(57)【要約】【課題】製造工程を複雑にすることなく、熱歪みの影響を低減できる容量式物理量センサを提供する。【解決手段】複数の可動電極２４が棒状の錘部２１に備えられた可動部２０を備える。そして、錘部２１に対して直交する方向の一方向に、可動電極２４より錘部の一端２１ａ側に配置された第１固定電極３２を有する第１固定部３０を配置する。また、錘部２１に対して直交する方向の一方向に、可動電極２４より錘部２１の他端２１ｂ側に配置された第２固定電極４２を有する第２固定部４０を配置する。さらに、錘部２１を挟んで第１固定部３０と反対側に、可動電極２４より錘部２１の他端２１ｂ側に配置された第３固定電極５２を有する第３固定部５０を配置する。また、錘部２１を挟んで第２固定部４０と反対側に、可動電極２４より錘部２１の一端２１ａ側に配置された第４固定電極６２を有し、第３固定部５０より錘部２１の他端２１ｂ側に第４固定部６０を配置する。【選択図】図１
2014190806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板（１１）と、
所定方向に延設されて前記支持基板に支持され、物理量に応じて前記所定方向に変位可能とされた棒状の錘部（２１）と、前記錘部に備えられ、前記所定方向と直交する方向に突出している複数の可動電極（２４）と、を有する可動部（２０）と、
前記可動電極と対向すると共に前記可動電極より前記錘部の一端（２１ａ）側に配置された第１固定電極（３２）と、前記第１固定電極を支持すると共に前記支持基板に支持される第１配線部（３１）と、を有し、前記錘部に対して前記直交する方向の一方向に配置された第１固定部（３０）と、
前記可動電極と対向すると共に前記可動電極に対して前記錘部の他端（２１ｂ）側に配置された第２固定電極（４２）と、前記第２固定電極を支持すると共に前記支持基板に支持される第２配線部（４１）と、を有し、前記錘部に対して前記直交する方向の一方向に配置された第２固定部（４０）と、
前記可動電極と対向すると共に前記可動電極に対して前記錘部の他端側に配置された第３固定電極（５２）と、前記第３固定電極を支持すると共に前記支持基板に支持される第３配線部（５１）と、を有し、前記錘部を挟んで前記第１固定部と反対側に配置された第３固定部（５０）と、
前記可動電極と対向すると共に前記可動電極に対して前記錘部の一端側に配置された第４固定電極（６２）と、前記第４固定電極を支持すると共に前記支持基板に支持される第４配線部（６１）と、を有し、前記錘部を挟んで前記第２固定部と反対側であって前記第３固定部より前記錘部の他端側に配置された第４固定部（６０）と、を備え、
前記可動電極と前記第１固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ１）と前記可動電極と前記第４固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ４）の和と、前記可動電極と前記第２固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ２）と前記可動電極と前記第３固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ３）の和との差に基づいて、前記物理量を検出することを特徴とする容量式物理量センサ。
【請求項２】
前記支持基板の中心を通り、前記所定方向に沿って延びる延長線を第１仮想線（Ｋ１）としたとき、
前記第１仮想線に対して、前記第１、第３配線部が対称に配置されていると共に前記第２、第４配線部が対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量センサ。
【請求項３】
前記支持基板の中心を通り、前記所定方向と直交する方向であって前記支持基板の面方向と平行な方向に延びる延長線を第２仮想線（Ｋ２）としたとき、
前記第２仮想線に対して、前記第１、第２配線部が対称に配置されていると共に前記第３、第４配線部が対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の容量式物理量センサ。
【請求項４】
前記支持基板の中心を通り、前記所定方向から４５°傾いた方向であって前記支持基板の面方向と平行な方向に延びる延長線を第３仮想線（Ｋ３）としたとき、
前記第１、第２配線部は、前記支持基板のうち前記第３仮想線にて分割される一方の領域に前記支持基板に支持される部分の中心が位置しており、
前記第３、第４配線部は、前記支持基板のうち前記第３仮想線にて分割される他方の領域に前記支持基板に支持される部分の中心が位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の容量式物理量センサ。
【請求項５】
前記錘部は、前記一端および前記他端が梁部（２２）を介して前記支持基板に支持されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の容量式物理量センサ。
【請求項６】
前記支持基板には、前記可動電極および前記第１〜第４固定電極を覆うキャップ部（２００）が備えられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の容量式物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量に応じて所定方向に変位可能とされた可動電極と、可動電極と対向するように配置された固定電極とを有し、可動電極と固定電極との間に構成される容量に基づいて物理量を検出する容量式物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の容量式物理量センサとして、例えば、特許文献１に加速度センサが提案されている。
【０００３】
すなわち、この加速度センサは、支持基板、埋込絶縁膜、半導体層が順に積層されたＳＯＩ基板を用いて構成されている。そして、半導体層に、複数の可動電極を有し、物理量に応じて所定方向に変位する可動部と、可動電極と対向するように配置された固定電極を有する固定部が形成されており、可動部および固定部は支持基板に支持されている。また、支持基板は、被搭載部材に接着剤を介して搭載されている。
【０００４】
具体的には、接着剤は、ＳＯＩ基板と被搭載部材との間に、可動電極が物理量に応じて変位する方向よりも変位方向と直交する方向の長さが長くなるように配置されている。
【０００５】
これによれば、支持基板が可動電極の変位方向に反ることを抑制でき、熱歪みによって可動電極と固定電極との間の距離が変化することを抑制できる。このため、熱歪みによって検出精度が低下することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２０４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記加速度センサでは、支持基板を被搭載部材に搭載する際、接着剤は流動性があるため、接着剤を所望の形状に維持するための製造管理を厳密に行う必要があり、製造工程が複雑になるという問題がある。そして、接着剤が広がってしまった場合には、熱歪みの影響を低減し難くなる。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、製造工程を複雑にすることなく、熱歪みの影響を低減できる容量式物理量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、支持基板（１１）と、所定方向に延設されて支持基板に支持され、物理量に応じて所定方向に変位可能とされた棒状の錘部（２１）と、錘部に備えられ、所定方向と直交する方向に突出している複数の可動電極（２４）と、を有する可動部（２０）と、可動電極と対向すると共に可動電極より錘部の一端（２１ａ）側に配置された第１固定電極（３２）と、第１固定電極を支持すると共に支持基板に支持される第１配線部（３１）と、を有し、錘部に対して直交する方向の一方向に配置された第１固定部（３０）と、可動電極と対向すると共に可動電極に対して錘部の他端（２１ｂ）側に配置された第２固定電極（４２）と、第２固定電極を支持すると共に支持基板に支持される第２配線部（４１）と、を有し、錘部に対して直交する方向の一方向に配置された第２固定部（４０）と、可動電極と対向すると共に可動電極に対して錘部の他端側に配置された第３固定電極（５２）と、第３固定電極を支持すると共に支持基板に支持される第３配線部（５１）と、を有し、錘部を挟んで第１固定部と反対側に配置された第３固定部（５０）と、可動電極と対向すると共に可動電極に対して錘部の一端側に配置された第４固定電極（６２）と、第４固定電極を支持すると共に支持基板に支持される第４配線部（６１）と、を有し、錘部を挟んで第２固定部と反対側であって第３固定部より錘部の他端側に配置された第４固定部（６０）と、を備えている。
【００１０】
そして、可動電極と第１固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ１）と可動電極と第４固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ４）の和と、可動電極と第２固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ２）と可動電極と第３固定電極との間に構成される容量（Ｃｓ３）の和との差に基づいて、物理量を検出することを特徴としている。
【００１１】
これによれば、支持基板が熱歪みによって歪んだとしても、可動電極と第１固定電極との間に構成される容量と可動電極と第４固定電極との間に構成される容量の和と、可動電極と第２固定電極との間に構成される容量と可動電極と第３固定電極との間に構成される容量の和との差を演算することにより、熱歪みの影響を低減することができる（図４〜図６、数６〜数１４参照）。
【００１２】
また、このような可動部と第１〜第４固定部の位置関係は、従来と同様の工程でセンサ部を製造することよって達成でき、製造工程が複雑になったり、増加することもない。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるセンサ部の平面図である。
【図２】図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図３】加速度センサの回路構成を示す図である。
【図４】ｙ軸方向の加速度が印加された場合の可動部の変位を示す模式図である。
【図５】支持基板が第１仮想線に対して歪んだ場合の第１〜第４固定部の変位方向を示す模式図である。
【図６】支持基板が第２仮想線に対して歪んだ場合の第１〜第４固定部の変位方向を示す模式図である。
【図７】支持基板が第３仮想線に対して歪んだ場合の第１〜第４固定部の変位方向を示す模式図である。
【図８】支持基板にｘ軸方向の衝撃が印加された場合の可動部の変位を示す模式図である。
【図９】支持基板にｚ軸方向の衝撃が印加された場合の可動部の変位を示す模式図である。
【図１０】支持基板にｘ軸およびｙ軸に対して４５°傾いた方向から衝撃が印加された場合の可動部の変位を示す模式図である。
【図１１】図１に示すセンサ部の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態におけるセンサ部の平面図である。
【図１３】図１２に示すセンサ部にキャップ部を備えた断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態における加速度センサの回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための加速度センサに本発明の容量式物理量センサを適用した例を説明する。
【００１７】
図１および図２に示されるように、本実施形態の加速度センサにおけるセンサ部１０は、支持基板１１、埋込絶縁膜１２、半導体層１３が順に積層されたＳＯＩ基板１４を用いて構成されている。なお、支持基板１１および半導体層１３はシリコン基板等であり、埋込絶縁膜１２はＳｉＯ２等である。
【００１８】
そして、ＳＯＩ基板１４には、半導体層１３に周知のマイクロマシン加工が施されて溝部１５が形成され、溝部１５によって可動部２０および第１〜第４固定部３０〜６０を有する櫛歯形状の梁構造体が構成されている。また、埋込絶縁膜１２には、梁構造体２０〜６０の形成領域に対応した部分が除去された窪み部１６が形成されている。
【００１９】
可動部２０は、窪み部１６上を横断するように配置され、矩形棒状の錘部２１における長手方向の一端２１ａおよび他端２１ｂがそれぞれ梁部２２を介してアンカー部２３ａ、２３ｂに一体に連結した構成とされている。そして、アンカー部２３ａ、２３ｂが埋込絶縁膜１２に固定されて支持基板１１に支持されることにより、可動部２０における錘部２１および梁部２２が窪み部１６に臨んだ状態となっている。
【００２０】
なお、本実施形態では、錘部２１のうち図１中紙面上側の端部が錘部２１の一端２１ａに相当し、図１中紙面下側の端部が錘部２１の他端２１ｂに相当している。また、錘部２１は、支持基板１１の中心を通り、錘部２１の長手方向に沿って延びる延長線を第１仮想線Ｋ１としたとき、第１仮想線Ｋ１上に配置されている。
【００２１】
ここで、図１および図２中のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向について説明する。図１および図２中では、ｘ軸方向は錘部２１の長手方向と直交する方向（図１中紙面左右方向）である。ｙ軸方向はＳＯＩ基板１４の面内においてｘ軸と直交する方向（図１中紙面上下方向）であり、錘部２１の長手方向である。ｚ軸方向は、ＳＯＩ基板１４の面方向と直交する方向（図１中紙面奥行き方向）である。
【００２２】
梁部２２は、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状とされており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有している。具体的には、梁部２２は、ｙ軸方向の成分を含む加速度を受けたとき、錘部２１をｙ軸方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。したがって、このような梁部２２を介して支持基板１１に連結された錘部２１は、加速度の印加に応じて、窪み部１６上にて梁部２２の変位方向（ｙ軸方向）へ変位可能となっている。
【００２３】
また、可動部２０は、錘部２１の長手方向と直交した方向（ｘ軸方向）に、錘部２１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の可動電極２４を備えている。図１では、可動電極２４は、錘部２１の左側および右側にそれぞれ４本ずつ突出して形成されており、窪み部１６に臨んだ状態となっている。また、各可動電極２４は、錘部２１および梁部２２と一体的に形成されており、梁部２２が変位することによって錘部２１と共にｙ軸方向に変位可能となっている。
【００２４】
第１〜第４固定部３０〜６０は、錘部２１を挟むように２つずつ配置されている。具体的には、第１、第２固定部３０、４０は、錘部２１に対してｘ軸方向における一方向側（図１中紙面左側）に配置され、第３、第４固定部５０、６０は、錘部２１に対してｘ軸方向における他方向側（図１中紙面右側）に配置されている。
【００２５】
そして、第１〜第４固定部３０〜６０は、それぞれ埋込絶縁膜１２に支持された第１〜第４配線部３１〜６１と、これら第１〜第４配線部３１〜６１に支持され、錘部２１側（ｘ軸方向）に突出した複数の第１〜第４固定電極３２〜６２とを有している。
【００２６】
ここで、第１〜第４固定部３０〜６０の配置場所について詳細に説明する。第１、第３固定部３０、５０は、支持基板１１に支持される第１、第３配線部３１、５１が第１仮想線Ｋ１（錘部２１）に対して対称となるように配置されている。そして、第２、第４固定部４０、６０は、支持基板１１に支持される第２、第４配線部４１、６１が第１仮想線Ｋ１（錘部２１）に対して対称となるように配置されている。
【００２７】
また、第１、第３固定部３０、５０と第２、第４固定部４０、６０とは、支持基板１１の中心を通り、ｘ軸方向に延びる第２仮想線Ｋ２に対して、支持基板１１に支持される第１〜第４配線部３１〜６１が対称となるように配置されている。
【００２８】
さらに、支持基板１１の中心を通り、ｘ軸方向およびｙ軸方向から４５°傾いた第３仮想線Ｋ３にて分割される支持基板１１の一方の領域（図１中紙面左上側の領域）に、支持基板１１に支持される第１、第２配線部３１、４１の中心が位置するように第１、第２固定部３０、４０が配置されている。そして、第３仮想線Ｋ３にて分割される支持基板１１の他方の領域（図１中紙面右下の領域）に、支持基板１１に支持される第３、第４配線部５１、６１の中心が位置するように第３、第４固定部５０、６０が配置されている。
【００２９】
第１〜第４固定電極３２〜６２は、それぞれ２本ずつ形成され、第１〜第４配線部３１〜６１に片持ち状に支持されることで窪み部１６に臨んだ状態となっており、可動電極２４における櫛歯の隙間に噛み合うように櫛歯状に配列されている。
【００３０】
具体的には、第１、第４固定電極３２、６２は、可動電極２４に対して錘部２１の一端２１ａ側に配置され、第２、第３固定電極４２、５２は、可動電極２４に対して錘部２１の他端２１ｂ側に配置されている。そして、可動電極２４と第１固定電極３２との間に容量Ｃｓ１が構成され、可動電極２４と第２固定電極４２との間に容量Ｃｓ２が構成されている。同様に、可動電極２４と第３固定電極５２との間に容量Ｃｓ３が構成され、可動電極２４と第４固定電極６２との間に容量Ｃｓ４が構成されている。
【００３１】
なお、第１〜第４固定電極３２〜６２は、全て同じ大きさの柱状とされており、加速度が印加されていないときの容量が全て等しくなるように配置されている。
【００３２】
また、ＳＯＩ基板１４における半導体層１３のうち可動部２０、第１〜第４固定部３０〜６０と溝部１５によって区画された外周部は、周辺部７０とされている。この周辺部７０は、埋込絶縁膜１２を介して支持基板１１に固定されて支持されている。
【００３３】
そして、アンカー部２３ｂ、第１〜第４配線部３１〜６１、周辺部７０には、それぞれパッド８１〜８６が形成され、各パッド８１〜８６は図示しないワイヤを介して後述する回路部１００と電気的に接続されている。なお、周辺部７０に形成されたパッド８６は、周辺部７０の電位を固定するために回路部１００から所定の電位が印加されるためのものである。
【００３４】
以上が本実施形態におけるセンサ部１０の構成である。次に、加速度センサの回路構成について図３を参照しつつ説明する。
【００３５】
図３に示されるように、センサ部１０は、回路部１００と接続されており、回路部１００には、演算増幅器１０１、コンデンサ１０２、スイッチ１０３によって構成されるＣ−Ｖ変換回路１１０が備えられている。
【００３６】
具体的には、コンデンサ１０２およびスイッチ１０３は、演算増幅器１０１の反転入力端子と出力端子との間に並列的に配置されている。そして、演算増幅器１０１は、反転入力端子がパッド８１を介して可動電極２４と電気的に接続され、非反転入力端子にＶｃｃ／２（例えば、Ｖｃｃ＝５Ｖ）の電圧が入力されるようになっている。
【００３７】
また、第１、第４固定電極３２、６２には、回路部１００から電圧Ｖｃｃと０Ｖとの間で振幅し、所定の周波数を有するパルス状の第１搬送波Ｐ１がパッド８２、８５を介して入力されるようになっている。そして、第２、第３固定電極４２、５２には、回路部１００から第１搬送波Ｐ１と振幅および周波数が同じであり、位相が１８０°異なる第２搬送波Ｐ２がパッド８３、８４を介して入力されるようになっている。
【００３８】
なお、このような回路部１００では、スイッチ１０３がオフされているときに加速度の検出が行われ、スイッチ１０３がオン（閉）されているときにコンデンサ１０２のリセットが行われる。
【００３９】
続いて、上記加速度センサの作動について図４を参照しつつ説明する。上記加速度センサは、第１、第４固定電極３２、６２に第１搬送波Ｐ１が入力され、第２、第３固定電極４２、５２に第２搬送波Ｐ２が入力された状態で加速度の検出が行われる。
【００４０】
そして、例えば、図４に示されるように、アンカー部２３ｂからアンカー部２３ａ側に向かうｙ軸方向の加速度が印加されると、可動電極２４と第１、第４固定電極３２、６２との間の距離が短くなり、可動電極２４と第２、第３固定電極４２、５２との間の距離が長くなる。このため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４は次式で示される。
【００４１】
（数１）Ｃｓ１＝Ｃ０＋ΔＣａ
（数２）Ｃｓ２＝Ｃ０−ΔＣａ
（数３）Ｃｓ３＝Ｃ０−ΔＣａ
（数４）Ｃｓ４＝Ｃ０＋ΔＣａ
なお、図４では、加速度に応じて変位した可動部２０を点線で示している。また、Ｃ０は初期容量であり、ΔＣａは加速度に依存する加速度項である。したがって、演算増幅器１０１から出力されるセンサ信号Ｖｏｕｔは、コンデンサ１０２の容量をＣｆとすると、次式で示される。
【００４２】
（数５）Ｖｏｕｔ＝｛（Ｃｓ１＋Ｃｓ４）−（Ｃｓ２＋Ｃｓ３）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ
＝４ΔＣａ・Ｖｄｄ／Ｃｆ
また、支持基板１１に熱歪みが発生した場合には、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４にそれぞれ熱歪みに依存する熱歪み項が加算される。しかしながら、本実施形態では、第１、第４固定電極３２、６２は、可動電極２４に対して錘部２１の一端２１ａ側に配置され、第２、第３固定電極４２、５２は、可動電極２４に対して錘部２１の他端２１ｂ側に配置されている。また、第１〜第４配線部３１〜６１は、第１〜第３仮想線Ｋ１〜Ｋ３に対して上記のように配置されている。このため、センサ信号Ｖｏｕｔに熱歪みに影響する誤差が含まれることを抑制できる。
【００４３】
具体的には、図５に示されるように、支持基板１１が第１仮想線Ｋ１を中心軸としてｘ軸対称に変形した場合、第１〜第４配線部３１〜６１（第１〜第４固定電極３２〜６２）は、それぞれ支持基板１１の中心から離間するように歪む。同様に、図６に示されるように、支持基板１１が第２仮想線Ｋ２を中心軸としてｙ軸対称に変形した場合、第１〜第４配線部３１〜６１（第１〜第４固定電極３２〜６２）は、それぞれ支持基板１１の中心から離間するように歪む。つまり、可動電極２４と第１、第４固定電極３２、６２との間の距離が短くなり、可動電極２４と第２、第３固定電極４２、５２との間の距離は長くなる。このため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４は次式で示される。
【００４４】
（数６）Ｃｓ１＝Ｃ０−ΔＣｔ
（数７）Ｃｓ２＝Ｃ０−ΔＣｔ
（数８）Ｃｓ３＝Ｃ０＋ΔＣｔ
（数９）Ｃｓ４＝Ｃ０＋ΔＣｔ
なお、ΔＣｔは、熱歪みに依存する熱歪み項である。また、可動電極２４は、錘部２１が梁部２２を介してアンカー部２３ａ、２３ｂに支持されているため、熱歪みによる影響（応力）は梁部２２によって緩和されてほとんど変位しない。そして、支持基板１１がｘ軸対称およびｙ軸対象に歪んだ場合、可動電極２４と第１〜第４固定電極３２〜６２との対向面積も変化するが、可動電極２４と第１〜第４固定電極３２〜６２との間の距離の方が対向面積より容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４に依存する割合が大きいため、上記数式となる。
【００４５】
また、図７に示されるように、支持基板１１が第３仮想線Ｋ３を中心線として斜め軸対称に変形した場合、第１〜第４配線部３１〜６１（第１〜第４固定電極３２〜６２）は、第３仮想線Ｋ３と直交する方向であって第３仮想線Ｋ３から離間するように歪む。つまり、可動電極２４と第２、第４固定電極４２、６２との間の距離が短くなり、可動電極２４と第１、第３固定電極３２、５２との間の距離は長くなるこのため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４は次のように示される。
【００４６】
（数１０）Ｃｓ１＝Ｃ０−ΔＣｔ
（数１１）Ｃｓ２＝Ｃ０＋ΔＣｔ
（数１２）Ｃｓ３＝Ｃ０−ΔＣｔ
（数１３）Ｃｓ４＝Ｃ０＋ΔＣｔ
以上より、支持基板１１に図５〜図７に示されるような熱歪みが加わった場合、演算増幅器１０１から出力されるセンサ信号Ｖｏｕｔは次式で示される。
【００４７】
（数１４）Ｖｏｕｔ＝（Ｃｓ１＋Ｃｓ４）−（Ｃｓ２＋Ｃｓ３）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ
＝０
つまり、上記加速度センサによれば、支持基板１１に熱歪みが発生したとしても、熱歪みの影響を低減したセンサ信号Ｖｏｕｔを出力することができる。
【００４８】
また、センサ部１０（支持基板１１）がｙ軸方向以外の加速度等による衝撃を受けると、可動電極２４が変位するため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４にそれぞれ衝撃により衝撃項が加算される。しかしながら、第１〜第４配線部３１〜６１および第１〜第４固定電極３２〜６２は、上記のように配置されているため、センサ信号Ｖｏｕｔに衝撃による誤差が含まれることを抑制できる。
【００４９】
具体的には、図８に示されるように、センサ部１０に第１、第２固定部３０、４０から第３、第４固定部５０、６０側に向かうｘ軸方向の衝撃が印加されると、可動電極２４が第３、第４固定部５０、６０側に変位する。このため、可動電極２４と第１、第２固定電極３２、４２との対向面積が減少し、可動電極２４と第３、第４固定電極５２、６２との対向面積が増加する。このため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４は、衝撃に依存する衝撃項をΔＣｐとすると次のように示される。
【００５０】
（数１５）Ｃｓ１＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数１６）Ｃｓ２＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数１７）Ｃｓ３＝Ｃ０＋ΔＣｐ
（数１８）Ｃｓ４＝Ｃ０＋ΔＣｐ
なお、図８中では、衝撃によって変位した可動部２０を点線で示している。同様に、後述する図９および図１０においても、衝撃によって変位した可動部２０を点線で示している。
【００５１】
また、図９に示されるように、センサ部１０に支持基板１１側から半導体層１３側に向かうｚ軸方向の衝撃が印加されると、可動電極２４と第１〜第４固定電極３２〜６２との対向面積が減少する。このため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４は、次のように示される。
【００５２】
（数１９）Ｃｓ１＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数２０）Ｃｓ２＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数２１）Ｃｓ３＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数２２）Ｃｓ４＝Ｃ０−ΔＣｐ
そして、図１０に示されるように、センサ部１０に、第２固定部４０から第３固定部５０側に向かう衝撃が印加されると、可動電極２４と第１、第４固定電極３２、６２との間の距離が短くなり、可動電極２４と第２、第３固定電極４２、５２との間の距離が長くなる。このため、容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４は、次のように示される。
【００５３】
（数２３）Ｃｓ１＝Ｃ０＋ΔＣｐ
（数２４）Ｃｓ２＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数２５）Ｃｓ３＝Ｃ０−ΔＣｐ
（数２６）Ｃｓ４＝Ｃ０＋ΔＣｐ
なお、この衝撃の場合には、可動電極２４と第１、第２固定電極３２、４２との対向面積が減少し、可動電極２４と第３、第４固定電極５２、６２との対向面積が増加する。しかしながら、可動電極２４と第１〜第４固定電極３２〜６２との間の距離の方が対向面積より容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４に依存する割合が大きいため、上記数式となる。
【００５４】
以上より、センサ部１０（支持基板１１）に図８〜図１０に示されるような衝撃が印加された場合、演算増幅器１０１から出力されるセンサ信号Ｖｏｕｔは次式で示される。
【００５５】
（数２７）Ｖｏｕｔ＝（Ｃｓ１＋Ｃｓ４）−（Ｃｓ２＋Ｃｓ３）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ
＝０
つまり、上記加速度センサによれば、センサ部１０（支持基板１１）が衝撃を受けたとしても、衝撃の影響を低減したセンサ信号Ｖｏｕｔを出力することができる。
【００５６】
次に、上記センサ部１０の製造方法について図１１を参照しつつ説明するが、基本的な製造工程は従来と同様である。なお、図１１は、図１中のII−II線に沿った断面図である。
【００５７】
まず、図１１（ａ）に示されるように、ＳＯＩ基板１４を用意する。そして、図１１（ｂ）に示されるように、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって半導体層１３上に金属膜等を形成し、図示しないマスク等を用いて金属膜を適宜パターニングすることにより、パッド８１〜８６を形成する。
【００５８】
次に、図１１（ｃ）に示されるように、図示しないマスクを用いて、半導体層１３に溝部１５を形成することにより、可動部２０および第１〜第４固定部３０〜６０を区画形成する。
【００５９】
その後、図１１（ｄ）に示されるように、犠牲層エッチング等によって埋込絶縁膜１２の所定領域を除去して窪み部１６を形成し、可動電極２４および第１〜第４固定電極３２〜６２を支持基板１１からリリースすることにより、上記センサ部１０が形成される。
【００６０】
以上説明したように、第１、第４固定電極３２、６２は、可動電極２４に対して錘部２１の一端２１ａ側に備えられ、第２、第３固定電極４２、５２は、可動電極２４に対して錘部２１の他端２１ｂ側に備えられている。そして、第１〜第４固定部３０〜６０は、第１〜第３仮想線Ｋ１〜Ｋ３に対して上記のように配置され、センサ信号Ｖｏｕｔとして、容量Ｃｓ１と容量Ｃｓ４の和と、容量Ｃｓ２と容量Ｃｓ３の和との差を出力している。
【００６１】
このため、センサ部１０が被搭載部材に対して搭載され、支持基板１１が熱歪みによって歪んだとしても、熱歪みの影響を低減したセンサ信号Ｖｏｕｔを出力することができる。また、センサ部１０（支持基板１１）に衝撃が印加されたとしても、衝撃の影響を低減したセンサ信号Ｖｏｕｔを出力することができる。
【００６２】
そして、上記センサ部１０は、従来と同様の工程で製造することができ、特に製造工程が複雑になったり、増加することもない。
【００６３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してキャップ部を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６４】
図１２および図１３に示されるように、本実施形態では、センサ部１０に可動電極２４および第１〜第４固定電極３２〜６２を封止するキャップ部２００が備えられている。具体的には、キャップ部２００はシリコン基板等で構成され、センサ部１０と対向する一面２００ａのうち可動電極２４および第１〜第４固定電極３２〜６２と対向する部分に凹部２０１が形成されている。そして、キャップ部２００は、センサ部１０のうち可動電極２４、第１〜第４固定電極３２〜６２の周囲に位置するアンカー部２３ｂ、第１〜第４配線部３１〜６１、周辺部７０によって構成される接合部９０と、接合部材２１０を介して接合されている。
【００６５】
なお、接合部材２１０としては、例えば、酸化膜や低誘電ガラス、金属等が用いられる。そして、接合部材２１０として金属等が用いられる場合には、センサ部１０とキャップ部２００とを絶縁するための絶縁膜が一面２００ａに形成される。また、図１３中のセンサ部１０は、図１２中のXII−XII線に沿った断面図である。
【００６６】
これによれば、可動電極２４および第１〜第４固定電極３２〜６２に異物が付着することを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６８】
上記各実施形態において、回路部１００には、図１４に示されるように、演算増幅器１０１、第１、第２コンデンサ１０２ａ、１０２ｂ、第１、第２スイッチ１０３ａ、１０３ｂによって構成される全差動型のＣ−Ｖ変換回路１１０が備えられていてもよい。この場合、第１コンデンサ１０２ａおよび第１スイッチ１０３ａは、演算増幅器１０１の反転入力端子と＋側の出力端子との間に並列的に配置される。また、第２コンデンサ１０２ｂおよび第２スイッチ１０３ｂは、演算増幅器１０１の非反転入力端子と−側の出力端子との間に並列的に配置される。そして、演算増幅器１０１は、反転入力端子がパッド８２、８５を介して第１、第４固定電極３２、６２と電気的に接続され、非反転入力端子がパッド８３、８４を介して第２、第３固定電極４２、５２と電気的に接続される。
【００６９】
また、可動部２０には、回路部１００から電圧Ｖｃｃと０Ｖとの間で振幅し、所定の周波数を有するパルス状の搬送波Ｐがパッド８１を介して入力されるようになっている。
【００７０】
このように、全差動型のＣ−Ｖ変換回路１１０を用いて容量Ｃｓ１〜Ｃｓ４を演算することにより、センサ信号Ｖｏｕｔ（Ｖ１−Ｖ２）を出力するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記各実施形態では、容量式物理量センサとして、加速度を検出するセンサ部１０を有する加速度センサを例に挙げて説明したが、本発明は容量差を用いて物理量を検出するものに適用することができる。例えば、容量差に基づいて角速度を検出する角速度センサや圧力を検出する圧力センサに本発明を適用することができる。
【００７２】
そして、上記各実施形態では、上記第１〜第４固定部３０〜６０が第１〜第３仮想線Ｋ１〜Ｋ３に対して上記のように配置されているが、例えば、第１仮想線Ｋ１に対して第１、第３配線部３１、５１および第２、第４配線部４１、６１が対称に配置されていなくてもよい。この場合、容量Ｃｓ１、Ｃｓ２と容量Ｃｓ３、Ｃｓ４に加えられる熱歪み項ΔＣｔの大きさが異なるが、上記のように演算することにより、熱歪みの影響を低減できる。また、第１〜第４配線部３１〜６１と第２、第３仮想線Ｋ２、Ｋ３との関係についても同様である。
【符号の説明】
【００７３】
１１        支持基板
２０        可動部
２１        錘部
２１ａ      一端
２１ｂ      他端
２４        可動電極
３０〜６０  第１〜第４固定部
３１〜６１  第１〜第４配線部
３２〜６２  第１〜第４固定電極
【図１】
2014190806.tif 000003
【図２】
2014190806.tif 000004
【図３】
2014190806.tif 000005
【図４】
2014190806.tif 000006
【図５】
2014190806.tif 000007
【図６】
2014190806.tif 000008
【図７】
2014190806.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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