JP2007064919A - Electrostatic capacity type mechanical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量を用いて圧力や加速度などの力学量を検知する静電容量型力学量センサに関する。 The present invention relates to a capacitance-type mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity such as pressure or acceleration using an electrostatic capacity.
力学量センサとしては、例えば圧力センサや加速度センサがある。このような力学量センサには、可動電極と固定電極との間の静電容量を検出する静電容量型力学量センサがある。静電容量型圧力センサは、可動電極である感圧ダイヤフラムを有する基板と、固定電極を有する基板とを、感圧ダイヤフラムと固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラムに圧力が加わると感圧ダイヤフラムが変形し、これにより感圧ダイヤフラムと固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により感圧ダイヤフラムと固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して圧力の変化を検出する。 Examples of the mechanical quantity sensor include a pressure sensor and an acceleration sensor. Such a mechanical quantity sensor includes a capacitive mechanical quantity sensor that detects an electrostatic capacity between a movable electrode and a fixed electrode. The capacitance type pressure sensor is configured by joining a substrate having a pressure-sensitive diaphragm, which is a movable electrode, and a substrate having a fixed electrode so as to have a predetermined interval between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode. Has been. In this capacitance-type pressure sensor, when pressure is applied to the pressure-sensitive diaphragm, the pressure-sensitive diaphragm is deformed, thereby changing the distance between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode. The capacitance between the pressure-sensitive diaphragm and the fixed electrode changes due to the change in the interval, and the change in pressure is detected using the change in capacitance.
また、静電容量型加速度センサは、可動電極である揺動部材を有する基板と、固定電極を有する基板とを、揺動部材と固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型加速度センサにおいては、揺動部材に加速度が加わると揺動部材が揺動し、これにより揺動部材と固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により揺動部材と固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して加速度の変化を検出する。
また、センサの小型化、低コスト化を狙い、静電容量型圧力センサと静電容量型加速度センサとを一体化した静電容量型力学量センサが開発されている(特許文献1,2)。
Further, in the capacitance type acceleration sensor, a substrate having a swing member that is a movable electrode and a substrate having a fixed electrode are joined so as to have a predetermined interval between the swing member and the fixed electrode. It is comprised by. In this capacitance type acceleration sensor, when acceleration is applied to the swing member, the swing member swings, thereby changing the interval between the swing member and the fixed electrode. The capacitance between the oscillating member and the fixed electrode changes due to the change in the interval, and the change in acceleration is detected using the change in capacitance.
In addition, with the aim of reducing the size and cost of the sensor, a capacitive mechanical quantity sensor in which a capacitive pressure sensor and a capacitive acceleration sensor are integrated has been developed (Patent Documents 1 and 2). .
上記の静電容量型力学量センサをガラスとシリコンを用いて構成する場合、製造工程中に発生したガスの残留が性能に影響する大きな問題であることが知られている。例えば、静電容量型圧力センサにおいては、ガラス基板と感圧ダイヤフラムを有するシリコン基板とを陽極接合する場合、接合部で酸素を主体とするガスが発生し、そのガスが上記空間内に残留する。このようなガスはセンシング性能を低下させる原因となる。従来、このようなガスを吸着するために、基板と感圧ダイヤフラムとの間の密閉した空間とは別に、その空間とつながり、ゲッター材が置かれたゲッター室を設ける技術が提案されている(特許文献3)。なお、この文献には、圧力センサと同一構造を静電アクチュエータとして用いる場合の例が記載されている。
しかしながら、前述の技術を圧力センサに応用した場合、基板と感圧ダイヤフラムとの間の密閉した空間とは別にゲッター室を設けているので、センサ全体としてのスペースを広くとる必要があり、静電容量型圧力センサが大型化するという問題がある。 However, when the above-described technology is applied to a pressure sensor, a getter chamber is provided separately from the sealed space between the substrate and the pressure-sensitive diaphragm. There is a problem that the capacitive pressure sensor is increased in size.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基板と可動電極との間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができ、しかもガストラップ機能による大型化を回避することが可能な静電容量型力学量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 the above points, and can prevent deterioration in the performance of the sensor due to the presence of gas in a sealed space between the substrate and the movable electrode, and further increase the size by the gas trap function. An object of the present invention is to provide a capacitance type mechanical quantity sensor that can be avoided.
本発明の静電容量型力学量センサは、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを並設してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面を有し、一方の前記主面上に形成された前記圧力センサ用の第1固定電極及び前記加速度センサ用の第2固定電極を有する第1基板と、前記第1固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記圧力センサ用の第1導電性可動部及び前記第2固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記加速度センサ用の第2導電性可動部を有する第2基板と、前記第2導電性可動部を内包するように少なくとも前記第2基板上に配置された第3基板と、を具備し、前記第1及び第2基板は、前記第1及び第2固定電極を内包し、前記圧力センサの領域と前記加速度センサの領域とで連通する第1キャビティが形成されており、前記第1キャビティが封止されるように接合されていることを特徴とする。 The capacitance-type mechanical quantity sensor of the present invention is a capacitance-type dynamic quantity sensor in which a pressure sensor that detects pressure by capacitance and an acceleration sensor that detects acceleration by capacitance are arranged in parallel. A first substrate having a pair of main surfaces facing away from each other and having a first fixed electrode for the pressure sensor and a second fixed electrode for the acceleration sensor formed on one of the main surfaces; The first conductive movable part for the pressure sensor disposed opposite to the first fixed electrode with a predetermined distance and the second fixed electrode disposed opposite to the second fixed electrode. A second substrate having a second conductive movable part for an acceleration sensor; and a third substrate disposed on at least the second substrate so as to enclose the second conductive movable part. The first and second substrates contain the first and second fixed electrodes; Serial and first cavity is formed which communicates with the region of the pressure sensor and the area of the acceleration sensor, the first cavity is characterized in that it is joined to be sealed.
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第2基板は、前記加速度センサの領域に貫通穴を有しており、前記第2及び第3基板は、前記第2導電性可動部上に形成された第2キャビティが封止されるように接合されており、前記第1及び第2キャビティは、前記貫通穴を介して連通していることが好ましい。 In the capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention, the second substrate has a through hole in a region of the acceleration sensor, and the second and third substrates are on the second conductive movable part. It is preferable that the second cavities formed in the first and second cavities are joined so as to be sealed, and the first and second cavities communicate with each other through the through holes.
本発明の静電容量型力学量センサは、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを積層してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された前記圧力センサ用の第1固定電極及び前記一対の主面の他方の主面上に形成された前記加速度センサ用の第2固定電極、並びに貫通穴を有する第1基板と、前記第1固定電極と所定の間隔をおいて配置された前記圧力センサ用の第1導電性可動部を有する第2基板と、前記第2固定電極と所定の間隔をおいて配置された前記加速度センサ用の第2導電性可動部を有する第4基板と、を具備し、前記第1及び第2基板は、前記第1固定電極上に第3キャビティが形成されるように接合されており、前記第1及び第4基板は、前記第2固定電極上に第4キャビティが形成されるように接合されており、前記第3及び第4キャビティは、前記第1基板の前記貫通穴を介して連通しており、前記第1及び第2基板の接合部並びに前記第1及び第4基板の接合部により封止されていることを特徴とする。 The capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention is a capacitance type mechanical quantity sensor formed by stacking a pressure sensor for detecting pressure by capacitance and an acceleration sensor for detecting acceleration by capacitance. The first fixed electrode for the pressure sensor formed on one main surface of the pair of main surfaces facing each other and the acceleration sensor for the acceleration sensor formed on the other main surface of the pair of main surfaces A first substrate having a second fixed electrode and a through hole; a second substrate having a first conductive movable portion for the pressure sensor disposed at a predetermined interval from the first fixed electrode; And a fourth substrate having a second conductive movable part for the acceleration sensor arranged at a predetermined interval from the two fixed electrodes, and the first and second substrates are arranged on the first fixed electrode. Are joined to form a third cavity. And the fourth substrate are joined so that a fourth cavity is formed on the second fixed electrode, and the third and fourth cavities communicate with each other through the through hole of the first substrate. And sealed by the joint portion of the first and second substrates and the joint portion of the first and fourth substrates.
これらの構成によれば、圧力センサ領域のキャビティが加速度センサ領域のキャビティと連通しているので、この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ単体におけるキャビティの容積に比べて非常に大きな容積のキャビティを確保することができる。その結果、第1基板と第2基板との間の密閉した空間内にガスが発生しても比較的大きな容積のキャビティにガスを拡散させることができる。これにより、ガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、この静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することが可能である。 According to these configurations, since the cavity of the pressure sensor region communicates with the cavity of the acceleration sensor region, in this capacitance type mechanical quantity sensor, the volume is much larger than the cavity volume of the pressure sensor alone. The cavity can be secured. As a result, even if gas is generated in a sealed space between the first substrate and the second substrate, the gas can be diffused into a cavity having a relatively large volume. Thereby, the performance degradation of the sensor due to the presence of gas can be prevented. Further, according to this capacitance type mechanical quantity sensor, since no getter chamber or the like is provided, it is possible to avoid an increase in size due to the gas trap function.
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第1及び第3基板がガラス基板であり、前記第2基板がシリコン基板であること、又は、前記第1基板がガラス基板であり、前記第2及び第4基板がシリコン基板であることが好ましい。 In the capacitive mechanical quantity sensor of the present invention, the first and third substrates are glass substrates, the second substrate is a silicon substrate, or the first substrate is a glass substrate, The second and fourth substrates are preferably silicon substrates.
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第1基板は、前記一方の主面上に形成された電極と、前記他方の主面上に形成された電極とを電気的に接続する導電部をさらに具備することが好ましい。 In the capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention, the first substrate electrically connects an electrode formed on the one main surface and an electrode formed on the other main surface. It is preferable to further include a conductive portion.
この構成によれば、外部への取り出し部となる電極を一つの面上に形成できるので、表面実装に適したデバイスとすることができる。 According to this configuration, since an electrode serving as an extraction portion to the outside can be formed on one surface, a device suitable for surface mounting can be obtained.
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記導電部は、前記ガラス基板に埋め込まれたシリコン製部材であることが好ましい。この場合において、前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面においてSi−Si結合又はSi−O結合を有することが好ましい。この構成によれば、ガラス基板とシリコン製部材との界面においてSi−Si結合又はSi−O結合を有するので、ガラス基板とシリコン製部材とが強固に接合されて、両者間の密着性が向上し、キャビティの気密性が向上する。 In the capacitance-type mechanical quantity sensor of the present invention, the conductive portion is preferably a silicon member embedded in the glass substrate. In this case, it is preferable to have a Si—Si bond or a Si—O bond at the interface between the glass substrate and the silicon member. According to this configuration, since the Si-Si bond or the Si-O bond is present at the interface between the glass substrate and the silicon member, the glass substrate and the silicon member are firmly bonded, and the adhesion between the two is improved. In addition, the airtightness of the cavity is improved.
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第1導電性可動部が被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムであり、前記感圧ダイヤフラムを用いて圧力を検知し、前記第2導電性可動部が被測定加速度により揺動する揺動部材であり、前記揺動部材を用いて加速度を検知することが好ましい。 In the capacitance-type mechanical quantity sensor of the present invention, the first conductive movable part is a pressure-sensitive diaphragm that is displaced by a pressure to be measured, the pressure is detected using the pressure-sensitive diaphragm, and the second conductive Preferably, the movable part is a rocking member that rocks according to the acceleration to be measured, and the acceleration is detected using the rocking member.
本発明の静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ領域側のキャビティと、加速度センサ領域側のキャビティとが連通しているので、圧力センサと加速度センサを一体化した力学量センサを構成する場合に、両方のセンサのキャビティ部を連通させて、ゲッター室がなくても残留ガスの影響を無視できる程度に減少させることができる。このため、基板と可動電極との間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができ、しかもガストラップ機能による大型化を回避することができる。 According to the capacitance type mechanical quantity sensor of the present invention, the cavity on the pressure sensor area side and the cavity on the acceleration sensor area side communicate with each other, so that a mechanical quantity sensor in which the pressure sensor and the acceleration sensor are integrated is configured. In this case, the cavities of both sensors can be communicated to reduce the influence of residual gas to a negligible level even without a getter chamber. For this reason, it is possible to prevent deterioration in the performance of the sensor due to the presence of gas in the sealed space between the substrate and the movable electrode, and it is possible to avoid an increase in size due to the gas trap function.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態においては、静電容量型力学量センサが、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを並設してなる静電容量型力学量センサ(横型)である場合について説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの概略図であり、(a)は平面図であり、(b)は断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the capacitance type mechanical quantity sensor includes a capacitance type dynamic quantity sensor in which a pressure sensor that detects pressure by capacitance and an acceleration sensor that detects acceleration by capacitance are arranged in parallel. A case of a quantity sensor (horizontal type) will be described. 1A and 1B are schematic views of a capacitive mechanical quantity sensor according to Embodiment 1 of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view.
図中11は第1のガラス基板を示す。第1のガラス基板11は、相互に対向する一対の主面11a,11bを有する。この第1のガラス基板11には、圧力センサ及び加速度センサが並設される。第1のガラス基板11には、シリコンで構成された島状体(シリコン製部材)12a〜12dが埋設されている。島状体12a〜12dは、主面11a上に形成された電極と主面11b上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。島状体12a,12bは圧力センサ側の導電部材であり、島状体12c,12dは加速度センサ側の導電部材である。島状体12a〜12dは、第1のガラス基板11の両主面でそれぞれ露出している。なお、この島状体12a〜12dの形成については後述する。
In the figure, 11 indicates a first glass substrate. The
第1のガラス基板11の主面11a上の圧力センサ領域Aには、島状体12aの一方の露出部分と電気的に接続するように電極13aが形成されており、島状体12bの一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極14aが形成されている。この固定電極14aは、圧力センサ用の固定電極である。また、第1のガラス基板11の主面11a上の加速度センサ領域Bには、島状体12cの一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極14bが形成されており、島状体12dの一方の露出部分と電気的に接続するように電極13bが形成されている。この固定電極14bは、加速度センサ用の固定電極である。
In the pressure sensor region A on the
第1のガラス基板11の主面11b上の圧力センサ領域Aには、島状体12aの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15aが形成されており、島状体12bの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15bが形成されている。また、第1のガラス基板11の主面11b上の加速度センサ領域Bには、島状体12cの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15cが形成されており、島状体12dの他方の露出部分と電気的に接続するように電極15dが形成されている。このように電極15a〜15dが同一の主面11b上に設けられていることにより、外部機器への接続が容易となる。
In the pressure sensor region A on the
第1のガラス基板11の主面11a上には、圧力センサ側の導電性可動部である感圧ダイヤフラム16a(可動電極)と、加速度センサ側の導電性可動部である揺動部材16bとを有するシリコン基板16が接合されている。このシリコン基板16においては、圧力センサ領域Aに、導電性可動部として被測定圧力により可動する感圧ダイヤフラム16aが設けられており、加速度センサ領域Bに、導電性可動部として被測定加速度により揺動する揺動部材16bと、揺動部材16bを支持するカンチレバー16cとが設けられている。また、シリコン基板16における圧力センサ領域Aと加速度センサ領域Bとの間、並びに圧力センサ領域Aの端部(紙面向って左端)及び加速度センサ領域Bの端部(紙面向って右端)には、後述する第2のガラス基板と接合する第1接合部16dが設けられている。さらに、シリコン基板16の圧力センサ領域Aの端部(紙面向って左端)及び加速度センサ領域Bの端部(紙面向って右端)には、第1のガラス基板11の主面11aと接合する第2接合部16eが設けられている。また、シリコン基板16において、固定電極14a,14bの引き出し部分(島状体12b,12c)の上方には、凹部16fが形成されている。このように凹部16fを形成することにより、センシング領域以外の領域における寄生容量を低減させることができる。
On the
第1のガラス基板11とシリコン基板16とは、感圧ダイヤフラム16aが固定電極14aと所定の間隔をおいて配置され、揺動部材16bが固定電極14bと所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第2接合部16eで接合される。また、第1のガラス基板11とシリコン基板16とは、固定電極14a,14b上にキャビティ17a,17bが形成されるように接合されている。すなわち、圧力センサ領域Aの固定電極14a上にキャビティ17aが設けられ、加速度センサ領域Bの固定電極14b上にキャビティ17bが設けられている。このキャビティ17a,17bは、圧力センサ領域Aと加速度センサ領域Bとの間で連通している。すなわち、図1(a)に示すように、圧力センサ領域Aにおけるキャビティ17aと加速度センサ領域Bにおけるキャビティ17bとが連通部17cにより連通している。
The
シリコン基板16上には、第2のガラス基板18が配置されている。この第2のガラス基板18は、シリコン基板16の第1接合部16dで接合されている。第2のガラス基板18には、外気が侵入する孔18aが設けられている。この孔18aを介して侵入した外気の圧力により感圧ダイヤフラム16aが可動する。第2のガラス基板18に孔18aを形成する方法としては、サンドブラスト処理などを用いることができる。加速度センサ領域Bにおいては、第1及び第2のガラス基板11,18と、シリコン基板16とにより構成された空間部内で揺動部材16bが揺動するように構成される。また、シリコン基板16の加速度センサ領域Bにおいて、揺動部材16bを支持する一方のカンチレバー16cには貫通孔16hが形成されている。したがって、加速度センサ領域Bにおける揺動部材16bと第2のガラス基板18との間で構成されるキャビティ17dは、貫通孔16hによりキャビティ17bと連通している。これにより、大きな容積のキャビティを設けることができる。なお、シリコン基板16と第2のガラス基板18との間は、第1接合部16dにより接合されているので、これにより、感圧ダイヤフラム16aはキャビティ内で封止される。
A
シリコン基板16における感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bは、シリコン基板16の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。また、カンチレバー16cと揺動部材16bとをシリコン基板16に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。シリコン基板16のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも固定電極14a,14bを収容できる大きさを有しており、シリコン基板16を第1のガラス基板11に接合することにより、上記キャビティ17a,17bを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム16aと固定電極14aとの間に静電容量が発生し、揺動部材16bと固定電極14bとの間に静電容量が発生する。
The pressure-
第1のガラス基板11と島状体12a〜12dとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下において島状体12a〜12dを第1のガラス基板11に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面でも高い密着性を発揮できるが、島状体12a〜12dを第1のガラス基板11に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。陽極接合処理とは、所定の温度(例えば400℃以下)で所定の電圧(例えば300V〜1kV)を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのSi原子とガラスに含まれるSi原子との間のSi−Si結合又はSi−O結合である。したがって、このSi−Si結合又はSi−O結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、第1のガラス基板11のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料(例えばパイレックス(登録商標)ガラス)であることが好ましい。
It is preferable that the interface between the
これは、第1のガラス基板11の主面11aとシリコン基板16との間の界面やシリコン基板と第2のガラス基板18との間の界面においても同様である。すなわち、第1のガラス基板11の主面11a上にシリコン基板16を搭載して、陽極接合処理を施すことにより、密着性を高くすることができる。このように第1のガラス基板11と島状体12a〜12dとの界面と、第1のガラス基板11とシリコン基板16との界面と、第2のガラス基板18とシリコン基板16との界面とで高い密着性を発揮することにより、感圧ダイヤフラム16aと第1のガラス基板11の主面11aとの間で構成するキャビティ17a、揺動部材16bと第1のガラス基板11の主面11aとの間で構成するキャビティ17b、及び揺動部材16bと第2のガラス基板18との間で構成するキャビティ17d内の気密性を高く保つことができる。
The same applies to the interface between the
このような構成を有する静電容量型力学量センサの圧力センサ領域Aにおいては、感圧ダイヤフラム16aと第1のガラス基板11上の固定電極14aとの間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム16aが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム16aが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム16aと第1のガラス基板11上の固定電極14aとの間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
In the pressure sensor region A of the capacitive mechanical quantity sensor having such a configuration, a predetermined capacitance is provided between the pressure-
一方、静電容量型力学量センサの加速度センサ領域Bにおいては、第1及び第2のガラス基板11,18と、シリコン基板16とにより構成された空間部内で、揺動部材16bが被測定加速度により揺動する。揺動部材16bは導電体であるので、揺動部材16bが揺動することにより、固定電極14bとの間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。
On the other hand, in the acceleration sensor region B of the capacitance type mechanical quantity sensor, the
この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ領域Aのキャビティ17aが加速度センサ領域Bのキャビティ17b,17dと連通しているので、キャビティ17aとキャビティ17b,17dとでキャビティを構成することになる。したがって、この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ単体におけるキャビティの容積に比べて非常に大きな容積のキャビティを確保することができる。その結果、ガラス基板とシリコン基板との間の密閉した空間内にガスが発生しても比較的大きな容積のキャビティにガスを拡散させることができる。これにより、ガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、この静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することが可能である。
In this capacitance type mechanical quantity sensor, since the
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)、図4(a)〜(e)は、本発明の実施の形態1に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。 Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor of the present embodiment will be described. 2 (a) to (c), FIGS. 3 (a) to (c), and FIGS. 4 (a) to 4 (e) are diagrams illustrating a method of manufacturing a capacitive mechanical quantity sensor according to Embodiment 1 of the present invention. It is sectional drawing for demonstrating.
まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板16を準備する。不純物としては、n型不純物でも良く、p型不純物でも良い。濃度としては、例えば0.01Ω・cm程度とする。このシリコン基板16の一方の主面をエッチングして、図2(a)に示すように、感圧ダイヤフラム16aと固定電極14aとの間の間隔を制御するキャビティ17a用の凹部16gを形成する。この場合、シリコン基板16を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部16g形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板16をエッチングして凹部16gを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板16の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。
First, a
次いで、図2(b)に示すように、凹部16gにおいて、固定電極14a,14bの引き出し部分(島状体12b,12c)の上方に相当する領域に凹部16fを形成する。この凹部16fは、凹部16gを形成する方法と同様の方法で形成する。次いで、このシリコン基板16の他方の主面をエッチングして、図2(c)に示すように、感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bを形成する。感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bの形成も凹部16gを形成する方法と同様の方法で行う。感圧ダイヤフラム16a及び揺動部材16bを形成する際に、シリコン基板16の一方の主面側、すなわちキャビティ17形成側からもエッチングを施すことにより貫通部16hを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2B, in the
次いで、図3(a)に示すように、島状体12a〜12dを埋め込んだ第1のガラス基板11を作製する。この第1のガラス基板11は、図4(a)〜(e)に示す工程により作製することができる。なお、図4(a)〜(e)においては、明確に図示するために島状体12a,12bの部分を示す。すなわち、まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板12を準備する。このシリコン基板12をエッチングして、図4(a)に示すように、島状体12a〜12dを形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, the
次いで、図4(b)に示すように、島状体12a,12bを形成したシリコン基板12上に第1のガラス基板11を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板12及び第1のガラス基板11を加熱し、図4(c)に示すように、シリコン基板12を第1のガラス基板11に押圧して島状体12a,12bを第1のガラス基板11の主面11bに押し込んで、シリコン基板12と第1のガラス基板11とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度(例えば、ガラスの軟化点温度以下)が好ましい。例えば加熱温度は約600℃である。
Next, as shown in FIG. 4B, the
さらに、シリコン基板12の島状体12a,12bと第1のガラス基板11との界面11cでの密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板12及び第1のガラス基板11にそれぞれ電極をつけて、約400℃以下の加熱下で約300V〜1kVの電圧を印加することにより行う。これにより界面11cでの密着性がより高くなり、静電容量型力学量センサのキャビティ17a,17bの気密性を向上させることができる。
Further, in order to further improve the adhesion at the
次いで、図4(d)に示すように、第1のガラス基板11の主面11a側を研磨処理することにより島状体12a,12bを主面11aで部分的に露出させる。これにより、第1のガラス基板11に島状体12a,12bが埋め込まれた状態となる。さらに、図4(e)に示すように、シリコン基板12を研磨処理することにより、島状体12a,12bが第1のガラス基板11の両面から部分的に露出する。このようにしてシリコン製部材を埋め込んだ第1のガラス基板11を作製する。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次いで、図3(b)に示すように、第1のガラス基板11の主面11b上に、島状体12a〜12dとそれぞれ電気的に接続するように電極15a〜15dを形成する。この場合、まず、第1のガラス基板11の主面11b上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
Next, as illustrated in FIG. 3B,
次いで、図3(c)に示すように、第1のガラス基板11の主面11a上に、島状体12a,12dとそれぞれ電気的に接続するように電極13a,13bを形成し、島状体12b,12cとそれぞれ電気的に接続するように固定電極14a,14bを形成する。この場合、まず、第1のガラス基板11の主面11a上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極及び固定電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 3C,
次いで、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム16a及び被測定加速度により揺動する揺動部材16bを有するシリコン基板16を、感圧ダイヤフラム16aが固定電極14aと所定の間隔をおいて位置するように、また、揺動部材16bが固定電極14bと所定の間隔をおいて位置するように、第1のガラス基板11の主面11a上に接合する。すなわち、第1のガラス基板11の主面11aとシリコン基板16の第2接合部16eとが接合される。このとき、シリコン基板16及び第1のガラス基板11に対して、約400℃以下の加熱下で約500V程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板16と第1のガラス基板11との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ17a,17bの気密性を向上させることができる。
Next, the
次いで、第2のガラス基板18にサンドブラスト処理を行って孔18aを形成する。この第2のガラス基板18をシリコン基板16に接合する。すなわち、第2のガラス基板18とシリコン基板16の第1接合部16dとが接合される。このとき、シリコン基板16及び第2のガラス基板18に対して、約400℃以下の加熱下で約500V程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板16と第2のガラス基板18との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ17dの気密性を向上させることができる。
Next, the
このようにして得られた静電容量型力学量センサは、圧力センサ側において、固定電極14aが島状体12bを介して電極15bと電気的に接続され、電極13aが島状体12aを介して電極15aと電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム16aと固定電極14aとの間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体12a,12bを介して電極15a,15bから取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。また、加速度センサ側においては、固定電極14bが島状体12cを介して電極15cと電気的に接続され、電極13bが島状体12dを介して電極15dと電気的に接続されている。したがって、揺動部材16bと固定電極14bとの間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体12c,12dを介して電極15c,15dから取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。
In the capacitive mechanical quantity sensor thus obtained, on the pressure sensor side, the fixed
静電容量型力学量センサにおいて、固定電極と可動電極との間のキャビティ内にガスが発生すると内圧が高くなり、温度特性変化が大きくなる。そこで、キャビティの容積と温度特性との関係を調べた。図5において、縦軸は、室温に対して90℃まで温度変化させた時のフルスケールでの静電容量の変化率を示し、横軸は、気密封止されるキャビティの容積を示す。図5から分かるように、キャビティの容積が約2×10-3cm3から約6×10-3cm3までは静電容量の変化率(温度特性)が減少しており、その後徐々に減少してキャビティの容積が約8×10-3cm3でほぼゼロになる。このように、キャビティの容積が大きいほど、静電容量の変化率(温度特性変化)が小さくなり、キャビティ内のガスがセンサ特性に影響を及ぼさないことが分かる。図1に示す本発明に係る静電容量型力学量センサにおいては、キャビティ容積(キャビティ17a,17b,17d)が約1×10-2cm3以上となるので、キャビティ内にガスが存在してもセンサ特性に影響を及ぼさない。
In the capacitance type mechanical quantity sensor, when gas is generated in the cavity between the fixed electrode and the movable electrode, the internal pressure is increased and the temperature characteristic change is increased. Therefore, the relationship between the cavity volume and temperature characteristics was examined. In FIG. 5, the vertical axis indicates the rate of change in capacitance at full scale when the temperature is changed to 90 ° C. with respect to room temperature, and the horizontal axis indicates the volume of the cavity that is hermetically sealed. As can be seen from FIG. 5, when the volume of the cavity is about 2 × 10 −3 cm 3 to about 6 × 10 −3 cm 3, the capacitance change rate (temperature characteristic) decreases, and then gradually decreases. Thus, the volume of the cavity becomes almost zero at about 8 × 10 −3 cm 3 . Thus, it can be seen that as the volume of the cavity increases, the rate of change in capacitance (temperature characteristic change) decreases, and the gas in the cavity does not affect the sensor characteristics. In the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present invention shown in FIG. 1, since the cavity volume (
本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ領域A側のキャビティ17aと、加速度センサ領域B側のキャビティ17b,17dとが連通しており、キャビティ容積が増大しているので、第1のガラス基板11と感圧ダイヤフラム16aとの間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、加速度センサと圧力センサを同一プロセスで作製することが可能であるので、プロセスコストを低減することができる。しかも、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することができる。さらに、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、加速度センサの揺動部材16bも真空中に配置することができるので、揺動部材16bがパーティクルや対流の影響を受けず、正確に加速度を検出することができる。
According to the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the
本実施の形態においては、シリコン基板16に貫通穴16hを設けて、圧力センサ領域Aの固定電極14a上のキャビティ17aと、加速度センサ領域Bの固定電極14b上のキャビティ17bと、加速度センサ領域Bの揺動部材16b上のキャビティ17dとが連通している場合について説明しているが、本発明においては、シリコン基板16に貫通穴16hを設けずに、圧力センサ領域Aの固定電極14a上のキャビティ17aと、加速度センサ領域Bの固定電極14b上のキャビティ17bとを連通する構成でも良い。
In the present embodiment, a through
(実施の形態2)
本実施の形態においては、静電容量型力学量センサが、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを積層してなる静電容量型力学量センサ(縦型)である場合について説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す断面図である。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the capacitance type mechanical quantity sensor is a capacitance type dynamic quantity formed by stacking a pressure sensor that detects pressure by capacitance and an acceleration sensor that detects acceleration by capacitance. A case of a sensor (vertical type) will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitive mechanical quantity sensor according to
図中21は第1のガラス基板を示す。第1のガラス基板21は、相互に対向する一対の主面21a,21bを有する。この第1のガラス基板21の主面21a側には、圧力センサが設けられ、主面21b側には、加速度センサが設けられる。第1のガラス基板21には、主面21aから主面21bにわたって貫通する貫通穴21cが設けられている。この貫通穴21cは、第1のガラス基板21にサンドブラスト処理を行うことにより形成することができる。また、第1のガラス基板21には、シリコンで構成された島状体(シリコン製部材)22が埋設されている。島状体22は、主面21a上に形成された電極と主面21b上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。島状体22は、第1のガラス基板11の両主面でそれぞれ露出している。なお、この島状体22の形成については実施の形態1と同じである。
In the figure,
第1のガラス基板11の主面11a側の圧力センサ領域Aには、島状体22の一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極23が形成されている。この固定電極23は、圧力センサ用の固定電極である。また、第1のガラス基板11の主面11b側の加速度センサ領域Bには、島状体22の他方の露出部分と電気的に接続するように固定電極24が形成されている。この固定電極24は、加速度センサ用の固定電極である。
A fixed
第1のガラス基板21の主面21a上には、圧力センサ側の導電性可動部である感圧ダイヤフラム25a(可動電極)を有する第1のシリコン基板25が接合されている。この感圧ダイヤフラム25aは、導電性可動部として被測定圧力により可動する。第1のガラス基板21の主面21b上には、加速度センサ側の導電性可動部である揺動部材26aと、揺動部材26aを支持するカンチレバー26bとを有する第2のシリコン基板26が接合されている。この揺動部材26aは、導電性可動部として被測定加速度により揺動する。第1のシリコン基板25は、第1のガラス基板21の主面21aと第1接合部25bで接合されている。また、第2のシリコン基板26は、第1のガラス基板21の主面21bと第2接合部26cで接合されている。
On the
第1のガラス基板21と第1のシリコン基板25とは、感圧ダイヤフラム25aが固定電極23と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第1接合部25bで接合される。第1のガラス基板21と第2のシリコン基板26とは、揺動部材26aが固定電極24と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第2接合部26cで接合される。また、第1のガラス基板21と第1のシリコン基板25とは、固定電極23上にキャビティ27aが形成されるように接合されている。第1のガラス基板21と第2のシリコン基板26とは、固定電極24上にキャビティ27bが形成されるように接合されている。このキャビティ27a,27bは、圧力センサ領域Aと加速度センサ領域Bとの間で貫通穴21cを介して連通している。これにより、大きな容積のキャビティを設けることができる。
The
第2のシリコン基板26上には、第2のガラス基板28が配置されている。この第2のガラス基板28は、第2のシリコン基板26の第3接合部26dで接合されている。加速度センサ領域Bにおいては、第2のガラス基板28と、第2のシリコン基板26とにより構成された空間部内で揺動部材26aが揺動するように構成される。なお、第1及び第2のシリコン基板25,26と第1のガラス基板11との間は、第1及び第2接合部25b,26cにより接合されているので、これにより、感圧ダイヤフラム25aはキャビティ内で封止される。
A second glass substrate 28 is disposed on the
第1のシリコン基板25における感圧ダイヤフラム25a及び第2のシリコン基板26における揺動部材26aは、第1及び第2のシリコン基板25,26の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。また、カンチレバー26bと揺動部材26aとを第2のシリコン基板26に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。第1及び第2のシリコン基板25,26の第1のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも固定電極23,24をそれぞれ収容できる大きさを有しており、第1のシリコン基板25を第1のガラス基板21に接合することにより上記キャビティ27aを構成し、第2のシリコン基板26を第1のガラス基板21に接合することにより上記キャビティ27bを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム25aと固定電極23との間に静電容量が発生し、揺動部材26aと固定電極24との間に静電容量が発生する。
The pressure-
第1のガラス基板21と島状体22との界面、第1のガラス基板21の主面21aと第1のシリコン基板25の第1接合部25bとの界面、第1のガラス基板21の主面21bと第2のシリコン基板26の第2接合部26cとの界面、第2のガラス基板28と第2のシリコン基板25の第3接合部26dとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。これらの界面は、実施の形態1と同様にして、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。これにより、感圧ダイヤフラム25aと第1のガラス基板21の主面21aとの間で構成するキャビティ27a内、及び揺動部材26aと第1のガラス基板21の主面21aとの間で構成するキャビティ27b内の気密性を高く保つことができる。
The interface between the
このような構成を有する静電容量型力学量センサの圧力センサ領域Aにおいては、感圧ダイヤフラム25aと第1のガラス基板21上の固定電極23との間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム25aが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム25aが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム25aと第1のガラス基板21上の固定電極23との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
In the pressure sensor region A of the capacitance type mechanical quantity sensor having such a configuration, a predetermined capacitance is provided between the pressure
一方、静電容量型力学量センサの加速度センサ領域Bにおいては、第1及び第2のガラス基板21,28と、第2のシリコン基板26とにより構成された空間部内で、揺動部材26aが被測定加速度により揺動する。揺動部材26aは導電体であるので、揺動部材26aが揺動することにより、固定電極24との間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。
On the other hand, in the acceleration sensor region B of the capacitance type mechanical quantity sensor, the
この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ領域Aのキャビティ27aが加速度センサ領域Bのキャビティ27bと連通しているので、キャビティ27aとキャビティ27bとでキャビティを構成することになる。したがって、この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ単体におけるキャビティの容積に比べて非常に大きな容積のキャビティを確保することができる。その結果、ガラス基板とシリコン基板との間の密閉した空間内にガスが発生しても比較的大きな容積のキャビティにガスを拡散させることができる。これにより、ガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、この静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することが可能である。
In this capacitance type mechanical quantity sensor, the
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図7(a),(b)、図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)は、本発明の実施の形態2に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
Next, a manufacturing method of the capacitive pressure sensor of the present embodiment will be described. 7 (a), (b), FIGS. 8 (a) to (c), and FIGS. 9 (a) to 9 (c) show a method of manufacturing a capacitive mechanical quantity sensor according to
まず、不純物をドーピングして低抵抗化した第1のシリコン基板25を準備する。不純物としては、n型不純物でも良く、p型不純物でも良い。濃度としては、例えば0.01Ω・cm程度とする。この第1のシリコン基板25の一方の主面をエッチングして、図7(a)に示すように、感圧ダイヤフラム25aと固定電極23との間の間隔を制御するキャビティ27a用の凹部25cを形成する。この場合、第1のシリコン基板25を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部25c形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとして第1のシリコン基板25をエッチングして凹部25cを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。
First, a
次いで、この第1のシリコン基板25の他方の主面をエッチングして、図7(b)に示すように、感圧ダイヤフラム25aを形成する。感圧ダイヤフラム25aの形成も凹部25cを形成する方法と同様の方法で行う。
Next, the other main surface of the
次いで、上記と同様に不純物をドーピングして低抵抗化した第2のシリコン基板26を準備する。この第2のシリコン基板26の一方の主面をエッチングして、図8(a)に示すように、揺動部材26aと固定電極24との間の間隔を制御するキャビティ27b用の凹部26eを形成する。この場合、第2のシリコン基板26を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部26e形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとして第2のシリコン基板26をエッチングして凹部26eを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。
Next, a
次いで、この第2のシリコン基板26の他方の主面をエッチングして、図8(b)に示すように、揺動部材26aと第2のガラス基板28との間の間隔を制御する凹部26fを形成する。さらに、この第2のシリコン基板26の他方の主面をエッチングして、図8(c)に示すように、凹部26fにおいて、カンチレバー26bを形成するための凹部26gを形成する。この凹部26f,26gは、凹部26eを形成する方法と同様の方法で形成する。
Next, the other main surface of the
次いで、島状体22を埋め込んだ第1のガラス基板21を作製する。この第1のガラス基板21に島状体22を埋め込む方法は、実施の形態1における図4に示す工程と同様である。次いで、図9(a)に示すように、第1のガラス基板21に貫通穴21cをサンドブラスト処理などにより形成する。次いで、第1のガラス基板21の主面21a上に島状体22と電気的に接続するように固定電極23を形成する。この場合、まず、第1のガラス基板21の主面21a上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
Subsequently, the
次いで、図9(c)に示すように、第1のガラス基板21の主面21b上に、島状体2と電気的に接続するように固定電極24を形成する。この場合、まず、第1のガラス基板21の主面21b上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、固定電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング(フォトリソグラフィー)し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
Next, as shown in FIG. 9C, the fixed
次いで、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム25aを有する第1のシリコン基板25を、及び被測定加速度により揺動する揺動部材16bを有するシリコン基板16を、感圧ダイヤフラム25aが固定電極23と所定の間隔をおいて位置するように第1のガラス基板21の主面21a上に接合する。また、被測定加速度により揺動する揺動部材26aが固定電極24と所定の間隔をおいて位置するように第1のガラス基板21の主面21b上に接合する。すなわち、第1のガラス基板21の主面21aと第1のシリコン基板25の第1接合部25bとが接合され、第1のガラス基板21の主面21bと第2のシリコン基板26の第2接合部26cとが接合される。このとき、第1及び第2シリコン基板25,26及び第1のガラス基板21に対して、約400℃以下の加熱下で約500V程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これにより第1及び第2のシリコン基板25,26と第1のガラス基板21との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ27a,27bの気密性を向上させることができる。
Next, the
次いで、第2のガラス基板28を第2のシリコン基板26に接合する。すなわち、第2のガラス基板28と第2のシリコン基板26の第3接合部26dとが接合される。このとき、第2のシリコン基板26及び第2のガラス基板28に対して、約400℃以下の加熱下で約500V程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これにより第2のシリコン基板26と第2のガラス基板218との間の界面での密着性がより高くなり、揺動部材26aと第2のガラス基板28との間の空間の気密性を向上させることができる。
Next, the second glass substrate 28 is bonded to the
このようにして得られた静電容量型力学量センサは、圧力センサ側において、固定電極23が島状体22を介して電極(図示せず)と電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム25aと固定電極23との間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体22を介して電極から取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。また、加速度センサ側においては、固定電極24が島状体22を介して電極(図示せず)と電気的に接続されている。したがって、揺動部材26aと固定電極24との間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体22を介して電極から取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。
In the capacitive mechanical quantity sensor thus obtained, the fixed
本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ領域A側のキャビティ27aと、加速度センサ領域B側のキャビティ27bとが連通しており、キャビティ容積が増大しているので、第1のガラス基板21と感圧ダイヤフラム25aとの間の密閉した空間内のガスの存在によるセンサの性能低下を防止することができる。また、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、ゲッター室などを設けていないので、ガストラップ機能による大型化を回避することができる。さらに、本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、加速度センサの揺動部材26aも真空中に配置することができるので、揺動部材26aがパーティクルや対流の影響を受けず、正確に加速度を検出することができる。
According to the capacitance type mechanical quantity sensor according to the present embodiment, the
本発明は上記実施の形態1,2に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態1,2で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態1,2で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の適宜順序を変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
The present invention is not limited to
本発明は、例えばバッテリー付のTPMS(Tire Pressure Monitoring System)において、タイヤ回転時のみ圧力をモニタリングする静電容量型力学量センサに適用することができる。 The present invention can be applied to, for example, a capacitive mechanical quantity sensor that monitors pressure only when a tire rotates in a TPMS (Tire Pressure Monitoring System) with a battery.
A 圧力センサ領域
B 加速度センサ領域
11,18,21,28 ガラス基板
11a,11b,21a,21b 主面
12,16,25,26 シリコン基板
12a〜12d,22 島状体
13a,13b,15a〜15d 電極
14a,14b,23,24 固定電極
16a,25a 感圧ダイヤフラム
16b,26a 揺動部材
16c,26b カンチレバー
16d,16e,25b,26c,26d 接合部
A Pressure sensor area B
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