JPH09243657A

JPH09243657A - 容量型加速度センサ

Info

Publication number: JPH09243657A
Application number: JP8073054A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Haruyama; 隆之春山; Masatoshi Oba; 正利大場
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 1996-03-05
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化による出力変化を防止する容量型加
速度センサを提供すること【解決手段】シリコン基板１の両面に、それぞれ第１
のガラス基板２と第２のガラス基板３を接合する。第１
のガラス基板２の非接合面にはＡｌが蒸着されており、
可動電極または固定電極と電気的に接続される電極用薄
膜１４ａ，１４ｂが形成されている。またセンサチップ
の反対面となる第２固定電極の非接合面にはＣｒが蒸着
されており、ダミー薄膜２０が形成されている。よっ
て、温度変化が生じた場合、電極用薄膜とダミー薄膜が
同じように膨張または縮小する。よってガラス基板との
熱膨張係数の相違によりセンサにかかる応力が対向する
両面にかかるので、センサ全体では反りが生じることは
なく、容量型加速度センサの出力は温度によって変化す
ることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容量型加速度セン
サに関するもので、より具体的には、加速度や振動を検
出するための容量型加速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８，図９は、従来の容量型加速度セン
サの一例を示している。同図に示すように、偏平な矩形
状のシリコン基板１の上面に、第１のガラス基板２を接
合する。また、シリコン基板１の下面に、第２のガラス
基板３を接合する。

【０００３】シリコン基板１は、エッチング加工によ
り、周囲の平面ロ字状の支持枠５に対し、２本の梁部６
を介して重り部７を片持ち支持状に連結した構造として
いる。そして、図９から明らかなように、重り部７の上
下両面と、対向する両ガラス基板２，３の対向面との間
には、所定の隙間を形成している。これにより、重り部
７に加速度が加わると、梁部６が撓み、それにともない
重り部７が変位し、前記隙間の距離が変化するようにし
ている。なお、上記重り部７の上面は、可動電極９とな
る。

【０００４】さらに支持枠５の所定位置に電気・機械的
に分離された独立領域８を有している。そして、その独
立領域８の周囲に形成される空間と、重り部７の周囲に
形成される空間は、支持枠５の上面に形成された溝１０
によりつながれ、連続した空間となっている。

【０００５】一方、第１のガラス基板２は、その下面に
Ｃｒ等の導体を付着させることにより、固定電極１１を
形成している。係る固定電極１１は、可動電極９に対向
する位置に、可動電極９とほぼ同じ形状となるように形
成されている。従って、上記したように、重り部７が変
位して隙間の距離が変化すると、両電極９，１１間の距
離が変化し、両者間の静電容量も変化する。よって、そ
の静電容量の変化を検出することにより、重り部７の変
位量、すなわち、加速度を検出することができるように
なる。

【０００６】そして、両電極９，１１間の静電容量の変
化に基づく信号を外部に取り出すための構造が、主とし
て第１のガラス基板２側に形成されている。すなわち、
まず、第１のガラス基板２の下面には、固定電極９に連
続してリード部１２が形成されている。このリード部１
２は、シリコン基板１と第１のガラス基板２とが接合し
た際に、上記した溝１０に対向するように形成され、そ
のリード部１２の幅は溝１０の幅よりも小さくなるよう
に形成されている。さらに、リード部１２の先端が、独
立領域８の上面に位置している。これにより、リード部
１２は、支持枠５と非接触となり、独立領域８に電気的
に接続されるようになる。

【０００７】さらに、第１のガラス基板２には、上下に
貫通する２つの孔部（第１孔部１３ａ，第２孔部１３
ｂ）が形成される。この時、第１孔部１３ａは、独立領
域８に対向し、また、第２孔部１３ｂは、支持枠５に対
向するようにしている。

【０００８】さらにまた、第１のガラス基板２の上面
に、２つの領域に分離された電極用薄膜１４ａ，１４ｂ
が形成される。そして、一方の電極用薄膜１４ａが形成
された領域内には、第１孔部１３ａが存在し、他方の電
極用薄膜１４ｂが形成された領域には、第２孔部１３ｂ
が存在するように形成する。また、各孔部１３ａ，１３
ｂの内面には、上記薄膜１４ａ，１４ｂが付着し、スル
ーホールを構成している。

【０００９】これにより、第１孔部１３ａを介して電極
用薄膜１４ａと独立領域８とが導通されるので、固定電
極１１は、リード部１２，独立領域８，第１孔部１３ａ
を介して電極用薄膜１４ａと電気的に接続する。また、
同様に、第２孔部１３ｂを介して電極用薄膜１４ｂと支
持枠５が導通されるので、可動電極９は、電極用薄膜１
４と電気的に接続する。

【００１０】さらに、各電極用薄膜１４ａ，１４ｂの上
面には、それぞれボンディングワイヤ１６ａ，１６ｂが
取り付けられている。これにより、両ボンディングワイ
ヤ１９６ａ，１６ｂを介して両電極９，１１間に発生す
る静電容量に応じた信号を取り出すことができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の容量型加速度センサでは、以下に示す問題を有
する。すなわち、第１のガラス基板２の上面に形成され
た電極用薄膜１４ａ，１４ｂと第１のガラス基板２の熱
膨張率が大きく異なるため、周囲の温度変化に伴い、第
１のガラス基板２と電極用薄膜１４ａ，１４ｂがそれぞ
れの熱膨張係数に応じて膨張／収縮しようとするので、
両者間に応力が発生する。係る応力はセンサ全体でみる
と、主としてセンサの上面（第１のガラス基板２）側に
発生するので、反りが生じる。

【００１２】そして、センサに反りが生じると、センサ
の内部に形成されている可動電極９，固定電極１１にも
歪みが生じてしまい、両電極間の距離が変化してしま
う。つまり、加速度が加わっていなくても、温度変化に
より静電容量が変化するので測定精度が低下する。特
に、車載用のセンサの場合には、−３０℃〜＋８０℃の
範囲で周囲温度の変化があり得るので、上記問題がより
顕著となる。

【００１３】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、温度変化によるセンサ全体の歪みの発生を可及的
に抑制し、熱的に安定な容量型加速度センサを提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る容量型加速度センサでは、振動，加
速度等の物理量に応じて変位する重り部を備えた半導体
基板の両面に絶縁基板を接合するとともに、少なくとも
一方の絶縁基板の前記重り部に形成された可動電極に対
向する面に固定電極を備えた構成を前提とする。そし
て、両方の絶縁基板の前記半導体基板との接合面と反対
側の表面に、それぞれ所定の導電性薄膜を形成した（請
求項１）。

【００１５】そして、好ましくは、前記一方の絶縁基板
に形成された前記導電性薄膜が、電気的に分離された複
数の領域に分割され、かつ、各領域の導電性薄膜に、前
記固定電極並びに前記重り部に形成れさた可動電極を電
気的に接続することである（請求項２）。

【００１６】半導体基板の両面に接合された絶縁基板の
両表面に導電性薄膜が形成されるので、半導体基板を中
心としてほぼ面対称な構造となる。従って、たとえ導電
性薄膜と絶縁基板との熱膨張係数が大きく異なっていた
としても、温度変化に伴う応力の発生方向は、両絶縁基
板で互いに反対方向となるので、相殺される。よって、
各基板が歪むことがなく、可動電極と固定電極間の距離
が温度によって変化しない。

【００１７】絶縁基板としては、実施の形態ではガラス
基板であるが、これに限ることはなく合成樹脂その他の
種々の材料を用いることができる。また、両方の絶縁基
板の表面に形成する導電性薄膜の材質は、同一の材質あ
るいは熱膨張係数が近似する材質が好ましいが、異なる
ものでももちろんよい。また、形状や形成する層数も同
じにすると、温度変化に伴い生じる歪みが少なくなり好
ましいが、異なっていてももちろんよい。

【００１８】また、請求項２のように構成した場合に
は、片面側から信号を取り出すことになり、係る場合
に、可動電極，固定電極と接続された導電性薄膜が実施
の形態の電極用薄膜に相当し、反対側の導電性薄膜が実
施の形態のダミー薄膜に相当する。

【００１９】さらに、前記導電性薄膜の表面の少なくと
も一部を絶縁性薄膜で覆うようにするとより好ましい
（請求項３）。係る構成にすると、導電性薄膜が長期に
わたって腐食等の変質を生じることがなく、長期にわた
って、熱的に安定な状態が維持される。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１，図２は、本発明に係る容量
型加速度センサの第１の実施の形態を示している。同図
に示すように、基本的なセンサ部分の構成は、従来のも
のと同様である。すなわち、重り部７を有するシリコン
基板１の上下両面に、それぞれ第１，第２のガラス基板
２，３を陽極接合により接合し一体化している。そし
て、重り部７の上面が可動電極９となり、第１のガラス
基板２の下面に固定電極１１が形成されている。

【００２１】さらに、第１のガラス基板２の上面には、
２つの領域に分離された電極用薄膜１４ａ，１４ｂが形
成されており、この電極用薄膜１４ａ，１４ｂに固定電
極１１及び可動電極９が導通される。なお、その導通す
るための構成は、従来例と同様であるので、同一符号を
付し、詳細な説明を省略する。

【００２２】また、本例では、上記した電極用薄膜１４
ａ，１４ｂは、Ａｌから構成され、その形状は、第１の
ガラス基板２の長辺に沿って平行に伸びる同一形状の長
方形に構成される。そして、係る電極用薄膜１４ａ，１
４ｂを製造するには、まず、第１のガラス基板２の上面
全体にＡｌを蒸着して成膜し、その後、中心線上をハー
フダイシングし、成膜したＡｌの一部を帯状に除去す
る。これにより、その除去された中心線（ダイシングラ
イン１５）を境に、２つの領域に分離された電極用薄膜
１４ａ，１４ｂが形成される。また、ハーフダイシング
することにより、第１のガラス基板２の表面も一部除去
されるため、ダイシングライン１５に相当するガラス基
板２の表面にも溝が形成される。なお、係る構成は従来
公知のものと同様であるため、対向する部材に同一符号
を付し、その詳細な説明を省略する。

【００２３】ここで本発明では、電極用薄膜１４ａ，１
４ｂの形成面と反対側の面、すなわち、第２のガラス基
板３の下面にダミー薄膜２０を形成している。このダミ
ー薄膜２０は、本例ではＣｒを蒸着することにより構成
し、しかも、第２のガラス基板３の下面全面に、厚みが
均一となるように形成されている。

【００２４】係る構成にすると、加速度センサは、上面
に電極用薄膜１４ａ，１４ｂが形成されており、下面に
ダミー薄膜２０が形成されている。すると、ＣｒとＡｌ
は、ともに金属であり両者の熱膨張係数の差は、ガラス
との差に比べると小さい。従って、温度変化に伴い第１
のガラス基板２と電極用薄膜１４ａ，１４ｂとの間で生
じる応力と、第２のガラス基板３とダミー薄膜２０との
間で生じる応力はほぼ等しくなり、相殺される。つま
り、電極用薄膜１４ａ，１４ｂ側で生じていた加速度セ
ンサを反らせようとする力を、ダミー薄膜２０により打
ち消す。よって、温度変化が生じてもセンサに反りが生
じることがなく、可動電極９と固定電極１１との距離は
均一に保たれる。従って、温度変化があっても可動電極
９，固定電極１１間に発生する静電容量に変化は生じ
ず、熱的に安定する。

【００２５】なお、上記した第１の実施の形態では、ダ
ミー薄膜２０をＣｒを用いて構成したが、電極用薄膜と
同じ材質のＡｌを用いて構成してももちろんよい。係る
場合には、熱膨張係数や、ガラス基板との接着強度も電
極用薄膜と同じになるので、反り・歪みなどなく、より
特性が向上する。

【００２６】図３は、本発明に係る第２の実施の形態を
示している。本実施の形態は、第１のガラス基板２の上
面に形成する電極用導電膜１４を、下層２１と上層２２
の２層構造にしたタイプの加速度センサに適用した例を
示している。すなわち、下層２１は、ガラスと密着性の
良い金属であるＣｒを蒸着して形成する。また、上層２
２は、ボンディングワイヤ１６とのボンディング性の良
好な金属であるＡｕを蒸着して形成する。また、Ｃｒと
Ａｕは、ともに金属であるので、両者間での密着性は良
好となる。つまり、Ａｕを直接ガラスの表面に蒸着する
ことができないので、Ｃｒを接着層として使用するよう
にしている。

【００２７】そして、係る構成において、第２のガラス
基板３の下面に、ダミー薄膜２０を設ける。このダミー
薄膜２０は、本形態ではＣｒを蒸着した一層構造として
いる。そして、図では現れていないが、電極用薄膜１４
は、第１の実施の形態（図１）と同様に、ダイシングラ
インにより２つに分離されている。また、ダミー薄膜２
０は、基板全面に成膜されている。

【００２８】このように、ダミー薄膜２０を設けること
により、何もないものに比べて、温度変化に対する反り
・歪みが抑制される。特に、本例では、ダミー薄膜２０
が、下層２１と同一の材質（Ｃｒ）で構成したので、そ
の部分での熱膨張係数は等しくなり、熱に対する安定性
がより向上する。なお、その他の構成ならびに作用効果
は、上記した第１２の実施の形態と同様であるので、そ
の説明を省略する。

【００２９】なお、本形態では、ダミー薄膜２０を一層
としているが、係るダミー薄膜２０も複数の材質の層か
ら構成してもよい。その場合に、ダミー薄膜２０の構成
を電極用薄膜１４の構成・材質と同一にすることが、さ
らにセンサチップ４の反りを防止する上で好ましい。

【００３０】図４，図５は、本発明に係る加速度センサ
の第３の実施の形態を示している。本実施の形態では、
上記した第１の実施の形態を基本とし、さらにボンディ
ングワイヤ１６ａ，１６ｂとの接合領域を除く電極用薄
膜１４ａ，１４ｂの上面を絶縁膜２４で被覆するように
している。この絶縁膜は、酸化膜から構成する。この絶
縁膜２４により電極用薄膜１４ａ，１４ｂの多くの領域
を被覆し、腐食するのを防止し、耐久性の向上を図って
いる。

【００３１】そして、製造するには、第１のガラス基板
２の上面全面に電極用薄膜を構成するＡｌを全面に蒸着
した状態で、その表面全面に酸化膜を形成する。次い
で、酸化膜の一部を帯状に除去し、Ａｌの一部を露出さ
せる。その後、ハーフダイシングを行い、ダイシングラ
イン２５により２つの領域に分割する。よって、絶縁膜
２４も２つに分割される。なお、最終的に露出したＡｌ
にボンディングワイヤ１６ａ，１６ｂを取り付ける。

【００３２】上記した絶縁膜２４を設けたタイプの加速
度センサでも、上記した第１の実施の形態と同様に第２
のガラス基板３の下面にＣｒを全面に蒸着してダミー薄
膜２０を形成する。さらに本例では、このダミー薄膜２
０の表面を酸化膜等の絶縁膜２６で皮膜する。

【００３３】係る構成にすることにより、ダミー薄膜２
０も外気等に触れることはなく、腐食性ガス雰囲気下に
おかれても、ダミー薄膜２０は腐食しない。従って、長
期にわたってダミー薄膜２０の状態を電極用薄膜１４
ａ，１４ｂと同様の状態にすることができ、熱に対する
安定性が長期間保持される。なお、その他の構成並びに
作用効果は上記した各実施の形態と同様であるので、そ
の詳細な説明を省略する。

【００３４】さらに絶縁膜２４と同一材料によって絶縁
膜２６を構成すると、この絶縁膜２６も、ダミー薄膜２
０と同様に、絶縁膜２６に起因する温度変化に対する応
力を解消する機能も発揮し、加速度センサの反りの発生
がより確実に抑制される。なお、具体的な図示は省略す
るが、絶縁膜を形成するタイプとしては、この実施の形
態に限ることはなく、例えば電極用薄膜１４を複数層で
形成したタイプの（例えば第２の実施の形態のもの）セ
ンサの表面に絶縁膜を形成してもよい。

【００３５】図６は、本発明に係る加速度センサの第４
の実施の形態を示している。本実施の形態も、第１の実
施の形態を基本とし、第１のガラス基板２の上面に、２
つに分割された電極用薄膜１４ａ，１４ｂが形成され、
ボンディングワイヤ１６を介してセンサ内の可動電極，
固定電極間の静電容量を検出できるようにしている。そ
して、電極用薄膜１４ａ，１４ｂは、Ａｌを蒸着するこ
とにより形成している。

【００３６】ここで本実施の形態では、第２のガラス基
板３の下面に形成するダミー薄膜２０を、電極用薄膜１
４ａ，１４ｂの形状に合わせて、２つの領域に分離して
形成している。すなわち、ダミー薄膜２０及び第２のガ
ラス基板３の下面の所定位置に、ハーフダイシング工程
により、第２のガラス基板３の両短辺を２等分するよう
にダミーダイシングライン２８を形成する。つまり、ダ
ミーダイシングライン２８とダイシングライン１５は、
上下方向で一致する。

【００３７】そしてこのダミーダイシングライン２８に
より、第２のガラス基板３の表面も一部除去された溝部
となり、その両側に残ったＣｒが、ダミー薄膜２０とな
る。そして、このダミー薄膜２０は、電極用薄膜１４
ａ，１４ｂと同形状となっている。

【００３８】よって、ダミー薄膜２０を分割せずに形成
した場合よりも、ダミー薄膜２０から第２のガラス基板
３の下面にかかる応力は、電極用薄膜１４から第１のガ
ラス基板２の上面にかかる応力とより等しくなる。よっ
て、温度変化があっても、センサ全体には反りが生じ
ず、容量型加速度センサの出力はさらに安定する。ま
た、このようにダミー薄膜を分割する構造も、上記した
第２，第３の実施の形態に対して適用することができる
のはもちろんである。

【００３９】なお、上記した各実施の形態では、いずれ
も電極用薄膜１４ａ，１４ｂを分割するのにハーフダイ
シング工程を用いて行った例を示したが、本発明はこれ
に限ることはなく、例えばエッチング工程により形成し
てもよい。一例を図示すると、上記した第４の実施の形
態のように、第１，第２のガラス基板２，３の表面にそ
れぞれ、Ａｌからなる電極用薄膜１４ａと、Ｃｒからな
るダミー用薄膜２０を形成するタイプの場合には、図７
に示すようになる。

【００４０】つまり、各金属膜を全面に蒸着後、パター
ニングしたレジストにより必要部分をマスクした状態で
エッチングする。すると、露出した金属膜が除去され、
図示するように未形成領域２９となる。そして、この未
形成領域２９は、ガラス基板２，３の表面は除去されず
平坦面となる。そして、係る構成は、他の実施の形態に
も適用できるのはもちろんである。

【００４１】また、上記した各実施の形態並びに変形例
は、いずれも、信号取り出し用の電極用薄膜をともにセ
ンサの上面に形成したが、本発明はこれに限ることはな
く、一方を下面側に形成してもよい。また、電極用薄膜
は２つの領域に形成したが、本発明はこれに限ることは
なく、３つ以上の領域に分割されたものでもよい（例え
ば第２のガラス基板３側にも固定電極を設け、差分をと
るような場合には、３つに分離される）。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る容量型加速
度センサでは、センサの両面に導電性薄膜が形成される
ので、温度変化により一方のガラス基板と導電性薄膜と
の間で発生する応力と、他方のガラス基板側で発生する
応力がほぼ等しくなるので、センサに反りが生じようと
するのが相殺される。そのため、温度変化に基づく可動
電極と固定電極との静電容量の変化を防ぎ、容量型加速
度センサの出力が、温度変化により変化するのを防止し
ている。よって、容量型加速度センサは温度変化に対し
て安定した出力をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る容量型加速度センサの第１の実施
の形態を示す斜視図である。

【図２】図１に示す容量型加速度センサのＡ−Ａ断面図
である。

【図３】本発明に係る容量型加速度センサの第２の実施
の形態を示す断面図である。

【図４】本発明に係る容量型加速度センサの第３の実施
の形態を示す断面図である。

【図５】図４に示す容量型加速度センサのＡ−Ａ断面図
である。

【図６】本発明に係る容量型加速度センサの第４の実施
の形態を示す斜視図である。

【図７】本発明に係る容量加速度センサの変形例を示す
斜視図である。

【図８】従来の容量型加速度センサの分解斜視図であ
る。

【図９】従来の容量型加速度センサの断面図である。

【符号の説明】

１シリコン基板（半導体基板）２第１のガラス基板（絶縁基板）３第２のガラス基板（絶縁基板）７重り部９可動電極１１固定電極１４，１４ａ，１４ｂ電極用薄膜（導電性薄膜）２０ダミー薄膜（導電性薄膜）２１下層（導電性薄膜）２２上層（導電性薄膜）２４，２６絶縁膜（絶縁性薄膜）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動，加速度等の物理量に応じて変位す
る重り部を備えた半導体基板の両面に絶縁基板を接合す
るとともに、少なくとも一方の絶縁基板の前記重り部に
形成された可動電極に対向する面に固定電極を備え、かつ、前記両絶縁基板の前記半導体基板との接合面と反
対側の表面に、それぞれ導電性薄膜を形成したことを特
徴とする容量型加速度センサ。
【請求項２】前記一方の絶縁基板に形成された前記導
電性薄膜が、電気的に分離された複数の領域に分割さ
れ、かつ、各領域の導電性薄膜に、前記固定電極並びに前記
重り部に形成れさた可動電極を電気的に接続したことを
特徴とする請求項１に記載の容量型加速度センサ。
【請求項３】前記導電性薄膜の表面の少なくとも一部
を絶縁性薄膜で覆うようにしたことを特徴とする請求項
１または２に記載の容量型加速度センサ。