JPH09203746A - 力学量センサ、及び、力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】重錘体の動きを確実に制限できる力学量セン
サ、及び、力学量センサの製造方法を提供する。 【解決手段】作用部１４、作用部１４の周囲に形成され
た可撓部１３、及び、可撓部１３の周囲に形成された固
定部１５を有する検出体と、第２基板部２２及び第３基
板部３２から成る重錘体と、第２基板部２１及び第３基
板部３１から成る支持体とを備える。第２基板部２１及
び第２基板部２２は、第２基板２０から切り出される。
第３基板部３１及び第３基板部３２は、第２基板２０よ
りも切削抵抗が小さい第３基板３０から切り出される。
重錘体の第３基板部３２には、支持体の第２基板部２１
の下方側に張り出した突縁３２ａが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度等の力学量
を検出するための力学量センサ、及び、力学量センサの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の動きを把握するために使用される
検出器の一つとして、加速度センサが知られている。従
来の加速度センサは、例えば、図４に示すような構成を
有する。この加速度センサは、４枚の基板（第１基板１
０、第２基板２０、第３基板３０、第４基板４０）で構
成されている。第１基板１０は、作用部（中央厚肉部）
１４と、作用部１４の周囲に形成された可撓部（薄肉
部）１３と、可撓部１３の周囲に形成された固定部（周
辺厚肉部）１５を有しており、加速度を検出するための
検出体として機能する。薄肉部１３には、該薄肉部１３
の撓み量に応じて電気抵抗が変化する複数の抵抗部１１
がそれぞれ所定の位置に形成されている。中央厚肉部１
４の下面には、重錘体が接合されている。重錘体は、検
出体側に位置する第１の層（第２基板部２２）と、該第
１の層の下面に接合された、該第１の層よりも切削抵抗
が小さい第２の層（第３基板部３２０）から成る。周辺
厚肉部１５の下面には、支持体が接合されている。支持
体は、検出体側に位置する第１の層（第２基板部２１）
と、該第１の層の下面に接合された、該第１の層よりも
切削抵抗が小さい第２の層（第３基板部３１０）から成
る。第４基板４０は、重錘体の動きを制限するための台
座である。

【０００３】このような構成を有する加速度センサに対
して、図５（ａ）に示すような横方向の加速度が働いた
場合には、重錘体が中央厚肉部１４の上部の中心を基準
として回転運動を行い、これにともなって、薄肉部１３
が変形する。薄肉部１３に埋め込まれている各抵抗部１
１は、該変形に応じて、電気的な抵抗値が変化する。該
加速度センサは、この電気抵抗の変化を検出すること
で、加速度の向きや大きさを算出している。また、該加
速度センサに対して、図５（ｂ）に示すような縦方向の
加速度が働いた場合には、重錘体が上下し、これにとも
なって、薄肉部１３が変形する。なお、該加速度センサ
に対して横方向に過大な加速度が働いた場合には、重錘
体の動きは、該重錘体の第３基板部３２０の側面部と、
支持体の第３基板部３１０の側面部との間に形成された
ストッパーギャップで制限される。このストッパーギャ
ップは、第３基板３０から、重錘体部分と支持体部分を
ダイシングブレードで切り出す際に形成されるが、本加
速度センサでは、第３基板３０に、切削抵抗の小さい基
板を用いている。よって、第３基板３０については、比
較的薄いダイシングブレードで容易に切断することがで
き、より幅の小さいストッパーギャップを形成すること
ができる。このような加速度センサは、特開平６−３２
４０７６号公報にも開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の加速度センサにおいては、上方向に過大な加速
度が働いた場合に、重錘体の動きを制限できないという
問題がある。重錘体の動きを制限できない場合、薄肉部
１３が過大に変形し、最悪、薄肉部１３の破壊に至る。

【０００５】このような問題点を考慮して、重錘体の動
きを確実に制限できる力学量センサ、及び、力学量セン
サの製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の力学量センサの一態様によれば、作用部と、
該作用部の周囲に形成された可撓部と、該可撓部の周囲
に形成された固定部を有する検出体と、前記作用部の下
面に接合された重錘体と、前記重錘体を隙間をあけて囲
む、前記固定部の下面に接合された支持体とを備え、前
記可撓部には、該可撓部の撓み量に応じて電気抵抗が変
化する抵抗部が形成され、前記重錘体及び前記支持体の
それぞれが、前記検出体側に位置する第１の層と、該第
１の層の下面に接合された、該第１の層よりも切削抵抗
が小さい第２の層を含んで構成された力学量センサにお
いて、前記重錘体の第２の層には、前記支持体の第１の
層の下方側に張り出した突縁が形成され、前記突縁の上
面周縁部と、前記支持体の第１の層の下面との間には、
第１のストッパーギャップが形成され、前記突縁の側面
と、前記支持体の第２の層の内側側面との間には、前記
重錘体の第１の層の側面と、前記支持体の第１の層の内
側側面との間隔よりも小さい間隔の第２のストッパーギ
ャップが形成されていることを特徴とする力学量センサ
が提供される。

【０００７】前述の第１の層は、例えば、ガラスで形成
され、第２の層は、例えば、シリコンで形成される。

【０００８】また、支持体が、重錘体の第２の層との間
で第３のストッパーギャップを形成する台座に支持され
るように構成してもよい。

【０００９】本発明の力学量センサが検出する力学量
は、例えば、加速度であってもよい。

【００１０】また、本発明の力学量センサの製造方法の
一態様によれば、作用部と、該作用部の周囲に形成され
た可撓部と、該可撓部の周囲に形成された固定部を有す
る検出体と、前記作用部の下面に接合された重錘体と、
前記重錘体を隙間をあけて囲む、前記固定部の下面に接
合された支持体とを有し、前記可撓部には、該可撓部の
撓み量に応じて電気抵抗が変化する抵抗部が形成された
力学量センサを製造する際に、前記検出体側に位置する
第１の層と、該第１の層の下面に接合された、該第１の
層よりも切削抵抗が小さい第２の層を含んだ部材から、
前記重錘体と前記支持体を形成する力学量センサの製造
方法において、前記重錘体と前記支持体を形成する工程
には、前記第２の層の上面に前記重錘体の外形に即した
浅溝を形成するステップと、前記第２の層の上面に前記
第１の層を接合するステップと、前記第２の層の上面の
前記浅溝に向けて前記第１の層を切断し、かつ、前記重
錘体の第２の層に、前記支持体の第１の層の下方に配置
される突縁が形成されるように、前記第２の層の上面の
前記浅溝に向けて前記第２の層を切断するステップとが
含まれていることを特徴とする力学量センサの製造方法
が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を加速度センサに適
用した場合の一実施形態について図面を参照しながら説
明する。

【００１２】まず、本実施形態の加速度センサの製造方
法について説明する。該加速度センサの製造にあたって
は、まず、シリコン基板を用意し、その上面（以下、上
面を第１面、下面を第２面とする）に、シリコンのエピ
タキシャル層を成長させる。続いて、該基板の両側に、
例えば窒化珪素膜を成膜する。第２面の窒化珪素膜は、
エッチング工程（図１（ｂ）の工程）で使用する。窒化
珪素膜の成膜には、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ手法（減圧化
学気相堆積手法）を用いることができる。

【００１３】この後、前述のエピタキシャル層上に存在
する窒化珪素膜を剥離し、該エピタキシャル層を露出さ
せる。露出させたエピタキシャル層には、例えば、酸化
珪素膜を成長させる。この酸化珪素膜には、フォトリソ
グラフィを用いて所定のパターニングを施し、パターニ
ングされた当該酸化珪素膜を通して所定の不純物をエピ
タキシャル層に拡散させ、複数の抵抗部（具体的には、
ピエゾ抵抗）をそれぞれ所定の位置に形成する。ピエゾ
抵抗等に接続する金属線も、これと同時に配線する。な
お、抵抗部の数と配置を組み変えることで、加速度セン
サとしては、１軸〜３軸の任意の加速度を検出すること
ができるようになる。一方、シリコン基板の第２面に残
されている窒化珪素膜には、フォトリソグラフィでエッ
チングマスクのパターンを形成する。

【００１４】以上の工程を経たシリコン基板は、図１
（ａ）に示されている。これらの工程については、既に
よく知られているものなので、図面を用いた説明を省略
したが、本実施形態は、これらの工程に限定されるもの
ではない。なお、前記シリコン基板は、以下、第１基板
１０と呼ぶこととする。また、図１（ａ）において、１
１は、抵抗部、１２は、エッチングマスクである。第１
基板（シリコン基板）１０の結晶面は、（１００）であ
り、紙面と垂直なＡ面に対して平行である。

【００１５】つぎに、第１基板１０の第２面から強アル
カリ水溶液（例えば水酸化カリウム水溶液）でエッチン
グを行い、抵抗部１１が埋め込まれているエピタキシャ
ル層１６の裏側まで該エッチングを進行させる。図１
（ｂ）には、エッチングが完了した状態が示されてお
り、第１基板１０には、作用部（中央厚肉部）１４、固
定部（周辺厚肉部）１５、および、可撓部（薄肉部）１
３が形成されている。

【００１６】続いて、第３基板３０の上面に、目的とす
る重錘体の外形に即した浅溝（目的の重錘体の上面（下
面）の外形線を含んだ、所定の幅を持つ正方形状の浅
溝）３０ａを例えばエッチングにより形成する。浅溝３
０ａを形成した第３基板３０の上面には、第２基板２０
の下面を接合し、その後、第３基板３０の前記浅溝に向
けて第２基板２０をダイシングブレードで切断する。こ
れにより、重錘体の第２基板部２２と、第２基板部２１
が形成される。この様子は、図１（ｃ）に示されてい
る。なお、第２基板部２１は、後述する第３基板部３１
と共に支持体を構成する。

【００１７】その後、第２基板２０の上面に第１基板１
０の下面を接合する。具体的には、重錘体の第２基板部
２２の上面と、中央厚肉部１４の下面とを接合し、支持
体の第２基板部２１の上面と、周辺厚肉部１５の下面と
を接合する。

【００１８】つぎに、図１（ｄ）に示すように、第３基
板３０の上面の浅溝３０ａに向けて該第３基板３０を切
断する。この際、重錘体の第３基板部３２に、支持体の
第２基板部２１の下方に配置される突縁３２ａが形成さ
れるように切断を行う。なお、第３基板３０には、第２
基板２０よりも切削抵抗が小さいものを用いており、本
実施形態では、第２基板２０をガラス材で、第３基板３
０をシリコンで形成している。よって、第３基板３０
は、比較的薄いダイシングブレードで容易に切断するこ
とができる。このようにすれば、切断溝の幅をより小さ
くすることができ、重錘体の僅かな動きまで制限するこ
とができる。この溝幅は、例えば、数十μｍまで小さく
することできる。重錘体の第３基板部３２及び支持体の
第３基板部３１には、ここでは、図示されていない台座
４０を接合する。台座４０は、例えば、ガラスやセラミ
ックスで形成してもよい。なお、台座４０は、例えば、
該加速度センサが収納されるパッケージの取付け面その
ものであってもよい。

【００１９】なお、図１（ｃ）において、ガラス基板で
ある第２基板２０と、シリコン基板である第１基板１０
（第３基板３０）との接合には、例えば、陽極接合法を
用いることができる。陽極接合法は、接合する部材間に
所定の電圧を印加して温度を上げ、両者を加圧しながら
接合する方法である。図１（ｄ）における、第３基板３
０と台座４０との接合にも、前述の陽極接合法を用いる
ことができる。

【００２０】以上の工程を経て完成した加速度センサ
は、図２に示すような構成を有することとなる。すなわ
ち、該加速度センサは、作用部１４、作用部１４の周囲
に形成された可撓部１３、及び、可撓部１３の周囲に形
成された固定部１５を有する検出体と、作用部１４の下
面に接合された重錘体と、重錘体を隙間をあけて囲む、
固定部１５の下面に接合された支持体とを備えている。
また、可撓部１３には、該可撓部１３の撓み量に応じて
電気抵抗が変化する抵抗部１１が形成され、重錘体及び
支持体のそれぞれが、前記検出体側に位置する第１の層
と、該第１の層の下面に接合された、該第１の層よりも
切削抵抗が小さい第２の層を含んで構成される。重錘体
の第１の層とは、前述の第２基板部２２であり、重錘体
の第２の層とは、第３基板部３２である。支持体の第１
の層とは、第２基板部２１であり、支持体の第２の層と
は、第３基板部３１である。そして、本加速度センサで
は、重錘体の第３基板部３２に、支持体の第２基板部２
１の下方側に張り出した突縁３２ａが形成されているた
め、突縁３２ａの上面周縁部と、支持体の第２基板部２
１の下面との間には、第１のストッパーギャップ５０が
形成され、突縁３２ａの側面と、支持体の第２基板部３
１の内側側面との間には、第２のストッパーギャップ６
０が形成されることとなる。そして、この第２のストッ
パーギャップ６０は、前述したように、重錘体の第２基
板部２２の側面と、支持体の第２基板部２１の内側側面
との間隔よりも小さい間隔となっている。各構成部材う
ち、第２基板２０及び第３基板２０に関する部分につい
ては、図３（ａ）、（ｂ）に抜き出して示してある。図
３（ａ）は、第２基板２０及び第３基板２０に関する部
分を上方から見た場合の様子を示したものである。図３
（ａ）においては、浅溝３０ａや、ダイシングブレード
による切断溝（ストッパーギャップを含む）の位置関係
を理解しやすいよう、第２基板２０を透明体として図示
している。図３（ｂ）は、これらの基板の側面図であ
る。７０は、第２基板２０から、重錘体の第２基板部２
２と支持体の第２基板部２１を切り出す際に形成された
切断溝である。

【００２１】このような構成を有する加速度センサにお
いて、例えば、図５（ａ）に示すような横方向の加速度
が働いた場合には、前述の第２のストッパーギャップ６
０によって重錘体の動きが制限される。また、図５
（ｂ）に示すような縦方向の加速度が働いた場合には、
第１のストッパーギャップ５０によって重錘体の動きが
制限される。

【００２２】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は、加速度センサ以外の様々な力学量セン
サにも適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、重錘体の第２の層に、
支持体の第１の層の下方側に張り出した突縁が形成され
ているため、この突縁によって重錘体の動きを確実に制
限することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を加速度センサに適用した場合の一実施
形態の各製造工程に関する説明図。

【図２】図１の各工程を経て製造された加速度センサの
構成図。

【図３】図２の加速度センサの一部を上方から見た場合
の構成図。

【図４】従来の加速度センサの構成図。

【図５】図４の加速度センサの動作に関する説明図。

【符号の説明】

１０：第１基板、 １１：抵抗部、 １２：エッチングマスク、 １３：薄肉部、 １４：中央厚肉部、 １５：周辺厚肉部、 １６：エピタキシャル層、 ２０：第２基板、 ２１：支持体の第２基板部、 ２２：重錘体の第２基板部、 ３０：第３基板、 ３０ａ：浅溝、 ３１、３１０：支持体の第３基板部、 ３２、３２０：重錘体の第３基板部、 ３２ａ：突縁、 ４０：第４基板、 ５０：第１のストッパーギャップ、 ６０：第２のストッパーギャップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作用部と、該作用部の周囲に形成された可
   撓部と、該可撓部の周囲に形成された固定部を有する検
   出体と、 前記作用部の下面に接合された重錘体と、 前記重錘体を隙間をあけて囲む、前記固定部の下面に接
   合された支持体とを備え、 前記可撓部には、該可撓部の撓み量に応じて電気抵抗が
   変化する抵抗部が形成され、 前記重錘体及び前記支持体のそれぞれが、前記検出体側
   に位置する第１の層と、該第１の層の下面に接合され
   た、該第１の層よりも切削抵抗が小さい第２の層を含ん
   で構成された力学量センサにおいて、 前記重錘体の第２の層には、前記支持体の第１の層の下
   方側に張り出した突縁が形成され、 前記突縁の上面周縁部と、前記支持体の第１の層の下面
   との間には、第１のストッパーギャップが形成され、 前記突縁の側面と、前記支持体の第２の層の内側側面と
   の間には、前記重錘体の第１の層の側面と、前記支持体
   の第１の層の内側側面との間隔よりも小さい間隔の第２
   のストッパーギャップが形成されていることを特徴とす
   る力学量センサ。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記第１の層は、ガラスで形成されており、 前記第２の層は、シリコンで形成されていることを特徴
   とする力学量センサ。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記支持体は、前記重錘体の第２の層との間で第３のス
   トッパーギャップを形成する台座に支持されていること
   を特徴とする力学量センサ。
4. 【請求項４】請求項１、２または３において、 前記力学量は、加速度であることを特徴とする力学量セ
   ンサ。
5. 【請求項５】作用部と、該作用部の周囲に形成された可
   撓部と、該可撓部の周囲に形成された固定部を有する検
   出体と、 前記作用部の下面に接合された重錘体と、 前記重錘体を隙間をあけて囲む、前記固定部の下面に接
   合された支持体とを有し、 前記可撓部には、該可撓部の撓み量に応じて電気抵抗が
   変化する抵抗部が形成された力学量センサを製造する際
   に、 前記検出体側に位置する第１の層と、該第１の層の下面
   に接合された、該第１の層よりも切削抵抗が小さい第２
   の層を含んだ部材から、前記重錘体と前記支持体を形成
   する力学量センサの製造方法において、 前記重錘体と前記支持体を形成する工程には、 前記第２の層の上面に前記重錘体の外形に即した浅溝を
   形成するステップと、 前記第２の層の上面に前記第１の層を接合するステップ
   と、 前記第２の層の上面の前記浅溝に向けて前記第１の層を
   切断し、かつ、前記重錘体の第２の層に、前記支持体の
   第１の層の下方に配置される突縁が形成されるように、
   前記第２の層の上面の前記浅溝に向けて前記第２の層を
   切断するステップとが含まれていることを特徴とする力
   学量センサの製造方法。