JP2008261839A - Manufacturing method of acceleration sensing unit - Google Patents
Manufacturing method of acceleration sensing unit Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008261839A JP2008261839A JP2007312059A JP2007312059A JP2008261839A JP 2008261839 A JP2008261839 A JP 2008261839A JP 2007312059 A JP2007312059 A JP 2007312059A JP 2007312059 A JP2007312059 A JP 2007312059A JP 2008261839 A JP2008261839 A JP 2008261839A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- stress sensitive
- support piece
- fixed
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、加速度検知ユニットの製造方法に関し、特に応力感応素子と、該応力感応素子を支持し応力印加により変形する素子支持部材とを同一圧電材料を使用し、エッチング手法を用いて構成した加速度検知ユニットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an acceleration detection unit, and in particular, an acceleration in which a stress sensitive element and an element support member that supports the stress sensitive element and deforms by applying stress are made of the same piezoelectric material and are etched using an etching technique. The present invention relates to a method for manufacturing a detection unit.
加速度センサは従来から自動車、航空機、ロッケットから各種プラントの異常振動監視等にまで、広く使用されている。特許文献1には、図14の斜視図に示すような加速度センサの梁構造が開示されている。図14において符号90は2つの振動ビーム91を有する水晶双音叉振動子、92は水晶双音叉振動子90の接着部、100は水晶双音叉振動子90と同一カットの水晶により構成した梁である。そして、水晶双音叉振動子90の接着部92と当接する梁100の部分の板厚のみを、他の部分の板厚より厚くした突起部110を梁100と一体的に形成し、突起部110と双音叉振動子の接着部92とは接着剤等により接着、固定される。更に、梁100の自由端には重り120を設け、重り120と対向する一端はベース130に固定する。
Conventionally, acceleration sensors have been widely used from automobiles, aircraft, and rockets to monitoring abnormal vibrations of various plants. Patent Document 1 discloses a beam structure of an acceleration sensor as shown in the perspective view of FIG. In FIG. 14,
図14に示すように構成した加速度センサのベース130を被測定物に固定し、矢印方向に加速度を印加すると重り120は梁100を撓ませ、梁100に固定した水晶双音叉振動子90は、圧縮あるいは伸張応力を受け周波数が変化する。つまり、周波数の変化量から加速度の大きさを測定するセンサである。梁100上に突起部110を形成することにより、突起部110が無い場合に比べて水晶双音叉振動子90に加わる応力の大きさが増加するため、梁100の板厚を薄くすることなく、且つ重り120の質量を増加することなく、高感度の加速度センサを構成することができると開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の加速度センサでは重りが梁の端にあり、加速度による梁の変形が固定部付近に集中して発生し易い為に水晶双音叉振動子に十分には掛からないという問題と、梁の厚さが一様であるため加速度による応力が分散され易い。その為、小さな加速度では変形が起こりにくく、小さな加速度の測定精度が不十分であるという問題と、個別に各部材を形成するために量産性が悪いという問題があった。 However, in the acceleration sensor described in Patent Document 1, the weight is at the end of the beam, and deformation of the beam due to acceleration is likely to occur in the vicinity of the fixed portion, so that the crystal double tuning fork vibrator is not sufficiently applied. In addition, since the thickness of the beam is uniform, stress due to acceleration is easily dispersed. For this reason, there is a problem that deformation is difficult to occur at a small acceleration and measurement accuracy of the small acceleration is insufficient, and that mass productivity is poor because each member is individually formed.
本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の前記素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、前記固定部材及び前記可動部材上に、前記各応力感応素子の固定端を重ねるように前記素子支持基板と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、前記固定部材及び前記可動部材上に前記固定端を固定する工程と、前記素子支持片、支持片を切断する工程と、からなる。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、小さな加速度をも十分な精度で測定でき、温度特性も良く、且つ量産性に優れ、安いコストの加速度検知ユニットを多量に製造することができるという効果がある。
The method for manufacturing an acceleration detection unit of the present invention is integrated with a fixed member, an element support member having a movable member supported by the fixed member with a beam, a stress sensitive portion, and both ends of the stress sensitive portion. A stress sensitive element having a fixed end, and the beam has a flexibility that can be deformed to displace the movable member along an acceleration detection axis direction when an acceleration is applied to the movable member. The stress-sensitive element is a method of manufacturing an acceleration detection unit having a configuration in which both fixed ends are supported by the fixed member and the movable member, respectively, and is connected by a support piece and A step of preparing an element support substrate having a plurality of the element support members arranged in a plane and a stress sensitive element substrate having a plurality of stress sensitive elements connected by an element support piece and arranged in a plane are prepared. A step of superimposing the element support substrate and the stress sensitive element substrate on the fixed member and the movable member so that a fixed end of each stress sensitive element is superimposed on the fixed member and the movable member, and the fixed member and the movable member The method includes a step of fixing the fixed end on the top, and a step of cutting the element support piece and the support piece.
As described above, by adopting the method of manufacturing the acceleration detection unit, it is possible to measure a small acceleration with sufficient accuracy, good temperature characteristics, excellent mass productivity, and manufacturing a large amount of acceleration detection units at a low cost. There is an effect that can be.
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、前記重ね合わせる工程の際に前記支持片と前記素子と支持片とを重ねあわせることを特徴とする。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、素子支持片及び支持片は、応力感応素子や素子支持部材の寸法に比べ十分に細く形成してあり、ダイシング等の切断機を用いず、折り取り切断により素子支持片及び支持片の残片を少なくできので、より精度のよい加速度検出ユニットを低コストで製造することができるという利点がある。
The method for manufacturing an acceleration detection unit of the present invention is characterized in that the support piece, the element, and the support piece are overlapped in the superimposing step.
By adopting the method for manufacturing the acceleration detection unit as described above, the element support piece and the support piece are formed sufficiently thin compared to the dimensions of the stress sensitive element and the element support member, and a cutting machine such as dicing is used. In addition, since the element support piece and the remaining piece of the support piece can be reduced by cutting off, there is an advantage that a more accurate acceleration detection unit can be manufactured at low cost.
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、少なくとも前記可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせて基板積層体を形成する工程と、前記重り部材支持片を切断する工程と、前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、該素子支持片と前記支持片を切断する工程と、からなる。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片は、重り部材、応力感応素子、及び素子支持部材の寸法に比べ十分に細く形成してあり、折り取り切断により順次重り部材支持片、素子支持片、及び支持片を切断するので、各残片を少なくでき、加速度検知ユニットの寸法精度向上させることができるため、より精度のよい加速度検知ユニットを多量に低コストで製造することができるという利点がある。
Also, the method of manufacturing the acceleration detection unit of the present invention includes a fixed member, an element support member including a movable member supported by the fixed member by a beam, a stress sensitive portion, and both ends of the stress sensitive portion. A stress sensitive element having a fixed end, and the beam is deformable so as to displace the movable member along an acceleration detection axis direction when acceleration is applied to the movable member. The stress-sensitive element is a method of manufacturing an acceleration detection unit having a structure in which both fixed ends are supported by the fixed member and the movable member, respectively, and is connected by a support piece. And a step of preparing an element support substrate having a plurality of element support members arranged in a planar shape, and a weight member support substrate having a plurality of weight members connected in a planar shape and connected by weight member support pieces. Small A step of preparing at least one sheet, a step of preparing a stress-sensitive element substrate having a plurality of stress-sensitive elements connected in a planar shape by element support pieces, and connecting the weight member to at least the movable member In order to do so, the step of superposing the element support substrate and the weight member support substrate to form a substrate laminate, the step of cutting the weight member support piece, the substrate laminate and each of the stress sensitive elements In order to connect the fixed ends, the method includes a step of superimposing the substrate laminate and the stress-sensitive element substrate, and a step of cutting the element support piece and the support piece.
As described above, by adopting the manufacturing method of the acceleration detection unit, the weight member support piece, the element support piece, and the support piece are formed sufficiently thin as compared with the dimensions of the weight member, the stress sensitive element, and the element support member. Since the weight member support piece, the element support piece, and the support piece are cut sequentially by cutting off, each remaining piece can be reduced and the dimensional accuracy of the acceleration detection unit can be improved. There is an advantage that a large number of units can be manufactured at low cost.
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、固定部材、及び前記固定部材に梁にて支持される可動部材を備えた素子支持部材と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した応力感応素子と、を備え、前記梁は、前記可動部材に加速度が印加されると前記可動部材を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成であり、前記応力感応素子は、前記固定部材と前記可動部材とによって両固定端を夫々支持されたものである構成を有する加速度検知ユニットの製造方法であって、支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、前記少なくとも可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせることにより基板積層体を形成する工程と、前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、前記支持片、前記重り部材支持片、及び前記素子支持片を切断する工程と、からなる。
以上のように加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片は、重り部材、応力感応素子、及び素子支持部材の寸法に比べ十分に細く形成してあり、夫々の支持片を折り取りにより一括切断することができるので、寸法精度のよい加速度検知ユニットを効率よく多量に低コストで製造することができるという利点がある。
Also, the method of manufacturing the acceleration detection unit of the present invention includes a fixed member, an element support member including a movable member supported by the fixed member by a beam, a stress sensitive portion, and both ends of the stress sensitive portion. A stress sensitive element having a fixed end, and the beam is deformable so as to displace the movable member along an acceleration detection axis direction when acceleration is applied to the movable member. The stress-sensitive element is a method of manufacturing an acceleration detection unit having a structure in which both fixed ends are supported by the fixed member and the movable member, respectively, and is connected by a support piece. And a step of preparing an element supporting substrate having a plurality of element supporting members arranged in a plane, and a stress sensitive element substrate having a plurality of stress sensitive elements connected in an element supporting piece and arranged in a plane. for A step of preparing at least one weight member support substrate having a plurality of weight members connected in a planar manner and connected by a weight member support piece, and connecting the weight member to at least the movable member A step of forming a substrate laminate by superimposing the element support substrate and the weight member support substrate, and connecting the substrate laminate and a fixed end of each of the stress sensitive elements. And the step of superposing the stress-sensitive element substrate, and the step of cutting the support piece, the weight member support piece, and the element support piece.
As described above, by adopting the manufacturing method of the acceleration detection unit, the weight member support piece, the element support piece, and the support piece are formed sufficiently thin as compared with the dimensions of the weight member, the stress sensitive element, and the element support member. In addition, since each support piece can be collectively cut by folding, there is an advantage that an acceleration detecting unit with high dimensional accuracy can be efficiently manufactured in large quantities at low cost.
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、前記支持片、前記素子支持片、及び前記重り支持片には、凹所が設けられていることを特徴とする。
以上のような加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片に夫々折り取り容易部(溝)を設けることにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片を容易に折り取り切断でき、且つ夫々の支持片の残片をほぼ残すことなく切断できるので、加速度検知ユニットの寸法精度が向上し、検知ユニットの測定精度が良くなるという効果がある。
Moreover, the manufacturing method of the acceleration detection unit of this invention is characterized by the said support piece, the said element support piece, and the said weight support piece being provided with the recess.
By adopting the manufacturing method of the acceleration detection unit as described above, the weight member support piece, the element support piece, and the support piece are provided with easy-to-break parts (grooves), respectively. In addition, the support pieces can be easily folded and cut, and the support pieces can be cut almost without leaving the remaining pieces, so that the dimensional accuracy of the acceleration detection unit is improved and the measurement accuracy of the detection unit is improved. .
また、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、前記支持片に設けられた凹所は、応力感応素子基板の厚み方向に沿って形成された溝であり、前記素子支持片及び前記重り支持片に設けられた凹所は、前記支持片に設けた凹所の深さ方向へ延びる溝であることを特徴とする。
以上のような加速度検知ユニットの製造方法を採用することにより、重り部材支持片、素子支持片、及び支持片に夫々折り取る方向に沿って凹所を設けたので、折り取り切断の順序に従って凹所より容易に切断でき、且つ夫々の支持片の残片をほぼ残すことなく切断できるので、加速度検知ユニットの寸法精度が向上し、検知ユニットの測定精度が良くなるという効果がある。
Further, in the method for manufacturing the acceleration detection unit of the present invention, the recess provided in the support piece is a groove formed along the thickness direction of the stress sensitive element substrate, and the element support piece and the weight support piece The recess provided in is a groove extending in the depth direction of the recess provided in the support piece.
By adopting the method for manufacturing the acceleration detection unit as described above, the weight member support piece, the element support piece, and the support piece are provided with recesses along the direction of folding, respectively. Since it can be easily cut from the place and can be cut without substantially leaving the remaining pieces of the respective support pieces, there is an effect that the dimensional accuracy of the acceleration detection unit is improved and the measurement accuracy of the detection unit is improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に記載の加速度検知ユニット1の構成を示す斜視図である。加速度検知ユニット1は、図示しない固定部に固定的に支持されることによって加速度の印加によって変位しない固定部材5と、固定部材5に対して梁10にて変位可能な状態で支持される可動部材20と、応力感応部34及び応力感応部の両端部に一体化された固定端32、33を有した応力感応素子30と、を備えている。梁10は、可動部材20に加速度検出軸方向(Z軸方向)への加速度が印加されると可動部材20を加速度検出軸方向に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有するように構成されている。
応力感応素子30は、一方の固定端32を固定部材5の上面に、他方の固定端33を可動部材20の上面に夫々支持され、接着材にて固定(支持)されている。固定部材5、可動部材20、及び梁10から成る素子支持部材6を、応力感応素子30と同材料にて構成する。更には素子支持部材6及び応力感応素子30を同一の材料(同一の圧電材料)により構成することが望ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an acceleration detection unit 1 according to the present invention. The acceleration detection unit 1 includes a fixed member 5 that is fixedly supported by a fixed portion (not shown) so as not to be displaced by application of acceleration, and a movable member that is supported in a state in which the fixed member 5 can be displaced by a
In the stress
圧電材料としては品質が安定し、周波数温度特性も良好であり、しかも大量生産に適し、コスト的にも安価である水晶を用いるのが望ましい。つまり、素子支持部材6及び応力感応素子30を同材料(水晶)で構成することが良い。更には単に同材料を使った材質の一致だけではなく、結晶軸に対して夫々の切断方位(カットアングル)を一致させた同一の水晶材料で構成(固定端32、33の水晶結晶軸と固定部材5と可動部材20の水晶結晶軸とが一致)しても良い。切断方位を一致させることにより、素子支持部材6及び応力感応素子30の線膨張係数が同一となり、応力感知ユニット1の周囲温度が変化しても、素子支持部材6と応力感応素子30との間で生じる熱歪みを最小限にすることが可能である。
従って、環境温度変化に対して高い信頼性及び優れた加速度検知能力を有する加速度検知ユニットを構成することができる。
固定部材5と可動部材20とを連結する梁10は、梁10の両端部から中央部に向けて厚みが漸減し、中央部の厚みが最少となるように構成されている。つまり、図1に示すように梁10の下面の中央部をZ軸方向に対称に、奥行き方向(Y軸方向)に半円形状あるいは放物線状になるように加工する。
As the piezoelectric material, it is desirable to use a quartz crystal that has stable quality, good frequency-temperature characteristics, is suitable for mass production, and is inexpensive. That is, the
Therefore, an acceleration detection unit having high reliability and excellent acceleration detection capability with respect to environmental temperature changes can be configured.
The
図2に示す加速度検知ユニット2は、図1に示した加速度検知ユニット1の梁10の構造を改良して梁11とし、加速度検出軸方向(Z軸方向)の+方向(Z軸の矢印方向)に、ある大きさの加速度(Z軸の矢印方向の加速を正として+αの加速度)が印加された場合でも、−方向(Z軸の矢印方向と逆方向)に、同じ大きさの加速度(Z軸の矢印方向の加速を正として−αの加速度)が印加された場合でも、梁11の撓みが等しくなるようにした梁の構造である。図2に示す梁11のように中央部の上下面をX及びZ軸方向に対称で、奥行き方向(Y軸方向)に双曲線状に加工する。あるいは、梁の両端部から中央部に向けて段差状に厚みが漸減するように加工してもよい。
The acceleration detection unit 2 shown in FIG. 2 improves the structure of the
図1、図2に示す梁10、11のように、梁の中央部の厚さを半円形、放物線状あるいは双曲線状に漸減するか、あるいは梁の厚みが両端部から中央部に向けて段差状に漸減するように加工することにより、梁(10、11等)は、加速度検出軸方向に加速度が可動部材20に印加されると、梁の中央部の最薄部で撓み、可動部材20を加速度検出軸方向へ変位させるよう変形する。梁の側面(Y軸方向から見た面)形状としてはX及びZ軸に対して対称な、例えば図2に示す梁11のような形状の梁が、加速度の正負(Z軸の矢印方向を正とし、逆向きを負とする)の方向に関わらず一様に撓むので望ましい形状である。
梁10、11は、加速度検出軸方向(Z軸方向)と直交する奥行き方向(Y方向)への可動部材20の変位を阻止するような形状、寸法を有しており、梁10、11の奥行き方向の寸法は、加速度検出軸方向(Z軸方向)の梁10、11の幅の寸法以上の長さとなるように形成されている。これは加速度検出軸方向以外の他軸方向に可動部材20が変位しないようにし、加速度検出軸方向のみの加速度を検出するようにするためである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the thickness of the central portion of the beam is gradually reduced to a semicircular, parabolic or hyperbolic shape, or the thickness of the beam is stepped from both ends toward the central portion. The beam (10, 11, etc.) is bent at the thinnest part at the center of the beam when acceleration is applied to the
The
図1、2に示すように、素子支持部材6、7における固定部材5の上面5aと、対向して配置される可動部材20の上面20aとは、X軸方向に平行、且つ同レベルな面となるように構成されている。固定部材5の上面5aに応力感応素子30の固定端32を、可動部材20の上面20aに固定端33を接着材にて接着固定する。なお、応力感応素子30の振動を妨げないように応力感応部34は、固定部材5の上面5a、及び可動部材20の上面20aに架からないように構成されている。
図1、2に示すように、応力感応素子30は、2つの固定端32、33、及び各固定端間32、33を連設する2つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部34と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備えた双音叉型圧電振動素子である。図1に示す加速度検知ユニット1の実施例では、双音叉型水晶振動素子を用いた例を示している。双音叉型水晶振動素子は伸張・圧縮応力に対する感度が良好であり、分解能力が優れるために僅かな加速度の変化を知ることができる。また、双音叉型水晶振動素子が呈する周波数温度特性は、上に凸の二次曲線となり、その頂点温度が常温(25℃)になるように各パラメータを設定する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the stress
双音叉型水晶振動素子の2本の振動ビームに外力Fを加えたときの共振周波数fFは以下の如くである。
fF=f0(1−(KL2F)/(2EI))1/2 (1)
ここで、f0は外力がないときの双音叉型水晶振動素子の共振周波数、Kは基本波モードによる定数(=0.0458)、Lは振動ビームの長さ、Eは縦弾性定数、Iは断面2次モーメントである。断面2次モーメントIはI=dw3/12より、式(1)は次式のように変形することができる。ここで、dは振動ビームの厚さ、wは幅である。
fF=f0(1−SFσ)1/2 (2)
但し、応力感度SFと、応力σとはそれぞれ次式で表される。
SF=12(K/E)(L/w)2 (3)
σ=F/(2A) (4)
ここで、Aは振動ビームの断面積(=w・d)である。以上から双音叉型振動子に作用する力Fを圧縮方向のとき負、伸張方向(引張り方向)を正としたとき、力Fと共振周波数fFの関係は、力Fが圧縮力で共振周波数fFが減少し、伸張(引張り)力では増加する。また応力感度SFは振動ビームのL/wの2乗に比例する。また、応力と頂点温度との関係は、双音叉型水晶振動素子に伸張応力を付加すると頂点温度は低音側へシフトし、圧縮応力を加えると高温側へシフトする特性を有している。
しかし、圧電振動素子としては、双音叉型水晶振動子に限らず、伸張・圧縮応力によって周波数が変化する圧電振動素子であればどのようなものを用いても良い。
The resonance frequency f F when the external force F is applied to the two vibrating beams of the double tuning fork type quartz vibrating element is as follows.
f F = f 0 (1- (KL 2 F) / (2EI)) 1/2 (1)
Here, f 0 is the resonance frequency of the double tuning fork type quartz vibrating element when there is no external force, K is a constant according to the fundamental mode (= 0.0458), L is the length of the vibrating beam, E is the longitudinal elastic constant, I Is the moment of inertia of the cross section. Second moment I are from I = dw 3/12, the equation (1) can be modified as follows. Here, d is the thickness of the vibration beam, and w is the width.
f F = f 0 (1−S F σ) 1/2 (2)
However, the stress sensitivity SF and the stress σ are respectively expressed by the following equations.
S F = 12 (K / E) (L / w) 2 (3)
σ = F / (2A) (4)
Here, A is the sectional area (= w · d) of the vibration beam. From the above, when the force F acting on the double tuning fork vibrator is negative in the compression direction and positive in the extension direction (tensile direction), the relationship between the force F and the resonance frequency f F is that the force F is a compression force and the resonance frequency. f F decreases and increases with stretching (tensile) force. The stress sensitivity S F is proportional to the square of the vibration beam L / w. Further, the relationship between the stress and the apex temperature has a characteristic that the apex temperature shifts to the low tone side when an extensional stress is applied to the double tuning fork type crystal vibrating element and shifts to the high temperature side when compressive stress is applied.
However, the piezoelectric vibration element is not limited to a double tuning fork type crystal resonator, and any piezoelectric vibration element whose frequency changes due to stretching / compression stress may be used.
図1に示す加速度検知ユニット1において、+Z軸方向(矢印方向)への加速度が印加されると、慣性の法則に基づいて可動部材20は梁10中央部の最薄部から加速度検出軸方向(この場合は−Z軸方向)に撓み、応力感応素子30には伸張応力が加わって、応力感応素子30の共振周波数は無負荷時の共振周波数から高い周波数へ変化する。逆に、−Z方向(矢印と反対方向)の加速度が印加されると、可動部材20は梁10中央部の最薄部から加速度検出軸方向(この場合は+Z軸方向)に撓み、応力感応素子30には圧縮応力が加わって、応力感応素子30の共振周波数は無負荷時の共振周波数から低い周波数へ変化する。この周波数の変化量から加速度の大きさを求める。
図2に示す加速度検知ユニット2の加速度印加時の作用は、図1の場合と同様である。
In the acceleration detection unit 1 shown in FIG. 1, when acceleration in the + Z-axis direction (arrow direction) is applied, the
The operation of the acceleration detection unit 2 shown in FIG. 2 when applying acceleration is the same as in FIG.
図3は、素子支持部材8と応力感応素子30aとを個別に示す斜視図である。素子支持部材8は、上面5aに突起9を形成した固定部材5と、上面20aに突起9を形成した可動部材20と、両者5、20を結合する梁11とから成る。応力感応素子30aは、2つの固定端32、33、及び各固定端間32、33を連設する2つの振動ビームを備えた圧電基板からなる応力感応部34と、圧電基板の振動領域上に形成した励振電極と、を備え、両固定端32、33には、固定部材5及び可動部材20の各上面に形成した突起9と嵌合する穴38が形成されている。素子支持部材8の突起9の周辺に接着剤を塗布し、該突起9に応力感応素子30aの穴38を嵌合(且つ、固定端32、33と固定部材5、可動部材20このような構成は突起9により応力感応素子30aを素子支持部材8に強固に固定できる。従って、例えば、固定端32、33を接着する接着剤の収縮応力(接着応力)を軽減する為にシリコン接着剤等の軟質な接着剤を適用した場合であっても、突起9と穴38との接続構成により素子支持部材8のX軸方向へ伸張・圧縮力を応力感応素子30aに効率よく伝達することが可能である。
また、接着剤が硬化するまで突起9は応力感応素子30aを素子支持部材8に仮固定するよう機能する。そしてこのような機能は応力感応素子30aの搭載位置精度を高めると共に、加速度検知ユニットの組み立てを容易にする。
FIG. 3 is a perspective view showing the
Further, the protrusion 9 functions to temporarily fix the stress
図4は差動型の加速度検知ユニット3の構成を示す斜視図である。加速度検知ユニット3は、加速度の印加によって変位しない固定部材5と、該固定部材5に梁11にて支持される可動部材20と、応力感応部及び該応力感応部の両端部に一体化された固定端を有した第1及び第2の応力感応素子30、31と、を備えている。梁11は、可動部材20に加速度が印加されると可動部材20を加速度検出軸方向(Z軸方向)に沿って変位させるよう変形可能な可撓性を有するように構成されている。第1の応力感応素子30は、固定部材5の上面5aと可動部材20の上面20aとに、第2の応力感応素子31は、固定部材5の下面5bと可動部材20の下面20bとに、両固定端32、33及び35、36(図示しない)を夫々支持、固定されている。そして、固定部材5、可動部材20、及び梁11から成る素子支持部材7は、第1及び第2の応力感応素子30、31と同材料にて構成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the differential
図4に示す加速度検知ユニット3を使用して加速度センサを構成する場合は、図5に示したように、第1及び第2の応力感応素子30、31の各端子電極と接続された第1及び第2の発振回路OSC1、OSC2と、ミキサMIXと、ローパスフィルタLPFと、周波数−電圧変換器F/Vと、を備えた回路を用いる必要がある。いま、加速度が印加されたとき、第1及び第2の発振回路OSC1、OSC2の発振周波数をf1、f2とする。この周波数f1、f2をミキサMIXにて混合すると、(f2−f1)、(f1+f2)等の周波数が得られ、ローパスフィルタLPFを通すことにより差周波数(f2−f1)のみを取り出すことができる。該差周波数(f2−f1)を周波数−電圧変換器F/Vにより電圧に変換して出力OUTとし、この出力電圧を外部の装置により加速度に変換する。
When an acceleration sensor is configured using the
例えば、第1及び第2の応力感応素子30、31の無負荷時の共振周波数F1、F2を共に40kHzに設定する。−Z軸方向(Z軸の矢印方向と逆方向)にある加速度(Z軸の矢印方向の加速を正として−αの加速度)が印加され、共振周波数F1がf1=38kHzに、F2がf2=42kHzに変化したとする。このとき、差周波数の絶対値|f2−f1|は4kHzになる。逆に、+Z軸方向(Z軸の矢印方向)に同じ大きさの加速度(+αの加速度)が印加されると、共振周波数F1がf1=42kHzに、F2がf2=38kHzに変化する。このとき、差周波数の絶対値|f2−f1|は4kHzになる。このように、2つの応力感応素子30、31を用いて差動構造の加速度検知ユニットを構成すると、応力感応素子が1つの場合の変化量2kHzに比べて、差周波数は2倍となり、加速度検出感度は2倍となる。
For example, the resonance frequencies F1 and F2 when the first and second stress
しかし、加速度はベクトルであり、大きさと方向を有している。ベクトルの方向を検出するには、第1及び第2の応力感応素子30、31の無負荷時の共振周波数に差を予め設定しておけばよい。例えば、第1及び第2の応力感応素子30、31の無負荷時の共振周波数F1、F2を夫々40kHz、50kHzとする。−Z軸方向(Z軸の矢印方向と逆方向)にある加速度(Z軸の矢印方向の加速を正として−αの加速度)が印加され、共振周波数F1がf1=38kHzに、F2がf2=52kHzに変化したとする。このとき、差周波数(f2−f1)は14kHzになる。反対に、+Z軸方向(Z軸の矢印方向)に同じ大きさの加速度(+αの加速度)が印加されると、共振周波数F1がf1=42kHzに、F2がf2=48kHzに変化する。この場合、差周波数(f2−f1)は6kHzになる。このように、第1及び第2の応力感応素子30、31の無負荷時における共振周波数の差である10kHzを中心として、−αの加速度が印加すると14kHz、+αの加速度が印加すると6kHzに変化するため、加速度の方向を検知することが可能である。
また、応力感応素子を2つ用いて差動型構造の加速度検知ユニット3を構成しているため、2つの応力感応素子30、31に同一感度の素子を用いれば、他軸、例えばY軸方向の加速度に対しては、2つの応力感応素子の周波数変化は同じとなり、2つの周波数の差を用いれば相殺することができる。また、加速度検知ユニット3の加速度検出感度は可動部材の質量を変化させることにより可変できる。
However, acceleration is a vector and has a magnitude and direction. In order to detect the vector direction, a difference may be set in advance in the resonance frequency when the first and second stress
In addition, since the
図6(a)、(b)、(c)は、本発明の実施形態に係る加速度感知ユニットの製造方法を説明する斜視図である。加速度感知ユニットは、例えば図2に示すように、加速度の印加によって変位しない固定部材5、及び前記固定部材5に梁11にて支持される可動部材20を備えた素子支持部材7と、応力感応部34及び該応力感応部34の両端部に一体化された固定端32、33を有した応力感応素子30と、を備えている。そして、梁11は、可動部材20に加速度が印加されると可動部材20を加速度検出軸方向(Z軸方向)へ変位させるよう変形可能な可撓性を有する構成となっている。応力感応素子30は、固定部材5と可動部材20とによって両固定端32、33を夫々支持されている。本実施形態は、このような構成の加速度感知ユニットの製造方法であり、図6(a)に示すように、素子支持片43にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子41’を有する応力感応素子基板40を用意する工程と、図6(b)に示すように、支持片53にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材51を有する素子支持基板50を用意する工程と、を有している。更に、各素子支持部材51を構成する固定部材5及び可動部材20に対して、各応力感応素子41’の固定端44を接続する為に、各固定部材5及び可動部材20の面に接着剤を塗布し、図6(c)に示すように、素子支持基板50と応力感応素子基板40とを重ね合わせる工程と、接着剤を硬化させた後、素子支持片43及び支持片53を切断する工程と、を有している。
6 (a), 6 (b), and 6 (c) are perspective views illustrating a method for manufacturing an acceleration sensing unit according to an embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 2, the acceleration sensing unit includes a fixed member 5 that is not displaced by application of acceleration, an element support member 7 that includes a
応力感応素子基板40の製造方法を説明すると、所定の大きさの水晶薄板(Z板)を用い、該水晶薄板に蒸着あるいはスパッタ等の手段で金属薄膜を成膜し、周知のフォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて水晶薄板をエッチング加工すると、図6(a)の破線で囲んだ水晶双音叉板41(水晶双音叉板に図示しない励振電極、電極端子を形成したものが応力感応素子41’)をマトリクス状に配列した応力感応素子基板40が得られる。水晶双音叉板41は、複数の素子支持片43により矩形環状の枠体42に保持された構造をしている。この応力感応素子基板40に図示しないメタルマスクをセットして蒸着装置等に入れ、真空中で各水晶双音叉板41に励振電極、電極端子等を形成して、応力感応素子基板40を製造する。
The manufacturing method of the stress
次に、所定の厚さの水晶板(Z板)を用い、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて水晶板を加工し、図6(b)の破線で囲んだ素子支持部材51をマトリクス状に配列した素子支持基板50を形成する。固定部材5と梁11と可動部材20とから構成される素子支持部材51は、複数の支持片53により矩形環状の枠体52に保持された構造をしている。そして、図6(c)に示すように、複数の素子支持部材51の固定部材5及び可動部材20に接着材を塗布した素子支持基板50に、電極等を形成した応力感応素子基板40を整合するように重ね合わせ、加熱乾燥した後、素子支持片43、支持片53を、ダイシングソー等を用いて切断すれば、図7に示す加速度感知ユニットが得られる。応力感応素子基板40と素子支持基板50との接合法としては、ガラスを高温で溶融して接合する方法、金すずを用いて接合する方法、陽極接合法等、種々な手法を用いることが可能である。
また、可動部材20の質量が不足し加速度検出感度が小さい場合には、可動部材20の上下面にほぼ同じ重さの質量を付加することにより加速度検出感度を改善することができる。
そして、このような方法により一括して加速度検知ユニットを大量に製造すれば、加速度検知性能の品質のばらつきが小さい加速度検知ユニットを大量に効率良く得ることができる。
Next, using a quartz plate (Z plate) with a predetermined thickness, the quartz plate is processed using a photolithography technique and an etching technique, and the
In addition, when the mass of the
If a large number of acceleration detection units are manufactured collectively by such a method, acceleration detection units with small variations in the quality of acceleration detection performance can be efficiently obtained in large quantities.
尚、図6に示す加速度検知ユニットの製造方法を図4に示すような加速度検知ユニット3を構成するための方法として適用しても構わない。即ち、素子支持基板50を2枚の応力感応素子基板40にて挟むように、複数の素子支持部材51の固定部材5と、可動部材20との上下面に接着材を塗布した素子支持基板50に、電極等を形成した応力感応素子基板40を整合するように重ね合わせ、加熱乾燥した後、素子支持片43、支持片53を、ダイシングソー等を用いて切断して、加速度検知ユニット3を製造しても構わない。
また、図3に示す加速度検知ユニットの場合のように、素子支持部材51に突起9を形成した素子支持基板50と、水晶双音叉板41に穴38を形成した応力感応素子基板40とを用意し、図6に示す製造法に基づき加速度検知ユニットを製造する方法でも構わない。
Note that the method of manufacturing the acceleration detection unit shown in FIG. 6 may be applied as a method for configuring the
Further, as in the case of the acceleration detection unit shown in FIG. 3, an
更に、図6に示すように素子支持片43は、応力感応素子41’の固定端の幅よりもはるかに細く、また支持片53は固定部材や可動部材に比し極めて細い構成である。これは、応力感応素子41’の固定端と、固定部材及び可動部材とを傷つけることなく素子支持片43、支持片53を切断しようとすれば、一般に素子支持片43、支持片53を固定端と、可動部材及び固定部材とから完全に残さずに切断することは不可能である。
しかし、上記の如く素子支持片43、支持片53が細い構成であれば、切断できずに加速度検知ユニットに残される夫々の支持片の量を僅かにすることができる。従って、特に可動部材20の質量設定条件が支持片の残量によって大きく狂わされることが無いので、個体間で加速度検知性能の品質のばらつきがより小さい加速度検知ユニットを大量に効率良く得ることができる。
Further, as shown in FIG. 6, the
However, if the
上記の加速度検知ユニットの製造方法では、応力感応素子基板40の素子支持片43と、素子支持基板50の支持片53とを、ダイシングソー等を用いて切断する製造方法を説明したが、応力感応素子41’の固定部、素子支持部材51の可動部材20に、夫々素子支持片43、支持片53の切断残片が若干残るという点があった。そこで、応力感応素子41’の固定部と、素子支持部材51の固定部材5及び可動部材20とに夫々素子支持片43、支持片53の切断残片が残らない、加速度検知ユニットの第2の製造方法について説明する。
In the manufacturing method of the acceleration detection unit, the manufacturing method of cutting the
図8乃至図11は、本発明の実施形態に係る加速度感知ユニットの第2の製造方法を説明するための図である。なお、加速度感知ユニットの構成は、第1の製造方法の場合と同一であるので説明は省略する。
本実施形態の加速度検知ユニットの第2の製造方法は、図8(a)に示すように、枠体52、該枠体52に設けられた複数の支持片53、及び各支持片53により個別に支持された素子支持部材51を有する素子支持基板55を用意する工程と、図8(c)に示すように、枠体62、該枠体62に対して前記素子支持基板55を構成する支持片53と同位置に設けられた複数の重り部材支持片63、及び各重り部材支持片63によって個別に支持された重り部材61を有する重り部材支持基板60を少なくとも一枚用意する工程と、を有する。更に、第2の製造方法は、図9(a)に示すように、枠体42、該枠体42に対して前記素子支持基板55を構成する支持片53と同位置に設けられた複数の素子支持片43、及び各素子支持片43にて個別に支持された応力感応素子41’を有する応力感応素子基板40を用意する工程と、を有する。
8 to 11 are views for explaining a second manufacturing method of the acceleration sensing unit according to the embodiment of the present invention. The configuration of the acceleration sensing unit is the same as that in the first manufacturing method, and a description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 8A, the second manufacturing method of the acceleration detection unit of the present embodiment is individually made up of a
素子支持基板55、重り部材支持基板60及び応力感応素子基板40の製造方法は、夫々所定の厚さの水晶板(Z板)を用い、上述したフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて前記水晶板を夫々所望の形状に加工する。そして、素子支持基板55の各支持片53には、該支持片53が各固定部材5と接合する部分に、図8(b)の要部拡大平面図(Z軸方向からみた図)に示すような折り取り容易部、即ち溝(凹所)54がZ軸方向に沿って形成され、Z軸方向の力には強いが、Y軸方向に力を加えることにより容易に折り取り切断できるように形成されている。また、重り部材支持基板60の各重り部材支持片63には、該重り部材支持片63が各重り部材61と接合する部分に、図8(d)の要部拡大側面図(Y軸方向からみた図)に示すような折り取り容易部、即ち溝(凹所)64がY軸方向に沿って(凹所54の深さ方向に向かって)形成され、Z軸方向に力を加えることにより容易に折り取り切断できるように形成されている。同様に、応力感応素子基板40の各素子支持片43には、該素子支持片43が各応力感応素子41’の固定部44と接合する部分に、図9(b)の要部拡大側面図(Y軸方向からみた図)に示すような折り取り容易部、即ち溝(凹所)45がY軸方向に沿って(凹所54の深さ方向に向かって)形成され、Z軸方向に力を加えることにより容易に折り取り切断できるように形成されている。なお、図9(a)に示した応力感応素子基板40は、真空装置内で図示しないマスクを介して電極(図示しない)、電極端子46等を形成した例を示している。
The
そして、図10、図11に示すように、各素子支持部材51を構成する固定部材5及び可動部材20の少なくとも一面に対し各重り部材61を接続する為に、各固定部材5及び可動部材20の面に接着剤を塗布し、各支持片53に対して各重り部材支持片63を重ねた状態で、素子支持基板55と重り部材支持基板60とを重ね合わせて基板積層体Aを形成する。前記接着剤を硬化させた後、基板積層体Aから各重り部材支持片63を折り取りにより切断する。図11(a)に示す斜視図は、固定部材5及び可動部材20の上下両面に各重り部材61を接着した例を示す図である。そして、図11(b)に示すように、基板積層体Aを構成する各重り部材61の一方の面に対して、各応力感応素子41’の固定端44を接続する為に、各重り部材61の一方の面に接着剤を塗布し、各支持片53に対して各素子支持片43を重ねた状態で基板積層体Aと応力感応素子基板40とを重ね合わせて基板積層体Bを形成する。前記接着剤が硬化した後、図11(c)に示すように、基板積層体Bから応力感応素子基板40の素子支持片43を折り取りにより切断する工程と、素子支持基板55の支持片53を折り取りにより切断する工程と、から加速度検知ユニットの第2の製造方法は構成される。尚、重り部材61を少なくとも可動部材20に接続する構造であっても良い。
Then, as shown in FIGS. 10 and 11, in order to connect each
図11(a)〜図11(c)の斜視図では各固定部材5及び可動部材20の上下両面に各重り部材61を重ね合わせて接着する工程図を示したが、固定部材5及び可動部材20のいずれか一方の面に各重り部材61を重ね合わせて接着する工程で加速度検知ユニットを構成してもよい。この場合、応力感応素子基板40の重ね合わせは、各固定部材5及び可動部材20の面でもよいし、固定部材5及び可動部材20の面に重ねた各重り部材61の面であってもよい。
11 (a) to 11 (c) show process diagrams in which the
加速度検知ユニットの第2の製造方法の特徴は、素子支持基板55、重り部材支持基板60及び応力感応素子基板40に形成する支持片53、重り部材支持片63、及び素子支持片43が、素子支持部材51、重り部材61及び応力感応素子41’の固定部44に比して十分に幅狭く形成され、且つ支持片53、重り部材支持片63、及び素子支持片43には夫々溝(凹所)54、64、45が形成されているので容易に折り取りにより切断することが可能である。しかも、溝(凹所)54、64、45を設けているので、支持片53、重り部材支持片63、及び素子支持片43の残片も極めて小さくすることが可能となり、精度のよい加速度感知ユニットを多量に製造することができるという効果がある。
A feature of the second manufacturing method of the acceleration detection unit is that the
次に、本発明の実施形態に係る加速度検知ユニットの第3の製造方法について説明する。加速度感知ユニットの構成は上述したので説明は省略する。また、素子支持基板55を用意する工程と、重り部材支持基板60を少なくとも一枚用意する工程と、応力感応素子基板40を用意する工程と、素子支持基板55と重り部材支持基板60とを重ね合わせることにより基板積層体を形成する工程と、該基板積層体と応力感応素子基板40とを重ね合わせる工程と、については第2の製造方法において説明したので省略する。第3の製造方法が第2の製造方法と異なる点は、素子支持基板55と重り部材支持基板60とを重ね合わせて基板積層体Aを形成し、該基板積層体Aに応力感応素子基板40を重ね合わせて基板積層体Bを構成し、接着剤を硬化させた後、素子支持片43、重り部材支持片63、及び支持片53を折り取りにより一括して切断する点である。
加速度検知ユニットの第3の製造方法の特徴は、素子支持片43、重り部材支持片63、及び支持片53を一括して切断できるので、効率が向上するという利点がある。
Next, the 3rd manufacturing method of the acceleration detection unit which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. Since the configuration of the acceleration sensing unit has been described above, a description thereof will be omitted. Also, the step of preparing the
The feature of the third manufacturing method of the acceleration detection unit is that the
次に、本発明の実施形態に係る加速度検知ユニットの第4の製造方法について説明する。加速度感知ユニットの第4の製造方法は、図12に示すように、枠体52、該枠体52に設けられた複数の支持片53、及び各支持片53により個別に支持された素子支持部材51を有する素子支持基板55を用意する工程と、枠体42、該枠体42に対して素子支持基板55を構成する支持片53と同位置に設けられた複数の素子支持片43、及び各素子支持片43にて個別に支持された応力感応素子41’を有する応力感応素子基板40を用意する工程と、を有している。更に、各素子支持部材51を構成する固定部材5及び可動部材20に対して、各応力感応素子41’の固定端44を接続する為に、各固定部材5及び可動部材20に接着剤を塗布する工程と、各支持片53に対して各素子支持片43を重ねた状態で素子支持基板55と応力感応素子基板40とを重ね合わせて基板積層体を形成する工程と、を有している。そして、基板積層体の接着剤を硬化させる工程を経た後、素子支持基板55と応力感応素子基板40との基板積層体から支持片53と、素子支持43とを折り取りにより切断する工程とからなる。
Next, the 4th manufacturing method of the acceleration detection unit which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. As shown in FIG. 12, the fourth method of manufacturing the acceleration sensing unit includes a
加速度検知ユニットの第4の製造方法においては、素子支持基板55及び応力感応素子基板40には、図8(b)、図9(b)に示したような溝54、45を設けてもよいし、設けなくともよい。
加速度検知ユニットの第4の製造方法によれば、重り部材支持基板60を必要としないので、製造工程が簡略化され、コスト低減に寄与するという利点がある。
In the fourth method of manufacturing the acceleration detection unit, the
According to the fourth manufacturing method of the acceleration detection unit, since the weight
図13(a)は加速度センサ70の構成を示す側面図、同図(b)は平面図である。加速度センサ70は、例えば、加速度検知ユニット3と、加速度検知ユニット3を気密的に封止するハウジング(固定部)75と、応力感応素子30、31を構成する励振電極とそれぞれ電気的に接続される発振回路80と、を備えた構成となっている。図13に示す加速度検知ユニット3は、図4に示した加速度検知ユニット3を横に倒したもので、載置台78に接着固定して、応力感応素子30、31の電極端子39と発振回路80とをボンディングワイヤ85で接続する。発振回路80の電極端子は、載置台78を経てハウジング75の外部端子77と導通している。なお、ハウジング75に蓋76を被せ内部を密封し気密構造とする。
FIG. 13A is a side view showing the configuration of the acceleration sensor 70, and FIG. 13B is a plan view. The acceleration sensor 70 is electrically connected to, for example, the
本発明の実施形態に係る加速度検知ユニットの製造方法によれば、応力感応素子と、該応力感応素子を支持する素子支持部材と、重り部材とに水晶材料を用い、いずれもフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を使ってバッチ処理にて製造するため、金属材料から成る素子支持部材を用いた場合に比して量産性に優れ、製造コストが低減できるという利点がある。また、素子支持部材、応力感応素子及び重り部材に水晶を用い、且つ同じカットアングルで切断した基板を用いているため、三者の線膨張係数は同じであり、周囲の熱変動による三者間の熱歪みを小さく抑えることができる。また、従来例のシリコン製の加速度センサでは、数ミクロン撓んでから応力が検出される性能であるのに対し、本加速度センサでは小さな加速度による梁(固定端)の極微小な撓みも双音叉型水晶振動素子により検出され、応答速度が速く、且つ精度、再現性がよいという利点がある。 According to the method of manufacturing the acceleration detection unit according to the embodiment of the present invention, the quartz material is used for the stress sensitive element, the element supporting member for supporting the stress sensitive element, and the weight member, both of which are photolithography technique and etching. Since it manufactures by a batch process using a method, it has the advantage that it is excellent in mass productivity compared with the case where the element supporting member which consists of metal materials is used, and manufacturing cost can be reduced. In addition, since quartz is used for the element support member, stress sensitive element and weight member, and a substrate cut at the same cut angle is used, the linear expansion coefficients of the three parties are the same, and the three parties are affected by the surrounding thermal fluctuations. The thermal distortion of can be suppressed to a small level. The conventional acceleration sensor made of silicon has the ability to detect stress after being bent several microns, whereas this acceleration sensor is capable of detecting a very small deflection of the beam (fixed end) due to a small acceleration. There is an advantage that the response speed is high, and the accuracy and reproducibility are good.
また、本実施形態において説明した製造工程はあくまでも一例であり、本発明の加速度検知ユニットの製造方法は、本実施形態において説明した製造方法に限定されるのでなく、工程手順などは適宜変更可能であることは言うまでもない。 The manufacturing process described in this embodiment is merely an example, and the method for manufacturing the acceleration detection unit of the present invention is not limited to the manufacturing method described in this embodiment, and the process procedure and the like can be changed as appropriate. Needless to say.
1、2、3 加速度検知ユニット、5 固定部材、5a (固定部材の)上面、6、7、51 素子支持部材、10、11 梁、20 可動部材、20a (可動部材の)上面、30、31、41’ 応力感応素子、32、33、44 固定端、34 応力感応部、38 穴、39 電極端子、40 応力感応素子基板(水晶双音叉基板)、41 水晶双音叉板、42、52 枠体、43 素子支持片、45 溝、46 電極端子、50、55 素子支持基板、53 支持片、54、64 溝、60 重り部材支持基板、61 重り部材、62 枠体、63 重り部材支持片、A、B 基板積層体、70 加速度センサ、75 ハウジング、76 蓋、77 外部端子、78 載置台、80 発振回路、85 ボンディングワイヤ 1, 2, 3 Acceleration detection unit, 5 fixed member, 5a (fixed member) upper surface, 6, 7, 51 element support member, 10, 11 beam, 20 movable member, 20a (movable member) upper surface, 30, 31 , 41 'Stress sensitive element, 32, 33, 44 Fixed end, 34 Stress sensitive part, 38 holes, 39 Electrode terminal, 40 Stress sensitive element substrate (crystal double tuning fork substrate), 41 Crystal double tuning fork plate, 42, 52 Frame , 43 Element support piece, 45 groove, 46 Electrode terminal, 50, 55 Element support substrate, 53 Support piece, 54, 64 groove, 60 Weight member support substrate, 61 Weight member, 62 Frame body, 63 Weight member support piece, A , B substrate laminate, 70 acceleration sensor, 75 housing, 76 lid, 77 external terminal, 78 mounting table, 80 oscillation circuit, 85 bonding wire
Claims (6)
支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の前記素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、
素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、
前記固定部材及び前記可動部材上に、前記各応力感応素子の固定端を重ねるように前記素子支持基板と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、
前記固定部材及び前記可動部材上に前記固定端を固定する工程と、
前記素子支持片、支持片を切断する工程と、からなる加速度検知ユニットの製造方法。 An element support member comprising a fixed member, and a movable member supported by a beam on the fixed member; a stress sensitive element having a stress sensitive part and fixed ends integrated at both ends of the stress sensitive part; The beam is configured to have a flexibility that can be deformed so as to displace the movable member along an acceleration detection axis direction when acceleration is applied to the movable member, and the stress sensitive element includes A method of manufacturing an acceleration detection unit having a configuration in which both fixed ends are respectively supported by a fixed member and the movable member,
Preparing an element support substrate having a plurality of the element support members connected by a support piece and arranged in a plane;
Preparing a stress sensitive element substrate having a plurality of stress sensitive elements connected by an element support piece and arranged in a plane;
Superposing the element support substrate and the stress sensitive element substrate on the fixed member and the movable member so as to overlap the fixed ends of the stress sensitive elements; and
Fixing the fixed end on the fixed member and the movable member;
And a step of cutting the element support piece and the support piece.
支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、
重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、
素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、
少なくとも前記可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせて基板積層体を形成する工程と、
前記重り部材支持片を切断する工程と、
前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、該素子支持片と前記支持片を切断する工程と、
からなることを特徴とする加速度検知ユニットの製造方法。 An element support member comprising a fixed member, and a movable member supported by a beam on the fixed member; a stress sensitive element having a stress sensitive part and fixed ends integrated at both ends of the stress sensitive part; The beam is configured to have a flexibility that can be deformed so as to displace the movable member along an acceleration detection axis direction when acceleration is applied to the movable member, and the stress sensitive element includes A method of manufacturing an acceleration detection unit having a configuration in which both fixed ends are respectively supported by a fixed member and the movable member,
A step of preparing an element support substrate having a plurality of element support members connected by a support piece and arranged in a plane;
Preparing at least one weight member support substrate having a plurality of weight members connected in a weight member support piece and arranged in a planar shape;
Preparing a stress sensitive element substrate having a plurality of stress sensitive elements connected by an element support piece and arranged in a plane;
Forming a substrate laminate by superimposing the element support substrate and the weight member support substrate in order to connect the weight member to at least the movable member;
Cutting the weight member support piece;
Superimposing the substrate laminate and the stress sensitive element substrate to connect the substrate laminate and the fixed end of each stress sensitive element, cutting the element support piece and the support piece,
A method of manufacturing an acceleration detection unit comprising:
支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の素子支持部材を有する素子支持基板を用意する工程と、
素子支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の応力感応素子を有する応力感応素子基板を用意する工程と、
重り部材支持片にて連結され且つ平面状に配置された複数の重り部材を有する重り部材支持基板を少なくとも一枚用意する工程と、
前記少なくとも可動部材に前記重り部材を接続する為に、前記素子支持基板と前記重り部材支持基板とを重ね合わせることにより基板積層体を形成する工程と、
前記基板積層体と前記各応力感応素子の固定端を接続する為に、前記基板積層体と前記応力感応素子基板とを重ね合わせる工程と、
前記支持片、前記重り部材支持片、及び前記素子支持片を切断する工程と、
からなることを特徴とする加速度検知ユニットの製造方法。 An element support member comprising a fixed member, and a movable member supported by a beam on the fixed member; a stress sensitive element having a stress sensitive part and fixed ends integrated at both ends of the stress sensitive part; The beam is configured to have a flexibility that can be deformed so as to displace the movable member along an acceleration detection axis direction when acceleration is applied to the movable member, and the stress sensitive element includes A method of manufacturing an acceleration detection unit having a configuration in which both fixed ends are respectively supported by a fixed member and the movable member,
A step of preparing an element support substrate having a plurality of element support members connected by a support piece and arranged in a plane;
Preparing a stress sensitive element substrate having a plurality of stress sensitive elements connected by an element support piece and arranged in a plane;
Preparing at least one weight member support substrate having a plurality of weight members connected in a weight member support piece and arranged in a planar shape;
Forming a substrate laminate by superimposing the element support substrate and the weight member support substrate to connect the weight member to at least the movable member;
Superimposing the substrate laminate and the stress sensitive element substrate to connect the substrate laminate and the fixed end of each stress sensitive element;
Cutting the support piece, the weight member support piece, and the element support piece;
A method of manufacturing an acceleration detection unit comprising:
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007312059A JP2008261839A (en) | 2007-03-19 | 2007-12-03 | Manufacturing method of acceleration sensing unit |
US12/010,502 US7954215B2 (en) | 2007-03-19 | 2008-01-25 | Method for manufacturing acceleration sensing unit |
US13/095,083 US8307521B2 (en) | 2007-03-19 | 2011-04-27 | Method for manufacturing acceleration sensing unit |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007070215 | 2007-03-19 | ||
JP2007312059A JP2008261839A (en) | 2007-03-19 | 2007-12-03 | Manufacturing method of acceleration sensing unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008261839A true JP2008261839A (en) | 2008-10-30 |
Family
ID=39984410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007312059A Pending JP2008261839A (en) | 2007-03-19 | 2007-12-03 | Manufacturing method of acceleration sensing unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008261839A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010261889A (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Seiko Epson Corp | Inertial sensor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0688728A (en) * | 1992-09-08 | 1994-03-29 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Vibration type accelerometer |
JPH0854411A (en) * | 1994-06-29 | 1996-02-27 | New Sd Inc | Accelerometer and preparation thereof |
JPH08139339A (en) * | 1994-11-11 | 1996-05-31 | Murata Mfg Co Ltd | Semiconductor element and manufacturing method thereof |
US7024934B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-04-11 | Honeywell International, Inc. | Vibrating beam accelerometer |
JP2006105948A (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Kyowa Electron Instr Co Ltd | Strain-causing body, physical quantity/electrical quantity converter, and manufacturing method of the strain-causing body |
-
2007
- 2007-12-03 JP JP2007312059A patent/JP2008261839A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0688728A (en) * | 1992-09-08 | 1994-03-29 | Japan Aviation Electron Ind Ltd | Vibration type accelerometer |
JPH0854411A (en) * | 1994-06-29 | 1996-02-27 | New Sd Inc | Accelerometer and preparation thereof |
JPH08139339A (en) * | 1994-11-11 | 1996-05-31 | Murata Mfg Co Ltd | Semiconductor element and manufacturing method thereof |
US7024934B2 (en) * | 2003-10-31 | 2006-04-11 | Honeywell International, Inc. | Vibrating beam accelerometer |
JP2006105948A (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Kyowa Electron Instr Co Ltd | Strain-causing body, physical quantity/electrical quantity converter, and manufacturing method of the strain-causing body |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010261889A (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-18 | Seiko Epson Corp | Inertial sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8307521B2 (en) | Method for manufacturing acceleration sensing unit | |
US8297124B2 (en) | Pressure sensor | |
JP5305028B2 (en) | pressure sensor | |
JP5375624B2 (en) | Acceleration sensor and acceleration detection device | |
US20120096945A1 (en) | Pressure sensor | |
JP2010197298A (en) | Pressure sensor element and pressure sensor | |
US20140373633A1 (en) | Physical quantity detector | |
US7856886B2 (en) | Pressure sensor having a diaphragm having a pressure-receiving portion receiving a pressure and a thick portion adjacent to the pressure-receiving portion | |
JP2010197374A (en) | Pressure detection unit and pressure sensor | |
JP2010243276A (en) | Relative pressure sensor, relative pressure measuring device, and relative pressure measuring method | |
JP2008261839A (en) | Manufacturing method of acceleration sensing unit | |
JP2011169671A (en) | Inertia sensor and inertia sensor device | |
JP2008309731A (en) | Acceleration detection unit and acceleration sensor | |
JP5088672B2 (en) | Pressure sensor and manufacturing method thereof | |
JP2008261750A (en) | Pressure sensor, and diaphragm for pressure sensor | |
JP2014126423A (en) | Pressure sensor and vacuum apparatus | |
JP5208466B2 (en) | Tuning fork type vibration gyro | |
JP2009156831A (en) | Acceleration detecting unit and acceleration detecting apparatus | |
JP5321812B2 (en) | Physical quantity sensor and physical quantity measuring device | |
JP2008224345A (en) | Acceleration detection unit, and acceleration sensor | |
JP2009271029A (en) | Acceleration detection unit and its manufacturing method | |
JP4848973B2 (en) | Acceleration detection unit and acceleration sensor | |
JP2013246121A (en) | Pressure sensor element and method for manufacturing the same, pressure sensor, and electronic apparatus | |
JP2010223665A (en) | Force sensor device | |
JP2009075037A (en) | Force detection unit and pressure detection unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20101110 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110729 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20110729 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20110819 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111220 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20120217 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20120217 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20120718 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |