WO2015141771A1 - センサ - Google Patents

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WO2015141771A1
WO2015141771A1 PCT/JP2015/058216 JP2015058216W WO2015141771A1 WO 2015141771 A1 WO2015141771 A1 WO 2015141771A1 JP 2015058216 W JP2015058216 W JP 2015058216W WO 2015141771 A1 WO2015141771 A1 WO 2015141771A1
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sensor
weight body
extending
longitudinal direction
main
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PCT/JP2015/058216
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優 永田
徳一 山地
棚橋　成夫
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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    • G01P2015/0857—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 using a particular shape of the suspension spring

Definitions

  • the present invention relates to a sensor capable of detecting angular velocity.
  • An angular velocity sensor equipped with a vibration type sensor element is used to measure the running state of a car or the movement state of a robot.
  • FIG. 10 is a view showing a conventional sensor element
  • FIG. 10 (a) is a plan view
  • FIG. 10 (b) is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 10 (a).
  • the sensor element shown in FIG. 1 includes a weight portion 101, a frame-shaped fixing portion 102 that surrounds the weight portion 101, a beam portion 103 that connects the weight portion 101 to the fixing portion 102, and a piezo formed on the beam portion 103. And a resistance element 104.
  • the weight part 101, the fixing part 102, and the beam part 103 are integrally formed by processing a silicon substrate.
  • Such a sensor element can detect the angular velocity in the three-axis directions of XYZ by the piezoresistive element 104 arranged in the beam portion 103 and the wiring connected thereto.
  • Sensor sensors are required to further improve detection sensitivity. In order to improve the detection sensitivity, it is effective to reduce variations in sensitivity in the three-axis directions.
  • a sensor includes a weight body, a frame body positioned so as to surround the weight body in a top view, a first end on the weight body, and a second end on the frame.
  • a sensor having a flexible beam portion connected to a body, and a detection portion provided on the beam portion for detecting deformation of the beam portion as an electric signal.
  • the beam portion protrudes from a main portion having a rectangular cross-sectional shape in a direction perpendicular to a longitudinal direction connecting the first end and the second end, and at least one of an upper surface and a lower surface of the main portion. And extending in the width direction perpendicular to the longitudinal direction when viewed from above.
  • a sensor includes a weight body, a frame body positioned so as to surround the weight body in a top view, a first end on the weight body, and a second end on the weight body. It is a sensor having a flexible beam part connected to each frame and a detection part provided on the beam part for detecting deformation of the beam part as an electric signal.
  • the beam portion includes a main portion extending in a longitudinal direction connecting the first end and the second end, and an extending portion protruding from the main portion to at least one of the upper side and the lower side,
  • the amount of increase in the cross-sectional secondary moment in the thickness direction of the beam portion is larger than the amount of increase in the cross-sectional secondary moment in the plane direction of the beam portion.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step that follows FIG. 8.
  • (A), (b) is the top view and sectional drawing which show the conventional sensor, respectively.
  • FIG. 1 is a plan view of a sensor 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the beam portion 30 taken along the line II-II in FIG.
  • the sensor 100 is disposed on the frame body 10, the weight body 20 located inside the frame body 10, the beam portion 30 connecting the weight body 20 to the frame body 10, and the beam portion 30.
  • a detection unit R that detects an electrical signal corresponding to the deformation.
  • the sensor 100 can detect the angular velocity by rotating the weight body 20 in the XY plane.
  • electrodes may be provided on the outer wall of the weight body 20 and the inner wall of the frame body 10 facing each other, and may be realized by electrostatic attraction. It may be realized by generating a magnetic force.
  • a driving piezoelectric element may be disposed on a plurality of beam portions 30, and electrical signals may be sequentially input to the piezoelectric elements so that the beam portions 30 are sequentially deformed to be rotated.
  • Coriolis force acts on the weight body 20, and the weight body 20 moves, so that the beam portion 30 is deformed to be twisted.
  • an electrical signal corresponding to the deformation amount of the beam portion 30 is detected by the detection unit R, and the angular velocity can be detected by taking out and calculating the electrical signal by an electrical wiring (not shown).
  • the sensor 100 can also detect acceleration.
  • acceleration When acceleration is applied to the sensor 100, a force corresponding to the acceleration acts on the weight body 20, and the beam section 30 is bent as the weight body 20 moves.
  • the acceleration can be detected by detecting an electrical signal corresponding to the amount of deflection of the beam portion 30 by the detection unit R, and extracting and calculating the electrical signal by an electrical wiring (not shown).
  • an electrical wiring not shown
  • the weight body 20 has a substantially square planar shape.
  • the weight body 20 shown in this example has a different planar shape between a portion connected to a beam portion 30 described later and a portion located below the beam portion 30.
  • the part connected to the beam part 30 of the weight body 20 and the part located below are arranged so that the centers overlap each other.
  • part located below is shown with the broken line.
  • the size of the part connected to the beam portion 30 of the weight body 20 is set such that the length of one side of the substantially square is 0.25 mm to 0.5 mm, for example.
  • the thickness of this part is set to 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, for example.
  • the size of the portion located below is set such that the length of one side of the substantially square is 0.4 mm to 0.65 mm, for example.
  • the thickness is set to 0.2 mm to 0.625 mm, for example.
  • the part connected to the beam part 30 and the part located below among such weight bodies 20 may be joined by another member.
  • the part connected to the beam part 30 in the weight body 20, the part located below, and the joining part for joining both are integrally formed by processing an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • the bonding portion is composed of an oxide layer between silicon (Si).
  • the joining part has substantially the same planar shape as the part connected to the beam part 30.
  • part is small compared with the site
  • a frame-like frame body 10 is provided so as to surround such a weight body 20.
  • the frame 10 has a substantially square planar shape, and has a substantially square opening that is slightly larger than the weight body 20 at the center.
  • the length of one side of the frame body 10 is set to 1.4 mm to 3.0 mm, for example, and the width of the arm constituting the frame body 10 (width in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the arm) is, for example, 0.3 mm to It is set to 1.8 mm.
  • the thickness of the frame 10 is set to 0.2 mm to 0.625 mm, for example.
  • a beam portion 30 is provided between the frame body 10 and the weight body 20.
  • the beam portion 30 has a first end 31 that is one end connected to a central portion on the upper surface side of each side of the weight body 20, and a second end 32 that is the other end is the upper surface of each side on the inner periphery of the frame body 10. It is connected to the side center.
  • four beam portions 30 are provided, and two of the four beam portions 30 extend in the X-axis direction and have the same straight line with the weight body 20 interposed therebetween. The other two are arranged in the same straight line extending in the Y-axis direction and sandwiching the weight body 20 therebetween.
  • the direction connecting the first end 31 and the second end 32 of the beam portion 30 is referred to as a longitudinal direction. That is, in FIGS. 1 and 2, two longitudinal directions located on the upper side (+ Y side) and the lower side ( ⁇ Y side) of the weight body 20 among the four beam portions 30 are the Y-axis direction, The two longitudinal directions located on the right side (+ X side) and the left side ( ⁇ X side) of the weight body 20 are the X-axis direction.
  • the beam portion 30 has a main portion 33 and an extending portion 34.
  • the main portion 33 is a square member whose cross-sectional shape in the cross-sectional direction perpendicular to the longitudinal direction of the beam portion 30 is rectangular.
  • the extending portion 34 is a portion that protrudes from at least one of the upper surface and the lower surface of the main portion 33.
  • the extending portion 34 extends in the longitudinal direction of the beam portion 30 or is disposed so as to extend in the width direction orthogonal to the longitudinal direction of the beam portion 30 when viewed from above.
  • the width direction of the beam portion 30 is the Y-axis direction when the longitudinal direction of the beam portion 30 is the X-axis direction, and the width direction of the beam portion 30 is when the longitudinal direction of the beam portion 30 is the Y-axis direction.
  • the width direction is the X-axis direction.
  • Extending in the longitudinal direction means a shape in which the length in the longitudinal direction is longer than the length in the width direction.
  • extending in the width direction means a shape in which the length in the width direction is longer than that in the longitudinal direction. 1 to 3, the extending part 34 shows an example extending in the width direction of the beam part 30.
  • the beam portion 30 is formed, for example, by processing an SOI substrate. That is, the main portion 33 is formed by processing a Si layer, and the extending portion 34 is formed by processing an oxide layer and a Si substrate called a handle substrate into a desired shape.
  • the joint surface 34a with the main portion 33 is constituted by the upper surface of the oxide layer. A part of the oxide layer constituting the SOI substrate and a part of the Si substrate extend downward from the bonding surface 34a.
  • the extended portion 34 can be formed into a desired shape by a part of the oxide layer and a part of the Si substrate.
  • the beam portion 30 has flexibility as described above, the weight body 20 moves when acceleration is applied to the sensor 100, and the beam portion 30 bends as the weight body 20 moves.
  • the beam portion 30 is shaped so as to increase the cross-sectional secondary moment in the thickness direction as compared with a rectangular body having a uniform cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction, such as the main portion 33.
  • the thickness is increased at the first end 31 or the second end 32 of the beam portion 30 as shown in FIG.
  • the thickness is increased at the second end 32. That is, the beam portion 30 is partially thick at the portion where the extending portion 34 is arranged in this way.
  • detection portions Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, which are resistance elements, are formed on the upper surface of the beam portion 30 (hereinafter, when these resistance elements are collectively referred to) Where appropriate, represented by the symbol R).
  • the detectors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are accelerations in three axes directions (X axis direction, Y axis direction, Z axis direction in the three-dimensional orthogonal coordinate system shown in FIG. 1), and about three axes.
  • the beam portion 30 is formed at a predetermined position and then connected so as to constitute a bridge circuit.
  • Such a detection unit R can be formed, for example, by forming a resistor film by implanting boron into the uppermost layer of the SOI substrate and then patterning the resistor film into a predetermined shape by etching or the like. Thereby, the detection part R which consists of a piezoresistive element can be formed.
  • These wirings are made of, for example, aluminum, an aluminum alloy, or the like. After these materials are formed by sputtering or the like, they are patterned into a predetermined shape, whereby the upper surface of the frame body 10, the weight body 20, or the beam portion 30 is formed. Formed.
  • the senor 100 having such a configuration, it is possible to provide a sensor with little variation in detection sensitivity in three axes.
  • the mechanism will be described below.
  • the beam portion 30 is configured to be greatly deformed in the Z direction compared to the XY direction because of the shape and fixing method in which the extension length in the Z direction is the smallest among the three axes. That is, the resonance frequency in the Z direction when the beam portion 30 is vibrated has a large difference from the values in the X direction and the Y direction, and is extremely smaller than the values in the X direction and the Y direction. It has been confirmed that there is no large difference in the resonance frequency between the X direction and the Y direction.
  • the extending part 34 by providing the extending part 34, the sectional secondary moment in the Z direction is increased, and as a result, the resonance frequency in the Z direction is brought close to the resonance frequency in the X direction and the Y direction. Can do. Thereby, it is possible to obtain a sensor with small variations in detection sensitivity in the three axes of XYZ.
  • the beam portion 30 has a shape that gradually increases in thickness toward the frame body 10 at the second end 32 on the connection portion side with the frame body 10. Further, the second joint surface 34b is provided and fixed to the frame body 10 as well. That is, the resistance to displacement in the Z direction is increased at the base of the beam portion 30. Thereby, the displacement to the Z direction of the whole beam part 30 can be suppressed, and the resonant frequency in a Z direction can be raised.
  • the frame body 10, the weight body 20, and the beam portion 30 may be integrally formed as in the present embodiment.
  • the sensor has high strength and high reliability.
  • the weight body 20 is rotated to detect the angular velocity has been described as an example.
  • the beam portion 30 may be periodically vibrated.
  • the extended portion 34 is provided on the lower surface of the main portion 33 on the second end 32 side has been described as an example, but other configurations may be employed.
  • the extending part 34 may be provided on the first end 31 side, or the extending part 34 may be provided on both the first end 31 and the second end 32 side.
  • the extending portion 34 may be provided only in the vicinity of the central portion in the longitudinal direction excluding the first end 31 side and the second end 32 side.
  • the extending part 34 is not only joined to the main body 33 but also to the side surface of the frame body 10, but may not be joined to the side surface of the frame body 10. . Further, the extending part 34 may be located at the end part on the first end 31 side and may be joined to the side surface of the weight body 20. When the extending portion 34 is joined to the side surface of the frame body 10 or when the extending portion 34 is joined to the side surface of the weight body 20, the secondary moment in the Z direction can be further increased. At the same time, the beam portion 30 can be reinforced more effectively.
  • the extension portion 34 has been illustrated as extending from one end portion in the width direction of the main portion 33 to the other end portion.
  • the extending part 34A may be formed only in the center part in the width direction of the main part 33A (not reaching the end part).
  • the cross section may be a triangular shape other than the rectangular shape, or may be a polygonal shape or a shape including a curve.
  • 4A and 4B are cross-sectional views in the same direction as FIG. That is, it is a YZ cross section of the beam portion 30A along the line II-II in FIG.
  • the extending part 34 is formed in the region overlapping the main part 33 in a top view is described, but the present invention is not limited to this example.
  • the extending portion 34 may have a portion extending outside the region overlapping the main portion 33.
  • the extending portion 34 extends in the width direction of the beam portion 30.
  • the extending portion 34D extends in the longitudinal direction of the beam portion 30D.
  • FIG. 5 is a plan view of a sensor 200 as a modification, and the same components as those in FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the beam portion 30D taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 5 shows an example in which the extending portion 34D extends from one end portion (first end) in the longitudinal direction of the main portion 33D to the other end portion (second end).
  • the main portion 33D may be formed only at the central portion in the longitudinal direction (not reaching the first end and the second end).
  • the cross-sectional secondary moment in the plane direction is lowered, The cross-sectional secondary moment in the thickness direction can be increased.
  • FIG. 7A is a top view of a main part showing a modification of the beam part 30, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the main part taken along the line IV-IV in FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of main parts taken along line VV in FIG.
  • the beam portion 30 ⁇ / b> C has a narrow portion having a short length in the width direction at the end portion on the second end 32 side (frame portion 10 side).
  • the cross-sectional secondary moment in the plane direction can be reduced.
  • the secondary moment of the section in the thickness direction is increased by the extending portion 34C.
  • the cross-sectional secondary moment in the plane direction with a high resonance frequency is reduced, and the cross-sectional secondary moment in the thickness direction with a low resonance frequency is increased.
  • the cross-sectional shape in the plane perpendicular to the longitudinal direction on the second end 32 side of the beam portion 30C is smaller than the cross-sectional shape in the vicinity of the center, but remains rectangular.
  • a shape other than a rectangular shape in which a side surface shape in the thickness direction is recessed inward may be used.
  • the extending portion 34C extends from the main portion 33C has been shown, it may extend from a shape portion other than the rectangular shape.
  • the weight body 20 is substantially square when viewed from above, but is not limited to this shape.
  • a circular shape, a rectangular shape, or a shape in which an appendage is added to a square corner may be used.
  • the detection unit R is described as being formed by a piezoresistor.
  • the present invention is not limited to this as long as the deformation of the beam unit 30 can be detected.
  • the detection unit R may be an electrode, and the magnitude of the deflection / deformation of the beam unit 30 or the direction of the deflection / deformation may be detected as an electric signal according to a change in capacitance.
  • a fixed part disposed at a distance from the beam part 30 is newly provided, and an electrode facing the detection part R is provided on the fixed part. Then, the capacitance on the fixed part side and the detection part R may be made to function as a pair of electrodes and measured.
  • the beam portion 34 has an example in which the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the longitudinal direction is rectangular, but the present invention is not limited to this. That is, the beam portion has a main portion extending in the longitudinal direction and an extending portion projecting from the main portion to at least one of the upper side and the lower side, and a member composed only of the main portion is used as a reference.
  • the increase amount of the cross-sectional secondary moment in the thickness direction of the beam portion only needs to be larger than the increase amount of the cross-sectional secondary moment in the plane direction of the beam portion.
  • the shape of the extending portion in this case, the shapes of the various extending portions described above can be adopted.
  • FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views corresponding to the cross section taken along the line II of FIG. 1, and FIG. 8C is a top view.
  • 9 is a cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line II of FIG.
  • the resistor film 51 is formed on the upper surface of the substrate 50.
  • Substrate 50 is, for example, a SOI substrate having a first layer 50a made of Si, and the second layer 50b made of SiO 2, a layered structure in which a third layer 50c formed of Si are laminated in this order.
  • the thickness of each layer is about 10 ⁇ m for the first layer 50a, about 1 ⁇ m for the second layer 50b, and about 500 ⁇ m for the third layer 50c.
  • the resistor film 51 is formed by implanting boron, arsenic, or the like into the main surface of the first layer 50a of the substrate 50 made of such an SOI substrate by ion implantation.
  • the resistor film 51 has an impurity concentration of 1 ⁇ 10 18 atms / cm 3 on the surface of the first layer 50a and a depth of about 0.5 ⁇ m.
  • the resistor film 51 exposed from the resist film is removed by etching such as RIE etching. Thereafter, the detection portion R is formed on the upper surface of the substrate 50 by removing the resist film.
  • wiring (not shown) and element-side electrode pads connected to the detection unit R are formed.
  • the wiring and the element-side electrode pad are formed by, for example, forming a metal material such as aluminum by sputtering and then patterning it into a predetermined shape by dry etching or the like.
  • the first layer 50a is patterned into a desired shape from the first layer 50a side of the substrate 50 (first patterning step). That is, a frame-shaped first region A1, a second region A2 located inside the first region A1, a beam-like third region A3 connecting the first region A1 and the second region A2 are determined, and the first layer Of the region 50a, the regions excluding the first to third regions A1, A2, A3 are removed.
  • the detection unit R is arranged in the third region A3.
  • an annular groove 58 that forms a closed space in a plan view is formed inside the first region A ⁇ b> 1 from the third layer 30 c side of the substrate 50.
  • This groove 58 is provided between the first region A1 and the second region A2, and is formed so as to expose the lower surface of the first layer 50a by removing the third layer 50c and the second layer 50b at the corresponding part.
  • the frame body 10 is formed which is formed of a stacked body of the first layer 50a, the second layer 50b, and the third layer 50c that exists continuously from the outer peripheral portion of the substrate 50. In other words, the frame 10 is separated from the other parts by the grooves 58.
  • the third layer 50c is partially left so as to be continuous from the side surface of the frame body portion 10, and the second layer 50b is partially left.
  • the layer 50c and the second layer 50b are removed.
  • a part of the third layer 50 c and a part of the second layer 50 b remaining continuously from the side surface of the frame body 10 become the extending part 34 of the beam part 30.
  • the second layer 50b is removed in a region reaching the second region A2 from the inside of the first region A1 in plan view from the third layer 50c side of the substrate 50, and the first layer 50a and the third layer 50c are removed.
  • a gap 59 is formed between the two.
  • the first layer 50a in the third region A3 is separated from other portions in the thickness direction, and the beam-shaped beam portion 30 is formed.
  • One end (second end 32) of the beam portion 30 is connected by being integrally formed with the first layer 50a of the first region A1 (frame body 10).
  • the other end (first end 31) of the beam portion 30 is connected by being formed integrally with the first layer 50a of the second region A2 (weight body 20).
  • the first layer 50a and the second layer 50b are located on the inner side of the gap 59 in plan view, and the third layer 50c is located on the inner side of the groove 58 in plan view.
  • a weight body 20 is formed.
  • the second layer 50 b located inside the gap 59 in plan view functions as the bonding portion 24.
  • a part of the third layer 50 c in the thickness direction may be removed so that the lower surface is positioned above the lower surface of the frame body 10.
  • the senor 100 is originally formed by processing the integrated substrate 50. Therefore, since the gravity center position of the weight body 20 can be set to a desired position with high accuracy, the sensor 100 with stable accuracy can be provided with high productivity.
  • the resistor film 51 is formed and then processed using the example in which the resistor film 51 is processed to have the desired shape of the atmospheric pressure detection unit Rp and the acceleration detection unit Ra.
  • the resist film is formed on the upper surface of 50a, the resist film in the region where the detection part R is to be formed is removed, and the detection part R is formed by diffusing impurities only at a desired position (resist film opening). Also good.
  • the detection unit R is flush with the upper surface of the substrate 50, and there is no step, so that the electrical connection of the wiring connected to the detection unit R is facilitated.
  • Length in the longitudinal direction of the main portion 33D and the extending portion 34D (length in the X direction): 300 ⁇ m Width of main part 33D (length in the Y direction): 100 ⁇ m The thickness of the main part 33D (length in the Z direction): 20 ⁇ m The width of the extending portion 34D (the length in the Y direction): 3 ⁇ m Extension part 34D thickness (Z-direction length): 50 ⁇ m Attachment position of extension part 34D: Center of width direction of main part 33D (Y direction center)
  • the cross-sectional secondary moment and resonance frequency in the Y direction and Z direction in the case where only the main portion 33D is configured were calculated by simulation.
  • the cross-sectional secondary moment in the Y direction (plane direction) is reduced compared to the comparative example, and the cross-sectional secondary moment in the Z direction (thickness direction) is reduced. It can be enlarged.
  • the resonant frequency of a plane direction and a thickness direction could be brought close, and the gap of a sensitivity could be suppressed by a plane direction and a thickness direction.

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Abstract

　重錘体と、上面視して重錘体を囲むように位置する枠体と、第１端が重錘体に、第２端が枠体にそれぞれ連結された可撓性を有する梁部と、梁部に設けられた、梁部の変形を電気信号として検出する検出部とを有するセンサであって、梁部は、第１端と第２端とを結ぶ長手方向に対して垂直な方向における断面形状が矩形状の主部と、主部の上面および下面の少なくとも一方から突出して、長手方向に延びるか、または上面視して長手方向に対して直交する幅方向に延びる延在部とを有する。

Description

センサ
　本発明は、角速度の検出が可能なセンサに関する。
　自動車の走行状態、あるいはロボットの運動状態等を測定するために、振動型のセンサ素子を備えた角速度センサが使用されている。
　図１０は従来のセンサ素子を示す図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のVI－VI線における断面図である。
　同図に示すセンサ素子は、重り部１０１と、重り部１０１を囲繞する枠状の固定部１０２と、重り部１０１を固定部１０２に連結する梁部１０３と、梁部１０３に形成されたピエゾ抵抗素子１０４とを有している。
　重り部１０１、固定部１０２および梁部１０３はシリコン基板を加工することによって一体的に形成されている。
　またピエゾ抵抗素子１０４は、シリコン基板の表面にボロンを打ち込むことにより形成される。
　このようなセンサ素子において、梁部１０３を振動させた状態で梁部１０３の長手方向に平行な回転軸回りの角速度が生じると、重り部１０１が動き、それに伴って梁部１０３が変形し、ピエゾ抵抗素子１０４も変形する。
　このピエゾ抵抗素子１０４の変形による抵抗値の変化に基づいて角速度が検出されることとなる。
　したがって角速度の検出感度を向上させるには、梁部１０３が変形しやすくなるようにすればよく、重り部１０１の体積を大きくするといった工夫が従来からなされている（例えば、特開２００３－１７２７４５号公報参照）。
　このようなセンサ素子は、梁部１０３に配置されたピエゾ抵抗素子１０４およびそれに接続された配線によって、ＸＹＺの３軸方向における角速度を検出することができる。
　センサ素子には、検出感度のさらなる向上が要求されている。検出感度を向上させるには、３軸方向における感度のばらつきを小さくすることが有効である。
　本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、３軸方向における感度のばらつきの少ないセンサを提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態にかかるセンサは、重錘体と、上面視して該重錘体を囲むように位置する枠体と、第１端が前記重錘体に、第２端が前記枠体にそれぞれ連結された可撓性を有する梁部と、該梁部に設けられた、該梁部の変形を電気信号として検出する検出部とを有するセンサである。そして、前記梁部は、前記第１端と前記第２端とを結ぶ長手方向に対して垂直な方向における断面形状が矩形状の主部と、該主部の上面および下面の少なくとも一方から突出して、前記長手方向に延びるか、または上面視して前記長手方向に対して直交する幅方向に延びる延在部とを有する。
　本発明の他の実施形態にかかるセンサは、重錘体と、上面視して該重錘体を囲むように位置する枠体と、第１端が前記重錘体に、第２端が前記枠体にそれぞれ連結された可撓性を有する梁部と、該梁部に設けられた、該梁部の変形を電気信号として検出する検出部とを有するセンサである。そして、前記梁部は、前記第１端と前記第２端とを結ぶ長手方向に延びる主部と、該主部から上側および下側の少なくとも一方へ突出している延在部とを有し、前記主部のみで構成される部材を基準としたときに、前記梁部の厚み方向における断面二次モーメントの増加量が、前記梁部の平面方向における断面二次モーメントの増加量よりも大きくなっている。
本発明の１つの実施形態に係るセンサの概略構成を示す平面図である。 図１のセンサの断面図である。 図１のセンサの梁部の要部断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、梁部の変形例を示す要部断面図である。 センサの変形例の概略構成を示す平面図である。 図５のセンサの梁部の要部断面図である。 （ａ）～（ｃ）はそれぞれ、梁部の変形例を示す要部上面図および要部断面図である。 （ａ）～（ｃ）はそれぞれ、本発明の１つの実施形態に係るセンサの製造方法の工程を示す平面図および断面図である。 図８に続く工程を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来のセンサを示す平面図および断面図である。
　本発明のセンサの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ１００の平面図であり、図２は、図１のＩ－Ｉ線における断面図である。また、図３は、図１のII－II線における梁部３０の要部断面図である。センサ１００は、枠体１０と、枠体１０の内側に位置する重錘体２０と、枠体１０に重錘体２０を接続する梁部３０と、梁部３０に配置され、梁部３０の変形に応じた電気信号を検出する検出部Ｒとを有する。
　センサ１００は、重錘体２０をＸＹ平面内で回旋運動させることで角速度を検出することができる。重錘体２０を回旋運動させるためには、例えば、互いに向き合う重錘体２０の外壁と枠体１０の内壁とに電極を設けて静電引力によって実現してもよいし、センサ１００の外側に磁力を発生させて実現してもよい。また、複数ある梁部３０に駆動用の圧電素子を配置し、この圧電素子に順次電気信号を入力して、梁部３０を順次変形させることで回旋運動させてもよい。センサ１００に角速度が加わると、コリオリの力が重錘体２０に作用し、重錘体２０が動くことで梁部３０が捻じれるように変形する。そして、梁部３０の変形量に応じた電気信号を検出部Ｒにより検出し、不図示の電気配線によってその電気信号を取り出して演算することにより、角速度を検出することができる。
　なお、センサ１００は加速度も検出可能である。センサ１００に加速度が加わると、加速度に応じた力が重錘体２０に作用し、重錘体２０が動くことで梁部３０が撓むようになっている。そして、梁部３０の撓み量に応じた電気信号を検出部Ｒにより検出し、不図示の電気配線によってその電気信号を取り出して演算することにより、加速度を検出することができる。以下、各部位について詳述する。
　重錘体２０は、平面形状が略正方形である。この例に示す重錘体２０は、後述の梁部３０に接続される部位と、梁部３０の下方に位置する部位とで平面形状が異なる。重錘体２０の梁部３０に接続される部位と下方に位置する部位とは、互いに中心が重なるように配置されている。なお、図１において、下方に位置する部位の平面形状を破線で示している。
　重錘体２０の梁部３０に接続される部位の大きさは、略正方形の一辺の長さが例えば０．２５ｍｍ～０．５ｍｍに設定される。また、この部位の厚みは、例えば５μｍ～２０μｍに設定される。下方に位置する部位の大きさは、略正方形の一辺の長さが例えば０．４ｍｍ～０．６５ｍｍに設定される。また、その厚みは、例えば０．２ｍｍ～０．６２５ｍｍに設定される。このような重錘体２０のうち梁部３０に接続される部位と下方に位置する部位とは、別部材によって接合されていてもよい。例えば、重錘体２０のうち梁部３０に接続される部位と下方に位置する部位と両者を接合する接合部位とは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工することによって一体的に形成されていてもよい。この場合には、接合部位は、シリコン（Ｓｉ）間の酸化物層で構成されるものとなる。接合部位は、平面形状が梁部３０に接続される部位と略同一となっている。そして接続部位はその平面形状が、下方に位置する部位に比べて小さくなっている。これにより、梁部３０と重錘体２０のうち梁部３０の下方に位置する部位とを分離することができ、重錘体２０の可動性を確保することができるものとなる。
　そして、このような重錘体２０を囲繞するように枠状の枠体１０が設けられている。枠体１０は、平面形状が略正方形であり、中央部に重錘体２０よりも若干大きい略正方形の開口部を有している。枠体１０は、その一辺の長さが例えば１．４ｍｍ～３．０ｍｍに設定され、枠体１０を構成するアームの幅（アームの長手方向と直交する方向の幅）は例えば０．３ｍｍ～１．８ｍｍに設定される。また枠体１０の厚みは、例えば０．２ｍｍ～０．６２５ｍｍに設定される。
　このような枠体１０と重錘体２０との間には、図１，２に示すように、梁部３０が設けられている。梁部３０は、一方端である第１端３１が重錘体２０の各辺の上面側中央部に連結され、他方端である第２端３２が枠体１０の内周における各辺の上面側中央部に連結されている。本実施形態におけるセンサ１００では、４本の梁部３０が設けられており、４本の梁部３０のうち２本はＸ軸方向に伸びて重錘体２０を間に挟んだ状態で同一直線状に配され、他の２本はＹ軸方向に伸びて重錘体２０を間に挟んだ状態で同一直線状に配されている。なお、以下では、梁部３０の第１端３１と第２端３２とを結ぶ方向を長手方向という。つまり、図１，２において、４本の梁部３０のうち、重錘体２０の上側（＋Ｙ側）および下側（－Ｙ側）に位置する２本の長手方向はＹ軸方向であり、重錘体２０の右側（＋Ｘ側）および左側（－Ｘ側）に位置する２本の長手方向はＸ軸方向である。
　そして、梁部３０は、主部３３と延在部３４とを有する。主部３３は、梁部３０の長手方向に垂直な断面方向における断面形状が矩形状の角状部材である。また、延在部３４は、主部３３の上面および下面の少なくとも一方から突出している部位である。この延在部３４は、梁部３０の長手方向に延びるか、または上面視して梁部３０の長手方向に対して直交する幅方向に延びるように配置されている。なお、上記幅方向は、梁部３０の長手方向がＸ軸方向であれば梁部３０の幅方向はＹ軸方向であり、梁部３０の長手方向がＹ軸方向であれば梁部３０の幅方向はＸ軸方向である。長手方向に延びるとは、長手方向の長さが幅方向の長さよりも長い形状をいう。同様に幅方向に延びるとは、幅方向の長さが長手方向よりも長い形状をいう。なお、図１～３において、延在部３４は、梁部３０の幅方向に延びる例を示している。
　ここで、梁部３０は、例えばＳＯＩ基板を加工することで形成されている。すなわち、主部３３はＳｉ層を加工して形成されており、延在部３４は、酸化物層と、ハンドル基板と言われるＳｉ基板とを所望の形状に加工して形成されている。ここで、延在部３４のうち、主部３３との接合面３４ａは酸化物層の上面で構成される。そして、この接合面３４ａから下側に向けて、ＳＯＩ基板を構成する酸化物層の一部とＳｉ基板の一部とが延在している。この酸化物層の一部とＳｉ基板の一部とで、延在部３４を所望の形状に形成することができる。
　なお、この例では、延在部３４は、主部３３のみでなく、枠体１０の側面とも接合する第２接合面３４ｂを有する。そして、接合面３４ａと第２接合面３４ｂとが連続的に形成されている。このような接合面３４ａおよび第２接合面３４ｂは、主部３３および枠体１０に固定されていれば、その固定方法は限定されない。本例のように一体的に形成することで固定してもよいし、接合剤を介して固定してもよい。
　梁部３０は可撓性を有し、センサ１００に角速度が加わると、コリオリの力によって重錘体２０が動き、重錘体２０の動きに伴って梁部３０に捻じれが生じるようになっている。梁部３０の主部３３は、例えば長手方向の長さが０．３ｍｍ～０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０４ｍｍ～０．２ｍｍに設定され、厚みが５μｍ～２０μｍに設定されている。このように梁部３０を細長く、かつ薄く形成することによって、変形可能となり可撓性が発現する。
　また、梁部３０が上述の通り可撓性を有することから、センサ１００に加速度が加わると重錘体２０が動き、重錘体２０の動きに伴って梁部３０が撓むようになっている。
　ここで、梁部３０の形状について詳述する。梁部３０は、主部３３のような、長手方向に垂直な方向における断面形状が一様の角状体に比べて、厚み方向における断面二次モーメントを大きくするような形状にしている。
　このように断面二次モーメントを異ならせるために、図２に示すように、梁部３０の第１端３１または第２端３２において厚みを厚くしている。この例では、第２端３２において厚みを厚くしている。すなわち、梁部３０は、このように延在部３４が配置された部分において部分的に厚みが厚くなっている。このように構成することで、Ｚ方向において非対称な形状となり、Ｚ方向の断面二次モーメントを大きくし、Ｚ方向への変形容易性を低下させることができる。
　梁部３０の上面には、図１に示すように、抵抗素子である検出部Ｒｘ１～Ｒｘ４，Ｒｙ１～Ｒｙ４，Ｒｚ１～Ｒｚ４が形成されている（以下、これらの抵抗素子をまとめて称するときは適宜、符号Ｒで表す）。検出部Ｒｘ１～Ｒｘ４，Ｒｙ１～Ｒｙ４，Ｒｚ１～Ｒｚ４は、３軸方向（図１に示した３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度、および３軸回りの角速度を検出できるように、梁部３０の所定の位置に形成された上で、ブリッジ回路を構成するように結線されている。
　このような検出部Ｒは、例えば、ＳＯＩ基板の最上層にボロンを打ち込むことによって抵抗体膜を形成した後、抵抗体膜をエッチングなどによって所定の形状にパターニングすることにより形成することができる。これにより、ピエゾ抵抗素子からなる検出部Ｒを形成することができる。
　ピエゾ抵抗素子からなる検出部Ｒを用いた場合には、梁部３０の撓みや捻じれに起因する変形に応じて抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出して、これを外部のＩＣで演算処理する。このような工程を経ることによって、印加された加速度の方向および大きさ、ならびに角速度の方向および大きさを検知することができる。
　なお、検出部Ｒから電気的に接続された配線およびこれらの配線を外部のＩＣ等へ取り出すためのパッド電極等が、枠体１０，重錘体２０または梁部３０の上面に設けられており、これらを介して電気信号の外部への取り出しなどを行なっている。
　これらの配線は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などからなり、これらの材料をスパッタリングなどによって成膜した後、所定の形状にパターニングすることにより、枠体１０，重錘体２０または梁部３０の上面に形成される。
　このような構成のセンサ１００によれば、３軸における検出感度にばらつきの少ないセンサを提供することができる。以下に、そのメカニズムについて説明する。
　梁部３０は、３軸のうちＺ方向の延伸長が最も小さいという形状および固定方法から、ＸＹ方向に比べてＺ方向に大きく変形する構成となっている。すなわち、梁部３０を振動させたときのＺ方向における共振周波数は、Ｘ方向およびＹ方向の値とは大きな開きを有し、Ｘ方向およびＹ方向の値よりも極めて小さい値となっている。なおＸ方向とＹ方向とでは、共振周波数に大きな開きがないことを確認している。
　さらに、センサ１００において、ＸＹ方向においては、構造体の対称性を確保することができるが、Ｚ方向においては非対称となっている。このことから、Ｚ方向における共振周波数は、Ｘ方向およびＹ方向の値とは大きな開きを有するものと推察される。
　以上より、角速度を検知するために駆動させる振動（駆動振動）の共振周波数が、Ｚ方向のみ他の方向のものから離れた値となっている。ここで、角速度センサでは、検知振動の周波数と駆動振動の周波数とが近い程、検出感度が高くなることが知られている。このため、延在部３４を設けないセンサにおいては、Ｚ方向のみでＸ方向およびＹ方向と感度が異なってしまう。そして、Ｘ方向およびＹ方向に最適な周波数を選択するとＺ方向の感度が低下してしまい、逆にＺ方向に最適な周波数を選択するとＸ方向およびＹ方向の感度が低下してしまう虞があった。
　これに対して、センサ１００によれば、延在部３４を設けることにより、Ｚ方向における断面二次モーメントを高め、その結果、Ｚ方向における共振周波数をＸ方向およびＹ方向における共振周波数に近付けることができる。これにより、ＸＹＺの３軸における検出感度のばらつきの小さいセンサを得ることができる。
　特に、本実施形態では、梁部３０は、枠体１０との接続部側である第２端３２において、枠体１０に向けて徐々に厚みを増す形状としている。さらに、第２接合面３４ｂを設けて枠体１０とも固定している。すなわち、梁部３０の根本においてＺ方向への変位に対する抵抗を大きくしている。これにより、梁部３０全体のＺ方向への変位を抑制し、Ｚ方向における共振周波数を高めることができる。
　また、センサ１００は、本実施形態のように、枠体１０，重錘体２０および梁部３０が一体形成されるようにしてもよい。この場合、強度が高く、信頼性の高いセンサとすることができる。
　以上より、本実施形態のセンサ１００によれば、少なくとも角速度を検出可能なセンサを１つの構成体で、大型化することなく実現することができ、かつ３軸方向において感度のばらつきの少ない高感度のセンサとすることができる。
　なお、上述の例では角速度の検出のために重錘体２０を回旋運動させた場合を例に説明したが、梁部３０のみを周期的に振動させるようにしてもよい。
　（延在部３４の変形例）
　上述の例では、延在部３４として、主部３３のうち第２端３２側の下面に設けた場合を例に説明したが、他の構成としてもよい。例えば、第１端３１側に延在部３４を設けてもよいし、第１端３１および第２端３２側の双方に延在部３４を設けてもよい。さらに、第１端３１側および第２端３２側を除く長手方向の中央部付近のみに延在部３４を設けてもよい。
　また、上述の例では、延在部３４が、主部３３のみでなく枠体１０の側面にも接合されている例を示したが、枠体１０の側面には接合されていなくてもよい。また、延在部３４は、第１端３１側の端部に位置し、重錘体２０の側面にも接合されていてもよい。延在部３４が枠体１０の側面に接合されている場合、あるいは延在部３４が重錘体２０の側面に接合されている場合には、Ｚ方向における二次モーメントをより高めることができるとともに、梁部３０をより有効に補強することができる。
　また、上述の例では、延在部３４が、主部３３の幅方向の一方の端部から他方の端部まで延びる例を示したが、図４（ａ）に示す梁部３０Ａのように、延在部３４Ａが主部３３Ａの幅方向の中央部のみ（端部に達しない）に形成されていてもよい。また、他の例として、図４（ｂ）に示す梁部３０Ｂのように、断面を矩形状以外の三角形状としてもよく、それ以外の多角形状や曲線を含む形状等としてもよい。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図３と同様の方向における断面図である。つまり、図１のII－II線における梁部３０ＡのＹＺ断面である。
　さらに、図１～図３に示す例では、延在部３４は上面視で主部３３に重なる領域内に形成されている例を説明したが、この例には限定されない。延在部３４が、主部３３に重なる領域の外側に延びる部分を有していてもよい。
　また、上述の例では、延在部３４が梁部３０の幅方向に延びる例を示したが、図５および図６に示すように、延在部３４Ｄが梁部３０Ｄの長手方向に延びていてもよい。図５は変形例としてのセンサ２００の平面図であり、図１と同じ構成のものには同じ符号を付している。また、図６は、図５のIII－III線における梁部３０Ｄの要部断面図である。なお、図５では、延在部３４Ｄが主部３３Ｄの長手方向の一方の端部（第１端）から他方の端部（第２端）まで延びる例を示したが、延在部３４Ｄが主部３３Ｄの長手方向の中央部のみ（第１端および第２端に達しない）に形成されていてもよい。
　（梁部３０の変形例）
　上述の例では、梁部３０の長手方向の全領域において、主部３３の長手方向に垂直な面における断面形状が一様な場合を例に説明したが、この例には限定されない。例えば、主部３３の長手方向に垂直な面における断面形状が矩形状以外の部分を有していてもよい。また、主部の断面形状が一定でなくてもよい。例えば、矩形状の断面積の大きさが変化するような形状としてもよい。
　このような構成とすることにより、一様な断面形状を有する主部３３のような角状体のみで梁部が形成される場合に比べて、平面方向における断面二次モーメントを低くして、厚み方向における断面二次モーメントを大きくすることができる。
　このような構成の例として、図７を用いて説明する。図７（ａ）は梁部３０の変形例を示す要部上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のIV―IV線における要部断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＶ―Ｖ線における要部断面図である。
　図７に示すように、梁部３０Ｃは、第２端３２側（枠部１０側）の端部において、幅方向の長さが短い幅狭部を有している。これにより、平面方向における断面二次モーメントを小さくすることができる。さらに、延在部３４Ｃにより、厚み方向の断面二次モーメントを大きくしている。これにより、共振周波数の大きい平面方向における断面二次モーメントを小さくし、共振周波数の小さい厚み方向の断面二次モーメントを大きくする。このような構成とすることで、３軸における共振周波数を近付けることができ、より感度のばらつきを抑制したセンサを提供できるものとなる。なお、幅狭部は第１端３１側（重錘体２０側）の端部に設けられていてもよい。また、図７に示すように、幅狭部と延在部３４Ｃとが梁部３０Ｃの同じ位置にあってもよいが、互いに異なる位置にあってもよい。幅狭部と延在部３４Ｃとが梁部３０Ｃの同じ位置にある場合には、幅狭部を延在部３４Ｃで補強することができる。
　なお、この例では、梁部３０Ｃの第２端３２側において長手方向に垂直な面における断面形状が、中央付近における断面形状と比べて面積が小さくなっているが矩形状のままである場合を例に説明したが、例えば厚み方向における側面形状が内側に凹むような矩形状以外の形状としてもよい。また、延在部３４Ｃが主部３３Ｃから延在している例を示したが、矩形状以外の形状部分から延在していてもよい。
　（その他の変形例）
　上述の例では重錘体２０をＳＯＩ基板を加工して形成したが、別体を接続して形成してもよい。その場合には、より密度の高い材料を用いることにより、同じ加速度でも生じる力を大きくし、それに伴い梁部３０の撓み量を大きくすることができる。これにより、さらに感度の高いセンサを提供することができる。
　また、上述の例では、重錘体２０の上面視における形状を略正方形としているが、この形に限定されない。例えば、円形状であってもよいし、長方形状であってもよいし、四角形の角部に付属部を付加した形状としてもよい。
　また、上述の例では、検出部Ｒをピエゾ抵抗で形成した例を用いて説明したが、梁部３０の変形を検出できればこれに限定されない。
　例えば、検出部Ｒを電極とし、静電容量の変化によって梁部３０の撓み・変形の大きさ、あるいは撓み・変形の方向を電気信号として検出してもよい。この場合には、新たに、梁部３０と間隔を開けて配置された固定部を設け、この固定部に検出部Ｒと対向する電極を設ける。そして固定部側の電極と検出部Ｒとを一対の電極として機能させ、静電容量を測定すればよい。
　さらに、上述の例では、延在部３４はいずれも主部３３の下面よりも下側に位置する場合を例に説明したが、上面よりも上側に位置させてもよい。
　また、上述の例では、梁部３４は、長手方向に対して垂直な方向における断面形状が矩形状の例を示したが、これに限定されない。つまり、梁部は、長手方向に延びる主部と、主部から上側および下側の少なくとも一方へ突出している延在部とを有し、主部のみで構成される部材を基準としたときに、梁部の厚み方向における断面二次モーメントの増加量が、梁部の平面方向における断面二次モーメントの増加量よりも大きくなっていればよい。この場合の延在部の形状も、上述した各種延在部の形状を採用することができる。
　＜センサ１００の製造方法＞
　次に、上述のセンサ１００の製造方法について、図８～図９を用いて説明する。
なお、図８（ａ）および図８（ｂ）は、図１のＩ－Ｉ線における断面に相当する断面図であり、図８（ｃ）は、上面図である。図９は、図１のＩ－Ｉ線における断面に相当する断面図である。
　（検出部形成工程）
　まず、図８（ａ）に示すように、基板５０の上面に抵抗体膜５１を形成する。基板５０は、例えばＳＯＩ基板であり、Ｓｉからなる第１層５０ａと、ＳｉＯ２からなる第２層５０ｂと、Ｓｉからなる第３層５０ｃとがこの順に積層された積層構造を有する。各層の厚みは、第１層５０ａが１０μｍ程度、第２層５０ｂが１μｍ程度、第３層５０ｃが５００μｍ程度である。
　このようなＳＯＩ基板からなる基板５０の第１層５０ａの主面にイオン注入法によってボロンやヒ素などの打込みを行うことで抵抗体膜５１を形成する。抵抗体膜５１は、例えば、第１層５０ａの表面における不純物濃度が１×１０１８ａｔｍｓ／ｃｍ３であり、深さが約０．５μｍである。
　次に、図８（ｂ）に示すように、抵抗体膜５１の一部を除去し、この抵抗体膜５１を、基板５０の上面の所望の位置に所望の形状で形成された検出部Ｒとする。
　この工程は、例えば、抵抗体膜５１上に検出部Ｒの形状に合わせたレジスト膜を形成した後、ＲＩＥエッチングなどのエッチングによってレジスト膜から露出する抵抗体膜５１を除去するものである。その後、レジスト膜を除去することで、基板５０の上面に検出部Ｒが形成される。
　検出部Ｒを形成した後、検出部Ｒに連結する不図示の配線および素子側電極パッドを形成する。配線および素子側電極パッドは、例えばアルミニウムなどの金属材料をスパッタリングによって成膜した後、ドライエッチングなどによって所定の形状にパターニングすることによって形成される。
　（加工工程）
　次に、検出部Ｒが形成された基板５０を加工することにより、重錘体２０、重錘体２０を囲むような枠体１０および検出部Ｒを有し、第１端３１が重錘体２０に、第２端が枠体１０にそれぞれ連結される梁部３０を形成する。
　具体的には、まず、図８（ｃ）に示すように、基板５０の第１層５０ａ側から、第１層５０ａを所望の形状にパターニングする（第１パターニング工程）。すなわち、枠状の第１領域Ａ１，第１領域Ａ１の内側に位置する第２領域Ａ２，第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とをつなぐ梁状の第３領域Ａ３を確定し、第１層５０ａのうち、第１～第３領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を除く領域を取り除く。ここで、第３領域Ａ３には検出部Ｒが配置されている。
　次に、図９に示すように、基板５０の第３層３０ｃ側から、第１領域Ａ１の内側に平面視で閉空間を形成する環状の溝５８を形成する。この溝５８は第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間に設けられ、該当部位の第３層５０ｃおよび第２層５０ｂを除去して、第１層５０ａの下面を露出するように形成される。溝５８を形成することにより、基板５０の外周部から連続して存在する、第１層５０ａ，第２層５０ｂ，第３層５０ｃの積層体で構成される枠体１０が形成される。言い換えると、枠体１０は、その他の部位とは溝５８によって区分されてなる。溝５８を形成する際に、例えばエッチングレート等を調整したりすることにより、枠体部１０の側面から連続するように第３層５０ｃの一部第２層５０ｂの一部を残して第３層５０ｃ，第２層５０ｂを除去する。この枠体１０の側面から連続して残る第３層５０ｃの一部および第２層５０ｂの一部が梁部３０の延在部３４となる。
　さらに、基板５０の第３層５０ｃ側から、平面視で、第１領域Ａ１の内側から第２領域Ａ２に到達する領域において、第２層５０ｂを除去し、第１層５０ａと第３層５０ｃとの間に空隙５９を形成する。この空隙５９により、第３領域Ａ３の第１層５０ａが厚み方向で他の部位と分離され、梁状の梁部３０となる。梁部３０の一方端（第２端３２）は、第１領域Ａ１（枠体１０）の第１層５０ａと一体的に形成されることで接続されている。梁部３０の他方端（第１端３１）は、第２領域Ａ２（重錘体２０）の第１層５０ａと一体的に形成されることで接続されている。
　また、以上の加工を行なうことにより、平面視で空隙５９よりも内側に位置する第１層５０ａおよび第２層５０ｂと、溝５８よりも平面視で内側に位置する第３層５０ｃとからなる重錘体２０が形成される。ここで、平面視で空隙５９よりも内側に位置する第２層５０ｂが接合部位２４として機能する。
　なお、重錘体２０において、第３層５０ｃの厚み方向の一部を除去し、下面が枠体１０の下面に比べて上側に位置するようにしてもよい。
　また、基板５０の加工は、従来周知の半導体微細加工技術、例えばフォトリソグラフィ法やディープドライエッチングによって実現することができる。
　このような工程を経ることにより、センサ１００は、もともと一体の基板５０を加工することによって形成するものとなる。これにより、枠体１０および重錘体２０と梁部３０との接続強度を確保することができるため、信頼性を高めることができる。
　さらに、上述の通り、センサ１００は、もともと一体の基板５０を加工することによって形成される。これにより、重錘体２０の重心位置を精度高く所望の位置に設定することができるので、精度が安定したセンサ１００を生産性高く提供することができるものとなる。
　（センサ１００の製造方法の変形例）
　上述の例では、抵抗体膜５１を形成した後に、抵抗体膜５１を所望の形状の気圧検出部Ｒｐおよび加速度検出部Ｒａとなるように加工した例を用いて説明したが、予め第１層５０ａの上面にレジスト膜を形成し、検出部Ｒを形成する領域のレジスト膜を除去して、所望の位置（レジスト膜開口部）のみに不純物を拡散させることにより、検出部Ｒを形成してもよい。この場合には、検出部Ｒが基板５０の上面と同一面となり、段差がなくなるので、検出部Ｒに接続する配線の電気的接続が容易となる。
　図５，図６に示す梁部３０Ｄを用いた場合のＹ方向、Ｚ方向の断面二次モーメントおよび共振周波数をシミュレーションによって求めた。シミュレーションに用いた梁部３０Ｄの形状は下記の通りとした。
　主部３３Ｄおよび延在部３４Ｄの長手方向の長さ（Ｘ方向の長さ）：３００μｍ
　主部３３Ｄの幅（Ｙ方向の長さ）：１００μｍ
　主部３３Ｄの厚み（Ｚ方向の長さ）：２０μｍ
　延在部３４Ｄの幅（Ｙ方向の長さ）：３μｍ
　延在部３４Ｄの厚み（Ｚ方向の長さ）：５０μｍ
　延在部３４Ｄの取り付け位置：主部３３Ｄの幅方向の中心（Ｙ方向中心）
　また、比較例として、主部３３Ｄのみで構成される場合のＹ方向、Ｚ方向の断面二次モーメントおよび共振周波数をシミュレーションによって計算した。
　その結果、以下の通りとなった。
実施例
　Ｙ方向の断面二次モーメント：１．４３ｅ－１８μｍ４
　Ｙ方向の共振周波数　　　　：９９９ｋＨｚ
　Ｚ方向の断面二次モーメント：１．７８ｅ－１８μｍ４
　Ｚ方向の共振周波数　　　　：１１１５ｋＨｚ
比較例
　Ｙ方向の断面二次モーメント：１．６７ｅ－１８μｍ４
　Ｙ方向の共振周波数　　　　：１４８９ｋＨｚ
　Ｚ方向の断面二次モーメント：６．７ｅ－２０μｍ４
　Ｚ方向の共振周波数　　　　：２９７ｋＨｚ
　以上より、実施例においては、延在部３４Ｄを設けることで、比較例に比べて、Ｙ方向（平面方向）の断面二次モーメントを小さくし、Ｚ方向（厚み方向）の断面二次モーメントを大きくすることができている。これにより、実施例においては、平面方向と厚み方向との共振周波数を近付けることができ、平面方向と厚み方向とで感度の隔たりを抑制することができることを確認した。
１０　　　枠体
２０　　　重錘体
３０　　　梁部
３１　　　第１端
３２　　　第２端
３３　　　主部
３４　　　延在部
３４ａ　　接合面
Ｒ　　　　検出部
１００　　センサ

Claims (12)

  1. 　重錘体と、上面視して該重錘体を囲むように位置する枠体と、第１端が前記重錘体に、第２端が前記枠体にそれぞれ連結された可撓性を有する梁部と、該梁部に設けられた、該梁部の変形を電気信号として検出する検出部とを有するセンサであって、
    前記梁部は、前記第１端と前記第２端とを結ぶ長手方向に対して垂直な方向における断面形状が矩形状の主部と、該主部の上面および下面の少なくとも一方から突出して、前記長手方向に延びるか、または上面視して前記長手方向に対して直交する幅方向に延びる延在部とを有するセンサ。
  2. 　前記延在部は、前記第２端側において前記主部と前記枠体の側面との双方に接合されている、請求項１に記載のセンサ。
  3. 　前記延在部は、前記第１端側において前記主部と前記重錘体の側面との双方に接合されている、請求項１または２に記載のセンサ。
  4. 　前記主部は、前記長手方向の一部に前記幅方向の長さが他の部位よりも短くなっている幅狭部を有している、請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ。
  5. 　前記幅狭部に前記延在部が位置している、請求項４に記載のセンサ。
  6. 　前記幅狭部は、前記第１端側の端部および前記第２端側の端部の少なくとも一方に位置している、請求項４または５に記載のセンサ。
  7. 　重錘体と、上面視して該重錘体を囲むように位置する枠体と、第１端が前記重錘体に、第２端が前記枠体にそれぞれ連結された可撓性を有する梁部と、該梁部に設けられた、該梁部の変形を電気信号として検出する検出部とを有するセンサであって、
    前記梁部は、前記第１端と前記第２端とを結ぶ長手方向に延びる主部と、該主部から上側および下側の少なくとも一方へ突出している延在部とを有し、前記主部のみで構成される部材を基準としたときに、前記梁部の厚み方向における断面二次モーメントの増加量が、前記梁部の平面方向における断面二次モーメントの増加量よりも大きくなっているセンサ。
  8. 　前記延在部は、前記第２端側において前記主部と前記枠体の側面との双方に接合されている、請求項７に記載のセンサ。
  9. 　前記延在部は、前記第１端側において前記主部と前記重錘体の側面との双方に接合されている、請求項７または８に記載のセンサ。
  10. 　前記主部は、前記長手方向の一部に前記幅方向の長さが他の部位よりも短くなっている幅狭部を有している、請求項７乃至９のいずれかに記載のセンサ。
  11. 　前記幅狭部に前記延在部が位置している、請求項１０に記載のセンサ。
  12. 　前記幅狭部は、前記第１端側の端部および前記第２端側の端部の少なくとも一方に位置している、請求項１０または１１に記載のセンサ。
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