JPH07234244A

JPH07234244A - 加速度センサ

Info

Publication number: JPH07234244A
Application number: JP6324388A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Matsumoto; 昌大松本; Kiyomitsu Suzuki; 清光鈴木; Masayuki Miki; 政之三木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1995-09-05
Anticipated expiration: 2016-01-29
Also published as: JP3127747B2

Abstract

(57)【要約】【構成】本加速度センサはセラミック基板１０９に加速
度検出素子１０２及び電子回路１０３を実装し、セラミ
ックカバー１０１をセラミック基板１０９に接着するこ
とにより加速度検出素子１０２及び電子回路１０３を気
密に封止し、導体パターン１０４，１０６により電子回
路１０３からの配線を外部に取り出すと共に半田１０
５，１０７によりプリント板１０８に固定できるように
なっている。【効果】本発明によれば、検出加速度方向が加速度セン
サの取付け面と並行で、且つ、プリント板に表面実装で
きる加速度センサを構成できるので、エアバックのよう
な用途に加速度センサを応用した時にも容易に実装でき
る加速度センサを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに係り、特
に自動車用に好適な加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置としては、例えば特公平4−5
5267号公報や特開平3−134570 号公報に記載されている
ようにガラスあるいはシリコンを積層して形成された加
速度センサがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の加速度センサ
は、検出加速度方向は加速度センサの取付け面と垂直方
向であり、また、金属ステムや金属カバーを使用したた
めに大きな重量を持つことになった。このことは本加速
度センサを装着したシステムに対して実装上種々の制約
を招いていた。例えば、エアバックシステムでは、これ
のコントロールユニットは通常車両の水平方向に取付け
られるが、検出すべき加速度の検出方向は車両の前後方
向である。このように加速度センサの検出加速度方向が
コントロールユニットの取付け面と垂直方向であるため
にエアバックのような用途では実装上の問題があった。
また、加速度センサ自体の重量が大きいことから機械的
に共振しやすく（機械的共振により加速度検出に誤差が
できる）、この影響を低減する意味からもコントロール
ユニットのケースの側面にねじにより強固に固定する必
要があった。つまり、上記従来技術はエアバックのよう
な用途に加速度センサを応用した時の実装の容易性につ
いて配慮がされていなかった。

【０００４】本発明の目的は、容易に実装することが可
能な加速度センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板と、前
記基板上に設けられ、ガラスあるいはシリコンを積層し
て形成した加速度検出素子と、前記基板上に設けられ、
前記加速度検出素子からの情報を加速度に応じた電気信
号に変換して出力する電子回路とを備えた加速度センサ
において、前記加速度検出素子を前記基板上に加速度検
出方向が前記基板と実質的に平行となるように配置した
ことにより達成される。

【０００６】また、上記目的は、加速度に応じて変位す
る質量部及び該質量部を支持するビーム部とを有する加
速度検出素子と、前記加速度検出素子からの情報を加速
度に応じた電気信号に変換して出力する電子回路と、前
記加速度検出素子及び前記電子回路とが配置される基板
とを備えた加速度センサにおいて、前記ビーム部の長手
方向の平面が前記基板と実質的に垂直になるように前記
加速度検出素子を前記基板上に配置することによって達
成される。なお、エアバックシステムのコントロールユ
ニットが重力方向に装着されるときは、ビーム長手方向
の平面は基板を水平でも良い。

【０００７】

【作用】加速度センサの検出加速度方向が加速度センサ
の取付け面と並行になるように上記加速度検出素子を加
速度センサ内部に配置し、コントロールユニットの基板
表面に実装しても検出加速度方向が基板と水平方向にな
るようにしているため実装が容易になる。また、上記加
速度検出素子を配置した基板と上記基板に対抗して配置
されるカバーにより上記加速度検出素子を気密に封止す
ることにより、金属システムを省略し軽量化することで
プリント板のような機械的剛性の弱い材料に固定しても
共振が生じないようにすることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例である加速度セ
ンサを図１により説明する。図１は第１の実施例による
加速度センサの断面図である。この加速度センサはセラ
ミック基板１０９にこの基板と水平方向の加速度を検出
する加速度検出素子１０２と加速度検出素子１０２の情
報から加速度に応じた電気信号を出力する電子回路１０
３を配置し、セラミック基板１０９にセラミックカバー
１０１を接着することにより加速度検出素子１０２及び
電子回路１０３を気密に封止したものである。また、電
子回路１０３と外部との配線はセラミック基板１０９に
印刷された導体パターン１０４，１０６により行った。
また、導体パターン１０４，１０６はプリント板１０８
と固定及び配線をするための半田パッドとしても使用さ
れ、図１に示すように半田１０５，１０７によりエアバ
ックシステムにおけるコントロールユニット部のプリン
ト板１０８へ固定及び配線が行えるようになっている。
次にガラスあるいはシリコンを積層して形成した加速度
検出素子の一例を図２により説明する。図２は加速度検
出素子の断面構造である。本加速度検出素子はガラス板
２０４，２０８、シリコン板２０６より構成され、中央
のシリコン板２０６にはビーム２１０により支持され加
速度に応じて移動する可動電極２０２が配置されてい
る。また、上下のガラス板２０４，２０８には可動電極
２０２に対向するように固定電極２０１，２０９が配置
されており、固定電極２０１，２０９及び可動電極２０
２はそれぞれパッド２０３，２０７，２０５に接続さ
れ、外部に電気的に接続できるようになっている。可動
電極２０２はおもりの機能を有する質量（マス）であ
り、加速度に応じてビーム２１０を変位させる。従っ
て、本加速度検出素子に検出加速度方向の加速度が働く
と可動電極２０２は検出加速度方向に移動する。可動電
極２０２が検出加速度方向に移動すると可動電極２０２
と固定電極２０１間の静電容量と可動電極２０２と固定
電極２０９間の静電容量が変化する。つまり、この静電
容量の変化を検出することにより加速度に応じた出力を
得るものである。

【０００９】次に、本発明の第１の実施例における加速
度検出素子の実装構造タイプＡを図３により説明する。
図３において使用した加速度検出素子１０２は図２で説
明した加速度検出素子である。まず、加速度検出素子１
０２のセラミック基板１０９への固定は加速度検出素子
１０２の並行度や接着強度を出すために加速度検出素子
１０２の積層方向の長さを長くしてセラミック基板１０
９との接着面の面積を増加させ、シリコンゴム５０４を
使用して接着した。また、ビーム２１０が接着部から一
番遠くなる面を接着面に選び、セラミック基板１０９か
ら働く応力により加速度検出素子１０２が受ける影響を
低減している。次に、加速度検出素子１０２からの配線
はパッド２０３，２０５，２０７から金線５０１，５０
２，５０３をワイヤーボンディングすることにより行っ
た。

【００１０】次に、本発明の第１の実施例における加速
度検出素子の実装構造タイプＢを図４により説明する。
まず、図４に示した加速度検出素子の構造を説明する。
この加速度検出素子はシリコン板８０２，８０５，８０
８及びガラス板８０３，806より構成され、中央のシリ
コン板８０５には加速度に応じて移動する可動電極８１
０と可動電極８１０を支持するビーム８０９が配置され
ている。また、ガラス層８０３，８０６には可動電極８
１０に対向するように固定電極８１１，812を配置して
いる。従って、本加速度検出素子に加速度が働くと可動
電極８１０が移動し、可動電極８１０と固定電極８１１
間の静電容量と可動電極８１０と固定電極８１２間の静
電容量が変化する。この静電容量の変化を検出すること
により加速度に応じた出力を得ることができる。また、
固定電極８１１，８１２から外部への配線はそれぞれシ
リコン板８０２，８０８を介してパッド８０１，８０７
に接続され、可動電極８１０から外部への配線はパッド
８０４により外部に配線が取り出せるようにしている。
また、セラミック基板１０９への固定は第１の実施例同
様シリコンゴム８１３により接着した。この時、第１の
実施例同様加速度検出素子の積層方向の長さを長くし接
着面積を拡大することで接着強度を上げ、ビーム８０９
が接着部から一番遠くなる接着面を選びセラミック基板
１０９から加速度検出素子に働く応力の影響の低減を図
った。また、加速度検出素子からの配線はパッド８０
１，８０４，８０７に金線をワイヤーボンディングする
ことにより行った。

【００１１】次に、本発明の第１の実施例における加速
度検出素子の実装構造タイプＣを図５により説明する。
本実装方法における加速度検出素子は図４に示したもの
とほぼ同じである。

【００１２】各シリコン板８０２，８０５，８０８のパ
ッド８０１，８０４，８０７を図に示すように加速度検
出素子の下部に設けて、半田ボール８１４，８１５，８
１６を介してセラミック基板１０９へ接着，固定する方
法である。この場合、セラミック基板１０９へ形成した
導体パターン（図中には示していない）との電気的結線
が金線などのワイヤーボンディング作業なしに達成され
る。

【００１３】次に、本発明の第１の実施例における加速
度検出素子の実装構造タイプＤを図６により説明する。
本実装構造は図３に示した加速度検出素子の実装方法と
検出素子１０２の構造及び固定方法は同じであるが、配
線方法を一部変更した実装方法である。つまり、パッド
２０３，２０５，２０７から金線５０１，５０２，５０
３をワイヤーボンディングにより、電子回路を集積化し
た集積回路６０４へ直接接続した実装方法である。

【００１４】次に、本発明の第１の実施例における加速
度検出素子の実装構造タイプＥを図７により説明する。
図７において使用した加速度検出素子は図２で説明した
加速度検出素子である。まず、加速度検出素子のセラミ
ック基板１０９への固定は加速度検出素子１０２をセラ
ミック基板９０７にシリコンゴム９０６により接着し、
セラミック基板９０７に施した導体パターン９０４，９
０８によりセラミック基板１０９へ半田９０５，９０９
を介してセラミック基板９０７をセラミック基板１０９
に固定した。また、加検度検出素子１０２からセラミッ
ク基板１０９への配線はパッド２０３，２０５，２０７
から金線９０１，９０２，９０３により導体パターン９
０４へワイヤーボンディングにより配線し、導体パター
ン９０４から半田９０５によりセラミック基板１０９へ
配線を施した。なお、導体パターン９０４及び半田９０
５はそれぞれ３個あるのは言うまでもない。

【００１５】次に、本発明の第１の実施例における加速
度検出素子の実装構造タイプＦを図８により説明する。
図８において使用した加速度検出素子は図２で説明した
加速度検出素子１０２である。本実装方法ではセラミッ
ク基板１０９に垂直部材1005を設け、この垂直部材１０
０５に加速度検出素子１０２をシリコンゴム１００４に
より接着し、配線についてはパッド２０３，２０５，２
０７から金線１００１，１００２，１００３を垂直部材
１００５へ配線することにより達成した。本実装方法で
は垂直部材１００５をセラミック基板１０９に設けるこ
とにより、加速度検出素子１０２の取付けの垂直精度を
向上させている。

【００１６】次に、本発明の第２の実施例である加速度
センサを図９により説明する。図９は第２の実施例によ
る加速度センサの断面図である。本加速度センサはセラ
ミック基板１１０１に検出加速度方向の加速度を検出す
る加速度検出素子１１０３と加速度検出素子１１０３の
情報から加速度に応じた電気信号を出力する電子回路１
１０４を配置し、セラミック基板１１０１にセラミック
カバー１１０２を接着することにより加速度検出素子１
１０３及び電子回路１１０４を気密に封止したものであ
る。また、電子回路１１０４と外部との配線はセラミッ
ク基板１１０１に印刷した導体パターン１１０５により
行った。また、導体パターン１１０５及びセラミックカ
バー１１０２の導体パターン１１０７はプリント基板１
０８へ固定するための半田パッドとしても使用され、図
９に示すように半田１１０６，１１０８によりプリント
板１０８へ固定できるようになっている。

【００１７】次に、本発明の第３の実施例である加速度
センサを図１０，図１１により説明する。図１０は第３
の実施例による加速度センサの斜視図、図１１は図１０
のＡ−Ａ′の断面図である。本加速度センサはセラミッ
ク基板１２０７に検出加速度方向に加速度を検出する加
速度検出素子１３０１と加速度検出素子１３０１の情報
から加速度に応じた電気信号を出力する電子回路１３０
２を配置し、セラミック基板１２０７にセラミックカバ
ー１２０１を接着することにより加速度検出素子１３０
１及び電子回路１３０２を気密に封止したものである。
また、本加速度センサの取付けはセラミック基板１２０
７に配置した取付け穴１２０２，1203を使ってエアバッ
ク等のコントロールユニットに取付けられるようになっ
ている。また、リード１２０４，１２０５，１２０６を
セラミック基板１２０７に取付け、外部の機器との配線
を容易にしている。本実施例はエアバックシステムのコ
ントロールユニットが重力方向に実装されるときに有効
な方法である。

【００１８】次に、本発明の第４の実施例である加速度
センサを図１２により説明する。図１２は第４の実施例
による加速度センサの断面図である。本加速度センサは
セラミック基板１４０５に検出加速度方向の加速度を検
出する加速度検出素子1402と加速度検出素子１４０２の
情報から加速度に応じた電気信号を出力する電子回路１
４０３を配置し、セラミック基板１４０５に金属カバー
１４０１に接着することにより加速度検出素子１４０２
及び電子回路１４０３を気密に封止したものである。ま
た、本加速度センサの取付けは金属カバー１４０１に配
置した取付け穴１４０４，１４０６によりエアバックシ
ステムのコントロールユニットに取付けられるようにな
っている。本実施例もまた、コントロールユニット自体
が地球の重力方向になるように車に装着されるときに有
効な方法である。

【００１９】次に、本発明の第５の実施例である加速度
センサを図１３により説明する。図１３は第５の実施例
による加速度センサの断面図である。本加速度センサは
セラミック基板１５０９に検出加速度方向の加速度を検
出する加速度検出素子1502と加速度検出素子１５０２の
情報から加速度に応じた電気信号を出力する電子回路１
５０３を配置し、セラミック基板１５０９にセラミック
カバー１５０１を接着することにより加速度検出素子１
５０２及び電子回路１５０３を気密に封止したものであ
る。また、本加速度センサの取付けはセラミック基板１
５０９に施した導体パターン１５０４，１５０６を使っ
て、半田１５０５，１５０７によりプリント基板１５０
８へ固定できるようになっている。また、導体パターン
１５０４，１５０６は電子回路１５０３からプリント板
１５０８への配線手段としても使用できる。本実施例の
加速度センサでは加速度センサの取付け面と検出加速度
方向は垂直である。それ故、エアバックシステムのコン
トロールユニットが重力方向に装着されるときやエアバ
ック以外の用途例えば車両の振動を制御するような用途
のシステムに表面実装できる加速度センサとして有効で
ある。

【００２０】次に、本発明による３軸加速度センサを図
１４により説明する。この３軸加速度センサはセラミッ
ク基板１６０４に加速度検出素子１６０１，１６０２，
1603の検出加速度方向が各々直行するように配置したも
のである。なお、本図においては省略したが、この３軸
加速度センサには電子回路及びセラミックカバーを取付
けてある。つまり、加速度検出素子１６０１，１６０
２，１６０３により各々直行する３軸の加速度を検出
し、電子回路により、それぞれの加速度検出素子１６０
１，１６０２，１６０３からの情報を電気信号に変換す
ることにより３軸の加速度を検出するものである。な
お、各加速度検出素子は前記したような方法でセラミッ
ク基板１６０４に接着，固定され且つ電気的な結線が行
われる。

【００２１】次に、本発明の加速度センサを使用したエ
アバックシステムを図１５，図１６により説明する。図
１５はこの加速度センサを使用したエアバックシステム
のコントロールユニットの断面図、図１６はエアバック
システムの構成である。本エアバックシステムはこれを
収納するケース１７０１，加速度センサ１７０３及び電
子回路１７０２を搭載したプリント板１７０４により構
成される。本エアバックシステムでは加速度センサ１７
０３をプリント板１７０４に表面実装している特徴があ
る。また、加速度センサ１７０３の固定位置については
プリント基板の固定部の近くに配置し、プリント板１７
０４の共振による影響を低減している。また、エアバッ
クシステムの概略構成を図１６により説明しておく。本
エアバックシステムは車両の衝突加速度を検出する加速
度センサ１８０１，加速度センサ１８０１の出力から衝
突の大きさを計算しエアバックの展開の有無を判定する
マイクロコンピュータ１８０２，マイクロコンピュータ
１８０２の出力を増幅しエアバックを駆動するドライブ
回路１８０３より構成される。なお、本実施例において
は静電容量式の加速度センサについて記載したが歪ゲー
ジ式や圧電式の加速度センサについても適用できる。例
えば、歪ゲージ式加速度センサを図２で考えると、可動
電極２０２は単なるおもりとしてのみ機能し、ビーム２
１０に形成した歪ゲージで加速度を検出させることによ
り、前記した実装方法が全ったく同様に適用可能であ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、検出加速度方向が加速
度センサの取付け面と並行で、且つ、プリント板に表面
実装できる加速度センサを構成できるので、エアバック
のような用途に加速度センサを応用した時にも容易に実
装できる加速度センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の加速度センサの断面
図。

【図２】本発明に適用される加速度検出素子の一例の断
面構造図。

【図３】本発明の第１の実施例における加速度検出素子
の実装構造タイプＡ。

【図４】本発明の第１の実施例における加速度検出素子
の実装構造タイプＢ。

【図５】本発明の第１の実施例における加速度検出素子
の実装構造タイプＣ。

【図６】本発明の第１の実施例における加速度検出素子
の実装構造タイプＤ。

【図７】本発明の第１の実施例における加速度検出素子
の実装構造タイプＥ。

【図８】本発明の第１の実施例における加速度検出素子
の実装構造タイプＦ。

【図９】本発明の第２の実施例の加速度センサの断面
図。

【図１０】本発明の第３の実施例の加速度センサの斜視
図。

【図１１】図１０のＡ−Ａ′の断面図。

【図１２】本発明の第４の実施例の加速度センサの断面
図。

【図１３】本発明の第５の実施例の加速度センサの断面
図。

【図１４】本発明による３軸加速度センサを示す図。

【図１５】本発明の加速度センサを使用したエアバック
システムのコントロールユニットの断面図。

【図１６】エアバックシステムの構成図。

【符号の説明】

１０１，１１０２，１２０１，１５０１…セラミックカ
バー、１０２，３０２，１１０３，１３０１，１４０
２，１５０２，１６０１，１６０２，１６０３…加速度
検出素子、１０３，３０３，１１０４，１３０２，１４
０３，１５０３，１７０２…電子回路、１０４，１０
６，９０４，９０８，１１０５，１１０７，１５０４，
１５０６…導体パターン、１０５，１０７，９０５，９
０９，1106，１１０８，１５０５，１５０７…半田、１
０８，４０４，１５０８，１７０４…プリント板、１０
９，３０５，９０７，１１０１，１２０７，１４０５，
1509，１６０４…セラミック基板、２０１，２０９，８
１１，８１２…固定電極、202，８１０…可動電極、２
０３，２０５，２０７，８０１，８０４，８０７…パッ
ド、２０４，２０８，８０３，８０６…ガラス板、２０
６，８０２，８０５，８０８…シリコン板、２１０，８
０９…ビーム、３０４，３０７，１２０２，１２０３，
１４０４，１４０６…取付け穴、３０６…金属ステム、
４０１，1701…ケース、４０２，４０６…ねじ、４０
３，１７０３…加速度センサ、４０５…リード線、５０
１，５０２，５０３，６０１，６０２，６０３，９０
１，９０２，９０３，１００１，１００２，１００３…
金線、５０４，８１３，９０６，１００４…シリコンゴ
ム、６０４…集積回路、８１４，８１５，８１６…半田
ボール、１００５…垂直部材、１２０４，１２０５，１
２０６…リード、１４０１…金属カバー、１８０２…マ
イクロコンピュータ、１８０３…ドライブ回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に設けられ、ガラスあ
るいはシリコンを積層して形成した加速度検出素子と、
前記基板上に設けられ、前記加速度検出素子からの情報
を加速度に応じた電気信号に変換して出力する電子回路
とを備えた加速度センサにおして、前記加速度検出素子
を前記基板上に加速度検出方向が前記基板と実質的に平
行となるように配置したことを特徴とする加速度セン
サ。
【請求項２】請求項１において、前記加速度検出素子を
封止するカバーを設けたことを特徴とする加速度セン
サ。
【請求項３】請求項１において、前記加速度検出素子は
その積層方向を接着面として前記基板上に設けられてい
ることを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】加速度に応じて変位する質量部及び該質量
部を支持するビーム部とを有する加速度検出素子と、前
記加速度検出素子からの情報を加速度に応じた電気信号
に変換して出力する電子回路と、前記加速度検出素子及
び前記電子回路とが配置される基板とを備えた加速度セ
ンサにおいて、前記ビーム部の長手方向が前記基板と実
質的に垂直になるように前記加速度検出素子を前記基板
上に配置したことを特徴とする加速度センサ。
【請求項５】請求項４において、前記加速度検出素子は
前記質量部である可動電極と、前記可動電極に対向して
設けられた固定電極とを有することを特徴とする加速度
センサ。
【請求項６】請求項５において、前記固定電極と前記可
動電極との間の静電容量を検出することによって加速度
を求めることを特徴とする静電容量式の加速度センサ。
【請求項７】請求項４において、前記加速度検出素子を
封止するカバーを設けたことを特徴とする加速度セン
サ。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかにおい
て、前記加速度検出素子の各電極の引き出しを同じ方向
から行うことを特徴とする加速度センサ。
【請求項９】請求項１ないし請求項７のいずれかにおい
て、前記加速度検出素子の各電極の引き出しを前記加速
度検出素子と前記基板との接着面と反対側の面から行う
ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項１０】請求項１ないし請求項９のいずれか記載
の加速度センサと、前記加速度センサからの出力に基づ
きエアバックの展開をするか否かの判断を行う演算回路
と、前記演算回路の出力に基づいてエアバックを駆動す
るドライブ回路とを備えたことを特徴とするエアバック
システム。
【請求項１１】セラミック基板に加速度を検出する加速
度検出素子と該加速度検出素子によって検出される加速
度を電気信号として出力する電子回路とを配置し、前記
セラミック基板にセラミックカバーを接着することによ
り前記加速度検出素子及び前記電子回路を気密に封止す
るとともに、前記電子回路と外部との配線を前記セラミ
ック基板に設けられた導体パターンによって行うことを
特徴とする加速度センサ。
【請求項１２】請求項１１において、前記加速度検出素
子は前記セラミック基板と水平方向の加速度を検出する
素子であることを特徴とする加速度センサ。