JP6921010B2 - 物理量センサ - Google Patents
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Description
物理量センサは、例えば、静電容量型の物理量センサである。本実施の形態においては、物理量センサは、静電容量型の物理量センサとして、加速度センサを一例に説明する。図1は、本実施の形態における物理量センサの構成を模式的に示す平面図である。
物理量センサの弾性支持部2の剛性は、検出対象の加速度に応じて決定される。その弾性支持部2の剛性は、梁の長さ、幅によって調整される。例えば、加速度センサが低加速度を検出する場合または高感度に加速度を検出する場合、質量体1には入力される加速度に対し変位しやすいことが求められる。そのため、長さは長くかつ幅は細い弾性支持部2が用いられる。図4は、本実施の形態における弾性支持部2の構成を示す平面図である。本実施の形態における弾性支持部2は、一端2aから他端2bにかけて複数の折り返し位置21にて多重に折り返されてなる梁を含み、梁は複数の折り返し位置21の各々の間に延在する複数の梁要素22を有する。梁が折り返されずに質量体1とアンカー5とを接続する弾性支持部と比較して、本実施の形態における物理量センサの弾性支持部2は長い。質量体1が動きやすいため、高感度に加速度が検出される。一方で、弾性支持部2が長い場合、物理量センサの加工中または搬送中に生じる様々な力、例えば衝撃力や静電気力によって、弾性支持部2が変位し、互いに隣接する2つの梁要素22が折り返し位置21付近にて接触することがある。
質量体1、弾性支持部2および固定電極3等が形成される半導体基板は、例えばシリコン基板である。質量体1、弾性支持部2および固定電極3等の物理量センサを構成する構造物は、MEMS技術により、つまり、エッチング等の半導体プロセスにより形成される。断面形状が台形である梁要素22は、断面形状が矩形である第1くし歯11と第2くし歯31とは、別工程で形成される。それにより、固着が生じにくい梁要素22を有し、かつ、加速度の検出感度を高める第1くし歯11と第2くし歯31とを有する物理量センサの製造が可能である。
以上をまとめると、実施の形態における物理量センサは、半導体基板の面内に形成された空隙部4に設けられ、入力される物理量に応じて、半導体基板の面に対して平行な方向に変位可能な質量体1と、一端2aが質量体1に接続され、他端2bが半導体基板に固定され、空隙部4において半導体基板の面に対して平行な方向に延在し、質量体1の変位に応じて弾性変形する弾性支持部2と、半導体基板の面内に設けられ、質量体1の変位に応じて質量体1との間に生成される静電容量を検出する固定電極3と、を備える。弾性支持部2は、一端2aから他端2bにかけて複数の折り返し位置21にて多重に折り返されてなる梁を含む。梁は、複数の折り返し位置21の各々の間に延在する複数の梁要素22を含む。複数の梁要素22のうち一の梁要素22aの断面形状は、一の梁要素22aに隣接する他の梁要素22bに対面する面である対向面23に斜面を含む。
図8は、実施の形態の変形例1における梁要素22の構成を示す断面図である。梁要素22の断面形状は、図2に示される台形とは異なり、長さが長い上辺と長さが短い下辺とを有する逆台形である。一の梁要素22aとそれに隣接する他の梁要素22bとが接触したとしても、接触面積が小さいため、梁要素22の固着が抑制される。
図9は、実施の形態の変形例2における梁要素22の構成を示す断面図である。一の梁要素22aの断面形状は、対向面23に凸型の形状をなす頂点25を含む。つまり、一の梁要素22aの断面において、深さ方向の途中に、一の梁要素22aに隣接する他の梁要素22bとの距離が最小になる部分が設けられている。一の梁要素22aとそれに隣接する他の梁要素22bとが接触したとしても、接触面積が小さいため、梁要素22の固着が抑制される。また、本変形例2においては、凸型の形状の頂点25は鈍角であることから、接触による梁要素22の破損が抑えられる。よって、物理量センサの信頼性が向上する。
Claims (3)
- 第1側面を有し、半導体基板の面内に形成された空隙部に設けられ、入力される物理量に応じて、前記半導体基板の前記面に対して平行な方向に変位可能な質量体と、
一端が前記質量体に接続され、他端が前記半導体基板に固定され、前記空隙部において前記半導体基板の前記面に対して平行な方向に延在し、前記質量体の変位に応じて弾性変形する弾性支持部と
前記質量体の前記第1側面に対向する第2側面を有し、前記半導体基板に設けられ、前記質量体の前記変位に応じて前記第2側面と前記質量体の前記第1側面との間に生成される静電容量を検出する固定電極と、を備え、
前記弾性支持部は、前記一端から前記他端にかけて複数の折り返し位置にて多重に折り返されてなる梁を含み、
前記梁は、前記複数の折り返し位置の間にそれぞれ延在する複数の梁要素を含み、
前記複数の梁要素のうち一の梁要素の断面形状は、前記一の梁要素に隣接する他の梁要素と対面する面である対向面に斜面を含み、
前記梁要素の前記対向面の垂直方向に対する傾きは、前記質量体の前記第1側面の前記垂直方向に対する傾きおよび前記固定電極の前記第2側面の前記垂直方向に対する傾きよりも大きい、物理量センサ。 - 前記一の梁要素の前記断面形状は、前記対向面に前記斜面を含む台形を有する、請求項1に記載の物理量センサ。
- 前記一の梁要素の前記断面形状は、前記対向面に凸型の形状をなす頂点を含み、
前記頂点は、前記梁要素の上面よりも下面の近くに位置する、請求項1に記載の物理量センサ。
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