JP2010185721A - 静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変位可能な重錘体に対向して配置された検出電極間の静電容量を正確に検出してオフセットの調整及び感度の較正を行うようにすること。
【解決手段】変位可能な重錘体１２２（１２２ａ乃至１２２ｅ）を保持する枠体１２１と、重錘体１２２ａ乃至１２２ｅに対向するように、第１基板１１１上に設けられた検出電極１１１ａ乃至１１１ｄとを備え、重錘体１２２ａ乃至１２２ｄと検出電極１１１ａ乃至１１１ｄ間の静電容量の変化を検出する。重錘体１２２ａ乃至１２２ｅは、梁部材１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄにより保持され、それぞれの梁部材１２３ａ乃至１２３ｄの先端部は、ピラー１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄによって保持されている。梁部材１２３ａ乃至１２３ｄ及びピラー１２４ａ乃至１２４ｄは、枠体１２１の内部空間において枠体１２１と非接触になっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置に関し、より詳細には、変位可能な重錘体と、この重錘体に対向して配置された検出電極間の静電容量を正確に検出してオフセットの調整及び感度の較正を行うようにした静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置に関する。

一般に、電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置及びその動作試験方法については良く知られている。例えば、２枚の基板を対向させて配置し、それぞれの基板上に電極を形成した単純な構造の検出装置が知られている。この検出装置においては、加速度などの物理量に基づいて一方の基板を変位させ、この変位により両基板上に形成した電極間距離を変化させ、これを両電極間の静電容量の変化として検出している。また、この検出装置は、一方の基板に重錘体を接合しておき、この重錘体に作用した加速度に基づいて基板を変位させれば、作用した加速度を検出する加速度検出装置として使用できるものである。

通常、何らかの物理量の検出装置を製品化する場合、この検出装置が正しい検出信号を出力するか否かの動作試験を行う必要が生じる。従来、このような動作試験は、検出対象となる物理量を実際にその検出装置に作用させ、そのときの検出信号を調べるという方法が採られている。例えば、加速度の検出装置であれば、実際に所定の大きさの加速度を所定の方向から検出装置に作用させ、そのときの検出信号が、与えた加速度に応じた正しいものになっているか否かを判定する。しかしながら、このような動作試験を行うには、専用の試験設備が必要になり、試験作業も煩雑で時間のかかるものとなる。特に、専用の試験設備で試験できる数量が限定され、生産性の低下を招くことになる。したがって、このような従来の試験方法は、大量生産される装置に対する動作試験としては不適当であるという問題があった。

そこで、例えば、特許文献１のような加速度センサの検査装置及びその動作試験方法が提案されている。この特許文献１のものは、外力の作用により変位しうるように支持された変位電極と、この変位電極に対向する位置において装置筐体に固定された固定電極と、これら両電極の間の距離の変化を電気信号として取り出す検出手段とを備え、外力に対応した加速度を電気信号として検出する加速度検出装置の動作試験方法であって、両電極の間に所定の電圧を印加し、この印加電圧に基づいて発生するクーロン力により変位電極を変位させた状態において、両電極の一方の電極に所定の大きさをもった時間的変動成分を有する電気信号を与え、このときに他方の電極に伝達される変動成分の大きさを、印加電圧と比較することにより、この検出装置の動作を試験するようにした、電極間距離の変化を利用して加速度を検出する加速度検出装置の動作試験方法である。

さらに、これ以外の電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置及びその動作試験方法、つまり、試験電極に電圧をかけてクーロン力で変位させ、印加電圧の大きさと変位量（容量変化）を比較して動作試験を行うものとしては、例えば、特許文献２及び３が提案されている。

また、中間基板を構成する重錘体に４本の梁部材を直交して設けた構造の静電容量型センサについては、例えば、特許文献４に開示されている。

また、静電容量型の加速度センサの検出装置としては、特許文献５に開示されているスイッチトキャパシタ方式を用いたものが提案されている。

特開２００２−２２１４６３号公報 国際公開ＷＯ１９９２／１７７５９号公報 特開２０００−１４６７２９号公報 特開２００７−４６９２７号公報 特開平１０−１７０５４４号公報

しかしながら、上述した検査装置及びその動作試験方法では、基本的に故障検出などの大まかな動作試験しかできないという問題があった。加速度センサで感度やオフセットのばらつきに対して較正を行う場合、リファレンスにするクーロン力自体もばらつくため正確に較正できない。つまり、加速度センサは質量と加速度に比例する力を検出するものであるのに対し、クーロン力は印加電圧の他に静電容量の値とも相関するため、プロセスがばらついた場合、正確なクーロン力を見積もることが出来ない。そのため、センサの感度（F/G：重力加速度１Gあたりの容量変化）をクーロン力による検査で見積もることは困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、変位可能な重錘体と、この重錘体に対向して配置された検出電極間の静電容量を正確に検出してオフセットの調整及び感度の較正を行うようにした静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査方法であって、まず、前記静電容量型加速度センサの前記重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するステップと、次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与えるステップと、次に、前記電位差により前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、次に、前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較するステップと、次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行うステップとを有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記静電容量を検出するステップが、前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体に等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップとを有することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査装置であって、前記静電容量型加速度センサの重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するようにする第１及び第２の容量算出手段と、前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与える電圧印加手段と、前記電圧印加手段により電位差を与えて前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記一方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量及び前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第３の容量算出手段と、前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較する比較手段と、前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行なう感度調整手段とを備えていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記静電容量検出手段が、前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体とに等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第１及び第２の容量算出手段と、前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第３の容量算出手段とを有することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記容量検出手段が、前記重錘体の電圧を高周波電圧に変調する高周波電圧の印加装置と、前期検出電極に接続される演算増幅器と、前記高周波を直流成分に復調する復調回路を備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記静電容量型加速度センサが、一方の検出電極を有する第１基板と、該第１基板の前記一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板に挟まれるように設けられた保持部材と、該保持部材の内部空間において前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体と、該重錘体を支持する複数の梁部材と、該梁部材を支持する複数の支柱部材とを備え、前記梁部材及び前記支柱部材が、前記保持部材と非接触であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記梁部材及び前記支柱部材と、前記保持部材との間に空隙部を設けたことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記保持部材が接地されることを特徴とする。

本発明によれば、一方の検出電極を有する第１基板と、この第１基板の前記一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極を有する第２基板と、第１基板と第２基板に挟まれるように設けられた保持部材と、この保持部材の内部空間において検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体と、この重錘体を支持する複数の梁部材と、この該梁部材を支持する複数の支柱部材とを備え、梁部材及び支柱部材が、保持部材と非接触であるので、保持部材と重錘体の電位を分離することで保持部材と各検出電極との間の寄生容量の影響を除去し、クーロン力にかかる各検出電極と重錘体との間の容量値のみを検出することができるという効果を奏する。

また、故障検出に加え、加速度センサの感度とオフセットばらつきに対する補正を行うことができ、電圧印加手段と電圧検出手段を用いている既存の半導体テスタにより簡単に検査することができるという効果を奏する。

本発明に係る比較例としての静電容量型加速度センサを説明するための構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図と基板断面図である。 図１に示した静電容量型加速度センサの検査方法を説明するための図である。 従来の静電容量型加速度検出装置におけるＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための回路図である。 従来の静電容量型加速度検出装置におけるＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための回路図である。 図４に示した静電容量型加速度検出装置におけるＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための回路図である。 本発明に係る静電容量型加速度センサの一実施例を説明するための構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図と基板断面図である。 図６（ｂ）に示した静電容量型加速度センサを用いた検出装置を説明するための構成図である。 図７に示した静電容量型加速度検出装置におけるＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための回路図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、本発明の静電容量型加速度センサの検査方法（オフセット及び感度の算出方法）を説明するための工程図である。 本発明の静電容量型加速度センサのオフセット及び感度の算出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法（Ｘ軸）を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法（Ｙ軸）を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法（Ｚ軸）を説明するための図である。 本発明に係る静電容量型加速度センサの検査装置を説明するためのブロック図である。 本発明に係る静電容量型加速度センサの他の実施例を説明するための構成図（上面図）である。

まず、図面を参照して本発明に係る比較例について説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る比較例としての静電容量型加速度センサを説明するための構成図で、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図と基板断面図である。この静電容量型センサは、変位可能な重錘体２２（２２ａ乃至２２ｅ）を保持する枠体（保持部材）２１と、重錘体２２ａ乃至２２ｅに対向するように、第１基板１１上に設けられた検出電極１１ａ乃至１１ｄ（１１ｂ，１１ｄは図示せず）とを備え、重錘体２２ａ乃至２２ｄと検出電極１１ａ乃至１１ｄとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。

重錘体２２ａ乃至２２ｅは、梁部材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを介して枠体２１によって保持されている。第１基板１１上に設けられた検出電極１２ａ乃至１２ｄは、重錘体２２ａ乃至２２ｄに対向して配置されたＸ軸用検出電極１１ａ，１１ｃと、Ｙ軸用検出電極１１ｂ，１１ｄとを備えている。

なお、梁部材２３ａは、重錘体２２ｄと重錘体２２ａに挟まれ、梁部材２３ｂは、重錘体２２ａと重錘体２２ｂに挟まれ、梁部材２３ｃは、重錘体２２ｂと重錘体２２ｃに挟まれ、梁部材２３ｄは、重錘体２２ｃと重錘体２２ｄに挟まれた梁部材である。

また、重錘体２２ａ乃至２２ｅは、梁部材２３ａ乃至２３ｄの交点に配置された中心部２２ｅを有するとともに、枠体２１と梁部材２３ａ乃至２３ｄに沿って中心部２２ｅからクローバ型に配置された周辺部２２ａ乃至２２ｄを有している。

また、梁部材２３ａ乃至２３ｄは、重錘体２２の中心部２２ｅから枠体２１の対角線上に沿って、重錘体の隣接する周辺部２２ａ乃至２２ｄに挟まれるように配置されている。また、検出電極１１ａ乃至１１ｄの形状は、中心から四方に連なるクローバ型に配置された重錘体の周辺部２２ａ乃至２２ｄに相似形の三角形である。

また、同様に、第２基板３１上に設けられた検出電極３１ａ乃至３１ｄ（３１ｂ，３１ｄは図示せず）とを備え、重錘体２２ａ乃至２２ｄと検出電極３１ａ乃至３１ｄとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。

図２は、図１に示した静電容量型加速度センサの検査方法を説明するための図である。重錘体２２は梁部材２３により枠体２１に保持されている。第１基板１１には重錘体２２に対応して検出電極１１ａ，１１ｃが配置され、第２基板３１には重錘体２２に対応して検出電極３１ａ，３１ｃが配置されている。重錘体２２を保持する梁部材２３と第１基板１１に設けられた検出電極１１ａ，１１ｃとの距離をｄ₀として、この検出電極１１ａ，１１ｃの面積をＳとすると、加速度による慣性力はＭａで、クーロン力は以下のように示される。

ＭとＳはｍｍのオーダーのため、ばらつきによらず一定である。最もプロセスばらつきの影響を受けるのはｄ₀（数μｍ）である。このｄ₀がばらつくとクーロン力もばらつき、感度補正が困難になる。したがって、検出電極と重錘体との間の容量値の測定と組み合わせることで、このｄ₀を推定し、正確なクーロン力の算出を行い、慣性力との対応を取ることが必要になる。

この場合の検査装置としては、寄生容量の影響を受けず、重錘体と検出電極との間の容量を正確に検出できるＣＶ変換回路とセンサ構造が必要になる。

図３及び図４は、従来の静電容量型加速度検出装置におけるＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための回路図である。Ｃｓはセンサ部４２の重錘体と検出電極との間の容量、Ｃｐはセンサ部４２とＣＶ変換回路４３の配線や電極パッドにつく対接地間の寄生容量、Ｃｐ’は各検出電極と枠体との間の寄生容量を示している。従来のスイッチトキャパシタを用いたＣＶ変換方式はスイッチトキャパシタの等価抵抗値と抵抗回路の抵抗値の比にしたがって出力が決定されるものであり、演算増幅器の出力は以下の通りである。

図５は、本発明のＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための説明図で、このＣＶ変換回路４３は、センサ部４２の容量素子Ｃｓの検出電極に非反転入力端子が接続されている演算増幅器４３ａと、非反転入力端子と出力端子間に並列に接続されている抵抗Ｒと容量素子Ｃ_FBとを備えている。また、演算増幅器４３ａの反転入力端子にはＶｃｏｍが印加されている。また、センサ部４２の重錘体の電位を高周波電圧に変調する高周波電圧印加回路４１を備えている。

センサ部４２の出力に対して重錘体の電圧を高周波で変調をかけた場合、演算増幅器４３ａの出力は以下の通りである。

この場合、センサ部４２とＣＶ変換回路４３との間の配線と電極パッドにつく対接地（または他の固定電位）との間につく寄生容量Ｃｐは出力として現れていない。また、高周波に変調をかけるため、演算増幅器のオフセットによらず容量値を検出できる。

図６（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの一実施例を説明するための構成図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図と基板断面図である。本発明の静電容量型センサは、変位可能な重錘体１２２（１２２ａ乃至１２２ｅ）を保持する枠体（保持部材）１２１と、重錘体１２２ａ乃至１２２ｅに対向するように、第１基板１１１上に設けられた検出電極１１１ａ乃至１１１ｄ（１１１ｂ，１１１ｄは図示せず）とを備え、重錘体１２２ａ乃至１２２ｄと検出電極１１１ａ乃至１１１ｄとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。

重錘体１２２ａ乃至１２２ｅは、梁部材１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ，１２３ｄにより保持され、さらにそれぞれの梁部材１２３ａ乃至１２３ｄの先端部は、支柱部材（ピラー）１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄによって保持されている。この梁部材１２３ａ乃至１２３ｄ及びピラー１２４ａ乃至１２４ｄは、枠体１２１の内部空間において枠体１２１と非接触になっている。

また、第１基板１１１上に設けられた検出電極１１２ａ乃至１１２ｄは、重錘体１２２ａ乃至１２２ｄに対向して配置されたＸ軸用検出電極１１１ａ，１１１ｃと、Ｙ軸用検出電極１１１ｂ，１１１ｄとを備えている。

なお、梁部材１２３ａは、重錘体１２２ｄと重錘体１２２ａに挟まれ、梁部材１２３ｂは、重錘体１２２ａと重錘体１２２ｂに挟まれ、梁部材１２３ｃは、重錘体１２２ｂと重錘体１２２ｃに挟まれ、梁部材１２３ｄは、重錘体１２２ｃと重錘体１２２ｄに挟まれた梁部材である。

また、重錘体１２２ａ乃至１２２ｅは、梁部材１２３ａ乃至１２３ｄの交点に配置された中心部１２２ｅを有するとともに、枠体１２１と梁部材１２３ａ乃至１２３ｄに沿って中心部１２２ｅからクローバ型に配置された周辺部１２２ａ乃至１２２ｄを有している。

また、梁部材１２３ａ乃至１２３ｄは、重錘体１２２の中心部１２２ｅから枠体１２１の対角線上に沿って、重錘体の隣接する周辺部１２２ａ乃至１２２ｄに挟まれるように配置されている。また、検出電極１１１ａ乃至１１１ｄの形状は、中心から四方に連なるクローバ型に配置された重錘体の周辺部１２２ａ乃至１２２ｄに相似形の三角形である。

また、同様に、第２基板１３１上に設けられた検出電極１３１ａ乃至１３１ｄ（１３１ｂ，１３１ｄは図示せず）とを備え、重錘体１２２ａ乃至１２２ｄと検出電極１３１ａ乃至１３１ｄとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。

つまり、一方の検出電極１１１ａ乃至１１１ｄを有する第１基板１１１と、この第１基板１１１の一方の検出電極１１１ａ乃至１１１ｄに対向するように設けられた他方の検出電極１３１ａ乃至１３１ｄを有する第２基板１３１と、第１基板１１１と第２基板１３１に挟まれるように設けられた枠体１２１と、この枠体１２１の内部空間において検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体１２２（１２２ａ乃至１２２ｄ）と、枠体１２１の内部空間に設けられ、重錘体１２２を支持する複数の梁部材１２３（１２３ａ乃至１２３ｄ）と、枠体１２１の内部空間に設けられ、梁部材１２３を支持する複数のピラー１２４（１２４ａ乃至１２４ｄ）とを備え、梁部材１２１及びピラー１２４が、枠体１２１と非接触であるように構成されている。そのため、梁部材１２３及びピラー１２４と、枠体１２１との間には空隙部１２５が設けられている。

図７は、図６（ｂ）に示した静電容量型加速度センサを用いた検出装置を説明するための構成図である。センサ部の重錘体と各検出電極との間の容量Ｃｓと、各検出電極と枠体との間の寄生容量Ｃｐ’を考慮している。なお、重錘体１２２及び枠体１２１には、高周波電圧印加回路１４１により高周波電圧を印加され、枠体１２１は接地されており、各検出電極と枠体との間の寄生容量Ｃｐ’を除去するようになっている。なお、この実施例では、枠体１２１と梁部材は非接触の構造をとっているが、電気的に分離されていれば、間に絶縁物をいれる構造であってもかまわない。

図８は、図７に示した静電容量型加速度検出装置におけるＣＶ変換回路によるＣＶ変換方式を説明するための回路構成図である。センサ部１４２の出力に対して重錘体の電圧を高周波で変調をかけた場合、演算増幅器１４３ａの出力は以下の通りである。

本発明の静電容量型加速度センサにおいては、枠体１２１と重錘体１２２の電位を分離することで枠体１２１と各検出電極との間の寄生容量Ｃｐ’を除去し、クーロン力にかかわる各検出電極と重錘体１２２との間の容量値Ｃｓのみを検出することができる。

図９（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の静電容量型加速度センサの検査方法（オフセット及び感度）を説明するための工程図で、図１０は、本発明の静電容量型加速度センサのオフセット及び感度の算出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

まず、本発明に係る静電容量型加速度センサにおける重錘体１２２と各検出電極１１１，１３１との間の静電容量Ｃｓ１，Ｃｓ２（ ∝ Ｖａ，Ｖｂ）を第１のＣＶ変換回路１４３ａと第２のＣＶ変換回路１４３bで検出して、その容量値からオフセットを算出する（ステップＳ１，図９（ａ），（ｂ））。このとき重錘体１２２と全ての検出電極の電位は、Ｖｃｏｍとなっており、電位差はなくクーロン力はかからなくなっている（Ｆｃｏ＝０）。次に、重錘体１２２と一方の検出電極１１１との間に電位差ＶＤＤを与える（ステップＳ２）。次に、一方の検出電極１１１に印加電圧ＶＤＤを印加した状態において、この印加電圧の大きさと静電容量の値から重錘体１２２に働いているクーロン力の大きさを求めて、他方の検出電極１３１と重錘体１２２との間の静電容量Ｃｓ２’（ ∝ Ｖc）を第３のＣＶ変換回路１４３cで検出する（ステップＳ３，図９（ｃ））。次に、このクーロン力Ｆｃｏ＝Ｃｓ１（ＶＤＤ−Ｖｃｏｍ）²／ｄ₀∝Ｃｓ１²・（ＶＤＤ−Ｖｃｏｍ）²の値と、他方の検出電極１３１と重錘体１２２との間の静電容量の変化量（ ∝ Ｖｂ−Ｖｃ）を比較する（ステップＳ４）。次に、ＶａとＶｂ−Ｖｃと印加電圧（ＶＤＤ−Ｖｃｏｍ）から感度の補正値を求めて感度の較正を行う（ステップＳ５）。

次に、図１１（ａ），（ｂ）乃至図１３に基づいて、さらに具体的に感度及びオフセットの算出方法について説明する。

図１１（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法（Ｘ軸）を説明するための図である。なお、検出電極１１１ｃと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ１、検出電極１１１ａと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ２、検出電極１３１ｃと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ３、検出電極１３１ａと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ４とする。また、検出電極１１１ａ，１１１ｃ，１３１ａ，１３１ｃには、それぞれＣＶ変換回路１４３が接続されている。

まず、図１１（ａ）に示すように、上述したＣＶ変換回路及び静電容量型加速度センサを用いて、Ｃｘ１乃至Ｃｘ４の容量値を検出する。次に、（Ｃｘ１＋Ｃｘ４）−（Ｃｘ２＋Ｃｘ３）を計算してオフセットを算出する。次に、図１１（ｂ）に示すように、Ｃｘ２及びＣＸ３をＶＤＤにしてクーロン力をかけ、Ｃｘ１及びＣｘ４の容量変化（ΔＣｘ１，ΔＣｘ４）を検出する。次に、容量変化（ΔＣｘ１、ΔＣｘ４）とクーロン力（ ∝ Ｃｘ２²、Ｃｘ３²）から感度Ｓｘ（Ｆ／Ｇ）を算出する。

図１２（ａ），（ｂ）は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法（Ｙ軸）を説明するための図である。なお、検出電極１１１ｄと重錘体１２２との間の容量値をＣｙ１、検出電極１１１ｂと重錘体１２２との間の容量値をＣｙ２、検出電極１３１ｄと重錘体１２２との間の容量値をＣｙ３、検出電極１３１ｂと重錘体１２２との間の容量値をＣｙ４とする。また、検出電極１１１ｂ，１１１ｄ，１３１ｂ，１３１ｄには、それぞれＣＶ変換回路１４３が接続されている。

まず、図１２（ａ）に示すように、上述したＣＶ変換回路及び静電容量型加速度センサを用いて、Ｃｙ１乃至Ｃｙ４の容量値を検出する。次に、（Ｃｙ１＋Ｃｙ４）−（Ｃｙ２＋Ｃｙ３）を計算してオフセットを算出する。次に、図１２（ｂ）に示すように、Ｃｙ２及びＣｙ３をＶＤＤにしてクーロン力をかけ、Ｃｙ１及びＣｙ４の容量変化（ΔＣｙ１，ΔＣｙ４）を検出する。次に、容量変化（ΔＣｙ１，ΔＣｙ４）とクーロン力（ ∝ Ｃｙ２²，Ｃｙ３²）の比から感度Ｓｙ（Ｆ／Ｇ）を算出する。

図１３は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法（Ｚ軸）を説明するための図である。なお、検出電極１１１ｃと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ１，Ｃｙ１、検出電極１１１ａと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ２，Ｃｙ２、検出電極１３１ｃと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ３，Ｃｙ３、検出電極１３１ａと重錘体１２２との間の容量値をＣｘ４，Ｃｙ４とする。また、検出電極１１１ａ，１１１ｃ，１３１ａ，１３１ｃには、それぞれＣＶ変換回路１４３が接続されている。

まず、上述したＣＶ変換回路及び静電容量型加速度センサを用いて（Ｃｘ１＋Ｃｘ２＋Ｃｙ１＋Ｃｙ２）−（Ｃｘ３＋Ｃｘ４＋Ｃｙ３＋Ｃｙ４）の容量値を検出する。次に、Ｃｘ１，Ｃｘ４，Ｃｙ３，Ｃｙ４をＶＤＤとし、Ｃｘ１，Ｃｘ２，Ｃｙ１，Ｃｙ２の容量変化（ΔＣｘ１，ΔＣｙ１，ΔＣｘ２，ΔＣｙ２）を算出する。次に、容量変化（ΔＣｘ１、ΔＣｙ１、ΔＣｘ２、ΔＣｙ２）とクーロン力（ ∝ Ｃｘ３²、Ｃｘ４²、Ｃｙ３²、Ｃｙ４²）の比から感度Ｓｚ（F／G）を算出する。次に、Ｚ軸のオフセットを１Ｇ分補正して求める（もともと重力加速度で１Ｇがかかっているため）。つまり、（Ｃｘ１＋Ｃｘ２＋Ｃｙ１＋Ｃｙ２）−（Ｃｘ３＋Ｃｘ４＋Ｃｙ３＋Ｃｙ４）＋Ｓｚ・Gとなる。

図１４は、本発明の静電容量型加速度センサの検査装置を説明するためのブロック図で、図中５１は静電容量型加速度センサ、５２はＣＶ変換回路、５３はＥ２ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、５４はＸＹＺ感度調整回路（ＰＧＡ；プログラマブル利得増幅器）、５５は復調回路、５６は高周波電圧印加回路、５７はＸＹＺオフセット調整回路を示している。

高周波電圧印加回路５６は、図７及び図８に示したように、静電容量型加速度センサ５１の重錘体１２２及び枠体１２１に高周波電圧を印加するものである。静電容量型加速度センサ５１は、図７に示したような構成を有するものである。ＣＶ変換回路５２は、静電容量型加速度センサ５１からの出力信号に基づいて容量変化を検出電圧に変換し、加速度信号を出力するものである。このＣＶ変換回路５２における具体的なＣＶ変換方式及び回路図は、図８に示したとおりである。

ＸＹＺ感度調整回路５４は、ＣＶ変換回路５２からの加速度信号に基づいてＸ，Ｙ，Ｚ軸の感度を調整するものである。復調回路５５は、ＸＹＺ感度調整回路５４からのＸ，Ｙ，Ｚ軸の感度信号に基づいて、高周波に変調している加速度信号を直流成分に復調するものである。ＸＹＺオフセット調整回路５７は復調回路５５からの出力に基づいてＸ，Ｙ，Ｚ軸のオフセットを調整し、それぞれ加速度成分Ａｘ，Ａｙ，Ａｚを出力するものである。Ｅ２ＰＲＯＭ５３は、感度、オフセットの補正値を書き込むためのメモリである。

つまり、本発明の静電容量型加速度センサの検査装置は、静電容量型加速度センサにおける重錘体１２２と各検出電極１１１，１３１との間の静電容量Ｃｓ１，Ｃｓ２（ ∝ Ｖａ，Ｖb）を検出（図９（ａ），（ｂ））して、その容量値からオフセットを算出するようにする第１のＣＶ変換回路（第１の容量算出手段）１４３ａ及び第２のＣＶ変換回路（第２の容量算出手段）１４３ｂと、重錘体１２２と一方の検出電極１１１との間に電位差ＶＤＤを与え、この印加電圧の大きさと静電容量のオフセット値から重錘体１２２に働いているクーロン力の大きさを求めて、他方の検出電極１３１と重錘体１２２との間の静電容量Ｃｓ２’（ ∝ Ｖｃ）を検出（図９（ｃ））する第３のＣＶ変換回路（第３の容量算出手段）１４３ｃと、他方の検出電極１３１と重錘体１２２との間の静電容量の変化（Ｖｂ−Ｖｃ）を比較する比較器と、ＶａとＶｂ−Ｖｃと印加電圧（ＶＤＤ−Ｖｃｏｍ）から感度の補正値を求めて感度の較正を行なうＸＹＺ感度調整回路５４とを備えている。

このような構成により、故障検出に加え、加速度センサの感度ばらつきに対する補正を行うことができ、また、電圧印加手段と電圧検出手段を用いている既存の半導体テスタにより簡単に検査することができる。

なお、この発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な実施例をとりうる。例えば、ＣＶ変換回路の構成であれば、配線や電極パッドにつく寄生容量がオフセットにならない構成であれば、他の方式でも適用は可能である。

また、センサ構造についても、上述した実施例では枠体１２１と重錘体１２２の間に空隙部１２５を設けているが、枠体１２１と重錘体１２２が電気的に分離していれば他の構成を適用することも可能である。また、図１５に示すような枠体と梁部材が田型に配置される構成であってもかまわない。

図１５は、本発明に係る静電容量型加速度センサの他の実施例を説明するための構成図（上面図）である。本発明の他の実施例の静電容量型センサは、変位可能な重錘体２２２（２２２ａ乃至２２２ｅ）を保持する枠体（保持部材）２２１と、重錘体２２２ａ乃至２２２ｅに対向するように、第１基板上に設けられた検出電極とを備え、重錘体２２２ａ乃至２２２ｄと検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されている。

重錘体２２２ａ乃至２２２ｅは、梁部材２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ，２２３ｄにより保持され、さらにそれぞれの梁部材２２３ａ乃至２２３ｄの先端部は、支柱部材（ピラー）２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ，２２４ｄによって保持されている。この梁部材２２３ａ乃至２２３ｄ及びピラー２２４ａ乃至２２４ｄは、枠体２２１の内部空間において枠体２２１と非接触になっている。この実施例では、枠体２２１と梁部材は非接触の構造をとっているが、電気的に分離されていれば、間に絶縁物をいれる構造であってもかまわない。

また、第１基板上に設けられた検出電極は、重錘体２２２ａ乃至２２２ｄに対向して配置されたＸ軸用検出電極とＹ軸用検出電極とを備えている。

なお、梁部材２２３ａは、重錘体２２２ａと重錘体２２２ｂに挟まれ、梁部材２２３ｂは、重錘体２２２ｂと重錘体２２２ｃに挟まれ、梁部材２２３ｃは、重錘体２２２ｃと重錘体２２２ｄに挟まれ、梁部材２２３ｄは、重錘体２２２ｄと重錘体２２２ａに挟まれた梁部材である。

また、重錘体２２２ａ乃至２２２ｅは、梁部材２２３ａ乃至２２３ｄの交点に配置された中心部２２２ｅを有するとともに、枠体２２１と梁部材２２３ａ乃至２２３ｄに沿って中心部２２２ｅから田形に配置された周辺部２２２ａ乃至２２２ｄを有している。

また、梁部材２２３ａ乃至２２３ｄは、重錘体２２２の中心部２２２ｅから枠体２２１の各辺に沿って、重錘体の隣接する周辺部２２２ａ乃至２２２ｄに挟まれるように配置されている。また、検出電極の形状は、田型に配置された重錘体の周辺部２２２ａ乃至２２２ｄに相似形の田型配置が好ましい。

また、同様に、第２基板に設けられた検出電極とを備え、重錘体２２２ａ乃至２２２ｄと検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されている。

また、クーロン力を与える際の印加電圧は、実施例中ではVDDを例にあげているが、GND等の他の所定の電位、または交流電圧であってもよい。

また、実施例では検出電極と枠体との寄生容量の影響について述べているが、基板が導電性の場合は基板と検出電極の間につく容量に対しても、同様に重錘体１２２と基板を電気的に分離することで影響を除去することができる。

また、実施例ではＺ方向の検出電極はＸ、Ｙ方向の検出電極と共用しているが、Ｚ検出電極は別個に用意してもかまわない。

また、実施例中の検出装置では、Ｅ２ＰＲＯＭやＰＧＡを用いたものを例にあげているが、それに限定されるものでなく、感度、オフセットが較正できる構成であればよい。

１１，１１１ 第１基板
１１ａ乃至１１ｄ，１１１ａ乃至１１１ｄ 検出電極
２１，１２１ 枠体（保持部材）
２２（２２ａ乃至２２ｅ），１２２（１２２ａ乃至１２２ｅ），２２２（２２２ａ乃至２２２ｅ） 重錘体
２３ａ乃至２３ｄ，１２３ａ乃至１２３ｄ，２２３ａ乃至２２３ｄ 梁部材
３１，１３１ 第２基板
３１ａ乃至３１ｄ，１３１ａ乃至１３１ｄ 検出電極
４１，１４１ 高周波電圧印加回路
４２，１４２ センサ部
４３，１４３（１４３ａ乃至１４３ｃ） ＣＶ変換回路（容量算出手段）
４３ａ，１４３ａ 演算増幅器
５１ 静電容量型加速度センサ
５２ ＣＶ変換回路
５３ Ｅ２ＰＲＯＭ
５４ ＸＹＺ感度調整回路
５５ 復調回路
５６ 高周波電圧印加回路
５７ ＸＹＺオフセット電圧調整回路
１２４ａ乃至１２４ｄ，２２４ａ乃至２２４ｄ 支柱部材（ピラー）

Claims (8)

1. 一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査方法であって、
   まず、前記静電容量型加速度センサの前記重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するステップと、
   次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与えるステップと、
   次に、前記電位差により前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、
   次に、前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較するステップと、
   次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行うステップと
   を有することを特徴とする静電容量型加速度センサの検査方法。
2. 前記静電容量を検出するステップが、
   前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体に等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、
   前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと
   を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型加速度センサの検査方法。
3. 一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査装置であって、
   前記静電容量型加速度センサの重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するようにする第１及び第２の容量算出手段と、
   前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与える電圧印加手段と、
   前記電圧印加手段により電位差を与えて前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記一方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量及び前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第３の容量算出手段と、
   前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較する比較手段と、
   前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行なう感度調整手段と
   を備えていることを特徴とする静電容量型加速度センサの検査装置。
4. 前記静電容量検出手段が、
   前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体とに等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第１及び第２の容量算出手段と、
   前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第３の容量算出手段と
   を有することを特徴とする請求項３に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
5. 前記容量検出手段が、
   前記重錘体の電圧を高周波電圧に変調する高周波電圧の印加装置と、前期検出電極に接続される演算増幅器と、前記高周波を直流成分に復調する復調回路を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
6. 前記静電容量型加速度センサが、
   一方の検出電極を有する第１基板と、
   該第１基板の前記一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極を有する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板に挟まれるように設けられた保持部材と、
   該保持部材の内部空間において前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体と、
   該重錘体を支持する複数の梁部材と、
   該梁部材を支持する複数の支柱部材とを備え、
   前記梁部材及び前記支柱部材が、前記保持部材と非接触であることを特徴とする請求項５に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
7. 前記梁部材及び前記支柱部材と、前記保持部材との間に空隙部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
8. 前記保持部材が接地されることを特徴とする請求項６又は７に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。

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