JP5441027B2 - Inspection method and inspection apparatus for capacitive acceleration sensor - Google Patents

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Description

本発明は、静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置に関し、より詳細には、変位可能な重錘体と、この重錘体に対向して配置された検出電極間の静電容量を正確に検出してオフセットの調整及び感度の較正を行うようにした静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置に関する。   The present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus for a capacitance-type acceleration sensor, and more specifically, a capacitance between a displaceable weight body and a detection electrode disposed opposite to the weight body. The present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor that accurately adjusts an offset to adjust an offset and calibrate a sensitivity.

一般に、電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置及びその動作試験方法については良く知られている。例えば、2枚の基板を対向させて配置し、それぞれの基板上に電極を形成した単純な構造の検出装置が知られている。この検出装置においては、加速度などの物理量に基づいて一方の基板を変位させ、この変位により両基板上に形成した電極間距離を変化させ、これを両電極間の静電容量の変化として検出している。また、この検出装置は、一方の基板に重錘体を接合しておき、この重錘体に作用した加速度に基づいて基板を変位させれば、作用した加速度を検出する加速度検出装置として使用できるものである。   In general, a device for detecting a physical quantity using a change in the distance between electrodes and an operation test method thereof are well known. For example, a detection device having a simple structure in which two substrates are arranged to face each other and electrodes are formed on the respective substrates is known. In this detection device, one substrate is displaced based on a physical quantity such as acceleration, the distance between the electrodes formed on both substrates is changed by this displacement, and this is detected as a change in capacitance between both electrodes. ing. In addition, this detection device can be used as an acceleration detection device that detects the applied acceleration if a weight body is bonded to one substrate and the substrate is displaced based on the acceleration applied to the weight body. Is.

通常、何らかの物理量の検出装置を製品化する場合、この検出装置が正しい検出信号を出力するか否かの動作試験を行う必要が生じる。従来、このような動作試験は、検出対象となる物理量を実際にその検出装置に作用させ、そのときの検出信号を調べるという方法が採られている。例えば、加速度の検出装置であれば、実際に所定の大きさの加速度を所定の方向から検出装置に作用させ、そのときの検出信号が、与えた加速度に応じた正しいものになっているか否かを判定する。しかしながら、このような動作試験を行うには、専用の試験設備が必要になり、試験作業も煩雑で時間のかかるものとなる。特に、専用の試験設備で試験できる数量が限定され、生産性の低下を招くことになる。したがって、このような従来の試験方法は、大量生産される装置に対する動作試験としては不適当であるという問題があった。   Usually, when a detection device of some physical quantity is commercialized, it is necessary to perform an operation test as to whether or not this detection device outputs a correct detection signal. Conventionally, in such an operation test, a method has been adopted in which a physical quantity to be detected is actually applied to the detection device and a detection signal at that time is examined. For example, in the case of an acceleration detection device, whether or not an acceleration of a predetermined magnitude is actually applied to the detection device from a predetermined direction, and the detection signal at that time is correct according to the applied acceleration. Determine. However, in order to perform such an operation test, a dedicated test facility is required, and the test work is complicated and time-consuming. In particular, the quantity that can be tested with a dedicated test facility is limited, leading to a decrease in productivity. Therefore, such a conventional test method has a problem that it is not suitable as an operation test for a mass-produced apparatus.

そこで、例えば、特許文献1のような加速度センサの検査装置及びその動作試験方法が提案されている。この特許文献1のものは、外力の作用により変位しうるように支持された変位電極と、この変位電極に対向する位置において装置筐体に固定された固定電極と、これら両電極の間の距離の変化を電気信号として取り出す検出手段とを備え、外力に対応した加速度を電気信号として検出する加速度検出装置の動作試験方法であって、両電極の間に所定の電圧を印加し、この印加電圧に基づいて発生するクーロン力により変位電極を変位させた状態において、両電極の一方の電極に所定の大きさをもった時間的変動成分を有する電気信号を与え、このときに他方の電極に伝達される変動成分の大きさを、印加電圧と比較することにより、この検出装置の動作を試験するようにした、電極間距離の変化を利用して加速度を検出する加速度検出装置の動作試験方法である。   Thus, for example, an acceleration sensor inspection device and an operation test method thereof have been proposed as disclosed in Patent Document 1. In this patent document 1, a displacement electrode supported so as to be able to be displaced by the action of an external force, a fixed electrode fixed to an apparatus housing at a position facing the displacement electrode, and a distance between these two electrodes An acceleration detecting device operation test method for detecting an acceleration corresponding to an external force as an electrical signal, wherein a predetermined voltage is applied between both electrodes, and the applied voltage In the state where the displacement electrode is displaced by the Coulomb force generated based on the electric signal, an electric signal having a temporal variation component having a predetermined magnitude is given to one electrode of both electrodes, and transmitted to the other electrode at this time By comparing the magnitude of the fluctuation component to be applied with the applied voltage, the operation of this detection device is tested, and the acceleration detection device that detects the acceleration using the change in the distance between the electrodes is used. It is a work test method.

さらに、これ以外の電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置及びその動作試験方法、つまり、試験電極に電圧をかけてクーロン力で変位させ、印加電圧の大きさと変位量(容量変化)を比較して動作試験を行うものとしては、例えば、特許文献2及び3が提案されている。   In addition, a device for detecting a physical quantity using other changes in the distance between electrodes and its operation test method, that is, applying a voltage to the test electrode and displacing it by Coulomb force, the magnitude of the applied voltage and the amount of displacement (capacity change) For example, Patent Documents 2 and 3 have been proposed for performing an operation test by comparing (1) and (2).

また、中間基板を構成する重錘体に4本の梁部材を直交して設けた構造の静電容量型センサについては、例えば、特許文献4に開示されている。   Further, for example, Patent Document 4 discloses a capacitance type sensor having a structure in which four beam members are provided orthogonally to a weight body constituting an intermediate substrate.

また、静電容量型の加速度センサの検出装置としては、特許文献5に開示されているスイッチトキャパシタ方式を用いたものが提案されている。   Further, as a detection device for a capacitance type acceleration sensor, a device using a switched capacitor method disclosed in Patent Document 5 has been proposed.

特開2002−221463号公報JP 2002-221463 A 国際公開WO1992/17759号公報International Publication WO1992 / 17759 特開2000−146729号公報JP 2000-146729 A 特開2007−46927号公報JP 2007-46927 A 特開平10−170544号公報JP-A-10-170544

しかしながら、上述した検査装置及びその動作試験方法では、基本的に故障検出などの大まかな動作試験しかできないという問題があった。加速度センサで感度やオフセットのばらつきに対して較正を行う場合、リファレンスにするクーロン力自体もばらつくため正確に較正できない。つまり、加速度センサは質量と加速度に比例する力を検出するものであるのに対し、クーロン力は印加電圧の他に静電容量の値とも相関するため、プロセスがばらついた場合、正確なクーロン力を見積もることが出来ない。そのため、センサの感度(F/G:重力加速度1Gあたりの容量変化)をクーロン力による検査で見積もることは困難であった。   However, the above-described inspection apparatus and its operation test method have a problem that basically only a rough operation test such as failure detection can be performed. When calibration is performed with respect to variations in sensitivity and offset with the acceleration sensor, the reference Coulomb force itself varies and cannot be accurately calibrated. In other words, the acceleration sensor detects a force proportional to mass and acceleration, whereas the Coulomb force correlates with the capacitance value in addition to the applied voltage, so if the process varies, the exact Coulomb force Cannot be estimated. For this reason, it has been difficult to estimate the sensitivity of the sensor (F / G: change in capacity per gram of gravitational acceleration) by inspection using Coulomb force.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、変位可能な重錘体と、この重錘体に対向して配置された検出電極間の静電容量を正確に検出してオフセットの調整及び感度の較正を行うようにした静電容量型加速度センサの検査方法及びその検査装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a capacitance between a displaceable weight body and a detection electrode disposed opposite to the weight body. It is an object of the present invention to provide an inspection method and an inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor that are accurately detected to adjust offset and calibrate sensitivity.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査方法であって、まず、前記静電容量型加速度センサの前記重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するステップと、次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与えるステップと、次に、前記電位差により前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、次に、前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較するステップと、次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行うステップとを有することを特徴とする。   The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 is directed to one detection electrode and the other detection electrode provided to face the one detection electrode. And a displacement-type weight body provided so as to be sandwiched between the detection electrodes. First, the weight body of the capacitance-type acceleration sensor, Detecting a capacitance between each of the detection electrodes and calculating an offset from the capacitance value of the capacitance; and next, generating a potential difference between the weight body and the one detection electrode. And then applying a different applied voltage to the one detection electrode due to the potential difference between the other detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body. Detecting the capacitance and Next, comparing the amount of change in capacitance between the other detection electrode and the weight body before and after applying a potential difference between the one detection electrode and the weight body; Next, the capacitance between the weight body and the one detection electrode, the applied voltage, and the other detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body And a step of calibrating the sensitivity by obtaining a correction value of the sensitivity from the amount of change in capacitance between.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記静電容量を検出するステップが、前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体に等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップとを有することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the step of detecting the capacitance is equal to the one detection electrode, the other detection electrode, and the weight body. In a state where an applied voltage is applied, detecting a capacitance between the other detection electrode and the weight body; the one detection electrode; the other detection electrode; and the weight body; And detecting a capacitance between the other detection electrode and the weight body in a Coulomb force acting on the weight body in a state where different applied voltages are applied.

また、請求項3に記載の発明は、一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査装置であって、前記静電容量型加速度センサの重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するようにする第1及び第2の容量算出手段と、前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与える電圧印加手段と、前記電圧印加手段により電位差を与えて前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記一方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量及び前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第3の容量算出手段と、前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較する比較手段と、前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行なう感度調整手段とを備えていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, one detection electrode, the other detection electrode provided to face the one detection electrode, and a displaceable provided to be sandwiched between the detection electrodes A capacitance type acceleration sensor inspection device having a weight body, wherein the capacitance between the weight body of the capacitance type acceleration sensor and each detection electrode is detected, and A first and second capacitance calculating means for calculating an offset from a capacitance value of the capacity; a voltage applying means for providing a potential difference between the weight body and the one detection electrode; and the voltage applying means. Capacitance between the one detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body and the other in a state where a different applied voltage is applied to the one detection electrode by applying a potential difference Between the detection electrode and the weight body Third capacitance calculating means for detecting electrostatic capacity, and static electricity between the other detection electrode and the weight body before and after applying a potential difference between the one detection electrode and the weight body. A comparison means for comparing the amount of change in capacitance, the capacitance between the weight body and the one detection electrode, the applied voltage, and the other in the Coulomb force acting on the weight body. Sensitivity adjusting means for obtaining a correction value of sensitivity from the amount of change in capacitance between the detection electrode and the weight body and calibrating the sensitivity is provided.

また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記静電容量検出手段が、前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体とに等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第1及び第2の容量算出手段と、前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第3の容量算出手段とを有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the capacitance detecting means is applied to the one detection electrode, the other detection electrode, and the weight body. A first and second capacitance calculating means for detecting a capacitance between the other detection electrode and the weight body in a state where a voltage is applied; and the one detection electrode and the other detection electrode. And, in a state in which an applied voltage different from that of the weight body is applied, a capacitance between the other detection electrode and the weight body in a Coulomb force acting on the weight body is detected. And a capacity calculating means.

また、請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の発明において、前記容量検出手段が、前記重錘体の電圧を高周波電圧に変調する高周波電圧の印加装置と、前期検出電極に接続される演算増幅器と、前記高周波を直流成分に復調する復調回路を備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to the third or fourth aspect, the capacitance detection means includes a high-frequency voltage application device that modulates the voltage of the weight body to a high-frequency voltage, and a first detection electrode. And a demodulating circuit for demodulating the high frequency into a DC component.

また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記静電容量型加速度センサが、一方の検出電極を有する第1基板と、該第1基板の前記一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板に挟まれるように設けられた保持部材と、該保持部材の内部空間において前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体と、該重錘体を支持する複数の梁部材と、該梁部材を支持する複数の支柱部材とを備え、前記梁部材及び前記支柱部材が、前記保持部材と非接触であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, wherein the capacitive acceleration sensor includes a first substrate having one detection electrode and the one detection electrode of the first substrate. A second substrate having the other detection electrode provided to face the first electrode, a holding member provided so as to be sandwiched between the first substrate and the second substrate, and the detection electrode in an internal space of the holding member Displaceable weight body provided so as to be sandwiched between the plurality of beam members, a plurality of beam members supporting the weight body, and a plurality of column members supporting the beam members, the beam member and the column members Is not in contact with the holding member.

また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記梁部材及び前記支柱部材と、前記保持部材との間に空隙部を設けたことを特徴とする。   The invention described in claim 7 is characterized in that, in the invention described in claim 6, a gap is provided between the beam member, the column member, and the holding member.

また、請求項8に記載の発明は、請求項6又は7に記載の発明において、前記保持部材が接地されることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 6 or 7, wherein the holding member is grounded.

本発明によれば、一方の検出電極を有する第1基板と、この第1基板の前記一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極を有する第2基板と、第1基板と第2基板に挟まれるように設けられた保持部材と、この保持部材の内部空間において検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体と、この重錘体を支持する複数の梁部材と、この該梁部材を支持する複数の支柱部材とを備え、梁部材及び支柱部材が、保持部材と非接触であるので、保持部材と重錘体の電位を分離することで保持部材と各検出電極との間の寄生容量の影響を除去し、クーロン力にかかる各検出電極と重錘体との間の容量値のみを検出することができるという効果を奏する。   According to the present invention, a first substrate having one detection electrode, a second substrate having the other detection electrode provided to face the one detection electrode of the first substrate, a first substrate, A holding member provided to be sandwiched between the second substrates, a displaceable weight body provided to be sandwiched between the detection electrodes in an internal space of the holding member, and a plurality of beams supporting the weight body Member and a plurality of support members that support the beam member, and the beam member and the support member are not in contact with the holding member. The effect of removing the influence of the parasitic capacitance between each detection electrode and the ability to detect only the capacitance value between each detection electrode and the weight body acting on the Coulomb force is achieved.

また、故障検出に加え、加速度センサの感度とオフセットばらつきに対する補正を行うことができ、電圧印加手段と電圧検出手段を用いている既存の半導体テスタにより簡単に検査することができるという効果を奏する。   Further, in addition to the failure detection, the sensitivity of the acceleration sensor and the offset variation can be corrected, and it is possible to easily inspect with an existing semiconductor tester using the voltage applying unit and the voltage detecting unit.

本発明に係る比較例としての静電容量型加速度センサを説明するための構成図で、(a)は上面図、(b)は(a)のA−A断面図と基板断面図である。It is a block diagram for demonstrating the capacitance-type acceleration sensor as a comparative example which concerns on this invention, (a) is a top view, (b) is AA sectional drawing and board | substrate sectional drawing of (a). 図1に示した静電容量型加速度センサの検査方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the test | inspection method of the capacitive acceleration sensor shown in FIG. 従来の静電容量型加速度検出装置におけるCV変換回路によるCV変換方式を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the CV conversion system by the CV conversion circuit in the conventional electrostatic capacitance type acceleration detection apparatus. 従来の静電容量型加速度検出装置におけるCV変換回路によるCV変換方式を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the CV conversion system by the CV conversion circuit in the conventional electrostatic capacitance type acceleration detection apparatus. 図4に示した静電容量型加速度検出装置におけるCV変換回路によるCV変換方式を説明するための回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a CV conversion method by a CV conversion circuit in the capacitive acceleration detection device shown in FIG. 4. 本発明に係る静電容量型加速度センサの一実施例を説明するための構成図で、(a)は上面図、(b)は(a)のB−B断面図と基板断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram for demonstrating one Example of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention, (a) is a top view, (b) is BB sectional drawing and board | substrate sectional drawing of (a). 図6(b)に示した静電容量型加速度センサを用いた検出装置を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the detection apparatus using the capacitive acceleration sensor shown in FIG.6 (b). 図7に示した静電容量型加速度検出装置におけるCV変換回路によるCV変換方式を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the CV conversion system by the CV conversion circuit in the electrostatic capacitance type acceleration detection apparatus shown in FIG. (a)乃至(c)は、本発明の静電容量型加速度センサの検査方法(オフセット及び感度の算出方法)を説明するための工程図である。(A) thru | or (c) are process drawings for demonstrating the inspection method (offset and sensitivity calculation method) of the capacitive acceleration sensor of this invention. 本発明の静電容量型加速度センサのオフセット及び感度の算出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart for demonstrating the calculation method of the offset and sensitivity of the capacitive acceleration sensor of this invention. (a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法(X軸)を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the calculation method (X-axis) of an offset and a sensitivity in the inspection method of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention. (a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法(Y軸)を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the calculation method (Y-axis) of an offset and a sensitivity in the test | inspection method of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention. (a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法(Z軸)を説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating the calculation method (Z-axis) of an offset and a sensitivity in the inspection method of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention. 本発明に係る静電容量型加速度センサの検査装置を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the inspection apparatus of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention. 本発明に係る静電容量型加速度センサの他の実施例を説明するための構成図(上面図)である。It is a block diagram (top view) for demonstrating the other Example of the capacitive acceleration sensor which concerns on this invention.

まず、図面を参照して本発明に係る比較例について説明する。
図1(a),(b)は、本発明に係る比較例としての静電容量型加速度センサを説明するための構成図で、図1(a)は上面図、図1(b)は図1(a)のA−A断面図と基板断面図である。この静電容量型センサは、変位可能な重錘体22(22a乃至22e)を保持する枠体(保持部材)21と、重錘体22a乃至22eに対向するように、第1基板11上に設けられた検出電極11a乃至11d(11b,11dは図示せず)とを備え、重錘体22a乃至22dと検出電極11a乃至11dとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。
First, a comparative example according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A and 1B are configuration diagrams for explaining a capacitance type acceleration sensor as a comparative example according to the present invention. FIG. 1A is a top view and FIG. It is AA sectional drawing and board | substrate sectional drawing of 1 (a). This capacitive sensor is mounted on the first substrate 11 so as to oppose the weight bodies 22a to 22e and a frame body (holding member) 21 that holds the displaceable weight bodies 22 (22a to 22e). The detection electrodes 11a to 11d (11b and 11d are not shown) provided are configured to detect a change in electrostatic capacitance between the weight bodies 22a to 22d and the detection electrodes 11a to 11d. Yes.

重錘体22a乃至22eは、梁部材23a,23b,23c,23dを介して枠体21によって保持されている。第1基板11上に設けられた検出電極12a乃至12dは、重錘体22a乃至22dに対向して配置されたX軸用検出電極11a,11cと、Y軸用検出電極11b,11dとを備えている。   The weight bodies 22a to 22e are held by the frame body 21 via beam members 23a, 23b, 23c, and 23d. The detection electrodes 12a to 12d provided on the first substrate 11 include X-axis detection electrodes 11a and 11c and Y-axis detection electrodes 11b and 11d arranged to face the weights 22a to 22d. ing.

なお、梁部材23aは、重錘体22dと重錘体22aに挟まれ、梁部材23bは、重錘体22aと重錘体22bに挟まれ、梁部材23cは、重錘体22bと重錘体22cに挟まれ、梁部材23dは、重錘体22cと重錘体22dに挟まれた梁部材である。   The beam member 23a is sandwiched between the weight body 22d and the weight body 22a, the beam member 23b is sandwiched between the weight body 22a and the weight body 22b, and the beam member 23c is sandwiched between the weight body 22b and the weight body 22b. The beam member 23d is a beam member sandwiched between the weight body 22c and the weight body 22d.

また、重錘体22a乃至22eは、梁部材23a乃至23dの交点に配置された中心部22eを有するとともに、枠体21と梁部材23a乃至23dに沿って中心部22eからクローバ型に配置された周辺部22a乃至22dを有している。   The weight bodies 22a to 22e have a center portion 22e disposed at the intersections of the beam members 23a to 23d, and are disposed in a clover shape from the center portion 22e along the frame body 21 and the beam members 23a to 23d. Peripheral portions 22a to 22d are provided.

また、梁部材23a乃至23dは、重錘体22の中心部22eから枠体21の対角線上に沿って、重錘体の隣接する周辺部22a乃至22dに挟まれるように配置されている。また、検出電極11a乃至11dの形状は、中心から四方に連なるクローバ型に配置された重錘体の周辺部22a乃至22dに相似形の三角形である。   Further, the beam members 23 a to 23 d are arranged so as to be sandwiched between adjacent peripheral portions 22 a to 22 d of the weight body along the diagonal line of the frame body 21 from the center portion 22 e of the weight body 22. The shape of the detection electrodes 11a to 11d is a triangle similar to the peripheral portions 22a to 22d of the weight body arranged in a crowbar shape extending in four directions from the center.

また、同様に、第2基板31上に設けられた検出電極31a乃至31d(31b,31dは図示せず)とを備え、重錘体22a乃至22dと検出電極31a乃至31dとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。   Similarly, detection electrodes 31a to 31d (31b and 31d are not shown) provided on the second substrate 31 are provided, and electrostatic capacitances between the weight bodies 22a to 22d and the detection electrodes 31a to 31d are provided. It is configured to detect a change in capacity.

図2は、図1に示した静電容量型加速度センサの検査方法を説明するための図である。重錘体22は梁部材23により枠体21に保持されている。第1基板11には重錘体22に対応して検出電極11a,11cが配置され、第2基板31には重錘体22に対応して検出電極31a,31cが配置されている。重錘体22を保持する梁部材23と第1基板11に設けられた検出電極11a,11cとの距離をd0として、この検出電極11a,11cの面積をSとすると、加速度による慣性力はMaで、クーロン力は以下のように示される。 FIG. 2 is a diagram for explaining an inspection method of the capacitive acceleration sensor shown in FIG. The weight body 22 is held on the frame body 21 by a beam member 23. Detection electrodes 11 a and 11 c are arranged on the first substrate 11 corresponding to the weight body 22, and detection electrodes 31 a and 31 c are arranged on the second substrate 31 corresponding to the weight body 22. When the distance between the beam member 23 holding the weight body 22 and the detection electrodes 11a and 11c provided on the first substrate 11 is d 0 and the area of the detection electrodes 11a and 11c is S, the inertial force due to acceleration is In Ma, the Coulomb force is expressed as follows.

Figure 0005441027
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MとSはmmのオーダーのため、ばらつきによらず一定である。最もプロセスばらつきの影響を受けるのはd0(数μm)である。このd0がばらつくとクーロン力もばらつき、感度補正が困難になる。したがって、検出電極と重錘体との間の容量値の測定と組み合わせることで、このd0を推定し、正確なクーロン力の算出を行い、慣性力との対応を取ることが必要になる。 Since M and S are on the order of mm, they are constant regardless of variations. The most affected by the process variation is d 0 (several μm). If this d 0 varies, the Coulomb force also varies, making it difficult to correct the sensitivity. Therefore, it is necessary to estimate this d 0 by combining with the measurement of the capacitance value between the detection electrode and the weight body, to calculate the correct Coulomb force, and to deal with the inertial force.

この場合の検査装置としては、寄生容量の影響を受けず、重錘体と検出電極との間の容量を正確に検出できるCV変換回路とセンサ構造が必要になる。   The inspection apparatus in this case requires a CV conversion circuit and a sensor structure that can accurately detect the capacitance between the weight body and the detection electrode without being affected by the parasitic capacitance.

図3及び図4は、従来の静電容量型加速度検出装置におけるCV変換回路によるCV変換方式を説明するための回路図である。Csはセンサ部42の重錘体と検出電極との間の容量、Cpはセンサ部42とCV変換回路43の配線や電極パッドにつく対接地間の寄生容量、Cp’は各検出電極と枠体との間の寄生容量を示している。従来のスイッチトキャパシタを用いたCV変換方式はスイッチトキャパシタの等価抵抗値と抵抗回路の抵抗値の比にしたがって出力が決定されるものであり、演算増幅器の出力は以下の通りである。   3 and 4 are circuit diagrams for explaining a CV conversion method using a CV conversion circuit in a conventional capacitive acceleration detection device. Cs is a capacitance between the weight body of the sensor unit 42 and the detection electrode, Cp is a parasitic capacitance between the sensor unit 42 and the CV conversion circuit 43 between the wiring and the electrode pad, and Cp ′ is each detection electrode and the frame. It shows the parasitic capacitance between the body. In the conventional CV conversion method using a switched capacitor, the output is determined according to the ratio between the equivalent resistance value of the switched capacitor and the resistance value of the resistor circuit, and the output of the operational amplifier is as follows.

Figure 0005441027
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図5は、本発明のCV変換回路によるCV変換方式を説明するための説明図で、このCV変換回路43は、センサ部42の容量素子Csの検出電極に非反転入力端子が接続されている演算増幅器43aと、非反転入力端子と出力端子間に並列に接続されている抵抗Rと容量素子CFBとを備えている。また、演算増幅器43aの反転入力端子にはVcomが印加されている。また、センサ部42の重錘体の電位を高周波電圧に変調する高周波電圧印加回路41を備えている。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the CV conversion method by the CV conversion circuit of the present invention. In the CV conversion circuit 43, a non-inverting input terminal is connected to the detection electrode of the capacitive element Cs of the sensor unit. The operational amplifier 43a includes a resistor R and a capacitive element CFB connected in parallel between the non-inverting input terminal and the output terminal. Further, Vcom is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 43a. In addition, a high-frequency voltage application circuit 41 that modulates the potential of the weight body of the sensor unit 42 into a high-frequency voltage is provided.

センサ部42の出力に対して重錘体の電圧を高周波で変調をかけた場合、演算増幅器43aの出力は以下の通りである。   When the voltage of the weight body is modulated at a high frequency with respect to the output of the sensor unit 42, the output of the operational amplifier 43a is as follows.

Figure 0005441027
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この場合、センサ部42とCV変換回路43との間の配線と電極パッドにつく対接地(または他の固定電位)との間につく寄生容量Cpは出力として現れていない。また、高周波に変調をかけるため、演算増幅器のオフセットによらず容量値を検出できる。   In this case, the parasitic capacitance Cp between the wiring between the sensor unit 42 and the CV conversion circuit 43 and the ground (or other fixed potential) on the electrode pad does not appear as an output. Further, since the high frequency is modulated, the capacitance value can be detected regardless of the offset of the operational amplifier.

図6(a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの一実施例を説明するための構成図で、図6(a)は上面図、図6(b)は図1(a)のB−B断面図と基板断面図である。本発明の静電容量型センサは、変位可能な重錘体122(122a乃至122e)を保持する枠体(保持部材)121と、重錘体122a乃至122eに対向するように、第1基板111上に設けられた検出電極111a乃至111d(111b,111dは図示せず)とを備え、重錘体122a乃至122dと検出電極111a乃至111dとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。   6A and 6B are configuration diagrams for explaining an embodiment of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIG. 6A is a top view and FIG. 6B is a diagram. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line BB and a cross-sectional view of a substrate. The capacitance type sensor of the present invention includes a frame body (holding member) 121 that holds a displaceable weight body 122 (122a to 122e) and a first substrate 111 so as to face the weight bodies 122a to 122e. It includes detection electrodes 111a to 111d (111b and 111d not shown) provided on the top, and is configured to detect a change in electrostatic capacitance between the weight bodies 122a to 122d and the detection electrodes 111a to 111d. Has been.

重錘体122a乃至122eは、梁部材123a,123b,123c,123dにより保持され、さらにそれぞれの梁部材123a乃至123dの先端部は、支柱部材(ピラー)124a,124b,124c,124dによって保持されている。この梁部材123a乃至123d及びピラー124a乃至124dは、枠体121の内部空間において枠体121と非接触になっている。   The weight bodies 122a to 122e are held by beam members 123a, 123b, 123c, and 123d, and the distal ends of the beam members 123a to 123d are held by column members (pillars) 124a, 124b, 124c, and 124d. Yes. The beam members 123 a to 123 d and the pillars 124 a to 124 d are not in contact with the frame body 121 in the internal space of the frame body 121.

また、第1基板111上に設けられた検出電極112a乃至112dは、重錘体122a乃至122dに対向して配置されたX軸用検出電極111a,111cと、Y軸用検出電極111b,111dとを備えている。   The detection electrodes 112a to 112d provided on the first substrate 111 include X-axis detection electrodes 111a and 111c and Y-axis detection electrodes 111b and 111d arranged to face the weight bodies 122a to 122d, respectively. It has.

なお、梁部材123aは、重錘体122dと重錘体122aに挟まれ、梁部材123bは、重錘体122aと重錘体122bに挟まれ、梁部材123cは、重錘体122bと重錘体122cに挟まれ、梁部材123dは、重錘体122cと重錘体122dに挟まれた梁部材である。   The beam member 123a is sandwiched between the weight body 122d and the weight body 122a, the beam member 123b is sandwiched between the weight body 122a and the weight body 122b, and the beam member 123c is sandwiched between the weight body 122b and the weight body 122b. The beam member 123d is sandwiched between the body 122c and the beam member 122c and the weight body 122d.

また、重錘体122a乃至122eは、梁部材123a乃至123dの交点に配置された中心部122eを有するとともに、枠体121と梁部材123a乃至123dに沿って中心部122eからクローバ型に配置された周辺部122a乃至122dを有している。   The weight bodies 122a to 122e have a center portion 122e disposed at the intersections of the beam members 123a to 123d, and are disposed in a clover shape from the center portion 122e along the frame body 121 and the beam members 123a to 123d. Peripheral portions 122a to 122d are provided.

また、梁部材123a乃至123dは、重錘体122の中心部122eから枠体121の対角線上に沿って、重錘体の隣接する周辺部122a乃至122dに挟まれるように配置されている。また、検出電極111a乃至111dの形状は、中心から四方に連なるクローバ型に配置された重錘体の周辺部122a乃至122dに相似形の三角形である。   Further, the beam members 123a to 123d are arranged so as to be sandwiched between adjacent peripheral portions 122a to 122d of the weight body along the diagonal line of the frame body 121 from the center portion 122e of the weight body 122. The detection electrodes 111a to 111d are triangular in shape similar to the peripheral portions 122a to 122d of the weight body arranged in a crowbar shape extending in four directions from the center.

また、同様に、第2基板131上に設けられた検出電極131a乃至131d(131b,131dは図示せず)とを備え、重錘体122a乃至122dと検出電極131a乃至131dとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。   Similarly, detection electrodes 131a to 131d (131b and 131d are not shown) provided on the second substrate 131 are provided, and electrostatic capacitances between the weight bodies 122a to 122d and the detection electrodes 131a to 131d are provided. It is configured to detect a change in capacity.

つまり、一方の検出電極111a乃至111dを有する第1基板111と、この第1基板111の一方の検出電極111a乃至111dに対向するように設けられた他方の検出電極131a乃至131dを有する第2基板131と、第1基板111と第2基板131に挟まれるように設けられた枠体121と、この枠体121の内部空間において検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体122(122a乃至122d)と、枠体121の内部空間に設けられ、重錘体122を支持する複数の梁部材123(123a乃至123d)と、枠体121の内部空間に設けられ、梁部材123を支持する複数のピラー124(124a乃至124d)とを備え、梁部材121及びピラー124が、枠体121と非接触であるように構成されている。そのため、梁部材123及びピラー124と、枠体121との間には空隙部125が設けられている。   That is, the first substrate 111 having one detection electrode 111a to 111d and the second substrate having the other detection electrode 131a to 131d provided to face the one detection electrode 111a to 111d of the first substrate 111. 131, a frame body 121 provided so as to be sandwiched between the first substrate 111 and the second substrate 131, and a displaceable weight body 122 provided so as to be sandwiched between detection electrodes in the internal space of the frame body 121. (122a to 122d), a plurality of beam members 123 (123a to 123d) provided in the internal space of the frame body 121 and supporting the weight body 122, and provided in the internal space of the frame body 121. A plurality of pillars 124 (124a to 124d) to be supported, so that the beam member 121 and the pillar 124 are not in contact with the frame body 121. It has been made. Therefore, a gap 125 is provided between the beam member 123 and the pillar 124 and the frame body 121.

図7は、図6(b)に示した静電容量型加速度センサを用いた検出装置を説明するための構成図である。センサ部の重錘体と各検出電極との間の容量Csと、各検出電極と枠体との間の寄生容量Cp’を考慮している。なお、重錘体122及び枠体121には、高周波電圧印加回路141により高周波電圧を印加され、枠体121は接地されており、各検出電極と枠体との間の寄生容量Cp’を除去するようになっている。なお、この実施例では、枠体121と梁部材は非接触の構造をとっているが、電気的に分離されていれば、間に絶縁物をいれる構造であってもかまわない。   FIG. 7 is a configuration diagram for explaining a detection device using the capacitive acceleration sensor shown in FIG. The capacitance Cs between the weight body of the sensor unit and each detection electrode and the parasitic capacitance Cp ′ between each detection electrode and the frame are taken into consideration. A high frequency voltage is applied to the weight body 122 and the frame body 121 by the high frequency voltage application circuit 141, and the frame body 121 is grounded, and a parasitic capacitance Cp ′ between each detection electrode and the frame body is removed. It is supposed to be. In this embodiment, the frame body 121 and the beam member have a non-contact structure. However, as long as the frame body 121 and the beam member are electrically separated, an insulating material may be inserted therebetween.

図8は、図7に示した静電容量型加速度検出装置におけるCV変換回路によるCV変換方式を説明するための回路構成図である。センサ部142の出力に対して重錘体の電圧を高周波で変調をかけた場合、演算増幅器143aの出力は以下の通りである。   FIG. 8 is a circuit configuration diagram for explaining a CV conversion method using a CV conversion circuit in the capacitive acceleration detecting device shown in FIG. When the voltage of the weight body is modulated at a high frequency with respect to the output of the sensor unit 142, the output of the operational amplifier 143a is as follows.

Figure 0005441027
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本発明の静電容量型加速度センサにおいては、枠体121と重錘体122の電位を分離することで枠体121と各検出電極との間の寄生容量Cp’を除去し、クーロン力にかかわる各検出電極と重錘体122との間の容量値Csのみを検出することができる。   In the capacitive acceleration sensor of the present invention, the parasitic capacitance Cp ′ between the frame body 121 and each detection electrode is removed by separating the potentials of the frame body 121 and the weight body 122, and the Coulomb force is involved. Only the capacitance value Cs between each detection electrode and the weight body 122 can be detected.

図9(a)乃至(c)は、本発明の静電容量型加速度センサの検査方法(オフセット及び感度)を説明するための工程図で、図10は、本発明の静電容量型加速度センサのオフセット及び感度の算出方法を説明するためのフローチャートを示す図である。   FIGS. 9A to 9C are process diagrams for explaining the inspection method (offset and sensitivity) of the capacitive acceleration sensor of the present invention, and FIG. 10 is a capacitive acceleration sensor of the present invention. It is a figure which shows the flowchart for demonstrating the calculation method of an offset and sensitivity.

まず、本発明に係る静電容量型加速度センサにおける重錘体122と各検出電極111,131との間の静電容量Cs1,Cs2( ∝ Va,Vb)を第1のCV変換回路143aと第2のCV変換回路143bで検出して、その容量値からオフセットを算出する(ステップS1,図9(a),(b))。このとき重錘体122と全ての検出電極の電位は、Vcomとなっており、電位差はなくクーロン力はかからなくなっている(Fco=0)。次に、重錘体122と一方の検出電極111との間に電位差VDDを与える(ステップS2)。次に、一方の検出電極111に印加電圧VDDを印加した状態において、この印加電圧の大きさと静電容量の値から重錘体122に働いているクーロン力の大きさを求めて、他方の検出電極131と重錘体122との間の静電容量Cs2’( ∝ Vc)を第3のCV変換回路143cで検出する(ステップS3,図9(c))。次に、このクーロン力Fco=Cs1(VDD−Vcom)2/d0∝Cs12・(VDD−Vcom)2の値と、他方の検出電極131と重錘体122との間の静電容量の変化量( ∝ Vb−Vc)を比較する(ステップS4)。次に、VaとVb−Vcと印加電圧(VDD−Vcom)から感度の補正値を求めて感度の較正を行う(ステップS5)。 First, the capacitances Cs1, Cs2 ((Va, Vb) between the weight body 122 and the detection electrodes 111, 131 in the capacitance type acceleration sensor according to the present invention are changed to the first CV conversion circuit 143a and the first CV conversion circuit 143a. 2 is detected by the CV conversion circuit 143b, and an offset is calculated from the capacitance value (step S1, FIGS. 9A and 9B). At this time, the potentials of the weight body 122 and all the detection electrodes are Vcom, there is no potential difference, and no Coulomb force is applied (Fco = 0). Next, a potential difference VDD is applied between the weight body 122 and one detection electrode 111 (step S2). Next, in a state where the applied voltage VDD is applied to one detection electrode 111, the magnitude of the Coulomb force acting on the weight body 122 is obtained from the magnitude of the applied voltage and the capacitance value, and the other detection is performed. The capacitance Cs2 ′ (∝Vc) between the electrode 131 and the weight body 122 is detected by the third CV conversion circuit 143c (step S3, FIG. 9C). Next, the value of this Coulomb force Fco = Cs1 (VDD−Vcom) 2 / d 0 ∝Cs1 2 · (VDD−Vcom) 2 and the capacitance between the other detection electrode 131 and the weight body 122 The amount of change (∝Vb−Vc) is compared (step S4). Next, a sensitivity correction value is obtained from Va, Vb-Vc, and the applied voltage (VDD-Vcom) to calibrate the sensitivity (step S5).

次に、図11(a),(b)乃至図13に基づいて、さらに具体的に感度及びオフセットの算出方法について説明する。   Next, a method for calculating sensitivity and offset will be described more specifically based on FIGS. 11 (a) and 11 (b) to FIG.

図11(a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法(X軸)を説明するための図である。なお、検出電極111cと重錘体122との間の容量値をCx1、検出電極111aと重錘体122との間の容量値をCx2、検出電極131cと重錘体122との間の容量値をCx3、検出電極131aと重錘体122との間の容量値をCx4とする。また、検出電極111a,111c,131a,131cには、それぞれCV変換回路143が接続されている。   FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining an offset and sensitivity calculation method (X axis) in the inspection method of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. The capacitance value between the detection electrode 111c and the weight body 122 is Cx1, the capacitance value between the detection electrode 111a and the weight body 122 is Cx2, and the capacitance value between the detection electrode 131c and the weight body 122. Is Cx3, and the capacitance value between the detection electrode 131a and the weight body 122 is Cx4. A CV conversion circuit 143 is connected to each of the detection electrodes 111a, 111c, 131a, and 131c.

まず、図11(a)に示すように、上述したCV変換回路及び静電容量型加速度センサを用いて、Cx1乃至Cx4の容量値を検出する。次に、(Cx1+Cx4)−(Cx2+Cx3)を計算してオフセットを算出する。次に、図11(b)に示すように、Cx2及びCX3をVDDにしてクーロン力をかけ、Cx1及びCx4の容量変化(ΔCx1,ΔCx4)を検出する。次に、容量変化(ΔCx1、ΔCx4)とクーロン力( ∝ Cx22、Cx32)から感度Sx(F/G)を算出する。 First, as shown in FIG. 11A, the capacitance values of Cx1 to Cx4 are detected using the above-described CV conversion circuit and electrostatic capacitance type acceleration sensor. Next, (Cx1 + Cx4) − (Cx2 + Cx3) is calculated to calculate an offset. Next, as shown in FIG. 11 (b), Cx2 and CX3 are set to VDD and a Coulomb force is applied to detect capacitance changes (ΔCx1, ΔCx4) of Cx1 and Cx4. Next, the sensitivity Sx (F / G) is calculated from the capacitance change (ΔCx1, ΔCx4) and the Coulomb force (∝Cx2 2 , Cx3 2 ).

図12(a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法(Y軸)を説明するための図である。なお、検出電極111dと重錘体122との間の容量値をCy1、検出電極111bと重錘体122との間の容量値をCy2、検出電極131dと重錘体122との間の容量値をCy3、検出電極131bと重錘体122との間の容量値をCy4とする。また、検出電極111b,111d,131b,131dには、それぞれCV変換回路143が接続されている。   FIGS. 12A and 12B are diagrams for explaining a calculation method (Y axis) of offset and sensitivity in the inspection method of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. The capacitance value between the detection electrode 111d and the weight body 122 is Cy1, the capacitance value between the detection electrode 111b and the weight body 122 is Cy2, and the capacitance value between the detection electrode 131d and the weight body 122. Is Cy3, and the capacitance value between the detection electrode 131b and the weight body 122 is Cy4. A CV conversion circuit 143 is connected to each of the detection electrodes 111b, 111d, 131b, and 131d.

まず、図12(a)に示すように、上述したCV変換回路及び静電容量型加速度センサを用いて、Cy1乃至Cy4の容量値を検出する。次に、(Cy1+Cy4)−(Cy2+Cy3)を計算してオフセットを算出する。次に、図12(b)に示すように、Cy2及びCy3をVDDにしてクーロン力をかけ、Cy1及びCy4の容量変化(ΔCy1,ΔCy4)を検出する。次に、容量変化(ΔCy1,ΔCy4)とクーロン力( ∝ Cy22,Cy32)の比から感度Sy(F/G)を算出する。 First, as shown in FIG. 12A, the capacitance values of Cy1 to Cy4 are detected by using the CV conversion circuit and the capacitive acceleration sensor described above. Next, (Cy1 + Cy4) − (Cy2 + Cy3) is calculated to calculate an offset. Next, as shown in FIG. 12 (b), Cy2 and Cy3 are set to VDD and a Coulomb force is applied to detect capacitance changes (ΔCy1, ΔCy4) of Cy1 and Cy4. Next, the sensitivity Sy (F / G) is calculated from the ratio between the capacitance change (ΔCy1, ΔCy4) and the Coulomb force (∝Cy2 2 , Cy3 2 ).

図13は、本発明に係る静電容量型加速度センサの検査方法におけるオフセット及び感度の算出方法(Z軸)を説明するための図である。なお、検出電極111cと重錘体122との間の容量値をCx1,Cy1、検出電極111aと重錘体122との間の容量値をCx2,Cy2、検出電極131cと重錘体122との間の容量値をCx3,Cy3、検出電極131aと重錘体122との間の容量値をCx4,Cy4とする。また、検出電極111a,111c,131a,131cには、それぞれCV変換回路143が接続されている。   FIG. 13 is a diagram for explaining a calculation method (Z axis) of offset and sensitivity in the inspection method for the capacitive acceleration sensor according to the present invention. The capacitance value between the detection electrode 111c and the weight body 122 is Cx1, Cy1, the capacitance value between the detection electrode 111a and the weight body 122 is Cx2, Cy2, and the detection electrode 131c and the weight body 122 are The capacitance value between them is Cx3, Cy3, and the capacitance value between the detection electrode 131a and the weight body 122 is Cx4, Cy4. A CV conversion circuit 143 is connected to each of the detection electrodes 111a, 111c, 131a, and 131c.

まず、上述したCV変換回路及び静電容量型加速度センサを用いて(Cx1+Cx2+Cy1+Cy2)−(Cx3+Cx4+Cy3+Cy4)の容量値を検出する。次に、Cx1,Cx4,Cy3,Cy4をVDDとし、Cx1,Cx2,Cy1,Cy2の容量変化(ΔCx1,ΔCy1,ΔCx2,ΔCy2)を算出する。次に、容量変化(ΔCx1、ΔCy1、ΔCx2、ΔCy2)とクーロン力( ∝ Cx32、Cx42、Cy32、Cy42)の比から感度Sz(F/G)を算出する。次に、Z軸のオフセットを1G分補正して求める(もともと重力加速度で1Gがかかっているため)。つまり、(Cx1+Cx2+Cy1+Cy2)−(Cx3+Cx4+Cy3+Cy4)+Sz・Gとなる。 First, the capacitance value of (Cx1 + Cx2 + Cy1 + Cy2) − (Cx3 + Cx4 + Cy3 + Cy4) is detected using the above-described CV conversion circuit and capacitive acceleration sensor. Next, Cx1, Cx4, Cy3, and Cy4 are set to VDD, and the capacitance change (ΔCx1, ΔCy1, ΔCx2, ΔCy2) of Cx1, Cx2, Cy1, and Cy2 is calculated. Next, the sensitivity Sz (F / G) is calculated from the ratio between the capacitance change (ΔCx1, ΔCy1, ΔCx2, ΔCy2) and the Coulomb force (∝Cx3 2 , Cx4 2 , Cy3 2 , Cy4 2 ). Next, the Z-axis offset is corrected by 1G (because 1G is originally applied by gravitational acceleration). That is, (Cx1 + Cx2 + Cy1 + Cy2) − (Cx3 + Cx4 + Cy3 + Cy4) + Sz · G.

図14は、本発明の静電容量型加速度センサの検査装置を説明するためのブロック図で、図中51は静電容量型加速度センサ、52はCV変換回路、53はE2PROM(EEPROM;Electrically Erasable and Programmable ROM)、54はXYZ感度調整回路(PGA;プログラマブル利得増幅器)、55は復調回路、56は高周波電圧印加回路、57はXYZオフセット調整回路を示している。   FIG. 14 is a block diagram for explaining an inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor according to the present invention, in which 51 is a capacitive acceleration sensor, 52 is a CV conversion circuit, 53 is an E2PROM (EEPROM; Electrically Erasable). and Programmable ROM), 54 is an XYZ sensitivity adjustment circuit (PGA; programmable gain amplifier), 55 is a demodulation circuit, 56 is a high frequency voltage application circuit, and 57 is an XYZ offset adjustment circuit.

高周波電圧印加回路56は、図7及び図8に示したように、静電容量型加速度センサ51の重錘体122及び枠体121に高周波電圧を印加するものである。静電容量型加速度センサ51は、図7に示したような構成を有するものである。CV変換回路52は、静電容量型加速度センサ51からの出力信号に基づいて容量変化を検出電圧に変換し、加速度信号を出力するものである。このCV変換回路52における具体的なCV変換方式及び回路図は、図8に示したとおりである。   The high frequency voltage application circuit 56 applies a high frequency voltage to the weight body 122 and the frame body 121 of the capacitive acceleration sensor 51, as shown in FIGS. The capacitive acceleration sensor 51 has a configuration as shown in FIG. The CV conversion circuit 52 converts a capacitance change into a detection voltage based on an output signal from the capacitive acceleration sensor 51, and outputs an acceleration signal. A specific CV conversion method and circuit diagram in the CV conversion circuit 52 are as shown in FIG.

XYZ感度調整回路54は、CV変換回路52からの加速度信号に基づいてX,Y,Z軸の感度を調整するものである。復調回路55は、XYZ感度調整回路54からのX,Y,Z軸の感度信号に基づいて、高周波に変調している加速度信号を直流成分に復調するものである。XYZオフセット調整回路57は復調回路55からの出力に基づいてX,Y,Z軸のオフセットを調整し、それぞれ加速度成分Ax,Ay,Azを出力するものである。E2PROM53は、感度、オフセットの補正値を書き込むためのメモリである。   The XYZ sensitivity adjustment circuit 54 adjusts the sensitivity of the X, Y, and Z axes based on the acceleration signal from the CV conversion circuit 52. The demodulating circuit 55 demodulates an acceleration signal modulated into a high frequency into a DC component based on the X, Y, and Z axis sensitivity signals from the XYZ sensitivity adjusting circuit 54. The XYZ offset adjustment circuit 57 adjusts the X, Y, and Z axis offsets based on the output from the demodulation circuit 55, and outputs acceleration components Ax, Ay, and Az, respectively. The E2PROM 53 is a memory for writing sensitivity and offset correction values.

つまり、本発明の静電容量型加速度センサの検査装置は、静電容量型加速度センサにおける重錘体122と各検出電極111,131との間の静電容量Cs1,Cs2( ∝ Va,Vb)を検出(図9(a),(b))して、その容量値からオフセットを算出するようにする第1のCV変換回路(第1の容量算出手段)143a及び第2のCV変換回路(第2の容量算出手段)143bと、重錘体122と一方の検出電極111との間に電位差VDDを与え、この印加電圧の大きさと静電容量のオフセット値から重錘体122に働いているクーロン力の大きさを求めて、他方の検出電極131と重錘体122との間の静電容量Cs2’( ∝ Vc)を検出(図9(c))する第3のCV変換回路(第3の容量算出手段)143cと、他方の検出電極131と重錘体122との間の静電容量の変化(Vb−Vc)を比較する比較器と、VaとVb−Vcと印加電圧(VDD−Vcom)から感度の補正値を求めて感度の較正を行なうXYZ感度調整回路54とを備えている。   That is, the inspection apparatus for the capacitive acceleration sensor according to the present invention includes the electrostatic capacitances Cs1, Cs2 ((Va, Vb) between the weight body 122 and the detection electrodes 111, 131 in the capacitive acceleration sensor. Is detected (FIGS. 9A and 9B), and the first CV conversion circuit (first capacitance calculation means) 143a and the second CV conversion circuit ( Second potential calculation means) 143b, a weight difference VDD is provided between the weight body 122 and one of the detection electrodes 111, and the weight body 122 works on the basis of the magnitude of the applied voltage and the offset value of the capacitance. A third CV conversion circuit (the first CV conversion circuit) for detecting the magnitude of the Coulomb force and detecting the capacitance Cs2 ′ (∝Vc) between the other detection electrode 131 and the weight body 122 (FIG. 9C). 3 capacity calculation means) 143c and the other detection A comparator that compares the capacitance change (Vb−Vc) between the pole 131 and the weight body 122, and a sensitivity correction value is obtained from Va, Vb−Vc, and the applied voltage (VDD−Vcom). And an XYZ sensitivity adjustment circuit 54 for performing the calibration.

このような構成により、故障検出に加え、加速度センサの感度ばらつきに対する補正を行うことができ、また、電圧印加手段と電圧検出手段を用いている既存の半導体テスタにより簡単に検査することができる。   With such a configuration, in addition to detecting a failure, it is possible to correct for variations in sensitivity of the acceleration sensor, and it is possible to easily inspect with an existing semiconductor tester using the voltage applying means and the voltage detecting means.

なお、この発明は、上述した実施例に限定されるものでなく、様々な実施例をとりうる。例えば、CV変換回路の構成であれば、配線や電極パッドにつく寄生容量がオフセットにならない構成であれば、他の方式でも適用は可能である。   In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various Example can be taken. For example, in the configuration of the CV conversion circuit, other methods can be applied as long as the parasitic capacitance attached to the wiring and the electrode pad is not offset.

また、センサ構造についても、上述した実施例では枠体121と重錘体122の間に空隙部125を設けているが、枠体121と重錘体122が電気的に分離していれば他の構成を適用することも可能である。また、図15に示すような枠体と梁部材が田型に配置される構成であってもかまわない。   In addition, regarding the sensor structure, the gap portion 125 is provided between the frame body 121 and the weight body 122 in the above-described embodiment. However, if the frame body 121 and the weight body 122 are electrically separated, the sensor structure may be different. It is also possible to apply this configuration. Further, the frame and the beam member as shown in FIG.

図15は、本発明に係る静電容量型加速度センサの他の実施例を説明するための構成図(上面図)である。本発明の他の実施例の静電容量型センサは、変位可能な重錘体222(222a乃至222e)を保持する枠体(保持部材)221と、重錘体222a乃至222eに対向するように、第1基板上に設けられた検出電極とを備え、重錘体222a乃至222dと検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されている。   FIG. 15 is a configuration diagram (top view) for explaining another embodiment of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. The capacitive sensor according to another embodiment of the present invention is configured to oppose the weight bodies 222a to 222e and the frame body (holding member) 221 that holds the displaceable weight bodies 222 (222a to 222e). And a detection electrode provided on the first substrate, and configured to detect a change in capacitance between the weights 222a to 222d and the detection electrode.

重錘体222a乃至222eは、梁部材223a,223b,223c,223dにより保持され、さらにそれぞれの梁部材223a乃至223dの先端部は、支柱部材(ピラー)224a,224b,224c,224dによって保持されている。この梁部材223a乃至223d及びピラー224a乃至224dは、枠体221の内部空間において枠体221と非接触になっている。この実施例では、枠体221と梁部材は非接触の構造をとっているが、電気的に分離されていれば、間に絶縁物をいれる構造であってもかまわない。   The weight bodies 222a to 222e are held by beam members 223a, 223b, 223c, and 223d, and the tip portions of the beam members 223a to 223d are held by column members (pillars) 224a, 224b, 224c, and 224d. Yes. The beam members 223 a to 223 d and the pillars 224 a to 224 d are not in contact with the frame body 221 in the internal space of the frame body 221. In this embodiment, the frame body 221 and the beam member have a non-contact structure. However, as long as the frame body 221 and the beam member are electrically separated from each other, a structure in which an insulator is inserted may be used.

また、第1基板上に設けられた検出電極は、重錘体222a乃至222dに対向して配置されたX軸用検出電極とY軸用検出電極とを備えている。   The detection electrode provided on the first substrate includes an X-axis detection electrode and a Y-axis detection electrode arranged to face the weight bodies 222a to 222d.

なお、梁部材223aは、重錘体222aと重錘体222bに挟まれ、梁部材223bは、重錘体222bと重錘体222cに挟まれ、梁部材223cは、重錘体222cと重錘体222dに挟まれ、梁部材223dは、重錘体222dと重錘体222aに挟まれた梁部材である。   The beam member 223a is sandwiched between the weight body 222a and the weight body 222b, the beam member 223b is sandwiched between the weight body 222b and the weight body 222c, and the beam member 223c is sandwiched between the weight body 222c and the weight body 222c. The beam member 223d is a beam member sandwiched between the weight body 222d and the weight body 222a.

また、重錘体222a乃至222eは、梁部材223a乃至223dの交点に配置された中心部222eを有するとともに、枠体221と梁部材223a乃至223dに沿って中心部222eから田形に配置された周辺部222a乃至222dを有している。   In addition, the weight bodies 222a to 222e have a center portion 222e disposed at the intersections of the beam members 223a to 223d, and the periphery disposed in a square shape from the center portion 222e along the frame body 221 and the beam members 223a to 223d. It has parts 222a to 222d.

また、梁部材223a乃至223dは、重錘体222の中心部222eから枠体221の各辺に沿って、重錘体の隣接する周辺部222a乃至222dに挟まれるように配置されている。また、検出電極の形状は、田型に配置された重錘体の周辺部222a乃至222dに相似形の田型配置が好ましい。   Further, the beam members 223a to 223d are arranged so as to be sandwiched between adjacent peripheral portions 222a to 222d of the weight body along each side of the frame body 221 from the center portion 222e of the weight body 222. Moreover, the shape of the detection electrode is preferably a rice field-like arrangement similar to the peripheral parts 222a to 222d of the weight body arranged in a rice field.

また、同様に、第2基板に設けられた検出電極とを備え、重錘体222a乃至222dと検出電極との間の静電容量の変化を検出するように構成されている。   Similarly, it includes a detection electrode provided on the second substrate, and is configured to detect a change in capacitance between the weights 222a to 222d and the detection electrode.

また、クーロン力を与える際の印加電圧は、実施例中ではVDDを例にあげているが、GND等の他の所定の電位、または交流電圧であってもよい。   In addition, the applied voltage when applying the Coulomb force is exemplified by VDD in the embodiment, but may be another predetermined potential such as GND or an AC voltage.

また、実施例では検出電極と枠体との寄生容量の影響について述べているが、基板が導電性の場合は基板と検出電極の間につく容量に対しても、同様に重錘体122と基板を電気的に分離することで影響を除去することができる。   In the embodiment, the influence of the parasitic capacitance between the detection electrode and the frame is described. However, when the substrate is conductive, the weight 122 is similarly applied to the capacitance between the substrate and the detection electrode. The influence can be removed by electrically separating the substrate.

また、実施例ではZ方向の検出電極はX、Y方向の検出電極と共用しているが、Z検出電極は別個に用意してもかまわない。   In the embodiment, the detection electrode in the Z direction is shared with the detection electrode in the X and Y directions, but the Z detection electrode may be prepared separately.

また、実施例中の検出装置では、E2PROMやPGAを用いたものを例にあげているが、それに限定されるものでなく、感度、オフセットが較正できる構成であればよい。   Moreover, although the detection apparatus in an Example has mentioned the thing using E2PROM and PGA as an example, it is not limited to it, What is necessary is just a structure which can calibrate a sensitivity and an offset.

11,111 第1基板
11a乃至11d,111a乃至111d 検出電極
21,121 枠体(保持部材)
22(22a乃至22e),122(122a乃至122e),222(222a乃至222e) 重錘体
23a乃至23d,123a乃至123d,223a乃至223d 梁部材
31,131 第2基板
31a乃至31d,131a乃至131d 検出電極
41,141 高周波電圧印加回路
42,142 センサ部
43,143(143a乃至143c) CV変換回路(容量算出手段)
43a,143a 演算増幅器
51 静電容量型加速度センサ
52 CV変換回路
53 E2PROM
54 XYZ感度調整回路
55 復調回路
56 高周波電圧印加回路
57 XYZオフセット電圧調整回路
124a乃至124d,224a乃至224d 支柱部材(ピラー)
11, 111 1st board | substrate 11a thru | or 11d, 111a thru | or 111d Detection electrode 21, 121 Frame (holding member)
22 (22a to 22e), 122 (122a to 122e), 222 (222a to 222e) Weights 23a to 23d, 123a to 123d, 223a to 223d Beam members 31, 131 Second substrates 31a to 31d, 131a to 131d Detection Electrodes 41, 141 High-frequency voltage application circuits 42, 142 Sensor units 43, 143 (143a to 143c) CV conversion circuit (capacity calculation means)
43a, 143a Operational amplifier 51 Capacitive acceleration sensor 52 CV conversion circuit 53 E2PROM
54 XYZ sensitivity adjustment circuit 55 Demodulation circuit 56 High frequency voltage application circuit 57 XYZ offset voltage adjustment circuits 124a to 124d, 224a to 224d Post members (pillars)

Claims (8)

一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査方法であって、
まず、前記静電容量型加速度センサの前記重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するステップと、
次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与えるステップと、
次に、前記電位差により前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、
次に、前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較するステップと、
次に、前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行うステップと
を有することを特徴とする静電容量型加速度センサの検査方法。
A capacitive acceleration having one detection electrode, the other detection electrode provided to face the one detection electrode, and a displaceable weight body provided to be sandwiched between the detection electrodes A sensor inspection method,
First, detecting a capacitance between the weight body of the capacitive acceleration sensor and each detection electrode, and calculating an offset from a capacitance value of the capacitance;
Next, providing a potential difference between the weight body and the one detection electrode;
Next, in a state where different applied voltages are applied to the one detection electrode due to the potential difference, a capacitance between the other detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body is determined. Detecting step;
Next, comparing the amount of change in capacitance between the other detection electrode and the weight body before and after applying a potential difference between the one detection electrode and the weight body;
Next, the capacitance between the weight body and the one detection electrode, the applied voltage, and the other detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body A method for inspecting a capacitance type acceleration sensor, comprising: obtaining a correction value of sensitivity from an amount of change in capacitance between the two and performing calibration of sensitivity.
前記静電容量を検出するステップが、
前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体に等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと、
前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出するステップと
を有することを特徴とする請求項1に記載の静電容量型加速度センサの検査方法。
Detecting the capacitance comprises:
Detecting a capacitance between the other detection electrode and the weight body in a state where an applied voltage equal to the weight body is applied to the one detection electrode, the other detection electrode, and the weight body; ,
The other detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body in a state where an applied voltage different from that of the other weight detection body and the weight body is applied to the one detection electrode. The method for detecting a capacitance type acceleration sensor according to claim 1, further comprising: detecting a capacitance between the two.
一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有する静電容量型加速度センサの検査装置であって、
前記静電容量型加速度センサの重錘体と前記各検出電極との間の静電容量を検出して、該静電容量の容量値からオフセットを算出するようにする第1及び第2の容量算出手段と、
前記重錘体と前記一方の検出電極との間に電位差を与える電圧印加手段と、
前記電圧印加手段により電位差を与えて前記一方の検出電極に異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記一方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量及び前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第3の容量算出手段と、
前記一方の検出電極と前記重錘体との間に電位差を与える前後での、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量を比較する比較手段と、
前記重錘体と前記一方の検出電極との間の静電容量と、前記印加電圧と、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量の変化量から感度の補正値を求めて感度の較正を行なう感度調整手段と
を備えていることを特徴とする静電容量型加速度センサの検査装置。
A capacitive acceleration having one detection electrode, the other detection electrode provided to face the one detection electrode, and a displaceable weight body provided to be sandwiched between the detection electrodes A sensor inspection device,
First and second capacitances for detecting an electrostatic capacitance between the weight body of the capacitive acceleration sensor and each of the detection electrodes and calculating an offset from the capacitance value of the electrostatic capacitance. A calculation means;
Voltage application means for providing a potential difference between the weight body and the one detection electrode;
In a state in which a different potential is applied to the one detection electrode by applying a potential difference by the voltage application means, a static force between the one detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body. A third capacitance calculating means for detecting a capacitance and a capacitance between the other detection electrode and the weight body;
Comparison means for comparing the amount of change in capacitance between the other detection electrode and the weight body before and after applying a potential difference between the one detection electrode and the weight body;
The electrostatic capacitance between the weight body and the one detection electrode, the applied voltage, and the static electricity between the other detection electrode and the weight body at the Coulomb force acting on the weight body. An inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor, comprising: a sensitivity adjustment unit that obtains a sensitivity correction value from the amount of change in capacitance and calibrates the sensitivity.
前記静電容量検出手段が、
前記一方の検出電極と、前記他方の検出電極と、前記重錘体とに等しい印加電圧を印加した状態において、前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第1及び第2の容量算出手段と、
前記一方の検出電極に、前記他方の検出電極と、前記重錘体と異なる印加電圧を印加した状態において、前記重錘体に働いているクーロン力における前記他方の検出電極と前記重錘体との間の静電容量を検出する第3の容量算出手段と
を有することを特徴とする請求項3に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
The capacitance detection means is
First, a capacitance between the other detection electrode and the weight body is detected in a state where an equal applied voltage is applied to the one detection electrode, the other detection electrode, and the weight body. First and second capacity calculating means;
The other detection electrode and the weight body in the Coulomb force acting on the weight body in a state where an applied voltage different from that of the other weight detection body and the weight body is applied to the one detection electrode. The capacitance type acceleration sensor inspection apparatus according to claim 3, further comprising: a third capacitance calculation unit that detects a capacitance between the first and second capacitance calculation units.
前記容量検出手段が、
前記重錘体の電圧を高周波電圧に変調する高周波電圧の印加装置と、前期検出電極に接続される演算増幅器と、前記高周波を直流成分に復調する復調回路を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
The capacity detection means;
4. A high-frequency voltage applying device for modulating the voltage of the weight body to a high-frequency voltage, an operational amplifier connected to the detection electrode in the previous period, and a demodulating circuit for demodulating the high-frequency into a DC component. Or the inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor according to 4;
前記静電容量型加速度センサが、
一方の検出電極を有する第1基板と、
該第1基板の前記一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板に挟まれるように設けられた保持部材と、
該保持部材の内部空間において前記検出電極に挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体と、
該重錘体を支持する複数の梁部材と、
該梁部材を支持する複数の支柱部材とを備え、
前記梁部材及び前記支柱部材が、前記保持部材と非接触であることを特徴とする請求項5に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。
The capacitive acceleration sensor is
A first substrate having one detection electrode;
A second substrate having the other detection electrode provided to face the one detection electrode of the first substrate;
A holding member provided to be sandwiched between the first substrate and the second substrate;
A displaceable weight body provided so as to be sandwiched between the detection electrodes in the internal space of the holding member;
A plurality of beam members for supporting the weight body;
A plurality of support members that support the beam member;
The inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor according to claim 5, wherein the beam member and the support member are not in contact with the holding member.
前記梁部材及び前記支柱部材と、前記保持部材との間に空隙部を設けたことを特徴とする請求項6に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。   The inspection apparatus for a capacitive acceleration sensor according to claim 6, wherein a gap is provided between the beam member and the support member and the holding member. 前記保持部材が接地されることを特徴とする請求項6又は7に記載の静電容量型加速度センサの検査装置。   8. The capacitive acceleration sensor inspection apparatus according to claim 6, wherein the holding member is grounded.
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