JP5906932B2 - Capacitive sensor - Google Patents
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Description
本発明は、被測定物理量の印加による可動電極の変位を、固定電極と可動電極とによって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて検出するセンサ部と、第1密閉空間内にセンサ部を収納する第1収納部と、を有する静電容量式センサに関するものである。 The present invention includes a sensor unit that detects displacement of a movable electrode due to application of a physical quantity to be measured based on a change in capacitance of a capacitor formed by a fixed electrode and a movable electrode, and a sensor unit in a first sealed space. The present invention relates to a capacitance type sensor having a first storage portion for storage.
従来、例えば特許文献1に示されるように、蓋と基板とによって形成される中空部内が減圧雰囲気下とされ、中空部内にデバイスが設置される気密封止パッケージが提案されている。この気密封止パッケージは、中空部内の圧力を調整する圧力調整手段と、圧力調整手段を駆動するためのエネルギーを伝達するエネルギー伝達手段と、を具備している。
Conventionally, as shown in
圧力調整手段は、エネルギーを受けることで気体を吸収する気体吸収手段を有し、気体吸収手段(圧力調整部材)は、ハンダ合金等の気体発生成分を含まない金属の表面がAu膜等の不活性金属膜で被覆されて成る。圧力調整部材に熱エネルギーが加わると、不活性金属膜がハンダ合金の中へ拡散し、ハンダ合金が表面に露出する。すると、表面に露出したハンダ合金と中空部内の気体分子とが反応して酸化膜が形成されたり、気体分子がハンダ合金の表面に吸着されたりして、ハンダ合金に気体分子が吸収される。この結果、中空部内の気体分子の数が減り、真空度が低下する。 The pressure adjusting means has a gas absorbing means that absorbs gas by receiving energy, and the gas absorbing means (pressure adjusting member) has a metal surface that does not contain a gas generating component such as a solder alloy. It is coated with an active metal film. When thermal energy is applied to the pressure adjusting member, the inert metal film diffuses into the solder alloy, and the solder alloy is exposed on the surface. Then, the solder alloy exposed on the surface reacts with the gas molecules in the hollow portion to form an oxide film, or the gas molecules are adsorbed on the surface of the solder alloy, and the gas molecules are absorbed by the solder alloy. As a result, the number of gas molecules in the hollow portion decreases and the degree of vacuum decreases.
ところで、上記したように、特許文献1に示される静電容量式センサは、ハンダ合金と中空部内の気体分子とを反応させたり、ハンダ合金の表面に気体分子を吸着したりすることで、中空部内の真空度を低下させている。しかしながら、例えば、デバイスとして、被測定物理量の印加による可動電極と固定電極とによって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて、被測定物理量を検出するセンサが採用された場合、以下に示す不具合が生じる虞がある。すなわち、温度が変化すると、中空部内の圧力が変動し、中空部内の粘性が変化する。この結果、可動電極の変位量が変動し、被測定物理量の検出精度が低下する虞がある。これに対して、特許文献1に記載の発明によれば、内圧は粒子数に依存するので、粒子数を変化させることで内圧を一定に保つことはできる。しかしながら、環境によって常時変化する温度に応じて、逐次ハンダ合金と気体分子とを反応させていたのでは、圧力調整部材の寿命が直ぐに尽きてしまう。そのため、時間が経つと、検出精度が低下する虞がある。
By the way, as described above, the capacitance type sensor disclosed in
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、検出精度の低下が抑制された静電容量式センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a capacitance type sensor in which a decrease in detection accuracy is suppressed.
上記した目的を達成するために、本発明は、可動電極(28)、及び、該可動電極と対向する固定電極(38)を有するセンサ部(15)と、被測定物理量の印加による可動電極の変位を、固定電極と可動電極とによって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて検出する変位検出回路(56)と、有底筒状の筒部(71)、及び、該筒部の開口端を閉塞する蓋部(72)を有し、筒部と蓋部とによって構成される第1密閉空間(S1)内にセンサ部を収納する第1収納部(70)と、第1密閉空間の圧力が一定となるように、蓋部の形状を変化させる変化部(90)と、を備え、センサ部は、可動電極と固定電極それぞれを第2密閉空間(S2)に収納する第2収納部を有し、第2収納部の一部は、第1密閉空間及び第2密閉空間の圧力変動によってその形状が変化する可動膜(63)であり、変化部は、第2密閉空間の圧力が第1密閉空間の圧力と同一となるように、蓋部の形状を変化させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a movable electrode (28), a sensor unit (15) having a fixed electrode (38) opposed to the movable electrode, and a movable electrode by applying a physical quantity to be measured. A displacement detection circuit (56) for detecting the displacement based on a change in capacitance of a capacitor constituted by a fixed electrode and a movable electrode, a bottomed cylindrical cylindrical portion (71), and an opening of the cylindrical portion A first storage portion (70) that has a lid portion (72) that closes the end, and that houses the sensor portion in a first sealed space (S1) constituted by the cylinder portion and the lid portion, and a first sealed space A change unit (90) that changes the shape of the lid so that the pressure of the second electrode is constant, and the sensor unit stores the movable electrode and the fixed electrode in the second sealed space (S2). And a part of the second storage part is formed between the first sealed space and the second sealed space. A movable film (63) that its shape by the force variation changes, the change unit, so that the pressure in the second enclosed space is the same as the pressure in the first enclosed space, the Rukoto change the shape of the lid portion Features.
このように本発明によれば、蓋部(72)の形状を変化させ、第1密閉空間(S1)の体積を変化させることで、第1密閉空間(S1)の圧力(以下、単に内圧と示す)を一定としている。これによれば、内圧を調整する手段として、ハンダ合金の表面がAu膜で被覆されて成り、ハンダ合金に気体分子を吸着させることで内圧を調整する構成と比べて、内圧を調整する手段である変化部(90)の寿命の低下が抑制される。これにより、時間が経つと、センサ部(15)の被測定物理量の検出精度が低下することが抑制される。 Thus, according to the present invention, by changing the shape of the lid (72) and changing the volume of the first sealed space (S1), the pressure of the first sealed space (S1) (hereinafter simply referred to as the internal pressure). Is shown). According to this, as a means for adjusting the internal pressure, the surface of the solder alloy is covered with an Au film, and the internal pressure is adjusted by means of adjusting the internal pressure by adsorbing gas molecules to the solder alloy. A decrease in the lifetime of a certain change portion (90) is suppressed. Thereby, as time passes, it is suppressed that the detection accuracy of the measured physical quantity of the sensor unit (15) decreases.
以下、本発明の静電容量式センサを角速度センサに適用した場合の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図3に基づいて、第1実施形態に係る角速度センサを説明する。以下においては、半導体基板11の対向面11aに沿う一方向をx方向と示し、対向面11aに沿い、且つ、x方向と直交する方向をy方向と示し、x,y方向によって規定されるx−y平面に垂直な方向をz方向と示す。また、図2に示すように、センサチップ10をx方向において2等分する、y方向に沿う仮想直線VLを一点鎖線で示す。そして、後述する浮遊部16と固定部17とを区別するために、図2では、これらにハッチを入れている。
Hereinafter, an embodiment in which the capacitance type sensor of the present invention is applied to an angular velocity sensor will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The angular velocity sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the following, one direction along the facing
角速度センサ100は、要部として、センサチップ10と、回路チップ50と、収納部70と、変化部90と、を有する。センサチップ10と回路チップ50とが、バンプ60を介して機械的及び電気的に接続され、回路チップ50と収納部70とが、接着剤61を介して機械的に接続されている。そして、回路チップ50と収納部70とが、配線62を介して電気的に接続され、センサチップ10と回路チップ50とが、収納部70の第1密閉空間S1に収納されている。本実施形態では、第1密閉空間S1は1気圧よりも低い低圧状態となっており、変化部90の主要部(圧電素子91)は、第1密閉空間S1の外に設けられている。また、センサチップ10と回路チップ50とは、バンプ60だけではなく、可動膜63と被覆材64とによっても機械的に連結されている。センサチップ10、回路チップ50、バンプ60、可動膜63、及び、被覆材64それぞれによって、第2密閉空間S2が構成され、この第2密閉空間S2も、第1密閉空間S1と同様にして、1気圧よりも低い低圧状態となっている。
The
図2に示すように、センサチップ10は、仮想直線VLを介して対称な構造を成している。したがって、以下においては、説明が煩雑となることを避けるために、センサチップ10における仮想直線VLによって分断された紙面左側若しくは紙面右側の部位のみを説明する。
As shown in FIG. 2, the
センサチップ10は、図1に示すように、第1半導体層12、絶縁層13、及び、第2半導体層14が順次積層されて成る半導体基板11と、該半導体基板11における回路チップ50との対向面11a側に周知の露光技術を用いて形成されたセンサ部15と、を有する。
As shown in FIG. 1, the
センサ部15は、図2に示すように、絶縁層13を介さずに第1半導体層12に対して第2半導体層14が浮遊した浮遊部16と、絶縁層13を介して第1半導体層12に第2半導体層14が固定された固定部17と、該固定部17に形成されたセンサパッド18と、を有する。浮遊部16は、第1半導体層12に対してx方向及びy方向に変位(振動)可能だが、固定部17及びセンサパッド18は、第1半導体層12に対して変位不可能となっている。
As shown in FIG. 2, the
浮遊部16は、図2に示すように、振動子19と、変位部20と、振動子19と変位部20とを連結する第1連結部21と、変位部20を固定部17に連結する第2連結部22と、を有する。このように、振動子19は、第1連結部21、変位部20、及び、第2連結部22を介して固定部17に連結されている。
As shown in FIG. 2, the
振動子19は、x方向に伸びた錘部23と、錘部23からy方向に延びた梁24,25と、梁24,25からx方向に延びた電極26,27と、を有する。第1モニター梁24は、錘部23の両端に形成され、第1駆動梁25は、錘部23における2つの第1モニター梁24によって挟まれた部位に形成されている。第1モニター電極26は、第1モニター梁24における錘部23の中央P(図2にバツ印で示す部位)側の側面から櫛歯状に複数延び、第1駆動電極27は、第1駆動梁25における中央P側の側面から櫛歯状に複数延びている。振動子19の構成要素23〜27はそれぞれ平面矩形状を成している。
The
変位部20は、第1検出電極28と、第1検出梁29と、を有する。第1検出梁29は、y方向に延びており、第1検出電極28は、第1検出梁29からx方向に延びている。第1検出電極28及び第1検出梁29はそれぞれ平面矩形状を成し、第1検出電極28は、第1検出梁29における振動子19側の側面の裏面から櫛歯状に複数延びている。
The
第1連結部21は、第1検出梁29に連結された平面L字状の腕部30と、腕部30と第1検出梁29との間に設けられたバネ部31と、を有する。図2に示すように、腕部30は、第1検出梁29における振動子19側の側面からx方向に延びた第1部位30aと、第1部位30aの先端から振動子19に向ってy方向に伸びた第2部位30bと、を有する。バネ部31は、x方向に沿う第3部位31aと、該第3部位31aの振動子19側の側面からy方向に延びた第4部位31bと、を有する。
The first connecting
本実施形態では、4つの第4部位31bが第3部位31aから延びて、x方向に並んでいる。x方向に並ぶ4つの第4部位31bの内、第1駆動梁25側の第4部位31bの先端が、第2部位30bに連結され、第1検出梁29側の第4部位31bの先端が、第1検出梁29に連結されている。そして、残り2つの第4部位31bの先端が、第1モニター梁24に連結されている。
In the present embodiment, the four
上記構成により、バネ部31は、x方向に弾性変形し易く、y方向に弾性変形し難くなっている。したがって、振動子19のx方向の振動が、バネ部31を介して変位部20に伝達され難く、振動子19のy方向への振動(変位)が、バネ部31(連結部21)を介して変位部20に伝達され易くなっている。後述するように、振動子19が、コリオリ力によってy方向に変位(振動)すると、変位部20も、y方向に変位(振動)する。
With the above configuration, the
第2連結部22は、第1検出梁29における振動子19側の側面から、固定部17のアンカー32へ向かって、x方向に延びた形状を成している。第2連結部22を除く浮遊部16の他の構成要素19〜21は、第2連結部22を介して、固定部17に固定されている。
The second connecting
固定部17は、アンカー32と、主要部がy方向に延びた梁33〜35と、梁33〜35からx方向に延びた電極36〜38と、浮遊部16、アンカー32、梁33〜35、電極26〜28,36〜38を囲む基部39と、を有する。
The fixing
第2モニター梁33は、変位部20側の第1駆動梁25と第1モニター梁24との間に設けられており、第2モニター電極36は、第2モニター梁33における第1モニター梁24との対向面から、第1モニター梁24に向かって、櫛歯状に複数延びている。そして、モニター電極26,36が噛み合わさることで互いにy方向で対向し、モニターコンデンサを構成している。
The
第2駆動梁34は、二つの第1駆動梁25の間に設けられており、第2駆動電極37は、第2駆動梁34における中央Pから離れた側面から、この側面と対向する第1駆動梁25に向かって、櫛歯状に複数延びている。そして、駆動電極27,37が噛み合わさることで互いにy方向で対向し、駆動コンデンサを構成している。
The
第2検出梁35は、第1検出梁29とy方向に沿う基部39の一部との間に設けられており、第2検出電極38は、第2検出梁35における第1検出梁29側の側面から、第1検出梁29に向かって、櫛歯状に複数延びている。そして、検出電極28,38が噛み合わさることで互いにy方向で対向し、検出コンデンサを構成している。
The
センサパッド18は、アンカー32に形成された第1センサパッド40と、第2モニター梁33に形成された第2センサパッド41と、第2駆動梁34に形成された第3センサパッド42と、第2検出梁35に形成された第4センサパッド43と、基部39に形成された第5センサパッド44と、を有する。図2に示すように、センサパッド40〜44は、x方向に並んでおり、センサパッド40〜43がそれぞれ8つ固定部17に形成され、第5センサパッド44が2つ固定部17に形成されている。
The
第1センサパッド40にはDC電圧が入力される。このDC電圧は、アンカー32を介して、浮遊部16に入力される。これにより、浮遊部16が、DC電圧と等電位となっている。
A DC voltage is input to the
第2センサパッド41からは、モニター電極26,36によって構成されるモニターコンデンサの静電容量変化が出力される。浮遊部16の一部である第1モニター電極26は、DC電圧と等電位となるので、第2センサパッド41からは、DC電圧に依存する信号が出力されることが期待される。
From the
第3センサパッド42には極性が一定周期で変動する駆動電圧Vdが入力される。浮遊部16の一部である第1駆動電極27はDC電圧と等電位になっているので、駆動電極27,37によって構成される駆動コンデンサに、DC電圧と駆動電圧Vdとに依存する静電気力(駆動力Fd)が生じる。この駆動力Fdにおけるx方向に沿う力によって、第1駆動電極27が形成された第1駆動梁25(振動子19)がx方向に変位する。駆動電圧Vdは一定周期で極性が変動するので、第1駆動電極27に作用する駆動力Fdの作用方向もx方向にて一定周期で変動する。これにより、振動子19がx方向にて一定周期で振動する。
The
第4センサパッド43からは、検出電極28,38によって構成される検出コンデンサの静電容量変化が出力される。
From the
第5センサパッド44には、一定電圧が入力される。この一定電圧によって、基部39(センサチップ10)の電位が一定に保たれる。
A constant voltage is input to the
回路チップ50は、図1に示すように、半導体基板51と、該半導体基板51の一面51aに構成された、センサチップ10の出力信号を処理する回路部52と、該回路部52と電気的に接続されたパッド53と、を有する。
As shown in FIG. 1, the
回路部52は、図3に示すように、振動子19のx方向の振動状態(振動振幅と振動周波数)を検出するモニター回路54と、駆動電圧Vdを生成する駆動回路55と、振動子19のy方向の変位量(振動振幅)を検出する変位検出回路56と、を有する。
As shown in FIG. 3, the
モニター回路54は、第2センサパッド41から入力されるモニターコンデンサの静電容量変化に基づいて、振動子19のx方向の振動状態(振動振幅)を検出する。
The
駆動回路55は、モニター回路54の出力信号に基づいて、x方向の振動振幅と振動周波数とが一定となる駆動電圧Vd(駆動力Fd)を生成し、生成した駆動電圧Vdを第3センサパッド42に入力する。このように、振動子19の振動状態が、内圧や温度の変化などによって変化したとしても、振動子19のx方向の振動状態は一定に保たれる。
The
変位検出回路56は、第4センサパッド43から入力される検出コンデンサの静電容量変化に基づいて、変位部20(振動子19)のy方向の変位量(振動振幅)を電気信号に変換するものである。
The
なお、回路部52は、上記構成要素の他に、第1センサパッド40にDC電圧を入力するDC電圧印加回路(図示略)と、第5センサパッド44に一定電圧を入力する一定電圧生成回路(図示略)と、を有する。
In addition to the above components, the
パッド53は、センサパッド18に対応する回路パッド57と、後述する内部端子73と電気的に接続される外部パッド58と、を有する。センサパッド18と回路パッド57とがバンプ60を介して機械的及び電気的に接続され、内部端子73と外部パッド58とが配線62を介して電気的に接続されている。
The
図1に示すように、センサパッド18、回路パッド57、及び、バンプ60それぞれは、被覆材64によって覆われており、センサチップ10と回路チップ50とは、可動膜63を介して機械的に連結されている。上記したように、センサチップ10はx方向に複数並んでいるが、これと同様にして、回路パッド57、バンプ60もx方向に複数並んでおり、被膜材64が、x方向に延びている。これに対して、可動膜63は、y方向に延びた形状を成し、その端部が、被膜材64によって覆われ、上記した構成要素18,57,60,64,43の全体形状が環状を成している。この環状の部材、センサチップ10、及び、回路チップ50によって第2密閉空間S2が構成され、その内圧は、可動膜63によって可変となっている。可動膜63は、第1密閉空間S1の内圧が変動すると、それに追随して変化する程度の剛性を有しており、第1密閉空間S1と第2密閉空間S2それぞれの内圧は、可動膜63の変形によって、等しくなる構成となっている。
As shown in FIG. 1, each of the
収納部70は、図1に示すように、有底筒状の筒部71と、該筒部71の開口部を閉塞する蓋部72と、を有する。筒部71には、側部内面に設けられた内部端子73と、側部内部に設けられた内部配線74と、底部外面に設けられた外部端子75と、が設けられている。上記したように、内部端子73と外部パッド58とが配線62を介して電気的に接続されており、回路チップ50の電気信号が、外部パッド58、配線62、内部端子73、内部配線74、及び、外部端子75を介して、外部に出力される。なお、筒部71と蓋部72とは、機械的及び電気的に接続されており、蓋部72はグランド電位に固定されている。図1に示すように、蓋部72には、局所的に厚さの薄くなった薄肉部72aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
次に、角速度の検出原理について説明する。振動子19が駆動力Fdによってx方向に振動している状態で、z方向に角速度が印加されると、振動子19にコリオリ力Fcがy方向に生じる。振動子19が、コリオリ力Fcによってy方向に変位すると、それに伴って、第1連結部21を介して振動子19と連結された変位部20(第1検出電極28)が、y方向に変位する。この結果、検出電極28,38間の相対距離が変動し、検出コンデンサの静電容量が変化する。この静電容量変化が、第2検出電極38に形成された第2センサパッド41、バンプ60、及び、パッド53を介して、回路チップ50に入力される。
Next, the principle of angular velocity detection will be described. When an angular velocity is applied in the z direction while the
次に、本実施形態に係る角速度センサ100の特徴点である変化部90を説明する。変化部90は、第1密閉空間S1の圧力が一定となるように、蓋部72の形状を変化させるものである。変化部90は、圧電素子91と、温度センサ92と、供給部93と、を有する。圧電素子91は、自身に流れる電流に応じて、圧力を発生させる素子であり、その流れる電流方向に応じて、圧力の発生方向が異なる性質を有する。本実施形態に係る圧電素子91は、一方向と、その反対の逆方向とに圧力を発生させる性質を有する。圧電素子91は、絶縁部材(図示略)を介して蓋部72の薄肉部72aに固定され、第1密閉空間S1の外に設置されている。圧電素子91に、ある方向の電流(以下、第1電流と示す)が流れると、圧電素子91は、センサチップ10から遠ざかるように薄肉部72aをz方向に撓ませることで、第1密閉空間S1の体積を膨張させ、その圧力を減圧する。これとは反対に、圧電素子91に、第1電流とは逆方向の電流(以下、第2電流と示す)が流れると、圧電素子91は、センサチップ10に近づくように薄肉部72aをz方向に撓ませることで、第1密閉空間S1の体積を収縮させ、その圧力を増大する。
Next, the changing
温度センサ92は、第1密閉空間S1の温度を測定するものである。第1密閉空間S1内の圧力は、温度に依存するため、温度センサ92の出力信号に基づいて、第1密閉空間S1内の圧力を測定することができる。
The
供給部93は、温度センサ92の出力信号に基づいて、第1密閉空間S1の圧力が一定となるように、圧電素子91に電流を流すものである。供給部93は、温度センサ92の出力信号が閾値を越えた場合に、内圧が上昇したと判断して、圧電素子91に第1電流を供給する。また、供給部93は、温度センサ92の出力信号が閾値を下回った場合に、内圧が下降したと判断して、圧電素子91に第2電流を供給する。
Based on the output signal of the
第1電流が圧電素子91に流れると、第1密閉空間S1の体積が膨張するが、それに伴い、可動膜63も変化する。これによって、第2密閉空間S2の体積も膨張し、2つの密閉空間の内圧が同じく減少する。これとは反対に、第2電流が圧電素子91に流れると、第1密閉空間S1の体積が収縮するが、それに伴い、可動膜63も変化する。これによって、第2密閉空間S2の体積も収縮し、2つの密閉空間の内圧が同じく減少する。以上から、第1密閉空間S1の圧力が一定となるように、蓋部71の形状を変化させると、第2密閉空間S2の圧力が一定となるように、可動膜63も変化する。そのため、第1密閉空間S1と第2密閉空間S2それぞれの内圧が一定に保たれる。
When the first current flows through the
次に、本実施形態に係る角速度センサ100の作用効果を説明する。上記したように、蓋部72の形状を変化させ、第1密閉空間S1の体積を変化させることで、第1密閉空間S1と第2密閉空間S2の圧力(以下、単に内圧と示す)を一定としている。これによれば、内圧を調整する手段として、ハンダ合金の表面がAu膜で被覆されて成り、ハンダ合金に気体分子を吸着させることで内圧を調整する構成と比べて、内圧を調整する手段である変化部90の寿命の低下が抑制される。これにより、時間が経つと、センサ部15の角速度の検出精度が低下することが抑制される。
Next, functions and effects of the
蓋部72は、グランド電位に固定され、圧電素子91は、第1密閉空間S1の外にある。これによれば、圧電素子が第1密閉空間S1内にある構成とは異なり、圧電素子91とセンサ部15とが、物理的に隔離される。そのため、圧電素子91を構成する部材の一部が剥離した際に、その剥離したものがセンサ部15に影響を及ぼすことが抑制される。また、圧電素子91を流れる電流から生じるノイズが、センサ部15に印加されることも抑制される。したがって、圧電素子が第1密閉空間S1内にある構成と比べて、センサ部15の検出精度が低下することが抑制される。
The
密閉空間の圧力(内圧)は、1気圧よりも低い低圧状態となっている。この場合、振動子19のy方向の振動状態を表すQs値、及び、x方向の振動状態を表すQd値の変動は、内圧が1気圧の場合と比べて大きくなる。したがって、上記したように、内圧を一定に調整する構成が好ましい。
The pressure (internal pressure) of the sealed space is a low pressure state lower than 1 atm. In this case, the fluctuation of the Qs value representing the vibration state of the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態では、供給部93が、温度センサ92の出力信号に基づいて、第1密閉空間S1の内圧が一定となるように、圧電素子91に電流を流す例を示した。しかしながら、図4に示すように、供給部93が、駆動回路55の出力信号に基づいて、第1密閉空間S1の内圧が一定となるように、圧電素子91に電流を流す構成を採用することもできる。振動子19のx方向の振動振幅Aは、x方向への振動状態を表すQd値と、駆動回路55が振動子19をx方向に振動させる駆動力Fdとに依存する。内圧変動によってQd値が変動した場合、駆動回路55は、振動振幅Aを一定に保つために、駆動力Fdを変動させる。駆動力Fdの値は、駆動回路55の出力信号によって決定される。したがって、駆動回路55の出力信号に基づいて、蓋部72の形状を変化させることで、第1密閉空間S1の圧力を一定とすることができる。なお、この構成の場合、図4に示すように、変化部90は、温度センサ92を有さずともよく、駆動回路55の出力信号が、供給部93に入力される。
In this embodiment, the
本実施形態では、可動膜63が、センサチップ10と回路チップ50との間に設けられた例を示した。しかしながら、図5に示すように、センサチップ10に可動膜63を形成してもよい。この変形例では、第1半導体層12の一部の厚さを薄くすることで、可動膜63を形成している。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態では、圧電素子91が第1密閉空間S1の外に設けられた例を示した。しかしながら、図6に示すように、圧電素子91が第1密閉空間S1内に設けられた構成を採用することもできる。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態では、第2密閉空間S2が第1密閉空間S1内に構成された例を示した。しかしながら、図6に示すように、第2密閉空間S2は無くともよい。 In the present embodiment, an example in which the second sealed space S2 is configured in the first sealed space S1 has been described. However, as shown in FIG. 6, the second sealed space S2 may not be provided.
本実施形態では、静電容量式センサとして、角速度センサを採用した例を示した。しかしながら、静電容量式センサの用途としては、上記例に限定されず、例えば、加速度センサに採用してもよい。 In this embodiment, the example which employ | adopted the angular velocity sensor as an electrostatic capacitance type sensor was shown. However, the use of the capacitive sensor is not limited to the above example, and may be employed for an acceleration sensor, for example.
15・・・センサ部
28・・・可動電極
38・・・固定電極
56・・・変位検出回路
70・・・第1収納部
71・・・筒部
72・・・蓋部
90・・・変化部
S1・・・第1密閉空間
100・・・角速度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
被測定物理量の印加による前記可動電極の変位を、前記固定電極と前記可動電極とによって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて検出する変位検出回路(56)と、
有底筒状の筒部(71)、及び、該筒部の開口端を閉塞する蓋部(72)を有し、前記筒部と前記蓋部とによって構成される第1密閉空間(S1)内に前記センサ部を収納する第1収納部(70)と、
前記第1密閉空間の圧力が一定となるように、前記蓋部の形状を変化させる変化部(90)と、を備え、
前記センサ部は、前記可動電極と前記固定電極それぞれを第2密閉空間(S2)に収納する第2収納部を有し、
前記第2収納部の一部は、前記第1密閉空間及び前記第2密閉空間の圧力変動によってその形状が変化する可動膜(63)であり、
前記変化部は、前記第2密閉空間の圧力が前記第1密閉空間の圧力と同一となるように、前記蓋部の形状を変化させることを特徴とする静電容量式センサ。 A sensor unit (15) having a movable electrode (28) and a fixed electrode (38) facing the movable electrode;
A displacement detection circuit (56) for detecting displacement of the movable electrode due to application of a physical quantity to be measured based on a change in capacitance of a capacitor constituted by the fixed electrode and the movable electrode;
A first sealed space (S1) that includes a cylindrical portion with a bottom (71) and a lid portion (72) that closes an open end of the cylindrical portion, and includes the cylindrical portion and the lid portion. A first storage portion (70) for storing the sensor portion therein;
A change unit (90) that changes the shape of the lid so that the pressure in the first sealed space is constant ,
The sensor unit includes a second storage unit that stores the movable electrode and the fixed electrode in a second sealed space (S2),
A part of the second storage part is a movable film (63) whose shape changes due to pressure fluctuations in the first sealed space and the second sealed space,
It said change unit is configured so that the pressure in the second enclosed space is the same as the pressure of the first sealed space, the capacitance type sensor according to claim Rukoto change the shape of the lid.
前記圧電素子は、前記第1密閉空間の外にあることを特徴とする請求項2に記載の静電容量式センサ。 The lid is fixed to a ground potential;
The capacitive sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric element is outside the first sealed space.
前記変化部は、前記温度センサの出力信号に基づいて、前記第1密閉空間の圧力が一定となるように、前記蓋部の形状を変化させることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の静電容量式センサ。 The changing part has a temperature sensor (92) for measuring the temperature in the first sealed space,
The said change part changes the shape of the said cover part so that the pressure of a said 1st sealed space may become constant based on the output signal of the said temperature sensor. The capacitance type sensor according to item.
直交の関係にあるx方向とy方向それぞれに変位可能であり、前記可動電極が連結された振動子(19)と、
前記振動子をx方向に振動させる駆動回路(55)と、
前記振動子のx方向の振動振幅を検出するモニター回路(54)と、を有し、
前記変位検出回路は、前記振動子のy方向への変位による、前記コンデンサの静電容量の変化を検出し、
前記駆動回路は、前記モニター回路の出力信号に基づいて、x方向の振動振幅を一定に調整し、
前記変化部は、前記駆動回路の出力信号に基づいて、前記第1密閉空間の圧力が一定となるように、前記蓋部の形状を変化させることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の静電容量式センサ。 The sensor unit is
A vibrator (19) that is displaceable in each of an x-direction and a y-direction that are orthogonal to each other;
A drive circuit (55) for vibrating the vibrator in the x direction;
A monitor circuit (54) for detecting a vibration amplitude in the x direction of the vibrator,
The displacement detection circuit detects a change in capacitance of the capacitor due to displacement of the vibrator in the y direction,
The drive circuit adjusts the vibration amplitude in the x direction to be constant based on the output signal of the monitor circuit,
The said change part changes the shape of the said cover part so that the pressure of a said 1st sealed space may become constant based on the output signal of the said drive circuit. The capacitance type sensor according to item.
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