JP4750928B2 - マイクロマシニング型の構成エレメント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング型（ｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈ）の構成エレメント、特に加速度センサであって、第１の撓みばね装置を介して基板上にばね弾性的に支承されたサイズモマス、つまりサイズモ質量体が設けられていて、該サイズモ質量体が、加速により少なくとも１つの方向に変位可能であり、しかも変位がストッパ装置によって制限可能である形式のものに関する。
【０００２】
本発明は実際には任意のマイクロマシニング型の構成エレメントおよび構造体、特にセンサおよびアクチュエータに対して使用可能であるが、しかし本明細書中では、本発明ならびに本発明の根底を成す問題を、シリコン表面マイクロマシニング（Ｓｉｌｉｚｉｕｍ−Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｋ）の技術で製造可能なマイクロマシニング型の加速度センサに関して説明する。
【０００３】
【従来の技術】
加速度センサおよび特に表面マイクロマシニングもしくは容積マイクロマシニング（Ｖｏｌｕｍｅｎｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｋ）の技術によるマイクロマシニング型の加速度センサは、自動車装備分野における市場でますます大きな割合を占めるようになっており、従来汎用の圧電式の加速度センサに取って代わりつつある。
【０００４】
公知のマイクロマシニング型の加速度センサは通常、外部の加速により少なくとも１つの方向に変位可能である、ばね弾性的に支承されたサイズモ質量体装置が、変位時に、サイズモ質量体装置に接続された差動コンデンサ装置に容量変化を生ぜしめるように機能し、この容量変化が加速度の尺度となる。
【０００５】
特に、サイズモ質量体の変位が、たとえばサイズモ質量体に設けられた切欠き内に収納されている固定のストッパにより制限可能となるような加速度センサが知られている。
【０００６】
公知の加速度センサでは、サイズモ質量体が過剰負荷加速の後に粘着力および／または帯電に拠る静電気力に基づき、このような固定のストッパに中心電極として付着したままとなる恐れがあるという事実が欠点となることが判った。このようにサイズモ質量体が固定のストッパに付着したままとなる原因は、ばねの戻し力が小さすぎることにある。
【０００７】
しかし他方において、ばねの戻し力を高めることは、測定感度に不都合な影響を与えてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のマイクロマシニング型の構成エレメントを改良して、上記欠点が回避され、固定のストッパにサイズモ質量体が付着したままとなることが回避されるようなマイクロマシニング型の構成エレメントを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、ストッパ装置が、第２の撓みばね装置を介して基板上にばね弾性的に支承された少なくとも１つのストッパを有しており、第２の撓みばね装置が、第１の撓みばね装置よりも高い曲げ剛性を有しているようにした。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によるマイクロマシニング型の構成エレメントには、ばね弾性的に支承された機械的なストッパにより、サイズモ質量体が固定のストッパに付着したままとなることが有効に阻止されるという利点がある。
【００１１】
本発明の根底を成す思想は、ストッパ装置が、第２の撓みばね装置を介して基板上にばね弾性的に支承された少なくとも１つのストッパを有していることにある。しかも、第２の撓みばね装置は第１の撓みばね装置よりも高い曲げ剛性を有しており、つまり「硬い」ばねである。
【００１２】
請求項２以下には、請求項１に記載のマイクロマシニング型の構成エレメントの有利な改良形が記載されている。
【００１３】
本発明の有利な改良形では、ストッパ装置が、基板上に固定的に支承された少なくとも１つのストッパを有している。したがって、ばね弾性的なストッパと、固定のストッパとの組み合わせが得られる。
【００１４】
本発明の別の有利な改良形では、基板上にばね弾性的に支承されたストッパが、第２の撓みばね装置を介して、基板上に固定的に支承されたストッパに結合されている。これにより、ばね弾性的に支承されたストッパのための付加的な基板固定部が不要となる。
【００１５】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ストッパ装置が、サイズモ質量体に設けられた切欠き内に設けられている。このことはスペースを節約すると共に、ストッパ装置の、保護された収納をも可能にする。
【００１６】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第１の変位量で、ばね弾性的に支承された方のストッパが働き、そして第２の変位量で、固定的に支承された方のストッパが働くようにストッパ装置が形成されており、ただし第１の変位量は第２の変位量よりも小さいものとする。したがって、サイズモ質量体はまず最初に制動され、その後に固定のストッパに当接し、そしてこのストッパのところで直ちに停止させられる。この場合、弾性的なストッパのプレロードもしくは予荷重は、付着が阻止されるように設定されていると望ましい。
【００１７】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ストッパ装置が１つまたは複数の突出部を有しており、該突出部にストッパ作用が集中されている。このことは、付着の危険を一層減少させる。なぜならば、接触面が少数の点に制限されているからである。
【００１８】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ばね弾性的に支承されたストッパの範囲における前記突出部の間隔が、固定的に支承されたストッパの範囲における前記突出部の間隔よりも小さく形成されている。
【００１９】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ストッパ装置が、サイズモ質量体に設けられた切欠き内で基板上に固定的に支承されたストッパを有しており、該ストッパから第２の撓みばね装置が、サイズモ質量体に側方で設けられた可動電極に形成された切欠き内に突入するように延びており、ばね弾性的に支承されたストッパが、ほぼ第２の撓みばね装置の端部に設けられている。このことは、第２の撓みばね装置が一層長く形成され得るようになり、ひいては第２の撓みばね装置の曲げ剛性が一層正確に調節可能となるという利点を有している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図面中、同一のコンポーネントまたは同一機能を有するコンポーネントは同じ符号で示されている。
【００２２】
本発明の根底を成す問題を詳しく説明するために、まず図４〜図７につき、公知の加速度センサの構造について詳しく説明する。
【００２３】
図４には、公知の加速度センサの平面図が示されており、図５には、図４に示した公知の加速度センサの質量体ストッパ６の拡大図が示されており、図６および図７には、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線もしくはＩＶ−ＩＶ線に沿った公知の加速度センサの横断面図が示されている。
【００２４】
図４に示した加速度センサ１は、図４には図示されていない基板４に配置されている。基板４は図６および図７の横断面図には図示されている。
【００２５】
加速度センサ１はばね質量系を有しており、このばね質量系はばねエレメント２とサイズモマスもしくはサイズモ質量体３とから形成されている。図４から判るように、ばねエレメント２は多数の部分ばねエレメント１２から形成されている。サイズモ質量体３は複数の結合ウェブ１３によって、これらの部分ばねエレメント１２のうちの第１の部分ばねエレメント１２に結合されている。これらの部分ばねエレメント１２はそれぞれその外端部でまたは中央部で、結合ウェブ１３によって互いに結合されている。サイズモ質量体３を起点として、第１の部分ばねエレメント１２は３つの結合ウェブ１３によってこの第１の部分ばねエレメント１２の中央部でサイズモ質量体３に結合されている。この第１の部分ばねエレメント１２は次いで、これらの部分ばねエレメント１２の外側の範囲に位置する複数の結合ウェブ１３によって第２の部分ばねエレメント１２に結合されており、そしてこの第２の部分ばねエレメント１２は中央部で３つの結合ウェブ１３によって第３の部分ばねエレメント１２に結合されている。第３の部分ばねエレメント１２は次いで外側の結合ウェブ１３によって第４の部分ばねエレメント１２に結合されており、そしてこの第４の部分ばねエレメント１２は中央部で３つの結合ウェブ１３によって支承部８に結合されている。
【００２６】
支承部８は、たとえば図７に認められるように、基板４に固く結合されている。
【００２７】
図７には、支承部８の横断面図が示されている。この支承部８は層２１，２０によって基板４に結合されている。層２１，２０の正確な機能については、あとで詳しく説明する。
【００２８】
さらに図７には、部分ばねエレメント１２と、サイズモ質量体３の一部とが横断面図で示されている。図７からよく判るように、部分ばねエレメント１２とサイズモ質量体３とは機械的に直接に基板４に結合されているのではなく、基板４に対して所定の間隔を有している。部分ばねエレメント１２とサイズモ質量体１３は、専ら支承部８を介してのみ基板４と機械的に結合されている。したがって、これらの部分は、作用する加速力によっても基板４に対して相対的に移動させられるようになっている。ばねエレメントの剛性を適宜に設定することにより、加速力に対する感度が調節される。
【００２９】
図４に示した平面図から判るように、サイズモ質量体３は２つの側でばねエレメント２によって支承部８に取り付けられている。ばねエレメント２はこの場合、複数の部分ばねエレメント１２を有しており、これらの部分ばねエレメント１２はＹ方向では極めて長尺に形成されており、つまりＸ方向で小さな剛性を有している。これにより、Ｘ方向における小さな加速度においても、ばねエレメント２もしくはサイズモ質量体３の変位が行われることが確保される。サイズモ質量体３には、多数の可動電極１０が固定されている。これらの可動電極１０は、たとえば図４に示したように、Ｘ方向に対して直角に向けられている。これらの可動電極１０に対して平行に、位置固定の複数の固定電極１１が設けられており、これらの固定電極１１はそれぞれ支承部８によって基板４に固く結合されている。図４には、図面を簡略化する目的で、これらの固定電極１１のうちの唯一つの固定電極１１と、これに所属する１つの支承部８しか図示されていない。さらに、図４には可動電極１０も僅か数個しか図示されていない。可動電極１０は、やはり図面を簡略化する目的で、サイズモ質量体３の図面で見て左側に対してしか完全に図示されていない。
【００３０】
可動電極１０と固定電極１１とは電気的に互いに絶縁されていて、プレートコンデンサを形成しており、このコンデンサの容量はＸ方向に作用する加速度に関連して変化する。こうして、容量の測定により、加速度を測定することができる。
【００３１】
Ｙ方向における部分ばねエレメント１２の長尺の延在長さに基づき、ばねエレメント２はＸ方向において極めて小さな剛性を有している。さらに、Ｚ方向における剛性、つまり基板４に対して直角な方向での剛性も、極めて小さく設定されている。たとえば単純な重力加速度までの測定領域に合わせて設計されている加速度センサが、極めて大きな衝撃加速度をも許容しなければならないので、多数のストッパが設けられている。図４から判るように、サイズモ質量体３の内部には、質量体ストッパ６が設けられている。これらの質量体ストッパ６はＸ方向およびＹ方向における基板４に対して平行なサイズモ質量体３の変位を制限する。さらに、ばねエレメント２はばねストッパ５により取り囲まれている。これらのばねストッパ５は支承部８を起点として、全ての側から部分ばねエレメント１２を取り囲むように延びている。
【００３２】
図５には、図４に示した質量体ストッパ６が拡大されて図示されている。質量体ストッパ６は、たとえば図７に横断面図で示したように、基板４に固く結合されている構造体である。図５から判るように、質量体ストッパ６はサイズモ質量体３によって完全に取り囲まれるので、質量体ストッパ６によりサイズモ質量体３の運動は基板４に対して平行なあらゆる方向で、つまりＸ方向およびＹ方向で制限される。
【００３３】
サイズモ質量体３にも、質量体ストッパ６にも、複数の突出部７が配置されており、これらの突出部７により、個々の点でのみ、つまり突出部７においてのみ、サイズモ質量体３と質量体ストッパ６との間の接触が生じることが確保される。各突出部の間隔は特にＸ方向において、最大でも可動電極１０と固定電極１１との間の間隔の１／２〜３／４となるように設定されている。
【００３４】
次に図６につき、ばねストッパ５の機能・作用形式について詳しく説明する。図６には、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した加速度センサの横断面図が示されている。図６から判るように、ばねストッパ５は部分ばねエレメント１２に比べて機械的に比較的安定した構造体であり、この構造体は結合のための層２１，２０を介して基板４に固く結合されている。したがって、ばねストッパ５は基板４に固く結合されていて、その機械的構成に関しては、著しい変形なしに比較的大きな力を吸収し得るように設計されている。図６の横断面図から判るように、部分ばねエレメント１２はＸ方向では比較的細く形成されている。したがって、Ｘ方向における著しい加速が生じると、ばねエレメント１２は著しく変形させられ、そして相応して著しい加速力において側方で前記ばねストッパ５のうちの１つに押圧される。しかし、部分ばねエレメント１２がそれ以上変形させられることは阻止される。なぜならば、部分ばねエレメント１２のそれ以上の運動は機械的に剛性的なばねストッパ５により制限されるからである。したがって、ばねストッパ５はばねエレメント２を過度に著しい変形や破壊または塑性変形に対して保護している。ばねストッパ５が部分ばねエレメント１２と同じ高さに形成されていることに基づき、Ｚ方向における加速成分とＸ方向における加速成分とが同時に発生した場合に、ばねストッパ５はこのようなストッパ機能をまだ引き受けることができるようになる。
【００３５】
加速度センサ１のコンポーネント、たとえば支承部８、ばねエレメント２、サイズモ質量体３、可動電極１０および固定電極１１は、導電性材料から形成されている。こうして、全ての支承部８（つまり固定電極１１の支承部８も、ばねエレメント２が取り付けられている支承部８も）を接触接続することによって、センサ信号の測定を行うことが可能となる。その場合、導電性材料としては、金属の他に特にシリコンが挙げられる。なぜならば、シリコンは半導体製造からのよく知られている方法を用いて加工することができるからである。通常、このようなセンサのためには、シリコンから成る基板４も使用される。なぜならば、このような基板は熱膨張率に関してセンサ自体のシリコンに良好に適合されているからである。センサ自体がシリコンから成っており、そして基板４もシリコンから成っているという前提条件のもとで、図６には、センサと基板４との間の結合層のための２層構造が図示されている。下側の層２０は、絶縁性の材料、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラスまたは前記材料からの混合材料から成っている。第２の層２１のためには、特に著しくドーピングされた多結晶シリコンから成る導電性の層が設けられる。この導電性の層２１により、ばねストッパ５が支承部８および部分ばねエレメント１２と同じ電位に接続されることが確保される。さらに、これらの層は卓越した機械的固定用層として有利であることが判っている。
【００３６】
図７には、図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図が示されている。図７には、支承部８と、４つの部分ばねエレメント１２と、サイズモ質量体３の一部と、質量体ストッパ６との横断面図が示されている。絶縁性の層２０と導電性の層２１とは、支承部８を起点として部分ばねエレメント１２とサイズモ質量体３との下方を通って質量体ストッパ６にまで延びている。こうして、質量体ストッパ６は機械的に固く基板４に結合されている。一種の導体路として形成された、一貫して延びる結合層を成す導電性の層２１により、支承部８と質量体ストッパ６との間の電気的なコンタクトが形成される。こうして、質量体ストッパ６も、この質量体ストッパ６を取り囲むサイズモ質量体３と同じ電位に接続されることが確保され、こうして質量体ストッパ６とサイズモ質量体３との間の静電気的な吸着力が回避される。
【００３７】
さらに、図７に示した導電性の層２１はＺ方向におけるサイズモ質量体３および部分ばねエレメント１２のためのストッパを形成している。このストッパとして働く導電性の層２１により、基板４へ向かう方向でのサイズモ質量体３もしくはばねエレメント２の運動が制限される。この場合に重要となるのは、図７に示した導電性の層２１もしくは絶縁性の層２０が基板４の表面の一部だけをカバーしていて、これによりサイズモ質量体３と導電性の層２１との間のコンタクト面が小さく形成されていることである。こうして、小さな接触面に基づき、著しい付着力が生じ得なくなることが確保される。導電性の層２１が支承部８と同じ電位に接続されているので、これにより導電性の層２１とサイズモ質量体３との間の静電気的な吸着力も形成されなくなる。したがって、導電性の層２１は絶縁性の層２０と共に、サイズモ質量体３と基板４との直接的なコンタクトを阻止するストッパを形成している。この場合、絶縁性の層２０により、サイズモ質量体３と基板４との間の電気的な短絡が形成されなくなることが確保される。
【００３８】
図７には、導電性の層２１と絶縁性の層２０とが、支承部８と質量体ストッパ６とを互いに結合する導体路の形で図示されている。また、面全体がサイズモ質量体３の面よりも著しく小さく形成されていて、かつ支承部８に対する電気的なコンタクトが維持される場合には、両層２１，２０をサイズモ質量体３の別の範囲の下にも配置することができる。
【００３９】
それぞれ複数の部分ばねエレメント１２から形成されている、図４に示したばねエレメントは、それぞれ複数の結合ウェブ１３により互いに結合される。多重の結合ウェブの使用により、個々の部分ばねエレメントのこれらの結合の大きな破壊強さが保証される。
【００４０】
次に、図１および図２につき、本発明の実施例を詳しく説明する。図１には、本発明の実施例による加速度センサの平面図が示されており、図２には図１のＡ−Ａ′線に沿った加速度センサの横断面図が示されている。
【００４１】
図１および図２には、既に導入された符号に対して付加的に、符号１７で突出部が、符号５０で第２の撓みばね装置のばねエレメントもしくは撓みばねが、符号５１でばねエレメント５０の厚肉にされた端部の形のストッパが、符号６０で質量体ストッパ６の固定範囲が、符号１００でサイズモ質量体３に設けられた切欠きが、それぞれ示されている。
【００４２】
図１に示した実施例では、サイズモ質量体３に切欠き１００が設けられている。この切欠き１００は公知の固定の質量体ストッパ６を取り囲んでいると同時に、ばね弾性的に支承された４つのストッパ５１をも取り囲んでいる。ばね弾性的に支承されたストッパ５１は固定の質量体ストッパ６と一体に形成されており、この場合、ばね弾性的なストッパ５１は固定の質量体ストッパ６を起点として延びる撓みばね５０の形で一体に形成されている。これらの撓みばね５０はそれぞれ対になって図面で見て左側もしくは右側に向かって延びている。実際のストッパは各撓みばね５０の端部に設けられた突出部もしくは厚肉成形部により形成されている。撓みばね５０の曲げ剛性は、サイズモ質量体３を基板４の上でばね弾性的に懸吊している第１の撓みばね装置の全ての部分ばねエレメント１２の全有効曲げ剛性よりも、所定のオーダ分だけ、つまり有利には１〜１０００ファクタ分だけ高い。
【００４３】
ばね弾性的に支承されたストッパ５１のこのような配置は、正負異なる前符号を有する過剰負荷加速を両側で受け止めることができるという点で有利である。サイズモ質量体３もしくは固定の質量体ストッパ６に設けられた複数の突出部７は、図３および図４から知られている突出部に相当している。撓みばね５０の端部に設けられた厚肉成形部に向かい合って位置する付加的な突出部１７は、ばね弾性的に支承されたストッパ５１の範囲における間隔が、固定の質量体ストッパ６の突出部７の範囲における間隔よりも小さくなるように寸法設定されている。この実施例では、固定の質量体ストッパ６の間隔に対する、ばね弾性的に支承されたストッパ５１の間隔の比が、０．６もしくは０．８である。技術的な境界条件の枠内では、原則的に全ての値が１よりも小さいことが可能である。
【００４４】
このように構築された加速度センサの運転時にＸ軸の方向で過剰加速が発生すると、サイズモ質量体３は図１で見て「上方」に向かって変位させられる。このときに、まず第１の変位量が超えられると、下側の２つの突出部１７が、ばね弾性的に支承されたストッパ５１に接触する。その後に、下側の２つの撓みばね５０が上方に向かって変位させられて、相応する戻し力を形成する。引き続き変位が行われると、サイズモ質量体３もしくは固定の質量体ストッパ６の突出部７が互いに接触するような変位量が達成される。この時点でＸ方向における運動は最終的に停止させられており、撓みばね５０に蓄えられた戻し力はその最高値に達する。この戻し力値は、第１の撓みばね装置の曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性に相応して、第１の撓みばね装置の戻し力の値よりも大きく形成される。この戻し力は、突出部７が互いに付着したままとなることが阻止されるような大きさに形成されている。Ｘ方向における加速が減衰すると、サイズモ質量体３は撓みばね５０の作用を受けて負のＸ方向へ加速され、これにより、まず突出部７の接触がなくなる。引き続きこの運動が行われると、サイズモ質量体３は負のＸ方向でさらに加速され、そして最終的に突出部１７とストッパ５１との間の接触も解離される。
【００４５】
このような構成は、加速度センサの検出方向でばね弾性的に支承された、ポテンシャルなしの機械的なストッパ５１を可能にし、これらのストッパ５１はストッパにおけるサイズモ質量体の付着を阻止することができる。
【００４６】
製造プロセスについて言及しておくと、予め規定された範囲でサイズモ質量体３を切り欠き、そして埋設された多結晶シリコンに、犠牲酸化物層に設けられた窓を介してエピタキシャル成長されたシリコンを設けることにより、チップ平面内にもしくは検出方向にストッパが実現される。この場合、このシリコンは複数の突出部もしくはストッパこぶを有しており、これらの突出部もしくはストッパこぶは、サイズモ質量体に設けられた対応する突出部により補足される。突出部の間隔は、既に述べたように、電極の間隔もしくは撓み梁エレメントの間隔よりも小さく形成されていると有利である。典型的には、この間隔は電極間隔の１／２〜３／４である。
【００４７】
図３には、本発明の別の実施例による加速度センサの平面図が示されている。
【００４８】
この実施例では、符号５０′で示されている第２の撓みばね装置の端部に設けられたストッパ６１がサイズモ質量体３の中心軸線から大きく離れる方向にずらされている、つまり前記ストッパ６１が検出方向に対して直交する横方向で可動電極１０′の範囲に拡幅されていることにより、第２の撓みばね装置５０′のばね弾性作用が助成されている。
【００４９】
ストッパ装置は、第１実施例の場合と同様に、サイズモ質量体３に設けられた切欠き１００内で基板４に固く支承された質量体ストッパ６を有している。
【００５０】
この質量体ストッパ６を起点として、第２の撓みばね装置５０′は、サイズモ質量体３に側方で一体成形された可動電極１０′に設けられた切欠き１５に突入するように延びている。ばね弾性的に支承されたストッパ６１は、第２の撓みばね装置５０′の端部に設けられていて、切欠き１５内に設けられた突出部２７と協働する。その他の点において、第２実施例の機能および構造は上記第１実施例の場合と同様である。
【００５１】
この第２実施例による構成に基づき、第２の撓みばね装置５０′を変位させるためには、サイズモ質量体３の幅により規定された境界条件は存在しない。
【００５２】
本発明を上で有利な実施例につき説明したが、しかし本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、多種多様に改良可能である。
【００５３】
上記実施例では、本発明による加速度センサの基本原理を説明するために単純な形の加速度センサについて説明したが、当然ながら、同じ基本原理の使用して前記実施例の組み合わせや、著しく複雑な構成も考えられる。
【００５４】
図示の実施例では、ばね弾性的に支承されたストッパが、固定のストッパの２つの側にしか設けられていないが、しかし当然ながら、たとえば固定のストッパの全ての側にばね弾性的に支承されたストッパを有するような複雑な配置形式も考えられる。
【００５５】
さらに、ばね弾性的に支承されたストッパは固定のストッパを介して基板４に結合されている必要はなく、ばね弾性的に支承されたストッパのために別個の固定部を設けることも可能である。また、事情によっては固定のストッパを完全に不要にすることもできる。
【００５６】
また、例示的に挙げられたシリコン基板だけではなく、任意のマイクロマシニング基本材料を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例による加速度センサの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿って断面した加速度センサの横断面図である。
【図３】本発明の別の実施例による加速度センサの平面図である。
【図４】公知の加速度センサの平面図である。
【図５】図４に示した質量体ストッパの拡大図である。
【図６】図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った公知の加速度センサの横断面図である。
【図７】図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った公知の加速度センサの横断面図である。
【符号の説明】
１ 加速度センサ、 ２ ばねエレメント、 ３ サイズモ質量体、 ４ 基板、 ５ ばねストッパ、 ６ 質量体ストッパ、 ７ 突出部、 ８ 支承部、 １０，１０′ 可動電極、 １１ 固定電極、 １２ 部分ばねエレメント、 １３ 結合ウェブ、 １５ 切欠き、 １７ 突出部、 ２０，２１ 層、２７ 突出部、 ５０ 撓みばね、 ５０′ 第２の撓みばね装置、 ５１ ストッパ、 ６０ 固定範囲、 ６１ ストッパ、 １００ 切欠き、
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング型（ｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｓｃｈ）の構成エレメント、特に加速度センサであって、第１の撓みばね装置を介して基板上にばね弾性的に支承されたサイズモマス、つまりサイズモ質量体が設けられていて、該サイズモ質量体が、加速により少なくとも１つの方向に変位可能であり、しかも変位がストッパ装置によって制限可能である形式のものに関する。
【０００２】
本発明は実際には任意のマイクロマシニング型の構成エレメントおよび構造体、特にセンサおよびアクチュエータに対して使用可能であるが、しかし本明細書中では、本発明ならびに本発明の根底を成す問題を、シリコン表面マイクロマシニング（Ｓｉｌｉｚｉｕｍ−Ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｋ）の技術で製造可能なマイクロマシニング型の加速度センサに関して説明する。
【０００３】
【従来の技術】
加速度センサおよび特に表面マイクロマシニングもしくは容積マイクロマシニング（Ｖｏｌｕｍｅｎｍｉｋｒｏｍｅｃｈａｎｉｋ）の技術によるマイクロマシニング型の加速度センサは、自動車装備分野における市場でますます大きな割合を占めるようになっており、従来汎用の圧電式の加速度センサに取って代わりつつある。
【０００４】
公知のマイクロマシニング型の加速度センサは通常、外部の加速により少なくとも１つの方向に変位可能である、ばね弾性的に支承されたサイズモ質量体装置が、変位時に、サイズモ質量体装置に接続された差動コンデンサ装置に容量変化を生ぜしめるように機能し、この容量変化が加速度の尺度となる。
【０００５】
特に、サイズモ質量体の変位が、たとえばサイズモ質量体に設けられた切欠き内に収納されている固定のストッパにより制限可能となるような加速度センサが知られている。
【０００６】
公知の加速度センサでは、サイズモ質量体が過剰負荷加速の後に粘着力および／または帯電に拠る静電気力に基づき、このような固定のストッパに中心電極として付着したままとなる恐れがあるという事実が欠点となることが判った。このようにサイズモ質量体が固定のストッパに付着したままとなる原因は、ばねの戻し力が小さすぎることにある。
【０００７】
しかし他方において、ばねの戻し力を高めることは、測定感度に不都合な影響を与えてしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のマイクロマシニング型の構成エレメントを改良して、上記欠点が回避され、固定のストッパにサイズモ質量体が付着したままとなることが回避されるようなマイクロマシニング型の構成エレメントを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、ストッパ装置が、第２の撓みばね装置を介して基板上にばね弾性的に支承された少なくとも１つのストッパを有しており、第２の撓みばね装置が、第１の撓みばね装置よりも高い曲げ剛性を有しているようにした。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によるマイクロマシニング型の構成エレメントには、ばね弾性的に支承された機械的なストッパにより、サイズモ質量体が固定のストッパに付着したままとなることが有効に阻止されるという利点がある。
【００１１】
本発明の根底を成す思想は、ストッパ装置が、第２の撓みばね装置を介して基板上にばね弾性的に支承された少なくとも１つのストッパを有していることにある。しかも、第２の撓みばね装置は第１の撓みばね装置よりも高い曲げ剛性を有しており、つまり「硬い」ばねである。
【００１２】
請求項２以下には、請求項１に記載のマイクロマシニング型の構成エレメントの有利な改良形が記載されている。
【００１３】
本発明の有利な改良形では、ストッパ装置が、基板上に固定的に支承された少なくとも１つのストッパを有している。したがって、ばね弾性的なストッパと、固定のストッパとの組み合わせが得られる。
【００１４】
本発明の別の有利な改良形では、基板上にばね弾性的に支承されたストッパが、第２の撓みばね装置を介して、基板上に固定的に支承されたストッパに結合されている。これにより、ばね弾性的に支承されたストッパのための付加的な基板固定部が不要となる。
【００１５】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ストッパ装置が、サイズモ質量体に設けられた切欠き内に設けられている。このことはスペースを節約すると共に、ストッパ装置の、保護された収納をも可能にする。
【００１６】
本発明のさらに別の有利な改良形では、第１の変位量で、ばね弾性的に支承された方のストッパが働き、そして第２の変位量で、固定的に支承された方のストッパが働くようにストッパ装置が形成されており、ただし第１の変位量は第２の変位量よりも小さいものとする。したがって、サイズモ質量体はまず最初に制動され、その後に固定のストッパに当接し、そしてこのストッパのところで直ちに停止させられる。この場合、弾性的なストッパのプレロードもしくは予荷重は、付着が阻止されるように設定されていると望ましい。
【００１７】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ストッパ装置が１つまたは複数の突出部を有しており、該突出部にストッパ作用が集中されている。このことは、付着の危険を一層減少させる。なぜならば、接触面が少数の点に制限されているからである。
【００１８】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ばね弾性的に支承されたストッパの範囲における前記突出部の間隔が、固定的に支承されたストッパの範囲における前記突出部の間隔よりも小さく形成されている。
【００１９】
本発明のさらに別の有利な改良形では、ストッパ装置が、サイズモ質量体に設けられた切欠き内で基板上に固定的に支承されたストッパを有しており、該ストッパから第２の撓みばね装置が、サイズモ質量体に側方で設けられた可動電極に形成された切欠き内に突入するように延びており、ばね弾性的に支承されたストッパが、ほぼ第２の撓みばね装置の端部に設けられている。このことは、第２の撓みばね装置が一層長く形成され得るようになり、ひいては第２の撓みばね装置の曲げ剛性が一層正確に調節可能となるという利点を有している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図面中、同一のコンポーネントまたは同一機能を有するコンポーネントは同じ符号で示されている。
【００２２】
本発明の根底を成す問題を詳しく説明するために、まず図４〜図７につき、公知の加速度センサの構造について詳しく説明する。
【００２３】
図４には、公知の加速度センサの平面図が示されており、図５には、図４に示した公知の加速度センサの質量体ストッパ６の拡大図が示されており、図６および図７には、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線もしくはＩＶ−ＩＶ線に沿った公知の加速度センサの横断面図が示されている。
【００２４】
図４に示した加速度センサ１は、図４には図示されていない基板４に配置されている。基板４は図６および図７の横断面図には図示されている。
【００２５】
加速度センサ１はばね質量系を有しており、このばね質量系はばねエレメント２とサイズモマスもしくはサイズモ質量体３とから形成されている。図４から判るように、ばねエレメント２は多数の部分ばねエレメント１２から形成されている。サイズモ質量体３は複数の結合ウェブ１３によって、これらの部分ばねエレメント１２のうちの第１の部分ばねエレメント１２に結合されている。これらの部分ばねエレメント１２はそれぞれその外端部でまたは中央部で、結合ウェブ１３によって互いに結合されている。サイズモ質量体３を起点として、第１の部分ばねエレメント１２は３つの結合ウェブ１３によってこの第１の部分ばねエレメント１２の中央部でサイズモ質量体３に結合されている。この第１の部分ばねエレメント１２は次いで、これらの部分ばねエレメント１２の外側の範囲に位置する複数の結合ウェブ１３によって第２の部分ばねエレメント１２に結合されており、そしてこの第２の部分ばねエレメント１２は中央部で３つの結合ウェブ１３によって第３の部分ばねエレメント１２に結合されている。第３の部分ばねエレメント１２は次いで外側の結合ウェブ１３によって第４の部分ばねエレメント１２に結合されており、そしてこの第４の部分ばねエレメント１２は中央部で３つの結合ウェブ１３によって支承部８に結合されている。
【００２６】
支承部８は、たとえば図７に認められるように、基板４に固く結合されている。
【００２７】
図７には、支承部８の横断面図が示されている。この支承部８は層２１，２０によって基板４に結合されている。層２１，２０の正確な機能については、あとで詳しく説明する。
【００２８】
さらに図７には、部分ばねエレメント１２と、サイズモ質量体３の一部とが横断面図で示されている。図７からよく判るように、部分ばねエレメント１２とサイズモ質量体３とは機械的に直接に基板４に結合されているのではなく、基板４に対して所定の間隔を有している。部分ばねエレメント１２とサイズモ質量体１３は、専ら支承部８を介してのみ基板４と機械的に結合されている。したがって、これらの部分は、作用する加速力によっても基板４に対して相対的に移動させられるようになっている。ばねエレメントの剛性を適宜に設定することにより、加速力に対する感度が調節される。
【００２９】
図４に示した平面図から判るように、サイズモ質量体３は２つの側でばねエレメント２によって支承部８に取り付けられている。ばねエレメント２はこの場合、複数の部分ばねエレメント１２を有しており、これらの部分ばねエレメント１２はＹ方向では極めて長尺に形成されており、つまりＸ方向で小さな剛性を有している。これにより、Ｘ方向における小さな加速度においても、ばねエレメント２もしくはサイズモ質量体３の変位が行われることが確保される。サイズモ質量体３には、多数の可動電極１０が固定されている。これらの可動電極１０は、たとえば図４に示したように、Ｘ方向に対して直角に向けられている。これらの可動電極１０に対して平行に、位置固定の複数の固定電極１１が設けられており、これらの固定電極１１はそれぞれ支承部８によって基板４に固く結合されている。図４には、図面を簡略化する目的で、これらの固定電極１１のうちの唯一つの固定電極１１と、これに所属する１つの支承部８しか図示されていない。さらに、図４には可動電極１０も僅か数個しか図示されていない。可動電極１０は、やはり図面を簡略化する目的で、サイズモ質量体３の図面で見て左側に対してしか完全に図示されていない。
【００３０】
可動電極１０と固定電極１１とは電気的に互いに絶縁されていて、プレートコンデンサを形成しており、このコンデンサの容量はＸ方向に作用する加速度に関連して変化する。こうして、容量の測定により、加速度を測定することができる。
【００３１】
Ｙ方向における部分ばねエレメント１２の長尺の延在長さに基づき、ばねエレメント２はＸ方向において極めて小さな剛性を有している。さらに、Ｚ方向における剛性、つまり基板４に対して直角な方向での剛性も、極めて小さく設定されている。たとえば単純な重力加速度までの測定領域に合わせて設計されている加速度センサが、極めて大きな衝撃加速度をも許容しなければならないので、多数のストッパが設けられている。図４から判るように、サイズモ質量体３の内部には、質量体ストッパ６が設けられている。これらの質量体ストッパ６はＸ方向およびＹ方向における基板４に対して平行なサイズモ質量体３の変位を制限する。さらに、ばねエレメント２はばねストッパ５により取り囲まれている。これらのばねストッパ５は支承部８を起点として、全ての側から部分ばねエレメント１２を取り囲むように延びている。
【００３２】
図５には、図４に示した質量体ストッパ６が拡大されて図示されている。質量体ストッパ６は、たとえば図７に横断面図で示したように、基板４に固く結合されている構造体である。図５から判るように、質量体ストッパ６はサイズモ質量体３によって完全に取り囲まれるので、質量体ストッパ６によりサイズモ質量体３の運動は基板４に対して平行なあらゆる方向で、つまりＸ方向およびＹ方向で制限される。
【００３３】
サイズモ質量体３にも、質量体ストッパ６にも、複数の突出部７が配置されており、これらの突出部７により、個々の点でのみ、つまり突出部７においてのみ、サイズモ質量体３と質量体ストッパ６との間の接触が生じることが確保される。各突出部の間隔は特にＸ方向において、最大でも可動電極１０と固定電極１１との間の間隔の１／２〜３／４となるように設定されている。
【００３４】
次に図６につき、ばねストッパ５の機能・作用形式について詳しく説明する。図６には、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した加速度センサの横断面図が示されている。図６から判るように、ばねストッパ５は部分ばねエレメント１２に比べて機械的に比較的安定した構造体であり、この構造体は結合のための層２１，２０を介して基板４に固く結合されている。したがって、ばねストッパ５は基板４に固く結合されていて、その機械的構成に関しては、著しい変形なしに比較的大きな力を吸収し得るように設計されている。図６の横断面図から判るように、部分ばねエレメント１２はＸ方向では比較的細く形成されている。したがって、Ｘ方向における著しい加速が生じると、ばねエレメント１２は著しく変形させられ、そして相応して著しい加速力において側方で前記ばねストッパ５のうちの１つに押圧される。しかし、部分ばねエレメント１２がそれ以上変形させられることは阻止される。なぜならば、部分ばねエレメント１２のそれ以上の運動は機械的に剛性的なばねストッパ５により制限されるからである。したがって、ばねストッパ５はばねエレメント２を過度に著しい変形や破壊または塑性変形に対して保護している。ばねストッパ５が部分ばねエレメント１２と同じ高さに形成されていることに基づき、Ｚ方向における加速成分とＸ方向における加速成分とが同時に発生した場合に、ばねストッパ５はこのようなストッパ機能をまだ引き受けることができるようになる。
【００３５】
加速度センサ１のコンポーネント、たとえば支承部８、ばねエレメント２、サイズモ質量体３、可動電極１０および固定電極１１は、導電性材料から形成されている。こうして、全ての支承部８（つまり固定電極１１の支承部８も、ばねエレメント２が取り付けられている支承部８も）を接触接続することによって、センサ信号の測定を行うことが可能となる。その場合、導電性材料としては、金属の他に特にシリコンが挙げられる。なぜならば、シリコンは半導体製造からのよく知られている方法を用いて加工することができるからである。通常、このようなセンサのためには、シリコンから成る基板４も使用される。なぜならば、このような基板は熱膨張率に関してセンサ自体のシリコンに良好に適合されているからである。センサ自体がシリコンから成っており、そして基板４もシリコンから成っているという前提条件のもとで、図６には、センサと基板４との間の結合層のための２層構造が図示されている。下側の層２０は、絶縁性の材料、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラスまたは前記材料からの混合材料から成っている。第２の層２１のためには、特に著しくドーピングされた多結晶シリコンから成る導電性の層が設けられる。この導電性の層２１により、ばねストッパ５が支承部８および部分ばねエレメント１２と同じ電位に接続されることが確保される。さらに、これらの層は卓越した機械的固定用層として有利であることが判っている。
【００３６】
図７には、図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図が示されている。図７には、支承部８と、４つの部分ばねエレメント１２と、サイズモ質量体３の一部と、質量体ストッパ６との横断面図が示されている。絶縁性の層２０と導電性の層２１とは、支承部８を起点として部分ばねエレメント１２とサイズモ質量体３との下方を通って質量体ストッパ６にまで延びている。こうして、質量体ストッパ６は機械的に固く基板４に結合されている。一種の導体路として形成された、一貫して延びる結合層を成す導電性の層２１により、支承部８と質量体ストッパ６との間の電気的なコンタクトが形成される。こうして、質量体ストッパ６も、この質量体ストッパ６を取り囲むサイズモ質量体３と同じ電位に接続されることが確保され、こうして質量体ストッパ６とサイズモ質量体３との間の静電気的な吸着力が回避される。
【００３７】
さらに、図７に示した導電性の層２１はＺ方向におけるサイズモ質量体３および部分ばねエレメント１２のためのストッパを形成している。このストッパとして働く導電性の層２１により、基板４へ向かう方向でのサイズモ質量体３もしくはばねエレメント２の運動が制限される。この場合に重要となるのは、図７に示した導電性の層２１もしくは絶縁性の層２０が基板４の表面の一部だけをカバーしていて、これによりサイズモ質量体３と導電性の層２１との間のコンタクト面が小さく形成されていることである。こうして、小さな接触面に基づき、著しい付着力が生じ得なくなることが確保される。導電性の層２１が支承部８と同じ電位に接続されているので、これにより導電性の層２１とサイズモ質量体３との間の静電気的な吸着力も形成されなくなる。したがって、導電性の層２１は絶縁性の層２０と共に、サイズモ質量体３と基板４との直接的なコンタクトを阻止するストッパを形成している。この場合、絶縁性の層２０により、サイズモ質量体３と基板４との間の電気的な短絡が形成されなくなることが確保される。
【００３８】
図７には、導電性の層２１と絶縁性の層２０とが、支承部８と質量体ストッパ６とを互いに結合する導体路の形で図示されている。また、面全体がサイズモ質量体３の面よりも著しく小さく形成されていて、かつ支承部８に対する電気的なコンタクトが維持される場合には、両層２１，２０をサイズモ質量体３の別の範囲の下にも配置することができる。
【００３９】
それぞれ複数の部分ばねエレメント１２から形成されている、図４に示したばねエレメントは、それぞれ複数の結合ウェブ１３により互いに結合される。多重の結合ウェブの使用により、個々の部分ばねエレメントのこれらの結合の大きな破壊強さが保証される。
【００４０】
次に、図１および図２につき、本発明の実施例を詳しく説明する。図１には、本発明の実施例による加速度センサの平面図が示されており、図２には図１のＡ−Ａ′線に沿った加速度センサの横断面図が示されている。
【００４１】
図１および図２には、既に導入された符号に対して付加的に、符号１７で突出部が、符号５０で第２の撓みばね装置のばねエレメントもしくは撓みばねが、符号５１でばねエレメント５０の厚肉にされた端部の形のストッパが、符号６０で質量体ストッパ６の固定範囲が、符号１００でサイズモ質量体３に設けられた切欠きが、それぞれ示されている。
【００４２】
図１に示した実施例では、サイズモ質量体３に切欠き１００が設けられている。この切欠き１００は公知の固定の質量体ストッパ６を取り囲んでいると同時に、ばね弾性的に支承された４つのストッパ５１をも取り囲んでいる。ばね弾性的に支承されたストッパ５１は固定の質量体ストッパ６と一体に形成されており、この場合、ばね弾性的なストッパ５１は固定の質量体ストッパ６を起点として延びる撓みばね５０の形で一体に形成されている。これらの撓みばね５０はそれぞれ対になって図面で見て左側もしくは右側に向かって延びている。実際のストッパは各撓みばね５０の端部に設けられた突出部もしくは厚肉成形部により形成されている。撓みばね５０の曲げ剛性は、サイズモ質量体３を基板４の上でばね弾性的に懸吊している第１の撓みばね装置の全ての部分ばねエレメント１２の全有効曲げ剛性よりも、所定のオーダ分だけ、つまり有利には１〜１０００ファクタ分だけ高い。
【００４３】
ばね弾性的に支承されたストッパ５１のこのような配置は、正負異なる前符号を有する過剰負荷加速を両側で受け止めることができるという点で有利である。サイズモ質量体３もしくは固定の質量体ストッパ６に設けられた複数の突出部７は、図３および図４から知られている突出部に相当している。撓みばね５０の端部に設けられた厚肉成形部に向かい合って位置する付加的な突出部１７は、ばね弾性的に支承されたストッパ５１の範囲における間隔が、固定の質量体ストッパ６の突出部７の範囲における間隔よりも小さくなるように寸法設定されている。この実施例では、固定の質量体ストッパ６の間隔に対する、ばね弾性的に支承されたストッパ５１の間隔の比が、０．６もしくは０．８である。技術的な境界条件の枠内では、原則的に全ての値が１よりも小さいことが可能である。
【００４４】
このように構築された加速度センサの運転時にＸ軸の方向で過剰加速が発生すると、サイズモ質量体３は図１で見て「上方」に向かって変位させられる。このときに、まず第１の変位量が超えられると、下側の２つの突出部１７が、ばね弾性的に支承されたストッパ５１に接触する。その後に、下側の２つの撓みばね５０が上方に向かって変位させられて、相応する戻し力を形成する。引き続き変位が行われると、サイズモ質量体３もしくは固定の質量体ストッパ６の突出部７が互いに接触するような変位量が達成される。この時点でＸ方向における運動は最終的に停止させられており、撓みばね５０に蓄えられた戻し力はその最高値に達する。この戻し力値は、第１の撓みばね装置の曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性に相応して、第１の撓みばね装置の戻し力の値よりも大きく形成される。この戻し力は、突出部７が互いに付着したままとなることが阻止されるような大きさに形成されている。Ｘ方向における加速が減衰すると、サイズモ質量体３は撓みばね５０の作用を受けて負のＸ方向へ加速され、これにより、まず突出部７の接触がなくなる。引き続きこの運動が行われると、サイズモ質量体３は負のＸ方向でさらに加速され、そして最終的に突出部１７とストッパ５１との間の接触も解離される。
【００４５】
このような構成は、加速度センサの検出方向でばね弾性的に支承された、ポテンシャルなしの機械的なストッパ５１を可能にし、これらのストッパ５１はストッパにおけるサイズモ質量体の付着を阻止することができる。
【００４６】
製造プロセスについて言及しておくと、予め規定された範囲でサイズモ質量体３を切り欠き、そして埋設された多結晶シリコンに、犠牲酸化物層に設けられた窓を介してエピタキシャル成長されたシリコンを設けることにより、チップ平面内にもしくは検出方向にストッパが実現される。この場合、このシリコンは複数の突出部もしくはストッパこぶを有しており、これらの突出部もしくはストッパこぶは、サイズモ質量体に設けられた対応する突出部により補足される。突出部の間隔は、既に述べたように、電極の間隔もしくは撓み梁エレメントの間隔よりも小さく形成されていると有利である。典型的には、この間隔は電極間隔の１／２〜３／４である。
【００４７】
図３には、本発明の別の実施例による加速度センサの平面図が示されている。
【００４８】
この実施例では、符号５０′で示されている第２の撓みばね装置の端部に設けられたストッパ６１がサイズモ質量体３の中心軸線から大きく離れる方向にずらされている、つまり前記ストッパ６１が検出方向に対して直交する横方向で可動電極１０′の範囲に拡幅されていることにより、第２の撓みばね装置５０′のばね弾性作用が助成されている。
【００４９】
ストッパ装置は、第１実施例の場合と同様に、サイズモ質量体３に設けられた切欠き１００内で基板４に固く支承された質量体ストッパ６を有している。
【００５０】
この質量体ストッパ６を起点として、第２の撓みばね装置５０′は、サイズモ質量体３に側方で一体成形された可動電極１０′に設けられた切欠き１５に突入するように延びている。ばね弾性的に支承されたストッパ６１は、第２の撓みばね装置５０′の端部に設けられていて、切欠き１５内に設けられた突出部２７と協働する。その他の点において、第２実施例の機能および構造は上記第１実施例の場合と同様である。
【００５１】
この第２実施例による構成に基づき、第２の撓みばね装置５０′を変位させるためには、サイズモ質量体３の幅により規定された境界条件は存在しない。
【００５２】
本発明を上で有利な実施例につき説明したが、しかし本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、多種多様に改良可能である。
【００５３】
上記実施例では、本発明による加速度センサの基本原理を説明するために単純な形の加速度センサについて説明したが、当然ながら、同じ基本原理の使用して前記実施例の組み合わせや、著しく複雑な構成も考えられる。
【００５４】
図示の実施例では、ばね弾性的に支承されたストッパが、固定のストッパの２つの側にしか設けられていないが、しかし当然ながら、たとえば固定のストッパの全ての側にばね弾性的に支承されたストッパを有するような複雑な配置形式も考えられる。
【００５５】
さらに、ばね弾性的に支承されたストッパは固定のストッパを介して基板４に結合されている必要はなく、ばね弾性的に支承されたストッパのために別個の固定部を設けることも可能である。また、事情によっては固定のストッパを完全に不要にすることもできる。
【００５６】
また、例示的に挙げられたシリコン基板だけではなく、任意のマイクロマシニング基本材料を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例による加速度センサの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′線に沿って断面した加速度センサの横断面図である。
【図３】本発明の別の実施例による加速度センサの平面図である。
【図４】公知の加速度センサの平面図である。
【図５】図４に示した質量体ストッパの拡大図である。
【図６】図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った公知の加速度センサの横断面図である。
【図７】図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った公知の加速度センサの横断面図である。
【符号の説明】
１ 加速度センサ、 ２ ばねエレメント、 ３ サイズモ質量体、 ４ 基板、 ５ ばねストッパ、 ６ 質量体ストッパ、 ７ 突出部、 ８ 支承部、 １０，１０′ 可動電極、 １１ 固定電極、 １２ 部分ばねエレメント、 １３ 結合ウェブ、 １５ 切欠き、 １７ 突出部、 ２０，２１ 層、２７ 突出部、 ５０ 撓みばね、 ５０′ 第２の撓みばね装置、 ５１ ストッパ、 ６０ 固定範囲、 ６１ ストッパ、 １００ 切欠き、
Claims (8)
- マイクロマシニング型の構成エレメントであって、第１の撓みばね装置（２，１２）を介して基板（４）上にばね弾性的に支承されたサイズモ質量体（３）が設けられていて、該サイズモ質量体（３）が、加速により少なくとも１つの方向（ｘ）に変位可能であり、しかも変位がストッパ装置によって制限可能である形式のものにおいて、ストッパ装置が、第２の撓みばね装置（５０，５０′）を介して基板（４）上にばね弾性的に支承された少なくとも１つのストッパ（５１，６１）を有しており、第２の撓みばね装置（５０，５０′）が、第１の撓みばね装置（２，１２）よりも高い曲げ剛性を有していることを特徴とする、マイクロマシニング型の構成エレメント。
- ストッパ装置が、基板（４）上に固定的に支承された少なくとも１つのストッパ（６）を有している、請求項１記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
- 基板（４）上にばね弾性的に支承されたストッパ（５１，６１）が、第２の撓みばね装置（５０，５０′）を介して、基板（４）上に固定的に支承されたストッパ（６）に結合されている、請求項１または２記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
- ストッパ装置が、サイズモ質量体（３）に設けられた切欠き（１００）内に設けられている、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型の構成エレメント。
- 第１の変位量で、ばね弾性的に支承された方のストッパ（５１）が働き、そして第２の変位量で、固定的に支承された方のストッパ（６）が働くようにストッパ装置が形成されており、ただし第１の変位量は第２の変位量よりも小さいものとする、請求項２から４までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
- ストッパ装置が１つまたは複数の突出部（７，１７，２７，５１）を有しており、該突出部にストッパ機能が集中されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
- ばね弾性的に支承されたストッパ（５１，６１）の範囲において対向している前記突出部（１７，５１；２７，６１）同士の間隔が、固定的に支承されたストッパ（６）の範囲において対向している前記突出部（７）同士の間隔よりも小さく形成されている、請求項６記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
- ストッパ装置が、サイズモ質量体（３）に設けられた切欠き（１００）内で基板（４）上に固定的に支承されたストッパ（６）を有しており、該ストッパ（６）から第２の撓みばね装置（５０′）が、サイズモ質量体（３）に側方で設けられた可動電極（１０′）に形成された切欠き（１５）内に突入するように延びており、ばね弾性的に支承されたストッパ（６１）が、ほぼ第２の撓みばね装置（５０′）の端部に設けられている、請求項１記載のマイクロマシニング型の構成エレメント。
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