JP2008164365A

JP2008164365A - 慣性センサおよびその製造方法、ならびに慣性センサを備えた電気・電子機器

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Publication number: JP2008164365A
Application number: JP2006352559A
Authority: JP
Inventors: Hironaga Yasukawa; 浩永安川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】加速度強度が異なる加速度を検出する素子をひとつのチップに備えることで、一つの慣性センサで２つ以上の加速度範囲に対応した加速度検出を可能にする。
【解決手段】同一基板（ＳＯＩ基板２０）に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３１を少なくとも２つ以上有することを特徴とする。その製造方法は、同一基板（ＳＯＩ基板２０）に慣性センサ素子３１を少なくとも２つ以上形成する慣性センサ１の製造方法であって、前記各慣性センサ素子３１を加速度強度が異なる加速度を検出するもので弾性支持体４２に変位自在に支持された質量部４３を有する慣性センサ素子３１で形成し、前記各慣性センサ素子３１を同一工程で形成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、多軸方向の加速度を検出する慣性センサおよびその製造方法、ならびに慣性センサを備えた電気・電子機器に関する。

半導体装置の製造プロセスを使用して製造される加速度センサに代表される慣性センサとしては、多軸方向の加速度を検出する加速度センサ構造や半導体プロセスを使用した加速度センサと圧力センサを単一のチップ上に一体形成した構造が提案されている。

例えば、従来技術１では、高感度で超小型・薄型の半導体加速度センサを提供するために、半導体基板の中央部に形成された質量部と該半導体基板の周縁部に形成された枠部と、前記質量部及び前記枠部の上方に設けられ、これら質量部及び枠部を接続する薄肉の弾性部と該弾性部の上面側に形成された複数対のピエゾ抵抗素子とを具備し、前記質量部にその幅が前記弾性部幅より広い略直方体形状の２対の切り欠きを設け、該２対の切り欠きの上面側にて該質量部と前記２対の弾性部とを接続した構成としている（例えば、特許文献１参照。）。

上記特許文献１では、加速度センサに外部加速度が印加すると質量部が印加する外部加速度の大きさに比例して変位する。質量部の周囲に設けられた弾性部は、この質量部の変位に対応して特定方向にたわみ、同時にこの弾性部に設けられた複数対のピエゾ抵抗素子も歪む。そのため、この歪によりピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、Ｘ軸方向・Ｙ軸方向・Ｚ軸方向に各４本のピエゾ抵抗素子を用いてフルブリッジ回路からなる検出回路を構成すれば前記歪量の大きさに応じた電圧出力が得られる。したがって、３軸方向の加速度を検出する加速度センサが得られる。

また、従来技術２では、単一のチップ上に一体形成された高感度且つ小型の加速度計センサ及び圧力センサを提供するために、微小電気機械装置が、薄く形成された撓曲構造（１１２）を設けた加速度計（１１０）を含んでいる。単一のチップ（１００）の上に一体形成された加速度計（１１０）及び圧力センサ（１２０）を含むこともできる。本発明の一観点では、微小機械装置が、凹部領域を画定している第一の半導体ウエハを含んでいる。半導体層が、凹部領域に対向してウエハに固定される。カンチレバー・ビームが半導体層に形成される。カンチレバー・ビームは、半導体層のアンカー領域に固定されている撓曲領域を含んでおり、また、第一の凹部領域に対向して懸吊されている慣性質量領域を含んでいる。撓曲領域は半導体層のアンカー領域よりも薄い構成としている（例えば、特許文献２参照。）。

上記特許文献２では、加速度検出部は、質量部と固定部と撓曲領域である弾性部から成る、いわゆるカンチレバー・ビーム構造の加速度センサである。上記撓曲領域である弾性部には、ピエゾ抵抗素子が形成されている。そして、加速度センサに外部加速度が印加すると、質量部が印加する外部加速度の大きさに比例して変位する。質量部と固定部の中間に設けられた弾性部は、この質量部の変位に対応して特定方向にたわみ、同時にこの弾性部に設けられた複数対のピエゾ抵抗素子も歪む。そのため、この歪によりピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化し、前記歪量の大きさに応じた電圧出力が得られる。したがって、特定の１軸方向からの加速度を検出する加速度センサが得られる。

次に、従来技術の問題点を従来技術の加速度センサを用いた以下のアプリケーションについて説明する。

ハードディスク駆動（以下、ハードディスク駆動をＨＤＤと略して記す）装置を搭載した電子機器（例えば、ノートＰＣ、ゲーム機、ビデオカメラ等）、携帯電話機について説明する。

ＨＤＤ駆動装置を搭載した電子機器としては、近年、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、ビデオカメラ等が提案されている。

これらＨＤＤ装置を搭載した電子機器を使用中に誤って落下させてしまうと、ＨＤＤ装置の磁気ディスクの記録面上に微小なギャップで浮上している読み書き用ヘッドが落下衝撃により磁気記録面に接触することにより生じる傷が原因で記録したデータを読み出せない、もしくは、データを記録できないという問題が生じる。そのため、筺体が落下状態に陥る挙動をなるべく早く低域用の加速度センサにて検知してヘッド退避を行う必要がある。

しかし、実際はハードディスクドライブ駆動装置を搭載した電機・電子機器は手の中や膝の上や車や電車や飛行機のテーブルの上など不安定な状態や常に何らかの振動を受けている状態で使用される可能性もあるため、単純な加速度の検出（ゼロＧ検出）だけでなく、連続的に筺体が受ける加速度を検知し解析することが必要となる。

尚、最近では、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の進歩にともない数Ｇの加速度を検出できる加速度センサが小型かつ低価格で開発されるようになってきたため、電気・電子機器の自由落下を検知することは難しいことではなくなってきた。

また、ＨＤＤ装置に外部からディスク面に垂直な方向の軸周りに数Ｇ〜数百Ｇの回転振動または、回転衝撃が加わると、ヘッド位置決め制御系は回転角速度の影響を受け、ヘッドが位置決めしているトラック中心から外れること（ヘッドのオフトラック）となり、ＨＤＤ装置に外部から数Ｇ〜数百Ｇの並進振動または、並進衝撃が加わった場合でも、これらの並進加速度がヘッドを支持するヘッド支持系の質量アンバランスにより回転角速度に変換され、ヘッドのオフトラックが発生する。これらヘッドのオフトラックはディスク上に記録されたデータの破壊やパフォーマンスの低下につながり問題となる。そのため、ＨＤＤ装置に加わる振動や衝撃を早く中域用の加速度センサにて検知してディスクへのライト動作の停止やヘッド退避を行う必要がある。

上記２点の問題を解決するためには、自由落下を検出するための数ｍＧ〜数Ｇのダイナミックレンジ（６０ｄＢ）で数ｍＧの加速度分解能を有する低域用の加速度センサと回転あるいは並進の衝撃・振動を検出するための数Ｇ〜数百Ｇのダイナミックレンジ（４０ｄＢ）で数Ｇの加速度分解能を有する中域用の加速度センサが必要である。つまり、低域用と中域用を合わせた加速度範囲のダイナミックレンジは１００ｄＢとなる。

ところが、従来技術１、２は、いずれも１つの質量部を１つあるいは４つの弾性部で支持する形態上、質量部−弾性部のばね定数が一義的に一種類のみとなり、ある外部加速度が加わった際の質量部と質量部の周囲に設けられた弾性部の変位量、および、弾性部に設けられたピエゾ抵抗素子のたわみ量も一種類のみとなる。つまり、加速度を検出する弾性部上に形成したピエゾ抵抗素子のダイナミックレンジ（実現可能なダイナミックレンジはせいぜい６０ｄＢ）がそのまま加速度センサの検出可能な加速度範囲となるため、低域用もしくは中域用もしくは高域用のいずれかの加速度範囲を検出する加速度センサとなり、２つ以上の加速度範囲（以下３つの組合せ）に対応する加速度センサを提供することは難しかった。例えば、低域用と中域用の組合せ（ダイナミックレンジ：１００dＢ）、中域用と高域用の組合せ（ダイナミックレンジ：８０dＢ）、低域用と中域用と高域用の組合せ（ダイナミックレンジ：１２０ｄＢ）等である。

携帯電話機の適用について説明する。携帯電話機のアプリケーションとして、ゴルフゲーム（携帯電話機をゴルフクラブに見たてて、ゴルフクラブのスウィングを加速度で代用する）や、１次元の姿勢（重力）を検出して行う表示装置の画面の方向補正や、カウンタ（歩数計等に利用）が提案されている。上記は、いずれも数Ｇの加速度強度を検出範囲とする加速度センサを使用することで可能となっている。

また、携帯電話機は、その使用上、落下による衝撃を受ける頻度が非常に高い。また、最近の携帯電話機は、筺体がプラスチック材料を用いており、落下による衝撃により筺体に衝撃痕が残ることなく、内部の基板やコネクタ部の破損が起きるケースがでてきた。そこで、携帯電話機内部に数千Ｇの加速度強度を検出範囲とする加速度センサを搭載すれば、故障に至る衝撃印加履歴が明らかになり、保障やサービス提供の情報とすることが可能となる。

しかし、アプリケーションとして搭載している数ｍＧ〜数Ｇのダイナミックレンジ（６０ｄＢ）で数ｍＧの加速度分解能を有する加速度センサでは落下衝撃による衝撃１０００Ｇを検出することは上記同様にピエゾ抵抗素子のダイナミックレンジ（アンプゲインによる）上難しい。

特開２００３−１７２７４５号公報特開２００５-２６８７５８号公報

解決しようとする問題点は、質量部−弾性部のばね定数が一義的に一種類のみとなり、ある外部加速度が加わった際の質量部と質量部の周囲に設けられた弾性部の変位量、および、弾性部に設けられたピエゾ抵抗素子のたわみ量も一種類のみとなる。したがって、低域用もしくは中域用もしくは高域用のいずれかの加速度範囲を検出する加速度センサとなり、２つ以上の加速度範囲に対応した加速度検出を可能にした加速度センサを提供することが難しい点である。

本発明は、加速度強度が異なる加速度を検出する素子をひとつのチップに搭載することで、一つの慣性センサで２つ以上の加速度範囲に対応した加速度検出を可能にすることを課題とする。

請求項１に係る本発明は、同一基板に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子を少なくとも２つ以上有することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、同一基板に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子を少なくとも２つ以上有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度というように、異なる帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一基板に各慣性センサ素子が形成されているので、各慣性センサ素子の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

請求項７に係る本発明は、同一基板に慣性センサ素子を少なくとも２つ以上形成する慣性センサの製造方法であって、前記各慣性センサ素子を加速度強度が異なる加速度を検出するもので弾性支持体に変位自在に支持された質量部を有する慣性センサ素子で形成し、前記各慣性センサ素子を同一工程で形成することを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、同一基板に慣性センサ素子を少なくとも２つ以上形成し、各慣性センサ素子を加速度強度が異なる加速度を検出するもので弾性支持体に変位自在に支持された質量部を有する慣性センサ素子で形成することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度というように、異なる帯域の加速度の検出が、個々の慣性センサ素子によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる慣性センサを製造できる。また同一基板に各慣性センサ素子を同一工程で形成するので、工程数の増加なく製造でき、また、各慣性センサ素子の性能バラツキを抑えられるので、高精度な加速度センサが製造される。

請求項１０に係る本発明は、電気・電子機器の動きによって生じる加速度を検出する慣性センサを搭載した電気・電子機器であって、前記慣性センサは、同一基板に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子を少なくとも２つ以上有することを特徴とする。

請求項１０に係る本発明では、本発明の慣性センサを備えたことから、広い加速度範囲に対応できる高精度な加速度センサの提供が可能となるので、例えば低域の加速度で検知する自由落下と、中域の加速度で検知する振動、衝撃というような異なる事象が検知されるようになる。

請求項１に係る本発明によれば、異なる帯域の加速度の検出が、同一基板に搭載した個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子によって可能になるので、広い加速度範囲に対応して、高Ｓ/Ｎで加速度の検知ができるという利点がある。また個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子を同一基板に搭載したことで、高精度な加速度センサを提供できるため、加速度を高精度に検知できるという利点がある。さらに、１チップに異なる帯域の加速度の検出が可能な複数の慣性センサ素子が形成されているので、異なる帯域の加速度の検出が可能な複数の慣性センサを個々に用いるより、コストの低減が図れる。

請求項７に係る本発明によれば、広い加速度範囲に対応して、高Ｓ/Ｎで加速度の検知ができる慣性センサを製造できるという利点がある。また、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子を同一基板に、同一工程で形成することができるので、各慣性センサ素子を高精度に製造でき、加速度を高精度に検知できる慣性センサを製造できるという利点がある。また、工程数の増加なく製造できるという利点がある。

請求項１０に係る本発明によれば、本発明の慣性センサを備えたことから、広い加速度範囲に対応できる高精度な加速度センサの提供が可能となるので、例えば、自由落下、衝突、衝撃等により生じた加速度を瞬時に検知できるため、発生した加速度による損傷を防御するような行動を電気・電子機器にとらせることができるという利点がある。

本発明の慣性センサの一実施の形態（第１実施例）を、図１に示した３面図、図２（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図２（２）の斜め下方から見た斜視図および図３に示した図１中のＡ−Ａ’線断面図によって説明する。図１〜図３では、慣性センサの基本構造として、１軸の加速度を検知する慣性センサを示す。

図１〜図３に示すように、慣性センサ１は、同一の基板２０に慣性センサ素子３１（３１−１、３１−２）が形成されてなる。この基板２０は、例えばシリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板からなる。すなわち、ＳＯＩ基板２０からなる支持部４１を備え、この支持部４１の両側に上記慣性センサ素子３１（３１−１、３１−２）が形成されている。慣性センサ素子３１（３１−１）は、上記支持部４１の一方側にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３１（３１−２）は、上記支持部４１の他方側にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。

上記各質量部４３の弾性支持体４２に支持される側には凹部４４が形成され、弾性支持体４２は凹部４４内で質量部４３から離間させた状態で延長形成されて、質量部４３を支持している。なお、図示はしていないが、各弾性支持体４２の下部側にも質量部４３が形成されていて、かつ質量部４３は弾性支持体４２によって支持部４１に浮動状態に支持されていてもよい。この場合、弾性支持体４２とその直下の質量部４３との間隔は、加速度により質量部４３と弾性支持体４２が変形するのに必要な距離を有していることが必要である。

上記質量部４３（４３−１）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−１）の共振周波数が他方の質量部４３（４３−２）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−２）の共振周波数と異なるように設定されている。

上記共振周波数を異なるようにするのは、質量部４３の質量に差をつける、もしくは弾性支持体４２のばね定数に差をつけることで可能となる。このことは、質量部４３の質量をｍ、弾性支持体４２のばね定数をｋとすれば、固有周波数（ここでは、上記の共振周波数を示す）ｆ₀が、ｆ₀＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）{ SHAPE \* MERGEFORMAT ,}…（１）式、およびｋ＝４π²ｍｆ₀ ²{ SHAPE \* MERGEFORMAT ,}…（２）式で表されることから明らかである。上記質量部４３の質量に差をつける手段としては、例えば、質量部４３の寸法（例えば、縦、横、厚み等の寸法）を変えることで実現でき、また上記弾性支持体４２のばね定数に差をつける手段としては、例えば弾性支持体４２の寸法（例えば、幅、長さ、厚み等の寸法）に差をつけることで実現できる。

この第１実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３１によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２）上には、支持部４１側に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ１は構成されている。

上記第１実施例では、同一基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３１、３２を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３１、３２によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一ＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３１、３２が形成されているので、各慣性センサ素子３１、３２の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３１は、例えば各慣性センサ素子３１の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−１）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−２）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３１は、例えば各慣性センサ素子３１の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第２実施例）を、図４に示した３面図および図５（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図５（２）の斜め下方から見た斜視図によって説明する。図４〜図５では、慣性センサの基本構造として、１軸の慣性センサを示す。

図４および図５に示すように、慣性センサ２は、同一の基板２０に慣性センサ素子３２（３２−１、３２−２）が形成されてなる。この基板２０は、例えばシリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板からなる。すなわち、ＳＯＩ基板２０からなる枠体に形成された支持部４６を備え、この支持部４６の内側で、この支持部４６の対向する枠部４６−１、４６−２に上記慣性センサ素子３２（３２−１、３２−２）が形成されている。慣性センサ素子３２（３２−１）は、上記支持部４６の一方側の枠部４６−１にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３２（３２−２）は、上記支持部４６の他方側の枠部４６−２にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。

上記各質量部４３の弾性支持体４２に支持される側には凹部４４が形成され、弾性支持体４２は凹部４４内で質量部４３から離間させた状態で延長形成されて、質量部４３を支持している。なお、図示はしていないが、各弾性支持体４２の下部側にも質量部４３が形成されていて、かつ質量部４３は弾性支持体４２によって支持部４６に浮動状態に支持されていてもよい。この場合、弾性支持体４２とその直下の質量部４３との間隔は、加速度により質量部４３と弾性支持体４２が変形するのに必要な距離を有していることが必要である。

上記共振周波数を異なるようにするのは、質量部４３の質量に差をつける、もしくは弾性支持体４２のばね定数に差をつけることで可能となる。このことは、質量部４３の質量をｍ、弾性支持体４２のばね定数をｋとすれば、固有周波数（ここでは、上記の共振周波数を示す）ｆ₀が、ｆ₀＝（１／２π）√（ｋ／ｍ）{ SHAPE \* MERGEFORMAT ,}…（１）式、およびｋ＝４π²ｍｆ₀ ²{ SHAPE \* MERGEFORMAT ,}…（２）式で表されることから明らかである。上記質量部４３の質量に差をつける手段としては、例えば、質量部の寸法（例えば、縦、横、厚み等の寸法）を変えることで実現でき、また上記弾性支持体４２のばね定数に差をつける手段としては、例えば弾性支持体４２の寸法（例えば、幅、長さ、厚み等の寸法）に差をつけることで実現できる。

この第２実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３２によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２）上には、支持部４６側に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ２は構成されている。

上記第２実施例では、同一基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３２−１、３２−２を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３２−１、３２−２によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一ＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３２−１、３２−２が形成されているので、各慣性センサ素子３２−１、３２−２の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３２は、例えば各慣性センサ素子３２の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−１）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−２）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３２は、例えば各慣性センサ素子３２の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

本発明の慣性センサの一実施の形態（第３実施例）を、図６に示した３面図および図７（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図７（２）の斜め下方から見た斜視図によって説明する。図６〜図７では、慣性センサの基本構造として、１軸の慣性センサを示す。

図６および図７に示すように、慣性センサ３は、慣性センサ１は、同一の基板２０に慣性センサ素子３３（３３−１、３３−２、３３−３）が形成されてなる。この基板２０は、例えばシリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板からなる。すなわち、ＳＯＩ基板２０からなる支持部４１を備え、この支持部４１の３方向の側部に上記慣性センサ素子３３（３３−１、３３−２、３３−３）がそれぞれ形成されている。慣性センサ素子３３（３３−１）は、上記支持部４１の図面でみて左側の側部にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３３（３３−２）は、上記支持部４１の図面でみて右側の側部にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３３（３３−３）は、上記支持部４１の図面でみて上側の側部にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−３）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−３）が支持されてなる。

上記質量部４３（４３−１）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−１）の共振周波数、上記質量部４３（４３−２）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−２）の共振周波数、および上記質量部４３（４３−３）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−３）の共振周波数はそれぞれが異なるように設定されている。

また、これを周波数応答特性でみると図８のようになり、慣性センサ素子３３の感度の違いは共振周波数の違いでも表せることがわかる。すなわち、慣性センサ素子３３−１が共振周波数ｆＬ、慣性センサ素子３３−２が共振周波数ｆＭ、慣性センサ素子３３−３が共振周波数ｆＨとなり、それぞれの慣性センサ素子３３−１、３３−２、３３−３で異なる加速度を検知できることがわかる。

この第３実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３３によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）上には、支持部２１側に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ３は構成されている。

上記第３実施例では、同一基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３３−１、３３−２、３３−３を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度を検出することが、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３３−１、３３−２、３３−３によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一ＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３３−１、３３−２、３３−３が形成されているので、各慣性センサ素子３３−１、３３−２、３３−３の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３３は、例えば各慣性センサ素子３３の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−３）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−１）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３３は、例えば各慣性センサ素子３３の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第４実施例）を、図９に示した３面図および図１０（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図１０（２）の斜め下方から見た斜視図によって説明する。図９〜図１０では、慣性センサの基本構造として、１軸の慣性センサを示す。

図９および図１０に示すように、慣性センサ４は、同一の基板２０に慣性センサ素子３４（３４−１、３４−２、３４−３）が形成されてなる。この基板２０は、例えばシリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板からなる。すなわち、ＳＯＩ基板２０からなる枠体に形成された支持部４６を備え、この支持部４６の内側で、この支持部４６の対向する枠部４６−１、４６−２、４６−３に上記慣性センサ素子３４（３４−１、３４−２、３４−３）が形成されている。慣性センサ素子３４（３４−１）は、上記支持部４６の（図面の平面図において）一方側の枠部４６−１にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３４（３４−２）は、上記支持部４６の一方側の枠部４６−２にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、この弾性支持体４２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３４（３４−３）は、上記支持部４６の一方側の枠部４６−３にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−３）の一端が支持され、この弾性支持体４２−３の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−３）が支持されてなる。

また、これを周波数応答特性でみると図８のようになり、慣性センサ素子３４の感度の違いは共振周波数の違いでも表せることがわかる。すなわち、慣性センサ素子３４−１が共振周波数ｆＬ、慣性センサ素子３４−２が共振周波数ｆＭ、慣性センサ素子３４−３が共振周波数ｆＨとなり、それぞれの慣性センサ素子３４−１、３４−２、３４−３で異なる加速度を検知できることがわかる。

この第４実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度を検出することが、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３４によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）上には、支持部４６側に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ４は構成されている。

上記第４実施例では、同一基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３４−１、３４−２、３４−３を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３４−１、３４−２、３４−３によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一ＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３４−１、３４−２、３４−３が形成されているので、各慣性センサ素子３４−１、３４−２、３４−３の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３４は、例えば各慣性センサ素子３２の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−３）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−１）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３４は、例えば各慣性センサ素子３４の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第５実施例）を、図１１に示した３面図、図１２（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図１２（２）に示した斜め下方から見た斜視図および図１３に示した図１１中のＢ−Ｂ’線断面図によって説明する。図１１〜図１３では、慣性センサの基本構造として、３軸の慣性センサを示す。

図１１、図１２および図１３に示すように、慣性センサ５は、同一の基板２０に慣性センサ素子３５（３５−１、３５−２）が形成されてなる。この基板２０は、例えばシリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板からなる。すなわち、ＳＯＩ基板２０からなる枠体に形成された支持部４６を備え、この支持部４６に形成された開口部４７−１、４７−２の内側に上記慣性センサ素子３５（３５−１、３５−２）が形成されている。慣性センサ素子３５（３５−１）は、上記開口部４７−１の周囲の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、各弾性支持体４２−１の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、慣性センサ素子３５（３５−２）は、上記開口部４７−２の周囲の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、各弾性支持体４２−２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。したがって、各質量部４３は、それぞれ、弾性支持体４２によって四方より浮遊状態に支持されている。

上記質量部４３（４３−１）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−１）の共振周波数と、上記質量部４３（４３−２）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−２）の共振周波数とは異なるように設定されている。

また、これを周波数応答特性でみると図８のようになり、慣性センサ素子３５の感度の違いは共振周波数の違いでも表せることがわかる。すなわち、慣性センサ素子３５−１、３５−２を、共振周波数ｆＬ、共振周波数ｆＭ、共振周波数ｆＨのいずれかに適宜対応させた設定（例えば弾性支持体４２のばね定数の設定、もしくは質量部４３の質量の設定）とすることで、慣性センサ素子３５−１、３５−２で異なる加速度を検知できることがわかる。

この第５実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度を検出することが、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３５によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２）上に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ５は構成されている。

上記第５実施例では、同一基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３５−１、３５−２を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３５−１、３５−２によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一ＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３５−１、３５−２が形成されているので、各慣性センサ素子３５−１、３５−２の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３５は、例えば各慣性センサ素子３５の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−３）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−１）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３５は、例えば各慣性センサ素子３５の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第６実施例）を、図１４に示した３面図および図１５（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図１５（２）に示した斜め下方から見た斜視図によって説明する。図１４〜図１５では、慣性センサの基本構造として、３軸の慣性センサを示す。

図１４および図１５に示すように、慣性センサ６は、シリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板２０−１に、慣性センサ素子３６（３６−１）が形成され、別のＳＯＩ（Silicon on insulator）基板２０−２に、慣性センサ素子３６（３６−２）が形成されて、二つのＳＯＩ基板２０−１と２０−２とを接合したものである。すなわち、ＳＯＩ基板２０−１からなる枠体に形成された支持部４６（４６−１）を備え、この支持部４６−１に形成された開口部４７−４の内側に上記慣性センサ素子３６（３６−１）が形成されている。慣性センサ素子３６（３６−１）は、上記開口部４７−４の四方の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、各弾性支持体４２−１の他端側には、ＳＯＩ基板２０−１からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、ＳＯＩ基板２０−２からなる枠体に形成された支持部４６（４６−２）を備え、この支持部４６−２に形成された開口部４７−５の内側に上記慣性センサ素子３６（３６−２）が形成されている。慣性センサ素子３６（３６−２）は、上記開口部４７−５の四方の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、各弾性支持体４２−２の他端側には、ＳＯＩ基板２０−２からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。したがって、各質量部４３は、それぞれ、弾性支持体４２によって四方より浮遊状態に支持されている。

慣性センサ６は、別々のＳＯＩ基板（２０−１、２０−２）で慣性センサ素子（３６−１、３６−２）を形成したものをＺ方向に接合した後に切り出すことで作製される。接合法としては、Ａｕ−Ａｕ接合法、Ａｕ−Ｓｎ接合法、常温接合法等による接合が可能となる。また、支持部４６がガラス基板で形成されている場合、例えば陽極接合法による接合が可能となる。

また、これを周波数応答特性でみると図８のようになり、慣性センサ素子３６の感度の違いは共振周波数の違いでも表せることがわかる。すなわち、慣性センサ素子３６−１、３６−２を、共振周波数ｆＬ、共振周波数ｆＭ、共振周波数ｆＨのいずれかに適宜対応させた設定（例えば弾性支持体４２のばね定数の設定、もしくは質量部４３の質量の設定）とすることで、慣性センサ素子３６−１、３６−２で異なる加速度を検知できることがわかる。

この第６実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３６によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２）上に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ６は構成されている。

上記第６実施例では、基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３６−１、３６−２を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうち、異なる２帯域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３６−１、３６−２によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。またＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３６−１、３６−２が形成され、そして接合しているので、各慣性センサ素子３６−１、３６−２の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３６は、例えば各慣性センサ素子３６の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−１）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−２）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３６は、例えば各慣性センサ素子３６の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第７実施例）を、図１６に示した３面図および図１７（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図１７（２）に示した斜め下方から見た斜視図よって説明する。図１６〜図１７では、慣性センサの基本構造として、３軸の慣性センサを示す。

図１６および図１７に示すように、慣性センサ６は、同一の基板２０に慣性センサ素子３５（３７−１、３７−２、３７−３）が形成されてなる。この基板２０は、例えばシリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板からなる。すなわち、ＳＯＩ基板２０からなる枠体に形成された支持部４６を備え、この支持部４６に形成された３つの開口部４７−１、４７−２、４７−３の内側に上記慣性センサ素子３７（３７−１、３７−２、３７−３）が形成されている。この開口部４７−１、４７−２、４７−３は、例えば直列に配置されている。

上記慣性センサ素子３７（３７−１）は、上記開口部４７−１の周囲の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、各弾性支持体４２−１の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、上記慣性センサ素子３７（３７−２）は、上記開口部４７−２の周囲の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、各弾性支持体４２−２の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。同様に、上記慣性センサ素子３７（３７−３）は、上記開口部４７−３の周囲の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−３）の一端が支持され、各弾性支持体４２−３の他端側には、ＳＯＩ基板２０からなる質量部４３（４３−３）が支持されてなる。したがって、各質量部４３は、それぞれ、弾性支持体４２によって四方より浮遊状態に支持されている。

上記質量部４３（４３−１）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−１）の共振周波数と、上記質量部４３（４３−２）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−２）の共振周波数と、上記質量部４３（４３−３）とそれを支持する弾性支持体４２（４２−３）の共振周波数とは異なるように設定されている。

また、これを周波数応答特性でみると図８のようになり、慣性センサ素子３７の感度の違いは共振周波数の違いでも表せることがわかる。すなわち、慣性センサ素子３７−１、３７−２、３７−３を、共振周波数ｆＬ、共振周波数ｆＭ、共振周波数ｆＨのいずれかに適宜対応させた設定（例えば弾性支持体４２のばね定数の設定、もしくは質量部４３の質量の設定）とすることで、慣性センサ素子３７−１、３７−２、３７−３で異なる加速度を検知できることがわかる。

この第７実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度の検出が、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３７によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）上に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ７は構成されている。

上記第７実施例では、同一基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３７−１、３７−２、３７−３を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度を検出することが、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３７−１、３７−２、３７−３によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。また同一ＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３７−１、３７−２、３７−３が形成されているので、各慣性センサ素子３７−１、３７−２、３７−３の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３７は、例えば各慣性センサ素子３７の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−３）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−１）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３７は、例えば各慣性センサ素子３７の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第８実施例）を、図１８に示した３面図および図１９（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図１９（２）に示した斜め下方から見た斜視図によって説明する。図１８および図１９では、慣性センサの基本構造として、３軸の慣性センサを示す。

図１８および図１９に示すように、慣性センサ８は、前記慣性センサ７において、慣性センサ素子３７（３７−１、３７−２、３７−３）をＳＯＩ基板２０にＬ字型に配置したもので、その他の構成は、前記第７実施例の慣性センサ７と同様である。したがって、前記第７実施例と同様なる作用、効果が得られる。

次に、本発明の慣性センサの一実施の形態（第９実施例）を、図２０に示した３面図および図２１（１）に示した斜め上方から見た斜視図および図２１（２）に示した斜め下方から見た斜視図によって説明する。図２０および図２１では、慣性センサの基本構造として、３軸の慣性センサを示す。

図２０および図２１に示すように、慣性センサ９は、前記慣性センサ６の構成を三層に形成したものである。すなわち、シリコン基板２１上に絶縁層２２、シリコン層２３が形成されたＳＯＩ（Silicon on insulator）基板２０−１に慣性センサ素子３９（３９−１）が形成され、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板２０−２に慣性センサ素子３９（３９−２）が形成され、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板２０−３に慣性センサ素子３９（３９−３）が形成されて、三つのＳＯＩ基板２０−１、２０−２、２０−３とを順にＺ軸方向に接合したものである。

すなわち、ＳＯＩ基板２０−１からなる枠体に形成された支持部４６（４６−１）を備え、この支持部４６−１に形成された開口部４７−４の内側に上記慣性センサ素子３９（３９−１）が形成されている。慣性センサ素子３９（３９−１）は、上記開口部４７−４の四方の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−１）の一端が支持され、各弾性支持体４２−１の他端側には、ＳＯＩ基板２０−１からなる質量部４３（４３−１）が支持されてなる。同様に、ＳＯＩ基板２０−２からなる枠体に形成された支持部４６（４６−２）を備え、この支持部４６−２に形成された開口部４７−５の内側に上記慣性センサ素子３９（３９−２）が形成されている。慣性センサ素子３９（３９−２）は、上記開口部４７−５の四方の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−２）の一端が支持され、各弾性支持体４２−２の他端側には、ＳＯＩ基板２０−２からなる質量部４３（４３−２）が支持されてなる。さらに、ＳＯＩ基板２０−３からなる枠体に形成された支持部４６（４６−３）を備え、この支持部４６−３に形成された開口部４７−６の内側に上記慣性センサ素子３９（３９−３）が形成されている。慣性センサ素子３９（３９−３）は、上記開口部４７−６の四方の支持部４６にシリコン層２３からなる弾性支持体４２（４２−３）の一端が支持され、各弾性支持体４２−３の他端側には、ＳＯＩ基板２０−３からなる質量部４３（４３−３）が支持されてなる。

したがって、各質量部４３は、それぞれ、弾性支持体４２によって四方より浮遊状態に支持されている。

慣性センサ９は、別々のＳＯＩ基板（２０−１、２０−２、２０−３）で慣性センサ素子（３９−１、３９−２、３９−３）を形成したものをＺ方向に順に接合した後に切り出すことで作製される。接合法としては、Ａｕ−Ａｕ接合法、Ａｕ−Ｓｎ接合法、常温接合法等による接合が可能となる。また、支持部４６がガラス基板で形成されている場合、例えば陽極接合法による接合が可能となる。

また、これを周波数応答特性でみると図８のようになり、慣性センサ素子３９の感度の違いは共振周波数の違いでも表せることがわかる。すなわち、慣性センサ素子３９−１、３９−２、３９−３を、共振周波数ｆＬ、共振周波数ｆＭ、共振周波数ｆＨのいずれかに適宜対応させた設定（例えば弾性支持体４２のばね定数の設定、もしくは質量部４３の質量の設定）とすることで、慣性センサ素子３９−１、３９−２、３９−３で異なる加速度を検知できることがわかる。

この第９実施例では、一例として、弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）の幅を変えることで、ばね定数の異なるものとしている。例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度を検出する慣性センサ素子３９によって可能になるように設定している。

また、各弾性支持体４２には質量部４３の変位を検出するための変位検出手段４５が備えられている。この変位検出手段４５は、例えば応力電気変換素子からなる。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に形成された弾性支持体４２（４２−１、４２−２、４２−３）上に形成されている。この変位検出手段４５は、例えば、ピエゾ抵抗素子もしくは圧電素子からなる。このように、慣性センサ９は構成されている。

上記第９実施例では、基板２０に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子３９−１、３９−２、３９−３を有することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度を検出することが、個々の異なる加速度を検出する慣性センサ素子３９−１、３９−２、３９−３によって可能になるので、広い加速度範囲に対応できる。またＳＯＩ基板２０に各慣性センサ素子３９−１、３９−２、３９−３が形成され、そして接合しているので、各慣性センサ素子３９−１、３９−２、３９−３の性能バラツキを抑えることができるので、高精度な加速度センサが提供される。

上記慣性センサ素子３９は、例えば各慣性センサ素子３９の弾性支持体４２のばね定数がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとしている。すなわち、ばね定数を変えることで、検出できる加速度が変化する。ばね定数が大きくなれば、弾性支持体４２（例えば弾性支持体４２−１）は剛性が増すので、各質量部４３の質量を一定とすると、小さな加速度では変位しなくなり、より大きな加速度が与えられることで変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、ばね定数を小さくすると、支持弾性体４２（例えば弾性支持体４２−３）は小さな加速度にも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

また、上記慣性センサ素子３９は、例えば各慣性センサ素子３９の質量部４３の質量がそれぞれ異なるように形成されることで、加速度強度が異なる加速度を検出するものとなる。すなわち、質量部４３の質量を変えることで、検出できる加速度が変化する。質量部４３の質量が軽くなれば、各弾性支持体４２のばね定数を一定とすると、より大きな加速度が与えられることで、質量部４３は変位するようになる。したがって、大きな加速度の検出が可能になる。逆に、質量部４３の質量を重くすると、質量部４３は小さな加速度でも変位するようになるので、小さな加速度の検出が可能になる。

次に、慣性センサの動作原理について、図２２に示した信号ブロック図および図２３に示したフローチャートによって説明する。まず、１軸の慣性センサについて説明する。

上記第１実施例〜第４実施例で説明した１軸の慣性センサの動作原理を、図２２および図２３によって説明する。以下の説明では、代表して慣性センサ１について述べるが、他の慣性センサ２〜４についても、慣性センサ１と同様になる。

１軸の慣性センサ１に加速度が作用すると、基板２０に形成された質量部４３が加速度に比例した力を受けて変位することで弾性支持体４２にたわみを生じ、弾性支持体４２の上面側に形成された変位検出手段４５、例えば、ピエゾ抵抗素子または圧電素子の抵抗値が変化し、弾性支持体４２のたわみの大きさに応じた電圧出力が得られることで１軸方向の加速度を検出する。質量部４３とそれを支持する弾性支持体４２のばね定数を異なるようにしているため、外部からある加速度が作用すると、弾性支持体のたわみに差が生じる。つまり、小さい加速度をＳ／Ｎ良く測定するためには、小さい加速度で大きなたわみを生じるようにすればよく（ばね定数を小さく）、大きい加速度をＳ／Ｎ良く測定するためには、小さい加速度で大きなたわみを生じないようにすればよい（ばね定数を大きくする）。この際の信号ブロック図を図２２に示す。

図２２に示すように、各慣性センサ素子（低域の加速度を検知する慣性センサ素子、中域の加速度を検知する慣性センサ素子、もしくは高域の加速度を検知する慣性センサ素子）で得られた信号を増幅するアンプ、温度補正回路、フィルタが各１系統ずつ設けられている。このため、同時に加速度範囲の異なる１軸方向の加速度を高精度に測定することが可能となる。上記低域の加速度とは、例えば±５Ｇの加速度とし、上記中域の加速度とは、例えば±１００Ｇの加速度とし、上記高域の加速度とは、例えば±２０００Ｇの加速度とする。なお、用途に応じ、低域の加速度を検知する慣性センサ素子と中域の加速度を検知する慣性センサ素子との組合せ、中域の加速度を検知する慣性センサ素子と高域の加速度を検知する慣性センサ素子との組合せ、低域の加速度を検知する慣性センサ素子と中域の加速度を検知する慣性センサ素子と高域の加速度を検知する慣性センサ素子との組合せ、等が可能である。

次に、上記慣性センサ素子３１における加速度の検出方法を図２３示したフローチャートによって説明する。このフローチャートは、一つの慣性センサ素子における加速度の検出および処理について示している。

図２３に示すように、慣性センサ素子３１が「加速度検出」で加速度を検出を検出すると、「しきい値範囲」で、検出した加速度が予め慣性センサ素子３１に設定された検出可能な加速度か否かを判定する。この判定部において、検出した加速度がしきい値範囲であれば「ｙｅｓ」と判定し、所定の処理を実行する。一方、判定部において、検出した加速度がしきい値範囲でない「ｎｏ」と判定した場合は、再度、慣性センサ素子で加速度の検出を行う。本発明の慣性センサでは、異なる加速度範囲を検出できる慣性センサ素子を二つ以上、搭載しているので、例えば、落下を検知する±５Ｇ程度の低域加速度と、衝撃を検知する±１００Ｇ程度の中域加速度とを検出することができる。もちろん、慣性センサ素子３１が±２０００Ｇ程度の高域加速度を検知できるものを用いていれば、強い衝撃を検知することができる。

次に、上記第５実施例〜第９実施例で説明した３軸の慣性センサの動作原理を、前記図２２および図２３によって説明する。以下の説明では、代表して慣性センサ５について述べるが、他の慣性センサ６〜９についても、慣性センサ５と同様になる。

３軸の慣性センサ５に加速度が作用すると、基板２０に形成された質量部４３が加速度に比例した力を受けて変位することで弾性支持体４２にたわみを生じ、弾性支持体４２の上面側に形成された各１２ヶ所（計２４ヵ所）の変位検出手段４５、例えば、ピエゾ抵抗素子または圧電素子が、弾性支持体４２上にある２つの直行する検出軸（Ｘ軸とＹ軸）および弾性支持体４２に垂直な１つの検出軸（Ｚ軸）に対応して、各軸それぞれ４ヶ所のピエゾ抵抗素子、または、圧電素子で構成されたホイートストンブリッジ回路（図示せず）を用いて３軸方向の加速度を検出する。質量部４３とそれを支持する弾性支持体４２のばね定数を異なるようにしてあるため、外部からある加速度が作用すると、各慣性センサ素子３１の弾性支持体４２のたわみに差が生じる。つまり、小さい加速度をＳ／Ｎ良く測定するためには、小さい加速度で大きなたわみを生じるようにすればよく（ばね定数を小さく）、大きい加速度をＳ／Ｎ良く測定するためには、小さい加速度で大きなたわみを生じないようにすればよい（ばね定数を大きくする）。

この際の信号ブロック図は、前記図２２に示したとおりであり、３軸の慣性センサ５の場合も、各慣性センサ素子で得られた信号を増幅するアンプ、温度補正回路、フィルタが各１系統ずつ設けられている。このため、同時に加速度の異なる各軸方向の加速度を高精度に測定することが可能となる。例えば各慣性センサ素子を、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度に対応させることで、用途に応じた加速度測定が可能になる。例えば、低域の加速度を検知する慣性センサ素子と中域の加速度を検知する慣性センサ素子との組合せ、中域の加速度を検知する慣性センサ素子と高域の加速度を検知する慣性センサ素子との組合せ、低域の加速度を検知する慣性センサ素子と中域の加速度を検知する慣性センサ素子と高域の加速度を検知する慣性センサ素子との組合せ、等が可能である。

また、上記慣性センサ素子３１における加速度の検出方法は、前記説明したのと同様である。

次に、ＳＩＰ（System in a Package）で本発明の慣性センサ１〜９を組み込んで１モジュール化した一例を、図２４の概略構成斜視図によって説明する。図２４では、慣性センサとして代表して慣性センサ１を示しているが、慣性センサ２〜９を搭載することもできる。

図２４に示したＳＩＰは、１つのパッケージ７１内に、本発明の慣性センサ１、メモリチップ８１、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）チップ９１を搭載した一例である。上記チップ以外にも如何なる半導体チップも搭載することができ、それらの半導体チップと慣性センサ１とを組み合わせて、システムが構成されている。

次に、本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第１実施例）を、図２５〜図２８に示した製造工程断面図によって説明する。第１実施例では、慣性センサの製造方法として、変位検出手段としてピエゾ抵抗素子を用いた構成の製造方法を説明する。図２５〜図２８では、代表して、前記図３で示した慣性センサ素子３１−１の部分の製造工程を示した。

慣性センサ１を形成するために、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層を介してシリコン層(ＳＯＩ層)が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いた。本実施例では、図２５（１）に示すように、ＳＯＩ基板２０にシリコン基板２１の厚さが３００μｍ〜５００μｍ、絶縁層２２の厚さが０．２μｍ〜４μｍ（好ましくは０．５μｍ〜１μｍ）、シリコン層２３の厚さが１０μｍのものを用いた。

次に、図２５（２）に示すように、シリコン層２３を所望の膜厚となるようにエッチングを行う。このエッチング方法は、例えばウエットエッチングにより行い、このエッチング液には、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロキシド（ＴＭＡＨ：tetramethylammonium hydroxide）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いる。このエッチングには、例えば化学的ドライエッチング、物理的ドライエッチングを用いることもできる。また、予め、所望の膜厚がわかっているならば、そのような厚さを有するＳＯＩ基板を用意しても良い。

次に、図２６（３）に示すように、シリコン層２３の表面に、フォトレジストもしくは酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、例えば熱酸化膜などで所定形状のマスクパターン（図示せず）を形成した後、イオン打ち込みなどの不純物導入工程により、シリコン層２３に例えばｐ型不純物（例えばボロン）を導入して、変位検出手段（以下、ピエゾ抵抗素子として説明する）４５を形成する。

次に、図２６（４）に示すように、ピエゾ抵抗素子４５の保護を目的として、シリコン層２３上に保護膜５１を形成する。この保護膜５１には、例えば可動イオンのゲッタリング効果を持たせたものとして、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）とＰＳＧ（Phosphorous silicated glass）との多層膜を用いる。または、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と窒化シリコン（ＳｉＮ）の２層膜を用いることもできる。

次に、図２７（５）に示すように、ピエゾ抵抗素子４５の両端部上の保護膜５１に、電極接続用のスルーホール５２を形成する。この加工には、例えばフッ酸蒸気を主体としたウエットエッチングを用いる。

次に、図２７（６）に示すように、上記スルーホール５２を通じてピエゾ抵抗素子２５に接続するように、電極配線形成膜を成膜する。この電極配線形成膜は、例えばスパッタリングによって、アルミニウム合金（アルミニウム、銅、Ｓｉなど主組成）膜で形成される。次いで、通常のリソグラフィー技術によるマスク形成、そのマスクを用いたエッチングにより、上記電極配線形成膜を加工して、電極配線５３を形成する。

次に、図２８（７）に示すように、シリコン層２３の加工を行う。通常のリソグラフィー工程とエッチング工程とによって、シリコン層２３を除去加工して、弾性支持体４２を形成する。ここでは、支持部４１の１辺上部中央に接続するように弾性支持体４２が支持部４１と連続した状態に形成される。その際、弾性支持体４２の両側になる質量部４３のシリコン層２３および絶縁層２２に凹部（前記図１参照）を形成する。

次に、図２８（８）に示すように、例えば両面アライナー装置（図示せず）を用いて、ＳＯＩ基板２０の裏面側からシリコン基板２１の表面に形成された弾性支持体４２やピエゾ抵抗素子４５との位置合わせを行い、質量部や支持部の形状にフォトレジスト膜（図示せず）を露光する。その後、現像工程を経てフォトレジスト膜からなるエッチングマスク（図示せず）を形成し、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法のドライエッチングを行う。このエッチング工程により、シリコン基板２１を除去加工して、シリコン基板２１で形成される部分の支持部４１と質量部４３を形成する。次に、弾性支持体４２下部の絶縁層２２をエッチングして除去する。この除去加工は、例えばウエットエッチングにより行う。このようにして、慣性センサ素子３１（３１−１）が形成される。

上記説明では、慣性センサ素子３１（３１−１）の部分について説明したが、同様に、慣性センサ素子３１（３１−２）の部分についても、慣性センサ素子３１−１と同一工程で形成することができる。さらに、慣性センサ素子３１が３つ以上の慣性センサであっても、上記同様なプロセスで製造することができる。各慣性センサ素子３１を同一工程で形成する際に、各慣性センサ素子３１の弾性支持体４２のばね定数をそれぞれ変えて形成する。その手段としては、各慣性センサ素子３１の弾性支持体４２の寸法を変えることでばね定数を変えることができる。すなわち、弾性支持体４１の幅、長さを変えることでばね定数を変えることができる。

または、前記各慣性センサ素子３１を同一工程で形成する際に、各慣性センサ素子３１の質量部４３の質量をそれぞれ変えて形成する。その手段としては、各慣性センサ素子３１の質量部４３の寸法を変えることで質量を変えることができる。すなわち、質量部４３の長さ、幅、高さを変えることでばね定数を変えることができる。長さ、幅は、質量部を形成する際に用いるフォトマスクで調整することができ、高さを変える場合には質量部４３のシリコン基板２１をエッチングすることで調整することができる。

次に、本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第２実施例）を、前記図２５〜図２８に示した製造工程断面図によって説明する。第２実施例では、慣性センサの製造方法として、変位検出手段として圧電素子を用いた構成の製造方法を説明する。

次に、図２６（３）に示すように、シリコン層２３の表面に、フォトレジストもしくは酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜、例えば熱酸化膜などで所定形状のマスクパターン（図示せず）を形成した後、ＣＶＤやＰＶＤにて変位検出手段（以下、圧電素子として説明する）４５を形成する。

次に、図２６（４）に示すように、圧電素子４５の保護を目的として、シリコン層２３上に保護膜５１を形成する。この保護膜５１には、例えば可動イオンのゲッタリング効果を持たせたものとして、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）とＰＳＧ（Phosphorous silicated glass）との多層膜を用いる。または、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と窒化シリコン（ＳｉＮ）の２層膜を用いることもできる。

次に、図２７（５）に示すように、圧電素子４５の両端部上の保護膜５１に、電極接続用のスルーホール５２を形成する。この加工には、例えばフッ酸蒸気を主体としたウエットエッチングを用いる。

次に、図２７（６）に示すように、上記スルーホール５２を通じて圧電素子４５に接続するように、電極配線形成膜を成膜する。この電極配線形成膜は、例えばスパッタリングによって、アルミニウム合金（アルミニウム、銅、Ｓｉなど主組成）膜で形成される。次いで、通常のリソグラフィー技術によるマスク形成、そのマスクを用いたエッチングにより、上記電極配線形成膜を加工して、電極配線５３を形成する。

次に、図２８（８）に示すように、例えば両面アライナー装置（図示せず）を用いて、ＳＯＩ基板２０の裏面側からシリコン基板２１の表面に形成された弾性支持体４２や圧電素子４５との位置合わせを行い、質量部や支持部の形状にフォトレジスト膜（図示せず）を露光する。その後、現像工程を経てフォトレジスト膜からなるエッチングマスク（図示せず）を形成し、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法のドライエッチングを行う。このエッチング工程により、シリコン基板２１を除去加工して、シリコン基板２１で形成される部分の支持部４１と質量部４３を形成する。次に、弾性支持体４２下部の絶縁層２２をエッチングして除去する。この除去加工は、例えばウエットエッチングにより行う。このようにして、慣性センサ素子３１（３１−１）が形成される。

このように、本発明の製造方法では、ＳＯＩ基板２０に慣性センサ素子３１を少なくとも２つ以上形成し、各慣性センサ素子３１を加速度強度が異なる加速度を検出するもので弾性支持体４２に変位自在に支持された質量部４３を有する慣性センサ素子３１で形成することから、例えば、±５Ｇ程度の低域の加速度、±１００Ｇ程度の中域の加速度、±２０００Ｇ程度の高域の加速度のうちの異なる帯域の加速度の検出が、個々の慣性センサ素子３１によって可能になるので、広い加速度範囲に対応して、高Ｓ/Ｎで加速度の検知ができる慣性センサを製造できる。また同一の基板に各慣性センサ素子３１を同一工程で形成するので、工程数の増加なく製造でき、また、各慣性センサ素子３１の性能バラツキを抑えられるので、高精度な加速度センサが製造される。

以上説明した本発明に係る慣性センサは、様々な電気・電子機器に適用することが可能である。各慣性センサ１〜９の説明においても記載したように、加速度計測に使用する慣性センサの加速度計測範囲は低域用加速度、中域用加速度、高域用加速度の３タイプに大別される。

例えば、本発明に係る慣性センサに搭載される低域用加速度を検知する慣性センサ素子は、例えば±５Ｇの加速度を検出する慣性センサ素子であり、落下検知に用いられるものである。例えば、携帯型ハードディスク駆動装置（以下、ハードディスク駆動装置を略してＨＤＤと記す）、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電気・電子機器、携帯電話等の携帯端末装置、等に適用される。

上記低域用加速度を検知する慣性センサ素子は、地震観測にも用いられるものである。例えば、地震感知器、地震受信機、等に適用される。

また低域用加速度を検知する慣性センサ素子は、姿勢制御、動作検知にも用いられるものである。例えば、携帯電話等の携帯端末装置、ユーザ・インターフェース、ゲーム機、ゲームコントローラー、等に適用される。

さらに低域用加速度を検知する慣性センサ素子は、振動制御にも用いられるものである。例えば、全自動洗濯機、自動車、振動制御装置、等に適用される。

本発明に係る慣性センサに搭載される中域用加速度を検知する慣性センサ素子は、例えば±１００Ｇの加速度を検出する慣性センサであり、衝撃検知に用いられるものである。例えば、ＨＤＤ、携帯型ＨＤＤ、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器、携帯電話等の携帯端末装置、等に適用される。

上記中域用加速度を検知する慣性センサ素子は、動作検知にも用いられるものである。例えば、歩数計、防犯・防災装置、盗難防止装置、等に適用される。

本発明に係る慣性センサに搭載される高域用加速度を検知する慣性センサ素子は、例えば±２０００Ｇの加速度を検出する慣性センサであり、衝撃（衝突）検知に用いられるものである。例えば、車両用エアバッグ装置、車両・船舶・航空機等の事故記録装置、ＨＤＤ、等に適用され、また携帯型ＨＤＤ、ノート型パーソナルコンピュータ、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽再生装置、ＨＤＤ内蔵携帯型音楽録音再生装置、ＨＤＤ搭載型ビデオカメラ等のＨＤＤを搭載した携帯型電子機器、携帯電話等の携帯端末装置、等に適用される。

このように、本発明の慣性センサ１〜９は、あらゆる分野の電気・電子機器に適用することが可能である。以下、本発明の電気・電子機器の一実施の形態を以下に説明する。ここで説明するのは一例であって、上記した電気・電子機器に適用できる。なお、以下の説明において、慣性センサは、代表して慣性センサ１を記載するが、その他の慣性センサ２〜９も同様に適用できる。

まず、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第１実施例）を、図２９によって説明する。図２９では、ＨＤＤ装置の一例を示し、（１）図に概略構成斜視図を示し、（２）図に内部平面図を示した。

図２９に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置１１０は、ベース部材１１１とベース部材１１１の内部に設置された装置を覆うカバー１１２を有し、上記ベース部材１１１の内部に設置されているベース基板１１３に、磁気ディスク１１４を駆動するモータ１１５、このモータに駆動される磁気ディスク１１４、支軸１１６に回動自在に設けたアクチュエータアーム１１７、その先端部にヘッドサスペンション１１８を介して形成された磁気ヘッド１１９等が設けられている。そして、ベース基板１１３上に慣性センサ１が設置されている。なお、慣性センサ１は、ベース部材１１１、カバー１１２等に設置することも可能である。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第２実施例）を、図３０によって説明する。図３０では、ＨＤＤ装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの一例を示し、（１）図に表示部を開いた状態の概略構成斜視図を示し、（２）図に表示部を閉じた状態の概略構成斜視図を示した。

図３０に示すように、本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータ１３０は、本体１３１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１３２、画像を表示する表示部１３３、ＨＤＤ装置１３４等を含み、そのＨＤＤ装置１３４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置１１０を用いることにより作製されている。また、慣性センサ１はノート型パーソナルコンピュータ１３０の基板（図示せず）や本体１３１や表示部１３３を構成する筐体の内側の空いている領域に取付けてもよい。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第３実施例）を、図３１によって説明する。図３１では、ＨＤＤ装置を搭載したゲーム機の一例を平面図に示した。

図３１に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したゲーム機１５０は、本体１５１に、画面等を操作する第１操作ボタン群１５２、第２操作ボタン群１５３、画像を表示する表示部１５４、ＨＤＤ装置１５５等を含み、そのＨＤＤ装置１３４は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置１１０を用いることにより作製されている。また、慣性センサ１はゲーム機１５０の基板（図示せず）や本体１５１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第４実施例）を、図３２によって説明する。図３２では、ＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置の一例を示し、概略構成斜視図で示した。

図３２に示すように、本適用例に係るＨＤＤ装置を搭載したビデオカメラ装置１７０は、本体１７１に、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１７２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１７３、表示部１７４、ファインダー１７５、撮影した画像を記録するＨＤＤ装置１７６等を含み、そのＨＤＤ装置１７６は、前記説明した本発明の慣性センサ１が搭載されたＨＤＤ装置１１０を用いることにより作製されている。また、慣性センサ１はビデオカメラ装置１７０の基板（図示せず）や本体１７１を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよい。

次に、本発明に係る電気・電子機器の一実施の形態（第５実施例）を、図３３によって説明する。図３３では、携帯端末装置、例えば携帯電話機の一例を示し、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

図３３に示すように、本適用例に係る携帯端末装置、例えば携帯電話機１９０は、上側筐体１９１、下側筐体１９２、連結部（ここではヒンジ部）１９３、ディスプレイ１９４、サブディスプレイ１９５、ピクチャーライト１９６、カメラ１９７、加速度センサ１９８等を含み、その加速度センサ１９８として本発明に係る慣性センサ１を用いることにより作製される。また、慣性センサ１は、携帯電話機１９０の上側筐体１９１の内部側の他の位置、下側筐体１９２の内部側の空いている領域に取付けてもよい。

上記各電気・電子機器によれば、本発明の慣性センサ１〜９のうちの一つを備えたことから、広い加速度範囲に対応できる高精度な加速度センサの提供が可能となるので、例えば、自由落下、衝突、衝撃等により生じた加速度を瞬時に検知できるため、発生した加速度による損傷を防御するような行動を電気・電子機器にとらせることができるという利点がある。

本発明の慣性センサの一実施の形態（第１実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。図１中のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第２実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第３実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。各慣性センサ素子の利得と共振周波数との関係図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第４実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第５実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。図１１中のＢ−Ｂ’線断面図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第６実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第７実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第８実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。本発明の慣性センサの一実施の形態（第９実施例）を示した３面図である。斜め上方から見た斜視図および斜め下方から見た斜視図である。慣性センサの動作原理を説明する信号ブロック図である。慣性センサの加速度検出処理を示したフローチャートである。本発明の慣性センサを組み込んで１モジュール化した一例を示した概略構成斜視図である。本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。本発明の慣性センサの製造方法の一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第１実施例）を示したＨＤＤ装置の概略構成斜視図および内部平面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第２実施例）を示したノート型パーソナルコンピュータの概略構成斜視図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第３実施例）を示したビデオカメラ装置の平面図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第４実施例）を示したゲーム機の概略構成斜視図である。本発明の電気・電子機器の一実施の形態（第５実施例）を示した携帯電話機を示した図面であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

符号の説明

１…慣性センサ、２０…ＳＯＩ基板、３１…慣性センサ素子

Claims

同一基板に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子を少なくとも２つ以上有する
ことを特徴とする慣性センサ。
前記各慣性センサ素子は弾性支持体に変位自在に支持された質量部を有し、
前記各弾性支持体はばね定数が異なる
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
前記慣性センサ素子は弾性支持体に変位自在に支持された質量部を有し、
前記各質量部は質量が異なる
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
前記各慣性センサ素子が少なくとも１軸方向以上の加速度を同時に測定できる
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
前記各慣性センサ素子で検出される加速度は同時に検出される
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
前記慣性センサはシステムインパッケージで１モジュール化されている慣性センサである
ことを特徴とする請求項１記載の慣性センサ。
同一基板に慣性センサ素子を少なくとも２つ以上形成する慣性センサの製造方法であって、
前記各慣性センサ素子を加速度強度が異なる加速度を検出するもので弾性支持体に変位自在に支持された質量部を有する慣性センサ素子で形成し、
前記各慣性センサ素子を同一工程で形成する
ことを特徴とする慣性センサの製造方法。
前記各慣性センサ素子を同一工程で形成する際に、前記各慣性センサ素子の前記弾性支持体のばね定数をそれぞれ変えて形成する
ことを特徴とする請求項７記載の慣性センサの製造方法。
前記各慣性センサ素子を同一工程で形成する際に、前記各慣性センサ素子の前記質量部の質量をそれぞれ変えて形成する
ことを特徴とする請求項７記載の慣性センサの製造方法。
電気・電子機器の動きによって生じる加速度を検出する慣性センサを備えた電気・電子機器であって、
前記慣性センサは、同一基板に加速度強度が異なる加速度を検出する慣性センサ素子を少なくとも２つ以上有する
ことを特徴とする慣性センサを備えた電気・電子機器。