静电电容检测电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种能以简单的结构来防止因吸湿劣化而导致的绝缘电阻的降低的静电电容检测电路。该静电电容检测电路至少包括：载波信号生成电路(21)，该载波信号生成电路(21)生成提供给所述可动电极及固定电极中的一个电极的载波信号；运算放大器(Q21)，将物理传感器(1)的可动电极及固定电极中的另一个电极输入该运算放大器(Q21)的一个输入端子，将该运算放大器(Q21)的另一个输入侧进行接地；以及印刷布线基板(30)，在该印刷布线基板(30)上安装所述物理量传感器、所述载波信号生成电路、以及所述运算放大器。将所述印刷布线基板上的绝缘确保区域(Ais)设为吸湿减少区域(A1)，该绝缘确保区域(Ais)至少包括所述物理量传感器的电极连接部及所述运算放大器的输入侧连接部、以及连接在所述电极连接部及所述输入侧连接部之间的输入侧电路元器件的连接部中的连接至所述运算放大器的输入侧的连接部。
【专利说明】静电电容检测电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及检测物理量传感器的可动电极及固定电极间的静电电容的静电电容检测电路，其中，该物理量传感器具备静电电容会随着物理量的变化而发生变化的所述可动电极及固定电极。
【背景技术】
[0002]加速度传感器、陀螺仪、位移传感器、压力传感器等检测物理量变化来作为静电电容变化的物理量传感器中，在需要静电电容检测电路具有高分辨率的情况下，或在追求低成本、小型化而将MEMS (Micro Electro Mechanical System:微电子机械系统)传感器与静电电容检测电路进行组合的情况下，要求确保绝缘电阻，并降低电路噪声。
[0003]因此，在专利文献I所记载的现有例中，记载有以下印刷布线基板的制造方法:为了无需使用由具有吸湿性的阻焊膜形成的阻焊层，并且防止安装部中焊锡的流动，至少在含有有机树脂的绝缘性基板的表面上埋入金属导体层，然后对金属导体层中的、例如焊接电子元器件端子的安装部位的表面进行蚀刻，形成以距离绝缘性基板表面0.5?30 μ m的深度凹陷的凹部。
[0004]此外，在专利文献2所记载的现有例中，为了提供在较高湿度下绝缘电阻等电气特性也不会恶化的阻焊油墨组合物及具有该阻焊油墨组合物的固化涂膜的印刷布线板，提出了一种印刷布线板，该印刷布线板在具有着色剂、固化性树脂、活性稀释剂、聚合引发剂、以及填充剂的阻焊油墨组合物中，具有包含环胺类化合物的阻焊油墨塑性物及其涂膜。
现有技术文献 专利文献
[0005]专利文献1:日本专利特开平10-173296号公报 专利文献2:日本专利特开2003-98660号公报
【发明内容】
发明所要解决的问题
[0006]然而，在上述专利文献I所记载的现有例中，需要在绝缘性基板的表面埋入金属导体层之后，对金属导体层中焊接电子元器件端子的安装部位的表面进行蚀刻，并形成以距离绝缘性基板的表面0.5?30 μ m的深度凹陷的凹部，从而存在结构变得复杂这样的未解决的问题。
[0007]此外，在专利文献2所记载的现有例中，需要使用具有特殊组成的阻焊油墨组合物，从而存在制造成本增加这样的未解决的问题。
于是，本发明是着眼于上述专利文献I及2所记载的现有例的未解决的问题而完成的，本发明的目的在于提供一种静电电容检测电路，该静电电容检测电路能够以简单的结构来防止因吸湿恶化而导致的绝缘电阻的降低，并能够防止噪声的增大。
解决技术问题所采用的技术方案[0008]为达到上述目的，本发明的静电电容检测电路对物理量传感器的可动电极及固定电极间微小的静电电容进行检测，其中，该物理量传感器具备静电电容会随着物理量的变化而发生变化的所述可动电极及固定电极。该静电电容检测电路至少包括:偏置电压生成电路，该偏置电压生成电路生成提供给所述可动电极及固定电极中的一个电极的偏置电压；运算放大器，将所述可动电极及固定电极中的另一个电极输入该运算放大器的一个输入端子，将该运算放大器的另一个输入侧进行接地；以及印刷布线基板，在该印刷布线基板上安装所述物理量传感器、所述偏置电压生成电路及所述运算放大器。接着，将所述印刷布线基板上的绝缘确保区域设置为吸湿减少区域，该绝缘确保区域至少包含所述物理量传感器的电极连接焊盘、所述运算放大器的输入侧连接焊盘、以及连接在所述电极连接焊盘及所述输入侧连接焊盘之间的输入侧电路元器件的连接焊盘中的连接至所述运算放大器的输入侧的连接焊盘。
[0009]此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第二方式为:所述输入侧电路元器件由连接在所述运算放大器的输出端子与一个输入端子之间的电容器及电阻构成。
[0010]此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第三方式是检测出具备一对电极部的差动结构的物理量传感器的所述一对电极部的微小静电电容的静电电容检测电路，该一对电极部由静电电容会随着物理量的变化而发生变化的可动电极及固定电极构成。该静电电容检测电路至少包括:偏置电压生成电路，该偏置电压生成电路生成提供给所述一对电极部中可动电极及固定电极中的一个电极的偏置电压；运算放大器，将所述一对电极部中可动电极及固定电极中的另一个电极输入该运算放大器的输入端子，并对所述一对电极部中可动电极及固定电极间的微小静电电容的差分进行放大；以及印刷布线基板，在该印刷布线基板上安装所述物理量传感器、所述偏置电压生成电路及所述运算放大器。接着，将所述印刷布线基板上的绝缘确保区域设置为吸湿减少区域，该绝缘确保区域至少包含所述一对电极部的连接至所述运算放大器的电极连接部、所述运算放大器的输入侧连接部、以及连接在所述电极连接部及所述输入侧连接部之间的输入侧电路元器件的连接部中的与该输入侧连接部相连接的连接部。
[0011]此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第四方式为:所述输入电路元器件由第一电容器和电阻的并联电路、以及第二电容器、第三电容器和电阻的并联电路构成，其中，所述第一电容器和电阻的并联电路连接在所述一对电极部中的一个电极部和所述运算放大器的一个输入端子间与接地之间，所述第二电容器连接在所述一对电极部中的另一个电极部和所述运算放大器的另一个输入端子间与接地之间，所述第三电容器和电阻连接在所述运算放大器的输出端子与另一个输入端子之间。
[0012]此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第五方式为:在所述吸湿减少区域中形成有:抗蚀剂涂布区域，该抗蚀剂涂布区域以覆盖所述绝缘确保区域的方式涂布有抗蚀齐IJ ;以及带状分离区域，该带状分离区域包围所述绝缘确保区域，以使得所述抗蚀剂涂布区域与周围的抗蚀剂涂布区域分离，将所述带状分离区域设为非抗蚀剂涂布区域，并将所述带状分离区域设为非丝网印刷印刷区域。
[0013]此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第六方式为:对于所述吸湿减少区域，将所述绝缘确保区域的整个表面设为非抗蚀剂涂布区域，并将所述绝缘确保区域的整个表面设为非丝网印刷印刷区域。 此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第七方式为:所述偏置电压生成电路具有生成正弦波、方形波等交流波形的载波信号的结构。
此外，本发明所涉及的静电电容检测电路的第八方式为:所述偏置电压生成电路具有生成直流偏置电压的结构。
发明效果
[0014]根据本发明，将绝缘确保区域设为吸湿减少区域，该绝缘确保区域包含安装有物理量传感器、运算放大器等的印刷布线基板上的物理量传感器的电极连接部及运算放大器的输入侧连接部、以及与连接在这些电极连接部及输入侧部之间的输入侧电路元器件的所述输入侧连接部相连接的连接部。作为该吸湿减少区域，可以是非抗蚀剂涂布区域、非丝网印刷印刷区域，或者是与其他区域分离而独立的抗蚀剂区域。
[0015]由此，通过将包含印刷布线基板的运算放大器输入侧的输入侧电路元器件的各连接部的绝缘确保区域设为吸湿减少区域，能够可靠地防止因吸湿而导致的绝缘电阻的劣化。因此，无需将印刷布线基板保持为气密状态，就能防止绝缘电阻的劣化，并能防止噪声的增大，由此，能够以简单且低成本的结构检测出微小的静电电容值。
此外，通过设置与其他区域分离而独立的抗蚀剂区域来作为吸湿减少区域，从而能够在进行吸湿减少的同时，保护布线图案使其不会生锈。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的实施方式I的表示加速度传感器的拆卸掉上侧基板的状态的示意图，图1(a)是拆卸掉上部基板的状态的俯视图，图1(b)是图1(a)的A-A线上的剖视图。
图2是表示静电电容检测电路的电路图。
图3是图2的主要部分的放大图。
图4是印刷布线基板的剖视图。
图5是表示印刷布线基板上的抗蚀剂涂布区域、以及图案形成区域的图。
图6是表示载波频率与由绝缘电阻产生的噪声之间的关系的特性曲线图。
图7是表示本发明的实施方式2中的静电电容检测电路的电路图。
图8是表示实施方式2中的印刷基板上的抗蚀剂涂布区域的图。
图9是表示实施方式2中的印刷基板上的另一个抗蚀剂涂布区域的图。
图10是与图5(b)相对应的、表不印刷基板上的吸湿减少区域的另一个不例的图。
图11是与图8相对应的、表不印刷基板上的吸湿减少区域的另一个不例的图。
图12是与图9相对应的、表不印刷基板上的吸湿减少区域的另一个不例的图。
图13是表示本发明的静电电容检测电路的另一个示例的电路图。
图14是表示测定频率与由绝缘电阻产生的噪声之间的关系的特性曲线图。
图15是表示本发明的静电电容检测电路的再一个示例的电路图。
【具体实施方式】
[0017]下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示应用本发明所涉及的静电电容检测电路而得到的加速度传感器的一个示例的示意图，图1(a)是拆卸掉上部基板的状态的俯视图，图1(b)是图1(a)的A-A线上的首1J视图。
图中，标号I为作为物理量传感器的加速度传感器，该加速度传感器I形成在SOI (Silicon On Insulator:绝缘娃)基板2上。该SOI基板2由下层的娃支承层2a、形成在该硅支承层2a上的氧化硅层2b、以及形成在该氧化硅层2b上的活性硅层2c构成。
[0018]这里，在硅支承层2a及氧化硅层2b形成有后文中将要阐述的重锤7，该重锤7的外周部形成为方形框状，其中央部被干蚀刻成方形沟状。
在活性硅层2c上形成有:可动电极4，该可动电极4呈方形，形成在活性硅层2c的中央部，并利用弹簧材料3将其四个角支承在氧化硅层2b上；一对X轴用固定电极5Xa、5Xb，该一对X轴用固定电极5Xa、5Xb与所述可动电极4的X方向的两条边相对地被固定在氧化娃层2b上；以及一对Y轴用固定电极6Ya、6Yb,该一对Y轴用固定电极6Ya、6Yb与可动电极4的Y方向的两条边相对地被固定在氧化硅层2b上，。在可动电极4的下表面上形成有重锤7。
[0019]此外，SOI基板2的上下方向被玻璃基板8a及8b覆盖。在玻璃基板8a的与可动电极4相对的位置上形成有Z轴用固定电极9。在这些玻璃基板8a及8b上形成有通孔10，该通孔10将X轴用固定电极5Xa、5Xb、Y轴用固定电极6Ya、6Yb、可动电极4及Z轴用固定电极9的信号取出至外部。
[0020]因此，在加速度传感器I中，在X方向上，可动电极4与左右一对固定电极5Xa、5Xb之间的静电电容Cxa及Cxb形成为具有以下关系的左右对称形的差动结构:即，若其中一个增加，贝1J另一个减少。同样地，在Y方向上，可动电极4与前后一对固定电极5Ya、5Yb之间的静电电容Cya及Cyb形成为具有以下关系的前后对称形的差动结构:即，若其中一个增加，则另一个减少。
[0021]然而，在加速度传感器I的Z方向上，由于可动电极4的下表面形成有重锤7的关系，因此，只由可动电极4与从上方与其相对的Z轴用固定电极9之间的静电电容Cz来构成非对称的结构。
于是，若对加速度传感器I施加加速度，则根据其加速度的方向，支承重锤7的可动电极4向XYZ方向移动，与此相对应地，X轴方向的静电电容Cxa及Cxb、Y轴方向的静电电容Cya、Cyb、Z轴方向的静电电容Cz发生变化，可利用这些静电电容的变化来测定加速度。
[0022]然后，在具有Z轴方向那样的非对称型结构的情况下，可利用图2所示的静电电容检测电路20来检测出静电电容。
即，将可动电极4与Z轴用固定电极9之间的静电电容Cz表示为静电可变电容Cm。将该静电可变电容Cm的一个电极与载波信号生成电路21相连接，并提供载波信号。这里所说的载波信号是指正弦波或矩形波这样的交流波形，其频率要高于所测定的加速度。为了从OHz或OHz附近这种较低的频率中检测出静电电容，就需要上述载波信号。
[0023]接着，将静电可变电容Cm的另一个电极与运算放大器Q21的反相输入端子相连接，该运算放大器Q21的非反相输入端子接地。此外，运算放大器Q21的输出端子经由电阻Rg和电容器Cg的并联电路向反相输入端子进行反馈。
若将载波信号的输出电压设为输入电压Vi,贝U从该运算放大器Q21的输出端子输出的输出电压Vo,表不为: Vo=- (Cm/Cg) V1......(I)
[0024]因此，通过将电容器Cg的电容设定为等于加速度为“O”时的静电可变电容Cm，当施加在加速度传感器I上的Z轴方向的加速度为零时,可使得从运算放大器Q21输出使输入电压Vi反相后得到的输出电压Vo。接着，若在加速度传感器I的可动电极4及重锤7上施加向上的加速度，则Vo的振幅变为大于Vi的振幅，相反地，若在加速度传感器I的可动电极4及重锤7上施加向下的加速度，则Vo的振幅变为小于Vi的振幅。
[0025]然后，运算放大器Q21的输出被提供给输入载波信号生成电路21的载波信号的解调电路22，使用该解调电路22对从运算放大器Q21得到的利用载波信号进行振幅调制后的输出信号进行解调。
从该解调电路22输出的解调信号经过低通滤波器23滤除噪声，而后由A/D转换电路24将其转换成数字信号，并作为加速度信号输出。
[0026]然后，如图4所示的那样，将加速度传感器I和静电电容检测电路20安装在印刷布线基板30上。
如图5 (a)所示的那样形成该印刷布线基板30的连接运算放大器Q21及加速度传感器I的电路图案。即，形成在印刷布线基板30上的作为连接部的通孔31b与加速度传感器I的Z轴用固定电极9相连接。
[0027]此外，在印刷布线基板30上，通孔31b的右前方形成有连接焊盘32a及32b，该连接焊盘32a及32b作为连接部分别与静电电容检测电路20的电容器Cg的运算放大器Q21的输出端子侧电极及反相输入端子侧电极相连接。在这些连接焊盘32a及32b的前方形成有连接焊盘33a及33b，该连接焊盘33a及33b作为连接部分别与静电电容检测电路20的电阻Rg的运算放大器Q21的输出端子侧及反相输入端子侧相连接。并且，在连接焊盘33a及33b的前方还形成有与运算放大器Q21的非反相输入端子相连接的输入侧连接焊盘34a、以及与运算放大器Q21的反相输入端子相连接的作为连接部的输入侧连接焊盘34b。
[0028]接着，通孔31b，连接焊盘32b、33b及34b利用布线图案35相连接。此外，连接焊盘32a及33a利用布线图案36相连接，并连接至与运算放大器Q21的输出端子相连接的未图示的输出侧焊盘。并且，输入侧连接焊盘34a接地。
[0029]另一方面，在印刷布线基板30的抗蚀剂涂布图案中，如图5(b)所示，形成有绝缘确保区域Ais，该确保绝缘区域Ais包围通孔31b、连接焊盘32b、33b、34b，呈逆L字状。接着，以包围该绝缘确保区域Ais及其周围的方式形成吸湿减少区域Al。该吸湿减少区域Al由抗蚀剂涂布区域All和带状分离区域A12构成，其中，所述抗蚀剂涂布区域All以覆盖绝缘确保区域Ais的方式涂布抗蚀剂而得到，所述带状分离区域A12是包围该抗蚀剂涂布区域All的宽度较窄且没有涂布抗蚀剂的非抗蚀剂涂布区域，并且是不进行丝网印刷的非丝网印刷印刷区域。该吸湿减少区域Al对应于图2中用虚线圈出的区域。
接着，在带状分离区域A12的外侧形成涂布有抗蚀剂并可进行丝网印刷的抗蚀剂涂布区域A13。
[0030]接着，对上述实施方式I的动作进行说明。
现在，当作用于加速度传感器I的可动电极4及重锤7的Z方向的加速度为零时，从静电可变电容Cm输出的载波信号被提供给运算放大器Q21。
由此，当加速度传感器I的可动电极4及重锤7上所施加的Z方向的加速度为零时，输入运算放大器Q21的反相输入侧的输入信号Vi被反相，并作为输出信号Vo而被提供给解调电路22来进行解调。从该解调电路22输出的解调信号经过低通滤波器23滤除噪声，而后由A/D转换电路24将其转换成数字信号，并作为加速度信号输出。
[0031]于是，若向加速度传感器I的可动电极4及重锤7施加向上的加速度，则静电可变电容Cm从Z方向加速度为零的状态开始增加。由此，输入运算放大器Q21的反相输入端子的输入信号电平沿正方向增加，从而该运算放大器Q21的输出电压Vo也增大到大于输入电压Vi，且被反相。该运算放大器Q21的输出通过解调电路22进行解调，并通过低通滤波器23滤除噪声，而后由A/D转换电路24转换为数字值，并作为Z方向加速度信号输出。
[0032]相反地，若向加速度传感器I的可动电极4及重锤7施加向下的加速度，则静电可变电容Cm从Z方向加速度为零的状态开始减小，并被反相。由此，输入运算放大器Q21的反相输入端子的输入信号电平沿负方向减小，从而该运算放大器Q21的输出电压Vo也减小到小于输入电压Vi，且被反相。该运算放大器Q21的输出通过解调电路22进行解调，并通过低通滤波器23滤除噪声,而后由A/D转换电路24转换为数字值,并作为Z方向加速度信号输出。
[0033]另一方面，如图3所示，可考虑将绝缘电阻Rsl和绝缘电阻Rs2作为印刷布线基板30的绝缘电阻，其中绝缘电阻Rsl通过与运算放大器Q21的反馈电阻Rg并联来插入，绝缘电阻Rs2插入在反馈电阻Rg的运算放大器Q21的反相输入侧与接地之间。
这里，绝缘电阻Rsl的电阻值在正常状态下为理想绝缘电阻值，即在IGQ以上，但若因吸湿而使绝缘电阻不断劣化，则绝缘电阻Rsl的电阻值会降低至100ΜΩ或10ΜΩ以下。
[0034]当绝缘电阻Rsl为理想绝缘电阻值即IGQ以上时，因绝缘电阻Rsl而产生的噪声如图6所示，在频率较低的区域，噪声量较多，但若超过以1/2 Ji (Cg(RgXRsl/(Rg+Rsl)))表示的相对较低的频率fs，则随着频率的增加，噪声量以线性特性曲线减少，在由解调电路22进行解调的载波频率fc处，噪声量大幅度地减少。
然而，若为了防止布线图案生锈或腐蚀而在印刷布线基板30的整个表面涂布抗蚀剂，则该抗蚀剂具有一定的吸湿性。此外，在进行丝网印刷的情况下，该抗蚀剂也具有一定的吸湿性。
[0035]由此，在抗蚀剂涂布区域及丝网印刷的印刷区域，由于吸湿性较高，因此随着时间的经过会产生绝缘劣化。若产生上述这样的绝缘劣化，例如绝缘电阻Rsl减小到IOOM Ω，则如图6所示，与理想绝缘状态相比,在低频区域噪声量减少,但是以1/2π (Cg (RgXRsl/(Rg+Rsl)))表示的噪声量开始减少的频率fs与理想状态相比变高。因此，随着频率的增力口，噪声量以与理想绝缘状态相同的倾斜度减少。由此，如图6所示，当绝缘电阻Rsl为IOOMΩ时，与理想状态相比，载波频率fc处的噪声量增加。
[0036]若绝缘劣化继续发展，绝缘电阻Rsl减少到10ΜΩ，则如图6所示，与100ΜΩ的情况相比，载波频率fc处的噪声量进一步增加。
由此，在利用解调电路22进行解调时，由于载波频率处因绝缘电阻Rsl而产生的噪声增加，因此无法检测出正确的静电电容。
尤其是在使用上述的SOI基板2来构成加速度传感器I的情况下，由于静电可变电容Cm是IaF?IOOaF左右的微小静电电容，因此容易受到噪声的影响。由此，要得到正确的加速度检测值就变得困难。[0037]另一方面，关于绝缘电阻Rs2，与运算放大器Q21的非反相输入端子及反相输入端子之间的输入噪声相对的噪声增益可表示为1+(RgXRsl/(Rg+Rsl))/Rs2。由此，若如上所述在印刷布线基板30的整个表面上涂布抗蚀剂，并在布线图案上进行丝网印刷，则抗蚀剂的涂布区域及丝网印刷的印刷区域的吸湿性较高，因此，随着时间的经过会发生绝缘劣化。由此，若降低绝缘电阻Rs2的电阻值，则噪声增益增加，结果导致噪声增加。
[0038]然而，在本实施方式中，如图5所示，在包含有与运算放大器Q21的输入侧的输入侧电路元器件相连的通孔31b、连接焊盘32b、33b及34b的绝缘确保区域Ais及其周围形成有吸湿减少区域Al。该吸湿减少区域Al由覆盖绝缘确保区域Ais的抗蚀剂涂布区域All和包围该抗蚀剂涂布区域All周围的宽度较窄的带状分离区域A12构成。由此，利用带状分离区域A12，抗蚀剂涂布区域All与其周围的抗蚀剂涂布区域A13分离开来彼此独立。由此，在带状分离区域A12处绝缘电阻较高，因此，与以连接抗蚀剂涂布区域All及A13的方式来涂布抗蚀剂或进行丝网印刷的情况相比，能够抑制因吸湿而导致的抗蚀剂涂布区域All及A13的区域之间的绝缘电阻的降低。由此，能够保持绝缘电阻较高的状态。
[0039]此外，该抗蚀剂涂布区域All及A13之间的区域间的绝缘电阻相当于图3的绝缘电阻Rsl及Rs2。
例如，若考虑绝缘电阻Rsl，则如上文所述需要将其保持为理想绝缘电阻值、即IGQ以上，由此，为了相对于吸湿而保持这种高电阻，可通过以下方式来应对:即，利用吸湿性低于抗蚀剂或丝网印刷区域的带状分离区域A12，使得抗蚀剂涂布区域All与抗蚀剂涂布区域A13相分离从而彼此独立。对于绝缘电阻Rs2也是一样。
[0040]由此，通过将包含有与运算放大器Q21的输入侧的输入侧电路元器件相连接的通孔31b、连接焊盘32b、33b及34b的绝缘确保区域Ais设为吸湿减少区域Al，能够降低吸湿性，从而能够抑制绝缘电阻Rsl及Rs2的劣化。由此，能够抑制因绝缘电阻劣化而引起的载波频率fc处的噪声量的增加，从而能够长期以较高的精度检测出静电电容，能提高可靠性。
而且，由于在绝缘确保区域Ais的表面涂布抗蚀剂来形成抗蚀剂涂布区域，因此能在抑制布线图案35、通孔31b、焊盘部32b、33b、34b的绝缘电阻的降低的同时，可靠地保护其不生锈等。
[0041]接下来，使用图7?图9来说明本发明的实施方式2。
在本实施方式2中，对采用差动结构的情况下的静电电容检测电路进行说明，其中，该差动结构是指在所述加速度传感器I的X方向或Y方向的两个固定电极中，若一个固定电极的静电电容减少，则另一个固定电极的静电电容增加。
[0042]这种情况下的静电电容检测电路40如图7所示，将加速度传感器I的可动电极4与固定电极5xa或6ya之间的静电电容Cxa或Cya表示为静电可变电容Cs I，将可动电极4与固定电极5xb或6yb之间的静电电容Cxb或Cyb表示为静电可变电容Cs2。
将这些静电可变电容Csl及Cs2的一个电极连接至与上文所述的实施方式I相同的载波信号生成电路21，并提供载波信号。
[0043]此外，在各静电可变电容Csl及Cs2的另一个电极与接地之间连接有彼此具有相等电容的电容器C2及C3，电容器C2与电阻R2并联连接。这里，设置电容器C2是为了使电荷快速充电至静电可变电容Cs I，连接电容器C3是为了保持电路的对称性。通常，将电容器C2的电容与电容器C3的电容设定为相等的电容。
[0044]接着，静电可变电容Csl与电容器C2的连接点连接至差动放大器结构的运算放大器Q41的非反相输入端子，静电可变电容Cs2与电容器C3的连接点连接至运算放大器Q41的反相输入端子。此外，运算放大器Q41的输出端子经由电阻Rl和电容器C4的并联电路向反相输入端子进行反馈。这里，电容器C4决定运算放大器Q41的增益Al，该增益Al可由:
Al=(Csl-Cs2)/C4......(2)
来表示。使用电阻Rl及R2是为了使运算放大器Q41的直流电位稳定。
[0045]该运算放大器Q41输出静电可变电容Csl及Cs2的差分。由此，当被施加到加速度传感器I上的加速度为“O”时，由于重锤7的位移为0，因此Csl=Cs2，运算放大器Q41的输出为零。
当加速度不为“O”时，由于重锤7发生位移，因此静电可变电容Csl Φ Cs2，其差分从运算放大器Q41中输出。被施加到加速度传感器I上的加速度越大，静电可变电容的差就越大，运算放大器Q41的输出也就越大。
[0046]接着，运算放大器Q41的输出被提供给输入载波信号生成电路21的载波信号的解调电路42，使用该解调电路42对由运算放大器Q41得到的利用载波信号进行振幅调制后的输出信号进行解调。
从该解调电路42输出的解调信号经过低通滤波器43滤除噪声，而后由A/D转换电路44将其转换成数字信号，并作为加速度信号输出。
[0047]接着，在本实施方式2中，也如图4所示的那样，将加速度传感器I及静电电容检测电路40安装在印刷布线基板30上。
接着，静电可变电容Csl与运算放大器Q41的非反相输入端子之间的输入电路部的电路图案如图8所示，形成有电极连接焊盘51，该电极连接焊盘51作为连接部与加速度传感器I的例如固定电极5xa或6ya相连接，在该电极连接焊盘51的后方一侧形成有连接焊盘52a及52b，该连接焊盘52a及52b作为连接部分别与电容器C2的连接至运算放大器Q41的非反相输入端子的电极以及连接至接地的电极相连接。
[0048]此外，在印刷布线基板30上，在连接焊盘52a及52b的左侧形成有连接焊盘53a及53b，该连接焊盘53a及53b作为连接部分别与电阻R2的运算放大器Q41的输出端子侧及运算放大器Q41的非反相输入端子侧相连接。并且，在印刷布线基板30的连接焊盘53b的左侧形成有输入侧连接焊盘54，该输入侧连接焊盘54作为连接部与运算放大器Q41的非反相输入端子相连接。
接着，电极连接焊盘51，连接焊盘52b、53b及输入侧连接焊盘54利用布线图案55相连接。
[0049]另一方面，印刷布线基板30的抗蚀剂涂布图案如图8中的阴影所示，以覆盖绝缘确保区域Ais2a的方式形成吸湿减少区域A2a，其中，绝缘确保区域Ais2a包围电极连接焊盘51、连接焊盘52b、53b及输入侧连接焊盘54，且呈逆L字状。该吸湿减少区域A2a与上文所述的实施方式I 一样，由抗蚀剂涂布区域A21a和带状分离区域A22a构成，其中，抗蚀剂涂布区域A21a通过在绝缘确保区域Ais2a的表面涂布抗蚀剂而得到，带状分离区域A22a是在该抗蚀剂涂布区域A21a的周围所形成的宽度较窄且没有涂布抗蚀剂的非抗蚀剂涂布区域，并且是不进行丝网印刷的非丝网印刷印刷区域。
[0050]该吸湿减少区域A2a对应于图7中用虚线圈出的区域A31。
此外，在静电可变电容Cs2与运算放大器Q41的反相输入端子之间的输入电路部的电路图案如图9所示，形成有电极连接焊盘61，该电极连接焊盘61作为连接部与加速度传感器I的例如固定电极5xb或6yb相连接,在该电极连接焊盘61的左侧形成有连接焊盘62b及62a，该连接焊盘62b及62a作为连接部分别与电容器C3的连接至运算放大器Q41的反相输入端子的电极以及连接至接地的电极相连接。
[0051 ] 此外，在印刷布线基板30上，在连接焊盘62a及62b的后方侧形成有连接焊盘63b及63a，该连接焊盘63b及63a作为连接部分别与电容器C5的连接至运算放大器Q41的反相输入侧端子的电极及连接至接地的电极相连接。并且，在印刷布线基板30上，在连接焊盘63a及63b的后方侧形成有输入侧连接焊盘64，该输入侧连接焊盘64作为连接部与运算放大器Q41的反相输入端子相连接。
[0052]此外，在印刷布线基板30上，在输入侧连接焊盘64的后方侧形成有连接焊盘65a及65b，该连接焊盘65a及65b作为连接部分别与电容器C4的连接至运算放大器Q41的输出端子的电极及连接至运算放大器的反相输入端子的电极相连接。并且，在印刷布线基板30上，在连接焊盘65a及65b的后方侧形成有连接焊盘66a及66b，该连接焊盘66a及66b作为连接部分别与电阻Rl的运算放大器Q41的输出端子侧以及运算放大器Q41的反相输入端子侧相连接。
接着，电极连接焊盘61、连接焊盘62b、63b、输入侧连接焊盘64、连接焊盘65b及66b利用布线图案67相连接。
[0053]另一方面，印刷布线基板30的抗蚀剂涂布图案如图9中的阴影所示，由抗蚀剂涂布区域A21b和带状分离区域A22b构成，其中，抗蚀剂涂布区域A21b是通过在包围电极连接焊盘61、连接焊盘62b、63b、输入侧连接焊盘64、连接焊盘65b及66b的L字形状的绝缘确保区域Ais2b上涂布抗蚀剂而得到，带状分离区域A22b是使得该抗蚀剂涂布区域A21b从周围的抗蚀剂涂布区域A23b中分离独立出来的没有涂布抗蚀剂的非抗蚀剂涂布区域，并且是不进行丝网印刷的非丝网印刷印刷区域。该吸湿减少区域A2b对应于图7中用虚线圈出的区域A32。
[0054]根据本实施方式2，在没有向加速度传感器I施加X方向(或Y方向)的加速度的状态下，由于静电可变电容Csl及Cs2具有相等的值，因此运算放大器Q41的输出为零。
然而，若向加速度传感器I施加X方向右侧(或Y方向前侧)的加速度，则静电可变电容Csl变为大于加速度为零时的值，静电可变电容Cs2变为小于加速度为零时的值。由此，从运算放大器Q41中输出为正值的差分输出，利用解调电路42对其进行解调，并利用低通滤波器43来滤除噪声,而后利用A/D转换电路44将其转换为数字值,并输出加速度信号。
[0055]相反地，若向加速度传感器I施加X方向左侧(或Y方向后侧)的加速度，则静电可变电容Csl变为小于加速度为零时的值，静电可变电容Cs2变为大于加速度为零时的值。由此，从运算放大器Q41中输出为负值的差分输出，利用解调电路42对其进行解调，并利用低通滤波器43来滤除噪声,而后利用A/D转换电路44将其转换为数字值,并作为加速度信号输出。
由此，从静电电容检测电路40可得到与施加在加速度传感器I上的加速度相对应的高精度的加速度信号。
[0056]在本实施方式2的情况下，也形成有包围绝缘确保区域Ais2a的吸湿减少区域A2a,该绝缘确保区域Ais2a包含连接在加速度传感器I的固定电极5xa或6ya与运算放大器Q41的非反相输入端子之间的各连接焊盘51、52b、53b、54。此外，还形成有包围绝缘确保区域Ais2b的吸湿减少区域A2b,该绝缘确保区域Ais2b包含连接在加速度传感器I的固定电极5xb或6yb与运算放大器Q41的反相输入端子之间的各连接焊盘61、62b、63b、64、65b及 66b。
[0057]在这些吸湿减少区域A2a及A2b中，由于带状分离区域A22a及A22b为非抗蚀剂涂布区域，且为非丝网印刷印刷区域，因此能够使抗蚀剂涂布区域A21a及A21b从周围的抗蚀剂涂布区域A23a及A23b中分离并独立出来。
[0058]因而，能够抑制绝缘电阻Rsl及Rs2的劣化。由此，能够抑制因绝缘电阻劣化而引起的载波频率fc处的噪声量的增加，从而能够长期以较高的精度检测出静电电容，能提高
可靠性。
在本实施方式2中，绝缘确保区域Ais2a及Ais2b也被抗蚀剂涂布区域A21a及A21b覆盖，因此能在抑制绝缘电阻的降低的同时，防止焊盘部的生锈等。
[0059]另外，在上述实施方式I及实施方式2中，对吸湿减少区域Al、A2a及A2b由抗蚀剂涂布区域All、A2Ia及A21b与带状分离区域A12、A22a及A22b构成的情况进行了说明。然而，本申请的发明并不限于上述结构，也可以如图10、图11、及图12所示，省略抗蚀剂涂布区域All、A21a及A21b与带状分离区域A12、A22a及A22b，取而代之，将整个绝缘确保区域Ais、Ais2a及Ais2b设为不涂布抗蚀剂的非抗蚀剂涂布区域，并将其设为不进行丝网印刷的非丝网印刷印刷区域，从而形成吸湿减少区域A3、A4a及A4b，在这种情况下，由于将整个绝缘确保区域Ais、Ais2a及Ais2b作为吸湿减少区域A3、A4a及A4b,因此也能够可靠地抑制因吸湿而引起的绝缘电阻的降低。即能够抑制绝缘电阻Rsl及Rs2的劣化。由此，能够抑制因绝缘电阻劣化而引起的载波频率fc处的噪声量的增加，从而能够长期以较高的精度检测出静电电容，并提高可靠性。
[0060]此外，在上述实施方式I及实施方式2中，对应用静电电容检测电路20及40的情况进行了说明，但作为静电电容检测电路并不限于20及40的结构，只要能够检测出微小静电电容，就可以采用上述结构之外的结构。
并且，在上述实施方式I及实施方式2中，对将本发明应用于作为物理量传感器的加速度传感器的情况进行了说明，但并不限于此，也可以将本发明应用于陀螺传感器、位移传感器、压力传感器等通过检测静电电容来检测物理量的各种传感器。
[0061]此外，在上述实施方式I及实施方式2中，对应用载波信号生成电路21来作为偏置电压生成电路的情况进行了说明，但并不限于此，也可应用于电动机的振动测定装置等测定作为物理量的振动的振动测定装置。在该振动测定装置中，使用具有与上文所述的实施方式I中图1(a)及(b)所示的加速度传感器相同的结构的振动传感器，通过图13所示的静电电容检测电路70检测出该振动传感器的可动端子及Z轴方向端子间的静电电容变化。
[0062]在该静电电容检测电路70中，应用产生直流偏置电压的直流偏置电压生成电路71来取代上文所述的实施方式I中图2的结构中的载波信号生成电路21，并且省略了解调电路42而直接将运算放大器Q21的输出端子与低通滤波器23相连接。该直流偏置电压生成电路71与构成静电可变电容Cm的可动电极4和Z轴用固定电极9的连接至运算放大器Q21的反相输入侧的电极相反一侧的电极相连接。其他的结构与上文所述的实施方式I相同，对于与图2相对应的部分标注相同的标号，并省略其详细说明。
[0063]在这种情况下，通过在电动机等成为测定对象的振动源处设置振动传感器，使得来自成为测定对象的振动源的振动被输入到振动传感器。由此，在对振动进行测定时，由于成为测定对象的振动源所产生的振动，可动电极4及Z轴用固定电极9间的静电电容发生变化。
由此，成为测定对象的振动源的测定振动频率与由绝缘电阻Rsl产生的噪声之间的关系如图14所示，具有与上文所述的实施方式I中图6所示的载波信号的频率与由绝缘电阻Rsl产生的噪声之间的关系相同的特性。
[0064]由此，当成为测定对象的振动的频率即测定频率范围是图14中用点划线来表示的高频带时，由于绝缘电阻Rsl的降低，因此噪声上升。
这种情况下的高频带必须高于以下频率，该频率由以1/2Π (Cg(RgXRsl/(Rg+Rsl)))来表示的相对较低的频率fs来规定，在该频率处特性曲线上的噪声开始减少。由此，若绝缘电阻Rsl减小，则存在以下两个问题:(I)测定范围的噪声上升；(2)若将测定范围的最小频率设为fmin,则当fmin < fs时,从fmin到fs之间的频带无法进行测定。
[0065]由此，与实施方式I相同，在将对应于图13中用虚线圈出的区域的包围图5(b)的印刷基板30的通孔31b、连接焊盘32b、33b、34b的逆L字形状的区域设为绝缘确保区域Ais时，以包围该绝缘确保区域Ais及其周围的方式形成吸湿减少区域Al。该吸湿减少区域Al如图5 (b)所示，由抗蚀剂涂布区域All和带状分离区域A12构成，其中，抗蚀剂涂布区域All以覆盖绝缘确保区域Ais的方式涂布抗蚀剂而得到，带状分离区域A12是包围该抗蚀剂涂布区域All的宽度较窄且没有涂布抗蚀剂的非抗蚀剂涂布区域，并且是不进行丝网印刷的非丝网印刷印刷区域。
[0066]由此，通过以包围绝缘确保区域Ais的方式形成吸湿减少区域Al，能够抑制绝缘确保区域Ais的绝缘电阻因吸湿而降低，并能抑制因绝缘电阻劣化而引起的测定频率范围内的噪声量的增加，从而能长期以较高的精度检测出静电电容，能提高可靠性。
而且，由于在绝缘确保区域Ais的表面涂布抗蚀剂来形成抗蚀剂涂布区域，因此能在抑制布线图案35、通孔31b、焊盘部32b、33b、34b的绝缘电阻的降低的同时，可靠地保护其不生锈等。
[0067]在这种情况下，如上文所述的图11所示，也可以将整个绝缘确保区域Ais设为非抗蚀剂涂布区域，并设为非丝网印刷印刷区域，由此形成吸湿减少区域。
同样地，在利用具有图1结构的振动传感器来检测XY方向的振动时，应用以下静电电容检测电路80即可，该静电电容检测电路80如图15所示，将上文所述的实施方式2中的图7的载波信号生成电路21置换为直流偏置电压生成电路71，且省略解调电路42，将运算放大器Q41的输出端子直接与低通滤波器43相连接。其他的结构与上文所述的实施方式2相同，对于与图7相对应的部分标注相同的标号，并省略其详细说明。
[0068]在这种情况下，通过在电动机等成为测定对象的振动源处设置振动传感器，使得来自成为测定对象的振动源的振动被输入到振动传感器。由此，在对振动进行测定时，由于成为测定对象的振动源所产生的振动，可动电极4与XY轴用固定电极5xa、5xb及6ya、6yb间的静电电容发生变化。
因此，与所述实施方式2相同，以覆盖对应于图15中用虚线圈出的区域A51的包围图8中印刷基板30的电极连接焊盘51、连接焊盘52b、53b及输入侧连接焊盘54的逆L字形状的绝缘确保区域Ais2a的方式形成吸湿减少区域A2a。
[0069]此外，以覆盖对应于图15中用虚线圈出的区域A52的包围图9中的电极连接焊盘61、连接焊盘62b、63b、输入侧连接焊盘64、连接焊盘65b、66b的L字形状的绝缘确保区域Ais2b的方式形成吸湿减少区域A2b。
由此，通过以包围绝缘确保区域Ais2a及Ais2b的方式形成吸湿减少区域A2a及A2b,能够抑制绝缘确保区域Ais2a及Ais2b的绝缘电阻因吸湿而降低，并能抑制因绝缘电阻劣化而引起的测定频率范围内的噪声量的增加，因此，能长期以较高的精度检测出静电电容，能提闻可罪性。
[0070]并且，由于绝缘确保区域Ais2a及Ais2b被抗蚀剂涂布区域A21a及A21b覆盖，因此能在抑制绝缘电阻的降低的同时，防止焊盘部的生锈等。
在这种情况下，如上文所述的图11及图12所示，也可以将整个绝缘确保区域Ais2a及Ais2b设为非抗蚀剂涂布区域，并设为非丝网印刷印刷区域，由此形成吸湿减少区域。
工业上的实用性
[0071 ] 根据本发明，能够提供一种静电电容检测电路，该静电电容检测电路能以简单的结构来防止因吸湿劣化而导 致的绝缘电阻的降低，并能防止噪声的增大。
标号说明[0072] I…加速度传感器3…弹簧材料4…可动电极
5xa、5xb…X轴用固定电极 6ya、6yb…Y轴用固定电极 7…重锤
9…Z轴用固定电极 20...静电电容检测电路 21…载波信号生成电路 Cm…静电可变电容 Cg…电容器 Rg...电阻 Q21…运算放大器 22…解调电路 23…低通滤波器 24-A/D转换电路 30...印刷布线基板 AL...吸湿减少区域 40...静电电容检测电路Cs 1、Cs2...静电可变电容C2、C3、C4、C5…电容器R1、R2…电阻Q41…运算放大器42…解调电路43…低通滤波器44-A/D转换电路A2a及A2b…吸湿减少区域70...静电电容检测电路71…直流偏置电压生成电路80...静电电容检测电路`
【权利要求】
1.一种静电电容检测电路，该静电电容检测电路对物理量传感器的可动电极及固定电极间微小的静电电容进行检测，所述物理量传感器具备静电电容会随着物理量的变化而发生变化的所述可动电极及固定电极，其特征在于， 所述静电电容检测电路至少包括:偏置电压生成电路，该偏置电压生成电路生成提供给所述可动电极及固定电极中的一个电极的偏置电压；运算放大器，将所述可动电极及固定电极中的另一个电极输入该运算放大器的一个输入端子，将该运算放大器的另一个输入侧进行接地；以及印刷布线基板，在该印刷布线基板上安装所述物理量传感器、所述偏置电压生成电路及所述运算放大器， 将所述印刷布线基板上的绝缘确保区域设为吸湿减少区域，该绝缘确保区域至少包含所述物理量传感器的电极连接焊盘及所述运算放大器的输入侧连接焊盘、以及连接在所述电极连接焊盘及所述输入侧连接焊盘之间的输入侧电路元器件的连接焊盘中的连接至所述运算放大器的输入侧的连接焊盘。
2.如权利要求1所述的静电电容检测电路，其特征在于， 所述输入侧电路元器件是连接在所述运算放大器的输出端子与一个输入端子之间的电容器及电阻。
3.一种静电电容检测电路，该静电电容检测电路对具备一对电极部的差动结构的物理量传感器的所述一对电极部的微小静电电容进行检测，所述一对电极部由静电电容会随着物理量的变化而发生变化的可动电极及固定电极构成，其特征在于， 所述静电电容检测电路至少包括:偏置电压生成电路，该偏置电压生成电路生成提供给所述一对电极部中可动电极及固定电极中的一个电极的偏置电压；运算放大器，将所述一对电极部中可动电极及固定电极中的另一个电极输入该运算放大器的输入端子，并对所述一对电极部中可动电极及固定电极间的微小静电电容的差分进行放大；以及印刷布线基板，在该印刷布线基板上安装所述物理量传感器、所述偏置电压生成电路及所述运算放大器，` 将所述印刷布线基板上的绝缘确保区域设为吸湿减少区域，该绝缘确保区域至少包含所述一对电极部的连接至所述运算放大器的电极连接部、所述运算放大器的输入侧连接部、以及连接在所述电极连接部及所述输入侧连接部之间的输入侧电路元器件的连接部中的与该输入侧连接部相连接的连接部。
4.如权利要求3所述的静电电容检测电路，其特征在于， 所述输入电路元器件是第一电容器和电阻的并联电路、以及第二电容器、第三电容器和电阻的并联电路，其中，所述第一电容器和电阻的并联电路连接在所述一对电极部中的一个电极部和所述运算放大器的一个输入端子间与接地之间，所述第二电容器连接在所述一对电极部中的另一个电极部和所述运算放大器的另一个输入端子间与接地之间，所述第三电容器和电阻连接在所述运算放大器的输出端子与另一个输入端子之间。
5.如权利要求1至4的任一项所述的静电电容检测电路，其特征在于， 所述吸湿减少区域中形成有:抗蚀剂涂布区域，该抗蚀剂涂布区域以覆盖所述绝缘确保区域的方式涂布有抗蚀剂；以及带状分离区域，该带状分离区域包围所述绝缘确保区域，以使得所述抗蚀剂涂布区域与周围的抗蚀剂涂布区域分离，将所述带状分离区域设为非抗蚀剂涂布区域，并将所述带状分离区域设为非丝网印刷印刷区域。
6.如权利要求1至4的任一项所述的静电电容检测电路，其特征在于， 对于所述吸湿减少区域，将所述绝缘确保区域的整个表面设为非抗蚀剂涂布区域，并将所述绝缘确保区域的整个表面设为非丝网印刷印刷区域。
7.如权利要求1至6的任一项所述的静电电容检测电路，其特征在于， 所述偏置电压生成电路具有生成正弦波、方形波等交流波形的载波信号的结构。
8.如权利要求1至6的任一项所述的静电电容检测电路，其特征在于， 所述偏置电压生成电路具 有生成直流偏置电压的结构。
【文档编号】G01R27/26GK103858016SQ201280049193
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月19日 优先权日:2011年11月22日
【发明者】木代雅巳 申请人:富士电机株式会社