WO2006049004A1

WO2006049004A1 - 加速度センサー装置

Info

Publication number: WO2006049004A1
Application number: PCT/JP2005/018938
Authority: WO
Inventors: Isao Sakaguchi
Original assignee: Hitachi Metals, Ltd.
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2006-05-11
Also published as: CN101057148B; US20090071248A1; TWI266878B; JP2006133123A; KR100906573B1; TW200624811A; CN101057148A; JP4337099B2; KR20070085897A; US7716984B2

Abstract

　質量部と支持枠とそしてピエゾ抵抗素子を上面に持った可撓腕とを持つ加速度センサーチップと、支持枠上面に接着されているとともにＩＣ回路を持ち支持枠よりも面積で大きな上部規制板とを蓋の付いた保護ケース内に有する加速度センサー装置。規制板が支持枠外壁から突出して保護ケース内でチップを収容している空間を突出によって閉じて規制板の上と下との空気流を妨げているので、可撓腕上面に設けたピエゾ抵抗素子間でＩＣ回路による温度上昇を一様としてオフセット電圧を小さくする。

Description

明細書

加速度センサー装置

技術分野

[0001] この発明は、玩具、自動車、航空機、携帯端末機器等に用いられる加速度検出用の加速度センサー装置、特に半導体技術を用いて製造することができる加速度センサー装置に関する。

背景技術

[0002] 加速度センサーとしては、ピエゾ抵抗効果、静電容量変化等の物理量変化を利用したものが、開発され製品化されている。これらの加速度センサーは、様々な分野で広く用いることができるが、最近は、小型、高感度で、多軸方向の加速度を同時に検出できるものが要求されて、る。

[0003] シリコン単結晶は、格子欠陥が極めて少な、ために理想的な弾性体となること、半導体プロセス技術をそのまま転用することができること等の特徴を有することから、シリコン単結晶基板に薄肉の可撓腕を設け、この薄肉の可撓腕に加わる応力を歪みゲージ例えばピエゾ抵抗素子によって電気信号に変換して出力とするピエゾ抵抗効果型半導体加速度センサーが特に注目されて、る。

[0004] 3軸の加速度センサーとして、シリコン単結晶基板の薄肉部力成る梁構造の可撓腕を有し、シリコン単結晶基板の厚肉部力成る中央の質量部と周辺の枠とはその可撓腕で接続され、可撓腕上には各軸方向に複数個のピエゾ抵抗素子が形成されたものが用いられている。小さな加速度を感度良く検出するには、可撓腕を長ぐ薄くし、振り子となる質量部を重くすることが行われる。小さな加速度を検出することができるということは、大きな衝撃が加わると質量部の振幅が過剰に大きくなつて、可撓腕が折れることにつながっていた。そこで大きな衝撃が力かっても可撓腕が折れないように、加速度センサーの上と下に規制板を設けて、質量部の振幅を規制板で規制することが行われている。

[0005] 規制板と加速度センサーチップの質量部との間隙を所定の値に管理するために、間隙とほぼ同じ直径をした微小ボールを接着材で混練して、微小ボールを混ぜた接着材を用いて規制板を加速度センサーチップに接着することが特許文献 1及び特許文献 2に示されて、る。規制板と加速度センサーチップとの間隙を微小ボールの直径によって決めることができるので、その間隙を所定の値に保つことができる。このように微小ボールを含む接着材を用いることで、規制板と加速度センサーチップとの間隙を管理することができる。

[0006] 可撓腕上で質量部近くと支持枠近くとにそれぞれ形成されたピエゾ抵抗素子がプリッジ回路を構成して、外部から印加された加速度の各軸成分を測定している。ブリツジ回路の出力電圧は数 mV〜数 10mVと小さい。そこで出力電圧を増幅する回路が幅広い応用分野に対応するには必要である。更に、ピエゾ抵抗素子の出力はピエゾ抵抗素子の温度センサーを加速度センサーの近くに設けておき、温度センサーの出力によって加速度センサーの出力を校正あるいは補償する必要がある。

[0007] そこで、ブリッジ回路と増幅回路と温度補償回路とを含む IC回路を上部規制板に組み込むことが例えば特許文献 3に提案されている。

[0008] IC回路を持った上部規制板を用いると、 IC回路力もの発熱によって上部規制板の温度が上がる。 IC回路を持った上部規制板はシリコンで作られており、シリコンの熱伝導率は 168wZm · Kと空気の 0. 024 lw/m · Kと比べると約 7000倍と大き!/、ので、 IC回路力もの発熱によって上部規制板全体が暖められる。

[0009] 加速度センサーチップに設けられたピエゾ抵抗素子は、可撓腕の上面すなわち上部規制板底面と対向する位置に上部規制板底面との間に数 m力も数 10 mの小さな間隙を持って設けられているので、上部規制板の温度が上昇すると上部規制板底面からの輻射熱の影響で温度が上がる。上部規制板の中央に対応した位置、すなわち質量部近くにあるピエゾ抵抗素子の温度が、支持枠近くにあるピエゾ抵抗素子の温度よりも低くあるいは高くなる。加速度センサーチップの周辺に近いところでは空気の動きが中央部よりも大きいために、支持枠近くに形成したピエゾ抵抗素子の温度が、質量部近くに形成したピエゾ抵抗素子の温度と変わる傾向がある。可撓腕上で支持枠近くにあるピエゾ抵抗素子と質量部近くにあるピエゾ抵抗素子とが加速度の各軸成分を測定するためのブリッジ回路に組み込まれているので、支持枠近くのピエゾ抵抗素子と質量部近くのものとの間に温度差があると、その温度差のためにそれらの間の抵抗差が生じ、加速度が印加されていない時であっても出力電圧が測定される、すなわち、オフセット電圧が大きいという問題があった。

特許文献 1：日本特開平 4— 274005号公報

特許文献 2 :日本特開平 8— 233851号公報

特許文献 3 :日本特開平 6— 242141号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] そこで、本発明ではオフセット電圧の小さな加速度センサー装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明の加速度センサー装置は、

中央にある質量部と、

その質量部力ある距離離れてその質量部を取り囲んで、る支持枠と、

質量部上面と支持枠上面とを結んで!/ヽる複数の可撓腕と、

複数の可撓腕それぞれの上面で質量部近くと支持枠近くとにそれぞれ形成されている、加速度の各軸成分を測定するためのピエゾ抵抗素子とを有する加速度センサーチップと、

質量部上面との間に所定の間隙を持って加速度センサーチップ上面を覆って設けられているとともに接着材によって支持枠に接着固定されていて、上面に IC回路が形成されているシリコン基板力なる上部規制板と、

その上部規制板を上面に取り付けた加速度センサーチップを内部に入れている保護ケースとを有し、

前記上部規制板が支持枠外周よりも大きぐ支持枠の外壁の少なくとも 1つ力も突出して支持枠上を覆って設けられて、る。

[0012] 上記本発明の加速度センサー装置では、支持枠は、前記ピエゾ抵抗素子に導体によって接続されて、るとともに、上部規制板上の処理回路端子に接続されて、る複数の端子を持った端子ボードを 1つの側面に持っていて、

上部規制板が、端子ボードが設けられている側面以外の支持枠のすべての外壁力突出して!/、ることが好まし!/、。

[0013] 本発明の加速度センサー装置で、保護ケース内壁と上部規制板の支持枠外壁から突出している側辺との間隙が、保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙対比で 0. 1 〜0. 8であることが好ましい。

[0014] 前記加速度センサー装置で、上部規制板が加速度センサーチップの支持枠の 4つのコーナーで接着材によって接着固定されていて、上部規制板上でその 4つのコーナ一の 1つに対応した位置に温度センサーが設けられているのが好ましい。発明の効果

[0015] 本発明の加速度センサー装置では、上部規制板が加速度センサーチップ支持枠外壁力突出し、保護ケース内で加速度センサーチップを収容している空間をその突出によって閉じて上部規制板の上と下との空気流を妨げている。そのために、可橈腕上面で質量部近くに設けられたピエゾ抵抗素子と支持枠近くに設けられたピエゾ抵抗素子との間で IC回路による温度上昇を一様としてオフセット電圧を小さくすることができる。更に、上部規制板によるダンピング効果を生じ、急激な加速度変化に対して振動の減衰時間が短くなる。また、上部規制板を形成しているシリコン基板にチッビングが生じたときに、上部規制板が加速度センサーチップよりも大きいので、シリコン基板力ものチップがセンサーにまきこまれることが少なくなる。また、上部規制板の側辺と保護ケース内壁との間隙が小さぐ更に上部規制板と保護ケースとが導線で結合されているので、上部規制板の熱を容易に保護ケースに伝えて放出することち期待でさる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]図 1は、本発明による実施例 1の加速度センサー装置の分解斜視図である。

[図 2]図 2は、実施例 1の加速度センサー装置に用いられている加速度センサーチップの斜視図である。

[図 3]図 3は、実施例 1の加速度センサー装置に用いられている、上部規制板を取り付けた加速度センサーチップの斜視図である。

[図 4]図 4は、図 1の IV— IV線に沿った断面図である。

[図 5]図 5は、蓋を取り除いて示す実施例 1の加速度センサー装置の平面図である。 Ο

[図 6]図 6は、オフセット電圧と間隙比との関係を示すグラフである。

1—

[図〇 7]図 7は、温度センサーの位置を説明するための図である。

[図 8]図 8は、オフセット電圧と温度センサーの位置との関係を示すグラフである。

[図 9]図 9は、減衰時間と間隙比との関係を示すグラフである。

符号の説明

加速度センサーチップ

12 質量部

14 支持枠

16 可撓腕

18 ピエゾ抵抗素子

19 コーナー

20 端子ボード

22 端子

30 上部規制板

32 処理回路端子

34 温度センサー

36 接着材

40 保護ケース

100 加速度センサー装置

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。

実施例 1

[0019] 本発明の実施例 1の加速度センサー装置について図 1から図 5を用いて説明する。

図 1は実施例 1の加速度センサー装置の分解斜視図、図 2は実施例 1の加速度センサー装置に用いて!/、る加速度センサーチップを示す斜視図、図 3は上に上部規制板を取り付けた加速度センサーチップの斜視図で、図 4は図 1の IV— IV線に沿った断面図を示す。また図 5は図 1の加速度センサー装置で、蓋を取り除いて示す平面図である。実施例 1の加速度センサー装置 100では、加速度センサーチップ 10の上面に上部規制板 30がその回路実装面を上にして、硬質プラスチック球 (直径 20 m) を約 10wt%混練した接着材 36を用いて接着されていて、加速度センサーチップ 10 が保護ケース 40内に挿入接着されている。加速度センサーチップ 10を保護ケース 4 0内に接着する際に、保護ケース内底面 42の接着部位に硬質プラスチック球が混練された接着材 36' を予め塗布してぉ、た。直径 10 μ mの硬質プラスチック球をシリコン系榭脂中に約 10wt%混合して接着材 36' とした。硬質プラスチック球により上部規制板 30と加速度センサーチップ 10との間の隙間 glおよび、保護ケース内底面 42と加速度センサーチップ 10との間の隙間 g2は、 10 mと精度良く規制されている本発明に用いられている加速度センサーチップ 10は、可撓腕 16の厚さを高精度に制御できるように SiO絶縁層を介して SOI層を形成したシリコン単結晶基板、すな

2

わち SOIウェファ一を用いて作製されている。 SOIとは Siliconon insulatorの略である。この例では約 600 μ m厚の Siウェファ一上にエッチングストッパーとなる SiO

2 絶縁層を薄く（約 1 μ m)形成し、その上に約 10 m厚さの N型のシリコン単結晶基板を形成したウェファ一を基板として使用した。加速度センサーチップ 10は、シリコン単結晶基板の厚肉部からなる中央の質量部 12と、質量部 12を取り囲むように周辺に配置した正方形の支持枠 14と、質量部 12の上面と支持枠 14の上面とを連結するシリコン単結晶基板の薄肉部力もなる 2対の梁状の可撓腕 16と、 2つの直交する検出軸 (Xと Y軸）および加速度センサーチップ上面に垂直な検出軸 (Z軸）に対応して、可撓腕上に設置した各軸それぞれ 4個の歪みゲージ (以下の説明にお!/、ては、歪みゲージの一例としてピエゾ抵抗素子を用いて、るので、「ピエゾ抵抗素子」とする） 18 とからなる。すなわち、 X軸方向に延びている可撓腕 16上に各 2個のピエゾ抵抗素子 18が設けられて、て X軸方向の加速度を検出する。 Y軸方向に延びて!/ヽる可撓腕 1 6上に各 2個のピエゾ抵抗素子 18が設けられていて Y軸方向の加速度を検出する。 X軸方向に延びている可撓腕 16上に更に各 2個のピエゾ抵抗素子 18が設けられていて、 Z軸方向の加速度を検出する。この例では Z軸方向の加速度を X軸方向に延びて、る可撓腕 16上に設けたピエゾ抵抗素子で検出しているが、 Z軸方向の加速度を検出する素子は Y軸方向に延びて、る可撓腕 16上に設けられて、ても良、。各軸方向の加速度を検出する 4個のピエゾ抵抗素子はフルブリッジ検出回路を構成している。ピエゾ抵抗素子は SOIウェファ一の表面（10 m厚のシリコン上）にフオトレジストでパター-ングを行い、シリコン層にボロンを 1〜3 X 10¹⁸原子 Zcm³打ち込み形成した。抵抗素子の配線は金属スパッター、ドライエッチング装置等を用いて形成した。

[0021] 加速度センサーチップ 10の大きさをここで説明する。加速度センサーチップの支持枠 14は外側寸法で 1900 m X 1900 μ mであり、その厚さが 610 μ mで、支持枠の幅が 200 μ mである。中央の質量部 12は、縦横の長さが 500 m X 500 mでその厚さ力 mである。 4本の可撓腕 16は 500 μ m長 X 70 m幅 X 10 m厚である。可撓腕上に形成されたピエゾ抵抗素子 18は 70 μ m長で幅 5 μ mである。

[0022] 加速度センサーチップ 10の支持枠 14の 1つの側辺には、複数のピエゾ抵抗素子用端子 22が設けらた端子ボード 20が加速度センサーチップ 10と一体に形成されている。端子ボード 20は、支持枠 14の側辺と同じ長さ（1900 m)をしていて、支持枠 14からの突出量が約 200 μ mなので、端子ボード 20を含めた加速度センサーチップ 10の大きさが 1900 m X 2100 μ mである。端子ボード 20の底面 24は正方形の支持枠 14の底面よりも浅く形成されて、て、端子ボード 20の底面 24が保護ケース内底面 42に接触しないのが好ましい。端子ボード 20に設けられた複数の端子 22は、可撓腕上面力も支持枠上面にかけて設けられた複数の導体それぞれによって、可撓腕上に設けられた 12個のピエゾ抵抗素子 18の端子と接続されている。図 1〜図 5で、端子 22とピエゾ抵抗素子 18とを接続しているこれらの導体を省略している。

[0023] 加速度センサーチップ 10に設けられた 12個のピエゾ抵抗素子 18によって 3組 (X、 Y、 Ζ軸それぞれ 1組)のフルブリッジ検出回路を構成しているので、少なくとも 4個の端子 22が必要であり、好ましくは 8個の端子 22が端子ボード 20に設けられている。これらの端子 22それぞれは上部規制板 30に設けられている処理回路端子 32のうちの幾つかのそれぞれと導線 38によって電気的に接続されている。導線 38として例えば 20 /z m径をした 0. 5mm長の裸金線を用いて、裸金線の一端を端子 22それぞれと、裸金線の他端を処理回路端子 32それぞれと、超音波ボンダ一で溶接されてヽる。

[0024] 加速度センサーチップ 10上面には、上面を覆うように上部規制板 30が取り付けられて、る。上部規制板 30の底面と加速度センサーチップ 10の質量部 12上面との間に所定の間隙、例えば 3〜35 /ζ πιの間隙 glが設けられている。加速度センサーチップ 10の支持枠 14上面、この実施例では正方形をした支持枠上面の各コーナー 19 のところで接着材 36によって、上部規制板 30を加速度センサーチップ 10上面に固定している。

[0025] 各コーナー 19に大きさ 180 m X 180 mで深さ 10 μ mの窪みを支持枠上に形成し、その窪みに接着材 36を入れて支持枠上面力も上部規制板 30の底面まで盛り上がらせることで、間隙 glを形成している。

[0026] 上部規制板 30として、上面に IC回路を形成した 2200 μ m幅 X 2600 m長 X 20 0 m厚のシリコン基板を用いた。上部規制板 30を加速度センサーチップ 10の上に、支持枠 14の 3つの外壁力も上部規制板の側辺が突出するように接着固定した。図 3と図 5に示すように、上部規制板 30が端子ボード 20が設けられている側と反対側の支持枠外壁から 300 m突出し、支持枠の両側から 350 m突出している。端子ボードが設けられて、る側では端子ボード上面全体が現れるように、支持枠 14の側辺に上部規制板 30の側辺が一致して、る。

[0027] 上部規制板 30に設けられた IC回路は、入力軸を切り替えるマルチプレクサ、信号を増幅するオペアンプ、補正データを保存しておく EEPROM、環境温度を検出する温度センサー、その温度センサー出力に基づき EEPROM力調整コードを与えォぺアンプのゲインならびオフセットにフィードバックをかける機能を有する抵抗ラダー等で構成されている。支持枠 14の 4つのコーナー 19で上部規制板 30を接着固定している場所の 1つの位置に対応した上部規制板上に温度センサー 34が設けられている。

[0028] 上部規制板 30の底面には SiO層が絶縁層として形成されている。上部規制板の

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底面は、加速度が加速度センサー装置に働いたときに、加速度センサーチップ 10の質量部 12が接触あるいは衝突することがあるので、上部規制板底面から加速度センサーチップへの電荷の漏洩を防ぐために絶縁層が設けられて、る。この絶縁層は Si O層に代えて Al O層を用いることができる。あるいは、上部規制板底面の絶縁層に

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代えて、加速度センサーチップ上面に絶縁層を設けることができる。 [0029] 保護ケース 40は横枠 44と内底面 42とを持っていて、加速度センサーチップ 10の支持枠底面が保護ケース 40の内底面 42上に接着固定されている。加速度センサーチップ 10を内底面 42に固定した状態で、加速度センサーチップ 10の中央にある質量部 12は保護ケース 40の内底面 42と接触せず所定の間隙 g2 (この間隙は、質量部上面と上部規制板との間隙と違った長さを持つことができる。）を持っている。内底面 42は、質量部 12底面との間に間隙を持って、質量部 12の下方への振動をその間隙の大きさ内に制限するので、下部規制板として作用する。

[0030] 保護ケース 40の横枠 44間距離、すなわち横枠 44の内壁間距離を 2900 μ mとした。加速度センサーチップ 10を保護ケース 40の内底面 42の中央に取り付けている。支持枠 14の両側では支持枠の外壁から上部規制板 30が 350 m突出しているので、保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙が 150 mである。保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙 500 μ mに対する保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙の比率が 0. 3である。また、端子ボード 20と反対側における上部規制板の側辺と保護ケース内壁との距離が 200 m、端子ボード側辺（図 5における紙面で下側の辺）と保護ケース内壁との距離が 300 μ mとなっている。

[0031] 保護ケース 40の横枠 44には複数の入出力端子 46を有し、上部規制板 30に設けた処理回路端子 32のうちのいくつかがそれぞれこれら入出力端子 46と導線 48 (「第二の導線」と言うことがある）で電気的に接続されている。次に端子 46それぞれは保護ケース 40の側面に設けた複数の外部端子と横枠内で導線（図示せず)で結ばれている。保護ケース 40が持っている入出力端子 46は少なくとも 5個有り、好ましくは 1 2個である。保護ケース 40の入出力端子 46を上部規制板の処理回路端子 32と電気的に接続している第二の導線 48として 20 m径の裸金線を用い、それらの端が各端子に超音波ボンダ一で溶接されて、る。保護ケース 40は例えばアルミナセラミックスで形成されて、て、その上部にアルミナセラミックスで作った蓋 50が接着材で固定されている。

[0032] 実施例 1の加速度センサー装置 100を用いて、そのオフセット電圧を測定した。 X 軸用の 4個のピエゾ抵抗素子で形成したフルブリッジ回路と、 Z軸用の 4個のピエゾ抵抗素子で形成したフルブリッジ回路とに端子間電圧 3Vを印加して、環境温度 24 °Cでオフセット電圧を測定したところ、 X軸のフルブリッジ回路の出力電圧が ± 20m V以内で、 Z軸のフルブリッジ回路の出力電圧も ± 20mV以内であった。なお、出力電圧は正の値と負の値とを示し、その絶対値の大小で比較する必要がある。ここで「 ± 20mV以内」とはフルブリッジ回路の出力電圧が + 20mVから— 20mVの範囲に分布した値を示すことを意味する。すなわち、オフセット電圧の絶対値が最大で 20m Vであることを意味する。以下同じ意味でオフセット電圧を示す。

[0033] 比較例の加速度センサー装置として、大きさ 1900 m幅 X I 900 m長 X 200 m厚の上部規制板を用いた以外は実施例 1の加速度センサー装置 100と同じ構造のものを用意した。上部規制板が加速度センサーチップの外側寸法と同じなので、上部規制板を加速度センサーチップに取り付けたときに、支持枠のいずれの外壁からも上部規制板が突出していな力つた。比較例の加速度センサー装置を用いて、実施例 1のものと同様にオフセット電圧を測定したところ、 X軸のフルブリッジ回路の出力電圧が ± 30mV以内で、 Z軸のフルブリッジ回路の出力電圧が ± 60mV以内であつた。このように、比較例の加速度センサー装置では Z軸のオフセット電圧が大きかつた力実施例 1の加速度センサー装置では Z軸のオフセット電圧が最大で ± 20mVと小さいものであった。

[0034] 上部規制板に設けられている回路のうち、アンプのように発熱の大きな回路が上部規制板上の周辺部、すなわち可撓腕上の支持枠に近いところにあるピエゾ抵抗素子の近くに発熱の大きな回路が設けられている。そのために、支持枠に近いところにあるピエゾ抵抗素子が質量部に近いところにあるピエゾ抵抗素子よりも温度が高くなる

。 Z軸加速度を測定するピエゾ抵抗素子 4個で形成されたフルブリッジ回路では、支持枠に近いところにある 2個のピエゾ抵抗素子の抵抗値の積と、質量部に近いところにある 2個のピエゾ抵抗素子の抵抗値の積との差で出力電圧を求めている。一方、 X 軸 ZY軸加速度を測定するピエゾ抵抗素子 4個で形成されたフルブリッジ回路では、支持枠に近いところにある 2個のピエゾ抵抗素子のうちの一方の抵抗値と質量部に近いところにある 2個のピエゾ抵抗素子のうちの一方の抵抗値との積と、支持枠に近いところにある他方のピエゾ抵抗素子の抵抗値と質量部に近いところにある他方のピェゾ抵抗素子の抵抗値との積との差で出力電圧を求めている。そのために、支持枠に近いところにあるピエゾ抵抗素子と質量部に近いところにあるピエゾ抵抗素子との間に温度差が生じると、 Z軸のフルブリッジ回路の出力電圧が大きく変動し、 X軸 ZY 軸のフルブリッジ回路の出力電圧の変動が小さいことが考えられる。

[0035] 本発明の加速度センサー装置では、上部規制板が加速度センサーチップの外壁から突出して、保護ケース内で加速度センサーチップを収容している空間を上部から蓋をしている。上部規制板に設けられた IC回路力もの発熱によって支持枠上面の周辺空間あるいは質量部上面の周辺空間の一方が加熱されたときに、その熱が短時間に加速度センサーチップ上面を均一に加熱するものと考えられる。しかし、比較例では保護ケース内壁と上部規制板側辺との間にある間隙が大きいために、保護ケース内で加速度センサーチップを収容している空間と上部規制板の上部空間との間で多くの空気が流れることができ、加速度センサーチップ上面全体が均一に加熱されないために、支持枠近くのピエゾ抵抗素子と質量部近くのピエゾ抵抗素子との間に温度差が生じ、 Z軸オフセット電圧が大きくなつたものと考えられる。

[0036] なお、実施例 1の加速度センサー装置 100では、温度センサー 34が、上部規制板 30を接着固定している支持枠 14の 4つのコーナー 19のうち 1つに対応した上部規制板上に設けられている。上部規制板上には発熱の比較的大きなオペアンプゃ抵抗ラダーなどが形成されているが、上部規制板を接着固定している場所は、これら発熱の大きい回路力も離れているので、温度センサー 34が保護ケース内の平均的な温度を測定することができる。

実施例 2

[0037] 本発明の加速度センサー装置で上部規制板の大きさを変えて、保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙に対する保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙の比率を変えたものを用いて、オフセット電圧とその間隙比との関係を測定した。ここで用いた加速度センサー装置は実施例 1のものと上部規制板の大きさを除いて同じである。上咅規制板は、大きさ 2200 μ m幅 X L m長 X 200 μ m厚の長さ Lを 1900 μ m力ら 2 800 mまで変えた。上部規制板を加速度センサーチップ上に、加速度センサーチップの端子ボードが設けられている加速度センサーチップの側では端子ボード上面全体が上部規制板から現れるように、加速度センサーチップの支持枠の側辺に上部規制板の側辺が一致するように接着固定したので、端子ボードが設けられている側と反対側の支持枠外壁力も上部規制板が 300 m突出している。上部規制板の長さ L を 1900 μ mから 2800 μ mまで変えているので、支持枠の両側から上部規制板が 0 μ m (突出量なし）， 100 μ m, 200 μ m, 300 μ m, 400 μ m, 450 μ mそれぞれ突出している。保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙 500 mに対する保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙の比率がそれぞれ 1. 0, 0. 8, 0. 6, 0. 4, 0. 2, 0. 1 となって!/、る。これらの加速度センサー装置のオフセット電圧を環境温度 24°Cで端子間電圧 3Vを印カロして測定した。測定したオフセット電圧と間隙比 (保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙の保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙に対する比）との関係を図 6に示す。図 6から明らかなように、間隙比 0. 1〜0. 8ではオフセット電圧が ±40mV以内となっている。また、間隙比 0. 1〜0. 6ではオフセット電圧が ± 30m V以内となっている。なお、間隙比が 0. 1未満では、保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙が 50 m未満となって、加速度センサー装置の組み立てが困難となるので、間隙比が 0. 1以上あることが必要である。

実施例 3

[0038] 上部規制板上に設けた温度センサーの位置とオフセット電圧との関係について検討した。ここで用いた加速度センサー装置は実施例 1で説明した構成をしており、支持枠の 4つのコーナーで上部規制板を接着固定している場所の 1つの位置に対応した上部規制板上に温度センサー 34が設けられている。温度センサー 34の測温部（大きさ 300 m X 300 m)の中心を接着材の入った 180 mX 180 mの大きさをした窪みのあるコーナー 19の中心から上下に距離 W1および左右に距離 W2を 300 μ mまで、図 7に示すように変えたときのオフセット電圧を測定しオフセット電圧の分布を図 8に示す。この図から判るように、温度センサーの測温部中心が接着材中心から ± 50 mの範囲にあるときにオフセット電圧が ± 20mV未満となり、温度センサーの測温部中心が接着材中心から離れるに従いオフセット電圧が大きくなる。

[0039] 上部規制板の上面には IC回路が形成されているので、接着材中心から上部規制板の中心に寄った位置に温度センサーが設けられると、温度センサーが IC回路にあまりにも近くなつてピエゾ抵抗素子の温度を測定することができなくなる。また、温度センサーが接着材力上部規制板の外側に位置するとピエゾ抵抗素子力離れるので、オフセット電圧が大きくなつたものと考えられる。

実施例 4

[0040] 実施例 2で用いた上部規制板の長さ Lを変えて作った加速度センサー装置を用いて、加速度センサーチップの振動が減衰するまでの時間（減衰時間）を測定した。加速度センサー装置を糸で吊るし、糸を切断して自由落下させて加速度が 1G力 OG に変化させたときの加速度センサー装置の出力をモニターして出力がなくなるまでの時間を減衰時間とした。測定した減衰時間と加速度センサー装置の間隙比 (保護ケース内壁と上部規制板側辺との間隙の保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙に対する比）との関係を図 9にグラフで示す。このグラフから明らかなように、間隙比が小さくなると減衰時間が短くなり、間隙比： 1. 0 (突出量: O /z m)における減衰時間約 22 msecに比べ、間隙比： 0. 4 (突出量： 200 m)では減衰時間が約 14msecと約 40 %短縮できた。

産業上の利用可能性

[0041] 玩具、自動車、航空機、携帯端末機器等に加わる加速度を検出する加速度センサ一装置では、その小型化のために上部規制板に IC回路を形成することが提案されている。 IC回路を形成した上部規制板を用いた加速度センサー装置では、 IC回路力もの発熱のためにピエゾ抵抗素子が一様に加熱されな、ためにオフセット電圧が大きくなつていた。上部規制板を加速度センサーチップよりも大きくして加速度センサーチップ力突出させてピエゾ抵抗素子の温度を均一にした加速度センサー装置はォフセット電圧を低くすることができるので、測定する加速度を正確な値にすることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 中央にある質量部と、

前記上部規制板が支持枠外周よりも大きぐ支持枠の外壁の少なくとも 1つ力も突出して支持枠上を覆って設けられて、る加速度センサー装置。

[2] 支持枠は、前記ピエゾ抵抗素子に導体によって接続されているとともに、上部規制板上の処理回路端子に接続されている複数の端子を持った端子ボードを 1つの側面に持っていて、

上部規制板が、端子ボードが設けられている側面以外の支持枠のすべての外壁力突出している請求項 1記載の加速度センサー装置。

[3] 保護ケース内壁と上部規制板の支持枠外壁力も突出している側辺との間隙が、保護ケース内壁と支持枠外壁との間隙対比で 0. 1〜0. 8である請求項 2記載の加速度センサー装置。

[4] 上部規制板が加速度センサーチップの支持枠の 4つのコーナーで接着材によって接着固定されていて、上部規制板上でその 4つのコーナーの 1つに対応した位置に温度センサーが設けられている請求項 3記載の加速度センサー装置。