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JP2013127388A - Capacitance type sensor - Google Patents

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JP2013127388A
JP2013127388A JP2011276670A JP2011276670A JP2013127388A JP 2013127388 A JP2013127388 A JP 2013127388A JP 2011276670 A JP2011276670 A JP 2011276670A JP 2011276670 A JP2011276670 A JP 2011276670A JP 2013127388 A JP2013127388 A JP 2013127388A
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JP
Japan
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stoppers
stopper
electrodes
acceleration
weight
Prior art date
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Pending
Application number
JP2011276670A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Kakimoto
勝己 垣本
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
Nobuyuki Ibara
伸行 茨
Masatoshi Nomura
昌利 野村
Shinichi Kishimoto
慎一 岸本
Hideki Ueda
英喜 上田
Takashi Mori
岳志 森
Atsushi Ogiwara
淳 荻原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2011276670A priority Critical patent/JP2013127388A/en
Publication of JP2013127388A publication Critical patent/JP2013127388A/en
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Abstract

【課題】ストッパの破損を抑制することのできる静電容量式センサを得る。
【解決手段】
ギャップ(間隙)G1を介して対向配置される可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bとの間に突起状のストッパ51,61が設けられた加速度センサ(静電容量式センサ)1において、ストッパ51,61に空洞部30を形成し、中空構造とする。これにより、可動電極5a,6aが動作してストッパ51,61が衝突した際に、そのストッパ51,61の先端側を撓ませて衝撃を吸収することができるようになり、ストッパ51,61の破損を抑制できる。
【選択図】図10
A capacitive sensor capable of suppressing breakage of a stopper is obtained.
[Solution]
An acceleration sensor (capacitance sensor) in which protruding stoppers 51 and 61 are provided between the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b arranged to face each other via a gap (gap) G1. ) 1, the hollow portion 30 is formed in the stoppers 51 and 61 to form a hollow structure. As a result, when the movable electrodes 5a and 6a are operated and the stoppers 51 and 61 collide, the leading ends of the stoppers 51 and 61 can be bent to absorb the impact. Damage can be suppressed.
[Selection] Figure 10

Description

本発明は、静電容量式センサに関する。   The present invention relates to a capacitive sensor.

従来の静電容量式センサとして、間隙を介して対向配置される可動電極と固定電極との間に突起状のストッパを設けるようにした加速度センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional capacitive sensor, there is known an acceleration sensor in which a protruding stopper is provided between a movable electrode and a fixed electrode that are arranged to face each other with a gap (see, for example, Patent Document 1). .

このようなセンサ構成によれば、例えば可動電極を有した錘部に測定レンジを超える過大な物理量(加速度)が入力された場合でも、ストッパによって錘部の可動範囲を制限しつつ、可動電極と固定電極とが直接接触してしまうのを防止することができる。   According to such a sensor configuration, for example, even when an excessive physical quantity (acceleration) exceeding the measurement range is input to the weight portion having the movable electrode, the movable electrode Direct contact with the fixed electrode can be prevented.

特開2010−127648号公報JP 2010-127648 A

しかしながら、上記従来の静電容量式センサでは、ストッパによって可動電極と固定電極とが直接衝突することによる電極同士の破損を防止できるものの、ストッパの破損を抑制することはできない。このように、ストッパが破損してしまうとセンサ内部に異物が発生し、その異物が動作不良の原因となってしまう恐れがある。   However, although the conventional electrostatic capacitance sensor can prevent the electrodes from being damaged due to a direct collision between the movable electrode and the fixed electrode by the stopper, the stopper cannot be prevented from being damaged. As described above, when the stopper is broken, foreign matter is generated inside the sensor, and the foreign matter may cause malfunction.

そこで、本発明は、ストッパの破損を抑制することのできる静電容量式センサを得ることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to obtain a capacitance type sensor that can suppress breakage of a stopper.

上記目的を達成するために、本発明の第1の特徴は、間隙を介して対向配置される可動電極と固定電極との間に突起状のストッパが設けられた静電容量式センサにおいて、前記ストッパに空洞部を形成し、中空構造としたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is that in the capacitive sensor in which a protruding stopper is provided between the movable electrode and the fixed electrode that are arranged to face each other with a gap therebetween, A hollow portion is formed in the stopper to form a hollow structure.

本発明の第2の特徴は、前記ストッパを、前記可動電極と前記固定電極の対向面のうちのいずれか一方に設けたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the stopper is provided on one of the opposing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode.

本発明の第3の特徴は、前記ストッパを、前記可動電極と前記固定電極の対向面のうちの両方に設け、前記一対のストッパを対向配置させたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, the stopper is provided on both of the opposed surfaces of the movable electrode and the fixed electrode, and the pair of stoppers are arranged to face each other.

本発明の第4の特徴は、前記ストッパは、前記空洞部の厚みと前記ストッパの外郭部の厚みが等しくなるように形成されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the stopper is formed so that the thickness of the hollow portion is equal to the thickness of the outer portion of the stopper.

本発明の第5の特徴は、前記ストッパは、二酸化珪素または窒化珪素などの絶縁性材料で形成されていることを特徴とする。   According to a fifth feature of the present invention, the stopper is made of an insulating material such as silicon dioxide or silicon nitride.

本発明の第6の特徴は、前記ストッパは、グラファイトを犠牲層として使用することにより形成されていることを特徴とする。   The sixth feature of the present invention is that the stopper is formed by using graphite as a sacrificial layer.

本発明の第7の特徴は、前記ストッパは、フォトレジストを犠牲層として使用することにより形成されていることを特徴とする。   The seventh feature of the present invention is that the stopper is formed by using a photoresist as a sacrificial layer.

本発明によれば、ストッパに空洞部を形成して中空構造としたので、ストッパが衝突した際に、そのストッパの先端側を撓ませて衝撃を吸収することができるようになる。これにより、ストッパの破損を抑制できるようになり、動作不良が起こってしまう恐れをより低減することができる。   According to the present invention, since the hollow portion is formed in the stopper to form a hollow structure, when the stopper collides, the tip side of the stopper can be bent to absorb the impact. Thereby, it becomes possible to suppress breakage of the stopper, and the risk of malfunctioning can be further reduced.

本発明の一実施形態にかかる加速度センサの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the acceleration sensor concerning one embodiment of the present invention. 図1のシリコン基板を示した平面図である。It is the top view which showed the silicon substrate of FIG. 図1のシリコン基板を示した裏面図である。It is the reverse view which showed the silicon substrate of FIG. 図2のA−A線の対応した加速度センサの断面図である。It is sectional drawing of the acceleration sensor corresponding to the AA line of FIG. 加速度センサの作動説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of an acceleration sensor. 加速度センサのシステム構成図である。It is a system block diagram of an acceleration sensor. X方向に印加された加速度の検出原理を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the detection principle of the acceleration applied to the X direction. Z方向に印加された加速度の検出原理を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the detection principle of the acceleration applied to the Z direction. 加速度センサの出力演算式を表形式で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the output calculation type | formula of an acceleration sensor in a tabular form. 図4のB部の拡大図である。It is an enlarged view of the B section of FIG. 図10のC部の拡大図である。It is an enlarged view of the C section of FIG. 図10に示すストッパの形成方法を(a)、(b)、(c)の順に追って示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the formation method of the stopper shown in FIG. 10 in order of (a), (b), (c). 本発明の一実施形態にかかる加速度センサの第1変形例を示した図であって、図4中B部と同位置の拡大図である。It is the figure which showed the 1st modification of the acceleration sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: It is an enlarged view of the same position as the B section in FIG. 本発明の一実施形態にかかる加速度センサの第2変形例を示した図であって、図4中B部と同位置の拡大図である。It is the figure which showed the 2nd modification of the acceleration sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: It is an enlarged view of the same position as the B section in FIG. 本発明の一実施形態にかかる加速度センサの第3変形例を示した図であって、ストッパの形成方法を(a)、(b)、(c)の順に追って示した説明図である。It is the figure which showed the 3rd modification of the acceleration sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: It is explanatory drawing which followed the formation method of the stopper in order of (a), (b), (c).

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下では、静電容量式センサとして、加速度センサを例示する。また、錘部の可動電極が形成される側をシリコン基板の表面側と定義する。そして、シリコン基板の短手方向をX方向、シリコン基板の長手方向をY方向、シリコン基板の厚さ方向をZ方向として説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, an acceleration sensor will be exemplified as the capacitance type sensor. Further, the side of the weight portion on which the movable electrode is formed is defined as the surface side of the silicon substrate. In the following description, the short direction of the silicon substrate is the X direction, the long direction of the silicon substrate is the Y direction, and the thickness direction of the silicon substrate is the Z direction.

本実施形態の加速度センサ(静電容量式センサ)1は、図1に示すように、半導体素子デバイスを形成したシリコン基板4と、このシリコン基板4の表面4aおよび裏面4bにそれぞれ接合される一対のガラス基板2,3と、を備えている。そして、本実施形態では、シリコン基板4と第1のガラス基板2および第2のガラス基板3とを陽極接合により接合するようにしている。   As shown in FIG. 1, the acceleration sensor (capacitance type sensor) 1 of this embodiment is a pair of silicon substrate 4 on which a semiconductor element device is formed, and a pair bonded to the front surface 4a and the back surface 4b of the silicon substrate 4, respectively. Glass substrates 2 and 3. In this embodiment, the silicon substrate 4 is bonded to the first glass substrate 2 and the second glass substrate 3 by anodic bonding.

第1のガラス基板2の下面には、シリコン基板4の錘部5,6の設置領域に対応した固定電極21a,21bおよび22a,22bがそれぞれ設けられている。   On the lower surface of the first glass substrate 2, fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b corresponding to the installation areas of the weight portions 5, 6 of the silicon substrate 4 are provided, respectively.

その一方で、第2のガラス基板3の表面には、錘部5,6の設置領域に対応した領域に付着防止膜31,32がそれぞれ形成されている。付着防止膜31,32は、例えば、固定電極21a,21bおよび22a,22bと同じ材料で形成することができる。   On the other hand, adhesion preventing films 31 and 32 are formed on the surface of the second glass substrate 3 in areas corresponding to the installation areas of the weight parts 5 and 6, respectively. The adhesion preventing films 31 and 32 can be formed of the same material as the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b, for example.

シリコン基板4は、2つの枠部40a,40bがY方向(シリコン基板4の長手方向)に並設されたフレーム部40と、枠部40a,40bの内周面に対して隙間43を空けた状態で枠部40a,40bの内側に配置される錘部5,6と、を備えている。また、シリコン基板4は、フレーム部40に対して錘部5,6をそれぞれ回動自在に支持する一対のビーム部7a,7bおよび8a,8bと、錘部5,6の表面(一面)に形成される可動電極5a,6aと、を備えている。   The silicon substrate 4 has a gap 43 with respect to the frame portion 40 in which two frame portions 40a and 40b are arranged in parallel in the Y direction (longitudinal direction of the silicon substrate 4) and the inner peripheral surface of the frame portions 40a and 40b. The weight parts 5 and 6 arrange | positioned inside frame part 40a, 40b in the state are provided. In addition, the silicon substrate 4 has a pair of beam portions 7a, 7b and 8a, 8b that rotatably support the weight portions 5, 6 with respect to the frame portion 40, and on the surface (one surface) of the weight portions 5, 6. Movable electrodes 5a and 6a to be formed.

本実施形態では、このシリコン基板4として、Siからなるシリコン活性層111(図4参照)とSiからなる支持基板113との間にSiOからなる埋込絶縁層112が介在する矩形状のSOI基板を用いている。なお、シリコン基板4の長手方向辺は約2〜4mmで、厚さは約0.4〜0.6mmであり、シリコン活性層111の厚さは約10〜20μm、埋込絶縁層112の厚さは、約0.5μmである。 In this embodiment, the silicon substrate 4 is a rectangular SOI in which a buried insulating layer 112 made of SiO 2 is interposed between a silicon active layer 111 made of Si (see FIG. 4) and a support substrate 113 made of Si. A substrate is used. The longitudinal side of the silicon substrate 4 is about 2 to 4 mm, the thickness is about 0.4 to 0.6 mm, the thickness of the silicon active layer 111 is about 10 to 20 μm, and the thickness of the buried insulating layer 112 The thickness is about 0.5 μm.

フレーム部40は、本実施形態では、略矩形状の外側フレーム部41と、X方向(シリコン基板4の短手方向)に延在し、外側フレーム部41のY方向(シリコン基板4の長手方向)略中央部を連結する中央フレーム部42と、を備えている。   In the present embodiment, the frame portion 40 extends in the X direction (the short direction of the silicon substrate 4) and the Y direction of the outer frame portion 41 (the longitudinal direction of the silicon substrate 4). And a central frame portion 42 for connecting the substantially central portions.

錘部5,6は、図3および図4に示すように、裏面に開口する凹部55,65と、凹部55,65を除く充実部53,63とが一体に形成されている。すなわち、錘部5,6に一面(裏面)に開口する凹部55,65を形成することで、錘部5,6に、肉厚の充実部53,63と肉薄の薄肉部54,64とを形成している。   As shown in FIGS. 3 and 4, the weight portions 5, 6 are integrally formed with recesses 55, 65 opening on the back surface and solid portions 53, 63 excluding the recesses 55, 65. That is, by forming concave portions 55 and 65 opened on one surface (rear surface) on the weight portions 5 and 6, the thick portions 53 and 63 and the thin thin portions 54 and 64 are formed on the weight portions 5 and 6. Forming.

充実部53,63は、図3に示すように、裏面側からみた状態で、矩形状に形成されており、それぞれの充実部53,63には、対角線状の溝部56,66が可動電極5a,6aに対して垂直に形成されている。   As shown in FIG. 3, the solid portions 53 and 63 are formed in a rectangular shape as viewed from the back side, and diagonal grooves 63 and 66 are formed in the movable portions 5 and 66 in the solid portions 53 and 63, respectively. , 6a.

また、凹部55,65は4辺に側壁を持つ矩形に形成されており、内部には、補強壁57,67が可動電極5a,6aに対して垂直に設けられている。   Further, the recesses 55 and 65 are formed in a rectangle having side walls on four sides, and reinforcing walls 57 and 67 are provided in the interior perpendicular to the movable electrodes 5a and 6a.

本実施形態では、凹部55は、後述する回動軸A1よりもX方向一方側(図1の奥側)に形成されるとともに、凹部65は、後述する回動軸A2よりもX方向他方側(図1の手前側)に形成されている。   In the present embodiment, the recess 55 is formed on one side in the X direction (the back side in FIG. 1) with respect to the rotation axis A1 described later, and the recess 65 is on the other side in the X direction with respect to the rotation axis A2 described later. It is formed on the front side of FIG.

ビーム部7a,7bおよび8a,8bは、SOI基板(シリコン基板4)のシリコン活性層111に形成されており、SOI基板の埋込絶縁層112をエッチングストップとして深堀エッチングし、更に埋込絶縁層112を選択的に除去することで形成される。   The beam portions 7a, 7b and 8a, 8b are formed in the silicon active layer 111 of the SOI substrate (silicon substrate 4), deep etching is performed using the embedded insulating layer 112 of the SOI substrate as an etching stop, and further the embedded insulating layer It is formed by selectively removing 112.

ビーム部7a,7bは、錘部5の表面(可動電極5a)の対向する2辺上にそれぞれ位置し、ビーム部7a,7bがねじれることにより、可動電極5aは、ビーム部7a,7bを互いに結ぶ直線を回転軸(軸)A1として揺動する。同様に、ビーム部8a,8bは、錘部6の表面(可動電極6a)の対向する2辺上にそれぞれ位置し、可動電極6aは、ビーム部8a,8bを互いに結ぶ直線を回転軸(軸)A2として揺動する。   The beam portions 7a and 7b are respectively positioned on two opposite sides of the surface of the weight portion 5 (movable electrode 5a). When the beam portions 7a and 7b are twisted, the movable electrode 5a causes the beam portions 7a and 7b to be mutually connected. The connecting straight line swings as a rotation axis (axis) A1. Similarly, the beam portions 8a and 8b are respectively located on two opposite sides of the surface of the weight portion 6 (movable electrode 6a), and the movable electrode 6a has a rotation axis (axis) connecting the beam portions 8a and 8b to each other. ) Swings as A2.

また、ビーム部7a,7bおよび8a,8bは、錘部5,6の表面の2辺の、それぞれ中点に位置している。   The beam portions 7a, 7b and 8a, 8b are located at the midpoints of the two sides of the surfaces of the weight portions 5, 6, respectively.

また、本実施形態では、錘部5と錘部6、ビーム部7aとビーム部8a、およびビーム部7bとビーム部8bがそれぞれシリコン基板4の一点(ビーム部7bとビーム部8bとを結ぶ線分の中点)に対して点対称となるように配置されている。   Further, in the present embodiment, the weight portion 5 and the weight portion 6, the beam portion 7a and the beam portion 8a, and the beam portion 7b and the beam portion 8b are respectively connected to one point of the silicon substrate 4 (a line connecting the beam portion 7b and the beam portion 8b). It is arranged so as to be point symmetric with respect to the midpoint of the minute).

具体的には、本実施形態では、図4に示すように、錘部5の裏側における回転軸(軸)A1の一方側に凹部55が形成されており、錘部5の重心が他方側に片寄るようにしている。同様に、錘部6の裏側における一方の錘部5に凹部55を設けた一方側とは反対となる他方側(回転軸(軸)A2の他方側)に、凹部65が形成されており、錘部6の重心が一方側に片寄るようにしている。そして、X方向もしくはZ方向に加速度が印加されると、図5に示すように動作し、X方向およびZ方向に印加される加速度aを検出できるようにしている(図7および図8参照)。   Specifically, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a recess 55 is formed on one side of the rotation axis (axis) A1 on the back side of the weight part 5, and the center of gravity of the weight part 5 is on the other side. I try to divide it. Similarly, a recess 65 is formed on the other side (the other side of the rotation axis (axis) A2) opposite to the one side where the recess 55 is provided on one weight 5 on the back side of the weight 6, The center of gravity of the weight portion 6 is shifted to one side. When acceleration is applied in the X direction or the Z direction, the operation is performed as shown in FIG. 5 so that the acceleration a applied in the X direction and the Z direction can be detected (see FIGS. 7 and 8). .

このとき、双方の錘部5,6は、例えば図4によって一方の錘部5を例にとって述べると、凹部55が形成されない側の重心Gから表面に下ろした垂線と、その重心Gと回転軸(軸)A1とを結ぶ直線とでなす角度θが略45度となるように設定されている。なお、他方の錘部6にあっても同様であるが、この場合は上述したように重心位置が回転軸(軸)A2を挟んで錘部5の重心Gとは反対側に存在することになる。このように重心Gを配置すれば、X方向とZ方向の検出感度が等価になるため、それぞれの方向の検出感度をほぼ同一とすることができる。   At this time, for example, if one of the weight parts 5 is described with reference to FIG. 4, for example, the weight parts 5 and 6 are perpendicular to the surface from the center of gravity G on the side where the recess 55 is not formed, the center of gravity G and the rotation axis. The angle θ formed by the straight line connecting (axis) A1 is set to be approximately 45 degrees. The same applies to the other weight portion 6, but in this case, as described above, the position of the center of gravity exists on the opposite side of the center of gravity G of the weight portion 5 across the rotation axis (axis) A 2. Become. If the center of gravity G is arranged in this way, the detection sensitivities in the X direction and the Z direction are equivalent, so that the detection sensitivities in the respective directions can be made substantially the same.

また、シリコン基板4と第1のガラス基板2および第2のガラス基板3との接合面には比較的浅いギャップG1,G2がそれぞれ形成されており、シリコン基板4各部の絶縁性や錘部(可動電極5a,6a)5,6の動作性の確保が図られている。   In addition, relatively shallow gaps G1 and G2 are formed on the bonding surfaces of the silicon substrate 4 and the first glass substrate 2 and the second glass substrate 3, respectively. The operability of the movable electrodes 5a, 6a) 5, 6 is ensured.

なお、シリコン基板4の裏面側のギャップG2は、アルカリ性湿式異方性エッチング液を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部をエッチング除去することで形成することができる。このとき、上述した凹部55,65も同時に形成するのが好適である。アルカリ性湿式異方性エッチング液としては、例えば、KOH(水酸化カリウム水溶液)や、TMAH(テトラメチル水酸化アンモニウム水溶液)等を用いるのが好適である。   The gap G2 on the back side of the silicon substrate 4 can be formed by etching away a part of the silicon substrate 4 by silicon anisotropic etching using an alkaline wet anisotropic etching solution. At this time, it is preferable to form the concave portions 55 and 65 described above at the same time. As the alkaline wet anisotropic etching solution, for example, KOH (potassium hydroxide aqueous solution), TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide aqueous solution) or the like is preferably used.

また、隙間43および隙間44は、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などにより垂直エッチング加工をすることで形成している。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を備えたエッチング装置によるICP加工を利用することができる。   In addition, the gap 43 and the gap 44 are formed by performing a vertical etching process by reactive ion etching (RIE) or the like. As reactive ion etching, for example, ICP processing by an etching apparatus provided with inductively coupled plasma (ICP) can be used.

また、本実施形態では、外側フレーム部41は、X方向一端側(図2の下側)が幅広に形成されており、この外側フレーム部41のX方向一端側には、錘部5,6が配置される隙間43,43とそれぞれ連続するように隙間44,44が形成されている。そして、隙間44を空けた状態で電極台9がそれぞれ2つずつ配置されている。   Further, in the present embodiment, the outer frame portion 41 is formed with a wide X-direction one end (the lower side in FIG. 2), and the weight portions 5, 6 are disposed on the X-direction one end of the outer frame portion 41. Clearances 44, 44 are formed so as to be continuous with the clearances 43, 43 where the In addition, two electrode bases 9 are arranged with two gaps 44 therebetween.

この電極台9の表面には、金属膜からなる検出電極10a,10b,11a,11bがそれぞれ設けられている。   Detection electrodes 10a, 10b, 11a, and 11b made of metal films are provided on the surface of the electrode table 9, respectively.

電極台9は、それぞれフレーム部40および錘部5,6から離間して配置されており、第1のガラス基板2および第2のガラス基板3により上下面を固定されている。また、外側フレーム部41の表面のY方向中央部には、加速度センサ1の外部に配線される共通電極12が設けられており、フレーム部40は共通電極12により共通電位をとっている。   The electrode table 9 is disposed separately from the frame part 40 and the weight parts 5 and 6, and the upper and lower surfaces thereof are fixed by the first glass substrate 2 and the second glass substrate 3. Further, a common electrode 12 wired outside the acceleration sensor 1 is provided at the center in the Y direction on the surface of the outer frame portion 41, and the frame portion 40 takes a common potential by the common electrode 12.

第1のガラス基板2の下面には、上述したように、錘部5,6の設置領域に対応した固定電極21a,21bおよび22a,22bがそれぞれ設けられている。これら各固定電極21a,21bおよび22a,22bは、略同一形状で面積が略同一となるように形成されている。   As described above, the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b corresponding to the installation areas of the weight parts 5, 6 are provided on the lower surface of the first glass substrate 2, respectively. These fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b are formed to have substantially the same shape and the same area.

固定電極21a,21bは、ビーム部7a,7bを互いに結ぶ直線(回動軸A1)を境界線として、互いに離間して配置されている。同様に、固定電極22a,22bは、ビーム部8a,8bを互いに結ぶ直線(回動軸A2)を境界線として、互いに離間して配置されている。本実施形態では、各固定電極21a,21bおよび22a,22bは、アルミニウム(Al)をスパッタ法やCVD法等により第1のガラス基板2に蒸着することで形成している。   The fixed electrodes 21a and 21b are spaced apart from each other with a straight line (rotation axis A1) connecting the beam portions 7a and 7b as a boundary line. Similarly, the fixed electrodes 22a and 22b are spaced apart from each other with a straight line (rotation axis A2) connecting the beam portions 8a and 8b as a boundary line. In this embodiment, each fixed electrode 21a, 21b and 22a, 22b is formed by vapor-depositing aluminum (Al) on the first glass substrate 2 by a sputtering method, a CVD method, or the like.

固定電極21a,21bは、検出電極10a,10bにそれぞれ電気的に接続されており、固定電極22a,22bは、検出電極11a,11bにそれぞれ電気的に接続されている。   The fixed electrodes 21a and 21b are electrically connected to the detection electrodes 10a and 10b, respectively, and the fixed electrodes 22a and 22b are electrically connected to the detection electrodes 11a and 11b, respectively.

具体的には、固定電極21a,21bおよび22a,22bには、それぞれが接続される検出電極10a,10bおよび11a,11bが形成された固定電極台9に向けて引出線25(図4参照)がそれぞれ設けられている。   Specifically, the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b are led out toward the fixed electrode base 9 on which the detection electrodes 10a, 10b and 11a, 11b are respectively connected (see FIG. 4). Are provided.

また、各固定電極台9には、引出線25が接触するアルミニウム製の導電層13が形成されている。本実施形態では、各固定電極台9のX方向他端側(図2の上側:錘部側)に段差9aが設けられており、その段差9aの下面、すなわち、検出電極10a,10bおよび11a,11bが形成される面よりも低い位置に導電層13を形成している。   Each fixed electrode base 9 is formed with an aluminum conductive layer 13 with which the lead wire 25 contacts. In the present embodiment, a step 9a is provided on the other end side in the X direction of each fixed electrode base 9 (upper side in FIG. 2: weight side), and the lower surface of the step 9a, that is, the detection electrodes 10a, 10b and 11a. , 11b is formed at a position lower than the surface on which 11b is formed.

そして、この引出線25および導電層13は、シリコン基板4と第1のガラス基板2とを陽極接合する際に、互いに踏みつぶされて接触する。こうして、固定電極21a,21bおよび22a,22bが、検出電極10a,10bおよび11a,11bに電気的に接続される。   The lead wire 25 and the conductive layer 13 are crushed and brought into contact with each other when the silicon substrate 4 and the first glass substrate 2 are anodic bonded. Thus, the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b are electrically connected to the detection electrodes 10a, 10b and 11a, 11b.

なお、検出電極10a,10bおよび11a,11bは、互いに離間し、それぞれフレーム部40、錘部5,6から離間している。そのため、各検出電極10a〜11bが互いに絶縁され、各検出電極10a〜11bの寄生容量や、各検出電極10a〜11b間のクロストークを低減し、高精度な容量検出を行うことができる。   The detection electrodes 10a, 10b and 11a, 11b are separated from each other, and are separated from the frame portion 40 and the weight portions 5, 6, respectively. Therefore, the detection electrodes 10a to 11b are insulated from each other, the parasitic capacitance of the detection electrodes 10a to 11b and the crosstalk between the detection electrodes 10a to 11b can be reduced, and highly accurate capacitance detection can be performed.

また、第1のガラス基板2の電極台9と対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール23がそれぞれ形成されており、第1のガラス基板2の共通電極12に対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール24が形成されている。そして、検出電極10a,10b、11a,11bは、それぞれスルーホール23を介して外部に露出、配線され、共通電極12は、スルーホール24を介して外部に露出、配線される。こうして、固定電極21a,21b、22a,22bや可動電極5a、6aの電位を外部に取り出せるようにしている。   In addition, through holes 23 are respectively formed by sandblasting or the like at portions corresponding to the electrode table 9 of the first glass substrate 2, and at portions corresponding to the common electrode 12 of the first glass substrate 2, A through hole 24 is formed by sandblasting or the like. The detection electrodes 10a, 10b, 11a, and 11b are exposed and wired to the outside through the through holes 23, respectively, and the common electrode 12 is exposed and wired to the outside through the through holes 24. Thus, the potentials of the fixed electrodes 21a, 21b, 22a, 22b and the movable electrodes 5a, 6a can be taken out to the outside.

このように構成された加速度センサ1は、図5の矢印aで示す加速度が印加されると、双方の錘部5,6がそれぞれ揺動運動し、錘部5,6の両端側と固定電極21a,21bおよび22a,22bとの間のギャップdが変化し、それらのギャップd間の静電容量C1、C2、C3、C4が変化する。なお、図5では一方の錘部5を例示している。   In the acceleration sensor 1 configured as described above, when the acceleration indicated by the arrow a in FIG. 5 is applied, both the weight portions 5 and 6 swing, and both ends of the weight portions 5 and 6 and the fixed electrode are moved. The gap d between 21a, 21b and 22a, 22b changes, and the capacitances C1, C2, C3, C4 between these gaps d change. In addition, in FIG. 5, one weight part 5 is illustrated.

このときの静電容量Cは、C=ε×S/dとなることが知られており(ε:誘電率、S:電極面積、d:ギャップ)、この式からギャップdが大きくなると静電容量Cは減少し、ギャップdが小さくなると静電容量Cは増加することになる。   The capacitance C at this time is known to be C = ε × S / d (ε: dielectric constant, S: electrode area, d: gap), and the electrostatic capacity increases as the gap d increases from this equation. The capacitance C decreases, and the capacitance C increases as the gap d decreases.

そして、加速度センサ1は、図6のシステム構成に示すように、検出された静電容量C1、C2、C3、C4が、例えば、ASICで構成される演算回路100に送られてX方向の加速度およびZ方向の加速度が求められ、その加速度を示すデータが出力されるようになっている。このとき、演算回路100で実行される演算式は図9に示すものであり、図7に示すX方向の加速度aの印加と、図8に示すZ方向の加速度aの印加とによって得られるC1、C2、C3、C4の差分から加速度aの方向を決定している。なお、以下に示す式中のパラメータC0は、加速度aが印加されていない状態での錘部5,6と固定電極21a,21bおよび22a,22bとの間の静電容量を示している。   Then, as shown in the system configuration of FIG. 6, the acceleration sensor 1 sends the detected electrostatic capacitances C1, C2, C3, and C4 to an arithmetic circuit 100 configured by, for example, an ASIC, and accelerates in the X direction. And the acceleration of a Z direction is calculated | required and the data which show the acceleration are output. At this time, an arithmetic expression executed by the arithmetic circuit 100 is shown in FIG. 9, and C1 obtained by applying the acceleration a in the X direction shown in FIG. 7 and applying the acceleration a in the Z direction shown in FIG. , C2, C3, and C4 determine the direction of acceleration a. Note that a parameter C0 in the following expression indicates the capacitance between the weights 5 and 6 and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b in a state where the acceleration a is not applied.

そして、+X方向に加速度aが印加された場合(図7参照)は、双方の錘部5,6が同方向に揺動するため、C1=C0+ΔC、C2=C0−ΔC、C3=C0+ΔC、C4=C0−ΔCとなる。また、−X方向に加速度aが印加された場合は、双方の錘部5,6の揺動方向が+方向とは逆となるため、C1=C0−ΔC、C2=C0+ΔC、C3=C0−ΔC、C4=C0+ΔCとなる。   When acceleration a is applied in the + X direction (see FIG. 7), both the weight portions 5 and 6 swing in the same direction, so C1 = C0 + ΔC, C2 = C0−ΔC, C3 = C0 + ΔC, C4 = C0−ΔC. When the acceleration a is applied in the −X direction, the swinging directions of the weight portions 5 and 6 are opposite to the + direction, so that C1 = C0−ΔC, C2 = C0 + ΔC, and C3 = C0−. ΔC, C4 = C0 + ΔC.

一方、+Z方向に加速度aが印加された場合(図8参照)は、双方の錘部5,6が互いに逆方向に揺動するため、C1=C0−ΔC、C2=C0+ΔC、C3=C0+ΔC、C4=C0−ΔCとなる。また、−Z方向に加速度aが印加された場合は、双方の錘部5,6の揺動方向が+方向とは逆となるため、C1=C0+ΔC、C2=C0−ΔC、C3=C0−ΔC、C4=C0+ΔCとなる。   On the other hand, when acceleration a is applied in the + Z direction (see FIG. 8), both weight portions 5 and 6 swing in opposite directions, so that C1 = C0−ΔC, C2 = C0 + ΔC, C3 = C0 + ΔC, C4 = C0−ΔC. When the acceleration a is applied in the −Z direction, the swinging directions of the weights 5 and 6 are opposite to the + direction, so C1 = C0 + ΔC, C2 = C0−ΔC, and C3 = C0−. ΔC, C4 = C0 + ΔC.

したがって、一方の錘部5と固定電極21a,21bとの間の静電容量の差分CA(=C1−C2)は、+X方向で+2ΔC、−X方向で−2ΔC、+Z方向で−2ΔC、−Z方向で+2ΔCとなる。また、他方の錘部6と固定電極22a,22bとの間の静電容量の差分CB(=C3−C4)は、+X方向で+2ΔC、−X方向で−2ΔC、+Z方向で+2ΔC、−Z方向で−2ΔCとなる。   Therefore, the capacitance difference CA (= C1-C2) between the one weight portion 5 and the fixed electrodes 21a and 21b is + 2ΔC in the + X direction, −2ΔC in the −X direction, −2ΔC in the + Z direction, − + 2ΔC in the Z direction. Further, the difference in capacitance CB (= C3−C4) between the other weight 6 and the fixed electrodes 22a and 22b is + 2ΔC in the + X direction, −2ΔC in the −X direction, + 2ΔC in the + Z direction, and −Z. -2ΔC in the direction.

ここで、X方向の出力は両方の差分CA、CBの和として求めることができ、Z方向の出力は両方の差分CA、CBの差として求めることができる。これにより、X方向の出力は、+X方向の加速度aが印加された場合は+4ΔCとなり、−X方向の加速度aが印加された場合は−4ΔCとなる。また、Z方向の出力は、+Z方向の加速度aが印加された場合は−4ΔCとなり、−Z方向の加速度aが印加された場合は+4ΔCとなる。   Here, the output in the X direction can be obtained as the sum of both differences CA and CB, and the output in the Z direction can be obtained as the difference between both differences CA and CB. As a result, the output in the X direction becomes + 4ΔC when the acceleration a in the + X direction is applied, and becomes −4ΔC when the acceleration a in the −X direction is applied. The output in the Z direction is −4ΔC when the acceleration a in the + Z direction is applied, and is + 4ΔC when the acceleration a in the −Z direction is applied.

なお、上述したように、本実施形態の加速度センサ1は、一方の錘部5を備えた第1の加速度センサ単体と、他方の錘部6を備えた第2の加速度センサ単体とが同一チップ面内において、それぞれのセンサ単体が相対的に180度回転した状態で配置されている。このように、第1の加速度センサ単体における一方の錘部5と、第2の加速度センサ単体における他方の錘部6との重心位置が、回転軸A1,A2に対して互いに反対側に位置するように配置することで、X方向およびZ方向の加速度aを検出できるようにしている。   As described above, in the acceleration sensor 1 of the present embodiment, the first acceleration sensor single unit including one weight part 5 and the second acceleration sensor single unit including the other weight part 6 are the same chip. In the plane, each sensor unit is disposed in a state of being relatively rotated by 180 degrees. Thus, the gravity center positions of one weight part 5 in the first acceleration sensor unit and the other weight part 6 in the second acceleration sensor unit are located on the opposite sides with respect to the rotation axes A1 and A2. By arranging in this way, the acceleration a in the X direction and the Z direction can be detected.

ところで、本実施形態の加速度センサ1には、ギャップ(間隙)G1を介して対向配置される可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bとの間に、突起状のストッパ51,61が設けられている。このストッパ51,61は、可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bとが直接接触するのを防止するためのものであり、二酸化珪素(SiO)または窒化珪素(SiN)などの絶縁性材料を用いて形成するのが好適である。 By the way, in the acceleration sensor 1 of the present embodiment, a protruding stopper 51, between the movable electrodes 5a, 6a and the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b arranged to face each other via a gap (gap) G1. 61 is provided. The stoppers 51 and 61 are for preventing the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b from coming into direct contact, such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN). The insulating material is preferably used.

本実施形態では、対向面の一方となる各錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)に、固定電極21a,21bおよび22a,22b側に向けて、それぞれストッパ51,61が突設されている。また、本実施形態のストッパ51,61は、各錘部5,6の4隅と、この4隅の内側であって各錘部5,6の略中心を矩形状に取り囲う位置に4つとの合計8個ずつ設けられている。   In the present embodiment, stoppers 51 and 61 project from the surfaces (movable electrodes 5a and 6a) of the respective weight portions 5 and 6 serving as one of the opposed surfaces toward the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b, respectively. Has been. In addition, the stoppers 51 and 61 of the present embodiment include four corners of the weight parts 5 and 6 and four positions inside the four corners and surrounding the approximate center of the weight parts 5 and 6 in a rectangular shape. A total of eight are provided.

このようなセンサ構成によれば、例えば錘部5,6に測定レンジを超える過大な物理量(加速度)が入力された場合にも、可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bとを直接衝突させないようにして、これら電極同士の破損を防止できる。また、このとき、ストッパ51,61を上述したような絶縁性材料で形成することにより、可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bとが電気的に短絡してしまうことも防止できる。ところが、このストッパ51,61を単に設けただけでは、電極同士の破損を防止できるものの、ストッパ51,61の破損を抑制することはできない。   According to such a sensor configuration, for example, when an excessive physical quantity (acceleration) exceeding the measurement range is input to the weight portions 5 and 6, the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b These electrodes can be prevented from being damaged by preventing them from directly colliding with each other. At this time, by forming the stoppers 51 and 61 with the insulating material as described above, it is possible to prevent the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b from being electrically short-circuited. it can. However, simply providing the stoppers 51 and 61 can prevent the electrodes from being damaged, but cannot prevent the stoppers 51 and 61 from being damaged.

そこで、本実施形態では、ストッパ51,61に空洞部30を形成し、ストッパ51,61を中空構造としてある。具体的には、図1および図10に示すように、本実施形態では、錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)から矩形状に突出してストッパ51,61の外郭部31が形成されており、この外郭部31の内部に矩形状の空間として空洞部30が形成されている。   Therefore, in this embodiment, the hollow portion 30 is formed in the stoppers 51 and 61, and the stoppers 51 and 61 have a hollow structure. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 10, in the present embodiment, the outer portions 31 of the stoppers 51 and 61 are formed so as to protrude in a rectangular shape from the surfaces of the weight portions 5 and 6 (movable electrodes 5a and 6a). A hollow portion 30 is formed as a rectangular space inside the outer shell portion 31.

外郭部31は、図11に示すように、断面視で錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)側に向けて開放した略コの字状となっている。このとき、空洞部30と外郭部31の相対的な厚みd2によってストッパ51,61の衝撃吸収性が決定されることとなる。ここで、空洞部30の厚みd2が薄すぎると外郭部31の衝撃吸収性が低減し、逆に厚みd2が厚すぎると外郭部31の破損が懸念される。そこで、本実施形態では、空洞部30の厚みd2と外郭部31の厚みd2が等しくなるようにストッパ51,61を形成している。こうすれば、外郭部31の衝撃吸収性を向上させつつ破損を抑制できる最適な寸法でストッパ51,61を形成することができる。   As shown in FIG. 11, the outer shell portion 31 has a substantially U-shape that is open toward the surface (movable electrodes 5 a, 6 a) side of the weight portions 5, 6 in a cross-sectional view. At this time, the impact absorbability of the stoppers 51 and 61 is determined by the relative thickness d2 of the cavity 30 and the outer shell 31. Here, if the thickness d2 of the hollow portion 30 is too thin, the shock absorption of the outer portion 31 is reduced. Conversely, if the thickness d2 is too thick, the outer portion 31 may be damaged. Therefore, in this embodiment, the stoppers 51 and 61 are formed so that the thickness d2 of the cavity 30 and the thickness d2 of the outer shell 31 are equal. In this way, it is possible to form the stoppers 51 and 61 with optimum dimensions capable of suppressing breakage while improving the shock absorption of the outer shell portion 31.

なお、空洞部30と外郭部31の厚みd2は、例えば錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)と固定電極21a,21bおよび22a,22bとの間の距離d1(図10参照)の約1/4程度となるように設計するのが好適である。したがって、本実施形態では、電極間の距離d1の約半分程度となるようにストッパ51,61(外郭部31)を錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)から突出させていることになる。   The thickness d2 of the cavity 30 and the outer shell 31 is, for example, a distance d1 between the surfaces of the weights 5 and 6 (movable electrodes 5a and 6a) and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b (see FIG. 10). It is preferable to design so as to be about 1/4 of that. Therefore, in this embodiment, the stoppers 51 and 61 (outer part 31) are protruded from the surfaces of the weight parts 5 and 6 (movable electrodes 5a and 6a) so as to be about half of the distance d1 between the electrodes. become.

ところで、図10および図11では、一方の錘部5における一部のストッパ51のみを図示しているが、錘部5のすべてに設けられるストッパ51、ならびに他方の錘部6に設けられるすべてのストッパ61にあっても同様の構造となっている。   By the way, in FIG. 10 and FIG. 11, only a part of the stoppers 51 in one weight part 5 is illustrated, but all the stoppers 51 provided in all the weight parts 5 and all the weight parts 6 are provided. The stopper 61 has a similar structure.

さらに、図3および図4に示すように、本実施形態では、各錘部5,6の裏面においても4隅の位置に、錘部5,6が第2のガラス基板3の付着防止膜31,32に直接衝突するのを防止するための突起状のストッパ52,62が設けられている。このストッパ52,62にあっても、ストッパ51,61と同様の構造(即ち、空洞部30が形成されたストッパ52,62)とするのが好適である。   Further, as shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, the weight portions 5 and 6 are attached to the four glass corners 3 on the back surfaces of the weight portions 5 and 6. , 32 is provided with protrusion-like stoppers 52 and 62 for preventing direct collision with the. It is preferable that the stoppers 52 and 62 have the same structure as the stoppers 51 and 61 (that is, the stoppers 52 and 62 in which the cavity 30 is formed).

ストッパ51,61(52,62)は、図12に示すように、本実施形態ではグラファイトを犠牲層33として使用することにより形成されている。   The stoppers 51 and 61 (52 and 62) are formed by using graphite as the sacrificial layer 33 in this embodiment, as shown in FIG.

すなわち、図12(a)に示すように、まずは錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)と裏面に空洞部30となる矩形状の犠牲層33を形成する。次に、図12(b)に示すように、犠牲層33を覆うようにして二酸化珪素(SiO)または窒化珪素(SiN)などの絶縁層34を形成する。そして、絶縁層34の表面側の少なくとも一部に犠牲層33に連通する孔部35を形成する。最後に、図12(c)に示すように、例えば酸素プラズマ処理などによって犠牲層33を燃焼する処理を行う。 That is, as shown in FIG. 12A, first, a rectangular sacrificial layer 33 that forms the cavity 30 is formed on the front surfaces (movable electrodes 5a, 6a) and back surfaces of the weight portions 5, 6. Next, as shown in FIG. 12B, an insulating layer 34 such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) is formed so as to cover the sacrificial layer 33. A hole 35 communicating with the sacrificial layer 33 is formed in at least a part of the surface side of the insulating layer 34. Finally, as shown in FIG. 12C, a process of burning the sacrificial layer 33 is performed by, for example, an oxygen plasma process.

このように、本実施形態ではグラファイトの燃焼による形成方法を用いているので、酸素プラズマ処理などによって犠牲層33を容易に灰化させて、比較的安価に空洞部30を有したストッパ51,61および52,62を形成することができる。すなわち、犠牲層33の炭素と酸素とを反応させて形成した気体を孔部35から除去することにより、空洞部30が形成されることになる。   Thus, in this embodiment, since the formation method by the combustion of graphite is used, the sacrificial layer 33 is easily ashed by oxygen plasma treatment or the like, and the stoppers 51 and 61 having the cavity 30 are relatively inexpensive. And 52, 62 can be formed. That is, the cavity 30 is formed by removing the gas formed by reacting carbon and oxygen in the sacrificial layer 33 from the hole 35.

以上、説明したように、本実施形態によれば、錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)と固定電極21a,21bおよび22a,22bとの間に設けられる突起状のストッパ51,61に空洞部30を形成し、中空構造としている。そのため、錘部5,6が動作してストッパ51,61が衝突した際に、そのストッパ51,61の先端側を撓ませて衝撃を吸収することができるようになる。これにより、ストッパ51,61の破損を抑制できるようになり、加速度センサ1に動作不良が起こってしまう恐れをより低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, the protruding stoppers 51 provided between the surfaces of the weight parts 5 and 6 (movable electrodes 5a and 6a) and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b, A hollow portion 30 is formed in 61 to form a hollow structure. Therefore, when the weights 5 and 6 are operated and the stoppers 51 and 61 collide, the leading ends of the stoppers 51 and 61 can be bent to absorb the impact. Thereby, the breakage of the stoppers 51 and 61 can be suppressed, and the risk of malfunctioning in the acceleration sensor 1 can be further reduced.

また、本実施形態によれば、ストッパ51,61を、可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bの対向面のうちのいずれか一方(本実施形態では可動電極5a,6a)に設けている。そのため、ストッパ51,61の破損を抑制できるのは勿論のこと、対向面の両方にストッパを設ける構成と比べて安価に加速度センサ1を製造することができる。   Further, according to the present embodiment, the stoppers 51 and 61 are arranged so that the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a and 21b and the opposing surfaces of the 22a and 22b are either one (the movable electrodes 5a and 6a in the present embodiment). Provided. Therefore, it is possible to manufacture the acceleration sensor 1 at a lower cost as compared with the configuration in which the stoppers 51 and 61 can be prevented from being damaged and the stoppers are provided on both opposing surfaces.

さらに、本実施形態によれば、ストッパ51,61は、空洞部30の厚みd2と外郭部31の厚みd2が等しくなるように形成されている。そのため、ストッパ51,61(外郭部31)の衝撃吸収性を向上させつつ、ストッパ51,61(外郭部31)の破損を抑制できる最適な寸法でストッパ51,61を形成することができる。   Further, according to the present embodiment, the stoppers 51 and 61 are formed so that the thickness d2 of the cavity 30 and the thickness d2 of the outer shell 31 are equal. Therefore, it is possible to form the stoppers 51 and 61 with optimal dimensions that can prevent the stoppers 51 and 61 (outer part 31) from being damaged while improving the shock absorption of the stoppers 51 and 61 (outer part 31).

さらにまた、本実施形態によれば、ストッパ51,61は、二酸化珪素または窒化珪素などの絶縁性材料で形成されている。そのため、錘部5,6に測定レンジを超える過大な物理量(加速度)が入力された場合に、可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22b同士の破損を防止することができる上、これらの電極同士が電気的に短絡してしまうことも防止できる。   Furthermore, according to the present embodiment, the stoppers 51 and 61 are made of an insulating material such as silicon dioxide or silicon nitride. Therefore, when an excessive physical quantity (acceleration) exceeding the measurement range is input to the weight portions 5 and 6, damage to the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b can be prevented. These electrodes can be prevented from being electrically short-circuited.

また、本実施形態によれば、ストッパ51,61は、グラファイトを犠牲層33として使用することにより形成されている。そのため、グラファイトは例えば酸素プラズマ処理などによって容易に灰化させることができるので、比較的簡単に空洞部30を有したストッパ51,61を形成することができる。   According to the present embodiment, the stoppers 51 and 61 are formed by using graphite as the sacrificial layer 33. Therefore, graphite can be easily ashed by, for example, oxygen plasma treatment, so that the stoppers 51 and 61 having the cavity 30 can be formed relatively easily.

次に、図13〜図15を参照して、本実施形態にかかる加速度センサ(静電容量式センサ)1の変形例について説明する。   Next, a modified example of the acceleration sensor (capacitance sensor) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図13は、加速度センサ1の第1変形例を示した図であって、図4中B部と同位置の拡大図である。   FIG. 13 is a view showing a first modification of the acceleration sensor 1, and is an enlarged view at the same position as the portion B in FIG.

本変形例では、ストッパ51A,61Aを、可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bの対向面のうちのいずれか一方として、固定電極21a,21bおよび22a,22b側に設けた点が上記実施形態と主に異なっている。   In this modification, the stoppers 51A, 61A are provided on the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b side as one of the opposing surfaces of the movable electrodes 5a, 6a and the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b. The point is mainly different from the above embodiment.

具体的には、本変形例では、上記実施形態の図1に示す合計8個ずつ設けられたストッパ51,61と対向するすべての位置の固定電極21a,21bおよび22a,22bにストッパ51A,61Aが設けられている。   Specifically, in this modification, the stoppers 51A, 61A are provided on the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b at all positions opposed to the stoppers 51, 61 provided in total of eight shown in FIG. Is provided.

以上の本変形例によっても、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。   Also according to the above modification, the same operations and effects as those of the above embodiment can be obtained.

図14は、加速度センサ1の第2変形例を示した図であって、図4中B部と同位置の拡大図である。   FIG. 14 is a view showing a second modification of the acceleration sensor 1, and is an enlarged view at the same position as the portion B in FIG.

本変形例では、ストッパ51,61および51Aおよび61Aを可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bの対向面のうちの両方に設け、これら一対のストッパ51,61および51A,61Aを対向配置させた点が上記実施形態と主に異なっている。   In this modification, stoppers 51, 61 and 51A and 61A are provided on both of the opposed surfaces of the movable electrodes 5a and 6a and the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b, and the pair of stoppers 51, 61 and 51A, 61A. Is different from the above embodiment mainly in that they are arranged opposite to each other.

すなわち、本変形例では、上記実施形態の図1に示す合計8個ずつ設けられたストッパ51,61と、上記第1変形例のそれに対向するすべての位置の固定電極21a,21bおよび22a,22bに設けられたストッパ51A,61Aとを備えている。   That is, in this modification, a total of eight stoppers 51 and 61 shown in FIG. 1 of the above-described embodiment, and fixed electrodes 21a and 21b and 22a and 22b at all positions facing it in the first modification are shown. Are provided with stoppers 51A and 61A.

以上の本変形例によっても、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。   Also according to the above modification, the same operations and effects as those of the above embodiment can be obtained.

また、本変形例によれば、ストッパ51,61および51A,61Aを可動電極5a,6aと固定電極21a,21bおよび22a,22bの対向面のうちの両方に設け、これら一対のストッパ51,61および51A,61Aを対向配置させている。そのため、片側一つのストッパ(例えば51)のみで衝撃を受けとめる構成と比べて、ストッパが衝突した際の衝撃を一対のストッパ51,51A(61,61A)のそれぞれに分散させて受けとめることができるようになる。よって、ストッパ51,51A(61,61A)の破損をより抑制することができる。   Further, according to this modification, the stoppers 51, 61 and 51A, 61A are provided on both of the movable electrodes 5a, 6a and the fixed electrodes 21a, 21b and 22a, 22b, and the pair of stoppers 51, 61 are provided. And 51A and 61A are arranged to face each other. Therefore, compared to a configuration in which the impact is received by only one stopper (for example, 51) on one side, the impact when the stopper collides can be distributed and received in each of the pair of stoppers 51, 51A (61, 61A). become. Therefore, damage to the stoppers 51 and 51A (61 and 61A) can be further suppressed.

図15は、加速度センサ1の第3変形例を示した図であって、ストッパ51,61の形成方法を(a)、(b)、(c)の順に追って示した説明図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating a third modification of the acceleration sensor 1 and is an explanatory diagram illustrating the formation method of the stoppers 51 and 61 in the order of (a), (b), and (c).

本変形例では、ストッパ51,61(62,62)が、フォトレジストを犠牲層37として使用することにより形成される点が上記実施形態と主に異なっている。   This modification mainly differs from the above embodiment in that the stoppers 51 and 61 (62 and 62) are formed by using a photoresist as the sacrificial layer 37.

すなわち、本変形例では、図15(a)に示すように、錘部5,6の表面(可動電極5a,6a)と裏面に空洞部30となる矩形状のフォトレジストから成る犠牲層37を形成する。次に、図15(b)に示すように、犠牲層37を覆うようにして二酸化珪素(SiO)または窒化珪素(SiN)などの絶縁層34を形成する。そして、最後に、図15(c)に示すように、例えば酸素プラズマ処理などによって犠牲層37をアッシングする処理を行う。 That is, in this modified example, as shown in FIG. 15A, a sacrificial layer 37 made of a rectangular photoresist that becomes the hollow portion 30 is formed on the front surfaces (movable electrodes 5a, 6a) and back surfaces of the weight portions 5, 6. Form. Next, as shown in FIG. 15B, an insulating layer 34 such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) is formed so as to cover the sacrificial layer 37. Finally, as shown in FIG. 15C, a process of ashing the sacrificial layer 37 is performed by, for example, an oxygen plasma process.

このように、本変形例ではフォトレジストのアッシングによる形成方法を用いているので、酸素プラズマ処理などによって犠牲層37を容易に灰化させて、比較的安価に空洞部30を有したストッパ51,61および52,62を形成することができる。すなわち、フォトレジストを酸素プラズマ中に置くことにより、フォトレジストと酸素ラジカルとを結合させて二酸化炭素と水に変化させ、これらを蒸発させて除去することにより、空洞部30が形成されることになる。   As described above, in the present modification, the formation method by ashing the photoresist is used. Therefore, the sacrificial layer 37 can be easily ashed by oxygen plasma treatment or the like, and the stopper 51 having the cavity 30 at a relatively low cost. 61 and 52, 62 can be formed. That is, by placing the photoresist in oxygen plasma, the photoresist and oxygen radicals are combined to change into carbon dioxide and water, and these are evaporated and removed, whereby the cavity 30 is formed. Become.

以上の本変形例によっても、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。   Also according to the above modification, the same operations and effects as those of the above embodiment can be obtained.

また、本変形例によれば、ストッパ51,61は、フォトレジストを犠牲層37として使用することにより形成されている。そのため、フォトレジストは例えば酸素プラズマ処理などによって容易に灰化させることができるので、比較的簡単に空洞部30を有したストッパ51,61を形成することができる。   Further, according to this modification, the stoppers 51 and 61 are formed by using a photoresist as the sacrificial layer 37. Therefore, since the photoresist can be easily ashed by, for example, oxygen plasma treatment, the stoppers 51 and 61 having the cavity 30 can be formed relatively easily.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.

例えば、上記実施形態では、X方向とZ方向の2方向の加速度を検出する加速度センサを例示したが、錘部の1つをXY平面内で90度回転させて配置し、Y方向を加えた3方向の加速度を検出する加速度センサとしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, an acceleration sensor that detects acceleration in two directions of the X direction and the Z direction has been exemplified. However, one of the weight portions is arranged by being rotated 90 degrees in the XY plane, and the Y direction is added. An acceleration sensor that detects acceleration in three directions may be used.

また、上記実施形態では、静電容量式センサとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、その他の静電容量式センサであっても本発明を適用することができる。   Moreover, although the acceleration sensor was illustrated as an electrostatic capacitance type sensor in the said embodiment, this invention is applicable even if it is not only this but another electrostatic capacitance type sensor.

また、錘部や固定電極その他細部のスペック(形状、大きさ、レイアウト等)も適宜に変更可能である。   Further, the specifications (shape, size, layout, etc.) of the weight portion, fixed electrode, and other details can be changed as appropriate.

1 加速度センサ(静電容量式センサ)
5a、6a 可動電極
21a、21b 固定電極
22a、22b 固定電極
30 空洞部
31 外郭部
51、61 ストッパ
G1 ギャップ(間隙)
1 Acceleration sensor (capacitance sensor)
5a, 6a Movable electrode 21a, 21b Fixed electrode 22a, 22b Fixed electrode 30 Cavity 31 Outer part 51, 61 Stopper G1 Gap (gap)

Claims (7)

間隙を介して対向配置される可動電極と固定電極との間に突起状のストッパが設けられた静電容量式センサにおいて、
前記ストッパに空洞部を形成し、中空構造としたことを特徴とする静電容量式センサ。
In the capacitive sensor in which a protruding stopper is provided between the movable electrode and the fixed electrode arranged to face each other via a gap,
A capacitance type sensor characterized in that a hollow portion is formed in the stopper to form a hollow structure.
前記ストッパを、前記可動電極と前記固定電極の対向面のうちのいずれか一方に設けたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量式センサ。   The capacitive sensor according to claim 1, wherein the stopper is provided on any one of opposing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode. 前記ストッパを、前記可動電極と前記固定電極の対向面のうちの両方に設け、前記一対のストッパを対向配置させたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量式センサ。   2. The capacitive sensor according to claim 1, wherein the stopper is provided on both of the opposing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode, and the pair of stoppers are arranged to face each other. 前記ストッパは、前記空洞部の厚みと前記ストッパの外郭部の厚みが等しくなるように形成されていることを特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項に記載の静電容量式センサ。   The capacitance type sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the stopper is formed so that a thickness of the hollow portion is equal to a thickness of an outer portion of the stopper. . 前記ストッパは、二酸化珪素または窒化珪素などの絶縁性材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜4のうち何れか1項に記載の静電容量式センサ。   The capacitive sensor according to claim 1, wherein the stopper is made of an insulating material such as silicon dioxide or silicon nitride. 前記ストッパは、グラファイトを犠牲層として使用することにより形成されていることを特徴とする請求項1〜5のうち何れか1項に記載の静電容量式センサ。   The capacitive sensor according to claim 1, wherein the stopper is formed by using graphite as a sacrificial layer. 前記ストッパは、フォトレジストを犠牲層として使用することにより形成されていることを特徴とする請求項1〜5のうち何れか1項に記載の静電容量式センサ。   The capacitive sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the stopper is formed by using a photoresist as a sacrificial layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106458567A (en) * 2014-06-05 2017-02-22 株式会社村田制作所 MEMS device

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