JPH08184609A - 自己診断能力を備えた対称型プルーフ・マス加速度計とその製造方法 - Google Patents
自己診断能力を備えた対称型プルーフ・マス加速度計とその製造方法Info
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- JPH08184609A JPH08184609A JP7260135A JP26013595A JPH08184609A JP H08184609 A JPH08184609 A JP H08184609A JP 7260135 A JP7260135 A JP 7260135A JP 26013595 A JP26013595 A JP 26013595A JP H08184609 A JPH08184609 A JP H08184609A
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- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 変移、速度、振動、加速度、角速度およびそ
れらの変化の測定に用いる自己診断能力を備えた対称型
プルーフ・マス加速度計について、交差軸感度を低下さ
せるだけでなく自己診断抵抗素子の装着を容易にする。 【構成】 カンチレバービーム２の面に対して位置をず
らして同じ大きさのマス１ａ，１ｂを対称的に分布さ
せ、抵抗体４および自己診断要素５を装着する平坦部を
カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂの対向面に
確保する。また、カンチレバービーム２の各々の端部９
ａ，９ｂをフィレット・ラウンディングに形成する。
れらの変化の測定に用いる自己診断能力を備えた対称型
プルーフ・マス加速度計について、交差軸感度を低下さ
せるだけでなく自己診断抵抗素子の装着を容易にする。 【構成】 カンチレバービーム２の面に対して位置をず
らして同じ大きさのマス１ａ，１ｂを対称的に分布さ
せ、抵抗体４および自己診断要素５を装着する平坦部を
カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂの対向面に
確保する。また、カンチレバービーム２の各々の端部９
ａ，９ｂをフィレット・ラウンディングに形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自己診断能力を備えた対
称型プルーフ・マス（proof-mass：認証・質量）加速度
計（ accelerometer）とその製造方法に関するものであ
り、より特定的には、交差軸感度を低下させるだけでな
く自己診断抵抗素子の装着を容易にするようにカンチレ
バービームの面に対して上部マス（質量部）と下部マス
との間にオフセットを持たせて対称に質量を分布させる
ように設計した加速度計に関する。本発明は、変移、速
度、振動、加速度、角速度およびそれらの変化の測定が
必要とされる、自動車の電子系統、並びに、コンシュー
マ電子製品、工業用電子測定系統などに適用できる。
称型プルーフ・マス（proof-mass：認証・質量）加速度
計（ accelerometer）とその製造方法に関するものであ
り、より特定的には、交差軸感度を低下させるだけでな
く自己診断抵抗素子の装着を容易にするようにカンチレ
バービームの面に対して上部マス（質量部）と下部マス
との間にオフセットを持たせて対称に質量を分布させる
ように設計した加速度計に関する。本発明は、変移、速
度、振動、加速度、角速度およびそれらの変化の測定が
必要とされる、自動車の電子系統、並びに、コンシュー
マ電子製品、工業用電子測定系統などに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】自己診断能力を備えた従来の加速度計と
その製造方法は、２の形式に分類できる。図１（Ａ）は
非対称型（unsymmetric ）プルーフ・マス加速度計を示
しており、この加速度計においては、カンチレバービー
ム２の破壊を検出するため非常に大きな応力がかかる部
分（カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂ）に自
己診断抵抗体５または導電体５が設けられている。な
お、符号１はマス（質量部）を示し、符号１１は支持体
を示している。従来の他の形式の加速度計は図１（Ｂ）
に示すように、対称型プルーフ・マス加速度計である。
この場合、自己診断抵抗体５または導電体５はプルーフ
・マス１ａ，１ｂの一方のマス１ａおよび支持体１１の
レベルの外部に延びるように要求されている。
その製造方法は、２の形式に分類できる。図１（Ａ）は
非対称型（unsymmetric ）プルーフ・マス加速度計を示
しており、この加速度計においては、カンチレバービー
ム２の破壊を検出するため非常に大きな応力がかかる部
分（カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂ）に自
己診断抵抗体５または導電体５が設けられている。な
お、符号１はマス（質量部）を示し、符号１１は支持体
を示している。従来の他の形式の加速度計は図１（Ｂ）
に示すように、対称型プルーフ・マス加速度計である。
この場合、自己診断抵抗体５または導電体５はプルーフ
・マス１ａ，１ｂの一方のマス１ａおよび支持体１１の
レベルの外部に延びるように要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の加速度
計とその製造方法は下記に述べる問題を有している。ま
ず図１（Ａ）に図解した非対称型加速度計は、図１
（Ｂ）に示した対称型加速度計に比較して交差軸感度
（cross-axis sensitivity) が比較的低いという問題を
有している。その理由は希望しない方向の加速度がカン
チレバービーム２の偏差（defection ）を引き起こすか
らである。一方、図１（Ｂ）に図解した対称型加速度計
は、自己診断抵抗体５または導電体５を加速度計の最も
弱い領域であるカンチレバービームの端部９ａ，９ｂに
取りつける困難さに遭遇するという問題を有している。
カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂが何故最も
弱いという理由は、カンチレバービーム２、プルーフ・
マス１ａ，１ｂ、および支持体１１によって形成された
表面が同じ平面ではないからである。図１（Ａ）および
図１（Ｂ）に図解した加速度計の共通の問題は、カンチ
レバービーム２の各々の端部９ａ，９ｂにおける厚さの
急激な変化が応力の集中を起こすことである。したがっ
て、それが製造過程または使用中に破壊を引き起こすこ
とになりかねない。
計とその製造方法は下記に述べる問題を有している。ま
ず図１（Ａ）に図解した非対称型加速度計は、図１
（Ｂ）に示した対称型加速度計に比較して交差軸感度
（cross-axis sensitivity) が比較的低いという問題を
有している。その理由は希望しない方向の加速度がカン
チレバービーム２の偏差（defection ）を引き起こすか
らである。一方、図１（Ｂ）に図解した対称型加速度計
は、自己診断抵抗体５または導電体５を加速度計の最も
弱い領域であるカンチレバービームの端部９ａ，９ｂに
取りつける困難さに遭遇するという問題を有している。
カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂが何故最も
弱いという理由は、カンチレバービーム２、プルーフ・
マス１ａ，１ｂ、および支持体１１によって形成された
表面が同じ平面ではないからである。図１（Ａ）および
図１（Ｂ）に図解した加速度計の共通の問題は、カンチ
レバービーム２の各々の端部９ａ，９ｂにおける厚さの
急激な変化が応力の集中を起こすことである。したがっ
て、それが製造過程または使用中に破壊を引き起こすこ
とになりかねない。
【０００４】図１（Ａ）図１（Ｂ）に図解した加速度計
におけるカンチレバービーム２の厚さの制御の従来方法
としては、たとえば、時間制御されたエッチング、Ｐ−
ｎジャンンクションおよびｐ+ エッチング停止を行う
が、この方法は、製造プロセスの不安定さ、プロセスの
複雑さ、厚さ制御の困難さに起因する問題、および、材
料の選択の限界に起因する問題がある。
におけるカンチレバービーム２の厚さの制御の従来方法
としては、たとえば、時間制御されたエッチング、Ｐ−
ｎジャンンクションおよびｐ+ エッチング停止を行う
が、この方法は、製造プロセスの不安定さ、プロセスの
複雑さ、厚さ制御の困難さに起因する問題、および、材
料の選択の限界に起因する問題がある。
【０００５】すなわち、本発明の目的は、加速度計用の
プルーフ・マス分布とその製造方法を提供することにあ
り、それによって、カンチレバービームの各々の端部の
平坦な面に自己診断要素を容易に収容可能にすることに
ある。
プルーフ・マス分布とその製造方法を提供することにあ
り、それによって、カンチレバービームの各々の端部の
平坦な面に自己診断要素を容易に収容可能にすることに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明された加速度計は上
述した従来の技法における問題を克服している。本願の
発明された加速度計は、カンチレバービームの上部と下
部に相対的に異なった位置に理想的な質量のプルーフ・
マスを２つの部分を有しており、それにより、両者の自
己診断要素の収容と交差軸感度の低減が可能となる。さ
らに、ビーム厚さ制御プロセスが、エッチング・厚み差
を用いた方法により簡略化でき、歩留りと信頼性がフィ
レット・ラウンディング（fillet-rounding ）形成プロ
セスによって向上する。フィレット・ラウンディング形
成プロセスは、ビームの各々の端部（最も弱い領域）に
曲げ部（屈曲部）を形成し、それにより、加速度計の製
造過程中または製造後、加速度計の破壊を防止する。
述した従来の技法における問題を克服している。本願の
発明された加速度計は、カンチレバービームの上部と下
部に相対的に異なった位置に理想的な質量のプルーフ・
マスを２つの部分を有しており、それにより、両者の自
己診断要素の収容と交差軸感度の低減が可能となる。さ
らに、ビーム厚さ制御プロセスが、エッチング・厚み差
を用いた方法により簡略化でき、歩留りと信頼性がフィ
レット・ラウンディング（fillet-rounding ）形成プロ
セスによって向上する。フィレット・ラウンディング形
成プロセスは、ビームの各々の端部（最も弱い領域）に
曲げ部（屈曲部）を形成し、それにより、加速度計の製
造過程中または製造後、加速度計の破壊を防止する。
【０００７】本発明の第１の観点によれば、（ａ）カン
チレバービーム、プルーフ・マス、該マスと支持プレイ
トとの間にダンピング制御ギャップ、および、ペースト
溝を一体構造に形成し、（ｂ）前記ダンピング制御ギャ
ップの深さを調整してダンピングレベルを制御し、
（ｃ）前記ビームの両側に同じ面積で同じ質量の上部マ
スと下部マスを装着し、（ｄ）前記ビームと前記支持プ
レイトとの間および前記上部マスと前記下部マスとの間
の相対的な位置を制御し、（ｅ）自己診断要素を装着す
る平坦面を形成し、（ｆ）前記ビームの両側にフィレッ
ト・ラウンディングを形成して製造されたことを特徴と
する対称型プルーフ・マス加速度計が提供される。
チレバービーム、プルーフ・マス、該マスと支持プレイ
トとの間にダンピング制御ギャップ、および、ペースト
溝を一体構造に形成し、（ｂ）前記ダンピング制御ギャ
ップの深さを調整してダンピングレベルを制御し、
（ｃ）前記ビームの両側に同じ面積で同じ質量の上部マ
スと下部マスを装着し、（ｄ）前記ビームと前記支持プ
レイトとの間および前記上部マスと前記下部マスとの間
の相対的な位置を制御し、（ｅ）自己診断要素を装着す
る平坦面を形成し、（ｆ）前記ビームの両側にフィレッ
ト・ラウンディングを形成して製造されたことを特徴と
する対称型プルーフ・マス加速度計が提供される。
【０００８】好適には、前記ビームは、自己診断要素か
ら自己校正または自己検査能力が付与されている。また
好適には、ピエゾレジスティブ材料またはピエゾエレク
トリック材料が装着される前記ビームが、ピエゾレジス
ティブ原理またはピエゾエレクトリック原理に基づく加
速度計を検出し、または、前記ダンピング制御ギャップ
の両側に装着された対向電極を有する静電容量型加速度
計が検出できる。
ら自己校正または自己検査能力が付与されている。また
好適には、ピエゾレジスティブ材料またはピエゾエレク
トリック材料が装着される前記ビームが、ピエゾレジス
ティブ原理またはピエゾエレクトリック原理に基づく加
速度計を検出し、または、前記ダンピング制御ギャップ
の両側に装着された対向電極を有する静電容量型加速度
計が検出できる。
【０００９】また本発明の第２の観点によれば、対称型
プルーフ・マス加速度計を製造する方法であって、下記
の諸段階、すなわち、ダンピング制御ギャップ、ペース
ト溝およびビーム厚さ制御領域を同時にエッチングする
段階、前記ダンピング制御ギャップを形成するためエッ
チング深さを制御する段階、前記溝についての第１のエ
ッチングの後、複数回のエッチングを適用して前記ビー
ムの厚さを制御する段階、第１のエッチングおよび第２
のエッチングによってフィレット・ラウンディングを形
成する段階、前記ビームに沿って水平オフセットをもた
せて上部プルーフ・マスおよび下部プルーフ・マスをエ
ッチングして自己診断要素を装着させる空間のための平
坦面を形成する段階、ピエゾレジスティブ部および自己
診断抵抗を同時に製造する段階、ブリッジ回路用のメタ
ルラインと電極とを同時に製造する段階、検出用のビー
ムと、製造工程の期間の間破壊を防止するためのビーム
を同時に製造する段階、製造段階の後ろの段階において
前記破壊を防止するためのビームを排除する段階、前記
ペースト溝に収容されたペーストを用いて前記加速度計
に下部プレイトおよび上部プレイトを結合する段階を有
することを特徴とする対称型プルーフ・マス加速度計を
製造する方法が提供される。
プルーフ・マス加速度計を製造する方法であって、下記
の諸段階、すなわち、ダンピング制御ギャップ、ペース
ト溝およびビーム厚さ制御領域を同時にエッチングする
段階、前記ダンピング制御ギャップを形成するためエッ
チング深さを制御する段階、前記溝についての第１のエ
ッチングの後、複数回のエッチングを適用して前記ビー
ムの厚さを制御する段階、第１のエッチングおよび第２
のエッチングによってフィレット・ラウンディングを形
成する段階、前記ビームに沿って水平オフセットをもた
せて上部プルーフ・マスおよび下部プルーフ・マスをエ
ッチングして自己診断要素を装着させる空間のための平
坦面を形成する段階、ピエゾレジスティブ部および自己
診断抵抗を同時に製造する段階、ブリッジ回路用のメタ
ルラインと電極とを同時に製造する段階、検出用のビー
ムと、製造工程の期間の間破壊を防止するためのビーム
を同時に製造する段階、製造段階の後ろの段階において
前記破壊を防止するためのビームを排除する段階、前記
ペースト溝に収容されたペーストを用いて前記加速度計
に下部プレイトおよび上部プレイトを結合する段階を有
することを特徴とする対称型プルーフ・マス加速度計を
製造する方法が提供される。
【００１０】好適には、前記加速度計の両側にダブルに
支持されるビームを付加的に製造する、または、前記加
速度計に複数に支持されるビームを付加的に製造する。
支持されるビームを付加的に製造する、または、前記加
速度計に複数に支持されるビームを付加的に製造する。
【００１１】本発明の加速度計は、図解との対比が明瞭
になるように図面に記載した符号を参照して述べると、
下記の特徴によって特徴付けられる。当該加速度計は、
カンチレバービーム２、プルーフ・マス１ａ，１ｂ、前
記カンチレバービームの破壊を検出可能な自己診断要素
５、上部ボンディング部１３ａおよび下部ボンディング
部１３ｂからなるボンディング体１３を具備し、単一の
ボディとして形成される。当該加速度計はまた、ボンデ
ィング体１３の上部ボンディング部１３ａおよび下部ボ
ンディング部１３ｂにおけるペースト溝１２ａ，１２ｂ
を有しており、これらの溝には上部支持プレイト１０ａ
および下部支持プレイト１０ｂが取りつけられており、
当該加速度計はさらに、プルーフ・マス１ａ，１ｂと上
部支持プレイト１０ａおよび下部支持プレイト１０ｂと
の間にダンピングギャップ３ａ，３ｂ、および、カンチ
レバービームの各々の端部９ａ，９ｂにフィレット・ラ
ウンディング（丸み）を有する。
になるように図面に記載した符号を参照して述べると、
下記の特徴によって特徴付けられる。当該加速度計は、
カンチレバービーム２、プルーフ・マス１ａ，１ｂ、前
記カンチレバービームの破壊を検出可能な自己診断要素
５、上部ボンディング部１３ａおよび下部ボンディング
部１３ｂからなるボンディング体１３を具備し、単一の
ボディとして形成される。当該加速度計はまた、ボンデ
ィング体１３の上部ボンディング部１３ａおよび下部ボ
ンディング部１３ｂにおけるペースト溝１２ａ，１２ｂ
を有しており、これらの溝には上部支持プレイト１０ａ
および下部支持プレイト１０ｂが取りつけられており、
当該加速度計はさらに、プルーフ・マス１ａ，１ｂと上
部支持プレイト１０ａおよび下部支持プレイト１０ｂと
の間にダンピングギャップ３ａ，３ｂ、および、カンチ
レバービームの各々の端部９ａ，９ｂにフィレット・ラ
ウンディング（丸み）を有する。
【００１２】
【実施例】本発明の好適な実施例について詳細に記述す
る。本発明の加速度計は、下記に述べるユニークなプロ
セス工程によって製造されるのであり、そのプロセス工
程は、（１）ダンピングギャップ３ａ，３ｂとなる部分
と、図４（Ｂ）に示したペースト溝１２ａ，１２ｂを同
時にエッチングするプロセスと、（２）ビーム１４ａ，
１４ｂ（電極１４ａ，１４ｂ）の厚さを制御する工程を
具備する。製造方法はまた、（３）図３に示したダンピ
ングギャップ３ａ，３ｂを形成するエッチング深さ制御
プロセス、（４）図４（Ｃ）に示した溝１６ａ，１６ｂ
の第１のエッチング処理の後、図４（Ｄ）および図５
（Ａ）に示した複数のエッチングによるビーム厚さ制御
プロセス、（５）図４（Ｄ）に示した破損防止ビーム１
７を形成する第１のエッチング工程および図５（Ａ）に
示した第２のエッチング工程を用いて、カンチレバービ
ームの各々の端部９ａ，９ｂにフィレット・ラウンディ
ングを形成するプロセス、（６）水平オフセットを用い
て図５（Ａ）に示したプルーフ・マス１ａ，１ｂをエッ
チングすることにより自己診断要素５を装着する空間を
形成する平坦面形成プロセスと図５（Ｂ）に示したピエ
ゾレジスタ（圧電抵抗体）および自己診断抵抗体を同時
に収容するプロセス、（７）ピエゾレジスタと自己診断
抵抗体と接続を行うメタライゼーションプロセス、
（８）図５（Ｃ）に図示した電極６，７と導電ライン２
３との接続を行う形成プロセス、（９）製造工程の間に
カンチレバービームの破壊を防止するため図５（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）におけるプロセス工程を通じてビームの
破壊を防止し減少させるプロセス、および、（１２）ペ
ースト溝１２ａ，１２ｂにシールされたペーストを用い
て支持体１１に上部支持プレイト１０ａおよび下部支持
プレイト１０ｂを取りつける最終のボンディングプロセ
スを有している。
る。本発明の加速度計は、下記に述べるユニークなプロ
セス工程によって製造されるのであり、そのプロセス工
程は、（１）ダンピングギャップ３ａ，３ｂとなる部分
と、図４（Ｂ）に示したペースト溝１２ａ，１２ｂを同
時にエッチングするプロセスと、（２）ビーム１４ａ，
１４ｂ（電極１４ａ，１４ｂ）の厚さを制御する工程を
具備する。製造方法はまた、（３）図３に示したダンピ
ングギャップ３ａ，３ｂを形成するエッチング深さ制御
プロセス、（４）図４（Ｃ）に示した溝１６ａ，１６ｂ
の第１のエッチング処理の後、図４（Ｄ）および図５
（Ａ）に示した複数のエッチングによるビーム厚さ制御
プロセス、（５）図４（Ｄ）に示した破損防止ビーム１
７を形成する第１のエッチング工程および図５（Ａ）に
示した第２のエッチング工程を用いて、カンチレバービ
ームの各々の端部９ａ，９ｂにフィレット・ラウンディ
ングを形成するプロセス、（６）水平オフセットを用い
て図５（Ａ）に示したプルーフ・マス１ａ，１ｂをエッ
チングすることにより自己診断要素５を装着する空間を
形成する平坦面形成プロセスと図５（Ｂ）に示したピエ
ゾレジスタ（圧電抵抗体）および自己診断抵抗体を同時
に収容するプロセス、（７）ピエゾレジスタと自己診断
抵抗体と接続を行うメタライゼーションプロセス、
（８）図５（Ｃ）に図示した電極６，７と導電ライン２
３との接続を行う形成プロセス、（９）製造工程の間に
カンチレバービームの破壊を防止するため図５（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）におけるプロセス工程を通じてビームの
破壊を防止し減少させるプロセス、および、（１２）ペ
ースト溝１２ａ，１２ｂにシールされたペーストを用い
て支持体１１に上部支持プレイト１０ａおよび下部支持
プレイト１０ｂを取りつける最終のボンディングプロセ
スを有している。
【００１３】まず、図１（Ｃ）において、上部および下
部プルーフ・マス１ａ，１ｂが一点鎖線（線Ｂ−Ｂ）で
示したビームの中心面に対して、ただし、それらの水平
位置にオフセットを持って（位置的にずれて）対称に配
置される。それにより、全体のプルーフ・マスの中心が
ビームの中心面に配置されて、交差軸感度（cross-axis
sensitivity) を最小にし、強度的に最も弱い領域であ
るカンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂの対向す
る面に平坦な面を提供し、その平坦な面に自己診断導電
体５または抵抗体を取りつけることを容易にする。さら
に、カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂに丸み
（ラウンディング）が形成されて応力の集中によるビー
ムの破壊を防止する。
部プルーフ・マス１ａ，１ｂが一点鎖線（線Ｂ−Ｂ）で
示したビームの中心面に対して、ただし、それらの水平
位置にオフセットを持って（位置的にずれて）対称に配
置される。それにより、全体のプルーフ・マスの中心が
ビームの中心面に配置されて、交差軸感度（cross-axis
sensitivity) を最小にし、強度的に最も弱い領域であ
るカンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂの対向す
る面に平坦な面を提供し、その平坦な面に自己診断導電
体５または抵抗体を取りつけることを容易にする。さら
に、カンチレバービームの各々の端部９ａ，９ｂに丸み
（ラウンディング）が形成されて応力の集中によるビー
ムの破壊を防止する。
【００１４】上述したスキュー・シンメトリカルな構造
を採用した加速度計の１例が図２および図３に図解され
ている。本発明の動作原理の詳細な記述は下記の通りで
ある。図３に図解したように、外部支持部１０ａ，１０
ｂ，１３ａ，１３ｂ（上部支持プレイト１０ａ、下部支
持プレイト１０ｂ、上部ボンディング部１３ａ、下部ボ
ンディング部１３ｂ）の絶対変移をＺa とし、プルーフ
・マス１ａ，１ｂの絶対変移をｚ0 とすると、プルーフ
・マス１ａ，１ｂと上記支持体との間の相対変移はｚ＝
ｚ0 −Ｚa として表される。図３に示したカンチレバー
ビーム２はバネとして機能する。ここで、マス１ａ，１
ｂ、および、マス１ａ，１ｂと上部および下部支持プレ
イト１０ａ，１０ｂとの間のダンピングギャップ３ａ，
３ｂにおける流体はそれぞれ、プルーフ・マスおよびダ
ンパーとして機能する。カンチレバービーム２のバネ定
数をＫとし、マス１ａ，１ｂの全質量をＭとし、ダンパ
ーのダンパー定数をＣとすると、加速度計の運動方程式
は下記のように記述できる。
を採用した加速度計の１例が図２および図３に図解され
ている。本発明の動作原理の詳細な記述は下記の通りで
ある。図３に図解したように、外部支持部１０ａ，１０
ｂ，１３ａ，１３ｂ（上部支持プレイト１０ａ、下部支
持プレイト１０ｂ、上部ボンディング部１３ａ、下部ボ
ンディング部１３ｂ）の絶対変移をＺa とし、プルーフ
・マス１ａ，１ｂの絶対変移をｚ0 とすると、プルーフ
・マス１ａ，１ｂと上記支持体との間の相対変移はｚ＝
ｚ0 −Ｚa として表される。図３に示したカンチレバー
ビーム２はバネとして機能する。ここで、マス１ａ，１
ｂ、および、マス１ａ，１ｂと上部および下部支持プレ
イト１０ａ，１０ｂとの間のダンピングギャップ３ａ，
３ｂにおける流体はそれぞれ、プルーフ・マスおよびダ
ンパーとして機能する。カンチレバービーム２のバネ定
数をＫとし、マス１ａ，１ｂの全質量をＭとし、ダンパ
ーのダンパー定数をＣとすると、加速度計の運動方程式
は下記のように記述できる。
【００１５】
【数１】
【００１６】正弦波入力をｚa ＝Ｚa ｅiwt とすると、
下記に示す相対変移ｚは
下記に示す相対変移ｚは
【００１７】
【数２】
【００１８】は下記になる。
【００１９】
【数３】
【００２０】ダンピング比率ζは下記になる。
【００２１】
【数４】
【００２２】それゆえ、式IIから、加速度：２ドットｚ
の大きさは、相対変移ｚ、つまり、マスの偏差（deflec
tion）の大きさから測定できる。
の大きさは、相対変移ｚ、つまり、マスの偏差（deflec
tion）の大きさから測定できる。
【００２３】図２および図３はカンチレバービームの端
部９ａ，９ｂにおける応力からの偏差ｚのピエゾレジス
ティブ（ピエゾ抵抗的）な検出を用いた上記原理に基づ
く加速度計の適用例を示す。一方、ピエゾレジスティブ
検出型または静電容量検出型の加速度計は、ピエゾレジ
スティブ材料をピエゾエレクトリック（ピエゾ電気）材
料に置き換えること、または、ダンパーギャップの各々
の側に、電極を配設することによって、実現できる。こ
れらの形式の加速度計については、希望する共振周波数
ωn とダンピング比率ζは、プルーフ・マス１ａ，１ｂ
の大きさ、カンチレバービーム２の大きさ、ダンピング
ギャップ３ａ，３ｂ、または、ギャップ内の流体の粘度
および圧力を制御することにより、得ることができる。
部９ａ，９ｂにおける応力からの偏差ｚのピエゾレジス
ティブ（ピエゾ抵抗的）な検出を用いた上記原理に基づ
く加速度計の適用例を示す。一方、ピエゾレジスティブ
検出型または静電容量検出型の加速度計は、ピエゾレジ
スティブ材料をピエゾエレクトリック（ピエゾ電気）材
料に置き換えること、または、ダンパーギャップの各々
の側に、電極を配設することによって、実現できる。こ
れらの形式の加速度計については、希望する共振周波数
ωn とダンピング比率ζは、プルーフ・マス１ａ，１ｂ
の大きさ、カンチレバービーム２の大きさ、ダンピング
ギャップ３ａ，３ｂ、または、ギャップ内の流体の粘度
および圧力を制御することにより、得ることができる。
【００２４】図３に図示したように、プルーフ・マスの
中心がビーム平面Ｂ−Ｂに位置しており、それにより、
マスの位置ずれ（オフセット）を無くして、交差軸感度
を向上させる。２つの同じマス１ａ，１ｂの間の相対的
なオフセット（位置ずれ）が加速度計に自己診断要素ま
たはピエゾレジスタ５の装着を容易にする。
中心がビーム平面Ｂ−Ｂに位置しており、それにより、
マスの位置ずれ（オフセット）を無くして、交差軸感度
を向上させる。２つの同じマス１ａ，１ｂの間の相対的
なオフセット（位置ずれ）が加速度計に自己診断要素ま
たはピエゾレジスタ５の装着を容易にする。
【００２５】自己診断要素またはピエゾレジスタ５はま
た、加速度計に対する下記の能力を提供するために用い
られる。その能力とは、構造物破壊を検出する自己診断
能力、加速度計の周波数または感度を検出するための自
己検査能力、プルーフ・マス１ａ，１ｂおよび上部支持
プレイトおよび下部支持プレイト１０ａ，１０ｂに形成
された対向電極の使用による感度またはゼロオフセット
を補償する自己校正能力である。
た、加速度計に対する下記の能力を提供するために用い
られる。その能力とは、構造物破壊を検出する自己診断
能力、加速度計の周波数または感度を検出するための自
己検査能力、プルーフ・マス１ａ，１ｂおよび上部支持
プレイトおよび下部支持プレイト１０ａ，１０ｂに形成
された対向電極の使用による感度またはゼロオフセット
を補償する自己校正能力である。
【００２６】図４（Ａ）〜（Ｄ）および図５（Ａ）〜
（Ｃ）は、基板材料としてシリコンを用いて図２および
図３に図示した加速度計を製造するための製造工程を例
を示している。その詳細な記述を下記に示す。
（Ｃ）は、基板材料としてシリコンを用いて図２および
図３に図示した加速度計を製造するための製造工程を例
を示している。その詳細な記述を下記に示す。
【００２７】（工程Ａ）シリコン基板２１の両側にエッ
チングマスクとしてパーシベーションフィルム２２ａ，
２２ｂが形成される。
チングマスクとしてパーシベーションフィルム２２ａ，
２２ｂが形成される。
【００２８】（工程Ｂ）ペースト溝１２ａ，１２ｂ、ビ
ーム厚さ制御溝および電極１４ａ，１４ｂ用の表面に位
置する領域におけるパーシベーションフィルム２２ａ，
２２ｂが除去された後、ダンピング制御ギャップ１５
ａ，１５ｂ部分が除去される。それから、マスクしてい
ないシリコン基板が図３に示したダンピングギャップ３
ａ，３ｂの希望する深さまでエッチングされる。この工
程で上部ボンディング部（上部支持プレイト）１３ａお
よび下部ボンディング部（上部支持プレイト）１３ｂが
準備される。
ーム厚さ制御溝および電極１４ａ，１４ｂ用の表面に位
置する領域におけるパーシベーションフィルム２２ａ，
２２ｂが除去された後、ダンピング制御ギャップ１５
ａ，１５ｂ部分が除去される。それから、マスクしてい
ないシリコン基板が図３に示したダンピングギャップ３
ａ，３ｂの希望する深さまでエッチングされる。この工
程で上部ボンディング部（上部支持プレイト）１３ａお
よび下部ボンディング部（上部支持プレイト）１３ｂが
準備される。
【００２９】（工程Ｃ）工程Ａにおけるようにパーシベ
ーションフィルム２２ａ，２２ｂの形成の後、パーシベ
ーションフィルム２２ａ，２２ｂおよびシリコン基板２
１の選択された区域２３ａ，２３ｂが、図２に示したカ
ンチレバービーム２の厚さの半分の深さまでエッチング
されて、ビームの厚さを制御するための溝１６ａ，１６
ｂか形成される。
ーションフィルム２２ａ，２２ｂの形成の後、パーシベ
ーションフィルム２２ａ，２２ｂおよびシリコン基板２
１の選択された区域２３ａ，２３ｂが、図２に示したカ
ンチレバービーム２の厚さの半分の深さまでエッチング
されて、ビームの厚さを制御するための溝１６ａ，１６
ｂか形成される。
【００３０】（工程Ｄ）工程Ｃにおいて使用されたパー
シベーションフィルム２２ａ，２２ｂの選択された区域
２３ａ，２３ｂを除去した後、カンチレバービーム２お
よび破壊防止ビーム１７が形成される。代表的には、図
３に図示した、カンチレバービームの各々の端部９ａ，
９ｂ（フィレット・ラウンディング９ａ，９ｂ）の形成
のために適切な深さ、たとえば、５０〜８０μｍの深さ
までエッチングされる。図４（Ｄ）における破壊防止ビ
ーム１７の開口の長さは最終的なビームの長さよりも短
い。
シベーションフィルム２２ａ，２２ｂの選択された区域
２３ａ，２３ｂを除去した後、カンチレバービーム２お
よび破壊防止ビーム１７が形成される。代表的には、図
３に図示した、カンチレバービームの各々の端部９ａ，
９ｂ（フィレット・ラウンディング９ａ，９ｂ）の形成
のために適切な深さ、たとえば、５０〜８０μｍの深さ
までエッチングされる。図４（Ｄ）における破壊防止ビ
ーム１７の開口の長さは最終的なビームの長さよりも短
い。
【００３１】（工程Ｅ）工程Ｄにおいて用いたパーシベ
ーションフィルム２２ａ，２２ｂの選択された区域２３
ａ，２３ｂを除去した後、エッチング貫通穴１８，１９
が全体的にエッチングで除去されて、図２に示した抵抗
体４、導電体２３、電極６，７に用いる平坦面、およ
び、図３におけるカンチレバービーム２と同じ厚さのシ
リコン膜２ａ，２ｂが形成されるまで、シリコン基板２
１がエッチングされる。上部および下部プルーフ・マス
用のパーシベーションフィルムの複数の開口がオフセッ
トを持って（位置ずれした状態で）同じ形状を持ち、同
じ面積であるべきである。破壊防止ビーム１７の開口の
長さは工程Ｄにおけるものより長いから、最終的なビー
ム長をもたらす。工程Ｄおよび工程Ｅにおいて、最終的
なビームの端部における曲げが所望の形状および半径を
持ったフィレット・ラウンディング部分が第１のエッチ
ングおよび第２のエッチングのエッチング長さおよび深
さを制御することにより形成される。
ーションフィルム２２ａ，２２ｂの選択された区域２３
ａ，２３ｂを除去した後、エッチング貫通穴１８，１９
が全体的にエッチングで除去されて、図２に示した抵抗
体４、導電体２３、電極６，７に用いる平坦面、およ
び、図３におけるカンチレバービーム２と同じ厚さのシ
リコン膜２ａ，２ｂが形成されるまで、シリコン基板２
１がエッチングされる。上部および下部プルーフ・マス
用のパーシベーションフィルムの複数の開口がオフセッ
トを持って（位置ずれした状態で）同じ形状を持ち、同
じ面積であるべきである。破壊防止ビーム１７の開口の
長さは工程Ｄにおけるものより長いから、最終的なビー
ム長をもたらす。工程Ｄおよび工程Ｅにおいて、最終的
なビームの端部における曲げが所望の形状および半径を
持ったフィレット・ラウンディング部分が第１のエッチ
ングおよび第２のエッチングのエッチング長さおよび深
さを制御することにより形成される。
【００３２】（工程Ｆ）ビームの偏差の検出に用いるピ
エゾレジスタ（圧電抵抗体）４がビームの左端部に同時
に形成される。自己診断抵抗体５もまた図５（Ａ）にお
けるジャンクション８とフィレット・ラウンディング９
ｂとの間に形成される。
エゾレジスタ（圧電抵抗体）４がビームの左端部に同時
に形成される。自己診断抵抗体５もまた図５（Ａ）にお
けるジャンクション８とフィレット・ラウンディング９
ｂとの間に形成される。
【００３３】（工程Ｇ）ピエゾ抵抗を測定する電極６
ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、ピエゾレジスタブリッジ２３
（導電体２３）および電極を形成するメタルライン、お
よび、自己診断用のメタルラインが同時に形成される。
それから、ビーム２と破壊防止ビーム２ｃが図５（Ａ）
のシリコン膜の選択された区域２ａ，２ｂをエッチング
することにより形成される。破壊防止ビーム２ｃを排除
した後、上部および下部支持プレイト１３ａ，１３ｂが
ペースト溝１２ａ，１２ｂ内に収容されているペースト
を用いて結合される。図４（Ａ）〜（Ｄ）および図５
（Ａ）〜（Ｃ）に示された製造方法はダブル支持型加速
度計または多重支持型加速度計の製造にも用いられる。
ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、ピエゾレジスタブリッジ２３
（導電体２３）および電極を形成するメタルライン、お
よび、自己診断用のメタルラインが同時に形成される。
それから、ビーム２と破壊防止ビーム２ｃが図５（Ａ）
のシリコン膜の選択された区域２ａ，２ｂをエッチング
することにより形成される。破壊防止ビーム２ｃを排除
した後、上部および下部支持プレイト１３ａ，１３ｂが
ペースト溝１２ａ，１２ｂ内に収容されているペースト
を用いて結合される。図４（Ａ）〜（Ｄ）および図５
（Ａ）〜（Ｃ）に示された製造方法はダブル支持型加速
度計または多重支持型加速度計の製造にも用いられる。
【００３４】その構造的な特徴に依存する本発明の利益
を下記に述べる。 （効果１）調整された相対的な位置でビーム２の両側に
同じ質量（マス）１ａ，１ｂを用いることにより、交差
感度を低減でき、さらに、自己診断に用いる導電体また
は抵抗体の取りつけを簡単にできる。 （２）効果１における自己診断能力に基づいて、自己校
正および自己検査能力が実現できる。 （３）ビーム２の両端部９ａ，９ｂに形成したフィレッ
ト・ラウンディングにより応力の集中を解放することに
より、加速度計の製造期間または加速度計を使用する
間、ビームの破壊が防止できる。 （４）ダンピングが質量１ａ，１ｂと支持プレイト１０
ａ，１０ｂとの間のダンピングギャップ３ａ，３ｂを調
整することにより、容易に制御できる。 （５）支持プレイトの両側のペースト溝１２ａ，１２ｂ
が加速度計をカバーフレイト１０ａ，１０ｂ（上部支持
プレイト１０ａ、下部支持プレイト１０ｂ）に対して整
列させ、付着させることを容易にする。
を下記に述べる。 （効果１）調整された相対的な位置でビーム２の両側に
同じ質量（マス）１ａ，１ｂを用いることにより、交差
感度を低減でき、さらに、自己診断に用いる導電体また
は抵抗体の取りつけを簡単にできる。 （２）効果１における自己診断能力に基づいて、自己校
正および自己検査能力が実現できる。 （３）ビーム２の両端部９ａ，９ｂに形成したフィレッ
ト・ラウンディングにより応力の集中を解放することに
より、加速度計の製造期間または加速度計を使用する
間、ビームの破壊が防止できる。 （４）ダンピングが質量１ａ，１ｂと支持プレイト１０
ａ，１０ｂとの間のダンピングギャップ３ａ，３ｂを調
整することにより、容易に制御できる。 （５）支持プレイトの両側のペースト溝１２ａ，１２ｂ
が加速度計をカバーフレイト１０ａ，１０ｂ（上部支持
プレイト１０ａ、下部支持プレイト１０ｂ）に対して整
列させ、付着させることを容易にする。
【００３５】新規でユニークな製造方法に基づく本発明
の利益を下記に述べる。 （１）製造工程の初期段階において、ダンピングギャッ
プを規定することにより、ダンピング制御ギャップ１５
ａ，１５ｂを精密に容易に制御できる。 （２）エッチングプロセスのの前およびエッチングプロ
セスの期間またはいずれかにおいて、エッチング時間お
よびエッチング深さを測定することなしに、正確なビー
ムの厚さを得ることができる。図４（Ｃ）における半分
のビームのエッチングを用いると、図５（Ａ）における
エッチング穴１８，１９はエッチング終了の時間を示し
ており、その結果として、ビームの厚さを正確に制御で
きる。 （３）加速度計の最も弱い部分、すなわち、ビームの端
部９ａ，９ｂに２段階のエッチングプロセスによって形
成されたフィレット・ラウンディングによって、使用
中、ビームの破壊が防止できる。 （４）製造の終了後には除去される、破壊防止ビーム２
ｃを製造の中間段階で形成してそれ用いることにより、
製造の間ビームの破壊が防止できる。 （５）ダンピング制御ギャップ１５ａ，１５ｂとペース
ト溝１２ａ，１２ｂの形成を同時に行うのでプロセス工
程が短縮できる。
の利益を下記に述べる。 （１）製造工程の初期段階において、ダンピングギャッ
プを規定することにより、ダンピング制御ギャップ１５
ａ，１５ｂを精密に容易に制御できる。 （２）エッチングプロセスのの前およびエッチングプロ
セスの期間またはいずれかにおいて、エッチング時間お
よびエッチング深さを測定することなしに、正確なビー
ムの厚さを得ることができる。図４（Ｃ）における半分
のビームのエッチングを用いると、図５（Ａ）における
エッチング穴１８，１９はエッチング終了の時間を示し
ており、その結果として、ビームの厚さを正確に制御で
きる。 （３）加速度計の最も弱い部分、すなわち、ビームの端
部９ａ，９ｂに２段階のエッチングプロセスによって形
成されたフィレット・ラウンディングによって、使用
中、ビームの破壊が防止できる。 （４）製造の終了後には除去される、破壊防止ビーム２
ｃを製造の中間段階で形成してそれ用いることにより、
製造の間ビームの破壊が防止できる。 （５）ダンピング制御ギャップ１５ａ，１５ｂとペース
ト溝１２ａ，１２ｂの形成を同時に行うのでプロセス工
程が短縮できる。
【００３６】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
加速度計用のプルーフ・マス分布を適切にして、換言す
れば、カンチレバービームの上部と下部に相対的に異な
った位置に理想的な質量のプルーフ・マスを２つ設け、
両者の自己診断要素の収容を容易にしと交差軸感度の低
減を可能にした。また本発明によれば、フィレット・ラ
ウンディングを形成したことで、加速度計の歩留りと信
頼性が向上する。
加速度計用のプルーフ・マス分布を適切にして、換言す
れば、カンチレバービームの上部と下部に相対的に異な
った位置に理想的な質量のプルーフ・マスを２つ設け、
両者の自己診断要素の収容を容易にしと交差軸感度の低
減を可能にした。また本発明によれば、フィレット・ラ
ウンディングを形成したことで、加速度計の歩留りと信
頼性が向上する。
【図１】図１（Ａ）は従来の非対称型加速度計の断面図
であり、図１（Ｂ）は従来の対称型加速度計の断面図で
あり、図１（Ｃ）は本発明に基づくスキュー・シンメト
リカル・マスを備えた加速度計の断面図である。
であり、図１（Ｂ）は従来の対称型加速度計の断面図で
あり、図１（Ｃ）は本発明に基づくスキュー・シンメト
リカル・マスを備えた加速度計の断面図である。
【図２】図２は、ピエゾレジスティブ・カンチレバービ
ーム加速度計として用いた、図１（Ｃ）に示したスキュ
ー・シンメトリカル・マスエッチングの例示としての斜
視図である。
ーム加速度計として用いた、図１（Ｃ）に示したスキュ
ー・シンメトリカル・マスエッチングの例示としての斜
視図である。
【図３】図３は図２に示した加速度計について線Ａ−Ａ
における断面図であり、上部プレイトと下部プレイトと
を取りつけた図である。
における断面図であり、上部プレイトと下部プレイトと
を取りつけた図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は図２に図解した加速度計
の製造方法を示す第１のプロセス図である。
の製造方法を示す第１のプロセス図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｄ）は図２に図解した加速度計
の製造方法を示す第２のプロセス図である。
の製造方法を示す第２のプロセス図である。
【図６】図６はダブル支持型ビーム加速度計として用い
られるスキュー・シンメトリカル・マス加速度計の他の
例を図解した図であり、図６（Ａ）はその平面図であ
り、図６（Ｂ）はその断面図である。
られるスキュー・シンメトリカル・マス加速度計の他の
例を図解した図であり、図６（Ａ）はその平面図であ
り、図６（Ｂ）はその断面図である。
１ａ，１ｂ・・プルーフ・マス ２・・カンチレバービーム ２ａ，２ｂ・・シリコン膜 ３ａ，３ｂ・・ダンピングギャップ ４・・抵抗体 ５・・自己診断抵抗体（自己診断要素） ６ａ〜６ｄ・・電極 ７・・電極 ８・・ジャンクション ９ａ，９ｂ・・カンチレバービームの各々の端部（フィ
レット・ラウンディング） １０ａ，１０ｂ・・上部支持プレイト、下部支持プレイ
ト １１・・支持体 １２ａ，１２ｂ・・ペースト溝 １３ａ，１３ｂ・・上部ボンディング部、下部ボンディ
ング部 １４ａ，１４ｂ・・電極 １５ａ，１５ｂ・・ダンピング制御ギャップ １６ａ，１６ｂ・・溝 １７・・破壊防止ビーム １８，１９・・エッチング貫通穴 ２１・・シリコン基板 ２２ａ，２２ｂ・・パーシベーションフィルム ２３・・導電体
レット・ラウンディング） １０ａ，１０ｂ・・上部支持プレイト、下部支持プレイ
ト １１・・支持体 １２ａ，１２ｂ・・ペースト溝 １３ａ，１３ｂ・・上部ボンディング部、下部ボンディ
ング部 １４ａ，１４ｂ・・電極 １５ａ，１５ｂ・・ダンピング制御ギャップ １６ａ，１６ｂ・・溝 １７・・破壊防止ビーム １８，１９・・エッチング貫通穴 ２１・・シリコン基板 ２２ａ，２２ｂ・・パーシベーションフィルム ２３・・導電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クワク ビュン マン 大韓民国、タエジョン、ユスン−ク、エヒ ュン−ドン、ハン−ビット アパート ＃101−802 (72)発明者 リー クイロ 大韓民国、タエジョン、ユスン−ク、エヒ ュン−ドン、ハン−ビット アパート ＃135−1303 (72)発明者 パーク クワンフン 大韓民国、キョンサンナム−ド、ウルサ ン、ジュン−ク、ヤンチュン−ドン、700
Claims (5)
- 【請求項１】（ａ）カンチレバービーム、プルーフ・マ
ス、該マスと支持プレイトとの間にダンピング制御ギャ
ップ、および、ペースト溝を一体構造に形成し、（ｂ）
前記ダンピング制御ギャップの深さを調整してダンピン
グレベルを制御し、（ｃ）前記ビームの両側に同じ面積
で同じ質量の上部マスと下部マスを装着し、（ｄ）前記
ビームと前記支持プレイトとの間および前記上部マスと
前記下部マスとの間の相対的な位置を制御し、（ｅ）自
己診断要素を装着する平坦面を形成し、（ｆ）前記ビー
ムの両側にフィレット・ラウンディングを形成して製造
されたことを特徴とする、対称型プルーフ・マス加速度
計。 - 【請求項２】前記ビームは、自己診断要素から自己校正
または自己検査能力が付与されている請求項１記載の対
称型プルーフ・マス加速度計。 - 【請求項３】ピエゾレジスティブ材料またはピエゾエレ
クトリック材料が装着される前記ビームが、ピエゾレジ
スティブ原理またはピエゾエレクトリック原理に基づく
加速度計を検出し、または、前記ダンピング制御ギャッ
プの両側に装着された対向電極を有する静電容量型加速
度計が検出できる請求項１または２記載の対称型プルー
フ・マス加速度計。 - 【請求項４】対称型プルーフ・マス加速度計を製造する
方法であって、下記の諸段階、すなわち、 ダンピング制御ギャップ、ペースト溝およびビーム厚さ
制御領域を同時にエッチングする段階、 前記ダンピング制御ギャップを形成するためエッチング
深さを制御する段階、 前記溝についての第１のエッチングの後、複数回のエッ
チングを適用して前記ビームの厚さを制御する段階、 第１のエッチングおよび第２のエッチングによってフィ
レット・ラウンディングを形成する段階、 前記ビームに沿って水平オフセットをもたせて上部プル
ーフ・マスおよび下部プルーフ・マスをエッチングして
自己診断要素を装着させる空間のための平坦面を形成す
る段階、 ピエゾレジスティブ部および自己診断抵抗を同時に製造
する段階、 ブリッジ回路用のメタルラインと電極とを同時に製造す
る段階、 検出用のビームと、製造工程の期間の間破壊を防止する
ためのビームを同時に製造する段階、 製造段階の後ろの段階において前記破壊を防止するため
のビームを排除する段階、 前記ペースト溝に収容されたペーストを用いて前記加速
度計に下部プレイトおよび上部プレイトを結合する段階
を有することを特徴とする対称型プルーフ・マス加速度
計を製造する方法。 - 【請求項５】前記加速度計の両側にダブルに支持される
ビームを付加的に製造する、または、前記加速度計に複
数に支持されるビームを付加的に製造する、請求項４記
載の対称型プルーフ・マス加速度計を製造する方法。
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