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KR101419967B1 - 다축 마이크로메카닉 가속도센서 - Google Patents

다축 마이크로메카닉 가속도센서 Download PDF

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Publication number
KR101419967B1
KR101419967B1 KR1020097013329A KR20097013329A KR101419967B1 KR 101419967 B1 KR101419967 B1 KR 101419967B1 KR 1020097013329 A KR1020097013329 A KR 1020097013329A KR 20097013329 A KR20097013329 A KR 20097013329A KR 101419967 B1 KR101419967 B1 KR 101419967B1
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KR
South Korea
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elastic membrane
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plane
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KR1020097013329A
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요하네스 클라쎈
악쎌 프랑케
디트리히 슈베르트
케르스텐 케르
랄프 라이헨바흐
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 마이크로메카닉 가속도센서에 관한 것이며, 기판(1)과, 기판 평면에 평행하게 뻗고, 부분적으로는 기판과 연결되어 있으며, 기판 평면의 수직 방향으로 편향될 수 있는 표면 영역을 포함하는 탄성 멤브레인(5)을 포함한다. 본 발명은, 탄성 멤브레인(5) 평면에서 벗어난 무게중심을 갖는 사이즈믹 질량체(6)를 더 포함한다. 사이즈믹 질량체(6)는, 탄성 멤브레인(5) 영역의 바깥쪽에 위치하고, 대향하는 사이즈믹 질량체(6) 영역과 함께 회로내에서 커패시터를 형성하는 복수의 전극(3a, 3b, 3c, 3d)으로 된 구성을 포함하는 기판 영역을 가로질러서 간격을 두고 연장된다. 사이즈믹 질량체(6)는 중앙 영역에서, 기판 평면의 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인(5)의 표면 영역에 고정되어 있다.
가속도 센서, 탄성 멤브레인, 사이즈믹 질량체, 다축.

Description

다축 마이크로메카닉 가속도센서 {MULTI-AXLE MICROMECHANIC ACCELERATION SENSOR}
본 발명은 복수의 축에서의 가속도를 검출할 수 있는 마이크로메카닉 가속도센서에 관한 것이다. 이러한 가속도센서는 특히 자동차 안전장치의 관성 센서로 적용될 수 있다.
통상적으로 마이크로메카닉 가속도센서는 관련된 기계적 힘 또는 모멘트로 인해 초래되는 사이즈믹 질량체(seismic mass)의 편향에 의한 전기용량 평가를 이용하는 질량체-스프링 시스템으로 실현된다. 이를 위해서 기판 또는 사이즈믹 질량체에 고정되는 전극들을 포함하는 전극쌍이 제공되며, 상기 전극들은 일반적으로 사이즈믹 질량체의 편향에 따라 전기용량이 정해지는 평면 커패시터를 형성한다. 기판 평면에 평행한 가속도를 측정하는 센서 요소의 경우에, 사이즈믹 질량체의 연결은 사이즈믹 질량체의 무게 중심이 놓이는 평면과 동일한 평면 내에 이루어지며, 이를 통해 상기 평면 내에서 가속도가 작용하면 사이즈믹 질량체는 상기 평면 내에서 편향된다.
연결된 사이즈믹 질량체 또는 연결된 복수의 사이즈믹 질량체들이, 필요한 경우 기판과도 고정되어 연결되는 전극들과 인접하게 놓이게 되면, 기판에 대한 스 트레스결합(Stresseinkopplung)이 측정 신호에 미치는 영향이 작아진다는 점은 알려져 있다. 센서의 스트레스 민감도 감소를 위해서 바람직한 이동성 구조물의 중앙 연결 및 고정된 검출 전극의 구성은, 기판 또는 웨이퍼 평면에 평행하게 작용하는 가속도를 동일한 평면에서의 사이즈믹 질량체의 편향으로 전환시키는 종래의 센서 요소의 경우에는, 실제 프로세스방법에서 형상 조건에 의한 검출 전기용량의 감소를 초래한다.
복수의 축에 대한 가속도를 검출하기 위한 센서에서는 각각의 축에 대한 별도의 질량체-스프링 시스템을 제공하는 것이 공지되어 있으며, 이는 센서가 필요로 하는 공간을 그에 상응하는 만큼 증가시킨다. 이 경우에는 필요 칩면적에 대해 불리하게 작용하여 제작 비용을 증가시키며, 불가피한 구성 크기의 증가는 부분적으로 상당한 경쟁력 저하를 일으킨다.
또한, 복수 방향의 가속도 측정을 위해 상대적으로 중앙에 배열되는 연결부와 결합되어 이용되는 사이즈믹 질량체를 갖는 다축 가속도센서를 실현하는 것이 공지되어 있다. 이러한 시스템들은 복수의 방사형 연결 바아의 도움에 의한 사이즈믹 질량체의 연결을 기반으로 하여 사이즈믹 질량체를 매달아서 장착시키는 것을 가능하게 한다. 그러나 이러한 시스템은 아직까지 복잡한 부피마이크로메카닉(Volumenmikromechanik) 방법에 의해서만 제작될 수 있으며, 그에 상응하는 만큼 가격이 비싸다.
본 발명은, 부피마이크로메카닉 방법에 비해 낮은 제작비용으로 제작이 가능하면서, 적은 공간을 차지하고, 기판의 노이즈결합(Stoereinkopplungen)에 대한 낮은 스트레스 민감도를 갖고 복수의 축에 대한 가속도를 검출할 수 있는 마이크로메카닉 가속도센서를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 과제는 청구항 제1항의 특징을 갖는 마이크로메카닉 가속도센서를 통해 해결된다. 종속항 제2항 내지 제10항은 본 발명에 따른 가속도센서의 바람직한 실시예에 관련된다.
본 발명은 마이크로메카닉 가속도센서로 구성되며, 기판과, 기판 평면에 평행하게 이어지고, 부분적으로는 기판과 연결되고, 기판 평면의 수직 방향으로 편향될 수 있는 표면 영역을 포함하는 탄성 멤브레인과, 탄성 멤브레인의 평면에서 벗어난 무게중심을 갖는 사이즈믹 질량체를 포함하며, 사이즈믹 질량체는 기판 방향으로 평평한 표면을 포함하며, 상기 표면은 탄성 멤브레인 영역의 바깥 쪽에 놓이고 복수의 전극들의 배열을 포함하는 기판 영역을 가로질러서 간격을 두고 연장된다. 사이즈믹 질량체의 평평한 표면은 정지 상태에서 상기 복수의 전극의 배열에 평행하게 이어지며, 전극은 각각 대면하는 사이즈믹 질량체의 영역과 함께 커패시터를 회로 내에 형성한다. 사이즈믹 질량체는 그 중앙 영역에서, 기판 평면의 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인의 표면 영역을 통해 탄성 멤브레인에 고정된다. 사이즈믹 질량체와 전극 사이의 간격은 사이즈믹 질량체의 편향이 적절히 이루어질 수 있도록 결정된다.
사이즈믹 질량체가 전극들이 제공된 기판 영역과 간격을 두고 연장됨으로써, 개별적인 전극과 그에 대면하는 사이즈믹 질량체의 표면 영역 사이의 간격 변화가 가능하며, 이는 전기용량 변화를 초래한다. 탄성 멤브레인에 대한 사이즈믹 질량체의 무게 중심의 변위를 통해서 사이즈믹 질량체의 연결부의 위치가 동시에 설정되며, 기판 평면에 평행하게 가속도가 작용하면, 사이즈믹 질량체의 편향(기울어짐)이 기판 평면 또는 그에 평행한 평면으로부터 벗어나도록 이루어진다. 사이즈믹 질량체를 탄성 멤브레인에 고정함으로써, 형상 조건에 의한 검출 전기용량의 감소를 수반할 필요 없이 사이즈믹 질량체의 중앙 연결부가 동시에 실현된다. 본 발명에 따른 이러한 센서는 가속도에 의해 발생하는 사이즈믹 질량체의 기울어짐에 있어서 우선 방향을 갖는 않는다. 이를 통해서 두 가지 공간 방향에서의 가속도를 검출할 수 있으며, 사이즈믹 질량체와, 탄성 멤브레인 상의 사이즈믹 질량체의 연결부와, 이에 상응하는 전극 구성은 측정 커패시터를 이루는 전극들을 양쪽 방향의 검출을 위해 공통으로 사용할 수 있게 한다. 평행하게 이어지는 기판 상의 전극과 그에 대응되는 대면하는 사이즈믹 질량체의 표면 영역은, 기판과 사이즈믹 질량체 사이의 기본 간격의 감소를 실현할 수 있으며, 그에 따라 낮은 표면 요구량에서 높은 검출 전기용량을 실현할 수 있다.
가속도 성분에 대응하는 사이즈믹 질량체의 기울어짐에 대한 개별적인 전기용량 변화를 조정함으로써 평가 회로가 달성된다. 사이즈믹 질량체가 기판 평면에 평행한 적어도 두 개의 대칭축을 검출 방향으로 포함하는 경우, 유리하고 상대적으로 단순한 평가가 가능해진다. 사이즈믹 질량체와, 전극들과 대면하는 사이즈믹 질량체의 중첩 영역이, 또한 기판 평면과 평행한 대칭축을 검출 방향으로 두 개 포함하는 경우에는 더 유리하다.
전극들이 사이즈믹 질량체의 고정 영역 주위로 방사 대칭으로 배열되면, 두 경우 모두 특히 유리한 방법으로 실현될 수 있다.
기판 평면의 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인의 표면 영역과, 사이즈믹 질량체가 탄성 멤브레인에 고정되는 표면 영역과, 사이즈믹 질량체 그 자체 및 전극 배열이 기판 평면에 평행한 대칭축을 검출 방향으로 각각 두 개 포함하고, 대칭축의 교차점은 기판 평면의 수직 방향으로 위아래에 놓이게 되면, 특히 대칭적이고 쉽게 평가 가능한 본 발명에 따른 마이크로메카닉 가속도센서의 응답 특성을 얻을 수 있다. 각각의 면 영역에서의 방사 대칭 회로는 또한 매우 유리하다.
기판 평면에서의 두 개의 가속도 성분의 검출 및 용이한 평가를 위해서는, 네 개의 전극들이 본 발명에 따른 방법에서 탄성 멤브레인 외측의 기판 상에 배열되는 것이 유리하다.
이 경우, 네 개의 전극들을 동일한 크기로 설계하고, 개별적인 전극 사이의 분리 영역을 방사 대칭으로 형성하는 것이 유용하다.
바람직하게, 사이즈믹 질량체는 기판에 평행하게 이어지는 평면 판을 포함하며, 이는 기판 상의 전극과 기하학적으로 유사한 설계로 이어짐으로써, 가속도센서의 민감도와 설치 크기를 실질적으로 결정한다.
지나치게 큰 언더커팅을 피하기 위해, 탄성 멤브레인은 중앙 영역에서 기판과 연결되고, 탄성 멤브레인이 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 표면 영역과, 사이즈믹 질량체가 탄성 멤브레인에 고정되는 표면 영역과, 기판에 평행하게 이어지는 사이즈믹 질량체의 평면 판이, 탄성 멤브레인과 기판이 연결되는 상기 중앙 영역 주위에 방사 대칭으로 배열되도록 마이크로메카닉 가속도센서를 설계하는 것이 공정기술상 유리하다. 이 경우, 사이즈믹 질량체가 그 중앙 영역에 링 형상의 트렌치를 포함하고, 상기 트렌치는 탄성 멤브레인의 천공 영역으로 이어지도록 하는 것이 유리하다. 본 발명에 따라 요구되는, 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향 가능한 탄성 멤브레인의 표면 영역을 보장하기 위한 탄성 멤브레인의 언더커팅은, 사이즈믹 질량체의 트렌치와 천공된 멤브레인 영역을 관통하여 실시된다.
본 발명은 실시예를 통해 더 상세하게 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 가속도센서의 기판면에 대한 수직 방향의 횡단면을 개략적으로 도시하고;
도2는 탄성 멤브레인의 중앙 고정부를 갖는 본 발명에 따른 가속도센서를 횡단면도와 평면도로서 도시하고;
도3a는 본 발명에 따른 전극 배열의 예시로서의 회로를 도시하고;
도3b는 대체적인 전극 배열을 도시하고; 그리고
도4는 기준 전극을 갖는 본 발명에 따른 전극 배열의 예시로서의 회로를 도시한다.
도1은 본 발명에 따른 가속도센서의 기판 평면에 대한 수직 방향의 횡단면을 개략적으로 도시한다. 이는 기판(1), 기판(1) 상에 있는 절연층(Isolationsschicht)(2)을 포함하며, 절연층에는 네 개의 평면 전극이 배치되고, 도면에는 그 중 2개의 전극(3a, 3c)이 도시된다. 절연층(2)에는 리세스된 중앙 영역(4)이 있으며, 그 위로는 탄성 멤브레인(5)과, 실질적으로 회전대칭인 평면 판(7)을 포함하고 그 무게중심이 명확히 상기 탄성 멤브레인(5)의 외측에 있는 사이즈믹 질량체(6)가 상기 리세스된 중앙 영역(4) 위로 연장된다. 탄성 멤브레인(5)은 그 가장자리 영역에서 절연층(2)에 고정되어 연결되며 그를 통해 기판(1)에도 고정되어 연결된다. 절연층(2)의 리세스된 중앙 영역(4)은 동시에 기판 또는 멤브레인 평면에 대하여 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인(5)의 표면 영역(Flaechenbereich)을 특정한다. 사이즈믹 질량체(6)의 중앙 영역에는 사이즈믹 질량체(6)의 평면 판(7)으로부터 돌출하는 기단부(foot)(8)가 있으며, 이는 탄성 멤브레인(5)에 대한 사이즈믹 질량체(6)의 무게중심의 거리를 정하는 동시에, 사이즈믹 질량체(6)가 탄성 멤브레인(5)에 고정되고, 특히 편향 가능한 영역에서 고정되는 고정 수단을 형성한다. 도1은 화살표 방향으로 가속도가 작용하는 경우에 본 발명에 따른 사이즈믹 질량체(6)의 기울어짐을 나타내고 있으며, 이는 개별적인 전극(3a, 3c)과 그에 각각 대면하는 사이즈믹 질량체(6)의 판(7)의 표면 영역 사이의 간격 변화를 일으킨다.
도2는 탄성 멤브레인(5)의 중앙 지지부를 갖는 본 발명에 따른 가속도센서의 횡단면도 및 평면도를 도시한다. 센서는 웨이퍼 평면에 평행한 면에서 방사 대칭으로 설계됨으로써, 특히 바람직한 방법으로 다축 가속도 측정을 위한 대칭과 관련한 기하학적 한계조건을 충족시킨다. 도시된 센서 구성은 본질적인 변경 없이 실리콘에 기반한 통상의 표면 마이크로공학 공정을 통해 제작될 수 있다. 큰 언더커팅 폭과 불안정성을 피하기 위해서, 탄성 멤브레인(5)의 중앙 영역에, 탄성 멤브레인(5)을 전기적으로 절연시키면서 기판(1) 상에서 지지하는 지지부(9)가 형성되었다. 그에 상응하게, 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인(5)의 영역은, 나머지 지지부(9) 영역의 바깥쪽에 제공되며, 상기 지지부(9)에 의해 고정된 고정 영역을 방사 대칭으로 둘러싼다. 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 영역의 외측 경계는 탄성 멤브레인(5)과 절연층(2)의 연결부를 통해 형성된다. 탄성 멤브레인(5) 상에는 또한 기단부(8)가 있고, 상기 기단부(8)는 사이즈믹 질량체(6)의 평면 판(7)으로부터 돌출하며 사이즈믹 질량체(6)와 탄성 멤브레인(5) 사이의 간격을 결정하고, 동시에 사이즈믹 질량체(6)를 탄성 멤브레인(5)에 고정시키는 고정 수단을 형성한다. 기판 평면에 대해 수직 방향으로 사이즈믹 질량체(6)의 평면 판(7)과 기단부(8)를 관통하여, 링 형상의 방사 대칭 트렌치(10)가 탄성 멤브레인(5)까지 형성된다. 트렌치(10)의 기저부에서 탄성 멤브레인(5)은 개구들(11)을 가지며, 이 개구들(11)은 탄성 멤브레인(5)의 언더커팅이 가능한 효과적으로 이루어지게 하기 위한 천공부로서 작용한다. 목표로 하는 사이즈믹 질량체(6)의 이동을 보장하기 위해, 트렌치(10)의 내측 경계는 지지부(9)의 외측 경계보다 바깥쪽에 위치한다. 또한, 트렌치(10)의 폭은 동시에 사이즈믹 질량체(6)의 예상되는 최대 기울어짐을 방해하지 않는 값을 갖는다. 탄성 멤브레인(5)은 기단부(8)와 탄성 멤브레인(5)의 연결 영역 외측에서 추가적인 천공 영역 형태로 추가 개구들(12)을 포함하며, 이 개구들을 통해 탄성 멤브레인(5)이 절연층(2)과 연결된다. 링 형상의 트렌치(10)는 평면 판(7)이 기단부(8)를 통해 탄성 멤브레인(5)과 링 형상의 연결부를 형성하도록 하고, 기단부(8)와 탄성 멤브레인(5)의 접촉 영역에서는 에칭을 위한 멤브레인의 천공이 불가하므로, 남은 기단부(8)의 링 영역은 탄성 멤브레인(5)에 필요한 언더커팅을 보장하도록 충분히 작게 형성된다. 한편 기단부(8)는, 사이즈믹 질량체(6)의 편향(기울어짐)이 탄성 멤브레인(5)의 변형으로만 구현되는 것을 보장하기에 충분히 강하다. 사이즈믹 질량체(6)의 가동 현수의 강성이 트렌치(10) 바닥에서 기단부(8)의 내측에 위치하는 탄성 멤브레인(5) 부분에 의해 정해질 수 있도록, 상기 탄성 멤브레인 부분은 기단부(8)의 외측에 위치하는 탄성 멤브레인(5)과 비교하여 훨씬 더 강하게 설계된다. 링 형상의 트렌치(10)는 매우 정확하게 구조화될 수 있기 때문에, 이러한 방법을 통해 센서 어레이의 탄성 거동이 정확하게 특정될 수 있다. 관련 평면도에는 공정기술상 이른바 매립된 폴리실리콘 평면 내에 형성되는 전극(3a, 3b, 3c, 3d)과 탄성 멤브레인(5)의 평면이 도시되어 있다. 추가로, 검출 방향(x, y)에 평행하게 이어지고 멤브레인(5)의 중심점에서 교차하는 두 개의 대칭축(13, 14)이 도시되어 있다. 사이즈믹 질량체(6)의 전기적 연결도 탄성적으로 편향 가능한 멤브레인(5)을 통해 달성되며, 상기 멤브레인(5)의 에지 영역에는 전극들(3a, 3b, 3c, 3d) 사이를 통과하는 도체 스트립(15)이 이어져 있다. 본 도면에서는 탄성 멤브레인(5)의 두 천공 영역의 개구(11, 12)를 볼 수 있다. 그 하부에 지지부(9)와 절연층(2)이 위치하는 영역의 경계들이자, 멤브레인(5)이 편향 가능한 영역의 경계들이 파선으로 도시되어 있다.
도3a는 본 발명에 따른 전극 배열의 예시적인 회로를 도시한다. 기본적으로는 원형, 직사각형 또는 정방형의 사이즈믹 질량체와, 그와 기하학적으로 유사한 전극 배열의 실시예가 가능하며, 본 발명의 센서는 일차원적인 가속도센서로서의 용도로도 사용될 수 있다. 매우 높은 대칭성과 그로 인한 설치 장소에서의 매우 높은 방향 독립성은, 방사 대칭의 전극 구성의 결과로 나타난다. 도3a 및 도3b에는 동일한 크기의 전극들(3a, 3b, 3c, 3d) 네 개를 각각 포함하는, 두 가지의 전극 배열이 도시되어 있다. 각각의 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)은 전극 배열의 대칭 중심을 거의 90도 둘러싼다. 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)은 별 모양으로 이어지는 분리 영역을 통해 격리된다. 두 가지 배열의 차이는 가속도 검출 구성 요소에 대한 별 모양 분리 영역의 상대적인 배치에 있으며(양식화된 좌표계료 도시), 이는 각각 사용되는 평가 회로 및 알고리즘의 요구사항에 따라 최종적으로 정해지게 된다. 개별적인 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)과 그 위의 사이즈믹 질량체로 형성된 커패시터의 전기용량 판독에 있어서, 두 가지 배열의 별 모양으로 이어지는 분리 영역은, 측정되는 가속도 성분과 45도 변위되거나 상기 가속도 성분에 평행하게 놓이게 된다. 첫 번째 경우, 개별적인 방향에 대한 평가를 위해 두 개의 마주 놓인 전기용량을 각각 평가하여 하나의 가속도 성분을 결정한다. 앞의 예에서는, (C3a-C3c)/(C3a+C3c)비의 도움으로 X-방향의 가속도 결정이 이루어지며, 이에 대응하여 (C3b-C3d)/(C3b+C3d)비의 도움으로 Y-방향의 가속도 결정이 이루어져서, 작용하는 가속도가 측정된다. 각각의 비율의 평가는, 통합된 평가 및 증폭 회로(16, 17)를 통해 상응하는 신호증 폭을 거친 후에 이루어진다. 도3b에 도시된 바와 같이, 전극들(3a, 3b, 3c, 3d) 사이로 이어지는 별 모양의 분리 영역이 가속도 성분에 평행한 경우에는, 가속도 성분의 결정을 위해서 모든 네 개의 전기용량이 고려되어야 하며, 필요한 경우에는 개별적인 값에 대해 시간적으로 단계적인 평가를 해야 하고, X-방향의 가속도 결정은 ((C3a+C3b)-(C3c+C3d))/(C3a+C3b+C3c+C3d)비의 도움으로, Y-방향의 가속도 결정은 ((C3b+C3c)-(C3d+C3a))/(C3a+C3b+C3c+C3d)비의 도움으로 이루어진다. 파선으로 도시된 회로는, 관통하는 도체 스트립으로 도시된 회로로 일시적으로 변경되어야 한다.
도4는 기준전극들(18a 내지 18d)을 갖는 본 발명에 따른 전극 배열(3a, 3b, 3c, 3d)의 예시적인 회로를 도시한다. 네 개의 전기용량을 모두 평가함에 있어서, 기준 전기용량의 도움으로 기판 평면에 대해 수직 방향으로 작용하는 가속도를 추가로 측정할 수 있다. 기준 전기용량(Cref)으로는 사이즈믹 질량체(6)가 정지된 상태에서의 모든 전기용량의 합계값(Cref=C3a,0+C3b,0+C3c,0+C3d,0)이 이용될 수 있으며, 이를 통해서, 측정하고자 하는 세번째 가속도 성분의 평가가 C3a+C3b+C3c+C3d-Cref의 도움으로 이루어질 수 있다. 특히 기준전극들(18a 내지 18d)을 사용하는 경우에는 기판 평면의 수직 방향 가속도 성분의 평가 및 결정을 위한 회로의 복잡도가 감소되며, 분석 품질은 동시에 향상된다. 이 경우에는 그러나, 기준전극들(18a 내지 18d)이 전극(3a, 3b, 3c, 3d) 배열과 기하학적으로 동일하게 형성되면서 사이즈믹 질량체(6)의 외측에서 강성의 기준면을 마주보도록 형성되어야 하기 때문에, 본 발 명에 따른 센서와 단일의 사이즈믹 질량체(6)를 적용하는 경우의 공간적 이익을 포기해야 한다. 평가는 또한 상응하는 평가 및 증폭회로(19)를 통해 이루어진다.

Claims (10)

  1. 기판(1)과,
    기판 평면에 평행하게 이어지고, 부분적으로는 기판과 연결되고, 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 표면 영역을 포함하는 탄성 멤브레인(5)과,
    탄성 멤브레인(5) 평면에서 벗어난 무게중심을 갖는 사이즈믹 질량체(6)를 포함하는 마이크로메카닉 가속도센서이며,
    상기 사이즈믹 질량체(6)는, 탄성 멤브레인(5) 영역의 외부에 놓이며 복수의 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)의 배열을 포함하는 기판 영역을 가로질러서 간격을 두고 연장되고, 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)은 각각 대면하는 사이즈믹 질량체(6)의 영역과 함께 커패시터를 회로 내에 형성하고, 사이즈믹 질량체(6)는 그 중앙 영역에서, 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인(5)의 표면 영역을 통해 탄성 멤브레인(5)에 고정되는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  2. 제1항에 있어서, 사이즈믹 질량체(6)와, 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)에 대면하는 사이즈믹 질량체(6)의 영역들과 전극들 사이의 중첩 영역이, 기판 평면에 평행한 대칭축(13, 14)을 검출 방향(x, y)으로 적어도 두 개 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)은 사이즈믹 질량체(6)의 고정 영역 주위로 방사 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 탄성 멤브레인(5)의 표면 영역, 사이즈믹 질량체(6)가 탄성 멤브레인(5)에 고정되는 표면 영역, 사이즈믹 질량체(6) 및 전극 배열이 각각 기판 평면에 평행한 대칭축을 검출 방향(x, y)으로 적어도 두 개 포함하고, 대칭축들의 교차점들은 기판 평면에 대해 수직 방향으로 위아래에 놓이게 되는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 네 개의 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)은 기판 상에서 탄성 멤브레인(5)의 외부에 배열되는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  6. 제5항에 있어서, 네 개의 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)은 방사 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사이즈믹 질량체(6)는 기판(1)에 평행하게 이어지는 평면 판(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성 멤브레인(5)은 중앙 영역에서 기판(1)과 연결되고, 탄성 멤브레인(5)이 기판 평면에 대해 수직 방향으로 편향될 수 있는 표면 영역과, 사이즈믹 질량체(6)가 탄성 멤브레인(5)에 고정되는 표면 영역과, 기판(1)에 평행하게 이어지는 사이즈믹 질량체(6)의 평면 판(7)은, 탄성 멤브레인(5)이 기판(1)과 연결되는 상기 중앙 영역 주위에 방사 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사이즈믹 질량체(6)는 그 중앙 영역에 링 형상의 트렌치(10)를 포함하고, 상기 트렌치(10)는 탄성 멤브레인(5)의 천공 영역으로 이어지는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기준 전극들(18a, 18b, 18c, 18d)은 전극들(3a, 3b, 3c, 3d)의 배열과 기하학적으로 동일하게 형성되고, 사이즈믹 질량체(6)의 외부 영역에 측면 방향으로 오프셋되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 마이크로메카닉 가속도센서.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9069005B2 (en) * 2011-06-17 2015-06-30 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Capacitance detector for accelerometer and gyroscope and accelerometer and gyroscope with capacitance detector
US8683870B2 (en) 2012-03-15 2014-04-01 Meggitt (Orange County), Inc. Sensor device with stepped pads for connectivity
DE102012218906A1 (de) 2012-10-17 2014-04-30 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor und Verfahren zum Herstellen eines Beschleunigungssensors
CN103513056B (zh) * 2013-10-23 2016-01-20 成都市宏山科技有限公司 一种差分电容式微加速度计
US20150247879A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-03 Infineon Technologies Ag Acceleration sensor
US10078098B2 (en) * 2015-06-23 2018-09-18 Analog Devices, Inc. Z axis accelerometer design with offset compensation
US11099207B2 (en) * 2018-10-25 2021-08-24 Analog Devices, Inc. Low-noise multi-axis accelerometers and related methods
US11693021B2 (en) 2020-06-09 2023-07-04 Infineon Technologies Ag Combined corrugated piezoelectric microphone and corrugated piezoelectric vibration sensor
US11611835B2 (en) 2020-06-09 2023-03-21 Infineon Technologies Ag Combined corrugated piezoelectric microphone and corrugated piezoelectric vibration sensor
CN113324519B (zh) * 2021-04-29 2023-10-13 瑞声开泰科技(武汉)有限公司 一种基于体振动的翻转倾斜检测结构
US11691871B2 (en) 2021-06-18 2023-07-04 Infineon Technologies Ag Microelectromechanical system (MEMS) vibration sensor having a segmented backplate

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060050752A (ko) * 2004-09-14 2006-05-19 호시덴 가부시기가이샤 가속도센서

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69124377T2 (de) * 1991-03-30 1997-06-12 Kazuhiro Okada Beschleunigungssensor mit Selbsttest
FR2689642A1 (fr) 1992-04-03 1993-10-08 Commissariat Energie Atomique Capteur d'accélération du type capacitif omnidirectionnel dans un plan principal.
JP2000249609A (ja) * 1999-03-01 2000-09-14 Wakoo:Kk 静電容量式センサ
JP4073382B2 (ja) * 2003-09-02 2008-04-09 ホシデン株式会社 振動センサ
US7501835B2 (en) * 2004-03-10 2009-03-10 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Displacement sensor
TW200614846A (en) 2004-09-24 2006-05-01 Hosiden Corp Signal amplifying circuit and acceleration sensor having the same
FR2885410A1 (fr) 2005-05-04 2006-11-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif de mesure de force par detection capacitive
FR2898683B1 (fr) * 2006-03-14 2008-05-23 Commissariat Energie Atomique Accelerometre triaxial a membrane
US7578189B1 (en) * 2006-05-10 2009-08-25 Qualtre, Inc. Three-axis accelerometers

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060050752A (ko) * 2004-09-14 2006-05-19 호시덴 가부시기가이샤 가속도센서

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Publication number Publication date
US8429971B2 (en) 2013-04-30
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CN101568840A (zh) 2009-10-28

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