JP2010210423A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型の加速度センサに関するものである。 The present invention relates to a capacitance type acceleration sensor.
従来、図3に示すように可動電極を有する直方体形状の重り部100と、重り部100の長手方向における略中央において重り部100を回動自在に支持する一対のビーム部101と、一対のビーム部101を結ぶ直線(ビーム軸)を境界線とした重り部100の表面のそれぞれ一方側及び他方側に対し所定距離をあけて対向配置された第1及び第2の固定電極102,103とを備える加速度センサが知られている。この加速度センサは、ビーム軸を回動軸とした重り部100の回動に伴う可動電極(重り部100の固定電極102,103との対向部位)と第1および第2の固定電極102,103間の静電容量の変化を差動検出することにより、重り部100に印加された加速度を検出する。このような加速度センサでは、加速度が印加された際にビーム軸を回動軸としたモーメントが重り部100に発生するように、重り部100の裏面のビーム軸を境界線とした一方側(図3における右側)に凹部104を形成することにより、ビーム軸を境界線とした重り部100の一方側(右側)と他方側(左側)とで重量が異なるようにしている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as shown in FIG. 3, a rectangular
尚、この種の静電容量型の加速度センサでは、固定電極から検出電圧を取り出すために、固定電極と電気的に接続された検出電極がビーム部を支持する枠部に設けられている(例えば、特許文献2参照)。 In this type of capacitance type acceleration sensor, in order to extract a detection voltage from the fixed electrode, a detection electrode electrically connected to the fixed electrode is provided on a frame portion that supports the beam portion (for example, , See Patent Document 2).
しかしながら、上述した従来例においては検出電極を設けるためのスペースが枠部に必要であるから、小型化が困難になるという問題があった。 However, in the above-described conventional example, there is a problem that it is difficult to reduce the size because a space for providing the detection electrode is required in the frame portion.
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化が容易な加速度センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an acceleration sensor that can be easily downsized.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、一面に可動電極が設けられた重り部並びに重り部を回動軸の回りに回動自在に支持するビーム部が半導体基板を加工して形成されたセンサチップと、半導体基板からなる固定電極が一面に設けられ当該固定電極を可動電極に対向させる向きでセンサチップの一面側に接合される絶縁性のカバーと、カバーを貫通する貫通孔と、貫通孔を通してカバーの外に露出する固定電極からなる電極部とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項1の発明によれば、検出電圧を取り出すための電極部を固定電極で兼用しているので、従来例のように電極部を設けるための専用のスペースが不要となって容易に小型化が図れる。 According to the first aspect of the present invention, since the electrode part for taking out the detection voltage is also used as the fixed electrode, a dedicated space for providing the electrode part as in the conventional example is not required, and the size can be easily reduced. Can be planned.
請求項1の発明によれば、小型化が容易となる。
According to the invention of
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明では図1におけるx軸方向を縦方向、y軸方向を横方向、z軸方向を上下方向と定める。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, in the following description, the x-axis direction in FIG. 1 is defined as the vertical direction, the y-axis direction is defined as the horizontal direction, and the z-axis direction is defined as the vertical direction.
本実施形態は、図1に示すように外形が矩形平板状であるセンサチップ1と、センサチップ1の上面側に固定される上カバー2aと、センサチップ1の下面側に固定される下カバー2bとを備えている。センサチップ1は、上下方向から見て矩形の2つの枠部3a,3bが長手方向(横方向)に並設されたフレーム部3と、枠部3a,3bの内周面に対して隙間を空けた状態で枠部3a,3b内に配置された直方体形状の重り部4,5と、枠部3a,3bの内周面と重り部4,5の側面を連結してフレーム部3に対して重り部4,5を回動軸の回りに回動自在に支持する各一対のビーム部6a,6b及び7a,7bと、重り部4,5の上面に形成される可動電極4a,5aとを備えている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
一対のビーム部6a,6bは、横方向に対向する枠部3aの内周面における縦方向の中央部に一端が連結され、重り部4の側面における凹部11と充実部12の境界付近に他端が連結されている。同じく一対のビーム部7a,7bは、横方向に対向する枠部3bの内周面における縦方向の中央部に一端が連結され、重り部5の側面における凹部13と充実部14の境界付近に他端が連結されている。つまり、一対のビーム部6aと6b、7aと7bをそれぞれ結ぶ直線が回動軸となり、回動軸の回りに各重り部4,5が回動することになる。
One end of the pair of
重り部4,5は、図1(b)に示すように回動軸を境界とする一方側(重り部4では図1における右側、重り部5では図1における左側)に、一面(下面)に開口した凹部11,13が設けられ、他方側(重り部4では図1における左側、重り部5では図1における右側)に、充実部12,14が形成されている。尚、凹部11,13は開口面の法線方向(上下方向)から見て平面視四角形に形成されている。また、センサチップ1は、後述するように半導体の微細加工技術によりシリコン基板(シリコンSOI基板)を加工して形成されるものであり、重り部4,5の上面を含む部分が可動電極4a,5aとなる。さらに、重り部4,5の上面及び下面における四隅には、重り部4,5が上カバー2a及び下カバー2bに直接衝突することを防止するために複数の突起部15が突設されている。
As shown in FIG. 1B, the
下カバー2bは、石英ガラスなどの絶縁材料により縦横の寸法がフレーム部3の縦横の寸法と略同一である矩形平板状に形成され、フレーム部3の下面に接合される。
The
上カバー2aは、石英ガラスなどの絶縁材料製であって、上下方向に沿って重り部4,5の凹部11,13並びに充実部12,14と対向する位置に各々貫通孔20が貫設されている。また、上カバー2aの下面には、半導体基板(シリコン基板)からなる電極ブロック8が接合されている。
The
電極ブロック8は、センサチップ1のフレーム部3と同寸法及び同形状に形成された枠部80と、一方の可動電極4a(重り部4)の凹部11側と対向する第1の固定電極81a及び充実部12側と対向する第2の固定電極81bと、他方の可動電極5a(重り部5)の凹部11側と対向する第2の固定電極82a及び充実部12側と対向する第2の固定電極82bとを有している。尚、電極ブロック8の第1及び第2の固定電極81a,81b、82a,82bによって上カバー2aの4つの貫通孔20がそれぞれ閉塞されている。つまり、貫通孔20を通して上カバー2aの上面側に露出する第1及び第2の固定電極81a,81b、82a,82bが検出電圧を取り出すための電極部83a,83b、84a,84bとなる。尚、上カバー2aの横方向の寸法はセンサチップ1並びに電極ブロック8と略同一であるが、縦方向の寸法はセンサチップ1並びに電極ブロック8よりも若干短くなっており、横方向に沿った一方の側面(図1における左側の側面)に揃えてフレーム部3の上面に接合される。そして、電極ブロック8上面の上カバー2aで覆われない端部(図1における右端部)が可動電極4a,5aと導通した接地用の電極部85となる。
The
ここで、本実施形態では、枠部3a、重り部4、ビーム部6a,6b、可動電極4a、電極ブロック8と、枠部3b、重り部5、ビーム部7a,7b、可動電極5a、電極ブロック8とで各々加速度センサが構成され、重り部4,5の向き(凹部11,13と充実部12,14の配置)を180度反転させた状態で2つの加速度センサが一体に形成されている(図1(a)参照)。
Here, in this embodiment, the
次に、本実施形態の検出動作について説明する。 Next, the detection operation of this embodiment will be described.
まず、一方の重り部4にx軸方向の加速度が印加された場合を考える。x軸方向に加速度が印加されると重り部4が回動軸の回りに回動して可動電極4aと第1の固定電極81a並びに第2の固定電極81bとの間の距離が変化し、その結果、可動電極4aと各固定電極81a,81bとの間の静電容量C1,C2も変化する。ここで、x軸方向の加速度が印加されていないときの可動電極4aと各固定電極81a,81bとの間の静電容量をC0とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔCとすれば、x軸方向の加速度が印加されたときの静電容量C1,C2は、
C1=C0−ΔC …(1)
C2=C0+ΔC …(2)
と表すことができる。
First, consider a case where an acceleration in the x-axis direction is applied to one
C1 = C0−ΔC (1)
C2 = C0 + ΔC (2)
It can be expressed as.
同様に、他方の重り部5にx軸方向の加速度が印加された場合、可動電極5aと各固定電極82a,82bとの間の静電容量C3,C4は、
C3=C0−ΔC …(3)
C4=C0+ΔC …(4)
と表すことができる。
Similarly, when acceleration in the x-axis direction is applied to the other weight portion 5, the capacitances C3 and C4 between the movable electrode 5a and the
C3 = C0−ΔC (3)
C4 = C0 + ΔC (4)
It can be expressed as.
ここで、静電容量C1〜C4の値は、電極部80a,80b及び81a,81bから取り出す電圧信号を演算処理することで検出することができる。そして、一方の加速度センサから得られる静電容量C1,C2の差分値CA(=C1−C2)と、他方の加速度センサから得られる静電容量C3,C4の差分値CB(=C3−C4)との和(±4ΔC)を算出すれば、この差分値CA,CBの和に基づいてx軸方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。
Here, the values of the electrostatic capacitances C1 to C4 can be detected by calculating voltage signals taken out from the
次に、一方の重り部4にz軸方向の加速度が印加された場合を考える。z軸方向に加速度が印加されると重り部4が回動軸の回りに回動して可動電極4aと第1の固定電極81a並びに第2の固定電極81bとの間の距離が変化し、その結果、可動電極4aと各固定電極81a,81bとの間の静電容量C1,C2も変化する。ここで、z軸方向の加速度が印加されていないときの可動電極4aと各固定電極81a,81bとの間の静電容量をC0とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔCとすれば、z軸方向の加速度が印加されたときの静電容量C1,C2は、
C1=C0+ΔC …(5)
C2=C0−ΔC …(6)
と表すことができる。
Next, consider a case where acceleration in the z-axis direction is applied to one
C1 = C0 + ΔC (5)
C2 = C0−ΔC (6)
It can be expressed as.
同様に、他方の重り部5にz軸方向の加速度が印加された場合、可動電極5aと各固定電極82a,82bとの間の静電容量C3,C4は、
C3=C0−ΔC …(7)
C4=C0+ΔC …(8)
と表すことができる。
Similarly, when acceleration in the z-axis direction is applied to the other weight portion 5, the capacitances C3 and C4 between the movable electrode 5a and the fixed
C3 = C0−ΔC (7)
C4 = C0 + ΔC (8)
It can be expressed as.
そして、一方の加速度センサから得られる静電容量C1,C2の差分値CA(=C1−C2)と、他方の加速度センサから得られる静電容量C3,C4の差分値CB(=C3−C4)との差(±4ΔC)を算出すれば、この差分値CA,CBの差に基づいてz軸方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。尚、差分値CA,CBの和と差に基づいてx軸方向及びz軸方向の加速度の向き及び大きさを求める演算処理については従来周知であるから詳細な説明を省略する。 Then, the difference value CA (= C1-C2) between the capacitances C1, C2 obtained from one acceleration sensor and the difference value CB (= C3-C4) between the capacitances C3, C4 obtained from the other acceleration sensor. Is calculated (± 4ΔC), the direction and magnitude of the acceleration applied in the z-axis direction can be calculated based on the difference between the difference values CA and CB. Since the calculation processing for obtaining the direction and magnitude of acceleration in the x-axis direction and the z-axis direction based on the sum and difference of the difference values CA and CB is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.
次に、図2を参照して本実施形態の製造方法を説明する。 Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態では、支持基板及び中間酸化膜、活性層からなるシリコンSOI基板を半導体の微細加工技術を利用して加工することによりセンサチップ1が形成される。まず、シリコンSOI基板の両面にシリコン酸化膜やフォトレジスト膜などのマスク材料を形成し、重り部4,5に対応する位置のマスク材料を除去した後、TMAH(テトラメチル水酸化アンモニウム溶液)やKOH(水酸化カリウム溶液)などを利用した湿式エッチング、あるいは反応性イオンエッチング(RIE)などの乾式エッチングを行うことにより、シリコンSOI基板の上面及び下面に重り部4,5が変位するための空間(凹所)を形成する。そして、凹所底面の所定位置にシリコン酸化膜又はカーボンナノチューブからなる突起部15を形成する。続いて、支持基板及び中間酸化膜の順にシリコンSOI基板の下面をエッチングすることで重り部4,5(凹部11,13並びに充実部12,14)を形成する。
In this embodiment, the
一方、ガラス基板からなる上カバー2aにサンドブラストなどの加工方法で貫通孔20を貫設し(図2(a)参照)、上カバー2aの下面にシリコン基板100を接合する(図2(b)参照)。次に、エッチングあるいはダイシングによって枠部80と、第1及び第2の固定電極81a,81bと82a,82bとを形成する(図2(c)参照)。
On the other hand, a through
そして、センサチップ1の下面及び上面にそれぞれ下カバー2bと上カバー2a(電極ブロック8)を陽極接合することにより、本実施形態の製造工程は完了する(図2(d)参照)。
Then, the
而して本実施形態では、検出電圧を取り出すための電極部83a,83b、84a,84bを固定電極81a,81b、82a,82bで兼用しているので、従来例のように電極部を設けるための専用のスペースが不要となって容易に小型化が図れる。また、固定電極81a,81b、82a,82bをバルクシリコン(単結晶シリコンウェハ)で形成しているため、成膜などで形成した固定電極と比較して表面の平滑度が高くなり、可動電極4a,5aとの間の電極間距離のばらつきが少ないために静電容量のばらつきも少なくなるという利点がある。しかも、電極ブロック8における枠部80と固定電極81a,81b、82a,82bとは、同一のシリコン基板から形成されているので、固定電極81a,81b、82a,82bと可動電極4a,5aとの間の電極間距離の精度が高く、その結果、静電容量のばらつきも少なくなるという利点がある。
Thus, in the present embodiment, the
1 センサチップ
2a 上カバー(カバー)
4,5 重り部
4a,5a 可動電極
6a,6b ビーム部
7a,7b ビーム部
8 電極ブロック
20 貫通孔
81a,82a 第1の固定電極
81b,82b 第2の固定電極
83a,83b 電極部
84a,84b 電極部
1
4,5
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000028463A (en) * | 1998-07-10 | 2000-01-28 | Teijin Seiki Co Ltd | Airtight sealing structure and its manufacture |
JP2004333133A (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | Inertial force sensor |
JP2006170893A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Alps Electric Co Ltd | Electrostatic capacitive pressure sensor |
WO2008093693A1 (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Alps Electric Co., Ltd. | Electrostatic capacitance type acceleration sensor |
JP2008292427A (en) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Semiconductor sensor |
-
2009
- 2009-03-10 JP JP2009056948A patent/JP2010210423A/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000028463A (en) * | 1998-07-10 | 2000-01-28 | Teijin Seiki Co Ltd | Airtight sealing structure and its manufacture |
JP2004333133A (en) * | 2003-04-30 | 2004-11-25 | Mitsubishi Electric Corp | Inertial force sensor |
JP2006170893A (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Alps Electric Co Ltd | Electrostatic capacitive pressure sensor |
WO2008093693A1 (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-07 | Alps Electric Co., Ltd. | Electrostatic capacitance type acceleration sensor |
JP2008292427A (en) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Semiconductor sensor |
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