(57)【要約】【課題】信号線に発生する静電容量を低減して、特性向上を図ったセンサの製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】加速度検出部を有する検出素子１を備え、この検出素子１は、可撓部を介して錘部２を連結した固定部４と、錘部２と対向させた対向基板６と、錘部２と対向基板６の各々の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０と、これら電極から引き出した信号線２１とを有し、加速度検出部では、錘部２と対向基板６の各々の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０の静電容量変化を検出して加速度を検出しており、対向基板６と第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０または信号線２１との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けた構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度検出部を有する検出素子を備え、
前記検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記固定部に形成した突起部に載置し、ギャップを介して前記錘部と対向させた対向基板と、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極と、前記対向電極から引き出した信号線とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出しており、前記対向基板と前記対向電極または前記信号線との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けた加速度センサ。
【請求項２】
前記抑制手段は、前記対向基板を絶縁性基板とし、前記対向基板の対向面に配置した対向電極から前記固定部まで信号線を引き出すとともに、前記対向基板の対向面上における前記信号線の引き出し距離を前記固定部上における前記信号線の引き出し距離よりも長くした請求項１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記対向基板の対向面に配置した対向電極から前記固定部まで、導電性樹脂を介して前記信号線を引き出した請求項２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、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の加速度センサについて説明する。
【０００３】
図９において、従来の加速度センサは、加速度を検出する検出素子５０と、この検出素子５０で検出された検出信号を処理して加速度を算出する処理回路と、この処理回路が配置され、検出素子５０を実装する実装基板５２を備えている。検出素子５０は、ベース基板５３と、このベース基板５３と対向させて配置したダイアフラム５４と、このダイアフラム５４の下方に連結した錘部５５とを有する。互いに対向するベース基板５３とダイアフラム５４の対向面には対向電極５６を配置している。また、ベース基板５３とダイアフラム５４との間には、所望箇所に接着剤５７を塗布して、この接着剤５７により、ベース基板５３とダイアフラム５４とを接着固定している。
【０００４】
次に、加速度の検出について説明する。
【０００５】
加速度が生じると、錘部５５が加速度の生じた軸方向に移動しようとするために、錘部５５を配置したダイアフラム５４に撓みが発生する。そうすると、ベース基板５３とダイアフラム５４とのギャップが変化するので、このギャップの変化に起因した対向電極５６間の静電容量の変化に基づいて、加速度を検出するものである。
【０００６】
このような加速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平１１−３４４５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記構成では、対向電極５６間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するが、ベース基板５３に配置した対向電極５６およびダイアフラム５４に配置した対向電極５６からは信号線５９が引き出されている。これらの信号線５９の端部は電極パッド６０、６１に接続されており、この電極パッド６０、６１を介して、実装基板５２に配置された配線パターン６２とワイヤボンディング６３で電気的に接続される。
【０００９】
上記構成において、例えば、シリコンを主成分とする材料で、ベース基板５３やダイアフラム５４を形成した場合、シリコン層上に酸化シリコン層が形成された構成となる。そのため、ベース基板５３やダイアフラム５４に配置した対向電極５６や信号線５９とシリコン層との間で、微小な静電容量が形成され、この静電容量がノイズ成分となって、Ｓ／Ｎ比を劣化するという問題点を有していた。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決し、対向電極や信号線に発生する静電容量を低減して、Ｓ／Ｎ比の向上を図った加速度センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために本発明は、特に、検出素子は、可撓部を介して錘部を連結した固定部と、前記固定部に形成した突起部に載置し、ギャップを介して前記錘部と対向させた対向基板と、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極と、前記対向電極から引き出した信号線とを有し、前記加速度検出部では、前記錘部と前記対向基板の各々の対向面に配置した対向電極間の静電容量変化を検出して加速度を検出しており、前記対向基板と前記対向電極または前記信号線との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けた構成である。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、対向基板と対向電極または信号線との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けているので、対向基板と対向電極または信号線との間において、静電容量が発生しにくい。すなわち、ノイズ成分が発生しにくく、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図、図２は図１における対向基板配置前のＡ−Ａ断面図、図３は図１における対向基板配置前のＢ−Ｂ断面図、図４は図１における対向基板配置時のＢ−Ｂ断面図、図５は図１における対向基板配置時のＣ−Ｃ断面図である。
【００１４】
図１において、本発明の一実施の形態における複合センサは、加速度検出部と角速度検出部を有する検出素子１を備え、この検出素子１は、可撓部を介して錘部２を連結した固定部４と、錘部２と対向させた対向基板６と、錘部２と対向基板６の各々の対向面に配置した第１電極と、可撓部に配置した第２電極とを有する。
【００１５】
具体的には、この検出素子１は、第１アーム８を第２アーム１０に略直交方向に連結して形成した２つの直交アームと、２つの第１アーム８の一端を支持する支持部１２と、２つの第１アーム８の他端を接続した枠体形状の固定部４とを有する。第１アーム８の厚みは第２アーム１０の厚みよりも非常に薄く形成しており、第２アーム１０は第２アーム１０自身と対向するまで折曲し、折曲した第２アーム１０の先端部に錘部２を連結している。第１アーム８と支持部１２とは略同一直線上に配置し、第１アーム８および第２アーム１０は検出素子１の中心に対して対称配置している。ここで、可撓部は固定部４と錘部２とを連結する部分を指しており、第１アーム８、第２アーム１０が少なくとも可撓部に相当する。
【００１６】
また、錘部２に対向させて対向基板６を配置しており、この対向基板６は、突起部１３により、一定のギャップを介して錘部２と対向させている。この際、所望の位置に接着剤を塗布しておけば、固定部４と対向基板６とを容易に固定できる。錘部２と対向基板６の各々の対向面には、第１電極として第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０を配置し、互いに対向する一方の２つの第２アーム１０には錘部２を駆動振動させる駆動電極２２および検知電極２４を配置し、互いに対向する他方の２つの第２アーム１０には、第２電極として第２アーム１０の歪を感知する第１感知電極２６、第２感知電極２８を配置している。
【００１７】
また、錘部２の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０から引き出した信号線２１を、第２アーム１０および第１アーム８を介して固定部４に設けた電極パッド２３まで配置している。対向基板６の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０から引き出した信号線２１も、導電性樹脂１５を介して固定部４に設けた電極パッド２３まで引き出している。この信号線２１の端部である電極パッド２３にて、ワイヤボンディング等を用いて、実装基板の配線パターンと電気的に接続している。
【００１８】
また、錘部２に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０、駆動電極２２、検知電極２４、第１感知電極２６、第２感知電極２８は、図２、図３に示すように、圧電層３０を介在させた上部電極３２と下部電極３４とを有し、信号線２１も同様の構成である。
【００１９】
さらに、錘部２と固定部４と対向基板６と第１アーム８と第２アーム１０とは、シリコン基板を所望の形状に加工して形成されており、駆動電極２２、検知電極２４、第１感知電極２６、第２感知電極２８は、例えば、このシリコン基板上にＰｔからなる下部電極３４をスパッタにて形成し、この下部電極３４の上部にＰＺＴからなる圧電層３０をスパッタにて形成し、ＰＺＴからなる圧電層３０の上部にＡｕからなる上部電極３２をスパッタにて形成し、所望の形状に加工して形成すればよい。
【００２０】
特に、上記構成において、対向基板６と錘部２に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０と信号線２１との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けている。この抑制手段としては、対向基板６をガラス等からなる絶縁性基板とし、対向基板６の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０から固定部４まで信号線２１を引き出すとともに、対向基板６の対向面上における信号線２１の引き出し距離を固定部４上における信号線２１の引き出し距離よりも長くしたものである。
【００２１】
次に、角速度検出部および加速度検出部について説明する。
【００２２】
まず、角速度検出部について説明する。
【００２３】
図６に示すように、互いに直交したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、検出素子１の第１アーム８をＸ軸方向に配置して、第２アーム１０をＹ軸方向に配置した場合、駆動電極２２に共振周波数の交流電圧を印加すると、駆動電極２２が配置された第２アーム１０を起点に第２アーム１０が駆動振動し、それに伴って錘部２も第２アーム１０の対向方向（実線の矢印と点線の矢印で記した駆動振動方向）に駆動振動する。また、４つの第２アーム１０および４つの錘部２の全てが同調して第２アーム１０の対向方向に駆動振動する。この検出素子１における駆動振動方向はＸ軸方向となる。
【００２４】
このとき、例えば、Ｚ軸の左回りに角速度が生じた場合は、錘部２の駆動振動と同調して、錘部２に対して駆動振動方向と直交した方向（実線の矢印と点線の矢印で記したコリオリ方向（Ｙ軸方向））にコリオリ力が発生するので、第２アーム１０にＺ軸の左回りの角速度に起因した歪を発生させることができる。すなわち、コリオリ力に起因して撓むこの第２アーム１０の状態変化（第２アーム１０に発生した歪）によって、第１、第２感知電極２６、２８から電圧が出力され、この出力電圧に基づき角速度が検出される。
【００２５】
次に、加速度検出部について説明する。
【００２６】
図７に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、対向基板６をＸＹ平面に配置した場合、加速度が発生していなければ、対向基板６と錘部２の対向面の第１対向電極１４のギャップ（Ｈ１）と、対向基板６と錘部２との対向面の第２対向電極１６のギャップ（Ｈ２）は等しい。図示していないが、第３対向電極１８の対向距離と第４対向電極２０のギャップも等しくなる。
【００２７】
このとき、例えば、Ｘ軸方向に加速度が生じた場合、図８に示すように、錘部２は支持部１２を中心にしてＹ軸回りに回転しようとする。この結果、対向基板６と錘部２の対向面の第１対向電極１４のギャップ（Ｈ１）が小さくなり、対向基板６と錘部２との対向面の第２対向電極１６のギャップ（Ｈ２）が大きくなる。第３対向電極１８の対向距離と第４対向電極２０のギャップも同様である。
【００２８】
一方、Ｙ軸方向に加速度が生じた場合も同様に、錘部２は支持部１２を中心にしてＸ軸回りに回転しようとするため、例えば、第３、第４対向電極１８、２０のギャップが大きくなり、第１、第２対向電極１４、１６のギャップが小さくなる。すなわち、各々の電極間の静電容量が変化するので、この静電容量の変化に基づいてＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出するものである。
【００２９】
上記構成により、加速度検出部によって、錘部２と対向基板６の各々の対向面に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０の静電容量を検出して加速度を検出し、角速度検出部によって、コリオリ力に起因して撓む可撓部の状態変化を第１感知電極２６、第２感知電極２８で検出し、一つの検出素子１で加速度と角速度を検出できるので、実装面積を低減して小型化を図れる。
【００３０】
また、対向基板６と第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０または信号線２１との間で発生する静電容量を抑制する抑制手段を設けているので静電容量が発生しにくい。すなわち、ノイズ成分が発生しにくく、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制でき、検出精度を向上できる。
【００３１】
特に、固定部４がシリコン基板からなり、シリコン層上に酸化シリコン層が形成された基板なので、固定部４上における信号線２１はシリコン層との間において静電容量を発生するが、静電容量を抑制する抑制手段として、対向基板６を絶縁性基板とし、対向基板６の対向面上における信号線２１の引き出し距離を固定部４上における信号線２１の引き出し距離よりも長くしているので、信号線２１と対向基板６との間において静電容量の発生を抑制できる。
【００３２】
なお、抑制手段としては、対向基板６に配置した第１対向電極〜第４対向電極１４、１６、１８、２０の端部から錘部２の対向面に、信号線２１を引き出してもよく、その際、導電性樹脂１５を介して信号線２１を引き出せばよい。この場合、固定部４上における信号線２１の引き廻しを短くできるので、よりノイズ成分の発生を抑制して、検出精度を向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る加速度センサは、対向電極や信号線に発生する静電容量を低減して、Ｓ／Ｎ比の向上を図れ、各種電子機器に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態における複合センサの検出素子の分解斜視図
【図２】図１における対向基板配置前のＡ−Ａ断面図
【図３】図１における対向基板配置前のＢ−Ｂ断面図
【図４】図１における対向基板配置時のＢ−Ｂ断面図
【図５】図１における対向基板配置時のＣ−Ｃ断面図
【図６】角速度発生時における同検出素子の動作状態を示す説明図
【図７】同検出素子の断面図
【図８】加速度発生時における同検出素子の動作状態を示す説明図
【図９】従来の加速度センサの断面図
【符号の説明】
【００３５】
１  検出素子
２  錘部
４  固定部
６  対向基板
８  第１アーム
１０  第２アーム
１２  支持部
１３  突起部
１４  第１対向電極
１５  導電性樹脂
１６  第２対向電極
１８  第３対向電極
２０  第４対向電極
２１  信号線
２２  駆動電極
２３  電極パッド
２４  検知電極
２６  第１感知電極
２８  第２感知電極
３０  圧電層
３２  上部電極
３４  下部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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