WO2019013295A1 - Acceleration sensor - Google Patents
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring 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
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/50—Devices controlled by mechanical forces, e.g. pressure
Definitions
- the present disclosure relates to an acceleration sensor that has a movable electrode and a fixed electrode, and detects an acceleration along the arrangement direction of the movable electrode and the fixed electrode.
- a plate-like electrode configuration portion has a movable portion supported by an anchor portion via a torsion beam, and the first and second fixed electrodes are opposed to the movable portion.
- An acceleration sensor in which is disposed is proposed.
- the electrode configuration portion has an opening formed on the inner edge side, and is supported by the anchor portion via the torsion beam. Then, with respect to the virtual line passing through the torsion beam, the electrode configuration portion has one first portion divided by the virtual line and the other second portion so as to be able to rotate around the torsion beam as a rotation axis. It has an asymmetric shape. More specifically, the first portion and the second portion are configured such that the lengths between the end on the phantom line side and the end on the opposite side are different from each other.
- the first fixed electrode is disposed so as to face the first portion
- the second fixed electrode is disposed so as to face the second portion.
- the first movable electrode is configured in a portion facing the first fixed electrode in the electrode configuration portion
- the second movable electrode is configured in a portion facing the second fixed electrode in the electrode configuration portion.
- first fixed electrode and the second fixed electrode have the same planar shape as each other so that an equal capacitance is formed between the first movable electrode and the second movable electrode when no acceleration is applied. It is assumed.
- the first portion and the second portion are configured such that the lengths between the end on the imaginary line side and the end on the other side are different from each other. That is, the first portion and the second portion are configured such that the lengths between the end on the rotation shaft side and the end on the opposite side are different from each other.
- the electrode configuration portion when the electrode configuration portion is distorted, the portion connected with the torsion beam is distorted on the basis, but the distortion is different between the first portion and the second portion. That is, the method of changing the electrostatic capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode differs from the method of changing the electrostatic capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode. Therefore, detection accuracy may be reduced.
- An object of the present disclosure is to provide an acceleration sensor that can suppress a decrease in detection accuracy.
- the acceleration sensor includes a first fixed portion having a first fixed electrode portion, a second fixed portion having a second fixed electrode portion, and a portion facing the first fixed electrode portion.
- a first movable electrode portion, and a second movable electrode portion formed in a portion facing the second fixed electrode portion, and connecting the electrode portion and the anchor portion;
- a movable portion having The electrode configuration portion is a plate having a longitudinal direction, and an opening is formed on the inner edge side, and the opposing portion in the opening is provided with a torsion beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction.
- a portion which is supported by the anchor portion, passes through the torsion beam, and is located on one side in the longitudinal direction of the virtual line extending along the extension direction of the torsion beam is a first portion, and the other in the longitudinal direction than the virtual line Assuming that the portion located on the side is the second portion, the first portion faces the first fixed electrode portion and the second portion faces the second fixed electrode portion, and the first portion is a virtual line.
- a length along the longitudinal direction between the virtual line side and the opposite end portion is a length along the longitudinal direction between the virtual line and the virtual line side and the opposite end at the second portion
- the electrode configuration portion has a length along the longitudinal direction between the imaginary line at the first portion and the end opposite to the imaginary line side, the imaginary line at the second portion, and the imaginary line side And the end along the longitudinal direction between the opposite end and the same. For this reason, it can suppress that the distortion method of a 1st site
- FIG. 5 is a plan view of one surface side of a first substrate. It is a top view of the one side of the 2nd substrate. It is a top view of the other side of a 2nd substrate. It is a top view on the 1 side of the 1st substrate in a 2nd embodiment. It is a top view on the 1 side of the 1st substrate in a 3rd embodiment. It is a top view of the 1 side of the 1st substrate in a 4th embodiment. It is a top view of the 1st support substrate in a 5th embodiment.
- the acceleration sensor of the present embodiment is configured such that the first substrate 10 and the second substrate 50 are stacked, and a sensing unit 80 that outputs a detection signal according to the acceleration is accommodated inside.
- FIG. 1 corresponds to the cross section along the line II in FIG. 4 to FIG. 6, and FIG. 2 corresponds to the cross section along the line II-II in FIG. Corresponds to a cross section taken along the line III-III in FIGS. 4 to 6.
- one direction in the surface direction of the first substrate 10 and the second substrate 50 is taken as an x-axis direction, one direction in the surface direction of the first substrate 10 and the second substrate 50, and orthogonal to the x-axis direction.
- the direction is described as the y-axis direction.
- a direction orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction will be described as the z-axis direction.
- the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction are indicated by arrows.
- the first substrate 10 is configured using an SOI (that is, Silicon on Insulator) structure in which the first semiconductor layer 13 is disposed on the first support substrate 11 with the first insulating film 12 interposed therebetween. There is.
- the first substrate 10 is configured such that the first surface 10 a is a surface of the first semiconductor layer 13 opposite to the first insulating film 12 side.
- the first support substrate 11 and the first semiconductor layer 13 are formed of a silicon substrate, and the first insulating film 12 is formed of an oxide film, a nitride film, or the like.
- the first semiconductor layer 13 is micromachined to form a groove 14, and the groove 14 divides the movable portion 20 and the peripheral region 40.
- 4 is a plan view of one surface 10a side of the first substrate 10, but in order to facilitate understanding, a first fixed electrode portion 71a and a second fixed electrode portion 72a described later are shown by dotted lines.
- the movable portion 20 is prevented from coming into contact with the first support substrate 11 and the first insulating film 12.
- the recess 15 is formed in a portion facing the movable portion 20.
- this recessed part 15 is formed so that it may become a shape corresponding to the movable part 20 in the part different from the support area
- movable portion 20 responds to acceleration along the stacking direction of anchor portion 21, first substrate 10 and second substrate 50 (hereinafter simply referred to as the stacking direction). And a movable region 22 supported by the anchor portion 21 in a movable state.
- the anchor portion 21 is formed such that the center of the anchor portion 21 coincides with the center of the surface 10 a of the first substrate 10. Further, the anchor portion 21 is formed to be substantially square when viewed in the normal direction to the surface 10 a of the first substrate 10.
- an opening 31 is formed on the inner edge side along the outer shape of the anchor 21, and the plate-like electrode component 32 having the x-axis direction as the longitudinal direction, the electrode component 32 and the anchor 21 And a torsion beam 33 connected thereto.
- the torsion beam 33 is a member serving as a rotation axis serving as a rotation center of the electrode configuration portion 32 (that is, the movable region 22) when an acceleration in the stacking direction is applied.
- the torsion beam 33 is provided at a pair of opposing portions in the opening 31 and extends along the y-axis direction so as to connect the anchor portion 21 and the electrode configuration portion 32.
- the torsion beam 33 is formed such that the first virtual line V1 along the extending direction of the torsion beam 33 intersects the center of the anchor portion 21.
- the electrode configuration portion 32 has a first portion 34 located on one side in the longitudinal direction of the first virtual line V1 and a second portion 35 located on the other side of the first virtual line V1. .
- the torsion beam 33 is connected to the boundary between the first portion 34 and the second portion 35 of the electrode configuration portion 32.
- the portion on the left side in the drawing of the electrode configuration portion 32 is the first portion 34
- the portion on the right side in the drawing of the electrode configuration portion 32 is the second portion 35.
- the second portion 35 is substantially U-shaped to form a half of the opening 31 formed along the outer shape of the anchor portion 21.
- the first portion 34 has a main portion 34 a that is line-symmetrical to the second portion 35 with respect to the first virtual line V1. That is, the first portion 34 has the main portion 34 a which has the same planar shape as the second portion 35.
- the first portion 34 has a main portion 34a and a weight portion 34b integrated with the main portion 34a.
- the weight portion 34 b is provided in the main portion 34 a so as to protrude in the y-axis direction in the surface direction of the electrode configuration portion 32. That is, the weight portion 34 b is provided in the main portion 34 a so as to constitute the same plane as the main portion 34 a.
- two weight portions 34 b are provided in the main portion 34 a so as to protrude in opposite directions with respect to the main portion 34 a.
- an end of the first portion 34 opposite to the first virtual line V1 is one end of the first portion 34
- an end of the second portion 35 opposite to the first virtual line V1 is the second portion. Let it be one end of 35.
- the first portion 34 and the second portion 35 have a length L1 from the first virtual line V1 to one end of the first portion 34, and the first virtual line V1 to the second portion 35. It can be said that the length L2 to one end is equal.
- the length L1 from the first virtual line V1 to one end of the first portion 34 is simply referred to as the length L1
- the length L2 from the first virtual line V1 to one end of the second portion 35 is It is also simply referred to as the length L2.
- being equal here includes a slight manufacturing error in addition to the case where the length L1 and the length L2 are completely equal.
- the first portion 34 is configured to include the main portion 34 a having the same shape as the second portion 35 and the weight portion 34 b provided in the main portion 34 a.
- the mass is made heavier than the second portion 35.
- the two weight portions 34b are provided such that the lengths L3 and L4 along the y-axis direction are equal to each other. That is, the electrode configuration portion 32 passes the center of the anchor portion 21 and is formed in line symmetry with respect to the second virtual line V2 along the x-axis direction. Further, in the present embodiment, the lengths L3 and L4 of the weight portion 34b are shorter than the length of the main portion 34a in the y-axis direction.
- the electrode configuration portion 32, the torsion beam 33, and the anchor portion 21 are integrally formed by performing dry etching or the like on the first semiconductor layer 13 to form the groove portion 14. For this reason, the main portion 34a and the weight portion 34b in the first portion 34 of the electrode configuration portion 32 are formed to constitute the same plane. Further, since the weight portion 34 b is integrally formed with the torsion beam 33 or the like, the manufacturing process is not particularly increased by providing the weight portion 34 b.
- the second substrate 50 has a cap substrate 60, as shown in FIGS.
- the cap substrate 60 is configured using an SOI structure in which the second semiconductor layer 63 is disposed on the second support substrate 61 with the second insulating film 62 interposed therebetween.
- the one surface 50 a of the second substrate 50 is formed of the surface of the second semiconductor layer 63 opposite to the second insulating film 62 side.
- the second support substrate 61 and the second semiconductor layer 63 are formed of a silicon substrate, and the second insulating film 62 is formed of an oxide film, a nitride film, or the like.
- the groove portion 64 is formed in the second semiconductor layer 63 of the second substrate 50 by micromachining.
- the first fixing portion 71, the second fixing portion 72, the peripheral region 73, the first bonding region 74, and the second bonding region 75 are formed by the groove 64.
- the first fixing portion 71 is formed in a portion facing the first portion 34 in the electrode configuration portion 32 and forms a predetermined capacitance with the first portion 34.
- the fixed electrode portion 71a and a first fixed wiring portion 71b drawn from the first fixed electrode portion 71a are provided.
- the second fixed portion 72 is formed in a portion facing the second portion 35 of the electrode configuration portion 32 and forms a predetermined capacitance with the second portion 35. It has 72a and the 2nd fixed wiring part 72b drawn out from the 2nd fixed electrode part 72a.
- the first and second fixed electrode portions 71a and 72a have the same planar shape as each other so that equal capacitance is formed between the first and second portions 34 and 35 in the state where acceleration is not applied. It is assumed. More specifically, the first and second fixed electrode portions 71a and 72a are formed to be line symmetrical with respect to the first virtual line V1 when viewed from the normal direction to the surface 10a of the first substrate 10. There is. Then, in the electrode configuration portion 32, as shown in FIG. 4, the portion of the first portion 34 facing the first fixed electrode portion 71a becomes the first movable electrode portion 36, and the portion of the second portion 35 The portion facing the second fixed electrode portion 72 a is the second movable electrode portion 37.
- the sensing unit 80 is configured by forming the movable unit 20 and the first and second fixed units 71 and 72 in this manner. Then, when an acceleration is applied in the stacking direction, the electrode configuration portion 32 rotates about the torsion beam 33 as a rotation axis, and thus, the capacitance between the first movable electrode portion 36 and the first fixed electrode portion 71a, The capacitance between the second movable electrode portion 37 and the second fixed electrode portion 72a changes. Therefore, a detection signal corresponding to the change in capacitance is output.
- the first fixed electrode portion 71a and the second fixed electrode portion 72a are disposed to face the electrode configuration portion 32 (that is, the first movable electrode portion 36 and the second movable electrode portion 37).
- acceleration is applied in the stacking direction in the present embodiment means, in other words, the arrangement direction of the first movable electrode portion 36 and the first fixed electrode portion 71a, and the second movable electrode portion 37 and the second fixed electrode Acceleration is applied along the direction of arrangement with the portion 72a.
- the first fixed wiring portion 71b is electrically connected to the second through wiring layer 112c disposed in the second through hole 112a, as described later.
- the second fixed wiring portion 72b is electrically connected to the third through wiring layer 113c disposed in the third through hole 113a, as described later. Therefore, from the first and second fixed electrode portions 71a and 72a, the first and second fixed wiring portions 71b and 72b are electrically connected to the second and third through wiring layers 112c and 113c, respectively. It is pulled out to a predetermined position.
- the first bonding region 74 is a region for causing the first through electrode unit 111 described later to reach the anchor portion 21, and is a region to be bonded to the anchor portion 21.
- the second bonding region 75 is a region for causing the fourth through electrode unit 114 described later to reach the peripheral region 40 in the first semiconductor layer 13.
- the second substrate 50 has the other surface insulating film 90 formed on the opposite side of the cap substrate 60 to the first substrate 10 side.
- the other surface 50 b of the second substrate 50 is configured by the surface of the other surface insulating film 90 opposite to the cap substrate 60.
- the second substrate 50 configured in this manner is bonded to the first substrate 10 via the bonding member 100 such that the first surface 50 a faces the first surface 10 a of the first substrate 10. More specifically, the second substrate 50 is bonded to the first substrate 10 such that the sensing unit 80 is hermetically sealed.
- the bonding member 100 is formed of an oxide film or the like.
- the first to fifth through electrode portions 111 to 115 having the first to fifth wiring portions 111f to 115f for connecting the external circuit to the predetermined region are formed.
- the configuration of the first to fifth through electrode units 111 to 115 will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG. In FIG. 6, a protective film 120 described later is omitted.
- the first to fifth wiring portions 111f to 115f are configured using aluminum or the like which is a metal material.
- the first through electrode unit 111 penetrates the second substrate 50 in the stacking direction, and is provided on the wall surface of the first through hole 111 a that exposes the anchor portion 21 in the first semiconductor layer 13.
- the first wall insulating film 111b is formed.
- the first through electrode unit 111 is formed on the first wall surface insulating film 111 b and has a first through wiring layer 111 c electrically connected to the anchor unit 21, that is, the movable unit 20.
- the first through electrode unit 111 electrically connects the first pad unit 111d formed on the other surface insulating film 90 and connected to the external circuit, the first pad unit 111d, and the first through wiring layer 111c.
- the first wiring portion 111f in the first through electrode unit 111 is configured to have the first through wiring layer 111c, the first pad portion 111d, and the first lead wiring layer 111e.
- the second through electrode unit 112 has the following second wall insulating film 112 b. That is, the second through electrode unit 112 penetrates the other surface insulating film 90, the second support substrate 61, and the second insulating film 62 in the stacking direction to expose the first fixed wiring portion 71b in the second semiconductor layer 63.
- the second wall insulating film 112b is formed on the wall surface of the second through hole 112a.
- the second through electrode unit 112 includes a second through wiring layer 112c which is formed on the second wall surface insulating film 112b and electrically connected to the first fixed wiring portion 71b.
- the second through electrode unit 112 electrically connects the second pad unit 112d formed on the other surface insulating film 90 and connected to the external circuit, the second pad unit 112d, and the second through wiring layer 112c. And a second lead-out wiring layer 112e to be connected.
- the second wiring portion 112f in the second through electrode portion 112 is configured to have the second through wiring layer 112c, the second pad portion 112d, and the second lead wiring layer 112e.
- the third through electrode unit 113 has a configuration similar to that of the second through electrode unit 112. That is, it is formed on the wall surface of the third through hole 113a which penetrates the other surface insulating film 90, the second support substrate 61, and the second insulating film 62 in the stacking direction and exposes the second fixed wiring portion 72b in the second semiconductor layer 63. And the third wall insulating film 113b. Further, the third through electrode unit 113 includes a third through wiring layer 113c which is formed on the third wall insulating film 113b and electrically connected to the second fixed wiring portion 72b.
- the third through electrode unit 113 electrically connects the third pad unit 113d formed on the other surface insulating film 90 and connected to the external circuit, the third pad unit 113d and the third through wiring layer 113c. And a third lead-out wiring layer 113e to be connected. Therefore, the third wiring portion 113f in the third through electrode unit 113 is configured to have the third through wiring layer 113c, the third pad portion 113d, and the third lead wiring layer 113e.
- the fourth through electrode unit 114 penetrates the second substrate 50 in the stacking direction, and is provided on the wall surface of the fourth through hole 114a that exposes the peripheral region 40 in the first semiconductor layer 13.
- the fourth wall insulating film 114 b is formed.
- the fourth through electrode unit 114 includes a fourth through wiring layer 114 c which is formed on the fourth wall insulating film 114 b and electrically connected to the peripheral region 40 in the first semiconductor layer 13.
- the fourth through electrode portion 114 electrically connects the fourth pad portion 114d formed on the other surface insulating film 90 and connected to the external circuit, the fourth pad portion 114d and the fourth through wiring layer 114c.
- a fourth lead-out wiring layer 114e to be connected. Therefore, the fourth wiring portion 114f in the fourth through electrode unit 114 is configured to have the fourth through wiring layer 114c, the fourth pad portion 114d, and the fourth lead wiring layer 114e.
- the fifth through electrode unit 115 penetrates the other surface insulating film 90, the second support substrate 61, and the second insulating film 62 in the stacking direction to expose the peripheral region 73 in the second semiconductor layer 63.
- the fifth wall insulating film 115 b is formed on the wall surface.
- the fifth through electrode unit 115 includes a fifth through wiring layer 115 c which is formed on the fifth wall surface insulating film 115 b and electrically connected to the peripheral region 73 in the second semiconductor layer 63. Further, the fifth through electrode portion 115 electrically connects the fifth pad portion 115d formed on the other surface insulating film 90 and connected to the external circuit, the fifth pad portion 115d and the fifth through wiring layer 115c.
- the fifth wiring portion 115f in the fifth through electrode unit 115 is configured to have the fifth through wiring layer 115c, the fifth pad portion 115d, and the fifth lead wiring layer 115e.
- the first to fifth through wiring layers 111c to 115c are formed in a state in which the communication between the inside and the outside of the first to fifth through holes 111a to 115a is maintained, respectively. That is, the first to fifth through wiring layers 111c to 115c are formed in a state in which the first to fifth through holes 111a to 115a are not embedded, respectively.
- the first to fifth through holes 111a to 115a respectively have the same shape and size of the opening.
- the openings of the first to fifth through holes 111a to 115a are circular, and the diameters thereof are equal to each other.
- the above is the configuration of the first to fifth through electrode units 111 to 115 in the present embodiment.
- the pad portions 111 d to 115 d are respectively connected to the external circuit, whereby the movable portion 20, the first fixing portion 71, the second fixing portion 72, the peripheral region 40 of the first semiconductor layer 13, and the second semiconductor layer 63.
- the peripheral regions 73 in each are connected to external circuits.
- the peripheral region 40 in the first semiconductor layer 13 and the peripheral region 73 in the second semiconductor layer 63 are connected to an external circuit and maintained at a predetermined potential.
- an imaginary line extending in the y-axis direction passes through the portion positioned on the outermost edge side of the movable portion 20. It is assumed that the first and third section virtual lines K1 and K3. Further, when viewed in a direction normal to the other surface 50b of the second substrate 50, a virtual line extending in the x-axis direction passing through a portion positioned on the outermost edge side of the movable portion 20 is a second, fourth section virtual line K2 , K4. Then, a rectangular virtual area surrounded by the first to fourth section virtual lines K1 to K4 is set as a virtual area A.
- a virtual line extending from one end of the first portion 34 along the y-axis direction is the first section virtual line K1
- a virtual line extending from one end of the second portion 35 along the y-axis The line is the third section imaginary line K3.
- imaginary lines extending along the x-axis direction from end portions on the opposite side to the main portion 34a side in the weight portion 34b become second and fourth section imaginary lines K2 and K4.
- a virtual region A is a rectangular virtual region surrounded by the first to fourth section virtual lines K1 to K4.
- the first to fifth through electrode portions 111 to 115 are formed to be located in the virtual area A when viewed in the normal direction to the other surface 50b of the second substrate 50.
- the fact that the first to fifth through electrode portions 111 to 115 are arranged in the virtual area A means that the first to fifth pad portions 111d to 111 which constitute the first to fifth through electrode portions 111 to 115 are formed. It means that 115d etc. are arrange
- the anchor portion 21 is formed at the center of the surface 10 a of the first substrate 10 as described above. Therefore, as shown in FIG. 6, when viewed from the normal direction to the other surface 50b of the second substrate 50, the first through hole 111a in which the first through wiring layer 111c in the first through electrode portion 111 is disposed. Is formed at the center of the other surface 50 b of the second substrate 50.
- the second to fifth through electrode portions 112 to 115 are formed so as to be rotationally symmetrical with respect to the center of the other surface 50 b of the second substrate 50 in the virtual area A. That is, the second to fifth wiring parts 112f to 115f are formed to be rotationally symmetrical with respect to the center of the other surface 50b of the second substrate 50.
- the first and second fixed wiring portions 71b and 72b have the first and second fixed electrode portions 71a and 72a, respectively, so that the second and third through holes 112a and 113a have the above-described shape.
- the above is the arrangement places of the first to fifth through electrode portions 111 to 115 in the present embodiment. Then, as shown in FIGS. 1 to 3, on the other surface 50b of the second substrate 50, a protective film 120 covering the first to fifth through electrode portions 111 to 115 is formed. Although not shown in the figure, the protective film 120 is provided with openings for exposing the first to fifth pad portions 111d to 115d so that an external circuit can be electrically connected to the respective pad portions 111d to 115d. It has become.
- the electrode configuration portion 32 includes the weight portion 34b that protrudes along the y-axis direction in the first portion 34, so that the length L1 and the length L2 are equalized.
- the first portion 34 and the second portion 35 have different masses. For this reason, it can suppress that the distortion method of the 1st site
- the weight portion 34 b is provided so as to constitute the same plane as the main portion 34 a constituting the first portion 34. For this reason, for example, by arranging another weight part on the main part 34a which comprises the 1st part 34, compared with the case where the mass of the 1st part 34 and the 2nd part 35 is made to differ, simple composition. The mass of the first portion 34 and the second portion 35 can be made different. Further, since the weight portion 34b is provided in the same plane as the main portion 34a constituting the first portion 34, for example, it is only necessary to change the mask such as dry etching performed on the first semiconductor layer 13 and the manufacturing process is complicated. There is no need to
- the first to fifth through electrode units 111 to 115 are disposed in the virtual area A when viewed from the normal direction to the other surface 50b of the second substrate 50. For this reason, the area
- the first through electrode unit 111 is formed at a position including the center of the second substrate 50.
- the second to fifth through electrode portions 112 to 115 are formed so as to be rotationally symmetrical with respect to the center of the other surface 50 b of the second substrate 50 in the virtual area A. Therefore, stress caused by the second to fifth through wiring layers 112c to 115c can be easily equalized. Therefore, in the present embodiment, the acceleration sensor is less likely to be distorted, and it is possible to further suppress the decrease in detection accuracy.
- the first to fifth through wiring layers 111c to 115c are formed in a state where the inside and the outside of the first to fifth through holes 111a to 115a are in communication. That is, the first to fifth through wiring layers 111c to 115c are formed in a state in which the first to fifth through holes 111a to 115a are not embedded. Therefore, compared to the case where the first to fifth through holes 111a to 115a are embedded by the first to fifth through wiring layers 111c to 115c, the first to fifth through wirings in the portion not embedded Stress caused by the layers 111c to 115c can be relieved. Therefore, the magnitude of the stress itself that distorts the acceleration sensor can be reduced.
- the diameters of the openings of the first to fifth through holes 111a to 115a are equal. Therefore, as compared with the case where the diameters of the first to fifth through holes 111a to 115a are different, it is possible to suppress the dispersion of the magnitude of the stress to be relaxed particularly when the through holes 111a to 115a are not embedded. Therefore, distortion of the acceleration sensor can be further suppressed.
- the present embodiment is the same as the first embodiment except that a reinforcing portion is added to the electrode configuration portion 32 with respect to the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.
- reinforcing portions 38 are provided in respective portions on the side opposite to the anchor portion 21 side with respect to portions connected with the torsion beam 33. There is. In the present embodiment, the reinforcing portions 38 are provided to project along the y-axis direction.
- each reinforcing portion 38 is provided so as to be line symmetrical with respect to the first virtual line V1 so that the mass relationship between the first portion 34 and the second portion 35 is not changed by the reinforcing portion 38.
- each reinforcing portion 38 is provided such that the lengths L5 and L6 in the y-axis direction are equal to each other. That is, each reinforcing portion 38 is provided so as to be line symmetrical with respect to the second virtual line V2.
- each reinforcing portion 38 has a length equal to or less than the length L3 in the y-axis direction of the weight portion 34b, and a length L4 or less. That is, the reinforcing portion 38 is provided so as to be located in the virtual area A.
- substrate 50, 2nd, 4th through-hole 112a, 114a is between the weight part 34b and the reinforcement part 38. It can be said that it is formed in The third through hole 113a is formed in line symmetry with the second through hole 112a with respect to the first virtual line V1, and the fifth through hole 115a is formed with the fourth through hole 114a with respect to the first virtual line V1. It can be said that it is formed in line symmetry.
- the electrode configuration portion 32 is provided with the reinforcing portion 38. For this reason, it can suppress that the electrode structure part 32 bends. That is, although the electrode configuration portion 32 is moved by twisting the torsion beam 33, a large stress is generated in the connection portion with the torsion beam 33. Therefore, by providing the reinforcing portion 38 on the side opposite to the portion connected to the torsion beam 33, the rigidity of the portion connected to the torsion beam 33 can be increased, and bending of the electrode configuration portion 32 can be suppressed.
- the present embodiment is the same as the second embodiment except that the length of the torsion beam 33 is changed with respect to the second embodiment, and the description thereof is omitted here.
- the electrode configuration portion 32 is formed with a recess 31 a in a portion connected to the torsion beam 33.
- a recess 31a is formed in a portion connected to the torsion beam 33 in the wall surface constituting the opening 31.
- the torsion beam 33 is disposed to connect the bottom surface of the recess 31 a and the anchor 21. That is, the torsion beam 33 of the present embodiment is longer than the torsion beam 33 of the second embodiment.
- the electrode configuration portion 32 is formed such that an interval a1 of a predetermined region of a portion located in the y-axis direction with respect to the anchor portion 21 of the first portion 34 and the second portion 35 is the narrowest.
- electrode configuration portion 32 has a space a1 along the y-axis direction between the end portion on the side of anchor portion 21 and the end portion on the opposite side of the portion different from the portion where recess 31a is formed. Is formed to be the narrowest.
- the distance a1 is the distance a2 between the side surface of the opposing recess 31a and the side surface of the reinforcing portion 38, the distance a3 between the bottom of the recess 31a and the tip of the reinforcing portion 38 in the projecting direction, It is formed to be shorter than the lengths L1 to L6.
- the length of the torsion beam 33 is increased by forming the recess 31 a. Therefore, the degree of freedom of the spring constant of the torsion beam 33 can be improved. That is, the degree of freedom in design can be improved.
- the space a1 is formed to be the shortest. For this reason, the design of the part which exhibits the necessary function as the movable part 20 can be diverted as it is, and there is no need to newly design the movable part 20 by forming the depressed part 31 a. Therefore, the freedom of design can be improved.
- the weight portion 34 b is not disposed on one end side of the first portion 34, and is disposed integrally with the reinforcing portion 38.
- the weight portion 34b is integrated with the reinforcing portion 38, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
- the weight 34b is disposed near the first virtual line V1 (that is, the rotation axis) It becomes. Therefore, for example, in order to have the same detection sensitivity as that of the first embodiment, the depression 31a described in the third embodiment is made larger, and the length of the torsion beam 33 is made longer. The spring constant of the torsion beam 33 may be reduced.
- the present embodiment is the same as the first embodiment except that the shapes of the depressions 15 formed in the first support substrate 11 and the first insulating film 12 are modified with respect to the first embodiment. The description is omitted here because it is present.
- the recess 15 formed in the first support substrate 11 passes through the center of the support region 11a and with respect to the third imaginary line V3 extending along the y-axis direction, It is formed in line symmetry. Further, the recess 15 is formed in line symmetry with respect to a fourth imaginary line V4 extending along the x-axis direction, passing through the center of the support region 11a. That is, in addition to the portion facing the movable portion 20, the first recessed portion 15a is formed in the first support substrate 11 to be line symmetrical with respect to the third virtual line V3 and the fourth virtual line V4. A recess 15 is formed.
- the dummy recessed portion 15 a is formed at a position that is line symmetrical with the third imaginary line V 3 with the portion of the movable portion 20 of the first support substrate 11 facing the weight portion 34 b.
- the recess 15 formed in the first insulating film 12 has the same shape as the recess 15 formed in the first support substrate 11.
- the third virtual line V3 is a virtual line that coincides with the first virtual line V1 when viewed from the other surface 50b of the second substrate 50.
- the fourth virtual line V4 is a virtual line which coincides with the second virtual line V2 when viewed from the other surface 50b of the second substrate 50.
- the recess 15 is formed to be line symmetrical with respect to the third virtual line V3 and the fourth virtual line V4. Therefore, the distortions of the first support substrate 11 and the first insulating film 12 are symmetrical with respect to the third virtual line V3 and the fourth virtual line V4. Therefore, the difference between the capacitance between the first movable electrode portion 36 and the first fixed electrode portion 71a and the capacitance between the second movable electrode portion 37 and the second fixed electrode portion 72a changes. Can be suppressed, and the decrease in detection accuracy can be further suppressed.
- the arrangement locations of the first to fifth through electrode units 111 to 115 may be changed.
- a part or all of the first to fifth through electrode units 111 to 115 may be disposed outside the virtual area A.
- the second to fifth through electrode portions 112 to 115 may be formed so as to be rotationally symmetric outside the virtual area A.
- the anchor portion 21 may not be formed so that the center thereof coincides with the center of the surface 10 a of the first substrate 10.
- the second to fifth through electrode portions 112 to 115 are formed in rotational symmetry with respect to the center of the other surface 50 b of the second substrate 50 when viewed from the normal direction to the other surface 50 b of the second substrate 50. It may be formed as follows.
- the second and fourth through silicon vias 112 and 114 and the third and fifth through silicon vias 113 and 115 may be line symmetrical with respect to the first virtual line V1.
- the second and third through silicon vias 112 and 113 and the fourth and fifth through silicon vias 114 and 115 may be line symmetrical with respect to the second virtual line K2.
- the second to fifth through electrodes 112 to 115 may be formed to be line symmetrical with respect to only one of the first virtual line V1 and the second virtual line V2.
- each through electrode portion 112 is compared with the case where the second to fifth through electrode portions 112 to 115 are formed irregularly. Stresses caused by ⁇ 115 are likely to be equalized.
- the first to fifth through silicon vias 111 to 115 may be arranged irregularly without being rotationally symmetrical or axisymmetric. Also as such an acceleration sensor, when the movable portion 20 has the same configuration as that of each of the above-described embodiments, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy.
- the fourth and fifth through electrode units 114 and 115 may not be provided.
- a through electrode unit having a wiring unit electrically connected to the first support substrate 11 may be provided. According to this, since the first support substrate 11 is also maintained at the predetermined potential, it is possible to suppress further decrease in detection accuracy.
- a contact hole for exposing the second support substrate 61 may be formed in the vicinity of the fourth through hole 114 a or the fifth through hole 115 a of the other surface insulating film 90. Then, the fourth lead wiring portion 114e or the fifth lead wiring portion 115e may be embedded in the contact hole. According to this, since the second support substrate 61 is also maintained at the predetermined potential, it is possible to suppress further decrease in detection accuracy.
- the peripheral region 73, the first bonding region 74, and the second bonding region 75 may not be partitioned by the groove 64. Even in such a configuration, since the first, fourth, and fifth through wiring layers 111c, 114, and 115c are disposed via the wall surface insulating films 111b, 114b, and 115b, respectively, insulation in each region is maintained. .
- two weight parts 34b may not be provided, and only one weight part 34b may be provided.
- the two weights 34b may have different lengths L3 and L4 along the y-axis direction.
- only one reinforcing portion 38 may be provided, or the lengths L5 and L6 along the y-axis direction may be different from each other.
- the lengths L5 and L6 may be longer than the lengths L3 and L4 of the weight portion 34b.
- the weight 34 b is not at one end of the first portion 34 but, for example, at an intermediate position between one end of the first portion 34 and the first virtual line V1. It may be provided. That is, the place where the weight 34 b is provided is not particularly limited.
- the hollow part 31a may be formed in the anchor part 21 side. That is, the length of the torsion beam 33 may be increased by forming the recess 31 a on the anchor 21 side. Also in this case, the spring constant of the torsion beam 33 can be changed, and the degree of freedom in design can be improved.
- the anchor portion 21 is a portion directly connected to the first through wiring layer 111c, and when the recessed portion 31a is formed in the anchor portion 21, the contact area between the anchor portion 21 and the first through wiring layer 111c is reduced. there is a possibility. That is, there is a possibility that an electrical connection failure may occur. For this reason, the recess 31a is preferably formed on the side of the electrode component 32.
- a through hole may be formed in the second portion 35, and the mass of the second portion 35 may be reduced. According to this, even if, for example, the mass of the weight portion 34 b is made smaller than in the above-described embodiments, the mass difference between the first portion 34 and the second portion 35 similar to those in the above-described embodiments can be maintained. That is, even if the lengths L3 and L4 in the y-axis direction of the weight portion 34b are made shorter than in the above-described embodiments, it is possible to suppress a decrease in mass difference between the first portion 34 and the second portion 35. For this reason, it is possible to obtain the same effects as those of the above-described embodiments while achieving downsizing of the acceleration sensor in the planar direction.
- a dummy pad portion and a dummy lead portion symmetrical to the first pad portion 111d and the first lead wiring layer 111e with the first through hole 111a as the center.
- a wiring layer may be formed. According to this, the stress generated in the first pad portion 111d and the first lead-out wiring layer 111e and the stress generated in the dummy pad portion and the dummy lead-out wiring layer are equalized. For this reason, distortion of the acceleration sensor due to the stress caused by the first wiring portion 111 f can also be suppressed.
- the portion 15 may be formed.
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Abstract
Description
本出願は、2017年7月12日に出願された日本特許出願番号2017-136541号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2017-136541 filed on Jul. 12, 2017, the contents of which are incorporated herein by reference.
本開示は、可動電極と固定電極とを有し、可動電極と固定電極との配列方向に沿った加速度を検出する加速度センサに関する。 The present disclosure relates to an acceleration sensor that has a movable electrode and a fixed electrode, and detects an acceleration along the arrangement direction of the movable electrode and the fixed electrode.
従来より、例えば、特許文献1には、板状の電極構成部がトーション梁を介してアンカー部に支持された可動部を有し、当該可動部に対向するように第1、第2固定電極が配置された加速度センサが提案されている。
Conventionally, for example, in
具体的には、このような加速度センサでは、電極構成部は、内縁側に開口部が形成されており、トーション梁を介してアンカー部に支持されている。そして、電極構成部は、トーション梁を回転軸として回転することができるように、トーション梁を通る仮想線に対し、仮想線で分割される一方の第1部位と、他方の第2部位とが非対称な形状とされている。より詳しくは、第1部位および第2部位は、仮想線側の端部と当該端部と反対側の端部の間の長さが互いに異なるように構成されている。 Specifically, in such an acceleration sensor, the electrode configuration portion has an opening formed on the inner edge side, and is supported by the anchor portion via the torsion beam. Then, with respect to the virtual line passing through the torsion beam, the electrode configuration portion has one first portion divided by the virtual line and the other second portion so as to be able to rotate around the torsion beam as a rotation axis. It has an asymmetric shape. More specifically, the first portion and the second portion are configured such that the lengths between the end on the phantom line side and the end on the opposite side are different from each other.
第1、第2固定電極は、第1部位と対向するように第1固定電極が配置されていると共に、第2部位と対向するように第2固定電極が配置されている。これにより、電極構成部のうちの第1固定電極と対向する部分にて第1可動電極が構成され、電極構成部のうちの第2固定電極と対向する部分にて第2可動電極が構成される。 The first fixed electrode is disposed so as to face the first portion, and the second fixed electrode is disposed so as to face the second portion. Thus, the first movable electrode is configured in a portion facing the first fixed electrode in the electrode configuration portion, and the second movable electrode is configured in a portion facing the second fixed electrode in the electrode configuration portion. Ru.
このような加速度センサでは、第1可動電極と第1固定電極との配列方向、および第2可動電極と第2固定電極との配列方向に沿った加速度が印加されると、トーション梁を回転軸として電極構成部が回転する。これにより、第1可動電極と第1固定電極との間の静電容量、および第2可動電極と第2固定電極との間の静電容量が変化する。したがって、これらの静電容量の変化に基づいて加速度が検出される。 In such an acceleration sensor, when acceleration is applied along the arrangement direction of the first movable electrode and the first fixed electrode, and the arrangement direction of the second movable electrode and the second fixed electrode, the torsion beam is rotated about the rotation axis. As an electrode configuration part rotates. As a result, the capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode and the capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode change. Therefore, the acceleration is detected based on the change in capacitance.
なお、第1固定電極および第2固定電極は、加速度が印加されていない状態では、第1可動電極および第2可動電極との間に等しい静電容量が構成されるように、互いに同じ平面形状とされている。 Note that the first fixed electrode and the second fixed electrode have the same planar shape as each other so that an equal capacitance is formed between the first movable electrode and the second movable electrode when no acceleration is applied. It is assumed.
しかしながら、上記加速度センサでは、第1部位および第2部位は、仮想線側の端部と当該端部と反対側の端部との間の長さが互いに異なるように構成されている。つまり、第1部位および第2部位は、回転軸側の端部と当該端部と反対側の端部との間の長さが互いに異なるように構成されている。 However, in the acceleration sensor, the first portion and the second portion are configured such that the lengths between the end on the imaginary line side and the end on the other side are different from each other. That is, the first portion and the second portion are configured such that the lengths between the end on the rotation shaft side and the end on the opposite side are different from each other.
このため、上記加速度センサでは、電極構成部が歪んでしまう場合、トーション梁と連結される部分を基準に歪むことになるが、第1部位と第2部位とで歪み方が異なってしまう。つまり、第1可動電極と第1固定電極との間の静電容量と、第2可動電極と第2固定電極との間の静電容量の変化の仕方が異なってしまう。したがって、検出精度が低下する可能性がある。 For this reason, in the above acceleration sensor, when the electrode configuration portion is distorted, the portion connected with the torsion beam is distorted on the basis, but the distortion is different between the first portion and the second portion. That is, the method of changing the electrostatic capacitance between the first movable electrode and the first fixed electrode differs from the method of changing the electrostatic capacitance between the second movable electrode and the second fixed electrode. Therefore, detection accuracy may be reduced.
本開示は、検出精度が低下することを抑制できる加速度センサを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide an acceleration sensor that can suppress a decrease in detection accuracy.
本開示の1つの観点によれば、加速度センサは、第1固定電極部を有する第1固定部と、第2固定電極部を有する第2固定部と、第1固定電極部と対向する部分にて第1可動電極部が構成されると共に、第2固定電極部と対向する部分にて第2可動電極部が構成される電極構成部と、電極構成部とアンカー部とを連結し、第1固定電極部と第1可動電極部との配列方向および第2固定電極部と第2可動電極部との配列方向に沿った加速度が印加されるとねじれることで電極構成部を可動させるトーション梁と、を有する可動部と、を備えている。そして、電極構成部は、長手方向を有する板状であって、内縁側に開口部が形成され、開口部における対向部位に長手方向と交差する方向に延設されたトーション梁が備えられることでアンカー部に支持されており、トーション梁を通り、当該トーション梁の延設方向に沿って延びる仮想線よりも長手方向における一方側に位置する部位を第1部位、仮想線よりも長手方向における他方側に位置する部位を第2部位とすると、第1部位が第1固定電極部と対向すると共に第2部位が第2固定電極部と対向して配置されており、第1部位は、仮想線と仮想線側と反対側の端部との間の長手方向に沿った長さが、第2部位における仮想線と仮想線側と反対側の端部との間の長手方向に沿った長さと等しくされた主部と、主部に備えられ、電極構成部の面方向であって、長手方向と交差する方向に突出する錘部とを有し、第2部位より質量が重くされている。 According to one aspect of the present disclosure, the acceleration sensor includes a first fixed portion having a first fixed electrode portion, a second fixed portion having a second fixed electrode portion, and a portion facing the first fixed electrode portion. A first movable electrode portion, and a second movable electrode portion formed in a portion facing the second fixed electrode portion, and connecting the electrode portion and the anchor portion; A torsion beam for moving an electrode configuration portion by twisting when acceleration is applied along the arrangement direction of the fixed electrode portion and the first movable electrode portion and the arrangement direction of the second fixed electrode portion and the second movable electrode portion; And a movable portion having The electrode configuration portion is a plate having a longitudinal direction, and an opening is formed on the inner edge side, and the opposing portion in the opening is provided with a torsion beam extending in a direction intersecting the longitudinal direction. A portion which is supported by the anchor portion, passes through the torsion beam, and is located on one side in the longitudinal direction of the virtual line extending along the extension direction of the torsion beam is a first portion, and the other in the longitudinal direction than the virtual line Assuming that the portion located on the side is the second portion, the first portion faces the first fixed electrode portion and the second portion faces the second fixed electrode portion, and the first portion is a virtual line. And a length along the longitudinal direction between the virtual line side and the opposite end portion is a length along the longitudinal direction between the virtual line and the virtual line side and the opposite end at the second portion An equalized main part and an electrode configuration provided in the main part A surface direction, and a spindle portion which projects in a direction intersecting the longitudinal direction, mass than the second portion is heavy.
これによれば、電極構成部は、第1部位における仮想線と当該仮想線側と反対側の端部との間の長手方向に沿った長さと、第2部位における仮想線と当該仮想線側と反対側の端部との間の長手方向に沿った長さとが等しくされている。このため、第1部位と第2部位との歪み方がばらつくことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。 According to this, the electrode configuration portion has a length along the longitudinal direction between the imaginary line at the first portion and the end opposite to the imaginary line side, the imaginary line at the second portion, and the imaginary line side And the end along the longitudinal direction between the opposite end and the same. For this reason, it can suppress that the distortion method of a 1st site | part and a 2nd site | part disperses, and it can suppress that a detection precision falls.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses attached to each component, etc., shows an example of a relationship of the specific component such as described in the following embodiments and their components, and the like.
以下、本開示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。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. In the following embodiments, parts that are the same as or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について、図1~図6を参照しつつ説明する。本実施形態の加速度センサは、第1基板10と第2基板50とが積層され、内部に加速度に応じた検出信号を出力するセンシング部80が収容された構成とされている。
First Embodiment
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The acceleration sensor of the present embodiment is configured such that the
なお、図1は、図4~図6中のI-I線に沿った断面に相当し、図2は、図4~図6中のII-II線に沿った断面に相当し、図3は、図4~図6中のIII-III線に沿った断面に相当している。また、以下では、第1基板10および第2基板50の面方向における一方向をx軸方向とし、第1基板10および第2基板50の面方向における一方向であり、x軸方向と直交する方向をy軸方向として説明する。また、x軸方向およびy軸方向と直交する方向をz軸方向として説明する。なお、各図には、x軸方向、y軸方向、z軸方向を矢印で示してある。
1 corresponds to the cross section along the line II in FIG. 4 to FIG. 6, and FIG. 2 corresponds to the cross section along the line II-II in FIG. Corresponds to a cross section taken along the line III-III in FIGS. 4 to 6. In the following, one direction in the surface direction of the
第1基板10は、本実施形態では、第1支持基板11上に第1絶縁膜12を介して第1半導体層13が配置されたSOI(すなわち、Silicon on Insulator)構造を用いて構成されている。そして、第1基板10は、一面10aが第1半導体層13のうちの第1絶縁膜12側と反対側の表面で構成されている。なお、本実施形態では、第1支持基板11および第1半導体層13はシリコン基板で構成され、第1絶縁膜12は酸化膜や窒化膜等で構成される。
In the present embodiment, the
そして、第1半導体層13には、図1~図4に示されるように、マイクロマシン加工が施されて溝部14が形成され、溝部14によって可動部20および周辺領域40が区画形成されている。なお、図4は、第1基板10の一面10a側の平面図であるが、理解をし易くするため、後述する第1固定電極部71aおよび第2固定電極部72aを点線で示してある。
Then, as shown in FIGS. 1 to 4, the
また、第1支持基板11および第1絶縁膜12には、図1~図3に示されるように、可動部20が第1支持基板11および第1絶縁膜12と接触することを防止するため、可動部20と対向する部分に窪み部15が形成されている。なお、この窪み部15は、後述するアンカー部21を支持する支持領域11aと異なる部分において、可動部20に対応する形状となるように形成されている。
Further, in the
可動部20は、図1および図4に示されるように、アンカー部21と、第1基板10と第2基板50との積層方向(以下では、単に積層方向という)に沿った加速度に応じて可動可能な状態でアンカー部21に支持されている可動領域22とを有している。
As shown in FIGS. 1 and 4,
アンカー部21は、本実施形態では、当該アンカー部21の中心と第1基板10の一面10aにおける中心とが一致するように形成されている。また、アンカー部21は、第1基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、略正方形状となるように形成されている。
In the present embodiment, the
可動領域22は、内縁側にアンカー部21の外形に沿った開口部31が形成され、x軸方向を長手方向とする板状の電極構成部32と、電極構成部32とアンカー部21とを連結するトーション梁33とを有している。
In the
トーション梁33は、積層方向の加速度が印加されたとき、電極構成部32(すなわち、可動領域22)の回転中心となる回転軸となる部材である。本実施形態では、トーション梁33は、開口部31における一対の対向部位に備えられ、アンカー部21と電極構成部32とを連結するように、y軸方向に沿って延設されている。詳しくは、トーション梁33は、当該トーション梁33の延設方向に沿った第1仮想線V1がアンカー部21の中心と交差するように形成されている。
The
電極構成部32は、第1仮想線V1よりも長手方向の一方側に位置する第1部位34と、当該第1仮想線V1よりも他方側に位置する第2部位35とを有している。つまり、トーション梁33は、電極構成部32のうちの第1部位34と第2部位35との境界部に連結されているともいえる。なお、図4中では、電極構成部32のうちの紙面左側の部位が第1部位34となり、電極構成部32のうちの紙面右側の部位が第2部位35となる。
The
第2部位35は、アンカー部21の外形に沿って形成される開口部31の半分を構成する略U字状とされている。第1部位34は、第1仮想線V1に対して第2部位35と線対称となる主部34aを有している。つまり、第1部位34は、第2部位35と同一の平面形状とされた主部34aを有している。
The
また、第1部位34は、主部34aと共に、主部34aと一体化された錘部34bを有している。具体的には、錘部34bは、電極構成部32の面方向であって、y軸方向に突出するように主部34aに備えられている。すなわち、錘部34bは、主部34aと同一平面を構成するように当該主部34aに備えられている。本実施形態では、錘部34bは、2つ備えられ、主部34aを挟んで互いに反対方向に突出するように、主部34aに備えられている。
The
ここで、第1部位34における第1仮想線V1側と反対側の端部を第1部位34の一端部、第2部位35における第1仮想線V1側と反対側の端部を第2部位35の一端部とする。この場合、本実施形態では、第1部位34および第2部位35は、第1仮想線V1から第1部位34の一端部までの長さL1と、第1仮想線V1から第2部位35の一端部までの長さL2とが等しくされているともいえる。なお、以下では、第1仮想線V1から第1部位34の一端部までの長さL1を単に長さL1ともいい、第1仮想線V1から第2部位35の一端部までの長さL2を単に長さL2ともいう。また、ここでの等しいとは、長さL1と長さL2とが完全に等しい場合に加えて、若干の製造誤差を含むものである。
Here, an end of the
本実施形態では、このように、第1部位34は、第2部位35と同一形状とされた主部34aと、主部34aに備えられた錘部34bとを有する構成とされることにより、第2部位35より質量が重くされている。これにより、積層方向の加速度が印加されると、トーション梁33を回転軸として電極構成部32が回転する。
In this embodiment, as described above, the
なお、本実施形態では、2つの錘部34bは、y軸方向に沿った長さL3、L4が互いに等しくなるように備えられている。つまり、電極構成部32は、アンカー部21の中心を通り、x軸方向に沿った第2仮想線V2に対して線対称に形成されている。また、本実施形態では、錘部34bの長さL3、L4は、主部34aにおけるy軸方向に沿った長さよりも短くされている。
In the present embodiment, the two
また、特に図示しないが、電極構成部32、トーション梁33、アンカー部21は、第1半導体層13に対してドライエッチング等を行って溝部14を形成することにより、一体的に形成される。このため、電極構成部32の第1部位34における主部34aおよび錘部34bは、同一平面を構成するように形成される。また、錘部34bはトーション梁33等と一体的に形成されるため、当該錘部34bを備えることによって製造工程が特に増加することもない。
In addition, although not particularly illustrated, the
第2基板50は、図1~図3に示されるように、キャップ基板60を有している。本実施形態では、キャップ基板60は、第2支持基板61上に第2絶縁膜62を介して第2半導体層63が配置されたSOI構造を用いて構成されている。そして、第2基板50の一面50aは、第2半導体層63のうちの第2絶縁膜62側と反対側の表面で構成されている。なお、本実施形態では、第2支持基板61および第2半導体層63はシリコン基板で構成され、第2絶縁膜62は酸化膜や窒化膜等で構成される。
The
第2基板50の第2半導体層63には、図1~図3、図5に示されるように、マイクロマシン加工が施されて溝部64が形成されている。そして、第2半導体層63は、溝部64によって第1固定部71、第2固定部72、周辺領域73、第1接合領域74、および第2接合領域75が区画形成されている。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. 5, the
具体的には、第1固定部71は、電極構成部32のうちの第1部位34と対向する部分に形成されて当該第1部位34との間に所定の静電容量を構成する第1固定電極部71aと、第1固定電極部71aから引き出された第1固定配線部71bとを有している。また、第2固定部72は、電極構成部32のうちの第2部位35と対向する部分に形成されて当該第2部位35との間に所定の静電容量を構成する第2固定電極部72aと、第2固定電極部72aから引き出された第2固定配線部72bとを有している。
Specifically, the first fixing
第1、第2固定電極部71a、72aは、加速度が印加されていない状態では、第1、第2部位34、35との間に等しい静電容量が構成されるように、互いに同じ平面形状とされている。より詳しくは、第1、第2固定電極部71a、72aは、第1基板10の一面10aに対する法線方向から視たとき、第1仮想線V1に対して線対称となるように形成されている。そして、電極構成部32では、図4に示されるように、第1部位34のうちの第1固定電極部71aと対向する部分が第1可動電極部36となり、第2部位35のうちの第2固定電極部72aと対向する部分が第2可動電極部37となる。本実施形態では、このように可動部20および第1、第2固定部71、72が形成されていることによってセンシング部80が構成される。そして、積層方向に加速度が印加されると、電極構成部32がトーション梁33を回転軸として回転するため、第1可動電極部36と第1固定電極部71aとの間の静電容量と、第2可動電極部37と第2固定電極部72aとの間の静電容量が変化する。したがって、これらの静電容量の変化に応じた検出信号が出力される。なお、第1固定電極部71aおよび第2固定電極部72aは、電極構成部32(すなわち、第1可動電極部36および第2可動電極部37)と対向するように配置されている。つまり、本実施形態における積層方向に加速度が印加されるとは、言い換えると、第1可動電極部36と第1固定電極部71aとの配列方向、および第2可動電極部37と第2固定電極部72aとの配列方向に沿った加速度が印加されることである。
The first and second
また、第1固定配線部71bは、後述するように、第2貫通孔112aに配置された第2貫通配線層112cと電気的に接続される。第2固定配線部72bは、後述するように、第3貫通孔113aに配置された第3貫通配線層113cと電気的に接続される。このため、第1、第2固定配線部71b、72bは、それぞれ第2、第3貫通配線層112c、113cと電気的に接続されるように、第1、第2固定電極部71a、72aから所定位置まで引き出されている。
The first
第1接合領域74は、後述する第1貫通電極部111をアンカー部21に到達させるための領域であり、アンカー部21と接合される領域である。第2接合領域75は、後述する第4貫通電極部114を第1半導体層13における周辺領域40に到達させるための領域である。
The
また、第2基板50は、図1~図3に示されるように、キャップ基板60における第1基板10側と反対側に形成された他面絶縁膜90を有している。本実施形態では、第2基板50の他面50bは、他面絶縁膜90のうちのキャップ基板60と反対側の表面で構成されている。
Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the
そして、このように構成された第2基板50は、一面50aが第1基板10の一面10aと対向するように、接合部材100を介して第1基板10と接合されている。より詳しくは、第2基板50は、センシング部80が気密封止されるように、第1基板10と接合されている。なお、本実施形態では、接合部材100は酸化膜等で構成されている。
The
また、本実施形態では、外部回路と所定の領域との接続を図る第1~第5配線部111f~115fを有する第1~第5貫通電極部111~115が形成されている。まず、第1~第5貫通電極部111~115の構成について図1~図3および図6を参照して説明する。なお、図6では、後述する保護膜120を省略して示してある。また、第1~第5配線部111f~115fは、金属材料であるアルミニウム等を用いて構成されている。
Further, in the present embodiment, the first to fifth through
第1貫通電極部111は、図1および図6に示されるように、第2基板50を積層方向に貫通し、第1半導体層13におけるアンカー部21を露出させる第1貫通孔111aの壁面に形成された第1壁面絶縁膜111bを有している。また、第1貫通電極部111は、第1壁面絶縁膜111b上に形成され、アンカー部21、つまり可動部20と電気的に接続される第1貫通配線層111cを有している。さらに、第1貫通電極部111は、他面絶縁膜90上に形成されて外部回路と接続される第1パッド部111dと、第1パッド部111dと第1貫通配線層111cとを電気的に接続する第1引出配線層111eとを有している。このため、第1貫通電極部111における第1配線部111fは、第1貫通配線層111c、第1パッド部111d、第1引出配線層111eを有する構成とされている。
As shown in FIGS. 1 and 6, the first through
第2貫通電極部112は、図2および図6に示されるように、次の第2壁面絶縁膜112bを有している。すなわち、第2貫通電極部112は、他面絶縁膜90、第2支持基板61、第2絶縁膜62を積層方向に貫通し、第2半導体層63における第1固定配線部71bを露出させる第2貫通孔112aの壁面に形成された第2壁面絶縁膜112bを有している。また、第2貫通電極部112は、第2壁面絶縁膜112b上に形成されて第1固定配線部71bと電気的に接続される第2貫通配線層112cを有している。さらに、第2貫通電極部112は、他面絶縁膜90上に形成されて外部回路と接続される第2パッド部112dと、第2パッド部112dと第2貫通配線層112cとを電気的に接続する第2引出配線層112eとを有している。このため、第2貫通電極部112における第2配線部112fは、第2貫通配線層112c、第2パッド部112d、第2引出配線層112eを有する構成とされている。
As shown in FIGS. 2 and 6, the second through
第3貫通電極部113は、第2貫通電極部112と同様の構成とされている。すなわち、他面絶縁膜90、第2支持基板61、第2絶縁膜62を積層方向に貫通し、第2半導体層63における第2固定配線部72bを露出させる第3貫通孔113aの壁面に形成された第3壁面絶縁膜113bを有している。また、第3貫通電極部113は、第3壁面絶縁膜113b上に形成されて第2固定配線部72bと電気的に接続される第3貫通配線層113cを有している。さらに、第3貫通電極部113は、他面絶縁膜90上に形成されて外部回路と接続される第3パッド部113dと、第3パッド部113dと第3貫通配線層113cとを電気的に接続する第3引出配線層113eとを有している。このため、第3貫通電極部113における第3配線部113fは、第3貫通配線層113c、第3パッド部113d、第3引出配線層113eを有する構成とされている。
The third through
第4貫通電極部114は、図3および図6に示されるように、第2基板50を積層方向に貫通し、第1半導体層13における周辺領域40を露出させる第4貫通孔114aの壁面に形成された第4壁面絶縁膜114bを有している。また、第4貫通電極部114は、第4壁面絶縁膜114b上に形成されて第1半導体層13における周辺領域40と電気的に接続される第4貫通配線層114cを有している。さらに、第4貫通電極部114は、他面絶縁膜90上に形成されて外部回路と接続される第4パッド部114dと、第4パッド部114dと第4貫通配線層114cとを電気的に接続する第4引出配線層114eとを有している。このため、第4貫通電極部114における第4配線部114fは、第4貫通配線層114c、第4パッド部114d、第4引出配線層114eを有する構成とされている。
As shown in FIGS. 3 and 6, the fourth through
第5貫通電極部115は、他面絶縁膜90、第2支持基板61、第2絶縁膜62を積層方向に貫通し、第2半導体層63における周辺領域73を露出させる第5貫通孔115aの壁面に形成された第5壁面絶縁膜115bを有している。また、第5貫通電極部115は、第5壁面絶縁膜115b上に形成されて第2半導体層63における周辺領域73と電気的に接続される第5貫通配線層115cを有している。さらに、第5貫通電極部115は、他面絶縁膜90上に形成されて外部回路と接続される第5パッド部115dと、第5パッド部115dと第5貫通配線層115cとを電気的に接続する第5引出配線層115eとを有している。このため、第5貫通電極部115における第5配線部115fは、第5貫通配線層115c、第5パッド部115d、第5引出配線層115eを有する構成とされている。
The fifth through
なお、本実施形態では、第1~第5貫通配線層111c~115cは、それぞれ第1~第5貫通孔111a~115aの内部と外部との連通が維持される状態で形成されている。つまり、第1~第5貫通配線層111c~115cは、それぞれ第1~第5貫通孔111a~115aを埋め込まない状態で形成されている。
In the present embodiment, the first to fifth through wiring layers 111c to 115c are formed in a state in which the communication between the inside and the outside of the first to fifth through
また、本実施形態では、第1~第5貫通孔111a~115aは、それぞれ互いに開口部の形状、大きさが等しくされている。具体的には、第1~第5貫通孔111a~115aは、それぞれ開口部が円状とされ、互いに直径が等しくされている。
Further, in the present embodiment, the first to fifth through
以上が本実施形態における第1~第5貫通電極部111~115の構成である。そして、各パッド部111d~115dがそれぞれ外部回路と接続されることにより、可動部20、第1固定部71、第2固定部72、第1半導体層13における周辺領域40、第2半導体層63における周辺領域73がそれぞれ外部回路と接続される。なお、本実施形態では、第1半導体層13における周辺領域40および第2半導体層63における周辺領域73は、外部回路と接続されて所定の電位に維持される。これにより、センシング部80と、周辺領域40、73との間に形成される寄生容量が変化することが抑制され、検出精度が低下することが抑制される。
The above is the configuration of the first to fifth through
次に、本実施形態における第1~第5貫通電極部111~115の配置箇所について説明する。
Next, the locations of the first to fifth through
まず、図6に示されるように、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、可動部20の最も外縁側に位置する部分を通り、y軸方向に延びる仮想線を第1、第3区画仮想線K1、K3とする。また、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、可動部20の最も外縁側に位置する部分を通り、x軸方向に延びる仮想線を第2、第4区画仮想線K2、K4とする。そして、第1~第4区画仮想線K1~K4で囲まれる矩形状の仮想領域を仮想領域Aとする。
First, as shown in FIG. 6, when viewed from the normal direction to the
詳しくは、本実施形態では、第1部位34の一端部からy軸方向に沿って延びる仮想線が第1区画仮想線K1となり、第2部位35の一端部からy軸方向に沿って延びる仮想線が第3区画仮想線K3となる。また、錘部34bにおける主部34a側と反対側の各端部からx軸方向に沿って延びる仮想線が第2、第4区画仮想線K2、K4となる。これら第1~第4区画仮想線K1~K4で囲まれる矩形状の仮想領域が仮想領域Aとなる。
Specifically, in the present embodiment, a virtual line extending from one end of the
そして、第1~第5貫通電極部111~115は、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、仮想領域A内に位置するように形成されている。なお、第1~第5貫通電極部111~115が仮想領域A内に配置されているということは、第1~第5貫通電極部111~115を構成する第1~第5パッド部111d~115d等も仮想領域A内に配置されているということである。
The first to fifth through
また、より詳しくは、本実施形態では、上記のようにアンカー部21が第1基板10の一面10aの中心に形成されている。このため、図6に示されるように、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、第1貫通電極部111における第1貫通配線層111cが配置される第1貫通孔111aは、第2基板50の他面50bの中心に形成される。
In more detail, in the present embodiment, the
そして、第2~第5貫通電極部112~115は、仮想領域A内において、第2基板50の他面50bにおける中心に対して回転対称となるように形成されている。つまり、第2~第5配線部112f~115fは、第2基板50の他面50bにおける中心に対して回転対称となるように形成されている。なお、上記のように、第1、第2固定配線部71b、72bは、第2、第3貫通孔112a、113aが上記形状となるように、それぞれ第1、第2固定電極部71a、72aから引き出されている。
The second to fifth through
以上が本実施形態における第1~第5貫通電極部111~115の配置箇所である。そして、図1~図3に示されるように、第2基板50の他面50b上には、第1~第5貫通電極部111~115を覆う保護膜120が形成されている。保護膜120には、特に図示しないが、第1~第5パッド部111d~115dを露出させる開口部が形成され、外部回路と各パッド部111d~115dとの電気的な接続が図られるようになっている。
The above is the arrangement places of the first to fifth through
以上説明したように、本実施形態では、電極構成部32は、第1部位34にy軸方向に沿って突出する錘部34bを備えることにより、長さL1と長さL2とが等しくされつつ、第1部位34と第2部位35とが異なる質量とされている。このため、第1部位34と第2部位35との歪み方がばらつくことを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the
また、錘部34bは、第1部位34を構成する主部34aと同一平面を構成するように備えられている。このため、例えば、第1部位34を構成する主部34a上に別の錘部を配置することで第1部位34と第2部位35との質量を異ならせる場合と比較して、簡素な構成で第1部位34と第2部位35との質量を異ならせることができる。また、第1部位34を構成する主部34aと同一平面に錘部34bを備えるため、例えば、第1半導体層13に対して行うドライエッチング等のマスクを変更するのみでよく、製造工程が複雑化することもない。
Further, the
さらに、本実施形態では、第1~第5貫通電極部111~115は、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、仮想領域A内に配置されている。このため、錘部34bを備えることによって広くなる領域を有効に利用でき、加速度センサが大型化することを抑制できる。
Furthermore, in the present embodiment, the first to fifth through
また、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、第1貫通電極部111は、第2基板50の中心を含む位置に形成されている。そして、第2~第5貫通電極部112~115は、仮想領域A内において、第2基板50の他面50bにおける中心に対して回転対称となるように形成されている。このため、第2~第5貫通配線層112c~115cに起因する応力が均等化され易くなる。したがって、本実施形態では、加速度センサが歪み難くなり、検出精度が低下することをさらに抑制できる。
Further, when viewed from the normal direction to the
さらに、第1~第5貫通配線層111c~115cは、第1~第5貫通孔111a~115aの内部と外部とが連通する状態で形成されている。つまり、第1~第5貫通配線層111c~115cは、第1~第5貫通孔111a~115aを埋め込まない状態で形成されている。このため、第1~第5貫通孔111a~115aが第1~第5貫通配線層111c~115cで埋め込まれている場合と比較して、当該埋め込まれていない部分で第1~第5貫通配線層111c~115cに起因する応力を緩和することができる。したがって、加速度センサを歪ませる応力自体の大きさを低減することができる。
Furthermore, the first to fifth through wiring layers 111c to 115c are formed in a state where the inside and the outside of the first to fifth through
また、第1~第5貫通孔111a~115aは、開口部の径が等しくされている。このため、第1~第5貫通孔111a~115aの径が異なっている場合と比較して、特に各貫通孔111a~115aを埋め込まない場合の緩和する応力の大きさがばらつくことを抑制できる。したがって、加速度センサが歪むことをさらに抑制できる。
Further, the diameters of the openings of the first to fifth through
(第2実施形態)
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、電極構成部32に補強部を追加したものであり、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。
Second Embodiment
The second embodiment will be described. The present embodiment is the same as the first embodiment except that a reinforcing portion is added to the
本実施形態では、図7に示されるように、電極構成部32には、トーション梁33と連結される部位に対してアンカー部21側と反対側の各部位にそれぞれ補強部38が備えられている。本実施形態では、補強部38は、それぞれy軸方向に沿って突出するように備えられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, in the
詳しくは、各補強部38は、当該補強部38によって第1部位34と第2部位35との質量関係が変化しないように、第1仮想線V1に対して線対称となるように備えられている。また、各補強部38は、y軸方向の長さL5、L6が互いに等しくなるように備えられている。つまり、各補強部38は、第2仮想線V2に対して線対称となるように備えられている。さらに、各補強部38は、錘部34bのy軸方向の長さL3、L4以下の長さとされている。つまり、補強部38は、仮想領域A内に位置するように、備えられている。
Specifically, each reinforcing
なお、このように構成される場合、特に図示しないが、第2基板50の他面50bから視たとき、第2、第4貫通孔112a、114aは、錘部34bと補強部38との間に形成されているともいえる。また、第3貫通孔113aは、第1仮想線V1に対して第2貫通孔112aと線対称に形成され、第5貫通孔115aは、第1仮想線V1に対して第4貫通孔114aと線対称に形成されているともいえる。
In addition, although it does not show in particular when it is comprised in this way, when it sees from the
以上説明したように、本実施形態では、電極構成部32には、補強部38が備えられている。このため、電極構成部32が折れ曲がってしまうことを抑制できる。すなわち、電極構成部32は、トーション梁33がねじれることによって可動するが、トーション梁33との連結部に大きな応力が生成される。したがって、トーション梁33と連結される部分と反対側に補強部38を備えることにより、トーション梁33と連結される部分の剛性を高くでき、電極構成部32が折れ曲がってしまうことを抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対して、トーション梁33の長さを変更したものであり、その他に関しては第2実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Third Embodiment
A third embodiment will be described. The present embodiment is the same as the second embodiment except that the length of the
本実施形態では、図8に示されるように、電極構成部32には、トーション梁33と連結される部分に窪み部31aが形成されている。詳しくは、電極構成部32には、開口部31を構成する壁面のうちのトーション梁33と連結される部分に窪み部31aが形成されている。そして、トーション梁33は、窪み部31aの底面とアンカー部21とを繋ぐように配置されている。つまり、本実施形態のトーション梁33は、上記第2実施形態のトーション梁33より長くされている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
また、電極構成部32は、第1部位34および第2部位35のうちのアンカー部21に対してy軸方向に位置する部分の所定領域の間隔a1が最も狭くなるように形成されている。具体的には、電極構成部32は、窪み部31aが形成される部分と異なる部分におけるアンカー部21側の端部と当該端部と反対側の端部とのy軸方向に沿った間隔a1が最も狭くなるように形成されている。つまり、電極構成部32は、間隔a1が、対向する窪み部31aの側面と補強部38の側面との間隔a2、窪み部31aの底面と補強部38の突出方向の先端部との間隔a3、長さL1~L6より短くなるように形成されている。
In addition, the
以上説明したように、本実施形態では、窪み部31aを形成することにより、トーション梁33の長さを大きくしている。このため、トーション梁33のバネ定数の自由度を向上できる。つまり、設計の自由度を向上できる。
As described above, in the present embodiment, the length of the
また、間隔a1が最も短くなるように形成している。このため、可動部20として必要な機能を発揮する部分の設計をそのまま流用でき、窪み部31aを形成することによって新たに可動部20の設計をし直す必要がない。したがって、設計の自由度を向上できる。
Also, the space a1 is formed to be the shortest. For this reason, the design of the part which exhibits the necessary function as the
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して錘部34bの配置箇所を変更したものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Fourth Embodiment
A fourth embodiment will be described. The present embodiment is the same as the third embodiment except that the place where the
本実施形態では、図9に示されるように、錘部34bは、第1部位34の一端部側に配置されておらず、補強部38と一体化されて配置されている。このように、錘部34bは、補強部38と一体化されていても、上記第3実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the
なお、このような構成では、錘部34bを第1部位34の一端部側に備える場合と比較して、錘部34bが第1仮想線V1(すなわち、回転軸)の近くに配置される構成となる。このため、例えば、上記第1実施形態と同じ検出感度を有するようにする場合には、上記第3実施形態で説明した窪み部31aをさらに大きくし、トーション梁33の長さを長くすることでトーション梁33のバネ定数を小さくするようにすればよい。
In such a configuration, compared to the case where the
(第5実施形態)
第5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、第1支持基板11および第1絶縁膜12に形成される窪み部15の形状を変更したものであり、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。
Fifth Embodiment
A fifth embodiment will be described. The present embodiment is the same as the first embodiment except that the shapes of the
本実施形態では、図10に示されるように、第1支持基板11に形成される窪み部15は、支持領域11aの中心を通り、y軸方向に沿って延びる第3仮想線V3に対し、線対称に形成されている。また、窪み部15は、支持領域11aの中心を通り、x軸方向に沿って延びる第4仮想線V4に対し、線対称に形成されている。つまり、第1支持基板11には、可動部20と対向する部位に加えて、ダミー窪み部15aが形成されることにより、第3仮想線V3および第4仮想線V4に対して線対称となる窪み部15が形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the
本実施形態では、ダミー窪み部15aは、第3仮想線V3に対し、第1支持基板11のうちの可動部20における錘部34bと対向する部分と線対称となる位置に形成される。また、特に図示しないが、第1絶縁膜12に形成される窪み部15は、第1支持基板11に形成される窪み部15と同様の形状とされている。
In the present embodiment, the dummy recessed
なお、第3仮想線V3は、第2基板50の他面50bから視たとき、第1仮想線V1と一致する仮想線である。同様に、第4仮想線V4は、第2基板50の他面50bから視たとき、第2仮想線V2と一致する仮想線である。
The third virtual line V3 is a virtual line that coincides with the first virtual line V1 when viewed from the
以上説明したように、本実施形態では、窪み部15は、第3仮想線V3および第4仮想線V4に対して線対称となるように形成されている。このため、第1支持基板11および第1絶縁膜12は、第3仮想線V3および第4仮想線V4に対して歪みが対称になる。このため、第1可動電極部36と第1固定電極部71aとの間の静電容量と、第2可動電極部37と第2固定電極部72aとの間の静電容量との差が変化することを抑制でき、検出精度が低下することをさらに抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the
(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
Although the present disclosure has been described in accordance with the embodiment, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiment or the structure. The present disclosure also includes various modifications and variations within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, and further, other combinations and forms including only one element, or more or less than these elements are also within the scope and the scope of the present disclosure.
例えば、上記各実施形態において、第1~第5貫通電極部111~115の配置場所を変更してもよい。例えば、第1~第5貫通電極部111~115は、仮想領域Aの外側に一部、または全てが配置されていてもよい。この場合、例えば、第2基板50の他面50b側から視たとき、仮想領域Aの外側において、第2~第5貫通電極部112~115が回転対称となるように形成されていてもよい。このような構成としても、可動部20を上記各実施形態と同様の構成とすることにより、検出精度が低下することを抑制できる。
For example, in each of the above embodiments, the arrangement locations of the first to fifth through
また、アンカー部21は、中心が第1基板10の一面10aにおける中心と一致するように形成されていなくてもよい。
Further, the
さらに、第2~第5貫通電極部112~115は、第2基板50の他面50bに対する法線方向から視たとき、第2基板50の他面50bの中心に対して回転対称に形成されておらず、次のように形成されていてもよい。例えば、第1仮想線V1に対し、第2、第4貫通電極部112、114と第3、第5貫通電極部113、115とが線対称となるようにしてもよい。そして、第2仮想線K2に対し、第2、第3貫通電極部112、113と第4、第5貫通電極部114、115とが線対称となるようにしてもよい。また、第2~第5貫通電極112~115は、第1仮想線V1および第2仮想線V2に対し、一方の仮想線に対してのみ線対称となるように形成されていてもよい。
Furthermore, the second to fifth through
このように第2~第5貫通電極部112~115を形成したとしても、第2~第5貫通電極部112~115が不規則に形成されている場合と比較して、各貫通電極部112~115に起因する応力が均等化され易くなる。
Even if the second to fifth through
また、上記各実施形態において、第1~第5貫通電極部111~115は、回転対称や線対称とならず、不規則に配置されていてもよい。このような加速度センサとしても、可動部20が上記各実施形態と同様の構成とすることにより、検出精度が低下することを抑制できる。
In each of the above embodiments, the first to fifth through
さらに、上記各実施形態において、第4、第5貫通電極部114、115は備えられていなくてもよい。
Furthermore, in the above embodiments, the fourth and fifth through
また、上記各実施形態において、例えば、第1支持基板11と電気的に接続される配線部を有する貫通電極部を備えるようにしてもよい。これによれば、第1支持基板11も所定電位に維持されるため、さらに検出精度が低下することを抑制できる。
In each of the above embodiments, for example, a through electrode unit having a wiring unit electrically connected to the
さらに、例えば、他面絶縁膜90のうちの第4貫通孔114a、または第5貫通孔115aの近傍に第2支持基板61を露出させるコンタクトホールを形成してもよい。そして、第4引出配線部114eまたは第5引出配線部115eが当該コンタクトホール内に埋め込まれるようにしてもよい。これによれば、第2支持基板61も所定電位に維持されるため、さらに検出精度が低下することを抑制できる。
Furthermore, for example, a contact hole for exposing the
また、上記各実施形態において、第2半導体層63は、周辺領域73、第1接合領域74、第2接合領域75が溝部64で区画されていなくてもよい。このような構成としても、第1、第4、第5貫通配線層111c、114、115cは、それぞれ壁面絶縁膜111b、114b、115bを介して配置されるため、各領域の絶縁は維持される。
In each of the above embodiments, in the
さらに、上記各実施形態において、錘部34bは、2つ備えられておらず、1つのみであってもよい。また、2つの錘部34bは、y軸方向に沿った長さL3、L4が互いに異なっていてもよい。そして、上記第2~第4実施形態において、補強部38は、1つのみであってもよいし、y軸方向に沿った長さL5、L6が互いに異なっていてもよい。さらに、補強部38は、長さL5、L6が錘部34bの長さL3、L4より長くされていてもよい。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, two
また、上記第1~第3、第5実施形態において、錘部34bは、第1部位34の一端部ではなく、例えば、第1部位34の一端部と第1仮想線V1との中間位置に備えられていてもよい。つまり、錘部34bが備えられる箇所は、特に限定されるものではない。
In the first to third and fifth embodiments, the
そして、上記第3、第4実施形態において、窪み部31aは、アンカー部21側に形成されていてもよい。つまり、アンカー部21側に窪み部31aを形成することにより、トーション梁33の長さを大きくするようにしてもよい。このようにしても、トーション梁33のバネ定数を変更でき、設計の自由度を向上できる。但し、アンカー部21は、第1貫通配線層111cと直接接続される部分であり、アンカー部21に窪み部31aを形成すると、アンカー部21と第1貫通配線層111cとの接触面積が減少する可能性がある。つまり、電気的な接続不良が発生する可能性がある。このため、窪み部31aは、電極構成部32側に形成される方が好ましい。
And in the said 3rd, 4th embodiment, the
さらに、上記各実施形態において、第2部位35に貫通孔を形成し、第2部位35の質量を小さくするようにしてもよい。これによれば、例えば、上記各実施形態より錘部34bの質量を小さくしたとしても、上記各実施形態と同様の第1部位34と第2部位35との質量差を維持できる。つまり、上記各実施形態より錘部34bのy軸方向の長さL3、L4を短くしたとしても、第1部位34と第2部位35との質量差が小さくなることを抑制できる。このため、加速度センサの平面方向における小型化を図りつつ、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。
Furthermore, in each of the above embodiments, a through hole may be formed in the
また、上記各実施形態において、第2基板50の他面50b上に、第1貫通孔111aを中心とし、第1パッド部111dおよび第1引出配線層111eと対称となるダミーパッド部およびダミー引出配線層を形成するようにしてもよい。これによれば、第1パッド部111dおよび第1引出配線層111eにて発生する応力とダミーパッド部およびダミー引出配線層にて発生する応力とが均等化される。このため、第1配線部111fに起因する応力によって加速度センサが歪むことも抑制できる。
Further, in each of the above embodiments, on the
そして、上記各実施形態を適宜組み合わせた加速度センサとしてもよい。例えば、上記第5実施形態を第2~第4実施形態に組み合わせ、第1支持基板11および第1絶縁膜12に、第3仮想線V3および第4仮想線V4に対して線対称となる窪み部15を形成するようにしてもよい。
And it is good also as an acceleration sensor which combined each above-mentioned embodiment suitably. For example, a combination of the fifth embodiment with the second to fourth embodiments, in the
Claims (10)
前記第1固定電極部を有する第1固定部(71)と、
前記第2固定電極部を有する第2固定部(72)と、
前記第1固定電極部と対向する部分にて前記第1可動電極部が構成されると共に、前記第2固定電極部と対向する部分にて前記第2可動電極部が構成される電極構成部(32)と、前記電極構成部とアンカー部(21)とを連結し、前記第1固定電極部と前記第1可動電極部との配列方向および前記第2固定電極部と前記第2可動電極部との配列方向に沿った加速度が印加されるとねじれることで前記電極構成部を可動させるトーション梁(33)と、を有する可動部(20)と、を備え、
前記電極構成部は、長手方向を有する板状であって、内縁側に開口部(31)が形成され、前記開口部における対向部位に前記長手方向と交差する方向に延設された前記トーション梁が備えられることで前記アンカー部に支持されており、前記トーション梁を通り、当該トーション梁の延設方向に沿って延びる仮想線(V1)よりも前記長手方向における一方側に位置する部位を第1部位(34)、前記仮想線よりも前記長手方向における他方側に位置する部位を第2部位(35)とすると、前記第1部位が前記第1固定電極部と対向すると共に前記第2部位が前記第2固定電極部と対向して配置されており、
前記第1部位は、前記仮想線と前記仮想線側と反対側の端部との間の前記長手方向に沿った長さ(L1)が、前記第2部位における前記仮想線と前記仮想線側と反対側の端部との間の前記長手方向に沿った長さ(L2)と等しくされた主部(34a)と、前記主部に備えられ、前記電極構成部の面方向であって、前記長手方向と交差する方向に突出する錘部(34b)とを有し、前記第2部位より質量が重くされている加速度センサ。 The first movable electrode portion (36) and the first fixed electrode portion (71a) are disposed to face each other, and the second movable electrode portion (37) and the second fixed electrode portion (72a) are disposed to face each other. An acceleration sensor being arranged,
A first fixed portion (71) having the first fixed electrode portion;
A second fixed portion (72) having the second fixed electrode portion;
An electrode configuration portion in which the first movable electrode portion is configured in a portion facing the first fixed electrode portion and the second movable electrode portion is configured in a portion facing the second fixed electrode portion 32) connecting the electrode configuration portion and the anchor portion (21), arranging direction of the first fixed electrode portion and the first movable electrode portion, and the second fixed electrode portion and the second movable electrode portion A movable portion (20) having a torsion beam (33) for moving the electrode component by twisting when an acceleration is applied along the arrangement direction of
The said electrode structure part is plate shape which has a longitudinal direction, Comprising: Opening part (31) is formed in the inner edge side, The said torsion beam extended in the direction which intersects the said longitudinal direction in the opposing site | part in the said opening part A portion located on one side in the longitudinal direction with respect to a virtual line (V1) which is supported by the anchor portion by being provided, passes through the torsion beam, and extends along the extension direction of the torsion beam; Assuming that one portion (34), a portion located on the other side in the longitudinal direction with respect to the virtual line is a second portion (35), the first portion faces the first fixed electrode portion and the second portion Is disposed opposite to the second fixed electrode portion,
In the first portion, a length (L1) along the longitudinal direction between the virtual line and an end opposite to the virtual line side is the virtual line and the virtual line side in the second portion. And a main portion (34a) equal to the length (L2) along the longitudinal direction between the end and the opposite end, and the main portion is provided with the electrode configuration in the plane direction, An acceleration sensor, comprising: a weight portion (34b) protruding in a direction intersecting the longitudinal direction, wherein the mass is made heavier than the second portion.
前記トーション梁は、前記窪み部の底面と前記アンカー部とを連結するように備えられている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の加速度センサ。 In the electrode configuration portion, a recess (31a) is formed in a portion of the first portion and the second portion located in a direction intersecting the longitudinal direction with respect to the anchor portion,
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the torsion beam is provided to connect the bottom surface of the recess and the anchor.
前記第1基板上に積層されて前記可動部、前記第1固定部、および前記第2固定部を気密封止し、前記第1基板と反対側の他面(50b)を有する第2基板(50)と、
前記第2基板の他面から前記第1基板と前記第2基板との積層方向に沿って形成され、所定領域を露出させる貫通孔(111a~115a)の壁面上に配置された金属材料で構成される貫通配線層(111c~115c)と、前記第2基板の他面上に形成されたパッド部(111d~115d)と、前記パッド部と前記貫通配線層とを接続する引出配線層(111e~115e)と、を有する複数の貫通電極部(111~115)と、を備え、
前記複数の貫通電極部は、前記第2基板の他面から視たとき、前記可動部の最も外縁側に位置する部分を通り、前記面方向の一方向に沿って延びる2つの仮想線(K1、K3)および前記一方向と直交する2つの仮想線(K2、K4)で囲まれる矩形状の仮想領域(A)内に配置されている請求項1ないし7のいずれか1つに記載の加速度センサ。 A first substrate (10),
A second substrate (laminated on the first substrate to hermetically seal the movable portion, the first fixed portion, and the second fixed portion) and having the other surface (50b) opposite to the first substrate 50),
The metal material is formed along the stacking direction of the first substrate and the second substrate from the other surface of the second substrate and is disposed on the wall surface of the through holes (111a to 115a) exposing a predetermined region Lead wiring layers (111c to 115c), pad portions (111d to 115d) formed on the other surface of the second substrate, and a lead wiring layer (111e) for connecting the pad portions and the through wiring layers A plurality of through electrode portions (111 to 115) having
When viewed from the other surface of the second substrate, the plurality of through electrode portions pass through a portion positioned on the outermost edge side of the movable portion, and extend along two virtual lines (K1 along the one surface direction) , K3) and the two-dimensional virtual line (K2, K4) orthogonal to the one direction, the acceleration according to any one of claims 1 to 7, arranged in a rectangular virtual area (A). Sensor.
前記可動部は、前記半導体層に形成されており、
前記支持基板は、前記アンカー部を支持する支持領域(11a)を有し、
前記支持基板および前記絶縁膜には、前記可動部と対向する部分を含む領域に窪み部(15)が形成され、
前記窪み部は、前記支持領域を通り、前記第1基板の面方向における一方向に延びる仮想線(V3)、および当該仮想線と直交する仮想線(V4)に対して、それぞれ線対称となる形状とされている請求項1ないし9のいずれか1つに記載の加速度センサ。 A first substrate (10) in which a support substrate (11), an insulating film (12), and a semiconductor layer (13) are sequentially stacked;
The movable portion is formed in the semiconductor layer,
The support substrate has a support area (11a) for supporting the anchor portion,
In the support substrate and the insulating film, a recessed portion (15) is formed in a region including a portion facing the movable portion,
The hollow portion passes through the support region and is line symmetrical with respect to an imaginary line (V3) extending in one direction in the surface direction of the first substrate and an imaginary line (V4) orthogonal to the imaginary line. 10. An acceleration sensor as claimed in any one of the preceding claims, which is shaped.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4736629A (en) * | 1985-12-20 | 1988-04-12 | Silicon Designs, Inc. | Micro-miniature accelerometer |
| JP2010210430A (en) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Acceleration sensor |
| US20110067495A1 (en) * | 2009-09-22 | 2011-03-24 | Duli Yu | Micromachined accelerometer with monolithic electrodes and method of making the same |
| JP2014077741A (en) * | 2012-10-12 | 2014-05-01 | Panasonic Corp | Acceleration sensor |
-
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-
2018
- 2018-07-12 WO PCT/JP2018/026367 patent/WO2019013295A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4736629A (en) * | 1985-12-20 | 1988-04-12 | Silicon Designs, Inc. | Micro-miniature accelerometer |
| JP2010210430A (en) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Acceleration sensor |
| US20110067495A1 (en) * | 2009-09-22 | 2011-03-24 | Duli Yu | Micromachined accelerometer with monolithic electrodes and method of making the same |
| JP2014077741A (en) * | 2012-10-12 | 2014-05-01 | Panasonic Corp | Acceleration sensor |
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