JP2014209082A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、支持基板の面方向に対する法線方向に印加された加速度を検出する加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor that detects acceleration applied in a normal direction to a surface direction of a support substrate.
従来より、この種の加速度センサとして、例えば、特許文献1に次のような加速度センサが提案されている。
Conventionally, as this type of acceleration sensor, for example, the following acceleration sensor has been proposed in
すなわち、この加速度センサでは、支持基板には、支持基板と所定距離だけ離間して配置され、支持基板の面方向に対する法線方向に加速度が印加されると、加速度に応じて回転(シーソ運動)可能な第1、第2可動部が分離して備えられている。 That is, in this acceleration sensor, the support substrate is disposed at a predetermined distance from the support substrate, and rotates according to the acceleration (seesaw motion) when acceleration is applied in the normal direction to the surface direction of the support substrate. Possible first and second movable parts are separately provided.
具体的には、第1、第2可動部は、それぞれ内側に開口部が形成された矩形枠状の枠部と、開口部を分割するように枠部に備えられ、可動部が回転する際の回転軸となるトーション梁とを有しており、同じ大きさとされている。そして、トーション梁がアンカー部を介して支持基板に支持されることによって支持基板に備えられている。また、枠部は、支持基板の面方向に対する加速度が印加されたとき、枠部(第1、第2可動部)がトーション梁を回転軸として回転することができるように、トーション梁を中心に対して非対称形状とされている。そして、第1、第2可動部は、支持基板上の所定の基準点を中心として回転対称に配置されている。 Specifically, the first and second movable parts are each provided with a rectangular frame-like frame part in which an opening is formed inside, and the frame part so as to divide the opening, and the movable part rotates. And the same size. The torsion beam is provided on the support substrate by being supported by the support substrate via the anchor portion. Further, the frame portion is centered on the torsion beam so that the frame portion (first and second movable portions) can rotate about the torsion beam when the acceleration in the surface direction of the support substrate is applied. In contrast, the shape is asymmetric. The first and second movable parts are disposed rotationally symmetrically about a predetermined reference point on the support substrate.
さらに、支持基板には、第1、第2可動部との間に所定の容量を形成するように、第1、第2可動部と対向する下部電極がそれぞれ配置されている。 Further, lower electrodes facing the first and second movable parts are respectively arranged on the support substrate so as to form a predetermined capacity between the first and second movable parts.
このような加速度センサでは、支持基板の面方向に対する法線方向に加速度が印加されると、第1、第2可動部がトーション梁を回転軸として回転するため、第1、第2可動部と下部電極との間の容量が加速度に応じて変化する。したがって、容量の変化を検出することにより、加速度の検出が行われる。 In such an acceleration sensor, when acceleration is applied in a direction normal to the surface direction of the support substrate, the first and second movable parts rotate about the torsion beam as a rotation axis. The capacitance between the lower electrode changes according to the acceleration. Therefore, acceleration is detected by detecting a change in capacitance.
また、上記加速度センサでは、支持基板に熱歪みが発生すると、熱歪みによっても第1、第2可動部と下部電極との間の距離が変化するが、第1、第2可動部が同じ大きさであると共に回転対称に配置されているため、第1、第2可動部が熱歪みによって同じように変位する。このため、第1、第2可動部と下部電極との間の容量を適宜減算することにより、熱歪みの影響を低減できる。 In the acceleration sensor, when thermal strain occurs in the support substrate, the distance between the first and second movable parts and the lower electrode changes due to the thermal strain, but the first and second movable parts have the same magnitude. In addition, the first and second movable parts are displaced in the same manner due to thermal distortion. For this reason, the influence of thermal distortion can be reduced by appropriately subtracting the capacitance between the first and second movable parts and the lower electrode.
しかしながら、上記加速度センサでは、第1、第2可動部という2つの可動部が分離して備えられているため、支持基板の法線方向に対する加速度や支持基板の面方向に対する加速度に対して、第1、第2可動部の変位がばらつくことがある。このため、検出精度が低下する可能性があるという問題がある。 However, since the acceleration sensor includes the two movable parts, ie, the first and second movable parts, separately, the acceleration sensor is accelerated against the normal direction of the support substrate and the acceleration relative to the surface direction of the support substrate. 1. The displacement of the second movable part may vary. For this reason, there exists a problem that detection accuracy may fall.
本発明は上記点に鑑みて、熱歪みの影響を低減しつつ、検出精度の低下を抑制できる加速度センサを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an acceleration sensor that can suppress a decrease in detection accuracy while reducing the influence of thermal distortion.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、支持基板(11)と、支持基板の面方向に対する法線方向に支持基板から離間して配置され、法線方向に加速度が印加されたとき、加速度に応じて回転可能とされた第1、第2可動部(20、30)と、支持基板に第1、第2可動部と対向する状態で配置された下部電極(71〜74)と、を備え、以下の点を特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the support substrate (11) and the support substrate are arranged away from the support substrate in the normal direction to the surface direction of the support substrate, and acceleration is applied in the normal direction. The first and second movable parts (20, 30) that can be rotated according to the acceleration, and the lower electrodes (71 to 74) disposed on the support substrate in a state of facing the first and second movable parts. ), And is characterized by the following points.
すなわち、第1、第2可動部は、それぞれ回転する際の回転軸となると共に支持基板にアンカー部(24、34)を介して支持されたトーション梁(23、33)を有していると共に平面形状が同じとされ、かつ、支持基板の所定の基準点(19)を中心としてトーション梁に沿って延びる互いの仮想線(L)が一致するように回転対称に配置され、仮想線上に位置する連結梁(60)を介して一体化されていることを特徴としている。 That is, the first and second movable parts each have a torsion beam (23, 33) that serves as a rotation axis when rotating and is supported on the support substrate via the anchor part (24, 34). The plane shapes are the same and are arranged in a rotationally symmetrical manner so that the virtual lines (L) extending along the torsion beam about the predetermined reference point (19) of the support substrate coincide with each other and positioned on the virtual line It is characterized by being integrated via the connecting beam (60).
これによれば、第1、第2可動部は平面形状が同じとされて回転対称に配置されているため、従来と同様に、熱歪みの影響を低減できる。そして、第1、第2可動部が連結梁を介して一体化されているため、第1、第2可動部は一体的に変位する。このため、支持基板の法線方向に対する加速度や支持基板の面方向に対する加速度に対して第1、第2可動部の変位がばらつくことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。 According to this, since the first and second movable parts have the same planar shape and are arranged in rotational symmetry, the influence of thermal distortion can be reduced as in the conventional case. And since the 1st, 2nd movable part is integrated via the connection beam, the 1st, 2nd movable part is displaced integrally. For this reason, it can suppress that the displacement of a 1st, 2nd movable part varies with respect to the acceleration with respect to the normal line direction of a support substrate, and the acceleration with respect to the surface direction of a support substrate, and can suppress that detection accuracy falls.
また、連結梁は、トーション梁に沿って延びる仮想線上に配置されているため、支持基板の法線方向に加速度が印加されたとき、第1、第2可動部が異なる回転をすることもなく、検出精度が低下することもない。 In addition, since the connecting beam is disposed on a virtual line extending along the torsion beam, the first and second movable parts do not rotate differently when acceleration is applied in the normal direction of the support substrate. The detection accuracy is not lowered.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1に示されるように、本実施形態の加速度センサは、加速度を検出するセンサ部10が回路部100に接続されて構成されている。まず、センサ部10の構成について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the acceleration sensor of this embodiment is configured by connecting a
センサ部10は、図1〜図3に示されるように、支持基板11上に第1、第2絶縁膜12、13を介して半導体層14が配置された基板15を用いて構成されている。なお、支持基板11は、例えば、シリコン基板等が用いられ、第1、第2絶縁膜12、13はSiO2やSiN等が用いられ、半導体層14はポリシリコン等が用いられる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
そして、半導体層14には、マイクロマシン加工が施されて第1、第2溝部16、17が形成され、第1溝部16によって第1、第2可動部20、30が区画されていると共に、第2溝部17によって接続部41〜45が区画されている。また、半導体層14のうち、第1、第2溝部16、17で区画されていない部分は、周辺部50とされている。
The
ここで、図1〜図3中のx軸、y軸、z軸の各方向について説明する。図1〜図3中では、x軸方向は図1中紙面左右方向とし、y軸方向は支持基板11の面内においてx軸と直交する方向とし、z軸方向は支持基板11の面方向に対する法線方向としている。
Here, each direction of the x axis, the y axis, and the z axis in FIGS. 1 to 3 will be described. 1 to 3, the x-axis direction is the left-right direction in FIG. 1, the y-axis direction is a direction orthogonal to the x-axis in the plane of the
第1、第2可動部20、30は、それぞれ平面矩形状の開口部21、31が形成された矩形枠状の枠部22、32と、開口部21、31の対向辺部を連結するように備えられたトーション梁23、33とを有しており、同じ大きさの平面形状とされている。そして、トーション梁23、33が第2絶縁膜13に支持されたアンカー部24、34と連結されることにより、支持基板11に支持されている。
The first and second
なお、第2絶縁膜13のうち枠部22、32およびトーション梁23、33と対向する部分は除去されて開口部18とされている。つまり、枠部22、32は、支持基板11(第1絶縁膜12)からz軸方向に所定距離だけ離間して配置され、支持基板11(第1絶縁膜12)から浮遊した状態で支持基板11に支持されている。
Note that portions of the second
トーション梁23、33は、z軸方向の加速度が印加されたとき、第1、第2可動部20の回転中心となる回転軸となる部材であり、本実施形態では開口部21、31を2分割するように備えられている。また、トーション梁23、33は、トーション梁23、33に沿って延びる仮想線Lが互いに一致するように形成されている。
The
枠部22、32は、z軸方向の加速度が印加されたとき、トーション梁23、33を回転軸として回転できるように、トーション梁23、33を基準として非対称な形状とされている。本実施形態では、枠部22、32は、トーション梁23、33に沿って延びる仮想線Lから枠部22、32の第1部位22a、32aにおけるトーション梁23、33から最も離れている部分の端部までのx軸方向の長さL1が、トーション梁23、33から枠部22、32の第2部位22b、32bにおけるトーション梁23、33から最も離れている部分の端部までのx軸方向の長さL2より短くされている。このため、本実施形態では、第1部位22a、32aの質量が第2部位22b、32bの質量より小さくされている。つまり、トーション梁23、33は、第1、第2可動部20、30の重心を通り、y軸方向に延びる重心線からx軸方向に平行に移動した線分と一致するように枠部22、32に備えられているともいえる。
The
また、第1、第2可動部20、30は、支持基板11上における所定の基準点19を中心に回転対称に配置されている。つまり、第1、第2可動部20、30は、第1可動部20を基準点19に対して180°回転させると第2可動部30と一致するように配置されている。
Further, the first and second
なお、図1中では、枠部22のうち紙面左側の部分が第1部位22aに相当し、紙面右側の部分が第2部位22bに相当している。また、枠部32のうち紙面右側の部分が第1部位32aに相当し、紙面右側の部分が第2部位32bに相当している。
In FIG. 1, the left portion of the
そして、第1、第2可動部20、30は、連結梁60を介して一体化されている。本実施形態では、連結梁60は、仮想線Lと一致するように備えられている。つまり、トーション梁23、33、連結梁60は、回転軸を通る同じ直線上に配置されているといえる。
The first and second
また、第1、第2可動部20、30は、共通の可動部用配線25を介して接続部41と接続されている。具体的には、可動部用配線25は、第1絶縁膜12のうちアンカー部24の直下に位置する部分からアンカー部34の直下に位置する部分を通って接続部41の直下に位置する部分まで延設された平面矩形状とされている。そして、アンカー部24、34(第1、第2可動部20、30)および接続部41は、それぞれ、第2絶縁膜13に形成されたコンタクトホール13aを介して可動部用配線25と接続されている。
The first and second
また、第1絶縁膜12のうち第2絶縁膜13が除去された部分であって第1、第2可動部20、30と対向する部分には、第1〜第4下部電極71〜74が形成されている。具体的には、第1可動部20における第1部位22aと対向するように第1下部電極71が配置され、第1可動部20における第2部位22bと対向するように第2下部電極72が配置されている。また、第2可動部30における第1部位32aと対向するように第3下部電極73が配置され、第2可動部30における第2部位32bと対向するように第4下部電極74が配置されている。
The first insulating
そして、第1、第4下部電極71〜74は、第1〜第4下部電極用配線71a〜74aを介して接続部42〜45と接続されている。具体的には、第1〜第4下部電極用配線71a〜74aは、第1絶縁膜12上に第1〜第4下部電極71〜74と一体的に形成されて接続部42〜45の直下に位置する部分まで延設されている。そして、接続部42〜45は、それぞれ第2絶縁膜13に形成されたコンタクトホール13aを介して第1〜第4下部電極用配線71a〜74aと接続されている。
And the 1st, 4th lower electrodes 71-74 are connected with the connection parts 42-45 via the 1st-4th
また、半導体層14のうち、接続部41〜45および周辺部50にはそれぞれ回路部100と接続されるパッド81〜86が形成されており、各パッド81〜86はワイヤ91〜96を介して回路部100と電気的に接続されている。なお、周辺部50に形成されたパッド86は、周辺部50の電位を固定するために回路部100から所定の電位が印加されるものである。
Further, in the
以上が本実施形態におけるセンサ部の構成である。次に、上記加速度センサの回路構成について図4を参照しつつ説明する。 The above is the configuration of the sensor unit in the present embodiment. Next, the circuit configuration of the acceleration sensor will be described with reference to FIG.
図4に示されるように、回路部100には、演算増幅器101、コンデンサ102、スイッチ103によって構成されるC−V変換回路110が備えられている。
As shown in FIG. 4, the
具体的には、コンデンサ102およびスイッチ103は、演算増幅器101の反転入力端子と出力端子との間に並列的に配置されている。そして、演算増幅器101は、反転入力端子がパッド81を介して第1、第2可動部20、30と電気的に接続され、非反転入力端子にVcc/2(例えば、Vcc=5V)の電圧が入力されるようになっている。
Specifically, the
また、第1、第3下部電極71、73には、回路部100から電圧Vccと0Vとの間で振幅し、所定の周波数を有するパルス状の第1搬送波P1がパッド82、84を介して入力されるようになっている。そして、第2、第4下部電極72、74には、回路部100から第1搬送波P1と振幅および周波数が同じであり、位相が180°異なる第2搬送波P2がパッド83、85を介して入力されるようになっている。
The first and third
なお、図4では、第1可動部20における第1部位22aと第1下部電極71との間に構成される容量を容量Cs1とし、第2可動部30における第2部位32bと第4下部電極74との間に構成される容量を容量Cs2として示している。そして、第1可動部20における第2部位22bと第2下部電極72との間に構成される容量を容量Cs3とし、第2可動部30における第1部位32aと第3下部電極73との間に構成される容量をCs4として示している。また、以下では、第1可動部20における第1部位22aと第1下部電極71との間に構成される容量を容量Cs1とし、第2可動部30における第2部位32bと第4下部電極74との間に構成される容量を容量Cs2として説明する。そして、第1可動部20における第2部位22bと第2下部電極72との間に構成される容量を容量Cs3とし、第2可動部30における第1部位32aと第3下部電極73との間に構成される容量をCs4として説明する。また、このような回路部100では、スイッチ103がオフされているときに加速度の検出が行われ、スイッチ103がオン(閉)されているときにコンデンサ102のリセットが行われる。
In FIG. 4, the capacitance formed between the
続いて、上記加速度センサの作動について説明する。上記加速度センサは、第1、第3下部電極71、73に第1搬送波P1が入力され、第2、第4下部電極72、74に第2搬送波P2が入力された状態で加速度の検出が行われる。
Next, the operation of the acceleration sensor will be described. The acceleration sensor detects acceleration in a state where the first carrier wave P1 is input to the first and third
そして、支持基板11から第1、第2可動部20、30側に向かうz軸方向の加速度が印加されると、第1、第2可動部20、30はトーション梁23、33を回転軸として加速度に応じた回転を一体的にする。具体的には、第1部位22a、32aが第1、第3下部電極71、73に近づき、第2部位22b、32bが第2、第4下部電極72、74から遠ざかるように第1、第2可動部20、30が回転する。このため、容量Cs1〜Cs4は次のように示される。
When acceleration in the z-axis direction from the
(数1)Cs1=C0+ΔCa
(数2)Cs2=C0−ΔCa
(数3)Cs3=C0−ΔCa
(数4)Cs4=C0+ΔCa
なお、C0は初期容量であり、ΔCaは加速度に依存する加速度項である。このため、コンデンサ102の容量をCfとすると、演算増幅器101から出力されるセンサ信号Voutは次式で示される。
( Formula 1) C s1 = C 0 + ΔC a
(Expression 2) C s2 = C 0 −ΔC a
(Expression 3) C s3 = C 0 −ΔC a
( Formula 4) C s4 = C 0 + ΔC a
C 0 is the initial capacity, and ΔC a is an acceleration term that depends on the acceleration. Therefore, if the capacitance of the
(数5)Vout=4ΔCa・Vdd/Cf
また、支持基板11に熱歪みが発生した場合には、容量Cs1〜Cs4にそれぞれ歪みに依存する歪み項が加算されることになる。しかしながら、本実施形態では、第1、第2可動部20、30は、平面形状が同じとされており、基準点19に対して回転対称に配置されているため、従来と同様に、熱歪みの影響を低減できる。
(Expression 5) V out = 4ΔC a · Vdd / Cf
Further, when thermal distortion occurs in the
次に、上記センサ部10の製造方法について図5を参照しつつ説明する。なお、図5は、図1中のII−II線に沿った断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図5(a)に示されるように、支持基板11上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によって第1絶縁膜12を形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a first insulating
続いて、図5(b)に示されるように、第1絶縁膜12上にCVD法等によってポリシリコンや金属膜等を形成する。そして、図示しないマスク等を用いて適宜パターニングすることにより、可動部用配線25、第1〜第4下部電極71〜74、第1〜第4下部電極用配線71a〜74aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, a polysilicon, a metal film, or the like is formed on the first insulating
その後、図5(c)に示されるように、可動部用配線25、第1〜第4下部電極71〜74、第1〜第4下部電極用配線71a〜74aを覆うように、CVD法等によって第2絶縁膜13を形成する。次に、第2絶縁膜13のうちアンカー部24、34、および接続部41〜55と接続される部分と対応する部分にコンタクトホール13aを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, the CVD method or the like is performed so as to cover the
続いて、図5(d)に示されるように、コンタクトホール13aを埋め込みつつ、第2絶縁膜13上にCVD法等で半導体層14を形成することにより、基板15を構成する。そして、半導体層14上にアルミニウム等を蒸着し、マスクを用いてパターニングすることにより、図5とは別断面にパッド81〜86を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, the
次に、図5(e)に示されるように、図示しないマスクを用いて、半導体層14に第1、第2溝部16、17を形成することにより、第1、第2可動部20、30、接続部41〜45、周辺部50を区画形成する。
Next, as shown in FIG. 5E, the first and second
その後、図5(f)に示されるように、第2絶縁膜13の所定領域を除去して第1、第2可動部20、30を支持基板11(第1絶縁膜12)からリリースすることにより、上記センサ部10が形成される。つまり、第2絶縁膜13は、いわゆる犠牲層となるものである。
Thereafter, as shown in FIG. 5F, a predetermined region of the second insulating
以上説明したように、本実施形態では、第1、第2可動部20、30は平面形状が同じとされて回転対称に配置されているため、従来と同様に、熱歪みの影響を低減できる。そして、第1、第2可動部20、30が連結梁60を介して一体化されているため、第1、第2可動部20、30は一体的に変位する。このため、x軸方向、y軸方向、z軸方向に加速度が印加された場合、第1、第2可動部20、30の変位がばらつくことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
As described above, in the present embodiment, since the first and second
また、トーション梁23、33、連結梁60は、回転軸を通る同じ直線上に配置されている。このため、z軸方向の加速度が印加されたとき、第1、第2可動部20、30が異なる回転をすることもなく、検出精度が低下することもない。
Further, the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してトーション梁23、33のねじれバネ定数と連結梁60のねじれバネ定数との関係を規定したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment defines the relationship between the torsion spring constants of the
本実施形態の加速度センサは、基本的な構成は上記第1実施形態と同様であるが、トーション梁23、33のねじれバネ定数と連結梁60のねじれバネ定数とを規定したものである。
The basic configuration of the acceleration sensor of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but defines the torsion spring constants of the
具体的には、図6に示されるように、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]に対する連結梁60のねじれバネ定数[k]をねじれバネ定数比率[km/k]とすると、ねじれバネ定数比率[km/k]が大きくなるほど熱歪み比率が小さくなる。なお、図6は、ねじれバネ定数比率[km/k]が0.5のときの可動部全体の熱歪み変化を1(基準)としたときのシミュレーション結果である。
Specifically, as shown in FIG. 6, when the torsion spring constant [k] of the connecting
ここで、ねじれバネ定数比率[km/k]が大きくなるほど熱歪み比率が小さくなる理由について説明する。すなわち、支持基板11に熱歪みが発生した場合には、当該熱歪みがアンカー部24、34を介してトーション梁23、33に印加され、その後、連結梁60に印加される。このため、熱歪みがアンカー部24、34を介してトーション梁23、33に印加された際、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]が小さいほどトーション梁23、33がねじれ易く、トーション梁23、33がねじれることによって熱歪みを緩和できる。すなわち、可動部全体の熱歪み変化を小さくできる。
Here, the reason why the thermal strain ratio decreases as the torsion spring constant ratio [km / k] increases will be described. That is, when thermal strain occurs in the
このため、本実施形態では、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]より連結梁60のねじれバネ定数[k]の方を大きくしている。さらに、詳述すると、図6に示されるように、ねじれバネ定数比率[km/k]が1.5以上になると、熱歪み比率が急峻に小さくなる。このため、本実施形態では、ねじれバネ定数比率[km/k]を1.5以上としている。さらに、好ましくは、製造誤差等を考慮し、ねじれバネ定数比率[km/k]を2.0以上にすることが好ましい。
For this reason, in this embodiment, the torsion spring constant [k] of the connecting
なお、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]および連結梁60のねじれバネ定数[k]は、トーション梁23、33および連結梁60の幅、長さ、厚さ等を適宜調整することによって任意に変更できる。例えば、連結梁60の幅(図1中のx軸方向の長さ)を長くすることにより、ねじれバネ定数[k]を大きくできる。
The torsion spring constant [km] of the
そして、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]より連結梁60のねじれバネ定数[k]の方を大きくしているため、検出精度が低下することを抑制できる。
And since the torsion spring constant [k] of the
つまり、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]より連結梁60のねじれバネ定数[k]の方を大きくしているため、上記のように、可動部全体の熱歪み変化を小さくできる。
That is, since the torsion spring constant [k] of the connecting
また、第1、第2可動部20、30が連結梁60を介して一体化されている加速度センサの場合、可動部全体としてのねじれバネ定数は、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]および連結梁60におけるねじれバネ定数[k]のうちの大きい方に依存する。すなわち、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]より連結梁60のねじれバネ定数[k]の方を大きくした場合には、連結梁60のねじれバネ定数[k]に依存する。
In the case of an acceleration sensor in which the first and second
そして、上記のように、トーション梁23、33がねじれることによって熱歪みを緩和できるため、連結梁60に印加される熱歪みを低減できる。このため、連結梁60のねじれバネ定数[k]が変化することを抑制でき、可動部全体としてのねじれバネ定数が変化することを抑制できる。したがって、検出精度が低下することを抑制できる。
As described above, since the thermal strain can be reduced by twisting the
以上説明したように、本実施形態では、トーション梁23、33のねじれバネ定数[km]より連結梁60のねじれバネ定数[k]の方を大きくしている。このため、熱歪みによって検出精度が低下することをさらに抑制しつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, in this embodiment, the torsion spring constant [k] of the connecting
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してキャップ部を備えたものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is provided with a cap portion with respect to the first embodiment, and the other aspects are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
図7および図8に示されるように、本実施形態では、センサ部10にキャップ部200が備えられている。具体的には、キャップ部200は、シリコン基板等で構成され、センサ部10と対向する一面200aのうち第1、第2可動部20、30と対向する部分に凹部201が形成されている。そして、センサ部10の周辺部50における接合部50aと接合部材210を介して接合され、第1、第2可動部20、30を封止している。
As shown in FIGS. 7 and 8, in the present embodiment, the
なお、接合部材210は、例えば、酸化膜や低誘電ガラス、金属等が用いられる。そして、接合部材210として金属が用いられる場合には、センサ部10とキャップ部200とを絶縁するための絶縁膜が一面200aに形成される。
Note that the bonding member 210 is made of, for example, an oxide film, low dielectric glass, metal, or the like. When a metal is used as the bonding member 210, an insulating film for insulating the
これによれば、第1、第2可動部20、30に異物が付着することを抑制しつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to this, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment while suppressing foreign matter from adhering to the first and second
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して第1、第2可動部20、30の形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the shapes of the first and second
図9に示されるように、本実施形態では、枠部22、32は、仮想線Lから枠部22、32の第1部位22a、32aにおけるトーション梁23、33から最も離れている部分の端部までのx軸方向の長さL1と、トーション梁23、33から枠部22、32の第2部位22b、32bにおけるトーション梁23から最も離れている部分の端部までのx軸方向の長さL2とが等しくされている。そして、第2部位22b、32bには、枠部22、32を厚さ方向に貫通する貫通孔22c、32cが形成されることにより、第1部位22a、32aより質量が小さくされている。なお、本実施形態では、貫通孔22c、32cが本発明の切り欠き部に相当している。
As shown in FIG. 9, in this embodiment, the
これによれば、支持基板11から第1、第2可動部20、30側に向かう加速度が印加されて第2部位22b、32bが支持基板11に近づくように回転する場合と、第1、第2可動部20、30側から支持基板11側に向かう加速度が印加されて第1部位22a、32aが支持基板11に近づくように回転する場合とで第1、第2可動部20、30の回転可能範囲を等しくできる。このため、支持基板11から第1、第2可動部20、30側に向かう加速度が印加された場合と第1、第2可動部20、30から支持基板11側に向かう加速度が印加された場合とにおける検出範囲を等しくでき、ひいては応答性を等しくできる。
According to this, when the acceleration which goes to the 1st, 2nd
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
上記各実施形態において、回路部100には、図10に示されるように、演算増幅器101、第1、第2コンデンサ102a、102b、第1、第2スイッチ103a、103bによって構成される全差動型のC−V変換回路110が備えられていてもよい。この場合、第1コンデンサ102aおよび第1スイッチ103aは、演算増幅器101の反転入力端子と+側の出力端子との間に並列的に配置され、第2コンデンサ102bおよび第2スイッチ103bは、演算増幅器101の非反転入力端子と−側の出力端子との間に並列的に配置される。そして、演算増幅器101は、反転入力端子がパッド82、84を介して第1、第3下部電極71、73と電気的に接続され、非反転入力端子がパッド83、85を介して第2、第4下部電極72、74と電気的に接続される。
In each of the above embodiments, as shown in FIG. 10, the
また、第1、第2可動部20、30には、回路部100から電圧Vccと0Vとの間で振幅し、所定の周波数を有するパルス状の搬送波Pがパッド81を介して入力されるようになっている。
In addition, a pulse-like carrier wave P having an amplitude between the voltage Vcc and 0 V and having a predetermined frequency is input from the
このように、全差動型のC−V変換回路110を用いて容量Cs1〜Cs4を演算することにより、センサ信号Vout(V1−V2)を出力するようにしてもよい。
As described above, the sensor signals V out (V1−V2) may be output by calculating the capacitors C s1 to C s4 using the fully differential
そして、上記各実施形態では、第1、第2可動部20、30は矩形枠状の枠部22、32を備えているが、枠部22、32は矩形枠状でなくてもよい。
In each of the above embodiments, the first and second
また、上記第4実施形態において、第2部位22b、32bに複数の貫通孔22c、32cを形成するようにしてもよい。この場合は、第2部位22b、32bの重心を通り、x軸方向に延びる延長線に対して各貫通孔22c、32cがそれぞれ対称に配置されるようにすることが好ましい。また、例えば、第2部位22b、32bに貫通孔22c、32cを形成する変わりに、第2部位22b、32bにおける端部に切り欠き部を形成することにより、第2部位22b、32bの質量を第1部位22a、32aの質量より小さくしてもよい。
In the fourth embodiment, a plurality of through
11 支持基板
19 基準点
60 連結梁
20、30 第1、第2可動部
71〜74 第1〜第4下部電極
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記支持基板の面方向に対する法線方向に前記支持基板から離間して配置され、前記法線方向に加速度が印加されたとき、加速度に応じて回転可能とされた第1、第2可動部(20、30)と、
前記支持基板に前記第1、第2可動部と対向する状態で配置された下部電極(71〜74)と、を備え、
前記第1、第2可動部は、それぞれ回転する際の回転軸となると共に前記支持基板にアンカー部(24、34)を介して支持されたトーション梁(23、33)を有していると共に平面形状が同じとされ、かつ、前記支持基板の所定の基準点(19)を中心として前記トーション梁に沿って延びる互いの仮想線(L)が一致するように回転対称に配置され、前記仮想線上に位置する連結梁(60)を介して一体化されていることを特徴とする加速度センサ。 A support substrate (11);
First and second movable parts (disposed from the support substrate in a direction normal to the surface direction of the support substrate and capable of rotating in accordance with the acceleration when acceleration is applied in the normal direction. 20, 30),
A lower electrode (71 to 74) disposed on the support substrate in a state of facing the first and second movable parts,
The first and second movable parts each have a torsion beam (23, 33) which serves as a rotation axis when rotating and is supported on the support substrate via anchor parts (24, 34). The plane shapes are the same and are arranged rotationally symmetrically so that the virtual lines (L) extending along the torsion beam about the predetermined reference point (19) of the support substrate coincide with each other. An acceleration sensor, which is integrated through a connecting beam (60) located on a line.
前記第2部位は、切り欠け部(22c、32c)が形成されることによって前記第1部位より質量が小さくされていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の加速度センサ。
The first and second movable parts have the torsion when one part divided by the virtual line is a first part (22a, 32a) and the other part is a second part (22b, 32b). The length (L1) from the beam to the end of the first part farthest from the torsion beam, and the length from the torsion beam to the end of the second part farthest from the torsion beam (L2) is made equal,
The acceleration according to any one of claims 1 to 4, wherein the second portion has a smaller mass than the first portion by forming a notch (22c, 32c). Sensor.
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