JP5582001B2 - Mechanical quantity sensor, combined mechanical quantity sensor, electronic circuit board and electronic device - Google Patents

Mechanical quantity sensor, combined mechanical quantity sensor, electronic circuit board and electronic device Download PDF

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Description

本発明は、外力に応じて変位する素子を用いて力学量を検出する力学量センサ及び力学量センサの製造方法に関する。   The present invention relates to a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity using an element that is displaced according to an external force, and a method for manufacturing the mechanical quantity sensor.

近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に力学量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造され、小型軽量化が図られている。例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて形成される小型で単純な構造を有する加速度センサには、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位をピエゾ抵抗素子や静電容量素子等を利用して検出するタイプのセンサが実用化されている。   In recent years, various electronic devices have been reduced in size, weight, functionality, and functionality, and electronic components to be mounted have been required to have higher density. In response to such demands, an increasing number of electronic components are manufactured as semiconductor devices. For this reason, in addition to the semiconductor device manufactured as a circuit element, a sensor for detecting a mechanical quantity is also manufactured using the semiconductor device, and a reduction in size and weight is achieved. For example, in an acceleration sensor having a small and simple structure formed by using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, a movable part that is displaced according to an external force is formed on a semiconductor substrate, and the displacement of the movable part is measured by piezoelectricity. A sensor of a type that uses a resistance element, a capacitance element or the like for detection has been put into practical use.

このような半導体センサのうち、静電容量型の半導体センサとして、半導体基板上に櫛歯状の可動電極を複数形成し、可動電極と固定電極との間隙の大きさに応じて検出される静電容量に基づき、物理量の変位を検出しようとするものがある(例えば、特許文献1参照。)。   Among such semiconductor sensors, as a capacitance type semiconductor sensor, a plurality of comb-like movable electrodes are formed on a semiconductor substrate, and static electricity detected in accordance with the size of the gap between the movable electrode and the fixed electrode. Some attempt to detect the displacement of a physical quantity based on the electric capacity (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−298408号公報JP 2007-298408 A

しかしながら、上述の特許文献1により提案された静電容量型の半導体センサでは、静電容量変化により微小な物理量の変位を検知するため、センサの外部に、検出信号(静電容量の変化)を処理するためのC−V変換回路等が必要であり、この外部回路を含む力学量検出システムのコストが高くなるという問題点があった。また、検出される外力の方向も限られるものであった。   However, in the electrostatic capacity type semiconductor sensor proposed by the above-mentioned Patent Document 1, since a displacement of a minute physical quantity is detected by a change in electrostatic capacity, a detection signal (change in electrostatic capacity) is sent outside the sensor. A CV conversion circuit or the like for processing is necessary, and there is a problem that the cost of the mechanical quantity detection system including the external circuit is increased. Further, the direction of the detected external force is limited.

本発明は上述した従来の問題点に鑑み、外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができ、低コストに製造することのできる力学量センサ及び力学量センサの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a mechanical quantity sensor that can detect the magnitude and direction of external force and acceleration, and can be manufactured at low cost, and a method for manufacturing the mechanical quantity sensor. Objective.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された複数の固定部と、前記複数の固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、前記複数の固定部に各々電気的に接続された複数の第1端子と、前記固定電極に電気的に接続された第2端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。   A mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a plurality of fixing portions disposed on the substrate, and one end portion supported by each of the plurality of fixing portions and spaced apart from the substrate. A plurality of movable electrodes arranged with a predetermined gap, a fixed electrode arranged adjacent to the other end of each of the plurality of movable electrodes, and a mechanical quantity detection direction; A plurality of first terminals connected to each other and a second terminal electrically connected to the fixed electrode. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the magnitude and direction of the applied external force and the acceleration can be detected. Furthermore, since the structure can be simplified as compared with the conventional mechanical quantity sensor, a mechanical quantity sensor that is easy to manufacture can be realized.

また、本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された一つの固定部と、前記固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、前記固定部に電気的に接続された第1端子と、前記固定電極に電気的に接続された第2端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。   In addition, the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention includes a substrate, a single fixing portion disposed on the substrate, and one end portion supported by the fixing portion and spaced apart from the substrate. A plurality of movable electrodes arranged with a predetermined gap, a fixed electrode arranged in the detection direction of the mechanical quantity adjacent to each of the other ends of the plurality of movable electrodes, and electrically connected to the fixed portion And a second terminal electrically connected to the fixed electrode. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the magnitude and direction of the applied external force and the acceleration can be detected. Furthermore, since the structure can be simplified as compared with the conventional mechanical quantity sensor, a mechanical quantity sensor that is easy to manufacture can be realized.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、外力の印加時に異なるたわみ量でたわむ可動電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the invention, the plurality of movable electrodes may include movable electrodes that bend with different deflection amounts when an external force is applied. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, it is possible to detect various magnitudes, directions, and accelerations of external forces according to specifications.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、長さが異なる可動電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の長さを各々異ならせることにより、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the invention, the plurality of movable electrodes may include movable electrodes having different lengths. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, by varying the lengths of the movable electrodes, various magnitudes and directions and accelerations of external forces can be detected according to specifications.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の他端部に錘部が配置されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の端部に配置された錘部の重みにより、外力が印加された際に固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、可動電極と固定電極との接触の有無を検出することができ、外力の大きさと印加方向の検出感度を向上させることができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a weight portion may be disposed at the other end portion of the plurality of movable electrodes. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the weight of the weight portion arranged at the end of the movable electrode makes it easy to contact the fixed electrode when an external force is applied. Even when the distance is small, the presence or absence of contact between the movable electrode and the fixed electrode can be detected, and the detection sensitivity of the magnitude of the external force and the application direction can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、幅又は厚みが異なる可動電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the plurality of movable electrodes may include movable electrodes having different widths or thicknesses. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, it is possible to detect various magnitudes, directions, and accelerations of external forces according to specifications.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の他端部と前記複数の固定電極との間の各距離が、各々異なる可動電極及び固定電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the distances between the other end portions of the plurality of movable electrodes and the plurality of fixed electrodes may include different movable electrodes and fixed electrodes. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, it is possible to detect various magnitudes, directions, and accelerations of external forces according to specifications.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の前記長さ、前記幅、前記厚み、前記錘部の大きさ、及び前記複数の可動電極の他端部と前記固定電極との間の各距離は、検出する前記外力の大きさに応じてそれぞれ決定されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、これらの寸法をそれぞれ仕様に応じて変化させ、複数の可動電極と固定電極とを配置することにより、外力の大きさと印加方向の検出感度を向上させることができる。   The mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes the length, the width, the thickness, the size of the weight, and the other end of the plurality of movable electrodes and the fixed electrode. May be determined according to the magnitude of the external force to be detected. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, these dimensions are changed according to the specifications, and a plurality of movable electrodes and fixed electrodes are arranged to detect the magnitude of the external force and the detection sensitivity of the application direction. Can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の他端部は、印加される外力により変位してそれぞれ対向する前記固定電極と接触し、前記複数の可動電極のいずれが前記固定電極に接触したかを検知することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、外力の変化を可動電極と固定電極との導通の有無で検知できるため、従来の力学量センサと比べ、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることもできる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the other end portions of the plurality of movable electrodes are displaced by the applied external force and come into contact with the opposing fixed electrodes, and any of the plurality of movable electrodes is The magnitude and direction of application of the external force may be detected by detecting whether the fixed electrode is touched. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a change in external force can be detected based on the presence or absence of conduction between the movable electrode and the fixed electrode. Cost can also be reduced.

また、本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された第1の固定部及び第2の固定部と、前記第1の固定部及び前記第2の固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が異なる方向に所定の間隙を空けて配置された第1の可動電極及び第2の可動電極と、前記第1の可動電極及び前記第2の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された第1の固定電極及び第2の固定電極と、前記第1の固定部及び前記第2の固定部に各々電気的に接続された第1の端子及び第2の端子と、前記第1の固定電極及び前記第2の固定電極に各々電気的に接続された第3の端子及び第4の端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。   The mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention includes a substrate, a first fixing portion and a second fixing portion arranged on the substrate, the first fixing portion and the second fixing portion. A first movable electrode and a second movable electrode, each of which is supported at one end and spaced apart from the substrate by a predetermined gap in a different direction; the first movable electrode and the first movable electrode; A first fixed electrode and a second fixed electrode, which are adjacent to the other end of the second movable electrode and arranged in the detection direction of the mechanical quantity, and the first fixed portion and the second fixed portion. A first terminal and a second terminal which are electrically connected to each other; a third terminal and a fourth terminal which are respectively electrically connected to the first fixed electrode and the second fixed electrode; It is characterized by providing. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the magnitude and direction of the applied external force can be detected. Furthermore, since the structure can be simplified as compared with the conventional mechanical quantity sensor, a mechanical quantity sensor that is easy to manufacture can be realized.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記第1の可動電極及び前記第2の可動電極の他端部は、印加される外力により変位してそれぞれ対向する前記第1の固定電極及び前記第2の固定電極との間の距離が変化し、前記第1の可動電極及び前記第2の可動電極とそれぞれ対向する前記第1の固定電極及び前記第2の固定電極との間に発生する容量値の変化をそれぞれ検出することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、従来の力学量センサと比べ、外部回路を簡易なものとすることができるため、製造コストを低減させることもできる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the other ends of the first movable electrode and the second movable electrode are displaced by an applied external force and are respectively opposed to each other by the first fixed electrode and The distance between the first fixed electrode and the second fixed electrode is changed, and is generated between the first fixed electrode and the second fixed electrode facing the first movable electrode and the second movable electrode, respectively. The magnitude of the external force and the direction of application may be detected by detecting the change in the capacitance value. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, since the external circuit can be simplified as compared with the conventional mechanical quantity sensor, the manufacturing cost can also be reduced.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された固定部と、前記固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部の下側面に対向して配置された複数の固定電極と、前記固定部に電気的に接続された固定部電極と、前記複数の固定電極及び前記固定部電極に各々電気的に接続された配線用端子と、を備え、前記複数の可動電極のうち、一部はその他端部の下側面が前記固定電極と接触して配置され、前記複数の可動電極の他端部は、印加される外力により変位して、前記固定電極と接触、又は、前記固定電極から離れ、前記複数の可動電極のいずれが前記固定電極に接触したかを検知することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、外力の変化を可動電極と固定電極との導通の有無で検知できるため、従来の力学量センサと比べ、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることもできる。   A mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate, a fixed portion disposed on the substrate, and one end portion supported by the fixed portion and spaced apart from the substrate, each having a predetermined gap. A plurality of movable electrodes disposed at intervals, a plurality of fixed electrodes disposed to face a lower surface of the other end of the plurality of movable electrodes, and a fixed portion electrode electrically connected to the fixed portion, A wiring terminal electrically connected to each of the plurality of fixed electrodes and the fixed portion electrode, and a part of the plurality of movable electrodes has a lower surface of the other end in contact with the fixed electrode. The other end portions of the plurality of movable electrodes are displaced by an applied external force and contact with the fixed electrode or away from the fixed electrode, and any of the plurality of movable electrodes is the fixed electrode. By detecting whether it has touched May detect To application direction is. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a change in external force can be detected based on the presence or absence of conduction between the movable electrode and the fixed electrode. Cost can also be reduced.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、前記固定電極に線接触又は点接触する形状を有してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、固定電極と接触した際の可動電極の接触面積を減らすことができるため、外力の印加後に、静電引力等により、可動電極の一部が固定電極に接触したまま離れなくなるスティッキングを防止することができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the plurality of movable electrodes may have a shape in line contact or point contact with the fixed electrode. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, since the contact area of the movable electrode when contacting the fixed electrode can be reduced, a part of the movable electrode is applied by an electrostatic attractive force or the like after the external force is applied. Can be prevented from sticking in contact with the fixed electrode.

また、本発明の実施の形態に係る複合型力学量センサは、前記力学量センサを、外力を検出する方向に応じて、前記基板上に複数配置してもよい。本発明の実施の形態に係る複合型力学量センサによれば、例えば、3軸方向(X軸、Y軸、Z軸方向)等の外力の方向及び大きさ並びに加速度を検出することができ、前記力学量センサと同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。   In the composite mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a plurality of the mechanical quantity sensors may be arranged on the substrate according to the direction in which the external force is detected. According to the composite mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, for example, the direction and magnitude of external force such as triaxial direction (X axis, Y axis, Z axis direction) and acceleration can be detected. Since it can be manufactured by the same simple manufacturing method as the mechanical quantity sensor, the manufacturing cost can be suppressed.

本発明の実施の形態に係る電子回路基板は、前記力学量センサと、前記力学量センサを搭載する回路基板と、前記回路基板上に配置され、前記力学量センサと電気的に接続されたICチップと、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る電子回路基板によれば、簡易な構造で外力の大きさ及び方向、並びに加速度を検出することのできる力学量センサを、多様な電子機器に搭載することが容易に可能となる。   An electronic circuit board according to an embodiment of the present invention includes the mechanical quantity sensor, a circuit board on which the mechanical quantity sensor is mounted, and an IC that is disposed on the circuit board and is electrically connected to the mechanical quantity sensor. And a chip. According to the electronic circuit board according to the embodiment of the present invention, it is easy to mount a mechanical quantity sensor capable of detecting the magnitude and direction of external force and acceleration with a simple structure in various electronic devices. It becomes possible.

本発明の実施の形態に係る電子回路基板は、前記複合型力学量センサと、前記複合型力学量センサを搭載する回路基板と、前記回路基板上に配置され、前記複合型力学量センサと電気的に接続されたICチップと、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る電子回路基板によれば、簡易な構造で外力の大きさ及び方向、並びに加速度を検出することのできる複合型力学量センサを、多様な電子機器に搭載することが容易に可能となる。   An electronic circuit board according to an embodiment of the present invention includes the composite dynamic quantity sensor, a circuit board on which the composite dynamic quantity sensor is mounted, and the electronic circuit board disposed on the circuit board. Connected IC chips. According to the electronic circuit board according to the embodiment of the present invention, it is possible to mount a composite mechanical quantity sensor capable of detecting the magnitude and direction of external force and acceleration with a simple structure in various electronic devices. Easy to do.

本発明の実施の形態に係る電子機器は、前記電子回路基板と、前記電子気回路基板を収容する筐体と、前記電子回路基板と電気的に接続された入力部及び出力部と、を少なくとも備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る電子機器によれば、簡易な構造で外力の大きさ及び方向、並びに加速度を検出することのできる力学量センサ及び複合型力学量センサの機能を用いた電子機器を提供できる。   An electronic apparatus according to an embodiment of the present invention includes at least the electronic circuit board, a housing that houses the electronic circuit board, and an input unit and an output unit that are electrically connected to the electronic circuit board. It is characterized by providing. According to the electronic device according to the embodiment of the present invention, the electronic device using the functions of the mechanical quantity sensor and the combined mechanical quantity sensor capable of detecting the magnitude and direction of the external force and the acceleration with a simple structure. Can be provided.

本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、3層からなる第1基板の上層及び中間層をエッチングして、複数の固定部と、前記複数の固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記第1基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、を形成し、第2基板上に、前記複数の固定部及び前記固定電極の形成位置に合わせて複数の第1端子及び第2端子を形成し、前記複数の固定部、前記複数の可動電極、及び前記固定電極が形成された前記第1基板の面と、前記複数の第1端子及び第2端子が形成された前記第2基板の面とを接合することを含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法によれば、力学量センサの構造が単純なものとなるため、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the upper layer and the intermediate layer of the first substrate composed of three layers are etched, and one end portion is supported by each of the plurality of fixing portions and the plurality of fixing portions. A plurality of movable electrodes that are spaced apart from the first substrate and spaced apart from each other by a predetermined gap, and are disposed adjacent to the other end portions of the plurality of movable electrodes in a mechanical quantity detection direction. A plurality of first terminals and a plurality of second terminals are formed on a second substrate in accordance with positions where the plurality of fixed parts and the fixed electrodes are formed, and the plurality of fixed parts and the plurality of fixed parts are formed on the second substrate. The surface of the first substrate on which the movable electrode and the fixed electrode are formed may be bonded to the surface of the second substrate on which the plurality of first terminals and second terminals are formed. According to the method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, since the structure of the mechanical quantity sensor becomes simple, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

本発明によれば、外力の印加時に、可動電極と固定電極との接触の有無を検知するように構成することにより、外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができ、低コストに製造することのできる力学量センサ及び力学量センサの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to detect the magnitude, direction, and acceleration of the external force by detecting whether or not the movable electrode and the fixed electrode are in contact with each other when an external force is applied. It is possible to provide a mechanical quantity sensor that can be used and a method of manufacturing the mechanical quantity sensor.

本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。1 is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。1 is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極と固定電極との導通関係を表す表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and is a table | surface showing the conduction | electrical_connection relationship between the direction and magnitude | size of the applied external force, and a some movable electrode and fixed electrode. . 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した断面図であり、(a)は、図1に示した半導体基板と図2に示したガラス基板とを接合したときの、図1に示したA−A´線から見た断面図であり、(b)は図1に示した半導体基板と図2に示したガラス基板とを接合したときの、図1に示したB−B´線から見た断面図であり、(c)は図1に示した半導体基板と図2に示したガラス基板とを接合したときの、図1に示したC−C´線から見た断面図である。It is sectional drawing which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is when the semiconductor substrate shown in FIG. 1 and the glass substrate shown in FIG. 2 are joined. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ shown in FIG. 1, and FIG. 1B shows the semiconductor substrate shown in FIG. 1 and the glass substrate shown in FIG. 2 bonded together. It is sectional drawing seen from the BB 'line, (c) is from CC' line shown in FIG. 1 when the semiconductor substrate shown in FIG. 1 and the glass substrate shown in FIG. 2 are joined. FIG. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの半導体基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(a)は加工前の半導体基板を示す断面図、(b)は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(c)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、(d)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成した工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process which showed the schematic structure of the cross section by the side of the semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing which shows the semiconductor substrate before a process, (B) is sectional drawing which shows the process of forming a recessed part in a semiconductor substrate, (c) is sectional drawing which shows the process in the middle of forming a fixed part, a movable electrode, and a fixed electrode in a semiconductor substrate, (d) is It is sectional drawing which shows the process of having formed the fixed part, the movable electrode, and the fixed electrode in the semiconductor substrate. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの半導体基板の製造工程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサのガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(a)は加工前のガラス基板を示す断面図、(b)はガラス基板に第1端子及び第2端子を形成する工程を示す断面図、(c)はガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(d)はガラス基板に配線及び貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、(e)はガラス基板に配線及び貫通電極を形成した工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process which showed the schematic structure of the cross section by the side of the glass substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing which shows the glass substrate before a process, (B) is sectional drawing which shows the process of forming a 1st terminal and a 2nd terminal in a glass substrate, (c) is sectional drawing which shows the process of forming a recessed part in a glass substrate, (d) is wiring and penetration to a glass substrate. It is sectional drawing which shows the process in the middle of forming an electrode, (e) is sectional drawing which shows the process which formed the wiring and the penetration electrode in the glass substrate. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの半導体基板の変形例を示した平面図である。It is the top view which showed the modification of the semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 発明の第2の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極と固定電極との導通関係を表す表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the mechanical quantity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of invention, and is a table | surface showing the conduction | electrical_connection relationship between the direction and magnitude | size of the external force applied, and a some movable electrode and a fixed electrode. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極と固定電極との導通関係を表す表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a table | surface showing the conduction | electrical_connection relationship between the direction and magnitude | size of the applied external force, and a some movable electrode and a fixed electrode. . 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサのガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(a)は加工前のガラス基板を示す断面図、(b)はガラス基板に固定部電極を形成する途中の工程を示す断面図、(c)はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図、(d)はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成した工程を示す断面図、(e)はガラス基板に貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、(f)は、ガラス基板に貫通電極及び配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process which showed the schematic structure of the cross section by the side of the glass substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing which shows the glass substrate before a process, (B) is sectional drawing which shows the process in the middle of forming a fixed part electrode in a glass substrate, (c) is sectional drawing which shows the process in the middle of forming a fixed part electrode and a fixed electrode in a glass substrate, (d) is glass Sectional drawing which shows the process which formed the fixed part electrode and the fixed electrode in the board | substrate, (e) is sectional drawing which shows the process in the middle of forming a penetration electrode in a glass substrate, (f) is a penetration electrode and a glass substrate. It is sectional drawing which shows the process in the middle of forming the terminal for wiring. 本発明の第4の実施形態に係る複合型力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the composite type | mold dynamic quantity sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る複合型力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the composite type | mold dynamic quantity sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る複合型力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the composite type | mold dynamic quantity sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る複合型力学量センサの断面構造を説明するための図であり、(a)は、図17に示したX軸方向の外力を検出するX軸力学量センサの一部分の構造を示した平面図であり、(b)は、図17に示したZ軸方向の外力を検出するZ軸力学量センサの一部分の構造を示した平面図であり(c)は、(a)に示したX軸力学量センサを(i)線から見た断面図であり、(d)は、(b)に示したZ軸力学量センサを(i)線から見た断面図であり、(e)は、(a)に示したX軸力学量センサを(ii)線から見た断面図であり、(f)は、(b)に示したZ軸力学量センサを(ii)線から見た断面図であり、(g)は、(a)に示したX軸力学量センサを(iii)線から見た断面図であり、(h)は、(b)に示したZ軸力学量センサを(iii)線から見た断面図である。It is a figure for demonstrating the cross-section of the composite type | mold dynamic quantity sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention, (a) is an X-axis dynamic quantity sensor which detects the external force of the X-axis direction shown in FIG. FIG. 18B is a plan view showing a partial structure of the Z-axis mechanical quantity sensor for detecting an external force in the Z-axis direction shown in FIG. 4A is a cross-sectional view of the X-axis mechanical quantity sensor shown in FIG. 4A as viewed from line (i), and FIG. 4D is a cross-sectional view of the Z-axis dynamic quantity sensor shown in FIG. (E) is a cross-sectional view of the X-axis mechanical quantity sensor shown in (a) as viewed from the line (ii), and (f) is a diagram of the Z-axis dynamic quantity sensor shown in (b). (Ii) It is sectional drawing seen from the line, (g) is sectional drawing which looked at the X-axis mechanical quantity sensor shown to (a) from (iii) line, (h) is (b). It is a cross-sectional view of the Z-axis mechanical sensor from (iii) rays. 本発明の第6の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 7th Embodiment of this invention. 本発明の実施例1に係る可動電極の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the movable electrode which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る可動電極の構成を説明するための模式図であり、(a)は、図19に図示した錘部と同様の錘部を有する可動電極の概略構造を示し、(b)は、(a)に示した錘部の変形例の錘部を有する可動電極の概略構造を示す。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the movable electrode which concerns on Example 1 of this invention, (a) shows the schematic structure of the movable electrode which has the weight part similar to the weight part illustrated in FIG. b) shows a schematic structure of a movable electrode having a weight portion which is a modification of the weight portion shown in FIG. 図23(a)に図示した可動電極の長さ、錘部のY軸方向の長さ、及び錘部のX軸方向の幅をそれぞれ変化させた場合のたわみ量との関係を示す表である。24 is a table showing the relationship between the length of the movable electrode shown in FIG. 23A, the length of the weight portion in the Y-axis direction, and the amount of deflection when the width of the weight portion in the X-axis direction is changed. . 本発明の実施例2に係る可動電極の構成を説明するための模式図であり、(a)は、固定部に接続され、固定電極と対向する錘部902aを有する可動電極902の概略構造を示し、(b)は、(a)に示したB部分を拡大した概略構造を示し、(c)は、(a)に示したC部分を拡大した概略構造を示す。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the movable electrode which concerns on Example 2 of this invention, (a) is a schematic structure of the movable electrode 902 which has a weight part 902a which is connected to a fixed part and opposes a fixed electrode. (B) shows the schematic structure which expanded B part shown to (a), (c) shows the schematic structure which expanded C part shown to (a). 本発明の実施例2に係る可動電極902の構成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the movable electrode 902 which concerns on Example 2 of this invention. 図26に図示した可動電極のX軸方向の長さ、可動電極の接触部と固定電極との間隙、並びに可動電極の水平部のY軸方向の長さ及び水平部の数をそれぞれ変化させた場合のたわみ量との関係を示す表である。The length of the movable electrode illustrated in FIG. 26 in the X-axis direction, the gap between the contact portion of the movable electrode and the fixed electrode, the length of the horizontal portion of the movable electrode in the Y-axis direction, and the number of horizontal portions were changed. It is a table | surface which shows the relationship with the deflection amount in a case. 本発明の実施例2に係る力学量センサの半導体基板の概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係る力学量センサの第1ガラス基板の概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the 1st glass substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係る力学量センサの第2ガラス基板の概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the 2nd glass substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、(a)は、加工前の半導体基板と第1ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、(b)は、半導体基板を研磨する工程を示す断面図であり、(c)は、半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、(d)は、半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図であり、(e)は、第2ガラス基板を示す断面図であり、(f)は、第2ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the mechanical quantity sensor which concerns on Example 2 of this invention, (a) is sectional drawing which shows the process of anodically bonding the semiconductor substrate and the 1st glass substrate before a process. (B) is sectional drawing which shows the process of grind | polishing a semiconductor substrate, (c) is sectional drawing which shows the process of forming a recessed part in a semiconductor substrate, (d) is a fixing | fixed part to a semiconductor substrate, It is sectional drawing which shows the process of forming a movable electrode and a fixed electrode, (e) is sectional drawing which shows a 2nd glass substrate, (f) shows the process of forming a recessed part in a 2nd glass substrate. It is sectional drawing. 本発明の実施例2に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、(g)は、図31の(d)に示した第1ガラス基板及び半導体基板と、図31の(f)に示した第2ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、(h)は、(g)に示した構成を反転させた断面図であり、(i)は、(h)に示した第1ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、(j)は、第1ガラス基板に配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図であり、(k)は、第1ガラス基板に配線用端子を形成した工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the mechanical quantity sensor which concerns on Example 2 of this invention, (g) is the 1st glass substrate and semiconductor substrate which were shown in (d) of FIG. 31, and ( It is sectional drawing which shows the process of anodic bonding with the 2nd glass substrate shown to f), (h) is sectional drawing which reversed the structure shown to (g), (i) is (h) (J) is sectional drawing which shows the process in the middle of forming the terminal for wiring in the 1st glass substrate, (k) These are sectional drawings which show the process of forming the terminal for wiring in the 1st glass substrate. 本発明の一実施形態に係る力学量センサにより検出される信号を処理する処理回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the processing circuit which processes the signal detected by the dynamic quantity sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。It is the top view which showed schematic structure of the mechanical quantity sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the dynamic quantity sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the dynamic quantity sensor which concerns on the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施形態に係る電子回路基板の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the electronic circuit board which concerns on the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施形態に係る携帯型情報端末の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the portable information terminal which concerns on the 9th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement in various aspects.

(第1の実施形態)
<力学量センサの構造>
まず、本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの基本的な構造について、図1乃至図7を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100の概略構造を示した平面図である。力学量センサ100は、半導体基板104と、半導体基板104上に形成された固定部101(101R1〜101R3、101L1〜101L3)と、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)と、固定電極103と、を含む。固定部101は、半導体基板104上に固定されている。可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)は、それぞれ、それらの一端部が固定部101(101R1〜101R3、101L1〜101L3)に接続され、半導体基板104から離隔して配置されている。本実施形態においては、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の他端部が錘として機能してもよい。例えば、図示するように、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の他端部には、楕円形状の錘部102a(102aR1〜102aR3、102aL1〜102aL3)が形成されてもよい。
(First embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
First, the basic structure of the mechanical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention. The mechanical quantity sensor 100 includes a semiconductor substrate 104, a fixed portion 101 (101R1 to 101R3, 101L1 to 101L3) formed on the semiconductor substrate 104, a movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3), and a fixed electrode 103. And including. The fixing unit 101 is fixed on the semiconductor substrate 104. The movable electrodes 102 (R 1 to R 3, L 1 to L 3) are arranged so as to be separated from the semiconductor substrate 104 with their one ends connected to the fixed portion 101 (101 R 1 to 101 R 3, 101 L 1 to 101 L 3). In the present embodiment, the other end of the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) may function as a weight. For example, as illustrated, an elliptical weight portion 102a (102aR1 to 102aR3, 102aL1 to 102aL3) may be formed on the other end of the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3).

可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)は可撓性又は弾性を有し、力学量センサ100に印加される外力に応じて図中に示すY軸方向にたわむ。本実施形態においては、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)は、それぞれ、同一幅を有し且つ同一形状の錘部102a(102aR1〜102aR3、102aL1〜102aL3))を有している一方、それぞれの長さが異なっている。複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3は間隙を空けて配置され、印加される外力の大きさに応じて、各々の錘部102a(102aR1〜102aR3、102aL1〜102aL3)が固定電極103と接触するように、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3の間に、固定電極103の複数の接触部T1〜T5が配置されている。なお、図1に示した力学量センサ100は、Y軸方向の外力を検知する構造を図示しているが、これに限定されず、固定電極103は、可動電極102の周囲に位置し力学量の検出方向に応じて配置されればよい。また、固定部101、可動電極102、及び固定電極103の形状についても、図示した形状に限定されず、力学量センサ100の仕様に応じて適宜変更される。なお、本実施形態においては、複数の可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)は、図示したように、同一幅を有し、同一形状の他端部を有し、且つ各々の長さが異なるようにしているが、これに限定されるわけではなく、力学量センサ100に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極102は、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、力学量センサ100に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、それぞれの可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)と固定電極103との距離を適宜調整することにより、力学量センサ100に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極103と接触するようにしてもよい。   The movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) have flexibility or elasticity, and bend in the Y-axis direction shown in the drawing in accordance with an external force applied to the mechanical quantity sensor 100. In the present embodiment, each of the movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) has the same width and the same weight portions 102a (102aR1 to 102aR3, 102aL1 to 102aL3). , Each has a different length. The plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 are arranged with a gap, and each weight portion 102a (102aR1 to 102aR3, 102aL1 to 102aL3) contacts the fixed electrode 103 according to the magnitude of the applied external force. As described above, the plurality of contact portions T1 to T5 of the fixed electrode 103 are disposed between the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3. The mechanical quantity sensor 100 shown in FIG. 1 shows a structure for detecting an external force in the Y-axis direction, but is not limited to this. The fixed electrode 103 is located around the movable electrode 102 and is a mechanical quantity. It may be arranged according to the detection direction. Further, the shapes of the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrode 103 are not limited to the illustrated shapes, and may be changed as appropriate according to the specifications of the mechanical quantity sensor 100. In the present embodiment, as shown in the drawing, the plurality of movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) have the same width, the other end of the same shape, and the respective lengths. However, the present invention is not limited to this, as long as the amount of deflection differs according to the external force applied to the mechanical quantity sensor 100. The plurality of movable electrodes 102 have a deflection amount corresponding to an external force applied to the mechanical quantity sensor 100 by appropriately changing the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end. As long as they are different from each other. Further, by appropriately adjusting the distance between each movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) and the fixed electrode 103, each other end is fixed electrode according to the external force applied to the mechanical quantity sensor 100. 103 may be contacted.

可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)は、所定のヤング率を有する導電体であり、力学量センサ100に印加される外力の大きさに応じてたわみ、外力が印加された方向に配置された固定電極103に一部(本実施形態においては、可動電極102の他端部に形成された錘部102a(102aR1〜102aR3、102aL1〜102aL3))が接触する。なお、可動電極102及び固定電極103の各々が接触する接触面は、不純物を高濃度にドープするか、あるいは金属成膜を行い、コンタクト性能を向上させることが好ましい。可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の長さは、印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるように各々設定される。   The movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) are conductors having a predetermined Young's modulus, bend according to the magnitude of the external force applied to the mechanical quantity sensor 100, and are arranged in the direction in which the external force is applied. A part of the fixed electrode 103 (in this embodiment, the weight part 102a (102aR1 to 102aR3, 102aL1 to 102aL3) formed at the other end of the movable electrode 102) comes into contact. In addition, it is preferable that the contact surface where each of the movable electrode 102 and the fixed electrode 103 contacts is doped with an impurity at a high concentration or a metal film is formed to improve contact performance. The lengths of the movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) are set such that the amount of deflection differs according to the applied external force.

図1に図示したように、複数の可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の長さがそれぞれ異なる場合には、印加された外力の大きさに応じて、複数の可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)それぞれが、異なるたわみ量をもってたわみ、外力が印加された方向に配置された固定電極103の接触部T1〜T5に一部が接触する。このとき、複数の可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)のうち、どの可動電極102が接触したかを固定部101と固定電極103との間の電気的導通の有無で検知することにより、外力の大きさを検出することができる。   As shown in FIG. 1, when the lengths of the plurality of movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) are different from each other, the plurality of movable electrodes 102 (R1) are selected according to the magnitude of the applied external force. ˜R3, L1˜L3) are each bent with a different amount of deflection, and a part thereof comes into contact with the contact portions T1 to T5 of the fixed electrode 103 arranged in the direction in which the external force is applied. At this time, by detecting which of the plurality of movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) is in contact with the fixed portion 101 and the fixed electrode 103, the movable electrode 102 is contacted. The magnitude of the external force can be detected.

図2は本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100の概略構造を示した平面図であり、図1に図示した半導体基板104と接合されるガラス基板105を図示している。図2に図示したように、ガラス基板105上には、固定部101に対応した位置に第1端子101a(101aR1〜101aR3、101aL1〜101aL2)が各々形成され、固定電極103に対応した位置に第2端子103aが形成される。力学量センサ100は、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の固定電極103との接触の有無を電気的に検出するため、固定部101(101R1〜101R3、101L1〜101L3)には第1端子101a(101aR1〜101aR3、101aL1〜101aL2)が各々接続され、固定電極103には共通の第2端子103aが接続される。これらの第1端子101aと第2端子103aとは、力学量センサ100が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路(図示せず)に接続される。   FIG. 2 is a plan view showing a schematic structure of the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention, and shows a glass substrate 105 bonded to the semiconductor substrate 104 shown in FIG. As shown in FIG. 2, first terminals 101 a (101 a R <b> 1 to 101 a R <b> 3, 101 a </ b> L <b> 1 to 101 a </ i> L <b> 2) are formed on the glass substrate 105 at positions corresponding to the fixed portions 101, Two terminals 103a are formed. The mechanical quantity sensor 100 electrically detects whether or not the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) is in contact with the fixed electrode 103. Therefore, the fixed portion 101 (101R1 to 101R3, 101L1 to 101L3) One terminal 101a (101aR1 to 101aR3, 101aL1 to 101aL2) is connected, and the fixed second electrode 103a is connected to the fixed electrode 103. The first terminal 101a and the second terminal 103a are connected to a circuit (not shown) that processes a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 100 is mounted.

図1に図示したように、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3のうち、可動電極L1〜L3の左側には、Y軸方向の負から正(Y軸方向に図中の右から左)に向かって印加される外力を検出するために、接触部T3〜T5が、それぞれ距離k1ほど離隔して配置され、可動電極R1〜R3の右側には、Y軸方向の正から負(Y軸方向に図中の左から右)に向かって印加される外力を検出するために、接触部T1〜T3が、それぞれ距離k1ほど離隔して配置されてもよい。このとき、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3と、各々の検出方向の逆方向に配置された接触部T1〜T5との距離k2は、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3が検出方向の逆方向にたわんだとしても接触しない程度に、距離k1よりも大きな距離としてもよい。   As shown in FIG. 1, among the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3, the left side of the movable electrodes L1 to L3 is negative to positive in the Y-axis direction (in the Y-axis direction from right to left in the figure). ), The contact portions T3 to T5 are spaced apart from each other by a distance k1, and the right side of the movable electrodes R1 to R3 has a positive to negative (Y In order to detect an external force applied in the axial direction from the left to the right in the drawing, the contact portions T1 to T3 may be arranged apart from each other by a distance k1. At this time, the distance k2 between the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 and the contact portions T1 to T5 arranged in the opposite directions of the respective detection directions is determined by the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3. Even if it bends in the reverse direction of the detection direction, the distance may be larger than the distance k1 so that it does not come into contact.

本発明の一実施形態において、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)は、幅が3μm、Z方向の高さが30μmの薄板状に形成されてもよい。複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3の長さは、それぞれ異なる長さであってもよく、可動電極L1と可動電極R1とが同じ長さであり、可動電極L2と可動電極R2とが同じ長さであり、可動電極L3と可動電極R3とが同じ長さであってもよい。可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)と、各々の検出方向に配置された固定電極103の接触部T1〜T5との距離k1は、それぞれ2μmであってもよい。また、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)と、各々の検出方向の逆方向に配置された固定電極103の接触部T1〜T5との距離k2は、それぞれ6μmであってもよい。固定部101は、Z方向の高さが30μmの直方体形状であってもよいが、この形状に限定されない。また、固定電極103は、幅が20μm、Z方向の高さが30μmの櫛歯形状であってもよいが、この形状に限定されない。なお、本発明の実施形態においては、仕様に応じて各部の寸法は適宜変更される。   In one embodiment of the present invention, the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) may be formed in a thin plate shape having a width of 3 μm and a height in the Z direction of 30 μm. The plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 may have different lengths, the movable electrode L1 and the movable electrode R1 have the same length, and the movable electrode L2 and the movable electrode R2 are The movable electrode L3 and the movable electrode R3 may have the same length. The distances k1 between the movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) and the contact portions T1 to T5 of the fixed electrodes 103 arranged in the respective detection directions may be 2 μm, respectively. Further, the distances k2 between the movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) and the contact portions T1 to T5 of the fixed electrode 103 arranged in the reverse direction of each detection direction may be 6 μm, respectively. The fixing portion 101 may have a rectangular parallelepiped shape with a height in the Z direction of 30 μm, but is not limited to this shape. The fixed electrode 103 may have a comb shape having a width of 20 μm and a height in the Z direction of 30 μm, but is not limited to this shape. In the embodiment of the present invention, the dimensions of each part are appropriately changed according to the specifications.

図1に図示したように、固定電極103の接触部T1〜T5と対向する可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の他端部には、錘部102a(102aR1〜102aR3、102aL1〜102aL3)が形成されてもよい。錘部102aを有することにより、錘部102aの重みが可動電極102の端部にそれぞれ付加されるため、印加される外力が小さい場合であってもたわみ量が大きくなり、可動電極102と固定電極103とが接触しやすくなり、検出感度を向上させることができる。なお、錘部102aの形状は、図1に図示した楕円形状であってもよいが、この形状に限定されず、矩形状、円形状等、様々な形状をとり得る。   As shown in FIG. 1, the other end of the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) facing the contact portions T1 to T5 of the fixed electrode 103 is provided with a weight portion 102a (102aR1 to 102aR3, 102aL1 to 102aL3). ) May be formed. By having the weight portion 102a, the weight of the weight portion 102a is added to the end portion of the movable electrode 102. Therefore, even when the applied external force is small, the amount of deflection increases, and the movable electrode 102 and the fixed electrode 103 becomes easy to contact, and detection sensitivity can be improved. The shape of the weight portion 102a may be the elliptical shape illustrated in FIG. 1, but is not limited to this shape, and may take various shapes such as a rectangular shape and a circular shape.

<力学量センサの動作>
次に、本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100の動作について、図1乃至図3を参照して説明する。図3は、力学量センサ100の動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3と固定電極103との導通関係を表す表である。なお、図3に示したLF1〜LF3は、それぞれ力学量センサ100に印加される外力について、Y軸方向の負から正に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力LF1〜LF3の大きさの関係は、LF1<LF2<LF3である。また、RF1〜RF3は、それぞれ力学量センサ100に印加される外力について、Y軸方向の正から負に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力RF1〜RF3の大きさの関係は、RF1<RF2<RF3である。なお、図3では、可動電極R1〜R3、L1〜L3が固定電極103に接触した状態を「○」で示し、可動電極R1〜R3、L1〜L3が固定電極103に接触していない状態を「×」で示す。また、以下の説明においては、図1に示される可動電極L1と可動電極R1とが同じ長さであり、可動電極L2と可動電極R2とが同じ長さであり、可動電極L3と可動電極R3とが同じ長さであるものとして説明する。
<Operation of mechanical quantity sensor>
Next, the operation of the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 3 is a table for explaining the operation of the mechanical quantity sensor 100, and shows the direction and magnitude of the applied external force and the conduction relationship between the plurality of movable electrodes R1 to R3, L1 to L3 and the fixed electrode 103. It is a table. LF1 to LF3 shown in FIG. 3 represent the direction and magnitude of the external force applied from the negative in the Y-axis direction to the positive with respect to the external force applied to the mechanical quantity sensor 100, respectively, and the external forces LF1 to LF3. The relationship of the sizes of LF1 <LF2 <LF3. RF1 to RF3 represent the direction and magnitude of the external force applied from positive to negative in the Y-axis direction with respect to the external force applied to the mechanical quantity sensor 100, respectively, and the relationship between the magnitudes of the external forces RF1 to RF3. Is RF1 <RF2 <RF3. In FIG. 3, the state in which the movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 are in contact with the fixed electrode 103 is indicated by “◯”, and the state in which the movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 are not in contact with the fixed electrode 103 is illustrated. Indicated by “x”. In the following description, the movable electrode L1 and the movable electrode R1 shown in FIG. 1 have the same length, the movable electrode L2 and the movable electrode R2 have the same length, and the movable electrode L3 and the movable electrode R3. Will be described as having the same length.

図1乃至図3を参照すると、力学量センサ100にY軸の正の方向の小さな外力LF1が印加されると、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3のうち、長さの長い可動電極L1がY軸の正の方向にたわみ、その端部である錘部102aL1が変位し固定電極103の接触部T3に接触する。このとき、可動電極L1と同じ長さの可動電極R1は、Y軸の正の方向にたわんだとしても、距離k2だけ接触部T2と離れているため固定電極103には接触しない。また、可動電極L1よりも長さの短い可動電極L2,L3は、印加される外力LF1が小さいためたわみ量が小さく(又はたわまず)、それぞれ接触部T4,T5には接触しない。   1 to 3, when a small external force LF1 in the positive direction of the Y-axis is applied to the mechanical quantity sensor 100, the movable electrode having a long length among the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3. L1 bends in the positive direction of the Y-axis, and the weight portion 102aL1 that is the end thereof is displaced to contact the contact portion T3 of the fixed electrode 103. At this time, even if the movable electrode R1 having the same length as the movable electrode L1 is bent in the positive direction of the Y-axis, the movable electrode R1 is not in contact with the fixed electrode 103 because it is separated from the contact portion T2 by the distance k2. In addition, the movable electrodes L2 and L3, which are shorter than the movable electrode L1, have a small amount of deflection (or no deflection) because the applied external force LF1 is small, and do not contact the contact portions T4 and T5, respectively.

また、外力LF1よりも大きなY軸の正の方向の外力LF2が印加されると、可動電極L1のみならず、可動電極L1よりも長さの短い可動電極L2についても、Y軸の正の方向にたわみ各々の端部である錘部102aL1及び102aL2が変位し、それぞれ固定電極103の接触部T3,T4に接触する。このとき、可動電極L1,L2とそれぞれ同じ長さである可動電極R1,R2は、Y軸の正の方向にたわんだとしても、距離k2だけそれぞれ接触部T2,T1から離れているため固定電極103には接触しない。また、可動電極L2よりも長さの短い可動電極L3は、印加される外力LF2が小さいため、たわみ量が小さく(又はたわまず)、接触部T5には接触しない。   When an external force LF2 in the positive direction of the Y axis that is larger than the external force LF1 is applied, not only the movable electrode L1 but also the movable electrode L2 having a shorter length than the movable electrode L1, the positive direction of the Y axis. The weight portions 102aL1 and 102aL2 which are the end portions of each of the deflections are displaced and contact the contact portions T3 and T4 of the fixed electrode 103, respectively. At this time, even if the movable electrodes R1 and R2 having the same length as the movable electrodes L1 and L2 are bent in the positive direction of the Y axis, they are separated from the contact portions T2 and T1 by the distance k2, respectively. 103 does not touch. Further, the movable electrode L3 having a shorter length than the movable electrode L2 has a small amount of deflection (or does not flex) because the external force LF2 applied is small, and does not contact the contact portion T5.

さらに、外力LF2よりも大きなY軸の正の方向の外力LF3が印加されると、可動電極L1,L2のみならず、可動電極L2よりも長さの短い可動電極L3についても、Y軸の正の方向にたわみ、各々の端部である錘部102aL3が変位し、それぞれ固定電極103の接触部T3,T4,T5に接触する。このとき、可動電極L1〜L3とそれぞれ同じ長さである可動電極R1〜R3は、Y軸の正の方向にたわんだとしても、可動電極R1,R2が距離k2だけそれぞれ接触部T2,T1から離れていることからも、固定電極103には接触しない。   Further, when an external force LF3 in the positive direction of the Y axis that is larger than the external force LF2 is applied, not only the movable electrodes L1 and L2 but also the movable electrode L3 having a shorter length than the movable electrode L2, The weight portions 102aL3 which are the respective end portions are displaced and come into contact with the contact portions T3, T4 and T5 of the fixed electrode 103, respectively. At this time, even if the movable electrodes R1 to R3 having the same length as the movable electrodes L1 to L3 are bent in the positive direction of the Y axis, the movable electrodes R1 and R2 are separated from the contact portions T2 and T1 by the distance k2, respectively. The fixed electrode 103 is not contacted because it is separated.

同様に、図中に示したY軸の負の方向に向かって印加される外力RF1が印加されると、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3のうち、長さの長い可動電極R1の端部である錘部102aR1のみが、Y軸の負の方向に変位し、固定電極103の接触部T3に接触する。このとき、印加される外力RF1が小さいために、可動電極R2,R3は、固定電極103の接触部T2,T1にはそれぞれ接触せず、可動電極L1についても、Y軸の負の方向に隣接する接触部T4から距離k2だけ離れていることから接触しない。また、外力RF1よりも大きな外力RF2が印加されると、可動電極R1のみならず、可動電極R1より長さの短い可動電極R2についても、その端部である錘部102aR2が固定電極103の接触部T3,T2にそれぞれ接触する。このとき、印加される外力RF2が小さいために、可動電極R3は固定電極103の接触部T1には接触せず、可動電極L1,L2は、Y方向の逆方向に隣接する接触部T4,T5からそれぞれ距離k2だけ離れていることから接触しない。さらに、外力RF2よりも大きな外力RF3が印加されると、可動電極R1,R2のみならず、可動電極R2より長さの短い可動電極R3についても、その端部である錘部102aR3が固定電極103の接触部T1に接触する。このとき、可動電極L1〜L3は、可動電極L1,L2が、Y方向の逆方向に隣接する接触部T4,T5からそれぞれ距離k2だけ離れていることからも、固定電極103の接触部T1〜T5には接触しない。   Similarly, when an external force RF1 applied in the negative direction of the Y axis shown in the drawing is applied, of the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3, the long movable electrode R1 Only the weight portion 102aR1 that is the end portion is displaced in the negative direction of the Y axis, and contacts the contact portion T3 of the fixed electrode 103. At this time, since the applied external force RF1 is small, the movable electrodes R2 and R3 do not contact the contact portions T2 and T1 of the fixed electrode 103, respectively, and the movable electrode L1 is adjacent to the negative direction of the Y axis. Since the contact part T4 is away from the contact part T4 by the distance k2, no contact is made. Further, when an external force RF2 larger than the external force RF1 is applied, not only the movable electrode R1 but also the movable electrode R2 having a shorter length than the movable electrode R1, the weight portion 102aR2 which is the end thereof contacts the fixed electrode 103. The portions T3 and T2 are in contact with each other. At this time, since the applied external force RF2 is small, the movable electrode R3 does not come into contact with the contact portion T1 of the fixed electrode 103, and the movable electrodes L1 and L2 are in contact portions T4 and T5 adjacent in the opposite direction of the Y direction. Since they are separated from each other by a distance k2, there is no contact. Further, when an external force RF3 larger than the external force RF2 is applied, not only the movable electrodes R1 and R2 but also the movable electrode R3 having a shorter length than the movable electrode R2, the weight portion 102aR3 which is the end thereof is fixed electrode 103. The contact portion T1 is contacted. At this time, the movable electrodes L1 to L3 are arranged such that the movable electrodes L1 and L2 are separated from the contact portions T4 and T5 adjacent in the reverse direction of the Y direction by a distance k2, respectively. It does not touch T5.

上述したように、第1の実施形態に係る力学量センサ100によれば、外力の方向及び大きさに応じて、固定電極103と接触する可動電極R1〜R3、L1〜L3が異なるため、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3のうち、どの可動電極が固定電極103に接触したかを導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。また、第1の実施形態に係る力学量センサ100によれば、複数の可動電極R1〜R3、L1〜L3のうち、どの可動電極が固定電極103に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。   As described above, according to the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment, the movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 that are in contact with the fixed electrode 103 are different depending on the direction and magnitude of the external force. By detecting which of the movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 is in contact with the fixed electrode 103 based on the presence or absence of conduction, the direction and magnitude of the external force can be detected. Further, according to the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment, which of the plurality of movable electrodes R1 to R3 and L1 to L3 is in contact with the fixed electrode 103 is determined as to whether or not the movable electrode is in contact with time. By detecting, not only the direction and magnitude of the external force but also the acceleration can be detected.

<力学量センサの製造方法>
次に、第1の実施形態に係る力学量センサ100の製造方法について、図4乃至図6を参照して説明する。図4は、力学量センサの概略構造を示した断面図であり、(a)は、図1に示した半導体基板と図2に示したガラス基板とを接合したときの、図1に示したA−A´線から見た断面図であり、(b)は図1に示した半導体基板と図2に示したガラス基板とを接合したときの、図1に示したB−B´線から見た断面図であり、(c)は図1に示した半導体基板と図2に示したガラス基板とを接合したときの、図1に示したC−C´線から見た断面図である。図5Aは、力学量センサの半導体基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(a)は加工前の半導体基板を示す断面図、(b)は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(c)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、(d)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成した工程を示す断面図である。図5Bは、力学量センサの半導体基板側の製造工程を説明するための説明図である。図6は、力学量センサのガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(a)は加工前のガラス基板を示す断面図、(b)はガラス基板に第1端子及び第2端子を形成する工程を示す断面図、(c)はガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(d)はガラス基板に配線及び貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、(e)はガラス基板に配線及び貫通電極を形成した工程を示す断面図である。
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
Next, a manufacturing method of the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the mechanical quantity sensor. FIG. 4A is a view when the semiconductor substrate shown in FIG. 1 is bonded to the glass substrate shown in FIG. It is sectional drawing seen from the AA 'line, (b) is from the BB' line shown in FIG. 1 when the semiconductor substrate shown in FIG. 1 and the glass substrate shown in FIG. 2 are joined. It is sectional drawing seen, (c) is sectional drawing seen from the CC 'line | wire shown in FIG. 1 when the semiconductor substrate shown in FIG. 1 and the glass substrate shown in FIG. 2 are joined. . FIG. 5A is a diagram for explaining a manufacturing process showing a schematic structure of a cross section of a mechanical quantity sensor on a semiconductor substrate side, (a) is a cross-sectional view showing a semiconductor substrate before processing, and (b) is a semiconductor substrate. Sectional drawing which shows the process of forming a recessed part in (c) is sectional drawing which shows the process in the middle of forming a fixing part, a movable electrode, and a fixed electrode in a semiconductor substrate, (d) is a fixing part in a semiconductor substrate, It is sectional drawing which shows the process in which the movable electrode and the fixed electrode were formed. FIG. 5B is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process on the semiconductor substrate side of the mechanical quantity sensor. FIG. 6 is a diagram for explaining a manufacturing process showing a schematic structure of a cross section of a mechanical quantity sensor on a glass substrate side, (a) is a cross-sectional view showing a glass substrate before processing, and (b) is a glass substrate. Sectional drawing which shows the process of forming a 1st terminal and a 2nd terminal in (c) is sectional drawing which shows the process of forming a recessed part in a glass substrate, (d) is in the middle of forming a wiring and a penetration electrode in a glass substrate. It is sectional drawing which shows a process, (e) is sectional drawing which shows the process which formed the wiring and the penetration electrode in the glass substrate.

(1)半導体基板Wの準備(図5A(a)参照)
シリコン基板104上にBOX層(酸化シリコン)106及びシリコン膜107が形成された半導体基板(SOI基板)Wを用意する。半導体基板Wは、その外周が例えば1.55mm×1.55mmの略正方形状であり、シリコン膜107、BOX層106、シリコン基板104の厚さは、それぞれ30μm、2μm、400μmである。半導体基板Wの外形、シリコン膜107、BOX層106、シリコン基板104それぞれの厚さは、一例であり、上記に限定されるものではない。シリコン膜107は、力学量センサ100の固定部101、可動電極102、および固定電極103aを構成する層である。BOX層106は、シリコン膜107とシリコン基板104とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板104は、力学量センサ100の第1半導体基板104を構成する。半導体基板Wは、SIMOXないし、貼り合せ法等により作製される。
(1) Preparation of semiconductor substrate W (see FIG. 5A (a))
A semiconductor substrate (SOI substrate) W in which a BOX layer (silicon oxide) 106 and a silicon film 107 are formed on a silicon substrate 104 is prepared. The outer circumference of the semiconductor substrate W has a substantially square shape of, for example, 1.55 mm × 1.55 mm, and the thicknesses of the silicon film 107, the BOX layer 106, and the silicon substrate 104 are 30 μm, 2 μm, and 400 μm, respectively. The outer shape of the semiconductor substrate W, the thicknesses of the silicon film 107, the BOX layer 106, and the silicon substrate 104 are merely examples, and are not limited to the above. The silicon film 107 is a layer constituting the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrode 103a of the mechanical quantity sensor 100. The BOX layer 106 is a layer that joins the silicon film 107 and the silicon substrate 104 and functions as an etching stopper layer. The silicon substrate 104 constitutes the first semiconductor substrate 104 of the mechanical quantity sensor 100. The semiconductor substrate W is manufactured by SIMOX or a bonding method.

(2)シリコン膜107の加工(図5A(b)参照)
固定部101、可動電極102、および固定電極103を加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介してシリコン膜107をエッチングすることにより、固定部101、可動電極102、および固定電極103が形成される位置を除いた凹部106aを形成する。エッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いることができる。
(2) Processing of the silicon film 107 (see FIG. 5A (b))
A mask (not shown) for processing the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrode 103 is formed, and the silicon film 107 is etched through the mask, whereby the fixed portion 101, the movable electrode 102, and A recess 106a is formed except for the position where the fixed electrode 103 is formed. As an etching method, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used.

(3)BOX層106の加工(図5A(c)及び(d)参照)
BOX層106をサイドエッチングすることにより、固定部101、可動電極102、および固定電極103が形成される位置のシリコン膜107と接していたBOX層106が除去される。図5A(c)及び(d)に図示したように、固定部101および固定電極103が形成される位置に対応するシリコン膜107は、BOX層106と接している面積が、可動電極102が形成される位置のBOX層106と接している面積よりも大きいため、可動電極102が形成される位置のシリコン膜107と接していたBOX層106が完全に除去されるまでエッチングしても、固定部101および固定電極103と第1半導体基板104との間には必要なBOX層106が残される。これにより、図5A(d)に図示したように、固定部101および固定電極103は第1半導体基板104から離隔させずに形成し、可動電極102は第1半導体基板104から離隔させて形成することができる。エッチング方法としては、HF希釈(例えば、50%HFを10%に希釈する)をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ドライエッチングによって可動電極102を半導体基板104から離隔させることともできる。
(3) Processing of BOX layer 106 (see FIGS. 5A (c) and 5 (d))
By side-etching the BOX layer 106, the BOX layer 106 in contact with the silicon film 107 at the position where the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrode 103 are formed is removed. 5A (c) and 5 (d), the silicon film 107 corresponding to the position where the fixed portion 101 and the fixed electrode 103 are formed has an area in contact with the BOX layer 106, and the movable electrode 102 is formed. Even if the etching is performed until the BOX layer 106 in contact with the silicon film 107 at the position where the movable electrode 102 is formed is completely removed, the fixed portion is larger than the area in contact with the BOX layer 106 at the position where the movable electrode 102 is formed. A necessary BOX layer 106 is left between the first semiconductor substrate 104 and the fixed electrodes 103 and 101. 5A (d), the fixed portion 101 and the fixed electrode 103 are formed without being separated from the first semiconductor substrate 104, and the movable electrode 102 is formed separately from the first semiconductor substrate 104. be able to. Examples of the etching method include wet etching using HF dilution (for example, diluting 50% HF to 10%) as an etching solution. Further, the movable electrode 102 can be separated from the semiconductor substrate 104 by dry etching.

(4)可動電極102及び固定電極103の加工(図5B参照)
可動電極102と固定電極103とは、互いが接触する接触面のコンタクト性能を上げるために、少なくとも表面に金属を成膜することが好ましい。その方法として、半導体基板に対して斜め方向から金属成膜を行うことを挙げることができる。例えば、図5Bに図示したように、蒸着法により可動電極102及び固定電極103上に金属膜を形成してもよい。図5Bは、蒸着装置1100の構成を簡略化して示しており、図中に示す1101はチャンバ、1102はチャンバ1101内を所定の真空度に設定するための真空ポンプ、1003は蒸着用の金属原料である。図5Bでは、蒸着工程を、チャンバ1101内において、(a)〜(c)として示している。図5B(a)に図示するように、チャンバ1101内に、固定部101、可動電極102、及び固定電極103の形成された半導体基板104を斜めに配置し、真空中で金属原料1003に、例えば、電子ビーム(EB)の照射等により加熱蒸発させ、対向した半導体基板103上にターゲット原子を付着させる。なお、図5Bに図示した半導体基板104は、図4(c)に示した半導体基板104と同様の、図1に示したC−C´線から見た断面を図示している。図5B(b)及び(c)に図示したように、斜めに配置した半導体基板104を回転させながら、ターゲット原子を可動電極102及び固定電極103上に堆積させることにより、金属膜102m、103mが形成される。このような蒸着法によれば、可動電極102及び固定電極103の側壁部分にも、金属膜を形成することができる。なお、可動電極102及び固定電極103の接触面上には、例えば、下層にTiまたはCr等を30nm〜100nm程度成膜し、その上層にAu等を100nm〜300nm程度成膜してもよい。
(4) Processing of movable electrode 102 and fixed electrode 103 (see FIG. 5B)
The movable electrode 102 and the fixed electrode 103 are preferably formed with a metal film at least on the surface in order to improve the contact performance of the contact surfaces that are in contact with each other. An example of the method is to form a metal film on the semiconductor substrate from an oblique direction. For example, as shown in FIG. 5B, a metal film may be formed on the movable electrode 102 and the fixed electrode 103 by vapor deposition. FIG. 5B shows a simplified configuration of the vapor deposition apparatus 1100, in which 1101 is a chamber, 1102 is a vacuum pump for setting the inside of the chamber 1101 to a predetermined degree of vacuum, and 1003 is a metal raw material for vapor deposition. It is. In FIG. 5B, the vapor deposition process is shown as (a) to (c) in the chamber 1101. As illustrated in FIG. 5B (a), the semiconductor substrate 104 on which the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrode 103 are formed is disposed obliquely in the chamber 1101, and the metal raw material 1003 is formed in a vacuum, for example, Then, the target atoms are deposited on the semiconductor substrate 103 facing each other by heating and evaporation by electron beam (EB) irradiation or the like. Note that the semiconductor substrate 104 illustrated in FIG. 5B is similar to the semiconductor substrate 104 illustrated in FIG. 4C, and shows a cross section viewed from the line CC ′ illustrated in FIG. 1. As illustrated in FIGS. 5B (b) and 5 (c), the target atoms are deposited on the movable electrode 102 and the fixed electrode 103 while rotating the semiconductor substrate 104 arranged obliquely, whereby the metal films 102m and 103m are formed. It is formed. According to such a vapor deposition method, a metal film can be formed also on the side walls of the movable electrode 102 and the fixed electrode 103. In addition, on the contact surface of the movable electrode 102 and the fixed electrode 103, for example, Ti or Cr may be formed in a thickness of about 30 nm to 100 nm in the lower layer, and Au or the like may be formed in the upper layer in a thickness of about 100 nm to 300 nm.

以上の工程により、図1に図示したように、固定部101と、可動電極102と、固定電極103が配置された半導体基板104が形成される。次に、図6を参照して、図2に図示したガラス基板105の製造方法について述べる。   Through the above steps, as shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 104 on which the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrode 103 are arranged is formed. Next, a method for manufacturing the glass substrate 105 shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.

(5)ガラス基板105の形成(図6(a)及び(b)参照)
図6(a)に図示したガラス基板105は、半導体基板、絶縁性樹脂基板等を用いてもよい。以下では、ガラス基板105として可動イオンを含むガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板として、例えばテンパックス(登録商標)ガラスを用いてもよい。図6(a)に図示するように、ガラス基板105上に、スパッタリング、スクリーン印刷、CVD(Chemical Vapaor Deposition)法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材108を形成する。次に、図6(b)に図示するように、第1端子101a及び第2端子103aを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して導電材108をエッチングすることにより第1端子101a及び第2端子103aを形成する。
(5) Formation of glass substrate 105 (see FIGS. 6A and 6B)
As the glass substrate 105 illustrated in FIG. 6A, a semiconductor substrate, an insulating resin substrate, or the like may be used. Below, the case where the glass material containing a movable ion is used as the glass substrate 105 is demonstrated. As a glass substrate containing movable ions, for example, Tempax (registered trademark) glass may be used. As shown in FIG. 6A, a conductive material 108 having conductivity is formed on a glass substrate 105 by sputtering, screen printing, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an electrolytic plating method, or the like. Next, as shown in FIG. 6B, a mask (not shown) for processing the first terminal 101a and the second terminal 103a is formed, and the conductive material 108 is etched through the mask. Thus, the first terminal 101a and the second terminal 103a are formed.

(6)貫通電極101b,103bの形成(図6(c)乃至(e)参照)
図6(c)に図示するように、図6(b)に図示した第1端子101a及び第2端子103aが形成されたガラス基板105を反転させ、第1端子101a及び第2端子103aにそれぞれ接続される貫通電極101b,103bを形成するため、各貫通電極101b,103bの形成位置に所定のマスクが形成されたガラス基板105にサンドブラストにより貫通孔105aを形成する。図6(d)及び(e)に図示するように、この貫通孔105aの内部に、スパッタリング、導電性ペースト充填(スクリーン印刷)、CVD(Chemical Vapaor Deposition)法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材109を形成し、配線用端子101c,103cを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して導電材109をエッチングすることにより、貫通電極101b,103b、及び配線用端子101c,103cを形成する。例えば、CVD法により、貫通孔の内壁に導電性不純物を含む多結晶シリコン(Poly−Si)からなる導電層を堆積させて、貫通電極101b,103b、及び配線用端子101c,103cを形成してもよい。導電層としては、多結晶シリコン以外に、例えば、金属材料(Ti,Cuなど)を用いてもよい。また、配線用端子101c,103cは、貫通電極101b,103bが露出する上面部に対応させて、貫通電極101b,103bと電気的に接続されるように、例えば、Alからなるパターンによって形成されてもよい。これらの配線用端子101c,103cは、力学量センサ100が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。
(6) Formation of through electrodes 101b and 103b (see FIGS. 6C to 6E)
As illustrated in FIG. 6C, the glass substrate 105 on which the first terminal 101a and the second terminal 103a illustrated in FIG. 6B are formed is inverted, and the first terminal 101a and the second terminal 103a are respectively inverted. In order to form the through electrodes 101b and 103b to be connected, the through holes 105a are formed by sandblasting on the glass substrate 105 on which a predetermined mask is formed at the positions where the through electrodes 101b and 103b are formed. As shown in FIGS. 6D and 6E, the inside of the through hole 105a is electrically conductive using sputtering, conductive paste filling (screen printing), CVD (Chemical Vapor Deposition) method, electrolytic plating method, or the like. Conductive material 109 is formed, a mask (not shown) for processing the wiring terminals 101c and 103c is formed, and the conductive material 109 is etched through the mask, whereby the through electrodes 101b and 103b are formed. And wiring terminals 101c and 103c are formed. For example, a conductive layer made of polycrystalline silicon (Poly-Si) containing conductive impurities is deposited on the inner wall of the through hole by CVD to form the through electrodes 101b and 103b and the wiring terminals 101c and 103c. Also good. As the conductive layer, for example, a metal material (Ti, Cu, etc.) may be used in addition to polycrystalline silicon. Further, the wiring terminals 101c and 103c are formed by a pattern made of, for example, Al so as to be electrically connected to the through electrodes 101b and 103b so as to correspond to the upper surface portions where the through electrodes 101b and 103b are exposed. Also good. These wiring terminals 101c and 103c are connected to a circuit for processing a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 100 is mounted.

(7)半導体基板104とガラス基板105の接合(図4(a)乃至(c)参照)
固定部101および固定電極103が形成された半導体基板104と、第1端子101a及び第2端子103a並びに配線用端子101c及び103cが形成されたガラス基板105とを、陽極接合等により接合する。このとき、図4に図示したように、ガラス基板105に形成された第1端子101a及び第2端子103aと、半導体基板104に形成された固定部101および固定電極103とがそれぞれ電気的に接続されるように接合される。なお、上述した配線用端子101c,103は、半導体基板104とガラス基板105との接合後に、ガラス基板105に形成されてもよい。
(7) Bonding of the semiconductor substrate 104 and the glass substrate 105 (see FIGS. 4A to 4C)
The semiconductor substrate 104 on which the fixed portion 101 and the fixed electrode 103 are formed and the glass substrate 105 on which the first terminal 101a and the second terminal 103a and the wiring terminals 101c and 103c are formed are bonded by anodic bonding or the like. At this time, as shown in FIG. 4, the first terminal 101 a and the second terminal 103 a formed on the glass substrate 105 are electrically connected to the fixed portion 101 and the fixed electrode 103 formed on the semiconductor substrate 104, respectively. To be joined. Note that the wiring terminals 101 c and 103 described above may be formed on the glass substrate 105 after the semiconductor substrate 104 and the glass substrate 105 are joined.

以上の工程により、本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100が形成される。第1の実施形態に係る力学量センサ100によれば、外力の変化を、可動電極102と固定電極103との導通の有無で検知することができるため、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることができる。   Through the above steps, the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention is formed. According to the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment, a change in external force can be detected based on the presence or absence of conduction between the movable electrode 102 and the fixed electrode 103, so that an amplification circuit or the like is not necessary, and the manufacturing cost is reduced. Can be reduced.

図7は、力学量センサ100における半導体基板104の変形例を示した平面図である。本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100は、図7に図示するように、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の端部の固定電極103と対向する面に、矩形状の錘部102bが形成されてもよい。固定電極103と対向する面が突出し、重みが付加されることにより小さな外力によっても可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)のたわみ量が大きくなり、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)と固定電極103とが接触しやすくなる。これにより、印加される外力が小さい場合であっても、接触の有無を検出できるようになるため、外力の検出感度を向上させることができる。   FIG. 7 is a plan view showing a modification of the semiconductor substrate 104 in the mechanical quantity sensor 100. As shown in FIG. 7, the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention has a rectangular shape on the surface facing the fixed electrode 103 at the end of the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3). A shaped weight portion 102b may be formed. Since the surface facing the fixed electrode 103 protrudes and weight is added, the amount of deflection of the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) is increased even by a small external force, and the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L1) is increased. L3) and the fixed electrode 103 are likely to come into contact with each other. As a result, even when the applied external force is small, the presence or absence of contact can be detected, so that the detection sensitivity of the external force can be improved.

また、第1の実施形態に係る力学量センサ100は、複数の可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の長さをそれぞれ異なるものとするだけでなく、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の端部の錘部102a,102bの重み、可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)と接触される固定電極103との距離、及び可動電極102(R1〜R3、L1〜L3)の幅及び厚みを、それぞれ仕様に応じて変化させることにより、外力の検出感度を向上させることができる。   The mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment not only makes the lengths of the plurality of movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) different from each other, but also includes the movable electrodes 102 (R1 to R3, L1 to L3) end weights 102a and 102b, the distance between the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L3) and the fixed electrode 103, and the movable electrode 102 (R1 to R3, L1 to L1). The detection sensitivity of external force can be improved by changing the width and thickness of L3) according to the specifications.

(第2の実施形態)
<力学量センサの構造>
次に、本発明の第2の実施形態に係る力学量センサ200の構造について、図8を参照して説明する。図8は、本発明の第2の実施形態に係る力学量センサ200の概略構造を示した平面図である。
(Second Embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
Next, the structure of the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment of the present invention.

図8に図示したように、第2の実施形態に係る力学量センサ200は、半導体基板204と、半導体基板204上に形成された固定部201(201R1〜201R3、201L1〜201L3)と、可動電極202(R1〜R3、L1)と、固定電極203と、を含む。固定部201は、半導体基板204上に固定されている。可動電極202(R1〜R3、L1)は、その一端部が固定部201に接続され、半導体基板204から離隔して配置されている。複数の可動電極202(R1〜R3、L1)の他端部には、それぞれ錘部202a(202aR1〜202aR3、202aL1)が形成される。複数の可動電極202(R1〜R3、L1)のうち、可動電極R1〜R3の他端部には、図示したように固定電極203の対向する両面に向かって突出した矩形形状の錘部202aR1〜202aR3が形成されている。錘部202aR1〜202aR3は、それぞれ、固定電極203の複数の接触部T6〜T10のうち、接触部T6〜T9の間に、接触部T6〜T9から距離k3だけ離隔して配置される。錘部202aR1〜202aR3と、錘部202aR1〜202aR3の各々が対向する接触部T6〜T9との距離k3は、図中に示したY軸方向の外力が印加されたときに錘部202aR1〜202aR3と各々が対向する接触部T6〜T9とが接触する距離とする。また、複数の可動電極202(R1〜R3、L1)のうち、可動電極L1は、方向性を検知するために、Y軸方向の負から正への外力が印加されたときにのみ、可動電極L1の端部が固定電極203の接触部T9と接触するように配置される。可動電極L1の端部には、錘部202aL1が、図示したように接触部T9に対向する面にのみ、接触部T9に向かって突出した矩形形状で形成されてもよい。錘部202aL1と接触部T9との距離k4は、Y軸方向の負から正への外力が印加されたときに接触可能な距離とする。また、可動電極L1は、Y軸方向の正から負への外力が印加されたとしても、固定電極203と接触しないように配置し、錘部202aL1から接触部T10までの距離k5を距離k4よりも大きな距離とする。可動電極L1は、Y軸方向の負から正への外力であるか、又は、Y軸方向の正から負への外力であるかを検知する役割をするため、他の可動電極R1〜R3よりも長さを長くしてもよく、錘部202aL1の大きさや、錘部202aL1と接触部T9との距離k4、可動電極L1の幅等を調整して、印加される外力が小さい場合にも、固定電極203と容易に接触するように配置してもよい。なお、力学量センサ200は、図5A及び図6に図示した第1の実施形態に係る力学量センサ100と同様の製造方法により製造される。   As illustrated in FIG. 8, the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment includes a semiconductor substrate 204, a fixed portion 201 (201R1 to 201R3, 201L1 to 201L3) formed on the semiconductor substrate 204, a movable electrode 202 (R1 to R3, L1) and a fixed electrode 203. The fixing part 201 is fixed on the semiconductor substrate 204. One end of the movable electrode 202 (R1 to R3, L1) is connected to the fixed portion 201 and is arranged away from the semiconductor substrate 204. Weight portions 202a (202aR1 to 202aR3 and 202aL1) are formed at the other ends of the plurality of movable electrodes 202 (R1 to R3 and L1), respectively. Of the plurality of movable electrodes 202 (R1 to R3, L1), the other ends of the movable electrodes R1 to R3 are rectangular weight portions 202aR1 that protrude toward the opposite surfaces of the fixed electrode 203 as illustrated. 202aR3 is formed. Each of the weight portions 202aR1 to 202aR3 is disposed between the contact portions T6 to T9 among the contact portions T6 to T10 of the fixed electrode 203 by a distance k3 from the contact portions T6 to T9. The distance k3 between the weight portions 202aR1 to 202aR3 and the contact portions T6 to T9 that each of the weight portions 202aR1 to 202aR3 opposes is equal to the weight portions 202aR1 to 202aR3 when an external force in the Y-axis direction shown in the figure is applied. The distance between the contact portions T6 to T9 that face each other is defined. Of the plurality of movable electrodes 202 (R1 to R3, L1), the movable electrode L1 is movable only when an external force from negative to positive in the Y-axis direction is applied in order to detect directionality. It arrange | positions so that the edge part of L1 may contact the contact part T9 of the fixed electrode 203. FIG. At the end of the movable electrode L1, the weight portion 202aL1 may be formed in a rectangular shape protruding toward the contact portion T9 only on the surface facing the contact portion T9 as illustrated. The distance k4 between the weight portion 202aL1 and the contact portion T9 is a distance that can be contacted when an external force from negative to positive in the Y-axis direction is applied. The movable electrode L1 is arranged so as not to come into contact with the fixed electrode 203 even when an external force from positive to negative in the Y-axis direction is applied, and the distance k5 from the weight part 202aL1 to the contact part T10 is set from the distance k4. Is also a large distance. The movable electrode L1 serves to detect whether it is an external force from negative to positive in the Y-axis direction or an external force from positive to negative in the Y-axis direction. Therefore, the movable electrode L1 is more than the other movable electrodes R1 to R3. The length of the weight portion 202aL1, the distance k4 between the weight portion 202aL1 and the contact portion T9, the width of the movable electrode L1 and the like can be adjusted to reduce the applied external force. You may arrange | position so that it may contact the fixed electrode 203 easily. The mechanical quantity sensor 200 is manufactured by the same manufacturing method as the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment illustrated in FIGS. 5A and 6.

なお、第2の実施形態においては、複数の可動電極202(R1〜R3)は、図示したように、同一幅を有し、同一形状の他端部を有し、且つ各々の長さが異なるようにしているが、これに限定されるわけではなく、第1の実施形態と同様、力学量センサ200に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極202は、第1の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、力学量センサ100に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第1の実施形態と同様、それぞれの可動電極202と固定電極203との距離を適宜調整することにより、力学量センサ200に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極203と接触するようにしてもよい。   In the second embodiment, as shown in the drawing, the plurality of movable electrodes 202 (R1 to R3) have the same width, the other end of the same shape, and different lengths. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that the amount of deflection differs according to the external force applied to the mechanical quantity sensor 200 as in the first embodiment. As in the first embodiment, the plurality of movable electrodes 202 are applied to the mechanical quantity sensor 100 by appropriately changing the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end. The amount of deflection may be different depending on the external force applied. Further, similarly to the first embodiment, by appropriately adjusting the distance between each movable electrode 202 and fixed electrode 203, each other end is fixed electrode 203 according to the external force applied to mechanical quantity sensor 200. You may make it contact.

<力学量センサの動作>
次に、第2の実施形態に係る力学量センサ200の動作について、図9を参照して説明する。図9は、図8に示した力学量センサ200の動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極202(R1〜R3、L1)と固定電極203との導通関係を表す表である。なお、図9に示したLF1〜LF3は、それぞれ力学量センサ200に印加されるY軸方向の負から正に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力LF1〜LF3の大きさの関係は、LF1<LF2<LF3である。また、RF1〜RF3は、それぞれY軸方向の正から負に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力RF1〜3の大きさの関係は、RF1<RF2<RF3である。なお、図9では、可動電極R1〜R3、L1が固定電極103に接触した状態を「○」で示し、可動電極R1〜R3、L1が固定電極103に接触していない状態を「×」で示す。また、以下の説明においては、図8に示される可動電極L1と可動電極R1とが同じ長さであるものとして説明する。
<Operation of mechanical quantity sensor>
Next, the operation of the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a table for explaining the operation of the mechanical quantity sensor 200 shown in FIG. 8. The direction and magnitude of the applied external force, the plurality of movable electrodes 202 (R1 to R3, L1), and the fixed electrode 203. It is a table | surface showing the conduction | electrical_connection relationship. LF1 to LF3 shown in FIG. 9 represent the direction and magnitude of the external force applied from the negative to the positive in the Y-axis direction applied to the mechanical quantity sensor 200, respectively, and the magnitudes of the external forces LF1 to LF3. The relationship is LF1 <LF2 <LF3. RF1 to RF3 represent the direction and magnitude of the external force applied from positive to negative in the Y-axis direction, respectively, and the relationship between the magnitudes of the external forces RF1 to RF3 is RF1 <RF2 <RF3. In FIG. 9, the state where the movable electrodes R1 to R3 and L1 are in contact with the fixed electrode 103 is indicated by “◯”, and the state where the movable electrodes R1 to R3 and L1 are not in contact with the fixed electrode 103 is indicated by “x”. Show. In the following description, it is assumed that the movable electrode L1 and the movable electrode R1 shown in FIG. 8 have the same length.

可動電極R1は、複数の可動電極R1〜R3のうち、もっとも長さが長く、外力RF1〜RF3が印加されると、Y軸の負の方向に向かってたわみ接触部T9と接触し、外力LF1〜LF3が印加されると、Y軸の正の方向に向かってたわみ接触部T8と接触する。可動電極R1よりも長さの短い可動電極R2は、もっとも小さな外力RF1又はLF1が印加されたときにはたわみが小さく(又はたわまず)、接触部T8又はT7と接触せず、外力RF2及びRF3が印加されると、Y軸の負の方向に向かってたわみ接触部T8と接触し、外力LF2及びLF3が印加されると、Y軸の正の方向に向かってたわみ、接触部T9と接触する。可動電極R2よりも長さの短い可動電極R3は、もっとも大きな外力RF3が印加されると、Y軸の負の方向に向かってたわみ接触部T6と接触し、もっとも大きな外力LF3が印加されると、Y軸の正の方向に向かってたわみ接触部T7と接触する。一方、方向性を検知する可動電極L1は、可動電極R1と同じ長さであるが、外力RF1〜RF3が印加されても、接触部T10との距離が離れているため、Y軸の負の方向に向かってたわんだとしても接触部T10と接触せず、外力LF1〜LF3が印加されると、Y軸の正の方向に向かってたわみ接触部T9と接触する。   The movable electrode R1 has the longest length among the plurality of movable electrodes R1 to R3. When the external forces RF1 to RF3 are applied, the movable electrode R1 comes into contact with the deflection contact portion T9 toward the negative direction of the Y axis, and the external force LF1. When LF3 is applied, it comes into contact with the flexible contact portion T8 in the positive direction of the Y axis. The movable electrode R2 having a shorter length than the movable electrode R1 has a small deflection (or no deflection) when the smallest external force RF1 or LF1 is applied, does not contact the contact portion T8 or T7, and the external forces RF2 and RF3 are When applied, it comes into contact with the deflection contact portion T8 in the negative direction of the Y axis, and when the external forces LF2 and LF3 are applied, it bends in the positive direction of the Y axis and comes into contact with the contact portion T9. When the largest external force RF3 is applied, the movable electrode R3 having a shorter length than the movable electrode R2 comes into contact with the deflection contact portion T6 in the negative direction of the Y axis, and when the largest external force LF3 is applied. , Contact with the flexible contact portion T7 in the positive direction of the Y-axis. On the other hand, the movable electrode L1 for detecting the directivity has the same length as the movable electrode R1, but even when the external forces RF1 to RF3 are applied, the distance from the contact portion T10 is long, so that the negative of the Y axis is Even if it bends in the direction, it does not come into contact with the contact portion T10, and when the external forces LF1 to LF3 are applied, it comes into contact with the deflection contact portion T9 in the positive direction of the Y axis.

以上のような可動電極R1〜R3、L1の動作により、Y軸方向の外力が印加される向きと大きさの変化と、可動電極R1〜R3、L1の動作状態の関係は、図9の表に示すようになる。例えば、外力RF1が印加された場合は、可動電極R1のみが接触部T9に接触し、外力LF1が印加された場合は、可動電極R1が接触部T8に接触するとともに、可動電極L1が接触部T9に接触する。このように、外力RF1又はLF1の印加により、可動電極R1又はL1の接触による固定部201と固定電極203との電気的導通状態を検知することにより、外力の印加方向と大きさを判断することが可能になる。また、図9の表に示すように、外力RF2が印加された場合は、可動電極R1及びR2がそれぞれ接触部T9及びT8に接触し、外力LF2が印加された場合は、可動電極R1、R2及びL1がそれぞれ接触部T8及びT9に接触する。また、外力RF3が印加された場合は、可動電極R1、R2、及びR3が接触部T9、T8、及びT7にそれぞれ接触し、外力LF3が印加された場合は、可動電極R1、R2、R3及びL1が、接触部T8、T7及びT9にそれぞれ接触する。   The relationship between the direction and magnitude of the external force applied in the Y-axis direction and the operation state of the movable electrodes R1 to R3 and L1 by the operation of the movable electrodes R1 to R3 and L1 as described above is shown in the table of FIG. As shown. For example, when the external force RF1 is applied, only the movable electrode R1 is in contact with the contact portion T9, and when the external force LF1 is applied, the movable electrode R1 is in contact with the contact portion T8 and the movable electrode L1 is in contact with the contact portion. Touch T9. Thus, the application direction and magnitude of the external force are determined by detecting the electrical continuity state between the fixed portion 201 and the fixed electrode 203 due to the contact of the movable electrode R1 or L1 by the application of the external force RF1 or LF1. Is possible. As shown in the table of FIG. 9, when the external force RF2 is applied, the movable electrodes R1 and R2 come into contact with the contact portions T9 and T8, respectively, and when the external force LF2 is applied, the movable electrodes R1 and R2 are applied. And L1 are in contact with the contact portions T8 and T9, respectively. When the external force RF3 is applied, the movable electrodes R1, R2, and R3 are in contact with the contact portions T9, T8, and T7, respectively. When the external force LF3 is applied, the movable electrodes R1, R2, R3, and L1 contacts the contact portions T8, T7, and T9, respectively.

第2の実施形態に係る力学量センサ200によれば、外力の大きさに応じて、固定電極203と接触する可動電極R1〜R3が異なるため、複数の可動電極R1〜R3のうち、どの可動電極が固定電極203に接触したかを導通の有無で検知し、且つ外力の方向性を検知する可動電極L1を用いて外力の方向を判断することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。また、第2の実施形態に係る力学量センサ200によれば、複数の可動電極R1〜R3のうち、どの可動電極が固定電極203に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。   According to the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment, the movable electrodes R1 to R3 that are in contact with the fixed electrode 203 are different depending on the magnitude of the external force, and therefore, which of the movable electrodes R1 to R3 is movable. Detecting the direction and magnitude of the external force by detecting whether the electrode is in contact with the fixed electrode 203 based on the presence or absence of conduction, and determining the direction of the external force using the movable electrode L1 that detects the directionality of the external force. Can do. Further, according to the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment, by detecting which movable electrode of the plurality of movable electrodes R1 to R3 is in contact with the fixed electrode 203 based on the presence or absence of conduction over time. In addition, not only the direction and magnitude of the external force but also the acceleration can be detected.

(第3の実施形態)
<力学量センサの構造>
次に、本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300の構造について、図10乃至図12を参照して説明する。図10及び図11は、本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300の概略構造を示した平面図である。図12は、図10及び図11に示した力学量センサ300の概略構造を示した断面図であり、(a)は、図10に示した半導体基板と図11に示したガラス基板とを接合したときの可動電極D3を示した断面図であり、(b)は、図10に示した半導体基板と図11に示したガラス基板とを接合したときの可動電極D2を示した断面図であり、(c)は、図10に示した半導体基板と図11に示したガラス基板とを接合したときの可動電極D1を示した断面図であり、(d)は、図10に示した半導体基板と図11に示したガラス基板とを接合したときの可動電極U3を示した断面図であり、(e)は、図10に示した半導体基板と図11に示したガラス基板とを接合したときの可動電極U2を示した断面図であり、(f)は、図10に示した半導体基板と図11に示したガラス基板とを接合したときの可動電極U1を示した断面図である。
(Third embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
Next, the structure of the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11 are plan views showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment of the present invention. 12 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the mechanical quantity sensor 300 shown in FIGS. 10 and 11. FIG. 12 (a) is a view showing a bonding of the semiconductor substrate shown in FIG. 10 and the glass substrate shown in FIG. It is sectional drawing which showed the movable electrode D3 at the time of doing, (b) is sectional drawing which showed the movable electrode D2 when joining the semiconductor substrate shown in FIG. 10, and the glass substrate shown in FIG. (C) is sectional drawing which showed the movable electrode D1 when the semiconductor substrate shown in FIG. 10 and the glass substrate shown in FIG. 11 were joined, (d) is the semiconductor substrate shown in FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the movable electrode U3 when the glass substrate shown in FIG. 11 and the glass substrate shown in FIG. 11 are joined, and (e) is when the semiconductor substrate shown in FIG. 10 and the glass substrate shown in FIG. It is sectional drawing which showed movable electrode U2 of FIG., (F) is shown in FIG. It is a sectional view showing the movable electrode U1 when bonding the glass substrate shown in the semiconductor substrate and FIG. 11.

図10に図示したように、半導体基板304上には、固定部301及び複数の可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)が配置される。複数の可動電極302(D1〜3、U1〜3)は、各々の長さが異なり、長さの関係は、D3<D2<D1<U3<U2<U1で表される。可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)は可撓性を有し、その一端部が固定部301に接続され、半導体基板304から離隔して配置される。図11に図示したように、ガラス基板305上には、図10に示した半導体基板304と接合されると、固定部301に接続される固定部電極301a、及び外力に応じて複数の可動電極302(D1〜3、U1〜3)と各々接触する複数の固定電極303a(303aD1〜303aD3、303aU1〜303aU3)が配置される。図10に示した半導体基板304と、図11に示したガラス基板305とを、陽極接合等により接合することにより、図12に示した断面構造を有する力学量センサ300が形成される。   As illustrated in FIG. 10, the fixed portion 301 and the plurality of movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to U3) are disposed on the semiconductor substrate 304. The plurality of movable electrodes 302 (D1 to 3 and U1 to 3) have different lengths, and the length relationship is represented by D3 <D2 <D1 <U3 <U2 <U1. The movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to U3) have flexibility, and one end portions thereof are connected to the fixed portion 301 and are separated from the semiconductor substrate 304. As illustrated in FIG. 11, on the glass substrate 305, when bonded to the semiconductor substrate 304 illustrated in FIG. 10, a fixed portion electrode 301 a connected to the fixed portion 301 and a plurality of movable electrodes according to external force. A plurality of fixed electrodes 303a (303aD1 to 303aD3, 303aU1 to 303aU3) that respectively contact 302 (D1 to 3 and U1 to 3) are arranged. The semiconductor substrate 304 shown in FIG. 10 and the glass substrate 305 shown in FIG. 11 are joined by anodic bonding or the like to form the mechanical quantity sensor 300 having the cross-sectional structure shown in FIG.

力学量センサ300の可動電極302は、印加される外力に応じて図中に示すZ軸方向にたわみ、それらの端部が変位し、可動電極302の図中に示したZ軸方向の下側(Z軸の負の方向)に配置された固定電極303aと接触する。力学量センサ300は、固定電極303aが可動電極302の端部の下側面と対向して配置される点において、第1及び第2の実施形態に係る力学量センサ100、200と異なる。この構成により、力学量センサ300は、Z軸方向の外力の大きさ及び方向を検出することができる。   The movable electrode 302 of the mechanical quantity sensor 300 bends in the Z-axis direction shown in the figure in accordance with the applied external force, and the ends thereof are displaced, so that the lower side of the movable electrode 302 in the Z-axis direction shown in the figure. Contact with the fixed electrode 303a arranged in the negative direction of the Z-axis. The mechanical quantity sensor 300 is different from the mechanical quantity sensors 100 and 200 according to the first and second embodiments in that the fixed electrode 303a is disposed to face the lower surface of the end portion of the movable electrode 302. With this configuration, the mechanical quantity sensor 300 can detect the magnitude and direction of the external force in the Z-axis direction.

図12に図示するように、力学量センサ300は、可動電極302(D1〜3、U1〜3)が、Z軸方向にたわんでそれらの端部が変位できるように、ガラス基板305上に形成される固定電極303aのZ軸方向の高さを、固定部電極301aよりも低くなるように形成してもよい。固定部電極301aと固定電極303aとの高さの差により、可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)と固定電極303a(303aD1〜303aD3、303aU1〜303aU3)との間に間隙ができるため、可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)の端部がZ軸方向に変位できるようになる。   As shown in FIG. 12, the mechanical quantity sensor 300 is formed on the glass substrate 305 so that the movable electrodes 302 (D1 to 3 and U1 to 3) can be deflected in the Z-axis direction and their end portions can be displaced. The fixed electrode 303a may be formed such that the height in the Z-axis direction is lower than that of the fixed portion electrode 301a. Due to the difference in height between the fixed part electrode 301a and the fixed electrode 303a, a gap is formed between the movable electrode 302 (D1 to D3, U1 to U3) and the fixed electrode 303a (303aD1 to 303aD3, 303aU1 to 303aU3). The ends of the movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to U3) can be displaced in the Z-axis direction.

また、図12(d)乃至(f)に図示するように、複数の可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)のうち、可動電極U1〜3については、長さが可動電極D1〜D3よりも長いことから、その重みにより外力が印加されていない状態で端部をZ軸の負の方向にたわませて、固定電極303aU1〜303aU3と接触させた状態で配置してもよい。なお、図12(a)乃至(c)に図示するように、可動電極D1〜3の端部と、対向する固定電極303aD1〜303aD3との間には、それぞれ間隙を空けて配置してもよい。   12D to 12F, among the plurality of movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to U3), the lengths of the movable electrodes U1 to U3 are the movable electrodes D1 to D3. Therefore, the end may be bent in the negative direction of the Z-axis in a state where no external force is applied due to the weight, and may be arranged in contact with the fixed electrodes 303aU1 to 303aU3. In addition, as illustrated in FIGS. 12A to 12C, a gap may be provided between the end of the movable electrodes D1 to D3 and the opposed fixed electrodes 303aD1 to 303aD3. .

<力学量センサの動作>
次に、第3の実施形態に係る力学量センサ300の動作について、図13を参照して説明する。図13は、図10乃至12に図示した力学量センサ300の動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)と固定電極303a(303aD1〜303aD3、303aU1〜303aU3)との導通関係を表す表である。なお、図13に示したDF1〜DF3は、それぞれ力学量センサ300に印加されるZ軸方向の正から負(Z軸方向に図中の上から下)に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力DF1〜DF3の大きさの関係は、DF1<DF2<DF3である。また、UF1〜UF3は、それぞれZ軸方向の負から正(Z軸方向に図中の下から上)に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力UF1〜UF3の大きさの関係は、UF1<UF2<UF3である。なお、図13では、可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)が固定電極303aに接触した状態を「○」で示し、可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)が固定電極303aに接触していない状態を「×」で示す。
<Operation of mechanical quantity sensor>
Next, the operation of the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a table for explaining the operation of the mechanical quantity sensor 300 shown in FIGS. 10 to 12, and the direction and magnitude of the applied external force and a plurality of movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to U3). And a fixed electrode 303a (303aD1 to 303aD3, 303aU1 to 303aU3). Note that DF1 to DF3 shown in FIG. 13 are directions of external force applied from positive to negative in the Z-axis direction applied to the mechanical quantity sensor 300 (from the top to the bottom in the figure in the Z-axis direction) and This represents the magnitude, and the relation between the magnitudes of the external forces DF1 to DF3 is DF1 <DF2 <DF3. UF1 to UF3 represent the direction and magnitude of external force applied from negative to positive in the Z-axis direction (from the bottom to the top in the figure in the Z-axis direction), respectively, and the magnitude of the external forces UF1 to UF3. The relationship is UF1 <UF2 <UF3. In FIG. 13, the state in which the movable electrode 302 (D1 to D3, U1 to U3) is in contact with the fixed electrode 303a is indicated by “◯”, and the movable electrode 302 (D1 to D3, U1 to U3) is connected to the fixed electrode 303a. The state of not touching is indicated by “x”.

可動電極U1〜U3は、外力が印加されない状態ではたわみ、端部がそれぞれ固定電極303aU1〜303aU3と接触している。可動電極U1は、複数の可動電極302(D1〜D3、U1〜D3)のうち、もっとも長さが長く、Z軸方向の負から正に向かって印加される外力UF1〜UF3のうち、もっとも大きな外力UF3が印加されると、端部がZ軸の正の方向に向かって変位し、固定電極303aU1から離れる。可動電極U1よりも長さの短い可動電極U2は、Z軸方向の負から正に向かって印加される外力UF1〜UF3のうち、外力UF3及びUF2が印加されると、端部がZ軸の正の方向に向かって変位し、固定電極303aU2から離れる。可動電極U2よりも長さの短い可動電極U3は、Z軸方向の負から正に向かって印加される外力UF1〜UF3が印加されると、端部がZ軸の正の方向に向かって変位し、固定電極303aU1から離れる。   The movable electrodes U1 to U3 bend in a state where no external force is applied, and the ends thereof are in contact with the fixed electrodes 303aU1 to 303aU3, respectively. The movable electrode U1 has the longest length among the plurality of movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to D3), and the largest of the external forces UF1 to UF3 applied from the negative to the positive in the Z-axis direction. When the external force UF3 is applied, the end portion is displaced in the positive direction of the Z axis, and is separated from the fixed electrode 303aU1. When the external forces UF3 and UF2 are applied to the movable electrode U2 having a length shorter than that of the movable electrode U1, the external ends UF3 and UF2 of the external forces UF1 to UF3 applied from the negative to the positive in the Z-axis direction are end portions of the Z-axis. It is displaced in the positive direction and moves away from the fixed electrode 303aU2. When the external force UF1 to UF3 applied from the negative in the Z-axis direction to the positive is applied to the movable electrode U3 having a shorter length than the movable electrode U2, the end portion is displaced in the positive direction of the Z-axis. And away from the fixed electrode 303aU1.

可動電極D1〜D3は、外力が印加されない状態では、固定電極303aD1〜303aD3からそれぞれ離隔している。そのため、可動電極D1〜D3は、Z軸方向の負から正に向かって印加される外力UF1〜UF3が印加されても、固定電極303aD1〜303aD3にそれぞれ接触しない。可動電極D1は、可動電極U3より長さが短いが、可動電極D1〜D3のうちもっとも長さが長く、Z軸方向の正から負に向かって印加される外力DF1〜DF3が印加されると、固定電極303aD1と接触する。可動電極D2は、可動電極D1よりも長さが短く、Z軸方向の正から負に向かって印加される外力DF1及びDF2が印加されると、固定電極303aD2と接触する。可動電極D3は、可動電極D2よりも長さが短く、Z軸方向の正から負に向かって印加される外力DF1〜DF3のうち、もっとも大きな外力DF3が印加されるときにのみ、固定電極303aD3と接触する。   The movable electrodes D1 to D3 are spaced apart from the fixed electrodes 303aD1 to 303aD3, respectively, when no external force is applied. Therefore, the movable electrodes D1 to D3 do not contact the fixed electrodes 303aD1 to 303aD3, respectively, even when the external forces UF1 to UF3 applied from the negative to the positive in the Z-axis direction are applied. The movable electrode D1 is shorter than the movable electrode U3, but is the longest among the movable electrodes D1 to D3, and when external forces DF1 to DF3 applied from positive to negative in the Z-axis direction are applied. In contact with the fixed electrode 303aD1. The movable electrode D2 is shorter than the movable electrode D1, and comes into contact with the fixed electrode 303aD2 when the external forces DF1 and DF2 applied from the positive to the negative in the Z-axis direction are applied. The movable electrode D3 is shorter than the movable electrode D2, and only when the largest external force DF3 is applied among the external forces DF1 to DF3 applied from positive to negative in the Z-axis direction, the fixed electrode 303aD3. Contact with.

以上のように、第3の実施形態に係る力学量センサ300によれば、外力の大きさに応じて、固定電極303a(303aD1〜303aD3、303aU1〜303aU3)と接触する可動電極D1〜D3、U1〜U3が異なるため、複数の可動電極D1〜D3、U1〜U3のうち、どの可動電極が固定電極303a(303aD1〜303aD3、303aU1〜303aU3)に接触したかを導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。また、第3の実施形態に係る力学量センサ300によれば、複数の可動電極D1〜D3、U1〜U3のうち、どの可動電極が固定電極303a(303aD1〜303aD3、303aU1〜303aU3)に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。   As described above, according to the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment, the movable electrodes D1 to D3 and U1 that are in contact with the fixed electrode 303a (303aD1 to 303aD3 and 303aU1 to 303aU3) according to the magnitude of the external force. Because U3 is different, by detecting which of the plurality of movable electrodes D1 to D3 and U1 to U3 is in contact with the fixed electrode 303a (303aD1 to 303aD3, 303aU1 to 303aU3) with or without conduction, The direction and magnitude of the external force can be detected. Further, according to the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment, which of the plurality of movable electrodes D1 to D3 and U1 to U3 is in contact with the fixed electrode 303a (303aD1 to 303aD3, 303aU1 to 303aU3). By detecting whether or not there is continuity over time, not only the direction and magnitude of the external force but also the acceleration can be detected.

<力学量センサの製造方法>
なお、第3の実施形態に係る力学量センサ300は、図6に示した第1の実施形態に係る力学量センサ100の製造方法と異なり、ガラス基板305の製造過程において、固定電極303aの高さを固定部電極301aよりも低く形成する。そこで、以下、第3の実施形態に係る力学量センサ300のガラス基板305の製造方法について、図14を参照して述べる。図14は、力学量センサ300のガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(a)は加工前のガラス基板を示す断面図、(b)はガラス基板に固定部電極を形成する途中の工程を示す断面図、(c)はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図、(d)はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成した工程を示す断面図、(e)はガラス基板に貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、(f)は、ガラス基板に貫通電極及び配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図である。
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
Note that the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment is different from the manufacturing method of the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment shown in FIG. The height is lower than that of the fixed portion electrode 301a. Accordingly, a method for manufacturing the glass substrate 305 of the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment will be described below with reference to FIG. 14A and 14B are diagrams for explaining a manufacturing process showing a schematic structure of a cross section of the mechanical quantity sensor 300 on the glass substrate side. FIG. 14A is a cross-sectional view showing a glass substrate before processing, and FIG. Sectional drawing which shows process in the middle of forming fixed part electrode in board | substrate, (c) is sectional drawing which shows process in the middle of forming fixed part electrode and fixed electrode in glass substrate, (d) is fixing part electrode in glass substrate And (e) is a cross-sectional view showing a process in the middle of forming the through electrode on the glass substrate, and (f) forming the through electrode and the wiring terminal on the glass substrate. It is sectional drawing which shows the process in the middle of doing.

ガラス基板305は、図6(a)に図示したガラス基板105と同様に、半導体基板、絶縁性樹脂基板等を用いてもよい。以下では、ガラス基板305として可動イオンを含むガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板として、例えばテンパックス(登録商標)ガラスを用いてもよい。図14(a)に図示するように、ガラス基板305上に、スパッタリング、スクリーン印刷、CVD(Chemical Vapaor Deposition)法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材308を形成する。次に、図14(b)に図示するように、固定部電極301aに高さを加えて固定電極101aよりも高くするための凸部308aを加工するため、マスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して導電材308をエッチングすることにより凸部308aを形成する。次に、図14(c)に図示するように、凸部308a上、及び固定電極303aの形成位置を覆うように、ガラス基板305上に、導電材309を形成する。導電材309は、導電材308と同様の方法で形成されてもよい。次に、図14(d)に図示するように、固定電極303aおよび固定部電極301aを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して導電材309をエッチングすることにより固定電極303aおよび固定部電極301aが形成される位置を除いた凹部309aを形成する。エッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いることができる。これにより、固定電極303a及び、固定電極303aよりも高さの高い固定部電極301aが形成される。   As the glass substrate 305, a semiconductor substrate, an insulating resin substrate, or the like may be used in the same manner as the glass substrate 105 illustrated in FIG. Below, the case where the glass material containing a movable ion is used as the glass substrate 305 is demonstrated. As a glass substrate containing movable ions, for example, Tempax (registered trademark) glass may be used. As shown in FIG. 14A, a conductive material 308 having conductivity is formed on a glass substrate 305 by sputtering, screen printing, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an electrolytic plating method, or the like. Next, as shown in FIG. 14B, a mask (not shown) is formed in order to process the convex portion 308a for increasing the height of the fixed portion electrode 301a to be higher than the fixed electrode 101a. The protrusion 308a is formed by etching the conductive material 308 through the mask. Next, as illustrated in FIG. 14C, a conductive material 309 is formed on the glass substrate 305 so as to cover the convex portion 308a and the formation position of the fixed electrode 303a. The conductive material 309 may be formed by a method similar to that of the conductive material 308. Next, as shown in FIG. 14D, a mask (not shown) for processing the fixed electrode 303a and the fixed portion electrode 301a is formed, and the conductive material 309 is etched through the mask. A recess 309a is formed except for the position where the fixed electrode 303a and the fixed portion electrode 301a are formed. As an etching method, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used. Thereby, the fixed electrode 303a and the fixed portion electrode 301a having a height higher than that of the fixed electrode 303a are formed.

次に、図14(e)乃至(g)に図示するように、図14(d)に図示した固定電極303aおよび固定部電極301aが形成されたガラス基板305を反転させ、図6(c)乃至(e)に図示した製造方法と同様の方法で、図14(g)に図示したように、固定部電極301a及び固定電極303aとそれぞれ接続される配線用端子301b、303b(303bD1〜303bD3、303bU1〜303bU3)を形成する。配線用端子301b、303bは、固定部電極301a及び固定電極303aと、ガラス基板305内部に形成された貫通電極によりそれぞれ接続される。図14(e)に図示するように、固定部電極301a及び固定電極303aの形成位置に合わせて所定のマスクが形成されたガラス基板305に、サンドブラスト等により貫通孔305aを形成する。図14(f)及び(g)に図示したように、この貫通孔305aの内部に、スパッタリング、導電性ペースト充填(スクリーン印刷)、CVD(Chemical Vapaor Deposition)法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材310を形成し、配線用端子301b,303b(303bD1〜303bD3、303bU1〜303bU3)を加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して導電材310をエッチングすることにより、貫通電極及び配線用端子301b,303bを形成してもよい。例えば、CVD法により、貫通孔の内壁に導電性不純物を含む多結晶シリコン(Poly−Si)からなる導電層を堆積させて、貫通電極及び配線用端子301b,303bを形成してもよい。導電層としては、多結晶シリコン以外に、例えば、金属材料(Ti,Cuなど)を用いてもよい。また、配線用端子301b,303bは、貫通電極が露出する上面部に対応させて、貫通電極と電気的に接続されるように、例えば、Alからなるパターンによって形成されてもよい。これらの配線用端子301b,303bは、力学量センサ300が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。   Next, as illustrated in FIGS. 14E to 14G, the glass substrate 305 on which the fixed electrode 303a and the fixed portion electrode 301a illustrated in FIG. 14D are formed is inverted, and FIG. To (e) in the same manner as the manufacturing method shown in FIG. 14 (g), as shown in FIG. 14 (g), wiring terminals 301b and 303b (303bD1 to 303bD3, respectively) connected to the fixed portion electrode 301a and the fixed electrode 303a, respectively. 303bU1 to 303bU3). The wiring terminals 301b and 303b are connected to the fixed portion electrode 301a and the fixed electrode 303a by through electrodes formed inside the glass substrate 305, respectively. As shown in FIG. 14E, a through hole 305a is formed by sandblasting or the like on a glass substrate 305 on which a predetermined mask is formed in accordance with the formation positions of the fixed portion electrode 301a and the fixed electrode 303a. As shown in FIGS. 14 (f) and 14 (g), the through hole 305 a is electrically conductive using sputtering, conductive paste filling (screen printing), CVD (Chemical Vapor Deposition) method, electrolytic plating method, or the like. Conductive material 310 is formed, a mask (not shown) for processing wiring terminals 301b and 303b (303bD1 to 303bD3, 303bU1 to 303bU3) is formed, and the conductive material 310 is etched through the mask. By doing so, the through electrodes and wiring terminals 301b and 303b may be formed. For example, a through electrode and wiring terminals 301b and 303b may be formed by depositing a conductive layer made of polycrystalline silicon (Poly-Si) containing a conductive impurity on the inner wall of the through hole by a CVD method. As the conductive layer, for example, a metal material (Ti, Cu, etc.) may be used in addition to polycrystalline silicon. Further, the wiring terminals 301b and 303b may be formed by a pattern made of, for example, Al so as to be electrically connected to the through electrode corresponding to the upper surface portion where the through electrode is exposed. These wiring terminals 301b and 303b are connected to a circuit for processing a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 300 is mounted.

次に、図10に示した固定部301及び可動電極302の形成された半導体基板304と、図11に示した固定電極303aおよび固定部電極301aが形成されたガラス基板305とを、陽極接合等により接合する。このとき、図12に図示したように、ガラス基板305に形成された固定部電極301aと、半導体基板304に形成された固定部301とが電気的に接続されるように接合される。   Next, the semiconductor substrate 304 on which the fixed portion 301 and the movable electrode 302 shown in FIG. 10 are formed and the glass substrate 305 on which the fixed electrode 303a and the fixed portion electrode 301a shown in FIG. To join. At this time, as illustrated in FIG. 12, the fixing portion electrode 301 a formed on the glass substrate 305 and the fixing portion 301 formed on the semiconductor substrate 304 are joined so as to be electrically connected.

なお、第3の実施形態においては、複数の可動電極302(D1〜D3、U1〜U3)は、図示したように、同一幅を有し、同一形状の他端部を有し、且つ各々の長さが異なるようにしているが、これに限定されるわけではなく、第1及び第2の実施形態と同様、力学量センサ300に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極302は、第1及び第2の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、力学量センサ300に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第1及び第2の実施形態と同様、それぞれの可動電極302と固定電極303aとの距離を適宜調整することにより、力学量センサ300に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極203aと接触するようにしてもよい。   In the third embodiment, the plurality of movable electrodes 302 (D1 to D3, U1 to U3) have the same width, the other end portion having the same shape, and Although the lengths are different from each other, the present invention is not limited to this, and, as in the first and second embodiments, as long as the amount of deflection differs according to the external force applied to the mechanical quantity sensor 300. Good. As in the first and second embodiments, the plurality of movable electrodes 302 can be obtained by appropriately changing the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end. It is sufficient that the amount of deflection differs according to the external force applied to 300. Similarly to the first and second embodiments, the other end portions of the movable electrodes 302 and the fixed electrodes 303a can be adjusted according to the external force applied to the mechanical quantity sensor 300 by appropriately adjusting the distance between the movable electrodes 302 and the fixed electrodes 303a. You may make it contact with the fixed electrode 203a.

以上の工程により、Z軸方向の外力が印加された際に、可動電極302の端部が変位して固定電極303aと接触状態又は非接触状態となる力学量センサ300が作製される。第3の実施形態に係る力学量センサ300によれば、外力の変化を、可動電極302と固定電極303との導通の有無で検知することができるため、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることができる。   Through the above steps, when an external force in the Z-axis direction is applied, the mechanical quantity sensor 300 is produced in which the end portion of the movable electrode 302 is displaced to be in contact with or not in contact with the fixed electrode 303a. According to the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment, a change in external force can be detected by the presence or absence of conduction between the movable electrode 302 and the fixed electrode 303, so that an amplification circuit or the like is not necessary, and the manufacturing cost is reduced. Can be reduced.

(第4の実施形態)
<複合型力学量センサの構造>
次に、本発明の第4の実施形態に係る複合型力学量センサ400の構造について、図15及び図16を参照して説明する。図15及び図16は、本発明の第4の実施形態に係る複合型力学量センサ400の概略構造を示した平面図である。
(Fourth embodiment)
<Structure of complex mechanical sensor>
Next, the structure of the composite mechanical quantity sensor 400 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 and 16. 15 and 16 are plan views showing a schematic structure of a composite mechanical quantity sensor 400 according to the fourth embodiment of the present invention.

なお、「複合型力学量センサ」とは、検出方向、検出される力学量の種類、検出する力学量の測定レンジ等の異なる特性を持った2つ以上のセンサを同一基板上あるいは同一基板内に集約して1つの力学量センサとして構成したものをさす。   “Composite mechanical quantity sensor” refers to two or more sensors having different characteristics such as detection direction, type of detected mechanical quantity, and measurement range of detected mechanical quantity on the same substrate or in the same substrate. In this case, the sensor is configured as one mechanical quantity sensor.

図15に図示したように、同一基板405上に、X軸方向の外力の方向及び大きさを検知するX軸力学量センサ400x、Y軸方向の外力の方向及び大きさを検知するY軸力学量センサ400y、Z軸方向の外力の方向及び大きさを検知するZ軸力学量センサ400zが配置される。なお、図15においては、X軸力学量センサ400x及びY軸力学量センサ400yは、図1に図示した力学量センサ100と同様の形状を例示し、Z軸力学量センサ400zは、図10に図示した力学量センサ300と同様の形状を例示しているが、この形状に限定されない。   As shown in FIG. 15, an X-axis dynamic quantity sensor 400x that detects the direction and magnitude of the external force in the X-axis direction on the same substrate 405, and Y-axis dynamics that detects the direction and magnitude of the external force in the Y-axis direction. A quantity sensor 400y and a Z-axis dynamic quantity sensor 400z for detecting the direction and magnitude of the external force in the Z-axis direction are arranged. In FIG. 15, the X-axis dynamic quantity sensor 400x and the Y-axis dynamic quantity sensor 400y illustrate the same shape as the dynamic quantity sensor 100 shown in FIG. 1, and the Z-axis dynamic quantity sensor 400z is shown in FIG. Although the shape similar to the illustrated mechanical quantity sensor 300 is illustrated, it is not limited to this shape.

図15に示したX軸力学量センサ400xは、固定部401x(401xR1〜401xR3,401xL1〜401xL3)、可動電極402x(402xR1〜402xR3,402xL1〜402xL3)、可動電極402xの端部に形成された錘部402ax(402axR1〜402axR3,402axL1〜402axL3)、及び固定電極403xを含む。Y軸力学量センサ400yは、固定部401y(401yR1〜401yR3,401yL1〜401yL3)、可動電極402y(402yR1〜402yR3,402yL1〜402yL3)、可動電極402yの端部に形成された錘部402ay(402ayR1〜402ayR3,402ayL1〜402ayL3)、及び固定電極403yを含む。Z軸力学量センサ400zは、固定部401z及び可動電極402z(402zD1〜402zD3,402zU1〜402zU3)を含む。   The X-axis mechanical quantity sensor 400x shown in FIG. 15 includes a fixed portion 401x (401xR1 to 401xR3, 401xL1 to 401xL3), a movable electrode 402x (402xR1 to 402xR3, 402xL1 to 402xL3), and a weight formed at the end of the movable electrode 402x. A portion 402ax (402axR1 to 402axR3, 402axL1 to 402axL3) and a fixed electrode 403x are included. The Y-axis mechanical quantity sensor 400y includes a fixed part 401y (401yR1 to 401yR3, 401yL1 to 401yL3), a movable electrode 402y (402yR1 to 402yR3, 402yL1 to 402yL3), and a weight part 402ay (402ayR1 to 402yR1) formed at the end of the movable electrode 402y. 402ayR3, 402ayL1 to 402ayL3), and a fixed electrode 403y. The Z-axis mechanical quantity sensor 400z includes a fixed portion 401z and a movable electrode 402z (402zD1 to 402zD3, 402zU1 to 402zU3).

図15に示した固定部401x(401xR1〜401xR3,401xL1〜401xL3)及び固定部401y(401yR1〜401yR3,401yL1〜401yL3)のZ軸方向の下側には、それぞれ、図16に図示したように、ガラス基板405上の対応する位置に、第1端子401ax(401axR1〜401axR3,401axL1〜401axL3)及び第1端子401ay(401ayR1〜401ayR3,401ayL1〜401ayL3)が配置される。また、図15に示した固定部401zのZ軸方向の下側には、図16に図示したように、ガラス基板405上の対応する位置に、固定部電極401azが配置される。可動電極402z(402zD1〜402zD3,402zU1〜402zU3)の端部の、Z軸方向の下側には、それぞれ、図16に図示したように、ガラス基板405上の対応する位置に、固定電極403az(403azD1〜403azD3,403azU1〜403azU3)が配置される。さらに、図15に示した固定電極403x、403yのZ軸方向の下側には、それぞれ、図16に図示したように、ガラス基板405上の対応する位置に、第2端子403ax、403ayが配置される。第1端子401ax、401ay及び第2端子403ax、403ayは、それぞれ、図6に図示した力学量センサ100の第1端子101a及び第2端子103aと同様の製造方法により形成されてもよい。また、固定部電極401az及び固定電極403azは、それぞれ、図14に図示した力学量センサ300の固定部電極301a及び固定電極303aと同様の製造方法により形成されてもよい。   As shown in FIG. 16, on the lower side in the Z-axis direction of the fixed part 401x (401xR1 to 401xR3, 401xL1 to 401xL3) and the fixed part 401y (401yR1 to 401yR3, 401yL1 to 401yL3) shown in FIG. First terminals 401ax (401axR1 to 401axR3, 401axL1 to 401axL3) and first terminals 401ay (401ayR1 to 401ayR3, 401ayL1 to 401ayL3) are arranged at corresponding positions on the glass substrate 405. Further, on the lower side in the Z-axis direction of the fixing portion 401z shown in FIG. 15, the fixing portion electrode 401az is arranged at a corresponding position on the glass substrate 405 as shown in FIG. As shown in FIG. 16, fixed electrodes 403az (on the lower side in the Z-axis direction at the ends of the movable electrodes 402z (402zD1 to 402zD3, 402zU1 to 402zU3) are respectively located on the glass substrate 405. 403azD1 to 403azD3, 403azU1 to 403azU3) are arranged. Further, second terminals 403ax and 403ay are arranged at corresponding positions on the glass substrate 405 as shown in FIG. 16 below the fixed electrodes 403x and 403y shown in FIG. Is done. The first terminals 401ax and 401ay and the second terminals 403ax and 403ay may be formed by the same manufacturing method as the first terminal 101a and the second terminal 103a of the mechanical quantity sensor 100 illustrated in FIG. Further, the fixed part electrode 401az and the fixed electrode 403az may be formed by the same manufacturing method as the fixed part electrode 301a and the fixed electrode 303a of the mechanical quantity sensor 300 illustrated in FIG. 14, respectively.

なお、第4の実施形態においては、複数の可動電極402x(402xR1〜402xR3,402xL1〜402xL3)、402y(402yR1〜402yR3,402yL1〜402yL3)、402z(402zD1〜402zD3,402zU1〜402zU3)は、図示した形状に限定されるわけではなく、第1乃至第3の実施形態と同様、複合型力学量センサ400に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極402x、402y、402zは、第1乃至第3の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、複合型力学量センサ400に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第1乃至第3の実施形態と同様、それぞれの可動電極402x、402y、402zと固定電極403x、403y、403azとの距離を適宜調整することにより、複合型力学量センサ400に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極403x、403y、403azと接触するようにしてもよい。   In the fourth embodiment, the plurality of movable electrodes 402x (402xR1 to 402xR3, 402xL1 to 402xL3), 402y (402yR1 to 402yR3, 402yL1 to 402yL3), 402z (402zD1 to 402zD3, 402zU1 to 402zU3) are illustrated. The shape is not limited, and the amount of deflection may be different depending on the external force applied to the composite mechanical quantity sensor 400 as in the first to third embodiments. The plurality of movable electrodes 402x, 402y, and 402z can be changed by appropriately changing the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end as in the first to third embodiments. As long as the amount of deflection differs according to the external force applied to the composite mechanical quantity sensor 400, it is sufficient. Further, as in the first to third embodiments, the distance between the movable electrodes 402x, 402y, and 402z and the fixed electrodes 403x, 403y, and 403az is appropriately adjusted to be applied to the composite mechanical quantity sensor 400. Depending on the external force, the other end may be in contact with the fixed electrodes 403x, 403y, and 403az.

以上のような構成を有する本発明の第4の実施形態に係る複合型力学量センサ400によれば、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極402x、402y、402zのうち、どの可動電極が固定電極403x、403y、403azに接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、複合型力学量センサ400は、上述した力学量センサ100及び力学量センサ300と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。   According to the composite mechanical quantity sensor 400 according to the fourth embodiment of the present invention having the above-described configuration, the direction and magnitude of the external force in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are detected. Can do. Further, by detecting which of the plurality of movable electrodes 402x, 402y, and 402z is in contact with the fixed electrodes 403x, 403y, and 403az with or without continuity over time, only the direction and the magnitude of the external force can be detected. And acceleration can also be detected. Note that the composite mechanical quantity sensor 400 can be manufactured by the same simple manufacturing method as the mechanical quantity sensor 100 and the mechanical quantity sensor 300 described above, and thus the manufacturing cost can be reduced.

(第5の実施形態)
<複合型力学量センサの構造>
次に、本発明の第5の実施形態に係る複合型力学量センサ500の構造について、図17及び図18を参照して説明する。図17は、本発明の第5の実施形態に係る複合型力学量センサ500の概略構造を示した平面図である。図17に示した複合型力学量センサ500は、X軸方向の外力の方向及び大きさを検出するX軸力学量センサ500xと、Y軸方向の外力の方向及び大きさを検出するY軸力学量センサ500yと、Z軸方向の外力の方向及び大きさを検出するZ軸力学量センサ500zと、を含む。図18は、図17に示した複合型力学量センサ500の断面構造を説明するための図であり、(a)は、図17に示したX軸力学量センサ500xの一部分の構造を示した平面図であり、(b)は、図17に示したZ軸力学量センサ500zの一部分の構造を示した平面図であり(c)は、(a)に示したX軸力学量センサ500xを(i)線から見た断面図であり、(d)は、(b)に示したZ軸力学量センサ500zを(i)線から見た断面図であり、(e)は、(a)に示したX軸力学量センサ500xを(ii)線から見た断面図であり、(f)は、(b)に示したZ軸力学量センサ500zを(ii)線から見た断面図であり、(g)は、(a)に示したX軸力学量センサ500xを(iii)線から見た断面図であり、(h)は、(b)に示したZ軸力学量センサ500zを(iii)線から見た断面図である。
(Fifth embodiment)
<Structure of complex mechanical sensor>
Next, the structure of the composite mechanical quantity sensor 500 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is a plan view showing a schematic structure of a composite mechanical quantity sensor 500 according to the fifth embodiment of the present invention. 17 includes an X-axis dynamic quantity sensor 500x that detects the direction and magnitude of the external force in the X-axis direction, and a Y-axis dynamic quantity that detects the direction and magnitude of the external force in the Y-axis direction. A quantity sensor 500y and a Z-axis dynamic quantity sensor 500z for detecting the direction and magnitude of the external force in the Z-axis direction. FIG. 18 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of the composite mechanical quantity sensor 500 shown in FIG. 17, and FIG. 18A shows a partial structure of the X-axis mechanical quantity sensor 500x shown in FIG. It is a top view, (b) is a top view which showed the structure of a part of Z-axis dynamic quantity sensor 500z shown in FIG. 17, (c) is the X-axis dynamic quantity sensor 500x shown in (a). (I) It is sectional drawing seen from the line, (d) is sectional drawing which looked at the Z-axis mechanical quantity sensor 500z shown to (b) from (i) line, (e) is (a). FIG. 6 is a cross-sectional view of the X-axis mechanical quantity sensor 500x shown in FIG. 5 viewed from the line (ii), and FIG. (G) is a cross-sectional view of the X-axis mechanical quantity sensor 500x shown in (a) as viewed from the line (iii), and (h) It is a cross-sectional view of the Z-axis mechanical sensor 500z from (iii) line shown in (b).

第5の実施形態に係る複合型力学量センサ500は、第4の実施形態に係る複合型力学量センサ400と同様に、3軸方向の外力を検出する。図17は、X軸力学量センサ500x、Y軸力学量センサ500y、及びZ軸力学量センサ500zが形成された半導体基板504を示している。図17に図示したように、X軸力学量センサ500xは、固定部501x(501xR1〜501xR3,501xL1〜501xL3)、可動電極502x(502xR1〜502xR3,502xL1〜502xL3)、及び固定電極503xを含む。Y軸力学量センサ500yは、固定部501y(501yR1〜501yR3,501yL1〜501yL3)、可動電極502y(502yR1〜502yR3,502yL1〜502yL3)、及び固定電極503yを含む。Z軸力学量センサ500zは、固定部501z(501zD1〜501zD3,501zU1〜501zU3)、及び可動電極502z(502zD1〜502zD3,502zU1〜502zU3)を含む。なお、固定部501x(501xR1〜501xR3,501xL1〜501xL3)及び固定部501y(501yR1〜501yR3,501yL1〜501yL3)は、図示したように、それぞれ接触部T1x〜T7x及び接触部T1y〜T7yを有してもよい。   Similar to the composite mechanical quantity sensor 400 according to the fourth embodiment, the composite mechanical quantity sensor 500 according to the fifth embodiment detects an external force in three axial directions. FIG. 17 shows a semiconductor substrate 504 on which an X-axis dynamic quantity sensor 500x, a Y-axis dynamic quantity sensor 500y, and a Z-axis dynamic quantity sensor 500z are formed. As illustrated in FIG. 17, the X-axis mechanical quantity sensor 500x includes a fixed portion 501x (501xR1 to 501xR3, 501xL1 to 501xL3), a movable electrode 502x (502xR1 to 502xR3, 502xL1 to 502xL3), and a fixed electrode 503x. The Y-axis mechanical quantity sensor 500y includes a fixed portion 501y (501yR1 to 501yR3, 501yL1 to 501yL3), a movable electrode 502y (502yR1 to 502yR3, 502yL1 to 502yL3), and a fixed electrode 503y. The Z-axis mechanical quantity sensor 500z includes a fixed part 501z (501zD1 to 501zD3, 501zU1 to 501zU3) and a movable electrode 502z (502zD1 to 502zD3, 502zU1 to 502zU3). In addition, the fixed part 501x (501xR1 to 501xR3, 501xL1 to 501xL3) and the fixed part 501y (501yR1 to 501yR3, 501yL1 to 501yL3) have contact parts T1x to T7x and contact parts T1y to T7y, respectively, as illustrated. Also good.

なお、図18には、X軸力学量センサ500x及びZ軸力学量センサ500zのみを例示しているが、Y軸力学量センサ500yについては、図17に図示するように、X軸力学量センサ500xと同様の構造を有し、Y軸方向の外力が検出可能な位置に配置すればよいため、図18には図示していない。以下の説明においては、Y軸力学量センサ500yは、X軸力学量センサ500xと同様の製造工程を経て製造されるものとする。   18 illustrates only the X-axis dynamic quantity sensor 500x and the Z-axis dynamic quantity sensor 500z, but the Y-axis dynamic quantity sensor 500y has an X-axis dynamic quantity sensor as illustrated in FIG. It is not shown in FIG. 18 because it has the same structure as 500x and should be arranged at a position where an external force in the Y-axis direction can be detected. In the following description, the Y-axis dynamic quantity sensor 500y is manufactured through the same manufacturing process as the X-axis dynamic quantity sensor 500x.

図17に図示したように、複合型力学量センサ500は、半導体基板504上に、固定部501x、501y、501z、可動電極502x、502y、502z、及び固定電極503x、503yを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して半導体基板504をエッチングすることにより、固定部501x、501y、501z、可動電極502x、502y、502z、及び固定電極503x、503yが形成される位置を除いた凹部505x、505y、505zを形成してもよい。また、図18(c)に図示するように、半導体基板504は、シリコン膜506、BOX層507、シリコン基板508を積層した3層の半導体基板からなるものであってもよく、図5A及び図5Bに図示した第1の実施形態に係る半導体基板104と同様の製造方法により、固定部501x、501y、501z、可動電極502x、502y、502z、及び固定電極503x、503yが形成されてもよい。   As illustrated in FIG. 17, the composite mechanical quantity sensor 500 includes a mask for processing the fixed portions 501x, 501y, and 501z, the movable electrodes 502x, 502y, and 502z, and the fixed electrodes 503x and 503y on the semiconductor substrate 504. (Not shown) is formed, and the semiconductor substrate 504 is etched through the mask, whereby the fixed portions 501x, 501y, 501z, the movable electrodes 502x, 502y, 502z, and the fixed electrodes 503x, 503y are formed. You may form the recessed parts 505x, 505y, and 505z except for. As shown in FIG. 18C, the semiconductor substrate 504 may be a three-layer semiconductor substrate in which a silicon film 506, a BOX layer 507, and a silicon substrate 508 are stacked. The fixed portions 501x, 501y, 501z, the movable electrodes 502x, 502y, 502z, and the fixed electrodes 503x, 503y may be formed by a manufacturing method similar to that of the semiconductor substrate 104 according to the first embodiment illustrated in FIG. 5B.

なお、図17に示した半導体基板504のZ軸方向の下側には、図16に図示した第4の実施形態に係るガラス基板405と同様のガラス基板が接合されてもよい。図18(c)乃至(h)には、複合型力学量センサ500の半導体基板504とガラス基板505とが接合された断面を図示している。図18(c)乃至(h)に図示するように、ガラス基板505には、図16に示した第4の実施形態に係るガラス基板405と同様の製造方法により、第一端子501ax、501ay、第2端子503ax、503ay、固定部電極501az、及び固定電極503azが形成されてもよい。   A glass substrate similar to the glass substrate 405 according to the fourth embodiment shown in FIG. 16 may be bonded to the lower side of the semiconductor substrate 504 shown in FIG. 17 in the Z-axis direction. 18C to 18H show cross sections in which the semiconductor substrate 504 and the glass substrate 505 of the composite mechanical quantity sensor 500 are joined. As shown in FIGS. 18C to 18H, the glass substrate 505 is formed on the first terminals 501ax, 501ay, and the like by the same manufacturing method as the glass substrate 405 according to the fourth embodiment shown in FIG. The second terminals 503ax and 503ay, the fixed part electrode 501az, and the fixed electrode 503az may be formed.

なお、第5の実施形態においては、複数の可動電極502x(502xR1〜502xR3,502xL1〜502xL3)、502y(502yR1〜502yR3,502yL1〜502yL3)、502z(502zD1〜502zD3,502zU1〜502zU3)は、図示した形状に限定されるわけではなく、第1乃至第4の実施形態と同様、複合型力学量センサ500に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極502x、502y、502zは、第1乃至第4の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、複合型力学量センサ500に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第1乃至第4の実施形態と同様、それぞれの可動電極502x、502y、502zと固定電極503x、503y、503azとの距離を適宜調整することにより、複合型力学量センサ500に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極503x、503y、503azと接触するようにしてもよい。   In the fifth embodiment, the plurality of movable electrodes 502x (502xR1 to 502xR3, 502xL1 to 502xL3), 502y (502yR1 to 502yR3, 502yL1 to 502yL3), 502z (502zD1 to 502zD3, 502zU1 to 502zU3) are illustrated. The shape is not limited, and the amount of deflection may be different depending on the external force applied to the composite mechanical quantity sensor 500 as in the first to fourth embodiments. The plurality of movable electrodes 502x, 502y, and 502z can be changed by appropriately changing the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end as in the first to fourth embodiments. As long as the amount of deflection differs depending on the external force applied to the composite mechanical quantity sensor 500, it is sufficient. Similarly to the first to fourth embodiments, the distance between the movable electrodes 502x, 502y, and 502z and the fixed electrodes 503x, 503y, and 503az is appropriately adjusted to be applied to the composite mechanical quantity sensor 500. Each other end may be in contact with the fixed electrodes 503x, 503y, and 503az in accordance with an external force.

以上のような構成を有する本発明の第5の実施形態に係る複合型力学量センサ500によれば、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極502x、502y、502zのうち、どの可動電極が固定電極503x、503y、503azに接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、複合型力学量センサ500は、上述した複合型力学量センサ400と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。   According to the composite mechanical quantity sensor 500 according to the fifth embodiment of the present invention having the above-described configuration, the direction and magnitude of the external force in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are detected. Can do. In addition, by detecting which movable electrode of the plurality of movable electrodes 502x, 502y, and 502z is in contact with the fixed electrodes 503x, 503y, and 503az with or without continuity over time, only the direction and magnitude of the external force can be detected. And acceleration can also be detected. The composite mechanical quantity sensor 500 can be manufactured by a simple manufacturing method similar to that of the composite mechanical quantity sensor 400 described above, and thus manufacturing costs can be reduced.

(第6の実施形態)
<力学量センサの構造>
次に、本発明の第6の実施形態に係る力学量センサ600の構造について、図19を参照して説明する。図19は、本発明の第6の実施形態に係る力学量センサ600の概略構造を示した平面図である。図19は、Y軸方向の外力の方向及び大きさを検出する力学量センサ600を図示している。力学量センサ600は、図19に図示するように、半導体基板604上に、固定部601R1〜601R3、可動電極602(R1〜R3)、錘部602aR1〜602aR3、及び固定電極603R1〜603R3が形成される。力学量センサ600は、図17に図示した第5の実施形態に係る複合型力学量センサ500と同様の製造方法により形成されてもよい。
(Sixth embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
Next, the structure of the mechanical quantity sensor 600 according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor 600 according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 19 illustrates a mechanical quantity sensor 600 that detects the direction and magnitude of the external force in the Y-axis direction. As illustrated in FIG. 19, the mechanical quantity sensor 600 includes a fixed portion 601R1 to 601R3, a movable electrode 602 (R1 to R3), a weight portion 602aR1 to 602aR3, and a fixed electrode 603R1 to 603R3 formed on a semiconductor substrate 604. The The mechanical quantity sensor 600 may be formed by the same manufacturing method as the combined mechanical quantity sensor 500 according to the fifth embodiment illustrated in FIG.

図19に図示するように、複数の可動電極602(R1〜R3)の端部には、固定電極603R1〜603R3と対向した位置に、それぞれ錘部602aR1〜602aR3が形成される。錘部602aR1〜602aR3は、X軸方向に延びる可動電極602(R1〜R3)の端部から、Y軸方向に長さy1だけ固定電極603R1〜603R3と対向する位置までそれぞれ延び、錘部602aR1〜602aR3の端部は、固定電極603R1〜603R3とはY軸方向に距離k6ほど離隔して配置される。   As shown in FIG. 19, weight portions 602aR1 to 602aR3 are formed at positions facing the fixed electrodes 603R1 to 603R3 at the ends of the plurality of movable electrodes 602 (R1 to R3), respectively. The weight portions 602aR1 to 602aR3 extend from the end of the movable electrode 602 (R1 to R3) extending in the X-axis direction to a position facing the fixed electrodes 603R1 to 603R3 by the length y1 in the Y-axis direction, respectively. The end portion of 602aR3 is arranged to be separated from the fixed electrodes 603R1 to 603R3 by a distance k6 in the Y-axis direction.

可動電極602(R1〜R3)は、Y軸方向の外力が印加されるとたわみ、錘部602aR1〜602aR3の端部がY軸方向に変位して固定電極603R1〜603R3と接触する。このとき、半導体基板604には、複数の長さの異なる可動電極602(R1〜R3)が形成されているため、複数の可動電極602(R1〜R3)のうち、いずれの可動電極602(R1〜R3)が固定電極603R1〜603R3と接触したかを導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。なお、可動電極602は、端部に錘部602aの重みが付加され、図19に示した形状では、錘部602aがY軸方向に長い矩形状であるため、印加される外力が小さい場合であっても、可動電極602のたわみ量が大きくなり、固定電極603と接触しやすくなり、検出感度を向上させることができる。   The movable electrode 602 (R1 to R3) bends when an external force in the Y-axis direction is applied, and the ends of the weight portions 602aR1 to 602aR3 are displaced in the Y-axis direction and come into contact with the fixed electrodes 603R1 to 603R3. At this time, since a plurality of movable electrodes 602 (R1 to R3) having different lengths are formed on the semiconductor substrate 604, any of the movable electrodes 602 (R1) among the plurality of movable electrodes 602 (R1 to R3) is formed. The direction and magnitude of the external force can be detected by detecting whether or not R3) is in contact with the fixed electrodes 603R1 to 603R3 based on the presence or absence of conduction. Note that the movable electrode 602 has a weight portion 602a weighted at the end, and in the shape shown in FIG. 19, the weight portion 602a has a rectangular shape that is long in the Y-axis direction. Even if it exists, the deflection amount of the movable electrode 602 becomes large, it becomes easy to contact the fixed electrode 603, and detection sensitivity can be improved.

なお、第6の実施形態においては、複数の可動電極602(R1〜R3)は、図示した形状に限定されるわけではなく、第1乃至第5の実施形態と同様、力学量センサ600に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極602(R1〜R3)は、第1乃至第5の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、力学量センサ600に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第1乃至第5の実施形態と同様、それぞれの可動電極602(R1〜R3)と固定電極603R1〜603R3との距離を適宜調整することにより、力学量センサ600に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極603R1〜603R3と接触するようにしてもよい。   In the sixth embodiment, the plurality of movable electrodes 602 (R1 to R3) are not limited to the illustrated shapes, and are applied to the mechanical quantity sensor 600 as in the first to fifth embodiments. The amount of deflection may be different depending on the external force applied. In the plurality of movable electrodes 602 (R1 to R3), as in the first to fifth embodiments, the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end are appropriately changed. Therefore, the amount of deflection may be different depending on the external force applied to the mechanical quantity sensor 600. Further, similarly to the first to fifth embodiments, the distance between each movable electrode 602 (R1 to R3) and the fixed electrodes 603R1 to 603R3 is appropriately adjusted according to the external force applied to the mechanical quantity sensor 600. Each of the other end portions may be in contact with the fixed electrodes 603R1 to 603R3.

なお、図19には、Y軸方向の外力を検出する力学量センサ600を例示しているが、X軸方向及びZ軸方向の外力を検出する力学量センサに対しても、同様の構造を適用してもよい。なお、Z軸方向の外力を検出する力学量センサの場合には、第3の実施形態に係る力学量センサ300と同様に、図19に示した半導体基板604のZ軸方向の下側に、可動電極602(R1〜R3)の端部の下側面と対向する位置に固定電極が形成されたガラス基板を配置してもよい。   FIG. 19 illustrates a mechanical quantity sensor 600 that detects an external force in the Y-axis direction, but the same structure is applied to a mechanical quantity sensor that detects an external force in the X-axis direction and the Z-axis direction. You may apply. In the case of a mechanical quantity sensor that detects an external force in the Z-axis direction, similarly to the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment, on the lower side in the Z-axis direction of the semiconductor substrate 604 shown in FIG. You may arrange | position the glass substrate in which the fixed electrode was formed in the position facing the lower surface of the edge part of the movable electrode 602 (R1-R3).

以上のような構成を有する本発明の第6の実施形態に係る力学量センサ600によれば、X軸方向、Y軸方向、又はZ軸方向の外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極602(R1〜R3)のうち、どの可動電極が固定電極603R1〜603R3に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、力学量センサ600は、上述した複合型力学量センサ500と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。   According to the mechanical quantity sensor 600 according to the sixth embodiment of the present invention having the above-described configuration, the direction and magnitude of the external force in the X-axis direction, the Y-axis direction, or the Z-axis direction can be detected. . Further, by detecting which movable electrode of the plurality of movable electrodes 602 (R1 to R3) is in contact with the fixed electrodes 603R1 to 603R3 based on the presence or absence of conduction over time, not only the direction and magnitude of the external force are detected. Acceleration can also be detected. The mechanical quantity sensor 600 can be manufactured by the same simple manufacturing method as that of the composite mechanical quantity sensor 500 described above, so that the manufacturing cost can be reduced.

(第7の実施形態)
<力学量センサの構造>
次に、本発明の第7の実施形態に係る力学量センサ700の構造について、図20及び図21を参照して説明する。図20及び図21は、本発明の第7の実施形態に係る力学量センサ700の概略構造を示した平面図である。
(Seventh embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
Next, the structure of the mechanical quantity sensor 700 according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20 and 21 are plan views showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor 700 according to the seventh embodiment of the present invention.

図20に図示したように、力学量センサ700は、半導体基板704上に、固定部701と、固定部701から複数の方向に放射状に延びる複数の可動電極702−1〜702−8と、複数の可動電極702−1〜702−8の端部に形成された錘部702a1〜702a8と、印加された外力に応じて複数の錘部702a1〜702a8が変位して接触する複数の固定電極703−1〜703−8と、を含む。また、図21に図示したように、半導体基板704と接合されるガラス基板705上には、固定部701に対応した位置に第1端子701aが形成され、複数の固定電極703−1〜703−8に対応した位置に複数の第2端子703a1〜703a8が形成される。力学量センサ700は、第1の実施形態に係る力学量センサ100と同様の製造方法により、製造されてもよい。   As illustrated in FIG. 20, the mechanical quantity sensor 700 includes a fixed portion 701, a plurality of movable electrodes 702-1 to 702-8 that extend radially from the fixed portion 701 in a plurality of directions, and a plurality of them. Of the movable electrodes 702-1 to 702-8, and a plurality of fixed electrodes 703 in which the plurality of weights 702a1 to 702a8 are displaced according to the applied external force. 1-703-8. Further, as illustrated in FIG. 21, the first terminal 701 a is formed on the glass substrate 705 bonded to the semiconductor substrate 704 at a position corresponding to the fixing portion 701, and a plurality of fixed electrodes 703-1 to 703-. A plurality of second terminals 703 a 1 to 703 a 8 are formed at positions corresponding to 8. The mechanical quantity sensor 700 may be manufactured by the same manufacturing method as the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment.

図20に図示したように、複数の可動電極702−1〜702−8は、固定部701からそれぞれ異なる方向に向かって延び、可動電極702−1〜702−8の端部に形成された錘部702a1〜702a8は、印加された外力の方向に応じて、それぞれ異なる方向に変位する。この構成を有することにより、力学量センサ700は、X、Y、Z軸の3軸方向の外力に限らず、可動電極702が配置された方向に応じて、複数の外力の方向及び大きさを検知することができる。これにより、力学量センサ700は、検出する外力の方向及び大きさのバリエーションを増やすことができる。   As shown in FIG. 20, the plurality of movable electrodes 702-1 to 702-8 extend from the fixed portion 701 in different directions, and are formed at the ends of the movable electrodes 702-1 to 702-8. The parts 702a1 to 702a8 are displaced in different directions depending on the direction of the applied external force. By having this configuration, the mechanical quantity sensor 700 is not limited to the external force in the three-axis directions of the X, Y, and Z axes, but can determine the direction and magnitude of a plurality of external forces according to the direction in which the movable electrode 702 is disposed. Can be detected. Thereby, the mechanical quantity sensor 700 can increase variations in the direction and magnitude of the external force to be detected.

なお、第7の実施形態においては、複数の可動電極702−1〜702−8は、図示した形状に限定されるわけではなく、第1乃至第6の実施形態と同様、力学量センサ700に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極702−1〜702−8は、第1乃至第7の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び/又は他端部の大きさ/形状を適宜変更することにより、力学量センサ700に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第1乃至第6の実施形態と同様、それぞれの可動電極702−1〜702−8と固定電極703−1〜703−8との距離を適宜調整することにより、力学量センサ700に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極703−1〜703−8と接触するようにしてもよい。   In the seventh embodiment, the plurality of movable electrodes 702-1 to 702-8 is not limited to the illustrated shape, and the mechanical quantity sensor 700 is similar to the first to sixth embodiments. It is sufficient that the amount of deflection differs according to the applied external force. In the plurality of movable electrodes 702-1 to 702-8, as in the first to seventh embodiments, the length of the movable electrode, the width of the movable electrode, and / or the size / shape of the other end are appropriately changed. Accordingly, the amount of deflection may be different depending on the external force applied to the mechanical quantity sensor 700. Further, as in the first to sixth embodiments, the distance between the movable electrodes 702-1 to 702-8 and the fixed electrodes 703-1 to 703-8 is appropriately adjusted to be applied to the mechanical quantity sensor 700. Depending on the external force applied, each of the other end portions may be in contact with the fixed electrodes 703-1 to 703-8.

以上のような構成を有する本発明の第7の実施形態に係る力学量センサ700によれば、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に限らず、様々な外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極702−1〜702−8のうち、どの可動電極が固定電極703−1〜703−8に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、力学量センサ700は、上述した力学量センサ100と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。   According to the mechanical quantity sensor 700 according to the seventh embodiment of the present invention having the above-described configuration, the direction and magnitude of various external forces are not limited to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Can be detected. In addition, by detecting which movable electrode of the plurality of movable electrodes 702-1 to 702-8 is in contact with the fixed electrodes 703-1 to 703-8 based on the presence or absence of conduction over time, the direction of external force and Not only the size but also the acceleration can be detected. The mechanical quantity sensor 700 can be manufactured by a simple manufacturing method similar to that of the above-described mechanical quantity sensor 100, and thus manufacturing costs can be reduced.

(実施例1)
以下では、本発明の第1乃至第7の実施形態に示した可動電極の具体的構成について、実施例1として、図22〜図24を参照して説明する。
Example 1
Hereinafter, a specific configuration of the movable electrode shown in the first to seventh embodiments of the present invention will be described as Example 1 with reference to FIGS. 22 to 24.

図22は、実施例1に係る可動電極802の構成を説明するための模式図である。図22に図示した可動電極802は、固定端A1と変位端B1とを有し、変位端B1に錘部802aを有する。変位端B1は、重力により、変位端B2として示す位置までX軸方向に変位するものとする。このとき、可動電極802の変位端B1から変位端B2までの変位距離を、たわみ量Δとする。なお、錘部802aは、図22においては黒点として図示しているが、錘部802aの配置される位置を図示するものであり、図示した形状に限定されない。また、固定端A1は第1乃至第7の実施形態に示した固定部に対応し、変位端B1、B2は第1乃至第7の実施形態に示した可動電極の端部に対応する。図23は、実施例1に係る可動電極の構成を説明するための模式図であり、(a)は、図19に図示した錘部602aと同様の錘部802bを有する可動電極802の概略構造を示し、(b)は、(a)に示した錘部802bの変形例である錘部802cを有する可動電極802の概略構造を示す。図24は、図23(a)に図示した可動電極802の長さl、錘部802bの長さy、及び錘部の幅xをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δとの関係を示す表である。   FIG. 22 is a schematic diagram for explaining the configuration of the movable electrode 802 according to the first embodiment. The movable electrode 802 shown in FIG. 22 has a fixed end A1 and a displacement end B1, and has a weight portion 802a at the displacement end B1. The displacement end B1 is displaced in the X-axis direction by gravity to the position indicated as the displacement end B2. At this time, the displacement distance from the displacement end B1 of the movable electrode 802 to the displacement end B2 is defined as a deflection amount Δ. In addition, although the weight part 802a is illustrated as a black dot in FIG. 22, the position where the weight part 802a is disposed is illustrated, and is not limited to the illustrated shape. The fixed end A1 corresponds to the fixed portion shown in the first to seventh embodiments, and the displacement ends B1 and B2 correspond to the end portions of the movable electrodes shown in the first to seventh embodiments. FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the configuration of the movable electrode according to the first embodiment. FIG. 23A is a schematic structure of the movable electrode 802 having the weight portion 802b similar to the weight portion 602a illustrated in FIG. (B) shows a schematic structure of a movable electrode 802 having a weight portion 802c which is a modification of the weight portion 802b shown in (a). FIG. 24 is a table showing the relationship between the amount of deflection Δ when the length l of the movable electrode 802, the length y of the weight portion 802b, and the width x of the weight portion shown in FIG. It is.

たわみ量Δ(μm)は、可動電極802の長さをl(μm)、幅をw(μm)、厚みをt(μm)、錘部802aの質量をm(g)、可動電極802のヤング率をE(GPa)、印加される重力加速度をg(m/s)とすると、以下の数式1で表される。

The amount of deflection Δ (μm) is such that the length of the movable electrode 802 is l (μm), the width is w (μm), the thickness is t (μm), the mass of the weight portion 802a is m (g), and the Young of the movable electrode 802 When the rate is E (GPa) and the applied gravitational acceleration is g (m / s 2 ), it is expressed by the following formula 1.

また、例えば、図22に図示した錘部802aをシリコンSiで形成した場合、Si密度がρ(g/cc)、Si1辺の長さがw(μm)、1辺が可動電極802の厚みt(μm)と同じt(μm)の立方体相当の質量m(g)を有するとすると、錘部802aの質量m(g)は、以下の数式2で表される。
m=ρ×t×w …(数式2)
For example, when the weight portion 802a shown in FIG. 22 is formed of silicon Si, the Si density is ρ (g / cc), the Si1 side length is w (μm), and the one side is the thickness t of the movable electrode 802. Assuming that the mass m (g) corresponding to a cube having the same t (μm) as (μm) is given, the mass m (g) of the weight portion 802a is expressed by the following mathematical formula 2.
m = ρ × t × w 2 (Formula 2)

ここで、例えば、可動電極802の長さlを1500μm、幅wを3μm、厚みtを30μm、Si密度ρを2.3g/ccとし、可動電極802のヤング率Eを190Gpa、印加される重力加速度gを9.8m/sとして、上記数式1及び2に基づき、たわみ量Δを計算すると、たわみ量Δは5.34×10−4(μm)となる。このたわみ量Δの値では、可動電極802の変位を検出することは困難であるため、以下に、錘部の各寸法を変化させてたわみ量Δを計測した結果を図24に示して、図23及び図24に基づき、実用可能なたわみ量Δを実現する実施例について説明する。 Here, for example, the length l of the movable electrode 802 is 1500 μm, the width w is 3 μm, the thickness t is 30 μm, the Si density ρ is 2.3 g / cc, the Young's modulus E of the movable electrode 802 is 190 Gpa, and the applied gravity When the acceleration g is 9.8 m / s 2 and the deflection amount Δ is calculated based on the above formulas 1 and 2, the deflection amount Δ is 5.34 × 10 −4 (μm). Since it is difficult to detect the displacement of the movable electrode 802 with the value of this deflection amount Δ, the results of measuring the deflection amount Δ by changing each dimension of the weight portion are shown in FIG. An embodiment for realizing a practical deflection amount Δ will be described with reference to FIGS.

図23(a)に図示したように、錘部802bは、X軸方向の長さx(μm)及びY軸方向の長さy(μm)を有する。ここで、図23(a)に図示した錘部802bのSi密度をρ(g/cc)とし、錘部802bが、可動電極802の厚みt(μm)と同じ厚みt(μm)、X軸方向の長さx(μm)、及びY軸方向の長さy(μm)からなる直方体相当の質量m(g)を有するとすると、錘部802aの質量m(g)は、以下の数式3で表される。
m=ρ×t×x×y …(数式3)
As shown in FIG. 23A, the weight portion 802b has a length x (μm) in the X-axis direction and a length y (μm) in the Y-axis direction. Here, the Si density of the weight portion 802b illustrated in FIG. 23A is ρ (g / cc), and the weight portion 802b has the same thickness t (μm) as the thickness t (μm) of the movable electrode 802, and the X axis. Assuming that a mass m (g) corresponding to a rectangular parallelepiped having a length x (μm) in the direction and a length y (μm) in the Y-axis direction, the mass m (g) of the weight portion 802a is expressed by the following mathematical formula 3. It is represented by
m = ρ × t × x × y (Formula 3)

図24は、図23(a)に示した可動電極802の長さl、錘部802bの長さy、及び錘部の幅xをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δの計測結果を示す。たわみ量Δは、上記数式1及び数式3により求めた数値であってもよい。図24において、(a)は、可動電極802の長さlを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、(b)は、可動電極802の長さl及び錘部802bの長さyをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、(c)は、錘部の幅xを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示している。なお、図24に示されるように、(a)〜(c)のいずれの場合も、可動電極の幅wを3μm、厚みtを30μmとし、錘部802bの厚みを可動電極の厚みtと同じ30μmとして計測したものとする。また、Si密度ρ、可動電極802のヤング率E、印加される重力加速度gについては、それぞれ同じ条件とする。   FIG. 24 shows the measurement results of the deflection amount Δ when the length l of the movable electrode 802, the length y of the weight portion 802b, and the width x of the weight portion shown in FIG. The amount of deflection Δ may be a numerical value obtained by Equation 1 and Equation 3 above. 24A shows a measured value of the deflection amount Δ when the length l of the movable electrode 802 is changed, and FIG. 24B shows the length l of the movable electrode 802 and the length of the weight portion 802b. The measured value of the deflection amount Δ when y is changed is shown, and (c) shows the measured value of the deflection amount Δ when the width x of the weight portion is changed. As shown in FIG. 24, in any of the cases (a) to (c), the width w of the movable electrode is 3 μm, the thickness t is 30 μm, and the thickness of the weight portion 802b is the same as the thickness t of the movable electrode. It is assumed that measurement was performed at 30 μm. Further, the Si density ρ, the Young's modulus E of the movable electrode 802, and the applied gravitational acceleration g are set to the same conditions.

図24を参照すると、たわみ量Δを2μm程度生じさせるためには、(a)可動電極802の長さlを変化させて計測した場合、錘部802bの幅xを3μm、長さyを3μmとすると、可動電極の長さlは、24000μm程度にする必要があることがわかる。また、たわみ量Δを2μm程度生じさせるために、(b)可動電極802の長さl及び錘部802bの長さyをそれぞれ変化させて計測した場合、錘部802bの幅xを3μmとすると、可動電極802の長さl及び錘部802bの長さyをそれぞれ25000μm程度にする必要があることがわかる。また、たわみ量Δを2μm程度生じさせるために、(c)錘部の幅xを変化させて計測する場合には、可動電極の長さl及び錘部の長さyを1500μmとすると、錘部の幅tは25μmにする必要があることがわかる。   Referring to FIG. 24, in order to generate a deflection amount Δ of about 2 μm, (a) when measuring by changing the length l of the movable electrode 802, the width x of the weight portion 802b is 3 μm and the length y is 3 μm. Then, it is understood that the length l of the movable electrode needs to be about 24000 μm. Further, in order to produce a deflection amount Δ of about 2 μm, (b) when the length l of the movable electrode 802 and the length y of the weight portion 802 b are changed and measured, the width x of the weight portion 802 b is 3 μm. It can be seen that the length l of the movable electrode 802 and the length y of the weight portion 802b must each be about 25000 μm. Further, in order to generate a deflection amount Δ of about 2 μm, (c) when measuring by changing the weight portion width x, if the length l of the movable electrode and the length y of the weight portion are 1500 μm, the weight It can be seen that the width t of the portion needs to be 25 μm.

以上のように、可動電極802に錘部802bを付加することにより、たわみ量Δを実用的な変位量とすることを確認することができた。   As described above, it was confirmed that the deflection amount Δ is set to a practical displacement amount by adding the weight portion 802b to the movable electrode 802.

なお、図23(b)には、図23(a)に示した可動電極802の変形例を図示している。図23(a)には、直方体形状の錘部802bを図示したが、この形状に限定されず、図23(b)に示した錘部802cのように、Y軸方向に延びる錘部802bを、X軸方向の上下に複数回屈曲させた形状としてもよい。この形状を有することにより、錘部802cは、図23(b)に示した錘部802cのY軸方向の長さy2を、錘部802bの長さyよりも短い形状とすることができる。これにより、チップサイズを大きくすることなく、電子機器に実装可能な力学量センサを製造することが可能となる。   FIG. 23B shows a modification of the movable electrode 802 shown in FIG. FIG. 23A illustrates a rectangular parallelepiped weight portion 802b. However, the weight portion 802b is not limited to this shape, and a weight portion 802b extending in the Y-axis direction is provided like the weight portion 802c illustrated in FIG. The shape may be bent several times up and down in the X-axis direction. By having this shape, the weight part 802c can make the length y2 of the weight part 802c shown in FIG. 23B in the Y-axis direction shorter than the length y of the weight part 802b. This makes it possible to manufacture a mechanical quantity sensor that can be mounted on an electronic device without increasing the chip size.

(実施例2)
次に、実施例2として、本発明の第1乃至第7の実施形態に示した可動電極の具体的構成について、図25〜図32を参照して説明する。
(Example 2)
Next, as Example 2, a specific configuration of the movable electrode shown in the first to seventh embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 25 to 32.

図25は、実施例2に係る可動電極902の構成を説明するための模式図であり、(a)は、固定部901に接続され、固定電極903と対向する位置に配置された錘部902aを有する可動電極902の概略構造を示し、(b)は、(a)に示したB部分を拡大した概略構造を示し、(c)は、(a)に示したC部分を拡大した概略構造を示す。   FIG. 25 is a schematic diagram for explaining the configuration of the movable electrode 902 according to the second embodiment. FIG. 25A is a weight portion 902 a connected to the fixed portion 901 and disposed at a position facing the fixed electrode 903. The schematic structure of the movable electrode 902 which has this is shown, (b) shows the schematic structure which expanded the B part shown to (a), (c) The schematic structure which expanded the C part shown to (a) Indicates.

図25(a)及び(b)に図示したように、可動電極902の錘部902aは、Y軸の正の方向に対向して配置された固定電極903から、所定の間隔G(図26参照)を空けて配置される。外力がY軸の正の方向に印加されると錘部902aは変位して、固定部903と接触する。   As shown in FIGS. 25A and 25B, the weight portion 902a of the movable electrode 902 has a predetermined gap G (see FIG. 26) from the fixed electrode 903 arranged facing the positive direction of the Y axis. ). When an external force is applied in the positive direction of the Y axis, the weight portion 902a is displaced and comes into contact with the fixed portion 903.

図25(b)に図示するように、実施例2に係る可動電極902の錘部902aは、複数の水平部902b(902b−1〜902b−9)と、複数の垂直部902c(902c−1〜902c−8)と、複数の接触部902d(902d−1〜902d−9)とを含む。複数の水平部902b(902b−1〜902b−9)は、各々が可動電極902に接続され間隙α(図26参照)だけ離隔してY軸の正の方向に延び、それぞれ平行に配置される。複数の垂直部902c(902c−1〜902c−8)は、複数の水平部902b(902b−1〜902b−9)間を、複数の水平部902b(902b−1〜902b−9)に対して垂直な方向に延びて連結する。複数の接触部902d(902d−1〜902d−9)は、複数の水平部902b(902b−1〜902b−9)の端部に形成され、外力が印加された際に固定電極903と接触するように固定電極と対向して所定の間隙G(図26参照)を空けて配置される。なお、複数の水平部902b(902b−1〜902b−9)、複数の垂直部902c(902c−1〜902c−8)、複数の接触部902d(902d−1〜902d−9)はそれぞれ同一の形状を有してもよい。   As illustrated in FIG. 25B, the weight portion 902a of the movable electrode 902 according to the second embodiment includes a plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-9) and a plurality of vertical portions 902c (902c-1). 902c-8) and a plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-9). The plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-9) are connected to the movable electrode 902, are separated by a gap α (see FIG. 26), extend in the positive direction of the Y axis, and are arranged in parallel. . The plurality of vertical portions 902c (902c-1 to 902c-8) are arranged between the plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-9) with respect to the plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-9). Extend and connect in the vertical direction. The plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-9) are formed at end portions of the plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-9), and contact the fixed electrode 903 when an external force is applied. In this manner, a predetermined gap G (see FIG. 26) is disposed opposite the fixed electrode. The plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-9), the plurality of vertical portions 902c (902c-1 to 902c-8), and the plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-9) are the same. You may have a shape.

錘部902aの複数の接触部902d(902d−1〜902d−9)は、図示したように、固定電極903に対して最も突出した端部が線状または点状である三角形状に形成されてもよい。なお、複数の接触部902d(902d−1〜902d−9)は、固定電極903と接触した際に面接触ではなく線接触又は点接触する形状に形成されれば、この形状に限定されない。例えば、接触部902dは、線状の凸部であってもよく、固定電極903に対して尖った凸部(楔型)であってもよい。このような形状に形成することにより、固定電極903と接触した際の接触面積を減らすことができるため、外力の印加後に、静電引力等により、接触部902dが固定電極903に接触したまま離れなくなる等のスティッキングを防止することができる。また、接触部902dを複数形成することにより、接点数を増加させることができるため、力学量センサの信頼性を向上させることができる。   As shown in the drawing, the plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-9) of the weight portion 902a are formed in a triangular shape in which the end most protruding with respect to the fixed electrode 903 is linear or dotted. Also good. Note that the plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-9) are not limited to this shape as long as the contact portions 902d (902d-1 to 902d-9) are formed in a shape that makes line contact or point contact instead of surface contact when contacting the fixed electrode 903. For example, the contact portion 902d may be a linear convex portion, or may be a convex portion (wedge type) sharp with respect to the fixed electrode 903. By forming in such a shape, the contact area when contacting with the fixed electrode 903 can be reduced. Therefore, after applying an external force, the contact portion 902d is separated from the fixed electrode 903 by electrostatic attraction or the like. Sticking such as disappearance can be prevented. Moreover, since the number of contacts can be increased by forming a plurality of contact portions 902d, the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.

錘部902aの複数の垂直部902c(902c−1〜902c−8)は、間隙αだけ離隔して配置された複数の水平部902b間に、水平部902bに対して垂直な方向に間隙αと同じ長さαだけ延び、各水平部902b間を連結するように配置される。このような形状を有する複数の垂直部902cは、複数の水平部902bが、各々の重みまたは外力の印加により変位して互いに接触することを防ぐ役割をする。なお、図25(b)には、水平部902b及び接触部902dが9つ配置され、9つの水平部902cの間に垂直部902cが8つ配置された形状を図示しているが、この形状に限定されず、水平部902b、垂直部902c、及び接触部902dの数及び形状は仕様に応じて適宜変更されてもよい。   A plurality of vertical portions 902c (902c-1 to 902c-8) of the weight portion 902a are spaced apart from the gap α in a direction perpendicular to the horizontal portion 902b between the plurality of horizontal portions 902b spaced apart by the gap α. It extends by the same length α and is arranged so as to connect the horizontal portions 902b. The plurality of vertical portions 902c having such a shape serve to prevent the plurality of horizontal portions 902b from being displaced and contacting each other by application of respective weights or external forces. FIG. 25B illustrates a shape in which nine horizontal portions 902b and nine contact portions 902d are arranged, and eight vertical portions 902c are arranged between the nine horizontal portions 902c. However, the number and shape of the horizontal portion 902b, the vertical portion 902c, and the contact portion 902d may be appropriately changed according to the specification.

また、図25(c)に図示するように、可動電極902と固定部901との連結部902eは、外力が印加された際に可動電極902の変位により、最も負荷のかかる部分であるため、連結部902eの幅を可動電極902の幅wよりも大きく形成してもよく、破損防止のために補強された形状を有してもよい。   Further, as illustrated in FIG. 25C, the connecting portion 902e between the movable electrode 902 and the fixed portion 901 is a portion that is most loaded by the displacement of the movable electrode 902 when an external force is applied. The width of the connecting portion 902e may be formed larger than the width w of the movable electrode 902, or may have a shape reinforced to prevent breakage.

次に、以下では、実施例2に係る可動電極902の構造及びたわみ量について、図26及び図27を参照して説明する。   Next, the structure and deflection amount of the movable electrode 902 according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS.

図26は、実施例2に係る可動電極902の構成を説明するための模式図である。図26に図示した錘部902aは、図25に図示した錘部902aと同様に、複数の水平部902b(902b−1〜902b−6)と、複数の垂直部902c(902c−1〜902c−5)と、複数の接触部902d(902d−1〜902d−6)とを含む。ここで、図26に図示した錘部902aは、水平部902b及び接触部902dが6つ配置され、6つの水平部902cの間に垂直部902cが5つ配置された形状が模式的に図示されているが、この形状に限定されるものではない。水平部902bは、n個(n>1)配置されるものとする。また、図示したように、複数の接触部902d(902d−1〜902d−6)と固定電極903との間隙は間隙G(μm)として一定であり、複数の水平部902b(902b−1〜902b−6)間の間隙は間隙α(μm)として一定であり、複数の水平部902b(902b−1〜902b−6)のX軸方向の幅x(μm)及びY軸方向の長さy(μm)はそれぞれ一定であるものとする。   FIG. 26 is a schematic diagram for explaining the configuration of the movable electrode 902 according to the second embodiment. The weight portion 902a illustrated in FIG. 26 includes a plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-6) and a plurality of vertical portions 902c (902c-1 to 902c−), similarly to the weight portion 902a illustrated in FIG. 5) and a plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-6). Here, the weight portion 902a shown in FIG. 26 schematically shows a shape in which six horizontal portions 902b and six contact portions 902d are arranged, and five vertical portions 902c are arranged between the six horizontal portions 902c. However, it is not limited to this shape. It is assumed that n (n> 1) horizontal portions 902b are arranged. Further, as illustrated, the gap between the plurality of contact portions 902d (902d-1 to 902d-6) and the fixed electrode 903 is constant as a gap G (μm), and the plurality of horizontal portions 902b (902b-1 to 902b). −6) is constant as the gap α (μm), and the width x (μm) in the X-axis direction and the length y (Y-axis direction) of the horizontal portions 902b (902b-1 to 902b-6). μm) is assumed to be constant.

図27は、図26に図示した可動電極902のX軸方向の長さl、可動電極902の接触部902dと固定電極903との間隙G、並びに可動電極902の水平部902bのY軸方向の長さy及び水平部902bの数nをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δとの関係を示す表である。図27において、(a)は、可動電極902の長さlを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、(b)は、接触部902dと固定電極903との間隙Gを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、(c)は、水平部902bの長さy及び水平部902bの数nをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示している。   27 shows the length l in the X-axis direction of the movable electrode 902 shown in FIG. 26, the gap G between the contact portion 902d of the movable electrode 902 and the fixed electrode 903, and the horizontal portion 902b of the movable electrode 902 in the Y-axis direction. It is a table | surface which shows the relationship with the deflection amount (DELTA) at the time of changing length n and the number n of the horizontal part 902b, respectively. 27A shows a measured value of the deflection Δ when the length l of the movable electrode 902 is changed, and FIG. 27B shows a change in the gap G between the contact portion 902d and the fixed electrode 903. (C) shows the measured value of the deflection amount Δ when the length y of the horizontal portion 902b and the number n of the horizontal portions 902b are respectively changed.

なお、たわみ量Δ(μm)は、実施例1と同様に、可動電極902の長さをl(μm)、幅をw(μm)、厚みをt(μm)、錘部902aの質量をm(g)、可動電極902のヤング率をE(GPa)、印加される重力加速度をg(m/s)とすると、上述した数式1によって求めることができる。また、錘部902aの質量m(g)は、錘部902aが、複数の水平部902b、複数の垂直部902c、及び複数の接触部902dから構成されることから、それぞれの質量を、実施例1と同様に上述した数式3に基づき求め、質量m(g)を求めてもよい。よって、たわみ量Δは、上述した数式1及び数式3に基づき求めた数値であってもよい。 The deflection amount Δ (μm) is the same as in the first embodiment. The length of the movable electrode 902 is 1 (μm), the width is w (μm), the thickness is t (μm), and the mass of the weight portion 902a is m. (G) When the Young's modulus of the movable electrode 902 is E (GPa) and the applied gravitational acceleration is g (m / s 2 ), it can be obtained by the above-described Expression 1. Further, the mass m (g) of the weight portion 902a is composed of the plurality of horizontal portions 902b, the plurality of vertical portions 902c, and the plurality of contact portions 902d. Similarly to 1, the mass m (g) may be obtained based on the above-described Equation 3. Therefore, the deflection amount Δ may be a numerical value obtained based on the above-described Equations 1 and 3.

図27を参照すると、(a)〜(c)のいずれの場合も、たわみ量Δが、可動電極902の接触部902dと固定電極903との間隙Gよりも大きな値であることから、図27に示した各部の寸法に基づき可動電極902を構成すれば、力学量センサを実現可能なたわみ量Δを生じさせることがわかる。   Referring to FIG. 27, in any of the cases (a) to (c), the deflection amount Δ is larger than the gap G between the contact portion 902d of the movable electrode 902 and the fixed electrode 903. It can be seen that if the movable electrode 902 is configured based on the dimensions of each part shown in FIG.

図27の(a)に示したように、可動電極902の長さlを、2000μm、1800μm、1600μm、1525μm、1370μm、1220μmと変化させて計測した場合、図24に示した実施例1の計測結果と比較して、錘部902aの長さyは1000μmであり、実施例1に係る錘部802bの長さyよりも短いが、可動電極902の幅wが3μm、長さlが1600μmの場合に、1.94μm程度のたわみ量Δを生じさせることが可能であることがわかる。なお、錘部902aは、9つの水平部902bを含み、錘部902aの長さyが1000μmであることから、錘部902aの総長さYは、9つの水平部902yの長さを足し合わせ、9000μmであることがわかる。よって、可動電極902は、錘部902aを、複数の水平部902bを含む構成とすることにより、錘部902aのY軸方向の長さyを大きくすることなく、錘部902aの質量mを大きくすることが可能であるため、可動電極902の長さl及び錘部902aの長さyを、実施例1に係る可動電極802と比較して短くした場合にも、力学量センサを実現可能なたわみ量Δを生じさせることが可能であることがわかる。また、可動電極902について、幅wを2μmと3μmよりも小さくし、長さlを1220μmとより短くした場合に、1.94μm程度のたわみ量Δを生じさせることがわかる。以上より、実施例2に係る可動電極902によれば、実施例1に係る可動電極802と比較して、X軸方向の長さl及びY軸方向の長さyをより短くしても、可動電極902としての機能を確保でき、チップサイズを縮小可能な力学量センサを実現できることがわかる。   As shown in FIG. 27A, when the length l of the movable electrode 902 is changed to 2000 μm, 1800 μm, 1600 μm, 1525 μm, 1370 μm, and 1220 μm, the measurement of Example 1 shown in FIG. Compared with the result, the length y of the weight portion 902a is 1000 μm, which is shorter than the length y of the weight portion 802b according to the first embodiment, but the width w of the movable electrode 902 is 3 μm and the length l is 1600 μm. In this case, it can be seen that a deflection amount Δ of about 1.94 μm can be generated. Since the weight portion 902a includes nine horizontal portions 902b and the length y of the weight portion 902a is 1000 μm, the total length Y of the weight portion 902a is the sum of the lengths of the nine horizontal portions 902y. It turns out that it is 9000 micrometers. Therefore, the movable electrode 902 has a configuration in which the weight portion 902a includes a plurality of horizontal portions 902b, thereby increasing the mass m of the weight portion 902a without increasing the length y of the weight portion 902a in the Y-axis direction. Therefore, even when the length l of the movable electrode 902 and the length y of the weight portion 902a are shorter than those of the movable electrode 802 according to the first embodiment, a mechanical quantity sensor can be realized. It can be seen that the amount of deflection Δ can be generated. It can also be seen that when the width w of the movable electrode 902 is smaller than 2 μm and 3 μm and the length l is shorter than 1220 μm, a deflection amount Δ of about 1.94 μm is generated. As described above, according to the movable electrode 902 according to the second embodiment, even when the length 1 in the X-axis direction and the length y in the Y-axis direction are shorter than the movable electrode 802 according to the first embodiment, It can be seen that a mechanical quantity sensor that can secure the function as the movable electrode 902 and can reduce the chip size can be realized.

次に、図27の(b)に示したように、可動電極902及び錘部902aの各部の寸法が同じ条件にあるとき、接触部902dと固定電極903との間隙Gを1.8μm、1.3μm、0.8μmと変化させた場合にも、可動電極902としての機能を確保できるたわみ量Δを生じさせることが可能であることが確認された。   Next, as shown in FIG. 27B, when the dimensions of the movable electrode 902 and the weight portion 902a are the same, the gap G between the contact portion 902d and the fixed electrode 903 is 1.8 μm, It was confirmed that it is possible to generate a deflection amount Δ that can secure the function as the movable electrode 902 even when the thickness is changed to .3 μm and 0.8 μm.

次に、図27の(c)に示したように、可動電極902の長さlを1000μmとし、錘部902aの総長さYを15000μmとして一定としたまま、錘部902a(水平部902b)の長さy及び水平部902bの数nをそれぞれ変化させた場合に、いずれの場合もたわみ量Δは1.78μmと変化しないことが確認された。従って、可動電極902の長さlを1000μm、錘部902aの長さyを500μmとした場合にも、水平部902bの数を30個程度、複数配置することにより、チップサイズを縮小可能な力学量センサを実現可能であることがわかる。   Next, as shown in FIG. 27C, the length l of the movable electrode 902 is set to 1000 μm and the total length Y of the weight portion 902a is kept constant at 15000 μm while the weight portion 902a (horizontal portion 902b) is kept constant. It was confirmed that when the length y and the number n of the horizontal portions 902b were changed, the deflection amount Δ did not change to 1.78 μm in either case. Therefore, even when the length l of the movable electrode 902 is 1000 μm and the length y of the weight portion 902a is 500 μm, the number of the horizontal portions 902b is arranged to be about 30 so that the chip size can be reduced. It can be seen that a quantity sensor can be realized.

以上のように、実施例2に係る可動電極902は、錘部902aを複数の水平部902bからなる形状に構成することにより、可動電極902のX軸方向及びY軸方向の長さを短くして所望の重みを付加することが可能となる。これにより、力学量センサのチップサイズを大きくすることなく、外力の大きさと印加方向の検出感度を向上させることが可能となる。また、錘部902aの複数の接触部902dを、固定電極903に点接触又は線接触する形状に形成することにより、接触部902dが固定電極903に接触したまま離れなくなるスティッキング現象を防止することができる。   As described above, the movable electrode 902 according to the second embodiment reduces the length of the movable electrode 902 in the X-axis direction and the Y-axis direction by configuring the weight portion 902a into a shape including a plurality of horizontal portions 902b. Thus, it is possible to add a desired weight. As a result, it is possible to improve the detection sensitivity of the magnitude of the external force and the application direction without increasing the chip size of the mechanical quantity sensor. Further, by forming the plurality of contact portions 902d of the weight portion 902a in the shape of point contact or line contact with the fixed electrode 903, it is possible to prevent the sticking phenomenon that the contact portion 902d does not leave the contact with the fixed electrode 903. it can.

次に、以下では、実施例2に係る可動電極902(902−1〜902−12)が複数配置された力学量センサ900の概略構造及び製造方法を、図28〜32を参照して説明する。   Next, a schematic structure and a manufacturing method of the mechanical quantity sensor 900 in which a plurality of movable electrodes 902 (902-1 to 902-12) according to the second embodiment are arranged will be described below with reference to FIGS. .

図28は、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の半導体基板の概略構造を示した平面図である。図29は、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の第1ガラス基板の概略構造を示した平面図である。図30は、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の第2ガラス基板の概略構造を示した平面図である。   FIG. 28 is a plan view showing a schematic structure of the semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 29 is a plan view illustrating a schematic structure of the first glass substrate of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 30 is a plan view showing a schematic structure of the second glass substrate of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention.

図28に図示したように、本発明の実施例2に係る力学量センサ900は、半導体基板904上に形成された、固定部901(901−1〜9−1−4)、可動電極902(902−1〜902−12)、及び固定電極903(903−1〜903−12)を含む。可動電極902(902−1〜902−12)の端部には、外力の印加により固定電極903(903−1〜903−12)と接触する錘部902a(902a−1〜902a−12)が、固定電極903(903−1〜903−12)と対向して各々配置される。図示したように、可動電極902(902−1〜902−12)は、12個配置され、X軸の正の方向及び負の方向、並びにY軸の正の方向及び負の方向の外力の大きさを検出するように、4つの検出方向毎に、それぞれ長さの異なる可動電極902が3つずつ配置されてもよい。検出方向が同じ方向である3つの可動電極902は、それぞれ同一の固定部901に連結される。例えば、X軸の正の方向の外力の大きさを検出する3つの可動電極902−1〜902−3は、各々の一端が固定部901−1に連結される。   As illustrated in FIG. 28, the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention includes a fixed portion 901 (901-1 to 9-1-4) and a movable electrode 902 ( 902-1 to 902-12) and a fixed electrode 903 (903-1 to 903-12). Weight portions 902a (902a-1 to 902a-12) that come into contact with the fixed electrodes 903 (903-1 to 903-12) by application of external force are provided at the ends of the movable electrodes 902 (902-1 to 902-12). The fixed electrodes 903 (903-1 to 903-12) are arranged to face each other. As shown in the drawing, twelve movable electrodes 902 (902-1 to 902-12) are arranged, and the magnitude of the external force in the positive and negative directions of the X axis, and in the positive and negative directions of the Y axis. Three movable electrodes 902 each having a different length may be arranged for each of the four detection directions so as to detect the height. Three movable electrodes 902 having the same detection direction are connected to the same fixed portion 901, respectively. For example, one end of each of the three movable electrodes 902-1 to 902-3 that detects the magnitude of the external force in the positive direction of the X axis is coupled to the fixed portion 901-1.

可動電極902(902−1〜902−12)のうち、可動電極902−1〜902−3は、固定部901−1からY軸の正の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極902−1がもっとも長く、可動電極902−3がもっとも短い。また、可動電極902−1〜902−3の錘部902a−1〜902a−3は、それぞれX軸の正の方向に延び、X軸の正の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極903−1〜903−3に接触するように配置される。このように、可動電極902−1〜902−3は、X軸の正の方向の外力を検出するように配置され、それぞれ長さが異なることから、同じ方向の外力について、異なる大きさの外力を検出することができる。   Among the movable electrodes 902 (902-1 to 902-12), the movable electrodes 902-1 to 902-3 extend away from the fixed portion 901-1 in the positive direction of the Y axis, respectively, and the length relationship is The movable electrode 902-1 is the longest and the movable electrode 902-3 is the shortest. Further, the weight portions 902a-1 to 902a-3 of the movable electrodes 902-1 to 902-3 respectively extend in the positive direction of the X axis, and when an external force in the positive direction of the X axis is applied, each of the weight portions 902a-1 to 902a-3 It arrange | positions so that the fixed electrodes 903-1 to 903-3 which oppose may be contacted according to the magnitude | size of. As described above, the movable electrodes 902-1 to 902-3 are arranged so as to detect the external force in the positive direction of the X axis, and have different lengths. Therefore, the external force in the same direction has different magnitudes. Can be detected.

また、可動電極902−4〜902−6は、固定部901−2からX軸の正の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極902−4〜902−6のうち、可動電極902−4がもっとも長く、可動電極902−6がもっとも短い。また、可動電極902−4〜902−6の錘部902a−4〜902a−6は、それぞれY軸の負の方向に延び、Y軸の負の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極903−4〜903−6に接触するように配置される。また、可動電極902−7〜902−9は、固定部901−3からY軸の負の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極902−7〜902−9のうち、可動電極902−7がもっとも長く、可動電極902−9がもっとも短い。また、可動電極902−7〜902−9の錘部902a−7〜902a−9は、それぞれX軸の負の方向に延び、X軸の負の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極903−7〜903−9に接触するように配置される。また、可動電極902−10〜902−12は、固定部901−4からX軸の負の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極902−10〜902−12のうち、可動電極902−10がもっとも長く、可動電極902−12がもっとも短い。また、可動電極902−10〜902−12の錘部902a−10〜902a−12は、それぞれY軸の正の方向に延び、Y軸の正の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極903−10〜903−12に接触するように配置される。   In addition, the movable electrodes 902-4 to 902-6 extend away from the fixed portion 901-2 in the positive direction of the X axis, respectively, and the relationship of the lengths is the movable electrodes 902-4 to 902-6. The movable electrode 902-4 is the longest and the movable electrode 902-6 is the shortest. Further, the weight portions 902a-4 to 902a-6 of the movable electrodes 902-4 to 902-6 respectively extend in the negative direction of the Y axis, and when an external force in the negative direction of the Y axis is applied, each of the weight portions 902a-4 to 902a-6 It arrange | positions so that the fixed electrodes 903-4 to 903-6 which oppose may be contacted according to the magnitude | size of. In addition, the movable electrodes 902-7 to 902-9 extend separately from the fixed portion 901-3 in the negative direction of the Y-axis, and the relationship of the lengths is as follows among the movable electrodes 902-7 to 902-9: The movable electrode 902-7 is the longest and the movable electrode 902-9 is the shortest. Further, the weight portions 902a-7 to 902a-9 of the movable electrodes 902-7 to 902-9 respectively extend in the negative direction of the X axis, and when an external force in the negative direction of the X axis is applied, each of the weight portions 902a-7 to 902a-9 It arrange | positions so that the fixed electrodes 903-7 to 903-9 which oppose may be contacted according to the magnitude | size of. In addition, the movable electrodes 902-10 to 902-12 extend away from the fixed portion 901-4 in the negative direction of the X axis, respectively, and the relationship of the length is the movable electrodes 902-10 to 902-12. The movable electrode 902-10 is the longest and the movable electrode 902-12 is the shortest. Further, the weight portions 902a-10 to 902a-12 of the movable electrodes 902-10 to 902-12 respectively extend in the positive direction of the Y axis, and when an external force in the positive direction of the Y axis is applied, each of the weight portions 902a-10 to 902a-12 It arrange | positions so that the fixed electrodes 903-10 to 903-12 which oppose may be contacted according to the magnitude | size of.

なお、可動電極902(902−1〜902−12)は、それぞれが検出する外力の方向とは反対の方向に配置された半導体基板904の一部又は隣り合う他の可動電極902と、互いに接触しないように配置される。例えば、可動電極902−1、902−4、902−7、902−10は、半導体基板904の一部と6μm程度離隔して配置され、可動電極902−2、902−3、902−5、902−6、902−8、902−9、902−11、902−12は、隣り合う他の可動電極902と6μm程度離隔して配置される。このように、可動電極902(902−1〜902−12)が、外力の印加に応じて、検出する外力の方向以外にたわんだ場合にも、隣接する半導体基板904の一部又は他の可動電極902と接触しないように、可動電極902(902−1〜902−12)は形成するものとする。   Note that the movable electrodes 902 (902-1 to 902-12) are in contact with a part of the semiconductor substrate 904 arranged in a direction opposite to the direction of the external force detected by each or other adjacent movable electrodes 902. Arranged not to. For example, the movable electrodes 902-1, 902-4, 902-7, and 902-10 are spaced apart from a part of the semiconductor substrate 904 by about 6 μm, and the movable electrodes 902-2, 902-3, 902-5, 902-6, 902-8, 902-9, 902-11, and 902-12 are arranged apart from other adjacent movable electrodes 902 by about 6 μm. Thus, even when the movable electrode 902 (902-1 to 902-12) bends in a direction other than the direction of the external force to be detected in response to the application of the external force, a part of the adjacent semiconductor substrate 904 or other movable The movable electrodes 902 (902-1 to 902-12) are formed so as not to contact the electrode 902.

以上のように、可動電極902(902−1〜902−12)は、4つの検出方向毎に3つの可動電極902を配置することにより、それぞれの方向について3つの異なる外力の大きさを検出することができる。従って、実施例2に係る可動電極902(902−1〜902−12)によれば、12パターンの異なる外力の大きさ及び方向を検出することが可能となる。このように、検出方向毎に配置する長さの異なる可動電極902の数を増やすことにより、また、外力の検出方向を可動電極902の配置位置を変化させて増やすことにより、検出する外力の大きさ及び方向の種類を増やすことができる。   As described above, the movable electrode 902 (902-1 to 902-12) detects three different external force magnitudes in each direction by arranging the three movable electrodes 902 for each of the four detection directions. be able to. Therefore, according to the movable electrode 902 (902-1 to 902-12) according to the second embodiment, it is possible to detect the magnitude and direction of the external force with 12 different patterns. Thus, the magnitude of the external force to be detected can be increased by increasing the number of movable electrodes 902 having different lengths arranged for each detection direction, and by increasing the external force detection direction by changing the arrangement position of the movable electrode 902. The types of height and direction can be increased.

なお、図28に図示したように、固定部901(901−1〜9−1−4)は、半導体基板904の4隅に配置し、可動電極902(902−1〜902−12)は、固定部901(901−1〜9−1−4)から半導体基板904の4辺に沿って延びるように配置し、固定電極903(903−1〜903−12)は、可動電極902(902−1〜902−12)の配置位置よりも内側に配置し、錘部902a−7〜902a−9と対向させて配置してもよい。このように固定部901(901−1〜9−1−4)、可動電極902(902−1〜902−12)、及び固定電極903(903−1〜903−12)を配置することにより、半導体基板904の面積を有効に利用することができるため、力学量センサ900のチップサイズを縮小させることができる。   As shown in FIG. 28, the fixing portions 901 (901-1 to 9-1-4) are arranged at the four corners of the semiconductor substrate 904, and the movable electrodes 902 (902-1 to 902-12) are The fixed portions 901 (901-1 to 9-1-4) are arranged so as to extend along the four sides of the semiconductor substrate 904, and the fixed electrodes 903 (903-1 to 903-12) are movable electrodes 902 (902-902). 1 to 902-12) may be arranged on the inner side of the arrangement position and opposed to the weight portions 902a-7 to 902a-9. In this way, by arranging the fixed portion 901 (901-1 to 9-1-4), the movable electrode 902 (902-1 to 902-12), and the fixed electrode 903 (903-1 to 903-12), Since the area of the semiconductor substrate 904 can be used effectively, the chip size of the mechanical quantity sensor 900 can be reduced.

次に、図29及び図30を参照して、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の第1及び第2ガラス基板905、906の概略構造について説明する。図29は、図28に図示した半導体基板904のZ軸の正の方向に接合された第1ガラス基板905を示す。図30は、図28に図示した半導体基板904のZ軸の負の方向に接合された第2ガラス基板906を示す。   Next, a schematic structure of the first and second glass substrates 905 and 906 of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 29 shows a first glass substrate 905 bonded in the positive direction of the Z-axis of the semiconductor substrate 904 shown in FIG. FIG. 30 shows the second glass substrate 906 bonded in the negative direction of the Z-axis of the semiconductor substrate 904 shown in FIG.

図29に図示したように、第1ガラス基板905上には、図28に図示した固定部901(901−1〜9−1−4)、可動電極902(902−1〜902−12)、及び固定電極903(903−1〜903−12)の形成位置に対応して、第1配線用端子901a(901a−1〜901a−4)、第1配線パターン901b(901b−1〜901b−4)、第2配線用端子903a(903a−1〜903a−12)、及び第2配線パターン903b(903b−1〜903b−12)が形成される。第1配線用端子901a(901a−1〜901a−4)は、後述する製造工程により第1ガラス基板905に形成された貫通孔を通じて、Z軸の負の方向に配置された半導体基板904上の固定部901(901−1〜901−4)にそれぞれ接続される。第2配線用端子903a(903a−1〜903a−12)は、後述する製造工程により第1ガラス基板905に形成された貫通孔を通じて、Z軸の負の方向に配置された半導体基板904上の固定電極903(903−1〜903−12)にそれぞれ接続される。第1配線パターン901b(901b−1〜901b−4)及び第2配線パターン903b(903b−1〜903b−12)は、それぞれ、第1配線用端子901a(901a−1〜901a−4)及び第2配線用端子903a(903a−1〜903a−12)に接続される。なお、第1配線用端子901a(901a−1〜901a−4)及び第1配線パターン901b(901b−1〜901b−4)は、固定部901と外部回路とを電気的に接続するための構成であり、第2配線用端子903a(903a−1〜903a−12)及び第2配線パターン903b(903b−1〜903b−12)は、固定電極903と外部回路とを電気的に接続するための構成である。   29, on the first glass substrate 905, the fixed portion 901 (901-1 to 9-1-4), the movable electrode 902 (902-1 to 902-12) illustrated in FIG. The first wiring terminals 901a (901a-1 to 901a-4) and the first wiring patterns 901b (901b-1 to 901b-4) correspond to the positions where the fixed electrodes 903 (903-1 to 903-12) are formed. ), Second wiring terminals 903a (903a-1 to 903a-12), and second wiring patterns 903b (903b-1 to 903b-12) are formed. The first wiring terminals 901a (901a-1 to 901a-4) are on the semiconductor substrate 904 arranged in the negative direction of the Z-axis through a through hole formed in the first glass substrate 905 by a manufacturing process described later. It is connected to each of the fixing portions 901 (901-1 to 901-4). The second wiring terminals 903a (903a-1 to 903a-12) are on the semiconductor substrate 904 disposed in the negative direction of the Z axis through a through hole formed in the first glass substrate 905 by a manufacturing process described later. Each is connected to a fixed electrode 903 (903-1 to 903-12). The first wiring pattern 901b (901b-1 to 901b-4) and the second wiring pattern 903b (903b-1 to 903b-12) are respectively the first wiring terminal 901a (901a-1 to 901a-4) and the first wiring pattern 901b (901b-1 to 901b-4). Two wiring terminals 903a (903a-1 to 903a-12) are connected. The first wiring terminals 901a (901a-1 to 901a-4) and the first wiring patterns 901b (901b-1 to 901b-4) are configured to electrically connect the fixing unit 901 and an external circuit. The second wiring terminals 903a (903a-1 to 903a-12) and the second wiring patterns 903b (903b-1 to 903b-12) are for electrically connecting the fixed electrode 903 and an external circuit. It is a configuration.

また、図30に図示したように、第2ガラス基板906上には、凹部906a−1〜906a−4が形成される。凹部906a−1〜906a−4は、Z軸の正の方向に配置された半導体基板904の可動電極902(902−1〜902−12)の形成位置に合わせて、第2ガラス基板906上に形成される。凹部906a−1〜906a−4は、可動電極902(902−1〜902−12)がZ軸の負の方向にたわんだとしても、第2ガラス基板906と接触しないように、可動電極902(902−1〜902−12)の幅及びたわみ量を考慮して、後述の製造工程により形成される。   In addition, as illustrated in FIG. 30, recesses 906 a-1 to 906 a-4 are formed on the second glass substrate 906. The recesses 906a-1 to 906a-4 are formed on the second glass substrate 906 in accordance with the formation positions of the movable electrodes 902 (902-1 to 902-12) of the semiconductor substrate 904 arranged in the positive direction of the Z axis. It is formed. The recesses 906a-1 to 906a-4 are arranged so that the movable electrode 902 (902-1 to 902-12) does not come into contact with the second glass substrate 906 even if the movable electrode 902 (902-1 to 902-12) bends in the negative direction of the Z axis. In consideration of the width of 902-1 to 902-12) and the amount of deflection, it is formed by a manufacturing process described later.

以下、図31及び図32を参照して、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の製造方法について説明する。なお、図31及び図32は、実施例2に係る力学量センサ900の製造方法の一例を示す図であり、図28乃至図30に示した力学量センサ900の構成と直接対応するものではない。   Hereinafter, with reference to FIG.31 and FIG.32, the manufacturing method of the mechanical quantity sensor 900 which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated. FIGS. 31 and 32 are diagrams illustrating an example of a manufacturing method of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment, and do not directly correspond to the configuration of the mechanical quantity sensor 900 illustrated in FIGS. 28 to 30. .

図31は、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の製造工程を説明するための図であり、(a)は、加工前の半導体基板と第1ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、(b)は、半導体基板を研磨する工程を示す断面図であり、(c)は、半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、(d)は、半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図であり、(e)は、第2ガラス基板を示す断面図であり、(f)は、第2ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図である。図32は、本発明の実施例2に係る力学量センサ900の製造工程を説明するための図であり、(g)は、図31の(d)に示した第1ガラス基板及び半導体基板と、図31の(f)に示した第2ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、(h)は、(g)に示した構成を反転させた断面図であり、(i)は、(h)に示した第1ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、(j)は、第1ガラス基板に配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図であり、(k)は、第1ガラス基板に配線用端子を形成した工程を示す断面図である。   FIG. 31 is a diagram for explaining a manufacturing process of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 31A shows a process of anodically bonding the semiconductor substrate before processing and the first glass substrate. (B) is a cross-sectional view showing a step of polishing a semiconductor substrate, (c) is a cross-sectional view showing a step of forming a recess in the semiconductor substrate, and (d) is a cross-sectional view of the semiconductor substrate. It is sectional drawing which shows the process of forming a fixed part, a movable electrode, and a fixed electrode in a board | substrate, (e) is sectional drawing which shows a 2nd glass substrate, (f) is a recessed part in a 2nd glass substrate. It is sectional drawing which shows the process to form. FIG. 32 is a view for explaining a manufacturing process of the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 32 (g) shows the first glass substrate and the semiconductor substrate shown in FIG. FIG. 32 is a cross-sectional view showing a step of anodic bonding with the second glass substrate shown in FIG. 31F, and FIG. 31H is a cross-sectional view obtained by inverting the configuration shown in FIG. ) Is a cross-sectional view showing a step of forming a recess in the first glass substrate shown in (h), and (j) is a cross-sectional view showing a step in the middle of forming a wiring terminal on the first glass substrate. (K) is sectional drawing which shows the process which formed the terminal for wiring in the 1st glass substrate.

図31(a)に図示したように、まず、半導体基板904と、第1ガラス基板905とを陽極接合により接合する。このとき、半導体基板904は、抵抗率が0.02Ω・cm以下で、Z軸の正の方向の厚みが625μmの、低抵抗Siベアウエハ基板であってもよい。また、第1ガラス基板は、Z軸の正の方向の厚みが500μmの、例えばテンパックスガラスであってもよい。   As illustrated in FIG. 31A, first, the semiconductor substrate 904 and the first glass substrate 905 are bonded by anodic bonding. At this time, the semiconductor substrate 904 may be a low resistance Si bare wafer substrate having a resistivity of 0.02 Ω · cm or less and a thickness in the positive direction of the Z axis of 625 μm. The first glass substrate may be, for example, Tempax glass having a thickness in the positive direction of the Z axis of 500 μm.

次に、図31(b)に図示したように、第1ガラス基板905と接合された半導体基板904の上面を研磨し、半導体基板904のZ軸の正の方向の厚みを薄くする。半導体基板904の厚みは、可動電極902と同じ厚みとする。例えば、半導体基板904の厚みを30μmにしてもよい。   Next, as illustrated in FIG. 31B, the upper surface of the semiconductor substrate 904 bonded to the first glass substrate 905 is polished to reduce the thickness of the semiconductor substrate 904 in the positive direction of the Z axis. The thickness of the semiconductor substrate 904 is the same as that of the movable electrode 902. For example, the thickness of the semiconductor substrate 904 may be 30 μm.

次に、図31(c)に図示したように、固定部901、可動電極902、及び固定電極903を加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して半導体基板904をエッチングすることにより、固定部901、可動電極902、及び固定電極903が形成される位置を除いた凹部904aを形成する。エッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いることができる。このように半導体基板904をエッチングすることにより、図28に図示した固定部901(901−1〜9−1−4)、可動電極902(902−1〜902−12)、及び固定電極903(903−1〜903−12)を形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 31C, a mask (not shown) for processing the fixed portion 901, the movable electrode 902, and the fixed electrode 903 is formed, and the semiconductor substrate 904 is formed through the mask. By etching, a concave portion 904a is formed except for the positions where the fixed portion 901, the movable electrode 902, and the fixed electrode 903 are formed. As an etching method, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used. By etching the semiconductor substrate 904 in this way, the fixed portion 901 (901-1 to 9-1-4), the movable electrode 902 (902-1 to 902-12), and the fixed electrode 903 (shown in FIG. 903-1 to 903-12) can be formed.

次に、図31(d)に図示したように、第1ガラス基板905をエッチングして、凹部905aを形成する。凹部905aは、エッチング方法として、HF希釈(例えば、50%HFを10%に希釈する)をエッチング液として用いるウェットエッチングにより、30μm程度の深さに第1ガラス基板905をエッチングして形成されてもよい。凹部905aを形成することにより、可動電極902の端部がZ軸方向に変位した場合にも、第1ガラス基板905と接触しないようにすることができる。   Next, as illustrated in FIG. 31D, the first glass substrate 905 is etched to form a recess 905a. The recess 905a is formed by etching the first glass substrate 905 to a depth of about 30 μm by wet etching using HF dilution (for example, diluting 50% HF to 10%) as an etching solution as an etching method. Also good. By forming the recess 905a, the first glass substrate 905 can be prevented from contacting even when the end of the movable electrode 902 is displaced in the Z-axis direction.

次に、図31(e)に図示したように、第2ガラス基板906を準備する。第2ガラス基板は、厚みが500μmのテンパックスガラスであってもよい。図31(f)に図示したように、第2ガラス基板906をエッチングして、凹部906aを形成する。凹部906aの深さは例えば30μmであってもよい。エッチング方法としては、HF希釈(例えば、50%HFを10%に希釈する)をエッチング液として用いるウェットエッチングであってもよい。なお、図30に図示したように、凹部906aは、後述する製造工程において接合される半導体基板904に形成された可動電極902の形成位置に合わせて形成されてもよい。凹部906aを形成することにより、可動電極902の端部がZ軸方向に変位した場合にも、第2ガラス基板906と接触しないようにすることができる。   Next, as shown in FIG. 31E, a second glass substrate 906 is prepared. The second glass substrate may be Tempax glass having a thickness of 500 μm. As illustrated in FIG. 31F, the second glass substrate 906 is etched to form a recess 906a. The depth of the recess 906a may be 30 μm, for example. The etching method may be wet etching using HF dilution (for example, diluting 50% HF to 10%) as an etching solution. As shown in FIG. 30, the recess 906a may be formed in accordance with the formation position of the movable electrode 902 formed on the semiconductor substrate 904 to be bonded in the manufacturing process described later. By forming the recess 906a, the second glass substrate 906 can be prevented from contacting even when the end of the movable electrode 902 is displaced in the Z-axis direction.

次に、図32(g)に図示したように、図31(d)に示した半導体基板904の固定部901、可動電極902、及び固定電極903が形成された面と、図31(f)に示した第2ガラス基板906の凹部906が形成された面とを、陽極接合により接合する。このとき、第2ガラス基板906の凹部906aが半導体基板904の可動電極902と対向するように接合する。   Next, as illustrated in FIG. 32G, the surface of the semiconductor substrate 904 illustrated in FIG. 31D where the fixed portion 901, the movable electrode 902, and the fixed electrode 903 are formed, and FIG. The surface on which the concave portion 906 of the second glass substrate 906 is formed is joined by anodic bonding. At this time, bonding is performed so that the concave portion 906 a of the second glass substrate 906 faces the movable electrode 902 of the semiconductor substrate 904.

次に、図32(h)に図示したように、図32(g)に図示した構成を反転させて、第1ガラス基板905を上面とする。次に、図32(i)に図示したように、半導体基板904の固定部901及び固定電極903にそれぞれ接続される第1及び第2配線用端子901a、903aを形成するため、第1及び第2配線用端子901a、903aの形成位置に所定のマスクが形成された第1ガラス基板905に、サンドブラストにより貫通孔905bを形成する。   Next, as illustrated in FIG. 32H, the configuration illustrated in FIG. 32G is reversed so that the first glass substrate 905 is the upper surface. Next, as shown in FIG. 32I, the first and second wiring terminals 901a and 903a connected to the fixing portion 901 and the fixing electrode 903 of the semiconductor substrate 904, respectively, are formed. A through hole 905b is formed by sandblasting on the first glass substrate 905 on which a predetermined mask is formed at the formation position of the two wiring terminals 901a and 903a.

次に、図32(j)に図示したように、貫通孔905bの内部及び第2ガラス基板905上に、スパッタリング、導電性ペースト充填(スクリーン印刷)、CVD(Chemical Vapaor Deposition)法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材907を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 32 (j), sputtering, conductive paste filling (screen printing), CVD (Chemical Vapor Deposition) method or electrolytic plating method is performed on the inside of the through hole 905b and on the second glass substrate 905. A conductive material 907 having conductivity is formed using a method such as the above.

次に、図32(k)に図示したように、第1及び第2配線用端子901a、903a、並びに第1及び第2配線パターン901b、903bを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して導電材907をエッチングすることにより、第1及び第2配線用端子901a、903a、並びに第1及び第2配線パターン901b、903bを形成する。これらの第1及び第2配線用端子901a、903a、並びに第1及び第2配線パターン901b、903bは、力学量センサ900が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。   Next, as shown in FIG. 32 (k), first and second wiring terminals 901a and 903a and masks (not shown) for processing the first and second wiring patterns 901b and 903b are formed. Then, the conductive material 907 is etched through the mask to form the first and second wiring terminals 901a and 903a and the first and second wiring patterns 901b and 903b. These first and second wiring terminals 901a and 903a, and the first and second wiring patterns 901b and 903b are connected to a circuit that processes a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 900 is mounted. The

以上のように、本発明の実施例2に係る力学量センサ900は、簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。また、上述したように、本発明の実施例2に係る力学量センサ900によれば、チップサイズを縮小させて、所望の外力の方向及び大きさを検出することが可能となる。なお、複数の可動電極902(902−1〜902−12)のうち、どの可動電極が固定電極903(903−1〜903−12)に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。   As described above, since the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention can be manufactured by a simple manufacturing method, the manufacturing cost can be suppressed. Further, as described above, according to the mechanical quantity sensor 900 according to the second embodiment of the present invention, it is possible to reduce the chip size and detect the direction and magnitude of a desired external force. It should be noted that, of the plurality of movable electrodes 902 (902-1 to 902-12), which movable electrode is in contact with the fixed electrode 903 (903-1 to 903-12) is detected with or without continuity over time. Thus, not only the direction and magnitude of the external force but also the acceleration can be detected.

(処理回路)
以下、本発明の第1乃至第7の実施形態に示した力学量センサ及び複合型力学量センサ100〜700により検出される力学量検出信号を処理する処理回路の構成例について、図33を参照して説明する。
(Processing circuit)
Hereinafter, a configuration example of a processing circuit for processing a mechanical quantity detection signal detected by the mechanical quantity sensor and the combined mechanical quantity sensors 100 to 700 shown in the first to seventh embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. To explain.

図33は、本発明の一実施形態に係る力学量センサにより検出される信号を処理する処理回路1010の回路構成を示す図である。処理回路1010は、スイッチ回路1005と検出回路1004から構成される。この処理回路1010では、力学量センサの構成をスイッチ回路1005として示している。力学量センサは、第1乃至第7の実施形態において説明したように、印加される外力に応じて複数の可動電極が複数の固定電極に対して接触する動作を行うものであるため、複数のスイッチを並列に接続したスイッチ回路1005として表すことができる。図33に示すスイッチ回路1005内の各スイッチは、固定接点1001及び1003と可動切片1002により構成される。固定接点1001は第1乃至第7の実施形態に示した固定部に対応し、可動切片1002は第1乃至第7の実施形態に示した可動電極に対応し、固定接点1003は第1乃至第7の実施形態に示した固定電極に対応する。すなわち、外力が印加されずに可動電極が固定電極に接触していない状態は、各スイッチの可動切片1002の開状態(以下、OFF状態という)に対応し、外力が印加されて可動電極が固定電極に接触した状態は、各スイッチの可動切片1002の閉状態(以下、ON状態という)に対応する。   FIG. 33 is a diagram showing a circuit configuration of a processing circuit 1010 that processes a signal detected by a mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention. The processing circuit 1010 includes a switch circuit 1005 and a detection circuit 1004. In this processing circuit 1010, the configuration of the mechanical quantity sensor is shown as a switch circuit 1005. As described in the first to seventh embodiments, the mechanical quantity sensor performs an operation in which a plurality of movable electrodes come into contact with a plurality of fixed electrodes in accordance with an applied external force. It can be expressed as a switch circuit 1005 in which switches are connected in parallel. Each switch in the switch circuit 1005 shown in FIG. 33 includes fixed contacts 1001 and 1003 and a movable piece 1002. The fixed contact 1001 corresponds to the fixed portion shown in the first to seventh embodiments, the movable piece 1002 corresponds to the movable electrode shown in the first to seventh embodiments, and the fixed contact 1003 corresponds to the first to seventh embodiments. This corresponds to the fixed electrode shown in the seventh embodiment. That is, the state in which the external electrode is not applied and the movable electrode is not in contact with the fixed electrode corresponds to the open state (hereinafter referred to as the OFF state) of the movable piece 1002 of each switch, and the external electrode is applied and the movable electrode is fixed. The state in contact with the electrode corresponds to the closed state (hereinafter referred to as the ON state) of the movable piece 1002 of each switch.

各スイッチの固定接点1001は力学量検出回路1004の入力段に接続され、各スイッチの固定接点1003は接地される。また、各固定接点1001と力学量検出回路1004の入力段とを接続する各ラインは、抵抗器rを介して直流電源VCC又は交流電源VACに接続される。なお、直流電源VCCの場合、静電引力により、外力の印加が無い状態であっても、可動電極と固定電極とが接触したままとなるスティッキング現象を発生させる可能性があるため、交流電源VACとしてもよい。また、直流電源VCCの場合には、実施例2にて述べたように、可動電極を固定電極と線接触又は点接触するような形状に構成し、接触面の面積を減らしてスティッキング現象を防止してもよい。この回路構成により、各スイッチの可動切片1002がOFF状態の場合は、力学量検出回路1004の入力段には検出信号として“Hi”信号が入力される。また、各スイッチの可動切片1002がON状態の場合は、力学量検出回路1004の入力段には検出信号として“Low”信号が入力される。 The fixed contact 1001 of each switch is connected to the input stage of the mechanical quantity detection circuit 1004, and the fixed contact 1003 of each switch is grounded. Further, each line connecting the input stage of the fixed contacts 1001 and a physical quantity detection circuit 1004 is connected to the DC power supply V CC or the AC power supply V AC through the resistor r. In the case of the DC power supply V CC, by electrostatic attraction, even when applied no external force, there is a possibility of generating sticking of the movable electrode and the fixed electrode remains in contact, the AC power source it may be used as the V AC. Further, in the case of the DC power supply VCC , as described in the second embodiment, the movable electrode is configured to be in line contact or point contact with the fixed electrode, and the sticking phenomenon is reduced by reducing the area of the contact surface. It may be prevented. With this circuit configuration, when the movable piece 1002 of each switch is in the OFF state, a “Hi” signal is input to the input stage of the mechanical quantity detection circuit 1004 as a detection signal. When the movable piece 1002 of each switch is in the ON state, a “Low” signal is input to the input stage of the mechanical quantity detection circuit 1004 as a detection signal.

検出回路1004は、スイッチ回路1005内の各スイッチの開閉動作と同様に、外力の印加の有無に応じて非接触状態又は接触状態となる各可動電極の動作に応じて入力される“Hi”信号及び“Low”の状態を認識して、力学量センサに印加された外力の大きさ及び方向を示す力学量検出信号を出力する。   Similarly to the opening / closing operation of each switch in the switch circuit 1005, the detection circuit 1004 receives a “Hi” signal that is input according to the operation of each movable electrode that is in a non-contact state or a contact state depending on whether or not an external force is applied. And the state of "Low" is recognized, and the mechanical quantity detection signal which shows the magnitude | size and direction of the external force applied to the mechanical quantity sensor is output.

なお、図示してはいないが、検出回路1004に出力される検出信号と外力の大きさの値を対応付けて記憶するメモリを用意しておき、このメモリから検出信号に対応する外力の大きさ示す値を出力させるようにしてもよい。   Although not shown, a memory for storing the detection signal output to the detection circuit 1004 and the value of the external force in association with each other is prepared, and the magnitude of the external force corresponding to the detection signal is prepared from this memory. The indicated value may be output.

本発明の実施形態に係る力学量センサ及び複合型力学量センサ100〜700によれば、図33に図示したように、増幅回路等を用いる必要がない。従って、周辺回路を簡易な構成とすることができる。これにより、電子機器に力学量センサ及び複合型力学量センサ100〜700を実装するときにスペースができるため、スペースを有効に活用することもできる。また、処理回路1010の製造コストを低減することができる。   According to the mechanical quantity sensor and the combined mechanical quantity sensors 100 to 700 according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to use an amplification circuit or the like as illustrated in FIG. Therefore, the peripheral circuit can be simplified. Thereby, since a space is created when the mechanical quantity sensor and the combined mechanical quantity sensors 100 to 700 are mounted on the electronic device, the space can be effectively utilized. In addition, the manufacturing cost of the processing circuit 1010 can be reduced.

上述した本発明の実施の形態に係る力学量センサ及び複合型力学量センサ100〜700は、例えば、IC等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子と、電子回路基板もしくはIC等の能動素子とを接続することにより、力学量センサと電子回路とを1つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。   The above-described mechanical quantity sensors and composite type mechanical quantity sensors 100 to 700 according to the embodiment of the present invention are mounted on a circuit board on which an active element such as an IC is mounted, for example, and are well-known methods such as wire bonding connection and the like. The mechanical quantity sensor and the electronic circuit can be provided as one electronic component by connecting the wiring terminal and an active element such as an electronic circuit board or IC depending on the material. This electronic component can be distributed in the market by being mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone.

(第8の実施形態)
<力学量センサの構造>
次に、本発明の第8の実施形態に係る力学量センサ1100の構造について、図34乃至図37を参照して説明する。図34及び図35は、本発明の第8の実施形態に係る力学量センサ1100の概略構造を示した平面図である。図36及び図37は、本発明の第8の実施形態に係る力学量センサ1100の動作を説明するための図である。
(Eighth embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
Next, the structure of the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 34 and 35 are plan views showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment of the present invention. 36 and 37 are diagrams for explaining the operation of the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment of the present invention.

図34に図示したように、力学量センサ1100は、半導体基板1104上に、固定部1101−1、1101−2と、固定部1101−1から図34に示したX軸方向に延びる可動電極1102−1と、固定部1101−2から可動電極1102−1の延びる方向とは異なる方向に延びる可動電極1102−2と、可動電極1102−1、1102−2の端部からそれぞれ所定の距離d1、d2だけ離隔して配置される固定電極1103−1、1103−2と、を含む。可動電極1102−1、1102−2の端部は、印加される外力に応じて撓み、可動電極1102−1、1102−2と固定電極1103−1、1103−2との間の距離d1、d2がそれぞれ変化する。なお、図34は、力学量センサ1100に外力が印加されていない状態を示しており、可動電極1102−1、1102−2は、可動電極1102−1と固定部1101−1の端部とが成す角度θ1と、可動電極1102−2と固定部1101−2の端部とが成す角度θ2とが異なるようにそれぞれ配置される。   As illustrated in FIG. 34, the mechanical quantity sensor 1100 includes a fixed portion 1101-1 and 1101-2 on a semiconductor substrate 1104, and a movable electrode 1102 extending from the fixed portion 1101-1 to the X-axis direction illustrated in FIG. −1, a movable electrode 1102-2 that extends in a direction different from the direction in which the movable electrode 1102-1 extends from the fixed portion 1101-2, and a predetermined distance d1 from each end of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2, fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 that are spaced apart by d2. The end portions of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 bend according to the applied external force, and the distances d1 and d2 between the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2. Changes. FIG. 34 shows a state in which no external force is applied to the mechanical quantity sensor 1100. The movable electrodes 1102-1 and 1102-2 have a movable electrode 1102-1 and an end portion of the fixed portion 1101-1. The angle θ1 formed is different from the angle θ2 formed by the movable electrode 1102-2 and the end of the fixed portion 1101-2.

図34に示す力学量センサ1100の静止状態において、可動電極1102−1、1102−2の各端部と、固定電極1103−1、1103−2との間には、その距離d1、d2に比例した容量値のキャパシタンスc1、c2が形成される。なお、力学量センサ1100において、可動電極1102−1、1102−2と、固定電極1103−1、1103−2とは外力の印加時にそれぞれ接触しない距離に配置するものとする。   In the stationary state of the mechanical quantity sensor 1100 shown in FIG. 34, the distance between each end of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1102-2 is proportional to the distances d1 and d2. Capacitances c1 and c2 having the capacitance values are formed. In the mechanical quantity sensor 1100, the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 are arranged at a distance that does not come into contact with each other when an external force is applied.

また、図35に図示したように、半導体基板1104と接合されるガラス基板1105上には、固定部1101−1、1101−2に対応した位置にそれぞれ第1端子1101a−1、1101a−2が形成され、固定電極1103−1、1103−2に対応した位置にそれぞれ第2端子1103a−1、1103a−2が形成される。力学量センサ1100は、半導体基板1104とガラス基板1105とを、固定部1101−1、1101−2と第1端子1101a−1、1101a−2とがそれぞれ接続され、固定電極1103−1、1103−2と第2端子1103a−1、1103a−2とがそれぞれ接続されるように接合することにより形成される。これらの第1端子1101a−1、1101a−2と第2端子1103a−1、1103a−2とは、力学量センサ1100が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路(図示せず)に接続される。なお、力学量センサ1100は、第1の実施形態に係る力学量センサ100と同様の製造方法により、製造することができる。従って、以下、力学量センサ1100の構成について、力学量センサ100と同様の構成については、詳細な説明を省略する。   Further, as illustrated in FIG. 35, on the glass substrate 1105 bonded to the semiconductor substrate 1104, the first terminals 1101a-1 and 1101a-2 are provided at positions corresponding to the fixing portions 1101-1 and 1101-2, respectively. The second terminals 1103a-1 and 1103a-2 are formed at positions corresponding to the formed fixed electrodes 1103-1 and 1103-2, respectively. The mechanical quantity sensor 1100 includes a semiconductor substrate 1104 and a glass substrate 1105 connected to fixed portions 1101-1 and 1101-2 and first terminals 1101a-1 and 1101a-2, respectively, and fixed electrodes 1103-1 and 1103. 2 and the second terminals 1103a-1 and 1103a-2 are joined to be connected to each other. These first terminals 1101 a-1, 1101 a-2 and second terminals 1103 a-1, 1103 a-2 are circuits (not shown) that process mechanical quantity detection signals in the electronic device on which the mechanical quantity sensor 1100 is mounted. ). The mechanical quantity sensor 1100 can be manufactured by the same manufacturing method as the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment. Therefore, hereinafter, the detailed description of the configuration of the mechanical quantity sensor 1100 is omitted for the same configuration as the mechanical quantity sensor 100.

以下、図34乃至図37を参照して、力学量センサ1100の動作について説明する。図示したように、可動電極1102−1、1102−2は、固定部1101−1、1101−2からそれぞれ異なる方向に向かって延び、可動電極1102−1、1102−2の端部は印加された外力の方向に応じてそれぞれ異なる方向に変位する。ここで、可動電極1102−1の端部と対向する固定電極1103−1との間の距離d1と、可動電極1102−2の端部と対向する固定電極1103−2との間の距離d2とは、力学量センサ1100に印加される外力の方向や大きさに応じてそれぞれ変化する。なお、可動電極1102−1、1102−2の端部と固定電極1103−1、1103−2との間の距離d1、d2は、それぞれ印加される外力がない場合には同じ距離であってもよい。また、可動電極1102−1、1102−2の長さl1、l2がそれぞれ同じ長さであってもよく、それぞれの厚み等の寸法が同じであってもよい。本実施形態においては、説明の便宜上、可動電極1102−1、1102−2の長さl1、l2は、それぞれ同一とし、且つ、可動電極1102−1と固定部1101−1の端部とが成す角度θ1=90°、即ち、可動電極1102−1を、X軸と平行に配置するものとする。なお、本発明の第8の実施形態に係る力学量センサ1100の構成は、これらのl1、l2、θ1に限定されるわけではない。   Hereinafter, the operation of the mechanical quantity sensor 1100 will be described with reference to FIGS. 34 to 37. As illustrated, the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 extend in different directions from the fixed portions 1101-1 and 1101-2, respectively, and the end portions of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 are applied. It is displaced in different directions depending on the direction of the external force. Here, a distance d1 between the end of the movable electrode 1102-1 and the fixed electrode 1103-1 facing the distance d2, and a distance d2 between the end of the movable electrode 1102-2 and the fixed electrode 1103-2 facing the end. Changes in accordance with the direction and magnitude of the external force applied to the mechanical quantity sensor 1100. Note that the distances d1 and d2 between the end portions of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 may be the same distance when there is no applied external force. Good. Further, the lengths l1 and l2 of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 may be the same length, and the dimensions such as the thickness may be the same. In the present embodiment, for convenience of explanation, the lengths 11 and 12 of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 are the same, and the movable electrode 1102-1 and the end of the fixed portion 1101-1 are formed. It is assumed that the angle θ1 = 90 °, that is, the movable electrode 1102-1 is arranged in parallel with the X axis. Note that the configuration of the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment of the present invention is not limited to these l1, l2, and θ1.

図36に図示したように、力学量センサ1100に、例えば、Y軸方向の正から負(Y軸方向に図中の左から右)に向かって外力F1が印加された場合を考える。外力F1が印加されると、可動電極1102−1及び可動電極1102−2は、それぞれ、延伸方向と垂直な方向に向かって変位する。よって、可動電極1102−1に対しては垂直方向に外力F1が印加される一方、可動電極1102−2に対しては外力F1Sinθ2が印加される。このとき、図37に図示したように、可動電極1102−1の端部が可動電極1102−2の端部よりも大きく変位し、距離d1は距離d1´に変化し、距離d2は距離d2´に変化する。このように、可動電極1102−1と可動電極1102−2とが異なる方向に配置されていれば、図36に図示したように、力学量センサ1100に同一の外力F1が印加された場合でも、可動電極1102−1と可動電極1102−2とでたわみ量が異なり、距離d1と距離d2はそれぞれ異なる距離d1´、d2´に変化する。   As illustrated in FIG. 36, consider a case where an external force F1 is applied to the mechanical quantity sensor 1100 from, for example, positive to negative in the Y-axis direction (left to right in the drawing in the Y-axis direction). When the external force F1 is applied, the movable electrode 1102-1 and the movable electrode 1102-2 are each displaced in a direction perpendicular to the extending direction. Therefore, the external force F1 is applied to the movable electrode 1102-1 in the vertical direction, while the external force F1Sin θ2 is applied to the movable electrode 1102-2. At this time, as shown in FIG. 37, the end of the movable electrode 1102-1 is displaced more than the end of the movable electrode 1102-2, the distance d1 changes to a distance d1 ′, and the distance d2 changes to a distance d2 ′. To change. Thus, if the movable electrode 1102-1 and the movable electrode 1102-2 are arranged in different directions, as shown in FIG. 36, even when the same external force F1 is applied to the mechanical quantity sensor 1100, The amount of deflection differs between the movable electrode 1102-1 and the movable electrode 1102-2, and the distance d1 and the distance d2 change to different distances d1 ′ and d2 ′, respectively.

図37に図示したように、力学量センサ1100に外力F1が印加され、可動電極1102−1、1102−2の端部と固定電極1103−1、1103−2との間の距離がそれぞれ距離d1´、d2´に変化すると、可動電極1102−1の端部と対向する固定電極1103−1との間においてキャパシタンス(静電容量)c1が変化し、可動電極1102−2の端部と対向する固定電極1103−2との間においてキャパシタンスc2が変化する。キャパシタンスc1とキャパシタンスc2の大きさは、それぞれ距離d1と距離d2の変化に応じて可変する。すなわち、キャパシタンスc1の容量値は、距離d1の変化に比例して変化し、キャパシタンスc2の容量値は、距離d2の変化に比例して変化する。このときのキャパシタンスc1及びキャパシタンスc2の容量値の変化は、第1端子1101a−1、1101a−2及び第2端子1103a−1、1103a−2に接続された外部回路等(図示せず)により検出することができるため、検出されたキャパシタンスc1及びキャパシタンスc2の出力差を信号処理して、所定の演算処理装置等(図示せず)により演算することにより、印加された外力の方向及び大きさを判断することが可能となる。   As shown in FIG. 37, an external force F1 is applied to the mechanical quantity sensor 1100, and the distances between the ends of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 are distances d1. When it changes to ', d2', the capacitance (capacitance) c1 changes between the end of the movable electrode 1102-1 and the fixed electrode 1103-1 that faces the end, and faces the end of the movable electrode 1102-2. The capacitance c2 changes between the fixed electrode 1103-2. The magnitudes of the capacitance c1 and the capacitance c2 vary according to changes in the distance d1 and the distance d2, respectively. That is, the capacitance value of the capacitance c1 changes in proportion to the change in the distance d1, and the capacitance value of the capacitance c2 changes in proportion to the change in the distance d2. Changes in the capacitance values of the capacitance c1 and the capacitance c2 at this time are detected by an external circuit or the like (not shown) connected to the first terminals 1101a-1, 1101a-2 and the second terminals 1103a-1, 1103a-2. Therefore, the output difference between the detected capacitances c1 and c2 is signal-processed and calculated by a predetermined arithmetic processing unit or the like (not shown) to thereby determine the direction and magnitude of the applied external force. It becomes possible to judge.

なお、力学量センサ1100は、従来の静電容量型センサと比べ、出力を検出する外部回路の構成を簡易なものとすることができる。従来の静電容量型センサは、様々な方向から印加される外力に応じて可動電極が変位し、検出対象としない外力が印加された場合にも微小な物理量の変化が生じてしまうため、補正回路等を用いて出力を補正する必要がある。一方、本発明の第8の実施形態に係る力学量センサ1100は、検出対象とする一つの軸方向の外力が印加された場合にのみ、可動電極1102−1、1102−2が変位するように構成することができる。例えば、可動電極1102−1、1102−2の長さや厚み、材料、配置方向等を、検出対象以外の軸方向の外力が印加された場合には、可動電極1102−1、1102−2の変位が生じないように設計することができ、検出対象とする軸方向の外力のみを検出するように構成することができる。また、力学量センサ1100は、可動電極1102−1、1102−2の端部と固定電極1103−1、1103−2との間に生じるキャパシタンスc1及びキャパシタンスc2の容量値について、所定の閾値を越えた場合にのみ、外部回路によって検出するように構成することによっても、誤検出を減らして検出精度を高めることができる。従って、力学量センサ1100は、単軸方向の外力を検出するように構成することにより、検出対象以外の外力の影響を考慮せずに済むように形成することができるため、従来の静電容量型のセンサと比べて、補正回路等を必要とせず、外部回路の構成を簡易なものとすることができる。   In addition, the mechanical quantity sensor 1100 can simplify the configuration of an external circuit that detects an output, as compared with a conventional capacitive sensor. In conventional capacitive sensors, the movable electrode is displaced according to the external force applied from various directions, and even when an external force that is not a detection target is applied, a minute change in physical quantity occurs. It is necessary to correct the output using a circuit or the like. On the other hand, in the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment of the present invention, the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 are displaced only when one axial external force to be detected is applied. Can be configured. For example, when an external force in the axial direction other than the detection target is applied to the length, thickness, material, arrangement direction, and the like of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2, the displacement of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 It is possible to design so as not to occur, and it can be configured to detect only an external force in the axial direction as a detection target. In addition, the mechanical quantity sensor 1100 exceeds a predetermined threshold value with respect to the capacitance values of the capacitances c1 and c2 generated between the end portions of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2. Even in such a case, the detection accuracy can be increased by reducing the false detection by configuring the detection by the external circuit. Therefore, the mechanical quantity sensor 1100 can be formed so as not to consider the influence of an external force other than the detection target by being configured to detect an external force in a uniaxial direction. Compared to the type sensor, a correction circuit or the like is not required, and the configuration of the external circuit can be simplified.

なお、図34乃至図37に図示した力学量センサ1100は、このようなキャパシタンスc1、c2を検出することのできる構成を示した一例である。力学量センサ1100は図示した形状に限定されず、可動電極1102−1、1102−2の端部と固定電極1103−1、1103−2との間の距離d1、d2は、それぞれ印加される外力がない場合に異なる距離であってもよい。また、可動電極1102−1、1102−2の長さや厚み等の寸法がそれぞれ異なるものであってもよい。このとき、可動電極1102−1と可動電極1102−2とが異なる方向に配置されていれば、図36に図示したように、力学量センサ1100に同一の外力F1が印加された場合でも、可動電極1102−1と可動電極1102−2とでたわみ量が異なり、距離d1と距離d2はそれぞれ異なる距離d1´、d2´に変化する。このときのキャパシタンスc1、c2の差を、上述したような信号処理を行い演算することにより、印加された外力の方向及び大きさを判断することができる。   Note that the mechanical quantity sensor 1100 illustrated in FIGS. 34 to 37 is an example showing a configuration capable of detecting such capacitances c1 and c2. The mechanical quantity sensor 1100 is not limited to the illustrated shape, and the distances d1 and d2 between the end portions of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 are respectively applied external forces. It may be a different distance if there is no. Further, the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 may have different dimensions such as length and thickness. At this time, if the movable electrode 1102-1 and the movable electrode 1102-2 are arranged in different directions, even when the same external force F1 is applied to the mechanical quantity sensor 1100 as shown in FIG. The amount of deflection differs between the electrode 1102-1 and the movable electrode 1102-2, and the distance d1 and the distance d2 change to different distances d1 ′ and d2 ′, respectively. The direction and magnitude of the applied external force can be determined by calculating the difference between the capacitances c1 and c2 by performing the signal processing as described above.

従って、第8の実施形態に係る力学量センサ1100は、異なる方向に配置された複数の可動電極1102−1、1102−2が印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるように構成され、且つ、複数の可動電極1102−1、1102−2と固定電極1103−1、1103−2との間にそれぞれ発生する容量値の変化を、キャパシタンスc1、c2の出力差として検出することができるように構成されれば、図示した形状に限定されない。なお、可動電極1102−1、1102−2、固定部1101−1、1101−2、及び固定電極1103−1、1103−2が図示したように二つずつ半導体基板1104上に配置される構成にも限定されず、印加される外力に応じて複数の可動電極と各々に対応する固定電極との間に発生する容量値の変化をそれぞれ比較可能な構成とすれば、二つ以上の複数の可動電極が配置される構成であってもよい。   Therefore, the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment is configured such that the amount of deflection differs according to the external force applied to the plurality of movable electrodes 1102-1 and 1102-2 arranged in different directions. In addition, it is possible to detect a change in capacitance value generated between the plurality of movable electrodes 1102-1 and 1102-2 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 as an output difference between the capacitances c1 and c2. If comprised, it will not be limited to the shape shown in figure. The movable electrodes 1102-1 and 1102-2, the fixed portions 1101-1 and 1101-2, and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 are arranged on the semiconductor substrate 1104 two by two as illustrated. However, if the configuration is such that the change in the capacitance value generated between the plurality of movable electrodes and the corresponding fixed electrode can be compared according to the applied external force, two or more of the plurality of movable electrodes can be compared. The structure by which an electrode is arrange | positioned may be sufficient.

また、図34に図示した力学量センサ1100は、可動電極1102−1がX軸方向に延長されて配置される構成を示しているが、可動電極1102−1はY軸方向に延長されて配置されてもよく、これにより、X軸方向の外力の大きさを検出するように構成してもよい。さらに、Z軸方向の外力の大きさを検出する場合には、第3の実施形態に係る力学量センサ300と同様に、ガラス基板1105上に固定電極1103−1、1103−2を配置して、半導体基板1104上の可動電極1102−1、1102−2と、固定電極1103−1、1103−2との間のキャパシタンスc1、c2を検出するように構成してもよい。また、同一基板上に、X軸方向の外力の方向及び大きさを検知する力学量センサ1100、Y軸方向の外力の方向及び大きさを検知する力学量センサ1100、Z軸方向の外力の方向及び大きさを検知する力学量センサ1100を配置し、複合型力学量センサを構成してもよい。なお、検出される外力の方向は、X、Y、Z軸の3軸方向に限定されず、可動電極1102−1、1102−2の配置方向、長さ、厚み等をそれぞれ調整することにより、複数の外力の方向及び大きさを検知することができるように形成することができる。従って、力学量センサ1100によれば、検出する外力の方向及び大きさのバリエーションを増やすことが可能となる。   34 shows a configuration in which the movable electrode 1102-1 is arranged extending in the X-axis direction, but the movable electrode 1102-1 is arranged extending in the Y-axis direction. Thus, the magnitude of the external force in the X-axis direction may be detected. Furthermore, when detecting the magnitude of the external force in the Z-axis direction, fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 are arranged on the glass substrate 1105 in the same manner as the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment. The capacitances c1 and c2 between the movable electrodes 1102-1 and 1102-2 on the semiconductor substrate 1104 and the fixed electrodes 1103-1 and 1103-2 may be detected. Further, on the same substrate, a mechanical quantity sensor 1100 that detects the direction and magnitude of the external force in the X-axis direction, a mechanical quantity sensor 1100 that detects the direction and magnitude of the external force in the Y-axis direction, and the direction of the external force in the Z-axis direction. In addition, a mechanical quantity sensor 1100 for detecting the size may be arranged to constitute a combined mechanical quantity sensor. The direction of the detected external force is not limited to the three axis directions of the X, Y, and Z axes, and by adjusting the arrangement direction, length, thickness, and the like of the movable electrodes 1102-1 and 1102-2, respectively. It can form so that the direction and magnitude | size of several external force can be detected. Therefore, according to the mechanical quantity sensor 1100, variations in the direction and magnitude of the external force to be detected can be increased.

このように、本発明の第8の実施形態に係る力学量センサ1100によれば、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に限らず、様々な外力の方向及び大きさを検出することができる。また、力学量センサ1100は、上述した力学量センサ100と同様の簡易な製造方法により製造することができ、従来の静電容量型のセンサと比較して、外部回路を簡易な構成とすることができるため、製造コストを抑えることができる。   As described above, according to the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment of the present invention, not only the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction but also various external force directions and magnitudes are detected. Can do. In addition, the mechanical quantity sensor 1100 can be manufactured by a simple manufacturing method similar to that of the mechanical quantity sensor 100 described above, and the external circuit has a simple configuration as compared with a conventional capacitance type sensor. Therefore, the manufacturing cost can be suppressed.

なお、第8の実施形態に係る力学量センサ1100は、第1乃至第7の実施形態に係る力学量センサ及び複合型力学量センサ100〜700と同様に、例えば、IC等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子と、電子回路基板もしくはIC等の能動素子とを接続することにより、力学量センサと電子回路とを1つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。以下に、第9の実施形態として説明する。   Note that the mechanical quantity sensor 1100 according to the eighth embodiment includes, for example, an active element such as an IC, similarly to the mechanical quantity sensors and the composite type mechanical quantity sensors 100 to 700 according to the first to seventh embodiments. By connecting a wiring terminal and an active element such as an electronic circuit board or an IC by a well-known method and material such as wire bonding connection, the mechanical quantity sensor and the electronic circuit are combined into a single circuit board. It can be provided as an electronic component. This electronic component can be distributed in the market by being mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone. This electronic component can be distributed in the market by being mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone. The ninth embodiment will be described below.

(第9の実施形態)
第9の実施形態では、上述した第1乃至第8の実施形態に示した力学量センサ及び複合型力学量センサ100〜1100のうちの何れか一つを力学量センサ1200として搭載する電子回路基板1210と、この電子回路基板1210を搭載する電子機器1300の例を説明する。
(Ninth embodiment)
In the ninth embodiment, an electronic circuit board on which any one of the mechanical quantity sensors and the combined mechanical quantity sensors 100 to 1100 shown in the first to eighth embodiments is mounted as a mechanical quantity sensor 1200. 1210 and an example of an electronic apparatus 1300 on which the electronic circuit board 1210 is mounted will be described.

図38は、力学量センサ1200を搭載した電子回路基板1210の構成例を示す斜視図である。図38において、回路基板1201上に、第1乃至第8の実施形態に示した加速度センサ及び複合型力学量センサ100〜1100のうちの何れか一つに対応する力学量センサ1200と、ICチップ1202と、が搭載され、電子回路基板1210を構成している。この電子回路基板1210を搭載した電子機器として携帯型情報端末1300の構成例を図39に示す。   FIG. 38 is a perspective view showing a configuration example of the electronic circuit board 1210 on which the mechanical quantity sensor 1200 is mounted. 38, on a circuit board 1201, a mechanical quantity sensor 1200 corresponding to any one of the acceleration sensor and the combined mechanical quantity sensors 100 to 1100 shown in the first to eighth embodiments, and an IC chip 1202 and the electronic circuit board 1210. FIG. 39 shows a configuration example of a portable information terminal 1300 as an electronic device on which the electronic circuit board 1210 is mounted.

図39は、携帯型情報端末1300の構成例を示す斜視図である。図39において、携帯型情報端末1300は、ディスプレイ部1301と、キーボード部1302と、から構成される。電子回路基板1210は、キーボード部1302の内部に実装されている。携帯型情報端末1300は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末1300では、電子回路基板1210の力学量センサ1200により検出される加速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。   FIG. 39 is a perspective view illustrating a configuration example of the portable information terminal 1300. In FIG. 39, the portable information terminal 1300 includes a display unit 1301 and a keyboard unit 1302. The electronic circuit board 1210 is mounted inside the keyboard unit 1302. The portable information terminal 1300 has a function of storing various programs therein and executing communication processing, information processing, and the like using the various programs. In this portable information terminal 1300, by using the acceleration detected by the mechanical quantity sensor 1200 of the electronic circuit board 1210 in the application program, for example, a function of detecting the acceleration at the time of dropping and turning off the power is added. It becomes possible to do.

上記のように電子回路基板1210を携帯型情報端末1300に実装することにより、新たな機能を実現することができ、携帯型情報端末1300の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。なお、電子回路基板1210を実装する電子機器は、上述の携帯型情報端末1300に限定するものではなく、例えば、ディスプレイ、プロジェクタ、スキャナ等にも適用可能である。   By mounting the electronic circuit board 1210 on the portable information terminal 1300 as described above, a new function can be realized, and convenience and reliability of the portable information terminal 1300 can be improved. Note that the electronic device on which the electronic circuit board 1210 is mounted is not limited to the portable information terminal 1300 described above, and can be applied to, for example, a display, a projector, a scanner, and the like.

力学量センサ…100、固定部…101R1〜R3,101L1〜L3、可動電極…102(R1〜R3,L1〜L3)、固定電極…103、半導体基板・・・104
Mechanical quantity sensor ... 100, fixed part ... 101R1-R3, 101L1-L3, movable electrode ... 102 (R1-R3, L1-L3), fixed electrode ... 103, semiconductor substrate ... 104

Claims (5)

基板と、
前記基板上に配置された固定部と、
前記固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、
前記複数の可動電極の他端部の下側面に対向して配置された複数の固定電極と、
前記固定部に電気的に接続された固定部電極と、
前記複数の固定電極及び前記固定部電極に各々電気的に接続された配線用端子と、を備え、
前記複数の可動電極のうち、一部はその他端部の下側面が前記複数の固定電極と接触して配置され、
前記複数の可動電極の他端部は、印加される外力により変位して、前記複数の固定電極と接触、又は、前記複数の固定電極から離れ、
前記複数の可動電極のいずれが前記固定電極に接触したかを検知することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出することを特徴とする力学量センサ。
A substrate,
A fixing portion disposed on the substrate;
A plurality of movable electrodes each having one end supported by the fixed portion and spaced apart from the substrate and spaced apart from each other by a predetermined gap;
A plurality of fixed electrodes arranged to face the lower surface of the other end of the plurality of movable electrodes;
A fixed part electrode electrically connected to the fixed part;
A wiring terminal electrically connected to each of the plurality of fixed electrodes and the fixed portion electrode, and
Among the plurality of movable electrodes, a part of the other end portion is disposed in contact with the plurality of fixed electrodes,
The other end portions of the plurality of movable electrodes are displaced by an applied external force, contact with the plurality of fixed electrodes, or away from the plurality of fixed electrodes,
A mechanical quantity sensor that detects the magnitude and application direction of the external force by detecting which of the plurality of movable electrodes is in contact with the fixed electrode.
前記複数の可動電極は、前記固定電極に線接触又は点接触する形状を有することを特徴とする請求項に記載の力学量センサ。 The mechanical quantity sensor according to claim 1 , wherein the plurality of movable electrodes have a shape in line contact or point contact with the fixed electrode. 求項に記載の力学量センサを、外力を検出する方向に応じて、前記基板上に複数配置したことを特徴とする複合型力学量センサ。 The mechanical quantity sensor according to Motomeko 1, depending on the direction of detecting the external force, the composite dynamic quantity sensor, characterized in that a plurality disposed on the substrate. 請求項1または2に記載の力学量センサと、
前記力学量センサを搭載する回路基板と、
前記回路基板上に配置され、前記力学量センサと電気的に接続されたICチップと、を備えることを特徴とする電子回路基板。
The mechanical quantity sensor according to claim 1 or 2 ,
A circuit board on which the mechanical quantity sensor is mounted;
An electronic circuit board, comprising: an IC chip disposed on the circuit board and electrically connected to the mechanical quantity sensor.
請求項に記載の電子回路基板と、
前記電子回路基板を収容する筐体と、
前記電子回路基板と電気的に接続された入力部及び出力部と、を少なくとも備えることを特徴とする電子機器。
An electronic circuit board according to claim 4 ,
A housing for housing the electronic circuit board;
An electronic apparatus comprising at least an input unit and an output unit electrically connected to the electronic circuit board.
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