JP2008122304A - Electrostatic capacitance type acceleration sensor - Google Patents

Electrostatic capacitance type acceleration sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2008122304A
JP2008122304A JP2006308655A JP2006308655A JP2008122304A JP 2008122304 A JP2008122304 A JP 2008122304A JP 2006308655 A JP2006308655 A JP 2006308655A JP 2006308655 A JP2006308655 A JP 2006308655A JP 2008122304 A JP2008122304 A JP 2008122304A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
movable
signal processing
fixed
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006308655A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Katayama
秀一 片山
Shigeo Akiyama
茂夫 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2006308655A priority Critical patent/JP2008122304A/en
Publication of JP2008122304A publication Critical patent/JP2008122304A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size in an electrostatic capacitance type acceleration sensor. <P>SOLUTION: This electrostatic capacitance type acceleration sensor 1 is provided with a fixed member 2 having a fixed electrode 21, and a movable member 3 arranged opposite to the fixed electrode 21, and having a weight part 33 functioned as a movable electrode. The fixed member 2 is formed of a silicon substrate. The silicon substrate is formed with a signal processing IC 22 for processing a detection signal, and through holes 2a, 2b penetrating respectively through the signal processing IC 22, the movable electrode and the fixed electrode 21. A chip for forming the signal processing IC 22 is not required, thereby to be provided, and the chip is not required also to be connected, respectively to the movable electrode and the fixed electrode 21. Hence, the number of the chips is reduced, and a wiring space for wires is reduced in a printed circuit board. As a result, a mounting area is reduced in the printed circuit board to reduce the size. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、可動電極が加速度に応じて変位することによる固定電極と可動電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度が検出される静電容量式加速度センサに関する。   The present invention relates to a capacitive acceleration sensor in which acceleration is detected based on a change in capacitance between a fixed electrode and a movable electrode caused by displacement of the movable electrode in accordance with acceleration.

従来の静電容量式加速度センサ（以下、加速度センサという）として、可動電極として機能する錘部が形成されたシリコン基板と、このシリコン基板を上下から挟んでシリコン基板に陽極接合された２枚のパイレックス（登録商標）ガラスとを備えたものが知られている。図４は、この加速度センサ１００の構成を示す。シリコン基板１１０上面に陽極接合されたパイレックス（登録商標）ガラス１２０の下面には、導電性の薄膜から成る固定電極１２１が成膜されている。シリコン基板１１０には、上記の錘部１１１と、この錘部１１１を支持するビーム部１１２と、このビーム部１１２を支持し、パイレックス（登録商標）ガラス１２０に接合されるアンカ部１１３とが一体に形成されている。シリコン基板１１０の下面には、パイレックス（登録商標）ガラス１３０が陽極接合されている。２枚のパイレックス（登録商標）ガラス１２０、１３０は、シリコン基板１１０を保護するための部材である。以下、シリコン基板１１０及びパイレックス（登録商標）ガラス１２０、１３０を総称してセンシング部という。このセンシング部は１個のチップを構成する。   As a conventional capacitive acceleration sensor (hereinafter referred to as an acceleration sensor), a silicon substrate on which a weight portion functioning as a movable electrode is formed, and two pieces of anodically bonded silicon substrates sandwiching the silicon substrate from above and below What is provided with Pyrex (registered trademark) glass is known. FIG. 4 shows the configuration of the acceleration sensor 100. A fixed electrode 121 made of a conductive thin film is formed on the lower surface of Pyrex (registered trademark) glass 120 that is anodically bonded to the upper surface of the silicon substrate 110. The silicon substrate 110 is integrated with the weight portion 111, the beam portion 112 that supports the weight portion 111, and the anchor portion 113 that supports the beam portion 112 and is bonded to the Pyrex (registered trademark) glass 120. Is formed. A Pyrex (registered trademark) glass 130 is anodically bonded to the lower surface of the silicon substrate 110. The two Pyrex (registered trademark) glasses 120 and 130 are members for protecting the silicon substrate 110. Hereinafter, the silicon substrate 110 and the Pyrex (registered trademark) glasses 120 and 130 are collectively referred to as a sensing unit. This sensing unit constitutes one chip.

パイレックス（登録商標）ガラス１２０には、貫通穴が２個形成されている。これらのうちの１個は、貫通穴１２２であり、もう１個は不図示である。これらの貫通穴のそれぞれには金属膜１２３が成膜されている。それぞれの金属膜１２３は固定電極１２１及びアンカ部１１３のそれぞれと当接している。貫通穴内に形成された金属膜１２３の表面には導電部材１２４が形成されている。導電部材１２４は信号処理回路１４０とワイヤボンディングされている。この信号処理回路１４０は、センシング部を備えたチップとは別のチップに形成されており、金属膜１２３及び導電部材１２４を介して、固定電極１２１と錘部１１１との間の静電容量の変化に応じた電圧変化を検出する。さらに、信号処理回路１４０は、センサにより得られた検出信号に対して種々の処理を行ない、この検出信号を外部に出力する。   Two through holes are formed in the Pyrex (registered trademark) glass 120. One of these is the through hole 122, and the other is not shown. A metal film 123 is formed in each of these through holes. Each metal film 123 is in contact with each of the fixed electrode 121 and the anchor portion 113. A conductive member 124 is formed on the surface of the metal film 123 formed in the through hole. The conductive member 124 is wire bonded to the signal processing circuit 140. The signal processing circuit 140 is formed on a chip different from the chip provided with the sensing unit, and the capacitance between the fixed electrode 121 and the weight unit 111 via the metal film 123 and the conductive member 124. A voltage change corresponding to the change is detected. Further, the signal processing circuit 140 performs various processes on the detection signal obtained by the sensor and outputs the detection signal to the outside.

また、可動電極が形成されたシリコン基板を、上記のパイレックス（登録商標）ガラスの代わりに、２枚のシリコン基板で上下から挟んで直接接合することにより形成され、その結果、積層された３層のシリコン基板で形成される加速度センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。   In addition, instead of the above Pyrex (registered trademark) glass, the silicon substrate on which the movable electrode is formed is directly sandwiched between two silicon substrates from above and below, and as a result, three layers are stacked. An acceleration sensor formed of a silicon substrate is known (for example, see Patent Document 1).

また、３層のシリコン基板で形成された上記の加速度センサにおいて、シリコン基板が接合される部位に絶縁膜が形成されている加速度センサが知られている（例えば、特許文献２参照）。この絶縁膜は、中層のシリコン基板において上層及び下層のシリコン基板が接合される部位に、若しくは上層及び下層のシリコン基板において中層のシリコン基板が接合される部位に形成されている。中層のシリコン基板は、可動電極として機能する錘部と、この錘部を片持ち支持する片持ち梁とを一体に有する。上層のシリコン基板において可動電極と対向する部分は、固定電極として機能する。可動電極及び固定電極はサーボ回路と電気的に接続される。可動電極すなわち錘部とサーボ回路とは片持ち梁を介して電気的に接続される。
特開平５−２０３６６９号公報 特開平５−８００７１号公報 In addition, in the above acceleration sensor formed of a three-layer silicon substrate, an acceleration sensor is known in which an insulating film is formed at a portion to which the silicon substrate is bonded (see, for example, Patent Document 2). The insulating film is formed at a portion where the upper and lower silicon substrates are bonded in the middle silicon substrate, or at a portion where the middle silicon substrate is bonded in the upper and lower silicon substrates. The middle-layer silicon substrate integrally includes a weight portion that functions as a movable electrode and a cantilever beam that cantilever-supports the weight portion. The portion of the upper silicon substrate that faces the movable electrode functions as a fixed electrode. The movable electrode and the fixed electrode are electrically connected to the servo circuit. The movable electrode, that is, the weight portion and the servo circuit are electrically connected via a cantilever beam.
JP-A-5-203669 JP-A-5-80071

ところで、加速度センサにおいては、該加速度センサを搭載した機器全体の小型化や軽量化を図るため、小型化が望まれている。しかしながら、上記の加速度センサ１００では、センシング部と信号処理回路１４０とが別々のチップに形成されるため、チップ枚数を減らすことが難しく、プリント基板におけるチップの実装面積が大きくなる。このため、加速度センサ１００の小型化が難しいものとなっていた。一方、特許文献１には、検出信号を処理する信号処理回路についての記載がない。また、特許文献２には、サーボ回路についての記載があるものの、このサーボ回路の具体的な動作内容や構成についての開示がない。従って、特許文献１及び特許文献２に記載の技術では、加速度センサの小型化は困難であった。   By the way, the acceleration sensor is desired to be downsized in order to reduce the size and weight of the entire device on which the acceleration sensor is mounted. However, in the acceleration sensor 100 described above, since the sensing unit and the signal processing circuit 140 are formed on separate chips, it is difficult to reduce the number of chips, and the chip mounting area on the printed board increases. For this reason, it is difficult to reduce the size of the acceleration sensor 100. On the other hand, Patent Document 1 does not describe a signal processing circuit that processes a detection signal. In addition, although Patent Document 2 describes a servo circuit, there is no disclosure of specific operation contents and configuration of the servo circuit. Therefore, with the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is difficult to reduce the size of the acceleration sensor.

本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、小型化を図ることができる静電容量式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 to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a capacitive acceleration sensor that can be miniaturized.

上記目的を達成するために請求項１の発明は、固定電極を下面に有した固定部材と、前記固定電極に対向配置される可動電極を有した可動部材とを備え、前記可動部材は、前記固定部材の下面に絶縁膜を介して接合されるアンカ部と、前記アンカ部に一体に形成されたビーム部と、前記ビーム部に一体に形成された前記可動電極として機能する錘部とを有し、前記錘部が加速度に応じて変位することによる前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度が検出される静電容量式加速度センサにおいて、前記可動部材は、シリコン基板で形成され、前記固定部材は、シリコン基板で形成されると共に、該シリコン基板の上面側に形成された、センサ検出信号を処理するための信号処理回路と、前記信号処理回路と前記可動電極及び固定電極のそれぞれとを導通し、該シリコン基板の上面側から下面側まで貫くように形成された第１及び第２の貫通穴と、を備えたものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a fixed member having a fixed electrode on a lower surface thereof, and a movable member having a movable electrode disposed to face the fixed electrode, and the movable member includes: An anchor portion joined to the lower surface of the fixed member via an insulating film, a beam portion formed integrally with the anchor portion, and a weight portion functioning as the movable electrode formed integrally with the beam portion. In the capacitance-type acceleration sensor in which acceleration is detected based on a change in capacitance between the fixed electrode and the movable electrode due to displacement of the weight portion according to acceleration, the movable member includes: The fixing member is formed of a silicon substrate, and is formed on the upper surface side of the silicon substrate. The signal processing circuit for processing sensor detection signals, the signal processing circuit, and the OK Conducting the respective electrodes and the fixed electrodes, in which and a first and a second through-hole formed to penetrate from the upper surface side of the silicon substrate to the lower surface side.

請求項２の発明は、請求項１に記載の静電容量式加速度センサにおいて、前記信号処理回路による信号処理には、信号増幅及び／又は温度補正処理が含まれるものである。   According to a second aspect of the present invention, in the capacitive acceleration sensor according to the first aspect, the signal processing by the signal processing circuit includes signal amplification and / or temperature correction processing.

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の静電容量式加速度センサにおいて、前記固定部材が複数形成された第１のシリコンウエハと、前記可動部材が複数形成された第２のシリコンウエハとが、第１及び／又は第２のシリコンウエハの表面に形成された前記絶縁膜を介し、且つ、該固定部材と可動部材とが上下に対向するようにして接合され、この接合された第１及び第２のシリコンウエハが１個のセンサ単位にダイシングされることにより各センサが分断形成されるものである。   According to a third aspect of the present invention, in the capacitive acceleration sensor according to the first or second aspect of the present invention, a first silicon wafer in which a plurality of the fixed members are formed and a second in which the plurality of movable members are formed. The silicon wafer is bonded via the insulating film formed on the surface of the first and / or second silicon wafer so that the fixed member and the movable member face each other vertically. The first and second silicon wafers are diced into one sensor unit, whereby each sensor is divided and formed.

請求項１の発明によれば、固定部材に信号処理回路が形成されており、貫通穴がこの信号処理回路と可動電極及び固定電極のそれぞれとを導通するので、信号処理回路を形成するためのチップを備える必要がなく、また、このチップと可動電極及び固定電極のそれぞれとをワイヤボンディングにより電気的に接合する必要もない。従って、チップの枚数を減らし、プリント基板においてワイヤによる配線スペースをなくすことができる。このため、プリント基板における実装面積を小さくでき、小型化を図ることができる。   According to the first aspect of the present invention, the signal processing circuit is formed in the fixed member, and the through hole connects the signal processing circuit to each of the movable electrode and the fixed electrode, so that the signal processing circuit is formed. There is no need to provide a chip, and there is no need to electrically bond this chip to each of the movable electrode and the fixed electrode by wire bonding. Therefore, the number of chips can be reduced, and the wiring space for the wires on the printed board can be eliminated. For this reason, the mounting area in a printed circuit board can be made small, and size reduction can be achieved.

請求項２の発明によれば、加速度センサに接続された外部回路が、増幅された検出信号に基づいて、高精度に加速度を検出することができる。さらに／又は、該外部回路に出力される検出信号の値が温度変化に応じて変動することを防止できる。その結果、温度変化に影響されない高精度な加速度検出が可能になる。   According to the invention of claim 2, the external circuit connected to the acceleration sensor can detect the acceleration with high accuracy based on the amplified detection signal. Furthermore, / or the value of the detection signal output to the external circuit can be prevented from fluctuating according to a temperature change. As a result, it is possible to detect the acceleration with high accuracy without being affected by the temperature change.

請求項３の発明によれば、固定部材及び可動部材を１個ずつ接合することにより加速度センサが作製されるのではなく、固定部材及び可動部材のそれぞれが複数形成された第１及び第２のシリコンウエハを接合することにより、複数個の固定部材及び可動部材が一括して接合される。従って、接合された第１及び第２のシリコンウエハをダイシングすることにより、複数個の加速度センサを一括して作製できる。このため、生産性の向上を図ることができる。   According to the third aspect of the present invention, the acceleration sensor is not manufactured by joining the fixed member and the movable member one by one, but the first and second members each having a plurality of fixed members and movable members are formed. By bonding the silicon wafer, a plurality of fixed members and movable members are bonded together. Accordingly, by dicing the bonded first and second silicon wafers, a plurality of acceleration sensors can be manufactured at once. For this reason, productivity can be improved.

本発明の一実施形態に係る静電容量式加速度センサについて図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）（ｂ）は、本実施形態に係る静電容量式加速度センサ（以下、加速度センサという）１の構成を示す。加速度センサ１は、下面に固定電極２１を有する固定部材２と、固定電極２１に対向配置される可動電極を有する可動部材３と、可動部材３の下部を保護する保護部材４と、を備える。固定部材２、可動部材３及び保護部材４は、それぞれ、１枚のシリコン基板で形成されており、加速度センサ１は、３枚のシリコン基板から成る３層構造を有する。固定部材２の上面側には、検出信号を処理するための信号処理ＩＣ２２が形成されている。可動部材３は、固定部材２の下面に接合されるアンカ部３１と、アンカ部３１に一体に形成されたビーム部３２と、ビーム部３２に一体に形成された錘部３３とを有する。この錘部３３は可動電極として機能する。加速度センサ１全体の形状は、平面視で略矩形である。以下、加速度センサ１の各部の構成について詳細に説明する。   A capacitive acceleration sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B show a configuration of a capacitive acceleration sensor (hereinafter referred to as an acceleration sensor) 1 according to the present embodiment. The acceleration sensor 1 includes a fixed member 2 having a fixed electrode 21 on the lower surface, a movable member 3 having a movable electrode disposed to face the fixed electrode 21, and a protective member 4 that protects the lower portion of the movable member 3. The fixed member 2, the movable member 3, and the protection member 4 are each formed by a single silicon substrate, and the acceleration sensor 1 has a three-layer structure including three silicon substrates. A signal processing IC 22 for processing the detection signal is formed on the upper surface side of the fixing member 2. The movable member 3 includes an anchor portion 31 joined to the lower surface of the fixed member 2, a beam portion 32 formed integrally with the anchor portion 31, and a weight portion 33 formed integrally with the beam portion 32. This weight part 33 functions as a movable electrode. The overall shape of the acceleration sensor 1 is substantially rectangular in plan view. Hereinafter, the configuration of each part of the acceleration sensor 1 will be described in detail.

固定部材２の下面には、導電性の薄膜により形成された固定電極２１が成膜されている。さらに、固定部材２の下面には、ＳｉＯ２から成る絶縁膜２３が形成されている。この絶縁膜２３は、アンカ部３１との接合部位に形成されており、それ以外の領域ではエッチング除去されている。可動部材３のアンカ部３１は、この絶縁膜２３に直接接合され、絶縁膜２３を介して固定部材２のシリコン基板に固定される。また、固定部材２の上面側には、信号処理ＩＣ２２が形成されている。この信号処理ＩＣ２２は、固定部材２のシリコン基板に対して不純物ドープ及びエッチング加工等を施すことにより形成されたトランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ等を含む信号処理回路により構成される。 A fixed electrode 21 made of a conductive thin film is formed on the lower surface of the fixed member 2. Further, an insulating film 23 made of SiO 2 is formed on the lower surface of the fixing member 2. The insulating film 23 is formed at a joint portion with the anchor portion 31 and is removed by etching in other regions. The anchor portion 31 of the movable member 3 is directly bonded to the insulating film 23 and is fixed to the silicon substrate of the fixing member 2 through the insulating film 23. A signal processing IC 22 is formed on the upper surface side of the fixing member 2. The signal processing IC 22 is configured by a signal processing circuit including a transistor, a diode, a resistor, a capacitor, and the like formed by performing impurity doping, etching, and the like on the silicon substrate of the fixing member 2.

さらに、固定部材２には、貫通穴２ａ、２ｂ（第１及び第２の貫通穴）が形成されている。貫通穴２ａ、２ｂは、固定部材２のシリコン基板の上面から下面すなわち絶縁膜２３の表面まで貫くように形成されている。これらの貫通穴２ａ、２ｂの形成位置は、それぞれ、固定電極２１の成膜部位と、アンカ部３１との接合部位とに対応した位置である。貫通穴２ａ、２ｂは、信号処理ＩＣ２２と、可動部材３のアンカ部３１及び固定電極２１のそれぞれとを導通する。貫通穴２ａ、２ｂ内には、例えばアルミニウムから成る導電部材５ａ、５ｂが形成されている。導電部材５ａは、固定電極２１及び信号処理ＩＣ２２に接し、これらを電気的に接続する。また、導電部材５ｂは、アンカ部３１及び信号処理ＩＣ２２に接する。アンカ部３１は、ビーム部３２及び錘部３３と一体に形成されているので、可動電極として機能する錘部３３は、ビーム部３２、アンカ部３１及び導電部材５ｂを介して、信号処理ＩＣ２２と電気的に接続される。   Furthermore, the fixing member 2 is formed with through holes 2a and 2b (first and second through holes). The through holes 2 a and 2 b are formed so as to penetrate from the upper surface of the silicon substrate of the fixing member 2 to the lower surface, that is, the surface of the insulating film 23. The formation positions of these through holes 2a and 2b are positions corresponding to the film formation part of the fixed electrode 21 and the joint part to the anchor part 31, respectively. The through holes 2 a and 2 b are electrically connected to the signal processing IC 22 and each of the anchor portion 31 and the fixed electrode 21 of the movable member 3. Conductive members 5a and 5b made of, for example, aluminum are formed in the through holes 2a and 2b. The conductive member 5a is in contact with the fixed electrode 21 and the signal processing IC 22, and electrically connects them. The conductive member 5b is in contact with the anchor portion 31 and the signal processing IC 22. Since the anchor part 31 is formed integrally with the beam part 32 and the weight part 33, the weight part 33 functioning as a movable electrode is connected to the signal processing IC 22 via the beam part 32, the anchor part 31 and the conductive member 5b. Electrically connected.

可動部材３は、上面が固定部材２の下面に直接接合され、上部が固定部材２により保護される。可動部材３の錘部３３は、平面視で略正方形である。ビーム部３２は、この錘部３３を取り巻くように細長いＬ字状の形状を有し、２本形成されている。２本のビーム部３２のそれぞれは、一端が錘部３３の対向する２辺に連結し、他端がアンカ部３１に連結している。アンカ部３１は、ビーム部３２及び錘部３３を取り囲むように形成されている。可動部材３は、上面に凹部３ａを有しており、アンカ部３１の一部、ビーム部３２及び錘部３３がこの凹部３ａの下方に形成されている。アンカ部３１において凹部３ａを囲う部分の上面が固定部材２に接合される。また、アンカ部３１において凹部３ａの底面を形成する部分と、固定電極２１の基部２１ａとの間には、絶縁性を高めるため、ＳｉＯ２から成る絶縁膜３４が形成されている。 The upper surface of the movable member 3 is directly joined to the lower surface of the fixed member 2, and the upper portion is protected by the fixed member 2. The weight part 33 of the movable member 3 is substantially square in plan view. The beam portion 32 has an elongated L-shape so as to surround the weight portion 33, and two beam portions 32 are formed. Each of the two beam portions 32 has one end connected to two opposite sides of the weight portion 33 and the other end connected to the anchor portion 31. The anchor portion 31 is formed so as to surround the beam portion 32 and the weight portion 33. The movable member 3 has a concave portion 3a on the upper surface, and a part of the anchor portion 31, a beam portion 32, and a weight portion 33 are formed below the concave portion 3a. In the anchor portion 31, the upper surface of the portion surrounding the recess 3 a is joined to the fixing member 2. In addition, an insulating film 34 made of SiO 2 is formed between the portion of the anchor portion 31 that forms the bottom surface of the recess 3 a and the base portion 21 a of the fixed electrode 21 in order to enhance insulation.

保護部材４は、上面が可動部材３の下面に直接接合される。この保護部材４の上面には、ＳｉＯ２から成る絶縁膜４１が形成されている。この絶縁膜４１は、可動部材３との接合部位に形成されており、それ以外の領域ではエッチング除去されている。可動部材３の下面は、絶縁膜４１に直接接合され、絶縁膜４１を介して保護部材４のシリコン基板に固定される。さらに、保護部材４の上面には、凹部４ａが形成されている。この凹部４ａと可動部材の凹部３ａとにより、錘部３３の上下移動空間が形成されている。 The upper surface of the protection member 4 is directly joined to the lower surface of the movable member 3. An insulating film 41 made of SiO 2 is formed on the upper surface of the protection member 4. The insulating film 41 is formed at a joint portion with the movable member 3 and is removed by etching in other regions. The lower surface of the movable member 3 is directly bonded to the insulating film 41 and fixed to the silicon substrate of the protective member 4 via the insulating film 41. Further, a recess 4 a is formed on the upper surface of the protection member 4. The concave portion 4a and the concave portion 3a of the movable member form a vertical movement space of the weight portion 33.

上記構成においては、固定部材２に信号処理ＩＣ２２が形成されており、貫通穴２ａ、２ｂがこの信号処理ＩＣ２２と可動電極及び固定電極２１のそれぞれとを導通する。従って、信号処理ＩＣ２２を形成するためのチップを備える必要がなく、また、このチップと可動電極及び固定電極２１のそれぞれとをワイヤボンディングにより電気的に接合する必要もない。すなわち、加速度センサ１は１個のチップで構成され、プリント基板（不図示）にはこのチップを１個実装すればよい。このため、チップの枚数を減らし、プリント基板においてワイヤによる配線スペースをなくすことができる。従って、プリント基板における実装面積を小さくでき、また、実装効率の向上させることができる。その結果、加速度センサ１の小型化を図ることができる。   In the above configuration, the signal processing IC 22 is formed in the fixed member 2, and the through holes 2 a and 2 b are electrically connected to the movable electrode and the fixed electrode 21. Therefore, it is not necessary to provide a chip for forming the signal processing IC 22, and it is not necessary to electrically bond this chip to each of the movable electrode and the fixed electrode 21 by wire bonding. That is, the acceleration sensor 1 is composed of one chip, and one chip may be mounted on a printed board (not shown). For this reason, the number of chips can be reduced, and wiring space by wires can be eliminated on the printed circuit board. Therefore, the mounting area on the printed circuit board can be reduced, and the mounting efficiency can be improved. As a result, the acceleration sensor 1 can be downsized.

次に、加速度センサ１による加速度検出時の各部の動作を説明する。まず、加速度検出に際して、信号処理ＩＣ２２が、導電部材５ａ、５ｂを介して、固定電極２１と可動電極（錘部３３）との間に電圧を印加する。電圧が印加された状態において、錘部３３が加速度に応じて変位した場合、錘部３３と固定電極２１との間の距離が変化する。このため、錘部３３すなわち可動電極と固定電極２１との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に応じて、可動電極と固定電極２１との間の電圧が変化する。   Next, the operation of each part at the time of acceleration detection by the acceleration sensor 1 will be described. First, at the time of acceleration detection, the signal processing IC 22 applies a voltage between the fixed electrode 21 and the movable electrode (the weight portion 33) via the conductive members 5a and 5b. In the state where the voltage is applied, when the weight portion 33 is displaced according to the acceleration, the distance between the weight portion 33 and the fixed electrode 21 changes. For this reason, the capacitance between the weight portion 33, that is, the movable electrode and the fixed electrode 21 changes. The voltage between the movable electrode and the fixed electrode 21 changes according to the change in capacitance.

信号処理ＩＣ２２は、上記の電圧変化を検出し、検出信号として認識する。さらに、信号処理ＩＣ２２は、この信号処理ＩＣに接続された外部回路（不図示）に検出信号を出力する前に、検出信号に対して信号処理を行なう。この外部回路には、検出信号に基づいて加速度を算出する演算回路等が含まれる。信号処理ＩＣ２２による信号処理には、検出信号の増幅及び／又は温度補正処理が含まれる。この温度補正処理において、温度変化による静電容量の変化に応じて、検出信号の電圧値が増幅又は減衰される。温度に応じた増幅率及び減衰率の情報は、例えば信号処理ＩＣ２２内のメモリに記録されている。   The signal processing IC 22 detects the voltage change and recognizes it as a detection signal. Further, the signal processing IC 22 performs signal processing on the detection signal before outputting the detection signal to an external circuit (not shown) connected to the signal processing IC. This external circuit includes an arithmetic circuit for calculating acceleration based on the detection signal. The signal processing performed by the signal processing IC 22 includes detection signal amplification and / or temperature correction processing. In this temperature correction process, the voltage value of the detection signal is amplified or attenuated in accordance with the change in capacitance due to the temperature change. Information on the amplification factor and attenuation factor corresponding to the temperature is recorded in, for example, a memory in the signal processing IC 22.

上記の増幅処理により、外部回路が、増幅された検出信号に基づいて、高精度に加速度を検出することができる。さらに、温度補正処理により、外部回路に出力される検出信号の電圧値が温度変化に応じて変動することを防止できる。その結果、温度変化に影響されない高精度な加速度検出が可能になる。なお、信号処理ＩＣによる信号処理は上記に限定されない。   By the above amplification processing, the external circuit can detect the acceleration with high accuracy based on the amplified detection signal. Further, the temperature correction process can prevent the voltage value of the detection signal output to the external circuit from fluctuating according to the temperature change. As a result, it is possible to detect the acceleration with high accuracy without being affected by the temperature change. The signal processing by the signal processing IC is not limited to the above.

図３は、加速度センサ１が製造される工程を示す。この加速度センサ１は、３枚のシリコン基板から成る３層構造を有している。そこで、まず３枚のシリコンウエハ６２、６３、６４が用意される。そのうちの２枚のシリコンウエハ６２、６４の片面には、ＳｉＯ２から成る絶縁膜が形成されている。シリコンウエハ６２（第１のシリコンウエハ）には、固定部材２が複数並べて形成されている。また、シリコンウエハ６４には、保護部材４が複数並べて形成されている。シリコンウエハ６２、６４における絶縁膜は、シリコンウエハ６３と接合される部位に形成されており、それぞれ、上記の絶縁膜２３、４１に対応する。一方、残りの１枚のシリコンウエハ６３（第２のシリコンウエハ）には、可動部材３が複数並べて形成されている。 FIG. 3 shows a process in which the acceleration sensor 1 is manufactured. The acceleration sensor 1 has a three-layer structure composed of three silicon substrates. Therefore, first, three silicon wafers 62, 63, 64 are prepared. An insulating film made of SiO 2 is formed on one surface of two of the silicon wafers 62 and 64. A plurality of fixing members 2 are formed side by side on the silicon wafer 62 (first silicon wafer). A plurality of protective members 4 are formed side by side on the silicon wafer 64. The insulating films in the silicon wafers 62 and 64 are formed at portions to be bonded to the silicon wafer 63, and correspond to the insulating films 23 and 41, respectively. On the other hand, a plurality of movable members 3 are formed side by side on the remaining one silicon wafer 63 (second silicon wafer).

上記の３枚のシリコンウエハ６２、６３、６４が用意された後、これらは、ＷＬＰ（Ｗｅｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）技術により、固定部材２と、可動部材３と、保護部材４とが上下方向に対向する位置で直接接合される。このとき、固定部材２において絶縁膜２３が形成されている面と、可動部材３の上面とが接合される。また、保護部材４において絶縁膜４１が形成されている面と、可動部材３の下面とが接合される。このようにして、固定部材２と可動部材３とは絶縁膜２３を介して接合され、可動部材３と保護部材４とは絶縁膜４１を介して接合される。   After the three silicon wafers 62, 63, 64 are prepared, the fixed member 2, the movable member 3, and the protective member 4 face each other in the vertical direction by using WLP (Wefer Level Package) technology. Bonded directly in position. At this time, the surface of the fixed member 2 on which the insulating film 23 is formed and the upper surface of the movable member 3 are joined. Further, the surface of the protective member 4 on which the insulating film 41 is formed and the lower surface of the movable member 3 are joined. In this way, the fixed member 2 and the movable member 3 are joined via the insulating film 23, and the movable member 3 and the protection member 4 are joined via the insulating film 41.

３枚のシリコンウエハ６２、６３、６４が接合されることにより、１枚のウエハ６が作製される。このウエハ６には、固定部材２、可動部材３及び保護部材４により構成される加速度センサ１が並んで形成されている。このウエハ６は１個の加速度センサ１単位にダイシングされる。従って、ウエハ６から加速度センサ１が１個ずつ切り分けられる。このように、ウエハレベルでの接合及びダイシングにより、加速度センサ１が分断形成され、複数個製造される。   By bonding the three silicon wafers 62, 63, 64, one wafer 6 is produced. On the wafer 6, an acceleration sensor 1 composed of a fixed member 2, a movable member 3 and a protective member 4 is formed side by side. The wafer 6 is diced into one acceleration sensor 1 unit. Accordingly, the acceleration sensor 1 is cut from the wafer 6 one by one. As described above, a plurality of acceleration sensors 1 are formed by joining and dicing at the wafer level, and a plurality of acceleration sensors 1 are manufactured.

上記の通り、加速度センサ１の製造工程においては、固定部材２、可動部材３及び保護部材４を１個ずつ接合することにより加速度センサ１が作製されるのではない。固定部材２、可動部材３及び保護部材４のそれぞれが複数形成されたシリコンウエハ６２、６３、６４を接合することにより、複数個の固定部材２、可動部材３及び保護部材４が一括して接合される。従って、この接合されたシリコンウエハ６２、６３、６４をダイシングすることにより、複数個の加速度センサ１を一括して作製できる。このため、生産性の向上を図ることができる。   As described above, in the manufacturing process of the acceleration sensor 1, the acceleration sensor 1 is not manufactured by joining the fixed member 2, the movable member 3, and the protection member 4 one by one. By joining silicon wafers 62, 63, 64 each having a plurality of fixed members 2, movable members 3, and protective members 4, a plurality of fixed members 2, movable members 3, and protective members 4 are joined together. Is done. Accordingly, by dicing the bonded silicon wafers 62, 63, 64, a plurality of acceleration sensors 1 can be manufactured at once. For this reason, productivity can be improved.

本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、絶縁膜２３又は絶縁膜４１は、可動部材３の上面又は下面に形成されていてもよい。   The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made according to the purpose of use. For example, the insulating film 23 or the insulating film 41 may be formed on the upper surface or the lower surface of the movable member 3.

（ａ）は本発明の一実施形態に係る静電容量式加速度センサの構成を平面図、（ｂ）は加速度センサの可動部材部分の構成を示す平面図。(A) is a top view which shows the structure of the capacitive acceleration sensor which concerns on one Embodiment of this invention, (b) is a top view which shows the structure of the movable member part of an acceleration sensor. （ａ）は図１のＡ−Ａ’線断面図、（ｂ）は同図のＢ−Ｂ’線断面図。(A) is the sectional view on the A-A 'line of FIG. 1, (b) is the sectional view on the B-B' line of the same figure. 上記加速度センサが並んで形成されているウエハを示す斜視図。The perspective view which shows the wafer in which the said acceleration sensor was formed side by side. 従来の静電容量式加速度センサの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the conventional electrostatic capacitance type acceleration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１ 静電容量式加速度センサ
２ 固定部材
２１ 固定電極
２２ 信号処理ＩＣ（信号処理回路）
２３、４１ 絶縁膜
２ａ 貫通穴（第１の貫通穴）
２ｂ 貫通穴（第２の貫通穴）
３ 可動部材
４ 保護部材
６２ シリコンウエハ（第１のシリコンウエハ）
６３ シリコンウエハ（第２のシリコンウエハ）
６４ シリコンウエハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capacitance type acceleration sensor 2 Fixed member 21 Fixed electrode 22 Signal processing IC (signal processing circuit)
23, 41 Insulating film 2a Through hole (first through hole)
2b Through hole (second through hole)
3 Movable member 4 Protective member 62 Silicon wafer (first silicon wafer)
63 Silicon wafer (second silicon wafer)
64 Silicon wafer

Claims (3)

固定電極を下面に有した固定部材と、前記固定電極に対向配置される可動電極を有した可動部材とを備え、前記可動部材は、前記固定部材の下面に絶縁膜を介して接合されるアンカ部と、前記アンカ部に一体に形成されたビーム部と、前記ビーム部に一体に形成された前記可動電極として機能する錘部とを有し、前記錘部が加速度に応じて変位することによる前記固定電極と前記可動電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度が検出される静電容量式加速度センサにおいて、
前記可動部材は、シリコン基板で形成され、
前記固定部材は、シリコン基板で形成されると共に、該シリコン基板の上面側に形成された、検出信号を処理するための信号処理回路と、前記信号処理回路と前記可動電極及び固定電極のそれぞれとを導通し、該シリコン基板の上面側から下面側まで貫くように形成された第１及び第２の貫通穴と、を備えたことを特徴とする静電容量式加速度センサ。 A fixed member having a fixed electrode on a lower surface thereof, and a movable member having a movable electrode disposed opposite to the fixed electrode, wherein the movable member is bonded to the lower surface of the fixed member via an insulating film. And a beam portion integrally formed with the anchor portion, and a weight portion functioning as the movable electrode formed integrally with the beam portion, and the weight portion is displaced according to acceleration. In a capacitance type acceleration sensor in which acceleration is detected based on a change in capacitance between the fixed electrode and the movable electrode,
The movable member is formed of a silicon substrate,
The fixing member is formed of a silicon substrate, and is formed on the upper surface side of the silicon substrate. The signal processing circuit for processing a detection signal, the signal processing circuit, the movable electrode, and the fixed electrode, And a first through hole formed so as to penetrate from the upper surface side to the lower surface side of the silicon substrate. 前記信号処理回路による信号処理には、信号増幅及び／又は温度補正処理が含まれることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式加速度センサ。   2. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the signal processing by the signal processing circuit includes signal amplification and / or temperature correction processing. 前記固定部材が複数形成された第１のシリコンウエハと、前記可動部材が複数形成された第２のシリコンウエハとが、第１及び／又は第２のシリコンウエハの表面に形成された前記絶縁膜を介し、且つ、該固定部材と可動部材とが上下に対向するようにして接合され、この接合された第１及び第２のシリコンウエハが１個のセンサ単位にダイシングされることにより各センサが分断形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電容量式加速度センサ。   The insulating film in which a first silicon wafer in which a plurality of the fixing members are formed and a second silicon wafer in which the plurality of movable members are formed are formed on the surface of the first and / or second silicon wafer. And the fixed member and the movable member are joined so as to face each other vertically, and the joined first and second silicon wafers are diced into one sensor unit, whereby each sensor is The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the capacitive acceleration sensor is divided.
JP2006308655A 2006-11-15 2006-11-15 Electrostatic capacitance type acceleration sensor Withdrawn JP2008122304A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006308655A JP2008122304A (en) 2006-11-15 2006-11-15 Electrostatic capacitance type acceleration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006308655A JP2008122304A (en) 2006-11-15 2006-11-15 Electrostatic capacitance type acceleration sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008122304A true JP2008122304A (en) 2008-05-29

Family

ID=39507203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006308655A Withdrawn JP2008122304A (en) 2006-11-15 2006-11-15 Electrostatic capacitance type acceleration sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008122304A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010117266A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Alps Electric Co Ltd Mems sensor and manufacturing method therefor
JP2010223885A (en) * 2009-03-25 2010-10-07 Rohm Co Ltd Temperature compensation circuit and acceleration or angular velocity sensor
CN108828265A (en) * 2018-07-25 2018-11-16 中国工程物理研究院电子工程研究所 A kind of capacitance type micro mechanical acceleration transducer
CN111024983A (en) * 2019-12-18 2020-04-17 青岛航天半导体研究所有限公司 Method for realizing servo circuit of high-temperature quartz flexible accelerometer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010117266A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Alps Electric Co Ltd Mems sensor and manufacturing method therefor
JP2010223885A (en) * 2009-03-25 2010-10-07 Rohm Co Ltd Temperature compensation circuit and acceleration or angular velocity sensor
CN108828265A (en) * 2018-07-25 2018-11-16 中国工程物理研究院电子工程研究所 A kind of capacitance type micro mechanical acceleration transducer
CN111024983A (en) * 2019-12-18 2020-04-17 青岛航天半导体研究所有限公司 Method for realizing servo circuit of high-temperature quartz flexible accelerometer
CN111024983B (en) * 2019-12-18 2023-12-29 青岛航天半导体研究所有限公司 Realization method of high-temperature quartz flexible accelerometer servo circuit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4165360B2 (en) Mechanical quantity sensor
JP5486271B2 (en) Acceleration sensor and method of manufacturing acceleration sensor
JP2019105647A (en) Mems pressure sensor and mems inertial sensor integration structure
JP2009103530A (en) Sensor device
JP2008122304A (en) Electrostatic capacitance type acceleration sensor
JP2005127750A (en) Semiconductor sensor and its manufacturing method
JP2008275325A (en) Sensor device
JP3938199B1 (en) Wafer level package structure and sensor device
JP2006078249A (en) Capacity type semiconductor sensor
JP2007263766A (en) Sensor device
JP5859133B2 (en) Semiconductor device
KR20040097952A (en) Capacitance type dynamic quantity sensor
JP6464770B2 (en) Physical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP2007171152A (en) Wafer level package structure, and acceleration sensor
JP2007173757A (en) Sensor element
JP4706634B2 (en) Semiconductor sensor and manufacturing method thereof
JP5118923B2 (en) Semiconductor device
JP2007263767A (en) Sensor device
JP2004294071A (en) Capacity type semiconductor sensor device
JP2007266320A (en) Sensor module
JP2012145384A (en) Capacitive humidity sensor
JP5069410B2 (en) Sensor element
JP4000168B2 (en) Sensor device
JP2008157825A (en) Sensor device
JP2008082903A (en) Sensor module

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20100202