(57)【要約】【課題】本発明は、錘部の過剰な変位による衝突時の衝撃を緩和して可撓部の破損を防止するとともに金属配線の変形を防止して、検出信号の信頼性低下を防止する。【解決手段】本発明の一実施の形態に係る力学量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記可撓部に形成された複数のセンサ素子と、前記可撓部及び前記錘部の上側に形成され、前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線と、前記複数のセンサ素子と前記複数の配線が形成された前記可撓部及び前記錘部の上方を覆うキャップ基板と、前記錘部側と前記キャップ基板側の何れか一方又は双方に配置され、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和する緩衝部材と、を備える。【選択図】図２
2010281776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記可撓部に形成された複数のセンサ素子と、
前記可撓部及び前記錘部の上側に形成され、前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線と、
前記複数のセンサ素子と前記複数の配線が形成された前記可撓部及び前記錘部の上方を覆うキャップ基板と、
前記錘部側と前記キャップ基板側の何れか一方又は双方に配置され、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和する緩衝部材と、
を備えることを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記キャップ基板を前記緩衝部材として用いたことを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
【請求項３】
前記キャップ基板は、可撓性を有する厚さに形成したことを特徴とする請求項２記載の力学量センサ。
【請求項４】
前記緩衝部材は、前記錘部側に配置されたことを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
【請求項５】
前記緩衝部材は、前記キャップ基板側に配置されたことを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
【請求項６】
半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、
前記可撓部に複数のセンサ素子を形成し、
前記可撓部及び前記錘部の上側に前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線を形成し、
前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和する緩衝部材を前記錘部の上側に形成し、
前記複数のセンサ素子と前記複数の配線と前記緩衝部材の上方を覆うキャップ基板を前記フレーム部の上部に形成したことを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項７】
前記錘部側と前記キャップ基板側の何れか一方又は双方に前記緩衝部材を形成したことを特徴とする請求項６記載の力学量センサの製造方法。
【請求項８】
前記キャップ基板を前記緩衝部材として用いたことを特徴とする請求項６記載の力学量センサの製造方法。
【請求項９】
前記キャップ基板は、可撓性を有する厚さに形成したことを特徴とする請求項８記載の力学量センサの製造方法。
【請求項１０】
前記錘部側に前記緩衝部材を形成したことを特徴とする請求項６記載の力学量センサの製造方法。
【請求項１１】
前記キャップ基板側に前記緩衝部材を形成したことを特徴とする請求項６記載の力学量センサの製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の力学量センサと、
前記力学量センサにより検出される力学量検出信号を処理する処理回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学量を検出する力学量センサ、力学量センサの製造方法及び力学量センサを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に力学量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位がピエゾ抵抗素子を利用して検出されるタイプの力学量センサ（いわゆるピエゾ抵抗型センサ）等が実用化されている。
【０００３】
上述の力学量センサの具体例を図１０に示す。図１０は、ピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサ１００のセンサ部分の概略構成を示す断面図である。図１０において、加速度センサ１００は、フレーム部１０１内に配置された錘部１０２を可撓部１０３で支持する構成を備える。フレーム部１０１、錘部１０２及び可撓部１０３は、半導体基板を加工して形成される。この加速度センサ１００は、加えられる外力に応じて錘部１０２が変位し、この変位情報から加速度を検出する。このような構成の加速度センサは、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
この加速度センサでは、錘部１０２は４本の可撓部１０３によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に変位可能に支持されている。各可撓部１０３の上面には錘部１０２の変位を検出するため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する複数のピエゾ素子（図示せず）が形成される。複数のピエゾ素子は複数の接続端子と金属配線（図示せず）により接続される。金属配線は、ピエゾ素子を用いてブリッジ回路を構成するように配線される。すなわち、ピエゾ抵抗型加速度センサは、外力に応じた錘部１０２の変位を、ブリッジ回路内のピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化で検出するように構成されている。このため、各ピエゾ抵抗素子を接続する金属配線の抵抗値も均等になるように配線する必要があり、特許文献１では、各金属配線の抵抗値を略等価にする構成を提案している。また、ピエゾ抵抗型加速度センサは、出荷前にブリッジ回路の各アーム（ピエゾ抵抗素子と金属配線を含む）のオフセットを補正してバランスを取り、その補正値をメモリに記憶している。
【０００５】
また、図１０に示した構成の加速度センサ１００では、以下のような課題もある。
・加速度センサ１００を製造中に可動部（錘部１０２と可撓部１０３を含む）に異物が付着する。
・加速度センサ１００全体をプラスチックパッケージで封止する場合、その樹脂が上記可動部の動きを妨げる。
・錘部１０２の過剰変位により可撓部１０３が破損する。
【０００６】
上述の加速度センサ１００における課題を解決するため、図１１に示す錘部１０２と可撓部１０３の上部を覆うキャップ基板１０４を設けることが提案されている。このようなキャップ基板１０４を設ける加速度センサは、例えば、特許文献２及び特許文献３に開示されている。キャップ基板１０４は、シリコンＳｉやガラス等を用いて形成され、キャップ基板１０４のハンドリング等を考慮して、その厚さが２００μｍ〜６００μｍのものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０１０３３号公報
【特許文献２】特開２００７−５７５１７号公報
【特許文献３】特開２００８−９１８４５号公報
【特許文献４】特開２００８−８２９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のようなピエゾ抵抗型加速度センサでは、過剰な外力が加えられて錘部が過剰に変位すると、図１２に示すように、錘部１０２がキャップ基板１０４側に衝突して、以下のような問題が発生する。図１２に示すように、錘部１０２の上面には、金属配線１０５が形成されており、錘部１０２がキャップ基板１０４に衝突すると、金属配線１０５に変形が発生する。この加速度センサ１００を継続して使用すると、徐々に金属配線１０５の変形が進行し、ブリッジ回路のバランスが出荷前に記憶した補正値からずれていき、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出できなくなり、加速度センサの信頼性を低下させる。このため、加速度センサは、物理的な使用限界に至る前に、検出信号の信頼性の低下により使用不可になる。
【０００９】
この問題に対して、例えば、特許文献４に記載されたピエゾ抵抗型加速度センサでは、可撓部である梁に溝を形成し、この溝内に金属配線を形成して、錘部がキャップ基板に衝突する際に、金属配線が変形することを防止している。
【００１０】
しかし、梁に溝を形成すると、可撓部の強度が脆弱になり、溝を形成する際の加工バラツキにより他軸感度（一方の軸方向に印加された加速度が他方の軸方向の加速度として検出される割合）の発生を助長することになる。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑み、錘部の過剰な変位による衝突時の衝撃を緩和して可撓部の破損を防止するとともに金属配線の変形を防止して、検出信号の信頼性低下を防止する力学量センサ、力学量センサの製造方法及び力学量センサを用いた電子機器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】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記可撓部に形成された複数のセンサ素子と、前記可撓部及び前記錘部の上側に形成され、前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線と、前記複数のセンサ素子と前記複数の配線が形成された前記可撓部及び前記錘部の上方を覆うキャップ基板と、前記錘部側と前記キャップ基板側の何れか一方又は双方に配置され、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和する緩衝部材と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、前記可撓部に複数のセンサ素子を形成し、前記可撓部及び前記錘部の上側に前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線を形成し、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和する緩衝部材を前記錘部の上側に形成し、前記複数のセンサ素子と前記複数の配線と前記緩衝部材の上方を覆うキャップ基板を前記フレーム部の上部に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、錘部の過剰な変位による衝突時の衝撃を緩和して可撓部の破損を防止するとともに金属配線の変形を防止して、検出信号の信頼性低下を防止する力学量センサ、力学量センサの製造方法及び力学量センサを用いた電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加速度センサの全体構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線から見た加速度センサの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る加速度センサの要部構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る加速度センサの要部構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る（Ａ）はセンサパッケージの概略構成を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）の加速度センサの外観を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るセンサパッケージの概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る加速度センサの検出信号を処理する処理回路の構成を示す図である。
【図８】図７の処理回路を実装したセンサモジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】図８のセンサモジュールを実装した携帯型情報端末の構成を示す斜視図である。
【図１０】従来の加速度センサの要部構成を示す断面図である。
【図１１】図１０の加速度センサにキャップ基板を設けた構成を示す断面図である。
【図１２】図１１の加速度センサにおいて錘部が過剰変位した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、加速度センサに適用した場合について説明する。
【００１７】
（加速度センサの構成）
図１は、本実施の形態に係る加速度センサ２００の全体構成を示す平面図である。図１では加速度センサ２００の面内に直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸と定めている。
【００１８】
図１において、２０１は半導体基板であり、２０２は可動部を構成する錘部２３０（図２参照）を接合する錘接合部であり、２１１〜２１４は錘接合部２０２を変位可能に支持する可撓部である。２１５は可撓部２１１〜２１４を支持するフレーム部である。可撓部２１１〜２１４上の４箇所には、可動部の変位をＸ（図１の横方向），Ｙ（図１の縦方向），Ｚ（図１の紙面に対する奥行き方向）の３軸方向で検出する１２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が形成されている。本実施の形態では、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４はＸ軸方向、ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４はＹ軸方向、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４はＺ軸方向をそれぞれ検出するものとする。但し、これらピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４に設定した各軸方向は限定するものではない。
【００１９】
また、フレーム部２１５には、複数の接続パッド２２１が形成されている。可撓部２１１〜２１４の上面とフレーム部２１５の上面には、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と複数の接続パッド２２１とを電気的に接続する複数の金属配線２２２が形成されている。金属配線２２２は、ピエゾ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４を用いてブリッジ回路を構成するように配線されている。本実施の形態のピエゾ抵抗型加速度センサ２００は、外力に応じて錘部２３０（図２参照）が変位する際に可撓部２１１〜２１４が変位し、その変位方向に応じて各可撓部２１１〜２１４に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化をブリッジ回路により検出して、加速度検出信号を出力するように構成されている。
【００２０】
次に、図１のＡ−Ａ線から見た加速度センサ２００の断面図を図２に示す。図２において、２３０は錘部であり、２４０はキャップ基板である。キャップ基板２４０は、図１に示したピエゾ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と金属配線２２２が形成された可撓部２１１〜２１４と錘接合部２０２の上部を覆うように形成されている。キャップ基板２４０は、接着剤２５０により半導体基板２０１のフレーム部２１５に接着される。キャップ基板２４０は、上述したように、加速度センサ２００の製造中に可動部（錘部２３０と可撓部２１１〜２１４を含む）に異物が付着することを防止し、加速度センサ２００全体を封止する樹脂が可動部の動きを妨げることを防止し、錘部２３０の過剰変位により可撓部２１１〜２１４が破損することを防止するために設けられる。
【００２１】
また、本実施の形態のキャップ基板２４０は、錘部２３０の過剰変位により錘部２３０がキャップ基板２４０に衝突する際に変形して、衝突時の衝撃を緩和するように可撓性を持たせて緩衝部材として用いることに特徴がある。このため、キャップ基板２４０として、シリコン基板を用いる場合は、その厚さを２０〜１００μｍの範囲に研磨して薄板状に形成して可撓性を持たせる。このキャップ基板２４０の厚さは、加速度センサ２００全体の厚さ（図１の半導体基板２０１の厚さ）に応じて、可撓性が発揮される厚さであり、かつ可撓部２１１〜２１４の厚さより厚くする必要がある。例えば、半導体基板２０１の厚さが０．６ｍｍであり、可撓部２１１〜２１４の厚さが５〜１０μｍである場合、キャップ基板２４０の厚さは、２０μｍとなる。すなわち、キャップ基板２４０を緩衝部材として用いる場合、その厚さは、錘部２３０がキャップ基板２４０に衝突する際の衝撃を緩和するとともに、可撓部２１１〜２１４の破損を防止する厚さに調整することが望ましい。
【００２２】
なお、キャップ基板２４０に使用する材料は、シリコン基板に限らず、他の可撓性を有する樹脂材料でもよく、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等を使用することができる。樹脂材料の厚さは、例えば、２〜２０μｍの範囲である。さらに、樹脂材料としてポリイミドを使用することができ、その厚さは３０μｍ程度である。
【００２３】
また、加速度センサ２００は、様々な電子機器に搭載されているが、携帯電話機等の小型の電子機器に搭載される例も増えている。特に、携帯電話機等の小型の電子機器に搭載される加速度センサ２００は、電子機器内の部品を収納するスペースが非常に狭く、他の部品と収納スペースを競合する例が多く、小型化に対する要求が強い。このため、加速度センサ２００の外形寸法をより小型化する必要があり、実装面積の縮小と低背化に対する要求が多い。
【００２４】
従来のキャップ基板を備えた加速度センサでは、低背化に対する要求に反するものであり、この点で改善が必要であった。そこで、本実施の形態の加速度センサ２００では、キャップ基板２４０に可撓性を持たせるために２０〜１００μｍの範囲に研磨して、従来のキャップ基板の厚さ２００μｍ〜６００μｍよりも薄肉化しているため、低背化に対する要求にも応えることが可能である。
【００２５】
（加速度センサ２００の製造方法）
次に、図１〜図２に示した加速度センサ２００の製造方法について説明する。
【００２６】
フレーム部２１５、錘接合部２０２、可撓部２１１〜２１４、錘部２３０を加工するためのマスクを形成し、該マスクを介して半導体基板２０１をエッチングすることにより、フレーム部２１５、錘接合部２０２、可撓部２１１〜２１４、錘部２３０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。加速度センサ２００の大きさは、例えば、２ｍｍ×２ｍｍ×０．６２５ｍｍ（縦×横×高さ）であるものとし、錘部２３０の大きさは、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ×０．６ｍｍ（縦×横×高さ）であるものとする。なお、これらの寸法は限定されない。
【００２７】
次に、可撓部２１１〜２１４を形成した半導体基板２０１の上面にピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４に対応する不純物を拡散させるための拡散用マスクを形成する。拡散用マスクの材料としては、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などを用いることができる。ここでは、シリコン酸化膜をシリコン膜全面に熱酸化あるいはプラズマＣＶＤ法により成膜した後、シリコン窒化膜を成膜し、シリコン窒化膜上に、ピエゾ抵抗素子に対応するレジストパターン（図示せず）を形成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜にピエゾ抵抗素子に対応する開口をＲＩＥ及び熱リン酸などのウェットエッチングにより形成する。次に、拡散用マスクを用いてピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４をイオン注入法により形成する。この結果、図１に示すように、表面の不純物の拡散濃度を所定の拡散濃度（例えば、１×１０17〜１×１０19ａｔｍｓ／ｃｍ3、好ましくは１×１０18ａｔｍｓ／ｃｍ3）に調整したピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４を形成することができる。
【００２８】
次に、ピエゾ抵抗素子拡散用マスクをエッチング等により除去した後、可撓部２１１〜２１４及びフレーム部２１５の上面に接続パッド２２１と金属配線２２２を形成する。接続パッド２２１と金属配線２２２は、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｎｄなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることで得られる。
【００２９】
次に、薄肉化する前のキャップ基板２４０を用意し、フレーム部２１５の所定位置（接続パッド２２１と金属配線２２２が形成されていない部分）に接着剤２５０により接着する。次に、キャップ基板２４０を研磨して、２０〜１００μｍの範囲に薄肉化する。また、キャップ基板２４０は、２０〜１００μｍの範囲に研磨して薄肉化した後、支持体（図示せず）に貼り合わせ、この支持体からフレーム部２１５の所定位置（接着剤２５０の塗布位置）に薄肉化したキャップ基板２４０を写し取り、圧着して固定するようにしてもよい。
【００３０】
加速度センサ２００では、キャップ基板２４０を薄板状に形成して可撓性を持たせたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板２４０に衝突した際に、キャップ基板２４０が撓んで（変形して）衝撃を緩和する。キャップ基板２４０の撓み量について、以下のような試験を行った。キャップ基板２４０は、シリコン基板により形成され、厚さが９０〜１００μｍの円板形状であり、キャップ基板２４０に対するセンサ開口部（可撓部２１１〜２１４及び錘部２３０を含む）の大きさが直径１ｍｍ程度の円形であり、錘部２３０が衝突する際の衝撃力が１００００Ｇとした。この場合、キャップ基板２４０の固定端（接着剤２５０による固定端部）から離れた中央部のたわみ量は、約１μｍであった。このことから、錘部２３０の衝突時にキャップ基板２４０が変形する割合は、その厚さの１％程度であった。この錘部２３０の衝突時にキャップ基板２４０が変形することにより、衝撃力を緩和し、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形が防止されることを確認した。
【００３１】
以上のように、第１の実施の形態に示した加速度センサ２００では、キャップ基板２４０を薄板状に形成して可撓性を持たせたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板２４０に衝突した際に、キャップ基板２４０が撓んで（変形して）衝撃を緩和することにより、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形を防止することが可能になった。このため、衝突による金属配線２２２の経時変形に伴う抵抗値のずれを防止することができ、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出することを維持でき、加速度センサ２００の信頼性が低下することを防止できる。
【００３２】
また、第１の実施の形態に示した加速度センサ２００では、キャップ基板２４０を薄板状に形成したため、加速度センサ２００の低背化も可能になり、電子機器に搭載される際の実装体積を縮小できる。このため、特に実装面積の縮小と低背化に対する要求が厳しい携帯電話機等の小型の電子機器への搭載が容易になる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本第２の実施の形態では、キャップ基板の錘接合部と対向する面に緩衝部材を設ける例について説明する。なお、第２の実施の形態において例示する加速度センサは、キャップ基板部分の構成を除いて、上記図１に示した加速度センサ２００と同一の構成を有するため、その平面図の図示及び構成説明は省略する。
【００３４】
図３は、第２の実施の形態に係る加速度センサ３００の要部構成を示す断面図である。図３において、上記図２に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付している。
【００３５】
図３において、加速度センサ３００は、キャップ基板３１０の錘接合部２０２と対向する面３１０Ａに緩衝部材３２０を設けている。キャップ基板３１０は、シリコン基板を用いるものとする。また、キャップ基板３１０には、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を用いても良い。
【００３６】
緩衝部材３２０は、可撓性を有する弾性ゴム材料を用いるものとする。弾性ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等を使用することができる。緩衝部材３２０として弾性ゴム材料を使用する場合は、印刷法、液滴吐出法等により形成可能である。弾性ゴム材料の硬度は、液滴吐出法により形成する場合は２０〜７０の範囲とすることが好ましい。なお、この硬度の測定方法は、ＪＩＳＫ６３０１スプリング式硬さ試験Ａ形に準拠している。また、緩衝部材３２０の大きさは、錘部２３０の大きさや配置するスペースの大きさ等に応じて適宜設計すればよい。
【００３７】
加速度センサ３００では、キャップ基板３１０の錘接合部２０２と対向する面３１０Ａに可撓性を有する緩衝部材３２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板３１０の面３１０Ａに衝突する際に、緩衝部材３２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和する。
【００３８】
以上のように、第２の実施の形態に示した加速度センサ３００では、キャップ基板３１０の錘接合部２０２と対向する面３１０Ａに可撓性を有する緩衝部材３２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板３１０に衝突する際に、緩衝部材３２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和することにより、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形を防止することが可能になった。このため、衝突による金属配線２２２の経時変形に伴う抵抗値のずれを防止することができ、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出することを維持でき、加速度センサ３００の信頼性が低下することを防止できる。
【００３９】
また、第２の実施の形態に示した加速度センサ３００では、キャップ基板３１０の厚さを上記第１の実施の形態に示したように薄肉化して、低背化するようにしてもよい。これにより、加速度センサ３００の低背化も可能になり、電子機器に搭載される際の実装体積を縮小できる。このため、特に実装面積の縮小と低背化に対する要求が厳しい携帯電話機等の小型の電子機器への搭載が容易になる。
【００４０】
なお、キャップ基板３１０は、加速度センサ３００の製造中に可動部（錘部２３０と可撓部２１１〜２１４を含む）に異物が付着することを防止し、加速度センサ２００全体を封止する樹脂が可動部の動きを妨げることを防止し、錘部２３０の過剰変位により可撓部２１１〜２１４が破損することを防止することが可能であることは勿論である。また、緩衝部材３２０は、錘部２３０と対向するキャップ基板３１０側の面に配置すれば良く、その配置位置の精度を要求するものではないため、キャップ基板３１０側に緩衝部材３２０を配置することは容易である。
【００４１】
（第３の実施の形態）
本第３の実施の形態では、錘接合部の上面に緩衝部材を設ける例について説明する。なお、第３の実施の形態において例示する加速度センサは、錘接合部部分の構成を除いて、上記図１に示した加速度センサ２００と同一の構成を有するため、その平面図の図示及び構成説明は省略する。
【００４２】
図４は、第３の実施の形態に係る加速度センサ４００の要部構成を示す断面図である。図４において、上記図２に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付している。
【００４３】
図４において、加速度センサ４００は、錘接合部２０２の上面に複数の緩衝部材４２０を設けている。キャップ基板４１０は、シリコン基板を用いるものとする。また、キャップ基板３１０には、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を用いても良い。
【００４４】
緩衝部材４２０は、可撓性を有する弾性ゴム材料を用いるものとする。弾性ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等を使用することができる。緩衝部材４２０として弾性ゴム材料を使用する場合は、印刷法、液滴吐出法等により形成可能である。弾性ゴム材料の硬度は、液滴吐出法により形成する場合は２０〜７０の範囲とすることが好ましい。なお、この硬度の測定方法は、ＪＩＳＫ６３０１スプリング式硬さ試験Ａ形に準拠している。
【００４５】
なお、複数の緩衝部材４２０は、同一の大きさ、同一の重量のものを用い、その接着位置は、錘部２３０の変位に影響を及ぼさないように重量バランスを考慮して決定される。
【００４６】
加速度センサ４００では、錘接合部２０２の上面に可撓性を有する緩衝部材４２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板４１０に衝突する際に、緩衝部材４２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和する。
【００４７】
以上のように、第３の実施の形態に示した加速度センサ４００では、錘接合部２０２の上面に可撓性を有する緩衝部材４２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板４１０に衝突する際に、緩衝部材４２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和することにより、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形を防止することが可能になった。このため、衝突による金属配線２２２の経時変形に伴う抵抗値のずれを防止することができ、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出することを維持でき、加速度センサ４００の信頼性が低下することを防止できる。
【００４８】
また、第３の実施の形態に示した加速度センサ４００では、キャップ基板４１０の厚さを上記第１の実施の形態に示したように薄肉化して、低背化するようにしてもよい。これにより、加速度センサ４００の低背化も可能になり、電子機器に搭載される際の実装体積を縮小できる。このため、特に実装面積の縮小と低背化に対する要求が厳しい携帯電話機等の小型の電子機器への搭載が容易になる。また、緩衝部材４２０の個数は、限定するものではなく、例えば、１個でもよい。
【００４９】
なお、キャップ基板４１０は、加速度センサ４００の製造中に可動部（錘部２３０と可撓部２１１〜２１４を含む）に異物が付着することを防止し、加速度センサ２００全体を封止する樹脂が可動部の動きを妨げることを防止し、錘部２３０の過剰変位により可撓部２１１〜２１４が破損することを防止することが可能であることは勿論である。
【００５０】
（第４の実施の形態）
本第４の実施の形態では、図２に示した加速度センサ２００をセンサパッケージに収納した例について説明する。第４の実施の形態において例示する加速度センサ２００は、図２に示した加速度センサ２００と構成が同一であるため、その図示及び構成説明は省略する。
【００５１】
図５において、（Ａ）は第４の実施の形態に係る加速度センサ２００を収容したセンサパッケージ５００の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）の加速度センサ２００の外観を示す平面図である。
【００５２】
図５（Ａ）において、センサパッケージ５００は、保護ケース５０１と保護ケース蓋５０２により構成される。保護ケース５０１の内部には、加速度センサ２００を収容するための凹部５０１Ａが形成されている。加速度センサ２００は、フレーム部２１５の底面が凹部５０１Ａの底面に接着剤５０３により固定される。また、保護ケース５０１の上面５０１Ｂには、加速度センサ２００の接続パッド２２１（図１参照）と電気的に接続するための電極（図示せず）が形成されている。この保護ケース５０１側の電極と加速度センサ２００の接続パッド２２１は、ボンディングワイヤ５０４により電気的に接続されている。保護ケース蓋５０２は、保護ケース５０１の上面５０１Ｂに接着剤５０３により接着される。保護ケース５０１と保護ケース蓋５０２は、金属やセラミック等を用いて形成される。
【００５３】
図５（Ｂ）において、加速度センサ２００は、半導体基板２０１の外形寸法が２ｍｍ×２ｍｍ（横×縦）であり、上記錘接合部２０２、可撓部２１１〜２１４、錘部２３０を形成する領域に開口２０１Ａが形成されている。この開口２０１Ａを除く半導体基板２０１のフレーム部２１５の幅は、３００〜５００μｍの範囲である。なお、これらの寸法は、限定されない。
【００５４】
図５（Ａ）に示すセンサパッケージ５００は、加速度センサ２００の天地方向を維持して収容する構成例である。
【００５５】
センサパッケージ５００は、加速度センサ２００を収容し、保護ケース蓋５０２により加速度センサ２００上方に空間が確保されているため、可撓性を持たせたキャップ基板２４０を錘部２３０の衝突時に変形させることが可能である。
【００５６】
次に、加速度センサ２００の天地方向を反転して収容するセンサパッケージ６００の構成例を図６に示す。図６はセンサパッケージ６００の概略構成を示す断面図である。
【００５７】
図６において、センサパッケージ６００は、加速度センサ２００を支持する配線基板６０１を備える。配線基板６０１は、段差を有する形状であり、その下段部の周縁部と上段部の周縁部に接続端子６０２が形成されている。上段部の接続端子６０２の一方の端部には、バンプ６０３が形成されている。このバンプ６０３の形成位置に合わせて、天地方向が反転された加速度センサ２００のフレーム部２１５上に形成された接続パッド２２１（図１参照）が固定される。したがって、加速度センサ２００の接続パッド２２１は、バンプ６０３により配線基板６０１の上段部の接続端子６０２と電気的に接続される。また、配線基板６０１の上段部の接続端子６０２と下段部の接続端子６０２は、ボンディングワイヤ６０４により電気的に接続される。
【００５８】
加速度センサ２００の底面部（図中の上面側）には、センサパッケージ６００内を封止樹脂６０６で封止する際に、加速度センサ２００内に封止樹脂６０６が浸入することを防止する規制板６０５が接着されている。この規制板６０５の上方には、封止樹脂６０６により封止されたセンサパッケージ６００の上面側全体を覆う天板６０７が接着されている。封止樹脂６０６としては、エポキシ系の材料を用いる。
【００５９】
センサパッケージ６００は、封止樹脂６０６を用いたため、加速度センサ２００の天地方向を反転させて固定することが可能である。
【００６０】
なお、本第４の実施の形態では、センサパッケージ５００，６００に加速度センサ２００を収容する例を示したが、これに限るものではなく、上記第２の実施の形態に示した加速度センサ３００又は第３の実施の形態に示した加速度センサ４００も同様に収容可能である。
【００６１】
（第５の実施の形態）
本第５の実施の形態では、上記第１〜３の実施の形態に示した加速度センサ２００，３００，４００又は上記第４の実施の形態に示したセンサパッケージ５００，６００を搭載する電子機器の例について説明する。
【００６２】
加速度センサ２００，３００，４００又はセンサパッケージ５００，６００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって接続パッド２２１と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、加速度センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通することが可能である。
【００６３】
以下に、加速度センサ２００により検出される加速度検出信号を処理する処理回路の例について説明する。なお、加速度センサ３００，４００又はセンサパッケージ５００，６００を適用する場合も以下の処理回路が適用可能である。
【００６４】
＜処理回路＞
上記加速度センサ２００により検出される加速度検出信号を処理する各処理回路の構成例について図７を参照して説明する。
【００６５】
図７は、加速度センサ２００により検出される加速度検出信号を処理する処理回路７００の回路構成を示す図である。図７において、処理回路７００は、アンプ回路（Ａｍｐ）７０１と、フィルタ回路７０２と、から構成される。
【００６６】
アンプ回路７０１は、印加される加速度に応じて加速度センサ２００から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各加速度検出信号（抵抗値変化）を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路７０２に出力する。フィルタ回路７０２は、抵抗とキャパシタ等を含む回路であり、信号に含まれたノイズ成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路７０２は、低周波数の信号成分をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度検出信号として出力する。
【００６７】
次に、上記加速度センサ２００と処理回７００を実装した電子機器とした例について説明する。なお、本明細書において電子機器とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子部品を実装した基板も電子機器の範囲に含まれるものとする。
【００６８】
図８は、上記加速度センサ２００と処理回路７００を実装した電子機器として、例えば、センサモジュール８００の一例を示す図である。図８において、センサモジュール８００は、上記処理回路７００を含む信号処理チップ８０１と、メモリチップ８０２と、上記加速度センサ２００を含むセンサチップ８０３と、が基板８０４上に実装されている。各チップ８０１，８０２，８０３は、ボンディングワイヤ８０５により接続されている。メモリチップ８０２は、上述の加速度センサ２００を出荷前の補正値や信号処理チップ８０１の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶するメモリである。
【００６９】
上記のようなセンサモジュール８００を提供することにより、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機への実装が容易になる。
【００７０】
次に、図８に示したセンサモジュール８００を電子機器として、例えば、モバイル端末機に実装した例について説明する。
【００７１】
図９は、センサモジュール８００を実装した電子機器として携帯型情報端末９００の一例を示す図である。図９において、携帯型情報端末９００は、ディスプレイ部９０１と、キーボード部９０２と、から構成される。センサモジュール８００は、キーボード部９０２の内部に実装されている。携帯型情報端末９００は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末９００では、センサモジュール８００により検出される加速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。
【００７２】
上記のようにセンサモジュール８００をモバイル端末機に実装することにより、新たな機能を実現することができ、モバイル端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。
【符号の説明】
【００７３】
２００，３００，４００…加速度センサ、２０１…半導体基板、２０２…錘接合部、２１１〜２１４…可撓部、２１５…フレーム部、２２１…接続パッド、２２２…金属配線、２３０…錘部、２４０，３１０，４１０…キャップ基板、２５０…接着剤、３２０，４２０…緩衝部材、９００…携帯型情報端末、Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピエゾ抵抗素子。
【図１】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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