静電容量式センサ
【課題】耐荷重性をより一層向上させることのできる静電容量式センサを得る。
【解決手段】静電容量式センサ１は、絶縁基板２、３と、この絶縁基板２，３に接合されたシリコン基板と、を備えている。このシリコン基板には、絶縁基板２，３に接合されるフレーム部４０と、一面に可動電極５ａ，６ａが形成された錘部５，６と、当該錘部５，６を回動自在に支持する１対のビーム部７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂと、が形成されている。そして、１対のビーム部７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂのうちいずれか一方のビーム部７ｂ，８ｂが他方のビーム部７ａ，８ａよりも太さが太く長さが長くなるように形成されている。
【解決手段】静電容量式センサ１は、絶縁基板２、３と、この絶縁基板２，３に接合されたシリコン基板と、を備えている。このシリコン基板には、絶縁基板２，３に接合されるフレーム部４０と、一面に可動電極５ａ，６ａが形成された錘部５，６と、当該錘部５，６を回動自在に支持する１対のビーム部７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂと、が形成されている。そして、１対のビーム部７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂのうちいずれか一方のビーム部７ｂ，８ｂが他方のビーム部７ａ，８ａよりも太さが太く長さが長くなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可動部の両端を一対のビーム部を介してフレームに接続することで、当該可動部をビーム部のねじり中心軸回りに揺動できるようにした構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、平板状の可動部を挟んで対向する一対のビーム部を、ねじり中心軸を含み可動部に平行な面（対称面）に対して対称となるようにそれぞれ配置することで、一対のビーム部の断面形状を異なる形状としたものが開示されている。このように、一対のビーム部の断面形状を異なる形状とすることで、ねじり中心軸に垂直な方向に撓みにくい構造とすることができる。
【０００４】
そして、このような構造は、静電容量式センサに適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構造では、ねじり中心軸に垂直な方向に荷重が入力された場合、一対のビーム部はねじり中心軸に垂直な方向の力をそのまま受けて、同方向に同一量変位する。このように、上記従来の技術では、一対のビーム部がねじり中心軸に垂直な方向の力をそのまま受ける構造をしているため、ねじり中心軸に垂直な方向に過大な荷重が入力された際には、一対のビーム部が破断してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、耐荷重性をより一層向上させることのできる静電容量式センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にあっては、絶縁基板と、この絶縁基板に接合されたシリコン基板と、を備える静電容量式センサにおいて、前記シリコン基板には、前記絶縁基板に接合されるフレーム部と、一面に可動電極が設けられた錘部と、当該錘部とフレーム部とを連結し、錘部を軸回りに回動自在に支持する１対のビーム部と、が形成されており、前記一対のビーム部は前記軸回りの回転トルクが略同一となるように形成されるとともに、前記一対のビーム部のうちいずれか一方のビーム部が、他方のビーム部よりも太さが太く長さが長くなるように形成されていることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一対のビーム部は前記軸回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。したがって、通常は、錘部の変位に基づき静電容量を精度よく測ることができる。さらに、一対のビーム部のうちいずれか一方のビーム部を、他方のビーム部よりも太さが太く長さが長くなるように形成している。したがって、軸に垂直な方向から荷重が入力された際に、それぞれのビーム部の軸に垂直な方向への変位量を異ならせることができ、当該荷重の一部を軸方向に分解することができる。その結果、軸に垂直な方向の荷重を軽減することができ、静電容量式センサの耐荷重性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態にかかるシリコン基板を示す平面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態にかかるシリコン基板を示す裏面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態にかかる錘部へのＸ方向荷重入力時に錘部にかかる力を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係をシミュレーションした際に用いたビーム部の形状を示す斜視図である。
【図７】図７は、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を示す表である。
【図８】図８は、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、静電容量式センサとして、加速度センサを例示する。また、錘部の可動電極が形成される側をシリコン基板の表面側と定義する。そして、シリコン基板の短手方向をＸ方向、シリコン基板の長手方向をＹ方向、シリコン基板の厚さ方向をＺ方向として説明する。
【００１２】
本実施形態にかかる加速度センサ（静電容量式センサ）１は、図１に示すように、半導体素子ディバイスを形成したシリコン基板４と、このシリコン基板４の表面４ａおよび裏面４ｂにそれぞれ接合されたガラス製の第１の絶縁性基板（絶縁基板）２および第２の絶縁性基板（絶縁基板）３と、を備えている。本実施形態では、このシリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３とを陽極接合によって接合している。
【００１３】
そして、第１の絶縁性基板２の下面には、錘部５，６の設置領域に対応した固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。
【００１４】
また、第２の絶縁性基板３の表面には、錘部５，６の設置領域に対応した領域に付着防止膜３１，３２がそれぞれ形成されている。付着防止膜３１，３２は、例えば、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂと同じ材料で形成することができる。
【００１５】
シリコン基板４は、２つの枠部４０ａ，４０ｂがＹ方向（シリコン基板４の長手方向）に並設されたフレーム部４０と、枠部４０ａ，４０ｂの内周面に対して隙間４３を空けた状態で枠部４０ａ，４０ｂ内に配置された錘部５，６と、フレーム部４０に対して錘部５，６をそれぞれ回動自在に支持する１対のビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂと、錘部５，６の表面（一面）に形成される可動電極５ａ，６ａと、を備えている。
【００１６】
本実施形態では、このシリコン基板４として、Ｓｉからなるシリコン活性層１１１とＳｉからなる支持基板１１３との間にＳｉＯ２からなる埋込絶縁層１１２が介在する矩形状のＳＯＩ基板を用いている。なお、シリコン基板４の長手方向辺は約２〜４ｍｍで、厚さは約０．４〜０．６ｍｍであり、シリコン活性層１１１の厚さは約１０〜２０μｍ、埋込絶縁層１１２の厚さは、約０．５μｍである。
【００１７】
フレーム部４０は、本実施形態では、Ｚ方向（シリコン基板４の厚さ方向）から見て略矩形状の外側フレーム部４１と、Ｘ方向（シリコン基板４の短手方向）に延在し、外側フレーム部４１のＹ方向（シリコン基板４の長手方向）略中央部を連結する中央フレーム部４２と、を備えている。
【００１８】
錘部５，６は、図３および図４に示すように、一面（裏面）に開口する凹部５５，６５と、凹部５５，６５を除く充実部５３，６３とが一体に形成されている。すなわち、錘部５，６に一面（裏面）に開口する凹部５５，６５を形成することで、錘部５，６に、肉厚の充実部５３，６３と肉薄の薄肉部５４，６４とを形成している。
【００１９】
充実部５３，６３は、図４に示すように、裏面側からみた状態で、矩形状に形成されており、それぞれの充実部５３，６３には、対角線状の溝部５６，６６が可動電極５ａ，６ａに対して垂直に形成されている。
【００２０】
また、凹部５５，６５は４辺に側壁を持つ矩形に形成されており、内部には、補強壁５７，６７が可動電極５ａ，６ａに対して垂直に設けられている。
【００２１】
本実施形態では、凹部５５は、後述する回動軸Ａ１よりもＸ方向一方側（図１の奥側）に形成されるとともに、凹部６５は、後述する回動軸Ａ２よりもＸ方向他方側（図１の手前側）に形成されている。
【００２２】
ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂは、ＳＯＩ基板（シリコン基板４）のシリコン活性層１１１に形成されており、ＳＯＩ基板の埋込絶縁層１１２をエッチングストップとして深堀エッチングし、更に埋込絶縁層１１２を選択的にエッチング除去することで形成される。
【００２３】
ビーム部７ａ，７ｂは、錘部５の表面（可動電極５ａ）の対向する２辺上にそれぞれ位置し、ビーム部７ａ，７ｂがねじれることにより、可動電極５ａは、ビーム部７ａ，７ｂを互いに結ぶ直線を回転軸（軸）Ａ１として揺動する。同様に、ビーム部８ａ，８ｂは、錘部６の表面（可動電極６ａ）の対向する２辺上にそれぞれ位置し、可動電極６ａは、ビーム部８ａ，８ｂを互いに結ぶ直線を回転軸（軸）Ａ２として揺動する。
【００２４】
また、ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂは、錘部５，６の表面の２辺の、それぞれ中点に位置している。
【００２５】
また、本実施形態では、錘部５と錘部６、ビーム部７ａとビーム部８ａ、およびビーム部７ｂとビーム部８ｂがそれぞれシリコン基板４の一点（ビーム部７ｂとビーム部８ｂとを結ぶ線分の中点）に対して点対称となるように配置されている。
【００２６】
ここで、本実施形態では、ビーム部（一対のビーム部７ａ，７ｂのうち一方のビーム部）７ｂをビーム部（他方のビーム部）７ａよりも太さが太く、長さが長くなるように形成している。そして、ビーム部（一対のビーム部８ａ，８ｂのうち一方のビーム部）８ｂをビーム部（他方のビーム部）８ａよりも太さが太く、長さが長くなるように形成している。なお、各ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂの厚さは略同一となっており、シリコン活性層１１１の厚さと略同一である。また、本実施形態では、ビーム部７ａとビーム部８ａおよびビーム部７ｂとビーム部８ｂとが同一の形状（太さと長さが同じ）となるように形成されている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、ビーム部７ａ，７ｂは、ビーム部７ａ，７ｂの回転軸（軸）Ａ１回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。また、ビーム部８ａ，８ｂは、ビーム部８ａ，８ｂの回転軸（軸）Ａ２回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。
【００２８】
具体的には、ビーム部７ａ，７ｂの太さと長さを適宜設定することで、ビーム部（一対のビーム部）７ａ，７ｂの回転軸Ａ１回りの回転トルクが略同一となるようにしている。また、ビーム部８ａ，８ｂの太さと長さを適宜設定することで、ビーム部（一対のビーム部）８ａ，８ｂの回転軸Ａ２回りの回転トルクが略同一となるようにしている。
【００２９】
このように、本実施形態では、各ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂの軸回りの回転トルクは、それぞれのビーム部の太さおよび長さに基づいて設定される。
【００３０】
ここで、図６に示す形状のビーム部を用いて、回転トルク（感度）が一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係についてシミュレーションした結果について説明する。
【００３１】
今回のシミュレーションでは、図６に示すように、厚さが１１μｍで、Ｙ方向両端の側部の形状が曲率半径Ｒ＝５０μｍのビーム部の太さおよび長さを種々変化させて、回転トルク（感度）を計算し、回転トルク（感度）が一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を求めた。
【００３２】
その結果、同一の回転トルク（この場合、０．０７０μｍ）を得るためには、ビーム部の太さおよび長さを図７の表に示す値とすればよいことが判った。
【００３３】
なお、図８のグラフは、図７の表に基づいて得られたグラフであって、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を示すグラフである。
【００３４】
この図８のグラフ上の値となるように、ビーム部の太さおよび長さを設定すれば、それぞれのビーム部の回転トルク（感度）を略同一とすることができる。
【００３５】
また、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３との接合面には比較的浅いギャップＧ１，Ｇ２がそれぞれ形成されており、シリコン基板４各部の絶縁性や錘部（可動電極５ａ，６ａ）５，６の動作性の確保が図られている。
【００３６】
なお、シリコン基板４の裏面側のギャップＧ２は、アルカリ性湿式異方性エッチング液（例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム水溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム水溶液）等）を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板４の一部を除去することで形成することができる。このとき、上述した凹部５５，６５も同時に形成するのが好適である。
【００３７】
また、隙間４３および隙間４４は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などにより垂直エッチング加工をすることで形成している。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置によるＩＣＰ加工を利用することができる。
【００３８】
また、錘部５，６の表面の４隅には、錘部５，６が第１の絶縁性基板２の固定電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに直接衝突するのを防止するための突起部５１，６１が突設されている。
【００３９】
同様に、錘部５，６の裏面の４隅には、錘部５，６が第２の絶縁性基板３の付着防止膜３１，３２に直接衝突するのを防止するための突起部５２，６２が突設されている。
【００４０】
また、本実施形態では、外側フレーム部４１は、Ｘ方向一端側（図２の下側）が幅広に形成されており、この外側フレーム部４１のＸ方向一端側には、錘部５，６が配置される隙間４３，４３とそれぞれ連続するように隙間４４，４４が形成されている。そして、隙間４４を空けた状態で電極台９がそれぞれ２つずつ配置されている。
【００４１】
この電極台９の表面には、金属膜からなる検出電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられている。
【００４２】
電極台９は、それぞれフレーム部４０および錘部５，６から離間して配置されており、第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３により上下面を固定されている。また、外側フレーム部４１の表面のＹ方向中央部には、加速度センサ１の外部に配線される共通電極１２が設けられており、フレーム部４０は共通電極１２により共通電位をとっている。
【００４３】
第１の絶縁性基板２の下面には、上述したように、錘部５，６の設置領域に対応した固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。これら各固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂは、略同一形状で面積が略同一となるように形成されている。
【００４４】
固定電極２１ａ，２１ｂは、ビーム部７ａ，７ｂを互いに結ぶ直線（回動軸Ａ１）を境界線として、互いに離間して配置されている。同様に、固定電極２２ａ，２２ｂは、ビーム部８ａ，８ｂを互いに結ぶ直線（回動軸Ａ２）を境界線として、互いに離間して配置されている。本実施形態では、各固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂは、アルミニウム（Ａｌ）をスパッタ法やＣＶＤ法等により第１の絶縁性基板２に蒸着することで形成している。
【００４５】
固定電極２１ａ，２１ｂは、検出電極１０ａ，１０ｂにそれぞれ電気的に接続されており、固定電極２２ａ，２２ｂは、検出電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
【００４６】
具体的には、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂには、それぞれが接続される検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂが形成された固定電極台９に向けて引出線（固定電極側金属接触部）２５がそれぞれ設けられている。
【００４７】
また、各固定電極台９には、引出線（固定電極側金属接触部）２５が接触するアルミニウム製の導電層（半導体基板側金属接触部）１３が形成されている。本実施液体では、各固定電極台９のＸ方向他端側（図２の上側：錘部側）に段差９ａが設けられており、当該段差９ａの下面、すなわち、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂが形成される面よりも低い位置に導電層（半導体基板側金属接触部）１３を形成している（図３参照）。
【００４８】
そして、この引出線（固定電極側金属接触部）２５および導電層（半導体基板側金属接触部）１３は、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２とを陽極接合する際に、互いに踏みつぶされて接触する。
【００４９】
こうして、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂが、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂに電気的に接続される。
【００５０】
なお、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂは、互いに離間し、それぞれフレーム部４０、錘部５，６から離間しているので、各検出電極が互いに絶縁され、各検出電極の寄生容量や、各検出電極間のクロストークを低減し、高精度な容量検出を行うことができる。
【００５１】
また、第１の絶縁性基板２の電極台９と対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール２３がそれぞれ形成されており、第１の絶縁性基板２の共通電極１２に対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール２４がそれぞれ形成されている。そして、検出電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは、それぞれスルーホール２３を介して外部に露出、配線され、共通電極１２は、それぞれスルーホール２４を介して、外部に露出、配線される。こうして、固定電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂや可動電極５ａ、６ａの電位を外部に取り出せるようにしている。
【００５２】
次に、本実施形態の検出動作について説明する。
【００５３】
まず、一方の錘部５にＸ方向の加速度が印加された場合を考える。Ｘ方向に加速度が印加されると、錘部５が回動軸Ａ１の回りに回動して可動電極５ａと固定電極２１ａ並びに固定電極２１ｂとの間の距離が変化する。その結果、可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量Ｃ１，Ｃ２も変化する。ここで、Ｘ方向の加速度が印加されていないときの可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量をＣ０とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔＣとすれば、Ｘ方向の加速度が印加されたときの静電容量Ｃ１，Ｃ２は、
Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ …（１）
Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ …（２）
と表すことができる。
【００５４】
同様に、他方の錘部６にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極６ａと各固定電極２２ａ，２２ｂとの間の静電容量Ｃ３，Ｃ４は、
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（３）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（４）
と表すことができる。
【００５５】
そして、一方の錘部５および固定電極２１ａ，２１ｂから得られる静電容量Ｃ１，Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と、他方の錘部６および固定電極２２ａ，２２ｂから得られる静電容量Ｃ３，Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）との和（±４ΔＣ）を算出すれば、この差分値ＣＡ，ＣＢの和に基づいてＸ方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。
【００５６】
次に、一方の錘部５にＺ方向の加速度が印加された場合を考える。Ｚ方向に加速度が印加されると、錘部５が回動軸Ａ１の回りに回動して可動電極５ａと固定電極２１ａ並びに固定電極２１ｂとの間の距離が変化する。その結果、可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量Ｃ１，Ｃ２も変化する。ここで、Ｚ方向の加速度が印加されていないときの可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量をＣ０とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔＣとすれば、Ｚ方向の加速度が印加されたときの静電容量Ｃ１，Ｃ２は、
Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ …（５）
Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ …（６）
と表すことができる。
【００５７】
同様に、他方の錘部６にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極６ａと各固定電極２２ａ，２２ｂとの間の静電容量Ｃ３，Ｃ４は、
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（７）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（８）
と表すことができる。
【００５８】
そして、一方の錘部５および固定電極２１ａ，２１ｂから得られる静電容量Ｃ１，Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と、他方の錘部６および固定電極２２ａ，２２ｂから得られる静電容量Ｃ３，Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）との差（±４ΔＣ）を算出すれば、この差分値ＣＡ，ＣＢの差に基づいてＺ方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。
【００５９】
このとき、錘部５，６の重心位置から回動軸Ａ１，Ａ２に下ろした垂線と錘部５，６の表面とが成す角度を略４５度に設定すれば、これら２方向の検出感度を等価にすることができる。
【００６０】
なお、差分値ＣＡ，ＣＢの和と差とに基づいてＸ方向およびＺ方向の加速度の向きと大きさを求める演算処理については従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、一対のビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）が、回転軸Ａ１（Ａ２）回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。したがって、通常は、錘部５（６）の変位に基づき静電容量を精度よく測ることができる。
【００６２】
ところで、１対のビーム部の形状が同一の場合、Ｘ方向から過大な荷重が入力された際には、錘部および一対のビーム部は、下記のような挙動を示す。
【００６３】
まず、Ｘ方向から過大な荷重が入力されると、錘部にはＸ方向へ変位する力がそのまま働く。そして、この錘部は一対のビーム部によりフレーム部に連結されているため、Ｘ方向へ錘部を変位させようとする力によって錘部が回動する。
【００６４】
そして、回動した錘部が対向配置された固定電極にぶつかることで、錘部と固定電極との接触部分に摩擦力が働き、錘部の動きが制限される。
【００６５】
このように、錘部の動きが制限された状態で、Ｘ方向へ錘部を変位させようとする力が働くと、かかる力が一対のビーム部に伝達されて一対のビーム部が破断してしまう。
【００６６】
しかしながら、本実施形態では、１対のビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）のうちいずれか一方のビーム部７ｂ（８ｂ）を他方のビーム部７ａ（８ａ）よりも太さが太く長さが長くなるように形成することで、Ｘ方向（回転軸Ａ１（Ａ２）に垂直な方向）一方側（図５の下側）から荷重が入力された際の、ビーム部７ａ（８ａ）とビーム部７ｂ（８ｂ）のＸ方向への変位量を互いに異ならせている。
【００６７】
その結果、錘部５（６）には、図５の左斜め上方向に変位させる力が働く。そして、図５の左斜め上方向に変位させる力は、Ｘ方向に働く力とＹ方向に働く力とに分解される。すなわち、それぞれのビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）の太さおよび長さを異ならせることで、変位しやすい方向であるＸ方向から荷重が入力された際には、かかる荷重の一部を変形しにくいＹ方向に働く力とすることができ、その分、Ｘ方向で受ける荷重を軽減することができ、加速度センサ（静電容量式センサ）１の耐荷重性をより一層向上させることができる。
【００６８】
また、ビーム部７ａ（８ａ）とビーム部７ｂ（８ｂ）の太さおよび長さを異ならせることで、錘部の配置自由度を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、１対のビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）のそれぞれの回転軸Ａ１（Ａ２）回りの回転トルクが、各ビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）の太さおよび長さに基づいて設定するようにしている。そのため、各ビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）の回転軸Ａ１（Ａ２）回りの回転トルクを容易に設定することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、ビーム部のそれぞれの厚さを略同一とし、太さおよび長さを異ならせるようにしているため、ビーム部を容易に形成することができるという利点もある。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、Ｘ方向とＺ方向の２方向の加速度を検出する加速度センサを例示したが、錘部の１つをＸＹ平面内で９０度回転させて配置し、Ｙ方向を加えた３方向の加速度を検出する加速度センサとしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、静電容量式センサとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、その他の静電容量式センサであっても本発明を適用することができる。
【００７４】
また、錘部や固定電極その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 加速度センサ（静電容量式センサ）
２ 第１の絶縁性基板（絶縁基板）
４ シリコン基板
５，６ 錘部
５ａ、６ａ 可動電極
７ａ，８ａ 他方のビーム部
７ｂ，８ｂ 一方のビーム部
４０ フレーム部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量式センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可動部の両端を一対のビーム部を介してフレームに接続することで、当該可動部をビーム部のねじり中心軸回りに揺動できるようにした構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１では、平板状の可動部を挟んで対向する一対のビーム部を、ねじり中心軸を含み可動部に平行な面（対称面）に対して対称となるようにそれぞれ配置することで、一対のビーム部の断面形状を異なる形状としたものが開示されている。このように、一対のビーム部の断面形状を異なる形状とすることで、ねじり中心軸に垂直な方向に撓みにくい構造とすることができる。
【０００４】
そして、このような構造は、静電容量式センサに適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３２１１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の構造では、ねじり中心軸に垂直な方向に荷重が入力された場合、一対のビーム部はねじり中心軸に垂直な方向の力をそのまま受けて、同方向に同一量変位する。このように、上記従来の技術では、一対のビーム部がねじり中心軸に垂直な方向の力をそのまま受ける構造をしているため、ねじり中心軸に垂直な方向に過大な荷重が入力された際には、一対のビーム部が破断してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、耐荷重性をより一層向上させることのできる静電容量式センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にあっては、絶縁基板と、この絶縁基板に接合されたシリコン基板と、を備える静電容量式センサにおいて、前記シリコン基板には、前記絶縁基板に接合されるフレーム部と、一面に可動電極が設けられた錘部と、当該錘部とフレーム部とを連結し、錘部を軸回りに回動自在に支持する１対のビーム部と、が形成されており、前記一対のビーム部は前記軸回りの回転トルクが略同一となるように形成されるとともに、前記一対のビーム部のうちいずれか一方のビーム部が、他方のビーム部よりも太さが太く長さが長くなるように形成されていることを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一対のビーム部は前記軸回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。したがって、通常は、錘部の変位に基づき静電容量を精度よく測ることができる。さらに、一対のビーム部のうちいずれか一方のビーム部を、他方のビーム部よりも太さが太く長さが長くなるように形成している。したがって、軸に垂直な方向から荷重が入力された際に、それぞれのビーム部の軸に垂直な方向への変位量を異ならせることができ、当該荷重の一部を軸方向に分解することができる。その結果、軸に垂直な方向の荷重を軽減することができ、静電容量式センサの耐荷重性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態にかかるシリコン基板を示す平面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態にかかるシリコン基板を示す裏面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態にかかる錘部へのＸ方向荷重入力時に錘部にかかる力を模式的に示す平面図である。
【図６】図６は、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係をシミュレーションした際に用いたビーム部の形状を示す斜視図である。
【図７】図７は、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を示す表である。
【図８】図８は、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。以下では、静電容量式センサとして、加速度センサを例示する。また、錘部の可動電極が形成される側をシリコン基板の表面側と定義する。そして、シリコン基板の短手方向をＸ方向、シリコン基板の長手方向をＹ方向、シリコン基板の厚さ方向をＺ方向として説明する。
【００１２】
本実施形態にかかる加速度センサ（静電容量式センサ）１は、図１に示すように、半導体素子ディバイスを形成したシリコン基板４と、このシリコン基板４の表面４ａおよび裏面４ｂにそれぞれ接合されたガラス製の第１の絶縁性基板（絶縁基板）２および第２の絶縁性基板（絶縁基板）３と、を備えている。本実施形態では、このシリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３とを陽極接合によって接合している。
【００１３】
そして、第１の絶縁性基板２の下面には、錘部５，６の設置領域に対応した固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。
【００１４】
また、第２の絶縁性基板３の表面には、錘部５，６の設置領域に対応した領域に付着防止膜３１，３２がそれぞれ形成されている。付着防止膜３１，３２は、例えば、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂと同じ材料で形成することができる。
【００１５】
シリコン基板４は、２つの枠部４０ａ，４０ｂがＹ方向（シリコン基板４の長手方向）に並設されたフレーム部４０と、枠部４０ａ，４０ｂの内周面に対して隙間４３を空けた状態で枠部４０ａ，４０ｂ内に配置された錘部５，６と、フレーム部４０に対して錘部５，６をそれぞれ回動自在に支持する１対のビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂと、錘部５，６の表面（一面）に形成される可動電極５ａ，６ａと、を備えている。
【００１６】
本実施形態では、このシリコン基板４として、Ｓｉからなるシリコン活性層１１１とＳｉからなる支持基板１１３との間にＳｉＯ２からなる埋込絶縁層１１２が介在する矩形状のＳＯＩ基板を用いている。なお、シリコン基板４の長手方向辺は約２〜４ｍｍで、厚さは約０．４〜０．６ｍｍであり、シリコン活性層１１１の厚さは約１０〜２０μｍ、埋込絶縁層１１２の厚さは、約０．５μｍである。
【００１７】
フレーム部４０は、本実施形態では、Ｚ方向（シリコン基板４の厚さ方向）から見て略矩形状の外側フレーム部４１と、Ｘ方向（シリコン基板４の短手方向）に延在し、外側フレーム部４１のＹ方向（シリコン基板４の長手方向）略中央部を連結する中央フレーム部４２と、を備えている。
【００１８】
錘部５，６は、図３および図４に示すように、一面（裏面）に開口する凹部５５，６５と、凹部５５，６５を除く充実部５３，６３とが一体に形成されている。すなわち、錘部５，６に一面（裏面）に開口する凹部５５，６５を形成することで、錘部５，６に、肉厚の充実部５３，６３と肉薄の薄肉部５４，６４とを形成している。
【００１９】
充実部５３，６３は、図４に示すように、裏面側からみた状態で、矩形状に形成されており、それぞれの充実部５３，６３には、対角線状の溝部５６，６６が可動電極５ａ，６ａに対して垂直に形成されている。
【００２０】
また、凹部５５，６５は４辺に側壁を持つ矩形に形成されており、内部には、補強壁５７，６７が可動電極５ａ，６ａに対して垂直に設けられている。
【００２１】
本実施形態では、凹部５５は、後述する回動軸Ａ１よりもＸ方向一方側（図１の奥側）に形成されるとともに、凹部６５は、後述する回動軸Ａ２よりもＸ方向他方側（図１の手前側）に形成されている。
【００２２】
ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂは、ＳＯＩ基板（シリコン基板４）のシリコン活性層１１１に形成されており、ＳＯＩ基板の埋込絶縁層１１２をエッチングストップとして深堀エッチングし、更に埋込絶縁層１１２を選択的にエッチング除去することで形成される。
【００２３】
ビーム部７ａ，７ｂは、錘部５の表面（可動電極５ａ）の対向する２辺上にそれぞれ位置し、ビーム部７ａ，７ｂがねじれることにより、可動電極５ａは、ビーム部７ａ，７ｂを互いに結ぶ直線を回転軸（軸）Ａ１として揺動する。同様に、ビーム部８ａ，８ｂは、錘部６の表面（可動電極６ａ）の対向する２辺上にそれぞれ位置し、可動電極６ａは、ビーム部８ａ，８ｂを互いに結ぶ直線を回転軸（軸）Ａ２として揺動する。
【００２４】
また、ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂは、錘部５，６の表面の２辺の、それぞれ中点に位置している。
【００２５】
また、本実施形態では、錘部５と錘部６、ビーム部７ａとビーム部８ａ、およびビーム部７ｂとビーム部８ｂがそれぞれシリコン基板４の一点（ビーム部７ｂとビーム部８ｂとを結ぶ線分の中点）に対して点対称となるように配置されている。
【００２６】
ここで、本実施形態では、ビーム部（一対のビーム部７ａ，７ｂのうち一方のビーム部）７ｂをビーム部（他方のビーム部）７ａよりも太さが太く、長さが長くなるように形成している。そして、ビーム部（一対のビーム部８ａ，８ｂのうち一方のビーム部）８ｂをビーム部（他方のビーム部）８ａよりも太さが太く、長さが長くなるように形成している。なお、各ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂの厚さは略同一となっており、シリコン活性層１１１の厚さと略同一である。また、本実施形態では、ビーム部７ａとビーム部８ａおよびビーム部７ｂとビーム部８ｂとが同一の形状（太さと長さが同じ）となるように形成されている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、ビーム部７ａ，７ｂは、ビーム部７ａ，７ｂの回転軸（軸）Ａ１回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。また、ビーム部８ａ，８ｂは、ビーム部８ａ，８ｂの回転軸（軸）Ａ２回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。
【００２８】
具体的には、ビーム部７ａ，７ｂの太さと長さを適宜設定することで、ビーム部（一対のビーム部）７ａ，７ｂの回転軸Ａ１回りの回転トルクが略同一となるようにしている。また、ビーム部８ａ，８ｂの太さと長さを適宜設定することで、ビーム部（一対のビーム部）８ａ，８ｂの回転軸Ａ２回りの回転トルクが略同一となるようにしている。
【００２９】
このように、本実施形態では、各ビーム部７ａ，７ｂおよび８ａ，８ｂの軸回りの回転トルクは、それぞれのビーム部の太さおよび長さに基づいて設定される。
【００３０】
ここで、図６に示す形状のビーム部を用いて、回転トルク（感度）が一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係についてシミュレーションした結果について説明する。
【００３１】
今回のシミュレーションでは、図６に示すように、厚さが１１μｍで、Ｙ方向両端の側部の形状が曲率半径Ｒ＝５０μｍのビーム部の太さおよび長さを種々変化させて、回転トルク（感度）を計算し、回転トルク（感度）が一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を求めた。
【００３２】
その結果、同一の回転トルク（この場合、０．０７０μｍ）を得るためには、ビーム部の太さおよび長さを図７の表に示す値とすればよいことが判った。
【００３３】
なお、図８のグラフは、図７の表に基づいて得られたグラフであって、回転トルクが一定の場合におけるビーム部の長さと太さとの関係を示すグラフである。
【００３４】
この図８のグラフ上の値となるように、ビーム部の太さおよび長さを設定すれば、それぞれのビーム部の回転トルク（感度）を略同一とすることができる。
【００３５】
また、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３との接合面には比較的浅いギャップＧ１，Ｇ２がそれぞれ形成されており、シリコン基板４各部の絶縁性や錘部（可動電極５ａ，６ａ）５，６の動作性の確保が図られている。
【００３６】
なお、シリコン基板４の裏面側のギャップＧ２は、アルカリ性湿式異方性エッチング液（例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム水溶液）、ＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム水溶液）等）を用いたシリコン異方性エッチングによりシリコン基板４の一部を除去することで形成することができる。このとき、上述した凹部５５，６５も同時に形成するのが好適である。
【００３７】
また、隙間４３および隙間４４は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などにより垂直エッチング加工をすることで形成している。反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）を備えたエッチング装置によるＩＣＰ加工を利用することができる。
【００３８】
また、錘部５，６の表面の４隅には、錘部５，６が第１の絶縁性基板２の固定電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに直接衝突するのを防止するための突起部５１，６１が突設されている。
【００３９】
同様に、錘部５，６の裏面の４隅には、錘部５，６が第２の絶縁性基板３の付着防止膜３１，３２に直接衝突するのを防止するための突起部５２，６２が突設されている。
【００４０】
また、本実施形態では、外側フレーム部４１は、Ｘ方向一端側（図２の下側）が幅広に形成されており、この外側フレーム部４１のＸ方向一端側には、錘部５，６が配置される隙間４３，４３とそれぞれ連続するように隙間４４，４４が形成されている。そして、隙間４４を空けた状態で電極台９がそれぞれ２つずつ配置されている。
【００４１】
この電極台９の表面には、金属膜からなる検出電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられている。
【００４２】
電極台９は、それぞれフレーム部４０および錘部５，６から離間して配置されており、第１の絶縁性基板２および第２の絶縁性基板３により上下面を固定されている。また、外側フレーム部４１の表面のＹ方向中央部には、加速度センサ１の外部に配線される共通電極１２が設けられており、フレーム部４０は共通電極１２により共通電位をとっている。
【００４３】
第１の絶縁性基板２の下面には、上述したように、錘部５，６の設置領域に対応した固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。これら各固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂは、略同一形状で面積が略同一となるように形成されている。
【００４４】
固定電極２１ａ，２１ｂは、ビーム部７ａ，７ｂを互いに結ぶ直線（回動軸Ａ１）を境界線として、互いに離間して配置されている。同様に、固定電極２２ａ，２２ｂは、ビーム部８ａ，８ｂを互いに結ぶ直線（回動軸Ａ２）を境界線として、互いに離間して配置されている。本実施形態では、各固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂは、アルミニウム（Ａｌ）をスパッタ法やＣＶＤ法等により第１の絶縁性基板２に蒸着することで形成している。
【００４５】
固定電極２１ａ，２１ｂは、検出電極１０ａ，１０ｂにそれぞれ電気的に接続されており、固定電極２２ａ，２２ｂは、検出電極１１ａ，１１ｂにそれぞれ電気的に接続されている。
【００４６】
具体的には、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂには、それぞれが接続される検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂが形成された固定電極台９に向けて引出線（固定電極側金属接触部）２５がそれぞれ設けられている。
【００４７】
また、各固定電極台９には、引出線（固定電極側金属接触部）２５が接触するアルミニウム製の導電層（半導体基板側金属接触部）１３が形成されている。本実施液体では、各固定電極台９のＸ方向他端側（図２の上側：錘部側）に段差９ａが設けられており、当該段差９ａの下面、すなわち、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂが形成される面よりも低い位置に導電層（半導体基板側金属接触部）１３を形成している（図３参照）。
【００４８】
そして、この引出線（固定電極側金属接触部）２５および導電層（半導体基板側金属接触部）１３は、シリコン基板４と第１の絶縁性基板２とを陽極接合する際に、互いに踏みつぶされて接触する。
【００４９】
こうして、固定電極２１ａ，２１ｂおよび２２ａ，２２ｂが、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂに電気的に接続される。
【００５０】
なお、検出電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂは、互いに離間し、それぞれフレーム部４０、錘部５，６から離間しているので、各検出電極が互いに絶縁され、各検出電極の寄生容量や、各検出電極間のクロストークを低減し、高精度な容量検出を行うことができる。
【００５１】
また、第１の絶縁性基板２の電極台９と対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール２３がそれぞれ形成されており、第１の絶縁性基板２の共通電極１２に対応する部位には、サンドブラスト加工等によってスルーホール２４がそれぞれ形成されている。そして、検出電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂは、それぞれスルーホール２３を介して外部に露出、配線され、共通電極１２は、それぞれスルーホール２４を介して、外部に露出、配線される。こうして、固定電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂや可動電極５ａ、６ａの電位を外部に取り出せるようにしている。
【００５２】
次に、本実施形態の検出動作について説明する。
【００５３】
まず、一方の錘部５にＸ方向の加速度が印加された場合を考える。Ｘ方向に加速度が印加されると、錘部５が回動軸Ａ１の回りに回動して可動電極５ａと固定電極２１ａ並びに固定電極２１ｂとの間の距離が変化する。その結果、可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量Ｃ１，Ｃ２も変化する。ここで、Ｘ方向の加速度が印加されていないときの可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量をＣ０とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔＣとすれば、Ｘ方向の加速度が印加されたときの静電容量Ｃ１，Ｃ２は、
Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ …（１）
Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ …（２）
と表すことができる。
【００５４】
同様に、他方の錘部６にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極６ａと各固定電極２２ａ，２２ｂとの間の静電容量Ｃ３，Ｃ４は、
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（３）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（４）
と表すことができる。
【００５５】
そして、一方の錘部５および固定電極２１ａ，２１ｂから得られる静電容量Ｃ１，Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と、他方の錘部６および固定電極２２ａ，２２ｂから得られる静電容量Ｃ３，Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）との和（±４ΔＣ）を算出すれば、この差分値ＣＡ，ＣＢの和に基づいてＸ方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。
【００５６】
次に、一方の錘部５にＺ方向の加速度が印加された場合を考える。Ｚ方向に加速度が印加されると、錘部５が回動軸Ａ１の回りに回動して可動電極５ａと固定電極２１ａ並びに固定電極２１ｂとの間の距離が変化する。その結果、可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量Ｃ１，Ｃ２も変化する。ここで、Ｚ方向の加速度が印加されていないときの可動電極５ａと各固定電極２１ａ，２１ｂとの間の静電容量をＣ０とし、加速度の印加によって生じる静電容量の変化分をΔＣとすれば、Ｚ方向の加速度が印加されたときの静電容量Ｃ１，Ｃ２は、
Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ …（５）
Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ …（６）
と表すことができる。
【００５７】
同様に、他方の錘部６にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極６ａと各固定電極２２ａ，２２ｂとの間の静電容量Ｃ３，Ｃ４は、
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（７）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（８）
と表すことができる。
【００５８】
そして、一方の錘部５および固定電極２１ａ，２１ｂから得られる静電容量Ｃ１，Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と、他方の錘部６および固定電極２２ａ，２２ｂから得られる静電容量Ｃ３，Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）との差（±４ΔＣ）を算出すれば、この差分値ＣＡ，ＣＢの差に基づいてＺ方向に印加された加速度の向きと大きさを演算することができる。
【００５９】
このとき、錘部５，６の重心位置から回動軸Ａ１，Ａ２に下ろした垂線と錘部５，６の表面とが成す角度を略４５度に設定すれば、これら２方向の検出感度を等価にすることができる。
【００６０】
なお、差分値ＣＡ，ＣＢの和と差とに基づいてＸ方向およびＺ方向の加速度の向きと大きさを求める演算処理については従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、一対のビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）が、回転軸Ａ１（Ａ２）回りの回転トルクが略同一となるように形成されている。したがって、通常は、錘部５（６）の変位に基づき静電容量を精度よく測ることができる。
【００６２】
ところで、１対のビーム部の形状が同一の場合、Ｘ方向から過大な荷重が入力された際には、錘部および一対のビーム部は、下記のような挙動を示す。
【００６３】
まず、Ｘ方向から過大な荷重が入力されると、錘部にはＸ方向へ変位する力がそのまま働く。そして、この錘部は一対のビーム部によりフレーム部に連結されているため、Ｘ方向へ錘部を変位させようとする力によって錘部が回動する。
【００６４】
そして、回動した錘部が対向配置された固定電極にぶつかることで、錘部と固定電極との接触部分に摩擦力が働き、錘部の動きが制限される。
【００６５】
このように、錘部の動きが制限された状態で、Ｘ方向へ錘部を変位させようとする力が働くと、かかる力が一対のビーム部に伝達されて一対のビーム部が破断してしまう。
【００６６】
しかしながら、本実施形態では、１対のビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）のうちいずれか一方のビーム部７ｂ（８ｂ）を他方のビーム部７ａ（８ａ）よりも太さが太く長さが長くなるように形成することで、Ｘ方向（回転軸Ａ１（Ａ２）に垂直な方向）一方側（図５の下側）から荷重が入力された際の、ビーム部７ａ（８ａ）とビーム部７ｂ（８ｂ）のＸ方向への変位量を互いに異ならせている。
【００６７】
その結果、錘部５（６）には、図５の左斜め上方向に変位させる力が働く。そして、図５の左斜め上方向に変位させる力は、Ｘ方向に働く力とＹ方向に働く力とに分解される。すなわち、それぞれのビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）の太さおよび長さを異ならせることで、変位しやすい方向であるＸ方向から荷重が入力された際には、かかる荷重の一部を変形しにくいＹ方向に働く力とすることができ、その分、Ｘ方向で受ける荷重を軽減することができ、加速度センサ（静電容量式センサ）１の耐荷重性をより一層向上させることができる。
【００６８】
また、ビーム部７ａ（８ａ）とビーム部７ｂ（８ｂ）の太さおよび長さを異ならせることで、錘部の配置自由度を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、１対のビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）のそれぞれの回転軸Ａ１（Ａ２）回りの回転トルクが、各ビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）の太さおよび長さに基づいて設定するようにしている。そのため、各ビーム部７ａ，７ｂ（８ａ，８ｂ）の回転軸Ａ１（Ａ２）回りの回転トルクを容易に設定することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、ビーム部のそれぞれの厚さを略同一とし、太さおよび長さを異ならせるようにしているため、ビーム部を容易に形成することができるという利点もある。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、Ｘ方向とＺ方向の２方向の加速度を検出する加速度センサを例示したが、錘部の１つをＸＹ平面内で９０度回転させて配置し、Ｙ方向を加えた３方向の加速度を検出する加速度センサとしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、静電容量式センサとして加速度センサを例示したが、これに限ることなく、その他の静電容量式センサであっても本発明を適用することができる。
【００７４】
また、錘部や固定電極その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 加速度センサ（静電容量式センサ）
２ 第１の絶縁性基板（絶縁基板）
４ シリコン基板
５，６ 錘部
５ａ、６ａ 可動電極
７ａ，８ａ 他方のビーム部
７ｂ，８ｂ 一方のビーム部
４０ フレーム部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板に接合されたシリコン基板と、を備える静電容量式センサにおいて、
前記シリコン基板には、前記絶縁基板に接合されるフレーム部と、一面に可動電極が設けられた錘部と、当該錘部とフレーム部とを連結し、錘部を軸回りに回動自在に支持する１対のビーム部と、が形成されており、
前記一対のビーム部は前記軸回りの回転トルクが略同一となるように形成されるとともに、前記一対のビーム部のうちいずれか一方のビーム部が、他方のビーム部よりも太さが太く長さが長くなるように形成されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
前記一対のビーム部のそれぞれの前記軸回りの回転トルクが、各ビーム部の太さおよび長さに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板に接合されたシリコン基板と、を備える静電容量式センサにおいて、
前記シリコン基板には、前記絶縁基板に接合されるフレーム部と、一面に可動電極が設けられた錘部と、当該錘部とフレーム部とを連結し、錘部を軸回りに回動自在に支持する１対のビーム部と、が形成されており、
前記一対のビーム部は前記軸回りの回転トルクが略同一となるように形成されるとともに、前記一対のビーム部のうちいずれか一方のビーム部が、他方のビーム部よりも太さが太く長さが長くなるように形成されていることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
前記一対のビーム部のそれぞれの前記軸回りの回転トルクが、各ビーム部の太さおよび長さに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−４７５３０（Ｐ２０１２−４７５３０Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８８３４８（Ｐ２０１０−１８８３４８）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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