JP2014238281A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度センサに関する。 The present invention relates to an acceleration sensor.
従来、可動電極を有する直方体形状の重り部と、重り部を回動自在に支持する1対のビーム部と、1対のビーム部を結ぶ直線を境界線とした一方側及び他方側に対向配置された1対の固定電極とを備えた加速度センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a rectangular parallelepiped weight part having a movable electrode, a pair of beam parts that rotatably support the weight part, and a straight line connecting the pair of beam parts are arranged opposite to one side and the other side. An acceleration sensor including a pair of fixed electrodes is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の加速度センサでは、温度がかかると、可動電極の上下で対向ギャップ差が生じ、温度特性が悪くなる場合があった。 However, in the conventional acceleration sensor, when the temperature is applied, a gap difference between the upper and lower sides of the movable electrode is generated, and the temperature characteristics may be deteriorated.
そこで、本発明は、温度特性が改善された加速度センサを得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to obtain an acceleration sensor with improved temperature characteristics.
本発明は、加速度センサであって、外部から与えられた加速度に応じて可動する可動電極と、前記可動電極の一方面に対向して配置された一方固定板と、前記可動電極の他方面に対向して配置された他方固定板とを備え、前記一方固定板の前記可動電極と対向しない領域から貫通電極が引き出されていることを特徴とする。 The present invention is an acceleration sensor, comprising a movable electrode that is movable in response to an externally applied acceleration, a one fixed plate that is disposed opposite to one surface of the movable electrode, and a second surface of the movable electrode. And the other fixed plate arranged oppositely, and the through electrode is drawn from a region of the one fixed plate that does not face the movable electrode.
また、本発明において、前記一方固定板の前記可動電極と対向する領域に前記貫通電極用の電極パッドが形成されていてもよい。 In the present invention, an electrode pad for the through electrode may be formed in a region of the one fixed plate facing the movable electrode.
また、本発明において、前記可動電極を垂直方向に平行移動させることにより、垂直方向であるZ方向の加速度を検出してもよい。 In the present invention, acceleration in the Z direction, which is the vertical direction, may be detected by translating the movable electrode in the vertical direction.
本発明によれば、温度特性が改善された加速度センサを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an acceleration sensor with improved temperature characteristics.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下では、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, below, while attaching | subjecting a common code | symbol to the same component, the overlapping description is abbreviate | omitted.
〔加速度センサの構成〕
図1は、実施形態にかかる加速度センサの分解斜視図である。この加速度センサでは、XYZの3軸方向の加速度を検出する重りを1軸の加速度のみを検出する各軸個別の重りとして形成し、このような3軸方向の各重り(各センサ)を1チップ内に配置している。平面方向(XY方向)の加速度は、一対のねじりビームを軸にして重りをシーソー動作させることにより検出し、垂直方向(Z方向)の加速度は、一対以上のビームにより保持された重りを垂直方向に平行移動させることにより検出するようにしている。
[Configuration of acceleration sensor]
FIG. 1 is an exploded perspective view of the acceleration sensor according to the embodiment. In this acceleration sensor, the weights for detecting the XYZ triaxial directions are formed as individual weights for detecting only the uniaxial acceleration, and each of these three axis weights (each sensor) is formed as one chip. It is placed inside. The acceleration in the plane direction (XY direction) is detected by performing a seesaw operation on the weight with a pair of torsion beams as axes, and the acceleration in the vertical direction (Z direction) is the vertical direction of the weight held by one or more beams. Is detected by parallel movement.
具体的には、図1に示すように、センサ部1の上下面が上部固定板2aと下部固定板2bにより挟持された構成となっている。センサ部1は、シリコンSOI基板等により形成され、上部固定板2aと下部固定板2bは、ガラス等の絶縁体により形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, the upper and lower surfaces of the
以下、センサ部1のうち、X方向の加速度を検出する部分を「X検出部10」、Y方向の加速度を検出する部分を「Y検出部20」、Z方向の加速度を検出する部分を「Z検出部30」と呼ぶことにする。X方向は、平面方向のうちの一方向である。Y方向は、平面方向のうちの一方向であってX方向と直交する方向である。Z方向は、垂直方向である。
Hereinafter, in the
X検出部10は、一対のビーム部12a,12bを軸にして第1の可動電極11を揺動させることによりX方向の加速度を検出する。すなわち、一対のビーム部12a,12bを結ぶ直線を境界線として第1の可動電極11の表面の一方側及び他方側に対向させて第1の固定電極13a,13bを配置している。第1の固定電極13a,13bは、例えばシリコンからなる貫通電極を上部固定板2aに形成し、この貫通電極を用いて上部固定板2aの上面(一方側)に引き出されている。これにより、第1の可動電極11と第1の固定電極13a,13bとの間の静電容量の変化に基づいてX方向の加速度を検出することができる。
The
Y検出部20は、一対のビーム部22a,22bを軸にして第2の可動電極21を揺動させることによりY方向の加速度を検出する。すなわち、一対のビーム部22a,22bを結ぶ直線を境界線として第2の可動電極21の表面の一方側及び他方側に対向させて第2の固定電極23a,23bを配置している。第2の固定電極23a,23bは、例えばシリコンからなる貫通電極を上部固定板2aに形成し、この貫通電極を用いて上部固定板2aの上面に引き出されている。これにより、第2の可動電極21と第2の固定電極23a,23bとの間の静電容量の変化に基づいてY方向の加速度を検出することができる。
The
Z検出部30は、二対のビーム部32a,32b,32c,32dにより保持された第3の可動電極31を垂直方向に平行移動させることによりZ方向の加速度を検出する。すなわち、第3の可動電極31の表面及び裏面に対向させて第3の固定電極33a,33bを配置している。第3の固定電極33aは、例えばシリコンからなる貫通電極を上部固定板2aに形成し、この貫通電極を用いて上部固定板2aの上面に引き出されている。第3の固定電極33bは、例えばシリコンからなる柱状の固定電極と貫通電極を用いて上部固定板2aの上面に引き出されている。これにより、第3の可動電極31と第3の固定電極33a,33bとの間の静電容量の変化に基づいてZ方向の加速度を検出することができる。
The
〔Z検出部:比較例〕
図2は、比較例にかかる加速度センサのZ検出部30の断面図であり、図3は、そのZ検出部30の要部の上面図である。実施形態(図1)と共通する部材は同じ符号を用いて説明する。
[Z detector: Comparative example]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
図2及び図3に示すように、センサ部1の上下面が上部固定板2aと下部固定板2bと陽極接合されている。SiO2などの酸化膜42を挟んで上下にシリコン層41、43が形成され、Poly−Siなどの導通部44を用いて上下のシリコン層41、43の導通をとっている。第3の固定電極33aは、貫通電極34aを用いて上部固定板2aの上面に引き出され、第3の固定電極33bは、柱状の固定電極34cと貫通電極34bを用いて上部固定板2aの上面に引き出されている。第3の可動電極31と上部固定板2aとの間には複数の凸部51及び付着防止膜52が形成されている。これにより、測定レンジを超える大きな加速度が印加された場合でも、第3の可動電極31が上部固定板2aに衝突して破損することを抑制できる。第3の可動電極31と下部固定板2bとの間にも同様の凸部51及び付着防止膜52が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the upper and lower surfaces of the
ここで、比較例にかかる加速度センサでは、対向電極の外部出力用配線を対向電極の直上に設けている。具体的には、図2及び図3に示すように、第3の可動電極31の直上に貫通電極34aを設け、この貫通電極34aの直上に電極パッド37aを設けている。図3は、貫通電極34aの配置を説明するための図であるため、説明に不要な部材は省略している。このような構成によると、貫通電極34aの材料であるシリコンと、母材(上部固定板2aの材料)であるガラスとの線膨張整数が異なるため、温度がかかると、上部固定板2a側でシリコン部分とガラス部分に段差が生じる。その結果、第3の可動電極31の上下で対向ギャップ差が生じ、温度特性が悪くなる。
Here, in the acceleration sensor according to the comparative example, the external output wiring of the counter electrode is provided immediately above the counter electrode. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, a through
〔Z検出部:実施例〕
図4は、実施例にかかる加速度センサのZ検出部30の断面図であり、図5は、そのZ検出部30の要部の上面図である。比較例(図2、図3)と共通する部材は同じ符号を用いて説明する。もちろん、この実施例は、実施形態(図1)に対応している。
[Z detector: Example]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図4及び図5に示すように、実施例にかかる加速度センサでは、上部固定板2aの第3の可動電極31と対向しない領域から貫通電極34dが引き出されている。ここでは、図5に示すように、平面視において第3の可動電極31の右上に貫通電極34dを配置しているが、貫通電極34dの位置は、第3の可動電極31の直上から外れていればよい。これにより、第3の可動電極31の直上に貫通電極34aが無いため、第3の可動電極31の上下が同一の構造となる。その結果、温度がかかっても第3の可動電極31の上下で対向ギャップの変化が同一となるため、温度特性が改善される。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the acceleration sensor according to the embodiment, the
なお、ここでいう「第3の可動電極31と対向しない領域」とは、望ましくは、二対のビーム部32a,32b,32c,32dと対向しない領域を含む。すなわち、二対のビーム部32a,32b,32c,32dの上を第3の可動電極31が動く場合がある。そのため、第3の可動電極31と二対のビーム部32a,32b,32c,32dのいずれにも対向しない領域から貫通電極34dを引き出すと、より温度特性が改善される。
The “region not facing the third
また、実施例にかかる加速度センサでは、上部固定板2aの第3の可動電極31と対向する領域に貫通電極34d用の電極パッド37cが形成されている。これにより、上部固定板2a上のデッドスペースがワイヤボンディング用領域として有効活用されるため、加速度センサが大型化することを回避することができる。
In the acceleration sensor according to the embodiment, the electrode pad 37c for the through
〔温度による0点最大変化量:比較例及び実施例〕
図6は、温度による0点最大変化量を示すグラフである。この図に示すように、例えば125℃における0点最大変化量は、比較例を100%とした場合、実施例は60%にまで低減する。すなわち、実施例にかかる加速度センサによれば、比較例にかかる加速度センサに比べて、温度特性(オフセット)が改善されることが分かる。実施例では、平面視において第3の可動電極31の右上に貫通電極34dを配置した場合を例示したが(図5参照)、貫通電極34dの位置が第3の可動電極31の直上から外れていれば、同様の効果を得ることができる。
[
FIG. 6 is a graph showing the zero point maximum variation with temperature. As shown in this figure, for example, the maximum zero point change at 125 ° C. is reduced to 60% in the example when the comparative example is 100%. That is, according to the acceleration sensor according to the example, it is understood that the temperature characteristic (offset) is improved as compared with the acceleration sensor according to the comparative example. In the embodiment, the case where the through
以上説明したように、実施形態にかかる加速度センサは、外部から与えられた加速度に応じて可動する可動電極31と、可動電極31の一方面に対向して配置された一方固定板2aと、可動電極31の他方面に対向して配置された他方固定板2bとを備える。そして、一方固定板2aの可動電極31と対向しない領域から貫通電極34dが引き出されている。これにより、可動電極31の直上に貫通電極34aが無いため、可動電極31の上下が同一の構造となる。その結果、温度がかかっても可動電極31の上下で対向ギャップの変化が同一となるため、温度特性が改善される。
As described above, the acceleration sensor according to the embodiment includes the
また、実施形態にかかる加速度センサでは、一方固定板2aの可動電極31と対向する領域に貫通電極34d用の電極パッド37cが形成されていてもよい。これにより、一方固定板2a上のデッドスペースがワイヤボンディング用領域として有効活用されるため、加速度センサが大型化することを回避することができる。
In the acceleration sensor according to the embodiment, the electrode pad 37c for the through
また、実施形態にかかる加速度センサでは、可動電極31を垂直方向に平行移動させることにより、垂直方向であるZ方向の加速度を検出してもよい。すなわち、本実施形態は、可動電極31の上下で対向ギャップ差が生じる構成の加速度センサに適用するのが効果的である。
In the acceleration sensor according to the embodiment, the acceleration in the Z direction, which is the vertical direction, may be detected by translating the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、X検出部10とY検出部20とZ検出部30とが1チップ内に配置された加速度センサを例示しているが、本発明は、Z検出部30のみ備えた加速度センサに適用することもできる。もちろん、貫通電極34dや電極パッド37cの形状や大きさ等も適宜変更することが可能である。
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the acceleration sensor in which the
2a 上部固定板(一方固定板)
2b 下部固定板(他方固定板)
31 第3の可動電極(可動電極)
34d 貫通電極
37c 電極パッド
2a Upper fixed plate (one fixed plate)
2b Lower fixed plate (other fixed plate)
31 Third movable electrode (movable electrode)
34d Through electrode 37c Electrode pad
Claims (3)
前記可動電極の一方面に対向して配置された一方固定板と、
前記可動電極の他方面に対向して配置された他方固定板とを備え、
前記一方固定板の前記可動電極と対向しない領域から貫通電極が引き出されていることを特徴とする加速度センサ。 A movable electrode that can move according to acceleration given from the outside;
One fixed plate disposed opposite to one surface of the movable electrode;
The other fixed plate disposed opposite to the other surface of the movable electrode,
An acceleration sensor, wherein a through electrode is drawn from a region of the one fixed plate that does not face the movable electrode.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013119689A JP2014238281A (en) | 2013-06-06 | 2013-06-06 | Acceleration sensor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10534013B2 (en) | 2015-01-15 | 2020-01-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Sensor |
-
2013
- 2013-06-06 JP JP2013119689A patent/JP2014238281A/en active Pending
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US10534013B2 (en) | 2015-01-15 | 2020-01-14 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Sensor |
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