JP2013127388A - Capacitance type sensor - Google Patents
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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10A 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.
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.
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
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
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,
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
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SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(SiO2)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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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(SiO2)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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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(SiO2)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
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
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
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
Claims (7)
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011276670A JP2013127388A (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Capacitance type sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011276670A JP2013127388A (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Capacitance type sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013127388A true JP2013127388A (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48778004
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| JP2011276670A Pending JP2013127388A (en) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | Capacitance type sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013127388A (en) |
Cited By (1)
| 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 |
-
2011
- 2011-12-19 JP JP2011276670A patent/JP2013127388A/en active Pending
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