JP4965546B2 - 加速度センサ - Google Patents
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Description
本発明の実施形態となる加速度センサは、図1に示すように、シリコンSOI基板により形成されたセンサチップ1の上下面が上部固定板2aと下部固定板2bにより挟持された構成となっている。センサチップ1は、2つの矩形枠3a,3bを有するフレーム部3と、矩形枠3a,3bの側壁部に対し隙間をあけた状態で矩形枠3a,3b内に配置された矩形形状の2つの可動電極4,5と、可動電極4の表面の対向する2辺の略中央部と矩形枠3aの側壁部とを連結することにより可動電極4をフレーム部3に対し揺動自在に支持する一対のビーム部6a,6bと、可動電極5の表面の対向する2辺の略中央と矩形枠3bの側壁部とを連結することにより可動電極5をフレーム部3に対し揺動自在に支持する一対のビーム部7a,7bとを備える。
上記加速度センサは、以下のようにしてセルフテストを行うと共に図1に示すx方向及びz方向の加速度を検出する。
可動電極4を動作させる場合は、固定電極20a又は固定電極20bと可動電極4間に吸引力を発生させる。同様に可動電極5を動作させる場合は、固定電極21a又は固定電極21bと可動電極5間に吸引力を発生させる。付着防止膜23a,23bと可動電極4,5との間に吸引力を発生させて同様な動作確認を行ってもよい。これにより、可動電極4,5が揺動することによって固定電極20a,20bと可動電極4間及び固定電極21a,21bと可動電極5との間の静電容量が変化するので、加速度センサが正常に動作するか否かを確認できる。
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。
C1=C0−ΔC …(1)
C2=C0+ΔC …(2)
C3=C0−ΔC …(3)
C4=C0+ΔC …(4)
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。
C1=C0+ΔC …(5)
C2=C0−ΔC …(6)
C3=C0−ΔC …(7)
C4=C0+ΔC …(8)
最後に、図6を参照して、本発明の実施形態となる加速度センサの製造方法について説明する。
2a:上部固定板
2b:下部固定板
3:フレーム部
3a,3b:矩形枠
4,5:可動電極(重り部)
6a,6b,7a,7b:ビーム部
8a,8b,8c,8d:検出電極
10:接地電極
11a,11b,11c,11d,13a,13b,13c,13d:凹部(第1の凹部)
12,14:凹部(第2の凹部)
15a,15b,15c,15d,15e,15f,15g:突起部
16:補強部材
20a,20b,21a,21b:固定電極
22a,22b,22c,22d,22e:スルーホール
23a,23b:付着防止膜
Claims (19)
- 矩形形状の可動電極と、
前記可動電極の対向する2辺の略中央に接続して当該可動電極を揺動自在に支持する一対のビーム部と、
前記一対のビーム部を結ぶ直線を境界線とした前記可動電極の表面のそれぞれ一方側及び他方側に対し所定間隔をあけて対向配置された第1及び第2の固定電極と、
前記一対のビーム部を結ぶ直線を境界線とした前記可動電極の裏面のそれぞれ一方側及び他方側に形成された第1及び第2の凹部と、
前記可動電極を内包するフレーム部と、
前記フレーム部に形成され、前記第1及び第2の固定電極にそれぞれ接続された第1及び第2の検出電極とを備え、
前記第1の検出電極と前記第2の検出電極間、前記第1及び第2の検出電極と前記フレーム部間、及び前記第1及び第2の検出電極と前記可動電極間に隙間が形成されていることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項1に記載の加速度センサにおいて、
前記可動電極に印加された第1方向の加速度と前記可動電極に印加された第1方向の加速度と直交する第2方向の加速度とを検出することを特徴とする加速度センサ。 - 請求項2に記載の加速度センサが同一チップ面内に複数形成されていることを特徴とする加速度センサ。
- 請求項3に記載の加速度センサにおいて、前記加速度センサが同一チップ面内に2つ配置され、一方の加速度センサが他方の加速度センサに対しチップ面内で180度回転配置されていることを特徴とする加速度センサ。
- 請求項4に記載の加速度センサが2つ隣接配置されていることを特徴とする加速度センサ。
- 請求項3に記載の加速度センサにおいて、前記加速度センサが同一チップ面内に3つ配置され、第2及び第3の加速度センサが第1の加速度センサに対しチップ面内でそれぞれ90度及び180度回転配置されていることを特徴とする加速度センサ。
- 請求項1乃至請求項6のうち、いずれか1項に記載の加速度センサにおいて、
前記第1及び第2の固定電極の前記可動電極との対向面又は前記可動電極の前記第1及び第2の固定電極との対向面に形成された突起部を有することを特徴とする加速度センサ。 - 請求項7に記載の加速度センサにおいて、
前記突起部はシリコン又はシリコン酸化膜により形成されていることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項7に記載の加速度センサにおいて、
前記突起部はカーボン材料により形成されていることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項9に記載の加速度センサにおいて、
前記カーボン材料はカーボンナノチューブであることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項2に記載の加速度センサにおいて、
前記可動電極の裏面に対し所定間隔をあけて対向配置された固定板を有し、当該固定板の前記可動電極との対向面側には可動電極の付着を抑制するための付着防止膜が形成されていることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項11に記載の加速度センサにおいて、
前記付着防止膜は前記第1及び第2の固定電極と同じ材料により形成されていることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項11又は請求項12に記載の加速度センサにおいて、
前記付着防止膜は前記第1及び第2の固定電極と同時に成膜されることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項11乃至請求項13のうち、いずれか1項に記載の加速度センサにおいて、
前記付着防止膜は半導体製造プロセスを利用して成膜されることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項11乃至請求項14のうち、いずれか1項に記載の加速度センサにおいて、
前記付着防止膜はアルミニウム系合金により形成されていることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項11乃至請求項15のうち、いずれか1項に記載の加速度センサにおいて、
前記固定電極と前記可動電極との間に吸引力を発生させることにより前記第1及び第2の固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化を検出することを特徴とする加速度センサ。 - 請求項16に記載の加速度センサにおいて、
前記付着防止膜の表面に形成された有機材料薄膜を有することを特徴とする加速度センサ。 - 請求項17に記載の加速度センサにおいて、
前記有機材料薄膜はポリイミド薄膜であることを特徴とする加速度センサ。 - 請求項1乃至請求項18のうち、いずれか1項に記載の加速度センサにおいて、
前記可動電極の重心位置から前記境界線に下ろした垂線と前記可動電極の表面とがなす角度が略45度であることを特徴とする加速度センサ。
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