JP5052443B2 - 静電容量型センサの実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、加速度等の物理量を検知する静電容量型センサの実装構造に関する。

従来より、揺動可能に構成された重りに設けられた可動電極と可動電極に対向配置された固定電極とを有し、重りが揺動することによって可動電極と固定電極間の隙間幅が変化することに伴う静電容量の変化を検知することにより、加速度等の物理量を検知する静電容量型センサが知られている。このような静電容量型センサは、ＩＣ等と共に樹脂パッケージ内に収容し、基板上の接地電極の上方に所定間隔を空けて樹脂パッケージを対向配置することにより、基板上に実装される。
特開平１０−２９１１号公報

従来の静電容量型センサの実装構造では、静電容量型センサは基板上の接地電極の上方に所定間隔を空けて樹脂パッケージを対向配置することにより基板上に実装されるので、静電容量型センサと基板上の接地電位との間に新たな静電容量Ｃｇが発生する。この静電容量Ｃｇがあらゆる条件下において常に一定であれば物理量を正確に検知することができるが、実際には温度，湿度，基板の変形，若しくは樹脂パッケージ取付時の微小な位置ずれ等の原因によって静電容量Ｃｇは変動する。このため、従来の静電容量型センサの実装構造によれば、静電容量センサの出力に変動（誤差）が生じ、物理量を高精度に検知することができない。

このような問題を解決するために、センサチップ内に検出極側のコンデンサと参照極側コンデンサの２組のコンデンサを設ける方法が提案されている。この方法では、検出極側のコンデンサの静電容量（Ｃ１＋Ｃｇ）は可動電極と固定電極の組み合わせとほぼ同様に重りの揺動に伴い変動するが、参照極側のコンデンサの静電容量（Ｃ２＋Ｃｇ）は重りに近い位置に重りの揺動の影響を受けないように設置されるているので重りの揺動に伴い変動しない。従って、２つのコンデンサの静電容量の差分値を検出値として算出することにより静電容量Ｃｇの影響を除去することができる。しかしながら、このような手法によれば、静電容量型センサの精度や信頼性は向上するものの、構造が複雑化，大型化するために、製造プロセスが複雑になり、製造コストの増加を招く。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、静電容量型センサの構造を変更することなく、一組のコンデンサ構造のみを用いた簡便な構造により常に安定したセンサ出力を得ることが可能な静電容量型センサの実装構造を提供することにある。

本発明に係る静電容量型センサの実装構造は、表面に接地電極が形成された基板と、所定間隔をあけて対向配置された可動電極と固定電極を有し、可動電極と固定電極間の間隔の変化に伴う静電容量の変化を検出する静電容量型センサと、接地電極の上方に所定間隔をあけて対向配置され、静電容量型センサを収容するパッケージ部と、静電容量型センサの接地電極との対向面側に設けられた、可動電極と固定電極と電気的に絶縁され、且つ、静電容量型センサの内部を介さずに接地電極と電気的に結合された金属薄膜とを備える。

なお金属薄膜はメタルマスクを利用した薄膜形成プロセスにより形成することが望ましい。またハーフダイジングプロセスにより金属薄膜を形成してもよい。さらに静電容量型センサは、接地電極との対向面側に形成されたスルーホールと、スルーホールを介して可動電極及び固定電極に電気的に接続されたワイヤボンド配線とを有し、ワイヤボンド配線と金属薄膜とが電気的に絶縁されていることが望ましい。

本発明に係る静電容量型センサの実装構造によれば、静電容量型センサと接地電位間に発生する静電容量が、低減され、且つ、常に一定の値に保たれるので、静電容量型センサの構造を変更することなく、一組のコンデンサ構造のみを用いた簡便な構造により常に安定したセンサ出力を得ることができる。

本発明は、例えば図１に示すような静電容量型センサを基板に実装する処理に適用することができる。なお、図１に示す静電容量型センサは、ガラス基板１ａ，１ｂによりシリコン（Ｓｉ）基板２を挟持した構造を有し、Ｓｉ基板２の上面には凹部３が形成されている。またＳｉ基板２の凹部３部分には、可動電極として機能する重り部４が形成され、重り部４はビーム５によって揺動可能な状態で支持されている。さらに重り部４に対向するガラス基板１ａの裏面側には固定電極６が形成されている。このような構成を有する静電容量型センサでは、加速度等の物理量が重り部４に加わった際、重り部４が揺動することによって重り部４と固定電極６間の隙間幅ｄ（図２参照）が変化し、この隙間幅の変化に伴い重り部４と固定電極６間の静電容量が変化するので、重り部４と固定電極６に接続された端子７ａ，７ｂ（図２参照）を介して静電容量の変化を検知することにより物理量の大きさを検知することができる。

本発明の実施形態となる静電容量型センサの実装構造は、図３に示すように、表面に接地電極１１が形成された基板１２と、接地電極１１の上方に所定間隔を空けて対向配置され、上面側を接地電極１１との対向面側にして静電容量型センサチップ（以下センサチップと略記）１３を内部に収容するモールド樹脂１４とを備え、基板１２とモールド樹脂１４はモールド樹脂１４を支持すると共にセンサチップ１３から基板１２への出力端子として機能するリードフレーム１５により接続されている。

この実装構造では、図１（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、センサチップ１３の重り部４及び固定電極と電気的に絶縁された金属膜１６がセンサチップ１３の上面側（重り部４の直上）に形成されている。そしてこの金属膜１６は、図３に示すように、基板１２上の配線パターン（図示せず），リードフレーム１５，ワイヤボンド配線１７を介して接地電極１１と電気的に接続されている。このような構成によれば、センサチップ１３の上面と接地電位１１が同電位になるので、センサチップ１３と接地電位１１との間に発生する静電容量Ｃｇが低減され、且つ、常に一定になる。従ってこのような構成によれば、静電容量型センサの構造を変更することなく、一組のコンデンサ構造のみを用いた簡便な構造により常に安定したセンサ出力を得ることができる。

なお上記金属膜１６はメタルマスクやフォトリソグラフィを利用した薄膜形成プロセスにより形成することが望ましい。具体的には、金属膜１６は、図４（ａ）に示すように金属膜１６を形成する領域以外のガラス基板１ａ表面にメタルマスク２１を形成し、図４（ｂ）に示すように露出しているガラス基板１ａ表面及びメタルマスク２１表面に金属膜１６を形成し、図４（ｃ）に示すようにメタルマスク２１を除去することにより形成することができる。このような形成方法によれば、静電容量の変化を検知するための端子７ａ，７ｂ用の金属膜１６を形成する際に重り部４直上の金属膜１６を同時に形成することができるので、重り部４直上の金属膜１６を容易に作製することができる。

また上記金属膜１６は端子７ａ，７ｂ用の金属膜１６を形成する際のハーフダイジングプロセスにより形成するようにしてもよい。具体的には、ハーフダイジングプロセスによって端子７ａ，７ｂ用の金属膜１６を形成する際、図５に示すように、カット方向を追加することにより一枚の金属膜から端子７ａ，７ｂ用の金属膜１６と重り部４直上の金属膜１６を同時に形成する。このような形成方法によれば、重り部４直上の金属膜１６を容易に作製することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば本実施形態では、重り部４直上と端子７ａ，７ｂ周部の双方に金属膜１６を形成したが、図６に示すように、重り部４直上領域のみに金属膜１６を形成し、スルーホールを介してワイヤボンド配線を重り部４及び固定電極６に接続することによりセンサ信号はワイヤボンド配線により取り出すようにしてもよい。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となる静電容量型センサの構成を示す模式図である。 図１に示す静電容量型センサの動作を説明するための回路図である。 本発明の実施形態となる静電容量型センサの実装構造を示す模式図である。 図３に示す実装構造の製造方法の一例を示す図である。 図３に示す実装構造の製造方法の他の例を示す図である。 図３に示す実装構造の変形例を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ：ガラス基板
２：シリコン（Ｓｉ）基板
３：凹部
４：重り部
５：ビーム
６：固定電極
７ａ，７ｂ：端子
１１：接地電極
１２：基板
１３：静電容量型センサチップ
１４：モールド樹枝
１５：リードフレーム
１６：金属膜
１７：ワイヤボンド配線
２１：メタルマスク

Claims (4)

1. 表面に接地電極が形成された基板と、
   所定間隔をあけて対向配置された可動電極と固定電極を有し、可動電極と固定電極間の間隔の変化に伴う静電容量の変化を検出する静電容量型センサと、
   前記接地電極の上方に所定間隔をあけて対向配置され、前記静電容量型センサを収容するパッケージ部と、
   前記静電容量型センサの前記接地電極との対向面側に設けられた、前記可動電極と前記固定電極と電気的に絶縁され、且つ、前記静電容量型センサの内部を介さずに前記接地電極と電気的に結合された金属薄膜と
   を備えることを特徴とする静電容量型センサの実装構造。
2. 請求項１に記載の静電容量型センサの実装構造であって、
   前記金属薄膜がメタルマスクを利用した薄膜形成プロセスにより形成されていることを特徴とする静電容量型センサの実装構造。
3. 請求項１に記載の静電容量型センサの実装構造であって、
   前記金属薄膜がハーフダイジングプロセスにより形成されていることを特徴とする静電容量型センサの実装構造。
4. 請求項１に記載の静電容量型センサの実装構造であって、
   前記静電容量型センサは、前記接地電極との対向面側に形成されたスルーホールと、当該スルーホールを介して前記可動電極及び前記固定電極に電気的に接続されたワイヤボンド配線とを有し、当該ワイヤボンド配線と前記金属薄膜とが電気的に絶縁されていることを特徴とする静電容量型センサの実装構造。

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