JP6032407B2 - 加速度センサ - Google Patents
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Description
以下、図1〜図9を用いて、第1実施形態にかかる加速度センサの構成を説明する。
図1は、第1実施形態にかかる加速度センサを内蔵したパッケージ300の内部構成例を示す斜視図である。ここでは、基板500に実装されたパッケージ300の蓋を開けた状態を示している。この図に示すように、パッケージ300には、加速度センサを収納するセンサチップ100や、センサチップ100からの出力に基づいて各種の演算を行うASIC200等が搭載されている。パッケージ300から端子400が引き出され、基板500に接続されている。
図2は、第1実施形態にかかる加速度センサの分解斜視図である。この加速度センサでは、XYZの3軸方向の加速度を検出する重りを1軸の加速度のみを検出する各軸個別の重りとして形成し、このような3軸方向の各重り(各センサ)を1チップ内に配置している。平面方向(XY方向)の加速度は、一対のねじりビームを軸にして重りをシーソー動作させることにより検出し、垂直方向(Z方向)の加速度は、一対以上のビームにより保持された重りを垂直方向に平行移動させることにより検出するようにしている。
静電容量Cは、誘電率をε、電極の対向面積をS、電極の対向ギャップをdとした場合、C=εS/dにより算出することができる。加速度により可動電極が回転すると、対向ギャップdが変化するため、静電容量Cが変化する。そこで、ASIC200により差分容量(C1−C2、C5−C6)をCV変換する。
図8は、Z方向に1Gの加速度が印加された状態におけるZ検出部30の断面を示している。この場合、図9に示すように、第3の可動電極31と第3の固定電極33aとの間の静電容量C5は寄生容量+ΔCとなり、第3の可動電極31と第3の固定電極33bとの間の静電容量C6は寄生容量−ΔCとなる。ASIC200は、静電容量C5と静電容量C6の差分値(C5−C6=2ΔC)を算出し、Z出力として出力する。このように、Z検出部30は、静電容量の変化に基づいてZ方向の加速度を検出するようになっている。
ところで、Z検出部30に関しては対称構造になっていないため、温度が変化すると、異種材料である上部固定板2aとの結合部に非対称な応力が発生する場合がある。このような場合、非対称な応力によりビーム部32a,32cが変形するため、温度による特性変化が発生する可能性がある。そこで、第2実施形態では、温度による特性変化を低減するため、以下の構成を採用している。
2b 下部固定板(第2の固定板)
3 フレーム部
10 X検出部
11 第1の可動電極
12a,12b 一対のビーム部
13a,13b 第1の固定電極
20 Y検出部
21 第2の可動電極
22a,22b 一対のビーム部
23a,23b 第2の固定電極
30 Z検出部
31 第3の可動電極
32a,32b,32c,32d 一対以上のビーム部
33a,33b 第3の固定電極
34c 柱状の固定電極
35a,35b 付根領域
35c,35d 対称領域
Claims (4)
- 一対のビーム部を軸にして第1の可動電極を揺動させることにより、平面方向のうちの一方向であるX方向の加速度を検出するX検出部と、
一対のビーム部を軸にして第2の可動電極を揺動させることにより、平面方向のうちの一方向であって前記X方向と直交するY方向の加速度を検出するY検出部と、
一対以上のビーム部により保持された第3の可動電極を垂直方向に平行移動させることにより、垂直方向であるZ方向の加速度を検出するZ検出部と、を備え、
前記X検出部、前記Y検出部及び前記Z検出部を1チップ内に配置した加速度センサであって、
前記Z検出部が中央に配置され、その両側に前記X検出部及び前記Y検出部が配置され、
前記X検出部、前記Y検出部及び前記Z検出部を内包するフレーム部が第1の固定板及び第2の固定板により挟持された状態において、前記Z検出部と前記X検出部及び前記Y検出部との間のフレーム部のうち、前記Z検出部のビーム部の付根領域が前記第1の固定板と分離され、
前記Z検出部と前記X検出部及び前記Y検出部との間のフレーム部のうち、前記Z検出部を基準として前記付根領域に対称となる対称領域が前記第1の固定板と分離されたことを特徴とする加速度センサ。 - 前記X検出部は、前記一対のビーム部を結ぶ直線を境界線として前記第1の可動電極の表面の一方側及び他方側に対向させて第1の固定電極を配置し、前記第1の可動電極と前記第1の固定電極との間の静電容量の変化に基づいて前記X方向の加速度を検出し、
前記Y検出部は、前記一対のビーム部を結ぶ直線を境界線として前記第2の可動電極の表面の一方側及び他方側に対向させて第2の固定電極を配置し、前記第2の可動電極と前記第2の固定電極との間の静電容量の変化に基づいて前記Y方向の加速度を検出し、
前記Z検出部は、前記第3の可動電極の表面及び裏面に対向させて第3の固定電極を配置し、前記第3の可動電極と前記第3の固定電極との間の静電容量の変化に基づいて前記Z方向の加速度を検出することを特徴とする請求項1に記載の加速度センサ。 - 前記第3の可動電極の裏面に配置されている第3の固定電極が前記第3の可動電極とは分離された柱状の固定電極を通して前記第3の可動電極の一方側に引き出されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の加速度センサ。
- 前記X検出部、前記Y検出部、及び前記Z検出部が直線状に配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の加速度センサ。
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