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JP5357166B2 - MEMS sensor and detection apparatus - Google Patents
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Abstract

Disclosed is a MEMS sensor that can sense acceleration and angular velocity in three directions, while having overall good balance in a thin form. Disclosed is a MEMS sensor (1) with an overall rectangular shape, wherein a first motion space (15) is formed at the center, a second motion space (16) is formed on the right, and a third motion space (17) is formed on the left. A first moving body (41) is disposed inside the first motion space (15), which first moving body (41) moves in the Z direction. A second moving body (21) is disposed inside the second motion space (16), which second moving body (21) moves in the Y direction. A third moving body (21A) is disposed inside the third motion space (17), which third moving body (21A) moves in the X direction. Each motion space (15, 16, 17) and each moving body (21, 21A, 41) has a shape with 180° rotational symmetry and bilateral symmetry about a first center line O1.

Description

本発明は、シリコン(Silicon)層を加工するなどして形成された微細な構造のMEMSセンサに係り、特に、互いに直交する3方向へそれぞれ動作する可動体が共通の支持基板に支持されたMEMSセンサ及び検出装置に関する。   The present invention relates to a MEMS sensor having a fine structure formed by processing a silicon layer, and in particular, a MEMS in which movable bodies that operate in three directions orthogonal to each other are supported on a common support substrate. The present invention relates to a sensor and a detection device.

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)素子は、2枚のシリコン(Si)ウエハがSiO2などの絶縁層を介して接合されたSOI(Silicon on Insulator)層を微細加工することで形成される。MEMS素子は、SOI層の一方のシリコンウエハが支持基板として使用され、他方のシリコンウエハがエッチングにより分離されて、可動体と、この可動体を動作できるように支持する支持部と、可動体の移動量を検知する検知部とが形成される。また必要に応じて可動体に駆動力を与える駆動部が形成される。A MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) element is formed by finely processing an SOI (Silicon on Insulator) layer in which two silicon (Si) wafers are joined via an insulating layer such as SiO 2 . In the MEMS element, one silicon wafer of the SOI layer is used as a support substrate, and the other silicon wafer is separated by etching, and a movable body, a support section that supports the movable body so that the movable body can be operated, A detection unit that detects the amount of movement is formed. In addition, a driving unit that applies a driving force to the movable body is formed as necessary.

SOI層を加工する際に、可動体の支持部と支持基板との間の前記絶縁層が残されて支持部が支持基板に固定されるとともに、可動体の動作部分と支持基板との間の前記絶縁層が除去されて、可動体が支持基板上で動作自在に構成される。また、検知部や駆動部は、可動部と一体に動作する可動電極と、この可動電極との間で静電容量を形成する固定電極とで構成されるのが一般的であり、固定電極部はその支持部が前記絶縁層を介して支持基板に固定された状態となる。   When processing the SOI layer, the insulating layer between the support portion of the movable body and the support substrate is left and the support portion is fixed to the support substrate, and between the operation portion of the movable body and the support substrate. The insulating layer is removed, and the movable body is configured to be movable on the support substrate. Further, the detection unit and the drive unit are generally composed of a movable electrode that operates integrally with the movable unit, and a fixed electrode that forms a capacitance between the movable electrode and the fixed electrode unit. The support portion is fixed to the support substrate through the insulating layer.

MEMS素子は、以下の特許文献1に記載されているようなマイクロリレーとして構成され、または加速度センサや振動型ジャイロあるいは圧力センサなどとして使用される。   The MEMS element is configured as a micro relay as described in Patent Document 1 below, or used as an acceleration sensor, a vibration gyro, a pressure sensor, or the like.

特許文献1に記載されているように、通常はMEMS素子が単一の動作機能を有するものとして構成されて、1個のMEMS素子がパッケージングされて使用される。   As described in Patent Document 1, normally, a MEMS element is configured to have a single operation function, and one MEMS element is packaged and used.

したがって、例えば、MEMS素子を加速度センサや振動型ジャイロとして構成し、空間での直交する3方向の加速度または角速度の成分をそれぞれ検出しようとすると、同じ構造の3個の加速度センサや振動型ジャイロを用い、3個のセンサを直交軸であるX軸とY軸およびZ軸のそれぞれに対応できる向きに設置してパッケージングすることが必要になる。または、加速度センサや振動型ジャイロを、X軸用、Y軸用、Z軸用にそれぞれ異なる構造のものとして個別に製造し、3種類のセンサを一緒にパッケージングして使用することが必要になる。   Therefore, for example, when the MEMS element is configured as an acceleration sensor or a vibration type gyro, and three components of acceleration or angular velocity in three orthogonal directions in space are detected, three acceleration sensors or vibration type gyro having the same structure are used. It is necessary to install and package three sensors in directions that can correspond to the X axis, the Y axis, and the Z axis, which are orthogonal axes. Or it is necessary to individually manufacture acceleration sensors and vibration type gyros with different structures for the X-axis, Y-axis, and Z-axis, and package and use the three types of sensors together. Become.

このように、直交する3方向の加速度または角速度の成分を全て検出できるセンサは、1つのパッケージング内に3個の個別のセンサが収納されるものとなるため、構造が複雑でしかも大型になる。   As described above, a sensor capable of detecting all the components of acceleration or angular velocity in three orthogonal directions contains three individual sensors in one packaging, so that the structure is complicated and large. .

以下の特許文献2には、一対の振動子を備えて左右対称形状で構成された複合型のMEMSセンサが開示されている。しかし、このMEMSセンサは、一対の振動子が同じ方向へ動作するもので、一方の振動子の動作で加速度を検知し他方の振動子の動作で角加速度を検知するというものである。   Patent Document 2 below discloses a composite MEMS sensor including a pair of vibrators and configured in a bilaterally symmetric shape. However, in this MEMS sensor, a pair of vibrators move in the same direction, and acceleration is detected by the operation of one vibrator and angular acceleration is detected by the operation of the other vibrator.

このように、従来は、直交する3方向の加速度または角速度を全て検知できるセンサを、平面的に配列した小型のものとして構成しようとする考えは存在していない。   As described above, conventionally, there is no idea of configuring a sensor that can detect all accelerations or angular velocities in three orthogonal directions as a small sensor arranged in a plane.

特開2000−307018号公報JP 2000-307018 A 特開2006−105698号公報JP 2006-105698 A

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、単一の素子として平面的に構成でき、しかも直交する3方向の加速度や角速度を検知できるMEMSセンサ及び検査装置を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a MEMS sensor and an inspection apparatus that can be planarly configured as a single element and can detect acceleration and angular velocity in three orthogonal directions. .

また、本発明は、同じ基板上に3つの別の機能を発揮する可動体を搭載でき、しかも、全体の構造が対称形状で全体としてバランスのとれた動作が可能であり、接合応力や動作時の反力による応力が全体にバランスよく作用することができるMEMSセンサ及び検査装置を提供することを目的としている。   In addition, the present invention can mount a movable body that exhibits three different functions on the same substrate, and is capable of a balanced operation as a whole with a symmetrical overall structure. An object of the present invention is to provide a MEMS sensor and an inspection apparatus in which stress due to the reaction force can act on the whole in a balanced manner.

本発明におけるMEMSセンサは、支持基板とこれに平行な閉鎖部材との間に枠体層が設けられ、外部から密閉され且つ互いに区分された第1の動作空間と第2の動作空間および第3の動作空間が形成されており、
前記第1の動作空間に第1の可動体が、前記第2の動作空間に第2の可動体が、前記第3の動作空間に第3の可動体が収納され、前記第1の可動体と前記第2の可動体および前記第3の可動体の主な動作方向が、互いに直交する3方向の別々の向きとなるように支持されているとともに、それぞれの前記動作空間内に、前記可動体の主な動作方向の移動量を検知する検知部が設けられており、
前記第1の動作空間を挟んで一方の側に第2の動作空間が他方の側に第3の動作空間が配置されて3つの前記動作空間が一列に並び、前記第2の動作空間の平面形状と前記第3の動作空間の平面形状が等しく、3つの前記動作空間の平面形状は、前記第1の動作空間の中心を通り且つ前記支持基板の表面と直交する中心線に対して180度の回転対称形状であり、
各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極と前記入力側電極とが各検知部に複数設けられており、
各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第1リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
少なくともいずれか1つの前記検知部では、複数の前記第1リード層のパターン長さが異なっており、パターン長さが長い前記第1リード層は、パターン長さが短い第1リード層に対して幅細で形成されていることを特徴とするものである。
In the MEMS sensor according to the present invention, a frame layer is provided between a support substrate and a closing member parallel to the support substrate, and the first operation space, the second operation space, and the third operation space are sealed from the outside and separated from each other. Operating space is formed,
A first movable body is housed in the first operation space, a second movable body is housed in the second operation space, and a third movable body is housed in the third operation space. And the second movable body and the third movable body are supported so that the main movement directions are in three different directions orthogonal to each other, and the movable bodies are moved in the respective movement spaces. A detection unit that detects the amount of movement in the main movement direction of the body is provided,
The second operation space is arranged on one side of the first operation space, the third operation space is arranged on the other side, and the three operation spaces are arranged in a row, and the plane of the second operation space The shape and the planar shape of the third motion space are equal, and the planar shape of the three motion spaces is 180 degrees with respect to a center line passing through the center of the first motion space and orthogonal to the surface of the support substrate. rotationally symmetrical shape der of is,
Each detection unit provided in each operation space has an output side electrode and an input side electrode, and a plurality of the output side electrode and the input side electrode are provided in each detection unit,
Each output side electrode is electrically connected to an external connection pad via a first lead layer embedded in an insulating layer formed on the surface of the closing member,
In at least one of the detection units, the pattern lengths of the plurality of first lead layers are different, and the first lead layer having a long pattern length is different from the first lead layer having a short pattern length. those characterized that you have been formed in narrow width.

本発明のMEMSセンサは、同じ支持基板上に平面的に配置された3つの動作空間内にそれぞれ可動体が設けられ、3個の可動体で、空間内での直交する3方向の加速度を検知できるように構成されている。3方向の加速度を検知する3個の可動体が平面状に配列されているため、薄型で小型に構成できる。なお、それぞれの動作空間内に、可動体を振動させる駆動部を設けることで、振動型ジャイロを構成でき、3つの可動体により、直交する3方向の軸の周りの角速度の検出が可能になる。   In the MEMS sensor of the present invention, movable bodies are respectively provided in three operation spaces arranged in a plane on the same support substrate, and accelerations in three directions orthogonal to each other in the space are detected by the three movable bodies. It is configured to be able to. Since the three movable bodies that detect acceleration in three directions are arranged in a planar shape, it can be configured to be thin and small. In addition, by providing a drive unit that vibrates the movable body in each operation space, a vibrating gyroscope can be configured, and the angular velocity around three orthogonal axes can be detected by the three movable bodies. .

本発明のMEMSセンサは、全体が180度の回転対称形状であるため、3つの動作空間を区分している枠体層と支持基板との接合応力および枠体層と閉鎖部材との接合応力の偏りが少なくなり、センサ全体の反りなどが発生しにくくなる。   Since the MEMS sensor according to the present invention has a rotationally symmetric shape of 180 degrees as a whole, the bonding stress between the frame layer and the support substrate that divides the three operation spaces and the bonding stress between the frame layer and the closing member are measured. The bias is reduced, and the entire sensor is less likely to warp.

本発明は、前記第2の可動体と前記第3の可動体は質量が同じであり、前記第1の可動体は、前記中心線を挟んで質量が左右対称であることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the second movable body and the third movable body have the same mass, and the first movable body has a symmetrical mass with respect to the center line.

上記のように可動体の質量を対称に分布させることで、全体としてバランスの良い動作を実現でき、例えば、可動体が動作したときの反作用で支持基板や枠体層に作用する応力の集中を避けることができ、長寿命化を実現できる。   By distributing the mass of the movable body symmetrically as described above, it is possible to realize a balanced operation as a whole, for example, concentration of stress acting on the support substrate and the frame layer due to the reaction when the movable body operates. This can be avoided and a long life can be realized.

また、本発明は、前記第2の可動体と前記第3の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と平行で且つ互いに直交する向きであり、前記第1の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と垂直な向きである。   Further, according to the present invention, main operation directions of the second movable body and the third movable body are parallel to the substrate surface of the support substrate and orthogonal to each other. The main operation direction is a direction perpendicular to the substrate surface of the support substrate.

上記のように、第1の可動体の動作方向が垂直方向で、第1の可動体を挟んで両側に位置する第2の可動体と第3の可動体の動作方向が平面方向であると、中心線を挟んで左右の動作バランスがとれるようになり、支持基板や枠体層に作用する応力の偏りや集中をさらに防止しやすくなる。   As described above, the operation direction of the first movable body is the vertical direction, and the operation directions of the second movable body and the third movable body located on both sides of the first movable body are the planar directions. The operation balance between the left and right sides can be achieved with the center line interposed therebetween, and it becomes easier to prevent bias and concentration of stress acting on the support substrate and the frame layer.

本発明は、前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部は、共通の層から分離されて形成されているものである。すなわち、2つのSi層が絶縁層を介して接合されたSOI層が使用され、一方のSi層が前記支持基板として使用され、他方のSi層が機能層として使用され、この機能層から、前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部が分離されて形成されているものである。   In the present invention, the frame body layer, the movable body, the support section that supports the movable body so as to be movable in the main operation direction, and the detection section are formed separately from a common layer. That is, an SOI layer in which two Si layers are bonded via an insulating layer is used, one Si layer is used as the support substrate, and the other Si layer is used as a functional layer. A frame body layer, the movable body, a support section that supports the movable body so as to be movable in a main operation direction, and the detection section are separately formed.

本発明は、さらに前記枠体層には、隣り合う前記動作空間を連通させる連通路が形成されていることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that a communication path for communicating the adjacent operation spaces is formed in the frame layer.

第1の動作空間と第2の動作空間および第3の動作空間は、内部の空気が排出された真空状態または真空に近い状態で外部から密閉される。この場合に、3つの動作空間内が連通路で互いに連通されていると、3つの動作空間内の圧力を同じにでき、すなわち真空度を同じにできる。また、第1の動作空間と第2の動作空間および第3の動作空間内に、アルゴンなどの不活性ガスが封入されて使用されることがあるが、この場合も、全ての動作空間が連通路で繋がっていると、それぞれの動作空間内での圧力のばらつきを防止できる。   The first operation space, the second operation space, and the third operation space are sealed from the outside in a vacuum state in which the internal air is discharged or in a state close to a vacuum. In this case, if the three operation spaces communicate with each other through the communication path, the pressures in the three operation spaces can be made the same, that is, the degree of vacuum can be made the same. In some cases, an inert gas such as argon is sealed in the first operation space, the second operation space, and the third operation space, and in this case, all the operation spaces are connected. If connected by a passage, it is possible to prevent variations in pressure within each operation space.

このように、それぞれの動作空間の真空度を同じにでき、または内部圧力を同じにできると、圧力のばらつきに起因して支持基板や枠体層に作用する応力の偏り集中を防止でき、支持基板や枠体層の反りなどの問題が生じにくくなる。   In this way, if the vacuum degree of each operation space can be made the same or the internal pressure can be made the same, it is possible to prevent uneven concentration of stress acting on the support substrate and the frame body layer due to pressure variations, and support. Problems such as warpage of the substrate and the frame layer are less likely to occur.

また本発明では、各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極が各検知部に複数設けられており、
各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第1リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
少なくともいずれか1つの前記検知部では、複数の前記第1リード層のパターン長さが異なっており、パターン長さが長い前記第1リード層は、パターン長さが短い第1リード層に対して幅細で形成されていることが好ましい。これにより、各検知部において、各第1リード層と閉鎖部材間で生じる各寄生容量を一定に近づくように調整できる。
In the present invention, each detection unit provided in each operation space has an output side electrode and an input side electrode, and a plurality of the output side electrodes are provided in each detection unit,
Each output side electrode is electrically connected to an external connection pad via a first lead layer embedded in an insulating layer formed on the surface of the closing member,
In at least one of the detection units, the pattern lengths of the plurality of first lead layers are different, and the first lead layer having a long pattern length is different from the first lead layer having a short pattern length. It is preferable to be formed narrow. Thereby, in each detection part, each parasitic capacitance produced between each 1st lead layer and a closure member can be adjusted so that it may approach fixed.

あるいは本発明は、各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極が各検知部に複数設けられており、
各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第1リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
各外部接続パッドの形成位置は、集積回路(IC)の端子部の位置に応じて設定されており、
各検知部において各第1リード層と前記閉鎖部材間の寄生容量が一定に近づくように、各第1リード層の長さ及び幅が調整されているものである。
Alternatively, in the present invention, each detection unit provided in each operation space has an output side electrode and an input side electrode, and a plurality of the output side electrodes are provided in each detection unit,
Each output side electrode is electrically connected to an external connection pad via a first lead layer embedded in an insulating layer formed on the surface of the closing member,
The formation position of each external connection pad is set according to the position of the terminal portion of the integrated circuit (IC),
The length and width of each first lead layer are adjusted so that the parasitic capacitance between each first lead layer and the closing member approaches a fixed value in each detection unit.

また本発明における検出装置は、上記記載のMEMSセンサと、集積回路(IC)とを備え、各外部接続パッドの形成位置は、前記集積回路(IC)の端子部の位置に応じて設定されており、
前記MEMSセンサの各外部接続パッドと前記集積回路に設けられた各端子部とが導通接続されて差動出力を得ることを特徴とするものである。
The detection device according to the present invention includes the MEMS sensor described above and an integrated circuit (IC), and the formation position of each external connection pad is set according to the position of the terminal portion of the integrated circuit (IC). And
Each external connection pad of the MEMS sensor and each terminal portion provided in the integrated circuit are conductively connected to obtain a differential output.

本発明のMEMSセンサは、第1の動作空間、第2の動作空間、及び第3の動作空間が一列に並んだ一方向に長い一体形状であり、例えば、外部素子の端子部の位置に応じて、各動作空間内に設けられる各検知部の位置自体を変動することができない。よって、例えば、端子部の位置に応じて、真ん中に位置する第1の動作空間付近に外部接続パッドをまとめて設けるような場合、両側に位置する第2の動作空間や第3の動作空間は、外部接続パッドの位置から距離的に離れるとともに、引き回しの関係上、各第1リード層のパターン長さが異なりやすい。しかしながら本発明では、各検知部での各第1リード層と閉鎖部材間で生じる各寄生容量を一定に近づくようにリード層の長さに応じてリード層の幅を調整しており、これにより高精度な差動出力を得ることができる。そして、本発明のMEMSセンサの構成によれば、どのような集積回路(IC)との接続にも適切に対応することが可能であり、集積回路(IC)側に規制を与えることなく、検出精度に優れた検出装置を製造することが可能である。   The MEMS sensor of the present invention has an integrated shape that is long in one direction in which the first operation space, the second operation space, and the third operation space are arranged in a line. For example, depending on the position of the terminal portion of the external element Thus, the position of each detection unit provided in each operation space cannot be changed. Therefore, for example, when external connection pads are collectively provided near the first operation space located in the middle according to the position of the terminal portion, the second operation space and the third operation space located on both sides are In addition to being away from the position of the external connection pad, the pattern length of each first lead layer is likely to be different due to routing. However, in the present invention, the width of the lead layer is adjusted according to the length of the lead layer so that the parasitic capacitance generated between each first lead layer and the closing member in each detection unit approaches a certain value. A highly accurate differential output can be obtained. In addition, according to the configuration of the MEMS sensor of the present invention, it is possible to appropriately cope with connection to any integrated circuit (IC), and detection can be performed without restricting the integrated circuit (IC) side. It is possible to manufacture a detection device with excellent accuracy.

本発明は、例えばSOIを使用した薄くて平面的な単一のセンサでありながら、直交する3方向の加速度や3方向の軸周りの角速度の検出などが可能になる。また、内部に3つの動作空間を有しているが、それぞれの動作空間の平面形状が、中心線に対して対称形状であるため、枠体層と支持基板との接合部などにおいて接合応力の偏りが生じにくい。   Although the present invention is a single thin and planar sensor using, for example, SOI, it is possible to detect accelerations in three orthogonal directions and angular velocities around three axes. In addition, although there are three operation spaces inside, the planar shape of each operation space is symmetric with respect to the center line, so that the bonding stress at the joint between the frame layer and the support substrate, etc. Bias is less likely to occur.

また全体としてバランスの良い動作を実現できるため、一部に応力が集中しづらくなって長寿命化を図りやすくなる。   In addition, since a balanced operation as a whole can be realized, it is difficult to concentrate stress on a part, and it is easy to extend the life.

本発明の実施の形態のMEMSセンサの各動作空間内の構造を支持基板を透視して示す平面図、The top view which shows the structure in each operation space of the MEMS sensor of embodiment of this invention seeing through a support substrate, MEMSセンサの断面図であり、図1をII−II線で切断した断面図に相当している、FIG. 2 is a cross-sectional view of the MEMS sensor, which corresponds to a cross-sectional view of FIG. 1 cut along the line II-II. 図1に示す第2の動作空間を拡大して示す平面図、FIG. 2 is an enlarged plan view showing the second operation space shown in FIG. 第2の動作空間の断面図であり、図3をIV−IV線で切断した断面図に相当している、It is sectional drawing of 2nd operation | movement space, and is equivalent to sectional drawing which cut | disconnected FIG. 3 by the IV-IV line. 図3においてVで示す検知部の拡大平面図、FIG. 3 is an enlarged plan view of the detection unit indicated by V in FIG. 図3においてVIで示す検知部の拡大平面図、FIG. 3 is an enlarged plan view of the detection unit indicated by VI in FIG. 図1に示すMEMSセンサの第1の動作空間内の構造を示す断面図、Sectional drawing which shows the structure in the 1st operation | movement space of the MEMS sensor shown in FIG. (A)は、図1においてVIIIで示す検知部を拡大して示す平面図、(B)は(A)の断面図、(A) is an enlarged plan view showing a detection unit indicated by VIII in FIG. 1, (B) is a sectional view of (A), (A)は、図1においてIXで示す検知部を拡大して示す平面図、(B)は(A)の断面図、(A) is an enlarged plan view showing a detection unit indicated by IX in FIG. 1, (B) is a sectional view of (A), (A)(B)は、VIIIで示す検知部とIXで示す検知部の別の実施の形態を示す断面図、(A) (B) is sectional drawing which shows another embodiment of the detection part shown by VIII, and the detection part shown by IX, 本実施形態におけるMEMSセンサを備えた検出装置の部分平面図、The partial top view of the detection apparatus provided with the MEMS sensor in this embodiment, 別の実施形態を示す検査装置の平面図、The top view of the inspection device which shows another embodiment, 図12に示すMEMSセンサの拡大平面図。FIG. 13 is an enlarged plan view of the MEMS sensor shown in FIG. 12.

図1は本発明の実施の形態のMEMSセンサを示すものであり、枠体層と、この枠体層内に配置された可動体ならびに検知部の構造を示す平面図、図2はMEMSセンサの全体の構造を示す縦断面図であり、図1をII−II線で切断した断面図に相当している。図3は、図1に示すMEMSセンサの右側に配置された第2の動作空間内の構造を示す平面図である。図4は、図2に示すMEMSセンサの右側に配置された第2の動作空間の縦断面図であり、図3をIV−IV線で切断した断面図に相当している。図5と図6は、図3に示す第2の動作空間内の検知部のV部とVI部をそれぞれ拡大した平面図である。図7は、図2の中央部に配置された第1の動作空間内の構造を示す拡大断面図である。図8(A)と図9(A)は、第1の動作空間内に配置された検知部の構造を示すもので図1のVIII部とIX部を夫々、拡大した平面図である。図8(B)と図9(B)は、それぞれ図8(A)と図9(A)の断面図である。   FIG. 1 shows a MEMS sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a structure of a frame body layer, a movable body arranged in the frame body layer, and a detection unit. FIG. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the whole structure, and is corresponded in sectional drawing which cut | disconnected FIG. 1 by the II-II line. FIG. 3 is a plan view showing a structure in the second operation space arranged on the right side of the MEMS sensor shown in FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the second operation space arranged on the right side of the MEMS sensor shown in FIG. 2, and corresponds to a sectional view taken along line IV-IV in FIG. FIGS. 5 and 6 are enlarged plan views of the V part and the VI part of the detection part in the second operation space shown in FIG. 3, respectively. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a structure in the first operation space arranged at the center of FIG. FIGS. 8A and 9A show the structure of the detection unit arranged in the first operation space, and are enlarged plan views of the VIII part and the IX part of FIG. 1, respectively. FIGS. 8B and 9B are cross-sectional views of FIGS. 8A and 9A, respectively.

図1に示すように、MEMSセンサ1は、X方向が長辺でY方向が短辺の長方形状である。図2に示すように、MEMSセンサ1は、支持基板2に機能層10が積層され、機能層10の一部分と支持基板2とが第1の絶縁層3を介して接合されている。支持基板2と機能層10および第1の絶縁層3は、SOI(Silicon on Insulator)層を微細加工して形成されている。ここで使用するSOI層は、2つのシリコンウエハが、絶縁層(Insulator)であるSiO2層を挟んで一体に接合されたものである。SOI層の一方のシリコンウエハが、支持基板2として使用され、他方のシリコンウエハが機能層10として使用されて、この機能層10が微細加工されてそれぞれの機能部が分離されて形成される。また、SiO2層の一部が残されて第1の絶縁層3となっている。As shown in FIG. 1, the MEMS sensor 1 has a rectangular shape with long sides in the X direction and short sides in the Y direction. As shown in FIG. 2, in the MEMS sensor 1, a functional layer 10 is laminated on a support substrate 2, and a part of the functional layer 10 and the support substrate 2 are bonded via a first insulating layer 3. The support substrate 2, the functional layer 10, and the first insulating layer 3 are formed by finely processing an SOI (Silicon on Insulator) layer. The SOI layer used here is obtained by integrally bonding two silicon wafers with an SiO 2 layer as an insulating layer (Insulator) interposed therebetween. One silicon wafer of the SOI layer is used as the support substrate 2, and the other silicon wafer is used as the functional layer 10, and the functional layer 10 is finely processed to separate the respective functional portions. Further, a part of the SiO 2 layer is left to form the first insulating layer 3.

図2に示すように、機能層10には閉鎖部材4が重ねられて、機能層10は支持基板2と閉鎖部材4との間で挟まれた構造となっている。閉鎖部材4は単独のSi基板である。閉鎖部材4は、機能層10との対向面に第2の絶縁層5が形成されており、この第2の絶縁層5の内部に導電体のパターンが埋設されてリード層が形成されている。このリード層が、機能層10に形成される検出部の可動電極と固定電極などに個別に導通され、且つMEMSセンサ1の外部に設けられた通電パッドに導通されている。閉鎖部材4の第2の絶縁層5は、接合層6を介して、機能層10の一部と接合されている。   As shown in FIG. 2, the functional layer 10 is overlaid with the closing member 4, and the functional layer 10 is sandwiched between the support substrate 2 and the closing member 4. The closing member 4 is a single Si substrate. The closing member 4 has a second insulating layer 5 formed on the surface facing the functional layer 10, and a conductor pattern is embedded in the second insulating layer 5 to form a lead layer. . The lead layer is individually connected to the movable electrode and the fixed electrode of the detection unit formed in the functional layer 10 and is also connected to a current-carrying pad provided outside the MEMS sensor 1. The second insulating layer 5 of the closing member 4 is bonded to a part of the functional layer 10 via the bonding layer 6.

なお、閉鎖部材4は、Siの単独の基板に限られるものではなく、ガラス基板などであってもよい。あるいは検出回路などの各種回路が収納されたICパッケージの表面が閉鎖部材4として使用され、機能層10の一部が接合層6を介してICパッケージの上面に接合されてもよい。この場合、第2の絶縁層5内に配置されるリード層は、ICパッケージの上面に設けられた電極バンプなどに接続される。   The closing member 4 is not limited to a single Si substrate, and may be a glass substrate or the like. Alternatively, the surface of the IC package in which various circuits such as a detection circuit are accommodated may be used as the closing member 4, and a part of the functional layer 10 may be bonded to the upper surface of the IC package via the bonding layer 6. In this case, the lead layer disposed in the second insulating layer 5 is connected to an electrode bump or the like provided on the upper surface of the IC package.

図1に示すように、SOI層の一方のシリコンウエハで形成されている機能層10は、その一部が分離されて枠体層11が形成されている。枠体層11の外形は、X方向に延びる一対の長辺11a,11aとY方向に延びる一対の短辺11b,11bを有する長方形状であり、前記長辺11a,11aと短辺11b,11bは、同じく長方形である支持基板2の長辺および短辺と一致している。   As shown in FIG. 1, the functional layer 10 formed of one silicon wafer of the SOI layer is partially separated to form a frame body layer 11. The outer shape of the frame body layer 11 is a rectangular shape having a pair of long sides 11a, 11a extending in the X direction and a pair of short sides 11b, 11b extending in the Y direction, and the long sides 11a, 11a and the short sides 11b, 11b. Are coincident with the long and short sides of the support substrate 2 which is also rectangular.

図1に示すように、枠体層11には第1の穴12と第2の穴13および第3の穴14が形成されており、それぞれの穴12,13,14は、枠体層11を厚さ方向に貫通している。第1の穴12は平面形状がX方向に細長い長方形であり、その長辺は枠体層11の長辺11a,11aと平行であり、短辺は、枠体層11の短辺11b,11bと平行である。第2の穴13と第3の穴14は、共に平面形状が正方形である。それぞれの穴13,14の辺は、前記長辺11a,11aと短辺11b,11bの双方に平行である。   As shown in FIG. 1, a first hole 12, a second hole 13, and a third hole 14 are formed in the frame body layer 11, and each of the holes 12, 13, 14 is formed in the frame body layer 11. Is penetrated in the thickness direction. The planar shape of the first hole 12 is a rectangle elongated in the X direction, and its long side is parallel to the long sides 11 a and 11 a of the frame layer 11, and the short side is the short sides 11 b and 11 b of the frame layer 11. And parallel. Both the second hole 13 and the third hole 14 have a square planar shape. The sides of the holes 13 and 14 are parallel to both the long sides 11a and 11a and the short sides 11b and 11b.

図1と図2に示すように、第1の穴12の中心(図心、重心)を通って支持基板2の基板面に垂直な線を第1の中心線O1とし、同じく第2の穴13および第3の穴14の中心(図心、重心)を通って支持基板2の基板面に垂直な線を、それぞれ第2の中心線O2および第3の中心線O3としている。第1の穴12と第2の穴13および第3の穴14は、それぞれの中心線O1,O2,O3が、X方向に直線状に並ぶように配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a line that passes through the center (centroid, center of gravity) of the first hole 12 and is perpendicular to the substrate surface of the support substrate 2 is defined as a first center line O1. Lines perpendicular to the substrate surface of the support substrate 2 through the centers (centroid and centroid) of the 13th and third holes 14 are defined as a second centerline O2 and a third centerline O3, respectively. The first hole 12, the second hole 13, and the third hole 14 are arranged such that the respective center lines O1, O2, and O3 are linearly arranged in the X direction.

図1に示すように、第1の穴12は第1の中心線O1に対して180度の回転対称形状であり、且つ第1の中心線O1を通ってY方向に延びる線を挟んで左右方向(X1−X2方向)に線対称形状である。また、第2の穴13と第3の穴14も、第1の中心線O1に対して180度の回転対称形状であり、且つ第1の中心線O1を通ってY方向に延びる線に対して左右方向に線対称形状である。   As shown in FIG. 1, the first hole 12 has a rotationally symmetrical shape of 180 degrees with respect to the first center line O1, and left and right across a line extending in the Y direction through the first center line O1. The shape is line symmetrical in the direction (X1-X2 direction). In addition, the second hole 13 and the third hole 14 are also rotationally symmetric with respect to the first center line O1 by 180 degrees, and with respect to a line extending in the Y direction through the first center line O1. The shape is line symmetrical in the left-right direction.

図1と図2に示す実施の形態は、枠体層11の長辺11a,11aおよび短辺11b,11bも、第1の中心線O1に対して180度の回転対称であり且つ第1の中心線O1を通りY方向に延びる線を挟んで左右方向に線対称形状である。   In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the long sides 11a and 11a and the short sides 11b and 11b of the frame layer 11 are also 180 degrees rotationally symmetric with respect to the first center line O1 and the first side The shape is symmetrical with respect to the left-right direction across a line extending in the Y direction through the center line O1.

支持基板2と枠体層11との対面部では、SOI層のSiO2層の一部が残された第1の絶縁層3によって枠状絶縁層3aが形成されている。枠状絶縁層3aは、支持基板2と枠体層11との対面部の全域(図1でハッチングで示す領域)に形成されている。ただし、実際には、選択的なエッチングで、第1の絶縁層3以外の部分のSiO2層を除去するときに、各穴12,13,14の外周部分で枠状絶縁層3aの一部が除去されるが、本明細書では、各穴12,13,14の周縁部で枠状絶縁層3aの一部が欠落している状態を含めて、支持基板2と枠体層11との対面部の全域に枠状絶縁層3aが形成されている、と表現している。At the facing portion between the support substrate 2 and the frame body layer 11, a frame-like insulating layer 3a is formed by the first insulating layer 3 in which a part of the SiO 2 layer of the SOI layer is left. The frame-like insulating layer 3a is formed in the entire area of the facing portion between the support substrate 2 and the frame body layer 11 (region indicated by hatching in FIG. 1). However, in practice, when the SiO 2 layer other than the first insulating layer 3 is removed by selective etching, a part of the frame-like insulating layer 3a is formed at the outer peripheral portions of the holes 12, 13, and 14. However, in this specification, the support substrate 2 and the frame body layer 11 include the state in which a part of the frame-like insulating layer 3a is missing at the peripheral portions of the holes 12, 13, and 14. It is expressed that the frame-like insulating layer 3a is formed in the entire area of the facing portion.

図1に示すように、第1の穴12と第2の穴13および第3の穴が、第1の中心線O1を介して対称形状であり、且つ枠体層11の長辺11a,11aと短辺11b,11bも第1の中心線O1を介して対称形状であるため、枠状絶縁層3aの形成領域も、第1の中心線O1に対して180度の回転対称形状であり、且つ枠状絶縁層3aの形成領域は、第1の中心線O1を通ってY方向に延びる線に対して左右に対称形状である。   As shown in FIG. 1, the first hole 12, the second hole 13, and the third hole are symmetrical with respect to the first center line O1, and the long sides 11a and 11a of the frame body layer 11 are formed. And the short sides 11b and 11b are also symmetric with respect to the first center line O1, so the region where the frame-like insulating layer 3a is formed is also rotationally symmetric with respect to the first center line O1, 180 degrees, In addition, the formation region of the frame-shaped insulating layer 3a is symmetrical to the left and right with respect to a line extending in the Y direction through the first center line O1.

枠状絶縁層3aの形成領域が第1の中心線O1に対して対称形状であるため、SOI層のSiO2層の一部で形成された枠状絶縁層3aとシリコンウエハで形成された支持基板2との間の接合応力が、第1の中心線O1を挟んで左右で均等に作用するようになり、応力の偏りによって支持基板2に局部的に大きな反りが発生するような現象を防止しやすい。Since the formation region of the frame-shaped insulating layer 3a is symmetrical with respect to the first center line O1, the frame-shaped insulating layer 3a formed by a part of the SiO 2 layer of the SOI layer and the support formed by the silicon wafer Bonding stress with the substrate 2 acts evenly on the left and right across the first center line O1, and prevents a phenomenon in which a large warp occurs locally on the support substrate 2 due to the stress bias. It's easy to do.

なお、図1に示すように、第1の穴12と第2の穴13および第3の穴14の開口パターンが、第1の中心線O1に対して対称であれば、枠体層11の外辺の形状が、第1の中心線O1に対して厳密に対称ではなくても、枠状絶縁層3aの形状を第1の中心線O1に対してほぼ対称形状にでき、絶縁層と支持基板2との間の応力の分布を均一にできる効果を奏することができる。   As shown in FIG. 1, if the opening pattern of the first hole 12, the second hole 13, and the third hole 14 is symmetrical with respect to the first center line O1, the frame body layer 11 Even if the shape of the outer side is not strictly symmetrical with respect to the first center line O1, the shape of the frame-like insulating layer 3a can be made almost symmetrical with respect to the first center line O1, and the insulating layer and the support are supported. The effect that the distribution of stress between the substrate 2 can be made uniform can be achieved.

閉鎖部材4の対向面に形成された第2の絶縁層5と機能層10とを部分的に接合している接合層6は、機能層10の一部である検知部の可動電極や固定電極に通電可能なように構成された金属接合層である。この金属接合層は、第2の絶縁層5の表面と機能層10の表面の一方に形成された金属層と他方に形成された金属層を共晶接合または拡散接合させたものである。この場合、例えば一方の金属層がアルミニウムであり、他方の金属層がゲルマニウムなどである。なお、前記接合層6として接着剤層を使用することも可能である。   The bonding layer 6 that partially bonds the second insulating layer 5 and the functional layer 10 formed on the opposing surface of the closing member 4 is a movable electrode or a fixed electrode of the detection unit that is a part of the functional layer 10. It is the metal joining layer comprised so that electricity could be supplied to. This metal bonding layer is obtained by eutectic bonding or diffusion bonding of a metal layer formed on one of the surface of the second insulating layer 5 and the surface of the functional layer 10 and a metal layer formed on the other. In this case, for example, one metal layer is aluminum and the other metal layer is germanium or the like. An adhesive layer can also be used as the bonding layer 6.

図2に示すように、前記接合層6の一部がシール接合層6aとなり、このシール接合層6aによって、枠体層11と閉鎖部材4の第2の絶縁層5とが接合されている。シール接合層6aは、第1の穴12の周囲全周を囲み、第2の穴13の周囲全周と第3の穴14のそれぞれの周囲全周を囲むように形成されている。支持基板2と枠体層11との間では、第1の穴12と第2の穴13および第3の穴14のそれぞれの周囲全周が前記枠状絶縁層3aで接合されている。この枠状絶縁層3aとシール接合層6aとで各穴の周縁部がシールされた結果、第1の穴12の内部は外部から閉鎖された第1の動作空間15となる。同様に、第2の穴13の内部が外部から閉鎖された第2の動作空間16となり、第3の穴14の内部が外部から閉鎖された第3の動作空間17となる。   As shown in FIG. 2, a part of the bonding layer 6 becomes a seal bonding layer 6a, and the frame body layer 11 and the second insulating layer 5 of the closing member 4 are bonded by the seal bonding layer 6a. The seal bonding layer 6 a is formed so as to surround the entire periphery of the first hole 12 and to surround the entire periphery of the second hole 13 and the periphery of each of the third holes 14. Between the support substrate 2 and the frame layer 11, the entire peripheries of the first hole 12, the second hole 13, and the third hole 14 are joined by the frame-shaped insulating layer 3a. As a result of sealing the peripheral edge of each hole by the frame-shaped insulating layer 3a and the seal bonding layer 6a, the inside of the first hole 12 becomes the first operation space 15 closed from the outside. Similarly, the inside of the second hole 13 becomes the second operation space 16 closed from the outside, and the inside of the third hole 14 becomes the third operation space 17 closed from the outside.

なお、前記シール接合層6aが形成された領域のパターンも、第1の中心線O1に対して180度の対称形状であり、且つ第1の中心線O1を通りY方向に延びる線に対して左右対称形状であることが好ましい。このように、第1の穴12と第2の穴13および第3の穴14の形状を第1の中心線O1に対して対称形状とし、枠状絶縁層3aとシール接合層6aも第1の中心線O1に対して対称形状とすることにより、枠体層11と支持基板2との接合応力ならびに枠体層11と閉鎖部材4との接合応力を左右に均等にでき、応力の偏りを防止して、歪みの発生を抑制しやすくなる。   Note that the pattern of the region where the seal bonding layer 6a is formed is also symmetrical with respect to the first center line O1 and has a symmetrical shape of 180 degrees, and extends along the Y direction through the first center line O1. A symmetrical shape is preferred. In this way, the first hole 12, the second hole 13, and the third hole 14 are symmetrical with respect to the first center line O1, and the frame-shaped insulating layer 3a and the seal bonding layer 6a are also the first. By making the shape symmetrical with respect to the center line O1, the bonding stress between the frame body layer 11 and the support substrate 2 and the bonding stress between the frame body layer 11 and the closing member 4 can be made equal to the left and right, and the stress can be biased. It is easy to prevent and suppress the occurrence of distortion.

このMEMSセンサ1は、第1の動作空間15に設けられた第1の可動体41の動作により、支持基板2の基板面と直交する向きのZ方向の加速度を検知できる。また、第2の動作空間16に設けられた第2の可動体21の動作により、支持基板2の基板面と平行なY方向の加速度を検知でき、第3の動作空間17に設けられた第3の可動体21Aの動作によりZ方向とY方向に直交するX方向の加速度を検知できる。   The MEMS sensor 1 can detect acceleration in the Z direction in a direction perpendicular to the substrate surface of the support substrate 2 by the operation of the first movable body 41 provided in the first operation space 15. Further, by the operation of the second movable body 21 provided in the second operation space 16, the acceleration in the Y direction parallel to the substrate surface of the support substrate 2 can be detected, and the second operation body 17 provided in the third operation space 17. The acceleration in the X direction orthogonal to the Z direction and the Y direction can be detected by the operation of the third movable body 21A.

まず、図3ないし図6を参照して、第2の動作空間16内の構造を説明する。
図3と図4に示すように、第2の動作空間16内には、第2の可動体21と、第2の可動体21をY1−Y2方向に動作自在に支持する支持部である支持腕部22,24および弾性支持部26,27,28,29が設けられ、さらに検知部などの機能部が設けられている。これらの各機能部は、前記枠体層11と共に、機能層10となる1枚のシリコンウエハからエッチング工程で分離されて形成されたものである。
First, the structure in the second operation space 16 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the second operation space 16, a second movable body 21 and a support that is a support portion that movably supports the second movable body 21 in the Y1-Y2 direction. Arm portions 22 and 24 and elastic support portions 26, 27, 28, and 29 are provided, and a functional unit such as a detection unit is further provided. Each of these functional portions is formed by being separated together with the frame body layer 11 from one silicon wafer to be the functional layer 10 by an etching process.

図3と図4に示すように、第2の動作空間16では、枠体層11に開口した正方形の第2の穴13の内側に第2の可動体21が設けられている。また、第2の中心線O2よりもX1側に、Y1−Y2方向に延びる支持腕部22が設けられている。支持腕部22には、第2の中心線O2に接近した位置に四角形の支持導通部23が一体に形成されている。第2の中心線O2よりもX2側には、Y1−Y2方向に延びる支持腕部24が設けられている。支持腕部24には、第2の中心線O2に接近した位置に四角形の支持導通部25が一体に形成されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the second operation space 16, a second movable body 21 is provided inside a square second hole 13 opened in the frame body layer 11. A support arm portion 22 extending in the Y1-Y2 direction is provided on the X1 side of the second center line O2. The support arm portion 22 is integrally formed with a square support conduction portion 23 at a position close to the second center line O2. A support arm portion 24 extending in the Y1-Y2 direction is provided on the X2 side from the second center line O2. The support arm portion 24 is integrally formed with a square support conduction portion 25 at a position close to the second center line O2.

第2の可動体21は、X1側の支持腕部22とX2側の支持腕部24との間に挟まれている。X1側に設けられた支持腕部22のY1側の端部と第2の可動体21とが弾性支持部26を介して一体に連結され、支持腕部22のY2側の端部と第2の可動体21とが弾性支持部27を介して一体に連結されている。X2側に設けられた支持腕部24のY1側の端部と第2の可動体21とが弾性支持部28を介して一体に連結され、支持腕部24のY2側の端部と第2の可動体21とが弾性支持部28を介して一体に連結されている。   The second movable body 21 is sandwiched between the support arm portion 22 on the X1 side and the support arm portion 24 on the X2 side. The end portion on the Y1 side of the support arm portion 22 provided on the X1 side and the second movable body 21 are integrally connected via the elastic support portion 26, and the end portion on the Y2 side of the support arm portion 22 and the second end. The movable body 21 is integrally connected through an elastic support portion 27. The end portion on the Y1 side of the support arm portion 24 provided on the X2 side and the second movable body 21 are integrally connected via the elastic support portion 28, and the end portion on the Y2 side of the support arm portion 24 and the second end portion. The movable body 21 is integrally connected via an elastic support portion 28.

図4に示すように、支持腕部22と一体の支持導通部23の一方の面は、第1の絶縁層3の一部である支持絶縁層3bによって、支持基板2の基板面に接合されている。支持導通部23の他方の面は、前記接合層6のひとつである支持接合層6bによって、閉鎖部材4の表面の第2の絶縁層5に接合されている。同様に、他方の支持導通部25も、支持絶縁層3bを介して支持基板2に接合され、支持接合層6bによって第2の絶縁層5に接合されている。   As shown in FIG. 4, one surface of the support conductive portion 23 integrated with the support arm portion 22 is joined to the substrate surface of the support substrate 2 by a support insulating layer 3 b which is a part of the first insulating layer 3. ing. The other surface of the support conductive portion 23 is bonded to the second insulating layer 5 on the surface of the closing member 4 by a support bonding layer 6 b that is one of the bonding layers 6. Similarly, the other support conduction portion 25 is also bonded to the support substrate 2 through the support insulating layer 3b, and is bonded to the second insulating layer 5 by the support bonding layer 6b.

支持導通部23,25は、支持絶縁層3bと支持接合層6bとで上下から挟まれて固定されているが、それ以外の部分である第2の可動体21と支持腕部22,24および弾性支持部26,27,28,29は、支持基板2と接合されておらず、また第2の絶縁層5とも接合されていない。図3に示すように、弾性支持部26,27,28,29は、第2の可動体21および支持腕部22,24とともにシリコンウエハで一体に形成されたものであり、薄肉で長手方向がX方向に延びるミアンダパターンとなるように形成されている。この弾性支持部26,27,28,29のY1−Y2方向への撓み変形によって、第2の可動体21は、主にY1−Y2方向へ移動できる。また、第2の可動体21は、弾性支持部26,27,28,29の拘束力によってX1−X2方向へは動きにくくなっている。   The support conduction portions 23 and 25 are sandwiched and fixed between the support insulating layer 3b and the support bonding layer 6b from above and below, but the second movable body 21 and the support arm portions 22 and 24, which are other portions, are provided. The elastic support portions 26, 27, 28, and 29 are not bonded to the support substrate 2 and are not bonded to the second insulating layer 5. As shown in FIG. 3, the elastic support portions 26, 27, 28, and 29 are integrally formed of a silicon wafer together with the second movable body 21 and the support arm portions 22 and 24, and are thin and have a longitudinal direction. It is formed to be a meander pattern extending in the X direction. The second movable body 21 can move mainly in the Y1-Y2 direction by the bending deformation of the elastic support portions 26, 27, 28, 29 in the Y1-Y2 direction. Further, the second movable body 21 is difficult to move in the X1-X2 direction by the restraining force of the elastic support portions 26, 27, 28, 29.

図3に示すように、第2の可動体21のY1側には、左側の側部からX1方向へ向けて直線的に延びる複数の可動電極21bが一体に形成されている。図5に示すように、複数の可動電極21bは一定の幅寸法で互いに平行にX1方向に延びている。また、第2の可動体21のY1側には、右側の側部からX2方向へ向けて直線的に延びる複数の可動電極21aが一体に形成されている。この可動電極21aは一定の幅寸法で互いに平行にX2方向へ延びている。   As shown in FIG. 3, on the Y1 side of the second movable body 21, a plurality of movable electrodes 21b extending linearly from the left side portion in the X1 direction are integrally formed. As shown in FIG. 5, the plurality of movable electrodes 21b extend in the X1 direction in parallel to each other with a constant width dimension. A plurality of movable electrodes 21a that extend linearly from the right side portion in the X2 direction are integrally formed on the Y1 side of the second movable body 21. The movable electrodes 21a extend in the X2 direction in parallel with each other with a constant width dimension.

第2の可動体21のY2側には、左側の側部からX1方向へ向けて複数の可動電極21dが一体に形成されている。図6に示すように、複数の可動電極21dは一定の幅寸法で互いに平行でX1方向へ向けて直線的に延びている。また、第2の可動体21のY2側には、右側の側部からX2方向へ向けて複数の可動電極21cが一体に形成されている。この右側の可動電極21cは一定の幅寸法で互いに平行でありX2方向へ向けて直線的に延びている。   A plurality of movable electrodes 21d are integrally formed on the Y2 side of the second movable body 21 from the left side portion in the X1 direction. As shown in FIG. 6, the plurality of movable electrodes 21d are parallel to each other with a constant width dimension and extend linearly in the X1 direction. A plurality of movable electrodes 21c are integrally formed on the Y2 side of the second movable body 21 from the right side portion in the X2 direction. The right movable electrodes 21c are parallel to each other with a certain width and extend linearly in the X2 direction.

支持腕部22と一体に形成された前記支持導通部23と、支持腕部24と一体に形成された前記支持導通部25との少なくとも一方が、金属接合部である支持接合層6bを介して、第2の絶縁層5の内部に設けられたリード層と導通している。前記各可動電極21a,21b,21c,21dは、リード層を介して検出回路に接続されている。   At least one of the support conduction part 23 formed integrally with the support arm part 22 and the support conduction part 25 formed integrally with the support arm part 24 is interposed through a support joining layer 6b which is a metal joining part. The lead layer provided in the second insulating layer 5 is electrically connected. Each of the movable electrodes 21a, 21b, 21c, and 21d is connected to a detection circuit through a lead layer.

図3に示すように、第2の動作空間16内では、前記第2の可動体21のさらに内側に、シリコンウエハから分離された第1の固定部31と第2の固定部32が設けられている。第1の固定部31は、第2の中心線O2よりもY1側に設けられており、第1の固定部31には、第2の中心線O2に接近する位置に四角形の支持導通部33が一体に形成されている。第2の固定部32は、第2の中心線O2よりもY2側に設けられており、第2の固定部32には、第2の中心線O2に接近する位置に四角形の支持導通部34が一体に形成されている。   As shown in FIG. 3, in the second operation space 16, a first fixed portion 31 and a second fixed portion 32 separated from the silicon wafer are provided further inside the second movable body 21. ing. The first fixing portion 31 is provided on the Y1 side with respect to the second center line O2. The first fixing portion 31 has a rectangular support conducting portion 33 at a position approaching the second center line O2. Are integrally formed. The second fixing portion 32 is provided on the Y2 side with respect to the second center line O2. The second fixing portion 32 has a rectangular support conduction portion 34 at a position approaching the second center line O2. Are integrally formed.

図4に示すように、第1の固定部31と一体の支持導通部33は、第1の絶縁層3であるSiO2層を残すことで形成された支持絶縁層3cを介して支持基板2に接合されている。また、閉鎖部材4に形成された第2の絶縁層5と支持導通部33とが接合層6のひとつである支持接合層6cによって接合されている。第1の固定部31は、支持導通部33が支持絶縁層3cと支持接合層6cとで挟まれて固定されているが、それ以外の部分は、支持基板2から離れており、また第2の絶縁層5からも離れている。同様に、第2の固定部32と一体の支持導通部34は、支持絶縁層3cを介して支持基板2に接合され、支持接合層6cを介して閉鎖部材4の第2の絶縁層5に接合されている。ただし、第2の固定部32は、支持導通部34以外の部分が、支持基板2および第2の絶縁層5の双方から離れている。As shown in FIG. 4, the support conductive portion 33 integrated with the first fixing portion 31 is supported by the support substrate 2 via the support insulating layer 3 c formed by leaving the SiO 2 layer that is the first insulating layer 3. It is joined to. Further, the second insulating layer 5 formed on the closing member 4 and the support conducting portion 33 are joined by a support joining layer 6 c that is one of the joining layers 6. The first fixing portion 31 is fixed with the support conducting portion 33 sandwiched between the support insulating layer 3c and the support bonding layer 6c, but the other portions are separated from the support substrate 2, Also away from the insulating layer 5. Similarly, the support conducting portion 34 integrated with the second fixing portion 32 is joined to the support substrate 2 via the support insulating layer 3c, and is connected to the second insulating layer 5 of the closing member 4 via the support joining layer 6c. It is joined. However, the second fixing portion 32 is separated from both the support substrate 2 and the second insulating layer 5 except for the support conduction portion 34.

図3に示すように、第1の固定部31は、支持導通部33からY1方向に直線的に延びる電極支持部31aを有している。電極支持部31aのX1側には、複数の固定電極31bが一体に形成されており、電極支持部31aのX2側には、複数の固定電極31cが一体に形成されている。図5には、一方の固定電極31cが示されている。複数の固定電極31cはいずれも一定の幅寸法でX2方向へ直線的に延びている。それぞれの固定電極31cは、第2の可動体21に一体に形成された複数の可動電極21bの間に入り込んでおり、それぞれの固定電極31cは、可動電極21bに対してY1側へ距離δ1を空けて対向している。電極支持部31aからX1方向に延びる固定電極31bも同様に、それぞれの可動電極21aの間に入り込んでおり、それぞれの固定電極31bは、可動電極21aに対してY1側へ距離δ1を空けて対向している。   As shown in FIG. 3, the first fixing portion 31 includes an electrode support portion 31 a that extends linearly from the support conducting portion 33 in the Y1 direction. A plurality of fixed electrodes 31b are integrally formed on the X1 side of the electrode support portion 31a, and a plurality of fixed electrodes 31c are integrally formed on the X2 side of the electrode support portion 31a. FIG. 5 shows one fixed electrode 31c. Each of the plurality of fixed electrodes 31c extends linearly in the X2 direction with a constant width dimension. Each fixed electrode 31c enters between a plurality of movable electrodes 21b formed integrally with the second movable body 21, and each fixed electrode 31c has a distance δ1 toward the Y1 side with respect to the movable electrode 21b. They are facing each other. Similarly, the fixed electrodes 31b extending in the X1 direction from the electrode support portion 31a also enter between the movable electrodes 21a, and each fixed electrode 31b faces the movable electrode 21a with a distance δ1 toward the Y1 side. doing.

第2の固定部32には、支持導通部34からY2方向へ延びる電極支持部32aが一体に形成されている。電極支持部32aには、X1方向へ直線的に延びる複数の固定電極32bと、X2方向へ直線的に延びる複数の固定電極32cが設けられている。図6には、X2方向に延びる固定電極32cが示されている。複数の固定電極32cは、第2の可動体21に形成された複数の可動電極21dの間に入り込んでおり、それぞれの固定電極31cは、可動電極21dに対してY2方向へ距離δ2を空けて対向している。電極支持部32aからX1方向へ延びる複数の固定電極32bも同様に、それぞれの可動電極21cの間に入り込んでおり、固定電極32bは、可動電極21cに対してY2方向へ距離δ2を空けて対向している。   The second fixing portion 32 is integrally formed with an electrode support portion 32a extending from the support conducting portion 34 in the Y2 direction. The electrode support portion 32a is provided with a plurality of fixed electrodes 32b extending linearly in the X1 direction and a plurality of fixed electrodes 32c extending linearly in the X2 direction. FIG. 6 shows a fixed electrode 32c extending in the X2 direction. The plurality of fixed electrodes 32c are inserted between the plurality of movable electrodes 21d formed on the second movable body 21, and each fixed electrode 31c is spaced from the movable electrode 21d by a distance δ2 in the Y2 direction. Opposite. Similarly, the plurality of fixed electrodes 32b extending in the X1 direction from the electrode support portion 32a also enter between the movable electrodes 21c, and the fixed electrode 32b faces the movable electrode 21c with a distance δ2 in the Y2 direction. doing.

第1の固定部31の支持導通部33は、金属接合層である支持接合層6cに接続されているため、前記固定電極31b,31cは、前記支持接合層6cを介して、第2の絶縁層5の内部のリード層に接続されている。同様に、第2の固定部32の支持導通部34も支持接合層6cに接続されており、前記固定電極32b,32cは、支持接合層6cを介して第2の絶縁層5の内部のリード層に接合されている。そして、それぞれのリード層は検出回路に接続されている。   Since the support conduction portion 33 of the first fixed portion 31 is connected to the support bonding layer 6c which is a metal bonding layer, the fixed electrodes 31b and 31c are connected to the second insulating layer via the support bonding layer 6c. It is connected to the lead layer inside the layer 5. Similarly, the support conducting portion 34 of the second fixed portion 32 is also connected to the support bonding layer 6c, and the fixed electrodes 32b and 32c are leads inside the second insulating layer 5 via the support bonding layer 6c. Bonded to the layer. Each lead layer is connected to a detection circuit.

図3に示すように、第2の動作空間16を形成している第2の穴13は四角形であり、第2の可動体21は第2の中心線O2に対して180度の回転対称形状であり、支持腕部22,24も第2の中心線O2に対して180度の回転対称形状である。また、支持導通部23と25および支持導通部33と34の配置も第2の中心線O2に対して180度の回転対称である。また、Y1側の弾性支持部26,28とY2側の弾性支持部27,29も、第2の中心線O2に対して180度の回転対称形状である。   As shown in FIG. 3, the second hole 13 forming the second operation space 16 is a quadrangle, and the second movable body 21 has a rotationally symmetrical shape of 180 degrees with respect to the second center line O2. The support arm portions 22 and 24 also have a rotationally symmetric shape of 180 degrees with respect to the second center line O2. Further, the arrangement of the support conductive portions 23 and 25 and the support conductive portions 33 and 34 is also 180 degrees rotationally symmetric with respect to the second center line O2. The elastic support portions 26 and 28 on the Y1 side and the elastic support portions 27 and 29 on the Y2 side also have a rotationally symmetric shape of 180 degrees with respect to the second center line O2.

MEMSセンサ1の第2の動作空間16は、Y1方向またはY2方向の加速度に反応する。例えば、MEMSセンサ1にY1方向への加速度が作用すると、その反作用により第2の可動体21がY2方向へ移動する。このとき、図5に示す可動電極21bと固定電極31cとの対向距離δ1が広がって、可動電極21bと固定電極31cとの間の静電容量が低下する。これはX1側の可動電極21aと固定電極31bとの間でも同じである。   The second operation space 16 of the MEMS sensor 1 responds to acceleration in the Y1 direction or the Y2 direction. For example, when acceleration in the Y1 direction acts on the MEMS sensor 1, the second movable body 21 moves in the Y2 direction due to the reaction. At this time, the facing distance δ1 between the movable electrode 21b and the fixed electrode 31c shown in FIG. 5 increases, and the capacitance between the movable electrode 21b and the fixed electrode 31c decreases. This is the same between the movable electrode 21a on the X1 side and the fixed electrode 31b.

一方、第2の可動体21がY2方向へ移動すると、図6に示す可動電極21dと固定電極31cとの対向距離δ2が狭くなって、可動電極21dと固定電極31cとの間の静電容量が増大する。これは、X1側の可動電極21cと固定電極32bとの間でも同じである。   On the other hand, when the second movable body 21 moves in the Y2 direction, the facing distance δ2 between the movable electrode 21d and the fixed electrode 31c shown in FIG. 6 is reduced, and the capacitance between the movable electrode 21d and the fixed electrode 31c is reduced. Will increase. This is the same between the movable electrode 21c on the X1 side and the fixed electrode 32b.

上記の可動電極と固定電極の間の静電容量の減少と増大を電気回路で検出し、対向距離δ1の増大による出力の変化と対向距離δ2の減小による出力の変化との差を求めることにより、Y1方向へ作用した加速度の変化や加速度の大きさを大きな出力で検知することができる。   An electric circuit detects a decrease and an increase in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, and obtains a difference between an output change due to an increase in the facing distance δ1 and an output change due to a decrease in the facing distance δ2. Thus, it is possible to detect a change in acceleration acting in the Y1 direction and the magnitude of the acceleration with a large output.

第2の動作空間16では、それぞれの可動電極21a,21b,21c,21dと、それぞれの固定電極31b,31c,32b,32cとの対向部で、静電容量検知式の検知部が構成されている。   In the second operation space 16, a capacitance detection type detection unit is configured by the facing portions of the movable electrodes 21 a, 21 b, 21 c, and 21 d and the fixed electrodes 31 b, 31 c, 32 b, and 32 c. Yes.

図1と図2に示す第3の動作空間17の内部の構造は、図3と図4に示す第2の動作空間16の内部の構造を、第2の中心線O2を介して90度回転させたものと全く同じである。   The internal structure of the third operation space 17 shown in FIGS. 1 and 2 is rotated by 90 degrees through the second center line O2 with respect to the internal structure of the second operation space 16 shown in FIGS. Is exactly the same.

図1と図2に示すように、第3の動作空間17内に設けられた第3の可動体21Aは、図3に示す第2の可動体21を第2の中心線O2を介して90度回転させたものと全く同じである。第3の動作空間17では、第3の可動体21Aが、第3の中心線O3を通ってY方向に延びる線を挟んで左右方向(X1−X2方向)へ線対称形状である。第3の動作空間17内には、X1−X2方向に延びる支持腕部22A,24Aが設けられている。この支持腕部22A,24Aは、図3に示す支持腕部22,24を90度回転させたものと同じである。   As shown in FIGS. 1 and 2, the third movable body 21A provided in the third operation space 17 is different from the second movable body 21 shown in FIG. 3 through the second center line O2. It is exactly the same as the one rotated at a degree. In the third operation space 17, the third movable body 21A has a line-symmetric shape in the left-right direction (X1-X2 direction) with a line extending in the Y direction passing through the third center line O3. In the third operation space 17, support arm portions 22A and 24A extending in the X1-X2 direction are provided. The support arm portions 22A and 24A are the same as those obtained by rotating the support arm portions 22 and 24 shown in FIG. 3 by 90 degrees.

図1に示すように、支持腕部22Aと一体の支持導通部23Aと、支持腕部24Aと一体の支持導通部25Aは、第3の中心線O3を挟んでY1側とY2側に配置されている。支持導通部23A,25AのZ1側の面は、第1の絶縁層3の一部である支持絶縁層3bを介して支持基板2に接合されている。また支持導通部23A,25AのZ2側の面は、支持接合層6bを介して、閉鎖部材4の第2の絶縁層5に接合されている。   As shown in FIG. 1, the support conducting portion 23A integral with the support arm portion 22A and the support conducting portion 25A integral with the support arm portion 24A are arranged on the Y1 side and the Y2 side with the third center line O3 interposed therebetween. ing. The surfaces on the Z1 side of the support conductive portions 23A and 25A are joined to the support substrate 2 via a support insulating layer 3b which is a part of the first insulating layer 3. Further, the surfaces on the Z2 side of the support conductive portions 23A and 25A are bonded to the second insulating layer 5 of the closing member 4 via the support bonding layer 6b.

支持腕部22A,24Aと第3の可動体21Aとの間には、弾性支持部が設けられている。弾性支持部は、図3に示す弾性支持部26,27,28,29の向きを90度回転させたものと同じである。この弾性支持部によって、第3の可動体21Aは、X1−X2方向へ移動自在でY1−Y2方向へ拘束されて支持されている。   An elastic support portion is provided between the support arm portions 22A and 24A and the third movable body 21A. The elastic support portions are the same as those obtained by rotating the directions of the elastic support portions 26, 27, 28, and 29 shown in FIG. 3 by 90 degrees. By this elastic support portion, the third movable body 21A is movable in the X1-X2 direction and supported in the Y1-Y2 direction.

第3の可動体21Aには、図3に示したのと同じ可動電極21a,21b,21c,21dが一体に形成されており、可動電極はY1−Y2方向へ直線的に延びている。   The third movable body 21A is integrally formed with the same movable electrodes 21a, 21b, 21c, and 21d as shown in FIG. 3, and the movable electrodes extend linearly in the Y1-Y2 direction.

第3の動作空間17内には、第1の固定部31Aと第2の固定部32Aが設けられている。第1の固定部31Aは支持導通部33AからX2方向に延び、第2の固定部32Aは支持導通部34AからX1方向へ延びている。図2に示すように、支持導通部33A,34Aは、第1の絶縁層3である支持絶縁層3c,3cによって支持基板2に接合され、接合層6である支持接合層6c,6cによって閉鎖部材4の第2の絶縁層5に接合されている。   In the third operation space 17, a first fixing portion 31A and a second fixing portion 32A are provided. The first fixing portion 31A extends from the support conducting portion 33A in the X2 direction, and the second fixing portion 32A extends from the support conducting portion 34A in the X1 direction. As shown in FIG. 2, the support conducting portions 33A and 34A are bonded to the support substrate 2 by the support insulating layers 3c and 3c which are the first insulating layers 3, and are closed by the support bonding layers 6c and 6c which are the bonding layers 6. It is joined to the second insulating layer 5 of the member 4.

第1の固定部31Aと第2の固定部32Aには、Y1−Y2方向に延びる固定電極が一体に形成されている。第3の可動体21Aに形成された可動電極と、前記固定電極との対向状態は、図5と図6に示した第2の動作空間16内での電極間の対向状態を90度回転させたものに等しい。   A fixed electrode extending in the Y1-Y2 direction is integrally formed on the first fixed portion 31A and the second fixed portion 32A. The facing state between the movable electrode formed on the third movable body 21A and the fixed electrode is obtained by rotating the facing state between the electrodes in the second operation space 16 shown in FIGS. 5 and 6 by 90 degrees. Is equal to

第3の動作空間17内は、X1−X2方向の加速度に反動して動作する。MEMSセンサ1にX1方向またはX2方向の加速度が作用すると、慣性力により第3の可動体21Aが、加速度の作用方向と反対方向に移動し、そのときの移動量が、可動電極と固定電極とが対向した検知部での静電容量の変化として検出される。   The third operation space 17 operates by reacting to the acceleration in the X1-X2 direction. When the acceleration in the X1 direction or the X2 direction acts on the MEMS sensor 1, the third movable body 21A moves in the direction opposite to the direction of the acceleration due to the inertial force, and the amount of movement at that time is determined between the movable electrode and the fixed electrode. Is detected as a change in capacitance at the opposing detection unit.

次に、第1の動作空間15内の構造を説明する。
図1と図2および図7に示す第1の動作空間15内の各機能部は、SOI層の一方のシリコンウエハから枠体層11と共に分離されて形成されたものである。
Next, the structure in the first operation space 15 will be described.
Each functional part in the first operation space 15 shown in FIGS. 1, 2 and 7 is formed separately from one silicon wafer of the SOI layer together with the frame body layer 11.

第1の動作空間15内では、枠体層11の第1の穴12の内側に第1の可動体41が設けられている。図1に示すように、第1の可動体41には、第1の中心線O1よりもX1側に右質量部41AがX2側に左質量部41Bがそれぞれ一体に形成され、右質量部41Aと左質量部41Bとの間に連結部41Cが一体に形成されている。第1の中心線O1は連結部41Cに位置している。第1の可動体41は、第1の中心線O1に対して180度の回転対称形状であり、且つ第1の中心線O1を通りY方向に延びる線を挟んで左右に線対称形状である。   In the first operation space 15, a first movable body 41 is provided inside the first hole 12 of the frame body layer 11. As shown in FIG. 1, the first movable body 41 is integrally formed with a right mass portion 41A on the X1 side and a left mass portion 41B on the X2 side with respect to the first center line O1, and the right mass portion 41A. 41C is integrally formed between the left mass portion 41B and the left mass portion 41B. The first center line O1 is located at the connecting portion 41C. The first movable body 41 has a rotationally symmetric shape of 180 degrees with respect to the first center line O1, and has a symmetrical shape to the left and right across a line that passes through the first center line O1 and extends in the Y direction. .

第1の可動体41の連結部41CのY1側とY2側に隣接する位置に、支持導通部42,42が設けられている。第1の可動体41の右質量部41Aの外側にはコの字形状の右リンク部43Aが設けられ、左質量部41Bの外側には左リンク部43Bが設けられている。支持導通部42,42と右リンク部43Aおよび左リンク部43Bは、第1の可動体41と共に、機能層10のシリコンウエハから分離されて形成されている。   Support conduction portions 42 and 42 are provided at positions adjacent to the Y1 side and the Y2 side of the connecting portion 41C of the first movable body 41. A U-shaped right link portion 43A is provided outside the right mass portion 41A of the first movable body 41, and a left link portion 43B is provided outside the left mass portion 41B. The support conductive portions 42, 42, the right link portion 43 </ b> A, and the left link portion 43 </ b> B are formed separately from the silicon wafer of the functional layer 10 together with the first movable body 41.

図1に示すように、右リンク部43AのX2側の2箇所の端部は、それぞれヒンジ部44A,44Aを介して前記支持導通部42,42に回動自在に連結されており、左リンク部43BのX1側の2箇所の端部は、それぞれヒンジ部44B,44Bを介して前記支持導通部42,42に回動自在に連結されている。さらに、右リンク部43AのX2側の2箇所の端部と、左リンク部43BのX1側の2箇所の端部は、連結ヒンジ部45,45によって互いに回動自在に連結されている。第1の可動体41の右質量部41AのX1側の端部と、右リンク部43Aは、ヒンジ部46A,46Aを介して回動自在に連結されており、左質量部41BのX2側の端部と左リンク部43Bは、ヒンジ部46B,46Bを介して回動自在に連結されている。   As shown in FIG. 1, two end portions on the X2 side of the right link portion 43A are rotatably connected to the support conducting portions 42 and 42 via hinge portions 44A and 44A, respectively. Two end portions on the X1 side of the portion 43B are rotatably connected to the support conducting portions 42 and 42 via hinge portions 44B and 44B, respectively. Further, two end portions on the X2 side of the right link portion 43A and two end portions on the X1 side of the left link portion 43B are connected to each other by connecting hinge portions 45 and 45 so as to be rotatable. The end portion on the X1 side of the right mass portion 41A of the first movable body 41 and the right link portion 43A are rotatably connected via hinge portions 46A and 46A, and the X2 side of the left mass portion 41B is on the X2 side. The end portion and the left link portion 43B are rotatably connected via hinge portions 46B and 46B.

ヒンジ部44A,44B,45,46A,46Bは、シリコンウエハで円柱状または角柱状に形成されており、弾性的に捻り変形可能であり、外力が作用しないときは、弾性力によって捻りの無い状態に復元する。   The hinge portions 44A, 44B, 45, 46A, 46B are formed in a cylindrical or prismatic shape with a silicon wafer, can be elastically twisted and deformed, and are not twisted by elastic force when no external force is applied. Restore to.

図7に示すように、それぞれの支持導通部42,42のZ1側に向く面は、第1の絶縁層3の一部である支持絶縁層3dによって支持基板2に接合されている。支持導通部42,42のZ2側に向く面は、接合層6の一部である支持接合層6dによって、閉鎖部材4の第2の絶縁層5に接合されている。   As shown in FIG. 7, the surfaces of the support conductive portions 42, 42 facing the Z <b> 1 side are bonded to the support substrate 2 by a support insulating layer 3 d that is a part of the first insulating layer 3. The surfaces of the support conductive portions 42, 42 facing the Z <b> 2 side are bonded to the second insulating layer 5 of the closing member 4 by a support bonding layer 6 d that is a part of the bonding layer 6.

支持導通部42,42は、支持絶縁層3dと支持接合層6dとで挟まれて固定されているが、第1の可動体41と、右リンク部43Aおよび左リンク部43Bは、支持基板2と第2の絶縁層5のそれぞれの表面から離れている。よって、図7に示すように、右リンク部43Aがヒンジ部44Aを支点として反時計方向へ回動し、左リンク部43Bがヒンジ部44Bを支点として時計方向へ回動することで、第1の可動体41がZ1方向へ移動することが可能である。逆に、前記ヒンジ部44Aとヒンジ部44Bが図7と反対方向へ回動することで、第1の可動体41がZ2方向へ移動することが可能となっている。   The support conductive portions 42 and 42 are sandwiched and fixed between the support insulating layer 3d and the support bonding layer 6d, but the first movable body 41, the right link portion 43A, and the left link portion 43B are supported by the support substrate 2. And away from the respective surfaces of the second insulating layer 5. Therefore, as shown in FIG. 7, the right link portion 43A rotates counterclockwise with the hinge portion 44A as a fulcrum, and the left link portion 43B rotates clockwise with the hinge portion 44B as a fulcrum. The movable body 41 can move in the Z1 direction. On the contrary, the first movable body 41 can move in the Z2 direction by rotating the hinge portion 44A and the hinge portion 44B in the opposite direction to FIG.

また、Z方向への外力が作用していないときは、それぞれのヒンジ部がねじり変形しない状態に復元するため、第1の可動体41は、第1の動作空間15内においてZ1方向とZ2方向へ移動しない中立位置にある。   Further, when an external force in the Z direction is not applied, each hinge portion is restored to a state in which it is not twisted and deformed, so that the first movable body 41 has the Z1 direction and the Z2 direction in the first operation space 15. Neutral position that does not move to

なお、図7では、図示の都合上、第1の動作空間15における支持基板2と第2の絶縁層5とのZ方向の間隔が、図4に示す第2の動作空間16よりも広く図示されているが、実際には、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17とで、内部空間のZ方向の間隔が同じである。また、第1の可動体41のZ方向の厚さ寸法は、第2の可動体21と第3の可動部21Aの厚さ寸法と全く同じである。   In FIG. 7, for the sake of illustration, the interval in the Z direction between the support substrate 2 and the second insulating layer 5 in the first operation space 15 is wider than that in the second operation space 16 shown in FIG. However, in practice, the first operation space 15, the second operation space 16, and the third operation space 17 have the same internal space in the Z direction. Further, the thickness dimension in the Z direction of the first movable body 41 is exactly the same as the thickness dimension of the second movable body 21 and the third movable portion 21A.

図8(A)に拡大して示すように、第1の可動体41の右質量部41Aには、Y1側の側部からY2方向へ直線的に延びる複数の可動電極47aが一体に形成されている。同様に、右質量部41Aには、Y2側の側部からY1方向へ直線的に延びる複数の可動電極47aが一体に形成されている。図9(A)に拡大して示すように、第1の可動体41の左質量部41Bには、Y1側の側部からY2方向へ直線的に延びる複数の可動電極47bが一体に形成されている。同様に、左質量部41Bには、Y2側の側部からY1方向へ向けて直線的に延びる複数の可動電極47bが一体に形成されている。   As shown in an enlarged view in FIG. 8A, the right mass portion 41A of the first movable body 41 is integrally formed with a plurality of movable electrodes 47a extending linearly from the side portion on the Y1 side in the Y2 direction. ing. Similarly, the right mass portion 41A is integrally formed with a plurality of movable electrodes 47a that linearly extend in the Y1 direction from the Y2 side. As shown in an enlarged view in FIG. 9A, the left mass portion 41B of the first movable body 41 is integrally formed with a plurality of movable electrodes 47b extending linearly from the side portion on the Y1 side in the Y2 direction. ing. Similarly, the left mass portion 41B is integrally formed with a plurality of movable electrodes 47b extending linearly from the side portion on the Y2 side in the Y1 direction.

前記支持導通部42,42のZ2側の面は、接合層6のひとつである支持接合層6dを介して、第2の絶縁層5内のリード層に接続されている。したがって、第1の可動体41と一体に形成されているそれぞれの可動電極47a,37bは、右リンク部43Aおよび左リンク部43Bおよび支持導通部42,42を経て、さらに前記支持接合層6dを介して前記リード層に導通している。   The surface on the Z2 side of the support conducting portions 42, 42 is connected to a lead layer in the second insulating layer 5 through a support bonding layer 6d which is one of the bonding layers 6. Accordingly, each of the movable electrodes 47a and 37b formed integrally with the first movable body 41 passes through the right link portion 43A, the left link portion 43B and the support conducting portions 42 and 42, and further passes the support bonding layer 6d. Through the lead layer.

図1に示すように、第1の可動体41の内部には、右固定部51と左固定部53が第1の可動体41から分離されて形成されている。右固定部51は第1の中心線O1よりも右側に位置し、左固定部53は第1の中心線O1よりも左側に位置している。右固定部51には、第1の中心線O1に接近する位置に四角形の支持導通部52が一体に形成されており、左固定部53には、第1の中心線O1に接近する位置に四角形の支持導通部54が一体に形成されている。   As shown in FIG. 1, a right fixed portion 51 and a left fixed portion 53 are formed separately from the first movable body 41 inside the first movable body 41. The right fixing part 51 is located on the right side of the first center line O1, and the left fixing part 53 is located on the left side of the first center line O1. The right fixing portion 51 is integrally formed with a rectangular support conducting portion 52 at a position approaching the first center line O1, and the left fixing portion 53 is at a position approaching the first center line O1. A rectangular support conducting portion 54 is integrally formed.

図2に示すように、支持導通部52と支持導通部54のZ1側の面は、それぞれ第1の絶縁層3である支持絶縁層3e,3eによって支持基板2に接合されている。支持導通部52と支持導通部54のZ2側の面は、それぞれ接合層6のひとつである支持接合層6e,6eによって、閉鎖部材4の第2の絶縁層5に接合されている。ただし、右固定部51と左固定部53は、支持導通部52,54以外の部分が支持基板2と第2の絶縁層5から離れている。   As shown in FIG. 2, the Z1 side surfaces of the support conductive portion 52 and the support conductive portion 54 are joined to the support substrate 2 by support insulating layers 3e and 3e, which are the first insulating layers 3, respectively. The Z2 side surfaces of the support conductive portion 52 and the support conductive portion 54 are bonded to the second insulating layer 5 of the closing member 4 by support bonding layers 6e and 6e, which are one of the bonding layers 6, respectively. However, the right fixing part 51 and the left fixing part 53 are apart from the support substrate 2 and the second insulating layer 5 except for the support conduction parts 52 and 54.

図8(A)に示すように、右固定部51には、Y1方向とY2方向の双方に延びる複数の固定電極51aが一体に形成されている。図9(A)に示すように、左固定部53には、Y1方向とY2方向の双方に延びる複数の固定電極53aが一体に形成されている。右側の固定電極51aは、支持導通部52と支持接合層6eを介して、第2の絶縁層5内のリード層に接合されており、左側の固定電極53aも、支持導通部54と支持接合層6eを介して、第2の絶縁層5内のリード層に接合されている。   As shown in FIG. 8A, the right fixed portion 51 is integrally formed with a plurality of fixed electrodes 51a extending in both the Y1 direction and the Y2 direction. As shown in FIG. 9A, the left fixed portion 53 is integrally formed with a plurality of fixed electrodes 53a extending in both the Y1 direction and the Y2 direction. The right fixed electrode 51a is joined to the lead layer in the second insulating layer 5 via the support conduction portion 52 and the support joining layer 6e, and the left fixed electrode 53a is also joined to the support conduction portion 54 in a support joining manner. It is bonded to the lead layer in the second insulating layer 5 through the layer 6e.

図8(A)と図9(A)に示すように、複数の右側の固定電極51aおよび複数の左側の固定電極53aは、一定の幅寸法でY1方向とY2方向へ直線的に延び、且つ平行に形成されている。また、図8(B)と図9(B)に示すように、右側の固定電極51aと左側の固定電極53aは、Z方向の厚さ寸法が同じであり、且つZ方向の同じ高さ位置に形成されている。   As shown in FIGS. 8A and 9A, the plurality of right fixed electrodes 51a and the plurality of left fixed electrodes 53a extend linearly in the Y1 direction and the Y2 direction with a constant width dimension, and They are formed in parallel. Further, as shown in FIGS. 8B and 9B, the right fixed electrode 51a and the left fixed electrode 53a have the same thickness dimension in the Z direction and the same height position in the Z direction. Is formed.

図8(B)に示すように、第1の可動体41の右質量部41Aに一体に形成されている可動電極47aは、Z方向の厚さ寸法が固定電極51aの厚さ寸法と等しいが、第1の可動体41がZ方向の中立位置にあるとき、可動電極47aは、固定電極51aよりもδ3だけZ1方向にずれた位置にある。図9(B)に示すように、第1の可動体41の左質量部41Bに一体に形成されている可動電極47bは、Z方向の厚さ寸法が、左側の固定電極53aと同じであるが、第1の可動体41がZ方向の中立位置にあるとき、可動電極47bは、固定電極53aよりもδ4だけZ2方向へ位置ずれしている。図8(B)に示すずれ量δ3と図9(B)に示すずれ量δ4は等しい。   As shown in FIG. 8B, the movable electrode 47a formed integrally with the right mass portion 41A of the first movable body 41 has a thickness dimension in the Z direction equal to the thickness dimension of the fixed electrode 51a. When the first movable body 41 is in the neutral position in the Z direction, the movable electrode 47a is in a position shifted in the Z1 direction by δ3 from the fixed electrode 51a. As shown in FIG. 9B, the movable electrode 47b formed integrally with the left mass portion 41B of the first movable body 41 has the same thickness dimension in the Z direction as the left fixed electrode 53a. However, when the first movable body 41 is in the neutral position in the Z direction, the movable electrode 47b is displaced in the Z2 direction by δ4 from the fixed electrode 53a. The deviation amount δ3 shown in FIG. 8B is equal to the deviation amount δ4 shown in FIG. 9B.

第1の動作空間15はZ方向への加速度に反応することができる。例えば、MENSセンサ1にZ2方向の加速度が作用すると、その反作用で、図7に示すように第1の可動体41がZ1方向へ移動する。このとき、図8(B)に示す検知部では、右質量部41Aの可動電極47aが矢印で示すようにZ1方向へ移動し、可動電極47aと固定電極51aとの対向面積が低下し、よって可動電極47aと固定電極51aとの間の静電容量が低下する。一方、図9(B)に示す検知部では、左質量部41Bの可動電極47bがZ1方向へ移動し、可動電極47bと固定電極53aの対向面積が増加して静電容量が大きくなる。   The first motion space 15 can respond to acceleration in the Z direction. For example, when acceleration in the Z2 direction acts on the MENS sensor 1, the first movable body 41 moves in the Z1 direction as shown in FIG. At this time, in the detection unit shown in FIG. 8B, the movable electrode 47a of the right mass unit 41A moves in the Z1 direction as indicated by the arrow, and the facing area between the movable electrode 47a and the fixed electrode 51a is reduced. The capacitance between the movable electrode 47a and the fixed electrode 51a is reduced. On the other hand, in the detection unit shown in FIG. 9B, the movable electrode 47b of the left mass unit 41B moves in the Z1 direction, the opposing area between the movable electrode 47b and the fixed electrode 53a increases, and the capacitance increases.

図示しない検出回路では、図8に示す検出部での静電容量の低下に基づく出力と、図9に示す検出部での静電容量の増加に基づく出力との差を算出することで、Z2方向へ作用した加速度の大きさや変化を大きな出力で認識できる。逆に、Z1方向の加速度が作用すると、第1の可動体41が中立位置よりもZ2方向へ移動する。このとき、図8(A)に示す検知部では、可動電極47aと固定電極51aとの間の静電容量が増加し、逆に図9(B)に示す検知部では、可動電極47bと固定電極53aとの間の静電容量が低下する。   In a detection circuit (not shown), Z2 is calculated by calculating a difference between an output based on a decrease in capacitance at the detection unit shown in FIG. 8 and an output based on an increase in capacitance at the detection unit shown in FIG. The magnitude and change of acceleration acting in the direction can be recognized with a large output. Conversely, when acceleration in the Z1 direction acts, the first movable body 41 moves in the Z2 direction from the neutral position. At this time, in the detection unit shown in FIG. 8A, the capacitance between the movable electrode 47a and the fixed electrode 51a increases. Conversely, in the detection unit shown in FIG. 9B, the detection unit shown in FIG. The capacitance between the electrode 53a is lowered.

図10(A)(B)は、固定電極51a,53aと可動電極47a,47bの形状の別の実施の形態を示している。   FIGS. 10A and 10B show another embodiment of the shapes of the fixed electrodes 51a and 53a and the movable electrodes 47a and 47b.

図10(A)に示すように、右側の固定電極51aよりも、可動電極47aのZ1方向の長さ寸法が大きい。図10(B)に示すように、左側の固定電極53aは、可動電極47bよりもZ1方向の長さ寸法が大きい。すなわち、右側の固定電極51aと左側の可動電極47bが同じ寸法で、右側の固定電極53aと左側の可動電極47aと同じ寸法である。第1の可動体41がZ方向の中立位置にあるとき、固定電極51a、可動電極47a、固定電極53aおよび可動電極47b、は全てZ2側の端部がZ方向で同じ高さである。   As shown in FIG. 10A, the length dimension of the movable electrode 47a in the Z1 direction is larger than that of the right fixed electrode 51a. As shown in FIG. 10B, the left fixed electrode 53a has a length dimension in the Z1 direction larger than that of the movable electrode 47b. That is, the right fixed electrode 51a and the left movable electrode 47b have the same dimensions, and the right fixed electrode 53a and the left movable electrode 47a have the same dimensions. When the first movable body 41 is in the neutral position in the Z direction, the fixed electrode 51a, the movable electrode 47a, the fixed electrode 53a, and the movable electrode 47b all have the same height in the Z direction on the Z2 side.

第1の可動体41がZ1方向へ移動すると、図10(A)に示す右側の固定電極51aと可動電極47aとの対向面積が減少するが、図10(B)に示す左側の固定電極53aと可動電極47bとの対向面積は変化しない。逆に第1の可動体41が、Z2方向へ移動すると、右側の固定電極51aと可動電極47aとの対向面積が変化せず、左側の固定電極53aと可動電極47bとの対向面積が減少する。   When the first movable body 41 moves in the Z1 direction, the facing area between the right fixed electrode 51a and the movable electrode 47a shown in FIG. 10A decreases, but the left fixed electrode 53a shown in FIG. 10B. And the movable electrode 47b facing area does not change. Conversely, when the first movable body 41 moves in the Z2 direction, the opposed area between the right fixed electrode 51a and the movable electrode 47a does not change, and the opposed area between the left fixed electrode 53a and the movable electrode 47b decreases. .

図示しない検出回路で、図10(A)に示す検出部での静電容量に基づく出力と、図10(B)に示す検出部での静電容量に基づく出力との差を算出することで、図1方向およびZ2方向へ作用した加速度の大きさや変化を、環境温度の変化などに影響を受けずに認識できる。   By calculating the difference between the output based on the electrostatic capacitance at the detection unit shown in FIG. 10A and the output based on the electrostatic capacitance at the detection unit shown in FIG. The magnitude and change of the acceleration acting in the direction of FIG. 1 and the Z2 direction can be recognized without being affected by changes in the environmental temperature.

図11は本実施形態におけるMEMSセンサを備えた検出装置の部分平面図を示す。なお図11のMEMSセンサは、支持基板を透視して示したものである。また図11は図1に示すMEMSセンサを基に作成したものであり、図11では、説明するに重要なMEMSセンサの支持導通部の箇所を図示し、各支持導通部の周囲の構成部については省略した。図1や図3等も引用しながら図11を説明する。   FIG. 11 is a partial plan view of a detection apparatus including a MEMS sensor according to this embodiment. Note that the MEMS sensor of FIG. 11 is shown through the support substrate. FIG. 11 is created based on the MEMS sensor shown in FIG. 1, and FIG. 11 illustrates the location of the support conduction portion of the MEMS sensor that is important for explanation, and shows the components around each support conduction portion. Omitted. FIG. 11 will be described with reference to FIG. 1 and FIG.

既に説明したように、図1のように、第1の動作空間15に設けられた第1の可動体41は、例えばZ方向の加速度を検知するものであり、第2の動作空間16に設けられた第2の可動体21はY方向の加速度を検知するものであり、第3の動作空間17に設けられた第3の可動体21AはX方向の加速度を検知するものである。   As already described, as shown in FIG. 1, the first movable body 41 provided in the first operation space 15 detects acceleration in the Z direction, for example, and is provided in the second operation space 16. The second movable body 21 is for detecting acceleration in the Y direction, and the third movable body 21A provided in the third operation space 17 is for detecting acceleration in the X direction.

移動量は、加速度が作用することで可動体が移動すると、それに伴い可動電極と固定電極間に作用する静電容量の変化として検出される。   The amount of movement is detected as a change in capacitance acting between the movable electrode and the fixed electrode when the movable body moves due to the action of acceleration.

図1,図11に示す第1の動作空間15内に形成される支持導通部52は、固定電極51aを備える右固定部51と一体に形成され、支持導通部54は、固定電極53aを備える左固定部53と一体に形成される。前記支持導通部52,54はいずれも出力電極として機能しており、閉鎖部材4側に設けられた第2の絶縁層5内(図2参照)に埋設された第1リード層70,71に接続されている。なお図11では、リード層の平面位置を明確にすべく前記リード層を実線で示している。また、第1の動作空間15内に形成された2つの支持導通部42,42により第1の可動体41が支えられている。第1の可動体41に可動電極が設けられる。そして一方の支持導通部42が入力電極として、閉鎖部材4側に設けられた第2の絶縁層5内の第2リード層72に接続されている。   The support conduction part 52 formed in the 1st operation space 15 shown in FIG. 1, FIG. 11 is integrally formed with the right fixed part 51 provided with the fixed electrode 51a, and the support conduction part 54 is provided with the fixed electrode 53a. It is formed integrally with the left fixing part 53. The support conducting portions 52 and 54 both function as output electrodes, and are connected to the first lead layers 70 and 71 embedded in the second insulating layer 5 (see FIG. 2) provided on the closing member 4 side. It is connected. In FIG. 11, the lead layer is indicated by a solid line in order to clarify the planar position of the lead layer. Further, the first movable body 41 is supported by the two support conducting portions 42 and 42 formed in the first operation space 15. A movable electrode is provided on the first movable body 41. One support conduction portion 42 is connected as an input electrode to the second lead layer 72 in the second insulating layer 5 provided on the closing member 4 side.

また図1,図3,図11に示す第2の動作空間16内に形成される支持導通部33は、固定電極31b,31cを備える第1の固定部31が一体に形成され、支持導通部34は、固定電極32b,32cを備える第2の固定部32が一体に形成される。前記支持導通部33,34はいずれも出力電極として機能しており、閉鎖部材4側に設けられた第2の絶縁層5内の第1リード層73,74に接続されている。また、第2の動作空間16内に形成された2つの支持導通部23,25により第2の可動体21が支えられている。第2の可動体21に可動電極が設けられる。そして一方の支持導通部25が入力電極として、閉鎖部材4側に設けられた第2の絶縁層5内の第2リード層75に接続されている。   Further, the support conductive portion 33 formed in the second operation space 16 shown in FIGS. 1, 3, and 11 is formed integrally with the first fixed portion 31 including the fixed electrodes 31b and 31c. 34, the second fixed portion 32 including the fixed electrodes 32b and 32c is integrally formed. The support conducting portions 33 and 34 both function as output electrodes and are connected to first lead layers 73 and 74 in the second insulating layer 5 provided on the closing member 4 side. Further, the second movable body 21 is supported by the two support conducting portions 23 and 25 formed in the second operation space 16. A movable electrode is provided on the second movable body 21. One support conduction portion 25 is connected as an input electrode to the second lead layer 75 in the second insulating layer 5 provided on the closing member 4 side.

また、図1,図11に示す第3の動作空間17内に形成される支持導通部33Aは、固定電極を備える第1の固定部31Aと一体に形成され、支持導通部34Aは、固定電極を備える第2の固定部32Aと一体に形成される。前記支持導通部33A,34Aはいずれも出力電極として機能しており、閉鎖部材4側に設けられた第2の絶縁層5内の第1リード層76,77に接続されている。また、第3の動作空間17内に形成された2つの支持導通部23A,25Aにより第3の可動体21Aが支えられている。第3の可動体21Aには可動電極が設けられる。そして一方の支持導通部23Aが入力電極として、閉鎖部材4側に設けられた第2の絶縁層5内の第2リード層78に接続されている。   Moreover, the support conduction | electrical_connection part 33A formed in the 3rd operation space 17 shown in FIG. 1, FIG. 11 is formed integrally with the 1st fixing | fixed part 31A provided with a fixed electrode, and the support conduction | electrical_connection part 34A is a fixed electrode. Are formed integrally with the second fixing portion 32A. Both of the support conducting portions 33A and 34A function as output electrodes and are connected to first lead layers 76 and 77 in the second insulating layer 5 provided on the closing member 4 side. Further, the third movable body 21A is supported by the two support conduction portions 23A and 25A formed in the third operation space 17. The third movable body 21A is provided with a movable electrode. One support conduction portion 23A is connected as an input electrode to the second lead layer 78 in the second insulating layer 5 provided on the closing member 4 side.

図11に示すように各リード層はY1方向に引き延ばされて、閉鎖部材4のY1側にてX1−X2方向に所定の間隔を空けて配置された各外部接続パッド80〜88に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 11, each lead layer is extended in the Y1 direction and electrically connected to each of the external connection pads 80 to 88 disposed at a predetermined interval in the X1-X2 direction on the Y1 side of the closing member 4. Connected.

前記外部接続パッド80〜88の並びは、検出回路を備える集積回路(IC)100の端子部90〜98の並びにしたがって決定される。図11に示す実施形態では、集積回路(IC)100側の各端子部90〜98とY1−Y2方向にて略対向するように前記外部接続パッド80〜88が間隔を空けてX1−X2方向に一列に配置される。   The arrangement of the external connection pads 80 to 88 is determined according to the arrangement of the terminal portions 90 to 98 of the integrated circuit (IC) 100 including the detection circuit. In the embodiment shown in FIG. 11, the external connection pads 80 to 88 are spaced apart from each other so that the terminal portions 90 to 98 on the integrated circuit (IC) 100 side are substantially opposed to each other in the Y1-Y2 direction. Arranged in a row.

そして略対向する各外部接続パッド80〜88と各端子部90〜98間が例えばワイヤボンディングにより導通接続されている。   The external connection pads 80 to 88 and the terminal portions 90 to 98 that are substantially opposed to each other are electrically connected by wire bonding, for example.

図11に示す構成では、集積回路(IC)100側の端子部90〜98の並びに対応すべく、各外部接続パッド80〜88が第1の動作空間15付近のY1側にまとまって設けられる。このとき、第1の動作空間15内に設けられる出力電極としての支持導通部52,54から外部接続パッド83,85までの直線距離はほぼ同じとなり、第1リード層70,71のパターン長さが変わらないように調整できる。   In the configuration shown in FIG. 11, the external connection pads 80 to 88 are collectively provided on the Y1 side in the vicinity of the first operation space 15 in order to correspond to the terminal portions 90 to 98 on the integrated circuit (IC) 100 side. At this time, the linear distances from the support conductive portions 52 and 54 as output electrodes provided in the first operation space 15 to the external connection pads 83 and 85 are substantially the same, and the pattern lengths of the first lead layers 70 and 71 are the same. Can be adjusted so that does not change.

一方、図11に示す構成では、第2の動作空間16内に設けられた出力電極としての支持導通部33,34と外部接続パッド86,88間の直線距離が異なりやすく、さらにパターンを引き回す関係上、第1リード層73,74は異なるパターン長さで設計される。第3の動作空間17でも同様である。   On the other hand, in the configuration shown in FIG. 11, the linear distance between the support conductive portions 33 and 34 as output electrodes provided in the second operation space 16 and the external connection pads 86 and 88 is easily different, and the pattern is drawn around. In addition, the first lead layers 73 and 74 are designed with different pattern lengths. The same applies to the third operation space 17.

そして第2の動作空間16内において、出力電極と接続される第1リード層73,74のパターン長さが異なると、第1リード層73,74と閉鎖部材4間で生じる寄生容量が異なる問題が生じる。   In the second operation space 16, when the pattern lengths of the first lead layers 73 and 74 connected to the output electrode are different, the parasitic capacitance generated between the first lead layers 73 and 74 and the closing member 4 is different. Occurs.

本実施形態では、出力電極である支持導通部33,34に接続されている外部接続パッド86,88から得られた出力は、集積回路(IC)100で差動出力として得ることができるが、上記のように、第1リード層73,74と閉鎖部材4間で生じる寄生容量が異なると、前記差動出力を得るときに寄生容量分を相殺できず、高精度な差動出力を得ることが出来ないという問題があった。あるいは、集積回路(IC)100側で前記寄生容量を考慮してオフセット量を設定しなければならなかった。   In the present embodiment, the output obtained from the external connection pads 86 and 88 connected to the support conductive portions 33 and 34 that are output electrodes can be obtained as a differential output by the integrated circuit (IC) 100. As described above, if the parasitic capacitance generated between the first lead layers 73 and 74 and the closing member 4 is different, the parasitic capacitance cannot be offset when obtaining the differential output, and a highly accurate differential output is obtained. There was a problem that was not possible. Alternatively, the offset amount must be set on the integrated circuit (IC) 100 side in consideration of the parasitic capacitance.

そこで本実施形態では第1リード層73,74のパターン長さが異なるように設計されても、第1リード層73,74と閉鎖部材4間で生じる寄生容量を一定に近づけるように、パターン長さが長い第1リード層74の幅を細くし、一方、パターン長さが短い第1リード層73の幅を太くした。これにより、従来に比べて、第1リード層73,74と閉鎖部材4間で生じる寄生容量を一定に近づけることができ、高精度な差動出力を得ることが可能になる。   Therefore, in the present embodiment, even if the pattern lengths of the first lead layers 73 and 74 are designed to be different, the pattern length is set so that the parasitic capacitance generated between the first lead layers 73 and 74 and the closing member 4 approaches a constant value. The width of the first lead layer 74 having a longer length is reduced, while the width of the first lead layer 73 having a shorter pattern length is increased. As a result, the parasitic capacitance generated between the first lead layers 73 and 74 and the closing member 4 can be made closer to a constant value as compared with the conventional case, and a highly accurate differential output can be obtained.

上記のリード層の幅の調整は、各検知部で行われる。すなわち図11の構成では、第1の動作空間15内に設けられた出力電極としての支持導通部52,54と接続される第1リード層70,71はほぼ同じパターン長さで調整されるので、幅をほぼ同じに設定できる。   The width of the lead layer is adjusted by each detection unit. That is, in the configuration of FIG. 11, the first lead layers 70 and 71 connected to the support conductive portions 52 and 54 as output electrodes provided in the first operation space 15 are adjusted with substantially the same pattern length. , The width can be set almost the same.

このように本実施形態では、MEMSセンサの外部接続パッド80〜88を、集積回路(IC)100側の端子部90〜98の位置に応じて配置することで各検知部で第1リード層のパターン長さが異なっても第1リード層の幅を調整することで、高精度な差動出力を得ることが可能になる。本実施形態のMEMSセンサの構成によれば、どのような集積回路(IC)100との接続にも適切に対応することが可能であり、集積回路(IC)100側に規制を与えることなく、検出精度に優れた検出装置を製造することが可能である。   As described above, in the present embodiment, the external connection pads 80 to 88 of the MEMS sensor are arranged in accordance with the positions of the terminal portions 90 to 98 on the integrated circuit (IC) 100 side, so that the first lead layer of each detection unit is arranged. Even if the pattern length is different, it is possible to obtain a highly accurate differential output by adjusting the width of the first lead layer. According to the configuration of the MEMS sensor of the present embodiment, it is possible to appropriately cope with connection with any integrated circuit (IC) 100, and without restricting the integrated circuit (IC) 100 side, It is possible to manufacture a detection device with excellent detection accuracy.

図12は別の実施形態を示す検査装置の平面図である。なお図12の平面図は、パッケージの蓋側を取り外して示したものである。図13は図12に示すMEMSセンサの拡大平面図である。また、図12,図13に示すMEMSセンサは、支持基板を透視して示したものであり、且つ、リード層の形成位置を明確にすべく前記リード層を実線で示している。   FIG. 12 is a plan view of an inspection apparatus showing another embodiment. Note that the plan view of FIG. 12 is shown with the lid side of the package removed. FIG. 13 is an enlarged plan view of the MEMS sensor shown in FIG. In addition, the MEMS sensor shown in FIGS. 12 and 13 is seen through the support substrate, and the lead layer is shown by a solid line in order to clarify the formation position of the lead layer.

図12に示す検査装置110は、集積回路(IC)111と、MEMSセンサ112とがパッケージ化された構成である。   The inspection apparatus 110 shown in FIG. 12 has a configuration in which an integrated circuit (IC) 111 and a MEMS sensor 112 are packaged.

以下では、MEMSセンサ112の構成が図1や図11と異なる点を説明する。図12,図13では、第1の動作空間15内に出力電極として機能する支持導通部113〜116が4つ分離して形成され、且つ、各支持導通部113〜116に支持される固定部117〜120が夫々、形成されている。図12,図13では、支持導通部113と、支持導通部116に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部117,120が、可動電極と同じ位置関係になっており、また、支持導通部114と、支持導通部115に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部118,119が、可動電極と同じ位置関係になっている。   Below, the point from which the structure of the MEMS sensor 112 differs from FIG.1 and FIG.11 is demonstrated. 12 and 13, four support conductive portions 113 to 116 functioning as output electrodes are formed in the first operation space 15 separately, and the fixed portions are supported by the support conductive portions 113 to 116. 117 to 120 are respectively formed. 12 and 13, the support conductive portion 113 and the fixed portions 117 and 120 including the comb-shaped fixed electrode supported by the support conductive portion 116 are in the same positional relationship as the movable electrode. The conductive portion 114 and the fixed portions 118 and 119 each having a comb-shaped fixed electrode supported by the support conductive portion 115 are in the same positional relationship as the movable electrode.

また、第2の動作空間16内でも出力電極として機能する支持導通部121〜124が4つ分離して形成され、且つ、各支持導通部121〜124に支持される固定部125〜128が夫々、形成されている。図12,図13では、支持導通部121と、支持導通部124に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部125,128が、可動電極と同じ位置関係になっており、また、支持導通部122と、支持導通部123に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部126,127が、可動電極と同じ位置関係になっている。   In the second operation space 16, four support conductive portions 121 to 124 that function as output electrodes are formed separately, and fixed portions 125 to 128 supported by the support conductive portions 121 to 124 are respectively provided. Is formed. 12 and 13, the support conductive portion 121 and the fixed portions 125 and 128 including the comb-shaped fixed electrode supported by the support conductive portion 124 are in the same positional relationship as the movable electrode, and the support The conductive portion 122 and the fixed portions 126 and 127 including the comb-shaped fixed electrode supported by the support conductive portion 123 are in the same positional relationship as the movable electrode.

また、第3の動作空間17内でも出力電極として機能する支持導通部130〜133が4つ分離して形成され、且つ、各支持導通部130〜133に支持される固定部134〜137が夫々、形成されている。図12,図13では、支持導通部130と、支持導通部133に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部134,137が、可動電極と同じ位置関係になっており、また、支持導通部131と、支持導通部132に支持される櫛歯状の固定電極を備える固定部135,136が、可動電極と同じ位置関係になっている。   In the third operation space 17, four support conductive portions 130 to 133 that function as output electrodes are formed separately, and fixed portions 134 to 137 supported by the support conductive portions 130 to 133 are respectively provided. Is formed. 12 and 13, the support conductive portion 130 and the fixed portions 134 and 137 including the comb-shaped fixed electrodes supported by the support conductive portion 133 are in the same positional relationship as the movable electrode. The conductive portions 131 and the fixed portions 135 and 136 having comb-shaped fixed electrodes supported by the support conductive portions 132 are in the same positional relationship as the movable electrodes.

図12に示すように、MEMSセンサ112側の外部接続パッド80〜88は、集積回路(IC)111側の端子部90〜98と略対向配置されている。両側に位置する外部接続パッド及び端子部はグランド電極である。そして図12に示すように、各外部接続パッド80〜88と各端子部90〜98とが導通接続されている。   As shown in FIG. 12, the external connection pads 80 to 88 on the MEMS sensor 112 side are disposed substantially opposite to the terminal portions 90 to 98 on the integrated circuit (IC) 111 side. External connection pads and terminal portions located on both sides are ground electrodes. And as shown in FIG. 12, each external connection pad 80-88 and each terminal part 90-98 are conduction-connected.

図13に示すように、第1の動作空間15では、支持導通部113と支持導通部116とが第1リード層140にて接続されている。また、支持導通部114と支持導通部115とが第1リード層141にて接続されている。   As shown in FIG. 13, in the first operation space 15, the support conductive portion 113 and the support conductive portion 116 are connected by the first lead layer 140. Further, the support conductive portion 114 and the support conductive portion 115 are connected by the first lead layer 141.

また図13に示すように、第2の動作空間16では、支持導通部121と支持導通部124とが第1リード層142にて接続されている。また、支持導通部122と支持導通部123とが第1リード層143にて接続されている。   As shown in FIG. 13, in the second operation space 16, the support conductive portion 121 and the support conductive portion 124 are connected by the first lead layer 142. Further, the support conduction portion 122 and the support conduction portion 123 are connected by the first lead layer 143.

また図13に示すように、第3の動作空間17では、支持導通部130と支持導通部133とが第1リード層144にて接続されている。また、支持導通部131と支持導通部132とが第1リード層145にて接続されている。   As shown in FIG. 13, in the third operation space 17, the support conductive portion 130 and the support conductive portion 133 are connected by the first lead layer 144. Further, the support conductive portion 131 and the support conductive portion 132 are connected by the first lead layer 145.

図13に示す実施形態では、各検知部に設けられた2本の第1リード層が異なるパターン長さで設計される。第1の動作空間15内では、第1リード層141のパターン長さは、第1リード層140のパターン長さより長くなる。図13では、固定部を4つに分断し、しかも可動電極との間で同じ位置関係にある固定部をクロス関係に配置したため、一方の第1リード層141を他方の第1リード層140に対して迂回させるべく引き回した分だけ長さ寸法に違いが生じる。第2の動作空間16内では、第1リード層143のパターン長さが、第1リード層142のパターン長さよりも長くなっている。また第3の動作空間17内では、第1リード層144のパターン長さが、第1リード層145のパターン長さよりも長くなっている。   In the embodiment shown in FIG. 13, the two first lead layers provided in each detector are designed with different pattern lengths. In the first operation space 15, the pattern length of the first lead layer 141 is longer than the pattern length of the first lead layer 140. In FIG. 13, the fixed portion is divided into four, and the fixed portions having the same positional relationship with the movable electrode are arranged in a cross relationship, so that one of the first lead layers 141 is replaced with the other first lead layer 140. On the other hand, there is a difference in length dimension as much as it is routed to make a detour. In the second operation space 16, the pattern length of the first lead layer 143 is longer than the pattern length of the first lead layer 142. In the third operation space 17, the pattern length of the first lead layer 144 is longer than the pattern length of the first lead layer 145.

図13の実施形態では、各第1リード層全体の幅を調整せず、一部の幅だけ調整して、具体的には各第1リード層の支持導通部間の接続パターン部間の幅だけを調整して、各第1リード層と閉鎖部材4間に生じる寄生容量を調整している。   In the embodiment of FIG. 13, the width of each first lead layer is not adjusted, but only a part of the width is adjusted, specifically, the width between the connection pattern portions between the support conductive portions of each first lead layer. The parasitic capacitance generated between each first lead layer and the closing member 4 is adjusted by adjusting only the above.

すなわち図13に示すように外部接続パッド80,82,83,85,86,87から手前に位置する支持導通部まで延びる第1リード層140,141,142,143,144,145の幅はほぼ一定となっているが、第1の動作空間15内では、パターン長さが短い第1リード層140の支持導通部113,116間における接続パターン部140aの幅を、パターン長さが長い第1リード層141の支持導通部114,115間における接続パターン部141aの幅より太くしている。また第2の動作空間16内では、パターン長さが短い第1リード層142の支持導通部121,124間における接続パターン部142aの幅を、パターン長さが長い第1リード層143の支持導通部122,123間における接続パターン部143aの幅より太くしている。また第3の動作空間17内では、パターン長さが短い第1リード層145の支持導通部131,132間における接続パターン部145aの幅を、パターン長さが長い第1リード層144の支持導通部130,133間における接続パターン部144aの幅より太くしている。   That is, as shown in FIG. 13, the widths of the first lead layers 140, 141, 142, 143, 144, and 145 extending from the external connection pads 80, 82, 83, 85, 86, and 87 to the support conducting portion located in front are almost equal. In the first operation space 15, the width of the connection pattern portion 140 a between the support conductive portions 113 and 116 of the first lead layer 140 having a short pattern length is set within the first operation space 15. The width of the connection pattern portion 141a between the support conductive portions 114 and 115 of the lead layer 141 is larger. In the second operation space 16, the width of the connection pattern portion 142 a between the support conductive portions 121 and 124 of the first lead layer 142 with a short pattern length is equal to the support conductive property of the first lead layer 143 with a long pattern length. The connection pattern portion 143a between the portions 122 and 123 is thicker than the width. In the third operation space 17, the width of the connection pattern portion 145 a between the support conductive portions 131 and 132 of the first lead layer 145 having a short pattern length is equal to the support conductive property of the first lead layer 144 having a long pattern length. The width of the connection pattern portion 144a between the portions 130 and 133 is larger.

図13の実施形態では、第1リード層全体の幅を変えずに一部だけ変更して寄生容量を調整しているので、微量な調整も簡単且つ適切に行うことが出来る。また図13の実施形態は、幅広の接続パターン部140a,142a,145aの幅がほぼ一定になり、他の幅細の部分も各第1リード層においてほぼ一定になるように、各第1リード層のパターン長さを調整している。これにより各幅広のパターン部分、各幅細のパターン部分を夫々、各第1リード層にて同じ値に設定できるため、各第1リード層のパターン形成を簡単且つ適切に行うことが可能である。   In the embodiment of FIG. 13, the parasitic capacitance is adjusted by changing only a part of the first lead layer without changing the width of the first lead layer. Therefore, a minute adjustment can be easily and appropriately performed. In the embodiment of FIG. 13, the widths of the wide connection pattern portions 140a, 142a, 145a are substantially constant, and the other narrow portions are also substantially constant in each first lead layer. The pattern length of the layer is adjusted. As a result, each wide pattern portion and each narrow pattern portion can be set to the same value in each first lead layer, so that the pattern formation of each first lead layer can be performed easily and appropriately. .

次に、MEMSセンサの製造方法を説明する。
MEMSセンサ1の製造方法は、まず、絶縁層を介して2枚のシリコンウエハが接合されたSOI層を使用して支持基板2と機能層10とを製造する。機能層10を形成するために、SOI層の一方のシリコンウエハの表面にレジスト層を形成する。レジスト層は、第1の穴12、第2の穴13および第3の穴14を有する枠体層11のパターンとなるように形成する。さらに、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17内の、第1の可動体41、第2の可動体21および第3の可動体21Aさらに可動電極や固定電極や支持導通部などの各種機能部となる部分もレジスト層で覆う。レジスト層から露出している部分でシリコンウエハの一部を、高密度プラズマを使用した深堀RIEなどのイオンエッチング手段で除去することで、枠体層11および各機能部が互いに分離されて形成される。
Next, a manufacturing method of the MEMS sensor will be described.
In the manufacturing method of the MEMS sensor 1, first, the support substrate 2 and the functional layer 10 are manufactured using an SOI layer in which two silicon wafers are bonded via an insulating layer. In order to form the functional layer 10, a resist layer is formed on the surface of one silicon wafer of the SOI layer. The resist layer is formed so as to have a pattern of the frame body layer 11 having the first hole 12, the second hole 13, and the third hole 14. Further, the first movable body 41, the second movable body 21, the third movable body 21A, the movable electrode, and the fixed movement in the first operational space 15, the second operational space 16, and the third operational space 17. The portions that become various functional parts such as electrodes and supporting conductive parts are also covered with a resist layer. A part of the silicon wafer is removed from the resist layer by ion etching means such as deep RIE using high-density plasma, so that the frame body layer 11 and each functional part are separated from each other. The

このとき、枠体層11および、それぞれの支持導通部23,25,33,34,23A,25A,33A,34A,42,52,54を除く全ての領域に、前記深堀RIEによって、多数の微細孔を形成しておく。図5と図6には、第2の可動体21および可動電極21b,21dに形成された微細孔21eおよび固定電極31c,32cに形成された微細孔31d,32dが図示されている。図8(A)と図9(A)には、第1の可動体41の右質量部41Aに形成された微細孔41eと左質量部41Bに形成された微細孔41e、ならびに固定電極51aに形成された微細孔51dと固定電極53aに形成された微細孔53dがそれぞれ図示されている。   At this time, a large number of microscopic RIEs are applied to all regions except the frame layer 11 and the respective supporting conductive portions 23, 25, 33, 34, 23A, 25A, 33A, 34A, 42, 52, 54 by the deep RIE. A hole is formed. 5 and 6 illustrate the fine holes 21e formed in the second movable body 21 and the movable electrodes 21b and 21d and the fine holes 31d and 32d formed in the fixed electrodes 31c and 32c. 8A and 9A, the fine hole 41e formed in the right mass part 41A of the first movable body 41, the fine hole 41e formed in the left mass part 41B, and the fixed electrode 51a The formed fine hole 51d and the fine hole 53d formed in the fixed electrode 53a are respectively illustrated.

深堀RIEなどによってシリコンウエハをエッチング加工した後に、シリコンを溶解せずに絶縁層のSiO2層を溶解できる選択性の等方性エッチング処理を行う。このときエッチングガスまたはエッチング液は、シリコンウエハの前記各部を分離した溝内に浸透し、さらに前記微細孔内に浸透して、SiO2層の一部が除去される。After etching the silicon wafer by Fukahori RIE or the like, a selective isotropic etching process that can dissolve the SiO 2 layer of the insulating layer without dissolving the silicon is performed. At this time, the etching gas or the etching solution penetrates into the groove where the respective parts of the silicon wafer are separated, and further penetrates into the fine hole, and a part of the SiO 2 layer is removed.

その結果、枠体層11および、それぞれの支持導通部23,25,33,34,23A,25A,33A,34A,42,52,54と、支持基板2の表面との間のみ、枠状絶縁層3aおよび支持絶縁層3b,3c,3d,3eが残され、それ以外の部分で絶縁層(SiO2層)が除去される。As a result, frame-shaped insulation is provided only between the frame body layer 11 and the respective support conducting portions 23, 25, 33, 34, 23 A, 25 A, 33 A, 34 A, 42, 52, 54 and the surface of the support substrate 2. The layer 3a and the supporting insulating layers 3b, 3c, 3d, and 3e are left, and the insulating layer (SiO 2 layer) is removed at other portions.

SOI層を使用して加工した支持基板2は、厚さ寸法が0.2〜0.7mm程度、機能層10の厚さ寸法は10〜30μm程度、枠状絶縁層3aおよび支持絶縁層3b,3c,3d,3eの厚さは1〜3μm程度である。   The support substrate 2 processed using the SOI layer has a thickness dimension of about 0.2 to 0.7 mm, the functional layer 10 has a thickness dimension of about 10 to 30 μm, the frame-shaped insulating layer 3a and the supporting insulating layer 3b, The thicknesses of 3c, 3d, and 3e are about 1 to 3 μm.

閉鎖部材4に形成される第2の絶縁層5は、無機絶縁層であり、スパッタ工程またはCVD工程で形成される。無機絶縁層としては、シリコンウエハとの熱膨張係数の差が、接合層6を構成する導電性金属とシリコンウエハの熱膨張係数の差よりも小さい材料が選択される。好ましくは、シリコンウエハとの熱膨張係数の差が比較的小さいSiO2またはSiNが使用される。The second insulating layer 5 formed on the closing member 4 is an inorganic insulating layer and is formed by a sputtering process or a CVD process. As the inorganic insulating layer, a material having a smaller difference in thermal expansion coefficient from the silicon wafer than the difference in thermal expansion coefficient between the conductive metal constituting the bonding layer 6 and the silicon wafer is selected. Preferably, SiO 2 or SiN having a relatively small difference in thermal expansion coefficient from the silicon wafer is used.

シール接合層6aおよび各支持接合層6b,6c,6d,6eを形成する接合層6は、機能層10の表面に形成された導電性金属層と、第2の絶縁層の表面に形成された導電性金属層とを共晶接合または拡散接合させることで形成される。   The bonding layer 6 forming the seal bonding layer 6a and the support bonding layers 6b, 6c, 6d, and 6e was formed on the surface of the conductive metal layer formed on the surface of the functional layer 10 and the surface of the second insulating layer. It is formed by eutectic bonding or diffusion bonding with a conductive metal layer.

共晶接合または拡散接合が可能な金属の組み合わせは、アルミニウム−ゲルマニウム、アルミニウム−亜鉛、金−シリコン、金−インジウム、金−ゲルマニウム、金−錫などである。   Examples of the metal combination capable of eutectic bonding or diffusion bonding include aluminum-germanium, aluminum-zinc, gold-silicon, gold-indium, gold-germanium, and gold-tin.

機能層10と閉鎖部材4とが接合される際に、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17の内部が脱気されて真空状態または真空状態に近い低圧に設定される。これにより、閉鎖された動作空間内で、第1の可動体41と第2の可動体21および第3の可動体21Aが、空気のダンパー効果で減衰させられることなく動作できる。または、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17内にアルゴンなどの不活性ガスが封入されることもある。   When the functional layer 10 and the closing member 4 are joined, the interiors of the first operating space 15, the second operating space 16, and the third operating space 17 are evacuated, and a low pressure close to a vacuum state or a vacuum state. Set to Accordingly, the first movable body 41, the second movable body 21, and the third movable body 21A can be operated in the closed operation space without being attenuated by the air damper effect. Alternatively, an inert gas such as argon may be sealed in the first operation space 15, the second operation space 16, and the third operation space 17.

ここで、図1と図3に示すように、第1の動作空間15と第2の動作空間16との間を仕切っている枠体層11に貫通穴である連通路61が形成されて、第1の動作空間15と第2の動作空間16の内部が連通されている。また、第1の動作空間15と第3の動作空間17との間を仕切っている枠体層11に貫通穴である連通路62が形成されて、第1の動作空間15と第3の動作空間17の内部空間が連通されている。   Here, as shown in FIGS. 1 and 3, a communication path 61 that is a through hole is formed in the frame body layer 11 that partitions the first operating space 15 and the second operating space 16, The inside of the first operation space 15 and the second operation space 16 is communicated. In addition, a communication path 62 that is a through hole is formed in the frame layer 11 that partitions the first operating space 15 and the third operating space 17, and the first operating space 15 and the third operating space 15 are formed. The internal space of the space 17 is communicated.

したがって、各動作空間内を真空状態または真空状態に近い低圧状態とするときに、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17内で真空度の差(圧力の差)が発生するのを避けることができる。同様に、内部のアルゴンガスなどを封入する際も、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17内で内部の圧力の差を無くすことができる。第1の動作空間15と第2の動作空間16と第3の動作空間17内の内部の圧力の差を無くすことで、内部圧力の偏りによる応力の偏りや集中を避けることができ、反りなどの発生を抑制できるようになる。   Therefore, when each operation space is in a vacuum state or a low pressure state close to a vacuum state, the difference in pressure (pressure difference) in the first operation space 15, the second operation space 16, and the third operation space 17. (Difference) can be avoided. Similarly, when the internal argon gas or the like is sealed, the internal pressure difference in the first operating space 15, the second operating space 16, and the third operating space 17 can be eliminated. By eliminating the internal pressure difference in the first operating space 15, the second operating space 16, and the third operating space 17, it is possible to avoid stress bias and concentration due to internal pressure bias, warping, etc. Can be suppressed.

図1と図2に示すMEMSセンサ1は、直交する3方向の加速度を、可動電極と固定電極との間の静電容量の変化として検知できる。3方向の加速度の検知が可能であるにもかかわらず、平面的な構造であるため、マザー基板への取付けなどが容易であり、各種機器の小型化に寄与できる。   The MEMS sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2 can detect acceleration in three orthogonal directions as a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode. Despite being able to detect acceleration in three directions, it has a planar structure, so it can be easily mounted on a mother board and contributes to miniaturization of various devices.

また、第1の動作空間15と第2の動作空間16および第3の動作空間17が、図1に示す第1の中心線O1を介して対称形状で、枠体層11も第1の中心線O1を介して対象であるため、各部分の接合応力を左右均等にでき、一部だけの極端な反りなどを防止しやすい。   In addition, the first operation space 15, the second operation space 16, and the third operation space 17 are symmetrical with respect to the first center line O1 shown in FIG. 1, and the frame body layer 11 also has the first center. Since it is the object via the line O1, the bonding stress of each part can be made equal to the left and right, and it is easy to prevent extreme warping of only a part.

また、第1の可動体41、第2の可動体21および第3の可動体21Aの質量分布も、第1の中心線O1を中心として回転対象で、且つ左右に線対称であるため、動作部分も全体としてバランスのとれたものとなり、動作反力による応力が一箇所に集中するのを防止できるようになる。   In addition, the mass distribution of the first movable body 41, the second movable body 21, and the third movable body 21A is also a rotational object about the first center line O1 and is symmetrical with respect to the left and right. The part is also balanced as a whole, and stress due to the reaction force can be prevented from being concentrated in one place.

1、112 MEMSセンサ
2 支持基板
3 第1の絶縁層
3a 枠状絶縁層
3b,3c,3d,3e 支持絶縁層
4 閉鎖部材
5 第2の絶縁層
6 接合層
6a シール接合層
6b,6c,6d,6e 支持接合層
10 機能層
11 枠体層
12 第1の穴
13 第2の穴
14 第3の穴
15 第1の動作空間
16 第2の動作空間
17 第3の動作空間
21 第2の可動体
21a,21b,21c,21d 可動電極
22,24 支持腕部
23,25 支持導通部
31,32 固定部
31b,31c,32b,32c 固定電極
21A 第3の可動体
41 第1の可動体
42 支持導通部
43A 右リンク部
43B 左リンク部
47a,47b 可動電極
51,53 固定部
51a,53a 固定電極
70,71,73,74,76,77,140〜145 第1リード層
80〜88 外部接続パッド
90〜98 端子部
100、111 集積回路(IC)
110 検査装置
113〜116、121〜124、130〜133 支持導通部
117〜120、125〜128、134〜137 固定部
1, 112 MEMS sensor 2 Support substrate 3 First insulating layer 3a Frame-like insulating layers 3b, 3c, 3d, 3e Support insulating layer 4 Closing member 5 Second insulating layer 6 Bonding layer 6a Seal bonding layers 6b, 6c, 6d , 6e Support bonding layer 10 Functional layer 11 Frame layer 12 First hole 13 Second hole 14 Third hole 15 First operation space 16 Second operation space 17 Third operation space 21 Second movable Body 21a, 21b, 21c, 21d Movable electrode 22, 24 Support arm part 23, 25 Support conduction part 31, 32 Fixed part 31b, 31c, 32b, 32c Fixed electrode 21A Third movable body 41 First movable body 42 Conductive portion 43A Right link portion 43B Left link portions 47a, 47b Movable electrodes 51, 53 Fixed portions 51a, 53a Fixed electrodes 70, 71, 73, 74, 76, 77, 140 to 145 First lead layers 80 to 88 Outside Part connection pads 90 to 98 Terminal parts 100 and 111 Integrated circuit (IC)
110 inspection apparatus 113-116, 121-124, 130-133 support conduction | electrical_connection part 117-120, 125-128, 134-137 fixing | fixed part

Claims (7)

支持基板とこれに平行な閉鎖部材との間に枠体層が設けられ、外部から密閉され且つ互いに区分された第1の動作空間と第2の動作空間および第3の動作空間が形成されており、
前記第1の動作空間に第1の可動体が、前記第2の動作空間に第2の可動体が、前記第3の動作空間に第3の可動体が収納され、前記第1の可動体と前記第2の可動体および前記第3の可動体の主な動作方向が、互いに直交する3方向の別々の向きとなるように支持されているとともに、それぞれの前記動作空間内に、前記可動体の主な動作方向の移動量を検知する検知部が設けられており、
前記第1の動作空間を挟んで一方の側に第2の動作空間が他方の側に第3の動作空間が配置されて3つの前記動作空間が一列に並び、前記第2の動作空間の平面形状と前記第3の動作空間の平面形状が等しく、3つの前記動作空間の平面形状は、前記第1の動作空間の中心を通り且つ前記支持基板の表面と直交する中心線に対して180度の回転対称形状であり、
各動作空間内に設けられた各検知部は、出力側電極と入力側電極とを有し、前記出力側電極と前記入力側電極とが各検知部に複数設けられており、
各出力側電極は、前記閉鎖部材の表面に形成された絶縁層内に埋設された第1リード層を介して外部接続パッドと電気的に接続されており、
少なくともいずれか1つの前記検知部では、複数の前記第1リード層のパターン長さが異なっており、パターン長さが長い前記第1リード層は、パターン長さが短い第1リード層に対して幅細で形成されていることを特徴とするMEMSセンサ。
A frame layer is provided between the support substrate and a closing member parallel to the support substrate, and a first operation space, a second operation space, and a third operation space that are sealed from the outside and separated from each other are formed. And
A first movable body is housed in the first operation space, a second movable body is housed in the second operation space, and a third movable body is housed in the third operation space. And the second movable body and the third movable body are supported so that the main movement directions are in three different directions orthogonal to each other, and the movable bodies are moved in the respective movement spaces. A detection unit that detects the amount of movement in the main movement direction of the body is provided,
The second operation space is arranged on one side of the first operation space, the third operation space is arranged on the other side, and the three operation spaces are arranged in a row, and the plane of the second operation space The shape and the planar shape of the third motion space are equal, and the planar shape of the three motion spaces is 180 degrees with respect to a center line passing through the center of the first motion space and orthogonal to the surface of the support substrate. A rotationally symmetric shape of
Each detection unit provided in each operation space has an output side electrode and an input side electrode, and a plurality of the output side electrode and the input side electrode are provided in each detection unit,
Each output side electrode is electrically connected to an external connection pad via a first lead layer embedded in an insulating layer formed on the surface of the closing member,
In at least one of the detection units, the pattern lengths of the plurality of first lead layers are different, and the first lead layer having a long pattern length is different from the first lead layer having a short pattern length. A MEMS sensor characterized by being formed narrow.
前記第2の可動体と前記第3の可動体は質量が同じであり、前記第1の可動体は、前記中心線を挟んで質量が左右対称である請求項記載のMEMSセンサ。 Wherein the second movable member third movable body mass are the same, the first movable body, MEMS sensor of claim 1, wherein the mass across the center line is symmetrical. 前記第2の可動体と前記第3の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と平行で且つ互いに直交する向きであり、前記第1の可動体の主な動作方向は、前記支持基板の基板面と垂直な向きである請求項1又は2に記載のMEMSセンサ。 The main operation direction of the second movable body and the third movable body is a direction parallel to and orthogonal to the substrate surface of the support substrate, and the main operation direction of the first movable body is: The MEMS sensor according to claim 1 , wherein the MEMS sensor is oriented in a direction perpendicular to a substrate surface of the support substrate. 前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部は、共通の層から分離されて形成されている請求項1又は2に記載のMEMSセンサ。 Supporting unit and the detection unit for movably supporting the movable body and the frame body layer and the movable body to the main direction of movement, according to claim 1 or 2 is formed separately from a common layer MEMS sensor. 2つのSi層が絶縁層を介して接合されたSOI層が使用され、一方のSi層が前記支持基板として使用され、他方のSi層が機能層として使用され、この機能層から、前記枠体層と前記可動体と前記可動体を主な動作方向へ移動自在に支持する支持部および前記検知部が分離されて形成されている請求項4記載のMEMSセンサ。   An SOI layer in which two Si layers are bonded via an insulating layer is used, one Si layer is used as the support substrate, and the other Si layer is used as a functional layer. From the functional layer, the frame body is used. The MEMS sensor according to claim 4, wherein the layer, the movable body, and a support portion that supports the movable body so as to be movable in a main operation direction are separated from the detection portion. 前記枠体層には、隣り合う前記動作空間を連通させる連通路が形成されている請求項1ないしのいずれか1項に記載のMEMSセンサ。 The MEMS sensor according to any one of claims 1 to 5 , wherein a communication path that connects the adjacent operation spaces is formed in the frame body layer. 請求項1に記載のMEMSセンサと、集積回路(IC)とを備え、各外部接続パッドの形成位置は、前記集積回路(IC)の端子部の位置に応じて設定されており、
前記MEMSセンサの各外部接続パッドと前記集積回路に設けられた各端子部とが導通接続されて差動出力を得ることを特徴とする検出装置。
The MEMS sensor according to claim 1 and an integrated circuit (IC) are provided, and the formation position of each external connection pad is set according to the position of the terminal portion of the integrated circuit (IC),
A detection device, wherein each external connection pad of the MEMS sensor and each terminal portion provided in the integrated circuit are conductively connected to obtain a differential output.
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