KR20040054548A - 가속도 센서 - Google Patents

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KR20040054548A KR1020030092828A KR20030092828A KR20040054548A KR 20040054548 A KR20040054548 A KR 20040054548A KR 1020030092828 A KR1020030092828 A KR 1020030092828A KR 20030092828 A KR20030092828 A KR 20030092828A KR 20040054548 A KR20040054548 A KR 20040054548A
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다이고 오토요
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 통상의 취급에서 사용하는 크기의 충격이 가해져도 탄성 지지팔이 꺽이지 않는 구조를 한 가속도 센서를 개시하고 있다. 그 가속도 센서는 질량부와, 질량부에 고정된 질량부 상부판과, 질량부를 둘러싸고 있는 사변형의 두께가 두꺼운 지지 프레임과, 지지 프레임에 고정된 지지 프레임 상부판과, 질량부를 지지 프레임 중앙에 매다는 것과 함께 질량부 상부판과 지지 프레임의 각 변을 연결하고 있는 4개의 탄성 지지팔을 갖는다. 질량부 측면상과 지지 프레임 내측면상에서 지지팔의 바로 아래에 가로 홈이 형성되어 있다. 그 가로 홈 때문에, 질량부 상부판/지지 프레임 상부판은 질량부/지지 프레임에 고정된 부분과 지지팔을 향해서 돌출되어 있는 부분을 갖도록 되어 있다. 그 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계 단면이 돌출되어 있는 부분과 지지팔의 접속 단면보다도 크다. 외부로부터의 충격으로 질량부/지지 프레임에 생긴 왜곡이 직접 지지팔에 전달되지 않고, 큰 단면을 가진 돌출되어 있는 부분에서 완화되기 때문에 탄성 지지팔의 파손을 방지할 수 있다.

Description

가속도 센서{Acceleration sensor}
본 발명은 완구, 자동차, 항공기, 휴대단말기기 등에 사용되는 가속도 검출용 가속도 센서, 특히 반도체 기술을 사용하여 제조할 수 있는 가속도 센서에 관한 것이다.
가속도 센서로서는 압전(piezo) 저항 효과, 정전용량 변화 등의 물리량 변화를 이용한 것이 개발되어 제품화되고 있다. 이 가속도 센서는 여러가지 분야에서 널리 사용할 수 있지만, 최근에는 소형이고, 고감도로, 다축 방향의 가속도를 동시에 검출할 수 있는 것이 요구되고 있다.
실리콘 단결정은 격자 결함이 지극히 적기 때문에 이상적인 탄성체가 되는 것, 반도체 프로세스 기술을 그대로 전용할 수 있는 것 등의 특징을 갖기 때문에 실리콘 단결정 기판에 두께가 얇은 탄성 지지부를 형성하고, 이 두께가 얇은 탄성 지지부에 가해지는 응력을 왜곡 게이지 예를 들면 압전 저항 효과 소자에 의해서 전기 신호로 변환하여 출력으로 하는 압전 저항 효과형 반도체 가속도 센서가 특히 주목되고 있다.
3축의 가속도 센서 소자로서, 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 대들보(梁) 구조의 탄성 지지팔을 갖고, 실리콘 단결정 기판의 두께가 두꺼운 부분으로 이루어지는 중앙의 질량부와 주변의 프레임(frame)은 그 탄성 지지팔로 접속되고, 탄성 지지팔 상에는 각 축 방향에 복수개의 왜곡 게이지가 형성된 것이 사용되고 있다. 작은 가속도를 감도 좋게 검출하기 위해서는 탄성 지지팔을 길고, 얇게 하거나, 진자가 되는 질량부를 무겁게 하는 것이 행하여진다. 작은 가속도를 검출할 수 있다는 것은 큰 가속도가 가해지면 질량부의 진폭이 지나치게 커져, 탄성 지지팔이 꺾이게 된다. 그래서 큰 가속도가 가해지더라도 탄성 지지팔이 꺾이지 않도록, 가속도 센서 소자의 위와 아래에 규제판을 설치하여, 질량부의 진폭을 규제판으로 규제하는 것이 행하여지고 있다.
규제판을 설치한 가속도 센서는 일본의 일본 특개평 4-274005호, 일본 특개평 5-41148호, 일본 특개평 8-233851호에 개시되어 있다.
또한, 규제판과 가속도 센서 소자의 질량부의 간극을 소정의 값으로 관리하기 위해서, 간극과 거의 같은 지름을 한 미소 볼(small ball)을 접착제로 혼련(混練)하여, 미소 볼을 섞은 접착제를 사용하여 규제판을 가속도 센서 소자에 접착하는 것이 상기 일본 특개평 4-274005호 및 일본 특개평 8-233851호에 개시되어 있다. 규제판과 가속도 센서 소자의 간극을 미소 볼의 지름에 의해서 정할 수 있기 때문에, 그 간극을 소정의 값으로 유지할 수 있다.
이와 같이 가속도 센서의 위와 아래에 각각 규제판을 설치하는 것은 큰 가속도가 가해졌을 때 생기는 질량부의 과잉의 진폭을 막을 수 있지만, 큰 충격이 가해졌을 때 탄성 지지팔이 꺾이는 경우가 있었다. 특히 계측하는 가속도의 최대가 2G로 작은 가속도를 계측하기 위한 가속도 센서에서는 감도를 올리기 위해서 탄성 지지팔을 얇고, 폭을 작게 하여 그 단면적을 작게 하는 것과 함께, 길게 하여, 질량부를 무겁게 하고 있기 때문에, 충격이 가해졌을 때 탄성 지지팔이 꺾이는 경우가 많다. 충격에 의한 탄성 지지팔의 파손을 막기 위해서는 탄성 지지팔을 굵게 하면 좋지만, 그러면 가속도 센서의 감도가 저하된다.
따라서 본 발명의 목적은 가속도에 대한 감도를 유지하면서, 통상의 취급에서 생기는 크기의 충격이 가해지더라도 탄성 지지팔이 꺾이지 않는 구조를 한 가속도 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 큰 가속도에 의해서 생기는 질량부의 과잉의 진동을 가속도 센서 소자의 위와 아래에 설치한 규제판에 의해서 막는 것과 함께, 통상의 취급으로 생기는 크기의 충격이 가해지더라도 탄성 지지팔이 꺾이지 않는 구조를 한 가속도 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 가속도 센서는 가속도 센서 소자를 갖고, 그 가속도 센서 소자는 중앙에 있는 질량부와, 질량부 상단에 고정된 질량부 상부판과, 질량부와 소정 간격을 두고 둘러싸고 있는 사변형의 두께가 두꺼운 지지 프레임과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 지지 프레임 상부판과, 상기 질량부를 사변형의 상기 두께가 두꺼운 지지 프레임 중앙에 매다는 것과 함께, 각각이 질량부 상부판과 지지 프레임 상부판의 각 변을 연결하고 있는 4개의 탄성 지지팔과, 상기 탄성 지지팔 상에 형성되는 왜곡 게이지를 가진다. 그 가속도 센서 소자에 있어서, 질량부 상부판은 질량부 상단에 고정된 부분과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고, 그 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 질량부 상부판의 단면이, 그 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있다. 또한, 지지 프레임 상부판은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 부분과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고, 그 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 지지 프레임 상부판의 단면이, 그 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 질량부 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은질량부 상부판과 질량부 상단 사이에서 질량부 상단의 인접하는 질량부 측면상에 질량부 상부판을 따라 형성된 홈에 의해서, 질량부 상부판으로부터 형성되어 있고, 그리고 지지 프레임 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 상에, 지지 프레임 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서 지지 프레임 상부판으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 질량부 상부판의 질량부 상단과 대향하는 표면이, 질량부 상단을 포함하는 평면과, 질량부 측면 각각을 해당 측면에 따라 질량부 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선에 의해서 둘러싸인 영역과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것과 함께, 지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면이, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 각각을 해당 내측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 외측면 각각을 해당 외측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선 사이에 있는 영역이, 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것이 바람직하다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그것보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 가속도 센서는 중앙에 있는 정방형의 질량부와, 질량부 상단에 고정된 정방형 질량부 상부판과, 질량부와 소정 간격을 두고 둘러싸고 있는 정방형의 두께가 두꺼운 지지 프레임과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 정방형 지지 프레임 상부판과, 상기 질량부를 상기 두께가 두꺼운 지지 프레임 중앙에 매다는 것과 함께, 각각이 질량부 상부판의 각 변 중앙과 지지 프레임 상부판의 각 변 중앙을 연결하고 있는 4개의 탄성 지지팔과, 상기 탄성 지지팔상에 형성된 왜곡 게이지를 가진 가속도 센서 소자를 가질 수 있다. 그리고 그 가속도 센서에 있어서, 질량부 상부판은 질량부 상단에 고정된 부분과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고, 그 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 질량부 상부판의 단면이, 그 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 커져 있는 것과 함께, 지지 프레임 상부판은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 부분과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고, 그 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 지지 프레임 상부판의 단면이, 그 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 질량부 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 질량부 상부판과 질량부 상단 사이에서 질량부 상단의 인접하는 질량부 측면상에 질량부 상부판을 따라 형성된 홈에 의해서, 질량부 상부판으로부터 형성되어 있고, 그리고 지지 프레임 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 상에, 지지 프레임 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서 지지 프레임 상부판으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 정방형의 질량부 상부판의 질량부 상단과 대향하는 표면이, 상기 정방형 질량부의 상기 홈 이외의 질량부 상단에 평행한 단면과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것과 함께, 정방형의 지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면이 상기 정방형의 두께가 두꺼운 지지 프레임의 상기 홈 이외의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 평행한 단면과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것이 바람직하다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그것보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 가속도 센서는 상기 가속도 센서 소자와, 상기 질량부 상부판 사이에 소정의 간극을 갖고, 가속도 센서 소자 상측면을 덮도록 설치되어 있는 것과 함께, 페이스트에 의해서 지지 프레임 상부판 상측면에 접착 고정되어 있는 제 1 규제판과, 질량부 하측면과의 사이에 소정의 제 2 간극을 갖고, 페이스트에 의해서 상기 두께가 두꺼운 지지 프레임의 하측면이 접착되어 있는 제 2 규제판을 가질 수 있다. 그 페이스트는 경질 플라스틱 구(球)를 접착제로 혼련한 것으로 하는 것이 바람직하다.
상기 가속도 센서는 가로 프레임과 가로 프레임로 둘러싸인 내부 저면(底面)을 가진 보호 케이스를 또한 갖고, 그 보호 케이스 내에 상기 가속도 센서 소자가 설치되어 있어, 그 내부 저면이 상기 제 2 규제판으로서 작용할 수 있다.
그 가속도 센서에 내장되어 있는 가속도 센서 소자에 있어서, 질량부 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 질량부 상부판과 질량부 상단 사이에서 질량부 상단의 인접하는 질량부 측면상에 질량부 상부판을 따라 형성된 홈에 의해서, 질량부 상부판으로 형성되어 있고, 그리고 지지 프레임 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 상에, 지지 프레임 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서 지지 프레임 상부판으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 질량부 상부판의 질량부 상단과 대향하는 표면이, 질량부 상단을 포함하는 평면과, 질량부 측면 각각을 해당 측면에 따라 질량부 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선에 의해서 둘러싸인 영역이, 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것과 함께, 지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면이, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 각각을 해당 내측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 외측면 각각을 해당 외측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선 사이에 있는 영역이, 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것이 바람직하다.
그 가속도 센서 소자에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그것보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 것이 바람직하다.
도 1은 실시예 1에 의한 반도체 가속도 센서 소자의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도.
도 3은 도 1의 가속도 센서 소자의 사시도.
도 4는 도 3의 가속도 센서 소자를 상하 거꾸로 한 사시도.
도 5는 도 3의 일부를 확대한 설명 사시도.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 확대 단면 평면도.
도 7a 내지 7f는 실시예 1의 가속도 센서 소자의 제조 프로세스를 설명하는 것으로, 도 1의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도로 도시하는 도면.
도 8은 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자의 평면도.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 단면도.
도 10은 이 가속도 센서 소자의 일부를 확대한 설명 사시도.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 확대 단면 평면도.
도 12는 실시예 2의 가속도 센서 소자를 도시하는 확대 분해 사시도.
도 13은 실시예 1에 의한 반도체 가속도 센서 소자를 조합한 가속도 센서의 단면도.
도 14는 실시예 1에 의한 반도체 가속도 센서 소자를 조합한 다른 가속도 센서의 단면도.
도 15는 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자의 변형예의 단면도.
도 16은 가속도 센서의 상대 감도를 가로 홈의 홈 깊이와의 관계로 도시하는 그래프.
도 17은 가속도 센서의 상대 내충격을 가로 홈의 홈 깊이와의 관계로 도시하는 그래프.
도 18은 가속도 센서의 상대 감도를 가로 홈의 홈 폭과의 관계로 도시하는 그래프.
도 19는 가속도 센서의 상대 내충격을 가로 홈의 홈 폭과의 관계로 도시하는 그래프.
도 20은 가속도 센서의 상대 감도를 가로 홈의 길이를 탄성 지지팔(支持腕)의 폭보다도 길게 한 양(量)과의 관계로 도시하는 그래프.
도 21은 가속도 센서의 상대 내충격을 가로 홈의 길이를 탄성 지지팔의 폭보다도 길게 한 양과의 관계로 도시하는 그래프.
실시예 1
본 발명의 실시예 1에 관해서 도 1 내지 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 1은 실시예 1에 의한 반도체 가속도 센서 소자(100)의 평면도, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도, 도 3은 도 1의 가속도 센서 소자의 사시도, 도 4는 도 3의 가속도 센서 소자를 상하 거꾸로 한 사시도, 도 5는 도 3의 일부를 확대한 설명을 하기 위한 사시도, 그리고 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 확대 단면 평면도이다.
본 발명에 사용되고 있는 가속도 센서 소자(100)는 탄성 지지팔(10)의 두께를 고정밀도로 제어할 수 있도록 SiO2절연층을 개재하여 SOI층을 형성한 실리콘 단결정 기판, 즉 SOI 웨이퍼를 사용하여 제작되어 있다. SOI는 Silicon on insulator의 약자이다. 이 예에서는 약 600㎛ 두께의 Si 기판상에 에칭 스토퍼(etching stopper)가 되는 SiO2절연층을 얇게(약 10㎛) 형성하고, 그 위에 약 6㎛ 두께의 N형의 실리콘 단결정층을 형성한 웨이퍼를 기판으로서 사용하였다. 가속도 센서 소자(100)는 실리콘 단결정 기판의 두께가 두꺼운 부분으로 이루어지는 중앙의 질량부(20)와, 질량부 상단에 고정된 질량부 상부판(40)과, 질량부(20)를 둘러싸도록 주변에 소정 간격을 두고 배치한 정방형 프레임(30)과, 프레임 상단에 고정된 지지 프레임 상부판(50)과, 질량부 상부판(40)과 프레임 상부판(50)을 연결하는 실리콘 단결정 기판의 두께가 얇은 부분으로 이루어지는 2쌍의 대들보 형상의 탄성 지지팔(10)을 갖는다. 2개의 직교하는 검출축(X축과 Y축) 및 가속도 센서 소자 상측면에 수직인 검출축(Z축)에 대응하여, 탄성 지지팔(10)상에 각 축 각각 4개의 왜곡 게이지(15; 이하의 설명에 있어서는 왜곡 게이지의 일례로서 압전 저항 소자를 사용하고 있기 때문에, 「압전 저항 소자」라고 함)가 설치되어 있다. 즉, X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지팔(10)상에 각 2개의 압전 저항 소자(15)가 설치되어 있어 X축 방향의 가속도를 검출한다. Y축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지팔(10)상에 각 2개의 압전 저항 소자(15)가 설치되어 있어 Y축 방향의 가속도를 검출한다. X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지팔(10)상에 또한 각 2개의 압전 저항 소자(15)가 설치되어 있어, Z축 방향(지면에 수직이기 때문에, 도 1에는 Z축을 도시하고 있지 않음)의 가속도를 검출한다. 이 예에서는 Z축 방향의 가속도를 X축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지팔(10)상에 설치된 압전 저항 소자(15)로 검출하고 있지만, Z축 방향의 가속도를 검출하는 소자는 Y축 방향으로 연장되어 있는 탄성 지지팔(10)상에 설치되어 있어도 좋다. 각 축 방향의 가속도를 검출하는 4개의 압전 저항 소자(15)는 풀 브리지(full bridge) 검출회로를 구성하고 있다.
가속도 센서 소자(100)의 두께가 두꺼운 프레임 상단(32)에 있는 지지 프레임 상부판(50)의 상측면에는 복수의 입출력 단자가 설치되어 있다. 이 입출력 단자는 탄성 지지팔 상측면으로부터 지지 프레임 상부판 상측면에 걸쳐서 설치된 복수의 도체에 의해서, 탄성 지지팔상에 설치된 12개의 압전 저항 소자의 단자와 접속되어 있다. 도 1에서는 압전 저항 소자는 표시하고 있지만, 복수의 입출력 단자와 복수의 도체를 생략하고 있다. 또한, 다른 도면에서는 압전 저항 소자의 표시도 생략하고 있다.
본 실시예에 의한 가속도 센서 소자(100)는 SOI 웨이퍼를 사용하여 제작하고 있고, 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)은 약 600㎛ 두께의 Si 기판으로 만들어져 있다. 질량부 상부판(40), 4개의 탄성 지지팔(10) 및 지지 프레임 상부판(50)은 약 6㎛ 두께의 실리콘 단결정층으로 일체로 형성되어 있다. SOI 웨이퍼에서는 실리콘 단결정층이 SiO2절연층을 개재하여 Si 기판에 고정되어 있다. 그래서, 질량부 상부판(40)과 지지 프레임 상부판(50) 각각이 SiO2절연층으로 이루어지는 접착층(70)에 의해서 질량부 상단(22) 및 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단(32)에 고정되어 있다. 질량부(20)와 그 상단(22)에 고정된 질량부 상부판(40)은, Si 기판(80)과 그 위에 SiO2절연층(70)에 의해서 고정된 실리콘 단결정층(90)으로, 각각 제작되어 있기 때문에, 질량부 상부판(40)이 질량부(20)와 대향하고 있는 면은 질량부의 수평 단면과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기로 되어 있다. 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)과 그 상단에 고정된 지지 프레임 상부판(50)은, Si 기판(80)과 그 위에 SiO2절연층(70)에 의해서 고정된 실리콘 단결정층(90)으로, 각각 형성되어 있기 때문에, 지지 프레임 상부판(50)이 지지 프레임(30)에 대향하고 있는 면은 지지 프레임의 수평 단면과 실질적으로 같은형태이고, 실질적으로 같은 크기로 되어 있다. 본 실시예에서는 질량부(20)와 지지 프레임(30)은, 그 각각의 수평 단면이 상단으로부터 하단까지를 통해서 실질적으로 같기 때문에, 질량부 상부판(40)과 지지 프레임 상부판(50)은, 각각 질량부상 단면(22)과 지지 프레임상 단면(32)과, 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기로 되어 있다.
정방형 지지 프레임(30)의 내측에는 질량부(20)와 탄성 지지팔(10)을 제외하고, 통과 구멍(60)이 형성되어 있다. 탄성 지지팔(10)은 SOI 웨이퍼로부터 Si 기판 부분(80)과 SiO2절연층(70)을 제거한 6㎛ 두께의 실리콘 단결정층(90)으로, 정방형 지지 프레임(30)과 질량부(20)를 중계하고 있다.
질량부 상단(22)에 고정된 질량부 상부판(40)은 질량부 상단(22)에 접착층(70)을 개재하여 고정된 부분(42)과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분(44)을 가진다. 도면에 도시하는 바와 같이, 질량부 상부판(40)을 질량부(20)에 고정하고 있는 접착층(70)은 그 주변부터 깎여 작아져 있기 때문에, 질량부 상부판(40)은 접착층이 없어진 부분에 쟁기(庇) 형상으로 질량부(20)의 위에서 각 탄성 지지팔(10)에 향하여 돌출되어 있다. 도 1에서는 질량부 상단에서 질량부 상부판(40)의 고정된 부분(42)은 파선(46)으로 둘러싸인 영역이고, 돌출되어 있는 부분(44)은 파선(46)과 질량부 상부판(40)의 외변(48; 外邊) 사이에 있는 좁은 영역이다.
탄성 지지팔(10)이 그 돌출되어 있는 부분(44)에 접속되어 있는 단면은 도 5에 좌측 위로부터 우측 아래를 향하는 사선으로 빗금 친 영역(47)이고, 그 단면적은 탄성 지지팔(10)의 단면적과 같고, 탄성 지지팔(10)의 두께(질량부 상부판의 두께와 같은)와 탄성 지지팔(10)의 폭의 곱이다. 한편, 질량부 상부판(40)의 고정된 부분(44)과 그 돌출된 부분(42)의 경계에서의 상부판(40)의 단면은 도 5에 우측 위에서 좌측 아래를 향하는 사선으로 빗금 친 영역(49)이고, 그 단면적은 질량부 상부판(40)의 두께와 접착층의 1변의 길이의 곱이다.
탄성 지지팔(10)의 단면적 및 질량부 상부판(40)의 고정된 부분(42)과 그 돌출된 부분(44)의 경계에서의 질량부 상부판(40)의 단면적을 설명하기 위해서, 실시예 1에 의한 가속도 센서 소자(100)의 크기를 여기서 설명한다. 정방형 가속도 센서 소자(100)의 종횡의 길이는 거의 3300㎛이고, 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)은 거의 600㎛ 두께이며, 거의 450㎛ 폭이다. 중앙의 질량부(20)는 종횡의 길이가 거의 1000㎛이고, 그 두께가 거의 600㎛이다. 4개의 탄성 지지팔(10)은 거의 700㎛ 길이이고, 거의 110㎛ 폭이다. 질량부 상부판(40)의 크기는 종횡의 길이가 질량부(20)와 같고 거의 1000㎛이다. 두께가 두꺼운 지지 프레임의 상부판(50)의 크기는 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)과 같고, 외변의 길이가 거의 3300㎛, 내변의 길이가 거의 2400㎛의 정방형을 하고 있다. 탄성 지지팔(10), 질량부 상부판(40) 및 지지 프레임 상부판(50)은 SiO2절연층상의 실리콘층으로 만들어져 있기 때문에, 그 두께는 약 6㎛이다. 접착층(70)은 SiO2절연층으로 만들어져 있기 때문에 거의 10㎛ 두께로 되어 있다.
질량부 상단(22)에 질량부 상부판(40)을 고정하고 있는 접착층(70)은 그 주변에서 약 10㎛의 깊이까지 제거되어, 질량부 상단(22)과 질량부 상부판(40)의 경계에 따라 질량부 측면(24)상에 가로 홈(72)이 형성되어 있다. 이 홈(72)은 질량부(20)의 변과 같은 길이를 갖고, SiO2절연층(70)의 두께와 같은 폭을 가진다. 이 예로서는 홈(72)의 치수는 약 1000㎛ 길이, 약 10㎛ 폭, 약 10㎛ 깊이이다. 이 홈(72)에 의해서, 질량부 상부판(40)의 돌출되어 있는 부분(44)이 질량부 상부판(40)으로부터 형성되어 있다. 질량부 상부판(40)의 고정된 부분(42)과 그 돌출된 부분(44)의 경계에서의 질량부 상부판의 단면(도 5에서 우측 위에서 좌측 아래를 향하는 빗금 친 영역(49))은 그 두께가 약 6㎛, 그 길이가 약 1000㎛(정확하게는 양측의 홈 깊이를 뺀 약 980㎛)이기 때문에, 약 6000㎛2이다. 탄성 지지팔(10)이 질량부 상부판(40)의 돌출된 부분(44)에 접속되어 있는 단면(47)은 약 660㎛2이다. 이와 같이 질량부 상부판(40)의 고정된 부분(42)과 그 돌출된 부분(44)의 경계에서의 단면적이 탄성 지지팔의 단면적보다도 큰 것으로 되어 있다.
마찬가지로, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단(32)에 지지 프레임 상부판(50)을 고정하고 있는 접착층(70)은 그 주변에서 약 10㎛의 깊이까지 제거되고, 지지 프레임 상단(32)과 지지 프레임 상부판(50)의 경계에 따라 지지 프레임 내측면(34)상에 가로 홈(74)이 형성되어 있다. 이 홈(74)은 지지 프레임 내변(34)과 같은 길이를 갖고, SiO2절연층(70)의 두께와 같은 폭을 가진다. 이 예에서는 홈(74)의 치수는 약 2400㎛ 길이, 약 10㎛ 폭, 약 10㎛ 깊이이다. 이 홈(74)에 의해서, 지지 프레임 상부판(50)의 돌출되어 있는 부분(54)이 지지 프레임 상부판(50)으로부터 형성되어 있다.
두께가 두꺼운 지지 프레임 상단(32)에 고정된 지지 프레임 상부판(50)은 지지 프레임 상단(32)에 접착층(70)을 개재하여 고정된 부분(52)과, 그 고정된 부분(52)으로부터 각 탄성 지지팔(10)을 향하여 돌출되어 있는 부분(54)을 가진다. 도면에 도시하는 바와 같이, 지지 프레임 상부판(50)을 지지 프레임(30)에 고정하고 있는 접착층(70)은 그 내변(34)으로부터 깎여 작아져 있기 때문에 지지 프레임 상부판(50)은 접착층이 없어진 부분에 쟁기 형상으로 지지 프레임의 위에서 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있다. 도 1에서는 지지 프레임 상단에서 지지 프레임 상부판(50)의 고정된 부분(52)은 파선(56)과 주위의 4변(57) 사이에 있는 영역이고, 돌출되어 있는 부분(54)은 파선(56)과 내측의 4변(58) 사이에 있는 좁은 영역이다.
탄성 지지팔(10)이 지지 프레임 상부판(50)의 돌출되어 있는 부분(54)에 접속되어 있는 단면은 탄성 지지팔의 단면적과 같은 단면적을 가지고 있고, 이 예에서는 약 660㎛2이다. 지지 프레임 상부판(50)의 고정된 부분(52)과 그 돌출된 부분(54)의 경계에서의 지지 프레임 상부판(50)의 단면은 그 두께가 약 6㎛, 그 길이가 약 2400㎛(정확하게는 양측의 홈 깊이를 더한 약 2420㎛)이기 때문에, 약14,400㎛2이다. 이와 같이 지지 프레임 상부판(50)의 고정된 부분(52)과 그 돌출된 부분(54)의 경계에서의 단면적이 탄성 지지팔의 단면적보다도 큰 것으로 되어 있다.
가속도 센서에 충격 또는 가속도가 가해지면, 질량부 및 두께가 두꺼운 지지 프레임이 탄성 지지팔에 대하여 좌우 전후로, 또는 상하로, 또는 비틀어지도록 요동하여, 탄성 지지팔에 굴곡, 비틀림 등을 일으킨다. 이 굴곡, 비틀림 등이 급격하거나, 큰 변형인 경우에는 탄성 지지팔이 파손되는 경우가 있다. 탄성 지지팔은 위에서 설명한 바와 같이 대단히 가늘게 만들어져 있기 때문에, 충격이나 가속도에 의한 왜곡은 탄성 지지팔이 질량부나 지지 프레임에 설치되어 있는 조인트 부분에 집중하고, 탄성 지지팔의 조인트 부분에서는 그 왜곡에 의한 응력에 견딜 수 없게 되어, 조인트 부분에서 파손되었다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 질량부 상부판(40)에서는 질량부 상단(22)에 고정된 부분(42)과 그 고정된 부분(42)으로부터 각 탄성 지지팔(10)을 향하여 돌출되어 있는 부분(44)의 경계에서의 상부판(40)의 단면이, 그 돌출되어 있는 부분(44)에 탄성 지지팔(10)이 접속되어 있는 단면보다도 크게 되어 있다. 또한, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상부판(50)에서는 지지 프레임 상단(32)에 고정된 부분(52)과 그 고정된 부분(52)으로부터 각 탄성 지지팔(10)에 향하여 돌출되어 있는 부분(54)과의 경계에서의 상부판(50)의 단면이, 그 돌출되어 있는 부분(54)에 탄성 지지팔(10)이 접속되어 있는 단면보다도 크게 되어 있다. 그 때문에, 가속도센서에 충격 또는 가속도가 가해져 질량부(20)나 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)이 탄성 지지팔(10)에 대하여 이동하였을 때, 탄성 지지팔(10)에 생긴 굴곡, 비틀림 등의 왜곡이, 탄성 지지팔(10)이 상부판(40, 50)의 돌출되어 있는 부분(44, 54)에 접속되어 있는 단면에 우선 전해지고, 거기에서 돌출되어 있는 부분(44, 54)을 경유하여, 상부판(40, 50)의 돌출되어 있는 부분(44, 54)과 고정되어 있는 부분(42, 52)의 경계에서의 상부판(40, 50)의 단면에 전해진다. 질량부(20)나 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)의 변형은 그 반대의 경로를 통과하여, 상부판(40, 50)의 돌출되어 있는 부분(44, 54)과 고정되어 있는 부분(42, 52)의 경계에서의 상부판(40, 50)의 단면으로부터, 돌출되어 있는 부분(44, 54)을 경유하여, 탄성 지지팔(10)이 상부판(40, 50)의 돌출되어 있는 부분(44, 54)에 접속되어 있는 단면에 전해지고, 그리고 탄성 지지팔(10)에 전해진다. 이와 같이 왜곡의 전달이, 탄성 지지팔(10)과 질량부(20) 또는 두께가 두꺼운 지지 프레임(30) 사이에서 직접 행하여지는 것은 아니고, 상부판(40, 50)의 돌출되어 있는 부분(44, 54)을 개재하여 행하여지고, 돌출되어 있는 부분(44, 54)은 탄성 지지팔(10)과의 접속 단면보다도 고정된 부분(42, 52)과의 접속 단면이 커져 있기 때문에, 돌출되어 있는 부분(44, 54)에서 왜곡의 완화 즉 응력의 완화가 행하여져, 본 발명의 가속도 센서 소자에서는 큰 충격이나 가속도가 가해지더라도 탄성 지지팔의 파손을 막거나 또는 적게 할 수 있다.
본 실시예에서는 질량부(20)에는 질량부 상단(22)과 질량부 상부판(40)의 경계에 따라 질량부 측면(24)상에 형성한 가로 홈(72)에 의해서, 질량부 상부판(40)의 돌출된 부분(74)을 만들고 있다. 또한, 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)에는 지지 프레임 상단(32)과 지지 프레임 상부판(50)의 경계에 따라, 지지 프레임 내측면(34)상에 형성한 가로 홈(74)에 의해서, 지지 프레임 상부판(50)의 돌출된 부분(54)을 만들고 있다. 질량부 측면(24)상에 형성한 가로 홈(72)은 약 1000㎛ 길이, 약 10㎛ 폭, 약 10㎛ 깊이, 지지 프레임 내측면(34)상에 형성한 가로 홈(74)은 약 2400㎛ 길이, 약 10㎛ 폭, 약 10㎛ 깊이이다. 이들 홈(72, 74)은 탄성 지지팔(10)의 폭과 같거나 그보다도 길게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한 홈(72, 74)의 폭은 1㎛ 또는 그보다도 커져 있는 것이 바람직하지만, 실용면에서는 30㎛ 미만인 것이 바람직하다. 홈(72, 74)의 깊이는 1㎛ 또는 그보다도 크게 하는 것이 바람직하지만, 실용면에서는 100㎛ 미만인 것이 바람직하다. 홈에 의해서 상부판의 돌출된 부분을 정의하고 있기 때문에, 홈은 탄성 지지팔의 폭과 같거나 그것보다도 길게 될 필요가 있는 것은 이해될 것이다. 홈의 길이가 탄성 지지팔의 폭과 같더라도, 상부판의 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계는 돌출되어 있는 부분의 3방면에 있는 단면(탄성 지지팔과의 경계를 제외한 3방향의 경계)으로 구성되어 있기 때문에, 그 경계 단면적은 탄성 지지팔과 돌출되어 있는 부분의 경계 단면적보다도 커진다. 위에서 설명한 실시예 1의 가속도 센서 소자(100)에서는 이 가로 홈(72, 74)은 SOI 웨이퍼의 SiO2절연층(70)을 질량부 측면/지지 프레임 내측면으로부터 깍아 형성하고 있기 때문에, 그 홈(72, 74)은 SiO2절연층(70)의 두께와 같은 폭으로 하는 것이 제작면에서는 적당하다. SiO2절연층은 통상 1 내지 10㎛의두께를 한 것이 시판되고 있기 때문에, SOI 웨이퍼를 사용하여 본 발명의 가속도 센서 소자를 만드는 경우에는 SiO2절연층에 의해서 홈의 폭이 정해진다. 그러나 나중에 설명하는 바와 같이, 홈은 10㎛보다도 큰 폭을 가질 수 있다. 그러나, 지나치게 홈의 폭이 넓은 경우에는 질량부의 질량의 저하나 지지 프레임의 강도를 저하시킬 우려가 있는 것과 함께, 홈을 형성하기 위해서 긴 가공시간이 필요하게 되기 때문에, 폭은 커도 30㎛로 하는 것이 바람직하다. 홈의 깊이는 1㎛ 이상이면, 홈이 없는 것과 비교하여 2배의 충격에 견딜 수 있다. 150㎛ 깊이의 홈이더라도 1㎛ 깊이의 홈을 가지는 것과 비교해 내충격성은 변하지 않는다. 그러나, 100㎛보다도 깊은 홈을 질량부에 형성하면, 질량부의 질량이 작아져, 가속도 센서의 감도가 저하된다. 두께가 두꺼운 지지 프레임에 설치한 홈이 100㎛보다도 깊어져도 감도 저하로 이어지지 않는다, 그러나 지지 프레임의 강도를 저하시킬 우려가 있다. 또한, 100㎛보다도 깊은 홈을 형성하는 것은 홈을 형성하기 위해서 긴 가공시간을 필요로 하기 때문에, 홈은 깊더라도 100㎛로 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시예의 가속도 센서 소자의 제조방법에 관해서 설명한다. 도 7은 주요 공정을 설명하기 위해서 도 1의 가속도 센서 소자(100)의 X축 방향 단면(도 1의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면)의 일부(왼쪽 반)를 도시하고 있다. SOI 웨이퍼는 도 7에서 부호를 붙여 도시하고 있는 바와 같이, Si 기판(80), Si 활성층인 표면의 실리콘 단결정층(90) 및 양자의 사이에 있고, 에칭 스토퍼로서 사용되는 SiO2절연층(70)으로 구성된 Si 단결정 기판이다. 각각의 두께는 Si 기판(80)은 약 600㎛, SiO2절연층(70)은 약 10㎛, 그리고 실리콘 단결정층(90)은 약 6㎛이다.
제조 프로세스의 처음에는 실리콘 단결정층(90)의 표면에, 포토레지스트 또는 열산화 SiO2막 등을 마스크로서 소정 형상의 패턴을 만들고, 이온 주입 등의 불순물 확산공정에 의해서 붕소를 확산한 압전 저항 소자(15)를 만든다(도 7a). 표면 불순물 농도로서는 온도 특성 및 감도의 양쪽의 관점에서, 약 2×1018원자/㎤로 하였다.
다음에 압전 저항 소자(15)의 보호를 위해서, 보호막(16)을 형성한다(도 7b). 보호막(16)으로서는 일반적으로 반도체에서 사용되고 있는 SiO2와 PSG(Phosphorous silicate glass)의 다층막을 사용하여 가동 이온의 게터링 효과를 갖게 하고 있다. SiO2와 PSG의 2층막 대신에 SiO2와 SiN의 2층막을 사용하여도 좋다. 보호막(16)의 두께는 될 수 있는 한 얇게 하여 응력을 작게 하는 쪽이 감도를 올리기 위해서는 바람직하여, 0.2 내지 0.5㎛로 하였다.
다음에 압전 저항 소자(15)의 양단상의 보호막(16)에 전극 접속용 관통 구멍(16a; through hole)을 불화수소산(hydrofluoric acid)을 주체로 한 습식 에칭에 의해 형성한다(도 7c).
다음에, 전극배선을 만들기 위해서, 우선 스퍼터에 의해 알루미늄합금(알루미늄과 구리와 실리콘 등이 주성분)을 성막(成膜)한다. 두께는 0.3 내지 0.5㎛로 하였다. 포토 에칭에 의해 인출 전극(17)을 형성하였다(도 7d).
다음에, 도시하지 않았지만, 실리콘 단결정층(90)을 드라이 에칭 등에 의해 에칭하여, 도 1에 도시한 관통 패턴(60)을 형성한다.
다음에, 뒷면의 Si 기판(80)에, 양면 얼라이너(aligner)장치를 사용하여 표면의 압전 저항 소자(15)나 실리콘 단결정층(90)으로의 관통 패턴(60) 등과의 위치를 맞추어 질량부(20) 및 프레임(30)의 형상으로 포토레지스트 마스크를 형성하고, SF6와 산소를 도입한 플라스마 내에서 Si 기판(80)을 드라이 에칭하였다. 또한 에칭 스토퍼의 SiO2절연층(70)을 습식 에칭하고(도 7e), 또한 SiO2절연층(70)을 오버 에칭하여 질량부 측면(24) 및 지지 프레임 내측면(34)으로부터 SiO2절연층(70)을 목적으로 하는 깊이까지 제거하였다(도 7f). 이 공정에 의해서 탄성 지지팔(10) 및 가로 홈(72, 74)이 형성된다. 에칭액에는 완충 불화수소산(buffered hydrofluoric acid)을 사용하였다.
그 후에, 웨이퍼상에 형성한 다수의 가속도 센서 칩을 다이서(dicer) 등을 사용하여, 1개 1개의 센서 칩으로 절단하여, 패키징 등의 조립 공정을 거쳐서, 반도체 가속도 센서(100)를 완성시켰다.
실시예 2
도 8 내지 도 12를 참조하면서, 본 발명에 따른 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자를 설명한다. 도 8은 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자의 평면도, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 단면도, 도 10은 이 가속도 센서 소자의 일부를 확대한 설명을 하기 위한 사시도, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 확대 단면 평면도, 그리고 도 12는 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자의 분해 사시도이다. 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자에 관한 이들 도면 및 그 센서를 설명하고 있는 이하의 기술에 있어서, 같은 부분에 관해서는 같은 도면 부호를 사용한다.
실시예 2에 의한 가속도 센서 소자(200)는 대부분의 점에서 실시예 1에 의한 가속도 센서 소자(100)와 같지만, 실시예 1에서 질량부와 질량부 상부판의 사이에 있던 SiO2절연층이 없고, 두께가 두꺼운 지지 프레임과 지지 프레임 상부판의 사이에 있던 SiO2절연층이 없고, SiO2절연층 대신에 유기 접착제층에 의해서 질량부(20)와 질량부 상부판(40)이, 또한 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)과 지지 프레임 상부판(50)이 접착되어 있다. 또한, 질량부 상부판(40)과 질량부 상단(22)의 경계에 따라 질량부 측면(24)상에 형성된 가로 홈(272) 및 두께가 두꺼운 지지 프레임 상부판(50)과 지지 프레임 상단(32)의 경계에 따라 지지 프레임 내측면(34)상에 형성된 가로 홈(274)이, 탄성 지지팔(10)의 폭보다도 약간 만 길게 만들어져 있고, 이들 가로 홈(272, 274)은 질량부(20)의 폭 전체나 지지 프레임(30)의 길이 전체에 미쳐 있지 않다.
가로 홈(272, 274)은 도 8 및 도 10 내지 도 12로부터 분명한 바와 같이, 수평 단면이 사다리꼴로 되어 있다. 정방형 질량부(20)의 질량부 상단(22)은 질량부의 정방형 수평 단면으로부터 4개의 사다리꼴형 홈부(272)를 제외한 것으로, 질량부 상부판(40)은 질량부 상단(22)에 대응하0는 질량부 상단(22)에 고정되어 있는부분(242)과, 4개의 사다리꼴형 홈(272)에 각각 대응한 돌출되어 있는 부분(244)을 가지고 있다. 질량부 상부판(40)의 고정된 부분(242)과 돌출되어 있는 부분(244)의 경계에서의 상부판의 단면은 그 사다리꼴의 3변에 대응한 면적이다. 질량부 상부판(40)의 탄성 지지팔(10)을 향하여 돌출되어 있는 부분(244)과 탄성 지지팔(10)의 접속 단면은 탄성 지지팔(10)의 단면적과 같기 때문에, 그 단면적은 상부판의 고정되어 있는 부분(242)과 돌출되어 있는 부분(244)의 경계에서의 상부판(40)의 단면적보다도 작은 것으로 되어 있다. 질량부 상부판(40)의 탄성 지지팔(10)을 향하여 돌출되어 있는 부분(244)과 탄성 지지팔(10)의 접속 단면은 도 10에, 도 5와 같이, 좌측 위로부터 우측 아래를 향하는 사선으로 빗금 친 영역(47)이고, 상부판(40)의 고정된 부분(242)과 돌출되어 있는 부분(244)의 경계에서의 상부판(40)의 단면은 우측 위에서 좌측 아래를 향하는 사선으로 빗금친 영역(249)이다. 두께가 두꺼운 지지 프레임 상측면(32)에 고정되어 있는 지지 프레임 상부판(50)에 대해서도, 질량부 상부판(40)과 같이, 탄성 지지팔(10)의 아래에 사다리꼴 가로 홈(274)이 형성되어 있기 때문에, 상부판(50)은 고정된 부분(252)과 돌출된 부분(254)을 가지고 있다. 지지 프레임 상부판(50)의 돌출된 부분(254)이, 그 고정되어 있는 부분(252)과의 경계에 가지는 단면은 질량부 상부판(40)의 돌출되어 있는 부분(244)이 그 고정되어 있는 부분(242)과의 경계에 가지는 단면과 같은 면적을 갖고, 그 단면은 지지 프레임 상부판(50)의 돌출된 부분(254)이 탄성 지지팔(10)과의 경계에 가지는 단면보다도 면적이 크다. 그 때문에, 실시예 2의 가속도 센서에 큰 충격이나 가속도가 작용하더라도, 질량부 상부판(40)/두께가 두꺼운 지지 프레임 상부판(50)의 돌출되어 있는 부분(244, 254)에서 왜곡의 완화가 행하여져, 탄성 지지팔(10)의 파손을 막거나 또는 적게 할 수 있다.
여기서, 실시예 2의 가속도 센서 소자의 제조방법을 설명한다. 질량부 상부판(40)과 4개의 탄성 지지팔(10)과 지지 프레임 상부판(50)을 갖는 상부판은 약 6㎛ 두께의 실리콘 박막으로 일체로 만들어진다. 그 공정과 병행하여, 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)은 약 600㎛ 두께의 Si 웨이퍼로 만들어진다.
우선, 실리콘 박판의 표면에, 실시예 1의 가속도 센서 소자의 제조방법을 도시하고 있는 도 7a 내지 도 7d의 공정에 의해서, 보호막과 압전 저항 소자와 인출 전극을 형성한다. 그 다음, 실리콘 박막을 드라이 에칭 등에 의해 에칭하여, 도 12의 상측에 도시하고 있는 바와 같이, 상부판의 관통 패턴(60)을 형성하고, 질량부 상부판(40)과 4개의 탄성 지지팔(10)과 지지 프레임 상부판(50)으로 이루어지는 영역을 형성한다. 병행하여, Si 웨이퍼를 SF6과 산소를 도입한 플라스마 내에서 드라이 에칭하여, 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)을 형성하고, 사다리꼴 가로 홈 패턴을 가진 포토레지스트 마스크를 사용하여 이들의 상측면으로부터 더욱 드라이 에칭을 하여, 도 12의 하측에 도시하고 있는 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)을 제작한다. 상부판을 형성한 실리콘 박막을 다이서 등으로 1개 1개의 상부판 칩으로 절단하여, 도 12의 상측에 도시하는 상부판 칩으로 한다. 또한 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)을 형성한 Si 웨이퍼를 다이서 등으로 1개 1개의 두께가 두꺼운 지지 프레임 칩(support frame chip)과 질량부 칩으로 절단하여 도 12의 하측에 도시하는 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)을 형성한다. 도 12에 도시하는 상부판에, 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)을 수지 접착제를 사용하여 접합하여, 본 실시예의 가속도 센서 칩(200)으로 하였다. 또는, 상부판을 형성한 실리콘 박막과, 질량부(20)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(30)을 형성한 Si 웨이퍼를 수지 접착제를 사용하여 접합한 후에, 1개 1개의 가속도 센서 칩(200)에 다이서 등을 사용하여 절단할 수도 있다.
실시예 3
도 13을 참조하면서, 실시예 1에 의한 반도체 가속도 센서 소자(100)를 내장한 본 발명의 실시예 3에 의한 가속도 센서(300)를 설명한다. 도 13은 가속도 센서의 단면도이다.
도 13에 단면도로 도시하는 바와 같이, 실시예 1에서 설명한 가속도 센서 소자(100)의 상측면을 덮도록 제 1 규제판(310; 푸른 판유리(0.3㎜ 두께)로 됨)을 두께가 두꺼운 지지 프레임 상부판(50) 상측면의 각 코너에 페이스트(320)를 붙여 고정하였다. 사용한 페이스트는 약 10㎛ 지름을 한 경질 플라스틱 구(디비닐벤젠을 주성분으로 하는 가교 공중합체로 이루어짐)를 10 질량% 정도 혼련한 실리콘고무수지 접착제, 예를 들면 도오레 다우 코닝 실리콘에서 만든 DA6501이고, 이 실리콘고무수지 접착제는 경화 후의 영율(Young's modulus)이 거의 8.8×10-4GPa로, 충분히 부드러운 것이다. 또, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상부판(50) 상측면의 각 코너에붙인 페이스트(320)의 면적은 약 350㎛×약 350㎛로 하였다. 제 1 규제판(310)의 하측면과, 질량부 상부판(40) 상측면의 간극(g1)을 약 10㎛로 하였다. 또한, 가속도 센서 소자(100)의 두께가 두꺼운 지지 프레임(30) 하측면에 같은 페이스트(340)를 사용하여 푸른 판유리로 이루어지는 제 2 규제판(330)을 고정하였다. 제 2 규제판(330)의 상측면과 질량부(20) 하측면의 간극(g2; 제 2 간극)을 약 10㎛로 하였다.
이와 같이, 가속도 센서 소자(100)의 상하에 규제판(310, 330)을 질량부(20) 사이에 간극을 두고 설치한 실시예 3의 가속도 센서(300)는 큰 가속도가 가해지더라도 질량부(20)의 변위가 규제판(310, 330)과의 간극(g1, g2)보다도 커지지 않기 때문에, 가속도 센서 소자(100)의 탄성 지지팔(10)의 파손을 막을 수 있다. 제 1 규제판과 질량부 상부판 상측면 사이의 간극(g1)과 제 2 규제판과 질량부 하측면 사이의 제 2 간극(g2)은 5 내지 15㎛ 사이에서 필요에 따라 바꿀 수 있다.
실시예 4
도 14를 참조하면서, 실시예 1에 의한 반도체 가속도 센서 소자(100)를 조합한 본 발명의 실시예 4에 의한 가속도 센서(400)를 설명한다. 도 14는 가속도 센서의 단면도이다.
도 14에 단면도로 도시하는 바와 같이, 0.3㎜ 두께의 푸른 판유리로 이루어지는 제 1 규제판(310)을 실시예 3과 같이 질량부 상부판(40) 상측면 사이에 소정의 간극(g1)을 갖고, 가속도 센서 소자(100)의 상부에 페이스트(320)로 장착한 가속도 센서(400)는 알루미나 등으로 이루어지는 보호 케이스(410) 내에 설치되어 있다. 보호 케이스(410)는 가로 프레임(412)과 내부 저면(414)을 가지고 있고, 가속도 센서 소자(100)의 두께가 두꺼운 지지 프레임(30) 하측면이 내부 저면(414)상에 페이스트(340)로 접착되어 고정되어 있다. 가속도 센서 소자(100)를 내부 저면(414)에 고정한 상태에서 가속도 센서 소자(100)의 중앙에 있는 질량부(20)는 보호 케이스의 저면(414)과 접촉하지 않고, 제 2 소정의 간극(g2)을 가지고 있다. 내부 저면은 질량부 하측면 사이에 있는 간극을 갖고 질량부의 아래 쪽으로의 진동을 그 간극의 크기 내로 제한하기 때문에 제 2 규제판으로서 작용한다. 소정의 제 2 간극(g2)은 소정의 간극(g1)과는 다른 값으로 할 수 있다. 또한 본 실시예에 있어서도, 실시예 3에서 사용한 페이스트를 사용할 수 있다.
실시예 5
도 15를 참조하면서, 본 발명의 실시예 2에 의한 가속도 센서 소자의 변형예를 실시예 5로서 설명한다. 도 15는 가속도 센서 소자의 변형예의 단면도이다.
도 15에 도시하는 실시예 5의 가속도 센서 소자(500)는 질량부(520)와 두께가 두꺼운 지지 프레임(530)의 소매 부분의 형태를 제외하고, 도 8 내지 도 12에 도시한 실시예 2의 가속도 센서 소자와 같은 구조를 하고 있다. 이 가속도 센서(500)는 질량부 측면(524)이 아래로 감에 따라서 넓어진 질량부(520)와, 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면(534)이 아래로 감에 따라서 넓어진 지지 프레임(530)을 가지고 있다. 실시예 2에 도시한 가속도 센서 소자의 질량부, 지지프레임과 비교하여, 이들 상부 단면이 실시예 2와 같은 면적을 하고 있어도 더욱 큰 질량으로 할 수 있기 때문에, 감도를 올릴 수 있고, 또한 기계적 강도도 강하게 할 수 있다. 이 가속도 센서 소자(500)에 있어서, 질량부 상단(522)에 질량부 상부판(40)이 접착제로 고정되어 있고, 그리고 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단(532)에 지지 프레임 상부판(50)이 접착제로 고정되어 있다. 질량부 상부판(40)과 지지 프레임 상부판(50)은 탄성 지지팔(10)로 중계되어 있고, 질량부 상부판(40)과 지지 프레임 상부판(50)과 탄성 지지팔(10)로 일체(一體)의 가속도 센서 상부판으로 되어 있다. 질량부의 주위에 있는 측면 각각을 그 측면에 따라 질량부 상부판을 향하여 연장한 면 각각과, 질량부 상단을 포함하는 평면(가속도 센서 소자 상부판의 하측면과 같음)이 교차한 4개의 선에 의해서 둘러싸인 영역이, 질량부 상부판의 질량부 상단에 대향하는 표면(본 실시예에서는 실시예 2와 같이 정방형을 하고 있음) 즉 질량부 상부판의 하측면과 실질적으로 같은 형태(정방형)이고, 실질적으로 같은 크기로 되어 있다. 두께가 두꺼운 지지 프레임의 내주에 있는 내측면 각각을 그 내측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면(가속도 센서 소자 상부판의 하측면과 같음)이 교차한 4개의 선(본 실시예에서는 정방형을 형성하고 있음)과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 외측면 각각을 그 외측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면(가속도 센서 소자 상부판의 하측면과 같음)이 교차한 4개의 선(본 실시예에서는 정방형을 형성하고 있음) 사이에 있는 영역이, 지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면 즉 지지 프레임 상부판의 하측면과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기로 되어 있다.
실시예 5의 가속도 센서 소자(500)에 있어서도, 질량부 상부판(40)과 질량부 상단(522)의 경계에 따라 질량부 측면(524)상에서 탄성 지지팔(10)의 바로 아래에 가로 홈(572)이 형성되어 있다. 두께가 두꺼운 지지 프레임 상부판(50)과 지지 프레임 상단(532)의 경계에 따라 지지 프레임 내측면(534)상에서 탄성 지지팔(10)의 바로 아래에 가로 홈(574)이 형성되어 있다. 이들 가로 홈(572, 574)은 인접하는 탄성 지지팔(10)의 폭보다도 약간만 길게 만들어져 있다. 이 가로 홈은 1 내지 30㎛ 폭, 1 내지 100㎛ 깊이인 것이 바람직하다.
질량부에 형성된 가로 홈에 의해서 질량부 상부판에, 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분이 형성되어 있다. 질량부 상부판은 돌출되어 있는 부분과 질량부 상단에 고정되어 있는 부분을 가진다. 그 돌출되어 있는 부분과 고정되어 있는 부분의 경계의 단면은 돌출되어 있는 부분과 탄성 지지팔의 접속 단면보다도 크다. 마찬가지로, 두께가 두꺼운 지지 프레임에 형성된 가로 홈에 의해서 지지 프레임 상부판에, 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분이 형성되어 있다. 지지 프레임 상부판은 돌출되어 있는 부분과 지지 프레임 상단에 고정되어 있는 부분을 가진다. 그 돌출되어 있는 부분과 고정되어 있는 부분의 경계의 단면은 돌출되어 있는 부분과 탄성 지지팔의 접속 면적보다도 크다.
본 실시예에서는 질량부와 두께가 두꺼운 지지 프레임이 아래로 감에 따라서 넓어진 단면을 가지고 있었지만, 질량부와 두께가 두꺼운 지지 프레임이 상단과 하단의 중간부에서 단면이 넓어진 구조 등, 다른 구조를 취할 수 있다.
실시예 6
홈 치수의 감도와 내충격성에 대한 영향
실시예 4에서 설명한 보호 케이스(410)에 넣은 가속도 센서(400)를 사용하여, 그 가로 홈의 치수를 바꾸어, 가로 홈 치수가 가속도 센서의 감도와 내충격성에 주는 영향을 조사하였다. 여기서 가속도 센서에 사용한 가속도 센서 소자는 1변의 길이가 약 3300㎛, 두께 약 600㎛, 폭 약 450㎛의 정방형 두께가 두꺼운 지지 프레임을 가지고 있었다. 그 질량부는 약 1000㎛×약 1000㎛의 정방형으로, 두께가 약 600㎛이었다. 각 탄성 지지팔은 길이 약 700㎛, 폭 약 110㎛, 두께 약 6㎛이었다. 질량부 상부판은 질량부와 같은 약 1000㎛×약 1000㎛의 정방형을 이루고, 두께가 약 6㎛이고, 지지 프레임 상부판은 지지 프레임과 같은 평면 치수를 하고, 두께가 약 6㎛이었다.
홈 깊이의 영향
위에서 설명한 치수를 가진, 실시예 2에서 설명한 가속도 센서 소자(200)를 사용하여, 실시예 4의 가속도 센서(400)를 제작하고, 그 가로 홈을 200㎛ 길이, 2㎛ 폭으로 하고, 그 깊이를 0㎛에서 150㎛까지 바꾸어, 그것이 감도에 미치게 하는 영향을 조사하였다.
감도는 가속도 센서에 2G의 가속도를 주어 출력 전압을 측정하였다. 내충격성을 조사할 때, 가속도 센서를 여러가지 높이에서 100㎜ 두께의 삼목판상에 자연낙하시키고, 그 후에 출력이 얻어지는 최대의 낙하 높이를 내충격치로 하였다. 자연낙하하는 높이와 충격력의 상관을 미리 구하여 두고, 낙하 높이를 충격의 강도로 환산하였다. 또, 홈 깊이 0㎛는 홈이 없는 종래의 가속도 센서이다.
그 측정 결과를 도 16 및 도 17에 도시한다. 도 16은 홈 깊이 0㎛의 종래의 가속도 센서의 감도를 1.0으로 하고, 홈 깊이를 바꾸어 제작한 본 발명의 가속도 센서의 감도를 종래의 가속도 센서의 감도와의 비로 구한 상대 감도를 홈의 깊이를 가로축으로 하여 도시하고 있는 그래프이다. 홈 깊이가 150㎛까지는 감도가 변하지 않은 것을 알 수 있다. 도 17은 종래의 가속도 센서(홈 깊이 0㎛)의 내충격치를 1.0으로 하고, 홈 깊이를 바꾸어 제작한 본 발명의 가속도 센서의 상대 내충격치를, 홈 깊이를 가로축으로 하여 도시하고 있는 그래프이다. 홈 깊이가 1㎛가 되면 종래의 가속도 센서에 비교하여 2배의 내충격성을 나타내고, 홈 깊이 150㎛까지 내충격성에 변화는 없었다. 그러나, 홈 깊이가 100㎛ 이상이 되면, 질량부가 질량부 상부판으로부터 벗겨지는 것이 관찰되었다. 또한, 실시예 1과 같이 SiO2절연층을 측면으로부터 에칭하여 홈을 만들 때에는 100㎛ 이상의 깊이의 홈을 가공하기 위해서는 지극히 장시간을 요한다. 그래서 홈 깊이는 1㎛ 이상은 필요하고, 바람직하게는 100㎛ 미만이다.
홈 폭의 영향
위에서 설명한 치수를 가진 실시예 1 및 실시예 2에서 설명한 가속도 센서 소자(100, 200)를 사용하여, 실시예 4의 가속도 센서(400)를 제작하였다. 가로 홈은 질량부 측면 및 지지 프레임 내측면의 전체 변에 걸친 길이로 하고, 그 깊이를 약 5㎛로 하였다. 제작상의 관점에서, 10㎛까지의 홈 폭을 가지는 센서 소자는 실시예 1에 도시하는 SiO2절연층의 두께로 홈 폭을 형성하는 것으로 하였다. 그리고 10㎛ 이상의 홈 폭을 가지는 센서 소자는 실시예 2에 도시하는 바와 같이 Si 웨이퍼를 드라이 에칭하여 홈을 형성하는 것으로 하였다. 30㎛까지의 여러가지 홈 폭을 한 가로 홈을 가진 가속도 센서의 상대 감도와 상대 내충격성을 위와 같이 조사하고, 그 측정 결과를 각각 도 18 및 도 19에 도시한다. 이들 그래프로 종래의 가속도 센서를 홈 폭 0㎛로 하여 도시하였다. 도 18은 홈 폭이 30㎛까지 감도가 변하지 않은 것을 도시하고 있다. 도 19에서는 홈 폭을 1㎛로 하면 종래의 가속도 센서에 비교하여 2배의 내충격성을 나타내고, 홈 폭 30㎛까지 내충격성에 변화가 없었다.
홈 폭이 30㎛를 넘은 가속도 센서에 있어서도 감도와 내충격성에 영향이 없지만, 홈 폭이 크면 질량부의 질량을 저하시키고 또 지지 프레임의 강도를 저하시킬 우려가 있다. 또한, 큰 폭을 가지는 홈은 홈 가공에 필요한 시간이 길어진다. 그래서 홈 폭은 1㎛ 이상이고, 30㎛ 미만이 좋다.
홈 길이의 영향
위에서 설명한 치수를 가진, 실시예 1에서 설명한 가속도 센서 소자(100)를 사용하여 실시예 4의 가속도 센서(400)를 제작하고, 그 가로 홈을 1㎛ 폭, 10㎛ 깊이로 하고, 그 길이를 탄성 지지팔의 폭보다도 0 내지 9㎛ 길게 한 것 및 질량부 측면 및 지지 프레임 내측면의 전체 변에 걸친 길이로 하였다. 가로 홈의 길이를 바꾸기 위해서, SiO2절연층을 에칭할 때 마스크의 길이를 바꾸었다. 이들 가로 홈을 가진 가속도 센서의 상대 감도와 상대 내충격성을 위와 같이 조사하고, 그 측정 결과를 각각 도 20과 도 21에 도시한다. 이들 그래프에서 종래의 가속도 센서를 「홈 없음(no groove)」으로 하여 도시하였다. 도 20은 홈 길이가 전체 길이에 달할 때까지 감도가 변하지 않은 것을 도시하고 있다. 도 21에서는 홈 길이가 탄성 지지팔의 폭과 같아지게 되면(+0㎛ 상당), 홈이 없는 종래의 가속도 센서와 비교하여 2배의 내충격성을 나타내고, 홈 길이가 전체 길이에 달할 때까지 내충격성에 변화가 없었다.
이 결과로부터, 홈 깊이는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그 이상이면 내충격성이 개선되는 것이 분명하다.
실시예 7
본 발명의 효과를 확인하기 위해서, 실시예 6에 도시한 치수를 가진 실시예 1의 가속도 센서 소자를 조합한 실시예 4의 가속도 센서(본 발명 센서 1)를 1000개 준비하였다. 그 가로 홈은 질량부 측면 및 지지 프레임 내측면의 전체 변에 걸친길이를 가지고, 10㎛ 깊이로, 3㎛ 폭이었다. 제 1 규제판과 질량부 상부판 상측면의 간극(g1)은 10㎛, 제 2 규제판과 질량부 하측면의 간극(g2)은 10㎛이었다. 또한, 실시예 6에 도시한 치수를 가진 실시예 2의 가속도 센서 소자를 조합한 실시예 4의 가속도 센서(본 발명 센서 2)를 1000개 준비하였다. 그 가로 홈 및 규제판의 간극은 위와 동일하게 하였다. 비교를 위해, 실시예 1에 도시한 가속도 센서 소자에서 가로 홈이 없는 것을 조합한 실시예 4에 도시하는 바와 같은 가속도 센서를 비교예로서 200개 준비하였다. 비교예는 본 발명 센서 1과 홈이 없는 것을 제외하고는 구조와 치수에서 완전히 같게 하였다.
이들 본 발명 센서 1과 2 및 비교예 각각에 2G의 가속도를 주어 출력 전압을 측정하고, 그 출력을 감도로 하였다. 본 발명 센서 1과 2 및 비교예는 모두 같은 크기의 출력이 얻어지고, 감도는 같았다.
다음에, 각 가속도 센서를 1m의 높이로부터 100㎜ 두께의 삼목판 상에 자연낙하시킨 후에, 출력의 유무를 측정하여 내충격성을 평가하였다. 내충격 시험에서 낙하 후의 출력이 얻어지지 않은 센서는 비교예에서는 200개 중 113개, 본 발명 센서 1에서는 1000개 중 0개, 본 발명 센서 2에서는 1000개 중 2개 있었다. 본 발명 센서 2에서 내충격 시험에서 출력이 얻어지지 않은 2개에 관해서 자세하게 조사한 바, 질량부의 홈에 수지가 밀려 나와, 탄성 지지팔을 질량부에 고정하고 있는 것이 판명되었다. 수지가 밀려나왔기 때문에, 질량부 상부판의 아래 있는 홈이 메워지고, 상부판의 돌출된 부분이 없어진 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 가속도 센서는 내충격성이 지극히 뛰어난 것이었다.
실시예 8
본 발명의 또 다른 실시예로서, 실시예 2의 질량부를 티타늄으로 만든 가속도 센서 소자를 실시예 4의 가속도 센서에 조립하였다. 그 가속도 센서는 실시예 7의 본 발명 센서 2와 같은 치수로 하였다. 그 센서의 감도는 실시예 7의 본 발명 센서 2에 비교하여, 약 70% 상승하였다. 실시예 6과 같이 자연낙하에 의한 내충격성을 낙하 높이를 바꾸어 조사한 바, 내충격성은 질량부를 실리콘으로 만든 실시예 2의 가속도 센서 소자를 조합한 실시예 4의 가속도 센서와 같이, 종래의 가속도 센서보다 2배의 충격에 견디는 것으로 판명되었다.
본 발명은 가속도에 대한 감도를 유지하면서, 통상의 취급에서 생기는 크기의 충격이 가해지더라도 탄성 지지팔이 꺾이지 않는 구조를 한 가속도 센서를 제공한다.

Claims (16)

  1. 중앙에 있는 질량부와,
    질량부 상단에 고정된 질량부 상부판과,
    질량부와 소정 간격을 두고 둘러싸고 있는 사변형의 두께가 두꺼운 지지 프레임과,
    두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 지지 프레임 상부판과,
    상기 질량부를 사변형의 상기 두께가 두꺼운 지지 프레임 중앙에 매다는 것과 함께, 각각이 질량부 상부판과 지지 프레임 상부판의 각 변을 연결하고 있는 4개의 탄성 지지팔과,
    상기 탄성 지지팔 상에 형성된 왜곡 게이지를 가진 가속도 센서 소자에 있어서,
    질량부 상부판은 질량부 상단에 고정된 부분과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고,
    상기 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 질량부 상부판의 단면이, 상기 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있는 것과 함께,
    지지 프레임 상부판은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 부분과, 상기 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고,
    상기 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 지지 프레임 상부판의단면이, 상기 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있는 것을 갖는 가속도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 질량부 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 질량부 상부판과 질량부 상단 사이에서 질량부 상단의 인접하는 질량부 측면상에 질량부 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서, 질량부 상부판으로 형성되어 있고, 그리고 지지 프레임 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 상에, 지지 프레임 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서 지지 프레임 상부판으로부터 형성되어 있는 가속도 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 질량부 상부판의 질량부 상단과 대향하는 표면이, 질량부 상단을 포함하는 평면과, 질량부 측면 각각을 해당 측면에 따라 질량부 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선에 의해서 둘러싸인 영역과, 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것과 함께,
    지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면이, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 각각을 해당 내측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 외측면 각각을 해당 외측면에 따라 지지 프레임 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선 사이에 있는영역과, 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 가속도 센서.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 가속도 센서.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 가속도 센서.
  6. 중앙에 있는 정방형의 질량부와,
    질량부 상단에 고정된 정방형 질량부 상부판과,
    질량부와 소정 간격을 두고 둘러싸고 있는 정방형의 두께가 두꺼운 지지 프레임과,
    두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 정방형 지지 프레임 상부판과,
    상기 질량부를 상기 두께가 두꺼운 지지 프레임 중앙에 매다는 것과 함께, 각각이 질량부 상부판의 각 변 중앙과 지지 프레임 상부판의 각 변 중앙을 연결하고 있는 4개의 탄성 지지팔과,
    상기 탄성 지지팔 상에 형성된 왜곡 게이지를 가진 가속도 센서 소자에 있어서,
    질량부 상부판은 질량부 상단에 고정된 부분과, 상기 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고,
    상기 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 질량부 상부판의 단면이, 상기 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있는 것과 함께,
    지지 프레임 상부판은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 부분과, 상기 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고,
    상기 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 지지 프레임 상부판의 단면이, 상기 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있는 것을 갖는 가속도 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 질량부 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 질량부 상부판과 질량부 상단 사이에서 질량부 상단의 인접하는 질량부 측면상에 질량부 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서, 질량부 상부판으로 형성되어 있고,
    그리고 지지 프레임 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 상에, 지지 프레임 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서 지지 프레임 상부판으로 형성되어 있는 가속도 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 정방형의 질량부 상부판의 질량부 상단과 대향하는 표면이, 상기 정방형 질량부의 상기 홈 이외의 질량부 상단에 평행한 단면과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것과 함께,
    정방형의 지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면이, 상기 정방형의 두께가 두꺼운 지지 프레임의 상기 홈 이외의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 평행한 단면과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 가속도 센서.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 가속도 센서.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그보다도 긴 길이와, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 가속도 센서.
  11. 중앙에 있는 질량부와,
    질량부 상단에 고정된 질량부 상부판과,
    질량부와 소정 간격을 두고 둘러싸고 있는 사변형의 두께가 두꺼운 지지 프레임과,
    두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 지지 프레임 상부판과,
    상기 질량부를 사변형의 상기 두께가 두꺼운 지지 프레임 중앙에 매다는 것과 함께, 각각이 질량부 상부판과 지지 프레임 상부판의 각 변을 연결하고 있는 4개의 탄성 지지팔과,
    상기 탄성 지지팔상에 형성된 왜곡 게이지를 가진 가속도 센서 소자에 있어서,
    질량부 상부판은 질량부 상단에 고정된 부분과, 그 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고,
    상기 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 질량부 상부판의 단면이, 상기 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 크게 되어 있는 것과 함께,
    지지 프레임 상부판은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단에 고정된 부분과, 상기 고정된 부분으로부터 각 탄성 지지팔을 향하여 돌출되어 있는 부분을 갖고,
    상기 돌출되어 있는 부분과 고정된 부분의 경계에서의 지지 프레임 상부판의 단면이, 상기 돌출되어 있는 부분에 각 탄성 지지팔을 접속하고 있는 단면보다도 커져 있는 것과,
    상기 질량부 상부판 사이에 소정의 간극을 갖고, 가속도 센서 소자 상측면을 덮도록 설치되어 있는 것과 함께, 페이스트에 의해서 지지 프레임 상부판 상측면에 접착 고정되어 있는 제 1 규제판과,
    질량부 하측면 사이에 제 2 소정의 간극을 갖고, 페이스트에 의해서 상기두께가 두꺼운 지지 프레임의 하측면이 접착되어 있는 제 2 규제판을 갖고,
    그 페이스트는 경질 플라스틱 구를 접착제로 혼련한 것인 가속도 센서.
  12. 제 11 항에 있어서, 가로 프레임과 내부 저면을 가진 보호 케이스를 또한 갖고,
    상기 보호 케이스 내에 상기 가속도 센서 소자가 설치되어 있고, 그 내부 저면이 상기 제 2 규제판으로서 작용하는 가속도 센서.
  13. 제 11 항에 있어서, 질량부 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 질량부 상부판과 질량부 상단 사이에서 질량부 상단의 인접하는 질량부 측면상에 질량부 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서, 질량부 상부판으로 형성되어 있고,
    그리고 지지 프레임 상부판의 상기 돌출되어 있는 부분은 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 상에, 지지 프레임 상부판에 따라 형성된 홈에 의해서 지지 프레임 상부판으로부터 형성되어 있는 가속도 센서.
  14. 제 13 항에 있어서, 질량부 상부판의 질량부 상단과 대향하는 표면이, 질량부 상단을 포함하는 평면과, 질량부 측면 각각을 해당 측면에 따라 질량부 상부판을 향하여 연장한 면 각각이 교차한 선에 의해서 둘러싸인 영역과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 것과 함께,
    지지 프레임 상부판의 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단과 대향하는 표면이, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 내측면 각각을 상기 내측면을 따라 지지 프레임 상부판을 향해서 연장한 면 각각이 교차한 선과, 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단을 포함하는 평면과 두께가 두꺼운 지지 프레임 상단의 인접하는 두께가 두꺼운 지지 프레임 외측면 각각을 상기 외측면을 따라 지지 프레임 상부판을 향해서 연장한 면 각각이 교차한 선 사이에 있는 영역과 실질적으로 같은 형태이고, 실질적으로 같은 크기를 하고 있는 가속도 센서.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그보다도 긴 길이로, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 가속도 센서.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 홈은 인접하는 탄성 지지팔의 폭과 같거나 또는 그것 보다도 긴 길이로, 1 내지 30㎛의 폭과, 1 내지 100㎛의 깊이를 하고 있는 가속도 센서.
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