(57)【要約】【課題】シーソー型静電容量式の加速度センサにおいて、基板の表面に平行な面方向に可動電極の移動を抑制することができる構造を提供する。【解決手段】第１バネ部７０は、基板２０の表面２３に平行な面方向において、一対の連結部５３の長手方向に垂直な垂直方向に対して傾けられた直線状の第１梁部７１と、垂直方向に対して第１梁部７１とは反対側に傾けられた直線状の第２梁部７２と、を有している。そして、第１梁部７１及び第２梁部７２は、固定部６０側の互いの間隔が、一対の連結部５３側の互いの間隔よりも狭くなるように配置されたことでＶ字型にレイアウトされている。同様に、第２バネ部８０は、第３梁部８１と第４梁部８２とを有しており、第３梁部８１と第４梁部８２もＶ字型にレイアウトされている。【選択図】図１
2015059830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（２３）を有する基板（２０）と、
前記基板（２０）の表面（２３）に配置された第１固定電極（３０）と、
前記基板（２０）の表面（２３）に配置されていると共に、前記第１固定電極（３０）から離間して配置された第２固定電極（４０）と、
前記第１固定電極（３０）に対向配置された第１対向部（５１）と、前記第２固定電極（４０）に対向配置された第２対向部（５２）と、前記第１対向部（５１）と前記第２対向部（５２）とを連結する直線状の一対の連結部（５３、５４）と、を有する可動電極（５０）と、
前記基板（２０）の表面（２３）のうち前記第１対向部（５１）、前記第２対向部（５２）、及び前記一対の連結部（５３、５４）に対応する部分に囲まれた領域に配置された固定部（６０）と、
前記一対の連結部（５３、５４）のうちの一方と前記固定部（６０）とを接続する第１バネ部（７０）と、
前記一対の連結部（５３、５４）のうちの他方と前記固定部（６０）とを接続する第２バネ部（８０）と、
を備え、
前記可動電極（５０）が加速度を受けると、前記第１バネ部（７０）及び前記第２バネ部（８０）のねじれによって、前記第１対向部（５１）が前記第１固定電極（３０）側に回転または前記第２対向部（５２）が前記第２固定電極（４０）側に回転することにより、前記第１固定電極（３０）及び前記第２固定電極（４０）と前記可動電極（５０）との間の静電容量の変化に基づいて前記加速度を検出するシーソー型静電容量式の加速度センサであって、
前記第１バネ部（７０）及び前記第２バネ部（８０）は、前記基板（２０）の表面（２３）に平行な面方向において、前記一対の連結部（５３、５４）の長手方向に垂直な垂直方向に対して傾けられた直線状の第１梁部（７１、８１）と、前記垂直方向に対して前記第１梁部（７１、８１）とは反対側に傾けられた直線状の第２梁部（７２、８２）と、をそれぞれ有していることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記第１梁部（７１、８１）及び前記第２梁部（７２、８２）は、前記固定部（６０）側の互いの間隔が、前記一対の連結部（５３、５４）側の互いの間隔よりも狭くなるように配置されたことでＶ字型にレイアウトされていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記第１梁部（７１、８１）のうちの前記固定部（６０）側と、前記第２梁部（７２、８２）のうちの前記固定部（６０）側と、が前記固定部（６０）に対して１点で固定されていることを特徴とする請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記第１梁部（７１、８１）及び前記第２梁部（７２、８２）は、前記一対の連結部（５３、５４）側の互いの間隔が、前記固定部（６０）側の互いの間隔よりも狭くなるように配置されたことでＶ字型にレイアウトされていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記第１梁部（７１、８１）のうちの前記一対の連結部（５３、５４）側と、前記第２梁部（７２、８２）のうちの前記一対の連結部（５３、５４）側と、が前記一対の連結部（５３、５４）に対して１点で固定されていることを特徴とする請求項４に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シーソー型静電容量式の加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シーソー型静電容量式の加速度センサが、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、加速度センサは、基板と、第１固定電極及び第２固定電極と、アンカー部と、可動電極と、を備えている。各固定電極は基板上に離間して配置されており、アンカー部は各固定電極の間に配置されている。
【０００３】
また、可動電極は、第１固定電極に対向配置された部分と第２固定電極に対向配置された部分とが連結されていると共に、直線状のねじれ梁を介してアンカー部に支持されている。さらに、可動電極は、当該可動電極の周囲に配置されていると共に、当該可動電極に接続された質量体を有している。質量体は、基板の表面に垂直な方向に印加される加速度を受けることにより可動電極を移動させる役割を果たす。
【０００４】
そして、可動電極はねじれ梁を中心軸として第１固定電極側または第２固定電極側に回転する。すなわち、可動電極は、ねじれ梁を回転軸としてシーソーのように回動する。したがって、質量体が加速度を受けると各固定電極と可動電極との距離が変化する。これにより、各固定電極と可動電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０３／０４４５３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、可動電極は直線状のねじれ梁によってアンカー部に固定されているので、質量体が基板の表面に平行な面方向に加速度を受けた場合に可動電極を当該面方向に移動させてしまう。このため、各固定電極と可動電極との対向面積が変化してしまうので、静電容量の変化の測定精度が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、シーソー型静電容量式の加速度センサにおいて、基板の表面に平行な面方向に可動電極の移動を抑制することができる構造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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面（２３）を有する基板（２０）と、基板（２０）の表面（２３）に配置された第１固定電極（３０）と、基板（２０）の表面（２３）に配置されていると共に、第１固定電極（３０）から離間して配置された第２固定電極（４０）と、を備えている。
【０００９】
第１固定電極（３０）に対向配置された第１対向部（５１）と、第２固定電極（４０）に対向配置された第２対向部（５２）と、第１対向部（５１）と第２対向部（５２）とを連結する直線状の一対の連結部（５３、５４）と、を有する可動電極（５０）を備えている。
【００１０】
また、基板（２０）の表面（２３）のうち第１対向部（５１）、第２対向部（５２）、及び一対の連結部（５３、５４）に対応する部分に囲まれた領域に配置された固定部（６０）と、一対の連結部（５３、５４）のうちの一方と固定部（６０）とを接続する第１バネ部（７０）と、一対の連結部（５３、５４）のうちの他方と固定部（６０）とを接続する第２バネ部（８０）と、を備えている。
【００１１】
そして、可動電極（５０）が加速度を受けると、第１バネ部（７０）及び第２バネ部（８０）のねじれによって、第１対向部（５１）が第１固定電極（３０）側に回転または第２対向部（５２）が第２固定電極（４０）側に回転することにより、第１固定電極（３０）及び第２固定電極（４０）と可動電極（５０）との間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するように構成されている。
【００１２】
さらに、第１バネ部（７０）及び第２バネ部（８０）は、基板（２０）の表面（２３）に平行な面方向において、一対の連結部（５３、５４）の長手方向に垂直な方向に対して傾けられた直線状の第１梁部（７１、８１）と、垂直方向に対して第１梁部（７１、８１）とは反対側に傾けられた直線状の第２梁部（７２、８２）と、をそれぞれ有していることを特徴とする。
【００１３】
これによると、可動電極（５０）が基板（２０）の表面（２３）に平行な面方向に加速度を受けたとしても、第１バネ部（７０）及び第２バネ部（８０）が可動電極（５０）に掛かった力をそのまま受けなくなる。すなわち、可動電極（５０）に掛かった力が第１梁部（７１、８１）及び第２梁部（７２、８２）に分散されるので、可動電極（５０）が第１梁部（７１、８１）及び第２梁部（７２、８２）によって当該面方向に動きにくくなる。したがって、当該面方向において可動電極（５０）の移動を抑制することができる。
【００１４】
なお、この欄及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】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加速度センサの平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】連結部に係る力が梁部に分散される様子を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態係る加速度センサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る加速度センサは、可動電極がシーソーのように移動することで可動電極と固定電極とで構成されるコンデンサの容量に基づいて加速度を検出するシーソー型静電容量式のものである。
【００１８】
図１及び図２に示されるように、加速度センサ１０は、基板２０、第１固定電極３０、第２固定電極４０、可動電極５０、固定部６０、第１バネ部７０、及び第２バネ部８０を有して構成されている。
【００１９】
図２に示されるように、基板２０は、Ｓｉ基板等の半導体基板２１と、この半導体基板２１の上に形成されたＳｉＯ2等の絶縁膜２２と、を有して構成されている。絶縁膜２２のうちシリコン基板２０とは反対側の面が基板２０の表面２３となる。半導体基板２１には各固定電極３０、４０と可動電極５０とで構成されるコンデンサの容量に応じた信号を演算・増幅処理して外部へ出力する等の機能を有する制御回路部等が形成されている。
【００２０】
第１固定電極３０及び第２固定電極４０は、基板２０の表面２３に配置された電極部であり、例えば矩形状にレイアウトされている。第１固定電極３０と第２固定電極４０とは互いに離間して配置されている。各固定電極３０、４０は、例えばシリコン層等の導電層が所定の形状にパターニングされて形成されている。また、各固定電極３０、４０は図示しない配線を介して制御回路部に電気的に接続されている。
【００２１】
可動電極５０は、第１対向部５１、第２対向部５２、及び一対の連結部５３、５４を有している。第１対向部５１は第１固定電極３０に対向配置された電極部であり、第２対向部５２は第２固定電極４０に対向配置された電極部である。各対向部５１、５２は各固定電極３０、４０と同様に矩形状にレイアウトされている。また、一対の連結部５３、５４は、第１対向部５１と第２対向部５２とを連結する直線状の接続部である。
【００２２】
固定部６０は、第１バネ部７０及び第２バネ部８０を介して可動電極５０を基板２０に固定する役割を果たす。図１に示されるように、固定部６０は、基板２０の表面２３のうち第１対向部５１、第２対向部５２、及び一対の連結部５３、５４に対応する部分に囲まれた領域に配置されている。
【００２３】
また、図２に示されるように、固定部６０は絶縁膜２２の上に配置されている。固定部６０は、例えば、第１支持層６１、絶縁膜６２、及び第２支持層６３の積層構造によって構成されている。そして、固定部６０の第２支持層６３が可動電極５０と電気的に接続されている。さらに、第２支持層６３は、例えば固定部６０に形成された貫通電極等を介して制御回路部に電気的に接続されている。
【００２４】
第１バネ部７０は、一対の連結部５３、５４のうちの一方の連結部５３と固定部６０とを接続する接続部である。第１バネ部７０は、第１梁部７１及び第２梁部７２を有している。
【００２５】
図１に示されるように、第１梁部７１は、基板２０の表面２３に平行な面方向すなわちＸ−Ｙ平面において、一方の連結部５３の長手方向（Ｘ方向）に垂直な垂直方向（Ｙ方向）に対して傾けられた直線状の梁部分である。第２梁部７２は、垂直方向（Ｙ方向）に対して第１梁部７１とは反対側に傾けられた直線状の梁部分である。第１梁部７１は第１対向部５１側に位置し、第２梁部７２は第２対向部５２側に位置している。そして、本実施形態では、第１梁部７１及び第２梁部７２は、垂直方向（Ｙ方向）に平行な対称軸を基準として線対称にレイアウトされている。
【００２６】
第２バネ部８０は、一対の連結部５３、５４のうちの他方の連結部５４と固定部６０とを接続する接続部である。第２バネ部８０は、第３梁部８１及び第４梁部８２を有して構成されている。
【００２７】
第３梁部８１は、第１梁部７１と同様に、他方の連結部５４の長手方向（Ｘ方向）に垂直な垂直方向（Ｙ方向）に対して傾けられた直線状の梁部分である。第４梁部８２は、第２梁部７２と同様に、垂直方向（Ｙ方向）に対して第３梁部８１とは反対側に傾けられた直線状の梁部分である。第３梁部８１は第１対向部５１側に位置し、第４梁部８２は第２対向部５２側に位置している。そして、第３梁部８１及び第４梁部８２は、垂直方向（Ｙ方向）に平行な対称軸を基準として線対称にレイアウトされている。
【００２８】
本実施形態では、第１梁部７１及び第２梁部７２は、固定部６０側の互いの間隔が、一対の連結部５３、５４側の互いの間隔よりも狭くなるように配置されたことでＶ字型にレイアウトされている。第３梁部８１及び第４梁部８２も同様にＶ字型にレイアウトされている。言い換えると、第１バネ部７０及び第２バネ部８０はＸ型にレイアウトされているとも言える。このように、各バネ部７０、８０がＶ字型に構成されているので、各バネ部７０、８０の基板２０の表面２３に平行な面方向の剛性を高くするよう配置することができる。
【００２９】
さらに、第１梁部７１のうちの固定部６０側と、第２梁部７２のうちの固定部６０側と、が固定部６０に対して１点で固定されている。同様に、第３梁部８１のうちの固定部６０側と、第４梁部８２のうちの固定部６０側と、が固定部６０に対して１点で固定されている。このように、２つの梁が１点で固定されているので、各バネ部７０、８０のねじれを阻害しないようにすることができる。すなわち、可動電極５０の回転を阻害しないようにすることができる。
【００３０】
なお、各固定電極３０、４０、可動電極５０、固定部６０、及び各バネ部７０、８０は、例えばＳＯＩ基板の各層がエッチングされることで所定のパターンにレイアウトされている。このため、固定部６０が３層構造となる。
【００３１】
以上が、本実施形態に係る加速度センサ１０の全体構成である。上記の構成において、可動電極５０が基板２０の表面２３に垂直な方向すなわちＺ方向に加速度を受けると、第１バネ部７０及び第２バネ部８０にねじれが生じる。これに伴い、第１対向部５１が第１固定電極３０側に回転または第２対向部５２が第２固定電極４０側に回転する。これにより、第１固定電極３０と第１対向部５１との間の距離、及び第２固定電極４０と第２対向部５２との間の距離が変化する。したがって、基板２０に設けられた制御回路部は、当該距離の変化に応じた静電容量を取得し、当該静電容量に対応した加速度を取得する。
【００３２】
続いて、各バネ部７０、８０が上記のようにＶ字型に構成されていることの効果について説明する。例えば、可動電極５０が基板２０の表面２３に平行なＸ方向（第１対向部５１側から第２対向部５２側）に加速度を受けたとする。この場合、図３に示されるように、一方の連結部５３と第１梁部７１との接続部分では、Ｘ方向に掛かる加速度が一方の連結部５３と第１梁部７１とに分散される。図示しないが、他方の連結部５４と第３梁部８１との接続部分においても、Ｘ方向に掛かる加速度が他方の連結部５４と第３梁部８１とに分散される。
【００３３】
このように、第１バネ部７０及び第２バネ部８０が可動電極５０に掛かったＸ方向の加速度をそのまま受けなくなるので、可動電極５０がＸ方向に動きにくくなる。これは、可動電極５０がＹ方向に加速度を受けた場合も同様である。したがって、当該Ｘ−Ｙ平面において可動電極５０の移動を抑制することができる。すなわち、可動電極５０の各対向部５１、５２と各固定電極３０、４０との対向面積の変化を小さくすることができるので、静電容量の変化の測定精度の低下を抑制することができる。
【００３４】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第３梁部８１が特許請求の範囲の「第１梁部」に対応し、第４梁部８２が特許請求の範囲の「第２梁部」に対応する。
【００３５】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、第１バネ部７０の第１梁部７１及び第２梁部７２は、一対の連結部５３、５４側の互いの間隔が、固定部６０側の互いの間隔よりも狭くなるように配置されたことでＶ字型にレイアウトされている。第３梁部８１及び第４梁部８２も同様にＶ字型にレイアウトされている。言い換えると、第１バネ部７０及び第２バネ部８０は◇型にレイアウトされているとも言える。
【００３６】
さらに、第１梁部７１のうちの一方の連結部５３側と、第２梁部７２のうちの一方の連結部５３側と、が固定部６０に対して１点で固定されている。同様に、第３梁部８１のうちの他方の連結部５４側と、第４梁部８２のうちの他方の連結部５４側と、が固定部６０に対して１点で固定されている。
【００３７】
以上のように、第１バネ部７０及び第２バネ部８０を◇型にレイアウトしても、第１実施形態と同様にＸ−Ｙ平面に印加された加速度を分散させることができる。
【００３８】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された加速度センサ１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、加速度センサ１０はＳＯＩ基板等に基づいて構成されていたが、これは構成の一例であり、他の基板を用いて構成されていても良い。
【００３９】
上記各実施形態では、第１バネ部７０の各梁部７１、７２は線対称にレイアウトされているので、長手方向のそれぞれの長さは同じになっていたがこれはレイアウトの一例である。したがって、各梁部７１、７２は長さがそれぞれ異なるもの、つまり線対称にレイアウトされていなくても良い。第２バネ部８０の各梁部８１、８２についても同様である。
【００４０】
上記各実施形態では、第１、第２梁部７１、７２はＶ字型にレイアウトされていたが、Ｖ字型ではなく他のレイアウトでも良い。また、第１、第２梁部７１、７２は一方の連結部５３または固定部６０に対して１点で固定されていたが、第１、第２梁部７１、７２は離間して一方の連結部５３または固定部６０に固定されていても良い。これは第３、第４梁部８１、８２についても同様である。
【符号の説明】
【００４１】
２０                    基板
２３                    表面
３０、４０              固定電極
５０                    可動電極
５１、５２              対向部
５３、５４              連結部
６０                    固定部
７０、８０              バネ部
７１、７２、８１、８２  梁部
【図１】
2015059830.tif 000003
【図２】
2015059830.tif 000004
【図３】
2015059830.tif 000005
【図４】
2015059830.tif 000006