JP2006317182A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度センサ、特に半導体基板の微細加工によって構成される半導体加速度センサに関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly to a semiconductor acceleration sensor configured by microfabrication of a semiconductor substrate.
従来、規定方向に変位可能な可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極よりなる検出部とを基板上に形成し、加速度の変化を可動電極と固定電極との間の静電容量の変化によって検出するようにしている静電容量型の加速度センサが提供されている(特許文献1参照)。この種の加速度センサとして、例えば図4に示すものがある。この加速度センサは、ガラス基板よりなる支持基板1の一表面(図4(b)の上面)側に支持基板1から離間して配置された重り部21と、支持基板1の前記一表面側に固着され前記一表面に沿って重り部21を規定方向(図4(a)における左右方向)に変位可能とするばね部22を介して重り部21を支持する一組の支持部231,232と、重り部21の図4(a)における上下両側において支持基板1の前記一表面側に固着され前記規定方向が厚さ方向となるように列設された複数の薄板状の固定電極24bを有する櫛形状の固定電極部24と、隣り合う固定電極24b,24b間の櫛溝24cに1つずつ入り込み前記規定方向へ変位可能となるように重り部21に設けられた複数の薄板状の可動電極21aと、重り部21、支持部231,232、固定電極部24、可動電極21a等を支持基板1の表面に沿った方向(図4(a)における上下方向及び左右方向)から囲う矩形枠状に形成されて支持基板1の当該一表面側に固定される枠体28と、枠体28を挟んで支持基板1と対向するように枠体28を覆うガラス基板よりなる第2の支持基板2とを備えている。
Conventionally, a movable electrode that is displaceable in a specified direction and a detection unit made up of a fixed electrode that is disposed opposite to the movable electrode are formed on a substrate, and a change in acceleration is detected between the movable electrode and the fixed electrode. There has been provided a capacitance type acceleration sensor that detects a change in capacitance (see Patent Document 1). An example of this type of acceleration sensor is shown in FIG. The acceleration sensor includes a
一組の支持部231,232は枠体28と別体に形成されて図4(a)における重り部21の左右両側に配置されており、支持部231の裏面には基板上に形成された導電パターン(図示せず)を介して各可動電極21aと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤形状の可動電極用パッド26cが設けられている。また可動電極用パッド26cを外部に臨ませるために挿通孔3が支持基板1に貫設されており、この挿通孔3の内径は可動電極用パッド26cの外形よりも大きく形成されている。ここで、支持部231と支持部231に形成された導電パターンと可動電極用パッド26cとを纏めて結線用可動電極部31と以下称することとする。
The pair of support portions 23 1 and 23 2 is formed separately from the
固定電極部24は、前記規定方向に列設された複数の固定電極24bと、前記規定方向に延長され複数の固定電極24bを連結する連結部24aとで櫛形状の平面形状に形成されており、連結部24a並びに連結部24aの延長方向の一端部から側方へ延設された固定極部24dが前記右側の支持部231を前記上下方向から挟むようにして一対配置されている。前記上側の固定極部24dの裏面には、基板上に形成された導電パターン(図示せず)を介して重り部21の前記上側の各固定電極24bと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤状の固定電極用パッド26aが、前記下側の固定極部24dの裏面には、基板上に形成された導電パターン(図示せず)を介して重り部21の前記下側の各固定電極24bと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤状の固定電極用パッド26bが設けられている。また可動電極用パッド26cと同様に、固定電極用パッド26a,26bを外部に臨ませるための挿通孔3が支持基板1にそれぞれ貫設され、これら挿通孔3の内径は固定電極用パッド26a,26bの外形よりも大きく形成されている。ここで、固定極部24dと固定極部24dに形成された導電パターンと固定電極用パッド26a,26bとを纏めて結線用固定電極部32a,32bと以下称することとする。なお結線用固定電極部32aは前記上側の固定極部24d、結線用固定電極部32bは前記下側の固定極部24dにそれぞれ対応する。
The
これら固定電極用パッド26a,26b並びに可動電極用パッド26cと電気的に接続された外部の回路において、規定方向への重り部21の変位に応じた固定電極24bと可動電極21aとの間の静電容量値の変化として加速度を検出することができる。なお各固定電極部24の左側には、重り部21の変位量を規制するストッパ25がそれぞれ設けられいる。
In an external circuit electrically connected to the
枠体28は縦横の外形寸法が支持基板1,2とほぼ同一である矩形形状であって、この枠体28の裏面に支持基板1を接合するとともに、支持基板2を枠体28の表面に接合することで、2枚の支持基板1,2と枠体28によって重り部21、ばね部22、支持部231,232、固定電極部24、可動電極21a等が全て密封されるため、微小な塵や異物等が内部に侵入することがなく、かかる異物等によって重り部21の変位が阻害されるなどの不具合を防ぐことができ、枠体28の内側を気密封止できるから耐湿性の向上等の効果も得られるものである。
The
また枠体28の四隅のうちの一つ(図4(a)における右上の隅)には内側に突出する台部28aが設けられ、この台部28aの裏面には、支持基板1と枠体28を接合する接合部と一体に形成されて外部のグランドと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤状の接地電極用パッド30が設けられている。また他の電極用パッドと同様に、接地電極用パッド30を外部に臨ませるための挿通孔3が支持基板1に貫設され、この挿通孔3の内径は接地電極用パッド30の外形よりも大きく形成されている。ここで台部28aと接地電極用パッド30とを纏めて結線用接地電極部33と以下称することとする。この接地電極用パッド30を介して接合部を外部のグランドに接続することにより固定電極24bや可動電極21a等が接合部によってシールドされることになり、耐ノイズ性が向上する。
しかしながら従来例では、結線用固定電極部32a,32b、結線用可動電極部31、結線用接地電極部33が重り部21の変位方向における枠体28の中心線に対して非対称に配置されかつ形状も非対称であるため、熱膨張等により生じる熱応力によって可動電極21aや固定電極部24にねじれ、回転等の動きが生じ、このため可動電極21aと固定電極24bとの距離が温度変化によって変化するために、検出精度やオフセット出力(加速度が0Gの時の出力)といった温度特性が劣化するという問題があった。
However, in the conventional example, the
本発明はこの点に鑑みて為されたもので、熱応力による温度特性の劣化を防止できる加速度センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to provide an acceleration sensor capable of preventing deterioration of temperature characteristics due to thermal stress.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、支持基板と、支持基板の一表面側において支持基板から離間して配置された重り部と、支持基板の前記一表面側に固着され前記一表面に沿って重り部を規定方向に変位可能とするばね部を介して重り部を支持する少なくとも一組の支持部と、重り部の側方において支持基板の前記一表面側に固着され前記規定方向が厚さ方向となるように列設された複数の薄板状の固定電極を有する櫛形状の固定電極部と、支持基板の一表面側に固着され固定電極部と電気的に接続されるとともに外部への配線が接続される固定電極用パッドを備えた結線用固定電極部と、隣り合う固定電極間の櫛溝に1つずつ入り込み前記規定方向へ変位可能となるように重り部に設けられた複数の薄板状の可動電極と、支持基板の一表面側に固着され可動電極と電気的に接続されるとともに外部への配線が接続される可動電極用パッドを支持部に備えた結線用可動電極部と、重り部、支持部、固定電極部、結線用固定電極部、可動電極、結線用可動電極部を支持基板の前記一表面に沿った方向から囲う枠状に形成されて支持基板の当該一表面側に固定される枠体とを備え、支持部と結線用固定電極部と結線用可動電極部とが、重り部の変位方向における枠体の中心線に対してそれぞれ対称となる形状に形成されかつ配置されている。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2の発明は、上記目的を達成するために、前記重り部の変位方向において重り部の片側に前記結線用固定電極部並びに結線用可動電極部が配置されており、支持基板の前記一表面側に固着され外部のグランドに接地するための接地電極用パッドを備えた結線用接地電極部が、結線用固定電極部並びに結線用可動電極部と重り部を挟んで反対側に配置され、重り部の変位方向における枠体の前記中心線に対して対称な形状に形成されかつ配置されている。 In order to achieve the above object, the fixed electrode part for connection and the movable electrode part for connection are arranged on one side of the weight part in the displacement direction of the weight part. A grounding electrode portion for connection having a ground electrode pad fixed to the surface side and grounded to the external ground is disposed on the opposite side across the fixed portion for connection and the movable electrode portion for connection and the weight portion, It is formed and arranged in a symmetrical shape with respect to the center line of the frame in the displacement direction of the weight portion.
本発明によれば、支持部、結線用固定電極部、結線用可動電極部、又は結線用接地電極部が重り部の変位方向において枠体の中心線に対して対称な形状に形成されかつ配置されるため、熱応力による可動電極等のねじれ、回転等の動きを緩和することができ、したがって温度特性の改善を図ることができる。 According to the present invention, the support portion, the connection fixed electrode portion, the connection movable electrode portion, or the connection ground electrode portion is formed and arranged in a symmetrical shape with respect to the center line of the frame body in the displacement direction of the weight portion. Therefore, movement of the movable electrode or the like due to thermal stress such as twisting and rotation can be mitigated, and therefore, temperature characteristics can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の各実施形態は、図4に示した従来例と基本的な構成が共通するため、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, since each of the following embodiments has the same basic configuration as the conventional example shown in FIG. 4, the same reference numerals are given to common components, and description thereof will be omitted as appropriate.
(実施形態1)
本実施形態は、図1に示すように支持基板1,2、重り部21、ばね部22、一組の支持部231,232、固定電極部24、結線用固定電極部32a,32b、可動電極21a、結線用可動電極部31、枠体28から構成されており、一組の支持部231,232と固定電極部24と結線用固定電極部32a,32bと結線用可動電極部31とが重り部21の変位方向における枠体28の中心線(図1(a)におけるA−A線)に対してそれぞれ対称となる平板形状に形成されかつ配置されている点に特徴がある。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, support
一組の支持部231,232はいずれも平板形状に形成されており、図1(a)における重り部21の左右両側に配置されている。図1(a)における右側の支持部231は図中上下方向の中央に設けられ、この支持部231を前記上下方向から挟むようにして固定極部24dが設けられている。この固定極部24dが含まれる固定電極部24は櫛形状の平板形状に形成されており、図1(a)における重り部21の前記上下両側に配置され、いずれも同一の形状及び寸法である。
Each of the pair of support portions 23 1 and 23 2 is formed in a flat plate shape, and is disposed on both the left and right sides of the
ここで支持部231と固定極部24dはそれぞれ結線用可動電極部31、結線用固定電極部32a,32bに対応し、結線用可動電極部31と結線用固定電極部32a,32bは図1(a)における重り部21の右側に上下方向に並置され、かつ重り部21の左側に位置する支持部232も含めて、枠体28の前記中心線に対して対称な形状及び配置をしているため、熱応力による可動電極21a等のねじれ、回転等の動きを緩和することができ、その結果温度特性を改善することができる。
Here the supporting portion 23 1 and each of the fixed
また固定電極部24と可動電極21aと結線用固定電極部32a,32bと結線用可動電極部31とが枠体28の前記中心線に対して線対称であるため、前記上側の固定電極24bと可動電極21aとの間の静電容量C1と、前記下側の固定電極24bと可動電極21aとの間の静電容量C2の値が略同一(C1≒C2)となり、配線の寄生容量による影響を低減する効果も得られる。
Since the fixed
ばね部22は、重り部21を図1(a)において上下に二分割に見た場合の、上側の重り部21の左右両側と、下側の重り部21の左右両側の計4ヶ所にそれぞれ配置される。各ばね部22は、それぞれ平面形状がつづら折れ状に形成され、形状及び寸法が同一である。右上のばね部22は、その一端部が上側の重り部21の右辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部21の右側の支持部231の左辺上端部と連続一体に連結されており、右下のばね部22は、その一端部が下側の重り部21の右辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部21の右側の支持部231の左辺下端部と連続一体に連結されている。左上のばね部22は、その一端部が上側の重り部21の左辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部21の左側の支持部232の右辺上端部と連続一体に連結されており、左下のばね部22は、その一端部が下側の重り部21の左辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部21の左側の支持部232の右辺下端部と連続一体に連結されている。これらばね部22の配置は、枠体28の前記中心線に対して上下対称となっているため、上記結線用固定電極部32a,32b等の配置と同様に、熱応力による可動電極21a等のねじれ、回転等の動きを緩和する効果が得られる。
The
(実施形態2)
本実施形態を図2を用いて説明する。なお本実施形態の基本構成は実施形態1と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
This embodiment will be described with reference to FIG. Since the basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, common components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態が実施形態1と異なる点は、重り部21の図2(a)における左側において、2つの平板状の支持部232を所定の間隔を空けて重り部21の変位方向における枠体28の中心線に対して対称に配置し、これら支持部232に挟まれた箇所に、外部のグランドと接続するための結線用接地電極部33を設け、この結線用接地電極部33が枠体28の前記中心線に対して対称な配置となっている点にある。
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the left side of the
従来例において枠体28の四隅のうちの一つにあった結線用接地電極部33を上記のように枠体28の前記中心線に対して対称な配置にすることで、熱応力による可動電極21a等のねじれ、回転等の動きを緩和する効果が得られる。
In the conventional example, the connection
前記上側の支持部232は、右辺下端部において左上のばね部22の一端部と連続一体に連結され、前記下側の支持部232は、右辺上端部において左下のばね部22の一端部と連続一体に連結されている。これら支持部232及びばね部22の配置は、枠体28の前記中心線に対して対称となっているため、実施形態1と同様に、熱応力による可動電極21a等のねじれ、回転等の動きを緩和する効果が得られる。
Supporting portion 23 2 of the upper is connected to the continuous integral with one end of the left upper of the
以下、図1又は図2の構造を有する加速度センサの製造方法について図3を参照にしながら簡単に説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing the acceleration sensor having the structure of FIG. 1 or 2 will be briefly described with reference to FIG.
まず、n形のシリコン基板20の主表面および裏面にシリコン酸化膜を熱酸化などにより形成し、シリコン基板20の裏面に凹部20aを形成するためにシリコン基板20の裏面のシリコン酸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した後、このパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板20を裏面から所定深さまでエッチングし、シリコン基板20の主表面および裏面のシリコン酸化膜をエッチング除去することによって図3(a)に示すような構造が得られる。なお、所定深さは支持基板1と重り部21との間の距離に設定してある。
First, a silicon oxide film is formed on the main surface and the back surface of the n-
次に、シリコン基板20の裏面上にパッド26a〜26cを形成するためにアルミニウム膜を、例えば蒸着法によって形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してアルミニウム膜を矩形又は円形にパターニングすることによってパッド26a〜26cを形成することにより、図3(b)に示す構造が得られる。
Next, an aluminum film is formed on the back surface of the
その後、予め挿通孔3が貫設されたガラス基板よりなる支持基板1とシリコン基板20とを陽極接合することによって図3(c)に示す構造が得られる。
After that, the structure shown in FIG. 3C is obtained by anodic bonding of the
次に、シリコン基板20の主表面に、この後の垂直エッチング工程時のマスクとなる酸化膜等を形成し、シリコン基板20に重り部21、ばね部22、支持部23、固定電極24b、固定電極部24、可動電極21a、枠体28などを形成するために、前記酸化膜をパターニングした後(図3(d)参照)、シリコン基板20に対して主表面に直交する方向に貫通させる垂直エッチングを行うことによって図3(e)に示す構造が得られる。ここに誘導結合プラズマ(ICP)を利用したエッチング装置を用いてエッチングを行うことによってシリコン基板20の厚み方向に垂直エッチングを行うことができる。
Next, an oxide film or the like is formed on the main surface of the
さらに、ガラス基板よりなる支持基板2をシリコン基板20の主表面側に陽極接合することで図3(f)に示す構造が得られる。そして、ここまでの工程はウェハの状態で行われるので、以後、ダイシングを行えばよい。
Furthermore, the structure shown in FIG. 3F is obtained by anodically bonding the
1 支持基板
21 重り部
21a 可動電極
22 ばね部
231,232 支持部
24 固定電極部
26a、26b 固定電極用パッド
26c 可動電極用パッド
28 枠体
31 結線用可動電極部
32a,32b 結線用固定電極部
1 the supporting
Claims (2)
The fixed electrode portion for connection and the movable electrode portion for connection are arranged on one side of the weight portion in the displacement direction of the weight portion, and are grounded electrodes fixed to the one surface side of the support substrate and grounded to an external ground A grounding electrode part for connection with a pad for connection is disposed on the opposite side of the fixed electrode part for connection and the movable electrode part for connection with the weight part, and with respect to the center line of the frame body in the displacement direction of the weight part. 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is formed and arranged in a symmetrical shape.
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CN102707090A (en) * | 2012-01-11 | 2012-10-03 | 瑞声声学科技(深圳)有限公司 | Acceleration transducer |
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