DE112014002528B4

DE112014002528B4 - Kapazitiver Sensor für eine physikalische Grösse

Info

Publication number: DE112014002528B4
Application number: DE112014002528.3T
Authority: DE
Inventors: Minekazu Sakai; Kiyomasa Sugimoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: US20160103149A1; DE112014002528T5; JP5900439B2; JP2015004658A; US10126323B2; WO2014188705A1

Abstract

Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe mit:einem ersten Substrat (14, 15), das eine Oberfläche (14a) aufweist;einer beweglichen Elektrode (24), die benachbart zur Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist und integriert mit einem Balkenteil (22) geformt ist, das in einer vorab festgelegten Richtung in einer Ebenenrichtung der Oberfläche des ersten Substrats durch Aufbringen einer physikalischen Größe verschiebbar ist;einer festen Elektrode (31, 41), die benachbart zur Oberfläche des ersten Substrats in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie der beweglichen Elektrode gegenüberliegt;einem zweiten Substrat (11, 201), das mit dem ersten Substrat verbunden ist;einer Signalanlegeeinheit (120, 130), die ein Diagnosesignal für die Selbstdiagnose anlegt, das die bewegliche Elektrode zur Zeit der Selbstdiagnose hin zu der und weg von der festen Elektrode verschiebt;einer C-V-Wandlungsschaltung (110), die eine Spannung abgibt, die zu einer Änderung einer Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode passt, wenn das Diagnosesignal an der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode anliegt; undeiner Hilfselektrode (71, 72), die von einem Abschnitt des zweiten Substrats gegenüber der beweglichen Elektrode bis zu einem Abschnitt des zweiten Substrats gegenüber einem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode angeordnet ist, wobeiwährend eines Normalbetriebs der kapazitive Sensor für eine physikalische Größe eine Spannung ausgibt, die zur Änderung der Kapazität zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode passt; unddie Signalanlegeeinheit während der Selbstdiagnose ein vorab festgelegtes Potenzial an die Hilfselektrode anlegt, um eine Dichte von elektrischen Kraftlinien, die zwischen der in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode angeordneten festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, höher als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die während des Normalbetriebs zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden,wobei eine Vielzahl der beweglichen Elektroden und eine Vielzahl der festen Elektroden abwechselnd angeordnet sind, undbei einer der beweglichen Elektroden und zwei der festen Elektroden, die über die eine bewegliche Elektrode zueinander benachbart sind, ein Abstand zwischen einer der festen Elektroden und der beweglichen Elektrode so eingestellt ist, dass er kleiner als ein Abstand zwischen der anderen festen Elektrode und der beweglichen Elektrode ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Hilfselektrode eine erste Hilfselektrode (71) umfasst, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wenn die bewegliche Elektrode in einer Richtung hin zu der vorab festgelegten Richtung verschoben wird, und eine zweite Hilfselektrode (72), die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wenn die bewegliche Elektrode in einer Richtung entgegen der einen Richtung verschoben wird, unddie Signalanlegeeinheit ein vorab festgelegtes Potenzial an die erste Hilfselektrode anlegt und ein Potenzial, das sich vom vorab festgelegten Potenzial unterscheidet, zur Zeit der Selbstdiagnose an die zweite Hilfselektrode anlegt, um eine Dichte von elektrischen Kraftlinien, die zwischen der festen Elektrode, die in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode angeordnet ist, und der beweglichen Elektrode erzeugt wird, höher als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die während des Normalbetriebs zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, und um die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, die in einer Richtung entgegen der Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode angeordnet sind, niedriger als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die während des Normalbetriebs zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen kapazitiven Sensor für eine physikalische Größe.
STAND DER TECHNIK
Als ein Beispiel des kapazitiven Sensors für eine physikalische Größe offenbart die JP 2000 - 81 449 A einen Beschleunigungssensor, der dazu fähig ist, eine Selbstdiagnose durchzuführen. Der Beschleunigungssensor umfasst eine bewegliche Elektrode, die integriert mit einem Balkenteil gebildet ist, das aufgrund der Wirkung einer Beschleunigung elastisch verschoben wird, und eine feste Elektrode, die so angeordnet ist, dass sie der beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Der Beschleunigungssensor umfasst auch ein Signalbereitstellungsteil, das der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode ein Diagnosesignal für die Selbstdiagnose bereitstellt, um eine elektrostatische Kraft zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode zu erzeugen, um die bewegliche Elektrode zur Zeit der Selbstdiagnose zu verschieben.
In dem vorstehend beschriebenen Beschleunigungssensor wird die Festigkeit des Balkenteils verbessert bzw. erhöht, falls eine starke Beschleunigung von ungefähr 200 bis 400 G erfasst wird, und das Balkenteil ist schwer zu verschieben. Aus diesem Grund ergibt sich beim Beschleunigungssensor, der die starke Beschleunigung erfasst, das Problem, dass die Größe der Verschiebung der beweglichen Elektrode zur Zeit der Selbstdiagnose bei einer Erhöhung der Festigkeit des Balkenteils verringert wird. In anderen Worten ergibt sich ein Problem, dass eine für die Selbstdiagnose benötigte Ausgabe schwer zu erhalten ist.
Im vorstehend beschriebenen Beispiel wird der Beschleunigungssensor zum Erfassen der Beschleunigung beschrieben. Selbst wenn die Festigkeit des Balkenteils in dem kapazitiven Sensor für eine physikalische Größe wie einem Winkelgeschwindigkeitssensor oder einem Drucksensor ansteigt, die jeweils die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode aufweisen, ist es schwierig, die bewegliche Elektrode zu verformen, und dasselbe Problem tritt auf.
Die JP 2012 - 242 201 A offenbart einen Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen kapazitiven Sensor für eine physikalische Größe zu schaffen, der dazu fähig ist, eine geeignete Selbstdiagnose unabhängig vom Erfassungsbereich durchzuführen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe ein erstes Substrat, eine bewegliche Elektrode, eine feste Elektrode, ein zweites Substrat, eine Signalanlegeeinheit, eine C-V-Wandlungsschaltung bzw. Kapazitäts-Spannungs-Wandlungsschaltung und eine Hilfselektrode. Die bewegliche Elektrode ist benachbart zu einer Oberfläche des ersten Substrats angeordnet und integriert mit einem Balkenteil gebildet, das in einer vorab festgelegten Richtung in einer Ebenenrichtung der Oberfläche durch Aufbringen einer physikalischen Größe verschiebbar ist. Die feste Elektrode ist benachbart zur Oberfläche des ersten Substrats in einem Zustand angeordnet, in dem sie der beweglichen Elektrode gegenüberliegt. Das zweite Substrat ist mit dem ersten Substrat verbunden. Die Signalanlegeeinheit legt ein Diagnosesignal für die Selbstdiagnose an, das die bewegliche Elektrode zur Zeit der Selbstdiagnose zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode bzw. relativ zur festen Elektrode verschiebt. Die C-V-Wandlungsschaltung gibt eine Spannung aus, die einer Änderung einer Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode entspricht, wenn das Diagnosesignal an die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode angelegt wird. Die Hilfselektrode ist von einem Abschnitt des zweiten Substrats, der der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, bis zu einem Abschnitt des zweiten Substrats angeordnet, der einem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode gegenüberliegt.
Während eines Normalbetriebs gibt der kapazitive Sensor für die physikalische Größe die zu der Änderung der Kapazität zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode gehörende Spannung aus. Während der Selbstdiagnose legt die Signalanlegeeinheit ein vorab festgelegtes Potenzial an die Hilfselektrode an, um die Dichte von elektrischen Kraftlinien, die zwischen der festen Elektrode, zu der hin sich die bewegliche Elektrode verschiebt, und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, höher als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode während des Normalbetriebs erzeugt werden.
In dem kapazitiven Sensor für eine physikalische Größe kann während der Selbstdiagnose eine elektrostatische Kraft steigen, die zwischen der festen Elektrode, zu der hin sich die bewegliche Elektrode verschiebt, und der beweglichen Elektrode erzeugt wird, und die Verschiebung der beweglichen Elektrode kann größer werden. Aus diesem Grund kann der kapazitive Sensor für die physikalische Größe die geeignete Selbstdiagnose durchführen.
Figurenliste
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren deutlicher, in denen:

1 eine Draufsicht eines Sensorteils eines Beschleunigungssensors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
2 eine Schnittansicht des Sensorteils entlang einer Linie II-II in 1 ist;
3 eine Schnittansicht des Sensorteils entlang einer Linie III-III in 1 ist;
4 eine Schnittansicht des Sensorteils entlang einer Linie IV-IV in 1 ist;
5 ein Schaubild ist, das einen Schaltungsaufbau eines Beschleunigungssensors veranschaulicht;
6 ein Zeitschaubild eines in 1 veranschaulichten Beschleunigungssensors ist;
7A eine schematische Ansicht ist, die elektrische Kraftlinien veranschaulicht, die in dem in 1 veranschaulichten Beschleunigungssensor zwischen einer beweglichen Elektrode und einer zweiten festen Elektrode erzeugt werden;
7B eine schematische Ansicht ist, die die elektrischen Kraftlinien veranschaulicht, die in dem Beschleunigungssensor ohne Hilfselektrode zwischen der beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode erzeugt werden;
8A eine Schnittansicht ist, die einen Teil eines Herstellvorgangs des in 1 veranschaulichten Sensorteils veranschaulicht;
8B eine Schnittansicht ist, die einen Teil des Herstellvorgangs des in 1 veranschaulichten Sensorteils veranschaulicht;
8C eine Schnittansicht ist, die einen Teil des Herstellvorgangs des in 1 veranschaulichten Sensorteils veranschaulicht;
8D eine Schnittansicht ist, die einen Teil des Herstellvorgangs des in 1 veranschaulichten Sensorteils veranschaulicht;
8E eine Schnittansicht ist, die einen Teil des Herstellvorgangs des in 1 veranschaulichten Sensorteils veranschaulicht;
8F eine Schnittansicht ist, die einen Teil des Herstellvorgangs des in 1 veranschaulichten Sensorteils veranschaulicht;
9 eine Draufsicht eines Sensorteils nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
10 eine Schnittansicht des Sensorteils entlang einer Linie X-X in 9 ist;
11 ein Zeitschaubild für einen in 9 veranschaulichten Beschleunigungssensors ist;
12A eine schematische Ansicht ist, die elektrische Kraftlinien veranschaulicht, die in dem in 9 veranschaulichten Beschleunigungssensor zwischen einer beweglichen Elektrode und einer ersten festen Elektrode erzeugt werden;
12B eine schematische Ansicht ist, die die elektrischen Kraftlinien veranschaulicht, die in dem in 9 veranschaulichten Beschleunigungssensor zwischen der beweglichen Elektrode und einer zweiten festen Elektrode erzeugt werden;
13 eine Draufsicht eines Sensorteils nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
14 eine Schnittansicht des Sensorteils und eines Kappenteils entlang einer Linie XIV-XIV in 13 ist;
15 eine Draufsicht eines Sensorteils nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
16 eine Schnittansicht des Sensorteils und eines Kappenteils entlang einer Linie XVI-XVI in 15 ist;
17 eine Schnittansicht eines Sensorteils und eines Kappenteils nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
18 eine Schnittansicht eines Sensorteils und eines Kappenteils nach einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
19 eine Draufsicht eines Sensorteils nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
20 eine Schnittansicht des Sensorteils und eines Kappenteils entlang einer Linie XX-XX in 19 ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In den nachstehenden jeweiligen Ausführungsformen erhalten Teile, die zueinander identisch oder äquivalent sind, dieselben Bezugszeichen in der Beschreibung.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In dieser Ausführungsform wird ein Beispiel eines kapazitiven Beschleunigungssensors mit einer Kapazitätsänderung passend zu einer Beschleunigung als ein kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe beschrieben.
Wie in 1 bis 4 veranschaulicht umfasst der Beschleunigungssensor ein Sensorteil 10 mit einem Substrat 15, in dem eine Halbleiterschicht 14 über einem Stützsubstrat 11 über erste und zweite Isolierschichten 12 und 13 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform entspricht die Halbleiterschicht 14 einem ersten Substrat und das Stützsubstrat 11 entspricht einem zweiten Substrat. Das Stützsubstrat 11 ist beispielsweise aus einem Siliziumsubstrat hergestellt, die ersten und zweiten Isolierschichten 12 und 13 sind aus SiO₂ oder SiN hergestellt, und die Halbleiterschicht 14 ist aus Polysilizium hergestellt.
In der Halbleiterschicht 14 sind ein bewegliches Teil 20 und erste und zweite festgelegte Abschnitte 30, 40 auf einer Seite benachbart zu einer Oberfläche 14a durch einen ersten Nutabschnitt 16 abgeteilt, und Verbindungsteile 51 bis 53 sind durch einen zweiten Nutabschnitt 17 abgeteilt. Ein Abschnitt der Halbleiterschicht 14, der nicht durch die ersten und zweiten Nutabschnitte 16 und 17 abgeteilt ist, bildet ein Randteil 60. Die eine Oberfläche 14a der Halbleiterschicht 14 bedeutet eine Oberfläche der Halbleiterschicht 14 gegenüber der zweiten Isolierschicht 13, und die eine Oberfläche 14a der Halbleiterschicht 14 entspricht einer Oberfläche des ersten Substrats.
Das bewegliche Teil 20 ist so aufgebaut, dass beide Enden eines rechteckigen Masse- bzw. Gewichtsteils 21 in einer Längsrichtung integriert mit Ankerteilen 23a und 23b über jeweilige Balkenteile 22 gekoppelt sind.
Die Ankerteile 23a und 23b sind am Stützsubstrat 11 über die ersten und zweiten Isolierschichten 12 und 13 innerhalb des ersten Nutabschnitts 16 gestützt. In der zweiten Isolierschicht 13 werden ein Abschnitt, der dem beweglichen Teil 20 gegenüberliegt, und Abschnitte entfernt, die später beschriebenen ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 gegenüberliegen, um eine Öffnung 18 zu definieren. Das bewegliche Teil 20 und die ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 befinden sich in einem Zustand, in dem sie gegenüber dem Stützsubstrat 11 leicht beweglich sind.
Jedes der Balkenteile 22 ist in einen rechteckigen Rahmen geformt, der zwei parallele Balken aufweist, die an beiden Enden der Balken miteinander gekoppelt sind, und weist eine Federfunktion auf, bei der das Balkenteil 22 in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung dieser beiden Balken verschoben ist. Genauer gesagt verschieben die Balkenteile 22 das Gewichtsteil 21 in der Längsrichtung, wenn eine Beschleunigung aufgenommen wird, die eine Komponente in einer Längsrichtung des Gewichtsteils 21 umfasst, und bringen das Gewichtsteil 21 passend zum Verlust bzw. Abklingen der Beschleunigung in einen Ausgangszustand zurück. Daher kann das Gewichtsteil 21, das mit dem Stützsubstrat 11 über derartige Balkenteile 22 gekoppelt ist, in einer Verschiebungsrichtung (Längsrichtung des Gewichtsteils 21) der Balkenteile 22 passend zum Aufbringen einer Beschleunigung verschoben werden.
Das bewegliche Teil 20 umfasst mehrere bewegliche Elektroden 24, die integriert in zueinander entgegen gesetzten Richtungen von beiden Seitenflächen des Gewichtsteils 21 in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Gewichtsteils 21 vorstehen. Mit Bezug auf 1 stehen die beweglichen Elektroden 24 von einer linken Seite und einer rechten Seite des Gewichtsteils 21 jeweils zu viert vor und liegen der Öffnung 18 gegenüber. Die entsprechenden beweglichen Elektroden 24 sind integriert mit dem Gewichtsteil 21 und den Balkenteilen 22 geformt und können in der Längsrichtung des Gewichtsteils 21 zusammen mit dem Gewichtsteil 21 mit der Verschiebung der Balkenteile 22 verschoben werden.
Das bewegliche Teil 20 ist mit einem Verbindungsteil 51 über eine Leitung 25 des beweglichen Teils verbunden. Genauer gesagt erstreckt sich die Leitung 25 des beweglichen Teils von einem Ort, der unmittelbar unterhalb des Ankerteils 23a angeordnet ist, zu einem Ort, der unmittelbar unterhalb des Verbindungsteils 51 in der ersten Isolierschicht 12 angeordnet ist, und ist in einer Draufsicht in einer rechteckigen Form gebildet. Das Ankerteil 23 (bewegliche Teil 20) und das Verbindungsteil 51 sind mit der Leitung 25 des beweglichen Teils durch ein Kontaktloch 13a verbunden, das in der zweiten Isolierschicht 13 definiert ist.
Die ersten und zweiten festgelegten Abschnitte 30 und 40 sind auf ersten und zweiten Verdrahtungsteilen 32 und 42 vorgesehen. In den ersten und zweiten Verdrahtungsteilen 32 und 42 werden die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 auf dem Stützsubstrat 11 durch die ersten und zweiten Isolierschichten 12 und 13 gestützt. Genauer gesagt liegen die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 an vorab festgelegten Erfassungsintervallen von Seitenflächen der jeweiligen beweglichen Elektroden 24 vor. Die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 werden durch die ersten und zweiten Verdrahtungsteile 32 und 42 kammförmig so gelagert, dass sie in kammförmige Spalten der beweglichen Elektroden 24 eingreifen und der Öffnung 18 gegenüberliegen. Genauer gesagt wird in einer beweglichen Elektrode 24 und zwei ersten festen Elektroden 31, die mit der beweglichen Elektrode 24 dazwischen zueinander benachbart sind, ein Abstand zwischen einer der ersten festen Elektroden 31 und der beweglichen Elektrode 24 so eingestellt, dass er kleiner als ein Abstand zwischen der anderen ersten festen Elektrode 31 und der beweglichen Elektrode 24 ist. In ähnlicher Weise wird bei einer beweglichen Elektrode 24 und zwei zweiten festen Elektroden 41, die zueinander mit der beweglichen Elektrode 24 dazwischen benachbart sind, ein Abstand zwischen einer der zweiten festen Elektroden 41 und der beweglichen Elektrode 24 so eingestellt, dass er kleiner als ein Abstand zwischen der anderen zweiten festen Elektrode 41 und der beweglichen Elektrode 24 ist. Die Seiten mit kürzeren Abständen der ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 zu den beweglichen Elektroden 24 in der Längsrichtung des Gewichtsteils 21 (senkrecht zu einer Papierebene in 1) sind einander entgegengesetzt.
Die ersten und zweiten festgelegten Abschnitte 30 und 40 sind so angeordnet, dass sie das Gewichtsteil 21 zwischen den ersten und zweiten festgelegten Abschnitten 30 und 40 aufnehmen. Mit Bezug auf 1 ist der erste festgelegte Abschnitt 30 vom beweglichen Teil 20 aus auf einer linken Seite der Papier- bzw. Zeichnungsfläche angeordnet, und der zweite festgelegte Abschnitt 40 ist vom beweglichen Teil 20 aus auf einer rechten Seite der Zeichnungsfläche angeordnet.
In einem Abschnitt der ersten Isolierschicht 12, von dem die zweite Isolierschicht 13 entfernt wurde, die sich in einem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode 24 befindet, sind erste Hilfselektroden 71 oder zweite Hilfselektroden 72 gebildet. In dieser Ausführungsform sind die ersten Hilfselektroden 71 gebildet, um dem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektroden 24 gegenüberzuliegen, die den ersten festen Elektroden 31 gegenüberliegen, und die zweiten Hilfselektroden 72 sind so gestaltet, dass sie dem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektroden 24 gegenüberliegen, die den zweiten festen Elektroden 41 gegenüberliegen.
Die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 sind auf der ersten Isolierschicht 12 gebildet und über erste und zweite Hilfselektrodenleitungen 71a und 72a mit Verbindungsteilen 52 und 53 verbunden. Genauer gesagt ist die erste Hilfselektrodenleitung 71a integriert mit der ersten Hilfselektrode 71 gebildet, geht durch einen Abschnitt, der dem zweiten Verdrahtungsteil 42 gegenüberliegt, und erstreckt sich unmittelbar unterhalb des Verbindungsteils 53. Die zweite Hilfselektrodenleitung 72a ist integriert mit der zweiten Hilfselektrode 72 geformt, geht durch einen Abschnitt, der dem ersten Verdrahtungsteil 32 gegenüberliegt, und erstreckt sich unmittelbar unterhalb des Verbindungsteils 52.
Die Verbindungsteile 52 und 53 sind mit den ersten und zweiten Hilfselektrodenleitungen 71a und 72a jeweils durch die in der zweiten Isolierschicht 13 definierten Kontaktlöcher 13a verbunden. In ähnlicher Weise sind die ersten und zweiten Verdrahtungsteile 32 und 42 mit den ersten und zweiten Hilfselektrodenleitungen 71a und 72a jeweils durch die Kontaktlöcher 13a verbunden, die in der zweiten Isolierschicht 13 definiert sind. In anderen Worten weisen in dieser Ausführungsform die ersten festen Elektroden 31 und die zweiten Hilfselektroden 72 dasselbe Potenzial auf, und die zweiten festen Elektroden 41 und die ersten Hilfselektroden 71 weisen dasselbe Potenzial auf.
Lötflächen bzw. Pads 81 bis 84 sind auf den Verbindungsteilen 51 bis 53 und dem Randteil 60 in der Halbleiterschicht 14 gebildet. Die Verbindungsteile 51 bis 53 und das Randteil 60 sind elektrisch mit einem Schaltungsteil 100 über die Pads 81 bis 84 mittels Drähten verbunden. Ein vorab festgelegtes Potenzial vom Schaltungsteil 100 wird an das Pad 84 angelegt, das auf dem Randteil 60 gebildet ist, um ein Potenzial des Randteils 60 festzulegen.
Wie vorstehend beschrieben werden die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 im Sensorteil 10 des vorstehend erläuterten Typs in einer Kammform gebildet, um so in kammartige Spalten der beweglichen Elektroden 24 einzugreifen. Wie durch Kondensatorsymbole in 1 veranschaulicht wird eine Kapazität CS1 zwischen jeder beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31 erzeugt, deren Abstand zur beweglichen Elektrode 24 kleiner ist, und eine Kapazität CS2 wird zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der zweiten festen Elektrode 41 erzeugt, deren Abstand zur beweglichen Elektrode 24 kleiner ist.
Nachstehend wird ein Schaltungsaufbau des Beschleunigungssensors mit Bezug auf 5 beschrieben. Wie in 5 veranschaulicht wird das Sensorteil 10 mit dem Schaltungsteil 100 verbunden, das eine C-V-Wandlungsschaltung (schaltbare Kondensatorschaltung) 110, eine Umschaltschaltung 120 und eine Steuer- bzw. Regelschaltung 130 aufweist. Die C-V-Wandlungsschaltung 110 wandelt die Kapazitäten CS1 und CS2 zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 in Spannungen um und gibt die Spannungen aus. Die C-V-Wandlungsschaltung 110 umfasst einen Operationsverstärker 111, einen Schalter 112 und einen Kondensator 113.
Genauer gesagt weist der Operationsverstärker 111 einen invertierenden Eingangsanschluss auf, der mit der beweglichen Elektrode 24 verbunden ist, und der Schalter 112 und der Kondensator 113 sind parallel zueinander zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss verbunden. Der Operationsverstärker 111 empfängt über die Umschaltschaltung 120 entweder eine Spannung (ein Potenzial) von Vcc/2 oder eine Spannung (ein Potenzial) von Vcc an einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss.
Die Umschaltschaltung 120 legt entweder eine Spannung von Vcc/2 oder eine Spannung von Vcc von jeweiligen nicht gezeigten Spannungsquellen an den nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 111 in der C-V-Wandlungsschaltung 110 an. Die Umschaltschaltung 120 umfasst einen Schalter 121 und einen Schalter 122. Entweder der Schalter 121 oder der Schalter 122 ist geschlossen, während der andere Schalter offen ist.
Die Steuerschaltung 130 legt einen Träger bzw. eine Trägerspannung P1, der bzw. die sich periodisch mit einer konstanten Amplitude V gegenüber der ersten festen Elektrode 31 ändert, und legt auch einen Träger P2, dessen Phase um 180° gegenüber dem Träger P1 verschoben ist und die dieselbe Amplitude V wie jene des Trägers P1 aufweist, an die zweite feste Elektrode 41 an. Die Steuerschaltung 130 gibt ein Steuersignal, das nicht gezeigt ist, zum Steuern des Öffnungs-/Schließvorgangs der vorstehenden Schalter 112, 121 und 122 an einem vorab festgelegten Zeitpunkt aus.
In dieser Ausführungsform wird die Signalanlegeeinheit durch die Umschaltschaltung 120 und die Steuerschaltung 130 aufgebaut.
Nachstehend wird der Betrieb des vorstehend erläuterten Beschleunigungssensors beschrieben. Zunächst wird der Betrieb der Beschleunigungssensors im Normalbetrieb beschrieben.
Wie in 6 veranschaulicht ist der Träger P1 (beispielsweise mit einer Frequenz von 100 kHz, einer Amplitude von 0 bis Vcc), der von der Steuerschaltung 130 abgegeben wird, ein Rechteckwellensignal mit einer konstanten Amplitude, in dem ein hoher Pegel und ein tiefer Pegel mit einer Periode ϕ1 als eine Periode (beispielsweise 10 µs) wechseln. Der Träger P2 ist ein Rechteckwellensignal mit einem Spannungspegel, der gegenüber dem des Trägers P1 invertiert ist.
Während des Normalbetriebs wird in der Umschaltschaltung 120 der Schalter 121 geschlossen und der Schalter 122 wird geöffnet, wenn die vorstehenden jeweiligen Träger P1 und P2 an die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 angelegt werden. In anderen Worten wird beim Anlegen der Spannung von Vcc/2 an den nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 111 eine konstante Spannung (Potenzial) von V/2cc bzw. Vcc/2 an die beweglichen Elektroden 24 angelegt. Wie bei den beweglichen Elektroden 24 legt die Steuerschaltung 130 die konstante Spannung (das Potenzial) von Vcc/2 an das Randteil 60 an.
Obwohl er während des Normalbetriebs nicht besonders beeinflusst wird, liegt der Träger P2 an der ersten Hilfselektrode 71 wie an den zweiten festen Elektroden 41 an, und der Träger P1 liegt an der zweiten Hilfselektrode 72 sowie an den ersten festen Elektroden 31 an.
Wenn in diesem Zustand keine Beschleunigung wirkt, betragen sowohl ein Potenzialunterschied zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten festen Elektroden 31 als auch ein Potenzialunterschied zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den zweiten festen Elektroden 41 Vcc/2. In anderen Worten gleicht eine elektrostatische Kraft zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten festen Elektroden 31 im Wesentlichen auch eine elektrostatische Kraft zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den zweiten festen Elektroden 41 aus.
Während des Normalbetriebs wird der Schalter 112 in der C-V-Wandlungsschaltung 110 mit einem Zeitverlauf geöffnet und geschlossen, der in 6 veranschaulicht ist. Wenn der Schalter 112 geschlossen ist (EIN in 6, Zeitabschnitt ϕ2), wird der Kondensator 113 zurückgesetzt. Wenn andererseits der Schalter 112 geöffnet ist (AUS in 6), wird eine Beschleunigung erfasst. In anderen Worten ist ein Zeitabschnitt im Zeitabschnitt ϕ1 mit Ausnahme des Zeitabschnitts ϕ2 ein Zeitabschnitt zum Erfassen der Beschleunigung. Im Erfassungszeitabschnitt wird eine Abgabespannung Vout von der C-V-Wandlungsschaltung 110 durch den folgenden mathematischen Ausdruck 1 wiedergegeben.
$Vout = (CS 1 - CS 2) \cdot Vx/Cf$
Vx ist eine Spannung zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41, und Cf ist eine Kapazität des Kondensators 113.
Wenn in diesem Zustand eine Beschleunigung wirkt, ändert sich eine Balance der Kapazitäten CS1 und CS2. Aus diesem Grund wird eine Spannung passend zu einem Kapazitätsunterschied (CS1 - CS2) an den Ausgang Vout als eine Spannung ausgegeben, die als eine Vorspannung auf der Grundlage des vorstehend erläuterten mathematischen Ausdrucks 1 hinzugefügt wird.
Als Nächstes wird der Betrieb des Beschleunigungssensors in der Selbstdiagnose beschrieben.
Während der Selbstdiagnose wie in 6 veranschaulicht sind die Träger P1 und P2, die Rechteckwellensignale mit der konstanten Amplitude V sind, über die Steuerschaltung 130 an den ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 angelegt. In ähnlicher Weise ist der Träger P2 an die erste Hilfselektrode 71 sowie die zweiten festen Elektroden 41 angelegt, und der Träger P1 ist an die zweite Hilfselektrode 72 sowie die ersten festen Elektroden 31 angelegt.
In einem Zeitabschnitt ϕ3 (beispielsweise 100 µs) sind der Träger P1 und der Träger P2 konstante Spannungssignale (beispielsweise der Träger P1 ist Vcc und der Träger P2 ist 0 V), deren Spannungspegel zueinander invertiert sind.
In dem Zeitabschnitt ϕ3 wird in der Umschaltschaltung 120 der Schalter 121 geöffnet, und der Schalter 122 wird geschlossen. Aus diesem Grund liegt eine Spannung (ein Potenzial) von Vcc am nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 111 an, und eine Spannung (ein Potenzial) von Vcc liegt an den beweglichen Elektroden 24 an.
Wenn die Spannung Vcc an den beweglichen Elektroden 24 anliegt, werden die elektrostatischen Kräfte während des Normalbetriebs aus dem Gleichgewicht gebracht, und die beweglichen Elektroden 24 werden zu einer aus den ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41, deren Potenzialunterschied zu den beweglichen Elektroden 24 größer ist, angezogen.
Beispielsweise liegt in dem in 6 veranschaulichten Zeitabschnitt von ϕ3 die Spannung (das Potenzial) Vcc an der ersten festen Elektrode 31 an, und die Spannung (das Potenzial) von 0 V liegt an der zweiten festen Elektrode 41 an. Aus diesem Grund wird das Balkenteil 22 so gebogen, dass die bewegliche Elektrode 24 zur zweiten festen Elektrode 41 angezogen wird, deren Potenzialunterschied größer ist, um dadurch gemeinsam mit dem Balkenteil 22 zur zweiten festen Elektrode 41 hin verschoben zu werden.
In diesem Fall bedeutet die zweite feste Elektrode 41 die zweite feste Elektrode 41, die mit der beweglichen Elektrode 24 die Kapazität CS2 bildet. In anderen Worten bedeutet die Tatsache, dass die bewegliche Elektrode 24 hin zur zweiten festen Elektrode 41 verschoben wird, dass die bewegliche Elektrode 24 aus einer Papierebene in 1 nach unten verschoben wird.
In dieser Situation liegt wie vorstehend beschrieben die Spannung (das Potenzial) von Vcc an der zweiten Hilfselektrode 72 wie an der ersten festen Elektrode 31 an. Aus diesem Grund werden wie in 7A veranschaulicht elektrische Kraftlinien erzeugt, die von der zweiten Hilfselektrode 72 hin zur zweiten festen Elektrode 41 gerichtet sind. Daher wird die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die von den beweglichen Elektroden 24 hin zu den zweiten festen Elektroden 41 benachbart zu der zweiten Hilfselektrode 72 gerichtet sind, im Vergleich zum Beschleunigungssensor (7B), der keine Hilfselektrode aufweist, durch die elektrischen Kraftlinien erhöht, die von der zweiten Hilfselektrode 72 hin zu den zweiten festen Elektroden 41 gerichtet sind. In anderen Worten wird die elektrostatische Kraft zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den zweiten festen Elektroden 41 größer, und die Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 wird größer.
In den 7A und 7B wird die Spannung (das Potenzial), das an die beweglichen Elektroden 24 angelegt wird, als (Vcc) angezeigt. Somit werden auch die Spannungen (Potenziale) angezeigt, die an die jeweiligen Elektroden angelegt werden. Der Potenzialunterschied zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den zweiten festen Elektroden 41 in diesem Zustand ist Vcc. Aus diesem Grund wird die Dichte der elektrischen Kraftlinien zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den zweiten festen Elektroden 41 im Vergleich zum Normalbetrieb höher, in dem der Potenzialunterschied zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den zweiten festen Elektroden 41 Vcc/2 ist.
Die beweglichen Elektroden 24 und die zweiten festen Elektroden 41 sind abwechselnd angeordnet. Obwohl dies nicht besonders gezeigt wird, werden aus diesem Grund auch die elektrischen Kraftlinien erzeugt, die von der beweglichen Elektrode 24 hin zu einer zweiten festen Elektrode 41 gerichtet sind, die auf einer gegenüberliegenden Seite zu einer anderen zweiten festen Elektrode 41 angeordnet ist, die mit der zwischengelagerten beweglichen Elektrode 24 die Kapazität CS2 erzeugt. Die Dichte der elektrischen Kraftlinien wird auch durch die elektrischen Kraftlinien erhöht, die von der zweiten Hilfselektrode 72 hin zur zweiten festen Elektrode 41 orientiert sind.
In einer beweglichen Elektrode 24 und zwei festen Elektroden 41, die über die bewegliche Elektrode 24 zueinander benachbart sind, wird jedoch ein Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den zweiten festen Elektroden 41, die die Kapazität CS2 bilden, so eingestellt, dass er kleiner als ein Abstand zwischen der beweglichen Elektrode 24 und den zweiten festen Elektroden 41 ist, die keine Kapazität CS2 bilden. In anderen Worten wird der Abstand zwischen den zweiten festen Elektroden 41, die in der Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und der beweglichen Elektrode 24 kürzer als der Abstand zwischen den zweiten festen Elektroden 41, die in der Richtung der Nichtverschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und den beweglichen Elektroden 24 eingestellt. Aus diesem Grund steigt die elektrostatische Kraft zwischen den zweiten festen Elektroden 41, die in der Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und der beweglichen Elektrode stark an, und die Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 ist eine große Verschiebung.
Der Zeitabschnitt ϕ3 ist ein Zeitabschnitt zum Verschieben der beweglichen Elektrode 24, und der Schalter 112 der C-V-Wandlungsschaltung 110 wird im Zeitabschnitt ϕ3 geschlossen. Daher wird der Kondensator 113 zurückgesetzt.
In einem Zeitabschnitt ϕ4 (beispielsweise 10 µs) wird dieselbe Signalwellenform wie jene im vorstehend erläuterten Zeitabschnitt ϕ1 an die beweglichen Elektroden 24 und an die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 angelegt. Als ein Ergebnis werden die Kapazitäten zwischen den beweglichen Elektroden 24, die unmittelbar zuvor im Zeitabschnitt ϕ3 verschoben wurden, und den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 erfasst.
In anderen Worten wird der Schalter 112 der C-V-Wandlungsschaltung 110 vom geschlossenen Zustand nach dem vorab festgelegten Zeitabschnitt (Zeitabschnitt ϕ2) geöffnet, und der Kondensator 113 wird in denselben Zustand wie den Zustand gebracht, in dem die Beschleunigung erfassbar ist. In der Umschaltschaltung 120 wird der Schalter 121 geschlossen, der Schalter 122 wird geöffnet und die konstante Spannung (das Potenzial) von Vcc/2 wird an die beweglichen Elektroden 24 angelegt.
Dann wird eine Ladung im Kondensator 113 der C-V-Wandlungsschaltung 110 passend zur Änderung der Kapazität erzeugt, weil die bewegliche Elektrode 24, die zur zweiten festen Elektrode 41 gezogen wird, im Zeitabschnitt ϕ4 in eine Ausgangsposition zurückkehrt. Aus diesem Grund können die Kapazitäten zwischen den im Zeitabschnitt ϕ3 verschobenen beweglichen Elektroden 24 und den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 erfasst werden.
Im vorstehend erläuterten Beispiel wirkt im Zeitabschnitt ϕ3 die Spannung (das Potenzial) von Vcc auf die ersten festen Elektroden 31 und die zweite Hilfselektrode 72, und die Spannung (das Potenzial) von 0 V wirkt auf die zweiten festen Elektroden 41 und die erste Hilfselektrode 71. Alternativ kann in dem Zeitabschnitt von ϕ3 die Spannung (das Potenzial) von 0 V auf die ersten festen Elektroden 21 und die zweite Hilfselektrode 72 wirken, und die Spannung (das Potenzial) von Vcc kann auf die zweiten festen Elektroden 41 und die erste Hilfselektrode 71 wirken. In diesem Fall wird die bewegliche Elektrode 24 hin zur ersten festen Elektrode 31 (der oberen Seite der Papierebene der 1) angezogen, deren Potenzialunterschied größer ist. In dieser Situation werden wie in 7A elektrische Kraftlinien erzeugt, die von der ersten Hilfselektrode 71 hin zur ersten festen Elektrode 31 orientiert sind, obwohl dies nicht gezeigt ist. Aus diesem Grund wird die Dichte der zur ersten Hilfselektrode 71 benachbarten elektrischen Kraftlinien aus den elektrischen Kraftlinien, die von den beweglichen Elektroden 24 hin zur ersten festen Elektrode 31 gerichtet sind, durch die elektrischen Kraftlinien erhöht, die von der ersten Hilfselektrode 71 hin zur ersten festen Elektrode 31 gerichtet sind.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Diagnosesignal für die Selbstdiagnose mit der Periode (ϕ3 + ϕ4) als eine Periode durch die Umschaltschaltung 120 und die Steuerschaltung 130 (Signalanlegeeinheit) an die beweglichen Elektroden 24, die ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71, 72 angelegt, um die Selbstdiagnose durchzuführen.
Nun wird ein Verfahren zum Herstellen des Sensorteils 10 kurz mit Bezug auf die 8A bis 8F beschrieben. 8A bis 8F sind Schnittansichten entlang einer Linie II-II in 1.
Zunächst wird wie in 8A veranschaulicht die erste Isolierschicht 12 auf dem Stützsubstrat 11 durch eine chemische Dampfabscheidung (chemical vapor deposition, CVD-Technik) erzeugt.
Dann wird durch eine CVD-Technik wie in 8 veranschaulicht eine Polysilizium- oder Metallschicht auf der ersten Isolierschicht 12 gebildet. Weiterhin werden die ersten und zweiten Hilfselektroden 71, 72 und die ersten und zweiten Hilfselektrodenleitungen 71a, 72a durch ein geeignetes Muster mit einer nicht gezeigten Maske gebildet, und die Leitung 25 des beweglichen Teils wird in einem anderen Querschnitt gebildet, der sich von 8B unterscheidet.
Danach wird die zweite Isolierschicht 13 wie in 8C veranschaulicht durch die CVD-Technik so gebildet, dass sie die Leitung 25 des beweglichen Teils, die ersten und zweiten Verdrahtungsteile 71, 72 und die ersten und zweiten Hilfselektrodenleitungen 71a, 72a abdeckt. Zudem werden in einem anderen Querschnitt, der sich von 8C unterscheidet, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, die Kontaktlöcher 13a in Teilen von Abschnitten der zweiten Isolierschicht 13 definiert, in denen das Ankerteil 23a, die ersten und zweiten Verdrahtungsteile 32, 42 und die Verbindungsteile 51 bis 53 geformt sind.
Anschließend wird die Halbleiterschicht 14 wie in 8D veranschaulicht auf der zweiten Isolierschicht 13 durch die CVD-Technik gebildet, um das Substrat 15 zu bilden. In dieser Situation wird die Halbleiterschicht 14 in einem anderen Querschnitt, der sich von 8D unterscheidet, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, in den Kontaktlöchern 13a eingebettet. Danach wird in einem anderen Querschnitt, der sich von 8D unterscheidet, wie in 4 veranschaulicht, Aluminium auf der Halbleiterschicht 14 abgeschieden und unter Verwendung einer Maske gemustert, wodurch als ein Ergebnis die Pads bzw. Kontaktflächen 81 bis 84 gebildet werden.
Dann wird der erste Nutabschnitt 16 wie in 8E veranschaulicht unter Verwendung einer nicht gezeigten Maske in der Halbleiterschicht 14 definiert, und das bewegliche Teil 20 und die ersten und zweiten festen Abschnitte 30, 40 werden unterteilt und geformt. In einem anderen Querschnitt, der sich von 8E unterscheidet, wird der zweite Nutabschnitt 17 in der Halbleiterschicht 14 definiert, und die Verbindungsteile 51 bis 53 werden unterteilt und geformt.
Danach werden mit der Entfernung von vorab festgelegten Bereichen der zweiten Isolierschicht 13 wie in 8F veranschaulicht das bewegliche Teil 20 und die ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 vom Stützsubstrat 11 (der ersten Isolierschicht 12) freigelegt (gelöst), und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 liegen frei. Mit dem vorstehend erläuterten Vorgang wird das Sensorteil 10 gebildet.
Wie vorstehend beschrieben werden in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 auf einem Abschnitt der ersten Isolierschicht 12 gebildet, der dem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt. Zur Zeit der Selbstdiagnose wird eine vorab festgelegte Spannung (ein Potenzial) an die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 angelegt, um dadurch eine Dichte von elektrischen Kraftlinien zu erhöhen, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 41, die in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und der beweglichen Elektrode 24 erzeugt werden. Das heißt, dass während der Selbstdiagnose eine elektrostatische Kraft steigen kann, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 und der beweglichen Elektrode 24 in einer Richtung erzeugt wird, in der sich die bewegliche Elektrode 24 verschiebt, und die Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 größer werden kann. Daher kann eine geeignete Selbstdiagnose durchgeführt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. In dieser Ausführungsform ist eine Form der ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 im Vergleich zur ersten Ausführungsform geändert. Die anderen Aufbauten sind identisch zu jenen der ersten Ausführungsform, und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
Wie in den 9 und 10 veranschaulicht sind erste und zweite Hilfselektroden 71 und 72 nach dieser Ausführungsform entlang einer Längsrichtung eines Gewichtsteils 21 (einer senkrechten Richtung auf einer Papierebene in 9) in einer Kammform abwechselnd angeordnet und jeweils in Viererreihen geformt.
Genauer gesagt sind drei der ersten Hilfselektroden 71, die benachbart zum Ankerteil 23a sind, jeweils so geformt, dass sie einem Raum zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten oder zweiten festen Elektrode 31, 41 gegenüberliegen, die der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt und näher beim Ankerteil 23b als die bewegliche Elektrode 24 angeordnet sind. Diese ersten Hilfselektroden 71 sind jeweils so geformt, dass sie auch einem Abschnitt der beweglichen Elektrode 24 auf einer Seite, die benachbart zum Ankerteil 23b ist, und einem Abschnitt der ersten oder zweiten festen Elektrode 31, 41 auf einer Seite gegenüberliegen, die näher beim Ankerteil 23a ist.
Eine der ersten Hilfselektroden 71, die am nächsten beim Ankerteil 23b angeordnet ist, ist so gebildet, dass sie einem Raum zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31 gegenüberliegt, die der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt und näher beim Ankerteil 23b als die bewegliche Elektrode 24 angeordnet ist. Die erste Hilfselektrode 71 ist so gebildet, dass sie einem Abschnitt der beweglichen Elektrode 24, die benachbart zum Ankerteil 23b ist, und einem Abschnitt der ersten festen Elektrode 31 gegenüberliegt, die benachbart zum Ankerteil 23a ist.
Drei der zweiten Hilfselektroden 72, die benachbart zum Ankerteil 23b sind, sind jeweils so geformt, dass sie einem Raum zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten oder zweiten festen Elektrode 31, 41 gegenüberliegen, die der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt und näher beim Ankerteil 23b als die zugehörige bewegliche Elektrode 24 angeordnet ist. Diese zweiten Hilfselektroden 72 sind jeweils so gebildet, dass sie auch einem Abschnitt der beweglichen Elektrode 24, die benachbart zum Ankerteil 23a ist, und einem Abschnitt der ersten oder zweiten festen Elektrode 31, 41 gegenüberliegen, der benachbart zum Ankerteil 23b ist.
Eine der zweiten Hilfselektroden 72, die am nächsten beim Ankerteil 23b angeordnet ist, ist so geformt, dass sie einem Raum zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der zweiten festen Elektrode 41 gegenüberliegt, die der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt und näher beim Ankerteil 23a als die bewegliche Elektrode 24 angeordnet ist. Die zweite Hilfselektrode 72 ist so geformt, dass sie einem Abschnitt der beweglichen Elektrode 24 auf einer Seite, die benachbart zum Ankerteil 23a ist, und einem Abschnitt der zweiten festen Elektrode 41 auf einer Seite gegenüberliegt, die benachbart zum Ankerteil 23b ist.
Wie in 11 veranschaulicht wird im Zeitabschnitt ϕ3 während der Selbstdiagnose (dem Zeitabschnitt, in dem die bewegliche Elektrode 24 verschoben wird) die Spannung (das Potenzial) Vcc an die ersten festen Elektroden 31 und die zweite Hilfselektrode 72 angelegt, und die Spannung (das Potenzial) 0 V wird an die zweiten festen Elektroden 41 und die erste Hilfselektrode 71 angelegt. Eine Spannung (ein Potenzial) von Vf, die größer als Vcc/2 und kleiner als Vcc ist, wird an die bewegliche Elektrode 24 über den Schalter 121 in 5 angelegt. In diesem Fall wird wie in der vorstehend erläuterten Weise die bewegliche Elektrode 24 hin zur Seite der zweiten festen Elektrode 41 (der unteren Seite auf einer Papierebene in 9) verschoben, deren Potenzialunterschied groß ist.
Die Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 in dem Zeitabschnitt ϕ3 während der Selbstdiagnose wird mit Bezug auf die 12A und 12B beschrieben. 12A veranschaulicht eine Beziehung zwischen einer beweglichen Elektrode 24 und zwei ersten festen Elektroden 31, die so angeordnet sind, dass die beweglichen Elektroden 24 zwischen ihnen liegen. In ähnlicher Weise veranschaulicht 12B eine Beziehung zwischen einer beweglichen Elektrode 24 und zwei zweiten festen Elektroden 41, die so angeordnet sind, dass die beweglichen Elektroden 24 zwischen ihnen liegen. In 12A wird die erste feste Elektrode 31, die zusammen mit den beweglichen Elektroden 24 in 12A die Kapazität CS1 bildet, als eine erste feste Elektrode 31a festgelegt, und eine andere erste feste Elektrode 31, die auf einer gegenüberliegenden Seite zur ersten festen Elektrode 31a angeordnet ist, wobei die beweglichen Elektroden 24 zwischen ihnen liegen, wird als eine erste feste Elektrode 31b festgelegt. In ähnlicher Weise wird in 12B die zweite feste Elektrode 41, die zusammen mit den beweglichen Elektroden 24 in 12B die Kapazität CS2 bildet, als eine zweite feste Elektrode 41a festgelegt, und eine andere zweite feste Elektrode 41, die auf einer gegenüberliegenden Seite zur zweiten festen Elektrode 41a angeordnet ist, wobei die beweglichen Elektroden 24 zwischen ihnen liegen, wird als eine zweite feste Elektrode 41b festgelegt. In den 12A und 12B wird die Spannung (das Potenzial), das an die beweglichen Elektroden 24 anzulegen ist, als (Vf) bezeichnet. Somit werden auch die Spannungen (Potenziale) angezeigt, die an die jeweiligen Elektroden anzulegen sind.
Wie in 12A veranschaulicht werden die elektrischen Kraftlinien erzeugt, die von den ersten festen Elektroden 31a und 31b hin zur beweglichen Elektrode 24 gerichtet sind, weil die Spannung (das Potenzial) von Vf an der beweglichen Elektrode 24 angelegt ist und die Spannung (das Potenzial) von Vcc an den ersten festen Elektroden 31a und 31b angelegt ist.
In dieser Situation wird die Spannung (das Potenzial) von 0 V an die erste Hilfselektrode 71 angelegt. Aus diesem Grund werden die elektrischen Kraftlinien, die von der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31a hin zur ersten Hilfselektrode 71 orientiert sind, benachbart zur ersten Hilfselektrode 71 zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31a erzeugt. In anderen Worten verringert sich die Dichte der elektrischen Kraftlinien zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31a im Vergleich zum herkömmlichen Beschleunigungssensor ohne Hilfselektrode.
Dagegen werden die elektrischen Kraftlinien erzeugt, die von der zweiten Hilfselektrode 72 zur beweglichen Elektrode 24 hin gerichtet sind, weil die Spannung (das Potenzial) Vcc an die zweite Hilfselektrode 72 angelegt wird. Aus diesem Grund erhöht sich die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die von der ersten festen Elektrode 31b hin zu den beweglichen Elektroden 24 gerichtet sind, durch die elektrischen Kraftlinien, die von der zweiten Hilfselektrode 72 zur beweglichen Elektrode 24 hin gerichtet sind, in der Nähe der zweiten Hilfselektrode 72 zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31b.
Wie in 12B veranschaulicht werden die elektrischen Kraftlinien erzeugt, die von der beweglichen Elektrode 24 hin zu den zweiten festen Elektroden 41a und 41b gerichtet sind, weil die Spannung (das Potenzial) Vf an der beweglichen Elektrode 24 anliegt und die Spannung (das Potenzial) von 0 V an den zweiten festen Elektroden 41a und 41b anliegt.
In dieser Situation werden die elektrischen Kraftlinien erzeugt, die von der zweiten Hilfselektrode 72 hin zur zweiten festen Elektrode 41a orientiert sind, weil die Spannung (das Potenzial) von Vcc an die zweite Hilfselektrode 72 angelegt ist. Aus diesem Grund erhöht sich die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die von den beweglichen Elektroden 24 hin zur zweiten festen Elektrode 42a gerichtet sind, durch die elektrischen Kraftlinien, die von der zweiten Hilfselektrode 72 hin zur zweiten festen Elektrode 41a gerichtet sind, die zur zweiten Hilfselektrode 72 zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der zweiten festen Elektrode 41a benachbart ist.
Dagegen wird die Spannung (das Potenzial) von 0 V an die erste Hilfselektrode 71 angelegt. Aus diesem Grund werden die elektrischen Kraftlinien, die von der beweglichen Elektrode 24 hin zur ersten Hilfselektrode 71 gerichtet sind, benachbart zur ersten Hilfselektrode 71 zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der zweiten festen Elektrode 41b erzeugt. In anderen Worten verringert sich die Dichte der elektrischen Kraftlinien zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der zweiten festen Elektrode 41b im Vergleich zum herkömmlichen Beschleunigungssensor ohne Hilfselektrode.
Ein Potenzialunterschied zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31a in diesem Zustand ist (Vcc-Vf). Weil jedoch die Spannung (das Potenzial) von 0 V an die erste Hilfselektrode 71 angelegt wird, wird die Dichte der elektrischen Kraftlinien zwischen den beweglichen Elektroden 24 und der ersten festen Elektrode 31a im Vergleich zum Normalbetrieb geringer. In ähnlicher Weise ist ein Potenzialunterschied zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31b (Vcc-Vf). Weil jedoch die Spannung (das Potenzial) von Vcc an der zweiten Hilfselektrode 72 angelegt ist, wird die Dichte der elektrischen Kraftlinien zwischen den beweglichen Elektroden 24 und der ersten festen Elektrode 31b im Vergleich zum Normalbetrieb höher.
Wie vorstehend beschrieben kann mit diesem Beschleunigungssensor die Dichte der elektrischen Kraftlinien erhöht werden, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31 b und 41a, die in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und den beweglichen Elektroden 24 erzeugt werden. Die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31b und 41b, die in einer Gegenrichtung zur Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 angeordnet sind, und den beweglichen Elektroden 24 erzeugt werden, kann verringert werden. In anderen Worten kann die elektrostatische Kraft zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten und zweiten festen Elektroden 31a, 41b verringert werden, während die elektrostatische Kraft zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten und zweiten festen Elektroden 31b, 41a steigt. Aus diesem Grund kann die Verschiebung der beweglichen Elektroden 24 weiter erhöht werden und eine geeignete Selbstdiagnose kann durchgeführt werden.
Im vorstehend erläuterten Beispiel wird die Spannung (das Potenzial) Vcc im Zeitabschnitt von ϕ3 an die ersten festen Elektroden 31 und die zweite Hilfselektrode 72 angelegt, und die Spannung (das Potenzial) 0 V wird an die zweiten festen Elektroden 41 und die erste Hilfselektrode 71 angelegt. Alternativ kann wie in der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform im Zeitabschnitt ϕ3 die Spannung (das Potenzial) von 0 V an die ersten festen Elektroden 31 und die zweite Hilfselektrode 72 angelegt werden, und die Spannung (das Potenzial) Vcc kann an die zweiten festen Elektroden 41 und die erste Hilfselektrode 71 angelegt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. In dieser Ausführungsform ist ein Kappenteil in der ersten Ausführungsform vorgesehen, und die anderen Aufbauten sind identisch zu jenen der ersten Ausführungsform und ihre Beschreibung wird weggelassen.
Wie in den 13 und 14 veranschaulicht ist in dieser Ausführungsform ein Kappenteil 200 im Sensorteil 10 vorgesehen, um das bewegliche Teil 20 und die ersten und zweiten festen Elektroden 30, 40 zu versiegeln.
Genauer gesagt weist das Kappenteil 200 ein laminiertes Substrat 201 wie ein Siliziumsubstrat auf, und ein konkaver Abschnitt 201a ist in einem Abschnitt, der den beweglichen Elektroden 24 und den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 gegenüberliegt, in dem laminierten Substrat 201 definiert. Eine Isolierschicht 202 ist auf der Gesamtfläche des laminierten Substrats 201 gebildet. Die Isolierschicht 202 ist auch auf einer Wandfläche des konkaven Abschnitts 201a gebildet.
Das Kappenteil 200 ist mit einem Verbindungsteil 60a im Randteil 60 des Sensorteils 10 durch ein Verbindungsbauteil 210 verbunden. Das Verbindungsbauteil 210 wird beispielsweise aus einer Oxidschicht, einem Glas niedriger Dielektrizität oder Metall geformt.
Nach dem vorstehend erläuterten Aufbau können dieselben Vorteile wie jene in der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform erhalten werden, während verhindert wird, dass Fremdmaterial an dem beweglichen Teil 20 und den ersten und zweiten festen Teilen 30, 40 anhaftet.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. In dieser Ausführungsform sind erste und zweite Hilfselektroden 71 und 72 in einem Kappenteil 200 der dritten Ausführungsform gebildet, wobei die anderen Aufbauten identisch zu jenen der dritten Ausführungsform sind und ihre Beschreibung daher weggelassen wird.
Wie in den 15 und 16 veranschaulicht sind in der Kappe 200 dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 auf einem Abschnitt der Isolierschicht 202 geformt, der dem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt.
In einem anderen Querschnitt, der sich von jenem in 15 unterscheidet, sind in dem Kappenteil 200 Durchgangselektrodenteile gebildet, die elektrisch mit den ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 verbunden sind. Wie vorstehend erläutert wird durch die Durchgangselektrodenteile dieselbe Spannung (dasselbe Potenzial) wie jene(s) für die zweiten festen Elektroden 41 an die erste Hilfselektrode 71 angelegt, und dieselbe Spannung (dasselbe Potenzial) wie jene(s) für die erste feste Elektrode 31 wird an die zweite Hilfselektrode 72 angelegt.
Zudem sind erste und zweite Drähte 32a und 42a für die festen Elektroden passend zu den vorstehend erläuterten ersten und zweiten Hilfselektrodenleitungen 71a und 72a auf der ersten Isolierschicht 12 gebildet. Die ersten und zweiten Verdrahtungsteile 32 und 42 sind jeweils durch die ersten und zweiten festen Drähte 32a und 42a für die festen Elektroden mit den Verbindungsteilen 52 und 53 verbunden.
In dieser Ausführungsform entspricht das Substrat 15 einem ersten Substrat, und das laminierte Substrat 201 entspricht einem zweiten Substrat.
Nach dem vorstehend erläuterten Aufbau kann man dieselben Vorteile wie jene der vorstehend erläuterten zweiten Ausführungsform erhalten, während die Dichte der elektrischen Kraftlinien ansteigt, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41, die in einer Richtung zum Verschieben der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und der zum Kappenteil 200 benachbarten beweglichen Elektrode 24 erzeugt werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. In dieser Ausführungsform ist der konvexe Abschnitt am laminierten Substrat 201 im Vergleich zur vierten Ausführungsform vorgesehen. Die anderen Aufbauten sind identisch zu jenen der vierten Ausführungsform, und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
Wie in 17 veranschaulicht wird in dieser Ausführungsform ein konvexer Abschnitt 201b in einem Abschnitt eines Bodens eines konkaven Abschnitts 201a eines laminierten Substrats 201 definiert, der dem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode 24 gegenüberliegt. Die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 sind an einer Spitzenendfläche des konvexen Abschnitts 201b in der Vorstehrichtung gebildet.
Nach dem vorstehend erläuterten Aufbau können Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den ersten und zweiten Hilfselektroden 71, 72 verkürzt werden. Aus diesem Grund kann man dieselben Vorteile wie jene in der vorstehend erläuterten vierten Ausführungsform erhalten, während die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41, die in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und der zum Kappenteil 200 benachbart angeordneten beweglichen Elektrode 24 erzeugt werden, weiter ansteigt.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist der konvexe Abschnitt 201b in dem laminierten Substrat 201 definiert. Beispielsweise kann in der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform die erste Isolierschicht 12 teilweise verdickt sein, um einen konvexen Abschnitt zu bilden, und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 können auf der Spitzenendfläche des konvexen Abschnitts in der Vorstehrichtung geformt sein. In der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform kann das Stützsubstrat 11 teilweise entfernt werden, um den konvexen Abschnitt zu bilden.
(Sechste Ausführungsform)
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. In dieser Ausführungsform werden erste und zweite Hilfselektroden 71 und 72 in einem Sensorteil 10 in der vierten Ausführungsform gebildet, die anderen Aufbauten sind identisch zu jenen der vierten Ausführungsform und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
Wie in 18 veranschaulicht werden die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 jeweils in einem Sensorteil 10 und einem Kappenteil 200 geformt. In dieser Ausführungsform entsprechen ein Stützsubstrat 11 und ein laminiertes Substrat 201 einem zweiten Substrat.
Nach dem vorstehend erläuterten Aufbau kann man dieselben Vorteile wie jene der vorstehend erläuterten vierten Ausführungsform erhalten, während die Dichten der elektrischen Kraftlinien ansteigen, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41, die in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode 24 angeordnet sind, und der zum Stützsubstrat 11 und zum Kappenteil 200 benachbarten beweglichen Elektrode 24 erzeugt werden.
(Siebte Ausführungsform)
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben. Diese Ausführungsform ändert die Aufbauten des Sensorteils 10 und des Kappenteils 200 in der vierten Ausführungsform, die anderen Aufbauten sind identisch zu jenen der vierten Ausführungsform und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
Wie in den 19 und 20 veranschaulicht sind in dieser Ausführungsform eine Isolierschicht 12 und eine Halbleiterschicht 14 auf einem Stützsubstrat 11 angeordnet, um ein Substrat 15 zu bilden. Eine Aussparung 19 ist in Abschnitten definiert, die zum Stützsubstrat 11 passen, und bewegliche Elektroden 24 und erste und zweite feste Elektroden 31 und 41 sind in der Isolierschicht 12 gebildet. Die Aussparung 19 verhindert, dass die beweglichen Elektroden 24 und die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 mit dem Stützsubstrat 11 in Kontakt kommen.
Das bewegliche Teil 20 ist so angeordnet, dass es die Aussparung 19 quert, und so aufgebaut, dass beide Enden eines Gewichtsteils 21 in einer Längsrichtung integriert mit einem Rahmenteil 26, das in einen rechteckigen Rahmen geformt ist, durch Balkenteile 22 gekoppelt sind. Wie beim ersten Verdrahtungsteil 32 in 19 wird das bewegliche Teil 20 am Stützsubstrat 11 über die Isolierschicht 12 in einem Ankerteil 23 gestützt, das im Wesentlichen in der Mitte des Gewichtsteils 21 angeordnet ist.
In dem Kappenteil 200 ist ein konkaver Abschnitt 201a in Abschnitten des laminierten Substrats 201, die den beweglichen Elektroden sowie den ersten und zweiten festen Elektroden 31, 41 gegenüberliegen, und Abschnitten definiert, die dem Ankerteil 23 gegenüberliegen, und die ersten und zweiten Verdrahtungsteile 32 und 42 sind nicht konkav geformt.
Eine Verbindungsleitung 211 ist auf einem Abschnitt gegenüber dem ersten Verdrahtungsteil 32 in der Isolierschicht 202 geformt. In einem anderen Querschnitt, der sich von 20 unterscheidet, sind die Verbindungsleitungen 211 auch auf Abschnitten geformt, die dem Ankerteil 23 und dem zweiten Verdrahtungsteil 42 gegenüberliegen. Die jeweiligen Verbindungsleitungen 211 sind mit dem Ankerteil 23 und den ersten und zweiten Verdrahtungsteilen 32, 42 verbunden.
Zudem wird eine Isolierschicht 203 auf einer Seite der Isolierschicht 202 gegenüber dem Sensorteil 10 geformt. Durchgangselektrodenteile 204, die elektrisch mit den ersten und zweiten Hilfselektroden 71, 72 verbunden sind, und die jeweiligen Verbindungsleitungen 211 sind in dem Kappenteil 200 geformt. Genauer gesagt weisen die Durchgangselektrodenteile 204 ein Durchgangsloch 204a auf, das durch die Isolierschicht 203, die Isolierschicht 202 und das laminierte Substrat 201 geht und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71, 72 oder die Verbindungsleitungen 211 erreicht. Eine Durchgangselektrode 204c wird in dem Durchgangsloch 204a durch eine Isolierschicht 204b eingebettet, und ein elektrisch mit der Durchgangselektrode 204c verbundenes Pad 204d ist auf der Isolierschicht 203 geformt.
Wie bei dem vorstehend erläuterten Aufbau wird dieselbe Spannung (dasselbe Potenzial) wie jene(s) der zweiten festen Elektroden 41 an die erste Hilfselektrode 71 angelegt, und dieselbe Spannung (dasselbe Potenzial) wie jene(s) der ersten festen Elektrode 31 wird an die zweite Hilfselektrode 72 angelegt.
Man erhält dieselben Vorteile wie in der vorstehend erläuterten vierten Ausführungsform, weil die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 selbst als der Beschleunigungssensor unter Verwendung des Sensorteils 10 und des Kappenteils 200 wie vorstehend beschrieben gebildet sind.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann sich geeignet im beanspruchten Bereich ändern.
Beispielsweise können in den jeweiligen vorstehend erläuterten Ausführungsformen die ersten und zweiten festen Elektroden 31 und 41 elektrisch von den ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 isoliert sein, und unabhängige Spannungen (Potenziale) können an den ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 angelegt sein. In diesem Fall kann ein vorab festgelegtes Potenzial an den ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 nur zur Zeit der Selbstdiagnose angelegt sein.
In den jeweiligen vorstehend erläuterten Ausführungsformen wird die Spannung (das Potenzial) von Vcc über den Schalter 122 angelegt. Die über den Schalter 122 angelegte Spannung (das Potenzial) kann geeignet geändert werden. In anderen Worten kann beispielsweise im Zeitabschnitt ϕ3 zur Zeit der Selbstdiagnose nach der ersten Ausführungsform wie bei der zweiten Ausführungsform die Spannung (das Potenzial) Vf an die beweglichen Elektroden 24 angelegt sein. In ähnlicher Weise kann im Zeitabschnitt ϕ3 zur Zeit der Selbstdiagnose nach der zweiten Ausführungsform die Spannung (das Potenzial) von Vcc an die beweglichen Elektroden 24 angelegt sein.
In den jeweiligen vorstehend erläuterten Ausführungsformen kann das Stützsubstrat 11 aus Glas hergestellt sein.
Zudem wurde in den jeweiligen vorstehend erläuterten Ausführungsformen beispielhaft der Beschleunigungssensor als der kapazitive Sensor für eine physikalische Größe verwendet. Die vorliegende Offenbarung kann für einen Winkelgeschwindigkeitssensor oder einen Drucksensor verwendet werden.
In den jeweiligen vorstehend erläuterten Ausführungsformen müssen die zweiten festen Elektroden 41 nicht vorgesehen sein. In anderen Worten kann ein Beschleunigungssensor verwendet werden, der Beschleunigung auf der Grundlage nur der Kapazität CS1 zwischen der beweglichen Elektrode 24 und der ersten festen Elektrode 31 erfasst.
Zudem können die jeweiligen vorstehend erläuterten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können die ersten und fünften Ausführungsformen mit den sechsten und siebten Ausführungsformen kombiniert werden, und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 können auf der Spitzenendfläche bzw. äußersten Endfläche des konvexen Abschnitts 201b in der Vorstehrichtung angeordnet sein. Zudem kann die sechste Ausführungsform mit der siebten Ausführungsform kombiniert werden, und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 können auf einem Boden der Aussparung 19 im Stützsubstrat 11 angeordnet sein. Zudem kann die zweite Ausführungsform mit den dritten bis siebten Ausführungsformen kombiniert werden, und die ersten und zweiten Hilfselektroden 71 und 72 können in eine Kammform geformt sein. Zudem können die jeweiligen Kombinationen der vorstehend erläuterten Ausführungsformen weiter miteinander kombiniert sein.

Claims

Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe mit: einem ersten Substrat (14, 15), das eine Oberfläche (14a) aufweist; einer beweglichen Elektrode (24), die benachbart zur Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist und integriert mit einem Balkenteil (22) geformt ist, das in einer vorab festgelegten Richtung in einer Ebenenrichtung der Oberfläche des ersten Substrats durch Aufbringen einer physikalischen Größe verschiebbar ist; einer festen Elektrode (31, 41), die benachbart zur Oberfläche des ersten Substrats in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie der beweglichen Elektrode gegenüberliegt; einem zweiten Substrat (11, 201), das mit dem ersten Substrat verbunden ist; einer Signalanlegeeinheit (120, 130), die ein Diagnosesignal für die Selbstdiagnose anlegt, das die bewegliche Elektrode zur Zeit der Selbstdiagnose hin zu der und weg von der festen Elektrode verschiebt; einer C-V-Wandlungsschaltung (110), die eine Spannung abgibt, die zu einer Änderung einer Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode passt, wenn das Diagnosesignal an der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode anliegt; und einer Hilfselektrode (71, 72), die von einem Abschnitt des zweiten Substrats gegenüber der beweglichen Elektrode bis zu einem Abschnitt des zweiten Substrats gegenüber einem verschiebbaren Bereich der beweglichen Elektrode angeordnet ist, wobei während eines Normalbetriebs der kapazitive Sensor für eine physikalische Größe eine Spannung ausgibt, die zur Änderung der Kapazität zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode passt; und die Signalanlegeeinheit während der Selbstdiagnose ein vorab festgelegtes Potenzial an die Hilfselektrode anlegt, um eine Dichte von elektrischen Kraftlinien, die zwischen der in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode angeordneten festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, höher als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die während des Normalbetriebs zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, wobei eine Vielzahl der beweglichen Elektroden und eine Vielzahl der festen Elektroden abwechselnd angeordnet sind, und bei einer der beweglichen Elektroden und zwei der festen Elektroden, die über die eine bewegliche Elektrode zueinander benachbart sind, ein Abstand zwischen einer der festen Elektroden und der beweglichen Elektrode so eingestellt ist, dass er kleiner als ein Abstand zwischen der anderen festen Elektrode und der beweglichen Elektrode ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektrode eine erste Hilfselektrode (71) umfasst, die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wenn die bewegliche Elektrode in einer Richtung hin zu der vorab festgelegten Richtung verschoben wird, und eine zweite Hilfselektrode (72), die der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wenn die bewegliche Elektrode in einer Richtung entgegen der einen Richtung verschoben wird, und die Signalanlegeeinheit ein vorab festgelegtes Potenzial an die erste Hilfselektrode anlegt und ein Potenzial, das sich vom vorab festgelegten Potenzial unterscheidet, zur Zeit der Selbstdiagnose an die zweite Hilfselektrode anlegt, um eine Dichte von elektrischen Kraftlinien, die zwischen der festen Elektrode, die in einer Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode angeordnet ist, und der beweglichen Elektrode erzeugt wird, höher als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die während des Normalbetriebs zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, und um die Dichte der elektrischen Kraftlinien, die zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden, die in einer Richtung entgegen der Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode angeordnet sind, niedriger als die Dichte von elektrischen Kraftlinien zu machen, die während des Normalbetriebs zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugt werden.
Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei das zweite Substrat (11) benachbart zu einer anderen Oberfläche des ersten Substrats (14) gegenüber der Oberfläche des ersten Substrats (14) angeordnet ist und das erste Substrat stützt.
Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei das erste Substrat (15) ein Substrat ist, in dem eine Isolierschicht (12, 13) und eine Halbleiterschicht (14) auf dem Stützsubstrat (11) in einer Reihenfolge angeordnet sind, und das zweite Substrat (201) benachbart zur Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist und die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode abdichtet.
Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe nach Anspruch 1, wobei das zweite Substrat eines von zwei zweiten Substraten ist, eines der zwei zweiten Substrate benachbart zur Fläche des ersten Substrats angeordnet ist und die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode versiegelt und das andere der zwei zweiten Substrate benachbart zu einer gegenüberliegenden Seite der Fläche des ersten Substrats angeordnet ist und das erste Substrat stützt, und die Hilfselektrode auf jedem der zwei zweiten Substrate angeordnet ist.
Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Substrat einen konvexen Abschnitt (201b) aufweist, der hin zur ersten Substrat vorsteht, und die Hilfselektrode auf einer Spitzenendfläche des konvexen Abschnitts in einer Vorstehrichtung angeordnet ist.
Kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Substrat ein bewegliches Teil (20) aufweist, das die bewegliche Elektrode umfasst, und erste und zweite feste Teile (30, 40), die jeweils die feste Elektrode umfassen, und die ersten und zweiten festen Teile an gegenüberliegenden Seiten des beweglichen Teils angeordnet sind.