JP2013003125A

JP2013003125A - Capacitive sensor

Info

Publication number: JP2013003125A
Application number: JP2011138168A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Ibara; 伸行茨; Hitoshi Yoshida; 仁吉田; Takashi Mori; 岳志森; Katsumi Kakimoto; 勝己垣本; Hideki Ueda; 英喜上田; Shinichi Kishimoto; 慎一岸本; Masatoshi Nomura; 昌利野村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-01-07

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitive sensor capable of further suppressing sticking.SOLUTION: The capacitive sensor includes: a silicon substrate 1 formed with a weight 4 (5) and a pair of spring parts 6a and 6b (7a and 7b) swingably supporting the weight 4 (5); and a support substrate 2a joined with the silicon substrate 1 and having a fixed electrode disposed facing the weight 4 (5). The fixed electrode includes a first fixed electrode 20a (21a) and a second fixed electrode 20b (21b) at one side and the other side of a boundary, with a straight line connecting the pair of spring parts 6a and 6b (7a and 7b) defined as the boundary. The support substrate 2a between the first fixed electrode 20a (21a) and the second fixed electrode 20b (21b) includes a recess 40 formed by recessing a facing area extending between the pair of spring parts 6a and 6b (7a and 7b).

Description

本発明は、静電容量式センサに関する。 The present invention relates to a capacitive sensor.

例えば加速度センサなどの静電容量式センサは、錘部と当該錘部を揺動自在に支持するばね部とが形成されたシリコン基板と、このシリコン基板に接合されるとともに錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板とを備えている。静電容量式センサでは、シリコン基板と支持基板とを陽極接合により接合する際に、シリコン基板の錘部やばね部が大きく動作して支持基板側に固着してしまう所謂スティッキングが問題視されている。 For example, an electrostatic capacitance sensor such as an acceleration sensor has a silicon substrate on which a weight portion and a spring portion that swingably supports the weight portion are formed, and is bonded to the silicon substrate and faces the weight portion. And a support substrate having a fixed electrode to be disposed. In the capacitance type sensor, when the silicon substrate and the support substrate are joined by anodic bonding, so-called sticking, in which the weight portion or the spring portion of the silicon substrate operates greatly and is fixed to the support substrate side, is regarded as a problem. Yes.

そこで、特許文献１には支持基板のばね部と対向する部位に逃げ溝を設けることで、ばね部が支持基板と接触するのを抑制できるようにした構造が開示されている。 In view of this, Patent Document 1 discloses a structure in which an escape groove is provided in a portion of the support substrate facing the spring portion so that the spring portion can be prevented from contacting the support substrate.

特開２００９−３００２２５号公報JP 2009-300225 A

ところで、上記従来の静電容量式センサにあっては、逃げ溝によってばね部の支持基板への接触を抑制することができるのであるが、よりスティッキングを抑制できるようにすることが好ましい。 By the way, in the above-mentioned conventional capacitance type sensor, it is possible to suppress the contact of the spring part to the support substrate by the escape groove, but it is preferable that the sticking can be further suppressed.

そこで、本発明は、スティッキングをより抑制することのできる静電容量式センサを得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a capacitive sensor that can further suppress sticking.

上記目的を達成するために、本発明の静電容量式センサにあっては、錘部と当該錘部を揺動自在に支持する一対のばね部とが形成されたシリコン基板と、前記シリコン基板に接合されるとともに前記錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板と、を備え、前記固定電極は、前記一対のばね部を結ぶ直線を境界線として当該境界線の一方側および他方側にそれぞれ配置される第１の固定電極と第２の固定電極を備えており、前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の前記支持基板に、前記一対のばね部間に亘る対向領域を凹設させた凹部を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the capacitive sensor of the present invention, a silicon substrate on which a weight part and a pair of spring parts that swingably support the weight part are formed, and the silicon substrate And a support substrate having a fixed electrode disposed opposite to the weight portion, and the fixed electrode has a straight line connecting the pair of spring portions as a boundary line on one side of the boundary line And a pair of springs on the support substrate between the first fixed electrode and the second fixed electrode. A concave portion is provided in which a facing region extending between the portions is recessed.

本発明の静電容量式センサによれば、第１の固定電極と第２の固定電極との間の支持基板に、一対のばね部間に亘る対向領域を凹設させた凹部を設けたので、スティッキングをより抑制することができるようになる。 According to the capacitance type sensor of the present invention, since the support substrate between the first fixed electrode and the second fixed electrode is provided with the recessed portion in which the opposing region extending between the pair of spring portions is recessed. , Sticking can be further suppressed.

図１は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサを示す分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１のシリコン基板の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the silicon substrate of FIG. 図３は、図１の上部支持基板の裏側を示した斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the back side of the upper support substrate of FIG. 図４は、図１の加速度センサの断面図である。4 is a cross-sectional view of the acceleration sensor of FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、静電容量式センサとして加速度センサを例示する。また、本実施形態を説明するにあたって、シリコン基板１の短手方向をＸ方向、シリコン基板１の長手方向をＹ方向、シリコン基板１の厚さ方向をＺ方向として説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Below, an acceleration sensor is illustrated as an electrostatic capacitance type sensor. In the description of the present embodiment, the short direction of the silicon substrate 1 is the X direction, the long direction of the silicon substrate 1 is the Y direction, and the thickness direction of the silicon substrate 1 is the Z direction.

本実施形態の加速度センサＳは、可動電極（錘部）４、５を有するシリコン基板１の上下面が、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂを有する上部支持基板２ａと、閉塞板となる下部支持基板２ｂとにより挟持されたセンサチップとして構成されている。 In the acceleration sensor S of the present embodiment, the upper and lower surfaces of the silicon substrate 1 having the movable electrodes (weight portions) 4 and 5 are the upper support substrate 2a having the fixed electrodes 20a, 20b, 21a and 21b, and the lower portion serving as the closing plate. It is configured as a sensor chip sandwiched between the support substrate 2b.

シリコン基板１は、シリコンＳＯＩ基板により形成されており、２つの矩形枠３ａ、３ｂを有するフレーム３と、矩形枠３ａ、３ｂの側壁に対して隙間をあけた状態で矩形枠３ａ、３ｂに配置された矩形形状の２つの可動電極４、５とを備えている。 The silicon substrate 1 is formed of a silicon SOI substrate and is arranged in the rectangular frames 3a and 3b with a gap between the frame 3 having two rectangular frames 3a and 3b and the side walls of the rectangular frames 3a and 3b. And two movable electrodes 4 and 5 having a rectangular shape.

可動電極４、５は、それぞれの側面の対向する二辺の略中央が、一対のビーム（ばね部）６ａ、６ｂおよび７ａ、７ｂによって矩形枠３ａ、３ｂの側壁に連結されている。そして、一方の可動電極４がビーム６ａ、６ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されるとともに、他方の可動電極５がビーム７ａ、７ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されている。 The movable electrodes 4 and 5 are connected to the side walls of the rectangular frames 3a and 3b at the substantially center of two opposite sides of each side surface by a pair of beams (spring portions) 6a and 6b and 7a and 7b. One movable electrode 4 is swingably supported with respect to the frame 3 by the beams 6a and 6b, and the other movable electrode 5 is swingably supported with respect to the frame 3 by the beams 7a and 7b. Yes.

また、シリコン基板１は、フレーム３および一方の可動電極４に対して所定の間隔をおいて配置された検出電極８ａ、８ｂと、フレーム３および他方の可動電極５に対して所定の間隔をおいて配置された検出電極９ａ、９ｂとを備えている。そして、検出電極８ｂと検出電極９ａとの間には接地電極１０が形成されている。 Further, the silicon substrate 1 has a predetermined distance from the frame 3 and one movable electrode 4 with respect to the detection electrodes 8a and 8b disposed at a predetermined distance and the frame 3 and the other movable electrode 5. The detection electrodes 9a and 9b are arranged. A ground electrode 10 is formed between the detection electrode 8b and the detection electrode 9a.

検出電極８ａ、８ｂは、互いに所定間隔をおいて配置されており、検出電極９ａ、９ｂも互いに所定間隔をおいて配置されている。なお、検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂは、それぞれ、後述する固定電極２０ａ、２０ｂおよび固定電極２１ａ、２１ｂと電気的に接続されている。 The detection electrodes 8a and 8b are arranged at a predetermined interval, and the detection electrodes 9a and 9b are also arranged at a predetermined interval. The detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b are electrically connected to fixed electrodes 20a and 20b and fixed electrodes 21a and 21b described later, respectively.

そして、本実施形態では、図２に示すように、検出電極８ａと検出電極８ｂとの間、検出電極９ａと検出電極９ｂとの間に隙間が形成されている。また、検出電極８ａ、８ｂとフレーム３との間、検出電極９ａ、９ｂとフレーム３との間、検出電極８ａ、８ｂと一方の可動電極４との間、および検出電極９ａ、９ｂと他方の可動電極５との間にそれぞれ隙間が形成されている。すなわち、検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂは、図４に示すように、フレーム３から独立した電極島として形成されている。そして、それぞれの検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂを電極島となるように形成することで、各検出電極を電気的に絶縁することが可能となり、それぞれの検出電極の寄生容量や検出電極間のクロストークを低減できるようにしている。 And in this embodiment, as shown in FIG. 2, the clearance gap is formed between the detection electrode 8a and the detection electrode 8b, and between the detection electrode 9a and the detection electrode 9b. Also, between the detection electrodes 8a, 8b and the frame 3, between the detection electrodes 9a, 9b and the frame 3, between the detection electrodes 8a, 8b and one movable electrode 4, and between the detection electrodes 9a, 9b and the other A gap is formed between each electrode and the movable electrode 5. That is, the detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b are formed as electrode islands independent of the frame 3, as shown in FIG. Then, by forming the detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b to be electrode islands, it becomes possible to electrically insulate each detection electrode, and the parasitic capacitance and detection of each detection electrode Crosstalk between electrodes can be reduced.

可動電極４、５は、肉厚に形成されており、重りとしての機能も有している。本実施形態では、図４に示すように、一対のビーム６ａ、６ｂを結ぶ直線を境界線とした場合、可動電極４の裏側における境界線の一方側に凹部１１が形成されており、可動電極４の重心が他方側に片寄るようにしている。同様に、一対のビーム７ａ、７ｂを結ぶ直線を境界線とした場合、可動電極５の裏側における一方の可動電極４に凹部１１を設けた一方側とは反対となる他方側に凹部が形成されており、可動電極５の重心が一方側に片寄るようにしている。そして、Ｘ方向もしくはＺ方向に加速度が印加されると、当該Ｘ方向もしくはＺ方向に印加された加速度を検出できるようにしている。 The movable electrodes 4 and 5 are formed thick and have a function as a weight. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, when a straight line connecting a pair of beams 6 a and 6 b is used as a boundary line, a recess 11 is formed on one side of the boundary line on the back side of the movable electrode 4. The center of gravity of 4 is offset to the other side. Similarly, when a straight line connecting the pair of beams 7a and 7b is used as a boundary line, a concave portion is formed on the other side opposite to the one side where the concave portion 11 is provided on one movable electrode 4 on the back side of the movable electrode 5. The center of gravity of the movable electrode 5 is offset to one side. When an acceleration is applied in the X direction or the Z direction, the acceleration applied in the X direction or the Z direction can be detected.

このとき、双方の可動電極４、５は、例えば図４によって一方の可動電極４を例にとって述べると、凹部１１が形成されない側の重心Ｇから表面４ａに下ろした垂線と、その重心Ｇと境界線とを結ぶ直線とでなす角度θが略４５度となるように設定されている。なお、他方の可動電極５にあっても同様であるが、この場合は上述したように重心位置が境界線を挟んで可動電極４の重心Ｇとは反対側に存在することになる。このように重心Ｇを配置すれば、Ｘ方向とＺ方向の検出感度が等価になるため、それぞれの方向の検出感度を略同一とすることができる。 At this time, for example, if one movable electrode 4 is described with reference to FIG. 4, for example, both the movable electrodes 4 and 5 are perpendicular to the surface 4a from the center G on the side where the concave portion 11 is not formed, and the boundary between the center G and the center. The angle θ formed by the straight line connecting the lines is set to be approximately 45 degrees. The same applies to the other movable electrode 5, but in this case, as described above, the position of the center of gravity exists on the side opposite to the center of gravity G of the movable electrode 4 across the boundary line. If the center of gravity G is arranged in this way, the detection sensitivities in the X direction and the Z direction are equivalent, so that the detection sensitivities in the respective directions can be made substantially the same.

上部支持基板２ａは、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図４に示すように、可動電極４、５の表面４ａに対して所定間隔をあけて対向配置されている。そして、上部支持基板２ａの一方の可動電極４と対向する面側には、平面視でビーム６ａとビーム６ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ第１および第２の固定電極としての固定電極２０ａ、２０ｂが設けられている。この固定電極２０ａ、２０ｂは、一方の可動電極４の表面４ａに対して所定の間隔をあけて対向配置されている。 In the present embodiment, the upper support substrate 2a is formed of a glass substrate, and is disposed so as to face the surface 4a of the movable electrodes 4 and 5 at a predetermined interval, as shown in FIG. Then, on the surface side facing the one movable electrode 4 of the upper support substrate 2a, when a straight line connecting the centers of the beam 6a and the beam 6b in a plan view is used as a boundary line, the one side and the other side of the boundary line Fixed electrodes 20a and 20b are provided as first and second fixed electrodes, respectively. The fixed electrodes 20a and 20b are arranged to face the surface 4a of one movable electrode 4 with a predetermined interval.

また、上部支持基板２ａの他方の可動電極５と対向する面の位置にも、平面視でビーム７ａとビーム７ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ第１および第２の固定電極としての固定電極２１ａ、２１ｂが設けられている。この場合にあっても固定電極２１ａ、２１ｂは、他方の可動電極５の表面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。本実施形態では、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂは、アルミニウムで形成されている。 In addition, when the straight line connecting the centers of the beam 7a and the beam 7b is used as a boundary line in the plan view, the position of the upper support substrate 2a facing the other movable electrode 5 is also one side and the other side of the boundary line. Are provided with fixed electrodes 21a and 21b as first and second fixed electrodes, respectively. Even in this case, the fixed electrodes 21 a and 21 b are arranged to face the surface of the other movable electrode 5 with a predetermined interval. In the present embodiment, the fixed electrodes 20a, 20b, 21a, 21b are made of aluminum.

さらに、図１に示すように、上部支持基板２ａの検出電極８ａ、８ｂ、検出電極９ａ、９ｂおよび接地電極１０に対向する位置には、スルーホール２２ａ〜２２ｅが形成されている。そして、このスルーホール２２ａ〜２２ｅを介して、固定電極２０ａ、２０ｂおよび固定電極２１ａ、２１ｂにそれぞれ電気的に接続された検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂと接地電極１０が外部に露出、配線される。こうして、検出電極８ａ、８ｂおよび検出電極９ａ、９ｂと接地電極１０の電位を外部に取り出せるようにしている。 Furthermore, as shown in FIG. 1, through holes 22 a to 22 e are formed at positions facing the detection electrodes 8 a and 8 b, the detection electrodes 9 a and 9 b and the ground electrode 10 of the upper support substrate 2 a. The detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b and the ground electrode 10 electrically connected to the fixed electrodes 20a and 20b and the fixed electrodes 21a and 21b, respectively, are exposed to the outside through the through holes 22a to 22e. Wired. In this way, the potentials of the detection electrodes 8a and 8b and the detection electrodes 9a and 9b and the ground electrode 10 can be extracted to the outside.

下部支持基板２ｂは、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図４に示すように、双方の可動電極４、５の裏面に所定間隔をあけて対向するように配置されている。 In the present embodiment, the lower support substrate 2b is formed of a glass substrate, and is disposed so as to face the back surfaces of both the movable electrodes 4 and 5 with a predetermined interval as shown in FIG.

上述した加速度センサＳを製造する際には、図４に示したように、シリコン基板１の表面側および裏面側に、湿式エッチングやドライエッチング等により可動電極４、５が変位するためのギャップ３２ａ、３２ｂを形成する。また、シリコン基板１の裏面側を更にエッチングすることで、双方の可動電極４、５および凹部１１を形成する。 When the acceleration sensor S described above is manufactured, as shown in FIG. 4, the gap 32a for moving the movable electrodes 4 and 5 to the front surface side and the back surface side of the silicon substrate 1 by wet etching, dry etching, or the like. , 32b. Moreover, both the movable electrodes 4 and 5 and the recessed part 11 are formed by further etching the back surface side of the silicon substrate 1.

その後、下部支持基板２ｂをシリコン基板１の裏面側に陽極接合するとともに、上部支持基板２ａに、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂおよびスルーホール２２ａ〜２２ｅを形成しておき、この上部支持基板２ａをシリコン基板１の表面側に陽極接合する。 Thereafter, the lower support substrate 2b is anodically bonded to the back side of the silicon substrate 1, and fixed electrodes 20a, 20b, 21a, 21b and through holes 22a to 22e are formed on the upper support substrate 2a. 2a is anodically bonded to the surface side of the silicon substrate 1.

このように構成された加速度センサＳは、可動電極４にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（１）、（２）のようになる。なお数式（１）、（２）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。 In the acceleration sensor S configured as described above, when the X-direction acceleration is applied to the movable electrode 4, the capacitances C1 and C2 between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b are expressed by the following mathematical formulas (1 ) And (2). In Equations (1) and (2), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b when no acceleration in the X direction is applied to the movable electrode 4.

Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ …（１）
Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ …（２）
また同様に、可動電極５にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（３）、（４）のようになる。なお数式（３）、（４）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。 C1 = C0−ΔC (1)
C2 = C0 + ΔC (2)
Similarly, when acceleration in the X direction is applied to the movable electrode 5, the capacitances C3 and C4 between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b are expressed by the following equations (3) and (4), respectively. become. In Equations (3) and (4), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b when no acceleration in the X direction is applied to the movable electrode 5.

Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（３）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（４）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＸ出力として出力することにより、静電容量の変化から可動電極４、５に加えられたＸ方向の加速度を検出できる。 C3 = C0−ΔC (3)
C4 = C0 + ΔC (4)
Therefore, the capacitances C1 to C4 are detected via the through electrodes 22a to 22e, and the difference value CA (= C1-C2) between the capacitance C1 and the capacitance C2 and the difference value CB between the capacitance C3 and the capacitance C4 using ASIC or the like. (= C3-C4) is calculated. Then, by outputting the sum (± 4ΔC) of the calculated difference value CA and difference value CB as an X output, the acceleration in the X direction applied to the movable electrodes 4 and 5 can be detected from the change in capacitance.

一方、可動電極４にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（５）、（６）のようになる。なお数式（５）、（６）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。 On the other hand, when acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 4, the capacitances C1 and C2 between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b are as shown in the following equations (5) and (6), respectively. . In Equations (5) and (6), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 4 and the fixed electrodes 20a and 20b when no acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 4.

Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ …（５）
Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ …（６）
また同様に、可動電極５にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（７）、（８）のようになる。なお数式（７）、（８）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。 C1 = C0 + ΔC (5)
C2 = C0−ΔC (6)
Similarly, when acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 5, the capacitances C3 and C4 between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b are expressed by the following equations (7) and (8), respectively. become. In Equations (7) and (8), the parameter C0 indicates the capacitance between the movable electrode 5 and the fixed electrodes 21a and 21b when no acceleration in the Z direction is applied to the movable electrode 5.

Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（７）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（８）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＺ出力として出力することにより、静電容量値の変化から可動電極４、５に加えられたＺ方向の加速度を検出できる。 C3 = C0−ΔC (7)
C4 = C0 + ΔC (8)
Therefore, the capacitances C1 to C4 are detected via the through electrodes 22a to 22e, and the difference value CA (= C1-C2) between the capacitance C1 and the capacitance C2 and the difference value CB between the capacitance C3 and the capacitance C4 using ASIC or the like. (= C3-C4) is calculated. Then, by outputting the sum (± 4ΔC) of the calculated difference value CA and difference value CB as the Z output, the acceleration in the Z direction applied to the movable electrodes 4 and 5 can be detected from the change in the capacitance value. .

ところで、本実施形態の加速度センサＳは、図１に示すように、一方の可動電極４を備えた第１の加速度センサ単体Ｓａと、他方の可動電極５を備えた第２の加速度センサ単体Ｓｂとが同一チップ面内に配置されている。そして、それぞれの加速度センサ単体Ｓａ、Ｓｂが相対的に１８０度回転した状態で配置されている。このように、第１の加速度センサ単体Ｓａにおける一方の可動電極４と、第２の加速度センサ単体Ｓｂにおける他方の可動電極５との重心位置が、境界線に対して互いに反対側に位置するように配置することで、ＸおよびＺ方向の加速度を検出できるようにしている。 By the way, as shown in FIG. 1, the acceleration sensor S of the present embodiment includes a first acceleration sensor single body Sa provided with one movable electrode 4 and a second acceleration sensor single body Sb provided with the other movable electrode 5. Are arranged in the same chip surface. And each acceleration sensor single-piece | unit Sa and Sb are arrange | positioned in the state rotated 180 degree | times relatively. As described above, the center of gravity positions of one movable electrode 4 in the first acceleration sensor single unit Sa and the other movable electrode 5 in the second acceleration sensor single unit Sb are located on the opposite sides with respect to the boundary line. By arranging in the position, acceleration in the X and Z directions can be detected.

ここで、本実施形態では、図３および図４に示すように、一方の可動電極４と対向する第１の固定電極２０ａと第２の固定電極２０ｂとの間の上部支持基板２ａに、一対のビーム６ａ、６ｂ間に亘る対向領域を凹設させた凹部４０を設けている。また、同様にして他方の可動電極５と対向する第１の固定電極２１ａと第２の固定電極２１ｂとの間の上部支持基板２ａにも、一対のビーム７ａ、７ｂ間に亘る対向領域を凹設させた凹部４０を設けている。 Here, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, a pair of the upper support substrate 2 a between the first fixed electrode 20 a and the second fixed electrode 20 b facing the one movable electrode 4 is provided on the upper support substrate 2 a. A recess 40 is provided in which a facing region extending between the beams 6a and 6b is recessed. Similarly, the upper support substrate 2a between the first fixed electrode 21a and the second fixed electrode 21b facing the other movable electrode 5 is also recessed with a facing region between the pair of beams 7a and 7b. A recessed portion 40 is provided.

本実施形態では、一方の可動電極４の一対のビーム６ａ、６ｂと、他方の可動電極５の一対のビーム７ａ、７ｂとを、境界線を一致させて配置させている。また、一方の可動電極４と対向する第１および第２の固定電極２０ａ、２０ｂと、他方の可動電極５と対向する第１および第２の固定電極２１ａ、２１ｂとを、Ｘ方向およびＹ方向に揃わせて配置させている。これにより、本実施形態では、一方の可動電極４のビーム６ａと、他方の可動電極５のビーム部７ｂとの間に亘って上部支持基板２ａを一体に凹設させて凹部４０を形成できるようにしている。 In the present embodiment, the pair of beams 6a and 6b of one movable electrode 4 and the pair of beams 7a and 7b of the other movable electrode 5 are arranged with their boundary lines aligned. Further, the first and second fixed electrodes 20a and 20b facing one movable electrode 4 and the first and second fixed electrodes 21a and 21b facing the other movable electrode 5 are connected in the X direction and the Y direction. Are arranged in line with each other. Thereby, in this embodiment, the upper support substrate 2a can be integrally recessed between the beam 6a of one movable electrode 4 and the beam portion 7b of the other movable electrode 5, so that the recess 40 can be formed. I have to.

このような凹部４０を設けることで、シリコン基板１と上部支持基板２ａとを陽極接合する際に、ビーム６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが上部支持基板２ａに接触してしまうのを抑制することができる。なお、この凹部４０は、湿式エッチングやドライエッチング等によって形成することができが、陽極接合時に発生する静電吸引力は、上部支持基板２ａとシリコン基板１との対向面間の距離に反比例するようになっている。よって、より深く凹部４０をエッチングすることによって、静電吸引力をより減少させることができるようになるという利点がある。 By providing such a recess 40, it is possible to prevent the beams 6a, 6b, 7a, and 7b from coming into contact with the upper support substrate 2a when the silicon substrate 1 and the upper support substrate 2a are anodically bonded. it can. The recess 40 can be formed by wet etching, dry etching, or the like, but the electrostatic attraction generated during anodic bonding is inversely proportional to the distance between the opposing surfaces of the upper support substrate 2a and the silicon substrate 1. It is like that. Therefore, there is an advantage that the electrostatic attractive force can be further reduced by deeply etching the recess 40.

また、本実施形態では、検出電極８ａ、８ｂと一方の可動電極４との間、および検出電極９ａ、９ｂと他方の可動電極５との間にそれぞれ形成された隙間部分に、これら検出電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂと可動電極４、５とを画成するフレーム壁３０を設けている。そして、このフレーム壁３０によって寄生容量のバランスをとるようにしている。なお、フレーム壁３０は、図２では、破線で矩形状に囲った部分に設けられている。 In the present embodiment, the detection electrodes 8a and 8b and the one movable electrode 4 and the detection electrodes 8a are formed in gaps formed between the detection electrodes 9a and 9b and the other movable electrode 5, respectively. , 8b, 9a, 9b and the movable electrodes 4, 5 are provided with a frame wall 30. The frame wall 30 balances the parasitic capacitance. In FIG. 2, the frame wall 30 is provided in a portion surrounded by a broken line in a rectangular shape.

このフレーム壁３０は、図１および図２に示すように、フレーム３の加速度センサ単体Ｓａ、Ｓｂが並設された方向（Ｙ方向）の内側全幅に亘って存在している。そして、図４に示すように、上部支持基板２ａと下部支持基板２ｂとに亘って加速度センサ単体Ｓａ、Ｓｂと検出電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂとを仕切るように形成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the frame wall 30 exists over the entire inner width in the direction (Y direction) in which the single acceleration sensors Sa and Sb of the frame 3 are arranged side by side. And as shown in FIG. 4, it forms so that acceleration sensor single-piece | unit Sa, Sb and detection electrode 8a, 8b, 9a, 9b may be partitioned over the upper support substrate 2a and the lower support substrate 2b.

以上の構成により、本実施形態の加速度センサＳによれば、第１の固定電極２０ａ（２１ａ）と第２の固定電極２０ｂ（２１ｂ）との間の上部支持基板２ａに、一対のビーム６ａ、６ｂ（７ａ、７ｂ）間に亘る対向領域を凹設させた凹部４０を設けている。そのため、シリコン基板１と上部支持基板２ａとを陽極接合する際に、ビーム部６ａ、６ｂ（７ａ、７ｂ）が上部支持基板２ａに接触して貼り付いてしまうのを抑制できるのは勿論のこと、陽極接合時に発生する静電吸引力を従来と比べて大幅に低減できるようになる。したがって、陽極接合時に可動電極４（５）が上部支持基板２ａ側に持ち上がってしまうのを抑制することができるようになり、スティッキングをより抑制できることに繋がる。 With the above-described configuration, according to the acceleration sensor S of the present embodiment, the pair of beams 6a are provided on the upper support substrate 2a between the first fixed electrode 20a (21a) and the second fixed electrode 20b (21b). A recess 40 is provided in which a facing region extending between 6b (7a, 7b) is recessed. Therefore, when the silicon substrate 1 and the upper support substrate 2a are anodically bonded, the beam portions 6a and 6b (7a and 7b) can be prevented from coming into contact with and sticking to the upper support substrate 2a. The electrostatic attraction force generated during anodic bonding can be greatly reduced compared to the conventional case. Therefore, it becomes possible to prevent the movable electrode 4 (5) from being lifted to the upper support substrate 2a side during anodic bonding, which leads to further suppression of sticking.

また、凹部４０を設けたことで静電吸引力を低減することができるにも関わらず、可動電極４（５）と固定電極２０ａ、２０ｂ（２１ａ、２１ｂ）との間の距離を広げる必要がないので好適である。すなわち、加速度センサＳの検出感度を低下させることなく静電吸引力を減少させてスティッキングを抑制することができる。 Moreover, although the electrostatic attraction force can be reduced by providing the recess 40, it is necessary to increase the distance between the movable electrode 4 (5) and the fixed electrodes 20a and 20b (21a and 21b). It is preferable because it is not present. That is, sticking can be suppressed by reducing the electrostatic attractive force without reducing the detection sensitivity of the acceleration sensor S.

また、本実施形態の加速度センサＳによれば、検出電極８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂと可動電極４、５との間をフレーム壁３０によって仕切っている。そのため、図４に示すように、固定電極２０ａとフレーム３との距離および固定電極２０ｂとフレーム壁３０との距離の差が小さくなり、各固定電極とフレーム３との間に生じる寄生容量の差を小さくすることができる。すなわち、第１および第２の固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの外側端部とフレーム３との対向方向（Ｘ方向）の寄生容量Ｃｐのバランスを取ることができる。したがって、寄生容量Ｃｐのアンバランスを解消し、寄生容量Ｃｐのオフセット（物理量がゼロの状態における第１および第２の固定電極の寄生容量の差）を効率良く低減することができる。その結果、加速度センサＳの温度特性が向上し、ひいては、加速度センサＳの検出精度を向上させることができる。 Further, according to the acceleration sensor S of the present embodiment, the detection electrodes 8a, 8b, 9a, 9b and the movable electrodes 4, 5 are partitioned by the frame wall 30. Therefore, as shown in FIG. 4, the difference in the distance between the fixed electrode 20a and the frame 3 and the distance between the fixed electrode 20b and the frame wall 30 are reduced, and the difference in parasitic capacitance generated between each fixed electrode and the frame 3 is reduced. Can be reduced. That is, it is possible to balance the parasitic capacitance Cp in the facing direction (X direction) between the outer end portions of the first and second fixed electrodes 20a, 20b, 21a, and 21b and the frame 3. Therefore, the imbalance of the parasitic capacitance Cp can be eliminated, and the offset of the parasitic capacitance Cp (the difference between the parasitic capacitances of the first and second fixed electrodes when the physical quantity is zero) can be efficiently reduced. As a result, the temperature characteristics of the acceleration sensor S are improved, and consequently the detection accuracy of the acceleration sensor S can be improved.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

例えば、上記実施形態では、Ｘ方向とＹ方向の２方向の加速度を検出する加速度センサを例示したが、錘部の一つをＸＹ平面内で９０度回転させて配置し、Ｙ方向を加えた３方向の加速度を検出する加速度センサとしてもよい。 For example, in the above-described embodiment, an acceleration sensor that detects acceleration in two directions of the X direction and the Y direction has been illustrated. However, one of the weight portions is arranged by being rotated 90 degrees in the XY plane, and the Y direction is added. An acceleration sensor that detects acceleration in three directions may be used.

また、上記実施形態では、静電容量式センサとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、その他の静電容量式センサにあっても本発明を適用することができる。 Moreover, although the acceleration sensor was illustrated as an electrostatic capacitance type sensor in the said embodiment, this invention is applicable also in another electrostatic capacitance type sensor, without being restricted to this.

また、錘部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。 Further, the weight part and other detailed specifications (shape, size, layout, etc.) can be changed as appropriate.

１シリコン基板
２ａ上部支持基板（支持基板）
４、５可動電極（錘部）
６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂビーム（ばね部）
２０ａ、２１ａ第１の固定電極
２０ｂ、２１ｂ第２の固定電極
４０凹部
Ｓ１加速度センサ（静電容量式センサ） 1 Silicon substrate 2a Upper support substrate (support substrate)
4, 5 Movable electrode (weight)
6a, 6b, 7a, 7b Beam (spring part)
20a, 21a First fixed electrode 20b, 21b Second fixed electrode 40 Recess S1 Acceleration sensor (capacitance sensor)

Claims

錘部と当該錘部を揺動自在に支持する一対のばね部とが形成されたシリコン基板と、前記シリコン基板に接合されるとともに前記錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板と、を備え、
前記固定電極は、前記一対のばね部を結ぶ直線を境界線として当該境界線の一方側および他方側にそれぞれ配置される第１の固定電極と第２の固定電極を備えており、
前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の前記支持基板に、前記一対のばね部間に亘る対向領域を凹設させた凹部を設けたことを特徴とする静電容量式センサ。 A support having a silicon substrate on which a weight portion and a pair of spring portions that swingably support the weight portion are formed, and a fixed electrode that is bonded to the silicon substrate and disposed opposite to the weight portion A substrate, and
The fixed electrode includes a first fixed electrode and a second fixed electrode that are respectively arranged on one side and the other side of the boundary line with a straight line connecting the pair of spring portions as a boundary line,
A capacitance type characterized in that a recess is provided in the support substrate between the first fixed electrode and the second fixed electrode. Sensor.