JP2008064647A - ３軸加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】生産性、信頼性に優れ、薄型化を図ることができる３軸加速度センサを提供する。
【解決手段】基板４０上に搭載固定された支持部５１と、その支持部５１を囲む方形枠状の質量部５２と、その質量部５２の方形の各辺と支持部５１とを連結して質量部５２を変位自在に支持する４つのヒンジ５３と、質量部５２の各辺の外側面とそれぞれ対向して基板４０上に搭載された４つの固定電極５４_１〜５４_４と、基板４０に質量部５２の下面と対向して設けられた固定電極４２とを具備する。ヒンジ５３は質量部５２の辺の内側面と平行対向されてその辺方向に延伸され、両端が質量部５２に接続された第１のダイアフラム５３ａと、第１のダイアフラム５３ａと平行対向されて両端が支持部５１に接続された第２のダイアフラム５３ｂと、それらダイアフラム５３ａ，５３ｂの中央同士を連結する梁５３ｃとを備える。
【選択図】図１

Description

この発明はＸ，Ｙ，Ｚ直交３軸の入力加速度を検出することができる静電容量検出型の３軸加速度センサに関する。

図１２はこの種の３軸加速度センサの従来例として特許文献１に記載されている構成を示したものであり、この例では方形枠状をなす質量部１１の枠の中心に中心部１２が位置され、枠の外側に枠部１３が位置されて、中心部１２と質量部１１とが梁１４及びダイアフラム１５によって継がれ、枠部１３と質量部１１とがダイアフラム１６によって継がれた構造となっている。これら質量部１１、中心部１２、枠部１３、梁１４及びダイアフラム１５，１６は単結晶シリコン板を加工することにより、一体形成されている。
中心部１２及び枠部１３はガラス板１７上に搭載固定されており、ガラス板１７上には方形枠状をなす質量部１１の４ヶ所のコーナー部と対向する位置にそれぞれ電極部（固定電極）１８が設けられている。図１２Ａ中、１９は電極部１８と配線接続されている端子部を示す。

この構造では入力加速度に応じて質量部１１が変位し、その変位を静電容量の変化として検出するものとなっている。質量部１１は可動電極として機能する。
加速度の入力方向は４ヶ所の電極部１８の静電容量の変化状態によって判断することができ、例えば４ヶ所の静電容量Ｃ_１〜Ｃ_４が同じ様に変化した時は加速度の入力方向はＺ軸方向（上下方向）となり、左側の２ヶ所Ｃ_１，Ｃ_２と右側の２ヶ所Ｃ_３，Ｃ_４とで変化が異なる場合（一方が増、他方が減の場合）は加速度の入力方向はＸ軸方向となる。また、Ｃ_１，Ｃ_３とＣ_２，Ｃ_４とで変化が異なる場合は加速度の入力方向はＹ軸方向となり、このようにしてＸ，Ｙ，Ｚ直交３軸方向の加速度を検出することができるものとなっている。

この図１２に示した３軸加速度センサでは質量部１１を変位自在に支持するダイアフラム１５，１６及び梁１４は単結晶シリコン板をエッチング加工して板厚を減少させることにより形成されており、単結晶シリコン板の板面と平行なＸ，Ｙ２軸の加速度は質量部１１の支持部と重心との距離を腕の長さとして支持部の回りの回転モーメントによって検出するものとなっている。
これに対し、質量部を回転変位させず、平行移動させる（並進動作させる）ことでＸ，Ｙ２軸の加速度を検出する加速度センサが特許文献２に記載されている。図１３はその構成を示したものであり、この加速度センサは第１シリコン基板２１と第２シリコン基板２２との間に絶縁層としての酸化膜２３を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２０を用いて形成されている。

第２シリコン基板２２には可動電極をなす質量部３１が形成されており、質量部３１はその四隅の突出部分がそれぞれ梁部３２，３３を介して支持部３４に支持されている。支持部３４は第１シリコン基板２１及び酸化膜２３に形成された開口部３５の縁部において酸化膜２３を介して第１シリコン基板２１に固定支持されている。
各梁部３２，３３は複数の梁が折り返し形状に連結されたものであり、これら梁部３２，３３がたわむことにより質量部３１は第２シリコン基板２２の板面と平行な面内で変位可能とされている。即ち、Ｘ軸方向の加速度が入力すると、質量部３１はＸ軸方向に平行移動し、Ｙ軸方向の加速度が入力すると、Ｙ軸方向に平行移動する。

質量部３１のＸ軸方向両端及びＹ軸方向両端にはそれぞれ櫛歯電極（可動櫛歯電極）３６が形成されており、これら可動櫛歯電極３６と噛み合う固定櫛歯電極３７が開口部３５に臨むように第２シリコン基板２２に形成されている。
加速度入力による質量部３１のＸ軸方向及びＹ軸方向の変位はこれら可動櫛歯電極３６及び固定櫛歯電極３７間の静電容量の変化によって検出することができ、これにより入力加速度が検出される。なお、図１３中、３８は各固定櫛歯電極３７、質量部３１（可動櫛歯電極３６）及び第２シリコン基板２２の周辺部に対してそれぞれ設けられているパッド部を示す。
特開平５−１４２２４９号公報 特開２００２−７１７０８号公報

ところで、図１２に示したような構造を有する３軸加速度センサではＸ，Ｙ２軸の加速度は質量部に作用する回転モーメントによって検出しており、つまりＺ軸方向の回転モーメントの腕の長さが必要であるため、感度を損うことなく、Ｚ軸方向の薄型化を図ることは困難となっていた。
一方、図１３に示した加速度センサでは質量部は回転変位せず、Ｚ軸方向の腕の長さは不要であって、その分Ｚ軸方向（基板厚さ方向）の薄型化については有利な構造となっているものの、ＸＹ面内で平行移動する質量部をその外側から梁部で支持する構造のため、限られた空間で十分な静電容量を得るために質量部の変位検出用の電極は櫛歯電極を採用しており、また限られた空間で梁部に十分な柔らかさを持たせるために複雑に折り返した形状を採用している。

よって、これらの点で図１３に示した構造の加速度センサでは込み入った微細構造が避けられないものとなっており、高い加工精度を必要とする点で生産性に難があり、また例えば異物混入や結露等に起因して損傷や電気的短絡が発生する危険が大であって信頼性面で劣るものとなっていた。
この発明の目的はこのような状況に鑑み、簡素な構造で生産性、信頼性に優れ、かつ感度を損うことなく、薄型化を図ることができる３軸加速度センサを提供することにある。

請求項１の発明によれば、基板上に形成され、その基板面と平行なＸ，Ｙ直交２軸及び基板面と垂直なＺ軸の３軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサは、基板上に搭載固定された支持部と、その支持部を囲む方形枠状とされ、その方形の隣接２辺がＸ軸及びＹ軸とそれぞれ平行とされた質量部と、その質量部の方形の各辺と支持部とをそれぞれ連結し、支持部に対して質量部を変位自在に支持する４つのヒンジと、基板上に搭載され、方形枠状をなす質量部の枠の外側に、各辺の外側面とそれぞれ対向するように位置された４つの第１固定電極と、基板に質量部の下面と対向して設けられた第２固定電極とを具備し、４つのヒンジはそれぞれ、そのヒンジが位置する質量部の辺の内側面と平行対向されてその辺方向に延伸され、両端が質量部に接続された第１のダイアフラムと、その第１のダイアフラムと平行対向されて両端が支持部に接続された第２のダイアフラムと、それら第１及び第２のダイアフラムの延伸方向中央同士を連結する梁とによって構成される。

請求項２の発明では請求項１の発明において、支持部、質量部、ヒンジ及び第１固定電極は同一シリコンウエハからエッチング形成され、基板はガラス基板とされて、そのガラス基板の上面に形成された凹部に第２固定電極が形成され、支持部及び第１固定電極とガラス基板とは陽極接合される。
請求項３の発明では請求項１の発明において、支持部、質量部、ヒンジ及び第１固定電極は単結晶シリコンよりなるデバイス層とハンドル層とで絶縁中間層を挟んだ３層構造のＳＯＩウエハのデバイス層からエッチング形成され、基板はハンドル層で構成され、そのハンドル層自体によって第２固定電極が構成される。

請求項４の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、第１のダイアフラムはその両端が質量部に突設された一対の接続部を介して質量部に接続され、第２のダイアフラムはその両端が支持部に突設された一対の接続部を介して支持部に接続される。
請求項５の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、第１のダイアフラムは質量部に、前記内側面に沿ってスリットを設けることにより、そのスリットと前記内側面との間に形成される薄肉部によって構成され、第２のダイアフラムは前記内側面と対向する支持部の側面に沿ってスリットを設けることにより、そのスリットと前記側面との間に形成される薄肉部によって構成される。

請求項６の発明では請求項１乃至５のいずれかの発明において、質量部を挟んで基板と反対側に第２の基板が支持部及び第１固定電極上に搭載されて配置され、第２の基板に質量部の上面と対向する第３固定電極が設けられる。

この発明によれば、互いに平行対向する一対のダイアフラムを梁で連結した構造のヒンジで方形枠状の質量部の内側４辺をそれぞれ支持することにより、質量部の基板面と平行なＸＹ面内での平行移動及び基板面と垂直なＺ軸方向の変位を可能としており、よって従来のようにＸ軸、Ｙ軸方向の入力加速度に対して質量部を変位させるためのＺ軸方向の腕の長さは不要なため、感度を維持しつつ、薄型化を図ることができる。
また、質量部をその内側から支持する構成のため、質量部の外側面に対向して固定電極を設けることにより静電容量の検出を行うことができ、つまり静電容量を検出する電極の簡素化を図ることができ、かつヒンジも比較的簡素な構造であるため、これらの点で生産性に優れ、さらに信頼性に優れた３軸加速度センサを得ることができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による３軸加速度センサの第１の実施例の構成を示したものであり、この例では基板４０上に支持部５１が搭載固定され、支持部５１を囲む方形枠状とされた質量部５２が４つのヒンジ５３を介して支持部５１に支持されている。
質量部５２のなす方形枠は正方形とされ、その正方形の隣接２辺は基板４０の板面と平行なＸ，Ｙ直交２軸とそれぞれ平行とされている。一方、支持部５１は四角柱状をなし、その平面形状は正方形とされており、質量部５２の枠内中心に位置して正方形の各辺が質量部５２の各辺と平行とされている。

ヒンジ５３は質量部５２の正方形の各辺と支持部５１の対向する辺との間にそれぞれ位置して、それらを連結している。図２はこのヒンジ５３を拡大して示したものであり、
ヒンジ５３はこの例では第１のダイアフラム５３ａと第２のダイアフラム５３ｂと梁５３ｃと接続部５３ｄ，５３ｅとによって構成されている。
第１のダイアフラム５３ａは質量部５２の辺の内側面５２ａと平行対向されてその辺方向に延伸されており、両端が質量部５２の内側面５２ａに突設された一対の接続部５３ｄを介して質量部５２に接続されている。

第２のダイアフラム５３ｂは第１のダイアフラム５３ａと平行対向されており、両端が支持部５１の側面５１ａに突設された一対の接続部５３ｅを介して支持部５１に接続されている。
梁５３ｃはダイアフラム５３ａ，５３ｂ間に位置してダイアフラム５３ａ，５３ｂの延伸方向中央同士を連結しており、肉薄とされて弾性変形可能なダイアフラム５３ａ，５３ｂに対し、梁５３ｃはこの例では相対的に高剛性とされている。質量部５２はこのような４つのヒンジ５３に支持されることにより、支持部５１に対して変位自在とされている。なお、ヒンジ５３は質量部５２のＸ軸と平行な中心線及びＹ軸と平行な中心線上に、それぞれその中心線が一致されて位置されている。

方形枠状をなす質量部５２の枠の外側には各辺の外側面とそれぞれ所定の間隙を介して平行対向するようにブロック状をなす４つの固定電極（第１固定電極）５４_１〜５４_４が配置され、これら固定電極５４_１〜５４_４はそれぞれ基板４０上に搭載されて固定されている。
固定電極５４_１〜５４_４及び支持部５１、質量部５２、４つのヒンジ５３はこの例では同一シリコンウエハから一括エッチングされて形成されており、基板４０の板面と垂直なＺ軸方向の高さは同一とされている。質量部５２は可動電極として機能する。

一方、基板４０はこの例ではガラス基板とされており、その上面には凹部４１が形成され、その凹部４１の底面に質量部５２の下面と所定の間隙を介して対向するように固定電極（第２固定電極）４２が形成されている。凹部４１は基板４０の上面において支持部５１及び４つの固定電極５４_１〜５４_４搭載部分を除いて形成されており、固定電極４２は方形枠状をなす質量部５２と対向して方形枠状に形成されている。なお、基板４０と、その上に固定されている支持部５１及び固定電極５４_１〜５４_４とはこの例では陽極接合されている。

上記のような構成を有する３軸加速度センサでは加速度が入力すると、その加速度に応じて質量部５２が変位し、その質量部５２の変位を静電容量の変化によって検出するものとなっている。
図３は一例として、Ｘ軸方向に加速度が入力した場合の様子を示したものであり、加速度入力により質量部５２には慣性力が働き、この例では質量部５２は図における右方向（Ｘ軸正方向）に変位している。この質量部５２の変位は４つのヒンジ５３の各第１及び第２のダイアフラム５３ａ，５３ｂが図３に示したように弾性変形することによって実現される。

ここで、図３において支持部５１の左右に位置するヒンジ５３を５３_１，５３_２とし、支持部５１の上下に位置するヒンジ５３を５３_３，５３_４とすると、ヒンジ５３_１にはＸ軸方向の圧縮力が働き、ヒンジ５３_２にはＸ軸方向の引張力が働く。これにより、これらヒンジ５３_１，５３_２のダイアフラム５３ａ，５３ｂにはその厚さ方向に力が加わるので図３に示したように変形する。なお、ヒンジ５３_１，５３_２の各梁５３ｃはＸ軸に対して傾くことなく、右方向に変位する。
一方、ヒンジ５３_３のダイアフラム５３ａ，５３ｂ及びヒンジ５３_４のダイアフラム５３ａ，５３ｂにはそれぞれ右回り及び左回りのモーメントが働くのでこれらダイアフラム５３ａ，５３ｂは図３に示したように変形し、梁５３ｃもＹ軸に対して傾く。

このように４つのヒンジ５３_１〜５３_４が弾性変形することにより、質量部５２はＺ軸に対して傾くことなく、ＸＹ面内で平行移動し、質量部５２と固定電極５４_１，５４_２間の間隙が入力加速度に応じて変化するため、その静電容量の変化を検出することにより、入力加速度を検出することができる。なお、Ｘ軸方向の入力加速度は固定電極５４_１，５４_２の静電容量を差動検出することによって検出することができる。
以上、Ｘ軸方向に加速度が入力した場合について説明したが、Ｙ軸方向に加速度が入力した場合も同様に説明することができ、この場合には固定電極５４_３，５４_４の静電容量を差動検出することによってＹ軸方向の入力加速度を検出することができる。

次に、Ｚ軸方向に加速度が入力した場合について説明する。
図４はＺ軸方向に加速度が入力した場合の様子を図１ＡにおけるＤＤ断面で示したものであり、加速度入力により質量部５２には慣性力が働き、この例では質量部５２は図における上方向（Ｚ軸正方向）に変位している。この時、図４に示したヒンジ５３_１，５３_２にはＹ軸と平行な中心軸回りにモーメントが働き、残る２つのヒンジ５３_３，５３_４にはＸ軸と平行な中心軸回りにモーメントが働く。
図５は一例としてヒンジ５３_１の変形の様子を示したものであり、ダイアフラム５３ａ，５３ｂの上部、下部は図に示したように変形し、上部と下部とで逆向きに湾曲する。４つのヒンジ５３_１〜５３_４は同一構造であって、同様に弾性変形するため、質量部５２はＺ軸に対して傾くことなく変位し、質量部５２と固定電極４２間の間隙が入力加速度に応じて変化するため、その静電容量の変化を検出することにより、Ｚ軸方向の入力加速度を検出することができる。

以上説明したように、この例によれば互いに平行対向する一対のダイアフラム５３ａ，５３ｂを梁５３ｃで連結してヒンジ５３を構成し、そのヒンジ５３によって方形枠状をなす質量部５２の内側４辺を支持するものとなっており、このような構成を採用したことにより、質量部５２は基板面と平行なＸ軸方向、Ｙ軸方向の加速度が入力すると、ＸＹ面内で平行移動（並進動作）し、また基板面と垂直なＺ軸方向の入力加速度に対してはＺ軸方向に平行移動するものとなっている。
従って、図１２に示した従来の３軸加速度センサのような質量部を変位させるためのＺ軸方向の腕の長さは不要なため、感度を損うことなく、薄型化を図ることができる。

また、方形枠状の質量部５２をその内側から支持する構成のため、質量部５２の外側に、その外側面と対向してブロック状の単純な固定電極を設けるだけで静電容量の検出を行うことができ、つまり図１３に示した従来の加速度センサのような微細な櫛歯電極は不要であり、加えてヒンジ５３も図１３に示した従来の加速度センサのような複雑な折り返し形状と比べて簡素な構造であり、よってこれらの点で作製が容易で、かつ信頼性も高い３軸加速度センサを得ることができる。
図６はこの発明の第２の実施例を示したものであり、この例では質量部５２を挟んで基板４０と反対側に第２の基板６０が配置され、その基板６０の下面（質量部５２と対向する面）に凹部６１が形成されて、その凹部６１の底面に質量部５２の上面と所定の間隙を介して対向するように固定電極（第３固定電極）６２が形成されているものである。

基板６０はこの例ではガラス基板とされ、その支持部５１及び４つの固定電極５４_１〜５４_４上の搭載部分は陽極接合されて固定されており、これら搭載部分を除いて凹部６１が形成されている。
固定電極６２は基板４０の固定電極４２と同様に方形枠状に形成されており、この例によればこれら固定電極４２，６２の静電容量を差動検出することによってＺ軸方向の入力加速度を検出することができ、つまりＸ，Ｙ，Ｚ３軸共、入力加速度を差動で検出することができる。なお、図６中、６３は支持部５１上に端子部を形成するために基板６０に設けられた貫通穴を示す。

次に、上述した３軸加速度センサの作製方法について説明する。
図７−１〜７−３は図１に示した構造の３軸加速度センサの作製方法を工程順に示したものであり、以下各工程（１）〜（８）について説明する。
（１）シリコンウエハ５０を用意する。
（２）シリコンウエハ５０上にフォトリソグラフィにより支持部５１、質量部５２、ヒンジ５３、固定電極５４_１〜５４_４等の各構造物の形状（平面形状）に対応したマスクを形成し、そのマスクをマスクとしてシリコンウエハ５０を垂直にエッチングする。エッチングはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により行い、シリコンウエハ５０の厚さ方向途中までエッチングする。
（３）一方、ガラス基板４０を用意する。
（４）ガラス基板４０上にフォトリソグラフィにより凹部４１の形状に対応したマスクを形成し、そのマスクをマスクとしてガラス基板４０をエッチングして凹部４１を形成する。
（５）凹部４１に固定電極４２を形成する。固定電極４２の形成は例えばＡｕ等をスパッタすることにより行われる。この際、端子部４３を固定電極４２の各角部より導出して図に示したように一体に形成する。
（６）工程（２）のシリコンウエハ５０と工程（５）のガラス基板４０とを図に示したように向き合わせて陽極接合する。
（７）シリコンウエハ５０を工程（２）のエッチングと反対面から垂直方向に全面エッチングし、各構造物を切り離して完成させる。エッチングはＩＣＰを用いたＲＩＥにより行う。
（８）最後に、支持部５１上及び各固定電極５４_１〜５４_４上にＡｕ等のスパッタにより端子部５５及び５６_１〜５６_４を形成して３軸加速度センサが完成する。なお、質量部５２はヒンジ５３を介して支持部５１と導通しており、端子部５５はＧＮＤ端子とされる。

次に、図６に示した構造の３軸加速度センサの作製方法を説明する。図８−１，８−２は図７−１〜７−３に示した工程に対し、追加となる（変更となる）工程（ア）〜（カ）を示したものであり、以下、各工程（ア）〜（カ）について説明する。
（ア）貫通電極６４が形成されている貫通電極付きガラス基板６０を用意する。このような貫通電極付きガラス基板６０は市販のものを用いることができる。
（イ）ガラス基板６０上にフォトリソグラフィにより凹部６１の形状に対応したマスクを形成し、そのマスクをマスクとしてガラス基板６０をエッチングして凹部６１を形成する。
（ウ）凹部６１に固定電極６２を形成する。固定電極６２の形成はＡｕ等のスパッタにより行われ、固定電極６２は図に示したように貫通電極６４上に位置して貫通電極６４と接続導通される。
（エ）工程（ウ）のガラス基板６０を前述の図７−３に示した工程（７）の構造の上に図に示したように搭載し、陽極接合する。
（オ）支持部５１上に端子部５５を形成するための貫通穴６３をガラス基板６０に形成し、また固定電極５４_１〜５４_４上に端子部５６_１〜５６_４を形成するために固定電極５４_１〜５４_４の上面を一部露出させるべく、ガラス基板６０の周縁部を取り除く。このガラス基板６０に対する加工はエッチングもしくはブラストによって行うことができる。
（カ）最後に、Ａｕ等のスパッタにより端子部５５及び５６_１〜５６_４を図に示したように形成して図６に示した構造の３軸加速度センサが完成する。ガラス基板６０に形成されている貫通電極６４は固定電極６２に対する端子部として機能する。
図９はこの発明の第３の実施例を示したものであり、この例ではヒンジ５３の構成要素である第１及び第２のダイアフラム５３ａ，５３ｂを上述した例のように質量部５２及び支持部５１からそれぞれ突出させて設けるのではなく、質量部５２及び支持部５１自体にダイアフラムとして機能する部分を形成したものであり、図９Ｂはそのヒンジ５３’を拡大して示したものである。

第１のダイアフラム５３ａは質量部５２に、その内側面５２ａに沿ってスリット５７を設けることにより、そのスリット５７と内側面５２ａとの間に形成される薄肉部によって構成され、第２のダイアフラム５３ｂは支持部５１の側面５１ａに沿ってスリット５８を設けることにより、そのスリット５８と側面５１ａとの間に形成される薄肉部によって構成されている。図２に示したヒンジ５３の構造に替えてこの図９に示したようなヒンジ５３’の構造を採用してもよい。

次に、図１０に示したこの発明の第４の実施例について説明する。
この例では単結晶シリコンよりなるデバイス層７１とハンドル層７２とで酸化膜よりなる絶縁中間層７３を挟んだ３層構造のＳＯＩウエハ７０を使用して３軸加速度センサが形成されている。
支持部５１、質量部５２、ヒンジ５３及び固定電極（第１固定電極）５４_１〜５４_４はデバイス層７１をエッチングすることにより形成されている。ハンドル層７２は基板として機能し、つまり図１における基板４０に対応し、支持部５１及び固定電極５４_１〜５４_４は図１０Ｂに示したように絶縁中間層７３を介してこのハンドル層７２上に搭載固定されている。なお、この例ではハンドル層７２自体が質量部５２のＺ軸方向の変位を検出する固定電極（第２固定電極）として機能する。

デバイス層７１のエッチングは前述の図１に示した構造の３軸加速度センサの作製方法と同様、ＩＣＰを用いたＲＩＥにより行われる。そして、デバイス層７１のエッチング後、絶縁中間層７３をウェットエッチングすることによって露出部分及び可動部（質量部５２、ヒンジ５３）下の絶縁中間層７３が除去され、間隙が形成されて可動部が可動可能とされる。質量部５２に格子状に配列形成されている貫通穴５９は質量部５２下の絶縁中間層７３を良好にエッチング除去するための穴である。
図１１はこの発明の第５の実施例を示したものであり、この例では図１０に示した３軸加速度センサに対し、図６に示した構成と同様、固定電極６２を設けた基板６０をハンドル層７２と反対側に搭載配置し、Ｚ軸方向の入力加速度を差動検出できるようにしたものである。

以上、各種実施例について説明したが、この発明による３軸加速度センサは生産性を損うことなく、高感度化を容易に図ることができるものとなっており、以下、この点について説明する。
感度の向上はヒンジ５３の構成要素である第１及び第２のダイアフラム５３ａ，５３ｂの、質量部５２の辺方向の延伸長さを例えば長くすることによって実現することができる。長さを長くすることにより、ダイアフラム５３ａ，５３ｂのバネ定数は小さくなり、質量部５２の変位量が大きくなるためである。

一方、ヒンジ５３は前述したようにフォトリソグラフィ及びエッチングによって作製され、よってダイアフラム５３ａ，５３ｂの長さを長くする場合、マスクパターンの精度が同じであってもダイアフラム５３ａ，５３ｂの長さに対するマスクパターンの誤差の比は小さくなる。つまり、マスクパターン自体の精度を上げる必要がないので高感度化を図るべく、ダイアフラム５３ａ，５３ｂの長さを長くしたとしても生産性が落ちることはない。
このようにこの発明による３軸加速度センサのヒンジ５３の構造は高感度化を容易に図ることができ、その際、生産性が落ちることはない。

この発明の第１の実施例を示す図、Ａは平面図、ＢはそのＣＣ断面図。 図１Ａにおけるヒンジ部分の部分拡大図。 図１に示した３軸加速度センサにおいてＸ軸方向に加速度が入力した場合の様子を示す部分拡大図。 図１に示した３軸加速度センサにおいてＺ軸方向に加速度が入力した場合の様子を示す断面図。 図４におけるヒンジの変形詳細を説明するための図。 この発明の第２の実施例を示す断面図。 図１に示した３軸加速度センサの作製方法を説明するための図（その１）。 図１に示した３軸加速度センサの作製方法を説明するための図（その２）。 図１に示した３軸加速度センサの作製方法を説明するための図（その３）。 図６に示した３軸加速度センサの作製方法を説明するための図（その１）。 図６に示した３軸加速度センサの作製方法を説明するための図（その２）。 この発明の第３の実施例を示す図、Ａは平面図、ＢはＡにおけるヒンジ部分の部分拡大図。 この発明の第４の実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは断面図。 この発明の第５の実施例を示す断面図。 ３軸加速度センサの従来構成例を示す図、Ａは一部切り欠いた斜視図、ＢはそのＣＣ断面図。 ２軸加速度センサの従来構成例を示す図、Ａは平面図、ＢはそのＣＣ断面図。

Claims (6)

1. 基板上に形成され、その基板面と平行なＸ，Ｙ直交２軸及び基板面と垂直なＺ軸の３軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサであって、
   前記基板上に搭載固定された支持部と、
   その支持部を囲む方形枠状とされ、その方形の隣接２辺がＸ軸及びＹ軸とそれぞれ平行とされた質量部と、
   その質量部の前記方形の各辺と前記支持部とをそれぞれ連結し、前記支持部に対して前記質量部を変位自在に支持する４つのヒンジと、
   前記基板上に搭載され、前記方形枠状をなす質量部の枠の外側に、前記各辺の外側面とそれぞれ対向するように位置された４つの第１固定電極と、
   前記基板に、前記質量部の下面と対向して設けられた第２固定電極とを具備し、
   前記４つのヒンジはそれぞれ、そのヒンジが位置する前記質量部の辺の内側面と平行対向されてその辺方向に延伸され、両端が前記質量部に接続された第１のダイアフラムと、その第１のダイアフラムと平行対向されて両端が前記支持部に接続された第２のダイアフラムと、それら第１及び第２のダイアフラムの延伸方向中央同士を連結する梁とによって構成されていることを特徴とする３軸加速度センサ。
2. 請求項１記載の３軸加速度センサにおいて、
   前記支持部、質量部、ヒンジ及び第１固定電極は同一シリコンウエハからエッチング形成されてなり、
   前記基板はガラス基板とされて、そのガラス基板の上面に形成された凹部に前記第２固定電極が形成されており、
   前記支持部及び第１固定電極と前記ガラス基板とは陽極接合されていることを特徴とする３軸加速度センサ。
3. 請求項１記載の３軸加速度センサにおいて、
   前記支持部、質量部、ヒンジ及び第１固定電極は単結晶シリコンよりなるデバイス層とハンドル層とで絶縁中間層を挟んだ３層構造のＳＯＩウエハのデバイス層からエッチング形成されてなり、
   前記基板は前記ハンドル層で構成され、そのハンドル層自体によって前記第２固定電極が構成されていることを特徴とする３軸加速度センサ。
4. 請求項１乃至３記載のいずれかの３軸加速度センサにおいて、
   前記第１のダイアフラムはその両端が前記質量部に突設された一対の接続部を介して前記質量部に接続され、
   前記第２のダイアフラムはその両端が前記支持部に突設された一対の接続部を介して前記支持部に接続されていることを特徴とする３軸加速度センサ。
5. 請求項１乃至３記載のいずれかの３軸加速度センサにおいて、
   前記第１のダイアフラムは前記質量部に、前記内側面に沿ってスリットを設けることにより、そのスリットと前記内側面との間に形成される薄肉部によって構成され、
   前記第２のダイアフラムは前記内側面と対向する前記支持部の側面に沿ってスリットを設けることにより、そのスリットと前記側面との間に形成される薄肉部によって構成されていることを特徴とする３軸加速度センサ。
6. 請求項１乃至５記載のいずれかの３軸加速度センサにおいて、
   前記質量部を挟んで前記基板と反対側に第２の基板が前記支持部及び第１固定電極上に搭載されて配置され、
   前記第２の基板に、前記質量部の上面と対向する第３固定電極が設けられていることを特徴とする３軸加速度センサ。

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