CN116761980A - 电容式传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明解决了改进特性的问题。该电容式传感器(100)设置有支撑件(7)，该支撑件(7)具有第一锚部分(71)、第二锚部分(72)、第一连接部分(76)和第二连接部分(77)。在第一基板(1)和第二基板(2)中，第一锚部分(71)仅固定到第一基板(1)。第二锚部分(72)固定到第一基板(1)和第二基板(2)。第一连接部分(76)与第一基板(1)和第二基板(2)间隔开，并且连接第一锚部分(71)和移动部件(3)。第二连接部分(77)连接第一锚部分(71)和第二锚部分(72)。第一连接部分(76)包括能够弹性变形的第一弹性部分(761)。第二连接部分(77)包括与第一基板(1)和第二基板(2)间隔开并且能够弹性变形的第二弹性部分(771)。

Description

电容式传感器
技术领域
本公开总体上涉及电容式传感器，并且具体地，涉及包括可移动构件的电容式传感器。
背景技术
传统上，包括基板(第一基板)和设置在基板的主表面侧的结构组件的角速度传感器被称为电容式传感器(专利文献1)。
在专利文献1中描述的角速度传感器中，结构组件包括：可移动构件，包括配重构件和框形构件；锚构件；弹性构件，将锚构件连接到框形构件；以及检测构件。在检测构件中，电容取决于角速度而变化。
专利文献1描述了角速度传感器可以包括通过晶片级封装技术等形成的芯片尺寸封装。
当专利文献1中公开的角速度传感器包括例如芯片尺寸封装时，角速度传感器包括第一基板、结构组件、以及在该结构组件的与第一基板相对的一侧的第二基板。然而，在电容式传感器(诸如包括第一基板和第二基板的角速度传感器)中，在制造期间当第二基板接合到结构组件时所产生的应力可能致使可移动构件移位。如果可移动构件在制造过程中发生移位，则电容式传感器的性能可能较差。
引用列表
专利文献
专利文献1：WO 2020/203011
发明内容
本公开的目的在于提供一种性能改进的电容式传感器。
根据本公开的方面的电容式传感器包括第一基板、第二基板、可移动构件、至少一个支撑构件、以及检测构件。第二基板在针对第一基板定义的厚度方向上面对第一基板。可移动构件位于第一基板和第二基板之间，并且可移动构件与第一基板和第二基板分开。至少一个支撑构件位于第一基板和第二基板之间，该至少一个支撑构件支撑可移动构件使得允许可移动构件振动。检测构件被配置为检测由可移动构件的振动引起的静电电容的变化。至少一个支撑构件包括第一锚构件、第二锚构件、第一连接构件和第二连接构件。第一锚构件仅固定到第一基板和第二基板中的第一基板。第二锚构件在针对第一基板定义的厚度方向上的平面图中与第一锚构件分开定位，并且固定到第一基板和第二基板。第一连接构件与第一基板和第二基板分开，并且将第一锚构件连接到可移动构件。第二连接构件将第一锚构件连接到第二锚构件。第一连接构件包括可弹性变形的第一弹性构件。第二连接构件包括至少一个第二弹性构件，该至少一个第二弹性构件与第一基板和第二基板分开并且可弹性变形。
附图说明
图1是根据实施例的电容式传感器的平面图，其中省略了第二基板。
图2是沿图1中的线A-A截取的电容式传感器的截面图。
图3是沿图1中的线B-B截取的电容式传感器的截面图。
图4是沿图1中的线C-C截取的电容式传感器的截面图。
图5是电容式传感器的图，其中进一步示意了图1的平面图。
图6是电容式传感器的示意性截面图。
具体实施方式
以下实施例中描述的附图为示意图，并且图中每个组件的尺寸和厚度的比例不一定反映实际比例。
(实施例)
下面将参考图1至图6描述根据实施例的电容式传感器100。
(1)概述
如图1至图6所示，根据实施例的电容式传感器100包括第一基板1、第二基板2、可移动构件3、支撑构件7和检测构件9。第二基板2在针对第一基板1定义的厚度方向D1上面对第一基板1。可移动构件3位于第一基板1和第二基板2之间，并且与第一基板1和第二基板2分开。每个支撑构件7位于第一基板1和第二基板2之间，并且支撑可移动构件3使得允许可移动构件3振动。每个检测构件9检测由可移动构件3的振动引起的静电电容的变化。静电电容是包括在每个检测构件9中的电容器的静电电容。
根据实施例的电容式传感器100例如是将角速度转换为电信号的角速度传感器。即，电容式传感器100用作被配置为将角速度转换为电信号的变换器。电容式传感器100可以用于例如家用电器、便携式终端、相机、可穿戴终端、游戏控制台、车辆(包括汽车、两轮车等)、机器人、建筑机械、无人机、飞行器或船舶。
在根据实施例的电容式传感器100中，可移动构件3包括配重构件4。电容式传感器100还包括用于驱动(振动)配重构件4的驱动构件8。在根据实施例的电容式传感器100中，每个检测构件9的静电电容取决于角速度而变化。
(2)细节
将参考图1至图6详细描述根据实施例的电容式传感器100的配置。
在以下描述中，例如，指定了具有三个轴(即，彼此正交的X轴、Y轴和Z轴)的正交坐标，其中，具体地，沿针对第一基板1定义的厚度方向D1(以及针对配重构件4定义的厚度方向)的轴被定义为“Z轴”，并且沿配重构件4的振动(驱动)方向的轴被定义为“X轴”。“Y轴”正交于Z轴和X轴两者。沿配重构件4的振动(驱动)方向的轴不限于X轴，而可以是Y轴。X轴、Y轴和Z轴是虚拟轴，并且附图中指示“X”、“Y”和“Z”的箭头仅出于描述的目的而被示出，并不伴随有实体。注意，这些方向不应被解释为限制使用电容式传感器100的方向。注意，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，正交坐标的原点例如可以被定义在可移动构件3的中心(在图1所示的示例中为配重构件4的中心)。
对于根据实施例的电容式传感器100，感测目标例如是绕Z轴的角速度。Z轴是沿针对第一基板1定义的厚度方向D1和针对配重构件4定义的厚度方向的轴，因此，电容式传感器100检测作为感测目标的由于电容式传感器100绕配重构件4的中心轴旋转而作用在电容式传感器100上的角速度。即，电容式传感器100根据绕配重构件4的中心轴的角速度来输出电信号。因此，基于从电容式传感器100输出的电信号，可以测量绕配重构件4的中心轴(绕Z轴)的角速度的大小。
(2.1)电容式传感器的整体配置
如上所述，电容式传感器100包括第一基板1、第二基板2、可移动构件3、支撑构件7、驱动构件8和检测构件9。
第一基板1在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有正方形形状，但这不应被解释为限制性的。第一基板1可以具有例如矩形形状。第一基板1例如包括第一硅基板。
第二基板2在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有与第一基板1相同的形状，但第二基板2的外形尺寸可以不同于第一基板1的外形尺寸。第二基板2例如包括第二硅基板。第二基板2例如包括：绝缘膜，形成在第二硅基板的与第一基板1的一侧相对的一侧的主表面上；多个外部连接电极，形成在绝缘膜上；以及多个馈通连接器，沿针对第二硅基板定义的厚度方向形成。多个馈通连接器一对一地连接到多个外部连接电极。多个馈通连接器通过例如位于第二硅基板和馈通连接器之间的绝缘膜与第二硅基板电绝缘。多个外部连接电极包括要连接到驱动构件8的外部连接电极、以及要连接到检测构件9的外部连接电极。
每个支撑构件7包括第一锚构件71、第二锚构件72、第一连接构件76和第二连接构件77。第一连接构件76包括第一弹性构件761。第二连接构件77包括第二弹性构件771。第一锚构件71仅连接到第一基板1和第二基板2中的第一基板1。第二锚构件72在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中与第一锚构件71分开定位。第二锚构件72固定到第一基板1和第二基板2。第一连接构件76与第一基板1和第二基板2分开。第一连接构件76将第一锚构件71连接到可移动构件3。第二连接构件77将第一锚构件71连接到第二锚构件72。第一连接构件76包括可弹性变形的第一弹性构件761。第二连接构件77包括第二弹性构件771，该第二弹性构件771与第一基板1和第二基板2分开并且可弹性变形。
每个驱动构件8包括第一驱动电极81和第二驱动电极82。每个检测构件9包括第一检测电极91和第二检测电极92。
在图1中，固定到第一基板1的组件和不固定到第一基板1的组件通过带有点的阴影类型来区分。即，在图1中，点密度相对较高的阴影组件(第一锚构件71、第二锚构件72、第一驱动电极81和第一检测电极91)固定到第一基板1，而点密度相对较低的阴影组件(配重构件4、第一连接构件76、第二连接构件77、框形构件6、第二驱动电极82和第二检测电极92)不固定到第一基板1。
图5和图6是示意性地示出了电容式传感器100的配置的示意图。在图5和图6中，每个组件的形状等可能与实际形状等不同。例如，在图5和图6中，第一弹性构件761和第二弹性构件771由“弹簧”符号示意性地表示，该“弹簧”符号不表示第一弹性构件761和第二弹性构件771的实际形状。注意，每个“弹簧”符号的一端和另一端所对齐的方向对应于容易发生弹性变形的方向。
电容式传感器100的感测目标是绕Z轴(绕配重构件4的中心轴)的角速度。因此，电容式传感器100根据绕Z轴的角速度来输出电信号。电容式传感器100是振动陀螺仪传感器并且通过使用科里奥利力(偏转力)来感测绕Z轴的角速度。即，电容式传感器100使配重构件4振动，并且在该状态下，电容式传感器100感测通过从外部作用在配重构件4上的旋转力而产生的科里奥利力，从而感测作用在电容式传感器100的配重构件4上的角速度。例如，当在包括第一驱动电极81和第二驱动电极82的每个驱动构件8处产生的静电力使配重构件4沿X轴方向振动的同时输入了绕Z轴的角速度时，根据实施例的电容式传感器100可以通过使用Y轴方向上的每个检测构件9(第一检测电极91和第二检测电极92)来检测角速度。
在电容式传感器100中，配重构件4具有在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中为多边形形状的外周形状。电容式传感器100包括多个(四个)组，每个组包括稍后描述的框形构件6、第一驱动电极81、第二驱动电极82、第一检测电极91和第二检测电极92。多个组被布置为使得第二驱动电极82在配重构件4的外侧面对配重构件4。多个组被布置为以沿针对第一基板1定义的厚度方向D1的配重构件4的中心轴作为旋转轴具有旋转对称性。注意，第一基板1具有在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中为正方形形状的外周形状，但第一基板1的外周形状不限于该示例。第一基板1的外周形状例如可以是矩形形状。
电容式传感器100包括多个(在该实施例中为四个)框形构件6。四个框形构件6被布置为在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中围绕一个配重构件4。具体地，框形构件6逐个位于配重构件4的沿Y轴方向的两侧和沿X轴方向的两侧。配重构件4与每个框形构件6分开。
每个框形构件6在与针对第一基板1定义的厚度方向D1正交的规定方向上与配重构件4对齐，并且可在该规定方向上移位。根据实施例的电容式传感器100包括多个如上所述的框形构件6。这里，在电容式传感器100中，对于多个框形构件6中的每个框形构件6，规定了与配重构件4对齐的规定方向，因此，该规定方向在下文中也被称为与框形构件6相对应的规定方向。即，在图1上部的框形构件6的与框形构件6相对应的规定方向不同于在图1左侧的框形构件6的与框形构件6相对应的规定方向。
四个框形构件6中的每个框形构件6具有矩形框形状，并且包括四个框架件61至64。在四个框架件61至64中，两个框架件61和62各自的长度方向正交于框形构件6与配重构件4对齐的规定方向，并且两个框架件61和62中的每一个的长度长于两个框架件63和64中的每一个的长度，两个框架件63和64各自的长度方向对应于规定方向。即，四个框形构件6中的每个框形构件6在与规定方向正交的方向上的长度长于在规定方向上的长度。此外，在四个框形构件6中的每个框形构件6中，框架件61在长度方向上的长度长于配重构件4的面对该框形构件6的一侧的长度。
在电容式传感器100中，配重构件4和四个框形构件6中的每个框形构件6经由一对第三弹性构件5彼此连接。该对第三弹性构件5的相应一端与配重构件4的一对角部连接，并且另一端与框形构件6的四个框架件61至64中的最接近配重构件4的框架件61连接。
第三弹性构件5将配重构件4连接到框形构件6，并且在与针对第一基板1定义的厚度方向D1正交的方向和与对应于框形构件6的规定方向正交的方向上可弹性变形。例如，与四个框形构件6中的位于图1顶部的框形构件6连接的第三弹性构件5被构造为在X轴方向上比在Y轴方向和z轴方向上更容易弹性变形。此外，与四个框形构件6中的位于图1左侧的框形构件6连接的第三弹性构件5被构造为在Y轴方向上比在X轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。此外，与四个框形构件6中的位于图1底部的框形构件6连接的第三弹性构件5被构造为在X轴方向上比在Y轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。此外，与四个框形构件6中的位于图1右侧的框形构件6连接的第三弹性构件5被构造为在Y轴方向上比在X轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。被构造为在X轴方向上容易弹性变形的第三弹性构件5在X轴方向上的刚度小于在Y轴方向和Z轴方向上的刚度。被构造为在Y轴方向上容易弹性变形的第三弹性构件5在Y轴方向上的刚度小于在X轴方向和Z轴方向上的刚度。
多个第三弹性构件5中的每个第三弹性构件5是弹簧。多个第三弹性构件5中的每个第三弹性构件5具有折叠部分51。折叠部分51在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有U形。
多个第三弹性构件5中的每个第三弹性构件5在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中位于配重构件4的外侧。
四个第一锚构件71各自在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有大致四边形形状。四个第一锚构件71固定到第一基板1。四个第一锚构件71不固定到第二基板2。四个第一锚构件71在针对第一基板1定义的厚度方向D1上与第二基板2分开。
四个第一锚构件71被布置为与四个框形构件6一起围绕配重构件4。在电容式传感器100中，四个第一锚构件71和四个框形构件6在沿配重构件4的外周方向的方向上逐个交替布置。在这种情况下，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，在四个第一锚构件71中，两个第一锚构件71在包括具有正方形形状的第一基板1的一条对角线的直线上对齐，并且其余两个第一锚构件71在包括另一条对角线的直线上对齐。在电容式传感器100中，四个第一锚构件71逐个布置在第一基板1的四个角处。
每个第二锚构件72固定到第一基板1并固定到第二基板2。电容式传感器100包括将第二锚构件72接合到第二基板2的接合构件27(参见图3和图4)。接合构件27具有导电性。接合构件27包括金属作为材料。每个接合构件27经由多个馈通连接器中的对应一个馈通连接器与例如第二基板2中包括的多个外部连接电极中的对应一个外部连接电极电连接。
彼此相邻的第二锚构件72和第一锚构件71通过第二连接构件77连接。第二连接构件77包括第二弹性构件771。
在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，上述第一锚构件71在与配重构件4和框形构件6彼此对齐所沿的规定方向正交的方向上与框形构件6相邻。在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，第二锚构件72位于第一锚构件71和配重构件4之间以经由第二连接构件77连接到第一锚构件71。
第一锚构件71中的两个相邻第一锚构件71经由第一弹性构件761支撑上述四个框形构件6中的每个框形构件6。在电容式传感器100中，四个框形构件6中的每个框形构件6连接到两个第一弹性构件761各自的一端。在这种情况下，两个第一弹性构件761的另一端连接到不同的第一锚构件71。
四个框形构件6中的每个框形构件6可在框形构件6与配重构件4对齐所沿的规定方向上移位，并且四个框形构件6中的每个框形构件6也可在与规定方向和针对第一基板1定义的厚度方向D1正交的方向上移位。
第一弹性构件761不固定到第一基板1，并且与第一基板1的主表面11分开。此外，第一弹性构件761不固定到第二基板2。每个第一弹性构件761将彼此相邻的第一锚构件71和框形构件6相连接。即，每个锚构件71经由第一弹性构件761支撑框形构件6。第一弹性构件761可在对应于与其连接的框形构件6的规定方向上弹性变形。例如，与四个框形构件6中的位于图1顶部的框形构件6连接的两个第一弹性构件761被构造为在Y轴方向上比在X轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。此外，与四个框形构件6中的位于图1左侧的框形构件6连接的两个第一弹性构件761被构造为在X轴方向上比在Y轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。此外，与四个框形构件6中的位于图1底部的框形构件6连接的两个第一弹性构件761被构造为在Y轴方向上比在X轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。此外，与四个框形构件6中的位于图1右侧的框形构件6连接的两个第一弹性构件761被构造为在X轴方向上比在Y轴方向和Z轴方向上更容易弹性变形。被构造为在Y轴方向上容易弹性变形的第一弹性构件761在Y轴方向上的刚度小于在X轴方向和Z轴方向上的刚度。被构造为在X轴方向上容易弹性变形的第一弹性构件761在X轴方向上的刚度小于在Y轴方向和Z轴方向上的刚度。
多个第一弹性构件761中的每个第一弹性构件761是可偏转的(可弹性变形的)。多个第一弹性构件761中的每个第一弹性构件761在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有折叠部分762。折叠部分762在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有U形。多个第一弹性构件761中的每个第一弹性构件761具有一个折叠部分762。
每个第一驱动电极81位于对应的一个框形构件6的外周的外侧，与该对应的一个框形构件6分开，并固定到第一基板1。此外，每个第一驱动电极81固定到第二基板2。电容式传感器100包括将第一驱动电极81接合到第二基板2的接合构件28(参见图2)。接合构件28具有导电性。接合构件28包括金属作为材料。用于接合构件28的材料与用于接合构件27的材料相同。每个接合构件28经由多个馈通连接器中的对应一个馈通连接器与例如第二基板2中包括的多个外部连接电极中的对应一个外部连接电极电连接。
每个第二驱动电极82包括电极部分(第二梳齿822)，该电极部分位于对应的一个框形构件6的外周的外侧并且连接到该对应的一个框形构件6。每个第二驱动电极82面对对应的一个第一驱动电极81。每个第二驱动电极82可在对应于与其连接的框形构件6的规定方向上移位。例如，与四个框形构件6中的位于图1顶部的框形构件6连接的第二梳齿822可在Y轴方向上移位，与位于左侧的框形构件6连接的第二梳齿822可在X轴方向上移位，与位于底部的框形构件6连接的第二梳齿822可在Y轴方向上移位，以及与位于右侧的框形构件6连接的第二梳齿822可在X轴方向上移位。
驱动构件8驱动配重构件4使得配重构件4振动。每个驱动构件8包括第一驱动电极81和第二驱动电极82。注意，每个驱动构件8具有将第一驱动电极81和第二驱动电极82之间输入的电信号(电量)转换为第二驱动电极82的位移(机械量)的功能。
每个第一驱动电极81是梳状电极并且具有：第一梳状基座部分811，面对对应的一个框形构件6；以及多个第一梳齿812，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中从第一梳状基座部分811朝向该对应的一个框形构件6延伸。
每个第二驱动电极82是梳状电极并且具有：第二梳状基座部分821，包括框形构件6的面对第一梳状基座部分811的部分(框架件61的一部分)；以及多个第二梳齿822(电极部分)，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中从第二梳状基座部分821朝向第一梳状基座部分811延伸。
在每个驱动构件8中，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，多个第一梳齿812和多个第二梳齿822在与第一梳状基座部分811和第二梳状基座部分821彼此面对所沿的方向正交的方向上逐个交替地对齐以彼此分开。即，每个第一梳齿812和与其相邻的第二梳齿822在其间设置有间隙的情况下彼此面对。
当旋转力(角速度)从外部作用在配重构件4上时，每个检测构件9通过输出与配重构件4的运动相关的电信号来输出根据作为感测目标的角速度的电信号。如上所述，每个检测构件9包括第一检测电极91和第二检测电极92。注意，每个检测构件9具有将第二检测电极92相对于第一检测电极91的位移(机械量)转换为第一检测电极91和第二检测电极92之间的电信号(电量)的功能。
每个第一检测电极91位于对应的一个框形构件6的外周的内侧，并且固定到第一基板1。此外，电容式传感器100包括将第一检测电极91接合到第二基板2的接合构件29(参考图2)。接合构件29具有导电性。接合构件29包括金属作为材料。用于接合构件29的材料与用于接合构件27的材料相同。每个接合构件29经由多个馈通连接器中的对应一个馈通连接器与例如第二基板2中包括的多个外部连接电极中的对应一个外部连接电极电连接。
每个第二检测电极92包括电极部分(第二梳齿922)，该电极部分位于对应的一个框形构件6的外周的内侧并且连接到该对应的一个框形构件6。每个第二检测电极92面对对应的一个第一检测电极91。每个第二检测电极92可在对应于与其连接的框形构件6的规定方向上移位。例如，与四个框形构件6中的位于图1顶部的框形构件6连接的电极部分(第二梳齿922)可在Y轴方向上移位。此外，与四个框形构件6中的位于图1左侧的框形构件6连接的电极部分(第二梳齿922)可在X轴方向上移位。此外，与四个框形构件6中的位于图1底部的框形构件6连接的第二梳齿922可在Y轴方向上移位。此外，与四个框形构件6中的位于图1右侧的框形构件6连接的电极部分(第二梳齿922)可在X轴方向上移位。
第一检测电极91在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中具有梳状形状。每个第一检测电极91具有：第一梳状基座部分911，沿着配重构件4和对应的一个框形构件6对齐所沿的方向设置；以及多个(在图中所示的示例中为四个)第一梳齿912，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中从第一梳状基座部分911朝向该对应的一个框形构件6的面对第一梳状基座部分911的部分(框架件63和64)延伸。四个第一梳齿912包括：朝向框形构件6的四个框架件61至64中的一个框架件63延伸的两个第一梳齿912；以及朝向框架件64延伸的两个第一梳齿912。
每个第二检测电极92具有：由对应的一个框形构件6构成的基座921；以及多个(在图中所示的示例中为三个)第二梳齿922，从基座921朝向第一检测电极91的第一梳状基座部分911延伸。即，在电容式传感器100中，每个框形构件6也用作对应的一个第二检测电极92的一部分(基座921)。在第二检测电极92中，一个第二梳齿922从框形构件6的两个框架件63和64中的每个框架件朝向第一梳状基座部分911延伸。此外，在第二检测电极92中，两个框架件61和62也用作分别从两个框架件63和64延伸的第二梳齿922。
在每个检测构件9中，在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，多个第一梳齿912和多个第二梳齿922在与第一梳齿912延伸的方向正交的方向上彼此分开地逐个交替对齐。每个第二梳齿922被设置为使得第二梳齿922和与第二梳齿922相邻的两个第一梳齿912中的距配重构件4较远的一个第一梳齿912之间的距离大于第二梳齿922和两个第一梳齿912中的更靠近配重构件4的另一第一梳齿912之间的距离。
此外，在电容式传感器100中，可移动构件3还包括突起65。每个突起65从对应的一个框形构件6朝向与该对应的一个框形构件6相邻的第一锚构件71突出。每个第一锚构件71具有凹槽75，对应的一个突起65位于该凹槽75中。在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，在每个突起65和每个凹槽75之间设置有间隙。突起65不固定到第一基板1。此外，突起65不固定到第二基板2。在电容式传感器100中，由于配重构件4的振动而导致的框形构件6的位移使突起65与凹槽75的内侧表面接触，这限制了框形构件6的位移量。
在电容式传感器100中，配重构件4、八个第三弹性构件5、四个框形构件6、四个第二驱动电极82、四个第二检测电极92、八个第一弹性构件761、四个第一锚构件71、八个第二弹性构件771和四个第二锚构件72彼此集成。此外，在电容式传感器100中，四个第一驱动电极81和四个第一检测电极91彼此独立。此外，在电容式传感器100中，配重构件4、八个第三弹性构件5、八个第一弹性构件761、八个第二弹性构件771、四个框形构件6、八个突起65、四个第二驱动电极82和四个第二检测电极92在沿针对第一基板1定义的厚度方向D1的Z轴方向上具有相同的尺寸。此外，在电容式传感器100中，四个第一锚构件71、四个第二锚构件72、四个第一驱动电极81和四个第一检测电极91在沿针对第一基板1定义的厚度方向D1的Z轴方向上具有相同的尺寸。
此外，电容式传感器100还包括间隔物10，该间隔物10具有框形状并且位于第一基板1的外周与第二基板2的外周之间。间隔物10固定到第一基板1。此外，间隔物10固定到第二基板2。电容式传感器100包括将间隔物10接合到第二基板2的接合构件20(参见图2至图4以及图6)。在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中，接合构件20具有沿第一基板1的外边缘的矩形框形状。接合构件20具有导电性。接合构件20包括金属作为材料。用于接合构件20的材料与用于接合构件27的材料相同。
在电容式传感器100中，通过用微机电系统(MEMS)的制造技术等处理例如绝缘体上硅(SOI)晶片来形成除了第二基板2和接合构件20、27至29之外的组件。SOI晶片包括硅基板、形成在硅基板上的绝缘层(例如，嵌入的氧化膜)、以及形成在绝缘层上的硅层。在根据实施例的电容式传感器100中，SOI晶片的硅基板的一部分构成第一基板1(第一硅基板)，并且硅层的一部分构成配重构件4、八个第三弹性构件5、四个框形构件6、四个第二驱动电极82、四个第二检测电极92、八个第一弹性构件761、四个第一锚构件71、八个第二弹性构件771、四个第二锚构件72、四个第一驱动电极81和四个第一检测电极91。因此，用于配重构件4、八个第三弹性构件5、四个框形构件6、四个第二驱动电极82、四个第二检测电极92、八个第一弹性构件761、四个第一锚构件71、八个第二弹性构件771、四个第二锚构件72、四个第一驱动电极81和四个第一检测电极91的材料中包括硅。硅层包括杂质，并且配重构件4、八个第三弹性构件5、四个框形构件6、四个第二驱动电极82、四个第二检测电极92、八个第一弹性构件761、四个第一锚构件71、八个第二弹性构件771、四个第二锚构件72、四个第一驱动电极81和四个第一检测电极91具有导电性。根据实施例的电容式传感器100包括绝缘构件13，该绝缘构件13设置在第一基板1的主表面11与固定到第一基板1的多个组件(第一锚构件71、第二锚构件72、第一驱动电极81、第一检测电极91等)中的每个组件之间。此外，根据实施例的电容式传感器100在第一基板1与不固定到第一基板1的多个组件(配重构件4、第一弹性构件761、第二弹性构件771、第三弹性构件5、框形构件6、第二驱动电极82、第二检测电极92等)中的每个组件之间具有空间14。每个绝缘构件13由SOI晶片的绝缘层的一部分构成。即，用于每个绝缘构件13的材料是氧化硅。固定到第一基板1的多个组件经由绝缘构件13固定到第一基板1。
在电容式传感器100中，多个支撑构件7中的每个支撑构件7包括两个第二弹性构件771。两个第二弹性构件771关于沿着第一锚构件71和第二锚构件72彼此对齐所沿的方向的一条虚拟直线VL1(参见图1)线对称地布置。
在电容式传感器100中，包括第一基板1、间隔物10和第二基板2的封装的内部空间例如可以是氮气气氛或减压气氛(真空)。
(2.2)电容式传感器的操作
根据实施例的电容式传感器100例如通过在配重构件4沿X轴方向振动的状态下使用作用在配重构件4上的科里奥利力(偏转力)来感测绕Z轴的角速度。
具体地，例如，当驱动电路在图1左侧和右侧的驱动构件8中的每个驰动构件8的第一驱动电极81和第二驱动电极82之间施加驰动电压信号时，在第一驱动电极81和第二驱动电极82之间产生使配重构件4沿X轴方向振动的静电力。
以这种方式，假设：在配重构件4沿X轴方向振动的状态下，绕Z轴的角速度作用在电容式传感器100的配重构件4上。在这种情况下，科里奥利力(偏转力)作用在配重构件4上，由此，配重构件4沿Y轴方向振动，使得位于图1顶部和底部的框形构件6中的每个框形构件6沿Y轴方向振动。
当沿Y轴方向对齐的两个框形构件6沿Y轴方向振动时，与这两个框形构件6中的每个框形构件6相对应的检测构件9的第一检测电极91和第二检测电极92之间的间隙长度发生变化。将间隙长度的变化作为静电电容的变化输出到处理电路。因此，从检测构件9(第一检测电极91和第二检测电极92)输出与作用在电容式传感器100(的配重构件4)上的绕Z轴的角速度相对应的电信号。注意，与被输入电压的驱动构件8相邻的检测构件9可以用于监测驱动期间的位移。
电容式传感器100电连接到例如信号处理设备并在该状态下被使用。信号处理设备例如是专用集成电路(ASIC)。信号处理设备例如包括驱动电路和处理电路。驱动电路向电容式传感器100提供驱动电压信号。处理电路对从电容式传感器100输出的电信号执行信号处理。例如，处理电路可以将从电容式传感器100输出的模拟电信号(模拟信号)转换为数字信号，并执行适当的算术过程以获得绕Z轴的角速度。
(3)优点
在根据实施例的电容式传感器100中，每个支撑构件7包括第一锚构件71、第二锚构件72、第一连接构件76和第二连接构件77。在每个支撑构件7中，第一锚构件71仅固定到第一基板1和第二基板2中的第一基板1，而第二锚构件72固定到第一基板1和第二基板2。在每个支撑构件7中，第一连接构件76与第一基板1和第二基板2分开并将第一锚构件71连接到可移动构件3，并且第二连接构件77将第一锚构件71连接到第二锚构件72。在每个支撑构件7中，第一连接构件76包括可弹性变形的第一弹性构件761，并且第二连接构件77包括与第一基板1和第二基板2分开且可弹性变形的第二弹性构件771。因此，根据实施例的电容式传感器100具有改进的性能。更具体地，在根据实施例的电容式传感器100中，可以抑制当支撑构件7接合到第二基板2时产生的应力影响可移动构件3。因此，在没有角速度作用在配重构件4上时可以抑制可移动构件3相对于第一基板1的主表面11倾斜，并且因此，可移动构件3(的配重构件4)的振动可以稳定，这改进了性能。
此外，在根据实施例的电容式传感器100中，可以抑制由于在制造期间当第二基板2接合到支撑构件7时产生的应力而使可移动构件3粘附到第一基板1或第二基板2，从而可以提高生产良率。
(变型例)
上述实施例仅是本公开的各种实施例的示例。在不脱离本公开的范围的情况下，可以取决于设计等对上述实施例进行各种修改。
在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中配重构件4的外周形状不限于多边形形状，而例如可以是圆形形状。
此外，在电容式传感器100中，包括第一基板1、可移动构件3和支撑构件7的结构组件不一定通过使用SOI晶片来形成，而是例如可以通过MEMS的制造技术、阳极接合技术等使用硅晶片和玻璃晶片来形成。用于玻璃晶片的材料例如是硼硅酸盐玻璃。
此外，每个支撑构件7的第二连接构件77至少包括第二弹性构件771，并且例如可以包括：第二弹性构件771，其一端连接到第一锚构件71；第三锚构件，连接到第二弹性构件771的另一端；以及第四弹性构件，将第三锚构件连接到第一锚构件71。
此外，包括第一基板1、可移动构件3和支撑构件7的结构组件不限于通过使用SOI晶片来制造，而是例如可以通过使用将两个硅晶片彼此接合的固定方法来形成。在这种情况下，例如，第一锚构件71可以仅固定到第一基板1和第二基板2中的第二基板2。
此外，第一弹性构件761、第二弹性构件771和第三弹性构件5中的每一个的形状不限于附图中所示的示例。
此外，第一弹性构件761、第二弹性构件771和第三弹性构件5不限于弹簧，但至少是弹性体。此外，第一弹性构件761、第二弹性构件771和第三弹性构件5不限于弹簧，但至少是弹性体。
此外，第一弹性构件761、第二弹性构件771和第三弹性构件5不限于硅，而例如可以是金属、合金、导电树脂等。
此外，每个框形构件6不限于在针对第一基板1定义的厚度方向D1上的平面图中为全封闭的框架，而可以具有部分被切掉的框形状并且例如可以是C形或U形。此外，多个框形构件6不限于具有相同的形状，而可以具有不同的形状。
此外，与专利文献1中公开的角速度传感器类似，电容式传感器100可以包括多个配重构件4。
此外，电容式传感器100不限于角速度传感器，而例如可以是加速度传感器或被配置为检测角速度和加速度两者的传感器。此外，加速度传感器不限于具有两端支撑结构的加速度传感器，而可以是具有悬臂结构的加速度传感器。
(多个方面)
第一方面的电容式传感器(100)包括第一基板(1)、第二基板(2)、可移动构件(3)、至少一个支撑构件(7)和检测构件(9)。第二基板(2)在针对第一基板(1)定义的厚度方向(D1)上面对第一基板(1)。可移动构件(3)位于第一基板(1)和第二基板(2)之间，可移动构件(3)与第一基板(1)和第二基板(2)分开。至少一个支撑构件(7)位于第一基板(1)和第二基板(2)之间，至少一个支撑构件(7)支撑可移动构件(3)使得允许可移动构件(3)振动。检测构件(9)被配置为检测由可移动构件(3)的振动引起的静电电容的变化。至少一个支撑构件(7)包括第一锚构件(71)、第二锚构件(72)、第一连接构件(76)和第二连接构件(77)。第一锚构件(71)仅固定到第一基板(1)和第二基板(2)中的第一基板(1)。第二锚构件(72)在针对第一基板(1)定义的厚度方向(D1)上的平面图中与第一锚构件(71)分开定位，第二锚构件(72)固定到第一基板(1)和第二基板(2)。第一连接构件(76)与第一基板(1)和第二基板(2)分开，并且将第一锚构件(71)连接到可移动构件(3)。第二连接构件(77)将第一锚构件(71)连接到第二锚构件(72)。第一连接构件(76)包括可弹性变形的第一弹性构件(761)。第二连接构件(77)包括与第一基板(1)和第二基板(2)分开并且可弹性变形的至少一个第二弹性构件(771)。
第一方面的电容式传感器(100)具有改进的性能。
参考第一方面的第二方面的电容式传感器(100)还包括接合构件(27)。接合构件(27)位于第二基板(2)和第二锚构件(72)之间，并将第二基板(2)接合到第二锚构件(72)。
第二方面的电容式传感器(100)使可移动构件(3)和第二基板(2)之间的间隙长度能够基于接合构件(27)的厚度来确定。
在参考第二方面的第三方面的电容式传感器(100)中，接合构件(27)具有导电性。
第三方面的电容式传感器(100)使接合构件(27)能够用作布线的一部分。
参考第一方面至第三方面中任一方面的第四方面的电容式传感器(100)还包括绝缘构件(13)。绝缘构件(13)位于第一基板(1)和第二锚构件(72)之间。第一基板(1)是硅基板。第二锚构件(72)包括硅作为材料。
第四方面的电容式传感器(100)使第一基板(1)和第二锚构件(72)能够彼此电绝缘。
在参考第一方面至第四方面中任一方面的第五方面的电容式传感器(100)中，第一弹性构件(761)和至少一个第二弹性构件(771)具有导电性。
第五方面的电容式传感器(100)使第一弹性构件(761)和至少一个第二弹性构件(771)中的每一个能够用作布线。
在参考第五方面的第六方面的电容式传感器(100)中，第一锚构件(71)、第二锚构件(72)、第一连接构件(76)和第二连接构件(77)包括硅作为材料。
因此简化了第六方面的电容式传感器(100)的制造过程。
在参考第一方面至第六方面中任一方面的第七方面的电容式传感器(100)中，至少一个支撑构件(7)包括多个支撑构件(7)。多个支撑构件(7)被布置为相对于可移动构件(3)的中心具有旋转对称性。
第七方面的电容式传感器(100)能够抑制可移动构件(3)倾斜。
在参考第一方面至第七方面中任一方面的第八方面的电容式传感器(100)中，至少一个支撑构件(7)包括至少一个第二弹性构件(771)，该至少一个第二弹性构件(771)包括两个第二弹性构件(771)。两个第二弹性构件(771)关于沿着第一锚构件(71)和第二锚构件(72)彼此对齐所沿的方向的一条虚拟直线(VL1)线对称地布置。
第八方面的电容式传感器(100)能够进一步抑制可移动构件(3)倾斜。
参考第一方面至第八方面中任一方面的第九方面的电容式传感器(100)还包括驱动构件(8)。驱动构件(8)位于第一基板(1)和第二基板(2)之间，并且被配置为驱动可移动构件(3)。
在参考第九方面的第十方面的电容式传感器(100)中，可移动构件(3)包括配重构件(4)、框形构件(6)和第三弹性构件(5)。框形构件(6)位于第一基板(1)和第二基板(2)之间，在与针对第一基板(1)定义的厚度方向(D1)正交的规定方向上与配重构件(4)对齐，并且被配置为在规定方向上移位。第三弹性构件(5)位于第一基板(1)和第二基板(2)之间，将配重构件(4)连接到框形构件(6)，并且被配置为在与针对第一基板(1)定义的厚度方向(D1)和规定方向正交的方向上可弹性变形。驱动构件(8)包括第一驱动电极(81)和第二驱动电极(82)。第一驱动电极(81)位于框形构件(6)的外侧，与框形构件(6)分开，并且固定到第一基板(1)。第二驱动电极(82)包括电极部分(第二梳齿822)，该电极部分位于框形构件(6)的外侧并连接到框形构件(6)。第二驱动电极(82)面对第一驱动电极(81)，并且被配置为在规定方向上移位。检测构件(9)包括第一检测电极(91)和第二检测电极(92)。第一检测电极(91)位于框形构件(6)的内侧并固定到第一基板(1)。第二检测电极(92)包括电极部分(第二梳齿922)，该电极部分位于框形构件(6)的内侧并连接到框形构件(6)。第二检测电极(92)面对第一检测电极(91)，并且被配置为在规定方向上移位。在针对第一基板(1)定义的厚度方向(D1)上的平面图中，第一驱动电极(81)和第二驱动电极(82)的电极部分(第二梳齿822)在规定方向上位于框形构件(6)和配重构件(4)之间。
第十方面的电容式传感器(100)在小型化的同时具有提高的灵敏度。
根据第二方面至第十方面的配置不是电容式传感器(100)的必要配置，因此可以被相应地省略。
附图标记列表
1第一基板
11主表面
13绝缘构件
2第二基板
27接合构件
28接合构件
29 接合构件
3 可移动构件
4 配重构件
5 第三弹性构件
51 折叠部分
6 框形构件
65 突起
7 支撑构件
71 第一锚构件
72 第二锚构件
75 凹槽
76 第一连接构件
761 第一弹性构件
762 折叠部分
77 第二连接构件
771 第二弹性构件
772 折叠部分
8 驱动构件
81 第一驱动电极
811 第一梳状基座部分
812 第一梳齿
82 第二驱动电极
821 第二梳状基座部分
822 第二梳齿
9 检测构件
91 第一检测电极
911 第一梳状基座部分
912 第一梳齿
92 第二检测电极
921 基座
922 第二梳齿
100 电容式传感器
D1 厚度方向。

Claims (10)

1.一种电容式传感器，包括：
第一基板；
第二基板，在针对所述第一基板定义的厚度方向上面对所述第一基板；
可移动构件，位于所述第一基板和所述第二基板之间，所述可移动构件与所述第一基板和所述第二基板分开；
至少一个支撑构件，位于所述第一基板和所述第二基板之间，所述至少一个支撑构件支撑所述可移动构件，使得允许所述可移动构件振动；以及
检测构件，被配置为检测由所述可移动构件的振动引起的静电电容的变化，
所述至少一个支撑构件包括：
第一锚构件，仅固定到所述第一基板和所述第二基板中的所述第一基板，
第二锚构件，在针对所述第一基板定义的所述厚度方向上的平面图中与所述第一锚构件分开定位，所述第二锚构件固定到所述第一基板和所述第二基板，
第一连接构件，与所述第一基板和所述第二基板分开，所述第一连接构件将所述第一锚构件连接到所述可移动构件，以及
第二连接构件，将所述第一锚构件连接到所述第二锚构件，所述第一连接构件包括可弹性变形的第一弹性构件，
所述第二连接构件包括至少一个第二弹性构件，所述至少一个第二弹性构件与所述第一基板和所述第二基板分开并且可弹性变形。
2.根据权利要求1所述的电容式传感器，还包括位于所述第二基板和所述第二锚构件之间并将所述第二基板接合到所述第二锚构件的接合构件。
3.根据权利要求2所述的电容式传感器，其中
所述接合构件具有导电性。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电容式传感器，还包括位于所述第一基板和所述第二锚构件之间的绝缘构件，其中
所述第一基板是硅基板，并且
所述第二锚构件包括硅作为材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电容式传感器，其中
所述第一弹性构件和所述至少一个第二弹性构件具有导电性。
6.根据权利要求5所述的电容式传感器，其中
所述第一锚构件、所述第二锚构件、所述第一连接构件和所述第二连接构件包括硅作为材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电容式传感器，其中
所述至少一个支撑构件包括多个支撑构件，并且
所述多个支撑构件被布置为相对于所述可移动构件的中心具有旋转对称性。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电容式传感器，其中
所述至少一个支撑构件包括所述至少一个第二弹性构件，所述至少一个第二弹性构件包括两个第二弹性构件，并且
所述两个第二弹性构件关于沿着所述第一锚构件和所述第二锚构件彼此对齐所沿的方向的一条虚拟直线线对称地布置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电容式传感器，还包括驱动构件，所述驱动构件位于所述第一基板和所述第二基板之间并被配置为驱动所述可移动构件。
10.根据权利要求9所述的电容式传感器，其中
所述可移动构件包括：
配重构件，
框形构件，位于所述第一基板和所述第二基板之间，所述框形构件在与针对所述第一基板定义的所述厚度方向正交的规定方向上与所述配重构件对齐，所述框形构件被配置为在所述规定方向上移位，以及
第三弹性构件，位于所述第一基板和所述第二基板之间，所述第三弹性构件将所述配重构件连接到所述框形构件，所述第三弹性构件被配置为在与针对所述第一基板定义的所述厚度方向和所述规定方向正交的方向上可弹性变形，
所述驱动构件包括：
第一驱动电极，位于所述框形构件的外侧，所述第一驱动电极与所述框形构件分开，所述第一驱动电极固定到所述第一基板，以及
第二驱动电极，包括位于所述框形构件的外侧并连接到所述框形构件的电极部分，所述第二驱动电极面对所述第一驱动电极，所述第二驱动电极被配置为在所述规定方向上移位，
所述检测构件包括：
第一检测电极，位于所述框形构件的内侧并固定到所述第一基板，以及
第二检测电极，包括位于所述框形构件的内侧并连接到所述框形构件的电极部分，所述第二检测电极面对所述第一检测电极，所述第二检测电极被配置为在所述规定方向上移位，并且
在针对所述第一基板定义的所述厚度方向上的平面图中，所述第一驱动电极和所述第二驱动电极的所述电极部分在所述规定方向上位于所述框形构件和所述配重构件之间。
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