(57)【要約】【課題】  耐衝撃性強度が高い半導体多軸加速度センサを提供する。【解決手段】  本発明に係る半導体多軸加速度センサ１は、枠状のフレーム部１１の内側に撓み部１３を介してフレーム部に支持された錘部１２の変位を撓み部１３に設けた抵抗率の変化にて検出するセンサ本体１０を備えている。センサ本体１０の表面側には、凹部２ａを備えるとともに少なくとも付加錘部１２ｂとの対面部位にストッパ部４を備えた第１カバー２を設けている。また、センサ本体１０の裏面側には、凹部３ａを備えた第２カバー３を設けている。【選択図】図２
2006208272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠状のフレーム部の内側に配置した錘部が該錘部を挟んで前記フレーム部に延長された少なくとも１組の撓み部を介して前記フレーム部に支持され、前記フレーム部に対する前記錘部の変位により前記撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が前記各撓み部に形成されたセンサ本体を備えるとともに、前記各撓み部が前記抵抗体に電気的に接続された拡散層配線を備え、前記錘部が表面に各撓み部に設けた前記抵抗体間を電気的に接続する金属配線を備えた主錘部と、該主錘部と連続一体に連結した付加錘部からなり、前記抵抗体と前記拡散層配線及び前記金属配線とを電気的に接続して、複数方向の加速度をそれぞれ検出する半導体多軸加速度センサであって、
前記金属配線側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第１の基板と、
該第１の基板とは反対側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第２の基板と、を備え、
前記第１の基板は、更に前記センサ本体との対面側に凹部を有するとともに、該凹部は、少なくとも前記付加錘部との対面部位にストッパ部を備えたことを特徴とする半導体多軸加速度センサ。
【請求項２】
前記ストッパ部は、少なくとも前記付加錘部との対面箇所が粗面化処理された請求項１に記載の半導体多軸加速度センサ。
【請求項３】
前記ストッパ部は、感光性有機膜で形成された請求項１又は請求項２に記載の半導体多軸加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車、家電製品などに用いられ複数方向それぞれの加速度に感度を有する半導体多軸加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体多軸加速度センサとしては、矩形枠状のフレーム部の内側に錘部が配置されたセンサ本体を備え、複数方向、例えば３軸方向の加速度をそれぞれ検出するものを挙げることができる。
【０００３】
なお、上述の半導体多軸加速度センサは、錘部が４つの撓み部を介してフレーム部に支持された直方体状の主錘部と、主錘部の四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付加錘部とを有したものである。半導体多軸加速度センサのセンサ本体は、各撓み部に設けた拡散層配線と主錘部の表面に設けた金属配線とを、抵抗体であるピエゾ抵抗に電気的に接続して、抵抗体と拡散層配線及び金属配線とを電気的に接続して、複数方向の加速度をそれぞれ検出する構成である（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１０９１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述のような半導体多軸加速度センサでは、例えば、センサ本体の厚み方向への加速度印加時において、錘部の変位による撓み部の破壊を低減させたいというニーズがあった。
【０００５】
また、上述のような半導体多軸加速度センサでは、例えば、センサ本体の厚み方向へ過大な加速度が印加されるような場合において、主錘部の表面に設けた金属配線が破壊する可能性をできる限り低くしたいというニーズもあった。
【０００６】
本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、耐衝撃性強度が高い半導体多軸加速度センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る半導体多軸加速度センサは、枠状のフレーム部の内側に配置した錘部が該錘部を挟んで前記フレーム部に延長された少なくとも１組の撓み部を介して前記フレーム部に支持され、前記フレーム部に対する前記錘部の変位により前記撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が前記各撓み部に形成されたセンサ本体を備えるとともに、前記各撓み部が前記抵抗体に電気的に接続された拡散層配線を備え、前記錘部が表面に各撓み部に設けた前記抵抗体間を電気的に接続する金属配線を備えた主錘部と、該主錘部と連続一体に連結した付加錘部からなり、前記抵抗体と前記拡散層配線及び前記金属配線とを電気的に接続して、複数方向の加速度をそれぞれ検出する半導体多軸加速度センサであって、前記金属配線側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第１の基板と、該第１の基板とは反対側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第２の基板と、を備え、前記第１の基板は、更に前記センサ本体との対面側に凹部を有するとともに、該凹部は、少なくとも前記付加錘部との対面部位にストッパ部を備えている。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る半導体多軸加速度センサは、請求項１に記載の半導体多軸加速度センサにおいて、前記ストッパ部は、少なくとも前記付加錘部に対面する箇所が粗面化処理されている。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る半導体多軸加速度センサは、請求項１又は請求項２に記載の半導体多軸加速度センサにおいて、前記ストッパ部は、感光性有機膜で形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
このような構成の半導体多軸加速度センサは、第１の基板及び第２の基板をセンサ本体の表裏面にそれぞれ設けることで、センサ本体の厚み方向へ加速度印加がなされた際に、錘部の移動範囲を規制して撓み部の破壊を防止することができる。
【００１１】
また、このような構成の半導体多軸加速度センサは、第１の基板にストッパ部を設けることで、センサ本体の厚み方向へ過大の加速度が印加された際に、付加錘部がストッパ部に接触するようにして主錘部の表面に設けた金属配線が第１の基板に接触して破壊されることを阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１３】
本発明の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体多軸加速度センサを示す平面図（後述で定義する上面側から見た平面図）であり、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面における断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面における断面図である。なお、図１においては、見やすくするために、第１カバー２を取り除いた平面図を示している。また、図１（ａ）は、表面の配線等を省略して簡略化した平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に更に拡散層配線１５、金属配線１６を記した平面図である。また、図２は、Ａ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面における断面図であり、見やすくするためそれら断面より奥側にある部位の図示は省略する。
【００１４】
半導体多軸加速度センサ１は、本実施形態においては、図２に示すように、ＳＯＩ基板１００を用いて形成したセンサ本体１０と、センサ本体１０の厚み方向の上面（表面）側に陽極接合により設けた第１の基板であるガラス製の第１カバー２と、センサ本体１０の厚み方向の下面（裏面）側に陽極接合により設けた第２の基板であるガラス製の第２カバー３とを備えた構成である。
【００１５】
ここで、半導体多軸加速度センサ１の上下（表裏）方向は、実際の使用状態での方位性に依存するため一義的に規定できないが、本実施形態の記述では説明の便宜上、図２に示すように、第１カバー２の配置側を上（表）側、第２カバー３の配置側を下（裏）側というように上下方向を規定するものとする。
【００１６】
なお、ＳＯＩ基板１００は、シリコン基板からなる支持基板１０１とｎ形のシリコン層（シリコン活性層）１０３との間に絶縁膜である埋込酸化膜１０２が形成された所謂ＳＯＩウェハの一部により構成され、支持基板１０１は、センサ本体１０の裏面側に設け、シリコン層１０３は、センサ本体１０の表面側に設けている。
【００１７】
センサ本体１０は、図１及び図２に示すように、矩形枠状のフレーム部１１の内側に配置された錘部１２がフレーム部１１よりも薄肉である４つの撓み部１３を備え、撓み部１３を介してフレーム部１１に連続一体に連結された構造を有している。
【００１８】
なお、フレーム部１１の表面は、全周にわたって第１カバー２に陽極接合され、フレーム部１１の裏面は、全周にわたって第２カバー３に陽極接合されている。
【００１９】
錘部１２の表面と第１カバー２との間には、図２に示すように、錘部１２の厚さ方向への錘部１２の変位を可能とする隙間を形成し、錘部１２の裏面と第２カバー３との間には、錘部１２の厚さ方向への錘部１２の変位を可能とする隙間を形成している。
【００２０】
錘部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状の主錘部１２ａと、センサ本体１０の主表面側から見て主錘部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付加錘部１２ｂとを有している。つまり、各付加錘部１２ｂは、フレーム部１１と主錘部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３とで囲まれる空間に配置され、各付加錘部１２ｂそれぞれの周囲には主錘部１２ａとの連結部位を除いてスリット１４が形成されている。
【００２１】
ここで、センサ本体１０の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、錘部１２は、ｘ軸方向に延長されて主錘部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３と、ｙ軸方向に延長されて主錘部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。
【００２２】
各撓み部１３は、抵抗体（不図示）であるピエゾ抵抗に電気的に接続された拡散層配線１５を備えている。
【００２３】
主錘部１２ａは、配線部として、異なる撓み部１３に設けたピエゾ抵抗をブリッジ接続するもので、各配線が交差する場合には、適宜、互いに交差する配線の一方を拡散層配線（不図示）により形成し、他方を表面に設けた金属配線１６により構成するようにしている。
【００２４】
ここで、金属配線１６は、例えばアルミ二ウム配線であり、主錘部１２ａにおけるシリコン層１０３上の絶縁膜１０４上に形成してあり、拡散層配線１５と金属配線１６とはコンタクト部（不図示）において電気的に接続されている。また、主錘部１２ａに形成される拡散層配線１５の平面形状は、図示は省略するが例えばＬ字状であって、主錘部１２ａに形成される拡散層配線１５は、互いに交差しないように配設されている。
【００２５】
また、フレーム部１１は、パッド電極（不図示）を備えている。拡散層配線１５は、各拡散層配線の出力端子（不図示）に対応するパッド電極と接合されている。
【００２６】
抵抗体は、拡散層配線１５及び金属配線１６と電気的に接続され、錘部１２の変位により撓み部１３の複数方向（本実施形態においてはｘ軸、ｙ軸及びｚ軸方向）の加速度をそれぞれ検出する。
【００２７】
第１カバー２及び第２カバー３は、ｚ軸方向に錘部１２が変位する際に、錘部１２の移動範囲を規制して撓み部１３の破壊を防止し、センサ本体１０が破壊されることを防止するために設けたものである。
【００２８】
第１カバー２及び第２カバー３は、図２に示すように、錘部１２と対向面に錘部１２の揺動空間（錘部との間のエアギャップ）を確保するために、各々凹部２ａ、凹部３ａを備えている。なお、凹部２ａ、凹部３ａは、エッチングやサンドブラスト加工等により形成されている。
【００２９】
また、第１カバー２は、更に、前述の凹部２ａにおいて、少なくとも４つの付加錘部１２ｂに対面する部位には、例えばガラスで形成したストッパ部４を備えている。なお、少なくとも主錘部１２ａに対向する凹部２ａには、ストッパ部４は設けない。
【００３０】
なお、ストッパ部４は、第１カバー２と一体に形成されていても、別体で形成して後に一体化してもどちらでもよい。なお、ストッパ部４の付加錘部１２ｂへの対向面は、付加錘部１２ｂがストッパ部４に接合することを回避しやすくなるため粗面化処理が施されていることが好ましい。
【００３１】
ここで、ストッパ部４は、例えばｚ軸上方向に過大な加速度が印加された際に、主錘部１２ａの表面に設けた金属配線１６が第１カバー２に接触して破壊することを防止するために形成したもので、ｚ軸上方向に錘部１２が変位した場合に、主錘部１２ａの表面に設けた金属配線１６が第１カバー２に接触する前に、付加錘部１２ｂがストッパ部４に接触させるようにすることで、主錘部１２ａの表面に設けた金属配線１６が第１カバー２に接触して破壊されることを阻止している。
【００３２】
なお、例えば、主錘部１２ａの表面に設けた金属配線１６と第１カバー２との間の第１ギャップを約１０μｍとし、付加錘部１２ｂとストッパ部４との間の第２ギャップを約５μｍとする。
【００３３】
図２に示すように、主錘部１２ａ、フレーム部１１及び撓み部１３は、支持基板１０１、埋込酸化膜１０２、シリコン層１０３、シリコン層１０３の上に積層されたシリコン酸化膜等からなる絶縁膜１０４で構成されている。
【００３４】
なお、主錘部１２ａは、絶縁膜１０４の上に更に金属配線１６を備えている。付加錘部１２ｂは、支持基板１０１で形成して、埋込酸化膜１０２、シリコン層１０３、絶縁膜１０４を設けないようにしておくことで、第２ギャップは、容易に形成することができる。また、この場合、第２ギャップは、前述のように第１ギャップに比べて小さくすることができるので、センサ本体１０の耐衝撃性強度を向上させることができる。
【００３５】
ここで、ストッパ部４は、第１カバー２に対してパターン化した突起物を容易に形成できる感光性有機膜で形成してもよい。
【００３６】
本実施形態に係る半導体多軸加速度センサ１は、第１カバー２及び第２カバー３をセンサ本体１０の表裏面にそれぞれ設けることで、センサ本体１０の厚み方向であるｚ軸方向へ加速度印加がなされた際に、錘部１２のｚ軸方向の移動範囲を規制して撓み部１３の破壊を防止する。
【００３７】
また、本実施形態に係る半導体多軸加速度センサ１は、第１カバー２に前述のストッパ部４を設けることで、ｚ軸方向へ過大の加速度が印加された際に、付加錘部がストッパ部４に接触するようにして主錘部１２ａの表面に設けた金属配線１６が第１カバー２に接触して破壊されることを阻止することができる。
【００３８】
ここで、本実施形態においては、半導体多軸加速度センサは、３軸方向の加速度を検出するものを例示したが、勿論３軸以上であれば本実施形態に限定しない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体多軸加速度センサの平面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体多軸加速度センサの断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体多軸加速度センサ
２  第１カバー
２ａ  凹部
３  第２カバー
３ａ  凹部
４  ストッパ部
１０  センサ本体
１１  フレーム部
１２  錘部
１２ａ  主錘部
１２ｂ  付加錘部
１３  撓み部
１４  スリット
１５  拡散層配線
１６  金属配線
１００  基板
１０１  支持基板
１０２  埋込酸化膜
１０３  シリコン層
１０４  絶縁膜
【図１】
2006208272.tif 000003
【図２】
2006208272.tif 000004