JP2004045269A - 容量式加速度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】固定部と、その固定部との間で容量を形成する構造体とからなる容量式加速度センサにおいて、前記構造体を移動可能に保持する梁部に共振現象が生じると、弓なりに大きく変位し、許容変位量を超えれば梁部が破損した。
【解決手段】構造体１の所定部を梁部２近辺まで延長して、両者の間隙を許容変位量未満のｇ２とすることにより、梁部２の変位量をｇ２以下に抑えて梁部２の破損を防止する。
【選択図】 図４
【解決手段】構造体１の所定部を梁部２近辺まで延長して、両者の間隙を許容変位量未満のｇ２とすることにより、梁部２の変位量をｇ２以下に抑えて梁部２の破損を防止する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加わった加速度（Ｇ）に応じて変位する構造体と、その構造体との間で容量を形成する固定電極をシリコンエッチングの技術を用いて作製した容量式加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来の加速度検出セル（Ｇセルという）の概略図を示している。このＧセルは、ほぼ中央に位置する構造体１と、その構造体１を対角２点で可動状態に支える細長い数μ幅の梁部２と、構造体（可動電極）１との間で容量を形成する固定の検出電極３を有する。梁部２はその他端でアンカー部Ｘに固定される。図２に、そのＧセルの実際のセルパターンを示し、図３に梁部２と検出電極３の個所の拡大平面図を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来構造では、アセンブリ工程時に装置にて発生した超音波の影響や、センサ落下時において、梁部２に共振現象が生じると、図３中の矢印で示したように梁部２が弓なりに大きく変位し、許容変位量を超えれば梁部２が破損してしまうという課題があった。
【０００４】
又、梁部２がＺ方向に大きく変位した場合にもその梁部２が破損する課題があり、更には、容量形成部における構造体１と検出電極３との接触を抑制するための手段がないため、大きな加速度印加時にスティッキング（構造体１と検出電極３が接触状態を保持したままになる現象）を引き起こしていた。
【０００５】
この発明は、梁部の必要以上の変位を規制することにより、衝撃に強い容量式加速度センサを提供し、更に、容量形成部における構造体１と検出電極３とが接触状態のままになることを防止できる容量式加速度センサを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、構造体の所定部を梁部近辺まで延長して前記梁部の必要以上の変位を抑止したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、前記梁部がＺ方向に変位した時にセンサ底部に当接するようなＺ面ストッパーを前記梁部に設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、所定以上の加速度印加時に、容量形成部にて構造体が固定部に接触したままになることを防止するために、前記梁部の他端を固定するためのアンカー部と構造体との間で所定の間隙を設けてなる主軸ストッパーを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図３に示したように従来構造では、梁部２の両側に大きな間隙があっために梁部２は拘束されることなく変位していた。図４は本発明の実施の形態１によるＧセルの梁部２の拡大平面図を示す。この図４にあるように、構造体１の所定部を延長して、梁部２両側の間隙をｇ２にまで狭めており、その構造体１の延長部を梁共振ストッパー４としている。
【００１０】
ここで、構造体１〜検出電極３間の間隙ｇ１＜梁部２〜梁共振ストッパ４間の間隙ｇ２＜シリコンの許容変位量とすれば、共振現象発生時に、梁部２の変位量がシリコンの許容変位量へ至る前に、梁部２が梁共振ストッパー４に当接するためそれ以上の変位が抑制される。本実施の形態１では、ｇ１＝２．５μｍ、ｇ２＝３．５μｍとした。
【００１１】
梁部２が構造体１を支えるためその梁部２に応力が集中し易い構造となっているが、このように梁部２に対してその変位量を抑制したため、共振や落下時に生じる大きなＧに対してＧセル全体の機械強度が向上する。
【００１２】
更に、従来構造の図１に示したように、梁部２周辺と検出電極３周辺ではエッチング間隙に差異があり、ウエハ面内及びウエハ間で異方性エッチング時のエツチングレートのバラツキを引き起こした結果、Ｇセル各部のプロセス完了後の出来上り寸法及びセンサ特性にバラツキが生じる問題があった。図４に示した梁共振ストッパー４を設ける事こよリエッチング間隙の較差を軽減でき、Ｇセル各部のプロセス完了後の出来上り寸法公差が小さくなる結果、ウエハ面内及びウエハ間で特性バラツキ範囲が少ない安定した特性が得られる。
【００１３】
実施の形態２
図４の梁部２の根元部分の拡大図を図５に示す。異方性エッチング技術によるシリコンエッチングでは、そのエッチング特性により隅の狭い個所で成長した結果、斜面が形成され、その場合、斜面とＧセルパターンとで鋭角部７が形成される。その鋭角部７では応力集中が起こり易いために構造体破断７１を引き起こすことがあった。
【００１４】
そこで実施の形態２では、図６に示すように、梁部２の根元部分に、幅広の間隙による斜面補償パターン８を形成している。その補償パターン８のパターン寸法Ａ、Ｂは、構造体１の厚さをＨとした時、Ａ、Ｂ＞１．７Ｈ とする。
【００１５】
このような斜面補償パターン８を形成することで、エッチング時に形成される斜面は、間隙ｇ２のパターンと干渉することがなくなり、その個所に応力が集中することもなく、Ｇセル全体の機械強度が向上する。
【００１６】
実施の形態３
図７に実施の形態３を模式した斜視図を示す。実施の形態１においては、梁共振ストッパー４と垂直に直交する方向に対する梁部２の変位は拘束されない。そこでこの実施の形態２では、梁部２のほぼ中央に、梁共振ストッパー４と垂直に直交する縦方向（Ｚ方向）に梁Ｚ面ストッパー５を設けている。ここで梁Ｚ面ストッパー５のＺ方向寸法＞梁部２のＺ方向寸法となるようにする。
【００１７】
この構成により、構造体１がＺ方向に変動した際に、梁Ｚ面ストッパー５が大きく変位する前にセンサ底部に当接して、梁部２のＺ方向の必要以上の変位が抑制されるため、梁部２は破損せず、又、Ｇセル全体の機械強度も向上する。
【００１８】
実施の形態４
図２に示した従来構造では、容量形成部において構造体１と検出電極３との接触を抑制するための手段がないため、既述したように大きな加速度印加時にスティッキングを引き起こしていた。
【００１９】
実施の形態４になる梁部２部の拡大平面図を図８に示す。同図にあるように、構造体１を保持するための構造体アンカー部１０と構造体１との間において、主軸＋方向９１および主軸−方向９２とに、所定の間隙による主軸ストッパー９を設けている。ここで、
主軸ストッパーの間隙＜構造体１〜検出電極３間の間隙ｇ１
とすることにより、構造体１と検出電極３が直接接触する事がなくなり、スティッキング発生を防止できる。
【００２０】
実施の形態５
実施の形態５としてＧセルの全体図を図９に示している。同図にあるように、主軸ストッパー９をＧセルの対角のそれぞれに設けることにより、構造体１のθ（ねじれ）方向変位に対しても抑止可能となり、構造体１の機械強度が向上する。更に構造体１のθ（ねじれ）方向変位が抑止されることから主軸方向以外の他軸方向の検出感度の抑制が可能となり、他軸方向の誤検出防止精度が向上する。
【００２１】
実施の形態６
図８において、構造体アンカー部１０を構造体１のエリア内に位置させ、主軸ストッパー９と構造体アンカー部１０とを一体化すれば、Ｇセルチップ寸法の縮小が可能となる。また、主軸ストッパ９は構造体アンカー部１０と一体化されて底部に固定されている為、構造体１が衝突して強い衝撃を受けてもストッパーが破断することがなく、機械強度が向上する。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、構造体の所定部を梁部近辺まで延長したので、前記梁部が必要以上に変位することを防止でき、そのため梁部の破損をなくせる。
【００２３】
請求項２の発明は、前記に、前記梁部に続く幅広のパターンを形成したので、従来、幅狭の梁部の根元に生じていた斜面をなくすことができ、そのため、斜面とセルパターンとで鋭角部が形成されることもなく、よって、その鋭角部での応力集中により構造体が破断するといったこともなくせる。
【００２４】
請求項３の発明は、前記梁部がＺ方向に変位した時にセンサ底部に当接するようなＺ面ストッパーを前記梁部に設けたので、梁部がＺ方向への大きな変位によって破損することはない。
【００２５】
請求項４の発明は、梁部の他端を固定するためのアンカー部と構造体との間で所定の間隙を設けてなる主軸ストッパーを備えるようにしたので、所定以上の加速度印加時に、容量形成部にて、構造体が固定部に接触したままになることを防止できる。
【００２６】
請求項５の発明は、前記主軸ストッパーを構造体の対角２点で備えるようにしたので、構造体のθ（ねじれ）方向変位に対しても抑止可能となり、構造体の機械強度が向上する。更に構造体のθ（ねじれ）方向変位が抑止されることから主軸方向以外の他軸方向の検出感度の抑制が可能となり、他軸方向の誤検出防止精度が向上する。
【００２７】
請求項６の発明は、上記アンカー部を構造体のエリア内に形成したので、加速度検出セルの寸法の縮小が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の加速度検出セルの模式図
【図２】実際の加速度検出セルの全体図
【図３】図２における梁部と検出電極の個所の拡大平面図
【図４】実施の形態１による加速度検出セルの梁部の拡大平面図
【図５】図４の梁部の根元部分の平面図およびその部分の拡大斜視図
【図６】実施の形態２による梁部の根元部分の平面図
【図７】実施の形態３よる加速度検出セルの模式図
【図８】実施の形態４による梁部部の拡大平面図
【図９】実施の形態５による加速度検出セルの全体図
【符号の説明】
１ 構造体、２ 梁部、３ 検出電極、４ 梁共振ストッパー、５ 梁Ｚ面ストッパー、６ 斜面、７ 鋭角部、８ 傾斜補償パターン、９ 主軸ストッパー、１０ 構造体アンカー部
【発明の属する技術分野】
この発明は、加わった加速度（Ｇ）に応じて変位する構造体と、その構造体との間で容量を形成する固定電極をシリコンエッチングの技術を用いて作製した容量式加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に従来の加速度検出セル（Ｇセルという）の概略図を示している。このＧセルは、ほぼ中央に位置する構造体１と、その構造体１を対角２点で可動状態に支える細長い数μ幅の梁部２と、構造体（可動電極）１との間で容量を形成する固定の検出電極３を有する。梁部２はその他端でアンカー部Ｘに固定される。図２に、そのＧセルの実際のセルパターンを示し、図３に梁部２と検出電極３の個所の拡大平面図を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来構造では、アセンブリ工程時に装置にて発生した超音波の影響や、センサ落下時において、梁部２に共振現象が生じると、図３中の矢印で示したように梁部２が弓なりに大きく変位し、許容変位量を超えれば梁部２が破損してしまうという課題があった。
【０００４】
又、梁部２がＺ方向に大きく変位した場合にもその梁部２が破損する課題があり、更には、容量形成部における構造体１と検出電極３との接触を抑制するための手段がないため、大きな加速度印加時にスティッキング（構造体１と検出電極３が接触状態を保持したままになる現象）を引き起こしていた。
【０００５】
この発明は、梁部の必要以上の変位を規制することにより、衝撃に強い容量式加速度センサを提供し、更に、容量形成部における構造体１と検出電極３とが接触状態のままになることを防止できる容量式加速度センサを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、構造体の所定部を梁部近辺まで延長して前記梁部の必要以上の変位を抑止したことを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、前記梁部がＺ方向に変位した時にセンサ底部に当接するようなＺ面ストッパーを前記梁部に設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、所定以上の加速度印加時に、容量形成部にて構造体が固定部に接触したままになることを防止するために、前記梁部の他端を固定するためのアンカー部と構造体との間で所定の間隙を設けてなる主軸ストッパーを備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図３に示したように従来構造では、梁部２の両側に大きな間隙があっために梁部２は拘束されることなく変位していた。図４は本発明の実施の形態１によるＧセルの梁部２の拡大平面図を示す。この図４にあるように、構造体１の所定部を延長して、梁部２両側の間隙をｇ２にまで狭めており、その構造体１の延長部を梁共振ストッパー４としている。
【００１０】
ここで、構造体１〜検出電極３間の間隙ｇ１＜梁部２〜梁共振ストッパ４間の間隙ｇ２＜シリコンの許容変位量とすれば、共振現象発生時に、梁部２の変位量がシリコンの許容変位量へ至る前に、梁部２が梁共振ストッパー４に当接するためそれ以上の変位が抑制される。本実施の形態１では、ｇ１＝２．５μｍ、ｇ２＝３．５μｍとした。
【００１１】
梁部２が構造体１を支えるためその梁部２に応力が集中し易い構造となっているが、このように梁部２に対してその変位量を抑制したため、共振や落下時に生じる大きなＧに対してＧセル全体の機械強度が向上する。
【００１２】
更に、従来構造の図１に示したように、梁部２周辺と検出電極３周辺ではエッチング間隙に差異があり、ウエハ面内及びウエハ間で異方性エッチング時のエツチングレートのバラツキを引き起こした結果、Ｇセル各部のプロセス完了後の出来上り寸法及びセンサ特性にバラツキが生じる問題があった。図４に示した梁共振ストッパー４を設ける事こよリエッチング間隙の較差を軽減でき、Ｇセル各部のプロセス完了後の出来上り寸法公差が小さくなる結果、ウエハ面内及びウエハ間で特性バラツキ範囲が少ない安定した特性が得られる。
【００１３】
実施の形態２
図４の梁部２の根元部分の拡大図を図５に示す。異方性エッチング技術によるシリコンエッチングでは、そのエッチング特性により隅の狭い個所で成長した結果、斜面が形成され、その場合、斜面とＧセルパターンとで鋭角部７が形成される。その鋭角部７では応力集中が起こり易いために構造体破断７１を引き起こすことがあった。
【００１４】
そこで実施の形態２では、図６に示すように、梁部２の根元部分に、幅広の間隙による斜面補償パターン８を形成している。その補償パターン８のパターン寸法Ａ、Ｂは、構造体１の厚さをＨとした時、Ａ、Ｂ＞１．７Ｈ とする。
【００１５】
このような斜面補償パターン８を形成することで、エッチング時に形成される斜面は、間隙ｇ２のパターンと干渉することがなくなり、その個所に応力が集中することもなく、Ｇセル全体の機械強度が向上する。
【００１６】
実施の形態３
図７に実施の形態３を模式した斜視図を示す。実施の形態１においては、梁共振ストッパー４と垂直に直交する方向に対する梁部２の変位は拘束されない。そこでこの実施の形態２では、梁部２のほぼ中央に、梁共振ストッパー４と垂直に直交する縦方向（Ｚ方向）に梁Ｚ面ストッパー５を設けている。ここで梁Ｚ面ストッパー５のＺ方向寸法＞梁部２のＺ方向寸法となるようにする。
【００１７】
この構成により、構造体１がＺ方向に変動した際に、梁Ｚ面ストッパー５が大きく変位する前にセンサ底部に当接して、梁部２のＺ方向の必要以上の変位が抑制されるため、梁部２は破損せず、又、Ｇセル全体の機械強度も向上する。
【００１８】
実施の形態４
図２に示した従来構造では、容量形成部において構造体１と検出電極３との接触を抑制するための手段がないため、既述したように大きな加速度印加時にスティッキングを引き起こしていた。
【００１９】
実施の形態４になる梁部２部の拡大平面図を図８に示す。同図にあるように、構造体１を保持するための構造体アンカー部１０と構造体１との間において、主軸＋方向９１および主軸−方向９２とに、所定の間隙による主軸ストッパー９を設けている。ここで、
主軸ストッパーの間隙＜構造体１〜検出電極３間の間隙ｇ１
とすることにより、構造体１と検出電極３が直接接触する事がなくなり、スティッキング発生を防止できる。
【００２０】
実施の形態５
実施の形態５としてＧセルの全体図を図９に示している。同図にあるように、主軸ストッパー９をＧセルの対角のそれぞれに設けることにより、構造体１のθ（ねじれ）方向変位に対しても抑止可能となり、構造体１の機械強度が向上する。更に構造体１のθ（ねじれ）方向変位が抑止されることから主軸方向以外の他軸方向の検出感度の抑制が可能となり、他軸方向の誤検出防止精度が向上する。
【００２１】
実施の形態６
図８において、構造体アンカー部１０を構造体１のエリア内に位置させ、主軸ストッパー９と構造体アンカー部１０とを一体化すれば、Ｇセルチップ寸法の縮小が可能となる。また、主軸ストッパ９は構造体アンカー部１０と一体化されて底部に固定されている為、構造体１が衝突して強い衝撃を受けてもストッパーが破断することがなく、機械強度が向上する。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、構造体の所定部を梁部近辺まで延長したので、前記梁部が必要以上に変位することを防止でき、そのため梁部の破損をなくせる。
【００２３】
請求項２の発明は、前記に、前記梁部に続く幅広のパターンを形成したので、従来、幅狭の梁部の根元に生じていた斜面をなくすことができ、そのため、斜面とセルパターンとで鋭角部が形成されることもなく、よって、その鋭角部での応力集中により構造体が破断するといったこともなくせる。
【００２４】
請求項３の発明は、前記梁部がＺ方向に変位した時にセンサ底部に当接するようなＺ面ストッパーを前記梁部に設けたので、梁部がＺ方向への大きな変位によって破損することはない。
【００２５】
請求項４の発明は、梁部の他端を固定するためのアンカー部と構造体との間で所定の間隙を設けてなる主軸ストッパーを備えるようにしたので、所定以上の加速度印加時に、容量形成部にて、構造体が固定部に接触したままになることを防止できる。
【００２６】
請求項５の発明は、前記主軸ストッパーを構造体の対角２点で備えるようにしたので、構造体のθ（ねじれ）方向変位に対しても抑止可能となり、構造体の機械強度が向上する。更に構造体のθ（ねじれ）方向変位が抑止されることから主軸方向以外の他軸方向の検出感度の抑制が可能となり、他軸方向の誤検出防止精度が向上する。
【００２７】
請求項６の発明は、上記アンカー部を構造体のエリア内に形成したので、加速度検出セルの寸法の縮小が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の加速度検出セルの模式図
【図２】実際の加速度検出セルの全体図
【図３】図２における梁部と検出電極の個所の拡大平面図
【図４】実施の形態１による加速度検出セルの梁部の拡大平面図
【図５】図４の梁部の根元部分の平面図およびその部分の拡大斜視図
【図６】実施の形態２による梁部の根元部分の平面図
【図７】実施の形態３よる加速度検出セルの模式図
【図８】実施の形態４による梁部部の拡大平面図
【図９】実施の形態５による加速度検出セルの全体図
【符号の説明】
１ 構造体、２ 梁部、３ 検出電極、４ 梁共振ストッパー、５ 梁Ｚ面ストッパー、６ 斜面、７ 鋭角部、８ 傾斜補償パターン、９ 主軸ストッパー、１０ 構造体アンカー部
Claims (6)
- 固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、
構造体の所定部を梁部近辺まで延長して前記梁部の必要以上の変位を抑止したことを特徴とする容量式加速度センサ。 - エッチング時に前記梁部の根元に生じる斜面をなくすために、前記梁部に続く幅広のパターンを形成した請求項１記載の容量式加速度センサ。
- 固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、
前記梁部がＺ方向に変位した時にセンサ底部に当接するようなＺ面ストッパーを前記梁部に設けたことを特徴とする容量式加速度センサ。 - 固定部と、前記との間で容量を形成する構造体と、前記構造体を移動可能に保持する梁部とを、エッチング技術を用いてシリコン及びポリシリコンで形成してなる容量式加速度センサにおいて、
所定以上の加速度印加時に、容量形成部にて構造体が固定部に接触したままになることを防止するために、前記梁部の他端を固定するためのアンカー部と構造体との間で所定の間隙を設けてなる主軸ストッパーを備えたことを特徴とする容量式加速度センサ。 - 前記主軸ストッパーを構造体の対角２点で備えた請求項４記載の容量式加速度センサ。
- 前記アンカー部を、方形状の構造体のエリア内に形成した請求項４もしくは５記載の容量式加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002204248A JP2004045269A (ja) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | 容量式加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002204248A JP2004045269A (ja) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | 容量式加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004045269A true JP2004045269A (ja) | 2004-02-12 |
| JP2004045269A5 JP2004045269A5 (ja) | 2005-08-04 |
Family
ID=31709904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002204248A Pending JP2004045269A (ja) | 2002-07-12 | 2002-07-12 | 容量式加速度センサ |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2004045269A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006308352A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多軸加速度センサ |
| JP2006308353A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 加速度センサおよびその製造方法 |
| JPWO2008143191A1 (ja) * | 2007-05-17 | 2010-08-05 | ローム株式会社 | Ｍｅｍｓセンサおよびその製造方法 |
| US9828235B2 (en) | 2014-05-01 | 2017-11-28 | Seiko Epson Corporation | Functional element, physical quantity sensor, electronic apparatus and mobile entity |
-
2002
- 2002-07-12 JP JP2002204248A patent/JP2004045269A/ja active Pending
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