフコイルとを含むことができる。ピックオフコイルは、電子機器への供給入力を出力する。電子機器は、信号処理アルゴリズムを使用して、プルーフマスの変位を判定することができる。いくつかの例では、加速度計ダイ（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｄｉｅ）は、１つの材料から作られた３つの接合されたウエーハからなるモノリシック構造として製作することができる。
【０００６】
[0005]一例では、本開示は、支持ウエーハ、下部ウエーハ、上部ウエーハ、および誘導ピックオフを含む加速度計を対象とする。支持ウエーハは、平面を画定し、支持ウエーハによって画定された平面内を動くように構成されたプルーフマスを含む。下部ウエーハの第１の側は、支持ウエーハの第１の側の上に位置決めされる。上部ウエーハの第１の側は、支持ウエーハの第２の側の上に位置決めされる。誘導ピックオフは、電子機器へ信号を出力するように構成された近接場共振誘導結合機構を含み、この信号は、プルーフマスの変位量を示す。
【０００７】
[0006]別の例では、本開示は、加速度計向けの誘導ピックオフシステムを対象とする。誘導ピックオフシステムは、ソースコイルと、ターゲットコイルと、複数のピックオフコイルとを含む。ソースコイルは、印加電圧を受け取ってソース電流を生成し、ソース電流に基づいて第１の電磁エネルギーを伝送するように構成される。ターゲットコイルは、加速度計のプルーフマス上に位置決めされ、第１の電磁エネルギーの一部分を受け取ってターゲットコイル内にターゲット電流を生成し、ターゲット電流に基づいて第２の電磁エネルギーを伝送するように構成される。複数のピックオフコイルはそれぞれ、第２の電磁エネルギーの一部分を受け取ってピックオフ電圧信号を生成し、ピックオフ電圧信号を電子機器へ出力するように構成され、複数のピックオフ電圧信号は、加速度計のプルーフマスの変位量を示す。
【０００８】
[0007]さらに別の例では、本開示は、ソースコイルによって印加電圧を受け取ってソースコイル内にソース電流を生成するステップと、ソースコイルによってソース電流に基づいて第１の電磁エネルギーを伝送するステップと、プルーフマス上に位置決めされたターゲットコイルによって第１の電磁エネルギーの一部分を受け取ってターゲットコイル内にターゲット電流を生成するステップと、ターゲットコイルによってターゲット電流に基づいて第２の電磁エネルギーを伝送するステップと、複数のピックオフコイルのそれぞれによって第２の電磁エネルギーの一部分を受け取ってピックオフ電圧信号を生成するステップと、複数のピックオフコイルのそれぞれによってピックオフ電圧信号を電子機器へ出力するステップとを含み、複数のピックオフ電圧信号がプルーフマスの変位量を示す方法を対象とする。
【０００９】
[0008]本開示の１つまたは複数の例の詳細を、添付の図面および下記の説明に示す。本開示の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面ならびに特許請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】[0009]本明細書に記載する技法による上部ウエーハ、支持ウエーハ、および下部ウエーハを有する加速度計の斜視図を示す概念図である。
【図２】[0010]図１の加速度計の横断面図を示す概念図である。
【図３】[0011]本明細書に記載する技法によるプルーフマス、プルーフマスフレキシャ（ｐｒｏｏｆ  ｍａｓｓ  ｆｌｅｘｕｒｅ）、およびターゲットコイルを有する例示的な支持ウエーハの上面図を示す概念図である。
【図４】[0012]本明細書に記載する技法によるソースコイルと、ターゲットコイルと、ピックオフコイルとの間の誘導結合の一例を示す回路図である。
【図５】[0013]本明細書に記載する技法によるソースコイルの一例を示す概念図である。
【図６】[0014]本明細書に記載する技法によるソースコイルと、ターゲットコイルと、複数のピックオフコイルのうちの１つとを有する例示的な誘導ピックオフを示す概念図である。
【図７】[0015]本明細書に記載する技法によるソースコイルと、ターゲットコイルと、複数のピックオフコイルのうちの１つとの間の電磁エネルギーの無線伝送を示す概念図である。
【図８】[0016]図５の複数のピックオフコイルのうちの１つの一例を示す概念図である。
【図９】[0017]本明細書に記載する技法によるソースコイルとソースコイルの横断面に対するターゲットコイルとの間の例示的な結合係数変動を示すグラフである。
【図１０】[0018]本明細書に記載する技法による複数のピックオフコイルのうちの１つとターゲットコイルによって生成される磁界との例示的な重複領域を示す概念図である。
【図１１】[0019]本明細書に記載する技法による例示的なシステムを示す概念図である。
【図１２】[0020]本明細書に記載する技法による複数のピックオフコイルから受け取った出力から加速度値を判定する例示的な動作を示すブロック図である。
【図１３】[0021]本明細書に記載する技法による正弦（ＳＩＮ）三角関数に基づいて成形されたピックオフコイルの例示的な上面図を示す概念図である。
【図１４】本明細書に記載する技法による正弦（ＳＩＮ）三角関数に基づいて成形されたピックオフコイルの例示的な上面図を示す概念図である。
【図１５】[0022]本明細書に記載する技法によるＳＩＮ三角関数に基づいて成形された複数のピックオフコイルから受け取った出力から加速度値を判定する別の例示的な動作を示すブロック図である。
【図１６】[0023]本明細書に記載する技法による図１の加速度計を動作させる技法を示す流れ図である。
【図１７】[0024]図１７Ａは、本明細書に記載する技法による加速度計を製造する例示的な動作を示す概念図である。図１７Ｂは、本明細書に記載する技法による加速度計を製造する例示的な動作を示す概念図である。図１７Ｃは、本明細書に記載する技法による加速度計を製造する例示的な動作を示す概念図である。図１７Ｄは、本明細書に記載する技法による加速度計を製造する例示的な動作を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0025]航空宇宙産業ならびに石油およびガス掘削産業は、過酷な環境（たとえば、周囲温度が最高１０００℃以上になる環境）で動作することができる加速度計を商業的に必要としている。従来の加速度計設計は、高温での適用に適していない容量ピックオフを利用する。具体的には、いくつかの例で、過酷な環境で動作する高温センサは、センサ電子機器と変換器とを接続する長い高温ケーブルを必要とする。センサ電子機器は、従来の変換器から、ケーブル接続および変換器の高周波特性のためにかなりの誤差レベルを有する信号を受け取ることがある。追加として、いくつかの例では、高温加速度計は、高い接合エネルギーを有する酸化物結晶などの高温材料から作られることがある。これらの例では、従来の微細機械加工の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術は、高温加速度計を製造する際のレシピにかなりの変更を加えることを必要とする。従来の加速度計設計とは対照的に、本明細書に記載するデバイスおよび技法は、高温安定性および気密封止を有する簡単かつ頑丈な加速度計設計をウエーハレベルで提供する。追加として、本明細書に記載するデバイスおよび技法は、従来の加速度計より低い周波数領域で動作することができ、それにより変換器と電子機器との間のインピーダンス整合によって引き起こされる電気接続の難題を防止することができる。
【００１２】
[0026]概して、本明細書に開示するデバイスおよび技法は、誘導ピックオフを有する開ループ２軸加速度計に関する。上記の従来の加速度計とは対照的に、本開示の加速度計ダイは、微細機械加工技法（たとえば、ＭＥＭＳ技術）を利用して、高温に耐性のある材料から作ることができる。
【００１３】
[0027]図１は、加速度計１の斜視図を示す概念図である。加速度計１は、上部ウエーハ２、支持ウエーハ４、下部ウエーハ６、および誘導ピックオフ８を含む。加速度計１は、プルーフマスを含み、プルーフマスは、気密封入された運動体とすることができる。たとえば、支持ウエーハ４は、プルーフマスを含むことができる。図１の例では、誘導ピックオフ８（たとえば、誘導ピックオフシステム）は、ソースコイル１０およびピックオフコイル１２〜１８を含む。いくつかの例では、ソースコイル１０およびピックオフコイル１２〜１８は、上部ウエーハ２の縁部に接続パッドを有することができる。いくつかの例では、ソースコイル１０が下部ウエーハ６上に位置することができ、ピックオフコイル１２〜１８のいくつかまたはすべてが上部ウエーハ２上に位置することができる。他の例では、ソースコイル１０が上部ウエーハ２上に位置することができ、ピックオフコイル１２〜１８のいくつかまたはすべてが下部ウエーハ６上に位置することができる。
【００１４】
[0028]支持ウエーハ４は、平面を画定し、プルーフマスを含む。支持ウエーハ４のプルーフマスは、支持ウエーハ４によって画定される平面内で面内変位することができる。たとえば、プルーフマスは、加速度計１に印加される慣性負荷に応答して変位することができる。いくつかの例では、加速度計１は、支持ウエーハ４に接合された上部ウエーハ２および下部ウエーハ６で支持ウエーハ４のプルーフマスを気密封入することができる。いくつかの例では、加速度計１は、３つの接合されたウエーハ（たとえば、上部ウエーハ２、支持ウエーハ４、および下部ウエーハ６）からなるモノリシック構造として製作することができる。言い換えれば、加速度計１は、３つの接合されたウエーハを含むことができ、３つの接合されたウエーハは、１つの単一の材料片から作ることができる。いくつかの例では、モノリシック構造は、上部ウエーハ２および下部ウエーハ６と、支持ウエーハ４によって弾性ばねで支持されたプルーフマスとを含むことができる。加速度計１はまた、最高１０００℃の周囲温度で動作することが可能なｉ型もしくはドープされていない半導体、酸化物結晶、誘電体、または任意の他の高温材料を含む高温材料から作ることができる。ドープされていない半導体は、それだけに限定されるものではないが、ドープされていない単結晶シリコン（Ｓｉ）、ドープされていない砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ドープされていない炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ドープされていない窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、およびドープされていない窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことができる。追加または別法として、いくつかの例では、酸化物結晶または誘電体は、それだけに限定されるものではないが、サファイア、溶融石英、およびアルミナセラミックスを含むことができる。
【００１５】
[0029]加速度計１は、誘導ピックオフ８でプルーフマスの面内運動を検出することができる。いくつかの例では、プルーフマスは、単一の基板上にエッチングされた可撓性の懸架パターン（たとえば、支持ウエーハ４内にエッチングされた可撓性の懸架パターン）を作るトレンチのパターンとすることができる。プルーフマスは、印加された慣性負荷に応答し、支持ウエーハ４によって画定される平面内で、誘導ピックオフの平面の表面に対して平行に動く。
【００１６】
[0030]誘導ピックオフ８は、近接場共振誘導結合機構を利用する可変変圧器として動作する。共振誘導結合または電気力学的誘導は、２つ以上の磁気結合されたコイル間の電気エネルギーの近接場無線伝送である。いくつかの例では、近接場誘導ピックオフ８によって動作するために使用される励振周波数は、メガヘルツ（ＭＨｚ）周波数範囲内とすることができる。言い換えれば、励振信号波長は、加速度計１のサイズより数桁大きい。たとえば、波長は、メートル単位とすることができ、加速度計１のサイズは、ミリメートルの範囲内とすることができる。このようにして、加速度計１は、従来の加速度計より低い周波数範囲内で動作し、加速度計１が長い高温ケーブルの使用によって場合により引き起こされるかなりの誤差レベルを低減および／または除去することを可能にする。低周波信号の位相および振幅は、電子機器と加速度計１を接続する高温ケーブルを通って伝達する間、それほど変化せず、したがって加速度計１が従来の加速度計より高い温度で動作することを可能にする。いくつかの例では、誘導ピックオフ８の固有の特徴は、センサ出力がプルーフマスの面内回転、面外変位、および傾斜に影響されないことを可能にすることができる。
【００１７】
[0031]いくつかの例では、ソースコイル１０は、上部ウエーハ２の外側にスパッタリングすることができる。いくつかの例では、ピックオフコイル１２〜１８はまた、上部ウエーハ２の外側にスパッタリングすることができる。いくつかの例では、ターゲットコイルは、プルーフマスの第１の側にスパッタリングすることができる。いくつかの例では、ソースコイル１０は、開口１１を形成することができる。これらの例では、ターゲットコイルは、Ｚ方向に開口１１より下に位置決めすることができ、Ｘ方向およびＹ方向（「２軸」）に開口１１内に位置決めすることができる。同様に、いくつかの例では、ピックオフコイル１２〜１８の巻線は、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向にソースコイル１０の開口１１内に実質上位置決めすることができる。いくつかの例では、ピックオフコイル１２〜１８が電気絶縁を確実にするためにソースコイル１０と互いとの間に配置された誘電体層を有することができるので、ピックオフコイル１２〜１８は、Ｚ方向にソースコイル１０の開口１１よりわずかに上に位置決めすることができる。
【００１８】
[0032]いくつかの例では、本明細書に記載するデバイスおよび技法は、それだけに限定されるものではないが、製造の簡単さおよび低減されたコスト、簡略化されたプリント回路基板（ＰＣＢ）電子機器、簡略化された包装（たとえば、接合されたウエーハのために気密パッケージを必要としない）、過酷な環境（たとえば、最高１０００℃の周囲温度）で動作する能力、低減された温度感度、ならびに従来の無接点位置決め感知（ＣＬＰＳ）コイル巻線に比べて性能の増大を伴いながら簡略化されたコイル巻線を含む、１つまたは複数の利点を有することができる。
【００１９】
[0033]たとえば、従来のＣＬＰＳ技術に基づくアンテナ設計は、伝送コイルに沿って動くターゲット巻線（コイル）の採用を検討することがあり、伝送コイルは、接近センサアンテナＰＣＢの周囲に位置し、他のコイルは、伝送コイル巻線ループの内側に配置される。しかし、受け取った信号を処理するには、各コイルが独自の巻線および信号変調の近似をターゲット位置に提供するように機能し、互いに異なるように各コイルの形状を設計しなければならない。
【００２０】
[0034]たとえば、ＣＬＰＳ技術の受取り巻線は、正弦（ＳＩＮ）関数または余弦（ＣＯＳ）関数に基づいてターゲット位置との結合係数の変調を引き起こす形状を有するように設計される。しかし、ＣＬＰＳ技術は、クロストーク（ブレークスルー）信号の最小化および異なる巻線からのトレースの短絡を引き起こすコイル交差に関する難題を有する。
【００２１】
[0035]ＣＬＰＳ技術のコイル巻線とは異なり、ピックオフコイル１２〜１８のコイル巻線は、互いに同一とすることができ、Ｘ軸およびＹ軸のいずれかに位置合わせすることができ、その結果、各ピックオフコイル１２〜１８は、それぞれの中心オフセットだけ互いに異なる。このようにして、隣接するコイル対からの信号の加算または減算などの信号処理が、ターゲット位置にＳＩＮまたはＣＯＳ信号変調を提供する。
【００２２】
[0036]図２は、本明細書に記載する技法による図１の加速度計の横断面図を示す概念図である。図２について、図１を参照して説明する。図２の例では、加速度計１は、上部ウエーハ２、支持ウエーハ４、および下部ウエーハ６を含む。追加として、図２の例では、加速度計１は、プルーフマス２２（たとえば、気密封入された運動体）、プルーフマスフレキシャ２４Ａおよび２４Ｂ（集合的に「プルーフマスフレキシャ２４」）、上部ウエーハ凹部２６、および下部ウエーハ凹部２８上にターゲットコイル２０を有する支持ウエーハ４を含む。
【００２３】
[0037]図２の例では、上部ウエーハ２は凹部２６を含み、下部ウエーハ６は凹部２７を含む。プルーフマス２２は、支持ウエーハ４の支持区間に接続されたプルーフマスフレキシャ２４によって支持され、面内変位するように構成される。プルーフマス２２、プルーフマスフレキシャ２４、上部ウエーハ凹部２６、および下部ウエーハ凹部２８は、プルーフマス２２が加速度計１に印加された慣性負荷に応答して支持ウエーハ４によって画定された平面内を変位することを可能にするように、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）または任意の他の適したプロセスによってエッチングすることができる。いくつかの例では、支持ウエーハ４は、上部ウエーハ２および下部ウエーハ６に接合して、モノリシック構造を有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の加速度計ダイを形成することができる。
【００２４】
[0038]図３は、本明細書に記載する技法によるプルーフマス５２、プルーフマスフレキシャ５４Ａ〜５４Ｄ（集合的に「プルーフマスフレキシャ５４」）、およびターゲットコイル５６を有する例示的な支持ウエーハ５０の上面図を示す概念図である。いくつかの例では、支持ウエーハ５０は、図１および図２に記載の支持ウエーハ４に対応することができる。これらの例では、プルーフマス５２、プルーフマスフレキシャ５４、およびターゲットコイル５６はまた、図１および図２に記載のプルーフマス２２、プルーフマスフレキシャ２４、およびターゲットコイル２０にそれぞれ対応することができる。
【００２５】
[0039]いくつかの例では、プルーフマス５２は、支持ウエーハ５０によって画定される平面に対して面内変位することができる。いくつかの例では、プルーフマス５２は、プルーフマス５２によって画定される平面に対して平行に変位することができる。いくつかの例では、プルーフマス５２は、Ｘ方向に変位することができる。いくつかの例では、プルーフマス５２は、Ｙ方向に変位することができる。いくつかの例では、プルーフマス５２は、Ｘ方向とＹ方向の両方に変位することができる。いくつかの例では、プルーフマス５２は、Ｚ方向に変位しないものとすることができる。
【００２６】
[0040]いくつかの例では、ターゲットコイル５６は、ＬＣ共振器または誘導コイルの１つとすることができる。いくつかの例では、ターゲットコイル５６は、コイル金属トレース幅の１パーセント未満の公差で、プルーフマス５２の中心の実質上近くに位置決めすることができる。いくつかの例では、ターゲットコイル５６は、平面コイルである。いくつかの例では、ターゲットコイル５６は、外部接続なく加速度計１内に完全に封入することができる。
【００２７】
[0041]いくつかの例では、プルーフマスフレキシャ５４は、Ｘ方向および／またはＹ方向に可撓性を有することができる。いくつかの例では、プルーフマスフレキシャ５４は、Ｚ方向に剛性を有することができる。いくつかの例では、プルーフマスフレキシャ５４は、懸架ビームパターンを形成するエッチングされたトレンチとすることができる。
【００２８】
[0042]図４は、本明細書に記載する技法によるソースコイル１０と、ターゲットコイル２０と、複数のピックオフコイル１２〜１８のうちの１つとの間の誘導結合の一例を示す回路図である。図４について、図１および図２を参照して説明する。図４の例では、ソースコイル１０はインダクタＬ１を含み、インダクタＬ１は、抵抗器Ｒ１と直列であり、コンデンサＣ１と並列である。図４の例では、ターゲットコイル２０はインダクタＬ２およびＬ２’を含み、インダクタＬ２およびＬ２’は、抵抗器Ｒ２と直列である。図４の例では、ピックオフコイル１２はインダクタＬ３を含み、インダクタＬ３は、抵抗器Ｒ３と直列である。たとえば、図５は、本明細書に記載する技法によるソースコイル１０の一例を示す概念図である。過渡電圧（Ｖｓｏｕｒｃｅ）をＲＦ信号ソースコイル１０に印加することができ、ＲＦ信号ソースコイル１０は、ソース電流（ＩＴＸ）を誘導し、ターゲットコイル２０をソースコイル１０に磁気結合（Ｍ１２）する過渡磁界を生成する。いくつかの例では、Ｖｓｏｕｒｃｅ＝ＶＳｅｘｐ（ｊωｔ）が、ω＝２πｆの過渡電圧周波数である場合、電流は、ＩＴＸ（ｔ）＝ＩＴＸｅｘｐ（ｊωｔ）であり、上式でｊ２＝−１であり、ｔは時間である。いくつかの例では、ターゲットコイル２０は、誘導ターゲットコイル（たとえば、抵抗器Ｒ２と直列のインダクタＬ２）とすることができる。他の例では、ターゲットコイル２０は、ＬＣ共振器コイルとすることができる。ターゲットコイル２０をソースコイル１０に磁気結合（Ｍ１２）するソースコイル１０の過渡磁界は、ターゲットコイル２０を流れる振動ターゲット電流を誘導し、ターゲットコイル２０は、ターゲットコイル２０の振動磁界を生成する。言い換えれば、ソースコイル１０は、過渡磁界を生成し、電気エネルギーをターゲットコイル２０へ伝送することができ、ターゲットコイル２０は、ターゲットコイル２０とソースコイル１０の磁気結合（Ｍ１２）のため、ソースコイル１０によって伝送される電気エネルギーを受け取ることができる。たとえば、ターゲットコイル２０は、誘導ターゲットコイルとすることができ、高共振とすることができ、ソースコイル１０によって伝送されてターゲットコイル２０受け取られるあらゆる電気エネルギーは、共振周波数振動で多数の周期にわたって比較的ゆっくりと減衰することができる。
【００２９】
[0043]いくつかの例では、別のコイル（たとえば、ピックオフコイル１２もしくはＲＸコイル）または複数のコイル（たとえば、ピックオフコイル１２〜１８）がターゲットコイル２０付近に位置するとき、ピックオフコイル１２は、ピックオフコイル１２とターゲットコイル２０の磁気結合（Ｍ２３）ために電気エネルギーが放散されるまで、ターゲットコイル２０によって伝送される電気エネルギー（たとえば、ソースコイル１０からの反射エネルギー）の大部分を受け取ることができる。これらの例では、ピックオフコイル１２は、ピックオフコイル１２がターゲットコイル２０からある程度離れている場合でも、電気エネルギーを受け取ることができる。言い換えれば、ターゲットコイル２０は、振動磁界を生成し、ソースコイル１０から受け取った電気エネルギーをピックオフコイル１２へ伝送することができ、ピックオフコイル１２は、ピックオフコイル１２とターゲットコイル２０の磁気結合（Ｍ２３）のため、ターゲットコイル２０によって伝送される電気エネルギーを受け取ることができる。
【００３０】
[0044]いくつかの例では、ターゲットコイル２０は、誘導ターゲットとして動作することができ、誘導ターゲットは、プルーフマス（たとえば、図２に示すプルーフマス２２）の変位を追跡する。いくつかの例では、ピックオフコイル１２〜１８の１つまたは複数は、電圧領域（たとえば、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、および／またはＶ４）で最大４チャネル出力を提供するピックアップアンテナとして動作することができる。これらの例では、電圧信号は、プロセッサおよびメモリを有する電子機器によって処理することができ、メモリは、１つまたは複数のピックオフコイル１２〜１８に対するターゲットコイル２０の面内位置を計算するための信号処理アルゴリズムを記憶する。
【００３１】
[0045]図６は、本明細書に記載する技法によるソースコイル１０、ターゲットコイル２０、および複数のピックオフコイル１２〜１８を有する例示的な誘導ピックオフを示す概念図である。図６について、図１および図２を参照して説明する。
【００３２】
[0046]図６の例では、過渡電圧（Ｖｓｏｕｒｃｅ）が信号ソースコイル１０のパッドに印加され、信号ソースコイル１０は、電流（ＩＴＸ）を誘導し、ソースコイル１０のトレース内に伝播させる。ソース電流の流れは振動磁束を生成し、電磁エネルギー交換、すなわちソース信号６０Ａおよび６０Ｂ（集合的に「ソース信号６０」）の伝送を引き起こす。ソース信号６０は、ターゲットコイル２０内に振動ターゲット電流を誘導することができ、振動磁束を生成し、電磁エネルギー交換、すなわち反射信号６２の伝送を引き起こす。ピックオフコイル１２〜１８はそれぞれ、伝送された反射信号６２の一部分を受け取ることができる。
【００３３】
[0047]図６の例では、ピックオフコイル１２および１６のパッド出力に位置する電圧Ｖ１およびＶ３は、Ｘ方向におけるプルーフマス２２の変位量を示す。図６の例では、ピックオフコイル１２および１６のパッド出力に位置する電圧Ｖ２およびＶ４は、Ｙ方向におけるプルーフマス２２の変位量を示す。
【００３４】
[0048]図７は、本明細書に記載する技法によるソースコイル１０と、ターゲットコイル２０と、複数のピックオフコイル１２〜１８のうちの１つとの間の電磁エネルギーの無線伝送を示す概念図である。言い換えれば、図７は、ソースコイル１０とターゲットコイル２０との間の相互インダクタンス（ＭＴＴＸ）、ターゲットコイル２０とピックオフコイル１２との間の相互インダクタンス（ＭＴＲＸ）、およびソースコイル１０とピックオフコイル１２との間の相互インダクタンス（ＭＲＸＴＸ）を引き起こす電磁エネルギー交換図を示す。
【００３５】
[0049]たとえば、信号ソースコイル１０とピックオフコイル１２との間の電磁エネルギー交換、すなわちクロストーク作用により、ピックオフコイル１２内にブレークスルー電圧信号ＶＲＸが生成される。時間領域では、ＶＲＸ＝ＭＲＸＴＸ（ｄＩＴＸ／ｄｔ）である。周波数（ω＝２πｆ）を有する高調波ソース信号の場合、ＶＲＸは、式１として定義することができる。
【００３６】
【数１】
2017026614.tif 000003
【００３７】
[0050]式１で、相互インダクタンスＭＲＸＴＸは、ソースコイル１０とピックオフコイル１２との間として定義することができ、ＭＲＸＴＸは、無次元結合係数（ｋＲＸＴＸ）に関して表すことができる。この結合係数の定義は、
【００３８】
【数２】
2017026614.tif 000004
【００３９】
とすることができ、上式で、ＬＲＸはピックオフコイル１２のインダクタンスであり、ＬＴＸは信号ソースコイル１０のインダクタンスである。
[0051]結合係数ｋＲＸＴＸは、信号ソースコイル１０およびピックオフコイル１２のコイル対形状および重複領域の関数である。プルーフマス（たとえば、図２に示すプルーフマス２２）の高精度の変位測定を実現するために、ブレークスルー信号ＶＲＸは、ピックオフコイル電圧信号レベルを数桁下回らなければならない。言い換えれば、ピックオフコイル１２は、ｋＲＸＴＸ＝０を有するように設計することができる。
【００４０】
[0052]図８は、本明細書に記載する技法による図５の複数のピックオフコイルのうちの１つの一例を示す概念図である。図８の例では、ピックオフコイル１２は、結合係数ｋＲＸＴＸ＝０またはｋＲＸＴＸ＜＜ｋＲＸＴを有するコイル巻線を有する。言い換えれば、ソースコイル１０とピックオフコイル１２との間の結合係数は、ターゲットコイル２０とピックオフコイル１２との間の結合係数より数桁小さくすることができる。
【００４１】
[0053]たとえば、ＲＦ信号ソースコイルは、過渡磁界を生成し、ターゲットコイルと磁気結合する。ターゲットコイルは、ピックオフコイル１２を含む複数のピックオフコイルの各コイル巻線と磁気結合する。たとえば、ターゲットコイルは、（ｏａｂｏ）および（ｏｄｃｏ）と磁気結合し、起電力（ＥＭＦ）Ｖｏａｂｏ＝Ｖｏａ＋Ｖａｂ＋ＶｂｏおよびＶｏｄｃｏ＝Ｖｃｏ＋Ｖｄｃ＋Ｖｏｄが誘導される。その結果得られるＥＭＦは、ＶＯＵＴ＝Ｖｏａ＋Ｖａｂ＋Ｖｂｏ＋Ｖｏｃ＋Ｖｃｄ＋Ｖｄｏである。
【００４２】
[0054]図８の例では、ピックオフコイル１２は、ピックオフコイル１２のコイル巻線内に均質な電磁界を生成する。言い換えれば、ループ、すなわち（ｏａｂｏ）および（ｏｄｃｏ）が合同な形状を有する場合、Ｖａｂ＝−Ｖｃｄ、Ｖｏｂ＝−Ｖｏｃ、およびＶｏｄ＝−Ｖｏａである。言い換えれば、ピックオフコイル１２の区間ａｂの両端間の電圧は、区間ｃｄの両端間の電圧の逆であり、相殺され、区間ｏｂの両端間の電圧は、区間ｏｃの両端間の電圧の逆であり、相殺され、区間ｏｄの両端間の電圧は、区間ｏａの両端間の電圧の逆であり、相殺される。このようにして、ＶＯＵＴ＝０、ＭＲＸＴＸ＝０、およびｋＲＸＴＸ＝０であり、または実質上ゼロに近接する。
【００４３】
[0055]図８の例では、ピックオフコイル１２は、２つのほぼ合同な三角形を有するコイル巻線を含み、これらの三角形は、コイルループと伝送コイルとの間の結合係数ｋＬｏｏｐＴＸを有し、０．０２％未満の公差で互いに整合する。他の例では、ピックオフコイル１２は、正弦（ＳＩＮ）三角関数に基づいて２つの合同な形状を有するコイル巻線を含むことができる。
【００４４】
[0056]いくつかの例では、ソースコイル１０の励振電圧は、ターゲットコイル２０の共振周波数ω＝（ＬＴＣＴ）−１／２の電圧とすることができる。ソースコイル１０とターゲットコイル２０との間およびターゲットコイル２０とピックオフコイル１２との間の電磁エネルギー交換は、相互インダクタンスＭＴＴＸおよびＭＲＸＴによって特徴付けることができる。いくつかの例では、ｋＲＸＴＸ＝０として、ピックオフコイル１２の出力電圧ＶＯＵＴは、式４によって計算される。
【００４５】
【数３】
2017026614.tif 000005
【００４６】
【数４】
2017026614.tif 000006
【００４７】
【数５】
2017026614.tif 000007
【００４８】
[0057]ターゲットコイル２０のコイル巻線がループであるため、ターゲットコイル２０の電圧降下は、ＶＴ＝０である。式２〜４で、ＩＴは、ターゲットコイル２０を流れる誘導されたターゲット電流であり、ＩＴＸは、ソース励振電流であり、ＱＴは、ターゲットコイル２０の品質係数であり、ＬＴは、ターゲットコイル２０のインダクタンスであり、ＣＴは、ターゲットコイル２０の容量であり、ＲＴは、ターゲットコイル２０の抵抗である。
【００４９】
[0058]ターゲットコイル２０とピックオフコイル１２との間およびソースコイル１０とターゲットコイル２０との間の磁気結合または相互インダクタンスは通常、結合係数ｋＲＸＴおよびｋＴＴＸに関して説明される。たとえば、ピックオフコイル１２とターゲットコイル２０との間の結合係数は、
【００５０】
【数６】
2017026614.tif 000008
【００５１】
とすることができ、ソースコイル１０とターゲットコイル２０との間の結合係数は、
【００５２】
【数７】
2017026614.tif 000009
【００５３】
とすることができる。いくつかの例では、ソースコイル１０とターゲットコイル２０との間の結合係数ｋＴＴＸは、ソースコイル１０の範囲にわたってそれほど変化することはなく、すなわちｋＴＴＸは実質上一定とすることができる。たとえば、図９は、ソースコイル１０の横断面に対する結合係数変動ｋＴＴＸの一例を示す。図９に示すように、結合係数変動内のスパイクは、コイル巻線の一部分の位置で生じる。いくつかの例では、ピックオフコイル１２とターゲットコイル２０との間の結合係数は、ターゲットコイル２０の位置に基づいて、かなり変動することがあり、ｋＲＸＴ＝ｆ（ＸＴ，ＹＴ）であり、上式で、ＸＴおよびＹＴは、ターゲットコイル２０の中心の２次元（２Ｄ）座標である。言い換えれば、各ピックオフコイルの電圧出力ＶＯＵＴは、ターゲットコイル２０の中心の変位量を示し、したがってプルーフマス２２の変位量を示す。
【００５４】
[0059]図１０は、本明細書に記載する技法による複数のピックオフコイルのうちの１つとターゲットコイルによって生成される磁界との例示的な重複領域を示す概念図である。いくつかの例では、Ｘ０ｉに中心（点「ｏ」）を有する第ｉのピックオフコイル（たとえば、ピックオフコイル１２）の出力電圧を式５に示す。
【００５５】
【数８】
2017026614.tif 000010
【００５６】
式５によれば、ＷＴ＝Ｘ１−Ｘ２は、磁界束領域の幅であり、ＸＴ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２は、図１０に示す磁束領域の「中心」である。式５で、換算係数は、ｋＲＸＴ＝２ｋＲＸ＊，ＴＫＲＸＷＴ（ＸＴ−Ｘｏ）として定義され、上式で、ｋＲＸ＊，Ｔ＝定数である。追加として、式５で、（ｏａ）および（ｏｄ）の金属トレースは、線形方程式Ｙ＝ＫＲＸ（Ｘ−Ｘｏ）によって定義され、上式で、Ｘｏは、トレース横断面点（ｏ）の座標であり、ＫＲＸは、トレースの傾斜である。
【００５７】
[0060]図１１は、本明細書に記載する技法による例示的なシステム１００を示す概念図である。図１１について、図１および図２を参照して説明する。図１１の例では、システム１００は、図１に示す支持ウエーハ４、ソースコイル１０、およびピックオフコイル１２〜１８にそれぞれ対応することができる支持ウエーハ４、ソースコイル１０、ならびにピックオフコイル１２、１４、１６、および１８（ピックオフコイル１２〜１８）を含む。図１１の例では、システム１００は、図２に示すターゲットコイル２０およびプルーフマス２２にそれぞれ対応することができるターゲットコイル２０およびプルーフマス２２をさらに含む。図１１の例では、システム１００は、図３に示すプルーフマスフレキシャ５４に対応することができるプルーフマスフレキシャ５４Ａ〜５４Ｄをさらに含む。追加として、図１１の例では、システム１００は、電子機器１０２を含む。電子機器は、プロセッサ１０６およびメモリ１０４を含むことができる。図１１の例では、ピックオフコイル１２および１６は、Ｘ方向に沿って配向され、ピックオフコイル１４および１８は、Ｙ方向に沿って配向される。
【００５８】
[0061]いくつかの例では、ソースコイル１０、ピックオフコイル１２〜１８、およびターゲットコイル２０のパッドは、ケーブルで電子機器１０２のインターフェースに接続することができる。いくつかの例では、ケーブルは、高温ケーブルとすることができる。いくつかの例では、電子機器１０２のプロセッサ１０６は、ケーブルでソースコイル１０にソース電圧を印加することができる。いくつかの例では、電子機器１０２のプロセッサ１０６は、ケーブルで各ピックオフコイル１２〜１８からの出力電圧を受け取ることができる。
【００５９】
[0062]本明細書に開示するメモリ１０４ならびに他の記憶デバイスはそれぞれ、本明細書のそれぞれのメモリ１０４による技法を実行するために、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの任意の組合せの任意の適した配置を備えることができる。たとえば、メモリ１０４は、磁気無電圧ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ハードドライブ、または任意の他の同等の記憶装置、ならびにそのような構成要素の任意の組合せを含むことができる。いくつかの例では、メモリ１０４は、信号処理アルゴリズムを実行するための命令を記憶することができる。いくつかの例では、メモリ１０４は、判定された加速度値を記憶することができる。
【００６０】
[0063]本明細書に開示するプロセッサ１０６ならびに他のプロセッサはそれぞれ、本明細書のそれぞれのプロセッサ１０６による技法を実行するために、ハードウェアの任意の適した配置を備えることができる。たとえば、プロセッサ１０６はそれぞれ、いずれか１つまたは複数のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または任意の他の同等の集積もしくは個別論理回路、ならびにそのような構成要素の任意の組合せを含むことができる。
【００６１】
[0064]プロセッサ１０６は、加速度計１からデータを受け取る。いくつかの例では、プロセッサ１０６は、加速度計１のプルーフマス２２の変位量を示すデータを加速度計１から受け取ることができる。これらの例では、プロセッサ１０６は、加速度計１の加速度量を示すデータを加速度計１から受け取ることができる。
【００６２】
[0065]いくつかの例では、加速度計１の誘導ピックオフ８は、信号ソースコイル１０、ターゲットコイル２０、および複数のピックオフコイル１２〜１８（たとえば、２対の同一のピックオフコイル）を含むことができる。いくつかの例では、第１のピックオフコイル対、ピックオフコイル１２およびピックオフコイル１６は、Ｘ軸に沿って配向させることができ、コイル中心（点「ｏ」）は、座標Ｘｏ１およびＸｏ３に位置する。いくつかの例では、ピックオフコイル１２および１６の中心は、Ｘ軸上でＸｏ３＝−Ｘｏ１＝Ｘ＊ｏに対称に位置することができる。いくつかの例では、第２のピックオフコイル対、ピックオフコイル１４および１８は、Ｙ軸に沿って配向させることができ、コイル中心（点「ｏ」）は、座標Ｙｏ２およびＹｏ４に位置する。いくつかの例では、ピックオフコイル１４および１８の中心は、Ｙ軸上でＹｏ４＝−Ｙｏ２＝Ｙ＊ｏに対称に位置することができる。
【００６３】
[0066]表記を簡略化すると、
【００６４】
【数９】
2017026614.tif 000011
【００６５】
になる。Ｘ軸に沿って配向されるコイルの出力電圧ＶＯＵＴｉは、ｉ＝｛１，３｝で、ＶＯＵＴｉ＝ＶＯＵＴ０（ＸＴ−Ｘ０ｉ）である。Ｙ軸に沿って配向されるコイルの出力電圧ＶＯＵＴｉは、ｉ＝｛２，４｝で、ＶＯＵＴｉ＝ＶＯＵＴ０（ＹＴ−Ｙ０ｉ）である。
【００６６】
[0067]図１２は、本明細書に記載する技法による複数のピックオフコイルから受け取った出力から加速度値を判定する例示的な動作を示すブロック図である。図１２について、図１１を参照して説明する。図１２の例では、電子機器１０２は、ピックオフコイル１２〜１８から出力電圧を受け取ることができる。いくつかの例では、プロセッサ１０６は、メモリ１０４内に記憶された信号処理アルゴリズム２００を使用して、Ｘ方向および／またはＹ方向におけるプルーフマスの加速度値を判定することができる。
【００６７】
[0068]たとえば、プロセッサ１０６は、電圧出力Ｖ１ＯＵＴおよびＶ３ＯＵＴを加算して、Ｖｘ＋＝２ＶＯＵＴ０ＸＴを判定することができる（２０２）。プロセッサ１０６はまた、電圧出力Ｖ１ＯＵＴおよびＶ３ＯＵＴを減算して、Ｖｘ−＝２ＶＯＵＴ０Ｘ＊ｏを判定することができる（２０４）。したがって、プロセッサ１０６は、信号除算結果が、
【００６８】
【数１０】
2017026614.tif 000012
【００６９】
であると判定することができ、上式から、
【００７０】
【数１１】
2017026614.tif 000013
【００７１】
が得られ、上式で、ＡＣＣＬｘは、Ｘ方向の測定された加速度であり、Ｓｘは換算係数である。
[0069]同様に、Ｙ成分を処理するために、プロセッサ１０６は、電圧出力Ｖ２ＯＵＴおよびＶ４ＯＵＴを加算して、Ｖｙ＋＝２ＶＯＵＴ０ＹＴを判定することができる（２１２）。プロセッサ１０６はまた、電圧出力Ｖ２ＯＵＴおよびＶ４ＯＵＴを減算して、Ｖｙ−＝２ＶＯＵＴ０Ｙ＊ｏを判定することができる（２１４）。したがって、プロセッサ１０６は、信号除算結果が、
【００７２】
【数１２】
2017026614.tif 000014
【００７３】
であると判定することができ、上式から、
【００７４】
【数１３】
2017026614.tif 000015
【００７５】
が得られ、上式で、ＡＣＣＬｙは、Ｙ方向の測定された加速度であり、Ｓｙは換算係数である。
[0070]図１３および図１４は、本明細書に記載する技法によるＳＩＮ三角関数に基づいて成形されたピックオフコイルの例示的な上面図を示す概念図である。いくつかの例では、ピックオフコイル巻線がＳＩＮ三角関数に基づいて成形される場合、コイルトレースは、ＹＴｏｐ＝Ａ  ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−Ｘｉｏ））およびＹＢｏｔｔｏｍ＝−Ａ  ｓｉｎ（ｋ（Ｘ−Ｘｉｏ））として示すことができ、上式で、ｋ＝２π／λは、コイル形状の波数ベクトルであり、Ｌ＝λ／２は、コイルの長さであり、Ｗ＝２Ａは、コイル幅である。
【００７６】
[0071]図１３の例では、ピックオフコイル３１２および３１６は、ピックオフコイル１２および１６に類似のものとすることができ、ＳＩＮ三角関数に基づいて成形される。いくつかの例では、ピックオフコイル３１２および３１６は、Ｘ軸に位置合わせすることができ、Ｘ１ｏ＝−λ／８およびＸ３ｏ＝λ／８だけずらすことができる。
【００７７】
[0072]図１４の例では、２対のピックオフコイル３１２および３１６ならびに３１４および３１８は、ピックオフコイル１２および１６ならびに１４および１８に類似のものとすることができ、それぞれＳＩＮ三角関数に基づいて成形され、それぞれＸ軸およびＹ軸と位置合わせされる。この例では、ピックオフコイル３１２および３１６の出力電圧は、ｉ＝｛１，３｝で、出力は、ＶＯＵＴｉ＝ＶＯＵＴ０ｓｉｎ（ｋ（ＸＴ−Ｘｏｉ））とすることができ、上式で、ｋ＝２π／λ、Ｘ３ｏ＝−Ｘ１ｏ＝λ／８である。追加として、この例では、ピックオフコイル３１４および３１８の出力電圧は、ｉ＝｛２，４｝で、出力は、ＶＲＸｉ＝ＶＲＸ０ｓｉｎ（ｋ（ＹＴ−Ｙｏｉ））とすることができ、上式で、ｋ＝２π／λ、Ｙ４ｏ＝−Ｙ２ｏ＝λ／８である。
【００７８】
[0073]言い換えれば、ピックオフコイル３１２および３１６に対する出力電圧は、
【００７９】
【数１４】
2017026614.tif 000016
【００８０】
とすることができる。同様に、ピックオフコイル３１４および３１８に対する出力電圧は、
【００８１】
【数１５】
2017026614.tif 000017
【００８２】
とすることができる。
[0074]図１５は、本明細書に記載する技法によるＳＩＮ三角関数に基づいて成形された複数のピックオフコイルから受け取った出力から加速度値を判定する別の例示的な動作を示すブロック図である。図１５について、図１１および図１４を参照して説明する。図１５の例では、電子機器１０２は、ピックオフコイル３１２〜３１８から出力電圧を受け取ることができる。いくつかの例では、プロセッサ１０６は、メモリ１０４内に記憶された信号処理アルゴリズム４００を使用して、Ｘ方向および／またはＹ方向におけるプルーフマスの加速度値を判定することができる。
【００８３】
[0075]たとえば、プロセッサ１０６は、電圧出力Ｖ１ＯＵＴおよびＶ３ＯＵＴを加算して、
【００８４】
【数１６】
2017026614.tif 000018
【００８５】
を判定することができる。プロセッサ１０６はまた、電圧出力Ｖ１ＯＵＴおよびＶ３ＯＵＴを減算して、
【００８６】
【数１７】
2017026614.tif 000019
【００８７】
を判定することができる。プロセッサ１０６は、信号Ｖｘ＋を
【００８８】
【数１８】
2017026614.tif 000020
【００８９】
と混合することができ、信号Ｖｘ−を、
【００９０】
【数１９】
2017026614.tif 000021
【００９１】
と混合することができる。プロセッサ１０６は、ＶｍｉｘＸ，１およびＶｍｉｘＸ，３信号を加算して、
【００９２】
【数２０】
2017026614.tif 000022
【００９３】
を判定することができる。
[0076]Ｖｍｉｘｘ，＊を信号Ｖｍｉｘ＝ｃｏｓ（ωｔ）と混合することで、式６が得られ、式６は、式７に約分される。
【００９４】
【数２１】
2017026614.tif 000023
【００９５】
【数２２】
2017026614.tif 000024
【００９６】
[0077]したがって、低域フィルター出力は、ＬＰ：
【００９７】
【数２３】
2017026614.tif 000025
【００９８】
である。ＬＰ：Ｖｘｍｉｘ信号の位相は、［位相］＝２π（ＸＴ／λ）であり（４１４）、上式から、
【００９９】
【数２４】
2017026614.tif 000026
【０１００】
が得られ、上式で、ＡＣＣＬｘは、Ｘ方向の測定された加速度であり、Ｓｘは換算係数である。
[0078]同様に、加速度値のＹ成分を処理するために、プロセッサ１０６は、電圧出力Ｖ２ＯＵＴおよびＶ４ＯＵＴを加算して、
【０１０１】
【数２５】
2017026614.tif 000027
【０１０２】
を判定することができる。プロセッサ１０６はまた、電圧出力Ｖ２ＯＵＴおよびＶ４ＯＵＴを減算して、
【０１０３】
【数２６】
2017026614.tif 000028
【０１０４】
を判定することができる。プロセッサ１０６は、信号Ｖｙ＋を、
【０１０５】
【数２７】
2017026614.tif 000029
【０１０６】
と混合することができ、信号Ｖｙ−を、
【０１０７】
【数２８】
2017026614.tif 000030
【０１０８】
と混合することができる。プロセッサ１０６は、Ｖｍｉｘｙ，２およびＶｍｉｘｙ，４信号を加算して、
【０１０９】
【数２９】
2017026614.tif 000031
【０１１０】
を判定することができる。
[0079]Ｖｍｉｘｙ，＊を信号Ｖｍｉｘ＝ｃｏｓ（ωｔ）と混合することで、式８および式９が得られる。
【０１１１】
【数３０】
2017026614.tif 000032
【０１１２】
【数３１】
2017026614.tif 000033
【０１１３】
[0080]したがって、低域フィルター出力は、ＬＰ：
【０１１４】
【数３２】
2017026614.tif 000034
【０１１５】
である。ＬＰ：Ｖｙｍｉｘ信号の位相は、［位相］＝２π（ＹＴ／λ）であり（４３４）、上式から、
【０１１６】
【数３３】
2017026614.tif 000035
【０１１７】
が得られ、上式で、ＡＣＣＬｙは、Ｙ方向の測定された加速度であり、Ｓｙは換算係数である。
[0081]図１６は、本明細書に記載する技法による図１の加速度計を動作させる技法を示す流れ図である。図１６について、図１および図１１を参照して説明する。
【０１１８】
[0082]図１６の例では、ソースコイル１０は、印加電圧を受け取ることができ、それによりソースコイル１０内にソース電流を生成する（５０２）。図１６の例では、ソースコイル１０は、ソース電流に基づいて第１の電磁エネルギーを伝送することができる（５０４）。図１６の例では、プルーフマス２２上のターゲットコイル２０は、ソースコイル１０によって伝送される第１の電磁エネルギーの一部分を受け取ることができ、それによりターゲットコイル２０内にターゲット電流を生成する（５０６）。図１６の例では、ターゲットコイル２０は、ターゲット電流に基づいて第２の電磁エネルギーを伝送することができる（５０８）。図１６の例では、複数のピックオフコイル１２〜１８の各ピックオフコイルは、ターゲットコイルによって伝送される第２の電磁エネルギーの一部分を受け取ることができ、それによりピックオフ電圧信号を生成する（５１０）。図１６の例では、複数のピックオフコイル１２〜１８の各ピックオフコイルは、電子機器１０２へピックオフ電圧信号を出力することができ（５１２）、複数のピックオフ電圧信号は、プルーフマス２２の変位量を示す。
【０１１９】
[0083]図１７Ａ〜１７Ｄは、本明細書に記載する技法による加速度計を製造する例示的な動作を示す概念図である。図１７Ａ〜１７Ｄは、加速度計ダイの一部分の製作プロセスにおける様々な中間ステップを別個に示す。図１７Ａ〜１７Ｄについて、図１を参照して説明する。
【０１２０】
[0084]いくつかの例では、加速度計１は、薄膜金属／誘電体スパッタリング、ＤＲＩＥ、およびウエーハ接合ステップを使用してマスクを処理することによって製作することができる。いくつかの例では、デバイス製作に使用される未加工のウエーハは、１つの材料から作られた樹状の２重研磨ウエーハである。たとえば、ウエーハ材料は、ドープされていない半導体（ドープされていない単結晶Ｓｉ、ドープされていないＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、もしくは任意の他の適したドープされていない半導体）などの高温材料、または溶融石英、サファイア、アルミナセラミックス、もしくは任意の他の適した結晶／誘電体などの酸化物結晶／誘電体の１つとすることができる。
【０１２１】
[0085]いくつかの例では、加速度計ダイは、たいてい方法６００の以下のステップで製作することができる。図１７Ａの例では、第１のマスクによって、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して、下部ウエーハ６上にメサを作製することができる（６０２）。いくつかの例では、下部ウエーハ６はまた、上部ウエーハ２として使用することができる。
【０１２２】
[0086]また図１７Ｂの例では、第２のマスクによって、ＤＲＩＥを使用して、上部ウエーハ２上にメサを作製することができる（６０４）。いくつかの例では、第１の金属をスパッタリングして、上部ウエーハ２の外側にソースコイルを作製することができる（６０６）。いくつかの例では、上部ウエーハ２上に誘電体リボンをスパッタリングして、第１の金属の重複するトレースを電気的に分離することができる。いくつかの例では、第２の金属をスパッタリングして、上部ウエーハ２の外側に誘導ピックオフコイルを作製することができる（６０８）。他の例では、第２の金属をスパッタリングして、下部ウエーハ６の外側に誘導ピックオフコイルを作製することができる。いくつかの例では、上部ウエーハ２上に誘電体リボンをスパッタリングして、第１の金属および第２の金属ならびに第２の金属の重複するトレースを電気的に分離することができる。追加として、いくつかの例では、第３の金属をスパッタリングして、上部ウエーハ２の外側に誘導ピックオフコイルを作製することができる（６１０）。他の例では、第３の金属をスパッタリングして、下部ウエーハ６の外側に誘導ピックオフコイルを作製することができる。いくつかの例では、上部ウエーハ２上に誘電体リボンをスパッタリングして、第２の金属および第３の金属ならびに第３の金属の重複するトレースを電気的に分離することができる。
【０１２３】
[0087]図１７Ｃの例では、第４の金属をスパッタリングして、支持ウエーハ４の外側にターゲットコイルを作製することができる（６１２）。いくつかの例では、支持ウエーハ４上に誘電体リボンをスパッタリングして、第４の金属の重複するトレースを分離することができる。いくつかの例では、支持ウエーハ４の外側に第５の金属をスパッタリングして、コンデンサを作製することができる（６１４）。
【０１２４】
[0088]図１７Ｄの例では、支持ウエーハ４を下部ウエーハ６に接合することができる（６１６）。いくつかの例では、ＤＲＩＥを使用して、プルーフマスと、プルーフマスを可撓的に支持するプルーフマスフレキシャとを作製することができる（６１８）。いくつかの例では、支持ウエーハ４および下部ウエーハ６を上部ウエーハ２に接合することができる（６２０）。いくつかの例では、支持ウエーハ４および下部ウエーハ６を上部ウエーハ２に接合した後、ウエーハアセンブリを切断して、加速度計１を形成することができる。
【０１２５】
[0089]要約すると、本明細書に記載するシステム、デバイス、および技法は、特定の順序および重要度なく記載されたいくつかの固有の特徴を提供する。第１に、誘導ピックオフインターフェースは、近接場共振誘導結合機構を利用する。第２に、加速度計インターフェースは、ＭＨｚ周波数範囲で動作し、励振信号波長は、加速度計のサイズより数桁大きい。第３に、各ピックオフコイルのコイル巻線およびプルーフマス変位の信号処理アルゴリズム判定に対する設計が提供される。第４に、複数のピックオフコイルはそれぞれ、合同な形状を有する。第５に、実質上同一のピックオフコイルの対称位置は、基準距離を画定する。第６に、プルーフマスの変位は、基準距離に対して測定される。第７に、信号処理アルゴリズムは、４つのピックオフコイルの出力電圧信号を組み合わせて、基準距離比によってプルーフマス変位の加速度値を判定する。第８に、加速度計信号処理出力は、ピックオフコイルの振幅変動に影響されない。第９に、誘導ピックオフインターフェースは、プルーフマスの面内回転、面外変位、および傾斜に影響されないセンサ出力を可能にする。第１０に、加速度計懸架ビーム設計は、１組の特別に成形されたビームを組み合わせて、プルーフマスの面内運動を支持する。第１１に、プルーフマス封入および包装方法は、プルーフマスおよびデバイス出力パッドの金属トレースのない接続を可能にし、デバイスパッドはすべて、デバイスパッケージの片側（外側）に位置する。
【０１２６】
[0090]逆のことを記載しない限り、第１、第２、第３などの用語または任意の他の類似の用語は、本明細書では、構成要素を互いに区別するために使用される。逆のことを記載しない限り、第１、第２、第３などの用語または任意の他の類似の用語は、区別される構成要素間の何らかの順序的、順次的、または数値的な関係を確立すると想定されるべきではない。
【０１２７】
[0091]１つまたは複数の例では、記載する機能のいくつかは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、これらの機能は、１つまたは複数の命令またはコードとして、コンピュータ可読媒体上で記憶または伝送することができ、ハードウェアに基づく処理ユニットによって実行することができる。コンピュータ可読媒体は、データ記憶媒体などの有形の媒体に対応するコンピュータ可読記憶媒体、またはたとえば通信プロトコルに従ってある位置から別の位置へのコンピュータプログラムの伝達を容易にする任意の媒体を含む通信媒体を含むことができる。このようにして、コンピュータ可読媒体は概して、（１）非過渡的な有形のコンピュータ可読記憶媒体、または（２）信号もしくは搬送波などの通信媒体に対応することができる。データ記憶媒体は、本開示に記載する技法の実装のための命令、コード、および／またはデータ構造を取り出すために、１つもしくは複数のコンピュータまたは１つもしくは複数のプロセッサによってアクセスすることができる、任意の利用可能な媒体とすることができる。コンピュータプログラム製品は、コンピュータ可読媒体を含むことができる。
【０１２８】
[0092]限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、フラッシュメモリ、あるいは命令またはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。また、任意の接続も、適宜コンピュータ可読媒体と呼ばれる。たとえば、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り対線、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔源から命令が伝送される場合、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り対線、ＤＳＬ、または赤外線、無線、およびマイクロ波などの無線技術は、媒体の定義内に含まれる。しかし、コンピュータ可読記憶媒体およびデータ記憶媒体は、接続、搬送波、信号、または他の過渡的な媒体を含まないが、代わりに非過渡的な有形の記憶媒体を対象とすることを理解されたい。本明細書では、ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再現するが、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザによってデータを光学的に再現する。上記の組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【０１２９】
[0093]１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、汎用マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブル論理アレイ（ＦＰＧＡ）、または他の同等の集積もしくは個別論理回路など、１つまたは複数のプロセッサ（たとえば、「処理デバイス」）によって、命令を実行することができる。したがって、本明細書では、「プロセッサ」および／または「処理デバイス」という用語は、上記の構造または本明細書に記載する技法の実装に適した任意の他の構造のいずれかを指すことができる。追加として、いくつかの態様では、本明細書に記載する機能性は、符号化および復号向けに構成され、または組み合わせたコーデック内に組み込まれた、専用のハードウェアおよび／またはソフトウェアモジュール内に提供することができる。また、これらの技法は、１つまたは複数の回路または論理素子内で完全に実施することができる。
【０１３０】
[0094]本開示の技法は、多種多様なデバイスもしくは装置、１つの集積回路（ＩＣ）、または１組のＩＣ（たとえば、チップセット）内で実施することができる。様々な構成要素、モジュール、またはユニットは、開示の技法を実行するように構成されたデバイスの機能的な態様を強調するために本開示に記載されるが、異なるハードウェアユニットによる実現を必ずしも必要とするものではない。逆に、上記のように、様々なユニットは、上記の１つまたは複数のプロセッサを含む１群の相互動作するハードウェアユニットによって、適したソフトウェアおよび／またはファームウェアとともに提供することができる。
【０１３１】
[0095]本開示の様々な例について説明した。上記その他の例は、以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【符号の説明】
【０１３２】
１  加速度計
２  上部ウエーハ
４  支持ウエーハ
６  下部ウエーハ
８  誘導ピックオフ
１０  ソースコイル
１１  開口
１２  ピックオフコイル
１４  ピックオフコイル
１６  ピックオフコイル
１８  ピックオフコイル
２０  ターゲットコイル
２２  プルーフマス
２４Ａ  プルーフマスフレキシャ
２４Ｂ  プルーフマスフレキシャ
２６  上部ウエーハ凹部
２８  下部ウエーハ凹部
５０  支持ウエーハ
５２  プルーフマス
５４Ａ  プルーフマスフレキシャ
５４Ｂ  プルーフマスフレキシャ
５４Ｃ  プルーフマスフレキシャ
５４Ｄ  プルーフマスフレキシャ
５６  ターゲットコイル
６０Ａ  ソース信号
６０Ｂ  ソース信号
６２  反射信号
１００  システム
１０２  電子機器
１０４  メモリ
１０６  プロセッサ
３１２  ピックオフコイル
３１４  ピックオフコイル
３１６  ピックオフコイル
３１８  ピックオフコイル
Ｃ１  コンデンサ
ＩＴＸ  ソース電流
Ｌ１  インダクタ
Ｌ２  インダクタ
Ｌ２’  インダクタ
Ｌ３  インダクタ
Ｍ１２  磁気結合
Ｍ２３  磁気結合
ＭＲＸＴ  相互インダクタンス
ＭＲＸＴＸ  相互インダクタンス
ＭＴＴＸ  相互インダクタンス
Ｒ１  抵抗器
Ｒ２  抵抗器
Ｒ３  抵抗器
Ｖ１  電圧
Ｖ１ＯＵＴ  電圧出力
Ｖ２  電圧
Ｖ２ＯＵＴ  電圧出力
Ｖ３  電圧
Ｖ３ＯＵＴ  電圧出力
Ｖ４  電圧
Ｖ４ＯＵＴ  電圧出力
ＶＯＵＴ  出力電圧
Ｖｓｏｕｒｃｅ  過渡電圧
ＷＴ  磁界束領域の幅
【図４】
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【図７】
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【図９】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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