JP2013217835A - Semiconductor physical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動電極部と固定電極部とが櫛歯状に噛合される半導体物理量センサに関する。 The present invention relates to a semiconductor physical quantity sensor in which a movable electrode portion and a fixed electrode portion are meshed in a comb shape.
従来の半導体物理量センサとして、互いに櫛歯状に噛合される可動電極部と固定電極部とを備え、可動電極部の櫛歯電極と固定電極部の櫛歯電極との間の静電容量変化によって加速度を検知できるようにした加速度センサがある(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional semiconductor physical quantity sensor, a movable electrode unit and a fixed electrode unit meshed with each other in a comb-teeth shape are provided, and a capacitance change between the comb-teeth electrode of the movable electrode unit and the comb-teeth electrode of the fixed electrode unit There is an acceleration sensor that can detect acceleration (see, for example, Patent Document 1).
しかし、このように電極を櫛歯状に形成した場合、固定電極部の最両側に配置される櫛歯電極の固有振動数が、それ以外の中央部側の櫛歯電極の固有振動数よりも低くなる。このため、センサ製造工程中に印加される衝撃の周波数が最両側の櫛歯電極の固有振動数と一致し易くなり、最両側の櫛歯電極が共振して付け根部分から折損してしまう恐れがあった。 However, when the electrodes are formed in a comb-like shape in this way, the natural frequency of the comb-shaped electrodes arranged on the outermost sides of the fixed electrode portion is higher than the natural frequency of the other comb-shaped electrodes on the center side. Lower. For this reason, the frequency of the impact applied during the sensor manufacturing process tends to coincide with the natural frequency of the comb electrodes on the both sides, and the comb electrodes on the both sides may resonate and break from the root portion. there were.
これに対して、特許文献1の加速度センサでは、固定電極部の両側の櫛歯電極の長さが中央部側の櫛歯電極よりも短く形成されているため、両側の櫛歯電極の固有振動数を上記センサ製造工程中の周波数よりも高くして共振を避けることができる。
On the other hand, in the acceleration sensor of
しかしながら、上記従来技術にあっては、固定電極部の最両側の櫛歯電極の長さが中央部側の櫛歯電極よりも短く形成されているが、櫛歯電極は、全体が櫛歯部分の中央部から両側に向かって段階的に短く形成されている。このため、可動電極部の櫛歯電極と固定電極部の櫛歯電極との間の静電容量が全体として減少し(対向面積が減少し)、センサ感度が低下してしまう恐れがあった。 However, in the above prior art, the length of the comb electrode on the both sides of the fixed electrode portion is shorter than that of the comb electrode on the center side. It is formed to be shorter step by step from the center to both sides. For this reason, the electrostatic capacitance between the comb-teeth electrode of the movable electrode part and the comb-teeth electrode of the fixed electrode part is reduced as a whole (the facing area is reduced), and the sensor sensitivity may be lowered.
そこで、本発明は、センサ感度を低下させることなく、最両側に配置される櫛歯電極の破損を抑制することの可能な半導体物理量センサを得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a semiconductor physical quantity sensor capable of suppressing the breakage of comb-tooth electrodes arranged on the outermost sides without reducing the sensor sensitivity.
上記目的を達成するために、本発明の第1の特徴は、アンカー部と、前記アンカー部にばね部を介して揺動自在に支持される可動電極部と、前記可動電極部に櫛歯状に噛合される固定電極部と、を備え、前記固定電極部は、櫛歯部分のうち最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極と、前記第1の櫛歯電極間に配置される複数の第2の櫛歯電極とを有しており、前記第1の櫛歯電極を、前記第2の櫛歯電極よりも短く形成するとともに、前記第2の櫛歯電極を、互いに等しい長さに形成したことを要旨とする。 In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is that an anchor part, a movable electrode part supported by the anchor part via a spring part so as to be swingable, and a comb-like shape on the movable electrode part A fixed electrode portion meshed with the first comb-teeth electrode, and the fixed electrode portion is disposed between the first comb-teeth electrode and the pair of first comb-teeth electrodes disposed on the outermost side of the comb-teeth portion. A plurality of second comb electrodes, the first comb electrodes are formed shorter than the second comb electrodes, and the second comb electrodes are equal to each other. The gist is that the length is formed.
第2の特徴は、前記可動電極部に、前記第1の櫛歯電極を短くしたことで形成される空きスペース部分を埋める拡張部を設けたことを要旨とする。 The second feature is that the movable electrode portion is provided with an extension portion that fills an empty space portion formed by shortening the first comb electrode.
第3の特徴は、前記第1の櫛歯電極の付け根部分に、当該第1の櫛歯電極よりも幅広となる補強部を設けたことを要旨とする。 The gist of the third feature is that a reinforcing portion that is wider than the first comb electrode is provided at the base of the first comb electrode.
第4の特徴は、アンカー部と、前記アンカー部にばね部を介して揺動自在に支持される可動電極部と、前記可動電極部に櫛歯状に噛合される固定電極部と、を備え、前記固定電極部は、櫛歯部分のうち最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極と、前記第1の櫛歯電極間に配置される1つ又は複数の第2の櫛歯電極とを有しており、前記第1の櫛歯電極の付け根部分に、当該第1の櫛歯電極よりも幅広となる補強部を設けるとともに、前記第2の櫛歯電極を、前記第1の櫛歯電極よりも長く形成したことを要旨とする。 A fourth feature includes an anchor portion, a movable electrode portion that is swingably supported by the anchor portion via a spring portion, and a fixed electrode portion meshed with the movable electrode portion in a comb-tooth shape. The fixed electrode portion includes a pair of first comb electrodes disposed on the outermost side of the comb portion, and one or a plurality of second comb teeth disposed between the first comb electrodes. And a reinforcing portion that is wider than the first comb electrode at the base portion of the first comb electrode, and the second comb electrode is connected to the first comb electrode. The gist is that the electrode is longer than the comb-tooth electrode.
第5の特徴は、前記可動電極部の前記第2の櫛歯電極の先端部と対向する位置に、前記第2の櫛歯電極の先端部が入り込む凹部を設けたことを要旨とする。 The fifth feature is summarized in that a concave portion into which the distal end portion of the second comb-tooth electrode enters is provided at a position facing the distal end portion of the second comb-tooth electrode of the movable electrode portion.
第6の特徴は、前記補強部を、前記第1の櫛歯電極の付け根部分から前記固定電極部の基部に向かって円弧状に拡幅させたことを要旨とする。 A sixth feature is summarized in that the reinforcing portion is widened in an arc shape from a base portion of the first comb electrode toward a base portion of the fixed electrode portion.
本発明の第1の特徴によれば、最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極が、それ以外の第2の櫛歯電極よりも短く形成されているので、問題となる第1の櫛歯電極の固有振動数をセンサ製造工程中の周波数よりも高くすることができる。これにより、第1の櫛歯電極がセンサ製造工程中の周波数で破損してしまうのを抑制することができる。また、第1の櫛歯電極を除く複数の第2の櫛歯電極は、互いに等しい長さに形成されているため、それぞれが長い状態のままを保つことができ、センサ感度が低下してしまうのを回避することができる。 According to the first feature of the present invention, the pair of first comb electrodes arranged on the outermost sides are formed shorter than the other second comb electrodes, so that the first problem is The natural frequency of the comb-tooth electrode can be made higher than the frequency during the sensor manufacturing process. Thereby, it can suppress that a 1st comb-tooth electrode will be damaged at the frequency in a sensor manufacturing process. In addition, since the plurality of second comb electrodes excluding the first comb electrodes are formed to have the same length, each of them can be kept in a long state, resulting in a decrease in sensor sensitivity. Can be avoided.
また、本発明の第4の特徴によれば、第1の櫛歯電極の付け根部分に、その第1の櫛歯電極よりも幅広となる補強部を設けたので、その補強部によって第1の櫛歯電極の強度を高めることができる。これにより、第1の櫛歯電極がセンサ製造工程中の周波数で破損してしまうのを抑制することができる。また、それ以外の第2の櫛歯電極を、第1の櫛歯電極よりも長く形成したので、第1の櫛歯電極の補強部による可動電極部側との対向面積の減少分を第2の櫛歯電極の延長部分で補うことができ、センサ感度が低下してしまうのを回避することができる。 Further, according to the fourth feature of the present invention, the reinforcing portion that is wider than the first comb electrode is provided at the base portion of the first comb electrode. The strength of the comb electrode can be increased. Thereby, it can suppress that a 1st comb-tooth electrode will be damaged at the frequency in a sensor manufacturing process. In addition, since the other second comb electrode is formed longer than the first comb electrode, the reduction in the area facing the movable electrode side by the reinforcing portion of the first comb electrode is reduced to the second. It can be compensated by the extension part of the comb-tooth electrode, and it can be avoided that the sensor sensitivity is lowered.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1および図2は、本発明にかかる半導体物理量センサの第1実施形態を示した図であり、本実施形態では、半導体物理量センサとして加速度センサ1を例にとって説明するものとする。
[First embodiment]
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a first embodiment of the semiconductor physical quantity sensor according to the present invention. In this embodiment, the
本実施形態の加速度センサ1は、図2に示すように、上下に配置される2枚のガラス基板2、3と、これら2枚のガラス基板2、3に挟まれるシリコン基板4とを備えている。ガラス基板2、3は絶縁層となり、シリコン基板4は半導体層となる。これらガラス基板2、3とシリコン基板4とは、最終的に陽極接合などによって一体に接合される。
As shown in FIG. 2, the
シリコン基板4には、図1に示すように、公知の半導体プロセスにより間隙5を形成することで、周縁部を取り囲む略矩形状のアンカー部6が形成されている。また、このアンカー部6の更に外周は、絶縁性の周囲フレーム7によって囲繞されるようになっている。この周囲フレーム7は、2枚のガラス基板2、3の外周縁部間に固着される。なお、本実施形態では、矩形状のアンカー部6の短辺方向(図中上下方向)をY方向、長辺方向(図中左右方向)をX方向として以下説明するものとする。
As shown in FIG. 1, a substantially
アンカー部6の間隙5を隔てた内側には錘を兼ねた可動電極部8が形成されており、かつ、間隙9を隔てたY方向略中央部には一対の第1固定電極部10および第2固定電極部11が形成されている。これら第1、第2固定電極部10、11は、間隙9を介して非導通状態で配置されている。なお、アンカー部6は、ガラス基板2、3に陽極接合等により固定されている。
A
また、可動電極部8は、その長辺となるX方向の両辺とアンカー部6のX方向の両辺との間に形成されるばね部12を介して揺動自在に支持されており、物理量としての加速度の印加によって可動電極部8の移動が許容されるようになっている。このとき、図2に示すように、可動電極部8の両面とガラス基板2、3との間には空隙部δ1、δ2が設けられており、その空隙部δ1、δ2によって可動電極部8の変位が可能となっている。
Further, the
アンカー部6、可動電極部8、第1、第2固定電極部10、11およびばね部12は、シリコン基板4を、例えば、反応性イオンエッチング等により垂直エッチング加工することで形成されている。
The
図1に示すように、可動電極部8は、Y方向両側にX方向に沿って配置される一対の電極幹部81、82と、これら電極幹部81、82のX方向中央部間を連結する櫛歯基部83とによって略H字状に形成されている。そして、可動電極部8の櫛歯基部83には、それぞれ複数の櫛歯電極84a、85aがX方向の一方側と他方側とに向けて突出する第1櫛歯部分84および第2櫛歯部分85が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
一方、固定電極部10、11は、可動電極部8の櫛歯基部83を挟んで、一対の電極幹部81、82間に左右対称に配置されており、互いに対向する側とは反対側、つまり、アンカー部6の短辺となるY方向の両辺に位置する側が基部10a、11aとなっている。そして、それら基部10a、11aには、可動電極部8の櫛歯基部83に向かって複数の櫛歯電極10Ta、11Taが突出する第3櫛歯部分10Tおよび第4櫛歯部分11Tが設けられている。また、基部10a、11aは、図2に示すように、その基部10a、11aの上面全体が上側のガラス基板2に、かつ、下面一部が下側のガラス基板3にそれぞれ陽極接合等により固定されている。
On the other hand, the fixed
図1に示すように、可動電極部8の第1櫛歯部分84と固定電極部10の第3櫛歯部分10Tとが互いに噛合されているとともに、可動電極部8の第2櫛歯部分85と固定電極部11の第4櫛歯部分11Tとが互いに噛合されている。このとき、第1櫛歯部分84の櫛歯電極84aと第3櫛歯部分10Tの櫛歯電極10Taとの間、および第2櫛歯部分85の櫛歯電極85aと第4櫛歯部分11Tの櫛歯電極11Taとの間には、Y方向に対して互いに逆となる側にそれぞれ所定の検知部が設けられている。そして、それぞれの検知部間のギャップに蓄積した静電気の変化(静電容量変化)を検出するようになっている。
As shown in FIG. 1, the first
ばね部12は、可動電極部8のY方向両側とX方向両側とに位置して、合計4箇所設けられている。それぞれのばね部12は、例えば、連続する一本の細長い線状部を複数段のつづら折り状に折曲した状態で形成することができ、ばね部12全体で可動電極部8の変位を許容するように弾発力をもって支持している。
The
このとき、アンカー部6と可動電極部8との間には、その可動電極部8のX方向およびY方向への変位量を制限するストッパー部13が配置されている。これにより、過大な加速度の入力によって、可動電極部8がアンカー部6に衝突して固着してしまうのを防止できるようにしている。
At this time, between the
可動電極部8とアンカー部6とは、ばね部12を介して互いに電気的に導通されており、アンカー部6の一対の長辺のX方向中央部には、可動電極部8と電気的に導通する端子14、15が設けられている。また、固定電極部10、11の基部10a、11aには、その固定電極部10、11と直接導通する端子16、17が設けられている。
The
そして、図2に示すように、上側のガラス基板2には、各端子14〜17に対応した部位にそれぞれテーパ状の開口部2Hがエッチングにより穿設され、これら開口部2Hの内周にそれぞれ設けた配線2Hcを各端子14〜17に導通させてある。
Then, as shown in FIG. 2, the
このように構成された加速度センサ1は、印加される加速度によって可動電極部8が固定電極部10、11に対してY方向に変位する。これにより、第1櫛歯部分84と第3櫛歯部分10Tとの間の静電容量、および第2櫛歯部分85と第4櫛歯部分11Tとの間の静電容量が変化する。そして、それらの静電容量変化は、電気信号として各端子14〜17から配線2Hcを介して外部に取り出され、それらの静電容量信号を処理することにより、印加された加速度の大きさを検知することができる。
In the
ここで、本実施形態では、固定電極部10、11の櫛歯部分10T、11Tのうち最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極10Ta′,10Ta′、11Ta′,11Ta′を、それ以外の第2の櫛歯電極10Ta″、11Ta″よりも短く形成してある。このとき、第2の櫛歯電極10Ta″、11Ta″は、一対の第1の櫛歯電極10Ta′,10Ta′、11Ta′,11Ta′間の中央部側に複数(本実施形態では3つずつ)配置され、それらが互いに等しい長さで形成されるようになっている。なお、本実施形態では、最両側の第1の櫛歯電極10Ta′、11Ta′を短くしたことにより、この短くした分だけ第1の櫛歯電極10Ta′、11Ta′の先端方向に空きスペース部分S1、S2が設けられることになる。
Here, in the present embodiment, a pair of first comb electrodes 10Ta ′, 10Ta ′, 11Ta ′, 11Ta ′ arranged on the outermost sides of the comb-
以上の構成により、第1実施形態の加速度センサ1によれば、固定電極部10(11)の櫛歯部分10T(11T)のうち最両側に配置される第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)を、それ以外の第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)よりも短くしている。これにより、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の固有振動数を中央部側の第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)よりも高くすることができる。したがって、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の固有振動数をセンサ製造工程中に印加される衝撃の周波数から遠ざけることが可能となる。これにより、その第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)がセンサ製造工程中の周波数に共振して破損、ひいては折損してしまうのを抑制することができる。
With the above configuration, according to the
また、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)を短くした場合にも、それらを除く中央部側の第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)は、互いに等しい長さで形成されて互いに長いままの状態を保つことができる。これにより、それら第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)と可動電極部8の櫛歯電極84a(85a)との対向面積を大きく確保することができ、それら両者間の静電容量が減少するのを防止できる。したがって、静電容量が減少するのは短くした第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)側のみであるため、静電容量の減少を最小限度にとどめてセンサ感度が大きく低下してしまうのを回避することができる。
Further, even when the first comb-teeth electrode 10Ta ′ (11Ta ′) is shortened, the second comb-teeth electrode 10Ta ″ (11Ta ″) on the center side excluding them is formed with the same length. It is possible to maintain the state of being long for each other. As a result, a large facing area between the second comb-tooth electrode 10Ta ″ (11Ta ″) and the comb-
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態を示した図であり、上記第1実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本実施形態の加速度センサ1Aが、上記第1実施形態の加速度センサ1と主に異なる点は、可動電極部8に、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の先端方向に設けられた空きスペース部分S1(S2)に迫り出す拡張部20を設けたことにある。勿論、その空きスペース部分S1(S2)は、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)を、第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)よりも短くしたことで形成されるものである。
The
本実施形態では、空きスペース部分S1(S2)の全体が拡張部20によって埋められるようになっている。その他の構成は第1実施形態の加速度センサ1と同様である。
In the present embodiment, the entire empty space portion S <b> 1 (S <b> 2) is filled with the
以上の構成により、第2実施形態の加速度センサ1Aによれば、上記第1実施形態と同様の作用効果に加えて、可動電極部8に拡張部20を設けたことにより、その可動電極部8の重量を拡張部20の分だけ増すことができる。これにより、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)を短くしたことによる感度低下を、可動電極部8の重量増分によって補うことができる。
With the above configuration, according to the
[第3実施形態]
図4は、本発明の第3実施形態を示した図であり、上記第2実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものする。
[Third embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, in which the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted.
本実施形態の加速度センサ1Bが、上記第2実施形態の加速度センサ1Aと主に異なる点は、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分に補強部21を設けたことにある。この補強部21は、櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分から固定電極部10(11)の基部10a(11a)に亘って、その櫛歯電極10Ta′(11Ta′)よりも幅広に形成されている。
The acceleration sensor 1B according to the present embodiment is mainly different from the
具体的には、図4に示すように、本実施形態では、補強部21が櫛歯電極10Ta′(11Ta′)と基部10a(11a)との間に形成された直角のコーナー部分を埋める三角状に形成されている。その他の構成は第2実施形態と同様である。
Specifically, as shown in FIG. 4, in the present embodiment, the reinforcing
以上の構成により、第3実施形態の加速度センサ1Bによれば、上記第1および第2実施形態と同様の作用効果に加えて、補強部21によって第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の強度を付け根部分で増大することができる。これにより、その第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)が付け根部分から破損(折損)してしまうのをより抑制することができるようになる。
With the above configuration, according to the acceleration sensor 1B of the third embodiment, in addition to the same effects as those of the first and second embodiments, the first comb electrode 10Ta ′ (11Ta ′) is provided by the reinforcing
なお、本実施形態では、特徴部分を上記第2実施形態の加速度センサ1Aに適用した場合を例示したが、もちろん、上記第1実施形態の拡張部20が設けられていない加速度センサ1にあっても適用することができる。
In the present embodiment, the case where the characteristic portion is applied to the
[第4実施形態]
図5は、本発明の第4実施形態を示した図であり、上記第3実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。
[Fourth embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. The same components as those in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本実施形態の加速度センサ1Cが、上記第3実施形態の加速度センサ1Bと主に異なる点は、補強部21Aを、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分から固定電極部の基部10a(11a)に向かって、滑らかに拡幅する円弧状に形成したことにある。その他の構成は第3実施形態と同様である。
The acceleration sensor 1C of the present embodiment is mainly different from the acceleration sensor 1B of the third embodiment in that the reinforcing
以上の構成により、第4実施形態の加速度センサ1Cによれば、上記第1〜第3実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、補強部21Aを内側が滑らかに連続する円弧形状としてある。これにより、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分への応力集中を緩和することができ、その第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の破損抑制効果をより一層高めることができる。
With the above configuration, according to the acceleration sensor 1C of the fourth embodiment, the same operational effects as those of the first to third embodiments can be obtained, and the reinforcing
[第5実施形態]
図6および図7は、本発明にかかる半導体物理量センサの第5実施形態を示した図であり、本実施形態では、半導体物理量センサとして加速度センサ1Dを例にとって説明するものとする。
[Fifth Embodiment]
6 and 7 are diagrams showing a fifth embodiment of the semiconductor physical quantity sensor according to the present invention. In this embodiment, the
本実施形態の加速度センサ1Dは、図7に示すように、上下に配置される2枚のガラス基板2、3と、これら2枚のガラス基板2、3に挟まれるシリコン基板4とを備えている。ガラス基板2、3は絶縁層となり、シリコン基板4は半導体層となる。これらガラス基板2、3とシリコン基板4とは、最終的に陽極接合などによって一体に接合される。
As shown in FIG. 7, the
シリコン基板4には、図6に示すように、公知の半導体プロセスにより間隙5を形成することで、周縁部を取り囲む略矩形状のアンカー部6が形成されている。また、このアンカー部6の更に外周は、絶縁性の周囲フレーム7によって囲繞されるようになっている。この周囲フレーム7は、2枚のガラス基板2、3の外周縁部間に固着される。なお、本実施形態では、矩形状のアンカー部6の短辺方向(図中上下方向)をY方向、長辺方向(図中左右方向)をX方向として以下説明するものとする。
As shown in FIG. 6, a substantially
アンカー部6の間隙5を隔てた内側には錘を兼ねた可動電極部8が形成されており、かつ、間隙9を隔てたY方向略中央部には一対の第1固定電極部10および第2固定電極部11が形成されている。これら第1、第2固定電極部10、11は、間隙9を介して非導通状態で配置されている。なお、アンカー部6は、ガラス基板2、3に陽極接合等により固定されている。
A
また、可動電極部8は、その長辺となるX方向の両辺とアンカー部6のX方向の両辺との間に形成されるばね部12を介して揺動自在に支持されており、物理量としての加速度の印加によって可動電極部8の移動が許容されるようになっている。このとき、図7に示すように、可動電極部8の両面とガラス基板2、3との間には空隙部δ1、δ2が設けられており、その空隙部δ1、δ2によって可動電極部8の変位が可能となっている。
Further, the
アンカー部6、可動電極部8、第1、第2固定電極部10、11およびばね部12は、シリコン基板4を、例えば、反応性イオンエッチング等により垂直エッチング加工することで形成されている。
The
図6に示すように、可動電極部8は、Y方向両側にX方向に沿って配置される一対の電極幹部81、82と、これら電極幹部81、82のX方向中央部間を連結する櫛歯基部83とによって略H字状に形成されている。そして、可動電極部8の櫛歯基部83には、それぞれ複数の櫛歯電極84a、85aがX方向の一方側と他方側とに向けて突出する第1櫛歯部分84および第2櫛歯部分85が設けられている。
As shown in FIG. 6, the
一方、固定電極部10、11は、可動電極部8の櫛歯基部83を挟んで、一対の電極幹部81、82間に左右対称に配置されており、互いに対向する側とは反対側、つまり、アンカー部6の短辺となるY方向の両辺に位置する側が基部10a、11aとなっている。そして、それら基部10a、11aには、可動電極部8の櫛歯基部83に向かって複数の櫛歯電極10Ta、11Taが突出する第3櫛歯部分10Tおよび第4櫛歯部分11Tが設けられている。また、基部10a、11aは、図7に示すように、その基部10a、11aの上面全体が上側のガラス基板2に、かつ、下面一部が下側のガラス基板3にそれぞれ陽極接合等により固定されている。
On the other hand, the fixed
図6に示すように、可動電極部8の第1櫛歯部分84と固定電極部10の第3櫛歯部分10Tとが互いに噛合されているとともに、可動電極部8の第2櫛歯部分85と固定電極部11の第4櫛歯部分11Tとが互いに噛合されている。このとき、第1櫛歯部分84の櫛歯電極84aと第3櫛歯部分10Tの櫛歯電極10Taとの間、および第2櫛歯部分85の櫛歯電極85aと第4櫛歯部分11Tの櫛歯電極11Taとの間には、Y方向に対して互いに逆となる側にそれぞれ所定の検知部が設けられている。そして、それぞれの検知部間のギャップに蓄積した静電気の変化(静電容量変化)を検出するようになっている。
As shown in FIG. 6, the first
ばね部12は、可動電極部8のY方向両側とX方向両側とに位置して、合計4箇所設けられている。それぞれのばね部12は、例えば、連続する一本の細長い線状部を複数段のつづら折り状に折曲した状態で形成することができ、ばね部12全体で可動電極部8の変位を許容するように弾発力をもって支持している。
The
このとき、アンカー部6と可動電極部8との間には、その可動電極部8のX方向およびY方向への変位量を制限するストッパー部13が配置されている。これにより、過大な加速度の入力によって、可動電極部8がアンカー部6に衝突して固着してしまうのを防止できるようにしている。
At this time, between the
可動電極部8とアンカー部6とは、ばね部12を介して互いに電気的に導通されており、アンカー部6の一対の長辺のX方向中央部には、可動電極部8と電気的に導通する端子14、15が設けられている。また、固定電極部10、11の基部10a、11aには、その固定電極部10、11と直接導通する端子16、17が設けられている。
The
そして、図7に示すように、上側のガラス基板2には、各端子14〜17に対応した部位にそれぞれテーパ状の開口部2Hがエッチングにより穿設され、これら開口部2Hの内周にそれぞれ設けた配線2Hcを各端子14〜17に導通させてある。
Then, as shown in FIG. 7, the
このように構成された加速度センサ1は、印加される加速度によって可動電極部8が固定電極部10、11に対してY方向に変位する。これにより、第1櫛歯部分84と第3櫛歯部分10Tとの間の静電容量、および第2櫛歯部分85と第4櫛歯部分11Tとの間の静電容量が変化する。そして、それらの静電容量変化は、電気信号として各端子14〜17から配線2Hcを介して外部に取り出され、それらの静電容量信号を処理することにより、印加された加速度の大きさを検知することができる。
In the
ここで、本実施形態では、固定電極部10、11の櫛歯部分10T、11Tのうち最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極10Ta′,10Ta′、11Ta′,11Ta′の付け根部分に、その第1の櫛歯電極よりも幅広となる補強部21を設けている。
Here, in the present embodiment, the roots of the pair of first comb-tooth electrodes 10Ta ′, 10Ta ′, 11Ta ′, 11Ta ′ arranged on the outermost sides of the comb-
また、それ以外の一対の第1の櫛歯電極10Ta′,10Ta′、11Ta′,11Ta′間に配置される第2の櫛歯電極10Ta″、11Ta″を、第1の櫛歯電極10Ta′、11Ta′よりも長く形成してある。 Further, the second comb electrodes 10Ta ″, 11Ta ″ arranged between the other pair of first comb electrodes 10Ta ′, 10Ta ′, 11Ta ′, 11Ta ′ are replaced with the first comb electrodes 10Ta ′. , 11Ta ′.
さらに、本実施形態では、第2の櫛歯電極10Ta″、11Ta″を長くしたことにより、可動電極部8の第2の櫛歯電極10Ta″、11Ta″の先端部と対向する位置に、その先端部が入り込む凹部25が設けられている。
Furthermore, in the present embodiment, the second comb-tooth electrodes 10Ta ″ and 11Ta ″ are lengthened, so that the positions of the
以上の構成により、第5実施形態の加速度センサ1Dによれば、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分に補強部21を設けたので、その補強部21によって第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の強度を高めることができる。これにより、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)がセンサ製造工程中の周波数で破損してしまうのを抑制することができる。
With the above configuration, according to the
また、それ以外の第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)を、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)よりも長く形成したので、センサ感度が低下してしまうのを回避することができる。すなわち、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分に補強部21を設ける構成では、その補強部21によって第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の櫛歯電極84a(85a)との対向面積がA1分だけ減少してしまうこととなる。しかしながら、第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)を第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)よりも長くすることで、その減少分を第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)の延長部分でA2分だけ補うことができ、センサ感度の低下を防止できる。
Further, since the other second comb-tooth electrode 10Ta ″ (11Ta ″) is formed longer than the first comb-tooth electrode 10Ta ′ (11Ta ′), it is possible to avoid a decrease in sensor sensitivity. Can do. That is, in the configuration in which the reinforcing
また、本実施形態では、可動電極部8の第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)の先端部と対向する位置に、その第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)の先端部が入り込む凹部25を設けている。そのため、可動電極部8が減少するのは長くした第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)の先端部と対向する位置のみであるため、可動電極部8の重量の減少を最小限度にとどめてセンサ感度が低下してしまうのを抑制できる。
Further, in the present embodiment, the tip of the second comb electrode 10Ta ″ (11Ta ″) is located at a position facing the tip of the second comb electrode 10Ta ″ (11Ta ″) of the
なお、本実施形態が上記第3実施形態と異なる点は、本実施形態では第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)を3つ(複数)用いるようにしているが、第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)は1つでもいい点である。また、第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)を複数用いた場合には、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)よりも長ければ、それらを必ずしも等しい長さに形成する必要がない点である。 Note that the present embodiment differs from the third embodiment in that three (plural) second comb electrodes 10Ta ″ (11Ta ″) are used in the present embodiment. One electrode 10Ta ″ (11Ta ″) is sufficient. Further, when a plurality of second comb-tooth electrodes 10Ta ″ (11Ta ″) are used, it is necessary to form them in equal length if they are longer than the first comb-tooth electrodes 10Ta ′ (11Ta ′). There is no point.
[第6実施形態]
図8は、本発明の第6実施形態を示した図であり、上記第5実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。
[Sixth Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. The same components as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本実施形態の加速度センサ1Eが、上記第5実施形態の加速度センサ1Dと主に異なる点は、補強部21Aを第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分から固定電極部の基部10a(11a)に向かって、滑らかに拡幅する円弧状に形成したことにある。また、本実施形態では、第2の櫛歯電極10Ta″(11Ta″)の先端部を受け入れる凹部25Aにあっても円弧状に形成している。その他の構成は第5実施形態と同様である。
The
以上の構成により、第6実施形態の加速度センサ1Eによれば、上記第5実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、補強部21Aを内側が滑らかに連続する円弧形状としてある。これにより、第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の付け根部分への応力集中を緩和することができ、その第1の櫛歯電極10Ta′(11Ta′)の破損抑制効果をより一層高めることができる。
With the above configuration, according to the
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 embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、半導体物理量センサとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、可動電極を変位させる物理量であれば、その物理量の検出センサとして本発明を適用できる。 For example, in the above embodiment, the acceleration sensor is exemplified as the semiconductor physical quantity sensor. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied as a detection sensor for the physical quantity as long as the physical quantity displaces the movable electrode.
1、1A、1B、1C、1D、1E 加速度センサ(半導体物理量センサ)
6 アンカー部
8 可動電極部
10、11 固定電極部
10T 第3櫛歯部分(固定電極部の櫛歯部分)
10Ta′ 第1の櫛歯電極
10Ta″ 第2の櫛歯電極
11T 第4櫛歯部分(固定電極部の櫛歯部分)
11Ta′ 第1の櫛歯電極
11Ta″ 第2の櫛歯電極
12 ばね部
20 拡張部
21、21A 補強部
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Acceleration sensor (Semiconductor physical quantity sensor)
6
10Ta ′ first comb-tooth electrode 10Ta ″ second comb-
11Ta '1st comb-tooth electrode 11Ta "2nd comb-
Claims (6)
前記アンカー部にばね部を介して揺動自在に支持される可動電極部と、
前記可動電極部に櫛歯状に噛合される固定電極部と、を備え、
前記固定電極部は、櫛歯部分のうち最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極と、前記第1の櫛歯電極間に配置される複数の第2の櫛歯電極とを有しており、
前記第1の櫛歯電極を、前記第2の櫛歯電極よりも短く形成するとともに、前記第2の櫛歯電極を、互いに等しい長さに形成したことを特徴とする半導体物理量センサ。 An anchor part,
A movable electrode portion swingably supported by the anchor portion via a spring portion;
A fixed electrode part meshed with the movable electrode part in a comb-tooth shape,
The fixed electrode portion includes a pair of first comb electrodes disposed on the outermost side of the comb-tooth portion, and a plurality of second comb electrodes disposed between the first comb-tooth electrodes. And
A semiconductor physical quantity sensor characterized in that the first comb-teeth electrode is formed shorter than the second comb-teeth electrode, and the second comb-teeth electrodes are formed to have the same length.
前記アンカー部にばね部を介して揺動自在に支持される可動電極部と、
前記可動電極部に櫛歯状に噛合される固定電極部と、を備え、
前記固定電極部は、櫛歯部分のうち最両側に配置される一対の第1の櫛歯電極と、前記第1の櫛歯電極間に配置される1つ又は複数の第2の櫛歯電極とを有しており、
前記第1の櫛歯電極の付け根部分に、当該第1の櫛歯電極よりも幅広となる補強部を設けるとともに、前記第2の櫛歯電極を、前記第1の櫛歯電極よりも長く形成したことを特徴とする半導体物理量センサ。 An anchor part,
A movable electrode portion swingably supported by the anchor portion via a spring portion;
A fixed electrode part meshed with the movable electrode part in a comb-tooth shape,
The fixed electrode portion includes a pair of first comb electrodes disposed on the outermost side of the comb portion, and one or a plurality of second comb electrodes disposed between the first comb electrodes. And
A reinforcing portion that is wider than the first comb-teeth electrode is provided at the base of the first comb-teeth electrode, and the second comb-teeth electrode is formed longer than the first comb-teeth electrode. A semiconductor physical quantity sensor characterized by that.
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2012
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