JP5936903B2 - 加速度信号処理装置および電子デバイス - Google Patents

Description

本発明は、加速度信号処理装置および電子デバイスに関する。

従来からある加速度スイッチ（加速度信号処理装置）として、錘（質量体）内部に対向電極を持ち、錘（質量体）を梁で支持する無指向性の加速度スイッチについて、図１２に基づき説明する。図１２は従来の加速度スイッチの上面図であり、この加速度スイッチ１００は、周辺部２００と、対向電極（中心体）３００と、梁と、錘（質量体）からなり、この錘（質量体）と周辺部２００とは梁で結合されている。なお、簡単のため、図１２においては梁と質量体は図示しない。なお、周辺部２００と、対向電極（中心体）３００とは、単結晶シリコンなどの導電体で形成しており、また、図１２（ｂ）に示す第一基板９００および第二基板１０００は、ガラスなどの材料により形成することができる。

このような加速度スイッチは、加速度スイッチ１００に印加される加速度に応じて、錘（質量体）と錘（質量体）の内部に配置されている対向電極３００が接触することにより、加速度スイッチ１００に接続した外部装置が、振動を検出する。この加速度スイッチは、ノーマリーオフかつ無指向性のスイッチとして使用できる。

そこで、この加速度スイッチを省電力用に、たとえば少容量のバッテリーしか内蔵できないようなポータブル機器に搭載すれば、人間の振動を検出しない時、すなわち、機器を使用しない時は動作を停止し、振動を検出した時、すなわち、機器を使用するのみ、自動的に動作を開始して、無駄なバッテリーを使用しない電子デバイス（電子機器）を実現することができる（特許文献１参照）。

特開平９−１４５７４０号公報

しかしながら、本加速度スイッチの実装に関する従来の形態においては、無指向性の感度が有効でなくなり、所定の感度を得られなくなる場合がある。

例えば、従来の形態において、図１２に示すように、加速度スイッチ１００は周辺部２００と対向電極（中心体）３００とから２つの電極７００，８００が第一基板９００を介して外部に引き出されるように構成される。つまり、この２つの電極７００、８００は第一基板９００を貫通し、周辺部２００と対向電極（中心体）３００とまでそれぞれ達している。なお、単結晶シリコンなどの導電体で形成されている対向電極（中心体）３００と周辺部２００は、この電極７００、８００によって外部と電気的に接続される。

さらに、これらの電極７００、８００は、不図示の配線や回路素子を有する回路基板４００と電気的に接続される。具体的に、電極７００はバンプ５００を介して回路基板４００と電気的に接続され、電極８００はバンプ６００を介して回路基板４００と電気的に接続される。つまり、加速度スイッチ１００を回路基板４００に実装するときは、２個のバンプ５００、６００を用いることになる。

このように、加速度スイッチ１００を回路基板４００に実装する場合、略正方形のチップに対して、バンプ５００，６００が２個であるために、チップマウンタで加速度スイッチ１００を回路基板４００上に配置した場合、非常に不安定な状態になる。この状態で、リフロー炉を通し実装すると、位置ずれ等が発生し回路基板４００に対して水平に加速度スイッチ１００を実装できない。

そこで、本発明の目的は、上記加速度スイッチを回路基板に実装したときに、回路基板に対して水平性を保つような実装方法を実現することにある。

本発明の加速度信号処理装置は、回路基板と、前記回路基板上に配置されるバンプ材と、前記バンプ材を介して前記回路基板に設置されるとともに絶縁性である第一基板と、前記第一基板に接続されるとともに半導体素子からなる周辺部および中心体と、前記バンプ材と前記周辺部および前記中心体を電気的に接続し前記第一基板に貫通する貫通電極と、前記周辺部の内部で懸架される質量体と、を有する加速度スイッチと、によって構成される加速度信号処理装置であって、前記回路基板と前記加速度スイッチとの接合において、前記バンプ材は前記中心体および前記周辺部に対応する３点以上に設けることを特徴としている。

さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記バンプ材は、２個のバンプ材が前記周辺部に対応し、１個のバンプ材が前記中心体に対応することを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記２個のバンプ材は、前記周辺部の一方端側に配置されていることを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記バンプ材は、３個のバンプ材が前記周辺部に対応し、１個のバンプ材が中心体に対応することを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記３個のバンプ材は、前記周辺部の一方端側に配置されていることを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記バンプ材は、４個のバンプ材が前記周辺部に対応し、１個のバンプ材が前記中心体に対応することを特徴としている。

さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記４個のバンプ材は、前記周辺部の四隅あるいは四辺端部に配置されていることを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記バンプ材は、２個のバンプ材が前記中心体に対応することを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記対向電極は、前記２個のバンプ材に対応して分割されていることを特徴としている。
さらに、本発明の加速度信号処理装置は、前記周辺部に一端が接続されるとともに前記質量体に他端が接続される梁を有することを特徴としている。
さらに、本発明の電子デバイスは、上記いずれかの加速度信号処理装置を有し、前記加速度信号処理装置から出力される検出信号を検出し、前記検出信号に応じた所定の動作を行うことを特徴としている。

本発明によれば、回路基板に対して水平なに実装できる加速度スイッチを実現することができる。

本発明の第一実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第三および第四実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第五実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第六実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第七および第八実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第九および第十実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第十一実施形態に係る加速度信号処理装置を説明するための図である。 本発明の第十二実施形態に係る加速度信号処理装置の電極配線を説明するための図である。 本発明の加速度スイッチの正面断面図である。 本発明の加速度スイッチの側面断面図である。 従来公知の加速度信号処理装置を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の一形態について図面を参照して説明する。
［加速度スイッチの構成］
まず本加速度スイッチの構成と動作について、図１０および１１に基づいて説明する。
図１０は、本発明に係る、加速度スイッチ１の正面断面図である。図１１は、図１０におけるＦＦ断面の断面図である。なお、図１０は図１１におけるＧＧ断面の側面断面図である。

図１０および１１に示すように、加速度スイッチ１は、図１１において示すように、ガラスなどの絶縁材料で構成された第一基板９および第二基板１０と、第一基板９および第二基板１０に挟まれるとともに単結晶シリコンなどで構成された中間基板とにより、積層されるように構成されている。

中間基板には、シリコンのエッチングにより、図１０における中心から、円柱形状の対向電極（中心電極、中心体）１３、対向電極１３の半径方向に空隙を介して位置する錘（質量体）１３、錘１３に一端１２ａが接続される梁１２、および梁１２の他端１２ｂが接続されるとともに加速度スイッチ１のフレームである周辺部２が形成される。言い換えると、加速度スイッチ１の最も外側に周辺部２が存在し、周辺部２は梁１２によって錘１３を支持し、錘１３の略中心には空間が存在し、その空間に対向電極３が配置されている。

図１１に示すように、第一基板９には第一貫通電極７と中心貫通電極８が第一基板９を貫くように形成されている。第一貫通電極７は、第一基板９を貫通し、中間基板の周辺部２に達している。同様に、中心貫通電極８は、第一基板９を貫通し、中間基板の対向電極３に達している。この第一貫通電極７と中心貫通電極８には、後述する回路基板と接続するために、後述するバンプ材が接続される。

［加速度スイッチの動作］
本発明における加速度スイッチ１の動作原理は、いわゆる接触式タイプであって、加速度スイッチ１に振動または加速度が加わった場合に、電位差を有する二つの部位が接触し、電気的に導通したことによって、加速度を検知するものである。具体的な動作を以下のように例示して説明する。

以下、上記の異なる二つの部位における電位は、どちらの部位がどちらの電位でも構わないが、例えば対向電極３における電位をＧＮＤ（低電圧側、検出側）とし、錘１３における電位をＶｄｄ（高電圧側、供給側）として説明する。

まず、対向電極３は、図１１における図面上側および下側を第一基板９および第二基板１０によって固定されている。よって、対向電極３は、加速度スイッチ１に与えられた加速度によっては変位しない。また上述の通り、対向電極３には中心貫通電極８が接続されており、対向電極３は中心貫通電極８を介して加速度スイッチ１の外部に位置する図示しない回路基板からＧＮＤ電位を与えられている。

次に、錘１３は、周辺部２を基礎として梁１２によってのみ支持されており、図１１に示すように図面上側および下側を第一基板９および第二基板１０によって固定されていない。さらに、錘１３を支持する梁１２は錘１３の外周を略一周し弾性力を有するように周辺部２に固定されている。よって、錘１３は、加速度スイッチ１に与えられた加速度によって変位する。また上述の通り、錘１３には第一貫通電極７が接続されており、錘１３は第一貫通電極７を介して加速度スイッチ１の外部に位置する図示しない回路基板からＶｄｄ電位を与えられている。

ここで、加速度スイッチ１に所定の加速度が与えられた場合を検討する。この場合、対向電極３は変位しないため、錘１３のみが変位することになる。そして、錘１３が対向電極３と錘１３の間の空隙を移動するほど、加速度スイッチ１に与えられた加速度が大きかった場合は、錘１３と対向電極３は接触する。なお、錘１３と対向電極３の向かい合った表面には、それぞれ第一貫通電極７および中心貫通電極８に電気的に接続された電極が形成されている。よって、錘１３と対向電極３が接触によって、錘１３側から対向電極３側に向けて電流が流れる。この電流は、第一貫通電極７と中心貫通電極８から個別に配線が接続されるとともに図示しない外部の回路基板上に位置する検知部によって検知され、同じく回路基板上に位置する制御部が検知部からの検知信号を受け取り、加速度スイッチ１に所定値以上の加速度が与えられたことを判断する。

なお、本発明において、梁１２の一端１２ａと他端１２ｂが接近しすぎると、錘１３と対向電極３が接触するより先に一端１２ａと他端１２ｂが接触する。この場合、水平方向に一定以上の振動・加速度が加わった場合でも加速度スイッチで振動を検出しない現象が発生する。そこで、梁の周辺部２側の一端１２ａと錘１３側の他端１２ｂとの間隔（距離）を、錘１３と対向電極３との間隔（距離）以上確保することにより、一定の振動以上で錘１３と対向電極３を確実に接触するように構成する。

また、本発明において、中間基板の単結晶シリコンは、周辺部２から梁１２、錘１３を介して対向電極３への電気的な導通を取るため、低抵抗シリコン等を使用することも可能である。また、第一貫通電極７と中心貫通電極８は、第一基板９に金などの導体を埋め込むことにより第一基板９を貫通するように形成することが可能である。さらに、第一基板９、中心基板および第二基板１０は、陽極接合などの方法により、互いに接合することが可能である。そして、この説明においては、梁１２を一本梁であるように説明したが、必要に応じて複数の梁を有するように構成することも可能である。

本発明に係る加速度スイッチ１を、電子デバイスの起動用スイッチとして使用することにより、振動を検出することが可能となる電子デバイスが実現できる。この電子デバイスは、これまで説明した加速度スイッチ１と接続され、加速度スイッチ１の第一貫通電極７と中心貫通電極８を介して、加速度スイッチ１に加わる振動を検出する。これにより、振動を検出したときに自らを起動し、振動を検出しないときに自らを停止（オフ）もしくは休止状態に維持、もしくは起動（オン）状態から停止もしくは休止状態に移行することができるので、無駄なバッテリーの使用を制限することができる。

加速度スイッチ１の感度は、錘１３の変位量に比例し、錘１３と対向電極３との距離である電極間隔に反比例する。仮に加速度スイッチ１に１Ｇの加速度が加わったときに錘１３の変位量が１０μｍの場合、錘１３と対向電極３の電極間隔を１０μｍに設定する。これにより、対向電極３と錘１３が接触して電気的に導通し、最終的に加速度スイッチ１に接続された電子デバイスが接触信号として検出する。この電極間隔１０μｍの加速度スイッチ１は、感度１Ｇの加速度スイッチとなる。また、電極間隔を５μｍに設定することにより、錘１３は半分の変位量、すなわち半分の加速度の０．５Ｇでスイッチが入る。すなわち、この電極間隔５μｍの加速度スイッチ１は感度０．５Ｇの加速度スイッチとなる。このように、電極間隔は感度を決める重要な要素であり、電極間隔をより短く設定することにより、加速度スイッチ１の感度を高めることができる。

錘１３は、中心基板であるシリコン基板の厚みをそのまま錘１３の厚みとすると作製が容易であり、またシリコン基板自体も厚い方が錘の変位量が多くなり、加速度スイッチ１の感度を高めることができる。一方、シリコン基板を厚くすると、ドライエッチング処理の制約で、加速度スイッチ１の各部を形成するエッチング処理時間が長くなる問題がある。このシリコンのエッチングには、ドライエッチングの一種であるボッシュプロセスを適用することにより、厚いシリコン基板でも短時間にエッチング処理を終了させることが可能である。しかし、シリコン基板が厚すぎる場合はボッシュプロセスを適用してもシリコンエッチングの処理時間が長くなるため、製造コストが上昇するとともに、エッチング可能なアスペクト比の限界から、錘１３の寸法、形状の制御が困難となる。したがって、シリコン基板の厚みは５００μｍ以下であることが望ましい。通常はシリコン基板の厚みを３５０μｍ程度に設定する。

また、加速度スイッチ１の周辺部２側の一端１２ａは、陽極接合等に使用する際に必要となる接合用の領域でもある。この領域の条件として、接合用ののりしろを外形寸法２ｍｍ□の加速度スイッチ１の場合は２０％程度、すなわち片側２００μｍ程度、チップ両サイドを合計すると４００μｍ程度の領域を確保する必要がある。したがって、錘１３及び錘１３の周囲に配置される梁１２の外周までの直径寸法は１６００μｍ程度となる。ここでは、梁１２の幅を５〜１０μｍ程度とし、梁１２と錘１３、及び梁１２と周辺部２との隙間も確保する必要があるため、錘１３の外側の寸法は１５５０μｍ程度となる。

錘１３と対向電極３の電極間隔に関しても、製造面の制約がある。錘１３と対向電極３の電極間の隙間を形成するためのシリコンエッチングプロセスとして、ボッシュプロセスを適用すると、電極間隔の精度で感度が大きく変化するため、より高精度なエッチングを行う必要がある。電極間隔の寸法をより短く形成すると、サイドエッチングやスキャロッピングなどの現象により、電極間隔の寸法精度が感度に影響するようになる。したがって、加速度スイッチ１の製造時の再現性や精度を考慮すると、電極間隔１μｍ程度が現実的な最小値となり、２０μｍ程度が現実的な最大値となる。

また、梁１２の寸法に関する製造面の制約についても、電極間隔と同様にシリコンエッチングプロセスの制約を受ける。前記の電極間隔である隙間の作製条件と同様に、ボッシュプロセスを使用する場合、シリコン厚：３５０μｍの条件で梁幅１μｍ程度に設定することも可能であるが、この梁に関しても、製造上の再現性や精度等の制約により、梁幅４μｍ程度が現実的な最小値となる。

なお、梁厚に関しては、ＳＯＩ層を含むＳＯＩウエハを中間基板として使用すれば、この活性層の厚みをそのまま梁１２の厚みとして作製できるため、製造の再現性や精度等による作製可能な寸法の制約が少なくなるとともに、一定の寸法精度も確保することもできる。ただし、加速度スイッチ１の落下時を想定した場合の耐衝撃性を考慮すると、梁厚を極端に薄く作製することは避ける必要があるため、５μｍ程度が現実的な梁厚の最小値となる。

［実施形態１］
ここで、上記の加速度スイッチ１を回路基板に実装する場合を検討する。
本実施形態１における加速度スイッチ１を図１に示す。図１（ａ）は加速度スイッチ１の正面模式図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡＡ断面の加速度スイッチ１の断面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。

図１に示すように、本実施形態１における加速度スイッチ１は、第一基板９と第二基板１０に挟まれた周辺部２が最も外側に位置し、周辺部２の内部には空隙が設けられ、空隙の略中心に中心体（対向電極）３が配置されている。中心体３は、周辺部２と同様に、第一基板９と第二基板１０に固定されている。

また、第一基板９は、周辺部２に達する第一貫通電極７ａおよび第二貫通電極７ｂを有し、中心体３に達する中心貫通電極８を有している。そして、第一貫通電極７ａは第一バンプ５ａに接続され、第二貫通電極７ｂは第二バンプ５ｂに接続され、中心貫通電極８は中心バンプ６に接続されている。さらに、第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび中心バンプ６は、図示しない配線や回路素子を有する回路基板４に固定されている。

つまり、本実施形態１における加速度スイッチ１は、周辺部２に貫通電極が複数設け、それぞれバンプによって回路基板４に接続固定される構成を採用した。これによって、加速度スイッチ１は、３つのバンプによって回路基板４に固定されている。さらに、第一バンプ５ａは−Ｘ方向と−Ｙ方向の間、第二バンプ５ｂは＋Ｘ方向と−Ｙ方向の間に配置した。そして、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂの位置は、中心バンプ６を中心として９０°ずれて配置している。

このような構成を採用したことによって、チップマウンタで加速度スイッチ１を回路基板４上に配置した場合、三点支持なので安定な状態で回路基板４上に置くことができる。この状態で、リフロー炉を通し実装すると、位置ずれ等も起こらず回路基板４に対して水平に加速度スイッチ１を実装することができる。このため、本実施形態１における加速度スイッチ１は、周辺部２に関連する第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂと、中心体３に関連する中心バンプ６の三点で回路基板４に固定される。よって、加速度スイッチ１は回路基板４に対して平行に配置することができる。つまり、従来は回路基板を水平に配置したとしても、加速度スイッチが回路基板と平行でないことがあったが、本実施形態１はそのような問題を解決するものである。

なお、図１では省略して記載していないが、梁１２の一端１２ａの配置について、本実施形態１における第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂのちょうど間、図１（ａ）における−Ｙ方向の周辺部２に一端１２ａを配置することが可能である。このようにすることで、錘１３を支持する一端１２ａの付近に第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂを配置することができるため、加速度スイッチ１の錘１３の配置を安定させることができる。

なお、図１（ａ）では各バンプを描いているが、これは加速度スイッチ１におけるバンプの位置を明確にするために描いたものであって、加速度スイッチ１の正面（図１（ｂ）における図面上側の面）にバンプが形成されているのではない。また、図１（ｂ）は加速度スイッチ１のＡＡ断面図であるが、ＡＡ断面を断面に対して垂直に見た図ではなく、図１（ａ）における−Ｙ方向から加速度スイッチ１を見た断面図である。以下の断面図においては、図１と同様に取り扱う。

［実施形態２］
本実施形態２における加速度スイッチ１を図２に示す。図２（ａ）は加速度スイッチ１の正面模式図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢＢ断面の加速度スイッチ１の断面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態２が有する実施形態１との差異は、第二バンプ５ｂの配置に特徴がある。よって、以下、特に実施形態１との差異を記載し、実施形態１と同様の構成については、簡略して記載する。

図２に示すように、本実施形態２における加速度スイッチ１は、第一基板９と第二基板１０に挟まれた周辺部２が最も外側に位置し、略中心に中心体（対向電極）３が配置されている。中心体３は、周辺部２と同様に、第一基板９と第二基板１０に固定されている。

また、第一基板９は、周辺部２に達する第一貫通電極７ａおよび第二貫通電極７ｂを有し、中心体３に達する中心貫通電極８を有している。そして、第一貫通電極７ａは第一バンプ５ａに接続され、第二貫通電極７ｂは第二バンプ５ｂに接続され、中心貫通電極８は中心バンプ６に接続されている。さらに、第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび中心バンプ６は、図示しない配線や回路素子を有する回路基板４に固定されている。つまり、本実施形態２における加速度スイッチ１は、周辺部２に貫通電極が複数設け、それぞれバンプによって回路基板４に接続固定される構成を採用した。これによって、本実施形態２における加速度スイッチ１は、実施形態１と同様の効果を有する。

本実施形態２における加速度スイッチ１の特徴は、実施形態１と比較して第二バンプ５ｂの位置にある。本実施形態２における加速度スイッチ１では、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂの位置は、中心バンプ６を中心として１３５°ずれて配置している。

このような構成を採用したことによって、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂが互いに離間して配置することができる。よって、周辺部２あるいは第一基板９を広範囲に渡って回路基板４に支持することができ、結果として、加速度スイッチ１を回路基板４に強固に保持することができる。ついには、加速度スイッチ１が回路基板４に対して平行に設置することが可能である。

［実施形態３および実施形態４］
本実施形態３および本実施形態４における加速度スイッチ１を図３に示す。図３（ａ）は本実施形態３における加速度スイッチ１の正面模式図であり、図３（ｂ）は本実施形態４における加速度スイッチ１の正面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態３，４が有する実施形態１、２との差異は、第二バンプ５ｂの配置に特徴がある。よって、以下、特に実施形態１、２との差異を記載し、実施形態１、２と同様の構成については、簡略して記載する。

本実施形態３，４における加速度スイッチ１の特徴は、実施形態１、２と比較して第二バンプ５ｂの位置にある。本実施形態３における加速度スイッチ１では、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂの位置は、中心バンプ６を中心として４５°ずれて配置している。本実施形態４における加速度スイッチ１では、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂの位置は、中心バンプ６を中心として６０°ずれて配置している。

このような構成を採用したことによって、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂが互いに近接して配置することができる。よって、回路基板４上において、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂから引き出す配線も近接して配置することができる。つまり、回路基板４において必要な配線領域を狭くすることができる。そのため、回路基板４の全体の大きさを小さくすることが可能である。

また、実施形態１乃至４においては、上述の通り、中心バンプ６を含む総バンプ数が３個であり、加速度スイッチ１を回路基板４に安定して配置することができる点が共通している。さらに、この実施形態１乃至４においては、周辺部２に関連する第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂから引き出される回路基板４上の配線にとって、たいへん有利な構成である。つまり、例えば図１（ａ）において、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂから引き出される回路基板４上の配線を−Ｙ方向に配置し、中心バンプ６から引き出される回路基板４上の配線を＋Ｙ方向に配置することが可能である。このように、回路基板４上の配線を互いに離間して設けることができるので、互いの配線が混線することを防止することができるし、回路素子の配置において設計上の自由度が高まり、相当なメリットが期待される。

また、実施形態１乃至４においては、バンプ材の位置について、中心バンプ６を中心として９０°、１３５°、４５°および６０°を例示したが、他の度数を排除するような意味はなく、例えば１８０°にすることも可能である。この場合は、対角線上に第一バンプ５ａ、中心バンプ６および第二バンプ５ｂが配列されることになり、対角線上で第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂが配置されているので、より強固に加速度スイッチ１を回路基板４に設置することができる。

［実施形態５］
本実施形態５における加速度スイッチ１を図４に示す。図４（ａ）は加速度スイッチ１の正面模式図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣＣ断面の加速度スイッチ１の断面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態５が有する実施形態１乃至４との差異は、第三バンプ５ｃを設けた点に特徴がある。よって、以下、特に実施形態１乃至４との差異を記載し、実施形態１乃至４と同様の構成については、簡略して記載する。

図４に示すように、本実施形態５における加速度スイッチ１は、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂに加えて、第三バンプ５ｃを設けた点に特徴がある。第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃは、それぞれ周辺部２と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材であり、中心バンプ６のみが対向電極３と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材である。つまり、バンプ材の総数は４個である点が実施形態１乃至４との差異であり、実施形態１乃至４と比較して、周辺部２に関連するバンプ材を１個増加した形態となっている。

各バンプ材の配置について、第一バンプ５ａは、中心バンプ６を中心として−Ｘ方向と＋Ｙ方向から互いに４５°傾斜した位置に配置している。第二バンプ５ｂは、中心バンプ６から＋Ｘ方向に離れた位置に配置している。第三バンプ５ｃは、中心バンプ６を中心として−Ｘ方向と−Ｙ方向から互いに４５°傾斜した位置に配置している。言い換えると、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂ、および第二バンプ５ｂと第三バンプ５ｃは中心バンプ６を中心として１３５°傾斜した位置にそれぞれ位置し、第三バンプ５ｃと第一バンプ５ａは中心バンプ６を中心として９０°傾斜した位置に位置している。

このような構成を採用したことによって、加速度スイッチ１をより安定して回路基板４に設置することができる。つまり、実施形態１乃至４が３点支持であるのに対し、本実施形態５は４点支持としたため、本実施形態５における加速度スイッチ１は回路基板４に対してより確実に平行に設置することが可能である。

［実施形態６］
本実施形態６における加速度スイッチ１を図５に示す。図５（ａ）は加速度スイッチ１の正面模式図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＤＤ断面の加速度スイッチ１の断面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態６が有する実施形態５との差異は、３つのバンプ材の位置に特徴がある。よって、以下、特に実施形態５との差異を記載し、実施形態５と同様の構成については、簡略して記載する。

図５に示すように、本実施形態６における加速度スイッチ１は、第５実施形態と同様に、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂに加えて、第三バンプ５ｃを設けている。第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃは、それぞれ周辺部２と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材であり、中心バンプ６のみが対向電極３と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材である。

各バンプ材の配置について、第一バンプ５ａは、中心バンプ６を中心として−Ｘ方向と−Ｙ方向から互いに４５°傾斜した位置に配置している。第二バンプ５ｂは、中心バンプ６から−Ｙ方向に離れた位置に配置している。第三バンプ５ｃは、中心バンプ６を中心として＋Ｘ方向と−Ｙ方向から互いに４５°傾斜した位置に配置している。言い換えると、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂ、および第二バンプ５ｂと第三バンプ５ｃは中心バンプ６を中心として４５°傾斜した位置にそれぞれ位置し、第三バンプ５ｃと第一バンプ５ａは中心バンプ６を中心として９０°傾斜した位置に位置している。

このような構成を採用したことによって、周辺部２に関連する第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃを例えば−Ｙ方向側に集中させることができる。つまり、同電位である第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃを加速度スイッチ１の一辺側に集中させることで、各バンプから引き出される配線の共通化も容易に実施することができる。さらに、第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃと電位が異なる中心バンプ６の配線を他辺側（例えば、＋Ｙ側）に引き出すことで、引き出した配線の短絡現象を防止することができる。つまり、４点支持であったとしても、引き出し配線が複雑な形状を必要としないという利点がある。

［実施形態７および実施形態８］
本実施形態７および本実施形態８における加速度スイッチ１を図６に示す。図６（ａ）は本実施形態７における加速度スイッチ１の正面模式図であり、図６（ｂ）は本実施形態８における加速度スイッチ１の正面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態７，８が有する実施形態６との差異は、各バンプの配置に特徴がある。よって、以下、特に実施形態６との差異を記載し、実施形態６と同様の構成については、簡略して記載する。

図６に示すように、本実施形態７、８における加速度スイッチ１は、第６実施形態と同様に、第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂに加えて、第三バンプ５ｃを設けている。第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃは、それぞれ周辺部２と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材であり、中心バンプ６のみが対向電極３と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材である。

各バンプ材の配置について、本実施形態７では、第一バンプ５ａは、中心バンプ６から−Ｘ方向に離れた位置に配置している。第二バンプ５ｂは、中心バンプ６を中心として−Ｘ方向と−Ｙ方向から互いに４５°傾斜した位置に配置している。第三バンプ５ｃは、中心バンプ６から−Ｙ方向に離れた位置に配置している。言い換えると、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂ、および第二バンプ５ｂと第三バンプ５ｃは中心バンプ６を中心として４５°傾斜した位置にそれぞれ位置し、第三バンプ５ｃと第一バンプ５ａは中心バンプ６を中心として９０°傾斜した位置に位置している。

本実施形態８では、第一バンプ５ａは、中心バンプ６から−Ｘ方向に離れた位置に配置している。第二バンプ５ｂは、中心バンプ６から−Ｙ方向に離れた位置に配置している。第三バンプ５ｃは、中心バンプ６から＋Ｘ方向に離れた位置に配置している。言い換えると、第一バンプ５ａと第二バンプ５ｂ、および第二バンプ５ｂと第三バンプ５ｃは中心バンプ６を中心として９０°傾斜した位置にそれぞれ位置し、第三バンプ５ｃと第一バンプ５ａは中心バンプ６を中心として１８０°傾斜した位置に位置している。

このような構成を採用したことによって、周辺部２に関連する第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃを例えば加速度スイッチ１の一辺側に限らずとも集中して配置することが可能である。さらに、本実施形態８では、第一バンプ５ａ、中心バンプ６および第三バンプ５ｃが一直線上に並んでいる形態であり、これに加えて第二バンプ５ｂが−Ｙ方向に配置されている。よって、一直線Ｘ方向に垂直なＹ方向のバンプを有することで、より強固に加速度スイッチ１を回路基板４に設置することができるし、加速度スイッチ１の回路基板４に対する平行度も安定する。

［実施形態９および実施形態１０］
本実施形態９および本実施形態１０における加速度スイッチ１を図７に示す。図７（ａ）は本実施形態９における加速度スイッチ１の正面模式図であり、図７（ｂ）は本実施形態１０における加速度スイッチ１の正面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態９，１０が有する実施形態７，８との差異は、各バンプの配置に特徴がある。よって、以下、特に実施形態７，８との差異を記載し、実施形態７，８と同様の構成については、簡略して記載する。

図７に示すように、本実施形態９，１０における加速度スイッチ１は、第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂおよび第三バンプ５ｃに加えて、第四バンプ５ｄを設けている。第一バンプ５ａ、第二バンプ５ｂ、第三バンプ５ｃおよび第四バンプ５ｄは、それぞれ周辺部２と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材であり、中心バンプ６のみが対向電極３と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材である。

各バンプ材の配置について、特に限定しないが、例えば、互いに中心バンプ６を中心として、それぞれ９０°傾斜した配置とすることができる。このような構成を採用したことによって、より強固に加速度スイッチ１を回路基板４に設置することができるし、加速度スイッチ１の回路基板４に対する平行度も安定する。

［実施形態１１］
本実施形態１１における加速度スイッチ１を図８に示す。図８（ａ）は加速度スイッチ１の正面模式図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＤＤ断面の加速度スイッチ１の断面模式図である。なお、簡単のために梁と錘は省略して記載する。本実施形態１１が有する実施形態１との差異は、中心バンプの構成に特徴がある。よって、以下、特に実施形態１との差異を記載し、実施形態１と同様の構成については、簡略して記載する。

図８に示すように、本実施形態１１における加速度スイッチ１は、中心バンプ６が第一中心バンプ６ａと第二中心バンプ６ｂに分かれて設けられている。第一バンプ５ａおよび第二バンプ５ｂは、それぞれ周辺部２と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材であり、第一中心バンプ６ａおよび第二中心バンプ６ｂが対向電極３と回路基板４とを第一基板９を介して接続するためのバンプ材である。

第一中心バンプ６ａと第二中心バンプ６ｂの配置について、第一中心バンプ６ａは、対向電極３の中心から−Ｘ方向にずれて配置されている。第二中心バンプ６ｂは、対向電極３の中心から＋Ｘ方向にずれて配置されている。

このような構成を採用したことによって、加速度スイッチ１の中心に位置する対向電極３は第一基板９を介して、複数点で支持することができる。つまり、より強固に加速度スイッチ１を回路基板４に設置することができるし、加速度スイッチ１の回路基板４に対する平行度も安定する。

また、図面には記載しないが、第一中心バンプ６ａと第二中心バンプ６ｂに対応するように、対向電極３を分割することも可能である。分割は先に記したエッチングにより容易に実施することができる。例えば、図８に示した構成に基づき、対向電極３を−Ｘ側と＋Ｘ側に分割することが可能である。また、対向電極３を−Ｙ側と＋Ｙ側に分割することが可能である。さらに２分割に限らず、３分割、４分割と分割数を増加させることが可能である。４分割の場合は、−Ｘ側、＋Ｘ側、−Ｙ側および＋Ｙ側に分割を配当することによって、４方向に関して錘の移動方向を検知することが可能である。

なお、以上の実施形態で複数のバンプ材を有する構成を記載したが、これらの構成の利点としては、周辺部２あるいは対向電極３から引き出す電気配線上の導通不良による不具合を防止することができる点が挙げられる。

［実施形態１２］
図９は、本実施形態１２における加速度スイッチの実装に関する接続形式の一例を説明するための図である。図９（ａ）〜図９（ｄ）までが途中の工程を示し、図９（ｅ）は完成した状態を示している。実施形態１乃至１１で示した構成と同じ構成については、図９で同じ符号を用いており、周辺部２、対向電極３、第二基板１０および回路基板４は省略した。なお、本実施形態１２は加速度信号処理装置の実装に関する接続形式の単なる一例に過ぎず、以下に記載した再配線層を構成する工程は必要に応じて削除したり、他の工程を追加したりすることが可能である。

本実施形態１２は、説明のモデルとして再配線層型のウエハレベルＣＳＰ (Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ)を使用する。なお、図９は図１（ｂ）などの模式的断面図と上下方向が逆さになるように示す。すなわち図９の図面上側に回路基板４が配置され、図面下側に周辺部２、対向電極３や第二基板１０が配置されることになる。

図９（ａ）に第一基板９と貫通電極８（７）を示し、第一工程である貫通電極形成工程を説明する。第一基板９は例えばガラスなどの絶縁素子によって構成されており、貫通電極８（７）は金、銅やアルミニウム金属などによって構成されている。貫通電極形成工程では、第一基板９に形成した所望の貫通孔に対し、不活性ガスプラズマによりアルミターゲットをスパッタリングし、第一基板９の表面にアルミ金属膜を形成する。なお、図９に示す貫通電極８（７）は、第一基板９の上下にその一部が飛び出た構成であるが、周辺部２、対向電極３および再配線層の配線（後述する再配線２３）と電気的な接続がとれていれば構わず、必ずしも第一基板９の上下に飛び出た構成である必要はない。

次に、図９（ｂ）にパッシベーション膜２０を示し、第二工程であるパッシベーション膜形成工程を説明する。パッシベーション膜２０は、窒化シリコンや酸化シリコンなどによって構成されており、第一基板９の表面での機械的な保護及び吸湿などによる素子劣化の防止並びに絶縁の確保などの機能を持たせることが可能である。パッシベーション膜２０は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で第一基板９の全面に塗布されたのち、フォトレジストをマスクにエッチングされ、窓３０が開口される。

さらに、図９（ｃ）に樹脂層２１と樹脂コア２２を示し、第三工程である保護樹脂形成工程を説明する。樹脂層２１と樹脂コア２２は、熱硬化性を有するエポキシ系の樹脂などによって構成されている。樹脂層２１と樹脂コア２２は、第一基板９を上下から覆う樹脂成型用の鋳型と樹脂塊を用い、熱を伴う圧延加工によってパッシベーション膜２０の表面に積層される。樹脂層２１の機能は、衝撃、温度や湿度などの不具合から加速度スイッチを保護する点にある。先に説明したパッシベーション膜２０に加えて樹脂層２１を用いることによって、これらの不具合からより効果的に加速度スイッチを保護することができる。なお、パッシベーション膜２０の窓３０と同様に、樹脂層２１にも窓３１が設けられていて、貫通電極８（７）はその一部が露出している。樹脂コア２２は、例えば円錐台形状の形状よりなり、後述する再配線２３を図面上側に引き上げるために形成される。樹脂層２１と樹脂コア２２は別工程によってそれぞれ形成されても構わない。

そして、図９（ｄ）に再配線２３を示し、第四工程である再配線形成工程を説明する。再配線２３は、金、銅やアルミニウム金属などによって構成されている。その形状は、樹脂層２１と樹脂コア２２の表面に堆積するように形成されていて、パッシベーション膜２０の窓３０と樹脂層２１にも窓３１を介し、貫通電極８（７）に接触し電気的な接続状態にある。その形成方法は、第一工程である貫通電極形成工程と同様であるため省略する。樹脂コア２２の表面に堆積した再配線２３は、樹脂層２１の表面に堆積した再配線２３よりも図面上側に突き出た配置となっている。

最後に、図９（ｅ）に封止樹脂２４を示し、第五工程である封止樹脂形成工程を説明する。封止樹脂は、熱硬化性を有するエポキシ系の樹脂などによって構成されている。その形成方法は、第三工程である保護樹脂形成工程と同様であるため省略する。その形状は、樹脂コア２２の影響で突き出た再配線２３の頭頂部が外部に露出するように形成されている。この再配線２３の頭頂部は、後に接続される回路基板４上に配置したバンプ６（５）と接続される。つまり、貫通電極８（７）は再配線２３を介してその位置を変更し、自由な配線が可能となる。

これによって、貫通電極８（７）は図９（ｅ）に示したＷの距離を図面右側に引き延ばすことができた。特に、貫通電極８は加速度スイッチのほぼ中心に配置されているため、加速度スイッチを回路基板４に配置する際に、上記の再配線層を介することで、実装上の利便性が向上する。

さらに、ウエハレベルＣＳＰは、半導体の製造工程において、チップを切断することなくウエハ状態のままでパッケージまでを行う手法である。つまり、ウエハを切断したチップ単体が既に配線の引き回しが完了したチップであるため、この実施形態１２によれば、配線の引き回しを行う際に従来のワイヤボンディングなどで必要であった接着スペースが必要ない。よって、加速度信号処理装置の小型化、軽量化および高密度実装に効果的である。

なお、先に述べたように、本実施形態１２は他の実装方法を排除するものではない。他の実装方法として、最も単純な端子間のワイヤボンディングはもちろん、応力緩和型のウエハレベルＣＳＰあるいは、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎ−ｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる「周辺端子配置型」の形態を用いることも可能である。

１ 加速度スイッチ
２ 周辺部
３ 対向電極
４ 回路基板
５ バンプ
６ 中心バンプ
７ 貫通電極
８ 中心貫通電極
９ 第一基板
１０ 第二基板

Claims (6)

1. 回路基板と、前記回路基板上に配置されるバンプ材と、
   前記バンプ材を介して前記回路基板に設置されるとともに絶縁性である第一基板と、前記第一基板に接続されるとともに半導体素子からなる周辺部および中心体と、前記バンプ材と前記周辺部および前記中心体を電気的に接続し前記第一基板に貫通する貫通電極と、
   前記周辺部の内部で懸架される質量体と、を有する加速度スイッチと、によって構成される加速度信号処理装置であって、
   前記回路基板と前記加速度スイッチとの接合において、前記バンプ材は、２個のバンプ材が前記周辺部に対応し、１個のバンプ材が前記中心体に対応することを特徴とする加速度信号処理装置。
2. 前記２個のバンプ材は、前記周辺部の一方端側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加速度信号処理装置。
3. 回路基板と、前記回路基板上に配置されるバンプ材と、
   前記バンプ材を介して前記回路基板に設置されるとともに絶縁性である第一基板と、前記第一基板に接続されるとともに半導体素子からなる周辺部および中心体と、前記バンプ材と前記周辺部および前記中心体を電気的に接続し前記第一基板に貫通する貫通電極と、
   前記周辺部の内部で懸架される質量体と、を有する加速度スイッチと、によって構成される加速度信号処理装置であって、
   前記回路基板と前記加速度スイッチとの接合において、前記バンプ材は、３個のバンプ材が前記周辺部に対応し、１個のバンプ材が前記中心体に対応することを特徴とする加速度信号処理装置。
4. 前記３個のバンプ材は、前記周辺部の一方端側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の加速度信号処理装置。
5. 回路基板と、前記回路基板上に配置されるバンプ材と、
   前記バンプ材を介して前記回路基板に設置されるとともに絶縁性である第一基板と、前記第一基板に接続されるとともに半導体素子からなる周辺部および中心体と、前記バンプ材と前記周辺部および前記中心体を電気的に接続し前記第一基板に貫通する貫通電極と、
   前記周辺部の内部で懸架される質量体と、を有する加速度スイッチと、によって構成される加速度信号処理装置であって、
   前記回路基板と前記加速度スイッチとの接合において、前記バンプ材は、４個のバンプ材が前記周辺部に対応し、１個のバンプ材が前記中心体に対応することを特徴とする加速度信号処理装置。
6. 前記４個のバンプ材は、前記周辺部の四隅あるいは四辺端部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の加速度信号処理装置。

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