JP2008020243A - Acceleration sensor - Google Patents

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Jun Watanabe
潤 渡辺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hardly-damaged acceleration sensor, capable of measuring a high acceleration. <P>SOLUTION: This sensor has a substrate 32 having the first electrode 44 on the upper surface; and a deformation part 42 supported on the whole periphery of an inner peripheral surface 54a of a frame-shaped part 54 bonded to the upper surface of the substrate 32, formed thinner than the frame-shaped part 54 at a prescribed interval H from the first electrode 44, and deformed to the first electrode 44 side corresponding to a received pressure. The sensor is equipped with a movable body 41 having the second electrode 46 on the facing surface to the first electrode 44 of the deformation part, and a dielectric film 22 interposed between the first electrode 44 and the second electrode 46. A space S whose surface on the opposite side to the facing surface to the first electrode 44 of the deformation part 42 is exposed is provided on the upper surface side of the movable body 41, and a liquid 64 is filled inside the space S, and the space S is blocked by a diaphragm 62. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、加速度センサに関する。   The present invention relates to an acceleration sensor.

自動車の安定制御、ＧＰＳナビゲーション等の物や人の動きを計測する装置などに、加速度センサは広く用いられている。
図８は従来の加速度センサ１の概略斜視図である（例えば、特許文献１参照）。
この加速度センサ１は、全体が例えばシリコン結晶基板からなっており、固定体２に対して、梁部３により片持ち式に支持された可動体４を有している。
そして、この可動体４を片持ち式に支える梁部３にはゲージ抵抗５が設けられている。 Accelerometers are widely used in things such as vehicle stability control, GPS navigation, and devices that measure the movement of people and people.
FIG. 8 is a schematic perspective view of a conventional acceleration sensor 1 (see, for example, Patent Document 1).
The acceleration sensor 1 is entirely made of, for example, a silicon crystal substrate, and has a movable body 4 supported in a cantilever manner by a beam portion 3 with respect to a fixed body 2.
A gauge resistor 5 is provided on the beam portion 3 that supports the movable body 4 in a cantilever manner.

これにより、加速度センサ１に、図８のＡの方向から加速度が加わると、可動体４が変位して、梁部３が撓むことになる。
そして、ゲージ抵抗５は、この梁部３の歪みに応じて抵抗値が変化するため、ブリッジ回路の出力値から加速度の大きさに応じた出力が得られ、加速度を測定することができる。 Thereby, when acceleration is applied to the acceleration sensor 1 from the direction A in FIG. 8, the movable body 4 is displaced and the beam portion 3 is bent.
Since the resistance value of the gauge resistor 5 changes according to the strain of the beam portion 3, an output corresponding to the magnitude of the acceleration can be obtained from the output value of the bridge circuit, and the acceleration can be measured.

特開平１−２５９２６４号公開特許公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-259264

しかしながら、図８のような加速度センサ１であると、可動体４は梁部３により片持ち式に支持されているため様々な問題が生じる恐れがある。
例えば、加速度センサ１に大きな加速度が連続して加わった場合、可動体４は大きく揺れて、パッケージ等に衝突し、可動体４や梁部３が破損する恐れがある。
また、梁部３の歪みは加速度に対して反応がいいため、加速度に対する出力値の変化度合いは高いが、一方で、梁部３の歪みの限界は早くくるため、大きい加速度を測定することができないという問題もある。 However, in the case of the acceleration sensor 1 as shown in FIG. 8, the movable body 4 is supported in a cantilever manner by the beam portion 3, which may cause various problems.
For example, when a large acceleration is continuously applied to the acceleration sensor 1, the movable body 4 is greatly shaken and collides with a package or the like, and the movable body 4 and the beam portion 3 may be damaged.
Moreover, since the distortion of the beam part 3 has a good response to the acceleration, the degree of change of the output value with respect to the acceleration is high, but on the other hand, the limit of the distortion of the beam part 3 becomes early, so that a large acceleration can be measured. There is also a problem that it cannot be done.

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、壊れ難く、かつ、大きい加速度を測定できる加速度センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an acceleration sensor that is difficult to break and can measure a large acceleration.

上記第１の目的は、第１の発明にあっては、上面に第１の電極を有する基体と、前記基体の上面に接合された枠状部の内周面の全周に支持されると共に、前記第１の電極から所定の間隔を置くように前記枠状部よりも肉薄にされて、受ける圧力に応じて前記第１の電極側に変形する変形部を有し、かつ、この変形部の前記第１の電極との対向面に第２の電極を有するようにした可動体と、前記第１の電極と第２の電極の間に介在する誘電体膜とを備え、前記可動体の上面側には、前記変形部の前記第１の電極との対向面と反対側の面が露出するようにされた空間が設けられており、この空間は、その内側に液体が充填されて、ダイヤフラムにより塞がれている加速度センサにより達成される。   In the first invention, the first object is supported on the entire circumference of the base having the first electrode on the upper surface and the inner peripheral surface of the frame-like portion joined to the upper surface of the base. A deformed portion that is thinner than the frame-shaped portion so as to be spaced from the first electrode and deforms toward the first electrode in response to a received pressure, and the deformed portion. A movable body having a second electrode on a surface facing the first electrode, and a dielectric film interposed between the first electrode and the second electrode, On the upper surface side, a space is formed so that the surface opposite to the surface facing the first electrode of the deforming portion is exposed, and this space is filled with liquid inside, This is accomplished by an acceleration sensor that is blocked by a diaphragm.

第１の発明の構成によれば、加速度センサは、第１の電極を有する基体と、受ける圧力に応じて第１の電極側に変形する変形部を有する可動体とを備えているため、変形部は、圧力を受けて第１の電極側に変形する。この際、変形部の第１の電極との対向面には第２の電極があり、また、第１の電極と第２の電極の間には誘電体膜が介在している。このため、圧力を受けた変形部が第１の電極側に変形し、第１の電極と第２の電極とが誘電体膜を介して接続すると、第１の電極と第２の電極との間の容量値が変化する。そこで、この変化した容量値を検出することで、変形部に加えられた圧力を検出できる。   According to the configuration of the first invention, since the acceleration sensor includes the base body having the first electrode and the movable body having the deforming portion that deforms to the first electrode side according to the received pressure, the acceleration sensor is deformed. The part is deformed to the first electrode side under pressure. At this time, there is a second electrode on the surface of the deformed portion facing the first electrode, and a dielectric film is interposed between the first electrode and the second electrode. For this reason, when the deformed portion that receives pressure is deformed to the first electrode side and the first electrode and the second electrode are connected via the dielectric film, the first electrode and the second electrode are connected to each other. The capacitance value between changes. Therefore, the pressure applied to the deformable portion can be detected by detecting the changed capacitance value.

ここで、可動体の上面側には、変形部の第１の電極との対向面と反対側の面が露出するようにされた空間が設けられており、この空間は、その内側に液体が充填されて、ダイヤフラムにより塞がれている。このため、加速度を受けてダイヤフラムに圧力がかかると、ダイヤフラムは変位して空間内に圧力が加えられ、この圧力が空間内の液体を通じて、変形部に伝達される。特に、圧力を加えられた際、液体は空気より体積変化が少ないので、変形部へ圧力を効率よく伝達できる。したがって、変形部は、加速度に応じて第１の電極側に変形することになり、第１の電極と第２の電極との間の容量値変化を検出することで、加速度を測定することができる。
そして、このような変形部は、枠状部の内周面の全周に支持される構造をとり、従来の片持ち式可動体のようにパッケージに衝突することもないため、破損を有効に防止できる。
また、変形部は、枠状部の内周面の全周に支持されると共に、第１の電極から所定の間隔を置くように枠状部よりも肉薄に形成されているので、枠状部の内側の中心部ほど第１の電極側に変形し易く、枠状部の内周面に近づくほど第１の電極側に変形し難くなる。このため、誘電体膜を介した第１の電極と第２の電極との接触面積は、加速度が大きくなる程、増加率が小さくなる。したがって、第１の電極と第２の電極の間の容量値は、加速度が大きくなる程、変化し難くなるため、従来のように容量値変化の限界が直ぐにくるようなことがなくなり、大きい加速度を測定できるようになる。
かくして、本発明によれば、壊れ難く、かつ、大きい加速度を測定できる加速度センサを提供することができる。 Here, on the upper surface side of the movable body, a space is provided so that the surface opposite to the surface facing the first electrode of the deformable portion is exposed, and this space has liquid inside. Filled and blocked by a diaphragm. For this reason, when pressure is applied to the diaphragm in response to acceleration, the diaphragm is displaced and pressure is applied to the space, and this pressure is transmitted to the deformed portion through the liquid in the space. In particular, when pressure is applied, the volume of the liquid is less than that of air, so that the pressure can be efficiently transmitted to the deformed portion. Therefore, the deforming unit is deformed to the first electrode side according to the acceleration, and the acceleration can be measured by detecting the change in the capacitance value between the first electrode and the second electrode. it can.
Such a deformed portion has a structure that is supported on the entire circumference of the inner peripheral surface of the frame-shaped portion, and does not collide with the package unlike the conventional cantilevered movable body, so that the breakage is effectively performed. Can be prevented.
In addition, since the deformed portion is supported on the entire circumference of the inner peripheral surface of the frame-shaped portion and is formed thinner than the frame-shaped portion so as to be spaced from the first electrode, the frame-shaped portion The inner central part of the frame is easily deformed to the first electrode side, and the closer to the inner peripheral surface of the frame-shaped part, the harder it is to deform to the first electrode side. For this reason, the increase rate of the contact area between the first electrode and the second electrode via the dielectric film decreases as the acceleration increases. Accordingly, since the capacitance value between the first electrode and the second electrode is less likely to change as the acceleration increases, the limit of the capacitance value change does not immediately reach the conventional value and the acceleration increases. Can be measured.
Thus, according to the present invention, it is possible to provide an acceleration sensor that is difficult to break and that can measure a large acceleration.

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記液体はオイルであることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、液体はオイルであるため、液体に触れる部分の酸化を防止し、液体の固化も防止できる。また、オイルは、水に比べて圧力に対する体積変化も少ないため、圧力を変形部に効率よく伝達して、正確に加速度を測定できる。また、オイルは高分子で密度が高く、密閉された空間から漏れにくい。 A second invention is characterized in that, in the configuration of the first invention, the liquid is oil.
According to the configuration of the second aspect of the invention, since the liquid is oil, it is possible to prevent oxidation of the portion that touches the liquid and to prevent the liquid from solidifying. In addition, since oil has a smaller volume change with respect to pressure than water, the pressure can be efficiently transmitted to the deformed portion and the acceleration can be accurately measured. In addition, oil is a polymer and has a high density, and is difficult to leak from a sealed space.

第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記ダイヤフラムには、前記液体よりも比重が大きい錘が設けられていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、ダイヤフラムには、液体よりも比重が大きい錘が設けられているので、加速度が加わった場合に、より大きな圧力を変形部に与えることができ、分解能を高められる。 A third invention is characterized in that, in the configuration of the first or second invention, the diaphragm is provided with a weight having a specific gravity greater than that of the liquid.
According to the configuration of the third invention, since the diaphragm is provided with a weight having a specific gravity greater than that of the liquid, when acceleration is applied, a larger pressure can be applied to the deformed portion, and the resolution is improved. It is done.

第４の発明は、第１ないし第３の発明のいずれかの構成において、前記ダイヤフラムには、その変位する方向と直交する方向に重なるように波状部が形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、ダイヤフラムには、その変位する方向と直交する方向に重なるように波状部が形成されている。したがって、加速度を受けて、ダイヤフラムが変位する際、ダイヤフラムの引っ張り応力が緩和されるため、加速度に容易に対応して空間内に圧力を加えることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the diaphragm is formed with a wave-like portion so as to overlap in a direction orthogonal to the direction in which the diaphragm is displaced.
According to the configuration of the fourth invention, the diaphragm is formed with the waved portion so as to overlap with the direction orthogonal to the direction of displacement. Therefore, when the diaphragm is displaced under the acceleration, the tensile stress of the diaphragm is relieved, so that pressure can be applied in the space easily corresponding to the acceleration.

第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかの構成において、前記第２の電極の一部が、加速度が加わっていない状態において、前記誘電体膜を介して、前記第１の電極と接続するようになっていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、第２の電極の一部が、加速度が加わっていない状態において、誘電体膜を介して、第１の電極と接続するようになっている。このため、正の圧力だけではなく、負の圧力が変形部に加わった場合であっても、第２の電極と第１の電極との間の容量値は変化する。したがって、正負の加速度を測定することができる。 According to a fifth aspect of the invention, in any one of the first to fourth aspects of the invention, the second electrode has a portion through which the first electrode is interposed via the dielectric film in a state where no acceleration is applied. It is characterized by being connected to an electrode.
According to the configuration of the fifth invention, a part of the second electrode is connected to the first electrode through the dielectric film in a state where no acceleration is applied. For this reason, even when not only positive pressure but also negative pressure is applied to the deformed portion, the capacitance value between the second electrode and the first electrode changes. Therefore, positive and negative acceleration can be measured.

図１は、本発明の実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。
図において、加速度センサ１０は、比較的厚みのある板状の基体３２の上に可動体４１を接合した構造を備えている。
また、図２は可動体４１を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図、図２（ｃ）は概略底面図である。また、図３は基体３２を示す図であり、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線概略断面図である。
これらの図を適宜参照しながら、加速度センサ１０の構成を説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
In the figure, the acceleration sensor 10 has a structure in which a movable body 41 is joined on a plate-like base 32 having a relatively large thickness.
2 is a view showing the movable body 41, FIG. 2 (a) is a schematic plan view, FIG. 2 (b) is a schematic cross-sectional view along the line BB of FIG. 2 (a), and FIG. It is a schematic bottom view. 3 is a view showing the base 32, FIG. 3 (a) is a schematic plan view, and FIG. 3 (b) is a schematic cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
The configuration of the acceleration sensor 10 will be described with reference to these drawings as appropriate.

基体３２は、誘電体材料でなり、例えば、ガラス、セラミック板、硬質プラスチック、シリコンなどにより形成することができ、ガラスやシリコンを用いる場合、それらのウエハを加工する工程から作ることができる。
あるいは、基体３２をセラミックで形成する場合には、例えば、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して、図示の形状とすることができる。基体３２の厚み寸法は例えば２００μｍ程度である。 The substrate 32 is made of a dielectric material, and can be formed of, for example, glass, a ceramic plate, hard plastic, silicon, or the like. When glass or silicon is used, the substrate 32 can be formed from a process of processing those wafers.
Alternatively, when the substrate 32 is formed of ceramic, for example, an aluminum oxide ceramic green sheet can be formed into the shape shown in the figure. The thickness dimension of the base 32 is, for example, about 200 μm.

この基体３２は、その上面に第１の電極４４が形成されている。第１の電極４４は、誘電体膜２２を間に挟んで、第２の電極４６に接続されることで、静電容量を発生させるようになっている。第１の電極４４は、下地層の上に金（Ａｕ）をスパッタリング・蒸着し、或いは、下地層を設けずにアルミニウム（Ａｌ）をスパッタリング・蒸着して形成されている。
そして、この第１の電極４４の上面に誘電体膜２２が設けられている。誘電体膜２２は、第１の電極４４と後述する第２の電極４６との短絡を防止するために設けられる絶縁膜であり、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等により形成することがきる。
具体的には、誘電体膜２２は、第１の電極４４の第２の電極４６と対向する面を覆っており、好ましくは、誘電体膜の膜厚を５０００オングストローム（Å）以下として、膜の引っ張り応力を制限して、基体３２に対する悪影響を抑制するようになっている。 The base body 32 has a first electrode 44 formed on the upper surface thereof. The first electrode 44 is configured to generate a capacitance by being connected to the second electrode 46 with the dielectric film 22 interposed therebetween. The first electrode 44 is formed by sputtering and vapor-depositing gold (Au) on the base layer, or by sputtering and vapor-depositing aluminum (Al) without providing the base layer.
A dielectric film 22 is provided on the upper surface of the first electrode 44. The dielectric film 22 is an insulating film provided to prevent a short circuit between the first electrode 44 and a second electrode 46 described later, and is formed of SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or the like. I can do it.
Specifically, the dielectric film 22 covers the surface of the first electrode 44 facing the second electrode 46. Preferably, the film thickness of the dielectric film is set to 5000 angstroms (Å) or less. The tensile stress is limited to suppress adverse effects on the substrate 32.

可動体４１は、図１及び図２に示すように、基体３２の上面に接合された枠状部５４の内周面５４ａの全周に支持されると共に、第１の電極４４から所定の間隔Ｈを置くように枠状部５４よりも肉薄にされて、受ける圧力に応じて第１の電極４４側に変形する変形部４２を有している。
この変形部４２は、上面側から受ける圧力によって、図１の点線で示すように、誘電体膜２２側に撓む領域である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the movable body 41 is supported on the entire circumference of the inner peripheral surface 54 a of the frame-like portion 54 joined to the upper surface of the base body 32, and at a predetermined distance from the first electrode 44. It is made thinner than the frame-shaped portion 54 so as to place H, and has a deformed portion 42 that is deformed to the first electrode 44 side according to the received pressure.
The deforming portion 42 is a region that bends toward the dielectric film 22 as shown by the dotted line in FIG. 1 due to the pressure received from the upper surface side.

本実施形態では、枠状部５４と変形部４２とは、同じ材料により一体に形成されている。具体的には、全体として正方形もしくは矩形状であって、厚みすべり振動モードもしくは厚み縦振動モードを有するＡＴカット水晶板でなる水晶ウエハを用いて、該水晶板のほぼ中央部分を、図１及び図２に示すように、矩形に薄板に形成する。つまり、例えば該水晶板の上面と下面から、それぞれ中央領域について、矩形にハーフエッチングして変形部４２が形成されている。
なお、この場合のエッチングは、例えばフッ酸溶液によるウエットエッチングが利用でき、例えば１００μｍ程度の可動体４１全体の厚み（即ち枠状部５４の厚み）に対して、上面をエッチングして形成された上面側凹部２６の深さを例えば８４μｍ程度、下面をエッチングして形成された下面側凹部２８の深さを例えば６μｍ程度とすることができる。
また、枠状部５４の内周面５４ａは、エッチングする際、水晶の異方性から、上下面それぞれについて、中央に向かうに従って厚みが薄くなるように傾斜している。 In the present embodiment, the frame-shaped portion 54 and the deformable portion 42 are integrally formed of the same material. Specifically, using a quartz wafer made of an AT-cut quartz plate having a square or rectangular shape as a whole and having a thickness shear vibration mode or a thickness longitudinal vibration mode, the substantially central portion of the quartz plate is formed as shown in FIG. As shown in FIG. 2, it is formed into a rectangular thin plate. That is, for example, from the upper surface and the lower surface of the crystal plate, the deformed portion 42 is formed by half-etching into a rectangular shape in the central region.
In this case, for example, wet etching using a hydrofluoric acid solution can be used for the etching in this case. For example, the upper surface of the movable body 41 having a thickness of about 100 μm (that is, the thickness of the frame portion 54) is etched. The depth of the upper surface side concave portion 26 can be about 84 μm, for example, and the depth of the lower surface side concave portion 28 formed by etching the lower surface can be about 6 μm, for example.
Further, when etching, the inner peripheral surface 54a of the frame-shaped portion 54 is inclined so that the thickness of each of the upper and lower surfaces decreases toward the center due to the anisotropy of the crystal.

また、可動体４１は、変形部４２の第１の電極４４との対向面に、第１の電極４４と所定の間隔を置いて第２の電極４６を有する。
第２の電極４６は、上述のように、誘電体膜２２および第１の電極４４と協働して静電容量を発生させるものであり、変形部４２に圧力が加えられると誘電体膜２２に押し付けられて、受ける圧力に応じて、誘電体膜２２との接触面積が変わるようになっている。
本実施形態の場合、第２の電極４６は、第１の電極４４と同様の材料で形成され、例えば２０００オングストローム（Å）程度の膜厚となっている。そして、変形部４２に圧力が加わっていない状態において、誘電体膜２２との間に所定の隙間Ｈが形成されている。 In addition, the movable body 41 has a second electrode 46 at a predetermined distance from the first electrode 44 on the surface of the deformable portion 42 facing the first electrode 44.
As described above, the second electrode 46 generates a capacitance in cooperation with the dielectric film 22 and the first electrode 44, and when pressure is applied to the deformable portion 42, the dielectric film 22. The contact area with the dielectric film 22 is changed in accordance with the pressure received.
In the case of this embodiment, the second electrode 46 is formed of the same material as the first electrode 44 and has a film thickness of, for example, about 2000 angstroms (Å). A predetermined gap H is formed between the deformable portion 42 and the dielectric film 22 in a state where no pressure is applied.

なお、変形部４２に近接したその側方に貫通孔４５が穿設されている。この貫通孔４５には導電材料が充填されるなどして、導電スルーホールとされており、可動電極である第２の電極４６から延びる引出し電極４６ａと接続され、さらに該導電材料により、図２（ａ）に示すように貫通孔４５の上面側の孔周辺に形成した電極パッド４６ｂと接続されている。この電極パット４６ｂには駆動用の電圧を供給するためのボンディングワイヤ（図示せず）が接続されている。   A through hole 45 is formed in the side of the deformed portion 42 in the vicinity thereof. The through hole 45 is filled with a conductive material to form a conductive through hole, which is connected to an extraction electrode 46a extending from the second electrode 46, which is a movable electrode. As shown to (a), it connects with the electrode pad 46b formed in the hole periphery of the upper surface side of the through-hole 45. FIG. A bonding wire (not shown) for supplying a driving voltage is connected to the electrode pad 46b.

また、図２（ｃ）に示すように、可動体４１の裏面５１の外周に沿ってその縁部には、導電部３７が形成されている。この導電部３７は基体３２と可動体４１を接合する役割を果たすと同時に、図１に示すように、固定電極である第１の電極４４から一体に延びる引出し電極４４ａと接続されて、第１の電極４４と電気的に接続されている。なお、図２（ａ）では図示していないが、導電部３７は可動体４１の上面５２側に引き回されて駆動電圧を供給するためのボンディングワイヤ（図示せず）が接続されている。
また、可動体４１の側面には、図２（ａ）や図２（ｃ）に示すように、電極パッド４８ａ，４６ｂが形成されており、これら電極パッド４８ａ，４６ｂは、可動体４１の変形による容量変化を検出できる実装端子として利用できるようになっている。 Further, as shown in FIG. 2C, a conductive portion 37 is formed at the edge along the outer periphery of the back surface 51 of the movable body 41. The conductive portion 37 plays a role of joining the base body 32 and the movable body 41, and at the same time, as shown in FIG. 1, is connected to a lead electrode 44a extending integrally from the first electrode 44 which is a fixed electrode. The electrode 44 is electrically connected. Although not shown in FIG. 2 (a), the conductive portion 37 is connected to a bonding wire (not shown) that is led to the upper surface 52 side of the movable body 41 to supply a driving voltage.
Further, as shown in FIG. 2A and FIG. 2C, electrode pads 48 a and 46 b are formed on the side surface of the movable body 41, and these electrode pads 48 a and 46 b are deformed of the movable body 41. It can be used as a mounting terminal that can detect the capacitance change due to.

ここで、図１に示すように、可動体４１の上面側には、変形部４２の第１の電極４４との対向面と反対側の面（図１の上面）が露出するようにされた空間Ｓが設けられており、この空間Ｓは、その内側に液体６４が充填されて、変形部４２側に変位可能なダイヤフラム６２により塞がる構造となっている。
図４は、この空間Ｓを塞ぐダイヤフラム６２の概略平面図であり、この図４と図１を参照しながら、空間Ｓ、空間Ｓを塞ぐダイヤフラム６２、及び空間Ｓに充填された液体６４について説明する。 Here, as shown in FIG. 1, on the upper surface side of the movable body 41, the surface opposite to the surface facing the first electrode 44 of the deformable portion 42 (upper surface in FIG. 1) is exposed. A space S is provided. The space S is filled with a liquid 64 and is closed by a diaphragm 62 that can be displaced toward the deformable portion 42.
FIG. 4 is a schematic plan view of the diaphragm 62 that closes the space S. The space S, the diaphragm 62 that closes the space S, and the liquid 64 filled in the space S will be described with reference to FIGS. 4 and 1. To do.

本実施形態の場合、空間Ｓは、図１に示すように、可動体４１の枠状部５４の上面に、変形部４２の形状に対応した貫通孔６６ａを有する環状部材６６を接合することで、可動体４１の上面側に、変形部４２を覆うように形成されている。
すなわち、空間Ｓは、可動体４１の上面をハーフエッチングして形成された上面側凹部２６の内側の空間のみを利用してもよいが、本実施形態の場合、密閉された空間Ｓに充填する液体６４の量を確保できるように、環状部材６６を接合して密閉された空間Ｓの容積を調整できるようにしている。
また、変形部４２の上面が空間Ｓに露出する面積は、変形部４２の上面全体であることが好ましく、このため、本実施形態では、貫通孔６６ａの内径と上面側凹部２６の開口部内径を一致させて、枠状部５４と環状部材６６とを接合させている。
なお、本実施形態の環状部材６６は例えばガラスでできており、この環状部材６６と水晶でなる枠状部５４とは、上述の可動体４１の上面５２側に引き回された導電部３７を利用して陽極接合されている。 In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the space S is formed by joining an annular member 66 having a through hole 66 a corresponding to the shape of the deformed portion 42 to the upper surface of the frame-like portion 54 of the movable body 41. The movable body 41 is formed on the upper surface side so as to cover the deformable portion 42.
That is, as the space S, only the space inside the upper surface side recess 26 formed by half-etching the upper surface of the movable body 41 may be used, but in the present embodiment, the sealed space S is filled. The annular member 66 is joined so that the volume of the sealed space S can be adjusted so that the amount of the liquid 64 can be secured.
Moreover, it is preferable that the area where the upper surface of the deformation part 42 is exposed to the space S is the entire upper surface of the deformation part 42. Therefore, in the present embodiment, the inner diameter of the through hole 66a and the inner diameter of the opening part of the upper surface side recess 26 are provided. The frame-shaped part 54 and the annular member 66 are joined together.
Note that the annular member 66 of the present embodiment is made of, for example, glass, and the annular member 66 and the frame-like portion 54 made of crystal are formed by the conductive portion 37 routed to the upper surface 52 side of the movable body 41 described above. Anodized using.

ダイヤフラム６２は、液体６４が漏れないように空間Ｓを塞ぐと共に、加速度が加わった際に変位して、空間Ｓの圧力を上昇及び／又は下降させる役割を有している。
すなわち、本実施形態のダイヤフラム６２は、環状部材６６の上面に接続されて空間Ｓを密封する薄膜であって、全体が変形部４２の上面と対向する位置に設けられて、図１の矢印Ｇの方向に加速度が加わった場合、変形部４２側に変位可能となっている。 The diaphragm 62 closes the space S so that the liquid 64 does not leak, and has a role of increasing and / or decreasing the pressure of the space S by being displaced when acceleration is applied.
That is, the diaphragm 62 of the present embodiment is a thin film that is connected to the upper surface of the annular member 66 and seals the space S, and is provided at a position facing the upper surface of the deforming portion 42 as a whole. When acceleration is applied in the direction of, it can be displaced toward the deforming portion 42 side.

また、ダイヤフラム６２は、液体よりも比重が大きい錘６８が設けられている。この錘６８は、空間Ｓ内の圧力を加速度に対応させて容易に高められるようにするための質量を有する部材である。具体的には、錘６８は、変形部４２の中央部と対向する位置に配置され、また、ダイヤフラム６２の空間Ｓに露出した下面に設けられている。   Further, the diaphragm 62 is provided with a weight 68 having a specific gravity larger than that of the liquid. The weight 68 is a member having a mass for easily increasing the pressure in the space S according to the acceleration. Specifically, the weight 68 is disposed at a position facing the central portion of the deformable portion 42, and is provided on the lower surface exposed to the space S of the diaphragm 62.

また、ダイヤフラム６２は、加速度Ｇに素早く対応できるように、耐久性を有する程度に、できるだけ剛性が低いことが好ましい。
そして、加速度Ｇが加わった場合、ダイヤフラム６２の引っ張り応力を緩和することができるように、図１および図４に示すように、波板状としている。すなわち、加速度によってダイヤフラム６２が第１の電極４４側に容易に変位できるように、その変位方向と直交する方向に重なるように波状部６９が形成されている。なお、波状部６９は、錘６８を囲むように設けられており、錘６８が設けられている中央部がいち早く加速度に対応して変位するようになっている。 Moreover, it is preferable that the diaphragm 62 has a rigidity as low as possible so that the diaphragm 62 can quickly respond to the acceleration G.
And when acceleration G is added, as shown to FIG. 1 and FIG. 4, it is set as the corrugated plate shape so that the tensile stress of the diaphragm 62 can be relieve | moderated. That is, the wave-like portion 69 is formed so as to overlap in the direction orthogonal to the displacement direction so that the diaphragm 62 can be easily displaced toward the first electrode 44 by acceleration. The wavy portion 69 is provided so as to surround the weight 68, and the central portion where the weight 68 is provided is displaced quickly corresponding to the acceleration.

液体６４は、空間Ｓ内に隙間なく充填されており、本実施形態の場合、酸化・固化・漏れ防止に鑑みて、オイルが用いられている。また、オイルは、体積変化が空気よりも少ないため、空間Ｓ内が加圧された場合、その圧力を効率よく伝達できるため好ましく、より好ましくは粘度の低いオイルを用いるとよい。   The liquid 64 is filled in the space S without any gap. In the present embodiment, oil is used in view of oxidation, solidification, and leakage prevention. In addition, since the volume change of the oil is smaller than that of the air, when the pressure in the space S is increased, the pressure can be transmitted efficiently, and it is preferable to use an oil having a low viscosity.

本実施形態の加速度センサ１０は以上のように構成されており、次に、図１ないし図４、及び加速度に対する容量値の変化を表した図５を参照しながら、加速度センサ１０の動作を説明する。
加速度センサ１０を例えば大気中に配置する。この状態は、気密空間Ｓ内は、可動体４１の変形部４２が第１の電極４４側に変形するほどの気圧を有していない状態である。 The acceleration sensor 10 of the present embodiment is configured as described above. Next, the operation of the acceleration sensor 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG. 5 showing the change of the capacitance value with respect to the acceleration. To do.
For example, the acceleration sensor 10 is disposed in the atmosphere. This state is a state where the airtight space S does not have an air pressure enough to deform the deformable portion 42 of the movable body 41 toward the first electrode 44 side.

そして、図１に示すように矢印Ｇ方向に加速度か加わると、ダイヤフラム６２には矢印Ｐの方向に圧力がかかり、ダイヤフラム６２は変形部４２側に撓んで、空間Ｓ内の圧力を高める。そうすると、この高められた圧力は、空間Ｓ内に充填された液体６４を通じて、可動体４１の変形部４２に伝達するため、変形部４２は、基体３２の第１の電極４４側（図１の下方）に凸となるように変形する。
この際、変形部４２の第１の電極４４と対向する面に設けられた第２の電極４６が誘電体膜２２に接触すると、その接触面積に応じて、第１の電極４４と第２の電極４６の間の静電容量が増大・減少するため、この容量値変化を検出することにより、加速度を測定できる。 Then, as shown in FIG. 1, when acceleration is applied in the direction of arrow G, pressure is applied to the diaphragm 62 in the direction of arrow P, and the diaphragm 62 bends toward the deformed portion 42 to increase the pressure in the space S. Then, the increased pressure is transmitted to the deformed portion 42 of the movable body 41 through the liquid 64 filled in the space S, so that the deformed portion 42 is on the first electrode 44 side of the base body 32 (in FIG. 1). Deform so that it is convex downward.
At this time, when the second electrode 46 provided on the surface of the deformable portion 42 facing the first electrode 44 comes into contact with the dielectric film 22, the first electrode 44 and the second electrode 44 are in accordance with the contact area. Since the electrostatic capacitance between the electrodes 46 increases / decreases, the acceleration can be measured by detecting this change in the capacitance value.

ここで、図１及び図２に示すように、変形部４２は、枠状部５４の内周面５４ａの全周に支持され、第１の電極４４から所定の間隔Ｈを置くように枠状部５４より肉薄に形成されている。すなわち、本実施形態の場合、水晶でなる基材の誘電体膜２２側の面に下面側凹部２８を形成し、この凹部２８の底面が変形部４２となっている。このため、変形部４２が変形する際は、図１に示すように、まず中央部Ｃが変形し、そして、変形部４２に設けられた第２の電極膜４６は、加速度に応じて除々に誘電体膜２２に接触するため、図５に示すように、一定の加速度ａまでは、直線的に容量値が変化する。   Here, as shown in FIGS. 1 and 2, the deformable portion 42 is supported on the entire circumference of the inner peripheral surface 54 a of the frame-shaped portion 54, and has a frame shape so as to place a predetermined interval H from the first electrode 44. It is formed thinner than the portion 54. That is, in the case of this embodiment, the lower surface side concave portion 28 is formed on the surface of the base material made of quartz on the dielectric film 22 side, and the bottom surface of the concave portion 28 is the deformed portion 42. For this reason, when the deforming portion 42 is deformed, as shown in FIG. 1, first, the central portion C is deformed, and the second electrode film 46 provided on the deforming portion 42 gradually changes according to the acceleration. Since the contact is made with the dielectric film 22, as shown in FIG. 5, the capacitance value linearly changes up to a certain acceleration a.

ところが、変形部４２は、枠状部５４の内周面５４ａに近づくほど変形し難くなるため、加速度が一定の値ａより大きくなると、変形度合いが小さくなってくる。このため、図５に示すように、加速度が上昇する程、基体３２側との接触面積が増加する割合は小さくなるため、静電容量値の上昇の変化度合いは小さくなる。したがって、分解能は高くはないが、大きい加速度を測定することができるようになる。
そして、このような変形部４２は、枠状部５４の内周面５４ａの全周に支持され、また、基体３２側に接触することを前提とする構造であるため、従来の片持ち式の可動体のようにパッケージに衝突するようなことがなく、破損することもない。 However, the deformation portion 42 becomes difficult to deform as it approaches the inner peripheral surface 54a of the frame-shaped portion 54. Therefore, when the acceleration is greater than a certain value a, the degree of deformation decreases. For this reason, as shown in FIG. 5, as the acceleration increases, the rate of increase in the contact area with the base 32 becomes smaller, so the degree of change in the increase in the capacitance value becomes smaller. Therefore, although the resolution is not high, a large acceleration can be measured.
And since such a deformation | transformation part 42 is a structure on the assumption that it is supported by the perimeter of the internal peripheral surface 54a of the frame-shaped part 54, and contacts the base | substrate 32 side, it is the conventional cantilever type. It does not collide with the package like a movable body and does not break.

図６は、本発明の上述した実施形態の変形例に係る加速度センサ１２であって、図１に対応した概略断面図である。
この図において、図１ないし図５の加速度センサ１０と同一の構成には、共通する符号を付して重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. 1 showing an acceleration sensor 12 according to a modification of the above-described embodiment of the present invention.
In this figure, the same components as those of the acceleration sensor 10 of FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted, and differences will be mainly described.

この加速度センサ１２が、図１ないし図５の加速度センサ１０と異なるのは、変形部４２の構造についてである。
すなわち、加速度が加わっていない状態において、変形部４２は、基体３２側に撓んで、この変形部４２の下面に設けられた第２の電極４６の一部が、誘電体膜２２を介して、第１の電極４４と接続するようになっている。 The acceleration sensor 12 is different from the acceleration sensor 10 of FIGS. 1 to 5 in the structure of the deforming portion 42.
That is, in a state where no acceleration is applied, the deforming portion 42 bends toward the base 32, and a part of the second electrode 46 provided on the lower surface of the deforming portion 42 is interposed via the dielectric film 22. The first electrode 44 is connected.

具体的には、可動体４１については、図１ないし図５の加速度センサ１０と同様に形成するようにしているが、密閉された空間Ｓ内の圧力を上げることで、加速度が加わっていない状態においても、変形部４２を撓ませて基体３２側に接触させている。
なお、空間Ｓ内の圧力を高める方法として例をあげれば、変形部４２とダイヤフラム６２が変形・変位しない状態における空間Ｓの容積よりも大きな量を有する液体６４を空間Ｓに充填し、変形部４２の剛性に比べてダイヤフラム６２の剛性を高めることで、液体６４の量を増やした分だけ、変形部４２を撓ませるようにしている。 Specifically, the movable body 41 is formed in the same manner as the acceleration sensor 10 of FIGS. 1 to 5, but no acceleration is applied by increasing the pressure in the sealed space S. In this case, the deforming portion 42 is bent and brought into contact with the base 32 side.
As an example of a method for increasing the pressure in the space S, the space S is filled with a liquid 64 having an amount larger than the volume of the space S in a state in which the deforming portion 42 and the diaphragm 62 are not deformed / displaced. By increasing the rigidity of the diaphragm 62 as compared with the rigidity of 42, the deformation part 42 is bent by the amount of the liquid 64 increased.

本発明の実施形態の変形例に係る加速度センサ１２は以上のように構成されており、次に、図６、及び本変形例に係る加速度に対する容量値の変化を表した図７を参照しながら、加速度センサ１２の動作を説明する。
加速度が加わっていない状態において、第２の電極４６に一部は、誘電体膜２２を介して第１の電極４４と接続するようになっているため、図７に示すように、加速度が０の位置で一定の容量値を有している。 The acceleration sensor 12 according to the modification of the embodiment of the present invention is configured as described above. Next, referring to FIG. 6 and FIG. 7 showing the change of the capacitance value with respect to the acceleration according to the modification. The operation of the acceleration sensor 12 will be described.
In a state where no acceleration is applied, a part of the second electrode 46 is connected to the first electrode 44 via the dielectric film 22, so that the acceleration is 0 as shown in FIG. It has a certain capacitance value at the position.

そして、正の加速度が加わると、すなわち図６の＋Ｇの方向に加速すると、図６の＋Ｐの方向に圧力がかかるため、図１ないし図５の加速度センサ１０と同様にして、第１の電極４４と第２の電極４６の間の容量値変化に基づいて加速度を測定できる。また、図７に示すように、加速度が一定の値ａより大きくなると、容量値変化の度合いが小さくなるため、大きい加速度も測定することができるようになる。   When a positive acceleration is applied, that is, when acceleration is performed in the + G direction in FIG. 6, pressure is applied in the + P direction in FIG. 6, so that the first electrode is formed in the same manner as the acceleration sensor 10 in FIGS. The acceleration can be measured based on the change in the capacitance value between 44 and the second electrode 46. Also, as shown in FIG. 7, when the acceleration is greater than a certain value a, the degree of change in the capacitance value is reduced, so that a large acceleration can be measured.

一方、負の加速度が加わると、すなわち図６の−Ｇ方向（第１の電極４４と第２の電極４６とが離間する方向）に加速すると、ダイヤフラム６２及び液体６４は、図６のマイナスＰ方向に引っ張られて、変形部４２は−Ｐ方向に変形する。このため、誘電体膜２２を介した第１の電極４４と第２の電極４６との接続面積は減少する方向に働く。したがって、図７に示すように、容量値が減少するように変化するため、この減少した容量値を検出することで、負の加速度も測定できる。   On the other hand, when negative acceleration is applied, that is, when acceleration is performed in the −G direction (the direction in which the first electrode 44 and the second electrode 46 are separated) in FIG. 6, the diaphragm 62 and the liquid 64 become minus P in FIG. 6. By being pulled in the direction, the deforming portion 42 is deformed in the −P direction. For this reason, the connection area between the first electrode 44 and the second electrode 46 via the dielectric film 22 works in the direction of decreasing. Therefore, as shown in FIG. 7, since the capacitance value changes so as to decrease, negative acceleration can also be measured by detecting the reduced capacitance value.

本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
例えば、加速度センサ１０，１２は、図示しない収容容器としてのパッケージ等に気密に収容するようにしてもよい。
また、本実施形態のダイヤフラム６２は、変形部４２に容易に圧力を加えることができるように、全体を変形部４２の上面と対向する位置に設けて、変形部４２側に変位可能としているが、変形部４２に圧力を加えられれば、本発明はこれに限られるものではない。
また、可動体４１や変形部４２は矩形のものとして説明されているが、正方形でも円形などでも勿論よい。
また、基体３２を構成する基板は、単層のものとして説明されているが、複数層設けてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. The configurations of the embodiment and the modified examples can be combined or omitted as appropriate, and can be combined with other configurations not shown.
For example, the acceleration sensors 10 and 12 may be housed in a hermetically sealed package or the like (not shown).
In addition, the diaphragm 62 of the present embodiment is provided at a position facing the upper surface of the deformable portion 42 so that pressure can be easily applied to the deformable portion 42 and can be displaced toward the deformable portion 42 side. The present invention is not limited to this as long as pressure is applied to the deformable portion 42.
Moreover, although the movable body 41 and the deformation | transformation part 42 were demonstrated as a rectangular thing, of course, a square or a circle may be sufficient.
Further, the substrate constituting the base 32 is described as a single layer, but a plurality of layers may be provided.

本発明の実施形態に係る加速度センサの概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る加速度センサの可動体を示す図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図、図２（ｃ）は概略底面図。It is a figure which shows the movable body of the acceleration sensor which concerns on embodiment of this invention, Fig.2 (a) is a schematic plan view, FIG.2 (b) is a BB schematic sectional drawing of Fig.2 (a), FIG. (C) is a schematic bottom view. 本発明の実施形態に係る加速度センサの基体を示す図であり、図３（ａ）は概略平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線概略断面図。It is a figure which shows the base | substrate of the acceleration sensor which concerns on embodiment of this invention, Fig.3 (a) is a schematic plan view, FIG.3 (b) is the CC sectional schematic sectional drawing of Fig.3 (a). 本発明の実施形態に係る加速度センサのダイヤフラムの概略平面図。The schematic plan view of the diaphragm of the acceleration sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る加速度センサの加速度に対する容量値の変化を表した図。The figure showing the change of the capacity | capacitance value with respect to the acceleration of the acceleration sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係る加速度センサの概略断面図。The schematic sectional drawing of the acceleration sensor which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の変形例に係る加速度センサの加速度に対する容量値の変化を表した図。The figure showing the change of the capacitance value with respect to the acceleration of the acceleration sensor which concerns on the modification of embodiment of this invention. 従来の加速度センサの概略斜視図。The schematic perspective view of the conventional acceleration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

２１・・・接着補助層、２２・・・誘電体膜、３０・・・（容量変化型）圧力センサ、
３２・・・基体、４１・・・検出体、４２・・・変形部、４４・・・第１の電極、４６
・・・第２の電極 21 ... Auxiliary adhesion layer, 22 ... Dielectric film, 30 ... (Capacitance change type) pressure sensor,
32 ... Base body, 41 ... Detection body, 42 ... Deformation part, 44 ... First electrode, 46
... Second electrode

Claims (5)

上面に第１の電極を有する基体と、
前記基体の上面に接合された枠状部の内周面の全周に支持されると共に、前記第１の電極から所定の間隔を置くように前記枠状部よりも肉薄にされて、受ける圧力に応じて前記第１の電極側に変形する変形部を有し、かつ、この変形部の前記第１の電極との対向面に第２の電極を有するようにした可動体と、
前記第１の電極と第２の電極の間に介在する誘電体膜と
を備え、
前記可動体の上面側には、前記変形部の前記第１の電極との対向面と反対側の面が露出するようにされた空間が設けられており、この空間は、その内側に液体が充填されて、ダイヤフラムにより塞がれている
ことを特徴とする加速度センサ。 A substrate having a first electrode on an upper surface;
Pressure that is supported on the entire circumference of the inner peripheral surface of the frame-shaped portion joined to the upper surface of the base and is made thinner than the frame-shaped portion so as to be spaced from the first electrode by a predetermined distance. And a movable body having a deformable portion that deforms on the first electrode side according to the first electrode, and a second electrode on a surface facing the first electrode of the deformable portion,
A dielectric film interposed between the first electrode and the second electrode,
On the upper surface side of the movable body, a space is provided such that a surface opposite to the surface facing the first electrode of the deforming portion is exposed, and this space has liquid inside. An acceleration sensor that is filled and closed by a diaphragm. 前記液体はオイルであることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 1, wherein the liquid is oil. 前記ダイヤフラムには、前記液体よりも比重が大きい錘が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 1, wherein a weight having a specific gravity greater than that of the liquid is provided on the diaphragm. 前記ダイヤフラムには、その変位する方向と直交する方向に重なるように波状部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加速度センサ。   4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the diaphragm is formed with a wave-like portion so as to overlap with a direction orthogonal to a direction in which the diaphragm is displaced. 前記第２の電極の一部が、加速度が加わっていない状態において、前記誘電体膜を介して、前記第１の電極と接続するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の加速度センサ。   5. The device according to claim 1, wherein a part of the second electrode is connected to the first electrode through the dielectric film in a state where no acceleration is applied. The acceleration sensor in any one.
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