JPH06232421A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カンチレバー型の加速度センサに於いて、セン
サ自体の大型化を招かない起歪体のストッパー機構を付
設する。 【構成】 基板１に溝１４を穿設して片持ち支持の起歪
体１１を形成し、この起歪体１１の下面に溝１４より外
周に突出する付加重り２を取り付けると共に、突出部の
上方に適宜なクリアランスを形成して上部ストッパー機
構を設け、付加重り２の下方には適宜なクリアランス介
して位置する底板（下部ストッパー機構）４を設けてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカンチレバー型の加速度
センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カンチレバータイプの加速度センサは、
少なくとも片持支持した起歪体の梁部分の表面に歪抵抗
効果を奏する歪ゲージを付設し、起歪体の変動を電気的
抵抗の変化として検知し、この抵抗値の変化に基づいて
起歪体に加わった応力を計測し、被測定対象たる加速度
を検出するものである。

【０００３】前記のカンチレバータイプの加速度センサ
には種々の種類が存在するが、歪ゲージとして薄膜シリ
コンのような半導体を用いるものは、基板にステンレス
基板を採用するものと、シリコン単結晶板を採用するも
のとが知られている。ステンレス基板の場合は、表面に
絶縁膜を形成すると共に、その上面に歪ゲージ（多結晶
シリコン）及び金属リード電極膜、保護膜を順次形成
し、最終工程としてステンレス基板をカンチレバーの形
状に整形するものであり（特開平１−２４８０６６
号）、シリコン基板の場合も同様に表面の適宜箇所に歪
ケージを形成し、所定のカンチレバーの形状に整形加工
するものである。

【０００４】ところで、前記の半導体型加速度センサの
うちシリコン基板の場合過大な加速度が加わった時に、
起歪体の梁部分が折損してしまう虞があり、適宜なスト
ッパー機構を付設する必要がある。

【０００５】従来のストッパー機構は、特開平３−２１
０４７８号公報に開示されている通り、片持支持状に起
歪体（重り）０１ａを形成した基板０１の上下に、基板
０１の表裏面の外周部分と接合するストッパー板０２，
０３を設けたり（図５参照）、起歪体形成用の溝の上下
に櫛歯状のストッパー板を突設しているものである（同
公報第８図参照）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来のシリコン
基板タイプの加速度センサのストッパー機構のうち、櫛
歯状ストッパー板の採用は加工処理が煩雑であり、小型
化に大きい付加価値があるシリコン基板タイプの加速度
センサに適するストッパー機構とは認められない。

【０００７】また図５に例示するように基板０１の上下
にストッパー板０２，０３を配したものにも種々の問題
がある。例えば基板０１に適宜な重量を具備する起歪体
０１ａを形成するため相応の厚さを必要とし、その厚さ
に対応してレーザー加工や化学エッチング加工による整
形加工が煩雑となる。また起歪体０１ａのストッパー板
０２への衝突力は、ストッパー板０２の上方がセンサ実
装状態では一般に開放されているので、ストッパー板０
２と基板０１の接合部分Ａに加わる。このため同接合部
分Ａは衝突力に十分対抗できる接合力によって接着する
必要があり、そのため接合部分Ａの面積が広くなり、結
果的にセンサ自体の小型化を阻害する要因となってい
る。勿論基板０１とストッパー板０２を同一基板で形成
したとしても、接合部分Ａに該当する部分の面積を大き
くする必要がある。

【０００８】更に基板の上面にストッパー板０２が位置
することになり、ゲージ配線等の形成処理の際このスト
ッパー板０２が邪魔になり、同処理が煩雑となる問題も
ある。そこで本発明は、新規なストッパー機構を具備し
た加速度センサを提案したものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る加速度セン
サは、基板の所定個所に溝を穿設して、基板内に少なく
とも片持支持の起歪体を形成し、前記起歪体の梁部に表
面に歪ゲージを設けた加速度センサに於いて、起歪体下
面に少なくともその一部が起歪体を囲繞する溝より外周
に突出する付加重りを取り付けると共に、突出部の上方
に適宜なクリアランスを形成して上部ストッパー機構を
設け、付加重りの下方には適宜なクリアランス介して位
置する下部ストッパー機構を設けてなることを特徴とす
るものである。

【００１０】また特に前記の加速度センサに於いて、下
部ストッパー機構を底板と、底板と基板とを連結すると
共に所定の下方クリアランスを形成する枠板とで構成し
たことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】起歪体の下面に付加重りを接合するので、基板
を厚くする必要がなく、起歪体の上方に上方クリアラン
スを越えて移動しようとする過大な加速度が加わったと
きには、付加重りの突出部と基板の外周部分とが衝突
し、ストッパー機能が働く。このときの衝突力は、起歪
体と付加重りの接合部に加わり、基板と下部ストッパー
機構の部材との接合部分（基板外周部分の接合部）には
力が加わらない。

【００１２】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 〈第一実施例〉図１乃至図２は本発明の第一実施例を示
したもので、この実施例に示した加速度センサは、基板
１と、付加重り２と、下部ストッパー機構を構成する枠
板３及び底板４からなり、基板１はシリコン単結晶板か
らなり、素子及び起歪体１１を形成したものである。素
子は、基板適宜箇所（起歪体１１の梁部分）に形成した
もので、歪みゲージ１２及びリード電極１３からなり、
歪ゲージ１２は当該形成箇所をエキシマレーザを照射し
てアニールを施し、前記アモルファスシリコンの一部を
ポリシリコンに変性せしめ、所定のパターニングを行っ
て形成するものである。次に常法通りアルミニウムの真
空蒸着及びパターニングで電極１３を形成すると共に、
歪ゲージ１２のフルブリッジ接続と前記ブリツジのリ−
ド電極１３と接続を行うものである。前記の素子を形成
した後、エッチング加工やレーザ加工で、歪ゲージ１２
の形成位置が起歪体１１の梁部の基部となるようにコ字
状の貫通長溝１４を穿設するものである。

【００１４】付加重り２はシリコンやパイレツクスで形
成したもので、起歪体１１の下面に接合するもので、貫
通長溝１４より外周部に突出するように突出部２１を設
けると共に、起歪体１１の下面に接合した際に該突出部
２１と基板１の下面との間に所定の上方クリアランスＡ
が形成されるように、起歪体１１と接合する中央部２２
と突出部２１との間に段差を設けたものである。

【００１５】枠板３及び底板４は、前記の付加重り２と
同様にシリコンやパイレツクスで形成したもので、枠板
３を介在させて基板１の下方に積層するもので、積層時
に底板４の上面と付加重り２の底面との間に下方クリア
ランスＢが形成されるように枠板３の高さを定めておく
ものである。

【００１６】而して前記の加速度センサは、センサ組み
込み部材の起歪体１１の上下方向に加速度が加わると、
起歪体１１が上下のクリアランスＡＢ範囲内で変動（振
動）し、その変動による梁部分の変位の大小を歪みゲー
ジの抵抗値変化として検出して、加速度の大きさを計測
するものである。

【００１７】特に過大な加速度が加わった際即ち上下の
クリアランスＡＢの範囲以上の変動の力が加わった場合
には、付加重り２の突出部２１が基板１の下面に衝突し
たり、底板４の上面に衝突したりして、梁部の所定以上
の変位を防止し、起歪体１１の破損を防止しているもの
である。

【００１８】また前記付加重り２の基板１への衝突力
は、起歪体１１と付加重り２の接合部ｂに加わり、基板
１１と枠板３との接合部分（基板外周部分の接合部）ｃ
には力が加わらないので、前記の接合面積を大きくする
必要がなく、ストッパー機構を付設することによつて生
ずる基板１１自体の大型化を避けることができるもので
ある。

【００１９】〈第二、三実施例〉図３は第二実施例の断
面図で、図４は第三実施例の断面図である。この第二、
三実施例は、上下クリアランスの形成手段が第一実施例
と異なるもので、第二実施例は、底板４の上面内方に凹
部４１を形成して下方クリアランスＢを形成したもので
ある。

【００２０】また第三実施例は、更に基板１の下面の貫
通長溝１４の外周側に凹部１５を設けて上方クリアラン
スＡを形成したもので、この実施例の場合は、付加重り
２に段差を形成する必要がなく、凹部１５は長溝１４の
形成工程で同時にできる利点がある。

【００２１】尚本発明に於いては、起歪体１１の下面に
付加重り２を付設し、付加重りと基板１との間で上方ス
トッパー機構が構成されるものであれば良いもので、特
に下部ストッパー機構形成に際して、枠板３と底板４と
で構成せずとも、両者を一体に形成したものでも良い
し、更には枠板３等の代わりに付加重り２と下方クリア
ランスＢを隔てて位置するように設けた、適宜なストッ
パー部材を採用しても良いものである。また前記実施例
片持支持タイプの起歪体の例を示したが、両持支持タイ
プの起歪体にも当然本発明を実施できることは云うまで
もない。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上のように歪ゲージ等の素子
を形成した基板に起歪体を形成すると共に、起歪体下面
に起歪体より外周方向へ突出する付加重りを取り付ける
と共に、突出部の上方に適宜なクリアランスを形成して
上部ストッパー機構を設けたもので、積層部材の接合部
分にストッパー機能時の衝突力が作用しないようにし、
ストッパー機構を付設したことによって積層部材の接合
面積を大きくすることなく、センサ自体の大型化を阻止
し、而もストッパー機構を付加したとしても、基板上面
は平らであるので、素子の形成並びに素子と外部回路と
の接続等が容易に実施できたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の分解斜視図。

【図２】同断面図。

【図３】第二実施例の断面図。

【図４】第三実施例の断面図。

【図５】従来例の断面図。

【符号の説明】

１ 基板 １１ 起歪体 １２ 歪ゲージ １３ リード電極 １４ 貫通長溝 ２ 付加重り ２１ 突出部 ３ 枠板 ４ 底板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の所定個所に溝を穿設して、基板内
   に少なくとも片持ち支持の起歪体を形成し、前記起歪体
   の梁部に表面に歪ゲージを設けた加速度センサに於い
   て、起歪体下面に少なくともその一部が起歪体を囲繞尿
   する溝より外周に突出する付加重りを取り付けると共
   に、突出部の上方に適宜なクリアランスを形成して上部
   ストッパー機構を設け、付加重りの下方には適宜なクリ
   アランス介して位置する下部ストッパー機構を設けてな
   ることを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 請求項第１項記載の加速度センサに於い
   て、下部ストッパー機構を底板と、底板と基板とを連結
   すると共に所定の下方クリアランスを形成する枠板とで
   構成したことを特徴とする加速度センサ。