JP2010107394A - 加速度センサ素子および加速度センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加速度センサ素子自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる加速度センサ素子および該加速度センサ素子を提供する。
【解決手段】 加速度センサ素子１０は、錘部１１と、一方端が錘部１１に連結される梁部１３と、梁部の他方端と連結する固定部１２と、梁部１３に設けられる抵抗素子１４とを備えている。加速度センサ素子１０においては、錘部１１は、固定部１２の第１切り欠き部１２ｂの内壁面の上辺を含んで固定部１２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された部分であり、固定部１２において平面視したときの幅が小さい領域部分である第２切り欠き部１２ａまで延出した部分である延出部１１ｄを有するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加速度を検出する加速度センサ素子および該加速度センサ素子を備えた加速度センサ装置に関する。

携帯型音楽プレイヤーやノート型パソコンなどのハードディスクドライブ搭載機器の落下保護、自動車のナビゲーションシステムにおける加速度検知などに、加速度センサ装置が使用されている。加速度センサ装置は、シリコン基板を加工して作製された加速度センサ素子と、加速度センサ素子が実装される実装基板とを備えた構成を有している。

図１０は、従来の加速度センサ素子の構成を示す図である。たとえば、特許文献１に開示される従来の加速度センサ素子１００は、錘部１０１と、錘部１０１を囲繞する枠状の固定部１０２と、錘部１０１と固定部１０２とに連結される梁部１０３と、梁部１０３に形成される抵抗素子１０４と、固定部１０２に形成される素子側電極パッド１０５とを有している。

このような加速度センサ素子１００を有する加速度センサ装置に加速度に比例した外力が加わると錘部１０１が動き、それに伴って梁部１０３が変形し、抵抗素子１０４も変形する。この抵抗素子１０４の変形による抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、加速度が検出されることとなる。そして、加速度センサ素子１００においては、素子側電極パッド１０５を介して抵抗素子１０４同士の接続や抵抗素子１０４からの電気信号の外部への取り出しが行われる。

ところで加速度センサ素子１００が有する錘部１０１は、平面形状が略正方形をなす中央錘部１０１ａと、中央錘部１０１ａの四隅に連結された４個の付属錘部１０１ｂとが一体形成された４つ葉のクローバーのような形状を有している。そして、枠状の固定部１０２は、中央錘部１０１ａおよび付属錘部１０１ｂを囲繞するように形成されている。

特開２００３−１７２７４５号公報

加速度に対する梁部１０３の変形を大きくし、加速度の検出感度を向上させるためには、錘部１０１を大きくする必要があるが、単純に錘部１０１を大きくすると、錘部１０１を囲繞するように形成される固定部１０２も外方側に大きくなり、加速度センサ素子１００自体が大型化することになる。

したがって本発明の目的は、加速度センサ素子自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる加速度センサ素子および該加速度センサ素子を備えた加速度センサ装置を提供することである。

本発明は、錘部と、一方端が前記錘部に連結される梁部と、前記梁部の他方端と連結する固定部と、前記梁部に設けられる抵抗素子と、を備えた加速度センサ素子であって、
前記錘部は、前記固定部の内壁面のうち前記梁部と連結する内壁面の上辺を含み、かつ前記固定部の上面に直交する仮想平面の外側まで延出された延出部を有する加速度センサ素子である。

また本発明は、錘部と、前記錘部を囲繞する枠状の固定部と、一方端が前記錘部に連結され、かつ他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられる抵抗素子と、を備えた加速度センサ素子であって、
前記固定部は、平面視したときに幅が異なる２つの領域部分である第１領域部および第２領域部を有し、
前記錘部は、前記第１領域部よりも平面視したときの幅が小さい前記第２領域部まで延出した延出部を有する加速度センサ素子である。

また本発明は、錘部と、前記錘部を囲繞する枠状の固定部と、一方端が前記錘部に連結され、かつ他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられる抵抗素子と、を備えた加速度センサ素子であって、
前記固定部は、内周面側に切り欠かれた第１切り欠き部と、第１切り欠き部から外方に切り欠かれた第２切り欠き部とを有し、
前記錘部は、前記第２切り欠き部により形成される拡張領域まで延出した延出部を有する加速度センサ素子である。

また本発明は、前記錘部は、平面視したときの幅が一定となるように形成され、上面が前記仮想平面の外側まで延出された延出部を有する前記加速度センサ素子である。

また本発明は、前記錘部は、上面よりも下面が大きくなるように形成され、下面が前記仮想平面の外側まで延出された延出部を有する前記加速度センサ素子である。

また本発明は、前記錘部は、平面視したときの幅が一定となるように形成され、
前記固定部は、上面側に対応する部分に前記第１領域部および前記第２領域部が形成されている。

また本発明は、前記錘部は、上面よりも下面が大きくなるように形成され、
前記固定部は、上面側に対応する部分に前記第１領域部が形成され、下面側に対応する部分に前記第２領域部が形成されている。

また本発明は、前記錘部は、平面視したときの幅が一定となるように形成され、
前記固定部は、上面側に対応する部分に第２切り欠き部が形成されている。

また本発明は、前記錘部は、上面よりも下面が大きくなるように形成され、
前記固定部は、下面側に対応する部分に第２切り欠き部が形成されている。

また本発明は、前記錘部および前記固定部は平面視したときの形状が矩形状であり、前記梁部が前記錘部の四辺の中央部に連結され、
前記延出部が前記固定部の四隅に対応する位置に設けられている。

また本発明は、前記加速度センサ素子と、
前記加速度センサ素子が実装される実装基板と、を備えた加速度センサ装置である。

また本発明は、前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理する半導体素子をさらに含む。

本発明の加速度センサ素子においては、前記仮想平面の外側まで延出された延出部を有するように錘部が構成されているので、固定部の大きさを大きくすることなく、錘部を大きくすることができる。そのため、延出部が設けられていることに対応して加速度に対する梁部の変形を大きくすることができ、加速度センサ素子自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる。

また本発明の加速度センサ素子においては、第１領域部よりも平面視したときの幅が小さい第２領域部まで延出した延出部を有するように錘部が構成されているので、固定部の大きさを大きくすることなく、錘部を大きくすることができる。そのため、延出部が設けられていることに対応して加速度に対する梁部の変形を大きくすることができ、加速度センサ素子自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる。

また本発明の加速度センサ素子においては、固定部の内周面側に切り欠かれた第１切り欠き部から外方に切り欠かれた第２切り欠き部により形成される拡張領域まで延出した延出部を有するように錘部が構成されているので、固定部の大きさを大きくすることなく、錘部を大きくすることができる。そのため、延出部が設けられていることに対応して加速度に対する梁部の変形を大きくすることができ、加速度センサ素子自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる。

また本発明の加速度センサ装置は、前記加速度センサ素子と、加速度センサ素子が実装される実装基板とを備える。加速度センサ装置が上述した加速度センサ素子を備えているので、優れた加速度の検出感度を有し、かつ小型化に対応した加速度センサ装置が実現される。

図１は、本発明の第１実施形態である加速度センサ素子１０の構成を示す図である。また、図２は、図１に示す加速度センサ素子１０の切断面線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。加速度センサ素子１０は、錘部１１と、錘部１１を囲繞する枠状の固定部１２と、一方端が錘部１１に連結され、かつ他方端が固定部１２に連結される梁部１３と、梁部１３に設けられる抵抗素子１４と、固定部１２に設けられる素子側電極パッド１５とを含む。またその平面形状は、たとえば略正方形となるように形成される。加速度センサ素子１０においては、加速度センサ素子１０に加速度が加わると、加速度に応じた力が錘部１１に作用し、錘部１１が動くことで梁部１３が撓むようになっている。

錘部１１は、加速度センサ素子１０における中央部に配置される中央錘部１１ａと、中央錘部１１ａに連結される４個の第１付属錘部１１ｂと、各第１付属錘部１１ｂから外方に延びて形成される４個の第２付属錘部１１ｃとを含む。第１付属錘部１１ｂおよび第２付属錘部１１ｃは、中央錘部１１ａと一体形成されるものである。

中央錘部１１ａの平面形状は、任意の形状とすることができるが、本実施の形態では略正方形であり、その一辺の長さがたとえば０．２５〜０．５ｍｍに設定される。また、中央錘部１１ａの厚みは、たとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。４個の第１付属錘部１１ｂは、それぞれ中央錘部１１ａの四隅に連結されている。各第１付属錘部１１ｂの平面形状は、任意の形状とすることができるが、本実施の形態では略正方形であり、その一辺の長さがたとえば０．１〜０．４ｍｍに設定される。また、第１付属錘部１１ｂの厚みは、中央錘部１１ａと同じ厚みを有するようにたとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。第２付属錘部１１ｃは、第１付属錘部１１ｂの中心を基点として中央錘部１１ａと連結される角部と点対称に位置する角部から外方に延びて形成される。４個の第２付属錘部１１ｃのそれぞれの平面形状は、任意の形状とすることができるが、本実施の形態では略正方形であり、その一辺の長さがたとえば０．０５〜０．２５ｍｍに設定される。また、各第２付属錘部１１ｃの厚みは、中央錘部１１ａと同じ厚みを有するようにたとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。

ここで、本実施の形態では、錘部１１は、図２（ａ）に示すように、平面視したときの幅が上面から下面にわたって一定となるように形成されている。換言すれば、錘部１１の側面は錘部１１の上面と直交するように上下方向に伸びている。また、錘部１１は、中央錘部１１ａの中心を基点とした場合、４個の第１付属錘部１１ｂは対称な位置関係にあり、４個の第２付属錘部１１ｃも対称な位置関係にある。そのため、錘部１１の重心は、中央錘部１１ａの中心と一致する。また、中央錘部１１ａ、第１付属錘部１１ｂおよび第２付属錘部１１ｃは、たとえばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工することにより一体的に形成されている。

また、錘部１１が有する４個の第２付属錘部１１ｃは、詳細は後述するが、固定部１２の内壁面のうち梁部１３と連結する内壁面の上辺を含み、かつ固定部１２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された領域である延出部１１ｄを含む。

固定部１２は、平面形状が略正方形を成し、中央部に錘部１１より若干大きい開口部を有して枠状に形成され、錘部１１を所定の間隔を有して囲繞するように配置されている。加速度センサ素子１０を実装基板に実装して加速度センサ装置を製造するときには、固定部１２の下面が接着剤によって実装基板の主面に接合されることにより加速度センサ素子１０が実装基板に固定されることになる。固定部１２は、外周の一辺がたとえば０．７〜３．０ｍｍに設定され、厚みが錘部１１と同じ厚みを有するようにたとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。

そして、固定部１２は、錘部１１を所定の間隔を有して囲繞するように配置されているので、錘部１１が有する４個の第１付属錘部１１ｂのそれぞれに対応して内周面側に切り欠かれた第１切り欠き部１２ｂと、錘部１１が有する４個の第２付属錘部１１ｃのそれぞれに対応して第１切り欠き部１２ｂから外方に切り欠かれた第２切り欠き部１２ａとを有する。この第１切り欠き部１２ｂと第２切り欠き部１２ａとは、平面視したときに固定部１２において幅が異なる２つの領域部分となり、第２切り欠き部１２ａが、第１切り欠き部１２ｂよりも平面視したときの幅が小さい領域部分となる。平面視したときの第１切り欠き部１２ｂの幅は、たとえば０．３〜１．８ｍｍに設定されており、第２切り欠き部１２ａの幅は、たとえば０．１〜０．５ｍｍに設定されている。

ここで、錘部１１において、固定部１２の内壁面のうち梁部１３と連結する内壁面の上辺を含んで固定部１２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された領域である、前述の延出部１１ｄは、固定部１２の第２切り欠き部１２ａまで延出していることになる。

梁部１３は、一方端が中央錘部１１ａの各側面の上面側中央部に連結され、他方端が固定部１２において平面視したときの幅が大きい側の領域部分となる第１切り欠き部１２ｂの内壁面の上面側中央部に連結されており、本実施の形態における加速度センサ素子１０では、４本の梁部１３が設けられている。

つまり、錘部１１が有する第２付属錘部１１ｃの一部である前述した延出部１１ｄは、固定部１２の第１切り欠き部１２ｂの内壁面の上辺を含み、かつ固定部１２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出されていることになる。

梁部１３は可撓性を有し、加速度センサ素子１０に加速度が加わると錘部１１が動き、錘部１１の動きに伴って梁部１３が撓むようになっている。梁部１３は、たとえば長手方向の長さが０．３〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０４〜０．２ｍｍに設定され、厚みが５〜２０μｍに設定されている。このように梁部１３を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。

このような梁部１３の上面には複数の抵抗素子１４が形成されている。抵抗素子１４は、より具体的には、ＳＯＩ基板にボロンを打ち込むことにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、３軸方向（３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度を検出できるように梁部１３の所定の位置にこれらの抵抗素子１４が形成されている。たとえば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１３には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１４が設けられており、それぞれの梁部１３に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子１４のうち、固定部１２側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、錘部１１側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、これらを並列に接続することでブリッジ回路を構成している。

またＹ軸方向に伸びる２つの梁部１３には、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１４が設けられており、これらの抵抗素子１４を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１４と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。また、図示していないがＺ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１４が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１３に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１４それぞれと並ぶようにして形成されている。このＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１４は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１４とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸びる２本の梁部１３のうち一方の梁部１３に設けられた固定部１２側の抵抗素子１４と、他方の梁部１３に設けられた錘部１１側の抵抗素子１４とを直列接続してブリッジ回路を構成している。

このようなブリッジ回路が組まれた加速度センサ素子１０に加速度が加わると、上述したように梁部１３が撓み、この撓みに伴って抵抗素子１４が変形するため、ブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、これを外部の半導体素子であるＩＣ（Integrated Circuit）などで演算処理することによって印加された加速度の方向並びに大きさを検知することができる。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１４は、Ｘ軸方向に伸びる梁部１３に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部１３に設けるようにしてもよい。

固定部１２が有する第１切り欠き部１２ｂの上面には、抵抗素子１４と電気的に接続される素子側電極パッド１５が設けられており、この素子側電極パッド１５を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子１４からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。

以上のように、加速度センサ素子１０においては、錘部１１は、固定部１２の第１切り欠き部１２ｂの内壁面の上辺を含み、かつ固定部１２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された部分であり、固定部１２において平面視したときの幅が小さい領域部分である第２切り欠き部１２ａまで延出した部分である延出部１１ｄを有するように構成されているので、固定部１２の大きさを大きくすることなく、錘部１１を大きくすることができる。そのため、延出部１１ｄが設けられていることに対応して加速度に対する梁部１３の変形を大きくすることができ、加速度センサ素子１０自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる。また素子側電極パッド１５を形成するための領域も十分に確保することができる。

また、本実施の形態では、加速度センサ素子１０の錘部１１は、前述したように、平面視したときの幅が上面から下面にわたって一定となるように形成されているが、図２（ｂ）に示すように、上面より下面が大きくなるように錘部１１を構成してもよい。この場合、錘部１１は、下面側が前記仮想平面Ｓの外側まで延された延出部１１ｄを有するように構成されることになり、固定部１２において平面視したときの幅が小さい領域部分となる第２切り欠き部１２ａは、下面側に対応する部分に形成されることになる。

このように、下面側が前記仮想平面Ｓの外側まで延出された延出部１１ｄを有するように錘部１１が構成されることによって、錘部１１の重心が下方にずれることになり、延出部１１ｄが設けられていることに対応して加速度に対する梁部１３の変形をさらに大きくすることができ、加速度の検出感度をさらに向上させることができる。

次に、加速度センサ素子１０の製造方法について説明する。加速度センサ素子１０は、たとえばＳＯＩ基板を用いて作製されるものであり、まずＳＯＩ基板表面のシリコン層にイオン注入法によりボロンを注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子１４を形成する。抵抗素子１４を形成した後、抵抗素子１４に連結する配線を金属スパッター、ドライエッチング装置を用いて作製する。次に、従来周知の半導体微細加工技術、たとえばフォトリソグラフィ法やディープドライエッチングによりＳＯＩ基板の表面側と裏面側から加工を施すことにより、梁部１３と錘部１１を形成する。このようにして加速度センサ素子１０が作製される。

図３は、本発明の第２実施形態である加速度センサ素子２０の構成を示す図である。加速度センサ素子２０は、錘部２１と、錘部２１を囲繞する枠状の固定部２２と、一方端が錘部２１に連結され、かつ他方端が固定部２２に連結される梁部２３と、梁部２３に設けられる抵抗素子２４と、固定部２２に設けられる素子側電極パッド２５とを含み、平面形状が略正方形となるように構成される。

固定部２２は、平面形状が略正方形を成し、中央部に錘部２１より若干大きい開口部を有して枠状に形成されて、加速度センサ素子２０における外周部分となり、錘部２１を所定の間隔を有して囲繞するように配置されている。加速度センサ素子２０を実装基板に実装して加速度センサ装置を製造するときには、固定部２２の下面が接着剤によって実装基板の主面に接合されることにより加速度センサ素子２０が実装基板に固定されることになる。固定部２２は、外周の一辺がたとえば０．７〜３．０ｍｍに設定され、厚みが錘部２１と同じ厚みを有するようにたとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。

そして、固定部２２は、内周面側に切り欠かれて加速度センサ素子２０における四隅部に対応する部分であり平面形状が略Ｌ字形状に形成される第１切り欠き部２２ｂと、第１切り欠き部２２ｂから外方に切り欠かれて加速度センサ素子２０における４つの外周面の中央部に対応する部分であり平面形状が略長方形に形成される第２切り欠き部２２ａとを有する。この第１切り欠き部２２ｂと第２切り欠き部２２ａとは、平面視したときに固定部２２において幅が異なる２つの領域部分となり、第２切り欠き部２２ａが、第１切り欠き部２２ｂよりも平面視したときの幅が小さい領域部分となる。

錘部２１は、加速度センサ素子２０における中央部に配置される中央錘部２１ａと、中央錘部２１ａに連結される４個の第１付属錘部２１ｂと、各第１付属錘部２１ｂから外方に延びて形成される４個の第２付属部２１ｃとを含む。第１付属錘部２１ｂおよび第２付属部２１ｃは、中央錘部２１ａと一体形成されるものである。

中央錘部２１ａの平面形状は、本実施の形態では略正方形であり、その一辺の長さがたとえば０．３４〜０．５９ｍｍに設定される。また、中央錘部２１ａの厚みは、たとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。４個の第１付属錘部２１ｂは、中央錘部２１ａの４つの側面にそれぞれ連結されている。各第１付属錘部２１ｂの平面形状は、本実施の形態では、中央錘部２１ａに連結される側が短辺であり、固定部２２の第１切り欠き部２２ｂの内壁面の一部と所定の間隔をあけて対向する側が長辺となる略台形であり、長辺の長さＬ１がたとえば０．５９〜０．８ｍｍに設定され、高さＬ２がたとえば０．０５〜０．２ｍｍに設定される。また、第１付属錘部２１ｂの厚みは、中央錘部２１ａと同じ厚みを有するようにたとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。

第２付属錘部２１ｃは、平面形状が略台形である第１付属錘部２１ｂの長辺に対応する部分から外方に延びて形成される。４個の第２付属錘部２１ｃのそれぞれの平面形状は、本実施の形態では、第１付属錘部２１ｂに連結される側が長辺となる略長方形であり、短辺の長さがたとえば０．０５〜０．５ｍｍに設定される。また、各第２付属錘部１１ｃの厚みは、中央錘部１１ａと同じ厚みを有するようにたとえば０．２〜０．６２５ｍｍに設定される。加速度センサ素子２０においては、第２付属錘部１１ｃが第１付属錘部２１ｂから外方に延びて、固定部２２の第２切り欠き部２２ａと所定の間隔をあけて対向することになる。

ここで、本実施の形態では、錘部２１は、平面視したときの幅が上面から下面にわたって一定となるように形成されている。また、錘部２１は、中央錘部２１ａの中心を基点とした場合、４個の第１付属錘部２１ｂは対称な位置関係にあり、４個の第２付属錘部２１ｃも対称な位置関係にある。そのため、錘部２１の重心は、中央錘部２１ａの中心と一致する。また、中央錘部２１ａ、第１付属錘部２１ｂおよび第２付属錘部２１ｃは、たとえばＳＯＩ基板を加工することにより一体的に形成されている。

また、錘部２１が有する４個の第２付属錘部２１ｃは、固定部２２の内壁面のうち梁部２３と連結する第１切り欠き部２２ｂの内壁面の上辺を含み、かつ固定部２２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された領域である延出部２１ｄを含む。

梁部２３は、一方端が中央錘部２１ａの四隅に対応する部分に連結され、他方端が固定部２２において平面視したときの幅が大きい側の領域部分であり略Ｌ字形状に形成される第１切り欠き部２２ｂのＬ字型屈曲角部に連結されており、本実施の形態における加速度センサ素子２０では、４本の梁部２３が設けられている。

つまり、錘部２１が有する第２付属錘部２１ｃの一部である前述した延出部２１ｄは、第１切り欠き部２２ｂのＬ字型に屈曲した内壁面の上辺を含み、かつ固定部２２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出されていることになる。

梁部２３は、前述した加速度センサ素子１０が有する梁部１３と同様に可撓性を有し、加速度センサ素子２０に加速度が加わると錘部２１が動き、錘部２１の動きに伴って梁部２３が撓むようになっている。梁部２３は、たとえば長手方向の長さが０．３〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０４〜０．２ｍｍに設定され、厚みが５〜２０μｍに設定されている。このように梁部２３を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。

このような梁部２３の上面には複数の抵抗素子２４が形成されている。抵抗素子２４は、より具体的には、ＳＯＩ基板にボロンを打ち込むことにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、３軸方向（３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度を検出できるように梁部２３の所定の位置にこれらの抵抗素子２４が形成されている。たとえば、ＸＹ座標の（１，１）方向に平行に伸びる２つの梁部２３には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子２４が設けられており、それぞれの梁部２３に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子２４のうち、固定部２２側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、錘部２１側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、これらを並列に接続することでブリッジ回路を構成している。

またＸＹ座標の（−１，１）方向に平行に伸びる２つの梁部２３には、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子２４が設けられており、これらの抵抗素子２４を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子２４と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。また、図示していないがＺ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子２４が、ＸＹ座標の（１，１）方向に平行に伸びる２つの梁部２３に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子２４それぞれと並ぶようにして形成されている。このＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子２４は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子２４とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸びる２本の梁部２３のうち一方の梁部２３に設けられた固定部２２側の抵抗素子２４と、他方の梁部２３に設けられた錘部２１側の抵抗素子２４とを直列接続してブリッジ回路を構成している。

このようなブリッジ回路が組まれた加速度センサ素子２０に加速度が加わると、上述したように梁部２３が撓み、この撓みに伴って抵抗素子２４が変形するため、ブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。

固定部２２が有する第１切り欠き部２２ｂの上面には、抵抗素子２４と電気的に接続される素子側電極パッド２５が設けられており、この素子側電極パッド２５を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子２４からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。

以上のように、加速度センサ素子２０においては、錘部２１は、固定部２２の第１切り欠き部２２ｂの内壁面の上辺を含んで固定部２２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された部分であり、固定部２２において平面視したときの幅が小さい領域部分である第２切り欠き部２２ａまで延出した部分である延出部２１ｄを有するように構成されているので、固定部２２の大きさを大きくすることなく、錘部２１を大きくすることができる。そのため、延出部２１ｄが設けられていることに対応して加速度に対する梁部２３の変形を大きくすることができ、加速度センサ素子２０自体が大型化することなく、加速度の検出感度を向上させることができる。

なお、加速度センサ素子２０においても、前述した加速度センサ素子１０の場合と同様に、下面側が前記仮想平面Ｓの外側まで延出された延出部２１ｄを有するように錘部２１が構成されることによって、錘部２１の重心が下方にずれることになり、延出部２１ｄが設けられていることに対応して加速度に対する梁部２３の変形をさらに大きくすることができ、加速度の検出感度をさらに向上させることができる。また、加速度センサ素子２０は、加速度センサ素子１０と同様にして作製することができる。

図４は、本発明の第３実施形態である加速度センサ素子３０の構成を示す図である。加速度センサ素子３０は、前述した加速度センサ素子１０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の錘部３１は、図１に示した加速度センサ素子１０が有する錘部１１と同様に、平面形状が略正方形の中央錘部１１ａの四隅に４個の第１付属錘部１１ｂが連結されている。そして、各第１付属錘部１１ｂから外方に延びて形成される４個の第２付属錘部３１ｃは、加速度センサ３０における外周端部まで到達して形成されている。加速度センサ素子３０においては、固定部３２は、枠状には形成されておらず、加速度センサ素子１０が備える固定部１２が有する第２切り欠き部１２ａに対応する領域部分を有さない。そして、固定部３２は、加速度センサ素子１０が備える第１切り欠き部１２ｂにのみ対応した領域部分である、独立した４つの部材で構成されている。

第２付属錘部３１ｃが、加速度センサ３０における外周端部まで到達して形成されているので、第１切り欠き部１２ｂに対応する固定部３２の内壁面の上辺を含み、かつ固定部３２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された部分である延出部３１ｄは、上述した加速度センサ素子１０における延出部１１ｄよりも大きいものとなる。したがって、加速度に対する梁部１３の変形をさらに大きくすることができ、加速度の検出感度をさらに向上させることができる。

なお、加速度センサ素子３０においても、前述した加速度センサ素子１０の場合と同様に、下面側が前記仮想平面Ｓの外側まで延出された延出部３１ｄを有するように錘部３１が構成されることによって、錘部３１の重心が下方にずれることになり、延出部３１ｄが設けられていることに対応して加速度に対する梁部１３の変形をさらに大きくすることができ、加速度の検出感度をさらに向上させることができる。また、加速度センサ素子３０は、加速度センサ素子１０と同様にして作製することができる。

図５は、本発明の第４実施形態である加速度センサ素子４０の構成を示す図である。加速度センサ素子４０は、前述した加速度センサ素子２０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態の錘部４１は、図３に示した加速度センサ素子２０が有する錘部２１と同様に、平面形状が略正方形の中央錘部２１ａの４つの側面のそれぞれに第１付属錘部２１ｂが連結されている。そして、各第１付属錘部２１ｂから外方に延びて形成される４個の第２付属錘部４１ｃが、加速度センサ４０における外周端部まで到達して形成されている。加速度センサ素子４０においては、固定部４２は、枠状には形成されておらず、加速度センサ素子２０が備える固定部２２が有する第２切り欠き部２２ａに対応する部分を有さない。そして、固定部４２は、加速度センサ素子２０が備える第１切り欠き部２２ｂにのみ対応した部分である、独立した４つの部材で構成されている。

第２付属錘部４１ｃが、加速度センサ４０における外周端部まで到達して形成されているので、第１切り欠き部２２ｂに対応する固定部４２のＬ字型に屈曲した内壁面の上辺を含み、かつ固定部４２の上面に直交する仮想平面Ｓの外側まで延出された部分である延出部４１ｄは、加速度センサ素子２０における延出部２１ｄよりも大きいものとなる。したがって、加速度に対する梁部２３の変形をさらに大きくすることができ、加速度の検出感度をさらに向上させることができる。

なお、加速度センサ素子４０においても、前述した加速度センサ素子１０の場合と同様に、下面側が前記仮想平面Ｓの外側まで延出された延出部４１ｄを有するように錘部４１が構成されることによって、錘部４１の重心が下方にずれることになり、延出部４１ｄが設けられていることに対応して加速度に対する梁部２３の変形をさらに大きくすることができ、加速度の検出感度をさらに向上させることができる。また、加速度センサ素子４０は、加速度センサ素子１０と同様にして作製することができる。

図６は、本発明の実施の一形態である加速度センサ装置５０の斜視図である。また、図７は、加速度センサ装置５０の蓋体６０を外した状態における平面図である。また、図８は、図７に示す加速度センサ装置５０の断面図であり、図８（ａ）が図７に示す加速度センサ素子１０の切断面線Ｂ−Ｂで切断したときの断面図を示し、図８（ｂ）が切断面線Ｃ−Ｃで切断したときの断面図を示す。加速度センサ装置５０は、加速度センサ素子と、加速度センサ素子が実装される実装基板とを備える。加速度センサ装置５０が備える加速度センサ素子としては、前述した加速度センサ素子１０，２０，３０，４０のいずれのセンサ素子も好適に用いることができるが、以下の説明では、加速度センサ素子１０を用いた場合を例にしている。

加速度センサ素子１０は、実装基板５１に実装されている。実装基板５１は、加速度センサ素子１０を保護する機能を有し、内部には加速度センサ素子１０を収容するキャビティ５５が設けられている。実装基板５１は、セラミック材料などからなる絶縁層を複数積層することにより形成され、本実施形態では３層の絶縁層５１ａ，５１ｂ，５１ｃにより構成されている。絶縁層５１ａは平板状の部材からなり、その主面５１ｄに加速度センサ素子１０が載置される。絶縁層５１ｂは加速度センサ素子１０より若干大きい開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層５１ａと接合されている。絶縁層５１ｃは、絶縁層５１ｂの開口部より広い開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層５１ｂの主面の一部が露出するようにして絶縁層５１ｂと接合されている。絶縁層５１ｃの開口部から露出する絶縁層５１ｂの主面には、複数の基板側電極パッド５４が形成されている。基板側電極パッド５４は、金、銅、アルミニウムなどから成る金属細線５６によって加速度センサ素子１０の素子側電極パッド１５と電気的に接続されている。

また、実装基板５１の下面には複数の外部端子５２が設けられており、外部端子５２は、実装基板５１の内部に設けたビアホール導体５３を介して基板側電極パッド５４と接続されている。すなわち、加速度センサ素子１０の電気信号は、素子側電極パッド１５、金属細線５６、基板側電極パッド５４、ビアホール導体５３、外部端子５２などを介して外部へ取り出されることとなる。

実装基板５１の主面５１ｄに載置される加速度センサ素子１０は、接着剤６１により実装基板５１に接合されている。接着剤６１は、たとえば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。中でも接着時の残留応力を緩和する観点からシリコーン樹脂を用いることが好ましい。また、接着剤６１には、錘部１１の下面と実装基板５１の主面５１ｄとの間に所定の大きさのギャップが形成されるように、所定の径を有する球状のスペーサ部材が混合されている。すなわち、錘部１１の下面と実装基板５１の主面５１ｄとの間のギャップの大きさを、スペーサ部材によって制御することができる。スペーサ部材は、たとえばシリカ、シリコン、ジビニルベンゼンなどから成る所定の硬さを有する球状の部材であり、その直径はたとえば２〜２０μｍである。

なお、錘部１１の上面側にストッパー部材を設けるようにしてもよい。ストッパー部材は、錘部１１の上側への変位を所定の位置で止めるためのものである。ストッパー部材はたとえばガラス板などからなり、錘部１１の上面と所定の間隔を有するようにして配置される。ストッパー部材は、接着剤を用いて固定部１２の上面に固定される。ストッパーを固定するための接着剤としては、上述した接着剤６１と同じく、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。またストッパー部材と錘部１１の上面との間隔も、上述した接着剤６１と同様にして接着剤に所定の直径を有するスペーサ部材を含有させることで制御することができる。

梁部１２が中央錘部１１ａの各側面の上面側中央部に連結されている加速度センサ素子１０と実装基板５１との接合は、加速度センサ素子１０の四隅部分である固定部１２の四隅部分において行うことが好ましい。これにより加速度センサ素子１０の実装基板５１への接合箇所と梁部１３との間の距離が離れるため、接着剤６１による接合に起因して発生し得る残留応力が梁部１３に与える影響を小さくすることができ、加速度センサ装置５０の電気的な特性が劣化するのを抑えることができる。

このようにして加速度センサ素子１０が接合された実装基板５１のキャビティ５５の開口部を塞ぐようにして蓋体６０が実装基板５１の上面（絶縁層５１ｃの上面）に固着されており、加速度センサ素子１０がキャビティ５５内に気密封止されている。蓋体６０は、たとえば４２アロイやステンレスなどの金属板からなり、Ａｕ−Ｓｎやエポキシ樹脂などの接合材５９により実装基板５１に接合されている。

以上のような加速度センサ装置５０は、加速度の検出感度が向上され、小型化が可能な本発明の加速度センサ素子１０を備えているので、優れた加速度の検出感度を有し、かつ小型化に対応した加速度センサ装置が実現される。

図９は、加速度センサ装置７０の断面図である。加速度センサ装置７０は、上述した加速度センサ装置５０の変形例である。なお、図９の断面図は図７における切断面線Ｂ−Ｂで切断したときの断面に相当するものである。この変形例にかかる加速度センサ装置７０は、加速度センサ素子１０の出力信号を演算処理する半導体素子７１をさらに含んでいる。図９に示す加速度センサ装置７０では、実装基板５１の下面側に設けたキャビティに半導体素子７１が収容されている。半導体素子７１は、実装基板５１に設けたビアホール導体５３や金属細線５６などを介して加速度センサ素子１０及び外部端子５２と電気的に接続されている。半導体素子７１は、たとえば、加速度センサ素子１０の出力信号を増幅する増幅回路、加速度センサ素子１０の温度特性を補償する温度補償回路、ノイズを除去するノイズ除去回路などが集積化されたものである。このような半導体素子７１を備えることによって加速度を高精度に検知することができる。

本発明の第１実施形態である加速度センサ素子１０の構成を示す図である。 図１に示す加速度センサ素子１０の切断面線Ａ−Ａで切断したときの断面図である。 本発明の第２実施形態である加速度センサ素子２０の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態である加速度センサ素子３０の構成を示す図である。 本発明の第４実施形態である加速度センサ素子４０の構成を示す図である。 本発明の実施の一形態である加速度センサ装置５０の斜視図である。 加速度センサ装置５０の蓋体６０を外した状態における平面図である。 図７に示す加速度センサ装置５０の断面図である。 加速度センサ装置７０の断面図である。 従来の加速度センサ素子の構成を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，１００ 加速度センサ素子
１１，２１，３１，４１，１０１ 錘部
１１ｄ，２１ｄ，３１ｄ，４１ｄ 延出部
１２，２２，３２，４２，１０２ 固定部
１３，２３，１０３ 梁部
１４，２４，１０４ 抵抗素子
１５，２５，１０５ 素子側電極パッド
５０，７０ 加速度センサ装置
５１ 実装基板
５２ 外部端子
５３ ビアホール導体
５４ 基板側電極パッド
７１ 半導体素子

Claims (12)

1. 錘部と、一方端が前記錘部に連結される梁部と、前記梁部の他方端と連結する固定部と、前記梁部に設けられる抵抗素子と、を備えた加速度センサ素子であって、
   前記錘部は、前記固定部の内壁面のうち前記梁部と連結する内壁面の上辺を含み、かつ前記固定部の上面に直交する仮想平面の外側まで延出された延出部を有する加速度センサ素子。
2. 錘部と、前記錘部を囲繞する枠状の固定部と、一方端が前記錘部に連結され、かつ他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられる抵抗素子と、を備えた加速度センサ素子であって、
   前記固定部は、平面視したときに幅が異なる２つの領域部分である第１領域部および第２領域部を有し、
   前記錘部は、前記第１領域部よりも平面視したときの幅が小さい前記第２領域部まで延出した延出部を有する加速度センサ素子。
3. 錘部と、前記錘部を囲繞する枠状の固定部と、一方端が前記錘部に連結され、かつ他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられる抵抗素子と、を備えた加速度センサ素子であって、
   前記固定部は、内周面側に切り欠かれた第１切り欠き部と、第１切り欠き部から外方に切り欠かれた第２切り欠き部とを有し、
   前記錘部は、前記第２切り欠き部により形成される拡張領域まで延出した延出部を有する加速度センサ素子。
4. 前記錘部は、平面視したときの幅が一定となるように形成され、上面が前記仮想平面の外側まで延出された延出部を有する請求項１に記載の加速度センサ素子。
5. 前記錘部は、上面よりも下面が大きくなるように形成され、下面が前記仮想平面の外側まで延出された延出部を有する請求項１に記載の加速度センサ素子。
6. 前記錘部は、平面視したときの幅が一定となるように形成され、
   前記固定部は、上面側に対応する部分に前記第１領域部および前記第２領域部が形成されている請求項２に記載の加速度センサ素子。
7. 前記錘部は、上面よりも下面が大きくなるように形成され、
   前記固定部は、上面側に対応する部分に前記第１領域部が形成され、下面側に対応する部分に前記第２領域部が形成されている請求項２に記載の加速度センサ素子。
8. 前記錘部は、平面視したときの幅が一定となるように形成され、
   前記固定部は、上面側に対応する部分に第２切り欠き部が形成されている請求項３に記載の加速度センサ素子。
9. 前記錘部は、上面よりも下面が大きくなるように形成され、
   前記固定部は、下面側に対応する部分に第２切り欠き部が形成されている請求項３に記載の加速度センサ素子。
10. 前記錘部および前記固定部は平面視したときの形状が矩形状であり、前記梁部が前記錘部の四辺の中央部に連結され、
    前記延出部が前記固定部の四隅に対応する位置に設けられている請求項１〜９のいずれか１つに記載の加速度センサ素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の加速度センサ素子と、
    前記加速度センサ素子が実装される実装基板と、を備えた加速度センサ装置。
12. 前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理する半導体素子をさらに含む請求項１１に記載の加速度センサ装置。