JP2004333133A - 慣性力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】慣性力センサには、単結晶シリコン基板を一体加工することにより、ばね1と、アンカー2と、梁3と、質量体4と、アイランド電極7a、7bと、枠10とが一体形成されたデバイス層11が設けられている。この慣性力センサでは、アンカー2とアイランド電極7aとの電気的接続は、デバイス層11を一体加工することにより形成されたばね1で行われている。そして、下面基板12に対するアンカー2の接合面積は、下面基板7aに対するアイランド電極7aの接合面積より小さくなっている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度や角速度などの慣性力を検出する、温度安定性に優れた容量式の慣性力センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、加速度や角速度などの慣性力を測定する半導体容量型の慣性力センサにおいては、シリコン層の微細立体加工により、慣性力により変位する質量体、質量体を支持する梁、梁を基板に固定するアンカー、質量体の変位を静電容量変化として検出する固定電極、周辺の枠部等からなるセンサ部(センサ素子)が一括形成される(例えば、特許文献1、2参照)。
【0003】
かかる従来の慣性力センサでは、シリコンからなるセンサ部を外界から保護するため、該センサ部を形成しているシリコン層の上側及び下側に、それぞれ、シリコン又はガラスからなる基板が接合され、シリコン層が密封されている。そして、シリコン層を密封している上側及び下側の基板のいずれか一方に、外部との電気接続用の貫通穴が設けられ、貫通穴を通り抜けるワイヤボンディングにより、センサ部と外部の信号処理用ICとが接続されている。また、センサ部と信号処理用ICとは、パッド上に固着された後、各リード端子にリード線で電気的に接続され、さらに樹脂でモールドされてパッケージを形成している。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−32090号公報(段落[0084]、図8)
【特許文献2】
特開平10−148642号公報(段落[0017]、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこの種の慣性力センサにおいては、梁を支持する一方、下側もしくは上側の基板又は両基板に接合されているアンカー部には、該アンカー部と外部機器とを電気接続するための電極端子が設けられる。なお、前記の基板の貫通穴は、この電極端子を基板外に露出させている。このように、この種の慣性力センサでは、アンカー部に電極端子が付設されるので、アンカー部と基板との接合面積は、かなり大きくなる(例えば、500×500μm以上)。
【0006】
しかしながら、このようにアンカー部と基板との接合面積が大きいと、温度変化により該慣性力センサの出力零点が変動するといった問題が生じる。すなわち、シリコン層の上側及び下側に接合された基板が、シリコンとは異なる材料、例えばガラスで形成されている場合、あるいは接合界面にシリコンとは異なる材料が使用されている場合、シリコン層と基板との線膨張係数の差に起因して、アンカー部ないしその周囲に歪みが生じ、アンカー部の位置が温度変化により変位する。
【0007】
また、シリコン層の上側及び下側に接合される基板の材料としてシリコンを用いた場合、あるいはシリコンと同等の線膨張係数をもつ材料を用いてもセンサ部を取り囲むモールド用の樹脂材料の線膨張係数がシリコンと異なる場合は、温度変化によりセンサ部に応力が発生して、アンカー部ないしその周囲に歪みが生じ、アンカー部の位置が温度により変位する。
【0008】
このように、アンカー部の位置の変位が生じると、固定電極と質量体に付設された可動電極との間の距離が変わるので、固定電極と可動電極との間の静電容量が変化し、その結果慣性力センサの出力零点がずれてしまうといった問題が生じる。
【0009】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、周囲の温度変化によるアンカー部の歪みないし変位を防止ないし低減することができ、出力零点のずれが生じない温度安定性に優れた慣性力センサを提供することを解決すべき課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかる慣性力センサは、上側及び下側に接合された基板により密封されたデバイス層に、少なくとも一方の基板に固定されたアンカー部と、アンカー部によって支持された梁と、梁によって変位可能に支持される一方可動電極を備えた質量体と、固定電極を備えた固定電極用電極部とが(一体加工により)一体形成され、慣性力に起因する質量体の変位に伴う可動電極と固定電極との間の静電容量変化により該慣性力を測定するようになっている慣性力センサであって、デバイス層に、基板に固定された可動電極用電極部と、該可動電極用電極部とアンカー部とを電気的に接続するばね構造とが一体形成されていることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明のいくつかの実施の形態を具体的に説明する。なお、各実施の形態にかかる慣性力センサは、いずれも、従来は一体であった外部との電気接続用のアイランド電極とアンカー(アンカー部)とを分離して、アンカーと基板との接合面積を小さくし、かつアンカーとアイランド電極とをデバイス層を一体加工することにより形成したばね(ばね構造)で接続し、アイランド電極の温度変化に伴う歪みがアンカーに影響を及ぼさない構造としている。
【0012】
実施の形態1.
以下、図1(a)及び図1(b)を参照しつつ、本発明の実施の形態1にかかる慣性力センサを説明する。図1(a)及び図1(b)は、それぞれ、本発明の実施の形態1にかかる慣性力センサの平面図及び断面図である。なお、以下では便宜上、図1(a)及び図1(b)における位置関係における左右方向を「横方向」といい、平面視でこれと垂直な方向を「縦方向」という。
【0013】
まず、この慣性力センサの概略的な構成ないし機能を説明する。図1(a)、(b)に示すように、この慣性力センサには、一体加工により、ばね1と、アンカー2と、梁3と、質量体4と、アイランド電極7a、7bと、枠10とが一体形成されたデバイス層11が設けられている。そして、デバイス層11の下面と上面とには、それぞれ、下面基板12と上面基板13とが接合され、デバイス層11は、両基板12、13により密封されている。
【0014】
アイランド電極7aは後で説明する可動電極5を外部に電気的に接続するためのもの(可動電極用電極部)であり、アイランド電極7bは後で説明する固定電極6を外部に電気的に接続するためのもの(固定電極用電極部)である。そして、各アイランド電極7a、7bの上面には、それぞれ、外部機器との電気接続のための金属パッド8が付設されている。なお、上面基板13には、各金属パッド8と対応する位置にそれぞれ貫通穴9が設けられ、各金属パッド8は外部に露出している。図示していないが、各金属パッド8は、貫通穴9を通り抜けるワイヤボンディングを介して外部のIC等に電気的に接続される。
【0015】
この慣性力センサでは、可動電極用のアイランド電極7aが2つ設けられ、これらは、質量体4を間にはさむように横方向に配列されている。他方、固定電極用のアイランド電極7bも2つ設けられ、これらは、質量体4を間にはさむように縦方向に配列されている。また、ばね1、アンカー2及び梁3は、可動電極用の両アイランド電極7aに対応して、それぞれ、2つずつ設けられている。ここで、ばね1とアンカー2と梁3とアイランド電極7aとで構成される2組の構造体(以下、「ばね構造体」という。)は、質量体4をはさんで互いに横方向に面対称となるように配置されている。なお、固定電極用の両アイランド電極7bは、質量体4をはさんで互いに縦方向に面対称となるように配置されている。
【0016】
この慣性力センサでは、アンカー2は下面基板12に固定(接合)され、アイランド電極7a、7b及び枠10は、両基板12、13に固定(接合)されている。なお、ばね1、梁3及び質量体4は、いずれの基板12、13にも固定されていない。ここで、各梁3は、それぞれ対応するアンカー2によって支持され、質量体4は2つの梁3によって横方向に変位可能に支持されている。また、各ばね1は、それぞれ対応するアンカー2とアイランド電極7aとを連結している。そして、アンカー2とアイランド電極7aとは、対応するばね1によって電気的に接続されている。
【0017】
縦方向にみて質量体4の両側にはそれぞれ可動電極5が付設されている。他方、固定電極用の各アイランド電極7bには、それぞれ固定電極6が付設されている。そして、質量体4の両側では、それぞれ、可動電極5と固定電極6とが横方向に対向している。ここで、慣性力センサに横方向の慣性力が作用すると、該慣性力により質量体4が横方向に変位し、可動電極5と固定電極6との横方向の位置関係(間隔)が変化する。これに伴って、可動電極5と固定電極6との間の静電容量が変化するので、この静電容量変化により該慣性力センサに作用する慣性力を検出することができる。
【0018】
以下、実施の形態1にかかる慣性力センサのより具体的な構成及び機能を説明する。前記のとおり、この慣性力センサは、下面基板12に固定・接合されたアンカー2に連結された梁3が、質量体4を横方向に変位可能に支持する構造を有している。そして、慣性力センサに、横方向すなわち質量体4の可動方向の慣性力が加わると、質量体4は、慣性力と梁3の復元力とが釣り合う位置まで変位する。かくして、慣性力センサは、質量体4の横方向の変位量を、可動電極5と固定電極6との間の静電容量変化として捉え、質量体4に加わった慣性力を測定する。
【0019】
この慣性力センサにおいては、各アイランド電極7a、7bは、互いに電気的に絶縁されている。そして、質量体4に付設された可動電極5は、順に、梁3と、アンカー2と、ばね1とを介して可動電極用のアイランド電極7aに電気的に接続されている。なお、アイランド電極7aは、その上面の金属パッド8と、貫通穴9を通り抜けるワイヤボンディング(図示せず)とを介して、外部のIC等に電気的に接続されている。他方、固定電極用の各アイランド電極7bに付設された固定電極6は、該各アイランド電極7bと、その上面の金属パッド8と、貫通穴9を通り抜けるワイヤボンディング(図示せず)とを介して、外部のIC等に電気的に接続される。
【0020】
この慣性力センサでは、前記のとおり、デバイス層11の下面及び上面は、それぞれ絶縁性の下面基板12及び上面基板13で密封され、これによりアンカー2、梁3、質量体4等からなる微細な可動構造体が外界から保護されている。ここで、デバイス層11(デバイス基板)は、例えば低比抵抗の単結晶シリコンで形成され、下面基板12及び上面基板13は、例えば強化ガラスで形成される。
【0021】
前記のとおり、この慣性力センサでは、アンカー2とアイランド電極7aとの電気的接続は、デバイス層11を一体加工することにより形成されたばね1で行われる。そして、下面基板12に対するアンカー2の接合面積は、下面基板7aに対するアイランド電極7aの接合面積より小さくなっている。具体的には、アンカー2と下面基板12との接合面の面積は、可動電極用のアイランド電極7aと下面基板12との接合面の面積の同等以下の範囲で、好ましくは1/5以下で、質量体4を十分堅固に支持することが可能な値に設定されている。
【0022】
図2は、ばね1は設けず、アンカー2と可動電極用のアイランド電極7aとを一体形成(固定)したことを除けば、図1(a)、(b)に示す慣性力センサと同様の構造を備えた、本発明との比較のための慣性力センサ(比較例)の平面図である。
図3は、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサと、図2に示す比較例にかかる慣性力センサとについて、出力零点の温度に対する変化特性を示すグラフである。なお、図3において、実線と破線とは、それぞれ、本発明の実施の形態1にかかる慣性力センサと比較例にかかる慣性力センサとについての変化特性を示している。
【0023】
一般に、この種の慣性力センサの出力は、可動電極5と固定電極6との間の距離に比例する。したがって、図3に示す温度による出力零点の変動は、可動電極5と固定電極6との相対位置が変動していることを意味する。図3によれば、図2に示す比較例にかかる慣性力センサでは、温度変化によりアイランド電極7aと一体形成されたアンカー2に歪みが発生し、アンカー2の位置が大きく変位していることが分かる。
【0024】
なお、アンカー2の歪みないし変位の発生要因は、実質的には次の2種であり、いずれもアンカー2と下面基板12ないし上側基板13との接合面積が大きくなるほど、アンカー2の歪みないし変位が大きくなる傾向がある。
(1)デバイス層11と、下面基板12ないし上面基板13との接合界面に発生する歪み。
(2)センサ素子を取り囲むモールド樹脂から発生する歪み。
【0025】
アンカー2とアイランド電極7aとが強固に接合されている、図2に示す比較例では、基板12、13との接合面積が大きいアイランド電極7aの温度による歪みがアンカー2にも影響を及ぼす。このため、アンカー2の位置が歪み、ないしは変位し、その結果慣性力センサの出力変動を引き起こす。
【0026】
これに対して、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサでは、ばね1が、温度変化による可動電極用のアイランド電極7aの歪みを吸収するので、アンカー2の温度の変化による変位が非常に小さくなり、したがって慣性力センサの温度変化に起因する出力変化が従来よりも小さくなる。例えば、図3に示す具体例では、実施の形態1にかかる慣性力センサの零点出力の変化は、アンカー2の構造の相違により、比較例にかかる慣性力センサのそれの1/4以下となる。
【0027】
さらに、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサでは、ばね1が、梁3、質量体4などと一体加工により一体形成されるので、ばね1を設けるための格別のないしは追加のプロセスは不要である。このため、簡便かつ低コストで、慣性力センサの温度変化に対する出力安定性を改善することができる。ここで、例えば、アンカー2と可動電極用のアイランド電極7aとを別体形成し、これらを上面基板13上に形成された金属配線で電気的に接続した場合は、実施の形態1と同様に、温度変化に対する出力安定化効果は得られるものの、製造プロセスが複雑化ないしは増加し、製造コストが上昇する。
【0028】
例えば、デバイス層11を低比抵抗の単結晶シリコンで形成し、下面基板12及び上面基板13を強化ガラスで形成した場合、デバイス層11と両基板12、13とは、陽極接合により密封・接合することができる。この陽極接合は、例えば、強化ガラスからなる基板12、13と単結晶シリコンからなるデバイス層11とを密接させた上で、基板12、13側が−500〜−1000Vとなるように電圧を印加しつつ両者を加熱することにより行うことができる。
【0029】
なお、デバイス層11及び基板12、13の材料は、上記のものに限定されるものではない。デバイス層11は、例えば、ポリシリコン、あるいはNiなどの金属層で形成されてもよい。また、両基板12、13は、例えば、絶縁膜で被覆されたシリコン基板で形成されてもよい。
【0030】
ばね1の剛性は、温度変化によるアンカー2の歪みを吸収することができさえすれば良いので、厳密な制御は不要であり、例えばばね定数が8000N/m以下(0以上)であれば良い。また、ばね1を、上記方向だけでなく、同一面内で他の方向あるいは面外方向にも同様の剛性をもつばね構造とすれば、温度変化に対する出力安定性効果を、より向上させることができる。
【0031】
また、前記のとおり、2つのばね構造体が、質量体4をはさんで横方向に面対称に配置されているので、両構造体におけるアンカー2の温度変化による歪みないし変位(すでに、大幅に低減されているが)が互いに相殺され、アンカー2全体としての歪みないし変位はさらに小さくなる。
【0032】
なおデバイス層11は基板12、13により必ずしも密封の必要は無く、例えば基板12上にデバイス層11を接合して、基板13を接合しない状態で、金属パッケージ、セラミックパッケージなどに実装しても、周囲の温度変化によるアンカー2の歪みないし変位をばね1で吸収して、同等の効果を得ることができる。
【0033】
以上、実施の形態1によれば、周囲の温度変化によるアンカー2の歪みないし変位をばね1で吸収することができ、出力零点のずれが緩和された温度安定性に優れた慣性力センサを得ることができる。
【0034】
実施の形態2.
以下、図4を参照しつつ、本発明の実施の形態2を説明する。ただし、実施の形態2にかかる慣性力センサは、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサと多くの共通点を有するので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態1と異なる点を説明する。なお、図4において、図1(a)に示す慣性力センサの構成要素と共通の構成要素には、同一の参照番号が付されている。
【0035】
図4に示すように、実施の形態2にかかる慣性力センサでは、ばね1と、アンカー2と、梁3と、可動電極用のアイランド電極7aとで構成されるばね構造体が、横方向にみて、質量体4の片側(図4中における位置関係では左側)のみに設けられている。なお、横方向にみて、ばね構造体と反対側(図4中における位置関係では右側)には、質量体4を横方向にみて両側から支持するために、アンカー2と梁3とだけが設けられている。その他の点は、実施の形態1と同様である。
【0036】
実施の形態2にかかる慣性力センサは、ばね構造体が質量体4の片側にしか設けられていないので、実施の形態1にかかる慣性力センサと比較して、小型化ないしコンパクト化される。なお、この慣性力センサでは、2つのばね構造体が横方向に面対称に配置されていないので、実施の形態1に比べて、アンカー2の温度変化による歪みないし変位の改善効果は若干低下するが、かかる歪みないし変位は、ばね1により十分に低減されているので、とくには不具合は生じない。
【0037】
ちなみに、図2に示す比較例にかかる慣性力センサでは、各アンカー2における温度変化による歪みないし変位がもともと大きいので、横方向にみて質量体の両側に、梁3と、アンカー2と可動電極用のアイランド電極7aとが一体形成された構造体とを、面対称に配置して両構造体の歪みないし変位を相殺しないと、温度変化による歪みが非常に大きくなる。
【0038】
以上、実施の形態2にかかる慣性力センサによれば、基本的には実施の形態1にかかる慣性力センサと同様の作用・効果が得られるほか、該慣性力センサを小型化することができ、かつその製造コストを低減することができる。
【0039】
実施の形態3.
以下、図5を参照しつつ、本発明の実施の形態3を説明する。ただし、実施の形態3にかかる慣性力センサは、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサと多くの共通点を有するので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態1と異なる点を説明する。なお、図5において、図1(b)に示す慣性力センサの構成要素と共通の構成要素には、同一の参照番号が付されている。
【0040】
図5に示すように、実施の形態3にかかる慣性力センサでは、アンカー2とアイランド電極7a、bとが、上面基板13のみ(下面基板12のみでもよい)に接合され、下面基板12には接合されていない。その他の点は、実施の形態1と同様である。このように、アイランド電極7a、7bを、片側の基板13にのみ接合することにより、アイランド電極7a、7bを両基板12、13に接合した慣性力センサに比較して、温度変化による歪みの影響をより軽減することができる。なお、このほか、基本的には、実施の形態1にかかる慣性力センサと同様の作用・効果が得られるのはもちろんである。
【0041】
実施の形態4.
以下、図6を参照しつつ、本発明の実施の形態4を説明する。ただし、実施の形態4にかかる慣性力センサは、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサと多くの共通点を有するので、説明の重複を避けるため、以下では主として実施の形態1と異なる点を説明する。なお、図6において、図1(a)に示す慣性力センサの構成要素と共通の構成要素には、同一の参照番号が付されている。
【0042】
図6に示すように、実施の形態4にかかる慣性力センサでは、縦方向にみて質量体4の両側に配置された各固定電極6が、これと対応する固定電極用のアイランド電極7bとは別体形成されたアンカー6aによって支持されている。ここで、アンカー2と同様に、アンカー6aは、その下面基板12との接合面積が、アイランド電極7bと下面基板12との接合面積に比べて小さくなっている。そして、対応するアンカー6aと固定電極用のアイランド電極7bとは、デバイス層11と一体加工により一体形成されたばね1により結合され、このばね1により電気的に接続されている。その他の点は、実施の形態1と同様である。
【0043】
以上、実施の形態4にかかる慣性力センサによれば、基本的には実施の形態1にかかる慣性力センサと同様の作用・効果が得られる。さらに、固定電極6ないしアンカー6aについても、アンカー2と同様に温度変化による歪みないし変位の影響が緩和されるので、慣性力センサの温度変化に対する出力安定性を、より改善することができる。
【0044】
実施の形態5.
以下、図7(a)〜(c)及び図8(a)〜(c)を参照しつつ、本発明の実施の形態5を説明する。この実施の形態5は、図1(a)、(b)に示す実施の形態1にかかる慣性力センサの製造方法にかかるものである。なお、図7(a)〜(c)又は図8(a)〜(c)において、図1(a)に示す慣性力センサの構成要素と共通の構成要素には、同一の参照番号が付されている。
【0045】
図7(a)〜(c)及び図8(a)〜(c)は、実施の形態1にかかる慣性力センサを製造する手法の一例を示している。なお、簡単のため、デバイス層11は単結晶シリコンで形成され、下面基板12及び上面基板13はガラスで形成されるものとする。
【0046】
この慣性力センサの製造方法においては、まず図7(a)に示すように、デバイス層11の下面(裏面)に、フォトリソグラフィとエッチングとを施し、下面溝14を形成する。続いて、図7(b)に示すように、デバイス層11の下面に、下面基板12を陽極接合法などにより接合する。さらに、図7(c)に示すように、デバイス層11を、所望の厚さ、例えば数十〜百μm程度に研磨する。
【0047】
次に、図8(a)に示すように、デバイス層11の上面に、フォトリソグラフィとエッチングとを施して、上面溝15を形成する。続いて、図8(b)に示すように、デバイス層11に、フォトリソグラフとエッチングとにより、デバイス層11の所定の部位に貫通エッチングを施して、デバイス層11の主要構成部である、ばね1、アンカー2、梁3(図1(a)参照)、質量体4、可動電極5(図1(a)参照)、固定電極6(図1(a)参照)、アイランド電極7a、7b及び枠10を一体形成する。
【0048】
この後、図8(c)に示すように、アイランド電極7a、7bの上面に、金属パッド8をマスク蒸着などで形成する。続いて、デバイス層11の上面に、陽極接合法などにより、貫通穴9を備えた上面基板13を接合する。なお、貫通穴9は、金属パッド8と対応する部位に位置する。これにより、実施の形態1にかかる慣性力センサが完成する。
【0049】
この慣性力センサの製造方法によれば、温度変化に対する出力安定性を改善するためのばね1等は、図8(b)に示す工程で一体形成される。このため、ばね1等を形成するための各別の、ないしは追加の工程は必要とされない。したがって、実施の形態1にかかる慣性力センサを、迅速かつ容易に製造することができ、その製造コストを低減することができる。なお、実施の形態5にかかる慣性力センサの製造方法では、下面溝14及び上面溝15はデバイス層11に形成しているが、下面溝14と上面溝15とを、それぞれ、下面基板12と上面基板13とに形成してもよい。
【0050】
実施の形態6.
以下、図9(a)〜(c)及び図10(a)〜(c)を参照しつつ、本発明の実施の形態6を説明する。この実施の形態6は、図5に示す実施の形態3にかかる慣性力センサの製造方法にかかるものである。なお、図9(a)〜(c)又は図10(a)〜(c)において、図5に示す慣性力センサの構成要素と共通の構成要素には、同一の参照番号が付されている。
【0051】
図9(a)〜(c)及び図10(a)〜(c)は、実施の形態3にかかる慣性力センサを製造する手法の一例を示している。なお、実施の形態5と同様に、簡単のため、デバイス層11は単結晶シリコンで形成され、下面基板12及び上面基板13はガラスで形成されるものとする。
【0052】
この慣性力センサの製造方法においては、まず図9(a)に示すように、デバイス層11の上面に、フォトリソグラフィとエッチングとを施し、上面溝15を形成する。そして、貫通穴9と対応する位置においてデバイス層11の上面に、すなわちアイランド電極7a、bが形成されるべき部位に、金属パッド8をマスク蒸着などで形成する。続いて、図9(b)に示すように、デバイス層11の上面に、貫通穴9が形成された上面基板13を、陽極接合法などにより接合する。さらに、図9(c)に示すように、デバイス層11を、所望の厚さ、例えば数十〜百μm程度に研磨する。
【0053】
次に、図10(a)に示すように、デバイス層11の下面(裏面)に、フォトリソグラフィとエッチングとを施して、下面溝14を形成する。続いて、図10(b)に示すように、デバイス層11に、フォトリソグラフとエッチングとにより、デバイス層11の所定の部位に貫通エッチングを施して、デバイス層11の主要構成部である、ばね1、アンカー2、梁3(図1(a)参照)、質量体4、可動電極5(図1(a)参照)、固定電極6(図1(a)参照)、アイランド電極7a、7b及び枠10を一体形成する。
【0054】
この後、図10(c)に示すように、デバイス層11の下面(裏面)に、陽極接合法などにより下面基板12を接合する。これにより、実施の形態3にかかる慣性力センサが完成する。
【0055】
この慣性力センサの製造方法によれば、温度変化に対する出力安定性を改善するためのばね1等は、図10(b)に示す工程で一体形成される。このため、実施の形態5と同様に、ばね1等を形成するための各別の、ないしは追加の工程は必要とされない。したがって、実施の形態3にかかる慣性力センサを、迅速かつ容易に製造することができ、その製造コストを低減することができる。なお、下面溝14と上面溝15とを、それぞれ、下面基板12と上面基板13とに形成してもよい。
【0056】
【発明の効果】
本発明にかかる慣性力センサでは、基板に固定された可動電極用電極部とアンカー部とが、デバイス層と一体形成されたばね構造により電気的に接続されているので、周辺部の温度変化によるアンカー部の歪みないし変位の影響がばね構造により吸収される。このためアンカー部の位置変化が解消ないし緩和され、慣性力センサの温度変化に対する出力安定性が大幅に改善され、出力零点の変化が防止ないし低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施の形態1にかかる慣性力センサの平面図であり、(b)は(a)に示す慣性力センサのA−A線断面図である。
【図2】比較例にかかる慣性力センサの平面図である。
【図3】慣性力センサの温度変化に対する出力零点の変化特性を示すグラフである。
【図4】本発明の実施の形態2にかかる慣性力センサの平面図である。
【図5】本発明の実施の形態3にかかる慣性力センサの断面図である。
【図6】本発明の実施の形態4にかかる慣性力センサの平面図である。
【図7】(a)〜(c)は、実施の形態5にかかる慣性力センサの製造方法の前半部を示す図である。
【図8】(a)〜(c)は、実施の形態5にかかる慣性力センサの製造方法の後半部を示す図である。
【図9】(a)〜(c)は、実施の形態6にかかる慣性力センサの製造方法の前半部を示す図である。
【図10】(a)〜(c)は、実施の形態6にかかる慣性力センサの製造方法の後半部を示す図である。
【符号の説明】
1 ばね、 2 アンカー、 3 梁、 4 質量体、 5 可動電極、 6固定電極、 6a アンカー、 7 アイランド電極、 7a アイランド電極、 7b アイランド電極、 8 金属パッド、 9 貫通穴、 10 枠、11 デバイス層、 12 下面基板、 13 上面基板、 14 下面溝、15 上面溝。
Claims (6)
- 上側基板もしくは下側基板もしくは上下基板に接合されたデバイス層に、少なくとも一方の基板に固定されたアンカー部と、アンカー部によって支持された梁と、梁によって変位可能に支持される一方可動電極を備えた質量体と、固定電極を備えた固定電極用電極部とが一体形成され、慣性力に起因する質量体の変位に伴う可動電極と固定電極との間の静電容量変化により該慣性力を測定するようになっている慣性力センサであって、
デバイス層に、基板に固定された可動電極用電極部と、該可動電極用電極部とアンカー部とを電気的に接続するばね構造とが一体形成されていることを特徴とする慣性力センサ。 - アンカー部と、梁と、ばね構造と、可動電極用電極部とで構成される構造体が2組設けられ、各構造体が質量体をはさんで互いに面対称となるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ。
- アンカー部と、梁と、ばね構造と、可動電極用電極部とで構成される構造体が、質量体の片側のみに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ。
- アンカー部及び可動電極用電極部が、上下両基板のいずれか一方のみに接合されていることを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ。
- アンカー部と基板との接合面の面積が、可動電極用電極部と基板との接合面の面積の同等以下の範囲内で、質量体を支持することが可能な大きさに設定されていることを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ。
- 固定電極と固定電極用電極部とが、デバイス層と一体形成されたばね構造により結合されていることを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ。
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