JPH0484725A - 物理量を検出するセンサの製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は抵抗素子を用いたセンサ、特に、半導体基板上
に形成された抵抗素子に対して加えられる機械的変形を
、電気抵抗の変化として検出するセンサに関する。

〔従来の技術〕

力、加速度、磁気などのセンサとして、半導体基板上に
抵抗素子を形成し、力、加速度、磁気などの作用により
この抵抗素子に機械的変形を生じさせ、この機械的変形
を電気抵抗の変化として検出するセンサが提案されてい
る。たとえば、特許協力条約に基づく国際出願の国際公
開第ＷＯ３８１０８５２２号公報には、本願発明者と同
一人の発明による抵抗素子を用いた力・加速度・磁気の
検出装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来提案されている抵抗素子を用いたセ
ンサは、感度の高い測定を行う場合に問題があった。た
とえば、加速度センサの場合、車両の衝突検出などに利
用するには、フルスケールでＬＯＧ〜１００Ｇといった
程度の加速度を検出できれば十分であるが、カメラの手
振れ制御、車両のサスペンション制御、車両のアンチロ
ックブレーキシステムの制御などを行うためには、ＩＧ
〜ＩＯＣといった程度の加速度を検出する必要がある。

このような高感度の加速度検出を行うためには、加速度
に基づいて力を発生させる機能をもった作用体の重量を
増す必要がある。ところが、従来のセンサの構造では、
作用体を大きくすることが困難であフた。

また、高感度のセンサでは、所定限界以上の大きな力が
加わった場合に、半導体基板が損傷する危険性が高くな
る。このため、作用体の変位を所定範囲内に制限する部
材を作用体の周囲に設ける必要があり、構造が複雑にな
るという問題が生じる。

更に、三次元方向に作用する力、加速度、磁気などを検
出する場合には、半導体基板の基板面に平行な方向とこ
れに垂直な方向との間で、検出感度に差が生じる。この
ように検出方向によって感度差が生じることは、高感度
のセンサでは特に好ましくない。

そこで本発明は、より高感度な物理量測定に適した抵抗
素子を用いたセンサを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

（１）　　本願箱１の発明は、基板のほぼ中心に作用部
、その周囲に可撓部、更にその周囲に固定部を定義し、
この基板下面の可撓部に溝を掘るが、またはこの基板の
可撓部に貫通孔を形成することにより可撓部に可撓性を
もたせ、基板上面の可撓部に機械的変形に基づいて電気
抵抗が変化する抵抗素子を形成し、作用部の固定部に対
する変位に基づいて生ずる抵抗素子の電気抵抗の変化を
検出することにより、作用部に作用した物理量を検出す
るセンサにおいて、 作用部下面に、この作用部に力を伝達させるだめの作用
体を接合し、 固定部下面の第１の部分に、この固定部を支持するため
の台座を接合し、 かつ、固定部下面の第２の部分と、作用体上面の一部分
とが、所定の間隙をおいて対向するように構成し、この
第２の部分によって作用体の上方への変位を所定範囲内
に制限できるようにしたものである。

（２）　　本願第２の発明は、上述の第１の発明に係る
センサにおいて、 台座の内側面と、作用体の外側面とが、所定の間隙をお
いて対向するように構成し、台座の内側面によって作用
体の横方向への変位を所定範囲内に制限できるようにし
たものである。

（３）　　本願第３の発明は、上述の第１または第２の
発明に係るセンサにおいて、 所定の制御面と、作用体の下面とが、所定の間隙をおい
て対向するように、台座を制御面に固定し、この制御面
によって作用体の下方向への変位を所定範囲内に制限で
きるようにしたものである。

（４）　　本願第４の発明は、基板のほぼ中心に作用部
、その周囲に可撓部、更にその周囲に固定部を定義し、
この基板下面の可撓部に溝を掘るか、またはこの基板の
可撓部に貫通孔を形成することにより可撓部に可撓性を
もたせ、基板上面の可撓部に機械的変形に基づいて電気
抵抗が変化する抵抗素子を形成し、作用部の固定部に対
する変位に基づいて生ずる抵抗素子の電気抵抗の変化を
検出することにより、作用部に作用した物理量を検出す
るセンサにおいて、 作用部下面に、この作用部に力を伝達させるための作用
体を接合し、 かつ、この作用体の重心Ｇから、基板上面に垂線を下ろ
したとき、この垂線の長さしと、垂線の足Ｐから溝の外
側部分までの距離にと、の間に、Ｌ＜ｒなる関係が成り
立つように構成したものである。

〔作　用〕

（１）　　本願第１の発明によれば、作用体の上面中心
部は基板の作用部下面に接合されるが、その側部は基板
の固定部下方にまで延びることになる。

したがって、全体的に作用体の体積を大きく設計するこ
とが可能になり、作用体の重量が増し、感度を向上させ
ることが容易にできる。また、作用体の側部が基板の固
定部下方にまで延びているので、基板の固定部下面を制
御部材として利用し、作用体の上方への変位を制限する
ことができるようになる。したがって、別個に上方への
制御部材を設ける必要がなくなり、構造を単純にするこ
とができるようになる。

（２）　　本願第２の発明によれば、更に、台座の内側
面と作用体の外側面とが、所定の間隙をおいて対向する
ように構成される。このため、台座の内側面を制御部材
として利用し、作用体の横方向への変位を制限すること
ができるようになる。したがって、別個に横方向への制
限部材を設ける必要がなくなり、構造を単純にすること
ができるようになる。

（８）　　本願第３の発明によれば、更に、所定の制御
面を設け、作用体の下面とこの制御面とが、所定の間隙
をおいて対向するように、台座がこの制御面に固定され
る。したがって、この制御面によって作用体の下方向へ
の変位を所定範囲内に制限できるようになる。

（４）　　本願第４の発明は、本願発明者が、基板上面
の中心部に定義された作用点と作用体の重心点との間の
距離について、その最適範囲を発見したことに基づく。

この最適範囲は、三次元方向の物理量を検出するときに
、すべての方向についての感度がほぼ均一になるような
条件を満たすものである。このため、方向による検出感
度に差のないセンサが実現できる。

〔実施例〕

以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。

実施例の構造 第１図は、本発明の一実施例に係る加速度センサの構造
断面図である。装置中枢部１００は、半導体ペレット１
０、重錘体２０、台座３０、制御基板４０、の４つの要
素から構成されている。この装置中枢部１００は、パッ
ケージ２００内部の底面に接合されている。パッケージ
２００の上部には蓋２１０が被せられている。また、パ
ッケージ２００の側部からは、リード２２０が外部に導
出されている。第２図は装置中枢部１００の斜視図であ
る。半導体ペレット１０の上面には複数の抵抗素子Ｒが
形成されており、各抵抗素子Ｒはポンディングパッド５
２に電気的に接続されている。

ポンディングパッド５２とリード２２０との間は、ボン
ディングワイヤ５１によって接続されている。

第３図は、第１図に示す加速度センサの装置中枢部１０
０の断面詳細図である。半導体ペレット１０は、この実
施例ではシリコン基板からなり、抵抗素子Ｒは、この半
導体ペレット１０の上面に不純物を拡散することにより
形成されている。もちろんイオン打込み法を用いてもよ
いし、シリコン基板上にゲージ抵抗を堆積させるＳＯＩ
構造にしてもよい。このようにして形成した抵抗素子Ｒ
は、ピエゾ抵抗効果を有する。すなわち、機械的変形に
基づいて電気抵抗が変化する性質を示す。

半導体ペレット１０の下面には、円環状の溝部Ｃ１が形
成されている。この実施例では、溝部Ｃ１は深部（第３
図の上方）にゆくほど幅が狭くなるようなテーパー構造
をとっているが、深部まで同一幅の溝にしてもかまわな
い。第４図は、この半導体ペレット１０の上面図である
。下面に掘られた溝部Ｃ１は破線で示されている。いま
、第３図および第４図に矢印で示すような座標軸Ｘ。

ｙ、　　ｚを定義すれば、第４図に示す半導体ペレット
１０をＸ軸に沿って切断した断面が、第３図に示されて
いることになる。この溝部Ｃ１の形成により、半導体ペ
レット１０を３つの部分に分けることができる。すなわ
ち、溝部、Ｃ１の内側に位置する作用部１１、溝部Ｃ１
のちょうど上方に位置する可撓部１２、そして溝部Ｃ１
の外側に位置する固定部１３、の３つの部分である。別
言すれば、半導体ペレット１０の中心部分に作用部１１
、その周囲に可撓部１２、更にその周囲に固定部１３、
がそれぞれ位置する。可撓部１２は溝部Ｃ１によって肉
厚が他の部分より薄くなっており、このため可撓性をも
つことになる。このような溝を形成するかわりに、基板
に部分的に貫通孔を形成して可撓性をもたせるようにし
てもよい。

作用部１１の下面には重錘体２０が接合されており、固
定部１３の下面には台座３０が接合されている。第５図
は、重錘体２０および台座３０の上面図である。第５図
の切断線Ａ−Ａに沿った断面が第３図に示されているこ
とになる。重錘体２０の上面には段差がついており、重
錘体上面中心部２１と重錘体上面周囲部２２とが形成さ
れている。重錘体上面中心部２１は、重錘体２０の上面
の中心部分においてやや隆起した部分であり、この部分
が作用部１１の下面に接合されている。

したがって、重錘体上面周囲部２２と半導体ペレット１
０の下面との間には、間隙部Ｃ２が形成されることにな
る。台座３０は、この重錘体２０の周囲８方に配置され
た８つの部材から成り、Ｍ錘体２０と台座３０との間に
は、溝部Ｃ３および溝部Ｃ４が形成されている。後述す
るように、もともと重錘体２０と台座３０とは、同一基
板から構成されていた部材であり、溝部Ｃ３および溝部
Ｃ４によって切断分離されたものである。第５図に示さ
れているように、溝部Ｃ３は幅Ｌ１、溝部Ｃ４はこれよ
り狭い幅Ｌ２をもっており、第３図から明らかなように
、溝部Ｃ３は上方、溝部Ｃ４は下方に形成されている。

もちろん、加工上、Ｌｌ−Ｌ２としてもかまわない。。

台座３０の下面には、制御基板４０が接合されている。

第６図にこの制御基板４０の上面図を示す。制御基板４
０にはその周囲部分だけを残して溝部Ｃ５が掘られてお
り、この溝部Ｃ５の底面が制御面４１を形成している。

第６図の切断線Ａ−Ａに沿った断面が第３図に示されて
いることになる。第３図に示すように、台座３０の下面
には、制御基板４０の周囲部分だけが接合されている。

実施例の製造方法 この装置中枢部１００の構造の理解を助けるために、そ
の製造方法を簡単に説明する。まず、第４図に示すよう
な半導体ペレット１０を用意する。

ここで、溝部Ｃ１は、たとえばエツチングプロセスによ
り形成することができ、抵抗素子Ｒは所定のマスクを用
いた不純物注入プロセスにより形成することができる。

続いて、第７図に断面図が、第８図に上面図が、それぞ
れ示されるような補助基板５０を用意する。ここで、第
８図の切断線Ａ−Ａに沿った断面が第７図に相当する。

補助基板５０の材質としては、半導体ペレット１０と同
じシリコンか、ガラスを用いるのが好ましい。これは、
半導体ペレット１０と補助基板５０とは後に接合される
ので、両者の熱膨張係数を等しくしておくことによりク
ラックの発生を抑制し、温度特性を改善するためである
。この補助基板５０の上面には、幅Ｌ１をもつ溝部Ｃ３
が井桁状に掘られており、その内側に幅Ｌ３をもった間
隙部Ｃ２が形成されている。この結果、重錘体上面中心
部２１と重錘体上面周囲部２２との間で段差が生してい
る。間隙部Ｃ２は、たとえばエツチングプロセスにより
形成することができ、溝部Ｃ３はダイシングブレードを
用いた切削加工により形成することができる。ここで注
意すべき点は、第３図や第５図に示した溝部Ｃ４は、ま
だ形成されていない点である。したがって、補助基板５
０はあくまでも１枚の基板の状態である。このようにし
て用意した補助基板５０の上面を、半導体ペレット１０
の下面に接合する。このとき、重錘体上面中心部２１を
作用部１１の下面に接合し、補助基板５０の周囲の部分
（後に台座３０を構成することになる部分）を固定部１
３下面に接合する。このような接合を完了した後に、補
助基板５０の下面を幅Ｌ２のダイシングブレードで切削
加工し、溝部Ｃ４を形成する。こうして、溝部Ｃ３と溝
部Ｃ４とが繋がり、補助基板５０は中央部分の重錘体２
０と、周囲部分の台座３０とに分割されることになる。

この後、第６図に示すような制御基板４０を用意し、エ
ツチングプロセスなどで溝部Ｃ５を形成し、これを台座
３０の下面に接合する。以上の製造工程を経ることによ
り、第３図に示す装置中枢部１００が得られる。

実施例の動作 続いて、この装置の動作を説明する。第１図に示すよう
に、装置中枢部１００はパッケージ２００の内部の底面
に固着される。制御基板４０、台座３０、そして固定部
１３は、互いに固着された状態となっているので、固定
部１３は間接的にパッケージ２００に固着される。一方
、重錘体２０は台座３０によって周囲を囲まれた空間内
で、宙吊りの状態となっている。すなわち、第３図に示
すように、重錘体２０の下面には溝部Ｃ５が形成され、
側面には溝部Ｃ３および溝部Ｃ４が形成され、上面周囲
部には間隙部Ｃ２が形成されている。

そして、この重錘体２０の上面中心部だけが作用部１１
に接合されている。このような宙吊りの状態にある重錘
体２０に加速度が作用すると、この加速度により作用部
１１に力が作用することになる。前述のように、可撓部
１２は可撓性をもった部分であるから、作用部１１に力
が作用すると、可撓部１２が撓みを生じ、作用部１１が
固定部１３に対して変位を生じるようになる。この可撓
部１２の撓みは、抵抗素子Ｒに機械的変形をもたらし、
抵抗素子Ｒの電気抵抗に変化が生じる。この電気抵抗の
変化は、第１図に示すように、ボンディングワイヤ５１
およびリード２２０を利用して、装置外部で検出するこ
とができる。この実施例の装置は、第４図に示すような
位置に抵抗素子Ｒを配置することにより、図のｘｙｚ各
軸方向についての加速度成分を独立して検出することが
できる。この検出原理についての説明は、本明細書では
省略する。詳細については、前掲の特許協力条約に基づ
く国際出願の国際公開第ＷＯ３８１０８５２２号公報を
参照されたい。

実施例の特徴 ここに述べた加速度センサの特徴は、高感度の加速度測
定に適しているという点である。その第１の理由は、限
られたスペース内で、重錘体２０の体積をできる限り大
きくとることができるためである。第３図に示すように
、重錘体２０は重錘体上面中心部２１でのみ作用部１１
に接合されているが、その周囲は横に広がり、溝部Ｃ１
を跨いで固定部１３の内側部分にまで延びている。この
ため、重錘体２０の質量を大きくすることができ、わず
かな加速度が加わっても十分な力を作用部１１に伝達す
ることができる。そして第２の理由は、単純な構造で重
錘体２０の変位を所定範囲内に制限する制御部材を構成
することができるためである。第３図に示す構造におい
て、重錘体２゜の上方向への変位、横方向への変位、下
方向への変位、のそれぞれがいずれも所定範囲内に制限
されている。まず、上方向の変位については、固定部１
３の下面の一部が制御部材として機能することが理解で
きよう。第３図において、重錘体２゜が上方向に動こう
とした場合、可撓部１２の撓みにより、作用部１１が上
方向に動き、それに伴い重錘体上面中心部２１も上方向
に動く。ところが、重錘体上面周囲部２２の外周部分は
、固定部１３の下面に当接して動きが妨げられる。別言
すれば、重錘体２０の上方向の変位は、間隙部Ｃ２の寸
法の範囲内に制限される。この制限作用は、第９図を参
照するとより明瞭になろう。第９図は半導体ペレット１
０の下面図であり、重錘体２０の位置を破線で示しであ
る。重錘体２０は、中央の斜線によるハツチングを施し
た部分（作用部１１の下面）にのみ接合されている。溝
部Ｃ１の外側の部分が固定部１３となるが、このうち、
ドツトにょるハツチングを施した部分が、制御部材とし
ての機能を果たす面である。重錘体２０はこの面に当接
し上方への動きが制限される。一方、横方向の動きにつ
いては、第３図から明らかなように、台座３０の内側面
に重錘体２０の側面が当接し、溝部Ｃ４の寸法の範囲内
に変位は制限される。また、下方向の動きについては、
制御基板４０の制御面４１に重錘体２０の下面が当接し
、溝部Ｃ５の寸法の範囲内に変位は制限される。このよ
うに、すべての方向の動きについて、重錘体２０の変位
が所定範囲内に制限されているため、過度な変位により
半導体ペレット１０が破損する危険を回避することがで
きる。このような変位の制御は、高感度のセンサの場合
は特に重要である。本発明の構造によれば、上方向の変
位を半導体ペレット１０を利用して制御し、横方向の変
位を台座３０を利用して制御しているため、それぞれ別
途制御部材を設ける必要がなくなり、構造が非常に単純
になる。したがって、量産化を図れるというメリットも
生じる。

他の実施例 以上、本発明を図示する一実施例に基づいて説明したが
、本発明はこの実施例のみに限定されるものではなく、
種々の態様で実施可能である。以下に、別な実施例をい
くつか示す。

第７図および第８図に示す補助基板５０を形成する方法
として、前述の実施例では、ダイシングブレードによる
切削加工により溝部Ｃ３を形成し、エツチングプロセス
により間隙部Ｃ２を形成する方法を一例として示したが
、ダイシングブレードによる切削加工により間隙部Ｃ２
を形成してもかまわない。これは、たとえば、第１０図
に示すように、幅Ｌ３のダイシングブレード６１を用意
し、第１１図の破線で示す経路を通るようにして切削加
工を行って補助基板５０′を形成すればよい。

もちろん、幅Ｌ３以下のダイシングブレードを何回か通
過させて幅Ｌ３の溝を掘るようにしてもかまわない。第
１１図で、ハツチングを施した領域だけが、切削加工を
受けなかった部分である。このような切削加工を行うと
、台座３０となる部分も一部切削されてしまうが、台座
３０としての機能に何ら支障は生じない。一般に、補助
基板を大量生産する場合、第１１図に示すような補助基
板５０′を１単位とし、これをウェハ上に縦横に多数配
置し、ウェハ単位で基板の加工を行った後、ダイシング
工程により各単位を切断することになる。このようなウ
ェハ単位の加工には、上述した切削加工は非常に効率的
である。ダイシングブレード６１をウェハ上で一直線に
移動させれば、多数の補助基板に対する切削加工を一度
に行うことができるのである。

前述の実施例では、半導体ペレット１０に掘られた溝部
Ｃ１は、第４図に示すように円環状のものであった。こ
のような円環状の溝は、エツチングプロセスによって容
易に形成することができるが、ダイシングブレードによ
る切削工程で形成するには、ダイシングブレードの移動
制御が複雑になり不適当である。本発明では、半導体ペ
レット１０に形成する溝部は円環状に限定されるもので
はない。ここでは、半導体ペレット１０′の下面に井桁
状の溝部Ｃ６を形成した実施例の断面図を第１２図に、
下面図を第１３図にそれぞれ示す。

第１３図に示すように、幅Ｌ４のダイシングブレード６
２を用意し、破線で示す経路を通るようにして切削加工
を行えばよい。もちろん、幅Ｌ４以下のダイシングブレ
ードを何回か通過させて幅Ｌ４の溝を掘るようにしても
かまわない。第１３図で、ハツチングを施した領域だけ
が、切削加工を受けなかった部分である。このような切
削加工を行うと、作用部１１′、可撓部１２′、固定部
１３′の形状は、前述の実施例とは若干具なってくるが
、各部の機能については何ら支障は生じない。第１４図
は、この半導体ペレット１０′の下面図であり、重錘体
２０の位置を破線で示しである。重錘体２０は、中央の
斜線によるハツチングを施した部分（作用部１１′の下
面）にのみ接合されている。溝部Ｃ６の外側の部分が固
定部１３′　となるが、このうち、ドツトによるハツチ
ングを施した部分が、制御部材としての機能を果たす面
となる。この実施例も、ウェハ単位での加工に適した方
法となる。

第１５図に示す実施例は、制御基板４０の代わりにスペ
ーサ７０を用いたものである。このスペーサ７０として
は、たとえば、ガラス繊維のフィルムなどを用いればよ
い。このスペーサ７０を台座３０の下面とパッケージ２
００の内部底面との間に挟み、ダイボンドなどの方法に
より固着すれば、パッケージ２００の内部底面自体を、
重錘体２０の下方向の変位を制御する部材として利用す
ることができる。重錘体２０の下方向の許容変位は、ス
ペーサ７０の厚みによって決定される。

以上の実施例は、いずれも加速度センサに本発明を適用
したものであるが、前述の重錘体２０を一般的な作用体
に置き換えれば、本発明は磁気センサや力センサにも適
用可能である。たとえば、磁気センサに適用する場合は
、重錘体２０の代わりに磁気に反応する何らかの作用体
（磁性体でよい）を用いればよい。また、力センサに適
用する場合は、たとえば、第１６図に示すように、半導
体ペレット１０を支持部材８０によって支持すれば、作
用体２０′に図のように作用する外力Ｆを検出すること
ができる。あるいは、第１７図に示すように、半導体ペ
レット１０および台座３０の側面を支持部材９０によっ
て支持しても同様である。

加速度センサの利用例 以上述べたように、本発明を加速度センサに適用すれば
、三次元方向の加速度を高感度で検出することが可能に
なる。このような高感度加速度センサは種々の分野で利
用可能である。たとえば、自動車事故から搭乗者を保護
するためのシステムとして、エアバッグが普及しはじめ
ている。ところが、いまのところ、−次元方向の加速度
センサしか実用化されていないため、現在のエアバッグ
は正面衝突を想定したシステムとなっている。すなわち
、第１８図に示すように、矢印方向の衝撃を検出したと
きに、搭乗者３００の正面でエアーバッグ３１０を膨ら
ませ、搭乗者３００をシート３０５とエアーバッグ３１
０との間に挟むようにして保護している。したがって、
エアーバッグ３１０は球状のものが用いられている。こ
れに対し、本発明による加速度センサは、三次元方向の
加速度を高感度で検出することができるので、側面衝突
が起こった場合でも衝撃を検出することができる。した
がって、第１９図に示すように、搭乗者３００の側方を
も覆うような形状のエアーバッグ３２０を用意しておき
、本発明による加速度センサの検出信号でこれを膨らま
せるようにすれば、側面衝突についても対処できるエア
ーバッグシステムが導入できる。

三次元の各軸方向の検出感度 本発明のセンサによれば、三次元方向の力、加速度、磁
気、を検出することができるが、各軸方向についてのこ
れらの物理量の検出感度に大きな差があると問題である
。いま、第２０図に示すような加速度センサの単純なモ
デルを考える。この加速度センサは、重錘体２０に与え
られた加速度を、半導体ペレット１０の上面の点Ｐ（重
錘体２０の重心Ｇから半導体ペレット１０の上面に下ろ
した垂線の足）に作用する力（あるいはモーメント）と
して検出していることになる。ここで、第２０図の矢印
に示すような方向に、Ｘ軸、ｙ軸（紙面に垂直な方向）
、ｚ軸を定義し、質量ｍの重錘体２０に作用する加速度
を、重心Ｇに作用する加速度として考えることにする。

すると、重心Ｇに作用するｚ軸方向の加速度ａｚは、点
Ｐにおいてｚ軸方向に作用する力Ｆｚ（−ｍ・α２）と
して検出される。これに対し、重心Ｇに作用するＸ軸方
向の加速度αＸは、点Ｐにおけるｙ軸まわりのモーメン
トＭｙ（−ｍＩＩαＸ・Ｌ）として検出され、重心Ｇに
作用するｙ軸方向の加速度αｙは、点ＰにおけるＸ軸ま
わりのモーメントＭｘ（−ｍ・αｙ−Ｌ）として検出さ
れる。したがって、半導体ペレット１０を平面的にシン
メトリックな構造としておけば、Ｘ軸方向に作用する加
速度の検出感度とｙ軸方向に作用する加速度の検出感度
とは、はぼ等しくできる。ところが、これらと２軸方向
に作用する加速度の検出感度とは一般に異なる。

本願発明者は、モーメントＭｘおよびＭｙが、垂線の長
さＬをパラメータとしてもつ量であることに着目し、Ｌ
を適当な値に定めてやることにより、ｘｙｚＢ軸方向の
検出感度をほぼ同じにできることに気が付いた。そして
、実験の結果、Ｌが次のような条件を満たせば、３軸方
向の検出感度がほぼ等しくなることを発見した。すなわ
ち、第２０図に示すように、点Ｐから半導体ベレットｌ
Ｏに掘られた溝深部の内側部分までの距離をｒｌ、点Ｐ
からこの溝深部の外側部分までの距離をｒ２としたとき
、ｒｌ＜Ｌ＜ｒ２なる関係が成り立つようにすれば、３
軸方向の検出感度がほぼ等しくなるのである。ただし、
Ｘ、Ｖ＋　　Ｚ各軸の感度は可撓部や作用部などの形状
によっても多少変化を受ける。このためｒｌ＜Ｌなる関
係を完全に満たさない場合もあり、少なくともｌ、＜ｒ
２なる関係が保たれていれば検出感度を均一にする効果
があられれる。したがって、本発明に係るセンサを実際
に製造する場合は、このような条件を考慮して各部の寸
法設計を行うのが好ましい。

センサの試験方法 本願発明に係るセンサを大量生産する場合、各センサを
出荷前に試験する必要が生じる。このような試験を容易
に行うための方法が、特願平１−３４３３５４号明細書
に開示されている。この試験方法は、本願発明に係るセ
ンサにも適用可能である。第２１図は、この試験方法を
第３図に示す装置中枢部１００に適用したときの構造を
示す側断面図、第２２図はこのときの制御基板４０の上
面図である。重錘体２０の底面には、１枚の電極板ＥＯ
が形成され、制御基板４０の制御面４１上には、この電
極板ＥＯに対向するように４枚の電極板Ｅ１〜Ｅ４が形
成される。各電極板に対しては、それぞれ配線層が接続
されるが、ここでは図示を省略する。また、ここでは図
が繁雑になるのを避けるため、各電極層についてのみハ
ツチングを施して示す。このような電極層を形成してお
き、各電極層に所定の極性の電圧を印加すると、対向す
る電極層間にクーロン力が作用し、加速度が作用してい
ないにもかかわらす重錘体２０に力を作用させることが
できる。各電極層に印加する電圧の極性を変えることに
より、種々の方向へ力を加えることが可能になる。各電
極層に印加した電圧と、そのときのセンサ本来の出力と
を比較すれば、このセンサが正常に動作するか否かを試
験することができる。なお、詳細については、前掲明細
書を参照されたい。

〔発明の効果〕

（１）　　本願第１の発明による抵抗素子を用いたセン
サによれば、作用体の側部を基板の固定部下方にまで延
ばすようにしたため、全体的に作用体の体積を大きく設
計することが可能になり、作用体の重量が増し、感度を
向上させることが容易にできる。また、基板の固定部下
面を制御部材として利用し、作用体の上方への変位を制
限することができるようになるため、高感度な物理量測
定に適したセンサを単純な構造で実現できる。

（２）　　本願第２の発明によれば、上述のセンサにお
いて、台座の内側面を制御部材として利用し、作用体の
横方向への変位を制限するようにしたため、高感度な物
理量測定に適したセンサを単純な構造で実現できる。

（３）　　本願第３の発明によれば、上述のセンサにお
いて、作用体の下面と所定の制御面とが、所定の間隙を
おいて対向するように台座を固定し、この制御面によっ
て作用体の下方向への変位を所定範囲内に制限できるよ
うにしたため、高感度な物理量測定に適したセンサを単
純な構造で実現できる。

（４）　　本願第４の発明による抵抗素子を用いたセン
サによれば、基板上面の中心部に定義された作用点と作
用体の重心点との間の距離を最適範囲に設計するように
したため、三次元の各軸方向の検出感度を均一にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る加速度センサの構造側
断面図、第２図は第１図に示すセンサの装置中枢部の斜
視図、第３図は第２図に示す装置中枢部の詳細側断面図
、第４図は第３図に示す半導体ペレット１０の上面図、
第５図は第３図に示す重錘体２０および台座３０の上面
図、第６図は第３図に示す制御基板４０の上面図、第７
図および第８図は第５図に示す重錘体２０および台座３
０を形成するもとになる補助基板５０の側断面図および
上面図、第９図は第３図に示す半導体ペレット１０に重
錘体２０を接合する位置を示す図、第１０図および第１
１図は本発明の別な実施例に係る補助基板を示す側断面
図および上面図、第１２図および第１３図は本発明の更
に別な実施例に係る半導体ペレットを示す側断面図およ
び下面図、第１４図は第１３図に示す半導体ペレット１
０′に重錘体２０を接合する位置を示す図、第１５図は
本発明のまた別な実施例に係る加速度センサの構造側断
面図、第１６図および第１７図は本発明の一実施例に係
る力センサの側断面図、第１８図は従来のエアーバッグ
システムの説明図、第１９図は本発明に係る加速度セン
サを利用したエアーバッグシステムの説明図、第２０図
は本発明による寸法設計の原理を示す図、第２１図は本
発明に係るセンサに特有な試験方法を適用したときの構
造を示す側断面図、第２２図は第２１図に示す制御基板
４０の上面図である。 １０．１０’　・・・半導体ペレット、１１．１１’・
・・作用部、１２．　１２’・・・可撓部、１３．１３
’・・・固定部、２０・・・重錘体、２０′・・・作用
体、２１・・・重錘体上面中心部、２２・・・錘体上面
周囲部、３０・・・台座、４０・・・制御基板、４１・
・・制御面、５０．５０’・・・補助基板、５１・・・
ボンディングワイヤ、５２・・・ポンディングパッド、
６１．６２・・・ダイシングブレード、７０・・・スペ
ーサ、８０゜９０・・・支持部材、１００・・・装置中
枢部、２００・・・パッケージ、２１０・・・蓋、２２
０・・・リード、３００・・・搭乗者、３０５・・・シ
ート、３１０゜３２０・・・エアーバッグ、Ｃ１・・・
溝部、Ｃ２・・・間隙部、０３〜Ｃ６・・・溝部、ＥＯ
〜Ｅ４・・・電極層、Ｇ・・・重心、Ｐ・・・垂線の足
、抵抗素子Ｒ０図面の浄書（内容に変更なし） 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板のほぼ中心に作用部、その周囲に可撓部、更
   にその周囲に固定部を定義し、この基板下面の前記可撓
   部に溝を掘るか、またはこの基板の前記可撓部に貫通孔
   を形成することにより前記可撓部に可撓性をもたせ、前
   記基板上面の前記可撓部に機械的変形に基づいて電気抵
   抗が変化する抵抗素子を形成し、前記作用部の前記固定
   部に対する変位に基づいて生ずる前記抵抗素子の電気抵
   抗の変化を検出することにより、前記作用部に作用した
   物理量を検出するセンサにおいて、 前記作用部下面に、この作用部に力を伝達させるための
   作用体を接合し、 前記固定部下面の第１の部分に、この固定部を支持する
   ための台座を接合し、 かつ、前記固定部下面の第２の部分と、前記作用体上面
   の一部分とが、所定の間隙をおいて対向するように構成
   し、前記第２の部分によって前記作用体の上方への変位
   を所定範囲内に制限できるようにしたことを特徴とする
   抵抗素子を用いたセンサ。
2. （２）請求項１に記載の抵抗素子を用いたセンサにおい
   て、 台座の内側面と、作用体の外側面とが、所定の間隙をお
   いて対向するように構成し、前記台座の内側面によって
   前記作用体の横方向への変位を所定範囲内に制限できる
   ようにしたことを特徴とする抵抗素子を用いたセンサ。
3. （３）請求項１または２に記載の抵抗素子を用いたセン
   サにおいて、 所定の制御面と、作用体の下面とが、所定の間隙をおい
   て対向するように、台座を前記制御面に固定し、前記制
   御面によって前記作用体の下方向への変位を所定範囲内
   に制限できるようにしたことを特徴とする抵抗素子を用
   いたセンサ。
4. （４）基板のほぼ中心に作用部、その周囲に可撓部、更
   にその周囲に固定部を定義し、この基板下面の前記可撓
   部に溝を掘るか、またはこの基板の前記可撓部に貫通孔
   を形成することにより前記可撓部に可撓性をもたせ、前
   記基板上面の前記可撓部に機械的変形に基づいて電気抵
   抗が変化する抵抗素子を形成し、前記作用部の前記固定
   部に対する変位に基づいて生ずる前記抵抗素子の電気抵
   抗の変化を検出することにより、前記作用部に作用した
   物理量を検出するセンサにおいて、 前記作用部下面に、この作用部に力を伝達させるための
   作用体を接合し、 かつ、前記作用体の重心Ｇから、前記基板上面に垂線を
   下ろしたとき、この垂線の長さＬと、前記垂線の足Ｐか
   ら前記溝の外側部分までの距離にと、の間に、Ｌ＜ｒな
   る関係が成り立つように構成したことを特徴とする抵抗
   素子を用いたセンサ。