(57)【要約】【課題】配線導体による起伏の影響を抑えつつ、小型化に対応した加速度センサおよび加速度センサの製造方法を提供する【解決手段】固定部３と、加速度が加わったときに固定部３に対し変位する重り部１と、一端が固定部３に、他端が重り部１にそれぞれ連結され、重り部１の変位に伴って撓む梁部２と、を有するセンサ素子２０と、センサ素子２０が実装される平板状の第１の基板３０と、第１の基板３０が実装される基体４０であって、内部または第１の基板３０が実装される面４０Ｓに配線導体４１が配置されている基体４０と、第１の基板３０と基体４０との間に介在され、第１の基板３０を基体４０に固定するための第１の接着材１０と、を備えた構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、加速度が加わったときに前記固定部に対し変位する重り部と、一端が前記固定部に、他端が前記重り部にそれぞれ連結され、前記重り部の変位に伴って撓む梁部と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子が実装される平板状の第１の基板と、
前記第１の基板が実装される基体であって、内部または前記第１の基板が実装される面に配線導体が配置されている基体と、
前記第１の基板と前記基体との間に介在され、前記第１の基板を前記基体に固定するための第１の接着材と、を備えた加速度センサ。
【請求項２】
前記センサ素子は、前記固定部の下面と前記第１の基板の実装面との間に介在された第２の接着材により前記第１の基板に固定され、前記第１の接着材と前記第２の接着材とが同じ材料からなる請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記第１の接着材は、球状のスペーサ部材を含んでおり、前記スペーサ部材の直径寸法が、前記配線導体の厚み寸法以上である請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記基体に設けられたキャビティと、前記固定部の上面に設けられた電極パッドと、前記電極パッドと接続された金属細線と、前記重り部の上面との間に所定の間隔を設けた状態で前記センサ素子上に配置される第２の基板と、前記キャビティの開口部を塞ぐ金属製のリッドと、をさらに備え、
前記基体、前記センサ素子、及び前記第２の基板が前記キャビティに収容されているとともに、前記第２の基板の上面は、前記金属細線の頂点よりも高い位置にある請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記センサ素子は、前記梁部の撓み量を検出する検出素子を有しており、
前記検出素子からの検出信号を処理するＩＣチップをさらに備える請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項６】
固定部と、加速度が加わったときに前記固定部に対し変位する重り部と、一端が前記固定部に、他端が前記重り部にそれぞれ連結され、前記重り部の変位に伴って撓む梁部と、を有するセンサ素子を用意する工程と、
前記センサ素子が実装される平板状の第１の基板と、前記第１の基板が実装される基体であって、内部または前記第１の基板が実装される面に配線導体が配置されている基体と、を用意する工程と、
前記基体の主面に第１の接着材となる粘性部材を塗布した後、前記第１の基板と前記基体との間に前記粘性部材が介在されるようにして、前記第１の基板を前記基体に実装する工程と、
前記センサ素子を前記第１の基板に実装する工程と、を含む加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度を検出する加速度センサ及び加速度センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９に従来の加速度センサの断面図を示す。同図に示す加速度センサは、センサ素子１００と、センサ素子１００を実装する基体２００とを備えた構成を有している。
【０００３】
センサ素子１００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と固定部１０２とに連結される梁部１０３と、梁部１０３に形成されるピエゾ抵抗素子（図示せず）とを有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなセンサ素子１００を有する加速度センサに加速度に応じた外力が加わると重り部１０１が動き、それに伴って梁部１０３が変形し、ピエゾ抵抗素子も変形する。このピエゾ抵抗素子の変形による抵抗値の変化に基づいて加速度が検出されることとなる。
【０００５】
このようなセンサ素子１００は、固定部１０２の下面と基体２００の主面との間に介在された接着材１０４によって基体２００に固定されている。
【０００６】
重り部１０１の下面と基体２００の主面との間にはギャップｇが形成されている。この部分にギャップｇを形成することで、重り部１０１が遊動可能となっている。このギャップｇの寸法は、加速度の測定範囲に合わせて所定の範囲に設定される。ギャップｇの大きさを制御する方法として、接着材１０４に球状のスペーサ部材１０５を混ぜる方法が知られている。所定の径を有するスペーサ部材１０５を用いることでギャップｇの大きさを調整することができる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８４０８１号公報
【特許文献２】特開平４−２７４００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで図９に示すような従来の加速度センサでは、通常、基体２００の内部、あるいは主面に配線導体が設けられている。この配線導体を介してセンサ素子１００と外部との信号の入出力を行っている。
【０００９】
配線導体が基体２００の内部に設けられている場合、配線導体の厚み分の影響を受けて基体２００の表面に起伏が生じる。この場合、基体２００の主面において、配線導体の直上領域は他の部分より盛り上がった部分（以下、隆起部ともいう）となる。また基体２００の主面に配線導体が設けられている場合は、配線導体それ自身がそのまま隆起部となる。
【００１０】
このような隆起部がセンサ素子１００の実装面に存在すると種々の問題が生じる。
【００１１】
例えば、隆起部が重り部１０１の直下領域に存在すると、重り部１０１の下面と基体２００の底部との間のギャップｇの寸法が所望の値より小さくなってしまう。このようにギャップｇの寸法が所望の値より小さくなると、測定できる加速度の範囲が変わってしまい本来検出できるはずの加速度が検出できないといった不具合を招くこととなる。
【００１２】
また、隆起部が固定部１０２の下にある場合は、センサ素子１００が傾いた状態で実装されてしまい、加速度の検出精度の低下を招くこととなる。
【００１３】
配線導体をセンサ素子１００の直下領域を避けて配置すれば、かかる問題は解消できるものの、その場合、センサ素子１００の直下領域を配線導体の引き回し領域として使用することができないため、その分の引き回し領域を確保ためには基体２００を大きくせざるを得ず、加速度センサの大型化を招くこととなる。
【００１４】
すなわち、従来の加速度センサでは隆起部による問題を解消しつつ加速度センサの小型化を図ることが困難であった。
【００１５】
本発明は、以上のような問題を解決すべく発明されたものであり、その目的は、配線導体による起伏の影響を抑えつつ、小型化に対応した加速度センサおよび加速度センサの製造方法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】
【００１６】
本発明の加速度センサは、固定部と、加速度が加わったときに前記固定部に対し変位する重り部と、一端が前記固定部に、他端が前記重り部にそれぞれ連結され、前記重り部の変位に伴って撓む梁部と、を有するセンサ素子と、前記センサ素子が実装される平板状の第１の基板と、前記第１の基板が実装される基体であって、内部または前記第１の基板が実装される面に配線導体が配置されている基体と、前記第１の基板と前記基体との間に介在され、前記第１の基板を前記基体に固定するための第１の接着材と、を備えたものである。
【００１７】
また本発明の加速度センサの製造方法は、固定部と、加速度が加わったときに前記固定部に対し変位する重り部と、一端が前記固定部に、他端が前記重り部にそれぞれ連結され、前記重り部の変位に伴って撓む梁部と、を有するセンサ素子を用意する工程と、前記センサ素子が実装される平板状の第１の基板と、前記第１の基板が実装される基体であって、内部または前記第１の基板が実装される面に配線導体が配置されている基体と、を用意する工程と、前記基体の主面に第１の接着材となる粘性部材を塗布した後、前記第１の基板と前記基体との間に前記粘性部材が介在されるようにして、前記第１の基板を前記基体に実装する工程と、前記センサ素子を前記第１の基板に実装する工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センサ素子は平板状の第１の基板に実装され、第１の基板が、配線導体が設けられている基体に実装されている。すなわち、センサ素子は、配線導体が設けられている基体に直接には実装されず、平板状の第１の基板を介して基体に実装されている。したがってセンサ素子が実装される面において、センサ素子の直下領域は平坦性が保たれ、第２の実装基板に存在する隆起部の影響を受けることが殆どない。また、基体におけるセンサ素子の直下領域に配線導体の引き回しを行うことができるため、別途、配線導体の引き回し領域を確保する必要がなく、小型化に対応した加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る加速度センサの斜視図である。
【図２】図１に示す加速度センサの断面図であり、図１のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当する。
【図３】図１に示す加速度センサに搭載されているセンサ素子の斜視図である。
【図４】図１に示す加速度センサに搭載されているセンサ素子の断面図であり、図３のＢ−Ｂ’線で切断したときの断面に相当する。
【図５】図３に示すセンサ素子に第２の基板を取りつけた状態の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る加速度センサの変形例１を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る加速度センサの変形例２を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】従来の加速度センサを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、本発明にかかる加速度センサ及び加速度センサの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。
【００２１】
＜加速度センサ＞
図１は本発明の実施形態に係る加速度センサの斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【００２２】
本実施形態に係る加速度センサは、図１、図２に示すように、センサ素子２０、センサ素子２０が実装される第１の基板３０、及び第１の基板が実装される基体４０とで主に構成されている。
まず本実施形態にかかるセンサ素子２０について説明する。図３はセンサ素子２０の斜視図である。
【００２３】
センサ素子２０は、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した３次元加速度センサとして構成されており、３次元直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の加速度を検出することができる。
【００２４】
図３に示すようにセンサ素子２０は、重り部１と、重り部１を囲繞する枠状の固定部３と、重り部１と固定部３とに連結される梁部２と、梁部２に形成される抵抗素子５と、を有している。重り部１、固定部３、及び梁部２は、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工することにより一体的に形成されている。
【００２５】
本実施形態における重り部１は、固定部３の開口部の中央に配される主部１ａと、主部１ａの四隅に配された４個の付属部１ｂとから構成されている。主部１ａは、平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍに設定される。また主部１ａの厚みは例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。付属部１ｂは、主部１ａと同様に平面形状が、略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍに設定される。また付属部１ｂの厚みは、主部１ａと同じ厚みを有するように例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。なお、主部１ａおよび付属部１ｂの平面形状は正方形に限られず、円や長方形など任意の形状が可能である。
【００２６】
センサ素子２０に加速度が加わると、加速度に応じた力がこの重り部１に作用し、重り部１が動くことで梁部２が撓むようになっている。重り部１は、主部１ａのみで構成することも可能であるが、付属部１ｂを設けることによってより大きな力が重り部１に作用するため、加速度に対する梁部２の撓みが大きくなり、加速度の検出感度を向上させることができる。
【００２７】
このような重り部１を囲繞するようにして固定部３が形成されている。固定部３は、平面形状が略正方形をなし、中央部に重り部１より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部３の平面視における一辺の長さは、例えば０．８ｍｍ〜３．０ｍｍに設定される。固定部の平面視における各辺の幅は、例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍに設定される。また固定部３の厚みは、例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。
【００２８】
梁部２は、主部１ａの各辺の上面側中央部と、固定部３の内周における各辺の上面側中央部とを連結するようにして形成されている。本実施形態におけるセンサ素子２０では、Ｘ軸方向において重り部１の主部１ａを挟んで２本、Ｙ軸方向において重り部１の主部１ａを挟んで２本、合計４本の梁部２が設けられている。梁部２は、可撓性を有するように形成されており、センサ素子２０に加速度が加わると重り部１が動き、重り部１の動きに伴って梁部２が撓むようになっている。梁部２は、例えば長手方向の長さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定され、幅が０．０１ｍｍ〜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２を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。
【００２９】
このような梁部２の上面には複数の抵抗素子５が形成されている。抵抗素子５は、梁部２の撓み量を検出するための検出素子である。抵抗素子５は、より具体的には、ＳＯＩ基板にボロンを打ち込むことにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、３軸方向（図３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）の加速度を検出できるように梁部２の所定の位置にこれらの抵抗素子５が形成されている。例えば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部２には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子５が設けられており、それぞれの梁部２に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子５のうち、固定部３側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、主部１ａ側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、これら直列接続されたもの同士を並列に接続することでブリッジ回路を構成している。
【００３０】
またＹ軸方向に伸びる２つの梁部２には、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子５が設けられており、これらの抵抗素子５を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子５と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。
【００３１】
また、図３には図示していないがＺ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子５が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部２に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子５のそれぞれと並ぶようにして形成されている。このＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子５は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子５とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸びる２本の梁部のうち一方の梁部２に設けられた固定部３側の抵抗素子５と、他方の梁部２に設けられた主部１ａ側の抵抗素子５とを直列接続してブリッジ回路を構成している。
【００３２】
このようなブリッジ回路が組まれたセンサ素子２０に加速度が加わると、上述したように梁部２が撓み、この撓みに伴って抵抗素子５が変形するため、ブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。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、これを外部のＩＣで演算処理することによって印加された加速度の方向並びに大きさを検知することができる。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子５は、Ｘ軸方向に伸びる梁部２に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部２に設けるようにしてもよい。
【００３３】
固定部３の上面には、抵抗素子５と電気的に接続される素子側電極パッド４が設けられており、この素子側電極パッド４を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子５からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
【００３４】
図４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線におけるセンサ素子２０の断面図である。図４に示すようにセンサ素子２０は、半導体基板２９に加工を施すことにより形成されたものである。半導体基板２９は、例えば、ＳＯＩ基板である。半導体基板２９は上面側から順に、半導体層２１、絶縁層２３、支持層２５が積層された構造を有している。
【００３５】
半導体層２１及び支持層２５は、例えばシリコンから成る。絶縁層２３は、例えばＳｉＯ２から成る。半導体層２１の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。絶縁層２３の厚さは、例えば、０．１μｍ〜５μｍである。支持層２５の厚さは、例えば、２００μｍ〜６５０μｍである。
【００３６】
固定部３、重り部１は、半導体層２１、絶縁層２３、及び支持層２５から成り、梁部２は半導体層２１から成る。
【００３７】
センサ素子２０の上面側には、第２の基板５０が取り付けられている。図５にセンサ素子２０に第２の基板５０を取りつけた状態の斜視図を示す。第２の基板５０は、過大な加速度が加えられたときに、梁部２に破損が生じるのを抑制するためのものである。重り部１と第２の基板５０との間には、重り部１が上方向に変位可能となるように、比較的微小な隙間が確保されている（図２参照）。そして、加速度センサに過大な加速度が加えられ、重り部１が上方向に変位したときに重り部１は第２の基板５０に当接し、変位が規制される。これにより梁部２が破損するのを抑制することができる。
【００３８】
第２の基板５０は、センサ素子２０に対向して配置されている。第２の基板５０は、重り部１全体を覆う大きさで形成されている。第２の基板５０は、センサ素子３の平面形状と概ね同様の形状となっており、第２の基板５０の側面には素子側電極パッド４を露出させるための切り欠き部５０ａが設けられている。第２の基板５０は、ガラス基板、シリコン基板などを用いることができるが、金属細線６１とのショートを防止する観点から絶縁性の基板を用いることが好ましい。
【００３９】
第２の基板５０は、固定部３の上面４隅において接着材を介してセンサ素子２０に固定されている。接着材の中には、球状のスペーサ部材が複数個含まれている。第２の基板５０と重り部１とのギャップの大きさはこのスペーサ部材によって調整することができる。スペーサ部材の径の寸法がギャップの寸法とほぼ同じになるため、スペーサ部材の径を調整することでギャップの大きさを制御することができる。スペーサ部材の直径は、例えば、４μｍ〜３０μｍである。
【００４０】
センサ素子２０は、図２（ａ）に示すように平板状の第１の基板３０に実装され、第１の基板３０は、基体４０に実装されている。換言すれば、センサ素子２０は、第１の基板３０を介して基体４０に実装されている。
【００４１】
基体４０の内部、及び主面４０Ｓには、センサ素子２０と電気的に接続される配線導体４１やめっきを行う際に使用しためっき用導体などが設けられている。この配線導体４１を介してセンサ素子２０と外部の所定回路との間で信号の入出力が行われる。配線導体４１が基体４０の内部にある場合、配線導体４１の厚みによって基体４０の主面４０Ｓに他の部分より盛り上がった隆起部４２が形成される。一方、主面４０Ｓに形成された配線導体４１も、他の部分より盛り上がった部分であり隆起部４２となっている。隆起部４２の厚みは、例えば、３μｍ〜２０μｍである。
【００４２】
このような隆起部４２が存在している主面４０Ｓにセンサ素子２０を実装した場合、本来検出できるはずの加速度が検出できなくなるといった不具合や加速度の検出精度の低下を招く要因となることは上述した通りである。
【００４３】
これに対し本実施の形態にかかる加速度センサによれば、センサ素子２０が、配線導体４１が設けられている基体４０に直接には実装されず、平板状の第１の基板３０を介して基体４０に実装されていることから、センサ素子２０が実装される面において、センサ素子２０の直下領域の平坦性が保持され、基体４０に存在する隆起部４２の影響を受けることが殆どない。また、基体４０におけるセンサ素子２０の直下領域に配線導体４１の引き回しを行うことができるため、別途、配線導体４１の引き回し領域を確保する必要がなく、小型化に対応した加速度センサを提供することができる。
【００４４】
第１の基板３０は平板状の板部材であり、平面視したときにその外周が固定部３の外周とほぼ一致する。換言すれば、第１の基板３０の側面とセンサ素子２０の側面（固定部３の外周面）とは面一となっている。第１の基板３０としては、絶縁性の基板を用いることが好ましく、ガラス基板、セラミック基板、あるいは表面が絶縁膜で覆われたシリコン基板などが例示できる。本実施形態ではガラス基板を用いている。第１の基板３０の厚みは、例えば、第１の基板３０の平面形状の大きさが１ｍｍ×１ｍｍのものである場合には５０μｍ程度とされる。
【００４５】
センサ素子２０と第１の基板３０とは、第２の接着材９を介して接合されている。第２の接着材９として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。なかでも接着時の残留応力を緩和する観点からヤング率が比較的低い樹脂であるシリコーン樹脂を用いることが好ましい。第２の接着材９は、固定部３の下面四隅に対応する位置に設けられている。本実施形態のように梁部２が重り部１ａの上面四辺の中央部に連結されている場合、センサ素子２０と第１の基板３０との接合を、固定部３の四隅部において行うことによって、センサ素子２０の第１の基板３０への接合箇所と梁部２との間の距離が離れるため、第２の接着材９による接合に起因して発生し得る残留応力が梁部２に与える影響を小さくすることができ、加速度センサ装置の電気的な特性が劣化するのを抑えることができる。
【００４６】
第１の基板３０は、センサ素子２０を実装するためのものであると同時に、過大な加速度が加えられたときに、梁部２に破損が生じるのを抑制するためのものである。重り部１と第１の基板３０との間には、重り部１が下方向に変位可能となるように、比較的微小な隙間が確保されている。そして、加速度センサに過大な加速度が加えられ、重り部１が下方向に変位したときに重り部１は第１の基板３０に当接し、変位が規制される。これにより梁部２が破損するのを抑制することができる。第２の接着材９には、所定の径を有する球状のスペーサ部材１１が混練されている。すなわち、重り部１の下面と第１の基板３０の主面３０Ｓとの間のギャップの大きさをスペーサ部材１１によって調整している。スペーサ部材１１は、例えばシリカ、シリコン、ジビニルベンゼンなど所定の硬さを有する球状の部材であり、その直径は、例えば４〜３０μｍである。
【００４７】
第１の基板３０は、第１の接着材１０を介して基体４０に実装されている。
【００４８】
第１の接着材１０は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などから成る。第１の接着材１０の高さ寸法（主面４０Ｓから第１の接着材１０の頂点までの寸法）は、隆起部４２の高さ寸法（主面４０Ｓから隆起部４２の頂点までの寸法）よりも大きくなるようにして形成されている。これにより第１の基板３０が隆起部４２に接しない状態となり、隆起部４２の影響が第１の基板３０の主面３０Ｓに現れることが殆どなく、センサ素子２０の実装面である主面３０Ｓの平坦性が保持される。第１の接着材１０と第２の接着材９とは同じ材料を用いることが好ましい。同じ材料を用いることで、第１の接着材１０と第２の接着材９との硬化を同時に行うことができ、別個に硬化する場合に比し加速度センサの生産性を高めることができる。
【００４９】
第１の接着材１０は、平面視したときに第１の基板３０の中央部のみと接着している。第１の基板３０と基体４０との線膨張係数の差が大きい場合、このように第１の接着材１０を第１の基板３０の中央部のみ１箇所と接着させることによって、線膨張係数の差に起因する第１の基板３０の変形を抑制することできる。
【００５０】
基体４０は外形が略直方体をなし、内部にはセンサ素子２０を収容するためのキャビティが形成されている。基体４０は、セラミック材料などからなる５枚の絶縁層４０ａ〜４０ｅを積層することにより形成されている。
【００５１】
絶縁層４０ａ、４０ｂは平板状の部材からなる。絶縁層４０ｃ、４０ｄ、４０ｅは、中央に孔部を有する枠状の部材である。絶縁層４０ｃ、４０ｄの孔部の大きさはセンサ素子２０より若干大きくなるように設けられ、絶縁層４０ｅの孔部は、絶縁層４０ｃ、４０ｄに設けられた孔部よりも大きくなるように形成されている。
【００５２】
基体４０には複数の基板側電極パッド４４が形成されている。これらの基板側電極パッド４４は、絶縁層４０ｅの孔部から露出する絶縁層４０ｄの上面に設けられている。基板側電極パッド４は金属細線６１によってセンサ素子２０の固定部上面に設けた素子側電極パッド４と電気的に接続されている。また基体４０の下面には、外部端子４３が設けられており、外部端子４３は基板内部に設けたビアホール導体４５や配線導体４１などを介して基板側電極パッド４と接続されている。すなわち、センサ素子２０の電気信号は、素子側電極パッド４、金属細線６、基板側電極パッド４４、外部端子２などを介して外部へ取り出されることとなる。
【００５３】
基体４０のキャビティの開口部を塞ぐようにしてリッド６０が基体４０の上面に固着されており、これによりセンサ素子２０がキャビティ内に気密封止されている。リッド６０は、例えば４２アロイ、ステンレス、コバールなどの金属板からなり、銀ろう、Ａｕ−Ｓｎ、エポキシ樹脂などの接合材６２により基体４０に接合されている。
【００５４】
リッド６０が金属からなる場合、第２の基板５０の上面が金属細線６１の頂点よりも高い位置にあることが好ましい。第１の接着材１０及び第２の接着材９は、ある程度伸び縮みすることから大きな加速度が印加された際などにセンサ素子２０全体が上方に変位することがあるが、第２の基板５０の上面を金属細線６１の頂点よりも高い位置しておくことによって第２の基板５０がリッド６０にまず当接するため、金属細線６１が金属製のリッド６０に接触するのを抑制することができる。すなわち、電気信号の入出力の経路となっている金属細線６１が金属製のリッドに接触するのを抑制できるため、信号の入出力を正常に行うことができる。
【００５５】
（変形例１）
図６は上述した実施形態にかかる加速度センサの変形例１を示す断面図である。なお、図６の断面図は図１のＡ−Ａ’線における断面に相当するものである。変形例１にかかる加速度センサは、抵抗素子５で検出した電気信号を演算処理するＩＣチップ７０をさらに含むものである。この変形例１にかかる加速度センサでは、基体４０の下面側に設けたキャビティにＩＣチップ７０が収容されている。ＩＣチップ７０は、基体４０に設けたビアホール導体４５、配線導体４１を介してセンサ素子２０及び外部端子２と電気的に接続されている。ＩＣチップ７０は、例えば、センサ素子２０の出力信号を増幅する増幅回路、センサ素子２０の温度特性を補正する温度補償回路、ノイズを除去するノイズ除去回路などが集積化されたものである。このようなＩＣチップ７０を備えることによって加速度を高精度に検知することができる。
【００５６】
図６に示すように裏面側にキャビティを設け、そこにＩＣチップ７０を配置した場合、ＩＣチップ７０と接続される配線導体４１が増えることから隆起部４２の数も増えることとなる。したがって隆起部４２に起因する問題が発生する可能性が高くなるが、かかる場合でも平板状の第１の基板３０を介してセンサ素子２０の実装を行うことにより、加速度の検出範囲が変化するのを抑えつつ、加速度センサの小型化に対応することができる。
【００５７】
（変形例２）
図７は上述した実施形態にかかる加速度センサの変形例２を示す断面図である。なお、図７の断面図は図１のＡ−Ａ’線における断面に相当するものである。変形例２にかかる加速度センサは、第１の接着材１０に混練された球状のスペーサ部材１１をさらに含むものである。スペーサ部材１１として、その直径寸法が配線導体４１の厚み寸法以上であるものを用いている。このようなスペーサ部材１１を第１の接着材１０に混練することによって、第１の基板３０の主面４０Ｓからの高さ寸法（主面４０Ｓと第１の基板３０の下面との間の寸法）が隆起部４２の厚み寸法以上となり、隆起部４２にセンサ素子２０や第１の基板３０による大きな荷重がかかることがない。したがって第１の基板３０は隆起部４２の影響を殆ど受けることなくその主面の平坦性が保持され、重り部１の下面と第１の基板３０の主面３０Ｓとの間のギャップを所望の大きさに保持することができる。これにより加速度の検出範囲が所望の範囲から変化するのを抑制できる。なお、スペーサ部材１１の直径寸法とは、第１の接着材３０に含まれているスペーサ部材１１の平均値をとった値である。
【００５８】
＜加速度センサの製造方法＞
次に本実施の形態に係る加速度センサの製造工程を図８を用いて説明する。なお、図８は図１のＡ−Ａ’線における断面に相当する部分である。
【００５９】
（センサ素子を用意する工程）
まず、固定部３、重り部１、固定部３及び重り部１に連結される梁部２を有するセンサ素子２０を用意する。
【００６０】
センサ素子２０は、例えば、図４に示したようにＳＯＩ基板を用いて作製されるものであり、まずＳＯＩ基板表面のシリコン層にイオン注入法によりボロンを注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子５を形成する。次に、スパッタリングやエッチングなど従来周知の半導体微細加工技術を施すことによって重り部１、固定部３、梁部２を形成することによりセンサ素子２０を作製する。
【００６１】
（第１の基板及び基体を用意する工程）
一方でセンサ素子２０が実装される平板状の第１の基板３０と、第１の基板３０が実装される基体４０であって、内部または第１の基板３０が実装される面に配線導体４１が配置されている基体４０と、を用意する。
【００６２】
第１の基板３０は、ガラス基板、シリコン基板、セラミック基板などからなる平板状の板部材であり、本実施形態では、ガラス基板を用いている。第１の基板３０は、平面視したときの形状が矩形であり、センサ素子２０の固定部３の外周とほぼ一致する大きさとされている。
【００６３】
基体１は、複数の絶縁層４０ａ乃至４０ｅを積層することにより形成されている。具体的には、まず、ガラス−セラミック、アルミナなどのセラミック粉末に適当な有機バインダー、有機溶剤等を添加・混練して得たスラリーを従来周知のドクターブレード法等によって、所定厚みにテープ成型して半硬化状態のセラミックグリーンシートとなし、これらを所定の大きさに切出すことにより各絶縁層となるシートを作製する。次に作製したシートを所定の順に積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって基体１が製作される（図８（ａ））。
【００６４】
基体１の内部および主面４０Ｓには配線導体４１やめっきを行う際に使用するめっき用導体が形成されている。配線導体４１は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｃｕ等の金属粉末、有機バインダー、有機溶剤などを混練して得られる導体ペーストを焼成前の各絶縁層の主面に所定のパターンに印刷し、焼成することにより形成される。焼成後の配線導体４１の厚みは、１０μｍ〜２０μｍ程度であり、基体４０の内部に配線導体４１が設けられている場合、配線導体４１の厚みの影響を受けて基体４０の主面４０Ｓに隆起部４２が形成される。主面４０Ｓに配線導体４１が設けられている場合はそれ自身が隆起部４２となる。
【００６５】
基体４０には、配線導体４１の他、外部端子４３、基板側電極パッド４４、ビアホール導体４５などが形成されている。これらは配線導体４１と同じ材料を用いて配線導体４１と同様にして形成することができる。
【００６６】
（第１の基板の実装工程）
次に第１の基板３０を基体４０に実装する工程を行う。この工程では、図８（ｂ）に示すように、まず基体４０の主面４０Ｓに第１の接着材１０となる粘性部材１０’を塗布する。本実施形態では、粘性部材１０’は基体４０の主面４０Ｓの中央部に塗布される。粘性部材１０’は、所定の粘度を有するように調整されている。具体的には、粘性部材１０’を塗布したときに、広がりすぎず所定の高さを保持できるような粘度に調整されおり、その粘度は、例えば、７Ｐａ・ｓ程度に調整される。このように所定の粘度に調整された粘性部材１０’は、その頂点が隆起部４２の頂点よりも数μｍ程度高くなるようにして塗布されている。基体１を作製した段階で配線導体４１の厚みが概ね把握できているため、粘性部材１０’の粘度及び塗布量を調整することにより粘性部材１０’の高さが隆起部４２の頂点よりも高くなるように塗布することができる。粘性部材１０’は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなり、ディスペンサーなどを用いて塗布される。
【００６７】
次に図８（ｃ）に示すように、第１の基板３０と基体４０との間に粘性部材１０’が介在されるようにして、第１の基板３０を載置する（図中矢印Ｍ１で示す載置工程）。第１の基板３０はコレットなどの吸着装置を用いて粘性部材１０’に載置される。この段階では粘性部材１０’が硬化していないため、基体４０を動かしたりすると、粘性部材１０’の上に載置された第１の基板３０は位置ずれする可能性がある。そこで第１の基板３０が大きく位置ずれしないように第１の基板３０の側面とキャビティの内壁面（絶縁層４０ｃ、４０ｄの孔部の内周面）との間の隙間を所定の範囲にしておくことが好ましい。具体的に第１の基板３０の側面とキャビティの内壁面との間の隙間は、１０μｍ〜２５μｍの範囲にしておくとよい。これにより基体４０を動かした場合などでも第１の基板３０が大きく位置ずれすることがない。
【００６８】
（センサ素子の実装工程）
センサ素子２０の実装工程では、図８（ｃ）に示すように、まず第１の基板３０の主面３０Ｓに第２の接着材９となる粘性部材９’を塗布する。粘性部材９’として、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹などを用いることができるが、粘性部材１０’と同じ材料を用いることが好ましい。第１の接着材１０となる粘性部材１０’と第２の接着材９となる粘性部材９’とを同じ材料とすることにより、粘性部材１０’と粘性部材９’の硬化を同時に行うことができ、加速度センサの生産性を高くすることができる。
【００６９】
粘性部材９’は、ディスペンサーなどを用いて固定部３の下面四隅と対応する位置に塗布される。また、粘性部材９’には、重り部１の下面と主面３０Ｓとの間に所定の大きさのギャップを設けるために球状のスペーサ部材１１が含まれている。スペーサ部材１１は、例えばシリカ、シリコン、ジビニルベンゼンなど所定の硬さを有する球状の部材であり、その直径は、例えば４μｍ〜３０μｍである。
【００７０】
第１の基板３０の主面３０Ｓに粘性部材９’を塗布した後、センサ素子２０を第１の基板３０の主面３０Ｓに載置する（図中矢印Ｍ２で示す載置工程）。第１の基板３０を粘性部材１０’に載置し、その上にセンサ素子２０を載置すると、粘性部材１０’はこれらの重みによって周囲に広がっていき、その高さが低くなっていくが、粘性部材１０’は所定の粘度に調整されているため、この段階においても粘性部材１０’の頂点は隆起部４２の頂点よりも高い位置にある。この状態で粘性部材９’、１０’を加熱し、両粘性部材を硬化することによって、第１の基板３０が基体４０に、センサ素子２０が第１の実装基板３０にそれぞれ固定される。
【００７１】
なお、載置工程Ｍ２を行った直後の段階では粘性部材９’、１０’が硬化していないため、基体４０を動かしたりすると、第１の基板３０、センサ素子２０はともに位置ずれする可能性があるが、上述したように第１の基板３０の側面とキャビティの内壁面との間の隙間およびセンサ素子２０の側面とキャビティの内壁面との間の隙間を１０μｍ〜２５μｍの範囲にしておくことで第１の基板３０及びセンサ素子２０が大きく位置ずれすることがない。
【００７２】
（封止工程）
次に第２の基板５０をセンサ素子２０の上面に取り付ける。なお第２の基板５０の取り付けは、センサ素子２０を基体４０に実装する前に行ってもよい。その後、金、銅、アルミニウムなどからなる金属細線６１によりセンサ素子２０に設けた素子側電極パッド４と基体４０に設けた基板側電極パッド４４とを接続する。最後に４２アロイなどからなる金属製のリッド６０を接合材６２により基体４０の上面に接合することよりセンサ素子２０が基体４０のキャビティ内に封止される。これにより製品としての加速度センサが完成する。
【００７３】
本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００７４】
例えば、上述した実施の形態では、検出素子としてピエゾ抵抗素子を用いたピエゾ抵抗型の加速度センサについて説明したが、本発明は検出素子として静電容量素子を用いた静電容量型の加速度センサにも適用可能である。
【００７５】
また上述した実施の形態では、第１の接着材１０が第１の基板３０の中央部のみ１箇所と接着するようにしたが第１の接着材１０の接着箇所はこれに限らず、複数個所で接着するようにしてもよいし、第１の基板３０の下面全体と接着するようにしてもよい。
【００７６】
また上述した実施形態では、第１の基板３０を基体４０に実装した後、第１の基板３０にセンサ素子２０を実装する製造方法について説明したが、第１の基板３０、センサ素子２０の実装順はこれに限らず、センサ素子２０を第１の基板３０に実装した後、第１の基板３０を基体４０に実装するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・重り部
２・・・梁部
３・・・固定部
４・・・基板側電極パッド
５・・・抵抗素子
１０・・・第１の接着材
２０・・・センサ素子
３０・・・第１の基板
４０・・・基体
【図１】
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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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【図７】
2010230513.tif 000009
【図８】
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【図９】
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