JP5211584B2 - モーションセンサおよびモーションセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
ビーム部に沿う形状を有する保護部を備えることにより、自由端を有するビーム部が損傷を受けにくくなる。ビーム部に沿う形状を有する保護部が導電性を有し接地されていると、ビーム部がノイズを受信しにくい。したがって本発明によると、ビーム部が損傷を受けにくくノイズ耐性が高いモーションセンサを実現できる。
支持部に導電性を付与し接地することにより、ビーム部のノイズ耐性がさらに高まる。
ビーム部を構成する膜の一部または全部と同一層の膜から保護部を形成することにより、製造工程が単純化される。
保護部と基板との間の空隙は支持部の材料をエッチングすることによって形成可能である。エッチングによって不要部を除去するのに要する時間は不要部の露出面積が広いほど短くなる。本発明によると、支持部を形成するためのエッチング液を通すための通孔が保護部に形成されているため、製造時のスループットが高いモーションセンサを実現できる。
接地されている導電体がビーム部を覆っている割合が高いほどビーム部はノイズを受信しにくくなる。したがって本発明によると、モーションセンサのノイズ耐性をさらに高めることが出来る。
この場合、保護部の両端が支持部に固定されているため、保護部の強度が高くなる。
ポリ尿素膜は、PZTなどの圧電セラミクスに比べて柔軟であるため耐衝撃性が高い。したがって本発明によるとモーションセンサの耐衝撃性を高めることができる。
犠牲膜はそれに接する他の膜に対して選択的にエッチング可能な膜である。本発明によると、このような犠牲膜を用いることにより、ビーム部および保護部自体がエッチストッパとして機能するため、犠牲膜上に形成されるビーム部と保護部の輪郭を正確に形成できる。
ポリ尿素膜は、PZTなどの圧電セラミクスに比べて柔軟であるため耐衝撃性が高い。したがって本発明によると耐衝撃性が高いモーションセンサを製造できる。
*************
1.モーションセンサの第一実施形態
2.モーションセンサの第二実施形態
3.モーションセンサの第三実施形態
4.モーションセンサの第四実施形態
5.モーションセンサの第五実施形態
6.モーションセンサの第六実施形態
7.モーションセンサの第七実施形態
8.モーションセンサの第八実施形態
9.モーションセンサの製造方法
10.他の実施形態
*************
(構成)
図1は本発明にかかるモーションセンサの第一実施形態を示している。図1B、図1Cは、それぞれ図1Aに示す1B―1B線断面図、1C―1C線断面図を示している。モーションセンサ1は、自由端を有するビーム部111と、ビーム部111をノイズと接触から保護する保護部121と、ビーム部111と保護部121とが固定されている支持部191とを備えている。モーションセンサ1は、基板とカバーとからなる図示しないパッケージによって密封されている。
ポリ尿素は、ひずみによって分極する高分子材料であり、完全なドライプロセスによる成膜が可能で、薄膜化、膜厚制御、任意形状の成膜が容易である。ポリ尿素膜18はPZTなどの圧電セラミクスに比べて柔軟性が高い。したがってビーム部111の最大たわみ量を大きく設計することができる。すなわち、圧電膜の材料にポリ尿素を用いることによりモーションセンサ1の耐衝撃性と感度を高めることができる。上部電極膜として機能する導電膜19に接合されたワイヤ171と、下部電極膜として機能する導電膜14に接合されたワイヤ161とを介して上部電極膜と下部電極膜との電位差が信号として出力される。すなわち、モーションセンサ1はポリ尿素膜18の変形による表面電荷の移動が電圧信号として出力される圧電型である。
モーションセンサ1の主要部は、バルク材料と膜の積層構造体とからなるMEMSである。したがって、モーションセンサ1は機械加工によって製造される従来の圧電型モーションセンサに比べて小さく安価に製造することが可能である。
図2は本発明にかかるモーションセンサの第二実施形態を示している。図2B、図2Cは、それぞれ図2Aに示す2B―2B線断面図、2C―2C線断面図を示している。モーションセンサ2の保護部は第一保護部122a、第二保護部122bからなる。第一保護部122a、第二保護部122bは、それぞれ支持部191の縁から突出する棒状である。第一保護部122a、第二保護部122bは、ビーム部111の両側に沿う位置に設けられている。第一保護部122a、第二保護部122bを構成している導電膜13と導電膜14と導電膜17とはそれぞれ分断されている。このため、第一保護部122a、第二保護部122bにはそれぞれを接地するためのワイヤ182a、ワイヤ182bが接合されている。本実施形態では、ビーム部111の延長線上には保護部がない。しかし、第一保護部122a、第二保護部122bが支持部191から突出している長さはビーム部111よりも長い。このためビーム部111は、第一保護部122a、第二保護部122bによって、その突端についても異物との接触から保護されるし、ノイズからも保護される。
図3は本発明にかかるモーションセンサの第三実施形態を示している。図3B、図3Cは、それぞれ図3Aに示す3B―3B線断面図、3C―3C線断面図を示している。モーションセンサ3の保護部123には、支持部191を形成するためのエッチング液を通すための通孔123aが複数形成されている。支持部191は、後述するようにガラスやガラスセラミクスやシリコンなどのバルク材料のエッチングによってその外形を形成することができる。したがって支持部191となる基板を下地として形成される保護部123にエッチング液を通すための通孔123aを形成しておくことにより、支持部191の外形を形成する工程のスループットを上げることができる。通孔123aの形状や配置や数は任意であるが、通孔123aによって内側の輪郭が形成される保護部123の幅がほぼ一定になるように保護部123の全体に形成することが望ましい。
図4は本発明にかかるモーションセンサの第四実施形態を示している。モーションセンサ4はおよそ第一実施形態のモーションセンサ1を2つ結合した構造を有する。すなわち、支持部194には2つのビーム部114aとビーム部114bと導電性を有する2つの保護部124aと保護部124bとが固定されている。保護部124aと保護部124bとはワイヤ134によって電気的に接続され、ワイヤ184によって接地されている。ビーム部114aの下部電極と上部電極との電位差はワイヤ174とワイヤ164とによって取り出される。ビーム部114bの下部電極と上部電極との電位差はワイヤ154とワイヤ144とによって取り出される。このように、ビーム部114aから得られる出力信号とビーム部114bから得られる出力信号とを別個に取り出すことにより、ビーム部114aに生ずる加速度とビーム部114bに生ずる加速度とを個別に検出可能になる。ビーム部114aに生ずる加速度とビーム部114bに生ずる加速度との差からは角加速度を算出可能である。このように、角加速度を検出可能なモーションセンサ4に、複数のビーム部114a、114bを保護する保護部を設けてもよい。
図5は本発明にかかるモーションセンサの第五実施形態を示している。モーションセンサ5には、ビーム部114aとビーム部114bとを保護するための導電性を有する第一保護部125aと第二保護部125bと第三保護部125cとがビーム部114aとビーム部114bに沿って備えられている。第一保護部125aと第二保護部125bとはワイヤ135aによって電気的に接続されている。第二保護部125bと第三保護部125cとはワイヤ135bによって電気的に接続されている。第一保護部125aに接合されるワイヤ185によって第一保護部125aと第二保護部125bと第三保護部125cはすべて接地されている。
本実施形態によると、ビーム部114aは第一保護部125aと第二保護部125bとによってノイズと接触から保護される。ビーム部114bは、第二保護部125bと第三保護部125cとによってノイズと接触から保護される。
図6は本発明にかかるモーションセンサの第六実施形態を示している。モーションセンサ6には、支持部194を形成するためのエッチング液を通すための通孔126aが形成された導電性を有する保護部126が備えられている。保護部126はビーム部114aとビーム部114bとに沿うW字形状であり、ワイヤ184によって接地されている。
図7は本発明にかかるモーションセンサの第七実施形態を示している。モーションセンサ7には、長手方向の両端が支持部197に固定された導電性を有する保護部127が備えられワイヤ181によって接地されている。すなわち、ビーム部111の下方において支持部197には凹部197aが形成され、保護部127は凹部197aをまたいで支持部197に両端が固定されている。ビーム部111は凹部197aの上方に突出している。U字形状の保護部127はビーム部111に沿っている。
図8は本発明にかかるモーションセンサの第八実施形態を示している。モーションセンサ8は、導電性を有する保護部128の、ビーム部114a、114bの軸方向の両端部が固定される支持部198を備えている。すなわち、ビーム部114aとビーム部114bの下方において支持部198には凹部198aが形成され、保護部128は凹部198aをまたいで支持部198に両端が固定されている。
図9から図19は上述したモーションセンサ1の製造工程の一例を示す断面図である。各分図Aは図1Aに示す1B―1B線断面に対応し、各分図Bは図1Aに示す1C―1C線断面に対応する。なお、上述したモーションセンサ2〜8はそれらを構成する基板と膜の外形がモーションセンサ1と異なるだけであるため、モーションセンサ1と実質的に同じ方法で製造可能である。
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、モーションセンサを構成しうる物性を持つ膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。たとえば圧電膜にPZTなどの圧電セラミクスや他の圧電高分子材料を用いてもよいし、電極膜にNi合金などを用いてもよい。また、ビーム部の長手方向の一部の領域にのみ電極膜を設けてもよい。さらに、上述した実施形態のように電極膜自体でビーム部に必要な剛性を付与するのではなく、ビーム部に剛性を付与する絶縁膜などの他の膜を追加してもよい。また、圧電膜と2つの電極膜の積層構造を多重化してもよい。すなわち、圧電膜を2層以上設けてもよい。また、圧電膜や2層目の電極膜など、ビーム部を構成する他の膜を保護部に追加的に積層してもよい。そして、本発明は圧電型モーションセンサに限らず、ピエゾ抵抗型モーションセンサや静電容量型モーションセンサに適用することもできる。
Claims (10)
- 2つの電極膜と前記2つの電極膜に接合されている圧電膜とを含む膜の自由端を有する積層構造体であるビーム部と、
膜からなり導電性を有し接地され前記ビーム部に沿う形状を有する保護部と、
前記ビーム部と前記保護部とが固定されている支持部と、
を備え、
前記保護部は前記ビーム部を構成する膜の一部または全部と同一層のめっき膜からなり、
前記保護部はそれぞれが前記支持部の縁から前記ビーム部よりも長く突出している複数の棒状部からなる、
モーションセンサ。 - 2つの電極膜と前記2つの電極膜に接合されている圧電膜とを含む膜の自由端を有する積層構造体であるビーム部と、
膜からなり導電性を有し接地され前記ビーム部に沿う形状を有する保護部と、
前記ビーム部と前記保護部とが固定されている支持部と、
を備え、
前記支持部を形成するためのエッチング液を通すための通孔が前記保護部に形成されている、
モーションセンサ。 - 前記ビーム部はおもりを有する、
請求項1または2に記載のモーションセンサ。 - 前記保護部は、それぞれが前記支持部の縁から前記ビーム部よりも長く突出している複数の棒状部からなる、
請求項2に記載のモーションセンサ。 - 前記保護部は前記ビーム部を平面視において囲むU字形状を有する、
請求項1から4のいずれか一項に記載のモーションセンサ。 - 前記支持部は前記ビーム部の下方に凹部を有し、
前記保護部は前記凹部をまたいで前記支持部に両端が固定されている、
請求項2に記載のモーションセンサ。 - 前記圧電膜はポリ尿素膜である、
請求項1から6のいずれか一項に記載のモーションセンサ。 - 電極膜と前記電極膜に接合されている圧電膜とを含む膜の自由端を有する積層構造体であるビーム部の一部または全部となる複層膜を下地の線形状の第一領域上に形成するとともに、前記第一領域に沿った前記下地の第二領域上に前記複層膜の少なくとも一部と同一層の膜からなり導電性を有する保護部を形成し、
前記第一領域の一部と前記第二領域とにおいて前記複層膜と前記保護部とに接している前記下地の少なくとも表層を除去することにより、前記下地の残部を含むとともに前記ビーム部および前記保護部を固定するための支持部と前記ビーム部との間の空隙と、前記支持部と前記保護部との間の空隙とを形成し、
前記保護部を接地する、
ことを含むモーションセンサの製造方法。 - 前記下地は表面に凹部を有する基板と前記凹部内に形成されている犠牲膜とからなり、
前記第一領域の一部と前記第二領域の一部とは前記犠牲膜の領域に含まれ、
除去される前記下地の表層は前記犠牲膜からなる、
請求項8に記載のモーションセンサの製造方法。 - ポリ尿素の蒸着重合により前記圧電膜を形成する、
ことを含む請求項8または9に記載のモーションセンサの製造方法。
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