JP3063209B2 - 容量型加速度センサ - Google Patents
容量型加速度センサInfo
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- JP3063209B2 JP3063209B2 JP3090037A JP9003791A JP3063209B2 JP 3063209 B2 JP3063209 B2 JP 3063209B2 JP 3090037 A JP3090037 A JP 3090037A JP 9003791 A JP9003791 A JP 9003791A JP 3063209 B2 JP3063209 B2 JP 3063209B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- electrode
- acceleration sensor
- capacitive acceleration
- silicon substrate
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0002—Arrangements for avoiding sticking of the flexible or moving parts
- B81B3/0008—Structures for avoiding electrostatic attraction, e.g. avoiding charge accumulation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0802—Details
-
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電極が形成された基板
同士を陽極接合して形成した容量型加速度センサに関す
る。
同士を陽極接合して形成した容量型加速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来技術】容量型加速度センサは移動電極を有する一
方の基板と固定電極を有する他方の基板との各電極を対
向させてそれら両基板を陽極接合して構成される。上記
一方の基板に形成された移動電極はその周囲からバネ性
を有した複数のビームにて支持されている。そして、加
速度を受けるとそれらビームが撓んで一方の基板の移動
電極と他方の基板に形成された固定電極との間隔が変化
する。容量型加速度センサはこの両電極間の間隔が変化
することによる容量の変化により加速度を測定してい
る。一般に、容量Ｃは、次式にて求められる。 Ｃ＝εＳ／ｄ （ε：誘電率，Ｓ：電極面
積，ｄ：電極間隔）
方の基板と固定電極を有する他方の基板との各電極を対
向させてそれら両基板を陽極接合して構成される。上記
一方の基板に形成された移動電極はその周囲からバネ性
を有した複数のビームにて支持されている。そして、加
速度を受けるとそれらビームが撓んで一方の基板の移動
電極と他方の基板に形成された固定電極との間隔が変化
する。容量型加速度センサはこの両電極間の間隔が変化
することによる容量の変化により加速度を測定してい
る。一般に、容量Ｃは、次式にて求められる。 Ｃ＝εＳ／ｄ （ε：誘電率，Ｓ：電極面
積，ｄ：電極間隔）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、両基板には、
陽極接合時に静電力Ｐe が発生する。この静電力Ｐe は
次式にて求められる。 Ｐe＝εＳＶ2／２ｄ2 （ε：誘電率，Ｓ：電極面積，Ｖ：電圧，ｄ：電極間
隔） 即ち、静電力Ｐe は陽極接合時に両基板間に印加さる電
圧Ｖの二乗に比例して大きくなる。そして、この静電力
Ｐe が両基板間に作用すると、一方の基板に形成され移
動電極をその周囲から支持する撓み易い部分である上記
複数のビームなどが他方の基板側に引っ張られることに
なる。
陽極接合時に静電力Ｐe が発生する。この静電力Ｐe は
次式にて求められる。 Ｐe＝εＳＶ2／２ｄ2 （ε：誘電率，Ｓ：電極面積，Ｖ：電圧，ｄ：電極間
隔） 即ち、静電力Ｐe は陽極接合時に両基板間に印加さる電
圧Ｖの二乗に比例して大きくなる。そして、この静電力
Ｐe が両基板間に作用すると、一方の基板に形成され移
動電極をその周囲から支持する撓み易い部分である上記
複数のビームなどが他方の基板側に引っ張られることに
なる。
【０００４】上記容量型加速度センサは、例えば、一方
の基板の材質をシリコン（Ｓi ）、他方の基板の材質を
ガラス、更に、基台の材質をガラスとした三層構造から
成る。そして、各ガラスとシリコンとは周知の陽極接合
により接合される。先ず、一方の基板を 0Ｖ、他方の基
板を-800Ｖとして陽極接合される。この接合工程におい
ては、両基板表面に蓄積される電荷により両基板間に大
きな静電力Ｐe が生じる。すると、一方の基板に形成さ
れた複数のビームが対向する他方の基板の表面に吸着さ
れるという状況が起こる。このような状況が起こると、
容量型加速度センサは加速度を受けても両電極間の間隔
が変化できなくなり、以降の容量の検出が不可能となる
という問題があった。更に、一方の基板を 0Ｖ、基台を
-900Ｖとして陽極接合される。この接合工程において
は、一方の基板と基台との表面に蓄積される電荷により
一方の基板と基台との間に大きな静電力Ｐe が生じる。
すると、一方の基板に形成された移動電極の裏面側が対
向する基台の表面に吸着されるという状況が起こる。こ
のような状況が起こった場合にも、上述と同様に、容量
型加速度センサは以降の容量の検出が不可能となるとい
う問題があった。
の基板の材質をシリコン（Ｓi ）、他方の基板の材質を
ガラス、更に、基台の材質をガラスとした三層構造から
成る。そして、各ガラスとシリコンとは周知の陽極接合
により接合される。先ず、一方の基板を 0Ｖ、他方の基
板を-800Ｖとして陽極接合される。この接合工程におい
ては、両基板表面に蓄積される電荷により両基板間に大
きな静電力Ｐe が生じる。すると、一方の基板に形成さ
れた複数のビームが対向する他方の基板の表面に吸着さ
れるという状況が起こる。このような状況が起こると、
容量型加速度センサは加速度を受けても両電極間の間隔
が変化できなくなり、以降の容量の検出が不可能となる
という問題があった。更に、一方の基板を 0Ｖ、基台を
-900Ｖとして陽極接合される。この接合工程において
は、一方の基板と基台との表面に蓄積される電荷により
一方の基板と基台との間に大きな静電力Ｐe が生じる。
すると、一方の基板に形成された移動電極の裏面側が対
向する基台の表面に吸着されるという状況が起こる。こ
のような状況が起こった場合にも、上述と同様に、容量
型加速度センサは以降の容量の検出が不可能となるとい
う問題があった。
【０００５】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、陽極接合
の接合工程における静電力にて必要以外の部分が吸着す
ることなく、接合後において正常に動作することのでき
る容量型加速度センサを提供することである。
されたものであり、その目的とするところは、陽極接合
の接合工程における静電力にて必要以外の部分が吸着す
ることなく、接合後において正常に動作することのでき
る容量型加速度センサを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、一方の基板の周囲からバネ性を有した
ビームにて支持され形成された移動電極と他方の基板に
形成された固定電極とを微小ギャップを有するように対
向させてそれら両基板を陽極接合し、前記両電極間の容
量の変化により加速度を測定する容量型加速度センサで
あって、前記一方の基板に形成された前記ビームに対向
して前記他方の基板の前記固定電極の周囲に形成され、
前記一方の基板に短絡されるダミー電極を備えたことを
特徴とする。
の発明の構成は、一方の基板の周囲からバネ性を有した
ビームにて支持され形成された移動電極と他方の基板に
形成された固定電極とを微小ギャップを有するように対
向させてそれら両基板を陽極接合し、前記両電極間の容
量の変化により加速度を測定する容量型加速度センサで
あって、前記一方の基板に形成された前記ビームに対向
して前記他方の基板の前記固定電極の周囲に形成され、
前記一方の基板に短絡されるダミー電極を備えたことを
特徴とする。
【０００７】
【作用】ダミー電極は一方の基板の移動電極を周囲から
バネ性を有して支持するビームに対向して他方の基板の
固定電極の周囲に形成される。そして、上記ダミー電極
は上記一方の基板に短絡される。すると、陽極接合のと
き、一方の基板に形成された上記ビームと他方の基板に
形成されたダミー電極とは同電位となり、それらの間に
は静電力が生じない。
バネ性を有して支持するビームに対向して他方の基板の
固定電極の周囲に形成される。そして、上記ダミー電極
は上記一方の基板に短絡される。すると、陽極接合のと
き、一方の基板に形成された上記ビームと他方の基板に
形成されたダミー電極とは同電位となり、それらの間に
は静電力が生じない。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係る容量型加速度センサ１０を
示した中央縦断面図である。又、図２は図１の容量型加
速度センサ１０のシリコン基板２０を移動電極２１側か
ら見た平面図である。又、図３は図１の容量型加速度セ
ンサ１０のガラス基板３０を固定電極３１側から見た平
面図である。そして、図４は図１の容量型加速度センサ
１０の基台４０を接合面側から見た平面図である。
明する。図１は本発明に係る容量型加速度センサ１０を
示した中央縦断面図である。又、図２は図１の容量型加
速度センサ１０のシリコン基板２０を移動電極２１側か
ら見た平面図である。又、図３は図１の容量型加速度セ
ンサ１０のガラス基板３０を固定電極３１側から見た平
面図である。そして、図４は図１の容量型加速度センサ
１０の基台４０を接合面側から見た平面図である。
【０００９】容量型加速度センサ１０は移動電極２１な
どが形成されたシリコン基板２０と固定電極３１が形成
されたガラス基板３０とガラスから成る基台４０とから
主として構成されている。上記移動電極２１と固定電極
３１とが微小ギャップを有するように対向させて両基板
２０，３０を陽極接合し、更に、それらを基台４０上に
陽極接合している。上記移動電極２１はシリコン基板２
０の表面に不純物としてリン拡散により形成され、その
下部に加速度により移動するおもり２２を有する。又、
シリコン基板２０には移動電極２１をその周囲からバネ
性を有して支持する４本の細いビーム２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ，２３ｄが形成されている。又、上記固定電極３
１はガラス基板３０上にアルミニウムなどの金属を蒸着
して形成されている。尚、上記移動電極２１の下部のお
もり２２及び上記ビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３
ｄ等はシリコン基板２０をエッチングすることで達成さ
れる。
どが形成されたシリコン基板２０と固定電極３１が形成
されたガラス基板３０とガラスから成る基台４０とから
主として構成されている。上記移動電極２１と固定電極
３１とが微小ギャップを有するように対向させて両基板
２０，３０を陽極接合し、更に、それらを基台４０上に
陽極接合している。上記移動電極２１はシリコン基板２
０の表面に不純物としてリン拡散により形成され、その
下部に加速度により移動するおもり２２を有する。又、
シリコン基板２０には移動電極２１をその周囲からバネ
性を有して支持する４本の細いビーム２３ａ，２３ｂ，
２３ｃ，２３ｄが形成されている。又、上記固定電極３
１はガラス基板３０上にアルミニウムなどの金属を蒸着
して形成されている。尚、上記移動電極２１の下部のお
もり２２及び上記ビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３
ｄ等はシリコン基板２０をエッチングすることで達成さ
れる。
【００１０】ガラス基板３０が陽極接合されたシリコン
基板２０の周辺部にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５０が
配設されている。又、シリコン基板２０の表面にはリン
拡散による移動電極２１と同時に配線２５が形成され、
その配線２５により移動電極２１とＩＣ５０とが接続さ
れている。
基板２０の周辺部にはＣＭＯＳ回路を用いたＩＣ５０が
配設されている。又、シリコン基板２０の表面にはリン
拡散による移動電極２１と同時に配線２５が形成され、
その配線２５により移動電極２１とＩＣ５０とが接続さ
れている。
【００１１】ここで、ガラス基板３０に形成された固定
電極３１の周囲にはシリコン基板２０に形成されたビー
ム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに対向してダミー電
極３２が形成されている。このダミー電極３２には陽極
接合時、上記シリコン基板２０に短絡するように端子部
３３が形成されている。又、基台４０にはシリコン基板
２０に形成されたおもり２２に対向してダミー電極４１
が形成されている。このダミー電極４１には陽極接合
時、上記シリコン基板２０に短絡するように端子部４２
が形成されている。
電極３１の周囲にはシリコン基板２０に形成されたビー
ム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに対向してダミー電
極３２が形成されている。このダミー電極３２には陽極
接合時、上記シリコン基板２０に短絡するように端子部
３３が形成されている。又、基台４０にはシリコン基板
２０に形成されたおもり２２に対向してダミー電極４１
が形成されている。このダミー電極４１には陽極接合
時、上記シリコン基板２０に短絡するように端子部４２
が形成されている。
【００１２】上述したように、陽極接合の接合工程で
は、先ず、シリコン基板２０が 0Ｖ、ガラス基板３０が
-800Ｖとされる。ところで、ガラス基板３０のダミー電
極３２はその端子部３３を介してシリコン基板２０に短
絡している。即ち、シリコン基板２０に形成されたビー
ム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとガラス基板３０に
形成されたダミー電極３２とは同電位となる。すると、
ビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとダミー電極３
２との間には、陽極接合時に上述の静電力Ｐe は生じる
ことがない。従って、シリコン基板２０に形成されたビ
ーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが対向するガラス
基板３０の表面に吸着することがなくなる。更に、陽極
接合のためシリコン基板２０が 0Ｖ、基台４０が-900Ｖ
とされる。ところで、基台４０のダミー電極４１はその
端子部４２を介してシリコン基板２０に短絡している。
即ち、シリコン基板２０に形成されたおもり２２と基台
４０に形成されたダミー電極４１とは同電位となる。す
ると、おもり２２とダミー電極４１との間には、陽極接
合時に上述の静電力Ｐe は生じることがない。従って、
シリコン基板２０に形成されたおもり２２が対向する基
台４０の表面に吸着することがなくなる。
は、先ず、シリコン基板２０が 0Ｖ、ガラス基板３０が
-800Ｖとされる。ところで、ガラス基板３０のダミー電
極３２はその端子部３３を介してシリコン基板２０に短
絡している。即ち、シリコン基板２０に形成されたビー
ム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとガラス基板３０に
形成されたダミー電極３２とは同電位となる。すると、
ビーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとダミー電極３
２との間には、陽極接合時に上述の静電力Ｐe は生じる
ことがない。従って、シリコン基板２０に形成されたビ
ーム２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが対向するガラス
基板３０の表面に吸着することがなくなる。更に、陽極
接合のためシリコン基板２０が 0Ｖ、基台４０が-900Ｖ
とされる。ところで、基台４０のダミー電極４１はその
端子部４２を介してシリコン基板２０に短絡している。
即ち、シリコン基板２０に形成されたおもり２２と基台
４０に形成されたダミー電極４１とは同電位となる。す
ると、おもり２２とダミー電極４１との間には、陽極接
合時に上述の静電力Ｐe は生じることがない。従って、
シリコン基板２０に形成されたおもり２２が対向する基
台４０の表面に吸着することがなくなる。
【００１３】尚、上記ガラス基板３０のダミー電極３２
の端子部３３や上記基台４０のダミー電極４１の端子部
４２はできるだけ小さくて確実に短絡できるように設け
ることが良い。この理由としては、陽極接合時にシリコ
ン基板２０とガラス基板３０との接合面やシリコン基板
２０と基台４０との接合面における端子部３３，４２の
厚みによる隙間を最小限とし、それら接合面の密着性が
悪くならないようにするためである。
の端子部３３や上記基台４０のダミー電極４１の端子部
４２はできるだけ小さくて確実に短絡できるように設け
ることが良い。この理由としては、陽極接合時にシリコ
ン基板２０とガラス基板３０との接合面やシリコン基板
２０と基台４０との接合面における端子部３３，４２の
厚みによる隙間を最小限とし、それら接合面の密着性が
悪くならないようにするためである。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、一方の基板に形成されたビー
ムに対向して他方の基板の固定電極の周囲に形成され、
一方の基板に短絡されるダミー電極を備えており、陽極
接合時に一方の基板に形成されたビームと他方の基板に
形成されたダミー電極とは同電位となり、それらの間に
静電力が生じることはない。従って、一方の基板の移動
電極をその周囲からバネ性を有して支持するビームなど
が対向する他方の基板の表面に吸着することが防止され
る。従って、本発明の容量型加速度センサにおいては、
陽極接合した後に電極間の間隔が変化できなくなり容量
が検出できなくなるという不都合が解消される。
ムに対向して他方の基板の固定電極の周囲に形成され、
一方の基板に短絡されるダミー電極を備えており、陽極
接合時に一方の基板に形成されたビームと他方の基板に
形成されたダミー電極とは同電位となり、それらの間に
静電力が生じることはない。従って、一方の基板の移動
電極をその周囲からバネ性を有して支持するビームなど
が対向する他方の基板の表面に吸着することが防止され
る。従って、本発明の容量型加速度センサにおいては、
陽極接合した後に電極間の間隔が変化できなくなり容量
が検出できなくなるという不都合が解消される。
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る容量型加速度
センサを示した中央縦断面図である。
センサを示した中央縦断面図である。
【図２】図１の容量型加速度センサのシリコン基板を移
動電極側から見た平面図である。
動電極側から見た平面図である。
【図３】図１の容量型加速度センサのガラス基板を固定
電極側から見た平面図である。
電極側から見た平面図である。
【図４】図１の容量型加速度センサの基台を接合面側か
ら見た平面図である。
ら見た平面図である。
１０−容量型加速度センサ ２０−シリコン基板
２１−移動電極 ２２−おもり ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ−ビ
ーム ３０−ガラス基板 ３１−固定電極 ３２−ダミー
電極 ４０−基台 ４１−ダミー電極 ５０−ＩＣ
２１−移動電極 ２２−おもり ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ−ビ
ーム ３０−ガラス基板 ３１−固定電極 ３２−ダミー
電極 ４０−基台 ４１−ダミー電極 ５０−ＩＣ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 良太 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田 工機株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−134570（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152369（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−116465（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−130670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/125 H01L 29/84
Claims (1)
- 【請求項１】 一方の基板の周囲からバネ性を有したビ
ームにて支持され形成された移動電極と他方の基板に形
成された固定電極とを微小ギャップを有するように対向
させてそれら両基板を陽極接合し、前記両電極間の容量
の変化により加速度を測定する容量型加速度センサであ
って、前記一方の基板に形成された前記ビームに対向し
て前記他方の基板の前記固定電極の周囲に形成され、前
記一方の基板に短絡されるダミー電極を備えたことを特
徴とする容量型加速度センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3090037A JP3063209B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 容量型加速度センサ |
| US07/853,292 US5388460A (en) | 1991-03-27 | 1992-03-18 | Capacitive sensor for detecting a physical value such as acceleration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3090037A JP3063209B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 容量型加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299267A JPH04299267A (ja) | 1992-10-22 |
| JP3063209B2 true JP3063209B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=13987457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3090037A Expired - Lifetime JP3063209B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 容量型加速度センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5388460A (ja) |
| JP (1) | JP3063209B2 (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2831195B2 (ja) * | 1992-03-25 | 1998-12-02 | 富士電機株式会社 | 半導体加速度センサ |
| US5665915A (en) * | 1992-03-25 | 1997-09-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor capacitive acceleration sensor |
| DE4311762C2 (de) * | 1993-04-08 | 1995-02-02 | Josef Dr Kemmer | Verfahren zur Verbindung elektrischer Kontaktstellen |
| JP2586406B2 (ja) * | 1994-10-27 | 1997-02-26 | 日本電気株式会社 | 静電容量型加速度センサ |
| DE4439238A1 (de) * | 1994-11-03 | 1996-05-09 | Telefunken Microelectron | Kapazitiver Beschleunigungssensor |
| US5901031A (en) * | 1995-02-01 | 1999-05-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Variable capacitor |
| JPH08279444A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-22 | Nec Corp | 微小構造体およびその製造方法 |
| US6196067B1 (en) * | 1998-05-05 | 2001-03-06 | California Institute Of Technology | Silicon micromachined accelerometer/seismometer and method of making the same |
| CA2254538C (en) | 1998-11-26 | 2006-02-07 | Canpolar East Inc. | Collision deformation sensor for use in the crush zone of a vehicle |
| CA2254535C (en) | 1998-11-26 | 2003-10-28 | Canpolar East Inc. | Sensor for detection of acceleration and attitude within a vehicle |
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