JP2008139136A

JP2008139136A - 力学量センサおよびその製造方法

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Publication number: JP2008139136A
Application number: JP2006325188A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakanishi; 努中西; Taiichi Koyama; 泰一小山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】本発明は、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができる力学量センサの製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の力学量センサの製造方法は、固定部１と、この固定部１に接続された弾性変形可能な第１の片持ち梁部２と、この第１の片持ち梁部２の先端に形成された作用部である第１のおもり部４と、前記第１の片持ち梁部２の上面に形成された第１のピエゾ抵抗素子６〜第２のピエゾ抵抗素子７と、この第１のピエゾ抵抗素子６〜第２のピエゾ抵抗素子７と電気的に接続された一対の接続電極１６とを形成した後、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第２のピエゾ抵抗素子７をトリミングして長方形の第１のピエゾ抵抗素子６〜第２のピエゾ抵抗素子７を形成する工程を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピエゾ抵抗素子を利用した加速度、慣性力、または応力等を検出することができる力学量センサおよびその製造方法に関するものである。

ピエゾ抵抗素子を用いた力学量センサの動作原理は、慣性力や外力等を受けることにより変形をする部材上にピエゾ抵抗素子を形成し、そしてこの部材の変形に伴うピエゾ抵抗素子に生じる歪みにより、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化することに着目し、この抵抗値変化を電気的出力に置き換えて力学量を検出するものである。

これらの力学量センサにおいて、片持ち梁の先端に作用部としてのおもり部を設け、かつこの片持ち梁の上面にピエゾ抵抗素子を形成し、そしてこのピエゾ抵抗素子の抵抗値変化を検知することにより力学量の一種である加速度を検出するようにした力学量センサは公知である（特許文献１参照）。

また、電気的出力の調整を行うためにトリミング用の抵抗を接続し、そしてこのトリミング用の抵抗をトリミングすることも知られている（特許文献２参照）。
特開平４−１３０２７６号公報特開平９−１６６６１９号公報

力学量センサの電気的出力の調整方法として、トリミング用の抵抗を追加することは、部品の数が増加するため、機器の小型化を阻害するものである。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができる力学量センサおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを形成した後に、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程を備えたもので、この製造方法によれば、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程を備えているため、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程において、ピエゾ抵抗素子の幅方向の端部をピエゾ抵抗素子の長さ方向にトリミングするようにしたもので、この製造方法によれば、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを形成した後に、抵抗値調整のため前記ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程を備えるとともに、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子のトリミングを行った部分において２７０°以上の頂点を有さないようにしたもので、この製造方法によれば、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子のトリミングを施した部分において２７０°以上の頂点を有さないようにしているため、梁部が弾性変形を行った場合におけるピエゾ抵抗素子に発生する応力集中を低減させることができ、これにより、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができるため、機器の小型化を図ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、トリミングをする工程をピエゾ抵抗素子のトリミングを行った部分における外形が滑らかになるようにしたもので、この製造方法によれば、梁部が弾性変形を行った場合におけるピエゾ抵抗素子に発生する応力集中を低減させることができ、これにより、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができるため、機器の小型化を図ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるようにトリミング位置を定めるようにしたもので、この製造方法によれば、高精度な力学量の検出ができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるように前記ピエゾ抵抗素子の幅方向のトリミング位置を定めるようにしたもので、この製造方法によれば、高精度な力学量の検出ができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項７に記載の発明は、特に、ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程においては、トリミングをする工程を、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるように前記ピエゾ抵抗素子の長さ方向のトリミング位置を定めるようにしたもので、この製造方法によれば、高精度な力学量の検出ができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを備え、前記ピエゾ抵抗素子はトリミングによる欠落部を有し、かつ前記ピエゾ抵抗素子のトリミングを行った部分において２７０°以上の頂点を有さないようにしたもので、この構成によれば、梁部が弾性変形を行った場合におけるピエゾ抵抗素子に発生する応力集中を低減させることができるため、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項９に記載の発明は、特に、ピエゾ抵抗素子のトリミングを施した部分を滑らかな外形にしたもので、この構成によれば、梁部が弾性変形を行った場合におけるピエゾ抵抗素子に発生する応力集中を低減させることができるため、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の力学量センサの製造方法は、固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを形成した後に、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程を備えているため、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるという優れた効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、２に記載の発明について説明する。なお、この実施の形態１では、力学量センサの一形態である加速度センサについて説明するが、本発明は、加速度以外の慣性力を検出するセンサや、外力を検出する応力センサ等にも適用可能なものである。

図１は本発明の実施の形態１における力学量センサの平面図、図２は同力学量センサの回路図、図３は同力学量センサにおけるウェハの斜視図、図４〜図６は同力学量センサの製造工程図、図７は同力学量センサにおけるトリミング後の梁部の平面図、図８、図９は図７のＡ−Ａ線断面図である。

図１において、１は固定部で、この固定部１はＳｉで構成された基板から形成されているものである。２は固定部１に形成された梁部としての第１の片持ち梁部、３は固定部１に第１の片持ち梁部２と並ぶように形成された梁部としての第２の片持ち梁部である。４は第１の片持ち梁部２の先端に形成され、この第１の片持ち梁部２に力を加える作用部としての第１のおもり部である。５は第２の片持ち梁部３の先端に形成され、この第２の片持ち梁部３に力を加える作用部としての第２のおもり部で、この第２のおもり部５は第１のおもり部４と並ぶように形成されているものである。

上記した固定部１、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３、第１のおもり部４および第２のおもり部５は同一平面上に一体的に形成されているものである。また、前記第１の片持ち梁部２および第１のおもり部４と、第２の片持ち梁部３および第２のおもり部５は同じ向きに並べて構成されているものであり、さらに第１の片持ち梁部２と第２の片持ち梁部３、および第１のおもり部４と第２のおもり部５はそれぞれ形状が同一になるように構成されているものである。

６，７はそれぞれ第１の片持ち梁部２に形成された第１のピエゾ抵抗素子および第２のピエゾ抵抗素子、８，９は第２の片持ち梁部３に形成された第３のピエゾ抵抗素子および第４のピエゾ抵抗素子である。これらの第１のピエゾ抵抗素子６、第２のピエゾ抵抗素子７、第３のピエゾ抵抗素子８および第４のピエゾ抵抗素子９は、いずれも歪みが生じると抵抗値が変化する特性を有しているものである。

１０は固定部１に形成された第１の印加電極、１１は固定部１に形成された第１の中間電極、１２は固定部１に形成された第１のグランド電極である。そして前記第１のピエゾ抵抗素子６は第１の印加電極１０と第１の中間電極１１との間に電気的に接続され、また第２のピエゾ抵抗素子７は第１の中間電極１１と第１のグランド電極１２との間に電気的に接続されるものである。

１３は固定部１に形成された第２の印加電極、１４は固定部１に形成された第２の中間電極、１５は固定部１に形成された第２のグランド電極である。前記第３のピエゾ抵抗素子８は第２のグランド電極１５と第２の中間電極１４との間に電気的に接続され、また第４のピエゾ抵抗素子９は第２の中間電極１４と第２の印加電極１３との間に電気的に接続されるものである。

１６は第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の各ピエゾ抵抗素子と第１の印加電極１０〜第２のグランド電極１５の各電極間を電気的に接続する導電体からなる接続電極である。

１７は固定部１における第１の片持ち梁部２が形成された部分の外側に、第１のおもり部４と空間を挟んで対向するように形成された第１のストッパ部で、この第１のストッパ部１７は固定部１と一体的に形成されている。１８は固定部１における第２の片持ち梁部３が形成された部分の外側に、第２のおもり部５と空間を挟んで対向するように形成された第２のストッパ部で、この第２のストッパ部１８も固定部１と一体的に形成されている。１９は第１のストッパ部１７と第２のストッパ部１８を連結する連結部である。そして前記第１のストッパ部１７、第２のストッパ部１８および連結部１９は、Ｓｉからなる基板をエッチングする際に得られるもので、これらを設けることにより、過大な加速度が加わった場合であっても、第１のおもり部４または第２のおもり部５が第１のストッパ部１７または第２のストッパ部１８に当接することになり、これにより、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３が限界を超えて撓むのを防止することができるため、加速度センサの破損を防止することができる。

２０は第１の片持ち梁部２または第２の片持ち梁部３と空間を挟んで対向するように形成された延設部で、この延設部２０は第１のおもり部４または第２のおもり部５と一体的に、かつ固定部１側へ延設するように形成されているものである。また、この延設部２０は第１のおもり部４に２箇所形成されるとともに、第２のおもり部５にも２箇所形成されており、さらにこれら４個の延設部２０の形状は対称形状または同形状に構成されているものである。

そしてまた、上記延設部２０は、第１の片持ち梁部２との間隔、第２の片持ち梁部３との間隔、固定部１との間隔、第１のストッパ部１７との間隔、第２のストッパ部１８との間隔がすべて等しくなるように構成するとともに、第１のおもり部４と第１のストッパ部１７との間隔、第２のおもり部５と第２のストッパ部１８との間隔および第１のおもり部４と連結部１９との間隔、および第１のおもり部４と第２のおもり部５との間隔もすべて等しくなるように構成しているものである。すなわち、固定部１、第１のストッパ部１７、第２のストッパ部１８および延設部２０で囲まれた部分の空間部の距離がすべて等しくなるように構成したものである。このようにすることにより、エッチングにおける加工精度が向上するため、力学量センサの形状精度が向上し、測定精度の向上を図ることができるものである。

上記した構成の力学量センサについて、次にその製造方法を説明する。

図３において、２１はＳｉで構成された円板状のウェハであり、図１に示す力学量センサはこの１枚のウェハ２１から複数個形成されるものである。２２はこのウェハ２１における１個分の力学量センサの領域である基板である。力学量センサの製造方法は、このウェハ２１の形状のまま、それぞれの基板２２を加工し、最後に基板２２毎に分割を行って個片の力学量センサを得るようにすることにより、効率を向上させることができるが、以下の工程の説明は、基板２２を単位とした説明をする。

図４においては、基板２２上に第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９を形成している。この第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の形成方法としては、印刷工法や、スパッタなどの薄膜工法を用いることができる。また、マスクを用いて最初から所定の形状に第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９を形成しても良く、あるいは一度全面、または所定の位置を含む大きな領域にピエゾ抵抗層を形成し、その後、エッチングにより所定の形状の第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９を形成してもよい。

図５においては、第１の印加電極１０、第１の中間電極１１、第１のグランド電極１２、第２の印加電極１３、第２の中間電極１４、第２のグランド電極１５および接続電極１６を形成している。この接続電極１６は第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９のそれぞれのピエゾ抵抗素子の上部に重畳させて形成している。この製造工程も印刷工法や、スパッタなどの薄膜工法を用いることができるとともに、最初から所定の形状にこれらを形成してもよく、あるいは一度全面、または所定の位置を含む大きな領域に導電層を形成し、その後、エッチングにより形成してもよい。

図６においては、溝２３を形成することにより、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３、第１のおもり部４、第２のおもり部５、第１のストッパ部１７、第２のストッパ部１８、連結部１９および延設部２０を形成している。なお、この図６においては、見易くするために、ハッチングを施した部分を溝２３としている。この溝２３はエッチングにより形成することができる。エッチングとしては、ウェットエッチングでもドライエッチングでも可能であるが、ドライエッチングである反応性イオンエッチングが好ましい。

ここで、第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の形成時のマスクのずれ等により、これらの抵抗値が所定の抵抗値からずれて形成されてしまうことがある。第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９が所定の抵抗値からずれた値になると、所定の電気的出力が得られなくなってしまう。

例えば、電気的出力は、図２に示すように、第１の中間電極１１と第２の中間電極１４の差動出力として得られる構成においては、通常、加速度が０の場合には、この差動出力が０Ｖとなるように設定される。このためには、第１のピエゾ抵抗素子６と第２のピエゾ抵抗素子７の抵抗値の比と、第３のピエゾ抵抗素子８と第４のピエゾ抵抗素子９の抵抗値の比を等しくする必要がある。しかし、これらの抵抗値がこのような関係の抵抗値からずれると加速度が０の場合でも、この差動出力が０Ｖとならなくなってしまう。従って、この差動出力を０Ｖとするための調整を行う必要が出てくる。

この調整について、図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９において、２４はレーザー照射部であり、２５はレーザーにより第１のピエゾ抵抗素子６がトリミングされた部分である欠落部である。

一般に抵抗体の抵抗値は、抵抗体の長さに比例し、抵抗体の断面積に反比例するものである。ここで、図７において、第１のピエゾ抵抗素子６の電気的な面からみた抵抗体の長さは、一対の接続電極１６の間隔によって決定されるため、第１のピエゾ抵抗素子６を蛇行状にトリミングするような場合を除いて基本的にはその長さは変わらない。しかし、第１のピエゾ抵抗素子６をトリミングすることにより、抵抗体としての幅を変えることは可能であり、したがって、幅を変えれば、抵抗体の断面積を変えることができるため、結局、抵抗値を変えることができるものである。

図７においては、第１のピエゾ抵抗素子６が所定の形状となるようにレーザーでトリミングを行っている。ここでは、第１のピエゾ抵抗素子６と第２のピエゾ抵抗素子７の抵抗値が等しくなるようにしており、これらのピエゾ抵抗素子の厚みが等しいならば、平面図における形状を等しくすれば抵抗値は等しくなる。したがって、図示したように第１の片持ち梁部２の幅方向の中心を示す中心線から第１のピエゾ抵抗素子６の右側の端までの長さであるａと、この中心線から第２のピエゾ抵抗素子７の左側の端までの長さであるｂとを等しくし、かつ、前記中心線から第１のピエゾ抵抗素子６の左側の端までの長さであるｃと前記中心線から第２のピエゾ抵抗素子７の右側の端までの長さであるｄとを等しくすればよい。

上記したように本発明の実施の形態１における力学量センサの製造方法においては、固定部１と、この固定部１に接続された弾性変形可能な第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３と、前記第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３の先端に形成された作用部としての第１のおもり部４、第２のおもり部５と、前記第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３の上面に形成された第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９と、この第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９とそれぞれ電気的に接続された一対の接続電極１６とを形成した後に、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングして長方形の第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９を形成する工程を備えているため、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるものである。

また、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングして長方形の第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９を形成する工程において、第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の幅方向の端部を第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の長さ方向にトリミングするようにしているため、この製造方法によれば、トリミング用の抵抗値を追加することなく電気的出力の調整を行うことができ、これにより、機器の小型化を図ることができるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３〜９に記載の発明について説明する。なお、この実施の形態２では、力学量センサの一形態である加速度センサについて説明するが、本発明は、加速度以外の慣性力を検出するセンサや、外力を検出する応力センサ等にも適用可能なものである。

本発明の実施の形態２における力学量センサは、上記した本発明の実施の形態１における力学量センサと、基本的な構成および製造方法が同じであるため、図１〜図６は基本的にそのまま本発明の実施の形態２に適用できるものである。両者の相違点は、抵抗値調整のためのトリミングの方法である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態２について説明する。

図１０は本発明の実施の形態２における力学量センサのピエゾ抵抗素子のトリミング形状を示す平面図、図１１〜図１３は同力学量センサにおけるピエゾ抵抗素子の別のトリミング形状を示す平面図、図１４は同力学量センサにおける梁の幅方向の位置と歪みの関係を示す図、図１５は同力学量センサにおける梁の長さ方向の位置と歪みの関係を示す図、図１６は同力学量センサにおける梁の変位と抵抗値の関係を示す図、図１７は同力学量センサにおけるピエゾ抵抗素子の別のトリミング形状を示す平面図である。

図１０において、第１のピエゾ抵抗素子６にレーザートリミングを行うことにより欠落部２５を形成している。ここで、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分の形状は、辺が２７０°以上の角度で交わる頂点部分をＲ形状にすることにより、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分に２７０°以上の頂点部分が存在しないようにしている。これにより、応力集中を緩和させることができる。

図１１においては、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分の形状は、辺が交わる部分を全てＲ形状にすることにより、頂点が存在しないようにしている。言い換えると第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分の形状が滑らかとなるようにしている。ここで、「滑らか」とは数学で導関数が連続しているときに用いる「滑らか」と同じ意味であり、外形に折れ曲がった部分が存在しない形状を意味している。

この形状においても、図１０と同様に応力集中を緩和させることができるものである。

図１２はトリミングにより不要となる第１のピエゾ抵抗素子６の部分を全てレーザーにより消滅させてしまうのではなく、電気的に孤立させるようにしたものである。このようにした場合でも、図１０と同様の特性を得ることができ、また、トリミングに要する時間やエネルギーを少なくすることができる。

図１３は長さ方向にトリミングを行ったもので、このようにした場合でも、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分に２７０°以上の頂点部分が存在しないため、応力集中を緩和させることができるものである。

ここで、図２に示すようなブリッジ回路を用いる場合には、第１の中間電極１１と第２の中間電極１４との電位が逆位相の関係にあることが好ましい。そのためには、第１の片持ち梁部２が撓んでいない状態の抵抗値の絶対値のみを調整するのではなく、抵抗値変化率も調整する必要が出てくる。以下、これについて説明する。

第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９は、歪みにより抵抗値が変化するものであり、また、第１の片持ち梁部２および第２の片持ち梁部３における歪みは、場所によって異なるものである。これについて、図１４を用いて説明する。図１４の横軸は第１の片持ち梁部２の幅方向の位置であり、その原点は幅方向の中央部としているものである。縦軸はその位置における歪みを示している。この図１４においては、第１の片持ち梁部２が左側に撓んでいる場合を表しており、第１の片持ち梁部２の最も右側の歪みは正の方向、すなわち、伸びの方向に大きくなり、第１の片持ち梁部２の中央部に近づくにしたがって歪みは減少し、中央部では歪みが０になる。逆に、第１の片持ち梁部２の最も左側は歪みが負の方向、すなわち、縮み方向に大きくなる。言い換えると、第１の片持ち梁部２の外側の歪みの絶対値が大きく、中央側では歪みの絶対値が小さいのである。第１の片持ち梁部２における歪みが大きいことは抵抗値変化率が大きいことを意味するため、第１のピエゾ抵抗素子６における第１の片持ち梁部２の外側をトリミングすると抵抗値変化率は減少し、一方、内側をトリミングすると抵抗値変化率は上昇することになる。この点に着目すると、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミング位置を設定することにより、抵抗値変化率を調整することができる。

また、第１の片持ち梁部２の長さ方向によっても歪みは異なるものである。一般に片持ち梁の場合、梁の根元での歪みの絶対値が最も大きく、梁の先端に行くにしたがって歪みの絶対値は減少し、荷重点での歪みは０になるものである。この現象を図示したものが、図１５である。図１５の横軸は第１の片持ち梁部２の長さ方向位置であり、原点を第１の片持ち梁部２の長さ方向の根元とし、縦軸はその位置における歪みを表している。したがって、第１のピエゾ抵抗素子６における長さ方向の位置を設定することにより、抵抗値変化率を調整することができる。

但し、第１の片持ち梁部２の長さに比べ、第１のピエゾ抵抗素子６の電気的な抵抗体長さが十分小さい場合には、第１の片持ち梁部２の長さ方向でのトリミング位置による抵抗値変化率の違いは無視できるほどに小さくなるものである。

トリミングの位置による抵抗値の変化について示した図が図１６である。図１６の横軸は第１の片持ち梁部２の変位であり、縦軸がその変位における第１のピエゾ抵抗素子６の抵抗値を示している。図中の２６はトリミング前の初期状態を示し、２７は第１のピエゾ抵抗素子６における第１の片持ち梁部２の外側をトリミングした場合を示し、また２８は第１の片持ち梁部２の内側をトリミングした場合の抵抗値を示している。外側をトリミングした場合の２７は第１のピエゾ抵抗素子６における電気的に抵抗体としての幅が狭くなっているため、抵抗値の絶対値は大きくなり、そして外側をトリミングすることにより抵抗値変化率は小さくなるものである。一方、内側をトリミングした場合の２８は同様に抵抗値の絶対値は大きくなり、そして内側をトリミングすることにより抵抗値変化率も大きくなるものである。なお、図１６ではトリミング位置が第１の片持ち梁部２の長さ方向の位置による違いが抵抗値変化率の違いに与える影響を無視しているが、これを考慮したときには、先端部側と根元部側のいずれでトリミングするかによっても同様の傾向が出るものである。なお、上記したものにおいては、第１のピエゾ抵抗素子６についての説明を行ったが、第２のピエゾ抵抗素子７〜第４のピエゾ抵抗素子９についても同様の事が言えるものである。

なお、抵抗値変化率の調整を行う場合には、抵抗値の形状を測定し、抵抗値変化率を調整するために必要となるトリミングを理論的に算出し、これに基づきトリミングする方法がある。これとは別に、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３において、異なる二以上の撓み状態でそれぞれ抵抗値を測定し、これに基づきトリミングする方法もある。後者の場合において具体的に第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３を撓ませる方法としては、第１には、外力を加えて第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３を撓ませる方法がある。第２には、加速度運動をさせることによる慣性力により撓ませる方法がある。第３には、例えば、第１のストッパ部１７を鉛直上方にし、かつ第２のストッパ部１８を鉛直下方にすることにより、重力加速度を与えて撓ませる方法がある。

図１７は上記した抵抗値変化率の調整を行うために、第１のピエゾ抵抗素子６の幅方向と長さ方向のトリミング形状を工夫したものである。この場合も、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分の形状は、辺が２７０°以上の角度で交わる頂点部分をＲ形状にすることにより、第１のピエゾ抵抗素子６のトリミングを行った部分に２７０°以上の頂点部分が存在しないようにしている。これにより、応力集中を緩和させることができる。

上記したように本発明の実施の形態２における力学量センサの製造方法においては、固定部１と、この固定部１に接続された弾性変形可能な第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３と、前記第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３の先端に形成された作用部としての第１のおもり部４、第２のおもり部５と、前記第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３の上面に形成された第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９と、この第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９と電気的に接続された一対の接続電極１６とを形成した後に、抵抗値調整のため前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングする工程を備えるとともに、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングする工程において、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９のトリミングを行った部分において２７０°以上の頂点を有さないようにしているため、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３が弾性変形を行った場合における第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９に発生する応力集中を低減させることができ、これにより、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができるため、機器の小型化を図ることができるものである。

また、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングする工程において、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９のトリミングを行った部分における外形が滑らかになるようにしているため、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３が弾性変形を行った場合における第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９に発生する応力集中を低減させることができ、これにより、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができるため、機器の小型化を図ることができるものである。

そしてまた、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングする工程において、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるようにトリミング位置を定めるようにしているため、高精度な力学量の検出ができるものである。

さらに、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングする工程において、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるように前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の幅方向のトリミング位置を定めるようにしているため、高精度な力学量の検出ができるものである。

さらにまた、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９をトリミングする工程において、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるように前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９の長さ方向のトリミング位置を定めるようにしているため、高精度な力学量の検出ができるものである。

また、本発明の実施の形態２における力学量センサは、固定部１と、この固定部１に接続された弾性変形可能な第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３と、前記第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３の先端に形成された作用部としての第１のおもり部４、第２のおもり部５と、前記第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３の上面に形成された第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９と、この第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９と電気的に接続された一対の接続電極１６とを備え、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９はトリミングによる欠落部２５を有し、かつ、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９のトリミングを行った部分において２７０°以上の頂点を有さないようにしているため、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３が弾性変形を行った場合における第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９に発生する応力集中を低減させることができ、これにより、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができるため、機器の小型化を図ることができるものである。

そしてまた、前記第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９のトリミングを施した部分を滑らかな外形にしているため、第１の片持ち梁部２、第２の片持ち梁部３が弾性変形を行った場合における第１のピエゾ抵抗素子６〜第４のピエゾ抵抗素子９に発生する応力集中を低減させることができ、これにより、信頼性を保持しながら、トリミング用の抵抗を追加することなく電気的出力の調整を行うことができるため、機器の小型化を図ることができるものである。

本発明に係る力学量センサの製造方法は、固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを形成した後に、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程を備えたもので、加速度センサや、慣性力センサ、応力センサ等の力学量センサに適用して有用なものである。

本発明の実施の形態１における力学量センサの平面図同力学量センサの回路図同力学量センサにおけるウェハの斜視図同力学量センサの製造工程図同力学量センサの製造工程図同力学量センサの製造工程図同力学量センサにおけるトリミング後の梁部の平面図図７のＡ−Ａ線断面図図７のＡ−Ａ線断面図本発明の実施の形態２における力学量センサのピエゾ抵抗素子のトリミング形状を示す平面図同力学量センサにおけるピエゾ抵抗素子の別のトリミング形状を示す平面図同力学量センサにおけるピエゾ抵抗素子の別のトリミング形状を示す平面図同力学量センサにおけるピエゾ抵抗素子の別のトリミング形状を示す平面図同力学量センサにおける梁の幅方向の位置と歪みの関係を示す図同力学量センサにおける梁の長さ方向の位置と歪みの関係を示す図同力学量センサにおける梁の変位と抵抗値の関係を示す図同力学量センサにおけるピエゾ抵抗素子の別のトリミング形状を示す平面図

符号の説明

１固定部
２第１の片持ち梁部（梁部）
３第２の片持ち梁部（梁部）
４第１のおもり部（作用部）
５第２のおもり部（作用部）
６第１のピエゾ抵抗素子
７第２のピエゾ抵抗素子
８第３のピエゾ抵抗素子
９第４のピエゾ抵抗素子
２５欠落部

Claims

固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを形成した後に、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程を備えた力学量センサの製造方法。
ピエゾ抵抗素子をトリミングして長方形のピエゾ抵抗素子を形成する工程において、ピエゾ抵抗素子の幅方向の端部をピエゾ抵抗素子の長さ方向にトリミングするようにした請求項１記載の力学量センサの製造方法。
固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを形成した後に、抵抗値調整のため前記ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程を備えるとともに、前記ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子のトリミングを行った部分において２７０°以上の頂点を有さないようにした力学量センサの製造方法。
ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、トリミングをする工程をピエゾ抵抗素子のトリミングを行った部分における外形が滑らかになるようにした請求項３記載の力学量センサの製造方法。
ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるようにトリミング位置を定めるようにした請求項３または４記載の力学量センサの製造方法。
ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程において、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるように前記ピエゾ抵抗素子の幅方向のトリミング位置を定めるようにした請求項３または４記載の力学量センサの製造方法。
ピエゾ抵抗素子をトリミングする工程においては、トリミングをする工程を、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の絶対値と抵抗値変化率が所定の値になるように前記ピエゾ抵抗素子の長さ方向のトリミング位置を定めるようにした請求項３または４記載の力学量センサの製造方法。
固定部と、この固定部に接続された弾性変形可能な梁部と、この梁部の先端に形成された作用部と、前記梁部の上面に形成されたピエゾ抵抗素子と、このピエゾ抵抗素子と電気的に接続された一対の接続電極とを備え、前記ピエゾ抵抗素子はトリミングによる欠落部を有し、かつ前記ピエゾ抵抗素子のトリミングを行った部分において２７０°以上の頂点を有さないようにした力学量センサ。
ピエゾ抵抗素子のトリミングを施した部分を滑らかな外形にした請求項８記載の力学量センサ。