JP2015004546A - 静電容量変化検出モジュール及びmemsセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の静電容量変化検出モジュールの実施形態を詳説する。
可動電極2は、断面が長方形状の筒状部7を有し、内面が平面部5を形成している。この可動電極2は、この平面部5によって後述の複数の固定電極3との対向面にキャパシタを形成する。また、可動電極2は、複数の固定電極3との対向方向に変位するよう後述する弾性体4で支持される。なお、図1において、複数の固定電極3の並置方向をX方向、可動電極2と複数の固定電極3との対向方向をY方向とする。
弾性体4は可動電極2の平面部5を固定電極3の平面部6との対向方向(Y方向)に移動可能に支持する弾性体である。この弾性体4としては、例えば変位方向に折り畳まれた板ばねを用いることができる。弾性体4の可動電極2と反対側の端部は、MEMSセンサの枠体又は移動体(ジャイロセンサの場合)に固定される。
固定電極3は、断面が長方形状の柱状体であり、断面の長辺側(X方向に平行な辺側)の平面部6が可動電極2の長辺側内面と対向してキャパシタを形成するよう複数の固定電極3が間隔を持って並置されている。固定電極3は、ビア3aによって、MEMSセンサの基板等に固定されている。
当該静電容量変化検出モジュールは、犠牲層を介して2枚のシリコン基板を積層する工程と、一方のシリコン基板をエッチングして、可動電極2、固定電極3及び弾性体4の平面形状を形成する工程と、エッチングにより犠牲層を除去して可動電極2及び弾性体4を他方のシリコン基板から分離する工程とを備える製造方法により製造され得る。
当該静電容量変化検出モジュールが備える静電容量変化検出ユニット1は、可動電極2と対向する複数の固定電極3が間隔を持って並置されているため、可動電極2と複数の固定電極3との間の空間(キャパシタ形成空間)が可動電極2の変位によって圧縮された際に空気が複数の固定電極3間から流出することができる。そのため、当該静電容量変化検出モジュールは、静電容量変化検出ユニット1において、空気の圧縮及び流動を小さくして空気抵抗を容易かつ確実に低減することができる。
本発明の静電容量変化検出モジュールは上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、静電容量変化検出モジュールが複数の静電容量変化検出ユニットを備える構成としたが、1の静電容量変化検出ユニットを備える静電容量変化検出モジュールも本発明の意図する範囲内である。
次に、適宜図面を参照しつつ本発明のジャイロセンサ(MEMSセンサ)の実施形態を詳説する。
基板10は、振動駆動モジュール40に電力を供給したり静電容量変化検出モジュール30の検出信号を処理したりするための電気回路(不図示)が公知の半導体製造技術により形成されている。
移動体20は、方形枠状に形成され、それぞれX方向に伸縮可能な4つの駆動ばね21を介して基板10上に支持されている。駆動ばね21は、一端が移動体20の一角に接続され、他端が基板10上に形成された堅固な固定体22に固定されている。これにより、移動体20は、基板10に対して駆動ばね21の弾性変形範囲内でX方向に移動可能であるが、Y方向の移動は制約される。
当該静電容量変化検出モジュール30は、弾性体4を介して移動体20に支持されている。これにより、当該静電容量変化検出モジュール30の可動電極2は、移動体20に対してY方向にのみ変位可能である。従って、当該静電容量変化検出モジュール30の可動電極2は、基板10に対して、移動体20と共にX方向に移動させられると共に、弾性体4の弾性変形範囲内でY方向に変位可能である。
Fc=2MVΩ ・・・(2)
振動駆動モジュール40は、移動体20から外側Y方向に突設した幹部及びこの幹部から駆動方向(X方向)両側に延伸した複数の枝部を有する駆動用可動電極41と、基板10上に固定して形成され、この駆動用可動電極41の各平行部の先端部を両側から囲繞するように対向配設される断面が櫛歯形の往動用固定電極42及び復動用固定電極43とを有する。
当該ジャイロセンサは、当該静電容量変化検出モジュール30を備えるため、可動電極2の変位時の空気抵抗が抑えられ、精度よく角速度を検出することができる。
本発明のジャイロセンサは上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、振動駆動モジュールを幹部及び枝部を有する可動電極と、断面が櫛形の固定電極とから構成したが、印加によりX方向に駆動できる構成であれば振動駆動モジュールはこのような構成に限定されない。また、電磁力によって駆動する方式を用いてもよい。
図1に示すよう静電容量変化検出モジュールにおいて、静電容量変化検出ユニットの数を1としたもの、つまり可動電極に形成される断面長方形状の筒状部内に、筒状部の一対の長辺側内面に沿って断面長方形状の複数の固定電極を2列に立設した静電容量変化検出モジュールを設計し、シミュレーションで可動電極の変位時の空気抵抗値を解析した。固定電極間の平均距離d1は6μm、固定電極の平面部における並置方向の平均幅w1は18μm、固定電極と可動電極との対向方向の平均幅w2は11μm、固定電極と可動電極との対向面間距離d2は3μm、各列の固定電極の数は2(全固定電極数4)とした。
図3に示すように、可動電極12に形成される断面長方形状の筒状部内に、筒状部の一対の長辺側内面にそれぞれ沿う平板状部を有する固定電極13を一対立設した静電容量変化検出モジュールを設計し、シミュレーションで可動電極の変位時の空気抵抗値を解析した。固定電極の平板状部の長さは200μm、固定電極と可動電極との対向面間距離は2μmとした。また、可動電極と固定電極とにより形成されるキャパシタの静電容量が、実施例の静電容量変化検出モジュールと同様になるように、ユニット(可動電極の筒状部)の数及び各可動電極及び固定電極の高さを設定した。
2、12 可動電極
3、13 固定電極
4 弾性体
5、6 平面部
7 筒状部
10 基板
20 移動体
21 駆動ばね
22 固定体
30 静電容量変化検出モジュール
40 振動駆動モジュール
41 駆動用可動電極
42 往動用固定電極
43 複動用固定電極
Claims (5)
- 角速度及び加速度のいずれか1種の物理量を検出するMEMSセンサを構成する静電容量変化検出モジュールであって、
1又は複数の静電容量変化検出ユニットと、
この1又は複数の静電容量変化検出ユニットに接続される弾性体と
を備え、
この静電容量変化検出ユニットが、
平面部を有する可動電極と、
この可動電極の平面部に沿って並置され、可動電極の平面部とでキャパシタを形成するよう間隔を持って対向配設される平面部を有する複数の固定電極と
を備え、
上記弾性体が上記可動電極の平面部を固定電極の平面部との対向方向に移動可能に支持することを特徴とする静電容量変化検出モジュール。 - 上記複数の固定電極間の平均距離が3μm以上9μm以下である請求項1に記載の静電容量変化検出モジュール。
- 上記複数の固定電極の平面部における並置方向の平均幅が5μm以上45μm以下である請求項1又は請求項2に記載の静電容量変化検出モジュール。
- 上記静電容量変化検出ユニットが、
上記可動電極に形成される断面長方形状の筒状部と、
この筒状部の一対の長辺側内面に沿って可動電極との対向方向に2列となるように立設される断面長方形状の複数の固定電極と
から構成される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の静電容量変化検出モジュール。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の静電容量変化検出モジュールを備えるMEMSセンサ。
Priority Applications (1)
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JP2013128961A JP2015004546A (ja) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | 静電容量変化検出モジュール及びmemsセンサ |
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2013
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