JP3687029B2 - 加速度計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はシリコン微細加工によりダイアフラムを形成し、そのダイアフラムの加速度入力による変位を、ダイアフラムと対向配置した電極とダイアフラムとの間の静電容量の変化によって検出し、その検出した静電容量の変化から入力加速度を検知する構造とされた加速度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の加速度計の従来構成の一例を図４を参照して説明する。図４Ｂに示したように、方形状とされたダイアフラム１１は、その周囲が枠状をなす固定部１２によって支持されており、ダイアフラム１１の中央には重り接合部１３が肉厚とされて形成されている。これらダイアフラム１１，固定部１２及び重り接合部１３はシリコン基板をエッチング加工することによって一体に形成され、ダイアフラム１１部分はエッチングにより肉薄とされて弾性変形可能とされている。
【０００３】
重り接合部１３には直方体状をなす重り１４が接合され、この重り１４の各側面に近接対向する４つのマスフレーム１５が、同時に固定部１２の各辺に接合される。これら重り１４及びマスフレーム１５はガラス基板をダイシング加工することによって一括形成され、シリコンよりなる重り接合部１３及び固定部１２との接合には陽極接合が用いられる。
【０００４】
一方、固定部１２の、これらマスフレーム１５及び重り１４が位置する側と反対側の面にはベース１６が接合される。ベース１６は方形板状とされてガラスよりなり、図４Ｃに示したように、その板面には凹部１７が例えばエッチングにより形成されている。凹部１７には一対の電極１８，１９がスパッタ等により形成されており、これら電極１８，１９にはベース１６の端縁に至る導出部１８ａ，１９ａがそれぞれ設けられている。なお、ベース１６と固定部１２との接合も陽極接合によって行われる。
【０００５】
図５Ａは上記のようにして構成された加速度計２１の断面構造を示したものであり、ベース１６の凹部１７に形成された一対の電極１８，１９はダイアフラム１１と微小間隙を介して対向するものとなっている。
図５Ｂは加速度入力による動作状態の一例を示したものであり、矢印２２方向の入力加速度により、重り１４には矢印２３方向の慣性力が働き、これにより重り１４が図に示したように傾く。重り１４が傾くことにより、ダイアフラム１１は変形（変位）し、このダイアフラム１１の変位を電極１８，１９とダイアフラム１１との間の各静電容量の変化として検出する。入力加速度はこの検出した静電容量の変化から算出される。なお、図４及び５においては固定部１２上に設けられるダイアフラム１１用の電極の図示は省略している。
【０００６】
上記における図４は１つの加速度計２１について、その全体構造及びシリコン、ガラス毎の各部に分解した構造を示しているが、この加速度計２１はウェハアセンブリとして多数同時に形成されたものを切り離すことによって作製される。つまり、シリコンウェハに図４Ｂの構成を多数配列形成し、２枚のガラスウェハにそれぞれ図４Ａ及び図４Ｃの構成を同様に配列して形成し、これらシリコンウェハと２枚のガラスウェハとを陽極接合により一体化して作製した３層構造のウェハアセンブリをダイシング加工することによって加速度計２１が個別に切り出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにして作製される加速度計２１においては、陽極接合時に薄肉のダイアフラム１１に応力が発生し、この応力によって特に固定部１２に連結支持されている４隅部分において、ダイアフラム１１に塑性変形（歪み）が生じやすいといった問題があり、これによりダイアフラム１１の回転中心線が図６に示したように、本来の位置Ｃから例えば位置Ｃ′にずれてしまうといった状況が発生していた。
【０００８】
このような回転中心線のずれが生じると、加速度計２１の入力軸Ｘに対して回転中心線が傾きをもつことになり、言い換えれば入力軸Ｘの方向が本来の方向からずれてしまったことになり、その分検出精度が低下し、所望の性能が得られないものとなる。なお、このような変形の発生に起因する入力軸の方向のずれは一定ではなく、製造ばらつきがあるため、補正は困難なものとなっていた。
【０００９】
この発明の目的は上述した問題点に鑑み、ダイアフラムの塑性変形を防止することにより、入力軸のずれの発生を防止できるようにした加速度計を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、中央に肉厚とされた重り接合部を有する方形状ダイアフラムと、そのダイアフラムの周囲を支持する固定部とがシリコン基板より一体形成され、重り接合部に重りが陽極接合され、固定部の、重りが位置する側と反対側の面にベースが陽極接合され、そのベースにダイアフラムと対向する電極が形成されてなり、上記方形の一辺と平行方向からの入力加速度を検知する加速度計において、重り接合部の、ダイアフラムの４隅と対峙する部分よりそれぞれダイアフラムの回転中心線と平行に伸びる厚肉部がダイアフラムに一体に形成され、それら厚肉部の伸長方向各先端は固定部に至ることなく、固定部と離間されているものとされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。なお、図４，５と対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１はこの発明の一実施例を示したものである。この例では図１Ｂに示したように、ダイアフラム１１に方向性をもった厚肉部３１が設けられる。厚肉部３１は重り接合部１３の、ダイアフラム１１の４隅と対峙する部分からそれぞれ図に示したように突出延長されて設けられており、即ちダイアフラム１１上、重り接合部１３のまわりの４箇所に設けられている。
【００１２】
これら厚肉部３１の伸長方向はダイアフラム１１の回転中心線Ｃと平行方向とされ、つまり４つの厚肉部３１のダイアフラム１１上に占める各先端を図１Ｂ中に示したように、Ｐ₁ 〜Ｐ₄ とした時、点Ｐ₁ ，Ｐ₂ を結ぶ線及び点Ｐ₃ ，Ｐ₄ を結ぶ線がそれぞれ回転中心線Ｃと平行とされる。
厚肉部３１はシリコンの異方性エッチングにより形成され、ダイアフラム１１を形成する時のエッチング工程で同時に一体形成される。図２は厚肉部３１の形状を示したものであり、図３は図１Ｂの点Ｐ₃ ，Ｐ₄ を結ぶ線における断面形状を示したものである。
【００１３】
上記のように厚肉部３１をダイアフラム１１に設けたことにより、陽極接合時に塑性変形（歪み）が生じやすいダイアフラム１１の４隅部分が補強され，よって陽極接合時のダイアフラム１１の変形を抑制することができる。なお、各厚肉部３１は入力軸Ｘ方向において、重り接合部１３の前縁１３ａより前方に突出せず、また後縁１３ｂより後方に突出しないように形成されているため、加速度入力によるダイアフラム１１の本来の動き（変位）を妨げることはない。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によればダイアフラムに厚肉部を設けたことにより、陽極接合時におけるダイアフラムの塑性変形（歪み）の発生を防止することができ、よって陽極接合において従来発生していた入力軸の方向が本来の方向からずれてしまうといった問題を解消することができるため、良好な検出精度を有する加速度計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明の一実施例を示す断面図、ＢはＡにおけるダイアフラム（シリコン部分）の底面図。
【図２】図１Ｂにおける厚肉部の形状を示す斜視図。
【図３】図１ＢにおけるＰ₃ Ｐ₄ 線断面図。
【図４】従来の加速度計を説明するための図、Ａ〜Ｃは分解斜視図、Ｄは完成体斜視図。
【図５】Ａは図４Ｄの断面図、Ｂはその加速度入力状態を示す図。
【図６】ダイアフラムの回転中心線のずれを説明するための図。

Claims (1)

1. 中央に肉厚とされた重り接合部を有する方形状ダイアフラムと、そのダイアフラムの周囲を支持する固定部とがシリコン基板より一体形成され、上記重り接合部に重りが陽極接合され、上記固定部の、上記重りが位置する側と反対側の面にベースが陽極接合され、そのベースに上記ダイアフラムと対向する電極が形成されてなり、上記方形の一辺と平行方向からの入力加速度を検知する加速度計において、
   上記重り接合部の、上記ダイアフラムの４隅と対峙する部分より、それぞれ上記ダイアフラムの回転中心線と平行に伸びる厚肉部が上記ダイアフラムに一体に形成され、それら厚肉部の伸長方向各先端は上記固定部に至ることなく、上記固定部と離間されていることを特徴とする加速度計。

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