JP2011153837A - 電気機械変換デバイスおよびそれの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストパフォーマンスの向上を図りつつ、小型化を達成できる電気機械変換デバイスを提供する。
【解決手段】構造体基板２に圧電素子４および信号処理回路５を設ける。圧電素子４の第１・第２圧接電極４１、４２と、信号処理回路５の第３・第４圧接電極５１、５２と、を所定間隔Ｓを設けて分離した状態で対向配置する。保護基板６の接合側表面に、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２に跨るように第１・第２導体パターン７１、７２を設ける。そして、圧電素子４の分極処理後に構造体基板２と保護基板６とを接合し、それぞれの電極どうしを短絡し、圧電素子４と信号処理回路５とを電気的に接続する。これにより、信号処理回路５の保護回路を不要とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子の信号を信号処理回路を介して出力する電気機械変換デバイスおよびそれの製造方法に関する。

従来、圧電素子を搭載した電気機械変換デバイスとしては、たとえば、特許文献１に開示された加速度センサがある。この加速度センサは、シリコン基板にエッチングにより形成した可動部となるカンチレバーに圧電素子を接合してあり、加速度入力により撓み変形するカンチレバーの歪量を圧電素子の電圧変化で検出して、その出力を信号処理回路で処理して取り出すようになっている。

特開平６−１８０３２６号公報

しかしながら、圧電素子は、たとえば、カンチレバーを成すセラミックス焼結体に半導体などの単結晶材料を接合して形成される。このような圧電セラミックス素子の振動子は、共振点で容量性のインピーダンスを持っているため、電力を有効に供給するためには高電圧を印加して分極処理する必要がある。

このように圧電素子を分極処理する場合、予め圧電素子に信号処理回路が接続されていると、その信号処理回路の回路素子が破損されるため、圧電素子と信号処理回路とを接続した状態で分極処理するためには、信号処理回路に保護回路を設けることが余儀なくされる。このことは、保護回路を設けたことによりコストが嵩むとともに、デバイスが大型化してしまうことになる。

そこで、本発明は、コストパフォーマンスの向上を図りつつ、小型化を達成できる電気機械変換デバイスおよびそれの製造方法を提供するものである。

請求項１の発明にあっては、それぞれの対向面で接合可能な２つの基板を有し、一方の基板に、物理力で変位する可動部と、当該可動部に設けられる圧電素子と、基板表面に設けられる圧電素子側電極と、前記圧電素子と絶縁状態で実装される信号処理回路と、基板表面に設けられ前記圧電素子側電極と分離した信号処理回路側電極と、を備えるとともに、他方の基板に、前記圧電素子側電極と前記信号処理回路側電極とに対応した部位に跨って設けられ、前記２つの基板を前記圧電素子の分極処理後に接合した際に、前記圧電素子側電極と前記信号処理回路側電極とを短絡する導電体を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、それぞれの対向面で接合可能な２つの基板を有し、一方の基板に、物理力で変位する可動部と、当該可動部に設けられる圧電素子と、基板表面に設けられる圧電素子側電極と、を備えるとともに、他方の基板に、前記圧電素子の信号処理回路と、前記圧電素子側電極に対応した部位に設けられ、前記２つの基板を前記圧電素子の分極処理後に接合した際に、前記圧電素子側電極に短絡する信号処理回路側電極と、を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、基板に、物理力で変位する可動部を設けるとともに、当該可動部に圧電素子を設け、かつ、当該圧電素子と絶縁状態で信号処理回路を実装し、これら圧電素子と信号処理回路とを絶縁した状態で当該圧電素子を分極処理した後、前記圧電素子と前記信号処理回路とを導電体を介して短絡することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、２つの基板のうち、一方の基板に設けられた圧電素子側電極と信号処理回路側電極とが分離しており、それら両電極は、２つの基板を圧電素子の分極処理後に接合した際に、他方の基板に設けられた導電体を介して短絡される。したがって、高電圧を印加する分極処理を実行する際には信号処理回路が圧電素子に接続されていないため、それら両者間の絶縁状態を確保して分極処理時の高電圧が信号処理回路に印加されてしまうのを防止できる。これにより、信号処理回路を高電圧から保護するための保護回路が不要となり、コストパフォーマンスの向上を図りつつデバイスの小型化を達成できる。

請求項２の発明によれば、２つの基板のうち、一方の基板に圧電素子側電極が設けられ、かつ、他方の基板に信号処理回路側電極が設けられており、それら両電極は、２つの基板を圧電素子の分極処理後に接合した際に相互に短絡される。したがって、高電圧を印加する分極処理を実行する際には信号処理回路が圧電素子に接続されていないため、それら両者間の絶縁状態を確保して分極処理時の高電圧が信号処理回路に印加されてしまうのを防止できる。これにより、信号処理回路を高電圧から保護するための保護回路が不要となり、コストパフォーマンスの向上を図りつつデバイスの小型化を達成できる。

請求項３の発明によれば、電気機械変換デバイスを製造するにあたって、基板の可動部に設けた圧電素子と基板に実装した信号処理回路とを絶縁状態としてあり、圧電素子を分極処理した後にそれら圧電素子と信号処理回路とが導電体を介して短絡される。したがって、本製造方法で製造された電気機械変換デバイスは、高電圧を印加する分極処理を実行する際には、圧電素子と信号処理回路との間の絶縁状態を確保して分極処理時の高電圧が信号処理回路に印加されてしまうのを防止できる。これにより、信号処理回路を高電圧から保護するための保護回路が不要となり、コストパフォーマンスの向上およびデバイスの小型化を図りつつ生産能率を向上することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる電気機械変換デバイスを示し、（ａ）は他方の基板の対向面側から見た模式的な底面図、（ｂ）は一方の基板の対向面側から見た模式的な平面図である。 図２は、図１（ｂ）中のＡ−Ａ線に沿った模式的な要部拡大断面図である。 図３は、図１（ｂ）中のＢ−Ｂ線に沿った模式的な側断面図で、（ａ）は２つの基板を接合する前の状態、（ｂ）は２つの基板を接合した状態である。 は、図１に示す電気機械変換デバイスの製造工程をフローチャート形式で示す説明図である。 図５は、カンチレバーの撓み変形に伴う圧電素子の動作を模式的に示す要部拡大断面図である。 図６は、圧電素子の作動に伴う機能をフローチャート形式で示す説明図である。 図７は、本発明の第２の実施形態にかかる電気機械変換デバイスを示し、（ａ）は他方の基板の対向面側から見た模式的な底面図、（ｂ）は一方の基板の対向面側から見た模式的な平面図である。 図８は、図７（ｂ）中のＣ−Ｃ線に沿った模式的な側断面図で、（ａ）は２つの基板を接合する前の状態、（ｂ）は２つの基板を接合した状態である。 図９は、本発明の第３の実施形態にかかる電気機械変換デバイスを示し、（ａ）は他方の基板の対向面側から見た模式的な底面図、（ｂ）は一方の基板の対向面側から見た模式的な平面図である。 図１０は、図９（ｂ）中のＤ−Ｄ線に沿った模式的な要部拡大断面図である。 図１１は、図９（ｂ）中のＥ−Ｅ線に沿った模式的な側断面図で、（ａ）は２つの基板を接合する前の状態、（ｂ）は２つの基板を接合した状態である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１から図６は、本発明にかかる電気機械変換デバイスの第１の実施形態を示し、本実施形態では物理量センサとしての加速度センサ１に例をとって説明するものとする。

図１に示すように、本実施形態の加速度センサ１は、シリコンで形成される構造体基板２（図１（ｂ）参照）に、入力される加速度で変位する可動部としてのカンチレバー３が形成されている。カンチレバー３は、図３に示すように、構造体基板２にエッチング法などによって、カンチレバー３の周囲にコ字状の切除部３１を設けることにより片持ち梁状に形成される。カンチレバー３は、基部側に薄肉のビーム部３２が形成されるとともに、自由端部となる先端側に厚肉の錘部３３が形成され、加速度の入力時に錘部３３がビーム部３２の撓み変形を伴って変位するようになっている。

カンチレバー３のビーム部３２には、図２に示すように圧電素子４が設けられ、ビーム部３２の撓み変形に伴って圧電素子４で電圧が発生される。圧電素子４は、ＰＺＴなどの高誘電率材料が圧電材料として一般的に利用されるが、圧電材料はこれ以外にも、たとえば、ＡＩＮ、ＺｎＯおよびＦ−ＢＡＲなどの圧電特性を有する材料を用いて形成することができる。

圧電素子４の機能としては、図５（ａ）に示すように初期状態にあるカンチレバー３は、同図（ｂ）および（ｃ）に示すように加速度が入力されてビーム部３２に歪が生ずると、圧電素子４に圧縮応力（（ｂ）参照）や引張応力（（ｃ）参照）が発生して分極状態が変化される。このことは、図６に示すように、加速度（または衝撃や振動）などの物理量がカンチレバー３に印加されると（ステップＳ１）、圧電素子４の分極状態が変化し（ステップＳ２）、これにより圧電素子４に電界（電荷）が発生する（ステップＳ３）。発生した電荷は、電圧に変換されることになり（ステップＳ４）、ひいては、入力される加速度に応じた電圧が圧電素子４から出力されることになる。

圧電素子４で発生した電圧変化は、構造体基板２の非変形部に実装される信号処理回路５に出力されて、この信号処理回路５で処理された電気信号を取り出すことにより、入力された加速度が検知できるようになっている。信号処理回路５は、ＦＥＴなどを用いたインピーダンス変換回路や信号増幅回路として構成することができる。

そして、圧電素子４や信号処理回路５を設けた構造体基板２の表面は、シリコンやガラスなどで形成される保護基板６（図１（ａ）参照）で覆われる。つまり、本実施形態の加速度センサ１は、少なくとも構造体基板２と保護基板６の２つの基板を備えており、それら構造体基板２および保護基板６は、互いに対向する接合面２ａ、６ａで接合可能となっている。このとき、図１（ｂ）、（ａ）に示すように、構造体基板２および保護基板６の周縁部に接合用媒体パターン２ｂ、６ｂが設けられ、それら媒体パターン２ｂ、６ｂによって構造体基板２と保護基板６とが相互に接合される。なお、接合はＳｉ直接接合や陽極接合などの媒体を用いない接合であってもよいのであるが、本実施形態のように圧接部と同じ構造である媒体（Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎなど）を用いた方が位置決めし易くなる（Ａｕ−Ａｕ接合やＡｕ−Ｓｎ接合）。

圧電素子４には、信号処理回路５側に向かって一対の圧電素子側電極としての第１圧接電極４１および第２圧接電極４２が延び、それら圧接電極４１、４２がカンチレバー３の変形の影響を受けない部分に設けられる。一方、信号処理回路５には、圧電素子４側に向かって一対の信号処理回路側電極としての第３圧接電極５１および第２圧接電極５２が設けられる。各圧接電極４１、４２、５１、５２は、基板表面工程で構造体基板２の接合側表面に露出した状態で設けられており、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１は、所定間隔Ｓを設けて分離した状態で対向配置されているとともに、第２圧接電極４２と第４圧接電極５２は、同様に所定間隔Ｓを設けて分離した状態で対向配置されている。このとき、信号処理回路５には、上述した第３・第４圧接電極５１、５２を設けた側とは反対側に３本の第１・第２・第３信号取出し電極５３、５４、５５が基板表面工程によって設けられるようになっている。

ここで、本実施形態では、圧電素子４と信号処理回路５とを、その圧電素子４の分極処理後に設置される導電体としての第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を介して短絡するようになっている。すなわち、保護基板６の接合側表面には、構造体基板２に設けた第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２にそれぞれ対応した部位に、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２にそれぞれ跨るようにして、上述した第１導体パターン７１および第２導体パターン７２が設けられている。それら第１導体パターン７１および第２導体パターン７２は、構造体基板２の基板表面工程以外で形成されるものである。第１導体パターン７１および第２導体パターン７２は、保護基板６の表面に金属膜をパターン化して形成したものである。

構造体基板２と保護基板６とは、圧電素子４に高電圧を印加して行う分極処理の後に接合される。図３（ａ）は、保護基板６を構造体基板２に接合しようとする状態を示し、同図（ｂ）は、保護基板６が構造体基板２に接合された状態を示す。

そして、それら２つの基板２、６の接合によって、第１導体パターン７１が第１圧接電極４１と第３圧接電極５１とに圧接してそれら両電極４１、５１を短絡するとともに、第２導体パターン７２が第２圧接電極４２と第４圧接電極５２とに圧接してそれら両電極４２、５２を短絡するようになっている。従って、圧電素子４と信号処理回路５とは、圧電素子４の分極処理の後に電気的に接続されることになる。

このようにして構成される加速度センサ１の製造は、一方の構造体基板２にカンチレバー３を形成するとともに、そのカンチレバー３に圧電素子４を設け、かつ、その圧電素子４と離隔して信号処理回路５を実装する。次いで、圧電素子４の第１・第２圧接電極４１、４２と、信号処理回路５の第３・第４圧接電極５１、５２と、を分離した状態で基板表面工程によりパターン形成する。一方、上記基板表面工程以外の工程によって、他方の保護基板６に第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を設けておく。その後、圧電素子４を信号処理回路５と絶縁した状態でその圧電素子４に高電圧を印加して分極処理した後、保護基板６を構造体基板２に接合するようになっている。これにより、第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を介して第１圧接電極４１と第３圧接電極５１とが短絡されるとともに、第２圧接電極４２と第４圧接電極５２とが短絡され、圧電素子４と信号処理回路５とが接続される。

つまり、加速度センサ１の製造方法の本実施形態における主要部分は、図４に示すように、第１の工程Ｐ１で第１〜第４圧接電極４１、４２、５１、５２をパターン形成し、第２の工程Ｐ２で圧電素子４を分極処理し、第３の工程Ｐ３で２つの基板２、６を接合して圧電素子４と信号処理回路５とを短絡する。その後は、第４の工程Ｐ４でダイシングを行った後、第５の工程Ｐ５でパッケージングして製品出荷することになる。

以上説明した第１の実施形態の加速度センサ１によれば、少なくとも構造体基板２と保護基板６との２つの基板を設けてあり、それら２つの基板のうち、一方の構造体基板２に設けた圧電素子４側の第１圧接電極４１および第２圧接電極４２と、信号処理回路５側の第３圧接電極５１および第４圧接電極５２と、が分離しており、それら対向する第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２は、２つの基板を圧電素子４の分極処理後に接合した際に、他方の保護基板６に設けた第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を介して短絡される。したがって、高電圧を印加する分極処理を実行する際には信号処理回路５が圧電素子４に接続されていないため、それら両者間の絶縁状態を確保して分極処理時の高電圧が信号処理回路５に印加されてしまうのを確実に防止できる。これにより、信号処理回路５を分極処理時の高電圧から保護するための保護回路が不要となり、コストパフォーマンスの向上を図りつつ加速度センサ１の小型化を達成できる。さらに、このように構成された加速度センサ１は信号処理一体構造となるため、ノイズなどの影響を受けにくくなり、精度の高い加速度センサ１を提供することができる。

さらに、本実施形態の加速度センサ１の製造方法では、構造体基板２に、圧電素子４および信号処理回路５を、第１・第２圧接電極４１、４２と第３・第４圧接電極５１、５２とを分離した状態で設け、そして、圧電素子４を分極処理した後に、第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を設けた保護基板６を構造体基板２に接合するようになっている。これにより、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２が第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を介してそれぞれ短絡され、圧電素子４と信号処理回路５とが電気的に接続されることになる。

したがって、圧電素子４を分極処理した後に圧電素子４と信号処理回路５とを電気的に接続（短絡）するには、本来の製造過程で行われる保護基板６を構造体基板２に接合するのみでよい。このため、保護基板６に第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を設ける以外に余分な工程を不要として、分極処理時の高電圧が信号処理回路５に印加されるのを防止できる。これにより、コストパフォーマンスの向上および加速度センサ１の小型化を図りつつ加速度センサ１の生産能率を向上することができる。

ところで、本実施形態では、第１・第２圧接電極４１、４２と第３・第４圧接電極５１、５２とを分離した状態で設けて、圧電素子４の分極処理後に、第１導体パターン７１および第２導体パターン７２を介して第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２をそれぞれ短絡させてある。しかし、これに限ることなく第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２のいずれか一方の組を予め基板表面工程で接続しておき、分極処理後に他方の組を、第１導体パターン７１および第２導体パターン７２のいずれか一方で短絡させるようにしてもよい。この場合は、第１導体パターン７１および第２導体パターン７２のいずれか一方のみを保護基板６に設ければよく、部品点数の削減を図ることができる。

［第２実施形態］
図７および図８は、本発明にかかる電気機械変換デバイスの第２の実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、本実施形態にあっても加速度センサ１Ａに例をとって電気機械変換デバイスを説明するものとする。

図７に示すように、本実施形態の加速度センサ１Ａは、第１の実施形態と同様に少なくとも構造体基板２と保護基板６との２つの基板を有し、これら構造体基板２および保護基板６は、互いに対向する接合面２ａ、６ａで接合可能となっている。

ここで、本実施形態が第１の実施形態と主に異なる点は、圧電素子４を一方の構造体基板２のカンチレバー３に設ける（図２参照）ものの、信号処理回路５は他方の保護基板６に設けるようになっている。

構造体基板２の接合面２ａには、圧電素子４から構造体基板２のカンチレバー３の変形の影響を受けない部分に向かって一対の圧電素子側電極としての第１圧接電極４１および第２圧接電極４２が設けられている。一方、保護基板６の接合面６ａには、信号処理回路５から上記第１・第２圧接電極４１、４２に対応した部位に向かって、信号処理回路側電極としての一対の第３導体パターン５６および第４導体パターン５７が設けられている。これら第３・第４導体パターン５６、５７は、圧電素子４の分極処理した後に圧電素子４と信号処理回路５とを短絡する導電体としても機能する。それら第１・第２圧接電極４１、４２および第３・第４導体パターン５６、５７は、それぞれの基板２、６の接合面に露出して設けられている。

また、構造体基板２の接合面２ａには、第１・第２圧接電極４１、４２とは分離して３本の第４・第５・第６信号取出し電極５８、５９、６０が設けられるとともに、保護基板６の接合面６ａには、信号処理回路５から各信号取出し電極５８、５９、６０にそれぞれ対応した部位に向かって３本の第５・第６・第７導体パターン６１、６２、６３が設けられている。

そして、構造体基板２と保護基板６とは、図８に示すように、圧電素子４に高電圧を印加して行う分極処理の後に接合するようになっている。図８（ａ）は、保護基板６を構造体基板２に接合しようとする状態を示し、同図（ｂ）は、保護基板６が構造体基板２に接合された状態を示す。

そして、それら２つの基板２、６の接合によって、第１圧接電極４１と第３導体パターン５６とが圧接して短絡されるとともに、第２圧接電極４２と第４導体パターン５７とが圧接して短絡されることにより、圧電素子４と信号処理回路５とが電気的に接続されるようになっている。また、これと同時に第５・第６・第７導体パターン６１、６２、６３が第４・第５・第６信号取出し電極５８、５９、６０に圧接して短絡し、信号処理回路５で処理された信号が外部に取り出されるようになっている。

以上説明した第２の実施形態の加速度センサ１Ａによれば、一方の構造体基板２に圧電素子４から延びる第１・第２圧接電極４１、４２が設けられ、かつ、他方の保護基板６に信号処理回路５から延びる第３・第４導体パターン５６、５７が設けられており、それら第１・第２圧接電極４１、４２と第３・第４導体パターン５６、５７とは、圧電素子４の分極処理後に両方の基板２、６を接合した際に相互に短絡される。したがって、高電圧を印加する分極処理を実行する際には信号処理回路５が圧電素子４に接続されていないため、それら両者間の絶縁状態を確保して分極処理時の高電圧が信号処理回路５に印加されてしまうのを防止できる。これにより、信号処理回路５を高電圧から保護するための保護回路が不要となり、コストパフォーマンスの向上を図りつつデバイスの小型化を達成できる。

また、このように構成された加速度センサ１Ａは、第１の実施形態と同様に、信号処理一体構造となるためノイズなどの影響を受けにくくなり、精度の高い加速度センサ１Ａを提供することができる。

［第３実施形態］
図９から図１１は、本発明にかかる電気機械変換デバイスの第３の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付すとともに、物理量センサとしての加速度センサ１Ｂに例をとって説明するものとする。

図９に示すように、本実施形態の加速度センサ１Ｂは、シリコンで形成される構造体基板２（図９（ｂ）参照）に、入力される加速度で変位する可動部としてのカンチレバー３が形成されている。カンチレバー３は、図１１に示すように、構造体基板２にエッチング法などによって、カンチレバー３の周囲にコ字状の切除部３１を設けることにより片持ち梁状に形成される。そして、それの基部に薄肉のビーム部３２が形成されるとともに、自由端部となる先端側に厚肉の錘部３３が形成され、加速度の入力時に錘部３３がビーム部３２の撓み変形を伴って変位するようになっている。

カンチレバー３のビーム部３２には、図１０に示すように圧電素子４が設けられ、ビーム部３２の撓み変形に伴って圧電素子４で電圧が発生される。圧電素子４は、ＰＺＴなどの高誘電率材料が圧電材料として一般的に利用されるが、これ以外にも、たとえば、ＡＩＮやＺｎＯなどの圧電特性を有する材料を用いて形成することができる。

圧電素子４で発生した電圧変化は、構造体基板２の非変形部に実装される信号処理回路５に出力されて、この信号処理回路５で処理された電気信号を取り出すことにより、入力された加速度を検知することができる。信号処理回路５は、ＦＥＴなどを用いたインピーダンス変換回路や信号増幅回路として構成することができる。

そして、圧電素子４や信号処理回路５を設けた構造体基板２の表面は、シリコンやガラスなどで形成される保護基板６（図９（ａ）参照）で覆われる。つまり、本実施形態の加速度センサ１Ｂは、少なくとも構造体基板２と保護基板６の２つの基板を備えており、それら構造体基板２および保護基板６は、互いに対向する接合面２ａ、６ａで接合可能となっている。このとき、図９（ｂ）、（ａ）に示すように、構造体基板２および保護基板６の周縁部に接合用媒体パターン２ａ、６ａが設けられ、それら媒体パターン２ａ、６ａによって構造体基板２と保護基板６とが相互に接合される。なお、接合はＳｉ直接接合や陽極接合などの媒体を用いない接合であってもよいのであるが、本実施形態のように圧接部と同じ構造である媒体（Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎなど）を用いた方が位置決めし易くなる（Ａｕ−Ａｕ接合やＡｕ−Ｓｎ接合）。

圧電素子４には、信号処理回路５側に向かって一対の圧電素子側電極としての第１圧接電極４１および第２圧接電極４２が延び、それらがカンチレバー３の変形の影響を受けない部分に設けられる。一方、信号処理回路５には、圧電素子４側に向かって一対の信号処理回路側電極としての第３圧接電極５１および第２圧接電極５２が設けられている。各圧接電極４１、４２、５１、５２は、基板表面工程で構造体基板２の接合側表面に露出した状態で設けられており、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１は、所定間隔Ｓを設けて分離した状態で対向配置されているとともに、第２圧接電極４２と第４圧接電極５２は、同様に所定間隔Ｓを設けて分離した状態で対向配置されている。このとき、信号処理回路５には、上述した第３・第４圧接電極５１、５２を設けた側とは反対側に３本の第１・第２・第３信号取出し電極５３、５４、５５が設けられている。

ここで、本実施形態では、図９（ｂ）および図１１に示すように、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２を、圧電素子４の分極処理後に設置される導電体としての第１ボンディングワイヤ８１および第２ボンディングワイヤ８２を介して接続するようになっている。これにより、圧電素子４と信号処理回路５とは、圧電素子４の分極処理の後に電気的に接続されることになる。

そして、構造体基板２と保護基板６とは、上述した第１ボンディングワイヤ８１および第２ボンディングワイヤ８２が施された後に接合される。つまり、圧電素子４に高電圧を印加して分極処理を行った後、第１ボンディングワイヤ８１および第２ボンディングワイヤ８２を施し、その後に構造体基板２と保護基板６とが接合されることになる。図１１（ａ）は、保護基板６を構造体基板２に接合しようとする状態を示し、同図（ｂ）は、保護基板６が構造体基板２に接合された状態を示す。

以上説明した第３の実施形態の加速度センサ１Ｂによれば、圧電素子４と信号処理回路５とが、その圧電素子４の分極処理後に施される第１ボンディングワイヤ８１および第２ボンディングワイヤ８２を介して接続される。したがって、高電圧を印加する分極処理を実行する際には、信号処理回路５が圧電素子４に接続されていないため、それら両者間の絶縁状態を確保して分極処理時の高電圧が信号処理回路５に印加されるのを確実に防止できる。

これにより、信号処理回路５を分極処理時の高電圧から保護するための保護回路が不要となり、コストパフォーマンスの向上を図りつつ加速度センサ１Ｂの小型化を達成できる。さらに、このように構成された加速度センサ１Ｂは、信号処理一体構造となるためノイズなどの影響を受けにくくなり、精度の高い加速度センサ１Ｂを提供することができる。

また、本実施形態では、分極処理後に圧電素子４と信号処理回路５とを接続する導電体としてボンディングワイヤ８１、８２を用いたことにより、導電体としての部品コストを低減して、より安価な加速度センサ１Ｂを提供することができる。

ところで、本実施形態では、第１・第２圧接電極４１、４２と第３・第４圧接電極５１、５２とを分離した状態で設けて、圧電素子４の分極処理後に、第１圧接電極４１と第３圧接電極５１とを第１ボンディングワイヤ８１で接続するとともに、第２圧接電極４２と第４圧接電極５２とを第２ボンディングワイヤ８２で接続してある。しかし、これに限ることなく第１圧接電極４１と第３圧接電極５１および第２圧接電極４２と第４圧接電極５２のいずれか一方の組を予め基板表面工程で接続しておき、分極処理後に他方の組を、第１ボンディングワイヤ８１および第２ボンディングワイヤ８２のいずれか一方で接続するようにしてもよい。この場合は、第１ボンディングワイヤ８１および第２ボンディングワイヤ８２のいずれか一方のみを施せばよく、部品点数の削減を図ることができる。

以上説明した本発明の電気機械変換デバイスは、第１から第３実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能である。たとえば、前記各実施形態では電気機械変換デバイスを加速度センサに例をとって説明したが、これに限ることなく圧電素子の結晶の分極を利用して電気エネルギーと機械エネルギーの変換を行うことができる装置、たとえば、振動センサや環境振動による発電デバイスなどにあっても本発明を適用することができる。

１、１Ａ、１Ｂ 加速度センサ（電気機械変換デバイス）
２ 構造体基板（一方の基板）
２ａ 対向面
３ カンチレバー（可動部）
４ 圧電素子
４１ 第１圧接電極（圧電素子側電極）
４２ 第２圧接電極（圧電素子側電極）
５ 信号処理回路
５１ 第３圧接電極（信号処理回路側電極）
５２ 第４圧接電極（信号処理回路側電極）
５６ 第３導体パターン（信号処理回路側電極）
５７ 第４導体パターン（信号処理回路側電極）
６ 保護基板（他方の基板）
６ａ 対向面
７１ 第１導電パターン（導電体）
７２ 第２導電パターン（導電体）
８１ 第１ボンディングワイヤ（導電体）
８２ 第２ボンディングワイヤ（導電体）

Claims (3)

1. それぞれの対向面で接合可能な２つの基板を有し、
   一方の基板に、物理力で変位する可動部と、当該可動部に設けられる圧電素子と、基板表面に設けられる圧電素子側電極と、前記圧電素子と絶縁状態で実装される信号処理回路と、基板表面に設けられ前記圧電素子側電極と分離した信号処理回路側電極と、を備えるとともに、
   他方の基板に、前記圧電素子側電極と前記信号処理回路側電極とに対応した部位に跨って設けられ、前記２つの基板を前記圧電素子の分極処理後に接合した際に、前記圧電素子側電極と前記信号処理回路側電極とを短絡する導電体を備えたことを特徴とする電気機械変換デバイス。
2. それぞれの対向面で接合可能な２つの基板を有し、
   一方の基板に、物理力で変位する可動部と、当該可動部に設けられる圧電素子と、基板表面に設けられる圧電素子側電極と、を備えるとともに、
   他方の基板に、前記圧電素子の信号処理回路と、前記圧電素子側電極に対応した部位に設けられ、前記２つの基板を前記圧電素子の分極処理後に接合した際に前記圧電素子側電極に短絡する信号処理回路側電極と、を備えたことを特徴とする電気機械変換デバイス。
3. 基板に、物理力で変位する可動部を設けるとともに、当該可動部に圧電素子を設け、かつ、当該圧電素子と絶縁状態で信号処理回路を実装し、これら圧電素子と信号処理回路とを絶縁した状態で当該圧電素子を分極処理した後、前記圧電素子と前記信号処理回路とを導電体を介して短絡することを特徴とする電気機械変換デバイスの製造方法。

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