JP4138372B2

JP4138372B2 - Physical quantity detector and method of manufacturing physical quantity detector

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Publication number: JP4138372B2
Application number: JP2002167040A
Authority: JP
Inventors: 弘明新妻; 正喜江刺; 充智西澤; 宏浅沼; 裕一森谷; 英昭鹿熊; 義彦高木; 勇作吉田; 勝川添
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: JP2004012326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速度、変位、圧力その他の物理量を検出する物理量検出器に関し、特に静電容量差に基づいて物理量を検出する静電容量型の物理量検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、静電容量型の物理量検出器には様々なものが提供されており、例えば図１１に示す様な静電容量型加速度センサ２００が知られている。この静電容量型加速度センサ２００は、ケーシング２０１内に固定された矩形の固定極板２０２と、この固定極板２０２と対面する位置に変位自在に設けられた矩形の可動極板２０３とを備えている。この可動極板２０３は、その端縁のみを板バネ２０４によって支持する事により、外部から印加される加速度に起因して厚さ方向へ自在に変位する様に構成したものである。これら一対の固定極板２０２及び可動極板２０３によって可変容量キャパシタが形成されている。また、可動極板２０３に於ける固定極板２０２とは反対側の表面には、駆動コイル２０５が立設されている。更に、駆動コイル２０５の周囲には、これを挟む様に永久磁石２０６が配置されている。
【０００３】
この静電容量型加速度センサ２００に外部より加速度が印加されると、可動極板２０３が板バネ２０４にて拘束されながら板厚方向（図１１中、上下方向）に変位する。これにより、当該可動極板２０３と固定極板２０２とで形成されるキャパシタの静電容量が変化する。すると、この静電容量の変化を契機として、図示せぬサーボアンプが当該静電容量の変化に応じた電流を駆動コイル２０５にフィードバックする事により、当該加速度に起因する可動極板２０３の慣性力を、駆動コイル２０５が生ぜしめる磁場と永久磁石２０６が生ぜしめる磁場との相互作用により生じる磁力で以って相殺する制御を行う。
【０００４】
この種の静電容量型の物理量検出器は、サーボアンプによって駆動コイル２０５にフィードバックされる電流値を、物理量検出用の信号として取り出す様にしたものであり、外部から印加される加速度その他の物理量の大小に拘わらずに可動極板２０３の変位を非常に小さく抑える事ができる為、広い測定帯域を有するものであった。
また、静電容量型の物理量検出器としては、上記構造以外にも、マイクロマシニングを用いて非常に小型化された静電容量型の検出器も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き従来の静電容量型物理量検出器は依然として次の様な課題を残していた。
【０００６】
第１に、従来の静電容量型物理量検出器は、検出精度を向上させる事に限界があった。即ち、検出精度を向上させるには、検出感度を上げる必要があるが、従来の静電容量型物理量検出器の構造では、これが困難であった。具体的には、検出の感度を向上させる方法として、可動極板２０３の質量を大きくする方法が有るが、この場合は測定の帯域幅を狭めてしまう弊害が有る。また、検出の感度を向上させる方法として、板バネ２０４のバネ定数を小さくする方法があるが、この場合は、板バネ２０４が柔かくなる為、組み立てが困難となる問題が有る。更に、検出の感度を向上させる方法として、固定極板２０２と可動極板２０３との間の隙間（ギャップ）を狭める方法が有るが、この場合は当該各極板同士が接触してしまう場合が有る。
【０００７】
第２に、従来の静電容量型物理量検出器は、駆動コイル２０５や永久磁石２０６等多くの部品を組合せて構成していたので、配線構造が複雑になると共に検出器２００そのものを小型化する事に限界があった。
また、マイクロマシニングを用いて非常に小型に実現された静電容量型の検出器は、総じて衝撃測定用のものであり、加速度の値を高精度に検出し得るものは未だ実現されていないのが実情である。
【０００８】
本発明は、この様な課題に鑑み成されたものであって、より高精度に物理量を検出できる技術を提供する事を第１の目的とし、併せて、物理量検出器の小型化を図る技術を提供する事を第２の目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。なお、括弧の数字は、実施の形態において対応する構成の符号を示す。
すなわち、本発明の第１の態様による物理量検出器は、弾性部（２２）によって変位自在に支持された可動極板（２１）と、前記可動極板（２１）と対面する位置に固定された固定極板（１２）と、を備え、前記可動極板（２１）と前記固定極板（１２）とで形成されるキャパシタの静電容量に基づいて被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を検出する物理量検出器に於いて、前記可動極板（２１）を、平面視において略円形に形成するとともに、前記可動極板（２１）はシリコン基盤（２）により形成し、前記可動極板（２１）及び前記可動極板（２１）の周囲で且つ前記弾性部（２２）から離れた位置の前記シリコン基盤（２）に厚さ方向に貫通する貫通穴（１１２１、１５１０）が配設されており、前記固定極板（１２）を形成している硝子基盤（１）には、前記可動極板（２１）を形成しているシリコン基盤（２）からの電気信号取り出し用の導通穴部（１３００、１３０１、１３０２）が形成されており、
前記導通穴部（１３００、１３０１、１３０２）に、金属薄膜が形成され、前記金属薄膜が形成された部分に無電解メッキが施され、
前記弾性部（２２）を、当該略円形に形成された可動極板（２１）の接線方向に複数配設した梁状の弾性支持部材（２２１，２２２，２２３・・・）を含んで構成したものである。
【００１０】
本発明の第１の態様による物理量検出器によれば、可動極板が平面視において略円形に形成されているので、矩形に形成されていた従来の可動極板と比較して、可動極板が変位する過程に於いて、可動極板そのもの形状に起因して当該可動極板が共振する事を確実に回避できる。また、弾性部が略円形に形成された可動極板の接線方向に複数配設された梁状の弾性支持部材を含んで構成されて有るので、弾性部或いは弾性部と可動極板との接合部分に応力が集中するのを最小限に抑えることができる。その結果、これ等の寿命を延ばす事ができると共に、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を高精度に検出できる様になる。さらに、導通穴部に金属薄膜が形成されたのち、かかる部分に無電解メッキ処理がなされるので、金属薄膜の導通が途絶えて絶縁されても無電解メッキにより絶縁部がメッキされ導通される。その結果、シリコン基盤からの配線の取り出しが確実に行える。
【００１１】
また、本発明の第２の態様による物理量検出器は、第１の態様による物理量検出器に於いて、前記弾性支持部材（２２１，２２２，２２３・・・）を、前記可動極板（２１）の表面よりも窪んだ位置に配設したものである。
【００１２】
本発明の第２の態様による物理量検出器によれば、弾性支持部材が可動極板の表面よりも窪んだ位置に配設されて有るので、可動極板の変位に伴う弾性支持部材の撓みその他の弾性変形に起因して当該弾性支持部材が、固定極板或いは可動極板に対向配置される部材に接触し或いは張り付いてしまう事を確実に回避できる。その結果、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を更に高精度に検出できる様になる。
【００１３】
また、本発明の第３の態様による物理量検出器は、第１又は第２の態様による物理量検出器に於いて、前記可動極板が所定の振幅以上に変位する事を阻止する阻止手段（２１ａ，２１ｂ）を備えたものである。
【００１４】
本発明の第３の態様による物理量検出器によれば、可動極板が所定の振幅以上に変位する事が阻止手段によって阻止されるので、仮に可動極板に大きな物理量が印加されたとしても、当該可動極板と固定極板とが接触し或いは張り付いてしまう事を回避できる。その結果、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を更に高精度に検出できる様になる。
【００１５】
また、本発明の第４の態様による物理量検出器は、第３の態様による物理量検出器に於いて、前記阻止手段を、前記可動極板の前記固定極板と対面する表面、及び前記弾性支持部材の表面に設けた防着材（２１ａ，２１ｂ）によって実現したものである。
【００１６】
本発明の第４の態様による物理量検出器によれば、可動極板の固定極板と対面する表面、及び弾性支持部材の表面に設けた防着材によって阻止手段を実現するので、可動極板と固定極板との接触或いは張り付きを合理的な構造で確実に回避できる。
【００１７】
また、本発明の第５の態様による物理量検出器は、第１から第４の何れかの態様による物理量検出器に於いて、前記可動極板（２１）と対面する位置に固定された制動用極板（１１）と、前記制動用極板（１１）に前記キャパシタの静電容量の変化に応じた電圧を印加する事により、当該制動用極板が生ぜしめる静電気力と、前記可動極板の慣性力とを相殺する制御を行う制御手段と、を備えると共に、前記固定極板（１２）を、平面視において前記制動用極板（１１）の周縁を取り囲む様に配置したものである。
【００１８】
本発明の第５の態様による物理量検出器によれば、可動極板と制動用極板とは、制御手段による制御によって、時には反発し合い、時には引きつけ合い、結果として被測定体から印加される物理量の大小に拘わらずに当該可動極板の変位が極めて小さく抑えられる。この事により、第１から第４の何れかの態様による物理量検出器が奏する優れた効果と相まって、良好な精度或いは感度を担保したまま、その測定帯域幅を拡張できると云う相乗効果が得られる。
【００１９】
また、制動用極板を用いて帰還制御を行うこととしたので、制動用のコイルや永久磁石等を用いて帰還制御を行っていた従来技術と比較して、配線構造を簡潔化できると共に物理量検出器そのもののサイズをより小型にする事ができる。これにより、広帯域且つ高分解能を有する物理量検出器を、マイクロマシニングを用いて製造された従来の衝撃検出器と同等或いはそれ以下のサイズで実現する事ができる様になる。
【００２０】
更にまた、固定極板が、平面視において制動用極板の周縁を取り囲む様に配置されているので、可動極板と制動用極板とが接触し或いは張り付く事を確実に回避できる。特に、物理量が印加される方向によっては可動極板の姿勢が水平面に対して傾く事が有り、且つその様な時に可動極板と制動用極板とが引きつけ合うよう制御される場合が起こり得るわけであるが、斯かる場合においても、当該可動極板の端部が、固定極板の内側に配置された制動用極板に接触し或いは張り付く事が無い。
【００２１】
また、本発明の第６の態様による物理量検出器は、第１から第５の何れかの態様による物理量検出器に於いて、前記可動極板（２１）と前記固定極板（１２，３２）とを大気圧未満の気圧中に配置したものである。
【００２２】
本発明の第６の態様による物理量検出器によれば、可動極板と固定極板とが大気圧未満の気圧中に配置されているので、可動極板が変位する際に、可動極板と固定極板との間に介在する酸素、窒素その他のガスに起因して当該可動極板に過度のダンピングがかかってしまう所謂スクイズドフィルム現象が惹起する事を回避でき、高帯域に於ける可動極板の振動特性が良好なものとなる。その結果、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を更に高精度に検出できる様になる。
【００２３】
また、本発明の第７の態様による物理量検出器は、第１から６の何れかの態様の物理量検出器に於いて、
前記可動極板（１１２０）に厚さ方向に貫通する貫通穴（１１２１）が設けられているものである。
【００２４】
本発明の第７の態様による物理量検出器によれば、可動極板及び可動極板の周囲で且つ弾性部から離れた位置のシリコン基盤に厚さ方向に貫通する貫通穴が設けられているので、極板が配置された空間のガスが貫通穴を通って移動出来ることとなって、可動極板に過度にダンピングがかかってしまって起こるスクイズドフィルム現象を回避でき、高帯域に於ける可動極板の振動特性が良好なものとなる。その結果、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を更に高精度に検出できる様になる。特に、可動極板と固定極板が配置される空間が十分に真空になっていなくとも、ガスが貫通穴を移動してある程度のダンピング発生を防止出来る。
また、洗浄工程において洗浄液が極板間に長時間滞留して弾性部を変形させてしまうことを防止することができる。即ち、極板間に流入した洗浄液は貫通穴を通って直ちに外部に排出されるので、洗浄液による弾性部の変形を防止することができる。
ここで、貫通穴の大きさ、位置、個数は特に限定するものではなく任意であり、自由に設定してよい。
【００２５】
また、本発明の第８の態様による物理量検出器は、第１から７の何れかの態様の物理量検出器に於いて、
温度計測手段（１００５）を備えたものである。
【００２６】
本発明の第８の態様による物理量検出器によれば、温度計測手段により物理量検出器の温度が計測されるので、物理量検出器が適正な温度範囲で使用されているかが分かる。
また、例えば、かかる温度結果を温度補正データとして利用することも可能となる。
【００３３】
本発明の第９の態様による物理量検出器の製造方法は、第１〜８の何れかの態様による物理量検出器を製造するための製造方法であって、シリコン基盤に前記可動極板を形成するとともに前記可動極板及び前記可動極板の周囲に貫通穴を配設するとともに、２枚の硝子基盤に前記固定極板を形成する工程と、少なくとも一方の前記硝子基盤に、前記シリコン基盤からの電気信号取り出し用の導通穴部（１３００、１３０１、１３０２）を形成する工程と、次いで、前記可動極板と前記固定極板とが所定の間隔離間して対面するように、前記シリコン基盤と２枚の前記硝子基盤とを陽極接合する工程と、次いで、前記導通穴部に、ステンシルマスク等を用いたスパッタ法或いは蒸着法により金属薄膜を形成する工程と、次いで、前記金属薄膜が形成された部分に無電解メッキ処理を施す工程と、を含んだものである。
【００３４】
本発明の第９の態様による物理量検出器の製造方法によれば、導通穴部にスパッタ法或いは蒸着法により金属薄膜が形成されたのち、かかる部分に無電解メッキ処理がなされるので、金属薄膜の導通が途絶えて絶縁されても無電解メッキにより絶縁部がメッキされ導通される。従って、シリコン基盤からの配線の取り出しが確実に行える。
【００３５】
また、本発明の第１０の態様による物理量検出器の製造方法は、第９の態様による物理量検出器の製造方法であって、２枚の前記硝子基盤の外表面に無電解メッキ処理を施す工程を含んだものである。
【００３６】
本発明の第１０の態様による物理量検出器の製造方法によれば、２枚の硝子基盤の外表面に無電解メッキ処理が施されるので、シールド効果をもたせ電気ノイズなどの外乱の影響を排除することができる。
本発明の第１１の態様による物理量検出器の製造方法は、第９又は１０の態様による物理量検出器の製造方法であって、
前記金属薄膜を形成する工程は、Ｃｒ層の上にＮｉ層を形成する工程を含み、
前記無電解メッキ処理を施す工程は、
前記Ｎｉ層をメッキの下地とし、Ｎｉの無電解メッキを施し、
次いで、Ｎｉメッキの上にＡｕメッキを施して電気回路を形成する。
第１１の態様による物理量検出器の製造方法によれば、金属薄膜のＮｉ層をメッキの下地として、Ｎｉメッキの上に形成されたＡｕメッキにより、電気回路が形成されるので、硝子基盤上に所望する電気回路を形成することができる。
本発明の第１２の態様による物理量検出器の製造方法は、第１１に態様による物理量検出器の製造方法において、
前記電気回路上に、電気部品を取り付ける工程を有する。
本発明の第１２の態様による物理量検出器の製造方法によれば、電気回路に電気部品が取り付けられるので、別個の回路基板を設ける必要がなく、コンパクト化を図ることができるとともにコストダウンを図ることができる。
【００３７】
また、本発明の第１３の態様による物理量検出器の製造方法は、第９〜１２の何れかの態様の物理量検出器の製造方法であって、シリコン基盤に前記可動極板を形成する工程と、
前記シリコン基盤内に島部（１２００、１２０１）を形成するとともに、前記島部と当該シリコン基盤とを硝子板（１２２０）により接続する工程と、を含んだものである。
【００３８】
本発明の第１３の態様による物理量検出器の製造方法によれば、硝子板によりシリコン基盤と島部とが接続されているので、シリコン基盤と硝子板とが電気的に絶縁されることとなって、シリコン基盤と島部とを絶縁するため接続部を切断する必要がない。従って、シリコン基盤と島部との接続部の切断に起因した不具合を防止することができる。
【００３９】
また、本発明の第１４の態様による物理量検出器の製造方法は、第９〜１３の何れかの態様の物理量検出器の製造方法であって、前記弾性支持部材（２２１，２２２，２２３・・・）をエッチングによって形成する工程を含んだものである。
【００４０】
本発明の第１４の態様による物理量検出器の製造方法によれば、弾性支持部材をエッチングによって形成することとしたので、複数の極めて微細な弾性支持部材を組み立て工程無しに一括して形成する事ができる。これにより、組み立て時に各弾性支持部材に内部応力が残留してしまう事が回避され、また、弾性部ひいては物理量検出器全体の小型化が図られる。更に、エッチングの施し方によっては、各弾性支持部材の弾性定数を任意に設定する事ができるので、検出対象に応じた帯域をカバーするよう可動極板の振動特性を容易に調整できる。
また、この弾性支持部材は、略円形の可動極板の接線方向に梁状に形成するので、エッチング時に弾性部等に生じる応力を開放することができ、残留応力の無い弾性支持部材が実現される。その結果、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を高精度に検出できる様になる。
【００４１】
また、本発明の第１５の態様による物理量検出器の製造方法は、第９〜１４の何れかの態様の物理量検出器の製造方法であって、前記可動極板（２１）と前記固定極板（１２，３２）との間の隙間をエッチングによって形成する工程を含んだものである。
【００４２】
本発明の第１５の態様による物理量検出器の製造方法によれば、可動極板と固定極板との間の隙間をエッチングによって形成することとしたので、当該隙間を極めて小さくする事ができる。その結果、第１から第８の何れかの態様による物理量検出器が生ぜしめる効果と相まって、広い検出帯域の確保、可動極板と固定極板との張り付き防止その他、良好な可動極板の振動特性を担保したまま、検出の感度或いは精度を向上させる事ができると云う相乗効果が得られる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、第１の実施の形態による静電容量型加速度センサについて図１から図４を参照しながら説明する。
その静電容量型加速度センサは、検出部１００と、図示せぬ制御部と、これらを接続するリード線Ｌとから成る。これ等の内、検出部１００は、図１に示す様に、中央に配置されたシリコン基盤２と、このシリコン基盤２を上下両側から挟む２つの透光材としての硝子基盤１及び硝子基盤３と、を陽極接合する事により構成されている。シリコン基盤２の大部分は、シリコン製の本体部２０によって構成されており、当該本体部２０には、板ばね状に形成された弾性部２２と、この弾性部２２によって厚さ方向に変位自在に支持された平面視円形の可動極板２１とがエッチングによって一体的に設けられている。
【００４４】
上側の硝子基盤１に於いて、可動極板２１と対面する位置には、これと数ミクロンのギャップ（隙間）を確保して、第１の制動用極板１１と、この第１の制動用極板１１を取り囲む様に配置された第１の固定極板１２と、が蒸着やスパッタリング等の方法によって成膜されている。
これら第１の制動用極板１１及び第１の固定極板１２が占める領域は、投影視において可動極板２１及び弾性部２２が占める領域に一致している。
また、詳細には、第１の制動用極板１１は、中央に配置されて当該制動用極板１１の大部分を構成する円形部１１１と、この円形部１１１から、硝子基盤１の長手両方向に延出された２つの短冊状の延出部１１２，１１３とから成る。
【００４５】
更に、一方の延出部１１２からは、チタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）の薄膜層から成る平面Ｌ字状の第１の制動用電極１１ａが、後述する島２３の投影領域に向かって延設されている。
一方、外側に配置された第１の固定極板１２からは、同じくチタンと白金の合金から成る平面Ｌ字状の第１の検出用電極１２ａが、後述する島２５の投影領域に向かって延設されている。
【００４６】
更に、上側の硝子基盤１に於いて、第１の固定極板１２の周囲には、貫通孔であるリード線取付部１３，１４，１５，１６，１７が所定位置に設けられている。当該各リード線取付部１３，１４，１５，１６，１７は、夫々後述する島２３，島２４，島２５，島２６，本体部２０、に向かって連通する様配置されている。
これらリード線取付部１３〜１７の内壁は、下方に向かってテーパ状に縮径されており、これによって、当該各リード線取付部１３〜１７には、製造工程に於いてリード線Ｌを確実且つ容易に取付ける事ができる様になっている。
【００４７】
一方、下側の硝子基盤３に於いて、可動極板２１と対面する位置には、これと数ミクロンのギャップを確保して、第２の制動用極板３１と、この第２の制動用極板３１を取り囲む様に配置された第２の固定極板３２と、が蒸着やスパッタリング等の方法によって成膜されている。
これら第２の制動用極板３１及び第２の固定極板３２が占める領域は、投影視において可動極板２１及び弾性部２２が占める領域に一致している。
また、当該各極板３１，３２の配置は、投影視に於いて、夫々第１の制動用極板１１及び第１の固定極板１２の配置と略一致している。
また、詳細には、第２の制動用極板３１は、中央に配置されて当該制動用極板３１の大部分を構成する円形部３１１と、この円形部３１１から、硝子基盤３の長手両方向に延出された２つの短冊状の延出部３１２，３１３とから成る。
【００４８】
更に、一方の延出部３１２からは、チタンと白金の合金から成る平面Ｌ字状の第２の制動用電極３１ａが、後述する島２４の投影領域に向かって延設されている。
一方、外側に配置された第２の固定極板３２からは、同じくチタンと白金の合金から成る平面Ｌ字状の第２の検出用電極３２ａが、後述する島２６の投影領域に向かって延設されている。
【００４９】
以上の如く構成されて成る硝子基盤１及び硝子基盤２によって挟まれるシリコン基盤２の本体部２０に於いて、可動極板２１は、図２に示す如く平面視円形に形成されており、この可動極板２１の周縁には、その接線方向に複数の弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・が等間隔を隔てて規則的且つ均一に配設されて有る。これ等の弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・によって弾性部２２が構成されている。
この様にして弾性部２２を構成する事により、当該弾性部２２を製作する際に生じる応力を開放させることができ、残留応力のない弾性部２２が実現される。
【００５０】
また、図３は、検出部１００の断面概略図を示すもので、図示の様に、弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・の各々は、可動極板２１の周縁に於ける上側の表面と下側の表面とに上下２段に配設された梁から成っている。
更に、図３から明らかな様に、弾性部２２は可動極板２１の各表面よりも内側に窪んだ位置に配設されている。これは、可動極板２１が変位する事に伴って弾性部２２が撓んだ場合においても、当該弾性部２２が各固定極板１２，３２に接触し或いは張り付いてしまう事を回避する様に構成したものである。
【００５１】
これら可動極板２１及び弾性部２２は、本体部２０を構成することとなる板状のシリコン母材に、可動極板２１及び各弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・に対応するマスキングを施した後、当該シリコン板にエッチングを施す事により一体に形成したものである。
このとき、可動極板２１と、各固定極板１２，３２及び各制動用極板１１，３１と、の間にギャップを確保するべく、当該シリコン母材に於いて可動極板２１が形成されることとなる部分の面が、残余の部分の面よりも数ミクロン低くなる様にエッチングによって削る。また、弾性部２２が、可動極板２１の表面よりも低く窪んだ位置に配置される様にエッチングを施す。
【００５２】
かくして、可動極板２１、弾性部２２、及び本体部２０は一体的に形成されるものであるから、可動極板２１と本体部２０とは弾性部２２を介して電気的に接続されることとなる。
【００５３】
また、図３に示す様に、可動極板２１に於ける第１の固定極板１２及び第２の固定極板３２と対面する上下両側の表面および各弾性支持部材２２１・・・には、夫々防着材としてのストッパ２１ａ及びストッパ２１ｂが設けて有る。
当該各ストッパ２１ａ，２１ｂの素材は、固定極板１２，３２及び制動用極板１１，３１との間で非接着性を発揮するものであればその如何を問わない。また、当該各ストッパ２１ａ，２１ｂの形状も特に限定されるものではないが、固定極板１２，３２或いは制動用極板１１，３１との接触面積ができるだけ小さくなるような形状が好ましい。例えば、各ストッパ２１ａ，２１ｂは、固定極板１２，３２及び制動用極板１１，３１との間で非接着性を発揮する硝子を点状に形成したもので実現できる。この様に、可動極板２１の表面および各弾性支持部材２２１・・・に設けられた各ストッパ２１ａ，２１ｂは、当該可動極板２１が所定の振幅以上に亙って変位する事を阻止する機能を果す。
【００５４】
また、シリコン基盤２に於いて可動極板２１の周囲には、所定位置に電極取出用のシリコン製の島２３，２４，２５，２６が設けられている。当該各島は、他の島及び本体部２０と接触せぬ様に隔離されて配置されており、従って他の島及び本体部２０とは電気的に絶縁されている。
これ等の内、島２３は平面方向からの投影視に於いて第１の制動用電極１１ａ及びリード線取付部１３と重なる位置に配置されており、島２４は同じく投影視に於いて第２の制動用電極３１ａ及びリード線取付部１４と重なる位置に配置されており、島２５は同じく投影視に於いて第１の検出用電極１２ａ及びリード線取付部１５と重なる位置に配置されており、島２６は同じく投影視において第２の検出用電極３２ａ及びリード線取付部１６と重なる位置に配置されて有る。
【００５５】
更に、シリコン基盤２の所定位置にはガス吸着剤としてのゲッタＧを受け入れる収容部２７が設けて有る。
【００５６】
この静電容量型加速度センサを製造する過程に於いては、先ず収容部２７にゲッタＧを収容し、次いで、硝子基盤１、シリコン基盤２、及び硝子基盤３を陽極接合する。これにより、可動極板２１、各固定極板２１，３２、及び各制動用極板１１，３１と、ゲッタＧとが密封される。陽極接合時には、板バネを可動極板２１の表面より下側にくぼみを設けて配置したり、可動極板２１にストッパ２１を設けたり、或いは極板間を等電位にするためショート配線にして、可動極板の張り付きを防止する。
また、このとき第１の制動用電極１１ａと島２３とが着接し、第２の制動用電極３１ａと島２４とが着接し、第１の検出用電極２１ａと島２５とが着接し、第２の検出用電極３２ａと島２６とが着接する。
【００５７】
次いで、透光材としての硝子基盤１或いは硝子基盤３を介してゲッタＧにＹＡＧレーザを照射する。これにより、ゲッタＧが加熱され活性化されて、当該ゲッタＧは、図４に示す様に可動極板２１、各固定極板１２，３２、及び各制動用極板１１，３１等を取り巻くガス（大気）を吸収する。かくして、可動極板２１、固定極板２１，３２、及び制動用極板１１，３１等が真空中に配置されることとなる。ここで、ＹＡＧレーザを用いてゲッタＧを活性化することは、単にゲッタＧを加熱して活性化する場合に比べて、ゲッタＧを局部的に高温にすることができるので、より高い真空度を得ることができる。
尚、このゲッタＧは、一旦ガスを吸収した後に於いては、常温に戻されても当該吸収したガスを放出する事は無い。
【００５８】
次いで、硝子基盤１に設けた各リード線取付部１３，１４，１５，１６，１７に、夫々導電エポキシＥを用いてリード線Ｌをボンディングする（図３参照）。すると、リード線取付部１３にボンディングされたリード線Ｌは第１の制動用極板１１と電気的に接続され、リード線取付部１４にボンディングされたリード線Ｌは第２の制動用極板３１と電気的に接続され、リード線取付部１５にボンディングされたリード線Ｌは第１の固定極板１２と電気的に接続され、リード線取付部１６にボンディングされたリード線Ｌは第２の固定極板３２と電気的に接続され、リード線取付部１７にボンディングされたリード線Ｌは本体部２０を介して可動極板２１と電気的に接続される。
次いで、当該各リード線Ｌを、図示せぬ制御部に接続する。
【００５９】
以上の如くして構成された静電容量型加速度センサの作用は次の通りである。先ず、当該静電容量型加速度センサに於いて、図示せぬ制御部は、リード線取付部１５にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する第１の固定極板１２の電位と、リード線取付部１７にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する可動極板２１の電位と、に基づいて、これら第１の固定極板１２と可動極板２１とによって形成される可変容量キャパシタ（以下、「第１のキャパシタ」という。）の静電容量Ｃ１を検出している。
【００６０】
また、図示せぬ制御部は、リード線取付部１６にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する第２の固定極板３２の電位と、リード線取付部１７にボンディングされたリード線Ｌを介して検出する可動極板２１の電位と、に基づいて、これら第２の固定極板３２と可動極板２１とによって形成される可変容量キャパシタ（以下、「第２のキャパシタ」という。）の静電容量Ｃ２を検出している。更に、図示せぬ制御部は、第１のキャパシタの静電容量Ｃ１と第２のキャパシタの静電容量Ｃ２との容量差ΔＣが所定の平衡状態にあるか否かを監視している。
【００６１】
この状態に於いて、当該検出部１００に対して外部から加速度が印加されると、当該加速度に起因して、弾性部２２によって中立位置（平衡位置）に支持された可動極板２１が当該弾性部２２に拘束されながら板厚方向に変位する。これにより、第１のキャパシタの静電容量Ｃ１と、第２のキャパシタの静電容量Ｃ２とが相互に増減し、これに伴って両者の容量差であるΔＣが変動する。
【００６２】
すると、図示せぬ制御部は、当該ΔＣの変動分に応じた電圧を、リード線取付部１３及びリード線取付部１４にボンディングされた各リード線Ｌを介して、第１の制動用極板１１及び第２の制動用極板３１に印加（フィードバック）する事により、当該各制動用極板１１，３１が生ぜしめる静電気力と、可動極板２１の慣性力とを相殺する制御を行う。これにより、外部からの加速度に起因する可動極板２１の変位を最小限に抑えることができる。
【００６３】
その過程で、制御部は各制動用極板１１，３１にフィードバックした電圧の大きさに基づいて、当該静電容量加速度センサ１００に印加された加速度を検出し、検出した加速度を外部に出力する。その後に於いて、当該出力された加速度を、モニタしたり或いは所定の制御を行う為に用いたりする事は任意である。
【００６４】
尚、制御部の構成については図示していないが、以上の如く作用する当該制御部を、マイコンその他のハードウエア、或いは、ＤＳＰ（デイジタル・シグナル・プロセツサ）その他のソフトウエアによっても実現できる事は明らかであろう。
【００６５】
以上の如くして構成され作用する静電容量加速度センサによれば、次の様な優れた効果が得られる。
（１）可動極板２１が平面視において円形に形成されて有るので、可動極板２１が変位する過程に於いて、可動極板２１そのもの形状に起因して当該可動極板２１が共振し或いは発振する事を確実に回避できる。
【００６６】
（２）弾性部２２が円形に形成された可動極板２１の接線方向に複数配設された梁状の弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・により構成されて有るので、弾性部２２或いは弾性部２２と可動極板２１との接合部分に応力が集中するのを最小限に抑える事ができる。その結果、これ等の寿命を延ばす事ができると共に、可動極板２１を変位せしめる物理量を高精度に検出できる様になる。
【００６７】
（３）可動極板２１を平面視円形に形成すると共に、弾性部２２を、可動極板２１の接線方向に等間隔を隔てて規則的且つ均一に配設された複数の弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・によって構成したので、当該弾性部２２を製作する際に生じる応力を開放させることができ、残留応力のない弾性部２２が実現される。
【００６８】
（４）弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・の各々は、可動極板２１の周縁に於ける上側の表面と下側の表面とに上下２段に配設された梁から成るので、より細かな観点からみても、これに加わる応力を効率的に分散せしめる事ができる。その結果、これ等の寿命を延ばす事ができると共に、可動極板２１を変位せしめる物理量を高精度に検出できる様になる。
【００６９】
（５）弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・が可動極板２１の表面よりも窪んだ位置に配設されて有るので、可動極板２１の変位に伴う各弾性支持部材の撓みその他の弾性変形に起因して当該弾性部２２が固定極板１２，３２に接触し或いは張り付いてしまう事を確実に回避できる。その結果、可動極板２１を変位せしめる物理量を更に高精度に検出できる様になる。
【００７０】
（６）弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・が、可動極板２１の表面よりも低く窪んだ位置に形成されるので、シリコン基板２と硝子基板１，３とを陽極接合する際には、当該各弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・が硝子基板１，３に張り付いてしまう事を回避できる。
【００７１】
（７）第１の固定極板１２の領域、及び第２の固定極板３２の領域を、可動極板２１に対面する領域のみならず、弾性部２２に対面する領域にまで拡張してあるので、弾性部２２に対面する箇所には硝子基板１，３が露出していない。従って、シリコン基板２と硝子基板１，３とを陽極接合する際には、当該各弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・が硝子基板１，３に張り付いてしまう事を回避できる。
【００７２】
（８）可動極板２１が所定の振幅以上に亙って変位する事が、可動極板２１の各固定極板１２，３２と対面する上下両側の表面および各弾性支持部材２２１・・・に設けた阻止手段としてのストッパ２１ａ，２１ｂによって阻止されるので、可動極板２１に仮に大きな加速度が印加されたとしても、当該可動極板２１と固定極板１２，３２とが接触し或いは張り付いてしまう事を回避できる。その結果、可動極板を変位せしめる加速度を更に高精度に検出できると共に、斯かる阻止手段を検出部１００のサイズを大きくせずとも具備する事ができる。この事は、物理量検出器全体の小型化に寄与する。
【００７３】
（９）シリコン基板２と硝子基板１，３を陽極接合する際には、硝子を点状に形成して成るストッパ２１ａ，２１ｂが可動極板２１の両面に均一に配置されているので、可動極板２１と、固定極板１２，３２又は制動用極板１１，３１と、が張り付いてしまう事を確実に回避できる。
【００７４】
（１０）図示せぬ制御部によるフィードバック制御によって、可動極板２１と各制動用極板１１，３１とは、時には反発し合い、時には引きつけ合い、結果として外部から印加される加速度の大小に拘わらずに当該可動極板２１の変位が極めて小さく抑えられるので、上記（１）から（６）に於いて説明した優れた効果と相まって、加速度検出の精度或いは感度を担保したまま、その測定の帯域幅を拡張できると云う相乗効果が得られる。
【００７５】
（１１）各制動用極板１１，３１を用いてフィードバック制御を行うこととしたので、制動用のコイルや永久磁石等を用いてフィードバック制御を行っていた従来技術（図５参照）と比較して、配線構造を簡素化できると共に検出部１００そのもののサイズをより小型にする事ができる。
【００７６】
（１２）各固定極板１２，３２が、平面視において夫々制動用極板１１，３１の周縁を取り囲む様に配置されているので、可動極板２１と制動用極板１１，３１とが接触し或いは張り付く事を確実に回避できる。特に、加速度が印加される方向によっては可動極板２１の姿勢が固定極板１２，３２等と平行な面に対して傾く事が有り、且つその時に可動極板２１と、制動用極板１１，３１の何れか一方と、が引きつけ合うよう制御される場合が起こり得るわけであるが、斯かる場合においても、当該可動極板２１の端淵が固定極板の内側に配置された制動用極板に接触し或いは張り付く事は有り得ないのである。
【００７７】
（１３）図１に示す様に、上下両側の硝子基盤に於いて、互いに近隣する固定極板と制動用極板との配置は平面視において対称な図形を構成しているので、容量差ΔＣを正確に検出できると共に、制御部によって各制動用極板１１，３１から可動極板２１に対して発せられる斥力或いは引力が当該可動極板２１に均等に加わり、これが常に制動用極板１１，３１に平行な姿勢を保つ様にする事ができる。その結果、可動極板２１を変位せしめる物理量を更に高精度に検出できる様になる。
【００７８】
（１４）検出部１００の製造工程に於いては、可動極板２１及び固定極板１２，３２等を、ゲッタＧと共に硝子基盤１,３を用いて密封し、次いで、硝子基盤１,３の少なくとも何れか一方を介してゲッタＧにＹＡＧレーザを照射することとしたので、ゲッタＧのみを局所的に加熱しこれを活性化する事ができる。従って、残余の何れの部分にも熱影響を及ぼす畏れが全く無く、その結果、可動極板２１を変位せしめる加速度を更に高精度に検出できる様になる。
【００７９】
（１５）一旦活性化されたゲッタＧは、密封された可動極板２１及び固定極板１２，３２等をとりまく酸素、窒素その他のガスを吸着して離さないので、可動極板２１及び固定極板１２，３２を真空中に配置する事を合理的且つ確実に実現できる。
【００８０】
（１６）可動極板２１と固定極板１２，３２及び制動用極板１１，３１とを真空中に配置したので、可動極板２１が変位する際に、可動極板２１と、各固定極板１２，３２或いは制動用極板１１，３１と、の間に介在する酸素、窒素その他のガスに起因して当該可動極板２１に過度のダンピングがかかってしまう所謂スクイズドフィルム現象が惹起する事を確実に回避できる。その結果、可動極板２１を変位せしめる加速度を更に高精度に検出できる様になる。
【００８１】
（１７）検出部１００の製造工程に於いては、弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・をエッチングによって形成することとしたので、複数の微細な弾性支持部材を組み立て工程無しに一括して形成する事ができる。これにより、組み立て工程に於いて各弾性支持部材に内部応力が残留してしまう事が回避され、また、弾性部２２ひいては検出部１００の小型化が図られる。
【００８２】
（１８）検出部１００の製造工程に於いては、弾性支持部材２２１，２２２，２２３・・・をエッチングによって形成することとしたので、当該エッチングの施し方によっては、各弾性支持部材のバネ定数を任意に設定する事を容易に実現できる。その結果、検出対象となる加速度の強度或いは帯域に応じて可動極板２１の振動特性を最適に設定する事を容易に実現できる様になる。
【００８３】
（１９）検出部１００の製造工程に於いては、可動極板２１と固定極板１２，３２との間のギャップをエッチングによって形成することとしたので、当該ギャップを極めて小さくする事ができる。その結果、上記（１）から（１２）に於いて説明した効果と相まって、広い周波数帯域の確保、可動極板２１と固定極板１２，３２との張り付き防止、その他良好な可動極板２１の振動性を担保したまま、検出の感度或いは精度を向上させる事ができると云う相乗効果が得られる。
【００８４】
（２０）検出部１００の製造工程に於いては、可動極板２１をもエッチングによって形成することとしたので、当該可動極板２１の質量を任意に設定する事を容易に実現できる。その結果、検出対象となる加速度の強度或いは帯域に応じて可動極板２１の振動特性を最適に設定する事を容易に実現できる様になる。
【００８５】
（２１）エッチングの施し方によっては、可動極板２１と、各固定極板１２，３２との間のギャップや、可動極板の質量と弾性部２２のバネ定数の比等を容易に調節できるので、オープンループ時に於いて極めて高い利得（ゲイン）を得る様に構成できる。従って、フィードバック時に於いて、当該ゲインが多少犠牲になったとしても、依然として良好な感度或いは精度が担保される。これにより、高分解能且つ広帯域な検出器が実現される。
【００８６】
［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態による静電容量型加速度センサについて図５から図９を参照しながら説明する。
この静電容量型加速度センサは、検出部１０００と、図示せぬ制御部と、これらを接続するリード線Ｌとから成る。これ等の内、検出部１０００は、図５、６に示す様に、厚さ方向の中央に配置されたシリコン基盤１００１と、このシリコン基盤１００１を上下両側から挟む２つの透光材としての硝子基盤１００２及び硝子基盤１００３と、を陽極接合する事により構成されている。シリコン基盤１００１の大部分は、シリコン製の本体部１１００によって構成されており、当該本体部１１００には、弾性部１１１０とこの弾性部１１１０によって厚さ方向に変位自在に支持された平面視円形の可動極板１１２０とがエッチングによって一体的に設けられている。
【００８７】
上側の硝子基盤１００２に於いて、可動極板１１２０と対面する位置には、これと数ミクロンのギャップ（隙間）を確保して、第１の固定極板１１３０が蒸着やスパッタリング等の方法によって成膜されている。
第１の固定極板１１３０が占める領域は、投影視において可動極板１１２０及び弾性部１１１０が占める領域に一致している。
第１の固定極板１１３０からは、同じくチタンと白金の合金から成る平面Ｌ字状の第１の検出用電極１１３０ａが、後述する島１２００の投影領域に向かって延設されている。
【００８８】
更に、上側の硝子基盤１００２に於いて、第１の固定極板１１３０の周囲には、貫通孔である穴部１３００，１３０１，１３０２が所定位置に設けられている。当該穴部１３００，１３０１，１３０２は、夫々後述する島１２００，島１２０１、本体部１１００、に向かって連通する様配置されている。
これら穴部１３００〜１３０２の内壁は、下方に向かってテーパ状に縮径されており、この内壁は、スパッタ法や蒸着により金属薄膜が形成された後、無電解メッキが施され、これによりＳｉ面と硝子面との間が導通されている。具体的には、まず、例えば、ＥＢ蒸着によりＣｒ−Ｎｉ（Ｃｒ層の上にＮｉ層をつくる）をガラス−Ｓｉ上に蒸着する。次いで、Ｎｉ層をメッキの下地とし、Ｎｉの無電解メッキを施す。そして、金線によるワイヤボンディングが行えるようにＮｉメッキの上に金メッキを施すことにより薄膜状の金属パッド１６００を形成する。
【００８９】
また、上側の硝子基盤１００２には、温度計測部１００５が形成されている。温度計測部１００５は、硝子基盤１００２の表面に白金、バイメタル、銅−コンスタンタンなどの金属薄膜がスパッタ法や蒸着法によりパタンニングされることにより成膜されている。温度計測部１００５では、金属薄膜間の抵抗或いは電圧等を測定することにより温度計測が可能となっている。そして、計測された温度は、測定データの補正用のデータとして利用したり、或いはセンサそのものの使用可能な温度であるかの監視データとして利用する。
【００９０】
一方、下側の硝子基盤１００３に於いて、可動極板１１２０と対面する位置には、これと数ミクロンのギャップを確保して、第２の固定極板１１４０が蒸着やスパッタリング等の方法によって成膜されている。
第２の固定極板１１４０が占める領域は、投影視において可動極板１１２０及び弾性部１１１０が占める領域に一致している。
また、当該第２の固定極板１１４０の配置は、投影視に於いて、第１の固定極板１１３０の配置と略一致している。
第２の固定極板１１４０からは、チタンと白金の合金から成る平面Ｌ字状の第２の検出用電極１１４０ａが、後述する島１２０１の投影領域に向かって延設されている。
【００９１】
以上の如く構成されて成る硝子基盤１００２及び硝子基盤１００３によって挟まれるシリコン基盤１００１の本体部１１００に於いて、可動極板１１２０は、図７に示す如く平面視円形に形成されており、この可動極板１１２０の周縁には、その接線方向に複数の弾性支持部材１１１０ａ・・・が等間隔を隔てて規則的且つ均一に配設されて有る。これ等の弾性支持部材１１１０ａ・・・によって弾性部１１１０が構成されている。弾性支持部材１１１０ａ・・・の各々は、可動極板１１２０の周縁に於ける上側の表面と下側の表面とに上下２段に配設された梁から成っている。
更に、弾性部１１１０は可動極板１１２０の各表面よりも内側に窪んだ位置に配設されている。
これら可動極板１１２０及び弾性部１１１０は、第１の実施の形態と同様に、本体部１１００を構成することとなる板状のシリコン基盤１００１に、可動極板１１２０及び各弾性支持部材１１１０ａ・・・に対応するマスキングを施した後、当該シリコン基盤１００１にエッチングを施す事により一体に形成したものである。
【００９２】
このように、可動極板１１２０、弾性部１１１０、及び本体部１１００は一体的に形成されるものであるから、可動極板１１２０と本体部１１０とは弾性部１１１０を介して電気的に接続される。
また、可動極板１１２０には、中央部に貫通した貫通穴１１２１が設けられている。この貫通穴１１２１は、可動極板１１２０の可動時のダンピングを軽減させるためのものである。即ち、かかる貫通穴１１２１を可動極板１１２０に設けることにより、固定極板１１３０、１１４０と可動極板１１２０が配置された空間のガスが貫通穴１１２１を通って移動出来る。
【００９３】
また、シリコン基盤１００１に於いて可動極板１１２０に隣接する所定位置に電極取出用の島部１２００、１２０１が設けられている。そして、島部１２００、１２０１の周囲には空洞部１２１０が設けられており、各島１２００、１２０１は、他の島及び本体部１１００と電気的に絶縁されて配置されている。
具体的には、図８に示すように、本体部１１００における島部側の内側壁部および島の外側壁部には、断面視において空洞部１２１０側に向かって僅かに突出した凸部１１００ａ、１２００ａ、１２０１ａが形成されており、対面する内側壁部と外側壁部の各凸部１１００ａ、１２００ａ、１２０１ａの上面および下面は、硝子板１２２０が掛け渡されて固定されている。これにより島１２００、１２０１と本体部１１００との電気的絶縁が図られている。
更に、島１２００と島１２０１が対面する外側壁部に形成された凸部１２００ａ、１２０１ａの上面および下面同士にも硝子板１２２０が掛け渡されて固定されている。これにより島１２００、１２０１同士の電気的絶縁が図られている。
また、島１２００は平面方向からの投影視に於いて穴部１３００と重なる位置に配置されており、島１２０１は同じく投影視に於いて穴部１３０１と重なる位置に配置されている。
【００９４】
更に、本体部１１００には、可動極板１１２０に隣接する所定位置にガス吸着剤としてのゲッタＧを受け入れる収容部１４００が設けて有る。
また、本体部１１００には、可動極板１１２０を矩形に囲むようにして形成された囲み部１５００が設けられ、該囲み部１５００の四隅の角には、三角形状の角穴１５１０…（第２貫通穴）が形成されている。この角穴１５１０…は、後述する陽極接合時の洗浄液を排出するための穴である。また、角穴１５１０…は、可動極板１１２０のダンピングを軽減させる効果もある。
【００９５】
次に、上記構成の静電容量型加速度センサの製造方法について、図６を用いて説明する。
この静電容量型加速度センサを製造する過程に於いては、先ず、シリコン基盤１００１に、可動極板１１２０、島部１２００、１２０１、およびゲッター収容部１４００を形成するとともに、硝子基盤１００２に、固定極板１１３０および穴部１３００〜１３０２を形成する。
この際、島部１２００、２１０１とシリコン基盤１００１の本体部１１００とは、硝子板１２２０で接続する。
【００９６】
次いで、シリコン基盤１００１のゲッター収容部１４００にゲッターＧとソルダガラス（ガス吸着剤固定用部材）１４０１を収容し、シリコン基盤１００１の上面と、硝子基盤１００２の固定極板１１３０側の面とを、陽極接合にて接合する（図６（ａ））。このとき、第１の検出用電極１１３０ａと島２５とが着接する。また、陽極接合時、ソルダガラスが溶融し、その後の冷却によって固化することによりゲッターＧがゲッター収容部１４００に固着される。
【００９７】
次いで、硝子基盤１００２の固定極板１１３０とシリコン基盤１００１の可動極板１１２０間を、蒸気圧の高い不活性の液体により洗浄するか、或いは臨界洗浄する。
かかる洗浄を行う理由は、通常の液体洗浄の場合、固定極板１１３０と可動極板１１２０間の隙間が極めて小さい（例えば、数ミクロン）ので張り付いてしまうためであり、このような洗浄を施すと、固定極板１１３０と可動極板１１２０との間の張り付きを防止した良好な洗浄を行うことが出来る。また、洗浄を行うことにより反対側の面の陽極接合を良好にする。
【００９８】
次いで、シリコン基盤１００１の下面と固定極板１１４０が形成された硝子基盤１００３とを陽極接合にて固定する。これにより、可動極板１１２０、各固定極１１３０，１１４０と、ゲッタＧとが密封される（図６（ｂ））。
【００９９】
次いで、硝子基盤１００２或いは硝子基盤１００３を介してゲッタＧにＹＡＧレーザを照射する。これにより、ゲッタＧが加熱され活性化されて、当該ゲッタＧは、可動極板１１２０、各固定極板１１３０，１１４０等を取り巻くガス（大気）を吸収する（図６（ｃ））。
【０１００】
次いで、図示しないステンシルマスクを用いてスパッタ法或いは蒸着法により、硝子基盤１００２の穴部１３００、１３０１、１３０２の内壁部およびシリコン基盤１００１との接触部１００１ａを含む所定の位置に金属パッド１６００を成膜する（図６（ｄ））。
【０１０１】
次いで、硝子基盤１００２の金属パッド１６００が成膜された部分およびその周囲と、硝子基盤１００３のほぼ全面に、無電解メッキによりシールド膜１７００を形成する（図６（ｅ））。金属薄膜１６００が成膜された部分に無電解メッキすると、シリコン基盤１００１との接触部１００１ａや穴部１３００、１３０１、１３０２の内壁部などの断線しやすい部分がメッキされて導通が確実となる。また、シールド膜１７００を形成することにより、検出部１０００全体がシールドされて電気ノイズ等の影響を低減させる。
【０１０２】
次いで、硝子基盤１００２側の上面に、例えば、ＥＢ蒸着によりＣｒ−Ｎｉ（Ｃｒ層の上にＮｉ層をつくる）を蒸着する。次いで、Ｎｉ層をメッキの下地とし、Ｎｉの無電解メッキを施す。このとき、ステンシルマスクに回路パターンを構成し、このステンシルマスク用いて、硝子基盤１００２に白金、バイメタル、銅−コンスタンタンなどの金属薄膜をパタンニングすることにより、硝子基盤１００２に温度計測部１００５を形成する（図６（ｆ））。
また、ステンシルマスクに別の回路パターンを構成し、金等をパタンニングすることにより、例えば、図１０に示すように、電気回路１７００を形成し、この電気回路１７００に、ＩＣその他の電気部品２００１を接続するようにしてもよい。なお、電気部品２００１は、バンプを用いたフリップチップボンディングまたは、半田を用いたリフロー工程などにより接続されるが、電気的導通および機械的強度を有する接続方法であれば、どのような方法であってもよい。次いで、硝子基盤１００２に設けた各各金属パッド１６００に、リード線Ｌをボンディングし、当該各リード線Ｌを、図示せぬ制御部に接続する。
【０１０３】
以上の如くして構成された静電容量型加速度センサの作用は、第１の実施の形態と概略同様なので省略する。
なお、上記第２の実施の形態の静電容量型加速度センサは、例えば、図９のような変形例であってもよい。まず、可動極板１１２０′の貫通穴１１２１′は、複数個形成してもよい。温度計測部１００５′は、硝子基盤１００２ではなく、シリコン基盤１００１′に形成してもよい。その場合、配線を、例えば穴部１３０２の金属パッド１６００から取り出すようにする。
【０１０４】
また、制御部の構成については図示していないが、第１の実施の形態と同様に、マイコンその他のハードウエア、或いは、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセツサ）その他のソフトウエアによって構成されている。
【０１０５】
以上の如くして構成され作用する第２の実施の形態の静電容量加速度センサによれば、第１の実施の効果以外の次の様な優れた効果が得られる。
（２２）可動極板１１２０に厚さ方向に貫通する貫通穴１１２１が設けられているので、極板が配置された空間のガスが貫通穴１１２１を通って移動出来ることとなって、可動極板１１２０に過度にダンピングがかかってしまって起こるスクイズドフィルム現象を回避でき、高帯域に於ける可動極板１１２０の振動特性が良好なものとなる。その結果、被測定体の変位、速度、加速度の何れかの物理量を更に高精度に検出できる様になる。特に、可動極板１１２０と固定極板１１３０、１１４０が配置される空間が十分に真空になっていなくとも、ガスが貫通穴１１２１を移動してある程度のダンピング発生を防止出来る。
【０１０６】
（２３）温度計測部１００５により静電容量加速度センサの温度が計測されるので、静電容量加速度センサが適正な温度範囲で使用されているかが分かる。
また、例えば、かかる温度結果を温度補正データとして利用することも可能となる。
【０１０７】
（２４）陽極接合されたシリコン基盤１００１と硝子基盤１００２、１００３の固定極板１１３０、１１４０と可動極板１１２０が、臨界洗浄或いは不活性の液体により洗浄されるので、固定極板１１３０、１１４０と可動極板１１２０との張り付きを抑えることができることとなって、効率的且つ確実な洗浄を行うことができる。
【０１０８】
（２５）可動極板１１２０の周囲のシリコン基盤１００１に、厚さ方向に貫通する角穴１５１０…が形成されるので、洗浄工程において洗浄液が極板間に長時間滞留して弾性部１１１０を変形させてしまうことを防止することができる。即ち、極板間に流入した洗浄液は角穴１５１０…を通って直ちに外部に排出されるので、洗浄液による弾性部１１１０の変形を防止することができる。
【０１０９】
（２６）穴部１３００、１３０１、１３０２にスパッタ法或いは蒸着法により金属薄膜１６００が成膜されたのち、かかる部分に無電解メッキ処理がなされるので、金属パッド１６００の導通が途絶えて絶縁されても無電解メッキにより絶縁部がメッキされ導通される。従って、シリコン基盤１００１からの配線の確実に行える。
【０１１０】
（２７）２枚の硝子基盤１００２、１００３の外表面に無電解メッキ処理が施されるので、シールド効果をもたせ電気ノイズなどの外乱の影響を排除することができる。
【０１１１】
（２８）硝子板１２２０によりシリコン基盤１００１と島部１２００、１２０１とが接続されているので、シリコン基盤１００１と硝子板１２２０とが電気的に絶縁されることとなって、シリコン基盤１００１と島部１２００、１２０１とを絶縁するため接続部を切断する必要がない。従って、シリコン基盤１００１と島部１２００、１２０１との接続部の切断に起因した不具合を防止することができる。
（２９）硝子基盤１００２に、金属薄膜および無電解メッキにより電気回路１７００が形成されるので、硝子基盤１００２上に電気部品２００１を実装することができることとなって、実装部まで含めたセンサの小型化が可能となるとともに、別個の実装基板を必要としないので、コストダウンが図れる。
【０１１２】
以上、本発明が適用された静電容量型加速度センサについて説明したが、本発明の技術思想はこれに限られるものではない。例えば、次の事等は本発明と均等であると云うことができる。
【０１１３】
（Ａ）ゲッタＧにＹＡＧレーザを照射する時間やＹＡＧレーザの強度等を調節する事によって、可動極板２１と固定極板１２，３２及び制動用極板１１，３１とを取り巻くガスの濃度を任意に調節する様にしてもよい。この場合は、可動極板２１に対して所望のダンピングをかけることができる。その結果、検出対象となる物理量の強度に応じた最適な静電容量型物理量センサを容易に実現できることとなる。
【０１１４】
（Ｂ）図示せぬ制御部をチップ型のマイコンにて実現し、実現したマイコンを検出部１００内に組み込むと共に、当該マイコンによって検出される加速度その他の物理量を赤外線その他の無線にて外部出力する様に構成してもよい。この場合は、マイコンを駆動する為のエネルギ及び検出結果を外部出力するのに必要なエネルギを、外部よりマイクロ波にて供給する様に構成するとよい。この様に構成すれば、リード線Ｌが不要となるのはもとより、狭い箇所や劣悪な環境の箇所等にも当該静電容量型物理量センサを設置する事が可能となる。
【０１１５】
（Ｃ）加速度以外にも、圧力その他の物理量を検出する様に設計変更する事が可能である。この事は、外部からの圧力その他の物理量に起因して可動極板２１が変位する様に構成することで容易に実現できる。
【０１１６】
（Ｄ）また、本発明にかかる静電容量型物理量センサは、傾斜計にも適用可能である。この場合、真空封止しないのでゲッターは必要ない。但し、ダンピング軽減のための貫通穴はあった方が望ましい。
（Ｅ）また、ガラスを用いて島部をつった場合は、片面づつ陽極接合を行う方法のほか、両面一度にガラスを陽極接合するトリプルスタック技術を利用することができる。
（Ｆ）また、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に制動用極板を設けてフィードバック制御を行っても良い。
（Ｇ）また、ガス吸着剤固定用部材としてソルダガラスを用いたが、ゲッターＧをゲッター収容部に固着できるものであれば、どのような接着剤でもよい。但し、シリコン基盤と硝子基盤とを真空にする場合には、加熱時にガスが発生しない接着剤を使用する。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明によれば、第１に高精度に物理量を検出する事が達成され、第２に小型の物理量検出器を提供する事が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサの検出部の構成を模式的に示す分解斜視概略図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサの検出部に具備される可動極板及び弾性部を示す部分平面図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサの検出部を示す断面概略図でる。
【図４】第１の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサに於けるゲッタによるガス吸収態様を説明する為の概念図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサの検出部の断面概略図である。
【図６】第２の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサの検出部に製造工程を説明するための斜視図である。
【図７】第２の実施の形態にかかるシリコン基盤の斜視図でる。
【図８】第２の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサに島部付近の平面図（ａ）及び平面図（ａ）におけるＡ−Ａ部の断面図である。
【図９】第２の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサのシリコン基盤の変形例を説明するための平面図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる静電容量型加速度センサの硝子基盤への電気部品の実装を説明するための斜視図である。
【図１１】従来技術に於ける静電容量型加速度センサを示す図である。
【符号の説明】
１、１００２硝子基盤（透光材）
２、１００１シリコン基盤
３、１００３硝子基盤（透光材）
１１第１の制動用極板（制動用極板）
１２、１１３０第１の固定極板（固定極板）
２０、１１００本体部
２１、１１２０可動極板（可動極板）
２１ａ，２１ｂストッパ（防着材）
２２、１１１０弾性部（弾性部）
３１第２の制動用極板（制動用極板）
３２、１１４０第２の固定極板（固定極板）
１００、１０００検出部（物理量検出器）
２２１…、１１１０ａ弾性支持部材（弾性支持部材）
１１２１貫通穴
１５１０角穴（第２貫通穴）
１２００、１２０１島部
１２２０硝子板
１００５温度計測部（温度計測手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a physical quantity detector that detects acceleration, displacement, pressure, and other physical quantities, and more particularly to a capacitance type physical quantity detector that detects a physical quantity based on a capacitance difference.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of capacitance type physical quantity detectors have been provided. For example, a capacitance type acceleration sensor 200 as shown in FIG. 11 is known. The capacitive acceleration sensor 200 includes a rectangular fixed pole plate 202 fixed in a casing 201, and a rectangular movable pole plate 203 provided so as to be displaceable at a position facing the fixed pole plate 202. ing. The movable pole plate 203 is configured to be freely displaced in the thickness direction due to acceleration applied from the outside by supporting only the edge thereof by a leaf spring 204. The pair of fixed plate 202 and movable plate 203 form a variable capacitor. A drive coil 205 is provided upright on the surface of the movable electrode plate 203 opposite to the fixed electrode plate 202. Further, a permanent magnet 206 is disposed around the drive coil 205 so as to sandwich the drive coil 205.
[0003]
When acceleration is applied to the capacitive acceleration sensor 200 from the outside, the movable pole plate 203 is displaced in the plate thickness direction (vertical direction in FIG. 11) while being restrained by the plate spring 204. As a result, the capacitance of the capacitor formed by the movable plate 203 and the fixed plate 202 changes. Then, triggered by this change in capacitance, a servo amplifier (not shown) feeds back a current corresponding to the change in capacitance to the drive coil 205, whereby the inertial force of the movable pole plate 203 caused by the acceleration. Is controlled by a magnetic force generated by the interaction between the magnetic field generated by the drive coil 205 and the magnetic field generated by the permanent magnet 206.
[0004]
This type of capacitance-type physical quantity detector is configured to take out a current value fed back to the drive coil 205 by a servo amplifier as a signal for detecting a physical quantity, such as acceleration applied from the outside and other physical quantities. Regardless of the size, the displacement of the movable electrode plate 203 can be suppressed to a very small value, so that it has a wide measurement band.
As a capacitance type physical quantity detector, in addition to the above structure, a capacitance type detector that is very miniaturized using micromachining is also known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional capacitance type physical quantity detector as described above still has the following problems.
[0006]
First, the conventional capacitance type physical quantity detector has a limit in improving detection accuracy. That is, in order to improve the detection accuracy, it is necessary to increase the detection sensitivity, but this is difficult with the structure of the conventional capacitance type physical quantity detector. Specifically, as a method for improving the sensitivity of detection, there is a method of increasing the mass of the movable electrode plate 203. In this case, there is an adverse effect of narrowing the measurement bandwidth. Further, as a method of improving the detection sensitivity, there is a method of reducing the spring constant of the leaf spring 204. In this case, the leaf spring 204 becomes soft, and there is a problem that assembly becomes difficult. Furthermore, as a method for improving the sensitivity of detection, there is a method of narrowing a gap (gap) between the fixed electrode plate 202 and the movable electrode plate 203. In this case, the electrode plates may come into contact with each other. Yes.
[0007]
Second, since the conventional capacitance type physical quantity detector is configured by combining many components such as the drive coil 205 and the permanent magnet 206, the wiring structure becomes complicated and the detector 200 itself is downsized. There was a limit to things.
Capacitance-type detectors that have been realized in a very small size using micromachining are generally used for impact measurement, and those that can detect acceleration values with high accuracy have not yet been realized. Is the actual situation.
[0008]
The present invention has been made in view of such a problem, and has as its first object to provide a technique capable of detecting a physical quantity with higher accuracy, and at the same time, a technique for miniaturizing a physical quantity detector. The second purpose is to provide
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the following means are provided. In addition, the number of a parenthesis shows the code | symbol of the structure corresponding in embodiment.
  That is, the physical quantity detector according to the first aspect of the present invention is fixed at a position facing the movable pole plate (21) and the movable pole plate (21) supported by the elastic portion (22) so as to be displaceable. A fixed electrode plate (12), and any one of displacement, velocity, and acceleration of the measured object based on a capacitance of a capacitor formed by the movable electrode plate (21) and the fixed electrode plate (12). In the physical quantity detector for detecting such physical quantity, the movable electrode plate (21) is formed in a substantially circular shape in plan view.In addition, the movable electrode plate (21) is formed by a silicon substrate (2).Forming,Through-holes (1121, 1510) penetrating in the thickness direction through the silicon substrate (2) around the movable electrode plate (21) and the movable electrode plate (21) and away from the elastic portion (22) Is arranged,In the glass substrate (1) forming the fixed electrode plate (12), a conduction hole (1300, for extracting an electric signal from the silicon substrate (2) forming the movable electrode plate (21) is provided. 1301, 1302),
  A metal thin film is formed in the conduction hole portions (1300, 1301, 1302), and electroless plating is performed on the portion where the metal thin film is formed,
  The elastic portion (22) includes a plurality of beam-shaped elastic support members (221, 222, 223,...) Arranged in the tangential direction of the movable electrode plate (21) formed in a substantially circular shape. Is.
[0010]
  According to the physical quantity detector of the first aspect of the present invention, since the movable electrode plate is formed in a substantially circular shape in plan view, the movable electrode plate is compared with the conventional movable electrode plate formed in a rectangular shape. In the process of displacement, it is possible to reliably avoid resonance of the movable plate due to the shape of the movable plate itself. In addition, since the elastic portion includes a plurality of beam-like elastic support members arranged in a tangential direction of the movable electrode plate formed in a substantially circular shape, the elastic portion or the elastic portion and the movable electrode plate are joined to each other. It is possible to minimize stress concentration on the portion. As a result, these lifetimes can be extended, and any physical quantity of the displacement, speed, and acceleration of the measured object can be detected with high accuracy.Further, after the metal thin film is formed in the conduction hole portion, the electroless plating process is performed on the portion, so that even if the conduction of the metal thin film is interrupted and insulated, the insulating portion is plated and conducted by electroless plating. As a result, the wiring can be reliably taken out from the silicon substrate.
[0011]
Further, the physical quantity detector according to the second aspect of the present invention is the physical quantity detector according to the first aspect, wherein the elastic support members (221, 222, 223...) Are replaced with the movable electrode plate (21). It is arrange | positioned in the position depressed rather than the surface.
[0012]
According to the physical quantity detector of the second aspect of the present invention, since the elastic support member is disposed at a position recessed from the surface of the movable electrode plate, the deflection of the elastic support member associated with the displacement of the movable electrode plate, etc. It can be reliably avoided that the elastic support member comes into contact with or sticks to the member disposed opposite to the fixed plate or the movable plate due to the elastic deformation of the plate. As a result, any physical quantity of the displacement, speed, or acceleration of the measured object can be detected with higher accuracy.
[0013]
The physical quantity detector according to the third aspect of the present invention is a physical quantity detector according to the first or second aspect, wherein the movable pole plate is prevented from being displaced beyond a predetermined amplitude. , 21b).
[0014]
According to the physical quantity detector according to the third aspect of the present invention, since the movable plate is prevented from being displaced by a predetermined amplitude or more, even if a large physical quantity is applied to the movable plate, The movable electrode plate and the fixed electrode plate can be prevented from coming into contact with or sticking to each other. As a result, any physical quantity of the displacement, speed, or acceleration of the measured object can be detected with higher accuracy.
[0015]
The physical quantity detector according to a fourth aspect of the present invention is the physical quantity detector according to the third aspect, wherein the blocking means is a surface of the movable electrode plate facing the fixed electrode plate and the elastic support. This is realized by an anti-adhesive material (21a, 21b) provided on the surface of the member.
[0016]
According to the physical quantity detector of the fourth aspect of the present invention, the blocking means is realized by the surface of the movable electrode plate facing the fixed electrode plate and the adhesion preventing material provided on the surface of the elastic support member. It is possible to reliably avoid contact or sticking with the fixed electrode plate with a reasonable structure.
[0017]
The physical quantity detector according to the fifth aspect of the present invention is the physical quantity detector according to any one of the first to fourth aspects, wherein the physical quantity detector is fixed at a position facing the movable electrode plate (21). An electrostatic force generated by the braking electrode plate by applying a voltage corresponding to a change in capacitance of the capacitor to the electrode plate (11) and the braking electrode plate (11), and the movable electrode plate And a control means for performing control to cancel out the inertial force of the fixed plate, and the fixed plate (12) is disposed so as to surround the periphery of the brake plate (11) in plan view.
[0018]
According to the physical quantity detector of the fifth aspect of the present invention, the movable electrode plate and the braking electrode plate are sometimes repelled and sometimes attracted by the control of the control means, and as a result, are applied from the measured object. Regardless of the physical quantity, the displacement of the movable plate can be kept extremely small. As a result, in combination with the excellent effect exhibited by the physical quantity detector according to any one of the first to fourth aspects, a synergistic effect is obtained that the measurement bandwidth can be expanded while ensuring good accuracy or sensitivity. .
[0019]
In addition, since the feedback control is performed using the braking electrode plate, the wiring structure can be simplified and the physical quantity compared to the conventional technology in which the feedback control is performed using a braking coil, a permanent magnet, or the like. The size of the detector itself can be made smaller. As a result, a physical quantity detector having a wide band and high resolution can be realized with a size equal to or smaller than that of a conventional impact detector manufactured by using micromachining.
[0020]
Furthermore, since the fixed electrode plate is disposed so as to surround the periphery of the brake electrode plate in a plan view, it is possible to reliably avoid contact or sticking between the movable electrode plate and the brake electrode plate. In particular, depending on the direction in which the physical quantity is applied, the position of the movable electrode plate may be inclined with respect to the horizontal plane, and in such a case, the movable electrode plate and the brake electrode plate may be controlled to attract each other. However, even in such a case, the end portion of the movable electrode plate does not contact or stick to the braking electrode plate arranged inside the fixed electrode plate.
[0021]
The physical quantity detector according to the sixth aspect of the present invention is the physical quantity detector according to any one of the first to fifth aspects, wherein the movable plate (21) and the fixed plate (12, 32). Are arranged in a pressure lower than atmospheric pressure.
[0022]
According to the physical quantity detector of the sixth aspect of the present invention, since the movable electrode plate and the fixed electrode plate are disposed in an atmospheric pressure lower than the atmospheric pressure, when the movable electrode plate is displaced, It is possible to avoid the so-called squeezed film phenomenon in which excessive damping is applied to the movable electrode plate due to oxygen, nitrogen or other gas intervening between the fixed electrode plate and the movable electrode in the high band. The vibration characteristics of the plate are improved. As a result, any physical quantity of the displacement, speed, or acceleration of the measured object can be detected with higher accuracy.
[0023]
The physical quantity detector according to the seventh aspect of the present invention is the physical quantity detector according to any one of the first to sixth aspects.
The movable electrode plate (1120) is provided with a through hole (1121) penetrating in the thickness direction.
[0024]
  According to the physical quantity detector of the seventh aspect of the present invention, the movable electrode plateAnd the silicon substrate around the movable electrode plate and away from the elastic partSince there is a through hole penetrating in the thickness direction, the gas in the space where the electrode plate is placed can move through the through hole, and the movable electrode plate is overdamped. The squeezed film phenomenon that occurs can be avoided, and the vibration characteristics of the movable plate in the high band are improved. As a result, any physical quantity of the displacement, speed, or acceleration of the measured object can be detected with higher accuracy. In particular, even if the space in which the movable electrode plate and the fixed electrode plate are arranged is not sufficiently evacuated, the gas can move through the through-hole to prevent a certain amount of damping.
  In addition, it is possible to prevent the cleaning liquid from staying between the electrode plates for a long time and causing the elastic portion to be deformed in the cleaning process. That is, since the cleaning liquid flowing between the electrode plates is immediately discharged to the outside through the through hole, it is possible to prevent the elastic portion from being deformed by the cleaning liquid.
  Here, the size, position, and number of the through holes are not particularly limited and may be set arbitrarily.
[0025]
The physical quantity detector according to the eighth aspect of the present invention is the physical quantity detector according to any one of the first to seventh aspects,
A temperature measuring means (1005) is provided.
[0026]
According to the physical quantity detector of the eighth aspect of the present invention, since the temperature of the physical quantity detector is measured by the temperature measuring means, it can be seen whether the physical quantity detector is used in an appropriate temperature range.
Further, for example, such temperature results can be used as temperature correction data.
[0033]
  A manufacturing method of a physical quantity detector according to a ninth aspect of the present invention is a manufacturing method for manufacturing a physical quantity detector according to any one of the first to eighth aspects, wherein the movable electrode plate is formed on a silicon substrate.In addition, a through hole is provided around the movable electrode plate and the movable electrode plate.At the same time, the step of forming the fixed plate on two glass substrates and the formation of conduction holes (1300, 1301, 1302) for taking out electric signals from the silicon substrate are formed on at least one of the glass substrates. A step of anodically bonding the silicon substrate and the two glass substrates so that the movable electrode plate and the fixed electrode plate face each other with a predetermined distance therebetween, and then the conduction hole The method includes a step of forming a metal thin film on the part by sputtering or vapor deposition using a stencil mask or the like, and a step of performing electroless plating on the portion where the metal thin film is formed.
[0034]
  First of the present invention9According to the method of manufacturing a physical quantity detector according to the above aspect, after the metal thin film is formed in the conduction hole by sputtering or vapor deposition, the electroless plating process is performed on the portion, so that the conduction of the metal thin film is interrupted. Even if insulated, the insulating part is plated and made conductive by electroless plating. Therefore, the wiring can be reliably taken out from the silicon substrate.
[0035]
  In addition, the first of the present invention10A method of manufacturing a physical quantity detector according to the aspect of9The method of manufacturing a physical quantity detector according to the above aspect includes a step of performing electroless plating on the outer surfaces of the two glass substrates.
[0036]
  First of the present invention10According to the method of manufacturing a physical quantity detector according to the above aspect, since the electroless plating process is performed on the outer surfaces of the two glass substrates, it is possible to provide a shielding effect and eliminate the influence of disturbance such as electrical noise.
  First of the present invention11A method of manufacturing a physical quantity detector according to the aspect of9Or10A method of manufacturing a physical quantity detector according to the aspect of
  The step of forming the metal thin film includes a step of forming a Ni layer on the Cr layer,
  The step of applying the electroless plating process is as follows:
  The Ni layer is used as a base for plating, and electroless plating of Ni is performed.
  Next, Au plating is performed on the Ni plating to form an electric circuit.
  First11According to the method of manufacturing a physical quantity detector according to the embodiment, an electric circuit is formed by Au plating formed on the Ni plating using the Ni layer of the metal thin film as a base for plating. An electrical circuit can be formed.
  First of the present invention12A method of manufacturing a physical quantity detector according to the aspect of11In the manufacturing method of the physical quantity detector according to the embodiment,
  A step of attaching an electrical component on the electrical circuit;
  First of the present invention12According to the manufacturing method of the physical quantity detector according to the aspect, since the electrical component is attached to the electrical circuit, it is not necessary to provide a separate circuit board, and it is possible to reduce the size and the cost.
[0037]
  In addition, the first of the present invention13The manufacturing method of the physical quantity detector according to the aspect of12A method of manufacturing a physical quantity detector according to any one of the steps of: forming the movable electrode plate on a silicon substrate;
  Forming islands (1200, 1201) in the silicon substrate and connecting the islands and the silicon substrate by a glass plate (1220).
[0038]
  First of the present invention13According to the method of manufacturing a physical quantity detector according to the aspect, since the silicon substrate and the island are connected by the glass plate, the silicon substrate and the glass plate are electrically insulated. It is not necessary to cut the connection portion to insulate the island portion. Therefore, it is possible to prevent problems caused by the disconnection of the connection portion between the silicon substrate and the island portion.
[0039]
  In addition, the first of the present invention14The manufacturing method of the physical quantity detector according to the aspect of13A method of manufacturing a physical quantity detector according to any one of the above aspects, including a step of forming the elastic support members (221, 222, 223...) By etching.
[0040]
  First of the present invention14According to the method of manufacturing a physical quantity detector according to the above aspect, since the elastic support member is formed by etching, a plurality of extremely fine elastic support members can be collectively formed without an assembling process. Thereby, it is avoided that internal stress remains in each elastic support member at the time of assembling, and the elastic part, and thus the entire physical quantity detector, can be reduced in size. Furthermore, since the elastic constant of each elastic support member can be arbitrarily set depending on the etching method, the vibration characteristic of the movable electrode plate can be easily adjusted so as to cover the band corresponding to the detection target.
  In addition, since this elastic support member is formed in a beam shape in the tangential direction of the substantially circular movable electrode plate, the stress generated in the elastic portion or the like during etching can be released, and an elastic support member without residual stress is realized. The As a result, any physical quantity of the displacement, speed, and acceleration of the measured object can be detected with high accuracy.
[0041]
  In addition, the first of the present invention15The manufacturing method of the physical quantity detector according to the aspect of14The method of manufacturing a physical quantity detector according to any one of the above aspects includes a step of forming a gap between the movable electrode plate (21) and the fixed electrode plate (12, 32) by etching. .
[0042]
  First of the present invention15According to the method of manufacturing a physical quantity detector according to the above aspect, since the gap between the movable electrode plate and the fixed electrode plate is formed by etching, the gap can be made extremely small. As a result, from the first to the first8Combined with the effects produced by the physical quantity detector according to any of the above, ensuring a wide detection band, preventing sticking between the movable plate and the fixed plate, etc., while ensuring good vibration characteristics of the movable plate A synergistic effect that sensitivity or accuracy can be improved is obtained.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The capacitive acceleration sensor according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
The capacitive acceleration sensor includes a detection unit 100, a control unit (not shown), and a lead wire L connecting them. Among these, as shown in FIG. 1, the detection unit 100 includes a silicon substrate 2 disposed in the center, and a glass substrate 1 and a glass substrate 3 as two light-transmitting materials sandwiching the silicon substrate 2 from the upper and lower sides. And anodic bonding. Most of the silicon substrate 2 is constituted by a main body portion 20 made of silicon. The main body portion 20 has an elastic portion 22 formed in a leaf spring shape and can be displaced in the thickness direction by the elastic portion 22. The movable electrode plate 21 having a circular shape in plan view and supported by is integrally provided by etching.
[0044]
In the upper glass substrate 1, a gap (gap) of several microns is secured at a position facing the movable electrode plate 21, and the first brake electrode plate 11 and the first brake plate A first fixed electrode plate 12 disposed so as to surround the electrode plate 11 is formed by a method such as vapor deposition or sputtering.
The region occupied by the first braking electrode plate 11 and the first fixed electrode plate 12 coincides with the region occupied by the movable electrode plate 21 and the elastic portion 22 in a projection view.
More specifically, the first braking electrode plate 11 includes a circular portion 111 that is disposed in the center and constitutes a large part of the braking electrode plate 11, and the circular portion 111 extends in both longitudinal directions of the glass substrate 1. It consists of two strip-shaped extension parts 112 and 113 extended in the direction.
[0045]
Further, from one extending portion 112, a planar L-shaped first braking electrode 11a made of a thin film layer of titanium (Ti) and platinum (Pt) extends toward a projection region of an island 23 described later. It is installed.
On the other hand, from the first fixed electrode plate 12 arranged on the outside, a planar L-shaped first detection electrode 12a, which is also made of an alloy of titanium and platinum, extends toward a projection region of an island 25 described later. It is installed.
[0046]
Further, in the upper glass substrate 1, lead wire attachment portions 13, 14, 15, 16, and 17 that are through holes are provided at predetermined positions around the first fixed electrode plate 12. The lead wire attaching portions 13, 14, 15, 16, and 17 are arranged so as to communicate with an island 23, an island 24, an island 25, an island 26, and a main body portion 20, which will be described later.
The inner walls of these lead wire attachment portions 13 to 17 are tapered in a downwardly tapered shape, so that the lead wire L can be securely attached to the lead wire attachment portions 13 to 17 in the manufacturing process. And it can be easily attached.
[0047]
On the other hand, in the lower glass substrate 3, a gap of several microns is secured at a position facing the movable electrode plate 21, and the second brake electrode plate 31 and the second brake plate 31 are secured. A second fixed electrode plate 32 disposed so as to surround the electrode plate 31 is formed by a method such as vapor deposition or sputtering.
The region occupied by the second braking electrode plate 31 and the second fixed electrode plate 32 coincides with the region occupied by the movable electrode plate 21 and the elastic portion 22 in a projection view.
Further, the arrangement of the electrode plates 31 and 32 substantially matches the arrangement of the first braking electrode plate 11 and the first fixed electrode plate 12 in the projection view.
More specifically, the second braking electrode plate 31 includes a circular portion 311 disposed in the center and constituting most of the braking electrode plate 31, and the longitudinal direction of the glass substrate 3 from the circular portion 311. It consists of two strip-shaped extension parts 312 and 313 that are extended to the front.
[0048]
Furthermore, from one of the extending portions 312, a planar L-shaped second braking electrode 31a made of an alloy of titanium and platinum is extended toward a projection region of an island 24 described later.
On the other hand, from the second fixed electrode plate 32 arranged on the outer side, a second L-shaped detection electrode 32a, which is also made of an alloy of titanium and platinum, extends toward the projection region of the island 26 described later. It is installed.
[0049]
In the main body 20 of the silicon substrate 2 sandwiched between the glass substrate 1 and the glass substrate 2 configured as described above, the movable electrode plate 21 is formed in a circular shape in plan view as shown in FIG. A plurality of elastic support members 221, 222, 223... Are regularly and uniformly arranged on the periphery of the electrode plate 21 at equal intervals in the tangential direction. These elastic support members 221, 222, 223... Constitute an elastic portion 22.
By configuring the elastic portion 22 in this manner, the stress generated when the elastic portion 22 is manufactured can be released, and the elastic portion 22 having no residual stress is realized.
[0050]
3 is a schematic cross-sectional view of the detection unit 100. As shown in the drawing, each of the elastic support members 221, 222, 223... Is an upper surface at the periphery of the movable electrode plate 21. And the lower surface are composed of beams arranged in two upper and lower stages.
Further, as is apparent from FIG. 3, the elastic portion 22 is disposed at a position recessed inward from each surface of the movable electrode plate 21. This is to prevent the elastic portion 22 from contacting or sticking to the fixed electrode plates 12 and 32 even when the elastic portion 22 bends as the movable electrode plate 21 is displaced. It is configured.
[0051]
The movable electrode plate 21 and the elastic portion 22 are masked corresponding to the movable electrode plate 21 and the elastic support members 221, 222, 223... On the plate-like silicon base material that constitutes the main body portion 20. Then, the silicon plate is integrally formed by etching.
At this time, the movable electrode plate 21 is formed in the silicon base material so as to secure a gap between the movable electrode plate 21, the fixed electrode plates 12 and 32, and the brake electrode plates 11 and 31. The surface of the portion to be removed is etched by etching so that it is several microns lower than the surface of the remaining portion. In addition, etching is performed so that the elastic portion 22 is disposed at a position recessed below the surface of the movable electrode plate 21.
[0052]
Thus, since the movable electrode plate 21, the elastic part 22, and the main body part 20 are integrally formed, the movable electrode plate 21 and the main body part 20 are electrically connected via the elastic part 22. It becomes.
[0053]
As shown in FIG. 3, the upper and lower surfaces of the movable electrode plate 21 facing the first fixed electrode plate 12 and the second fixed electrode plate 32 and the elastic support members 221. A stopper 21a and a stopper 21b are provided as protective materials, respectively.
The material of the stoppers 21a and 21b is not particularly limited as long as it exhibits non-adhesiveness between the fixed electrode plates 12 and 32 and the brake electrode plates 11 and 31. Further, the shape of each of the stoppers 21a and 21b is not particularly limited, but a shape that makes the contact area with the fixed electrode plates 12 and 32 or the brake electrode plates 11 and 31 as small as possible is preferable. For example, the stoppers 21a and 21b can be realized by forming glass that exhibits non-adhesion between the fixed electrode plates 12 and 32 and the brake electrode plates 11 and 31 in a dot shape. In this way, the stoppers 21a and 21b provided on the surface of the movable electrode plate 21 and the elastic support members 221... Prevent the movable electrode plate 21 from being displaced over a predetermined amplitude. Perform functions.
[0054]
Further, in the silicon substrate 2, silicon islands 23, 24, 25, and 26 for extracting electrodes are provided at predetermined positions around the movable electrode plate 21. Each of the islands is disposed so as not to come into contact with other islands and the main body 20, and thus is electrically insulated from the other islands and the main body 20.
Among these, the island 23 is arranged at a position overlapping the first braking electrode 11a and the lead wire mounting portion 13 in the projection view from the plane direction, and the island 24 is also the second view in the projection view. The brake electrode 31a and the lead wire mounting portion 14 are disposed so as to overlap with each other, and the island 25 is disposed so as to overlap the first detection electrode 12a and the lead wire mounting portion 15 in the same projection view. Similarly, the island 26 is disposed at a position overlapping the second detection electrode 32a and the lead wire mounting portion 16 in the projection view.
[0055]
Furthermore, a housing part 27 for receiving a getter G as a gas adsorbent is provided at a predetermined position of the silicon substrate 2.
[0056]
In the process of manufacturing this capacitive acceleration sensor, first, the getter G is accommodated in the accommodating portion 27, and then the glass substrate 1, the silicon substrate 2, and the glass substrate 3 are anodic bonded. Thereby, the movable electrode plate 21, the fixed electrode plates 21 and 32, the brake electrode plates 11 and 31, and the getter G are sealed. At the time of anodic bonding, the leaf spring is disposed with a recess below the surface of the movable electrode plate 21, the stopper 21 is provided on the movable electrode plate 21, or short wiring is used to make the potential between the electrode plates equal. Prevents sticking of the movable plate.
At this time, the first braking electrode 11a and the island 23 are in contact with each other, the second braking electrode 31a and the island 24 are in contact, and the first detection electrode 21a and the island 25 are in contact with each other. The second detection electrode 32a and the island 26 are in contact with each other.
[0057]
Next, the getter G is irradiated with a YAG laser through the glass substrate 1 or the glass substrate 3 as a translucent material. As a result, the getter G is heated and activated, and the getter G has a gas surrounding the movable plate 21, the fixed plates 12, 32, the brake plates 11, 31 and the like as shown in FIG. Absorbs (atmosphere). Thus, the movable electrode plate 21, the fixed electrode plates 21 and 32, the brake electrode plates 11 and 31, and the like are arranged in a vacuum. Here, the activation of the getter G using the YAG laser can locally increase the getter G to a higher temperature than the case where the getter G is simply activated by heating. Can be obtained.
This getter G does not release the absorbed gas once it has been absorbed, even if it is returned to room temperature.
[0058]
Next, the lead wires L are bonded to the lead wire attachment portions 13, 14, 15, 16, 17 provided on the glass substrate 1 by using conductive epoxy E (see FIG. 3). Then, the lead wire L bonded to the lead wire attachment portion 13 is electrically connected to the first braking electrode plate 11, and the lead wire L bonded to the lead wire attachment portion 14 is the second braking electrode plate. The lead wire L electrically connected to the lead wire attachment portion 15 is electrically connected to the first fixed electrode plate 12, and the lead wire L bonded to the lead wire attachment portion 16 is the second lead wire L. The lead wire L that is electrically connected to the fixed electrode plate 32 and bonded to the lead wire mounting portion 17 is electrically connected to the movable electrode plate 21 via the main body portion 20.
Next, each lead L is connected to a control unit (not shown).
[0059]
The operation of the capacitive acceleration sensor configured as described above is as follows. First, in the capacitance type acceleration sensor, the control unit (not shown) detects the potential of the first fixed plate 12 detected via the lead wire L bonded to the lead wire mounting portion 15 and the lead wire. Based on the potential of the movable electrode plate 21 detected via the lead wire L bonded to the mounting portion 17, a variable capacitance capacitor (hereinafter referred to as “capacitor”) formed by the first fixed electrode plate 12 and the movable electrode plate 21. , "Capacitor C1").
[0060]
In addition, the control unit (not shown) determines the potential of the second fixed electrode plate 32 detected via the lead wire L bonded to the lead wire attachment portion 16 and the lead wire L bonded to the lead wire attachment portion 17. Of the variable capacitance capacitor (hereinafter referred to as “second capacitor”) formed by the second fixed plate 32 and the movable plate 21 based on the potential of the movable plate 21 detected via the second fixed plate 32. Capacitance C2 is detected. Further, a control unit (not shown) monitors whether or not the capacitance difference ΔC between the capacitance C1 of the first capacitor and the capacitance C2 of the second capacitor is in a predetermined equilibrium state.
[0061]
In this state, when acceleration is applied to the detection unit 100 from the outside, the movable pole plate 21 supported at the neutral position (equilibrium position) by the elastic unit 22 is caused by the acceleration. It is displaced in the thickness direction while being restrained by the portion 22. As a result, the capacitance C1 of the first capacitor and the capacitance C2 of the second capacitor increase / decrease with each other, and ΔC, which is the capacitance difference between the two, fluctuates.
[0062]
Then, the control unit (not shown) sends the voltage corresponding to the variation of ΔC to the first braking electrode plate via the lead wires L bonded to the lead wire attachment portion 13 and the lead wire attachment portion 14. 11 and the second braking electrode 31 are applied (feedback) to perform control to cancel out the electrostatic force generated by each of the braking electrodes 11, 31 and the inertial force of the movable electrode 21. Thereby, the displacement of the movable electrode plate 21 due to the acceleration from the outside can be minimized.
[0063]
In the process, the control unit detects the acceleration applied to the capacitance acceleration sensor 100 based on the magnitude of the voltage fed back to each of the braking electrode plates 11 and 31, and outputs the detected acceleration to the outside. . Thereafter, it is optional to monitor the output acceleration and use it for performing predetermined control.
[0064]
Although the configuration of the control unit is not shown, the control unit that operates as described above can be realized by a microcomputer or other hardware, or a DSP (digital signal processor) or other software. It will be clear.
[0065]
According to the capacitive acceleration sensor configured and operated as described above, the following excellent effects can be obtained.
(1) Since the movable plate 21 is formed in a circular shape in plan view, the movable plate 21 resonates due to the shape of the movable plate 21 itself in the process of displacement of the movable plate 21 or Oscillation can be avoided reliably.
[0066]
(2) Since the elastic portion 22 is composed of a plurality of beam-like elastic support members 221, 222, 223,... Arranged in the tangential direction of the movable electrode plate 21 formed in a circle, the elastic portion 22 or It is possible to minimize stress concentration at the joint between the elastic portion 22 and the movable electrode plate 21. As a result, these lifetimes can be extended, and the physical quantity that displaces the movable electrode plate 21 can be detected with high accuracy.
[0067]
(3) The movable electrode plate 21 is formed in a circular shape in plan view, and the elastic portions 22 are regularly and uniformly arranged at regular intervals in the tangential direction of the movable electrode plate 21. Since it is constituted by 222, 223..., Stress generated when the elastic portion 22 is manufactured can be released, and the elastic portion 22 having no residual stress is realized.
[0068]
(4) Since each of the elastic support members 221, 222, 223... Is composed of beams arranged in two upper and lower stages on the upper surface and the lower surface at the periphery of the movable electrode plate 21, Even from a more detailed point of view, the stress applied thereto can be efficiently dispersed. As a result, these lifetimes can be extended, and the physical quantity that displaces the movable electrode plate 21 can be detected with high accuracy.
[0069]
(5) Since the elastic support members 221, 222, 223... Are disposed at positions recessed from the surface of the movable electrode plate 21, the bending of each elastic support member accompanying the displacement of the movable electrode plate 21 and other It can be reliably avoided that the elastic portion 22 comes into contact with or sticks to the fixed electrode plates 12 and 32 due to elastic deformation. As a result, the physical quantity that displaces the movable electrode plate 21 can be detected with higher accuracy.
[0070]
(6) Since the elastic support members 221, 222, 223... Are formed at positions recessed below the surface of the movable electrode plate 21, when the silicon substrate 2 and the glass substrates 1, 3 are anodically bonded. Can avoid sticking the elastic support members 221, 222, 223... To the glass substrates 1, 3.
[0071]
(7) The region of the first fixed plate 12 and the region of the second fixed plate 32 are expanded not only to the region facing the movable plate 21 but also to the region facing the elastic portion 22. Therefore, the glass substrates 1 and 3 are not exposed at the location facing the elastic portion 22. Therefore, when the silicon substrate 2 and the glass substrates 1 and 3 are anodically bonded, the elastic support members 221, 222, 223... Can be prevented from sticking to the glass substrates 1 and 3.
[0072]
(8) When the movable electrode plate 21 is displaced over a predetermined amplitude, the upper and lower surfaces of the movable electrode plate 21 facing the fixed electrode plates 12 and 32 and the elastic support members 221. Since it is blocked by the provided stoppers 21a and 21b, even if a large acceleration is applied to the movable plate 21, the movable plate 21 and the fixed plates 12 and 32 come into contact with or stick to each other. Can be avoided. As a result, the acceleration for displacing the movable electrode plate can be detected with higher accuracy, and such blocking means can be provided without increasing the size of the detection unit 100. This contributes to the miniaturization of the entire physical quantity detector.
[0073]
(9) When the silicon substrate 2 and the glass substrates 1 and 3 are anodically bonded, the stoppers 21a and 21b formed of glass in a dot shape are uniformly disposed on both surfaces of the movable electrode plate 21, so that the movable substrate 21 is movable. It is possible to reliably avoid sticking the electrode plate 21 to the fixed electrode plates 12 and 32 or the brake electrode plates 11 and 31.
[0074]
(10) Due to feedback control by a control unit (not shown), the movable electrode plate 21 and the brake electrode plates 11 and 31 sometimes repel each other, sometimes attract each other, and as a result, regardless of the magnitude of acceleration applied from the outside. Therefore, the displacement of the movable electrode plate 21 can be suppressed to be extremely small, and coupled with the excellent effects described in the above (1) to (6), the measurement bandwidth is maintained while ensuring the accuracy or sensitivity of acceleration detection. A synergistic effect that the width can be expanded is obtained.
[0075]
(11) Since the feedback control is performed using each of the braking electrode plates 11 and 31, it is compared with the conventional technique (see FIG. 5) in which the feedback control is performed using a braking coil or a permanent magnet. Thus, the wiring structure can be simplified and the size of the detection unit 100 itself can be further reduced.
[0076]
(12) Since each of the fixed electrode plates 12 and 32 is disposed so as to surround the periphery of the brake electrode plates 11 and 31 in plan view, the movable electrode plate 21 and the brake electrode plates 11 and 31 are in contact with each other. It is possible to reliably avoid sticking or sticking. In particular, depending on the direction in which acceleration is applied, the posture of the movable electrode plate 21 may be inclined with respect to a plane parallel to the fixed electrode plates 12, 32, etc., and at that time, the movable electrode plate 21 and the braking electrode plate 11. , 31 may be controlled so as to attract each other. In such a case as well, the terminal rod of the movable plate 21 is disposed inside the fixed plate for braking. It is impossible to touch or stick to the electrode plate.
[0077]
(13) As shown in FIG. 1, in the glass bases on both the upper and lower sides, the arrangement of the fixed electrode plate and the brake electrode plate adjacent to each other forms a symmetrical figure in plan view, so that the capacitance difference ΔC Can be detected accurately, and the repulsive force or attractive force generated from the respective braking electrode plates 11, 31 by the control unit to the movable electrode plate 21 is equally applied to the movable electrode plate 21. The posture parallel to 31 can be maintained. As a result, the physical quantity that displaces the movable electrode plate 21 can be detected with higher accuracy.
[0078]
(14) In the manufacturing process of the detection unit 100, the movable electrode plate 21, the fixed electrode plates 12, 32 and the like are sealed together with the getter G using the glass substrates 1, 3, and then the glass substrates 1, 3 are sealed. Since the getter G is irradiated with the YAG laser via at least one of them, only the getter G can be locally heated and activated. Therefore, there is no possibility of any thermal influence on any remaining part, and as a result, the acceleration that displaces the movable electrode plate 21 can be detected with higher accuracy.
[0079]
(15) Since the getter G once activated does not adsorb and release oxygen, nitrogen and other gases surrounding the sealed movable electrode plate 21 and fixed electrode plates 12 and 32, etc., the movable electrode plate 21 and fixed electrode Arranging the plates 12 and 32 in a vacuum can be realized reasonably and reliably.
[0080]
(16) Since the movable electrode plate 21, the fixed electrode plates 12 and 32, and the brake electrode plates 11 and 31 are arranged in a vacuum, when the movable electrode plate 21 is displaced, the movable electrode plate 21 and each fixed electrode A so-called squeezed film phenomenon in which excessive damping is applied to the movable electrode plate 21 due to oxygen, nitrogen or other gas interposed between the plates 12 and 32 or the braking electrode plates 11 and 31 is caused. Can be avoided reliably. As a result, the acceleration that displaces the movable electrode plate 21 can be detected with higher accuracy.
[0081]
(17) In the manufacturing process of the detection unit 100, the elastic support members 221, 222, 223,... Are formed by etching. Can be formed. Thereby, it is avoided that internal stress remains in each elastic support member in the assembling process, and the elastic portion 22 and thus the detection portion 100 can be reduced in size.
[0082]
(18) In the manufacturing process of the detection unit 100, the elastic support members 221, 222, 223... Are formed by etching, and depending on the etching method, the spring constant of each elastic support member. Can be easily set. As a result, it is possible to easily realize optimal setting of the vibration characteristics of the movable electrode plate 21 in accordance with the acceleration intensity or band to be detected.
[0083]
(19) Since the gap between the movable plate 21 and the fixed plates 12 and 32 is formed by etching in the manufacturing process of the detection unit 100, the gap can be made extremely small. As a result, coupled with the effects described in (1) to (12) above, securing a wide frequency band, preventing sticking between the movable electrode plate 21 and the fixed electrode plates 12 and 32, and other good movable electrode plates 21 are provided. A synergistic effect is obtained that the sensitivity or accuracy of detection can be improved while ensuring the vibration.
[0084]
(20) In the manufacturing process of the detection unit 100, since the movable electrode plate 21 is also formed by etching, it is possible to easily set the mass of the movable electrode plate 21 arbitrarily. As a result, it is possible to easily realize optimal setting of the vibration characteristics of the movable electrode plate 21 in accordance with the acceleration intensity or band to be detected.
[0085]
(21) Depending on the etching method, the gap between the movable electrode plate 21 and each of the fixed electrode plates 12, 32, the ratio of the mass of the movable electrode plate to the spring constant of the elastic portion 22, etc. can be easily adjusted. Therefore, it can be configured to obtain an extremely high gain (gain) in the open loop. Therefore, even when the gain is somewhat sacrificed during feedback, good sensitivity or accuracy is still ensured. Thereby, a high-resolution and wide-band detector is realized.
[0086]
[Second Embodiment]
A capacitive acceleration sensor according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS.
This capacitive acceleration sensor includes a detection unit 1000, a control unit (not shown), and a lead wire L connecting them. Among these, as shown in FIGS. 5 and 6, the detection unit 1000 includes a silicon substrate 1001 disposed in the center in the thickness direction, and glass as two light-transmitting materials sandwiching the silicon substrate 1001 from both the upper and lower sides. The substrate 1002 and the glass substrate 1003 are anodically bonded. Most of the silicon substrate 1001 is composed of a main body 1100 made of silicon, and the main body 1100 has an elastic portion 1110 and a circular shape in plan view supported by the elastic portion 1110 so as to be displaceable in the thickness direction. The movable electrode plate 1120 is integrally provided by etching.
[0087]
In the upper glass substrate 1002, a gap of several microns is secured at a position facing the movable electrode plate 1120, and the first fixed electrode plate 1130 is formed by a method such as vapor deposition or sputtering. It is a membrane.
The area occupied by the first fixed electrode plate 1130 coincides with the area occupied by the movable electrode plate 1120 and the elastic portion 1110 in the projection view.
From the first fixed electrode plate 1130, a planar L-shaped first detection electrode 1130a, which is also made of an alloy of titanium and platinum, extends toward the projection region of an island 1200 described later.
[0088]
Further, in the upper glass substrate 1002, holes 1300, 1301, and 1302 that are through holes are provided at predetermined positions around the first fixed electrode plate 1130. The holes 1300, 1301, and 1302 are arranged to communicate with an island 1200, an island 1201, and a main body 1100, which will be described later.
The inner walls of these holes 1300 to 1302 are tapered downward, and the inner walls are subjected to electroless plating after a metal thin film is formed by sputtering or vapor deposition. The surface is electrically connected to the glass surface. Specifically, first, for example, Cr—Ni (a Ni layer is formed on a Cr layer) is deposited on glass-Si by EB deposition. Next, the Ni layer is used as a base for plating, and Ni electroless plating is performed. Then, a thin metal pad 1600 is formed by performing gold plating on the Ni plating so that wire bonding with a gold wire can be performed.
[0089]
Further, a temperature measuring unit 1005 is formed on the upper glass substrate 1002. The temperature measuring unit 1005 is formed on the surface of the glass substrate 1002 by patterning a metal thin film such as platinum, bimetal, or copper-constantan by a sputtering method or a vapor deposition method. The temperature measurement unit 1005 can measure the temperature by measuring the resistance or voltage between the metal thin films. The measured temperature is used as data for correcting measurement data, or is used as monitoring data as to whether the temperature of the sensor itself can be used.
[0090]
On the other hand, in the lower glass substrate 1003, a gap of several microns is secured at a position facing the movable electrode plate 1120, and the second fixed electrode plate 1140 is formed by a method such as vapor deposition or sputtering. It is a membrane.
The area occupied by the second fixed electrode plate 1140 coincides with the area occupied by the movable electrode plate 1120 and the elastic portion 1110 in the projection view.
In addition, the arrangement of the second fixed electrode plate 1140 substantially coincides with the arrangement of the first fixed electrode plate 1130 in the projection view.
From the second fixed electrode plate 1140, a planar L-shaped second detection electrode 1140a made of an alloy of titanium and platinum is extended toward a projection region of an island 1201 described later.
[0091]
In the main body 1100 of the silicon substrate 1001 sandwiched between the glass substrate 1002 and the glass substrate 1003 configured as described above, the movable electrode plate 1120 is formed in a circular shape in plan view as shown in FIG. A plurality of elastic support members 1110a... Are regularly and uniformly disposed at the periphery of the electrode plate 1120 at equal intervals in the tangential direction. These elastic support members 1110a... Constitute an elastic portion 1110. Each of the elastic support members 1110a is made up of beams arranged in two upper and lower stages on the upper surface and the lower surface at the periphery of the movable electrode plate 1120.
Further, the elastic portion 1110 is disposed at a position recessed inward from each surface of the movable electrode plate 1120.
Similar to the first embodiment, the movable electrode plate 1120 and the elastic portion 1110 are formed on the plate-like silicon substrate 1001 that constitutes the main body 1100, and the movable electrode plate 1120 and the elastic support members 1110a. After performing the masking corresponding to 後, the silicon substrate 1001 is integrally formed by etching.
[0092]
Thus, since the movable electrode plate 1120, the elastic part 1110, and the main body part 1100 are integrally formed, the movable electrode plate 1120 and the main body part 110 are electrically connected via the elastic part 1110. The
Further, the movable electrode plate 1120 is provided with a through hole 1121 penetrating through the center. The through hole 1121 is for reducing damping when the movable electrode plate 1120 is moved. That is, by providing the through hole 1121 in the movable electrode plate 1120, the gas in the space where the fixed electrode plates 1130 and 1140 and the movable electrode plate 1120 are arranged can move through the through hole 1121.
[0093]
In addition, island portions 1200 and 1201 for electrode extraction are provided at predetermined positions adjacent to the movable electrode plate 1120 in the silicon substrate 1001. A hollow portion 1210 is provided around the island portions 1200 and 1201, and the islands 1200 and 1201 are arranged to be electrically insulated from other islands and the main body portion 1100.
Specifically, as shown in FIG. 8, a convex portion 1100a slightly projecting toward the cavity 1210 side in a cross-sectional view, on the inner side wall portion on the island portion side and the outer side wall portion of the island in the main body portion 1100, 1200a and 1201a are formed, and an upper surface and a lower surface of the convex portions 1100a, 1200a, and 1201a of the inner wall portion and the outer wall portion that face each other are fixed with a glass plate 1220 spanned. Thereby, electrical insulation between the islands 1200 and 1201 and the main body 1100 is achieved.
Further, a glass plate 1220 is stretched over and fixed to the upper and lower surfaces of the convex portions 1200a and 1201a formed on the outer wall portion where the island 1200 and the island 1201 face each other. As a result, the islands 1200 and 1201 are electrically insulated from each other.
Further, the island 1200 is arranged at a position overlapping with the hole 1300 in the projection view from the plane direction, and the island 1201 is also arranged at a position overlapping with the hole 1301 in the projection view.
[0094]
Further, the main body 1100 is provided with a housing 1400 for receiving a getter G as a gas adsorbent at a predetermined position adjacent to the movable electrode plate 1120.
In addition, the main body 1100 is provided with a surrounding portion 1500 formed so as to surround the movable electrode plate 1120 in a rectangular shape. Triangular square holes 1510 (second through holes) are provided at the corners of the surrounding portion 1500. ) Is formed. These square holes 1510 are holes for discharging a cleaning liquid at the time of anodic bonding described later. Further, the square holes 1510 have an effect of reducing the damping of the movable electrode plate 1120.
[0095]
Next, a manufacturing method of the capacitive acceleration sensor having the above configuration will be described with reference to FIG.
In the process of manufacturing this capacitive acceleration sensor, first, the movable electrode plate 1120, the island portions 1200 and 1201, and the getter housing portion 1400 are formed on the silicon substrate 1001, and fixed to the glass substrate 1002. An electrode plate 1130 and holes 1300 to 1302 are formed.
At this time, the islands 1200 and 2101 and the main body 1100 of the silicon substrate 1001 are connected by the glass plate 1220.
[0096]
Next, the getter G and solder glass (gas adsorbent fixing member) 1401 are accommodated in the getter accommodating portion 1400 of the silicon substrate 1001, and the upper surface of the silicon substrate 1001 and the surface of the glass substrate 1002 on the fixed electrode plate 1130 side are Bonding is performed by anodic bonding (FIG. 6A). At this time, the first detection electrode 1130a and the island 25 are in contact with each other. Further, during anodic bonding, the solder glass is melted and solidified by subsequent cooling, whereby the getter G is fixed to the getter housing portion 1400.
[0097]
Next, between the fixed electrode plate 1130 of the glass substrate 1002 and the movable electrode plate 1120 of the silicon substrate 1001 is cleaned with an inert liquid having a high vapor pressure or critically cleaned.
The reason for performing such cleaning is that, in the case of normal liquid cleaning, the gap between the fixed electrode plate 1130 and the movable electrode plate 1120 is extremely small (for example, several microns) and sticks, and such cleaning is performed. In addition, it is possible to perform good cleaning that prevents sticking between the fixed electrode plate 1130 and the movable electrode plate 1120. In addition, the anodic bonding of the opposite surface is improved by performing cleaning.
[0098]
Next, the lower surface of the silicon substrate 1001 and the glass substrate 1003 on which the fixed electrode plate 1140 is formed are fixed by anodic bonding. Thereby, the movable electrode plate 1120, the fixed electrodes 1130 and 1140, and the getter G are sealed (FIG. 6B).
[0099]
Next, the YAG laser is irradiated to the getter G through the glass substrate 1002 or the glass substrate 1003. Thereby, the getter G is heated and activated, and the getter G absorbs the gas (atmosphere) surrounding the movable electrode plate 1120, the fixed electrode plates 1130 and 1140, etc. (FIG. 6C).
[0100]
Next, the metal pad 1600 is formed at a predetermined position including the inner wall portions of the holes 1300, 1301, and 1302 of the glass substrate 1002 and the contact portion 1001a with the silicon substrate 1001 by sputtering or vapor deposition using a stencil mask (not shown). A film is formed (FIG. 6D).
[0101]
Next, a shield film 1700 is formed by electroless plating on and around the portion of the glass substrate 1002 where the metal pad 1600 is formed and on the entire surface of the glass substrate 1003 (FIG. 6E). When electroless plating is performed on the portion where the metal thin film 1600 is formed, portions that are likely to be disconnected such as the contact portion 1001a with the silicon substrate 1001 and the inner wall portions of the hole portions 1300, 1301, and 1302 are plated to ensure conduction. Further, by forming the shield film 1700, the entire detection unit 1000 is shielded to reduce the influence of electrical noise and the like.
[0102]
Next, Cr—Ni (a Ni layer is formed on the Cr layer) is deposited on the upper surface of the glass substrate 1002 by, for example, EB deposition. Next, the Ni layer is used as a base for plating, and Ni electroless plating is performed. At this time, a circuit pattern is formed on the stencil mask, and a metal thin film such as platinum, bimetal, or copper-constantan is patterned on the glass substrate 1002 using the stencil mask, thereby forming the temperature measuring unit 1005 on the glass substrate 1002. (FIG. 6 (f)).
Further, by forming another circuit pattern on the stencil mask and patterning gold or the like, for example, as shown in FIG. 10, an electric circuit 1700 is formed, and an IC or other electric component 2001 is formed on the electric circuit 1700. May be connected. The electrical component 2001 is connected by flip chip bonding using bumps or a reflow process using solder. However, any connection method having electrical continuity and mechanical strength can be used. May be. Next, lead wires L are bonded to the respective metal pads 1600 provided on the glass substrate 1002, and the respective lead wires L are connected to a control unit (not shown).
[0103]
Since the operation of the capacitive acceleration sensor configured as described above is substantially the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted.
The capacitive acceleration sensor of the second embodiment may be a modification as shown in FIG. 9, for example. First, a plurality of through holes 1121 ′ of the movable electrode plate 1120 ′ may be formed. The temperature measurement unit 1005 ′ may be formed on the silicon substrate 1001 ′ instead of the glass substrate 1002. In that case, the wiring is taken out from, for example, the metal pad 1600 of the hole 1302.
[0104]
Although the configuration of the control unit is not shown, it is configured by a microcomputer or other hardware, or a DSP (digital signal processor) or other software, as in the first embodiment.
[0105]
According to the capacitive acceleration sensor of the second embodiment configured and operating as described above, the following excellent effects other than the effects of the first embodiment can be obtained.
(22) Since the movable electrode plate 1120 is provided with the through hole 1121 that penetrates in the thickness direction, the gas in the space where the electrode plate is arranged can move through the through hole 1121, and the movable electrode plate The squeezed film phenomenon caused by excessively damping 1120 can be avoided, and the vibration characteristics of the movable electrode plate 1120 in a high band can be improved. As a result, any physical quantity of the displacement, speed, or acceleration of the measured object can be detected with higher accuracy. In particular, even if the space in which the movable electrode plate 1120 and the fixed electrode plates 1130 and 1140 are arranged is not sufficiently evacuated, the gas can move through the through hole 1121 to prevent a certain amount of damping.
[0106]
(23) Since the temperature of the capacitance acceleration sensor is measured by the temperature measurement unit 1005, it can be seen whether the capacitance acceleration sensor is used in an appropriate temperature range.
Further, for example, such temperature results can be used as temperature correction data.
[0107]
(24) Since the fixed electrode plates 1130 and 1140 and the movable electrode plate 1120 of the silicon substrate 1001 and the glass substrates 1002 and 1003 and the movable electrode plate 1120 which are anodically bonded are cleaned with a critical cleaning or an inert liquid, Since sticking to the movable electrode plate 1120 can be suppressed, efficient and reliable cleaning can be performed.
[0108]
(25) Since a square hole 1510 penetrating in the thickness direction is formed in the silicon substrate 1001 around the movable electrode plate 1120, the cleaning liquid stays between the electrode plates for a long time in the cleaning process, and deforms the elastic portion 1110. Can be prevented. That is, since the cleaning liquid flowing between the electrode plates is immediately discharged to the outside through the square holes 1510..., Deformation of the elastic portion 1110 due to the cleaning liquid can be prevented.
[0109]
(26) After the metal thin film 1600 is formed in the holes 1300, 1301, and 1302 by sputtering or vapor deposition, the electroless plating process is performed on such portions, so that the conduction of the metal pad 1600 is interrupted and insulated. In addition, the insulating portion is plated and made conductive by electroless plating. Therefore, wiring from the silicon substrate 1001 can be performed reliably.
[0110]
(27) Since the electroless plating process is performed on the outer surfaces of the two glass substrates 1002 and 1003, it is possible to provide a shielding effect and eliminate the influence of disturbance such as electric noise.
[0111]
(28) Since the silicon substrate 1001 and the island portions 1200 and 1201 are connected by the glass plate 1220, the silicon substrate 1001 and the glass plate 1220 are electrically insulated, and the silicon substrate 1001 and the island portion are electrically insulated. It is not necessary to cut the connection portion to insulate 1200 and 1201. Accordingly, it is possible to prevent problems caused by the disconnection of the connection portion between the silicon substrate 1001 and the island portions 1200 and 1201.
(29) Since the electric circuit 1700 is formed on the glass substrate 1002 by a metal thin film and electroless plating, the electric component 2001 can be mounted on the glass substrate 1002, and the sensor including the mounting portion can be downsized. The cost can be reduced because a separate mounting substrate is not required.
[0112]
Although the capacitive acceleration sensor to which the present invention is applied has been described above, the technical idea of the present invention is not limited to this. For example, the following can be said to be equivalent to the present invention.
[0113]
(A) By adjusting the time for irradiating the getter G with the YAG laser, the intensity of the YAG laser, and the like, the concentration of the gas surrounding the movable plate 21, the fixed plates 12, 32 and the brake plates 11, 31 is adjusted. You may make it adjust arbitrarily. In this case, desired damping can be applied to the movable plate 21. As a result, it is possible to easily realize an optimum capacitance type physical quantity sensor corresponding to the intensity of the physical quantity to be detected.
[0114]
(B) A control unit (not shown) is realized by a chip-type microcomputer, the realized microcomputer is incorporated in the detection unit 100, and acceleration and other physical quantities detected by the microcomputer are externally output by infrared rays or other radio. You may comprise like this. In this case, it is preferable that the energy necessary for driving the microcomputer and the energy necessary for outputting the detection result to be externally supplied by a microwave from the outside. With this configuration, the capacitance type physical quantity sensor can be installed not only in the case where the lead wire L is unnecessary but also in a narrow place or a place in a poor environment.
[0115]
(C) In addition to acceleration, the design can be changed to detect pressure and other physical quantities. This can be easily realized by configuring the movable electrode plate 21 to be displaced due to external pressure or other physical quantities.
[0116]
(D) The capacitance type physical quantity sensor according to the present invention can also be applied to an inclinometer. In this case, since no vacuum sealing is performed, no getter is required. However, it is desirable to have a through hole to reduce damping.
(E) In addition, when the island portion is connected using glass, in addition to the method of performing anodic bonding one side at a time, triple stack technology for anodic bonding of glass on both sides at once can be used.
(F) Also in the second embodiment, a braking electrode plate may be provided and feedback control may be performed as in the first embodiment.
(G) Although solder glass is used as the gas adsorbent fixing member, any adhesive may be used as long as the getter G can be fixed to the getter housing. However, when the silicon substrate and the glass substrate are evacuated, an adhesive that does not generate gas during heating is used.
[0117]
【The invention's effect】
According to the present invention, firstly, it is possible to detect a physical quantity with high accuracy, and second, it is possible to provide a small physical quantity detector.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective schematic view schematically showing a configuration of a detection unit of a capacitive acceleration sensor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partial plan view showing a movable pole plate and an elastic part provided in a detection part of the capacitive acceleration sensor according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a detection unit of the capacitive acceleration sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a gas absorption mode by a getter in the capacitive acceleration sensor according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a detection unit of a capacitive acceleration sensor according to a second embodiment.
FIG. 6 is a perspective view for explaining a manufacturing process of a detection unit of the capacitive acceleration sensor according to the second embodiment.
FIG. 7 is a perspective view of a silicon substrate according to a second embodiment.
FIGS. 8A and 8B are a plan view in the vicinity of an island portion of the capacitive acceleration sensor according to the second embodiment, and a cross-sectional view taken along a line AA in the plan view. FIGS.
FIG. 9 is a plan view for explaining a modification of the silicon substrate of the capacitive acceleration sensor according to the second embodiment.
FIG. 10 is a perspective view for explaining mounting of an electrical component on a glass substrate of a capacitive acceleration sensor according to a second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a capacitance type acceleration sensor in the prior art.
[Explanation of symbols]
1, 1002 Glass substrate (translucent material)
2, 1001 Silicon base
3, 1003 Glass substrate (translucent material)
11 First braking electrode plate (braking electrode plate)
12, 1130 First fixed plate (fixed plate)
20, 1100 body
21, 1120 Movable plate (movable plate)
21a, 21b Stopper (adhesive material)
22, 1110 Elastic part (elastic part)
31 Second brake electrode (brake electrode)
32, 1140 Second fixed plate (fixed plate)
100, 1000 detector (physical quantity detector)
221 ... 1110a Elastic support member (elastic support member)
1121 Through hole
1510 Square hole (second through hole)
1200, 1201 Shimabe
1220 Glass plate
1005 Temperature measurement unit (temperature measurement means)

Claims

A movable electrode plate supported by an elastic part so as to be displaceable, and a fixed electrode plate fixed at a position facing the movable electrode plate, and a capacitor formed by the movable electrode plate and the fixed electrode plate In a physical quantity detector that detects any physical quantity of displacement, velocity, or acceleration of a measured object based on capacitance,
The movable electrode plate is formed in a substantially circular shape in plan view, and the movable electrode plate is formed of a silicon base, and is located around the movable electrode plate and the movable electrode plate and away from the elastic portion. A through-hole penetrating in the thickness direction is arranged in the silicon substrate,
The glass substrate forming the fixed electrode plate is provided with a conduction hole for extracting an electric signal from the silicon substrate forming the movable electrode plate,
In the conductive hole portion, a metal thin film is formed, and electroless plating is applied to the portion where the metal thin film is formed,
The elastic portion includes a plurality of beam-like elastic support members arranged in a tangential direction of the movable electrode plate formed in a substantially circular shape,
The elastic support member is disposed at a position recessed from the surface of the movable electrode plate,
A physical quantity detector, characterized in that a surface of the movable electrode plate and the elastic support member is provided with an adhesion preventing material that prevents sticking to the fixed electrode plate.

The physical quantity detector according to claim 1 or 2,
A physical quantity detector comprising a temperature measuring means.

A manufacturing method for manufacturing the physical quantity detector according to claim 1 or 2 ,
Forming the movable electrode plate on a silicon substrate and disposing a through hole around the movable electrode plate and the movable electrode plate, and forming the fixed electrode plate on two glass substrates;
Forming a conduction hole for extracting an electric signal from the silicon substrate in at least one of the glass substrates;
Next, the step of anodically bonding the silicon substrate and the two glass substrates so that the movable electrode plate and the fixed electrode plate face each other with a predetermined gap therebetween;
Next, a step of forming a metal thin film by sputtering or vapor deposition in the conductive hole portion;
Next, a step of performing an electroless plating process on the portion where the metal thin film is formed;
The manufacturing method of the physical quantity detector characterized by including.

A method of manufacturing a physical quantity detector according to claim 3 ,
A method of manufacturing a physical quantity detector, comprising a step of performing electroless plating on the outer surface of two glass substrates.

A method of manufacturing a physical quantity detector according to claim 3 or 4 ,
The step of forming the metal thin film includes a step of forming a Ni layer on the Cr layer,
The step of applying the electroless plating process is as follows:
The Ni layer is used as a base for plating, and electroless plating of Ni is performed.
Next, a method of manufacturing a physical quantity detector, comprising forming an electric circuit by performing Au plating on Ni plating.

A method of manufacturing a physical quantity detector according to claim 5 ,
A method of manufacturing a physical quantity detector, comprising a step of attaching an electrical component on the electrical circuit.

The method of manufacturing a physical quantity detector according to any one of claims 3-6,
A method of manufacturing a physical quantity detector, comprising: forming an island portion in the silicon substrate; and connecting the island portion and the silicon substrate with a glass plate.