JP2008261773A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】信号線に発生する静電容量を低減して、特性向上を図ったセンサの製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】加速度検出部を有する検出素子1を備え、この検出素子1は、可撓部を介して錘部2を連結した固定部4と、錘部2と対向させた対向基板6と、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20と、これら電極から引き出した信号線21とを有し、加速度検出部では、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20の静電容量変化を検出して加速度を検出しており、対向基板6と第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20または信号線21との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けた構成である。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a sensor manufacturing method in which the capacitance generated in a signal line is reduced and the characteristics are improved.
A detection element 1 having an acceleration detection unit is provided. The detection element 1 includes a fixed part 4 connected to a weight part 2 via a flexible part, a counter substrate 6 opposed to the weight part 2, and The first counter electrode to the fourth counter electrodes 14, 16, 18, 20 disposed on the facing surfaces of the weight part 2 and the counter substrate 6 and signal lines 21 drawn from these electrodes, The acceleration is detected by detecting the capacitance change of the first counter electrode to the fourth counter electrodes 14, 16, 18, and 20 disposed on the opposing surfaces of the weight portion 2 and the counter substrate 6, respectively. 6 and the first counter electrode to the fourth counter electrode 14, 16, 18, 20 or the signal line 21.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor used in various electronic devices such as attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.
以下、従来の加速度センサについて説明する。 Hereinafter, a conventional acceleration sensor will be described.
図9において、従来の加速度センサは、加速度を検出する検出素子50と、この検出素子50で検出された検出信号を処理して加速度を算出する処理回路と、この処理回路が配置され、検出素子50を実装する実装基板52を備えている。検出素子50は、ベース基板53と、このベース基板53と対向させて配置したダイアフラム54と、このダイアフラム54の下方に連結した錘部55とを有する。互いに対向するベース基板53とダイアフラム54の対向面には対向電極56を配置している。また、ベース基板53とダイアフラム54との間には、所望箇所に接着剤57を塗布して、この接着剤57により、ベース基板53とダイアフラム54とを接着固定している。
In FIG. 9, a conventional acceleration sensor is provided with a
次に、加速度の検出について説明する。 Next, detection of acceleration will be described.
加速度が生じると、錘部55が加速度の生じた軸方向に移動しようとするために、錘部55を配置したダイアフラム54に撓みが発生する。そうすると、ベース基板53とダイアフラム54とのギャップが変化するので、このギャップの変化に起因した対向電極56間の静電容量の変化に基づいて、加速度を検出するものである。
When acceleration occurs, the
このような加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。 Such an acceleration sensor is used in a posture control device, a navigation device, or the like of a moving body such as a vehicle corresponding to a detection axis to be detected.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
上記構成では、対向電極56間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するが、ベース基板53に配置した対向電極56およびダイアフラム54に配置した対向電極56からは信号線59が引き出されている。これらの信号線59の端部は電極パッド60、61に接続されており、この電極パッド60、61を介して、実装基板52に配置された配線パターン62とワイヤボンディング63で電気的に接続される。
In the above configuration, acceleration is detected based on the change in capacitance between the
上記構成において、例えば、シリコンを主成分とする材料で、ベース基板53やダイアフラム54を形成した場合、シリコン層上に酸化シリコン層が形成された構成となる。そのため、ベース基板53やダイアフラム54に配置した対向電極56や信号線59とシリコン層との間で、微小な静電容量が形成され、この静電容量がノイズ成分となって、S/N比を劣化するという問題点を有していた。
In the above configuration, for example, when the
本発明は上記問題点を解決し、対向電極や信号線に発生する静電容量を低減して、S/N比の向上を図った加速度センサを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an acceleration sensor that improves the S / N ratio by reducing the capacitance generated in the counter electrode and the signal line.
上記問題点を解決するために本発明は、特に、検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記固定部に形成した突起部に載置し、ギャップを介して前記錘部と対向させた対向基板と、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極と、前記対向電極から引き出した信号線とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出しており、前記対向基板と前記対向電極または前記信号線との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けた構成である。 In order to solve the above problems, in particular, the present invention is configured such that the detection element is placed on a fixed portion in which a weight portion is connected via a flexible portion, and a protrusion formed on the fixed portion, and is interposed via a gap. A counter substrate disposed opposite to the weight portion; a counter electrode disposed on each of the counter surfaces of the weight portion and the counter substrate; and a signal line drawn from the counter electrode. Acceleration is detected by detecting a change in capacitance between the counter electrodes arranged on the opposing surfaces of the weight portion and the counter substrate, and is generated between the counter substrate and the counter electrode or the signal line. It is the structure which provided the suppression means which suppresses electrostatic capacitance.
上記構成により、対向基板と対向電極または信号線との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けているので、対向基板と対向電極または信号線との間において、静電容量が発生しにくい。すなわち、ノイズ成分が発生しにくく、S/N比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できる。 With the above configuration, since the suppression means for suppressing the capacitance generated between the counter substrate and the counter electrode or the signal line is provided, the capacitance is generated between the counter substrate and the counter electrode or the signal line. Hard to do. That is, it is difficult for noise components to be generated, deterioration of the S / N ratio can be suppressed, and detection accuracy can be improved.
図1は本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図、図2は図1における対向基板配置前のA−A断面図、図3は図1における対向基板配置前のB−B断面図、図4は図1における対向基板配置時のB−B断面図、図5は図1における対向基板配置時のC−C断面図である。 1 is an exploded perspective view of a detection element of a composite sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 before arrangement of the counter substrate, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
図1において、本発明の一実施の形態における複合センサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子1を備え、この検出素子1は、可撓部を介して錘部2を連結した固定部4と、錘部2と対向させた対向基板6と、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1電極と、可撓部に配置した第2電極とを有する。
In FIG. 1, a composite sensor according to an embodiment of the present invention includes a
具体的には、この検出素子1は、第1アーム8を第2アーム10に略直交方向に連結して形成した2つの直交アームと、2つの第1アーム8の一端を支持する支持部12と、2つの第1アーム8の他端を接続した枠体形状の固定部4とを有する。第1アーム8の厚みは第2アーム10の厚みよりも非常に薄く形成しており、第2アーム10は第2アーム10自身と対向するまで折曲し、折曲した第2アーム10の先端部に錘部2を連結している。第1アーム8と支持部12とは略同一直線上に配置し、第1アーム8および第2アーム10は検出素子1の中心に対して対称配置している。ここで、可撓部は固定部4と錘部2とを連結する部分を指しており、第1アーム8、第2アーム10が少なくとも可撓部に相当する。
Specifically, the
また、錘部2に対向させて対向基板6を配置しており、この対向基板6は、突起部13により、一定のギャップを介して錘部2と対向させている。この際、所望の位置に接着剤を塗布しておけば、固定部4と対向基板6とを容易に固定できる。錘部2と対向基板6の各々の対向面には、第1電極として第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20を配置し、互いに対向する一方の2つの第2アーム10には錘部2を駆動振動させる駆動電極22および検知電極24を配置し、互いに対向する他方の2つの第2アーム10には、第2電極として第2アーム10の歪を感知する第1感知電極26、第2感知電極28を配置している。
Further, the
また、錘部2の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21を、第2アーム10および第1アーム8を介して固定部4に設けた電極パッド23まで配置している。対向基板6の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から引き出した信号線21も、導電性樹脂15を介して固定部4に設けた電極パッド23まで引き出している。この信号線21の端部である電極パッド23にて、ワイヤボンディング等を用いて、実装基板の配線パターンと電気的に接続している。
Further, the
また、錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20、駆動電極22、検知電極24、第1感知電極26、第2感知電極28は、図2、図3に示すように、圧電層30を介在させた上部電極32と下部電極34とを有し、信号線21も同様の構成である。
In addition, the first to
さらに、錘部2と固定部4と対向基板6と第1アーム8と第2アーム10とは、シリコン基板を所望の形状に加工して形成されており、駆動電極22、検知電極24、第1感知電極26、第2感知電極28は、例えば、このシリコン基板上にPtからなる下部電極34をスパッタにて形成し、この下部電極34の上部にPZTからなる圧電層30をスパッタにて形成し、PZTからなる圧電層30の上部にAuからなる上部電極32をスパッタにて形成し、所望の形状に加工して形成すればよい。
Further, the
特に、上記構成において、対向基板6と錘部2に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20と信号線21との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けている。この抑制手段としては、対向基板6をガラス等からなる絶縁性基板とし、対向基板6の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20から固定部4まで信号線21を引き出すとともに、対向基板6の対向面上における信号線21の引き出し距離を固定部4上における信号線21の引き出し距離よりも長くしたものである。
In particular, in the above configuration, the suppression means for suppressing the capacitance generated between the first counter electrode to the
次に、角速度検出部および加速度検出部について説明する。 Next, the angular velocity detection unit and the acceleration detection unit will be described.
まず、角速度検出部について説明する。 First, the angular velocity detection unit will be described.
図6に示すように、互いに直交したX軸、Y軸、Z軸において、検出素子1の第1アーム8をX軸方向に配置して、第2アーム10をY軸方向に配置した場合、駆動電極22に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極22が配置された第2アーム10を起点に第2アーム10が駆動振動し、それに伴って錘部2も第2アーム10の対向方向(実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向)に駆動振動する。また、4つの第2アーム10および4つの錘部2の全てが同調して第2アーム10の対向方向に駆動振動する。この検出素子1における駆動振動方向はX軸方向となる。
As shown in FIG. 6, when the
このとき、例えば、Z軸の左回りに角速度が生じた場合は、錘部2の駆動振動と同調して、錘部2に対して駆動振動方向と直交した方向(実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向(Y軸方向))にコリオリ力が発生するので、第2アーム10にZ軸の左回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第2アーム10の状態変化(第2アーム10に発生した歪)によって、第1、第2感知電極26、28から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。
At this time, for example, when an angular velocity is generated in the counterclockwise direction of the Z axis, a direction (solid line arrow and dotted line arrow) perpendicular to the drive vibration direction with respect to the
次に、加速度検出部について説明する。 Next, the acceleration detection unit will be described.
図7に示すように、互いに直交するX軸、Y軸、Z軸において、対向基板6をXY平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、対向基板6と錘部2の対向面の第1対向電極14のギャップ(H1)と、対向基板6と錘部2との対向面の第2対向電極16のギャップ(H2)は等しい。図示していないが、第3対向電極18の対向距離と第4対向電極20のギャップも等しくなる。
As shown in FIG. 7, when the
このとき、例えば、X軸方向に加速度が生じた場合、図8に示すように、錘部2は支持部12を中心にしてY軸回りに回転しようとする。この結果、対向基板6と錘部2の対向面の第1対向電極14のギャップ(H1)が小さくなり、対向基板6と錘部2との対向面の第2対向電極16のギャップ(H2)が大きくなる。第3対向電極18の対向距離と第4対向電極20のギャップも同様である。
At this time, for example, when acceleration occurs in the X-axis direction, the
一方、Y軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部2は支持部12を中心にしてX軸回りに回転しようとするため、例えば、第3、第4対向電極18、20のギャップが大きくなり、第1、第2対向電極14、16のギャップが小さくなる。すなわち、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてX軸方向またはY軸方向の加速度を検出するものである。
On the other hand, when acceleration occurs in the Y-axis direction, the
上記構成により、加速度検出部によって、錘部2と対向基板6の各々の対向面に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第1感知電極26、第2感知電極28で検出し、一つの検出素子1で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。
With the above configuration, the acceleration detection unit detects the capacitances of the first to
また、対向基板6と第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20または信号線21との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けているので静電容量が発生しにくい。すなわち、ノイズ成分が発生しにくく、S/N比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できる。
Moreover, since the suppression means which suppresses the electrostatic capacitance which generate | occur | produces between the opposing board |
特に、固定部4がシリコン基板からなり、シリコン層上に酸化シリコン層が形成された基板なので、固定部4上における信号線21はシリコン層との間において静電容量を発生するが、静電容量を抑制する抑制手段として、対向基板6を絶縁性基板とし、対向基板6の対向面上における信号線21の引き出し距離を固定部4上における信号線21の引き出し距離よりも長くしているので、信号線21と対向基板6との間において静電容量の発生を抑制できる。
In particular, since the fixed
なお、抑制手段としては、対向基板6に配置した第1対向電極〜第4対向電極14、16、18、20の端部から錘部2の対向面に、信号線21を引き出してもよく、その際、導電性樹脂15を介して信号線21を引き出せばよい。この場合、固定部4上における信号線21の引き廻しを短くできるので、よりノイズ成分の発生を抑制して、検出精度を向上できる。
As the suppression means, the
本発明に係る加速度センサは、対向電極や信号線に発生する静電容量を低減して、S/N比の向上を図れ、各種電子機器に適用できるものである。 The acceleration sensor according to the present invention can be applied to various electronic devices by reducing the capacitance generated in the counter electrode and the signal line and improving the S / N ratio.
1 検出素子
2 錘部
4 固定部
6 対向基板
8 第1アーム
10 第2アーム
12 支持部
13 突起部
14 第1対向電極
15 導電性樹脂
16 第2対向電極
18 第3対向電極
20 第4対向電極
21 信号線
22 駆動電極
23 電極パッド
24 検知電極
26 第1感知電極
28 第2感知電極
30 圧電層
32 上部電極
34 下部電極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記固定部に形成した突起部に載置し、ギャップを介して前記錘部と対向させた対向基板と、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極と、前記対向電極から引き出した信号線とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出しており、前記対向基板と前記対向電極または前記信号線との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けた加速度センサ。 A detection element having an acceleration detection unit;
The detection element is mounted on a fixed portion having a weight portion connected through a flexible portion, a protruding substrate formed on the fixed portion, and opposed to the weight portion through a gap, and the weight And the counter electrode disposed on each counter surface of the counter substrate and a signal line drawn from the counter electrode, and the acceleration detection unit is disposed on each counter surface of the weight portion and the counter substrate. An acceleration sensor that detects acceleration by detecting a change in capacitance between the counter electrodes, and includes suppression means for suppressing capacitance generated between the counter substrate and the counter electrodes or the signal lines. .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007105615A JP2008261773A (en) | 2007-04-13 | 2007-04-13 | Acceleration sensor |
| PCT/JP2008/000897 WO2008126409A1 (en) | 2007-04-10 | 2008-04-08 | Acceleration sensor and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2007105615A JP2008261773A (en) | 2007-04-13 | 2007-04-13 | Acceleration sensor |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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