JPH0886806A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工の後工程で、多層基板に設けた凹部中
に収める回路部の、精度良い位置決めを容易にする。 【構成】 絶縁性基板の一方の面には、検知素子と、
検知素子を覆う検知素子カバーが取付けられ、また他方
の面には密閉空間を形成する多層基板が取り付けられ
る。密閉空間内の絶縁性基板には回路部が設けられ、多
層基板には回路部を収容する凹部が設けられる。回路部
および多層基板は、検知素子と電気的に接続する。凹部
の側面は、開口部に向かって広がるごとく傾斜してお
り、絶縁性基板に位置精度良く接続した回路部を傾斜面
を案内に落とし込むと回路部は傾斜面上の所定位置に精
度良く係止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動物体の加速度や、物
体が衝突した際の衝撃を検出する加速度センサに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】加速度センサは、例えば車両の加速度を
検出して発進時や減速時のサスペンション機構のバネ定
数を調整して車両走行の安定を保つ制御や、車が衝突し
た際に加速度を検知してエアバックを膨らませる車載用
エアバックセンサなどに用いられる。その加速度センサ
の一例として靜電容量変化を利用したものが知られてい
る。

【０００３】本願の発明者は、特願平６−２０１３７８
号の明細書において、図３乃至図５に示す第一の靜電容
量式加速度センサおよび図６に示す第二の静電容量式加
速度センサを提案した。

【０００４】まず、第一の靜電容量式加速度センサは、
絶縁性基板１と、検知素子２と、検知素子カバー３と、
回路部４と、多層基板５とから構成されている。

【０００５】絶縁性基板１は、ガラス、シリコン、セラ
ミック等の材料によって形成された四角状の板である。
絶縁性基板１の表面中央部には長方形状の開口を持つ深
さ１０μｍ程度の凹部６が形成されている。

【０００６】検知素子２は、低抵抗の半導体にエッチン
グを施して形成された可動部７と、固定部８とから構成
されている。

【０００７】可動部７は、重り９と、可動電極板１０
Ａ、１０Ｂと、梁１１Ａ、１１Ｂと、可動支持部１２
Ａ、１２Ｂと、接続板１３Ａ、１３Ｂとから形成されて
いる。重り９は直方体形状をなし、重り９の長辺両側面
には垂直かつ等間隔に長さの等しい板状の短い可動電極
板１０Ａ、１０Ｂが櫛歯状に一体に設けられている。な
お、可動電極板１０Ａ、１０Ｂは加速度が加わっても変
形しない程度の厚みを有する。また重り９の短辺両側面
には薄板状の長い梁１１Ａ、１１Ｂが設けられ、梁１１
Ａ、１１Ｂの中央部で、梁１１Ａ、１１Ｂの長辺方向と
重り９の長辺方向とが直角となるように一体に形成され
ている。長方体形状の可動支持部１２Ａ、１２Ｂは、絶
縁性基板１に設けた凹部６の短辺側の開口縁に近接し
て、絶縁性基板１に固着されている。梁１１Ａ、１１Ｂ
と対向する可動支持部１２Ａ、１２Ｂの側面の両端は薄
い接続板１３Ａ、１３Ｂによって、梁１１Ａ、１１Ｂと
一体に接続されている。可動部７がこのように構成され
ることにより、重り９、可動電極板１０Ａ、１０Ｂ、梁
１１Ａ、１１Ｂは接続板１３Ａ、１３Ｂに支持されて、
絶縁性基板１に設けた凹部６の上に浮いた状態に配置さ
れている。

【０００８】固定部８は、直方体状の固定支持部１４
Ａ、１４Ｂと、固定電極板１５Ａ、１５Ｂとから一体に
形成されている。直方体形状の固定支持部１４Ａ、１４
Ｂは、その長辺方向が凹部６の長辺両側縁と平行になる
ように、絶縁性基板１の凹部６の長辺両側の開口縁に沿
って絶縁性基板１の表面に固着されている。重り９と対
向する固定支持部１４Ａ、１４Ｂの長辺側面には重り９
の方向に延びかつ固定支持部１４Ａ、１４Ｂに対して垂
直かつ等間隔に長さのそろった板状の短い固定電極板１
５Ａ、１５Ｂが櫛歯状に一体に配設されており、この固
定電極板１５Ａ、１５Ｂは可動電極板１０Ａ、１０Ｂと
微少間隔を形成して互いに対向するように配設されてい
る。固定電極板１５Ａ、１５Ｂは、加速度が加わっても
変形しない程度の厚みを有する。

【０００９】検知素子２は、上述のような構造に形成さ
れることにより、加速度が重り９の長辺方向に加わった
際は、薄く形成された梁１１Ａ、１１Ｂが容易に変形す
る結果、可動電極板１０Ａ、１０Ｂと固定電極板１５
Ａ、１５Ｂとの間隔が変わることにより靜電容量が変化
し、加速度が検知される。

【００１０】絶縁性基板１の検知素子２と反対側の面１
Ａの周縁部には四角枠状の第一の枠導体部１６が形成さ
れている。また、絶縁性基板１には、固定支持部１４
Ａ、１４Ｂの位置に貫通孔１７Ａ、１７Ｂが開けられ、
貫通孔１７Ａ、１７Ｂの内部には導体部（図示せず）を
設け、絶縁性基板１の表裏面を導通するスルーホールが
形成されている。また、可動支持部１２Ａ、１２Ｂの少
なくとも一方にも、固定支持部１４Ａ、１４Ｂと同様
に、スルーホールが形成されている（図示せず）。絶縁
性基板１の裏面のスルーホールの周縁部には、スルーホ
ールと電気的に接続する第一の導体部１８が形成され、
その内側には第二の導体部１９が形成されている。第一
の導体部１８と第二の導体部１９は、絶縁性基板１の第
一の面１Ａに形成された所定パターンを成すリード部
（図示せず）によって接続されており、検知素子２によ
って得られる靜電容量変化の信号が回路部４に入力され
る。第一の枠導体部１６、第一の導体部１８、第二の導
体部１９、リード部は、焼き付け、スパッタリング等の
方法を用いて形成されている。また、貫通孔１７Ａ、１
７Ｂの内部の導体部は、スパッタリングあるいは導電ペ
ーストを注入する等の方法で形成されている。

【００１１】検知素子カバー３は、例えばシリコン等に
よって形成され、四角板２０と、四角板２０の各周縁部
に形成した立設部２１とから一体に形成されている。検
知素子カバー３は、検知素子２を覆うように被せられ、
絶縁性基板１の第二の面１Ｂに固着されている。この結
果、検知素子２は、絶縁性基板１と検知素子カバー３と
によって完全に密閉されている。

【００１２】回路部４は、例えばＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌ
ｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の回路チップであり、内部には
検知素子２によって得られる靜電容量変化を電気的に処
理するための、例えば発振回路、増幅回路等が形成され
ている。回路部４の表面に設けた複数の回路接続用端子
２２は、絶縁性基板１の裏面に設けられた第二の導体部
１９に、高融点半田２３を用いて接続されている。この
結果、回路部４は、スルーホール、第一の導体部１８、
リード部、第二の導体部１９、高融点半田２３、回路接
続用端子２２とからなる第一の接続部によって検知素子
２と電気的に接続される。

【００１３】多層基板５は、ガラスエポキシ材料または
セラミック材料等によって形成された、絶縁性基板１と
同じ大きさの四角状の基板である。多層基板５の絶縁性
基板１側の第一の面５Ａの中央部には回路部４を収容す
るための垂直に形成された四角柱状の凹部２４が設けら
れている。多層基板５の第一の面５Ａの周縁部には、第
一の枠導体部１６と対向して、四角枠状の第二の枠導体
部２５が形成されている。第一の枠導体部１６と第二の
枠導体部２５とは、高融点半田２３によって固着されて
いる。この結果、第一の枠導体部１６と第二の枠導体部
２５とは密着し、両者の間には密閉空間が形成されてい
る。なお、第一の枠導体部１６と第二の枠導体部２５
は、密着するために使用するだけでなく、アース接続用
に使用しても良い。多層基板５の第一の面５Ａには、絶
縁性基板１の第一の面１Ａの第一の導体部１８と対向す
る位置に絶縁性基板接続部２６が設けられ、高融点半田
２３を用いて、第一の導体部１８と接続されている。こ
の結果、多層基板５は、スルーホールと、第一の導体部
１８と、高融点半田２３と、絶縁性基板接続部２６とか
らなる第二の接続部によって検知素子２と電気的に接続
される。多層基板５の内部にはコンデンサあるいは抵抗
等が形成されており、さらに多層基板５の第一の面５Ａ
の対向面には印刷方法によって抵抗２７が形成されるだ
けでなく、複数の外部端子２８が配設され、第一の加速
度センサによって得られる出力信号が外部に取り出され
る。

【００１４】次に第二の靜電容量式加速度センサの構造
を図６を用いて説明する。

【００１５】第二の加速度センサは、絶縁性基板２９
と、検知素子２と、回路部４と、多層基板３０とから構
成されている。検知素子２の構造および絶縁基板２９に
固着する方法は、第一の加速度センサと同じなため、同
じ番号を用いて説明を省略する。また、回路部の構造
は、第一の加速度センサと同じなため、同じ番号を用い
て説明を省略する。

【００１６】絶縁性基板２９は、ガラス、シリコン、セ
ラミック等の材料によって形成された四角状の板であ
る。絶縁性基板２９の面２９Ａの中央部には長方形状の
開口を持つ深さ１０μｍ程度の凹部３１が形成されてい
る。絶縁性基板２９の面２９Ａの周縁部には、検知素子
２と同じ厚みを有する四角枠状の枠３２が固着されてい
る。枠３２の全面と、検知素子２の固定支持部１４Ａ、
１４Ｂの所定位置と、可動支持部１２Ａ、１２Ｂの少な
くとも一方の所定位置にはそれぞれ第一の枠導体部３
３、固定支持側導体部３４、可動支持側導体部（図示せ
ず）が形成されている。第一の枠導体部３３、固定支持
側導体部３４、可動支持側導体部は、焼き付け、スパッ
タリング等の方法を用いて形成されている。

【００１７】多層基板３０は、ガラスエポキシ材料また
はセラミック材料等によって形成された、絶縁性基板２
９と同じ大きさの四角状の基板である。多層基板３０の
面３０Ａの中央部には回路部４を収容するための、垂直
に形成された四角柱状の凹部３５が設けられている。多
層基板３０の面３０Ａの周縁部には、第一の枠導体部３
３と対向して、四角枠状の第二の枠導体部３６が形成さ
れている。第一の枠導体部３３と第二の枠導体部３６と
は、高融点半田２３によって固着されている。この結
果、第一の枠導体部３３と第二の枠導体部３６とは密着
し、両者の間には密閉空間が形成されている。なお、第
一の枠導体部３３と第二の枠導体部３６は、密着するた
めに使用するだけでなく、アース接続用に使用しても良
い。多層基板３０の第一の面３０Ａには、固定支持側導
体部３４および可動支持側導体部にそれぞれ対向して多
層基板側導体部３７が設けられ、高融点半田２３を用い
て、固定支持側導体部３４および可動支持側導体部と接
続されている。この結果、多層基板３０は、高融点半田
２３と、多層基板側導体部３７と、固定支持側導体部３
４あるいは可動支持側導体部とからなる第一の接続部に
よって検知素子２と電気的に接続される。また、凹部３
５の底部には回路部４に設けた複数の回路接続用端子２
２と接続するための回路用導体部３８が形成され、両者
は高融点半田２３を用いて接続されている。この結果、
回路部４は、回路接続用端子２２、高融点半田２３、回
路用導体部３８からなる第二の接続部によって多層基板
３０と電気的に接続される。多層基板３０の内部にはコ
ンデンサあるいは抵抗等が形成されており、多層基板３
０の第一の面３０Ａの反対面には印刷方法によって抵抗
３９が形成されているだけでなく、複数の外部端子４０
が配設され、第二の加速度センサによって得られる出力
信号が外部に取り出される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、同一発
明者によって提案された上述の第一の靜電容量式加速度
センサおよび第二の靜電容量式加速度センサは、回路部
４を収用する凹部２４、３５が多層基板５、３０の表面
に対して垂直に形成されているため、凹部２４、３５の
開口部が回路部４の形状より少し大きい場合には、回路
部４の位置決めは容易にできるが、はめ込む際の作業性
を良くするための改良点があった。また、凹部２４、３
５の開口部が回路部４の形状より大きくすると、作業性
は良いが、位置決めが困難であり、専用の治具が必要で
あった。さらに、これら凹部２４、３５の開口部が形状
に起因した接続不良などの発生率が高く、改善が必要で
あった。

【００１９】そこで、本発明は、回路部４の位置決めが
容易で、電気的信頼性の高い加速度センサを提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の、加速度センサ
は、上記目的を達成するために次のような構成が用いら
れる。すなわち、第一の特徴は、絶縁性基板と、該絶縁
性基板の一方の面に取付けた検知素子と、該検知素子を
覆うように前記絶縁性基板に固着した検知素子カバー
と、前記絶縁性基板の他方の面に固着して密閉空間を形
成するとともに、第二の接続部を介して前記検知素子に
接続する多層基板と、該多層基板の前記絶縁性基板と対
向する面に設けた凹部と、該凹部中に収容され、第一の
接続部を介して前記検知素子に接続する回路部とからな
る加速度センサにおいて、前記凹部の側面は開口部に向
かって広がるごとく傾斜して前記回路部の位置を傾斜面
あるいは前記凹部の底面で規制するものであり、第二の
特徴は、絶縁性基板と、該絶縁性基板に取付けた検知素
子と、前記絶縁性基板に固着して密閉空間を形成すると
ともに、第一の接続部を介して前記検知素子に接続する
多層基板と、該多層基板の前記検知素子と対向する面に
設けた凹部と、該凹部中に収容され、第二の接続部を介
して前記多層基板に接続する回路部とからなる加速度セ
ンサにおいて、前記凹部の側面は開口部に向かって広が
るごとく傾斜して前記回路部を前記凹部の傾斜面上に係
止するものである。

【００２１】

【作用】第一の特徴の場合は、絶縁性基板に位置精度良
く接続した回路部を、多層基板に設けた凹部の開口部に
向かって広がる傾斜面を案内にして落とし込むと、回路
部は傾斜面の途中位置に係止され、或いは凹部の底面に
固定され、回路部の位置が規制されつつ位置決めされ
る。絶縁性基板と、多層基板を接続する絶縁性基板の第
一の枠導体部と第一の導体部はそれぞれ多層基板の第二
の枠導体部と絶縁性基板接続部と対向する位置に精度良
く配置され、高融点半田を用いて半田付けされる。

【００２２】第二の特徴の場合は、回路部を、多層基板
に設けた凹部の開口部に向かって広がる傾斜面を案内に
して落とし込むと、回路部は傾斜面の所定位置に係止さ
れ、回路部と多層基板を接続するための導体部どうしが
精度良く向い合い、高融点半田を用いて半田付けされ
る。

【００２３】

【実施例】図１を用いて、本発明に係る第一の靜電容量
式加速度センサの実施例を説明する。凹部の形状以外
は、図３乃至図５に示す従来の第一の靜電容量式加速度
センサと同じなため、同じ番号を用いて説明は省略す
る。

【００２４】凹部４１の側面は、凹部４１の底部から開
口部に向かって広がるごとく傾斜しており、多層基板５
の第一の面５Ａに対して一定の傾斜角を有する。

【００２５】絶縁性基板１には回路部４を位置精度良く
固定し、かつ回路接続している。回路部４を凹部４１の
中に傾斜面を案内に落とし込むと、回路部４が凹部４１
の傾斜面と線接触しながら滑っていく。凹部４１の４方
向の傾斜面のうち、少なくとも対向する２方向の傾斜面
間の途中寸法が、回路部４の挿入端子寸法と同じになる
と回路部４は傾斜面の途中位置に止まる。なお、凹部４
１の深さは、回路部４を落とし込んだ際、回路接続用端
子２２が多層基板５の第一の面５Ａとほぼ同一面となる
ように設定する。なお、凹部４１の深さ、および傾斜角
との設定によって、回路部４を傾斜面上に係止せずに、
凹部４１の底面に固定しても良い。この結果、第一の導
体部１８と絶縁性基板接続部２６および第一の枠導体部
１６と第二の枠導体部２５は、対向する位置に精度良く
配置される。つまり、絶縁性基板１と多層基板５が正確
に位置決めされる。第一の導体部１８と絶縁性基板接続
部２６および第一の枠導体部１６と第二の枠導体部２５
は、高融点半田２３によって確実に接続される。

【００２６】図２を用いて、本発明に係る第二の靜電容
量式加速度センサの実施例を説明する。凹部以外は図６
に示す従来の第一の靜電容量式加速度センサと同じなた
め、同じ番号を用いて説明は省略する。

【００２７】凹部４２の側面は、凹部４２の底部から開
口部に向かって広がるごとく傾斜しており、多層基板３
０の第一の面３０Ａに対して一定の傾斜角を有する。

【００２８】回路部４を凹部４２の中に傾斜面を案内に
落とし込むと、回路部４は凹部４２の傾斜面と線接触し
ながら滑っていく。凹部４２の４方向の傾斜面の内、少
なくとも対向する２方向の傾斜面間の途中寸法が、回路
部４の挿入端子寸法と同じになると回路部４は傾斜面の
途中位置に止まる。なお、凹部４２の深さは、回路部４
を落とし込んだ際、回路部４の回路接続用端子２２と対
向する面が多層基板３０の第一の面３０Ａとほぼ同一面
となるように設定する。この結果、回路接続用端子２２
と回路用導体部３８は、対向する位置に精度良く配置さ
れる。両者は高融点半田２３によって確実に回路接続さ
れる。回路部４の固定後、絶縁性基板２９を多層基板３
０に対し、検知素子２が内側になるように精密に重ね
る。これにより第一の枠導体部３３と第二の枠導体部３
６および固定支持側導体部３４と多層基板側導体部３７
は、対向する位置に精度良く配置される。第一の枠導体
部３３と第二の枠導体部３６および固定支持側導体部３
４と多層基板側導体部３７は、高融点半田２３によって
確実に接続される。

【００２９】

【発明の効果】回路部が多層基板の凹部の側面の傾斜に
よって案内されるため、凹部の所定位置に精度良くかつ
容易に配置され、回路部をはめ込む際の作業性が良くな
る。また、高融点半田を用いて接続する部分が精度が良
く対向位置に配置されるため、両者の接続が確実にで
き、電気的信頼性が高くなる。さらに、第一の靜電容量
式加速度センサの場合、検知素子と外部端子の位置関係
が正確なため、外部端子を基板等に実装する際に検知素
子の検知方向を正確かつ容易に合わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第一の実施例を示す図である。

【図２】本発明に係る第二の実施例を示す図である。

【図３】従来の第一の加速度センサの分解斜視図であ
る。

【図４】図３に示す従来の第一の加速度センサの、Ａ−
Ａ´における断面図である。

【図５】検知素子の上面図である。

【図６】従来の第二の加速度センサの断面図である。

【符号の説明】

１ 絶縁性基板 ２ 検知素子 ３ 検知素子カバー ４ 回路部 ７ 可動部 ８ 固定部 １７Ａ、１７Ｂ 貫通孔 ２４、３５ 空孔 ４１、４２ 空孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板と、該絶縁性基板の一方の
   面に取付けた検知素子と、該検知素子を覆うように前記
   絶縁性基板に固着した検知素子カバーと、前記絶縁性基
   板の他方の面に固着して密閉空間を形成するとともに、
   第二の接続部を介して前記検知素子に接続する多層基板
   と、該多層基板の前記絶縁性基板と対向する面に設けた
   凹部と、該凹部中に収容され、第一の接続部を介して前
   記検知素子に接続する回路部とからなる加速度センサに
   おいて、前記凹部の側面は開口部に向かって広がるごと
   く傾斜して前記回路部の位置を傾斜面あるいは前記凹部
   の底面で規制する構成を特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】 絶縁性基板と、該絶縁性基板に取付け
   た検知素子と、前記絶縁性基板に固着して密閉空間を形
   成するとともに、第一の接続部を介して前記検知素子に
   接続する多層基板と、該多層基板の前記検知素子と対向
   する面に設けた凹部と、該凹部中に収容され、第二の接
   続部を介して前記多層基板に接続する回路部とからなる
   加速度センサにおいて、前記凹部の側面は開口部に向か
   って広がるごとく傾斜して前記回路部を前記凹部の傾斜
   面上に係止する構成を特徴とする加速度センサ。