JP2014041033A - Inertial force sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度、角速度などの慣性力を静電容量変化により検出する慣性力センサに関し、特にセンサの防振構造に関するものである。 The present invention relates to an inertial force sensor that detects inertial force such as acceleration and angular velocity by a change in capacitance, and more particularly to a vibration isolation structure of the sensor.
本技術分野の背景技術として、下記の特許文献１、２がある。特許文献１には、角速度センサ素子を弾性部材としての接着材を介してパッケージに搭載し、保持させてなる角速度センサにおいて、弾性機能と組みつけ性との両立を適切に図る構造について記載されている。
特許文献２には、圧電体を用いた加速度センサにおいて、２つの振動体を入れ子にする構造について記載されている。
As background arts in this technical field, there are the following Patent Documents 1 and 2. Patent Document 1 describes a structure that appropriately achieves both an elastic function and an assembling property in an angular velocity sensor in which an angular velocity sensor element is mounted and held on a package via an adhesive as an elastic member. Yes.
Patent Document 2 describes a structure in which two vibrating bodies are nested in an acceleration sensor using a piezoelectric body.
前述の特許文献１には、弾性材料である接着材を防振部材として機能させることにより、外部からの不要振動である外乱振動を減衰させることを可能としている。しかしながら、特許文献１のような構造の場合、低コスト化を目的に接着材周りをモールド樹脂で覆うと、接着材が固定され外乱振動の減衰が困難であるという課題が残されている。 In the above-mentioned Patent Document 1, it is possible to attenuate disturbance vibration, which is unnecessary vibration from the outside, by causing an adhesive material, which is an elastic material, to function as a vibration isolation member. However, in the case of the structure as in Patent Document 1, if the periphery of the adhesive is covered with a mold resin for the purpose of cost reduction, the problem remains that the adhesive is fixed and it is difficult to attenuate disturbance vibration.
また、前述の特許文献２のような構造の場合、２つの振動体を支持する梁を作用する加速度に対してそれぞれ歪が異なる構造にすることによって、レベルが大きく異なる加速度を検出することを可能としている。しかしながら、特許文献２のような構造の場合、外側の振動体で大きな加速度を検出可能とするために、入れ子構造の外側の梁剛性を大きくしている。これにより、センサ素子内部において、外部からの外乱振動を減衰する効果がないという課題が残されている。
そこで、本発明は、外乱振動が作用した場合において、センサ素子内部で外乱振動を減衰することを可能とする慣性力センサを提供することを目的とする。
Further, in the case of the structure as described in Patent Document 2, it is possible to detect accelerations with greatly different levels by making the structures have different strains with respect to the acceleration acting on the beams supporting the two vibrating bodies. It is said. However, in the case of the structure as in Patent Document 2, the outer beam rigidity of the nested structure is increased in order to enable detection of a large acceleration with the outer vibrating body. Thereby, the subject that there is no effect which attenuates the disturbance vibration from the outside inside a sensor element remains.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an inertial force sensor capable of attenuating disturbance vibration inside the sensor element when disturbance vibration is applied.
上記目的は、固定部と、可とう性を有する第１の梁を介して前記固定部に保持される質量体と、可とう性を有する第２の梁を介して前記質量体に保持される振動体とを有し、前記質量体は前記固定部の内側に配置されるとともに、前記振動体は前記質量体の内側に配置され、前記第１の梁が前記第２の梁より剛性が小さく構成され、前記振動体の変位に基づいて慣性力を検出する慣性力センサにより達成される。
The object is to be held by the mass body via the fixing portion, the mass body held by the fixing portion via the first beam having flexibility, and the second beam having flexibility. A vibrating body, the mass body is disposed inside the fixed portion, the vibrating body is disposed inside the mass body, and the first beam is less rigid than the second beam. This is achieved by an inertial force sensor configured to detect an inertial force based on the displacement of the vibrating body.
本発明によれば、慣性力センサにおいて、センサ素子内部に防振構造を形成することにより、センサ外部から印加される外乱振動を抑制することが可能な慣性力センサを提供できる。例えば、低コスト化を目的に、センサ素子や接着材周りをモールド樹脂で覆う場合においても、外乱振動を抑制する効果を有する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inertial force sensor which can suppress the disturbance vibration applied from the outside of a sensor can be provided in an inertial force sensor by forming a vibration proof structure inside a sensor element. For example, even when the sensor element and the adhesive material are covered with a mold resin for the purpose of cost reduction, there is an effect of suppressing disturbance vibration.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下に、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。本発明の対象は慣性力センサであり、以下の実施例では静電容量検出式角速度センサを例にして記述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The subject of the present invention is an inertial force sensor. In the following embodiments, a capacitance detection type angular velocity sensor will be described as an example.
図１は、実施例１の角速度センサの鳥瞰図である。図２は、角速度センサの平面図であり、図３は角速度センサの防振機能概念図である。図４は、図２中のＡ−Ａ’断面における概略断面図である。図５は、角速度センサの実装断面図である。 FIG. 1 is a bird's-eye view of the angular velocity sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the angular velocity sensor, and FIG. 3 is a conceptual diagram of an image stabilization function of the angular velocity sensor. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line A-A ′ in FIG. 2. FIG. 5 is a mounting sectional view of the angular velocity sensor.
図1と図２に示すように、本実施例における角速度センサは、活性層基板１１と支持基板１２の間に絶縁層１３を挟んだ状態である貼りあわせ基板を使用した。 As shown in FIGS. 1 and 2, the angular velocity sensor in this example used a bonded substrate in which an insulating layer 13 was sandwiched between an active layer substrate 11 and a support substrate 12.
角速度センサの振動体を構成する２つの振動子１４ａ，１４ｂは、固定部１６ａ〜１６ｄ以外の領域が支持基板１２から絶縁層１３の厚さだけ浮いた構造となっている。図示はしないが、２つの振動子１４ａ，１４ｂは、励振手段により振動させられる。固定部１６ａ〜１６ｄには４本の梁からなる第１の梁１５ａ〜１５ｄが延設されており、質量体１を保持している。質量体１には４本の梁からなる第２の梁２ａ〜２ｄが延設されており、振動子１４ａ，１４ｂを保持している。
質量体１と振動子１４ａ，１４ｂは面内方向に振動可能な状態で支持されており、加えられた角速度によって振動する構造となっている。なお、第１の梁１５ａ〜１５ｄと第２の梁２ａ〜２ｄは、ばね機構の役割を持つ。例えば、振動子１４ａ，１４ｂが角速度を受けた場合に、振動子１４ａ，１４ｂに発生する慣性力により、振動子１４ａ，１４ｂが変位するが、角速度印加終了とともに第１の梁１５ａ〜１５ｄと第２の梁２ａ〜２ｄのばね力により元の位置に復元する。
振動子１４ａ，１４ｂは、振動方向と直交した方向に可動電極１７ａ，１７ｂを備えている。可動電極１７ａ，１７ｂは振動子１４ａ，１４ｂと連動して変位する。質量体１には可動電極１７ａ，１７ｂと対向するように検出電極２１ａ，２１ｂが設けられており、慣性力の印加に伴う振動子１４ａ，１４ｂの変位を静電容量の変化として検出可能とする。
また、振動子１４ａ，１４ｂは互いにメカニカルリンク１８により連結されている。振動子１４ａ，１４ｂ間では、メカニカルリンク１８を通じ、双方の振動エネルギーの授受が行われる。
角速度センサはカメラの手ぶれ防止機能や車体姿勢制御機能、カーナビゲーションなどに利用されており、カメラの手ぶれ防止にはDC〜２００Hz、車体姿勢制御にはDC〜５０Hz、カーナビゲーションにはDC〜１０Hzの周波数帯域の角速度を計測する必要がある。このように、角速度センサで低周波での挙動を精度よく観察するには、使用周波数帯域より高周波の外乱振動を抑制する必要がある。
図１〜図３に示すように、第１の梁１５ａ〜１５ｄと第２の梁２ａ〜２ｄの剛性は異なっており、第１の梁１５ａ〜１５ｄよりも第２の梁２ａ〜２ｄの方が大きくなっている。剛性の小さな第１の梁１５ａ〜１５ｄが剛性の大きな第２の梁２ａ〜２ｄの外側に配置されている。外部からの振動は固定部１６ａ〜１６ｄから伝播し、角速度を計測するための振動子１４ａ，１４ｂに伝搬される。よって、前述したように角速度を計測するのに必要な周波数帯域は低周波であるため、第１の梁１５ａ〜１５ｄで高周波振動を抑制するローパスフィルターの効果を持たせた。また、ローパスフィルターの共振周波数は外部環境を考慮し、外乱振動が大きい周波数と離す設計となっている。
例えば、第１の梁１５ａ〜１５ｄの剛性は、角速度センサの励振周波数である１０kHz以上になる剛性とし、第２の梁２ａ〜２ｄの剛性は１kHz以下のローパスフィルター機能を備える剛性にする。
The two vibrators 14 a and 14 b constituting the vibrating body of the angular velocity sensor have a structure in which the region other than the fixing portions 16 a to 16 d is floated from the support substrate 12 by the thickness of the insulating layer 13. Although not shown, the two vibrators 14a and 14b are vibrated by the excitation means. First beams 15a to 15d made of four beams are extended to the fixing portions 16a to 16d, and hold the mass body 1. The mass body 1 is extended with second beams 2a to 2d composed of four beams, and holds the vibrators 14a and 14b.
The mass body 1 and the vibrators 14a and 14b are supported so as to be able to vibrate in the in-plane direction, and have a structure that vibrates according to the applied angular velocity. Note that the first beams 15a to 15d and the second beams 2a to 2d have a role of a spring mechanism. For example, when the vibrators 14a and 14b receive an angular velocity, the vibrators 14a and 14b are displaced by the inertial force generated in the vibrators 14a and 14b. It is restored to its original position by the spring force of the two beams 2a to 2d.
The vibrators 14a and 14b include movable electrodes 17a and 17b in a direction orthogonal to the vibration direction. The movable electrodes 17a and 17b are displaced in conjunction with the vibrators 14a and 14b. The mass body 1 is provided with detection electrodes 21a and 21b so as to face the movable electrodes 17a and 17b, and the displacement of the vibrators 14a and 14b due to the application of inertial force can be detected as a change in capacitance. .
The vibrators 14 a and 14 b are connected to each other by a mechanical link 18. Between the vibrators 14 a and 14 b, both vibration energies are transferred through the mechanical link 18.
The angular velocity sensor is used for camera shake prevention function, body posture control function, car navigation, etc., camera shake prevention is DC-200Hz, body posture control is DC-50Hz, and car navigation is DC-10Hz. It is necessary to measure the angular velocity of the frequency band. As described above, in order to accurately observe the behavior at a low frequency with the angular velocity sensor, it is necessary to suppress disturbance vibration at a frequency higher than that in the use frequency band.
As shown in FIGS. 1 to 3, the rigidity of the first beams 15a to 15d and the second beams 2a to 2d is different, and the second beams 2a to 2d are more rigid than the first beams 15a to 15d. Is getting bigger. The first beams 15a to 15d having a small rigidity are arranged outside the second beams 2a to 2d having a large rigidity. External vibration propagates from the fixing portions 16a to 16d and propagates to the vibrators 14a and 14b for measuring the angular velocity. Therefore, since the frequency band necessary for measuring the angular velocity is low as described above, the first beams 15a to 15d have the effect of a low-pass filter that suppresses high-frequency vibration. In addition, the resonance frequency of the low-pass filter is designed to be separated from the frequency with large disturbance vibration in consideration of the external environment.
For example, the rigidity of the first beams 15a to 15d is set to be 10 kHz or more, which is the excitation frequency of the angular velocity sensor, and the rigidity of the second beams 2a to 2d is set to be a rigidity having a low-pass filter function of 1 kHz or less.
支持基板１２と固定部１６ａ〜１６ｄは絶縁層１３を間に挟むことによって絶縁されている。振動子１４ａ，１４ｂには、絶縁層１３を犠牲層エッチングする際に使用する、トレンチの貫通孔１９が複数備わっている。これは、振動子１４ａ，１４ｂを支持基板１２より浮かし、面内振動可能な状態とさせるために必要である。また、犠牲層エッチングを容易に進行させるために必要である。この場合、振動子１４ａ，１４ｂが支持基板１２より剥離しないように、固定部１６ａ〜１６ｄの形状はできるだけ大きくすることがよい。ここでは、貫通孔１９の形状は正方形とした。 The support substrate 12 and the fixing portions 16a to 16d are insulated by sandwiching the insulating layer 13 therebetween. The vibrators 14a and 14b are provided with a plurality of trench through holes 19 that are used when the insulating layer 13 is subjected to sacrificial layer etching. This is necessary to float the vibrators 14a and 14b from the support substrate 12 so that they can be vibrated in the plane. Further, it is necessary to facilitate the sacrificial layer etching. In this case, the shapes of the fixing portions 16a to 16d are preferably made as large as possible so that the vibrators 14a and 14b are not separated from the support substrate 12. Here, the shape of the through hole 19 is a square.
第１の梁１５ａ〜１５ｄの端にある固定部１６ａ〜１６ｄには信号検出用の貫通配線２０ａ〜２０ｄが形成されている。 Through wires 20a to 20d for signal detection are formed in the fixing portions 16a to 16d at the ends of the first beams 15a to 15d.
角速度センサにｚ軸周りの角速度が印加されると、二つの振動子１４ａ，１４ｂはコリオリ力によりｙ軸方向の逆位相に変位する。 When an angular velocity around the z-axis is applied to the angular velocity sensor, the two vibrators 14a and 14b are displaced in opposite phases in the y-axis direction by Coriolis force.
図４に示すように、質量体１を覆うように、蓋２２を被せた構造とすることで、封止部３と外部との気体分子の移動を制限している。ここでは、蓋２２にホウケイ酸ガラスを用いた。
ホウケイ酸ガラスはシリコンとの陽極接合を可能とするガラスである。蓋２２と活性層基板１１に形成された封止用枠２５は陽極接合を用いて接合されている。
As shown in FIG. 4, the movement of gas molecules between the sealing portion 3 and the outside is limited by covering the mass body 1 with a cover 22. Here, borosilicate glass was used for the lid 22.
Borosilicate glass is a glass that enables anodic bonding with silicon. The sealing frame 25 formed on the lid 22 and the active layer substrate 11 is bonded using anodic bonding.
一方、陽極接合する際の電圧印加で発生する静電引力により、質量体１や振動子１４ａ，１４ｂが蓋２２に固着する問題がある。この問題回避のため、固着しない深さを備えた段差２４が形成されている。段差２４の底面にはガス吸着剤２３が備わっている。封止用枠２５と蓋２２の接合時に発生する気体分子（アウトガス）や水分、さらに、接合前か封止部３の内部に存在する気体分子はガス吸着剤２３により吸着される。ガス吸着剤２３は、外部からの気体分子、および、水分の流入を長期にわたり低減することを可能とし、封止部３の内部圧力維持を補助している。ガス吸着剤２３としては、ジルコニア系のものが適しており、少なくとも水分、酸素，水素，二酸化炭素，窒素などの一部または全部を吸着する特性を有する。 On the other hand, there is a problem that the mass body 1 and the vibrators 14a and 14b are fixed to the lid 22 due to electrostatic attraction generated by voltage application during anodic bonding. In order to avoid this problem, a step 24 having a depth that does not adhere is formed. A gas adsorbent 23 is provided on the bottom surface of the step 24. Gas molecules (outgas) and moisture generated when the sealing frame 25 and the lid 22 are joined, and gas molecules existing before joining or inside the sealing portion 3 are adsorbed by the gas adsorbent 23. The gas adsorbent 23 makes it possible to reduce the inflow of gas molecules and moisture from the outside over a long period of time, and assists in maintaining the internal pressure of the sealing portion 3. As the gas adsorbent 23, a zirconia-based one is suitable, and has a characteristic of adsorbing at least part or all of moisture, oxygen, hydrogen, carbon dioxide, nitrogen and the like.
貫通配線２０ａ〜２０ｄの材料にメッキ膜を用いた場合、メッキ膜による充填不良や、支持基板１２との線膨張係数の差による剥離のため、外部から気体分子や水分が封止部３に流入することが懸念される。そこで貫通配線２０ａ〜２０ｄには、支持基板１２や活性層基板１１と線膨張係数の合った低抵抗ポリシリコンを用いる。これにより、本実施例の貫通配線２０ａ〜２０ｄは、熱衝撃が加わったとしても、貫通配線２０ａ〜２０ｄの割れや剥離が発生しない構造となっている。 When a plated film is used as the material of the through wirings 20a to 20d, gas molecules and moisture flow into the sealing portion 3 from the outside due to poor filling due to the plated film and separation due to a difference in linear expansion coefficient from the support substrate 12. There is a concern to do. Therefore, low resistance polysilicon having a linear expansion coefficient matching that of the support substrate 12 and the active layer substrate 11 is used for the through wirings 20a to 20d. Accordingly, the through wirings 20a to 20d of the present embodiment have a structure in which the through wirings 20a to 20d are not cracked or peeled off even when a thermal shock is applied.
図５に示すように、角速度センサはセンサ素子６と半導体集積回路２９とモールド樹脂４とリードフレーム３３で構成されている。センサ素子６と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化、搭載性を向上させている。半導体集積回路２９とセンサ素子６は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。センサ素子６と半導体集積回路２９の周囲はモールド樹脂４で固められている。モールド樹脂４でセンサ素子６や半導体集積回路２９を囲むことで、封止部３への外部からのゴミや水分の影響を抑制し、ワイヤー３０を固定することでワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
センサ素子６と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている貫通配線２０ａ〜２０ｄと半導体集積回路２９の電極とを結線している。また、半導体集積回路２９の下にはリードフレーム３３が設置されており、半導体集積回路２９とリードフレーム３３はワイヤーボンディングすることにより電気的に接続されている。
As shown in FIG. 5, the angular velocity sensor includes a sensor element 6, a semiconductor integrated circuit 29, a mold resin 4, and a lead frame 33. The sensor element 6 and the semiconductor integrated circuit 29 are stacked and mounted to improve the miniaturization and mountability. The semiconductor integrated circuit 29 and the sensor element 6 are bonded with an adhesive 32. The adhesive material 32 is a silicon-based adhesive material having a low Young's modulus. The periphery of the sensor element 6 and the semiconductor integrated circuit 29 is fixed with a mold resin 4. By enclosing the sensor element 6 and the semiconductor integrated circuit 29 with the mold resin 4, the influence of dust and moisture from the outside on the sealing portion 3 is suppressed, and by fixing the wire 30, electrical leakage between the wires 30. Is prevented from occurring.
The sensor element 6 and the semiconductor integrated circuit 29 are electrically connected. That is, they are electrically connected by wire bonding via a wire 30 of gold or aluminum. The wire 30 connects the through wirings 20 a to 20 d formed on the support substrate 12 and the electrodes of the semiconductor integrated circuit 29. A lead frame 33 is installed under the semiconductor integrated circuit 29, and the semiconductor integrated circuit 29 and the lead frame 33 are electrically connected by wire bonding.
また、モールド樹脂４には、センサ素子６と半導体集積回路２９が外部と電気的に接続するためにリードフレーム３３が設けられている。このリードフレーム３３は４２アロイなどの通常のリードフレーム材料よりなる。 The mold resin 4 is provided with a lead frame 33 so that the sensor element 6 and the semiconductor integrated circuit 29 are electrically connected to the outside. The lead frame 33 is made of a normal lead frame material such as 42 alloy.
モールド樹脂４によりセンサ素子６は固定されているが、センサ素子６内部で防振構造を備えているため、本実施例の角速度センサは外乱振動を抑制可能である。
Although the sensor element 6 is fixed by the mold resin 4, the angular velocity sensor according to the present embodiment can suppress disturbance vibration because the sensor element 6 has a vibration isolation structure.
図６は、実施例２の角速度センサの鳥瞰図である。図７は、上部電極接合側の平面図であり、図８は図６中のＡ−Ａ’断面における概略断面図である。図９は、角速度センサの実装断面図である。
図６と図７に示すように、本実施例における角速度センサは、第一の基板である下部電極基板１５０、第二の基板であるセンサ基板１６０、第三の基板である上部電極基板１７０で構成される。下部電極基板１５０は活性層１２３を用い、下部電極１０２a，１０２ｂ、活性層気密枠１０３、固定部である下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂ、下部電極用活性層配線１１８a，１１８ｂ、振動体変位可能エリア１２２、上部電極用活性層固定部１０４a，１０４ｂ、振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄからなる。
センサ基板１６０はセンサ層１２４を用い、質量体１４１、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄ、振動子１０５a，１０５ｂ、センサ層固定部１１９a〜１１９ｄ、振動子支持梁１２０a〜１２０ｄ、上部電極用センサ層固定部１０６a，１０６ｂ、メカニカルリンク１３５、センサ層気密枠１０８からなる。
上部電極基板１７０は上活性層１２５を用い、上部電極１１１a，１１１ｂ、上活性層気密枠１１２、上部電極用上活性層固定部１１０a，１１０ｂ、振動体用上活性層固定部１３１a〜１３１ｄ、上振動体変位可能エリア１３２、下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂからなる。
下部電極１０２a，１０２ｂは、下部電極１０２a，１０２ｂを備えた活性層１２３と支持基板１０１の間に絶縁層１３０を挟んだ状態である貼りあわせ基板を使用した。これにより、活性層１２３と支持基板１０１は電気的に絶縁されている。下部電極１０２a，１０２ｂ、上部電極用活性層固定部１０４a，１０４ｂ、振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄ 、活性層気密枠１０３は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄは振動子１０５a，１０５ｂを固定するセンサ層固定部１１９a〜１１９ｄと接続している。また、下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂは下部電極用センサ層固定部１０７a，１０７ｂと接続しており、上部電極用活性層固定部１０４a，１０４ｂは上部電極用センサ層固定部１０６a，１０６ｂと接続している。接続している箇所が構成されている基板はそれぞれシリコン基板を用いており、同材料であるため線膨脹係数に差異がなく、温度変化に伴い発生する歪は小さい。接続には直接接合が用いられており、接合界面も上記固定部と同等の抵抗値であるため感度が低下することはない。
FIG. 6 is a bird's-eye view of the angular velocity sensor of the second embodiment. 7 is a plan view of the upper electrode bonding side, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 9 is a mounting sectional view of the angular velocity sensor.
As shown in FIGS. 6 and 7, the angular velocity sensor in this embodiment includes a lower electrode substrate 150 as a first substrate, a sensor substrate 160 as a second substrate, and an upper electrode substrate 170 as a third substrate. Composed. The lower electrode substrate 150 uses the active layer 123, the lower electrodes 102a and 102b, the active layer hermetic frame 103, the lower electrode active layer fixing portions 117a and 117b, which are fixing portions, the lower electrode active layer wirings 118a and 118b, and the vibrating body. It comprises a displaceable area 122, upper electrode active layer fixing portions 104a and 104b, and vibrator active layer fixing portions 116a to 116d.
The sensor substrate 160 uses the sensor layer 124, the mass body 141, the mass body support beams 142a to 142d, the vibrators 105a and 105b, the sensor layer fixing portions 119a to 119d, the vibrator support beams 120a to 120d, and the upper electrode sensor layer fixing. It consists of parts 106a and 106b, a mechanical link 135, and a sensor layer hermetic frame 108.
The upper electrode substrate 170 uses an upper active layer 125, and upper electrodes 111a and 111b, an upper active layer hermetic frame 112, upper active layer fixing portions 110a and 110b for upper electrodes, upper active layer fixing portions 131a to 131d for vibrators, It comprises a vibrating body displaceable area 132 and lower electrode upper active layer fixing portions 109a and 109b.
As the lower electrodes 102a and 102b, a bonded substrate in which the insulating layer 130 is sandwiched between the active layer 123 including the lower electrodes 102a and 102b and the support substrate 101 is used. Thereby, the active layer 123 and the support substrate 101 are electrically insulated. The lower electrodes 102a and 102b, the upper electrode active layer fixing portions 104a and 104b, the vibrator active layer fixing portions 116a to 116d, and the active layer hermetic frame 103 are electrically insulated by a space, and are mixed between adjacent structures. There is no.
The vibrator active layer fixing portions 116a to 116d are connected to sensor layer fixing portions 119a to 119d for fixing the vibrators 105a and 105b. The lower electrode active layer fixing portions 117a and 117b are connected to the lower electrode sensor layer fixing portions 107a and 107b, and the upper electrode active layer fixing portions 104a and 104b are connected to the upper electrode sensor layer fixing portions 106a and 106b. Connected. Since the silicon substrate is used for each of the substrates in which the connected portions are formed, since there is no difference in the linear expansion coefficient because of the same material, the strain generated with the temperature change is small. Direct connection is used for connection, and the bonding interface has a resistance value equivalent to that of the fixed portion, so the sensitivity does not decrease.
質量体１４１と質量体支持梁１４２a〜１４２ｄ、振動子１０５a，１０５ｂと振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは振動体変位可能エリア１２２の上部に構成されており、下部電極１０２a，１０２ｂを備えた活性層１２３から浮いた構造となっている。振動体変位可能エリア１２２は掘り下げられており、振動子１０５a，１０５ｂと下部電極１０２a，１０２ｂの浮上距離はセンサ層１２４と振動体変位可能エリア１２２の上面との距離と一致する。振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは直梁ではなく、折り返し梁でも良い。振動子１０５a，１０５ｂは振動子１０５a，１０５ｂの端部において４本の振動子支持梁１２０a〜１２０ｄにより架設されており、面内方向であるx，y方向と面外方向であるz方向にそれぞれ振動可能な状態で支持されている。振動子１０５a，１０５ｂは振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの端に延設されたセンサ層固定部１１９a〜１１９ｄによって、振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄに固定されており、振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは、ばね機構の役割を持つ。例えば、振動子１０５a，１０５ｂが面外方向の加速度や角速度を受けた場合に、振動子１０５a，１０５ｂに発生する慣性力により、振動子１０５a，１０５ｂが変位するが、加速度や角速度印加終了とともに上記振動子支持梁１２０a〜１２０ｄのばね力により元の位置に復元する。振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは振動子１０５a，１０５ｂと連動して振動する。また、振動子１０５a，１０５ｂは互いにメカニカルリンク１３５により連結されている。振動子１０５a，１０５ｂ間では、メカニカルリンク１３５を通じ、双方の振動エネルギーの授受が行われる。
角速度センサはカメラの手ぶれ防止機能や車体姿勢制御機能、カーナビゲーションなどに利用されており、カメラの手ぶれ防止にはDC〜２００Hz、車体姿勢制御にはDC〜５０Hz、カーナビゲーションにはDC〜１０Hzの周波数帯域の角速度を計測する必要がある。このように、角速度センサで低周波での挙動を精度よく観察するには、使用周波数帯域より高周波の外乱振動を抑制する必要がある。
質量体支持梁１４２a〜１４２ｄと振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの剛性は異なっており、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄよりも振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの方が大きくなっている。剛性の小さな質量体支持梁１４２a〜１４２ｄが剛性の大きな振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの外側に配置されている。外部からの振動はセンサ層固定部１１９a〜１１９ｄから伝播し、角速度を計測するための振動子１０５a，１０５ｂに伝搬される。よって、前述したように角速度を計測するのに必要な周波数帯域は低周波であるため、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄで高周波振動を抑制するローパスフィルターの効果を持たせた。また、ローパスフィルターの共振周波数は外部環境を考慮し、外乱振動が大きい周波数と離す設計となっている。
例えば、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄの剛性は、角速度センサの励振周波数である１０kHz以上になる剛性とし、振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの剛性は１kHz以下のローパスフィルター機能を備える剛性にする。
振動子１０５a，１０５ｂには、下部電極１０２a，１０２ｂと対向する範囲において可動電極の機能を備えている。下部電極１０２a，１０２ｂは振動子１０５a，１０５ｂと異なるサイズで形成した。これは可動部が面内方向であるx，y方向に振動した際に、振動子１０５a，１０５ｂが下部電極１０２a，１０２ｂの上部を外れるように動作すると、下部電極１０２a，１０２ｂと振動子１０５a，１０５ｂとの感度が低下し、見掛け上z方向に変位したように計測されるのを防止するためである。本実施例においては振動子１０５a，１０５ｂよりも下部電極１０２a，１０２ｂの方を大きな構造とした。振動子１０５a，１０５ｂ、センサ層気密枠１０８、上部電極用センサ層固定部１０６a，１０６ｂは空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
図６と図７に示すように、上部電極１１１a，１１１ｂは、上部電極１１１a，１１１ｂを備えた上活性層１２５と上支持基板１１３の間に上絶縁層１３４を挟んだ状態である貼りあわせ基板を使用した。これにより、上活性層１２５と上支持基板１１３は電気的に絶縁されている。上部電極１１１a，１１１ｂ、下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂ、上活性層気密枠１１２は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
The mass body 141 and the mass body support beams 142a to 142d, the vibrators 105a and 105b, and the vibrator support beams 120a to 120d are formed above the vibrator body displaceable area 122, and include an active layer including lower electrodes 102a and 102b. The structure is lifted from 123. The vibrating body displaceable area 122 is dug down, and the flying distance of the vibrators 105a and 105b and the lower electrodes 102a and 102b is equal to the distance between the sensor layer 124 and the upper surface of the vibrating body displaceable area 122. The vibrator support beams 120a to 120d may be folded beams instead of straight beams. The vibrators 105a and 105b are constructed by four vibrator support beams 120a to 120d at the ends of the vibrators 105a and 105b, and are respectively in the x and y directions which are in-plane directions and the z direction which is an out-of-plane direction. It is supported so that it can vibrate. The vibrators 105a and 105b are fixed to the active layer fixing parts 116a to 116d for vibrating bodies by sensor layer fixing parts 119a to 119d extending at the ends of the vibrator supporting beams 120a to 120d. ˜120d has a role of a spring mechanism. For example, when the vibrators 105a and 105b receive out-of-plane acceleration and angular velocity, the vibrators 105a and 105b are displaced by the inertial force generated in the vibrators 105a and 105b. The original position is restored by the spring force of the vibrator support beams 120a to 120d. The vibrator support beams 120a to 120d vibrate in conjunction with the vibrators 105a and 105b. The vibrators 105a and 105b are connected to each other by a mechanical link 135. Between the vibrators 105a and 105b, vibration energy of both is exchanged through the mechanical link 135.
The angular velocity sensor is used for camera shake prevention function, body posture control function, car navigation, etc., camera shake prevention is DC-200Hz, body posture control is DC-50Hz, and car navigation is DC-10Hz. It is necessary to measure the angular velocity of the frequency band. As described above, in order to accurately observe the behavior at a low frequency with the angular velocity sensor, it is necessary to suppress disturbance vibration at a frequency higher than that in the use frequency band.
The mass support beams 142a to 142d and the vibrator support beams 120a to 120d have different rigidity, and the vibrator support beams 120a to 120d are larger than the mass support beams 142a to 142d. Mass body support beams 142a to 142d having a small rigidity are arranged outside the vibrator support beams 120a to 120d having a large rigidity. External vibration propagates from the sensor layer fixing portions 119a to 119d and propagates to the vibrators 105a and 105b for measuring the angular velocity. Therefore, since the frequency band necessary for measuring the angular velocity is low as described above, the mass support beams 142a to 142d have the effect of a low-pass filter that suppresses high-frequency vibration. In addition, the resonance frequency of the low-pass filter is designed to be separated from the frequency with large disturbance vibration in consideration of the external environment.
For example, the rigidity of the mass support beams 142a to 142d is set to a rigidity of 10 kHz or more, which is the excitation frequency of the angular velocity sensor, and the rigidity of the vibrator support beams 120a to 120d is set to a rigidity having a low-pass filter function of 1 kHz or less.
The vibrators 105a and 105b have a function of a movable electrode in a range facing the lower electrodes 102a and 102b. The lower electrodes 102a and 102b were formed in a size different from that of the vibrators 105a and 105b. This is because when the movable parts vibrate in the x and y directions, which are in-plane directions, if the vibrators 105a and 105b operate so as to move off the upper parts of the lower electrodes 102a and 102b, the lower electrodes 102a and 102b and the vibrators 105a, This is to prevent the sensitivity with 105b from being lowered and to be measured as if apparently displaced in the z direction. In this embodiment, the lower electrodes 102a and 102b have a larger structure than the vibrators 105a and 105b. The vibrators 105a and 105b, the sensor layer hermetic frame 108, and the upper electrode sensor layer fixing portions 106a and 106b are electrically insulated by a space, and there is no cross line between adjacent structures.
As shown in FIGS. 6 and 7, the upper electrodes 111 a and 111 b are bonded substrates in a state where the upper insulating layer 134 is sandwiched between the upper active layer 125 including the upper electrodes 111 a and 111 b and the upper support substrate 113. It was used. Thereby, the upper active layer 125 and the upper support substrate 113 are electrically insulated. The upper electrodes 111a and 111b, the lower electrode upper active layer fixing portions 109a and 109b, and the upper active layer hermetic frame 112 are electrically insulated by a space, and there is no cross-talk between adjacent structures.
下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂと上部電極用上活性層固定部１１０a，１１０ｂと振動体用上活性層固定部１３１a〜１３１ｄは、上支持基板１１３の表面で電極パッド１１５に電気的に接続されている。電極パッド１１５は全て同じ面に形成されている。このため、センサや集積回路のパッケージの一種であるBGA（Ball Grid Array）を用いることが容易であり、高密度実装に適している。
下部電極１０２a，１０２ｂと同様に上部電極１１１a，１１１ｂも振動子１０５a，１０５ｂと対向するように構成されており、振動子１０５a，１０５ｂと異なるサイズで形成した。これは下部電極１０２a，１０２ｂと同様に可動部が面内方向であるx，y方向に振動した際に、振動子１０５a，１０５ｂが上部電極１１１a，１１１ｂの上部を外れるように動作すると、上部電極１１１a，１１１ｂとの静電容量が低下し、見掛け上z方向に変位したように計測されるのを防止するためである。本実施例においては振動子１０５a，１０５ｂよりも上部電極１１１a，１１１ｂの方を大きな構造とし、下部電極１０２a，１０２ｂと上部電極１１１a，１１１ｂは同じ大きさとした。振動子１０５a，１０５ｂには、上部電極１１１a，１１１ｂと対向する範囲において可動電極の機能を備えている。
The lower electrode upper active layer fixing portions 109a and 109b, the upper electrode upper active layer fixing portions 110a and 110b, and the vibrator upper active layer fixing portions 131a to 131d are electrically connected to the electrode pad 115 on the surface of the upper support substrate 113. It is connected to the. The electrode pads 115 are all formed on the same surface. For this reason, it is easy to use a BGA (Ball Grid Array) which is a kind of sensor or integrated circuit package, which is suitable for high-density mounting.
Similar to the lower electrodes 102a and 102b, the upper electrodes 111a and 111b are also configured to face the vibrators 105a and 105b, and are formed in a size different from that of the vibrators 105a and 105b. As with the lower electrodes 102a and 102b, when the movable portion vibrates in the x and y directions which are in-plane directions, when the vibrators 105a and 105b operate so as to move off the upper portions of the upper electrodes 111a and 111b, the upper electrode This is to prevent the capacitance with 111a and 111b from being lowered and measured to appear to be displaced in the z direction. In this embodiment, the upper electrodes 111a and 111b have a larger structure than the vibrators 105a and 105b, and the lower electrodes 102a and 102b and the upper electrodes 111a and 111b have the same size. The vibrators 105a and 105b have a function of a movable electrode in a range facing the upper electrodes 111a and 111b.
図８に示すように、下部電極１０２a，１０２ｂで検出した信号は下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂまで到達する。この信号は下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂと下部電極用センサ層固定部１０７の接合界面を通じて下部電極用センサ層固定部１０７a，１０７ｂへ、下部電極用センサ層固定部１０７a，１０７ｂと下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂの接合界面を通じて下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂへ、下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂと導通している下部電極用外部電極１１４a，１１４ｂまで信号を減衰させることなく検出できる。センサから外部への信号は電極パッド１１５を通じて送信する。
図６〜８に示すように、振動子１０５a，１０５ｂと下部電極１０２a，１０２ｂと上部電極１１１a，１１１ｂとの間に形成される静電容量の変化に基づく角速度を検出することが可能である。センサは基板面外であるx軸周りの角速度を印加されると、二つの振動子１０５a，１０５ｂはメカニカルリンク１３５を通じて振動エネルギーの授受をしながら、コリオリ力により面外であるz軸方向に互いに逆方向に変位する。振動子１０５aが下部電極１０２aに近づく方向に変位した場合、振動子１０５aと下部電極１０２a間の静電容量は増加する。その場合、振動子１０５aは上部電極１１１aから遠ざかる方向に変位するので振動子１０５aと上部電極１１１a間の静電容量は減少する。同時に振動子１０５aとメカニカルリンク１３５で架設された振動子１０５ｂはコリオリ力により下部電極１０２ｂから遠ざかる方向に変位するので振動子１０５ｂと上部電極１１１ｂ間の静電容量は減少する。振動体変位可能エリア１２２と振動子１０５a，１０５ｂ、上振動体変位可能エリア１３２と振動子１０５a，１０５ｂとの間隔は一致する。そのため、下部電極１０２aと上部電極１１１ｂの容量変化が同じ値で増加した時、下部電極１０２ｂと上部電極１１１aの容量変化も同じ値で減少する。このことを利用し、下部電極１０２a，１０２ｂと上部電極１１１a，１１１ｂの容量変化を差動増幅することで感度を増幅することが可能である。また、加速度が印加された場合は、下部電極１０２aと下部電極１０２ｂの容量変化が同じ値で増加した時、上部電極１１１aと上部電極１１１ｂとの容量変化も同じ値で減少する。これにより、加速度と角速度を切り分けることが可能である。
なお、振動体変位可能エリア１２２と上振動体変位可能エリア１３２はウェットエッチングを用いて形成されており、振動子１０５a，１０５ｂとのギャップをナノメートルオーダーで制御することが可能となっている。これにより、センサ毎の感度ばらつきを抑制し、最適値に設定可能である。
また、振動子１０５a，１０５ｂの存在する内部空間は活性層気密枠１０３とセンサ層気密枠１０８と上活性層気密枠１１２によって外部から隔離されている。これにより振動子１０５a，１０５ｂの周囲の環境は安定しており、外部からのごみや湿気起因の第２の振動部１０５a，１０５ｂの固着や、ガス流入に伴う圧力変動起因の感度変動を抑制している。
シリコン基板と検出電極の接触ではなく検出電極に延設された固定部の両基板に直接接合を用いて強固に接合し、接合界面を導通させることにより、接触抵抗変化が少なく長期間での感度やゼロ点出力の低下を防止する。また、検出電極にもシリコン基板を用いることで温度変化に伴う線膨脹係数差を起因とした歪を防ぎ、誤差の少ない高精度検出を可能とする。
図９に示すように、角速度センサはセンサ素子２０６と半導体集積回路２２９とモールド樹脂２０４とリードフレーム２３３で構成されている。センサ素子２０６と半導体集積回路２２９とは積層実装され、小型化、搭載性を向上させている。半導体集積回路２２９とセンサ素子２０６は接着材２３２で接着されている。接着材２３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。センサ素子２０６と半導体集積回路２２９の周囲はモールド樹脂２０４で固められている。モールド樹脂２０４でセンサ素子２０６や半導体集積回路２２９を囲むことで、外部からのゴミや水分の影響を抑制し、ワイヤー２３０を固定することでワイヤー２３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
センサ素子２０６と半導体集積回路２２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー２３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー２３０は、センサ素子２０６に形成された貫通配線２２０ａ〜２２０ｄと半導体集積回路２２９の電極とを結線している。また、半導体集積回路２２９の下にはリードフレーム２３３が設置されており、半導体集積回路２２９とリードフレーム２３３はワイヤーボンディングすることにより電気的に接続されている。
As shown in FIG. 8, the signals detected by the lower electrodes 102a and 102b reach the lower electrode active layer fixing portions 117a and 117b. This signal is transmitted to the lower electrode sensor layer fixing portions 107a and 107b through the bonding interface between the lower electrode active layer fixing portions 117a and 117b and the lower electrode sensor layer fixing portion 107, and the lower electrode sensor layer fixing portions 107a and 107b and the lower electrode. Lower electrode external electrodes 114a connected to the lower electrode upper active layer fixing portions 109a and 109b to the lower electrode upper active layer fixing portions 109a and 109b through the bonding interfaces of the electrode upper active layer fixing portions 109a and 109b. The signal can be detected up to 114b without attenuation. A signal from the sensor to the outside is transmitted through the electrode pad 115.
As shown in FIGS. 6 to 8, it is possible to detect an angular velocity based on a change in capacitance formed between the vibrators 105a and 105b, the lower electrodes 102a and 102b, and the upper electrodes 111a and 111b. When the sensor is applied with an angular velocity around the x axis that is out of the plane of the substrate, the two vibrators 105a and 105b transmit and receive vibration energy through the mechanical link 135, and in the z axis direction that is out of plane by the Coriolis force. Displaces in the opposite direction. When the vibrator 105a is displaced in the direction approaching the lower electrode 102a, the capacitance between the vibrator 105a and the lower electrode 102a increases. In this case, the vibrator 105a is displaced in a direction away from the upper electrode 111a, so that the capacitance between the vibrator 105a and the upper electrode 111a decreases. At the same time, the vibrator 105b constructed by the vibrator 105a and the mechanical link 135 is displaced in the direction away from the lower electrode 102b by the Coriolis force, so that the capacitance between the vibrator 105b and the upper electrode 111b decreases. The distance between the vibrating body displaceable area 122 and the vibrators 105a and 105b and the upper vibrating body displaceable area 132 and the vibrators 105a and 105b are the same. Therefore, when the capacitance change of the lower electrode 102a and the upper electrode 111b increases with the same value, the capacitance change of the lower electrode 102b and the upper electrode 111a also decreases with the same value. Utilizing this fact, it is possible to amplify the sensitivity by differentially amplifying the capacitance changes of the lower electrodes 102a and 102b and the upper electrodes 111a and 111b. When acceleration is applied, when the capacitance change of the lower electrode 102a and the lower electrode 102b increases with the same value, the capacitance change of the upper electrode 111a and the upper electrode 111b also decreases with the same value. Thereby, acceleration and angular velocity can be separated.
The vibrating body displaceable area 122 and the upper vibrating body displaceable area 132 are formed by wet etching, and the gap between the vibrators 105a and 105b can be controlled in nanometer order. Thereby, the sensitivity variation for every sensor can be suppressed and it can set to an optimal value.
Further, the internal space in which the vibrators 105a and 105b exist is isolated from the outside by the active layer hermetic frame 103, the sensor layer hermetic frame 108, and the upper active layer hermetic frame 112. As a result, the environment around the vibrators 105a and 105b is stable, and it is possible to suppress the sticking of the second vibrating parts 105a and 105b due to dust and moisture from the outside, and the sensitivity fluctuation due to the pressure fluctuation due to gas inflow. ing.
It is not a contact between the silicon substrate and the detection electrode, but it is firmly bonded to both substrates of the fixed part extended to the detection electrode using direct bonding, and the bonding interface is made conductive so that there is little change in contact resistance and long-term sensitivity. And prevents the zero point output from decreasing. In addition, by using a silicon substrate as the detection electrode, it is possible to prevent distortion caused by a difference in linear expansion coefficient due to a temperature change, and to perform highly accurate detection with few errors.
As shown in FIG. 9, the angular velocity sensor includes a sensor element 206, a semiconductor integrated circuit 229, a mold resin 204, and a lead frame 233. The sensor element 206 and the semiconductor integrated circuit 229 are stacked and mounted to improve miniaturization and mountability. The semiconductor integrated circuit 229 and the sensor element 206 are bonded with an adhesive 232. The adhesive 232 is a silicon-based adhesive having a low Young's modulus. The periphery of the sensor element 206 and the semiconductor integrated circuit 229 is fixed with a mold resin 204. Surrounding the sensor element 206 and the semiconductor integrated circuit 229 with the mold resin 204 suppresses the influence of dust and moisture from the outside, and fixing the wires 230 prevents electrical leakage between the wires 230. It is out.
The sensor element 206 and the semiconductor integrated circuit 229 are electrically connected. That is, they are electrically connected by wire bonding through a gold or aluminum wire 230. The wire 230 connects the through wirings 220 a to 220 d formed in the sensor element 206 and the electrodes of the semiconductor integrated circuit 229. A lead frame 233 is installed under the semiconductor integrated circuit 229, and the semiconductor integrated circuit 229 and the lead frame 233 are electrically connected by wire bonding.
また、モールド樹脂２０４には、センサ素子２０６と半導体集積回路２２９が外部と電気的に接続するためにリードフレーム２３３が設けられている。このリードフレーム２３３は４２アロイなどの通常のリードフレーム材料よりなる。 The mold resin 204 is provided with a lead frame 233 so that the sensor element 206 and the semiconductor integrated circuit 229 are electrically connected to the outside. The lead frame 233 is made of a normal lead frame material such as 42 alloy.
モールド樹脂２０４によりセンサ素子２０６は固定されているが、センサ素子２０６内部で防振構造を備えているため、本実施例の角速度センサは外乱振動を抑制可能である。
Although the sensor element 206 is fixed by the mold resin 204, the angular velocity sensor of the present embodiment can suppress disturbance vibration because the sensor element 206 has a vibration-proof structure inside.
１ 質量体
２ａ〜２ｄ 第２の梁
３ 封止部
４ モールド樹脂
６ センサ素子
１１ 活性層基板
１２ 支持基板
１３ 絶縁層
１４ａ，１４ｂ 振動子
１５ａ〜１５ｄ 第1の梁
１６ａ〜１６ｄ 固定部
１７ａ，１７ｂ 可動電極
１８ メカニカルリンク
１９ 貫通孔
２０ａ〜２０ｄ 貫通配線
２１ａ〜２１ｄ 検出電極
２２ 蓋
２３ ガス吸着剤
２４ 段差
２５ 封止用枠
２６ａ，２６ｂ 検出電極
２９ 半導体集積回路
３０ ワイヤー
３２ 接着材
３３ リードフレーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mass body 2a-2d 2nd beam 3 Sealing part 4 Mold resin 6 Sensor element 11 Active layer substrate 12 Support substrate 13 Insulating layer 14a, 14b Vibrator 15a-15d 1st beam 16a-16d Fixed part 17a, 17b Movable electrode 18 Mechanical link 19 Through holes 20a to 20d Through wires 21a to 21d Detection electrode 22 Lid 23 Gas adsorbent 24 Step 25 Sealing frames 26a and 26b Detection electrode 29 Semiconductor integrated circuit 30 Wire 32 Adhesive material 33 Lead frame
Claims (8)
可とう性を有する第１の梁を介して前記固定部に保持される質量体と、
可とう性を有する第２の梁を介して前記質量体に保持される振動体とを有し、
前記質量体は前記固定部の内側に配置されるとともに、前記振動体は前記質量体の内側に配置され、
前記第１の梁が前記第２の梁より剛性が小さく構成され、
前記振動体の変位に基づいて慣性力を検出する慣性力センサ。
A fixed part;
A mass body held by the fixed portion via a flexible first beam;
A vibrating body held by the mass body via a flexible second beam,
The mass body is disposed inside the fixed portion, and the vibrating body is disposed inside the mass body,
The first beam is configured to be less rigid than the second beam;
An inertial force sensor that detects an inertial force based on the displacement of the vibrating body.
前記振動体に設けられた可動電極と、
前記可動電極と対向するように検出電極とを備え、
前記振動体の変位に伴う前記可動電極と前記検出電極間の静電容量の変動を慣性力として検出することを特徴とする慣性力センサ。
In claim 1,
A movable electrode provided on the vibrating body;
A detection electrode is provided so as to face the movable electrode,
An inertial force sensor characterized by detecting, as an inertial force, a change in capacitance between the movable electrode and the detection electrode accompanying the displacement of the vibrating body.
前記第１の梁と前記第２の梁の剛性が1.5倍以上の差があることを特徴とする慣性力センサ。
In claim 2,
The inertial force sensor characterized in that the first beam and the second beam have a difference of 1.5 times or more in rigidity.
前記振動体は２つの振動子からなっており、
前記２つの振動子はそれぞれメカニカルリンクによって接続しており、
それぞれ逆位相に自励振動し、
前記１の梁の共振周波数が前記自励振動の周波数よりも小さいこと、
を特徴とする慣性力センサ。
In claim 2,
The vibrator is composed of two vibrators,
The two vibrators are connected by mechanical links,
Each self-excited in anti-phase,
The resonance frequency of the one beam is smaller than the frequency of the self-excited vibration;
Inertial force sensor characterized by
慣性力を検出する方向がセンサ基板の面内方向であり、
前記第１の梁が慣性力を検出する方向と同じ方向に変位可能な構造であること
を特徴とする慣性力センサ。
In claim 2,
The direction to detect the inertial force is the in-plane direction of the sensor board,
An inertial force sensor characterized in that the first beam has a structure that can be displaced in the same direction as the direction in which the inertial force is detected.
慣性力を検出する方向がセンサ基板の面外方向であり、
前記第１の梁が慣性力を検出する方向と同じ方向に変位可能な構造であること
を特徴とする慣性力センサ。
In claim 2,
The direction to detect the inertial force is the out-of-plane direction of the sensor board,
An inertial force sensor characterized in that the first beam has a structure that can be displaced in the same direction as the direction in which the inertial force is detected.
前記リードフレームの上に保持された請求項２記載の慣性力センサと、
前記リードフレームと前記慣性力センサを覆うように形成されたモールドとにより構成された慣性力センサモジュール。
A lead frame;
The inertial force sensor according to claim 2 held on the lead frame;
An inertial force sensor module including the lead frame and a mold formed to cover the inertial force sensor.
前記リードフレームの上に保持された半導体素子と、
前記半導体素子の上に保持された請求項２記載の慣性力センサと、
前記リードフレームと前記半導体素子と前記慣性力センサを覆うように形成されたモールドとにより構成された慣性力センサモジュール。 A lead frame;
A semiconductor element held on the lead frame;
The inertial force sensor according to claim 2 held on the semiconductor element;
An inertial force sensor module including the lead frame, the semiconductor element, and a mold formed to cover the inertial force sensor.
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|---|---|---|---|
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| JP2012182839A JP2014041033A (en) | 2012-08-22 | 2012-08-22 | Inertial force sensor |
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Cited By (1)
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| JP2017009401A (en) * | 2015-06-22 | 2017-01-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Resin-sealed type sensor device |
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- 2012-08-22 JP JP2012182839A patent/JP2014041033A/en not_active Withdrawn
-
2013
- 2013-07-26 WO PCT/JP2013/070267 patent/WO2014030492A1/en active Application Filing
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