JP2009300225A

JP2009300225A - Electrostatic capacity type acceleration sensor

Info

Publication number: JP2009300225A
Application number: JP2008154237A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsukamoto; 幸治塚本; Toru Miyatake; 亨宮武; Hideyuki Hashimoto; 秀幸橋本
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic capacity type acceleration sensor capable of preventing detection failure without reducing detection sensitivity. <P>SOLUTION: The electrostatic type acceleration sensor includes: a movable electrode 12c functioning as a weight; a substrate 11 made of silicon where space for storing the movable electrode 12c is formed; a deflection beam 11c for supporting the movable electrode 12c so that it can be elevated to the substrate 11 made of silicon; and a glass substrate 13 that has a fixed electrode 14e that opposes the movable electrode 12c with a prescribed interval and is joined to the main surface of the substrate 11 made of silicon. The deflection beam 11c has: a long section 21a along the periphery of the movable electrode 12c at a prescribed interval from the movable electrode 12c in a plan view; and a connection section 21b for connecting the long section 21a to the movable electrode 12c. On the glass substrate 13, a clearance groove 13a for preventing the deflection groove 11c to come into contact with the glass substrate 13 is formed at a position opposite to the deflection beam 11c. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電容量を用いて加速度を検出する静電容量型加速度センサに関する。 The present invention relates to a capacitance type acceleration sensor that detects acceleration using capacitance.

加速度を検出するセンサとして、例えば静電容量型加速度センサがある。この静電容量型加速度センサは、固定電極と、力が加わることにより変位する可動電極とで構成され、固定電極と可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより、両電極面と垂直な方向の加速度を求めることができるようになっている。 As a sensor for detecting acceleration, for example, there is a capacitive acceleration sensor. This capacitance type acceleration sensor is composed of a fixed electrode and a movable electrode that is displaced when a force is applied. By detecting a change in capacitance between the fixed electrode and the movable electrode, both electrode surfaces The acceleration in the direction perpendicular to the direction can be obtained.

このような静電容量型加速度センサとしては、可動電極である錘を片持ち梁で支持する構成のもの、可動電極である錘を両端支持梁で支持する構成のもの、及び可動電極である錘の周囲に梁を配置してこの梁で錘を支持する構成のものなどがある。この中で、可動電極である錘の周囲に梁を配置してこの梁で錘を支持する構成の静電容量型加速度センサとして、特許文献１に開示されているものがある。 As such a capacitance type acceleration sensor, there are a structure in which a weight as a movable electrode is supported by a cantilever beam, a structure in which a weight as a movable electrode is supported by both end support beams, and a weight as a movable electrode. There is a configuration in which a beam is arranged around the frame and a weight is supported by the beam. Among these, there is one disclosed in Patent Document 1 as a capacitive acceleration sensor having a configuration in which a beam is arranged around a weight that is a movable electrode and the weight is supported by the beam.

特開平７−４３３８０号公報JP 7-43380 A

ところで、本出願人は、可動電極の周囲に梁を配置する構成として、図１０に示すような静電容量型加速度センサを考えている。図１０（ａ）に示すように、静電容量型加速度センサは、可動電極３２を有するシリコン製基板（第１基板）３３と、固定電極３４を有するガラス基板（第２基板）３５とが接合して構成されており、可動電極３２と固定電極３４との間にはエアギャップ３６が形成されている。また、図１０（ｂ）に示すように、可動電極３２は、４つのクランク状の撓み梁３７によりシリコン製基板３３に昇降可能に支持されており、可動電極３２に加速度が作用することにより、撓み梁３７が撓んでエアギャップ３６が可変し、可動電極３２と固定電極３４との間の静電容量が変化するようになっている。 By the way, the present applicant considers a capacitive acceleration sensor as shown in FIG. 10 as a configuration in which a beam is arranged around the movable electrode. As shown in FIG. 10A, in the capacitive acceleration sensor, a silicon substrate (first substrate) 33 having a movable electrode 32 and a glass substrate (second substrate) 35 having a fixed electrode 34 are joined. An air gap 36 is formed between the movable electrode 32 and the fixed electrode 34. Further, as shown in FIG. 10B, the movable electrode 32 is supported on the silicon substrate 33 by four crank-shaped bending beams 37 so as to be movable up and down, and acceleration acts on the movable electrode 32. The deflecting beam 37 is bent to change the air gap 36, so that the capacitance between the movable electrode 32 and the fixed electrode 34 changes.

しかしながら、図１０に示す静電容量型加速度センサにおいては、ガラス基板３５のシリコン製基板３３側の面が面一に形成されているため、可動電極３２に所定の加速度以上の加速度が作用すると、ガラス基板３５に撓み梁３７が貼り付いて検出不良が生じるという問題があった。また、撓み梁３７の貼り付きを防止するために、エアギャップ３６を広くとると、検出感度が低下すると共に、撓み梁３７が変形しすぎて破損してしまう虞があった。 However, in the capacitive acceleration sensor shown in FIG. 10, the surface of the glass substrate 35 on the silicon substrate 33 side is formed to be flush with each other. There is a problem in that a detection failure occurs due to the bending beam 37 sticking to the glass substrate 35. Further, if the air gap 36 is widened in order to prevent the bending beam 37 from sticking, the detection sensitivity is lowered, and the bending beam 37 may be excessively deformed and damaged.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、検出感度を低下させることなく検出不良を防止することができる静電容量型加速度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a capacitive acceleration sensor that can prevent a detection failure without reducing the detection sensitivity.

本発明の静電容量型加速度センサは、錘として機能する可動電極と固定電極との間の静電容量の変化から少なくともＺ軸方向の加速度を検出する静電容量型加速度センサであって、前記可動電極と、前記可動電極を収容する空間が形成された第１基板と、前記可動電極を前記第１基板に対して昇降可能に支持する撓み梁と、前記可動電極に対して所定の間隔を置いて対向する固定電極を有し、前記第１基板の主面に接合された第２基板とを具備し、前記撓み梁は、平面視において前記可動電極から所定の間隔をおいて前記可動電極の周囲に沿う長尺部と、前記長尺部及び前記可動電極を連結する連結部とを有しており、前記第２基板には、前記撓み梁に対向する位置に前記撓み梁と前記第２基板とが接触するのを防止するための逃げ部が形成されていることを特徴とする。 A capacitive acceleration sensor according to the present invention is a capacitive acceleration sensor that detects at least an acceleration in the Z-axis direction from a change in capacitance between a movable electrode functioning as a weight and a fixed electrode. A movable electrode, a first substrate in which a space for accommodating the movable electrode is formed, a bending beam that supports the movable electrode so as to be movable up and down with respect to the first substrate, and a predetermined interval with respect to the movable electrode And a second substrate bonded to the main surface of the first substrate, and the bending beam is spaced apart from the movable electrode in a plan view by the movable electrode. And a connecting portion that connects the long portion and the movable electrode, and the second substrate has the bending beam and the first portion at a position facing the bending beam. 2 A relief part is formed to prevent contact with the substrate. It is characterized in that is.

この構成によれば、第２基板の撓み梁に対向する位置に逃げ部が形成されているため、錘として機能する可動電極に加速度が作用して、可動電極が第２基板に接近した場合でも、撓み梁が第２基板に貼り付いて検出不良となるのを防止することができる。また、可動電極と固定電極との間隔を広くとる必要がないため、検出感度の低下を防止することができる。 According to this configuration, since the relief portion is formed at a position facing the bending beam of the second substrate, even when the movable electrode approaches the second substrate due to acceleration acting on the movable electrode functioning as a weight. It is possible to prevent the bending beam from sticking to the second substrate and causing a detection failure. In addition, since it is not necessary to increase the distance between the movable electrode and the fixed electrode, it is possible to prevent a decrease in detection sensitivity.

また本発明は、上記静電容量型加速度センサにおいて、前記逃げ部は、溝により形成されていることを特徴とする。 According to the present invention, in the capacitive acceleration sensor, the relief portion is formed by a groove.

また本発明は、上記静電容量型加速度センサにおいて、前記逃げ部の深さは、前記所定の間隔の１倍〜２倍であることを特徴とする。 In the capacitive acceleration sensor according to the present invention, the depth of the escape portion is 1 to 2 times the predetermined interval.

この構成によれば、撓み梁が第２基板に貼り付くのを防止するともに、撓み梁の変形しすぎによる破損を防止することができる。 According to this configuration, it is possible to prevent the bending beam from sticking to the second substrate and to prevent the bending beam from being damaged due to excessive deformation.

また本発明は、上記静電容量型加速度センサにおいて、前記撓み梁は、前記可動電極の前記第２基板側の端面近傍を支持していることを特徴とする。 According to the present invention, in the capacitive acceleration sensor, the bending beam supports a vicinity of an end surface of the movable electrode on the second substrate side.

この構成によれば、錘として機能する可動電極を安定して支持することができる。 According to this configuration, the movable electrode functioning as a weight can be stably supported.

本発明によれば、検出感度を低下させることなく検出不良を防止することができる静電容量型加速度センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a capacitive acceleration sensor that can prevent a detection failure without lowering the detection sensitivity.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量型加速度センサを示す平面図である。また、図２（ａ）は、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う断面図であり、図２（ｂ）は、図１におけるＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a capacitive acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 2A is a cross-sectional view taken along line IIA-IIA in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line IIB-IIB in FIG.

図１に示す静電容量型加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出するための３つの可動電極である錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを有する第１基板であるシリコン製基板１１の一方の主面と、それぞれの錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して所定の間隔を持つ、静電容量の変化を容量差として検出するそれぞれ一対の検出用電極対１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆを有する第２基板であるガラス基板１３とが接合されて構成されており、シリコン製基板１１の他方の主面には、錘部１２ａ，１２ｂを揺動させ、錘部１２ｃを昇降させる領域（キャビティ）１８を構成するように、第３基板であるガラス基板１５が接合されている。 The capacitive acceleration sensor shown in FIG. 1 includes first and second weight portions 12a, 12b, and 12c that are three movable electrodes for independently detecting accelerations in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. A pair of detection electrodes each having a predetermined distance from one main surface of the silicon substrate 11 as a single substrate and the respective weight portions 12a, 12b, 12c and detecting a change in capacitance as a capacitance difference. The glass substrate 13 which is the second substrate having the pairs 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and 14f is joined, and weight portions 12a and 12b are formed on the other main surface of the silicon substrate 11. A glass substrate 15 that is a third substrate is bonded so as to constitute a region (cavity) 18 that is swung to raise and lower the weight portion 12c.

図１に示す静電容量型加速度センサにおいては、Ｙ軸方向の加速度に感度を持つ可動電極が錘部１２ａであり、Ｘ軸方向の加速度に感度を持つ可動電極が錘部１２ｂであり、Ｚ軸方向の加速度に感度を持つ可動電極が錘部１２ｃである。Ｙ軸方向用錘部１２ａに対する一対の検出用電極対は固定電極１４ａ，１４ｂであり、Ｘ軸方向用錘部１２ｂに対する一対の検出用電極対は固定電極１４ｃ，１４ｄであり、Ｚ軸方向用錘部１２ｃに対する一対の検出用電極対は固定電極１４ｅ，１４ｆである。Ｙ軸方向用錘部１２ａに対する固定電極１４ａ，１４ｂには、それぞれ導電部材（貫通電極）１６ａ，１６ｂが電気的に接続されており、Ｘ軸方向用錘部１２ｂに対する固定電極１４ｃ，１４ｄには、それぞれ導電部材（貫通電極）１６ｃ，１６ｄが電気的に接続されており、Ｚ軸方向用錘部１２ｃに対する固定電極１４ｅ，１４ｆには、それぞれ導電部材（貫通電極）１６ｅ，１６ｆが電気的に接続されている。 In the capacitive acceleration sensor shown in FIG. 1, the movable electrode sensitive to acceleration in the Y-axis direction is the weight portion 12a, the movable electrode sensitive to acceleration in the X-axis direction is the weight portion 12b, and Z The movable electrode sensitive to the acceleration in the axial direction is the weight portion 12c. The pair of detection electrode pairs for the Y-axis direction weight portion 12a are fixed electrodes 14a and 14b, and the pair of detection electrode pairs for the X-axis direction weight portion 12b are fixed electrodes 14c and 14d, which are for the Z-axis direction. A pair of detection electrodes for the weight portion 12c are fixed electrodes 14e and 14f. Conductive members (penetrating electrodes) 16a and 16b are electrically connected to the fixed electrodes 14a and 14b for the Y-axis direction weight portion 12a, respectively. The fixed electrodes 14c and 14d for the X-axis direction weight portion 12b are The conductive members (penetrating electrodes) 16c and 16d are electrically connected to each other, and the conductive members (penetrating electrodes) 16e and 16f are electrically connected to the fixed electrodes 14e and 14f with respect to the Z-axis direction weight portion 12c, respectively. It is connected.

Ｙ軸方向用錘部１２ａは、平面視において略矩形状を有しており、対向する辺において捩り梁１１ａによりシリコン製基板１１に対して揺動可能に支持されている。Ｘ軸方向用錘部１２ｂは、平面視において略矩形状を有しており、対向する辺において捩り梁１１ｂによりシリコン製基板１１に対して揺動可能に支持されている。それぞれの捩り梁１１ａ，１１ｂは、平面視において錘部１２ａ，１２ｂのそれぞれ対向する辺の中央付近に設けられている。一方、Ｚ軸方向用錘部１２ｃは、平面視において略矩形状を有しており、その周囲がクランク状の撓み梁１１ｃによりシリコン製基板１１に対して昇降可能に支持されている。 The Y-axis direction weight portion 12a has a substantially rectangular shape in a plan view, and is supported by the torsion beam 11a so as to be swingable with respect to the silicon substrate 11 on opposite sides. The X-axis direction weight portion 12b has a substantially rectangular shape in plan view, and is supported so as to be swingable with respect to the silicon substrate 11 by a torsion beam 11b on opposite sides. Each torsion beam 11a, 11b is provided in the vicinity of the center of the opposite sides of the weight portions 12a, 12b in plan view. On the other hand, the Z-axis direction weight portion 12c has a substantially rectangular shape in plan view, and the periphery thereof is supported by a crank-shaped bending beam 11c so as to be movable up and down with respect to the silicon substrate 11.

ガラス基板１３上には、３対の検出用電極対が形成されている。Ｙ軸方向用錘部１２ａに対する固定電極１４ａ，１４ｂは、ほぼ同じ面積を有しており、図１から分かるように、平面視においてＹ軸方向用錘部１２ａの下方であって、捩り梁１１ａを通る中央部分を境界にして分割して形成されている（図１において上下分割）。２つの固定電極１４ａ，１４ｂの面積を合わせてＹ軸方向用錘部１２ａの面積とほぼ等しくなるようになっている。 Three pairs of detection electrodes are formed on the glass substrate 13. The fixed electrodes 14a and 14b with respect to the Y-axis direction weight part 12a have substantially the same area, and as can be seen from FIG. 1, in the plan view, below the Y-axis direction weight part 12a and torsion beams 11a. Is formed by dividing the central portion passing through the boundary (upper and lower divisions in FIG. 1). The total area of the two fixed electrodes 14a and 14b is made substantially equal to the area of the weight portion 12a for the Y-axis direction.

Ｘ軸方向用錘部１２ｂに対する固定電極１４ｃ，１４ｄは、ほぼ同じ面積を有しており、図１から分かるように、平面視においてＸ軸方向用錘部１２ｂの下方であって、捩り梁１１ｂを通る中央部分を境界にして分割して形成されている（図１において左右分割）。２つの固定電極１４ｃ，１４ｄの面積を合わせてＸ軸方向用錘部１２ｂの面積とほぼ等しくなるようになっている。 The fixed electrodes 14c and 14d with respect to the X-axis direction weight portion 12b have substantially the same area, and as can be seen from FIG. 1, in the plan view, below the X-axis direction weight portion 12b, Is formed by dividing the central portion passing through the boundary (left and right division in FIG. 1). The total area of the two fixed electrodes 14c and 14d is made substantially equal to the area of the weight portion 12b for the X-axis direction.

Ｚ軸方向用錘部１２ｃに対する固定電極１４ｅ，１４ｆは、それぞれＺ軸方向用錘部１２ｃとほぼ同じ面積を有しており、一方の固定電極１４ｅがＺ軸方向用錘部１２ｃの下方に形成され、他方の固定電極１４ｆが別の領域に形成されている。 The fixed electrodes 14e and 14f for the Z-axis direction weight portion 12c have substantially the same area as the Z-axis direction weight portion 12c, and one fixed electrode 14e is formed below the Z-axis direction weight portion 12c. The other fixed electrode 14f is formed in another region.

このように、ガラス基板１３の同一面上に３対の検出用電極対がすべて形成される構成を採ることにより、検出用電極（固定電極）を一つの工程ですべて形成することができ、製造プロセスを簡略化することができるので好ましい。また、図１に示すように、各軸方向用の錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃをシリコン製基板１１に並設し、すべて略同一形状を有するように形成することにより、製造プロセスを簡略化することができるので好ましい。 In this way, by adopting a configuration in which all three pairs of detection electrodes are formed on the same surface of the glass substrate 13, all the detection electrodes (fixed electrodes) can be formed in one process. This is preferable because the process can be simplified. Further, as shown in FIG. 1, the weight parts 12a, 12b, 12c for the respective axial directions are arranged in parallel on the silicon substrate 11, and are formed so as to have substantially the same shape, thereby simplifying the manufacturing process. This is preferable.

また、Ｘ軸方向用の固定電極対１４ｃ，１４ｄと、Ｙ軸方向用の固定電極対１４ａ，１４ｂと、Ｚ軸方向用の２つの容量差検出用電極１４ｅ，１４ｆの４つの電極とが、ガラス基板１３の平面視において、略正方形に並べられている。このように、固定電極が配置されることにより、ガラス基板１３において電極が形成されている領域が均等となり、熱的な応力に対する影響が等しくなるので好ましい。 Further, four electrodes, that is, a fixed electrode pair 14c, 14d for the X-axis direction, a fixed electrode pair 14a, 14b for the Y-axis direction, and two capacitance difference detection electrodes 14e, 14f for the Z-axis direction, The glass substrates 13 are arranged in a substantially square shape in plan view. Thus, it is preferable that the fixed electrode is disposed because the region where the electrode is formed on the glass substrate 13 becomes uniform and the influence on the thermal stress becomes equal.

図２（ａ）は図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う断面図であり、Ｙ軸方向用錘部１２ａとＸ軸方向用錘部１２ｂについての構成を示し、図２（ｂ）は図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図であり、Ｚ軸方向用錘部１２ｃについての構成を示す。図２（ａ）において、ガラス基板１３の一方の主面に固定電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されている。なお、図２（ａ）においては、Ｘ軸方向用錘部１２ｂに対する固定電極１４ｃ，１４ｄが示されており、Ｙ軸方向用錘部１２ａに対する固定電極１４ａ，１４ｂは示されていない。 2A is a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG. 1, showing the configuration of the Y-axis direction weight portion 12a and the X-axis direction weight portion 12b, and FIG. It is sectional drawing which follows the IIB-IIB line | wire, and shows the structure about the weight part 12c for Z-axis directions. 2A, fixed electrodes 14a, 14b, 14c, and 14d are formed on one main surface of the glass substrate 13. In FIG. In FIG. 2A, the fixed electrodes 14c and 14d for the X-axis direction weight portion 12b are shown, and the fixed electrodes 14a and 14b for the Y-axis direction weight portion 12a are not shown.

ガラス基板１３には、両主面で露出するように貫通する導電部材１６ｃ，１６ｄが設けられており、それらの一方の露出面がそれぞれ固定電極１４ｃ，１４ｄと電気的に接続されている。また、導電部材１６ｃ，１６ｄの他方の露出面には引き出し電極１７ａ，１７ｂが形成されており、導電部材１６ａ，１６ｂと引き出し電極１７ａ，１７ｂとがそれぞれ電気的に接続されている。なお、図２（ａ）には図示されていないが、Ｙ軸方向用錘部１２ａに対する固定電極１４ａ，１４ｂについても同様な構成で導電部材及び引き出し電極が設けられている。 The glass substrate 13 is provided with conductive members 16c and 16d penetrating so as to be exposed at both main surfaces, and one of the exposed surfaces is electrically connected to the fixed electrodes 14c and 14d, respectively. Lead electrodes 17a and 17b are formed on the other exposed surfaces of the conductive members 16c and 16d, and the conductive members 16a and 16b and the lead electrodes 17a and 17b are electrically connected to each other. Although not shown in FIG. 2A, the fixed members 14a and 14b for the Y-axis direction weight portion 12a are also provided with conductive members and lead electrodes in the same configuration.

ガラス基板１３上には、シリコン製基板１１が接合されている。ここでは、梁部の形成を容易にするためにシリコン製基板としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いている。また、シリコン製基板１１上には、ガラス基板１５が接合されている。これにより、Ｙ軸方向用錘部１２ａとそれに対応する固定電極１４ａ，１４ｂとが配置されたキャビティ１８ａと、Ｘ軸方向用錘部１２ｂとそれに対応する固定電極１４ｃ，１４ｄとが配置されたキャビティ１８ｂと、が形成される。なお、ガラス基板１３とシリコン製基板１１との間や、ガラス基板１５とシリコン製基板１１との間の接合には、基板間で形成するキャビティ１８ａ，１８ｂの気密性を高めるために陽極接合を行うことが好ましい。また、キャビティ１８ａ内においては、ＳＯＩ基板の活性層１１ｆが捩り梁１１ａとなり、Ｙ軸方向用錘部１２ａを揺動可能に支持し、キャビティ１８ｂ内においては、ＳＯＩ基板の活性層１１ｆが捩り梁１１ｂとなり、Ｘ軸方向用錘部１２ｂを揺動可能に支持する。 A silicon substrate 11 is bonded on the glass substrate 13. Here, an SOI (Silicon On Insulator) substrate is used as a silicon substrate to facilitate the formation of the beam portion. A glass substrate 15 is bonded on the silicon substrate 11. Accordingly, the cavity 18a in which the Y-axis direction weight portion 12a and the corresponding fixed electrodes 14a and 14b are disposed, and the cavity in which the X-axis direction weight portion 12b and the corresponding fixed electrodes 14c and 14d are disposed. 18b are formed. It should be noted that anodic bonding is used for bonding between the glass substrate 13 and the silicon substrate 11 or between the glass substrate 15 and the silicon substrate 11 in order to increase the airtightness of the cavities 18a and 18b formed between the substrates. Preferably it is done. In the cavity 18a, the active layer 11f of the SOI substrate becomes a torsion beam 11a, and supports the Y-axis direction weight portion 12a so as to be swingable. In the cavity 18b, the active layer 11f of the SOI substrate becomes a torsion beam. 11b and supports the X-axis direction weight portion 12b so as to be swingable.

図２（ｂ）において、ガラス基板１３の一方の主面に固定電極１４ｅ，１４ｆが形成されている。ガラス基板１３には、両主面で露出するように貫通する導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇが設けられており、それらの一方の露出面がそれぞれ固定電極１４ｅ，１４ｆ、電極１９と電気的に接続されている。また、導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇの他方の露出面には引き出し電極１７ｃ，１７ｄ，１７ｅが形成されており、導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇと引き出し電極１７ｃ，１７ｄ，１７ｅとがそれぞれ電気的に接続されている。なお、導電部材１６ｇは、可動電極である錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対する共通の導電部材である。 In FIG. 2 (b), fixed electrodes 14 e and 14 f are formed on one main surface of the glass substrate 13. The glass substrate 13 is provided with conductive members 16e, 16f, and 16g penetrating so as to be exposed at both main surfaces, and one of the exposed surfaces is electrically connected to the fixed electrodes 14e, 14f and the electrode 19, respectively. Has been. Further, lead electrodes 17c, 17d, and 17e are formed on the other exposed surfaces of the conductive members 16e, 16f, and 16g, and the conductive members 16e, 16f, and 16g and the lead electrodes 17c, 17d, and 17e are electrically connected to each other. It is connected. The conductive member 16g is a common conductive member for the weight portions 12a, 12b, and 12c that are movable electrodes.

ガラス基板１３上には、シリコン製基板１１が接合され、シリコン製基板１１上には、ガラス基板１５が接合されている。これにより、Ｚ軸方向用錘部１２ｃと対応する固定電極１４ｅとが配置されたキャビティ１８ｃと、Ｚ軸方向用錘部１２ｃの固定電極１４ｆが配置されたキャビティと、が形成される。これにより、Ｚ軸方向用の検出用電極の一方が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のそれぞれの可動電極のキャビティとは異なる独立したキャビティ内に密閉される。なお、ガラス基板１３とシリコン製基板１１との間や、ガラス基板１５とシリコン製基板１１との間の接合には、基板間で形成するキャビティ１８ｃの気密性を高めるために陽極接合を行うことが好ましい。また、キャビティ１８ｃ内においては、ＳＯＩ基板の活性層１１ｆが撓み梁１１ｃとなり、Ｚ軸方向用錘部１２ｃを昇降可能に支持する。さらに、ガラス基板１３上には、撓み梁１１ｃに対向する領域に逃げ溝１３ａが形成されており、撓み梁１１ｃとガラス基板１３との貼り付きが防止される。なお、逃げ部として溝形状を例示しているが、撓み梁１１ｃの逃げ用の空間を有するものであれば溝形状に限定されるものではない。 A silicon substrate 11 is bonded on the glass substrate 13, and a glass substrate 15 is bonded on the silicon substrate 11. Thereby, a cavity 18c in which the Z-axis direction weight portion 12c and the corresponding fixed electrode 14e are arranged, and a cavity in which the Z-axis direction weight portion 12c fixed electrode 14f is arranged are formed. Accordingly, one of the detection electrodes for the Z-axis direction is sealed in an independent cavity different from the cavities of the movable electrodes in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. It should be noted that anodic bonding is performed between the glass substrate 13 and the silicon substrate 11 or between the glass substrate 15 and the silicon substrate 11 in order to increase the airtightness of the cavity 18c formed between the substrates. Is preferred. Further, in the cavity 18c, the active layer 11f of the SOI substrate becomes the bending beam 11c, and supports the Z-axis direction weight portion 12c so as to be movable up and down. Further, a relief groove 13a is formed on the glass substrate 13 in a region facing the bending beam 11c, and sticking between the bending beam 11c and the glass substrate 13 is prevented. In addition, although the groove shape is illustrated as an escape part, if it has the space for escape of the bending beam 11c, it will not be limited to a groove shape.

捩り梁１１ａ，１１ｂ及び撓み梁１１ｃは、錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの底面側に形成されている。すなわち、それぞれの錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、シリコン製基板１１の厚さ方向において対向する一対の面を有しており、捩り梁１１ａ，１１ｂ及び撓み梁１１ｃがそれぞれの錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの一方の面に沿って形成されている。また、図１から分かるように、捩り梁１１ａ，１１ｂ及び撓み梁１１ｃは、それぞれ錘部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの重心位置を通っている。このような梁を形成することにより、他軸の感度を低くして、各軸方向の加速度を独立して検出することが可能となる。 The torsion beams 11a and 11b and the bending beam 11c are formed on the bottom surface side of the weight portions 12a, 12b and 12c. That is, each of the weight portions 12a, 12b, and 12c has a pair of faces that face each other in the thickness direction of the silicon substrate 11, and the torsion beams 11a and 11b and the bending beam 11c are respectively connected to the weight portions 12a and 12b. , 12c is formed along one surface. As can be seen from FIG. 1, the torsion beams 11a and 11b and the bending beam 11c pass through the positions of the centers of gravity of the weight portions 12a, 12b and 12c, respectively. By forming such a beam, the sensitivity of the other axes can be lowered, and the acceleration in the direction of each axis can be detected independently.

本発明においては、図１に示すように、平面視において、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｚ軸方向用の検出用電極対用のそれぞれの導電部材１６ｅ，１６ｆからほぼ等距離離れた位置に配置されている。可動電極用の導電部材１６ｇは、Ｚ軸方向用の検出用電極対用のそれぞれの導電部材１６ｅ，１６ｆとそれぞれ寄生容量を持つ。この寄生容量は、距離に応じて大きさが変化するものであるので、導電部材１６ｅと導電部材１６ｇとの間の距離と、導電部材１６ｆと導電部材１６ｇとの間の距離とがほぼ等しければ、導電部材１６ｇと導電部材１６ｅとの間の寄生容量と、導電部材１６ｇと導電部材１６ｆとの間の寄生容量とがほぼ等しくなる。 In the present invention, as shown in FIG. 1, in a plan view, the conductive member 16g for the movable electrode is located at an approximately equal distance from the respective conductive members 16e and 16f for the detection electrode pair for the Z-axis direction. Is arranged. The movable electrode conductive member 16g has a parasitic capacitance with each of the conductive members 16e and 16f for the detection electrode pair for the Z-axis direction. Since the parasitic capacitance changes in size according to the distance, if the distance between the conductive member 16e and the conductive member 16g is substantially equal to the distance between the conductive member 16f and the conductive member 16g. The parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16e is substantially equal to the parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16f.

Ｚ軸方向の加速度は、錘部１２ｃの昇降による固定電極１４ｅとの間の距離の変化による静電容量の変化を参照電極１４ｆとの容量差として検出する。導電部材１６ｇと導電部材１６ｅとの間の寄生容量と、導電部材１６ｇと導電部材１６ｆとの間の寄生容量との間に差があると、図３に示す特性線Ａのように、差分容量の絶対値が大きくなる。この場合、静電容量型加速度センサの感度Ｓ’は、（Ｃ₁’−Ｃ₀’）／Ｃ₀’となる。一方、導電部材１６ｇと導電部材１６ｅとの間の寄生容量と、導電部材１６ｇと導電部材１６ｆとの間の寄生容量とがほぼ等しいと、図３に示す特性線Ｂのように、差分容量の絶対値が小さい。この場合、静電容量型加速度センサの感度Ｓは、（Ｃ₁−Ｃ₀）／Ｃ₀となる。このように、感度Ｓは、上記両寄生容量に差がないために差分容量の絶対値が小さいので、上記両寄生容量に差がある場合の感度Ｓ’よりも大きくなる。したがって、平面視において、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｚ軸方向用の検出用電極対用のそれぞれの導電部材１６ｅ，１６ｆからほぼ等距離離れた位置に配置されていることにより、基板を貫通する導電部材を用いて表面実装可能な構造において、高感度で加速度を測定することができる。 The acceleration in the Z-axis direction detects a change in capacitance due to a change in distance from the fixed electrode 14e due to the lifting and lowering of the weight portion 12c as a capacitance difference from the reference electrode 14f. If there is a difference between the parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16e and the parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16f, as shown by the characteristic line A in FIG. The absolute value of becomes larger. In this case, the sensitivity S ′ of the capacitive acceleration sensor is (C ₁ ′ −C ₀ ′) / C ₀ ′. On the other hand, if the parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16e is substantially equal to the parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16f, the differential capacitance is as shown by the characteristic line B in FIG. The absolute value is small. In this case, the sensitivity S of the capacitive acceleration sensor is (C ₁ −C ₀ ) / C ₀ . Thus, the sensitivity S is larger than the sensitivity S ′ when there is a difference between the two parasitic capacitances because the absolute value of the difference capacitance is small because there is no difference between the two parasitic capacitances. Therefore, in plan view, the conductive member 16g for the movable electrode is arranged at a position approximately equidistant from the respective conductive members 16e and 16f for the detection electrode pair for the Z-axis direction, so that the substrate is In a structure that can be surface-mounted using a conductive member that penetrates, acceleration can be measured with high sensitivity.

また、本発明においては、図１に示すように、平面視において、可動電極用の導電部材１６ｇは、Ｘ軸方向用及びＹ軸方向用の導電部材１６ａ〜１６ｄから相対的に遠い位置に配置されていることが好ましい。上述したように、導電部材間の寄生容量は、距離に応じて大きさが変化するので、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｘ軸方向用及びＹ軸方向用の導電部材１６ａ〜１６ｄから相対的に遠い位置に配置されることにより、Ｘ軸方向用及びＹ軸方向用の加速度検知部での寄生容量による差分容量の絶対値誤差を小さくすることができる。これにより、さらに高感度で加速度を測定することができる。 Further, in the present invention, as shown in FIG. 1, the conductive member 16g for the movable electrode is disposed at a position relatively far from the conductive members 16a to 16d for the X-axis direction and the Y-axis direction in a plan view. It is preferable that As described above, since the magnitude of the parasitic capacitance between the conductive members changes according to the distance, the conductive member 16g for the movable electrode is relative to the conductive members 16a to 16d for the X-axis direction and the Y-axis direction. Therefore, the absolute value error of the differential capacitance due to the parasitic capacitance in the X-axis direction and Y-axis direction acceleration detection units can be reduced. Thereby, acceleration can be measured with higher sensitivity.

このような構成の静電容量型加速度センサにおいては、Ｘ軸方向の加速度が加わると、捩り梁１１ｂを支点としてＸ軸方向用錘部１２ｂが揺動する。このように錘部１２ｂが揺動して変位することにより、対向した固定電極１４ｃ，１４ｄとの間の距離が変わり、その距離の変化による静電容量の変化を容量差として検出することができ、その静電容量変化で加速度を測定することができる。また、Ｙ軸方向の加速度が加わると、捩り梁１１ａを支点としてＹ軸方向用錘部１２ａが揺動する。このように錘部１２ａが揺動して変位することにより、対向した固定電極１４ａ，１４ｂとの間の距離が変わり、その距離の変化による静電容量の変化を容量差として検出することができ、その静電容量変化で加速度を測定することができる。また、Ｚ軸方向の加速度が加わると、撓み梁１１ｃによりＺ軸方向用錘部１２ｃが昇降する。このように錘部１２ｃが昇降して変位することにより、対向した固定電極１４ｅとの間の距離が変わり、その距離の変化による静電容量の変化を参照電極１４ｆとの容量差として検出することができ、その静電容量変化で加速度を測定することができる。 In the capacitive acceleration sensor having such a configuration, when acceleration in the X-axis direction is applied, the X-axis direction weight portion 12b swings about the torsion beam 11b. As the weight 12b swings and displaces in this way, the distance between the opposed fixed electrodes 14c and 14d changes, and a change in capacitance due to the change in the distance can be detected as a capacitance difference. The acceleration can be measured by the capacitance change. Further, when acceleration in the Y-axis direction is applied, the Y-axis direction weight portion 12a swings with the torsion beam 11a as a fulcrum. As the weight 12a swings and displaces in this way, the distance between the opposed fixed electrodes 14a and 14b changes, and a change in capacitance due to the change in the distance can be detected as a capacitance difference. The acceleration can be measured by the capacitance change. Further, when acceleration in the Z-axis direction is applied, the Z-axis direction weight portion 12c moves up and down by the bending beam 11c. As the weight portion 12c moves up and down in this way, the distance between the opposed fixed electrodes 14e changes, and a change in capacitance due to the change in the distance is detected as a difference in capacitance from the reference electrode 14f. The acceleration can be measured by the change in capacitance.

次に、上記構成を有する静電容量型加速度センサの製造方法の一例について説明する。
図４（ａ）〜（ｅ）、図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための図である。 Next, an example of a manufacturing method of the capacitive acceleration sensor having the above configuration will be described.
4 (a) to 4 (e), 5 (a), 5 (b), and 6 (a) to 6 (c) are diagrams for explaining a method of manufacturing a capacitive acceleration sensor according to the present invention. It is.

図４（ａ）に示すように、シリコン基板１６の一方の主面にフォトリソグラフィ及びドライエッチングにより導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇとなる突出部を形成する。次いで、シリコン基板１６の突出部上にガラス基板１３を載せ、図４（ｂ）に示すように、加熱しながら押圧してガラス基板１３に突出部を埋め込むようにして両基板を接合する。その後、図４（ｃ）に示すように、得られた複合体の両主面を研磨して、導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇを両主面で露出させる。なお、図４は、図２（ｂ）に対応する構成に基づいて示しているが、図２（ａ）に対応する構成も同時に形成される。すなわち、Ｘ軸方向用錘部１２ｂ及びＹ軸方向用錘部１２ａに対応する固定電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに対する導電部材も同様に形成される。 As shown in FIG. 4A, protrusions that become conductive members 16e, 16f, and 16g are formed on one main surface of the silicon substrate 16 by photolithography and dry etching. Next, the glass substrate 13 is placed on the protruding portion of the silicon substrate 16 and, as shown in FIG. 4B, both substrates are bonded so that the protruding portion is embedded in the glass substrate 13 by pressing while heating. Then, as shown in FIG.4 (c), both the main surfaces of the obtained composite_body | complex are grind | polished and the electroconductive members 16e, 16f, and 16g are exposed by both main surfaces. 4 shows the configuration corresponding to FIG. 2B, the configuration corresponding to FIG. 2A is also formed at the same time. That is, conductive members for the fixed electrodes 14a, 14b, 14c, and 14d corresponding to the X-axis direction weight portion 12b and the Y-axis direction weight portion 12a are formed in the same manner.

次いで、図４（ｄ）に示すように、ガラス基板１３上の導電部材１６ｅの周囲を研磨して、逃げ溝１３ａを形成する。このとき、逃げ溝１３ａの深さは、撓み梁１１ｃの昇降時の撓み量を考慮して形成される。次いで、図４（ｅ）に示すように、露出した導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ上にスパッタリングにより電極材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、それぞれ固定電極１４ｅ，１４ｆ及び電極１９を形成する。なお、各軸用の導電部材については、平面視において、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｚ軸方向用の検出用電極対用のそれぞれの導電部材１６ｅ，１６ｆからほぼ等距離離れるように形成され、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｘ軸方向用及びＹ軸方向用の導電部材１６ａ〜１６ｄから相対的に遠い位置に形成される。 Next, as shown in FIG. 4D, the periphery of the conductive member 16e on the glass substrate 13 is polished to form the escape groove 13a. At this time, the depth of the escape groove 13a is formed in consideration of the amount of bending when the bending beam 11c is raised and lowered. Next, as shown in FIG. 4E, an electrode material is deposited on the exposed conductive members 16e, 16f, and 16g by sputtering, and fixed electrodes 14e and 14f and an electrode 19 are formed by photolithography and etching, respectively. . The conductive member for each axis is formed so that the conductive member 16g for the movable electrode is separated from the respective conductive members 16e and 16f for the detection electrode pair for the Z-axis direction by substantially equal distances in plan view. The movable electrode conductive member 16g is formed at a position relatively far from the X-axis direction and Y-axis direction conductive members 16a to 16d.

次いで、図５（ａ）に示すように、活性層１１ｆ、絶縁層１１ｄ及びベース層１１ｅを有するＳＯＩ基板（シリコン製基板１１）の活性層１１ｆ及びベース層１１ｅをフォトリソグラフィ及びエッチングによりそれぞれ凹部１１ｈ，１１ｇを形成する。なお、ＳＯＩ基板の活性層１１ｆの厚さが梁の厚さに相当する。次いで、図５（ｂ）に示すように、活性層１１ｆをフォトリソグラフィ及びエッチングすることにより撓み梁１１ｃを形成する。なお、図５は、図２（ｂ）に対応する構成に基づいて示しているが、図２（ａ）に対応する構成も同時に形成される。すなわち、Ｘ軸方向用錘部１２ｂ及びＹ軸方向用錘部１２ａに対応する捩り梁１１ａ，１１ｂや凹部１１ｇも同様に形成される。 Next, as shown in FIG. 5A, the active layer 11f and the base layer 11e of the SOI substrate (silicon substrate 11) having the active layer 11f, the insulating layer 11d, and the base layer 11e are respectively formed into the recesses 11h by photolithography and etching. , 11g. The thickness of the active layer 11f of the SOI substrate corresponds to the thickness of the beam. Next, as shown in FIG. 5B, the bending beam 11c is formed by photolithography and etching the active layer 11f. 5 shows the configuration corresponding to FIG. 2B, the configuration corresponding to FIG. 2A is also formed at the same time. That is, the torsion beams 11a and 11b and the recess 11g corresponding to the X-axis direction weight portion 12b and the Y-axis direction weight portion 12a are formed in the same manner.

次いで、図６（ａ）に示すように、図４（ｅ）に示す構造のガラス基板１３の固定電極をＳＯＩ基板の活性層１１ｆが覆うようにして、図５（ｂ）に示すシリコン製基板１１を積層し、両基板１１，１３を接合する。このとき、陽極接合により接合を行うことが好ましい。また、このとき、ガラス基板１３の固定電極１４ｅとシリコン製基板１１の固定電極１４ｅに対する対向面との間隔は、逃げ溝１３ａの深さの１倍〜１／２倍であることが好ましい。次いで、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板のベース層及び絶縁層１１ｄの所定の部分をフォトリソグラフィ及びエッチングにより除去してＺ軸方向用錘部１２ｃを形成する。次いで、図６（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板のベース層１１ｅ上にガラス基板１５を接合する。このとき、陽極接合により接合を行うことが好ましい。次いで、ガラス基板１３の主面に露出した導電部材１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ上にそれぞれ電極材料を被着し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、それぞれ引き出し電極１７ｃ，１７ｄ，１７ｅを形成する。 Next, as shown in FIG. 6A, the silicon substrate shown in FIG. 5B is formed so that the active layer 11f of the SOI substrate covers the fixed electrode of the glass substrate 13 having the structure shown in FIG. 4E. 11 are laminated, and both substrates 11 and 13 are bonded. At this time, it is preferable to perform bonding by anodic bonding. At this time, the distance between the fixed electrode 14e of the glass substrate 13 and the surface of the silicon substrate 11 facing the fixed electrode 14e is preferably 1 to 1/2 times the depth of the escape groove 13a. Next, as shown in FIG. 6B, the base layer of the SOI substrate and predetermined portions of the insulating layer 11d are removed by photolithography and etching to form the Z-axis direction weight portion 12c. Next, as shown in FIG. 6C, a glass substrate 15 is bonded onto the base layer 11e of the SOI substrate. At this time, it is preferable to perform bonding by anodic bonding. Next, electrode materials are deposited on the conductive members 16e, 16f, and 16g exposed on the main surface of the glass substrate 13, and lead electrodes 17c, 17d, and 17e are formed by photolithography and etching, respectively.

このようにして得られた静電容量型加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を独立して検出することができる。この構成においては、各軸用の導電部材について、平面視において、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｚ軸方向用の検出用電極対用のそれぞれの導電部材１６ｅ，１６ｆからほぼ等距離離れるように形成され、可動電極用の導電部材１６ｇが、Ｘ軸方向用及びＹ軸方向用の導電部材１６ａ〜１６ｄから相対的に遠い位置に形成されるので、導電部材１６ｇと導電部材１６ｅとの間の寄生容量と、導電部材１６ｇと導電部材１６ｆとの間の寄生容量とがほぼ等しくなる。これにより、高感度で加速度を測定することができる。 The capacitive acceleration sensor thus obtained can independently detect accelerations in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. In this configuration, with respect to the conductive member for each axis, the conductive member 16g for the movable electrode is separated from each of the conductive members 16e and 16f for the detection electrode pair for the Z-axis direction by a substantially equal distance in plan view. The movable electrode conductive member 16g is formed at a position relatively distant from the X-axis direction and Y-axis direction conductive members 16a to 16d, and therefore between the conductive member 16g and the conductive member 16e. And the parasitic capacitance between the conductive member 16g and the conductive member 16f are substantially equal. Thereby, acceleration can be measured with high sensitivity.

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。図７は、本発明に係る静電容量型加速度センサのＺ軸方向の加速度検出部分の部分拡大図である。図８は、図７におけるＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面図である。図９は、静電容量型加速度センサの性能試験の試験結果を示しており、実線Ｗ１は図７および図８に示す静電容量型加速度センサ（本発明）による試験結果を示しており、点線Ｗ２は図１０に示す従来の静電容量型加速度センサ（比較例）による試験結果を示している。 Next, examples performed for clarifying the effects of the present invention will be described. FIG. 7 is a partially enlarged view of the acceleration detection portion in the Z-axis direction of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line VIIA-VIIA in FIG. FIG. 9 shows the test result of the performance test of the capacitive acceleration sensor, and the solid line W1 shows the test result of the capacitive acceleration sensor (the present invention) shown in FIGS. W2 indicates the test result obtained by the conventional capacitive acceleration sensor (comparative example) shown in FIG.

図７および図８に示すように、Ｚ軸方向用錘部１２ｃは、直方体状に形成されており、４つの撓み梁１１ｃによりガラス基板１３側の端部近傍においてシリコン製基板１１に昇降可能に支持されている。撓み梁１１ｃは、Ｚ軸方向用錘部１２ｃの各側面と平行な長尺部２１ａと、Ｚ軸方向用錘部１２ｃと長尺部２１ａの一端部とを連結する第１連結部２１ｂと、長尺部２１ａの他端部とシリコン製基板１１とを連結する第２連結部２１ｃとから平面視クランク状に形成されている。また、ガラス基板１３は、シリコン製基板１１に接合されており、Ｚ軸方向用錘部１２ｃと固定電極１４ｅとの間にはエアギャップ２２が形成されている。そして、ガラス基板１３の撓み梁１１ｃの対向面には撓み梁１１ｃの貼り付きを防止するための逃げ溝１３ａが形成されている。 As shown in FIGS. 7 and 8, the Z-axis direction weight portion 12c is formed in a rectangular parallelepiped shape, and can be moved up and down to the silicon substrate 11 in the vicinity of the end portion on the glass substrate 13 side by the four bending beams 11c. It is supported. The bending beam 11c includes a long portion 21a parallel to each side surface of the Z-axis direction weight portion 12c, a first connection portion 21b that connects the Z-axis direction weight portion 12c and one end of the long portion 21a, The other end portion of the long portion 21 a and the second connecting portion 21 c that connects the silicon substrate 11 are formed in a crank shape in a plan view. Further, the glass substrate 13 is bonded to the silicon substrate 11, and an air gap 22 is formed between the Z-axis direction weight portion 12c and the fixed electrode 14e. And the escape groove 13a for preventing sticking of the bending beam 11c is formed in the opposing surface of the bending beam 11c of the glass substrate 13. FIG.

このとき、Ｚ軸方向用錘部１２ｃの質量は６．０×１０^−５ｇ、撓み梁１１ｃの幅および厚みはそれぞれ１６ｕｍ、６．２ｕｍ、撓み梁１１ｃの長尺部２１ａの長さは２３０ｕｍ、Ｚ軸方向用錘部１２ｃと固定電極１４ｅとのエアギャップ２２は１．２ｕｍ、逃げ溝１３ａの深さは２．０ｕｍとして設計されている。また、比較例である従来の静電容量型加速度センサは、逃げ溝１３ａが形成されていない点を除いては、本発明の静電容量型加速度センサ１と同一の寸法で設計されている。 At this time, the mass of the weight portion 12c for the Z-axis direction is 6.0 × 10 ⁻⁵ g, the width and thickness of the bending beam 11c are 16 μm and 6.2 μm, respectively, and the length of the long portion 21a of the bending beam 11c is 230 μm. The air gap 22 between the Z-axis direction weight 12c and the fixed electrode 14e is designed to be 1.2 μm, and the depth of the escape groove 13a is 2.0 μm. Further, the conventional capacitive acceleration sensor as a comparative example is designed with the same dimensions as the capacitive acceleration sensor 1 of the present invention except that the escape groove 13a is not formed.

次に、このように設計された静電容量型加速度センサを用いて行った性能試験の試験結果について説明する。図９（ａ）の実線Ｗ１に示すように、本発明においては加速度による静電容量の増減に伴い検出電圧が増減しているが、図９（ｂ）の点線Ｗ２に示すように、比較例においては、点Ｐまでは加速度の増加に伴い検出電圧が増加し、点Ｐを境にして加速度が減少しても検出電圧が一定値を保つようになっている。これは、比較例においては、所定の加速度（±３Ｇ）を超えると、撓み梁３７がガラス基板３５に貼り付いてエアギャップ３６が一定に固定され、加速度に応じた検出電圧を得ることができなくなって動作不良を起こしていることを示している。これに対し、本発明は所定の加速度（±３Ｇ）を超えても貼り付きによる動作不良を起こさず、加速度に応じた静電容量を得ることができるようになっている。 Next, test results of performance tests performed using the capacitive acceleration sensor designed in this way will be described. As shown by the solid line W1 in FIG. 9A, the detection voltage increases or decreases in accordance with the increase or decrease of the capacitance due to acceleration in the present invention. However, as shown by the dotted line W2 in FIG. In FIG. 2, the detection voltage increases with an increase in acceleration up to the point P, and the detection voltage keeps a constant value even when the acceleration decreases at the point P as a boundary. In the comparative example, when a predetermined acceleration (± 3 G) is exceeded, the deflecting beam 37 is stuck to the glass substrate 35 and the air gap 36 is fixed, and a detection voltage corresponding to the acceleration can be obtained. It indicates that it has disappeared, causing malfunction. On the other hand, according to the present invention, even if a predetermined acceleration (± 3 G) is exceeded, malfunction due to sticking does not occur, and a capacitance according to the acceleration can be obtained.

以上のように、本実施の形態に係る静電容量型加速度センサ１によれば、ガラス基板１３の撓み梁１１ｃに対向する位置に逃げ溝１３ａが形成されているため、Ｚ軸方向用錘部１２ｃに加速度が作用して、Ｚ軸方向用錘部１２ｃがガラス基板１３に接近した場合でも、撓み梁１１ｃがガラス基板１３に貼り付いて検出不良となるのを防止することができる。また、Ｚ軸方向用錘部１２ｃと固定電極１４ｅとの間隔を広くとる必要がないため、検出感度の低下を防止することができる。 As described above, according to the capacitive acceleration sensor 1 according to the present embodiment, since the escape groove 13a is formed at a position facing the bending beam 11c of the glass substrate 13, the weight portion for the Z-axis direction Even when acceleration acts on 12c and the Z-axis direction weight portion 12c approaches the glass substrate 13, it is possible to prevent the bending beam 11c from adhering to the glass substrate 13 and causing a detection failure. Further, since it is not necessary to increase the distance between the Z-axis direction weight portion 12c and the fixed electrode 14e, it is possible to prevent the detection sensitivity from being lowered.

また、本実施の形態においては、逃げ溝１３ａの深さをエアギャップ２２の１倍〜２倍としたため、撓み梁１１ｃがガラス基板１３に貼り付くのを防止するともに、撓み梁１１ｃの変形しすぎによる破損を防止することができる。 In the present embodiment, the depth of the escape groove 13a is set to 1 to 2 times that of the air gap 22. Therefore, the bending beam 11c is prevented from sticking to the glass substrate 13, and the bending beam 11c is deformed. It is possible to prevent damage caused by excessively.

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。上記実施の形態においては、ガラス基板とシリコン製基板を用いた場合について説明しているが、本発明においては、ガラス基板やシリコン製基板以外の基板を用いても良い。また、センサにおける電極や各層の厚さや材質については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。また、上記実施の形態で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。例えば、ギャップの形成を対向面であるＳＯＩ基板１１の側に行っているが、ガラス基板１３のエッチングによって行っても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications. Although the case where a glass substrate and a silicon substrate are used has been described in the above embodiment, in the present invention, a substrate other than a glass substrate or a silicon substrate may be used. Further, the thickness and material of the electrode and each layer in the sensor can be set as appropriate without departing from the effects of the present invention. Further, the process described in the above embodiment is not limited to this, and the process may be performed by changing the order as appropriate. For example, although the gap is formed on the side of the SOI substrate 11 that is the opposite surface, the gap may be formed by etching the glass substrate 13. Other modifications may be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

以上説明したように、本発明は、検出感度を低下させることなく検出不良を防止することができるという効果を有し、特に静電容量を用いて加速度を検出する静電容量型加速度センサに有用である。 As described above, the present invention has an effect of preventing detection failure without reducing detection sensitivity, and is particularly useful for a capacitance type acceleration sensor that detects acceleration using capacitance. It is.

本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、静電容量型加速度センサを示す平面図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, and is a top view which shows a capacitive acceleration sensor. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、（ａ）は図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図１におけるＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う断面図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, (a) is sectional drawing which follows the IIA-IIA line | wire in FIG. 1, (b) is the IIB-IIB line | wire in FIG. It is sectional drawing which follows. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、静電容量型加速度センサにおける容量差と加速度との間の関係を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, and is a figure which shows the relationship between the capacitance difference and acceleration in a capacitive acceleration sensor. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、（ａ）〜（ｅ）は静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, (a)-(e) is a figure for demonstrating the manufacturing method of a capacitive acceleration sensor. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, (a), (b) is a figure for demonstrating the manufacturing method of a capacitive acceleration sensor. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は静電容量型加速度センサの製造方法を説明するための図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, (a)-(c) is a figure for demonstrating the manufacturing method of a capacitive acceleration sensor. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、Ｚ軸方向の加速度検出部分の部分拡大図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, and is the elements on larger scale of the acceleration detection part of a Z-axis direction. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、図７におけるＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, and is sectional drawing which follows the VIIA-VIIA line | wire in FIG. 本発明に係る静電容量型加速度センサの実施の形態を示す図であり、性能試験の試験結果を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, and is a figure which shows the test result of a performance test. 本発明に係る静電容量型加速度センサの従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention.

Explanation of symbols

１静電容量型加速度センサ
１１シリコン製基板（第１基板）
１１ａ，１１ｂ捩り梁
１１ｃ撓み梁
１１ｄ絶縁層
１１ｅベース層
１１ｆ活性層
１１ｈ，１１ｇ凹部
１２ａＹ軸方向用錘部
１２ｂＸ軸方向用錘部
１２ｃＺ軸方向用錘部（可動電極）
１３ガラス基板（第２電極）
１３ａ逃げ溝
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ固定電極
１５ガラス基板
１６シリコン基板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ導電部材
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ引き出し電極
１８ａ，１８ｂ，１８ｃキャビティ
１９電極
２１ａ長尺部
２１ｂ第１連結部
２１ｃ第２連結部
２２エアギャップ
1 Capacitance type acceleration sensor 11 Silicon substrate (first substrate)
11a, 11b Torsion beam 11c Deflection beam 11d Insulating layer 11e Base layer 11f Active layer 11h, 11g Recess 12a Y-axis direction weight part 12b X-axis direction weight part 12c Z-axis direction weight part (movable electrode)
13 Glass substrate (second electrode)
13a Escape groove 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f Fixed electrode 15 Glass substrate 16 Silicon substrate 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g Conductive member 17a, 17b, 17c, 17d, 17e Lead electrode 18a, 18b, 18c Cavity 19 Electrode 21a Long part 21b 1st connection part 21c 2nd connection part 22 Air gap

Claims

A capacitance type acceleration sensor that detects at least acceleration in the Z-axis direction from a change in capacitance between a movable electrode and a fixed electrode functioning as a weight,
The movable electrode, a first substrate in which a space for accommodating the movable electrode is formed, a bending beam that supports the movable electrode so as to be movable up and down with respect to the first substrate, and a predetermined interval with respect to the movable electrode A second substrate bonded to the main surface of the first substrate,
The bending beam has a long portion along the periphery of the movable electrode at a predetermined interval from the movable electrode in a plan view, and a connecting portion that connects the long portion and the movable electrode.
A capacitance type acceleration characterized in that an escape portion for preventing the bending beam and the second substrate from contacting each other is formed in the second substrate at a position facing the bending beam. Sensor.

The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the relief portion is formed by a groove.

3. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein a depth of the escape portion is 1 to 2 times the predetermined interval. 4.

4. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the bending beam supports a vicinity of an end surface of the movable electrode on the second substrate side. 5.