JP2014106082A - Acceleration sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor which can achieve the improvement of accuracy of detecting acceleration by reducing a difference of fluctuation of capacitance, which is generated during the rotation of a weight part due to a difference of gaps between fixed electrodes and movable electrodes.SOLUTION: In a first sensor 21, connections 28B, 29B provided to each of pairs of first and second fixed electrodes 28, 29, which are surrounded by a movable electrode 30, are placed on end sides in a manner to alternately differ with respect to each of the fixed electrodes 28, 29 arrayed in a Y direction.

Description

本願に開示の技術は、特にMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)として構成される加速度センサに関するものである。   The technology disclosed in the present application relates to an acceleration sensor configured as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).

従来、MEMS技術を用いて製造される加速度センサには静電容量を用いるものがある。例えば、基板に対して固定された固定電極と、基板に対して相対的に揺動可能な錘部に設けられた可動電極とでコンデンサが構成され、該コンデンサの静電容量の変化によって加速度を検出する加速度センサがある(例えば、特許文献1など)。特許文献1に開示される加速度センサは、錘部が検出方向(X方向)に変動するのにともなって生ずる固定電極と可動電極との距離の変動に応じた静電容量の変化量から加速度を検出する1軸加速度センサとして構成されている。また、上記した1軸加速度センサに対してXYZの3つの検出方向に作用する加速度が検出可能な3軸加速度センサがある(例えば、特許文献2〜7など)。   Conventionally, some acceleration sensors manufactured using MEMS technology use capacitance. For example, a capacitor is composed of a fixed electrode fixed to the substrate and a movable electrode provided on a weight portion that can swing relative to the substrate, and acceleration is caused by a change in capacitance of the capacitor. There is an acceleration sensor to detect (for example, Patent Document 1). In the acceleration sensor disclosed in Patent Document 1, the acceleration is calculated from the amount of change in capacitance according to the change in the distance between the fixed electrode and the movable electrode that occurs when the weight portion changes in the detection direction (X direction). It is configured as a uniaxial acceleration sensor for detection. Further, there are three-axis acceleration sensors capable of detecting acceleration acting in the three detection directions of XYZ with respect to the above-described one-axis acceleration sensor (for example, Patent Documents 2 to 7).

上記した加速度センサでは、例えば加速度を算出する処理回路に静電容量の変化量を出力するために各固定電極が基板に接続されている。例えば、特許文献1に開示される加速度センサでは、錘部の両側に設けられた固定電極に基板と接続するための接続部(文献では支承部)が設けられている。この加速度センサは、固定電極が接続部からY方向の一方側に向かって延設され、可動電極がそれに対向するように錘部からY方向の他方側に向かって延設されている。   In the acceleration sensor described above, each fixed electrode is connected to the substrate in order to output the amount of change in capacitance to a processing circuit that calculates acceleration, for example. For example, in the acceleration sensor disclosed in Patent Literature 1, connection portions (support portions in the literature) for connecting to a substrate are provided on fixed electrodes provided on both sides of the weight portion. In this acceleration sensor, the fixed electrode extends from the connection portion toward one side in the Y direction, and the movable electrode extends from the weight portion toward the other side in the Y direction so as to face the fixed electrode.

また、例えば、特許文献2に開示される加速度センサでは、錘部の外周部分にX,Y方向のそれぞれの方向に沿って間隔を隔てて可動電極が設けられている。隣り合う可動電極に挟まれた領域には、各可動電極に対向するように第1及び第2固定電極が隣接して設けられている。第1及び第2固定電極は、接続部(文献では端子)にて基板と接続されており、錘部の揺動によって変化する第1及び第2固定電極と可動電極との間の静電容量の変化量が接続部から処理回路(差動増幅回路など)に出力及び処理され加速度が検出される。この加速度センサにおいても、上記した特許文献1と同様に、接続部から延設される固定電極に対し、錘部から延設される可動電極が対向するように構成されている。   Further, for example, in the acceleration sensor disclosed in Patent Document 2, movable electrodes are provided on the outer peripheral portion of the weight portion at intervals along the X and Y directions. In a region sandwiched between adjacent movable electrodes, first and second fixed electrodes are provided adjacent to each other so as to face each movable electrode. The first and second fixed electrodes are connected to the substrate at a connection portion (terminal in the literature), and the capacitance between the first and second fixed electrodes and the movable electrode that changes as the weight portion swings. The amount of change is output and processed from the connection to a processing circuit (such as a differential amplifier circuit), and acceleration is detected. This acceleration sensor is also configured so that the movable electrode extending from the weight portion faces the fixed electrode extending from the connection portion, as in Patent Document 1 described above.

特開平11−344507号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-344507 特開平07−245413号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-245413 特表2005−534016号公報JP 2005-534016 A 特開平06−258340号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-258340 特開平05−340960号公報JP 05-340960 A 特許第2773495号公報Japanese Patent No. 2773495 特許第3327595号公報Japanese Patent No. 3327595

ところで、上記したような加速度センサに対し、例えば図15に示す加速度センサ401の構成が考えられる。図15は加速度センサの模式図を示しており、平面視正方形状の錘部411には一対の第1及び第2固定電極412,413を囲むように可動電極414が設けられ、錘部411の中央部において1方向(図中のY方向)に沿って第1及び第2固定電極412,413が複数組並んで配列されている。加速度センサ401は、バネ(図示略)に保持された錘部411がY方向に揺動するのにともなって可動電極414と第1及び第2固定電極412,413との距離に応じて静電容量が変動しY方向の加速度が検出される。   Incidentally, for example, a configuration of an acceleration sensor 401 shown in FIG. FIG. 15 is a schematic diagram of the acceleration sensor. A movable portion 414 is provided on the weight portion 411 having a square shape in plan view so as to surround the pair of first and second fixed electrodes 412 and 413. A plurality of sets of first and second fixed electrodes 412 and 413 are arranged side by side along one direction (Y direction in the figure) in the central portion. The acceleration sensor 401 is electrostatically charged according to the distance between the movable electrode 414 and the first and second fixed electrodes 412 and 413 as the weight portion 411 held by a spring (not shown) swings in the Y direction. The capacitance changes and the acceleration in the Y direction is detected.

一方で、加速度センサ401の可動電極414は、第1及び第2固定電極412,413を囲むように形成され加速度の検出方向(この場合Y方向)だけでなくY方向と直交するX方向においても各固定電極412,413と対向している。第1固定電極412にはX方向の一端部(図中の左側の端部)に接続部412Bが設けられ、第2固定電極413にはX方向の他端部(図中の右側の端部)に接続部413Bが設けられている。接続部412B,413Bは、例えば平板状の第1及び第2固定電極412,413の各々に対し基板(図示略)と接続されるスルーホールが形成されており、平面視における各固定電極412,413の厚さが他の部分に比べて増大したものとなっている。   On the other hand, the movable electrode 414 of the acceleration sensor 401 is formed so as to surround the first and second fixed electrodes 412 and 413, and not only in the acceleration detection direction (Y direction in this case) but also in the X direction orthogonal to the Y direction. It faces each fixed electrode 412, 413. The first fixed electrode 412 is provided with a connecting portion 412B at one end portion in the X direction (left end portion in the figure), and the second fixed electrode 413 has the other end portion in the X direction (right end portion in the figure). ) Is provided with a connecting portion 413B. In the connection portions 412B and 413B, through-holes connected to a substrate (not shown) are formed for each of the plate-like first and second fixed electrodes 412 and 413, for example, and each fixed electrode 412 in plan view is formed. The thickness of 413 is increased compared to other portions.

接続部412Bは、第1固定電極412と可動電極414とが面一に対向するように、隣接する第2固定電極413側に拡幅されて形成されている。また、接続部413Bは、第2固定電極413と可動電極414とが面一に対向するように、隣接する第1固定電極412側に拡幅されて形成されている。そして、第1及び第2固定電極412,413は、X方向の一端において接続部412Bが可動電極414と対向し、他端において接続部413Bが可動電極414と対向する構成となっている。   The connecting portion 412B is formed to be widened to the adjacent second fixed electrode 413 side so that the first fixed electrode 412 and the movable electrode 414 are flush with each other. Further, the connecting portion 413B is formed to be widened to the adjacent first fixed electrode 412 side so that the second fixed electrode 413 and the movable electrode 414 are flush with each other. The first and second fixed electrodes 412 and 413 are configured such that the connection portion 412B faces the movable electrode 414 at one end in the X direction and the connection portion 413B faces the movable electrode 414 at the other end.

ここで、錘部411は、X方向への揺動にともなって第1及び第2固定電極412,413(接続部412B,413Bを含む)と可動電極414とが接触しないように互いの間に隙間(ギャップ)が設けられている。例えば、接続部412Bと可動電極414との距離を幅415Aとし、接続部413Bと可動電極414との距離を幅416Bとする。この幅415A,416Bのギャップは、例えば第1及び第2固定電極412,413をエッチングする同一工程で形成される。   Here, the weight portion 411 is disposed between the first and second fixed electrodes 412 and 413 (including the connection portions 412B and 413B) and the movable electrode 414 so as not to come into contact with the swing in the X direction. A gap (gap) is provided. For example, the distance between the connection portion 412B and the movable electrode 414 is a width 415A, and the distance between the connection portion 413B and the movable electrode 414 is a width 416B. The gaps of the widths 415A and 416B are formed in the same process of etching the first and second fixed electrodes 412 and 413, for example.

この加速度センサ401に対し大きな衝撃等が加わって錘部411が回転したような状態では、図16に示すように、接続部412B,413Bを含む固定電極412,413と可動電極414との隙間の距離は、X,Yの何れの方向においても異なる距離となる。例えば、幅415A,416B(図15参照)は、Y方向の位置において異なる距離となる。固定電極412,413と可動電極414との間の静電容量には、錘部411が回転等により検出方向と異なる方向に揺動したことにともなう変動が生じる。このため、このような変動が加速度の検出精度に影響を与えないように、例えば固定電極412,413及び可動電極414を含むブリッジ回路を構成して変動にともなう変化量を相殺することが好ましい。   In a state where the shock sensor 411 is rotated due to a large impact applied to the acceleration sensor 401, as shown in FIG. 16, the gap between the fixed electrodes 412 and 413 including the connecting parts 412B and 413B and the movable electrode 414 is removed. The distance is different in both the X and Y directions. For example, the widths 415A and 416B (see FIG. 15) are different distances at positions in the Y direction. The electrostatic capacitance between the fixed electrodes 412 and 413 and the movable electrode 414 varies due to the weight portion 411 swinging in a direction different from the detection direction due to rotation or the like. For this reason, it is preferable to configure a bridge circuit including, for example, the fixed electrodes 412 and 413 and the movable electrode 414 so as to cancel the amount of change due to the fluctuation so that the fluctuation does not affect the detection accuracy of the acceleration.

このとき、図15に示す幅415A,416Bは、接続部412B,413Bと可動電極414との間の静電容量に対する錘部411の回転による変動を相殺するためには、同一距離とすることが好ましい。しかしながら、幅415A,416Bは、エッチングのためのレジストを形成するフォトマスクの位置調整(アライメント)やエッチング量に対する制御等の製造工程での精度(例えばμmオーダーの精度)の限界から同一距離とすることは極めて難しい。その結果、錘部411に回転が生じる場合には、幅415A,416Bの差に起因して各接続部412B,413Bと可動電極414との各々のX方向での静電容量に異なる変位量の変動が生じてしまうことが考えられる。本来、接続部412B,413Bと可動電極414との間の静電容量は、錘部411が検出方向と直交する非検出方向(X方向)に揺動するのに応じて変化するため加速度の検出に資するものではないのであるが、この部分にも静電容量の変動が検出されてしまい、加速度の検出精度に悪影響を及ぼすことが問題となる。   At this time, the widths 415A and 416B shown in FIG. 15 are set to the same distance in order to cancel the fluctuation due to the rotation of the weight portion 411 with respect to the capacitance between the connection portions 412B and 413B and the movable electrode 414. preferable. However, the widths 415A and 416B are set to the same distance from the limit of accuracy (for example, μm order accuracy) in the manufacturing process such as position adjustment (alignment) of the photomask for forming the resist for etching and control on the etching amount. That is extremely difficult. As a result, when rotation occurs in the weight part 411, due to the difference between the widths 415A and 416B, different displacement amounts are generated in the capacitances of the connection parts 412B and 413B and the movable electrode 414 in the X direction. It is conceivable that fluctuations will occur. Originally, the capacitance between the connection portions 412B and 413B and the movable electrode 414 changes according to the swing of the weight portion 411 in the non-detection direction (X direction) orthogonal to the detection direction, so that acceleration is detected. Although this does not contribute to this, a change in capacitance is detected also in this portion, which causes a problem of adversely affecting the detection accuracy of acceleration.

また、図15及び図16に示す構成の他に、例えば図17に示す加速度センサ401Aの構成が考えられる。図17に示す加速度センサ401Aは、一対の第1及び第2固定電極412,413が6組設けられている。第1固定電極412は、X方向の一端側(図中の上側の3つは左側、下側の3つは右側)に接続部412Bが設けられている。また、第2固定電極413は、第1固定電極412とは反対のX方向の一端側(図中の上側の3つは右側、下側の3つは左側)に接続部413Bが設けられている。従って、加速度センサ401Aは、Y方向における一方(上側)の3組と他方(下側)の3組とで各固定電極412,413に設けられる接続部412B,413Bの位置が異なる。これにより、非検出方向(X方向)への変位に対する変化量を相殺するものである。   In addition to the configuration shown in FIGS. 15 and 16, for example, the configuration of an acceleration sensor 401A shown in FIG. 17 is conceivable. The acceleration sensor 401A shown in FIG. 17 is provided with six pairs of first and second fixed electrodes 412 and 413. The first fixed electrode 412 is provided with a connection portion 412B on one end side in the X direction (the upper three in the drawing are the left side and the lower three are the right side). In addition, the second fixed electrode 413 is provided with a connecting portion 413B on one end side in the X direction opposite to the first fixed electrode 412 (the upper three in the drawing are the right side and the lower three are the left side). Yes. Therefore, in the acceleration sensor 401A, the positions of the connection portions 412B and 413B provided on the fixed electrodes 412 and 413 are different between one set (upper side) and the other set (lower side) in the Y direction. Thereby, the change amount with respect to the displacement in the non-detection direction (X direction) is canceled.

しかしながら、この加速度センサ401Aにおいて例えば錘部411が反時計回りに回転すると、接続部412Bと可動電極414との隙間の幅415A(図15参照)は、接続部413Bと可動電極414との隙間の幅416Bに比べて大きくなる部分に配置されることとなる。従って、加速度センサ401Aでは、各固定電極412,413と可動電極414との各々の静電容量の変動の差がさらに大きなものとなる。   However, in the acceleration sensor 401A, for example, when the weight portion 411 rotates counterclockwise, the width 415A (see FIG. 15) of the gap between the connection portion 412B and the movable electrode 414 is equal to the gap between the connection portion 413B and the movable electrode 414. It will be arranged in a portion that is larger than the width 416B. Therefore, in the acceleration sensor 401A, the difference in capacitance variation between the fixed electrodes 412 and 413 and the movable electrode 414 is further increased.

本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものである。静電容量型の加速度センサに関し、固定電極と可動電極とのギャップの差に起因して錘部が回転する時に生じる静電容量の変動の差を低減し、加速度の検出精度を向上させることができる加速度センサを提供することを目的とする。   The technology disclosed in the present application has been proposed in view of the above problems. Regarding capacitance-type acceleration sensors, it is possible to reduce the difference in capacitance fluctuation that occurs when the weight rotates due to the difference in gap between the fixed electrode and the movable electrode, and to improve the detection accuracy of acceleration. It is an object of the present invention to provide an acceleration sensor that can be used.

本願に開示される技術に係る加速度センサは、基板と、基板から遊離して揺動可能に設けられる錘部と、錘部に設けられる可動電極と、基板に固定されて設けられ、基板の平面方向に平行な検出方向の加速度に応じて可動電極との検出方向における距離が変動し、当該距離に応じて可動電極との静電容量が変動する第1及び第2固定電極と、第1固定電極の検出方向と直交する方向の一端部に設けられ、第1固定電極を基板に接続する第1接続部と、第2固定電極の検出方向と直交する方向の一端部とは反対側の他端部に設けられ、第2固定電極を基板に接続する第2接続部と、を備え、第1及び第2固定電極は、可動電極に囲まれた領域に互いに隣接して配置される一対の第1及び第2固定電極が、検出方向に沿って可動電極を間に挟んで複数組並んで配置され、複数組のうちの1組と検出方向において隣り合う他の1組とで、第1及び第2接続部が設けられる一端部及び他端部が互いに異なる端部となる。   An acceleration sensor according to a technique disclosed in the present application includes a substrate, a weight portion that is provided so as to be swingable by being separated from the substrate, a movable electrode that is provided on the weight portion, a fixed surface of the substrate, and a plane of the substrate. A first fixed electrode and a second fixed electrode whose distance in the detection direction with the movable electrode varies according to the acceleration in the detection direction parallel to the direction, and whose capacitance with the movable electrode varies according to the distance; Provided at one end in a direction orthogonal to the detection direction of the electrode, the first connection portion for connecting the first fixed electrode to the substrate, and the other side opposite to the one end in the direction orthogonal to the detection direction of the second fixed electrode A second connection portion provided at the end portion for connecting the second fixed electrode to the substrate, and the first and second fixed electrodes are disposed adjacent to each other in a region surrounded by the movable electrode The first and second fixed electrodes sandwich the movable electrode along the detection direction. Several sets are arranged side by side, and one end of the plurality of sets and another set adjacent to each other in the detection direction are different from each other at one end and the other end where the first and second connection portions are provided. .

当該加速度センサでは、可動電極に囲まれた領域に互いに隣接して配置される一対の第1及び第2固定電極が、検出方向に沿って可動電極を間に挟んで複数組並んで配置される。第1接続部は、第1固定電極における検出方向と直交する方向の一端部に設けられる。第2接続部は、第2固定電極における検出方向と直交する方向の第1接続部とは反対側の端部に設けられる。ここで、第1及び第2接続部は、検出方向と直交する方向の両端のそれぞれにおいて可動電極と対向するが、製造工程での精度の限界等から各接続部と可動電極とのギャップを同一距離とすることが難しい。この場合に、錘部に回転が生じると各接続部と可動電極との間の静電容量に異なる変位量の変動が生じることによって、加速度の検出精度に悪影響を及ぼす虞がある。   In the acceleration sensor, a plurality of pairs of first and second fixed electrodes arranged adjacent to each other in a region surrounded by the movable electrodes are arranged side by side along the detection direction with the movable electrodes interposed therebetween. . The first connection portion is provided at one end of the first fixed electrode in a direction orthogonal to the detection direction. The second connection portion is provided at an end of the second fixed electrode opposite to the first connection portion in a direction orthogonal to the detection direction. Here, the first and second connection portions are opposed to the movable electrode at both ends in the direction orthogonal to the detection direction, but the gap between each connection portion and the movable electrode is the same due to the accuracy limit in the manufacturing process. It is difficult to be a distance. In this case, if rotation occurs in the weight portion, the displacement between the connecting portions and the movable electrode varies in different amounts of displacement, which may adversely affect acceleration detection accuracy.

そこで、当該加速度センサでは、第1及び第2固定電極の複数組のうちの1組と、検出方向において隣り合う他の1組とで、第1及び第2接続部が設けられる端部が異なる構成とする。つまり、第1接続部は、第1固定電極に対して設けられる端部の位置が、検出方向に並ぶ第1固定電極に対して交互に異なる端部側となる。同様に、第2接続部は、第2固定電極に対して設けられる端部の位置が、検出方向に並ぶ第2固定電極に対して交互に異なる端部側となる。このような構成では、可動電極は、回転時における第1及び第2接続部の各々の間における静電容量に生じる変動が同様の態様となる。その結果、可動電極と第1及び第2固定電極の各々との静電容量に対し回転によって生じる変動の差が低減されることによって、加速度の検出精度の向上を図ることが可能となる。   Therefore, in the acceleration sensor, the end where the first and second connection portions are provided is different between one set of the plurality of sets of the first and second fixed electrodes and another set adjacent in the detection direction. The configuration. That is, in the first connection portion, the positions of the end portions provided with respect to the first fixed electrode are alternately different end portions with respect to the first fixed electrodes arranged in the detection direction. Similarly, in the second connection portion, the positions of the end portions provided with respect to the second fixed electrode are alternately different end sides with respect to the second fixed electrodes arranged in the detection direction. In such a configuration, the movable electrode has a similar variation in the capacitance generated between each of the first and second connection portions during rotation. As a result, it is possible to improve acceleration detection accuracy by reducing the difference in fluctuation caused by rotation with respect to the capacitance of the movable electrode and each of the first and second fixed electrodes.

また、本願に開示される技術に係る加速度センサにおいて、第1接続部は、隣接する第2固定電極の一端部と対向する位置に拡幅して形成され、第2接続部は、隣接する第1固定電極の他端部と対向する位置に拡幅して形成され、一対の第1及び第2固定電極は、検出方向と直交する方向の端部において、可動電極と対向する部分が第1及び第2接続部のいずれかである構成としてもよい。   Further, in the acceleration sensor according to the technology disclosed in the present application, the first connection portion is formed to be widened at a position facing one end portion of the adjacent second fixed electrode, and the second connection portion is adjacent to the first first electrode. The pair of first and second fixed electrodes are formed so as to be widened at a position facing the other end of the fixed electrode. It is good also as a structure which is either of 2 connection parts.

当該加速度センサでは、第1及び第2固定電極は、端部に設けられる第1及び第2接続部が隣接するもう一方の電極側に拡幅するように設けられ、検出方向の直交方向の端部において各接続部のいずれかが可動電極と対向する。これにより、電極の幅が増大する各接続部を一対の固定電極の異なる端部側に設けて互い違いとなるように配置し両固定電極をより近接させて配置することによって、固定電極が占有する領域を減少させ装置の小型化を図ることが可能となる。   In the acceleration sensor, the first and second fixed electrodes are provided so that the first and second connection portions provided at the end portions are widened to the other electrode side adjacent to each other, and the end portions in the direction orthogonal to the detection direction are provided. Any one of the connection portions faces the movable electrode. As a result, each connection portion in which the width of the electrode increases is provided on a different end side of the pair of fixed electrodes and arranged so as to be staggered, and the fixed electrodes are occupied by arranging both fixed electrodes closer to each other. The area can be reduced and the apparatus can be downsized.

また、本願に開示される技術に係る加速度センサにおいて、一対の第1及び第2固定電極と可動電極とは、基板の平面視における錘部の外周縁で囲まれた領域の中央部において、検出方向に沿って一列に並んで配置される構成としてもよい。   Further, in the acceleration sensor according to the technique disclosed in the present application, the pair of first and second fixed electrodes and the movable electrode are detected at a central portion of a region surrounded by the outer peripheral edge of the weight portion in a plan view of the substrate. It is good also as a structure arrange | positioned along with a line in a line.

当該加速度センサでは、一対の固定電極と可動電極とは、錘部の外周縁で囲まれた領域の中央部において検出方向に沿って交互に一列に並んで配置される。このような構成では、回転にともなう錘部の変動が小さい中央部に各固定電極と可動電極とを配置することによって、静電容量に対し回転によって生じる変動の差をより効果的に低減できる。   In the acceleration sensor, the pair of fixed electrodes and movable electrodes are alternately arranged in a line along the detection direction at the center of the region surrounded by the outer periphery of the weight portion. In such a configuration, by disposing each fixed electrode and the movable electrode in the central part where the fluctuation of the weight part due to the rotation is small, the difference in fluctuation caused by the rotation can be more effectively reduced.

本願に開示される技術によれば、固定電極と可動電極とのギャップの差に起因して錘部が回転する時に生じる静電容量の変動の差を低減し、加速度の検出精度を向上させることができる加速度センサを提供することができる。   According to the technology disclosed in the present application, it is possible to reduce the difference in capacitance variation that occurs when the weight portion rotates due to the difference in gap between the fixed electrode and the movable electrode, and to improve the acceleration detection accuracy. It is possible to provide an acceleration sensor capable of

実施形態の加速度センサの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the acceleration sensor of embodiment. (a)はセンサの平面図、(b)は図2(a)のA−A線端面図、(c)は図2(a)のB−B線端面図である。(A) is a top view of a sensor, (b) is an AA line end view of FIG. 2 (a), (c) is a BB line end view of FIG. 2 (a). センサの電気的接続を示す図である。It is a figure which shows the electrical connection of a sensor. 静電容量部の配置を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating arrangement | positioning of an electrostatic capacitance part. 固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gap of a fixed electrode and a movable electrode. 回転時の固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gap of the fixed electrode and movable electrode at the time of rotation. 可動電極の形状を説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the shape of a movable electrode. (a)本実施形態のバネを説明するための模式図、(b)(c)は比較例のバネを説明するための模式図である。(A) The schematic diagram for demonstrating the spring of this embodiment, (b) (c) is a schematic diagram for demonstrating the spring of a comparative example. 折りたたみ回数とバネ定数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency | count of folding and a spring constant. (a)〜(c)はセンサの製造工程を説明するための端面図である。(A)-(c) is an end elevation for demonstrating the manufacturing process of a sensor. (a)〜(c)はセンサの製造工程を説明するための端面図である。(A)-(c) is an end elevation for demonstrating the manufacturing process of a sensor. 別の加速度センサの静電容量部の配置を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating arrangement | positioning of the electrostatic capacitance part of another acceleration sensor. 別の加速度センサの静電容量部の配置を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating arrangement | positioning of the electrostatic capacitance part of another acceleration sensor. 別の加速度センサを説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating another acceleration sensor. 比較例のセンサにおける固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gap of the fixed electrode and movable electrode in the sensor of a comparative example. 比較例のセンサにおける回転時の固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gap of the stationary electrode and movable electrode at the time of rotation in the sensor of a comparative example. 比較例のセンサにおける回転時の固定電極と可動電極とのギャップを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the gap of the stationary electrode and movable electrode at the time of rotation in the sensor of a comparative example.

以下、本発明を具体化した一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、添付図面は、説明の便宜上、実際の寸法・縮尺とは異なって図示されている部分がある。
図1は、本実施形態に係る静電容量型の加速度センサをMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造したチップの概略構成を示している。同図1に示すように、加速度センサ10は、平面視略長方形板状に形成された基板12を備える。加速度センサ10は、基板12の長辺に沿った方向に並設される2つのチップ領域の各々に第1のセンサ21と第2のセンサ31とが形成されている。なお、以下の説明では、同図1に示すように、加速度センサ10の長辺に沿った方向(第1及び第2のセンサ21,31が並設される方向)をX方向、X方向に対して直角で加速度センサ10の短辺に沿った方向をY方向、X方向とY方向との両方に直角となる方向(基板12の基板平面に対して垂直な方向)をZ方向と称し、説明する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that, for convenience of explanation, the accompanying drawings include portions that are illustrated differently from actual dimensions and scales.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a chip in which a capacitance type acceleration sensor according to the present embodiment is manufactured using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. As shown in FIG. 1, the acceleration sensor 10 includes a substrate 12 formed in a substantially rectangular plate shape in plan view. In the acceleration sensor 10, a first sensor 21 and a second sensor 31 are formed in each of two chip regions arranged in parallel in the direction along the long side of the substrate 12. In the following description, as shown in FIG. 1, the direction along the long side of the acceleration sensor 10 (the direction in which the first and second sensors 21 and 31 are arranged side by side) is the X direction and the X direction. A direction perpendicular to the acceleration sensor 10 along the short side is referred to as a Y direction, and a direction perpendicular to both the X direction and the Y direction (a direction perpendicular to the substrate plane of the substrate 12) is referred to as a Z direction. explain.

第1のセンサ21は、枠部23と、錘部24と、一対のバネ部26と、静電容量部27とを備える。図2(a)に示すように、枠部23は、平面視形状が四角枠状に形成され、その囲われた内側部分に錘部24が設けられている。錘部24は、平面視略正方形状をなす板状に形成されている。錘部24は、Z方向に貫通する貫通孔24Aが複数形成され、該貫通孔24Aが錘部24に対してマトリックス状に形成されている。ちなみに、この貫通孔24Aは、錘部24がZ方向に移動する際の抵抗を減らす通気孔としての機能や後述する犠牲層をエッチングする際のエッチング液の導入口として機能するものである。   The first sensor 21 includes a frame part 23, a weight part 24, a pair of spring parts 26, and a capacitance part 27. As shown in FIG. 2A, the frame portion 23 is formed in a square frame shape in plan view, and a weight portion 24 is provided on the enclosed inner portion. The weight portion 24 is formed in a plate shape having a substantially square shape in plan view. The weight portion 24 has a plurality of through holes 24 </ b> A penetrating in the Z direction, and the through holes 24 </ b> A are formed in a matrix with respect to the weight portion 24. Incidentally, the through-hole 24A functions as a vent hole for reducing resistance when the weight portion 24 moves in the Z direction and as an inlet for an etching solution when etching a sacrificial layer described later.

また、第1のセンサ21は、Y方向の両側部分にバネ部26が各々設けられている。バネ部26は、X方向の略中央部に設けられた梁部41と、梁部41におけるX方向の両側に設けられた一対のバネ43とを備える。梁部41は、平面視略長方形状の板状に形成され、長辺がY方向に沿って設けられている。錘部24と梁部41とは、各バネ43を介して連結されている。バネ43は、平面視形状が蛇行した形状をなしており、一端側の固定端43Aが梁部41の側面に固定され、他端側の可動端43Bが錘部24に接続されている。なお、詳細については後述するが、バネ43の蛇行した形状は、互いになす角度が直角となる短辺と長辺とが交互に繋がり、短辺がX方向に沿って設けられ長辺がY方向に沿って設けられるつづら折れ形状に形成されている。また、バネ43は、梁部41に固定される固定端43Aと、錘部24に接続される可動端43Bとの距離が長辺よりも長くなるように構成されており、X方向に対する剛性を高めて伸縮が規制される構造となっている。   Further, the first sensor 21 is provided with spring portions 26 on both side portions in the Y direction. The spring portion 26 includes a beam portion 41 provided at a substantially central portion in the X direction and a pair of springs 43 provided on both sides of the beam portion 41 in the X direction. The beam portion 41 is formed in a plate shape having a substantially rectangular shape in plan view, and a long side is provided along the Y direction. The weight portion 24 and the beam portion 41 are connected via respective springs 43. The spring 43 has a meandering shape in plan view, the fixed end 43A on one end side is fixed to the side surface of the beam portion 41, and the movable end 43B on the other end side is connected to the weight portion 24. Although the details will be described later, the meandering shape of the spring 43 is such that the short side and the long side that are perpendicular to each other are alternately connected, the short side is provided along the X direction, and the long side is the Y direction. It is formed in a zigzag shape provided along. The spring 43 is configured such that the distance between the fixed end 43A fixed to the beam portion 41 and the movable end 43B connected to the weight portion 24 is longer than the long side, and the rigidity in the X direction is increased. It has a structure in which expansion and contraction is restricted.

図2(b)は図2(a)のA−A線端面図、図2(c)は図2(a)のB−B線端面図である。図2(b)に示すように、梁部41は、基板12上に立設されたアンカー部45と一体形成され固定されている。このため、図2(c)に示すように、錘部24は、固定された梁部41に対しバネ43を介して支持されることによって、基板12の上に浮いたような状態で保持されている。また、錘部24と錘部24を囲む枠部23とは互いに離間している。   2B is an end view taken along line AA in FIG. 2A, and FIG. 2C is an end view taken along line BB in FIG. 2A. As shown in FIG. 2B, the beam portion 41 is integrally formed and fixed with an anchor portion 45 erected on the substrate 12. For this reason, as shown in FIG. 2C, the weight portion 24 is held in a state of floating on the substrate 12 by being supported by the fixed beam portion 41 via the spring 43. ing. Further, the weight part 24 and the frame part 23 surrounding the weight part 24 are separated from each other.

図2(a)に示すように、静電容量部27は、第1及び第2固定電極28,29と、可動電極30とを備える。静電容量部27は、第1のセンサ21及び錘部24の中央に設けられている。第1のセンサ21は、一対の第1及び第2固定電極28,29を複数組(本実施形態では5組)備える。第1及び第2固定電極28,29は、主面がZ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺がX方向に沿って設けられている。第1及び第2固定電極28,29は、互いの主面が対向するようにY方向に沿って交互に設けられている。換言すれば、第1及び第2固定電極28,29は、Y方向に沿って並設されている。   As shown in FIG. 2A, the capacitance unit 27 includes first and second fixed electrodes 28 and 29 and a movable electrode 30. The electrostatic capacitance part 27 is provided at the center of the first sensor 21 and the weight part 24. The first sensor 21 includes a plurality of pairs (in this embodiment, five pairs) of a pair of first and second fixed electrodes 28 and 29. The first and second fixed electrodes 28 and 29 are formed in a substantially rectangular plate shape whose main surface is along the Z direction, and long sides are provided along the X direction. The first and second fixed electrodes 28 and 29 are alternately provided along the Y direction so that their main surfaces face each other. In other words, the first and second fixed electrodes 28 and 29 are juxtaposed along the Y direction.

第1固定電極28は、X方向の一端側にスルーホール28Aが設けられ基板12の上に形成された配線(図示略)と電気的に接続されている。また、第2固定電極29は、第1固定電極28とは反対のX方向の一端側にスルーホール29Aが設けられ基板12上に形成された配線(図示略)と電気的に接続されている。第1固定電極28の電極の厚さ(Y方向の幅)は、スルーホール28Aが形成される接続部28Bが、他の部分に比べて大きくなっている。同様に、第2固定電極29の電極の厚さ(Y方向の幅)は、スルーホール29Aが形成される接続部29Bが、他の部分に比べて大きくなっている。   The first fixed electrode 28 is provided with a through hole 28A on one end side in the X direction, and is electrically connected to a wiring (not shown) formed on the substrate 12. The second fixed electrode 29 is electrically connected to a wiring (not shown) formed on the substrate 12 with a through hole 29A provided on one end side in the X direction opposite to the first fixed electrode 28. . The thickness (width in the Y direction) of the first fixed electrode 28 is larger at the connection portion 28B where the through hole 28A is formed than at other portions. Similarly, the thickness (width in the Y direction) of the second fixed electrode 29 is larger at the connection portion 29B where the through hole 29A is formed than at other portions.

第1及び第2固定電極28,29は、各組において接続部28B,29Bが設けられる端部が互いに異なる。詳述すると、例えば、Y方向の一端側(図中において最も上側)の1組に含まれる第1固定電極28には、X方向の一端側(図中の左側)に接続部28Bが設けられ、第2固定電極29には、X方向の他端側(図中の右側)に接続部29Bが設けられている。また、当該1組目の固定電極28,29とY方向で隣り合う1組(図中において上から2番目の組)では、1組目とは異なり、第1固定電極28にはX方向の一端側(図中の右側)に接続部28Bが設けられ、第2固定電極29にはX方向の他端側(図中の左側)に接続部29Bが設けられている。つまり、第1及び第2固定電極28,29は、複数組のうちの1組とY方向において隣り合う他の1組とで、接続部28B,29Bが設けられる端部が互いに異なる端部となっている。換言すれば、接続部28Bは、第1固定電極28に対して設けられる端部の位置が、Y方向に並ぶ第1固定電極28に対して交互に異なる端部側となっている。同様に、接続部29Bは、第2固定電極29に対して設けられる端部の位置が、Y方向に並ぶ第2固定電極29に対して交互に異なる端部側となっている。   The first and second fixed electrodes 28 and 29 are different from each other in end portions where the connection portions 28B and 29B are provided in each set. More specifically, for example, the first fixed electrode 28 included in one set on one end side in the Y direction (uppermost side in the figure) is provided with a connecting portion 28B on one end side in the X direction (left side in the figure). The second fixed electrode 29 is provided with a connecting portion 29B on the other end side in the X direction (right side in the drawing). In addition, in the first set (second set from the top in the figure) adjacent to the first set of fixed electrodes 28 and 29 in the Y direction, the first fixed electrode 28 has an X direction in the X direction. A connection portion 28B is provided on one end side (right side in the drawing), and the second fixed electrode 29 is provided with a connection portion 29B on the other end side in the X direction (left side in the drawing). That is, the first and second fixed electrodes 28 and 29 are one end of the plurality of sets and another end adjacent in the Y direction, and end portions where the connection portions 28B and 29B are provided are different from each other. It has become. In other words, the connection portion 28B has end portions that are alternately provided to the first fixed electrodes 28 that are arranged in the Y direction at the positions of the end portions provided with respect to the first fixed electrodes 28. Similarly, in the connection portion 29B, the position of the end provided with respect to the second fixed electrode 29 is on the end side that is alternately different with respect to the second fixed electrode 29 arranged in the Y direction.

また、図2(b)に示すように、第1及び第2固定電極28,29は、スルーホール28A,29Aが設けられた端部を除く部分が基板12と離間するように形成されている。なお、第1及び第2固定電極28,29は、端部を含む全体が基板12に接続された構成としてもよい。   Further, as shown in FIG. 2B, the first and second fixed electrodes 28 and 29 are formed such that portions excluding the end portions where the through holes 28A and 29A are provided are separated from the substrate 12. . Note that the first and second fixed electrodes 28 and 29 may be configured such that the entirety including the end portions is connected to the substrate 12.

可動電極30は、平面視において第1及び第2固定電極28,29の外周部分を囲むように形成された枠状電極部30Aと、各第1及び第2固定電極28,29のY方向の間に設けられた平板電極部30Bとを備える。枠状電極部30Aは、錘部24の中央部に一体形成される四角枠状をなし、第1及び第2固定電極28,29の各々と互いに離間している。平板電極部30Bは、第1及び第2固定電極28,29に対向するように錘部24から延設され、主面がZ方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺がX方向に沿って設けられている。各平板電極部30Bは、X方向における両端部が錘部24に一体形成されている。   The movable electrode 30 includes a frame-shaped electrode portion 30A formed so as to surround the outer peripheral portions of the first and second fixed electrodes 28, 29 in plan view, and the Y-direction of each of the first and second fixed electrodes 28, 29. And a flat plate electrode portion 30B provided therebetween. The frame-shaped electrode portion 30 </ b> A has a rectangular frame shape formed integrally with the central portion of the weight portion 24, and is separated from each of the first and second fixed electrodes 28 and 29. The plate electrode portion 30B extends from the weight portion 24 so as to face the first and second fixed electrodes 28 and 29, has a main surface formed in a substantially rectangular plate shape along the Z direction, and has a long side in the X direction. It is provided along. Each plate electrode portion 30B is integrally formed with the weight portion 24 at both ends in the X direction.

また、第1及び第2固定電極28,29は、Y方向で隣り合う平板電極部30Bに挟まれた領域に互いに隣接して配置されている。接続部28Bは、第1固定電極28と平板電極部30Bとが面一に対向するように、隣接する第2固定電極29側に拡幅されて形成されている。また、接続部29Bは、第2固定電極29と平板電極部30Bとが面一に対向するように、隣接する第1固定電極28側に拡幅されて形成されている。   Further, the first and second fixed electrodes 28 and 29 are disposed adjacent to each other in a region sandwiched between the plate electrode portions 30B adjacent in the Y direction. The connecting portion 28B is formed to be widened to the adjacent second fixed electrode 29 side so that the first fixed electrode 28 and the plate electrode portion 30B are flush with each other. Further, the connecting portion 29B is formed to be widened to the adjacent first fixed electrode 28 side so that the second fixed electrode 29 and the plate electrode portion 30B are flush with each other.

図2(b)に示すように、基板12は、コア基板51と、コア基板51の上面を覆うように形成された絶縁層53と、絶縁層53の上に形成された第3固定電極55とを備える。梁部41と一体形成されたアンカー部45はパッド58と接続されており、錘部24が配線(図示略)を介して外部端子と電気的に接続されている。第1のセンサ21は、図3に示すように、錘部24の可動電極30と第1及び第2固定電極28,29とで平行平板コンデンサC1,C2が構成される。平行平板コンデンサC1,C2は、第1のセンサ21に対しY方向(検出方向)に作用する加速度に応じて、第1及び第2固定電極28,29の各々と平板電極部30Bとの間の距離が変動し静電容量が変化する。例えば、Y方向の一方(図中の上方)に錘部24が変動するのにともなって平行平板コンデンサC1の静電容量が減少する一方で、平行平板コンデンサC2の静電容量が増加する。このような可動電極30(平板電極部30B)と第1及び第2固定電極28,29との間の距離の変動にともなって変化する平行平板コンデンサの静電容量を測定することによってY方向に対する加速度を検出することが可能となる。   As shown in FIG. 2B, the substrate 12 includes a core substrate 51, an insulating layer 53 formed so as to cover the upper surface of the core substrate 51, and a third fixed electrode 55 formed on the insulating layer 53. With. The anchor portion 45 formed integrally with the beam portion 41 is connected to the pad 58, and the weight portion 24 is electrically connected to an external terminal via wiring (not shown). As shown in FIG. 3, in the first sensor 21, parallel plate capacitors C <b> 1 and C <b> 2 are configured by the movable electrode 30 of the weight portion 24 and the first and second fixed electrodes 28 and 29. The parallel plate capacitors C1 and C2 are provided between each of the first and second fixed electrodes 28 and 29 and the plate electrode portion 30B according to the acceleration acting in the Y direction (detection direction) with respect to the first sensor 21. The capacitance varies with the distance. For example, the capacitance of the parallel plate capacitor C1 decreases while the capacitance of the parallel plate capacitor C2 increases as the weight portion 24 changes in one direction in the Y direction (upward in the figure). By measuring the capacitance of the parallel plate capacitor that changes with the variation in the distance between the movable electrode 30 (plate electrode portion 30B) and the first and second fixed electrodes 28 and 29, the Y direction can be measured. It is possible to detect acceleration.

例えば、錘部24に接続される測定点61における電圧を上記した外部端子から処理回路に出力しコンデンサC1,C2の電位差(静電容量の差)を検出して加速度を算出する。なお、図3に示すように、第1のセンサ21は、静電容量の差の出力を大きくし感度を向上させるためにコンデンサC1,C2の各々を含むブリッジ回路が構成されている。また、このブリッジ回路を構成することで、非検出方向となるX方向に対する各コンデンサC1,C2の静電容量の変化を相殺し、いわゆる他軸感度の低減を図ることができる。また、第1のセンサ21は、加速度が加わらない無負荷時の測定点61におけるオフセット電圧をキャンセルするための補正回路を備えてもよい。   For example, the voltage at the measurement point 61 connected to the weight portion 24 is output from the external terminal to the processing circuit, the potential difference (capacitance difference) between the capacitors C1 and C2 is detected, and the acceleration is calculated. As shown in FIG. 3, the first sensor 21 includes a bridge circuit including capacitors C1 and C2 in order to increase the output of the difference in capacitance and improve the sensitivity. In addition, by configuring this bridge circuit, it is possible to cancel the change in the capacitance of each of the capacitors C1 and C2 with respect to the X direction, which is the non-detection direction, and to reduce so-called other-axis sensitivity. The first sensor 21 may include a correction circuit for canceling the offset voltage at the measurement point 61 when no load is applied without acceleration.

また、図2(b)に示す第3固定電極55は、錘部24とZ方向で対向するように絶縁層53の上面の全域に広がって形成されている。第1のセンサ21は、錘部24と第3固定電極55とでZ方向で対向する平行平板コンデンサが構成される。この平行平板コンデンサは、第1のセンサ21に対しZ方向に作用する加速度に応じて静電容量が変化する。第1のセンサ21では、錘部24と第3固定電極55との間の距離の変動にともなって変化する平行平板コンデンサの静電容量を測定することによってZ方向に対する加速度が検出される。   Also, the third fixed electrode 55 shown in FIG. 2B is formed to extend over the entire upper surface of the insulating layer 53 so as to face the weight portion 24 in the Z direction. The first sensor 21 includes a parallel plate capacitor that is opposed to the weight portion 24 and the third fixed electrode 55 in the Z direction. The capacitance of the parallel plate capacitor changes according to the acceleration acting on the first sensor 21 in the Z direction. In the first sensor 21, the acceleration in the Z direction is detected by measuring the capacitance of the parallel plate capacitor that changes as the distance between the weight portion 24 and the third fixed electrode 55 varies.

第1のセンサ21は、上記したようにY方向及びZ方向に作用する加速度を検出する一方で、バネ43(図2(a)参照)がX方向に対する伸縮が規制される構造となっており、錘部24がX方向に撓動しないようになっている。従って、第1のセンサ21は、Y方向及びZ方向の加速度が検出可能な2軸加速度センサとして構成されている。図1に示すように、加速度センサ10が備える第2のセンサ31は、第1のセンサ21と同様の構成となっており、枠部23と、錘部24と、一対のバネ部26と、第1及び第2固定電極28,29と、第3固定電極(図示略)とを備える。第2のセンサ31は、Z方向を回転軸として第1のセンサ21を90度回転した構造となっている。つまり、第2のセンサ31は、X方向及びZ方向に作用する加速度を検出する一方で、バネ部26のバネ43がY方向に対する伸縮が規制され、錘部24がY方向に撓動しないようになっている。従って、第2のセンサ31は、X方向及びZ方向の加速度が検出可能な2軸加速度センサとして構成されている。   As described above, the first sensor 21 detects the acceleration acting in the Y direction and the Z direction, while the spring 43 (see FIG. 2A) is configured to restrict expansion and contraction in the X direction. The weight portion 24 is not bent in the X direction. Therefore, the first sensor 21 is configured as a biaxial acceleration sensor that can detect accelerations in the Y direction and the Z direction. As shown in FIG. 1, the second sensor 31 included in the acceleration sensor 10 has the same configuration as the first sensor 21, and includes a frame portion 23, a weight portion 24, a pair of spring portions 26, First and second fixed electrodes 28 and 29 and a third fixed electrode (not shown) are provided. The second sensor 31 has a structure in which the first sensor 21 is rotated 90 degrees with the Z direction as a rotation axis. That is, the second sensor 31 detects acceleration acting in the X direction and the Z direction, while the spring 43 of the spring portion 26 is restricted from expanding and contracting in the Y direction so that the weight portion 24 does not flex in the Y direction. It has become. Therefore, the second sensor 31 is configured as a biaxial acceleration sensor that can detect accelerations in the X direction and the Z direction.

このように構成された加速度センサ10では、第1及び第2のセンサ21,31の出力に基づいて3方向に対する加速度が検出される。また、加速度センサ10では、Z方向に対する加速度を第1及び第2のセンサ21,31の各々の錘部24と第3固定電極55との距離の変動に応じた静電容量の変化を測定し検出する。即ち、加速度センサ10は、Z方向に対する加速度を第1及び第2のセンサ21,31の両方の出力を合成した値を用いて検出する構成となっている。   In the acceleration sensor 10 configured as described above, accelerations in three directions are detected based on the outputs of the first and second sensors 21 and 31. Further, the acceleration sensor 10 measures the change in capacitance according to the variation in the distance between the weight portion 24 of each of the first and second sensors 21 and 31 and the third fixed electrode 55 in the acceleration in the Z direction. To detect. That is, the acceleration sensor 10 is configured to detect the acceleration in the Z direction using a value obtained by combining the outputs of both the first and second sensors 21 and 31.

次に、静電容量部27の配置について図4を用いて説明する。なお、図4は、静電容量部27の配置を示すための模式図であり、第1のセンサ21が備える各部材を適宜省略して示している。図4に示すように、静電容量部27は、錘部24の中央に設けられて一列に並んで配置されている。詳述すると、静電容量部27は、平面視正方形状の外周縁を有する錘部24における対角線の中点(重心70)が静電容量部27の中心となる位置になっている。ここでいう静電容量部27の中心とは、第1及び第2固定電極28,29と平板電極部30Bとの各部材を含む静電容量部27を立体的に見た場合の中心となる位置である。なお、静電容量部27の中心は、静電容量部27の構成等に応じて適宜設定する。また、本実施形態の第1のセンサ21は、この静電容量部27の中心が、錘部24の重心70と一致しており、平面的にだけでなく立体的に見た場合にも互いの中心となる位置が一致している。なお、本実施形態では、第2のセンサ31が第1のセンサ21と同様の構成となっており、各センサ21,31が静電容量部27の中心が錘部24の重心70に一致している。   Next, the arrangement of the capacitance unit 27 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for illustrating the arrangement of the capacitance unit 27, in which each member included in the first sensor 21 is omitted as appropriate. As shown in FIG. 4, the capacitance part 27 is provided in the center of the weight part 24 and arranged in a line. More specifically, the electrostatic capacity portion 27 is located at the center of the electrostatic capacitance portion 27 at the midpoint (center of gravity 70) of the diagonal line in the weight portion 24 having a square outer periphery in plan view. The center of the capacitance part 27 here is the center when the capacitance part 27 including the first and second fixed electrodes 28 and 29 and the plate electrode part 30B is viewed in three dimensions. Position. The center of the capacitance unit 27 is appropriately set according to the configuration of the capacitance unit 27 and the like. In the first sensor 21 of the present embodiment, the center of the electrostatic capacitance portion 27 coincides with the center of gravity 70 of the weight portion 24, and not only in a plan view but also in a three-dimensional view, The positions that are the centers of are consistent. In the present embodiment, the second sensor 31 has the same configuration as that of the first sensor 21, and each sensor 21, 31 has the center of the electrostatic capacity portion 27 aligned with the center of gravity 70 of the weight portion 24. ing.

ここで、第1及び第2固定電極28,29は、スルーホール28A,29Aが形成される接続部28B,29Bの電極の厚さ71が他の部分に比べて増大している。図12は、比較例としての第1のセンサ21Aの静電容量部27の配置を示している。図12に示す第1のセンサ21Aは、静電容量部27が第1及び第2固定電極28,29の長手方向(X方向)において2つ(2列)に分断された静電容量部27A,27Bを備える。静電容量部27A、27Bは、平面視において錘部24の重心70の位置に対してX方向で対称となる位置に分散した配置となっている。このような構成では、1つの検出方向(Y方向)に対応する静電容量部27が2つの静電容量部27A,27Bに分散して配置された構成となっており、各静電容量部27A,27Bの第1及び第2固定電極28,29に接続部28B,29Bが設けられる。   Here, in the first and second fixed electrodes 28 and 29, the electrode thickness 71 of the connection portions 28B and 29B in which the through holes 28A and 29A are formed is increased as compared with the other portions. FIG. 12 shows an arrangement of the electrostatic capacity portion 27 of the first sensor 21A as a comparative example. The first sensor 21A shown in FIG. 12 has a capacitance portion 27A in which the capacitance portion 27 is divided into two (two rows) in the longitudinal direction (X direction) of the first and second fixed electrodes 28 and 29. , 27B. The electrostatic capacitance parts 27A and 27B are arranged in a distributed manner at positions symmetrical with respect to the position of the center of gravity 70 of the weight part 24 in plan view. In such a configuration, the capacitance units 27 corresponding to one detection direction (Y direction) are arranged in a distributed manner in the two capacitance units 27A and 27B. Connection portions 28B and 29B are provided on the first and second fixed electrodes 28 and 29 of 27A and 27B.

これに対し、図4に示す第1のセンサ21では、検出方向に対応する静電容量部27が錘部24の中央部に一列に集約して設けられ錘部24の中央部にY方向に沿って第1及び第2固定電極28,29及び可動電極30が交互に並設されている。そのため、第1のセンサ21は、図12に示す第1のセンサ21Aと比較した場合に、接続部28B,29Bを省略した数分だけ小型化を図ることが可能となる。より具体的には、例えば、第1のセンサ21は、第1のセンサ21AとX方向で比較した場合に、接続部28B,29BのX方向の長さを幅72とすると、接続部28B,29Bの数分(幅72が2個分)の長さだけX方向の長さを短くすることが可能となる。従って、このような構成では、1つの検出方向に対応する静電容量部27が1箇所に集約されることによって、固定電極28,29に設けられる接続部28B,29Bの配置が最適化でき接続部28B,29Bの個数を削減して装置の小型化を図ることが可能となる。   On the other hand, in the first sensor 21 shown in FIG. 4, the electrostatic capacitance portion 27 corresponding to the detection direction is provided in a row in the central portion of the weight portion 24 and is provided in the Y direction at the central portion of the weight portion 24. The first and second fixed electrodes 28 and 29 and the movable electrode 30 are alternately arranged in parallel. Therefore, when compared with the first sensor 21A shown in FIG. 12, the first sensor 21 can be reduced in size by the number of connections 28B and 29B omitted. More specifically, for example, when the first sensor 21 is compared with the first sensor 21A in the X direction, if the length in the X direction of the connection portions 28B and 29B is 72, the connection portion 28B, It is possible to shorten the length in the X direction by the length of 29B (the width 72 is two). Therefore, in such a configuration, the capacitance portions 27 corresponding to one detection direction are concentrated in one place, so that the arrangement of the connection portions 28B and 29B provided in the fixed electrodes 28 and 29 can be optimized. It is possible to reduce the size of the apparatus by reducing the number of the sections 28B and 29B.

また、第1及び第2固定電極28,29は、錘部24と離間している。そのため、例えば、第1のセンサ21は、第1のセンサ21AとX方向で比較した場合に、接続部28B,29Bと錘部24とのX方向における隙間の幅を幅73とすると、隙間の数分(幅73が2個分)の長さだけX方向の長さを短くすることが可能となる。つまり、接続部28B,29Bの省略に合わせて接続部28B,29Bと錘部24とのギャップを省略できるため、特に微細な機械構造の製造に適用されるMEMS技術を用いた加速度センサにおいて装置の小型化を効果的に図ることが可能となる。   Further, the first and second fixed electrodes 28 and 29 are separated from the weight portion 24. Therefore, for example, when the first sensor 21 is compared with the first sensor 21A in the X direction, the width of the gap in the X direction between the connection portions 28B and 29B and the weight portion 24 is set to the width 73. The length in the X direction can be shortened by a length of several minutes (two widths 73). In other words, since the gap between the connection portions 28B and 29B and the weight portion 24 can be omitted in accordance with the omission of the connection portions 28B and 29B, the apparatus of the acceleration sensor using the MEMS technology particularly applied to the manufacture of a fine mechanical structure is used. It is possible to effectively reduce the size.

ちなみに、例えば、図12に示す第1のセンサ21Aにおいて、静電容量部27Bを省略し、静電容量部27Aに集約、即ち、静電容量部27を錘部24の中央以外の位置に集約する構成が考えられる。しかしながら、このような構成は、例えば、錘部24に対してX方向の一方側のみに可動電極30を形成することとなり、錘部24の重心が中央からずれることとなる。従って、加速度が加わった場合に、錘部24に対し回転方向の運動が生じて検出方向の加速度に対する所望の出力を得ることが困難となる。   Incidentally, for example, in the first sensor 21 </ b> A shown in FIG. 12, the capacitance portion 27 </ b> B is omitted and concentrated in the capacitance portion 27 </ b> A, that is, the capacitance portion 27 is concentrated at a position other than the center of the weight portion 24. The structure which performs is considered. However, in such a configuration, for example, the movable electrode 30 is formed only on one side in the X direction with respect to the weight portion 24, and the center of gravity of the weight portion 24 is shifted from the center. Therefore, when acceleration is applied, a movement in the rotational direction is generated with respect to the weight portion 24, and it becomes difficult to obtain a desired output for the acceleration in the detection direction.

次に、Y方向に並ぶ第1及び第2固定電極28,29の各々に対して接続部28B,29Bを交互に異なる端部に設けた作用について説明する。まず、図4に示す第1のセンサ21では、接続部28B,29Bと可動電極30とのギャップの幅を幅73として同一符号を用いて説明したが、この幅73は厳密にはX方向両側の各々に設けられるギャップによって距離が異なる。これは、エッチングのためのレジストを形成するフォトマスクの位置調整(アライメント)やエッチング量に対する制御等の製造工程での精度の限界から各固定電極28,29のX方向両側に設けられる幅73を同一距離とすることは極めて難しいからである。   Next, an operation in which the connection portions 28B and 29B are alternately provided at different end portions with respect to the first and second fixed electrodes 28 and 29 arranged in the Y direction will be described. First, in the first sensor 21 shown in FIG. 4, the gap width between the connection portions 28 </ b> B and 29 </ b> B and the movable electrode 30 has been described using the same reference numeral as the width 73. The distance varies depending on the gap provided in each of the two. This is because the widths 73 provided on both sides in the X direction of the fixed electrodes 28 and 29 are limited due to the limit of accuracy in the manufacturing process such as position adjustment (alignment) of the photomask for forming the resist for etching and control over the etching amount. This is because it is extremely difficult to set the same distance.

そこで、以下の説明では、図5に示すように、X方向の一端側(図中において左側)の幅73を幅73A、他端側の幅73を幅73Bと称し、説明する。例えば幅73Aを幅73Bに比べて長い距離とする。図5に示すように、接続部28Bは、第1固定電極28と可動電極30とがY方向において面一に対向するように、第1固定電極28の一端側において隣接する第2固定電極29に拡幅されて形成されている。また、接続部29Bは、第2固定電極29と可動電極30とが面一に対向するように、第2固定電極29の一端側において隣接する第1固定電極28側に拡幅されて形成されている。また、接続部28B,29Bは、隣接する第1及び第2固定電極28,29のX方向の端部と対向する位置まで拡幅して形成されている。従って、一対の第1及び第2固定電極28,29は、X方向の端部において接続部28B,29Bのいずれか一方が枠状電極部30Aと対向している。   Therefore, in the following description, as shown in FIG. 5, the width 73 on one end side (left side in the figure) in the X direction is referred to as a width 73A, and the width 73 on the other end side is referred to as a width 73B. For example, the width 73A is longer than the width 73B. As shown in FIG. 5, the connecting portion 28 </ b> B has a second fixed electrode 29 adjacent on one end side of the first fixed electrode 28 so that the first fixed electrode 28 and the movable electrode 30 are flush with each other in the Y direction. It is formed to be widened. Further, the connection portion 29B is formed to be widened to the adjacent first fixed electrode 28 side at one end side of the second fixed electrode 29 so that the second fixed electrode 29 and the movable electrode 30 are flush with each other. Yes. Further, the connecting portions 28B and 29B are formed so as to be widened to positions facing the end portions of the adjacent first and second fixed electrodes 28 and 29 in the X direction. Accordingly, in the pair of first and second fixed electrodes 28 and 29, one of the connection portions 28B and 29B faces the frame-shaped electrode portion 30A at the end in the X direction.

ここで、例えば第1のセンサ21に大きな衝撃等が加わって錘部24が回転したような状態では、図6に示すように幅73A,73BがY方向の位置によって異なる状態となる。例えば、錘部24がZ軸方向を回転軸として反時計回りに回転した場合には、幅73Aの距離がY方向の上側に向かうに従って大きくなっている一方で、幅73Bの距離がY方向の上側に向かうに従って小さくなっている。この錘部24の回転にともなう幅73A,73Bの変動により、接続部28B,29Bと枠状電極部30Aの間の静電容量の変動が生じる。そして、上記したように幅73A,73Bが異なる距離であるため、錘部24の回転にともなう静電容量の変動が幅73A,73B、即ち、X方向の両側において異なる態様となる。   Here, for example, in a state where a large impact is applied to the first sensor 21 and the weight portion 24 is rotated, the widths 73A and 73B are different depending on the position in the Y direction as shown in FIG. For example, when the weight portion 24 rotates counterclockwise about the Z-axis direction as the rotation axis, the distance of the width 73A increases toward the upper side in the Y direction, while the distance of the width 73B increases in the Y direction. It becomes smaller as it goes upward. Variations in the widths 73A and 73B accompanying the rotation of the weight portion 24 cause variations in capacitance between the connection portions 28B and 29B and the frame-shaped electrode portion 30A. Since the widths 73A and 73B are different distances as described above, the variation of the capacitance due to the rotation of the weight portion 24 is different between the widths 73A and 73B, that is, both sides in the X direction.

そこで、本実施形態の第1及び第2固定電極28,29では、接続部28B,29Bが設けられる端部の位置が、Y方向に並ぶ各固定電極28,29の各々に対して交互に異なる端部側となるように構成されている。これにより、枠状電極部30Aは、回転時における接続部28B,29Bの各々の間における静電容量に生じる変動が同様の態様となる。その結果、可動電極30と第1及び第2固定電極28,29の各々との静電容量に対し回転によって生じる変動の差を無くし加速度の検出精度の向上を図ることが可能となる。   Therefore, in the first and second fixed electrodes 28 and 29 of the present embodiment, the positions of the end portions where the connection portions 28B and 29B are provided are alternately different from each of the fixed electrodes 28 and 29 arranged in the Y direction. It is comprised so that it may become an edge part side. As a result, the frame-shaped electrode portion 30A has a similar variation in the capacitance generated between the connection portions 28B and 29B during rotation. As a result, it is possible to eliminate the difference in fluctuation caused by the rotation with respect to the capacitance between the movable electrode 30 and each of the first and second fixed electrodes 28 and 29, and to improve the acceleration detection accuracy.

ちなみに、本実施形態の第1のセンサ21では、接続部28B,29Bが第1及び第2固定電極28,29の端部に設けられているが、これに対し、図13に示す第1のセンサ21Bのように第1及び第2固定電極28,29のX方向の略中央部に接続部28B,29Bを設けた構成が考えられる。このような構成では、第1及び第2固定電極28,29のX方向の端部分と可動電極30との回転時における静電容量の変動の差を低減できるが、電極の幅が他の部分に比べて大きい接続部28B,29Bを中央部に設けたことで両固定電極28,29の互いの距離が離れることとなり、第1のセンサ21Bに対して固定電極28,29が占有する領域の増大を招く。   Incidentally, in the first sensor 21 of the present embodiment, the connection portions 28B and 29B are provided at the end portions of the first and second fixed electrodes 28 and 29. On the other hand, the first sensor 21 shown in FIG. A configuration in which the connection portions 28B and 29B are provided at substantially the center in the X direction of the first and second fixed electrodes 28 and 29 as in the sensor 21B is conceivable. In such a configuration, the difference in capacitance variation during rotation between the end portions in the X direction of the first and second fixed electrodes 28 and 29 and the movable electrode 30 can be reduced, but the width of the electrodes is reduced to other portions. By providing the connection portions 28B and 29B larger than the central portion in the center portion, the distance between the fixed electrodes 28 and 29 is increased, and the region occupied by the fixed electrodes 28 and 29 with respect to the first sensor 21B is increased. Incurs an increase.

これに対し、本実施形態の第1のセンサ21では、一対の第1及び第2固定電極28,29が、X方向の端部において接続部28B,29Bのいずれか一方が枠状電極部30Aと対向している。そして、電極の幅が大きくなる各接続部28B,29Bが、固定電極28,29の異なる端部側に設けられ互い違いとなるように配置されている。これにより、両固定電極28,29をより近接させて配置することによって、固定電極28,29が占有する領域を減少させることができる。その結果、加速度の検出精度の向上と装置の小型化との両立を図ることが可能となる。   On the other hand, in the first sensor 21 of the present embodiment, the pair of first and second fixed electrodes 28 and 29 has a frame-shaped electrode portion 30A in which one of the connection portions 28B and 29B at the end in the X direction. Is facing. And each connection part 28B and 29B from which the width | variety of an electrode becomes large is provided in the different edge part side of the fixed electrodes 28 and 29, and is arrange | positioned so that it may become alternate. Thereby, the area | region which the fixed electrodes 28 and 29 occupy can be reduced by arrange | positioning both the fixed electrodes 28 and 29 closer. As a result, it is possible to achieve both improvement in acceleration detection accuracy and downsizing of the apparatus.

次に、可動電極30の平板電極部30Bの構造について詳細に説明する。
図7に示すように、第1のセンサ21の静電容量部27に設けられる平板電極部30Bは、長辺がX方向に沿った略長方形板状に形成され、長辺の両端部が錘部24に固定されている。この平板電極部30Bが錘部24に固定される部分(以下、「固定部」という)81,82は、錘部24と一体形成されている。
Next, the structure of the plate electrode portion 30B of the movable electrode 30 will be described in detail.
As shown in FIG. 7, the plate electrode portion 30 </ b> B provided in the electrostatic capacitance portion 27 of the first sensor 21 is formed in a substantially rectangular plate shape whose long side is along the X direction, and both end portions of the long side are weights. It is fixed to the part 24. Portions (hereinafter referred to as “fixed portions”) 81 and 82 where the flat plate electrode portion 30B is fixed to the weight portion 24 are integrally formed with the weight portion 24.

ここで、本実施形態との比較を行うために、平板電極部30Bが長手方向の一端側、例えば固定部81のみで錘部24に固定されるような構成について説明する。図7に示すように、例えば、平板電極部30Bの長手方向(X方向)の長さをL、短手方向(Z方向)の長さをh、厚さ(Y方向の長さ)をbとする。そして、固定部81のみが固定されるような平板電極部30Bに対して検出方向に加速度a(G)が加わった場合に、平板電極部30Bの他端側(固定部82側)の先端となる部分には、以下の式で表される撓み(変位)が生じる。
v=f/8EI=14.7(σaL/Eb
上記した式において、fは加速度a(G)が加わったときに平板電極部30Bに加わる単位長さ当たりの荷重(分布荷重)、Eは平板電極部30Bの材料(例えばシリコン)のヤング率(例えば、169GPa(ギガパスカル))、Iは断面2次モーメント、σは材料の密度(例えば2330kg/m)である。また、例えば、長さL=270μm(マイクロメートル)、長さh=10μm、厚さb=2μmとする。この場合に、a=10,000(G)の大きさの加速度がセンサ21に加わった場合には、v=2.7μmの変位が生じる。
Here, in order to compare with the present embodiment, a configuration in which the plate electrode portion 30B is fixed to the weight portion 24 only by one end side in the longitudinal direction, for example, the fixing portion 81 will be described. As shown in FIG. 7, for example, the length in the longitudinal direction (X direction) of the plate electrode portion 30B is L, the length in the short direction (Z direction) is h, and the thickness (length in the Y direction) is b. And When the acceleration a (G) is applied in the detection direction to the flat plate electrode portion 30B in which only the fixed portion 81 is fixed, the tip on the other end side (fixed portion 82 side) of the flat plate electrode portion 30B In such a portion, bending (displacement) represented by the following formula occurs.
v = f 0 L 4 /8EI=14.7 (σaL 4 / Eb 2 )
In the above equation, f 0 is a load per unit length (distributed load) applied to the plate electrode portion 30B when acceleration a (G) is applied, and E is a Young's modulus of the material (for example, silicon) of the plate electrode portion 30B. (For example, 169 GPa (gigapascal)), I is the moment of inertia of the cross section, and σ is the density of the material (for example, 2330 kg / m 3 ). For example, the length L = 270 μm (micrometer), the length h = 10 μm, and the thickness b = 2 μm. In this case, when an acceleration having a magnitude of a = 10,000 (G) is applied to the sensor 21, a displacement of v = 2.7 μm occurs.

一方で、可動電極30(平板電極部30B)と第1及び第2固定電極28,29との間の幅74は、感度を向上させるために電極間の距離を狭くすること、あるいはエッチング等の製造工程での加工限界を考慮すると、幅74は約2.0〜2.5μmとなる。従って、上記したような平板電極部30Bの一端側を固定する構成では、仮に10,000=1万(G)の大きさの加速度が加わった場合には、平板電極部30Bの先端部分と第1及び第2固定電極28,29とが衝突し短絡が生じる。ちなみ、加速度a=1万(G)とは、この種のセンサに対して加えられる加速度としては一般的に許容範囲内とされる値である。   On the other hand, the width 74 between the movable electrode 30 (the plate electrode portion 30B) and the first and second fixed electrodes 28 and 29 is such that the distance between the electrodes is reduced in order to improve the sensitivity, etching, etc. Considering the processing limit in the manufacturing process, the width 74 is about 2.0 to 2.5 μm. Therefore, in the configuration in which the one end side of the flat plate electrode portion 30B is fixed as described above, if acceleration of a magnitude of 10,000 = 10,000 (G) is applied, the tip portion of the flat plate electrode portion 30B and the first portion The first and second fixed electrodes 28 and 29 collide to cause a short circuit. Incidentally, the acceleration a = 10,000 (G) is a value that is generally within an allowable range as an acceleration applied to this type of sensor.

これに対し、本実施形態の第1のセンサ21では、各平板電極部30Bの長手方向の両端が固定部81,82において錘部24と接続されている。このような構成では、平板電極部30Bには、加速度が加わった場合に、両端が錘部24に固定されていることで長手方向(X方向)の中央部が変位するような力が加わる。しかしながら、平板電極部30Bの中央部が変位するためには、撓む以外に平板電極部30B自身が伸びるように変形する必要がある。このような平板電極部30Bの中央部が伸びて固定電極28,29と接触するための加速度は、本発明者らがシミュレーションした結果では加速度a=約750万(G)という値となった。従って、本実施形態の平板電極部30Bでは、その両端が錘部24に固定されることで、衝撃等により大きな加速度が加わった場合であっても、平板電極部30Bと第1及び第2固定電極28,29との衝突を防止することが可能となる。   On the other hand, in the first sensor 21 of the present embodiment, both ends in the longitudinal direction of each plate electrode portion 30B are connected to the weight portion 24 at the fixing portions 81 and 82. In such a configuration, when acceleration is applied to the flat plate electrode portion 30 </ b> B, a force is applied to displace the central portion in the longitudinal direction (X direction) by fixing both ends to the weight portion 24. However, in order to displace the central portion of the flat plate electrode portion 30B, it is necessary to deform so that the flat plate electrode portion 30B itself extends in addition to bending. As a result of simulation by the present inventors, the acceleration required for the central portion of the flat plate electrode portion 30B to extend and contact with the fixed electrodes 28 and 29 has a value of acceleration a = about 7.5 million (G). Therefore, in the flat plate electrode portion 30B of the present embodiment, both ends thereof are fixed to the weight portion 24, so that even when a large acceleration is applied due to impact or the like, the flat plate electrode portion 30B and the first and second fixed portions are fixed. It is possible to prevent collision with the electrodes 28 and 29.

また、第1のセンサ21は、静電容量部27が錘部24の中央に設けられ集約されていることから、1つの平板電極部30Bの長手方向の長さLを長くして静電容量を大きくすることで、感度の向上を図ることができる。その一方で、上記したように、平板電極部30Bを一方側のみで固定した場合には、長さLに応じた撓みが生じる。そのため、本実施形態では、平板電極部30Bの両端が錘部24に固定され撓みが生じにくい構造となっていることから、所望の静電容量とするために平板電極部30Bの長さLを長くした静電容量部27であっても好適に集約することが可能となる。   Moreover, since the electrostatic capacitance part 27 is provided in the center of the weight part 24 and the 1st sensor 21 is gathered, the length L of the longitudinal direction of one flat plate electrode part 30B is lengthened, and an electrostatic capacitance. By increasing the value, sensitivity can be improved. On the other hand, as described above, when the flat plate electrode portion 30B is fixed only on one side, bending corresponding to the length L occurs. Therefore, in this embodiment, since both ends of the plate electrode portion 30B are fixed to the weight portion 24 and are not easily bent, the length L of the plate electrode portion 30B is set to a desired capacitance. Even if the capacitance portion 27 is made long, it can be suitably aggregated.

なお、例えば、第1のセンサ21に対し錘部24等の変動を規制するストッパーを設けて可動電極30と第1及び第2固定電極28,29との衝突が生じる前に錘部24の変動を規制する構成が考えられる。しかしながら、このようなストッパーが機能する際には、既に錘部24が変動している状態であり、可動電極30と第1及び第2固定電極28,29との幅74が例えば上記した2.0〜2.5μmよりも狭くなり、撓みによる衝突が生じ易くなる。従って、ストッパー等の錘部24の変動を規制する部材を備える第1のセンサ21であっても、平板電極部30Bの両端を錘部24に固定することで、より確実に可動電極30と第1及び第2固定電極28,29との衝突を防止することが可能となる。   For example, a stopper that restricts the fluctuation of the weight portion 24 and the like is provided for the first sensor 21 so that the weight portion 24 fluctuates before the collision between the movable electrode 30 and the first and second fixed electrodes 28 and 29 occurs. The structure which regulates is conceivable. However, when such a stopper functions, the weight portion 24 has already fluctuated, and the width 74 between the movable electrode 30 and the first and second fixed electrodes 28 and 29 is, for example, 2. It becomes narrower than 0-2.5 micrometers, and it becomes easy to produce the collision by bending. Therefore, even in the first sensor 21 including a member such as a stopper that regulates the variation of the weight part 24, the both ends of the flat plate electrode part 30 </ b> B are fixed to the weight part 24, so that the movable electrode 30 and the first sensor 21 can be more reliably connected. It is possible to prevent collision with the first and second fixed electrodes 28 and 29.

次に、バネ43の構造について説明する。
図8(a)に示すバネ100は、バネ43の一例である。バネ100は、上述したように、互いになす角度が直角となる短辺111と長辺112とが交互に繋がる形状に構成されている。なお、以下の説明では、図8(a)〜(c)に示すように、短辺111の長さをL1、長辺112の長さをL2と称し、説明する。また、図8(a)〜(c)に示す方向はバネ100,100A,100Bが伸縮する方向を示している。
Next, the structure of the spring 43 will be described.
A spring 100 illustrated in FIG. 8A is an example of the spring 43. As described above, the spring 100 is formed in a shape in which the short sides 111 and the long sides 112 that are perpendicular to each other are alternately connected. In the following description, as shown in FIGS. 8A to 8C, the length of the short side 111 is referred to as L1, and the length of the long side 112 is referred to as L2. Moreover, the direction shown to Fig.8 (a)-(c) has shown the direction where the springs 100, 100A, and 100B expand and contract.

バネ100は、長さL2が長さL1に比べて長く、錘部24(図2(a)参照)と梁部41(図2(a)参照)の各々に接続される両端の距離L3が長さL2よりも長くなるように構成されている。ここで、バネ100において、Y方向で往復する回数、換言すればY方向の一端側で折り返す回数(以下、「折りたたみ回数」という)をnとする。図8(a)に示すバネ100では、折りたたみ回数nは15回となる。バネ100は、折りたたみ回数nと、X,Y,Zの各方向に対応するバネ定数Kx,Ky,Kzが相関する関係にある。そこで、本発明者らは、バネ100の折りたたみ回数nに対するバネ定数Kx,Ky,Kzの変化について検討・シミュレーション等を重ねた結果、本発明をなすに至った。具体的には、図8(a)に示すように、例えば、Z方向と直交する平面においてバネ100が占有する領域S(図中のハッチングで囲む部分)の面積を一定として、折りたたみ回数nを変更しながらバネ定数Kx,Ky,Kzの検討を行った。   The spring 100 has a length L2 that is longer than the length L1, and a distance L3 between both ends connected to each of the weight portion 24 (see FIG. 2A) and the beam portion 41 (see FIG. 2A). It is configured to be longer than the length L2. Here, the number of times the spring 100 reciprocates in the Y direction, in other words, the number of times of folding back at one end in the Y direction (hereinafter referred to as “the number of times of folding”) is n. In the spring 100 shown in FIG. 8A, the number of times of folding n is 15. The spring 100 has a relationship in which the folding number n and the spring constants Kx, Ky, and Kz corresponding to the X, Y, and Z directions are correlated. Therefore, the present inventors have made the present invention as a result of repeated examination, simulation, and the like regarding changes in the spring constants Kx, Ky, and Kz with respect to the number n of folding of the spring 100. Specifically, as shown in FIG. 8A, for example, the area of a region S (portion surrounded by hatching in the drawing) occupied by the spring 100 in a plane orthogonal to the Z direction is constant, The spring constants Kx, Ky, Kz were examined while changing.

図9は、折りたたみ回数nに対するバネ定数Kx,Ky,Kzの値を示すグラフである。図9に示すように、X方向のバネ定数Kxは、折りたたみ回数nの増加にともなって増加する。図中の実線で示すグラフは、バネ定数Kxを試算した結果を示しており、折りたたみ回数nの増加にともなってX方向に対する剛性が高まり伸縮が規制されていくことがわかる。   FIG. 9 is a graph showing the values of the spring constants Kx, Ky, Kz with respect to the folding number n. As shown in FIG. 9, the spring constant Kx in the X direction increases as the number of folding times n increases. The graph shown by the solid line in the figure shows the result of trial calculation of the spring constant Kx, and it can be seen that as the number of foldings n increases, the rigidity in the X direction increases and the expansion and contraction is restricted.

一方で、Y方向のバネ定数Kyは、折りたたみ回数nの増加にともなって減少する。図中の破線で示すグラフは、バネ定数Kyを試算した結果を示しており、折りたたみ回数nの増加にともなってY方向に対する剛性が低くなり撓動し易くなっていくことがわかる。同様に、Z方向のバネ定数Kzは、折りたたみ回数nの増加にともなって減少する。図中の一点鎖線で示すグラフは、バネ定数Kzの試算結果を示し折りたたみ回数nの増加にともなってZ方向に撓動し易くなっていくことがわかる。   On the other hand, the spring constant Ky in the Y direction decreases as the number of folding times n increases. The graph shown by the broken line in the figure shows the result of the trial calculation of the spring constant Ky, and it can be seen that the rigidity in the Y direction decreases and the bending becomes easier as the number of times of folding n increases. Similarly, the spring constant Kz in the Z direction decreases as the number of folding times n increases. The graph shown by the alternate long and short dash line in the figure shows the trial calculation result of the spring constant Kz, and it can be seen that it becomes easier to flex in the Z direction as the number of folding times n increases.

以上の内容を踏まえ、図9に示すグラフを用いて、バネ定数Kx,Ky,Kzによりバネ100を3種類に分類する。例えば、各バネ定数Kx,Ky,Kzが近似した値となる折りたたみ回数nを基準値n1(例えばn1=10)とし、折りたたみ回数nが基準値n1よりも小さくなるバネ100を第1種類とする。この第1種類に分類されるバネ100は、例えば、図8(b)に示されるように折りたたみ回数nを5回として構成されたバネ100Aである。このバネ100Aは、バネ100Aの両端の距離L3が長さL2よりも短い。バネ100Aは、X方向に対して変位し易く、Y,Z方向に対する伸縮が規制される特性を有する。つまり、このようなバネ100Aは、1方向に対して伸縮する特性を有するものであり、例えば特開平11−344507号公報(特許文献1)に示されるような1軸加速度センサに用いられるバネである。   Based on the above contents, the spring 100 is classified into three types by the spring constants Kx, Ky, and Kz using the graph shown in FIG. For example, the folding number n at which the spring constants Kx, Ky, and Kz are approximate values is a reference value n1 (for example, n1 = 10), and the spring 100 in which the folding number n is smaller than the reference value n1 is the first type. . The spring 100 classified as the first type is, for example, a spring 100 </ b> A configured so that the number of times of folding n is 5 as shown in FIG. 8B. In the spring 100A, the distance L3 between both ends of the spring 100A is shorter than the length L2. The spring 100A has a characteristic that it is easily displaced in the X direction and the expansion and contraction in the Y and Z directions is restricted. That is, such a spring 100A has a characteristic of expanding and contracting in one direction, and is a spring used for a uniaxial acceleration sensor as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-344507 (Patent Document 1). is there.

次に、折りたたみ回数nを基準値n1として各バネ定数Kx,Ky,Kzがほぼ同一となるバネ100を第2種類とする。この第2種類に分類されるバネ100は、例えば、図8(c)に示されるように折りたたみ回数nを10回として構成されたバネ100Bである。このバネ100Bは、バネ100Bの両端の距離L3が長さL2とほぼ等しく、X,Y,Zの各方向に対して変位する。つまり、この種のバネ100Bは、3方向に対して伸縮あるいは撓動する特性を有するものであり、例えば特表2005−534016号公報(特許文献3)に示されるような3軸加速度センサに用いられるバネである。   Next, the spring 100 in which the respective spring constants Kx, Ky, Kz are substantially the same with the folding number n as the reference value n1 is the second type. The spring 100 classified as the second type is, for example, a spring 100B configured with the number of foldings n as 10 as shown in FIG. 8C. The spring 100B has a distance L3 between both ends of the spring 100B substantially equal to the length L2, and is displaced in the X, Y, and Z directions. In other words, this type of spring 100B has a characteristic of expanding and contracting or bending in three directions, and is used for, for example, a triaxial acceleration sensor as disclosed in JP-T-2005-534016 (Patent Document 3). Spring.

そして、本実施形態の図8(a)に示されるバネ100は、折りたたみ回数nが基準値n1に比べて大きい第3種類に分類されるバネであり、2方向に対する撓動性を備えるものである。詳述すると、バネ100は、短辺111と長辺112とが繋がり蛇行して延びるX方向に対する剛性が高く伸縮し難い。また、バネ100は、蛇行して延びるX方向に対して直交するY方向に対する撓動性を有している。また、バネ100は、バネ100が占有する領域Sを設定した平面に対して垂直なZ方向に対する撓動性を有している。従って、このような特性のバネ100(バネ43)を備える第1のセンサ21では、Y方向及びZ方向に作用する加速度が検出される一方で、錘部24がX方向に変動しないためX方向に対する他軸感度を抑制でき検出精度の向上を図ることが可能となる。   And the spring 100 shown by Fig.8 (a) of this embodiment is a spring classified into 3rd types with the frequency | count n of folding large compared with the reference value n1, and is provided with the flexibility with respect to two directions. is there. More specifically, the spring 100 has high rigidity in the X direction in which the short side 111 and the long side 112 are connected and meanderingly extend, and is difficult to expand and contract. The spring 100 has flexibility in the Y direction perpendicular to the X direction extending in a meandering manner. The spring 100 has flexibility in the Z direction perpendicular to the plane in which the region S occupied by the spring 100 is set. Therefore, in the first sensor 21 including the spring 100 (spring 43) having such characteristics, acceleration acting in the Y direction and the Z direction is detected, while the weight portion 24 does not change in the X direction, so the X direction. It is possible to suppress the sensitivity to other axes and to improve the detection accuracy.

次に、このように構成された加速度センサ10の感度について説明する。
加速度センサ10は、Z方向に対する加速度を第1及び第2のセンサ21,31の両方の出力を用いて検出する構成となっている。ここで、対向する電極の面積をS、電極の距離をd、誘電率をεとすると、静電容量Cは、次式で表される。
C=εS/d・・・・・・・・・(1)
錘部24は、平面方向がZ方向と直交する方向となる平板状に形成されており、Z方向に対する加速度を検出する可動電極の面積Sを他の方向(X方向、Y方向)に比べて大きくすることができる。そのため、本実施形態の第1及び第2のセンサ21,31は、Z方向に作用する加速度を検出するために設けられる静電容量の大きさが他の2方向に対して大きくすることができる。
Next, the sensitivity of the acceleration sensor 10 configured as described above will be described.
The acceleration sensor 10 is configured to detect acceleration in the Z direction using the outputs of both the first and second sensors 21 and 31. Here, assuming that the area of the opposing electrodes is S, the distance between the electrodes is d, and the dielectric constant is ε, the capacitance C is expressed by the following equation.
C = εS / d (1)
The weight portion 24 is formed in a flat plate shape in which the plane direction is orthogonal to the Z direction, and the area S of the movable electrode that detects acceleration in the Z direction is larger than the other directions (X direction, Y direction). Can be bigger. Therefore, in the first and second sensors 21 and 31 of the present embodiment, the capacitance provided for detecting the acceleration acting in the Z direction can be larger than the other two directions. .

また、上記式(1)を用いて距離の変化量Δdに対する静電容量の変化量ΔCの大きさは次式で表される。
ΔC/Δd=εS/d・・・・(2)
また、錘部24に作用する力は、運動方程式、弾性の法則から次式で表される。
F=ma=kΔd(m:錘部24の質量、a:加速度、k:バネ定数)・・(3)
上記式(2)、(3)から静電容量の変化量ΔCは次式で表される。
ΔC=(εS/d*m/k)a=(C/k*m/d)a・・・・・・(4)
Further, the magnitude of the change amount ΔC of the capacitance with respect to the change amount Δd of the distance is expressed by the following equation using the above formula (1).
ΔC / Δd = εS / d 2 (2)
Further, the force acting on the weight portion 24 is expressed by the following equation from the equation of motion and the law of elasticity.
F = ma = kΔd (m: mass of weight portion 24, a: acceleration, k: spring constant) (3)
From the above equations (2) and (3), the amount of change ΔC in capacitance is expressed by the following equation.
ΔC = (εS / d 2 * m / k) a = (C / k * m / d) a (4)

従って、上記式(4)より、本実施形態のような静電容量型の加速度センサ10の加速度aに対する感度(静電容量の変化量)を上げるには、重りとしての錘部24の質量mを増加させる、あるいは錘部24と第1〜第3固定電極28,29,55の各々とで構成されるコンデンサの静電容量Cを増加させる、あるいはバネ定数Kx,Ky,Kzを小さくすることが考えられる。質量mは錘部24の大きさと相関する関係にある。静電容量Cは、Z方向においては錘部24のZ方向と直交する方向の面積Sと相関する関係にある。加速度センサ10は、図2(a)に示すように、平面視で見た場合には錘部24が平面の大部分の領域を占めている。これに対し、例えば1軸加速度センサ(上記の特開平11−344507号公報(特許文献1)に開示される加速度センサ等)をXYZの各方向に対応して設ける構成として、複数の加速度センサを同一平面上に並べて配置した構成が考えられる。しかしながら、このような構成では、平面視で見た場合には、Z軸方向に寄与する錘部が平面の一部の領域のみを占めることとなる。つまり、本実施形態の加速度センサ10は、すべてのセンサ(第1及び第2のセンサ21,31)がZ方向の加速度の検出に寄与するため、Z方向に対して同一の感度となる3軸加速度センサを構成する場合を比較すると小型化に優れた構造となっている。   Therefore, from the above equation (4), in order to increase the sensitivity (capacitance change amount) to the acceleration a of the capacitive acceleration sensor 10 as in the present embodiment, the mass m of the weight portion 24 as a weight. Or increase the capacitance C of the capacitor formed by the weight portion 24 and each of the first to third fixed electrodes 28, 29, and 55, or decrease the spring constants Kx, Ky, and Kz. Can be considered. The mass m is correlated with the size of the weight portion 24. The electrostatic capacity C is correlated with the area S of the weight portion 24 in the direction orthogonal to the Z direction in the Z direction. As shown in FIG. 2A, when the acceleration sensor 10 is viewed in a plan view, the weight portion 24 occupies a large area of the plane. On the other hand, for example, a single-axis acceleration sensor (such as the acceleration sensor disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 11-344507 (Patent Document 1)) is provided corresponding to each direction of XYZ. A configuration in which they are arranged side by side on the same plane is conceivable. However, in such a configuration, when viewed in a plan view, the weight portion contributing to the Z-axis direction occupies only a partial region of the plane. That is, in the acceleration sensor 10 of the present embodiment, all the sensors (first and second sensors 21 and 31) contribute to the detection of acceleration in the Z direction. Comparing the case of configuring the acceleration sensor, the structure is excellent in miniaturization.

また、静電容量型の加速度センサの感度は、一般的にXYZの各方向に対する感度が等しくなることが好ましい。上記式(4)に示すように、各方向に対する感度を同程度とするために各方向の静電容量Cとバネ定数kとの比を等しくすることが考えられる。例えば、上記した加速度センサ10において、X方向の加速度を検出する第2のセンサ31の錘部24と第1及び第2固定電極28,29との電極間の静電容量をCx、バネ43のX方向に対するバネ定数をkxとする。また、Y方向の加速度を検出する第1のセンサ21の錘部24と第1及び第2固定電極28,29との電極間の静電容量をCy、バネ43のY方向に対するバネ定数をkyとする。なお、本実施形態では第1及び第2のセンサ21,31が同一構造であるため、静電容量CxとCy、バネ定数kxとkyは各々で同値となる。また、第1及び第2のセンサ21,31のZ方向の加速度を検出する錘部24と第3固定電極55との電極間の静電容量の各々を静電容量Cz1,Cz2、各センサ21,31のバネ43のZ方向に対するバネ定数の各々をkz1,kz2とする。なお、本実施形態では第1及び第2のセンサ21,31が同一構造であるため、静電容量Cz1,Cz2が同値となる。同様に、バネ定数kz1,kz2は同値となる。   In general, it is preferable that the sensitivity of the capacitive acceleration sensor be equal to each other in the XYZ directions. As shown in the above equation (4), it is conceivable to make the ratio of the capacitance C and the spring constant k in each direction equal in order to make the sensitivity in each direction comparable. For example, in the acceleration sensor 10 described above, the capacitance between the weight portion 24 of the second sensor 31 that detects acceleration in the X direction and the first and second fixed electrodes 28 and 29 is Cx, and the spring 43 Let the spring constant in the X direction be kx. Further, the capacitance between the weight 24 of the first sensor 21 that detects the acceleration in the Y direction and the first and second fixed electrodes 28 and 29 is Cy, and the spring constant of the spring 43 in the Y direction is ky. And In the present embodiment, since the first and second sensors 21 and 31 have the same structure, the capacitances Cx and Cy and the spring constants kx and ky have the same value. Further, the capacitances between the electrodes 24 and the third fixed electrode 55 for detecting the acceleration in the Z direction of the first and second sensors 21 and 31 are represented by capacitances Cz1 and Cz2, and the sensors 21. , 31 of the spring 43 in the Z direction are kz1 and kz2. In the present embodiment, since the first and second sensors 21 and 31 have the same structure, the capacitances Cz1 and Cz2 have the same value. Similarly, the spring constants kz1 and kz2 have the same value.

そして、この場合における各方向の静電容量Cとバネ定数kとの比を等しくするためには、次式を満たすことが好ましい。
2*Cx/kz=2*Cy/ky=(Cz1/kz1+Cz2/kz2)・・・・(5)
従って、上記式(5)の値を指標として設計することで、互い直交する3軸の各々の方向の加速度に対する感度を同等とすることができ、本実施形態の加速度センサ10を容易に構成することが可能となる。なお、図3に示すように、本実施形態の第1及び第2のセンサ21,31の各々は、コンデンサC1,C2を含むブリッジ回路が構成され、各コンデンサC1,C2の静電容量の差を用いて加速度を算出する。従って、各センサ21,31の各方向に対する感度は、例えば、コンデンサC1,C2のうち一方のコンデンサの容量を2倍した値と相関することとなる。上記した式(5)は、このような静電容量型の加速度センサにおいて用いられるブリッジ回路を加味したものとなっている。
In this case, in order to make the ratio between the capacitance C in each direction and the spring constant k equal, it is preferable to satisfy the following equation.
2 * Cx / kz = 2 * Cy / ky = (Cz1 / kz1 + Cz2 / kz2) (5)
Therefore, by designing the value of the above formula (5) as an index, the sensitivity to acceleration in the directions of the three axes orthogonal to each other can be made equal, and the acceleration sensor 10 of this embodiment can be easily configured. It becomes possible. As shown in FIG. 3, each of the first and second sensors 21 and 31 according to the present embodiment includes a bridge circuit including capacitors C1 and C2, and a difference in capacitance between the capacitors C1 and C2. Is used to calculate the acceleration. Therefore, the sensitivity of each sensor 21 and 31 in each direction correlates with, for example, a value obtained by doubling the capacity of one of the capacitors C1 and C2. The above equation (5) takes into account the bridge circuit used in such a capacitance type acceleration sensor.

次に、第1のセンサ21の製造方法の一例について説明する。なお、第2のセンサ31の製造方法については第1のセンサ21と同様であるため説明を省略する。
まず、図10(a)に示すコア基板200を準備する。コア基板200は、例えば単結晶シリコンからなるウェハである。第1のセンサ21は、コア基板200上に多数のセンサ素子を形成し、その後にダイシングを行って複数の第1のセンサ21に個片化することにより製造される。
Next, an example of a method for manufacturing the first sensor 21 will be described. Note that the manufacturing method of the second sensor 31 is the same as that of the first sensor 21, and thus the description thereof is omitted.
First, the core substrate 200 shown in FIG. The core substrate 200 is a wafer made of single crystal silicon, for example. The first sensor 21 is manufactured by forming a large number of sensor elements on the core substrate 200 and then dicing into a plurality of first sensors 21.

コア基板200の表面に絶縁層210を形成する。絶縁層210は、例えば、窒化シリコン(SiNx)や、二酸化シリコンの膜の上に窒化シリコンを積層した膜を熱酸化法や堆積法を用いて形成する。次いで、絶縁層210の表面に、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて任意にパターニングされた第3固定電極212、パッド214及び図示しない配線を形成する。第3固定電極212及び配線(図示略)等は、ポリシリコンなど、後述する犠牲層215のエッチングに対して耐性がある材料を用いる。なお、LSI技術で一般的に用いられるアルミニウムを第3固定電極212及び図示しない配線に用いる場合は、当該アルミニウムの上に窒化シリコン膜を積層したり、前述した絶縁層210を複数層の積層膜で構成してその中に形成するなどして、犠牲層215のエッチングに対して耐性を上げることが好ましい。以上のように、絶縁層210、第3固定電極212及び配線(図示略)を複数層で構成してもよい。また、第3固定電極212及び配線(図示略)は、導電性を有する複数層で構成してもよい。   An insulating layer 210 is formed on the surface of the core substrate 200. The insulating layer 210 is formed by, for example, silicon nitride (SiNx) or a film obtained by stacking silicon nitride on a silicon dioxide film by using a thermal oxidation method or a deposition method. Next, a third fixed electrode 212, a pad 214, and a wiring (not shown) that are arbitrarily patterned using a photolithography technique, for example, are formed on the surface of the insulating layer 210. For the third fixed electrode 212 and the wiring (not shown), a material that is resistant to etching of the sacrificial layer 215 described later, such as polysilicon, is used. When aluminum generally used in LSI technology is used for the third fixed electrode 212 and a wiring (not shown), a silicon nitride film is laminated on the aluminum, or the insulating layer 210 described above is formed of a multilayer film. It is preferable to increase the resistance to the etching of the sacrificial layer 215 by, for example, forming and forming in it. As described above, the insulating layer 210, the third fixed electrode 212, and the wiring (not shown) may be composed of a plurality of layers. Further, the third fixed electrode 212 and the wiring (not shown) may be composed of a plurality of conductive layers.

次いで、図10(b)に示すように、絶縁層210及び第3固定電極212を覆うように犠牲層215を形成する。犠牲層215は、例えば化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法により二酸化シリコンを成膜して形成する。犠牲層215の厚さは例えば2μm(マイクロメートル)である。次いで、図10(c)に示すように、犠牲層215に対しパッド214の表面の一部が露出するようにコンタクトホール216を形成する。コンタクトホール216は、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。   Next, as illustrated in FIG. 10B, a sacrificial layer 215 is formed so as to cover the insulating layer 210 and the third fixed electrode 212. The sacrificial layer 215 is formed by depositing silicon dioxide by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method. The thickness of the sacrificial layer 215 is, for example, 2 μm (micrometer). Next, as shown in FIG. 10C, a contact hole 216 is formed so that a part of the surface of the pad 214 is exposed to the sacrificial layer 215. The contact hole 216 is formed using, for example, a photolithography technique.

次いで、図11(a)に示すように、犠牲層215の上に電極層217を形成する。コンタクトホール216内には電極層217の一部が充填される。電極層217は、例えばCVD法によりポリシリコンを成膜して形成する。電極層217の厚さは例えば5〜10μmである。次いで、図11(b)に示すように、電極層217に対してエッチングを施し、貫通孔219及び第1及び第2固定電極220,221を形成する。電極層217に対するエッチングは、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて任意のパターニングで形成されたレジスト(図示略)を電極層217の上に形成し、そのレジストの開口部から露出する領域に対しDeep−RIE(Reactive Ion Etching)法を用いて異方性エッチングをする。なお、図示しないがバネ43は、例えば、上記した第1及び第2固定電極220,221と同一工程にて形成される。   Next, as illustrated in FIG. 11A, an electrode layer 217 is formed on the sacrificial layer 215. A part of the electrode layer 217 is filled in the contact hole 216. The electrode layer 217 is formed by depositing polysilicon by, for example, the CVD method. The thickness of the electrode layer 217 is, for example, 5 to 10 μm. Next, as shown in FIG. 11B, the electrode layer 217 is etched to form the through hole 219 and the first and second fixed electrodes 220 and 221. For the etching of the electrode layer 217, for example, a resist (not shown) formed by arbitrary patterning using a photolithography technique is formed on the electrode layer 217, and Deep− is exposed to the region exposed from the opening of the resist. Anisotropic etching is performed using RIE (Reactive Ion Etching). Although not shown, the spring 43 is formed, for example, in the same process as the first and second fixed electrodes 220 and 221 described above.

次いで、図11(c)に示すように、犠牲層215をエッチングする。犠牲層215のエッチングは、例えば、電極層217に形成された貫通孔219等からエッチング液(例えばバッファードフッ酸(BHF))を導入してエッチングする。このようにして、図1に示す第1のセンサ21が形成される。   Next, as shown in FIG. 11C, the sacrificial layer 215 is etched. For example, the sacrificial layer 215 is etched by introducing an etchant (for example, buffered hydrofluoric acid (BHF)) from the through-hole 219 or the like formed in the electrode layer 217. In this way, the first sensor 21 shown in FIG. 1 is formed.

以上、上記した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)加速度センサ10が備える第1及び第2のセンサ21,31は、第1及び第2固定電極28,29に対して接続部28B,29Bが設けられる端部の位置が、Y方向に並ぶ各固定電極28,29の各々に対して交互に異なる端部側となるように構成されている。これにより、枠状電極部30Aは、回転時における接続部28B,29Bの各々の間における静電容量に生じる変動が同様の態様となる。その結果、可動電極30と第1及び第2固定電極28,29の各々との静電容量に対し回転によって生じる変動の差を無くし加速度の検出精度の向上を図ることが可能となる。
As mentioned above, according to above-mentioned embodiment, there exist the following effects.
(1) The first and second sensors 21 and 31 included in the acceleration sensor 10 are arranged such that the positions of the end portions where the connection portions 28B and 29B are provided with respect to the first and second fixed electrodes 28 and 29 are in the Y direction. Each of the fixed electrodes 28 and 29 arranged side by side is configured to be alternately different end portions. As a result, the frame-shaped electrode portion 30A has a similar variation in the capacitance generated between the connection portions 28B and 29B during rotation. As a result, it is possible to eliminate the difference in fluctuation caused by the rotation with respect to the capacitance between the movable electrode 30 and each of the first and second fixed electrodes 28 and 29, and to improve the acceleration detection accuracy.

(2)第1及び第2のセンサ21,31は、第1及び第2固定電極28,29と可動電極30(平板電極部30B)とを備える静電容量部27が錘部24の中央部に一列に集約して設けられている。このような構成では、1つの検出方向に対応する静電容量部27が1箇所に集約されることによって、第1及び第2固定電極28,29を基板12に接続する接続部28B,29Bの配置が最適化でき接続部28B,29Bの個数を削減して装置の小型化を図ることが可能となる。また、このような構成では、接続部28B,29Bが省略された部分に応じて錘部24を形成する領域を増大、即ち錘部24の重さを増大させることが可能となり、同一の大きさの静電容量を備える他の加速度センサに比べて感度を向上させることが可能となる。 (2) In the first and second sensors 21 and 31, the capacitance part 27 including the first and second fixed electrodes 28 and 29 and the movable electrode 30 (plate electrode part 30B) is the central part of the weight part 24. Are provided in one line. In such a configuration, the capacitance portions 27 corresponding to one detection direction are concentrated in one place, so that the connection portions 28B and 29B that connect the first and second fixed electrodes 28 and 29 to the substrate 12 are provided. The arrangement can be optimized, and the number of connection portions 28B and 29B can be reduced to reduce the size of the apparatus. Further, in such a configuration, it is possible to increase the area where the weight portion 24 is formed in accordance with the portion where the connection portions 28B and 29B are omitted, that is, the weight of the weight portion 24 can be increased. Thus, the sensitivity can be improved as compared with other acceleration sensors having the above-mentioned capacitance.

(3)第1のセンサ21では、各平板電極部30Bの長手方向の両端が固定部81,82において錘部24と接続されている。このような構成では、平板電極部30Bの両端が錘部24に固定されることで、衝撃等により大きな加速度が加わった場合であっても、平板電極部30Bと第1及び第2固定電極28,29との衝突を防止することが可能となる。
また、平板電極部30Bの両端が錘部24に固定され撓みが生じにくい構造となっていることから、所望の静電容量とするために平板電極部30Bの長さL(図7参照)を長くした静電容量部27であっても、第1及び第2固定電極28,29と平板電極部30Bとの短絡の防止を図りつつ、感度の向上を図った加速度センサが構成できる。
(3) In the first sensor 21, both ends in the longitudinal direction of each plate electrode portion 30 </ b> B are connected to the weight portion 24 at the fixing portions 81 and 82. In such a configuration, since both ends of the flat plate electrode portion 30B are fixed to the weight portion 24, even when a large acceleration is applied due to an impact or the like, the flat plate electrode portion 30B and the first and second fixed electrodes 28 are provided. , 29 can be prevented from colliding.
Further, since both ends of the plate electrode portion 30B are fixed to the weight portion 24 and are not easily bent, the length L (see FIG. 7) of the plate electrode portion 30B is set to obtain a desired capacitance. Even with the elongated capacitance part 27, it is possible to configure an acceleration sensor that improves the sensitivity while preventing a short circuit between the first and second fixed electrodes 28 and 29 and the plate electrode part 30B.

(4)第1のセンサ21は、バネ43がY,Z方向の加速度に応じて伸縮しX方向の加速度に対する伸縮が規制されることで、加速度に応じて変動する錘部24と第1〜第3固定電極28,29,55との静電容量の変化からY,Z方向の加速度が検出される。つまり、第1のセンサ21は、バネ43がX方向に対する剛性を有しており、2軸加速度センサとして構成されている。加速度センサ10は、第2のセンサ31が第1のセンサ21と同様の構成となっており、第2のセンサ31によりX,Z方向の加速度が検出されることによって、3軸加速度センサとして構成されている。このような構成では、各センサ21,31のバネ43が1方向に対する剛性を有しており、製造工程の不具合により錘部24の重心がずれ回転が生じたような状態となる虞がなく、検出精度の向上を図った加速度センサ10が構成できる。 (4) The first sensor 21 includes a first weight portion 24 that fluctuates in accordance with the acceleration, and the first to first portions by the spring 43 being expanded and contracted according to the acceleration in the Y and Z directions and the expansion and contraction with respect to the acceleration in the X direction being restricted. The acceleration in the Y and Z directions is detected from the change in capacitance with the third fixed electrodes 28, 29 and 55. That is, the first sensor 21 is configured as a biaxial acceleration sensor with the spring 43 having rigidity in the X direction. In the acceleration sensor 10, the second sensor 31 has the same configuration as the first sensor 21, and is configured as a three-axis acceleration sensor by detecting acceleration in the X and Z directions by the second sensor 31. Has been. In such a configuration, the spring 43 of each sensor 21, 31 has rigidity in one direction, and there is no possibility that the center of gravity of the weight portion 24 is shifted due to a defect in the manufacturing process and the rotation occurs. The acceleration sensor 10 can be configured with improved detection accuracy.

(5)加速度センサ10は、Z方向に対する加速度を第1及び第2のセンサ21,31の両方の出力を用いて検出する構成となっている。これにより、加速度センサ10は、すべてのセンサ(第1及び第2のセンサ21,31)がZ方向の加速度の検出に寄与するため、3つの1軸加速度センサで3軸加速度センサを構成する場合と比較すると、小型化に優れた構造となっている。 (5) The acceleration sensor 10 is configured to detect the acceleration in the Z direction using the outputs of both the first and second sensors 21 and 31. Accordingly, in the acceleration sensor 10, since all the sensors (first and second sensors 21 and 31) contribute to the detection of acceleration in the Z direction, a three-axis acceleration sensor is configured by three one-axis acceleration sensors. Compared with, it has a structure excellent in miniaturization.

(6)バネ43は、可動端43Bが固定端43Aに対して第1のセンサ21を平面視した場合に外側に位置する構成となっている。このような構成では、錘部24に作用する回転モーメントの影響が低減され、第1のセンサ21の検出精度の向上を図ることができる。 (6) The spring 43 is configured such that the movable end 43B is positioned outside when the first sensor 21 is viewed in plan with respect to the fixed end 43A. In such a configuration, the influence of the rotational moment acting on the weight portion 24 is reduced, and the detection accuracy of the first sensor 21 can be improved.

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、第1のセンサ21は、一対の第1及び第2固定電極28,29を奇数組(5組)備えたが、偶数組を備えた構成とし各接続部28B,29Bを交互に異なる端部側とした構成としてもよい。
また、上記実施形態では、第1及び第2のセンサ21,31を2方向の加速度が検出可能な2軸加速度センサとして構成したが、1方向の加速度のみが検出可能な1軸加速度センサとして構成してもよい。例えば、第1のセンサ21のバネ43を、図8(b)に示す第1種類のバネ100Aとして構成し、Y方向の加速度センサを検出する1軸加速度センサとして構成してもよい。このような構成においても、例えば、第1及び第2固定電極28,29に対し接続部28B,29Bを交互に異なる端部側に配置した構成とすることで、上記した効果と同様の効果を得ることができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the first sensor 21 includes an odd pair (five sets) of the pair of first and second fixed electrodes 28 and 29, but has a configuration including an even set, and the connection portions 28B and 29B are alternately different ends. It is good also as the structure made into the part side.
In the above embodiment, the first and second sensors 21 and 31 are configured as two-axis acceleration sensors capable of detecting acceleration in two directions, but are configured as one-axis acceleration sensors capable of detecting only acceleration in one direction. May be. For example, the spring 43 of the first sensor 21 may be configured as a first type of spring 100A illustrated in FIG. 8B and configured as a uniaxial acceleration sensor that detects an acceleration sensor in the Y direction. Even in such a configuration, for example, the connection portions 28B and 29B are alternately arranged on different end portions with respect to the first and second fixed electrodes 28 and 29. Can be obtained.

また、上記実施形態では、静電容量部27の中心が錘部24の重心70と一致して集約されていたが、静電容量部27を錘部24の略中央部となる位置に集約してもよい。   In the above embodiment, the center of the capacitance part 27 is aggregated so as to coincide with the center of gravity 70 of the weight part 24. However, the capacitance part 27 is aggregated at a position that is substantially the center of the weight part 24. May be.

また、上記実施形態では、第1のセンサ21を平面視略正方形状に形成したが、これに限定されない。例えば、図14に示す第1及び第2センサ301,302は、平面視略長方形状に形成されている。第1及び第2センサ301,302は、長辺がX方向に沿って延びる平面視略長方形状に形成されている。第1センサ301のバネ311は、上記実施形態の第1のセンサ21のバネ43に比べてX方向の長さが長くY方向の長さが短くなっている。また、第2センサ302のバネ312は、上記実施形態の第2のセンサ31のバネ43に比べてX方向の長さが長くY方向の長さが短くなっている。このような構成においてもバネ311,312が1方向に対する剛性を有しており、第1及び第2センサ301,302が2軸加速度センサとして構成される。つまり、本実施形態の第1及び第2のセンサ21,31の構成によれば、構造上の制限を少なくでき形状の自由度を高めることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the 1st sensor 21 was formed in planar view substantially square shape, it is not limited to this. For example, the first and second sensors 301 and 302 shown in FIG. 14 are formed in a substantially rectangular shape in plan view. The first and second sensors 301 and 302 are formed in a substantially rectangular shape in plan view with long sides extending along the X direction. The spring 311 of the first sensor 301 has a longer length in the X direction and a shorter length in the Y direction than the spring 43 of the first sensor 21 of the above embodiment. Further, the spring 312 of the second sensor 302 has a longer length in the X direction and a shorter length in the Y direction than the spring 43 of the second sensor 31 of the above embodiment. Even in such a configuration, the springs 311 and 312 have rigidity in one direction, and the first and second sensors 301 and 302 are configured as biaxial acceleration sensors. That is, according to the configuration of the first and second sensors 21 and 31 of the present embodiment, structural restrictions can be reduced and the degree of freedom in shape can be increased.

また、図14に示す第1及び第2センサ301,302では、錘部24と各部材とのスティクションを防止するためのストッパー320が設けられている。ストッパー320は、基板12(図1参照)に立設し錘部24をZ方向に貫通する柱状に形成されている。ストッパー320が錘部24と係合することにより、錘部24が他の部材、例えば第1固定電極28に貼り付くのを防止することができる。また、図示しないが、ストッパー320の錘部24と対向する面には、凸部が設けられており、ストッパー320と錘部24との接触面積を少なくして効果的にスティクションを防止する構成となっている。また、このような凸部を、他の部材、例えばアンカー部45の錘部24と対向する面に設けてストッパー320として機能させてもよい。また、スティクションを防止する機構は、ストッパー320に限らず、例えば任意の部材の端面を疎水性とする表面加工を施してもよい。   Further, in the first and second sensors 301 and 302 shown in FIG. 14, a stopper 320 for preventing stiction between the weight portion 24 and each member is provided. The stopper 320 is formed in a column shape standing on the substrate 12 (see FIG. 1) and penetrating the weight portion 24 in the Z direction. By engaging the stopper 320 with the weight part 24, it is possible to prevent the weight part 24 from sticking to another member, for example, the first fixed electrode 28. Further, although not shown, a convex portion is provided on the surface of the stopper 320 facing the weight portion 24, and the contact area between the stopper 320 and the weight portion 24 is reduced to effectively prevent stiction. It has become. Further, such a convex portion may be provided on the surface of the other member, for example, the weight portion 24 of the anchor portion 45 facing the weight portion 24 so as to function as the stopper 320. Further, the mechanism for preventing stiction is not limited to the stopper 320, and for example, surface processing may be performed to make the end face of an arbitrary member hydrophobic.

また、各部材の形状・構成等は一例であり、適宜変更してもよい。例えば、第1のセンサ21と第2のセンサ31は異なる構造でもよい。   Further, the shape and configuration of each member is an example, and may be changed as appropriate. For example, the first sensor 21 and the second sensor 31 may have different structures.

ちなみに、加速度センサ10、第1のセンサ21,21A,21B,301、第2のセンサ31,302は、加速度センサの一例として、錘部24は、錘部の一例として、第1及び第2固定電極28,29は、固定電極の一例として、接続部28B,29Bは、第1及び第2接続部の一例として、可動電極30、枠状電極部30A及び平板電極部30Bは、可動電極の一例として挙げられる。   Incidentally, the acceleration sensor 10, the first sensors 21, 21A, 21B, 301, the second sensors 31, 302 are examples of acceleration sensors, and the weight portion 24 is an example of weight portions. The electrodes 28 and 29 are examples of fixed electrodes, the connection portions 28B and 29B are examples of first and second connection portions, and the movable electrode 30, the frame electrode portion 30A, and the plate electrode portion 30B are examples of movable electrodes. As mentioned.

10 加速度センサ、12 基板、21,21A,21B,301 第1のセンサ、24 錘部、28 第1固定電極、29 第2固定電極、28B,29B 接続部、30 可動電極、30A 枠状電極部、30B 平板電極部、31,302 第2のセンサ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Acceleration sensor, 12 board | substrate, 21,21A, 21B, 301 1st sensor, 24 weight part, 28 1st fixed electrode, 29 2nd fixed electrode, 28B, 29B connection part, 30 movable electrode, 30A frame-shaped electrode part , 30B Plate electrode part, 31, 302 Second sensor.

Claims (3)

基板と、
前記基板から遊離して揺動可能に設けられる錘部と、
前記錘部に設けられる可動電極と、
前記基板に固定されて設けられ、前記基板の平面方向に平行な検出方向の加速度に応じて前記可動電極との前記検出方向における距離が変動し、当該距離に応じて前記可動電極との静電容量が変動する第1及び第2固定電極と、
前記第1固定電極の前記検出方向と直交する方向の一端部に設けられ、前記第1固定電極を前記基板に接続する第1接続部と、
前記第2固定電極の前記検出方向と直交する方向の前記一端部とは反対側の他端部に設けられ、前記第2固定電極を前記基板に接続する第2接続部と、を備え、
前記第1及び第2固定電極は、
前記可動電極に囲まれた領域に互いに隣接して配置される一対の前記第1及び第2固定電極が、前記検出方向に沿って前記可動電極を間に挟んで複数組並んで配置され、前記複数組のうちの1組と前記検出方向において隣り合う他の1組とで、前記第1及び第2接続部が設けられる前記一端部及び前記他端部が互いに異なる端部であることを特徴とする加速度センサ。
A substrate,
A weight portion provided so as to be able to swing freely from the substrate;
A movable electrode provided on the weight portion;
The distance between the movable electrode and the movable electrode varies depending on the acceleration in the detection direction parallel to the planar direction of the substrate, and is fixed to the substrate. First and second fixed electrodes whose capacitance varies;
A first connection portion provided at one end of the first fixed electrode in a direction orthogonal to the detection direction, and connecting the first fixed electrode to the substrate;
A second connecting portion provided at the other end of the second fixed electrode opposite to the one end in the direction orthogonal to the detection direction, and connecting the second fixed electrode to the substrate;
The first and second fixed electrodes are
A pair of the first and second fixed electrodes arranged adjacent to each other in a region surrounded by the movable electrode are arranged in a plurality along with the movable electrode in the detection direction, The one end and the other end provided with the first and second connection portions are different from each other in one set of a plurality of sets and another set adjacent in the detection direction. An acceleration sensor.
前記第1接続部は、隣接する前記第2固定電極の前記一端部と対向する位置に拡幅して形成され、
前記第2接続部は、隣接する前記第1固定電極の前記他端部と対向する位置に拡幅して形成され、
一対の前記第1及び第2固定電極は、前記検出方向と直交する方向の端部において、前記可動電極と対向する部分が前記第1及び第2接続部のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の加速度センサ。
The first connection portion is formed to be widened at a position facing the one end portion of the adjacent second fixed electrode,
The second connection portion is formed to be widened at a position facing the other end portion of the adjacent first fixed electrode,
The pair of the first and second fixed electrodes is characterized in that, at an end portion in a direction orthogonal to the detection direction, a portion facing the movable electrode is one of the first and second connection portions. The acceleration sensor according to claim 1.
一対の前記第1及び第2固定電極と前記可動電極とは、前記基板の平面視における前記錘部の外周縁で囲まれた領域の中央部において、前記検出方向に沿って一列に並んで配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の加速度センサ。   A pair of the first and second fixed electrodes and the movable electrode are arranged in a line along the detection direction in a central portion of a region surrounded by the outer peripheral edge of the weight portion in plan view of the substrate. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is provided.
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