JP3169508U - 外力の作用を検出するセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境や設置環境にかかわらず、常に正確な検出値を得ることができる外力の作用を検出するセンサを提供する。【解決手段】シリコン基板１００は、重錘部１１５と、その周囲を取り囲むフレーム部１３０との間を、可撓性をもった４本のビーム状の可撓部１２１〜１２４で繋いだ構造をもつ。フレーム部１３０の左端下面は、ダイボンド剤３２０によって支持体２００に固着される（平面図（ａ） に示すダイボンド剤３２０は、実際には、シリコン基板１００の下面に形成されている）。加速度や角速度の作用により、重錘部１１５に外力が作用すると、可撓部１２１〜１２４に撓みが生じ、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４による検出がなされる。ダイボンド剤３２０は、左右非対称となるように左端側にのみ形成されているため、温度環境や設置環境が変化しても、支持体２００側に生じた応力歪みがシリコン基板１００側に伝達されるのを抑制できる。【選択図】図８

Description

本考案は、外力の作用を検出するセンサに関し、特に、重錘部に作用した外力を電気的に検出することにより加速度や角速度の検出を行うことができるセンサに関する。

加速度や角速度といった物理量を検出するセンサは、駆動機構をもった様々な産業機器で広く利用されている。一般的な加速度センサは、加速度の作用により重錘部に加えられた外力を電気的に検出する原理を採用し、一般的な角速度センサは、振動中の重錘部に角速度の作用に起因して生じた外力（コリオリ力）を電気的に検出する原理を採用している。このように、慣性をもった重錘部に対して作用した外力を検出することにより、加速度や角速度を検出するセンサは、一般に慣性センサと呼ばれている。

たとえば、下記の特許文献１には、重錘部とその周囲を取り囲むフレーム部とを可撓性をもった可撓部によって接続し、重錘部に作用した外力を可撓部に生じる撓みとして検出する３軸型の加速度センサが開示されている。また、特許文献２には、同様の構造をもった３軸型の角速度センサが開示されている。加速度センサも角速度センサも、重錘部に作用した外力を検出するという原理を利用して構成することができるため、たとえば、下記の特許文献３および４には、同一の構造体を利用して加速度と角速度との双方を検出する機能をもったセンサが提案されている。

特開平６−１７４５７１号公報 特開２００９−１８０７１３号公報 特開２００２−３５０１３８号公報 特開２００８−１９０９３１号公報

前掲の各特許文献に開示されているような、重錘部に作用した外力を可撓部に生じる撓みとして検出するセンサでは、検出対象となる加速度や角速度が作用していないときの可撓部の状態を基準状態として、当該基準状態からの差分を検出値とする検出方法を採る。しかしながら、実際には、上記基準状態は、センサの使用環境や設置環境によって変動する。これは、センサの使用環境や設置環境によって、可撓部に加わる応力に変動が生じるためである。

たとえば、センサ使用時の温度が変動すると、可撓部に加わる応力も変動する。これは、センサやその取り付け相手となる物体が熱により膨張もしくは収縮し、しかも、材質が異なる部材は熱膨張係数も異なるため、センサの各部で膨張や収縮の程度が異なってしまうためである。通常、センサ本体はパッケージに収容された状態で、検出信号を処理するための回路基板にはんだ付けされて利用されるが、センサ本体を構成する各部、パッケージ、回路基板の材質が異なれば、温度環境の変化により各部に応力の歪みが生じ、これがセンサ本体内の可撓部まで伝達されると、可撓部の基準状態が変化してしまう。このため、センサの感度やゼロ点出力（検出対象となる加速度や角速度が作用していないときの出力）が変動し、正確な検出値を得ることができなくなる。

また、たとえ利用時の温度が一定であったとしても、パッケージを回路基板に実装する際に、パッケージに特定の潜在応力が加わった状態ではんだ付けしてしまった場合には、可撓部に潜在的に応力が加わった状態が維持されるので、やはり正確な検出値を得ることができなくなる。

そこで本考案は、使用環境や設置環境にかかわらず、常に正確な検出値を得ることができる外力の作用を検出するセンサを提供することを目的とする。

(1) 本考案の第１の態様は、重錘部と、その周囲を取り囲むフレーム部と、重錘部とフレーム部とを接続する可撓性をもった可撓部と、を有するシリコン基板と、
可撓部の撓みを電気的に検出する検出素子と、
シリコン基板を支持するための支持体と、
フレーム部の下面と支持体の上面とを接合する接合部材と、
を備え、重錘部に作用した外力に起因して生じる可撓部の撓みを、検出素子により電気的に検出することにより、外力の所定方向成分を検出するセンサにおいて、
重錘部の内部に原点ＯをもつＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、シリコン基板の上面および下面は、ＸＹ平面に平行な面をなし、フレーム部の下面に対する接合部材の接合領域をＸＹ平面に正射影投影して得られる接合部材投影像が、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方に関して非対称をなすように配置されているようにしたものである。

(2) 本考案の第２の態様は、上述の第１の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
シリコン基板のＸＹ平面への投影像の輪郭が矩形をなし、フレーム部の投影像が矩形の４辺に沿った４本の帯状領域からなる「ロ」の字状領域を構成し、接合部材投影像がこの「ロ」の字状領域内に配置されているようにしたものである。

(3) 本考案の第３の態様は、上述の第２の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が、矩形の１辺に沿った１本の帯状領域内にのみ配置されているようにしたものである。

(4) 本考案の第４の態様は、上述の第２の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が、矩形の直交する２辺に沿った２本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該２本の帯状領域内にのみ配置されているようにしたものである。

(5) 本考案の第５の態様は、上述の第２の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が、矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該２本の帯状領域内にのみ配置されており、一方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像と他方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像とが異なる形状を有するようにしたものである。

(6) 本考案の第６の態様は、上述の第５の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
一方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像は帯状領域の長手方向全域に分布し、他方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像は帯状領域の特定位置にのみ点在するようにしたものである。

(7) 本考案の第７の態様は、上述の第２の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が、矩形の３辺に沿った３本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該３本の帯状領域内にのみ配置されているようにしたものである。

(8) 本考案の第８の態様は、上述の第７の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が配置されている３本の帯状領域のうち、矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域に配置されている接合部材投影像は、帯状領域の特定位置にのみ点在し、残りの１本の帯状領域に配置されている接合部材投影像は、帯状領域の長手方向全域に分布するようにしたものである。

(9) 本考案の第９の態様は、上述の第２〜第８の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が、帯状領域の長手方向に沿った連続領域を形成する線状投影像を含むようにしたものである。

(10) 本考案の第１０の態様は、上述の第２〜第８の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
接合部材投影像が、帯状領域の長手方向に沿った配置線上に所定間隔をおいて並べられた複数の点状投影像を含むようにしたものである。

(11) 本考案の第１１の態様は、上述の第１の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
検出素子が、可撓部に形成されたピエゾ抵抗素子を有し、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、可撓部の撓みを電気的に検出するようにしたものである。

(12) 本考案の第１２の態様は、上述の第１１の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
内側端が重錘部に接続され、外側端がフレーム部に接続された４本のビーム状の可撓部を有し、これら４本のビーム状の可撓部をＸＹ平面に正射影投影した場合に、第１の可撓部の投影像はＸ軸正領域に位置し、第２の可撓部の投影像はＸ軸負領域に位置し、第３の可撓部の投影像はＹ軸正領域に位置し、第４の可撓部の投影像はＹ軸負領域に位置し、
検出素子が、第１の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１と、第１の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ２と、第２の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ３と、第２の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ４と、第３の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ１と、第３の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ２と、第４の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ３と、第４の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ４と、第３の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ１と、第３の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ２と、第４の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ３と、第４の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ４と、を有し、素子Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４によって重錘部に作用した外力のＸ軸方向成分を検出し、素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４によって重錘部に作用した外力のＹ軸方向成分を検出し、素子Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４によって重錘部に作用した外力のＺ軸方向成分を検出し、
接合部材投影像が、Ｘ軸に関しては正領域および負領域の双方に配置されているが、Ｙ軸に関しては正領域および負領域のいずれか一方のみに配置されているか、もしくは、Ｙ軸上には全く配置されていないようにしたものである。

(13) 本考案の第１３の態様は、上述の第１の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
検出素子が、可撓部に固着された圧電素子を有し、この圧電素子に生成される電荷に基づいて、可撓部の撓みを電気的に検出するようにしたものである。

(14) 本考案の第１４の態様は、上述の第１の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
フレーム部が、重錘部を取り囲む本体フレーム部と、この本体フレーム部の脇に配置された台座部と、本体フレーム部と台座部とを接続する中継部と、を有し、フレーム部のＸＹ平面への正射影投影像が、中継部においてくびれを生じる形状をなし、接合部材投影像が、台座部の投影像内にのみ配置されているようにしたものである。

(15) 本考案の第１５の態様は、上述の第１４の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
フレーム部のＸＹ平面への正射影投影像が外接矩形を有し、この外接矩形の端部近傍にＹ軸に平行な分割線を定義し、この分割線に沿ってスリットを形成することにより分割線とＸ軸との交点近傍に中継部が形成されるようにしたものである。

(16) 本考案の第１６の態様は、上述の第１〜第１５の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
フレーム部の上面もしくは下面に、検出素子に対する配線を行うためのボンディングパッドが形成されており、このボンディングパッドをＸＹ平面に正射影投影して得られるボンディングパッド投影像が接合部材投影像に含まれるようにしたものである。

(17) 本考案の第１７の態様は、上述の第１６の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
フレーム部の下面に、検出素子に対する配線を行うためのボンディングパッドが形成されており、ボンディングパッドの下面と支持体の上面との間に導電性をもった接合部材が接合され、接合部材がボンディングパッドに対する配線の一部を形成するようにしたものである。

(18) 本考案の第１８の態様は、上述の第１〜第１７の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
加速度に基づいて重錘部に作用する外力を検出することにより、作用した加速度を検出する機能を有する加速度センサを構成したものである。

(19) 本考案の第１９の態様は、上述の第１〜第１７の態様に係る外力の作用を検出するセンサにおいて、
電気信号を供給することにより可撓部に撓みを生じさせ、重錘部を所定方向に振動させる励振素子を更に設け、
重錘部が振動状態において、角速度に基づいて重錘部にコリオリ力として作用する外力を検出することにより、作用した角速度を検出する機能を有する角速度センサを構成したものである。

本考案に係るセンサによれば、フレーム部を支持体に接合する役割を果たす接合部材の配置が非対称となるようにしたため、支持体側に生じた応力歪みがシリコン基板側に伝達されるのを抑制することができるので、使用環境や設置環境にかかわらず、常に正確な検出値を得ることができるようになる。

従来から提案されているピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサの本体部を構成するシリコン基板１００の上面図である。 図１に示すシリコン基板１００をＸＺ平面で切断した断面を示す縦断面図である。 図１に示すシリコン基板１００をＸＹ平面で切断した断面を示す横断面図である。 図１に示すシリコン基板１００を切断線４−４の位置で切断した断面を示す縦断面図である。 図１に示すシリコン基板１００を用いた加速度センサの動作原理を示す表である。 図１に示すシリコン基板１００を用いた加速度センサに用いる検出回路を示す回路図である。 図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される従来のセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３１０は、実際には、シリコン基板１００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３１０のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第１の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３２０は、実際には、シリコン基板１００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３２０のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第２の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３２０，３２５は、実際には、シリコン基板１００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３２０，３２５のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第３の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３２０，３３０は、実際には、シリコン基板１００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３２０，３３０のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 シリコン基板１００′を支持体２００に接合して構成される本考案の第４の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３４０，３４１，３４２は、実際には、シリコン基板１００′の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３４０，３４１，３４２のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第５の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３５１〜３５８は、実際には、シリコン基板１００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３５１〜３５８のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第６の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されているシリコン基板１００は、支持体２００に接合する際には、上下がひっくり返される（上面図(a) における接合部材３５１〜３５８のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 シリコン基板１００''を支持体２００に接合して構成される本考案の第７の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３６０は、実際には、シリコン基板１００''の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３６０のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 シリコン基板４００を支持体２００に接合して構成される本考案の第８の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３７０は、実際には、シリコン基板４００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３７０のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 シリコン基板５００を支持体２００に接合して構成される本考案の参考例に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３８１，３８２は、実際には、シリコン基板５００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３８１，３８２のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 シリコン基板６００を支持体２００に接合して構成される本考案の圧電素子を用いた実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。上面図(a) に示されている接合部材３９０は、実際には、シリコン基板６００の下面に形成されており、上面図には現れないが、説明の便宜上、図にハッチング領域として示してある（上面図(a) における接合部材３９０のドットによるハッチングおよび各電極の斜線によるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。 図１７に示すシリコン基板６００の下面図である。 図１７に示す圧電素子を用いた実施形態に係るセンサに用いる検出回路を示す回路図である。

以下、本考案を図示する実施形態に基づいて説明する。

＜＜＜ §１．従来の加速度センサとその問題点 ＞＞＞
はじめに、従来から提案されている一般的なピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサの基本構造および検出原理と、その問題点を述べる。

図１は、前掲の特許文献１等に開示されているピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサの本体部を構成するシリコン基板１００の上面図である。ここでは、説明の便宜上、図１に示すとおり、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、紙面垂直上方にＺ軸をとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。図２は、このシリコン基板１００をＸＺ平面で切断した断面を示す縦断面図である。座標系の原点Ｏは、シリコン基板１００の中心位置に配置されている。また、図３は、図１に示すシリコン基板１００をＸＹ平面で切断した断面を示す横断面図であり、図４は、図１に示すシリコン基板１００を切断線４−４の位置で切断した断面を示す縦断面図である。

図１の上面図に示すとおり、シリコン基板１００は外形が正方形状の基板であり、以下に述べるような各部から構成される。まず、その中心には、小さな正方形状の中央部１１５が配置され、この中央部１１５の四隅には、やはり小さな正方形状の４組の翼状部１１１，１１２，１１３，１１４が配置されている。そして、この翼状部１１１，１１２，１１３，１１４の周囲を取り囲むように、フレーム部１３０が配置されている。

これらの構成要素の基本的な平面形状は、図３の横断面図に明瞭に示されている。すなわち、翼状部１１１，１１２，１１３，１１４は、中央部１１５の四隅に融合した構造をなし、全体的に送風機の羽根のような形状をしている。ここでは、翼状部１１１，１１２，１１３，１１４および中央部１１５によって構成される構造体を重錘部１１０と呼ぶことにする。フレーム部１３０は、この重錘部１１０の周囲を取り囲むような「ロ」の字状の構造体である。結局、重錘部１１０は、「ロ」の字状のフレーム部１３０の内部に収容された状態になっている。

図１に示されているとおり、中央部１１５とフレーム部１３０とを接続するために、４本の可撓部１２１〜１２４が設けられている。すなわち、可撓部１２１はＸ軸正領域に沿って配置され、可撓部１２２はＸ軸負領域に沿って配置され、可撓部１２３はＹ軸正領域に沿って配置され、可撓部１２４はＹ軸負領域に沿って配置されている。各可撓部１２１〜１２４は、図２および図４に示すとおり、シリコン基板１００の上面側に設けられたビーム状の構造体であるため、図３に示す横断面図には現れていない。

これら各可撓部１２１〜１２４には、その撓みを電気的に検出する検出素子として、ピエゾ抵抗素子が形成されている。具体的には、図１に示すとおり、可撓部１２１の上面には２組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１，Ｒｘ２が形成され、可撓部１２２の上面には２組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ３，Ｒｘ４が形成されている。また、可撓部１２３の上面には４組のピエゾ抵抗素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｚ１，Ｒｚ２が形成され、可撓部１２４の上面には４組のピエゾ抵抗素子Ｒｙ３，Ｒｙ４，Ｒｚ３，Ｒｚ４が形成されている。図２の縦断面図を見ればわかるとおり、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、可撓部１２１，１２２の上面に埋め込まれており、その電気抵抗は、可撓部１２１，１２２の上面の伸縮状態に応じて変化する。ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４についても同様である。

なお、各ピエゾ抵抗素子には相互に配線が施されており、後述するようなブリッジを用いた検出回路が構成される。また、シリコン基板１００の上面左端には、図１に示すとおり、ボンディングパッドＢが設けられている。このボンディングパッドＢは、金属層から構成され、各ピエゾ抵抗素子の所定箇所との間に配線が施される。ここでは、これらの配線については、図示を省略している。ボンディングパッドＢには、外部の回路への配線を行うためにボンディングワイヤが接続される。なお、本願図面では、説明の便宜上、８個のボンディングパッドを配置した例を示してあるが、ボンディングパッドの数は、外部の検出回路との間の接続に必要な配線の数に応じて適宜定められることになる。

このような構造のシリコン基板１００を利用すれば、重錘部１１０に作用した加速度の各座標軸方向成分を電気的に検出することが可能な加速度センサが実現できる。図５は、図１に示すシリコン基板１００を用いた加速度センサの動作原理を示す表である。シリコン基板１００に対して、Ｘ軸方向の加速度αｘ，Ｙ軸方向の加速度αｙ，Ｚ軸方向の加速度αｚが作用すると、重錘部１１０（翼状部１１１〜１１４および中央部１１５の集合体）には、この加速度に起因して、それぞれＸ軸方向の外力Ｆｘ，Ｙ軸方向の外力Ｆｙ，Ｚ軸方向の外力Ｆｚが作用することになる。このような外力により、可撓部１２１〜１２４は撓みを生じ、重錘部１１０は作用した力の方向に変位する。

図５は、各座標軸の正方向に外力＋Ｆｘ，＋Ｆｙ，＋Ｆｚが作用した場合に、各ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４の長手方向に加わる応力を示している。すなわち、表における「０」は長手方向に関して応力は加わらないことを示し、「＋」は長手方向に伸びる応力、「−」は長手方向に縮む応力が加わることを示している。なお、各座標軸の負方向に外力−Ｆｘ，−Ｆｙ，−Ｆｚが作用した場合は、図５の＋Ｆｘ，＋Ｆｙ，＋Ｆｚの表に示す「＋」と「−」とが逆転した結果が得られる。

ここで、長手方向に伸びる応力が加わったピエゾ抵抗素子の抵抗値は増加し、長手方向に縮む応力が加わったピエゾ抵抗素子の抵抗値は減少するため、各ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４について、図６の(a) ，(b) ，(c) に示すようなブリッジからなる検出回路を用意しておけば、電位差計Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚが示すブリッジ電圧の符号および大きさは、それぞれ外力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚの方向および大きさを示すものになり、結局、シリコン基板１００に作用した加速度αｘ，αｙ，αｚの方向および大きさを示すものになる。このような検出原理は、前掲の特許文献１などに開示されている公知の技術であるため、ここでは詳しい説明は省略する。

このように、図１に示すシリコン基板１００は、３軸加速度センサの本体部として機能することになる。ただ、量産品としての実際の加速度センサの場合、シリコン基板１００は、円盤状の基板からダイシングされたシリコンチップとして用意され、パッケージに収容された状態で固定され、必要な配線が施された上で出荷される。シリコン基板１００をパッケージ内部へ固定するには、接合部材（ダイボンド剤）を用いた接合が行われる。

図７は、図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される従来のセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図７(a) の上面図は、図１の上面図に接合部材３１０（ダイボンド剤）の形成領域を付加したものである。図７(b) に示すとおり、接合部材３１０は、実際にはシリコン基板１００の下面に形成されるので、図７(a) の上面図には現れない。すなわち、シリコン基板１００を支持体２００に接合した状態であっても、シリコン基板１００の上面図は図１のとおりである。ただ、図７(a) では、接合部材３１０の平面的な配置を明示するため、その形成領域をドットによるハッチング領域として描いている。このように、図７(a) における接合部材３１０のドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない。

重錘部１１０は、加速度の作用によって自由に変位を生じる状態にしておく必要があるため、シリコン基板１００を支持体２００に接合する場合、「ロ」の字状のフレーム部１３０の下面を支持体２００の上面に接合することになる。従来、このような接合を行う際には、図示のとおり、「ロ」の字状のフレーム部１３０の下面全域にわたって接合部材３１０を形成する構成をとっていた。別言すれば、接合部材３１０も、フレーム部１３０の形状に合わせて、「ロ」の字状の形態が採用されていた。

ここで、支持体２００は、加速度センサのパッケージの一部を構成する構造体であるか、もしくは、パッケージに固定される構造体である。したがって、図示の例のように、フレーム部１３０の下面全域に接合部材３１０を形成して接合すれば、シリコン基板１００の輪郭を構成する矩形の４辺すべてを支持体２００上に固定することができるため、パッケージに対して堅固で安定した取り付けが可能になる。

接合部材３１０としては、通常、樹脂や金属などからなるダイボンド剤が利用される。一般に、工業製品の製造プロセスにおいて、シリコンチップを支持体に接合する場合、チップ下面の全領域にわたって均等にダイボンド剤を塗布して接合するのが当業者の常識であり、シリコン基板１００を用いたセンサの場合も、図７に示す例のように、「ロ」の字状のフレーム部１３０の下面全域にわたって接合部材３１０を形成することは、当業者の常識に適ったものである。

しかしながら、本願考案者は、このような対称性をもった接合部材３１０を構成することは、外力の作用を検出するセンサについては好ましくない、との着想を得た。すなわち、接合部材３１０の配置が対称性をもっていると、センサの使用環境や設置環境によって、シリコン基板１００に好ましくない応力が加わることになり、正確な検出値を得ることができなくなるのである。

このような弊害を生じさせる最も支配的な要因は温度である。図７に示す例において、シリコン基板１００の材質はもちろんシリコンである。これに対して、接合部材３１０は、通常、樹脂や金属のダイボンド剤によって構成される。また、支持体２００としては、プラスチック板、セラミック板、金属板など、製品や用途によって様々な材質が利用される。更に、実用上は、センサパッケージを、ベークライトやガラスエポキシなどの材料からなる回路基板に実装したり、様々な材料面に固定したりして利用することになる。このような点を考慮すると、使用環境における温度変化により、パッケージを介してシリコン基板１００に対して応力が伝達されることがわかる。

一般に、物体は熱により膨張もしくは収縮する。しかも、材質が異なる部材は熱膨張係数が異なるため、パッケージを含めたセンサ各部で膨張や収縮の程度が異なり、様々な箇所に応力が生じる。対称性をもった接合部材３１０は、このような応力をシリコン基板１００に伝達しやすい性質をもつ。たとえば、図７(b) において、シリコン基板１００よりも支持体２００の方が熱膨張係数が大きい場合、温度が上昇すると、シリコン基板１００に比べて支持体２００の方が膨張することになる。そうなると、図示の例のように、接合部材３１０によってシリコン基板１００の左右両端が固定された製品では、シリコン基板１００に対して図の水平方向に伸ばす方向に応力が作用することになる。このような応力は、各ピエゾ抵抗素子の抵抗値に変動を生じさせるため、検出対象となる加速度が作用していない状態でも、検出回路から検出信号が出力されることになる。

また、温度が一定であったとしても、パッケージを回路基板に実装する際に、パッケージに特定の潜在応力が加わった状態ではんだ付けしてしまった場合には、支持体２００に潜在的に応力が加わった状態になるので、やはりシリコン基板１００に対して応力が作用した状態になる。このように、従来のセンサには、温度変化や実装方法により、感度やゼロ点出力が変動し、正確な検出値を得ることができなくなるという問題が生じていた。

＜＜＜ §２．ピエゾ抵抗素子を用いた加速度センサの実施形態 ＞＞＞
本考案は、外力の作用を検出する従来のセンサに生じていた上記問題を解決するためになされたものであり、その基本概念は、接合部材の配置に非対称性をもたせる、というものである。

既に§１で述べたとおり、本考案の適用対象となる外力の作用を検出するセンサは、重錘部１１０（翼状部１１１〜１１４および中央部１１５の集合体）と、その周囲を取り囲むフレーム部１３０と、重錘部１１０とフレーム部１３０とを接続する可撓性をもった可撓部１２１〜１２４と、を有するシリコン基板１００を備えている。しかも、可撓部１２１〜１２４には、その撓みを電気的に検出する検出素子（§１で述べた例の場合は、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４）が設けられている。そして、このシリコン基板１００は、支持体２００によって支持される構造をとり、フレーム部１３０の下面と支持体２００の上面とを接合するために接合部材３１０が設けられ、重錘部１１０に作用した外力（§１で述べた例の場合は、加速度に基づく力）に起因して生じる可撓部１２１〜１２４の撓みを、検出素子により電気的に検出することにより、外力の所定方向成分を検出することができる。

ここで、§１で例示した従来のセンサの場合、接合部材３１０の配置が対称性を有していた。すなわち、重錘部１１０の内部（§１で述べた例の場合は、中央部１１５の中心点）に原点ＯをもつＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、シリコン基板１００の上面および下面は、ＸＹ平面に平行な面をなし、フレーム部１３０の下面に対する接合部材３１０の接合領域をＸＹ平面に正射影投影して得られる接合部材投影像（図７(a) のハッチング領域に相当する）を考えた場合、当該接合部材投影像は、Ｘ軸に関して対称であり、かつ、Ｙ軸に関しても対称である。

実際、図７に示すシリコン基板１００の構造は、ボンディングパッドＢの部分を除いて、Ｘ軸およびＹ軸の双方に関して対称性を有しており、これを支持体２００に接合する際にも、接合部材３１０の配置に対称性をもたせることは、当業者が当然とるべき設計手法ということが言える。センサ全体の構造に幾何学的な対称性をもたせることは、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向の外力（加速度）を検出するための検出回路を単純化する上で好ましい。実際、図６に示すような単純なブリッジ回路で３軸検出が可能になるのは、シリコン基板１００の構造がＸ軸およびＹ軸の双方に関して対称性を有しているためである。

しかしながら、前述したとおり、本願考案者は、使用環境や設置環境によってシリコン基板１００に応力が加わるという観点では、上記対称性が弊害を生む要因になることに気づいたのである。接合部材３１０の配置は、外力の検出原理に直接影響を与えるものではないので、対称性を崩したとしても支障は生じない。本考案の主眼は、接合部材の接合領域をＸＹ平面に正射影投影して得られる接合部材投影像の配置が、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方に関して非対称をなすようにすることにより、常に正確な検出値を得ることができるセンサを提供することにある。以下、その具体的な実施形態をいくつか述べる。

なお、以下に述べる各実施形態においても、接合部材は、実際にはシリコン基板の下面に形成されるので上面図には現れないが、説明の便宜上、接合領域をＸＹ平面に正射影投影して得られる接合部材投影像をドットによるハッチング領域として上面図に描いて示すことにする（この上面図に示すドットによるハッチングは、平面的な形状パターンを示すために施されたものであり、断面を示すものではない）。

＜２−１ 第１の実施形態＞
図８は、図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第１の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図８(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３２０の形成領域（接合部材投影像）を示している。

ここに示す例の場合、シリコン基板１００は、ＸＹ平面への投影像の輪郭が矩形をなし、フレーム部１３０の投影像がこの矩形の４辺に沿った４本の帯状領域からなる「ロ」の字状領域を構成している。したがって、接合部材投影像も、この「ロ」の字状領域内に配置されることになるが、ここに示す第１の実施形態では、接合部材投影像が、矩形の１辺に沿った１本の帯状領域内にのみ配置されている構成をとる。

すなわち、図８(a) に示す例の場合、シリコン基板１００の輪郭を構成する正方形の４辺のうち、左辺に沿った帯状領域内にのみ、接合部材３２０の投影像が配置されており、他の３辺に沿った帯状領域には、接合部材３２０は配置されていない。

この第１の実施形態の場合、シリコン基板１００は、その左端においてのみ、支持体２００上に固定されることになるので、図８(b) の縦断面図に示されているとおり、いわゆる「片持ち梁」による支持形態が採られる。図７に示す従来例と比べると、支持体２００によるシリコン基板１００の支持の安定性が低下することは否めないが、一般的なダイボンド剤を用いて接合部材３２０を形成すれば、実用上、支持体２００によるシリコン基板１００の支持に支障は生じない。

図８(a) を見れば明らかなように、接合部材３２０の配置は、Ｘ軸に関しては対称性を有しているが、Ｙ軸に関する対称性は失われている。特に、図の左端のみで支持する形態をとるため、支持体２００側（パッケージ側）に生じたＸ軸方向に関する応力が、シリコン基板１００側に伝達されることを有効に阻止することが可能である。実際、図８(b) において、支持体２００が図の左右に伸縮したとしても、シリコン基板１００側には、当該伸縮による影響がほとんど及ばないことが理解できよう。もちろん、支持体２００によるシリコン基板１００の支持に支障が生じない範囲内で、接合部材３２０の全長をより短く設定してもかまわないし、接合部材３２０の投影像がＸ軸に関しても非対称となるような構成を採ってもかまわない。

なお、図８(a) に示すとおり、フレーム部１３０の上面には、検出素子（ピエゾ抵抗素子）に対する配線を行うためのボンディングパッドＢが形成されているが、このボンディングパッドＢをＸＹ平面に正射影投影して得られるボンディングパッド投影像は、接合部材３２０の投影像に含まれるようになっている。別言すれば、図８(b) に示すとおり、ボンディングパッドＢの直下に、接合部材３２０が配置されている。このような配置は、ボンディングパッドＢに対してボンディングワイヤを接続するワイヤボンディング工程に有用である。

すなわち、一般的なワイヤボンディング工程では、ボンディングパッドＢに対して超音波を作用させながらワイヤの接続を行うことになるが、ボンディングパッドＢの直下に接合部材３２０が配置されていれば、ボンディングパッドＢは支持体２００上にしっかりと支持されるので、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

なお、図８には、シリコン基板１００の輪郭を構成する正方形の４辺のうち、左辺に沿った帯状領域に接合部材３２０を配置した例を示したが、もちろん、右辺、上辺、もしくは下辺に配置するようにしてもよい。要するに、この第１の実施形態では、接合部材３２０を、矩形の任意の１辺に沿った１本の帯状領域内にのみ配置すればよい。もっとも、上述したように、ワイヤボンディング工程を考慮すると、４辺のうち、ボンディングパッドＢが配置された１辺を選択するのが好ましい。

＜２−２ 第２の実施形態＞
図９は、図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第２の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図９(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３２０，３２５の形成領域（接合部材投影像）を示している。

この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態に、更に、接合部材３２５を付加したものである。すなわち、この実施形態では、図９(a) にドットによるハッチング領域として示すとおり、２組の接合部材３２０，３２５が、フレーム部１３０のそれぞれ左側の帯状領域および右側の帯状領域の下面に設けられている。もちろん、左右の２辺に沿った帯状領域に設ける代わりに、上下の２辺に沿った帯状領域に設けることもできる。しかも、２組の接合部材３２０，３２５は、互いに異なる形状を有している。

要するに、この第２の実施形態の特徴は、接合部材投影像が、シリコン基板１００の輪郭を構成する矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該２本の帯状領域内にのみ配置されており、一方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像と他方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像とが異なる形状を有するようにする点にある。両者を異なる形状とすることにより、接合部材投影像は、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方に関して非対称をなす。

図示の例の場合、接合部材投影像は、Ｘ軸に関しては対称であるが、Ｙ軸に関しては非対称となっている。より具体的には、図示の例の場合、一方の帯状領域内（左側の帯状領域内）に配置されている接合部材投影像３２０は帯状領域の長手方向（Ｙ軸に沿った方向）の全域に分布し、他方の帯状領域内（右側の帯状領域内）に配置されている接合部材投影像は帯状領域の特定位置（図示の例では、Ｘ軸上の位置）にのみ点在する形態をとる。

この第２の実施形態の場合、図９(b) の縦断面図に示されているとおり、シリコン基板１００は、左側の接合部材３２０と右側の接合部材３２５との両方によって支持体２００上に固定されているため、支持体２００側が図の左右方向に伸縮すると、その影響がシリコン基板１００側にも伝達されることは否めない。しかしながら、接合部材３２０と接合部材３２５とは、Ｙ軸に関して非対称となっているため、図７に示す従来例のような対称配置をとる場合に比べて、シリコン基板１００側に伝達される応力は軽減される。

一般に、シリコン基板１００側に伝達される応力を軽減するためには、接合部材による接合面積（上面図にドットによるハッチングで示す領域の全面積）をできるだけ小さく抑えるのが好ましい。しかしながら、接合面積を小さくすればするほど、接合強度は低下し、安定した支持は損なわれる。本考案における「接合部材投影像が、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方に関して非対称をなすように配置する」という基本的な技術思想は、ある一定の接合面積を確保しつつ、シリコン基板１００側に伝達される応力をできるだけ軽減させる効果を奏することになる。

この図９に示す第２の実施形態は、矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域にそれぞれ接合部材３２０，３２５を設けているため、図８に示す第１の実施形態に比べると、シリコン基板１００側に伝達される応力は大きくなる。しかしながら、シリコン基板１００の対向する２辺を支持することができるため、「片持ち梁」による支持形態を採らざるを得ない図８に示す第１の実施形態に比べて、支持体２００上に支持されるシリコン基板１００の安定性は格段に向上する。

なお、図９に示す例においても、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３２０の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

＜２−３ 第３の実施形態＞
図１０は、図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第３の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図１０(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３２０，３３０の形成領域（接合部材投影像）を示している。

この第３の実施形態は、前述した第１の実施形態に、更に、接合部材３３０を付加したものである。すなわち、この実施形態では、図１０(a) にドットによるハッチング領域として示すとおり、２組の接合部材３２０，３３０が、フレーム部１３０のそれぞれ左側の帯状領域および上側の帯状領域の下面に設けられている。

この第３の実施形態の特徴は、接合部材投影像が、シリコン基板１００の輪郭を構成する矩形の直交する２辺（角で隣接する２辺）に沿った２本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該２本の帯状領域内にのみ配置されているようにする点にある。このような配置を採れば、接合部材投影像は、Ｘ軸およびＹ軸の双方に関して非対称になる。

この第３の実施形態では、上述した第２の実施形態のようにシリコン基板１００の対向する２辺を支持するのではなく、直交する２辺を支持する形態になるため、支持の安定性は多少低下する。しかしながら、支持体２００側に生じたＸ軸方向の伸縮やＹ軸方向の伸縮が、シリコン基板１００側に伝達することを効果的に抑制することができる。

なお、図１０に示す例においても、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３２０の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

＜２−４ 第４の実施形態＞
図１１は、シリコン基板１００′を支持体２００に接合して構成される本考案の第４の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図１１(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３４０，３４１，３４２の形成領域（接合部材投影像）を示している。

図１に示すシリコン基板１００と図１１に示すシリコン基板１００′との違いは、ボンディングパッドＢの配置のみである。前者では、シリコン基板１００の左辺（Ｙ軸に平行な辺）に沿ってボンディングパッドＢが配置されているのに対して、後者では、シリコン基板１００′の下辺（Ｘ軸に平行な辺）に沿ってボンディングパッドＢが配置されている。その余の構成は、両者で全く同一である。

この実施形態では、図１１(a) にドットによるハッチング領域として示すとおり、３組の接合部材３４０，３４１，３４２が、フレーム部１３０のそれぞれ下側の帯状領域、左側の帯状領域、右側の帯状領域の下面に設けられている。

この第４の実施形態の特徴は、接合部材投影像が、シリコン基板１００の輪郭を構成する矩形の３辺に沿った３本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該３本の帯状領域内にのみ配置されているようにする点にある。このような配置を採れば、接合部材投影像は、Ｘ軸およびＹ軸の少なくとも一方に関して非対称になる。

図１１に示す具体的な例の場合、接合部材３４０はシリコン基板１００′の下辺に沿った帯状領域に配置されており、接合部材３４１はシリコン基板１００′の左辺に沿った帯状領域に配置されており、接合部材３４２はシリコン基板１００′の右辺に沿った帯状領域に配置されている。この例では、接合部材３４１と接合部材３４２とがＹ軸に関して対称をなすため、全体的な接合部材の配置は、Ｙ軸に関しては対称となっているが、Ｘ軸に関しては非対称となっている。したがって、シリコン基板１００′を３辺で支持する、という極めて安定した支持形態を維持しつつ、支持体２００側に生じたＹ軸方向の伸縮が、シリコン基板１００側に伝達することを抑制する効果が得られる。

また、図１１に示す具体的な例の場合、接合部材投影像が配置されている３本の帯状領域のうち、矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域（左辺および右辺の帯状領域）に配置されている接合部材投影像３４１，３４２は、帯状領域の特定位置（図示の例では、Ｘ軸上の位置）にのみ点在し、残りの１本の帯状領域（下辺の帯状領域）に配置されている接合部材投影像は、帯状領域の長手方向全域に分布する形態をとっている。

このような形態は、シリコン基板１００′をできるだけ安定して支持しつつ、支持体２００側に生じた応力が、シリコン基板１００′側に伝達されるのを抑制する上で効果的である。すなわち、点在する接合部材３４１，３４２は、接合面積が小さいため、応力を伝達する作用は小さいものの、接合部材３４０と合わせた三者により、シリコン基板１００′を安定して支持する役割を果たすことができる。一方、接合部材３４０は、下辺の帯状領域の長手方向全域に分布する形態をとるため、シリコン基板１００′を十分に支持することができる。

なお、この図１１に示す例においても、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３４０の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

＜２−５ 第５の実施形態＞
図１２は、図１に示すシリコン基板１００を支持体２００に接合して構成される本考案の第５の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図１２(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３５１〜３５８の形成領域（接合部材投影像）を示している。

この第５の実施形態は、基本的には、図８に示す第１の実施形態と同様に、シリコン基板１００の輪郭を構成する正方形の４辺のうち、左辺に沿った帯状領域内にのみ、接合部材を配置し、他の３辺に沿った帯状領域には、接合部材を配置しない形態をとる。したがって、第１の実施形態と同様に、シリコン基板１００は、その左端においてのみ、支持体２００上に固定されることになるので、図１２(b) の縦断面図に示されているとおり、「片持ち梁」による支持形態が採られる。

ただ、図８に示す第１の実施形態の場合、接合部材３２０が、帯状領域の長手方向（Ｙ軸に平行な方向）に沿った連続領域となる線状投影像を形成するのに対して、図１２に示す第５の実施形態の場合、接合部材３５１〜３５８は、帯状領域の長手方向（Ｙ軸に平行な方向）に沿った配置線Ｌ上に、所定間隔をおいて並べられた複数８個の点状投影像を形成している。すなわち、図８の実施形態における細長い線状の接合部材３２０が、図１２の実施形態では、８個の点状の接合部材３５１〜３５８に置き換えられているが、その基本的な作用効果は、両実施例で大差はない。

図１２に示す実施形態で、８個の点状の接合部材３５１〜３５８を形成したのは、８個のボンディングパッドＢの直下の位置に、それぞれ別個独立した接合部材が配置されるようにしたためである。すなわち、この図１２に示す例においても、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３５１〜３５８の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

要するに、これまで述べてきた第１〜第４の実施形態は、いずれも、接合部材投影像が、帯状領域の長手方向に沿った連続領域を形成する線状投影像を含んでいるが、この線状投影像を複数の点状投影像に置き換えることが可能である。別言すれば、この第５の実施形態の特徴は、接合部材投影像が、帯状領域の長手方向に沿った配置線上に所定間隔をおいて並べられた複数の点状投影像を含むようにする点にある。

＜２−６ 第６の実施形態＞
図１３に示す第６の実施形態は、図１２に示す第５の実施形態において、シリコン基板１００の接合時の状態を上下ひっくり返したものである。すなわち、図１３(a) に示すシリコン基板１００の構成は、図１２(a) に示すシリコン基板１００の構成と全く同じであり、接合部材３５１〜３５８の平面的な位置にも変わりはないが、図１３(b) に示すとおり、この第６の実施形態では、シリコン基板１００の向きを上下反転して支持体２００の上面に接合することになる。

その結果、検出素子に対する配線を行うためのボンディングパッドＢは、フレーム部１３０の下面に形成されることになり、このボンディングパッドＢの下面と支持体２００の上面との間に接合部材３５１〜３５８が接合される。図１３(b) の縦断面図には、ボンディングパッドＢの下面が、接合部材３５５を介して支持体２００の上面に接合された状態が示されている。

このように、シリコン基板１００の上下を反転させ、ボンディングパッドＢが下方を向くような状態で接合する方式は、一般にフリップチップボンディングと呼ばれている。この場合、接合部材３５１〜３５８を、金属などの導電性をもった材料で構成しておけば、接合部材３５１〜３５８自身が各ボンディングパッドＢに対する配線の一部を形成することになるので、ボンディングワイヤーを接続する工程を省略することができる。すなわち、この実施形態では、図１３(a) に示すように、８個のボンディングパッドＢと接合部材３５１〜３５８とがそれぞれ対応しているので、これら接合部材３５１〜３５８を導電性材料で構成しておけば、８個のボンディングパッドＢのそれぞれに対する個別の配線として機能する。したがって、支持体２００の上面側に、各接合部材３５１〜３５８への個別配線を形成しておけば、ボンディングワイヤーを用いる必要はなくなる。

このように、シリコン基板の上下を逆転させて接合するフリップチップボンディングの方式は、本願に記載したいずれの実施形態についても適用可能である。

＜２−７ 第７の実施形態＞
図１４は、シリコン基板１００''を支持体２００に接合して構成される本考案の第７の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図１４(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３６０の形成領域（接合部材投影像）を示している。

図１に示すシリコン基板１００と図１４に示すシリコン基板１００''との違いは、ボンディングパッドの配置のみである。前者では、シリコン基板１００の左辺のほぼ全域にわたって一列に合計８個のボンディングパッドＢが配置されているのに対して、後者では、シリコン基板１００''の左辺の中央付近に集中して、二列状態で合計８個の小さなボンディングパッドｂが配置されている。その余の構成は、両者で全く同一である。

この第７の実施形態は、基本的には、図８に示す第１の実施形態と同様に、シリコン基板１００''の輪郭を構成する正方形の４辺のうち、左辺に沿った帯状領域内にのみ、接合部材３６０を配置し、他の３辺に沿った帯状領域には、接合部材を配置しない形態をとる。したがって、第１の実施形態と同様に、シリコン基板１００''は、その左端においてのみ、支持体２００上に固定されることになるので、図１４(b) の縦断面図に示されているとおり、「片持ち梁」による支持形態が採られる。

ただ、図８に示す第１の実施形態の場合、接合部材３２０が、帯状領域の長手方向（Ｙ軸に平行な方向）に沿った連続領域に配置されているのに対して、図１４に示す第７の実施形態の場合、接合部材３６０は、帯状領域の特定位置（この例では、Ｘ軸上の位置）に点在する形態をとる。すなわち、接合部材３６０の接合面積は、これまで述べてきた実施形態の中で最小になるため、支持体２００側に生じた応力がシリコン基板１００''側に伝達することを極めて効果的に抑制することができるようになる。もっとも、シリコン基板１００''を支持体２００上に支持する構成要素は、点在配置された接合部材３６０のみであるので、これまで述べてきた様々な実施形態に比べて、支持安定性は損なわれることになる。

なお、この図１４に示すシリコン基板１００''では、８個の小さなボンディングパッドｂが局在配置されているため、やはりボンディングパッドｂの投影像が、接合部材３６０の投影像に含まれるようになり、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

＜２−８ 第８の実施形態＞
図１５は、シリコン基板４００を支持体２００に接合して構成される本考案の第８の実施形態に係るセンサの接合状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。図１５(a) のドットによるハッチング領域は、この実施形態における接合部材３７０の形成領域（接合部材投影像）を示している。

この第８の実施形態は、これまで述べてきた第１〜第７の実施形態とは、若干、アプローチが異なっている。すなわち、シリコン基板４００は、図示のとおり、本体部４００Ａ、中継部４００Ｂ、台座部４００Ｃによって構成されている。ここで、本体部４００Ａの基本構造は、これまで述べてきたシリコン基板１００の基本構造と全く同じである（但し、本体部４００Ａには、ボンディングパッドＢは配置されていない）。シリコン基板４００は、いわば正方形状をしたシリコン基板１００の左脇に、中継部４００Ｂを介して台座部４００Ｃを取り付けた構造を有している。

図１５(a) の上面図に示されているとおり、中継部４００Ｂはくびれた部分を構成しており、正方形状の本体部４００Ａは、このくびれを生じた中継部４００Ｂを介して台座部４００Ｃに接続されていることになる。ここで、中継部４００Ｂおよび台座部４００Ｃの役割は、これまで述べてきた実施形態におけるフレーム部と同じである。すなわち、正方形状の本体部４００Ａの外周部分（正方形の４辺に沿って伸びる帯状領域）は、重錘部１１０を取り囲むフレーム部を構成することになるが、中継部４００Ｂおよび台座部４００Ｃも、このフレーム部の一部分を構成することになる。

結局、この第８の実施形態では、フレーム部が、重錘部１１０を取り囲む本体フレーム部（正方形状の本体部４００Ａの「ロ」の字状の外周部分）と、この本体フレーム部の脇に配置された台座部４００Ｃと、本体フレーム部と台座部４００Ｃとを接続する中継部４００Ｂと、によって構成される変則的な形状を有していることになる。しかも、このフレーム部のＸＹ平面への正射影投影像は、中継部４００Ｂにおいてくびれを生じる形状をなしている。より具体的には、図１５(a) に示すとおり、フレーム部のＸＹ平面への正射影投影像は外接矩形を有しており、この外接矩形の左側の端部近傍にＹ軸に平行な分割線Ｄを定義し、この分割線Ｄに沿って上下両方向からスリットＳ１，Ｓ２を形成することにより、分割線ＤとＸ軸との交点近傍に中継部４００Ｂが形成されるような構造になっている。

この第８の実施形態では、接合部材３７０は、台座部４００Ｃの下面に形成される。すなわち、図１５(a) の上面図に示すとおり、接合部材３７０の投影像は、台座部４００Ｃの投影像内にのみ配置されており、本体部４００Ａに対しては、直接的には支持体２００に対する接合は行われていない。結局、図１５(b) の縦断面図を見れば明らかなように、本体部４００Ａは、接合部材３７０、台座部４００Ｃ、中継部４００Ｂを介して、「片持ち梁」形式で支持体２００上に支持されることになる。したがって、支持体２００側に生じた応力は、接合部材３７０、台座部４００Ｃ、中継部４００Ｂを介してのみ、本体部４００Ａに伝達されることになり、本体部４００Ａへの応力伝達を効率的に抑制できる。

この図１５に示す例においても、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３７０の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。なお、各ボンディングパッドＢと各検出素子（ピエゾ抵抗素子）との間の配線は、中継部４００Ｂを介して行われる。

図１６は、図１５に示す実施形態を変形し、左右両側に台座部を設けた参考例である。すなわち、この参考例では、シリコン基板５００が支持体２００に接合された構造体が形成される。図１６(a) はその上面図、図１６(b) はその縦断面図である。図１６(a) のドットによるハッチング領域は、この参考例における接合部材３８１，３８２の形成領域（接合部材投影像）を示している。

シリコン基板５００は、図示のとおり、本体部５００Ａ、左側中継部５００Ｂ、左側台座部５００Ｃ、右側中継部５００Ｄ、右側台座部５００Ｅによって構成されている。ここで、本体部５００Ａの基本構造は、これまで述べてきたシリコン基板１００の基本構造と全く同じである（但し、本体部５００Ａには、ボンディングパッドＢは配置されていない）。シリコン基板５００は、いわば正方形状をしたシリコン基板１００の両脇に、左右の中継部５００Ｂ，５００Ｄを介して左右の台座部５００Ｃ，５００Ｅを取り付けた構造を有している。

ここで、接合部材３８１，３８２は、それぞれ台座部５００Ｃ，５００Ｅの下面に形成される。すなわち、図１６(a) の上面図に示すとおり、接合部材３８１の投影像は、台座部５００Ｃの投影像内にのみ配置されており、また、接合部材３８２の投影像は、台座部５００Ｅの投影像内にのみ配置されており、本体部５００Ａに対しては、直接的には支持体２００に対する接合は行われていない。結局、図１６(b) の縦断面図を見れば明らかなように、本体部５００Ａは、左側からは、接合部材３８１、台座部５００Ｃ、中継部５００Ｂを介して支持体２００上に支持され、右側からは、接合部材３８２、台座部５００Ｅ、中継部５００Ｄを介して支持体２００上に支持される。

この参考例における接合部材の平面配置は、図１６(a) に示すとおり、Ｘ軸およびＹ軸の双方に関して対称性を有しているため、本考案の基本的な技術思想からは逸脱するものの、本体部５００Ａは、左右の中継部５００Ｂ，５００Ｄを介してのみ支持体２００上に支持された構造になるため、図７に示す従来のセンサに比べれば、支持体２００側に生じた応力が本体部５００Ａに伝達されることを抑制させる効果が得られる。

この図１６に示す例においても、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３８１，３８２の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。なお、各ボンディングパッドＢと各検出素子（ピエゾ抵抗素子）との間の配線は、中継部５００Ｂ，５００Ｄを介して行われる。

＜２−９ ３軸センサにおける留意点＞
§１で述べたとおり、これまで述べてきた実施形態に係るセンサは、３軸型の加速度センサであり、Ｘ軸方向の加速度αｘ，Ｙ軸方向の加速度αｙ，Ｚ軸方向の加速度αｚをそれぞれ独立して検出することが可能である。その構造は、図１に示すとおり、４本の可撓部１２１〜１２４に、合計１２組のピエゾ抵抗素子を配置するという特徴を有している。

すなわち、このセンサは、内側端が重錘部（中央部１１５）に接続され、外側端がフレーム部１３０に接続された４本のビーム状の可撓部１２１〜１２４を有し、これら４本のビーム状の可撓部１２１〜１２４をＸＹ平面に正射影投影した場合に、第１の可撓部１２１の投影像はＸ軸正領域に位置し、第２の可撓部１２２の投影像はＸ軸負領域に位置し、第３の可撓部１２３の投影像はＹ軸正領域に位置し、第４の可撓部１２４の投影像はＹ軸負領域に位置している。

また、検出素子は、第１の可撓部１２１の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１と、第１の可撓部１２１の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ２と、第２の可撓部１２２の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ３と、第２の可撓部１２２の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ４と、第３の可撓部１２３の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ１と、第３の可撓部１２３の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ２と、第４の可撓部１２４の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ３と、第４の可撓部１２４の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ４と、第３の可撓部１２３の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ１と、前記第３の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ２と、第４の可撓部１２４の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ３と、第４の可撓部１２４の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ４と、によって構成されている。

図示のとおり、これら各ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、その長手方向が、Ｘ軸もしくはＹ軸に沿った方向を向くように配置されており、長手方向の両端間に電気抵抗を有する抵抗素子として機能する。そして、これら１２組のピエゾ抵抗素子を用いて、図６に示すようなブリッジ回路を組むことにより、３軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚをそれぞれ独立して検出することが可能になる。すなわち、素子Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４によって重錘部１１０に作用した外力のＸ軸方向成分を検出し、素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４によって重錘部１１０に作用した外力のＹ軸方向成分を検出し、素子Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４によって重錘部１１０に作用した外力のＺ軸方向成分を検出することができる。

このような構成をもった３軸型のセンサにおいて、検出機能に最も悪影響を与えるおそれがある応力の向きを考えてみよう。ここで、シリコン基板１００の下面を支持体２００に接合することを考えると、Ｚ軸方向の応力に関しては無視して問題ない。そこで、図１に示すシリコン基板１００に、Ｘ軸方向の応力が加わった場合と、Ｙ軸方向の応力が加わった場合とについて、いずれの場合に検出結果により悪影響が生じるかを検討してみる。

まず、Ｘ軸方向の応力が作用した場合を考えると、Ｘ軸に沿って配置された素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４は長手方向に伸縮を生じることになるので、これらの素子の抵抗値は影響を受けて変動する。これに対して、Ｙ軸に沿って配置された素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４については長手方向への伸縮は生じないので、これらの素子の抵抗値は影響を受けない。

ここで、図６の検出回路を参照すると、素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、図６(a) に示すとおり、Ｘ軸方向の加速度αｘを検出するブリッジ回路で利用されるが、電源が電流源のとき、素子Ｒｘ１，Ｒｘ３の抵抗値の積と、素子Ｒｘ２，Ｒｘ４の抵抗値の積と、の差分によって検出値が求まるので、各素子が長手方向に伸縮したとしても、外側に配置された素子Ｒｘ１，Ｒｘ４の抵抗値の変動が等しく、内側に配置された素子Ｒｘ２，Ｒｘ３の抵抗値の変動が等しくなるため（幾何学的配置条件が同じ素子では、変動も等しくなる）、全体的には変動分は相殺され、検出値には影響は現れない。

一方、Ｙ軸方向の応力が作用した場合を考えると、Ｙ軸に沿って配置された素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４は長手方向に伸縮を生じることになるので、これらの素子の抵抗値は影響を受けて変動する。これに対して、Ｘ軸に沿って配置された素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４については長手方向への伸縮は生じないので、これらの素子の抵抗値は影響を受けない。

ここで、図６の検出回路を参照すると、素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、図６(b) に示すとおり、Ｙ軸方向の加速度αｙを検出するブリッジ回路で利用されるが、素子Ｒｙ１，Ｒｙ３の抵抗値の積と、素子Ｒｙ２，Ｒｙ４の抵抗値の積と、の差分によって検出値が求まるので、各素子が長手方向に伸縮したとしても、外側に配置された素子Ｒｙ１，Ｒｙ４の抵抗値の変動が等しく、内側に配置された素子Ｒｙ２，Ｒｙ３の抵抗値の変動が等しくなるため（幾何学的配置条件が同じ素子では、変動も等しくなる）、全体的には変動分は相殺され、検出値には影響は現れない。

ところが、素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、図６(c) に示すとおり、Ｚ軸方向の加速度αｚを検出するブリッジ回路で利用されるが、素子Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値の積と、素子Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値の積と、の差分によって検出値が求まるので、各素子が長手方向に伸縮すると、たとえ外側に配置された素子Ｒｚ１，Ｒｚ４の抵抗値の変動が等しく、内側に配置された素子Ｒｚ２，Ｒｚ３の抵抗値の変動が等しくなったとしても、全体的には変動分は相殺されずに検出値に影響が生じることになる。

要するに、図６に示す検出回路を採用した場合、Ｙ軸に沿って配置された素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４がＹ軸方向（長手方向）への応力の影響を受けると、検出値に悪影響が生じることになる。このような点に鑑みると、§１で述べた３軸型のセンサに本考案を適用するにあたっては、Ｘ軸方向の応力伝達を阻止するよりも、Ｙ軸方向の応力伝達を阻止することを優先した方が好ましいことがわかる。

もちろん、理想上は、Ｘ軸方向の応力伝達とＹ軸方向の応力伝達との双方を効率的に阻止するのが好ましいが、応力伝達を阻止するため構成（接合部材の配置）をとればとるほど、シリコン基板１００の支持体２００に対する支持が不十分にならざるを得ない。したがって、シリコン基板１００をある程度十分に支持しつつ、検出精度の低下につながる応力伝達をできるだけ阻止するためには、Ｘ軸方向の応力伝達阻止よりも、Ｙ軸方向の応力伝達阻止に重点をおくのが好ましい。

具体的には、接合部材投影像が、Ｘ軸に関しては正領域および負領域の双方に配置されているが、Ｙ軸に関しては正領域および負領域のいずれか一方のみに配置されている構成（たとえば、図１１に示す構成）を採るか、接合部材投影像が、Ｘ軸に関しては正領域および負領域の双方に配置されているが、Ｙ軸上には全く配置されていないような構成（たとえば、図９に示す構成）を採ると、シリコン基板１００をある程度十分に支持しつつ、検出精度の低下につながる応力伝達をできるだけ阻止することが可能になる。

なお、上記理論に従えば、前述した第１の実施形態（矩形の１辺に沿った１本の帯状領域内にのみ接合部材を形成し、「片持ち梁」形式でシリコン基板を支持する実施形態）において、図８に示すように左辺（もしくは右辺）に沿って接合部材３２０を配置するよりも、上辺もしくは下辺に沿って接合部材を配置する方が、Ｚ軸方向の加速度αｚを正確に検出する上では有利である。§２−１では、図８に示す第１の実施形態の場合、支持体２００側に生じたＸ軸方向に関する応力がシリコン基板１００側に伝達されるのを阻止できる利点を述べた。しかしながら、支持体２００側に生じたＹ軸方向に関する応力については、Ｙ軸方向に細長い接合部材３２０を介して、シリコン基板１００の左辺に伝達されることになる。

これに対して、接合部材を下辺に沿って配置する構成を採れば、すなわち、図１１(a) に示す構成から、接合部材３４１，３４２を除去し、下辺に沿って配置された接合部材３４０のみを残す構成を採れば、支持体２００側に生じたＸ軸方向に関する応力については、Ｘ軸方向に細長い接合部材３４０を介して、シリコン基板１００′の下辺に伝達されることになるが、Ｙ軸方向に関する応力については、シリコン基板１００′側に伝達されるのを阻止することができる。上記理論に従えば、Ｚ軸方向の加速度αｚを正確に検出する上では、Ｘ軸方向の応力伝達を阻止するよりも、Ｙ軸方向の応力伝達を阻止することを優先した方が好ましいので、このような観点では、第１の実施形態を採る場合、Ｘ軸（すなわち、Ｚ軸方向の加速度αｚの検出に利用されるピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４が配置された軸に直交する軸）に平行な１辺に沿って、細長い接合部材を配置するのが好ましいことになる。

＜＜＜ §３．圧電素子を用いた角速度センサの実施形態 ＞＞＞
これまで述べてきた実施形態は、いずれも検出素子として、可撓部に形成されたピエゾ抵抗素子を用い、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、可撓部の撓みを電気的に検出するタイプのセンサであったが、検出素子としては、必ずしもピエゾ抵抗素子を用いる必要はなく、可撓部の撓みを電気的に検出することができる素子であれば、どのような素子を検出素子として用いてもかまわない。たとえば、検出素子として、可撓部に固着された圧電素子を用い、この圧電素子に生成される電荷に基づいて、可撓部の撓みを電気的に検出するようにしてもかまわない。

また、これまで述べてきた実施形態は、いずれも加速度に基づいて重錘部に作用する外力を検出することにより、作用した加速度を検出する機能を有する加速度センサの例であったが、本考案は、外力の作用を検出するセンサに広く適用可能である。たとえば、これまで述べてきた実施形態の構成に加えて、更に、電気信号を供給することにより可撓部に撓みを生じさせ、重錘部を所定方向に振動させる励振素子を設けるようにし、重錘部が振動状態において、角速度に基づいて重錘部にコリオリ力として作用する外力を検出するようにすれば、作用した角速度を検出する機能を有する角速度センサを実現することができる。

そこで、以下、圧電素子を検出素子として用いた角速度センサに本考案を適用した例を述べる。図１７は、このような角速度センサの本体部を構成するシリコン基板６００を支持体２００に接合した状態を示す上面図(a) および縦断面図(b) である。また、図１８は、シリコン基板６００の下面図である。

シリコン基板６００は、これまで述べてきた実施形態と同様に、上下両面がＸＹ平面に平行な面をなす正方形状の基板であり、その下面には、図１８に示すように、円形の環状溝部Ｇが設けられている。図１７(a) に破線で示す内側の円は、この環状溝部Ｇの内側壁の位置を示しており、破線で示す外側の円は、この環状溝部Ｇの外側壁の位置を示している。図１７(b) の縦断面図および図１８の下面図に示されているとおり、シリコン基板６００の中心に位置する重錘部６１０は、周囲を環状溝部Ｇに囲まれた円柱状の構造体であり、その中心に座標系の原点Ｏが定義されている。一方、環状溝部Ｇの上部には、肉厚が薄くなったために可撓性をもったワッシャー状の可撓部６２０が形成され、このワッシャー状の可撓部６２０の外周は、更にその外側に配置されたフレーム部６３０によって支持されている。

結局、シリコン基板６００は、重錘部６１０と、その周囲を取り囲むフレーム部６３０と、重錘部６１０とフレーム部６３０とを接続する可撓性をもった可撓部６２０と、を有しており、その基本構造は、これまで述べてきた様々な実施形態と共通している。

ただ、この実施形態では、可撓部６２０の撓みを電気的に検出する検出素子として、圧電素子が利用されている。すなわち、図１７(b) に示されているとおり、シリコン基板６００の上面全面には、共通電極Ｅ０（たとえば、金属層）が形成され、その上面全面には圧電素子６４０（たとえば、板状のＰＺＴ：チタン酸ジルコニウム酸鉛）が形成され、更にその上面の所定箇所には、複数の電極とボンディングパッドＢが形成されている。

圧電素子６４０上に形成された個々の電極の形状および配置は、図１７(a) の上面図に示すとおりである。なお、この図１７(a) におけるドットによるハッチングは接合部材３９０の平面的な形状パターンを示すためのものであり、斜線によるハッチングは、各電極の平面的な形状パターンを示すためのものである。

ここで、４枚の電極Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は、それぞれＸ軸正領域，Ｘ軸負領域，Ｙ軸正領域，Ｙ軸負領域に配置された励振用電極である。一方、Ｘ軸の正および負領域に配置された電極Ｅｘ１，Ｅｘ２は、重錘部６１０に作用した力のＸ軸方向成分Ｆｘを検出するための検出用電極であり、Ｙ軸の正および負領域に配置された電極Ｅｙ１，Ｅｙ２は、重錘部６１０に作用した力のＹ軸方向成分Ｆｙを検出するための検出用電極である。また、重錘部６１０の近傍に配置された４枚の電極Ｅｚ１〜Ｅｚ４は、重錘部６１０に作用した力のＺ軸方向成分Ｆｚを検出するための検出用電極である。

各励振用電極Ｆ１〜Ｆ４は、いずれも圧電素子６４０の各部を挟んで共通電極Ｅ０に対向する電極である。したがって、たとえば共通電極Ｅ０を接地電位に維持し、各励振用電極Ｆ１〜Ｆ４に正もしくは負の電圧を印加すれば、両者に挟まれた圧電素子６４０の各部（励振素子）が伸縮し可撓部６２０に特定の撓みを生じさせることができる。この性質を利用して、各励振用電極Ｆ１〜Ｆ４に所定の交流駆動信号を与えれば、重錘部６１０を所定方向に振動させることができる。

一方、重錘部６１０を所定方向に振動させた状態において、シリコン基板６００に所定軸まわりの角速度が作用すると、重錘部６１０には、所定軸方向へのコリオリ力が作用し、可撓部６２０が撓み、重錘部６１０がコリオリ力の作用した方向に変位する。この重錘部６１０の変位は、各検出用電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｚ１〜Ｅｚ４と共通電極Ｅ０との間に生じる電圧によって検出することができる。

具体的には、共通電極Ｅ０を接地しておけば、Ｘ軸方向への変位は検出用電極Ｅｘ１，Ｅｘ２に生じる電圧の差によって求めることができ、Ｙ軸方向への変位は検出用電極Ｅｙ１，Ｅｙ２に生じる電圧の差によって求めることができ、Ｚ軸方向への変位は検出用電極Ｅｚ１〜Ｅｚ４に生じる電圧の総和によって求めることができる。したがって、各検出用電極Ｅｘ１，Ｅｘ２，Ｅｙ１，Ｅｙ２，Ｅｚ１〜Ｅｚ４を用いて、図１９に示すような検出回路を用意すれば、演算器７１０の差分出力はＸ軸方向変位検出信号Ｓｘとなり、演算器７２０の差分出力はＹ軸方向変位検出信号Ｓｙとなり、演算器７３０の総和出力はＺ軸方向変位検出信号Ｓｚとなる。

これらの検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、瞬時のコリオリ力を示す信号になるので、重錘部６１０の振動方向を考慮することにより、シリコン基板６００に作用した３軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出することができる。また、検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚには、重錘部６１０に作用した３軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚを示す信号成分も含まれるので、検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚに含まれる信号をその周波数成分に基づいて分離すれば、３軸まわりの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚと３軸方向の加速度αｘ，αｙ，αｚを検出する機能をもった６軸型モーションセンサーを実現することも可能になる。

このような角速度の検出方法や、角速度と加速度との同時検出の方法は、たとえば、前掲の特許文献３，４等に開示されている公知の技術であるため、ここでは詳しい説明は省略する。

本考案の特徴は、このようなセンサを構成するために、シリコン基板６００を支持体２００（センサのパッケージの一部もしくはセンサのパッケージに固定された部材）に接合する方法にある。すなわち、本考案では、フレーム部６３０の下面と支持体２００の上面との間に接合部材（ダイボンド剤）を設けて両者を接合することになるが、フレーム部６３０の下面に対する接合部材の接合領域をＸＹ平面に正射影投影して得られる接合部材投影像が、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方に関して非対称をなすように配置する。

図１７に示す例の場合、§２−１で述べた第１の実施形態（図８）と同様に、シリコン基板６００は、その左端においてのみ、支持体２００上に固定されることになるので、図１７(b) の縦断面図に示されているとおり、いわゆる「片持ち梁」による支持形態が採られる。このような接合方法を採れば、支持体２００側（パッケージ側）に生じた応力が、シリコン基板６００側に伝達されることを阻止することが可能になる点は、既に述べたとおりである。また、図１７(a) に示すとおり、ボンディングパッドＢの投影像が、接合部材３９０の投影像に含まれるようになっているため、良好なワイヤボンディング工程を行うことができる。

もちろん、この圧電素子を用いて角速度の検出を行う機能をもったシリコン基板６００の接合方法は、図１７に示す例（§２−１で述べた第１の実施形態に対応する例）に限定されるものではなく、その他の実施形態で述べた接合方法を適用することも可能である。

１００，１００′，１００''：シリコン基板
１１０：重錘部
１１１〜１１４：翼状部（重錘部の一部）
１１５：中央部（重錘部の一部）
１２０，１２１〜１２４：可撓部
１３０：フレーム部
２００：支持体
３１０：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３２０，３２５：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３３０：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３４０，３４１，３４２：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３５１〜３５８：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３６０：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３７０：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３８１，３８２：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
３９０：接合部材（ダイボンド剤）／接合部材投影像
４００：シリコン基板
４００Ａ：本体部
４００Ｂ：中継部
４００Ｃ：台座部
５００：シリコン基板
５００Ａ：本体部
５００Ｂ：左側中継部
５００Ｃ：左側台座部
５００Ｄ：右側中継部
５００Ｅ：右側台座部
６００：シリコン基板
６１０：重錘部
６２０：可撓部
６３０：フレーム部
６４０：板状圧電素子
７１０〜７３０：演算器
Ｂ，ｂ：ボンディングパッド
Ｄ：分割線
Ｅ０：共通電極
Ｅｘ１，Ｅｘ２：検出用電極（外力のＸ軸方向成分Ｆｘ検出用）
Ｅｙ１，Ｅｙ２：検出用電極（外力のＹ軸方向成分Ｆｙ検出用）
Ｅｚ１〜Ｅｚ４：検出用電極（外力のＺ軸方向成分Ｆｚ検出用）
Ｆ１〜Ｆ４：励振用電極
Ｆｘ：外力のＸ軸方向成分
Ｆｙ：外力のＹ軸方向成分
Ｆｚ：外力のＺ軸方向成分
Ｇ：環状溝部
Ｌ：配置線
Ｏ：座標系の原点
Ｒｘ１〜Ｒｘ４：ピエゾ抵抗素子（外力のＸ軸方向成分Ｆｘ検出用）
Ｒｙ１〜Ｒｙ４：ピエゾ抵抗素子（外力のＹ軸方向成分Ｆｙ検出用）
Ｒｚ１〜Ｒｚ４：ピエゾ抵抗素子（外力のＺ軸方向成分Ｆｚ検出用）
Ｓ１，Ｓ２：スリット
Ｓｘ：Ｘ軸方向変位検出信号
Ｓｙ：Ｙ軸方向変位検出信号
Ｓｚ：Ｚ軸方向変位検出信号
Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ：電位差計
Ｘ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｙ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸
Ｚ：ＸＹＺ三次元座標系の座標軸

Claims (19)

1. 重錘部と、その周囲を取り囲むフレーム部と、前記重錘部と前記フレーム部とを接続する可撓性をもった可撓部と、を有するシリコン基板と、
   前記可撓部の撓みを電気的に検出する検出素子と、
   前記シリコン基板を支持するための支持体と、
   前記フレーム部の下面と前記支持体の上面とを接合する接合部材と、
   を備え、前記重錘部に作用した外力に起因して生じる前記可撓部の撓みを、前記検出素子により電気的に検出することにより、前記外力の所定方向成分を検出するセンサにおいて、
   前記重錘部の内部に原点ＯをもつＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、前記シリコン基板の上面および下面は、ＸＹ平面に平行な面をなし、前記フレーム部の下面に対する前記接合部材の接合領域をＸＹ平面に正射影投影して得られる接合部材投影像が、Ｘ軸およびＹ軸のうちの少なくとも一方に関して非対称をなすように配置されていることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
2. 請求項１に記載のセンサにおいて、
   シリコン基板のＸＹ平面への投影像の輪郭が矩形をなし、フレーム部の投影像が前記矩形の４辺に沿った４本の帯状領域からなる「ロ」の字状領域を構成し、接合部材投影像が前記「ロ」の字状領域内に配置されていることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
3. 請求項２に記載のセンサにおいて、
   接合部材投影像が、矩形の１辺に沿った１本の帯状領域内にのみ配置されていることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
4. 請求項２に記載のセンサにおいて、
   接合部材投影像が、矩形の直交する２辺に沿った２本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該２本の帯状領域内にのみ配置されていることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
5. 請求項２に記載のセンサにおいて、
   接合部材投影像が、矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該２本の帯状領域内にのみ配置されており、一方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像と他方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像とが異なる形状を有することを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
6. 請求項５に記載のセンサにおいて、
   一方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像は帯状領域の長手方向全域に分布し、他方の帯状領域内に配置されている接合部材投影像は帯状領域の特定位置にのみ点在することを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
7. 請求項２に記載のセンサにおいて、
   接合部材投影像が、矩形の３辺に沿った３本の帯状領域のそれぞれに、かつ、当該３本の帯状領域内にのみ配置されていることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
8. 請求項７に記載のセンサにおいて、
   接合部材投影像が配置されている３本の帯状領域のうち、矩形の対向する２辺に沿った２本の帯状領域に配置されている接合部材投影像は、帯状領域の特定位置にのみ点在し、残りの１本の帯状領域に配置されている接合部材投影像は、帯状領域の長手方向全域に分布することを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
9. 請求項２〜８のいずれかに記載のセンサにおいて、
   接合部材投影像が、帯状領域の長手方向に沿った連続領域を形成する線状投影像を含むことを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
10. 請求項２〜８のいずれかに記載のセンサにおいて、
    接合部材投影像が、帯状領域の長手方向に沿った配置線上に所定間隔をおいて並べられた複数の点状投影像を含むことを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
11. 請求項１に記載のセンサにおいて、
    検出素子が、可撓部に形成されたピエゾ抵抗素子を有し、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて、前記可撓部の撓みを電気的に検出することを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
12. 請求項１１に記載のセンサにおいて、
    内側端が重錘部に接続され、外側端がフレーム部に接続された４本のビーム状の可撓部を有し、これら４本のビーム状の可撓部をＸＹ平面に正射影投影した場合に、第１の可撓部の投影像はＸ軸正領域に位置し、第２の可撓部の投影像はＸ軸負領域に位置し、第３の可撓部の投影像はＹ軸正領域に位置し、第４の可撓部の投影像はＹ軸負領域に位置し、
    検出素子が、前記第１の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１と、前記第１の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ２と、前記第２の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ３と、前記第２の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ４と、前記第３の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ１と、前記第３の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ２と、前記第４の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ３と、前記第４の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ４と、前記第３の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ１と、前記第３の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ２と、前記第４の可撓部の内側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ３と、前記第４の可撓部の外側に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ４と、を有し、前記素子Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４によって重錘部に作用した外力のＸ軸方向成分を検出し、前記素子Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４によって重錘部に作用した外力のＹ軸方向成分を検出し、前記素子Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４によって重錘部に作用した外力のＺ軸方向成分を検出し、
    接合部材投影像が、Ｘ軸に関しては正領域および負領域の双方に配置されているが、Ｙ軸に関しては正領域および負領域のいずれか一方のみに配置されているか、もしくは、Ｙ軸上には全く配置されていないことを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
13. 請求項１に記載のセンサにおいて、
    検出素子が、可撓部に固着された圧電素子を有し、この圧電素子に生成される電荷に基づいて、前記可撓部の撓みを電気的に検出することを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
14. 請求項１に記載のセンサにおいて、
    フレーム部が、重錘部を取り囲む本体フレーム部と、この本体フレーム部の脇に配置された台座部と、前記本体フレーム部と前記台座部とを接続する中継部と、を有し、前記フレーム部のＸＹ平面への正射影投影像が、前記中継部においてくびれを生じる形状をなし、接合部材投影像が、前記台座部の投影像内にのみ配置されていることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
15. 請求項１４に記載のセンサにおいて、
    フレーム部のＸＹ平面への正射影投影像が外接矩形を有し、前記外接矩形の端部近傍にＹ軸に平行な分割線を定義し、この分割線に沿ってスリットを形成することにより前記分割線とＸ軸との交点近傍に中継部が形成されるようにしたことを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載のセンサにおいて、
    フレーム部の上面もしくは下面に、検出素子に対する配線を行うためのボンディングパッドが形成されており、このボンディングパッドをＸＹ平面に正射影投影して得られるボンディングパッド投影像が接合部材投影像に含まれることを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
17. 請求項１６に記載のセンサにおいて、
    フレーム部の下面に、検出素子に対する配線を行うためのボンディングパッドが形成されており、前記ボンディングパッドの下面と支持体の上面との間に導電性をもった接合部材が接合され、前記接合部材が前記ボンディングパッドに対する配線の一部を形成することを特徴とする外力の作用を検出するセンサ。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載のセンサにおいて、
    加速度に基づいて重錘部に作用する外力を検出することにより、作用した加速度を検出する機能を有する加速度センサ。
19. 請求項１〜１７のいずれかに記載のセンサにおいて、
    電気信号を供給することにより可撓部に撓みを生じさせ、重錘部を所定方向に振動させる励振素子を更に備え、
    重錘部が振動状態において、角速度に基づいて重錘部にコリオリ力として作用する外力を検出することにより、作用した角速度を検出する機能を有する角速度センサ。

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