(57)【要約】【課題】スティッキングなどが発生することなく高感度化する。【解決手段】半導体基板１０ａ、１０ｂにそれぞれ同じ構造を形成した同じ特性の２つのセンサチップ１００ａ、１００ｂを回路チップ６上に同じ方向に配置する。１つの半導体基板に同じ構造の２つのセンサを同じ方向に形成したセンサチップを用いてもよい。また、センサの数は３以上でもよい。さらに、複数のセンサを半導体基板上や回路チップ上にスタックしてもよく、その際に、半導体基板や回路チップの両面に配置してもよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と、加速度に応じて変位可能な梁に連結された可動電極との間の容量に基づいて１軸の力学量を検出する１軸センサを複数個同じ方向に配置した半導体力学量センサ。
【請求項２】
前記複数の１軸センサをそれぞれ異なる半導体基板上に形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項３】
前記複数の１軸センサを共通の半導体基板上に形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項４】
前記複数の１軸センサを共通の半導体基板上又はマザー基板上にスタックして形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項５】
前記複数の１軸センサを共通の半導体基板又はマザー基板の両面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定電極と可動電極の間の容量に基づいて加速度などの力学量を検出する半導体力学量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来例としては、例えば、下記の特許文献１に開示されているものがある。ここで、図３を参照して１軸方向（Ｘ方向）の容量式加速度センサについて説明する。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ断面図であり、Ｓｉなどの半導体基板１０の半導体層に溝１１を形成することにより複数組の固定電極１と可動電極２がＸ方向に対向して容量を構成するように構成されている。可動電極２は、Ｘ方向に伸びた錘３に対して±Ｙ方向に櫛歯状に複数組形成されている。錘３の両端はＸ方向に変位可能に半導体基板１０上に形成され、錘３の両端には加速度に応じて変位可能な２枚構造の梁４が形成されている。そして、可動電極２に対向するように±Ｙ方向にそれぞれ配列された各固定電極１はそれぞれＡｌなどのパッド５ａ、５ｂに接続され、可動電極２はパッド５ｃに接続されている。パッド５ａ、５ｂ、５ｃはワイヤｗによるボンディングによりマザー基板などの他の回路チップ６のパッド６ａ、６ｂ、６ｃを通して外部に接続される。
【０００３】
ここで、隣接している固定電極１ａ、１ｂの間には可動電極２ａが配置されており、このような構成において、このセンサにＸ方向の加速度が印加されると、梁４がＸ方向に変位することにより固定電極１ａ、１ｂと可動電極２ａの間の各距離が変化して、固定電極１ａと可動電極２ａの間の容量ＣＳ１と、固定電極１ｂと可動電極２ａの間の容量ＣＳ２が変化する。この半導体力学量センサの等価回路を図４の左側に示す。固定電極１ａ、１ｂにはパルス電圧Ｖｃｃが印加されている。そして、この発生した容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）を可動電極２から取り出し、例えば図４の右側に示すようなスイッチドキャパシタ回路５により電圧＝（ＣＳ１−ＣＳ２）・Ｖｃｃ／Ｃｆに変換することにより加速度を検出することができる。
【０００４】
ここで、従来、センサを高感度化する場合、櫛歯構造の梁４、電極１、２、錘３の寸法を変更してバネ定数ｋｗを柔らかくしたり、質量ｍを重くしたり、容量Ｃ０を大きくしたセンサを用いることにより対応している。図５は、その一例として、感度を２倍にするために梁４を２回折り曲げて梁４のバネ定数を１／２にして柔らかくした構造を示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３０４３０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、
バネ復元力＜固定電極１と可動電極２の間の静電力
となるので、スティッキングが発生しやすくなるという問題点がある。また、回路チップも垂直方向（Ｚ方向）にも変位しやすくなるので、Ｚ方向に高衝撃が印加されると、可動電極２が固定電極１上に乗り上げて動作不能になるという問題点がある。さらに、ダイナミックレンジも狭くなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上記従来例の問題点に鑑み、スティッキングなどが発生することなく高感度化することができる半導体力学量センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、固定電極と、加速度に応じて変位可能な梁に連結された可動電極との間の容量に基づいて１軸の力学量を検出する１軸センサを複数個同じ方向に配置したことを特徴とする。
上記構成により、スティッキングなどが発生することなく感度を複数倍にすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る半導体力学量センサの一実施の形態を示す平面図及び断面図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【００１０】
図１は半導体基板１０ａ、１０ｂに同じ構造を形成した同じ特性の２つのセンサチップ１００ａ、１００ｂを回路チップ６上に同じ方向に配置した例を示している。なお、センサチップ１００ａ、１００ｂをそれぞれ構成する電極１、２、錘３、梁４などの構造は従来例と同じであるのでその詳細な説明は省略する。
【００１１】
ここで、電極１、２間の容量＝Ｃ０、梁４のバネ定数＝ｋ、質量＝ｍ、電極１、２間の距離＝ｄとすると、
感度∝Ｃ０・ｋ／ｍ
となる。また、
梁４のバネ復元力∝ｋ
電極１、２間の静電力∝０．５・Ｃ０・Ｖ２／ｄ
可動電極１のＺ方向変位∝（ｋ／ｍ）０．５
ダイナミックレンジ∝（ｋ／ｍ）０．５
となる。
【００１２】
ここで、図３に示した感度の低いセンサチップのパラメータをｋ１、Ｃ０１、ｍ１、ｄ１として、このセンサチップの感度を２倍に高めるために、図５に示した従来例を考える。バネ定数＝ｋ１を柔らかくすると、
感度∝Ｃ０１・（２・ｋ１）／ｍ１＝２・｛Ｃ０１・ｋ１／ｍ１｝
となり、感度が２倍に高まる。しかし、この従来例では、梁４によるバネの復元力が半分に下がるため、相対的に電極１、２間の静電力とのバランスを考えると、スティッキングが発生しやすく、また、可動電極１のＺ方向の変位も２倍に増加して可動電極２が固定電極１上に乗り上げることが発生しやすくなる。
【００１３】
これに対し、図１に示す構成の各センサチップ１００ａ、１００ｂでは、図３と同じ特性であるので、スティッキングや電極乗り上げを防止し、ダイナミックレンジを低下させることなく、感度を２倍にすることができる。
【００１４】
＜他の実施の形態＞
図１では、半導体基板１０ａ、１０ｂに同じ構造を形成した同じ特性の２つのセンサチップ１００ａ、１００ｂを用いたが、図２の平面図及び断面図に示すように１つの半導体基板１０に同じ構造の２つのセンサを同じ方向に形成したセンサチップ１００を用いてもよい。また、センサの数は３以上でもよい。さらに、複数のセンサを半導体基板１０上や回路チップ６上にスタックしてもよく、その際に、半導体基板１０や回路チップ６の両面に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体力学量センサの一実施の形態を示す（ａ）平面図及び（ｂ）ｂ−ｂ断面図、（ｃ）ｃ−ｃ断面図である。
【図２】図１のセンサの変形例を示す（ａ）平面図及び（ｂ）ｂ−ｂ断面図、（ｃ）ｃ−ｃ断面図である。
【図３】半導体力学量センサの基本構造を示す（ａ）平面図及び（ｂ）ｂ−ｂ断面図、（ｃ）ｃ−ｃ断面図である。
【図４】半導体力学量センサの等価回路及びスイッチドキャパシタ回路を示す回路図である。
【図５】従来例の半導体力学量センサを示す（ａ）平面図及び（ｂ）ｂ−ｂ断面図、（ｃ）ｃ−ｃ断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ  固定電極
２、２ａ  可動電極
３  錘
４  梁
５  スイッチドキャパシタ回路
５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ  パッド
６  回路チップ
１０、１０ａ、１０ｂ  半導体基板
１１  溝
１００、１００ａ、１００ｂ  センサチップ
Ｗ  ワイヤ
【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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