JP2006250829A - 静電容量式センサ - Google Patents

Abstract

【課題】固定電極と可動電極との間に発生する静電容量の変化によって検出する静電容量式センサにおいて、過大な加速度の印加時におけるビーム部や電極の損傷をセンサチップのサイズを大きくせずに防止し、センサの安定化と高感度化を図る。
【解決手段】ビーム固定部６の一部に、マス部３に入り込んだ形状で、かつマス部３の可動方向と直交する延伸部９ａ、９ｂを形成し、マス部３は少なくとも延伸部９ａ、９ｂに平行な部位を有し、マス部３と延伸部９ａ、９ｂとの対向する辺の間隔を固定電極７ａ、７ｂと可動電極８ａ、８ｂとの対向する辺の間隔より狭くすることにより、延伸部９ａ、９ｂをマス部３の過大変位時におけるストッパとした。これにより、マス部３の過大変位による電極の損傷を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度センサやジャイロセンサのような物理量センサであって、特に、固定電極と可動電極の間の静電容量から加速度や角速度を検出する静電容量式センサに関する。

この種の静電容量式センサにおいて、固定電極と、固定電極に対向する可動電極、及び可動電極を支持し物理量により変位する重り部と、一端が重り部と連結された撓み自在な１乃至複数のビーム部と、このビーム部の他端が連結されるフレーム部とが半導体基板に加工されて形成された半導体センサが種々提案されている。

このような半導体センサは、加速度の印加により、重り部が可動され、ビーム部が変形されて固定電極と可動電極の間隔が変化し、この変化により２電極間に発生する静電容量の変化が静電容量―電圧変換用の集積回路（ＩＣ）で電圧に変換されて加速度の大きさを検出する。

そして、加速度に対する検出感度を高めるために、加速度に対する可動電極の可動変位を大きくするか、又はコンデンサを形成する電極対の面積を増大し、静電容量を大きくする方法が取られる。前者の場合、可動電極を構成するマス部を重くするか、もしくはビーム部を薄く、又は長くしてビームを撓み易くすることにより、同一加速度の印加に対して、マス部の変位量を増加させ、検出感度の向上を図っている。しかし、ビーム部を薄くしたり、長くしたりすると、検出しようとする加速度よりもはるかに大きな力が加わった場合、ビーム部が折れたり、コンデンサを構成する固定電極と可動電極が高速でぶつかり合うことにより、電極自身を損傷してしまうという問題があった。

一方、後者の場合は、例えば、可動電極と固定電極を櫛歯のような構造にしてコンデンサを構成する可動電極と固定電極の対向する部分の面積を増やして静電容量を増加させることにより、感度のアップを図っている。しかしながら、この場合も、前者と同じく、過大な加速度が加わった場合、細い櫛歯電極同士が衝突することにより、電極の損傷が生じるという同様の問題があった。

このような過大な加速度に対して、従来より、加速度センサのビームや電極の損傷を防止するために、可動電極、固定電極の櫛歯同士が衝突する前に、可動電極の連結されているマス部を、可動電極よりも先に衝突させるストッパを配置する等の対策が取られる。

しかしながら、従来のストッパは、ストッパの電位が可動電極と異なった電位を持つ場合には、２つの電極間に作用する静電吸引力（静電気による吸引する力）の影響で、ストッパと可動電極が固定されることがあり、それを回避するため独立したストッパの構成が必要とされ、その分、可動電極が小さくなってしまう問題があった。

以下に、従来の静電容量式加速度センサの例について、図６、図７を参照して説明する。図６は、静電容量式加速度センサ１００が半導体基板に構成されたセンサチップ１０１を示し、図７は、同センサチップ１０１がパッケージ１１１に実装されたセンサモジュール１１０を示す。センサチップ１０１は、シリコンの半導体基板上に、半導体微細加工により、可動部１０２、固定部１０３、ビーム部１０４、フレーム部１０９が形成されている。そして、センサチップ１０１は、加速度の印加により、可動部１０２と固定部１０３に設けられた電極間の容量が変化することにより、加速度変化を容量変化として検出する。

可動部１０２は略菱形に扁平な形状に形成され、その四辺にはそれぞれ可動部１０２と繋がる櫛歯状の可動電極１０５Ｘ、１０５Ｙが形成されている。固定部１０３には、可動電極１０５Ｘ、１０５Ｙと対向する固定電極１０７Ｘ、１０７Ｙが同様に櫛歯状に形成されている。これらの固定電極と固定電極は、可動部１０２の各辺とフレーム部１０９との間に配置されて、それぞれ互い違いに並んで対向している。可動部１０２は、中央部で４つのビーム部１０４の一端と連結されている。ビーム部１０４の他端は、可動部１０２の周囲を略４分の３周した位置において、フレーム部１０９の内側角部に連結されている。センサチップ１０１とＡＳＩＣ１１２とを接続するためのボンディングパット１０８が４つの固定部１０３と可動部１０２に繋がるフレーム部１０９に形成され、可動電極１０５Ｘ、１０５Ｙに近傍には、電極の衝突を避けるためのＹ方向及びＸ方向の各ストッパ１０６ａ、１０６ｂ及び１０６ｃ、１０６ｄが設けられている。

上記構成の加速度センサ１００においては、加速度が印加されると、可動部１０２がＸＹ平面内で変位し、ＸＹ軸方向の変化量に応じて固定電極１０７Ｘと可動電極１０５Ｘの間のギャップが変化して両者間の静電容量が変化し、同じくＹ方向の変化量に応じて固定電極１０７Ｙと可動電極１０５Ｙの間のギャップが変化して両者間の静電容量が変化することにより、これら２つの静電容量の変化の大きさが検出される。

センサチップ１０１からの静電容量の検出出力は、センサチップ１０１に設けたボンディングワイヤパッド（以下、パッドと略す）１０８からボンディングワイヤ（以下、ワイヤと略す）１１３介して、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＩＣ 特定用途向け集積回路：半導体素子）１１２の各入力用パッド１１２ａに電気的に接続されて、ＡＳＩＣ１１２に入力される。ＡＳＩＣ１１２では、このセンサチップ１０１からの静電容量の検出信号が電気信号に変換されて、加速度センサの検出電気信号として増幅されて取り出され、印加された加速度の方向とその大きさが検出される。

上記従来例においては、ストッパ１０６ａ、１０６ｂは、静電吸引力の影響を避けるため、独立したストッパとして構成されており、その分、センサチップの面積制限から可動電極の面積が小さくなっている。

また、上記従来例は、ビーム部１０４が可動部１０２を取り囲む構造であり、ボンディングパット１０８の位置がセンサチップ１０１上にの異なった方向に離れて配置されている。従って、センサチップ１０１とＡＳＩＣ（ＩＣ）１１２の接続において、接続されるワイヤ１１３の長さが各々異なり、ワイヤ１１３とセンサチップ１０１及びＡＳＩＣ１１２間に発生する浮遊容量が、ワイヤごとに異なり、静電容量のバランスが崩れてしまうという問題があった。

また、他の従来例として、例えば、特許文献１に示されるように、固定電極と対向する可動電極に連結され、加速度に応じて変位可能な第１の梁と、第１の梁の変位量を規制する第１のストッパと、第１のストッパを支持する第２の梁とによるストッパを備えた半導体加速度センサも提案されている。しかしながら、ストッパを別途、錘の両端部に設けるため、センサチップサイズが大きくなるという問題があった。
特開２００４−２８６６１５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、静電容量式センサにおいて、マス部に連結されるビームを支持する固定部の一部をマス部に入り込んだ形状に構成し、マス部と固定部との間隔を固定電極と可動電極との間隔より狭くすることにより、固定部をマス部の過大変位時のストッパとして兼用させることにより、センサチップ全体の寸法を大きくせず、独立なストッパを必要としない、高感度な静電容量式センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、固定電極と、この固定電極に対向する可動電極と、物理量によって変位するマス部と、撓み自在に形成されて一端部が前記マス部と連結され、他端部が固定部に固定される１乃至複数のビーム部とが半導体基板を加工して形成され、加速度や角速度を含む物理量の変化を前記固定電極と可動電極との間に発生する静電容量の変化によって検出する静電容量式センサにおいて、前記固定部は、その一部が前記マス部に入り込んだ形状で、前記マス部の可動方向と直交する直交部位を備え、前記マス部は、少なくとも前記固定部の直交部位に平行な部位を有し、前記マス部と前記固定部の直交部位との間隔を前記固定電極と可動電極との間隔より狭くすることにより、前記固定部をマス部の過大変位時の可動電極のストッパとしたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ストッパは、前記可動電極に対し１乃至２つ備えられ、前記可動電極は、一方向の物理量に対してのみ変化し、前記固定電極と可動電極との間隔の変化により静電容量が変化し、その他の方向からの物理量に対して変化しないものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、前記可動電極と、固定電極とによる電極対と同一形状で９０°回転された電極対をさらに備え、これら２つの電極対が１つの半導体基板上に構成され、直交する２方向の物理量の変化が同時に検出されるものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ストッパは、前記可動電極に対し１乃至４つ備えられ、前記可動電極は、２方向の物理量に対して変位し、これらの可動電極と対を成す固定電極がそれぞれの変位方向に備えられ、各変位方向における前記可動電極と固定電極の間隔の変化により生じた静電容量の変化が、それぞれ独立して取り出されるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の発明において、前記固定部は、前記マス部の中心部から略等距離に離れた４方向に配設され、前記ビームは、前記４方向の固定部から前記マス部の一部を分断する形で渦巻状に延長され、前記マス部の中央部分で接続されるものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記固定電極と可動電極との電極対は、物理量を検出する方向の軸上におけるマス部の両端にあって、マス部の中心部に対して対称な位置にそれぞれ配設され、一方の電極対の容量の増加、減少に対して、他方の電極対の容量が減少、増加するよう構成された電極対を持つものである。

請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記固定電極と可動電極との間に発生する静電容量の変化を電圧信号に変換するための半導体集積回路（ＩＣ）と電気的に接続するためのワイヤボンディングパットが、前記半導体基板に構成された前記静電容量検出のためのセンサチップの一辺側に並んでいるものである。

請求項１の発明によれば、固定部が電極のストッパ機能を兼ねることにより、独立したストッパ用のマスを設ける必要がなく、かつ可動電極と、ストッパを同電位にすることにより静電吸引力による電極同士の固着を避けることができ、センサチップ全体のサイズを大きくすることなく、過大な加速度による各電極の過度な移動を抑制してチップの破損を防止することができ、センサの信頼性を高めることができる。

請求項２の発明によれば、決められた１方向の容量変化を確実に検出でき、さらにストッパを２個設けたことにより、過大な加速度によるチップの破損を防止することができる。

請求項３の発明によれば、二つの同じセンサを９０°回転させて配置させることで、簡単な構成で直交する２方向の加速度を同時に検出することができる。

請求項４の発明によれば、ストッパ機能を有し、２方向における物理量の変位の検出が独立に得られるセンサをワンチップで構成できるので、小型で衝撃に強い安定な２方向センサが得られる。

請求項５の発明によれば、マスの体積を減少させず、より長いビームを形成できることにより、より大きな感度を得ることができると共に、４方向のストッパにより、過大な加速度に対する耐衝撃性が向上する。

請求項６の発明によれば、加速度により容量の増減が逆に変わる２つの電極対の容量差を検出することにより、チップサイズをあまり大きくせずにセンサ感度を約２倍にすることができる。

請求項７の発明によれば、センサ検出出力が取り出される固定電極と、可動電極の固定部とが共に、マス部や、ビーム部よりも外側に配置されているため、ワイヤボンディングパットは、可動電極や、ビームの位置に影響されず、センサチップ周辺のいずれの辺でも自由に配置することができる。従って、センサチップのボンディングパットをセンサチップの１辺に一列に配置することができ、このセンサチップに接続されるＩＣの入力側端子のボンディングパットと並列に並べて接続できるので、接続されるボンディングワイヤの長さをできるだけ均等に短く接続でき、ワイヤに発生する寄生容量の影響を均等に、かつ最小限に抑えることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る静電容量式センサについて図１、図２を参照して説明する。図１は、本実施形態による静電容量式センサ１を示し、図２（ａ）、（ｂ）は、ストッパの詳細を示すために図１の点線で囲んだＡ部及びＢ部を拡大して示す。これらの図において、対応する部材には同一符号を付している（以下、同様）。

この静電容量式センサ１は、シリコンの半導体基板に、半導体微細加工により、マス部３、固定電極部４、ビーム部５、ビーム固定部６（固定部）を有し、半導体センサチップ（以下、センサチップと略す）２として構成されている。固定電極部４は、センサチップ２の両サイドに平行して配置される固定電極７ａ、７ｂを有している。物理量によって変位するマス部３は、中心部でビーム部５に接続され、その加速度検出方向の両端部には、固定電極７ａ、７ｂに対向して櫛歯状に形成された可動電極８ａ、８ｂが形成され、これらの固定電極７ａ、７ｂと可動電極８ａ、８ｂはそれぞれ静電容量のコンデンサを構成する電極対を成している。

これらの電極対は、物理量を検出する方向の軸上におけるマス部３の両端にあって、マス部３の中心部に対して対称な位置にそれぞれ配設されている。そして、各電極対において、可動電極８ａ、８ｂが平行に入り込む櫛形溝４ａ、４ｂが固定電極部４近傍に形成されている。この櫛形溝４ａ、４ｂの長手方向の両側辺と、可動電極８ａ、８ｂの両側辺との各電極対として対応する間隔ａ１、ｂ１とａ２、ｂ２を同じ幅ではなく（但し、ａ１＋ａ２＝ｂ１＋ｂ２＝一定とする）、例えば、ａ１＞ａ２、ｂ１＞ｂ２として間隔の幅を変えている。この構成により、一方の電極対の容量の増加、減少に対して、他方の電極対の容量が減少、増加するよう構成できる。従って、物理量の変化量を両電極対の容量の差として検出することにより、チップサイズをあまり大きくせずにセンサチップの感度を約２倍にすることができる。

ビーム固定部６は、その一部がマス部３に入り込んだ形状で、マス部３の可動方向と直交する方向に延伸してビーム部５の一端を固定する略長方形の延伸部９ａ、９ｂを備えている。また、ビーム部５は、撓み自在に形成されて一端部がマス部３と連結され、他端部がマス部３の中心部から蛇行してビーム固定部６の延伸部９ａ、９ｂに固定されている。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、マス部３は、少なくともビ−ム固定部６の延伸部９ａ、９ｂに平行な部位１１ａ、１１ｂを有し、マス部３と延伸部９ａ、９ｂとの隙間の間隔ｔ１を固定電極７ａ、７ｂと可動電極８ａ、８ｂとの隙間の間隔ｔ２又はｔ３より狭くしている。また、略長方形の延伸部９ａ、９ｂのビーム部５との接続側における延伸部９ａ、９ｂとマス部３との間隔ｔ４は、間隔ｔ１より大きく形成し、延伸部９ａ、９ｂの電極対側の縁部１０ａ及び１０ｂをストップ用側縁としている。従って、図２において、Ｘ方向の右側に向けてマス部が過大に移動した場合は、延伸部９ａの縁部１０ａがストップ用側縁となり、Ｘ方向の左側にマス部３が過大に移動した場合は、延伸部９ｂの縁部１０ｂがストップ縁となり、可動電極と固定電極の破損を防止することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る静電容量式センサについて、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態による静電容量式センサ２０を示し、前記実施形態の静電容量式センサ１のセンサチップ２を２つ備え、それらを互いに直交して配置した点で前記実施形態と異なる。

この静電容量式センサ２０は、Ｙ方向及びＸ方向の物理量（例えば加速度）の変化をそれぞれ検出するに検出部２１及び検出部２２から成り、これら二つの検出部が１つの半導体基板上に構成されている。

検出部２１及び検出部２２には、可動電極と、固定電極とによる電極対により形成された二つのセンサチップ２が互いに直交して配置され、これらのセンサチップ２から検出される静電容量変化を取り出すためのボンディングパット（以下、パットと略す）２１ａ、２１ｂ、２１ｃ及び２１ｄ、２１ｅ、２１ｆが同一半導体基板２０ａ上に形成されている。パット２１ａ、２１ｃ及び２１ｄ、２１ｆは、それぞれの固定電極に接続され、パット２１ｂ及び２１ｅはそれぞれの可動電極に接続されている。また、これらのパットは、半導体基板２０ａ上の周辺の一辺に一列に配置され、静電容量を電気信号に変換するＡＳＩＣに接続され易くされている。本構成により、直交する２方向の物理量の変化が同時に検出される。

次に、本発明の第３の実施形態に係る静電容量式センサについて、図４a、図４b、図５を参照して説明する。図４ａは、本実施形態による静電容量式センサ３０を示し、図４ｂは、ストッパの詳細を示すために図４ａの点線で囲んだＣ部を拡大して示し、図５は、本実施形態によるセンサ３０が半導体集積回路のＡＳＩＣ５１に接続されてパッケージ５０に実装された状態を示す。なお、図４a、図４bにおいて、白地の部分はパターン形成部を示し、ハッチング部分はパターンが存在しない部分を示す。

この静電容量式センサ３０は、シリコンの半導体基板上に、マス部３２、固定電極部３４、ビーム部３３、ビーム固定部３７（固定部）及びフレーム部３１ａが形成され、縦横の寸法がほぼ等しい略正方形に形成されたセンサチップ３１により構成されている。

この静電容量式センサ３０の周辺には、縦横の寸法がほぼ等しい略正方形のフレーム部３１ａが形成され、フレーム部３１ａ近くの周辺の４辺には、マス部３２と接続される櫛歯状の可動電極３６Ｘ、３６Ｙが形成されている。また、可動電極３６Ｘ、３６Ｙに対向して、同様の櫛歯状に形成された固定電極３５Ｘ、３５Ｙを有する固定電極部３４がフレーム部３０ａの周辺に設けられている。そして、それらの固定電極３５Ｘ、３５Ｙと可動電極３６Ｘ、３６Ｙは、マス部３２の各周辺部とフレーム部３１ａとの間に配置されている。各電極は、互い違いに対向して並べられ、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ２箇所に対称に備えられ、これらの電極により静電容量を発生するコンデンサが形成される。また、フレーム部３１ａの周辺の一辺側には、ＡＳＩＣ５１と接続されるためのボンディングパット３９が一列に構成さている。

マス部３２は、フレーム部３１ａの中心部で重り部の役割をし、中央部で４つのビームを有するビーム部３３の一端と連結されて支持され、このビーム部３３により４つに分けられた略四角形の渦巻状に構成されている。これに対応する形で、ビーム部３３は、マス部３２の一部を分断する形でマス部３２と並行して同様に渦巻状に延長され、ビーム部３３の他端は、マス部３２の中心部から略等距離に離れた４方向の四隅に配設されたビーム固定部３７に接続される。ビーム固定部３７は、その一部がマス部３２に入り込んだ形状で構成され、マス部３２のＸ方向及びＹ方向の可動方向と直交する方向を持つ直交部位３８ａ、３８ｂを有している。

図４ｂに示すように、マス部３２は、周辺部において、ビーム固定部３７の直交部位３８ａ、３８ｂに対して平行な平行部位３２ａ、３２ｂを有し、Ｘ方向におけるマス部３２の平行部位３２ａとビーム固定部３７の直交部位３８ａとの間隔ｄ１を固定電極３５Ｘとマス部３２との間隔ｄ２及びｄ３より狭くしている。同様に、Ｙ方向におけるマス部３２の平行部位３２ｂとビーム固定部３７の直交部位３８ｂとの間隔ｃ１を固定電極３５Ｙとマス部３２との間隔ｃ２及びｃ３より狭くしている。また、ビーム部３３と、ビーム部３３を挟む両辺のマス部３２との間隔ｅ１は、ビーム固定部３７の直交部位３８ｂとの間隔ｃ１より広くしている。

これにより、Ｘ方向、Ｙ方向に過剰の物理量の変化が加わった場合、可動電極３６Ｘが固定電極３５Ｘに衝突する前に、マス部３２をビーム固定部３７に衝突させて可動電極の衝突を避けている。即ち、ビーム固定部３７は、ストッパの働きを兼ねている。また、このストッパ作用をするビーム固定部３７は、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ２箇所配置されているので、ＸＹ平面の上下左右に対し、いずれにおいてもストッパとして働き、可動電極と固定電極の破損を事前に防止する。

この静電容量式センサ３０は、図５に示すように、ＡＳＩＣ５１と共に、パッケージ５０に実装され、センサ３０により検出された静電容量は、ボンディングワイヤ５３でＡＳＩＣ５１に接続され、電気信号に変換されて出力パット５４からパッケージ５０の出力端子５５を経て検出電気信号として取り出される。また、センサ３０のボンディングパット３９がフレーム部３１ａの一辺に沿って一列の配置されているため、ＡＳＩＣ５１の入力側ボンディングパット５２と接続されるボンディングワイヤ５３は、長さをほぼ等しくして、最短距離でバランス良く接続される。

本実施形態の静電容量式センサ３０においては、物理量が印加されると、マス部３２がＸＹ平面内で変位し、Ｘ軸方向の変位量に応じて固定電極３５Ｘと可動電極３６Ｘの間のギャップが変化して両者間の静電容量も変化し、同じくＹ方向の変位量に応じて固定電極３５Ｙと可動電極３６Ｙの間のギャップが変化して両者の静電容量も変化する。そして、これら２つ方向の静電容量の変化の大きさを測定することにより、印加された物理量の方向とその大きさを検出できる。また、ビーム固定部３７をストッパとしてマス部３２の一部に入り込む形でビーム固定部３７をストッパとして兼用できるように配置したので、ストッパ用のマスパターンが省け、またマス部３２とビーム固定部３７のストッパを同電位にできるので静電吸引力（静電気による吸引力）の影響がなくなり、独立のストッパを設ける必要がなくなり、センサチップの面積を大きくすることなく安定なセンサが得られる。

また、センサチップ出力が取り出される固定電極と、可動電極の固定部分は共に、マス部や、ビーム部よりも外側に位置しているため、ワイヤボンディングパットは、可動電極や、ビームの位置に影響されず、センサチップのいずれかの側の位置にも自由に配置することができる。従って、センサ３０のボンディングパット３９を一列に配置することにより、ワイヤ５３を最短距離に、かつ略同じ長さにボンディングすることができる。これにより、ワイヤに発生する寄生容量の影響をバランス良くの最小限に抑えることができ、特に、センサが静電容量型の場合は、精度の高いセンサ信号の検出が可能となる。

以上述べたように、本実施形態による静電容量式センサによれば、可動するマス部３がビーム部５を介して固定されるビーム固定部６を、マス部３の一部に入り込んだ形で配置させてストッパ機能を兼用して持たせたことにより、可動電極８ａ、８ｂと、ストッパの静電吸引力の影響を省いて独立ストッパの構成を不要とし、センサチップ全体のサイズを大きくすることなく、小型で高感度の安定で信頼性の高いセンサを得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、ストッパを有し、一方向のみの容量変化を確実に検出する同じセンサを２個互いに直交してワンチップに設けることにより、簡単な構成で２方向の加速度を精度良く検出できるセンサを得ることができる。

また、マス部の中央部の４方向から、マス部を支えるビーム部をマス部を４方向に分断する形で渦巻状に延長して、４隅のストッパを有するビーム固定部に接続することにより、
２方向で加速度等の物理量の変位を独立に検出できると共に、過大な加速度によるセンサチップの破損を防止できる感度の高い加速度センサを得ることができる。

また、可動電極と、可動電極と対を成す固定電極により構成される２つのコンデンサにおいて、加速度により、一方のコンデンサの容量の増加（又は減少）に対し、他方のコンデンサの容量が減少（又は増加）するよう対称に向かい合わせて配置し、物理量の変化を両者の容量の差により検出することにより、チップサイズをあまり大きくせずにセンサチップの感度を約２倍にすることができる。

さらに、センサチップの１辺にボンディングパットを一列に配置することにより、ＩＣに接続されるボンディングワイヤの長さを均等に、かつ最短にでき、ワイヤに発生する寄生容量の影響をバランス良く、最小限に抑えられることにより、センサの静電容量の検出精度をより向上させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る静電容量式センサの平面図。 （ａ）、（ｂ）は、図１の点線で囲んだＡ部及びＢ部の拡大図。 本発明の第２の実施形態に係る静電容量式センサの平面図。 本発明の第３の実施形態に係る静電容量式センサの平面図。 図４ａの点線で囲んだＣ部の拡大図。 上記センサをパッケージに実装した状態を示す平面図。 従来の静電容量式センサの平面図、 上記センサをパッケージに実装した状態を示す平面図。

符号の説明

１ 静電容量式センサ
２ 半導体基板
３ マス部
４ 固定電極部４（固定電極）
５ ビーム部
７ａ、７ｂ 固定電極
９ａ、９ｂ 延伸部（直交部位）
１０ａ、１０ｂ ストッパ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆ ボンディングパット
５１ ＡＳＩＣ（半導体集積回路）

Claims (7)

1. 固定電極と、この固定電極に対向する可動電極と、物理量によって変位するマス部と、撓み自在に形成されて一端部が前記マス部と連結され、他端部が固定部に固定される１乃至複数のビーム部とが半導体基板を加工して形成され、加速度や角速度を含む物理量の変化を前記固定電極と可動電極との間に発生する静電容量の変化によって検出する静電容量式センサにおいて、
   前記固定部は、その一部が前記マス部に入り込んだ形状で、前記マス部の可動方向と直交する直交部位を備え、
   前記マス部は、少なくとも前記固定部の直交部位に平行な部位を有し、
   前記マス部と前記固定部の直交部位との間隔を前記固定電極と可動電極との間隔より狭くすることにより、前記固定部をマス部の過大変位時の可動電極のストッパとしたことを特徴とする静電容量式センサ。
2. 前記ストッパは、前記可動電極に対し１乃至２つ備えられ、
   前記可動電極は、一方向の物理量に対してのみ変化し、
   前記固定電極と可動電極との間隔の変化により静電容量が変化し、その他の方向からの物理量に対して変化しないことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
3. 前記可動電極と、固定電極とによる電極対と同一形状で９０°回転された電極対をさらに備え、
   これら２つの電極対が１つの半導体基板上に構成され、
   直交する２方向の物理量の変化が同時に検出されることを特徴とする請求項２に記載の静電容量式センサ。
4. 前記ストッパは、前記可動電極に対し１乃至４つ備えられ、
   前記可動電極は、２方向の物理量に対して変位し、これらの可動電極と対を成す固定電極がそれぞれの変位方向に備えられ、
   各変位方向における前記可動電極と固定電極の間隔の変化により生じた静電容量の変化が、それぞれ独立して取り出されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
5. 前記固定部は、前記マス部の中心部から略等距離に離れた４方向に配設され、
   前記ビームは、前記４方向の固定部から前記マス部の一部を分断する形で渦巻状に延長され、前記マス部の中央部分で接続されることを特徴とする請求項４に記載の静電容量センサ。
6. 前記固定電極と可動電極との電極対は、物理量を検出する方向の軸上におけるマス部の両端にあって、マス部の中心部に対して対称な位置にそれぞれ配設され、
   一方の電極対の容量の増加、減少に対して、他方の電極対の容量が減少、増加するよう構成された電極対を持つことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の静電容量式センサ。
7. 前記固定電極と可動電極との間に発生する静電容量の変化を電圧信号に変換するための半導体集積回路（ＩＣ）と電気的に接続するためのワイヤボンディングパットが、前記半導体基板に構成された前記静電容量検出のためのセンサチップの一辺側に並んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の静電容量式センサ。

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