JP4269292B2

JP4269292B2 - ３軸加速度センサー

Info

Publication number: JP4269292B2
Application number: JP2006150212A
Authority: JP
Inventors: 正勝斎藤; 由夫池田; 敦司三重野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: JP2007322160A

Description

本願発明は、自動車や航空機、携帯端末機器、玩具等に用いられる加速度検出用の半導
体加速度センサーに関するものである。

加速度センサーは、自動車のエアーバッグ作動用の大きな衝撃力を検出する用途や、ブ
レーキ制御システムなどの車両制御用途向けの小さな加速度の検出に使用されてきた。こ
れらの自動車用途ではＸ軸、Ｙ軸の加速度を測定するため１軸もしくは２軸機能で充分で
あった。最近は、携帯端末機器やロボット、人体動作の検出による各種制御等の新しい用
途向けに実用化が進んできている。このような新用途では３次元での動きを検出するため
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を測定できる３軸加速度センサーが要求されている。また、微小な
加速度を検出するために高分解能で、小型・薄型であることも要求されている。

加速度センサーは梁部の動きを電気信号に変換する方法で、ピエゾ抵抗型、静電容量型
、圧電型に大別される。用途によって使い分けられるが、静止加速度の検出用途ではピエ
ゾ抵抗型と静電容量型に絞られ、これら２つのタイプはシリコン基板に半導体技術やマイ
クロマシン技術により、立体的な構造を形成することにより小型で高感度の加速度センサ
ーを一度に大量に製造できる。特に、ピエゾ抵抗型は構造および製造プロセスが単純であ
り小型・薄型で低価格化に向いた加速度センサーである。

特許文献１に、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサーが開示されており、その構造を図６に
示す。図６ａ）に、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサーの断面図、図６ｂ）に、加速度セン
サー素子の平面概略図を示す。加速度センサーは、セラミック等で作られたケース８３の
内底に加速度センサー素子１０の支持枠部７が、接着剤７４で接着されている。梁部６側
の支持枠部７には、規制板８５が接着剤７３で接着されている。ケース８３は接着剤７６
でケース蓋８４と接合されている。加速度センサー素子１０の電気信号を取出すワイヤー
等の図示は省略している。加速度センサーの概略寸法は、３〜８ｍｍ角×１〜３ｍｍ厚と
小さなものである。規制板８５や空隙ｇ３，ｇ４に付いては、次項以降で詳細に説明する
。

図６ｂ）に、加速度センサー素子の平面構造を示す。加速度センサー素子１０は、シリ
コン単結晶基板の周縁部に形成された支持枠部７と、中央部に形成された錘部５と、錘部
５と支持枠部７を接続する梁部６からなっている。梁部６にはピエゾ抵抗素子８が形成さ
れている。図６ｂ）で、Ｘ方向の梁部にはＸ軸とＺ軸のピエゾ抵抗素子、Ｙ方向の梁部に
はＹ軸のピエゾ抵抗素子が設けられている。ピエゾ抵抗素子を繋ぐ配線等の図示は省略し
た。錘部５が外力を受けて動くと梁部は変形する。梁部の変形度合いをピエゾ抵抗素子の
抵抗値変化として得ることで、外力がどの方向からどの程度の大きさで加速度センサーに
加わったかを知ることができる。しかし、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化は微小であるため、
梁部上に各軸当たり４個のピエゾ抵抗素子を配してフルブリッジ回路を構成し、微小な抵
抗変化を電圧変化として検出している。この構造の加速度センサー素子の加速度検出感度
は梁部６の変形量で決まるため、梁部の長さは長く、幅は狭く、厚みは薄くすることが求
められる。例えば高感度な加速度センサーでは梁部６の長さは５００〜７００μｍ、幅は
８０〜１２０μｍ、厚みは５〜１０μｍとなっている。このため、衝撃の様な大きな加速
度が加わり、錘部５が多く動いた時に強度的に弱い梁部６が破損してしまう。

衝撃が加わっても梁部が破損しないように錘部の動きを規制する構造が、特許文献２に
示されている。衝撃が加わったとき、錘部の上面や下面がストッパーに接触し、過度の動
きを規制するものである。図７に示す様に錘部５の上方向は上部ストッパー基板８８で規
制され、錘部５が上方向に動ける距離は空隙ｇ１となる。同様に、錘部の下方向は下部ス
トッパー基板８７で規制され、錘部５が下方向に動ける距離は空隙ｇ２となる。空隙ｇ１
とｇ２が小さ過ぎると、検出できる加速度の範囲が制限されることになり、大き過ぎると
梁部の破損を防ぐことができなくなる。そのため、空隙ｇ１とｇ２は高精度に形成する必
要がある。特許文献２では、接着剤７０に球状微粒子（以降、硬質プラスチック球と言う
）７１を混練して、接着層の厚さを硬質プラスチック球７１の径ｄで空隙を正確に制御し
ている。特許文献２では彫り込み部ａ，ｂを接着剤７０の接着領域を制御するために形成
している。空隙ｇ１＝硬質プラスチック球径ｄ＋彫り込み部ａ寸法で決められる。

図６のｇ４が図７のｇ２、ｇ３がｇ１に相当する。図７の下部ストッパー基板８７は、
図６ではケース８３の内底面に当たる。上部ストッパー基板８８は規制板８５である。図
６の接着剤７３，７４は、図７の接着剤７０と同様に、空隙ｇ３、ｇ４を制御するため硬
質プラスチック球が混練されている。規制板８５は、シリコン板やＩＣ回路を有するシリ
コン板、ガラス板等が用いられる。

特開２００４−２１２２４６号公報特開平８−２３３８５１公報

特許文献１に記載されているように、規制板を設けることで耐衝撃性は大幅に向上する
が、規制板の接着による応力で不要な出力（ノイズ）が発生してしまう。ノイズ発生を抑
え耐衝撃性を得るため、特許文献１では、加速度センサー素子１０の支持枠部７に塗布す
る接着剤７３，７４の、接着面積や接着位置、接着剤の種類等を詳細に規定している。接
着位置は偶数で対角線にすること、接着面積は梁部に近い接着剤７３を接着剤７４に比べ
小さくすること、接着剤は軟らかいシリコンゴム系樹脂が良いこと等々である。接着剤７
３には、規制板と支持枠部の強固な接着を求めるのではなく、ソフトな接着を行うのが良
いとしている。

特許文献１の様に、接着剤７３，７４に軟らかいシリコンゴム系の樹脂を用い、接着面
積や位置を制御することで、ノイズが小さく耐衝撃性の高い加速度センサーが得られてい
る。数多くの加速度センサーの耐衝撃性評価において、発生頻度は約０．０２％非常に低
いが梁部が破損した加速度センサーが発生した。加速度センサーを分解して詳細に破損部
を調査した結果、加速度センサーの下側から上側方向（図６のケース８３からケース蓋８
４の方向）に、過度の力が加わって折れたことが判明した。

前述した発生頻度は耐衝撃評価試験の結果で、強制的に一定方向に衝撃を与えたもので
ある。市場で使われている加速度センサーの全てに過度な衝撃が加わることはないし、衝
撃の加わる方向も一定ではなくばらばらである。そのため、衝撃によって梁部が折れる不
具合の市場での発生率は、限りなくゼロに近いと考えられる。しかし、１個でも不具合が
発生することは信頼性に繋がることであり、無くすことが必要である。

梁部が折れると言うことは何らかの原因で規制板の機能が失われた、つまり空隙ｇ３の
値が変化したと考えられる。また梁部が折れる時に加わった力の方向から、図８に示す様
な現象が起こっていると考えた。図８ａ）は、加速度センサーに過度の力が加わっていな
い状態で、錘部５の下面とケース８３の内底面との空隙ｇ４は、硬質プラスチック球７１
の径で規制されている。同様に、錘部５の上面と規制板８５の下面との空隙ｇ３も、硬質
プラスチック球７１の径で規制されている。図８ｂ）に示すように、上側から下側方向（
図６のケース蓋８４からケース８３の方向）に衝撃が加わったときは、シリコンゴム系の
軟らかい接着剤７２を用いているので、空隙ｇ３とｇ４は小さくなる方向に動くが、硬質
プラスチック７１があるため空隙ｇ３、ｇ４の値は変化しない。上側から下側方向に衝撃
が加わったときに、錘部１１のストッパーとして働くのはケース８３の内底で、必要なの
は空隙ｇ４となる。加速度センサー素子の錘部５や規制板８５に比べ、ケース８３は十分
大きな体積と重量を持っているので、ケース８３の位置は変わらないとして説明している
。

図８ｃ）に示す様に、下側から上側方向に衝撃が加わったときは、空隙ｇ３とｇ４は広
がる方向に動く。このとき、錘部５のストッパーとして働くのは規制板８５の下面で、必
要なのは空隙ｇ３となる。必要な空隙ｇ３が広がってｇ３’となり、規制板が機能を果さ
なくなったと考えられる。ｇ４がｇ４’と広がっても、特に梁部の折れには影響しないと
考えられる。ノイズを減らすために軟らかい接着剤を用い、また接着剤の量も規制したた
め、ｇ３がｇ３’になるのは避けられないことであったとも言える。

図８ｃ）に示したｇ３がｇ３’になる現象が起こっているかを確認するため、梁部の折
れた加速度センサーの接着剤７３の量を調べた。梁部が折れた加速度センサー素子の接着
剤の量は接着剤量の分布の下限領域にあるが、下限に偏っていることは無かった。そこで
、接着剤７３を意図的に少なくした加速度センサーを５０個作製して、１０回衝撃を与え
る試験をおこなったところ、梁部が折れた加速度センサーが２個発生した。２個の加速度
センサーを分解して調査したところ、１個は規制板８５と支持枠部７を接着している接着
剤７３の４ヶ所の内２ヶ所が剥がれており、梁部は支持枠部７と梁部６の境界近傍で折れ
ていた。他の１個は規制板の剥がれは無かったが、同様に支持枠部７と梁部６の境界近傍
で折れていた。衝撃が加わったときに、空隙ｇ３がｇ３’に変化しているとの推測は、接
着剤７３の量を極端に減らした実験で確かめられた。この結果から、耐衝撃性を上げるに
は接着剤の量を多くする必要があることが判るが、接着剤の量を多くするとノイズの発生
に繋がってしまう。このことから、図６に示した従来の加速度センサー構造では、高感度
と耐衝撃性と相反する関係にある両方の要求を同時に満たすことは難しいと思われる。

本願発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、高感度と高耐衝撃
性の両方を同時に満たすことができる、小型で薄型の３軸加速度センサーを提供すること
を目的とする。

本願発明の３軸加速度センサーは、支持枠部と支持枠部に梁部を介して保持される錘部
、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子と配線よりなる加速度センサー素子と、錘部の
動きを規制する平板のＩＣ規制板が、下内底と少なくとも１段以上の上内底からなるケー
ス内底を有するケースに装着され、球形スペーサーを混練したシリコンゴム系樹脂で加速
度センサー素子の支持枠部下面とケース下内底とが接着されて、錘部下面とケース下内底
との間に空隙ｇ４を形成して錘部の動きが規制され、球形スペーサーを混練したシリコン
ゴム系樹脂でＩＣ規制板下面と平坦な加速度センサー素子上面とが接着されて、ＩＣ規制
板下面と加速度センサー素子上面との間に空隙ｇ３を形成して錘部の動きが規制され、加
速度センサー素子上面に設けられたセンサー端子とＩＣ規制板上面に設けられたＩＣ端子
、およびＩＣ規制板上面に設けられたＩＣ端子とケース上内底に設けられたケース端子は
それぞれワイヤーで接続され、ケースはケース蓋で封止された加速度センサーである。加
速度センサーのケース上内底上まで延びたＩＣ規制板下面の一部が、ケース上内底に接着
剤で固着されることで、衝撃による空隙ｇ３と空隙ｇ４の広がりが抑制されることが好ま
しい。

ケースは下内底と少なくとも１段以上の上内底からなる内底を有しており、加速度セン
サー素子の支持枠部下面が接着される下内底面と上内底面の各段は平行であることが好ま
しい。加速度センサー素子の支持枠部下面が接着される下内底と上内底の各段の、中心は
同じである必要は無い。また、各段は中心線に対し対称形状である必要もない。例えば、
ケースを開口部側から見たとき、右側が２段で左側が３段の上内底を有する形状でも良い
ものである。少なくとも、加速度センサー素子の支持枠部が接着されるケース下内底とＩ
Ｃ規制板が接着されるケース上内底の段があり、これらの段が平行であることが必要であ
る。

加速度センサー素子の支持枠部下面が接着されるケース下内底とＩＣ規制板下面が接着
されるケース上内底の間隔は、加速度センサー素子の高さと接着剤に含まれる硬質プラス
チック球の径の２倍（支持枠部とケース下内底間と支持枠部とＩＣ規制板間の２ヶ所）よ
り、数μｍから数１０μｍ小さいことが好ましい。この数μｍから数１０μｍがケース上
底面とＩＣ規制板下面を固着する接着剤の厚みとなる。これにより、加速度センサー素子
はケース下内底面とＩＣ規制板下面間に、硬質プラスチック球が混練された接着剤で保持
されることになる。これにより、加速度センサーの下側（ケース側からケース蓋側方向）
から過度の衝撃が加わっても、ＩＣ規制板下面と錘部上面との間隔は硬質プラスチック球
により規制されるので、従来の規制板がケースに固定されていない加速度センサーのよう
に空隙が変わることはなく、ＩＣ規制板が規制効果を果すものである。

加速度センサー素子とＩＣ規制板は電気的にワイヤーで結合する必要がある。そのため
、ＩＣ規制板から見たとき、加速度センサー素子のワイヤー接合部分は、ＩＣ規制板から
はみ出していることが好ましい。ＩＣ規制板から加速度センサー素子の１辺から３辺がは
み出した状態で、ＩＣ規制板の下面と加速度センサー素子の上面間は、硬質プラスチック
球を混練したシリコンゴム系接着剤で接着されることが好ましい。

シリコンゴム系接着剤のヤング率が１０×１０^−４ＧＰａ以下であることが、接着時の
応力を緩和しノイズの発生を最小限にすることができる点で好ましい。１ｗｔ％の硬質プ
ラスチック球をシリコンゴム系樹脂に入れて、均一に分散するまで良く撹拌したシリコン
ゴム系接着剤は、支持枠部の４隅の対称位置に略同量塗布することが好ましい。支持枠部
の接着剤の塗布量は、ノイズ発生と関係深いＩＣ規制板側はでき得る限り少なくすること
が好ましく、極端な言い方をすると硬質プラスチック球が脱落しない程度の接着強度が好
ましいものである。支持枠部下面とケース下内底間の接着剤は、梁部より離れていること
もあり、ノイズ発生には余り関係がない。そのため、接着剤の量の上限ではなく、加速度
センサー素子がケース内底から衝撃を受けても剥がれない様にするための、下限を決める
ことが好ましい。

規制板をＩＣ回路付きのＩＣ基板（ＩＣ規制板）とすることが好ましい。従来のガラス
等の規制板とＩＣ回路を一つに纏め、ＩＣ規制板とすることで部品点数を減少することが
でき、加速度センサーの小型化と低価格化に大いに寄与する。また、ピエゾ抵抗素子とＩ
Ｃ回路を接近させることができ、加速度センサーの温度補償精度の向上も図れる。ＩＣ規
制板は過度な衝撃が加わっても、変形しない機械的強度を有する厚みとすることが必要で
ある。

ケース上内底上まで延びたＩＣ規制板の下面の一部は、ケース上内底に固着されること
が好ましい。固着とは、過度の衝撃が加わったときでも、接着層の厚みが変化しない接着
を言う。接着層の厚みが変化しなければ、接着材の種類や量の選択は自由にできる。例え
ば、ＩＣ規制板と加速度センサー素子を接着する、硬質プラスチック球を混練したシリコ
ンゴム系接着剤をそのまま使用することもできる。但し、接着剤の量を多くすることと、
接着層の厚みが硬質プラスチック球の径より大きいことが条件となる。他には、強固に接
着できるエポキシ系の接着剤を使用することもできる

ケース蓋の材質は、金属やセラミック、ガラス、プラスチック等とすることができる。
外部の湿気やごみが加速度センサー内に入り込まないように、ケース蓋とケースは樹脂や
ロウ付け等で密封接合されていることが好ましい。

ＩＣ規制板の端部をケース上内底面に固着し、加速度センサー素子をＩＣ規制板下面と
ケース下内底間に、硬質プラスチック球を混練したシリコンゴム系接着剤で接着する構造
とすることで、加速度センサーのケース側からケース蓋側に過度の衝撃が加わっても、梁
部の損傷を防ぐことができた。ＩＣ規制板と支持枠部の接着剤の量を最小限にすることで
、接着応力により発生するノイズを抑えることができ、高感度と高耐衝撃性の両方を同時
に満たすことができる小型で薄型の３軸加速度センサーを提供することができた。

以下本願発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易く
するため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。

図１は本願発明の加速度センサーの分解斜視図である。図２はケース蓋を取り外した状
態の加速度センサーの平面図である。図３は、図１及び図２のｋ−ｋ’断面図である。加
速度センサー素子１０はケース１３のケース下内底１３１面に、Ф１０μｍの硬質プラス
チック球が混練りされたシリコンゴム系の接着剤７４で接着した。加速度センサー素子１
０のセンサー端子１８部をＩＣ規制板２１からはみ出させて、Ф１０μｍの硬質プラスチ
ック球が混練りされたシリコンゴム系の接着剤７３で接着した。ＩＣ規制板２１の下面の
一部にエポキシ系樹脂を塗布し、ケース上内底１３２面に接着した。加速度センサー素子
１０のセンサー端子１８はＩＣ規制板２１のＩＣ端子１７に、ＩＣ端子１７はケース端子
２２にワイヤー１９と２３で接続した。ワイヤー１９，２３にはФ２５μｍの金の裸線を
用い、各端子に超音波ボンディングを行った。加速度センサー素子で得られた加速度信号
は、ＩＣ規制板２１のＩＣ回路を通り外部端子２４に出力される。ケース蓋は、エポキシ
系接着剤７６でケースの上辺面に固着した。

図２に、硬質プラスチック球が混練されたシリコンゴム系の接着剤７３の塗布位置を、
破線の丸で示す。支持枠部の四隅にＫ−Ｋ’線に対称位置に塗布した。硬化した後での接
着剤７３の接着径は、５０〜１５０μｍとした。ＩＣ規制板２１とケース上内底１３２の
接着位置も破線の丸で示す。ケース上内底１３２は３辺に形成しており、その３辺に４ヶ
所でＩＣ規制板を接着した。接着剤７５はエポキシ系樹脂を用い、１００〜２５０μｍの
接着径面積とした。接着剤７５の接着剤の量や塗布位置の精度は、接着剤７３に比べると
一桁粗いものである。支持枠下面とケース下内底１３１を接着する接着剤７４の接着位置
の図示は省略した。接着剤７４は梁部に接着応力を殆んど与えないので、接着剤の量や塗
布位置の精度は、接着剤７３に比べると一桁粗いものとし作業効率を上げている。

加速度センサー素子１０は、図１から図３に示す形状である。外形寸法は縦２．０ｍｍ
ｘ横２．３ｍｍで厚さは約０．６３ｍｍである。横寸法が縦寸法に対し０．３ｍｍ大きい
のは、センサー端子１８を設けるためである。センサー端子部の０．３ｍｍを除いた２．
０ｍｍ角が加速度センサー素子１０の加速度検出部と言える。支持枠部７の幅は２００μ
ｍ、梁部６の長さは５５０μｍ、錘部５の幅は５００μｍとした。梁部６の幅は９０μｍ
、厚みは６μｍとした。錘部５と支持枠部７の厚みは６３２μｍとした。

実施した加速度センサー素子１０の製造方法を簡単に説明する。６２５μｍ厚のシリコ
ン板に１μｍ程度のシリコン酸化層と６μｍのシリコン層の積層構造を有するＳＯＩ（Ｓ
ｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェファーを使用した。フォトレジストでパ
ターニングを行い、シリコン層にボロンを１〜３×１０^１８原子／ｃｍ^３を打ち込みピエ
ゾ抵抗素子８を作製した後、ピエゾ抵抗素子８を外部のイオンから保護するためと、シリ
コンとアルミ配線、電極の絶縁を確保するために、０．２〜０．５μｍ厚に酸化シリコン
の絶縁膜を形成した。ピエゾ抵抗素子に接続するアルミ配線と電極、可撓部等を、フォト
レジストのパターニングとスパッタリング成膜装置、ドライエッチング装置等を用いて形
成した。シリコン酸化層がエッチングストッパーとなるため、エッチングされるのはシリ
コン層のみである。ピエゾ抵抗素子面側を下にして、熱伝導の高い金属粉末を樹脂に混錬
したものを用いて、ダミー基板に接着した。ＳＯＩウェファーのシリコン板部分の６２５
μｍをドライエッチングするには、ＳＦ_６と酸素を導入したプラズマ内で長時間行うため
、被加工物の冷却が重要であるので、熱伝導の良い接着剤で放熱性の高いダミー基板に接
着するものである。ドライエッチングされるのはシリコンのみであるので、シリコン板は
エッチングされるが、シリコン酸化層は残っている。ダミー基板に付けたまま弗酸溶液に
浸け、シリコン酸化層を化学エッチングで除去した。梁部と錘部、支持枠部が形成された
ＳＯＩウェファーがダミー基板に接着された状態で、切断砥石を使って加速度センサー素
子のチップに分離した後、溶剤で接着剤を除去し加速度センサー素子単体を得た。

ケース１３は、２段の内底を有するアルミナ製である。ケース下内底１３１は約２．５
×約２．２ｍｍとし、ケース側面と加速度センサー素子側面は約０．１ｍｍ離している。
ケース上内底１３２は、０．２〜０．３ｍｍの幅を持った略コの字型である。ケース上内
底面１３２とケース下内底面１３１との間隔は、６３２μｍの加速度センサー高さと１０
μｍ厚の接着剤７３と７４の合計６５２μｍより、１２μｍ小さい６４０μｍとした。こ
の１２μｍが接着剤７５の厚みとなる。

ＩＣ規制板２１は２．６ｍｍ角×０．１３ｍｍ厚の大きさで、ケース上内底面に約０．
２ｍｍ被せエポキシ系の接着剤７５で固着した。ＩＣ規制板２１と加速度センサー素子１
０の上面との空隙は、硬質プラスチック球入りのシリコンゴム系接着剤７３で１０μｍに
規制した。硬質プラスチック球入りのシリコンゴム系接着剤７３，７４の仕様は、次の通
りである。硬質プラスチック球７１は、ジビニルベンゼンを主成分とする架橋共重合体で
、熱膨張係数は９８×１０^−６（ｄｅｇ．^−１）である。シリコンゴム系接着剤７２は、
熱膨張係数３００×１０^−６（ｄｅｇ．^−１）、ヤング率８．８×１０^−４（ＧＰａ）で
ある。シリコンゴム系接着剤７２に硬質プラスチック球７１を１（ｗｔ％）混練し、接着
剤７３，７４とした。

ケース１３に加速度センサー素子１０を接着した後、ＩＣ規制板２１を接着しワイヤー
１９，２３の超音波ボンディング行ない、ケース蓋１４を接着剤７６で固着し加速度セン
サー１を得た。ケース蓋１４はケース１３と同じアルミナで製作した。接着剤７６には、
エポキシ系樹脂を使用した。

図４に、ケースとケース蓋変えた実施例を示す。ケース蓋１４’にアルミ板を採用し、
軽量化と低価格化を行ったものである。実施例１のアルミナ製のケース蓋に比べ厚みも薄
くできたため、ケース蓋重量を約１／５とすることができた。また、価格も約１／３とす
ることができた。図４ａ）と図４ｂ）は、アルミナ製のケース１３であるが、内底が異な
っている。図４ａ）は、ケース上内底１３２が枠状に形成され、ケース上内底１３２の２
辺にケース端子２２が設けられている。ケース上内底１３２とケース下内底１３１は同一
の中心線を持っている。中心線に対し左右対称形となっているので、ケース１３は左右を
識別する必要がないので、加速度センサーを組立てる装置へのケース１３の供給が容易と
なった。

図４ｂ）は、３段の内底を有する構造である。ケース下内底１３１に加速度センサー素
子を接着、ケース上内底１３２にＩＣ規制板を接着する。ケース上内底１３３にケース端
子２２を設けており、ケース端子２２はケース上内底１３２に接着されたＩＣ規制板のＩ
Ｃ端子１７とワイヤー２３で接続した。ＩＣ端子１７とケース端子２２の高さを略同じと
することで、超音波ボンディング作業が非常にやり易くなった。

図５に、加速度センサー素子１０とＩＣ規制板２１の配置を変えた実施例を示す。図５
は、ケース蓋１４を外した状態での平面図である。加速度センサー素子１０とＩＣ規制板
２１の配置を変えるためには、ケース１３のケース下内底１３１やケース上内底１３２の
配置や形状を変える必要がある。しかし、本実施例は加速度センサー素子１０とＩＣ規制
板２１に配置関係が主であるので、ケース１３の形状に付いての説明は省略する。図５ａ
）は、長方形の加速度センサー素子１０と長方形のＩＣ規制板２１を９０度ずらして配置
したものである。ＩＣ規制板２１の両辺をケース上内底１３２に接着している。長方形の
ＩＣ規制板を使用するときに有効な配置である。図５ｂ）は、方形の加速度センサー素子
１０とＩＣ規制板２１を、対角線上でずらして配置したものである。ＩＣ規制板２１は２
辺のケース上内底１３２に接着している。図５ｂ）は、略正方形の加速度センサー素子１
０を使用した。

実施例１の加速度センサー（試料＃１）と実施例２の図４ｂ）の加速度センサー（試料
＃２）、実施例３の図５ａ）、図５ｂ）加速度センサー（試料＃３，４）を作製し、耐衝
撃性を測定した。比較のため図６に示す従来品の加速度センサー（試料＃５）も作製した
。各々、１０００個製作し耐衝撃試験を行った。評価は次の手順で行った。イ）出力測定
、ロ）衝撃印加、ハ）出力測定、ニ）出力ＮＧ試料は分解検査へ、出力ＯＫ試料は、ロ）
の衝撃印加とハ）の出力測定を繰返した。ロ）ハ）の繰返しを２０回行うことで最大２１
回の衝撃が加わったことになり、言い換えると約２１，０００個の試料＃１〜＃５の加速
度センサーを供試したこととなる。従来品での梁部の折れの発生率は、０．０２％程度と
低いため数多くの加速度センサーを供試する必要があるが、供試できる数にも限度がある
ため、前述した試験方法を採用した。０．０２％の発生率は５０００個の加速度センサー
で１個の梁部折れが発生することになる。実質２１，０００個の試料＃１〜＃５の加速度
センサーを供試することで、効果を判定できる結果を得ることができる。

２０個の加速度センサーを２ｍｍ厚の鉄製治具に固定し、治具を加振器に固定し２０Ｇ
の加速度を加えた時のＸ，Ｙ，Ｚ軸の出力を測定した［評価手順イ］］。出力を測定した
後、治具に取り付けた状態で厚さ１００ｍｍの木板の上に、高さ１．５ｍから自然落下さ
せて衝撃を与えた［評価手順ロ］］。この高さから落下させると約６０００から７０００
Ｇの衝撃が加速度センサーに加わる。衝撃の加わる方向は、ＩＣ規制板２１と梁部６間の
空隙ｇ３がｇ３’と大きくなる方向である。衝撃を加えた後、再度治具を加振器に固定し
２０Ｇの加速度を加え、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の出力を測定した［評価手順ハ］］。出力のない加
速度センサーは梁部が折れたとして分解調査を行った［評価手順ニ］］。出力のある加速
度センサーは、板上に自然落下と出力測定を繰返した［評価手順ロ］，ハ］］。

試料＃１から試料＃４の本願発明品の加速度センサーでは、梁部が折れる不具合は発生
しなかった。比較のために試験した従来の加速度センサーの試料＃５では、３個の梁部が
折れる不具合が発生した。発生頻度は約０．０１４％であった。不具合品を分解して調査
したところ、何れの加速度センサー共、加速度センサー素子の支持枠部と梁部の境界近傍
部で梁が折れていた。折れていた箇所は何れも１ヶ所であった。３個の加速度センサーで
不具合が発生したのは、３回目と９回目、１５回目の衝撃を加えたときであった。この結
果から、本願発明の加速度センサーは、十分な耐衝撃性を有することを証明できた。

本願発明の実施例１の加速度センサーの分解斜視図である。本願発明の実施例１の加速度センサーのケース蓋を取り外した状態での平面図である。本願発明の実施例１の加速度センサーのｋ−ｋ’断面図である。本願発明の実施例２のケースとケース蓋を変えた加速度センサーの断面図である。本願発明の実施例３の加速度センサー素子とＩＣ規制板２１の配置を示す平面図と断面図である。従来の加速度センサーの断面図である。従来の加速度センサーの断面模式図である。空隙ｇ３、ｇ４の変化を説明する図である。

符号の説明

１加速度センサー、５錘部、
６梁部、７支持枠部、
８ピエゾ抵抗素子、１０加速度センサー素子、
１３ケース、１４，１４’ ケース蓋、
１７ＩＣ端子、１８センサー端子、
１９ワイヤー、２１ＩＣ規制板、
２２ケース端子、２３ワイヤー、
２４外部端子、７０接着剤、
７１硬質プラスチック球、７３，７４，７５，７６接着剤、
８３ケース、８４ケース蓋、
８５規制板、８７下部ストッパー基板、
８８上部ストッパー基板、１３１ケース下内底、
１３２ケース上内底。

Claims

支持枠部と支持枠部に梁部を介して保持される錘部、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵
抗素子と配線よりなる加速度センサー素子と、錘部の動きを規制する平板のＩＣ規制板が
、下内底と少なくとも１段以上の上内底からなるケース内底を有するケースに装着され、
球形スペーサーを混練したシリコンゴム系樹脂で加速度センサー素子の支持枠部下面とケ
ース下内底とが接着されて、錘部下面とケース下内底との間に空隙ｇ４を形成して錘部の
動きが規制され、
球形スペーサーを混練したシリコンゴム系樹脂でＩＣ規制板下面と平坦な加速度センサー
素子上面とが接着されて、ＩＣ規制板下面と加速度センサー素子上面との間に空隙ｇ３を
形成して錘部の動きが規制され、
加速度センサー素子上面に設けられたセンサー端子とＩＣ規制板上面に設けられたＩＣ端
子、およびＩＣ規制板上面に設けられたＩＣ端子とケース上内底に設けられたケース端子
はそれぞれワイヤーで接続され、
ケースはケース蓋で封止された加速度センサーであって、
ケース上内底上まで延びたＩＣ規制板下面の一部が、ケース上内底に接着剤で固着される
ことで、衝撃による空隙ｇ３と空隙ｇ４の広がりが抑制される
ことを特徴とする３軸加速度センサー。
ＩＣ規制板下面の一部とケース上内底とを固着する接着剤が、ＩＣ規制板と加速度セン
サー素子を接着するのと同じ球形スペーサーを混練したシリコンゴム系樹脂であることを
特徴とする請求項１に記載の加速度センサー。