JP2004286624A - 半導体力学量センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体力学量センサにおいて、シールド電極を削除してチップ面積を減少させる。
【解決手段】最も外側の電極は全て可動電極２であり、規格値以上の加速度が印加され、最も外側の可動電極が梁４に接触しても、可動電極と梁は同電位であるので信号変動が発生せず、このため、シールド電極１０を削除してもシールド効果を実現することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】最も外側の電極は全て可動電極２であり、規格値以上の加速度が印加され、最も外側の可動電極が梁４に接触しても、可動電極と梁は同電位であるので信号変動が発生せず、このため、シールド電極１０を削除してもシールド効果を実現することができる。
【選択図】 図１
Description
【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】
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断面図である。図３に示す容量式加速度センサは、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形成するように構成されている。可動電極２は、Ｘ方向に延びた錘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はワイヤによるボンディングによりマザー基板などの不図示の他の回路チップのパッド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、この容量式加速度センサに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。この容量式加速度センサの等価回路を図４の左側に示し、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２ａ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】
ところで、固定電極１と可動電極２が櫛歯状に形成された構造では、固定電極１は錘３を中心として左右非対称に形成され、また、梁４に隣接する最も外側の電極は固定電極１であったり、可動電極２であったり、一定ではない。そこで、ショートを防止するために、梁４とそれに隣接する固定電極１、可動電極２の間に周辺電位と同電位のダミー電極を形成するのが一般的である。また、終端に固定電極が形成されている箇所では、シールド電極を設ける必要がある。シールド電極を設けた従来例としては、例えば下記の特許文献１に開示されているものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２５８０８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シールド電極を設けると、チップ面積が増加す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、シールド電極を削除してチップ面積を減少させ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、梁に隣接する最も外側の電極を全て可動電極としたことを特徴とする。
上記構成により、規格値以上の加速度が印加され、最も外側の可動電極が梁に接触しても、可動電極と梁は同電位であるので信号変動が発生せず、このため、シールド電極を削除してもシールド効果を実現することができる。
【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と従来例を比較して示す構成図、図２は図１（ｂ）に示す本発明の容量検出原理を示す説明図である。
【００１０】
図１（ａ）は従来例を示し、この例では、シールド電極６は左上では梁４と固定電極１の間、右上では梁４と可動電極２の間、右下では梁４と固定電極１の間、左下では梁４と可動電極２の間に設けられている。すなわち、この例では、左上と右下では最も外側の電極は固定電極１である。
【００１１】
図１（ｂ）は本発明の一実施の形態を示し、図１（ａ）に示されるシールド電極６は削除され、左上と右下において最も外側の電極として可動電極２が追加されている。この構成により、最も外側の電極は全て可動電極２であるので、規格値以上の加速度が印加され、最も外側の可動電極２が梁４に接触しても、可動電極２と梁４は同電位であるので信号変動が発生せず、このため、シールド電極６を削除してもシールド効果を実現することができる。ここで、センサチップ１００を構成する部材（固定電極１、可動電極２、錘３、梁４など）の構造は、図３に示したものと同じであるのでその詳細な説明は省略する。
【００１２】
ところで、図４では、可動電極２と両側の固定電極１の間の容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）を検出する。しかし、図１（ｂ）に示す構成では、最も外側の可動電極２の外側には固定電極１がない。そこで、図２に示すように、可動電極２を両側の固定電極１の中間に形成するのではなく、どちらか一方の固定電極１（図では容量ＣＳ２側）に近接し、他方（図では容量ＣＳ１側）からは離して形成して、Ｃ∝ε・Ｓ／ｄ（Ｃは電極間容量、εは誘電率、Ｓは電極間の対向面積、ｄは電極間距離）により容量ＣＳ１は容量として機能しない（容量ＣＳ１≒０）ようにして、容量ＣＳ２のみを検出する片側電極構造にすることにより、加速度を検出することができる。
【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と従来例を比較して示す構成図である。
【図２】図１（ｂ）に示す本発明の容量検出原理を示す説明図である。
【図３】従来の半導体力学量センサの基本構造を示す構成図である。
【図４】図３の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。
【符号の説明】
１ 固定電極
２ 可動電極
３ 錘
４ 梁
６ シールド電極
１０ 半導体基板
１００ センサチップ
【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】
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断面図である。図３に示す容量式加速度センサは、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形成するように構成されている。可動電極２は、Ｘ方向に延びた錘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はワイヤによるボンディングによりマザー基板などの不図示の他の回路チップのパッド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、この容量式加速度センサに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。この容量式加速度センサの等価回路を図４の左側に示し、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２ａ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】
ところで、固定電極１と可動電極２が櫛歯状に形成された構造では、固定電極１は錘３を中心として左右非対称に形成され、また、梁４に隣接する最も外側の電極は固定電極１であったり、可動電極２であったり、一定ではない。そこで、ショートを防止するために、梁４とそれに隣接する固定電極１、可動電極２の間に周辺電位と同電位のダミー電極を形成するのが一般的である。また、終端に固定電極が形成されている箇所では、シールド電極を設ける必要がある。シールド電極を設けた従来例としては、例えば下記の特許文献１に開示されているものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２５８０８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シールド電極を設けると、チップ面積が増加す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、シールド電極を削除してチップ面積を減少させ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、梁に隣接する最も外側の電極を全て可動電極としたことを特徴とする。
上記構成により、規格値以上の加速度が印加され、最も外側の可動電極が梁に接触しても、可動電極と梁は同電位であるので信号変動が発生せず、このため、シールド電極を削除してもシールド効果を実現することができる。
【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と従来例を比較して示す構成図、図２は図１（ｂ）に示す本発明の容量検出原理を示す説明図である。
【００１０】
図１（ａ）は従来例を示し、この例では、シールド電極６は左上では梁４と固定電極１の間、右上では梁４と可動電極２の間、右下では梁４と固定電極１の間、左下では梁４と可動電極２の間に設けられている。すなわち、この例では、左上と右下では最も外側の電極は固定電極１である。
【００１１】
図１（ｂ）は本発明の一実施の形態を示し、図１（ａ）に示されるシールド電極６は削除され、左上と右下において最も外側の電極として可動電極２が追加されている。この構成により、最も外側の電極は全て可動電極２であるので、規格値以上の加速度が印加され、最も外側の可動電極２が梁４に接触しても、可動電極２と梁４は同電位であるので信号変動が発生せず、このため、シールド電極６を削除してもシールド効果を実現することができる。ここで、センサチップ１００を構成する部材（固定電極１、可動電極２、錘３、梁４など）の構造は、図３に示したものと同じであるのでその詳細な説明は省略する。
【００１２】
ところで、図４では、可動電極２と両側の固定電極１の間の容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）を検出する。しかし、図１（ｂ）に示す構成では、最も外側の可動電極２の外側には固定電極１がない。そこで、図２に示すように、可動電極２を両側の固定電極１の中間に形成するのではなく、どちらか一方の固定電極１（図では容量ＣＳ２側）に近接し、他方（図では容量ＣＳ１側）からは離して形成して、Ｃ∝ε・Ｓ／ｄ（Ｃは電極間容量、εは誘電率、Ｓは電極間の対向面積、ｄは電極間距離）により容量ＣＳ１は容量として機能しない（容量ＣＳ１≒０）ようにして、容量ＣＳ２のみを検出する片側電極構造にすることにより、加速度を検出することができる。
【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と従来例を比較して示す構成図である。
【図２】図１（ｂ）に示す本発明の容量検出原理を示す説明図である。
【図３】従来の半導体力学量センサの基本構造を示す構成図である。
【図４】図３の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。
【符号の説明】
１ 固定電極
２ 可動電極
３ 錘
４ 梁
６ シールド電極
１０ 半導体基板
１００ センサチップ
Claims (2)
- 複数の固定電極と、加速度に応じて変位可能な梁に連結された複数の可動電極とが櫛歯状に形成された半導体力学量センサにおいて、
前記梁に隣接する最も外側の電極を全て可動電極としたことを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記可動電極を両側の固定電極の一方に近接して形成して、前記可動電極と前記近接している方の片側の固定電極のみとの間の容量を検出するように構成されている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。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2003079801A JP2004286624A (ja) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | 半導体力学量センサ |
| US10/795,426 US20040187571A1 (en) | 2003-03-24 | 2004-03-09 | Capacitive-type semiconductor sensor |
| DE102004013122A DE102004013122A1 (de) | 2003-03-24 | 2004-03-17 | Halbleitersensor eines kapazitiven Typs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003079801A JP2004286624A (ja) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | 半導体力学量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004286624A true JP2004286624A (ja) | 2004-10-14 |
Family
ID=32959487
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003079801A Pending JP2004286624A (ja) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | 半導体力学量センサ |
Country Status (3)
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| DE (1) | DE102004013122A1 (ja) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009500618A (ja) * | 2005-07-08 | 2009-01-08 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 最適化された容量性容積を有する素子 |
| JP2013213734A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Seiko Epson Corp | 物理量センサーおよび電子機器 |
| US9718670B2 (en) | 2013-07-17 | 2017-08-01 | Seiko Epson Corporation | Functional device, electronic apparatus, and moving object |
| US9746490B2 (en) | 2014-08-13 | 2017-08-29 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, electronic apparatus, and moving body |
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|---|---|---|---|---|
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| JP7176353B2 (ja) * | 2018-10-29 | 2022-11-22 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、電子機器および移動体 |
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| DE19819458A1 (de) * | 1998-04-30 | 1999-11-04 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelements und mikromechanisches Bauelement |
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| DE19949605A1 (de) * | 1999-10-15 | 2001-04-19 | Bosch Gmbh Robert | Beschleunigungssensor |
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-
2003
- 2003-03-24 JP JP2003079801A patent/JP2004286624A/ja active Pending
-
2004
- 2004-03-09 US US10/795,426 patent/US20040187571A1/en not_active Abandoned
- 2004-03-17 DE DE102004013122A patent/DE102004013122A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009500618A (ja) * | 2005-07-08 | 2009-01-08 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | 最適化された容量性容積を有する素子 |
| JP2013213734A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Seiko Epson Corp | 物理量センサーおよび電子機器 |
| CN103364586A (zh) * | 2012-04-02 | 2013-10-23 | 精工爱普生株式会社 | 物理量传感器以及电子设备 |
| US9718670B2 (en) | 2013-07-17 | 2017-08-01 | Seiko Epson Corporation | Functional device, electronic apparatus, and moving object |
| US9746490B2 (en) | 2014-08-13 | 2017-08-29 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity sensor, electronic apparatus, and moving body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102004013122A1 (de) | 2004-10-07 |
| US20040187571A1 (en) | 2004-09-30 |
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