JP2010173008A - 回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板11,13と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体1及び回転軸体3を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体3の周りを回転可能である錘2と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層21と、前記活性層22と、前記ベース層21及び前記活性層22に挟持された絶縁層23と、を有するSOI基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板11,13と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体1及び回転軸体3を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体3の周りを回転可能である錘2と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層21と、前記活性層22と、前記ベース層21及び前記活性層22に挟持された絶縁層23と、を有するSOI基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)により作製された回転錘構造体、及びそれを備え、物理量を検出するセンサ、並びにそれらの製造方法に関する。
従来より、アンカー部に梁を介して揺動可能に支持された錘を用いて力学量を検出する力学量センサが開発されている。このような力学量センサとして、例えば、特許文献1や特許文献2に開示された加速度センサがある。この加速度センサは、いずれも導電性の枠体内の開口部に設けられ、この開口部に導電性の錘が設けられており、この錘が枠体に対して梁を介して揺動可能に支持された構成を有する。この構成の加速度センサに加速度が加わると、錘が振動して枠体と接触して通電状態となり、これにより加速度を検出するようになっている。
従来の梁を用いてアンカー部を揺動可能にする構成においては、梁の長さが短いとアンカーの変位量が小さくなり、正確に物理量を検出することが難しい。一方、梁の長さが長いとセンサの大きさが大きくなってしまう。このため、アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である錘構造体への要望が高まってきている。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層と、前記活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するSOI基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする。
本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備したMEMS構造体であって、前記錘基板は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とする。
これらの構成によれば、錘が枠体に対してフリーな状態で回転することができるので、アンカー部を梁で揺動可能に支持した構成に比べて錘の変位量を大きくとることができる。また、本構成においては、小型化しても錘の変位量を大きくとることが可能であり、小型化に適した構成である。
本発明の回転錘構造体においては、前記一対の封止基板の少なくとも一方の封止基板は、前記錘と接触する凸部を有することが好ましい。
本発明のセンサは、上記回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、を具備することを特徴とする。
本発明のセンサにおいては、前記一対の検出部は、磁気センサと磁石とで構成されていることが好ましい。
本発明のセンサにおいては、前記一対の検出部は、一対の電極で構成されていることが好ましい。
本発明のセンサにおいては、前記一対の電極のうちの一つの電極を錘が兼ねることが好ましい。
本発明のセンサにおいては、前記検出部が設けられた一方の封止基板が前記錘と接触する凸部を有し、前記凸部の高さが前記検出部を構成する部材の高さよりも高いことが好ましい。
本発明の回転錘構造体の製造方法は、ベース層と、活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するSOI基板の前記ベース層をエッチングして枠体領域、回転軸体領域及び錘領域を設ける工程と、前記SOI基板の前記枠体領域及び前記回転軸体領域に第1封止基板を接合する工程と、前記活性層をエッチングして、前記活性層が平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、前記錘について前記ベース層と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能にする工程と、前記活性層に第2封止基板を接合する工程と、を具備することを特徴とする。
この方法によれば、錘が枠体に対してフリーな状態で回転することができる回転錘構造体を、錘の抜けを防止しながら製造することが可能である。
本発明のセンサの製造方法は、上記方法で得られた回転錘構造体における前記第1封止基板又は前記第2封止基板と、前記錘とに、互いに対向するように一対の検出部をそれぞれ設けることを特徴とする。
本発明の回転錘構造体は、一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層と、前記活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するSOI基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有するので、アンカーの変位量を大きくとれ、しかも小型化が可能である。
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、回転錘構造体について説明する。特に、錘基板が、平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とするMEMS構造体について説明する。
(実施の形態1)
本実施の形態においては、回転錘構造体について説明する。特に、錘基板が、平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とするMEMS構造体について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る回転錘構造体の使用方法の一例を示す正面図(平面図)である。図1に示す回転錘構造体は、開口部4を有する枠体1を備えている。この開口部4内には、回転軸体3が設けられており(図1の紙面手前側から奥側に延在する)、その回転軸体3の周りを回転可能である錘(アンカー部)2が設けられている。すなわち、錘2は、回転軸体3の周りを回転することにより、図1の紙面向かって左右方向に揺動可能になっている。なお、錘2は、枠体1にも支持されておらず、回転軸体3にも支持されておらず、フリーで回転可能な状態となっている。この回転錘構造体においては、錘2の抜け防止のための構成を有する。すなわち、図1において錘2の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域5を備えている。ここでは、後述するように、このオーバラップ領域5は、SOI(Silicon On Insulator)基板の活性層で構成されている。このように、オーバラップ領域5を錘2の外延にかかるように延在させることにより、錘2をフリーとしても錘2の抜けを防止することが可能となる。
このような回転錘構造体を図1の紙面向かって右側に90度回転させると、開口部4内で錘2が回転して、図1の右側の図の状態となる。すなわち、回転錘構造体を右側に90度回転させると、それに伴って開口部4の向きが変わる。この場合、開口部4が向かって左側に位置する。回転錘構造体を右側に90度回転させると重力により錘2も右側に回転するが、開口部4が錘2の回転範囲を制限するものであるので、開口部4の最も右側の位置で錘2の回転が制約される。一方、回転錘構造体を図1の紙面向かって左側に90度回転させると、開口部4内で錘2が回転して、図1の左側の図の状態となる。すなわち、回転錘構造体を左側に90度回転させると、それに伴って開口部4の向きが変わる。この場合、開口部4が向かって右側に位置する。回転錘構造体を左側に90度回転させると重力により錘2も左側に回転するが、開口部4が錘2の回転範囲を制限するものであるので、開口部4の最も左側の位置で錘2の回転が制約される。
このような回転錘構造体においては、錘2が枠体4に対してフリーな状態で回転することができるので、アンカー部を梁で揺動可能に支持した構成に比べて錘2の変位量を大きくとることができる。また、本構成においては、小型化しても錘2の変位量を大きくとることが可能であり、小型化に適した構成である。なお、本実施の形態においては、錘2を略扇形形状とした場合について説明しているが、本発明はこれに限定されず、扇形形状以外の形状の錘を用いても良い。例えば、回転軸体3(支点)から重心の位置が遠い形状(例えば、錨形形状)の錘を用いても良い。このような形状を用いることにより、回転によるモーメント量を大きくすることが可能となる。
次に、本実施の形態に係る回転錘構造体の製造方法の一例について説明する。
図2(a),(b)、図3(a),(b)及び図4(a)〜(d)は、本発明の実施の形態1に係る回転錘構造体の製造方法の一例を説明するための図である。
図2(a),(b)、図3(a),(b)及び図4(a)〜(d)は、本発明の実施の形態1に係る回転錘構造体の製造方法の一例を説明するための図である。
この方法においては、ベース層と、活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するSOI基板の前記ベース層をエッチングして枠体領域、回転軸体領域及び錘領域を設け、前記SOI基板の前記枠体領域及び前記回転軸体領域に第1封止基板を接合し、前記活性層をエッチングして、前記活性層が平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を設け、前記絶縁層をエッチングして、前記ベース層と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能にし、前記活性層に第2封止基板を接合する。
まず、第1封止基板を作製する工程について説明する。図2(a)に示すように、第1封止基板11を準備する。第1封止基板11としては、ガラス基板やシリコン基板などを用いることができる。次いで、図2(b)に示すように、第1封止基板の一方の主面11aに凹部11bを形成し、その凹部11b内に凸部11cを設ける。凹部11bを設けることにより、錘2が揺動した際に、錘2が第1封止基板11に接触しないようにすることができる。すなわち、錘2が揺動した際には、凸部11cに接触する。このような凸部11cを設けることにより、錘基板の錘が第1封止基板と面接触してスティッキングを起こすことを防止することができる。この凸部11cの高さは、凹部11bの深さよりも小さく設定することが望ましい。また、凸部11cの数については特に制限はない。
次いで、錘基板を作製する工程について説明する。図3(a)に示すように、ベース層21と、活性層22と、前記ベース層21及び前記活性層22に挟持された絶縁層23と、を有するSOI基板を準備する。次いで、図3(b)に示すように、このSOI基板のベース層21をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して枠体領域21a、回転軸体領域21b及び錘領域21cを設ける。このとき、エッチングとしては、deepRIE(反応性イオンエッチング)などを用いる。
次いで、図4(a)に示すように、SOI基板の枠体領域21a及び回転軸体領域21bに第1封止基板11を接合する。このようにして、第1封止基板11の凹部11bにSOI基板の錘領域21cが位置するようになる。次いで、図4(b)に示すように、活性層22をエッチングして、活性層22が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域22a,22bを設ける。領域22aは、枠体領域21aに対応する活性層の領域と、錘領域21cとオーバラップする領域とを含む。また、領域22bは、回転軸体21bに対応する領域と、錘領域21cとオーバラップする領域とを含む。この錘領域21cとオーバラップする領域を設けることにより、本構成において錘の抜けを防止することができる。
次いで、図4(c)に示すように、絶縁層23をエッチングして、錘2についてベース層21と分離した状態で回転軸体3の周りを回転可能にする。ここで、絶縁層23をエッチングする際、サイドエッチにより錘2がリリースされる。したがって、領域22a,22bの幅は、領域22a,22bが絶縁層23を介してベース層21に支持された状態で錘2をリリースできる幅に設定することが好ましい。次いで、図4(d)に示すように、活性層22に第2封止基板13を接合する。第2封止基板13としては、ガラス基板やシリコン基板などを用いることができる。第2封止基板13の一方の主面に凹部13aを形成する。凹部13aを設けることにより、活性層22が第2封止基板13に接触しないようにすることができる。なお、図4(d)は、図1に示すIVD−IVD線に沿う断面図である。
このようにして、本構成の回転錘構造体は、一対の封止基板11,13と、前記一対の封止基板11,13間に配置されるように前記一対の封止基板11,13にそれぞれ接合され、枠体1及び回転軸体3を備えた錘基板(SOI基板)と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板11,13間において前記回転軸体3の周りを回転可能である錘2と、を具備し、前記枠体の領域22a及び前記回転軸体の領域22bに対応する前記活性層は、平面視において前記錘2の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有する。このように一対の封止基板11,13で封止することによりパッケージの長期信頼性を得ることができる。なお、封止基板と錘基板とを接合する場合において、シリコン基板とガラス基板の接合については陽極接合を用いることが望ましい。
次に、本実施の形態に係る回転錘構造体の製造方法の他の例について説明する。
図5(a)〜(c)、図6(a),(b)及び図7(a)〜(d)は、本発明の実施の形態1に係る回転錘構造体の製造方法の他の例を説明するための図である。
図5(a)〜(c)、図6(a),(b)及び図7(a)〜(d)は、本発明の実施の形態1に係る回転錘構造体の製造方法の他の例を説明するための図である。
まず、第1封止基板を作製する工程について説明する。図5(a)に示すように、第1封止基板14を準備する。第1封止基板14としては、シリコン基板などを用いることができる。次いで、図5(b)に示すように、第1封止基板の一方の主面14aに凹部14bを形成し、その凹部14b内に凸部14cを設ける。凹部14bを設けることにより、錘2が揺動した際に、錘2が第1封止基板14に接触しないようにすることができる。すなわち、錘2が揺動した際には、凸部14cに接触する。このような凸部14cを設けることにより、錘基板の錘が第1封止基板と面接触してスティッキングを起こすことを防止することができる。この凸部14cの高さは、凹部14bの深さよりも小さく設定することが望ましい。また、凸部14cの数については特に制限はない。次いで、図5(c)に示すように、第1封止基板14を熱酸化して全体に熱酸化膜14dを形成する。
次いで、錘基板を作製する工程について説明する。図6(a)に示すように、ベース層21と、活性層22と、前記ベース層21及び前記活性層22に挟持された絶縁層23と、を有するSOI基板を準備する。次いで、図6(b)に示すように、このSOI基板のベース層21をフォトリソグラフィ及びエッチングにより加工して枠体領域21a、回転軸体領域21b及び錘領域21cを設ける。このとき、エッチングとしては、deepRIE(反応性イオンエッチング)などを用いる。
次いで、図7(a)に示すように、SOI基板の枠体領域21a及び回転軸体領域21bに第1封止基板14を接合する。このようにして、第1封止基板14の凹部14bにSOI基板の錘領域21cが位置するようになる。次いで、図7(b)に示すように、活性層22をエッチングして、活性層22が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域22a,22bを設ける。領域22aは、枠体領域21aに対応する活性層の領域と、錘領域21cとオーバラップする領域とを含む。また、領域22bは、回転軸体21bに対応する領域と、錘領域21cとオーバラップする領域とを含む。この錘領域21cとオーバラップする領域を設けることにより、本構成において錘の抜けを防止することができる。
次いで、図7(c)に示すように、絶縁層23をエッチングして、錘2についてベース層21と分離した状態で回転軸体3の周りを回転可能にする。さらに、エッチングを進めて、第1封止基板14の熱酸化膜14dもエッチングする。エッチングガスは、エッチングされた活性層22の領域から本構成内に侵入するので、内部の熱酸化膜もエッチングされる。このようにして、第1封止基板14とベース層21との間の熱酸化膜以外の熱酸化膜14dは除去される。ここで、絶縁層23をエッチングする際、サイドエッチにより錘2がリリースされる。したがって、領域22a,22bの幅は、領域22a,22bが絶縁層23を介してベース層21に支持された状態で錘2をリリースできる幅に設定することが好ましい。
次いで、図7(d)に示すように、活性層22に第2封止基板13を接合する。第2封止基板13としては、ガラス基板やシリコン基板などを用いることができる。第2封止基板13の一方の主面に凹部13aを形成する。凹部13aを設けることにより、活性層22が第2封止基板13に接触しないようにすることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、実施の形態1の回転錘構造体を磁気検知式センサに用いた場合について説明する。なお、ここでは、センサが傾斜センサである場合について説明する。
本実施の形態においては、実施の形態1の回転錘構造体を磁気検知式センサに用いた場合について説明する。なお、ここでは、センサが傾斜センサである場合について説明する。
本実施の形態の傾斜センサは、回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、で主に構成されている。ここで、一対の検出部は、磁気センサと磁石とで構成されている。
図8(a),(b)は、本発明の実施の形態2に係るセンサの製造方法を説明するための図である。図8に示す構成においては、第2封止基板13及び錘2にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第2封止基板13のSOI基板に対向する面に磁気センサ20を設け、錘2における磁気センサ20と対向する領域に磁石15を設けている。また、第2封止基板13のSOI基板対向面には、電極パッド17が設けられており、磁気センサ20と電極パッド17との間には配線16が設けられている。これにより、磁気センサ20の出力を外部に引き出すことができる。図8に示す構成において、磁気センサ20を第2封止基板13に設け、磁石15を錘2に設けた場合について説明しているが、磁気センサ20を錘2に設け、磁石15を第2封止基板13に設けても良い。磁気センサ20の出力を外部に引き出す観点から図8に示す配置が好ましい。磁気センサ20としては、例えば、GMR(Giant Magneto-Resistance)素子などを用いることができる。
このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態1と同様にして、第1封止基板及びSOI基板(錘基板)を作製し、SOI基板の枠体領域21a及び回転軸体領域21bに第1封止基板11を接合する。次いで、図8(a)に示すように、活性層22をエッチングして、活性層22が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域22a,22b、並びに磁石15を設ける領域22cを設ける。そして、領域22c上に磁気センサ20を形成する。次いで、図8(a)に示すように、第2封止基板13の一方の主面に凹部13aを形成し、磁石15と対向する領域に磁気センサ20を設け、さらに電極パッド17及び配線16を形成する。次いで、絶縁層23をエッチングして、錘2についてベース層21と分離した状態で回転軸体3の周りを回転可能にする。次いで、図8(b)に示すように、活性層22に第2封止基板13を接合する。
図9(a),(b)は、本発明の実施の形態2に係るセンサの製造方法の他の例を説明するための図である。図9に示す構成においては、第1封止基板13及び錘2にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第1封止基板11のSOI基板に対向する面に磁気センサ20を設け、錘2における磁気センサ20と対向する領域に磁石15を設けている。また、第1封止基板11のSOI基板対向面には、電極パッド17が設けられており、磁気センサ20と電極パッド17との間には配線16が設けられている。これにより、磁気センサ20の出力を外部に引き出すことができる。図9に示す構成において、磁気センサ20を第1封止基板11に設け、磁石15を錘2に設けた場合について説明しているが、磁気センサ20を錘2に設け、磁石15を第1封止基板11に設けても良い。磁気センサ20の出力を外部に引き出す観点から図9に示す配置が好ましい。磁気センサ20としては、例えば、GMR素子などを用いることができる。
このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態1と同様にして、第1封止基板を作製し、凹部11bの磁石15と対向する領域に磁気センサ20を設け、さらに電極パッド17及び配線16を形成する。次いで、実施の形態1と同様にして、SOI基板(錘基板)を作製し、ベース層21の錘領域21cの磁気センサ20と対向する領域に磁石15を設ける。次いで、SOI基板の枠体領域21a及び回転軸体領域21bに第1封止基板11を接合する。次いで、図9(a)に示すように、活性層22をエッチングして、活性層22が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域22a,22bを設ける。次いで、図9(a)に示すように、第2封止基板13の一方の主面に凹部13aを形成し、次いで、絶縁層23をエッチングして、錘2についてベース層21と分離した状態で回転軸体3の周りを回転可能にする。次いで、図9(b)に示すように、活性層22に第2封止基板13を接合する。
図9に示す構成においては、第1封止基板11にスティッキング防止用の凸部11cが設けられると共に、検出部である磁気センサ20が設けられる。磁石15と磁気センサ20とは接触しないように配置する必要があるので、凸部11cの高さは磁気センサ20の高さよりも高いことが望ましい。
図8及び図9に示す傾斜センサの傾斜角リニア出力の回路を図10(a)に示す。図10(a)から分かるように、この傾斜センサにおいては、錘2が回転することによる磁石15の変位により、磁石15と磁気センサ20との間の磁場が変わり、それに起因する抵抗値の変化を電圧として取り出すことができる。本発明のセンサにおいては、回転錘構造体の錘の変位量が大きいので、大きな出力を取り出すことが可能となる。図10(a)に示す回路における磁気センサ20の抵抗変化は図10(b)に示すようになる。すなわち、センサの傾斜角(錘2の変位量)に応じて抵抗値がリニアに変化する。したがって、図10(b)のリニアな領域を傾斜角検知範囲とすることにより、センサの出力電圧から傾斜角を求めることができる。すなわち、図10(c)に示す関係に基づいて傾斜角を求めることができる。
また、図8及び図9に示す傾斜センサを図11に示すような回路とすることにより、ディジタル的な方向検知用の回路にすることができる。図11に示す回路において、45°傾斜時のアンプ出力Voutを傾斜方向判定の閾値にすることにより、右傾斜と左傾斜の2方向(水平を入れて3方向)の検知を行うことができる。このような回路構成において、閾値設定を多くすることにより、傾斜角分解能を上げることができる。なお、図11に示す回路においては、傾斜方向(3方向)毎にHi/Low信号を出力する端子を設けているが、2進数でコード化して出力することにより、出力端子数を減らすこともできる。
(実施の形態3)
本実施の形態においては、実施の形態1の回転錘構造体を静電容量式センサに用いた場合について説明する。なお、ここでは、センサが傾斜センサである場合について説明する。
本実施の形態においては、実施の形態1の回転錘構造体を静電容量式センサに用いた場合について説明する。なお、ここでは、センサが傾斜センサである場合について説明する。
本実施の形態の傾斜センサは、回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、で主に構成されている。ここで、一対の検出部は、一対の電極で構成されている。静電容量式センサにおいては、図12(a),(b)に示すように、一対の固定電極18a,18bと、可動電極19とが対向しており、可動電極19が移動することにより、固定電極18a,18bとの間の対向面積が変わる。すなわち、可動電極19が移動することにより、固定電極18aと可動電極19との間の静電容量と、固定電極18bと可動電極19との間の静電容量とが変化する。この静電容量の変化を用いて傾斜を検知する。
図13(a),(b)は、本発明の実施の形態3に係るセンサの製造方法を説明するための図である。図13に示す構成においては、第2封止基板13及び錘2にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第2封止基板13のSOI基板に対向する面に固定電極18a,18bを設け、錘2における固定電極18a,18bと対向する領域に可動電極19を設けている。また、第2封止基板13のSOI基板対向面には、電極パッド17が設けられており、固定電極18a,18bと電極パッド17との間には配線16が設けられている。これにより、固定電極18a,18bの出力を外部に引き出すことができる。図13に示す構成において、一対の固定電極18a,18bを第2封止基板13に設け、可動電極19を錘2に設けた場合について説明しているが、一対の電極を錘2に設け、一つの電極を第2封止基板13に設けても良い。
このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態1と同様にして、第1封止基板及びSOI基板(錘基板)を作製し、SOI基板の枠体領域21a及び回転軸体領域21bに第1封止基板11を接合する。次いで、図13(a)に示すように、活性層22をエッチングして、活性層22が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域22a,22b、並びに可動電極19の領域を設ける。次いで、図13(a)に示すように、第2封止基板13の一方の主面に凹部13aを形成し、可動電極19と対向する領域に一対の固定電極18a,18bを設け、さらに電極パッド17及び配線16を形成する。次いで、絶縁層23をエッチングして、錘2についてベース層21と分離した状態で回転軸体3の周りを回転可能にする。次いで、図13(b)に示すように、活性層22に第2封止基板13を接合する。
図14(a),(b)は、本発明の実施の形態3に係るセンサの製造方法の他の例を説明するための図である。図14に示す構成においては、第1封止基板13及び錘2にそれぞれ一対の検出部を設けている。具体的には、第1封止基板11のSOI基板に対向する面に一対の固定電極18a,18bを設け、錘2を可動電極としている(可動電極を錘が兼ねている)。また、第1封止基板11のSOI基板対向面には、電極パッド17が設けられており、固定電極18a,18bと電極パッド17との間には配線16が設けられている。これにより、固定電極18a,18bの出力を外部に引き出すことができる。
このような傾斜センサを製造する場合においては、実施の形態1と同様にして、第1封止基板を作製し、凹部11bの錘2と対向する領域に一対の固定電極18a,18bを設け、さらに電極パッド17及び配線16を形成する。次いで、実施の形態1と同様にして、SOI基板(錘基板)を作製する。次いで、SOI基板の枠体領域21a及び回転軸体領域21bに第1封止基板11を接合する。次いで、図14(a)に示すように、活性層22をエッチングして、活性層22が平面視において錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域22a,22bを設ける。次いで、図14(a)に示すように、第2封止基板13の一方の主面に凹部13aを形成し、次いで、絶縁層23をエッチングして、錘2についてベース層21と分離した状態で回転軸体3の周りを回転可能にする。次いで、図14(b)に示すように、活性層22に第2封止基板13を接合する。
図14に示す構成においては、第1封止基板11にスティッキング防止用の凸部11cが設けられると共に、検出部である固定電極18a,18bが設けられる。可動電極である錘2と固定電極18a,18bとは接触しないように配置する必要があるので、凸部11cの高さは固定電極18a,18bの高さ(厚さ)よりも高いことが望ましい。
図13及び図14に示す傾斜センサの傾斜角リニア出力の回路を図15(a)に示す。図15(a)から分かるように、この傾斜センサにおいては、錘2が回転することによる可動電極19の変位により、可動電極19と固定電極18a,18bとの間の対向面積が変わり、それに起因する静電容量の変化を電圧として取り出すことができる。本発明のセンサにおいては、回転錘構造体の錘の変位量が大きいので、大きな出力を取り出すことが可能となる。図15(a)に示す回路における静電容量は図15(b)に示すようになる。すなわち、センサの傾斜角(錘2の変位量)に応じて静電容量がリニアに変化する。したがって、図15(b)のリニアな領域を傾斜角検知範囲とすることにより、センサの出力電圧から傾斜角を求めることができる。すなわち、図15(c)に示す関係に基づいて傾斜角を求めることができる。
また、図13及び図14に示す傾斜センサを図16に示すような回路とすることにより、ディジタル的な方向検知用の回路にすることができる。図16に示す回路において、45°傾斜時のアンプ出力Voutを傾斜方向判定の閾値にすることにより、右傾斜と左傾斜の2方向(水平を入れて3方向)の検知を行うことができる。このような回路構成において、閾値設定を多くすることにより、傾斜角分解能を上げることができる。なお、図16に示す回路においては、傾斜方向(3方向)毎にHi/Low信号を出力する端子を設けているが、2進数でコード化して出力することにより、出力端子数を減らすこともできる。
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。上記実施の形態においては、本発明の回転錘構造体を磁気検知式センサや静電容量式センサに用いた場合について説明しているが、本発明の回転錘構造体は、光学式センサに用いても良い。例えば、一対の検出部として発光素子と受光素子を用い、発光素子と受光素子との間で錘が回転するように回転錘構造体を配置し、発光素子と受光素子との間の光のシャッタとして錘を用いることにより、光学式センサとして応用することができる。
また、上記実施の形態においては、ガラス基板とシリコン基板を用いた場合について説明しているが、本発明においては、ガラス基板やシリコン基板以外の基板を用いても良い。また、センサにおける電極や各層の材質については本発明の効果を逸脱しない範囲で適宜設定することができる。また、上記実施の形態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。
本発明は、携帯端末などの小型デバイスに搭載可能なセンサに有用である。
1 枠体
2 錘
3 回転軸体
4 開口部
5 オーバラップ領域
11,14 第1封止基板
11a,14a 主面
11b,14b,13a 凹部
11c,14c 凸部
13 第2封止基板
14d 熱酸化膜
15 磁石
16 配線
17 電極パッド
18a,18b 固定電極
19 可動電極
20 磁気センサ
21 ベース層
21a 枠体領域
21b 回転軸体領域
21c 錘領域
22 活性層
23 絶縁層
2 錘
3 回転軸体
4 開口部
5 オーバラップ領域
11,14 第1封止基板
11a,14a 主面
11b,14b,13a 凹部
11c,14c 凸部
13 第2封止基板
14d 熱酸化膜
15 磁石
16 配線
17 電極パッド
18a,18b 固定電極
19 可動電極
20 磁気センサ
21 ベース層
21a 枠体領域
21b 回転軸体領域
21c 錘領域
22 活性層
23 絶縁層
Claims (10)
- 一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備し、前記錘基板は、前記ベース層と、前記活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するSOI基板で構成されており、前記枠体の領域及び前記回転軸体の少なくとも一方の領域に対応する前記活性層は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を有することを特徴とする回転錘構造体。
- 一対の封止基板と、前記一対の封止基板間に配置されるように前記一対の封止基板にそれぞれ接合され、枠体及び回転軸体を備えた錘基板と、前記錘基板と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能である錘と、を具備したMEMS構造体であって、前記錘基板は、平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする抜け防止領域を有することを特徴とする回転錘構造体。
- 前記一対の封止基板の少なくとも一方の封止基板は、前記錘と接触する凸部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の回転錘構造体。
- 請求項1記載の回転錘構造体と、前記回転錘構造における前記一対の封止基板の一方の封止基板及び前記錘に、互いに対向するように設けられた一対の検出部と、を具備することを特徴とするセンサ。
- 前記一対の検出部は、磁気センサと磁石とで構成されていることを特徴とする請求項4記載のセンサ。
- 前記一対の検出部は、一対の電極で構成されていることを特徴とする請求項4記載のセンサ。
- 前記一対の電極のうちの一つの電極を錘が兼ねることを特徴とする請求項6記載のセンサ。
- 前記検出部が設けられた一方の封止基板が前記錘と接触する凸部を有し、前記凸部の高さが前記検出部を構成する部材の高さよりも高いことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載のセンサ。
- ベース層と、活性層と、前記ベース層及び前記活性層に挟持された絶縁層と、を有するSOI基板の前記ベース層をエッチングして枠体領域、回転軸体領域及び錘領域を設ける工程と、前記SOI基板の前記枠体領域及び前記回転軸体領域に第1封止基板を接合する工程と、前記活性層をエッチングして、前記活性層が平面視において前記錘の外延部と少なくとも一部でオーバラップする領域を設ける工程と、前記絶縁層をエッチングして、前記錘について前記ベース層と分離した状態で前記一対の封止基板間において前記回転軸体の周りを回転可能にする工程と、前記活性層に第2封止基板を接合する工程と、を具備することを特徴とする回転錘構造体の製造方法。
- 請求項9記載の方法で得られた回転錘構造体における前記第1封止基板又は前記第2封止基板と、前記錘とに、互いに対向するように一対の検出部をそれぞれ設けることを特徴とするセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009017929A JP2010173008A (ja) | 2009-01-29 | 2009-01-29 | 回転錘構造体及びそれを用いたセンサ、並びにそれらの製造方法 |
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ID=42704448
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2010173008A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017187294A (ja) * | 2016-04-01 | 2017-10-12 | セイコーエプソン株式会社 | 検出装置、処理装置、検出システム、検出方法及びプログラム |
CN115164842A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-10-11 | 济宁熹安科技信息有限公司 | 一种用于平面设计的坡度测量设备 |
TWI806228B (zh) * | 2021-11-08 | 2023-06-21 | 財團法人工業技術研究院 | 用於高速旋轉機械的感測器裝置 |
-
2009
- 2009-01-29 JP JP2009017929A patent/JP2010173008A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120403 |