JPH10132668A - Sensor utilizing change in capacitance, and its manufacture - Google Patents

Sensor utilizing change in capacitance, and its manufacture

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JPH10132668A
JPH10132668A JP9320331A JP32033197A JPH10132668A JP H10132668 A JPH10132668 A JP H10132668A JP 9320331 A JP9320331 A JP 9320331A JP 32033197 A JP32033197 A JP 32033197A JP H10132668 A JPH10132668 A JP H10132668A
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sensor
capacitance
pedestal
displacement
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    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

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  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a sensor from receiving physical damage easily when an excessive outer force is applied. SOLUTION: A doughnut shaped groove is dug on the lower surface of a first substrate 100 and a flexible part is formed. An annular pedestal 220 is joined to the lower surface of a fixed part being located around the donut groove, and a weight body 210 is joined to an operation part that is located inside the donut groove. A second substrate 400 is joined to the upper part of the first substrate 100, electrodes El and E2 are formed at a surface that opposes both substrates 100 and 400, and a capacitance element is formed. A third substrate 300 is joined to the lower surface of the pedestal 220. The weight body 210 is suspended in the air and is displaced when being accelerated. The displacement causes the interval between the electrodes E1 and E2 to change, thus detecting acceleration as the change of capacitance. The first substrate 100, the pedestal 220, and the third substrate 300 exist in the upper direction of the weight body 210, in horizontal direction, and in the lower direction, respectively, thus controlling an excessive displacement and preventing the flexible part from being damaged.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静電容量の変化を利用し
たセンサおよびその製造方法に関し、特に、対向する2
枚の基板のそれぞれに形成された一対の電極間の静電容
量の変化に基づいて、力、加速度、磁気といった物理量
を検出しうるセンサ、およびこのようなセンサを大量生
産するのに適した製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor utilizing a change in capacitance and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a sensor using two sensors.
A sensor capable of detecting physical quantities such as force, acceleration, and magnetism based on a change in capacitance between a pair of electrodes formed on each of the substrates, and manufacturing suitable for mass-producing such a sensor About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できる検出装置
の需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の
各成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型の装置が
望まれている。このような需要に応えるため、特開平4
−148833号公報には、静電容量の変化を利用した
新規なセンサが提案されている。このセンサは、力、加
速度、磁気などの物理量を二次元あるいは三次元の各成
分ごとに検出することができ、しかも製造コストが比較
的安価であるという特徴をもっている。
2. Description of the Related Art In the automobile industry, the machine industry, and the like, there is an increasing demand for a detection device capable of accurately detecting physical quantities such as force, acceleration, and magnetism. In particular, a small device capable of detecting these physical quantities for each of two-dimensional or three-dimensional components is desired. To meet such demands, Japanese Patent Application Laid-Open
Japanese Patent Publication No. 148833 proposes a novel sensor utilizing a change in capacitance. This sensor is capable of detecting physical quantities such as force, acceleration, and magnetism for each two-dimensional or three-dimensional component, and has a feature of relatively low manufacturing cost.

【0003】このセンサの基本となる構成要素は、装置
筐体に固定される固定部と、外部からの力が伝達される
作用部と、固定部と作用部との間に形成され可撓性をも
った可撓部と、の3つの部分を有する可撓基板と、この
可撓基板に対向するように装置筐体に固定された固定基
板と、可撓基板の固定基板に対する対向面に形成された
変位電極と、固定基板の可撓基板に対する対向面に形成
された固定電極と、である。外部からの力が作用部に加
わると可撓基板が撓み、変位電極と固定電極との間の距
離が変わることになる。したがって、両電極間の静電容
量が変化する。この静電容量の変化は、外部から加えら
れた力に依存したものであり、静電容量の変化を検出す
ることにより力の検出が可能になる。作用部に重錘体を
接続しておけば、この重錘体に作用する加速度を検出す
る加速度センサとして用いることができ、作用部に磁性
体を接続しておけば、この磁性体に作用する磁気を検出
する磁気センサとして用いることができる。
The basic components of this sensor are a fixed portion fixed to the device housing, an operating portion to which an external force is transmitted, and a flexible portion formed between the fixed portion and the operating portion. A flexible substrate having three portions, a fixed substrate fixed to the device housing so as to face the flexible substrate, and a flexible substrate formed on a surface of the flexible substrate facing the fixed substrate. And a fixed electrode formed on the surface of the fixed substrate facing the flexible substrate. When an external force is applied to the action portion, the flexible substrate bends, and the distance between the displacement electrode and the fixed electrode changes. Therefore, the capacitance between both electrodes changes. This change in capacitance depends on an externally applied force, and the detection of the change in capacitance makes it possible to detect the force. If a weight is connected to the action part, it can be used as an acceleration sensor that detects acceleration acting on the weight, and if a magnetic substance is connected to the action part, it acts on this magnetic substance. It can be used as a magnetic sensor for detecting magnetism.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前述したセンサでは、
過度の加速度あるいは過度の磁力が作用した場合、作用
部に接続された重錘体や磁性体が大きく変位し、可撓基
板に過度な力が加わって物理的な損傷を受ける可能性が
ある。特に、感度の高いセンサを実現するためには、可
撓基板はわずかな力の作用によって撓みが生じるような
脆弱な構造にならざるを得ず、過度の外力が作用した場
合に損傷を受けやすい。
In the above-mentioned sensor,
When an excessive acceleration or an excessive magnetic force acts, a weight body or a magnetic body connected to the acting portion is largely displaced, and an excessive force may be applied to the flexible substrate, which may cause physical damage. In particular, in order to realize a highly sensitive sensor, the flexible substrate must have a fragile structure in which bending is caused by the action of a slight force, and the flexible substrate is easily damaged when an excessive external force is applied. .

【0005】また、前述したセンサをより低コストで供
給するためには、効率良い大量生産の方法を採ることが
不可欠である。しかしながら、上述のような構造をもっ
たセンサを大量生産するための効率的な方法は、現時点
では知られておらず、量産化が図れない状態である。特
に、加速度センサや磁気センサとして用いるには、重錘
体や磁性体を各ユニットごとに接合する必要があり、こ
の重錘体や磁性体を所定の自由度をもって支持するため
の構造も必要になる。このため、どうしても生産コスト
が高くなるという問題があった。
In order to supply the above-mentioned sensors at lower cost, it is essential to adopt an efficient mass production method. However, an efficient method for mass-producing the sensor having the above-described structure is not known at present, and mass production cannot be achieved. In particular, when used as an acceleration sensor or a magnetic sensor, it is necessary to join a weight body or a magnetic body to each unit, and a structure for supporting the weight body or the magnetic body with a predetermined degree of freedom is also necessary. Become. For this reason, there is a problem that the production cost is inevitably increased.

【0006】そこで本発明は、過度の外力が作用した場
合にも損傷を受けにくい静電容量の変化を利用したセン
サを提供することを目的とし、また、そのようなセンサ
を効率良く大量生産することができる製造方法を提供す
ることを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a sensor utilizing a change in capacitance which is hardly damaged even when an excessive external force is applied, and to efficiently mass produce such a sensor. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of performing such a method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1) 本発明の第1の態様は、静電容量の変化を利用し
たセンサにおいて、ほぼ中心に作用部、その周囲に可撓
部、更にその周囲に固定部が定義され、下面の可撓部の
部分に形成された溝により可撓部が可撓性を有するよう
に構成された第1の基板と、第1の基板の上面に対して
所定間隔をおいて固定された対向面を有する第2の基板
と、第1の基板の上面に形成された第1の電極層と、第
2の基板の対向面に、第1の電極層に対向するように形
成された第2の電極層と、第1の基板の下面の作用部に
接合された作用体と、第1の基板の下面の固定部に接合
された台座と、を設け、作用体に外力が作用すると、可
撓部の機械的変形により作用体が変位し、第1の電極層
と第2の電極層とによって形成される容量素子の静電容
量が変化するように構成し、外力を静電容量の変化とし
て検出できるようにし、台座の内側面と、作用体の外側
面とが、所定の間隔をおいて対向するように構成し、台
座の内側面によって作用体の横方向への変位を所定範囲
内に制限できるようにしたものである。
(1) According to a first aspect of the present invention, in a sensor using a change in capacitance, an action portion is defined substantially at the center, a flexible portion is defined around the action portion, and a fixed portion is further defined around the action portion. A first substrate configured such that the flexible portion has flexibility by a groove formed in the portion, and an opposing surface fixed at a predetermined distance to an upper surface of the first substrate A second substrate, a first electrode layer formed on an upper surface of the first substrate, and a second electrode layer formed on a facing surface of the second substrate so as to face the first electrode layer And a pedestal joined to a fixed portion on the lower surface of the first substrate, and a pedestal joined to a fixed portion on the lower surface of the first substrate. The working body is displaced by mechanical deformation, and the capacitance of the capacitor formed by the first electrode layer and the second electrode layer is changed. The external force can be detected as a change in capacitance, and the inner surface of the pedestal and the outer surface of the operating body are configured to face each other at a predetermined interval. Can be limited within a predetermined range.

【0008】(2) 本発明の第2の態様は、上述の第1
の態様に係る静電容量の変化を利用したセンサにおい
て、第1の基板の固定部下面に、内側部分と、この内側
部分の周囲を取り囲む外側部分とを定義し、定義した外
側部分に台座を接合するようにし、定義した内側部分
と、作用体上面の一部分とが、所定の間隔をおいて対向
するように構成し、定義した内側部分によって作用体の
上方への変位を所定範囲内に制限できるようにしたもの
である。
(2) A second aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the sensor using the change in capacitance according to the aspect, an inner portion and an outer portion surrounding the inner portion are defined on the lower surface of the fixed portion of the first substrate, and a pedestal is formed on the defined outer portion. It is configured so that the defined inner portion and a part of the upper surface of the working body are opposed to each other at a predetermined distance so that the upward displacement of the working body is limited to a predetermined range by the defined inner portion. It is made possible.

【0009】(3) 本発明の第3の態様は、上述の第1
または第2の態様に係る静電容量の変化を利用したセン
サにおいて、台座の下面に接合された第3の基板を更に
設け、この第3の基板の上面と作用体の下面とが所定の
間隔をおいて対向するように構成し、第3の基板の上面
によって作用体の下方向への変位を所定範囲内に制限で
きるようにしたものである。
(3) A third aspect of the present invention is the above-described first aspect.
Alternatively, in the sensor using the change in capacitance according to the second aspect, a third substrate joined to the lower surface of the pedestal is further provided, and the upper surface of the third substrate and the lower surface of the operating body are separated by a predetermined distance. In this configuration, the downward displacement of the acting body can be limited within a predetermined range by the upper surface of the third substrate.

【0010】(4) 本発明の第4の態様は、上述の第1
〜第3の態様に係る静電容量の変化を利用したセンサを
製造する方法において、単一の基板を切断する工程によ
って台座と作用体とを形成し、この切断工程における切
断路によって形成された空間の範囲内で、作用体の横方
向への変位を制限できるようにしたものである。
(4) The fourth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the method for manufacturing a sensor using the change in capacitance according to the third aspect, the pedestal and the operating body are formed by the step of cutting a single substrate, and the pedestal and the working body are formed by the cutting path in this cutting step. It is possible to limit the lateral displacement of the working body within the space.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて詳述する。ここで説明する実施形態は、静電
容量の変化を利用した加速度センサに、本発明を適用し
た例である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. The embodiment described here is an example in which the present invention is applied to an acceleration sensor using a change in capacitance.

【0012】§1. 本発明に係るセンサの基本原理 本発明に係るセンサの具体的な実施形態について説明す
る前に、本発明の適用対象となるセンサの構造およびそ
の原理について簡単に述べておく。図1は、本発明の適
用対象となる加速度センサの基本構造を示す側断面図で
ある。このセンサの主たる構成要素は、固定基板10、
可撓基板20、作用体30、そして装置筐体40であ
る。図2に、固定基板10の下面図を示す。図2の固定
基板10をX軸に沿って切断した断面が図1に示されて
いる。固定基板10は、図示のとおり円盤状の基板であ
り、周囲は装置筐体40に固定されている。この下面に
は、同じく円盤状の固定電極11が形成されている。一
方、図3に可撓基板20の上面図を示す。図3の可撓基
板20をX軸に沿って切断した断面が図1に示されてい
る。可撓基板20も、図示のとおり円盤状の基板であ
り、周囲は装置筐体40に固定されている。この上面に
は、扇状の変位電極21〜24および円盤状の変位電極
25が図のように形成されている。作用体30は、その
上面が図3に破線で示されているように、円柱状をして
おり、可撓基板20の下面に、同軸接合されている。装
置筐体40は、円筒状をしており、固定基板10および
可撓基板20の周囲を固着支持している。
§1. Basic Principle of Sensor According to the Present Invention Before describing a specific embodiment of the sensor according to the present invention, the structure and principle of a sensor to which the present invention is applied will be briefly described. FIG. 1 is a side sectional view showing a basic structure of an acceleration sensor to which the present invention is applied. The main components of this sensor are a fixed substrate 10,
The flexible substrate 20, the working body 30, and the device housing 40. FIG. 2 shows a bottom view of the fixed substrate 10. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis. The fixed substrate 10 is a disk-shaped substrate as shown, and the periphery thereof is fixed to the device housing 40. On the lower surface, a disk-shaped fixed electrode 11 is also formed. On the other hand, FIG. 3 shows a top view of the flexible substrate 20. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis. The flexible substrate 20 is also a disk-shaped substrate as shown, and the periphery thereof is fixed to the device housing 40. On this upper surface, fan-shaped displacement electrodes 21 to 24 and a disk-shaped displacement electrode 25 are formed as shown in the figure. The action body 30 has a columnar shape as shown by a broken line in FIG. 3, and is coaxially joined to the lower surface of the flexible substrate 20. The device housing 40 has a cylindrical shape and fixedly supports the periphery of the fixed substrate 10 and the flexible substrate 20.

【0013】固定基板10および可撓基板20は、互い
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板10は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板20は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。いま、図1に示すように、作用体30の重心に作
用点Pを定義し、この作用点Pを原点とするXYZ三次
元座標系を図のように定義する。すなわち、図1の右方
向にX軸、上方向にZ軸、紙面に対して垂直に紙面裏側
へ向かう方向にY軸、をそれぞれ定義する。ここで、こ
のセンサ全体をたとえば自動車に搭載したとすると、自
動車の走行に基づき作用体30に加速度が加わることに
なる。この加速度により、作用点Pに外力が作用する。
作用点Pに力が作用していない状態では、図1に示すよ
うに、固定電極11と変位電極21〜25とは所定間隔
をおいて平行な状態を保っている。ところが、たとえ
ば、作用点PにX軸方向の力Fxが作用すると、この力
Fxは可撓基板20に対してモーメント力を生じさせ、
図4に示すように、可撓基板20に撓みが生じることに
なる。この撓みにより、変位電極21と固定電極11と
の間隔は大きくなるが、変位電極23と固定電極11と
の間隔は小さくなる。作用点Pに作用した力が逆向きの
−Fxであったとすると、これと逆の関係の撓みが生じ
ることになる。このように力Fxまたは−Fxが作用し
たとき、変位電極21および23に関する静電容量に変
化が表れることになり、これを検出することにより力F
xまたは−Fxを検出することができる。このとき、変
位電極22,24,25のそれぞれと固定電極11との
間隔は、部分的に大きくなったり小さくなったりする
が、全体としては変化しないと考えてよい。一方、Y方
向の力Fyまたは−Fyが作用した場合は、変位電極2
2と固定電極11との間隔、および変位電極24と固定
電極11との間隔、についてのみ同様の変化が生じる。
また、Z軸方向の力Fzが作用した場合は、図5に示す
ように、変位電極25と固定電極11との間隔が小さく
なり、逆向きの力−Fzが作用した場合は、この間隔は
大きくなる。このとき、変位電極21〜24と固定電極
11との間隔も、小さくあるいは大きくなるが、変位電
極25に関する変化が最も顕著である。そこで、この変
位電極25に関する静電容量の変化を検出することによ
り力Fzまたは−Fzを検出することができる。
The fixed substrate 10 and the flexible substrate 20 are arranged at predetermined positions at positions parallel to each other. Both are disc-shaped substrates, whereas the fixed substrate 10 has high rigidity and is unlikely to be bent, whereas the flexible substrate 20 has flexibility and becomes a substrate that bends when a force is applied. I have. Now, as shown in FIG. 1, an action point P is defined at the center of gravity of the action body 30, and an XYZ three-dimensional coordinate system having the action point P as an origin is defined as shown in the figure. That is, the X-axis is defined in the right direction in FIG. 1, the Z-axis is defined in the upward direction, and the Y-axis is defined in the direction perpendicular to the paper surface toward the back side of the paper surface. Here, assuming that the entire sensor is mounted on, for example, an automobile, acceleration is applied to the action body 30 based on the traveling of the automobile. Due to this acceleration, an external force acts on the action point P.
In a state where no force acts on the action point P, as shown in FIG. 1, the fixed electrode 11 and the displacement electrodes 21 to 25 maintain a parallel state at a predetermined interval. However, for example, when a force Fx in the X-axis direction acts on the action point P, the force Fx generates a moment force on the flexible substrate 20,
As shown in FIG. 4, the flexible substrate 20 is bent. Due to this bending, the distance between the displacement electrode 21 and the fixed electrode 11 increases, but the distance between the displacement electrode 23 and the fixed electrode 11 decreases. Assuming that the force applied to the point of action P is -Fx in the opposite direction, the bending in the opposite relationship to this occurs. When the force Fx or −Fx acts in this manner, a change appears in the capacitance of the displacement electrodes 21 and 23, and by detecting this, the force Fx is detected.
x or -Fx can be detected. At this time, the distance between each of the displacement electrodes 22, 24, and 25 and the fixed electrode 11 partially increases or decreases, but it may be considered that the distance does not change as a whole. On the other hand, when a force Fy or −Fy in the Y direction acts, the displacement electrode 2
Similar changes occur only in the interval between the fixed electrode 11 and the displacement electrode 24 and the interval between the displacement electrode 24 and the fixed electrode 11.
When the force Fz in the Z-axis direction acts, as shown in FIG. 5, the distance between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11 decreases, and when the force −Fz in the opposite direction acts, this distance becomes growing. At this time, the distance between the displacement electrodes 21 to 24 and the fixed electrode 11 also becomes smaller or larger, but the change relating to the displacement electrode 25 is the most remarkable. Therefore, the force Fz or -Fz can be detected by detecting a change in the capacitance of the displacement electrode 25.

【0014】一般に、容量素子の静電容量Cは、電極面
積をS、電極間隔をd、誘電率をεとすると、 C=εS/d で定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると
静電容量Cは大きくなり、遠ざかると静電容量Cは小さ
くなる。本センサは、この原理を利用し、各電極間の静
電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作用点P
に作用した外力、別言すれば作用した加速度を検出する
ものである。すなわち、X軸方向の加速度は変位電極2
1,23と固定電極11との間の容量変化に基づき、Y
軸方向の加速度は変位電極22,24と固定電極11と
の間の容量変化に基づき、Z軸方向の加速度は変位電極
25と固定電極11との間の容量変化に基づき、それぞ
れ検出が行われる。本発明は、このような原理に基づく
センサについて、より具体的な構造を提案するものであ
る。
In general, the capacitance C of a capacitance element is determined by C = εS / d, where S is an electrode area, d is an electrode interval, and ε is a dielectric constant. Therefore, the capacitance C increases as the distance between the opposing electrodes decreases, and decreases as the distance increases. This sensor uses this principle to measure the change in capacitance between the electrodes, and based on the measured value, the point of action P
Is to detect the external force that acts on the vehicle, in other words, the acceleration that acts. That is, the acceleration in the X-axis direction is
Based on the capacitance change between the fixed electrodes 11 and 23, Y
The axial acceleration is detected based on the capacitance change between the displacement electrodes 22 and 24 and the fixed electrode 11, and the Z-axis acceleration is detected based on the capacitance change between the displacement electrode 25 and the fixed electrode 11, respectively. . The present invention proposes a more specific structure for a sensor based on such a principle.

【0015】§2. 本発明に係るセンサの製造工程I ここでは、本発明に係るセンサの構造を示すために、そ
の製造方法を説明することにする。ここに示す製造方法
の特徴は、複数のセンサユニットを1枚の基板上に形成
しておき、後にこれを各ユニットごとに切断(ダイシン
グ)する点にある。まず、製造工程Iとして、各ユニッ
トごとのダイシングを行うまでの工程について説明す
る。はじめに、主基板上に複数の単位領域を定義する。
主基板は、後のダイシング工程において各単位領域ごと
に別々に切り離され、それぞれが独立して変位基板とし
て機能することになる。図6は、主基板100上に形成
された複数の単位領域を示す。ハッチングを施した部分
が1つの単位領域であり、各単位領域はそれぞれ正方形
をしている。主基板100として半導体などのウエハを
用いる場合には、このように円盤状の基板の上に多数の
単位領域を形成するのが一般的であるが、ここでは説明
の便宜上、図7に示すように正方形の主基板100の上
に4つの単位領域を形成する場合を例にとり、以下の説
明を続けることにする。
§2. Manufacturing Process I of Sensor According to the Present Invention Here, in order to show the structure of the sensor according to the present invention, a manufacturing method thereof will be described. The feature of the manufacturing method shown here is that a plurality of sensor units are formed on one substrate, and this is cut (diced) for each unit later. First, as a manufacturing process I, a process until dicing for each unit will be described. First, a plurality of unit areas are defined on the main substrate.
The main substrate is separately cut for each unit region in a later dicing step, and each functions independently as a displacement substrate. FIG. 6 shows a plurality of unit regions formed on the main substrate 100. The hatched portion is one unit area, and each unit area is square. When a wafer such as a semiconductor is used as the main substrate 100, it is common to form a large number of unit regions on a disk-shaped substrate as described above, but here, for convenience of description, as shown in FIG. The following description will be continued with an example in which four unit regions are formed on a square main substrate 100.

【0016】図8は、この製造方法の各工程を示す断面
図である。以下、この工程を詳述する。まず、図9に示
すように主基板100を加工する。この実施例では、主
基板100として単結晶シリコン基板を用いているが、
ガラス基板など他の材質の基板を用いてもよい。前述の
ように、この主基板100は説明の便宜上、正方形をし
ており、4つの単位領域に分かれているので、この4つ
の単位領域のそれぞれについて、全く同じ加工が施され
る。図9の(b) は加工後の主基板100の下面図、(a)
はこれを切断線a−aで切断した状態を示す側断面図で
ある。主基板100の上面には、第1の電極層E1が所
定位置に形成される。この第1の電極層E1は、図3に
示す5つの変位電極21〜25に相当するものであり
(図9では、このうちの3つの断面が2ユニット分示さ
れている)、図3に示すような位置に形成される。この
実施形態では、単結晶シリコン基板からなる主基板10
0の表面に、不純物を拡散することにより、この第1の
電極層E1を形成している。このほか、主基板100上
にアルミニウム層を付着させる方法により第1の電極層
E1を形成してもよい。要するに、導電性をもった層を
形成できる方法であればどのような方法によって第1の
電極層E1を形成してもかまわない。ただ、不純物拡散
層の形成や、アルミニウム層の形成による方法は、従来
の半導体プレーナプロセスの技術をそのまま利用するこ
とができる点で好ましい。一方、主基板100の下面に
は、エッチングなどの方法によって溝101を形成し、
その部分の肉厚を薄くして可撓性をもたしている。この
実施形態では、溝101は図9の(b) に示すように円形
をしている。この溝101の内側が作用部110、外側
が固定部130、そして溝の部分が可撓部120とな
る。第1の電極層E1のうち、図3に示す変位電極21
〜24に相当するものは、ちょうどこの溝の上の可撓部
120に形成されており、変位電極25に相当するもの
は、この溝で囲まれた作用部110に形成されている。
図8の(a) は、この主基板100の加工が終了した状態
を示す。
FIG. 8 is a sectional view showing each step of the manufacturing method. Hereinafter, this step will be described in detail. First, the main substrate 100 is processed as shown in FIG. In this embodiment, a single crystal silicon substrate is used as the main substrate 100.
A substrate of another material such as a glass substrate may be used. As described above, the main substrate 100 has a square shape for convenience of description, and is divided into four unit regions. Therefore, the same processing is performed on each of the four unit regions. FIG. 9B is a bottom view of the main substrate 100 after processing, and FIG.
FIG. 4 is a side sectional view showing a state of cutting this along a cutting line aa. On the upper surface of the main substrate 100, a first electrode layer E1 is formed at a predetermined position. The first electrode layer E1 corresponds to the five displacement electrodes 21 to 25 shown in FIG. 3 (three cross sections are shown in FIG. 9 for two units), and FIG. It is formed at the position as shown. In this embodiment, a main substrate 10 made of a single crystal silicon substrate is used.
The first electrode layer E1 is formed on the surface of the first electrode layer by diffusing impurities. In addition, the first electrode layer E1 may be formed on the main substrate 100 by a method of attaching an aluminum layer. In short, the first electrode layer E1 may be formed by any method as long as it can form a layer having conductivity. However, the method of forming the impurity diffusion layer or the method of forming the aluminum layer is preferable in that the technique of the conventional semiconductor planar process can be used as it is. On the other hand, a groove 101 is formed on the lower surface of the main substrate 100 by a method such as etching.
The thickness of the portion is reduced to provide flexibility. In this embodiment, the groove 101 has a circular shape as shown in FIG. The inside of the groove 101 is the action part 110, the outside is the fixing part 130, and the groove part is the flexible part 120. Of the first electrode layer E1, the displacement electrode 21 shown in FIG.
Those corresponding to .about.24 are formed in the flexible part 120 just above the groove, and those corresponding to the displacement electrode 25 are formed in the action part 110 surrounded by the groove.
FIG. 8A shows a state in which the processing of the main substrate 100 has been completed.

【0017】さて、続いて図10に示すような補助基板
200を用意する。この補助基板200は、最終的には
その一部分が重錘体を、残りの部分が台座を、それぞれ
構成するものであるから、重錘体および台座に適した材
料を用いるようにする。また、主基板100に対して接
合されるため、主基板100と熱膨脹係数がほぼ等しい
材料を用いた方が好ましい。たとえば、主基板100と
同じシリコン基板や、ガラス基板を用いるのが好まし
い。図10の(b) は加工後の補助基板200の上面図、
(a) はこれを切断線a−aで切断した状態を示す側断面
図である。このように、補助基板200の上面には、縦
横に溝201および202が形成される。溝201は幅
L1をもった深い溝であり、溝202は幅L2をもった
浅い溝である。溝201は、後にこの基板をダイシング
しやすくするためのものである。この溝201を形成す
る位置は、要するに、主基板100の作用部110に対
応する部分210(図の4か所の部分)と、固定部13
0に対応する部分220(その他の部分)と、が分離さ
れるような位置になっていればよい。別言すれば、補助
基板200を主基板100上に重ねて接合し、溝201
に沿って補助基板200のみを切断した場合に、補助基
板200が重錘体(部分210)と台座(部分220)
とに分離するようにすればよい。また、溝202は、切
断後の重錘体の上方向への変位に関する自由度を与える
ためのものである。このような補助基板200が用意で
きたら、これを図8の(b) に示すように、主基板100
に接合する。この接合は、接着剤による接着でもかまわ
ないが、確実な接合を行うために、材料どうしを直接接
合できる陽極接合を用いるのが好ましい。すなわち、両
者間に電圧を印加し、両者の温度を上げ、加圧しながら
接合するのである。
Next, an auxiliary substrate 200 as shown in FIG. 10 is prepared. Since a part of the auxiliary substrate 200 eventually constitutes the weight body and the remaining part thereof constitutes the pedestal, a material suitable for the weight body and the pedestal is used. Further, since the main substrate 100 is bonded to the main substrate 100, it is preferable to use a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the main substrate 100. For example, it is preferable to use the same silicon substrate or glass substrate as the main substrate 100. FIG. 10B is a top view of the auxiliary substrate 200 after processing,
(a) is a side sectional view showing a state of cutting this along a cutting line aa. Thus, the grooves 201 and 202 are formed on the upper surface of the auxiliary substrate 200 vertically and horizontally. The groove 201 is a deep groove having a width L1, and the groove 202 is a shallow groove having a width L2. The groove 201 is for facilitating the dicing of the substrate later. The position where the groove 201 is formed is, in short, a portion 210 (four portions in the drawing) corresponding to the action portion 110 of the main substrate 100 and the fixing portion 13.
The portion 220 (the other portion) corresponding to 0 may be located at a position where it can be separated. In other words, the auxiliary substrate 200 is overlapped on the main substrate 100 and joined,
When only the auxiliary substrate 200 is cut along the auxiliary substrate 200, the auxiliary substrate 200 is divided into a weight (part 210) and a pedestal (part 220).
What is necessary is just to separate it. The groove 202 is for giving a degree of freedom regarding upward displacement of the weight body after cutting. When such an auxiliary substrate 200 is prepared, it is attached to the main substrate 100 as shown in FIG.
To join. This bonding may be performed by bonding with an adhesive, but it is preferable to use anodic bonding that can directly bond materials to each other in order to perform reliable bonding. That is, a voltage is applied between the two, the temperature of the two is raised, and bonding is performed while applying pressure.

【0018】続いて、図8の(c) に示すように、補助基
板200を溝201に沿ってダイシングブレードで切断
する。切断路203は、溝201とは逆側(図の下方)
に形成される。これにより、部分210(重錘体とな
る)と部分220(台座となる)とが、完全に切り離さ
れることになる。図10の(b) に示すように、部分21
0(重錘体)は4か所に位置するが、これが図9の(b)
に示す作用部110のみに接合された状態となる。ま
た、それ以外の部分220(台座)は、図9の(b)に示
す固定部130のみに接合された状態となる。なお、可
撓部120は補助基板200からは浮いた状態になって
いるため、いずれの部分とも接合されない。このよう
に、補助基板200をダイシングすることにより、重錘
体210と台座220とを同時に形成することができ
る。ここで、台座220は固定部130を支える台座と
しての機能を果たすだけでなく、重錘体210の横方向
の変位が許容範囲を越えないように制御する制御部材と
しての機能も果たす。この許容範囲は、切断路203の
幅によって決定されることになる(切断路203の幅よ
りも溝201の幅が小さい場合は、溝201の幅によっ
て決定される)。なお、ここで行ったダイシング工程
は、補助基板200のみに対するダイシング工程であ
り、主基板100はまだ1枚の状態である。
Subsequently, as shown in FIG. 8C, the auxiliary substrate 200 is cut along the groove 201 with a dicing blade. The cutting path 203 is on the opposite side of the groove 201 (below the figure).
Formed. As a result, the portion 210 (which becomes a weight body) and the portion 220 (which becomes a pedestal) are completely separated. As shown in FIG.
0 (weight body) is located at four places, which is shown in FIG.
Are joined only to the action portion 110 shown in FIG. Further, the other part 220 (pedestal) is in a state of being joined only to the fixing part 130 shown in FIG. 9B. Since the flexible portion 120 is in a state of being floated from the auxiliary substrate 200, it is not joined to any portion. In this manner, by dicing the auxiliary substrate 200, the weight body 210 and the pedestal 220 can be simultaneously formed. Here, the pedestal 220 not only functions as a pedestal that supports the fixing unit 130, but also functions as a control member that controls the lateral displacement of the weight body 210 so as not to exceed an allowable range. This allowable range is determined by the width of the cutting path 203 (when the width of the groove 201 is smaller than the width of the cutting path 203, it is determined by the width of the groove 201). Note that the dicing step performed here is a dicing step for only the auxiliary substrate 200, and the main substrate 100 is still in a single state.

【0019】次に、図11に示すような制御基板300
を用意する。この制御基板300は、重錘体210の下
方向の変位を許容範囲に制御するためのものである。材
質としては、補助基板200と同様に、シリコン基板あ
るいはガラス基板を用いればよい。この制御基板300
の上面には、4つの単位領域のそれぞれについて、全く
同じ加工が施される。図11の(b) は加工後の制御基板
300の上面図、(a)はこれを切断線a−aで切断した
状態を示す側断面図である。上面には、4か所に正方形
の溝301が形成されている。この溝301は、重錘体
210の変位の下方向の自由度を制御するためのもので
あり、自由度は溝301の深さによって決定されること
になる。この制御基板300を、図8の(d) に示すよう
に、補助基板200に接合する。この接合にも、陽極接
合を用いるのが好ましい。
Next, a control board 300 as shown in FIG.
Prepare The control board 300 is for controlling the downward displacement of the weight body 210 within an allowable range. As a material, a silicon substrate or a glass substrate may be used as in the case of the auxiliary substrate 200. This control board 300
Exactly the same processing is performed on each of the four unit regions on the upper surface of the. FIG. 11B is a top view of the control board 300 after processing, and FIG. 11A is a side sectional view showing a state where the control board 300 is cut along a cutting line aa. Square grooves 301 are formed in four places on the upper surface. The groove 301 is for controlling the degree of freedom in the downward direction of the displacement of the weight body 210, and the degree of freedom is determined by the depth of the groove 301. The control board 300 is bonded to the auxiliary board 200 as shown in FIG. It is preferable to use anodic bonding also for this bonding.

【0020】次に、図12に示すような副基板400を
用意する。この副基板400は、第2の電極層E2を支
持するためのものである。材質としては、主基板100
と同様に、シリコン基板あるいはガラス基板を用いれば
よい。この副基板400の下面には、4つの単位領域の
それぞれについて、全く同じ加工が施される。図12の
(b) は加工後の副基板400の下面図、(a) はこれを切
断線a−aで切断した状態を示す側断面図である。下面
には、4か所に正方形の溝401が形成されており、こ
の溝401の底面に、それぞれ第2の電極層E2が形成
されている。この第2の電極層E2は、図3に示す固定
電極11に相当するものであり、図3に示すような位
置、すなわち変位電極21〜25に対向する位置に形成
される。この実施形態では、単結晶シリコン基板からな
る副基板400の表面に、エッチングなどの方法により
溝401を形成した後、この溝401の底面にアルミニ
ウム層を付着させる方法により第2の電極層E2を形成
している。もちろん、第1の電極層E1と同様に不純物
拡散の方法により、この第2の電極層E2を形成しても
かまわない。要するに、導電性をもった層を形成できる
方法であればどのような方法によって第2の電極層E2
を形成してもかまわない。ただ、不純物拡散層の形成
や、アルミニウム層の形成による方法は、従来の半導体
プレーナプロセスの技術をそのまま利用することができ
る点で好ましい。溝401の形成や第2の電極層E2の
形成は、半導体プロセスで用いられるマイクロマシーニ
ング技術を利用することにより、きわめて高い精度で行
うことができる。この副基板400のもう1つの特徴
は、横幅が他の基板に比べて少し短くなっており、中央
には縦に長い溝402が形成されている点である。これ
は、後述するように、ワイヤボンディングのための便宜
を図るための工夫である。この副基板400を、図13
の(a) に示すように、主基板100に接合する。この接
合にも、陽極接合を用いるのが好ましい。このようにし
て、第1の電極層E1と第2の電極層E2とが、図の上
下で対向することになる。両電極間距離は、できるだけ
狭くした方が静電容量を増やし高感度の測定を行う上で
好ましい。前述したマイクロマシーニング技術を利用す
れば、両電極間距離を数μm程度にすることが可能であ
る。
Next, a sub-board 400 as shown in FIG. 12 is prepared. This sub-substrate 400 is for supporting the second electrode layer E2. As a material, the main board 100
Similarly, a silicon substrate or a glass substrate may be used. Exactly the same processing is performed on the lower surface of the sub-substrate 400 for each of the four unit regions. In FIG.
(b) is a bottom view of the sub-substrate 400 after processing, and (a) is a side cross-sectional view showing a state of cutting the same along a cutting line aa. On the lower surface, square grooves 401 are formed at four places, and second electrode layers E2 are formed on the bottom surfaces of the grooves 401, respectively. The second electrode layer E2 corresponds to the fixed electrode 11 shown in FIG. 3, and is formed at a position shown in FIG. 3, that is, a position facing the displacement electrodes 21 to 25. In this embodiment, after a groove 401 is formed on the surface of a sub-substrate 400 made of a single crystal silicon substrate by etching or the like, the second electrode layer E2 is formed by a method of attaching an aluminum layer to the bottom surface of the groove 401. Has formed. Of course, like the first electrode layer E1, the second electrode layer E2 may be formed by an impurity diffusion method. In short, the second electrode layer E2 can be formed by any method that can form a layer having conductivity.
May be formed. However, the method of forming the impurity diffusion layer or the method of forming the aluminum layer is preferable in that the technique of the conventional semiconductor planar process can be used as it is. The formation of the groove 401 and the formation of the second electrode layer E2 can be performed with extremely high precision by utilizing micromachining technology used in a semiconductor process. Another feature of the sub-substrate 400 is that the lateral width is slightly shorter than other substrates, and a vertically long groove 402 is formed at the center. This is a contrivance for the convenience of wire bonding, as will be described later. This sub-substrate 400 is
As shown in (a) of FIG. It is preferable to use anodic bonding also for this bonding. In this way, the first electrode layer E1 and the second electrode layer E2 face each other in the upper and lower parts of the figure. It is preferable to make the distance between the two electrodes as narrow as possible in order to increase the capacitance and perform highly sensitive measurement. If the above-mentioned micromachining technology is used, the distance between both electrodes can be reduced to about several μm.

【0021】この後、図13の(b) に示すように、溝4
02の上方を切断路403によって切除する。更に、図
13の(c) に示すように、各単位領域を切断路510に
沿って切断すれば、図7に示す4つの単位領域がそれぞ
れ分離され、センサ中枢部500が完成する。完成した
センサ中枢部500の斜視図を図14に示す。副基板4
00の横幅を短くし、縦に長い溝402を形成しておい
たのは、この図14に示すように、ボンディングパッド
501を露出させるために他ならない。
Thereafter, as shown in FIG.
02 is cut off by a cutting path 403. Further, as shown in FIG. 13C, when each unit area is cut along the cutting path 510, the four unit areas shown in FIG. 7 are respectively separated, and the sensor center part 500 is completed. FIG. 14 shows a perspective view of the completed sensor center part 500. Sub-board 4
The reason why the width of 00 is shortened and the vertically long groove 402 is formed is that the bonding pad 501 is exposed as shown in FIG.

【0022】§3. 本発明に係るセンサの製造工程II 続いて、各基板をダイシングした後の工程について説明
する。図14に示すようなセンサ中枢部500が得られ
たら、これを図15の側断面図に示すように、パッケー
ジ600の内部に収容する。すなわち、センサ中枢部5
00の底部を、パッケージ600の内部に接着すればよ
い。パッケージ600には、実装用のリード610が取
り付けられており、ボンディングパッド501とリード
610の内側端とが、ボンディングワイヤ620によっ
てボンディングされる。この後、パッケージ600に蓋
630を被せて封止すれば、加速度センサが完成する。
§3. Manufacturing process II of the sensor according to the present invention Next, the process after dicing each substrate will be described. When the sensor center 500 as shown in FIG. 14 is obtained, it is housed inside the package 600 as shown in the side sectional view of FIG. That is, the sensor center 5
The bottom of 00 may be adhered to the inside of the package 600. Mounting leads 610 are attached to the package 600, and the bonding pads 501 and the inner ends of the leads 610 are bonded by bonding wires 620. Thereafter, if the package 600 is covered with a lid 630 and sealed, the acceleration sensor is completed.

【0023】このように、基板単位の製造工程(前述の
製造工程I)に比べて、ダイシング後の各ユニット単位
の製造工程(上述した製造工程II)は非常に簡単であ
る。すなわち、上述した方法によれば、製造工程のほと
んどを基板単位で行うことができ、大量生産に適した効
率よい製造が可能になる。
As described above, the manufacturing process of each unit after dicing (the above-described manufacturing process II) is much simpler than the manufacturing process of each substrate (the above-described manufacturing process I). That is, according to the above-described method, most of the manufacturing steps can be performed for each substrate, and efficient manufacturing suitable for mass production becomes possible.

【0024】§4. 本発明に係るセンサの特徴 図15に示すセンサでは、重錘体210が主基板100
の中央部分の作用部に接合され、宙吊りの状態になって
いる。このセンサに加速度が作用すると、主基板100
の肉薄部分である可撓部に撓みが生じるため、重錘体2
10は宙吊りの状態のまま変位することになる。このよ
うな変位により、第1の電極層E1と第2の電極層E2
との間の距離が変化し、両電極層によって構成される容
量素子の静電容量の変化として、作用した加速度を検出
することができる点は、§1で述べたとおりである。
§4. Features of the Sensor According to the Present Invention In the sensor shown in FIG.
It is joined to the action part in the center part of, and is suspended. When acceleration acts on this sensor, the main board 100
Since the flexible portion, which is a thin portion of the weight, is bent, the weight 2
10 is displaced in a suspended state. Due to such displacement, the first electrode layer E1 and the second electrode layer E2
Is changed as described above, and the acceleration acting as a change in the capacitance of the capacitive element formed by both electrode layers can be detected as described in §1.

【0025】このような構造を有するセンサでは、既に
§2の製造工程の各箇所で述べたように、重錘体210
の変位を制御するための制御部材が用意されることにな
る。まず、台座220は、重錘体210の横方向の変位
が許容範囲を越えないように制御する制御部材として機
能する。また、主基板100の周囲部分を構成する固定
部のうち、外側部分の底面には台座220が接合されて
いる。一方、固定部のうち、内側部分の底面は、重錘体
210の上方向の変位が許容範囲を越えないように制御
する制御部材として機能する。更に、制御基板300
は、重錘体210の下方向の変位を許容範囲に制御する
制御部材として機能する。したがって、このセンサに過
度の加速度が作用した場合であっても、重錘体210の
上方向、横方向、下方向の変位は、これらの各制御部材
によって制限され、主基板100の可撓部に対して過度
の応力が加わることはない。この実施形態では、主基板
100として、単結晶シリコン基板を用いているが、過
度の加速度が作用した場合であっても、上述した各制御
部材の機能により、主基板100に機械的な損傷が生じ
ることはない。
In the sensor having such a structure, as described in each part of the manufacturing process in §2, the weight 210
A control member for controlling the displacement of is provided. First, the pedestal 220 functions as a control member that controls the lateral displacement of the weight body 210 so as not to exceed an allowable range. The pedestal 220 is joined to the bottom surface of the outer part of the fixing part that forms the peripheral part of the main substrate 100. On the other hand, the bottom surface of the inner portion of the fixed portion functions as a control member that controls the upward displacement of the weight body 210 so as not to exceed an allowable range. Further, the control board 300
Functions as a control member for controlling the downward displacement of the weight body 210 within an allowable range. Therefore, even if an excessive acceleration acts on this sensor, the upward, lateral, and downward displacements of the weight body 210 are limited by these control members, and the flexible portion of the main board 100 is restricted. No excessive stress is applied. In this embodiment, a single crystal silicon substrate is used as the main substrate 100. However, even when an excessive acceleration is applied, mechanical damage to the main substrate 100 is caused by the functions of the control members described above. Will not occur.

【0026】§5. 他の実施形態 以上、本発明を図示する一実施形態について述べたが、
本発明はこの実施形態のみに限定されるものではなく、
種々の態様で実施することができる。以下に、別な態様
による実施形態を例示する。
§5. While the other embodiments have been described with reference to one embodiment illustrating the invention,
The present invention is not limited to only this embodiment,
It can be implemented in various ways. Hereinafter, embodiments according to other aspects will be exemplified.

【0027】(1) 上述の実施形態では、制御基板30
0を接合しているが、本発明の第1の基本思想は、補助
基板200によって重錘体と台座とを形成し、重錘体の
横方向の変位を台座によって制限することにある。した
がって、制御基板300を接合する工程は必ずしも必要
な工程ではない。また、重錘体210の底面を削るなど
して、台座220の厚みより重錘体210の厚みを若干
小さくしておき、台座220の底面を直接パッケージ6
00の内部底面に接合してもかまわない。重錘体210
の厚みが若干小さいため、加速度が作用しない状態で
は、重錘体210をパッケージ600の内部底面から浮
いた状態に維持できる。
(1) In the above embodiment, the control board 30
However, the first basic idea of the present invention is that the weight and the pedestal are formed by the auxiliary substrate 200, and the lateral displacement of the weight is limited by the pedestal. Therefore, the step of bonding the control substrate 300 is not always necessary. Also, the thickness of the weight body 210 is made slightly smaller than the thickness of the pedestal 220 by shaving the bottom surface of the weight body 210, and the bottom surface of the pedestal 220 is directly packaged.
It may be joined to the inner bottom surface of 00. Weight 210
Is slightly small, so that the weight 210 can be kept floating from the inner bottom surface of the package 600 when no acceleration is applied.

【0028】(2) 上述の実施形態では、加速度センサ
に本発明を適用した例を説明したが、本発明は磁気セン
サにも同様に適用することができる。ただし、加速度セ
ンサの場合は、作用部に力を作用させる作用体が重錘体
210であったのに対し、磁気センサの場合、作用体を
磁性体としなければならない。したがって、補助基板2
00の材質としては磁性材料を用いることになる。
(2) In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to an acceleration sensor has been described. However, the present invention can be similarly applied to a magnetic sensor. However, in the case of the acceleration sensor, the weight acting on the acting portion is the weight 210, whereas in the case of the magnetic sensor, the weight must be a magnetic body. Therefore, the auxiliary substrate 2
As the material of 00, a magnetic material is used.

【0029】(3) 図10に示す補助基板200では、
予め溝201を形成している。この溝201は、後の工
程で補助基板200を切断する作業を容易にするための
ものであり、必ずしも必要なものではない。後に補助基
板200をうまく切断することができれば、溝201は
不要である。
(3) In the auxiliary substrate 200 shown in FIG.
The groove 201 is formed in advance. The groove 201 is for facilitating the operation of cutting the auxiliary substrate 200 in a later step, and is not always necessary. If the auxiliary substrate 200 can be cut well later, the groove 201 is unnecessary.

【0030】(4) 図11に示す制御基板300では、
正方形の溝301を各単位領域ごとに形成したが、代わ
りに図17に示すような単位領域にまたがって形成され
た細長い溝302を有する制御基板300′を用いても
かまわない。
(4) In the control board 300 shown in FIG.
Although the square groove 301 is formed for each unit region, a control substrate 300 ′ having an elongated groove 302 formed over the unit region as shown in FIG. 17 may be used instead.

【0031】(5) 上述の実施形態は、図14に示すよ
うに、ボンディングパッド501と各電極層(図14に
は示されていない)との電気的接続は、主基板内部の拡
散層によって行われている。ところが、図16に示すセ
ンサ中枢部500′のように、基板上にアルミニウムな
どからなる配線層502を形成して両者の電気的接続を
行うタイプのものでは、この配線層502のための間隙
503を確保する必要がある。この場合は、図12に示
す副基板400の代わりに、図18に示すような溝40
4を有する副基板400′を用いるようにすればよい。
(5) In the above embodiment, as shown in FIG. 14, the electrical connection between the bonding pad 501 and each electrode layer (not shown in FIG. 14) is made by a diffusion layer inside the main substrate. Is being done. However, in the case of a type in which a wiring layer 502 made of aluminum or the like is formed on a substrate and an electrical connection between them is made, as in a sensor center portion 500 'shown in FIG. 16, a gap 503 for the wiring layer 502 is formed. Need to be secured. In this case, instead of the sub-substrate 400 shown in FIG. 12, the groove 40 shown in FIG.
4 may be used.

【0032】(6) 前述したように、上述の実施形態で
は説明の便宜上、図7に示す正方形の基板を用いて4組
のセンサ中枢部を製造する例を述べたが、実際には図6
に示すような円盤状のウエハを用いてより多数のセンサ
中枢部が製造できる。もちろん、1枚の基板(ウエハ)
により1組のセンサ中枢部のみを製造してもかまわな
い。
(6) As described above, in the above-described embodiment, for convenience of explanation, an example in which four sets of sensor centers are manufactured using the square substrate shown in FIG. 7 has been described.
A larger number of sensor centers can be manufactured using a disk-shaped wafer as shown in FIG. Of course, one substrate (wafer)
, Only one set of sensor cores may be manufactured.

【0033】(7) 上述の実施形態では、重錘体210
の周囲の空間は空気で満たされているが、この空間にシ
リコンオイルなどを封入すると、衝撃や振動の吸収効果
が得られ、耐衝撃性、耐振動性が向上する。
(7) In the above embodiment, the weight 210
The space around is filled with air, but if silicone oil or the like is sealed in this space, the effect of absorbing shock and vibration is obtained, and the shock resistance and vibration resistance are improved.

【0034】(8) 静電容量の変化を信号として取り出
すには、一般に、容量素子に接続された発振回路、この
発振回路の出力を増幅する増幅回路、そして増幅された
信号の周波数を計数する計数回路などが必要となるが、
主基板100を半導体基板で構成すれば、これらの回路
を主基板100上に形成することもできる。
(8) In order to extract a change in capacitance as a signal, generally, an oscillation circuit connected to a capacitance element, an amplification circuit for amplifying the output of the oscillation circuit, and counting the frequency of the amplified signal are performed. A counting circuit is required,
If the main substrate 100 is formed of a semiconductor substrate, these circuits can also be formed on the main substrate 100.

【0035】(9) 図2および図3に示すように、ここ
で述べた実施形態では、固定基板10側に1枚の固定電
極11を、変位基板20側に5枚の変位電極21〜25
を形成しているが、逆に、固定基板10側に5枚の固定
電極を、変位基板20側に1枚の変位電極を、それぞれ
形成してもよい。
(9) As shown in FIGS. 2 and 3, in the embodiment described here, one fixed electrode 11 is provided on the fixed substrate 10 side, and five displacement electrodes 21 to 25 are provided on the displacement substrate 20 side.
However, conversely, five fixed electrodes may be formed on the fixed substrate 10 side, and one displacement electrode may be formed on the displacement substrate 20 side.

【0036】(10) また、上述の実施形態では、対向す
る電極の一方を1枚の電極層、もう一方を5枚の電極
層、でそれぞれ形成している。この場合、検出回路の構
成上、1枚の電極層を共通電極として用いることにな
る。これに対し、双方ともに5枚の電極層を形成するよ
うにしてもかまわない。この場合、5組の完全に独立し
た容量素子が構成されることになり、より自由度をもっ
た検出処理が可能になる。
(10) In the above embodiment, one of the opposing electrodes is formed of one electrode layer, and the other is formed of five electrode layers. In this case, one electrode layer is used as a common electrode due to the configuration of the detection circuit. On the other hand, both may form five electrode layers. In this case, five sets of completely independent capacitance elements are configured, and detection processing with more flexibility can be performed.

【0037】(11) 上述の実施形態では、図3に示すよ
うな形態で5枚の変位電極21〜25を配し、三次元方
向の加速度を検出しているが、変位電極25を用いずに
Z軸方向の加速度成分の検出も可能である。すなわち、
変位電極21〜24の4枚だけを用いて三次元方向の加
速度検出を行うこともできる(詳細は、特開平4−14
8833号公報参照)。しかしながら、他軸成分の干渉
を抑制した精度良い測定を行う場合には、図3に示すよ
うな5枚の電極配置が理想的である。別言すれば、Z軸
方向成分の検出を、中央に配した電極25で行い、X軸
あるいはY軸方向成分の検出を、その周囲に配した電極
21〜24で行うのが好ましい。X軸あるいはY軸方向
成分の力が作用した場合、電極25の変位に比べて電極
21〜24の変位が顕著であることが図4から理解でき
よう(電極25は中央に配置されているため、全体とし
てみれば変位していないと考えることができる)。した
がって、X軸あるいはY軸方向成分の検出には、電極2
1〜24を用いるのが適当である。また、Z軸方向成分
の力が作用した場合、電極21〜24の変位に比べて電
極25の変位が顕著であることが図5から理解できよ
う。したがって、Z軸方向成分の検出には、電極25を
用いるのが適用である。
(11) In the above-described embodiment, five displacement electrodes 21 to 25 are arranged in the form shown in FIG. 3 to detect three-dimensional acceleration, but the displacement electrode 25 is not used. It is also possible to detect the acceleration component in the Z-axis direction. That is,
It is also possible to detect acceleration in a three-dimensional direction by using only four displacement electrodes 21 to 24 (for details, see Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 8833). However, when performing accurate measurement while suppressing interference of other axis components, an arrangement of five electrodes as shown in FIG. 3 is ideal. In other words, it is preferable that the detection of the component in the Z-axis direction is performed by the electrode 25 disposed at the center, and the detection of the component in the X-axis or Y-axis direction is performed by the electrodes 21 to 24 disposed therearound. It can be understood from FIG. 4 that the displacement of the electrodes 21 to 24 is more remarkable than the displacement of the electrode 25 when a force in the X-axis or Y-axis direction component is applied (because the electrode 25 is disposed at the center). It can be considered that there is no displacement as a whole). Therefore, to detect the X-axis or Y-axis direction component, the electrode 2
Suitably, 1 to 24 is used. Also, it can be understood from FIG. 5 that when the force in the Z-axis direction component acts, the displacement of the electrode 25 is more remarkable than the displacement of the electrodes 21 to 24. Therefore, it is applicable to use the electrode 25 to detect the Z-axis direction component.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、静電容量
の変化を利用したセンサにおいて、宙吊り状態の作用体
の周囲に制御部材を設けるようにしたため、過度の外力
が作用した場合にも損傷を受けにくい静電容量の変化を
利用したセンサを提供することができる。また、1枚の
基板を切断することにより作用体と台座とを形成するよ
うにしたため、このようなセンサを効率良く大量生産す
ることができるようになる。
As described above, according to the present invention, in a sensor utilizing a change in capacitance, a control member is provided around an operating body in a suspended state, so that even when an excessive external force acts. It is possible to provide a sensor using a change in capacitance that is not easily damaged. Further, since the acting body and the pedestal are formed by cutting one substrate, such a sensor can be efficiently mass-produced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の適用対象となる加速度センサの基本構
造を示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a basic structure of an acceleration sensor to which the present invention is applied.

【図2】図1に示すセンサの固定基板10の下面図であ
る。図2の固定基板10をX軸に沿って切断した断面が
図1に示されている。
FIG. 2 is a bottom view of a fixed substrate 10 of the sensor shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the fixed substrate 10 of FIG. 2 cut along the X-axis.

【図3】図1に示すセンサの可撓基板20の上面図であ
る。図3の可撓基板20をX軸に沿って切断した断面が
図1に示されている。
FIG. 3 is a top view of a flexible substrate 20 of the sensor shown in FIG. FIG. 1 shows a cross section of the flexible substrate 20 of FIG. 3 cut along the X-axis.

【図4】図1に示すセンサの作用点PにX軸方向の力F
xが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。
FIG. 4 shows a force F in the X-axis direction applied to an action point P of the sensor shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the bending state of a sensor when x acts.

【図5】図1に示すセンサの作用点PにZ軸方向の力F
zが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。
FIG. 5 shows a force F in the Z-axis direction at an action point P of the sensor shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the bending state of a sensor when z acts.

【図6】本発明の具体的な実施形態に係るセンサを製造
するために、基板に単位領域を定義した状態を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a state in which a unit area is defined on a substrate in order to manufacture a sensor according to a specific embodiment of the present invention.

【図7】説明の便宜上、より単純な単位領域を定義した
状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state in which a simpler unit area is defined for convenience of explanation.

【図8】本発明の一実施形態に係る加速度センサ中枢部
の製造方法の前段階を示す工程図である。
FIG. 8 is a process diagram showing a previous stage of the method of manufacturing the central part of the acceleration sensor according to one embodiment of the present invention.

【図9】図8に示す方法に用いる主基板の側断面および
下面を示す図である。
9 is a diagram showing a side cross section and a lower surface of a main substrate used in the method shown in FIG.

【図10】図8に示す方法に用いる補助基板の側断面図
および下面を示す図である。
FIG. 10 is a side sectional view and a bottom view of an auxiliary substrate used in the method shown in FIG. 8;

【図11】図8に示す方法に用いる制御基板の側断面図
および下面を示す図である。
11 is a side sectional view and a bottom view of a control board used in the method shown in FIG. 8;

【図12】図8に示す方法に用いる副基板の側断面図お
よび下面を示す図である。
FIG. 12 is a side sectional view and a bottom view showing a sub-substrate used in the method shown in FIG. 8;

【図13】本発明の一実施形態に係る加速度センサ中枢
部の製造方法の後段階を示す工程図である。
FIG. 13 is a process diagram showing a later stage of the method of manufacturing the central part of the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention.

【図14】図13に示す方法で製造された加速度センサ
中枢部を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a central portion of the acceleration sensor manufactured by the method shown in FIG.

【図15】図14に示す加速度センサ中枢部をパッケー
ジに収容した状態を示す側断面図である。
FIG. 15 is a side sectional view showing a state where the central part of the acceleration sensor shown in FIG. 14 is accommodated in a package.

【図16】本発明の別な実施形態に係る加速度センサ中
枢部を示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing a central portion of an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.

【図17】本発明の別な実施形態に係るセンサに用いる
制御基板の側断面図および上面を示す図である。
FIG. 17 is a side sectional view and a top view of a control board used in a sensor according to another embodiment of the present invention.

【図18】本発明の別な実施形態に係るセンサに用いる
副基板の側断面図および下面を示す図である。
FIG. 18 is a side sectional view and a bottom view showing a sub-substrate used for a sensor according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…固定基板 11…固定電極 20…可撓基板 21〜25…変位電極 30…作用体 100…主基板 101…溝 110…作用部 120…可撓部 130…固定部 200…補助基板 201,202…溝 203…切断路 210…重錘体 220…台座 300,300′…制御基板 301,302…溝 400,400′…副基板 401,402…溝 403…切断路 404…溝 500,500′…センサ中枢部 501…ボンディングパッド 502…配線層 503…配線層用間隙 510…切断路 600…パッケージ 610…リード 620…ボンディングワイヤ 630…蓋 E1…第1の電極層 E2…第2の電極層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fixed board 11 ... Fixed electrode 20 ... Flexible board 21-25 ... Displacement electrode 30 ... Working body 100 ... Main board 101 ... Groove 110 ... Working part 120 ... Flexible part 130 ... Fixed part 200 ... Auxiliary board 201, 202 ... Groove 203. Cutting path 210... Weight body 220... Pedestal 300, 300 ′... Sensor central portion 501 Bonding pad 502 Wiring layer 503 Wiring layer gap 510 Cutting path 600 Package 610 Lead 620 Bonding wire 630 Cover E1 First electrode layer E2 Second electrode layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ほぼ中心に作用部、その周囲に可撓部、
更にその周囲に固定部が定義され、下面の前記可撓部の
部分に形成された溝により前記可撓部が可撓性を有する
ように構成された第1の基板と、 前記第1の基板の上面に対して所定間隔をおいて固定さ
れた対向面を有する第2の基板と、 前記第1の基板の前記上面に形成された第1の電極層
と、 前記第2の基板の前記対向面に、前記第1の電極層に対
向するように形成された第2の電極層と、 前記第1の基板の下面の前記作用部に接合された作用体
と、 前記第1の基板の下面の前記固定部に接合された台座
と、 を備え、 前記作用体に外力が作用すると、前記可撓部の機械的変
形により前記作用体が変位し、前記第1の電極層と前記
第2の電極層とによって形成される容量素子の静電容量
が変化するように構成され、前記外力を前記静電容量の
変化として検出する機能を有し、 前記台座の内側面と、前記作用体の外側面とが、所定の
間隔をおいて対向するように構成され、前記台座の内側
面によって前記作用体の横方向への変位を所定範囲内に
制限できるようにしたことを特徴とする静電容量の変化
を利用したセンサ。
An action portion substantially at the center, a flexible portion around the action portion,
A first substrate having a fixed portion defined around the first substrate, the first substrate being configured such that the flexible portion has flexibility by a groove formed in the lower portion of the flexible portion; A second substrate having an opposing surface fixed at a predetermined distance from an upper surface of the first substrate, a first electrode layer formed on the upper surface of the first substrate, and an opposing surface of the second substrate. A second electrode layer formed on the surface so as to face the first electrode layer; an operating body joined to the operating portion on a lower surface of the first substrate; and a lower surface of the first substrate And a pedestal joined to the fixed portion of (a). When an external force acts on the working body, the working body is displaced by mechanical deformation of the flexible part, and the first electrode layer and the second The capacitance of the capacitance element formed by the electrode layer is configured to change, and the external force is applied to the capacitance. It has a function of detecting as a change in the amount, the inner surface of the pedestal, the outer surface of the operating body is configured to oppose at a predetermined interval, the inner surface of the pedestal of the operating body A sensor using a change in capacitance, wherein a displacement in a lateral direction can be limited within a predetermined range.
【請求項2】 請求項1に記載のセンサにおいて、 第1の基板の固定部下面に、内側部分と、この内側部分
の周囲を取り囲む外側部分とを定義し、 前記外側部分に台座を接合するようにし、 前記内側部分と、作用体上面の一部分とが、所定の間隔
をおいて対向するように構成し、前記内側部分によって
前記作用体の上方への変位を所定範囲内に制限できるよ
うにしたことを特徴とする静電容量の変化を利用したセ
ンサ。
2. The sensor according to claim 1, wherein an inner portion and an outer portion surrounding the inner portion are defined on a lower surface of the fixed portion of the first substrate, and a pedestal is joined to the outer portion. The inner part and a part of the upper surface of the working body are configured to face each other at a predetermined interval, and the upward displacement of the working body can be limited to a predetermined range by the inner part. A sensor utilizing a change in capacitance, characterized in that:
【請求項3】 請求項1または2に記載のセンサにおい
て、 台座の下面に接合された第3の基板を更に設け、この第
3の基板の上面と作用体の下面とが所定の間隔をおいて
対向するように構成し、前記第3の基板の上面によって
前記作用体の下方向への変位を所定範囲内に制限できる
ようにしたことを特徴とする静電容量の変化を利用した
センサ。
3. The sensor according to claim 1, further comprising a third substrate bonded to a lower surface of the pedestal, wherein an upper surface of the third substrate and a lower surface of the operating body are spaced at a predetermined distance. A sensor using a change in capacitance, wherein a downward displacement of the operating body can be limited to a predetermined range by an upper surface of the third substrate.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のセンサ
を製造する方法において、 単一の基板を切断する工程によって台座と作用体とを形
成し、この切断工程における切断路によって形成された
空間の範囲内で、前記作用体の横方向への変位を制限で
きるようにしたことを特徴とする静電容量の変化を利用
したセンサの製造方法。
4. A method for manufacturing a sensor according to claim 1, wherein a pedestal and an operating body are formed by a step of cutting a single substrate, and formed by a cutting path in the cutting step. A method for manufacturing a sensor using a change in capacitance, wherein a lateral displacement of the operating body can be limited within a range of a closed space.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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