JPH1062448A - 外力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極突起を保護カバーからスルーホールを介
して外部に露出させることにより、固定部および可動部
を外部回路等に簡単な構造で接続でき、接続部の信頼性
を確実に向上できるようにする。 【解決手段】 加速度センサ２１を、基板２２と、この
基板２２上に設けた各固定部２４および可動部２７から
なる加速度検出部２３と、隔壁３１および蓋体３２を有
する保護カバー３０とから構成する。そして、可動部２
７を、各支持部２７Ａ、各梁２７Ｂおよび質量部２７Ｃ
から構成する。また、各固定部２４と可動部２７との間
には、固定側くし状電極２６と可動側くし状電極２８と
からなる各変位検出部２９を形成する。そして、各固定
部２４と各支持部２７Ａには、蓋体３２の各スルーホー
ル３３を介して外部に露出される各電極突起３５を突出
形成する。さらに、各電極突起３５をボンディングワイ
ヤ３７を介して外部の信号処理回路等に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば加速度、角
速度等を静電容量の変化に基づいて検出するのに用いて
好適な外力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ここで、従来技術による外力検出装置と
して図１６および図１７に示す加速度センサを例に挙げ
て説明する。

【０００３】図中、１はマイクロマシニング技術により
作製された加速度センサ、２は該加速度センサ１の本体
をなすように例えば高抵抗な単結晶のシリコンから形成
された四角形状の基板をそれぞれ示し、該基板２上には
後述の加速度検出部３が形成され、該加速度検出部３は
後述の保護カバー９により覆われている。

【０００４】３は加速度を検出する加速度検出部を示
し、該加速度検出部３は、例えば低抵抗なシリコン板等
から形成され、後述する左，右の各固定部４と、該各固
定部４間に配設された可動部７とから構成されている。

【０００５】４，４は低抵抗なシリコンにより形成され
た一対の固定部で、該各固定部４は絶縁層５を介して基
板２上に固着され、Ｘ軸方向に離間している。また、各
固定部４の側面には固定側くし状電極６が形成され、該
固定側くし状電極６は、可動部７の質量部７Ｃに向けて
くし状に突出する複数の電極板６Ａ，６Ａ，…（２個の
み図示）を有している。

【０００６】７は低抵抗なシリコンにより形成された可
動部で、該可動部７は、基板２上に固着された一対の支
持部７Ａと、基端側が該各支持部７Ａにそれぞれ一体形
成され、基板２の中央側に向けて延びる梁７Ｂ，７Ｂ
と、該各梁７Ｂの先端側に一体形成され、該各梁７Ｂに
より基板２から離間した状態でＹ軸方向に変位可能に支
持された質量部７Ｃとから構成されている。

【０００７】また、質量部７Ｃの側面には可動側くし状
電極８，８が形成され、該各可動側くし状電極８は各固
定部４に向けてくし状に突出する複数の電極板８Ａ，８
Ａ，…を有し、該各電極板８Ａと固定側くし状電極６の
各電極板６Ａとは、Ｙ軸方向に微小な離間寸法をもって
対向している。

【０００８】９は基板２との間で加速度検出部３を保護
する保護カバーで、該保護カバー９は図１７に示す如
く、基板２の外周に位置して加速度検出部３を取囲むよ
うに形成された隔壁１０と、該隔壁１０を施蓋するよう
に例えばガラス等の絶縁材料により形成された蓋体１１
とから構成されている。また、蓋体１１の下側面は各固
定部４と各支持部７Ａとに当接している。

【０００９】１２，１２，…は蓋体１１に穿設されたス
ルーホールを示し、該各スルーホール１２は蓋体１１と
各固定部４との当接位置および蓋体１１と各支持部７Ａ
との当接位置に開口している。

【００１０】１３，１３，…は保護カバー９の各スルー
ホール１２内に充填された例えば銀等の導電性材料を主
成分とした導電性ペーストで、該各導電性ペースト１３
は下端側が各固定部４と各支持部７Ａとに接触し、上端
側が後述の電極パッド１４に接触している。

【００１１】１４，１４，…は金属材料からなる環状の
電極パッドで、該各電極パッド１４はスルーホール１２
の外周側に位置して蓋体１１の上面に固着され、該各電
極パッド１４にはボンディングワイヤ１５，１５，…が
接続されている。

【００１２】１６，１６，…は各スルーホール１２の位
置で各固定部４と各支持部７Ａに固着された他の電極パ
ッドで、該各電極パッド１６は導電性ペースト１３を各
固定部４と各支持部７Ａに確実に接続するためのもので
ある。

【００１３】これにより、加速度検出部３の各固定部４
および可動部７は、各導電性ペースト１３、各電極パッ
ド１４および各ボンディングワイヤ１５を介して外部の
信号処理回路（図示せず）等に接続されている。

【００１４】従来技術による加速度センサ１は上述の如
き構成を有するもので、次にその作動について説明す
る。

【００１５】まず、例えば加速度センサ１に対してＹ軸
方向に加速度が加えられると、可動部７の質量部７Ｃが
この加速度に応じて各固定部４に対しＹ軸方向に変位す
るから、該各固定部４と可動部７との間では、固定側く
し状電極６の各電極板６Ａと可動側くし状電極８の各電
極板８Ａとの間の離間寸法が変化し、これらの間の静電
容量が変化する。

【００１６】そして、この静電容量の変化は、各固定部
４および可動部７から各導電性ペースト１３、各電極パ
ッド１４および各ボンディングワイヤ１５等を介して外
部の信号処理回路等に検出信号として導出することがで
き、加速度センサ１に加えられた加速度を静電容量の変
化として検出することができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、基板２と保護カバー９との間に画成した空
間内に加速度検出部３の質量部７Ｃ等を収容している。
このため、内部の加速度検出部３と外部の信号処理回路
等とは、保護カバー９の各スルーホール１２内に充填し
た導電性ペースト１３等を介して接続している。

【００１８】即ち、保護カバー９の上面側には各スルー
ホール１２の周囲に電極パッド１４を形成し、保護カバ
ー９の下面側には加速度検出部３の各固定部４および各
支持部７Ａ上に各電極パッド１６を形成した上で、導電
性ぺースト１３を各スルーホール１２内に充填する。そ
して、各導電性ぺ−スト１３を保護カバー９の上面側で
ボンディングワイヤ１５に確実に接続し、保護カバー９
の下面側で加速度検出部３に確実に接続するようにして
いる。

【００１９】このため、従来技術では、加速度検出部３
を外部の信号処理回路等に接続するための部品点数や接
続作業の工数が増大し、加速度センサ１の実装に手間が
かかるという問題がある。

【００２０】また、導電性ペースト１３の材料は、その
熱膨張率が低抵抗なシリコンからなる加速度検出部３
や、ガラス等からなる蓋体１１と大きく異なる。このた
め、外部の温度変化等により導電性ペースト１３が膨張
し、固定部４や保護カバー９に応力ひずみが発生し、導
電性ペースト１３による接続部の信頼性が低下するとい
う問題がある。

【００２１】さらに、各スルーホール１２は、導電性ペ
ースト１３を各スルーホール１２の下端側まで確実に充
填するため、ある程度大きい穴径寸法に形成せざるを得
ず、このため従来技術では、各スルーホール１２の穴径
寸法が障害となって加速度センサ１を小型化することが
できないという問題がある。

【００２２】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は、固定部および可動部を外部の
信号処理回路等に簡単な構造で接続でき、接続部の信頼
性を向上させることのできる外力検出装置を提供するこ
とを目的としている。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する外力検出装置は、基板と、該
基板上に設けられた固定部と、前記基板上に設けられ、
該固定部との間に形成された離間寸法を外部から加わる
力によって変位させる可動部と、該可動部と固定部とを
覆うように前記基板上に設けられた保護カバーとを備え
ている。

【００２４】そして、請求項１に記載の発明が採用する
構成の特徴は、前記保護カバーには前記固定部に対応す
る位置に開口する固定部側スルーホールを穿設し、前記
固定部には該固定部側スルーホール内に挿通する電極突
起を形成すると共に、前記保護カバーには前記可動部に
対応する位置に開口する可動部側スルーホールを穿設
し、前記可動部には該可動部側スルーホール内に挿通す
る電極突起を形成したことにある。

【００２５】このように構成することにより、保護カバ
ーに覆われた固定部を該保護カバーの固定部側スルーホ
ール内に挿通された電極突起を介して外部の信号処理回
路等に簡単に接続できる。また、可動部も電極突起を介
して外部の信号処理回路に接続でき、固定部と可動部と
の間で検出した外部から加わる力を各電極突起を介して
外部の信号処理回路等に検出信号として導出することが
できる。

【００２６】また、請求項２に記載の発明では、前記可
動部を、前記基板上に固定された支持部と、該支持部に
梁を介して変位可能に設けられた質量部とから構成し、
該質量部と固定部との間には外部から加わる加速度を質
量部の固定部に対する変位量として検出する変位検出手
段を設けたことにある。

【００２７】これにより、外部から加わる加速度に応じ
て可動部の質量部を固定部に対し変位させることができ
るから、この加速度を変位位検出手段によって質量部の
固定に対する変位量として検出することができる。

【００２８】さらに、請求項３に記載の発明では、前記
可動部を、前記基板上に固定された支持部と、該支持部
に梁を介して平行方向の２軸に変位可能に設けられた質
量部とから構成し、該質量部と固定部との間には質量部
を平行方向の２軸のうち一方の軸方向に振動させる振動
発生手段を設け、前記質量部と固定部との間には該振動
発生手段によって質量部を平行方向の２軸のうち一方の
軸方向に振動させた状態で垂直軸周りに加わる角速度を
前記質量部の平行方向のうち他方の軸方向に変位する変
位量として検出する変位検出手段を設けたことにある。

【００２９】これにより、振動発生手段によって可動部
の質量部を平行方向の２軸のうち一方の軸方向に振動さ
せることができ、この状態で外部から垂直軸周りに角速
度が加えられたときには、該質量部をコリオリ力により
前記角速度に応じて平行方向の２軸のうち他方の軸方向
に変位させることができ、この角速度を変位検出手段に
よって質量部の固定部に対する変位量として検出するこ
とができる。

【００３０】また、請求項４に記載の発明では、前記変
位検出手段を、前記質量部の前記固定部に対する変位を
静電容量の変化として検出する構成としたことにある。

【００３１】これにより、可動部の質量部が外部から加
わる力に応じて固定部に対し変位したときには、該固定
部と質量部との間に形成されたコンデンサの電極間距離
または有効面積が変化することにより、この変位量を変
位検出手段により固定部と可動部との間の静電容量の変
化として検出でき、外部から加えられた力をこの静電容
量の変化として検出することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に従って詳細に説明する。

【００３３】ここで、図１ないし図１３は本発明による
第１の実施例を示し、本実施例では、外力検出装置とし
て加速度センサを例に挙げて説明する。なお、実施例で
は、前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を
付し、その説明を省略するものとする。

【００３４】図中、２１は本実施例による加速度センサ
を示し、該加速度センサ２１は従来技術による加速度セ
ンサ１とほぼ同様に、例えば単結晶のシリコン等から形
成された基板２２と、該基板２２上に形成された後述の
加速度検出部２３と、保護カバー３０とから構成されて
いる。

【００３５】２３は加速度を検出する加速度検出部を示
し、該加速度検出部２３は、例えば低抵抗なシリコン板
等から形成され、後述の各固定部２４，２４と、該各固
定部２４間に配設された可動部２７とから構成されてい
る。

【００３６】２４，２４は低抵抗なシリコンにより形成
された一対の固定部で、該各固定部２４は図２に示すよ
うに、例えばシリコン酸化膜等からなる絶縁層２５を介
して基板２２上に固定され、Ｘ軸方向に互いに離間して
いる。また、各固定部２４の側面には図１に示す如く固
定側くし状電極２６が形成され、該固定側くし状電極２
６は、後述する可動部２７の質量部２７Ｃに向けてくし
状に突出する複数の電極板２６Ａ，２６Ａ，…を有して
いる。また、各固定部２４の上面には、後述の各電極突
起３５が垂直に突出形成されている。

【００３７】２７は低抵抗なシリコンにより形成された
可動部で、該可動部２７は、Ｙ軸方向に離間して基板２
２上に固定され、その上面に各電極突起３５が垂直に突
出形成された一対の支持部２７Ａ，２７Ａと、基端側が
該各支持部２７Ａにそれぞれ一体形成され、基板２２の
中央側に向けてＸ軸方向に延びる梁２７Ｂ，２７Ｂと、
該各梁２７Ｂの先端側に一体形成され、該各梁２７Ｂに
より基板２２から離間した状態でＹ軸方向に変位可能に
支持された質量部２７Ｃとから構成されている。

【００３８】また、質量部２７Ｃの左，右の側面には可
動側くし状電極２８，２８が形成され、該各可動側くし
状電極２８は、各固定部２４に向けてくし状に突出する
複数の電極板２８Ａ，２８Ａ，…を有し、該各電極板２
８Ａと固定側くし状電極２６の各電極板２６Ａとは、そ
れぞれＹ軸方向に微小な離間寸法をもって対向してい
る。さらに、質量部２７Ｃには、エッチング処理用の貫
通穴２７Ｄ，２７Ｄ，…がＺ軸方向に穿設されている。

【００３９】２９，２９は各固定部２４と可動部２７と
の間に設けられた変位検出手段としての変位検出部で、
該各変位検出部２９は、各固定部２４の固定側くし状電
極２６と、可動部２７の各可動側くし状電極２８とから
なるコンデンサとして構成され、可動部２７の質量部２
７Ｃが各固定部２４に対してＹ軸方向に変位したとき
に、この変位量を固定側くし状電極２６と可動側くし状
電極２８との間の静電容量の変化として検出するもので
ある。

【００４０】３０は基板２２との間で加速度検出部２３
を保護する保護カバーで、該保護カバー３０は従来技術
とほぼ同様に、基板２２の外周に固着され、加速度検出
部２３を取囲むように四角形状に延びる隔壁３１と、該
隔壁３１を施蓋する例えばガラス等の絶縁材料からなる
蓋体３２とから構成されている。

【００４１】また、蓋体３２の下面は加速度検出部２３
の各固定部２４および各支持部２７Ａにも当接してい
る。さらに、蓋体３２の下面中央部には、該蓋体３２を
加速度検出部２３の梁２７Ｂおよび質量部２７Ｃ等から
離間させる凹部３２Ａが形成されている。そして、保護
カバー３０は、基板２２との間に形成された空間内に加
速度検出部２３を密閉状態で収容し、該加速度検出部２
３内に外部からゴミ、水分等の異物が侵入するのを防止
している。

【００４２】３３，３３は各固定部２４に対応する位置
で蓋体３２に穿設された固定部２４側のスルーホールを
示し、該各スルーホール３３は、蓋体３２と各固定部２
４との当接位置に開口し、その内部には各電極突起３５
が挿通されている。

【００４３】３４，３４は可動部２７の各支持部２７Ａ
に対応する位置で蓋体３２に穿設された可動部２７側の
スルーホールを示し、該各スルーホール３４は図３に示
すように、蓋体３２と各支持部２７Ａとの当接位置に開
口し、その内部には各電極突起３５が挿通されている。

【００４４】３５，３５，…は本実施例による例えば４
個の電極突起を示し、該各電極突起３５は例えばエッチ
ング処理等により低抵抗なシリコン等から直方体状に形
成されている。また、各電極突起３５は、基端側が各固
定部２４および各支持部２７Ａにそれぞれ一体形成さ
れ、先端側が保護カバー３０の各スルーホール３３，３
４を介して外部に露出している。

【００４５】３６，３６，…は図２および図３に示すよ
うに各電極突起３５の先端側に固着された電極パッド
で、例えばアルミニウム、クロム、金、白金、ニッケル
またはチタン等の金属材料から形成されている。また、
各電極パッド３６にはボンディングワイヤ３７，３７，
…が接続されている。

【００４６】これにより、加速度検出部２３は、各電極
突起３５、各電極パッド３６および各ボンディングワイ
ヤ３７を介して外部の信号処理回路（図示せず）等に接
続されている。

【００４７】このように構成される本実施例の加速度セ
ンサ２１では、従来技術による加速度センサ１と同様
に、外部からＹ軸方向に加速度が加えられると、固定側
くし状電極２６と可動側くし状電極２８との間の静電容
量がこの加速度に応じて変化し、この静電容量の変化
は、各固定部２４および各支持部２７Ａから各電極突起
３５および各ボンディングワイヤ３７等を介して外部の
信号処理回路等に検出信号として導出される。

【００４８】次に、本実施例による加速度センサ２１の
製造方法を図４ないし図１０に基づいて説明する。

【００４９】まず、図４は例えばリン、ホウ素等を熱拡
散等の手段により混入した低抵抗シリコン板３８の下面
に対し、熱酸化あるいは減圧ＣＶＤ等の手段を用いた酸
化膜形成工程によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）からな
る絶縁層２５を形成した状態を示している。

【００５０】次に、図５に示す第１のエッチング工程で
は、エッチング処理の前にフォトリソグラフィ等の処理
により絶縁層２５に対して各固定部２４、可動部２７お
よび隔壁３１のパターニングを行っておく。続いて、第
１のエッチング工程でＲＩＥ等の処理により、絶縁層２
５をマスクとして低抵抗シリコン板３８の下面から所定
時間だけ異方性のエッチングを行う。

【００５１】この結果、低抵抗シリコン板３８の下面に
は各溝３８Ａ，３８Ｂが垂直方向に約５０μｍの深さ寸
法をもって形成され、該各溝３８Ａ，３８Ｂにより各固
定部２４、可動部２７および隔壁３１となる部分が画成
されると共に、可動部２７の質量部２７Ｃには各貫通穴
２７Ｄも同時に形成される。

【００５２】続いて、図６に示す第１の接合工程におい
ては、単結晶のシリコンからなる基板２２を低抵抗シリ
コン板３８の下面に対して直接接合等の手段により一体
に固着する。

【００５３】次に、図７に示す第２のエッチング工程に
おいては、エッチング処理の前に低抵抗シリコン板３８
の上面に対して各突起電極３５の形成位置に各電極パッ
ド３６を固着形成する。そして、その後は第１のエッチ
ング工程と同様に、低抵抗シリコン板３８の上面に形成
した酸化膜またはフォトレジスト（図示せず）等に対し
てパターニング工程で各電極突起３５のパターニングを
行っておく。続いて、第２のエッチング工程でこれをマ
スクとして異方性のエッチングを行い、低抵抗シリコン
板３８の上面側を除去して各電極突起３５を約３５０μ
ｍの高さ寸法をもって突出形成する。なお、第２のエッ
チング工程後にマスクとして残留した酸化膜やレジスト
等は、ＲＩＥ処理またはＢＨＦ液によるエッチング処理
等によって除去する。

【００５４】次に、図８に示す第３のエッチング工程で
は、絶縁層２５をエッチング処理によって可動部２７の
各梁２７Ｂおよび質量部２７Ｃの位置で除去し、これに
より加速度検出部２３の各梁２７Ｂおよび質量部２７Ｃ
を基板２２から離間させる。この場合、細幅な各梁２７
Ｂと各貫通穴２７Ｄを形成した質量部２７Ｃの位置で
は、絶縁層２５の体積に対する側面面積の比率が大き
く、そのエッチング速度が各固定部２４や各支持部２７
Ａの位置よりも速いから、エッチング処理を行う時間を
適切に設定することにより、絶縁層２５を各梁２７Ｂお
よび質量部２７Ｃの位置だけで選択的に除去できる。

【００５５】一方、別工程で図９に示すカバーエッチン
グ工程では、保護カバー３０の蓋体３２を形成すべく用
意されたガラス基板３９の下面に対し、エッチング処理
によって深さ寸法が１０μｍ程度の凹部３２Ａを所定位
置に形成する。なお、ガラス基板３９の厚さ寸法は３５
０μｍ程度とする。

【００５６】次に、図１０に示すスルーホール形成工程
では、各スルーホール３３，３４をサンドブラスト法に
よりガラス基板３９の所定位置に穿設し、保護カバー３
０の蓋体３２を完成する。

【００５７】最後に、第２の接合工程では、蓋体３２を
図８に示す基板２２上に加速度検出部２３の上側から搭
載し、各電極突起３５を各スルーホール３３，３４内に
挿通した後に、該蓋体３２の外周側を陽極接合法により
隔壁３１に接合する。そして、ワイヤボンディング工程
によって、各電極突起３５の電極パッド３６と外部の信
号処理回路等とを各ボンディングワイヤ３７を介して接
続する。

【００５８】かくして、本実施例では、保護カバー３０
の蓋体３２に対して加速度検出部２３の各固定部２４お
よび各支持部２７Ａの位置に開口する各スルーホール３
３，３４を穿設し、加速度検出部２３の各固定部２４お
よび各支持部２７Ａには、該各スルーホール３３，３４
内に挿通する各電極突起３５を突出形成したから、該各
電極突起３５の先端側を各ボンディングワイヤ３７等を
介して外部の信号処理回路等に容易に接続できる。この
結果、加速度検出部２３により検出した加速度を各固定
部２４，可動部２７間の静電容量の変化として外部の信
号処理回路等に各電極突起３５等を介して確実に導出す
ることができる。

【００５９】従って、従来技術で述べた各導電性ペース
ト１３や各電極パッド１６等を用いることなく、加速度
検出部２３を外部の信号処理回路等に簡単な構造で接続
できるから、これらの接続に関わる部品点数や接続に費
やす作業工数を従来技術に比べて確実に削減でき、各電
極突起３５による接続部の信頼性を大幅に向上させるこ
とができる。

【００６０】また、例えばエッチング処理等により形成
した各電極突起３５を各スルーホール３３，３４内に挿
通するから、導電性ペースト１３を各スルーホール３
３，３４内に充填する必要がなくなり、該各スルーホー
ル３３，３４の穴径寸法を従来技術よりも小さくでき、
加速度センサ２１をスルーホール３３，３４の穴径寸法
に制限されることなく容易に小型化することができる。

【００６１】さらに、加速度検出部２３と各電極突起３
５とを低抵抗なシリコン等からなる同一部材として一体
形成したから、外部の環境温度等の変化により導電性ペ
ースト１３が膨張し、固定部２４や保護カバー３０に応
力ひずみが発生するのを確実に防止でき、加速度センサ
２１の信頼性を大幅に向上させることができる。

【００６２】なお、第１の実施例では、第１の変形例と
して図１１に示すように、各電極突起３５に替えて金属
材料からなる各電極突起３５′を加速度検出部２３に対
し例えばメッキ処理等により別体に形成する構成として
もよく、これにより各電極パッド３６を省略でき、低抵
抗シリコン板３８の厚さ寸法を予め薄く形成できると共
に、前述した第２のエッチング工程を省略できるから、
加速度センサ２１の製造工程を簡略化することができ
る。

【００６３】また、第１の実施例では、単結晶のシリコ
ンからなる基盤２２上に、シリコン酸化膜からなる絶縁
層２５を介して低抵抗なシリコンからなる加速度検出部
２３を固定した外力検出装置としての加速度センサ２１
を示したが、第２の変形例として図１２に示すように、
基板２２に替えて例えばガラス等の絶縁性材料からなる
基板２２′を用いた構成とすることもできる。

【００６４】この第２の変形例の場合、基板２２′に
は、例えば陽極接合法等の手段によって加速度検出部２
３が直接に接合されている。そして、基板２２′の上面
中央部には、加速度検出部２３の可動部２７を基板２
２′から離間させるための凹部２２Ａ′が蓋体３２の凹
部３２Ａと同様に形成されている。

【００６５】さらに、第１の実施例は、第３の変形例と
して図１３に示すように、前述した本実施例の第１の変
形例に対しても基板２２に替えて絶縁性の基板２２′を
用いた構成とすることができる。

【００６６】次に、図１４は本発明による第２の実施例
を示し、本実施例の特徴は、前記第１の実施例による加
速度センサの基板と保護カバーとを上，下で反転させ、
電極突起を外部の回路基板に直接接続したことにある。
なお、本実施例においては、前記第１の実施例と同一の
構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するもの
とする。

【００６７】図中、４１は本実施例による加速度センサ
を示し、該加速度センサ４１は前記第１の実施例で述べ
た加速度センサ２１とほぼ同様に、例えばガラス等の絶
縁材料から蓋体３２と同様に形成され凹部４２Ａを有す
る保護カバー４２と、各固定部２４および可動部２７を
有し加速度検出部２３と同様に形成された加速度検出部
４３と、基板４４とから構成されている。また、上側と
なる基板４４の下面と加速度検出部４３との間には、第
１の実施例と同様に絶縁層２５を設けている。

【００６８】４５，４５は各固定部２４に対応する位置
で保護カバー４２に穿設された固定部２４側のスルーホ
ールを示し、該各スルーホール４５は保護カバー４２と
加速度検出部４３の各固定部２４との当接位置に開口
し、その内部には後述の各電極突起４６が挿通されてい
る。

【００６９】また、可動部２７の各支持部（図示せず）
に対応する位置には、可動部２７側のスルーホール（図
示せず）が各スルーホール４５と同様に保護カバー４２
にそれぞれ穿設され、これらのスルーホールは保護カバ
ー４２と前記各支持部との当接位置に開口すると共に、
その内部には各電極突起４６が挿通されている。

【００７０】４６，４６，…（２個のみ図示）は電極突
起を示し、該各電極突起４６は、例えばエッチング処理
等により低抵抗なシリコン等から直方体状に形成され、
基板側が加速度検出部４３の各固定部２４および各支持
部２７Ａに一体形成されている。また、各電極突起４６
の先端側は、固定部側の各スルーホール４５および可動
部側の各スルーホールを介して保護カバー４２の下面側
に露出し、半田バンプ４７，４７を介して外部の回路基
板４８上に形成された配線パターン（図示せず）等に接
続されている。

【００７１】かくして、上記の如く構成された本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同等の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、加速度検出部４３を
上，下逆向きに配設することにより、各電極突起４６の
先端側を回路基板４８上の各配線パターンに直接接続す
る構成としたから、第１の実施例におけるボンディング
ワイヤ３７等を省略でき、加速度検出部４３の信頼性を
さらに向上させることができる。

【００７２】次に、図１５は本発明による第３の実施例
を示し、本実施例の特徴は、角速度センサに対してスル
ーホールおよび電極突起を形成し、その検出信号を電極
突起を介して外部に導出する構成としたことにある。な
お、本実施例においては、前記第１の実施例と同一の構
成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものと
する。

【００７３】図中、５１は本実施例による外力検出装置
としての角速度センサを示し、該角速度センサ５１は、
従来技術と同様の基板５２と、該基板５２上に形成され
た角速度を検出する角速度検出部５３と、後述の保護カ
バー６３とから構成されている。

【００７４】５４，５４は低抵抗なシリコンにより形成
された一対の固定部で、該各固定部５４は後述する可動
部５８の質量部５８ＣをＹ軸方向で挟むように基板５２
上に固定され、その側面には、複数の電極板５５Ａ，５
５Ａ，…を有する固定側振動用くし状電極５５が形成さ
れている。

【００７５】５６，５６は各固定部５４と同様に形成さ
れた一対の固定部で、該各固定部５６は可動部５８の質
量部５８ＣをＸ軸方向で挟むように基板５２上に固定さ
れ、その側面には、複数の電極板５７Ａ，５７Ａ，…を
有する固定側検出用くし状電極５７が形成されている。

【００７６】５８は低抵抗なシリコンによって形成され
た可動部で、該可動部５８は基板５２上に固定された４
個の支持部５８Ａ，５８Ａ，…と、基端側が該各支持部
５８Ａに一体形成され、基板５２の中央部に向けて延び
る４本のＬ字状をなす梁５８Ｂ，５８Ｂ，…と、該各梁
５８Ｂの先端側に一体形成され、該各梁５８Ｂにより基
板５２から離間した状態でＸ軸およびＹ軸方向に変位可
能に支持された質量部５８Ｃとから構成されている。

【００７７】また、質量部５８Ｃの前，後の側面には、
固定側振動用くし状電極５５の各電極板５５ＡとＸ軸方
向で対向する複数の電極板５９Ａ，５９Ａ，…を有する
可動側振動用くし状電極５９，５９が形成されている。
さらに、質量部５８Ｃの左，右の側面には、固定側検出
用くし状電極５７の各電極板５７ＡとＹ軸方向で対向す
る複数の電極板６０Ａ，６０Ａ，…を有する可動側検出
用くし状電極６０，６０が形成されている。また、質量
部５８Ｃには、エッチング処理用の貫通穴５８Ｄ，５８
Ｄ，…がＺ軸方向に形成されている。

【００７８】６１，６１は各固定部５４と可動部５８と
の間に設けられた振動発生手段としての振動発生部で、
該各振動発生部６１は、各固定側振動用くし状電極５５
と各可動側振動用くし状電極５９とから構成されてい
る。そして、各振動発生部６１は互いに逆位相の振動駆
動信号を印加されることにより、可動部５８の質量部５
８ＣをＹ軸方向に振動させるものである。

【００７９】６２，６２は各固定部５６と可動部５８と
の間に設けられた変位検出手段としての変位検出部を示
し、該各変位検出部６２は、各固定側検出用くし状電極
５７と各可動側検出用くし状電極６０とから構成され、
可動部５８の質量部５８ＣがＸ軸方向に変位したとき
に、この変位量を固定側検出用くし状電極５７と可動側
検出用くし状電極６０との間の静電容量の変化として検
出するものである。

【００８０】６３は角速度検出部５３を保護する保護カ
バーで、該保護カバー６３は前記第１の実施例と同様
に、角速度検出部５３を取囲むように基板５２の外周に
形成された隔壁６４と、例えばガラス等の絶縁材料から
形成され、該隔壁６４を角速度検出部５３の上側から施
蓋するように例えばガラス等の絶縁材料から形成された
蓋体６５とから構成されている。

【００８１】６６，６６，…は各固定部５４，５６に対
応する位置で蓋体６５に穿設された固定部５４，５６側
のスルーホールを示し、該各スルーホール６６は蓋体６
５と各固定部５４，５６との当接位置に開口し、その内
部には各電極突起６８が挿通されている。

【００８２】６７，６７は各支持部５８Ａのうち２個に
対応する位置で蓋体６５に穿設された可動部５８側のス
ルーホールを示し、該各スルーホール６７は蓋体６５と
各支持部５８Ａとの当接位置に開口し、その内部には各
電極突起６８が挿通されている。

【００８３】６８，６８，…は本実施例による例えば６
個の電極突起を示し、該各電極突起６８は第１の実施例
の電極突起３５と同様に、例えばエッチング処理等によ
り低抵抗なシリコン等から直方体状に形成され、基板側
が角速度検出部５３の各固定部５４，５６および各支持
部５８Ａに一体形成されている。また、各電極突起６８
の先端側は保護カバー６３の各スルーホール６６，６７
を介して外部に露出し、各電極パッド６９および各ボン
ディングワイヤ７０を介して外部の信号処理回路等に接
続されている。

【００８４】なお、角速度センサ５１は、前記第１の実
施例による加速度センサ２１とほぼ同様の工程により製
造されるものである。

【００８５】従って、角速度センサ５１は、前述した振
動駆動信号が外部から各電極突起６８を介して各振動発
生部６１に印加されることにより、可動部５８の質量部
５８ＣがＹ軸方向に振動し、この状態でＺ軸周りの角速
度Ωが加えられると、該質量部５８Ｃはコリオリ力によ
りこの角速度Ωに応じた変位量（振幅）をもってＸ軸方
向に振動する。そして、変位検出部６２は、質量部５８
ＣのＸ軸方向の変位量を静電容量の変化として検出する
から、この静電容量の変化は角速度Ωとして各固定部５
４および可動部５８から各電極突起６８等を介して外部
の信号処理回路等に導出される。

【００８６】かくして、上記の如く構成された本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同等の作用効果を得るこ
とができる。

【００８７】なお、前記各実施例では、各電極突起３
５，３５′，４６，６８を直方体状に形成したが、本発
明はこれに限らず、電極突起を円柱状に形成してもよ
い。

【００８８】また、前記第１の実施例では、第１および
第２のエッチング工程用のフォトレジストとして低抵抗
シリコン板３８の表面に酸化膜（Ｓi Ｏ₂ ）からなる絶
縁層２５を形成したが、これに替えて例えばＣＶＤ法等
の手段により窒化珪素膜（Ｓi Ｎ）等を形成してもよ
い。

【００８９】また、前記第３の実施例では、角速度セン
サ５１の各電極突起６８を各ボンディングワイヤ７０を
介して外部の信号処理回路等に接続する構成としたが、
本発明はこれに限らず、角速度センサ５１を前記第２の
実施例のように上，下を反転させた状態で外部の回路基
板上に固定し、各電極突起６８の先端側をこの回路基板
上の配線パターンに直接接続する構成としてもよい。

【００９０】さらに、前記各実施例では、外力検出装置
として加速度センサ２１，４１または角速度センサ５１
により加速度または角速度を検出する場合を例に挙げて
述べたが、本発明はこれに限らず、変位検出手段により
検出した質量部の変位量に基づいて外力検出装置の移動
距離や移動速度、または回転角度や角加速度等を検出す
る構成としてもよい。

【００９１】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、保護カバーに覆われた固定部および可動部
を電極突起を介して外部の信号処理回路等に簡単に接続
し、検出信号を確実に導出できる。また、簡単な構造で
固定部および可動部を外部の信号処理回路等に接続でき
るから、これらの接続に費やす作業工数を削減でき、接
続部の信頼性を大幅に向上させることができる。さら
に、保護カバーの各スルーホール内に電極突起を挿通す
ることにより、例えば導電性ペースト等をこれらのスル
ーホール内に充填する必要がなくなり、当該外力検出装
置をスルーホールの穴径に制限されることなく小型化で
きる。

【００９２】また、請求項２に記載の発明によれば、固
定部と質量部との間に、外部から加わる加速度を検出す
る変位検出手段を設けたから、外部から加わる加速度を
変位検出手段によって質量部の固定部に対する変位量と
して確実に検出でき、変位検出手段で検出した加速度を
各電極突起を介して外部の信号処理回路等に検出信号と
して確実に導出できる。

【００９３】また、請求項３に記載の発明によれば、固
定部と質量部との間に、質量部を振動させる振動発生手
段と、外部から加わる角速度を検出する変位検出手段と
を設けたから、質量部を振動発生手段によって平行方向
に振動させた状態で、外部から垂直軸周りに加えられた
角速度を、変位検出手段によって質量部の固定部に対す
る他の平行方向の変位量として確実に検出でき、変位検
出手段で検出した角速度を各電極突起を介して外部の信
号処理回路等に検出信号として確実に導出できる。

【００９４】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
質量部の固定部に対する変位を変位検出手段により静電
容量の変化として検出する構成としたから、質量部が外
部から加わる力に応じて固定部に対し変位したときに
は、この変位量を変位検出手段により固定部と可動部と
の間の静電容量の変化として確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による加速度センサを示
す一部破断の平面図である。

【図２】図１中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。

【図３】図１の矢示III − III方向からみた縦断面図で
ある。

【図４】本発明の第１の実施例による加速度センサ用の
低抵抗シリコン板に酸化膜形成工程によって絶縁層を形
成した状態を示す縦断面図である。

【図５】第１のエッチング工程により、図４中の低抵抗
シリコン板の下面に対してパターニングおよびエッチン
グ処理を行った状態を示す縦断面図である。

【図６】図５による第１のエッチングに続く第１の接合
工程により、低抵抗シリコン板の下面に基板を接合した
状態を示す縦断面図である。

【図７】図６による第１の接合工程に続く第２のエッチ
ング工程により、低抵抗シリコン板の上面に対してパタ
ーニングおよびエッチング処理を行った状態を示す縦断
面図である。

【図８】図７による第２のエッチング工程に続く第３の
エッチング工程により、可動部の梁および質量部を基板
から離間させた状態を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第１の実施例による加速度センサの蓋
体となるガラス基板にカバーエッチング工程によって凹
部を形成した状態を示す縦断面図である。

【図１０】図９によるカバーエッチング工程に続くスル
ーホール形成工程により、ガラス基板にスルーホールを
形成した状態を示す縦断面図である。

【図１１】第１の実施例における第１の変形例による加
速度センサを示す縦断面図である。

【図１２】第１の実施例における第２の変形例による加
速度センサを示す縦断面図である。

【図１３】第１の実施例における第３の変形例による加
速度センサを示す縦断面図である。

【図１４】本発明の第２の実施例による加速度センサを
示す図２と同様の断面図である。

【図１５】本発明の第３の実施例による角速度センサを
示す一部破断の平面図である。

【図１６】従来技術による加速度センサを示す一部破断
の平面図である。

【図１７】図１６の矢示XVII−XVII方向からみた縦断面
図である。

【符号の説明】

２１，４１ 加速度センサ（外力検出装置） ２２，２２′，４４，５２ 基板 ２４，５４，５６ 固定部 ２７，５８ 可動部 ２７Ａ，５８Ａ 支持部 ２７Ｂ，５８Ｂ 梁 ２７Ｃ，５８Ｃ 質量部 ２９，６２ 変位検出部（変位検出手段） ３０，４２，６３ 保護カバー ３３，４５，６６ スルーホール（固定部側スルーホー
ル） ３４，６７ スルーホール（可動部側スルーホール） ３５，３５′，４６，６８ 電極突起 ５１ 角速度センサ（外力検出装置） ６１ 振動発生部（振動発生手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に設けられた固定部
   と、前記基板上に設けられ、該固定部との間に形成され
   た離間寸法を外部から加わる力によって変位させる可動
   部と、該可動部と固定部とを覆うように前記基板上に設
   けられた保護カバーとを備えた外力検出装置において、 前記保護カバーには前記固定部に対応する位置に開口す
   る固定部側スルーホールを穿設し、前記固定部には該固
   定部側スルーホール内に挿通する電極突起を形成すると
   共に、前記保護カバーには前記可動部に対応する位置に
   開口する可動部側スルーホールを穿設し、前記可動部に
   は該可動部側スルーホール内に挿通する電極突起を形成
   したことを特徴とする外力検出装置。
2. 【請求項２】 前記可動部は、前記基板上に固定された
   支持部と、該支持部に梁を介して変位可能に設けられた
   質量部とから構成し、該質量部と固定部との間には外部
   から加わる加速度を質量部の固定部に対する変位量とし
   て検出する変位検出手段を設けてなる請求項１に記載の
   外力検出装置。
3. 【請求項３】 前記可動部は、前記基板上に固定された
   支持部と、該支持部に梁を介して平行方向の２軸に変位
   可能に設けられた質量部とから構成し、該質量部と固定
   部との間には質量部を平行方向の２軸のうち一方の軸方
   向に振動させる振動発生手段を設け、前記質量部と固定
   部との間には該振動発生手段によって質量部を平行方向
   の２軸のうち一方の軸方向に振動させた状態で垂直軸周
   りに加わる角速度を前記質量部の平行方向のうち他方の
   軸方向に変位する変位量として検出する変位検出手段を
   設けてなる請求項１に記載の外力検出装置。
4. 【請求項４】 前記変位検出手段は、前記質量部の前記
   固定部に対する変位を静電容量の変化として検出してな
   る請求項２または３に記載の外力検出装置。