JP2011049211A - Capacitive sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量式センサおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a capacitive sensor and a method for manufacturing the same.
従来、静電容量式センサとして用いることのできるマイクロメカニズムデバイスとして、基板と、この基板の片面に間隔(ギャップ)を設けて配置される錘部と、を備えたものが知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a micromechanism device that can be used as a capacitive sensor, a device including a substrate and a weight portion disposed with a gap (gap) provided on one surface of the substrate is known (for example, , See Patent Document 1).
この特許文献1では、錘部の偏向が大きい場合のスティッキングを防止するために、基板の錘部に対向する面に突起部(スパイク)を設けている。 In Patent Document 1, in order to prevent sticking when the deflection of the weight portion is large, a protrusion (spike) is provided on the surface of the substrate facing the weight portion.
しかしながら、かかる従来の技術では、基板に設けられる突起部は、基板と錘部との間に補助層を設けるとともに錘部にエッチング開口を格子状に設け、格子状に設けた4つのエッチング開口の中央部に残留層部分が残るように補助層をエッチングすることで、形成されている。 However, in such a conventional technique, the protrusion provided on the substrate is provided with an auxiliary layer between the substrate and the weight portion, and etching openings are provided in the lattice portion in a lattice shape, and the four etching openings provided in the lattice shape are provided. The auxiliary layer is etched so that a residual layer portion remains in the center.
このように、突起部を設けるために補助層を余分に必要とし、製造工程が煩雑化してしまうという問題があった。 As described above, there is a problem that an extra auxiliary layer is required to provide the protrusion, and the manufacturing process becomes complicated.
また、従来の技術では、格子状に設けた4つのエッチング開口の中央部に突起部が形成されるようにしており、錘部が基板方向に大きく偏向した際に突起部を錘部の周辺部に当接させることができないため、錘部が傾いて基板に干渉してしまい、錘部が損傷してしまうおそれがあった。 Further, in the conventional technique, a protrusion is formed at the center of the four etching openings provided in a lattice shape, and when the weight is largely deflected toward the substrate, the protrusion is arranged at the periphery of the weight. Since the weight portion is inclined and interferes with the substrate, the weight portion may be damaged.
そこで、本発明は、錘部の損傷を抑制することのできる静電容量式センサを得るとともに、突起の形成工程の簡素化を図ることのできる静電容量式センサの製造方法を得ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to obtain a capacitive sensor capable of suppressing damage to the weight portion and to obtain a manufacturing method of the capacitive sensor capable of simplifying the process of forming the protrusion. And
請求項1の発明にあっては、絶縁基板と、この絶縁基板に接合されたシリコン基板と、を備え、当該シリコン基板に錘部および当該錘部をばね部を介して支持する支持部が形成されるとともに、前記錘部と前記絶縁基板との間にギャップが形成された静電容量式センサにおいて、前記錘部の前記絶縁基板との対向面の少なくとも周辺部に、前記絶縁基板に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起が設けられていることを特徴とする。 In the first aspect of the invention, an insulating substrate and a silicon substrate bonded to the insulating substrate are provided, and a weight portion and a support portion for supporting the weight portion via a spring portion are formed on the silicon substrate. In addition, in the capacitive sensor in which a gap is formed between the weight portion and the insulating substrate, at least the peripheral portion of the surface of the weight portion facing the insulating substrate faces the insulating substrate. A pyramid-shaped protrusion having a tapered tip is provided.
請求項2の発明にあっては、請求項1に記載の静電容量式センサにおいて、前記ギャップおよび前記突起が、シリコン異方性エッチングにより前記シリコン基板の一部を除去することで形成されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the capacitive sensor according to the first aspect, the gap and the protrusion are formed by removing a part of the silicon substrate by silicon anisotropic etching. It is characterized by that.
請求項3の発明にあっては、絶縁基板に接合されるシリコン基板に錘部および当該錘部をばね部を介して支持する支持部を形成するとともに、前記シリコン基板の前記絶縁基板に対向する面を凹設加工することで、前記錘部と前記絶縁基板との間にギャップを形成した静電容量式センサの製造方法において、前記シリコン基板の表面にギャップ形成予定部を除いてマスキングするとともに、ギャップ形成予定部内の突起形成予定部を予めマスキングした状態で、シリコン異方性エッチングにより前記シリコン基板の一部を除去することで、前記ギャップおよび前記錘部の前記絶縁基板との対向面を形成するとともに当該対向面の少なくとも周辺部に前記絶縁基板に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起を設けたことを特徴とする。 In the invention of claim 3, the weight portion and the support portion for supporting the weight portion via the spring portion are formed on the silicon substrate bonded to the insulating substrate, and the silicon substrate faces the insulating substrate. In the method of manufacturing a capacitive sensor in which a gap is formed between the weight portion and the insulating substrate by recessing the surface, masking is performed on the surface of the silicon substrate except for the gap formation scheduled portion. In a state where the projection formation planned portion in the gap formation planned portion is masked in advance, a part of the silicon substrate is removed by silicon anisotropic etching, so that the surface of the gap and the weight portion facing the insulating substrate is removed. A pyramid-shaped protrusion having a tapered tip end facing the insulating substrate is provided at least in the periphery of the facing surface.
請求項1の発明によれば、錘部の絶縁基板との対向面の少なくとも周辺部に、絶縁基板に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起を設けたので、錘部と絶縁基板とが当接した際に錘部が傾いてしまうのを抑制することが可能となり、錘部の損傷を抑制することができるようになる。 According to the first aspect of the present invention, the pyramid-shaped protrusion whose tip is opposed to the insulating substrate is provided at least in the peripheral portion of the surface of the weight portion facing the insulating substrate. It becomes possible to suppress the tilting of the weight part when it comes into contact, and damage to the weight part can be suppressed.
請求項2および請求項3の発明によれば、錘部にギャップを凹設加工する時に突起を同時に形成するため、突起の形成工程を簡素化することができる。 According to the second and third aspects of the present invention, since the protrusion is simultaneously formed when the gap is recessed in the weight portion, the process of forming the protrusion can be simplified.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、静電容量式センサとして、加速度センサを例示する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Below, an acceleration sensor is illustrated as an electrostatic capacitance type sensor. Note that similar components are included in the following embodiments. Therefore, in the following, common reference numerals are given to those similar components, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
本実施形態にかかる加速度センサ1は、図1および図2に示すように、半導体素子ディバイスを形成したシリコン基板4と、このシリコン基板4の上下両面にそれぞれ接合されたガラス製の第1の絶縁性基板(絶縁基板)2および第2の絶縁性基板3と、を備えている。本実施形態では、このシリコン基板4と第1の絶縁性基板2および第2の絶縁性基板3とを陽極接合によって接合している。そして、第1の絶縁性基板2には、当該第1の絶縁性基板2の下面に錘部5の設置領域に対応した固定電極21が設けられている。なお、本実施形態では、固定電極21は、第1の絶縁性基板2のシリコン基板4に形成した後述するギャップ7と対向する領域に形成されている。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the acceleration sensor 1 according to the present embodiment includes a
シリコン基板4は略矩形状に形成されており、このシリコン基板4には、第1の絶縁性基板2の厚み方向(図2中上下方向)に変位可能な錘部5が設けられている。さらに、本実施形態では、錘部5が可動電極を構成している。この錘部(可動電極)5は、当該錘部(可動電極)5を囲むように配置された略枠状の支持部16にばね部6としての2本のビーム61を介して支持されている。なお、各ビーム61は、厚み方向に可撓性を有するように厚み寸法を錘部(可動電極)5および支持部16のそれぞれの厚みよりも十分に小さく設定している。すなわち、ビーム61は、支持部16に対して錘部(可動電極)5を弾性的に可動支持するバネ要素として機能している。
The
このように、本実施形態では、錘部(可動電極)5に、バネ要素としてのビーム61によって可動支持される質量要素としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成し、質量要素としての錘部(可動電極)5の変位から、その加速度や角加速度を得ることができるようになっている。
Thus, in this embodiment, the weight part (movable electrode) 5 is provided with a function as a mass element that is movably supported by the
そして、シリコン基板4と第1の絶縁性基板2および第2の絶縁性基板3との接合面には比較的浅いギャップ7および凹部31がそれぞれ形成されており、シリコン基板4各部の絶縁性や錘部(可動電極)5の動作性の確保が図られている。
A relatively shallow gap 7 and
具体的には、シリコン基板4の上面4aを、錘部(可動電極)5およびビーム61の形成領域およびその周縁部を含めて凹設することで、錘部(可動電極)5の上方への変位を許容するギャップ7を形成するとともに、第2の絶縁性基板3の上面3aを、錘部(可動電極)5の形成領域およびその周縁部を含めて凹設することで、錘部(可動電極)5の下方への変位を許容する凹部31を形成している。こうして、固定電極21と錘部(可動電極)5との間にギャップ7を形成し、このギャップ7を検知ギャップとして、ギャップ7を介して相互に対向する固定電極21と錘部(可動電極)5との間の静電容量を検出するようになっている。なお、本実施形態では、アルカリ性湿式異方性エッチング液(例えば、KOH、TMAH、EDP水溶液等)を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部を除去することでギャップ7を形成している。
Specifically, the
また、本実施形態では、錘部(可動電極)5は、図1に示すように、略矩形状をしており、各ビーム61は、錘部(可動電極)5の外周縁に沿って延長した形状に形成されている。そして、全てのビーム61で錘部(可動電極)5の外周縁の略全周を囲むような形状に形成されている。
In the present embodiment, the weight part (movable electrode) 5 has a substantially rectangular shape as shown in FIG. 1, and each
具体的には、各ビーム61は、錘部(可動電極)5の外周縁の隣り合う2辺に沿ったL字状に形成されており、各ビーム61の両端部のうち錘部(可動電極)5側の端部(錘部に連結された側の端部)は、錘部(可動電極)5の矩形状の外周縁において対角位置にある2つの角部それぞれに連結されている。つまり、図1における右側のビーム61は、一端部が錘部(可動電極)5の左下の角部に連続一体に連結され、支持部16に連続一体に連結された他端部が錘部(可動電極)5の右上の角部の近傍に位置しており、左側のビーム61は、一端部が錘部(可動電極)5の右上の角部に連続一体に連結され、支持部16に連続一体に連結された他端部が錘部(可動電極)5の左下の角部の近傍に位置している。また、錘部(可動電極)5の周囲にはビーム61の厚み方向に貫通した2つのスリット17が形成されており、各ビーム61は、これら2つのスリット17により幅寸法が規定されている。
Specifically, each
このスリット17は、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などにより垂直エッチング加工をすることで、スリット17の側壁面をシリコン基板4の表面と垂直となるように形成される。このようにして、垂直エッチング加工により形成されたスリット17の側壁面同士は、互いに略平行に対向することになる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を備えたエッチング装置によるICP加工を利用することができる。
The
なお、各ビーム61の各両端部にそれぞれ支持部16および錘部(可動電極)5に滑らかに連続するような弧状部を設け、各ビーム61の両端部の機械的強度を高めるようにしてもよい。
In addition, it is also possible to provide arcuate portions that smoothly continue to the
このように、各ビーム61を錘部(可動電極)5の外周縁に沿って延長した形状に形成することで、従来に比べてチップサイズを大型化したり錘部(可動電極)5の外周形状を小さくすることなしにビーム61の長さ寸法を大幅に大きくすることが可能となり、従来に比べてチップサイズを大型化することなしに高感度化を図ることが可能となる。また、錘部(可動電極)5の外周形状を矩形状とし、各ビーム61を錘部(可動電極)5の外周縁の隣り合う2辺に沿ったL字状に形成することで、ビーム61の本数を2本としてビーム61の長さを長くしながらも、錘部(可動電極)5における固定電極21との対向面5aが固定電極21に対して傾きにくくなるようにしている。
Thus, by forming each
本実施形態では、単結晶のシリコン基板(Si基板)に公知のエッチング加工を施すことで錘部(可動電極)5と各ビーム61と支持部16とが形成されている。そして、錘部5が可動電極を構成し、錘部5の変位に応じた可動電極と固定電極21との間の静電容量値の変化として加速度や角加速度(物理量)を検知するようになっている。このとき、錘部5は、略四角錘台状に形成されており、固定電極21との対向面5aが略平面になっている。なお、本実施形態では、錘部5が可動電極を構成しているが、錘部5における固定電極21との対向面5aに可動電極を別途形成するようにしてもよい。
In this embodiment, the weight portion (movable electrode) 5, each
また、第1の絶縁性基板2の表面2a上に、第1の導電性薄膜11を成膜し、固定電極21の電位を取得するための配線パターンとして用いるとともに、第2の導電性薄膜(図示せず)を成膜し、錘部5の電位を取得するための配線パターンとして用いている。
In addition, the first conductive
本実施形態では、図1に示すように、第1の絶縁性基板2のギャップ7は、錘部5が形成される略枠状の部分から支持部16の一部まで延在させたアーム状の延在部7aを有しており、第1の絶縁性基板2の延在部7aに対応する部位に、サンドブラスト加工等によって第1のスルーホール22を形成するとともに、第1の絶縁性基板2のギャップ7から外れた部位、すなわち、平面視で第1の絶縁性基板2の固定電極21が形成されていない部位に、第2のスルーホール23をそれぞれ形成し、シリコン基板4の上面の一部を当該第1のスルーホール22および第2のスルーホール23の奥にそれぞれ露出させ、第1の絶縁性基板2の表面2a上から第1のスルーホール22および第2のスルーホール23の内周面上および第1の絶縁性基板2の表面2a上にかけて電気的に接続された一連の第1の導電性薄膜11および第2の導電性薄膜(図示せず)を成膜するようにして、当該第1の導電性薄膜11および第2の導電性薄膜(図示せず)から固定電極21および錘部5の電位を検出できるようにしている。なお、第1の導電性薄膜11および第2の導電性薄膜(図示せず)は、互いに接触しないように形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the gap 7 of the first insulating
また、図2中、9は各導電性薄膜に導通される導電層であり、10はその導電層9とシリコン基板4とを絶縁する絶縁層である。なお、シリコン基板4の第2のスルーホール23に対応する部位には、図1に示すように、凹部42が形成されておりこの凹部42内に導電層9が形成されている。そして、第1のスルーホール22に対応した導電層9は固定電極21に短絡されるとともに、第2のスルーホール23に対応した導電層9はシリコン基板4の支持部16に短絡されている。ところで、本実施形態では、上述したように、シリコン基板4にギャップ7を形成するとともにシリコン基板4の厚み方向に貫通した2つのスリット17を形成することで、錘部5を支持部16に2本のビーム61を介して支持させており、錘部5、ビーム61および支持部16は一体に形成されている。したがって、錘部5、ビーム61および支持部16の電位はほぼ等電位とみなすことができる。なお、第1の絶縁性基板2の表面2a上は、樹脂層(図示せず)によって被覆(モールド成形)するのが好適である。
In FIG. 2,
さらに、本実施形態では、錘部5の第1の絶縁性基板2との対向面5aの少なくとも周辺部に、第1の絶縁性基板2の下面に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起12が形成されている。本実施形態では、ピラミッド状の突起12は対向面5aのほぼ全域に一様に分布するように形成されている。このとき、ピラミッド状の突起12を、錘部5の重心位置をずらさないように錘部5の中心に対して点対称位置となるように設けるのが好適である。
Further, in the present embodiment, a pyramid-like shape in which the tip portion facing the lower surface of the first insulating
ところで、本実施形態では、上述したように、シリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部を除去することでギャップ7を形成しているが、所定濃度および所定温度のアルカリ性湿式異方性エッチング液を用いてシリコン異方性エッチングを行うと、シリコン結晶内部の原子配列の違いにより化学的なエッチング速度の差が生じ、斜面部にほぼ正確な角度(54.74゜)を有する四角錐状のマイクロピラミッドが形成されることが知られている。
By the way, in this embodiment, as described above, the gap 7 is formed by removing a part of the
すなわち、シリコン結晶は、その結晶構造から(111)面が(100)面よりもエッチングされにくくなっており、(100)面を主面とするシリコン単結晶基板を用いてウエットエッチングにより異方性エッチングを行った場合、シリコン単結晶基板のエッチング面に(111)面から構成される四角錐状のマイクロピラミッドが得られることが知られている。 That is, the (111) plane is less likely to be etched than the (100) plane due to its crystal structure, and the silicon crystal is anisotropic by wet etching using a silicon single crystal substrate having the (100) plane as the principal plane. It is known that when etching is performed, a quadrangular pyramid-shaped micropyramid composed of a (111) plane is obtained on the etched surface of a silicon single crystal substrate.
そこで、本実施形態では、シリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部を除去することでギャップ7を形成する際に、シリコン基板4のエッチング面、すなわち、錘部5の第1の絶縁性基板2との対向面5aに、四角錐状のマイクロピラミッドを形成させることでピラミッド状の突起12を対向面5aに形成するようにした。
Therefore, in this embodiment, when forming the gap 7 by removing a part of the
具体的には、まず、シリコン基板4の上面4aを酸化させてSiO2膜13を成膜し、パターニングによりギャップ形成予定部40を露出させる。このとき、ギャップ形成予定部40のうちの突起形成予定部41を除いて露出させるようにする。このように、シリコン基板4の上面4aのギャップ形成予定部40を除いた部位をSiO2膜13にてマスキングするとともに、ギャップ形成予定部40内の突起形成予定部41を予めSiO2膜13にてマスキングした状態で、シリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部を除去することで、ギャップ7および錘部5の対向面5aが形成されるとともに、当該対向面5aに第1の絶縁性基板2の下面に対向する先端部が先細りとなるマイクロピラミッド(ピラミッド状の突起)12が形成される。
Specifically, first, the
ところで、実際の加速度センサ1では、ギャップ7の間隔は5μm程度であり、かつ、突起12の高さは0.5μm程度となる。また、錘部5の質量(厚さ)は、検知しようとする加速度の大きさに応じて決定され、たとえば、300μm〜500μm程度となっている。
By the way, in the actual acceleration sensor 1, the gap 7 is about 5 μm and the height of the
以上の本実施形態によれば、錘部5の第1の絶縁性基板2との対向面5aにマイクロピラミッド(ピラミッド状の突起)12が設けられているので、過大な加速度の入力により錘部5が第1の絶縁性基板2に衝接する際に、錘部5と第1の絶縁性基板2との接触面積を小さくすることができ、錘部5のスティッキングを抑制することができる。さらに、突起12を第1の絶縁性基板2に対向する先端部が先細りとなるピラミッド形状とすることで、突起12が第1の絶縁性基板2に点接触するため、錘部5のスティッキングの抑制効果をより一層向上させることができる。
According to the present embodiment described above, since the micro pyramid (pyramid protrusion) 12 is provided on the
また、本実施形態によれば、マイクロピラミッド(ピラミッド状の突起)12を錘部5の第1の絶縁性基板2との対向面5aの少なくとも周辺部に設けたので、錘部5と第1の絶縁性基板2とが当接した際に錘部5が傾いてしまうのを抑制することが可能となり、錘部5の損傷を抑制することができるようになる。
In addition, according to the present embodiment, the micro pyramid (pyramid protrusion) 12 is provided on at least the peripheral portion of the facing
また、本実施形態によれば、マイクロピラミッド(ピラミッド状の突起)12は、錘部5にギャップ7を凹設加工する時に同時に形成しているため、マイクロピラミッド(ピラミッド状の突起)12の形成工程を簡素化することができる。その結果、製品コストの上昇を抑制でき、錘部5にはマイクロピラミッド(ピラミッド状の突起)12を形成するための開口部が形成されることが無いため、錘部5の質量を確保し易くすることができ装置の大型化を抑えることができるようになる。
In addition, according to the present embodiment, the micro pyramid (pyramid protrusion) 12 is formed at the same time when the gap 7 is recessed in the
なお、突起形成予定部41を予めSiO2膜13にてマスキングすることなく、所定濃度および所定温度のアルカリ性湿式異方性エッチング液を用いてシリコン異方性エッチングを行ってもマイクロピラミッドを形成することはできるが、錘部5の対向面5aの所望位置に形成することが難しいという問題がある。しかしながら、本実施形態のように、ギャップ形成予定部40内の突起形成予定部41を予めSiO2膜13にてマスキングした状態で、シリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部を除去するようにすれば、ギャップ形成予定部40内のマスキングした部位のエッチング速度とマスキングしていない部位のエッチング速度との差を大きくすることができ、マスキングした部位にマイクロピラミッドを確実に形成することができるようになる。すなわち、ギャップ形成予定部40内の突起形成予定部41を予めSiO2膜13にてマスキングした状態で、シリコン異方性エッチングによりシリコン基板4の一部を除去するようにすることで、所望の部位にマイクロピラミッドを形成することが可能となる。
Note that the micropyramid is formed even if silicon anisotropic etching is performed using an alkaline wet anisotropic etching solution having a predetermined concentration and a predetermined temperature without masking the projected
(第2実施形態)
図4〜図8は、本発明の第2実施形態を示しており、上記第1実施形態に示す加速度センサ1が錘部の上下変位によって加速度を検出するのに対して、本実施形態の加速度センサ100は錘部の水平変位によって加速度を検出するようになっている。
(Second Embodiment)
4 to 8 show a second embodiment of the present invention. The acceleration sensor 1 shown in the first embodiment detects the acceleration by the vertical displacement of the weight portion, whereas the acceleration of the present embodiment. The
本実施形態にかかる加速度センサ100は、上記第1実施形態と同様に、半導体素子ディバイスを形成したシリコン基板400と、このシリコン基板400の上下両面400a、400bにそれぞれ接合されたガラス製の第1の絶縁性基板(絶縁基板)200および第2の絶縁性基板300と、を備えており、このシリコン基板400と第1の絶縁性基板200および第2の絶縁性基板300とを陽極接合によって接合している。
Similar to the first embodiment, the
シリコン基板400は、シリコン基板400に公知の半導体プロセスにより間隙500を形成することで、周縁部に形成される略矩形状の枠部410、固定電極体420、可動電極体となる錘部430、ばね部440および当該ばね部440を介して錘部430を支持する支持部450が形成されている。
The
間隙500は、上記第1実施形態と同様に、反応性イオンエッチングなどにより垂直エッチング加工をすることで、間隙500の側壁面をシリコン基板400の表面と垂直となるように形成される。このようにして、垂直エッチング加工により形成された間隙500の側壁面同士は、互いに略平行に対向することになる。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマを備えたエッチング装置によるICP加工を利用することができる。
The
固定電極体420は、シリコン基板400のセンターラインYを中心として左右2箇所に設けられており、複数の櫛歯状固定電極422の外側部が幹部421によって連結されている。すなわち、複数の櫛歯状固定電極422は、幹部421から所定間隔をもって平行に突設されている。
The fixed
錘部430は、左右に配置された固定電極体420間に配置されており、センターラインYに沿って配置される幹部431と、幹部431のセンターラインY方向の両端部から櫛歯状固定電極422の延在方向と平行に各固定電極体420の幹部421に向けて延設され、幹部431とで略H字状を成す延設部432と、幹部431から左右方向に延設された複数の櫛歯状可動電極433と、を備えている。
The
そして、複数の櫛歯状可動電極433は、幹部431から、隣り合う2つの櫛歯状固定電極422間に挿入されるように所定間隔をもって平行に突設されている。すなわち、櫛歯状固定電極422と櫛歯状可動電極433とは、図7(a)、(b)に示すように、それぞれが交互に配置されることになる。
The plurality of comb-like
このとき、それぞれの櫛歯状固定電極422と櫛歯状可動電極433との間には所定の隙間δ1、δ2(δ1<δ2)が設けられる。本実施形態では、両電極422、433の隙間δ1、δ2は、図4に示す左右の固定電極体420で異なっており、図7(a)、(b)に示すように、左側の固定電極体420では、一方側が隙間δ1、他方側が隙間δ2であるのに対して、右側の固定電極体420では、一方側が隙間δ2、他方側が隙間δ1となっている。
At this time, predetermined gaps δ1 and δ2 (δ1 <δ2) are provided between the respective comb-like
両端部の延設部432には、上述したばね部440がそれぞれ連結されており、このばね部440を介して錘部430を支持する支持部450が延設部432よりもセンターラインY方向の外方に設けられている。本実施形態では、支持部450は、図4中上方に1箇所、下方に2箇所設けられており、それぞれ略矩形状に形成されて第1の絶縁性基板200に陽極接合などにより固定されている。
The
各ばね部440は、図8に示すように、左右対称に配置される2つのばね単体441で形成されている。そして、それぞれのばね単体441は、連続する1本の細長い線状ばね441aを複数段のつづら折り状に折曲させた形状をしている。線状ばね441aの一端部441bは、幅方向に延びるばね単体441のほぼ中央部に設けられており、支持部450の内方側隅部にそれぞれ連結されている。また、線状ばね441aの他端部441cは、ばね単体441のほぼ中央部に設けられ、延設部432にそれぞれ連結されている。
As shown in FIG. 8, each
このように、ばね部440を錘部430と支持部450に連結することで、ばね部440が支持部450に対して錘部430を弾性的に可動支持するバネ要素として機能する。
Thus, by connecting the
これにより、本実施形態にかかる加速度センサ100では、錘部430に対し、バネ要素としてのばね部440、ばね部440に接続された支持部450により支持される質量要素(マス)としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成している。そして、質量要素としての錘部430の位置変位による錘部430、固定電極体420間の静電容量値の変化を検出し、検出された静電容量値の変化に基づき加速度センサ100に加えられた加速度や角加速度(物理量)を検知するようになっている。
Thereby, in the
具体的には、この静電容量値の変化は、錘部430、固定電極体420にそれぞれ形成された複数の櫛歯状可動電極433、櫛歯状固定電極422からなる検出部490,491によって検出される。
Specifically, the change in the capacitance value is detected by the
例えば、図4に示すセンターラインY方向に加速度が与えられると、櫛歯状可動電極433がセンターラインY方向に変位し、検出部490の櫛歯状可動電極433、櫛歯状固定電極422で検出される静電容量値と、検出部491の櫛歯状可動電極433、櫛歯状固定電極422で検出される静電容量値に差が生じる。この静電容量値の差からセンターラインY方向の加速度を検出することができる。
For example, when acceleration is applied in the center line Y direction shown in FIG. 4, the comb-like
図4中、461は、ばね部440を介して錘部430の櫛歯状可動電極433に電気的に接続される第1の導電層であり、462は、左側の固定電極体420の櫛歯状固定電極422に電気的に接続される第2の導電層であり、463は、右側の固定電極体420の櫛歯状固定電極422に電気的に接続される第3の導電層である。そして、464は、枠部410に電気的に接続される第4の導電層である。
In FIG. 4,
また、第1の絶縁性基板200の第1〜第4の導電層461〜464に対応する部位に、サンドブラスト加工等によってスルーホール210(第4の導電層464に対応するスルーホールについては図示省略)を形成し、シリコン基板4上に設けられた第1〜第4の導電層461〜464を各スルーホール210の奥にそれぞれ露出させ、第1の絶縁性基板200の表面200a上から各スルーホール210の内周面上および第1の絶縁性基板200の表面200a上にかけて電気的に接続された一連の導電性薄膜(図示せず)を成膜するようにして、各導電性薄膜(図示せず)から固定電極体420、錘部430および枠部410の電位を検出できるようにしている。
Further, through holes 210 (through holes corresponding to the fourth
なお、各導電性薄膜(図示せず)は、第1の絶縁性基板200の表面200a上に互いに接触しないように形成されている。また、第1の絶縁性基板200の表面200a上は、樹脂層(図示せず)によって被覆(モールド成形)するのが好適である。
Each conductive thin film (not shown) is formed on the
さらに、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、シリコン基板400と第1の絶縁性基板200および第2の絶縁性基板300との接合面に比較的浅いギャップ470および凹部301がそれぞれ形成されており、シリコン基板400各部の絶縁性や錘部430の動作性の確保が図られている。
Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, a relatively
そして、アルカリ性湿式異方性エッチング液(例えば、KOH、TMAH、EDP水溶液等)を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板400の一部を除去することでギャップ470を形成している。
The
このように、シリコン基板400各部の絶縁性や錘部430の動作性の確保を図るために、ギャップ470および凹部301を形成すると、錘部430は、垂直方向にも移動可能となり、櫛歯状固定電極422と櫛歯状可動電極433とが対向する水平方向に対して傾きを持った過大な加速度が入力された場合に、その加速度の垂直成分によって錘部430が第1の絶縁性基板200に衝接してスティッキングが生じることが考えられる。
As described above, when the
そこで、錘部430の第1の絶縁性基板200との対向面430aの少なくとも周辺部に、第1の絶縁性基板200の下面に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起480を設けた。
Therefore, a pyramid-shaped
本実施形態では、ピラミッド状の突起480は対向面430aのほぼ全域に一様に分布するように形成されている。このとき、ピラミッド状の突起480を、錘部430の重心位置をずらさないように錘部430の中心に対して点対称位置となるように設けるのが好適である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においても、シリコン異方性エッチングによりシリコン基板400の一部を除去することでギャップ470を形成する際に、シリコン基板400のエッチング面、すなわち、錘部430の第1の絶縁性基板200との対向面430aに、四角錐状のマイクロピラミッドを形成させることでピラミッド状の突起480を対向面430aに形成している。
Also in this embodiment, when the
このマイクロピラミッドは、上記第1実施形態で述べた方法で形成することができる。 This micropyramid can be formed by the method described in the first embodiment.
以上の本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。 Also according to this embodiment described above, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
たとえば、上記各実施形態では、突起部を錘部の全面に設けたものを例示したが、これに限ることなく、矩形状の錘部の四隅の外周部(エッジ近傍)であって、重心位置をずらさないように錘部の中心に対して点対称となる部位のみに配置されるようにしてもよい。 For example, in each of the above embodiments, the projections are provided on the entire surface of the weight part. However, the present invention is not limited to this, and the outer peripheral parts (near edges) of the four corners of the rectangular weight part, It may be arranged only in a portion that is point-symmetric with respect to the center of the weight portion so as not to shift the position.
また、錘部、その他細部のスペック(形状、大きさ、レイアウト等)も適宜に変更可能である。 Further, the weight part and other detailed specifications (shape, size, layout, etc.) can be changed as appropriate.
1、100 加速度センサ(静電容量式センサ)
2、200 第1の絶縁性基板(絶縁基板)
4、400 シリコン基板
4a、400a シリコン基板の表面
5、430 錘部
5a、430a 対向面
6、440 ばね部
7、470 ギャップ
12、480 マイクロピラミッド(突起)
16、450 支持部
40 ギャップ形成予定部
41 突起形成予定部
1,100 Acceleration sensor (capacitance sensor)
2,200 First insulating substrate (insulating substrate)
4,400
16, 450
Claims (3)
前記錘部の前記絶縁基板との対向面の少なくとも周辺部に、前記絶縁基板に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起が設けられていることを特徴とする静電容量式センサ。 An insulating substrate; and a silicon substrate bonded to the insulating substrate, wherein a weight portion and a support portion for supporting the weight portion via a spring portion are formed on the silicon substrate, and the weight portion and the insulation are formed. In the capacitive sensor in which a gap is formed between the substrate and
A capacitive sensor, wherein a pyramid-shaped protrusion having a tip end facing the insulating substrate is tapered at least in a peripheral portion of a surface of the weight portion facing the insulating substrate.
前記シリコン基板の表面にギャップ形成予定部を除いてマスキングするとともに、ギャップ形成予定部内の突起形成予定部を予めマスキングした状態で、シリコン異方性エッチングにより前記シリコン基板の一部を除去することで、前記ギャップおよび前記錘部の前記絶縁基板との対向面を形成するとともに当該対向面の少なくとも周辺部に前記絶縁基板に対向する先端部が先細りとなるピラミッド状の突起を設けたことを特徴とする静電容量式センサの製造方法。 By forming a weight portion and a support portion for supporting the weight portion via a spring portion on a silicon substrate bonded to the insulating substrate, and forming a concave surface on the surface of the silicon substrate facing the insulating substrate, In the method of manufacturing a capacitive sensor in which a gap is formed between the weight portion and the insulating substrate,
By masking the surface of the silicon substrate except for the gap formation planned portion, and removing the portion of the silicon substrate by silicon anisotropic etching in a state where the projection formation planned portion in the gap formation planned portion is masked in advance. The gap and the weight portion form a surface facing the insulating substrate, and at least a peripheral portion of the facing surface is provided with a pyramid-shaped protrusion having a tapered tip end facing the insulating substrate. Manufacturing method of capacitance type sensor.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009194101A JP2011049211A (en) | 2009-08-25 | 2009-08-25 | Capacitive sensor and method of manufacturing the same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013127436A (en) * | 2011-12-19 | 2013-06-27 | Seiko Epson Corp | Physical quantity sensor, method of manufacturing physical quantity sensor and electronic apparatus |
-
2009
- 2009-08-25 JP JP2009194101A patent/JP2011049211A/en active Pending
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