JP2013186061A - Capacitive sensor - Google Patents
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Abstract
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.
従来、静電容量式センサとして、可動電極を有する可動体とフレーム部とを備える半導体基板の表裏面に、上部固定板および下部固定板をそれぞれ接合させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a capacitive sensor is known in which an upper fixed plate and a lower fixed plate are joined to front and back surfaces of a semiconductor substrate including a movable body having a movable electrode and a frame portion (for example, a patent) Reference 1).
この特許文献１では、可動体の可動電極と対向するように離間配置された固定電極が上部固定板に形成されている。また、可動体の中央部をビームによって支持し、当該ビームで支持された中央部を境に可動体の両端側の重心位置を非対称とすることで、加速度が入力された際に可動体を揺動させるようにしている。
In this
そして、可動体が揺動した際に可動電極の両端側と固定電極との間で変化する静電容量の差分を演算することで、入力される加速度の大きさを検出している。 Then, the magnitude of the input acceleration is detected by calculating the difference in capacitance that changes between both ends of the movable electrode and the fixed electrode when the movable body swings.
しかしながら、上記従来の技術では、可動電極の固定電極と対向する部位にストッパを設けている。そして、可動電極に測定レンジを超える大きな加速度が印加された場合に、可動電極が対向する固定電極や上部固定板に直接衝突して可動体が上部固定板に張り付いてしまうのを抑制している。このストッパは可動電極と固定電極が電気的ショートをしないように絶縁体で形成する必要があるため、ストッパ上に電荷が帯電する場合があり、その電荷の影響により可動電極と固定電極の間の静電容量を正確に測定できなくなるという問題があった。 However, in the above conventional technique, a stopper is provided at a portion of the movable electrode facing the fixed electrode. When a large acceleration exceeding the measurement range is applied to the movable electrode, the movable electrode is prevented from directly sticking to the opposing fixed electrode or the upper fixed plate and sticking to the upper fixed plate. Yes. Since this stopper needs to be formed of an insulator so that the movable electrode and the fixed electrode do not cause an electrical short circuit, an electric charge may be charged on the stopper, and due to the influence of the electric charge, there is a gap between the movable electrode and the fixed electrode. There was a problem that the capacitance could not be measured accurately.
そこで、本発明は、可動体の固定板への張り付きを抑制しつつより正確に静電容量を測定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。 Then, an object of this invention is to obtain the electrostatic capacitance type sensor which can measure an electrostatic capacitance more correctly, suppressing the sticking to the stationary plate of a movable body.
本発明の第１の特徴は、可動電極を有する可動体が揺動可能に形成された半導体基板の一面に前記可動電極との間に間隔を設けて対向配置される固定電極が形成された第１の固定板が接合され、当該半導体基板の他面に第２の固定板が接合された静電容量式センサであって、前記可動体は、揺動した際に、当該可動体が前記第１の固定板側に当接する前に前記第２の固定板側に当接するように形成されており、前記第２の固定板側の前記可動体との接触部が、当該可動体と略同電位になっていることを要旨とする。 A first feature of the present invention is that a fixed electrode is formed on one surface of a semiconductor substrate on which a movable body having a movable electrode is formed so as to be swingable. The fixed electrode is disposed opposite to the movable electrode. 1 is a capacitive sensor in which a second fixed plate is bonded to the other surface of the semiconductor substrate, and when the movable body swings, the movable body is It is formed so as to abut on the second fixed plate side before abutting on the one fixed plate side, and a contact portion with the movable body on the second fixed plate side is substantially the same as the movable body. The gist is that it is at electric potential.
本発明の第２の特徴は、前記可動体には、前記接触部に接触するストッパが設けられており、前記ストッパは、導電性材料で形成されていることを要旨とする。 The second feature of the present invention is summarized in that the movable body is provided with a stopper that contacts the contact portion, and the stopper is formed of a conductive material.
本発明の第３の特徴は、前記接触部は、前記第２の固定板に形成されたストッパであることを要旨とする。 The gist of the third feature of the present invention is that the contact portion is a stopper formed on the second fixing plate.
本発明によれば、第１の固定板側に当接する前に第２の固定板側に当接するように可動体を形成している。すなわち、可動体を揺動させたとしても、当該可動体が固定電極を有する第１の固定板に接触しないようにしている。こうすれば、可動電極にストッパを設ける必要がなくなり、電荷の帯電が発生しないため、より正確な静電容量の測定が可能となる。さらに、本発明では、第２の固定板側の可動体との接触部を可動体と略同電位となるようにしている。その結果、可動体と第２の固定板との間に、電位差に起因する静電吸引力が生じてしまうのを抑制することができ、可動体の固定板への張り付きを抑制することができる。 According to the present invention, the movable body is formed so as to come into contact with the second fixed plate before contacting the first fixed plate. That is, even if the movable body is swung, the movable body is prevented from coming into contact with the first fixed plate having the fixed electrode. In this case, it is not necessary to provide a stopper on the movable electrode, and no charge is generated, so that the capacitance can be measured more accurately. Furthermore, in the present invention, the contact portion with the movable body on the second fixed plate side is set to have substantially the same potential as the movable body. As a result, it is possible to suppress an electrostatic attraction force due to a potential difference between the movable body and the second fixed plate, and it is possible to suppress sticking of the movable body to the fixed plate. .
このように、本発明によれば、可動体の固定板への張り付きを抑制しつつより正確に静電容量を測定することのできる静電容量式センサを得ることができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to obtain a capacitance type sensor that can measure the capacitance more accurately while suppressing the sticking of the movable body to the fixed plate.
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、錘部の可動電極が形成される側を半導体基板の表面側と定義する。そして、半導体基板の短手方向をＸ方向、半導体基板の長手方向をＹ方向、半導体基板の厚さ方向を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. Further, the side of the weight portion on which the movable electrode is formed is defined as the surface side of the semiconductor substrate. Then, the short direction of the semiconductor substrate will be described as the X direction, the longitudinal direction of the semiconductor substrate as the Y direction, and the thickness direction of the semiconductor substrate as the Z direction.
また、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。 Moreover, the same component is contained in the following several embodiment. Therefore, in the following, common reference numerals are given to those similar components, and redundant description is omitted.
（第１実施形態）
本実施形態にかかる加速度センサ（静電容量式センサ）１は、図１に示すように、半導体素子デバイスを形成したシリコン基板（半導体基板）４を備えている。そして、このシリコン基板４の表面（一面）４ａおよび裏面（他面）４ｂにそれぞれ接合されたガラス製の第１の絶縁性基板（第１の固定板）２および第２の絶縁性基板（第２の固定板）３を備えている。本実施形態では、このシリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３とを陽極接合によって接合している。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, an acceleration sensor (capacitance sensor) 1 according to this embodiment includes a silicon substrate (semiconductor substrate) 4 on which a semiconductor element device is formed. The first insulating substrate (first fixing plate) 2 and the second insulating substrate (first fixing plate) 2 made of glass bonded to the front surface (one surface) 4a and the back surface (other surface) 4b of the
そして、第１の絶縁性基板２の下面（内面）２ａには、錘部（可動体）５，６の設置領域に対応した固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。
The lower surface (inner surface) 2a of the first
また、第２の絶縁性基板３の上面（内面）３ａには、錘部５，６の設置領域に対応した領域に付着防止膜３１，３２がそれぞれ形成されている。付着防止膜３１，３２は、例えば、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂと同じ材料で形成することができる。
Further, on the upper surface (inner surface) 3 a of the second
シリコン基板４は、２つの枠部４０ａ，４０ｂがＹ方向（シリコン基板４の長手方向）に並設されたフレーム部４０と、枠部４０ａ，４０ｂの内周面に対して隙間４３を空けた状態で枠部４０ａ，４０ｂ内に配置された錘部５，６と、フレーム部４０に対して錘部５，６をそれぞれ回動自在に支持する１対のビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂと、錘部５，６の表面（一面）に形成される可動電極５ａ，６ａと、を備えている。
The
本実施形態では、このシリコン基板４として、Ｓｉからなるシリコン活性層１１１とＳｉからなる支持基板１１３との間にＳｉＯ２からなる埋込絶縁層１１２が介在する矩形状のＳＯＩ基板を用いている。なお、シリコン基板４の長手方向辺は約２〜４ｍｍで、厚さは約０．４〜０．６ｍｍであり、シリコン活性層１１１の厚さは約１０〜２０μｍ、埋込絶縁層１１２の厚さは、約０．５μｍである。
In this embodiment, a rectangular SOI substrate in which a buried
フレーム部４０は、本実施形態では、Ｚ方向（シリコン基板４の厚さ方向）から見て略矩形状の外側フレーム部４１と、Ｘ方向（シリコン基板４の短手方向）に延在し、外側フレーム部４１のＹ方向（シリコン基板４の長手方向）略中央部を連結する中央フレーム部４２と、を備えている。
In this embodiment, the
錘部５，６は、図３および図４に示すように、一面（裏面）に開口する凹部５５，６５と、凹部５５，６５を除く充実部５３，６３とが一体に形成されている。すなわち、錘部５，６に一面（裏面）に開口する凹部５５，６５を形成することで、錘部５，６に、肉厚の充実部５３，６３と肉薄の薄肉部５４，６４とを形成している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
充実部５３，６３は、図４に示すように、裏面側からみた状態で、矩形状に形成されており、それぞれの充実部５３，６３には、対角線状の溝部５６，６６が可動電極５ａ，６ａに対して垂直に形成されている。
As shown in FIG. 4, the
また、凹部５５，６５は４辺に側壁を持つ矩形に形成されており、内部には、補強壁５７，６７が可動電極５ａ，６ａに対して垂直に設けられている。
Further, the
本実施形態では、凹部５５は、後述する回動軸Ａ１よりもＸ方向一方側（図１の奥側）に形成されるとともに、凹部６５は、後述する回動軸Ａ２よりもＸ方向他方側（図１の手前側）に形成されている。
In the present embodiment, the
ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂは、ＳＯＩ基板（シリコン基板４）のシリコン活性層１１１に形成されており、ＳＯＩ基板の埋込絶縁層１１２をエッチングストップとして深堀エッチングし、更に埋込絶縁層１１２を選択的にエッチング除去することで形成される。
The
ビーム部７ａ，７ｂは、錘部５の表面（可動電極５ａ）の対向する２辺上にそれぞれ位置し、ビーム部７ａ，７ｂがねじれることにより、可動電極５ａは、ビーム部７ａ，７ｂを互いに結ぶ直線を回転軸（軸）Ａ１として揺動する。同様に、ビーム部８ａ，８ｂは、錘部６の表面（可動電極６ａ）の対向する２辺上にそれぞれ位置し、可動電極６ａは、ビーム部８ａ，８ｂを互いに結ぶ直線を回転軸（軸）Ａ２として揺動する。
The
また、ビーム部７ａ，７ｂおよびビーム部８ａ，８ｂは、錘部５，６の表面の２辺の、それぞれ中点に位置している。
The
また、本実施形態では、錘部５と錘部６、ビーム部７ａとビーム部８ａ、およびビーム部７ｂとビーム部８ｂがそれぞれシリコン基板４の一点（ビーム部７ｂとビーム部８ｂとを結ぶ線分の中点）に対して点対称となるように配置されている。
Further, in the present embodiment, the
ところで、本実施形態では、図４に示すように、錘部５の裏側における回転軸（軸）Ａ１の一方側に凹部５５が形成されており、錘部５の重心が他方側に片寄るようにしている。同様に、錘部６の裏側における一方の錘部５に凹部５５を設けた一方側とは反対となる他方側（回転軸（軸）Ａ２の他方側）に、凹部６５が形成されており、錘部６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、図５に示すように動作し、Ｘ方向およびＺ方向に印加される加速度ａを検出できるようにしている（図７および図８参照）。
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the recessed
このとき、双方の錘部５，６は、例えば図４によって一方の錘部５を例にとって述べると、凹部５５が形成されない側の重心Ｇから表面（可動電極５ａ）に下ろした垂線と、その重心Ｇと回転軸（軸）Ａ１とを結ぶ直線とでなす角度θがほぼ４５度となるように設定されている。なお、他方の錘部６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回転軸（軸）Ａ２を挟んで錘部５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ほぼ同一とすることができる。
At this time, for example, referring to FIG. 4 as an example of one of the
また、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３との接合面には比較的浅いギャップＧ１，Ｇ２がそれぞれ形成されており、シリコン基板４各部の絶縁性や錘部（可動電極５ａ，６ａ）５，６の動作性の確保が図られている。すなわち、シリコン基板４の表面（一面）４ａに第１の絶縁性基板（第１の固定板）２を接合し、シリコン基板４の裏面（他面）４ｂに第２の絶縁性基板（第２の固定板）３を接合することで空間部Ｓを形成している。そして、この空間部Ｓを形成することで、錘部（可動電極５ａ，６ａ）５，６の動作性を確保している。
In addition, relatively shallow gaps G1 and G2 are formed on the bonding surface between the
なお、シリコン基板４の裏面側のギャップＧ２は、アルカリ性湿式異方性エッチング液（例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム水溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム水溶液）等）を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板４の一部を除去することで形成することができる。このとき、上述した凹部５５，６５も同時に形成するのが好適である。
The gap G2 on the back side of the
また、隙間４３および隙間４４は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などにより垂直エッチング加工をすることで形成している。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置によるＩＣＰ加工を利用することができる。
In addition, the
また、錘部５，６の裏面の４隅には、錘部５，６が第２の絶縁性基板３の付着防止膜３１，３２に直接衝突するのを防止するための突起部５２，６２が突設されている。
Further, at the four corners of the back surfaces of the
また、本実施形態では、外側フレーム部４１は、Ｘ方向一端側（図２の下側）が幅広に形成されており、この外側フレーム部４１のＸ方向一端側には、錘部５，６が配置される隙間４３，４３とそれぞれ連続するように隙間４４，４４が形成されている。そして、隙間４４を空けた状態で電極台９がそれぞれ２つずつ配置されている。
Further, in the present embodiment, the
この電極台９の表面には、金属膜からなる検出電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられている。
電極台９は、それぞれフレーム部４０および錘部５，６から離間して配置されており、第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３により上下面を固定されている。また、外側フレーム部４１の表面のＹ方向中央部には、加速度センサ１の外部に配線される共通電極１２が設けられており、フレーム部４０は共通電極１２により共通電位をとっている。
The electrode table 9 is disposed separately from the
第１の絶縁性基板２の下面には、上述したように、錘部５，６の設置領域に対応した固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。これら各固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂは、略同一形状で面積が略同一となるように形成されている。
As described above, the fixed
固定電極２１ａ，２１ｂは、ビーム部７ａ，７ｂを互いに結ぶ直線（回動軸Ａ１）を境界線として、互いに離間して配置されている。同様に、固定電極２２ａ，２２ｂは、ビーム部８ａ，８ｂを互いに結ぶ直線（回動軸Ａ２）を境界線として、互いに離間して配置されている。本実施形態では、各固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂは、アルミニウム（Ａｌ）をスパッタ法やＣＶＤ法等により第１の絶縁性基板２に蒸着することで形成している。
The fixed
固定電極２１ａ，２１ｂは、検出電極１０ａ，１０ｂにそれぞれ電気的に接続されており、固定電極２２ａ，２２ｂは、検出電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
The fixed
具体的には、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂには、それぞれが接続される検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂが形成された固定電極台９に向けて引出線（固定電極側金属接触部）２５がそれぞれ設けられている。
Specifically, the fixed
また、各固定電極台９には、引出線（固定電極側金属接触部）２５が接触するアルミニウム製の導電層（半導体基板側金属接触部）１３が形成されている。本実施液体では、各固定電極台９のＸ方向他端側（図２の上側：錘部側）に段差９ａが設けられており、当該段差９ａの下面、すなわち、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂが形成される面よりも低い位置に導電層（半導体基板側金属接触部）１３を形成している（図３参照）。
Each fixed
そして、この引出線（固定電極側金属接触部）２５および導電層（半導体基板側金属接触部）１３は、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２とを陽極接合する際に、互いに踏みつぶされて接触する。
The lead wire (fixed electrode side metal contact portion) 25 and the conductive layer (semiconductor substrate side metal contact portion) 13 are crushed together when the
こうして、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂが、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂに電気的に接続される。
Thus, the fixed
なお、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂは、互いに離間し、それぞれフレーム部４０、錘部５，６から離間しているので、各検出電極が互いに絶縁され、各検出電極の寄生容量や、各検出電極間のクロストークを低減し、高精度な容量検出を行うことができる。
The
また、第１の絶縁性基板２の電極台９と対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール２３がそれぞれ形成されており、第１の絶縁性基板２の共通電極１２に対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール２４がそれぞれ形成されている。そして、検出電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは、それぞれスルーホール２３を介して外部に露出、配線され、共通電極１２は、それぞれスルーホール２４を介して、外部に露出、配線される。こうして、固定電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂや可動電極５ａ、６ａの電位を外部に取り出せるようにしている。
In addition, through
このように構成された加速度センサ１は、図５の矢印ａで示す加速度が印加されると、双方の錘部５，６がそれぞれ揺動運動し、錘部５，６の両端側と固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂとの間のギャップｄが変化し、それらのギャップｄ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が変化する。なお、図５では一方の錘部５を例示している。
In the
このときの静電容量Ｃは、Ｃ＝ε×Ｓ／ｄとなることが知られており（ε：誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：ギャップ）、この式からギャップｄが大きくなると静電容量Ｃは減少し、ギャップｄが小さくなると静電容量Ｃは増加することになる。 The capacitance C at this time is known to be C = ε × S / d (ε: dielectric constant, S: electrode area, d: gap), and the electrostatic capacity increases as the gap d increases from this equation. The capacitance C decreases, and the capacitance C increases as the gap d decreases.
そして、加速度センサ１は、図６のシステム構成に示すように、検出された静電容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が、例えば、ＡＳＩＣで構成される演算回路１００に送られてＸ方向の加速度およびＺ方向の加速度が求められ、当該加速度を示すデータが出力されるようになっている。このとき、演算回路１００で実行される演算式は図９に示すものであり、図７に示すＸ方向の加速度ａの印加と、図８に示すＺ方向の加速度ａの印加とによって得られるＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の差分から加速度ａの方向を決定している。なお、以下に示す式中のパラメータＣ０は、加速度ａが印加されていない状態での錘部５，６と固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂとの間の静電容量を示している。
Then, as shown in the system configuration of FIG. 6, the
そして、＋Ｘ方向に加速度ａが印加された場合（図７参照）は、双方の錘部５，６が同方向に揺動するため、Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ、Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ、Ｃ３＝Ｃ０＋ΔＣ、Ｃ４＝Ｃ０−ΔＣとなる。また、−Ｘ方向に加速度ａが印加された場合は、双方の錘部５，６の揺動方向が＋方向とは逆となるため、Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ、Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ、Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ、Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣとなる。
When acceleration a is applied in the + X direction (see FIG. 7), both the
一方、＋Ｚ方向に加速度ａが印加された場合（図８参照）は、双方の錘部５，６が互いに逆方向に揺動するため、Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ、Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ、Ｃ３＝Ｃ０＋ΔＣ、Ｃ４＝Ｃ０−ΔＣとなる。また、−Ｚ方向に加速度ａが印加された場合は、双方の錘部５，６の揺動方向が＋方向とは逆となるため、Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ、Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ、Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ、Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣとなる。
On the other hand, when acceleration a is applied in the + Z direction (see FIG. 8), both
したがって、一方の錘部５と固定電極２１ａ、２１ｂとの間の静電容量の差分ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）は、＋Ｘ方向で＋２ΔＣ、−Ｘ方向で−２ΔＣ、＋Ｚ方向で−２ΔＣ、−Ｚ方向で＋２ΔＣとなる。また、他方の錘部６と固定電極２２ａ、２２ｂとの間の静電容量の差分ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）は、＋Ｘ方向で＋２ΔＣ、−Ｘ方向で−２ΔＣ、＋Ｚ方向で＋２ΔＣ、−Ｚ方向で−２ΔＣとなる。
Therefore, the capacitance difference CA (= C1-C2) between the one
ここで、Ｘ方向の出力は両方の差分ＣＡ、ＣＢの和として求めることができ、Ｚ方向の出力は両方の差分ＣＡ、ＣＢの差として求めることができる。これにより、Ｘ方向の出力は、＋Ｘ方向の加速度ａが印加された場合は＋４ΔＣとなり、−Ｘ方向の加速度ａが印加された場合は−４ΔＣとなる。また、Ｚ方向の出力は、＋Ｚ方向の加速度ａが印加された場合は−４ΔＣとなり、−Ｚ方向の加速度ａが印加された場合は＋４ΔＣとなる。 Here, the output in the X direction can be obtained as the sum of both differences CA and CB, and the output in the Z direction can be obtained as the difference between both differences CA and CB. As a result, the output in the X direction becomes + 4ΔC when the acceleration a in the + X direction is applied, and becomes −4ΔC when the acceleration a in the −X direction is applied. The output in the Z direction is −4ΔC when the acceleration a in the + Z direction is applied, and is + 4ΔC when the acceleration a in the −Z direction is applied.
ところで、本実施形態の加速度センサ１は、図１に示すように、一方の錘部５を備えた第１の加速度センサ単体と、他方の錘部６を備えた第２の加速度センサ単体とが同一チップ面内に配置されるとともに、それぞれの加速度センサ単体が相対的に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における一方の錘部５と、第２の加速度センサ単体における他方の錘部６との重心位置が、回転軸（軸）Ａ１，Ａ２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方向およびＺ方向の加速度ａを検出できるようにしている。
By the way, as shown in FIG. 1, the
ここで、本実施形態では、錘部（可動体）５，６を揺動させた際に、当該錘部（可動体）５，６が第１の絶縁性基板（第１の固定板）２側に当接する前に第２の絶縁性基板（第２の固定板）３側に当接するように、錘部（可動体）５，６を形成している。 Here, in this embodiment, when the weight parts (movable bodies) 5 and 6 are swung, the weight parts (movable bodies) 5 and 6 are the first insulating substrate (first fixed plate) 2. Weight parts (movable bodies) 5 and 6 are formed so as to abut on the second insulating substrate (second fixed plate) 3 side before abutting on the side.
具体的には、ギャップＧ１とギャップＧ２の深さ（Ｚ方向の距離）を調整して、ギャップＧ１の方がギャップＧ２のよりも大きくなるように形成している。そして、錘部（可動体）５，６を揺動させた際に、当該錘部（可動体）５，６の裏面側が第２の絶縁性基板３側に当接した状態で、錘部（可動体）５，６の表面側（可動電極５ａ，６ａ側）が第１の絶縁性基板２側に当接しないようにした（図１０参照）。なお、図１０では、錘部５のみ開示しているが、錘部６についても同様の構成である。
Specifically, the depth (distance in the Z direction) of the gap G1 and the gap G2 is adjusted so that the gap G1 is larger than the gap G2. Then, when the weight parts (movable bodies) 5 and 6 are swung, the weight parts (movable bodies) 5 and 6 are in contact with the second insulating
さらに、本実施形態では、錘部（可動体）５，６の裏面側に設けた突起部５２，６２が第２の絶縁性基板３の上面（内面）３ａに形成された付着防止膜３１，３２にそれぞれ当接するようにしている。なお、突起部５２，６２および付着防止膜３１，３２は、例えば、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂと同じ材料（Ａｌ等）の導電性材料で形成されている。
Furthermore, in the present embodiment, the
そして、付着防止膜３１，３２は、配線２６ａおよびフレーム部４０を介して錘部（可動体）５，６にそれぞれ電気的に接続されている。
The
このように、導電性の付着防止膜３１，３２を錘部（可動体）５，６に電気的に接続することで、付着防止膜３１，３２と錘部（可動体）５，６とが同電位となるようにしている。
In this way, by electrically connecting the conductive
したがって、本実施形態では、付着防止膜３１，３２が第２の絶縁性基板（第２の固定板）３側の錘部（可動体）５，６との接触部に相当しており、この付着防止膜３１，３２がストッパとして機能するものである。なお、付着防止膜３１，３２に導電性の突起部を形成して、当該突起部をストッパとして機能させるようにしてもよい。
Therefore, in this embodiment, the
また、突起部５２，６２が、錘部（可動体）５，６に形成されて接触部に接触するストッパに相当するものである。
The
以上説明したように、本実施形態では、第１の絶縁性基板（第１の固定板）２側に当接する前に第２の絶縁性基板（第２の固定板）３側に当接するように錘部（可動体）５，６を形成している。すなわち、錘部（可動体）５，６を揺動させたとしても、当該錘部（可動体）５，６が固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂを有する第１の絶縁性基板（第１の固定板）２に接触しないようにしている。なお、このとき、錘部（可動体）５，６は固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂにも接触しないようになっている。こうすれば、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂに対向する可動電極５ａ，６ａに突起部等のストッパを設ける必要がなくなる。そのため、静電容量の測定に影響を及ぼす電荷の帯電を抑制することができ、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂと可動電極５ａ，６ａとの間の静電容量をより正確に測定することができる。
As described above, in the present embodiment, the second insulating substrate (second fixing plate) 3 is brought into contact with the first insulating substrate (first fixing plate) 2 before contacting the first insulating substrate (first fixing plate) 2. The weight portions (movable bodies) 5 and 6 are formed on the substrate. That is, even if the weight portions (movable bodies) 5 and 6 are swung, the weight portions (movable bodies) 5 and 6 have the first insulating substrate (first electrode) having the fixed
さらに、本実施形態では、付着防止膜３１，３２（第２の固定板側の可動体との接触部）を錘部（可動体）５，６と同電位となるようにしている。
Further, in the present embodiment, the
ところで、付着防止膜３１，３２と錘部（可動体）５，６との間に電位差が生じていると、当該電位差に起因する静電気力（静電吸引力）が発生して錘部（可動体）５，６が付着防止膜３１，３２に張り付いてしまうおそれがある。
By the way, if a potential difference is generated between the
しかしながら、本実施形態では、付着防止膜３１，３２と錘部（可動体）５，６とが同電位となるようにしている。そのため、錘部（可動体）５，６と付着防止膜３１，３２（第２の絶縁性基板３）との間に、電位差に起因する静電吸引力が生じてしまうのを抑制することができる。その結果、錘部（可動体）５，６の付着防止膜３１，３２（第２の絶縁性基板３）への張り付きを抑制することができるようになる。
However, in this embodiment, the
このように、本実施形態によれば、錘部（可動体）５，６の付着防止膜３１，３２（第２の絶縁性基板３）への張り付きを抑制しつつ固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂと可動電極５ａ，６ａとの間の静電容量をより正確に測定することのできる加速度センサ（静電容量式センサ）１を得ることができる。
Thus, according to the present embodiment, the fixed
また、本実施形態では、突起部５２，６２および付着防止膜３１，３２を、導電性材料で形成しているため、突起部５２，６２や付着防止膜３１，３２を絶縁性材料で形成した場合のように、表面が帯電してしまうことがなくなる。すなわち、突起部５２，６２や付着防止膜３１，３２の表面に静電気が蓄積され、蓄積された静電気に起因する錘部（可動体）５，６の付着防止膜３１，３２（第２の絶縁性基板３）への張り付きを抑制することができる。
In the present embodiment, since the
（第２実施形態）
本実施形態にかかる加速度センサ１Ａは、基本的に上記第１実施形態の加速度センサ１と同様の構成をしている。
(Second Embodiment)
The
すなわち、加速度センサ１Ａは、シリコン基板４の表面（一面）４ａに第１の絶縁性基板（第１の固定板）２を接合し、シリコン基板４の裏面（他面）４ｂに第２の絶縁性基板（第２の固定板）３を接合することで空間部Ｓを形成している。
That is, in the
そして、本実施形態においても、錘部（可動体）５，６を揺動させた際に、当該錘部（可動体）５，６が第１の絶縁性基板（第１の固定板）２側に当接する前に第２の絶縁性基板（第２の固定板）３側に当接するように、錘部（可動体）５，６を形成している。 Also in this embodiment, when the weight portions (movable bodies) 5 and 6 are swung, the weight portions (movable bodies) 5 and 6 are the first insulating substrate (first fixed plate) 2. Weight parts (movable bodies) 5 and 6 are formed so as to abut on the second insulating substrate (second fixed plate) 3 side before abutting on the side.
そして、付着防止膜３１，３２を導電性材料で形成し、配線２６ａおよびフレーム部４０を介して錘部（可動体）５，６にそれぞれ電気的に接続させることで、付着防止膜３１，３２と錘部（可動体）５，６とが同電位となるようにしている。
Then, the
ここで、本実施形態にかかる加速度センサ１Ａが上記第１実施形態の加速度センサ１と主に異なる点は、錘部（可動体）５，６に突起部５２，６２を設けていない点にある。
Here, the
すなわち、本実施形態では、錘部（可動体）５，６を揺動させた際に、当該錘部（可動体）５，６の裏面が付着防止膜３１，３２にそれぞれ当接するようにしている（図１１参照）。なお、付着防止膜３１，３２に導電性の突起部を形成して、当該突起部をストッパとして機能させるようにしてもよい。
That is, in this embodiment, when the weight parts (movable bodies) 5 and 6 are swung, the back surfaces of the weight parts (movable bodies) 5 and 6 are brought into contact with the
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。 Also according to this embodiment described above, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved.
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、上記各実施形態では、Ｘ方向とＺ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１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 each of the above embodiments, an acceleration sensor that detects acceleration in two directions of the X direction and the Z 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. Alternatively, an acceleration sensor that detects acceleration in three directions may be used.
また、上記各実施形態では、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であっても本発明を適用することができる。 Moreover, in each said embodiment, although the acceleration sensor was illustrated as an electrostatic capacitance type sensor, it is not restricted to this, This invention is applicable also to another electrostatic capacitance type sensor.
また、上記各実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて形成した半導体基板を例示したが、ＳＯＩ基板を用いずにＳｉからなる半導体基板を用いて、可動体やフレーム部を形成することも可能である。このように、可動体を絶縁体を用いずに形成することで、可動体の構造を電気的に分断されない構造とすることができ、可動体と固定板との間に静電気が蓄積されてしまうのをより一層抑制することができ、可動体の固定板への張り付きをより一層抑制することができるようになる。 Further, in each of the above embodiments, the semiconductor substrate formed using the SOI substrate is exemplified, but it is also possible to form the movable body and the frame portion using the semiconductor substrate made of Si without using the SOI substrate. . Thus, by forming the movable body without using an insulator, the structure of the movable body can be made not to be electrically separated, and static electricity is accumulated between the movable body and the fixed plate. This can be further suppressed, and the sticking of the movable body to the fixed plate can be further suppressed.
また、錘部や固定電極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 specifications (shape, size, layout, etc.) of the weight portion, fixed electrode, and other details can be changed as appropriate.
１，１Ａ 加速度センサ（静電容量式センサ）
２ 第１の絶縁性基板（第１の固定板）
３ 第２の絶縁性基板（第２の固定板）
４ シリコン基板（半導体基板）
５，６ 錘部（可動体）
５ａ、６ａ 可動電極
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 固定電極
３１，３２ 付着防止膜（接触部：ストッパ）
５２，６２ 突起部（ストッパ）
1,1A acceleration sensor (capacitance sensor)
2 First insulating substrate (first fixing plate)
3 Second insulating substrate (second fixing plate)
4 Silicon substrate (semiconductor substrate)
5,6 Weight (movable body)
5a, 6a
52, 62 Protrusion (stopper)
Claims (3)
前記可動体は、揺動した際に、当該可動体が前記第１の固定板側に当接する前に前記第２の固定板側に当接するように形成されており、
前記第２の固定板側の前記可動体との接触部が、当該可動体と略同電位になっていることを特徴とする静電容量式センサ。 A first fixed plate on which a fixed electrode is disposed on one surface of a semiconductor substrate on which a movable body having a movable electrode is formed so as to be capable of swinging is disposed opposite to the movable electrode. A capacitive sensor in which a second fixed plate is bonded to the other surface of the semiconductor substrate,
The movable body is formed so as to come into contact with the second fixed plate side before the movable body comes into contact with the first fixed plate side when swinging,
A capacitive sensor characterized in that a contact portion with the movable body on the second fixed plate side has substantially the same potential as the movable body.
前記ストッパは、導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。 The movable body is provided with a stopper that contacts the contact portion,
The capacitive sensor according to claim 1, wherein the stopper is made of a conductive material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012053228A JP2013186061A (en) | 2012-03-09 | 2012-03-09 | Capacitive sensor |
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| JP (1) | JP2013186061A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015177377A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | オムロン株式会社 | acoustic transducer |
-
2012
- 2012-03-09 JP JP2012053228A patent/JP2013186061A/en active Pending
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