JP4166528B2 - 容量式力学量センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容量式の力学量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の容量式力学量センサとして、例えば容量式半導体加速度センサがある。図４（ａ）に示す容量式半導体加速度センサのセンサチップ２７において、半導体基板に固定された可動部アンカ１４に弾性を有するばね部１２を介して錘部１１が支持されており、錘部１１には、櫛歯状の可動電極１０ａ，１０ｂが一体的に形成されている。そして、この可動電極１０ａ，１０ｂに対向した櫛歯状の固定電極１７ａ，１７ｂが半導体基板に固定された固定部アンカ１９ａ，１９ｂに片持ち支持されている。
【０００３】
このように形成されたセンサチップ２７は、例えば図４（ｂ）に示すように、接着剤２８を介してセンサパッケージ２９上に固着され、当該センサパッケージ２９ははんだ等の接着剤３０によりプリント基板３１上に接着される。そして、センサチップ２７等を搭載したプリント基板３１がネジ等の固定具により車体側の所定の場所に固定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリント基板３１、センサパッケージ２９、接着剤２８，３０、センサチップ２７の各線膨張係数が異なるため、温度変化に伴ってセンサチップ２７の半導体基板に反り等の変形が発生する場合がある。このように、半導体基板の変形が発生すると、それにより生じた歪が半導体基板と接続する可動部アンカ１４を通じてばね部１２に伝達される。そして、ばね部１２がその歪に応じて弾性変形するため、可動電極１０ａ，１０ｂが変位する。従って、可動電極１０ａ，１０ｂと固定電極１７ａ，１７ｂの電極間隔が変化し、各電極間の静電容量が変化する。この結果、オフセット電圧の温度特性が悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、基板変形により発生するオフセット電圧の温度特性の悪化を低減した容量式力学量センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の容量式力学量センサは、力学量が作用する錘部と、この錘部に一体成形された可動電極と、錘部を基板上に支持する可動部アンカと、可動部アンカと錘部との間に設けられ、可動電極の変位方向と直交する方向に長い貫通孔を有する四角枠形状に形成され、錘部に力学量が作用したときに弾性変形して、当該力学量に応じた距離だけ可動電極を変位させるばね部と、可動電極に対向するように配置された固定電極とを備る。そして、力学量の印加に応じて生じる可動電極の変位を、可動電極と固定電極間の静電容量の変化として検出するものであり、可動部アンカとばね部との間に、基板に歪が生じた際のばね部への影響を弾性変形によって低減する歪緩衝ばね部を設け、歪緩衝ばね部は、可動電極の変位方向と直交する方向に長い貫通孔を有してばね機能を有する四角枠形状に形成され、更に、可動電極の変位方向と直交する方向に延びる枠の長さと幅との少なくとも一方をばね部と異ならしめることにより自身のばね定数が前記ばね部のばね定数よりも大きく設定されるものであり、歪緩衝ばね部のばね定数をＫ２とし、ばね部のばね定数をＫ１としたとき、
［数２］ Ｋ２≧Ｋ１×１００
の関係を満たすことを特徴とする。
【０００７】
例えば熱等が印加され、基板に反り等の変形が生じた場合、基板に接している可動部アンカを介して変形による歪がばね部へ伝達される。そして、当該歪によりばね部が弾性変形し、それにより可動電極が変位するために、可動電極と固定電極の電極間隔が初期値からずれ、両電極間の静電容量も変化してしまう。これに対し、本発明によれば、基板変形による歪が伝達される可動部アンカと、力学量に応じて可動電極を変位させるばね部との間に、弾性変形することによって歪を緩和させる歪緩衝ばね部を設けている従って、歪によりばね部が弾性変形することは極力抑えられるため、可動電極も殆ど変位せず、可動電極と固定電極間の電極間距離もほぼ一定を保つことができることから、歪が生じても力学量の検出を安定して実施することができる。尚、ばね部及び歪緩衝ばね部は、ともに可動電極の変位方向に対して、直角方向に長い貫通孔を有する四角枠形状に形成されている。従って、安定した力学量の検出を行うためには、歪緩衝ばね部が力学量の検出に影響を及ぼさないことが必要である。ここで、ばね定数は、長さの３乗に反比例し、幅の３乗に比例する。本発明によれば、ばね部及び歪緩衝ばね部において、可動電極の変位方向と交差する方向に延びる枠の長さと幅との少なくとも一方を変え、歪緩衝ばね部のばね定数がばね部のばね定数よりも大きくなるようしている。すなわち、力学量の検出に影響を及ぼすこと無く、基板変形による歪を緩和することができる。尚、基板変形による歪は、可動部アンカを支点として作用するものであるため、歪緩衝ばね部の方がばね部よりもばね定数が大きいにもかかわらず、可動部アンカに近い位置に設けられた歪緩衝ばね部が、基板変形による歪によって主に変形する。ばね部と歪緩衝ばね部のばね定数が数式２の関係にあれば、歪緩衝ばね部に対してばね部のばね定数を１％以下に抑えることができる。すなわち力学量が印加された際に、歪緩衝ばね部が可動電極の変位へ与える影響を、ばね部の１％以下に抑えることができる。従って、歪緩衝ばね部は、通常の力学量の検出に影響を殆ど与えることなく、基板変形により生じた歪を緩和することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、錘部の両端にばね部を介して可動部アンカが設けられ、夫々の可動部アンカとばね部との間に歪緩衝ばね部が形成されることが好ましい。このように、錘部両端の可動部アンカに対して、当該可動部アンカとばね部との間に夫々歪緩衝ばね部を設けることで、両端の可動部アンカを介して伝達される歪を歪緩衝部にて低減することができる。
【００１５】
具体的には、請求項３に記載のように、ばね部と前記歪緩衝ばね部において、可動電極の変位方向と交差する方向に延びて弾性変形する枠の幅を等しくし、ばね部における枠の長さを歪緩衝ばね部における枠の長さの４．７倍よりも長くすることが好ましい。
【００１６】
上述したように、ばね定数は長さの３乗に反比例する。従って、ばね部と歪緩衝ばね部の幅を等しくし、ばね部の長さを歪緩衝ばね部の長さの４．７倍よりも長くすることで、力学量が印加された際に、歪緩衝ばね部が可動電極の変位へ与える影響を、ばね部の１％以下に抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。本実施の形態は容量式力学量センサにおいて、温度変化に伴う基板の変形により生じるオフセット電圧の変動を低減することを目的としたものである。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、容量式力学量センサの一例として示す容量式半導体加速度センサの平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の断面図を、図１（ｃ）はＢ−Ｂ断面の断面図を示す。
【００１８】
容量式半導体加速度センサは、図１（ｂ），（ｃ）に示すように例えば単結晶シリコンからなる第１半導体層１と第２半導体層２との間に、犠牲層としての例えば酸化シリコンからなる絶縁層３が形成されてなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板４に対して、半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシニング技術を用いて、センサ部５を形成することにより構成される。尚、本発明における半導体基板とは第１半導体層１を意味する。
【００１９】
センサ部５は、第２半導体層２から形成された可動部６と一対の固定部７，８、及びこれらを取り囲む周囲部９から構成されており、可動部６、固定部７，８、及び周囲部９の間には所定の間隙が設けられ、相互に絶縁されている。
【００２０】
可動部６は、可動電極１０ａ，１０ｂ、錘部１１、ばね部１２、歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３、可動部アンカ１４、及び可動電極用パッド１５から構成されている。可動電極１０ａ，１０ｂは、錘部１１の両側面から錘部１１の長手方向と直交するように突出して一体形成され、例えば図１（ａ）で示すように夫々の側面に４個ずつ設けられる。ばね部１２は、加速度が作用する質量部としての錘部１１の両端に形成されている。このばね部１２は、可動電極１０ａ，１０ｂの変位方向に対して直角方向に貫通孔を有する四角枠形状を有する。そして、夫々のばね部１２には、ばね部１２同様の四角枠形状を有する歪緩衝ばね部１３を介して、第１半導体層１と絶縁層３を介して接続する可動部アンカ１４が連結された構造となっている。尚、本実施の形態においては、図１（ａ）に示すように、歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３を錘部１１の両端側にばね部１２を介して設ける例を示したが、少なくとも一方に形成されれば良い。
【００２１】
可動電極１０ａ，１０ｂ、及び錘部１１、ばね部１２、及び歪緩衝ばね部１３の直下は、第２半導体層２の表面側から例えば選択的エッチングにより絶縁層３まで（第１半導体層１の表面まで）エッチングされ中空部１６が存在する。従って、歪緩衝ばね部１３も可動部アンカ１４とばね部１２との間に可動可能に設けられている。これにより、第１半導体層１が熱等の影響により変形した場合、可動部アンカ１４を通じて歪が伝達されるが、加速度の検出に重要なばね部１２に歪が伝達する前に、歪緩衝ばね部１３にて歪を緩和することができる。尚、歪緩衝ばね部１３の詳細については後述する。また錘部１１に連結したばね部１２は、その長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有しているため半導体加速度センサが図１（ａ）中の矢印方向の成分を含む加速度を受けると、錘部１１及び可動電極１０ａ，１０ｂを矢印方向に変位させると共に、加速度の消失により元の位置に戻すことができる。
【００２２】
また、可動部６における一方の可動部アンカ１４の所定の位置に、後述するＣ−Ｖ変換回路に接続される可動電極用パッド１５が連結形成されている。
【００２３】
固定部７，８は、固定電極１７ａ，１７ｂ、及び固定電極用パッド１８ａ、１８ｂをその表面の所定の位置に形成したアンカ部２０ａ，２０ｂからなる。固定部アンカ１９ａ，１９ｂは錘部１１と平行に配置され、当該固定部アンカ１９ａ，１９ｂから延びる固定電極１７ａ，１７ｂは、錘部１１の両側面から突出する可動電極１０ａ，１０ｂに対して、夫々所定の検出間隔（間隙）を有し平行した状態で対向配置される。また、固定部アンカ１９ａ，１９ｂは、絶縁層３を介して第１半導体層１上に固定されている。そして、固定電極１７ａ，１７ｂは例えば可動電極１０ａ，１０ｂ同様、選択的エッチングによりその直下に中空部１６を有し、固定部アンカ１９ａ，１９ｂに片持ち支持されている。尚、本実施の形態では、図１（ａ）で示すように可動電極１０ａ，１０ｂと同数の片側４本ずつの固定電極１７ａ，１７ｂが設けられており、可動電極１０ａと固定電極１７ａにより構成される部位を第１検出部２０、可動電極１０ｂと固定電極１７ｂとにより構成される部位を第２検出部２１とする。
【００２４】
また、固定部アンカ１９ａ，１９ｂの所定の位置には、後述するＣ−Ｖ変換回路に接続される固定電極用パッド１８ａ，１８ｂが形成されている。尚、図１（ａ）において破線２２で囲まれた範囲内が、第２半導体層２下に中空部１６を有する部分である。
【００２５】
上記のように構成された半導体加速度センサにおいて、可動電極１０ａ，固定電極１７ａからなる第１検出部２０の静電容量の総和をＣＳ１とし、可動電極１０ｂ，固定電極１７ｂからなる第２検出部２１の静電容量の総和をＣＳ２とすると、加速度が印加されていない状態で静電容量の差ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）が略０となるように、各電極１０ａ，１７ａ、及び１０ｂ，１７ｂが配置されている。可動部６が検出方向である矢印方向の加速度を受けると、錘部１１が矢印方向に変位し、それに伴って可動電極１０ａ，１０ｂも変位するため、可動電極１０ａ，１０ｂとそれに対向配置された固定電極１７ａ，１７ｂとの間の間隙が増減する。従って、各電極１０ａ，１７ａ、及び１０ｂ，１７ｂ間の静電容量が変化するため、第１検出部２０の静電容量ＣＳ１と、第２検出部２１の静電容量ＣＳ２に差が生じ、その静電容量の差をＣ−Ｖ変換回路にて電圧の変化として検出することで、印加された加速度を検出することができる。
【００２６】
ここで、本発明における半導体加速度センサの検出回路の一例を図２に示す。本実施の形態のセンサにおける回路手段は、Ｃ−Ｖ変換回路（スイッチドキャパシタ回路）２３を有し、当該Ｃ−Ｖ変換回路２３は、第１検出部２０を構成する可動電極１０ａ，固定電極１７ａからなる静電容量ＣＳ１と、第２検出部２１を構成する可動電極１０ｂ，固定電極１７ｂからなる静電容量ＣＳ２との両静電容量の差を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器２４、コンデンサ２５、及びスイッチ２６から構成されている。
【００２７】
演算増幅器２４の反転入力端子は、可動電極用パッド１５を介して可動電極１０ａ，１０ｂに接続されており、反転入力端子と出力端子と間には、コンデンサ２５及びスイッチ２６が並列に接続されている。また、演算増幅器２４の非反転入力端子には、図示しない電圧源からＶｃｃ／２の電圧が入力されている。
【００２８】
また、回路手段は図示しない制御回路を有しており、この制御回路は一方の固定電極パッド１８ａから一定振幅Ｖｃｃで周期的に変化する第１搬送波を第１検出部２０の固定電極１７ａに入力し、他方の固定電極パッド１８９ｂから、第１搬送波と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖｃｃである第２搬送波を第２検出部２１の固定電極１７ｂに入力する。
【００２９】
従って、加速度が印加されていない場合には、第１，２検出部２０，２１の夫々の電位差は、共にＶｃｃ／２となり、第１検出部２０の静電容量ＣＳ１と第２検出部２１の静電容量ＣＳ２とが略等しくなる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２３において、スイッチ２６は第１，２搬送波の周期に併せて所定の周期をもって開閉がなされ、スイッチ２６が開の時、加速度検出が行われる。この際、Ｃ−Ｖ変換回路２３からの出力電圧Ｖｏｕｔは次式で示される。
【００３０】
【数３】
Ｖｏｕｔ＝（ＣＳ１−ＣＳ２）×Ｖｃｃ／Ｃｆ
尚、Ｃｆはコンデンサ２５の静電容量である。
【００３１】
加速度が印加されると、第１，２検出部２０，２１の静電容量ＣＳ１，ＣＳ２のバランスが変化し、数式３の静電容量の差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた電圧Ｖｏｕｔが出力される。そして、この出力Ｖｏｕｔは、図示されない増幅回路やローパスフィルタ等により信号処理され、加速度検出信号として検出される。尚、演算増幅器２４の非反転入力端子には、図示しない電圧源からＶｃｃ／２の電圧が入力されているが、Ｖｃｃ／２とは異なる電圧Ｖ１を設け、図示されないスイッチにより、第１，２搬送波の周期に応じた所定のタイミングでＶ１に切り替えることにより、可動電極１０ａ，１０ｂを強制的に変位させる自己診断機能を持たせても良い。
【００３２】
次に、本発明の特徴である歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３の詳細を、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。尚、図３（ａ）は図１（ａ）のばね部１２及び歪緩衝ばね部１３周辺を拡大した平面図であり、図３（ｂ）は（ａ）において第１半導体層１の変形により生じた歪が作用した状態を示す図、図３（ｃ）は（ａ）において加速度が作用した状態を示す図である。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、本発明の特徴は可動部６において、ばね部１２と可動部アンカ１４との間に、歪を緩和することを目的とした歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３を設けたことである。
【００３４】
従来例として図４（ｂ）で示したように、組み立て時、或いは使用環境温度下に於いて熱等の応力がかかると、プリント基板３１、センサパッケージ２９、及び接着材２８，３０、及びセンサチップ２８の線膨張係数の違いから、センサチップ２８の第１半導体層１が変形する。図３（ｂ）に示すように、第１半導体層１に絶縁層３を介して接続している可動部アンカ１４に、上述の第１半導体層１の変形により生じた歪が伝達され、当該可動部アンカ１４がその歪の支点（図中の丸の箇所）となる。
【００３５】
ここで、錘部１１に連結したばね部１２、及び当該ばね部１２と可動部アンカ１４との間に形成された歪緩衝ばね部１３は、その長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有している。従来であれば、第１半導体層１の変形により生じた歪は、直接ばね部１２に作用し、それを受けたばね部１２が弾性変形するため、可動電極１０ａ，１０ｂは変位し、初期位置からずれてしまう。
【００３６】
しかしながら、本実施の形態においては、図３（ｂ）に示すように、可動部アンカ１４とばね部１２の間に、新たにばね機能を有する歪緩衝ばね部１３を設けたことにより、ばね部１２に歪が作用する前に、歪緩衝ばね部１３自体がその歪を受けて弾性変形し、歪を緩和する。従って、第１半導体層１の変形により生じた歪が、ばね部１２に与える影響を低減することができる。
【００３７】
また、図３（ｃ）に示すように加速度（矢印）がばね部１２の長手方向に対して略垂直に印加された場合、質量部である錘部１１が加速度の影響を受ける。錘部１１に連結するばね部１２は、ばね機能を有しているから、運動の支点は図中の丸で示される部分となる。従って、四角枠形状のばね部１２がそのエネルギーを吸収し弾性変形する。
【００３８】
しかしながら、上述したように、ばね部１２に連結する歪緩衝ばね部１３も、錘部１１の長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有しているため、歪緩衝ばね部１３が印加された加速度の影響を受けて弾性変形すると、可動電極１０ａ，１０ｂの変位量がその分変化することとなる。従って、歪緩衝ばね部１３が、可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を無視するために、歪緩衝ばね部１３が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を、ばね部１２が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響に対して誤差範囲以下とする必要がある。
【００３９】
ばね部１２及び歪緩衝ばね部１３が、錘部１１に作用する加速度の影響により弾性変形し、可動電極１０ａ，１０ｂを変位させる量は、夫々のばね定数に反比例する。歪緩衝ばね部１３が加速度検出に際して、可動電極１０ａ，１０ｂの変位へ影響を与えないためには、歪緩衝ばね部１３のばね定数を、ばね部１２のばね定数よりも大きくする必要がある。
【００４０】
ここで、歪緩衝ばね部１３が加速度検出に殆ど影響を与えないように、歪緩衝ばね部１３が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を、ばね部１２が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響、すなわち加速度検出感度の誤差範囲である１％以下する。そして、ばね部１２のばね定数をＫ１、歪緩衝ばね部１３のばね定数をＫ２とすると、その関係は次式により示される。
【００４１】
【数４】
Ｋ２≧Ｋ１×１００
従って、数式４を満たすようにばね部１２と歪緩衝ばね部１３を形成すれば、加速度が印加された際に、歪緩衝ばね部１３が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響は、ばね部１２に対してごく僅かとなり、その影響をほぼ無視することができる。
【００４２】
また、ばね定数は幅の３乗と厚さ（高さ）に比例し、長さの３乗に反比例する。従って、図３（ａ）に示すように、例えばばね部１２と歪緩衝ばね部１３の幅と厚さを略同一とし、ばね部１２、及び歪緩衝ばね部１３の可動電極１０ａ，１０ｂの変位方向と交差する方向に延びて、弾性変形する枠の長さを夫々Ｌ１，Ｌ２とすると、上述の長さとばね定数の関係と数式４より、次式の関係を示すことができる。
【００４３】
【数５】
Ｌ１／Ｌ２＞４．７
従って、数式５に示すように、ばね部１２の長さＬ１を歪緩衝ばね部１３の長さＬ２の４．７倍より大きくなるように形成すれば、歪緩衝ばね部１３が加速度の印加により弾性変形し、可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響をばね部１２の１％以下とすることができ、加速度検出に与える影響をほぼ無視することができる。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、歪緩衝ばね部１３が加速度検出に影響を与えないために、ばね部１２及び歪緩衝ばね部１３の長さを変える例を示したが、それ以外にも、ばね部１２と歪緩衝ばね部１３の長さ及び厚さを共通とし、図３（ａ）に示すように、ばね部１２の幅をｄ１、歪緩衝ばね部１３の幅をｄ２と異なるとすると、ばね定数の関係と数式４より、次式の関係を示すことができる。
【００４５】
【数６】
ｄ２／ｄ１＞４．７
従って、数式６に示すように、歪緩衝ばね部１３の幅をばね部１２の幅の４．７倍より大きくなるように形成すれば、加速度が印加されることにより歪緩衝ばね部１３が弾性変形し、可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を、ばね部１２に対してほぼ無視することができる。
【００４６】
以上より、本実施の形態において、可動部アンカ１４とばね部１２との間に、所定の弾性を有する歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３を形成したことにより、第１半導体層１の変形により生じる歪を、当該歪緩衝ばね部１３が弾性変形し吸収することにより、緩和することができる。従って、第１半導体層１の変形により生じる歪が、ばね部１２に伝達する量が低減され、可動電極１０ａ，１０ｂも殆ど変位しないため、歪により生じるオフセット電圧の変動を低減する事ができる。
【００４７】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【００４８】
本実施の形態では、第２半導体層２側の表面から絶縁層３まで（第１半導体層１の表面）エッチングする構造を図１にて示したが、それ以外にも第２半導体層２側の表面から絶縁層３の表面までをエッチングし可動電極１０ａ，１０ｂ等を形成するものや、第１半導体層１の裏面（非絶縁層側）からエッチングし、可動電極１０ａ，１０ｂ等のダイヤフラムを形成するタイプにおいても本発明を適用することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３の加速度検出に対する影響を抑えるために、数式５或いは数式６の関係を示したが、それ以外にも、ばね部１２及び歪緩衝ばね部１３の長さと幅の両方を所定の形状に加工することにより、数式４の関係を満たすようにしても良い。
【００５０】
また、本実施の形態において、歪緩衝部として四角枠形状の歪緩衝ばね部１３の例を示したが、それ以外にも歪緩衝部としては、第１半導体層１からの歪を緩衝できる構造であればよく、例えば蛇行形状のようなものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体加速度センサの構造を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面の断面図を示す。
【図２】 加速度検出回路の一例である。
【図３】 （ａ）は図１（ａ）における梁部及び歪緩衝部周辺の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）に第１半導体層の変形が作用した状態、（ｃ）は（ａ）に加速度が作用した状態を示す図である。
【図４】 従来構造の半導体加速度センサを示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は上記センサチップをプリント基板に組み付けた際の断面概略図である。
【符号の説明】
１・・・第１半導体層、２・・・第２半導体層、４・・・ＳＯＩ基板、６・・・可動部、１２・・・ばね部、１３・・・歪緩衝ばね部、１４・・・可動部アンカ、２７・・・センサチップ
【発明の属する技術分野】
本発明は容量式の力学量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の容量式力学量センサとして、例えば容量式半導体加速度センサがある。図４（ａ）に示す容量式半導体加速度センサのセンサチップ２７において、半導体基板に固定された可動部アンカ１４に弾性を有するばね部１２を介して錘部１１が支持されており、錘部１１には、櫛歯状の可動電極１０ａ，１０ｂが一体的に形成されている。そして、この可動電極１０ａ，１０ｂに対向した櫛歯状の固定電極１７ａ，１７ｂが半導体基板に固定された固定部アンカ１９ａ，１９ｂに片持ち支持されている。
【０００３】
このように形成されたセンサチップ２７は、例えば図４（ｂ）に示すように、接着剤２８を介してセンサパッケージ２９上に固着され、当該センサパッケージ２９ははんだ等の接着剤３０によりプリント基板３１上に接着される。そして、センサチップ２７等を搭載したプリント基板３１がネジ等の固定具により車体側の所定の場所に固定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プリント基板３１、センサパッケージ２９、接着剤２８，３０、センサチップ２７の各線膨張係数が異なるため、温度変化に伴ってセンサチップ２７の半導体基板に反り等の変形が発生する場合がある。このように、半導体基板の変形が発生すると、それにより生じた歪が半導体基板と接続する可動部アンカ１４を通じてばね部１２に伝達される。そして、ばね部１２がその歪に応じて弾性変形するため、可動電極１０ａ，１０ｂが変位する。従って、可動電極１０ａ，１０ｂと固定電極１７ａ，１７ｂの電極間隔が変化し、各電極間の静電容量が変化する。この結果、オフセット電圧の温度特性が悪化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑み、基板変形により発生するオフセット電圧の温度特性の悪化を低減した容量式力学量センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の容量式力学量センサは、力学量が作用する錘部と、この錘部に一体成形された可動電極と、錘部を基板上に支持する可動部アンカと、可動部アンカと錘部との間に設けられ、可動電極の変位方向と直交する方向に長い貫通孔を有する四角枠形状に形成され、錘部に力学量が作用したときに弾性変形して、当該力学量に応じた距離だけ可動電極を変位させるばね部と、可動電極に対向するように配置された固定電極とを備る。そして、力学量の印加に応じて生じる可動電極の変位を、可動電極と固定電極間の静電容量の変化として検出するものであり、可動部アンカとばね部との間に、基板に歪が生じた際のばね部への影響を弾性変形によって低減する歪緩衝ばね部を設け、歪緩衝ばね部は、可動電極の変位方向と直交する方向に長い貫通孔を有してばね機能を有する四角枠形状に形成され、更に、可動電極の変位方向と直交する方向に延びる枠の長さと幅との少なくとも一方をばね部と異ならしめることにより自身のばね定数が前記ばね部のばね定数よりも大きく設定されるものであり、歪緩衝ばね部のばね定数をＫ２とし、ばね部のばね定数をＫ１としたとき、
［数２］ Ｋ２≧Ｋ１×１００
の関係を満たすことを特徴とする。
【０００７】
例えば熱等が印加され、基板に反り等の変形が生じた場合、基板に接している可動部アンカを介して変形による歪がばね部へ伝達される。そして、当該歪によりばね部が弾性変形し、それにより可動電極が変位するために、可動電極と固定電極の電極間隔が初期値からずれ、両電極間の静電容量も変化してしまう。これに対し、本発明によれば、基板変形による歪が伝達される可動部アンカと、力学量に応じて可動電極を変位させるばね部との間に、弾性変形することによって歪を緩和させる歪緩衝ばね部を設けている従って、歪によりばね部が弾性変形することは極力抑えられるため、可動電極も殆ど変位せず、可動電極と固定電極間の電極間距離もほぼ一定を保つことができることから、歪が生じても力学量の検出を安定して実施することができる。尚、ばね部及び歪緩衝ばね部は、ともに可動電極の変位方向に対して、直角方向に長い貫通孔を有する四角枠形状に形成されている。従って、安定した力学量の検出を行うためには、歪緩衝ばね部が力学量の検出に影響を及ぼさないことが必要である。ここで、ばね定数は、長さの３乗に反比例し、幅の３乗に比例する。本発明によれば、ばね部及び歪緩衝ばね部において、可動電極の変位方向と交差する方向に延びる枠の長さと幅との少なくとも一方を変え、歪緩衝ばね部のばね定数がばね部のばね定数よりも大きくなるようしている。すなわち、力学量の検出に影響を及ぼすこと無く、基板変形による歪を緩和することができる。尚、基板変形による歪は、可動部アンカを支点として作用するものであるため、歪緩衝ばね部の方がばね部よりもばね定数が大きいにもかかわらず、可動部アンカに近い位置に設けられた歪緩衝ばね部が、基板変形による歪によって主に変形する。ばね部と歪緩衝ばね部のばね定数が数式２の関係にあれば、歪緩衝ばね部に対してばね部のばね定数を１％以下に抑えることができる。すなわち力学量が印加された際に、歪緩衝ばね部が可動電極の変位へ与える影響を、ばね部の１％以下に抑えることができる。従って、歪緩衝ばね部は、通常の力学量の検出に影響を殆ど与えることなく、基板変形により生じた歪を緩和することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、錘部の両端にばね部を介して可動部アンカが設けられ、夫々の可動部アンカとばね部との間に歪緩衝ばね部が形成されることが好ましい。このように、錘部両端の可動部アンカに対して、当該可動部アンカとばね部との間に夫々歪緩衝ばね部を設けることで、両端の可動部アンカを介して伝達される歪を歪緩衝部にて低減することができる。
【００１５】
具体的には、請求項３に記載のように、ばね部と前記歪緩衝ばね部において、可動電極の変位方向と交差する方向に延びて弾性変形する枠の幅を等しくし、ばね部における枠の長さを歪緩衝ばね部における枠の長さの４．７倍よりも長くすることが好ましい。
【００１６】
上述したように、ばね定数は長さの３乗に反比例する。従って、ばね部と歪緩衝ばね部の幅を等しくし、ばね部の長さを歪緩衝ばね部の長さの４．７倍よりも長くすることで、力学量が印加された際に、歪緩衝ばね部が可動電極の変位へ与える影響を、ばね部の１％以下に抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。本実施の形態は容量式力学量センサにおいて、温度変化に伴う基板の変形により生じるオフセット電圧の変動を低減することを目的としたものである。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、容量式力学量センサの一例として示す容量式半導体加速度センサの平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の断面図を、図１（ｃ）はＢ−Ｂ断面の断面図を示す。
【００１８】
容量式半導体加速度センサは、図１（ｂ），（ｃ）に示すように例えば単結晶シリコンからなる第１半導体層１と第２半導体層２との間に、犠牲層としての例えば酸化シリコンからなる絶縁層３が形成されてなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板４に対して、半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシニング技術を用いて、センサ部５を形成することにより構成される。尚、本発明における半導体基板とは第１半導体層１を意味する。
【００１９】
センサ部５は、第２半導体層２から形成された可動部６と一対の固定部７，８、及びこれらを取り囲む周囲部９から構成されており、可動部６、固定部７，８、及び周囲部９の間には所定の間隙が設けられ、相互に絶縁されている。
【００２０】
可動部６は、可動電極１０ａ，１０ｂ、錘部１１、ばね部１２、歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３、可動部アンカ１４、及び可動電極用パッド１５から構成されている。可動電極１０ａ，１０ｂは、錘部１１の両側面から錘部１１の長手方向と直交するように突出して一体形成され、例えば図１（ａ）で示すように夫々の側面に４個ずつ設けられる。ばね部１２は、加速度が作用する質量部としての錘部１１の両端に形成されている。このばね部１２は、可動電極１０ａ，１０ｂの変位方向に対して直角方向に貫通孔を有する四角枠形状を有する。そして、夫々のばね部１２には、ばね部１２同様の四角枠形状を有する歪緩衝ばね部１３を介して、第１半導体層１と絶縁層３を介して接続する可動部アンカ１４が連結された構造となっている。尚、本実施の形態においては、図１（ａ）に示すように、歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３を錘部１１の両端側にばね部１２を介して設ける例を示したが、少なくとも一方に形成されれば良い。
【００２１】
可動電極１０ａ，１０ｂ、及び錘部１１、ばね部１２、及び歪緩衝ばね部１３の直下は、第２半導体層２の表面側から例えば選択的エッチングにより絶縁層３まで（第１半導体層１の表面まで）エッチングされ中空部１６が存在する。従って、歪緩衝ばね部１３も可動部アンカ１４とばね部１２との間に可動可能に設けられている。これにより、第１半導体層１が熱等の影響により変形した場合、可動部アンカ１４を通じて歪が伝達されるが、加速度の検出に重要なばね部１２に歪が伝達する前に、歪緩衝ばね部１３にて歪を緩和することができる。尚、歪緩衝ばね部１３の詳細については後述する。また錘部１１に連結したばね部１２は、その長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有しているため半導体加速度センサが図１（ａ）中の矢印方向の成分を含む加速度を受けると、錘部１１及び可動電極１０ａ，１０ｂを矢印方向に変位させると共に、加速度の消失により元の位置に戻すことができる。
【００２２】
また、可動部６における一方の可動部アンカ１４の所定の位置に、後述するＣ−Ｖ変換回路に接続される可動電極用パッド１５が連結形成されている。
【００２３】
固定部７，８は、固定電極１７ａ，１７ｂ、及び固定電極用パッド１８ａ、１８ｂをその表面の所定の位置に形成したアンカ部２０ａ，２０ｂからなる。固定部アンカ１９ａ，１９ｂは錘部１１と平行に配置され、当該固定部アンカ１９ａ，１９ｂから延びる固定電極１７ａ，１７ｂは、錘部１１の両側面から突出する可動電極１０ａ，１０ｂに対して、夫々所定の検出間隔（間隙）を有し平行した状態で対向配置される。また、固定部アンカ１９ａ，１９ｂは、絶縁層３を介して第１半導体層１上に固定されている。そして、固定電極１７ａ，１７ｂは例えば可動電極１０ａ，１０ｂ同様、選択的エッチングによりその直下に中空部１６を有し、固定部アンカ１９ａ，１９ｂに片持ち支持されている。尚、本実施の形態では、図１（ａ）で示すように可動電極１０ａ，１０ｂと同数の片側４本ずつの固定電極１７ａ，１７ｂが設けられており、可動電極１０ａと固定電極１７ａにより構成される部位を第１検出部２０、可動電極１０ｂと固定電極１７ｂとにより構成される部位を第２検出部２１とする。
【００２４】
また、固定部アンカ１９ａ，１９ｂの所定の位置には、後述するＣ−Ｖ変換回路に接続される固定電極用パッド１８ａ，１８ｂが形成されている。尚、図１（ａ）において破線２２で囲まれた範囲内が、第２半導体層２下に中空部１６を有する部分である。
【００２５】
上記のように構成された半導体加速度センサにおいて、可動電極１０ａ，固定電極１７ａからなる第１検出部２０の静電容量の総和をＣＳ１とし、可動電極１０ｂ，固定電極１７ｂからなる第２検出部２１の静電容量の総和をＣＳ２とすると、加速度が印加されていない状態で静電容量の差ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）が略０となるように、各電極１０ａ，１７ａ、及び１０ｂ，１７ｂが配置されている。可動部６が検出方向である矢印方向の加速度を受けると、錘部１１が矢印方向に変位し、それに伴って可動電極１０ａ，１０ｂも変位するため、可動電極１０ａ，１０ｂとそれに対向配置された固定電極１７ａ，１７ｂとの間の間隙が増減する。従って、各電極１０ａ，１７ａ、及び１０ｂ，１７ｂ間の静電容量が変化するため、第１検出部２０の静電容量ＣＳ１と、第２検出部２１の静電容量ＣＳ２に差が生じ、その静電容量の差をＣ−Ｖ変換回路にて電圧の変化として検出することで、印加された加速度を検出することができる。
【００２６】
ここで、本発明における半導体加速度センサの検出回路の一例を図２に示す。本実施の形態のセンサにおける回路手段は、Ｃ−Ｖ変換回路（スイッチドキャパシタ回路）２３を有し、当該Ｃ−Ｖ変換回路２３は、第１検出部２０を構成する可動電極１０ａ，固定電極１７ａからなる静電容量ＣＳ１と、第２検出部２１を構成する可動電極１０ｂ，固定電極１７ｂからなる静電容量ＣＳ２との両静電容量の差を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器２４、コンデンサ２５、及びスイッチ２６から構成されている。
【００２７】
演算増幅器２４の反転入力端子は、可動電極用パッド１５を介して可動電極１０ａ，１０ｂに接続されており、反転入力端子と出力端子と間には、コンデンサ２５及びスイッチ２６が並列に接続されている。また、演算増幅器２４の非反転入力端子には、図示しない電圧源からＶｃｃ／２の電圧が入力されている。
【００２８】
また、回路手段は図示しない制御回路を有しており、この制御回路は一方の固定電極パッド１８ａから一定振幅Ｖｃｃで周期的に変化する第１搬送波を第１検出部２０の固定電極１７ａに入力し、他方の固定電極パッド１８９ｂから、第１搬送波と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖｃｃである第２搬送波を第２検出部２１の固定電極１７ｂに入力する。
【００２９】
従って、加速度が印加されていない場合には、第１，２検出部２０，２１の夫々の電位差は、共にＶｃｃ／２となり、第１検出部２０の静電容量ＣＳ１と第２検出部２１の静電容量ＣＳ２とが略等しくなる。また、Ｃ−Ｖ変換回路２３において、スイッチ２６は第１，２搬送波の周期に併せて所定の周期をもって開閉がなされ、スイッチ２６が開の時、加速度検出が行われる。この際、Ｃ−Ｖ変換回路２３からの出力電圧Ｖｏｕｔは次式で示される。
【００３０】
【数３】
Ｖｏｕｔ＝（ＣＳ１−ＣＳ２）×Ｖｃｃ／Ｃｆ
尚、Ｃｆはコンデンサ２５の静電容量である。
【００３１】
加速度が印加されると、第１，２検出部２０，２１の静電容量ＣＳ１，ＣＳ２のバランスが変化し、数式３の静電容量の差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた電圧Ｖｏｕｔが出力される。そして、この出力Ｖｏｕｔは、図示されない増幅回路やローパスフィルタ等により信号処理され、加速度検出信号として検出される。尚、演算増幅器２４の非反転入力端子には、図示しない電圧源からＶｃｃ／２の電圧が入力されているが、Ｖｃｃ／２とは異なる電圧Ｖ１を設け、図示されないスイッチにより、第１，２搬送波の周期に応じた所定のタイミングでＶ１に切り替えることにより、可動電極１０ａ，１０ｂを強制的に変位させる自己診断機能を持たせても良い。
【００３２】
次に、本発明の特徴である歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３の詳細を、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。尚、図３（ａ）は図１（ａ）のばね部１２及び歪緩衝ばね部１３周辺を拡大した平面図であり、図３（ｂ）は（ａ）において第１半導体層１の変形により生じた歪が作用した状態を示す図、図３（ｃ）は（ａ）において加速度が作用した状態を示す図である。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、本発明の特徴は可動部６において、ばね部１２と可動部アンカ１４との間に、歪を緩和することを目的とした歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３を設けたことである。
【００３４】
従来例として図４（ｂ）で示したように、組み立て時、或いは使用環境温度下に於いて熱等の応力がかかると、プリント基板３１、センサパッケージ２９、及び接着材２８，３０、及びセンサチップ２８の線膨張係数の違いから、センサチップ２８の第１半導体層１が変形する。図３（ｂ）に示すように、第１半導体層１に絶縁層３を介して接続している可動部アンカ１４に、上述の第１半導体層１の変形により生じた歪が伝達され、当該可動部アンカ１４がその歪の支点（図中の丸の箇所）となる。
【００３５】
ここで、錘部１１に連結したばね部１２、及び当該ばね部１２と可動部アンカ１４との間に形成された歪緩衝ばね部１３は、その長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有している。従来であれば、第１半導体層１の変形により生じた歪は、直接ばね部１２に作用し、それを受けたばね部１２が弾性変形するため、可動電極１０ａ，１０ｂは変位し、初期位置からずれてしまう。
【００３６】
しかしながら、本実施の形態においては、図３（ｂ）に示すように、可動部アンカ１４とばね部１２の間に、新たにばね機能を有する歪緩衝ばね部１３を設けたことにより、ばね部１２に歪が作用する前に、歪緩衝ばね部１３自体がその歪を受けて弾性変形し、歪を緩和する。従って、第１半導体層１の変形により生じた歪が、ばね部１２に与える影響を低減することができる。
【００３７】
また、図３（ｃ）に示すように加速度（矢印）がばね部１２の長手方向に対して略垂直に印加された場合、質量部である錘部１１が加速度の影響を受ける。錘部１１に連結するばね部１２は、ばね機能を有しているから、運動の支点は図中の丸で示される部分となる。従って、四角枠形状のばね部１２がそのエネルギーを吸収し弾性変形する。
【００３８】
しかしながら、上述したように、ばね部１２に連結する歪緩衝ばね部１３も、錘部１１の長手方向と直交する方向に変位するばね機能を有しているため、歪緩衝ばね部１３が印加された加速度の影響を受けて弾性変形すると、可動電極１０ａ，１０ｂの変位量がその分変化することとなる。従って、歪緩衝ばね部１３が、可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を無視するために、歪緩衝ばね部１３が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を、ばね部１２が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響に対して誤差範囲以下とする必要がある。
【００３９】
ばね部１２及び歪緩衝ばね部１３が、錘部１１に作用する加速度の影響により弾性変形し、可動電極１０ａ，１０ｂを変位させる量は、夫々のばね定数に反比例する。歪緩衝ばね部１３が加速度検出に際して、可動電極１０ａ，１０ｂの変位へ影響を与えないためには、歪緩衝ばね部１３のばね定数を、ばね部１２のばね定数よりも大きくする必要がある。
【００４０】
ここで、歪緩衝ばね部１３が加速度検出に殆ど影響を与えないように、歪緩衝ばね部１３が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を、ばね部１２が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響、すなわち加速度検出感度の誤差範囲である１％以下する。そして、ばね部１２のばね定数をＫ１、歪緩衝ばね部１３のばね定数をＫ２とすると、その関係は次式により示される。
【００４１】
【数４】
Ｋ２≧Ｋ１×１００
従って、数式４を満たすようにばね部１２と歪緩衝ばね部１３を形成すれば、加速度が印加された際に、歪緩衝ばね部１３が可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響は、ばね部１２に対してごく僅かとなり、その影響をほぼ無視することができる。
【００４２】
また、ばね定数は幅の３乗と厚さ（高さ）に比例し、長さの３乗に反比例する。従って、図３（ａ）に示すように、例えばばね部１２と歪緩衝ばね部１３の幅と厚さを略同一とし、ばね部１２、及び歪緩衝ばね部１３の可動電極１０ａ，１０ｂの変位方向と交差する方向に延びて、弾性変形する枠の長さを夫々Ｌ１，Ｌ２とすると、上述の長さとばね定数の関係と数式４より、次式の関係を示すことができる。
【００４３】
【数５】
Ｌ１／Ｌ２＞４．７
従って、数式５に示すように、ばね部１２の長さＬ１を歪緩衝ばね部１３の長さＬ２の４．７倍より大きくなるように形成すれば、歪緩衝ばね部１３が加速度の印加により弾性変形し、可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響をばね部１２の１％以下とすることができ、加速度検出に与える影響をほぼ無視することができる。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、歪緩衝ばね部１３が加速度検出に影響を与えないために、ばね部１２及び歪緩衝ばね部１３の長さを変える例を示したが、それ以外にも、ばね部１２と歪緩衝ばね部１３の長さ及び厚さを共通とし、図３（ａ）に示すように、ばね部１２の幅をｄ１、歪緩衝ばね部１３の幅をｄ２と異なるとすると、ばね定数の関係と数式４より、次式の関係を示すことができる。
【００４５】
【数６】
ｄ２／ｄ１＞４．７
従って、数式６に示すように、歪緩衝ばね部１３の幅をばね部１２の幅の４．７倍より大きくなるように形成すれば、加速度が印加されることにより歪緩衝ばね部１３が弾性変形し、可動電極１０ａ，１０ｂの変位に与える影響を、ばね部１２に対してほぼ無視することができる。
【００４６】
以上より、本実施の形態において、可動部アンカ１４とばね部１２との間に、所定の弾性を有する歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３を形成したことにより、第１半導体層１の変形により生じる歪を、当該歪緩衝ばね部１３が弾性変形し吸収することにより、緩和することができる。従って、第１半導体層１の変形により生じる歪が、ばね部１２に伝達する量が低減され、可動電極１０ａ，１０ｂも殆ど変位しないため、歪により生じるオフセット電圧の変動を低減する事ができる。
【００４７】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。
【００４８】
本実施の形態では、第２半導体層２側の表面から絶縁層３まで（第１半導体層１の表面）エッチングする構造を図１にて示したが、それ以外にも第２半導体層２側の表面から絶縁層３の表面までをエッチングし可動電極１０ａ，１０ｂ等を形成するものや、第１半導体層１の裏面（非絶縁層側）からエッチングし、可動電極１０ａ，１０ｂ等のダイヤフラムを形成するタイプにおいても本発明を適用することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、歪緩衝部としての歪緩衝ばね部１３の加速度検出に対する影響を抑えるために、数式５或いは数式６の関係を示したが、それ以外にも、ばね部１２及び歪緩衝ばね部１３の長さと幅の両方を所定の形状に加工することにより、数式４の関係を満たすようにしても良い。
【００５０】
また、本実施の形態において、歪緩衝部として四角枠形状の歪緩衝ばね部１３の例を示したが、それ以外にも歪緩衝部としては、第１半導体層１からの歪を緩衝できる構造であればよく、例えば蛇行形状のようなものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体加速度センサの構造を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面の断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面の断面図を示す。
【図２】 加速度検出回路の一例である。
【図３】 （ａ）は図１（ａ）における梁部及び歪緩衝部周辺の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）に第１半導体層の変形が作用した状態、（ｃ）は（ａ）に加速度が作用した状態を示す図である。
【図４】 従来構造の半導体加速度センサを示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）は上記センサチップをプリント基板に組み付けた際の断面概略図である。
【符号の説明】
１・・・第１半導体層、２・・・第２半導体層、４・・・ＳＯＩ基板、６・・・可動部、１２・・・ばね部、１３・・・歪緩衝ばね部、１４・・・可動部アンカ、２７・・・センサチップ
Claims (3)
- 力学量が作用する錘部と、
この錘部に一体成形された可動電極と、
前記錘部を基板上に支持する可動部アンカと、
前記可動部アンカと前記錘部との間に設けられ、前記可動電極の変位方向と直交する方向に長い貫通孔を有する四角枠形状に形成され、前記錘部に力学量が作用したときに弾性変形して、当該力学量に応じた距離だけ前記可動電極を変位させるばね部と、
前記可動電極に対向するように配置された固定電極とを備え、
前記力学量の印加に応じて生じる前記可動電極の変位を、前記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化として検出する容量式力学量センサにおいて、
前記可動部アンカと前記ばね部との間に、前記基板に歪が生じた際の前記ばね部への影響を弾性変形によって低減する歪緩衝ばね部を設け、
前記歪緩衝ばね部は、前記可動電極の変位方向と直交する方向に長い貫通孔を有してばね機能を有する四角枠形状に形成され、更に、前記可動電極の変位方向と直交する方向に延びる枠の長さと幅との少なくとも一方を前記ばね部と異ならしめることにより自身のばね定数が前記ばね部のばね定数よりも大きく設定されるものであり、
前記歪緩衝ばね部のばね定数をＫ２とし、前記ばね部のばね定数をＫ１としたとき、
［数１］ Ｋ２≧Ｋ１×１００
の関係を満たすことを特徴とする容量式力学量センサ。 - 前記錘部は、その両端部が前記ばね部を介して、夫々前記可動部アンカに支持されるものであって、
前記歪緩衝ばね部は、前記錘部の両端部における前記ばね部と前記可動部アンカとの間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の容量式力学量センサ。 - 前記ばね部と前記歪緩衝ばね部において、前記可動電極の変位方向と直交する方向に延びて弾性変形する枠の幅を等しくし、前記ばね部における前記枠の長さを前記歪緩衝ばね部における前記枠の長さの４．７倍よりも長くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の容量式力学量センサ。
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