JP2019049434A - Acceleration sensor - Google Patents

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明政 丸尾
Akimasa Maruo
明政 丸尾
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Abstract

To provide an acceleration sensor with which it is possible to widen the range of detectable acceleration.SOLUTION: Provided is an X-axis sensor 21(acceleration sensor), comprising: a support part 11 for a substrate having a cavity 12; a pair of stationary electrodes 51, 51 arranged in the cavity 12 and fixed to the support part 11; a first movable electrode 61 and a second movable electrode 62 arranged between the pair of stationary electrodes 51, 51 and capable of moving in the direction of an axis X in which the pair of stationary electrodes 51, 51 are in a row; and a stationary plate 81 arranged between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 and fixed to the support part 11.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、静電容量型の加速度センサに関する。   The present invention relates to a capacitive acceleration sensor.

物体に作用する加速度を計測するための加速度センサは、たとえば物体の姿勢や動き、振動状態などを把握するために広く用いられている。また、加速度センサには、小型化の要請が強い。このような要請に応えるべく、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical System)の技術を用いて加速度センサの小型化が図られている。たとえば、特許文献1には、MEMS技術を用いた静電容量型の加速度センサが開示されている。   BACKGROUND ART An acceleration sensor for measuring an acceleration acting on an object is widely used, for example, in order to grasp an attitude, a movement, a vibration state or the like of the object. Further, there is a strong demand for miniaturization of acceleration sensors. In order to meet such a demand, miniaturization of an acceleration sensor is achieved by using a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology. For example, Patent Document 1 discloses a capacitive acceleration sensor using MEMS technology.

また、加速度センサには、高い加速度を検出できるように、検出可能な加速度の範囲を広くすること、また、加速度変化が高い周波数で生じても検出できるように、広帯域化することも要請されている。この2つの特性向上には、加速度センサの可動部分の振動の共振周波数を高くする必要がある。   In addition, acceleration sensors are required to widen the range of detectable accelerations so that high accelerations can be detected, and to widen the bandwidth so that even if acceleration changes occur at high frequencies, they can be detected. There is. In order to improve these two characteristics, it is necessary to increase the resonance frequency of the vibration of the movable portion of the acceleration sensor.

図13は、静電容量型の加速度センサの機械的な部分の要素を簡略に示した要素簡略図である。当該加速度センサは、おもり630をばね640,650によって移動可能に支持し、おもり630に固定された2つの可動電極610,620が、固定された2つの固定電極510,520の間で移動するようになっている。当該加速度センサは、おもり630の移動により、可動電極610と隣接する固定電極510(図における左側の固定電極510)とからなるコンデンサの静電容量C1、および、可動電極620と隣接する固定電極510(図における右側の固定電極510)とからなるコンデンサの静電容量C2が変化する。静電容量C1,C2の変化を電気的に検出することで、作用する加速度を検出することができる。加速度センサを広帯域化するためには、ばね640,650のばね定数を大きくして、おもり630の振動の共振周波数を高くすればよい。   FIG. 13 is a simplified view schematically showing elements of the mechanical part of the capacitive acceleration sensor. The acceleration sensor movably supports a weight 630 by springs 640 and 650 so that two movable electrodes 610 and 620 fixed to the weight 630 move between the two fixed electrodes 510 and 520 fixed. It has become. The acceleration sensor has a capacitance C1 of a capacitor including the movable electrode 610 and the fixed electrode 510 (the fixed electrode 510 on the left side in the drawing) moved by the movement of the weight 630, and the fixed electrode 510 adjacent to the movable electrode 620. The capacitance C2 of the capacitor formed of (the fixed electrode 510 on the right side in the figure) changes. By electrically detecting changes in the capacitances C1 and C2, an acting acceleration can be detected. In order to widen the acceleration sensor, the spring constants of the springs 640 and 650 may be increased to increase the resonant frequency of the vibration of the weight 630.

図14は、ばね定数を変更したときの、おもり630の振動の周波数と振幅の変化との関係を示している。加速度を正しく検出するためには、振幅の変化を±3dB程度に抑える必要がある。図14に示すように、ばね定数を大きくするほど(k1<k2<k3<k4)、共振周波数を示すピークの位置が高周波数側に移動している。これにより、振幅の変化が3dB以下となる周波数帯域が、ばね定数を大きくするほど広くなっている。   FIG. 14 shows the relationship between the frequency of vibration of the weight 630 and the change in amplitude when the spring constant is changed. In order to detect acceleration correctly, it is necessary to suppress the change in amplitude to about ± 3 dB. As shown in FIG. 14, as the spring constant is increased (k1 <k2 <k3 <k4), the position of the peak indicating the resonance frequency is shifted to the high frequency side. As a result, the frequency band in which the change in amplitude is 3 dB or less is wider as the spring constant is larger.

しかしながら、一方で、ばね定数を大きくするほど、共振周波数でのピークの高さが高くなっている。これにより、振幅の変化が3dB以下となる周波数帯域が広がることを妨げている。   However, on the other hand, as the spring constant is increased, the height of the peak at the resonance frequency is increased. This prevents the spread of the frequency band in which the change in amplitude is 3 dB or less.

特開2012−88083号公報JP 2012-88083 A

本発明は先述した事情に鑑み、検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる加速度センサを提供することをその課題とする。   An object of the present invention is to provide an acceleration sensor which can widen the range of detectable acceleration in view of the above-mentioned circumstances.

本発明の第1の側面によって提供される加速度センサは、空洞を有する基板と、前記空洞に配置され、前記基板に固定された一対の固定電極と、前記一対の固定電極の間に配置され、前記一対の固定電極が並ぶ検出方向に移動可能である一対の可動電極と、前記一対の可動電極の間に配置され、前記基板に固定された固定板とを備えていることを特徴とする。   An acceleration sensor provided by the first aspect of the present invention is disposed between a substrate having a cavity, a pair of fixed electrodes disposed in the cavity and fixed to the substrate, and the pair of fixed electrodes. A pair of movable electrodes movable in the detection direction in which the pair of fixed electrodes are arranged, and a fixed plate disposed between the pair of movable electrodes and fixed to the substrate.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記固定板は、前記固定電極および前記可動電極に対して、電気的に絶縁されている。   In a preferred embodiment of the present invention, the fixed plate is electrically insulated from the fixed electrode and the movable electrode.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記固定板は、絶縁体からなる。   In a preferred embodiment of the present invention, the fixing plate is made of an insulator.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記加速度センサは、前記一対の可動電極が固定される可動ベース部と、前記可動ベース部を前記検出方向に移動可能な状態で前記基板に固定するバネ部とをさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, the acceleration sensor comprises a movable base portion to which the pair of movable electrodes is fixed, and a spring portion which fixes the movable base portion to the substrate in a movable state in the detection direction. And further.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の固定電極および前記一対の可動電極は、導電性シリコンからなる。   In a preferred embodiment of the present invention, the pair of fixed electrodes and the pair of movable electrodes are made of conductive silicon.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、導電性シリコンからなる。   In a preferred embodiment of the present invention, the substrate is made of conductive silicon.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記空洞を密封するように、前記基板に固定される蓋をさらに備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, the apparatus further comprises a lid fixed to the substrate to seal the cavity.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の固定電極は電気的に接続されており、前記一対の可動電極には、それぞれ異なる電圧信号が入力され、前記一対の固定電極の電気信号が出力される。   In a preferred embodiment of the present invention, the pair of fixed electrodes are electrically connected, different voltage signals are input to the pair of movable electrodes, and electric signals of the pair of fixed electrodes are output. Be done.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対の可動電極は電気的に接続されており、前記一対の固定電極には、それぞれ異なる電圧信号が入力され、前記一対の可動電極の電気信号が出力される。   In a preferred embodiment of the present invention, the pair of movable electrodes are electrically connected, different voltage signals are input to the pair of fixed electrodes, and electric signals of the pair of movable electrodes are output. Be done.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各可動電極と前記固定板との間隔、および、前記各可動電極と当該可動電極に隣接する固定電極との間隔は、前記検出方向の加速度が作用していない状態において、いずれも同一である。   In a preferred embodiment of the present invention, the acceleration in the detection direction acts on the distance between each of the movable electrodes and the fixed plate, and the distance between each of the movable electrodes and the fixed electrode adjacent to the movable electrode. In the non-operating state, all are the same.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各可動電極、前記各固定電極および前記固定板は、前記検出方向に直交する矩形の板形状である。   In a preferred embodiment of the present invention, each of the movable electrodes, each of the fixed electrodes, and the fixed plate has a rectangular plate shape orthogonal to the detection direction.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各可動電極、前記各固定電極および前記固定板の、前記空洞の深さ方向における寸法はいずれも等しい。   In a preferred embodiment of the present invention, the dimensions of the movable electrodes, the fixed electrodes, and the fixed plate in the depth direction of the cavity are all equal.

本発明の好ましい実施の形態においては、前記加速度センサは、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極を備えており、前記第1電極は前記一対の固定電極を含んでおり、前記第2電極は前記一対の可動電極を含んでいる。   In a preferred embodiment of the present invention, the acceleration sensor includes a comb-like first electrode and a second electrode which are engaged with each other at an interval, and the first electrode includes the pair of fixed electrodes. The second electrode includes the pair of movable electrodes.

本発明によれば、固定板によって、一対の可動電極の検出方向での振動が減衰される。これにより、振動の共振周波数での振幅の変化が小さくなり、検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる。   According to the present invention, the fixed plate damps the vibration in the detection direction of the pair of movable electrodes. As a result, the change in the amplitude at the resonance frequency of the vibration is reduced, and the range of detectable acceleration can be made wider.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below based on the attached drawings.

本発明の第1実施形態にかかる加速度センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the acceleration sensor concerning 1st Embodiment of this invention. X軸センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an X-axis sensor. 図2の要部拡大平面図である。It is a principal part enlarged plan view of FIG. 図3のIV−IV線に沿う断面図である。It is sectional drawing in alignment with the IV-IV line of FIG. 図2のX軸センサの機械的な部分の要素を簡略に示した要素簡略図である。FIG. 3 is a simplified view schematically showing elements of mechanical parts of the X-axis sensor of FIG. 2; 図2のX軸センサの電気的な等価回路図である。It is an electrical equivalent circuit schematic of the X-axis sensor of FIG. ばね定数およびおもりの質量を一定とし、減衰係数を大きくすることでQ値を変更したときの、振動の周波数と振幅の変化との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the change of the frequency of vibration, and an amplitude at the time of changing Q value by making a spring constant and mass of a weight constant, and making a damping coefficient large. 本発明の第2実施形態にかかる加速度センサのX軸センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the X-axis sensor of the acceleration sensor concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかる加速度センサのX軸センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the X-axis sensor of the acceleration sensor concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態にかかる加速度センサのX軸センサを示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the X-axis sensor of the acceleration sensor concerning 4th Embodiment of this invention. 図10の要部拡大平面図である。It is a principal part enlarged plan view of FIG. 図10のX軸センサの電気的な等価回路図である。It is an electrical equivalent circuit schematic of the X-axis sensor of FIG. 静電容量型の加速度センサの機械的な部分の要素を簡略に示した要素簡略図である。It is an element simplification figure showing briefly the element of the mechanical part of a capacitive type acceleration sensor. 減衰係数およびおもりの質量を一定とし、ばね定数を変更したときの、おもりの振動の周波数と振幅の変化との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the frequency of vibration of a weight, and a change of an amplitude when a damping coefficient and mass of a weight are made constant and a spring constant is changed.

本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について、添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS A mode for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “embodiment”) will be described based on the attached drawings.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態にかかる加速度センサA1を示す概略平面図である。加速度センサA1は、いわゆる3軸加速度センサであり、互いに直交する3つの軸方向に作用する加速度をそれぞれ検出するための信号を出力する。加速度センサA1は、平面視四角形状の基板1、基板1の中央部に配置されたセンサ部2、基板1におけるセンサ部2の側方に配置される電極パッド3、および蓋4を備えている。本発明にかかる加速度センサの大きさは限定されないが、本実施形態においては、いわゆるMEMSの技術を用いた比較的小型の加速度センサA1について説明する。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic plan view showing an acceleration sensor A1 according to a first embodiment of the present invention. The acceleration sensor A1 is a so-called three-axis acceleration sensor, and outputs signals for detecting accelerations acting in three axial directions orthogonal to each other. The acceleration sensor A1 includes a substrate 1 having a rectangular shape in plan view, a sensor unit 2 disposed at the center of the substrate 1, an electrode pad 3 disposed to the side of the sensor unit 2 in the substrate 1, and a lid 4 . Although the size of the acceleration sensor according to the present invention is not limited, in the present embodiment, a relatively small acceleration sensor A1 using a so-called MEMS technology will be described.

センサ部2は、X軸センサ21、Y軸センサ22、およびZ軸センサ23を備えている。Z軸センサ23は、基板1の厚さ方向であるZ軸方向に作用する加速度を検出するためのものである。X軸センサ21は、Z軸方向に直交する、基板1の一方の辺に沿う方向であるX軸方向(図に示すx1−x2方向)に作用する加速度を検出するためのものである。Y軸センサ22は、Z軸方向およびX軸方向に直交するY軸方向(図に示すy1−y2方向)の加速度を検出するためのものである。基板1およびセンサ部2は、導電性シリコンからなる半導体基板(たとえば、5Ω・m〜500Ω・mの抵抗率を有する低抵抗基板)を、半導体集積回路の製造に用いられる微細加工技術を利用して加工することで形成されている。基板1には空洞部分が形成されており、X軸センサ21、Y軸センサ22、およびZ軸センサ23は、当該空洞部分の底面から浮いた状態で支持されている。X軸センサ21およびY軸センサ22は、間隔を空けてX軸方向に並ぶようにして配置されている。Z軸センサ23は、X軸センサ21およびY軸センサ22のそれぞれを取り囲むように配置されている。   The sensor unit 2 includes an X-axis sensor 21, a Y-axis sensor 22, and a Z-axis sensor 23. The Z-axis sensor 23 is for detecting an acceleration acting in the Z-axis direction which is the thickness direction of the substrate 1. The X-axis sensor 21 is for detecting an acceleration acting in the X-axis direction (the x1-x2 direction shown in the drawing) which is a direction along one side of the substrate 1 which is orthogonal to the Z-axis direction. The Y-axis sensor 22 is for detecting the acceleration in the Y-axis direction (the y1-y2 direction shown in the figure) orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction. Substrate 1 and sensor unit 2 are made of a semiconductor substrate made of conductive silicon (for example, a low resistance substrate having a resistivity of 5 Ω · m to 500 Ω · m) using a microfabrication technique used for manufacturing a semiconductor integrated circuit. It is formed by processing. A hollow portion is formed in the substrate 1, and the X-axis sensor 21, the Y-axis sensor 22, and the Z-axis sensor 23 are supported in a floating state from the bottom surface of the hollow portion. The X-axis sensor 21 and the Y-axis sensor 22 are arranged in the X-axis direction at intervals. The Z-axis sensor 23 is disposed so as to surround each of the X-axis sensor 21 and the Y-axis sensor 22.

電極パッド3は、外部の電子部品(たとえばASIC(Application Specific Integrated Circuit)素子)に接続されて、各センサ21〜23に信号を入力したり、各センサ21〜23から信号を出力したりするものであり、必要数(図1では、5つ)設けられている。蓋4は、例えばシリコン基板からなり、基板1の表面に接合されることで、各センサ21〜23を基板1に形成された空洞部分に密閉する。   The electrode pad 3 is connected to an external electronic component (for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) element) to input a signal to each sensor 21 to 23 or output a signal from each sensor 21 to 23 And the necessary number (five in FIG. 1) are provided. The lid 4 is made of, for example, a silicon substrate, and is bonded to the surface of the substrate 1 to seal each of the sensors 21 to 23 in the hollow portion formed in the substrate 1.

次に、図2〜6を参照して、X軸センサ21の詳細について説明する。   Next, details of the X-axis sensor 21 will be described with reference to FIGS.

図2は、X軸センサ21を示す概略平面図である。図3は、図2の要部拡大平面図である。図4は、図3のIV−IV線に沿う断面図である。図5は、X軸センサ21の機械的な部分の要素を簡略に示した要素簡略図である。図6は、X軸センサ21の電気的な等価回路図である。   FIG. 2 is a schematic plan view showing the X-axis sensor 21. As shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view of the main part of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. FIG. 5 is a simplified diagram showing elements of mechanical parts of the X-axis sensor 21 in a simplified manner. FIG. 6 is an electrical equivalent circuit diagram of the X-axis sensor 21. As shown in FIG.

基板1に形成された空洞部分には、各センサ21〜23を浮いた状態で支持するための支持部11が形成されている。X軸センサ21は、平面視四角形状で環状に形成された支持部11の内側に配置されている。X軸センサ21は、支持部11の内側の空洞12の底面から浮いた状態で支持されている(図4参照)。X軸センサ21は、支持部11に固定された固定部5、および、固定部5に対してX軸方向に移動可能に支持された可動部6を備えている。固定部5および可動部6のZ軸方向の寸法は同じである(図4参照)。   In a hollow portion formed in the substrate 1, a support portion 11 for supporting the sensors 21 to 23 in a floating state is formed. The X-axis sensor 21 is disposed on the inner side of a support 11 formed in an annular shape in a square shape in plan view. The X-axis sensor 21 is supported in a floating state from the bottom of the cavity 12 inside the support 11 (see FIG. 4). The X-axis sensor 21 includes a fixed portion 5 fixed to the support portion 11 and a movable portion 6 supported movably in the X-axis direction with respect to the fixed portion 5. The dimensions in the Z-axis direction of the fixed portion 5 and the movable portion 6 are the same (see FIG. 4).

固定部5は、支持部11に固定され、空洞12のy2側の内壁に沿ってX軸方向に延びる固定ベース部52と、固定ベース部52に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列され、Y軸方向(y1方向)に延びる複数の固定電極51とを備えている。固定ベース部52は、強度を増すために、平面視ではしご形状に形成され、バネ部64,65に固定されている(図3参照)。固定ベース部52は、酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁部521を介して、バネ部64,65に固定されているので、バネ部64,65とは電気的に絶縁されている。なお、固定ベース部52の形状はこれに限定されない。固定電極51は、X軸方向に直交する矩形の板形状になっている。 The fixed portion 5 is fixed to the support portion 11 and arranged in a comb-tooth shape with a fixed base portion 52 extending in the X-axis direction along the inner wall on the y2 side of the cavity 12 and spaced equally along the fixed base portion 52 And a plurality of fixed electrodes 51 extending in the Y-axis direction (y1 direction). The fixed base portion 52 is formed in a ladder shape in plan view to increase strength, and is fixed to the spring portions 64 and 65 (see FIG. 3). Since the fixed base portion 52 is fixed to the spring portions 64 and 65 via the insulating portion 521 made of silicon oxide (SiO 2 ), the fixed base portion 52 is electrically insulated from the spring portions 64 and 65. The shape of the fixed base portion 52 is not limited to this. The fixed electrode 51 has a rectangular plate shape orthogonal to the X-axis direction.

可動部6は、空洞12のy1側の内壁に沿って延びる可動ベース部63と、一端が可動ベース部63に他端が支持部11に固定されY軸方向に延びる2つのバネ部64,65と、隣接する2つの固定電極51の間にそれぞれ1つずつ配置されるように、可動ベース部63からY軸方向(y2方向)に延びる複数の第1可動電極61および第2可動電極62とを備えている。第1可動電極61および第2可動電極62は、X軸方向に直交する矩形の板形状になっている。本実施形態では、2つの固定電極51の間で、x2側に第1可動電極61が配置され、x1側に第2可動電極62が配置されている。加速度が作用していない状態では、第1可動電極61とこれに隣接する固定電極51との間隔は、第2可動電極62とこれに隣接する固定電極51との間隔に等しくなるようになっている。   The movable portion 6 has a movable base portion 63 extending along the inner wall of the cavity 12 on the y1 side, and two spring portions 64 and 65 having one end fixed to the movable base portion 63 and the other end fixed to the support portion 11 and extending in the Y axis direction. And a plurality of first movable electrodes 61 and second movable electrodes 62 extending in the Y-axis direction (y2 direction) from the movable base portion 63 so as to be disposed one by one between the two adjacent fixed electrodes 51, respectively. Is equipped. The first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 have a rectangular plate shape orthogonal to the X-axis direction. In the present embodiment, the first movable electrode 61 is disposed on the x2 side between the two fixed electrodes 51, and the second movable electrode 62 is disposed on the x1 side. When no acceleration is applied, the distance between the first movable electrode 61 and the fixed electrode 51 adjacent thereto is equal to the distance between the second movable electrode 62 and the fixed electrode 51 adjacent thereto. There is.

可動ベース部63は平面視で格子状に形成されており、可動ベース部63において、複数の第1可動電極61はそれぞれ互いに電気的に接続されており、複数の第2可動電極62はそれぞれ互いに電気的に接続されている。一方、第1可動電極61と第2可動電極62とは電気的に絶縁されている。なお、可動ベース部63の構造は限定されず、上述した電気的な接続が行われており、ある程度の重さを有する構造であればよい。x1側に配置されるバネ部64は、可動ベース部63において、第1可動電極61に電気的に接続している。つまり、当該バネ部64は、各第1可動電極61に電圧信号を入力するための電流経路として機能する。また、x2側に配置されるバネ部65は、可動ベース部63において、第2可動電極62に電気的に接続している。つまり、当該バネ部65は、各第2可動電極62に電圧信号を入力するための電流経路として機能する。また、2つのバネ部64,65は、可動ベース部63をX軸方向に移動可能に支持するバネとしても機能する。可動ベース部63、第1可動電極61および第2可動電極62は、2つのバネ部64,65によってX軸方向に移動可能に支持された重りとしての機能も果たす。   The movable base portion 63 is formed in a lattice shape in plan view, and in the movable base portion 63, the plurality of first movable electrodes 61 are electrically connected to each other, and the plurality of second movable electrodes 62 are respectively connected to each other It is electrically connected. On the other hand, the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 are electrically insulated. In addition, the structure of the movable base part 63 is not limited, The electrical connection mentioned above is performed, and it should just be a structure which has a certain amount of weight. The spring portion 64 disposed on the x1 side is electrically connected to the first movable electrode 61 in the movable base portion 63. That is, the spring portion 64 functions as a current path for inputting a voltage signal to each first movable electrode 61. The spring portion 65 disposed on the x2 side is electrically connected to the second movable electrode 62 in the movable base portion 63. That is, the spring portion 65 functions as a current path for inputting a voltage signal to each second movable electrode 62. The two spring portions 64 and 65 also function as a spring for supporting the movable base portion 63 so as to be movable in the X-axis direction. The movable base portion 63, the first movable electrode 61, and the second movable electrode 62 also function as a weight movably supported in the X-axis direction by the two spring portions 64 and 65.

また、X軸センサ21は、隣接する2つの固定電極51の中間位置にそれぞれ配置され、固定ベース部52からY軸方向(y1方向)に延びる固定板81を備えている。固定板81は、X軸方向に直交する矩形の板形状になっている。各固定板81は、第1可動電極61と第2可動電極62との間に配置される。加速度が作用していない状態では、第1可動電極61と固定板81との間隔は、第2可動電極62と固定板81との間隔に等しい。また、本実施形態では、第1可動電極61と固定板81との間隔(第2可動電極62と固定板81との間隔)は、第1可動電極61とこれに隣接する固定電極51との間隔(第2可動電極62とこれに隣接する固定電極51との間隔)に等しい。つまり、固定電極51、第1可動電極61、固定板81、第2可動電極62、および固定電極51は、この順番で等間隔に配置されている。固定板81は、酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁部82を介して固定ベース部52に固定されている(図3参照)ので、固定ベース部52とは電気的に絶縁されている。したがって、固定板81は、電気的にはどこにも接続されていない状態で、電流が流れないハイインピーダンスな状態になっている。なお、固定板81全体を、絶縁体(酸化シリコン)で形成してもよい。 Further, the X-axis sensor 21 is provided with a fixing plate 81 which is disposed at an intermediate position between two adjacent fixed electrodes 51 and extends from the fixed base portion 52 in the Y-axis direction (y1 direction). The fixing plate 81 has a rectangular plate shape orthogonal to the X-axis direction. Each fixed plate 81 is disposed between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62. When no acceleration is applied, the distance between the first movable electrode 61 and the fixed plate 81 is equal to the distance between the second movable electrode 62 and the fixed plate 81. Further, in the present embodiment, the distance between the first movable electrode 61 and the fixed plate 81 (the distance between the second movable electrode 62 and the fixed plate 81) is the distance between the first movable electrode 61 and the fixed electrode 51 adjacent thereto. It is equal to the spacing (the spacing between the second movable electrode 62 and the fixed electrode 51 adjacent thereto). That is, the fixed electrode 51, the first movable electrode 61, the fixed plate 81, the second movable electrode 62, and the fixed electrode 51 are arranged at equal intervals in this order. The fixing plate 81 is fixed to the fixing base portion 52 via the insulating portion 82 made of silicon oxide (SiO 2 ) (see FIG. 3), and thus, the fixing plate 81 is electrically insulated from the fixing base portion 52. Therefore, the fixed plate 81 is in a high impedance state in which no current flows when it is not electrically connected anywhere. The entire fixing plate 81 may be formed of an insulator (silicon oxide).

固定部5、可動部6および固定板81を含む基板1の表面には、たとえば酸化シリコンからなる図示しない絶縁膜が形成されている。当該絶縁膜上の所定の位置には、例えばAlからなる図示しない配線が形成されている。また、固定部5、可動部6および固定板81の側面は、たとえば酸化シリコンからなる図示しない保護膜で被覆されている。   On the surface of the substrate 1 including the fixed portion 5, the movable portion 6 and the fixed plate 81, an insulating film (not shown) made of, for example, silicon oxide is formed. An interconnection (not shown) made of, for example, Al is formed at a predetermined position on the insulating film. Further, the side surfaces of the fixed portion 5, the movable portion 6 and the fixed plate 81 are covered with a protective film (not shown) made of, for example, silicon oxide.

本実施形態においては、X軸センサ21は、X軸方向およびY軸方向の寸法がたとえば300μm程度、Z軸方向の寸法がたとえば50μm程度とされ、固定電極51、第1可動電極61および第2可動電極62のZ軸方向の寸法は、たとえば15〜30μm程度とされている。なお、各寸法は限定されない。   In the present embodiment, the X-axis sensor 21 has dimensions of, for example, about 300 μm in the X-axis direction and Y-axis direction and, for example, about 50 μm in the Z-axis direction. The fixed electrode 51, the first movable electrode 61, and the second The dimension of the movable electrode 62 in the Z-axis direction is, for example, about 15 to 30 μm. In addition, each dimension is not limited.

X軸センサ21では、X軸方向の加速度が作用した場合、2つのバネ部64,65に支持された可動ベース部63がX軸方向に振動する。これにより、可動ベース部63から延びる第1可動電極61および第2可動電極62も、互いに隣接する2つの固定電極51の間で、X軸方向に振動する。可動ベース部63がx1方向に移動した場合、第1可動電極61は隣接する固定電極51から離れた位置に移動し、第2可動電極62は隣接する固定電極51に近づく位置に移動する。逆に、可動ベース部63がx2方向に移動した場合、第1可動電極61は隣接する固定電極51に近づく位置に移動し、第2可動電極62は隣接する固定電極51から離れた位置に移動する。   In the X-axis sensor 21, when acceleration in the X-axis direction acts, the movable base portion 63 supported by the two spring portions 64 and 65 vibrates in the X-axis direction. Accordingly, the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 extending from the movable base portion 63 also vibrate in the X-axis direction between the two fixed electrodes 51 adjacent to each other. When the movable base portion 63 moves in the x1 direction, the first movable electrode 61 moves to a position away from the adjacent fixed electrode 51, and the second movable electrode 62 moves to a position approaching the adjacent fixed electrode 51. Conversely, when the movable base portion 63 moves in the x2 direction, the first movable electrode 61 moves to a position approaching the adjacent fixed electrode 51, and the second movable electrode 62 moves to a position away from the adjacent fixed electrode 51 Do.

図5は、X軸センサ21の機械的な部分の要素を簡略に示した要素簡略図である。可動部6の質量をm、バネ部64,65のばね定数をkとすると、X軸方向の加速度aがx2方向に作用した場合、可動部6はx1方向にx=m・a/kだけ移動する。この場合、第1可動電極61と隣接する固定電極51(図における左側の固定電極51)との間隔は、X軸方向の加速度が作用していないときの間隔をdとすると、d+xに変化する。一方、第2可動電極62と隣接する固定電極51(図における右側の固定電極51)との間隔は、d−xに変化する。コンデンサの静電容量は電極間の距離に反比例するので、第1可動電極61と隣接する固定電極51とからなるコンデンサの静電容量C1は減少し、第2可動電極62と隣接する固定電極51とからなるコンデンサの静電容量C2は増加する。したがって、各静電容量C1,C2の変化を電気的に検出することで、作用する加速度aを検出することができる。   FIG. 5 is a simplified diagram showing elements of mechanical parts of the X-axis sensor 21 in a simplified manner. Assuming that the mass of the movable portion 6 is m, and the spring constant of the spring portions 64 and 65 is k, when the acceleration a in the X-axis direction acts in the x2 direction, the movable portion 6 is only x = ma · a / k in the x1 direction Moving. In this case, the distance between the first movable electrode 61 and the adjacent fixed electrode 51 (the left fixed electrode 51 in the figure) changes to d + x, where d is the distance when acceleration in the X-axis direction is not acting. . On the other hand, the distance between the second movable electrode 62 and the adjacent fixed electrode 51 (the fixed electrode 51 on the right side in the drawing) changes to dx. Since the capacitance of the capacitor is inversely proportional to the distance between the electrodes, the capacitance C1 of the capacitor formed of the first movable electrode 61 and the adjacent fixed electrode 51 decreases, and the fixed electrode 51 adjacent to the second movable electrode 62 decreases. The capacitance C2 of the capacitor consisting of Therefore, the acting acceleration a can be detected by electrically detecting the changes in the capacitances C1 and C2.

図6は、X軸センサ21の電気的な等価回路図である。図6に示すように、第1可動電極61と固定電極51とからなる静電容量C1の可変コンデンサと、第2可動電極62と固定電極51とからなる静電容量C2の可変コンデンサとが、入力端子P1に接続するバネ部64と、入力端子P2に接続するバネ部65との間に直列接続されている。そして、当該2つの可変コンデンサの接続点が、固定ベース部52を介して、出力端子P3に接続されている。また、入力端子P1と入力端子P2との間には、第1可動電極61と固定板81とからなる可変コンデンサと、第2可動電極62と固定板81とからなる可変コンデンサとが直列接続されている(破線で囲まれたA部分)。固定板81がハイインピーダンスで電気接続的には無視できるので、A部分は、静電容量Cpの1つの固定コンデンサ(破線で囲まれたB参照)と、電気接続的には等価である。つまり、X軸センサ21は、電気接続的には、固定板81を備えていない従来の加速度センサ(図13参照)と同等である。したがって、X軸センサ21においても、従来の加速度センサと同じ検出方法を用いて、加速度を検出することができる。   FIG. 6 is an electrical equivalent circuit diagram of the X-axis sensor 21. As shown in FIG. As shown in FIG. 6, a variable capacitor of electrostatic capacitance C1 consisting of the first movable electrode 61 and the fixed electrode 51, and a variable capacitor of electrostatic capacitance C2 consisting of the second movable electrode 62 and the fixed electrode 51, It is connected in series between the spring portion 64 connected to the input terminal P1 and the spring portion 65 connected to the input terminal P2. The connection point of the two variable capacitors is connected to the output terminal P3 via the fixed base portion 52. Further, between the input terminal P1 and the input terminal P2, a variable capacitor formed of the first movable electrode 61 and the fixed plate 81 and a variable capacitor formed of the second movable electrode 62 and the fixed plate 81 are connected in series. (Part A surrounded by a broken line). Since the fixed plate 81 has high impedance and can be neglected in terms of electrical connection, the part A is equivalent in electrical connection to one fixed capacitor of electrostatic capacitance Cp (see B surrounded by a broken line). That is, in terms of electrical connection, the X-axis sensor 21 is equivalent to a conventional acceleration sensor (see FIG. 13) that does not include the fixed plate 81. Therefore, in the X-axis sensor 21 as well, acceleration can be detected using the same detection method as that of the conventional acceleration sensor.

具体的には、入力端子P1から交流の方形波信号を入力し、入力端子P2からこの方形波信号を反転させた信号を入力する。加速度が作用していない場合は第1可動電極61および第2可動電極62が移動しておらず、静電容量C1と静電容量C2とが同じになる。この場合、出力端子P3から出力される信号は、入力端子P1からの信号と入力端子P2からの信号とが打ち消し合って、ゼロ信号になる。一方、加速度が作用している場合は第1可動電極61および第2可動電極62が移動して、静電容量C1と静電容量C2とに違いが生じる。この場合、出力端子P3から出力される信号は、加速度の向きおよび大きさによって異なる方形波信号になる。この出力信号に基づいて、加速度を検出することができる。   Specifically, an AC square wave signal is input from the input terminal P1, and a signal obtained by inverting the square wave signal is input from the input terminal P2. When no acceleration is applied, the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 are not moved, and the electrostatic capacitance C1 and the electrostatic capacitance C2 become the same. In this case, the signal output from the output terminal P3 becomes a zero signal because the signal from the input terminal P1 and the signal from the input terminal P2 cancel each other. On the other hand, when acceleration is acting, the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 move, and a difference occurs between the electrostatic capacitance C1 and the electrostatic capacitance C2. In this case, the signal output from the output terminal P3 is a square wave signal which differs depending on the direction and magnitude of the acceleration. The acceleration can be detected based on this output signal.

一方、本実施形態では、第1可動電極61と第2可動電極62との間に固定板81が配置されていることにより、スクイーズフィルムダンピングモデルに準じた減衰要素が追加される。すなわち、固定板81によって、第1可動電極61および第2可動電極62のX軸方向の振動に対する希薄気体の流動および圧縮による抵抗力が発生し、振動の減衰が大きくなる。このことは、減衰振動における減衰係数を大きくすることに相当する。   On the other hand, in the present embodiment, by disposing the fixed plate 81 between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62, a damping element conforming to the squeeze film damping model is added. That is, the fixed plate 81 generates a resistance due to the flow and compression of the lean gas with respect to the vibration of the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 in the X-axis direction, and the damping of the vibration becomes large. This corresponds to increasing the damping coefficient in the damping vibration.

図7は、ばね定数およびおもりの質量を一定とし、減衰係数を大きくすることでQ値を変更したときの、振動の周波数と振幅の変化との関係を示している。可動部6の質量をm、バネ部64,65のばね定数をk、減衰係数をcとすると、共振周波数fはf=√(k/m)/(2*π)であり、Q値はQ=√(m・k)/cとなり、Q値は減衰係数cに反比例する。減衰係数cを大きくするとQ値が小さくなり、共振周波数でのピークの高さが低くなる。これにより、振幅の変化が±3dB以内に入る周波数帯域をより広げることができる。減衰係数c(およびQ値)は、固定板81のY軸方向の寸法またはX軸方向の寸法を変更することで調整することができる。固定板81のY軸方向の寸法を大きくすることで、固定板81のX軸方向に直交する面の面積を大きくすると、スクイーズフィルムダンピングによる減衰要素が大きくなるので、減衰係数cは大きくなる(Q値は小さくなる)。また、固定板81のX軸方向の寸法を大きくすると、固定板81と第1可動電極61(第2可動電極62)との間隔が狭くなる。したがって、固定板81と第1可動電極61(第2可動電極62)との間のスクイーズフィルムダンピングによる減衰要素が大きくなるので、減衰係数cは大きくなる(Q値は小さくなる)。固定板81のX軸方向の寸法により調整する場合、可動部6の質量mに影響しないので、共振周波数等の他の特性にほとんど影響を与えることなく、減衰係数cを調整することができる。   FIG. 7 shows the relationship between the frequency of vibration and the change in amplitude when the Q value is changed by keeping the spring constant and the mass of the weight constant and increasing the damping coefficient. Assuming that the mass of the movable portion 6 is m, the spring constant of the spring portions 64 and 65 is k, and the damping coefficient is c, the resonance frequency f is f = √ (k / m) / (2 * π), and the Q value is Q = √ (m · k) / c, and the Q value is inversely proportional to the attenuation coefficient c. As the attenuation coefficient c is increased, the Q value decreases and the peak height at the resonance frequency decreases. This can further broaden the frequency band in which the change in amplitude falls within ± 3 dB. The damping coefficient c (and the Q value) can be adjusted by changing the dimension of the fixed plate 81 in the Y-axis direction or the dimension in the X-axis direction. If the area of the surface of the fixed plate 81 perpendicular to the X-axis direction is increased by increasing the dimension of the fixed plate 81 in the Y-axis direction, the damping factor due to squeeze film damping is increased, and the damping coefficient c is increased ( Q value becomes smaller). When the dimension of the fixed plate 81 in the X-axis direction is increased, the distance between the fixed plate 81 and the first movable electrode 61 (second movable electrode 62) is narrowed. Therefore, the damping factor due to the squeeze film damping between the fixed plate 81 and the first movable electrode 61 (the second movable electrode 62) is increased, and hence the attenuation coefficient c is increased (Q value is decreased). When adjusting with the dimension of the fixed plate 81 in the X-axis direction, the attenuation coefficient c can be adjusted without affecting the other characteristics such as the resonance frequency since the mass m of the movable portion 6 is not affected.

本実施形態では、バネ部64,65のX軸方向の寸法を従来のものより大きくすることで、バネ部64,65のばね定数kを大きくしている。これにより、振幅の変化が3dB以下となる周波数帯域を広げている(図14参照)。ばね定数kを大きくしたことでQ値が大きくなるが、固定板81を追加して減衰係数cを大きくすることで、Q値を小さくしている。これにより、振幅の変化が3dB以下となる周波数帯域をより広げている(図7参照)。   In the present embodiment, the spring constant k of the spring portions 64 and 65 is increased by making the dimension in the X-axis direction of the spring portions 64 and 65 larger than that of the conventional one. Thereby, the frequency band where the change in amplitude is 3 dB or less is broadened (see FIG. 14). Although the Q value is increased by increasing the spring constant k, the Q value is decreased by adding the fixed plate 81 to increase the damping coefficient c. As a result, the frequency band in which the change in amplitude is 3 dB or less is further expanded (see FIG. 7).

Y軸センサ22は、X軸センサ21を平面視で90°回転させたものとほぼ同様の構成なので、詳細な説明を省略する。Y軸センサ22においては、固定電極51、第1可動電極61、第2可動電極62、および固定板81が、それぞれX軸方向に延びており、Y軸方向の加速度が作用した場合に可動ベース部63がY軸方向に振動する。これにより、第1可動電極61および第2可動電極62も、互いに隣接する2つの固定電極51の間で、Y軸方向に振動する。したがって、第1可動電極61と隣接する固定電極51とからなるコンデンサの静電容量と、第2可動電極62と隣接する固定電極51とからなるコンデンサの静電容量の変化を電気的に検出することで、Y軸方向に作用する加速度を検出することができる。Y軸センサ22においても、第1可動電極61と第2可動電極62との間に固定板81が配置されていることにより、減衰係数を大きくすることができ、検出可能な加速度の範囲を広げている。   The Y-axis sensor 22 has substantially the same configuration as that obtained by rotating the X-axis sensor 21 by 90 ° in plan view, and thus detailed description will be omitted. In the Y-axis sensor 22, the fixed electrode 51, the first movable electrode 61, the second movable electrode 62, and the fixed plate 81 respectively extend in the X-axis direction, and the movable base is moved when acceleration in the Y-axis direction is applied. The portion 63 vibrates in the Y-axis direction. Thereby, the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 also vibrate in the Y-axis direction between the two fixed electrodes 51 adjacent to each other. Therefore, the electrostatic capacitance of the capacitor formed of the first movable electrode 61 and the fixed electrode 51 adjacent thereto, and the change of the capacitance of the capacitor formed of the fixed electrode 51 adjacent to the second movable electrode 62 are electrically detected. Thus, the acceleration acting in the Y-axis direction can be detected. In the Y-axis sensor 22 as well, by disposing the fixed plate 81 between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62, the attenuation coefficient can be increased, and the range of detectable acceleration is broadened. ing.

Z軸センサ23も、可動電極と固定電極とからなるコンデンサの静電容量の変化に基づいて加速度を検出するものであるが、コンデンサの電極間の距離の変化ではなく、コンデンサの電極の対向する部分の面積の変化による静電容量の変化に基づいて、加速度を検出する。Z軸センサ23は、たとえばX軸方向に直交する矩形の板形状である固定電極および可動電極を備えている。Z軸方向の加速度が作用した場合、可動電極がZ軸方向に振動する。これにより、Z軸方向視したときの、可動電極と固定電極の重なる領域の面積が変化する。当該面積の変化による静電容量の変化を電気的に検出することで、Z軸方向に作用する加速度を検出することができる。Z軸センサ23の構成の詳細な説明は省略する。   The Z-axis sensor 23 also detects acceleration based on a change in capacitance of a capacitor composed of a movable electrode and a fixed electrode, but not a change in the distance between the electrodes of the capacitor, but the electrodes of the capacitor face each other The acceleration is detected based on the change in capacitance due to the change in area of the part. The Z-axis sensor 23 includes, for example, a fixed electrode and a movable electrode which have a rectangular plate shape orthogonal to the X-axis direction. When acceleration in the Z-axis direction acts, the movable electrode vibrates in the Z-axis direction. Thereby, the area of the overlapping region of the movable electrode and the fixed electrode changes when viewed in the Z-axis direction. By electrically detecting the change in capacitance due to the change in area, the acceleration acting in the Z-axis direction can be detected. The detailed description of the configuration of the Z-axis sensor 23 is omitted.

X軸センサ21およびY軸センサ22が、本発明の「加速度センサ」に相当する。また、加速度センサA1も、本発明の「加速度センサ」に相当するといえる。   The X-axis sensor 21 and the Y-axis sensor 22 correspond to the "acceleration sensor" of the present invention. Further, it can be said that the acceleration sensor A1 also corresponds to the "acceleration sensor" of the present invention.

次に、加速度センサA1の製造方法について説明する。   Next, a method of manufacturing the acceleration sensor A1 will be described.

まず、導電性シリコンからなる半導体基板の表面が熱酸化(たとえば、温度1100〜1200℃、膜厚5000Å)される。これにより、半導体基板の表面に絶縁膜が形成される。次いで、公知のパターニング技術により絶縁膜がパターニングされ、絶縁部を埋め込むべき領域に開口が形成される。絶縁部は、固定板81を固定ベース部52から絶縁するための絶縁部82や、固定ベース部52とバネ部64,65とを絶縁する絶縁部521、可動ベース部63において第1可動電極61と第2可動電極62とを絶縁するための部分などになる。次いで、絶縁膜をハードマスクとする異方性のディープRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)により、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板が掘り下げられる。これにより、半導体基板にトレンチが形成される。続いて、半導体基板に形成されたトレンチ内部および半導体基板の表面が熱酸化され(たとえば、温度1100〜1200℃)、その後、酸化膜の表面がエッチバックされる(たとえば、エッチバック後の膜厚が21800Å)。これにより、トレンチを埋め尽くす絶縁層が同時に形成される。   First, the surface of a semiconductor substrate made of conductive silicon is thermally oxidized (for example, at a temperature of 1100 to 1200 ° C., a film thickness of 5000 Å). Thus, the insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate. Next, the insulating film is patterned by a known patterning technique to form an opening in the region where the insulating portion is to be embedded. The insulating portion includes an insulating portion 82 for insulating the fixed plate 81 from the fixed base portion 52, an insulating portion 521 for insulating the fixed base portion 52 and the spring portions 64 and 65, and the first movable electrode 61 in the movable base portion 63. And a portion for insulating the second movable electrode 62 from each other. Next, the semiconductor substrate is dug down by anisotropic deep RIE (Reactive Ion Etching) using the insulating film as a hard mask, specifically by the Bosch process. Thereby, a trench is formed in the semiconductor substrate. Subsequently, the inside of the trench formed in the semiconductor substrate and the surface of the semiconductor substrate are thermally oxidized (for example, at a temperature of 1100 to 1200 ° C.), and then the surface of the oxide film is etched back (for example, the film thickness after etch back) Is 21800 Å). Thereby, the insulating layer filling up the trench is simultaneously formed.

次いで、CVD法により、半導体基板上に、酸化シリコンからなる絶縁膜が積層される。次いで、絶縁膜がエッチングされてコンタクトホールが形成され、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグが形成された後、スパッタ法により、絶縁膜上にアルミニウムが堆積(たとえば、7000Å)されてパターニングされる。これにより、絶縁膜上に、配線が形成される。   Next, an insulating film made of silicon oxide is stacked on the semiconductor substrate by the CVD method. Next, the insulating film is etched to form a contact hole, and a contact plug which fills the contact hole is formed, and then aluminum is deposited (for example, 7000 Å) on the insulating film and patterned by sputtering. Thus, the wiring is formed on the insulating film.

次いで、半導体基板に空洞部分を形成すべき領域上の絶縁膜が、エッチングにより除去される。次いで、固定部5、可動部6および固定板81を形成すべき領域以外の領域に開口を有するレジストが、絶縁膜上に形成される。続いて、当該レジストをマスクとする異方性のディープRIEにより、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板が掘り下げられる。これにより、半導体基板の表面部が、固定部5、可動部6および固定板81の形状に成形されるとともに、それらの間にトレンチが形成される。ディープRIE後、レジストが剥離される。   Next, the insulating film on the region where the cavity portion is to be formed in the semiconductor substrate is removed by etching. Then, a resist having an opening in a region other than the region where the fixed portion 5, the movable portion 6 and the fixed plate 81 are to be formed is formed on the insulating film. Subsequently, the semiconductor substrate is dug down by anisotropic deep RIE using the resist as a mask, specifically by the Bosch process. Thereby, the surface portion of the semiconductor substrate is formed into the shape of the fixed portion 5, the movable portion 6 and the fixed plate 81, and a trench is formed therebetween. After deep RIE, the resist is peeled off.

次いで、熱酸化法またはPECVD法により、固定部5、可動部6および固定板81の表面全域およびトレンチの内面全域(つまり、トレンチを区画する側面および底面)に、酸化シリコンからなる保護膜が形成される。次いで、エッチバックにより、保護膜におけるトレンチの底面上の部分が除去される。これにより、トレンチの底面が露出した状態となる。   Then, a protective film made of silicon oxide is formed on the entire surface of the fixed portion 5, the movable portion 6 and the fixed plate 81 and the entire inner surface of the trench (that is, the side and bottom defining the trench) by thermal oxidation or PECVD. Be done. Then, a portion of the protective film on the bottom of the trench is removed by etch back. Thus, the bottom of the trench is exposed.

次いで、異方性のディープRIEにより、トレンチの底面がさらに掘り下げられる。これにより、トレンチの底部に、半導体基板の結晶面が露出した露出空間が形成される。この異方性のディープRIEに引き続いて、等方性のRIEにより、トレンチの露出空間に反応性イオンおよびエッチングガスが供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、半導体基板が、各露出空間を起点に半導体基板の厚さ方向にエッチングされつつ、半導体基板の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間が一体化して、半導体基板の内部に空洞12が形成されるとともに、空洞12内において、固定部5、可動部6および固定板81が浮いた状態となる。   Then, the bottom of the trench is further dug down by anisotropic deep RIE. Thus, an exposed space in which the crystal plane of the semiconductor substrate is exposed is formed at the bottom of the trench. Following this anisotropic deep RIE, reactive ions and etching gas are supplied to the exposed space of the trench by isotropic RIE. Then, the semiconductor substrate is etched in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate while being etched in the thickness direction of the semiconductor substrate starting from each exposed space by the action of reactive ions or the like. As a result, all the exposed spaces adjacent to each other are integrated to form the cavity 12 in the semiconductor substrate, and the fixed portion 5, the movable portion 6 and the fixed plate 81 float in the cavity 12. .

以上の工程を経て、図1に示す加速度センサA1が得られる。なお、半導体基板に犠牲層を形成して、犠牲層上に導電性シリコンの層を積層し、犠牲層を選択的にエッチングして除去することで、空洞12を形成するようにしてもよい。   Through the above steps, the acceleration sensor A1 shown in FIG. 1 is obtained. Alternatively, a sacrificial layer may be formed on the semiconductor substrate, a conductive silicon layer may be stacked on the sacrificial layer, and the sacrificial layer may be selectively etched and removed to form the cavity 12.

次に、加速度センサA1の作用効果について説明する。   Next, the function and effect of the acceleration sensor A1 will be described.

本実施形態によると、X軸センサ21は、隣接する2つの固定電極51の中間位置で固定され、第1可動電極61と第2可動電極62との間に配置される固定板81を備えている。第1可動電極61と第2可動電極62との間に固定板81が配置されていることにより、可動部6の減衰振動に、スクイーズフィルムダンピングモデルに準じた減衰要素が追加されて、減衰係数が大きくなる。減衰係数が大きくなることでQ値が小さくなり、共振周波数でのピークの高さが低くなる。よって、振幅の変化が±3dB以内に入る周波数帯域をより広げることができる(図7参照)。これにより、X軸センサ21での検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる。同様に、Y軸センサ22も固定板81を備えているので、可動部6の減衰係数が大きくなる。これにより、Y軸センサ22での検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる。よって、加速度センサA1における、X軸方向に作用する加速度、および、Y軸方向に作用する加速度の検出可能範囲をより広くすることができる。   According to the present embodiment, the X-axis sensor 21 includes the fixed plate 81 fixed at an intermediate position between the two adjacent fixed electrodes 51 and disposed between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62. There is. By disposing the fixed plate 81 between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62, a damping element according to the squeeze film damping model is added to the damping vibration of the movable portion 6, and the damping coefficient Becomes larger. As the attenuation coefficient increases, the Q value decreases and the peak height at the resonance frequency decreases. Therefore, it is possible to further broaden the frequency band in which the change in amplitude falls within ± 3 dB (see FIG. 7). As a result, the range of acceleration that can be detected by the X-axis sensor 21 can be made wider. Similarly, since the Y-axis sensor 22 also includes the fixed plate 81, the damping coefficient of the movable portion 6 is increased. As a result, the range of acceleration that can be detected by the Y-axis sensor 22 can be made wider. Therefore, the detectable range of the acceleration acting in the X-axis direction and the acceleration acting in the Y-axis direction in the acceleration sensor A1 can be made wider.

また、本実施形態によると、固定板81は、電気的にはどこにも接続されていない状態で、電流が流れないハイインピーダンスな状態になっている。したがって、電気接続的には固定板81を無視できるので、固定板81を備えていない従来の加速度センサと同じ検出方法を用いて、加速度を検出することができる。   Further, according to the present embodiment, in the state where the fixing plate 81 is not electrically connected anywhere, it is in a high impedance state in which no current flows. Therefore, in terms of electrical connection, the fixed plate 81 can be ignored, so that the acceleration can be detected using the same detection method as a conventional acceleration sensor not provided with the fixed plate 81.

本実施形態によると、加速度が作用していない状態において、第1可動電極61と固定板81との間隔(第2可動電極62と固定板81との間隔)は、第1可動電極61とこれに隣接する固定電極51との間隔(第2可動電極62とこれに隣接する固定電極51との間隔)に等しい。すなわち、固定板81と第1可動電極61(第2可動電極62)との間の減衰係数、および、固定電極51と第1可動電極61(第2可動電極62)との間の減衰係数は、固定板81および固定電極51のY軸方向の寸法に比例する。したがって、所望の減衰係数を得るには、固定板81および固定電極51のY軸方向の寸法の比を調整するだけでよい。これにより、減衰係数の調整を容易にすることができる。また、単純な比例関係ではないが、平板間隔でもって減衰係数を調整することも出来る。その際、固定板81と第1可動電極61との間隔、および、固定板81と第2可動電極62との間隔のみを調整すれば、他の特性に影響を与えず減衰係数のみを調整できる。平板間隔と減衰係数の関係については、スクイーズフィルムダンピングモデルに準じる。   According to this embodiment, in the state where acceleration is not applied, the distance between the first movable electrode 61 and the fixed plate 81 (the distance between the second movable electrode 62 and the fixed plate 81) is equal to that of the first movable electrode 61 Is equal to the distance between the fixed electrode 51 adjacent thereto and the distance between the second movable electrode 62 and the fixed electrode 51 adjacent thereto. That is, the attenuation coefficient between the fixed plate 81 and the first movable electrode 61 (second movable electrode 62), and the attenuation coefficient between the fixed electrode 51 and the first movable electrode 61 (second movable electrode 62) are , And the dimensions of the fixed plate 81 and the fixed electrode 51 in the Y-axis direction. Therefore, in order to obtain a desired attenuation coefficient, it is only necessary to adjust the ratio of the dimensions of the fixed plate 81 and the fixed electrode 51 in the Y-axis direction. This makes it easy to adjust the attenuation coefficient. Moreover, although it is not a simple proportionality relation, a damping factor can also be adjusted with flat plate intervals. At that time, if only the distance between the fixed plate 81 and the first movable electrode 61 and the distance between the fixed plate 81 and the second movable electrode 62 are adjusted, only the attenuation coefficient can be adjusted without affecting other characteristics. . The relationship between the plate interval and the damping coefficient conforms to the squeeze film damping model.

図8〜図12は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記第1実施形態と同一または類似の要素には、上記第1実施形態と同一の符号を付している。   8 to 12 show another embodiment of the present invention. In these figures, the same or similar elements as or to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment.

〔第2実施形態〕
図8は、本発明の第2実施形態にかかる加速度センサA2のX軸センサ21を示す概略平面図である。本実施形態のX軸センサ21は、可動ベース部63がy2側に配置されている点で、第1実施形態のX軸センサ21(図2参照)と異なる。
Second Embodiment
FIG. 8 is a schematic plan view showing an X-axis sensor 21 of an acceleration sensor A2 according to a second embodiment of the present invention. The X-axis sensor 21 of the present embodiment differs from the X-axis sensor 21 (see FIG. 2) of the first embodiment in that the movable base portion 63 is disposed on the y2 side.

第2実施形態のX軸センサ21においては、2つのバネ部64,65が平面視U字形状をなし、y2側に配置された可動ベース部63をX軸方向に移動可能に支持している。第1可動電極61および第2可動電極62は、可動ベース部63からy1方向に延びている。また、固定ベース部52はy1側に配置され、固定電極51は固定ベース部52からy2方向に延びている。固定板81も、固定ベース部52からy2方向に延びている。   In the X-axis sensor 21 according to the second embodiment, the two spring portions 64 and 65 are U-shaped in plan view, and movably support the movable base portion 63 disposed on the y2 side in the X-axis direction. . The first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 extend from the movable base portion 63 in the y1 direction. The fixed base portion 52 is disposed on the y1 side, and the fixed electrode 51 extends from the fixed base portion 52 in the y2 direction. The fixing plate 81 also extends from the fixing base portion 52 in the y2 direction.

本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、バネ部64,65の形状は限定されない。   Also in the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, the shape of the spring parts 64 and 65 is not limited.

〔第3実施形態〕
図9は、本発明の第3実施形態にかかる加速度センサA3のX軸センサ21を示す概略平面図である。本実施形態のX軸センサ21は、可動ベース部63がY軸方向の中央に配置されている点で、第1実施形態のX軸センサ21(図2参照)と異なる。
Third Embodiment
FIG. 9 is a schematic plan view showing an X-axis sensor 21 of an acceleration sensor A3 according to a third embodiment of the present invention. The X-axis sensor 21 of the present embodiment differs from the X-axis sensor 21 (see FIG. 2) of the first embodiment in that the movable base portion 63 is disposed at the center in the Y-axis direction.

第3実施形態のX軸センサ21においては、2つのバネ部64,65が平面視J字形状をなし、Y軸方向の中央に配置された可動ベース部63をX軸方向に移動可能に支持している。第1可動電極61および第2可動電極62は、可動ベース部63からy1方向およびy2方向の両方向に延びている。また、固定部5は、2つ設けられている。一方の固定部5は、固定ベース部52が空洞12のy2側の内壁に沿って配置されており、固定電極51および固定板81が当該固定ベース部52から可動ベース部63の手前までy1方向に延びている。他方の固定部5は、固定ベース部52が空洞12のy1側の内壁に沿って配置されており、固定電極51および固定板81が当該固定ベース部52から可動ベース部63の手前までy2方向に延びている。可動ベース部63からy1方向に延びる第1可動電極61および第2可動電極62は、y1側の固定部5の固定電極51および固定板81の間に配置され、可動ベース部63からy2方向に延びる第1可動電極61および第2可動電極62は、y2側の固定部5の固定電極51および固定板81の間に配置される。y1側の固定部5とy2側の固定部5とは電気的に接続されており、両者の固定電極51はすべて同電位になる。また、y1側の固定部5に固定された固定板81は、可動ベース部63からy1方向に延びる第1可動電極61および第2可動電極62の間に配置され、y2側の固定部5に固定された固定板81は、可動ベース部63からy2方向に延びる第1可動電極61および第2可動電極62の間に配置されている。   In the X-axis sensor 21 according to the third embodiment, the two spring portions 64 and 65 have a J shape in plan view, and movably support the movable base portion 63 disposed at the center in the Y-axis direction in the X-axis direction. doing. The first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 extend from the movable base portion 63 in both the y1 direction and the y2 direction. Further, two fixing portions 5 are provided. The fixed base portion 52 of one fixed portion 5 is disposed along the inner wall of the cavity 12 on the y2 side, and the fixed electrode 51 and the fixed plate 81 extend from the fixed base portion 52 to the front of the movable base portion 63 in the y1 direction It extends to In the other fixed portion 5, the fixed base portion 52 is disposed along the inner wall on the y1 side of the cavity 12, and the fixed electrode 51 and the fixed plate 81 extend from the fixed base portion 52 to the front of the movable base portion 63 in the y2 direction It extends to The first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 extending from the movable base portion 63 in the y1 direction are disposed between the fixed electrode 51 and the fixed plate 81 of the fixed portion 5 on the y1 side, and from the movable base portion 63 in the y2 direction The extending first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 are disposed between the fixed electrode 51 and the fixed plate 81 of the fixed portion 5 on the y2 side. The fixed portion 5 on the y1 side and the fixed portion 5 on the y2 side are electrically connected, and both fixed electrodes 51 have the same potential. In addition, the fixed plate 81 fixed to the fixed portion 5 on the y1 side is disposed between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 extending in the y1 direction from the movable base portion 63 and is fixed to the fixed portion 5 on the y2 side. The fixed plate 81 fixed is disposed between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 extending from the movable base portion 63 in the y2 direction.

本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、バネ部64,65の形状は限定されない。   Also in the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, the shape of the spring parts 64 and 65 is not limited.

〔第4実施形態〕
図10〜12は、本発明の第4実施形態にかかる加速度センサA4のX軸センサ21を示している。図10は概略平面図(第1実施形態における図2に相当)であり、図11は図10の要部拡大平面図(第1実施形態における図3に相当)であり、図12は電気的な等価回路図(第1実施形態における図6に相当)である。本実施形態のX軸センサ21は、固定部5が互いに電気的に分離された2種類の電極を備え、可動部6の電極がすべて電気的に接続されている点で、第1実施形態のX軸センサ21と異なる。
Fourth Embodiment
FIGS. 10 to 12 show an X-axis sensor 21 of an acceleration sensor A4 according to a fourth embodiment of the present invention. 10 is a schematic plan view (corresponding to FIG. 2 in the first embodiment), FIG. 11 is an enlarged plan view of the main part of FIG. 10 (corresponding to FIG. 3 in the first embodiment), and FIG. Equivalent circuit diagram (corresponding to FIG. 6 in the first embodiment). The X-axis sensor 21 according to the present embodiment includes two types of electrodes in which the fixed portion 5 is electrically separated from each other, and all the electrodes of the movable portion 6 are electrically connected. It differs from the X-axis sensor 21.

可動部6は、空洞12のy1側の内壁に沿って延びる可動ベース部63と、一端が可動ベース部63に他端が支持部11に固定されY軸方向に延びる2つのバネ部64,65と、可動ベース部63に沿って櫛歯状に配列され、Y軸方向(y2方向)に延びる複数の可動電極66とを備えている。本実施形態では、可動ベース部63は平面視で格子状に形成されており、可動ベース部63において、複数の可動電極66はそれぞれ互いに電気的に接続されている。なお、可動ベース部63の形状は限定されない。たとえば、隙間のない直方体形状(平面視で矩形状)であってもよい。   The movable portion 6 has a movable base portion 63 extending along the inner wall of the cavity 12 on the y1 side, and two spring portions 64 and 65 having one end fixed to the movable base portion 63 and the other end fixed to the support portion 11 and extending in the Y axis direction. And a plurality of movable electrodes 66 arranged in a comb shape along the movable base portion 63 and extending in the Y-axis direction (y2 direction). In the present embodiment, the movable base portion 63 is formed in a lattice shape in plan view, and in the movable base portion 63, the plurality of movable electrodes 66 are electrically connected to each other. The shape of the movable base portion 63 is not limited. For example, it may be a rectangular parallelepiped shape (a rectangular shape in plan view) without a gap.

固定部5は、支持部11に固定され、空洞12のy2側の内壁に沿ってX軸方向に延びる第1固定ベース部54と、支持部11に固定され、第1固定ベース部54に電気的に接続しないようにしてX軸方向に延びる第2固定ベース部56と、第1固定ベース部54に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列され、Y軸方向(y1方向)に延びる複数の第1固定電極53と、第2固定ベース部56に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列され、Y軸方向(y1方向)に延びる複数の第2固定電極55とを備えている。第2固定電極55と当該第2固定電極55に最も近い第1固定電極53との間には可動電極66が配置されず、当該第2固定電極55に2番目に近い第1固定電極53との間には2つの可動電極66が配置されている。   The fixed portion 5 is fixed to the support portion 11 and fixed to the first fixed base portion 54 extending in the X-axis direction along the inner wall on the y2 side of the cavity 12 and to the support portion 11. The second fixed base portion 56 extending in the X-axis direction is arranged in a comb shape at equal intervals along the first fixed base portion 54 so as not to connect with each other and extends in the Y-axis direction (y1 direction) And a plurality of first fixed electrodes 53, and a plurality of second fixed electrodes 55 arranged in a comb shape at equal intervals along the second fixed base portion 56 and extending in the Y-axis direction (y1 direction) There is. The movable electrode 66 is not disposed between the second fixed electrode 55 and the first fixed electrode 53 closest to the second fixed electrode 55, and the first fixed electrode 53 second closest to the second fixed electrode 55 Two movable electrodes 66 are disposed between them.

また、第1固定電極53と第2固定電極55との間に配置された2つの可動電極66の間には、第1固定ベース部54または第2固定ベース部56からY軸方向(y1方向)に延びる固定板81が配置されている。固定板81は、絶縁部82を介して第1固定ベース部54または第2固定ベース部56に固定されている。本実施形態においては、加速度が作用していない状態では、第1固定電極53、可動電極66、固定板81、可動電極66、および第2固定電極55が、この順番で等間隔に配置されている。   Further, between the two movable electrodes 66 disposed between the first fixed electrode 53 and the second fixed electrode 55, the Y-axis direction (y1 direction) from the first fixed base portion 54 or the second fixed base portion 56. ) Is arranged. The fixing plate 81 is fixed to the first fixing base portion 54 or the second fixing base portion 56 via the insulating portion 82. In the present embodiment, in a state where acceleration is not applied, the first fixed electrode 53, the movable electrode 66, the fixed plate 81, the movable electrode 66, and the second fixed electrode 55 are arranged at equal intervals in this order. There is.

X軸センサ21では、X軸方向の加速度が作用した場合、2つのバネ部64,65に支持された可動ベース部63がX軸方向に振動する。これにより、可動ベース部63から延びる可動電極66も、隣接する第1固定電極53および第2固定電極55の間で、X軸方向に振動する。可動ベース部63がx1方向に移動した場合、第1固定電極53に隣接する可動電極66は、当該第1固定電極53から離れた位置に移動し、第2固定電極55に隣接する可動電極66は、当該第2固定電極55に近づく位置に移動する。したがって、第1固定電極53と隣接する可動電極66とからなるコンデンサの静電容量C1は減少し、第2固定電極55と隣接する可動電極66とからなるコンデンサの静電容量C2は増加する。逆に、可動ベース部63がx2方向に移動した場合、第1固定電極53に隣接する可動電極66は、当該第1固定電極53に近づく位置に移動し、第2固定電極55に隣接する可動電極66は、当該第2固定電極55から離れた位置に移動する。したがって、第1固定電極53と隣接する可動電極66とからなるコンデンサの静電容量C1は増加し、第2固定電極55と隣接する可動電極66とからなるコンデンサの静電容量C2は減少する。よって、各静電容量C1,C2の変化を電気的に検出することで、作用する加速度を検出することができる。   In the X-axis sensor 21, when acceleration in the X-axis direction acts, the movable base portion 63 supported by the two spring portions 64 and 65 vibrates in the X-axis direction. Accordingly, the movable electrode 66 extending from the movable base portion 63 also vibrates in the X-axis direction between the adjacent first fixed electrode 53 and second fixed electrode 55. When the movable base portion 63 moves in the x1 direction, the movable electrode 66 adjacent to the first fixed electrode 53 moves to a position away from the first fixed electrode 53, and the movable electrode 66 adjacent to the second fixed electrode 55. Moves to a position approaching the second fixed electrode 55. Therefore, the electrostatic capacitance C1 of the capacitor formed of the first fixed electrode 53 and the movable electrode 66 adjacent thereto decreases, and the electrostatic capacitance C2 of the capacitor formed of the second fixed electrode 55 and the movable electrode 66 adjacent thereto increases. Conversely, when the movable base portion 63 moves in the x2 direction, the movable electrode 66 adjacent to the first fixed electrode 53 moves to a position approaching the first fixed electrode 53, and movable adjacent to the second fixed electrode 55. The electrode 66 moves to a position away from the second fixed electrode 55. Therefore, the electrostatic capacitance C1 of the capacitor formed of the first fixed electrode 53 and the movable electrode 66 adjacent to it increases, and the electrostatic capacitance C2 of the capacitor formed of the second fixed electrode 55 and the movable electrode 66 adjacent thereto decreases. Therefore, the acting acceleration can be detected by electrically detecting the changes in the capacitances C1 and C2.

図12は、第4実施形態のX軸センサ21の電気的な等価回路図である。図12に示すように、第1固定電極53と可動電極66とからなる静電容量C1の可変コンデンサと、第2固定電極55と可動電極66とからなる静電容量C2の可変コンデンサとが、入力端子P1に接続する第1固定ベース部54と、入力端子P2に接続する第2固定ベース部56との間に直列接続されている。そして、当該2つの可変コンデンサの接続点が、可動ベース部63(およびバネ部64,65)を介して、出力端子P3に接続されている。また、可動電極66と固定板81とからなる可変コンデンサが2つ直列接続されて、その両端がともに出力端子P3に接続されている(破線で囲まれたA部分)。固定板81がハイインピーダンスで電気接続的には無視できるので、A部分は、1つの固定コンデンサの両端子を同電位にしたものであり、電気的にはないものとほぼ同様である。したがって、第4実施形態のX軸センサ21においても、従来の加速度センサと同じ検出方法を用いて、加速度を検出することができる。   FIG. 12 is an electrical equivalent circuit diagram of the X-axis sensor 21 of the fourth embodiment. As shown in FIG. 12, a variable capacitor of electrostatic capacitance C1 consisting of a first fixed electrode 53 and a movable electrode 66, and a variable capacitor of electrostatic capacitance C2 consisting of a second fixed electrode 55 and a movable electrode 66, It is connected in series between the first fixed base portion 54 connected to the input terminal P1 and the second fixed base portion 56 connected to the input terminal P2. The connection point of the two variable capacitors is connected to the output terminal P3 via the movable base portion 63 (and the spring portions 64 and 65). Further, two variable capacitors composed of the movable electrode 66 and the fixed plate 81 are connected in series, and both ends thereof are connected to the output terminal P3 (portion A surrounded by a broken line). Since the fixed plate 81 has high impedance and can be neglected in terms of electrical connection, the part A is one in which both terminals of one fixed capacitor are at the same potential, which is substantially the same as one that is not electrically. Therefore, also in the X-axis sensor 21 of the fourth embodiment, the acceleration can be detected using the same detection method as that of the conventional acceleration sensor.

本実施形態によると、X軸センサ21は、隣接する2つの可動電極66の間に配置される固定板81を備えている。したがって、可動部6の減衰振動に、スクイーズフィルムダンピングモデルに準じた減衰要素が追加されて、減衰係数が大きくなる。これにより、X軸センサ21での検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる。同様に、Y軸センサ22も固定板81を備えているので、可動部6の減衰係数が大きくなる。これにより、Y軸センサ22での検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる。よって、加速度センサA1における、X軸方向に作用する加速度、および、Y軸方向に作用する加速度の検出可能範囲をより広くすることができる。   According to the present embodiment, the X-axis sensor 21 includes a fixed plate 81 disposed between two adjacent movable electrodes 66. Therefore, a damping element conforming to the squeeze film damping model is added to the damping vibration of the movable portion 6, and the damping coefficient becomes large. As a result, the range of acceleration that can be detected by the X-axis sensor 21 can be made wider. Similarly, since the Y-axis sensor 22 also includes the fixed plate 81, the damping coefficient of the movable portion 6 is increased. As a result, the range of acceleration that can be detected by the Y-axis sensor 22 can be made wider. Therefore, the detectable range of the acceleration acting in the X-axis direction and the acceleration acting in the Y-axis direction in the acceleration sensor A1 can be made wider.

また、本実施形態によると、固定板81は、電気的にはどこにも接続されていない状態で、電流が流れないハイインピーダンスな状態になっている。したがって、電気接続的には固定板81を無視できるので、固定板81を備えていない従来の加速度センサと同じ検出方法を用いて、加速度を検出することができる。   Further, according to the present embodiment, in the state where the fixing plate 81 is not electrically connected anywhere, it is in a high impedance state in which no current flows. Therefore, in terms of electrical connection, the fixed plate 81 can be ignored, so that the acceleration can be detected using the same detection method as a conventional acceleration sensor not provided with the fixed plate 81.

本実施形態によると、加速度が作用していない状態において、可動電極66と固定板81との間隔は、第1固定電極53とこれに隣接する可動電極66との間隔(第2固定電極55とこれに隣接する可動電極66との間隔)に等しい。これにより、減衰係数の調整を容易にすることができる。   According to the present embodiment, in the state where acceleration is not applied, the distance between the movable electrode 66 and the fixed plate 81 is the distance between the first fixed electrode 53 and the movable electrode 66 adjacent thereto (the second fixed electrode 55 Distance to the adjacent movable electrode 66). This makes it easy to adjust the attenuation coefficient.

本実施形態によると、可動部6の可動電極66がすべて同電位なので、互いに電気的に分離された2種類の電極を備える場合と比べて、可動ベース部63の構造を簡易なものとすることができる。したがって、製造工程を簡略化することができる。   According to the present embodiment, since all the movable electrodes 66 of the movable portion 6 have the same potential, the structure of the movable base portion 63 is simplified as compared with the case where two types of electrodes electrically separated from each other are provided. Can. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

なお、上記第1ないし第4実施形態においては、加速度センサA1〜A4が、MEMSの技術を用いた比較的小型の加速度センサである場合について説明したが、これに限られない。加速度センサA1〜A4は、MEMSの技術を用いない比較的大型の加速度センサであってもよい。この場合でも、第1可動電極61と第2可動電極62との間(2つの可動電極66の間)に固定板81が配置されていることにより、空洞12に充填されている気体の粘性抵抗が増加する。したがって、減衰係数が大きくなるので、検出可能な加速度の範囲をより広くすることができる。この場合、固定部5、可動部6、固定板81および基板1の材質は限定されない。また、各部の構造も限定されない。少なくとも一対の固定電極と、当該一対の固定電極の間で移動可能な一対の可動電極と、当該一対の可動電極の間に配置され固定電極に固定された固定板とを備えていればよい。   In the first to fourth embodiments, the acceleration sensors A1 to A4 are relatively small acceleration sensors using the MEMS technology. However, the present invention is not limited to this. The acceleration sensors A1 to A4 may be relatively large acceleration sensors that do not use the MEMS technology. Even in this case, the fixed plate 81 is disposed between the first movable electrode 61 and the second movable electrode 62 (between the two movable electrodes 66), whereby the viscosity resistance of the gas filled in the cavity 12 is obtained. Will increase. Therefore, since the attenuation coefficient is increased, the range of detectable acceleration can be made wider. In this case, the materials of the fixed portion 5, the movable portion 6, the fixed plate 81, and the substrate 1 are not limited. Also, the structure of each part is not limited. It is sufficient to include at least a pair of fixed electrodes, a pair of movable electrodes movable between the pair of fixed electrodes, and a fixed plate disposed between the pair of movable electrodes and fixed to the fixed electrode.

本発明にかかる加速度センサは、先述した実施形態に限定されるものではない。本発明にかかる加速度センサの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The acceleration sensor according to the present invention is not limited to the embodiments described above. The specific configuration of each part of the acceleration sensor according to the present invention can be varied in design in many ways.

A1〜A4:加速度センサ
1 :基板
11 :支持部
12 :空洞
2 :センサ部
21 :X軸センサ
22 :Y軸センサ
23 :Z軸センサ
3 :電極パッド
4 :蓋
5 :固定部
51 :固定電極
52 :固定ベース部
521 :絶縁部
53 :第1固定電極
54 :第1固定ベース部
55 :第2固定電極
56 :第2固定ベース部
6 :可動部
61 :第1可動電極
62 :第2可動電極
63 :可動ベース部
64,65:バネ部
66 :可動電極
81 :固定板
82 :絶縁部
A1 to A4: Acceleration sensor 1: Substrate 11: Support 12: Cavity 2: Sensor 21: X-axis sensor 22: Y-axis sensor 23: Z-axis sensor 3: Electrode pad 4: Lid 5: Fixing portion 51: Fixed electrode 52: fixed base portion 521: insulating portion 53: first fixed electrode 54: first fixed base portion 55: second fixed electrode 56: second fixed base portion 6: movable portion 61: first movable electrode 62: second movable Electrode 63: movable base portion 64, 65: spring portion 66: movable electrode 81: fixed plate 82: insulating portion

Claims (13)

空洞を有する基板と、
前記空洞に配置され、前記基板に固定された一対の固定電極と、
前記一対の固定電極の間に配置され、前記一対の固定電極が並ぶ検出方向に移動可能である一対の可動電極と、
前記一対の可動電極の間に配置され、前記基板に固定された固定板と、
を備えていることを特徴とする加速度センサ。
A substrate having a cavity,
A pair of fixed electrodes disposed in the cavity and fixed to the substrate;
A pair of movable electrodes disposed between the pair of fixed electrodes and movable in a detection direction in which the pair of fixed electrodes are arranged;
A fixed plate disposed between the pair of movable electrodes and fixed to the substrate;
An acceleration sensor comprising:
前記固定板は、前記固定電極および前記可動電極に対して、電気的に絶縁されている、
請求項1に記載の加速度センサ。
The fixed plate is electrically insulated from the fixed electrode and the movable electrode.
The acceleration sensor according to claim 1.
前記固定板は、絶縁体からなる、
請求項1または2に記載の加速度センサ。
The fixing plate is made of an insulator.
The acceleration sensor according to claim 1.
前記一対の可動電極が固定される可動ベース部と、
前記可動ベース部を前記検出方向に移動可能な状態で前記基板に固定するバネ部と、
をさらに備えている、
請求項1ないし3のいずれかに記載の加速度センサ。
A movable base portion to which the pair of movable electrodes are fixed;
A spring portion for fixing the movable base portion to the substrate in a movable state in the detection direction;
Further equipped with,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3.
前記一対の固定電極および前記一対の可動電極は、導電性シリコンからなる、
請求項1ないし4のいずれかに記載の加速度センサ。
The pair of fixed electrodes and the pair of movable electrodes are made of conductive silicon.
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4.
前記基板は、導電性シリコンからなる、
請求項1ないし5のいずれかに記載の加速度センサ。
The substrate is made of conductive silicon.
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 5.
前記空洞を密封するように、前記基板に固定される蓋をさらに備えている、
請求項1ないし6のいずれかに記載の加速度センサ。
The apparatus further comprises a lid fixed to the substrate to seal the cavity.
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 6.
前記一対の固定電極は電気的に接続されており、
前記一対の可動電極には、それぞれ異なる電圧信号が入力され、
前記一対の固定電極の電気信号が出力される、
請求項1ないし7のいずれかに記載の加速度センサ。
The pair of fixed electrodes are electrically connected,
Different voltage signals are input to the pair of movable electrodes,
Electrical signals of the pair of fixed electrodes are output,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 7.
前記一対の可動電極は電気的に接続されており、
前記一対の固定電極には、それぞれ異なる電圧信号が入力され、
前記一対の可動電極の電気信号が出力される、
請求項1ないし7のいずれかに記載の加速度センサ。
The pair of movable electrodes are electrically connected,
Different voltage signals are input to the pair of fixed electrodes, respectively.
Electrical signals of the pair of movable electrodes are output,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 7.
前記各可動電極と前記固定板との間隔、および、前記各可動電極と当該可動電極に隣接する固定電極との間隔は、前記検出方向の加速度が作用していない状態において、いずれも同一である、
請求項1ないし9のいずれかに記載の加速度センサ。
The distance between each of the movable electrodes and the fixed plate, and the distance between each of the movable electrodes and the fixed electrode adjacent to the movable electrode are the same in a state where acceleration in the detection direction is not applied. ,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 9.
前記各可動電極、前記各固定電極および前記固定板は、前記検出方向に直交する矩形の板形状である、
請求項1ないし10のいずれかに記載の加速度センサ。
Each of the movable electrodes, the fixed electrodes, and the fixed plate has a rectangular plate shape orthogonal to the detection direction.
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 10.
前記各可動電極、前記各固定電極および前記固定板の、前記空洞の深さ方向における寸法はいずれも等しい、
請求項1ないし11のいずれかに記載の加速度センサ。
The dimensions of the movable electrodes, the fixed electrodes, and the fixed plate in the depth direction of the cavity are all equal.
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 11.
互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の第1電極および第2電極を備えており、
前記第1電極は前記一対の固定電極を含んでおり、
前記第2電極は前記一対の可動電極を含んでいる、
請求項1ないし12のいずれかに記載の加速度センサ。
And a comb-like first electrode and a second electrode which are engaged with each other at intervals.
The first electrode includes the pair of fixed electrodes,
The second electrode includes the pair of movable electrodes,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 12.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022264796A1 (en) * 2021-06-16 2022-12-22 ローム株式会社 Acceleration sensor
WO2023188653A1 (en) * 2022-03-30 2023-10-05 ローム株式会社 Acceleration sensor

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