[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2009192379A - Acceleration sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

Acceleration sensor and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2009192379A
JP2009192379A JP2008033440A JP2008033440A JP2009192379A JP 2009192379 A JP2009192379 A JP 2009192379A JP 2008033440 A JP2008033440 A JP 2008033440A JP 2008033440 A JP2008033440 A JP 2008033440A JP 2009192379 A JP2009192379 A JP 2009192379A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
weight portion
weight
substrate
movable electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008033440A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Araogi
正隆 新荻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2008033440A priority Critical patent/JP2009192379A/en
Publication of JP2009192379A publication Critical patent/JP2009192379A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor capable of reducing its instrument size, and a manufacturing method of the same. <P>SOLUTION: The acceleration sensor 1 is provided with a board, a vibratory weight section 11 arranged in opposition to the surface of the board with a gap between, and elastically-deformable beam sections 12 supporting the weight section 11. The acceleration sensor 1 detects a displacement of the weight section 11 and measures an acceleration from the detection result. Movable electrodes 15, 22 which are displaced with the vibration of the weight section 11 are provided in the weight section 11, while fixed electrodes 16, 23 which face the movable electrodes 15, 22 with predetermined intervals inbetween are provided on the board, and at least the weight section 11 is made of metallic glass. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、加速度センサ及び加速度センサの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an acceleration sensor and a method for manufacturing the acceleration sensor.

従来から、自動車の車両制御や、エアバッグ、ゲーム機、落下検出等、様々な分野において加速度センサが用いられている。これら加速度センサとしては、可撓性を有する梁部で錘部を吊り下げ支持したものがある。この加速度センサでは、錘部に何らかの力学量が外部から加えられたときに錘部が変位し、錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する。錘部の変位を検出する方法としては、様々な方法が知られているが、その1つとして静電容量を利用した加速度センサが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   Conventionally, acceleration sensors are used in various fields such as vehicle control of automobiles, airbags, game machines, and fall detection. As these acceleration sensors, there are sensors in which a weight portion is suspended and supported by a flexible beam portion. In this acceleration sensor, when a mechanical amount is applied to the weight portion from the outside, the weight portion is displaced, the displacement of the weight portion is detected, and the acceleration is measured from the detection result. Various methods are known as a method for detecting the displacement of the weight, and one of them is an acceleration sensor using capacitance (for example, see Non-Patent Document 1).

図8は、従来の加速度センサを示す断面図である。
図8に示すように、従来の加速度センサ100は、基板101上にベース部102を介して設けられた可撓性を有する梁部103と、この梁部103に吊り下げ支持された錘部104とを備えている。また、梁部103を挟んで錘部104の反対側には、錘部104の変動に追従して変動する複数の可動電極105が設けられ、各可動電極105には固定電極106が対向配置されている。そして、複数の可動電極105及び各可動電極105に対向配置された各固定電極106により、X,Y,Z方向の3軸の加速度を検出できるように構成されている。
加速度センサ100は、各可動電極105と各固定電極106との間に静電引力を発生させて、予め所定の入力波形で励振した状態になっている。この状態で、外部から加速度等の力を受けると、錘部104は梁部103を中心として捻れるように変位する。すると、各可動電極105と各固定電極106との間のギャップが変化して、各可動電極105と各固定電極106との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出し、加速度の大きさを測定している。
岡田和弘、「計測技術」、25(1)、日本工業出版社、1997年1月、p.50−53
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional acceleration sensor.
As shown in FIG. 8, a conventional acceleration sensor 100 includes a flexible beam portion 103 provided on a substrate 101 via a base portion 102, and a weight portion 104 supported by being suspended from the beam portion 103. And. In addition, on the opposite side of the weight portion 104 with the beam portion 103 interposed therebetween, a plurality of movable electrodes 105 that follow the variation of the weight portion 104 are provided, and a fixed electrode 106 is disposed opposite to each movable electrode 105. ing. A plurality of movable electrodes 105 and each fixed electrode 106 disposed opposite to each movable electrode 105 are configured to detect acceleration in three axes in the X, Y, and Z directions.
The acceleration sensor 100 is in a state in which an electrostatic attractive force is generated between each movable electrode 105 and each fixed electrode 106 and excited in advance with a predetermined input waveform. In this state, when receiving a force such as acceleration from the outside, the weight portion 104 is displaced so as to be twisted about the beam portion 103. Then, the gap between each movable electrode 105 and each fixed electrode 106 changes, and the electrostatic capacitance between each movable electrode 105 and each fixed electrode 106 changes. This change in capacitance is detected and the magnitude of acceleration is measured.
Kazuhiro Okada, “Measurement Technology”, 25 (1), Nippon Kogyo Publishing Co., Ltd., January 1997, p. 50-53

ところで、上述の加速度センサにあっては、静電容量の変化を高感度に検出するために、錘部をシリコンで形成することが一般的である。しかしながら、シリコンは、比重が小さく軽いため、シリコンで錘部を形成する場合には錘部の大きさを確保しなければならないという問題がある。特に、図8に示すような、X,Y,Z方向の3軸の加速度検出を行う加速度センサ100にあっては、Z方向の検出を高感度に行うために、錘部104を大きくして錘部104の変位を確保しなければならない。その結果、装置の大型化に繋がってしまうという問題がある。   By the way, in the above-described acceleration sensor, in order to detect a change in capacitance with high sensitivity, it is common to form the weight portion with silicon. However, since silicon has a small specific gravity and light weight, there is a problem that when the weight portion is formed of silicon, the size of the weight portion must be ensured. In particular, in the acceleration sensor 100 that performs triaxial acceleration detection in the X, Y, and Z directions, as shown in FIG. The displacement of the weight portion 104 must be ensured. As a result, there is a problem that the apparatus is increased in size.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、装置の小型化を図ることができる加速度センサ及び加速度センサの製造方法を提供するものである。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an acceleration sensor and a method of manufacturing the acceleration sensor that can reduce the size of the apparatus.

本発明は前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る加速度センサは、基板と、前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサにおいて、少なくとも前記錘部は金属性物質からなることを特徴とするものである。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
An acceleration sensor according to the present invention includes a substrate, a vibratable weight portion disposed opposite to the surface of the substrate with a gap, and an elastically deformable beam portion supporting the weight portion, In an acceleration sensor that detects displacement of a weight portion and measures acceleration based on the detection result, at least the weight portion is made of a metallic substance.

本発明に係る加速度センサにおいては、錘部が金属性物質で構成されているため、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部を小さくしても錘部の重量を維持して錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。   In the acceleration sensor according to the present invention, since the weight portion is made of a metallic substance, the specific gravity is larger than that of a conventional weight portion made of silicon. That is, even if the weight portion is reduced, the weight portion can be maintained and the displacement of the weight portion can be ensured to be large, so that the apparatus can be downsized.

本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記錘部には前記錘部の振動とともに変位する可動電極が設けられている一方、前記基板上には前記可動電極と所定距離を空けた状態で対向する固定電極が設けられ、前記金属性物質は金属ガラスからなることを特徴とするものである。   In the acceleration sensor according to the present invention, in the acceleration sensor, the weight portion is provided with a movable electrode that is displaced along with the vibration of the weight portion, while the substrate is separated from the movable electrode by a predetermined distance. The fixed material which opposes is provided, and the said metallic substance consists of metallic glass.

ここで、金属ガラスとはアモルファス合金の一種であり、組成が3元素以上の多元系であること、各原子の径が12%以上異なること、各元素が化合物化しやすいことの3原則を有しており、靭性、剛性、バネ性、導電性が高いという特徴を有する。
本発明に係る加速度センサにおいては、金属性物質として金属ガラスを用いることで、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部を小さくしても錘部の重量を維持して錘部の変位を大きく確保することができるため、可動電極と固定電極との間における静電容量の変化が大きくなり、静電容量の変化を高感度に検出することができる。
また、内部応力も少ないため、錘部の反りや変形もない。そのため、可動電極と固定電極とのギャップが均一になり、静電容量の変化を高精度に検出することができる。
したがって、装置の小型化を図った上で、可動電極と、固定電極との間における静電容量の変化を高精度、かつ高感度に検出することができるため、高性能な加速度センサを実現することができる。
Here, metallic glass is a kind of amorphous alloy, and has three principles: a multi-component system with three or more elements, a diameter of each atom that differs by 12% or more, and that each element is easily compounded. And has the characteristics of high toughness, rigidity, springiness, and conductivity.
In the acceleration sensor according to the present invention, the specific gravity is larger than that of the conventional weight portion made of silicon by using metallic glass as the metallic substance. In other words, even if the weight portion is made smaller, the weight portion can be maintained and the displacement of the weight portion can be ensured to be large. Therefore, the change in the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode is increased, and the electrostatic capacity is increased. Capacitance change can be detected with high sensitivity.
Further, since the internal stress is small, there is no warping or deformation of the weight portion. Therefore, the gap between the movable electrode and the fixed electrode becomes uniform, and the change in capacitance can be detected with high accuracy.
Therefore, it is possible to detect a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode with high accuracy and high sensitivity while reducing the size of the device, thereby realizing a high-performance acceleration sensor. be able to.

本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記金属性物質は金属からなることを特徴とするものである。   The acceleration sensor according to the present invention is characterized in that, in the acceleration sensor, the metallic substance is made of metal.

本発明に係る加速度センサにおいては、金属性物質として金属を用いることで、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部を小さくしても錘部の重量を維持することができ、錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。   In the acceleration sensor according to the present invention, by using a metal as the metallic substance, the specific gravity is larger than that of a conventional weight portion made of silicon. In other words, the weight of the weight can be maintained even when the weight is reduced, and the displacement of the weight can be ensured to be large, so that the apparatus can be downsized.

本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記梁部が、前記金属ガラスからなることを特徴とするものである。   The acceleration sensor according to the present invention is characterized in that, in the acceleration sensor, the beam portion is made of the metallic glass.

本発明に係る加速度センサにおいては、梁部が金属ガラスで構成されているため、梁部のバネ性を向上させることができる。これにより、梁部が弾性変形することで、梁部の弾性力に錘部が追従して錘部の変位を大きく確保することができる。そのため、可動電極と固定電極との間における静電容量の変化が大きくなる。したがって、加速度を高感度に検出することができる。
さらに、梁部が金属ガラスで構成されているため、梁部を錘部と一体形成することができる。よって、錘部及び梁部の製造が容易になり、製造効率を向上させることができる。
In the acceleration sensor according to the present invention, since the beam portion is made of metal glass, the spring property of the beam portion can be improved. Thus, the elastic deformation of the beam portion allows the weight portion to follow the elastic force of the beam portion, thereby ensuring a large displacement of the weight portion. Therefore, the change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode becomes large. Therefore, acceleration can be detected with high sensitivity.
Furthermore, since the beam portion is made of metal glass, the beam portion can be integrally formed with the weight portion. Therefore, manufacture of a weight part and a beam part becomes easy, and manufacturing efficiency can be improved.

本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記可動電極が、前記金属ガラスからなることを特徴とするものである。   The acceleration sensor according to the present invention is characterized in that, in the acceleration sensor, the movable electrode is made of the metallic glass.

本発明に係る加速度センサにおいては、可動電極が金属ガラスで構成されているため、可動電極と錘部とを一体形成することができ、製造効率を向上させることができる。   In the acceleration sensor according to the present invention, since the movable electrode is made of metal glass, the movable electrode and the weight portion can be integrally formed, and the manufacturing efficiency can be improved.

本発明に係る加速度センサは、上記加速度センサにおいて、前記錘部には、一方向に向けて延出する第1可動電極と、前記一方向に直交する他方向に向けて延出する第2可動電極と、が設けられ、前記基板上には、前記第1及び第2可動電極とそれぞれ所定距離を空けた状態で対向する第1及び第2固定電極が設けられるとともに、前記錘部と所定距離を空けた状態で対向する第3固定電極が設けられていることを特徴とするものである。   In the acceleration sensor according to the present invention, in the acceleration sensor, the weight portion includes a first movable electrode extending in one direction and a second movable electrode extending in another direction orthogonal to the one direction. And a first fixed electrode and a second fixed electrode facing each of the first and second movable electrodes with a predetermined distance therebetween, and a predetermined distance from the weight portion. A third fixed electrode that is opposed to each other in a state where a gap is left is provided.

本発明に係る加速度センサにおいては、錘部が金属ガラスにより構成されているため、錘部を第3固定電極に対向する可動電極として用いることができる。そして、各可動電極及び各可動電極に対向する各固定電極により、相互に直交する加速度を検出することができる。したがって、X,Y,Z方向の3軸の加速度を検出可能な加速度センサを容易に製造することができる。   In the acceleration sensor according to the present invention, since the weight portion is made of metal glass, the weight portion can be used as a movable electrode facing the third fixed electrode. Then, accelerations orthogonal to each other can be detected by each movable electrode and each fixed electrode opposed to each movable electrode. Therefore, it is possible to easily manufacture an acceleration sensor capable of detecting triaxial acceleration in the X, Y, and Z directions.

一方、本発明に係る加速度センサの製造方法は、基板と、前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサの製造方法であって、前記基板上に金属ガラスからなる前記錘部及び前記梁部を成膜する成膜工程と、該成膜工程の後に、前記金属ガラスを加熱して前記錘部を平坦化させる熱処理工程を有することを特徴とするものである。   On the other hand, a method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention includes a substrate, a vibrated weight portion that is opposed to the surface of the substrate with a gap, and an elastically deformable beam portion that supports the weight portion. , A method of manufacturing an acceleration sensor that detects displacement of the weight part and measures acceleration from the detection result, and forms the weight part and the beam part made of metal glass on the substrate. A film forming process and a heat treatment process for heating the metal glass to flatten the weight portion after the film forming process are provided.

ここで、金属ガラスを加熱すると、金属ガラスは過冷却液体域と呼ばれる一定の温度領域において半固体状に軟化し、酸化物ガラス同様の粘性流動を示す。この過冷却液体域において、金属ガラスを変形させ、冷却することで、その変形を維持した状態で固定することができる(いわゆる、加熱変形法という)。この方法を用いることで、内部応力が緩和されるため、平面度の高い平面構造や、微細成形による三元構造が容易に作製可能である。
本発明に係る加速度センサの製造方法においては、熱処理工程において、金属ガラスを加熱することで金属ガラスが過冷却液体域を示すことになる。これにより、金属ガラスの加工が容易になり、成膜工程後の錘部を容易に平坦化させることができる。
Here, when the metal glass is heated, the metal glass softens in a semi-solid state in a certain temperature region called a supercooled liquid region, and exhibits a viscous flow similar to that of the oxide glass. In this supercooled liquid region, the metallic glass is deformed and cooled, so that it can be fixed while maintaining the deformation (so-called heating deformation method). By using this method, internal stress is relieved, so that a planar structure with high flatness and a ternary structure by fine molding can be easily manufactured.
In the method for manufacturing an acceleration sensor according to the present invention, the metal glass exhibits a supercooled liquid region by heating the metal glass in the heat treatment step. Thereby, processing of metal glass becomes easy and the weight part after a film-forming process can be flattened easily.

本発明に係る加速度センサの製造方法は、上記加速度センサの製造方法において、前記熱処理工程は、前記梁部を圧縮する圧縮工程を有することを特徴とするものである。   The acceleration sensor manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the acceleration sensor manufacturing method, the heat treatment step includes a compression step of compressing the beam portion.

本発明に係る加速度センサの製造方法においては、過冷却液体域において、梁部に対して圧縮力を作用させることで、その圧縮力に応じた形状に梁部を形成することができるため、梁部を所定の形状に容易に変形させることができる。これにより、バネ性の高い梁部を容易に形成することができるため、高感度な加速度センサを製造することができる。   In the method for manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, the beam portion can be formed in a shape corresponding to the compression force by applying a compression force to the beam portion in the supercooled liquid region. The part can be easily deformed into a predetermined shape. Thereby, since a highly springy beam part can be formed easily, a highly sensitive acceleration sensor can be manufactured.

本発明に係る加速度センサによれば、錘部を小さくしても錘部の重量を維持して錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。   According to the acceleration sensor of the present invention, the weight of the weight portion can be maintained and the displacement of the weight portion can be ensured greatly even if the weight portion is made small, so that the apparatus can be downsized.

(加速度センサ)
次に、本発明の加速度センサを図1,2に基づいて説明する。
なお、以下に示す各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
(Acceleration sensor)
Next, the acceleration sensor of the present invention will be described with reference to FIGS.
In each of the drawings shown below, the scale of each layer and each member is different in order to make each layer and each member recognizable on the drawing.

図1は、加速度センサの平面図である。また、図2は加速度センサの断面図であり、図1のA−A’線に沿う断面図である。
図1,2に示すように、加速度センサ1は、基板(図2参照)10と、基板10上に設けられた錘部11と、梁部12とを備えている。基板10は、シリコン等からなる矩形平板状の部材であり、検出可能範囲の加速度に起因する慣性力を受けても、加速度の検出に影響を及ぼすような変形や振動が発生しないような剛性を有している。
FIG. 1 is a plan view of the acceleration sensor. 2 is a cross-sectional view of the acceleration sensor, and is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the acceleration sensor 1 includes a substrate (see FIG. 2) 10, a weight portion 11 provided on the substrate 10, and a beam portion 12. The substrate 10 is a rectangular flat plate member made of silicon or the like, and has a rigidity that does not cause deformation or vibration that affects the detection of acceleration even if it receives an inertial force caused by acceleration within a detectable range. Have.

基板10上には、後述する金属ガラス(金属性物質)からなる複数(例えば、4個)のポスト13a〜13dが設けられている。各ポスト13a〜13dは、基板10の表面に対して垂直に立ち上がるように設けられた角柱形状のものであり、錘部11の周囲を取り囲むように配置されている。具体的には、X方向に沿う方向を長手方向とする2個のポスト13a,13cと、Y方向に沿う方向を長手方向とする2個のポスト13b,13dとが錘部11を挟んでそれぞれ対になって配置されている。   On the substrate 10, a plurality of (for example, four) posts 13 a to 13 d made of metal glass (metallic substance) to be described later are provided. Each of the posts 13 a to 13 d has a prismatic shape provided so as to rise vertically to the surface of the substrate 10, and is disposed so as to surround the periphery of the weight portion 11. Specifically, two posts 13a and 13c whose longitudinal direction is the direction along the X direction and two posts 13b and 13d whose longitudinal direction is the direction along the Y direction sandwich the weight part 11, respectively. They are arranged in pairs.

各ポスト13a〜13dの先端には、それぞれ金属ガラスからなる梁部12の一端が連結されている。各梁部12は、一端から他端に向かう延出方向(X方向)に直交する方向(Y方向)に複数回屈曲されて折り重なったバネ形状に形成されている。これにより、各梁部12は、X,Y、Z方向の3軸方向に対して弾性変形可能に構成されている。   One ends of beam portions 12 made of metal glass are connected to the tips of the posts 13a to 13d. Each beam portion 12 is formed in a spring shape that is bent and folded several times in a direction (Y direction) orthogonal to an extending direction (X direction) from one end to the other end. Thereby, each beam part 12 is comprised so that elastic deformation is possible with respect to the triaxial direction of X, Y, and Z direction.

錘部11は、金属ガラスからなる矩形(正方形)平板状の部材であり、梁部12に一体形成されている。具体的に、錘部11は、そのX方向及びY方向に沿う2軸の両側が、それぞれ一対の梁部12の他端に連結されており、基板10の表面にギャップを有しつつ対向配置されている。これにより、錘部11は、X,Y,Z方向の3軸方向に対して振動可能に構成されている。   The weight portion 11 is a rectangular (square) flat plate member made of metal glass, and is integrally formed with the beam portion 12. Specifically, the weight portion 11 has both sides of the two axes along the X direction and the Y direction connected to the other ends of the pair of beam portions 12, and is opposed to each other with a gap on the surface of the substrate 10. Has been. Thereby, the weight part 11 is comprised so that a vibration is possible with respect to the three-axis directions of X, Y, and Z direction.

錘部11のY方向に沿う一方の側面には、金属ガラスからなる第1可動電極14が錘部11に一体形成されている。第1可動電極14は、錘部11のY方向に沿う側面に直交するX方向に向けて延出する複数の電極片15を備えている。各電極片15は、それぞれが平行に延出しており、複数の電極片15により櫛歯状の第1可動電極14として構成されている。
また、基板10上には、第1可動電極14と所定距離を空けた状態で対向する第1固定電極16が設けられている。第1固定電極16は、平面視矩形状のベース部17と、このベース部17からY方向に向けて延出する延出部18とを備えている。延出部18の長手方向に沿う側面には、この側面から錘部11のY方向に沿う側面に直交して延出する複数の電極片19が形成されている。各電極片19は、上述した第1可動電極14の電極片15間に挟まれるように配置されており、それら1つ1つが所定のギャップを空けて互い違いに配置されている。そして、これら第1可動電極14と第1固定電極16とにより、錘部11のY方向における変位を検出する第1検出部20として構成されている。
A first movable electrode 14 made of metal glass is integrally formed with the weight portion 11 on one side surface along the Y direction of the weight portion 11. The first movable electrode 14 includes a plurality of electrode pieces 15 extending in the X direction orthogonal to the side surface of the weight portion 11 along the Y direction. Each electrode piece 15 extends in parallel, and is configured as a comb-shaped first movable electrode 14 by a plurality of electrode pieces 15.
A first fixed electrode 16 is provided on the substrate 10 so as to face the first movable electrode 14 with a predetermined distance. The first fixed electrode 16 includes a base portion 17 having a rectangular shape in plan view, and an extending portion 18 extending from the base portion 17 in the Y direction. A plurality of electrode pieces 19 are formed on the side surface along the longitudinal direction of the extending portion 18 so as to extend perpendicularly to the side surface along the Y direction of the weight portion 11 from this side surface. The electrode pieces 19 are arranged so as to be sandwiched between the electrode pieces 15 of the first movable electrode 14 described above, and each of them is arranged alternately with a predetermined gap. The first movable electrode 14 and the first fixed electrode 16 constitute a first detector 20 that detects the displacement of the weight 11 in the Y direction.

一方、錘部11のX方向に沿う側面には、金属ガラスからなる第2可動電極21が錘部11に一体形成されている。第2可動電極21は、錘部11のX方向に沿う側面に直交するY方向に向けて延出する複数の電極片22を備えている。各電極片22は、それぞれが平行に延出しており、複数の電極片22により櫛歯状の第2可動電極21として構成されている。
また、基板10上には、第2可動電極21と所定距離を空けた状態で対向する第2固定電極23が設けられている。第2固定電極23は、平面視矩形状のベース部24と、このベース部24からX方向に向けて延出する延出部25とを備えている。延出部25の長手方向に沿う側面には、この側面から錘部11のX方向に沿う側面に直交して延出する複数の電極片26が形成されている。各電極片26は、上述した第2可動電極21の電極片22間に挟まれるように配置されており、それら1つ1つが所定のギャップを空けて互い違いに配置されている。そして、これら第2可動電極21と第2固定電極23とにより、錘部11のX方向における変位を検出する第2検出部27として構成されている。
On the other hand, the second movable electrode 21 made of metal glass is integrally formed with the weight part 11 on the side surface along the X direction of the weight part 11. The second movable electrode 21 includes a plurality of electrode pieces 22 extending in the Y direction orthogonal to the side surface along the X direction of the weight portion 11. Each electrode piece 22 extends in parallel, and is configured as a comb-like second movable electrode 21 by a plurality of electrode pieces 22.
A second fixed electrode 23 is provided on the substrate 10 so as to face the second movable electrode 21 with a predetermined distance. The second fixed electrode 23 includes a base portion 24 having a rectangular shape in plan view, and an extending portion 25 extending from the base portion 24 in the X direction. On the side surface along the longitudinal direction of the extending portion 25, a plurality of electrode pieces 26 extending from the side surface orthogonal to the side surface along the X direction of the weight portion 11 are formed. The electrode pieces 26 are arranged so as to be sandwiched between the electrode pieces 22 of the second movable electrode 21 described above, and each of them is arranged alternately with a predetermined gap. The second movable electrode 21 and the second fixed electrode 23 constitute a second detector 27 that detects the displacement of the weight 11 in the X direction.

さらに、錘部11及び梁部12の下面には、アルミ等からなるエッチングストップ層36が形成されている。このエッチングストップ層36は、錘部11及び梁部12と略同形状を有する平板状のものであり、第3固定電極28と所定距離を空けた状態で対向する第3可動電極として構成されている。
さらに、基板10の表面であって、エッチングストップ層36の下面との対向位置には、アルミ等の導電性材料からなる第3固定電極28が設けられている。この第3固定電極28は、錘部11と略同形状に形成された平板状のものであり、錘部11の下面とギャップを有しつつ配置されている。そして、エッチングストップ層36と第3固定電極28とにより、錘部11のZ方向における変位を検出する第3検出部29として構成されている。
Further, an etching stop layer 36 made of aluminum or the like is formed on the lower surfaces of the weight part 11 and the beam part 12. The etching stop layer 36 is a flat plate having substantially the same shape as the weight portion 11 and the beam portion 12, and is configured as a third movable electrode facing the third fixed electrode 28 with a predetermined distance. Yes.
Further, a third fixed electrode 28 made of a conductive material such as aluminum is provided on the surface of the substrate 10 at a position facing the lower surface of the etching stop layer 36. The third fixed electrode 28 is a flat plate formed in substantially the same shape as the weight portion 11, and is disposed with a gap from the lower surface of the weight portion 11. The etching stop layer 36 and the third fixed electrode 28 constitute a third detector 29 that detects the displacement of the weight 11 in the Z direction.

このように、本実施形態の加速度センサ1では、第1〜第3検出部20,27,29により相互に直交する方向の加速度を検出できるように構成されている。すなわち、X,Y,Z方向の3軸の加速度が検出可能に構成されている。なお、上述した各可動電極14,21及び、エッチングストップ層36と各固定電極16,23,28は、図示しない電気回路を介して外部電源に接続されている。   As described above, the acceleration sensor 1 of the present embodiment is configured such that accelerations in directions orthogonal to each other can be detected by the first to third detection units 20, 27, and 29. That is, it is configured such that three-axis acceleration in the X, Y, and Z directions can be detected. The movable electrodes 14 and 21 and the etching stop layer 36 and the fixed electrodes 16, 23, and 28 described above are connected to an external power source via an electric circuit (not shown).

ここで、上述した錘部11及び梁部12、ポスト13a〜13d、各可動電極14,21、固定電極16,23,28は、ともに金属ガラスにより構成されている。金属ガラスとは、アモルファス合金の一種であり、組成が3元素以上の多元系であること、各原子の径が12%以上異なること、各元素が化合物化しやすいことの3原則を有しており、靭性、剛性、バネ性、導電性が高いという特徴を有する。このような金属ガラスの材料として、具体的には、PdCuSiや、CuZrTi等が挙げられる。   Here, the weight part 11 and the beam part 12, the posts 13a to 13d, the movable electrodes 14, 21 and the fixed electrodes 16, 23, 28 are all made of metal glass. Metallic glass is a kind of amorphous alloy, and it has three principles: the composition is a multi-element system with three or more elements, the diameter of each atom is different by 12% or more, and each element is easily compounded. It has the characteristics of high toughness, rigidity, springiness, and conductivity. Specific examples of such a metal glass material include PdCuSi and CuZrTi.

次に、作用を説明する。
まず、図示しない電気回路を介して各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各可動電極14,21及びエッチングストップ層36に対向する各固定電極16,23,28とを、予め所定の入力波形で励振させておく。具体的には、図示しない外部電源から各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各固定電極16,23,28とに電圧を印加し、各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各固定電極16,23,28とに静電引力を発生させる。
Next, the operation will be described.
First, the movable electrodes 14 and 21 and the etching stop layer 36 and the fixed electrodes 16, 23 and 28 facing the movable electrodes 14, 21 and the etching stop layer 36 are preliminarily set to each other through an electric circuit (not shown). Excited with input waveform. Specifically, a voltage is applied to each movable electrode 14, 21 and etching stop layer 36 and each fixed electrode 16, 23, 28 from an external power source (not shown), and each movable electrode 14, 21 and etching stop layer 36 is Then, an electrostatic attractive force is generated on each of the fixed electrodes 16, 23 and 28.

この状態で、加速度センサ1が外部から加速度を受けると、加速度を受けた方向に沿って梁部12が弾性変形し、梁部12の弾性変形に追従するように錘部11が振動する。これにより、エッチングストップ層36及び錘部11に一体形成された各可動電極14,21と、各固定電極16,23,28とが相対移動する。具体的には、錘部11及び各可動電極14,21の電極片15,22と、各固定電極16,23,28の電極片19,26とが接近離間する。   In this state, when the acceleration sensor 1 receives acceleration from the outside, the beam portion 12 is elastically deformed along the direction in which the acceleration is received, and the weight portion 11 vibrates so as to follow the elastic deformation of the beam portion 12. Accordingly, the movable electrodes 14 and 21 integrally formed with the etching stop layer 36 and the weight portion 11 and the fixed electrodes 16, 23, and 28 are relatively moved. Specifically, the weight 11 and the electrode pieces 15 and 22 of the movable electrodes 14 and 21 and the electrode pieces 19 and 26 of the fixed electrodes 16, 23, and 28 approach and separate from each other.

すると、各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各固定電極16,23,28との間のギャップが変化し、各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各固定電極16,23,28との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出して、加速度に対応する電気信号に変換する。これにより、加速度センサ1が受けた加速度を測定することができるようになっている。   Then, the gap between each movable electrode 14, 21 and etching stop layer 36 and each fixed electrode 16, 23, 28 changes, and each movable electrode 14, 21 and etching stop layer 36, each fixed electrode 16, The capacitance between 23 and 28 changes. This change in capacitance is detected and converted into an electrical signal corresponding to the acceleration. Thereby, the acceleration received by the acceleration sensor 1 can be measured.

(加速度センサの製造方法)
次に、本実施形態の加速度センサの製造方法について説明する。図3〜7は、加速度センサの工程図である。図3〜5は、図1のA−A’線に相当する断面図を示しており、図6は図4(a)の工程に相当する加速度センサの平面図、図7は後述する圧縮工程の工程図を示している。
本実施形態の加速度センサ1(図1参照)は、半導体製造技術をベースにした高精度三次元加工技術を用いて、高機能デバイスをμサイズで作製する、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造される。具体的には、MEMS技術のうち、基板上において薄膜の成膜、フォトリソグラフィ、エッチングを繰り返すことで高機能デバイスを作製する、いわゆる表面マイクロマシニング技術を用いて製造される。
(Acceleration sensor manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the acceleration sensor of this embodiment is demonstrated. 3 to 7 are process diagrams of the acceleration sensor. 3 to 5 are sectional views corresponding to the line AA ′ in FIG. 1, FIG. 6 is a plan view of the acceleration sensor corresponding to the step of FIG. 4A, and FIG. The process drawing of is shown.
The acceleration sensor 1 (see FIG. 1) of the present embodiment is a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology that uses a high-precision three-dimensional processing technology based on a semiconductor manufacturing technology to produce a high-functional device in μ size. It is manufactured using. Specifically, the MEMS technology is manufactured using a so-called surface micromachining technology in which a high-functional device is manufactured by repeatedly forming a thin film on a substrate, photolithography, and etching.

まず、図3(a)に示すように、基板10上に第3固定電極28を形成する。具体的には、スパッタ法や真空蒸着法等により基板10の全面にアルミ等からなるメタル層(不図示)を成膜した後、メタル層上にフォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、メタル層をパターニングして上述した形状の第3固定電極28に形成する。なお、上述したレジストマスクは感光性ポリイミド等を採用することが可能である。   First, as shown in FIG. 3A, the third fixed electrode 28 is formed on the substrate 10. Specifically, after forming a metal layer (not shown) made of aluminum or the like on the entire surface of the substrate 10 by sputtering or vacuum deposition, etc., a resist mask (not shown) exposed and developed by photolithography technology on the metal layer. Form. Then, by performing dry etching through a resist mask, the metal layer is patterned to form the third fixed electrode 28 having the shape described above. Note that photosensitive polyimide or the like can be used for the resist mask described above.

次に、図3(b)に示すように、第3固定電極28が形成された基板10上に樹脂層33を形成する。具体的には、スピンコート法により基板10の全面にポリイミド等の樹脂材料を塗布する。
そして、図3(c)に示すように、上述したポスト13a〜13d及び第1固定電極16、第2固定電極23(図1参照)を形成すべき領域の樹脂層33を除去して開口部33aを形成する。具体的に、樹脂層33の構成材料として、感光性ポリイミド等の感光性樹脂材料を用いる場合には、フォトリソグラフィ技術により露光、現像した樹脂層を介してドライエッチングを行うことで、開口部33aが形成される。また、樹脂層33の構成材料として、感光性樹脂材料以外の樹脂材料を用いる場合には、開口部33aを形成すべき領域の樹脂層33に対してエキシマレーザを照射することで、開口部33aが形成される。なお、エキシマレーザの波長は248nm程度が好ましい。
Next, as shown in FIG. 3B, a resin layer 33 is formed on the substrate 10 on which the third fixed electrode 28 is formed. Specifically, a resin material such as polyimide is applied to the entire surface of the substrate 10 by spin coating.
And as shown in FIG.3 (c), the resin layer 33 of the area | region which should form post 13a-13d mentioned above, the 1st fixed electrode 16, and the 2nd fixed electrode 23 (refer FIG. 1) is removed, and it is an opening part. 33a is formed. Specifically, when a photosensitive resin material such as photosensitive polyimide is used as a constituent material of the resin layer 33, the opening 33a is formed by performing dry etching through the resin layer exposed and developed by a photolithography technique. Is formed. When a resin material other than the photosensitive resin material is used as a constituent material of the resin layer 33, the opening 33a is irradiated by irradiating the excimer laser to the resin layer 33 in a region where the opening 33a is to be formed. Is formed. The wavelength of the excimer laser is preferably about 248 nm.

次に、基板10上にポスト13a〜13d及び第1固定電極16、第2固定電極23を形成する。具体的には、まず図3(d)に示すように、スパッタ法等により基板10の全面に金属ガラス膜35を成膜する。そして、樹脂層33上に形成された金属ガラス膜35の表面をポリッシングして開口部33a内に成膜された金属ガラス膜35のみを残存させる。
これにより、図4(a),図6に示すように、所定形状のポスト13a〜13d及び第1固定電極16、第2固定電極23(図1参照)が形成される。なお、図6では、説明を分かり易くするため、樹脂層33の記載は省略する。このように、本実施形態では、ポスト13a〜13d及び第1固定電極16、第2固定電極23を金属ガラスにより一体形成することができるため、製造が容易になり、製造効率を向上させることができる。
Next, the posts 13 a to 13 d, the first fixed electrode 16, and the second fixed electrode 23 are formed on the substrate 10. Specifically, first, as shown in FIG. 3D, a metallic glass film 35 is formed on the entire surface of the substrate 10 by sputtering or the like. Then, the surface of the metal glass film 35 formed on the resin layer 33 is polished to leave only the metal glass film 35 formed in the opening 33a.
Thereby, as shown in FIGS. 4A and 6, posts 13 a to 13 d having a predetermined shape, the first fixed electrode 16, and the second fixed electrode 23 (see FIG. 1) are formed. In FIG. 6, the resin layer 33 is not shown for easy understanding. Thus, in this embodiment, since the posts 13a to 13d, the first fixed electrode 16, and the second fixed electrode 23 can be integrally formed of metal glass, the manufacturing becomes easy and the manufacturing efficiency can be improved. it can.

次に、図4(b)に示すように、樹脂層33上にエッチングストップ層36を形成する。具体的には、スパッタ法や真空蒸着法等により基板10の全面にアルミ等からなるメタル層(不図示)を成膜した後、メタル層上にフォトリソグラフィ技術により露光・現像した図示しないレジストマスクを形成する。そして、レジストマスクを介してドライエッチングを行うことで、メタル層をパターニングして所定形状のエッチングストップ層36を形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, an etching stop layer 36 is formed on the resin layer 33. Specifically, after forming a metal layer (not shown) made of aluminum or the like on the entire surface of the substrate 10 by sputtering or vacuum deposition, etc., a resist mask (not shown) exposed and developed by photolithography technology on the metal layer. Form. Then, by performing dry etching through a resist mask, the metal layer is patterned to form an etching stop layer 36 having a predetermined shape.

次に、図4(c)に示すように、エッチングストップ層36が形成された基板10上にポリイミド等の樹脂材料からなる樹脂層37を形成する。具体的には、まずスピンコート法により基板10の全面に樹脂材料を塗布する。
そして、図4(d)に示すように、樹脂層37にエキシマレーザを照射し、錘部11及び梁部12、第1可動電極14、第2可動電極21(図1参照)を形成すべき領域の樹脂層37を除去して開口部37aを形成する。なお、エキシマレーザの波長は248nm程度が好ましい。波長が248nmのエキシマレーザを用いると、アブレーションにより錘部11及び梁部12、第1可動電極14、第2可動電極21(図1参照)を形成すべき領域の樹脂層37が効率良く除去される。この時、樹脂層33と樹脂層37との間にエッチングストップ層36が形成されているため、このエッチングストップ層36より下層(例えば、樹脂層33やポスト13a〜13d)にエキシマレーザが透過せず、樹脂層37を所定の深さだけ除去することができる。
Next, as shown in FIG. 4C, a resin layer 37 made of a resin material such as polyimide is formed on the substrate 10 on which the etching stop layer 36 is formed. Specifically, first, a resin material is applied to the entire surface of the substrate 10 by spin coating.
Then, as shown in FIG. 4D, the resin layer 37 is irradiated with an excimer laser to form the weight part 11 and the beam part 12, the first movable electrode 14, and the second movable electrode 21 (see FIG. 1). The resin layer 37 in the region is removed to form an opening 37a. The wavelength of the excimer laser is preferably about 248 nm. When an excimer laser having a wavelength of 248 nm is used, the resin layer 37 in the region where the weight part 11 and the beam part 12, the first movable electrode 14, and the second movable electrode 21 (see FIG. 1) are to be formed is efficiently removed by ablation. The At this time, since the etching stop layer 36 is formed between the resin layer 33 and the resin layer 37, the excimer laser is transmitted through the etching stop layer 36 (for example, the resin layer 33 and the posts 13 a to 13 d). Instead, the resin layer 37 can be removed by a predetermined depth.

次に、図5(a)に示すように、開口部37aが形成された基板10上に錘部11及び梁部12、可動電極14,21を形成する。具体的には、まずスパッタ法等により基板10の全面に金属ガラス膜39を成膜する(成膜工程)。
そして、図5(b)に示すように、金属ガラス膜39の表面をポリッシングして開口部37a内に成膜された金属ガラス膜39のみを残存させる。
Next, as shown in FIG. 5A, the weight part 11, the beam part 12, and the movable electrodes 14 and 21 are formed on the substrate 10 on which the opening part 37a is formed. Specifically, first, a metal glass film 39 is formed on the entire surface of the substrate 10 by sputtering or the like (film formation process).
Then, as shown in FIG. 5B, the surface of the metal glass film 39 is polished to leave only the metal glass film 39 formed in the opening 37a.

次に、金属ガラス膜39を加熱する熱処理工程を行う。
ここで、上述した金属ガラスを加熱すると、金属ガラスは過冷却液体域と呼ばれる一定の温度領域において半固体状に軟化し、酸化物ガラス同様の粘性流動を示す。この過冷却液体域において、金属ガラスを変形させ、冷却することで、変形を維持した状態で固定することができる(いわゆる、加熱変形法という)。この方法を用いることで、内部応力の緩和が緩和されるため、平面度の高い平面構造や、微細成形による三元構造が容易に作製可能である。
Next, a heat treatment step for heating the metallic glass film 39 is performed.
Here, when the above-described metal glass is heated, the metal glass softens in a semi-solid state in a certain temperature region called a supercooled liquid region, and exhibits a viscous flow similar to that of oxide glass. In this supercooled liquid region, the metallic glass can be deformed and cooled to be fixed in a state where the deformation is maintained (so-called heating deformation method). By using this method, relaxation of internal stress is relieved, so that a planar structure with high flatness and a ternary structure by fine molding can be easily manufactured.

上述した加熱変形法を用いて、錘部11及び第1可動電極14及び第2可動電極21の形成領域に形成された金属ガラス膜39を平坦化させる。具体的には、金属ガラス膜39までが形成された基板10をホットプレート(不図示)上に載置して約200℃程度に加熱し、金属ガラス膜39を過冷却液体域に保持する。そして、図示しない押圧プレートにより金属ガラス膜39の表面を押圧することで、金属ガラス膜39の下層に形成されたエッチングストップ層36等の表面に倣って金属ガラス膜39が平坦化される。
熱処理工程において、金属ガラス膜39を過冷却液体域に保持することで、金属ガラス膜39を比較的低温で軟化させることができる。これにより、金属ガラス膜39の加工が容易になり、成膜工程後の錘部11(図1参照)を容易に平坦化させることができる。
The metallic glass film 39 formed in the formation region of the weight part 11, the first movable electrode 14, and the second movable electrode 21 is flattened using the heating deformation method described above. Specifically, the substrate 10 on which the metal glass film 39 is formed is placed on a hot plate (not shown) and heated to about 200 ° C. to hold the metal glass film 39 in the supercooled liquid region. Then, by pressing the surface of the metal glass film 39 with a pressing plate (not shown), the metal glass film 39 is planarized following the surface of the etching stop layer 36 and the like formed under the metal glass film 39.
In the heat treatment step, the metal glass film 39 can be softened at a relatively low temperature by holding the metal glass film 39 in the supercooled liquid region. Thereby, the processing of the metal glass film 39 is facilitated, and the weight part 11 (see FIG. 1) after the film forming process can be easily flattened.

続いて、金属ガラス膜39を過冷却液体域に保持した状態で、梁部12の形成領域に形成された金属ガラス膜39を圧縮する(圧縮工程)。図7(a)に示すように、圧縮工程では、プレス装置40を用いて梁部12の形成領域に成膜された金属ガラス膜39を圧縮する。プレス装置40は、波型形状の凹凸が形成された一対の成型部41a,41bを備えている。   Subsequently, the metal glass film 39 formed in the region where the beam portion 12 is formed is compressed in a state where the metal glass film 39 is held in the supercooled liquid region (compression step). As shown in FIG. 7A, in the compression step, the metal glass film 39 formed in the region where the beam portion 12 is formed is compressed using the press device 40. The press device 40 includes a pair of molding parts 41a and 41b in which corrugated irregularities are formed.

そして、図7(b)に示すように、一対の成型部41a,41bにより、梁部12の形成領域に形成された金属ガラス膜39を、その幅方向の両側から挟み込む。すると、過冷却液体域に保持された金属ガラス膜39は、プレス装置40から作用する圧縮力の大きさに応じて変形するため、成型部41a,41bの形状に倣って延伸する。
圧縮工程において、金属ガラス膜39を過冷却液体域に保持した状態で、梁部12(図1参照)に対して圧縮力を作用させることで、その圧縮力に応じた形状に梁部12を形成することができるため、梁部12を所定の形状に容易に変形させることができる。これにより、バネ性の高い梁部12を容易に形成することができるため、錘部11の変位をより大きく確保することができるため、高感度な加速度センサ1を製造することができる。
And as shown in FIG.7 (b), the metal glass film | membrane 39 formed in the formation area of the beam part 12 is pinched | interposed from the both sides of the width direction by a pair of molding part 41a, 41b. Then, since the metallic glass film 39 held in the supercooled liquid region is deformed according to the magnitude of the compressive force acting from the press device 40, the metal glass film 39 is stretched following the shapes of the molding parts 41a and 41b.
In the compression step, with the metallic glass film 39 held in the supercooled liquid region, a compressive force is applied to the beam portion 12 (see FIG. 1), so that the beam portion 12 is shaped into a shape corresponding to the compressive force. Since it can be formed, the beam portion 12 can be easily deformed into a predetermined shape. Thereby, since the beam part 12 with a high spring property can be formed easily, since the displacement of the weight part 11 can be ensured more largely, the highly sensitive acceleration sensor 1 can be manufactured.

なお、熱処理工程では、ポスト13a〜13dと各梁部12との連結も同時に行う。このように、本実施形態では、錘部11及び梁部12、可動電極14,21を金属ガラスにより一体形成することができるため、製造が容易になり、製造効率を向上させることができる。   In the heat treatment step, the posts 13a to 13d and the beam portions 12 are also connected at the same time. Thus, in this embodiment, since the weight part 11, the beam part 12, and the movable electrodes 14 and 21 can be integrally formed by metal glass, manufacture becomes easy and manufacturing efficiency can be improved.

そして、熱処理工程を終了した後、基板10を冷却して金属ガラス膜39を固定する。これにより、所定形状の錘部11及び梁部12、第1可動電極14、第2可動電極21が形成される。その後、ウェットエッチング等を用いて錘部11の周囲や下層に形成された樹脂層33,37を除去する。
以上により、本実施形態の加速度センサ(図1,2参照)1が完成する。
Then, after finishing the heat treatment step, the substrate 10 is cooled to fix the metallic glass film 39. Thereby, the weight part 11 and the beam part 12, the 1st movable electrode 14, and the 2nd movable electrode 21 of a predetermined shape are formed. Thereafter, the resin layers 33 and 37 formed around and below the weight portion 11 are removed using wet etching or the like.
Thus, the acceleration sensor (see FIGS. 1 and 2) 1 of the present embodiment is completed.

このように、本実施形態の加速度センサ1の製造方法では、上述した表面マイクロマシニング技術を用いてポスト13a〜13d、固定電極16,23と、錘部11、梁部12、可動電極14,21とをそれぞれ金属ガラスにより一括形成することができるため、X,Y、Z方向の3軸方向を検出可能な加速度センサ1を容易に製造することができる。   Thus, in the manufacturing method of the acceleration sensor 1 of the present embodiment, the posts 13a to 13d, the fixed electrodes 16, 23, the weight part 11, the beam part 12, and the movable electrodes 14, 21 using the surface micromachining technique described above. Can be collectively formed of metallic glass, and therefore, the acceleration sensor 1 capable of detecting the three-axis directions of the X, Y, and Z directions can be easily manufactured.

したがって、本実施形態によれば、錘部11が金属ガラスで構成されているため、従来のシリコンからなる錘部に比べて、比重が大きい。つまり、錘部11を小さくしても錘部11の重量を維持して錘部11の変位を大きく確保することができるため、各可動電極14,21と各固定電極16,23,28との間における静電容量の変化が大きくなる。これにより、静電容量の変化を高感度に検出することができる。また、内部応力も少ないため、錘部の反りや変形もない。そのため、各可動電極14,21と各固定電極16,23,28とのギャップが均一になり、静電容量の変化を高精度に検出することができる。
さらに、梁部12も金属ガラスで構成されているため、梁部12のバネ性を向上させることができる。これにより、梁部12が弾性変形することで、梁部12の弾性力に錘部11が追従するため、錘部11の変位をより大きく確保することができる。
また、各可動電極14,21も金属ガラスで構成されているため、導電性の高い可動電極14,21を形成することができ、静電容量の変化をより高感度に検出することができる。
したがって、装置の小型化を図った上で、各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各固定電極16,23,28との間における静電容量の変化を高精度、かつ高感度に検出することができるため、高性能な加速度センサ1を実現することができる。
Therefore, according to this embodiment, since the weight part 11 is comprised with the metal glass, specific gravity is large compared with the weight part which consists of conventional silicon | silicone. That is, even if the weight part 11 is made small, the weight part 11 can be maintained and the displacement of the weight part 11 can be kept large, so that the movable electrodes 14, 21 and the fixed electrodes 16, 23, 28 can be The change in capacitance between the two increases. Thereby, the change in capacitance can be detected with high sensitivity. Further, since the internal stress is small, there is no warping or deformation of the weight portion. Therefore, the gap between each movable electrode 14, 21 and each fixed electrode 16, 23, 28 becomes uniform, and the change in capacitance can be detected with high accuracy.
Furthermore, since the beam part 12 is also comprised with the metal glass, the spring property of the beam part 12 can be improved. Thereby, since the weight part 11 follows the elastic force of the beam part 12, when the beam part 12 elastically deforms, the displacement of the weight part 11 can be ensured more largely.
Moreover, since each movable electrode 14 and 21 is also comprised with the metal glass, the highly conductive movable electrodes 14 and 21 can be formed, and the change of an electrostatic capacitance can be detected with higher sensitivity.
Therefore, after miniaturizing the apparatus, the change in capacitance between the movable electrodes 14 and 21 and the etching stop layer 36 and the fixed electrodes 16, 23, and 28 can be made with high accuracy and high sensitivity. Since it can detect, the high-performance acceleration sensor 1 is realizable.

そして、各可動電極14,21及びエッチングストップ層36と、各可動電極14,21に対向する各固定電極16,23,28とにより、相互に直交する加速度を検出することができる。したがって、X,Y,Z方向の3軸の加速度を検出可能な加速度センサ1を容易に製造することができる。   The accelerations orthogonal to each other can be detected by the movable electrodes 14 and 21 and the etching stop layer 36 and the fixed electrodes 16, 23 and 28 facing the movable electrodes 14 and 21. Therefore, it is possible to easily manufacture the acceleration sensor 1 that can detect the triaxial acceleration in the X, Y, and Z directions.

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態においては、金属性物質として、金属ガラスを用いた場合について説明したが、アルミ等の金属を用いることも可能である。この構成においても、従来のシリコンからなる錘部に比べて、錘部を小さくしても錘部の重量を維持することができる。これにより、錘部の変位を大きく確保することができるため、装置の小型化を図ることができる。
また、本実施形態においては、錘部、梁部、可動電極、固定電極、ポストの全てを金属ガラスにより構成する場合について、説明したが、少なくとも錘部が金属ガラスにより構成されていればよい。金属ガラス以外の材料としては、シリコン等を用いることが可能である。
また、本実施形態においては、錘部のX方向及びY方向に沿う側面を互いに直交する2方向に配置された4本の梁部によって支持する構成としたが、錘部の角部をそれぞれ支持するように梁部を配置しても3軸方向の加速度を検出することができる。また、梁部を4本以上配置してもよい。
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the present embodiment, the case where metallic glass is used as the metallic substance has been described, but it is also possible to use a metal such as aluminum. Also in this configuration, the weight of the weight can be maintained even if the weight is made smaller than the weight made of conventional silicon. Thereby, since the displacement of the weight part can be secured largely, the apparatus can be miniaturized.
Moreover, in this embodiment, although the case where all of a weight part, a beam part, a movable electrode, a fixed electrode, and a post was comprised with metal glass was demonstrated, at least a weight part should just be comprised with metal glass. Silicon or the like can be used as a material other than the metal glass.
In this embodiment, the side surface along the X direction and the Y direction of the weight portion is supported by four beam portions arranged in two directions orthogonal to each other, but the corner portions of the weight portion are supported respectively. Thus, even if the beam portion is arranged, the acceleration in the triaxial direction can be detected. Moreover, you may arrange | position four or more beam parts.

また、本実施形態においては、加速度センサが、3軸方向の加速度を検出できるようにした構成の例で説明したが、1軸方向、2軸方向の加速度を検出する構成に変形してもよい。例えば、一対の梁部を用いて錘部の一方向を支持する構成であれば、1軸方向の加速度を検出することができる。   In the present embodiment, the acceleration sensor has been described as an example of a configuration that can detect acceleration in three axes. However, the acceleration sensor may be modified to detect acceleration in one axis and two axes. . For example, if it is the structure which supports one direction of a weight part using a pair of beam part, the acceleration of a uniaxial direction can be detected.

また、本実施形態においては、錘部及び梁部の下面にエッチングストップ層を形成した場合について説明したが、エッチングストップ層を設けない構成を採用することも可能である。この構成によれば、上述したように錘部は金属ガラスからなり、その錘部自体が導電性を有するため、第3固定電極と所定距離を空けた状態で対向する第3可動電極として錘部を構成することができる。これにより、錘部と第3固定電極とにより、錘部のZ方向における変位を検出する第3検出部として構成することが可能である。そして、第1,2可動電極及びエッチングストップ層と、第1,2可動電極及びエッチングストップ層に対向する各固定電極により、相互に直交する加速度を検出することができる。したがって、製造プロセスを簡素化した上で、X,Y,Z方向の3軸の加速度を検出可能な加速度センサを容易に製造することができる。   In the present embodiment, the case where the etching stop layer is formed on the lower surfaces of the weight portion and the beam portion has been described. However, a configuration in which the etching stop layer is not provided may be employed. According to this configuration, as described above, the weight portion is made of metal glass, and the weight portion itself has conductivity, so that the weight portion serves as the third movable electrode facing the third fixed electrode with a predetermined distance therebetween. Can be configured. Accordingly, the weight portion and the third fixed electrode can be configured as a third detection portion that detects the displacement of the weight portion in the Z direction. The accelerations orthogonal to each other can be detected by the first and second movable electrodes and the etching stop layer and the fixed electrodes facing the first and second movable electrodes and the etching stop layer. Therefore, it is possible to easily manufacture an acceleration sensor that can detect three-axis acceleration in the X, Y, and Z directions while simplifying the manufacturing process.

また、本実施形態においては、錘部の平面視形状が正方形であり、各梁部の形状が同一である場合の例で説明したが、例えば、錘部の平面視形状は、例えば円形状等、適宜瀬一計変更が可能である。
さらに、梁部の形状及び圧縮方法は、適宜設計変更が可能である。これにより、容易に梁部の弾性率を決定することができる。
また、本実施形態においては、梁部とポストとをそれぞれ別の工程で形成したが、梁部とポストとを一体形成することも可能である。具体的には、梁部を過冷却液体域に保持した状態で、梁部の一端を基板に向けて屈曲形成し、基板の表面に梁部の一端を連結することで製造することが可能である。
In the present embodiment, the planar view shape of the weight portion is a square and each beam portion has the same shape. However, for example, the planar view shape of the weight portion is, for example, a circular shape. It is possible to change the set as appropriate.
Furthermore, the design of the shape of the beam portion and the compression method can be changed as appropriate. Thereby, the elasticity modulus of a beam part can be determined easily.
In the present embodiment, the beam portion and the post are formed in separate steps, but the beam portion and the post can be formed integrally. Specifically, it is possible to manufacture by bending one end of the beam portion toward the substrate while holding the beam portion in the supercooled liquid region, and connecting one end of the beam portion to the surface of the substrate. is there.

本発明の実施形態における加速度センサの平面図である。It is a top view of the acceleration sensor in the embodiment of the present invention. 図1のA−A’線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the A-A 'line of FIG. 加速度センサの工程図である。It is process drawing of an acceleration sensor. 加速度センサの工程図である。It is process drawing of an acceleration sensor. 加速度センサの工程図である。It is process drawing of an acceleration sensor. 図4(a)に相当する加速度センサの平面図である。FIG. 5 is a plan view of an acceleration sensor corresponding to FIG. 圧縮工程を示す工程図である。It is process drawing which shows a compression process. 従来の加速度センサを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional acceleration sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1…加速度センサ 10…基板 11…錘部 12…梁部 14…第1可動電極 16…第1固定電極 21…第2可動電極 23…第2固定電極 28…第3固定電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Acceleration sensor 10 ... Board | substrate 11 ... Weight part 12 ... Beam part 14 ... 1st movable electrode 16 ... 1st fixed electrode 21 ... 2nd movable electrode 23 ... 2nd fixed electrode 28 ... 3rd fixed electrode

Claims (8)

基板と、
前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、
該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、
前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサにおいて、
少なくとも前記錘部は金属性物質からなることを特徴とする加速度センサ。
A substrate,
A vibrable weight portion disposed opposite to the surface of the substrate with a gap;
An elastically deformable beam portion that supports the weight portion,
In the acceleration sensor that detects the displacement of the weight portion and measures the acceleration from the detection result,
An acceleration sensor, wherein at least the weight portion is made of a metallic substance.
前記錘部には前記錘部の振動とともに変位する可動電極が設けられている一方、前記基板上には前記可動電極と所定距離を空けた状態で対向する固定電極が設けられ、
前記金属性物質は金属ガラスからなることを特徴とする請求項1記載の加速度センサ。
The weight part is provided with a movable electrode that is displaced along with the vibration of the weight part, whereas the substrate is provided with a fixed electrode facing the movable electrode with a predetermined distance therebetween,
The acceleration sensor according to claim 1, wherein the metallic substance is made of metallic glass.
前記金属性物質は金属からなることを特徴とする請求項1記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 1, wherein the metallic substance is made of metal. 前記梁部は、前記金属ガラスからなることを特徴とする請求項2記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 2, wherein the beam portion is made of the metal glass. 前記可動電極は、前記金属ガラスからなることを特徴とする請求項2記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 2, wherein the movable electrode is made of the metallic glass. 前記錘部には、一方向に向けて延出する第1可動電極と、前記一方向に直交する他方向に向けて延出する第2可動電極と、が設けられ、
前記基板上には、前記第1及び第2可動電極とそれぞれ所定距離を空けた状態で対向する第1及び第2固定電極が設けられるとともに、前記錘部と所定距離を空けた状態で対向する第3固定電極が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れか1項に記載の加速度センサ。
The weight portion is provided with a first movable electrode extending in one direction and a second movable electrode extending in another direction orthogonal to the one direction,
On the substrate, there are provided first and second fixed electrodes that face the first and second movable electrodes with a predetermined distance, respectively, and face the weight portion with a predetermined distance. The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a third fixed electrode is provided.
基板と、
前記基板の表面とギャップを有しつつ対向配置された振動可能な錘部と、
該錘部を支持する弾性変形可能な梁部と、を備え、
前記錘部の変位を検出して、その検出結果から加速度を測定する加速度センサの製造方法であって、
前記基板上に金属ガラスからなる前記錘部及び前記梁部を成膜する成膜工程と、
該成膜工程の後に、前記金属ガラスを加熱して前記錘部を平坦化させる熱処理工程とを有することを特徴とする加速度センサの製造方法。
A substrate,
A vibrable weight portion disposed opposite to the surface of the substrate with a gap;
An elastically deformable beam portion that supports the weight portion,
A method of manufacturing an acceleration sensor for detecting displacement of the weight part and measuring acceleration from the detection result,
A film forming step of forming the weight part and the beam part made of metal glass on the substrate;
A method of manufacturing an acceleration sensor, comprising: a heat treatment step of flattening the weight portion by heating the metal glass after the film formation step.
前記熱処理工程は、前記梁部を圧縮する圧縮工程を有することを特徴とする請求項7記載の加速度センサの製造方法。   The method of manufacturing an acceleration sensor according to claim 7, wherein the heat treatment step includes a compression step of compressing the beam portion.
JP2008033440A 2008-02-14 2008-02-14 Acceleration sensor and method for manufacturing the same Pending JP2009192379A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008033440A JP2009192379A (en) 2008-02-14 2008-02-14 Acceleration sensor and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008033440A JP2009192379A (en) 2008-02-14 2008-02-14 Acceleration sensor and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009192379A true JP2009192379A (en) 2009-08-27

Family

ID=41074525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008033440A Pending JP2009192379A (en) 2008-02-14 2008-02-14 Acceleration sensor and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009192379A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011106822A (en) * 2009-11-12 2011-06-02 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor
JP2014134642A (en) * 2013-01-09 2014-07-24 Fujifilm Corp Micromirror device and fabrication method of the same

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02238367A (en) * 1988-12-09 1990-09-20 Alfred Teves Gmbh Acceleration sensor having flexural beam clamped on one side
JPH05249138A (en) * 1991-12-19 1993-09-28 Motorola Inc Triaxial accelerometer
JPH08236787A (en) * 1995-03-01 1996-09-13 Tokai Rika Co Ltd Cpacitive acceleration sensor and manufacture thereof
JPH0989927A (en) * 1995-09-28 1997-04-04 Zexel Corp Multi-axial acceleration sensor
JPH09126833A (en) * 1995-10-31 1997-05-16 Olympus Optical Co Ltd Beam structure of amorphous alloy and its manufacturing method
US20060072187A1 (en) * 2004-10-05 2006-04-06 Mckinnell James Systems and methods for amorphous flexures in micro-electro mechanical systems
JP2007139581A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor, and method of manufacturing dynamic quantity sensor
JP2007205739A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor and its manufacturing method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02238367A (en) * 1988-12-09 1990-09-20 Alfred Teves Gmbh Acceleration sensor having flexural beam clamped on one side
JPH05249138A (en) * 1991-12-19 1993-09-28 Motorola Inc Triaxial accelerometer
JPH08236787A (en) * 1995-03-01 1996-09-13 Tokai Rika Co Ltd Cpacitive acceleration sensor and manufacture thereof
JPH0989927A (en) * 1995-09-28 1997-04-04 Zexel Corp Multi-axial acceleration sensor
JPH09126833A (en) * 1995-10-31 1997-05-16 Olympus Optical Co Ltd Beam structure of amorphous alloy and its manufacturing method
US20060072187A1 (en) * 2004-10-05 2006-04-06 Mckinnell James Systems and methods for amorphous flexures in micro-electro mechanical systems
JP2007139581A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor, and method of manufacturing dynamic quantity sensor
JP2007205739A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor and its manufacturing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011106822A (en) * 2009-11-12 2011-06-02 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor
JP2014134642A (en) * 2013-01-09 2014-07-24 Fujifilm Corp Micromirror device and fabrication method of the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5491080B2 (en) microphone
US9625488B2 (en) Variable area capacitive lateral acceleration sensor and preparation method thereof
JPH0821722B2 (en) Semiconductor vibration / acceleration detector
EP3605057B1 (en) Substance detecting element
US9625487B2 (en) Capacitive acceleration sensor with a bending elastic beam and preparation method thereof
JP2006518094A (en) BENDING ACTUATOR AND SENSOR COMPOSED OF MODELING ACTIVE MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING THEM
US9903884B2 (en) Parallel plate capacitor and acceleration sensor comprising same
US7712366B2 (en) Multi-axis capacitive transducer and manufacturing method for producing it
US9476906B2 (en) Capacitive acceleration sensor with an H-shaped beam and preparation method thereof
JP2004245760A (en) Sensor for detecting both pressure and acceleration, and its manufacturing method
JP2009192379A (en) Acceleration sensor and method for manufacturing the same
Zhao et al. Design and characterization of a large displacement electro-thermal actuator for a new kind of safety-and-arming device
CN105300573A (en) Beam membrane structure piezoelectric transducer and manufacturing method
CN106895777B (en) Resonant type strain structure based on range expansion, strain sensor and preparation method
JP6627663B2 (en) Physical quantity sensor
JP5292600B2 (en) Acceleration sensor
CN106908623B (en) Single molecule device for precisely measuring acceleration
JP2003194851A (en) Contact probe structure and its method of manufacture
JP2004340858A (en) Physical quantity sensor and manufacturing method thereof
WO2008096936A1 (en) Mems apparatus for measuring acceleration in three axes
JPH0627133A (en) Three dimensional acceleration sensor
JP5635370B2 (en) Nanosheet transducer
JP2004177220A (en) Semiconductor acceleration sensor
WO2020085277A1 (en) Tactile sensor
RU2362221C1 (en) Tunnel nanosensor of mechanical oscillations and method of its production

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120131

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120201

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121024

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130528