JPH07318580A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で製造コストを低減することができ
る加速度センサを提供することを目的とする。 【構成】回路基板２の上下面にはそれぞれ円筒状のセン
サマウント３，４が固定され、それらのセンサマウント
３，４にはセンサチップ６が設けられている。センサチ
ップ６には、片持梁６ａの基端部が固定され、その片持
梁６ａの基端部には片持梁６ａにおける歪みを感知し、
その圧力に応じた電気信号を検出信号として出力する拡
散歪ゲージ６ｂが形成されている。センサマウント３，
４内には、回路基板２を覆うようにして適宜な密度を有
したシリコンゲル８がそれぞれ収納され、シリコンゲル
８はセンサチップ６を封止している。また、センサマウ
ント４の下端にはベローズ９が設けられている。ベロー
ズ９は容易にたわんで、シリコンゲル８の移動又は熱膨
張を妨げないようになっている。

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関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコン基板に片持梁の基端部が
固定され、その片持梁の基端部に圧電変換器が設けら
れ、片持梁の自由端部に重り部が設けられ、前記シリコ
ン基板は重り部の外周を所定の間隔を開けて取り囲むよ
うに形成されている半導体加速度センサが種々提案され
ている。このような半導体加速度センサでは、加速度が
印加されると重り部がたわんで片持梁の基端部が歪み、
その歪みに応じた力が圧電変換器に加わる。圧電変換器
は加わった力を感知し、印加された加速度に対応した検
出信号を出力する。

【０００３】しかし、このような半導体加速度センサ
は、大きな加速度が印加されると、重り部が過剰にたわ
んで片持梁の基端部が破損する恐れがある。そこで、特
開平１−１６２１５９号公報や特開平３−２５５３６９
号公報に開示されるように、重り部に突出部（又は第１
突起部）を設け、重り部の外周を囲む固定部には前記突
出部に空隙を開けて当接可能に臨む受け部（又は第２突
起部）を設ける構成が提案されている。つまり、重り部
がある程度以上にたわむと突出部が受け部に当接し、重
り部がそれ以上にたわむのを防止するわけである。

【０００４】また、加速度センサを重り部をシリコンオ
イルを収納したケース内に配置し、そのシリコンオイル
により封止する構成が提案されている。つまり、シリコ
ンオイルによりダンピングを持たせて重り部の移動を制
限し、重り部が過剰にたわむのを防止するわけである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
公報の加速度センサでは、突出部，受け部を形成してい
るので、重り部，固定部の構造が複雑になるとともに、
突出部，受け部を形成する工程が必要となるので、製造
コストがかかるという問題がある。

【０００６】また、シリコンオイルで封止した加速度セ
ンサでは、シリコンオイルには流動性があるので、シリ
コンオイルが漏れないように確実に封止するための工程
が必要となり、製造コストがかかるという問題がある。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、簡単な構成で製造コス
トを低減することができる加速度センサを提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ケー
スと、そのケース内に収納された加速度伝達媒体と、前
記ケース内に収納され、外部から印加された加速度を前
記加速度伝達媒体を介して検知する感圧素子と、前記ケ
ースのうち少なくとも一方に設けられたベローズとを備
えた加速度センサにおいて、前記感圧素子は、印加され
た加速度に基づいた前記加速度伝達媒体からの圧力によ
り屈曲，振動する片持梁と、その片持梁の基端部に形成
された圧電変換器とからなるカンチレバー型半導体感圧
センサチップであることを要旨とする。

【０００９】請求項２の発明は、ケースと、そのケース
内に収納された加速度伝達媒体と、前記ケース内に収納
され、外部から印加された加速度を前記加速度伝達媒体
を介して検知する感圧素子と、前記ケースのうち少なく
とも一方に設けられたベローズとを備えた加速度センサ
において、前記感圧素子は、底部が台形状にくり抜かれ
た薄肉部と、その薄肉部上に形成された圧電変換器とか
らなるダイアフラム型半導体感圧センサであることを要
旨とする。

【００１０】

【作用】従って、請求項１及び請求項２に記載の発明に
よれば、感圧素子に従来の重り部を設ける必要がなく、
加工が容易になるので、簡単な構成で製造コストを低減
することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に
従って説明する。図１は、本実施例の加速度センサ１の
断面図である。

【００１２】回路基板２の上下面にはそれぞれ円筒状の
センサマウント３，４が固定されている。それらのセン
サマウント３，４に囲まれた回路基板２には、通気孔５
が透設され、センサマウント３，４間を連通している。
その通気孔５を塞ぐようにして回路基板２上にカンチレ
バー型半導体感圧センサチップ（以下、単にセンサチッ
プという）６が取り付けられている。

【００１３】センサチップ６には、片持梁６ａの基端部
が固定され、その片持梁６ａの基端部にはシリコン半導
体（ＰＮ接合素子）によって構成される拡散歪ゲージ６
ｂが形成されている。拡散歪ゲージ６ｂは、片持梁６ａ
における歪み（すなわち、片持梁６ａに印加された圧
力）を感知し、その圧力に応じた電気信号を検出信号と
して出力する。

【００１４】また、センサチップ６はボンディングワイ
ヤ７を介し、回路基板２に形成された図示しないプリン
トパターンと電気的に接続されている。センサマウント
３，４内には、回路基板２を覆うようにして適宜な密度
を有したシリコンゲル８がそれぞれ収納され、そのシリ
コンゲル８はセンサチップ６を封止している。また、セ
ンサマウント４の下端にはベローズ９が設けられてい
る。ベローズ９は容易にたわんで、シリコンゲル８の移
動又は熱膨張を妨げないようになっている。

【００１５】ベローズ９は、センサマウント３，４内に
シリコンゲル８を収納する際に、シリコンゲル８がセン
サマウント３，４から流れ出すのを防止するために設け
られている。つまり、シリコンゲル８は最初はゾル状で
流動性があり、加熱することでゲル化するようになって
いる。そのため、ベローズ９を下にしてセンサマウント
３からゾル状で流動性のあるシリコンゲル８を注入する
と、シリコンゲル８はセンサマウント４内にも流れ込
み、ベローズ９によりセンサマウント３，４内に溜めら
れる。そして、加速度センサ１全体を加熱するとシリコ
ンゲル８はゲル化して流動性がなくなり、加速度センサ
１を傾けてもシリコンゲル８がセンサマウント３，４か
ら流れ出さなくなる。

【００１６】このように構成された加速度センサ１に対
して加速度が加わった場合、その加速度に基づいてセン
サマウント３，４内部のシリコンゲル８が移動する。即
ち、シリコンゲル８は慣性体として作用し、センサチッ
プ６が即座に圧力を受ける。すると、センサチップ６の
片持梁６ａは屈曲，振動する。このとき、ベローズ９が
たわんで片持梁６ａが屈曲，振動すると、それに伴って
シリコンゲル８が移動するため、片持梁６ａの基端部に
過大な圧力がかかることはない。従って、片持梁６ａの
基端部が過剰にたわむことはなく、破損することもな
い。片持梁６ａの基端部上に形成された拡散歪ゲージ６
ｂは、片持梁６ａの屈曲，振動を感知し、その片持梁６
ａの屈曲，振動による歪み（すなわち、片持梁６ａに印
加された圧力）に応じた電気信号を検出信号として出力
する。

【００１７】つまり、拡散歪ゲージ６ｂ（センサチップ
６）の検出信号は、加速度センサ１に印加された加速度
に対応したものになる。そのセンサチップ６の検出信号
は、ボンディングワイヤ７およびプリントパターンを介
して外部へ出力される。

【００１８】このように、本実施例によれば、センサマ
ウント３，４内に収納したシリコンゲル８は慣性体とし
てセンサチップ６に作用し、センサチップ６の片持梁６
ａが屈曲，振動して加速度を検知するようにした。その
結果、前記各公報のように重り部を設ける必要がなく、
センサチップ６の加工が容易となるので、簡単な構成で
製造コストを低減することができる。

【００１９】また、センサチップ６をシリコンゲル８に
て封止したので、センサチップ６が湿度等により性能が
劣化するのを防ぐことができる。なお、本発明は上記実
施例以外に、次のように具体化できる。

【００２０】１）図２に示すように、上記実施例のカン
チレバー型半導体感圧センサチップ６に代えて、例えば
Ｃ型のダイアフラム型半導体感圧センサチップ１１を用
いて加速度センサ１０を構成する。センサチップ１１
は、底部が台形状にくり抜かれた直方体形状を成し、そ
のくり抜かれた部分は薄肉部１１ａとなっている。薄肉
部１１ａ上には拡散歪ゲージ１１ｂが形成されている。
印加された加速度に基づいてシリコンゲル８が移動し、
その移動（圧力）に基づいて薄肉部１１ａが歪む。拡散
歪ゲージ１１ｂはその薄肉部１１ｂの歪みを感知し、そ
の圧力に応じた電気信号を検出信号として出力する。

【００２１】また、片持梁６に代えて両持梁のカンチレ
バー型半導体感圧センサチップを用いる。 ２）シリコンゲル８中に適宜な質量を持った適当な材質
（金属、セラミックス、合成樹脂など）の粒を拡散させ
ることにより、シリコンゲル８の質量を調整し、加速度
センサ１の検出感度を調整する。

【００２２】また、シリコンゲル８の上面に適宜な質量
を持った重りを設けて、加速度センサ１の検出感度を調
整する。 ３）上記実施例において、シリコンゲル８がゲル状にな
った後にベローズ９を取り除く。シリコンゲル８はシリ
コンオイルに比べて流動性がないので、ゲル状になった
後にベローズ９を取り除いても、センサマウント４から
流れ出すことはない。この場合、ベローズ９に代えてテ
フロンキャップを用いてもよい。そのため、上記実施例
よりも更に製品コストが低減できる。

【００２３】４）従来の重り部を有したセンサチップを
シリコンゲル８で封止する。 ５）上記実施例において、回路基板２上にセンサチップ
６，１１からの検出信号を増幅，処理する信号処理回路
を設ける。この構成により、容易に加速度センサ１，１
０を用いることができる。

【００２４】以上、本発明の一実施例について説明した
が、上記実施例から把握できる請求項以外の技術的思想
について、以下にその効果とともに記載する。請求項１
又は請求項２に記載の加速度センサにおいて、前記ケー
ス３，４は基板２の上下面にそれぞれ固定され、その基
板２にはケース３，４間を連通する通気孔５が透設さ
れ、その通気孔５を塞ぐように前記感圧素子６，１１が
取り付けされた加速度センサ。この構成により、製造が
容易な加速度センサを提供することができる。

【００２５】尚、本明細書において、発明の構成に係る
部材は、以下のように定義されるものとする。 ａ）圧電変換器は、屈曲，信号を感知し、その屈曲，振
動による歪みに応じた電気信号を出力する素子であっ
て、拡散歪ゲージの他、バルク素子や圧電素子をも含
む。

【００２６】ｂ）感圧素子は、印加される圧力を検知
し、その圧力を電気信号に変換する素子であって、Ｃ型
のダイアフラム型半導体感圧センサチップの他、薄膜ゲ
ージを用いたダイアフラム型センサチップやダイアフラ
ム型容量式感圧センサチップをも含む。

【００２７】ｃ）加速度伝達媒体は、ゲル状組成物を意
味し、シリコンゲルの他、ポリビニルアルコール、ポリ
ウレタン、ポリエーテル、ポリエステルからなるグルー
プから選択された１つの材料を主成分とした高分子ゲル
またはアクリル酸誘導体などをも含む。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、簡
単な構成で製造コストを低減することが可能な加速度セ
ンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の加速度センサを
示す断面図である。

【図２】別の加速度センサを示す断面図である。

【符号の説明】

２…基板としての回路基板、３，４…ケースとしてのセ
ンサマウント、６…感圧素子としてのカンチレバー型半
導体感圧センサチップ、６ｂ，１１ｂ…圧電変換器とし
ての拡散歪ゲージ、８…加速度伝達媒体としてのシリコ
ンゲル、９…ベローズ、１１…感圧素子としてのダイア
フラム型半導体感圧センサチップ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケース（３，４）と、そのケース（３，
   ４）内に収納された加速度伝達媒体（８）と、前記ケー
   ス（３，４）内に収納され、外部から印加された加速度
   を前記加速度伝達媒体（８）を介して検知する感圧素子
   （６）と、前記ケース（３，４）のうち少なくとも一方
   に設けられたベローズ（９）とを備えた加速度センサに
   おいて、 前記感圧素子（６）は、印加された加速度に基づいた前
   記加速度伝達媒体（８）からの圧力により屈曲，振動す
   る片持梁（６ａ）と、その片持梁（６ａ）の基端部に形
   成された圧電変換器（６ｂ）とからなるカンチレバー型
   半導体感圧センサチップである加速度センサ。
2. 【請求項２】 ケース（３，４）と、そのケース（３，
   ４）内に収納された加速度伝達媒体（８）と、前記ケー
   ス（３，４）内に収納され、外部から印加された加速度
   を前記加速度伝達媒体（８）を介して検知する感圧素子
   （１１）と、前記ケース（３，４）のうち少なくとも一
   方に設けられたベローズ（９）とを備えた加速度センサ
   において、 前記感圧素子（１１）は、底部が台形状にくり抜かれた
   薄肉部（１１ａ）と、その薄肉部（１１ａ）上に形成さ
   れた圧電変換器（１１ｂ）とからなるダイアフラム型半
   導体感圧センサチップである加速度センサ。