JP2002365306A - Dynamic-response sensor - Google Patents

Dynamic-response sensor

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JP2002365306A
JP2002365306A JP2001171496A JP2001171496A JP2002365306A JP 2002365306 A JP2002365306 A JP 2002365306A JP 2001171496 A JP2001171496 A JP 2001171496A JP 2001171496 A JP2001171496 A JP 2001171496A JP 2002365306 A JP2002365306 A JP 2002365306A
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Japan
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sensor
sensor chip
movable electrode
electrode
detection
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JP2001171496A
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Japanese (ja)
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Mineichi Sakai
峰一 酒井
Tameji Ota
為治 太田
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Denso Corp
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Denso Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a sensor structure capable of improving the yield, while suppressing vibration in the direction different from the two axial directions, in a capacitive acceleration sensor having a movable electrode displacing depending on the application of acceleration and a fixed electrode facing the movable electrode having a detection space and capable of detecting the acceleration generated in the two axial directions. SOLUTION: A first and a second sensor chips 100 and 200, respectively, form comb like beam structural bodies having movable electrodes 120 and 220 and fixed electrodes 130, 140, 230 and 240 on a semiconductor substrate 10. Both sensor chips 100 and 200 are laminated on one circuit board 300, such that displacement direction X of the movable electrode 120 of the first sensor chip 100 is orthogonal to displacement direction Y of the movable electrode 220 of the second sensor chip 200.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、2軸方向に変位可
能な可動電極、該可動電極と検出間隔を有して対向する
固定電極を形成し、当該2つの軸方向へ発生する力学量
を両電極間の容量変化に基づいて検出可能な半導体力学
量センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a movable electrode which can be displaced in two axial directions, and a fixed electrode which is opposed to the movable electrode at a detection interval, and which is capable of detecting a dynamic quantity generated in the two axial directions. The present invention relates to a semiconductor physical quantity sensor capable of detecting a change based on a capacitance change between both electrodes.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、2つの軸方向の力学量を検出可能
な半導体力学量センサ(以下、2軸センサという)のニ
ーズが高まっている。例えば、自動車のエアバッグ制御
システムにおいては、前面衝突と側面衝突との2方向か
らの加速度(衝撃)を検出する必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing need for a semiconductor dynamic quantity sensor (hereinafter referred to as a biaxial sensor) capable of detecting dynamic quantities in two axial directions. For example, in an automobile airbag control system, it is necessary to detect accelerations (impacts) from two directions, a frontal collision and a side collision.

【0003】ここで、従来より、2軸センサとしては、
SOI基板等の半導体基板よりなる1つのチップ内に、
相異なる2つの軸に沿って変位可能な1つの質量部とし
ての可動電極を形成するタイプ(単マスタイプ)と、そ
れぞれ相異なる方向へ変位可能な可動電極(質量部)を
複数個形成するタイプ(複マスタイプ)とがある。例え
ば、前者としては特開平9−318649号公報、後者
としては特開平9−113534号公報に記載のものが
提案されている。
Here, conventionally, as a two-axis sensor,
In one chip composed of a semiconductor substrate such as an SOI substrate,
A type in which a movable electrode is formed as one mass part displaceable along two different axes (single mass type), and a type in which a plurality of movable electrodes (mass parts) are displaceable in different directions. (Multiple mass type). For example, the former is disclosed in JP-A-9-318649, and the latter is disclosed in JP-A-9-113534.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
単マスタイプの場合、比較的小さい面積とはできるもの
の、1つの可動電極が2軸方向に可能な形態となってい
るため、可動電極を支持する梁部のバネ定数のばらつき
の発生により、当該2軸方向の間の方向(斜め方向)へ
の振動、すなわち斜め振動が発生しやすい。
However, in the case of the former single-mass type, although the area can be relatively small, one movable electrode can be formed in a biaxial direction, so that the movable electrode is supported. Due to the variation in the spring constant of the beam portion, vibration in the direction (oblique direction) between the two axial directions, that is, oblique vibration is likely to occur.

【0005】一方、後者の複マスタイプの場合、それぞ
れの可動電極(質量部)は、1軸方向のみ変位可能であ
るため、上記した斜め振動は発生せず、検出精度を高く
することができる。しかし、単純には単マスタイプに比
べて、可動電極の個数分、大きくなるため、チップ面積
が大きくなった分、歩留まりが低下するという欠点があ
る。
On the other hand, in the case of the latter multi-mass type, since each movable electrode (mass portion) can be displaced only in one axial direction, the above-described oblique vibration does not occur, and the detection accuracy can be increased. . However, in comparison with a single-mass type, there is a drawback that the yield is reduced as the chip area is increased, because the size is increased by the number of movable electrodes.

【0006】そこで、本発明は上記問題に鑑み、2軸セ
ンサに用いた場合に、斜め方向への振動を抑えつつ、歩
留まりの向上が可能なセンサ構成を実現することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to realize a sensor configuration capable of improving the yield while suppressing vibration in an oblique direction when used in a two-axis sensor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、力学量検出用の第1の
センサチップ(100)および第2のセンサチップ(2
00)と、これら両センサチップからの信号を処理する
回路基板(300)とを備える力学量センサであって、
第1及び第2のセンサチップは、それぞれ、半導体基板
(10)に、力学量の印加に応じて所定方向(X、Y)
へ変位可能な可動電極(120、220)およびこの可
動電極との間に検出容量(CS1〜CS4)を形成する
固定電極(130、140、230、240)が形成さ
れたものであり、第1及び第2のセンサチップは、1個
の回路基板上に積層されており、第1のセンサチップの
可動電極の変位に伴う検出容量の変化、および第2のセ
ンサチップの可動電極の変位に伴う検出容量の変化に基
づいて印加力学量を検出するようになっていることを特
徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a first sensor chip (100) and a second sensor chip (2) for detecting a physical quantity are provided.
00) and a circuit board (300) for processing signals from both sensor chips,
The first and second sensor chips are respectively provided on the semiconductor substrate (10) in predetermined directions (X, Y) in accordance with the application of a physical quantity.
A movable electrode (120, 220) which is displaceable to the right and fixed electrodes (130, 140, 230, 240) forming detection capacitances (CS1 to CS4) between the movable electrode and the movable electrode. The second sensor chip and the second sensor chip are stacked on one circuit board, and change in detection capacitance due to displacement of the movable electrode of the first sensor chip and displacement of the movable electrode of the second sensor chip. It is characterized in that the applied dynamic quantity is detected based on a change in the detection capacity.

【0008】本発明によれば、半導体基板に可動電極及
び固定電極を形成してなる同じ様な構成の別々のセンサ
チップを、2個用いることにより、各々のチップサイズ
は単マスタイプのレベルにすることができるので、チッ
プサイズの増大に伴う歩留まりの低下が発生しない。
According to the present invention, by using two separate sensor chips having the same configuration in which a movable electrode and a fixed electrode are formed on a semiconductor substrate, each chip size can be reduced to a single-mass type level. Therefore, the yield does not decrease as the chip size increases.

【0009】また、本発明において、請求項2の発明の
ように、第1及び第2のセンサチップにおける可動電極
の変位方向が互いに異なる方向になるように配置し、2
軸方向の力学量を検出可能とした場合でも、各センサチ
ップは単マスタイプであり、各センサチップにおける可
動電極は1軸方向にのみ変位するものであるため、上記
した斜め振動は発生しない。
In the present invention, the movable electrodes of the first and second sensor chips are arranged so that the directions of displacement of the movable electrodes are different from each other.
Even when the mechanical quantity in the axial direction can be detected, each sensor chip is of a single mass type and the movable electrode in each sensor chip is displaced only in one axial direction, so that the above-described oblique vibration does not occur.

【0010】従って、本発明によれば、2軸センサに用
いた場合に、斜め方向への振動を抑えつつ、歩留まりの
向上が可能なセンサ構成を実現することができる。
Therefore, according to the present invention, when used in a two-axis sensor, it is possible to realize a sensor configuration capable of improving the yield while suppressing vibration in an oblique direction.

【0011】また、請求項3に記載の発明によれば、第
1のセンサチップ(100)及び第2のセンサチップ
(200)は、それぞれ、矩形板状をなすものであって
可動電極の変位方向がセンサチップの一辺に平行になっ
ているものであり、第1のセンサチップにおける可動電
極(120)の変位方向(X)に平行な一辺(101)
と第2のセンサチップにおける可動電極(220)の変
位方向(Y)に平行な一辺(201)とが、同一直線上
に位置していることを特徴とする。
According to the third aspect of the present invention, each of the first sensor chip (100) and the second sensor chip (200) has a rectangular plate shape and has a displacement of the movable electrode. The direction is parallel to one side of the sensor chip, and one side (101) parallel to the displacement direction (X) of the movable electrode (120) in the first sensor chip.
And a side (201) parallel to the displacement direction (Y) of the movable electrode (220) in the second sensor chip is located on the same straight line.

【0012】それによれば、請求項2に記載の力学量セ
ンサにおいて、第1及び第2のセンサチップにおける可
動電極の変位方向が互いに直交する方向になるように配
置することになるが、これら第1及び第2のセンサチッ
プの配置を行いやすくすることができる。
According to this, in the physical quantity sensor according to the second aspect, the displacement directions of the movable electrodes in the first and second sensor chips are arranged so as to be orthogonal to each other. The arrangement of the first and second sensor chips can be facilitated.

【0013】また、請求項4に記載の発明では、第1の
センサチップ(100)及び第2のセンサチップ(20
0)には、これら両センサチップを回路基板(300)
に配置する際の位置合わせ用のマーク(160、26
0)が形成されていることを特徴とする。
Further, according to the invention described in claim 4, the first sensor chip (100) and the second sensor chip (20)
0), these two sensor chips are connected to the circuit board (300).
Marks (160, 26)
0) is formed.

【0014】それによれば、両センサチップを1つの回
路基板に配置する際の位置合わせを、容易に行うことが
できる。
According to this, it is possible to easily perform positioning when both sensor chips are arranged on one circuit board.

【0015】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
Note that the reference numerals in parentheses of the above means are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は、力学量センサとし
て、差動容量式の半導体加速度センサについて本発明を
適用したものである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the present invention is applied to a differential capacitance type semiconductor acceleration sensor as a physical quantity sensor.

【0017】図1に半導体加速度センサ(以下、単にセ
ンサという)S1の平面構成を示し、図2に図1中のA
−A線に沿った模式的な断面構造を示す。このセンサS
1は、例えば、エアバッグ、ABS、VSC等の作動制
御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサ
等に適用できる。
FIG. 1 shows a plan configuration of a semiconductor acceleration sensor (hereinafter, simply referred to as a sensor) S1, and FIG.
4 shows a schematic cross-sectional structure along the line A. This sensor S
1 can be applied to, for example, an automobile acceleration sensor or a gyro sensor for controlling the operation of an airbag, ABS, VSC, or the like.

【0018】センサS1は、力学量検出用の第1のセン
サチップ100および第2のセンサチップ200と、こ
れら両センサチップ100、200からの信号を処理す
る1個の回路基板300とを備える。
The sensor S1 includes a first sensor chip 100 and a second sensor chip 200 for detecting a physical quantity, and one circuit board 300 for processing signals from both sensor chips 100 and 200.

【0019】第1及び第2のセンサチップ100、20
0は、それぞれ、半導体基板10(図2参照)に、加速
度(力学量)の印加に応じて半導体基板10と平行な面
内にて所定方向X、Yへ変位可能な可動電極120、2
20およびこの可動電極120、220との間に検出容
量CS1〜CS4を形成する固定電極130、140、
230、240が形成されたものである。
First and second sensor chips 100 and 20
0 denotes movable electrodes 120, 2 which can be displaced in predetermined directions X and Y in a plane parallel to the semiconductor substrate 10 in response to application of acceleration (mechanical quantity) to the semiconductor substrate 10 (see FIG. 2).
20 and fixed electrodes 130, 140 forming detection capacitors CS1 to CS4 between the movable electrodes 120, 220;
230 and 240 are formed.

【0020】そして、本例では、第1のセンサチップ1
00における可動電極120の変位方向Xと第2のセン
サチップ200における可動電極220の変位方向Yと
が、互いに直交する方向になるように、両センサチップ
100、200を配置し、これら2軸方向X、Yの力学
量を検出可能としたものであり、両センサチップ10
0、200の形状は同一である。
In this embodiment, the first sensor chip 1
The two sensor chips 100 and 200 are arranged so that the displacement direction X of the movable electrode 120 at 00 and the displacement direction Y of the movable electrode 220 at the second sensor chip 200 are orthogonal to each other. The X and Y mechanical quantities can be detected.
The shapes of 0 and 200 are the same.

【0021】これら第1及び第2のセンサチップ10
0、200は、ともに半導体基板10に周知のマイクロ
マシン加工を施すことにより形成されたものである。本
例では、両センサチップ100、200を構成する半導
体基板は、図2に示す様に、第1の半導体層としての第
1シリコン基板11と第2の半導体層としての第2シリ
コン基板12との間に、絶縁層としての酸化膜13を有
する矩形状のSOI基板10である。
The first and second sensor chips 10
0 and 200 are both formed by subjecting the semiconductor substrate 10 to a known micromachining process. In this example, as shown in FIG. 2, the semiconductor substrates constituting both sensor chips 100 and 200 include a first silicon substrate 11 as a first semiconductor layer and a second silicon substrate 12 as a second semiconductor layer. A rectangular SOI substrate 10 having an oxide film 13 as an insulating layer between them.

【0022】両センサチップ100、200の構成につ
いて説明する。第2シリコン基板12には、溝を形成す
ることにより、可動電極120、220及び固定電極1
30、140、230、240よりなる櫛歯形状を有す
る梁構造体が形成されている。また、酸化膜13及び第
1シリコン基板11のうち上記梁構造体の形成領域に対
応した部位は、シリコンの異方性エッチングやドライエ
ッチング等により矩形状に除去されて開口部13aを形
成している。
The structure of both sensor chips 100 and 200 will be described. By forming a groove in the second silicon substrate 12, the movable electrodes 120 and 220 and the fixed electrode 1 are formed.
A beam structure having a comb tooth shape including 30, 140, 230, and 240 is formed. A portion of the oxide film 13 and the first silicon substrate 11 corresponding to the region where the beam structure is formed is removed in a rectangular shape by anisotropic etching or dry etching of silicon to form an opening 13a. I have.

【0023】開口部13a上を横断するように配置され
た可動電極120、220は、錘部121、221とこ
の錘部121、221の両端をアンカー部123a、1
23b、223a、223bに一体に連結する梁部12
2、222とを有している。アンカー部は、酸化膜13
における開口部13aの開口縁部に固定され、第1シリ
コン基板11上に支持されている。これにより、可動電
極120、220(錘部及び梁部)は、開口部13aに
臨んだ状態となっている。
The movable electrodes 120 and 220 arranged so as to cross over the opening 13a have weights 121 and 221 and both ends of the weights 121 and 221 are anchored 123a and 1b.
23b, 223a, beam portion 12 integrally connected to 223b
2, 222. The anchor portion is made of an oxide film 13
And is supported on the first silicon substrate 11. As a result, the movable electrodes 120 and 220 (weight and beam) face the opening 13a.

【0024】また、梁部122、222は、2本の梁が
その両端で連結された矩形枠状をなしており、梁の長手
方向と直交する方向に変位するバネ機能を有する。具体
的には、第1のセンサチップ100における梁部122
は、図1中のX方向の成分を含む加速度を受けたときに
錘部121を当該X方向(第1の方向)へ変位させると
ともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるよ
うになっている。
Each of the beams 122 and 222 has a rectangular frame shape in which two beams are connected at both ends thereof, and has a spring function of being displaced in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the beams. Specifically, the beam part 122 in the first sensor chip 100
Is such that when an acceleration including a component in the X direction in FIG. 1 is received, the weight portion 121 is displaced in the X direction (first direction) and restored to the original state in accordance with the disappearance of the acceleration. Has become.

【0025】一方、第2のセンサチップ200における
梁部222は、図1中のX方向と直交するY方向の成分
を含む加速度を受けたときに錘部121を当該Y方向
(第2の方向)へ変位させるとともに、加速度の消失に
応じて元の状態に復元させるようになっている。
On the other hand, when the beam portion 222 of the second sensor chip 200 receives an acceleration including a component in a Y direction orthogonal to the X direction in FIG. ), And restores the original state in response to the disappearance of the acceleration.

【0026】よって、第1のセンサチップ100におけ
る可動電極120は、加速度の印加に応じて、開口部1
3a上にて梁部122の変位方向(X方向)へ変位可能
となっており、第2のセンサチップ200における可動
電極220は、加速度の印加に応じて、開口部13a上
にて梁部222の変位方向(Y方向)へ変位可能となっ
ている。
Therefore, the movable electrode 120 of the first sensor chip 100 is moved to the opening 1 by the application of acceleration.
3a, the movable electrode 220 in the second sensor chip 200 can be displaced in the displacement direction (X direction) of the beam portion 122. (Y direction).

【0027】そして、本実施形態では、第1のセンサチ
ップ100及び第2のセンサチップ200のそれぞれに
おいて、可動電極120、220の変位方向X、Yがセ
ンサチップ100、200の一辺に平行になっている。
In this embodiment, in the first sensor chip 100 and the second sensor chip 200, the displacement directions X and Y of the movable electrodes 120 and 220 are parallel to one side of the sensor chips 100 and 200. ing.

【0028】また、可動電極120、220は、梁部1
22、222の変位方向と直交した方向にて、錘部12
1、221の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出
形成された複数個の突出電極124、224を備えてい
る。本例では、突出電極124、224は、錘部12
1、221の左側及び右側に各々3個ずつ突出して形成
され、各突出電極124、224は断面矩形の梁状に形
成されて、開口部13aに臨んだ状態となっている。
The movable electrodes 120 and 220 are connected to the beam 1
22 and 222 in a direction perpendicular to the displacement direction.
1, 221 are provided with a plurality of protruding electrodes 124, 224 integrally protruding in opposite directions from each other. In this example, the protruding electrodes 124 and 224 are
Each of the projecting electrodes 124 and 224 is formed in the shape of a beam having a rectangular cross section and faces the opening 13a.

【0029】このように、各突出電極124、224
は、可動電極120、220の一部として梁部122、
222及び錘部121、221と一体的に形成され、梁
部122、222及び錘部121、221とともに梁部
121、221の変位方向へ変位可能となっている。
As described above, each protruding electrode 124, 224
Is a beam part 122 as a part of the movable electrodes 120 and 220,
It is integrally formed with 222 and weight parts 121 and 221, and can be displaced in the displacement direction of beams 121 and 221 together with beam parts 122 and 222 and weight parts 121 and 221.

【0030】固定電極130、140、230、240
は、酸化膜13における開口部13aの開口縁部におけ
る対向辺部のうち、アンカー部123a、123b、2
23a、223bが支持されていないもう1組の対向辺
部に支持されている。
Fixed electrodes 130, 140, 230, 240
Are the anchor portions 123a, 123b, and 2 of the opposing sides of the opening edge of the opening 13a in the oxide film 13.
23a and 223b are supported on another pair of unsupported sides.

【0031】ここで、各センサチップ100、200に
おいて、固定電極130、140、230、240は、
錘部121、221を挟んで2個設けられており、錘部
121、221の一側に位置する第1の固定電極13
0、230と、錘部121、221の他側に位置する第
2の固定電極140、240とより成り、第1の固定電
極130、230と第2の固定電極140、240とは
互いに電気的に独立している。
Here, in each of the sensor chips 100 and 200, the fixed electrodes 130, 140, 230 and 240 are
The first fixed electrode 13 is provided two with the weights 121 and 221 interposed therebetween and located on one side of the weights 121 and 221.
0, 230, and second fixed electrodes 140, 240 located on the other side of the weight portions 121, 221. The first fixed electrodes 130, 230 and the second fixed electrodes 140, 240 are electrically connected to each other. Independent.

【0032】各固定電極130、140、230、24
0は、酸化膜13における開口部13aの開口縁部に固
定されて第1シリコン基板11に支持された配線部13
1、141、231、241と、可動電極120、22
0の突出電極124、224の側面と所定の検出間隔を
存して平行した状態で対向配置された複数個(図示例で
は3個ずつ)の突出電極132、142、232、24
2とを有した構成となっている。
Each of the fixed electrodes 130, 140, 230, 24
0 denotes a wiring portion 13 fixed to the opening edge of the opening 13 a in the oxide film 13 and supported by the first silicon substrate 11.
1, 141, 231, 241 and movable electrodes 120, 22
A plurality (three in the illustrated example) of the protruding electrodes 132, 142, 232, and 24 are disposed to face each other in a state of being parallel to the side surfaces of the zero protruding electrodes 124 and 224 at a predetermined detection interval.
2 is provided.

【0033】各固定電極の突出電極132、142、2
32、242は断面矩形の梁状に形成されて、各配線部
131、141、231、241に片持ち状に支持され
た状態となっており、開口部13aに臨んだ状態となっ
ている。
The protruding electrodes 132, 142, 2 of each fixed electrode
32, 242 are formed in a beam shape having a rectangular cross section, are in a state of being cantileverly supported by the wiring portions 131, 141, 231, 241 and face the opening 13a.

【0034】そして、図1中にコンデンサ記号で示す様
に、第1のセンサチップ100においては、第1の固定
電極130の突出電極132と可動電極120の突出電
極124との検出間隔に検出容量CS1、第2の固定電
極140の突出電極142と可動電極120の突出電極
124との検出間隔に検出容量CS2が形成されてい
る。
As shown by the capacitor symbol in FIG. 1, in the first sensor chip 100, the detection capacitance is set at the detection interval between the protruding electrode 132 of the first fixed electrode 130 and the protruding electrode 124 of the movable electrode 120. CS1, a detection capacitor CS2 is formed at a detection interval between the protruding electrode 142 of the second fixed electrode 140 and the protruding electrode 124 of the movable electrode 120.

【0035】一方、第2のセンサチップ200において
は、第1の固定電極230の突出電極232と可動電極
220の突出電極224との検出間隔に検出容量CS
3、第2の固定電極240の突出電極242と可動電極
220の突出電極224との検出間隔に検出容量CS2
が形成されている。
On the other hand, in the second sensor chip 200, the detection capacitance CS is set at the detection interval between the protruding electrode 232 of the first fixed electrode 230 and the protruding electrode 224 of the movable electrode 220.
3. The detection capacitance CS2 is set at the detection interval between the protruding electrode 242 of the second fixed electrode 240 and the protruding electrode 224 of the movable electrode 220.
Are formed.

【0036】また、各固定電極の各配線部131、14
1、231、241上の所定位置には、それぞれワイヤ
ボンディング用の固定電極パッド131a、141a、
231a、241aが形成されている。
Further, each wiring portion 131, 14 of each fixed electrode
1, 231 and 241, fixed electrode pads 131a and 141a for wire bonding are respectively provided.
231a and 241a are formed.

【0037】また、各センサチップ100、200にお
いて、一方のアンカー部123b、223bと一体に連
結された状態で、可動電極用配線部125、225が形
成されており、この配線部125、225上の所定位置
には、ワイヤボンディング用の可動電極パッド125
a、225aが形成されている。上記の各電極パッド1
31a、141a、231a、241a、125a、2
25aは、例えばアルミニウムにより形成されている。
In each of the sensor chips 100 and 200, wiring sections 125 and 225 for movable electrodes are formed in a state of being integrally connected to one of the anchor sections 123b and 223b. The movable electrode pad 125 for wire bonding is
a, 225a are formed. Each of the above electrode pads 1
31a, 141a, 231a, 241a, 125a, 2
25a is formed of, for example, aluminum.

【0038】更に、錘部121、221には、開口部1
3a側から反対側に貫通する矩形状の貫通孔50が複数
形成されており、これら貫通孔50により、矩形枠状部
を複数組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形成されて
いる。これにより、可動電極120、220の軽量化、
捩じり強度の向上がなされている。
Further, the weights 121 and 221 are provided with the opening 1.
A plurality of rectangular through-holes 50 penetrating from the 3a side to the opposite side are formed, and these through-holes 50 form a so-called ramen structure in which a plurality of rectangular frame portions are combined. Thereby, the weight of the movable electrodes 120 and 220 is reduced,
The torsional strength has been improved.

【0039】また、図2に示す様に、各センサチップ1
00、200は、第1シリコン基板11の裏面(酸化膜
13とは反対側の面)側において接着剤310を介して
1個の回路基板300に接着固定されている。回路基板
300には、後述する両センサチップ100、200か
らの信号を処理するための検出回路400(図3参照)
が設けられている。
Further, as shown in FIG.
Reference numerals 00 and 200 are bonded and fixed to one circuit board 300 via an adhesive 310 on the back surface (the surface opposite to the oxide film 13) of the first silicon substrate 11. A detection circuit 400 (see FIG. 3) for processing signals from both sensor chips 100 and 200 described below is provided on the circuit board 300.
Is provided.

【0040】そして、この回路基板300のアルミニウ
ム等よりなるパッド320と、上記の各電極パッド13
1a、141a、231a、241a、125a、22
5aとは、金もしくはアルミニウムのワイヤボンディン
グ等により形成されたワイヤW1、W2、W3、W4、
W5、W6により電気的に接続されている。
Then, the pad 320 made of aluminum or the like of the circuit board 300 and each of the electrode pads 13
1a, 141a, 231a, 241a, 125a, 22
5a is a wire W1, W2, W3, W4 formed by gold or aluminum wire bonding or the like.
They are electrically connected by W5 and W6.

【0041】このような各センサチップ100、200
は、周知の半導体製造技術を用いることにより、製造す
ることができるが、その製造方法の一例について概略を
述べておく。まず、SOI基板10を用意し、第2シリ
コン基板12上の全面にアルミニウムを蒸着する。その
後、そのアルミニウム膜をフォトリソグラフィ技術及び
エッチング技術を利用してパターニングすることによ
り、上記各電極パッド部を形成する。
Each of such sensor chips 100 and 200
Can be manufactured by using a well-known semiconductor manufacturing technique. An example of the manufacturing method will be briefly described. First, an SOI substrate 10 is prepared, and aluminum is deposited on the entire surface of the second silicon substrate 12. Thereafter, the above-mentioned electrode pads are formed by patterning the aluminum film using photolithography and etching.

【0042】この状態から、第1シリコン基板11の表
面側に、例えばプラズマCVD法によって堆積したシリ
コン窒化膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技
術を利用してパターニングする。それにより、開口部1
3aをエッチングによって形成する際のマスク(開口部
形成用マスク)が形成される。
From this state, a silicon nitride film deposited by, for example, a plasma CVD method on the surface side of the first silicon substrate 11 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique. Thereby, the opening 1
A mask (mask for forming an opening) for forming 3a by etching is formed.

【0043】この後、第2シリコン基板12及び各電極
パッド部上に、ドライエッチ耐性があるレジストをマス
クとして形成し、ドライエッチングを実行することによ
り、第2シリコン基板12中に、シリコン酸化膜13に
達する溝を形成する。この溝により、第2シリコン基板
12に、図1に示したような梁構造体のパターンが形成
される。
Thereafter, a resist having dry etching resistance is formed as a mask on the second silicon substrate 12 and each electrode pad portion, and dry etching is performed, so that a silicon oxide film is formed in the second silicon substrate 12. A groove reaching 13 is formed. With this groove, a pattern of the beam structure as shown in FIG. 1 is formed on the second silicon substrate 12.

【0044】この状態から、第1シリコン基板11に対
して、上記開口部形成用マスクを使用しつつ、例えばK
OH水溶液を利用したエッチングやプラズマエッチング
装置を利用したドライエッチングを施すことにより、上
記開口部13aに対応する部位にてシリコン酸化膜13
を露出させる。なお、このようなドライエッチングに伴
い、上記開口部形成用マスクも同時に除去されることに
なる。
From this state, the first silicon substrate 11 is formed, for example, on the first silicon substrate 11 by using, for example,
By performing etching using an OH aqueous solution or dry etching using a plasma etching apparatus, a silicon oxide film 13 is formed at a portion corresponding to the opening 13a.
To expose. Note that, with such dry etching, the opening forming mask is also removed at the same time.

【0045】次に、HF系のエッチング液によりエッチ
ングを施し、シリコン酸化膜13を除去することによ
り、開口部13aを形成するとともに、可動電極12
0、220及び固定電極130、140、230、24
0をリリースする。そして、ダイシングカット等を行
い、図1及び図2に示す各センサチップ100、200
が完成する。
Next, the opening 13a is formed by etching with an HF type etching solution to remove the silicon oxide film 13, and the movable electrode 12 is formed.
0, 220 and fixed electrodes 130, 140, 230, 24
Release 0. Then, a dicing cut or the like is performed, and each of the sensor chips 100 and 200 shown in FIGS.
Is completed.

【0046】そして、各センサチップ100、200
を、接着剤310を介して、回路基板300に接着し、
ワイヤボンディングを行って、回路基板300のパッド
320と、上記の各電極パッド131a、141a、2
31a、241a、125a、225aとを、上記ワイ
ヤW1〜W6により電気的に接続する。こうして、上記
センサS1ができあがる。
Then, each sensor chip 100, 200
Is bonded to the circuit board 300 via the adhesive 310,
By performing wire bonding, the pad 320 of the circuit board 300 and the above-mentioned electrode pads 131a, 141a,
The wires 31a, 241a, 125a, and 225a are electrically connected by the wires W1 to W6. Thus, the sensor S1 is completed.

【0047】かかるセンサS1の作動について述べる。
センサS1においては、第1の方向Xへ加速度が印加さ
れると、第1のセンサチップ100における可動電極1
20が第1の方向Xへ変位し、このときの検出容量CS
1、CS2(第1の検出容量CS1、CS2)の変化に
基づいて印加加速度を検出するようにしている。
The operation of the sensor S1 will be described.
In the sensor S1, when an acceleration is applied in the first direction X, the movable electrode 1 in the first sensor chip 100
20 is displaced in the first direction X, and the detection capacitance CS at this time is
1. The applied acceleration is detected based on a change in CS2 (first detection capacitors CS1 and CS2).

【0048】一方、第2の方向Yへ加速度が印加される
と、第2のセンサチップ200における可動電極220
が第2の方向Yへ変位し、このときの検出容量CS3、
CS4(第2の検出容量CS3、CS4)の変化に基づ
いて印加加速度を検出するようにしている。
On the other hand, when acceleration is applied in the second direction Y, the movable electrode 220 in the second sensor chip 200
Is displaced in the second direction Y, and the detection capacitance CS3 at this time is
The applied acceleration is detected based on a change in CS4 (second detection capacitors CS3, CS4).

【0049】第1の方向Xへの加速度検出について、よ
り具体的に述べる。例えば、加速度が第1の方向Xに沿
って図1中の右向き(+X方向)へ印加されたとする
と、第1のセンサチップ100における可動電極120
は、第1の方向Xに沿って図1中の左向き(−X方向)
へ変位する。
The detection of the acceleration in the first direction X will be described more specifically. For example, if acceleration is applied in the right direction (+ X direction) in FIG. 1 along the first direction X, the movable electrode 120 in the first sensor chip 100
Is leftward in FIG. 1 along the first direction X (−X direction)
Is displaced.

【0050】この変位に伴い、第1のセンサチップ10
0において、可動電極120及び第1の固定電極130
の両突出電極124、132の検出間隔が縮まって検出
容量CS1が増加し、可動電極120及び第2の固定電
極140の両突出電極124、142の検出間隔が広が
って検出容量CS2が減少する。
With this displacement, the first sensor chip 10
0, the movable electrode 120 and the first fixed electrode 130
The detection interval between the two protruding electrodes 124 and 132 is reduced and the detection capacitance CS1 increases, and the detection interval between the two protruding electrodes 124 and 142 of the movable electrode 120 and the second fixed electrode 140 is widened and the detection capacitance CS2 decreases.

【0051】このとき、検出容量CS1と検出容量CS
2との差分に基づいて第1の方向Xへの印加加速度を検
出する。図3は、このような差動容量式のセンサS1に
おける上記検出回路400を示す図(検出回路図)であ
り、第1の方向Xへの加速度を検出する場合について示
してある。
At this time, the detection capacitors CS1 and CS
2, the acceleration applied in the first direction X is detected. FIG. 3 is a diagram (detection circuit diagram) showing the detection circuit 400 in such a differential capacitance type sensor S1, and shows a case where acceleration in the first direction X is detected.

【0052】検出回路400において、401はスイッ
チドキャパシタ回路(SC回路)であり、このSC回路
401は、容量がCfであるコンデンサ402、スイッ
チ403及び差動増幅回路404を備え、入力された容
量差(CS1−CS2)を電圧に変換するものである。
また、この検出回路400に対するタイミングチャート
の一例を図4に示す。
In the detection circuit 400, reference numeral 401 denotes a switched capacitor circuit (SC circuit). The SC circuit 401 includes a capacitor 402 having a capacitance of Cf, a switch 403, and a differential amplifier circuit 404. The difference (CS1-CS2) is converted into a voltage.
FIG. 4 shows an example of a timing chart for the detection circuit 400.

【0053】上記センサS1の第1のセンサチップ10
0においては、例えば、第1の固定電極130に対応す
るパッド部131aから搬送波1(例えば、周波数10
0kHz、振幅0〜5V)、第2の固定電極140に対
応するパッド部141aから上記搬送波1と位相が18
0°ずれた搬送波2(例えば、周波数100kHz、振
幅5〜0V)を入力し、SC回路401のスイッチ40
3を図4に示すタイミングで開閉する。
The first sensor chip 10 of the sensor S1
0, the carrier 1 (for example, at a frequency of 10) from the pad portion 131a corresponding to the first fixed electrode 130.
0 kHz, amplitude 0 to 5 V), and the phase with the carrier 1 is 18 from the pad portion 141a corresponding to the second fixed electrode 140.
A carrier 2 (for example, frequency 100 kHz, amplitude 5 to 0 V) shifted by 0 ° is input, and the switch 40 of the SC circuit 401 is
3 is opened and closed at the timing shown in FIG.

【0054】こうして、第1の検出容量CS1、CS2
の差分に基づいて出力される電圧値により、第1の方向
Xに沿った印加加速度が検出される。なお、このとき、
第2のセンサチップ200においては、可動電極220
は、第1の方向Xに変位しないため、第2の検出容量C
S3、CS4の変化は無視することができる。
Thus, the first detection capacitors CS1, CS2
The acceleration applied along the first direction X is detected based on the voltage value output based on the difference between. At this time,
In the second sensor chip 200, the movable electrode 220
Is not displaced in the first direction X, so that the second detection capacitance C
Changes in S3 and CS4 can be ignored.

【0055】次に、第2の方向Yへの加速度検出につい
て、より具体的に述べる。例えば、加速度が第2の方向
Yに沿って図1中の上向き(+Y方向)へ印加されたと
すると、第2のセンサチップ200における可動電極2
20は、第2の方向Yに沿って図1中の下向き(−Y方
向)へ変位する。
Next, detection of acceleration in the second direction Y will be described more specifically. For example, if acceleration is applied in the upward direction (+ Y direction) in FIG. 1 along the second direction Y, the movable electrode 2 in the second sensor chip 200
20 is displaced downward (−Y direction) in FIG. 1 along the second direction Y.

【0056】この変位に伴い、第2のセンサチップ10
0において、可動電極220及び第1の固定電極230
の両突出電極224、232の検出間隔が縮まって検出
容量CS3が増加し、可動電極220及び第2の固定電
極240の両突出電極224、242の検出間隔が広ま
って検出容量CS4が減少する。
With this displacement, the second sensor chip 10
0, the movable electrode 220 and the first fixed electrode 230
, The detection interval between the two protruding electrodes 224 and 232 is reduced, and the detection capacitance CS3 is increased. The detection interval between the two protruded electrodes 224 and 242 of the movable electrode 220 and the second fixed electrode 240 is widened and the detection capacitance CS4 is reduced.

【0057】このとき、検出容量CS3と検出容量CS
4との差分に基づいて第2の方向Yへの印加加速度を検
出する。第2の方向Yへの加速度を検出する場合の検出
回路400は、上記図3において、第1の検出容量CS
1、CS2をそれぞれ、第2の検出容量CS3、CS4
に置き換えたものと等価である。また、この検出回路4
00に対するタイミングチャートの一例も上記図4と同
様のものとすることができる。
At this time, the detection capacitance CS3 and the detection capacitance CS
Then, the applied acceleration in the second direction Y is detected based on the difference from the fourth acceleration. The detection circuit 400 for detecting the acceleration in the second direction Y, as shown in FIG.
1 and CS2, respectively, to the second detection capacitors CS3 and CS4.
Is equivalent to The detection circuit 4
An example of a timing chart for 00 may be the same as that in FIG.

【0058】そして、この第2の方向Yにおける加速度
検出においては、容量差(CS3−CS4)を、上記同
様にC−V変換することにより、第2の検出容量CS
3、CS4の差分に基づいて出力される電圧値として第
2の方向Yに沿った印加加速度が検出される。なお、こ
のとき、第2のセンサチップ200においては、可動電
極120は、第2の方向Yに変位しないため、第1の検
出容量CS1、CS2の変化は無視することができる。
In the acceleration detection in the second direction Y, the capacitance difference (CS3-CS4) is subjected to CV conversion in the same manner as described above, so that the second detection capacitance CS
3, the applied acceleration along the second direction Y is detected as a voltage value output based on the difference between CS4 and CS4. At this time, in the second sensor chip 200, since the movable electrode 120 is not displaced in the second direction Y, the change in the first detection capacitors CS1 and CS2 can be ignored.

【0059】ところで、本実施形態によれば、半導体基
板10に可動電極120、220及び固定電極130、
140、230、240を形成してなる同じ様な構成の
別々のセンサチップ100、200を、2個用いること
により、各々のチップサイズは単マスタイプのレベルに
することができるので、チップサイズの増大に伴う歩留
まりの低下が発生しない。
According to the present embodiment, the movable electrodes 120 and 220 and the fixed electrodes 130 and
By using two separate sensor chips 100 and 200 having the same configuration formed by forming 140, 230 and 240, each chip size can be set to a single-mass type level. The yield does not decrease with the increase.

【0060】また、本実施形態においては、第1及び第
2のセンサチップ100、200における可動電極12
0、220の変位方向X、Yを互いに異なる方向になる
ように配置し、2軸方向X、Yの加速度を検出可能とし
ているが、各センサチップ100、200における可動
電極120、220は、それぞれ1軸方向にのみ変位す
るものであるため、上記した斜め振動は発生しない。
In this embodiment, the movable electrode 12 in the first and second sensor chips 100 and 200 is used.
The displacement directions X and Y of 0, 220 are arranged so as to be different from each other, and the acceleration in the biaxial directions X, Y can be detected. However, the movable electrodes 120, 220 in each of the sensor chips 100, 200 Since the displacement occurs only in one axial direction, the above-described oblique vibration does not occur.

【0061】従って、本実施形態によれば、斜め方向へ
の振動を抑えつつ、歩留まりの向上が可能な2軸センサ
を実現することができる。
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize a two-axis sensor capable of improving the yield while suppressing the vibration in the oblique direction.

【0062】また、本実施形態のように、半導体基板1
0よりなるセンサチップ100、200を回路基板30
0上に搭載するには、センサチップの電極部と絶縁され
た支持基板(台座)を介してセンサチップを搭載するの
が通常である。本例では、半導体基板としてのSOI基
板10の酸化膜13及び第1シリコン基板11が支持基
板の役目を兼ねている。
Also, as in the present embodiment, the semiconductor substrate 1
0 sensor chips 100 and 200
In order to mount the sensor chip on the sensor chip, the sensor chip is usually mounted via a support substrate (pedestal) insulated from the electrode part of the sensor chip. In this example, the oxide film 13 of the SOI substrate 10 as a semiconductor substrate and the first silicon substrate 11 also serve as a support substrate.

【0063】そのため、可動電極および固定電極と支持
基板との間には、何らかの寄生容量が発生し、これがセ
ンサのオフセットばらつきに影響するが、本実施形態の
ように、センサチップを別々にすることにより、上記し
た複マスタイプに比べて、センサのオフセットばらつき
への寄生容量の影響を低減することができる。このこと
について、具体的に述べる。
For this reason, some parasitic capacitance is generated between the movable electrode and the fixed electrode and the supporting substrate, and this affects the offset variation of the sensor. However, as in the present embodiment, it is necessary to separate the sensor chip. Thereby, the influence of the parasitic capacitance on the offset variation of the sensor can be reduced as compared with the above-mentioned double mass type. This will be specifically described.

【0064】本例では、センサチップの電極部(可動電
極、固定電極)と第1シリコン基板11との間に、酸化
膜13を介して寄生容量が発生する。第1のセンサチッ
プ100において、第1の固定電極130と第1シリコ
ン基板11との間に寄生容量CK1x、第2の固定電極
140と第1シリコン基板11との間に寄生容量CK2
x、可動電極120と第1シリコン基板11との間に寄
生容量CK3x、がそれぞれ形成される。
In this example, a parasitic capacitance is generated between the electrode portion (movable electrode, fixed electrode) of the sensor chip and the first silicon substrate 11 via the oxide film 13. In the first sensor chip 100, the parasitic capacitance CK1x between the first fixed electrode 130 and the first silicon substrate 11, and the parasitic capacitance CK2 between the second fixed electrode 140 and the first silicon substrate 11.
x, a parasitic capacitance CK3x is formed between the movable electrode 120 and the first silicon substrate 11, respectively.

【0065】一方、第2のセンサチップ200におい
て、第1の固定電極230と第1シリコン基板11との
間に寄生容量CK1y、第2の固定電極240と第1シ
リコン基板11との間に寄生容量CK2y、可動電極2
20と第1シリコン基板11との間に寄生容量CK3
y、がそれぞれ形成される。
On the other hand, in the second sensor chip 200, a parasitic capacitance CK1y is present between the first fixed electrode 230 and the first silicon substrate 11, and a parasitic capacitance CK1y is present between the second fixed electrode 240 and the first silicon substrate 11. Capacity CK2y, movable electrode 2
Between the first silicon substrate 11 and the parasitic capacitance CK3
y are formed respectively.

【0066】ここで、本例のセンサS1における第1の
センサチップ100の検出容量CS1、CS2及び寄生
容量CK1x、CK2x、CK3xを含めた等価回路図
を図5に示す。本例のセンサS1では、第1のセンサチ
ップ100と第2のセンサチップ200とは、別個のも
のであるため、第1のセンサチップ100の等価回路
は、図5に示す様になる。
Here, FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram including the detection capacitors CS1 and CS2 and the parasitic capacitors CK1x, CK2x and CK3x of the first sensor chip 100 in the sensor S1 of this embodiment. In the sensor S1 of this example, since the first sensor chip 100 and the second sensor chip 200 are separate, an equivalent circuit of the first sensor chip 100 is as shown in FIG.

【0067】第1のセンサチップ100において、第1
の方向Xへ加速度が印加されたときの出力V1は、上記
寄生容量CK1x、CK2x、CK3xも考慮して表す
と、次の数式1のようになる。
In the first sensor chip 100, the first
The output V1 when the acceleration is applied in the direction X is expressed by the following equation 1 when the parasitic capacitances CK1x, CK2x, and CK3x are also taken into consideration.

【0068】[0068]

【数1】V1={(CS1−CS2)+(CK1x−C
K2x)・CK3x/(CK1x+CK2x+CK3
x)}・Vcc/Cf ここで、数式1中のCfは、上記図3に示すSC回路4
01のコンデンサ402の容量、Vccは動作電圧であ
り、動作時における第1の固定電極130と第2の固定
電極140との間の電圧である。
V1 = {(CS1-CS2) + (CK1x-C)
K2x) · CK3x / (CK1x + CK2x + CK3
x)} · Vcc / Cf where Cf in Equation 1 is the SC circuit 4 shown in FIG.
01, the capacity of the capacitor 402, Vcc is the operating voltage, which is the voltage between the first fixed electrode 130 and the second fixed electrode 140 during operation.

【0069】そして、第1の方向Xへの加速度が0Gの
ときの出力、すなわちオフセットは、上記数式1におい
て、CS1=CS2としたものであり、次の数式2に示
す様になる。
The output when the acceleration in the first direction X is 0 G, that is, the offset is obtained by setting CS1 = CS2 in the above equation 1, and is as shown in the following equation 2.

【0070】[0070]

【数2】V1={(CK1x−CK2x)・CK3x/
(CK1x+CK2x+CK3x)}・Vcc/Cf=
Za 次に、もし、上記第1及び第2のセンサチップ100、
200を同一のチップに形成して複マスタイプとした場
合、第1のセンサチップに相当するセンシング部には、
第2のセンサチップ200に相当するセンシング部の寄
生容量がカップリングするため、その等価回路図は、図
6に示すようになる。
V1 = {(CK1x−CK2x) · CK3x /
(CK1x + CK2x + CK3x)} · Vcc / Cf =
Za Next, if the first and second sensor chips 100,
When 200 is formed on the same chip to be a multi-mass type, the sensing unit corresponding to the first sensor chip includes:
Since the parasitic capacitance of the sensing unit corresponding to the second sensor chip 200 is coupled, the equivalent circuit diagram is as shown in FIG.

【0071】この図6に示す複マスタイプの場合におい
て、第1の方向Xへ加速度が印加されたときの出力V
1’は、上記寄生容量CK1〜CK3x、CK1y、C
K2y、CK3yも考慮して表すと、次の数式3のよう
になる。
In the case of the multiple mass type shown in FIG. 6, the output V when the acceleration is applied in the first direction X
1 ′ is the parasitic capacitance CK1 to CK3x, CK1y, C
When K2y and CK3y are also taken into consideration, the following Equation 3 is obtained.

【0072】[0072]

【数3】V1’={(CS1−CS2)+(CK1x+
CK1y−CK2x−CK2y)・(CK3x+CK3
y)/(CK1x+CK1y+CK2x+CK2y+C
K3x+CK3y)}・Vcc/Cf そして、第1の方向Xへの加速度が0Gのときの出力、
すなわちオフセットは、上記数式3において、CS1=
CS2としたものであり、次の数式4に示す様になる。
V1 '= {(CS1-CS2) + (CK1x +
(CK1y-CK2x-CK2y) · (CK3x + CK3
y) / (CK1x + CK1y + CK2x + CK2y + C
K3x + CK3y)} · Vcc / Cf Then, the output when the acceleration in the first direction X is 0G,
That is, in Equation 3, CS1 =
CS2, as shown in the following Expression 4.

【0073】[0073]

【数4】V1’={(CK1x+CK1y−CK2x−
CK2y)・(CK3x+CK3y)/(CK1x+C
K1y+CK2x+CK2y+CK3x+CK3y)}
・Vcc/Cf この数式4において、仮に、CK1x=CK1y、CK
2x=CK2y、CK3x=CK3yとしても、オフセ
ットは、次の数式5に示す様になる。
V1 ′ = {(CK1x + CK1y−CK2x−
(CK2y) · (CK3x + CK3y) / (CK1x + C
K1y + CK2x + CK2y + CK3x + CK3y)}
Vcc / Cf In this equation 4, tentatively, CK1x = CK1y, CK
Even when 2x = CK2y and CK3x = CK3y, the offset is as shown in the following Expression 5.

【0074】[0074]

【数5】V1’=2・(CK1x−CK2x)・2・C
K3x/{2・(CK1x++CK2x+CK3x)}
・Vcc/Cf=2Za つまり、上記数式2(V=Za)と上記数式5(V’=
2Za)との比較から、単純には、本実施形態のよう
に、センサチップ100と200とを別々のチップとし
た場合には、上記第1及び第2のセンサチップ100、
200を同一のチップに形成して複マスタイプとした場
合に比べて、オフセットばらつきを約1/2に低減する
ことが可能である。
V1 ′ = 2 · (CK1x−CK2x) · 2 · C
K3x / {2 · (CK1x ++ CK2x + CK3x)}
Vcc / Cf = 2Za That is, the above equation 2 (V = Za) and the above equation 5 (V ′ =
From the comparison with 2Za), simply, as in the present embodiment, when the sensor chips 100 and 200 are separate chips, the first and second sensor chips 100, 200
The offset variation can be reduced to about 約 as compared with the case where the 200 is formed on the same chip to be a multi-mass type.

【0075】また、センサチップ100と200とを別
々のチップとすることにより、互いのセンサチップ10
0、200における櫛歯の大きさや検出間隔を変える等
が容易になるため、互いのセンサチップ100、200
の測定レンジ(Gレンジ)を異ならせ、X方向とY方向
とで異なるGレンジを持つセンサS1を実現することが
できる。
Further, by forming the sensor chips 100 and 200 as separate chips, the sensor chips 10
Since it is easy to change the size of the comb teeth and the detection interval at 0 and 200, the mutual sensor chips 100 and 200
Are different from each other to realize a sensor S1 having different G ranges in the X direction and the Y direction.

【0076】また、センサチップと回路基板との接着面
積が大きいと、半導体(シリコン)と接着剤(樹脂等)
との熱膨張係数の差によりチップの反りが大きくなる。
その点、本実施形態では、複マスタイプのものに比べ
て、個々のセンサチップ100、200の面積を小さく
できるので、回路基板との接着面積を小さくすることが
でき、チップの反りを抑制することができる。
Further, if the bonding area between the sensor chip and the circuit board is large, the semiconductor (silicon) and the adhesive (resin, etc.)
The warpage of the chip increases due to the difference in the coefficient of thermal expansion between them.
In this regard, in the present embodiment, the area of each of the sensor chips 100 and 200 can be reduced as compared with the multi-mass type, so that the bonding area with the circuit board can be reduced and the warpage of the chip can be suppressed. be able to.

【0077】なお、本実施形態のように、第1のセンサ
チップ100及び第2のセンサチップ200が、それぞ
れ、矩形板状をなすものであって可動電極120、22
0の変位方向X、Yがセンサチップの一辺に平行になっ
ている場合、図7に示す様に、第1のセンサチップ10
0における可動電極120の変位方向Xに平行な一辺1
01と第2のセンサチップ200における可動電極22
0の変位方向Yに平行な一辺201とが、同一の直線
(図中、一点鎖線にて図示)B上に位置するようにでき
る。
Note that, as in the present embodiment, the first sensor chip 100 and the second sensor chip 200 each have a rectangular plate shape and have movable electrodes 120 and 22.
When the displacement directions X and Y of 0 are parallel to one side of the sensor chip, as shown in FIG.
0, one side parallel to the displacement direction X of the movable electrode 120
01 and the movable electrode 22 in the second sensor chip 200
One side 201 parallel to the zero displacement direction Y can be positioned on the same straight line (shown by a dashed line in the figure) B.

【0078】それによれば、第1及び第2のセンサチッ
プ100、200における可動電極120、220の変
位方向XとYが、互いに直交する方向になるように、両
センサチップ100、200を配置しやすい。
According to this, both sensor chips 100 and 200 are arranged such that the displacement directions X and Y of the movable electrodes 120 and 220 in the first and second sensor chips 100 and 200 are orthogonal to each other. Cheap.

【0079】また、図8に示す様に、第1のセンサチッ
プ100及び第2のセンサチップ200に、これら両セ
ンサチップを回路基板300に配置する際の位置合わせ
用のマーク160、260を形成してもよい。図示例で
は、マーク160、260は十字型であり、第2シリコ
ン基板12に対して上記電極部(梁構造体)を形成する
のと同様にして形成することができる。
As shown in FIG. 8, marks 160 and 260 are formed on the first sensor chip 100 and the second sensor chip 200 for positioning the two sensor chips on the circuit board 300. May be. In the illustrated example, the marks 160 and 260 are cross-shaped, and can be formed in the same manner as the formation of the above-mentioned electrode portion (beam structure) on the second silicon substrate 12.

【0080】それによれば、これらマーク160、26
0を目印として、両センサチップ100、200を1つ
の回路基板300に配置する際の位置合わせを、容易に
行うことができる。
According to this, these marks 160, 26
Positioning when the two sensor chips 100 and 200 are arranged on one circuit board 300 can be easily performed using 0 as a mark.

【0081】(他の実施形態)なお、両センサチップ1
00、200の可動電極120、220の変位方向は、
互いに直交していなくとも、斜め方向へ異なっていても
良く、さらには、互いに同一の方向(平行な方向)でも
良い。例えば、両センサチップ100、200の変位方
向が共にX方向となるように配置されていてもよい。
(Other Embodiments) Both sensor chips 1
The displacement directions of the movable electrodes 120 and 220 of 00 and 200 are as follows.
Even if they are not orthogonal to each other, they may be different in oblique directions, and may be in the same direction (parallel direction). For example, the sensor chips 100 and 200 may be arranged such that the displacement directions of the sensor chips 100 and 200 are both in the X direction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの
平面構成図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中のA−A線に沿った模式的な断面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line AA in FIG.

【図3】図1に示す加速度センサの検出回路図である。FIG. 3 is a detection circuit diagram of the acceleration sensor shown in FIG.

【図4】図3に示す検出回路に対するタイミングチャー
トの一例を示す図である。
4 is a diagram showing an example of a timing chart for the detection circuit shown in FIG. 3;

【図5】図1に示す加速度センサにおける第1のセンサ
チップの検出容量及び寄生容量を含めた等価回路図であ
る。
5 is an equivalent circuit diagram including a detection capacitance and a parasitic capacitance of a first sensor chip in the acceleration sensor shown in FIG.

【図6】比較例としての複マスタイプにおける検出容量
及び寄生容量を含めた等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram including a detection capacitance and a parasitic capacitance in a multiple mass type as a comparative example.

【図7】上記実施形態の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modification of the embodiment.

【図8】上記実施形態のもう1つの変形例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing another modification of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…SOI基板(半導体基板)、100…第1のセン
サチップ、120、220…可動電極、130、14
0、230、240…固定電極、160、260…マー
ク、200…第2のセンサチップ、300…回路基板。
10 SOI substrate (semiconductor substrate), 100 first sensor chip, 120, 220 movable electrode, 130, 14
0, 230, 240: fixed electrode, 160, 260: mark, 200: second sensor chip, 300: circuit board.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F051 AA01 AB06 DA02 4M112 AA02 BA07 CA03 CA04 CA05 CA06 CA11 CA13 CA15 DA02 DA03 DA04 DA06 EA03 EA06 EA11 FA20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F051 AA01 AB06 DA02 4M112 AA02 BA07 CA03 CA04 CA05 CA06 CA11 CA13 CA15 DA02 DA03 DA04 DA06 EA03 EA06 EA11 FA20

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 力学量検出用の第1のセンサチップ(1
00)および第2のセンサチップ(200)と、これら
両センサチップからの信号を処理する回路基板(30
0)とを備える力学量センサであって、 前記第1及び第2のセンサチップは、それぞれ、半導体
基板(10)に、力学量の印加に応じて所定方向(X、
Y)へ変位可能な可動電極(120、220)およびこ
の可動電極との間に検出容量(CS1〜CS4)を形成
する固定電極(130、140、230、240)が形
成されたものであり、 前記第1及び第2のセンサチップは、1個の前記回路基
板上に積層されており、 前記第1のセンサチップの可動電極の変位に伴う前記検
出容量の変化、および前記第2のセンサチップの可動電
極の変位に伴う前記検出容量の変化に基づいて印加力学
量を検出するようになっていることを特徴とする力学量
センサ。
1. A first sensor chip (1) for detecting a physical quantity.
00) and the second sensor chip (200), and a circuit board (30) for processing signals from both sensor chips.
0), wherein the first and second sensor chips are respectively provided on the semiconductor substrate (10) in predetermined directions (X,
A movable electrode (120, 220) displaceable to Y) and fixed electrodes (130, 140, 230, 240) forming detection capacitors (CS1 to CS4) between the movable electrode and the movable electrode; The first and second sensor chips are stacked on one circuit board, and the change in the detection capacitance due to the displacement of a movable electrode of the first sensor chip, and the second sensor chip A dynamic quantity sensor configured to detect an applied dynamic quantity based on a change in the detection capacity accompanying a displacement of the movable electrode.
【請求項2】 前記第1のセンサチップ(100)にお
ける可動電極(120)の変位方向(X)と前記第2の
センサチップ(200)における可動電極(220)の
変位方向(Y)とが異なる方向となっていることを特徴
とする請求項1に記載の力学量センサ。
2. A displacement direction (X) of a movable electrode (120) in the first sensor chip (100) and a displacement direction (Y) of a movable electrode (220) in the second sensor chip (200). The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the directions are different.
【請求項3】 前記第1のセンサチップ(100)及び
前記第2のセンサチップ(200)は、それぞれ、矩形
板状をなすものであって前記可動電極の変位方向がセン
サチップの一辺に平行になっているものであり、 前記第1のセンサチップにおける前記可動電極(12
0)の変位方向(X)に平行な一辺(101)と前記第
2のセンサチップにおける前記可動電極(220)の変
位方向(Y)に平行な一辺(201)とが、同一直線上
に位置していることを特徴とする請求項2に記載の力学
量センサ。
3. The first sensor chip (100) and the second sensor chip (200) each have a rectangular plate shape, and the direction of displacement of the movable electrode is parallel to one side of the sensor chip. And the movable electrode (12) in the first sensor chip.
A side (101) parallel to the displacement direction (X) of (0) and a side (201) parallel to the displacement direction (Y) of the movable electrode (220) in the second sensor chip are positioned on the same straight line. 3. The physical quantity sensor according to claim 2, wherein:
【請求項4】 前記第1のセンサチップ(100)及び
前記第2のセンサチップ(200)には、これら両セン
サチップを前記回路基板(300)に配置する際の位置
合わせ用のマーク(160、260)が形成されている
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記
載の力学量センサ。
4. A mark (160) for positioning the first sensor chip (100) and the second sensor chip (200) when arranging both sensor chips on the circuit board (300). , 260) are formed. The dynamic quantity sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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