JPH0523140U - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一次元加速度センサチップを計測する次元数
に応じて１または複数個をフレキシブル基板に設け、こ
のフレキシブル基板をセンサボディに配置することによ
り１または多次元の加速度を計測可能にする。 【構成】 シリコンウエハ上にウエイトを有するカンチ
レバーおよび該カンチレバーの歪み応力発生部位に歪ゲ
ージが形成された一次元加速度センサチップ１と、１ま
たは複数個の一次元加速度センサチップが設けられるフ
レキシブル基板２０と、該フレキシブル基板を折り曲げ
て固定する三次元面を有するセンサボディ３０とを備
え、フレキシブル基板にセンサチップを平面実装した
後、センサボディの三次元面にそれぞれのセンサチップ
が配置されるようにフレキシブル基板を折り曲げて固定
することにより、１または多次元加速度センサが構成さ
れる。この加速度センサはセンサボディに振動が加わっ
たとき、各センサチップがセンサボディの各面に対して
垂直方向に加わる振動を検出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は１または複数個の一次元加速度センサチップを実装したフレキシブル 基板を折り曲げて、一次元または多次元の加速度を計測するようにした加速度セ ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

二次元もしくは三次元方向の加速度を計測する方法として、従来は一次元方向 の加速度を計測する加速度センサを３方向に配置するもの、または図６に示すよ うに振子重りによる各歪みゲージの出力を解析するものがある。図６において、 加速度センサ４０は弾性体基板４１上に平行するスリット穴４２，４３を穿設し てカンチレバー４４を形成し、このカンチレバー４４の中央に重り４５をかしめ 等により固定すると共に、重り４５から両カンチレバー根元部分に向かって長手 方向にそれぞれ一対の歪ゲージ膜４６を形成し、これらの歪ゲージをブリッジ回 路に構成したものである。この種の三次元加速度センサは、図６（ｂ）（ｃ）に 示すＸ，Ｙ，Ｚ方向に加速度が加わると、カンチレバー４４が重り４５の振れ方 によって異なる変形を生じ、このときの応力を歪ゲージ４６により検出し、この センサ出力を解析することにより三次元の加速度を計測している。 三次元加速度センサとして、例えば特開昭６３ー１１８６６７号公報，特開昭 ６３ー１６９０７８号公報がある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、一次元加速度センサを３個配置する構造では取り付けスペース が増加し、しかも３つのセンサを用いるためコストアップにもなる。また振子重 り付きの三次元加速度センサの場合、ゲージ膜に対して振子重りを精度よく対象 に固定しないと、左右，上下等の出力のリニアリティが悪化する。しかも振子重 りは長年に渡って固定するためにも強度が必要となると共に、かしめ固定による カンチレバーの歪み発生等の組付け性や出力精度に問題がある。 本考案の目的は、一次元加速度センサチップを計測する次元数に応じて１また は複数個をフレキシブル基板に設け、このフレキシブル基板をセンサボディに配 置したとき１または多次元の加速度を計測可能とした加速度センサを提供するこ とである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案の加速度センサはシリコンウエハ上にウ エイトを有するカンチレバーおよび該カンチレバーの歪み応力発生部位に歪ゲー ジが形成された一次元加速度センサチップと、１または複数個の前記一次元加速 度センサチップが設けられるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板を折り曲 げて固定する三次元面を有するセンサボディとを備え、前記センサボディの各面 にフレキシブル基板の各センサチップが配置されたものである。

【０００５】

【作用】

フレキシブル基板に１または複数個のセンサチップを平面実装した後、センサ ボディの三次元面にそれぞれのセンサチップが配置されるようにフレキシブル基 板を折り曲げて固定することにより、三次元加速度センサが構成される。 この三次元加速度センサはセンサボディに振動が加わったとき、各センサチッ プがセンサボディの各面に対して垂直方向に加わる振動を検出する。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照しながら説明する。半導体加速度センサチ ップ１（以下「センサチツプ」という）は、図３に示すように、半導体製造プロ セスによりシリコンウエハ上に拡散歪ゲージ（以下「歪ゲージ」という）、電極 パターン（配線、パッド等）を形成した後、ウエハの両面から異方性エッチング により貫通部２を形成して、周辺が厚肉部３に囲われた中央厚肉部４を設け、こ の中央厚肉部４の一部と周辺厚肉部３を連結する薄肉部５でカンチレバーを構成 する。

【０００７】 歪ゲージは、中央厚肉部４により形成されるウェイトの振動により歪み応力が 発生する薄肉部５に配置されており、カンチレバー根元部分からウェイト４に向 って長手方向をもつ一対の歪ゲージ６，７と、この歪ゲージに直交する方向に長 手方向をもつ一対の歪ゲージ８，９とから成り、これらの歪ゲージは電気的に接 続され、ブリッジ回路を構成する。各歪ゲージ６〜９は、配線１０を介してワイ ヤボンディング用のパッド１１に接続され、このパッド１１から外部の信号処理 回路に接続される。

【０００８】 センサチツプ１は、図４に示すように、周辺厚肉部３が台座１２に接着により 固定され、ウェイト４が図示矢印の方向に振動してカンチレバーが変形すること により加速度を検出する。すなわち、カンチレバーの変形によって歪ゲージの抵 抗が加速度に比例して変化するのを検知し、加速度のレベルを測定する。

【０００９】 次に上記一次元加速度センサを用いて構成される三次元加速度センサについて 説明する。フレキシブル基板２０は、図１に示すように、折り曲げ加工およびプ リント配線が可能な材料、例えば銅張ポリイミドフィルム，銅張ポリエステルフ ィルム等によりＬ字形状に作製されている。所定位置での折り曲げを容易にする ため、外側辺および内側辺の交わる角部には３ケ所に切り欠き２１ａ〜２１ｃが 設けられている。またフレキシブル基板には、２つの外側辺の各切り欠き２１ａ ，２１ｂと内側辺の角部の切り欠き２１ｃを結んで囲われる面Ｐ1とこの面の直 交する２つの辺（図中点線）を共通辺にもつ面Ｐ2および面Ｐ3が配置されており 、所定位置での折り曲げにより前記３つの面が直交するように構成される。

【００１０】 各面Ｐ1〜Ｐ3には、このフレキシブル基板の平らな状態において、図３、４に 示す一次元のセンサチップ１が接着で固定され、このセンサチップ１のパッド１ １をそれぞれれ配線パターン２２に接続する。センサチップ１が位置するフレキ シブル基板２０の裏側には、図２に示すように、例えばワイヤボンド、センサの 保護の為にガラスエポキシ基板２３が貼り付けられている。すなわち、フレキシ ブル基板２０は折り曲げ加工が容易なため、逆にセンサチップ１を接着してワイ ヤボンィングした後、折り曲げ加工をすると、この作業中にフレキシブル基板２ ０が曲げられてセンサチップ１やワイヤに応力が加わって壊れたり、ワイヤが切 れたりする。この部分にガラスエポキシ基板２３を添わせることにより、該部分 でのフレキシブル基板の曲げ応力の発生がなくなり、センサ等の損傷が防止され る。

【００１１】 センサチップ１は、例えばセンサチップＳ1がＹ方向、センサチップＳ2がＸ方 向、およびセンサチップＳ3がＺ方向のそれぞれの加速度を検出する。 図５はフレキシブル基板をセンサボディに固定した状態が示されている。セン サボディ３０は、内側に直交する３つの面ｐ1〜ｐ3を有し、この面にフレキシブ ル基板２０の切り欠き部分を折り曲げてその各センサチップＳ1〜Ｓ3が図示の如 く配置されるように接着により固定される。

【００１２】 次に上記実施例の作用を説明する。フレキシブル基板に３つのセンサチップを 平面実装した後、フレキシブル基板をセンサボディに固定することにより、三次 元加速度センサが構成される。このセンサボディに振動が加わると、センサチッ プはセンサボディの各面に対して垂直方向に加わる振動を検出する。検出された ３方向の加速度に応じた電気信号はフレキシブル基板上の配線パターン２２から 外部の信号処理回路、例えばハイブリッド集積回路（ＨＩＣ）に導き、処理した 後センサチ信号を出力する。

【００１３】 本実施例ではセンサチップのみを説明したが、このセンサチップ上に増幅回路 等をＩＣ化した１チップ構成にすると、外部の信号処理回路が不要となり、かつ 小形化され、更にノイズ対策も配線が短くなることにより有利になる等のより効 率的な三次元加速度センサを構成することができる。またセンサと回路処理部の 一体化により信号処理が容易となり、しかも１Ｇ当たりのゲージ出力を所定レベ ルまで増幅させることでＡＤ変換やあるレベルでのコンパレート等の処理が容易 となる。更に半導体チップで構成されているため、検出部が小さく小型なセンサ ができる。

【００１４】

【考案の効果】

上述のとおり、本考案によれば、予めセンサチップをフレキシブル基板に平面 実装することができるため、センサボディへの組付け性が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の加速度センサを構成するセンサチツプ
のフレキシブル基板への実装状態を示す上面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】一次元加速度センサチツプの上面図である。

【図４】図３のＢーＢ線断面図である。

【図５】フレキシブル基板をセンサボディに組み付けた
状態を示す斜視図である。

【図６】従来の振子重り付きの三次元加速度センサを説
明する図で、（ａ）は上面図、（ｂ）はＣーＣ矢視図、
（ｃ）はＤーＤ矢視図である。

【符号の説明】

１ センサチップ（Ｓ１〜Ｓ３） ４ ウエイト ５ カンチレバー ６〜９ 歪ゲージ ２０ フレキシブル基板 ３０ センサボディ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 糸魚川 貢一 愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田１番地 株式会社東海理化電機製作所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウエハ上にウエイトを有するカ
   ンチレバーおよび該カンチレバーの歪み応力発生部位に
   歪ゲージが形成された一次元加速度センサチップと、１
   または複数個の前記一次元加速度センサチップが設けら
   れるフレキシブル基板と、該フレキシブル基板を折り曲
   げて固定する三次元面を有するセンサボディとを備え、
   前記センサボディの各面にフレキシブル基板の各センサ
   チップが配置されていることを特徴とする加速度セン
   サ。