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公開番号2025014384
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2023116894
出願日2023-07-18
発明の名称MEMSデバイス
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類G01C 19/5621 20120101AFI20250123BHJP(測定;試験)
要約【課題】角加速度の検出精度を向上させる。
【解決手段】
MEMSデバイス1のセンサ部3は、連結されて逆位相でY方向に加振される第1及び第2駆動フレーム20、30、第1及び第2駆動フレーム20、30にX方向に変位可能に連結された第1及び第2検出フレーム40、50、第1及び第2固定フレーム60、70、第1及び第2検出フレーム40、50から延びる第1及び第2可動電極子45、55、第1固定フレーム60から延びて第1可動電極子45にX1側、X2側に対向する第1及び第2固定電極子66、67、第2固定フレーム70から延びて第2可動電極子55にX1側、X2側に対向する第3及び第4固定電極子76、77を備え、第1及び第2固定電極子66、67は第1固定フレーム60にIJ6を介して連結され、第3及び第4固定電極子76、77は第2固定フレーム70にIJ6を介して連結されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を含む基板と、前記基板に対して前記第１主面から前記第２主面側へ凹んだ凹部と、前記凹部内に位置するセンサ部とを備えた、ＭＥＭＳデバイスであって、
前記センサ部は、
第１方向に加振される、第１駆動フレームと、
前記第１駆動フレームに対して連結スプリングを介して機械的に接続されて、前記第１駆動フレームとは逆位相で前記第１方向に加振される、第２駆動フレームと、
前記第１駆動フレームに対して第１駆動スプリングを介して機械的に接続されて、前記第１駆動フレームと共に前記第１方向に変位可能であり、前記第１駆動フレームに対して前記第１方向とは直交する第２方向に変位可能である、第１検出フレームと、
前記第２駆動フレームに対して第２駆動スプリングを介して機械的に接続されて、前記第２駆動フレームと共に前記第１方向に変位可能であり、前記第２駆動フレームに対して前記第２方向に変位可能である、第２検出フレームと、
前記凹部を画定する壁面に対して移動不能に支持された、第１固定フレームと、
前記凹部を画定する壁面に対して移動不能に支持された、第２固定フレームと、
前記第１駆動フレームを、静電引力により前記第１方向に加振する、第１加振部と、
前記第２駆動フレームを、静電引力により前記第１方向に、前記第１加振部による加振とは逆位相で加振する、第２加振部と、
前記第１検出フレームから前記第１方向に延びる、第１可動電極子と、
前記第２検出フレームから前記第１方向に延びており、前記第１可動電極子に対して電気的に絶縁された、第２可動電極子と、
前記第１固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第１可動電極子に対して前記第２方向の第１側から対向する、第１固定電極子と、
前記第１固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第１可動電極子に対して前記第２方向において第１側とは反対である第２側から対向しており、前記第１固定電極子に対して電気的に絶縁された、第２固定電極子と、
前記第２固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第２可動電極子に対して前記第２方向の前記第１側から対向しており、前記第１固定電極子と同電位である、第３固定電極子と、
前記第２固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第２可動電極子に対して前記第２方向の前記第２側から対向しており、前記第２固定電極子と同電位である、第４固定電極子と、
を有しており、
前記第１固定電極子及び前記第２固定電極子はそれぞれ、前記第１固定フレームに対して、アイソレーションジョイントを介して連結されており、ここで前記アイソレーションジョイントは２つの部材を電気的に絶縁しつつ機械的に連結するものであり、
前記第３固定電極子及び前記第４固定電極子はそれぞれ、前記第２固定フレームに対して、前記アイソレーションジョイントを介して連結されている、ＭＥＭＳデバイス。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第１駆動フレームの前記第１方向の変位を検出する、第１変位検出部と、
前記第２駆動フレームの前記第１方向の変位を検出する、第２変位検出部と
をさらに備えた、請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第１駆動フレームは、前記第１固定電極子と同電位であり、
前記第２駆動フレームは、前記第２固定電極子と同電位であり、
前記連結スプリングは、
前記第１駆動フレームに接続される第１連結スプリングと、
前記第２駆動フレームに接続される第２連結スプリングと
前記第１連結スプリングと前記第２連結スプリングとを連結する前記アイソレーションジョイントと
を有する、
請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記第１検出フレームに対して前記アイソレーションジョイントを介して連結された、第３検出フレームと、
前記第２検出フレームに対して前記アイソレーションジョイントを介して連結された、第４検出フレームと、
前記第３検出フレームから前記第１方向に延びており、前記第２可動電極子と同電位である、第３可動電極子と、
前記第４検出フレームから前記第１方向に延びており、前記第３可動電極子に対して電気的に絶縁されており、前記第１可動電極子と同電位である、第４可動電極子と、
前記第１固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第３可動電極子に対して前記第２方向の前記第２側から対向しており、前記第１固定電極子と同電位である、第５固定電極子と、
前記第１固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第３可動電極子に対して前記第２方向の前記第１側から対向しており、前記第５固定電極子に対して電気的に絶縁されており、前記第２固定電極子と同電位である、第６固定電極子と、
前記第２固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第４可動電極子に対して前記第２方向の前記第２側から対向しており、前記第５固定電極子と同電位である、第７固定電極子と、
前記第２固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第４可動電極子に対して前記第２方向の前記第１側から対向しており、前記第６固定電極子と同電位である、第８固定電極子と、
を備えており、
前記第５固定電極子及び前記第６固定電極子はそれぞれ、前記第１固定フレームに対して前記アイソレーションジョイントを介して連結されており、
前記第７固定電極子及び前記第８固定電極子はそれぞれ、前記第２固定フレームに対して前記アイソレーションジョイントを介して連結されている、
請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記第１駆動フレームと前記第２駆動フレームとは、同電位である、
請求項４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記第１可動電極子は、前記第３可動電極子に対して前記第２方向の前記第１側に位置しており、
前記第２可動電極子は、前記第４可動電極子に対して前記第２方向の前記第１側に位置している、
請求項４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記第１可動電極子は、前記第４可動電極子に対して前記センサ部の前記第１方向及び前記第２方向における中心に対して点対称に配置されており、
前記第２可動電極子は、前記第３可動電極子に対して前記センサ部の前記中心に対して点対称に配置されている、
請求項６に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記第１固定フレームは、前記第１検出フレームの前記第１方向における第１側に位置しており、
前記第１固定電極子及び前記第２固定電極子は、前記第１固定フレームから前記第１方向における前記第１側とは反対側の第２側に延びており、
前記第１固定電極子及び前記第２固定電極子の先端と前記第１検出フレームとの間に、前記第１固定フレームと同電位である、ストッパ部を有する、
請求項１又は２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
前記ストッパ部は、前記第１固定フレームから前記第１方向の前記第２側に延びるストッパ支持部に支持されている、
請求項８に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１０】
前記ストッパ支持部は、前記第１固定電極子と前記第２固定電極子との間に位置している、
請求項９に記載のＭＥＭＳデバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳデバイスに関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体微細加工技術を用いて製造されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスが知られている。ＭＥＭＳデバイスとして、特許文献１には静電容量型のＭＥＭＳジャイロセンサ（以下、ジャイロセンサと称する）が開示されている。
【０００３】
ジャイロセンサでは、第１方向に振動する素子に対して第１方向に平行な面内方向に角加速度が作用するとき、素子はコリオリ力によって第１方向に直交する第２方向に変位し、該素子の第２方向への変位が静電容量の変化として検出され、該変化に基づいて素子に作用する角加速度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
ＷＯ２０１２／００２５１４Ａ１
【０００５】
［概要］
ジャイロセンサが、互いにスプリングで第１方向に連結された一対のマスを有する場合がある。このとき、一対のマスはスプリングで機械的に連結されているので、互いに逆位相で振動するが、スプリングを介して互いに電気的に導通するため同電位となる。この結果、この互いにスプリングで連結された一対のマスを有するジャイロセンサでは、角加速度の作用時に２つの対称的な出力電圧を得ることができず差動回路を構成できない。
【０００６】
ジャイロセンサにおいて、互いに機械的に連結していない２つのマスを互いに逆位相で振動させることによって、角加速度の作用時に２つの対称的な出力電圧を得ることも考えられる。しかしながら、２つのマスが機械的に連結されていない場合、２つのマスを精度よく同期させて逆位相で振動させることは容易ではないので、得られる２つの出力電圧は完全に逆位相に揃えにくい。その結果、この２つの出力電圧に基づいてもコモンモードノイズが打ち消されない場合があり、角加速度の算出精度を向上させにくい。
【０００７】
本開示の一態様に係るＭＥＭＳデバイスは、
第１主面及び前記第１主面に対向する第２主面を含む基板と、前記基板に対して前記第１主面から前記第２主面側へ凹んだ凹部と、前記凹部内に位置するセンサ部とを備えた、ＭＥＭＳデバイスであって、
前記センサ部は、
第１方向に加振される、第１駆動フレームと、
前記第１駆動フレームに対して連結スプリングを介して機械的に接続されて、前記第１駆動フレームとは逆位相で前記第１方向に加振される、第２駆動フレームと、
前記第１駆動フレームに対して第１駆動スプリングを介して機械的に接続されて、前記第１駆動フレームと共に前記第１方向に移動可能であり、前記第１駆動フレームに対して前記第１方向とは直交する第２方向に移動可能である、第１検出フレームと、
前記第２駆動フレームに対して第２駆動スプリングを介して機械的に接続されて、前記第２駆動フレームと共に前記第１方向に移動可能であり、前記第２駆動フレームに対して前記第２方向に移動可能である、第２検出フレームと、
前記凹部を画定する壁面に対して移動不能に支持された、第１固定フレームと、
前記凹部を画定する壁面に対して移動不能に支持された、第２固定フレームと、
前記第１駆動フレームを、静電引力により前記第１方向に加振する、第１駆動部と、
前記第２駆動フレームを、静電引力により前記第１方向に、前記第１駆動部による加振とは逆位相で加振する、第２駆動部と、
前記第１検出フレームから前記第１方向に延びる、第１可動電極子と、
前記第２検出フレームから前記第１方向に延びており、前記第１可動電極子に対して電気的に絶縁された、第２可動電極子と、
前記第１固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第１可動電極子に対して前記第２方向の第１側から対向する、第１固定電極子と、
前記第１固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第１可動電極子に対して前記第２方向において第１側とは反対である第２側から対向しており、前記第１固定電極子に対して電気的に絶縁された、第２固定電極子と、
前記第２固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第２可動電極子に対して前記第２方向の前記第１側から対向しており、前記第１固定電極子と同電位である、第３固定電極子と、
前記第２固定フレームから前記第１方向に延びており、前記第２可動電極子に対して前記第２方向の前記第２側から対向しており、前記第２固定電極子と同電位である、第４固定電極子と、
を有しており、
前記第１固定電極子及び前記第２固定電極子はそれぞれ、前記第１固定フレームに対して、アイソレーションジョイントを介して連結されており、ここで前記アイソレーションジョイントは２つの部材を電気的に絶縁しつつ機械的に連結するものであり、
前記第３固定電極子及び前記第４固定電極子はそれぞれ、前記第２固定フレームに対して、前記アイソレーションジョイントを介して連結されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを概略的に示す斜視図である。
図２はセンサ部を概略的に示す平面図である。
図３はセンサ部を簡略化して示す構成図である。
図４は図３の等価回路図である。
図５は変位検出部を簡略化して示す構成図である。
図６は図５の等価回路図である。
図７は本発明の第２実施形態に係るセンサ部を概略的に示す平面図である。
図８はセンサ部を簡略化して示す構成図である。
図９は図８の等価回路図である。
図１０は変位検出部を簡略化して示す構成図である。
図１１は図１０の等価回路図である。
図１２は変形例に係るセンサ部を概略的に示す平面図である。
図１３は更なる変形例に係るセンサ部を概略的に示す平面図である。
【０００９】
［詳細な説明］
以下、本開示の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違している。
【００１０】
［第１実施形態］
図１～図６を参照して、本開示の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１を説明する。図１はＭＥＭＳデバイス１を示す斜視図である。以下の説明では、ＭＥＭＳデバイス１の各辺に沿った方向のうち、図１の左右方向をＹ方向、上下方向をＺ方向、Ｙ方向及びＺ方向に直交する方向をＸ方向と称する。特に、図１における、右斜め上側をＸ１側、左斜め下側をＸ２側、左側をＹ１側、右側をＹ２側、上側をＺ１側、及び下側をＺ２側とそれぞれ称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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