JPH04249726A

JPH04249726A - 静電容量の変化を利用したセンサの製造方法

Info

Publication number: JPH04249726A
Application number: JP2416188A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Okada; 和廣岡田
Original assignee: Wako KK
Current assignee: Wako KK
Priority date: 1990-12-31
Filing date: 1990-12-31
Publication date: 1992-09-04
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JP3025313B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電容量の変化を利用し
たセンサの製造方法、特に、対向する２枚の基板のそれ
ぞれに形成された一対の電極間の静電容量の変化に基づ
いて、力、加速度、磁気といった物理量を検出しうるセ
ンサを、大量生産するのに適した方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車産業や機械産業などでは、力、加
速度、磁気といった物理量を正確に検出できる検出装置
の需要が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の
各成分ごとにこれらの物理量を検出しうる小型の装置が
望まれている。このような需要に応えるため、特願平２
−２７４２９９号明細書には、静電容量の変化を利用し
た新規なセンサが提案されている。このセンサは、力、
加速度、磁気などの物理量を二次元あるいは三次元の各
成分ごとに検出することができ、しかも製造コストが比
較的安価であるという特徴をもっている。

【０００３】このセンサの基本となる構成要素は、装置
筐体に固定される固定部と、外部からの力が伝達される
作用部と、固定部と作用部との間に形成され可撓性をも
った可撓部と、の３つの各部を有する可撓基板と、この
可撓基板に対向するように装置筐体に固定された固定基
板と、可撓基板の固定基板に対する対向面に形成された
変位電極と、固定基板の可撓基板に対する対向面に形成
された固定電極と、である。外部からの力が作用部に加
わると可撓基板が撓み、変位電極と固定電極との間の距
離が変わることになる。したがって、両電極間の静電容
量が変化する。この静電容量の変化は、外部から加えら
れた力に依存したものであり、静電容量の変化を検出す
ることにより力の検出が可能になる。作用部に重錘体を
接続しておけば、この重錘体に作用する加速度を検出す
る加速度センサとして用いることができ、作用部に磁性
体を接続しておけば、この磁性体に作用する磁気を検出
する磁気センサとして用いることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したセンサをより
低コストで供給するためには、効率良い大量生産の方法
を採ることが不可欠である。しかしながら、上述のよう
な構造をもったセンサを大量生産するための効率的な方
法は、現時点では知られておらず、量産化が図れない状
態である。特に、加速度センサや磁気センサとして用い
るには、重錘体や磁性体を各ユニットごとに接合する必
要があり、この重錘体や磁性体を所定の自由度をもって
支持するための構造も必要になる。このため、どうして
も生産コストが高くなるという問題があった。

【０００５】そこで本発明は、静電容量の変化を利用し
たセンサを、効率良く大量生産することができる製造方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）　　　本願第１の
発明は、第１の基板の中心部に作用領域、この作用領域
の周囲に可撓領域、この可撓領域の周囲に固定領域、を
それぞれ定義する段階と、この第１の基板の第１の面上
に、第１の電極層を形成する段階と、可撓領域に可撓性
をもたせるために、第１の基板を部分的に除去する加工
を行う段階と、第１の基板の第２の面に、第２の基板の
第１の面を接合する段階と、第２の基板を切断すること
により、第１の基板の作用領域に接合しており第２の基
板の一部分から構成される作用体と、第１の基板の固定
領域に接合しており第２の基板の一部分から構成される
台座と、を形成する段階と、第３の基板の第１の面上に
溝を形成し、この溝の底面に第２の電極層を形成し、こ
の第２の電極層が第１の電極層に対して所定間隔をもっ
て対向するように、第３の基板を第１の基板に接合する
段階と、を行い静電容量の変化を利用したセンサを製造
するようにしたものである。

【０００７】（２）　　　本願第２の発明は、第１の基
板の中心部に作用領域、この作用領域の周囲に可撓領域
、この可撓領域の周囲に固定領域、をそれぞれ定義する
段階と、この第１の基板の第１の面上に、第１の電極層
を形成する段階と、可撓領域に可撓性をもたせるために
、第１の基板を部分的に除去する加工を行う段階と、第
１の基板の第２の面に、第２の基板の第１の面を接合す
る段階と、第２の基板を切断することにより、第１の基
板の作用領域に接合しており第２の基板の一部分から構
成される作用体と、第１の基板の固定領域に接合してお
り第２の基板の一部分から構成される台座と、を形成す
る段階と、第３の基板の第１の面上に、作用体が所定の
自由度をもって動きうるような溝を形成した後、この第
３の基板の第１の面を第２の基板の第２の面に接合する
段階と、第４の基板の第１の面上に溝を形成し、この溝
の底面に第２の電極層を形成し、この第２の電極層が第
１の電極層に対して所定間隔をもって対向するように、
４の基板を第１の基板に接合する段階と、を行い静電容
量の変化を利用したセンサを製造するようにしたもので
ある。

【０００８】（３）　　　本願第３の発明は、第１の基
板上に複数の単位領域を定義し、各単位領域内において
、その中心部に作用領域、この作用領域の周囲に可撓領
域、この可撓領域の周囲に固定領域、をそれぞれ定義す
る段階と、この第１の基板の第１の面上に、第１の電極
層を形成する段階と、各可撓領域に可撓性をもたせるた
めに、第１の基板を部分的に除去する加工を行う段階と
、第１の基板の第２の面に、第２の基板の第１の面を接
合する段階と、第２の基板を切断することにより、各単
位領域において、第１の基板の作用領域に接合しており
第２の基板の一部分から構成される作用体と、第１の基
板の固定領域に接合しており第２の基板の一部分から構
成される台座と、を形成する段階と、第３の基板の第１
の面上に複数の溝を形成し、この各溝の底面に第２の電
極層を形成し、この第２の電極層が第１の電極層に対し
て所定間隔をもって対向するように、第３の基板を第１
の基板に接合する段階と、第１、第２、および第３の基
板を、各単位領域ごとに切り離し、それぞれ独立したセ
ンサを形成する段階と、を行い静電容量の変化を利用し
たセンサを製造するようにしたものである。

【０００９】（４）　　　本願第４の発明は、第１の基
板上に複数の単位領域を定義し、各単位領域内において
、その中心部に作用領域、この作用領域の周囲に可撓領
域、この可撓領域の周囲に固定領域、をそれぞれ定義す
る段階と、この第１の基板の第１の面上に、第１の電極
層を形成する段階と、各可撓領域に可撓性をもたせるた
めに、第１の基板を部分的に除去する加工を行う段階と
、第１の基板の第２の面に、第２の基板の第１の面を接
合する段階と、第２の基板を切断することにより、各単
位領域において、第１の基板の作用領域に接合しており
第２の基板の一部分から構成される作用体と、第１の基
板の固定領域に接合しており第２の基板の一部分から構
成される台座と、を形成する段階と、第３の基板の第１
の面上に、作用体が所定の自由度をもって動きうるよう
な溝を形成した後、この第３の基板の第１の面を第２の
基板の第２の面に接合する段階と、第４の基板の第１の
面上に複数の溝を形成し、この各溝の底面に第２の電極
層を形成し、この第２の電極層が第１の電極層に対して
所定間隔をもって対向するように、第４の基板を第１の
基板に接合する段階と、第１、第２、第３および第４の
基板を、各単位領域ごとに切り離し、それぞれ独立した
センサを形成する段階と、を行い静電容量の変化を利用
したセンサを製造するようにしたものである。

【００１０】

【作　　用】本願第１の発明によれば、第２の基板の一
部によって重錘体あるいは磁性体（本願ではこれらの総
称を作用体としている）が形成され、別な一部によって
第１の基板を支えるための台座が形成される。すなわち
、第２の基板を切断することにより、作用体と台座との
両方を形成することができ、効率良いセンサの製造が可
能になる。また、本願第２の発明によれば、更に、作用
体の下方への動きを制限するための制御部材を、別な基
板によって形成することができる。

【００１１】本願第３の発明は、上述の第１の発明にお
いて、同一の基板上に複数のセンサユニットを形成する
ようにしたものである。すなわち、各ユニットごとへの
切断工程を行う前に、各単位領域ごとに作用体と台座の
形成が可能になる。このように、各ユニットごとへの切
断工程前に、各基板単位で大半の処理を行うことができ
るため、大量生産に適した効率のよいセンサの製造が可
能になる。また、本願第４の発明によれば、更に、作用
体の下方への動きを制限するための制御部材を、別な基
板によって形成することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて詳
述する。ここで説明する実施例は、静電容量の変化を利
用した加速度センサに、本発明に係る方法を適用した例
である。

【００１３】センサの構造および原理　　本発明に係る製造方法について説明する前に、本発
明の適用対象となるセンサの構造およびその原理につい
て簡単に述べておく。図１は、本発明の適用対象となる
加速度センサの基本構造を示す側断面図である。このセ
ンサの主たる構成要素は、固定基板１０、可撓基板２０
、作用体３０、そして装置筐体４０である。図２に、固
定基板１０の下面図を示す。図２の固定基板１０をＸ軸
に沿って切断した断面が図１に示されている。固定基板
１０は、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置
筐体４０に固定されている。この下面には、同じく円盤
状の固定電極１１が形成されている。一方、図３に可撓
基板２０の上面図を示す。図３の可撓基板２０をＸ軸に
沿って切断した断面が図１に示されている。可撓基板２
０も、図示のとおり円盤状の基板であり、周囲は装置筐
体４０に固定されている。この上面には、扇状の変位電
極２１〜２４および円盤状の変位電極２５が図のように
形成されている。作用体３０は、その上面が図３に破線
で示されているように、円柱状をしており、可撓基板２
０の下面に、同軸接合されている。装置筐体４０は、円
筒状をしており、固定基板１０および可撓基板２０の周
囲を固着支持している。

【００１４】固定基板１０および可撓基板２０は、互い
に平行な位置に所定間隔をおいて配設されている。いず
れも円盤状の基板であるが、固定基板１０は剛性が高く
撓みを生じにくい基板であるのに対し、可撓基板２０は
可撓性をもち、力が加わると撓みを生じる基板となって
いる。いま、図１に示すように、作用体３０の重心に作
用点Ｐを定義し、この作用点Ｐを原点とするＸＹＺ三次
元座標系を図のように定義する。すなわち、図１の右方
向にＸ軸、上方向にＺ軸、紙面に対して垂直に紙面裏側
へ向かう方向にＹ軸、をそれぞれ定義する。ここで、こ
のセンサ全体をたとえば自動車に搭載したとすると、自
動車の走行に基づき作用体３０に加速度が加わることに
なる。この加速度により、作用点Ｐに外力が作用する。作用点Ｐに力が作用していない状態では、図１に示すよ
うに、固定電極１１と変位電極２１〜２５とは所定間隔
をおいて平行な状態を保っている。ところが、たとえば
、作用点ＰにＸ軸方向の力Ｆｘが作用すると、この力Ｆ
ｘは可撓基板２０に対してモーメント力を生じさせ、図
４に示すように、可撓基板２０に撓みが生じることにな
る。この撓みにより、変位電極２１と固定電極１１との
間隔は大きくなるが、変位電極２３と固定電極１１との
間隔は小さくなる。作用点Ｐに作用した力が逆向きの−
Ｆｘであったとすると、これと逆の関係の撓みが生じる
ことになる。このように力Ｆｘまたは−Ｆｘが作用した
とき、変位電極２１および２３に関する静電容量に変化
が表れることになり、これを検出することにより力Ｆｘ
または−Ｆｘを検出することができる。このとき、変位
電極２２，２４，２５のそれぞれと固定電極１１との間
隔は、部分的に大きくなったり小さくなったりするが、
全体としては変化しないと考えてよい。一方、Ｙ方向の
力Ｆｙまたは−Ｆｙが作用した場合は、変位電極２２と
固定電極１１との間隔、および変位電極２４と固定電極
１１との間隔、についてのみ同様の変化が生じる。また、Ｚ軸方向の力Ｆｚが作用した場合は、図５に示す
ように、変位電極２５と固定電極１１との間隔が小さく
なり、逆向きの力−Ｆｚが作用した場合は、この間隔は
大きくなる。ことき、変位電極２１〜２４と固定電極１
１との間隔も、小さくあるいは大きくなるが、変位電極
２５に関する変化が最も顕著である。そこで、この変位
電極２５に関する静電容量の変化を検出することにより
力Ｆｚまたは−Ｆｚを検出することができる。

【００１５】一般に、容量素子の静電容量Ｃは、電極面
積をＳ、電極間隔をｄ、誘電率をεとすると、Ｃ＝εＳ
／ｄで定まる。したがって、対向する電極間隔が接近すると
静電容量Ｃは大きくなり、遠ざかると静電容量Ｃは小さ
くなる。本センサは、この原理を利用し、各電極間の静
電容量の変化を測定し、この測定値に基づいて作用点Ｐ
に作用した外力、別言すれば作用した加速度を検出する
ものである。すなわち、Ｘ軸方向の加速度は変位電極２
１，２３と固定電極１１との間の容量変化に基づき、Ｙ
軸方向の加速度は変位電極２２，２４と固定電極１１と
の間の容量変化に基づき、Ｚ軸方向の加速度は変位電極
２５と固定電極１１との間の容量変化に基づき、それぞ
れ検出が行われる。本発明は、このような原理に基づく
センサの製造方法に関するものである。よって、このよ
うなセンサ自体の具体的な構造や実施例については、前
掲の特願平２−２７４２９９号明細書を参照されたい。

【００１６】本発明による製造工程Ｉ　　それでは、図１に示すセンサを本発明による方法で
製造する工程について詳述する。本発明による方法の特
徴は、複数のセンサユニットを１枚の基板上に形成して
おき、後にこれを各ユニットごとに切断（ダイシング）
する点にある。まず、製造工程Ｉとして、各ユニットご
とのダイシングを行うまでの工程について説明する。は
じめに、主基板上に複数の単位領域を定義する。主基板
は、後のダイシング工程において各単位領域ごとに別々
に切り離され、それぞれが独立して変位基板として機能
することになる。図６は、主基板１００上に形成された
複数の単位領域を示す。ハッチングを施した部分が１つ
の単位領域であり、各単位領域はそれぞれ正方形をして
いる。主基板１００として半導体などのウエハを用いる
場合には、このように円盤状の基板の上に多数の単位領
域を形成するのが一般的であるが、ここでは説明の便宜
上、図７に示すように正方形の主基板１００の上に４つ
の単位領域を形成する場合を例にとり、以下の説明を続
けることにする。

【００１７】図８は、この製造方法の各工程を示す断面
図である。以下、この工程を詳述する。まず、図９に示
すように主基板１００を加工する。この実施例では、主
基板１００として単結晶シリコン基板を用いているが、
ガラス基板など他の材質の基板を用いてもよい。前述の
ように、この主基板１００は説明の便宜上、正方形をし
ており、４つの単位領域に分かれているので、この４つ
の単位領域のそれぞれについて、全く同じ加工が施され
る。図９の（ｂ）　は加工後の主基板１００の下面図、
（ａ）　はこれを切断線ａ−ａで切断した状態を示す側
断面図である。主基板１００の上面には、第１の電極層
Ｅ１が所定位置に形成される。この第１の電極層Ｅ１は
、図３に示す５つの変位電極２１〜２５に相当するもの
であり（図９では、このうちの３つの断面が２ユニット
分示されている）、図３に示すような位置に形成される
。この実施例では、単結晶シリコン基板からなる主基板
１００の表面に、不純物を拡散することにより、この第
１の電極層Ｅ１を形成している。このほか、主基板１０
０上にアルミニウム層を付着させる方法により第１の電
極層Ｅ１を形成してもよい。要するに、導電性をもった
層を形成できる方法であればどのような方法によって第
１の電極層Ｅ１を形成してもかまわない。ただ、不純物
拡散層の形成や、アルミニウム層の形成による方法は、
従来の半導体プレーナプロセスの技術をそのまま利用す
ることができる点で好ましい。一方、主基板１００の下
面には、エッチングなどの方法によって溝１０１を形成
し、その部分の肉厚を薄くして可撓性をもたしている。この実施例では、溝１０１は図９の（ｂ）　に示すよう
に円形をしている。この溝１０１の内側が作用部１１０
、外側が固定部１３０、そして溝の部分が可撓部１２０
となる。第１の電極層Ｅ１のうち、図３に示す変位電極２１〜２
４に相当するものは、ちょうどこの溝の上の可撓部１２
０に形成されており、変位電極２５に相当するものは、
この溝で囲まれた作用部１１０に形成されている。図８
の（ａ）　は、この主基板１００の加工が終了した状態
を示す。

【００１８】さて、続いて図１０に示すような補助基板
２００を用意する。この補助基板２００は、最終的には
その一部分が重錘体を、残りの部分が台座を、それぞれ
構成するものであるから、重錘体および台座に適した材
料を用いるようにする。また、主基板１００に対して接
合されるため、主基板１００と熱膨脹係数がほぼ等しい
材料を用いた方が好ましい。たとえば、主基板１００と
同じシリコン基板や、ガラス基板を用いるのが好ましい
。図１０の（ｂ）　は加工後の補助基板２００の上面図
、（ａ）　はこれを切断線ａ−ａで切断した状態を示す
側断面図である。このように、補助基板２００の上面に
は、縦横に溝２０１および２０２が形成される。溝２０
１は幅Ｌ１をもった深い溝であり、溝２０２は幅Ｌ２を
もった浅い溝である。溝２０１は、後にこの基板をダイ
シングしやすくするためのものである。この溝２０１を
形成する位置は、要するに、主基板１００の作用部１１
０に対応する部分２１０（図の４か所の部分）と、固定
部１３０に対応する部分２２０（その他の部分）と、が
分離されるような位置になっていればよい。別言すれば
、補助基板２００を主基板１００上に重ねて接合し、溝
２０１に沿って補助基板２００のみを切断した場合に、
補助基板２００が重錘体（部分２１０）と台座（部分２
２０）とに分離するようにすればよい。また、溝２０２
は、切断後の重錘体の上方向への変位に関する自由度を
与えるためのものである。このような補助基板２００が
用意できたら、これを図８の（ｂ）　に示すように、主
基板１００に接合する。この接合は、接着剤による接着
でもかまわないが、確実な接合を行うために、材料どう
しを直接接合できる陽極接合を用いるのが好ましい。す
なわち、両者間に電圧を印加し、両者の温度を上げ、加
圧しながら接合するのである。

【００１９】続いて、図８の（ｃ）　に示すように、補
助基板２００を溝２０１に沿ってダイシングブレードで
切断する。切断路２０３は、溝２０１とは逆側（図の下
方）に形成される。これにより、部分２１０（重錘体と
なる）と部分２２０（台座となる）とが、完全に切り離
されることになる。図１０の（ｂ）に示すように、部分
２１０（重錘体）は４か所に位置するが、これが図９の
（ｂ）　に示す作用部１１０のみに接合された状態とな
る。また、それ以外の部分２２０（台座）は、図９の（
ｂ）　に示す固定部１３０のみに接合された状態となる
。なお、可撓部１２０は補助基板２００からは浮いた状
態になっているため、いずれの部分とも接合されない。このように、補助基板２００をダイシングすることによ
り、重錘体２１０と台座２２０とを同時に形成すること
ができる。ここで、台座２２０は固定部１３０を支える
台座としての機能を果たすだけでなく、重錘体２１０の
横方向の変位が許容範囲を越えないように制御する制御
部材としての機能も果たす。この許容範囲は、切断路２
０３の幅によって決定されることになる（切断路２０３
の幅よりも溝２０１の幅が小さい場合は、溝２０１の幅
によって決定される）。なお、ここで行ったダイシング
工程は、補助基板２００のみに対するダイシング工程で
あり、主基板１００はまだ１枚の状態である。

【００２０】次に、図１１に示すような制御基板３００
を用意する。この制御基板３００は、重錘体２１０の下
方向の変位を許容範囲に制御するためのものである。材
質としては、補助基板２００と同様に、シリコン基板あ
るいはガラス基板を用いればよい。この制御基板３００
の上面には、４つの単位領域のそれぞれについて、全く
同じ加工が施される。図１１の（ｂ）　は加工後の制御
基板３００の上面図、（ａ）　はこれを切断線ａ−ａで
切断した状態を示す側断面図である。上面には、４か所
に正方形の溝３０１が形成されている。この溝３０１は
、重錘体２１０の変位の下方向の自由度を制御するため
のものであり、自由度は溝３０１の深さによって決定さ
れることになる。この制御基板３００を、図８の（ｄ）
　に示すように、補助基板２００に接合する。この接合
にも、陽極接合を用いるのが好ましい。

【００２１】次に、図１２に示すような副基板４００を
用意する。この副基板４００は、第２の電極層Ｅ２を支
持するためのものである。材質としては、主基板１００
と同様に、シリコン基板あるいはガラス基板を用いれば
よい。この副基板４００の下面には、４つの単位領域の
それぞれについて、全く同じ加工が施される。図１２の
（ｂ）　は加工後の副基板４００の下面図、（ａ）　は
これを切断線ａ−ａで切断した状態を示す側断面図であ
る。下面には、４か所に正方形の溝４０１が形成されて
おり、この溝４０１の底面に、それぞれ第２の電極層Ｅ
２が形成されている。この第２の電極層Ｅ２は、図３に
示す固定電極１１に相当するものであり、図３に示すよ
うな位置、すなわち変位電極２１〜２５に対向する位置
に形成される。この実施例では、単結晶シリコン基板か
らなる副基板４００の表面に、エッチングなどの方法に
より溝４０１を形成した後、この溝４０１の底面にアル
ミニウム層を付着させる方法により第２の電極層Ｅ２を
形成している。もちろん、第１の電極層Ｅ１と同様に不
純物拡散の方法により、この第２の電極層Ｅ２を形成し
てもかまわない。要するに、導電性をもった層を形成で
きる方法であればどのような方法によって第２の電極層
Ｅ２を形成してもかまわない。ただ、不純物拡散層の形
成や、アルミニウム層の形成による方法は、従来の半導
体プレーナプロセスの技術をそのまま利用することがで
きる点で好ましい。溝４０１の形成や第２の電極層Ｅ２
の形成は、半導体プロセスで用いられるマイクロマシー
ニング技術を利用することにより、きわめて高い精度で
行うことができる。この副基板４００のもう１つの特徴
は、横幅が他の基板に比べて少し短くなっており、中央
には縦に長い溝４０２が形成されている点である。これ
は、後述するように、ワイヤボンディングのための便宜
を図るための工夫である。この副基板４００を、図１３
の（ａ）　に示すように、主基板１００に接合する。こ
の接合にも、陽極接合を用いるのが好ましい。このよう
にして、第１の電極層Ｅ１と第２の電極層Ｅ２とが、図
の上下で対向することになる。両電極間距離は、できる
だけ狭くした方が静電容量を増やし高感度の測定を行う
上で好ましい。前述したマイクロマシーニング技術を利
用すれば、両電極間距離を数μｍ程度にすることが可能
である。

【００２２】この後、図１３の（ｂ）　に示すように、
溝４０２の上方を切断路４０３によって切除する。更に
、図１３の（ｃ）　に示すように、各単位領域を切断路
５１０に沿って切断すれば、図７に示す４つの単位領域
がそれぞれ分離され、センサ中枢部５００が完成する。完成したセンサ中枢部５００の斜視図を図１４に示す。副基板４００の横幅を短くし、縦に長い溝４０２を形成
しておいたのは、この図１４に示すように、ボンディン
グパッド５０１を露出させるために他ならない。

【００２３】本発明による製造工程ＩＩ　　続いて、各
基板をダイシングした後の工程について説明する。図１
４に示すようなセンサ中枢部５００が得られたら、これ
を図１５の側断面図に示すように、パッケージ６００の
内部に収容する。すなわち、センサ中枢部５００の底部
を、パッケージ６００の内部に接着すればよい。パッケ
ージ６００には、実装用のリード６１０が取り付けられ
ており、ボンディングパッド５０１とリード６１０の内
側端とが、ボンディングワイヤ６２０によってボンディ
ングされる。この後、パッケージ６００に蓋６３０を被
せて封止すれば、加速度センサが完成する。

【００２４】このように、基板単位の製造工程（前述の
製造工程Ｉ）に比べて、ダイシング後の各ユニット単位
の製造工程（上述した製造工程ＩＩ）は非常に簡単であ
る。すなわち、本発明によれば、製造工程のほとんどを
基板単位で行うことができ、大量生産に適した効率よい
製造が可能になる。

【００２５】他の実施例　　以上、本発明を図示する一実施例について述べたが
、本発明はこの実施例のみに限定されるものではなく、
種々の態様で実施することができる。以下に、別な態様
による実施例を例示する。

【００２６】（１）　　　上述の実施例では、制御基板
３００を接合しているが、本発明の基本思想は、補助基
板２００によって重錘体と台座とを形成する点にある。したがって、制御基板３００を接合する工程は必ずしも
必要な工程ではない。たとえば、重錘体２１０の底面を
削るなどして、台座２２０の厚みより重錘体２１０の厚
みを若干小さくしておけば、台座２２０の底面を直接パ
ッケージ６００の内部底面に接合してもかまわない。重
錘体２１０の厚みが若干小さいため、加速度が作用しな
い状態では、重錘体２１０をパッケージ６００の内部底
面から浮いた状態に維持できる。本願特許請求の範囲第
１項に記載された第１の発明は、この基本思想について
の発明であり、制御基板の接合は構成要素にはなってい
ない。同第２項に記載された第２の発明は、第１の発明に更に
制御基板３００を接合する工程を加えたものである。

【００２７】（２）　　　上述の実施例では、加速度セ
ンサを製造する方法を説明したが、磁気センサを製造す
る場合も全く同様の工程を行うことができる。ただし、
加速度センサの場合は、作用部に力を作用させる作用体
が重錘体２１０であったのに対し、磁気センサの場合、
作用体を磁性体としなければならない。したがって、補
助基板２００の材質としては磁性材料を用いることにな
る。

【００２８】（３）　　　図１０に示す補助基板２００
では、予め溝２０１を形成している。この溝２０１は、
後の工程で補助基板２００を切断する作業を容易にする
ためのものであり、必ずしも必要なものではない。後に
補助基板２００をうまく切断することができれば、溝２
０１は不要である。

【００２９】（４）　　　図１１に示す制御基板３００
では、正方形の溝３０１を各単位領域ごとに形成したが
、代わりに図１７に示すような単位領域にまたがって形
成された細長い溝３０２を有する制御基板３００′を用
いてもかまわない。

【００３０】（５）　　　上述の実施例は、図１４に示
すように、ボンディングパッド５０１と各電極層（図１
４には示されていない）との電気的接続は、主基板内部
の拡散層によって行われている。ところが、図１６に示
すセンサ中枢部５００′のように、基板上にアルミニウ
ムなどからなる配線層５０２を形成して両者の電気的接
続を行うタイプのものでは、この配線層５０２のための
間隙５０３を確保する必要がある。この場合は、図１２
に示す副基板４００の代わりに、図１８に示すような溝
４０４を有する副基板４００′を用いるようにすればよ
い。

【００３１】（６）　　　前述したように、上述の実施
例では説明の便宜上、図７に示す正方形の基板を用いて
４組のセンサ中枢部を製造する例を述べたが、実際には
図６に示すような円盤状のウエハを用いてより多数のセ
ンサ中枢部が製造できる。もちろん１枚の基板（ウエハ
）により１組のセンサ中枢部のみを製造してもかまわな
い。

【００３２】（７）　　　上述の実施例では、重錘体２
１０の周囲の空間は空気で満たされているが、この空間
にシリコンオイルなどを封入すると、衝撃や振動の吸収
効果が得られ、耐衝撃性、耐振動性が向上する。

【００３３】（８）　　　静電容量の変化を信号として
取り出すには、一般に、容量素子に接続された発振回路
、この発振回路の出力を増幅する増幅回路、そして増幅
された信号の周波数を計数する計数回路などが必要とな
るが、主基板１００を半導体基板で構成すれば、これら
の回路を主基板１００上に形成することもできる。

【００３４】（９）　　　図２および図３に示すように
、ここで述べた実施例では、固定基板１０側に１枚の固
定電極１１を、変位基板２０側に５枚の変位電極２１〜
２５を形成しているが、逆に、固定基板１０側に５枚の
固定電極を、変位基板２０側に１枚の変位電極を、それ
ぞれ形成してもよい。

【００３５】（１０）　　また、上述の実施例では、対
向する電極の一方を１枚の電極層、もう一方を５枚の電
極層、でそれぞれ形成している。この場合、検出回路の
構成上、１枚の電極層を共通電極として用いることにな
る。これに対し、双方ともに５枚の電極層を形成するように
してもかまわない。この場合、５組の完全に独立した容
量素子が構成されることになり、より自由度をもった検
出処理が可能になる。

【００３６】（１１）　　上述の実施例では、図３に示
すような形態で５枚の変位電極２１〜２５を配し、三次
元方向の加速度を検出しているが、変位電極２５を用い
ずにＺ軸方向の加速度成分の検出も可能である。すなわ
ち、変位電極２１〜２４の４枚だけを用いて三次元方向
の加速度検出を行うこともできる（詳細は、特願平２−
２７４２９９号明細書参照）。しかしながら、他軸成分
の干渉を抑制した精度良い測定を行う場合には、図３に
示すような５枚の電極配置が理想的である。別言すれば
、Ｚ軸方向成分の検出を、中央に配した電極２５で行い
、Ｘ軸あるいはＹ軸方向成分の検出を、その周囲に配し
た電極２１〜２４で行うのが好ましい。Ｘ軸あるいはＹ
軸方向成分の力が作用した場合、電極２５の変位に比べ
て電極２１〜２４の変位が顕著であることが図４から理
解できよう（電極２５は中央に配置されているため、全
体としてみれば変位していないと考えることができる）
。したがって、Ｘ軸あるいはＹ軸方向成分の検出には、
電極２１〜２４を用いるのが適当である。また、Ｚ軸方
向成分の力が作用した場合、電極２１〜２４の変位に比
べて電極２５の変位が顕著であることが図５から理解で
きよう。したがって、Ｚ軸方向成分の検出には、電極２
５を用いるのが適用である。

【００３７】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、基板単位
で作用体（重錘体あるいは磁性体）と台座とを形成し、
また、必要な電極層の形成も基板単位で行うようにした
ため、静電容量の変化を利用したセンサを効率良く大量
生産することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用対象となる加速度センサの基本構
造を示す側断面図である。

【図２】図１に示すセンサの固定基板１０の下面図であ
る。図２の固定基板１０をＸ軸に沿って切断した断面が
図１に示されている。

【図３】図１に示すセンサの可撓基板２０の上面図であ
る。図３の可撓基板２０をＸ軸に沿って切断した断面が
図１に示されている。

【図４】図１に示すセンサの作用点ＰにＸ軸方向の力Ｆ
ｘが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。

【図５】図１に示すセンサの作用点ＰにＺ軸方向の力Ｆ
ｚが作用したときの、センサの撓み状態を示す側断面図
である。

【図６】本発明による製造方法により、基板に単位領域
を定義した状態を示す図である。

【図７】説明の便宜上、より単純な単位領域を定義した
状態を示す図である。

【図８】本発明の一実施例に係る加速度センサ中枢部の
製造方法の前段階を示す工程図である。

【図９】図８に示す方法に用いる主基板の側断面および
下面を示す図である。

【図１０】図８に示す方法に用いる補助基板の側断面図
および下面を示す図である。

【図１１】図８に示す方法に用いる制御基板の側断面図
および下面を示す図である。

【図１２】図８に示す方法に用いる副基板の側断面図お
よび下面を示す図である。

【図１３】本発明の一実施例に係る加速度センサ中枢部
の製造方法の後段階を示す工程図である。

【図１４】図１３に示す方法で製造された加速度センサ
中枢部を示す斜視図である。

【図１５】図１４に示す加速度センサ中枢部をパッケー
ジに収容した状態を示す側断面図である。

【図１６】本発明の別な実施例に係る方法で製造された
加速度センサ中枢部を示す斜視図である。

【図１７】本発明の別な実施例に係る方法に用いる制御
基板の側断面図および上面を示す図である。

【図１８】本発明の別な実施例に係る方法に用いる副基
板の側断面図および下面を示す図である。

【符号の説明】

１０…固定基板１１…固定電極２０…可撓基板２１〜２５…変位電極３０…作用体１００…主基板１０１…溝１１０…作用部１２０…可撓部１３０…固定部２００…補助基板２０１，２０２…溝２０３…切断路２１０…重錘体２２０…台座３００，３００′…制御基板３０１，３０２…溝４００，４００′…副基板４０１，４０２…溝４０３…切断路４０４…溝５００，５００′…センサ中枢部５０１…ボンディングパッド５０２…配線層５０３…配線層用間隙５１０…切断路６００…パッケージ６１０…リード６２０…ボンディングワイヤ６３０…蓋Ｅ１…第１の電極層Ｅ２…第２の電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　第１の基板の中心部に作用領域、この
作用領域の周囲に可撓領域、この可撓領域の周囲に固定
領域、をそれぞれ定義する段階と、前記第１の基板の第
１の面上に、第１の電極層を形成する段階と、前記可撓
領域に可撓性をもたせるために、前記第１の基板を部分
的に除去する加工を行う段階と、前記第１の基板の第２
の面に、第２の基板の第１の面を接合する段階と、前記
第２の基板を切断することにより、前記第１の基板の前
記作用領域に接合しており前記第２の基板の一部分から
構成される作用体と、前記第１の基板の前記固定領域に
接合しており前記第２の基板の一部分から構成される台
座と、を形成する段階と、第３の基板の第１の面上に溝
を形成し、この溝の底面に第２の電極層を形成し、この
第２の電極層が前記第１の電極層に対して所定間隔をも
って対向するように、前記第３の基板を前記第１の基板
に接合する段階と、を有することを特徴とする抵抗素子
を用いたセンサの製造方法。
【請求項２】　　第１の基板の中心部に作用領域、この
作用領域の周囲に可撓領域、この可撓領域の周囲に固定
領域、をそれぞれ定義する段階と、前記第１の基板の第
１の面上に、第１の電極層を形成する段階と、前記可撓
領域に可撓性をもたせるために、前記第１の基板を部分
的に除去する加工を行う段階と、前記第１の基板の第２
の面に、第２の基板の第１の面を接合する段階と、前記
第２の基板を切断することにより、前記第１の基板の前
記作用領域に接合しており前記第２の基板の一部分から
構成される作用体と、前記第１の基板の前記固定領域に
接合しており前記第２の基板の一部分から構成される台
座と、を形成する段階と、第３の基板の第１の面上に、
前記作用体が所定の自由度をもって動きうるような溝を
形成した後、この第３の基板の前記第１の面を前記第２
の基板の第２の面に接合する段階と、第４の基板の第１
の面上に溝を形成し、この溝の底面に第２の電極層を形
成し、この第２の電極層が前記第１の電極層に対して所
定間隔をもって対向するように、前記第４の基板を前記
第１の基板に接合する段階と、を有することを特徴とす
る静電容量の変化を利用したセンサの製造方法。
【請求項３】　　第１の基板上に複数の単位領域を定義
し、各単位領域内において、その中心部に作用領域、こ
の作用領域の周囲に可撓領域、この可撓領域の周囲に固
定領域、をそれぞれ定義する段階と、前記第１の基板の
第１の面上に、第１の電極層を形成する段階と、前記各
可撓領域に可撓性をもたせるために、前記第１の基板を
部分的に除去する加工を行う段階と、前記第１の基板の
第２の面に、第２の基板の第１の面を接合する段階と、
前記第２の基板を切断することにより、各単位領域にお
いて、前記第１の基板の前記作用領域に接合しており前
記第２の基板の一部分から構成される作用体と、前記第
１の基板の前記固定領域に接合しており前記第２の基板
の一部分から構成される台座と、を形成する段階と、第
３の基板の第１の面上に複数の溝を形成し、この各溝の
底面に第２の電極層を形成し、この第２の電極層が前記
第１の電極層に対して所定間隔をもって対向するように
、前記第３の基板を前記第１の基板に接合する段階と、
前記第１、第２、および第３の基板を、各単位領域ごと
に切り離し、それぞれ独立したセンサを形成する段階と
、を有することを特徴とする抵抗素子を用いたセンサの
製造方法。
【請求項４】　　第１の基板上に複数の単位領域を定義
し、各単位領域内において、その中心部に作用領域、こ
の作用領域の周囲に可撓領域、この可撓領域の周囲に固
定領域、をそれぞれ定義する段階と、前記第１の基板の
第１の面上に、第１の電極層を形成する段階と、前記各
可撓領域に可撓性をもたせるために、前記第１の基板を
部分的に除去する加工を行う段階と、前記第１の基板の
第２の面に、第２の基板の第１の面を接合する段階と、
前記第２の基板を切断することにより、各単位領域にお
いて、前記第１の基板の前記作用領域に接合しており前
記第２の基板の一部分から構成される作用体と、前記第
１の基板の前記固定領域に接合しており前記第２の基板
の一部分から構成される台座と、を形成する段階と、第
３の基板の第１の面上に、前記作用体が所定の自由度を
もって動きうるような溝を形成した後、この第３の基板
の前記第１の面を前記第２の基板の第２の面に接合する
段階と、第４の基板の第１の面上に複数の溝を形成し、
この各溝の底面に第２の電極層を形成し、この第２の電
極層が前記第１の電極層に対して所定間隔をもって対向
するように、前記第４の基板を前記第１の基板に接合す
る段階と、前記第１、第２、第３および第４の基板を、
各単位領域ごとに切り離し、それぞれ独立したセンサを
形成する段階と、を有することを特徴とする静電容量の
変化を利用したセンサの製造方法。