JP2923286B2 - 試験機能を備えた力・加速度・磁気のセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験機能を備えた
力・加速度・磁気のセンサに関し、特に、実際に力、加
速度、磁力を作用させることなしに動作試験を行うこと
のできるセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機械的変形によって電気抵抗が変
化するというピエゾ抵抗効果の性質を備えた抵抗素子
を、半導体基板上に配列し、この抵抗素子の抵抗値の変
化から力を検出する力センサが提案されている。更に、
この力センサを応用した加速度センサあるいは磁気セン
サも提案されている。いずれの装置においても、部分的
に可撓性をもった起歪体が用いられ、この起歪体に生じ
る機械的変形を抵抗素子の電気抵抗の変化として検出し
ている。起歪体に力を作用させるために作用体が設けら
れる。この作用体として、加速度に反応する重錘体を用
いれば加速度センサとなり、磁気に反応する磁性体を用
いれば磁気センサとなる。たとえば、特許協力条約に基
づく国際出願の国際公開第ＷＯ８８／０８５２２号公報
には、本願発明者と同一人の発明による抵抗素子を用い
た力・加速度・磁気のセンサが開示されている。また、
この種のセンサの新規な製造方法は、特開平３−２５３
５号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような力の作用体
を有するセンサを大量生産して市場に出すためには、製
造工程の最後に試験を行う必要がある。力センサについ
ての試験は比較的容易に行うことができる。すなわち、
力検出子に所定の大きさの力を所定の方向に作用させ、
このときの検出出力をチェックすればよい。ところが、
加速度センサや磁気センサについての試験はより複雑に
なる。センサ本体は密封された状態となっているため、
実際に外部から加速度あるいは磁気を作用させながら、
検出出力をチェックする必要がある。特に、加速度セン
サでは、振動発生装置を用いてセンサ本体に振動を与え
て試験を行っているのが現状であり、試験装置が大掛か
りになる上、振動という動的な加速度についての試験し
か行うことができないという問題もある。

【０００４】そこで本発明は、力・加速度・磁気などの
力の作用体を有するセンサにおいて、簡単な方法で試験
を行う機能を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

(1) 本発明の第１の態様は、外力の作用を検出する力
センサにおいて、力の作用を受ける作用部と、この作用
部の周囲に形成され可撓性をもった可撓部と、この可撓
部の周囲に形成されセンサ本体に固定された固定部と、
を有する板状の起歪体と、可撓部の可撓性を利用して三
次元座標系における各座標軸方向に移動可能となるよう
に作用部に接続され、作用した外力を作用部に伝達して
起歪体に機械的変形を生じさせるための作用体と、起歪
体の上面に形成され、起歪体に生じる機械的変形を電気
信号に変換することにより、作用体に作用した力を電気
信号として検出する検出手段と、起歪体の固定部に接続
された外縁部と、外縁部によって囲まれた板状の本体部
とを有し、本体部が起歪体の上方に所定間隔をおいて配
置される構造をもった制御部材と、起歪体の機械的変形
とともに変位するように、起歪体の上面に形成された第
１の電極層と、第１の電極層に対向するように、制御部
材の本体部の下面に形成された第２の電極層と、検出手
段、第１の電極層、および第２の電極層を、外部の電気
回路と接続させるための配線手段と、を設け、第１の電
極層および第２の電極層に所定の電圧を印加して両電極
層間にクーロン力を作用させることにより、外力が作用
していない状態であっても起歪体に機械的変形を生じさ
せることができるように構成したものである。

【０００６】(2) 本発明の第２の態様は、センサ本体
に加わる加速度を検出する加速度センサにおいて、力の
作用を受ける作用部と、この作用部の周囲に形成され可
撓性をもった可撓部と、この可撓部の周囲に形成されセ
ンサ本体に固定された固定部と、を有する板状の起歪体
と、可撓部の可撓性を利用して三次元座標系における各
座標軸方向に移動可能となるように作用部に接続され、
センサ本体に加わる加速度によって力の作用を受け、こ
の作用した力を作用部に伝達して起歪体に機械的変形を
生じさせるための重錘体と、起歪体の上面に形成され、
起歪体に生じる機械的変形を電気信号に変換することに
より、作用体に作用した力を電気信号として検出する検
出手段と、起歪体の固定部に接続された外縁部と、外縁
部によって囲まれた板状の本体部とを有し、本体部が起
歪体の上方に所定間隔をおいて配置される構造をもった
制御部材と、起歪体の機械的変形とともに変位するよう
に、起歪体の上面に形成された第１の電極層と、第１の
電極層に対向するように、制御部材の本体部の下面に形
成された第２の電極層と、検出手段、第１の電極層、お
よび第２の電極層を、外部の電気回路と接続させるため
の配線手段と、を設け、第１の電極層および第２の電極
層に所定の電圧を印加して両電極層間にクーロン力を作
用させることにより、加速度が作用していない状態であ
っても起歪体に機械的変形を生じさせることができるよ
うに構成したものである。

【０００７】(3) 本発明の第３の態様は、センサ本体
に作用する磁力を検出する磁気センサにおいて、力の作
用を受ける作用部と、この作用部の周囲に形成され可撓
性をもった可撓部と、この可撓部の周囲に形成されセン
サ本体に固定された固定部と、を有する板状の起歪体
と、可撓部の可撓性を利用して三次元座標系における各
座標軸方向に移動可能となるように作用部に接続され、
センサ本体が置かれた磁界によって力の作用を受け、こ
の作用した力を作用部に伝達して起歪体に機械的変形を
生じさせるための磁性体と、起歪体の上面に形成され、
起歪体に生じる機械的変形を電気信号に変換することに
より、作用体に作用した力を電気信号として検出する検
出手段と、起歪体の固定部に接続された外縁部と、外縁
部によって囲まれた板状の本体部とを有し、本体部が起
歪体の上方に所定間隔をおいて配置される構造をもった
制御部材と、起歪体の機械的変形とともに変位するよう
に、起歪体の上面に形成された第１の電極層と、第１の
電極層に対向するように、制御部材の本体部の下面に形
成された第２の電極層と、検出手段、第１の電極層、お
よび第２の電極層を、外部の電気回路と接続させるため
の配線手段と、を設け、第１の電極層および第２の電極
層に所定の電圧を印加して両電極層間にクーロン力を作
用させることにより、磁気に基づく力が作用していない
状態であっても起歪体に機械的変形を生じさせることが
できるように構成したものである。

【０００８】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第１
〜第３の態様に係るセンサにおいて、第１の電極層と第
２の電極層のうち、一方の電極層を電気的に単一の電極
層で構成し、他方の電極層を電気的に独立した複数の副
電極層で構成し、各副電極層に印加する電圧の極性を選
択することにより、起歪体に生じる機械的変形に方向性
をもたせうるようにしたものである。

【０００９】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第４
の態様に係るセンサにおいて、他方の電極層を電気的に
独立した２枚の副電極層で構成し、各副電極層に印加す
る電圧の極性を選択することにより、２枚の副電極層の
中心を結ぶ線方向に関する機械的変形と、２枚の副電極
層の層面に対して垂直な方向に関する機械的変形と、を
起歪体に生じさせるようにしたものである。

【００１０】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第４
の態様に係るセンサにおいて、他方の電極層を電気的に
独立した４枚の副電極層で構成し、これらの副電極層を
直交する２線分の各端点位置に配置し、各副電極層に印
加する電圧の極性を選択することにより、２線分のうち
の第１の線分方向に関する機械的変形と、第２の線分方
向に関する機械的変形と、４枚の副電極層の層面に対し
て垂直な方向に関する機械的変形と、を起歪体に生じさ
せるようにしたものである。

【００１１】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係るセンサにおいて、機械的変形に基づ
き電気抵抗が変化する性質をもった抵抗素子と、第１の
電極層と、抵抗素子および第１の電極層に対する配線層
と、をいずれも起歪体の上面に形成し、抵抗素子を検出
手段として用いるようにしたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明を図示する実施形態に
基づいて詳述する。§１． センサの構造 はじめに、本発明の基本となる力の作用体を有するセン
サの構造を簡単に説明する。図１は加速度センサの一例
を示す構造断面図である。このセンサの中枢ユニットと
なるのは、半導体ペレット１０である。この半導体ペレ
ット１０の上面図を図２に示す。図１の中央部分に示さ
れている半導体ペレット１０の断面は、図２をＸ軸に沿
って切断した断面に相当する。この半導体ペレット１０
は、内側から外側に向かって順に、作用部１１、可撓部
１２、固定部１３の３つの領域に分けられる。図２に破
線で示されているように、可撓部１２の下面には、環状
に溝が形成されている。この溝によって、可撓部１２は
肉厚が薄くなり、可撓性をもつことになる。したがっ
て、固定部１３を固定したまま作用部１１に力を作用さ
せると、可撓部１２が撓んで機械的変形を生じる。こう
して半導体ペレット１０は起歪体としての機能をもつ。
可撓部１２の上面には、図２に示すように、抵抗素子Ｒ
x1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4が所定の向きに形成
されている。

【００１３】図１に示すように、作用部１１の下方には
重錘体２０が接合されており、固定部１３の下方には台
座２１，２２が接続されている。また、図１には示され
ていないが、紙面垂直方向に、更に台座２３，２４が配
置されており、斜め方向には台座２１ａ〜２４ａが配置
されている。この様子は、重錘体２０と台座２１〜２
４，２１ａ〜２４ａのみの上面を示す図３に明瞭に示さ
れている。図１に示されている断面は、図３を切断線Ａ
Ａに沿って切断した断面に相当する。なお、台座が図３
に示すような状態で配されているのは、特開平３−２５
３５号公報に開示されている製造工程を実施したためで
あり、詳細は同公報を参照されたい。台座２１〜２４の
下方には、制御部材３０が接続されている。この制御部
材３０の上面を図４に示す。制御部材３０の上面には、
矩形の溝３１（図４でハッチングを施す部分）が形成さ
れている。図１に示されている断面は、図４を切断線Ｂ
Ｂに沿って切断した断面に相当する。また、半導体ペレ
ット１０の上面には、制御部材４０が被さっている。こ
の制御部材４０の下面を図５に示す。制御部材４０の下
面には、矩形の溝４１（図５でハッチングを施す部分）
が形成されている。図１に示されている断面は、図５を
切断線ＣＣに沿って切断した断面に相当する。要する
に、制御部材４０は、外縁部とこの外縁部によって囲ま
れた本体部（矩形の溝４１が形成された部分）とから構
成され、外縁部の底面は半導体ペレット１０の上面に接
合されている。

【００１４】制御部材３０の底面はパッケージ５０の内
側底面に接合されており、半導体ペレット１０および重
錘体２０は台座２１〜２４および２１ａ〜２４ａによっ
て支持される。重錘体２０は内部で宙吊りの状態となっ
ている。パッケージ５０には、蓋５１が被せられる。半
導体ペレット１０に設けられたボンディングパッド１４
は、各抵抗素子に対してペレット内で電気的に接続され
ており、このボンディングパッド１４とパッケージ側方
に設けられたリード５２とは、ボンディングワイヤ１５
によって接続されている。

【００１５】このセンサに加速度が加わると、重錘体２
０に外力が作用することになる。この外力は作用部１１
に伝達され、可撓部１２に機械的変形が生じる。これに
よって、抵抗素子の電気抵抗に変化が生じ、この変化は
ボンディングワイヤ１５およびリード５２を介して外部
に取り出すことができる。作用部１１に加わった力のＸ
方向成分は抵抗素子Ｒx1〜Ｒx4の電気抵抗の変化によ
り、Ｙ方向成分は抵抗素子Ｒy1〜Ｒy4の電気抵抗の変化
により、Ｚ方向成分は抵抗素子Ｒz1〜Ｒz4の電気抵抗の
変化により、それぞれ検出される。この検出方法につい
ては本発明の本旨ではないため、ここでは説明を省略す
る。詳細は特許協力条約に基づく国際出願の国際公開第
ＷＯ８８／０８５２２号公報などを参照されたい。

【００１６】加速度センサとして実用した場合、大きな
加速度がかかると、重錘体２０に過度な外力が作用する
ことになる。その結果、可撓部１２に大きな機械的変形
が生じ、半導体ペレット１０が破損する可能性がある。
このような破損を防ぐため、図１に示すセンサでは、制
御部材３０および４０が設けられている。制御部材３０
は、重錘体２０の下方向の変位が許容値を越えないよう
に制御するものであり、制御部材４０は、重錘体２０
（実際には作用部１１）の上方向の変位が許容値を越え
ないように制御するものである。また、台座２１〜２４
は、重錘体の横方向の変位が許容値を越えないように制
御する役割を果たす。重錘体２０に過度の外力が作用し
て、上述の許容値を越えて動こうとしても、重錘体２０
はこれらの部材に衝突してその移動が阻まれることにな
る。結局、半導体ペレット１０には、許容値以上の機械
的変形が加えられることはなく、破損から保護される。§２． 本発明に係るセンサの試験方法の原理 上述のような加速度センサを大量生産するための方法
は、特開平３−２５３５号公報に開示されているが、こ
れを製品として出荷する前に、加速度センサとしての機
能に支障がないか試験を行う必要がある。この試験方法
として、振動発生装置によってこの加速度センサに振動
を与え、そのときのセンサからの出力を検査することに
よって試験を行うことは可能であるが、前述のように、
試験装置が大掛かりとなり、動的特性しか得ることがで
きない。特に、このセンサは３次元座標系におけるＸＹ
Ｚのすべての方向についての加速度を検出することがで
きるため、３次元の方向を考慮して振動を与える必要が
あり、試験装置はかなり複雑なものとなってしまう。

【００１７】本発明による試験方法では、実際に加速度
を与えることなしに、このセンサを加速度が作用したの
と同じ環境におくことができるのである。その基本原理
は次のとおりである。まず、センサ内部の所定箇所に、
いくつかの電極層を形成する。この電極層は導電性の材
質からなる層であればどのようなものでもかまわない。
実際には、所定箇所にアルミニウムのような金属を蒸着
あるいはスパッタリングによって薄く形成するようにす
ればよい。なお、アルミニウムの上面は、表面保護のた
めに、ＳｉＯ_２ 膜あるいはＳｉＮ膜で覆うのが好まし
い。電極層は次のような各部に形成する。まず図４に示
すように、制御部材３０に設けられた溝３１内に電極層
Ｅ１を、そして図５に示すように、制御部材４０に設け
られた溝４１内に電極層Ｅ２を、それぞれ形成する。更
に、図６に示すように、重錘体２０の全側面および底面
に電極層Ｅ３（５面に渡って形成されるが、電気的には
導通している１枚の電極層である）を形成し、台座２１
〜２４の各内側面に電極層Ｅ４〜Ｅ７を形成する。ま
た、半導体ペレット１０の上面には、図７に示すよう
に、抵抗素子Ｒを避けるように電極層Ｅ８を形成する。
こうして、図４〜図７において、ハッチングを施す各領
域にそれぞれ電極層を形成する。すると、パッケージ内
のセンサ中枢部の断面図は図８のようになる（なお、以
下の各図においては、ハッチングを施した部分は電極層
を示し、断面を示すハッチングは図が繁雑になるため省
略する）。図８によって、各電極層Ｅ１〜Ｅ８の相対的
な位置関係が理解できよう。なお、図８における波線
は、各電極層に対する配線を示す。このような配線は、
更にボンディングワイヤによって、パッケージ外部のリ
ード５２（図１参照）に接続することができる。また、
重錘体２０の表面に形成された電極層Ｅ３に対しては、
ボンディングワイヤ２５によって配線がなされている。

【００１８】このように形成された各電極層Ｅ１〜Ｅ８
の特徴は、それぞれ対となる電極層ごとに対向した位置
に形成されている点である。すなわち、図８に示すよう
に、Ｅ２：Ｅ８、Ｅ３：Ｅ４、Ｅ３：Ｅ５、Ｅ３：Ｅ
６、Ｅ３：Ｅ７、Ｅ３：Ｅ１、がそれぞれ対向した位置
に形成されている（電極層Ｅ３は、５面がそれぞれ別な
電極層に対向している）。このように対向した電極層
に、それぞれ電圧を印加すると両者間にクーロン力が作
用する。すなわち、両者間に同じ極性の電圧を印加すれ
ば斥力が作用し、異なる極性の電圧を印加すれば引力が
作用する。そこで、Ｅ３：Ｅ４間に斥力、Ｅ３：Ｅ５間
に引力、が作用するように電圧を印加したとすると、重
錘体２０に＋Ｘ方向の力が作用したのと同じ現象が起こ
る。別言すれば、センサ本体に−Ｘ方向の加速度が作用
しているのと同じ環境下にこのセンサを置くことができ
る（センサ本体に加速度が作用すると、重錘体にはこれ
と逆方向の慣性力が作用する）。この環境下において、
抵抗素子の抵抗値の変化を示す出力が−Ｘ方向の加速度
を検出したことを示しているか否かを調べれば、−Ｘ方
向の加速度に関する試験を行うことができる。引力と斥
力とを逆に作用させれば、＋Ｘ方向の加速度に関する試
験を行うこともできる。全く同様にして、Ｅ３：Ｅ６間
に引力、Ｅ３：Ｅ７間に斥力が作用するように電圧を印
加すれば、−Ｙ方向（図８の紙面に垂直上方向）の加速
度に関する試験を行うことができ、引力と斥力を逆に作
用させれば、＋Ｙ方向（図８の紙面に垂直下方向）の加
速度に関する試験を行うことができる。更に、Ｅ２：Ｅ
８間に引力、Ｅ３：Ｅ１間に斥力が作用するように電圧
を印加すれば、−Ｚ方向の加速度に関する試験を行うこ
とができ、引力と斥力を逆に作用させれば、＋Ｚ方向の
加速度に関する試験を行うことができる。前述のように
各電極層も、加速度検出用の各抵抗素子も、いずれもボ
ンディングワイヤによってパッケージ外部のリード５２
（図１参照）に電気的に接続されているので、上述の試
験は、単に所定のリード端子に所定の電圧を印加しなが
ら、所定のリード端子から出力される加速度検出信号を
モニターするだけの操作ですむ。このように、本発明に
よる試験方法によれば、非常に簡単に、３次元のすべて
の方向に関する加速度検出試験を行うことが可能にな
る。§３． より実用的な実施形態 図８に示す実施形態では、電極層をかなり多くの箇所に
形成する必要があるため、あまり実用的ではない。でき
れば、必要最小限の箇所に設けた電極層によって、３次
元のすべての方向に関する加速度検出試験を行うのが好
ましい。そこで、次のようなモデルを考える。図９は、
この加速度センサの中枢部の断面図である。いま、半導
体ペレット１０上の２か所に点Ｐ１およびＰ２をとり、
制御部材４０の内側の２か所に点Ｑ１およびＱ２をと
る。点Ｐ１とＱ１とが対向し、点Ｐ２とＱ２とが対向す
る。ここで、点Ｐ１：Ｑ１間に引力を作用させ、点Ｐ
２：Ｑ２間に斥力を作用させると、点Ｐ１，Ｐ２は点Ｑ
１，Ｑ２に対して変位し、図１０に示すように半導体ペ
レット１０が機械的変形を生じる。この状態は、重錘体
２０に＋Ｘ方向の力Ｆｘが作用したのと同じ状態であ
る。別言すれば、センサ本体に−Ｘ方向の加速度が作用
したのと同じ状態である。また、引力と斥力とを逆に作
用させれば、＋Ｘ方向の加速度が作用したのと同じ状態
になる。これで、半導体ペレット１０の上面の所定箇所
と、制御部材４０の下面の所定箇所と、に電極層を形成
しておけば、±Ｘ方向の加速度検出試験が可能なことが
わかる。±Ｙ方向の加速度検出試験も、電極層の位置を
９０°変えれば同様に行うことができる。次に、点Ｐ
１：Ｑ１間に斥力を作用させ、点Ｐ２：Ｑ２間にも斥力
を作用させると、図１１に示すように、重錘体２０に−
Ｚ方向の力−Ｆｚが作用したのと同じ状態になる。別言
すれば、センサ本体に＋Ｚ方向の加速度が作用したのと
同じ状態になる。また、両者ともに引力を作用させれ
ば、−Ｚ方向の加速度が作用したのと同じ状態になる。
これで、半導体ペレット１０の上面の所定箇所と、制御
部材４０の下面の所定箇所と、に電極層を形成しておけ
ば、±Ｚ方向の加速度検出試験も可能なことがわかる。

【００１９】以上のとおり、結局は、半導体ペレット１
０の上面の所定箇所と、制御部材４０の下面の所定箇所
と、に電極層を形成しておけば、３次元のすべての方向
に関する加速度検出試験を行うことが可能である。更に
具体的な電極層配置の例を以下に説明してみる。まず、
半導体ペレット１０の上面には、図１２にハッチングを
施して示すように、４つの電極層Ｅ９〜Ｅ１２を形成す
る。各電極層は、抵抗素子Ｒの形成領域を避けるように
して形成されており、それぞれ配線層Ｗ９〜Ｗ１２によ
ってボンディングパッドＢ９〜Ｂ１２に接続されてい
る。ボンディングパッドＢ９〜Ｂ１２には、ボンディン
グワイヤ（図示されていない）が接続され、最終的には
パッケージ外部のリードに対する電気的接続がなされ
る。なお、図１２には図示されていないが、各抵抗素子
Ｒも各ボンディングパッド１４に対して接続されてお
り、パッケージ外部のリードに対して電気的に接続され
ている。半導体ペレット１０には、この抵抗素子Ｒに対
する配線を行うために、アルミニウムなどによる配線層
が形成されているが、電極層Ｅ９〜Ｅ１２や配線層Ｗ９
〜Ｗ１２を形成するには、このアルミニウムなどによる
配線層と同じマスクを用いるようにするのが好ましい。
こうすれば、従来のマスクパターンを変更するだけの作
業を追加するだけで、試験用の付加的な電極層Ｅ９〜Ｅ
１２や配線層Ｗ９〜Ｗ１２を形成することができる。も
ちろん配線層Ｗ９〜Ｗ１２は、ゲージ抵抗等を形成する
ための拡散工程を利用して拡散層として形成してもよ
い。半導体ペレット１０の製造プロセスは従来と全く同
じプロセスですむ。一方、制御部材４０の下面には、図
５に示す電極層Ｅ２を形成しておけばよい。これは、ア
ルミニウムなどを蒸着あるいはスパッタリングによって
表面に付着させればよい。以上のような電極層を形成し
たときの断面図を図１３に示す。電極層Ｅ２について
は、図の波線で示すような配線がなされ、更に外部のリ
ードへと接続される。このように、一方の電極層として
単一の電極層Ｅ２を形成し、これに対向する他方の電極
層として４枚の副電極層Ｅ９〜Ｅ１２を形成したことに
なる。

【００２０】このような加速度センサについて試験を行
うには、電極層Ｅ２に＋Ｖなる電圧を印加しておき、次
のようにすれば、３次元のすべての方向についての加速
度検出試験が可能である。 (1) Ｅ１０に＋Ｖ、Ｅ１２に−Ｖを印加すれば、重錘体
２０に力＋Ｆｘを作用させることができ、−Ｘ方向の加
速度検出試験を行うことができる。 (2) Ｅ１０に−Ｖ、Ｅ１２に＋Ｖを印加すれば、重錘体
２０に力−Ｆｘを作用させることができ、＋Ｘ方向の加
速度検出試験を行うことができる。 (3) Ｅ１１に＋Ｖ、Ｅ９に−Ｖを印加すれば、重錘体２
０に力＋Ｆｙを作用させることができ、−Ｙ方向の加速
度検出試験を行うことができる。 (4) Ｅ１１に−Ｖ、Ｅ９に＋Ｖを印加すれば、重錘体２
０に力−Ｆｙを作用させることができ、＋Ｙ方向の加速
度検出試験を行うことができる。 (5) Ｅ９〜Ｅ１２のすべてに−Ｖを印加すれば、重錘体
２０に力＋Ｆｚを作用させることができ、−Ｚ方向の加
速度検出試験を行うことができる。 (6) Ｅ９〜Ｅ１２のすべてに＋Ｖを印加すれば、重錘体
２０に力−Ｆｚを作用させることができ、＋Ｚ方向の加
速度検出試験を行うことができる。

【００２１】以上、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上の加速度検出試験に
ついて述べたが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上にない方向の加速度に
ついても、電極層Ｅ９〜Ｅ１２に所定の電圧を印加する
ことにより検出試験を行うことができる。

【００２２】なお、印加する電圧＋Ｖおよび−Ｖは、抵
抗素子Ｒの抵抗値の変化が十分検出できるような電圧値
にする。この値は環状のダイヤフラムを形成している可
撓部１２の厚さや径に依存する。§４． 他の実施形態 上述の実施形態は、本発明の一態様であり、この他にも
種々の実施形態が考えられる。以下にそのいくつかを説
明する。図１４に断面を示す実施形態は、上述の実施形
態の電極層Ｅ２の代わりに、電極層Ｅ１３を形成したも
のである。電極層Ｅ１３は制御部材４０の上面に形成さ
れているため、外部への配線が容易になる。ただし、電
極間に作用するクーロン力は前述の実施形態よりもやや
弱くなる。

【００２３】図１５に示す実施形態は、上述の実施形態
の電極層Ｅ９〜Ｅ１２の代わりに、電極層Ｅ１４〜Ｅ１
７を形成し、これに対する配線層Ｗ１４〜Ｗ１７および
ボンディングパッドＢ１４〜Ｂ１７を形成したものであ
る。このような配置は、抵抗素子Ｒに対する配線の妨げ
になることが少ないという利点はあるが、半導体ペレッ
ト１０のもっとも可撓性をもった位置よりも内側に電極
層が配置されており、また電極の面積が小さくなるた
め、力の作用効率は低下する。

【００２４】図１６および図１７に示す実施形態は、い
ままで述べてきた実施形態の電極層の上下の関係を逆に
したものである。すなわち、制御部材４０の下面の溝４
１内に、４つの電極層Ｅ１８〜Ｅ２１およびその配線層
Ｗ１８〜Ｗ２１が形成されている。これに対向する電極
は、たとえば図７に示すような半導体ペレット１０上に
形成された単一の電極Ｅ８でよい。

【００２５】この他にも種々の実施形態が考えられる。
要するに本発明は、力の作用により変位を生じる第１の
部位と、この第１の部位に対向した位置にある第２の部
位と、の間にクーロン力を作用させるようにできれば、
どのような構成をとってもかまわない。

【００２６】また、上述の実施形態は、いずれも加速度
センサについてのものであるが、重錘体の代わりに磁性
体を用いた磁気センサについても、あるいは力センサに
ついても、全く同様に本発明を適用することが可能であ
る。更に、３次元のセンサだけでなく、２次元あるいは
１次元のセンサについても適用可能である。たとえば、
ＸおよびＺ軸方向の加速度や磁気を検出する２次元のセ
ンサやＸ軸方向の加速度や磁気を検出する１次元のセン
サでは、図１２に示す４つの電極Ｅ９〜Ｅ１２のうち、
Ｅ１０，Ｅ１２の２つの電極を設けるだけですむ。

【００２７】

【発明の効果】以上のとおり本発明に係るセンサによれ
ば、起歪体の上面に形成した第１の電極層と、制御部材
の下面に形成した第２の電極層との間に、クーロン力を
作用させて起歪体に機械的変形を誘起させ、作用体に外
力を作用させたのと同じ状態を創り出すようにしたた
め、実際に外力を作用させることなしにセンサの試験を
行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る試験方法の対象となる加速度セン
サの断面図である。

【図２】図１のセンサの中枢となる半導体ペレットの上
面図である。

【図３】図１のセンサの重錘体および台座の上面図であ
る。

【図４】図１のセンサの下部制御部材の上面図である。

【図５】図１のセンサの上部制御部材の下面図である。

【図６】図１のセンサの重錘体および台座に電極層を形
成した状態を示す斜視図である。

【図７】図１のセンサの半導体ペレットに電極層を形成
した状態を示す上面図である。

【図８】図１のセンサの中枢部の各部に電極層を形成し
た状態を示す断面図である。

【図９】図１のセンサの中枢部の変位状態を示す断面図
である。

【図１０】図１のセンサの中枢部の別な変位状態を示す
断面図である。

【図１１】図１のセンサの中枢部の更に別な変位状態を
示す断面図である。

【図１２】図１のセンサの半導体ペレットに実用的な電
極層を形成した状態を示す上面図である。

【図１３】図１のセンサの中枢部の所定箇所に実用的な
電極層を形成した状態を示す断面図である。

【図１４】図１のセンサの中枢部の所定箇所に別な実施
形態に係る電極層を形成した状態を示す断面図である。

【図１５】図１のセンサの半導体ペレットに更に別な実
施形態に係る電極層を形成した状態を示す上面図であ
る。

【図１６】図１のセンサの上部制御部材にまた別な実施
形態に係る電極層を形成した状態を示す下面図である。

【図１７】図１のセンサの中枢部の所定箇所にまた別な
実施形態に係る電極層を形成した状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…半導体ペレット １１…作用部 １２…可撓部 １３…固定部 １４…ボンディングパッド １５…ボンディングワイヤ ２０…重錘体 ２１〜２４…台座 ２５…ボンディングワイヤ ３０…制御部材 ３１…溝 ４０…制御部材 ４１…溝 ５０…パッケージ ５１…蓋 ５２…リード Ｒ…抵抗素子 Ｅ１〜Ｅ２１…電極層 Ｗ９〜Ｗ２１…配線層 Ｂ９〜Ｂ２１…ボンディングパッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 21/00 G01L 25/00 G01L 27/00 G01R 33/02

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力の作用を受ける作用部と、この作用部
   の周囲に形成され可撓性をもった可撓部と、この可撓部
   の周囲に形成されセンサ本体に固定された固定部と、を
   有する板状の起歪体と、 前記可撓部の可撓性を利用して三次元座標系における各
   座標軸方向に移動可能となるように前記作用部に接続さ
   れ、作用した外力を前記作用部に伝達して前記起歪体に
   機械的変形を生じさせるための作用体と、 前記起歪体の上面に形成され、前記起歪体に生じる機械
   的変形を電気信号に変換することにより、前記作用体に
   作用した力を電気信号として検出する検出手段と、 前記起歪体の固定部に接続された外縁部と、前記外縁部
   によって囲まれた板状の本体部とを有し、前記本体部が
   前記起歪体の上方に所定間隔をおいて配置される構造を
   もった制御部材と、 前記起歪体の機械的変形とともに変位するように、前記
   起歪体の上面に形成された第１の電極層と、 前記第１の電極層に対向するように、前記制御部材の前
   記本体部の下面に形成された第２の電極層と、 前記検出手段、前記第１の電極層、および前記第２の電
   極層を、外部の電気回路と接続させるための配線手段
   と、 を備え、前記第１の電極層および前記第２の電極層に所
   定の電圧を印加して両電極層間にクーロン力を作用させ
   ることにより、外力が作用していない状態であっても前
   記起歪体に機械的変形を生じさせることができるように
   構成したことを特徴とする力センサ。
2. 【請求項２】 力の作用を受ける作用部と、この作用部
   の周囲に形成され可撓性をもった可撓部と、この可撓部
   の周囲に形成されセンサ本体に固定された固定部と、を
   有する板状の起歪体と、 前記可撓部の可撓性を利用して三次元座標系における各
   座標軸方向に移動可能となるように前記作用部に接続さ
   れ、センサ本体に加わる加速度によって力の作用を受
   け、この作用した力を前記作用部に伝達して前記起歪体
   に機械的変形を生じさせるための重錘体と、 前記起歪体の上面に形成され、前記起歪体に生じる機械
   的変形を電気信号に変換することにより、前記作用体に
   作用した力を電気信号として検出する検出手段と、 前記起歪体の固定部に接続された外縁部と、前記外縁部
   によって囲まれた板状の本体部とを有し、前記本体部が
   前記起歪体の上方に所定間隔をおいて配置される構造を
   もった制御部材と、 前記起歪体の機械的変形とともに変位するように、前記
   起歪体の上面に形成された第１の電極層と、 前記第１の電極層に対向するように、前記制御部材の前
   記本体部の下面に形成された第２の電極層と、 前記検出手段、前記第１の電極層、および前記第２の電
   極層を、外部の電気回路と接続させるための配線手段
   と、 を備え、前記第１の電極層および前記第２の電極層に所
   定の電圧を印加して両電極層間にクーロン力を作用させ
   ることにより、加速度が作用していない状態であっても
   前記起歪体に機械的変形を生じさせることができるよう
   に構成したことを特徴とする加速度センサ。
3. 【請求項３】 力の作用を受ける作用部と、この作用部
   の周囲に形成され可撓性をもった可撓部と、この可撓部
   の周囲に形成されセンサ本体に固定された固定部と、を
   有する板状の起歪体と、 前記可撓部の可撓性を利用して三次元座標系における各
   座標軸方向に移動可能となるように前記作用部に接続さ
   れ、センサ本体が置かれた磁界によって力の作用を受
   け、この作用した力を前記作用部に伝達して前記起歪体
   に機械的変形を生じさせるための磁性体と、 前記起歪体の上面に形成され、前記起歪体に生じる機械
   的変形を電気信号に変換することにより、前記作用体に
   作用した力を電気信号として検出する検出手段と、 前記起歪体の固定部に接続された外縁部と、前記外縁部
   によって囲まれた板状の本体部とを有し、前記本体部が
   前記起歪体の上方に所定間隔をおいて配置される構造を
   もった制御部材と、 前記起歪体の機械的変形とともに変位するように、前記
   起歪体の上面に形成された第１の電極層と、 前記第１の電極層に対向するように、前記制御部材の前
   記本体部の下面に形成された第２の電極層と、 前記検出手段、前記第１の電極層、および前記第２の電
   極層を、外部の電気回路と接続させるための配線手段
   と、 を備え、前記第１の電極層および前記第２の電極層に所
   定の電圧を印加して両電極層間にクーロン力を作用させ
   ることにより、磁気に基づく力が作用していない状態で
   あっても前記起歪体に機械的変形を生じさせることがで
   きるように構成したことを特徴とする磁気センサ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のセンサ
   において、第１の電極層と第２の電極層のうち、一方の
   電極層を電気的に単一の電極層で構成し、他方の電極層
   を電気的に独立した複数の副電極層で構成し、各副電極
   層に印加する電圧の極性を選択することにより、起歪体
   に生じる機械的変形に方向性をもたせうるようにしたこ
   とを特徴とするセンサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のセンサにおいて、他方
   の電極層を電気的に独立した２枚の副電極層で構成し、
   各副電極層に印加する電圧の極性を選択することによ
   り、前記２枚の副電極層の中心を結ぶ線方向に関する機
   械的変形と、前記２枚の副電極層の層面に対して垂直な
   方向に関する機械的変形と、を起歪体に生じさせるよう
   にしたことを特徴とするセンサ。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のセンサにおいて、他方
   の電極層を電気的に独立した４枚の副電極層で構成し、
   これらの副電極層を直交する２線分の各端点位置に配置
   し、各副電極層に印加する電圧の極性を選択することに
   より、前記２線分のうちの第１の線分方向に関する機械
   的変形と、第２の線分方向に関する機械的変形と、前記
   ４枚の副電極層の層面に対して垂直な方向に関する機械
   的変形と、を起歪体に生じさせるようにしたことを特徴
   とするセンサ。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載のセンサ
   において、機械的変形に基づき電気抵抗が変化する性質
   をもった抵抗素子と、第１の電極層と、前記抵抗素子お
   よび前記第１の電極層に対する配線層と、をいずれも起
   歪体の上面に形成し、前記抵抗素子を検出手段として用
   いるようにしたことを特徴とするセンサ。