JPH09318656A - 静電容量式加速度センサ - Google Patents

静電容量式加速度センサ

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JPH09318656A
JPH09318656A JP8137969A JP13796996A JPH09318656A JP H09318656 A JPH09318656 A JP H09318656A JP 8137969 A JP8137969 A JP 8137969A JP 13796996 A JP13796996 A JP 13796996A JP H09318656 A JPH09318656 A JP H09318656A
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electrode
fixed electrode
fixed
movable
movable electrode
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Akira Koide
晃 小出
Masatoshi Kanamaru
昌敏 金丸
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Junichi Horie
潤一 堀江
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H01L2924/181—Encapsulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明の課題は、小型でありながら静電容量
の絶対値が大きくしかも検出誤差の少ない静電容量式加
速度センサを提供することにある。 【解決手段】上記課題は、可動電極に空孔部設け、この
空孔部に固定電極が配置することにより解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は静電容量式加速度セ
ンサに係り、特に小型で高精度な静電容量式加速度セン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車用エアバックの普及に伴い
小型で高精度な加速度センサが要求されている。◆加速
度センサの小型化および高精度化に適している方式とし
て、静電容量式加速度センサがある。◆静電容量式加速
度センサは、固定電極と加速度に応じて前記固定電極に
対して相対的に変位する可動電極を備え、固定電極と可
動電極との間の静電容量により加速度を求めるものであ
る。
【０００３】静電容量式加速度センサに関する技術とし
ては、例えば特開平５−１０９６９号公報（以下、従来
技術１という）に可動電極となる錘と、この錘を支持す
る薄い片持ち梁と、この片持ち梁を固定する枠とをウエ
ットの異方性エッチング加工を用いて単結晶シリコンで
一体成形し、この可動電極となる錘の上下面に対向する
ように導電性薄膜からなる固定電極を設けた静電容量式
加速度センサが開示されている。
【０００４】また、特開平４−５０４００３号公報（以
下、従来技術２という）には多結晶シリコンの薄膜から
なる櫛刃状の固定電極と、同じく多結晶シリコンの薄膜
からなる櫛刃状の可動電極とで構成された静電容量式加
速度センサが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来技術１に記載の静
電容量式加速度センサは電極面を比較的広くすることが
できるので高精度化が可能であるが、錘や梁を成形する
ためにウエットの異方性エッチング加工を用いるので、
外枠と錘との間には単結晶シリコンウエハの厚みに相当
する幅の溝が形成される。
【０００６】従来技術１のように単結晶シリコンウエハ
から錘や梁を成形する場合、取扱時の剛性の問題から単
結晶シリコンウエハの厚みは数百μｍ以上確保する必要
があるので、外枠と錘との間には数百μｍ以上の溝が形
成されてしまい、静電容量式加速度センサが大型化して
しまう。
【０００７】また、従来技術１の静電容量式加速度セン
サは、信号処理回路と接続するためワイヤボンディング
等を用いるがこの場合ワイヤボンディングにより生じる
浮遊静電容量の影響を少なくするために、加速度による
静電容量の絶対値を大きくする必要があるため、静電容
量式加速度センサのサイズがさらに大型化するという問
題がある。
【０００８】従来技術２に記載の静電容量式加速度セン
サは、固定電極と可動電極のギャップを小さくでき、ま
た電極部と信号処理回路と一体化することが可能なた
め、ワイヤボンディングが不要であり、浮遊静電容量の
影響をほとんど受けない。
【０００９】しかし、可動電極が厚さ数μｍの多結晶シ
リコンの櫛刃構造をしているため加速度を検出するには
剛性が弱く、櫛刃を形成する一つ一つの片持ち梁の先端
が自重でたわんだり、加速度によって片持ち梁先端が振
れたりして、それらが加速度検出誤差の要因となってい
る。
【００１０】本願発明の課題は、小型でありながら静電
容量の絶対値が大きくしかも検出誤差の少ない静電容量
式加速度センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本願発明の課題は、固定
電極と、加速度に応じて前記固定電極に対して相対的に
変位する可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との
間の静電容量を検出する静電容量検出手段を備えた静電
容量式加速度センサにおいて、次ように構成することに
より達成される。
【００１２】（１）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に空孔部を有し、この空孔部内に
前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に前記固定電
極が配置されていること。
【００１３】（２）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に空孔部を有し、前記可動電極の
空孔部内に前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
前記固定電極が配置されており、前記固定電極と前記可
動電極との構造体が密閉容器内に収納されていること。
【００１４】（３）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に長方形状の空孔部を有し、この
長方形状の空孔部は短辺方向が前記可動電極の可動方向
であって、前記空孔部の長辺方向と前記固定電極の長手
方向が平行になるように前記空孔部内に前記固定電極が
配置されており、前記固定電極と前記可動電極との構造
体が密閉容器内に収納されていること。
【００１５】（４）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に長方形状の空孔部を有し、この
長方形状の空孔部は短辺方向が前記可動電極の可動方向
であって、前記空孔部内には、第１固定電極と第２固定
電極とが配置されており、前記第１固定電極の長手方向
および前記第２固定電極の長手方向は前記空孔部の長辺
方向と平行であり、前記第１固定電極の長手方向中心線
と前記第２固定電極の長手方向中心線とが上記可動電極
移動方向にずれており、前記第１固定電極と前記第２固
定電極と前記可動電極との構造体が密閉容器内に収納さ
れていること。
【００１６】（５）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に長方形状の空孔部を有し、この
長方形状の空孔部は短辺方向が前記可動電極の可動方向
であって、前記空孔部内には、第１固定電極と第２固定
電極とが配置されており、前記第１固定電極の長手方向
および前記第２固定電極の長手方向は前記空孔部の長辺
方向と平行であり、前記空孔部の一方の長辺と前記第１
固定電極との間隔と前記空孔部の他方の長辺と前記第１
固定電極との間隔とが異なるように前記第１固定電極を
配置し、前記空孔部の一方の長辺と前記第１固定電極と
の間隔と前記空孔部の他方の長辺と前記第２固定電極と
の間隔とが等しくなるように前記第２固定電極を配設
し、前記第１固定電極と前記第２固定電極と前記可動電
極との構造体が、密閉容器内に収納されていること。
【００１７】（６）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に長方形状の空孔部を複数有し、
この複数の長方形状の空孔部は短辺方向が前記可動電極
の可動方向であって、前記複数の空孔部内には各々第１
固定電極と第２固定電極とが配置されており、前記第１
固定電極の長手方向および前記第２固定電極の長手方向
は前記空孔部の長辺方向と平行であり、前記空孔部の一
方の長辺と前記第１固定電極との間隔と前記空孔部の他
方の長辺と前記第１固定電極との間隔とが異なるように
前記第１固定電極を配置し、前記空孔部の一方の長辺と
前記第１固定電極との間隔と前記空孔部の他方の長辺と
前記第２固定電極との間隔とが等しくなるように前記第
２固定電極を配設し、前記第１固定電極と前記第２固定
電極と前記可動電極との構造体が、密閉容器内に収納さ
れており、前記複数の空孔部内の各々に配置された複数
の第１固定電極同志および複数の第２固定電極同志が、
前記密閉容器に形成した導電体により電気的に接続され
ていること。
【００１８】（７）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に空孔部を複数有し、この複数の
長方形状の空孔部は長辺方向が前記可動電極の可動方向
であり、前記可動電極の可動方向両端領域における空孔
幅が、前記可動電極の中央領域における空孔幅よりも狭
く構成されており、前記複数の空孔部内の各々には、第
１固定電極と第２固定電極とが配置されており、前記第
１固定電極の長手方向および前記第２固定電極の長手方
向は前記空孔部の長辺方向と平行であり、前記第１固定
電極の長手方向中心線と前記第２固定電極の長手方向中
心線と前記空孔部の長手方向中心線は同一線上であり、
前記第１固定電極と前記第２固定電極と前記可動電極と
の構造体が密閉容器内に収納されており、前記複数の空
孔部内の各々に配設された複数の第１固定電極同志およ
び複数の第２固定電極同志が前記密閉容器に形成した導
電体により電気的に接続されていること。
【００１９】（８）（１）乃至（７）のいずれか記載の
静電容量式加速度センサにおいて、前記可動電極、前記
固定電極がＳＯＩウエハで構成されていること。
【００２０】（９）（１）乃至（８）のいずれか記載の
静電容量式加速度センサと、信号処理回路とがタブに固
定され、前記静電容量式加速度センサと前記信号処理回
路と外部信号取り出し用リードとがボンディングワイヤ
で接続され、前記タブに固定された前記静電容量式加速
度センサと前記信号処理回路およびタブ周辺の外部信号
取り出し用リードが樹脂で封止されたこと。
【００２１】そして、本願発明の静電容量式加速度セン
サは、上記の構成により次ように作用する。
【００２２】（ａ）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に空孔部を有し、この空孔部内に
前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に前記固定電
極が配置されることにより、可動電極は剛性の高い枠状
構造体になるので、可動電極が自重でたわんだり加速度
によって可動電極が振れたりすることが無い。
【００２３】（ｂ）前記固定電極と前記可動電極との構
造体が密閉容器内に収納されるこにより、外力による誤
動作を防止することができる。また、加速度センサを樹
脂等で封止することも容易にできる。
【００２４】また、密閉容器をシリコン基板やＳＯＩシ
リコン等を組み合わせて構成することにより、シリコン
酸化膜を介して固定電極と可動電極とを絶縁を保ちなが
密閉容器に接合することができる。
【００２５】（ｃ）前記可動電極は前記可動電極の変位
方向に対して垂直方向に長方形状の空孔部を有し、この
長方形状の空孔部は短辺方向が前記可動電極の可動方向
であって、前記空孔部の長辺方向と前記固定電極の長手
方向が平行になるように前記空孔部内に前記固定電極が
配置されることにより、可動電極と固定電極は、可能な
範囲で広い面積を確保することができ、測定精度を高め
ることができる。
【００２６】（ｄ）前記空孔部内には、第１固定電極と
第２固定電極とが配置されており、前記第１固定電極の
長手方向および前記第２固定電極の長手方向は前記空孔
部の長辺方向と平行であり、前記第１固定電極の長手方
向中心線と前記第２固定電極の長手方向中心線とを上記
可動電極移動方向にずらすことにより、可動電極と第１
固定電極とによる第１コンデンサの静電容量Ｃ１と、可
動電極と第２固定電極とによる第２コンデンサの静電容
量Ｃ２の特性が反対になるため、第１コンデンサの静電
容量Ｃ１と第２コンデンサの静電容量Ｃ２との差ΔＣ
（＝Ｃ１ーＣ２）を用いることにより精度良く加速度を
求めることができる。
【００２７】また、前記空孔部の一方の長辺と前記第１
固定電極との間隔と前記空孔部の他方の長辺と前記第１
固定電極との間隔とが異なるように前記第１固定電極を
配置し、前記空孔部の一方の長辺と前記第１固定電極と
の間隔と前記空孔部の他方の長辺と前記第２固定電極と
の間隔とが等しくなるように前記第２固定電極を配設す
ることにより、可動電極と第１固定電極とによる第１コ
ンデンサの静電容量Ｃ１と、可動電極と第２固定電極と
による第２コンデンサの静電容量Ｃ２の特性が反対にな
るため、第１コンデンサの静電容量Ｃ１と第２コンデン
サの静電容量Ｃ２との差ΔＣ（＝Ｃ１ーＣ２）を用いる
ことにより、可動電極５のねじれ等による静電容量の変
化を相殺することができるのでさらに精度良く加速度を
求めることができる。
【００２８】（ｅ）（１）乃至（７）のいずれか記載の
静電容量式加速度センサにおいて、前記可動電極、前記
固定電極がＳＯＩウエハで構成されていることにより、
従来のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)を用いて形
成した多結晶シリコンの薄膜に比べて膜厚を厚くするこ
とができる。例えば、ＣＶＤを用いて形成した多結晶シ
リコンの薄膜が数μｍであるのに対して、ＳＯＩウエハ
の膜厚は数十μｍである。これにより各電極の電極面積
が広くなるのでコンデンサの静電容量の絶対値が大きく
なり、静電容量式加速度センサの精度を高めることがで
きる。
【００２９】なお各電極の材料としては、ＳＯＩウエハ
の他に、エピウエハ、高濃度ボロンドープ単結晶シリコ
ンなどの単結晶シリコンなどを用いても同等の効果が得
られる。
【００３０】（ｆ）（１）乃至（８）のいずれか記載の
静電容量式加速度センサと、信号処理回路とがタブに固
定され、前記静電容量式加速度センサと前記信号処理回
路と外部信号取り出し用リードとがボンディングワイヤ
で接続され、前記タブに固定された前記静電容量式加速
度センサと前記信号処理回路およびタブ周辺の外部信号
取り出し用リードが樹脂で封止されたことにより静電容
量式加速度センサの基板実装が可能になり、静電容量式
加速度センサを用いた関連機器の生産性向上を図ること
ができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】本願発明に係る第１の実施例につ
いて以下説明する。
【００３２】図１（ａ）は本願発明に係る静電容量式加
速度センサの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の
Ａ−Ａ視図である。なお、図１（ａ）は内部構造が明確
になるように上部基板１Ａを除いた状態を示している。
【００３３】図１に示すように本願発明に係る静電容量
式加速度センサは、上部基板１Ａ、枠体２、下部基板１
Ｂで構成される密閉空間に第１固定電極３、第２固定電
極４、可動電極５を収納した構造になっている。
【００３４】第１固定電極３、第２固定電極４、可動電
極５はいずれもＳＯＩ(Silicon OnInsulator)ウエハを
用いて形成されている。
【００３５】ＳＯＩウエハを用いることで、従来のＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition)を用いて形成した多結
晶シリコンの薄膜に比べて膜厚を厚くすることができ
る。例えば、ＣＶＤを用いて形成した多結晶シリコンの
薄膜が数μｍであるのに対して、ＳＯＩウエハの膜厚は
数十μｍである。これにより各電極の電極面積が広くな
るのでコンデンサの静電容量の絶対値が大きくなり、静
電容量式加速度センサの精度を高めることができる。
【００３６】なお各電極の材料としては、ＳＯＩウエハ
の他に、エピウエハ、高濃度ボロンドープ単結晶シリコ
ンなどの単結晶シリコンなどを用いても同等の効果が得
られる。
【００３７】第１固定電極３、第２固定電極４はＳＯＩ
ウエハのシリコン酸化膜を介して単結晶シリコンからな
る下部基板１Ｂに固定され、可動電極５は４本の梁６に
よってアンカー部７でＳＯＩウエハのシリコン酸化膜を
介して下部基板１Ｂに支持されている。可動電極５を支
持する４本の梁６は図１（ａ）の上下方向のみ剛性を弱
くすることとにより、図１（ａ）の上下方向の成分のみ
を検出するようにする。
【００３８】可動電極５のアンカー部７以外はＳＯＩウ
エハのシリコン酸化膜をエッチングにより除去すること
で下部基板１Ｂから分離される。なお、可動電極５にお
いて下部基板１Ｂと接する面積の広い領域は、エッチン
グ液の浸透に時間がかかるので、本実施例では、可動電
極５において下部基板１Ｂと接する面積の広い領域に板
厚方向の微細貫通孔を複数設けてエッチング時間の短縮
を図っている。
【００３９】本実施例の静電容量式加速度センサは、可
動電極５と第１固定電極３から形成される第１コンデン
サの静電容量Ｃ１と、可動電極５と第２固定電極４から
形成される第２コンデンサの静電容量Ｃ２との差ΔＣ
（＝Ｃ１ーＣ２）から加速度を求める。
【００４０】静電容量Ｃ１または静電容量Ｃ２のいずれ
か一方のみからでも加速度を求めることができるが、第
１コンデンサの静電容量Ｃ１と第２コンデンサの静電容
量Ｃ２との差ΔＣ（＝Ｃ１ーＣ２）を用いることによ
り、可動電極５のねじれ等による静電容量の変化を相殺
することができるので精度良く加速度を求めることがで
きる。
【００４１】可動電極５に長方形の空孔部を設け、その
長方形の空孔部の長手方向と第１固定電極３および第２
固定電極４の長手方向を平行とし、かつ、第１固定電極
３と第２固定電極４の長手方向中心線の位置をずらすこ
とによって、可動電極５が加速度によって長手方向に対
して垂直な方向に位置を変化させたときに発生する可動
電極５と第１固定電極３とによる第１コンデンサの静電
容量変化ΔＣ１および可動電極５と第２固定電極４とに
よる第２コンデンサの静電容量変化ΔＣ２の特性を反対
にしている。例えば、図１（ａ）の下方向に加速度が加
わった場合、可動電極５は図１（ａ）の上方向に変位す
る。それによって、可動電極５と第１固定電極３のなす
第１コンデンサの静電容量Ｃ１は減少し、可動電極５と
第２固定電極４のなす第２コンデンサの静電容量Ｃ２は
増加する。
【００４２】次に各電極からの電気信号取り出し方法に
ついて説明する。◆図２（ａ）は、図１に示した静電容
量式加速度センサの電気信号取り出し方法を上部基板１
Ａの一部を除去して中が見えるようにして示したもので
ある。◆図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ視図であり、
上部基板１Ａ、枠体２、可動電極５、下部基板１Ｂの関
係を示すものである。この図に示すように、上部基板１
Ａ、枠体２、下部基板１Ｂにより構成された空間領域に
アンカー部７が酸化膜を介して下部基板１Ｂに接合され
た可動電極５が配設されている。
【００４３】図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ視図であ
り、固定電極の導通方法を示すものである。この図に示
すように、上部基板１Ａの固定電極と対向する面におい
て第１固定電極３および第２固定電極４に密着または接
合される部分に第１固定電極用導電性膜１１および第２
固定電極用導電性膜１２を各々電気的に分離して形成
し、多数形成された第１固定電極３および第２固定電極
４を各々電気的に導通させる。
【００４４】図２（ｄ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ視図であ
り、電極の外部取り出し方法を示すものである。この図
に示すように、第１固定電極用導電性膜１１の外部への
取り出しは、上部基板１Ａに第１固定電極用貫通孔１３
を設け、第１固定電極用貫通孔１３まで第１固定電極用
導電性膜１１を引き出し、上部基板１Ａの固定電極と対
向する面の反対側の面の第１固定電極用貫通孔１３部分
に導電性膜を成膜して第１固定電極用パッド１６を形成
すると同時に、第１固定電極用導電性膜１１と第１固定
電極用パッド１６の導通をとる。
【００４５】同様に、第２固定電極用導電性膜１２の外
部への取り出しは、上部基板１Ａに第２固定電極用貫通
孔１４を設け、第２固定電極用貫通孔１４まで第２固定
電極用導電性膜１２を引き出し、上部基板１Ａの固定電
極と対向する面の反対側の面の第２固定電極用貫通孔１
４部分に導電性膜を成膜して第２固定電極用パッド１７
を形成すると同時に、第２固定電極用導電性膜１２と第
２固定電極用パッド１７の導通をとる。
【００４６】可動電極５の取り出しは、アンカー部７上
の上部基板１Ａに可動電極用貫通孔１５を設け、上部基
板１Ａの可動電極と対向する面の反対側の面の可動電極
用貫通孔１５に導電性膜を成膜して可動電極用パッド１
８を形成すると同時に、可動電極５と可動電極用パッド
１８の導通をとる。
【００４７】上記のように、上部基板１Ａに導電性薄膜
を形成し、その導電性薄膜により各種電極同志の導通を
とることにより、多数の電極を電気的に一体とすること
ができる。
【００４８】なお可動電極と固定電極とが短絡すると加
速度センサとして機能しないため、短絡防止策を図る必
要がある。◆短絡防止策としては、可動電極の移動範囲
を規制するようなストッパを密閉容器に設けたり、可動
電極または固定電極の表面に薄い絶縁膜を設けることが
考えられる。
【００４９】つぎに、本実施例において、電極の形状を
変えたものについて説明する。
【００５０】図３は、図１で示した可動電極５を絶縁層
により電気的に第１可動電極９と第２可動電極１０とに
分割し、また、図１で示した第１固定電極３および第２
固定電極４を電気的に接続し固定電極８とした静電容量
式加速度センサである。
【００５１】加速度の検出は、第１可動電極９と固定電
極８から形成される第１コンデンサの静電容量Ｃ１と、
第２可動電極１０と固定電極８から形成される第２コン
デンサの静電容量Ｃ２との差ΔＣ（＝Ｃ１ーＣ２）から
行う。
【００５２】この静電容量式加速度センサは、図１の静
電容量式加速度センサに比べて、可動電極を電気的に２
分割するという工程が増えるが、固定電極は全て電気的
に一体なので、例えば、導電性の下部基板に直接固定電
極を形成し、導電性の下部基板から信号を取り出すこと
が可能である。
【００５３】図４は、図１の静電容量式加速度センサに
対して、第１固定電極と第２固定電極との長手方向の中
心線の位置を一致させ、可動電極の第１固定電極と対向
する面と第２固定電極と対向する面とを可動方向にずら
して配置した静電容量式加速度センサである。
【００５４】この静電容量式加速度センサは、図１の静
電容量式加速度センサに比べて、可動電極の形状が複雑
であるが可動電極の剛性を高めることができる。また、
固定電極は、長手方向の中心線の位置が一致しており、
加工が容易である。
【００５５】図５は、図１の静電容量式加速度センサに
対して、２つの固定電極を、長手方向の中心線の位置を
一致させて一体とし、可動電極の第１固定電極と対向す
る面と第２固定電極と対向する面とを絶縁膜を介して可
動方向にずらして配置した静電容量式加速度センサであ
る。◆この静電容量式加速度センサは、図１の静電容量
式加速度センサに比べて、可動電極の形状が複雑である
が可動電極の剛性を高めることができる。また、固定電
極の数が半減しているので加工が容易である。
【００５６】図６は、図１の静電容量式加速度センサに
対して、可動電極と枠体とを一体で成形した静電容量式
加速度センサである。
【００５７】この静電容量式加速度センサは、可動電極
と枠体とを一体で成形するので、加工が複雑であるが、
可動電極の梁部を固定するアンカー部が不要となるので
さらに小型化を図ることができる。
【００５８】次に本願発明に係る第２の実施例について
以下説明する。
【００５９】図７（ａ）は本願発明に係る静電容量式加
速度センサの平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の
Ａ−Ａ視図である。なお、図７（ａ）は内部構造が明確
になるように上部基板１Ａを除いた状態を示している。
【００６０】基本的な構造に関しては第１の実施例と同
じであり説明を省略する。
【００６１】本実施例が第１の実施例と大きく異なるの
は、可動電極５の移動方向が固定電極の長手方向である
点である。
【００６２】第１固定電極３、第２固定電極４はＳＯＩ
ウエハのシリコン酸化膜を介して単結晶シリコンからな
る下部基板１Ｂに固定され、可動電極５は４本の梁６に
よってアンカー部７でＳＯＩウエハのシリコン酸化膜を
介して下部基板１Ｂに支持されている。可動電極５を支
持する４本の梁６は図７（ａ）の左右方向のみ剛性を弱
くすることとにより、図７（ａ）の左右方向の成分のみ
を検出するようにする。
【００６３】加速度は、第１固定電極３の長手方向の側
面がその延長線上にある可動電極５の側面との間で構成
する第１コンデンサの静電容量Ｃ１と、第２固定電極４
の長手方向の側面がその延長線上にある可動電極５の側
面との間で構成する第２コンデンサの静電容量Ｃ２との
差ΔＣ（＝Ｃ１ーＣ２）より求める。可動電極５には長
孔が中心線を一致させた状態で設けられており、固定電
極のある部分の長孔の幅は広く、固定電極のない部分の
長孔の幅は固定電極の幅より数ミクロン広いが固定電極
のある部分より狭くなっている。長孔の長手方向の中心
軸と第１固定電極３および第２固定電極４の長手方向の
中心軸は同軸になっており、可動電極５が加速度によっ
て固定電極の長手方向に位置を変化させたときに発生す
る可動電極５と第１固定電極３および第２固定電極４が
各々なすコンデンサの容量変化ΔＣ１およびΔＣ２の特
性を反対にする。例えば、図８の左方向に加速度が加わ
った場合、可動電極５は同図中右方向に変位する。それ
によって、可動電極５と第１固定電極３のなすコンデン
サ１の容量Ｃ１は減少し、可動電極５と第２固定電極４
のなすコンデンサ２の容量Ｃ２は増加する。
【００６４】本実施例においては、固定電極と可動電極
との間隔を微小に設定できるので、静電容量の絶対値を
大きくすることができ、高精度の加速度センサが提供で
きる。
【００６５】次に本発明の第３の実施例に係る樹脂封止
型静電容量式加速度センサについて説明する。
【００６６】図８は、第１または第２の実施例に係る静
電容量式加速度センサと信号処理回路を一体として半導
体装置のように樹脂で封止したものである。
【００６７】導電性のリードフレーム２１上に静電容量
式加速度センサ１９と信号処理回路２０を配置し、樹脂
２２で封止したものである。このとき大切になるのは、
静電容量式加速度センサ１９の出力が樹脂２２から受け
る力の影響でばらつかないことである。第１または第２
の実施例における静電容量式加速度センサ構造は、樹脂
２２から受けた力を密閉容器が吸収し、密閉容器内の固
定電極および可動電極は樹脂２２からの力の影響をほと
んど受けないような構造となっている。
【００６８】このように、静電容量式加速度センサを樹
脂封止型とすることにより、静電容量式加速度センサの
基板実装が可能になり、静電容量式加速度センサを用い
た関連機器の生産性向上を図ることができる。
【００６９】なお、発明は、静電容量式加速度センサで
あるが、アクチュエータとして用いることができる。◆
例えば図１の構造に可動電極５の変位を外部に伝達する
変位伝達手段を追設すればアクチュエータとなる。そし
てこれをアクチュエータとして駆動する場合は、可動電
極５と第１固定電極３から形成されるコンデンサ１と、
可動電極５と第２固定電極４から形成されるコンデンサ
２に加える電圧差によって行う。可動電極５の長方形空
孔部の長手方向と第１固定電極３および第２固定電極４
の長手方向は平行になっており、かつ、第１固定電極３
と第２固定電極４の長手方向中心線の位置がずれている
ことによって、可動電極５と第１固定電極３および第２
固定電極４に加える電圧差によって可動電極５を第１固
定電極３または第２固定電極４方向に静電気力によって
移動させる。例えば、図１の上方向に移動させたい場
合、可動電極５と第１固定電極３との間に電圧差を与
え、可動電極５と第２固定電極４とを同電位にする。そ
れによって、可動電極５は第１固定電極３に引き寄せら
れ図中上方に移動する。そして、可動電極５の変位は変
位伝達手段により外部に取り出される。◆このアクチュ
エータを顕微鏡のテーブル移動機構に用いれば、試料の
位置決めが精度良く行える。
【００７０】
【発明の効果】本願発明によれば、小型でありながら静
電容量の絶対値が大きくしかも検出誤差の少ない静電容
量式加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施例の静電容量式加速度
センサの構造図である。
【図２】本発明に係る第１の実施例の静電容量式加速度
センサの電極取り出し部の詳細図である。
【図３】本発明に係る第１の実施例の静電容量式加速度
センサの構造図である。
【図４】本発明に係る第１の実施例の静電容量式加速度
センサの構造図である。
【図５】本発明に係る第１の実施例の静電容量式加速度
センサの構造図である。
【図６】本発明に係る第１の実施例の静電容量式加速度
センサの構造図である。
【図７】本発明に係る第２の実施例の静電容量式加速度
センサの構造図である。
【図８】本発明に係る第３の実施例の樹脂封止型静電容
量式加速度センサの構造図である。
【符号の説明】
１Ａ…上部基板、1Ｂ…下部基板、２…枠体、３…第１
固定電極、４…第２固定電極、５…可動電極、６…梁、
７…アンカー部、８…固定電極、９…第１可動電極、１
０…第２可動電極、１１…第１固定電極用導電性膜、１
２…第２固定電極用導電性膜、１３…第１固定電極用貫
通孔、１４…第２固定電極用貫通孔、１５…可動電極用
貫通孔、１６…第１固定電極用パッド、１７…第２固定
電極用パッド、１８…可動電極用パッド、１９…静電容
量式加速度センサ、２０…信号処理回路、２１…リード
フレーム、２２…封止樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀江 潤一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    空孔部を有し、この空孔部内に前記可動電極の変位方向
    に対して垂直方向に前記固定電極が配置されていること
    を特徴とする静電容量式加速度センサ。
  2. 【請求項２】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    空孔部を有し、前記可動電極の空孔部内に前記可動電極
    の変位方向に対して垂直方向に前記固定電極が配置され
    ており、前記固定電極と前記可動電極との構造体が密閉
    容器内に収納されていることを特徴とする静電容量式加
    速度センサ。
  3. 【請求項３】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    長方形状の空孔部を有し、この長方形状の空孔部は短辺
    方向が前記可動電極の可動方向であって、前記空孔部の
    長辺方向と前記固定電極の長手方向が平行になるように
    前記空孔部内に前記固定電極が配置されており、前記固
    定電極と前記可動電極との構造体が密閉容器内に収納さ
    れていることを特徴とする静電容量式加速度センサ。
  4. 【請求項４】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    長方形状の空孔部を有し、この長方形状の空孔部は短辺
    方向が前記可動電極の可動方向であって、前記空孔部内
    には、第１固定電極と第２固定電極とが配置されてお
    り、前記第１固定電極の長手方向および前記第２固定電
    極の長手方向は前記空孔部の長辺方向と平行であり、前
    記第１固定電極の長手方向中心線と前記第２固定電極の
    長手方向中心線とが上記可動電極移動方向にずれてお
    り、前記第１固定電極と前記第２固定電極と前記可動電
    極との構造体が密閉容器内に収納されていることを特徴
    とする静電容量式加速度センサ。
  5. 【請求項５】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    長方形状の空孔部を有し、この長方形状の空孔部は短辺
    方向が前記可動電極の可動方向であって、前記空孔部内
    には、第１固定電極と第２固定電極とが配置されてお
    り、前記第１固定電極の長手方向および前記第２固定電
    極の長手方向は前記空孔部の長辺方向と平行であり、前
    記空孔部の一方の長辺と前記第１固定電極との間隔と前
    記空孔部の他方の長辺と前記第１固定電極との間隔とが
    異なるように前記第１固定電極を配置し、前記空孔部の
    一方の長辺と前記第１固定電極との間隔と前記空孔部の
    他方の長辺と前記第２固定電極との間隔とが等しくなる
    ように前記第２固定電極を配設し、前記第１固定電極と
    前記第２固定電極と前記可動電極との構造体が、密閉容
    器内に収納されていることを特徴とする静電容量式加速
    度センサ。
  6. 【請求項６】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    長方形状の空孔部を複数有し、この複数の長方形状の空
    孔部は短辺方向が前記可動電極の可動方向であって、前
    記複数の空孔部内には各々第１固定電極と第２固定電極
    とが配置されており、前記第１固定電極の長手方向およ
    び前記第２固定電極の長手方向は前記空孔部の長辺方向
    と平行であり、前記空孔部の一方の長辺と前記第１固定
    電極との間隔と前記空孔部の他方の長辺と前記第１固定
    電極との間隔とが異なるように前記第１固定電極を配置
    し、前記空孔部の一方の長辺と前記第１固定電極との間
    隔と前記空孔部の他方の長辺と前記第２固定電極との間
    隔とが等しくなるように前記第２固定電極を配設し、前
    記第１固定電極と前記第２固定電極と前記可動電極との
    構造体が、密閉容器内に収納されており、前記複数の空
    孔部内の各々に配置された複数の第１固定電極同志およ
    び複数の第２固定電極同志が、前記密閉容器に形成した
    導電体により電気的に接続されていることを特徴とする
    静電容量式加速度センサ。
  7. 【請求項７】 固定電極と、加速度に応じて前記固定電
    極に対して相対的に変位する可動電極と、前記固定電極
    と前記可動電極との間の静電容量を検出する静電容量検
    出手段を備えた静電容量式加速度センサにおいて、前記
    可動電極は前記可動電極の変位方向に対して垂直方向に
    空孔部を複数有し、この複数の長方形状の空孔部は長辺
    方向が前記可動電極の可動方向であり、前記可動電極の
    可動方向両端領域における空孔幅が、前記可動電極の中
    央領域における空孔幅よりも狭く構成されており、前記
    複数の空孔部内の各々には、第１固定電極と第２固定電
    極とが配置されており、前記第１固定電極の長手方向お
    よび前記第２固定電極の長手方向は前記空孔部の長辺方
    向と平行であり、前記第１固定電極の長手方向中心線と
    前記第２固定電極の長手方向中心線と前記空孔部の長手
    方向中心線は同一線上であり、前記第１固定電極と前記
    第２固定電極と前記可動電極との構造体が密閉容器内に
    収納されており、前記複数の空孔部内の各々に配設され
    た複数の第１固定電極同志および複数の第２固定電極同
    志が前記密閉容器に形成した導電体により電気的に接続
    されていることを特徴とする静電容量式加速度センサ。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれか記載の静電容
    量式加速度センサにおいて、前記可動電極、前記固定電
    極がＳＯＩウエハで構成されていることを特徴とする静
    電容量式加速度センサ。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか記載の静電容
    量式加速度センサと、信号処理回路とがタブに固定さ
    れ、前記静電容量式加速度センサと前記信号処理回路と
    外部信号取り出し用リードとがボンディングワイヤで接
    続され、前記タブに固定された前記静電容量式加速度セ
    ンサと前記信号処理回路およびタブ周辺の外部信号取り
    出し用リードが樹脂で封止されたことを特徴とする樹脂
    封止型静電容量式加速度センサ。
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