JP5425824B2 - 複合センサ - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態1に係る複合センサS1の側断面図である。複合センサS1は、セラミックパッケージ150、信号処理用のIC50、センサエレメントS1Eを有する。まず、接着剤151を介してセラミックパッケージ150に信号処理用IC50を固定したあと、センサエレメントS1EをIC50上に接着固定する。その後、ワイヤボンディングを用いて、IC50、角速度センサエレメントS1E、セラミックパッケージ150の外部入出力端子154を導電性ワイヤ152で接続する。最後に蓋153で封止すると、複合センサS1が完成する。
ky:支持梁構造体24の検出方向におけるばね定数
ωd:駆動回路32から生成された駆動信号の角振動数
ωy:慣性質量体23と支持梁構造体24によって構成される検出振動系の
固有角振動数
Qy:検出振動系の機械品質係数
以上のように、本実施形態1に係る複合センサS1では、慣性量を検出する複数の可動部を同一層内に形成し、各可動部の周辺に配置されたダミーパターンを電気的に分離している。これにより、各可動部と周辺ダミーパターンにはそれぞれ同電位を印加することができるので、周辺ダミーパターンと可動部の間の電位差に起因するS/N比の低下、オフセット、感度変動の発生を抑制することができる。
実施形態1で説明した複合センサS1において、加速度検知部S1EGと角速度検知部S1EYは、SOI基板1の活性層1c内に形成され、中間絶縁層1bを介して支持層1aに固定・懸架される。そのため、慣性質量体11および23と支持層1aの間は、電気的には分離され、機械的には中間絶縁層1bの厚さ分だけ離れた状態で対向する配置となる。すなわち、ダミーパターン16および16aと同様に、支持層1aにおいても電位を固定する必要がある。
実施の形態2のように、数百μm厚さの支持層1aを2つに分離することは、強度的な観点と加工の煩雑さの観点で好ましくない場合も考えられる。そこで本発明の実施形態3では、実施形態2のように支持層1aを2つに分離せず、加速度検知部S1EGのダミーパターン16の電位と同電位になるよう設定する。以下、その理由について説明する。
以上のように、本実施形態3に係る複合センサS1は、支持層1aを分離せず、慣性質量体11および23のうち静電力による移動量が大きい方に対応する基準電位(20aまたは20c)を印加する。これにより、複合センサS1の強度や加工難度に関する問題を抑制しつつ、電位差によって生じる静電力の影響を最小限に抑えることができる。
実施形態1〜3では、陽極接合技術を用いてナトリウムを含むガラスキャップ100とSOI基板1を貼り合わせているが、表面活性化接合、ガラスフリット接合、金属接着剤を用いた接合技術などを用いて、シリコン基板など導電性材料の基板をSOI基板1に貼り合わせてもよい。この際、キャップ100も慣性質量体11、支持梁構造体12、可動電極13などと所定間隔をもって隣接することとなり、互いの電位差によるオフセット、感度変動、スティックなどが発生する可能性がある。
以上のように、本実施形態4に係る複合センサS1は、慣性質量体11および23のうち静電力による移動量が大きい方に対応する基準電位(20aまたは20c)をキャップ100に印加する。これにより、電位差によって生じる静電力の影響を最小限に抑えることができる。
以上の実施形態1〜4において、キャップ100および加速度検知部S1EGの間の空間と、キャップ100および角速度検知部S1EYの間の空間とを隔離し、前者の空間は大気圧封止し、後者の空間は真空封止するようにしてもよい。また、キャップ100を上記空間毎に設けた上で互いに電気的に分離し、それぞれの基準電位(20aまたは20c)を個別に印加するようにしてもよい。これにより、電位差によって生じる静電力の影響をさらに低減することができる。
複合センサS1に求められる精度や用途によっては、ダミーパターン16と16aを必ずしも分離する必要はなく、互いに共通な電位を付与してもよい。この場合、ダミーパターン16と16aに付与する電位は、慣性質量体11および23とダミーパターン16および16aの間に電位差が発生したとき、静電力による移動量が大きい方の慣性質量体に印加する基準電位を用いればよい。
S1E 複合センサのエレメント
S1EG 加速度検知部
S1EY 角速度検知部
1 SOI基板
1a 支持層
1b 中間絶縁層
1c 活性層
11 加速度検知部の慣性質量体
12 加速度検知部の支持梁構造体
13 可動電極
14 固定電極
15 固定部(懸架部)
16 加速度検知部のダミーパターン
16a 角速度検知部のダミーパターン
17 貫通電極
17a、17b ポリシリコン
18 パッド
19 容量電圧(CV)変換回路
19a OP−AMP
20a 基準電位
20b 基準電位
20c 基準電位
20d 基準電位
21 復調回路
22 搬送波印加回路
22a 搬送波印加回路
23 角速度検知部の慣性質量体
24 角速度検知部の支持梁構造体
25 酸化膜
27 駆動電極
28 モニタ電極
29 検出電極
30 ギャップ
31 電圧調整回路
32 駆動回路
47 パッド
100 キャップ
152 導電性ワイヤ
153 蓋
154 外部入出力端子
Claims (12)
- 物理量の変化に応じて変位する第1可動部および第2可動部と、
前記第1可動部および前記第2可動部との間でそれぞれ静電容量を形成する固定部と、
前記静電容量の変化を用いて前記第1可動部の変位および前記第2可動部の変位を検出する検出部と、
前記第1可動部の周辺に配置されている第1ダミー部と、
前記第2可動部の周辺に配置されている第2ダミー部と、
前記第1可動部、前記第2可動部、前記第1ダミー部、および前記第2ダミー部に電位を印加する電位生成回路と、
を備え、
前記第1可動部、前記第2可動部、前記固定部、前記第1ダミー部、および前記第2ダミー部は、積層基板内の同一の導電層内に形成されており、
前記第1ダミー部と前記第2ダミー部は電気的に分離されており、
前記電位生成回路は、
前記第1可動部と前記第1ダミー部に第1電位を印加し、
前記第2可動部と前記第2ダミー部に第2電位を印加する
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項1において、
前記積層基板は、支持層と、中間絶縁層と、活性層とが積層形成されてなり、
前記活性層内に、前記第1可動部、前記第2可動部、前記固定部、前記第1ダミー部、および前記第2ダミー部が形成されている
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項2において、
前記活性層内の前記第1ダミー部と前記第2ダミー部と間の部分に配置され、前記第1ダミー部と前記第2ダミー部を電気的に分離するギャップ部を有する
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項2において、
前記支持層は、
前記第1可動部の下方に配置された第1支持部と、
前記第2可動部の下方に配置された第2支持部と、
を有し、
前記第1支持部と前記第2支持部は電気的に分離されており、
前記電位生成回路は、
前記第1支持部に前記第1電位を印加し、前記第2支持部に前記第2電位を印加する
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項2において、
前記電位生成回路は、
前記第1可動部と前記第2可動部のうち、静電力によって移動する変位量が大きいほうに印加する電位と同じ電位を、前記支持層へ印加する
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項2において、
前記支持層は接地されていることを特徴とする複合センサ。 - 請求項1において、
前記第1可動部と前記第2可動部を覆う蓋部を備えたことを特徴とする複合センサ。 - 請求項7において、
前記蓋部は導電体で形成されており、
前記電位生成回路は、前記蓋部に前記第1電位または前記第2電位を印加する
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項7において、
前記蓋部は接地されていることを特徴とする複合センサ。 - 請求項7において、
前記電位生成回路は、
前記第1可動部と前記第2可動部のうち、静電力によって移動する変位量が大きいほうに印加する電位と同じ電位を、前記蓋部へ印加する
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項1において、
前記第1可動部は、
静電力によって所定の駆動方向に振動し、角速度が印加されるとコリオリ力によって前記駆動方向と直交する方向に変位する慣性体を有する、角速度検知部として構成されており、
前記第2可動部は、
加速度が印加されると変位する慣性体を有する加速度検知部として構成されている
ことを特徴とする複合センサ。 - 請求項11において、
前記第1可動部と前記第2可動部を覆う蓋部を備え、
前記蓋部と前記角速度検知部の間の空間は真空封止され、
前記蓋部と前記加速度検知部の間の空間は大気圧封止されている
ことを特徴とする複合センサ。
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