JP3366733B2 - 容量型加速度センサ - Google Patents
容量型加速度センサInfo
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体を用いた容量型
加速度センサに関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車等の加速度を測定するのに用いら
れる加速度センサは、−１Ｇから１Ｇ（１Ｇ＝９．８ｍ
／Ｓ2 ）の比較的低いレベルの加速度を高精度に測定す
る必要がある。また、この種のセンサとしては安価で小
形のものが要求され、このような加速度センサとして従
来は、特開平２−１３４５７０号に記載されている容量
型加速度センサがある。 【０００３】この特開平２−１３４５７０号に記載され
ている容量型加速度センサは図５および図６に示すよう
に、３枚のシリコン板、１，２，３を用い、中間のシリ
コン板２に穴４を形成し、この穴４の中に可動電極５を
形成し、この可動電極５とシリコン板２の外周部６とを
梁７にて結合することで、可動電極５を揺動自在に保持
し、この可動電極５を挟んで設けられたシリコン板１，
３にはそれぞれ固定電極８，９が形成されている。 【０００４】ここで、容量型加速度センサの動作原理に
ついて説明する。この容量型加速度センサにはシリコン
板、１，２，３にて形成された検出部に対して図７に示
すような検出回路１０が接続されている。この検出回路
１０は、固定電極８，９および可動電極５がそれぞれ結
線１１，１３，１２によって偏差検出器１４に接続され
ており、この偏差検出器１４は増幅器１５およびパルス
幅変調器１６を介して結線１７は固定電極８に、結線１
８はインバータ１９を介して固定電極９に接続されてい
る。そして、可動電極５には所定の基準電圧が印加され
ている。通常加速度が作用していないときは、この固定
電極８，９と可動電極５の間の静電容量Ｑ１，Ｑ２は固
定電極８と可動電極５の間の距離ｄ１と固定電極９と可
動電極５の間の距離ｄ２が同じであることから、差ΔＱ
は生じない。このため、偏差検出器１４から出力信号は
ゼロである。 【０００５】そして、加速度が作用した際に固定電極
８，９に挟まれた可動電極５に働く力により、可動電極
５が変位し固定電極８と可動電極５の間の距離ｄ１と固
定電極９と可動電極５の間の距離ｄ２が変化し、この距
離ｄ１，ｄ２の変化によってこれら固定電極８および固
定電極９と可動電極５の間の静電容量Ｑ１，Ｑ２が変化
し、静電容量の差ΔＱが発生する。これによって偏差検
出器１４は静電容量の差ΔＱに比例した出力信号を発生
し、この出力信号に応じてパルス幅変調器１６はパルス
幅変調を行い、静電容量の差ΔＱを打ち消すべく、固定
電極８，９に電圧を印加し、それぞれ反対方向に働く静
電力を発生させて可動電極５を固定電極８と可動電極５
の間の距離ｄ１と固定電極９と可動電極５の間の距離ｄ
２が同じとなる位置に戻す。 【０００６】この時の固定電極８，９に印加される電圧
が可動電極に作用する加速度に比例しているので、この
電圧を測定することで加速度が測定できる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５お
よび図６に示す構成では、可動電極５の重心位置と梁７
の支持する位置が一致していないため、加速度を測定す
る方向以外の力すなわち図５における左右方向等からの
モーメントの力の影響を受けやすく、測定誤差が発生す
る恐れがあった。 また、この梁７の数を増やして外周
部６から可動電極５の中心に向かって複数の梁７を形成
することも考えられるが、このような構成にすると、シ
リコン板、１，２，３を接着するときに用いられる陽極
接合等の接合方法では、シリコン板１，２，３のそれぞ
れに熱変位による歪みが発生し、この歪みが外周部６を
歪ませて梁７に影響を与える問題があった。 【０００８】そこで、本発明の目的は加速度を測定する
方向以外からの力の影響を受けにくく、正確な加速度の
測定が行える容量型加速度センサを提供することであ
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題を
解決するためになされたもので、支柱を中心として放射
状に延びる複数の梁を形成し、この梁の一端に接続され
前記支柱を包囲して可動電極を揺動可能に形成し、この
可動電極の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、検出回
路に前記支柱とを結合する結合線部を前記切欠き部に配
置したものである。 【００１０】 【作用】上記発明の構成によれば、可動電極の重心を支
柱の位置と一致させることができるので、梁の支持位置
と可動電極の重心位置のずれによるモーメントの発生が
なくなり、加速度を測定する方向以外からの力の影響を
受けにくくすることができ、また、可動電極と検出回路
との接続を結合線部によって同一平面内で行えるので、
固定電極側に可動電極との接続を行うための穴等を設け
る必要がなく、構造を簡単にして生産効率を向上させる
ことができる。 【００１１】また、請求項２の発明の構成によれば、可
動電極と検出回路との接続を結合線部によって同一平面
内で行えるので、固定電極側に可動電極との接続を行う
ための穴等を設ける必要がなく、構造を簡単にして生産
効率を向上させることができる。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
いて説明する。図１は、本発明にかかる容量型加速度セ
ンサの検出部２０の全体図で、この検出部２０は図１お
よび図３に示すように上部ガラス板２１、シリコン板２
２および下部ガラス板２３を主な構成要素としている。 【００１３】上部ガラス板２１は方圭酸ガラスを材料と
して形成されており、下面のほぼ中央に後述する支柱４
２を支持する台形状の固定部２５が形成され、この固定
部２５を包囲して方形の凹部２４が形成されている。そ
して、この凹部２４の底面にはチタンとアルミニウムか
らなる上部固定電極２６が蒸着されている。また、この
凹部２４の周囲で上部ガラス板２１とシリコン板２２が
結合されている。 【００１４】シリコン板２２は主に外周部２７と支柱４
２と錘部（可動電極）２９と端子部３０とで構成されて
いる。外周部２７は上部ガラス板２１の外形に沿って形
成され、錘部２９を包囲する四角形状に形成されてい
る。支柱４２は外周部２７の中央に形成されており、上
部ガラス板２１の固定部２５に結合される。この支柱４
２は外周部２７の一辺と結合線部２７ａによって結合さ
れ、この外周部２７の内側に、支柱４２と外周部２７お
よび結合線部２７ａとに所定の間隔を保って錘部２９が
形成され、結合線部２７ａが通過する部分に切欠き部２
９ａを形成している。 【００１５】この錘部２９は加速度によって図１におけ
る上下方向に移動するもので、支柱４２と後述する梁３
１によって揺動自在に結合されている。この梁３１は支
柱４２を中心にして同じ長さで四角形状の外周部２７の
対角線方向に放射状に４本延びており、錘部２９の内側
から対角線方向に延ばすことによって梁３１の長さを四
角形状の中で最大とし、これによって錘部２９の揺動が
小さな加速度でも大きくなるようにしている。 【００１６】一方、外周部２７の横方向には端子部３０
が形成されている。この端子部３０は上部固定電極用端
子部３０ａと下部固定電極用端子部３０ｂおよび可動電
極用端子部３０ｃとから構成されている。この上部固定
電極用端子部３０ａと下部固定電極用端子部３０ｂは隙
間３２をもって外周部２７と離間して形成され、それぞ
れ電気的に絶縁されている。 【００１７】そして、上部固定電極用端子部３０ａは上
部固定電極２６と接続され、下部固定電極用端子部３０
ｂは後述する下部固定電極３３と接続されている。ま
た、これら上部固定電極用端子部３０ａと下部固定電極
用端子部３０ｂおよび可動電極用端子部３０ｃはそれぞ
れシリコン板２２を拡散等を用いず加工して形成されて
いるので、それぞれが良導体の性質を有している。 【００１８】なお、上記上部ガラス板２１を形成する方
圭酸ガラスは絶縁物質であるので、上部固定電極２６は
上部固定電極用端子部３０ａでのみシリコン板２２と接
触している。また、可動電極用端子部３０ｃはシリコン
板２２が良導体であることから錘部（可動電極）２９か
ら梁３１、支柱４２、結合線部２７ａおよび外周部２７
を介して電気的に接続していることとなる。 【００１９】前記下部ガラス板２３は形状的には、上部
ガラス板２１と同じであり、上面に支柱４２を支持する
台形状の固定部３５が形成され、この固定部３５を包囲
して方形の凹部３４が形成されている。そして、この底
面にはチタンとアルミニウムからなる下部固定電極３３
が蒸着され、上部固定電極用端子部３０ａと接続されて
いる。 【００２０】本実施例の容量型加速度センサの検出部２
０は以上のような構成であり、次に検出部２０の製造方
法について説明する。図４は検出部２０の製造工程を説
明する図で、図４（ａ）において４０はシリコンウエハ
の断面で、このシリコンウエハ４０は直径３インチで、
厚さ２２０μｍの両面研磨した高濃度のｎ型のものを使
用し、このシリコンウエハ４０の表面は（１００）面と
なっている。そして始めにシリコンウエハ４０の表面に
酸化膜（ＳｉＯ2 ）を形成し、図１におけるシリコン板
の外周部２７、錘部２９、支柱４２および端子部３０に
相当する部分をレジストにてマスクし、これら外周部２
７、錘部２９、支柱４２および端子部３０以外の酸化膜
ＳｉＯ2 をフッ酸（ＨＦ）によって除去し、さらに、図
４（ｂ）にしめすように、外周部２７、錘部２９、支柱
４２、端子部３０および梁３１に相当する部分にリンガ
ラス（ＰＳＧ）をＣＶＤ法によって気相成長させ、リン
ガラス層４１を形成する。 【００２１】なお、リンガラス層４１のパターニングは
酸化膜ＳｉＯ2 と同様にレジストにてるマスクと、フッ
酸を用いる。梁は長さを最大に得るため、チップの対角
線上＜１００＞方向に形成する。さらに、図２に示す上
部固定電極用端子部３０ａと下部固定電極用端子部３０
ｂおよび可動電極用端子部３０ｃに相当する部分にクロ
ム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）をそれぞれ蒸着して積層し、電
極を形成する。 【００２２】そして、このような状態で異方向エッチン
グ液（ＴＭＡＨ：水酸化テトラメチルアンニウム溶液）
にシリコンウエハ４０を浸ける。すると、シリコンウエ
ハ４０の表面からリンガラス層４１もしくはクロムＣｒ
と金Ｃｕの積層が存在する部分以外が徐々に両面からエ
ッチングされる。そして、このエッチングの進行が梁３
１を形成する深さ位置まで進行したところで、一度中断
し、リンガラス層４１をフッ酸ＨＦによって除去し、シ
リコン板の外周部２７、支柱４２および端子部に相当す
る部分のみの酸化膜ＳｉＯ2 を残した状態で再度、異方
向エッチング液（ＴＭＡＨ）に浸ける。 【００２３】これによって梁３１のリンガラス層４１が
存在していたシリコンウエハ４０の表面もエッチングが
開始される。そして、始めからエッチングが行われてい
た部分が貫通した時点でエッチングを終了すれば、図１
における外周部２７と梁３１と錘部２９と支柱４２およ
び端子部３０が形成され、梁３１は＜１００＞方向に延
びるものとなる。 【００２４】なお、この状態において、図４（Ｃ）に示
すように外周部２７と支柱４２は結合線部２７ａを介し
て結合し、端子部３０の上部固定電極用端子部３０ａと
下部固定電極用端子部３０ｂは隣合う検出部２０の外周
部２７と結合した状態になっているので、それぞれの位
置関係が狂うことはない。一方、上部ガラス板２１とを
形成する方圭酸ガラスウエハ５０には図４（ｄ）に示す
ように、図１の凹部２４と、ダイシングを行う際に使用
される割り溝５１以外の表面をスパッタで形成したシリ
コン皮膜で覆ったうえで、フッ酸水溶液に浸けて所定の
深さまでエッチングを進行させ、凹部２４の底面には、
蒸着によりチタンＴｉとアルミニウムＡｌを積層して上
部固定電極２６を形成する。 【００２５】なお、ここでチタンＴｉとアルミニウムＡ
ｌを積層したのは、チタンＴｉが方圭酸ガラスウエハ５
０とアルミニウムＡｌの密着性をよくするためである。
また、下部ガラス板２２を形成するためのウエハは上述
の上部ガラス板２１を形成するウエハの割り溝５１を形
成しないだけであるので、説明を省略する。このように
作成したシリコンウエハ４０を方圭酸ガラスウエハ５０
にて上下から挟んだ状態で陽極接合し、図４（ｅ）に示
すように割り溝５１と外周部２７の位置でダイシングし
てやることで、図４（ｆ）のような検出部２０が形成さ
れることになる。 【００２６】このように、支柱４２を中心に対角線方向
に放射状に梁３１を延ばして支柱４２を包囲するように
錘部２９を形成したので、梁３１の長さを長くすること
ができるとともに、梁３１が支柱４２を中心に延びてい
るので、梁３１が熱変位の影響による誤差を受けにくく
することができる。また、錘部２９の一部に切欠き部２
９ａを形成し、この切欠き部２９ａを介して外周部２７
と支柱４２を結合線部２７ａによって結合したので、錘
２９の動作可能な状態のままで梁３１を支持する支柱４
２と外周部２７の位置関係を決定することができる。 【００２７】そして、この完成した検出部２０の上部固
定電極用端子部３０ａと下部固定電極用端子部３０ｂお
よび可動電極用端子部３０ｃを図７に示すような検出回
路１０に接続すれば、加速度を測定することができる。
なお上記実施例では支柱４２と外周部２７を結合線部２
７ａにて結合していたが、これに限られるものでなく、
支柱４２と可動電極端子部３０ｃを結合線部２７ａにて
直接接続しても、さらに支柱４２と検出回路を直接接続
してもよい。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように支柱を中心として放
射状に延びる複数の梁を形成し、この梁の一端に接続さ
れ前記支柱を包囲して可動電極を揺動可能に形成したの
で、可動電極の重心を支柱の位置と一致させることがで
き、梁の支持位置と可動電極の重心位置のずれによるモ
ーメントの発生がなくなり、加速度を測定する方向以外
からの力の影響を受けにくくすることができる。 【００２９】また、可動電極の一部を切り欠いて切欠き
部を形成し、検出回路に前記支柱とを結合する結合線部
を前記切欠き部に配置したので、可動電極と検出回路と
の接続を結合線部によって同一平面内で行えるので、固
定電極側に可動電極との接続を行うための穴等を設ける
必要がなく、構造を簡単にして生産効率を向上させるこ
とができる。
加速度センサに関する。 【０００２】 【従来の技術】自動車等の加速度を測定するのに用いら
れる加速度センサは、−１Ｇから１Ｇ（１Ｇ＝９．８ｍ
／Ｓ2 ）の比較的低いレベルの加速度を高精度に測定す
る必要がある。また、この種のセンサとしては安価で小
形のものが要求され、このような加速度センサとして従
来は、特開平２−１３４５７０号に記載されている容量
型加速度センサがある。 【０００３】この特開平２−１３４５７０号に記載され
ている容量型加速度センサは図５および図６に示すよう
に、３枚のシリコン板、１，２，３を用い、中間のシリ
コン板２に穴４を形成し、この穴４の中に可動電極５を
形成し、この可動電極５とシリコン板２の外周部６とを
梁７にて結合することで、可動電極５を揺動自在に保持
し、この可動電極５を挟んで設けられたシリコン板１，
３にはそれぞれ固定電極８，９が形成されている。 【０００４】ここで、容量型加速度センサの動作原理に
ついて説明する。この容量型加速度センサにはシリコン
板、１，２，３にて形成された検出部に対して図７に示
すような検出回路１０が接続されている。この検出回路
１０は、固定電極８，９および可動電極５がそれぞれ結
線１１，１３，１２によって偏差検出器１４に接続され
ており、この偏差検出器１４は増幅器１５およびパルス
幅変調器１６を介して結線１７は固定電極８に、結線１
８はインバータ１９を介して固定電極９に接続されてい
る。そして、可動電極５には所定の基準電圧が印加され
ている。通常加速度が作用していないときは、この固定
電極８，９と可動電極５の間の静電容量Ｑ１，Ｑ２は固
定電極８と可動電極５の間の距離ｄ１と固定電極９と可
動電極５の間の距離ｄ２が同じであることから、差ΔＱ
は生じない。このため、偏差検出器１４から出力信号は
ゼロである。 【０００５】そして、加速度が作用した際に固定電極
８，９に挟まれた可動電極５に働く力により、可動電極
５が変位し固定電極８と可動電極５の間の距離ｄ１と固
定電極９と可動電極５の間の距離ｄ２が変化し、この距
離ｄ１，ｄ２の変化によってこれら固定電極８および固
定電極９と可動電極５の間の静電容量Ｑ１，Ｑ２が変化
し、静電容量の差ΔＱが発生する。これによって偏差検
出器１４は静電容量の差ΔＱに比例した出力信号を発生
し、この出力信号に応じてパルス幅変調器１６はパルス
幅変調を行い、静電容量の差ΔＱを打ち消すべく、固定
電極８，９に電圧を印加し、それぞれ反対方向に働く静
電力を発生させて可動電極５を固定電極８と可動電極５
の間の距離ｄ１と固定電極９と可動電極５の間の距離ｄ
２が同じとなる位置に戻す。 【０００６】この時の固定電極８，９に印加される電圧
が可動電極に作用する加速度に比例しているので、この
電圧を測定することで加速度が測定できる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５お
よび図６に示す構成では、可動電極５の重心位置と梁７
の支持する位置が一致していないため、加速度を測定す
る方向以外の力すなわち図５における左右方向等からの
モーメントの力の影響を受けやすく、測定誤差が発生す
る恐れがあった。 また、この梁７の数を増やして外周
部６から可動電極５の中心に向かって複数の梁７を形成
することも考えられるが、このような構成にすると、シ
リコン板、１，２，３を接着するときに用いられる陽極
接合等の接合方法では、シリコン板１，２，３のそれぞ
れに熱変位による歪みが発生し、この歪みが外周部６を
歪ませて梁７に影響を与える問題があった。 【０００８】そこで、本発明の目的は加速度を測定する
方向以外からの力の影響を受けにくく、正確な加速度の
測定が行える容量型加速度センサを提供することであ
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は上述した問題を
解決するためになされたもので、支柱を中心として放射
状に延びる複数の梁を形成し、この梁の一端に接続され
前記支柱を包囲して可動電極を揺動可能に形成し、この
可動電極の一部を切り欠いて切欠き部を形成し、検出回
路に前記支柱とを結合する結合線部を前記切欠き部に配
置したものである。 【００１０】 【作用】上記発明の構成によれば、可動電極の重心を支
柱の位置と一致させることができるので、梁の支持位置
と可動電極の重心位置のずれによるモーメントの発生が
なくなり、加速度を測定する方向以外からの力の影響を
受けにくくすることができ、また、可動電極と検出回路
との接続を結合線部によって同一平面内で行えるので、
固定電極側に可動電極との接続を行うための穴等を設け
る必要がなく、構造を簡単にして生産効率を向上させる
ことができる。 【００１１】また、請求項２の発明の構成によれば、可
動電極と検出回路との接続を結合線部によって同一平面
内で行えるので、固定電極側に可動電極との接続を行う
ための穴等を設ける必要がなく、構造を簡単にして生産
効率を向上させることができる。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
いて説明する。図１は、本発明にかかる容量型加速度セ
ンサの検出部２０の全体図で、この検出部２０は図１お
よび図３に示すように上部ガラス板２１、シリコン板２
２および下部ガラス板２３を主な構成要素としている。 【００１３】上部ガラス板２１は方圭酸ガラスを材料と
して形成されており、下面のほぼ中央に後述する支柱４
２を支持する台形状の固定部２５が形成され、この固定
部２５を包囲して方形の凹部２４が形成されている。そ
して、この凹部２４の底面にはチタンとアルミニウムか
らなる上部固定電極２６が蒸着されている。また、この
凹部２４の周囲で上部ガラス板２１とシリコン板２２が
結合されている。 【００１４】シリコン板２２は主に外周部２７と支柱４
２と錘部（可動電極）２９と端子部３０とで構成されて
いる。外周部２７は上部ガラス板２１の外形に沿って形
成され、錘部２９を包囲する四角形状に形成されてい
る。支柱４２は外周部２７の中央に形成されており、上
部ガラス板２１の固定部２５に結合される。この支柱４
２は外周部２７の一辺と結合線部２７ａによって結合さ
れ、この外周部２７の内側に、支柱４２と外周部２７お
よび結合線部２７ａとに所定の間隔を保って錘部２９が
形成され、結合線部２７ａが通過する部分に切欠き部２
９ａを形成している。 【００１５】この錘部２９は加速度によって図１におけ
る上下方向に移動するもので、支柱４２と後述する梁３
１によって揺動自在に結合されている。この梁３１は支
柱４２を中心にして同じ長さで四角形状の外周部２７の
対角線方向に放射状に４本延びており、錘部２９の内側
から対角線方向に延ばすことによって梁３１の長さを四
角形状の中で最大とし、これによって錘部２９の揺動が
小さな加速度でも大きくなるようにしている。 【００１６】一方、外周部２７の横方向には端子部３０
が形成されている。この端子部３０は上部固定電極用端
子部３０ａと下部固定電極用端子部３０ｂおよび可動電
極用端子部３０ｃとから構成されている。この上部固定
電極用端子部３０ａと下部固定電極用端子部３０ｂは隙
間３２をもって外周部２７と離間して形成され、それぞ
れ電気的に絶縁されている。 【００１７】そして、上部固定電極用端子部３０ａは上
部固定電極２６と接続され、下部固定電極用端子部３０
ｂは後述する下部固定電極３３と接続されている。ま
た、これら上部固定電極用端子部３０ａと下部固定電極
用端子部３０ｂおよび可動電極用端子部３０ｃはそれぞ
れシリコン板２２を拡散等を用いず加工して形成されて
いるので、それぞれが良導体の性質を有している。 【００１８】なお、上記上部ガラス板２１を形成する方
圭酸ガラスは絶縁物質であるので、上部固定電極２６は
上部固定電極用端子部３０ａでのみシリコン板２２と接
触している。また、可動電極用端子部３０ｃはシリコン
板２２が良導体であることから錘部（可動電極）２９か
ら梁３１、支柱４２、結合線部２７ａおよび外周部２７
を介して電気的に接続していることとなる。 【００１９】前記下部ガラス板２３は形状的には、上部
ガラス板２１と同じであり、上面に支柱４２を支持する
台形状の固定部３５が形成され、この固定部３５を包囲
して方形の凹部３４が形成されている。そして、この底
面にはチタンとアルミニウムからなる下部固定電極３３
が蒸着され、上部固定電極用端子部３０ａと接続されて
いる。 【００２０】本実施例の容量型加速度センサの検出部２
０は以上のような構成であり、次に検出部２０の製造方
法について説明する。図４は検出部２０の製造工程を説
明する図で、図４（ａ）において４０はシリコンウエハ
の断面で、このシリコンウエハ４０は直径３インチで、
厚さ２２０μｍの両面研磨した高濃度のｎ型のものを使
用し、このシリコンウエハ４０の表面は（１００）面と
なっている。そして始めにシリコンウエハ４０の表面に
酸化膜（ＳｉＯ2 ）を形成し、図１におけるシリコン板
の外周部２７、錘部２９、支柱４２および端子部３０に
相当する部分をレジストにてマスクし、これら外周部２
７、錘部２９、支柱４２および端子部３０以外の酸化膜
ＳｉＯ2 をフッ酸（ＨＦ）によって除去し、さらに、図
４（ｂ）にしめすように、外周部２７、錘部２９、支柱
４２、端子部３０および梁３１に相当する部分にリンガ
ラス（ＰＳＧ）をＣＶＤ法によって気相成長させ、リン
ガラス層４１を形成する。 【００２１】なお、リンガラス層４１のパターニングは
酸化膜ＳｉＯ2 と同様にレジストにてるマスクと、フッ
酸を用いる。梁は長さを最大に得るため、チップの対角
線上＜１００＞方向に形成する。さらに、図２に示す上
部固定電極用端子部３０ａと下部固定電極用端子部３０
ｂおよび可動電極用端子部３０ｃに相当する部分にクロ
ム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）をそれぞれ蒸着して積層し、電
極を形成する。 【００２２】そして、このような状態で異方向エッチン
グ液（ＴＭＡＨ：水酸化テトラメチルアンニウム溶液）
にシリコンウエハ４０を浸ける。すると、シリコンウエ
ハ４０の表面からリンガラス層４１もしくはクロムＣｒ
と金Ｃｕの積層が存在する部分以外が徐々に両面からエ
ッチングされる。そして、このエッチングの進行が梁３
１を形成する深さ位置まで進行したところで、一度中断
し、リンガラス層４１をフッ酸ＨＦによって除去し、シ
リコン板の外周部２７、支柱４２および端子部に相当す
る部分のみの酸化膜ＳｉＯ2 を残した状態で再度、異方
向エッチング液（ＴＭＡＨ）に浸ける。 【００２３】これによって梁３１のリンガラス層４１が
存在していたシリコンウエハ４０の表面もエッチングが
開始される。そして、始めからエッチングが行われてい
た部分が貫通した時点でエッチングを終了すれば、図１
における外周部２７と梁３１と錘部２９と支柱４２およ
び端子部３０が形成され、梁３１は＜１００＞方向に延
びるものとなる。 【００２４】なお、この状態において、図４（Ｃ）に示
すように外周部２７と支柱４２は結合線部２７ａを介し
て結合し、端子部３０の上部固定電極用端子部３０ａと
下部固定電極用端子部３０ｂは隣合う検出部２０の外周
部２７と結合した状態になっているので、それぞれの位
置関係が狂うことはない。一方、上部ガラス板２１とを
形成する方圭酸ガラスウエハ５０には図４（ｄ）に示す
ように、図１の凹部２４と、ダイシングを行う際に使用
される割り溝５１以外の表面をスパッタで形成したシリ
コン皮膜で覆ったうえで、フッ酸水溶液に浸けて所定の
深さまでエッチングを進行させ、凹部２４の底面には、
蒸着によりチタンＴｉとアルミニウムＡｌを積層して上
部固定電極２６を形成する。 【００２５】なお、ここでチタンＴｉとアルミニウムＡ
ｌを積層したのは、チタンＴｉが方圭酸ガラスウエハ５
０とアルミニウムＡｌの密着性をよくするためである。
また、下部ガラス板２２を形成するためのウエハは上述
の上部ガラス板２１を形成するウエハの割り溝５１を形
成しないだけであるので、説明を省略する。このように
作成したシリコンウエハ４０を方圭酸ガラスウエハ５０
にて上下から挟んだ状態で陽極接合し、図４（ｅ）に示
すように割り溝５１と外周部２７の位置でダイシングし
てやることで、図４（ｆ）のような検出部２０が形成さ
れることになる。 【００２６】このように、支柱４２を中心に対角線方向
に放射状に梁３１を延ばして支柱４２を包囲するように
錘部２９を形成したので、梁３１の長さを長くすること
ができるとともに、梁３１が支柱４２を中心に延びてい
るので、梁３１が熱変位の影響による誤差を受けにくく
することができる。また、錘部２９の一部に切欠き部２
９ａを形成し、この切欠き部２９ａを介して外周部２７
と支柱４２を結合線部２７ａによって結合したので、錘
２９の動作可能な状態のままで梁３１を支持する支柱４
２と外周部２７の位置関係を決定することができる。 【００２７】そして、この完成した検出部２０の上部固
定電極用端子部３０ａと下部固定電極用端子部３０ｂお
よび可動電極用端子部３０ｃを図７に示すような検出回
路１０に接続すれば、加速度を測定することができる。
なお上記実施例では支柱４２と外周部２７を結合線部２
７ａにて結合していたが、これに限られるものでなく、
支柱４２と可動電極端子部３０ｃを結合線部２７ａにて
直接接続しても、さらに支柱４２と検出回路を直接接続
してもよい。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように支柱を中心として放
射状に延びる複数の梁を形成し、この梁の一端に接続さ
れ前記支柱を包囲して可動電極を揺動可能に形成したの
で、可動電極の重心を支柱の位置と一致させることがで
き、梁の支持位置と可動電極の重心位置のずれによるモ
ーメントの発生がなくなり、加速度を測定する方向以外
からの力の影響を受けにくくすることができる。 【００２９】また、可動電極の一部を切り欠いて切欠き
部を形成し、検出回路に前記支柱とを結合する結合線部
を前記切欠き部に配置したので、可動電極と検出回路と
の接続を結合線部によって同一平面内で行えるので、固
定電極側に可動電極との接続を行うための穴等を設ける
必要がなく、構造を簡単にして生産効率を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例における容量型加速度センサの検出部
の断面図（図２におけるＣ−Ｃ断面図）である。 【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。 【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。 【図４】本実施例における容量型加速度センサの検出部
の製造工程を説明する図である。 【図５】従来の容量型加速度センサの検出部の断面図で
ある。 【図６】従来の容量型加速度センサの検出部の断面図で
ある。 【図７】容量型加速度センサの回路を示す図である。 【符号の説明】 ２０ 検出部 ２１ 上部ガラス板 ２２ シリコン板 ２３ 下部ガラス板 ２６ 上部固定電極 ２７ 外周部 ２７ａ 結合線部 ２９ 錘部（可動電極） ２９ａ 切欠き部 ３０ 端子部 ３１ 梁 ４２ 支柱
の断面図（図２におけるＣ−Ｃ断面図）である。 【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。 【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。 【図４】本実施例における容量型加速度センサの検出部
の製造工程を説明する図である。 【図５】従来の容量型加速度センサの検出部の断面図で
ある。 【図６】従来の容量型加速度センサの検出部の断面図で
ある。 【図７】容量型加速度センサの回路を示す図である。 【符号の説明】 ２０ 検出部 ２１ 上部ガラス板 ２２ シリコン板 ２３ 下部ガラス板 ２６ 上部固定電極 ２７ 外周部 ２７ａ 結合線部 ２９ 錘部（可動電極） ２９ａ 切欠き部 ３０ 端子部 ３１ 梁 ４２ 支柱
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(72)発明者 永田 富夫
愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田
工機株式会社内
(72)発明者 裏 岳則
愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田
工機株式会社内
(72)発明者 野村 達生
愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田
工機株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−45377（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−5193（ＪＰ，Ａ)
実開 平７−14383（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 15/125
H01L 29/84
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】シリコン板に加速度によって移動する可動
電極を形成し、この可動電極に対向して固定電極を配置
し、この可動電極の移動を静電容量の変化によって検出
する検出部と、この検出部で検出された加速度をその加
速度に比例した電気信号に変換して出力する検出回路か
らなる容量型加速度センサにおいて、前記検出部には、
支柱を中心として放射状に延びる複数の梁を形成し、こ
の梁の一端に接続され前記支柱を包囲して可動電極を揺
動可能に形成するとともに、前記可動電極の一部を切り
欠いて切欠き部を形成し、前記検出回路と前記支柱とを
結合する結合線部を前記切欠き部に配置したことを特徴
とする容量型加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11866494A JP3366733B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 容量型加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11866494A JP3366733B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 容量型加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07325106A JPH07325106A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3366733B2 true JP3366733B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=14742167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11866494A Expired - Fee Related JP3366733B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 容量型加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3366733B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013217823A (ja) * | 2012-04-11 | 2013-10-24 | Seiko Epson Corp | 物理量センサーおよび電子機器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP6465097B2 (ja) * | 2016-11-21 | 2019-02-06 | 横河電機株式会社 | 振動式トランスデューサ |
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1994
- 1994-05-31 JP JP11866494A patent/JP3366733B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH07325106A (ja) | 1995-12-12 |
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