JP2010216834A - Sensor for detecting dynamic quantity - Google Patents

Sensor for detecting dynamic quantity Download PDF

Info

Publication number
JP2010216834A
JP2010216834A JP2009060859A JP2009060859A JP2010216834A JP 2010216834 A JP2010216834 A JP 2010216834A JP 2009060859 A JP2009060859 A JP 2009060859A JP 2009060859 A JP2009060859 A JP 2009060859A JP 2010216834 A JP2010216834 A JP 2010216834A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
detection sensor
mechanical quantity
quantity detection
displacement
substrate
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Withdrawn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
JP2009060859A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiji Umetsu
英治 梅津
Toshinori Watanabe
利徳 渡辺
Satoshi Waga
聡 和賀
Eiichi Komai
栄一 駒井
Hidenori Gocho
英紀 牛膓
Toshihiro Kobayashi
俊宏 小林
Kenichi Tanaka
健一 田中
Kazusato Igarashi
一聡 五十嵐
Masahiko Ishizone
昌彦 石曽根
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.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co 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 Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2009060859A priority Critical patent/JP2010216834A/en
Publication of JP2010216834A publication Critical patent/JP2010216834A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor for detecting the dynamic quantity which enables suppression of the nonuniformity in sensor sensitivity caused by a working process and consequent improvement of a yield in manufacturing. <P>SOLUTION: The sensor for detecting the dynamic quantity includes a first substrate 2 which supports a displacement part 12 inside a frame 11 by beams 13 so that the displacement part can rock, a second substrate 3 wherein a support 21 having an opening 23 and a weight 22 being connected with the displacement part 12 are formed, and detecting elements 17 which output signals according to the dynamic quantity on the basis of the amount of deflection of the beams 13. In a plane view, the first substrate 2 and the second substrate 3 are so constituted that at least portions of connection with the beams 13 at the inner edge 11a of the frame 11 are positioned outside the opening edge 21a of the support 21 and that at least portions of connection with the beams 13 at the outer edge 12a of the displacement part 12 are positioned inside the outer edge 22a of the weight 22. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の3軸方向の加速度を検出可能な力学量検出センサに関する。   The present invention relates to a mechanical quantity detection sensor capable of detecting acceleration in three axial directions of an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other.

自動車産業や機械産業では、加速度を正確に検出できる小型の力学量検出センサの需要が高まっている。このような力学量検出センサとして、互いに直交する3軸方向の加速度を同時に検出できる加速度センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。この加速度センサは、シリコン製の第1の半導体基板、酸化シリコン製の絶縁層、シリコン製の第2の半導体基板を接合した3層構造のSOI基板をエッチングして形成される。   In the automobile industry and the machine industry, there is an increasing demand for small mechanical quantity detection sensors that can accurately detect acceleration. As such a mechanical quantity detection sensor, an acceleration sensor that can simultaneously detect accelerations in three axial directions orthogonal to each other is known (see, for example, Patent Document 1). This acceleration sensor is formed by etching a three-layer SOI substrate obtained by bonding a first semiconductor substrate made of silicon, an insulating layer made of silicon oxide, and a second semiconductor substrate made of silicon.

第1の半導体基板にはエッチングにより枠体と、枠体の中央に位置する変位部と、枠体の四辺から変位部に連なる梁部とが形成され、第2の半導体基板にはエッチングにより枠体に接合された支持部と、変位部に接合された錘部とが形成される。また、各梁部の上面には検出素子が配置されており、錘部に慣性力が作用して各梁部が撓み変形することで、3軸方向の加速度が検出される。   The first semiconductor substrate is formed with a frame body by etching, a displacement portion located at the center of the frame body, and a beam portion continuous from the four sides of the frame body to the displacement portion, and the second semiconductor substrate by frame etching. A support part joined to the body and a weight part joined to the displacement part are formed. In addition, a detection element is disposed on the upper surface of each beam portion, and an inertial force acts on the weight portion to cause each beam portion to bend and deform, thereby detecting acceleration in three axes.

特開2007−322300号公報JP 2007-322300 A

しかしながら、特許文献1に記載の力学量検出センサは、SOI基板の表面と裏面とからエッチングすることにより形成されるため、枠体と支持部、および変位部と錘部の間でアライメントズレが生じていた。すなわち、エッチングレートを微調整することが困難であり、例えば、一部においては枠体に対して支持部がはみ出るように段差が形成され、他の一部においては逆に支持部に対して枠体がはみ出るように段差が形成されてしまっていた。   However, since the mechanical quantity detection sensor described in Patent Document 1 is formed by etching from the front surface and the back surface of the SOI substrate, alignment deviation occurs between the frame body and the support portion, and the displacement portion and the weight portion. It was. That is, it is difficult to finely adjust the etching rate. For example, a step is formed so that the support part protrudes from the frame body in part, and conversely, in the other part, the frame is opposed to the support part. A step was formed so that the body protruded.

このようなアライメントズレにより、第1の半導体基板においてバネとして機能する範囲がばらつくため、センサ感度もばらつき、製造時の歩留まりが低下するという問題があった。特に、平面視において、枠体の内縁の外側に支持部の開口縁が位置する場合や、変位部の外縁の外側に錘部の外縁が位置する場合には、本来、バネとして機能しない部分までバネとして機能するため、センサ感度のばらつきが大きくなっていた。   Due to such misalignment, the range that functions as a spring in the first semiconductor substrate varies, and therefore, there is a problem that the sensor sensitivity varies and the manufacturing yield decreases. In particular, in plan view, when the opening edge of the support part is located outside the inner edge of the frame body, or when the outer edge of the weight part is located outside the outer edge of the displacement part, the part that originally does not function as a spring Since it functions as a spring, variations in sensor sensitivity have been large.

さらに、このような加工プロセスにより形成される力学量検出センサにおいては、梁部側面と枠体の内側面との角部や、梁部の側面と錘部の外側面との角部がR形状に加工され、このR形状の曲率に応じて梁部の接続部分における応力値も変わるため、センサ感度がばらつき、製造時の歩留まりが低下するという問題があった。   Further, in the mechanical quantity detection sensor formed by such a machining process, the corners of the beam side surface and the inner side surface of the frame body, and the corners of the beam side surface and the outer side surface of the weight portion are R-shaped. Since the stress value at the connecting portion of the beam portion also changes in accordance with the curvature of the R shape, the sensitivity of the sensor varies and the manufacturing yield decreases.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、加工プロセスに起因したセンサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上することができる力学量検出センサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a mechanical quantity detection sensor that can suppress variations in sensor sensitivity due to a machining process and can improve the manufacturing yield.

本発明の力学量検出センサは、枠体と、前記枠体の内側に位置する変位部と、前記枠体に対し前記変位部を揺動可能に支持する梁部とが形成された第1の基板と、開口部を有し、前記枠体に接続された支持部と、前記変位部に接続された錘部とが形成され、前記第1の基板に積層された第2の基板と、前記梁部の撓み量に基づいて力学量に応じた信号を出力する検出素子とを備え、平面視において、前記第1の基板および前記第2の基板が、少なくとも前記枠体の内縁における前記梁部との接続部分が前記支持部の開口縁の外側に位置する第1の位置関係および/または少なくとも前記変位部の外縁における前記梁部との接続部分が前記錘部の外縁の内側に位置する第2の位置関係をとることを特徴とする。   The mechanical quantity detection sensor of the present invention includes a first frame body, a displacement portion positioned inside the frame body, and a beam portion that supports the displacement portion so as to be swingable with respect to the frame body. A substrate, a support having an opening, connected to the frame, and a weight connected to the displacement; and a second substrate stacked on the first substrate; A detection element that outputs a signal corresponding to a mechanical quantity based on a deflection amount of the beam portion, and the first substrate and the second substrate are at least the beam portion at an inner edge of the frame body in a plan view. A first positional relationship in which the connecting portion is located outside the opening edge of the support portion and / or a connecting portion with the beam portion at least at the outer edge of the displacement portion is located inside the outer edge of the weight portion. The positional relationship of 2 is taken.

この構成によれば、アライメントズレが生じていても、梁部の根本部分において、常に枠体に対して支持部がはみ出るように段差が形成されると共に、変位部に対して錘部がはみ出るように段差が形成されるため、第1の基板においてバネとして機能する範囲のばらつきを小さくし、センサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上させることができる。特に、平面視において、本来、バネとして機能しない枠体の一部および変位部の一部がバネとして機能するのを防止することができる。さらに、梁部の側面と枠体の内側面および変位部の外側面との角部がR形状に加工されていても、R形状の曲率の違いによる応力値の影響を小さくして、センサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上させることができる。   According to this configuration, even if alignment misalignment occurs, a step is formed so that the support portion always protrudes from the frame body at the base portion of the beam portion, and the weight portion protrudes from the displacement portion. Since the step is formed in the first substrate, it is possible to reduce the variation of the range functioning as a spring in the first substrate, suppress the variation of the sensor sensitivity, and improve the manufacturing yield. In particular, in plan view, it is possible to prevent a part of the frame body that originally does not function as a spring and a part of the displacement portion from functioning as a spring. Further, even if corners of the side surface of the beam portion and the inner side surface of the frame body and the outer surface of the displacement portion are processed into an R shape, the influence of the stress value due to the difference in the curvature of the R shape is reduced, and the sensor sensitivity The manufacturing yield can be improved by suppressing the variation of the above.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、平面視において、前記支持部の開口縁の外側に前記枠体の内縁が位置し、前記錘部の外縁の内側に前記変位部の外縁が位置することを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, the inner edge of the frame body is located outside the opening edge of the support portion and the outer edge of the displacement portion is located inside the outer edge of the weight portion in plan view. It is characterized by.

この構成によれば、容易な加工により、平面視において、枠体と梁部の接続部分を支持部の開口縁の外側に位置させると共に、変位部と梁部の接続部分を錘部の外縁の内側に位置させることができる。   According to this configuration, the connection portion between the frame body and the beam portion is positioned outside the opening edge of the support portion and the connection portion between the displacement portion and the beam portion is positioned on the outer edge of the weight portion in a plan view with easy processing. It can be located inside.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記支持部の前記開口部を形成する内側面と前記支持部の前記枠体に接続される接続面とで形成される角部が面取りされていることを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, a corner portion formed by an inner surface forming the opening portion of the support portion and a connection surface connected to the frame body of the support portion is chamfered. It is characterized by.

この構成によれば、支持部の面取りされた部分において梁部に生じる負荷が分散されるため、梁部に対する応力集中を防ぎ、衝撃による梁部の破損を防止することができる。また、梁部と支持部との衝突による損傷を軽減することができる。   According to this configuration, since the load generated in the beam portion is distributed in the chamfered portion of the support portion, stress concentration on the beam portion can be prevented and damage to the beam portion due to impact can be prevented. Further, damage due to the collision between the beam portion and the support portion can be reduced.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記錘部の外側面と前記錘部の前記変位部に接続される接続面とで形成される角部が面取りされていることを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, a corner portion formed by an outer surface of the weight portion and a connection surface connected to the displacement portion of the weight portion is chamfered.

この構成によれば、錘部の面取りされた部分において梁部に生じる負荷が分散されるため、梁部に対する応力集中を防ぎ、衝撃による梁部の破損を防止することができる。また、梁部と錘部との衝突による損傷を軽減することができる。   According to this configuration, since the load generated in the beam portion is distributed in the chamfered portion of the weight portion, stress concentration on the beam portion can be prevented, and damage to the beam portion due to impact can be prevented. Further, damage due to collision between the beam portion and the weight portion can be reduced.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記面取りは、曲面状に面取りされていることを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, the chamfer is chamfered into a curved surface.

この構成によれば、エッチング加工により簡易に面取りすることができる。   According to this configuration, chamfering can be easily performed by etching.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記第1の基板と前記第2の基板は、絶縁層を介して積層されており、前記梁部は、前記第1の基板と前記絶縁層とを積層した状態で形成されることを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, the first substrate and the second substrate are laminated via an insulating layer, and the beam portion includes the first substrate and the insulating layer. It is formed in a laminated state.

この構成によれば、絶縁層を残存した状態で梁部が形成されるため、支持部や錘部において梁部を支持する角部からの反力により梁部に対し直に応力が集中するのを防ぎ、梁部の破損を防止することができる。また、絶縁層を残存させることで、絶縁層の除去による加工量のばらつきに応じたバネ定数の変化を小さくし、センサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上させることができる。   According to this configuration, since the beam portion is formed with the insulating layer remaining, stress concentrates directly on the beam portion due to the reaction force from the corner portion supporting the beam portion in the support portion or the weight portion. Can be prevented, and damage to the beam portion can be prevented. In addition, by leaving the insulating layer, it is possible to reduce the change in the spring constant according to the variation in the processing amount due to the removal of the insulating layer, and to suppress the variation in the sensor sensitivity, thereby improving the manufacturing yield.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記梁部の前記枠体側で前記梁部の側面と前記支持部の内側面とが平面視において直角に交わることを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, the side surface of the beam portion and the inner side surface of the support portion intersect at a right angle in plan view on the frame body side of the beam portion.

この構成によれば、梁部の枠体側で梁部の側面と支持部の内側面とが平面視において直角に交わるため、枠体側の根本部分のR形状の曲率のばらつきに起因したセンサ感度のばらつきを抑えて、製造時の歩留まりを向上させることができる。   According to this configuration, since the side surface of the beam portion and the inner side surface of the support portion intersect at a right angle in plan view on the frame body side of the beam portion, the sensor sensitivity caused by the variation in the curvature of the R shape of the base portion on the frame body side. Variations can be suppressed and the manufacturing yield can be improved.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記梁部の前記変位体側で前記梁部の側面と前記錘部の外側面とが平面視において直角に交わることを特徴とする。   The present invention is characterized in that, in the mechanical quantity detection sensor, a side surface of the beam portion and an outer surface of the weight portion intersect at a right angle in a plan view on the displacement body side of the beam portion.

この構成によれば、梁部の変位体側で梁部の側面と錘部の外側面とが平面視において直角に交わるため、変位部側の根本部分のR形状の曲率のばらつきに起因したセンサ感度のばらつきを抑えて、製造時の歩留まりを向上させることができる。   According to this configuration, since the side surface of the beam portion and the outer surface of the weight portion intersect at a right angle in plan view on the displacement body side of the beam portion, the sensor sensitivity due to the variation in the curvature of the R shape of the base portion on the displacement portion side. It is possible to improve the manufacturing yield by suppressing the variation of the above.

本発明は、上記力学量検出センサにおいて、前記検出素子は、圧電素子であることを特徴とする。   In the mechanical quantity detection sensor according to the present invention, the detection element is a piezoelectric element.

この構成によれば、簡易な構成により検出素子を構成することができる。   According to this configuration, the detection element can be configured with a simple configuration.

本発明によれば、加工プロセスに起因したセンサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the manufacturing yield by suppressing variations in sensor sensitivity due to the machining process.

本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、力学量検出センサの斜視図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, and is a perspective view of a mechanical quantity detection sensor. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、力学量検出センサの分解斜視図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, and is an exploded perspective view of a mechanical quantity detection sensor. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、力学量検出センサの上面模式図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, and is an upper surface schematic diagram of a mechanical quantity detection sensor. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、(a)は図3のA−A線に沿う断面模式図、(b)は図3のB−B線に沿う断面模式図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, (a) is a cross-sectional schematic diagram which follows the AA line of FIG. 3, (b) is a cross-sectional schematic diagram which follows the BB line of FIG. FIG. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、(a)は錘部がX軸回りに回動する際の力学量検出センサの検出動作説明図であり、(b)は錘部がZ軸方向に直動する際の力学量検出センサの検出動作説明図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, (a) is detection explanatory drawing of the mechanical quantity detection sensor when a weight part rotates around an X-axis, (b) is a figure. It is explanatory drawing of detection operation | movement of the mechanical quantity detection sensor at the time of a weight part linearly moving in a Z-axis direction. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、加工プロセスの一例を説明するための図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, and is a figure for demonstrating an example of a process. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、テスト用の力学量検出センサの上面模式図である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, and is an upper surface schematic diagram of the mechanical quantity detection sensor for a test. 本発明に係る力学量検出センサの実施の形態を示す図であり、図7で用いた力学量検出センサの出力電圧結果である。It is a figure which shows embodiment of the mechanical quantity detection sensor which concerns on this invention, and is an output voltage result of the mechanical quantity detection sensor used in FIG.

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。図1は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサの斜視図である。図2は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサの分解斜視図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a mechanical quantity detection sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view of the mechanical quantity detection sensor according to the embodiment of the present invention.

図1および図2に示すように、力学量検出センサ1は、第1の半導体基板2と第2の半導体基板3とを絶縁層4を介して接合して構成されている。力学量検出センサ1は、例えば、第1の半導体基板2をシリコン層、絶縁層4を酸化シリコン層、第2の半導体基板3をシリコン層とした3層構造をなすSOI(Silicon On Insulator)基板を用いて製造可能である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the mechanical quantity detection sensor 1 is configured by bonding a first semiconductor substrate 2 and a second semiconductor substrate 3 via an insulating layer 4. The mechanical quantity detection sensor 1 is, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a three-layer structure in which a first semiconductor substrate 2 is a silicon layer, an insulating layer 4 is a silicon oxide layer, and a second semiconductor substrate 3 is a silicon layer. Can be manufactured.

第1の半導体基板2には、第2の半導体基板3と比較して相対的に薄板状のシリコン層で構成され、矩形枠状の枠体11と、枠体11の内側に配置された変位部12と、枠体11の四辺と変位部12とを接続する4つの梁部13とが形成されている。枠体11、変位部12、梁部13は、第1の半導体基板2をエッチングにより変位部12の周囲に上面視L字状の4つの開口を設けることで形成される。   The first semiconductor substrate 2 includes a relatively thin plate-like silicon layer as compared with the second semiconductor substrate 3, and a rectangular frame-shaped frame body 11 and a displacement disposed inside the frame body 11. The part 12 and the four beam parts 13 which connect the four sides of the frame 11 and the displacement part 12 are formed. The frame body 11, the displacement portion 12, and the beam portion 13 are formed by providing four openings that are L-shaped in top view around the displacement portion 12 by etching the first semiconductor substrate 2.

枠体11は、L字状の4つの開口により変位部12を囲うように形成されている。変位部12は、略正方形状に形成され、枠体11の枠内中央に配置されている。4つの梁部13は、それぞれ枠体11の一辺から対向辺に向かって延在する長尺部15と、長尺部15に連なり、変位部12の四隅に接続される短尺部16とから構成される。このように、4つの梁部13は、長尺部15を有しているため、撓み易い構成となっている。   The frame 11 is formed so as to surround the displacement portion 12 by four L-shaped openings. The displacement part 12 is formed in a substantially square shape, and is disposed in the center of the frame 11. Each of the four beam portions 13 includes a long portion 15 extending from one side of the frame 11 toward the opposite side, and a short portion 16 connected to the four corners of the displacement portion 12 connected to the long portion 15. Is done. Thus, since the four beam parts 13 have the elongate part 15, they become the structure which is easy to bend.

各梁部13の上面には、枠体11との接続部分に位置してそれぞれ検出素子17が設けられており、この検出素子17により各梁部13の撓み量が検出される。検出素子17は、いわゆる圧電素子であり、図示しない下地膜の上面に、下部電極25、圧電体膜26、上部電極27の順に蒸着等により成膜することで形成される(図4参照)。検出素子17は、梁部13に生じた撓みにより変形し、この変形による圧力を電圧に変換して出力する。   On the upper surface of each beam portion 13, detection elements 17 are provided at positions where they are connected to the frame body 11, and the deflection amount of each beam portion 13 is detected by this detection element 17. The detection element 17 is a so-called piezoelectric element, and is formed by depositing the lower electrode 25, the piezoelectric film 26, and the upper electrode 27 in this order on the upper surface of a base film not shown (see FIG. 4). The detection element 17 is deformed by the bending generated in the beam portion 13, and the pressure generated by the deformation is converted into a voltage and output.

第2の半導体基板3には、第1の半導体基板2と比較して相対的に厚板状のシリコン層で構成され、矩形状の開口部23を有する支持部21と、開口部23の内側に配置された錘部22とが形成されている。支持部21および錘部22は、第1の半導体基板2をエッチングにより錘部22の周囲に矩形枠状の開口を設けることで形成される。   The second semiconductor substrate 3 is composed of a relatively thick silicon layer compared to the first semiconductor substrate 2, and has a support portion 21 having a rectangular opening 23 and an inner side of the opening 23. The weight part 22 arrange | positioned in this is formed. The support portion 21 and the weight portion 22 are formed by providing a rectangular frame-shaped opening around the weight portion 22 by etching the first semiconductor substrate 2.

支持部21は、上面視において枠体11に対応した形状を有しており、枠体11の下面に絶縁層4を介して接合されている。錘部22は、略直方体形状に形成されており、変位部12の下面に絶縁層4を介して接合されている。このように、錘部22は、支持部21の開口部23の内側において、変位部12を介して4つの梁部13により揺動自在に支持される。よって、錘部22の重心位置に慣性力が作用すると、X軸回りの回動、Y軸回りの回動、Z軸方向の直動が可能となっている。   The support portion 21 has a shape corresponding to the frame body 11 in a top view, and is joined to the lower surface of the frame body 11 via the insulating layer 4. The weight portion 22 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and is joined to the lower surface of the displacement portion 12 via the insulating layer 4. Thus, the weight portion 22 is supported by the four beam portions 13 via the displacement portion 12 so as to be swingable inside the opening portion 23 of the support portion 21. Therefore, when an inertial force acts on the position of the center of gravity of the weight portion 22, rotation about the X axis, rotation about the Y axis, and linear movement in the Z axis direction are possible.

次に、図3および図4を参照して、第1の半導体基板と第2の半導体基板の接合状態について詳細に説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る力学量検出センサの上面模式図である。図4は、図3の断面模式図であり、(a)はA−A線に沿う断面模式図、(b)はB−B線に沿う断面模式図である。   Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the bonding state of the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate will be described in detail. FIG. 3 is a schematic top view of the mechanical quantity detection sensor according to the embodiment of the present invention. 4A and 4B are schematic cross-sectional views of FIG. 3. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB.

図3に示すように、枠体11の内縁11aの各辺は、それぞれ変位部12の外縁12aの各辺に対して平行に形成されており、枠体11の内縁11aの各辺から対向する変位部12の外縁12aの各辺までの距離はそれぞれ同一となるように形成されている。また、支持部21の開口縁21aの各辺は、それぞれ錘部22の外縁22aの各辺に対して平行に形成されており、支持部21の開口縁21aの各辺から対向する錘部22の外縁22aの各辺までの距離はそれぞれ同一となるように形成されている。このとき、枠体11の内縁11aの各辺から対向する変位部12の外縁12aの各辺までの距離よりも、支持部21の開口縁21aの各辺から対向する錘部22の外縁22aの各辺までの距離の方が短く形成されている。   As shown in FIG. 3, each side of the inner edge 11 a of the frame body 11 is formed in parallel with each side of the outer edge 12 a of the displacement portion 12, and faces each side of the inner edge 11 a of the frame body 11. The distance to each side of the outer edge 12a of the displacement part 12 is formed to be the same. Further, each side of the opening edge 21 a of the support portion 21 is formed in parallel to each side of the outer edge 22 a of the weight portion 22, and the weight portion 22 facing from each side of the opening edge 21 a of the support portion 21. The distance to each side of the outer edge 22a is the same. At this time, the outer edge 22a of the weight portion 22 facing from each side of the opening edge 21a of the support portion 21 is larger than the distance from each side of the inner edge 11a of the frame 11 to each side of the outer edge 12a of the opposing displacement portion 12. The distance to each side is shorter.

よって、支持部21の開口縁21aの外側に枠体11の内縁11aが位置されるため、支持部21の開口縁21aを露出するように段差が形成される。この構成により、枠体11の内縁11aにおける梁部13との接続部分が支持部21の開口縁21aの外側に位置するため、枠体11と支持部21との間で加工プロセスによるアライメントズレが生じた場合であっても、常に枠体11に対して支持部21がはみ出るように段差が形成されるため、梁部13の一部が揺動時の支点となり、枠体11の一部が揺動時の支点となることがない。   Therefore, since the inner edge 11a of the frame 11 is positioned outside the opening edge 21a of the support portion 21, a step is formed so as to expose the opening edge 21a of the support portion 21. With this configuration, the connection portion of the inner edge 11a of the frame body 11 with the beam portion 13 is located outside the opening edge 21a of the support portion 21, so that the alignment deviation due to the machining process is not caused between the frame body 11 and the support portion 21. Even if it occurs, a step is formed so that the support portion 21 always protrudes from the frame body 11, so that a part of the beam portion 13 becomes a fulcrum at the time of swinging, and a part of the frame body 11 is It does not become a fulcrum when swinging.

同様に、錘部22の外縁22aの内側に変位部12の外縁12aが位置されるため、錘部22の外縁22aを露出するように段差が形成される。この構成により、変位部12の外縁12aにおける梁部13との接続部分が錘部22の外縁22aの内側に位置するため、変位部12と錘部22との間で加工プロセスによるアライメントズレが生じた場合であっても、常に変位部12に対して錘部22がはみ出るように段差が形成されるため、梁部13の一部が揺動時の支点となり、変位部12の一部が揺動時の支点となることがない。   Similarly, since the outer edge 12a of the displacement part 12 is located inside the outer edge 22a of the weight part 22, a step is formed so as to expose the outer edge 22a of the weight part 22. With this configuration, the connection portion of the outer edge 12a of the displacement portion 12 with the beam portion 13 is located inside the outer edge 22a of the weight portion 22, and therefore, an alignment shift due to the machining process occurs between the displacement portion 12 and the weight portion 22. Even in this case, a step is formed so that the weight portion 22 always protrudes from the displacement portion 12, so that a part of the beam portion 13 serves as a fulcrum when swinging, and a portion of the displacement portion 12 swings. It will not be a fulcrum when moving.

このように、アライメントズレにより枠体11や変位部12が揺動時の支点となることがないため、枠体11の一部や変位部12の一部がバネとして機能することを確実に防止し、センサ感度のばらつきを抑えることが可能となる。なお、枠体11と支持部21とで形成される段差、および変位部12と錘部22とで形成される段差の突出長は、5μm程度のアライメントズレを考慮して10μm程度に設計されている。   As described above, since the frame body 11 and the displacement portion 12 do not become a fulcrum when swinging due to the misalignment, it is reliably prevented that a part of the frame body 11 or a part of the displacement portion 12 functions as a spring. In addition, variations in sensor sensitivity can be suppressed. The step formed by the frame 11 and the support portion 21 and the protrusion length of the step formed by the displacement portion 12 and the weight portion 22 are designed to be about 10 μm in consideration of an alignment shift of about 5 μm. Yes.

図4(a)に示すように、支持部21の開口部23を形成する内側面21bと枠体11に接合される接合面21cとで形成される角部には、曲面状の面取部21dが形成されている。同様に、錘部22の外側面22bと変位部12に接合される接合面22cとで形成される角部にも、曲面状の面取部22dが形成されている。このように、支持部21および錘部22が面取りされているため、衝撃により梁部13が矢印方向に大きく揺動して支持部21および錘部22に衝突しても、梁部13の損傷を軽減することが可能となる。   As shown in FIG. 4A, a curved chamfered portion is formed at a corner portion formed by the inner surface 21 b that forms the opening 23 of the support portion 21 and the joint surface 21 c that is joined to the frame body 11. 21d is formed. Similarly, a curved chamfered portion 22 d is also formed at a corner portion formed by the outer surface 22 b of the weight portion 22 and the joint surface 22 c joined to the displacement portion 12. As described above, since the support portion 21 and the weight portion 22 are chamfered, even if the beam portion 13 swings greatly in the direction of the arrow due to an impact and collides with the support portion 21 and the weight portion 22, damage to the beam portion 13 is caused. Can be reduced.

また、図4(a)および図4(b)に示すように、梁部13は、枠体11との接続部分および変位部との接続部分において、揺動時に面取部21d、22dにより支持される。この構成により、面取部21d、22dにおいて梁部13に生じる負荷が分散されるため、梁部13に対する応力集中を防ぎ、衝撃による梁部13の破損を防止することが可能となる。なお、本実施の形態では、面取部21d、22dを曲面で形成したが、この構成に限定されるものではない、梁部13に作用する負荷を分散可能な構成であればよく、例えば、傾斜面で形成する構成としてもよい。   Further, as shown in FIGS. 4A and 4B, the beam portion 13 is supported by the chamfered portions 21d and 22d at the time of swinging at the connection portion with the frame body 11 and the connection portion with the displacement portion. Is done. With this configuration, since the load generated in the beam portion 13 is distributed in the chamfered portions 21d and 22d, stress concentration on the beam portion 13 can be prevented, and damage to the beam portion 13 due to impact can be prevented. In the present embodiment, the chamfered portions 21d and 22d are formed with curved surfaces. However, the present invention is not limited to this configuration, and any configuration can be used as long as the load acting on the beam portion 13 can be distributed. It is good also as a structure formed with an inclined surface.

さらに、梁部13は、絶縁層4を残存させた状態で形成されている。この構成により、支持部21や錘部22から受ける反力により、梁部13に対して直に応力が集中するのを防ぎ、梁部13の破損を防止することが可能となる。また、絶縁層4を残存させることで、絶縁層4の除去による加工量のばらつきに応じたバネ定数の変化を小さくし、センサ感度のばらつきを抑えることが可能となる。なお、梁部13の加工プロセスについては、力学量検出センサ1の加工プロセスと共に後述する。   Further, the beam portion 13 is formed with the insulating layer 4 left. With this configuration, it is possible to prevent stress from being concentrated directly on the beam portion 13 due to the reaction force received from the support portion 21 and the weight portion 22, and to prevent the beam portion 13 from being damaged. Further, by leaving the insulating layer 4, it is possible to reduce the change in the spring constant corresponding to the variation in the processing amount due to the removal of the insulating layer 4 and to suppress the variation in the sensor sensitivity. Note that the machining process of the beam portion 13 will be described later together with the machining process of the mechanical quantity detection sensor 1.

また、図3に戻り、梁部13の長尺部15の枠体11側が支持部21の段差に支持され、平面視において梁部13の長尺部15の両側面15aがそれぞれ支持部21の内側面21aに対して直交している。また、梁部13の短尺部16の変位部12側が錘部22の段差に接し、平面視において梁部13の短尺部16の両側面16aがそれぞれ錘部22の外側面22aに対して直交している。このように、梁部13は、両端側において両側面が支持部21の内側面21aおよび錘部22の外側面22aに直交して根本部分を避けた位置を支点として揺動されるため、梁部13の根本部分のR形状の曲率のばらつきに起因したセンサ感度のばらつきを抑えることが可能となる。   Returning to FIG. 3, the frame body 11 side of the long portion 15 of the beam portion 13 is supported by the step of the support portion 21, and both side surfaces 15 a of the long portion 15 of the beam portion 13 in the plan view are respectively the support portions 21. It is orthogonal to the inner surface 21a. Further, the displacement portion 12 side of the short portion 16 of the beam portion 13 is in contact with the step of the weight portion 22, and both side surfaces 16 a of the short portion 16 of the beam portion 13 are orthogonal to the outer surface 22 a of the weight portion 22 in plan view. ing. In this way, the beam portion 13 is swung around the position where both side surfaces are perpendicular to the inner side surface 21a of the support portion 21 and the outer side surface 22a of the weight portion 22 and avoid the root portion at both ends. It is possible to suppress variations in sensor sensitivity due to variations in the curvature of the R shape at the base portion of the portion 13.

次に、図5を参照して、力学量検出センサの動作について簡単に説明する。図5は、力学量検出センサの検出動作説明図であり、(a)は錘部がX軸回りに回動する際の検出動作説明図であり、(b)は錘部がZ軸方向に直動する際の検出動作説明図である。   Next, the operation of the mechanical quantity detection sensor will be briefly described with reference to FIG. 5A and 5B are explanatory diagrams of detection operation of the mechanical quantity detection sensor. FIG. 5A is an explanatory diagram of detection operation when the weight portion rotates around the X axis, and FIG. 5B is an explanatory diagram of the weight portion in the Z axis direction. It is detection operation explanatory drawing at the time of linear motion.

図5(a)に示すように、力学量検出センサ1に対して加速度が働いて、錘部22に対してY軸方向に慣性力が作用すると、錘部22はX軸回りに回動する。このとき、梁部13a、bの変位部12側がZ軸方向下方に移動して、梁部13a、bの枠体11側にZ方向上方に力が作用する。また、梁部13c、dの変位部12側がZ軸方向上方に移動して、梁部13c、dの枠体11側にZ軸方向下方に力が作用する。そして、梁部13a、bの枠体11側はZ軸方向上方に膨らむように撓み、梁部13c、dの枠体11側はZ軸方向下方に凹むように撓む。   As shown in FIG. 5A, when acceleration acts on the mechanical quantity detection sensor 1 and an inertial force acts on the weight part 22 in the Y-axis direction, the weight part 22 rotates about the X-axis. . At this time, the displacement portion 12 side of the beam portions 13a, b moves downward in the Z-axis direction, and a force acts upward in the Z direction on the frame body 11 side of the beam portions 13a, b. Further, the displacement portion 12 side of the beam portions 13c and d moves upward in the Z-axis direction, and a force acts downward in the Z-axis direction on the frame body 11 side of the beam portions 13c and d. The frame 11 side of the beams 13a and 13b is bent so as to swell upward in the Z-axis direction, and the frame 11 side of the beams 13c and d is bent so as to be recessed downward in the Z-axis direction.

検出素子17a、bは、それぞれ梁部13a、bの枠体11側の撓みに合わせてZ軸方向上方に膨らむように変形し、変形に応じた電圧を出力する。また、検出素子17c、dは、それぞれ梁部13c、dの枠体11側の撓みに合わせてZ軸方向下方に凹むように変形し、変形に応じた電圧を出力する。各検出素子17a、b、c、dから出力された電圧は、図示しない演算回路において演算され、加速度が算出される。   The detection elements 17a and 17b are deformed so as to swell upward in the Z-axis direction in accordance with the bending of the beam portions 13a and b on the frame body 11 side, and output a voltage corresponding to the deformation. The detection elements 17c and d are deformed so as to be recessed downward in the Z-axis direction in accordance with the bending of the beam portions 13c and d on the frame body 11 side, and output a voltage corresponding to the deformation. The voltages output from the detection elements 17a, b, c, and d are calculated by an arithmetic circuit (not shown) to calculate acceleration.

なお、錘部22がY軸回りに回動する場合には、逆に、梁部13a、bの枠体11側にZ軸方向下方に力が作用し、梁部13c、dの枠体11側にZ軸方向上方に力が作用する。したがって、検出素子17a、bは、それぞれ梁部13a、bの枠体11側の撓みに合わせてZ軸方向下方に凹むように変形し、検出素子17c、dは、それぞれ梁部13c、dの枠体11側の撓みに合わせてZ軸方向上方に膨らむように変形する。   When the weight portion 22 rotates about the Y axis, conversely, a force acts downward in the Z-axis direction on the frame 11 side of the beam portions 13a, b, and the frame 11 of the beam portions 13c, d. A force acts upward in the Z-axis direction. Therefore, the detection elements 17a and b are deformed so as to be recessed downward in the Z-axis direction in accordance with the bending of the beam portions 13a and b on the frame body 11 side, and the detection elements 17c and d are respectively formed on the beam portions 13c and d. It deforms so as to swell upward in the Z-axis direction in accordance with the bending on the frame body 11 side.

図5(b)に示すように、力学量検出センサ1に対して加速度が働いて、錘部22に対してZ軸方向下方に慣性力が作用すると、錘部22はZ方向下方に直動する。このとき、梁部13a、b、c、dの変位部12側がZ軸方向下方に移動して、梁部13a、b、c、dの枠体11側にZ軸方向上方に力が作用する。そして、梁部13a、b、c、dの枠体11側はZ軸方向上方に膨らむように撓み、検出素子17a、b、c、dもZ軸方向上方に膨らむように変形する。そして、各検出素子17a、b、c、dから出力された電圧は、図示しない演算回路において演算され、加速度が算出される。   As shown in FIG. 5B, when acceleration acts on the mechanical quantity detection sensor 1 and an inertial force acts on the weight part 22 in the Z-axis direction downward, the weight part 22 moves linearly in the Z-direction downward. To do. At this time, the displacement part 12 side of the beam parts 13a, b, c, and d moves downward in the Z-axis direction, and a force acts on the frame body 11 side of the beam parts 13a, b, c, and d in the Z-axis direction upward. . The frame 11 side of the beam portions 13a, b, c, and d bends so as to expand upward in the Z-axis direction, and the detection elements 17a, b, c, and d also deform so as to expand upward in the Z-axis direction. And the voltage output from each detection element 17a, b, c, d is calculated in the arithmetic circuit which is not shown in figure, and an acceleration is calculated.

なお、力学量検出センサ1において、錘部22および変位部12の質量、各梁部13のバネ定数、枠体11と支持部21との間の段差および変位部12と錘部22との間の段差の突出長を適宜変更することによってセンサ感度を任意に調整することも可能である。   In the mechanical quantity detection sensor 1, the mass of the weight portion 22 and the displacement portion 12, the spring constant of each beam portion 13, the step between the frame 11 and the support portion 21, and the distance between the displacement portion 12 and the weight portion 22. It is also possible to arbitrarily adjust the sensor sensitivity by appropriately changing the protruding length of the step.

以下、図6を参照して、力学量検出センサの加工プロセスの一例について説明する。図6は、本発明の実施の形態に係る加工プロセスの一例を説明するための図である。   Hereinafter, an example of the machining process of the mechanical quantity detection sensor will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the machining process according to the embodiment of the present invention.

図6(a)に示すように、第1の半導体基板2、絶縁層4、第2の半導体基板3を積層したSOI基板を準備し、第1の半導体基板2の上面にサポート基板31が配置される。次に、図6(b)に示すように、第2の半導体基板3の下面が研磨され薄化されると共に、第2の半導体基板3がフォトリソグラフィおよびエッチングにより加工されて支持部21および錘部22が形成される。このとき、支持部21の内側面21bと第1の半導体基板2側の接合面21cとで形成される角部、および錘部22の外側面22bと第1の半導体基板2側の接合面22cとで形成される角部が面取りされる(図4参照)。   As shown in FIG. 6A, an SOI substrate in which the first semiconductor substrate 2, the insulating layer 4, and the second semiconductor substrate 3 are stacked is prepared, and a support substrate 31 is disposed on the upper surface of the first semiconductor substrate 2. Is done. Next, as shown in FIG. 6B, the lower surface of the second semiconductor substrate 3 is polished and thinned, and the second semiconductor substrate 3 is processed by photolithography and etching to form the support portion 21 and the weight. Part 22 is formed. At this time, the corner formed by the inner surface 21b of the support portion 21 and the bonding surface 21c on the first semiconductor substrate 2 side, and the outer surface 22b of the weight portion 22 and the bonding surface 22c on the first semiconductor substrate 2 side are formed. And the corner formed by chamfering is chamfered (see FIG. 4).

なお、本実施の形態においては、エッチングの条件を調整することにより、支持部21および錘部22と絶縁層4との境界部分付近においてオーバエッジが進行するようにして面取部21d、22dを形成する構成としたが、面取部21d、22dを形成可能であればどのような構成でよい。また、面取りとは、支持部21および錘部22の絶縁層4側の角部において、支持部21と枠体11との間、および錘部22と変位部12との間に隙間を生じさせることを示すものであり、加工方法が限定されるものではない。   In the present embodiment, the chamfered portions 21d and 22d are formed by adjusting the etching conditions so that the over edge advances in the vicinity of the boundary portion between the support portion 21 and the weight portion 22 and the insulating layer 4. However, any configuration is possible as long as the chamfered portions 21d and 22d can be formed. Further, the chamfering creates gaps between the support portion 21 and the frame body 11 and between the weight portion 22 and the displacement portion 12 at the corners of the support portion 21 and the weight portion 22 on the insulating layer 4 side. This indicates that the processing method is not limited.

次に、図6(c)に示すように、ベース基板32がフォトリソグラフィおよびエッチングにより加工されてキャビティ33が形成され、第2の半導体基板3の下面に接合される。次に、図6(d)に示すように、第1の半導体基板2の上面からサポート基板31が剥離され、第1の半導体基板2の上面が研磨されて所望の厚みに薄化される。次に、図6(e)に示すように、第1の半導体基板2の上面にスパッタリングにより金属材および圧電材が被着され、フォトリソグラフィおよびエッチングによりパターンニングされて検出素子17が形成される。   Next, as shown in FIG. 6C, the base substrate 32 is processed by photolithography and etching to form a cavity 33 and bonded to the lower surface of the second semiconductor substrate 3. Next, as shown in FIG. 6D, the support substrate 31 is peeled from the upper surface of the first semiconductor substrate 2, and the upper surface of the first semiconductor substrate 2 is polished and thinned to a desired thickness. Next, as shown in FIG. 6E, a metal material and a piezoelectric material are deposited on the upper surface of the first semiconductor substrate 2 by sputtering, and patterning is performed by photolithography and etching to form the detection element 17. .

次に、図6(f)に示すように、第1の半導体基板2および絶縁層4がフォトリソグラフィおよびエッチングにより加工されて枠体11、梁部13、変位部12が形成される。このとき、梁部13に接合された絶縁層4はエッチングにより除去されずに残存される。このようにして、図1に示す力学量検出センサ1を得ることが可能となる。   Next, as shown in FIG. 6F, the first semiconductor substrate 2 and the insulating layer 4 are processed by photolithography and etching to form the frame body 11, the beam portion 13, and the displacement portion 12. At this time, the insulating layer 4 bonded to the beam portion 13 remains without being removed by etching. In this way, the mechanical quantity detection sensor 1 shown in FIG. 1 can be obtained.

ここで、図7および図8を参照して、本件出願人により枠体と支持体との間に段差を設けたことによるセンサ感度のばらつきを検証するために実施されたテストについて説明する。このテストにおいては、梁部の根本部分のR形状の有無による出力電圧結果を比較することでセンサ感度のばらつきを検証する。   Here, with reference to FIG. 7 and FIG. 8, the test carried out by the applicant of the present application in order to verify the variation in sensor sensitivity due to the provision of a step between the frame and the support will be described. In this test, variations in sensor sensitivity are verified by comparing output voltage results based on the presence or absence of an R shape at the base of the beam.

図7は、テスト用の力学量検出センサの上面模式図であり、(a)は段差無しでR形状有り、(b)は段差無しでR形状無し、(c)は段差有りでR形状有り、(d)は段差有りでR形状無しの力学量検出センサをそれぞれ示している。図8は、図7で用いた力学量検出センサの出力電圧結果である。なお、テストにおいては、一梁構造の力学量検出センサを用いている。まず、一梁構造の力学量検出センサについて簡単に説明する。   FIG. 7 is a schematic top view of a mechanical quantity detection sensor for testing, where (a) has an R shape without a step, (b) has no R shape without a step, and (c) has an R shape with a step. , (D) respectively show a mechanical quantity detection sensor with a step and without an R shape. FIG. 8 shows an output voltage result of the mechanical quantity detection sensor used in FIG. In the test, a single beam structure mechanical quantity detection sensor is used. First, a single beam structure mechanical quantity detection sensor will be briefly described.

図7(a)に示すように、一梁構造の力学量検出センサにおいては、1つの梁部45により変位部43および錘部44が支持される。梁部45は、枠体42に一端側が接続された長尺部48と、長尺部48の他端側に一端側が接続された中尺部47と、中尺部47の他端側に一端側が接続され、変位部43に他端側が接続された短尺部46とから構成される。長尺部48の枠体42側には第1の検出素子51、長尺部48の中間位置には第2の検出素子52、中尺部47の中間位置には第3の検出素子53がそれぞれ配置される。   As shown in FIG. 7A, in the mechanical quantity detection sensor having a single beam structure, the displacement portion 43 and the weight portion 44 are supported by one beam portion 45. The beam portion 45 includes a long portion 48 connected to the frame 42 at one end side, a middle portion 47 connected at one end side to the other end side of the long portion 48, and one end at the other end side of the intermediate portion 47. The short side portion 46 is connected to the displacement portion 43 and the other end side is connected to the displacement portion 43. A first detection element 51 is provided on the frame portion 42 side of the long portion 48, a second detection element 52 is provided at an intermediate position of the long portion 48, and a third detection element 53 is provided at an intermediate position of the intermediate length portion 47. Each is arranged.

また、梁部45の根本部分において梁部45の側面と枠体42の内側面との角部55がR形状であり、枠体42と支持部41が面一に形成されている。なお、図7(b)は、図7(a)と梁部45の根本部分において梁部45の側面と枠体42の内側面との角部56が直角形状である点においてのみ相違する。図7(c)は、図7(a)と枠体42と支持部41との間に段差が形成されている点においてのみ相違する。図7(d)は、図7(a)と梁部45の根本部分において梁部45の側面と枠体42の内側面との角部56が直角形状である点および枠体42と支持部41との間に段差が形成されている点においてのみ相違する。   Further, in the base portion of the beam portion 45, the corner portion 55 between the side surface of the beam portion 45 and the inner side surface of the frame body 42 has an R shape, and the frame body 42 and the support portion 41 are formed flush with each other. 7B is different from FIG. 7A only in that the corner portion 56 between the side surface of the beam portion 45 and the inner side surface of the frame body 42 has a right-angle shape in the root portion of the beam portion 45. FIG. 7C is different from FIG. 7A only in that a step is formed between the frame body 42 and the support portion 41. FIG. 7 (d) shows that the corner portion 56 between the side surface of the beam portion 45 and the inner side surface of the frame body 42 has a right-angle shape in FIG. 7 (a) and the base portion of the beam portion 45 and the frame body 42 and the support portion. The difference is only in that a step is formed with 41.

このように構成された力学量検出センサに対し、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に1G(9.8m/s)の加速度を加えると、図8に示すような出力電圧結果が得られる。まず、枠体42と支持部41との間に段差を設けていない場合について説明する。図8(a)に示すように、Z軸方向に加速度が加わったときに、図7(a)に示す力学量検出センサについては第1の検出素子51に0.555vの出力電圧が生じ、図7(b)に示す力学量検出センサについては0.584vの出力電圧が生じる。すなわち、梁部45の根本部分のR形状の有無により約5%のセンサ感度のばらつきが生じている。 When an acceleration of 1 G (9.8 m / s 2 ) is applied to the mechanical quantity detection sensor configured as described above in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, an output voltage result as shown in FIG. 8 is obtained. can get. First, a case where no step is provided between the frame body 42 and the support portion 41 will be described. As shown in FIG. 8A, when acceleration is applied in the Z-axis direction, an output voltage of 0.555 V is generated in the first detection element 51 for the mechanical quantity detection sensor shown in FIG. For the mechanical quantity detection sensor shown in FIG. 7B, an output voltage of 0.584v is generated. That is, the sensor sensitivity varies by about 5% depending on the presence or absence of the R shape at the base portion of the beam portion 45.

一方、枠体42と支持部41との間に段差を設けた場合には、図8(b)に示すように、Z軸方向に加速度が加わったときに、図7(c)に示す力学量検出センサについては第1の検出素子51に0.566vの出力電圧が生じ、図7(d)に示す力学量検出センサについては0.569vの出力電圧が生じる。すなわち、梁部45の根本部分のR形状の有無により約0.4%のセンサ感度のばらつきが生じている。   On the other hand, when a step is provided between the frame body 42 and the support portion 41, as shown in FIG. 8B, when acceleration is applied in the Z-axis direction, the dynamics shown in FIG. For the quantity detection sensor, an output voltage of 0.566v is generated in the first detection element 51, and for the mechanical quantity detection sensor shown in FIG. 7 (d), an output voltage of 0.569v is generated. That is, variation in sensor sensitivity of about 0.4% occurs depending on the presence or absence of the R shape of the base portion of the beam portion 45.

このように、枠体42と支持部41との間に段差を設けた場合には、段差を設けない場合と比較して梁部45の根本部分のR形状の有無によるセンサ感度のばらつきを1/10以下に抑制することが可能となる。   As described above, when the step is provided between the frame body 42 and the support portion 41, the sensor sensitivity variation due to the presence or absence of the R shape of the base portion of the beam portion 45 is 1 as compared with the case where the step is not provided. / 10 or less can be suppressed.

以上のように、本実施の形態に係る力学量検出センサ1によれば、アライメントズレが生じていても、梁部13の根本部分において、常に枠体11に対して支持部21がはみ出るように段差が形成されると共に、変位部12に対して錘部22がはみ出るように段差が形成されるため、第1の半導体基板2においてバネとして機能する範囲のばらつきを小さくし、センサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上させることが可能となる。特に、本来、バネとして機能しない枠体11の一部や変位部12の一部がバネとして機能するのを防止することが可能となる。さらに、梁部13の側面と枠体11の内側面との角部がR形状に加工されていても、R形状の曲率の違いによる応力値の影響を小さくして、センサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上させることが可能となる。   As described above, according to the mechanical quantity detection sensor 1 according to the present embodiment, the support portion 21 always protrudes from the frame body 11 at the base portion of the beam portion 13 even when alignment misalignment occurs. Since the step is formed so that the weight portion 22 protrudes from the displacement portion 12, the variation in the range functioning as a spring in the first semiconductor substrate 2 is reduced, and the variation in sensor sensitivity is reduced. It is possible to suppress the manufacturing yield and improve the manufacturing yield. In particular, it is possible to prevent part of the frame 11 that originally does not function as a spring or part of the displacement portion 12 from functioning as a spring. Furthermore, even if the corners of the side surface of the beam portion 13 and the inner side surface of the frame body 11 are processed into an R shape, the influence of the stress value due to the difference in the curvature of the R shape is reduced, thereby suppressing variations in sensor sensitivity. Thus, it is possible to improve the manufacturing yield.

なお、上記した実施の形態においては、四梁構造の力学量検出センサを例示して説明したが、この構成に限定されるものではない。梁により錘部を支持する構成であればよく、例えば、錘部の形状や梁部の形状および数量が限定されるものではない。   In the above-described embodiment, the four-beam structure mechanical quantity detection sensor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration. Any configuration may be used as long as the weight portion is supported by the beam. For example, the shape of the weight portion and the shape and quantity of the beam portion are not limited.

また、上記した実施の形態においては、検出素子として圧電素子を例示して説明したが、この構成に限定されるものではない。梁部の撓みに基づいて力学量に応じた信号を出力する構成であればよく、例えば、圧電素子の代わりにピエゾ素子を用いてもよい。   In the above-described embodiment, the piezoelectric element is exemplified as the detection element. However, the present invention is not limited to this configuration. Any structure that outputs a signal corresponding to the mechanical quantity based on the deflection of the beam portion may be used. For example, a piezoelectric element may be used instead of the piezoelectric element.

また、上記した実施の形態においては、枠体の内縁および支持部の開口縁の全周に亘って段差が形成される構成としたが、この構成に限定されるものではない。少なくとも、枠体と梁部との接続部分に対応して段差が形成されればよい。同様に、変位部の外縁および錘部の外縁の全周に亘って段差が形成される必要はなく、少なくとも、変位部と梁部との接続部分に対応して段差が形成されればよい。   In the above-described embodiment, the step is formed over the entire periphery of the inner edge of the frame and the opening edge of the support portion. However, the present invention is not limited to this configuration. It is sufficient that a step is formed at least corresponding to the connection portion between the frame and the beam portion. Similarly, it is not necessary to form a step over the entire circumference of the outer edge of the displacement portion and the outer edge of the weight portion, and it is sufficient that a step is formed at least corresponding to the connection portion between the displacement portion and the beam portion.

また、上記した実施の形態においては、枠体と支持部との間および変位部と錘部との間に段差が形成される構成としたが、いずれか一方にのみに段差が形成されるようにしてもよい。また、支持部および錘部のうち、いずれか一方のみに面取部が形成されるようにしてもよい。さらに、枠体と梁部との根本部分および変位部と梁部との根本部分のうちいずれか一方のみが直角形状に形成される構成としてもよい。   In the above-described embodiment, the step is formed between the frame body and the support part and between the displacement part and the weight part. However, the step is formed only on one of the parts. It may be. Further, the chamfered portion may be formed on only one of the support portion and the weight portion. Furthermore, it is good also as a structure by which only any one of the root part of a frame and a beam part and the root part of a displacement part and a beam part is formed in a right-angled shape.

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not limited to this embodiment. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

以上説明したように、本発明は、加工プロセスに起因したセンサ感度のばらつきを抑えて製造時の歩留まりを向上することができるという効果を有し、特に、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の3軸方向の加速度を検出する力学量検出センサに有用である。   As described above, the present invention has an effect that it is possible to improve the manufacturing yield by suppressing variations in sensor sensitivity due to the machining process, and in particular, the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other. This is useful for a mechanical quantity detection sensor that detects acceleration in three axial directions.

1 力学量検出センサ
2 第1の半導体基板(第1の基板)
3 第2の半導体基板(第2の基板)
4 絶縁層
11 枠体
11a 内縁
12 変位部
12a 外縁
13 梁部
17 検出素子
21 支持部
21a 開口縁
22 錘部
22a 外縁
21d、22d 面取部
23 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mechanical quantity detection sensor 2 1st semiconductor substrate (1st board | substrate)
3 Second semiconductor substrate (second substrate)
4 Insulating layer 11 Frame 11a Inner edge 12 Displacement part 12a Outer edge 13 Beam part 17 Detection element 21 Support part 21a Opening edge 22 Weight part 22a Outer edge 21d, 22d Chamfering part 23 Opening part

Claims (9)

枠体と、前記枠体の内側に位置する変位部と、前記枠体に対し前記変位部を揺動可能に支持する梁部とが形成された第1の基板と、
開口部を有し、前記枠体に接続された支持部と、前記変位部に接続された錘部とが形成され、前記第1の基板に積層された第2の基板と、
前記梁部の撓み量に基づいて力学量に応じた信号を出力する検出素子とを備え、
平面視において、前記第1の基板および前記第2の基板が、少なくとも前記枠体の内縁における前記梁部との接続部分が前記支持部の開口縁の外側に位置する第1の位置関係および/または少なくとも前記変位部の外縁における前記梁部との接続部分が前記錘部の外縁の内側に位置する第2の位置関係をとることを特徴とする力学量検出センサ。
A first substrate formed with a frame, a displacement portion located inside the frame, and a beam portion that swingably supports the displacement portion with respect to the frame;
A second substrate having an opening and formed with a support portion connected to the frame body and a weight portion connected to the displacement portion and stacked on the first substrate;
A detection element that outputs a signal corresponding to a mechanical quantity based on the deflection amount of the beam portion;
In plan view, the first substrate and the second substrate have a first positional relationship in which at least a connection portion with the beam portion at the inner edge of the frame body is located outside the opening edge of the support portion, and / or Or at least the connection part with the said beam part in the outer edge of the said displacement part takes the 2nd positional relationship located inside the outer edge of the said weight part, The mechanical quantity detection sensor characterized by the above-mentioned.
平面視において、前記支持部の開口縁の外側に前記枠体の内縁が位置し、前記錘部の外縁の内側に前記変位部の外縁が位置することを特徴とする請求項1に記載の力学量検出センサ。   2. The mechanics according to claim 1, wherein the inner edge of the frame body is located outside the opening edge of the support portion and the outer edge of the displacement portion is located inside the outer edge of the weight portion in plan view. Quantity detection sensor. 前記支持部の前記開口部を形成する内側面と前記支持部の前記枠体に接続される接続面とで形成される角部が面取りされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の力学量検出センサ。   The corner part formed by the inner surface which forms the said opening part of the said support part, and the connection surface connected to the said frame of the said support part is chamfered, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. The mechanical quantity detection sensor described in 1. 前記錘部の外側面と前記錘部の前記変位部に接続される接続面とで形成される角部が面取りされていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の力学量検出センサ。   The corner formed by the outer surface of the weight part and the connection surface connected to the displacement part of the weight part is chamfered. Mechanical quantity detection sensor. 前記面取りは、曲面状に面取りされていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の力学量検出センサ。   The mechanical quantity detection sensor according to claim 3, wherein the chamfer is chamfered in a curved shape. 前記第1の基板と前記第2の基板は、絶縁層を介して積層されており、
前記梁部は、前記第1の基板と前記絶縁層とを積層した状態で形成されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の力学量検出センサ。
The first substrate and the second substrate are stacked via an insulating layer,
The mechanical quantity detection sensor according to claim 1, wherein the beam portion is formed in a state where the first substrate and the insulating layer are stacked.
前記梁部の前記枠体側で前記梁部の側面と前記支持部の内側面とが平面視において直角に交わることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の力学量検出センサ。   The mechanical quantity detection sensor according to claim 1, wherein a side surface of the beam portion and an inner side surface of the support portion intersect at a right angle in a plan view on the frame body side of the beam portion. . 前記梁部の前記変位体側で前記梁部の側面と前記錘部の外側面とが平面視において直角に交わることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の力学量検出センサ。   The mechanical quantity detection sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein a side surface of the beam portion and an outer surface of the weight portion intersect at a right angle in a plan view on the displacement body side of the beam portion. . 前記検出素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載の力学量検出センサ。   The mechanical quantity detection sensor according to claim 1, wherein the detection element is a piezoelectric element.
JP2009060859A 2009-03-13 2009-03-13 Sensor for detecting dynamic quantity Withdrawn JP2010216834A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060859A JP2010216834A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Sensor for detecting dynamic quantity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060859A JP2010216834A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Sensor for detecting dynamic quantity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010216834A true JP2010216834A (en) 2010-09-30

Family

ID=42975856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009060859A Withdrawn JP2010216834A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Sensor for detecting dynamic quantity

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010216834A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5503796B1 (en) * 2013-10-04 2014-05-28 株式会社トライフォース・マネジメント Angular velocity detector
CN109596859A (en) * 2019-01-18 2019-04-09 中国电子科技集团公司第十三研究所 Piezoresistance type acceleration sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5503796B1 (en) * 2013-10-04 2014-05-28 株式会社トライフォース・マネジメント Angular velocity detector
CN109596859A (en) * 2019-01-18 2019-04-09 中国电子科技集团公司第十三研究所 Piezoresistance type acceleration sensor
CN109596859B (en) * 2019-01-18 2021-08-31 中国电子科技集团公司第十三研究所 Piezoresistive acceleration sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011033617A (en) Uniaxial acceleration sensor
JP5186885B2 (en) Mask pattern correction method and acceleration sensor and angular velocity sensor manufacturing method using the same
US20170001857A1 (en) Sensor element and method of manufacturing the same
JP7298092B2 (en) sensor device
US9035400B2 (en) Micro electro mechanical systems device
JP2014219321A (en) Capacity type physical quantity sensor and method for manufacturing the same
JP2010216834A (en) Sensor for detecting dynamic quantity
JP4839826B2 (en) Sensor module
JP2008008672A (en) Acceleration sensor
JP2011247714A (en) Semiconductor physical quantity sensor
JP5239048B2 (en) Manufacturing method of piezoelectric acceleration sensor
JP2007173637A (en) Sensor module
JP5475946B2 (en) Sensor module
JP2006208272A (en) Semiconductor multiaxial acceleration sensor
JP2010216842A (en) Dynamic quantity detection sensor
JP4665733B2 (en) Sensor element
US9964561B2 (en) Acceleration sensor
JP2010216836A (en) Dynamic quantity detection sensor
JP2010216837A (en) Sensor for detecting dynamic quantity
JP2010216841A (en) Dynamic quantity detection sensor
JP5069410B2 (en) Sensor element
JP2010216843A (en) Sensor for detecting dynamic quantity
JP2008157825A (en) Sensor device
JP5046240B2 (en) Method for manufacturing acceleration sensor
JP2010048700A (en) Mems and method for manufacturing mems

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: 20120605