JPH1068742A - 加速度スイッチおよび加速度スイッチの製造方法ならびに加速度スイッチを用いた加速度センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた応答性および精度を有し、小型で高精
度かつ安価な加速度スイッチ、および複数の異なる感度
を有する加速度センサーを提供する。 【解決手段】 一端が支持部Ｈに支持され他端が自由端
となった質量部Ｍに接続された肉薄部Ｌとからなる片持
ち梁部と、固定された導電部Ｃからなり、それぞれ加速
度検出感度が異なる複数個の加速度スイッチＳを直列に
接続し、各加速度スイッチＳに並列に抵抗Ｒを接続した
加速度センサー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を高感度で
検出できる加速度スイッチおよびその製造方法に関す
る。また、本発明は、二方向の加速度にも早く応答する
ことができるとともに、小型で高性能かつ低価格である
加速度スイッチおよびその製造方法に関する。さらに、
本発明は、感度の異なる加速度スイッチを複数備えるこ
とによって、加速度の大きさを段階的に検出することが
できる加速度センサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】所定の加速度を検出する加速度検出手段
として、従来、ピエゾ抵抗素子を使用したもの、圧電素
子を使用した方式、あるいは可変容量を用いた方式があ
る。ピエゾ抵抗素子および圧電方式による加速度検出手
段は、出力電圧が数ｍボルトと小さいので、出力信号を
電気的に増幅する必要がある。また、容量方式による加
速度検出手段は、Ｃ／Ｖ変換を行なうＣ／Ｖ変換回路や
増幅回路を付加する必要があり、高価であった。また、
所定の加速度で動作する加速度スイッチとして、実開平
４−１２７５７４号公報、および実開平４−１３６５７
５号公報に示されるような加速度によって変位する導電
性球体を用い二つの接点をこの導電性球体によって接続
するものがあった。さらに、特開平６−１６０４１９号
公報に示されるように半導体基板からなる加速度スイッ
チがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、二つの
接点を導電性球体によって接続する機械式の加速度スイ
ッチは、その構造上外形が大きくなり、そのため応答速
度が遅く、精度上問題を有していた。また、上記機械的
加速度スイッチは、小型化されると製造工程でバッチ処
理ができず、価格が高価になるという問題を有してい
た。

【０００４】以上のような問題を解決するために、本発
明は、機械的スイッチであっても、応答性および精度の
優れた加速度スイッチを提供することを目的とする。ま
た、本発明は、半導体ウエハプロセスを使用することに
よって、小型、高精度、安価で、かつ複数の異なる感度
を有する加速度スイッチの製造方法を提供することを目
的とする。さらに、本発明は、上記の加速度スイッチを
複数個用いて、加速度の大きさを段階的に検出できる加
速度センサーを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（加速度スイッチ）本発明の加速度スイッチは、第１基
板と第２基板と第３基板を積層して構成され、第１基板
に第１電極および第１ボンディング・パッドを形成し、
第３基板に第４電極および第３ボンディング・パッドを
形成し、第２基板に一端が支持部に支持された肉薄に形
成された可撓性を有する可撓部とこの可撓部に接続され
た他端が自由端である質量部とからなる片持ち梁部を設
け、該質量部に前記第１電極と対向する第２電極および
前記第４電極と対向する第３電極を形成した。さらに、
可撓部の肉薄部の厚みまたは長さもしくは幅のうち少な
くとも一つを異ならせることによって、加速度検出の感
度を異ならせた。

【０００６】本発明の加速度スイッチは、上記加速度ス
イッチにおいて、第１基板に第２基板の質量部と略同じ
形状の第１自己診断電極を、第３基板に第２基板の質量
部と略同じ形状の第２自己診断電極を設け、加速度スイ
ッチの動作状態を自己診断できるようにした。

【０００７】（加速度スイッチの製造方法）上記加速度
スイッチを、第１基板の一面にスパッタガラスを形成し
た後、複数の導体パターンを形成し、その後、前記複数
の導体パターンによって接続される複数の第１電極およ
び第１ボンディング・パッドを形成する工程と、第２基
板の一部をエッチングして、可撓部と質量部を有する複
数の片持ち梁部を形成する貫通孔を形成し、片持ち梁部
に複数の導体パターンを高濃度の不純物を拡散して形成
し、その後、前記複数の導体パターンと接続する複数の
第２電極および第３電極と複数の第２ボンディング・パ
ッドを形成する工程と、第３基板の一面にスパッタガラ
スを形成した後、複数の導体パターンを形成し、その
後、前記複数の導体パターンによって接続される複数の
第４電極および第３ボンディング・パッドを形成する工
程と、第１基板および第２基板ならびに第３基板を接合
した後、少なくとも一つの加速度スイッチにダイシング
して製造する。

【０００８】（加速度センサー）本発明にかかる加速度
センサーは、第１基板と第２基板と第３基板を積層して
構成され、第１基板に第１電極および第１ボンディング
・パッドを形成し、第３基板に第４電極および第３ボン
ディング・パッドを形成し、第２基板に一端が支持部に
支持された肉薄に形成された可撓性を有する可撓部とこ
の可撓部に接続された他端が自由端である質量部とから
なる片持ち梁部を設け、該質量部に前記第１電極と対向
する第２電極および前記第４電極と対向する第３電極を
形成した加速度スイッチを用い、それぞれ加速度の感度
が異なる複数個の加速度センサーを直列に接続するとと
もに、各加速度スイッチに並列に抵抗を接続した。さら
に、加速度センサーはそれぞれ片持ち梁部の肉薄部の厚
みまたは長さもしくは幅の少なくとも一つを制御するこ
とによって加速度の感度を異ならせ、また各加速度スイ
ッチに並列接続される抵抗の値を異ならせて検出する加
速度に略１次に比例した出力を得るようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。 （加速度スイッチ）本発明にかかる加速度スイッチは、
図１に示すように、第１基板１０と第２基板２０と第３
基板３０とを積層して構成され、第１基板１０に第１電
極１２と該電極に電気的に接続された第１ボンディング
パッド１４とを形成し、第３基板３０に第４電極３２と
該電極に電気的に接続されたボンディングパッド３４を
形成し、第２基板２０に一端が支持部２１に支持され他
端が自由端となった質量部２２が形成された肉薄に形成
された可撓部２３からなり前記質量部２２に前記第１電
極１２と対向する第２電極２５と第４電極３２と対向す
る第３電極２５と各電極２５に電気的に接続されたボン
ディングパッド２８を形成して片持ち梁部を形成し、第
１基板および第２基板ならびに第３基板を第１電極に設
けたガラス層１５と第３基板に設けたガラス層３５によ
って接続した。ガラス層１５およびガラス層３５の厚み
を調整することによって、第１電極と第２電極との間の
間隙および第３電極と第４電極との間の間隙を調整する
ことができる。このような構成の加速度スイッチは、自
由端に質量部２２を有する片持ち梁部を備えているの
で、肉薄部の長さまたは厚みもしくは幅の少なくともい
ずれか一つを変化させることによって、加速度検出感度
を自由に調整することができる。

【００１０】前記片持ち梁部の可撓部における可撓性を
上部あるいは下部の内の少なくとも一方に設けた肉薄部
によってもたせた。さらに第１基板ないし第３基板は、
下に位置するに従って順次形状を大きくして、ボンディ
ング・パッドを各基板の表面に設けた。すなわち、第３
基板から上方に行くに従い基板の面積が小さくなってい
るので、各ボンディング・パッドの上には、基板が存在
せず、ボンディングワイヤの取り付けが容易になる。ま
た、本発明の加速度スイッチは、第１基板および第３基
板に第２基板の質量部２２の平面形状と略同じ形状の自
己診断電極１９，３９を設け加速度スイッチの動作状態
を自己診断できるようにした。自己診断電極１９，３９
と可動電極を構成する質量部２２との間に、自己診断電
圧を印加すると、両者の間に静電引力が発生する。この
静電引力によって、可動電極２６と固定電極１２，３２
のいずれかが接触して、加速度スイッチの動作状態を知
ることができる。

【００１１】（加速度スイッチの製造方法）さらに、本
発明の加速度スイッチの製造方法は、第１基板の一面に
スパッタガラスを形成した後、複数の導体パターンを高
濃度の不純物を拡散して形成し、その後、前記複数の導
体パターンによって接続される複数の第１電極および第
１ボンディング・パッドを形成する工程と、第２基板の
一部をエッチングして、可撓部と質量部を有する複数の
片持ち梁部を形成する貫通孔を形成し、片持ち梁部に複
数の導体パターンを高濃度の不純物を拡散して形成し、
その後、前記複数の導体パターンと接続する複数の第２
電極および第３電極と複数の第２ボンディング・パッド
を形成する工程と、第３基板の一面にスパッタガラスを
形成した後、複数の導体パターンを高濃度の不純物を拡
散して形成し、その後、前記複数の導体パターンによっ
て接続される複数の第４電極および第３ボンディング・
パッドを形成する工程と、第１基板および第２基板なら
びに第３基板を接合した後、少なくとも一つの加速度ス
イッチにダイシングする。

【００１２】さらに本発明にかかる加速度スイッチの製
造方法は、第１基板上に複数の第１自己診断電極と、複
数の第１電極とを形成する工程と、第２基板の一部をエ
ッチングして、凹部および貫通孔を形成し、複数の可撓
部および質量部を有する片持ち梁部を得るとともに、当
該片持ち梁部に高純度の不純物を拡散して導体とし、そ
の後、前記片持ち梁部の一端にボンディング・パッドを
形成する工程と、第３基板上に複数の第２自己診断電極
と、複数の第２電極とを形成する工程と、第１基板およ
び第３基板の間に前記第２基板を接合した後、少なくと
も一つの加速度スイッチにダイシングする。本発明によ
って得られたの加速度スイッチは、半導体ウエハプロセ
スによるバッジ処理を行うことができるので、信頼度の
高いものを大量にかつ安価に作製することができる。

【００１３】（加速度センサー）上記加速度スイッチを
用いた本発明にかかる加速度センサーは、第１電極と該
電極に電気的に接続されている第１ボンディング・パッ
ドとからなる導体部を有する第１基板と、第４電極と該
電極に電気的に接続されている第３ボンディング・パッ
ドとからなる導体部を有する第３基板と、一端が支持さ
れ他端が質量部とされた自由端からなる片持ち梁部の質
量部に前記第１電極および第４電極に対向して設けた第
２電極および第３電極と、第２電極および第３電極に電
気的に接続された第２ボンディング・パッドとを有する
第２基板とを、第３基板、第２基板、第１基板の順に順
次積層してなる加速度スイッチを複数個用い、それぞれ
加速度の感度が異なる複数個の加速度センサーを直列に
接続するとともに、各加速度スイッチに並列に抵抗を接
続した。加速度センサーにある加速度が印加されると、
当該加速度によって変位できる全ての加速度スイッチＳ
が動作し、動作したスイッチに並列に接続された抵抗は
短絡され、抵抗Ｒ６の両端の電圧が変化し、加速度を段
階的に検出することができる。

【００１４】本発明にかかる加速度センサーは、上記複
数の加速度スイッチのそれぞれ片持ち梁部の肉薄部の厚
みまたは長さもしくは幅の少なくとも一つを制御するこ
とによって加速度の感度を異ならせ、各加速度スイッチ
に並列接続される抵抗の値を異ならせて、異なる加速度
を検出できるようにし、検出した加速度に略１次に比例
した出力を得るようにした。

【００１５】本発明の第１の実施例を図１〜図７を用い
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例にかかる加
速度スイッチの構成を示す断面図である。図２は、上記
加速度スイッチを構成する第１基板の製造工程を説明す
る図である。図３は、上第１基板のウェハ上の配置を説
明する図である。図４は、上記加速度スイッチを構成す
る第２基板の製造工程を説明する図である。図５は、上
第２基板のウェハ上の配置を説明する図である。図６
は、上記加速度スイッチを構成する第３基板の形状を示
す斜視図である。図７は、第３基板のウェハ上の配置を
説明する図である。

【００１６】図１に示す加速度スイッチ１は、例えば、
シリコン基板に燐などの不純物を添加して得た導電性の
第１の基板１０と、同様の第２の基板２０および第３の
基板３０を積層して構成される。第１基板１０には、下
面に燐などを注入して形成した電極形成領域１１にアル
ミニウムや金を蒸着して形成した固定接点１２と、上面
に燐などを注入して形成したボンディングパッド形成領
域１３にアルミニウムや金を蒸着して形成した第１のボ
ンディングパッド１４が形成されている。さらに、第１
基板１０の下面には、接合および電気絶縁層として働く
パイレックス（商標）ガラス層１５がスパッタリングに
よって例えば厚さ４μｍに形成されている。このガラス
層１５には、前記固定接点１２を形成し、後述する質量
部が配置される領域に開口１６が形成されている。

【００１７】第２基板２０は、支持部２１と質量部２２
と肉薄部２３とコ字状の開口２４が形成され、質量部２
２は、支持部２１に設けた開口２４内に肉薄部２３を介
して支持部２１に片持ち支持されて、片持ち梁部を構成
している。支持部２１の上面には、燐などを注入して形
成したボンディングパッド形成領域２７にアルミニウム
や金を蒸着して形成された第２のボンディングパッド２
８が形成されている。質量部２２の先端付近の上下面に
は凸部２５が形成され、この凸部２５上にアルミニウム
や金を蒸着して可動接点電極２６，２６´が形成されて
いる。肉薄部２３は、第２基板２０をエッチングして肉
薄部の梁形状に形成され、可撓性を有している。

【００１８】第３基板３０には、上面に燐などを注入し
て形成した電極形成領域３１にアルミニウムや金を蒸着
して形成した固定接点３２と、同様に形成したボンディ
ングパッド形成領域２７にアルミニウムや金を蒸着して
形成した第３のボンディングパッド２８が形成されてい
る。さらに、第３基板１０の上面には、接合および電気
絶縁層として働くパイレックス（商標）ガラス層３５が
スパッタリングによって例えば厚さ４μｍに形成されて
いる。このガラス層３５には、前記固定接点３２を形成
し、前記質量部２２が配置される領域に開口３６が、第
３ボンディングパッド形成領域３３が形成される領域に
は開口３７がそれぞれ形成されている。

【００１９】図１に示すように、第３基板３０を最下層
として、その上に第２基板２０および第１基板１０の順
に順次積層し、ガラス層１５およびガラス層３５を陽極
結合して、加速度センサ１が形成される。各基板の大き
さは、図示したように第１基板１０から順次大きく構成
され、第１ボンディングパッド１４、第２ボンディング
パッド２８、第３ボンディングパッド３４が外部に露出
するように構成されている。したがって、各ボンディン
グパッドの上には、邪魔するものが形成されず、図示さ
れていないボンディングワイヤを容易に取り付けること
ができる。

【００２０】第１基板１０または第３基板３０を接合し
て加速度センサ１を形成する際に、開口２４内に、たと
えば、窒素ガス等の不活性ガスを封入するとともに、内
部気圧を適度に設定する。ガスを封入することによっ
て、片持ち梁部のダンピング効果が生じ、ガスの種類や
内部気圧の設定を変えることによって、加速度スイッチ
の応答速度や周波数特性を所望の値に調整することがで
きる。さらに、開口２４内に不活性ガスを封入すること
によって、各電極の酸化を防止することができ、スイッ
チングの信頼性が高く、寿命の長い加速度スイッチを得
ることができる。

【００２１】以下、各基板の形状および製造法を図２〜
図７を用いて説明する。図２は、第１基板１０の製造工
程を説明する図である。図３は、ウェハ１０´上に形成
される第１基板１０の形状を説明する図であり、図３
（Ａ）はウェハ１０´の上面図、図３（Ｂ）は一部拡大
上面図、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のＡ−Ａ線での断面図
である。まず、第１基板１０を構成する導電性のシリコ
ンウェハからなる基板１０´の一面に、例えばパイレッ
クスガラス（登録商標）をスパッタリングによって形成
し、例えば厚さ４μｍのガラス層１５を形成する（図２
（Ａ））。次に、第２基板の質量部２２が配置される領
域および固定電極１２が形成される領域のガラス層１５
を、例えば、エッチングによって除去し、開口１６を形
成する（図２（Ｂ））。次いで、シリコン基板１０´に
は、図示を省略したマスクを用いて高濃度の不純物（Ｐ
+またはＮ+）を拡散し、電極形成領域１１およびボンデ
ィングパッド形成領域１３を形成する。この電極形成領
域１１上にアルミニウムまたは銅を蒸着して慣用される
手段によって固定接点１２を、同様にボンディングパッ
ド形成領域１３上に第１のボンディングパッド１４を形
成する（図２（Ｃ））。その後、図３に示すようにウェ
ハ１０´に溝１７を形成し第１基板１０を得る（図２
（Ｄ））。

【００２２】次に、図４および図５を用いて、第２基板
２０の形状および製造方法を説明する。図４は、第２基
板２０の製造工程を説明する図である。図５は、ウェハ
２０´上に形成される第２基板２０の形状を説明する図
であり、図５（Ａ）はウェハ２０´の上面図、図５
（Ｂ）は一部拡大上面図、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）のＡ
−Ａ線での断面図である。まず、第２基板２０を構成す
る導電性のシリコンウェハからなる基板２０´に可動電
極２６を配置する凸部２５を形成する領域２５１および
支持部２１を形成する領域２１１ならびに肉薄部２３を
形成する領域２３１を覆うマスク２００を用いて２０μ
ｍの深さに異方性エッチングする。この処理によって、
コ字状の開口部形成領域２４１および質量部２２の領域
２２１ならびに図５に示す分離溝２９が形成される分離
溝形成領域２９１は上下面ともそれぞれ２０μｍ薄くな
り、質量部２２の先端付近に凸部２５が形成される（図
４（Ａ））。

【００２３】次いで、新たに支持部２１および前記凸部
２５ならびに質量部の表面２２１を覆うマスク２０１を
用いて１３０μｍの深さに異方性エッチングする。開口
部形成領域２４１および分離溝形成部２９１は、既に前
の工程で２０μｍの深さにエッチングされているので、
このエッチングによって開口２４および分離溝２９が形
成されるが、肉薄部２３を形成する領域２３１は、基板
２０´の表面から１３０μｍエッチングされ肉薄部２３
を形成する（図４（Ｂ））。次いで、支持部２１の上面
に、図示を省略したマスクを用いて燐などを注入してボ
ンディングパッド形成領域２７を形成した後、図示を省
略した別のマスクを用いて金またはアルミニウムなどの
金属を蒸着し、凸部２５の上に可動電極２６を、ボンデ
ィングパッド形成領域２７上に第２のボンディングパッ
ド２８を形成する（図４（Ｃ））。

【００２４】次に、図６および図７を用いて、第３基板
３０の形状および製造方法を説明する。図６は、第３基
板３０の形状を説明する斜視図である。図７は、ウェハ
３０´上に形成される第３基板３０の形状を説明する図
であり、図７（Ａ）はウェハ３０´の上面図、図７
（Ｂ）は一部拡大上面図、図７（Ｃ）は図（Ｂ）のＡ−
Ａ線での断面図である。第３基板３０は、第１基板１０
と略同様の工程によって得ることができる。ただ、電極
３２と第３のボンディングパッド３４は、ガラス層３５
に設けた開口３６および開口３７内で基板３０´の同じ
面に形成される。

【００２５】上記各工程で得た基板１０，２０，３０を
積層して図１に示す加速度スイッチ１を得る。第２基板
２０の肉薄部２３の長さまたは厚み、または質量部２２
の大きさ、もしくは可動電極２６と固定電極１２との間
隙を調整することによってスイッチの動作特性を調整す
ることができる。

【００２６】図８を用いて本発明の第２の実施例を説明
する。この実施例が、第１実施例と異なる点は、第２シ
リコン基板２０における片持ち肉薄部２３を基板の片面
から異方性エッチングすることによって設けている点で
ある。この構成としたことによって、第１基板１０に固
定電極１２を設けるための凸部１８を、第２基板２０に
固定電極３２を設けるための凸部３８を設けている。こ
の実施例によれば、第２基板２０の片面からの異方性エ
ッチングを行うことで、質量部２２および片持ち梁２３
を構成したので、エッチング処理工程を大幅に減少させ
ることができ、また第１基板１０および第３基板３０に
おける凸部１８，３８は、ガラス層１５，３５および電
極１２，２６をエッチングパターンとして用いることに
よって、容易に形成することができる。

【００２７】図９〜図１２を用いて本発明の第３の実施
例を説明する。この実施例は、自己診断用電極を備えた
加速スイッチである点に特徴を有している。図９は、加
速度スイッチの概念構成を示す断面図であり、図１０
は、第１基板または第３基板の製造工程を説明する図で
あり、図１１は、加速度スイッチの自己診断の態様を説
明する図である。この実施例が第１実施例と異なる点
は、第１基板および第３基板に自己診断用電極を備えて
いること、および電極の形状が異なることである。すな
わち、この実施例の加速度スイッチは、第１基板１０
に、第２実施例に示したように電極形成用の凸部１８を
設けその上に固定電極１２を設けている。さらにこの加
速度スイッチは、第２基板２０に設けた質量部２２と対
向するとともに略同じ形状を有する自己診断用電極１９
を設けている。第３基板３０も第１基板１０の形状を天
地逆転した略同様な形状を有しており、自己診断用電極
３９を有している。このような構成の加速度スイッチ
は、導電性半導体から構成された可動電極すなわち質量
部２２と第１基板側自己診断用電極１９または第３基板
側自己診断電極３９のいずれかとの間に所定の電圧を印
加することによって、静電吸引力によって質量部２２を
自己診断電極側に吸引して、可動電極すなわち質量部２
２を固定電極に接触させ、加速度スイッチの動作態様を
検査するものである。

【００２８】図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）を用いて、第
１基板または第３基板の製造工程を説明する。第３基板
３０は、ガラス基板からなり、例えば、厚さ４μｍの凹
部３０１をエッチングによって形成する（図１０
（Ａ））。次いで、図示を省略したマスクを用いて、凸
部３８を残し、さらに６μｍの厚さにエッチングを行
い、凸部３８と凹部３０２を形成する（図１０
（Ｂ））。その後、自己診断用電極からの電気的引出部
となる第１貫通孔３０３、およびスイッチ電極からの電
気的引出部となる第２貫通孔３０４を、たとえば、エッ
チングによって形成する（図１０（Ｃ））。次いで、凸
部と自己診断電極形成領域ならびに第１貫通孔３０３内
および第２貫通孔３０４内に、アルミニウムまたは銅な
どの導電材料を蒸着して、固定電極３２および自己診断
電極３９ならびに電気的引出用導電部３０５，３０６を
形成する（図１０（Ｄ））。

【００２９】第１基板１０は、第３基板３０と同じガラ
ス基板からなり、同じ方法により作製される。また、第
２基板２０は、シリコン基板から作られ、導電性を有し
ており、第１実施例または第２実施例の基板２０と略同
じ機能を有している。第１基板１０、第２基板２０、お
よび第３基板３０を、順次積層しそれぞれの基板を陽極
接合等によって接合して、自己診断機能を有する加速度
センサとする（図１０（Ｅ））。その後、図９に示すよ
うに、自己診断用電極１９の導電部１０５および固定電
極１２の導電部１０６の開口には、導電性エポキシ樹脂
１０７が充填され、自己診断用電極３９の導電部３０５
および固定電極３２の導電部３０６の開口には、導電性
エポキシ樹脂３０７が充填される。また、第２基板２０
の一端には、ボンディング・パッド２８が形成される。

【００３０】図１１を用いて、本実施例にかかる自己診
断電極を備えた加速度スイッチの診断方法を説明する。
自己診断方法は、可動電極２２と自己診断電極１９また
は３９との間に電圧Ｖｔを印加する。可動電極と自己診
断電極の間には電極の面積と印加電圧に比例し電極間の
距離に逆比例する静電吸引力が発生し、可動電極２２
が、自己診断電極３９側に吸引される。この吸引によ
り、可動電極２２と固定接点３２が導通してスイッチの
動作状態を診断することができる。第１基板側自己診断
電極１９と可動電極２２との間においても同様に自己診
断できる。印加電圧を制御することによって動作状態を
調節することができる。また、印加電圧は、直流または
交流であっても良い。ただし、交流電圧を印加するの場
合、その周波数を、当該センサの固有振動数より十分に
高くする必要がある。

【００３１】また、上記自己診断用電極を、製造上のバ
ラツキの修正にもちいることができる。例えば、製造の
過程で、可動電極２２の質量または肉薄部２３の厚みや
幅や長さ、あるいは可動電極２２と固定電極１２，３２
との間の距離が製造する際にバラツキがでた場合、加速
度スイッチの感度が所定の値になるように、固定電極２
２と自己診断電極１９または自己診断電極３９の間に直
流電圧を常時印加する。このようにして、加速度スイッ
チの感度のバラツキを修正することができる。

【００３２】この実施例の加速度スイッチは、上記のよ
うに、異なる感度を自由に設定できるので、加速度スイ
ッチを構成する部品のバリエーションを減らすことがで
き、さらに、加速度スイッチを使用中に感度を変更する
ことができる。

【００３３】図１２を用いて本発明の第４実施例を説明
する。この実施例は、第３実施例における第２基板２０
を、第２実施例のように片面からのみ異方性エッチング
することで、作製を容易にしたものであり、第２実施例
の効果と第３実施例の効果を併せて発揮することができ
る。

【００３４】以上、本発明にかかる加速度スイッチの実
施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定される
ものではない。そして、特許請求の範囲に記載された本
発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行う
ことが可能である。たとえば、本発明の加速度スイッチ
の作製は、主に蒸着と異方性エッチングで行ったが、そ
の他、周知の半導体製造プロセスを採用することができ
る。また、本発明の加速度スイッチの第１層目から第３
層目は、シリコン基板またはガラス基板を用いたが、通
常半導体として使用されている材料を採用することがで
きる。

【００３５】［加速度センサー］図１３は、本発明にか
かる加速度スイッチ素子を用いた加速度センサーの構成
を示す概念図である。図１４は、図１３に示した加速度
センサーの等価回路である。図１５は、本発明の加速度
センサーの出力電圧と印加加速度との関係を説明する出
力特性図である。本発明にかかる加速度センサーは、前
記した加速度スイッチのそれぞれ感度が異なる複数個を
直列に接続するとともに、該加速度スイッチにそれぞれ
並列に抵抗を接続して構成される。

【００３６】図１３において、加速度スイッチＳの質量
部をＭで、片持ち梁部をＬで、片持ち梁部の支持部をＨ
で表しており、基板１０または基板３０の導電部および
固定接点に相当する部分をＣで示している。図１〜図１
２に示した加速度スイッチは可動接点２５の上下に固定
接点１２，３２を設けていたが、この模式図では、上下
の固定接点をまとめて一つの接点Ｃとして示している。
この発明では、片持ち梁部Ｌの長さを異ならせることに
よって、複数の加速度スイッチの感度をそれぞれ異なら
せている。図１３に示すように、加速度スイッチＳ１〜
Ｓ５は直列に接続され、それぞれのスイッチＳ１〜Ｓ５
に並列に抵抗Ｒ１〜Ｒ５が接続されている。さらに、ス
イッチＳ１の一端は出力端子Ｖｏに接続されるとともに
抵抗Ｒ６を介して接地され、スイッチＳ５の一端は電源
Ｖｃに接続されている。

【００３７】抵抗Ｒ１〜Ｒ６の値を下記条件を満たすよ
うに設定することによって、図１５に示すように加速度
に段階的に対応した出力電圧Ｖｏを得ることができる。
すなわち、各片持ち梁部Ｌの長さを変えるとともに、質
量部Ｍを一定にすることによって、０．２Ｇ毎に加速度
スイッチＳがスイッチＯＮするように設定する。この時
の各抵抗の値を、Ｒ１＝４７ＫΩ、Ｒ２＝２．５ＫΩ、
Ｒ３＝８３４Ω、Ｒ４＝４１６Ω、Ｒ５＝２５０Ω、Ｒ
６＝１ＫΩとし、電源Ｖｃとアース間に直列に接続し、
この直列接続体に電源電圧Ｖｃ＝５Ｖを印加した。図１
４に示した等価回路に上記値の抵抗を接続した際に、上
記印加加速度を０．２Ｇずつ上げると、出力端子Ｖｏに
出力する電圧は、図１５に示すように、１Ｖずつ上昇す
る。

【００３８】上記感度は、単なる一例に過ぎず、片持ち
梁部Ｌの長さと幅と厚みおよび質量部Ｍの重さを変える
ことによって、加速度スイッチの感度を任意に設定する
ことができる。また、加速度スイッチＳの数を増やせ
ば、精度をさらに細かく設定することができる。さら
に、出力電圧Ｖｏは、回路の抵抗値Ｒおよび電源電圧Ｖ
ｃを変えることにより任意の出力とすることができる。
この加速度センサーは、各部における値を予め設定する
ことによって、出力電圧を所定の値に定めることができ
るので、出力に定められた値以外の電圧が発生した場
合、これを検出して加速度スイッチの故障信号とするこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、加速度スイッチに半導
体ウエハプロセスで使用する材料を用いたため、半導体
ウエハプロセスによって加工することができるようにな
った。その結果、加工、組立が簡単で、小型、高精度の
加速度スイッチを得ることができるようになった。本発
明によれば、半導体ウエハプロセスによって加速度スイ
ッチを小型化できるようになったため、高性能で応答速
度を上げることができるようになった。

【００４０】本発明によれば、一つの半導体ウエハに多
数の加速度スイッチをバッチ処理によって作製できるた
め、コストを低減できるようになった。本発明によれ
ば、第１層目ないし第３層目を積層する構造としたた
め、両方向スイッチとすることができた。本発明によれ
ば、第１層目から順次第３層目まで、大きさを変えてい
るため、露出しているそれぞれのボンディング・パッド
にボンディングワイヤを容易に接続することができる。
本発明によれば、加速度センサー用スイッチに自己診断
用電極を設けたので、故障を自己診断することができる
だけでなく、加速度スイッチの感度を調整することが可
能となった。本発明によれば、第１層目から第３層目を
異方性エッチングのみで加工できるので、製造が容易で
コストを低減することができた。

【００４１】本発明によれば、第１層目ないし第３層目
を対称構造にしたので、カンチレバーに働く静電引力が
キャンセルされ、静電引力によって生じる影響を小さく
することができる。本発明によれば、各層を気密構造と
して、不活性ガスを封入したので、電極が酸化せず、加
速度スイッチとして信頼性が高く、かつ寿命が長くなっ
た。また、上記不活性ガスの封入により、内圧を調整で
きるようになり、加速度スイッチの内部におけるダンピ
ング効果を自在に設定できる。

【００４２】さらに、本発明にかかる加速度センサー
は、感度の異なる加速度スイッチを直列に接続したの
で、所定の加速度に対応した出力を段階的に得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる加速度スイッチの構成の概念を
示す断面図。

【図２】本発明にかかる加速度スイッチの第１基板の製
造工程図。

【図３】本発明にかかる加速度スイッチの第１基板のウ
ェハ上の配置を説明する図。

【図４】本発明にかかる加速度スイッチの第２基板の製
造工程図。

【図５】本発明にかかる加速度スイッチの第２基板のウ
ェハ上の配置を説明する図。

【図６】本発明にかかる加速度スイッチの第３基板の構
成を示す斜視図。

【図７】本発明にかかる加速度スイッチの第３基板のウ
ェハ上の配置を説明する図。

【図８】本発明にかかる第２の実施例の加速度スイッチ
の構成の概念を示す断面図。

【図９】本発明にかかる第３の実施例の自己診断電極を
備えた加速度スイッチの構成の概念を示す断面図。

【図１０】図９に示す自己診断電極を有する加速度スイ
ッチの製造工程図。

【図１１】図９に示す自己診断電極を有する加速度スイ
ッチの動作状態を示す断面図。

【図１２】本発明にかかる第４の実施例の加速度スイッ
チの構成の概念を示す断面図。

【図１３】本発明にかかる加速度センサーの構成の概要
を示す概念図。

【図１４】図１３に示す加速度センサーの等価回路。

【図１５】図１３に示す加速度センサーの出力特性図。

【符号の説明】

Ｈ 支持部 Ｌ 肉薄部 Ｍ 質量部 Ｃ 導体部 Ｒ 抵抗体 Ｓ スイッチ Ｖｃ 電源端子 Ｖｏ 出力端子 １０ 第１基板 １１，１３，２７，３１，３３ 電極形成領域 １２，２６ 固定電極 １４，２８，３４ ボンディングパッド １５，３５ガラス層 １９，３９ 自己診断電極 ２０ 第２基板 ２１ 支持部 ２２ 質量部 ２３ 肉薄部 ２４ 溝 ２５ 凸部 ２６ 可動電極 ２９ 溝 ３０ 第３基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 忠雄 東京都中央区日本橋小網町19番５号 曙ブ レーキ工業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１電極と該電極に電気的に接続されて
   いる第１ボンディング・パッドとからなる導体部を有す
   る第１基板と、 第４電極と該電極に電気的に接続されている第３ボンデ
   ィング・パッドとからなる導体部を有する第３基板と、 一端が支持され他端が質量部とされた自由端からなる片
   持ち梁部の質量部に前記第１電極および第４電極に対向
   して設けた第２電極および第３電極と、第２電極および
   第３電極に電気的に接続された第２ボンディング・パッ
   ドとを有する第２基板と、 前記第３基板、第２基板、第１基板を順次積層してなる
   ことを特徴とする加速度スイッチ。
2. 【請求項２】 前記第１基板および第３基板を半導体基
   板またはガラス基板とし、第２基板を半導体基板とした
   請求項１記載の加速度スイッチ。
3. 【請求項３】 前記第１基板および第３基板には、それ
   ぞれ、第２基板の質量部に対向する位置に設けた自己診
   断電極と、片持ち梁部に設けた第２電極または第３電極
   と接触してスイッチを構成する第１電極または第４電極
   が設けられている請求項１または請求項２記載の加速度
   スイッチ。
4. 【請求項４】 前記片持ち梁部は、支持部と可撓部と質
   量部とからなり、可撓部における可撓性を上部あるいは
   下部の内の少なくとも一方に設けた肉薄部によってもた
   せている請求項１ないし請求項３のいずれか記載の加速
   度スイッチ。
5. 【請求項５】 第１基板ないし第３基板は、下に位置す
   るに従って順次形状を大きくして、ボンディング・パッ
   ドを各基板の表面に設けた請求項１ないし請求項４のい
   ずれか記載の加速度スイッチ。
6. 【請求項６】 第１基板の一面にスパッタガラスを形成
   した後、 複数の導体パターンを高濃度の不純物を拡散して形成
   し、 その後、前記複数の導体パターンによって接続される複
   数の第１電極および第１ボンディング・パッドを形成す
   る工程と、 第２基板の一部をエッチングして、可撓部と質量部を有
   する複数の片持ち梁部を形成する貫通孔を形成し、 片持ち梁部に複数の導体パターンを高濃度の不純物を拡
   散して形成し、 その後、前記複数の導体パターンと接続する複数の第２
   電極および第３電極と複数の第２ボンディング・パッド
   を形成する工程と、 第３基板の一面にスパッタガラスを形成した後、 複数の導体パターンを高濃度の不純物を拡散して形成
   し、 その後、前記複数の導体パターンによって接続される複
   数の第４電極および第３ボンディング・パッドを形成す
   る工程と、 第１基板および第２基板ならびに第３基板を接合した
   後、少なくとも一つの加速度スイッチにダイシングする
   ことを特徴とする加速度スイッチの製造方法。
7. 【請求項７】 第１基板上に複数の第１自己診断電極
   と、複数の第１電極とを形成する工程と、 第２基板の一部をエッチングして、凹部および貫通孔を
   形成し、複数の可撓部および質量部を有する片持ち梁部
   を得るとともに、当該片持ち梁部に高純度の不純物を拡
   散して導体とし、 その後、前記片持ち梁部の一端にボンディング・パッド
   を形成する工程と、 第３基板上に複数の第２自己診断電極と、複数の第２電
   極とを形成する工程と、 第１基板および第３基板の間に前記第２基板を接合した
   後、少なくとも一つの加速度スイッチにダイシングする
   ことを特徴とする加速度スイッチの製造方法。
8. 【請求項８】 第１電極と該電極に電気的に接続されて
   いる第１ボンディング・パッドとからなる導体部を有す
   る第１基板と、 第４電極と該電極に電気的に接続されている第３ボンデ
   ィング・パッドとからなる導体部を有する第３基板と、
   一端が支持され他端が質量部とされた自由端からなる片
   持ち梁部の質量部に前記第１電極および第４電極に対向
   して設けた第２電極および第３電極と、第２電極および
   第３電極に電気的に接続された第２ボンディング・パッ
   ドとを有する第２基板とを、第３基板、第２基板、第１
   基板の順に順次積層してなる加速度スイッチを複数個用
   いた加速度センサーにおいて、 それぞれ加速度の感度が異なる複数個の加速度センサー
   を直列に接続するとともに、各加速度スイッチに並列に
   抵抗を接続した特徴とする加速度センサー。
9. 【請求項９】 加速度センサーはそれぞれ片持ち梁部の
   肉薄部の厚みまたは長さもしくは幅の少なくとも一つを
   制御することによって加速度の感度を異ならせ、各加速
   度スイッチに並列接続される抵抗の値を異ならせた請求
   項８記載の加速度センサー。