WO2003069354A1 - Capteur d'acceleration semiconducteur et procede de production dudit capteur - Google Patents

Capteur d'acceleration semiconducteur et procede de production dudit capteur Download PDF

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WO2003069354A1
WO2003069354A1 PCT/JP2003/001581 JP0301581W WO03069354A1 WO 2003069354 A1 WO2003069354 A1 WO 2003069354A1 JP 0301581 W JP0301581 W JP 0301581W WO 03069354 A1 WO03069354 A1 WO 03069354A1
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weight
acceleration sensor
stopper
axis direction
pedestal
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PCT/JP2003/001581
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Tsutomu Sawai
Masato Ando
Yoshiyuki Nakamizo
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Hokuriku Electric Industry Co.,Ltd.
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
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    • G—PHYSICS
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    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor acceleration sensor that can measure a gravitational acceleration applied in a stationary state by accelerating or tilting by an externally applied force.
  • An acceleration sensor body formed by etching the semiconductor crystal substrate so as to leave a flexible portion between the weight fixing portion and the cylindrical support portion; and a weight fixed to the weight fixing portion.
  • a semiconductor acceleration sensor including a cylindrical pedestal that is arranged so as to surround the periphery of a weight and supports a supporting portion. This type of semiconductor acceleration sensor is formed on a flexible portion by causing a weight to move and deform a flexible portion by a force based on a gravitational acceleration applied in a stationary state by acceleration or inclination caused by an externally applied force.
  • the detected sensor element detects an acceleration according to the amount of distortion.
  • the sensor element passes through the center of the weight fixing portion and the center of the weight, and extends in the direction in which the weight fixing portion and the weight extend in the direction in which the weights are arranged.
  • the acceleration in the X axis direction, the Y axis direction and the Z axis direction To detect.
  • the flexible portion of the acceleration sensor body since the thickness of the flexible portion of the acceleration sensor body is small, the flexible portion may be damaged depending on the amount of force applied to the semiconductor acceleration sensor. Therefore, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor capable of controlling the displacement of a weight in the X-axis direction and the Y-axis direction with an accurate displacement amount.
  • Another object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor which can easily form a stopper structure.
  • Another object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor and a method of manufacturing the same, which can prevent damage to a flexible portion without reducing the accuracy of the sensor element or making the manufacture difficult.
  • the semiconductor crystal substrate is etched such that a weight fixing portion is provided at a center portion, a cylindrical support portion is provided at an outer peripheral portion, and a flexible portion is left between the weight fixing portion and the support portion.
  • An acceleration sensor main body formed and applied and having a sensor element formed on a flexible portion, a shape having one end fixed to the weight fixing portion and the other end positioned outside a space surrounded by the support portion. It has a weight having dimensions, a cylindrical pedestal, and a stopper structure.
  • a direction extending in a direction in which the weight fixing portion and the weight are arranged through the center of the weight fixing portion and the weight is defined as a Z-axis direction. It is assumed that two directions orthogonal to the Z-axis direction are three-axis directions, with the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • a state in which no acceleration-based force is applied to the weight means a state in which no acceleration, including gravitational acceleration, is acting on the weight. Under this assumption, the cylindrical pedestal supports the support portion and protrudes from the acceleration sensor body so as to allow the weight to be displaced in the triaxial direction by the force based on the acceleration acting on the weight.
  • the stopper structure restricts the amount of displacement of the weight in the three axial directions within a predetermined range.
  • the weight has a first stopper surface on its outer peripheral surface which forms a part of the stopper structure, and the pedestal forms a part of the stopper structure on its inner peripheral surface and is regulated in opposition to the first stopper surface. It has a second stopper surface that sometimes comes into contact with the first stopper surface.
  • the first The stopper surface is formed continuously or at intervals in the circumferential direction of the outer peripheral surface, and is formed as an inclined surface which is inclined so as to approach an imaginary Z-axis line extending in the Z-axis direction toward the side where the acceleration sensor body is located. I do.
  • the second stopper surface is formed continuously or at intervals in the circumferential direction of the inner peripheral surface, and is inclined so as to approach an imaginary Z-axis line extending in the Z-axis direction toward the side where the acceleration sensor body is located. It is formed as a slope.
  • the present invention even if the weight is displaced in any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, the mutually inclined surfaces of the first stopper surface and the second stopper surface come into contact with each other.
  • the displacement of the weight is regulated. Therefore, simply setting the distance between the first stopper surface and the second stopper surface and the inclination angle of each stopper surface appropriately, not only in the Z-axis direction, but also in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the displacement of the weight can be regulated by the exact displacement amount. Further, since the shape of the stopper structure of the semiconductor acceleration sensor of the present invention is simpler than that of the related art, the stopper structure can be easily formed.
  • the first and second stopper surfaces are each formed continuously in the circumferential direction and have a truncated conical surface shape. Further, it is preferable that the gap between the first stopper surface and the second stopper surface is formed to be substantially equal in each part in the circumferential direction when no acceleration is applied to the weight. With this configuration, the first stopper surface and the second stopper surface come into contact with each other with substantially equal force, regardless of the direction in which the weight is displaced. Therefore, it is possible to prevent a biased force from being applied to the flexible portion.
  • an acute angle at which a virtual plane formed by extending from the first stopper surface or the second stopper surface intersects the virtual Z-axis is 30 ° to 60 °. If the intersecting acute angle is less than 30 °, the stopper function in the Z-axis direction cannot be performed sufficiently. If the intersecting acute angle exceeds 60 °, the displacement of the weight in the X-axis direction and the Y-axis direction The amount cannot be regulated by the exact displacement amount.
  • the movement of the weight is not significantly restricted, and the flexible portion of the acceleration sensor body is moved by the movement of the weight.
  • One or more cushioning members are located to prevent damage. And, it is located only in the gap formed between the weight and the pedestal. At least one cushioning member is placed in the gap so as not to seal the enclosed space.
  • the semiconductor acceleration sensor according to the present invention when the weight attempts to move largely due to the force based on the acceleration, the movement of the weight is suppressed by the one or more cushioning members disposed in the gap between the weight and the pedestal. Therefore, the weight does not move more than necessary, and damage to the flexible portion can be prevented. Therefore, according to the present invention, the gap formed between the weight and the pedestal does not need to be formed in a small size, and the manufacturing can be easily performed.
  • the one or more buffer members are located only in the gap formed between the weight and the pedestal, the sensor elements are not affected by temperature changes due to the buffer members, and It is possible to prevent the accuracy from lowering. Since the one or more cushioning members are arranged so as not to seal the space surrounded by the support portion, the movement of the flexible portion is not impaired by the arrangement of the one or more cushioning members.
  • the one or more cushioning members include a plurality of cushioning members, and the plurality of cushioning members are arranged at positions where no unbalanced distortion occurs in the flexible portion when no acceleration is applied to the weight.
  • the plurality of cushioning members are arranged at portions corresponding to a virtual X-axis extending in the X-axis direction and a virtual Y-axis extending in the Y-axis direction in a gap formed between the weight and the pedestal.
  • Such a buffer member can be formed from, for example, a gel-like substance.
  • the width dimension of the plurality of gap portions where the plurality of buffer members are disposed in the gap formed between the weight and the pedestal (hereinafter, referred to as the buffer member disposition portion) is the same as that of the other gap portions. It is preferable to form the weight and the pedestal in a shape smaller than the width dimension.
  • the width dimension of the gap is the dimension of the gap in the direction in which the outer peripheral surface of the weight and the inner peripheral surface of the pedestal face each other. If a gel material is placed in a gap where the gap size is not uniform, the gel material tends to move from a gap with a large size to a gap with a small size. If it is smaller, the buffer member made of the gel-like substance can be easily arranged in the buffer member arrangement portion.
  • the width dimension of the buffer member arrangement portion is set to 0.01 mm to 0.1 mm
  • the gel material is preferably a urethane gel or a silicon gel. If the width dimension of the cushioning member arrangement portion is less than 0.01 mm, it becomes difficult to form the cushioning member arrangement portion. If the width of the gap in the buffer member arrangement portion exceeds 0.1 mm, the cushion member (silicon gel) may fall off from the buffer member arrangement portion. If the force based on the acceleration acts in the direction from the weight to the acceleration sensor body, the amount of movement when the weight moves is particularly large. Therefore, it is preferable to further include a stopper structure for restricting the amount of displacement of the weight in the three axial directions within a predetermined range.
  • the weight has an upper surface facing the flexible portion, a side surface extending parallel to the virtual Z-axis, and an inclined surface continuously formed between the upper surface and the side surface.
  • the buffer member is disposed in a gap between the side surface and the opposed inner surface.
  • a first stopper surface that forms a part of the stopper structure is formed by the inclined surface portion, and a first stopper surface that forms a part of the stopper structure by the opposing inclined surface portion and faces the first stopper surface during regulation. To form a second stopper surface which comes into contact with.
  • the first and second stop faces are formed continuously or at intervals in the circumferential direction, and approach the virtual Z-axis extending in the Z-axis direction toward the side where the acceleration sensor body is located. It is formed as an inclined surface that is inclined. With this configuration, in addition to the suppression of the buffer member, the movement of the weight is restricted by the mutual contact of the weight and the pedestal, so that the flexible portion can be more reliably prevented from being damaged.
  • the buffer member of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention is arranged such that liquid silicon is disposed between the weight and the pedestal so as to be located only in the gap and not to seal the space, and the liquid silicon is cured by heating and curing the liquid silicon. May be formed by gelling. In this case, the buffer member can be easily arranged in the semiconductor acceleration sensor.
  • FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 1
  • FIGS. 5A and 5B are a side view and a plan view of the weight of the semiconductor acceleration sensor shown in FIG.
  • FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment has an acceleration sensor main body 1, a weight 3, and a pedestal 5.
  • the acceleration sensor body 1 includes a weight fixing portion 7 at the center, a cylindrical support portion 9 at the outer periphery, and a flexible portion 11 left between the weight fixing portion 7 and the support portion 9. It is formed by etching a crystal substrate.
  • a sensor element (not shown) is formed on the surface (front surface) of the flexible portion 11 opposite to the side where the weight fixing portion 7 and the support portion 9 are located.
  • This sensor element detects acceleration in directions of a virtual X-axis XL extending in the X-axis direction, a virtual Y-axis YL extending in the Y-axis direction, and a virtual Z-axis ZL extending in the Z-axis direction. It consists of resistance, diffusion resistance for Y-axis acceleration detection, and diffusion resistance for Z-axis acceleration detection. In the Z-axis direction, when no force based on the acceleration is applied to the weight 3, the weight fixing part 7 and the weight 3 pass through the center C of the weight fixing part 7 and the center C of the weight 3, respectively.
  • the semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment is configured such that the weight 3 moves due to the acceleration based on the externally applied force or the force based on the gravitational acceleration applied in the inclined stationary state.
  • the resistance value of each diffused resistor constituting the sensor element changes and the acceleration corresponding to the strain is detected.
  • the weight 3 is formed of tungsten, and one end is fixed to the weight fixing portion 7 and the other end is located outside a space surrounded by the support portion 9.
  • the weight 3 has a cylindrical shape.
  • the outer peripheral surface of the weight 3 includes an upper surface portion 3a facing the flexible portion 11, a side surface portion 3b extending parallel to the virtual Z axis line ZL, and an upper surface portion 3a and a side surface.
  • an inclined surface portion 3c formed continuously with the portion 3b.
  • the inclined surface portion 3c is inclined so as to approach the virtual Z-axis line ZL toward the side where the acceleration sensor main body 1 is located, and has a truncated conical surface shape.
  • the pedestal 5 is formed of glass, and has a cylindrical shape in which the contour on the outer peripheral side of the cross section is square and the contour on the inner peripheral side is circular.
  • the pedestal 5 supports the supporting portion 9 so as to allow the weight 3 to be displaced in three directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis by a force based on the acceleration acting on the weight 3, and It is arranged around 3.
  • an annular gap 13 is formed between the pedestal 5 and the weight 3.
  • the inner peripheral surface of the pedestal 5 has an opposing inner surface portion 5a facing the side surface portion 3b of the weight 3, and an opposing inner surface portion 5c facing the inclined surface portion 3c of the weight 3 and contacting the inclined surface portion 3c during regulation. It has an inclined surface 5b.
  • the opposed inclined surface portion 5b is also inclined so as to approach the virtual Z-axis line ZL toward the side where the acceleration sensor main body 1 is located, and has a truncated conical surface shape. .
  • the gap between the opposing inclined surface 5b and the inclined surface 3c is substantially equal in the circumferential direction.
  • the acute angle 0 at which the imaginary plane formed by extending from the inclined surface portion 3c or the opposing inclined surface portion 5b intersects the virtual Z-axis line ZL is 30 ° to 60 °.
  • the first stopper surface and the second stopper surface are constituted by the inclined surface portion 3c and the opposing inclined surface portion 5b.
  • the first stopper surface and the second stopper surface constitute a stopper structure for restricting the amount of displacement of the weight 3 in three axial directions within a predetermined range.
  • the inclined surface portion (first stopper surface) 3c and the opposed inclined surface portion (Second stopper surface) come into contact with each other to restrict the displacement of the weight. Therefore, only by appropriately setting the distance between the first stopper surface 3c and the second stopper surface 5b and the inclination angle of each stopper surface, not only the Z-axis direction but also the X-axis direction and the Y-axis
  • the amount of displacement of the weight in the direction can be regulated by the exact amount of displacement.
  • FIG. 3 is a sectional view of the semiconductor acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
  • the semiconductor acceleration sensor has an acceleration sensor main body 101, a weight 103, and a pedestal 105.
  • the acceleration sensor main body 101 has the same structure as the acceleration sensor main body 1 shown in FIG. Therefore, the same portions as those of the acceleration sensor main body 1 shown in FIG. 1 are denoted by the reference numerals obtained by adding 100 to the reference numerals of the corresponding portions, and the description of the acceleration sensor main body 101 is omitted.
  • the weight 103 is formed of tungsten, and one end is fixed to the weight fixing portion 107 and the other end is the supporting portion 109. It is located outside the space surrounded by.
  • the weight 103 projects in the direction in which the virtual X axis XL and the virtual Y axis YL extend from the side of the cylindrical main body 103 a and the main body 103 a toward the pedestal 105.
  • the main body 103 a has a circular upper surface 103 c facing the flexible portion 111, and the weight fixing portion 107 is fixed to the center of the upper surface 103 c. ing.
  • the protruding portion 103 b is formed of an opposing curved surface 103 d having an arc-shaped cross section projecting toward the base 105 near the virtual X-axis XL or the virtual Y-axis YL, and an opposing curved surface 103 d.
  • the imaginary circumference formed by the four opposing curved surfaces 103 d... Is concentric with the upper surface portion 103.
  • the side curved surface 103e is curved so as to form one arc together with the side curved surface 103e of the adjacent protrusion 103b.
  • a side surface portion 103g extending parallel to the virtual Z-axis line ZL is formed by the opposed curved surface 103d and the side curved surface 103e.
  • the inclined surface portion 103f is inclined so as to approach the virtual Z-axis line ZL toward the side where the acceleration sensor body 101 is located.
  • the pedestal 105 is made of glass, and has a cylindrical shape with a cross section on the outer peripheral side of a cross section and a circular contour on the inner peripheral side as shown in FIGS. 3 and 4. are doing.
  • the pedestal 105 supports the weight 103 so that the weight 103 can be displaced in three directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis by a force based on the acceleration acting on the weight 103.
  • the weight 1 is supported by the force based on the acceleration acting on the weight 103 It is arranged around the weight 103 so as to allow 03 to move. As a result, a gap 113 is formed between the weight 103 and the pedestal 105.
  • the inner periphery of the base 105 is opposed to the inner surface 105a facing the side surface 103g of the weight 103 and the inclined surface 103f of the weight 103. Then, it has an inclined surface portion 105b that comes into contact with the inclined surface portion 103f during regulation. Like the inclined surface portion 103 f, the opposed inclined surface portion 105 b is also inclined so as to approach the virtual Z-axis line ZL toward the side where the acceleration sensor body 101 is located, and has a truncated cone shape. have. When no acceleration is applied to the weight 103, the gap between the opposed inclined surface portion 105b and the inclined surface portion 103f is substantially equal in the circumferential direction.
  • the acute angle 0 at which the virtual surface formed by extending from the inclined surface portion 103 f or the opposing inclined surface portion 105 b intersects the virtual Z-axis line ZL is 30 ° to 60 °. preferable.
  • a first stopper surface and a second stopper surface are constituted by the inclined surface portion 103 f and the opposed inclined surface portion 105 b, and these first stopper surface and second stopper surface are formed.
  • a stopper structure for restricting the amount of displacement of the weight 103 in the three axial directions within a predetermined range is constituted by the stopper surface 2.
  • the opposing curved surface 103 d of the weight 103 protrudes toward the pedestal 105 near the virtual X-axis XL or the virtual Y-axis YL, so that the virtual X-axis XL and the virtual In the vicinity of the position corresponding to the Y-axis line YL, the gap L1 between the opposing inner surface portion 105a of the base 105 and the opposing curved surface 103d of the weight 103 is set to a width L1 of 1a. However, it is smaller than the width dimension of the gap portion of the other portion. In the present embodiment, the width L1 of the gap portion 113a is from 0.01 mm to 0.1 mm.
  • the gap portion 113a four cushioning members 115A to 115D are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the weight 103.
  • the four gap portions buffer member arrangement portions
  • the weight and the pedestal are formed in a shape smaller than the width dimension of the gap portion.
  • the four buffer members 1 15 A to 115 D are formed of a gel-like substance made of silicon gel, and do not significantly restrict the movement of the weight 103 and accelerate due to the movement of the weight 103.
  • the flexible portion 111 of the sensor body 101 has elasticity and flexibility enough to prevent damage.
  • the cushion members 1 15 A to 115 D are located only in the gap portion 113 a and do not seal the space surrounded by the support portion 109 so that the weight 103 and the pedestal 1 are not sealed. 0 5, respectively.
  • a liquid silicone sold by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. under the trade name of silicone gel KE105 is applied by applying it to a predetermined position in the gap portion 113a. The glassy silicon was heated at 150 ° C. for 1 hour to cure the liquid silicon, thereby forming buffer members 1150A to 115D made of silicon gel.
  • the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment when the weight 103 tries to move largely due to the force based on the acceleration, the movement of the weight 103 is suppressed by the cushioning members 115A to 115D. Therefore, the weight 103 does not move more than necessary, and the flexible portion 111 can be prevented from being damaged. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to form the gap 113 formed between the weight 103 and the pedestal 105 in a small size, and it is easy to manufacture the semiconductor acceleration sensor. Can be. In addition, since the buffer members 115A to 115D are located only in the gap 113, the temperature of the sensor element changes due to the buffer members 115A to 115D as in the past. And the accuracy of the sensor element can be prevented from deteriorating.
  • FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to the third embodiment of the present invention.
  • the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment has the same structure as the semiconductor acceleration sensor shown in FIG. 3 except for the shape of base 205. Therefore, the same members as those of the semiconductor acceleration sensor shown in FIG. 3 are denoted by reference numerals obtained by adding 100 to the reference numerals of the members, and description thereof will be omitted.
  • the pedestal 205 has a cylindrical shape in which the outer peripheral side of the cross section is square and the inner peripheral side is octagonal.
  • the opposed inner surface portion 205a of the pedestal 205 crosses the virtual X-axis XL or the virtual Y-axis YL at right angles and crosses the four opposed curved surfaces 203d of the weight 203.
  • 4 Four non-intersecting opposing surfaces that intersect with the two intersecting surfaces 2 0 5 c... and the four side curved surfaces 2 0 3 e... of the weight 203 without intersecting with the virtual X axis XL or the virtual Y axis YL
  • Opposite inclined surface (part corresponding to reference numeral 105b in FIG. 3) opposite to the inclined surface part of reference weight 203 of base 205 (part corresponding to reference numeral 103f in FIG.
  • the intersecting facing surface 205c is orthogonal to the virtual X axis XL or the virtual Y axis YL, and the facing curved surface 203d of the weight 203 is the virtual X axis XL or the virtual Y axis. Since it protrudes to the pedestal 205 side near YL, the width dimension of the gap 2 13 between the weight 203 and the pedestal 205 becomes smaller as it approaches the imaginary X-axis XL or the virtual Y-axis YL. .
  • the four gap portions where the four cushioning members 2 15 A to 2 15 D are placed in the gap 2 13 (buffer member placement portions) 2 13
  • the width dimension of a is virtual X-axis XL
  • the weight 203 and the pedestal 205 are formed in a shape that becomes smaller than the width of the other gap portion as it approaches the vicinity of the virtual Y-axis YL.
  • the width dimension L2 of the minimum portion of the 213a is 0.01 mm to 0.1 mm.
  • the liquid silicone when the liquid silicone is disposed in the gap 2 13 by coating or the like, the liquid silicon can be disposed closer to the virtual X-axis XL or the virtual Y-axis YL.
  • the weight and the pedestal are not limited to the shapes of the above examples, and various shapes can be adopted.
  • the pedestal can be formed in such a shape that a portion near the imaginary X-axis line XL or imaginary Y-axis line YL on the inner peripheral side of the pedestal protrudes toward the weight.
  • the stopper structure including the inclined surface portion 103 f and the opposed inclined surface portion 105 b is provided, but the stopper structure may not be provided.
  • the Z-axis direction not only the Z-axis direction but also the X-axis direction and the Y-axis direction are set by appropriately setting the distance between the first stopper surface and the second stopper surface and the inclination angle of each stopper surface.
  • the amount of displacement of the weight in the axial direction can be regulated by the exact amount of displacement. Further, the stopper structure can be easily formed. .
  • a semiconductor acceleration sensor capable of preventing damage to a flexible portion can be easily obtained without lowering the accuracy of the sensor element.

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Description

明 細 書 半導体加速度センサ及びその製造方法 技術分野
本発明は、 外部から加えられた力による加速度または傾斜させることにより 静止状態で加わる重力加速度を測定できる半導体加速度センサに関するもので ある。 背景技術
重錘固定部と筒状の支持部との間に可撓部を残すように半導体結晶基板にェ ツチングが施されて形成された加速度センサ本体と、 重錘固定部に固定された 重錘と、 重錘の周囲を囲むように配置されて支持部を支持する筒状の台座とを 具備する半導体加速度センサが知られている。 この種の半導体加速度センサは 、 外部から加えられた力による加速度または傾斜させることにより静止状態で 加わる重力加速度に基づく力により重錘が動いて可撓部が歪むことにより、 可 撓部に形成されたセンサ素子が歪み量に応じた加速度を検出する。 このセンサ 素子は、 通常、 重錘に加速度に基づく力が加わっていない状態において、 重錘 固定部及び重錘の中心をそれぞれ通って重錘固定部及び重錘が並ぶ方向に延び る方向を Z軸方向とし、 該 Z軸方向と直交する二つの方向を X軸方向及び Y軸 方向とする三軸方向を仮定したときの X軸方向、 Y軸方向及び Z軸方向の三軸 方向の加速度を検出する。 しかしながら、 このような半導体加速度センサでは 、 加速度センサ本体の可撓部の厚み寸法が小さいため、 半導体加速度センサに 加わる力の量によっては、 可撓部が損傷するおそれがある。 そこで、 特開 2 0 0 0 - 2 3 5 0 4 4公報に示すように、 重錘の下部において台座側に突出する ように形成された突出部と、 この突出部を囲むように台座に形成されて重錘が Z軸方向に必要以上に大きく変位する際に該突出部と接触する凹部とによって ストツパ構造を形成することが提案された。
しかしながら、 このようなストッパ構造では、 Z軸方向への重錘の変位は、 正確な変位量で規制できても、 X軸方向及び Y軸方向への重錘の変位を正確な 変位量で規制できないという問題がある。 また、 ストッパ構造の形状が複雑で 、 ストッパ構造の形成が煩雑であった。
本発明の目的は、 X軸方向及び Y軸方向への重錘の変位を正確な変位量で規 制できる半導体加速度センサを提供することにある。
本発明の他の目的は、 ストッパ構造を簡単に形成できる半導体加速度センサ を提供することにある。
本発明の他の目的は、 センサ素子の精度が低下したり、 製造を困難にするこ となく、 可撓部の損傷を防ぐことができる半導体加速度センサ及びその製造方 法を提供することにある。 発明の開示
本発明の半導体加速度センサは、 中心部に重錘固定部、 外周部に筒状の支持 部、 そして重錘固定部と支持部との間に可撓部を残すように半導体結晶基板に エツチングが施されて形成され且つ可撓部にセンサ素子が形成された加速度セ ンサ本体と、 一端が重錘固定部に固定され且つ他端が支持部によって囲まれた 空間の外部に位置するような形状寸法を有する重錘と、 筒状の台座と、 ストツ パ構造とを具備している。 ここで、 重錘に加速度に基づく力が加わっていない 状態において、 重錘固定部及び重錘の中心をそれぞれ通って重錘固定部及び重 錘が並ぶ方向に延びる方向を Z軸方向とし、 該 Z軸方向と直交する二つの方向 を X軸方向及び Y軸方向とする三軸方向を仮定する。 重錘に加速度に基づく力 が加わっていない状態とは、 重力加速度を含むいかなる加速度も重錘に作用し ていない状態を意味する。 この仮定の下で、 重錘に作用する加速度に基づく力 により重錘が三軸方向に変位するのを許容するように、 筒状の台座は、 支持部 を支持し且つ加速度センサ本体から突出する重錘の周囲を囲んでいる。 ストツ パ構造は、 重錘の三軸方向への変位量を所定の範囲内に規制する。 重錘はその 外周面にストッパ構造の一部を構成する第 1のストツパ面を有し、 台座はその 内周面にストッパ構造の一部を構成し且つ第 1のストッパ面と対向して規制時 に第 1のストッパ面と接触する第 2のストッパ面を有している。 そして、 第 1 ストツパ面は、 外周面の周方向に連続してまたは間隔を開けて形成され且つ加 速度センサ本体が位置する側に向かうに従って Z軸方向に延びる仮想 Z軸線に 近づくように傾斜する傾斜面として形成する。 第 2のストッパ面は、 内周面の 周方向に連続してまたは間隔を開けて形成され且つ加速度センサ本体が位置す る側に向かうに従って Z軸方向に延びる仮想 Z軸線に近づくように傾斜する傾 斜面として形成する。
本発明によれば、 重錘が X軸方向、 Y軸方向及び Z軸方向のどの方向に変位 しても、 第 1のストッパ面及び第 2のストッパ面の相互の傾斜面どうしが接触 して重錘の変位が規制される。 そのため、 第 1のストッパ面と第 2のストッパ 面との間の間隔及び各ストツパ面の傾斜角度を適宜に設定するだけで、 Z軸方 向だけでなく、 X軸方向及び Y軸方向への重錘の変位を正確な変位量で規制す ることができる。 また、 本発明の半導体加速度センサは、 従来に比べてストツ パ構造の形状が単純なため、 ストツパ構造を簡単に形成することができる。 第 1及び第 2のストツパ面は、 それぞれ周方向に連続して形成され且つ切頭 円錐面形状を有しているのが好ましい。 また、 重錘に加速度が加わっていない 状態において、 第 1のストッパ面と第 2のストッパ面との間の間隙寸法は、 周 方向の各部においてにほぼ等しくなるように形成するのが好ましい。 このよう にすれば、 重錘がどの方向に変位しても、 第 1のストッパ面と第 2のストッパ 面とはほぼ均等な力で相互に接触する。 そのため、 可撓部に偏った力が加わる のを防止することができる。
第 1のストッパ面または第 2のストッパ面から延長して形成される仮想面と 仮想 Z軸線とが交差する鋭角角度は 3 0 ° 〜6 0 ° とするのが好ましい。 交差 する鋭角角度が 3 0 ° を下回ると、 Z軸方向へのストッパ機能を十分に果たせ なくなり、 交差する鋭角角度が 6 0 ° を上回ると、 X軸方向及び Y軸方向への 重錘の変位量を正確な変位量で規制することができなくなる。
本願の他の発明の半導体加速度センサでは、 重錘と台座との間に形成された 間隙内に、 重錘の動きを著しく拘束せず且つ重錘の動きにより加速度センサ本 体の可撓部が損傷を受けるのを阻止する 1以上の緩衝部材が配置されている。 そして、 重錘と台座との間に形成された間隙内にのみ位置し且つ支持部によつ て囲まれた空間を密閉しないように 1以上の緩衝部材を間隙内に配置する。 本 発明の半導体加速度センサでは、 加速度に基づく力により重錘が大きく動こう とすると、 重錘と台座との間の間隙内に配置された 1以上の緩衝部材により重 錘の動きが抑制されるため、 重錘が必要以上に動くことがなく、 可撓部の損傷 を防ぐことができる。 そのため、 本発明によれば、 重錘と台座との間に形成さ れた間隙を小さい寸法に形成する必要はなく、 製造を容易に行うことができる
。 また、 1以上の緩衝部材は、 重錘と台座との間に形成された間隙内にのみ位 置しているため、 緩衝部材によりセンサ素子が温度変化の影響を受けることが なく、 センサ素子の精度が低下するのを防ぐことができる。 なお、 1以上の緩 衝部材は、 支持部によって囲まれた空間を密閉しないように配置されているの で、 1以上の緩衝部材の配置により可撓部の動きが損なわれることがない。
1以上の緩衝部材は複数からなり、 複数の緩衝部材は、 重錘に加速度が加わ つていない状態において、 可撓部に不平衡な歪みが生じないような位置に配置 するのが好ましい。
複数の緩衝部材は、 重錘と台座との間に形成された間隙内の X軸方向に延び る仮想 X軸線及び Y軸方向に延びる仮想 Y軸線に対応する部分に配置するのが 好ましい。 このようにすれば、 X軸方向及び Y軸方向に加わる加速度を正確に 測定できる上、 緩衝部材の数及び量を少なくすることができる。
このような、 緩衝部材は、 例えば、 ゲル状物質から形成することができる。 この場合、 重錘と台座との間に形成された間隙内における複数の緩衝部材が配 置される複数の間隙部分 （以下、 緩衝部材配置部分と言う） の幅寸法が他の間 隙部分の幅寸法よりも小さくなる形状に重錘及び台座を形成するのが好ましい 。 ここで、 間隙部分の幅寸法とは、 重錘の外周面と台座の内周面とが対向する 方向の間隙部分の寸法である。 ゲル状物質を間隙寸法が均等でない間隙部に配 置した場合、 ゲル状物質は寸法が大きい間隙部分から小さい間隙部分に移動し やすいので、 緩衝部材配置部分の寸法を他の間隙部分の幅寸法よりも小さくす れば、 ゲル状物質からなる緩衝部材は、 緩衝部材配置部分内に容易に配置する ことができる。
この場合、 緩衝部材配置部分の幅寸法は、 0 . 0 1 mm〜0 . 1 mmとし、 ゲル状物質は、 ウレタンゲルまたはシリコンゲルとするのが好ましい。 緩衝部 材配置部分の幅寸法が 0 . 0 1 mmを下回ると、 緩衝部材配置部分の形成が難 しくなる。 また、 緩衝部材配置部分の間隙の幅寸法が 0 . 1 mmを上回ると、 緩衝部材 （シリコンゲル） が緩衝部材配置部分内から脱落するおそれがある。 加速度に基づく力が重錘から加速度センサ本体に向う方向に働くと、 重錘が 移動する際の移動量は特に大きくなる。 そこで、 重錘の三軸方向への変位量を 所定の範囲内に規制するストッパ構造を更に備えるのが好ましい。 例えば、 重 錘は、 可撓部に対向する上面部と、 仮想 Z軸線に平行に延びる側面部と、 上面 部と側面部との間に連続して形成された傾斜面部とを有し、 台座は、 側面部と 対向する対向内面部と、 傾斜面部と対向する対向傾斜面部を有するように構成 することができる。 この場合、 緩衝部材は側面部と対向内面部との間の間隙部 に配置する。 傾斜面部によりストッパ構造の一部を構成する第 1のストッパ面 を形成し、 対向傾斜面部によりストッパ構造の一部を構成し且つ第 1のストツ パ面と対向して規制時に第 1のストツバ面と接触する第 2のストッパ面を形成 する。 そして、 第 1及び第 2のストツバ面は、 それぞれ周方向に連続してまた は間隔をあけて形成され且つ加速度センサ本体が位置する側に向かうに従って Z軸方向に延びる仮想 Z軸線に近づくように傾斜する傾斜面として形成する。 このようにすれば、 緩衝部材の抑制に加えて重錘及び台座の相互の当接によつ て重錘の移動が規制されて、 可撓部の損傷をより確実に防ぐことができる。 本発明の半導体加速度センサの緩衝部材は、 間隙内にのみ位置し且つ空間を 密閉しないように重錘と台座との間に液状シリコンを配置し、 この液状シリコ ンを加熱して硬化させてシリコンをゲル化して形成すればよい。 このようにす れば、 緩衝部材を半導体加速度センサ内に簡単に配置できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施の形態の半導体加速度センサの断面図である。 図 2は、 図 1の II一 Π線断面図である。
図 3は、 本発明の第 2の実施の形態の半導体加速度センサの断面図である。 図 4は、 図 3の IV— IV線断面図である。 1 図 5は、 （A) 及び （B ) は図 3に示す半導体加速度センサの重錘の側面図 及び平面図である。
図 6は、 本発明の第 3の実施の形態の半導体加速度センサの断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 図 1は、 本発 明の第 1の実施の形態の半導体加速度センサの断面図であり、 図 2は、 図 1の II一 II線断面図である。 両図に示すように、 本実施の形態の半導体加速度セン サは、 加速度センサ本体 1と重錘 3と台座 5とを有している。 加速度センサ本 体 1は、 中心部に重錘固定部 7、 外周部に筒状の支持部 9、 そして重錘固定部 7と支持部 9との間に可撓部 1 1を残すように半導体結晶基板にエッチングが 施されて形成されている。 可撓部 1 1の重錘固定部 7及び支持部 9が位置する 側と反対の面 （表面） には、 図示しないセンサ素子が形成されている。 このセ ンサ素子は、 X軸方向に延びる仮想 X軸線 X L、 Y軸方向に延びる仮想 Y軸線 Y L及び Z軸方向に延びる仮想 Z軸線 Z Lの方向の加速度をそれぞれ検出する X軸方向加速度検出用拡散抵抗、 Y軸方向加速度検出用拡散抵抗及び Z軸方向 加速度検出用拡散抵抗から構成されている。 Z軸方向は、 重錘 3に加速度に基 づく力が加わっていない状態において、 重錘固定部 7及び重錘 3の中心 Cをそ れぞれ通って重錘固定部 7及び重錘 3が並ぶ方向に延びる方向である。 X軸方 向及び Y軸方向は、 重錘 3に加速度に基づく力が加わっていない状態において 、 Z軸方向と直交する二つの方向である。 本実施の形態の半導体加速度センサ は、 外部から加えられた力による加速度、 または傾斜させた静止状態で加わる 重力加速度に基づく力により重錘 3が動いて可撓部 1 1が歪むことにより、 セ ンサ素子を構成する各拡散抵抗の抵抗値が変化して歪み量に応じた加速度を検 出する。
重錘 3は、 タングステンにより形成されており、 一端が重錘固定部 7に固定 され且つ他端が支持部 9によって囲まれた空間の外部に位置している。 この重 錘 3は、 円柱形を呈している。 重錘 3の外周面は、 可撓部 1 1に対向する上面 部 3 aと前記仮想 Z軸線 Z Lに平行に延びる側面部 3 bと、 上面部 3 aと側面 部 3 bとの間に連続して形成された傾斜面部 3 cとを有している。 傾斜面部 3 cは、 加速度センサ本体 1が位置する側に向かうに従って仮想 Z軸線 Z Lに近 づくように傾斜しており、 切頭円錐面形状を有している。
台座 5は、 ガラスにより形成されており、 横断面の外周部側の輪郭が正方形 で、 内周部側の輪郭が円形の筒状の形状を有している。 この台座 5は、 重錘 3 に作用する加速度に基づく力により重錘 3が X軸、 Y軸及び Z軸の三軸方向に 変位するのを許容するように支持部 9を支持し且つ重錘 3の周囲を囲んで配置 されている。 これにより台座 5と重錘 3との間には環状の間隙 1 3が形成され ることになる。 台座 5の内周面は、 重錘 3の側面部 3 bと対向する対向内面部 5 aと、 重錘 3の傾斜面部 3 cに沿って対向して規制時に傾斜面部 3 cと接触 する対向傾斜面部 5 bとを有している。 対向傾斜面部 5 bも傾斜面部 3 cと同 様に、 加速度センサ本体 1が位置する側に向かうに従って仮想 Z軸線 Z Lに近 づくように傾斜しており、 切頭円錐面形状を有している。 重錘 3に加速度が加 わっていない状態において、 対向傾斜面部 5 bと傾斜面部 3 cとの間の間隙は 、 周方向にほぼ等しく形成されている。 傾斜面部 3 cまたは対向傾斜面部 5 b から延長して形成される仮想面と前記仮想 Z軸線 Z Lとが交差する鋭角角度 0 は 3 0 ° 〜6 0 ° とするのが好ましい。 本実施の形態では、 傾斜面部 3 c及び 対向傾斜面部 5 bにより、 第 1のストッパ面及び第 2のストツパ面が構成され ている。 これら第 1のストッパ面及び第 2のストッパ面により重錘 3の三軸方 向への変位量を所定の範囲内に規制するストッパ構造が構成されている。
本実施の形態の半導体加速度センサでは、 重錘 3が X軸方向、 Y軸方向及び Z軸方向のどの方向に変位しても、 傾斜面部 （第 1のストッパ面） 3 c及び対 向傾斜面部 （第 2のストッパ面） 5 bの相互の傾斜面どうしが接触して重錘の 変位が規制される。 そのため、 第 1のストッパ面 3 cと第 2のストッパ面 5 b との間の間隔及び各ストッパ面の傾斜角度を適宜に設定するだけで、 Z軸方向 だけでなく、 X軸方向及び Y軸方向への重錘の変位量を正確な変位量で規制す ることができる。
図 3は、 本発明の第 2の実施の形態の半導体加速度センサの断面図であり、 図 4は、 図 3の IV— IV線断面図である。 両図に示すように、 本実施の形態の 半導体加速度センサは、 加速度センサ本体 1 0 1と重錘 1 0 3と台座 1 0 5と を有している。 加速度センサ本体 1 0 1は、 図 1に示す加速度センサ本体 1と 同じ構造を有している。 そのため、 図 1に示す加速度センサ本体 1と同じ部分 には、 該部分の符号に 1 0 0を加えた符号を付して加速度センサ本体 1 0 1の 説明を省略する。
重錘 1 0 3は、 図 5 (A) 及び （B ) に示すように、 タングステンにより形 成されており、 一端が重錘固定部 1 0 7に固定され且つ他端が支持部 1 0 9に よって囲まれた空間の外部に位置している。 この重錘 1 0 3は、 円柱形の本体 部 1 0 3 aと本体部 1 0 3 aの側面から台座 1 0 5に向かって仮想 X軸線 X L 及び仮想 Y軸線 Y Lが延びる方向に突出する 4つの突出部 1 0 3 b…とにより 一体に成形されている。 本体部 1 0 3 aは、 可撓部 1 1 1に対向する円形の上 面部 1 0 3 cを有しており、 上面部 1 0 3 cの中心に重錘固定部 1 0 7が固定 されている。 突出部 1 0 3 bは、 仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y L近傍で 台座 1 0 5側に突出する横断面が円弧状の対向湾曲面 1 0 3 dと、 対向湾曲面 1 0 3 dの両側に位置して台座 1 0 5側からくぼむ横断面が円弧状の 2つの側 方湾曲面 1 0 3 e， 1 0 3 eと、 対向湾曲面 1 0 3 d及び側方湾曲面 1 0 3 e と上面部 1 0 3 cとの間に連続して形成された傾斜面部 1 0 3 f とを有してい る。 4つの対向湾曲面 1 0 3 d…で形成された仮想円周は、 上面部 1 0 3 じと 同心である。 側方湾曲面 1 0 3 eは、 隣接する突出部 1 0 3 bの側方湾曲面 1 0 3 eと共に 1つの円弧を形成するように湾曲している。 本実施の形態では、 対向湾曲面 1 0 3 dと側方湾曲面 1 0 3 eとにより仮想 Z軸線 Z Lに平行に延 びる側面部 1 0 3 gが形成されている。 傾斜面部 1 0 3 f は、 加速度センサ本 体 1 0 1が位置する側に向かうに従って仮想 Z軸線 Z Lに近づくように傾斜し ている。
台座 1 0 5は、 ガラスにより形成されており、 図 3及び図 4に示すように、 横断面の外周部側の輪郭が正方形で、 内周部側の輪郭が円形の筒状の形状を有 している。 この台座 1 0 5は、 重錘 1 0 3に作用する加速度に基づく力により 重錘 1 0 3が X軸、 Y軸及び Z軸の三軸方向に変位するのを許容するように支 持部 1 0 9を支持し且つ重錘 1 0 3に作用する加速度に基づく力により重錘 1 0 3が動くのを許容するように重錘 1 0 3の周囲を囲んで配置されている。 こ れにより重錘 1 0 3と台座 1 0 5との間には、 間隙 1 1 3が形成されることに なる。 台座 1 0 5の内周部は、 重錘 1 0 3の側面部 1 0 3 gと対向する対向内 面部 1 0 5 aと、 重錘 1 0 3の傾斜面部 1 0 3 f に沿って対向して規制時に傾 斜面部 1 0 3 f と接触する対向傾斜面部 1 0 5 bとを有している。 対向傾斜面 部 1 0 5 bも傾斜面部 1 0 3 f と同様に、 加速度センサ本体 1 0 1が位置する 側に向かうに従って仮想 Z軸線 Z Lに近づくように傾斜しており、 切頭円錐面 形状を有している。 重錘 1 0 3に加速度が加わっていない状態において、 対向 傾斜面部 1 0 5 bと傾斜面部 1 0 3 f との間の間隙は、 周方向にほぼ等しく形 成されている。 本実施の形態では、 傾斜面部 1 0 3 f または対向傾斜面部 1 0 5 bから延長して形成される仮想面と仮想 Z軸線 Z Lとが交差する鋭角角度 0 は 3 0 ° 〜6 0 ° が好ましい。 本実施の形態では、 傾斜面部 1 0 3 f 及び対向 傾斜面部 1 0 5 bにより、 第 1のス卜ッパ面及び第 2のストッパ面が構成され ており、 これら第 1のストツパ面及び第 2のス卜ッパ面により重錘 1 0 3の三 軸方向への変位量を所定の範囲内に規制するストッパ構造が構成されている。 前述したように、 重錘 1 0 3の対向湾曲面 1 0 3 dは、 仮想 X軸線 X Lまた は仮想 Y軸線 Y L近傍で台座 1 0 5側に突出しているので、 仮想 X軸線 X L及 び仮想 Y軸線 Y Lに対応する位置の近傍における台座 1 0 5の対向内面部 1 0 5 aと重錘 1 0 3の対向湾曲面 1 0 3 dとの間隙部分 1 1 3 aの幅寸法 L 1は 、 他の部分の間隙部分の幅寸法よりも小さくなつている。 本実施の形態では、 間隙部分 1 1 3 aの幅寸法 L 1は 0 . 0 1 mm〜 0 . 1 mmである。 間隙部分 1 1 3 a内には、 重錘 1 0 3の周方向に等しい間隔をあけて 4つの緩衝部材 1 1 5 A〜 1 1 5 Dが配置されている。 言い換えるならば、 間隙 1 1 3内におけ る 4つの緩衝部材 1 1 5 A〜1 1 5 Dが配置される 4つの間隙部分 （緩衝部材 配置部分） 1 1 3 aの幅寸法 L 1が他の間隙部分の幅寸法よりも小さくなる形 状に重錘及び台座は形成されている。 4つの緩衝部材 1 1 5 A〜 1 1 5 Dは、 シリコンゲルからなるゲル状物質により形成されており、 重錘 1 0 3の動きを 著しく拘束せず且つ重錘 1 0 3の動きにより加速度センサ本体 1 0 1の可撓部 1 1 1が損傷を受けるのを阻止する程度の弾性及び柔軟性を有している。 これ ら緩衝部材 1 1 5 A〜 1 1 5 Dは、 間隙部分 1 1 3 a内にのみ位置し且つ支持 部 1 0 9によって囲まれた空間を密閉しないように、 重錘 1 0 3と台座 1 0 5 の両方にそれぞれ接合して配置されている。 本実施の形態では、 信越シリコン 株式会社からシリコーンゲル K E 1 0 5 5の商品名で販売されている液状シリ コーンを間隙部分 1 1 3 a内の所定位置に塗布することにより配置し、 この液 状シリコンを 1 5 0 °Cで 1時間加熱して液状シリコンを硬化させてシリコンゲ ルからなる緩衝部材 1 1 5 A〜 l 1 5 Dを形成した。
本実施の形態の半導体加速度センサでは、 加速度に基づく力により重錘 1 0 3が大きく動こうとすると、 緩衝部材 1 1 5 A〜l 1 5 Dにより重錘 1 0 3の 動きが抑制されるため、 重錘 1 0 3が必要以上に動くことがなく、 可撓部 1 1 1の損傷を防ぐことができる。 そのため、 従来のように、 重錘 1 0 3と台座 1 0 5との間に形成された間隙 1 1 3を小さい寸法に形成する必要はなく、 半導 体加速度センサの製造を容易に行うことができる。 また、 緩衝部材 1 1 5 A〜 1 1 5 Dは、 間隙 1 1 3内にのみ位置しているため、 従来のように、 緩衝部材 1 1 5 A〜1 1 5 Dによりセンサ素子が温度変化の影響を受けることがなく、 センサ素子の精度が低下するのを防ぐことができる。
図 6は、 本発明の第 3の実施の形態の半導体加速度センサの断面図である。 本実施の形態の半導体加速度センサは、 台座 2 0 5の形状を除いて図 3に示す 半導体加速度センサと同じ構造を有している。 そのため、 図 3に示す半導体加 速度センサと同じ部材には、 該部材の符号に 1 0 0を加えた符号を付してその 説明を省略する。 本実施の形態では、 台座 2 0 5は、 横断面の外周部側の輪郭 が正方形で、 内周部側の輪郭が八角形の筒状の形状を有している。 台座 2 0 5 の対向内面部 2 0 5 aは、 仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y Lと直交して交 差して重錘 2 0 3の 4つの対向湾曲面 2 0 3 d…に対向する 4つの交差対向面 2 0 5 c…と、 仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y Lと交差せずに重錘 2 0 3 の 4つの側方湾曲面 2 0 3 e…に対向する 4つの非交差対向面 2 0 5 d…とを 有している。 台座 2 0 5の重錘 2 0 3の傾斜面部 （図 3の符号 1 0 3 f に相当 する部分） に対向する対向傾斜面部 （図 3の符号 1 0 5 bに相当に相当する部 分） は、 切頭八角錐面形状を有している。 01581 前述したように、 交差対向面 2 0 5 cは仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y Lと直交し、 重錘 2 0 3の対向湾曲面 2 0 3 dは、 仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y L近傍で台座 2 0 5側に突出しているので、 仮想 X軸線 X Lまたは仮 想 Y軸線 Y L近傍に近づくにつれて重錘 2 0 3と台座 2 0 5との間隙 2 1 3の 幅寸法は小さくなる。 言い換えるならば、 間隙 2 1 3内における 4つの緩衝部 材 2 1 5 A〜 2 1 5 Dが配置される 4つの間隙部分 （緩衝部材配置部分） 2 1 3 aの幅寸法が仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y L近傍に近づくにつれて他 の間隙部分の幅寸法よりも小さくなる形状に重錘 2 0 3及び台座 2 0 5は形成 されている。 間隙部分 （緩衝部材配置部分） 2 1 3 aの最小部分の幅寸法 L 2 は 0 . 0 1 mm〜0 . 1 mmである。 本実施の形態の半導体加速度センサでは 、 液状シリコーンを間隙 2 1 3内に塗布等により配置する際に、 仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y軸線 Y Lのより近傍に液状シリコンを配置できる。
なお、 重錘、 台座は、 上記各例の形状に限られるものではなく、 種々の形状 のものを採用できる。 例えば、 台座の内周部側の仮想 X軸線 X Lまたは仮想 Y 軸線 Y L近傍部分が重錘側に突出する形状に台座を形成することができる。 また、 図 3〜図 6に示す例では、 傾斜面部 1 0 3 f と対向傾斜面部 1 0 5 b とからなるストッパ構造を設けたが、 ストツバ構造を設け無くてもよい。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 第 1のストッパ面と第 2のストッパ面との間の間隔及び各 ストッパ面の傾斜角度を適宜に設定するだけで、 Z軸方向だけでなく、 X軸方 向及び Y軸方向への重錘の変位量を正確な変位量で規制することができる。 ま た、 ストッパ構造を簡単に形成することができる。 .
本願の他の発明によれば、 可撓部の損傷を防ぐことができる半導体加速度セ ンサをセンサ素子の精度を低下させることなく容易に得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 中心部に重錘固定部、 外周部に筒状の支持部、 そして前記重錘固定部 と前記支持部との間に可撓部を残すように半導体結晶基板にエッチングが施さ れて形成され且つ前記可撓部にセンサ素子が形成された加速度センサ本体と、 一端が前記重錘固定部に固定され且つ他端が前記支持部によって囲まれた空 間の外部に位置するような形状寸法を有する重錘と、
前記重錘に加速度に基づく力が加わっていない状態において、 前記重錘固定 部及び前記重錘の中心をそれぞれ通って前記重錘固定部及び前記重錘が並ぶ方 向に延びる方向を Z軸方向とし、 該 Z軸方向と直交する二つの方向を X軸方向 及び Y軸方向とする三軸方向を仮定したときに、 前記重錘に作用する加速度に 基づく力により前記重錘が前記三軸方向に変位するのを許容するように前記支 持部を支持し且つ前記加速度センサ本体から突出する前記重錘の周囲を囲む筒 状の台座と、
前記重錘の前記三軸方向への変位量を所定の範囲内に規制するストッパ構造 とを具備し、
前記重錘はその外周面に前記ストッパ構造の一部を構成する第 1のストッパ 面 ¾し、
前記台座はその内周面に前記ストッパ構造の一部を構成し且つ前記第 1のス トッパ面と対向して規制時に前記第 1のストッパ面と接触する第 2のストッパ 面を有し、
前記第 1のストッパ面は、 前記外周面の周方向に連続してまたは間隔を開け て形成され且つ前記加速度センサ本体が位置する側に向かうに従って前記 Z軸 方向に延びる仮想 Z軸線に近づくように傾斜する傾斜面として形成され、 前記第 2のストッパ面は、 前記内周面の周方向に連続してまたは間隔を開け て形成され且つ前記加速度センサ本体が位置する側に向かうに従って前記 Z軸 方向に延びる仮想 Z軸線に近づくように傾斜する傾斜面として形成されている ことを特徴とする半導体加速度センサ。
2 . 前記第 1及び第 2のストッパ面は、 それぞれ前記周方向に連続して形 成され且つ切頭円錐面形状を有している請求項 1に記載の半導体加速度センサ
3 . 前記重錘に加速度が加わっていない状態において、 前記第 1のストツ パ面と前記第 2のストッパ面との間の間隙寸法は、 前記周方向の各部において ほぼ等しくなるように形成されている請求項 2に記載の半導体加速度センサ。
4 . 前記第 1のストッパ面または前記第 2のストッパ面から延長して形成 される仮想面と前記仮想 Z軸線とが交差する鋭角角度が 3 0 ° 〜6 0 ° である 請求項 3に記載の半導体加速度センサ。
5 . 前記重錘と前記台座との間に形成された間隙内に、 前記重錘の動きを 著しく拘束せず且つ前記重錘の動きにより前記加速度センサ本体の前記可撓部 が損傷を受けるのを阻止する 1以上の緩衝部材が配置されており、
前記 1以上の緩衝部材は前記間隙内にのみ位置し且つ前記空間を密閉しない ように前記間隙内に配置されていることを特徴とする請求項 1に記載の半導体 加速度センサ。
6 . 中心部に重錘固定部、 外周部に筒状の支持部、 そして前記重錘固定部 と前記支持部との間に可撓部を残すように半導体結晶基板にエッチングが施さ れて形成され且つ前記可撓部にセンサ素子が形成された加速度センサ本体と、 一端が前記重錘固定部に固定され且つ他端が前記支持部によって囲まれた空 間の外部に位置するような形状寸法を有する重錘と、
前記支持部を支持し且つ前記重錘に作用する加速度に基づく力により前記重 錘が動くのを許容するようにして前記加速度センサ本体から突出する前記重錘 の周囲を囲む筒状の台座とを具備し、
前記重錘と前記台座との間に形成された間隙内に、 前記重錘の動きを著しく 拘束せず且つ前記重錘の動きにより前記加速度センサ本体の前記可撓部が損傷 を受けるのを阻止する 1以上の緩衝部材が配置され、
前記 1以上の緩衝部材は前記間隙内にのみ位置し且つ前記空間を密閉しない ように前記間隙内に配置されていることを特徴とする半導体加速度センサ。
7 . 前記 1以上の緩衝部材は複数からなり、 前記複数の緩衝部材は、 前記 重錘に加速度が加わっていない状態において、 前記可撓部に不平衡な歪みが生 じないような位置に配置されている請求項 6に記載の半導体加速度センサ。
8 . 前記台座は、 前記重錘に加速度に基づく力が加わっていない状態にお いて、 前記重錘固定部及び前記重錘の中心をそれぞれ通って前記重錘固定部及 び前記重錘が並ぶ方向に延びる方向を Z軸方向とし、 該 Z軸方向と直交する二 つの方向を X軸方向及び Y軸方向とする三軸方向を仮定したときに、 前記重錘 に作用する加速度に基づく力により前記重錘が前記三軸方向に変位するのを許 容するように前記支持部を支持しており、
前記複数の緩衝部材が、 前記 X軸方向に延びる仮想 X軸線及び前記 Y軸方向 に延びる仮想 Y軸線に対応する前記間隙内の部分に配置されている請求項 7に 記載の半導体加速度センサ。
9 . 前記複数の緩衝部材がゲル状物質から形成されている請求項 8に記載 の半導体加速度センサ。
1 0 . 前記重錘及び前記台座は、 前記間隙内における前記複数の緩衝部材 が配置される複数の間隙部分の幅寸法が他の間隙部分の幅寸法よりも小さくな る形状を有している請求項 7〜 9のいずれか 1つに記載の半導体加速度センサ
1 1 . 前記複数の緩衝部材が配置される複数の間隙部分の幅寸法が 0 . 0 l mm〜0 . 1 mmであり、 前記ゲル状物質がウレタンゲルまたはシリコンゲ ルである請求項 1 0に記載の半導体加速度センサ。
1 2 . 前記重錘の前記三軸方向への変位量を所定の範囲内に規制するスト ッパ構造を更に備え、
前記重錘は、 前記可撓部に対向する上面部と、 前記仮想 Z軸線に平行に延び る側面部と、 前記上面部と前記側面部との間に連続して形成された傾斜面部と ¾r有し、
前記台座は、 前記側面部と対向する対向内面部と、 前記傾斜面部と対向する 対向傾斜面部とを有し、
前記緩衝部材は、 前記側面部と前記対向内面部との間の間隙部に配置されて おり、
前記傾斜面部により前記ストッパ構造の一部を構成する第 1のストッパ面が 形成され、
前記対向傾斜面部により前記ストッパ構造の一部を構成し且つ前記第 1のス トッパ面と対向して規制時に前記第 1のストッパ面と接触する第 2のストッパ 面が形成され、
前記第 1及び第 2のストッパ面は、 それぞれ周方向に連続してまたは間隔を あけて形成され且つ前記加速度センサ本体が位置する側に向かうに従って前記 Z軸方向に延びる仮想 Z軸線に近づくように傾斜する傾斜面として形成されて いることを特徴とする請求項 6〜 1 1のいずれか 1つに記載の半導体加速度セ ンサ。
1 3 . 中心部に重錘固定部、 外周部に筒状の支持部、 そして前記重錘固定 部と前記支持部との間に可撓部を残すように半導体結晶基板にエッチングが施 されて形成され且つ前記可撓部にセンサ素子が形成された加速度センサ本体と 一端が前記重錘固定部に固定され且つ他端が前記支持部によって囲まれた空 間の外部に位置するような形状寸法を有する重錘と、
前記支持部を支持し且つ前記重錘に作用する加速度に基づく力により前記重 錘が動くのを許容するようにして前記加速度センサ本体から突出する前記重錘 の周囲を囲む筒状の台座と、
前記重錘と前記台座との間に形成された間隙内に、 前記重錘の動きを著しく 拘束せず且つ前記重錘が前記台座に当って前記加速度センサの前記可撓部が損 傷を受けるのを阻止する 1以上の緩衝部材が配置されている半導体加速度セン ザの製造方法であって、
前記 1以上の緩衝部材は、
前記間隙内にのみ位置し且つ前記空間を密閉しないように前記重錘と前記台 座との間に液状シリコンを配置し、
前記液状シリコンを加熱して硬化させてシリコンゲル化して形成する半導体 加速度センサの製造方法。
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