靜電電容檢測電路的製作方法
2023-05-03 13:44:26 2
靜電電容檢測電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種能以簡單的結構來防止因吸溼劣化而導致的絕緣電阻的降低的靜電電容檢測電路。該靜電電容檢測電路至少包括：載波信號生成電路(21)，該載波信號生成電路(21)生成提供給所述可動電極及固定電極中的一個電極的載波信號；運算放大器(Q21)，將物理傳感器(1)的可動電極及固定電極中的另一個電極輸入該運算放大器(Q21)的一個輸入端子，將該運算放大器(Q21)的另一個輸入側進行接地；以及印刷布線基板(30)，在該印刷布線基板(30)上安裝所述物理量傳感器、所述載波信號生成電路、以及所述運算放大器。將所述印刷布線基板上的絕緣確保區域(Ais)設為吸溼減少區域(A1)，該絕緣確保區域(Ais)至少包括所述物理量傳感器的電極連接部及所述運算放大器的輸入側連接部、以及連接在所述電極連接部及所述輸入側連接部之間的輸入側電路元器件的連接部中的連接至所述運算放大器的輸入側的連接部。
【專利說明】靜電電容檢測電路
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及檢測物理量傳感器的可動電極及固定電極間的靜電電容的靜電電容檢測電路，其中，該物理量傳感器具備靜電電容會隨著物理量的變化而發生變化的所述可動電極及固定電極。
【背景技術】
[0002]加速度傳感器、陀螺儀、位移傳感器、壓力傳感器等檢測物理量變化來作為靜電電容變化的物理量傳感器中，在需要靜電電容檢測電路具有高解析度的情況下，或在追求低成本、小型化而將MEMS (Micro Electro Mechanical System:微電子機械系統)傳感器與靜電電容檢測電路進行組合的情況下，要求確保絕緣電阻，並降低電路噪聲。
[0003]因此，在專利文獻I所記載的現有例中，記載有以下印刷布線基板的製造方法:為了無需使用由具有吸溼性的阻焊膜形成的阻焊層，並且防止安裝部中焊錫的流動，至少在含有有機樹脂的絕緣性基板的表面上埋入金屬導體層，然後對金屬導體層中的、例如焊接電子元器件端子的安裝部位的表面進行蝕刻，形成以距離絕緣性基板表面0.5?30 μ m的深度凹陷的凹部。
[0004]此外，在專利文獻2所記載的現有例中，為了提供在較高溼度下絕緣電阻等電氣特性也不會惡化的阻焊油墨組合物及具有該阻焊油墨組合物的固化塗膜的印刷布線板，提出了一種印刷布線板，該印刷布線板在具有著色劑、固化性樹脂、活性稀釋劑、聚合引發劑、以及填充劑的阻焊油墨組合物中，具有包含環胺類化合物的阻焊油墨塑性物及其塗膜。
現有技術文獻 專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利特開平10-173296號公報 專利文獻2:日本專利特開2003-98660號公報
【發明內容】
發明所要解決的問題
[0006]然而，在上述專利文獻I所記載的現有例中，需要在絕緣性基板的表面埋入金屬導體層之後，對金屬導體層中焊接電子元器件端子的安裝部位的表面進行蝕刻，並形成以距離絕緣性基板的表面0.5?30 μ m的深度凹陷的凹部，從而存在結構變得複雜這樣的未解決的問題。
[0007]此外，在專利文獻2所記載的現有例中，需要使用具有特殊組成的阻焊油墨組合物，從而存在製造成本增加這樣的未解決的問題。
於是，本發明是著眼於上述專利文獻I及2所記載的現有例的未解決的問題而完成的，本發明的目的在於提供一種靜電電容檢測電路，該靜電電容檢測電路能夠以簡單的結構來防止因吸溼惡化而導致的絕緣電阻的降低，並能夠防止噪聲的增大。
解決技術問題所採用的技術方案[0008]為達到上述目的，本發明的靜電電容檢測電路對物理量傳感器的可動電極及固定電極間微小的靜電電容進行檢測，其中，該物理量傳感器具備靜電電容會隨著物理量的變化而發生變化的所述可動電極及固定電極。該靜電電容檢測電路至少包括:偏置電壓生成電路，該偏置電壓生成電路生成提供給所述可動電極及固定電極中的一個電極的偏置電壓；運算放大器，將所述可動電極及固定電極中的另一個電極輸入該運算放大器的一個輸入端子，將該運算放大器的另一個輸入側進行接地；以及印刷布線基板，在該印刷布線基板上安裝所述物理量傳感器、所述偏置電壓生成電路及所述運算放大器。接著，將所述印刷布線基板上的絕緣確保區域設置為吸溼減少區域，該絕緣確保區域至少包含所述物理量傳感器的電極連接焊盤、所述運算放大器的輸入側連接焊盤、以及連接在所述電極連接焊盤及所述輸入側連接焊盤之間的輸入側電路元器件的連接焊盤中的連接至所述運算放大器的輸入側的連接焊盤。
[0009]此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第二方式為:所述輸入側電路元器件由連接在所述運算放大器的輸出端子與一個輸入端子之間的電容器及電阻構成。
[0010]此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第三方式是檢測出具備一對電極部的差動結構的物理量傳感器的所述一對電極部的微小靜電電容的靜電電容檢測電路，該一對電極部由靜電電容會隨著物理量的變化而發生變化的可動電極及固定電極構成。該靜電電容檢測電路至少包括:偏置電壓生成電路，該偏置電壓生成電路生成提供給所述一對電極部中可動電極及固定電極中的一個電極的偏置電壓；運算放大器，將所述一對電極部中可動電極及固定電極中的另一個電極輸入該運算放大器的輸入端子，並對所述一對電極部中可動電極及固定電極間的微小靜電電容的差分進行放大；以及印刷布線基板，在該印刷布線基板上安裝所述物理量傳感器、所述偏置電壓生成電路及所述運算放大器。接著，將所述印刷布線基板上的絕緣確保區域設置為吸溼減少區域，該絕緣確保區域至少包含所述一對電極部的連接至所述運算放大器的電極連接部、所述運算放大器的輸入側連接部、以及連接在所述電極連接部及所述輸入側連接部之間的輸入側電路元器件的連接部中的與該輸入側連接部相連接的連接部。
[0011]此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第四方式為:所述輸入電路元器件由第一電容器和電阻的並聯電路、以及第二電容器、第三電容器和電阻的並聯電路構成，其中，所述第一電容器和電阻的並聯電路連接在所述一對電極部中的一個電極部和所述運算放大器的一個輸入端子間與接地之間，所述第二電容器連接在所述一對電極部中的另一個電極部和所述運算放大器的另一個輸入端子間與接地之間，所述第三電容器和電阻連接在所述運算放大器的輸出端子與另一個輸入端子之間。
[0012]此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第五方式為:在所述吸溼減少區域中形成有:抗蝕劑塗布區域，該抗蝕劑塗布區域以覆蓋所述絕緣確保區域的方式塗布有抗蝕齊IJ ;以及帶狀分離區域，該帶狀分離區域包圍所述絕緣確保區域，以使得所述抗蝕劑塗布區域與周圍的抗蝕劑塗布區域分離，將所述帶狀分離區域設為非抗蝕劑塗布區域，並將所述帶狀分離區域設為非絲網印刷印刷區域。
[0013]此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第六方式為:對於所述吸溼減少區域，將所述絕緣確保區域的整個表面設為非抗蝕劑塗布區域，並將所述絕緣確保區域的整個表面設為非絲網印刷印刷區域。 此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第七方式為:所述偏置電壓生成電路具有生成正弦波、方形波等交流波形的載波信號的結構。
此外，本發明所涉及的靜電電容檢測電路的第八方式為:所述偏置電壓生成電路具有生成直流偏置電壓的結構。
發明效果
[0014]根據本發明，將絕緣確保區域設為吸溼減少區域，該絕緣確保區域包含安裝有物理量傳感器、運算放大器等的印刷布線基板上的物理量傳感器的電極連接部及運算放大器的輸入側連接部、以及與連接在這些電極連接部及輸入側部之間的輸入側電路元器件的所述輸入側連接部相連接的連接部。作為該吸溼減少區域，可以是非抗蝕劑塗布區域、非絲網印刷印刷區域，或者是與其他區域分離而獨立的抗蝕劑區域。
[0015]由此，通過將包含印刷布線基板的運算放大器輸入側的輸入側電路元器件的各連接部的絕緣確保區域設為吸溼減少區域，能夠可靠地防止因吸溼而導致的絕緣電阻的劣化。因此，無需將印刷布線基板保持為氣密狀態，就能防止絕緣電阻的劣化，並能防止噪聲的增大，由此，能夠以簡單且低成本的結構檢測出微小的靜電電容值。
此外，通過設置與其他區域分離而獨立的抗蝕劑區域來作為吸溼減少區域，從而能夠在進行吸溼減少的同時，保護布線圖案使其不會生鏽。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發明的實施方式I的表示加速度傳感器的拆卸掉上側基板的狀態的示意圖，圖1(a)是拆卸掉上部基板的狀態的俯視圖，圖1(b)是圖1(a)的A-A線上的剖視圖。
圖2是表示靜電電容檢測電路的電路圖。
圖3是圖2的主要部分的放大圖。
圖4是印刷布線基板的剖視圖。
圖5是表示印刷布線基板上的抗蝕劑塗布區域、以及圖案形成區域的圖。
圖6是表示載波頻率與由絕緣電阻產生的噪聲之間的關係的特性曲線圖。
圖7是表示本發明的實施方式2中的靜電電容檢測電路的電路圖。
圖8是表示實施方式2中的印刷基板上的抗蝕劑塗布區域的圖。
圖9是表示實施方式2中的印刷基板上的另一個抗蝕劑塗布區域的圖。
圖10是與圖5(b)相對應的、表不印刷基板上的吸溼減少區域的另一個不例的圖。
圖11是與圖8相對應的、表不印刷基板上的吸溼減少區域的另一個不例的圖。
圖12是與圖9相對應的、表不印刷基板上的吸溼減少區域的另一個不例的圖。
圖13是表示本發明的靜電電容檢測電路的另一個示例的電路圖。
圖14是表示測定頻率與由絕緣電阻產生的噪聲之間的關係的特性曲線圖。
圖15是表示本發明的靜電電容檢測電路的再一個示例的電路圖。
【具體實施方式】
[0017]下面，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。
圖1是表示應用本發明所涉及的靜電電容檢測電路而得到的加速度傳感器的一個示例的示意圖，圖1(a)是拆卸掉上部基板的狀態的俯視圖，圖1(b)是圖1(a)的A-A線上的首1J視圖。
圖中，標號I為作為物理量傳感器的加速度傳感器，該加速度傳感器I形成在SOI (Silicon On Insulator:絕緣娃)基板2上。該SOI基板2由下層的娃支承層2a、形成在該矽支承層2a上的氧化矽層2b、以及形成在該氧化矽層2b上的活性矽層2c構成。
[0018]這裡，在矽支承層2a及氧化矽層2b形成有後文中將要闡述的重錘7，該重錘7的外周部形成為方形框狀，其中央部被幹蝕刻成方形溝狀。
在活性矽層2c上形成有:可動電極4，該可動電極4呈方形，形成在活性矽層2c的中央部，並利用彈簧材料3將其四個角支承在氧化矽層2b上；一對X軸用固定電極5Xa、5Xb，該一對X軸用固定電極5Xa、5Xb與所述可動電極4的X方向的兩條邊相對地被固定在氧化娃層2b上；以及一對Y軸用固定電極6Ya、6Yb,該一對Y軸用固定電極6Ya、6Yb與可動電極4的Y方向的兩條邊相對地被固定在氧化矽層2b上，。在可動電極4的下表面上形成有重錘7。
[0019]此外，SOI基板2的上下方向被玻璃基板8a及8b覆蓋。在玻璃基板8a的與可動電極4相對的位置上形成有Z軸用固定電極9。在這些玻璃基板8a及8b上形成有通孔10，該通孔10將X軸用固定電極5Xa、5Xb、Y軸用固定電極6Ya、6Yb、可動電極4及Z軸用固定電極9的信號取出至外部。
[0020]因此，在加速度傳感器I中，在X方向上，可動電極4與左右一對固定電極5Xa、5Xb之間的靜電電容Cxa及Cxb形成為具有以下關係的左右對稱形的差動結構:即，若其中一個增加，貝1J另一個減少。同樣地，在Y方向上，可動電極4與前後一對固定電極5Ya、5Yb之間的靜電電容Cya及Cyb形成為具有以下關係的前後對稱形的差動結構:即，若其中一個增加，則另一個減少。
[0021]然而，在加速度傳感器I的Z方向上，由於可動電極4的下表面形成有重錘7的關係，因此，只由可動電極4與從上方與其相對的Z軸用固定電極9之間的靜電電容Cz來構成非對稱的結構。
於是，若對加速度傳感器I施加加速度，則根據其加速度的方向，支承重錘7的可動電極4向XYZ方向移動，與此相對應地，X軸方向的靜電電容Cxa及Cxb、Y軸方向的靜電電容Cya、Cyb、Z軸方向的靜電電容Cz發生變化，可利用這些靜電電容的變化來測定加速度。
[0022]然後，在具有Z軸方向那樣的非對稱型結構的情況下，可利用圖2所示的靜電電容檢測電路20來檢測出靜電電容。
即，將可動電極4與Z軸用固定電極9之間的靜電電容Cz表示為靜電可變電容Cm。將該靜電可變電容Cm的一個電極與載波信號生成電路21相連接，並提供載波信號。這裡所說的載波信號是指正弦波或矩形波這樣的交流波形，其頻率要高於所測定的加速度。為了從OHz或OHz附近這種較低的頻率中檢測出靜電電容，就需要上述載波信號。
[0023]接著，將靜電可變電容Cm的另一個電極與運算放大器Q21的反相輸入端子相連接，該運算放大器Q21的非反相輸入端子接地。此外，運算放大器Q21的輸出端子經由電阻Rg和電容器Cg的並聯電路向反相輸入端子進行反饋。
若將載波信號的輸出電壓設為輸入電壓Vi,貝U從該運算放大器Q21的輸出端子輸出的輸出電壓Vo,表不為: Vo=- (Cm/Cg) V1......(I)
[0024]因此，通過將電容器Cg的電容設定為等於加速度為「O」時的靜電可變電容Cm，當施加在加速度傳感器I上的Z軸方向的加速度為零時,可使得從運算放大器Q21輸出使輸入電壓Vi反相後得到的輸出電壓Vo。接著，若在加速度傳感器I的可動電極4及重錘7上施加向上的加速度，則Vo的振幅變為大於Vi的振幅，相反地，若在加速度傳感器I的可動電極4及重錘7上施加向下的加速度，則Vo的振幅變為小於Vi的振幅。
[0025]然後，運算放大器Q21的輸出被提供給輸入載波信號生成電路21的載波信號的解調電路22，使用該解調電路22對從運算放大器Q21得到的利用載波信號進行振幅調製後的輸出信號進行解調。
從該解調電路22輸出的解調信號經過低通濾波器23濾除噪聲，而後由A/D轉換電路24將其轉換成數位訊號，並作為加速度信號輸出。
[0026]然後，如圖4所示的那樣，將加速度傳感器I和靜電電容檢測電路20安裝在印刷布線基板30上。
如圖5 (a)所示的那樣形成該印刷布線基板30的連接運算放大器Q21及加速度傳感器I的電路圖案。即，形成在印刷布線基板30上的作為連接部的通孔31b與加速度傳感器I的Z軸用固定電極9相連接。
[0027]此外，在印刷布線基板30上，通孔31b的右前方形成有連接焊盤32a及32b，該連接焊盤32a及32b作為連接部分別與靜電電容檢測電路20的電容器Cg的運算放大器Q21的輸出端子側電極及反相輸入端子側電極相連接。在這些連接焊盤32a及32b的前方形成有連接焊盤33a及33b，該連接焊盤33a及33b作為連接部分別與靜電電容檢測電路20的電阻Rg的運算放大器Q21的輸出端子側及反相輸入端子側相連接。並且，在連接焊盤33a及33b的前方還形成有與運算放大器Q21的非反相輸入端子相連接的輸入側連接焊盤34a、以及與運算放大器Q21的反相輸入端子相連接的作為連接部的輸入側連接焊盤34b。
[0028]接著，通孔31b，連接焊盤32b、33b及34b利用布線圖案35相連接。此外，連接焊盤32a及33a利用布線圖案36相連接，並連接至與運算放大器Q21的輸出端子相連接的未圖示的輸出側焊盤。並且，輸入側連接焊盤34a接地。
[0029]另一方面，在印刷布線基板30的抗蝕劑塗布圖案中，如圖5(b)所示，形成有絕緣確保區域Ais，該確保絕緣區域Ais包圍通孔31b、連接焊盤32b、33b、34b，呈逆L字狀。接著，以包圍該絕緣確保區域Ais及其周圍的方式形成吸溼減少區域Al。該吸溼減少區域Al由抗蝕劑塗布區域All和帶狀分離區域A12構成，其中，所述抗蝕劑塗布區域All以覆蓋絕緣確保區域Ais的方式塗布抗蝕劑而得到，所述帶狀分離區域A12是包圍該抗蝕劑塗布區域All的寬度較窄且沒有塗布抗蝕劑的非抗蝕劑塗布區域，並且是不進行絲網印刷的非絲網印刷印刷區域。該吸溼減少區域Al對應於圖2中用虛線圈出的區域。
接著，在帶狀分離區域A12的外側形成塗布有抗蝕劑並可進行絲網印刷的抗蝕劑塗布區域A13。
[0030]接著，對上述實施方式I的動作進行說明。
現在，當作用於加速度傳感器I的可動電極4及重錘7的Z方向的加速度為零時，從靜電可變電容Cm輸出的載波信號被提供給運算放大器Q21。
由此，當加速度傳感器I的可動電極4及重錘7上所施加的Z方向的加速度為零時，輸入運算放大器Q21的反相輸入側的輸入信號Vi被反相，並作為輸出信號Vo而被提供給解調電路22來進行解調。從該解調電路22輸出的解調信號經過低通濾波器23濾除噪聲，而後由A/D轉換電路24將其轉換成數位訊號，並作為加速度信號輸出。
[0031]於是，若向加速度傳感器I的可動電極4及重錘7施加向上的加速度，則靜電可變電容Cm從Z方向加速度為零的狀態開始增加。由此，輸入運算放大器Q21的反相輸入端子的輸入信號電平沿正方向增加，從而該運算放大器Q21的輸出電壓Vo也增大到大於輸入電壓Vi，且被反相。該運算放大器Q21的輸出通過解調電路22進行解調，並通過低通濾波器23濾除噪聲，而後由A/D轉換電路24轉換為數字值，並作為Z方向加速度信號輸出。
[0032]相反地，若向加速度傳感器I的可動電極4及重錘7施加向下的加速度，則靜電可變電容Cm從Z方向加速度為零的狀態開始減小，並被反相。由此，輸入運算放大器Q21的反相輸入端子的輸入信號電平沿負方向減小，從而該運算放大器Q21的輸出電壓Vo也減小到小於輸入電壓Vi，且被反相。該運算放大器Q21的輸出通過解調電路22進行解調，並通過低通濾波器23濾除噪聲,而後由A/D轉換電路24轉換為數字值,並作為Z方向加速度信號輸出。
[0033]另一方面，如圖3所示，可考慮將絕緣電阻Rsl和絕緣電阻Rs2作為印刷布線基板30的絕緣電阻，其中絕緣電阻Rsl通過與運算放大器Q21的反饋電阻Rg並聯來插入，絕緣電阻Rs2插入在反饋電阻Rg的運算放大器Q21的反相輸入側與接地之間。
這裡，絕緣電阻Rsl的電阻值在正常狀態下為理想絕緣電阻值，即在IGQ以上，但若因吸溼而使絕緣電阻不斷劣化，則絕緣電阻Rsl的電阻值會降低至100ΜΩ或10ΜΩ以下。
[0034]當絕緣電阻Rsl為理想絕緣電阻值即IGQ以上時，因絕緣電阻Rsl而產生的噪聲如圖6所示，在頻率較低的區域，噪聲量較多，但若超過以1/2 Ji (Cg(RgXRsl/(Rg+Rsl)))表示的相對較低的頻率fs，則隨著頻率的增加，噪聲量以線性特性曲線減少，在由解調電路22進行解調的載波頻率fc處，噪聲量大幅度地減少。
然而，若為了防止布線圖案生鏽或腐蝕而在印刷布線基板30的整個表面塗布抗蝕劑，則該抗蝕劑具有一定的吸溼性。此外，在進行絲網印刷的情況下，該抗蝕劑也具有一定的吸溼性。
[0035]由此，在抗蝕劑塗布區域及絲網印刷的印刷區域，由於吸溼性較高，因此隨著時間的經過會產生絕緣劣化。若產生上述這樣的絕緣劣化，例如絕緣電阻Rsl減小到IOOM Ω，則如圖6所示，與理想絕緣狀態相比,在低頻區域噪聲量減少,但是以1/2π (Cg (RgXRsl/(Rg+Rsl)))表示的噪聲量開始減少的頻率fs與理想狀態相比變高。因此，隨著頻率的增力口，噪聲量以與理想絕緣狀態相同的傾斜度減少。由此，如圖6所示，當絕緣電阻Rsl為IOOMΩ時，與理想狀態相比，載波頻率fc處的噪聲量增加。
[0036]若絕緣劣化繼續發展，絕緣電阻Rsl減少到10ΜΩ，則如圖6所示，與100ΜΩ的情況相比，載波頻率fc處的噪聲量進一步增加。
由此，在利用解調電路22進行解調時，由於載波頻率處因絕緣電阻Rsl而產生的噪聲增加，因此無法檢測出正確的靜電電容。
尤其是在使用上述的SOI基板2來構成加速度傳感器I的情況下，由於靜電可變電容Cm是IaF?IOOaF左右的微小靜電電容，因此容易受到噪聲的影響。由此，要得到正確的加速度檢測值就變得困難。[0037]另一方面，關於絕緣電阻Rs2，與運算放大器Q21的非反相輸入端子及反相輸入端子之間的輸入噪聲相對的噪聲增益可表示為1+(RgXRsl/(Rg+Rsl))/Rs2。由此，若如上所述在印刷布線基板30的整個表面上塗布抗蝕劑，並在布線圖案上進行絲網印刷，則抗蝕劑的塗布區域及絲網印刷的印刷區域的吸溼性較高，因此，隨著時間的經過會發生絕緣劣化。由此，若降低絕緣電阻Rs2的電阻值，則噪聲增益增加，結果導致噪聲增加。
[0038]然而，在本實施方式中，如圖5所示，在包含有與運算放大器Q21的輸入側的輸入側電路元器件相連的通孔31b、連接焊盤32b、33b及34b的絕緣確保區域Ais及其周圍形成有吸溼減少區域Al。該吸溼減少區域Al由覆蓋絕緣確保區域Ais的抗蝕劑塗布區域All和包圍該抗蝕劑塗布區域All周圍的寬度較窄的帶狀分離區域A12構成。由此，利用帶狀分離區域A12，抗蝕劑塗布區域All與其周圍的抗蝕劑塗布區域A13分離開來彼此獨立。由此，在帶狀分離區域A12處絕緣電阻較高，因此，與以連接抗蝕劑塗布區域All及A13的方式來塗布抗蝕劑或進行絲網印刷的情況相比，能夠抑制因吸溼而導致的抗蝕劑塗布區域All及A13的區域之間的絕緣電阻的降低。由此，能夠保持絕緣電阻較高的狀態。
[0039]此外，該抗蝕劑塗布區域All及A13之間的區域間的絕緣電阻相當於圖3的絕緣電阻Rsl及Rs2。
例如，若考慮絕緣電阻Rsl，則如上文所述需要將其保持為理想絕緣電阻值、即IGQ以上，由此，為了相對於吸溼而保持這種高電阻，可通過以下方式來應對:即，利用吸溼性低於抗蝕劑或絲網印刷區域的帶狀分離區域A12，使得抗蝕劑塗布區域All與抗蝕劑塗布區域A13相分離從而彼此獨立。對於絕緣電阻Rs2也是一樣。
[0040]由此，通過將包含有與運算放大器Q21的輸入側的輸入側電路元器件相連接的通孔31b、連接焊盤32b、33b及34b的絕緣確保區域Ais設為吸溼減少區域Al，能夠降低吸溼性，從而能夠抑制絕緣電阻Rsl及Rs2的劣化。由此，能夠抑制因絕緣電阻劣化而引起的載波頻率fc處的噪聲量的增加，從而能夠長期以較高的精度檢測出靜電電容，能提高可靠性。
而且，由於在絕緣確保區域Ais的表面塗布抗蝕劑來形成抗蝕劑塗布區域，因此能在抑制布線圖案35、通孔31b、焊盤部32b、33b、34b的絕緣電阻的降低的同時，可靠地保護其不生鏽等。
[0041]接下來，使用圖7?圖9來說明本發明的實施方式2。
在本實施方式2中，對採用差動結構的情況下的靜電電容檢測電路進行說明，其中，該差動結構是指在所述加速度傳感器I的X方向或Y方向的兩個固定電極中，若一個固定電極的靜電電容減少，則另一個固定電極的靜電電容增加。
[0042]這種情況下的靜電電容檢測電路40如圖7所示，將加速度傳感器I的可動電極4與固定電極5xa或6ya之間的靜電電容Cxa或Cya表示為靜電可變電容Cs I，將可動電極4與固定電極5xb或6yb之間的靜電電容Cxb或Cyb表示為靜電可變電容Cs2。
將這些靜電可變電容Csl及Cs2的一個電極連接至與上文所述的實施方式I相同的載波信號生成電路21，並提供載波信號。
[0043]此外，在各靜電可變電容Csl及Cs2的另一個電極與接地之間連接有彼此具有相等電容的電容器C2及C3，電容器C2與電阻R2並聯連接。這裡，設置電容器C2是為了使電荷快速充電至靜電可變電容Cs I，連接電容器C3是為了保持電路的對稱性。通常，將電容器C2的電容與電容器C3的電容設定為相等的電容。
[0044]接著，靜電可變電容Csl與電容器C2的連接點連接至差動放大器結構的運算放大器Q41的非反相輸入端子，靜電可變電容Cs2與電容器C3的連接點連接至運算放大器Q41的反相輸入端子。此外，運算放大器Q41的輸出端子經由電阻Rl和電容器C4的並聯電路向反相輸入端子進行反饋。這裡，電容器C4決定運算放大器Q41的增益Al，該增益Al可由:
Al=(Csl-Cs2)/C4......(2)
來表示。使用電阻Rl及R2是為了使運算放大器Q41的直流電位穩定。
[0045]該運算放大器Q41輸出靜電可變電容Csl及Cs2的差分。由此，當被施加到加速度傳感器I上的加速度為「O」時，由於重錘7的位移為0，因此Csl=Cs2，運算放大器Q41的輸出為零。
當加速度不為「O」時，由於重錘7發生位移，因此靜電可變電容Csl Φ Cs2，其差分從運算放大器Q41中輸出。被施加到加速度傳感器I上的加速度越大，靜電可變電容的差就越大，運算放大器Q41的輸出也就越大。
[0046]接著，運算放大器Q41的輸出被提供給輸入載波信號生成電路21的載波信號的解調電路42，使用該解調電路42對由運算放大器Q41得到的利用載波信號進行振幅調製後的輸出信號進行解調。
從該解調電路42輸出的解調信號經過低通濾波器43濾除噪聲，而後由A/D轉換電路44將其轉換成數位訊號，並作為加速度信號輸出。
[0047]接著，在本實施方式2中，也如圖4所示的那樣，將加速度傳感器I及靜電電容檢測電路40安裝在印刷布線基板30上。
接著，靜電可變電容Csl與運算放大器Q41的非反相輸入端子之間的輸入電路部的電路圖案如圖8所示，形成有電極連接焊盤51，該電極連接焊盤51作為連接部與加速度傳感器I的例如固定電極5xa或6ya相連接，在該電極連接焊盤51的後方一側形成有連接焊盤52a及52b，該連接焊盤52a及52b作為連接部分別與電容器C2的連接至運算放大器Q41的非反相輸入端子的電極以及連接至接地的電極相連接。
[0048]此外，在印刷布線基板30上，在連接焊盤52a及52b的左側形成有連接焊盤53a及53b，該連接焊盤53a及53b作為連接部分別與電阻R2的運算放大器Q41的輸出端子側及運算放大器Q41的非反相輸入端子側相連接。並且，在印刷布線基板30的連接焊盤53b的左側形成有輸入側連接焊盤54，該輸入側連接焊盤54作為連接部與運算放大器Q41的非反相輸入端子相連接。
接著，電極連接焊盤51，連接焊盤52b、53b及輸入側連接焊盤54利用布線圖案55相連接。
[0049]另一方面，印刷布線基板30的抗蝕劑塗布圖案如圖8中的陰影所示，以覆蓋絕緣確保區域Ais2a的方式形成吸溼減少區域A2a，其中，絕緣確保區域Ais2a包圍電極連接焊盤51、連接焊盤52b、53b及輸入側連接焊盤54，且呈逆L字狀。該吸溼減少區域A2a與上文所述的實施方式I 一樣，由抗蝕劑塗布區域A21a和帶狀分離區域A22a構成，其中，抗蝕劑塗布區域A21a通過在絕緣確保區域Ais2a的表面塗布抗蝕劑而得到，帶狀分離區域A22a是在該抗蝕劑塗布區域A21a的周圍所形成的寬度較窄且沒有塗布抗蝕劑的非抗蝕劑塗布區域，並且是不進行絲網印刷的非絲網印刷印刷區域。
[0050]該吸溼減少區域A2a對應於圖7中用虛線圈出的區域A31。
此外，在靜電可變電容Cs2與運算放大器Q41的反相輸入端子之間的輸入電路部的電路圖案如圖9所示，形成有電極連接焊盤61，該電極連接焊盤61作為連接部與加速度傳感器I的例如固定電極5xb或6yb相連接,在該電極連接焊盤61的左側形成有連接焊盤62b及62a，該連接焊盤62b及62a作為連接部分別與電容器C3的連接至運算放大器Q41的反相輸入端子的電極以及連接至接地的電極相連接。
[0051 ] 此外，在印刷布線基板30上，在連接焊盤62a及62b的後方側形成有連接焊盤63b及63a，該連接焊盤63b及63a作為連接部分別與電容器C5的連接至運算放大器Q41的反相輸入側端子的電極及連接至接地的電極相連接。並且，在印刷布線基板30上，在連接焊盤63a及63b的後方側形成有輸入側連接焊盤64，該輸入側連接焊盤64作為連接部與運算放大器Q41的反相輸入端子相連接。
[0052]此外，在印刷布線基板30上，在輸入側連接焊盤64的後方側形成有連接焊盤65a及65b，該連接焊盤65a及65b作為連接部分別與電容器C4的連接至運算放大器Q41的輸出端子的電極及連接至運算放大器的反相輸入端子的電極相連接。並且，在印刷布線基板30上，在連接焊盤65a及65b的後方側形成有連接焊盤66a及66b，該連接焊盤66a及66b作為連接部分別與電阻Rl的運算放大器Q41的輸出端子側以及運算放大器Q41的反相輸入端子側相連接。
接著，電極連接焊盤61、連接焊盤62b、63b、輸入側連接焊盤64、連接焊盤65b及66b利用布線圖案67相連接。
[0053]另一方面，印刷布線基板30的抗蝕劑塗布圖案如圖9中的陰影所示，由抗蝕劑塗布區域A21b和帶狀分離區域A22b構成，其中，抗蝕劑塗布區域A21b是通過在包圍電極連接焊盤61、連接焊盤62b、63b、輸入側連接焊盤64、連接焊盤65b及66b的L字形狀的絕緣確保區域Ais2b上塗布抗蝕劑而得到，帶狀分離區域A22b是使得該抗蝕劑塗布區域A21b從周圍的抗蝕劑塗布區域A23b中分離獨立出來的沒有塗布抗蝕劑的非抗蝕劑塗布區域，並且是不進行絲網印刷的非絲網印刷印刷區域。該吸溼減少區域A2b對應於圖7中用虛線圈出的區域A32。
[0054]根據本實施方式2，在沒有向加速度傳感器I施加X方向(或Y方向)的加速度的狀態下，由於靜電可變電容Csl及Cs2具有相等的值，因此運算放大器Q41的輸出為零。
然而，若向加速度傳感器I施加X方向右側(或Y方向前側)的加速度，則靜電可變電容Csl變為大於加速度為零時的值，靜電可變電容Cs2變為小於加速度為零時的值。由此，從運算放大器Q41中輸出為正值的差分輸出，利用解調電路42對其進行解調，並利用低通濾波器43來濾除噪聲,而後利用A/D轉換電路44將其轉換為數字值,並輸出加速度信號。
[0055]相反地，若向加速度傳感器I施加X方向左側(或Y方向後側)的加速度，則靜電可變電容Csl變為小於加速度為零時的值，靜電可變電容Cs2變為大於加速度為零時的值。由此，從運算放大器Q41中輸出為負值的差分輸出，利用解調電路42對其進行解調，並利用低通濾波器43來濾除噪聲,而後利用A/D轉換電路44將其轉換為數字值,並作為加速度信號輸出。
由此，從靜電電容檢測電路40可得到與施加在加速度傳感器I上的加速度相對應的高精度的加速度信號。
[0056]在本實施方式2的情況下，也形成有包圍絕緣確保區域Ais2a的吸溼減少區域A2a,該絕緣確保區域Ais2a包含連接在加速度傳感器I的固定電極5xa或6ya與運算放大器Q41的非反相輸入端子之間的各連接焊盤51、52b、53b、54。此外，還形成有包圍絕緣確保區域Ais2b的吸溼減少區域A2b,該絕緣確保區域Ais2b包含連接在加速度傳感器I的固定電極5xb或6yb與運算放大器Q41的反相輸入端子之間的各連接焊盤61、62b、63b、64、65b及 66b。
[0057]在這些吸溼減少區域A2a及A2b中，由於帶狀分離區域A22a及A22b為非抗蝕劑塗布區域，且為非絲網印刷印刷區域，因此能夠使抗蝕劑塗布區域A21a及A21b從周圍的抗蝕劑塗布區域A23a及A23b中分離並獨立出來。
[0058]因而，能夠抑制絕緣電阻Rsl及Rs2的劣化。由此，能夠抑制因絕緣電阻劣化而引起的載波頻率fc處的噪聲量的增加，從而能夠長期以較高的精度檢測出靜電電容，能提高
可靠性。
在本實施方式2中，絕緣確保區域Ais2a及Ais2b也被抗蝕劑塗布區域A21a及A21b覆蓋，因此能在抑制絕緣電阻的降低的同時，防止焊盤部的生鏽等。
[0059]另外，在上述實施方式I及實施方式2中，對吸溼減少區域Al、A2a及A2b由抗蝕劑塗布區域All、A2Ia及A21b與帶狀分離區域A12、A22a及A22b構成的情況進行了說明。然而，本申請的發明並不限於上述結構，也可以如圖10、圖11、及圖12所示，省略抗蝕劑塗布區域All、A21a及A21b與帶狀分離區域A12、A22a及A22b，取而代之，將整個絕緣確保區域Ais、Ais2a及Ais2b設為不塗布抗蝕劑的非抗蝕劑塗布區域，並將其設為不進行絲網印刷的非絲網印刷印刷區域，從而形成吸溼減少區域A3、A4a及A4b，在這種情況下，由於將整個絕緣確保區域Ais、Ais2a及Ais2b作為吸溼減少區域A3、A4a及A4b,因此也能夠可靠地抑制因吸溼而引起的絕緣電阻的降低。即能夠抑制絕緣電阻Rsl及Rs2的劣化。由此，能夠抑制因絕緣電阻劣化而引起的載波頻率fc處的噪聲量的增加，從而能夠長期以較高的精度檢測出靜電電容，並提高可靠性。
[0060]此外，在上述實施方式I及實施方式2中，對應用靜電電容檢測電路20及40的情況進行了說明，但作為靜電電容檢測電路並不限於20及40的結構，只要能夠檢測出微小靜電電容，就可以採用上述結構之外的結構。
並且，在上述實施方式I及實施方式2中，對將本發明應用於作為物理量傳感器的加速度傳感器的情況進行了說明，但並不限於此，也可以將本發明應用於陀螺傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等通過檢測靜電電容來檢測物理量的各種傳感器。
[0061]此外，在上述實施方式I及實施方式2中，對應用載波信號生成電路21來作為偏置電壓生成電路的情況進行了說明，但並不限於此，也可應用於電動機的振動測定裝置等測定作為物理量的振動的振動測定裝置。在該振動測定裝置中，使用具有與上文所述的實施方式I中圖1(a)及(b)所示的加速度傳感器相同的結構的振動傳感器，通過圖13所示的靜電電容檢測電路70檢測出該振動傳感器的可動端子及Z軸方向端子間的靜電電容變化。
[0062]在該靜電電容檢測電路70中，應用產生直流偏置電壓的直流偏置電壓生成電路71來取代上文所述的實施方式I中圖2的結構中的載波信號生成電路21，並且省略了解調電路42而直接將運算放大器Q21的輸出端子與低通濾波器23相連接。該直流偏置電壓生成電路71與構成靜電可變電容Cm的可動電極4和Z軸用固定電極9的連接至運算放大器Q21的反相輸入側的電極相反一側的電極相連接。其他的結構與上文所述的實施方式I相同，對於與圖2相對應的部分標註相同的標號，並省略其詳細說明。
[0063]在這種情況下，通過在電動機等成為測定對象的振動源處設置振動傳感器，使得來自成為測定對象的振動源的振動被輸入到振動傳感器。由此，在對振動進行測定時，由於成為測定對象的振動源所產生的振動，可動電極4及Z軸用固定電極9間的靜電電容發生變化。
由此，成為測定對象的振動源的測定振動頻率與由絕緣電阻Rsl產生的噪聲之間的關係如圖14所示，具有與上文所述的實施方式I中圖6所示的載波信號的頻率與由絕緣電阻Rsl產生的噪聲之間的關係相同的特性。
[0064]由此，當成為測定對象的振動的頻率即測定頻率範圍是圖14中用點劃線來表示的高頻帶時，由於絕緣電阻Rsl的降低，因此噪聲上升。
這種情況下的高頻帶必須高於以下頻率，該頻率由以1/2Π (Cg(RgXRsl/(Rg+Rsl)))來表示的相對較低的頻率fs來規定，在該頻率處特性曲線上的噪聲開始減少。由此，若絕緣電阻Rsl減小，則存在以下兩個問題:(I)測定範圍的噪聲上升；(2)若將測定範圍的最小頻率設為fmin,則當fmin < fs時,從fmin到fs之間的頻帶無法進行測定。
[0065]由此，與實施方式I相同，在將對應於圖13中用虛線圈出的區域的包圍圖5(b)的印刷基板30的通孔31b、連接焊盤32b、33b、34b的逆L字形狀的區域設為絕緣確保區域Ais時，以包圍該絕緣確保區域Ais及其周圍的方式形成吸溼減少區域Al。該吸溼減少區域Al如圖5 (b)所示，由抗蝕劑塗布區域All和帶狀分離區域A12構成，其中，抗蝕劑塗布區域All以覆蓋絕緣確保區域Ais的方式塗布抗蝕劑而得到，帶狀分離區域A12是包圍該抗蝕劑塗布區域All的寬度較窄且沒有塗布抗蝕劑的非抗蝕劑塗布區域，並且是不進行絲網印刷的非絲網印刷印刷區域。
[0066]由此，通過以包圍絕緣確保區域Ais的方式形成吸溼減少區域Al，能夠抑制絕緣確保區域Ais的絕緣電阻因吸溼而降低，並能抑制因絕緣電阻劣化而引起的測定頻率範圍內的噪聲量的增加，從而能長期以較高的精度檢測出靜電電容，能提高可靠性。
而且，由於在絕緣確保區域Ais的表面塗布抗蝕劑來形成抗蝕劑塗布區域，因此能在抑制布線圖案35、通孔31b、焊盤部32b、33b、34b的絕緣電阻的降低的同時，可靠地保護其不生鏽等。
[0067]在這種情況下，如上文所述的圖11所示，也可以將整個絕緣確保區域Ais設為非抗蝕劑塗布區域，並設為非絲網印刷印刷區域，由此形成吸溼減少區域。
同樣地，在利用具有圖1結構的振動傳感器來檢測XY方向的振動時，應用以下靜電電容檢測電路80即可，該靜電電容檢測電路80如圖15所示，將上文所述的實施方式2中的圖7的載波信號生成電路21置換為直流偏置電壓生成電路71，且省略解調電路42，將運算放大器Q41的輸出端子直接與低通濾波器43相連接。其他的結構與上文所述的實施方式2相同，對於與圖7相對應的部分標註相同的標號，並省略其詳細說明。
[0068]在這種情況下，通過在電動機等成為測定對象的振動源處設置振動傳感器，使得來自成為測定對象的振動源的振動被輸入到振動傳感器。由此，在對振動進行測定時，由於成為測定對象的振動源所產生的振動，可動電極4與XY軸用固定電極5xa、5xb及6ya、6yb間的靜電電容發生變化。
因此，與所述實施方式2相同，以覆蓋對應於圖15中用虛線圈出的區域A51的包圍圖8中印刷基板30的電極連接焊盤51、連接焊盤52b、53b及輸入側連接焊盤54的逆L字形狀的絕緣確保區域Ais2a的方式形成吸溼減少區域A2a。
[0069]此外，以覆蓋對應於圖15中用虛線圈出的區域A52的包圍圖9中的電極連接焊盤61、連接焊盤62b、63b、輸入側連接焊盤64、連接焊盤65b、66b的L字形狀的絕緣確保區域Ais2b的方式形成吸溼減少區域A2b。
由此，通過以包圍絕緣確保區域Ais2a及Ais2b的方式形成吸溼減少區域A2a及A2b,能夠抑制絕緣確保區域Ais2a及Ais2b的絕緣電阻因吸溼而降低，並能抑制因絕緣電阻劣化而引起的測定頻率範圍內的噪聲量的增加，因此，能長期以較高的精度檢測出靜電電容，能提聞可罪性。
[0070]並且，由於絕緣確保區域Ais2a及Ais2b被抗蝕劑塗布區域A21a及A21b覆蓋，因此能在抑制絕緣電阻的降低的同時，防止焊盤部的生鏽等。
在這種情況下，如上文所述的圖11及圖12所示，也可以將整個絕緣確保區域Ais2a及Ais2b設為非抗蝕劑塗布區域，並設為非絲網印刷印刷區域，由此形成吸溼減少區域。
工業上的實用性
[0071 ] 根據本發明，能夠提供一種靜電電容檢測電路，該靜電電容檢測電路能以簡單的結構來防止因吸溼劣化而導 致的絕緣電阻的降低，並能防止噪聲的增大。
標號說明[0072] I…加速度傳感器3…彈簧材料4…可動電極
5xa、5xb…X軸用固定電極 6ya、6yb…Y軸用固定電極 7…重錘
9…Z軸用固定電極 20...靜電電容檢測電路 21…載波信號生成電路 Cm…靜電可變電容 Cg…電容器 Rg...電阻 Q21…運算放大器 22…解調電路 23…低通濾波器 24-A/D轉換電路 30...印刷布線基板 AL...吸溼減少區域 40...靜電電容檢測電路Cs 1、Cs2...靜電可變電容C2、C3、C4、C5…電容器R1、R2…電阻Q41…運算放大器42…解調電路43…低通濾波器44-A/D轉換電路A2a及A2b…吸溼減少區域70...靜電電容檢測電路71…直流偏置電壓生成電路80...靜電電容檢測電路`
【權利要求】
1.一種靜電電容檢測電路，該靜電電容檢測電路對物理量傳感器的可動電極及固定電極間微小的靜電電容進行檢測，所述物理量傳感器具備靜電電容會隨著物理量的變化而發生變化的所述可動電極及固定電極，其特徵在於， 所述靜電電容檢測電路至少包括:偏置電壓生成電路，該偏置電壓生成電路生成提供給所述可動電極及固定電極中的一個電極的偏置電壓；運算放大器，將所述可動電極及固定電極中的另一個電極輸入該運算放大器的一個輸入端子，將該運算放大器的另一個輸入側進行接地；以及印刷布線基板，在該印刷布線基板上安裝所述物理量傳感器、所述偏置電壓生成電路及所述運算放大器， 將所述印刷布線基板上的絕緣確保區域設為吸溼減少區域，該絕緣確保區域至少包含所述物理量傳感器的電極連接焊盤及所述運算放大器的輸入側連接焊盤、以及連接在所述電極連接焊盤及所述輸入側連接焊盤之間的輸入側電路元器件的連接焊盤中的連接至所述運算放大器的輸入側的連接焊盤。
2.如權利要求1所述的靜電電容檢測電路，其特徵在於， 所述輸入側電路元器件是連接在所述運算放大器的輸出端子與一個輸入端子之間的電容器及電阻。
3.一種靜電電容檢測電路，該靜電電容檢測電路對具備一對電極部的差動結構的物理量傳感器的所述一對電極部的微小靜電電容進行檢測，所述一對電極部由靜電電容會隨著物理量的變化而發生變化的可動電極及固定電極構成，其特徵在於， 所述靜電電容檢測電路至少包括:偏置電壓生成電路，該偏置電壓生成電路生成提供給所述一對電極部中可動電極及固定電極中的一個電極的偏置電壓；運算放大器，將所述一對電極部中可動電極及固定電極中的另一個電極輸入該運算放大器的輸入端子，並對所述一對電極部中可動電極及固定電極間的微小靜電電容的差分進行放大；以及印刷布線基板，在該印刷布線基板上安裝所述物理量傳感器、所述偏置電壓生成電路及所述運算放大器，` 將所述印刷布線基板上的絕緣確保區域設為吸溼減少區域，該絕緣確保區域至少包含所述一對電極部的連接至所述運算放大器的電極連接部、所述運算放大器的輸入側連接部、以及連接在所述電極連接部及所述輸入側連接部之間的輸入側電路元器件的連接部中的與該輸入側連接部相連接的連接部。
4.如權利要求3所述的靜電電容檢測電路，其特徵在於， 所述輸入電路元器件是第一電容器和電阻的並聯電路、以及第二電容器、第三電容器和電阻的並聯電路，其中，所述第一電容器和電阻的並聯電路連接在所述一對電極部中的一個電極部和所述運算放大器的一個輸入端子間與接地之間，所述第二電容器連接在所述一對電極部中的另一個電極部和所述運算放大器的另一個輸入端子間與接地之間，所述第三電容器和電阻連接在所述運算放大器的輸出端子與另一個輸入端子之間。
5.如權利要求1至4的任一項所述的靜電電容檢測電路，其特徵在於， 所述吸溼減少區域中形成有:抗蝕劑塗布區域，該抗蝕劑塗布區域以覆蓋所述絕緣確保區域的方式塗布有抗蝕劑；以及帶狀分離區域，該帶狀分離區域包圍所述絕緣確保區域，以使得所述抗蝕劑塗布區域與周圍的抗蝕劑塗布區域分離，將所述帶狀分離區域設為非抗蝕劑塗布區域，並將所述帶狀分離區域設為非絲網印刷印刷區域。
6.如權利要求1至4的任一項所述的靜電電容檢測電路，其特徵在於， 對於所述吸溼減少區域，將所述絕緣確保區域的整個表面設為非抗蝕劑塗布區域，並將所述絕緣確保區域的整個表面設為非絲網印刷印刷區域。
7.如權利要求1至6的任一項所述的靜電電容檢測電路，其特徵在於， 所述偏置電壓生成電路具有生成正弦波、方形波等交流波形的載波信號的結構。
8.如權利要求1至6的任一項所述的靜電電容檢測電路，其特徵在於， 所述偏置電壓生成電路具 有生成直流偏置電壓的結構。
【文檔編號】G01R27/26GK103858016SQ201280049193
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月19日 優先權日:2011年11月22日
【發明者】木代雅巳 申請人:富士電機株式會社