JP2014002110A - 静電容量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭い空隙を備え、静電容量のばらつきが小さく、且つ、静電容量出力のばらつきの小さい、静電容量形成部を有する静電容量検出装置を提供する。
【解決手段】固定電極１１と、可動電極１０の間の距離である空隙が、一部が除去された少なくとも第２の電極膜１８の厚みで正確に設定でき、狭い間隔で一定に形成できる、静電容量、および、センサ特性の安定性に優れた静電容量検出装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、物体の加速度などの物理量を静電容量の変化により検出する静電容量検出装置に関する。

加速度センサや角速度センサなどの物理量センサが広く実用化されている。加速度センサは、ゲーム機、入力デバイス、携帯情報端末などの電子機器から、自動車用のカーナビゲーションシステムやエアバッグシステムなどの車両用制御機器に用いられている。また、角速度センサは、デジタルカメラなどの電子機器から、カーナビゲーションシステムや車体制御システムなどの車載機器などがその代表的な用途である。さらに近年では、これらのセンサを組み合わせた複合センサが研究開発されており、物理量センサの用途は急速に拡大している。

これらの物理量センサの代表的な方式として、固定電極と可動電極の間の静電容量の変化を検出する静電容量式や、圧電体を用いた振動ジャイロが知られている。加速度センサとしては、例えば、特許文献１に示すような、櫛歯を用いた静電検出方式の加速度センサや、特許文献２に示すような、並行平板電極を用いた静電検出式の加速度センサが開示されている。

また、角速度センサとしては、特許文献３に示すような、基板上に形成した圧電薄膜を用いた振動ジャイロセンサが開示されている。

特開２００１−００４６５８号公報 特開２００９−０６３４３０号公報 特開２０１０−２３８８５６号公報

特許文献３に開示されているような角速度センサや、特許文献１、２に開示されているような加速度センサが一般的に知られている一方、角速度センサと加速度センサを一体とした物理量センサへの要求が近年高まっている。

特に、一体型の物理量センサを実現するにあたり、以下のような課題が考えられている。例えば、加速度センサ等の、静電検出方式のセンサまたは、静電容量検出装置では、外部からの入力によってセンサ本体に対して変位可能な可動電極と、センサ本体に対して固定された固定電極が対向して空隙を介して形成されており、その空隙によって形成される静電容量の変化によって物理量を検出する方式が一般的である。すなわち、外部からの入力によって可動電極と固定電極の相対的な位置関係が変化した場合に、それらの電極間の静電容量の変化を用いて加速度などの物理量を検出する方式である。

この方式の場合、物理量の入力による可動電極の変位量は極めて小さく通常マイクロメータかそれよりも小さいオーダーであるため、それによって得られる静電容量の変化量を少しでも大きくするために、可動電極と固定電極間の距離すなわち空隙をマイクロメーター程度かそれ以下まで小さくする必要がある。さらに、空隙を一定の距離で形成することが必要とされ、この距離がウェハ内の素子間あるいはウェハ間でばらつくことにより、入力ゼロ時の静電容量や、物理量が入力された際の静電容量の変化量が変動し、出力がばらつく原因となる。したがって、この空隙の距離は高精度に一定でなければならない。

しかし、可動電極と固定電極間の距離すなわち空隙を、マイクロメーター程度かそれ以下の距離で安定して高精度に形成することは容易ではない。シリコン深堀りエッチングや異方性ウェットエッチング方法などを用いた高度な基板加工技術が必要とされるばかりでなく、それらの技術をもってしても高い精度で加工することは難しく、ＭＥＭＳ製品製造での大きな課題となっている。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、狭い空隙を備え、静電容量のばらつきが小さく、且つ、静電容量出力のばらつきの小さい、静電容量形成部を有する静電容量検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、静電容量の変化を用いて物理量を検出するための静電容量形成部を備えた静電容量検出装置であって、前記静電容量形成部は、第１の基板と、第２の基板を備えており、前記第１の基板上には、一方の主面に形成された第１の電極膜と、第２の電極膜、および、前記第１の電極膜と前記第２の電極膜の間に形成された圧電体膜を有しており、前記第２の基板上には、一方の主面に形成された第３の電極膜を有しており、前記第１の基板と、前記第２の基板は、お互いの電極面が対向した部分で接合されており、前記第１の電極膜の一部と、前記第３の電極膜の一部が、物理量の入力に対して相対的に変位可能となるように前記第２の電極膜が除去されていることを特徴とする静電容量検出装置である。

こうすることにより、第３の電極膜からなる固定電極と、第１の電極膜からなる可動電極の間の距離である空隙が、一部が除去された少なくとも第２の電極膜の厚みで正確に設定でき、狭い間隔で一定に形成できる。その結果、静電容量が安定に実現でき、加速度出力などのセンサ特性の安定性に優れた物理量センサ、すなわち、静電容量検出装置が実現できる。

さらに、静電容量形成部において、前記圧電体膜の一部が除去されていることにより、積層工程の過程において、空隙の寸法制御を正確に行うことができる。

本発明により、狭い空隙を備え、静電容量のばらつきが小さく、且つ、静電容量出力のばらつきの小さい、静電容量形成部を有する静電容量検出装置を提供することができる。

実施形態の静電容量検出装置を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における実施形態、実施例１の静電容量検出装置の断面図である。 図１のＡ−Ａ線における比較例の静電容量検出装置の断面図である。 図１のＡ−Ａ線における実施例２の静電容量検出装置の断面図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、実施形態に係る静電容量検出装置１の内部構成を示す。この静電容量検出装置１は、例えば、角速度センサ部２と、静電容量形成部である加速度センサ部３を有する物理量センサである。なお、図１では、配線、外部との電気的接続を取るための接続端子、ならびに角速度センサ部２の検出電極は省略されている。角速度センサ部２は固定部４によって固定支持されており、駆動電極５に電圧を加えることにより振動腕６が左右方向すなわち、Ｘ軸方向に振動可能なように構成されている。

図１の静電容量検出装置１の長手方向すなわち、Ｙ軸方向の回転軸２１の周りに回転が発生すると、コリオリ力により左右方向すなわち、Ｘ軸方向に振動している駆動腕６が厚み方向すなわち、Ｚ軸方向に変位を開始するため、この厚み方向の変位を検出電極により検知することで角速度が測定できる。

一方、静電容量形成部である加速度センサ部３は、加速度センサ部用固定部７から角速度センサ部２を取り囲むように、角速度センサ２の両側に延びた支持腕８を介して可動部９が形成されており、可動部９の表面には可動電極１０が形成されている。図２は、図１の、Ａ−Ａ線における断面図であるが、この加速度センサ部３は、図１の左右方向すなわち、Ｘ軸方向の加速度入力に対して、左右方向に変位可能になっており、図２に示すように、その変位を可動電極１０と、対向して形成された固定電極１１の間の静電容量の変化によって検出することで加速度の測定ができる。

図２に示すように、角速度センサ部２と加速度センサ部３は、第１の基板１２から一体的に形成されるもので、例えば、シリコン(Ｓｉ)からなる第１の基板１２を深掘り加工することにより形成される。この第１の基板１２には、表面が対向するように第２の基板１３が接合されている。一方、第２の基板１３が接合されている面と反対側の面には、必要に応じて第３の基板１４が接合される。第１の基板１２と、第２の基板１３は、お互いの電極面が対向し、例えば、固定部４（図１）で接合されている。

角速度センサ部２は、図１のように、Ｓｉからなる第１の基板１２からなる一対の振動腕６と、それを固定する固定部４から形成されている。一般的に角速度センサは、音叉型やＨ型が知られているが、本実施形態では、図１のように、一対の振動腕からなる角速度センサ部２となっている。

角速度センサ部２には、図２のように、Ｓｉからなる第１の基板１２上に第１の電極膜１６、圧電体膜１７と、第２の電極膜１８が順に積層されている。

第１の電極膜１６と第２の電極膜１８の間に電圧を印加することにより、左右方向すなわち、Ｘ軸方向の振動腕６を振動させることができるようになっている。例えば、左右方向の一対の振動腕６の、それぞれの表面上に、長手方向すなわち、Ｙ軸方向に平行になるように各２本の第２の電極膜１８を加工して配置し、それら振動腕１本あたりにつき２本の第２の電極膜１８に位相が逆になるように交流電圧を印加することにより、一対の振動腕６は左右方向に振動するようになる。

このとき、図１に示すように、外部から振動腕６の長手方向すなわち、Ｙ軸方向の回転軸２１の周りの回転運動が加わると、振動腕６には駆動振動の方向すなわち、Ｘ軸方向と回転軸２１の周りの回転方向の両者に直交するようにコリオリ力が働き、厚み方向すなわち、Ｚ軸方向に振動が発生する。このコリオリ力による厚み方向の振動を検出できるように振動腕６上に図示しない検出電極を形成することにより、角速度が検出できる。

図２において、一方、静電容量形成部である加速度センサ部３では、可動部９の一方の表面に可動電極１０があり、一定の空隙Ｇを隔てて、可動電極１０の対向面には固定電極１１が形成されている。加速度センサ部３において、第１の電極膜１６の一部である可動電極１０と、第３の電極膜２２の一部である固定電極１１が、物理量の入力に対して相対的に変位可能となっている。なお、空隙Ｇは、空気、不活性ガス、または真空になっている。

可動電極１０は、成膜過程において、第１の基板１２上に成膜された第１の電極膜１６の一部が除去されて形成された膜であり、第１の電極膜１６の一部でもある。また、固定電極１１は、第２の基板１３上に形成されており、この固定電極１１は、成膜過程において、第２の基板１３上に成膜された第３の電極膜２２の一部が除去されて形成された膜であり、第３の電極膜２２の一部でもある。

また、加速度センサ部３は、形成時には第１の基板１２上に第１の電極膜１６を形成するなど、角速度センサ部２と共通の構造を有していたが、加速度センサ部３は、角速度センサ部２とは独立した機能を有するため、第１の基板１２や第１の電極膜１６などは、元々共通の基板や膜であったが、一部が除去されて構造上の分離をしている。

図２において、静電容量形成部である加速度センサ部３では、第１の電極膜１６の一部である可動電極１０と、第３の電極膜２２の一部である固定電極１１が、空隙Ｇを介して対向しており、この可動電極１０と固定電極１１と空隙Ｇにより静電キャパシタが形成されている。外部からの加速度により加速度センサ部３が変位すると、空隙Ｇの距離または対向した可動電極１０と固定電極１１の重なり面積が変化することにより、静電キャパシタの容量が変化し、加速度を検出することができる。

なお、第１の電極膜１６の一部である可動電極１０と、第３の電極膜２２の一部である固定電極１１は、金属や酸化物導電体などの導電性薄膜からなることが好ましいが、導電性のＳｉ基板を用いることにより導電性薄膜を用いずに電極を形成することが可能である。たとえば、可動電極側のＳｉを可動電極となる部分を残してエッチングすることにより、Ｓｉを電極とした可動電極が形成可能である。

図２において、静電容量形成部である加速度センサ部３では、角速度センサ部２で存在した第２の電極膜１８と圧電体膜１７が取り除かれており、存在していない。加速度センサ部３と、角速度センサ部２を形成する過程で、第１の電極膜１６の一部である可動電極１０と、第３の電極膜２２の一部である固定電極１１との距離である空隙Ｇは、加速度センサ部３で、第２の電極膜１８と圧電体膜１７が除去された膜厚に等しくなっており、これにより、全面にわたってほぼ一定な距離の空隙Ｇを形成することが可能である。

実施形態の静電容量検出装置１は、対向した平行平板電極間の容量変化を検出することにより加速度などの物理量を検出するための静電容量式の静電容量検出装置であって、対向面間の距離である空隙Ｇを第２の電極膜１８および、圧電体膜１７の厚さで制御することにより、空隙Ｇをマイクロメータオーダで正確に制御することができる。

圧電体膜１７には、ＰＺＴやＢａＴｉＯ_３に代表されるＡＢＯ_３（ＡはＢａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｉのうち少なくとも一種を含む。ＢはＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎの少なくとも一種を含む）で表されるペロブスカイト構造やイルメナイト構造の材料、ＺｎＯやＡｌＮなどのウルツァイト構造の材料、Ｂｉ層状化合物、タングステンブロンズ構造の材料、およびそれらの複合組成物が利用できる。

第１の電極膜１６、第２の電極膜１８、第３の電極膜２２にはＰｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属のほか、ＮｉＯ、ＳｒＲｕＯ_３などの酸化物導電体を利用することが好ましい。特に、Ｐｔを用いれば、エピタキシャル膜が得られやすく、密着性に優れた信頼性の高いセンサが得られる。

図２の、静電容量形成部である加速度センサ部３における、静電容量を形成する可動電極１０と固定電極１１は、図１に示すように、矩形などにパターン化された複数の領域が、直列または並列に配列されたものが好ましい。こうすることにより、横方向、すなわちＸ方向の変位に対する容量の変化量を大きくできるため、高感度で低ノイズのセンサが作製できる。

Ｓｉ基板上に形成される第１の電極膜１６、圧電体膜１７は配向膜であることが好ましく、エピタキシャル膜であることがより好ましい。エピタキシャル膜とは下地材料の格子によって特定の方向に結晶の配向方位が制御された膜であり、Ｘ線回折のθ―２θ測定において特定の方位の面と等価な回折のピークの強度に対し、それ以外のピークの強度が１０％以下となっている膜をいう。

各膜の膜厚は、第１の電極膜１６ならびに、第２の電極膜１８の厚さが５０ｎｍから１０００ｎｍ、圧電体膜１７の厚さが３００ｎｍから５μｍであることが好ましい。これらよりも薄くなるとそれぞれの膜の機能が十分に発揮されなくなる。また、これらの範囲よりも厚くなると、膜ハガレやクラックなどの不良が発生しやすくなるとともに、製造時に多くの時間や原料が必要となり製造効率が低下する。

第１の基板１２にはＳｉなどの半導体基板のほか、ガラス基板、セラミック基板などが利用できる。加速度センサ部３には反応性イオンエッチングやアルカリ溶液により深掘り加工の容易なＳｉ基板を利用することが好ましい。一方、第１の基板１２に対向して接合される第２の基板１３には、ガラス基板やＳｉ基板、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板を利用することが好ましい。こうすることにより、接合強度の高い陽極接合や高温接合が可能になり、信頼性の高い長期使用の可能なセンサが作成できる。

静電容量検出装置は、物理量センサとしては、圧電体膜の機能を使用したり、静電容量の変化を利用したりするものとして広く活用でき、加速度センサや角速度センサのほか、圧力センサや歪みセンサなどに活用可能である。

実施形態に基づく実施例について、詳細に説明する。各センサである素子は、例えばＳｉからなる円形状のウェハ上に電極膜等を形成した基板を用いて、一度に多数個形成される。本実施例および比較例では、第１の基板１２と第２の基板１３に、成膜やエッチング加工を行った後、貼り合わされて、さらに、ダイシングなどの工程により、素子毎に分離されて、単体のセンサ素子となる。

（実施例１）
実施例１として、図２に示すように、第１の基板１２であるＳｉ基板上に厚さ２００ｎｍのＰｔ膜を第１の電極膜１６として形成し、その上にＰＺＴからなる圧電体膜１７を２μｍの厚さで形成した。いずれの膜もエピタキシャル膜であり、Ｐｔは（１００）配向のエピタキシャル膜、ＰＺＴは（００１）配向のエピタキシャル膜であった。このＰＺＴ膜上に第２の電極膜１８として多結晶Ｐｔ膜を２００ｎｍの厚さで形成した。

第１の基板１２に対し、第１の電極膜１６、圧電体膜１７、第２の電極膜１８のパターンニング加工を行った。角速度センサ部２は第１の電極膜１６、圧電体膜１７、第２の電極膜１８をパターンニング加工して、図１に示す駆動電極部５、図示しない検出電極部を形成した。一方、加速度センサ部３には、第２の電極膜１８と圧電体膜１７を除去し、その下の第１の電極膜１６を加工して静電検出のための可動電極１０を形成した。

また、静電容量形成部である加速度センサ部３は、角速度センサ部２とは独立した機能を有するため、第１の基板１２や第１の電極膜１６を、構造上の分離をした。第１の基板１２や第１の電極膜１６の分離には、反応性イオンエッチング法をもちいた。膜が形成された基板上にフォトレジストを塗布し、露光、現像によりパターンニングした後に、反応性イオンエッチングを行い、第１の基板１２や第１の電極膜１６の分離を行った。反応性イオンエッチングにはＳｉの深彫り加工に有効なＤｅｅｐ−ＲＩＥ法が利用できる。

一方、第１の基板１２であるＳｉ基板と同じ形状、大きさの第２の基板１３であるガラス基板を用意し、角速度センサ部２の可動部に対向する箇所に、角速度センサ部２が基板の面内方向への駆動振動、ならびに基板の厚み方向への検出振動が可能なように溝２３を形成した。圧電体膜１７と溝２３との間隔Ｄは、角速度センサ部２の駆動振動および検出振動を妨げないのに十分な深さである１０μｍにした。

また、静電容量形成部である加速度センサ部３の第１の電極膜１６の一部である可動電極１０に対向する部分には第３の電極膜２２の一部である電極膜を厚さ１００ｎｍで形成し、パターンニング加工することにより固定電極１１を形成した。また、第２の基板１３に貫通配線１９を形成し端子２０と接続した。これらの第１の基板１２と第２の基板１３を、加速度センサ部３の可動電極１０と固定電極１１が対向するように接合した。これにより、第１の電極膜１６の一部である可動電極１０と、第３の電極膜２２の一部である固定電極１１との距離である空隙Ｇは、２．２μｍとなった。

こうして加工した第１の基板１２であるＳｉ基板と、第２の基板１３であるガラス基板を接合し、Ｓｉ深掘り加工により各センサ部の外形加工をした。ここでもう一枚の第３の基板１４であるガラス基板を、第１の基板１２の積層していない側の面上に、貼り合わせることで、各センサ部２、３を封止した。ダイシングにより、基板を切削し、物理量センサを各素子ごとに切り出し、静電容量検出装置１を作製した。

角速度センサ部２と、静電容量形成部である加速度センサ部３からなる物理量センサ、すなわち、静電容量検出装置１を、電子回路素子とともに容器に搭載し、ワイヤーボンドにより電気的な接続をとった後、金属からなる蓋により封止することで、角速度と加速度の検出機能を持つ静電容量検出装置１を作製した。

（比較例）
また、図３に示すように、比較例として、基板加工により空隙Ｇを形成したサンプルを作製し、実施例１と比較を行った。比較例のサンプルの作製方法は、実施例１と同様にして、駆動電極部５、図示しない検出電極部までを形成した。静電容量形成部である加速度センサ部３には、実施例１では、第２の電極膜１８と圧電体膜１７を除去し、その下の第１の電極膜１６を加工して静電検出のための可動電極１０を形成したが、比較例においては、実施例１とは異なり、加速度センサ部３の圧電体膜１７と第２の電極膜１８を除去をしないでおき、そのかわりに、第２の基板１３をエッチングして掘り下げることで、第２の電極膜１８と第３の電極膜２２の一部である固定電極１１の層の間に、実施例１の空隙Ｇと同じ深さの間隔を設けた。

図３に示すように、角速度センサ部２の可動部に対向する箇所の、溝２３を含む間隔Ｄはそのままであるが、静電容量形成部である加速度センサ部３には、第２の電極膜１８と第３の電極膜２２の一部である固定電極１１の層の間に、実施例１の空隙Ｇと同じ間隔である２．２μｍだけ、第２の基板１３であるＳｉをエッチングして掘り下げることで間隔を設けた。ここで設けた２．２ｕｍの間隔は、圧電体膜１７の厚さ２μｍと、第２の電極膜１８の厚さ０．２μｍの和である。

次に、作製した実施例１と比較例の静電容量検出装置に対して、静電容量形成部である加速度センサ部３の静電容量を測定した。作製した実施例１と比較例のそれぞれの静電容量検出装置について、全体で５００個作製し、その中から５０個を無作為に取り出し、静電容量の測定をした結果、設計値が５pＦに対し、比較例については、平均５pＦの静電容量となり、ばらつきは０．１５ｐＦであった。それに対し、実施例１においては、平均５ｐＦの静電容量は同等であったが、ばらつきは０．０５ｐＦ以内となり、比較例に比べて、ばらつきが約１／３に改善された。電極の面積が一定であれば、静電容量は電極間距離によって決定されるため、比較例に対して実施例１の加速度センサ部３の静電容量のばらつきが小さいことから、実施例１の加速度センサ部３では均一な間隔Ｇが精度よく形成できていることが示された。

一方、加速度がない状態、すなわち、加速度入力ゼロの時のゼロ点出力について、設計値が２．５Ｖになるように加速度検出回路のゲインを調整したものであるが、この状態から、加速度１Ｇを印加したときの出力を測定した。その結果、比較例は、平均３．５Ｖとなり、ばらつきが０．１Ｖであった。それに対し、実施例１においては、平均３．５Ｖとなり、ばらつきが０．０２５Ｖとなり、実施例１は比較例に比べて、ばらつきが約１／４に改善された。

さらに、加速度の影響に対する角速度について、外部からの１Ｇの加速度の入力に対する角速度出力も確認した。実施例１において、加速度がない状態での角速度出力に対して、加速度１Ｇを印加したときの角速度出力は、出力値についても、また、ばらつきについても、同等であり、加速度が生じても、角速度検出については、加速度の影響を受けない安定した出力が得られることが確認できた。すなわち、本実施例の静電容量検出装置として十分な特性を確認できた。

上記の、実施例１と比較例の静電容量と加速度出力の結果から、実施例１による静電容量検出装置が、静電容量と加速度出力のばらつきの小さい安定した静電容量検出装置であることが確認された。すなわち、実施例１の構造を用いることで、安定して高精度に一定に狭い空隙Ｇを形成することが可能であり、その結果、静電容量と加速度出力のばらつきの小さい、すなわち、高感度の静電容量検出装置を得ることが可能であることを確認できた。対向する電極の面積が一定であれば、静電容量は電極間距離によって決定されるため、比較例に対して実施例１の静電容量形成部である加速度センサ部３の静電容量のばらつきが小さいことから、実施例１の加速度センサ部３では均一な間隔Ｇが精度よく形成できていることが示された。

（実施例２）
図４は、実施例２を示す断面図である。図４に示すように、実施例１と比較して、実施例２では、静電容量形成部である加速度センサ部３における第２の電極膜１８が取り除かれているが、圧電体膜１７は取り除かれていないか、膜厚の一部が取り除かれるのみとなっている。加速度センサ部３は、もし、圧電体膜１７が残っている場合は、対向する電極の面積および、空隙Ｇが一定ならば、一般的に使用される、例えば、空隙Ｇに用いた絶縁層よりも、圧電体膜１７のほうが誘電率が大きいため、静電容量形成部である加速度センサ部３の静電容量は大きくなり、加速度などの検出感度を高くできる。

また、図４に示すように、静電容量形成部である加速度センサ部３において、比較例は、第２の電極膜１８と圧電体膜１７が残っているので、第２の基板１３を一部削ることで、空隙Ｇを、確保したのに対し、実施例２は、加速度センサ部３において、圧電体膜１７が残っているが、第２の電極膜１８を削除することで、空隙Ｇを、確保した。

第１の基板１２であるＳｉ基板上に厚さ２００ｎｍの第１の電極膜１６、厚さ１μｍの圧電体膜１７、厚さ１μｍの第２の電極膜１８をこの順番で形成した。形成した第１の電極膜１６、圧電体膜１７、第２の電極膜１８をパターニング加工した。角速度センサ部２は第１の電極膜１６、圧電体膜１７、第２の電極膜１８をパターニング加工して、駆動電極部５、図示しない検出電極部を形成した。一方、加速度センサ部３には、第２の電極膜１８を除去し、圧電体膜１７と第１の電極膜１６を加工して静電検出のための可動電極１０を形成した。他の工程は、実施例１と同じである。

次に、作製した実施例２と比較例の静電容量検出装置に対して、静電容量形成部である加速度センサ部３の静電容量を測定した。作製した実施例２と比較例のそれぞれの静電容量検出装置を、全体で５００個作製し、その中から５０個を無作為に取り出し、静電容量の測定をした結果、比較例については、設計値５pＦに対し、平均５pＦの静電容量となり、ばらつきは０．１５ｐＦであった。それに対し、実施例２においては、設計値１０pＦに対し、平均１０ｐＦの静電容量であり、ばらつきは０．１０ｐＦとなり、比較例に比べて、設計値が大きくなるとばらつきもそれに応じて大きくなってしまう傾向があるにもかかわらず、ばらつきが約０．０５ｐＦと逆に小さくなっており、大幅に改善されたことが確認できた。なお、静電容量の設計値が、空隙Ｇの材料の違いにより、比較例よりも実施例２のほうが増加している。

一方、加速度がない状態、すなわち、加速度入力ゼロの時のゼロ点出力について、設計値が２．５Ｖになるように加速度検出回路のゲインを調整したものであるが、この状態から、加速度１Ｇを印加したときの出力を測定した。その結果、比較例は、平均３．５Ｖとなり、ばらつきが０．１Ｖであった。それに対し、実施例２においては、平均３．５Ｖとなり、ばらつきが０．０３５Ｖとなり、実施例２は比較例に比べて、ばらつきが約１／３に改善された。

さらに、加速度の影響に対する角速度について、外部からの１Ｇの加速度の入力に対する角速度出力も確認した。実施例２において、加速度がない状態での角速度出力に対して、加速度１Ｇを印加したときの角速度出力は、出力値についても、また、ばらつきについても、同等であり、加速度が生じても、角速度検出については、加速度の影響を受けない安定した出力が得られることが確認できた。すなわち、本実施例の静電容量検出装置として十分な特性を確認できた。

上記の、実施例２と比較例の静電容量と加速度出力の結果から、実施例２による静電容量検出装置が、静電容量と加速度出力のばらつきの小さい安定した静電容量検出装置であることが確認された。すなわち、圧電体膜１７を残すことにより、静電容量を大きくすることができる上、加速度出力のばらつきについては、比較例のように静電容量形成部である加速度センサ部３の第３の基板１３の一部を削るという加工をするものに対して改善できることを確認できた。

また、実施例２と比較例にて静電容量の大きさは異なるが、比較例に対して実施例２の加速度センサ部３の静電容量のばらつきが小さいことから、実施例２の加速度センサ部３では均一な間隔Ｇが精度よく形成できていることが示された。すなわち、実施例２の構造を用いることで、安定して高精度に一定に狭い空隙Ｇを形成することが可能であり、その結果、静電容量と加速度出力のばらつきの小さい、すなわち、高感度の静電容量検出装置を得ることが可能であることを確認できた。

以上、加速度および角速度の検出を行うための物理量センサ、すなわち、静電容量検出装置について実施例を用いて説明したが、本技術を用いることで、静電容量の変化によって物理量を検出するさまざまなセンサ、具体的には、気体や液体などの圧力を検出する圧力センサやマイク、振動を検出するための振動センサ、衝撃センサなどに応用することが可能である。

１ 静電容量検出装置（物理量センサ）
２ 角速度センサ部
３ 静電容量形成部（加速度センサ部）
４ 固定部
５ 角速度センサ部の駆動電極
６ 振動腕
７ 加速度センサ固定部
８ 加速度センサ支持腕
９ 加速度センサ可動部
１０ 可動電極
１１ 固定電極
１２ 第１の基板
１３ 第２の基板
１４ 第３の基板
１６ 第１の電極膜
１７ 圧電体膜
１８ 第２の電極膜
１９ 貫通配線
２０ 端子
２１ 回転軸
２２ 第３の電極膜
２３ 溝

Claims (3)

1. 静電容量の変化を用いて物理量を検出するための静電容量形成部を備えた静電容量検出装置であって、
   前記静電容量形成部は、第１の基板と、第２の基板を備えており、前記第１の基板上には、一方の主面に形成された第１の電極膜と、第２の電極膜、および、前記第１の電極膜と前記第２の電極膜の間に形成された圧電体膜を有しており、
   前記第２の基板上には、一方の主面に形成された第３の電極膜を有しており、
   前記第１の基板と、前記第２の基板は、お互いの電極面が対向した部分で接合されており、前記第１の電極膜の一部と、前記第３の電極膜の一部が、物理量の入力に対して相対的に変位可能となるように前記第２の電極膜が除去されていることを特徴とする静電容量検出装置。
2. 前記静電容量形成部において、前記圧電体膜の一部が除去されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出装置。
3. 前記第１の基板と、前記第２の基板の、周辺部で対向する電極面で接合していることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の静電容量検出装置。
   
   

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