JPH05340962A - 静電容量型加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ本体を複雑に加工することなく基板に
固定し、またはセンサ本体に影響を及ぼす電気的外乱を
確実に遮断してセンサ本体と基板を一体化する。 【構成】 センサ本体４は、可動電極を内部に配置した
フレーム板１を中間層として、フレーム板１と同寸法の
固定板３、及びわずかに大きい固定板２を上下層とする
積層構造からなり、固定板２のフレーム板１と重ならな
い部分に固定電極の端部９、９が形成されている。セン
サ本体４はベース体５の空間部５ａに固定されるととも
に、可動電極はフレーム板１の側面を介して、また固定
電極の端部９、９はボンディングワイヤを介してそれぞ
れベース体５に内蔵された金属端子６、６及び金属端子
７に接続される。さらにこのセンサ本体４とベース体５
の一体構造をケース８が包囲しつつ、ベース体５に内蔵
された金属端子６、６、７の突出した端部６ｂ、６ｂ、
７ｂが基板の電極穴に挿入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサ本体内部の電極
間の静電容量に基づいて加速度を検出する静電容量型加
速度センサに関し、特にセンサ本体内部の電極と基板の
電極との接続構造に特徴を有し、またはセンサ本体内部
に影響を及ぼす電気的外乱の遮断構造に特徴を有する静
電容量型加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、静電容量型加速度センサの中に
は、プリント基板等に実装されたセンサ本体により加速
度を検出するものが知られている。

【０００３】そこで、従来の静電容量型加速度センサと
しては、例えば図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに、図示されない可動電極を枠内に配置したフレーム
板３０と、同じく図示されない固定電極を表面に配置し
た固定板３１とを、積層してセンサ本体３３を構成した
ものがあり、この図においてはさらに固定板３２を用い
て２枚の固定板３１、３２によりフレーム板３０が挟み
込まれており、これらフレーム板３０、及び固定板３
１、３２の三層構造によりセンサ本体３３が構成されて
いる。

【０００４】このような構造のセンサ本体３３は、半導
体ウエハにガラスを積層した後、所定のチップサイズに
加工することにより製造され、この半導体ウエハがフレ
ーム板３０の基材、またガラスが固定板３１、３２の基
材となる。

【０００５】このような製造を経て完成されたセンサ本
体３３は、基板３４に直接固定されるとともに、センサ
本体３３内部の可動電極及び固定電極は、それぞれの端
部３５、３６が基板３４に形成された電極３７、３７と
ボンディングワイヤ３８、３８を介して接続される。

【０００６】ここで、一般に半導体からなるフレーム板
３０の表裏面は絶縁性を示すことから、図７の（ａ）及
び（ｂ）では、可動電極の端部３５がフレーム板３０の
表面に露出して、さらに固定板３２がフレーム板３０と
異なる形状や、一部の切欠いた形状に加工されており、
図７の（ｃ）では、フレーム板３０の側面中央付近が可
動電極の端部３５として用いられている。

【０００７】さらに、センサ本体３３の内部を図８に基
づき詳しく説明すると、可動電極３９は、一対の梁状の
支持部４０、４０を介してフレーム板３０と一体に形成
されているとともに、固定電極４１は可動電極３９と対
向するように固定板３１の表面に接合されており、この
ような構造のセンサ本体３３は、可動電極３９とフレー
ム板３０の側面中央付近とが支持部４０、４０を介して
導電状態となっている。

【０００８】なお、この図８においては、固定板３２、
基板３４、及びボンディングワイヤ３８が図示省略され
ている。

【０００９】一方、従来の静電容量型加速度センサに
は、センサ本体の全体が金被覆された金属キャンパッケ
ージに収納されたものがあり、このような構成では、金
属キャンパッケージがセンサ本体内部の可動電極及び固
定電極に影響を及ぼす電気的外乱を遮断することが知ら
れている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の静電容量型加速度センサでは、図７の（ａ）及び
（ｂ）に示すように、フレーム板３０の表面に露出した
可動電極の端部３５にボンディングワイヤ３８が接続さ
れるので、この端部３５と重ならないように固定板３２
をフレーム板３０と異なる形状や、一部の切欠いた形状
に加工しなければならず、このような形状に固定板３２
を加工することは、センサ本体３３の製造工程上困難で
あり、また製造工数の増加を招くという問題があった。
また、図７の（ｃ）に示すようなセンサ本体３３の構造
では、フレーム板３０の側面中央付近を可動電極の端部
３５としてボンディングワイヤ３８が接続されている
が、このように側面にワイヤを接続することは、現在の
ワイヤボンディング技術では不可能である。

【００１１】一方、金属キャンパッケージにセンサ本体
を収納した静電容量型加速度センサでは、センサ本体と
基板が分離することとなり、センサ本体が基板に対して
頑強に固定されないという問題があった。

【００１２】そこで、本発明は上記問題に着目してなさ
れたもので、複雑に加工することのない単純構造のセン
サ本体を基板に固定することができ、または電極に影響
を及ぼす電気的外乱を確実に遮断してセンサ本体を基板
に対して頑強に固定することができる静電容量型加速度
センサを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、枠内に可動電極を配置した
フレーム板と、表面に固定電極を配置した固定板との積
層構造からなるセンサ本体を有し、当該センサ本体を基
板に固定した状態で上記電極間の静電容量に基づいて加
速度を検出する静電容量型加速度センサにおいて、空間
部に上記センサ本体を配置しつつ上記基板に固定される
ベース体と、上記ベース体に先端をはみ出した状態で内
蔵されるとともに、当該一方の先端に上記可動電極又は
固定電極を接続し、かつ他方の先端に上記基板の電極を
接続する金属端子と、を備えることを特徴とする。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、枠内に可動
電極を配置したフレーム板と、表面に固定電極を配置し
た固定板との積層構造からなるセンサ本体を有し、当該
センサ本体を基板に固定した状態で上記電極間の静電容
量に基づいて加速度を検出する静電容量型加速度センサ
において、上記基板に固定された状態の上記センサ本体
を被覆する導電性部材を備えることを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明では、加速度発生時、セン
サ本体内部において可動電極が変動すると、ベース体に
内蔵された金属端子がセンサ本体の可動電極又は固定電
極と基板の電極とを導電状態としているため、この基板
の電極を介して可動電極と固定電極の間の静電容量が計
測されるとともに、計測された静電容量に基づいて加速
度が検出される。

【００１６】また、請求項２記載の発明では、加速度発
生時、基板に固定されたセンサ本体の内部において可動
電極が変動することにより可動電極と固定電極の間の静
電容量が変化するが、この静電容量を計測する時にセン
サ本体の内部に影響を及ぼす電気的外乱がセンサ本体を
被覆した導電性部材により遮断される。

【００１７】

【実施例】以下、請求項１及び請求項２記載の発明に係
る静電容量型加速度センサの実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１８】まず、請求項１記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの実施例について説明する。

【００１９】図１は請求項１記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの一実施例を分解して示した分解図であ
り、図２はこの実施例の一体構造を示した斜視図であ
る。なお、図２においては一部の部材が省略されてい
る。

【００２０】図１に示す静電容量型加速度センサは、フ
レーム板１の表裏面に固定板２、３を積層した三層構造
のセンサ本体４を有するとともに、略中央に設けられた
空間部５ａにセンサ本体４を配置するベース体５と、先
端をはみ出した状態でベース体５に内蔵される一対の金
属端子６、６及び１つの金属端子７を有する。

【００２１】さらに、静電容量型加速度センサは、ベー
ス体５を収納しつつセンサ本体４を包囲する金属性のケ
ース８を有しており、図２に示すように一体化された本
体部４とベース体５がさらにケース８と一体化された状
態でプリント、セラミックまたはＴＯ型等の基板に固定
される。

【００２２】フレーム板１は、半導体ウエハを基材とし
て、表裏面が絶縁性を示しかつ側面中央付近が導電性を
示すような方形枠状に形成されているとともに、図示さ
れない枠内に可動電極を配置しており、可動電極も図示
されない梁状の支持部を介してフレーム板１と一体に形
成されており、このフレーム板１の側面中央付近と可動
電極とが支持部を介して導電状態となっている。

【００２３】固定板２は、ガラスを基材としてフレーム
板１より一側がわずかに大きな方形状に形成されてお
り、可動電極と対向する固定板２の表面に固定電極が接
合されているとともに、フレーム板１と重ならない固定
板２の表面に固定電極の一対の端部９、９が形成されて
いる。

【００２４】固定板３は、固定板２と同じくガラスを基
材としてフレーム板１とほぼ同形の方形状に形成されて
おり、フレーム板１となる半導体ウエハにガラスを積層
した後方形状に加工することによって、固定板３はフレ
ーム板１に積層された状態で製作される。

【００２５】以上のフレーム板１、及び固定板２、３の
積層構造からなるセンサ本体４は、チップサイズに形成
されている。

【００２６】ベース体５は、略中央にセンサ本体４を配
置する空間部５ａが設けられており、この空間部５ａに
センサ本体４を固定することによりセンサ本体４とベー
ス体５が一体となって基板に固定される。

【００２７】金属端子６、６は、ベース体５と一体の固
定電極の端部９、９に近い位置にインサート成形されて
おり、金属端子６、６の一方の端部６ａ、６ａは、図２
に示すように固定電極の端部９、９とボンディングワイ
ヤ１０、１０を介して接続されるためにベース体５の表
面に露出しているとともに、金属端子６、６の他方の端
部６ｂ、６ｂは、図示されない基板の電極穴に挿入され
るためにベース体５の裏面に突出している。

【００２８】金属端子７は、ベース体５の金属端子６、
６の対向側にインサート成形されており、金属端子７の
一方の端部７ａは、可動電極と導電状態にあるフレーム
板１の側面と直接接触するために空間部５ａの側面に露
出しているとともに、金属端子７の他方の端部７ｂは、
基板の電極穴に挿入されるためにベース体５の裏面に突
出している。

【００２９】ケース８は、その一側面が開放されている
とともに、この開放された一側面の内周部がベース体５
の外周側面に接着シール剤を介して密着される。

【００３０】次に、この実施例の動作について説明す
る。

【００３１】まず、加速度発生時、ベース体５の空間部
５ａに固定されたセンサ本体４の内部において可動電極
が固定電極と対向する方向に変動する。

【００３２】すると、固定電極の端部９、９とボンディ
ングワイヤ１０、１０を介して接続された金属端子６、
６、及び可動電極とフレーム板１の側面を介して接続さ
れた金属端子７から、固定電極及び可動電極の変化する
電気量が基板の電極に伝えられるとともに、基板の電極
から固定電極と可動電極の間の静電容量が計測され、こ
の計測結果の静電容量に基づいて発生した加速度が検出
される。

【００３３】ここで、可動電極が加速度を受けて変動す
る時、センサ本体４の可動電極と固定電極に影響を及ぼ
す電気的外乱がケース８により遮断されているため、浮
遊容量等に影響されることなく正確な静電容量が計測さ
れる。

【００３４】したがって、この実施例によれば、センサ
本体４のフレーム板１と固定板３は同形状に加工されて
いるとともに、センサ本体４の可動電極及び固定電極と
基板の電極とは、ベース体５に内蔵された金属端子６、
６、７により接続されているため、これらフレーム板１
及び固定板３の積層構造からなるセンサ本体４を複雑に
加工することなく、ベース体５の空間部５ａに固定して
頑強に基板に固定することができる。

【００３５】また、静電容量計測時にセンサ本体４内部
の可動電極と固定電極に影響を及ぼす電気的外乱は、セ
ンサ本体４及びベース体５を包囲するケース８によって
遮断されているので、可動電極と固定電極の間の静電容
量が浮遊容量等に影響されることなく正確に計測され、
この正確な静電容量に基づいて加速度を精度良く検出す
ることができる。

【００３６】また、センサ本体４の可動電極及び固定電
極と基板の電極は、センサ本体４と一体のベース体５に
内蔵された金属端子６、６、７を介して端子接続されて
いるので、センサの基板への実装を簡単容易に行うこと
ができる。

【００３７】なお、この実施例においては、ワイヤボン
ディング１０、１０を介して固定電極の端部９、９と金
属端子６、６の端部６ａ、６ａとを接続したが、場合に
よってはハンダや導電性樹脂を介してこれらを接続して
もよい。

【００３８】次に、請求項１記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの他の実施例について説明する。

【００３９】図３は請求項１記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの他の実施例を示した斜視図である。

【００４０】この図３に示す静電容量型加速度センサ
は、図２に示されたセンサとはば同様の構造であるが、
ベース体５の空間部５ａ、金属端子６、６の端部６ａ、
６ａ、及び固定電極の端部９の構成が異なる。

【００４１】ベース体５の空間部５ａは、同図において
破線で示すように、その一側面が開口部から底部に向か
う途中まで傾斜して形成された傾斜側面５ｂと、傾斜側
面５ｂの端部から底部まで垂直に形成された垂直側面５
ｃとから構成されており、この垂直側面５ｃに図示しな
い金属端子の端部が露出してフレーム板１の側面中央付
近と直接接触されている。

【００４２】金属端子６、６の端部６ａ、６ａは、傾斜
及び垂直側面５ｂ、５ｃから構成される一側面の対向側
に配置されているとともに、空間部５ａの両側面から対
向するように突出形成されており、この端部６ａ、６ａ
の先端は、下方に湾曲形成されている。

【００４３】固定電極の端部９は、フレーム板１の裏面
に積層された固定板３の露出した表面一体に大きく形成
されている。

【００４４】次に、この実施例におけるセンサ本体４を
ベース体５に取付ける際の動作について説明する。

【００４５】まず、センサ本体４を図３に示す矢印Ａの
方向から傾斜側面５ｂに接触させながら空間部５ａに挿
入していく。

【００４６】すると、センサ本体４の固定電極の端部９
が金属端子６、６の端部６ａ、６ａに押圧されるととも
に、フレーム板１の一側面と垂直側面５ｃが接触して、
最終的にセンサ本体４がベース体５の空間部５ａに固定
される。

【００４７】したがって、この実施例によれば、センサ
本体４をベース体５の空間部５ａに挿入するだけで、固
定電極の端部９と金属端子６、６は接続されるので、ワ
イヤボンディング等を利用することなく簡単にセンサ本
体４とベース体５を一体化することができる。

【００４８】さらに、請求項１記載の発明に係る静電容
量型加速度センサの他の実施例を説明する。

【００４９】図４は請求項１記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの他の実施例を示した断面図である。

【００５０】この図４に示す静電容量型加速度センサ
は、図１に示された静電容量型加速度センサと同じ構成
部材を有するが、種々異なる部分を有する。

【００５１】フレーム板１は、同形状の固定板２、３よ
りわずかに小さく形成されて両固定板２、３の間に挟ま
れているとともに、フレーム板１内部の可動電極１１と
対向する固定板２、３の表面に固定電極１２、１２が接
合されている。固定電極１２、１２の端部９、９は、フ
レーム板１と重ならない固定板２、３の表面に露出して
いる。

【００５２】ベース体５の空間部５ａは、センサ本体４
の全体が収納される程度の大きさに形成されている。

【００５３】金属端子６、６は、その端部６ａ、６ａが
固定電極１２、１２の端部９、９と直接接触するように
空間部５ａの一側面に上下方向に並んで突出していると
ともに、端部６ａ、６ａの先端は、固定板２、３側に向
かって湾曲形成されている。金属端子７は、その端部７
ａが空間部５ａの金属端子６、６と対向する他側面に突
出しているとともに、端部７ａの先端はフレーム板１の
側面を押圧するように屈曲形成されている。

【００５４】ケース８は、内部に収納される固定板３と
接触する位置に一対の突起部８ａ、８ａが形成されてい
るとともに、センサ本体４とベース体５の一体構造をケ
ース８に収納した後、ベース体５の底面に封止剤１３が
塗着されてセンサ本体４がケース８に固定される。

【００５５】次に、この実施例におけるセンサ本体４と
ベース体５に取付ける際の動作について説明する。

【００５６】まず、センサ本体４を傾けながら固定電極
１２、１２の端部９、９を金属端子６、６の端部６ａ、
６ａに接触させる。

【００５７】その後、金属端子７の端部７ａとフレーム
板１の側面を接触させながらセンサ本体４をベース体５
に押し込んで固定する。

【００５８】したがって、この実施例によれば、センサ
本体４、ベース体５、及びケース８の固定を頑強とし、
かつ簡単にこれら部材を一体化することができる。

【００５９】次に、請求項２記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの実施例について説明する。

【００６０】図５の（ａ）は請求項２記載の発明に係る
静電容量型加速度センサの一実施例を一部破断して示し
た平面図であり、同図の（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ
線断面を示した断面図である。

【００６１】図５に示す静電容量型加速度センサでは、
図１と同様のセンサ本体４が基板１４の表面に形成され
たシールド用電極１５に接合されて基板１４に直接固定
されているとともに、センサ本体４の固定電極１２の端
部９を除いた表面全体が絶縁層１６により被膜されてお
り、さらに絶縁層１６の表面に金やアルミニウム等の導
電層１７が蒸着により被膜されている。

【００６２】この実施例における静電容量を計測する際
の作用について説明する。

【００６３】ここで、上記シールド用電極１５及び導電
層１７が導電性部材として用いられている。

【００６４】まず、加速度発生時、可動電極１１が変動
してこの可動電極１１と固定電極１２の間の静電容量を
計測することにより、計測された静電容量に基づき加速
度が検出されるが、この検出の際、基板１４の表面及び
裏面に生ずる電気的外乱のセンサ本体４内部への影響が
それぞれ導電層１７及びシールド用電極１５により遮断
されており、センサ本体４内部における電極間の静電容
量が浮遊容量等に影響されることなく正確に計測され
る。

【００６５】したがって、この実施例によれば、センサ
本体４内部において変動する電極間の静電容量は、外部
の電気的外乱に影響されることなく正確に計測されるの
で、精度良く加速度を検出することができる。

【００６６】次に、請求項２記載の発明に係る静電容量
型加速度センサの他の実施例について説明する。

【００６７】図６の（ａ）は請求項２記載の発明に係る
静電容量型加速度センサの他の実施例を一部破断して示
した平面図であり、同図の（ｂ）は（ａ）におけるＸ−
Ｘ線断面を示した断面図である。

【００６８】図６に示す静電容量型加速度センサは、図
５のセンサとほぼ同様に構成されているが、センサ本体
４表面側の固定板３が省かれているとともに、絶縁層１
６及び導電層１７に代わって金属ケース１８によりセン
サ本体４がある程度間隔をおいて包囲されており、この
金属ケース１８は、固定電極１２の端部９に接触するこ
とのないように一部に開口部１８ａを有する。

【００６９】この実施例によっても図５に示したセンサ
と同様の作用、効果が発揮される。

【００７０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１記載の発明によれば、可動電極及び固定電極を内部に
有するセンサ本体は、基板に固定されるベース体の空間
部に配置され、かつ可動電極及び固定電極は、このベー
ス体に内蔵された金属端子を介して基板の電極に接続さ
れるので、電極同士を接続するためにセンサ本体を複雑
な形状に加工することなく、簡単容易にこのセンサ本体
を基板に固定することができる。

【００７１】また、請求項２記載の発明によれば、基板
に直接固定されたセンサ本体は、外部において生じる電
気的外乱をこのセンサ本体を被覆する導電性部材により
遮断されているので、電気的外乱に影響されることなく
センサ本体内部における電極間の静電容量が正確に計測
され、基板と頑強に一体化されたセンサ本体から精度良
く加速度を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明に係る静電容量型加速度セ
ンサの一実施例を分解して示した分解図。

【図２】図１に示した実施例の一体構造を示した斜視
図。

【図３】請求項１記載の発明に係る静電容量型加速度セ
ンサの他の実施例を示した斜視図。

【図４】請求項１記載の発明に係る静電容量型加速度セ
ンサの他の実施例を示した断面図。

【図５】（ａ）は請求項２記載の発明に係る静電容量型
加速度センサの一実施例を一部破断して示した平面図、
（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面を示した断面図。

【図６】（ａ）は請求項２記載の発明に係る静電容量型
加速度センサの他の実施例を一部破断して示した平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面を示した断面
図。

【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）それぞれは、従来にお
ける静電容量型加速度センサと基板との電極同士の接続
構造を示した斜視図。

【図８】（ａ）は従来における静電容量型加速度センサ
の内部構造を示した平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ
−Ｘ線断面を示した断面図。

【符号の説明】

１ フレーム板 ２ 固定板 ３ 固定板 ４ センサ本体 ５ ベース体 ５ａ 空間部 ６ 金属端子 ７ 金属端子 １４ 基板 １５ シールド用電極 １６ 絶縁層 １７ 導電層 １８ 金属ケース

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 枠内に可動電極を配置したフレーム板
   と、表面に固定電極を配置した固定板との積層構造から
   なるセンサ本体を有し、当該センサ本体を基板に固定し
   た状態で上記電極間の静電容量に基づいて加速度を検出
   する静電容量型加速度センサにおいて、 空間部に上記センサ本体を配置しつつ上記基板に固定さ
   れるベース体と、 上記ベース体に先端をはみ出した状態で内蔵されるとと
   もに、当該一方の先端に上記可動電極又は固定電極を接
   続し、かつ他方の先端に上記基板の電極を接続する金属
   端子と、 を備えることを特徴とする静電容量型加速度センサ。
2. 【請求項２】 枠内に可動電極を配置したフレーム板
   と、表面に固定電極を配置した固定板との積層構造から
   なるセンサ本体を有し、当該センサ本体を基板に固定し
   た状態で上記電極間の静電容量に基づいて加速度を検出
   する静電容量型加速度センサにおいて、 上記基板に固定された状態の上記センサ本体を被覆する
   導電性部材を備えることを特徴とする静電容量型加速度
   センサ。