(57)【要約】ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ効果を利用して傾斜角を測定することが可能な傾斜角センサを提供する。ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成されたシリコン基板１の裏面を、撓み可能な厚みまで均一に研削し、支持部材２によりシリコン基板１の両端を支持するとともに、シリコン基板１の中央に凸部３ａを介して錘部材３を設ける。
2003087719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にピエゾ抵抗が形成され、撓み可能な厚みまで裏面全体が均一に研削された基板と、
前記基板の少なくとも一端で前記基板を支持する支持部材とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項２】
請求の範囲第１項において、
前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域に配置された錘部材をさらに備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項３】
請求の範囲第１および第２項のいずれかにおいて、
前記ピエゾ抵抗は、前記基板の表面に２次元的に配置されていることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項４】
請求の範囲第３項において、
前記ピエゾ抵抗は、前記基板の撓み量を検出するよう前記基板の表面に配置されたピエゾ抵抗と、前記基板の捻れ量を検出するよう前記基板の表面に配置されたピエゾ抵抗とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項５】
変位可能な自由表面を有する６面体短冊形弾性体と、
前記６面体短冊形弾性体の同一面上の長手方向に少なくとも２個所以上設けられ、少なくとも１つは前記自由表面上に配置されたピエゾ抵抗と、
前記６面体短冊形弾性体の長手方向の両端を支持する支持部材と、
前記６面体短冊形弾性体の変位可能領域の長手方向のほぼ中央に設けられた錘部材とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項６】
変位可能な自由表面を有する６面体短冊形弾性体と、
前記６面体短冊形弾性体の同一面上の長手方向に少なくとも２個所以上設けられ、少なくとも１つは前記自由表面上に配置されたピエゾ抵抗と、
前記６面体短冊形弾性体の長手方向の一端を支持する支持部材と、
前記６面体短冊形弾性体の長手方向の他端に設けられた錘部材とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項７】
請求の範囲第５および第６項のいずれかにおいて、
前記支持部材および前記錘部材の少なくとも一方は、前記６面体短冊形弾性体と長さおよび幅の少なくとも一方が同一であることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項８】
請求の範囲第５ないし第７項のいずれかにおいて、
前記６面体短冊形弾性体はシリコン基板であり、前記ピエゾ抵抗は前記シリコン基板に形成された不純物拡散層であることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項９】
請求の範囲第８項において、
前記６面体短冊形弾性体はシリコン基板であり、
前記支持部材は、
凹部が形成され、前記シリコン基板と陽極接合可能な材料で構成されたガラス基板と、
前記凹部に埋め込まれ、前記シリコン基板との陽極接合を妨げる埋め込み部材とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項１０】
請求の範囲第５ないし第９項のいずれかにおいて、
前記６面体短冊形弾性体の同一平面上に、前記６面体短冊形弾性体の撓み量を検出するよう配置されたピエゾ抵抗と、前記６面体短冊形弾性体の捻れ量を検出するよう配置されたピエゾ抵抗とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項１１】
ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、
凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が凹部エッジ近傍で凹部内側になるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、
前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域が前記凹部の両側で支えられるように、前記ウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程とを備えることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項において、
凸部の形成された錘基板を、前記凸部が前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域のほぼ中央に配置されるように、前記ウエハの表面に貼り合わせる工程をさらに備え、
前記錘基板、前記ウエハおよび前記支持基板は、チップ状に一括して切断されることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項１３】
ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、
凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が凹部エッジ近傍で凹部内側になるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、
前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域のほぼ中央に台座を配置する工程と、
前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域が前記凹部の両側で支えられるように、前記台座が配置されたウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程と、
前記台座上に錘部材を配置する工程とを備えることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項１４】
ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、
凹部の形成された支持基板を、前記凹部の一方の位置が前記ピエゾ抵抗形成領域のエッジ近傍で前記凹部の内側であり、前記凹部の他方が前記ウエハのスクライブラインにかかるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、
前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域に台座を配置する工程と、
前記ピエゾ抵抗形成面が前記凹部の片側で支えられるように、前記台座が配置されたウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程と、
前記台座上に錘部材を配置する工程とを備えることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項１５】
ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、
前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、
凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が凹部エッジ近傍で凹部内側になるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、
凸凹の形成された錘基板を、凸部が２チップ間隔でスクライブラインに跨るように、前記ウエハの表面に貼り合わせる工程と、
前記錘基板の凹部の一部を前記スクライブラインと平行に切り落とす工程と、
前記ピエゾ抵抗形成面の一端が前記支持基板の凹部の片側で支えられるとともに、前記錘基板の凸部が前記ピエゾ抵抗形成面に配置されるように、前記錘基板、前記ウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程とを備えることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１１ないし第１５項のいずれかにおいて、
前記研削は、研磨またはエッチング、あるいはそれらの組み合わせであることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項１７】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された金属錘部材とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項１８】
絶縁層上にシリコン層が形成されたＳＯＩ基板と、
前記シリコン層下の絶縁層に形成された隙間領域と、
前記隙間領域上の前記シリコン層に形成されたピエゾ抵抗と、
前記隙間領域上の前記シリコン層上に配置された金属錘部材とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項１９】
請求の範囲第１７および第１８項のいずれかにおいて、
前記撓み板または前記シリコン層は、前記ピエゾ抵抗の形成領域にかけてくびれていることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項２０】
ウェハ表面上の各チップ領域にピエゾ抵抗を２箇所以上形成する工程と、
前記ウェハ表面上の各チップ領域にパッドを形成する工程と、
前記ピエゾ抵抗およびパッドが形成されたウェハの裏面全体を均一に研削する工程と、
凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が前記凹部エッジ近傍に位置するとともに、前記パッドが前記凹部内側に位置するように、前記ウェハの裏面に貼り合わせる工程と、
前記支持基板に貼り合わされた前記ウェハの各パッド上に金属錘部材を形成する工程と、
前記ピエゾ抵抗の形成領域がくびれるように、前記ウェハに開口部を形成する工程と、
前記開口部が形成されたウェハをチップ状に切断する工程とを備えることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項２１】
シリコン酸化膜を介してシリコンウェハ上に形成されたシリコン層上の各チップ領域にピエゾ抵抗を２箇所以上形成する工程と、
前記シリコン層上の各チップ領域にパッドを形成する工程と、
前記シリコン層上に形成された各パッド上に金属錘部材を形成する工程と、
前記ピエゾ抵抗の形成領域がくびれるように、前記シリコン層に開口部を形成する工程と、
前記シリコン層に形成された開口部を介して前記シリコン酸化膜の一部をエッチングすることにより、前記ピエゾ抵抗の形成領域下および前記金属錘部材の形成領域下の前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
前記シリコン酸化膜が除去されたウェハをチップ状に切断する工程とを備えることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項２２】
請求の範囲第２０および第２１項のいずれかにおいて、
前記金属錘部材の形成は、電解メッキであることを特徴とする傾斜角センサの製造方法。
【請求項２３】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備える傾斜角センサであって、
前記ピエゾ抵抗は、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線を軸として線対称の位置に配置されかつ前記第１ピエゾ抵抗群とは異なる位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有し、
前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成するとともに、前記第２ピエゾ抵抗群により第２フルブリッジ回路を構成し、
さらに、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出手段と、
前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出手段で算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出手段とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項２４】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備える傾斜角センサであって、
前記ピエゾ抵抗は、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線上に配置された複数のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有し、
前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成するとともに、前記第２ピエゾ抵抗群により第２ハーフブリッジ回路を構成し、
さらに、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出手段と、
前記第２ハーフブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出手段で算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出手段とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項２５】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備える傾斜角センサであって、
前記ピエゾ抵抗は、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群を有し、
前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成するとともに、前記第１ピエゾ抵抗群により前記第１フルブリッジ回路とは接続が異なる第２フルブリッジ回路を構成し、
さらに、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出手段と、
前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出手段で算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出手段とを備えることを特徴とする傾斜角センサ。
【請求項２６】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備え、
前記ピエゾ抵抗は、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線を軸として線対称の位置に配置されかつ前記第１ピエゾ抵抗群とは異なる位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有する傾斜角センサを用いて傾斜角を測定する方法であって、
前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成し出力する第１ブリッジ回路出力ステップと、
前記第２ピエゾ抵抗群により第２フルブリッジ回路を構成し出力する第２ブリッジ回路出力ステップと、
前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出ステップと、
前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出ステップで算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出ステップとを含むことを特徴とする傾斜角測定方法。
【請求項２７】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備え、
前記ピエゾ抵抗は、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線上に配置された複数のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有する傾斜角センサを用いて傾斜角を測定する方法であって、
前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成し出力する第１ブリッジ回路出力ステップと、
前記第２ピエゾ抵抗群により第２ハーフブリッジ回路を構成し出力する第２ブリッジ回路出力ステップと、
前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出ステップと、
前記第２ハーフブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出ステップで算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出ステップとを含むことを特徴とする傾斜角測定方法。
【請求項２８】
表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、
前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、
前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備え、
前記ピエゾ抵抗は、
前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群を有する傾斜角センサを用いて傾斜角を測定する方法であって、
前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成し出力する第１ブリッジ回路出力ステップと、
前記第１ピエゾ抵抗群により前記第１フルブリッジ回路とは接続が異なる第２フルブリッジ回路を構成し出力する第２ブリッジ回路出力ステップと、
前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出ステップと、
前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出ステップで算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出ステップとを含むことを特徴とする傾斜角測定方法。
【請求項２９】
請求の範囲第１項ないし第１０項、請求の範囲第１７項ないし第１９項、または請求項第２３項ないし第２５項記載の傾斜角センサと、
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する２軸以上の地磁気検出手段と、
前記傾斜角センサで取得した傾斜角データおよび前記地磁気検出手段で取得した地磁気データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段とを有し方位角を検出することを特徴とする方位角センサ。
【請求項３０】
請求の範囲第２９項記載の方位角センサを内蔵していることを特徴とする携帯電話。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、傾斜角センサおよびその製造方法に係り、特に、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗効果を利用して傾斜角を測定することが可能な傾斜角センサ、並びに傾斜角センサの製造方法および傾斜角測定方法に関する。
背景技術
従来の傾斜角センサとしては、傾斜時の応力に起因するピエゾ抵抗の抵抗変化に基づいて、傾斜角を測定する方法があった。
図７６（ａ）は、従来の傾斜角センサの概略構成を示す斜視図、図７６（ｂ）は、従来の傾斜角センサの概略構成を示す断面図、図７６（ｃ）は、従来の傾斜角センサのピエゾ抵抗の部分を拡大して示す断面図である。
図７６において、シリコン基板２０１上には、ピエゾ抵抗Ｒが形成され、ピエゾ抵抗Ｒの配置領域には、ピエゾ抵抗Ｒが応力を受け易くするために、シリコン基板２０１を裏面からエッチングして形成された変位部２０１ｃが設けられている。
また、シリコン基板２０１の周囲には、変位部２０１ｃを支持するための支持部２０１ａが形成されるとともに、シリコン基板２０１の中央には、変位部２０１ｃを変形させるための錘部２０１ｂが形成されている。
ここで、支持部２０１ａ、錘部２０１ｂおよび変位部２０１ｃは、５００μｍ程度の厚みのシリコン基板２０１を、裏面から選択的にエッチングすることにより形成され、支持部２０１ａと錘部２０１ｂとの間が変位部２０１ｃで架橋されるように構成される。
すると、錘部２０１ｂにかかる重力によって、図７６（ｃ）に示すように、変位部２０１ｃが変形し、ピエゾ抵抗Ｒに応力が加わる。そして、シリコン基板２０１が傾くと、錘部２０１ｂにかかる重力の方向が変化し、ピエゾ抵抗Ｒに加わる応力も変化するので、ピエゾ抵抗Ｒの抵抗値が変化する。
このため、ピエゾ抵抗Ｒの抵抗値の変化を検出することにより、傾斜角センサの傾きを求めることができる。
図７７（ａ）は、従来の傾斜角センサのＸ、Ｙ方向への加速時における各ピエゾ抵抗の増減を示す図、図７７（ｂ）は、従来の傾斜角センサのＺ方向への加速時における各ピエゾ抵抗の増減を示す図である。
図７７（ａ）において、傾斜角センサがＸ、Ｙ方向へ加速されると、Ｘ、Ｙ方向への力ＦＸ、ＦＹが錘部２０１ｂにかかり、錘部２０１ｂがＸ、Ｙ方向に移動しようとする。このため、変位部２０１ｃが変形し、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ３には引張応力、ピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ４には圧縮応力が加わり、これらの応力に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が増減する。
一方、図７７（ｂ）において、傾斜角センサがＺ方向へ加速されると、Ｚ方向への力ＦＺが錘部２０１ｂにかかり、錘部２０１ｂがＺ方向に移動しようとする。このため、変位部２０１ｃが変形し、ピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ３には引張応力、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ４には圧縮応力が加わり、これらの応力に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が増減する。
従って、これらのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなるホイートストンブリッジ回路を形成することにより、傾斜角センサの傾きを求めることができる。
また、従来の傾斜角センサとしては、四隅をシリコンのばねで吊るした可動部分を持ち、固定部分との間にコンデンサを形成して、可動部分の移動による容量変化を測定する方法もある。
しかしながら、図７６の傾斜角センサでは、変位部２０１ｃを形成するために、５００μｍ程度の厚みのシリコン基板を数十μｍ程度にまで選択的にエッチングする必要があり、製造工程が複雑化して、コストアップになるという問題があった。
また、図７６の傾斜角センサでは、シリコン基板の裏面を選択的にエッチングして、支持部２０１ａ、錘部２０１ｂおよび変位部２０１ｃが形成されるため、傾斜角センサの構成が複雑化し、傾斜角センサが衝撃に弱くなるという問題もあった。
また、シリコンのばねを用いる方法では、ばねおよびコンデンサを１〜２μｍ程度の微細加工で形成する必要があり、コストアップになるとともに、衝撃にも弱くなるという問題もあった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗効果を利用して傾斜角を測定することが可能な傾斜角センサ、並びに傾斜角センサの製造方法および傾斜角測定方法を提供することを第１の目的としている。また、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面を選択的にエッチングすることなく、錘部材を形成することが可能な傾斜角センサ、並びに傾斜角センサの製造方法および傾斜角測定方法を提供することを第２の目的としている。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第１項記載の傾斜角センサは、表面にピエゾ抵抗が形成され、撓み可能な厚みまで裏面全体が均一に研削された基板と、前記基板の少なくとも一端で前記基板を支持する支持部材とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面全体を単に研削するだけで、変位部を形成することが可能となり、変位部を形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いた選択的なエッチングを行なう必要がなくなる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第１項記載の傾斜角センサにおいて、前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域に配置された錘部材をさらに備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗が形成された基板上に錘部材を設けることができ、傾斜角センサの製造工程の複雑化を抑制しつつ、傾斜角センサの検出感度を向上させることができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第３項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第１および第２項のいずれかに記載の傾斜角センサにおいて、前記ピエゾ抵抗は、前記基板の表面に２次元的に配置されている。
これにより、厚みが均一な基板を用いた場合においても、異なる方向の傾斜角を１つの傾斜角センサで検出することや、ブリッジ回路を構成して検出精度を向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第４項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第３項記載の傾斜角センサにおいて、前記ピエゾ抵抗は、前記基板の撓み量を検出するよう前記基板の表面に配置されたピエゾ抵抗と、前記基板の捻れ量を検出するよう前記基板の表面に配置されたピエゾ抵抗とを備える。
これにより、厚みが均一化された基板を用いた場合においても、同一面上にピエゾ抵抗を配置することで、２軸方向の傾斜角を検出することが可能となり、２軸傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、２軸傾斜角センサのコストダウンを図ることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第５項記載の傾斜角センサは、変位可能な自由表面を有する６面体短冊形弾性体と、前記６面体短冊形弾性体の同一面上の長手方向に少なくとも２個所以上設けられ、少なくとも１つは前記自由表面上に配置されたピエゾ抵抗と、前記６面体短冊形弾性体の長手方向の両端を支持する支持部材と、前記６面体短冊形弾性体の変位可能領域の長手方向のほぼ中央に設けられた錘部材とを備える。
これにより、６面体短冊形弾性体に支持部材および錘部材を後付けすることで、傾斜角センサを製造することができ、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングする必要がなくなることから、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第６項記載の傾斜角センサは、変位可能な自由表面を有する６面体短冊形弾性体と、前記６面体短冊形弾性体の同一面上の長手方向に少なくとも２個所以上設けられ、少なくとも１つは前記自由表面上に配置されたピエゾ抵抗と、前記６面体短冊形弾性体の長手方向の一端を支持する支持部材と、前記６面体短冊形弾性体の長手方向の他端に設けられた錘部材とを備える。
これにより、６面体短冊形弾性体に支持部材および錘部材を後付けすることで、傾斜角センサを製造することが可能となるとともに、支持部材と錘部材との距離を大きくして、検出感度を上げることが可能となり、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、傾斜角センサの特性を向上させて、傾斜角センサの小型化を図ることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第７項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第５および第６項のいずれかに記載の傾斜角センサにおいて、前記支持部材および前記錘部材の少なくとも一方は、前記６面体短冊形弾性体と長さおよび幅の少なくとも一方が同一である。
これにより、支持部材または前記錘部材と、６面体短冊形弾性体とを一括して切断することが可能となり、支持部材または前記錘部材と、６面体短冊形弾性体とをウエハ状態のまま貼り合わせ、これらの部材を一体的にペレット化することが可能となることから、傾斜角センサの生産性を向上させて、傾斜角センサのコストを下げることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第８項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第５ないし第７項のいずれかに記載の傾斜角センサにおいて、前記６面体短冊形弾性体はシリコン基板であり、前記ピエゾ抵抗は前記シリコン基板に形成された不純物拡散層である。
これにより、イオン注入を選択的に行なうだけで、複数のピエゾ抵抗を一括してシリコン基板に形成することができ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第９項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第８項記載の傾斜角センサにおいて、前記６面体短冊形弾性体はシリコン基板であり、前記支持部材は、凹部が形成され、前記シリコン基板と陽極接合可能な材料で構成されたガラス基板と、前記凹部に埋め込まれ、前記シリコン基板との陽極接合を妨げる埋め込み部材とを備える。
これにより、シリコン基板との間に電圧をかけるだけで、シリコン基板と支持部材とを強固に接合することができ、過酷な環境で使用した場合においても、支持部材がシリコン基板から脱落することを防止することが可能となるとともに、接着剤を用いることなく、支持部材とシリコン基板とを接合することが可能となることから、接合時に接着剤がはみ出すことを防止して、高精度の傾斜角センサを容易に製造することができる。
また、支持部材の表面を平坦化することができ、シリコン基板の裏面に空洞が形成されることを防止することが可能となることから、シリコン基板上に加重がかかったり、シリコン基板に衝撃が加わったりした場合においても、シリコン基板の裏面全体を支持部材で支えることができる。
このため、シリコン基板上に錘を設ける際のシリコン基板の割れを防止して、傾斜角センサの製造コストを低下させることが可能となるとともに、傾斜角センサの耐衝撃性を向上させて、傾斜角センサの使い勝手を向上させることが可能となる。
また、６面体短冊形弾性体と支持部材とを接合する場合においても、シリコン基板との間に電圧をかけるだけで、シリコン基板と支持部材とを部分的に接合することができ、シリコン基板と支持部材とが埋め込み部材の位置で離れることを可能とすることができる。
このため、支持部材の表面を平坦化した場合においても、傾斜角センサの傾きに応じて、シリコン基板に応力を発生させることができ、傾斜角センサとして機能させることができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１０項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第５ないし第９項のいずれかに記載の傾斜角センサにおいて、前記６面体短冊形弾性体の同一平面上に、前記６面体短冊形弾性体の撓み量を検出するよう配置されたピエゾ抵抗と、前記６面体短冊形弾性体の捻れ量を検出するよう配置されたピエゾ抵抗とを備える。
これにより、６面体短冊形弾性体の２軸方向の撓み量を検出することが可能となり、厚みが均一な基板を用いた場合においても、２軸方向の傾斜角を検出することが可能となるとともに、ピエゾ抵抗をブリッジ回路構成として、傾斜角の検出精度を向上させることが可能となる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第１１項記載の傾斜角センサの製造方法は、ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が凹部エッジ近傍で凹部内側になるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域が前記凹部の両側で支えられるように、前記ウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を形成することが可能となるとともに、支持基板の貼り合わせを１回行なうだけで、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を複数のチップに対して一括して形成することができ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１２項記載の傾斜角センサの製造方法は、請求の範囲第１１項記載の傾斜角センサの製造方法において、凸部の形成された錘基板を、前記凸部が前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域のほぼ中央に配置されるように、前記ウエハの表面に貼り合わせる工程をさらに備え、前記錘基板、前記ウエハおよび前記支持基板は、チップ状に一括して切断される。
これにより、錘基板の貼り合わせを１回行なうだけで、ピエゾ抵抗を変形させるための錘を複数のチップに対して一括して形成することができ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストをより一層下げることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１３項記載の傾斜角センサの製造方法は、ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が凹部エッジ近傍で凹部内側になるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域のほぼ中央に台座を配置する工程と、前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域が前記凹部の両側で支えられるように、前記台座が配置されたウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程と、前記台座上に錘部材を配置する工程とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を形成することが可能となるとともに、支持基板の貼り合わせを１回行なうだけで、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を複数のチップに対して一括して形成することができ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、錘部材を大きくして検出感度を向上させたり、各チップごとに錘部材の配置位置を調整することが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１４項記載の傾斜角センサの製造方法は、ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、凹部の形成された支持基板を、前記凹部の一方の位置が前記ピエゾ抵抗形成領域のエッジ近傍で前記凹部の内側であり、前記凹部の他方が前記ウエハのスクライブラインにかかるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、前記ピエゾ抵抗形成面の変位可能領域に台座を配置する工程と、前記ピエゾ抵抗形成面が前記凹部の片側で支えられるように、前記台座が配置されたウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程と、前記台座上に錘部材を配置する工程とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を形成することが可能となるとともに、支持基板の貼り合わせを１回行なうだけで、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を複数のチップに対して一括して形成することができ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、支持基板と錘部材との間の距離を大きくして、検出感度を向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１５項記載の傾斜角センサの製造方法は、ウエハ表面上に２個所以上のピエゾ抵抗を形成する工程と、前記ウエハの裏面全体を均一に研削する工程と、凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が凹部エッジ近傍で凹部内側になるように、前記ウエハの裏面に貼り合わせる工程と、凸凹の形成された錘基板を、凸部が２チップ間隔でスクライブラインに跨るように、前記ウエハの表面に貼り合わせる工程と、前記錘基板の凹部の一部を前記スクライブラインと平行に切り落とす工程と、前記ピエゾ抵抗形成面の一端が前記支持基板の凹部の片側で支えられるとともに、前記錘基板の凸部が前記ピエゾ抵抗形成面に配置されるように、前記錘基板、前記ウエハおよび前記支持基板を一括してチップ状に切断する工程とを備える。
これにより、片持ち型の傾斜角センサを製造する場合においても、ピエゾ抵抗を支持するための支持部のみならず、ピエゾ抵抗に応力を加える錘部材も、複数のチップに対して一括して形成することができ、傾斜角センサの検出感度を向上させつつ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１６項記載の傾斜角センサの製造方法は、請求の範囲第１１ないし第１５項のいずれかに記載の傾斜角センサの製造方法において、前記研削は、研磨またはエッチング、あるいはそれらの組み合わせである。
これにより、研削時間を低減しつつ、基板の厚み制御を制度良く行なうことが可能となる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第１７項記載の傾斜角センサは、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された金属錘部材とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓み可能な状態でピエゾ抵抗を支持することが可能となるとともに、撓み板上に錘部材を設けた場合においても、錘部材の比重が大きくなるので、錘部材の体積の増大を抑制しつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１８項記載の傾斜角センサは、絶縁層上にシリコン層が形成されたＳＯＩ基板と、前記シリコン層下の絶縁層に形成された隙間領域と、前記隙間領域上の前記シリコン層に形成されたピエゾ抵抗と、前記隙間領域上の前記シリコン層上に配置された金属錘部材とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面を選択的にエッチングすることなく、錘部材を設けることが可能となるとともに、ピエゾ抵抗に応力が加わるように、ピエゾ抵抗が形成されたシリコン層を支持する場合においても、シリコン層を薄板化した後に、シリコン層を支持部材に貼り合わせる必要がなくなる。
このため、支持部材に貼り合わせるための強度を確保するために、シリコン層の厚みを厚くする必要がなくなることから、シリコン層を効率よく撓ませて、ピエゾ抵抗に効率よく応力がかかるようにすることが可能となるとともに、傾斜角センサの構成を簡易化して、衝撃に対する耐性も容易に向上させることが可能となる。
さらに、シリコン層上に配置される錘部材の比重を大きくすることが可能となることから、錘部材の大きさを小さくして、傾斜角センサの小型化を図ることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１９項記載の傾斜角センサは、請求の範囲第１７および第１８項のいずれかに記載の傾斜角センサにおいて、前記撓み板または前記シリコン層は、前記ピエゾ抵抗の形成領域にかけてくびれている。
これにより、撓み板の厚みを均一化した場合においても、撓み板を効率よく撓ませることが可能となり、傾斜角センサの小型・低コスト化を図りつつ、傾斜角センサの検出精度を容易に向上させることが可能となる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第２０項記載の傾斜角センサの製造方法は、ウェハ表面上の各チップ領域にピエゾ抵抗を２箇所以上形成する工程と、前記ウェハ表面上の各チップ領域にパッドを形成する工程と、前記ピエゾ抵抗およびパッドが形成されたウェハの裏面全体を均一に研削する工程と、凹部の形成された支持基板を、前記ピエゾ抵抗の形成領域が前記凹部エッジ近傍に位置するとともに、前記パッドが前記凹部内側に位置するように、前記ウェハの裏面に貼り合わせる工程と、前記支持基板に貼り合わされた前記ウェハの各パッド上に金属錘部材を形成する工程と、前記ピエゾ抵抗の形成領域がくびれるように、前記ウェハに開口部を形成する工程と、前記開口部が形成されたウェハをチップ状に切断する工程とを備える。
これにより、ピエゾ抵抗が形成されたウェハの裏面を選択的にエッチングすることなく、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を形成することが可能となるとともに、ウェハと支持基板の貼り合わせを１回行なうだけで、ピエゾ抵抗を支持するための支持部を複数のチップに対して一括して形成することができる。
また、ピエゾ抵抗が形成されたウェハの裏面を選択的にエッチングすることなく、比重の大きな錘部材をウェハ上に形成することが可能となるとともに、ピエゾ抵抗の形成領域にくびれを設けることが可能となり、ウェハの厚みを均一化したまま、ピエゾ抵抗の形成領域を効率よく撓ませることが可能となる。
このため、錘部材の小型化を図りつつ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、傾斜角センサの検出精度を容易に向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２１項記載の傾斜角センサの製造方法は、シリコン酸化膜を介してシリコンウェハ上に形成されたシリコン層上の各チップ領域にピエゾ抵抗を２箇所以上形成する工程と、前記シリコン層上の各チップ領域にパッドを形成する工程と、前記シリコン層上に形成された各パッド上に金属錘部材を形成する工程と、前記ピエゾ抵抗の形成領域がくびれるように、前記シリコン層に開口部を形成する工程と、前記シリコン層に形成された開口部を介して前記シリコン酸化膜の一部をエッチングすることにより、前記ピエゾ抵抗の形成領域下および前記金属錘部材の形成領域下の前記シリコン酸化膜を除去する工程と、前記シリコン酸化膜が除去されたウェハをチップ状に切断する工程とを備える。
これにより、薄板化されたシリコン層を支持部材に貼り合わせることなく、薄板化されたシリコン層を支持することが可能となり、ピエゾ抵抗が形成されたシリコン層を効率よく撓ませることが可能となる。
また、ピエゾ抵抗が形成されたウェハの裏面を選択的にエッチングすることなく、比重の大きな錘部材をウェハ上に形成することが可能となり、錘部材の小型化を図りつつ、錘部材を容易に形成することが可能となる。
このため、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、傾斜角センサの検出精度を容易に向上させることが可能となる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２２項記載の傾斜角センサの製造方法は、請求の範囲第２０および第２１項のいずれかに記載の傾斜角センサの製造方法において、前記金属錘部材の形成は、電解メッキである。
これにより、錘部材をウェハから剥がれにくくすることができ、衝撃に対する耐性を向上させることが可能となる。
また、比重の大きな錘部材を複数のチップに対して一括して形成することが可能となり、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、コストを下げることが可能となる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第２３項記載の傾斜角センサは、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備える傾斜角センサであって、前記ピエゾ抵抗は、前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線を軸として線対称の位置に配置されかつ前記第１ピエゾ抵抗群とは異なる位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有し、前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成するとともに、前記第２ピエゾ抵抗群により第２フルブリッジ回路を構成し、さらに、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出手段と、前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出手段で算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出手段とを備える。
このような構成であれば、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓みおよびねじれ可能な状態でピエゾ抵抗を支持することが可能となるとともに、撓み板上に錘部材を設けた場合においても、錘部材の比重が大きくなるので、錘部材の体積の増大を抑制しつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
さらに、傾斜角センサを撓み板の長手方向回りに傾斜させると、錘部材の重力方向が変化して変位可能領域にねじりモーメントが発生し、撓み板がねじれる。これにより、各ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って第１フルブリッジ回路の出力も変化する。第１フルブリッジ回路の出力は、ねじれモーメントにより生じる応力に応じて変化する。また、ねじれモーメントにより生じる応力は、長手方向を回転軸とする傾斜角の正弦値に比例する。したがって、第１傾斜角算出手段により、第１フルブリッジ回路の出力に基づいて長手方向を回転軸とする傾斜角を算出することができる。
また、傾斜角センサを撓み板の長手方向または短手方向回りに傾斜させると、錘部材の重力方向が変化して変位可能領域に曲げモーメントが発生し、撓み板が撓む。これにより、各ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って第２フルブリッジ回路の出力も変化する。第２フルブリッジ回路の出力は、曲げモーメントにより生じる応力に応じて変化する。また、曲げモーメントにより生じる応力は、長手方向を回転軸とする傾斜角の余弦値と短手方向を回転軸とする傾斜角の余弦値の積に比例する。したがって、第２傾斜角算出手段により、第２フルブリッジ回路の出力および算出された長手方向を回転軸とする傾斜角に基づいて短手方向を回転軸とする傾斜角を算出することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２４項記載の傾斜角センサは、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備える傾斜角センサであって、前記ピエゾ抵抗は、前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線上に配置された複数のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有し、前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成するとともに、前記第２ピエゾ抵抗群により第２ハーフブリッジ回路を構成し、さらに、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出手段と、前記第２ハーフブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出手段で算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出手段とを備える。
このような構成であれば、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓みおよびねじれ可能な状態でピエゾ抵抗を支持することが可能となるとともに、撓み板上に錘部材を設けた場合においても、錘部材の比重が大きくなるので、錘部材の体積の増大を抑制しつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
さらに、傾斜角センサを撓み板の長手方向回りに傾斜させると、錘部材の重力方向が変化して変位可能領域にねじりモーメントが発生し、撓み板がねじれる。これにより、各ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って第１フルブリッジ回路の出力も変化する。第１フルブリッジ回路の出力は、ねじれモーメントにより生じる応力に応じて変化する。また、ねじれモーメントにより生じる応力は、長手方向を回転軸とする傾斜角の正弦値に比例する。したがって、第１傾斜角算出手段により、第１フルブリッジ回路の出力に基づいて長手方向を回転軸とする傾斜角を算出することができる。
また、傾斜角センサを撓み板の長手方向または短手方向回りに傾斜させると、錘部材の重力方向が変化して変位可能領域に曲げモーメントが発生し、撓み板が撓む。これにより、各ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って第２ハーフブリッジ回路の出力も変化する。第２ハーフブリッジ回路の出力は、曲げモーメントにより生じる応力に応じて変化する。また、曲げモーメントにより生じる応力は、長手方向を回転軸とする傾斜角の余弦値と短手方向を回転軸とする傾斜角の余弦値の積に比例する。したがって、第２傾斜角算出手段により、第２ハーフブリッジ回路の出力および算出された長手方向を回転軸とする傾斜角に基づいて短手方向を回転軸とする傾斜角を算出することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２５項記載の傾斜角センサは、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備える傾斜角センサであって、前記ピエゾ抵抗は、前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群を有し、前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成するとともに、前記第１ピエゾ抵抗群により前記第１フルブリッジ回路とは接続が異なる第２フルブリッジ回路を構成し、さらに、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出手段と、前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出手段で算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出手段とを備える。
このような構成であれば、ピエゾ抵抗が形成された基板の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓みおよびねじれ可能な状態でピエゾ抵抗を支持することが可能となるとともに、撓み板上に錘部材を設けた場合においても、錘部材の比重が大きくなるので、錘部材の体積の増大を抑制しつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
さらに、傾斜角センサを撓み板の長手方向回りに傾斜させると、錘部材の重力方向が変化して変位可能領域にねじりモーメントが発生し、撓み板がねじれる。これにより、各ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って第１フルブリッジ回路の出力も変化する。第１フルブリッジ回路の出力は、ねじれモーメントにより生じる応力に応じて変化する。また、ねじれモーメントにより生じる応力は、長手方向を回転軸とする傾斜角の正弦値に比例する。したがって、第１傾斜角算出手段により、第１フルブリッジ回路の出力に基づいて長手方向を回転軸とする傾斜角を算出することができる。
また、傾斜角センサを撓み板の長手方向または短手方向回りに傾斜させると、錘部材の重力方向が変化して変位可能領域に曲げモーメントが発生し、撓み板が撓む。これにより、各ピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って第２フルブリッジ回路の出力も変化する。第２フルブリッジ回路の出力は、曲げモーメントにより生じる応力に応じて変化する。また、曲げモーメントにより生じる応力は、長手方向を回転軸とする傾斜角の余弦値と短手方向を回転軸とする傾斜角の余弦値の積に比例する。したがって、第２傾斜角算出手段により、第２フルブリッジ回路の出力および算出された長手方向を回転軸とする傾斜角に基づいて短手方向を回転軸とする傾斜角を算出することができる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第２６項記載の傾斜角測定方法は、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備え、前記ピエゾ抵抗は、前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線を軸として線対称の位置に配置されかつ前記第１ピエゾ抵抗群とは異なる位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有する傾斜角センサを用いて傾斜角を測定する方法であって、前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成し出力する第１ブリッジ回路出力ステップと、前記第２ピエゾ抵抗群により第２フルブリッジ回路を構成し出力する第２ブリッジ回路出力ステップと、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出ステップと、前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出ステップで算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出ステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２７項記載の傾斜角測定方法は、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備え、前記ピエゾ抵抗は、前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群と、前記撓み板の変位可能領域のうち前記中心線上に配置された複数のピエゾ抵抗を含む第２ピエゾ抵抗群とを有する傾斜角センサを用いて傾斜角を測定する方法であって、前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成し出力する第１ブリッジ回路出力ステップと、前記第２ピエゾ抵抗群により第２ハーフブリッジ回路を構成し出力する第２ブリッジ回路出力ステップと、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出ステップと、前記第２ハーフブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出ステップで算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出ステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２８項記載の傾斜角測定方法は、表面にピエゾ抵抗が形成された撓み板と、前記撓み板の一端で前記撓み板を支持する支持部材と、前記撓み板の変位可能領域に配置された錘部材とを備え、前記ピエゾ抵抗は、前記撓み板の変位可能領域のうち前記撓み板の幅の中点を通る中心線を軸として線対称の位置に配置された２対のピエゾ抵抗を含む第１ピエゾ抵抗群を有する傾斜角センサを用いて傾斜角を測定する方法であって、前記第１ピエゾ抵抗群により第１フルブリッジ回路を構成し出力する第１ブリッジ回路出力ステップと、前記第１ピエゾ抵抗群により前記第１フルブリッジ回路とは接続が異なる第２フルブリッジ回路を構成し出力する第２ブリッジ回路出力ステップと、前記第１フルブリッジ回路の出力に基づいて前記撓み板の長手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第１傾斜角算出ステップと、前記第２フルブリッジ回路の出力および前記第１傾斜角算出ステップで算出した傾斜角に基づいて前記撓み板の短手方向を回転軸とする傾斜角を算出する第２傾斜角算出ステップとを含む。
一方、本発明に係る請求の範囲第２９項記載の方位角センサは、請求の範囲第１項ないし第１０項、請求の範囲第１７項ないし第１９項、または請求項第２３項ないし第２５項記載の傾斜角センサと、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する２軸以上の地磁気検出手段と、前記傾斜角センサで取得した傾斜角データおよび前記地磁気検出手段で取得した地磁気データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段とを有する。
これにより、方位角センサの大型化およびコストアップを抑えつつ、方位角センサを水平面に置くことなく方位角を比較的正確に計測することが可能となる。
一方、本発明に係る請求の範囲第３０項記載の携帯電話は、請求の範囲第２９項記載の方位角センサを内蔵している。
これにより、携帯電話の大型化およびコストアップを抑えつつ、携帯電話を水平に保つことなくユーザーが普段使う姿勢のままで方位角を比較的正確に計測することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図６は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第１の実施の形態を示す図である。
図１は、本発明の一実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す断面図である。なお、図１の実施の形態では、両持ち型の傾斜角センサであって、シリコン基板１上にピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４を４個設けた構成を示す。
図１において、シリコン基板１の表面上には、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４が形成されるとともに、撓み可能な厚みまで裏面が均一に研削され、シリコン基板１の中央には、凸部３ａを介して錘部材３が設けられている。
また、シリコン基板１の裏面には、凹部２ａを有する支持部材２が設けられ、支持部材２によりシリコン基板１の両端が支持されている。
これにより、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の形成面の変位可能領域が形成される。
そして、図１（ａ）において、傾斜角センサがＺ方向への重力の分力を受けると、Ｚ方向への力ＦＺが錘部材３にかかり、錘部材３がＺ方向に移動しようとする。
ここで、シリコン基板１は、撓み可能な厚みまで裏面が均一に研削され、シリコン基板１の裏面には凹部２ａが設けられているので、シリコン基板１が変形し、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ４には圧縮応力、ピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ３には引張応力が加わる。そして、これらの応力に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が増減する。
また、図１（ｂ）において、傾斜角センサがＸ方向への重力の分力を受けると、Ｘ方向への力ＦＸが錘部材３にかかり、錘部材３がＸ方向に移動しようとする。このため、シリコン基板１が変形し、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ３には圧縮応力、ピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ４には引張応力が加わり、これらの応力に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が増減する。
一方、図１（ｃ）において、傾斜角センサが傾くと、錘部材３は鉛直方向に重力Ｗで引っ張られるため、シリコン基板１の平行方向に力成分ＷＸがかかり、シリコン基板１の垂直方向に力成分ＷＺがかかる。このため、シリコン基板１が変形し、ピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ４には引張応力、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ３には圧縮応力が加わり、これらの応力に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値が増減する。
従って、これらのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４からなるホイートストンブリッジ回路を形成することにより、傾斜角センサの傾きを求めることができる。
このように、裏面を撓み可能な厚みまで均一に研削し、凹部２ａを有する支持部材２によりシリコン基板１の両端を支えることにより、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
なお、シリコン基板１は６面体短冊形状を有し、シリコン基板１の長さと幅の比率が４倍以上４０倍以下で、厚さが２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
これにより、シリコン基板１を変位部としてそのまま用いた場合においても、必要な検出感度を得ることが可能となるとともに、支持部材２および錘部材３をシリコン基板１に結合させるために必要な強度を確保することができる。
図２、３、６は、本発明の第１の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。なお、第１の実施の形態は、両持ち型の傾斜角センサの製造工程を示す。
図２（ａ）において、例えば、厚みが５５０μｍ程度で６インチ径のシリコンウェハ１１を用意する。
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、不純物を選択的にイオン注入することにより、シリコンウェハ１１上にピエゾ抵抗１２（ピエゾ抵抗形成領域）を形成する。なお、ピエゾ抵抗１２は、実際には、主に２個以上のピエゾ抵抗素子から構成するようにしてもよい。
そして、スパッタまたは蒸着などにより導電層をシリコンウェハ１１全面に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電層のパターニングを行なうことにより、配線やボンディングパットなどの回路パターン１３を形成する。
次に、図２（ｃ）に示すように、ＣＶＤ（化学気相成長法）またはスパッタなどにより、窒化珪素膜または酸化珪素膜などの保護膜１４を形成する。
次に、図２（ｄ）に示すように、保護膜１４が形成されたシリコンウェハ１１上に保護フィルム１５を貼り付ける。なお、保護フィルム１５としては、例えば、粘着シートなどを用いることができる。
次に、図２（ｅ）に示すように、シリコンウェハ１１の裏面全体を研削する。ここで、研削方法としては、研磨やエッチングを用いることができ、例えば、最初５５０μｍの厚みがあったシリコンウェハ１１を１５０μｍの残厚まで研磨し、さらに、シリコンウェハ１１が５０μｍの残厚になるまでエッチングにより研削してもよい。
また、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）により、シリコンウェハ１１の裏面を研削するようにしてもよい。
次に、図３（ａ）に示すように、溝２１ａが形成されたガラスウェハ２１をシリコンウェハ１１の裏面に貼り合わせる。ここで、ガラスウェハ２１をシリコンウェハ１１に貼り合わせる場合、溝２１ａがシリコンウェハ１１側に向くとともに、溝２１ａの位置がピエゾ抵抗１２の形成領域に対応するように配置する。
この際、ガラスウェハ２１として、ナトリウムガラスのようなイオン移動度に高いガラスを用い、シリコンウェハ１１との間に１ＫＶ程度の高電圧を加える陽極接合を行なうことによって、選択的に強い接合力を得ることができる。
従って、溝２１ａは、空洞のままの状態でもよいが、陽極接合しない通常のガラスや樹脂などの埋め込み部材２２を充填し、ガラスウェハ２１の表面を平坦化してもよい。
なお、溶剤などによって選択的に除去可能な樹脂などの材料を充填した場合には、シリコンウェハ１１をチップ状に切断した後に、溝２１ａを空洞にすることもできる。
図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す平面図、図４（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す断面図である。
図４において、ガラスウェハ２１には、シリコンウェハ１１から切り出されるチップ配列に対応した溝２１ａが形成され、溝２１ａの幅は、１チップ分のピエゾ抵抗１２の形成領域の大きさに対応するように設定される。例えば、傾斜角センサの１チップ分の長さが３ｍｍであるとすると、溝２１ａの幅は２ｍｍに設定される。
なお、Ｄ１〜Ｄ６はダイシングラインであり、シリコンウェハ１１に貼り合わされたガラスウェハ２１は、ダイシングラインＤ１〜Ｄ６に沿ってチップ状に切断される。このため、例えば、ダイシングラインＤ１〜Ｄ３で囲まれた領域から、１個分の傾斜角センサを切り出すことができる。
ここで、縦方向のダイシングラインＤ１、Ｄ２を溝２１ａの間の中央に設定することにより、各チップに対して溝２１ａの両側に支持部材を残すことが可能となり、両持ち型の傾斜角センサを構成することができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、ガラスウェハ２１がシリコンウェハ１１に貼り合わされると、シリコンウェハ１１上に貼り付けられていた保護フィルム１５を剥がす。
次に、図３（ｃ）に示すように、凸部３１ａの設けられた錘ウェハ３１をシリコンウェハ１１上に接着する。ここで、凸部３１ａは、シリコンウェハ１１から切り出される各チップに対応して設けられている。そして、錘ウェハ３１をシリコンウェハ１１上に接着する場合、凸部３１ａがシリコンウェハ１１側を向くとともに、凸部３１ａが各チップの長手方向中央に位置するように、錘ウェハ３１を配置する。
図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す断面図、図５（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す平面図である。
図５において、錘ウェハ３１には、シリコンウェハ１１から切り出されるチップ配列に対応した凸部３１ａが形成され、各凸部３１ａの間には、開口部３１ｂが形成されている。
なお、Ｄ１〜Ｄ８はダイシングラインであり、シリコンウェハ１１に貼り合わされた錘ウェハ３１は、シリコンウェハ１１に貼り合わされたガラスウェハ２１とともに、ダイシングラインＤ１〜Ｄ８に沿ってチップ状に切断される。
ここで、錘ウェハ３１に開口部３１ｂを設け、縦方向のダイシングラインＤ１、Ｄ２を開口部３１ｂの中央に設定することにより、錘ウェハ３１で覆われていない領域を各チップの両側に設けることが可能となり、各チップに対してワイヤボンディングを容易に行なうことが可能となる。
次に、図３（ｄ）に示すように、ガラスウェハ２１および錘ウェハ３１が貼り合わされたシリコンウェハ１１をダイシングすることにより、シリコン基板１１’を支持部材２１’および錘部材３１’とともに、チップ状に一体的に切り出す。ここで、１チップ分の長さは、例えば、３ｍｍとすることができる。
次に、図６（ａ）に示すように、支持部材２１’内に充填されている埋め込み部材２２を除去することにより、シリコン基板１１’の両端が支持部材２１’で支えられるようにして、シリコン基板１１’と支持部材２１’との間に隙間を形成し、シリコン基板１１’が支持部材２１’の間で撓み可能とする。
次に、図６（ｂ）に示すように、支持部材２１’および錘部材３１’とともに切り出されたシリコン基板１１’を、リードフレーム４１上にダイボンドする。
次に、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板１１’にワイヤボンディングを行なうことにより、シリコン基板１１’とリードフレーム４１とをワイヤ４２ａ、４２ｂで接続する。
ここで、錘ウェハ３１には開口部３１ｂが設けられ、錘ウェハ３１から切り出された錘部材３１’の長さは、シリコン基板１１’の長さよりも短くなる。このため、シリコン基板１１’の両端を錘部材３１’から露出させることができ、錘部材３１’が邪魔になってシリコン基板１１’上にワイヤボンディングができなくなることを防止することができる。
このように、第１の実施の形態によれば、シリコン基板１１’自体に凹凸を設けることなく、両持ち型の傾斜角センサを製造することが可能となるとともに、支持部材２１’および錘部材３１’を複数のチップに一括形成することを可能として、支持部材２１’および錘部材３１’を各チップごとに配置する必要がなくなる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図７は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第２の実施の形態を示す図である。
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。なお、第２の実施の形態は、両持ち型の傾斜角センサの錘部材３３を、台座３２を介して配置するようにしたものである。
図７（ａ）において、図２（ａ）〜図３（ｂ）の工程が終わると、台座３２をシリコンウェハ１１上に接着する。ここで、台座３２は、シリコンウェハ１１から切り出される各チップごとに設けられ、各チップの長手方向中央に位置するように配置する。
また、台座３２の高さは、台座３２の表面が、ワイヤ４２ａ、４２ｂのアーチの頂点よりも高い位置にくるように設定する。
次に、図７（ｂ）に示すように、ガラスウェハ２１が貼り合わされるとともに、台座３２が接着されたシリコンウェハ１１をダイシングすることにより、台座３２が接着されたシリコン基板１１’を支持部材２１’とともに、チップ状に一体的に切り出す。
次に、図７（ｃ）に示すように、支持部材２１’および台座３２が設けられたシリコン基板１１’を、リードフレーム４１上にダイボンドする。
次に、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板１１’にワイヤボンディングを行なうことにより、シリコン基板１１’とリードフレーム４１とをワイヤ４２ａ、４２ｂで接続する。
次に、図７（ｅ）に示すように、台座３２上に錘部材３３を接着する。
このように、第２の実施の形態によれば、シリコン基板１１’のワイヤボンディングを行なった後に、台座３２上に錘部材３３を接着することにより、ワイヤボンディングを行なう際に、錘部材３３が邪魔になることを防止することができ、錘部材３３を大きくして、傾斜角センサの検出感度を向上させることができる。
また、錘部材３３を各チップごとに個々に配置することができ、錘部材３３がチップからはみ出すことを可能として、錘部材３３の配置の自由度を向上させることが可能となる。
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図８ないし図１２は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第３の実施の形態を示す図である。
図８〜１２は、本発明の第３の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。なお、第３の実施の形態は、片持ち型の傾斜角センサの製造工程を示す。
図８（ａ）において、例えば、厚みが５５０μｍ程度で６インチ径のシリコンウェハ５１を用意する。
次に、図８（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、不純物を選択的にイオン注入することにより、シリコンウェハ５１上にピエゾ抵抗５２を形成する。なお、ピエゾ抵抗５２は、実際には、主に２個以上のピエゾ抵抗素子から構成するようにしてもよい。
そして、スパッタまたは蒸着などにより導電層をシリコンウェハ５１全面に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電層のパターニングを行なうことにより、配線やボンディングパットなどの回路パターン５３を形成する。
次に、図８（ｃ）に示すように、ＣＶＤ（化学気相成長法）またはスパッタなどにより、窒化珪素膜または酸化珪素膜などの保護膜５４を形成する。
次に、図８（ｄ）に示すように、保護膜５４が形成されたシリコンウェハ５１上に保護フィルム５５を貼り付ける。なお、保護フィルム５５としては、例えば、粘着シートなどを用いることができる。
次に、図８（ｅ）に示すように、シリコンウェハ５１の裏面全体を研削する。ここで、研削方法としては、研磨やエッチングを用いることができ、例えば、最初５５０μｍの厚みがあったシリコンウェハ５１を１５０μｍの残厚まで研磨し、さらに、シリコンウェハ５１が５０μｍの残厚になるまでエッチングにより研削してもよい。
また、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）により、シリコンウェハ５１の裏面を研削するようにしてもよい。
次に、図９（ａ）に示すように、溝６１ａが形成されたガラスウェハ６１をシリコンウェハ５１の裏面に貼り合わせる。ここで、ガラスウェハ６１をシリコンウェハ５１に貼り合わせる場合、溝６１ａが、シリコンウェハ５１側に向くとともに、ピエゾ抵抗５２の形成領域およびスクライブラインにかかるように、ガラスウェハ６１をシリコンウェハ５１の裏面に配置する。
この際、ガラスウェハ６１として、ナトリウムガラスのようなイオン移動度に高いガラスを用い、シリコンウェハ５１との間に１ＫＶ程度の高電圧を加える陽極接合を行なうことによって、選択的に強い接合力を得ることができる。
従って、溝６１ａは、空洞のままの状態でもよいが、陽極接合しない通常のガラスや樹脂などの埋め込み部材６２を充填し、ガラスウェハ６１の表面を平坦化してもよい。
なお、溶剤などによって選択的に除去可能な樹脂などの材料を充填した場合には、シリコンウェハ５１をチップ状に切断した後に、溝６１ａを空洞にすることもできる。
図１０（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す平面図、図１０（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す断面図である。
図１０において、ガラスウェハ６１には、シリコンウェハ５１から切り出されるチップ配列に対応した溝６１ａが形成され、溝６１ａが１チップ分のピエゾ抵抗５２の形成領域およびスクライブラインにかかるように、溝６１ａの幅が設定される。例えば、傾斜角センサの１チップ分の長さが３ｍｍであるとすると、溝２１ａの幅は２．５ｍｍに設定される。
なお、Ｄ１１〜Ｄ１７はダイシングラインであり、シリコンウェハ５１に貼り合わされたガラスウェハ６１は、ダイシングラインＤ１１〜Ｄ１７に沿ってチップ状に切断される。このため、例えば、ダイシングラインＤ１１〜Ｄ１２〜Ｄ１５で囲まれた領域から、１個分の傾斜角センサを切り出すことができる。
ここで、ガラスウェハ６１の溝６１ａがシリコンウェハ５１の縦方向のスクライブラインにかかるように配置するとともに、縦方向のダイシングラインＤ１１〜Ｄ１３を溝６１ａの端に設定することにより、各チップに対して溝６１ａの片側に支持部材を残すことが可能となり、片持ち型の傾斜角センサを構成することができる。
次に、図９（ｂ）に示すように、ガラスウェハ６１がシリコンウェハ５１に貼り合わされると、シリコンウェハ５１上に貼り付けられていた保護フィルム５５を剥がす。
次に、図９（ｃ）に示すように、シリコンウェハ５１から切り出される各チップごとに、台座７１を接着する。ここで、台座７１の配置位置は、各チップがガラスウェハ６１で支えられる位置に対して、長手方向反対側になるように設定する。
次に、図９（ｄ）に示すように、ガラスウェハ６１が貼り合わされるとともに、台座７１が接着されたシリコンウェハ５１をダイシングすることにより、台座７１が接着されたシリコン基板５１’を支持部材６１’とともに、チップ状に一体的に切り出す。ここで、１チップ分の長さは、例えば、３ｍｍとすることができる。
次に、図１１（ａ）に示すように、台座７１上に錘部材７２を接着する。
次に、図１１（ｂ）に示すように、支持部材６１’内に充填されている埋め込み部材６２を除去することにより、シリコン基板５１’の片側が支持部材６１’で支えられるようにして、シリコン基板５１’と支持部材６１’との間に隙間を形成し、シリコン基板５１’が支持部材６１’を支点として撓み可能とする。
次に、図１１（ｃ）に示すように、支持部材６１’および錘部材７２が設けられたシリコン基板５１’を、リードフレーム８１上にダイボンドする。
次に、図１２に示すように、シリコン基板５１’にワイヤボンディングを行なうことにより、シリコン基板５１’とリードフレーム８１とをワイヤ８２で接続する。
なお、第３の実施の形態では、台座７１上に錘部材７２を接着した後、シリコン基板５１’のワイヤボンディングを行なう方法について説明したが、シリコン基板５１’のワイヤボンディングを行なった後に、台座７１上に錘部材７２を接着するようにしてもよく、これにより、ワイヤボンディングを行なう際に、錘部材７２が邪魔になることを防止することができる。
このように、第３の実施の形態によれば、製造工程を複雑化させることなく、片持ち型の傾斜角センサを製造することができ、シリコン基板５１’が支持部材６１’で支えられる位置と、錘部材７２がシリコン基板５１’で支えられる位置との距離を大きくして、シリコン基板５１’をより効率よく撓ませることができる。
このため、傾斜角センサの長手方向の長さを大きくすることなく、傾斜角センサの検出感度を向上させることができ、傾斜角センサの小型化を図ることが可能となる。
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１３は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第４の実施の形態を示す図である。
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す断面図である。
図１３において、シリコン基板９１の表面上には、ピエゾ抵抗９２および回路パターン９３が形成されるとともに、シリコン基板９１の裏面は撓み可能な厚みまで均一に研削されている。
また、シリコン基板９１の裏面には、凹部９５ａを有する支持部材９５が設けられ、支持部材９５によりシリコン基板９１の一端が支持されるとともに、シリコン基板９１の表面には、台座９６を介して錘部材９７が設けられ、台座９６は、シリコン基板９１の他端に配置されている。
支持部材９５の裏面はリードフレーム９８に接着され、リードフレーム９８と回路パターン９３のボンディングパットとは、ワイヤ９９により接続されている。
ここで、台座９６の高さは、台座９６の表面が、ワイヤ９９のアーチの頂点よりも高い位置にくるように設定されるとともに、台座９６は、錘部材９７の端で錘部材９７を保持する。
これにより、錘部材９７平面の大きさをシリコン基板９１平面の大きさと同等にした場合においても、錘部材９７がシリコン基板９１からはみ出すことを防止することが可能となるとともに、錘部材９７がワイヤ９９と接触することを防止することが可能となり、傾斜角センサの検出感度を向上させつつ、傾斜角センサのコンパクト化を図ることが可能となる。
また、支持部材９５は、ナトリウムガラスのようなイオン移動度に高いガラスにより構成され、支持部材９５の凹部９５ａには、陽極接合しない通常のガラスや樹脂などの埋め込み部材１００が充填され、支持部材９５の表面が平坦化されている。
そして、支持部材９５とシリコン基板９１とを接合する場合、シリコン基板９１との間に１ＫＶ程度の高電圧を加える陽極接合を行なう。
これにより、支持部材９５とシリコン基板９１とを強固に結合することが可能となるとともに、支持部材９５とシリコン基板９１とが埋め込み部材１００の位置で離れることが可能となる。
この結果、シリコン基板９１が支持部材９５の下に位置するようなレイアウトをとることにより、シリコン基板９１を水平にした時に、シリコン基板９１は、重力による錘部材９７の静的加重で埋め込み部材１００から離れる方向に応力を受けることができる。
このため、埋め込み部材１００がシリコン基板９１の変位を妨げることを阻止しつつ、支持部材９５の表面を平坦化することができ、傾斜角センサとして水平から±９０度程度の範囲で十分に機能させることができる。
また、埋め込み部材１００を支持部材９５の凹部９５ａに充填することにより、シリコン基板９１上に錘部材９７を設ける時に、シリコン基板９１に加重がかかっても、シリコン基板９１を埋め込み部材１００で支えることができ、シリコン基板９１の割れを防止して、傾斜角センサの製造コストを下げることが可能となる。
さらに、埋め込み部材１００を支持部材９５の凹部９５ａに残したままにすることにより、埋め込み部材１００を除去する工程を不要として、製造工程を簡略化することが可能となり、傾斜角センサの製造コストをより一層下げることが可能となるとともに、傾斜角センサの落下時などに、傾斜角センサに衝撃が加わった場合においても、シリコン基板９１を埋め込み部材１００で支えて、シリコン基板９１の破壊を防止することが可能となる。
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１４ないし図１８は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第５の実施の形態を示す図である。
図１４、１５、１８は、本発明の第５の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。なお、第５の実施の形態は、片持ち型の傾斜角センサの製造工程を示す。
図１４（ａ）において、例えば、厚みが５５０μｍ程度で６インチ径のシリコンウェハ１１１を用意する。
次に、図１４（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、不純物を選択的にイオン注入することにより、シリコンウェハ１１１上にピエゾ抵抗１１２を形成する。
そして、スパッタまたは蒸着などにより導電層をシリコンウェハ１１１全面に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて導電層のパターニングを行なうことにより、配線やボンディングパットなどの回路パターン１１３を形成する。
次に、図１４（ｃ）に示すように、ＣＶＤ（化学気相成長法）またはスパッタなどにより、窒化珪素膜または酸化珪素膜などの保護膜１１４を形成する。
次に、図１４（ｄ）に示すように、保護膜１１４が形成されたシリコンウェハ１１１上に保護フィルム１１５を貼り付ける。なお、保護フィルム１１５としては、例えば、粘着シートなどを用いることができる。
次に、図１４（ｅ）に示すように、シリコンウェハ１１１の裏面全体を研削する。ここで、研削方法としては、研磨やエッチングを用いることができ、例えば、最初５５０μｍの厚みがあったシリコンウェハ１１１を１５０μｍの残厚まで研磨し、さらに、シリコンウェハ１１１が５０μｍの残厚になるまでエッチングにより研削してもよい。
また、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）により、シリコンウェハ１１１の裏面を研削するようにしてもよい。
次に、図１５（ａ）に示すように、溝１２１ａ、１２１ｂが形成されたガラスウェハ１２１をシリコンウェハ１１１の裏面に貼り合わせる。ここで、ガラスウェハ１２１をシリコンウェハ１１１に貼り合わせる場合、溝１２１ａ、１２１ｂがシリコンウェハ１１１側に向くとともに、各溝１２１ａ、１２１ｂが各チップのピエゾ抵抗１１２の形成領域を含むとともに、各溝１２１ａ、１２１ｂの一方のラインがシリコンウェハ１１１のスクライブラインにかかり、各溝１２１ａ、１２１ｂの他方のラインがシリコンウェハ１１１のスクライブラインにかからないように配置する。
この際、ガラスウェハ１２１として、ナトリウムガラスのようなイオン移動度に高いガラスを用いた場合、シリコンウェハ１１１との間に１ＫＶ程度の高電圧を加える陽極接合を行なうことによって、選択的に強い接合力を得ることができる。
従って、溝１２１ａ、１２１ｂは、空洞のままの状態でもよいが、陽極接合しない通常のガラスや樹脂などの埋め込み部材１２２ａ、１２２ｂを充填し、ガラスウェハ１２１の表面を平坦化してもよい。
なお、溶剤などによって選択的に除去可能な樹脂などの材料を充填した場合には、シリコンウェハ１１１をチップ状に切断した後に、溝１２１ａ、１２１ｂを空洞にするようにしてもよい。
図１６（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す平面図、図１６（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す断面図である。
図１６において、ガラスウェハ１２１には、シリコンウェハ１１１から切り出されるチップ配列に対応した溝１２１ａ、１２１ｂが形成され、溝１２１ａ、１２１ｂの幅は、各溝１２１ａ、１２１ｂが、１チップ分のピエゾ抵抗１１２の形成領域を含むとともに、各溝１２１ａ、１２１ｂの一方のラインがシリコンウェハ１１１のスクライブラインにかかり、各溝１２１ａ、１２１ｂの他方のラインがシリコンウェハ１１１のスクライブラインにかからないように設定される。
なお、Ｄ２１〜Ｄ２８およびＤ３１〜Ｄ３４はダイシングラインであり、シリコンウェハ１１１に貼り合わされたガラスウェハ１２１は、ダイシングラインＤ２１〜Ｄ２８およびＤ３１〜Ｄ３４に沿ってチップ状に切断される。このため、例えば、ダイシングラインＤ２１、Ｄ２５、Ｄ３１、Ｄ３２で囲まれた領域から、１個分の傾斜角センサを切り出すことができる。
ここで、縦方向のダイシングラインＤ２１、Ｄ２２をガラスウェハ１２１の凸部の中央に設定するとともに、縦方向のダイシングラインＤ２３〜Ｄ２８を各溝１２１ａ、１２１ｂの端にかかるように設定することにより、各チップに対して溝１２１ａ、１２１ｂの片側に支持部材を残すことが可能となり、片持ち型の傾斜角センサを構成することができる。
次に、図１５（ｂ）に示すように、ガラスウェハ１２１がシリコンウェハ１１１に貼り合わされると、シリコンウェハ１１１上に貼り付けられていた保護フィルム１１５を剥がす。
次に、図１５（ｃ）に示すように、凸部１３１ａの設けられた錘ウェハ１３１をシリコンウェハ１１１上に接着する。ここで、凸部１３１ａは、シリコンウェハ１１１から切り出される２列分のチップに対応して設けられている。そして、錘ウェハ１３１をシリコンウェハ１１１上に接着する場合、凸部１３１ａがシリコンウェハ１１１側を向くとともに、凸部１３１ａがスクライブラインを跨いで、その両側のチップの端部にかかるように、錘ウェハ１３１を配置する。
図１７（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す断面図、図１７（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す平面図である。
図１７において、錘ウェハ１３１には、シリコンウェハ１１１から切り出される２列分のチップ配列に対応した凸部１３１ａが形成されている。
なお、Ｄ２１〜Ｄ２８およびＤ３１〜Ｄ３４はダイシングラインであり、シリコンウェハ１１１に貼り合わされた錘ウェハ１３１は、シリコンウェハ１１１に貼り合わされたガラスウェハ１２１とともに、Ｄ２１〜Ｄ２８およびＤ３１〜Ｄ３４に沿ってチップ状に切断される。
また、Ｈ１〜Ｈ４はハーフダイシングラインであり、錘ウェハ１３１は、シリコンウェハ１１１に貼り合わされた状態で、ハーフダイシングラインＨ１〜Ｈ４に沿ってハーフダイシングされることにより、錘ウェハ１３１の各凸部１３１ａ間の凹部の中央部分が切り落とされる。
ここで、錘ウェハ１３１のハーフダイシングを行なうことにより、錘ウェハ１３１がシリコンウェハ１１１に貼り合わされた状態で、錘ウェハ１３１で覆われていない領域を各チップの片側に設けることが可能となり、各チップに対してワイヤボンディングを容易に行なうことが可能となる。
また、凸部１３１ａが、シリコンウェハ１１１のスクライブラインを跨ぐように錘ウェハ１３１を配置することにより、錘ウェハ１３１およびシリコンウェハ１１１を凸部１３１ａの位置で切断するだけで、各チップの端部に錘部材１３１’’を設けることが可能となる。
次に、図１５（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１１１に貼り合わされた状態で、ハーフダイシングラインＨ１〜Ｈ４に沿って、錘ウェハ１３１のハーフダイシングを行なうことにより、錘ウェハ１３１の各凸部１３１ａ間の凹部の中央部分を切り落とす。
このため、錘バー１３１’が２列分のチップごとに形成される。
次に、図１８（ａ）に示すように、ガラスウェハ１２１および錘バー１３１’が貼り合わされたシリコンウェハ１１１を、ダイシングラインＤ２１〜Ｄ２８およびＤ３１〜Ｄ３４に沿ってダイシングすることにより、シリコン基板１１１’を支持部材１２１’および錘部材１３１’’とともに、チップ状に一体的に切り出す。ここで、１チップ分の長さは、例えば、３ｍｍとすることができる。
次に、図１８（ｂ）に示すように、支持部材１２１’内に充填されている埋め込み部材１２２ａ、１２２ｂを除去することにより、シリコン基板１１１’の一端が支持部材１２１’で支えられるようにして、シリコン基板１１１’と支持部材１２１’との間に隙間を形成し、シリコン基板１１１’が支持部材１２１’を支点として撓み可能とする。
次に、図１８（ｃ）に示すように、支持部材１２１’および錘部材１３１’’とともに切り出されたシリコン基板１１１’を、リードフレーム１４１上にダイボンドする。
次に、図１８（ｄ）に示すように、シリコン基板１１１’にワイヤボンディングを行なうことにより、シリコン基板１１１’とリードフレーム１４１とをワイヤ１４２で接続する。
ここで、錘ウェハ１３１のハーブダイシングを行なうことにより、シリコン基板１１１’の片端を錘部材１３１’’から露出させることができ、錘部材１３１’’が邪魔になってシリコン基板１１１’上にワイヤボンディングができなくなることを防止することができる。
このように、第５の実施の形態によれば、シリコン基板１１１’自体に凹凸を設けることなく、片持ち型の傾斜角センサを製造することが可能となるとともに、支持部材１２１’および錘部材１３１’’を複数のチップに一括形成することを可能として、支持部材１２１’および錘部材１３１’’を各チップごとに配置する必要がなくなる。
このため、傾斜角センサの検出感度を向上させつつ、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となる。
なお、第５の実施の形態では、各溝１２１ａ、１２１ｂが各チップ配列ごとに分離する方法について説明したが、２本の溝１２１ａ、１２１ｂが互いに繋がるようにして、１本の溝で２列分のチップ配列を受け持つようにしてもよく、これにより、ダイシング時に無駄な廃材（例えば、ダイシングラインＤ２３とダイシングラインＤ２４との間の部分）が出ることを防止して、１枚のウェハから採れる傾斜角センサの個数を増やすことができる。
〔第６の実施の形態〕
次に、本発明の第６の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１９ないし図２３は、本発明に係る傾斜角センサの第６の実施の形態を示す図である。
図１９（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサの概略構成を示す斜視図、図１９（ｂ）は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサのシリコン基板表面の構成を示す平面図である。なお、第６の実施の形態は、厚みが均一な一枚のシリコン基板を用いて、２軸の傾斜角センサを構成するようにしたものである。
図１９において、シリコン基板１５１の表面１５１ａ上には、ピエゾ抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６および端子Ｐ１〜Ｐ９が形成されるとともに、ピエゾ抵抗Ｒ１１〜Ｒ１６と端子Ｐ１〜Ｐ９とを接続する配線Ｌ１が形成され、さらに、シリコン基板１５１の裏面１５１ｂは、シリコン基板１５１が撓み可能な厚みまで均一に研削されている。
また、シリコン基板１５１の長手方向の一端には支持部材接合領域Ｊ１が設けられ、シリコン基板１５１の長手方向の他端には台座接合領域Ｊ２が設けられ、支持部材接合領域Ｊ１には、凸部１５２ａを介して支持部材１５２が接合され、台座接合領域Ｊ２には、台座１５３を介して錘部材１５４が接合されている。
なお、支持部材１５２は、シリコン基板１５１の裏面に配置され、錘部材１５４は、シリコン基板１５１の表面に配置される。
ここで、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１３、Ｒ１５は、台座接合領域Ｊ２の近傍に配置され、ピエゾ抵抗Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６は、支持部材接合領域Ｊ１の近傍に配置される。
また、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、長手方向に設定される中央ラインに沿って配置され、ピエゾ抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６は、中央ラインの両側の平行ラインに沿って、それぞれ２個づつ等間隔で配置される。
そして、シリコン基板１５１の表面１５１ａを下に向けた状態では、錘部材１５４が重力Ｗで下向きに引っ張られるが、支持部材１５２を水平に保つと、重力Ｗは、錘部材１５４にかかるＺ軸方向成分の力Ｆｚ＝Ｗと一致する。
このため、シリコン基板１５１の端部には、台座１５３を介してＺ軸方向成分の力Ｆｚ＝Ｗがかかり、シリコン基板１５１はＺ軸方向に撓んだ状態になる。
図２０は、図１９の傾斜角センサがＹ軸回りに傾いた場合の動作を示す斜視図である。
図２０において、支持部材１５２がＹ軸回りに傾くと、錘部材１５４にかかるＺ軸方向成分の力Ｆｚが減少する一方で、Ｘ軸方向成分の力Ｆｘが生じ、結果として、支持部材１５２とシリコン基板１５１との間の間隔がより広がることになり、シリコン基板１５１のＺ軸方向の撓み量が大きくなる。
この結果、ピエゾ抵抗Ｒ１１の引張応力、ピエゾ抵抗Ｒ１２の圧縮応力がそれぞれ増加し、これらの応力の変動に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値が増減する。
図２１は、図１９（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の結線構成を示す回路図である。
図２１において、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は直列接続され、端子Ｐ４は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２をそれぞれ介して端子Ｐ６、Ｐ５に接続されている。
そして、端子Ｐ５、Ｐ６間に電圧Ｅを印加し、端子Ｐ４、Ｐ６間の電圧Ｖ１を検出することにより、Ｙ軸回り傾斜角を求めることができる。
図２２（ａ）は、図１９の傾斜角センサがＸ軸回りに傾いた場合の動作を示す斜視図、図２２（ｂ）は、図１９（ｂ）のＥ２−Ｅ２線で切断した断面図、図２２（ｃ）は、図１９（ｂ）のＥ３−Ｅ３線で切断した断面図である。
図２２において、持部材１５２がＸ軸回りに傾くと、錘部材１５４にはＹ方向成分の力Ｆｙが生じるため、シリコン基板１５１がＸ軸回りに捻られる。
この結果、ピエゾ抵抗Ｒ１３にかかっている引張応力およびピエゾ抵抗Ｒ１４にかかっている圧縮応力は減少し、ピエゾ抵抗Ｒ１５にかかっている引張応力およびピエゾ抵抗Ｒ１６にかかっている圧縮応力は増加する。
このため、これらの応力の変動に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６の抵抗値が増減する。
図２３は、図１９（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６の結線構成を示す回路図である。
図２３において、ピエゾ抵抗Ｒ１３〜Ｒ１６はブリッジ回路を構成している。すなわち、端子Ｐ１、Ｐ２間にはピエゾ抵抗Ｒ１４が接続され、端子Ｐ２、Ｐ３間にはピエゾ抵抗Ｒ１３が接続され、端子Ｐ７、Ｐ８間にはピエゾ抵抗Ｒ１５が接続され、端子Ｐ８、Ｐ９間にはピエゾ抵抗Ｒ１６が接続され、端子Ｐ１、Ｐ９間は短絡され、端子Ｐ３、Ｐ７間は短絡されている。
そして、端子Ｐ２、Ｐ８間に電圧Ｅを印加し、端子Ｐ１、Ｐ３間の電圧Ｖ２を検出することにより、Ｘ軸回りの傾斜角を求めることができる。
〔第７の実施の形態〕
次に、本発明の第７の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図２４ないし図２６は、本発明に係る傾斜角センサの第７の実施の形態を示す図である。
図２４（ａ）は、図２４（ｂ）のＦ−Ｆ線で切断した断面図、図２４（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態に係る傾斜角センサのシリコン基板表面の構成を示す平面図である。なお、第７の実施の形態は、厚みが均一な一枚のシリコン基板を用いて、両持型の２軸の傾斜角センサを構成するようにしたものである。
図２４において、シリコン基板１６１の表面上には、ピエゾ抵抗Ｒ２１〜Ｒ２８および端子Ｐ１１〜Ｐ２２が形成されるとともに、ピエゾ抵抗Ｒ２１〜Ｒ２８と端子Ｐ１１〜Ｐ２２とを接続する配線Ｌ２、Ｌ３が形成され、さらに、シリコン基板１６１の裏面は、シリコン基板１６１が撓み可能な厚みまで均一に研削されている。
また、シリコン基板１６１の長手方向の両端には支持部材接合領域Ｊ１１、Ｊ１２が設けられ、シリコン基板１６１の長手方向の中央には台座接合領域Ｊ１３が設けられ、支持部材接合領域Ｊ１１、Ｊ１２には、凸部１６２ａを介して支持部材１６２が接合され、台座接合領域Ｊ１３には、台座１６３を介して錘部材１６４が接合されている。
なお、支持部材１６２は、シリコン基板１６１の裏面に配置され、錘部材１６４は、シリコン基板１６１の表面に配置される。
ここで、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２３、Ｒ２５、Ｒ２７は、台座接合領域Ｊ１３の近傍に配置され、ピエゾ抵抗Ｒ２２、Ｒ２４、Ｒ２６、Ｒ２８は、支持部材接合領域Ｊ１１、Ｊ１２の近傍に配置される。
また、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２７、Ｒ２８は、長手方向に設定される中央ラインに沿って配置され、ピエゾ抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６は、中央ラインの両側の平行ラインに沿って、それぞれ２個づつ等間隔で配置される。
そして、錘部材１６４がぶら下がった状態で、支持部材１６２をＹ軸回りに傾けると、シリコン基板１６１の撓みが変化する。そして、この時のピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２７、Ｒ２８の抵抗値の変化量を計測することにより、Ｙ軸回りの傾斜角を求めることができる。
また、錘部材１６４がぶら下がった状態で、支持部材１６２をＸ軸回りに傾けると、シリコン基板１６１に捻れが発生する。そして、この時のピエゾ抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６の抵抗値の変化量を計測することにより、Ｘ軸回りの傾斜角を求めることができる。
図２５は、図２４（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２７、Ｒ２８の結線構成を示す回路図である。
図２５において、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２７、Ｒ２８はブリッジ回路を構成している。すなわち、端子Ｐ１４、Ｐ１５間にはピエゾ抵抗Ｒ２２が接続され、端子Ｐ１４、Ｐ１６間にはピエゾ抵抗Ｒ２１が接続され、端子Ｐ２０、Ｐ２１間にはピエゾ抵抗Ｒ２８が接続され、端子Ｐ２０、Ｐ２２間にはピエゾ抵抗Ｒ２７が接続され、端子Ｐ１５、Ｐ２１間は短絡され、端子Ｐ１６、Ｐ２２間は短絡されている。
そして、端子Ｐ１４、Ｐ２０間に電圧Ｅを印加し、端子Ｐ１５、Ｐ１６間の電圧Ｖ３を検出することにより、Ｙ軸回りの傾斜角を求めることができる。
なお、Ｙ軸回りの傾斜角を求める場合、必ずしも４個のピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２７、Ｒ２８を設ける必要はなく、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２またはピエゾ抵抗Ｒ２７、Ｒ２８を省略し、図２１のような分圧回路を構成するようにしてもよい。
図２６は、図２４（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６の結線構成を示す回路図である。
図２６において、ピエゾ抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６はブリッジ回路を構成している。すなわち、端子Ｐ１１、Ｐ１２間にはピエゾ抵抗Ｒ２４が接続され、端子Ｐ１２、Ｐ１３間にはピエゾ抵抗Ｒ２３が接続され、端子Ｐ１８、Ｐ１９間にはピエゾ抵抗Ｒ２６が接続され、端子Ｐ１７、Ｐ１８間にはピエゾ抵抗Ｒ２５が接続され、端子Ｐ１１、Ｐ１９間は短絡され、端子Ｐ１３、Ｐ１７間は短絡されている。
そして、端子Ｐ１２、Ｐ１８間に電圧Ｅを印加し、端子Ｐ１１、Ｐ１３間の電圧Ｖ４を検出することにより、Ｘ軸回りの傾斜角を求めることができる。
〔第８の実施の形態〕
次に、本発明の第８の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図２７ないし図３９は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第８の実施の形態を示す図である。
図２７（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）のＡ１−Ａ１線で切断した断面図である。
図２７において、シリコン基板２の表面上には、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＡ１パッドＰ１〜Ｐ３が形成されるとともに、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２とＡ１パッドＰ１〜Ｐ３を接続する配線Ｈ１が形成されている。
また、シリコン基板２の表面上には、Ａ１パッド３を介して半田バンプ４が形成されるとともに、シリコン基板２は、撓み可能な厚みまで裏面が均一に研削され、さらに、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の配置領域に対応して、くびれ２ａが形成されている。
また、シリコン基板２の裏面には、凹部１ａが形成された支持部材１が設けられ、シリコン基板２の一端が裏面から支持されるともに、支持部材１は、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の形成領域が凹部１ａのエッジ近傍に位置し、半田バンプ４が凹部１ａ上に位置するように配置されている。
これにより、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２が形成されたシリコン基板２の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓み可能な状態でシリコン基板２を支持することが可能となるとともに、既存のフリップチップ実装技術との整合性をとりつつ、錘部材の比重を容易に増大させて、錘部材の縮小化を図ることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
図２８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す断面図、図２８（ｃ）は、図２７（ａ）のピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の結線構成を示す回路図である。
図２８（ａ）において、図２７の傾斜角センサを動作させる場合、半田バンプ４が下側に向くように、傾斜角センサを配置する。
そして、半田バンプ４を下に向けた状態では、半田バンプ４が重力Ｗで下向きに引っ張られるが、支持部材１を水平に保つと、重力Ｗは、半田バンプ４にかかるＺ軸方向成分の力Ｆｚと一致する。
このため、シリコン基板２の端部には、半田バンプ４を介してＺ軸方向成分の力Ｆｚ＝Ｗがかかる。
ここで、シリコン基板２は、撓み可能な厚みまで裏面が均一に研削されているので、Ｚ軸方向成分の力Ｆｚ＝Ｗがシリコン基板２の端部にかかると、シリコン基板２はＺ軸方向に撓んだ状態で安定する。
次に、図２８（ｂ）において、支持部材１がＹ軸回りに傾くと、半田バンプ４にかかるＺ軸方向成分の力Ｆｚが減少する一方で、Ｘ軸方向成分の力Ｆｘが生じ、結果として、支持部材１とシリコン基板２との間の間隔がより広がることになり、シリコン基板２のＺ軸方向の撓み量が大きくなる。
この結果、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２にかかる応力が変動し、この応力の変動に従って、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が増減する。
ここで、図２８（ｃ）に示すように、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２は直列接続され、端子Ｐ２は、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ介して端子Ｐ１、Ｐ３に接続されている。
そして、端子Ｐ１、Ｐ３間に電圧Ｅを印加し、端子Ｐ２、Ｐ３間の電圧Ｖ１を検出することにより、Ｙ軸回りの傾斜角を求めることができる。
図２９（ａ）〜図３５（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図２９（ｂ）〜図３５（ｂ）および図３６は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。
図２９において、例えば、厚みが５５０μｍ程度で５インチ径のシリコン基板２を用意する。
そして、フォトリソグラフィー技術を用いて、ホウ素などの不純物をシリコン基板２に選択的にイオン注入することにより、シリコン基板２上の各チップ領域にピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２を形成する。
そして、スパッタまたは蒸着などにより、Ａ１膜をシリコン基板２全面に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてＡ１膜のパターニングを行なうことにより、シリコン基板２上の各チップ領域にＡ１パッド３、Ｐ１〜Ｐ３および配線Ｈ１を形成する。
ここで、シリコン基板２の各チップ領域の幅Ｗ１は、例えば、１．４ｍｍ、長さＬ１は、例えば、２．８ｍｍとすることができ、これにより、５インチ径の１枚のシリコン基板２から、約３０００個の傾斜角センサチップを得ることが可能となる。
次に、図３０に示すように、粘着シートなどの保護フィルムをシリコン基板２上に貼り付け、シリコン基板２の厚みがＴ１になるまで、シリコン基板２の裏面全体を研削する。ここで、シリコン基板２の研削方法としては、例えば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）やエッチングを用いることができる。また、シリコン基板２の厚みＴ１は、例えば、１００μｍとすることができ、これにより、シリコン基板２の撓みを可能としつつ、シリコン基板２が割れないような強度を維持することができる。
次に、図３１に示すように、凹部１ａが形成されたガラス基板１をシリコン基板２の裏面に貼り合わせる。ここで、ガラス基板１をシリコン基板２に貼り合わせる場合、凹部１ａを、シリコン基板２側に向き合わせる。そして、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の形成領域が凹部１ａのエッジ近傍に位置し、半田バンプ４が凹部１ａ上に位置するように、ガラス基板１を配置する。
この際、ガラス基板１として、ナトリウムガラスのようなイオン移動度に高いガラスを用いることができ、シリコン基板２との間に１ＫＶ程度の高電圧を加え、ガラス基板１とシリコン基板２との陽極接合を行なうことにより、選択的に強い接合力を得ることができる。
このため、凹部１ａは、空洞のままの状態でもよいが、陽極接合されない通常のガラスや樹脂などの埋め込み部材を充填し、ガラス基板１の表面を平坦化してもよい。
次に、図３２に示すように、ガラス基板１がシリコン基板２の裏面に貼り合わされると、シリコン基板２上に貼り付けられていた保護フィルムを剥がす。
そして、シリコン基板２上の各チップ領域に形成されたＡ１パッド３上に半田バンプ４を形成する。
ここで、半田バンプ４の大きさＣ１は、例えば、０．６〜１．２ｍｍ程度とすることができ、半田バンプ４の高さＨ１は、例えば、０．１〜０．４ｍｍ程度とすることができる。
また、半田バンプ４の形成方法としては、例えば、電解メッキまたはスクリーン印刷を用いることができ、これにより、シリコン基板２から取り出される全てのチップに対して、半田バンプ４を一括して形成することができ、製造工程を簡略化することができる。
また、半田バンプ４の比重は、ガラスやシリコンに比べて３倍以上度あるので、同じ錘効果を得る場合、半田バンプ４の体積を１／３以下にすることができ、半田バンプ４の小型化を図ることが可能となる。
次に、図３３に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、半田バンプ４が形成されたシリコン基板２を選択的にエッチングすることにより、シリコン基板２にくびれ２ａを形成するとともに、凹部１ａ上のシリコン基板２が各チップごとに切り離されるようにする。
なお、シリコン基板２のエッチング方法としては、例えば、ＫＯＨを用いたウェットエッチングを用いることができる。
次に、図３４に示すように、ガラス基板１に接合されたシリコン基板２をダイシングラインＬ１、Ｌ２に沿ってダイシングすることにより、半田バンプ４が表面に形成されるとともに、ガラス基板１で裏面が支持されたシリコン基板２をチップ状に切り出す。
次に、図３５に示すように、半田バンプ４が表面に形成されるとともに、ガラス基板１で裏面が支持されたシリコン基板２を、パッケージ６内にダイボンドする。
そして、ワイヤボンディングを行なうことにより、パッケージ６に設けられた端子７とシリコン基板２上に形成されたＡ１パッドＰ１〜Ｐ３とを金ワイヤ５で接続する。
次に、図３６に示すように、パッケージ６に蓋８を接着することにより、傾斜角センサを封止する。
これにより、シリコン基板２とガラス基板１との貼り合わせを１回行なうだけで、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２が形成されたシリコン基板２の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓み可能な状態でピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２を支持するための支持部を複数のチップに対して一括して形成することが可能となる。
また、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２が形成されたシリコン基板２の裏面を選択的にエッチングすることなく、比重の大きな半田バンプ４をシリコン基板２上に形成することが可能となるとともに、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の形成領域にくびれ２ａを設けることが可能となり、シリコン基板２の厚みを均一化したまま、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の形成領域を効率よく撓ませることが可能となる。
このため、半田バンプ４の小型化を図りつつ、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、傾斜角センサの検出精度を容易に向上させることが可能となる。
なお、第８の実施の形態では、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ａ１パッド３、Ｐ１〜Ｐ３および配線Ｈ１をシリコン基板２上に形成してから、シリコン基板２の裏面を研削し、そのシリコン基板２を凹部１ａが形成されたガラス基板１に接合する方法について説明したが、研削する前のシリコン基板２を凹部１ａが形成されたガラス基板１に接合し、そのシリコン基板２の表面を研削してから、ピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ａ１パッド３、Ｐ１〜Ｐ３および配線Ｈ１をシリコン基板２上に形成するようにしてもよい。
これにより、シリコン基板２の厚みＴ１が１００μｍと薄い状態で、シリコン基板２をガラス基板１に接合する必要がなくなり、シリコン基板２の取り扱いを容易に行うことが可能となる。
また、第８の実施の形態では、シリコン基板２が撓みやすくするために、くびれ２ａを設けた例について説明したが、くびれ２ａは必ずしも設けなくてもよい。
また、第８の実施の形態では、半田バンプ４の周囲のシリコン基板２を各チップごとに切り離すために、シリコン基板２をエッチングする方法について説明したが、ダイシングにより、半田バンプ４の周囲のシリコン基板２を各チップごとに切り離すようにしてもよい。
また、第８の実施の形態では、半田バンプ４を各チップごとに１個づつ設ける方法について説明したが、半田バンプ４を各チップごとに複数設けるようにしてもよい。
図３７〜図３９は、本発明の一実施の形態に係る傾斜角センサの半田バンプの製造工程の一例を示す断面図である。
図３７（ａ）において、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることにより、シリコン基板１１上にＡ１パッド１２ａ、１２ｂを形成する。
次に、図３７（ｂ）に示すように、スパッタまたは蒸着により、Ａ１パッド１２ａ、１２ｂが形成されたシリコン基板１１上にＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ  ＢｕｍｐＭｅｔａｌ）膜１３を形成する。
次に、図３７（ｃ）に示すように、ＵＢＭ膜１３が形成されたシリコン基板１１上にレジスト１４を塗布し、フォトリソグラフィー技術を用いることにより、半田バンプを形成する領域に開口部１４ａを形成する。
次に、図３７（ｄ）に示すように、ＵＢＭ膜１３をカソード電極として、電解銅メッキを行うことにより、開口部１４ａが形成されたＵＢＭ膜１３上に電解銅メッキ層１５を形成する。
次に、図３８（ａ）に示すように、ＵＢＭ膜１３をカソード電極として、電解半田メッキを行うことにより、解銅メッキ層１５上に電解半田メッキ層１６を形成する。
次に、図３８（ｂ）に示すように、酸素プラズマ処理を行うことにより、シリコン基板１１上に形成されたレジスト１４を除去する。
次に、図３８（ｃ）に示すように、電解半田メッキ層１６が形成されたシリコン基板１１の熱処理を行うことにより、電解半田メッキ層１６を丸める。
次に、図３９に示すように、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより、電解半田メッキ層１６の周りのＵＢＭ膜１３を除去する。
これにより、シリコン基板１１の裏面を選択的にエッチングすることなく、比重の大きな電解半田メッキ層１６を複数のチップに対して一括して形成することが可能となり、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、錘部材を小型化して、傾斜角センサを小型化することが可能となる。
〔第９の実施の形態〕
次に、本発明の第９の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図４０ないし図４８は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角センサの製造方法の第９の実施の形態を示す図である。
図４０（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図、図４０（ｂ）は、図４０（ａ）のＢ１−Ｂ１線で切断した断面図である。
図４０において、シリコン基板２１上には、シリコン酸化膜２０を介して単結晶シリコン層２２が形成されている。
そして単結晶シリコン層２２の表面上には、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２およびＡ１パッドＰ２１〜Ｐ２３が形成されるとともに、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２とＡ１パッドＰ２１〜Ｐ２３を接続する配線Ｈ２１が形成されている。
また、単結晶シリコン層２２の表面上には、Ａ１パッド２３を介して半田バンプ２４が形成されるとともに、単結晶シリコン層２２には、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の配置領域に対応して、くびれ２２ａが形成されている。
また、半田バンプ２４およびピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の配置領域に対応して、単結晶シリコン層２２下のシリコン酸化膜２０が部分的に除去され、残存するシリコン酸化膜２０を支点として、単結晶シリコン層２２が撓み可能な状態に保持されている。
これにより、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を保持するシリコン基板２１の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓み可能な状態でピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を保持しつつ、錘部材を設けることが可能となる。
また、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２に応力が加わるように、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２が形成された単結晶シリコン層２２を支持する場合においても、単結晶シリコン層２２を薄く加工した後に、単結晶シリコン層２２をシリコン基板２１に貼り合わせる必要がなくなる。
このため、シリコン基板２１に貼り合わせるための強度を確保するために、単結晶シリコン層２２の厚みを厚くする必要がなくなることから、単結晶シリコン層２２の厚みが均一化されている場合においても、単結晶シリコン層２２を効率よく撓ませて、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２に効率よく応力をかけることが可能となるとともに、傾斜角センサの構成を簡易化して、衝撃に対する耐性も容易に向上させることが可能となる。
図４１（ａ）〜図４７（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４１（ｂ）〜図４７（ｂ）および図４８は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。
図４１において、例えば、シリコン酸化膜２０を介し単結晶シリコン層２２がシリコン基板２１上に形成された５インチ径のＳＯＩ基板を用意する。ここで、単結晶シリコン層２２の厚みＴ２は、例えば、５０μｍ程度、シリコン酸化膜２０の厚みＴ３は、例えば、２μｍ程度とすることができる。
なお、ＳＯＩ基板としては、例えば、ＳＩＭＯＸ基板またはレーザアニール基板などを用いることができる。
次に、図４２に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて、ホウ素などの不純物を単結晶シリコン層２２に選択的にイオン注入することにより、単結晶シリコン層２２上の各チップ領域にピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を形成する。
そして、スパッタまたは蒸着などにより、Ａ１膜を単結晶シリコン層２２全面に形成し、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてＡ１膜のパターニングを行なうことにより、単結晶シリコン層２２上の各チップ領域にＡ１パッド２３、Ｐ２１〜Ｐ２３および配線Ｈ２１を形成する。
ここで、単結晶シリコン層２２の各チップ領域の幅Ｗ２は、例えば、１．０ｍｍ、長さＬ２は、例えば、２．２ｍｍとすることができ、これにより、５インチ径の１枚のＳＯＩ基板から、約５０００個の傾斜角センサチップを得ることが可能となる。
次に、図４３に示すように、単結晶シリコン層２２上の各チップ領域に形成されたＡ１パッド２３上に半田バンプ２４を形成する。
ここで、半田バンプ２４の大きさＣ２は、例えば、０．６〜１．２ｍｍ程度とすることができ、半田バンプ２４の高さＨ２は、例えば、０．１〜０．４ｍｍ程度とすることができる。
また、半田バンプ２４の形成方法としては、例えば、電解メッキまたはスクリーン印刷を用いることができ、これにより、ＳＯＩ基板から取り出される全てチップに対して、半田バンプ２４を一括して形成することができ、製造工程を簡略化することができる。
また、半田バンプ２４の比重は、ガラスやシリコンに比べて３倍以上度あるので、同じ錘効果を得る場合、半田バンプ２４の体積を１／３以下にすることができ、半田バンプ２４の小型化を図ることが可能となる。
次に、図４４に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、半田バンプ２４が形成された単結晶シリコン層２２を選択的にエッチングすることにより、単結晶シリコン層２２にくびれ２２ａを形成するとともに、半田バンプ２４の周囲の単結晶シリコン層２２が各チップごとに切り離されるようにする。
なお、単結晶シリコン層２２のエッチング方法としては、例えば、ＫＯＨを用いたウェットエッチングを用いることができる。
次に、図４５に示すように、単結晶シリコン層２２にくびれ２２ａが形成されたＳＯＩ基板を弗酸などの薬液に浸し、単結晶シリコン層２２が選択的に除去された部分を介して、シリコン酸化膜２０を薬液に接触させる。
そして、薬液によりシリコン酸化膜２０をエッチングしながら、単結晶シリコン層２２の下方に薬液を回り込ませ、パットＰ２１〜Ｐ２３が形成された単結晶シリコン層２２の下方のシリコン酸化膜２０を残しつつ、半田バンプ２４が形成された単結晶シリコン層２２の下方のシリコン酸化膜２０を除去する。
これにより、半田バンプ２４が形成された単結晶シリコン層２２の下方に隙間２０ａを形成することができ、残存するシリコン酸化膜２０を支点として単結晶シリコン層２２が撓み可能な状態に、単結晶シリコン層２２を保持することができる。
次に、図４６に示すように、単結晶シリコン層２２の下方に隙間２０ａが形成されたＳＯＩ基板をダイシングラインＬ１１、Ｌ１２に沿ってダイシングすることにより、半田バンプ２４が表面に形成されるとともに、シリコン酸化膜２０で裏面が支持された単結晶シリコン層２２をチップ状に切り出す。
次に、図４７に示すように、半田バンプ２４が表面に形成されるとともに、シリコン酸化膜２０で裏面が支持された単結晶シリコン層２２を、パッケージ２６内にダイボンドする。
そして、ワイヤボンディングを行なうことにより、パッケージ２６に設けられた端子２７と単結晶シリコン層２２上に形成されたＡ１パッドＰ２１〜Ｐ２３とを金ワイヤ２５で接続する。
次に、図４８に示すように、パッケージ２６に蓋２８を接着することにより、傾斜角センサを封止する。
これにより、薄膜化された単結晶シリコン層２２の貼り合わせを行うことなく、薄膜化された単結晶シリコン層２２を支持することが可能となり、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２が形成された単結晶シリコン層２２を効率よく撓ませることが可能となる。
また、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２を支持するシリコン基板２１の裏面を選択的にエッチングすることなく、比重の大きな半田バンプ２４を単結晶シリコン層２２上に形成することが可能となり、半田バンプ２４の小型化を図りつつ、半田バンプ２４を容易に形成することが可能となる。
このため、傾斜角センサの製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、傾斜角センサの検出精度を容易に向上させることが可能となる。
なお、第９の実施の形態では、単結晶シリコン層２２をシリコン酸化膜２０で支持するために、ＳＯＩ基板を用いる方法について説明したが、貼り合わせ基板を用いるようにしてもよい。
また、第９の実施の形態では、単結晶シリコン層２２が撓みやすくするために、くびれ２２ａを設けた例について説明したが、くびれ２２ａは必ずしも設けなくてもよい。
また、第９の実施の形態では、半田バンプ２４の周囲の単結晶シリコン層２２を各チップごとに切り離すために、単結晶シリコン層２２をエッチングする方法について説明したが、ダイシングにより、半田バンプ２４の周囲の単結晶シリコン層２２を各チップごとに切り離すようにしてもよい。
また、第９の実施の形態では、半田バンプ２４を各チップごとに１個づつ設ける方法について説明したが、半田バンプ２４を各チップごとに複数設けるようにしてもよい。
〔第１０の実施の形態〕
次に、本発明の第１０の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図４９ないし図５５は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角測定方法の第１０の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、傾斜角センサおよび傾斜角測定方法を、図４９に示すように、複数のピエゾ抵抗により異なる方向の傾斜角η、φを検出する場合について適用したものである。
図４９（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図であり、図４９（ｂ）は、図４９（ａ）のＡ１−Ａ１線で切断した断面図である。
図４９において、支持部材１０１ａの上には、支持部材１０１ｂが形成されており、支持部材１０１ｂがシリコン基板１０２の端部１０２ａの裏面に接合してシリコン基板１０２の端部１０２ａを裏面から支持している。また、シリコン基板１０２の端部１０２ｂの上には、錘部材１０４が形成されている。
シリコン基板１０２の端部１０２ａと端部１０２ｂとの間には、くびれ状の梁部１０２ｃが形成されている。このように、支持部材１０１ｂで端部１０２ａを固定し端部１０２ｂに錘部材１０４を形成したことにより、傾斜角センサを傾けた場合、錘部材１０４の重力方向が変化し、梁部１０２ｃが撓みまたはねじれる。したがって、梁部１０２ｃが変位可能領域となるので、梁部１０２ｃの撓み度合いまたはねじれ度合いを測定することにより傾斜角センサの傾斜角を測定することができる。なお、図４９の場合において、シリコン基板１０２の撓み方向は、シリコン基板１０２の厚さ方向となり、シリコン基板１０２のねじれ方向は、シリコン基板１０２の幅の中点を通る中心線Ａ１−Ａ１を軸とする回転方向となる。
シリコン基板１０２は、ｎ型シリコン基板であり、錘部材１０４の重力方向の変化によって撓みおよびねじれ可能となるまで薄く形成されている。また、結晶面（１００）が表面となり、＜１１０＞方向がシリコン基板１０２の長手方向と一致するように形成されている。
錘部材１０４は、バンプ実装技術を用いてＡｕまたは半田等の金属塊をシリコン基板１０２の表面に形成することにより形成されている。
梁部１０２ｃの上には、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４が形成されている。ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４は、シリコン基板１０２の表面にボロン等のｐ型不純物を拡散させまたはイオン注入することにより形成されている。
ピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１４は、梁部１０２ｃのうちシリコン基板１０２の短手方向の中点を通る中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置されている。ピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２４は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置され、かつ、ピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１４よりも中心線Ａ１−Ａ１寄りに配置されている。
ピエゾ抵抗Ｒ１２およびＲ１３は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置され、かつ、ピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１４とシリコン基板１０２の短手方向の位置が同一でピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１４よりも錘部材１０４寄りに配置されている。ピエゾ抵抗Ｒ２２およびＲ２３は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置され、かつ、ピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２４とシリコン基板２の短手方向の位置が同一でピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２４よりも錘部材１０４寄りに配置されている。
これにより、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４が形成されたシリコン基板１０２の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓みおよびねじれ可能な状態でシリコン基板１０２を支持することが可能となるとともに、既存のフリップチップ実装技術との整合性をとりつつ、錘部材１０４の比重を容易に増大させて、錘部材１０４の縮小化を図ることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
図５０（ａ）は、シリコン基板１０２を長手方向に切断した断面からみたときの傾斜角センサの座標系を定義した図であり、図５０（ｂ）は、シリコン基板１０２を短手方向に切断した断面からみたときの傾斜角センサの座標系を定義した図である。
図５０（ａ）において、シリコン基板１０２の長手方向をｘ軸、シリコン基板１０２の短手方向の軸をｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に垂直な方向の軸をｚ軸と定義する。また、錘部材１０４の重力Ｗのｘ軸方向成分をＧｘ、錘部材１０４の重力Ｗのｚ軸方向成分をＧｚと定義する。また、水平面Ｌとｘ軸とのなす角度を傾斜角φ（ｙ軸回りの傾斜角）と定義する。
図５０（ｂ）において、錘部材１０４の重力Ｗのｙ軸方向成分をＧｙと定義し、水平面Ｌとｙ軸とのなす角度を傾斜角η（ｘ軸回りの傾斜角）と定義する。
図５１（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の結線構成を示す回路図であり、図５１（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の結線構成を示す回路図である。
図５１（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４は、フルブリッジ回路Ｃ１を構成している。フルブリッジ回路Ｃ１では、ピエゾ抵抗Ｒ１１の一端とピエゾ抵抗Ｒ１３の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１３を直列に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ１２の一端とピエゾ抵抗Ｒ１４の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ１２およびＲ１４を直列に接続している。また、ピエゾ抵抗Ｒ１１の他端およびピエゾ抵抗Ｒ１４の他端を電源Ｖｉのプラス電位側に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ１２の他端およびピエゾ抵抗Ｒ１３の他端を電源Ｖｉのマイナス電位側に接続している。ここで、ピエゾ抵抗Ｒ１１（Ｒ１３）の一端とピエゾ抵抗Ｒ１２（Ｒ１４）の一端との電位差をフルブリッジ回路Ｃ１の出力電圧Ｖｏ１とする。
図５１（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４は、フルブリッジ回路Ｃ２を構成している。フルブリッジ回路Ｃ２では、ピエゾ抵抗Ｒ２１の一端とピエゾ抵抗Ｒ２３の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２３を直列に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ２２の一端とピエゾ抵抗Ｒ２４の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ２２およびＲ２４を直列に接続している。また、ピエゾ抵抗Ｒ２１の他端およびピエゾ抵抗Ｒ２４の他端を電源Ｖｉのプラス電位側に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ２２の他端およびピエゾ抵抗Ｒ２３の他端を電源Ｖｉのマイナス電位側に接続している。ここで、ピエゾ抵抗Ｒ２１（Ｒ２３）の一端とピエゾ抵抗Ｒ２２（Ｒ２４）の一端との電位差をフルブリッジ回路Ｃ２の出力電圧Ｖｏ２とする。
次に、傾斜角センサの傾斜角φ，ηを測定する場合を説明する。
錘部材１０４の重力Ｗのｚ軸方向成分Ｇｚにより梁部１０２ｃに曲げモーメントが発生し、梁部１０２ｃが撓むが、傾斜角センサをｘ軸回りまたはｙ軸回りに傾斜させると、Ｗの方向が変化するためＧｚが変化し、撓み量も変化する。曲げモーメントによる梁部１０２ｃ上のｘ軸方向の応力σｘ１は、Ｇｚに比例し、Ｇｚが下式（１）の関係を満たすことから、下式（２）として表すことができる。
2003087719.tif 000003
次に、傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、錘部材１０４の重力方向が変化してＧｙにより梁部１０２ｃにねじりモーメントが発生し、梁部１０２ｃがねじれる。ねじりモーメントによる梁部１０２ｃ上のｘ軸方向の応力σｘ２は、Ｇｙに比例し、Ｇｙが下式（３）の関係を満たすことから、下式（４）として表すことができる。
2003087719.tif 000004
なお、Ｇｘは梁部１０２ｃに曲げモーメントを発生させるが、Ｇｚによる曲げモーメントと比較して小さいので無視することができる。
ピエゾ抵抗がｐ型Ｓｉであり、シリコン基板１０２の結晶面（１００）が表面となり、かつ、ピエゾ抵抗の方向がシリコン基板１０２の結晶方向＜１１０＞と平行である場合、ピエゾ抵抗の抵抗変化率βは、下式（５）により表すことができる。
2003087719.tif 000005
上式（５）において、π４４は、ピエゾ抵抗係数と呼ばれるもので、不純物濃度が１０１８［ｃｍ３］のｐ型Ｓｉである場合は約１．３×１０−９［Ｐａ−１］となる。また、σｌは、ピエゾ抵抗にかかる縦方向の応力、σｔは、ピエゾ抵抗にかかる横方向の応力である。
ピエゾ抵抗がｘ軸方向を向いている場合、σｌは、下式（６）により表すことができる。
2003087719.tif 000006
また、σｔは、ピエゾ抵抗にかかるｙ軸方向の応力になるが、σｘ１＋σｘ２と比較して小さいので無視することができる。これにより、βは、下式（７）により表すことができる。
2003087719.tif 000007
上式（７）において、Ａ，Ｂは、比例定数である。
図４９に示すように、ピエゾ抵抗が中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置されている場合、対称の位置にあるピエゾ抵抗の対については、σｘ１は同一またはほぼ同一の値となり、σｘ２は、絶対値が同一またはほぼ同一となり符号が逆になる。したがって、各ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の抵抗変化率β１１、β１２、β１３、β１４、β２１、β２２、β２３およびβ２４は、下式（８）〜（１５）により表すことができる。
2003087719.tif 000008
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上式（８）〜（１５）において、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２およびＤ２は、比例定数である。
さらに、σｘ１＝σｘ２＝０における各ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の値がすべて等しい場合、フルブリッジ回路Ｃ１の出力電圧Ｖｏ１およびフルブリッジ回路Ｃ２の出力電圧Ｖｏ２は、近似的に下式（１６），（１７）により表すことができる。
2003087719.tif 000010
上式（１６），（１７）において、Ｅ１、Ｅ２は、下式（１８），（１９）により表すことができる。
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すなわち、Ｖｏ１はｓｉｎηに、Ｖｏ２はｃｏｓφｃｏｓηにそれぞれ比例した値となる。
傾斜角センサは、出力電圧Ｖｏ１、Ｖｏ２に基づいて傾斜角φ、ηを算出する傾斜角算出部を有している。
傾斜角算出部は、傾斜角φ、ηを測定するときは、まず、ステップＳ１００に移行するようになっている。
ステップＳ１００では、Ｅ１、Ｅ２を算出する。これには、種々の方法があるが、例えば、η＝９０°およびη＝−９０°におけるＶｏ１をそれぞれ測定してＶｏ１１、Ｖｏ１２とし、また、η＝０°、φ＝０°およびη＝０°、φ＝１８０°におけるＶｏ２をそれぞれ測定してＶｏ２１、Ｖｏ２２とすれば、Ｅ１、Ｅ２は、下式（２０），（２１）により算出することができる。
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なお、ステップＳ１００は、例えば、工場出荷時に実施して、算出結果を不揮発性メモリに記憶しておけばよい。
次いで、ステップＳ１０２に移行して、Ｖｏ１およびＶｏ２を算出し、ステップＳ１０４に移行して、下式（２２）により傾斜角ηを算出し、ステップＳ１０６に移行して、下式（２３）により傾斜角φを算出し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
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［実施例］
次に、本実施の形態の実施例を説明する。
図５２は、シリコン基板１０２およびピエゾ抵抗の寸法条件を示す図である。
図５２において、端部１０２ａの長手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは８００［μｍ］、端部１０２ａの短手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは２００［μｍ］である。また、梁部１０２ｃの長手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは８００［μｍ］、梁部１０２ｃの短手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは２００［μｍ］である。また、シリコン基板１０２の厚さは、２０［μｍ］である。
錘部材１０４の長手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは６００［μｍ］、錘部材１０４の短手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは５００［μｍ］であり、錘部材１０４の厚さは３０［μｍ］である。また、錘部材１０４の材質は金である。
ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ２４およびＲ１４は、端部１０２ａからシリコン基板１０２の長手方向に１５０［μｍ］離れたところに配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ１３は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ２４およびＲ１４からシリコン基板１０２の長手方向に２００［μｍ］離れたところに配置されている。また、ピエゾ抵抗Ｒ２４およびＲ２３は、ピエゾ抵抗１４およびＲ１３からシリコン基板１０２の短手方向に６０［μｍ］離れたところに配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２２は、ピエゾ抵抗Ｒ２４およびＲ２３からシリコン基板１０２の短手方向に４０［μｍ］離れたところに配置されている。また、ピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１２は、ピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２２からシリコン基板１０２の短手方向に６０［μｍ］離れたところに配置されている。
各ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の長さ、幅、表面不純物濃度および拡散深さは、それぞれ５０［μｍ］、１０［μｍ］、１０１８［ｃｍ３］および０．４５［μｍ］である。
図５３（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の結線構成を示す回路図であり、図５３（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の結線構成を示す回路図である。
結線構造は、図５１と同様である。ただし、電源電圧Ｖｉは、フルブリッジ回路Ｃ１、Ｃ２ともに５［Ｖ］に設定した。
図５４（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ１の変化を示すグラフであり、図５４（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ１の変化を示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ１は、図５４（ａ）に示すように、ｓｉｎηにほぼ比例していることが分かる。また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ１は、図５４（ｂ）に示すように、傾斜角φの増減にかかわらずほぼゼロとなることが分かる。
図５５（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ２の変化を示すグラフであり、図５５（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ２の変化を示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ２は、図５５（ａ）に示すように、ｃｏｓηにほぼ比例していることが分かる。また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ２は、図５５（ｂ）に示すように、ｃｏｓφにほぼ比例していることが分かる。
このようにして、本実施の形態では、表面にピエゾ抵抗が形成されたシリコン基板１０２と、シリコン基板１０２の一端でシリコン基板１０２を支持する支持部材１０１ｂと、シリコン基板１０２の端部１０２ｂに配置された錘部材１０４と、傾斜角φ、ηを算出する傾斜角算出部とを備え、ピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１４、ピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２４、ピエゾ抵抗Ｒ１２およびＲ１３、並びにピエゾ抵抗Ｒ２２およびＲ２３を、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置し、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４によりフルブリッジ回路Ｃ１を構成するとともに、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４によりフルブリッジ回路Ｃ２を構成し、傾斜角算出部は、フルブリッジ回路Ｃ１の出力電圧Ｖｏ１に基づいて傾斜角ηを算出し、フルブリッジ回路Ｃ２の出力電圧Ｖｏ２および算出した傾斜角ηに基づいて傾斜角φを算出するようになっている。
これにより、比重の大きな金バンプを錘部材１０４として用いることにより、錘部材１０４の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となり、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。また、厚みが均一なシリコン基板１０２を用いた場合においても、異なる方向の傾斜角η、φを１つの傾斜角センサで検出することができる。また、複数のピエゾ抵抗によりブリッジ回路Ｃ１、Ｃ２を構成しているので、傾斜角η、φの検出精度を比較的向上させることができる。
上記第１０の実施の形態において、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４は、請求の範囲第２３または第２６項記載の第１ピエゾ抵抗群に対応し、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４は、請求の範囲第２３または第２６項記載の第２ピエゾ抵抗群に対応し、フルブリッジ回路Ｃ１は、請求の範囲第２３または第２６項記載の第１フルブリッジ回路に対応している。また、フルブリッジ回路Ｃ２は、請求の範囲第２３または第２６項記載の第２フルブリッジ回路に対応し、傾斜角算出部は、請求の範囲第２３項記載の第１傾斜角算出手段、または請求の範囲第２３項記載の第２傾斜角算出手段に対応し、傾斜角算出部による算出は、請求の範囲第２６項記載の第１傾斜角算出ステップ、または請求の範囲第２６項記載の第２傾斜角算出ステップに対応している。
〔第１１の実施の形態〕
次に、本発明の第１１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図５６ないし図６１は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角測定方法の第１１の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、傾斜角センサおよび傾斜角測定方法を、図５６に示すように、複数のピエゾ抵抗により異なる方向の傾斜角η、φを検出する場合について適用したものであり、上記第１０の実施の形態と異なるところは、ピエゾ抵抗の配置数および配置位置にある。なお、以下、上記第１０の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
図５６は、本発明の第１１の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図である。
図５６において、梁部１０２ｃの上には、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４１およびＲ４２が形成されている。
ピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３４は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置されている。ピエゾ抵抗Ｒ４１は、中心線Ａ１−Ａ１上に配置されている。
ピエゾ抵抗Ｒ３２およびＲ３３は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置され、かつ、ピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３４とシリコン基板１０２の短手方向の位置が同一で、ピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３４よりも錘部材１０４寄りに配置されている。ピエゾ抵抗Ｒ４２は、中心線Ａ１−Ａ１上に配置され、かつ、ピエゾ抵抗Ｒ４１よりも錘部材１０４寄りに配置されている。
これにより、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４１およびＲ４２が形成されたシリコン基板１０２の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓みおよびねじれ可能な状態でシリコン基板１０２を支持することが可能となるとともに、既存のフリップチップ実装技術との整合性をとりつつ、錘部材１０４の比重を容易に増大させて、錘部材１０４の縮小化を図ることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
図５７（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の結線構成を示す回路図であり、図５７（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の結線構成を示す回路図である。
図５７（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４は、フルブリッジ回路Ｃ３を構成している。フルブリッジ回路Ｃ３では、ピエゾ抵抗Ｒ３１の一端とピエゾ抵抗Ｒ３３の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３３を直列に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ３２の一端とピエゾ抵抗Ｒ３４の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ３２およびＲ３４を直列に接続している。また、ピエゾ抵抗Ｒ３１の他端およびピエゾ抵抗Ｒ３４の他端を電源Ｖｉのプラス電位側に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ３２の他端およびピエゾ抵抗Ｒ３３の他端を電源Ｖｉのマイナス電位側に接続している。ここで、ピエゾ抵抗Ｒ３１（Ｒ３３）の一端とピエゾ抵抗Ｒ３２（Ｒ３４）の一端との電位差をフルブリッジ回路Ｃ３の出力電圧Ｖｏ３とする。
図５７（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２は、ハーフブリッジ回路Ｃ４を構成している。ハーフブリッジ回路Ｃ４では、ピエゾ抵抗Ｒ４１の一端とピエゾ抵抗Ｒ４２の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２を直列に接続している。また、ピエゾ抵抗Ｒ４１の他端を電源Ｖｉのプラス電位側に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ４２の他端を電源Ｖｉのマイナス電位側に接続している。ここで、ピエゾ抵抗Ｒ４２の電位差をハーフブリッジ回路Ｃ４の出力電圧Ｖｏ４とする。
次に、傾斜角センサの傾斜角φ，ηを測定する場合を説明する。
各ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４１およびＲ４２の抵抗変化率β３１、β３２、β３３、β３４、β４１およびβ４２は、下式（２４）〜（２９）により表すことができる。なお、下式（２４）〜（２９）は、上式（１）〜（７）を用いて上記第１０の実施の形態と同じ要領で導出することができる。
2003087719.tif 000015
上式（２４）〜（２９）において、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３、Ａ４およびＣ４は、比例定数である。
さらに、σｘ１＝σｘ２＝０における各ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４１およびＲ４２の値がすべて等しい場合、フルブリッジ回路Ｃ３の出力電圧Ｖｏ３およびハーフブリッジ回路Ｃ４の出力電圧Ｖｏ４は、近似的に下式（３０），（３１）により表すことができる。
2003087719.tif 000016
上式（３０），（３１）において、Ｅ３、Ｅ４は、下式（３２），（３３）により表すことができる。
2003087719.tif 000017
すなわち、Ｖｏ３はｓｉｎηに、Ｖｏ４−Ｖｉ／２はｃｏｓφｃｏｓηにそれぞれ比例した値となる。したがって、傾斜角算出部は、上記第１０の実施の形態と同じ要領で傾斜角φ、ηを算出することができる。
［実施例］
次に、本実施の形態の実施例を説明する。
図５８は、シリコン基板１０２およびピエゾ抵抗の寸法条件を示す図である。
図５８において、端部１０２ａの長手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは８００［μｍ］、端部１０２ａの短手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは２００［μｍ］である。また、梁部１０２ｃの長手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは８００［μｍ］、梁部１０２ｃの短手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは２００［μｍ］である。また、シリコン基板１０２の厚さは、２０［μｍ］である。
錘部材１０４の長手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは６００［μｍ］、錘部材１０４の短手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは５００［μｍ］であり、錘部材１０４の厚さは３０［μｍ］である。また、錘部材１０４の材質は金である。
ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ４１およびＲ３４は、端部１０２ａからシリコン基板１０２の長手方向に１５０［μｍ］離れたところに配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ３２、Ｒ４２およびＲ３３は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ４１およびＲ３４からシリコン基板１０２の長手方向に５００［μｍ］離れたところに配置されている。また、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２は、ピエゾ抵抗Ｒ３４およびＲ３３からシリコン基板１０２の短手方向に８０［μｍ］離れたところに配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３２は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２からシリコン基板１０２の短手方向に８０［μｍ］離れたところに配置されている。
各ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ４１およびＲ４２の長さ、幅、表面不純物濃度および拡散深さは、それぞれ５０［μｍ］、１０［μｍ］、１０１８［ｃｍ３］および０．４５［μｍ］である。
図５９（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の結線構成を示す回路図であり、図５９（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の結線構成を示す回路図である。
結線構造は、図５７と同様である。ただし、電源電圧Ｖｉは、フルブリッジ回路Ｃ３、Ｃ４ともに５［Ｖ］に設定した。
図６０（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ３の変化を示すグラフであり、図６０（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ３の変化を示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ３は、図６０（ａ）に示すように、ｓｉｎηにほぼ比例していることが分かる。また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ３は、図６０（ｂ）に示すように、傾斜角φの増減にかかわらずほぼゼロとなることが分かる。
図６１（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ４の変化を示すグラフであり、図６１（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ４の変化を示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ４は、図６１（ａ）に示すように、Ｖｉ／２をオフセットとしてｃｏｓηにほぼ比例していることが分かる。また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ４は、図６１（ｂ）に示すように、Ｖｉ／２をオフセットとしてｃｏｓφにほぼ比例していることが分かる。
このようにして、本実施の形態では、表面にピエゾ抵抗が形成されたシリコン基板１０２と、シリコン基板１０２の一端でシリコン基板１０２を支持する支持部材１０１ｂと、シリコン基板１０２の端部１０２ｂに配置された錘部材１０４と、傾斜角φ、ηを算出する傾斜角算出部とを備え、ピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３４、並びにピエゾ抵抗Ｒ３２およびＲ３３を、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置し、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２を、中心線Ａ１−Ａ１上に配置し、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４によりフルブリッジ回路Ｃ３を構成するとともに、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２によりハーフブリッジ回路Ｃ４を構成し、傾斜角算出部は、フルブリッジ回路Ｃ３の出力電圧Ｖｏ３に基づいて傾斜角ηを算出し、ハーフブリッジ回路Ｃ４の出力電圧Ｖｏ４および算出した傾斜角ηに基づいて傾斜角φを算出するようになっている。
これにより、比重の大きな金バンプを錘部材１０４として用いることにより、錘部材１０４の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となり、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。また、厚みが均一なシリコン基板１０２を用いた場合においても、異なる方向の傾斜角η、φを１つの傾斜角センサで検出することができる。また、複数のピエゾ抵抗によりブリッジ回路Ｃ３、Ｃ４を構成しているので、傾斜角η、φの検出精度を比較的向上させることができる。また、上記第１０の実施の形態に比して、検出に必要なピエゾ抵抗の数を低減することができる。
上記第１１の実施の形態において、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４は、請求の範囲第２４または第２７項記載の第１ピエゾ抵抗群に対応し、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２は、請求の範囲第２４または第２７項記載の第２ピエゾ抵抗群に対応し、フルブリッジ回路Ｃ３は、請求の範囲第２４または第２７項記載の第１フルブリッジ回路に対応している。また、ハーフブリッジ回路Ｃ４は、請求の範囲第２４または第２７項記載の第２ハーフブリッジ回路に対応し、傾斜角算出部は、請求の範囲第２４項記載の第１傾斜角算出手段、または請求の範囲第２４項記載の第２傾斜角算出手段に対応し、傾斜角算出部による算出は、請求の範囲第２７項記載の第１傾斜角算出ステップ、または請求の範囲第２７項記載の第２傾斜角算出ステップに対応している。
〔第１２の実施の形態〕
次に、本発明の第１２の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図６２ないし図６９は、本発明に係る傾斜角センサおよび傾斜角測定方法の第１２の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、傾斜角センサおよび傾斜角測定方法を、図６２に示すように、複数のピエゾ抵抗により異なる方向の傾斜角η、φを検出する場合について適用したものであり、上記第１０の実施の形態と異なるところは、ピエゾ抵抗の配置数および配置位置にある。なお、以下、上記第１０の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
図６２は、本発明の第１２の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図である。
図６２において、梁部１０２ｃの上には、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４が形成されている。
ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置されている。ピエゾ抵抗Ｒ５２およびＲ５３は、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置され、かつ、ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４とシリコン基板１０２の短手方向の位置が同一でピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４よりも錘部材１０４寄りに配置されている。
これにより、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４が形成されたシリコン基板１０２の裏面を選択的にエッチングすることなく、撓みおよびねじれ可能な状態でシリコン基板１０２を支持することが可能となるとともに、既存のフリップチップ実装技術との整合性をとりつつ、錘部材１０４の比重を容易に増大させて、錘部材１０４の縮小化を図ることが可能となる。
このため、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。
図６３（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の結線構成を示す回路図であり、図６３（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の他の結線構成を示す回路図である。
図６３（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４は、フルブリッジ回路Ｃ５を構成している。フルブリッジ回路Ｃ５では、ピエゾ抵抗Ｒ５１の一端とピエゾ抵抗Ｒ５３の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５３を直列に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ５２の一端とピエゾ抵抗Ｒ５４の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ５２およびＲ５４を直列に接続している。また、ピエゾ抵抗Ｒ５１の他端およびピエゾ抵抗Ｒ５４の他端を電源Ｖｉのプラス電位側に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ５２の他端およびピエゾ抵抗Ｒ５３の他端を電源Ｖｉのマイナス電位側に接続している。ここで、ピエゾ抵抗Ｒ５１（Ｒ５３）の一端とピエゾ抵抗Ｒ５２（Ｒ５４）の一端との電位差をフルブリッジ回路Ｃ５の出力電圧Ｖｏ５とする。
図６３（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４は、フルブリッジ回路Ｃ５とは接続が異なるフルブリッジ回路Ｃ６を構成している。フルブリッジ回路Ｃ６では、ピエゾ抵抗Ｒ５１の一端とピエゾ抵抗Ｒ５３の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５３を直列に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ５２の一端とピエゾ抵抗Ｒ５４の一端を接続してピエゾ抵抗Ｒ５２およびＲ５４を直列に接続している。また、ピエゾ抵抗Ｒ５１の他端およびピエゾ抵抗Ｒ５２の他端を電源Ｖｉのプラス電位側に接続し、ピエゾ抵抗Ｒ５３の他端およびピエゾ抵抗Ｒ５４の他端を電源Ｖｉのマイナス電位側に接続している。ここで、ピエゾ抵抗Ｒ５１（Ｒ５３）の一端とピエゾ抵抗Ｒ５２（Ｒ５４）の一端との電位差をフルブリッジ回路Ｃ６の出力電圧Ｖｏ６とする。なお、フルブリッジ回路Ｃ６は、フルブリッジ回路Ｃ５の接続をスイッチング等により切り換えることにより構成する。
次に、傾斜角センサの傾斜角φ，ηを測定する場合を説明する。
各ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の抵抗変化率β５１、β５２、β５３およびβ５４は、下式（３４）〜（３７）により表すことができる。なお、下式（３４）〜（３７）は、上式（１）〜（７）を用いて上記第１０の実施の形態と同じ要領で導出することができる。
2003087719.tif 000018
上式（３４）〜（３７）において、Ａ５、Ｂ５、Ｃ５およびＤ５は、比例定数である。
さらに、σｘ１＝σｘ２＝０における各ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の値がすべて等しい場合、フルブリッジ回路Ｃ５の出力電圧Ｖｏ５およびフルブリッジ回路Ｃ６の出力電圧Ｖｏ６は、近似的に下式（３８），（３９）により表すことができる。
2003087719.tif 000019
上式（３８），（３９）において、Ｅ５、Ｅ６は、下式（４０），（４１）により表すことができる。
2003087719.tif 000020
すなわち、Ｖｏ５はｓｉｎηに、Ｖｏ６はｃｏｓφｃｏｓηにそれぞれ比例した値となる。したがって、傾斜角算出部は、上記第１０の実施の形態と同じ要領で傾斜角φ、ηを算出することができる。
［実施例］
次に、本実施の形態の実施例を説明する。
図６４は、シリコン基板１０２およびピエゾ抵抗の寸法条件を示す図である。
図６４において、端部１０２ａの長手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは８００［μｍ］、端部１０２ａの短手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは２００［μｍ］である。また、梁部１０２ｃの長手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは８００［μｍ］、梁部１０２ｃの短手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは２００［μｍ］である。また、シリコン基板１０２の厚さは、２０［μｍ］である。
錘部材１０４の長手方向（シリコン基板１０２の短手方向）の長さは６００［μｍ］、錘部材１０４の短手方向（シリコン基板１０２の長手方向）の長さは５００［μｍ］であり、錘部材１０４の厚さは３０［μｍ］である。また、錘部材１０４の材質は金である。
ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４は、端部１０２ａからシリコン基板１０２の長手方向に５０［μｍ］離れたところに配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ５２およびＲ５３は、ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４からシリコン基板１０２の長手方向に２００［μｍ］離れたところに配置されている。また、ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５２は、ピエゾ抵抗Ｒ５３およびＲ５４からシリコン基板１０２の短手方向に１６０［μｍ］離れたところに配置されている。
各ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の長さ、幅、表面不純物濃度および拡散深さは、それぞれ５０［μｍ］、１０［μｍ］、１０１８［ｃｍ３］および０．４５［μｍ］である。
図６５（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の結線構成を示す回路図であり、図６５（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の他の結線構成を示す回路図である。
結線構造は、図６３と同様である。ただし、電源電圧Ｖｉは、フルブリッジ回路Ｃ５、Ｃ６ともに５［Ｖ］に設定した。
図６６（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を示すグラフであり、図６６（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ５は、図６６（ａ）に示すように、ｓｉｎηにほぼ比例していることが分かる。また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ５は、図６６（ｂ）に示すように、傾斜角φの増減にかかわらずほぼゼロとなることが分かる。
図６７（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を示すグラフであり、図６７（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ６は、図６７（ａ）に示すように、ｃｏｓηにほぼ比例していることが分かる。また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ６は、図６７（ｂ）に示すように、ｃｏｓφにほぼ比例していることが分かる。
図６８（ａ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を各材質ごとに示すグラフであり、図６８（ｂ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を各材質ごとに示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ５は、図６８（ａ）に示すように、ｓｉｎηにほぼ比例していることが分かる。錘部材１０４を設けない場合は、変化がほとんどない。錘部材１０４をＳｉで構成した場合は、錘部材１０４を設けない場合に比して変化がやや大きい。錘部材１０４を半田（Ｓｎ６３％、Ｐｂ３７％）で構成した場合は、Ｓｉで構成した場合に比して変化がやや大きい。錘部材１０４をＡｕで構成した場合は、錘部材１０４を半田で構成した場合に比して変化がやや大きい。図６６（ａ）は、錘部材１０４をＡｕで構成した場合である。
また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ５は、図６８（ｂ）に示すように、傾斜角φの増減および材質にかかわらずほぼゼロとなることが分かる。
図６９（ａ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を各材質ごとに示すグラフであり、図６９（ｂ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を各材質ごとに示すグラフである。
傾斜角φ＝０に固定して傾斜角センサをｙ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ６は、図６９（ａ）に示すように、ｃｏｓηにほぼ比例していることが分かる。錘部材１０４を設けない場合は、変化がほとんどない。錘部材１０４をＳｉで構成した場合は、錘部材１０４を設けない場合に比して変化がやや大きい。錘部材１０４を半田（Ｓｎ６３％、Ｐｂ３７％）で構成した場合は、Ｓｉで構成した場合に比して変化がやや大きい。錘部材１０４をＡｕで構成した場合は、錘部材１０４を半田で構成した場合に比して変化がやや大きい。図６７（ａ）は、錘部材１０４をＡｕで構成した場合である。
また、傾斜角η＝０に固定して傾斜角センサをｘ軸回りに傾斜させると、出力電圧Ｖｏ６は、図６９（ｂ）に示すように、ｃｏｓφにほぼ比例していることが分かる。各材質ごとの変化については図６９（ａ）と同様である。
このようにして、本実施の形態では、表面にピエゾ抵抗が形成されたシリコン基板１０２と、シリコン基板１０２の一端でシリコン基板１０２を支持する支持部材１０１ｂと、シリコン基板１０２の端部１０２ｂに配置された錘部材１０４と、傾斜角φ、ηを算出する傾斜角算出部とを備え、ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４、並びにピエゾ抵抗Ｒ５２およびＲ５３を、中心線Ａ１−Ａ１を軸として線対称の位置に配置し、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４によりフルブリッジ回路Ｃ５を構成するとともに、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４によりフルブリッジ回路Ｃ５とは接続が異なるフルブリッジ回路Ｃ６を構成し、傾斜角算出部は、フルブリッジ回路Ｃ３の出力電圧Ｖｏ３に基づいて傾斜角ηを算出し、ハーフブリッジ回路Ｃ４の出力電圧Ｖｏ４および算出した傾斜角ηに基づいて傾斜角φを算出するようになっている。
これにより、比重の大きな金バンプを錘部材１０４として用いることにより、錘部材１０４の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となり、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となる。また、厚みが均一なシリコン基板１０２を用いた場合においても、異なる方向の傾斜角η、φを１つの傾斜角センサで検出することができる。また、複数のピエゾ抵抗によりブリッジ回路Ｃ５、Ｃ６を構成しているので、傾斜角η、φの検出精度を比較的向上させることができる。また、上記第１０の実施の形態に比して、検出に必要なピエゾ抵抗の数を低減することができる。また、出力電圧Ｖｏ６にオフセットを含まないので、上記第１１の実施の形態に比して、傾斜角η、φの検出精度を向上させることができる。
上記第１２の実施の形態において、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４は、請求の範囲第２５または第２８項記載の第１ピエゾ抵抗群に対応し、フルブリッジ回路Ｃ５は、請求の範囲第２５または第２８項記載の第１フルブリッジ回路に対応し、フルブリッジ回路Ｃ６は、請求の範囲第２５または第２８項記載の第２フルブリッジ回路に対応している。また、傾斜角算出部は、請求の範囲第２５項記載の第１傾斜角算出手段、または請求の範囲第２５項記載の第２傾斜角算出手段に対応し、傾斜角算出部による算出は、請求の範囲第２８項記載の第１傾斜角算出ステップ、または請求の範囲第２８項記載の第２傾斜角算出ステップに対応している。
〔第１３の実施の形態〕
次に、本発明の第１３の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図７０は、本発明に係る方位角センサの第１３の実施の形態を示す図である。
図７０は、本発明に係る方位角センサの構成を示すブロック図である。
図７０において、方位角センサには、３軸磁気センサ１０１、磁気センサ駆動電源部１０２、チョッパ部１０３、磁気センサ増幅部１０４、磁気センサＡ／Ｄ変換部１０５、感度・オフセット補正部１０６、傾斜角センサ１０７、傾斜角センサ増幅部１０８、傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１０９、傾斜補正部１１０および方位角計算部１１１が設けられている。
３軸磁気センサ１０１には、方位角センサの縦方向をｘ軸としてｘ軸方向の地磁気成分を検出するｘ軸地磁気センサＨＥｘ、方位角センサの横方向をｙ軸としてｙ軸方向の地磁気成分を検出するｙ軸地磁気センサＨＥｙおよび方位角センサの厚さ方向をｚ軸としてｚ軸方向の地磁気成分を検出するｚ軸地磁気センサＨＥｚが設けられている。
チョッパ部１０３は、ｘ軸地磁気センサＨＥｘ、ｙ軸地磁気センサＨＥｙおよびｚ軸地磁気センサＨＥｚをそれぞれ駆動する端子を切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部１０２から出力された駆動電圧を、ｘ軸地磁気センサＨＥｘ、ｙ軸地磁気センサＨＥｙおよびｚ軸地磁気センサＨＥｚにそれぞれ印加し、ｘ軸地磁気センサＨＥｘ、ｙ軸地磁気センサＨＥｙおよびｚ軸地磁気センサＨＥｚから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部１０４に出力するようになっている。
磁気センサＡ／Ｄ変換部１０５は、ｘ軸地磁気センサＨＥｘ、ｙ軸地磁気センサＨＥｙおよびｚ軸地磁気センサＨＥｚからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したデジタルデータをそれぞれｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部１０６に出力するようになっている。
感度・オフセット補正部１０６は、磁気センサＡ／Ｄ変換部１０５からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて、ｘ軸地磁気センサＨＥｘ、ｙ軸地磁気センサＨＥｙおよびｚ軸地磁気センサＨＥｚのオフセットおよび感度補正係数を算出し、算出したオフセットおよび感度補正係数に基づいて、ｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを補正するようになっている。
傾斜角センサ１０７は、ｘ軸を回転軸とする傾斜角ηおよびｙ軸を回転軸とする傾斜角φを検出し、出力されたセンサ信号を傾斜角センサ増幅部１０８へ出力するようになっている。
傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１０９は、傾斜角センサ１０７からのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したデジタルデータを傾斜角η測定データおよび傾斜角φ測定データとして傾斜補正部１１０へ出力するようになっている。
傾斜補正部１１０は、傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１０９からの傾斜角η測定データおよび傾斜角φ測定データに基づいて、感度・オフセット補正部１０６からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを補正するようになっている。
方位角計算部１１１は、傾斜補正部１１０からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて方位角を算出するようになっている。
これにより、方位角センサの大型化およびコストアップを抑えつつ、方位角センサを水平面に置くことなく方位角を比較的正確に計測することが可能となる。
上記第１３の実施の形態において、ｘ軸方向の地磁気成分、ｙ軸方向の地磁気成分およびｚ軸方向の地磁気成分は、請求の範囲第２９項記載の地磁気成分に対応し、３軸磁気センサ１０１は、請求の範囲第２９項記載の地磁気検出手段に対応し、ｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データは請求の範囲第２９項記載の地磁気データに対応し、傾斜角センサ１０７は、請求の範囲第２９項記載の傾斜角センサに対応し、傾斜角η測定データおよび傾斜角φ測定データは、請求の範囲第２９項記載の傾斜角データに対応し、傾斜補正部１１０および方位角計算部１１１は、請求の範囲第２９項記載の方位角算出手段に対応している。
〔第１４の実施の形態〕
次に、本発明の第１４の実施の形態を説明する。
本発明に係る携帯電話は、第１３の実施の形態における方位角センサを携帯電話に内蔵したものである。
これにより、携帯電話の大型化およびコストアップを抑えつつ、携帯電話を水平に保つことなくユーザーが普段使う姿勢のままで方位角を比較的正確に計測することが可能となる。
なお、上記第１ないし第１２の実施の形態においては、シリコン基板上にピエゾ抵抗を形成する方法について説明したが、Ｇｅ基板やＩｎＳｂ基板を用いるようにしてもよい。
また、上記第１ないし第１２の実施の形態において、傾斜角センサは、例えば、電子ペット、ロボット、ゲームコントローラなどのモーションセンサ、ゲーム機などの携帯端末の傾斜による画面操作装置、携帯端末用ナビゲーションシステム、傾斜・振動・感振などのモニタ装置などに利用することができる。
また、上記第１ないし第１２の実施の形態においては、傾斜角センサについて説明したが、加速度センサに適用してもよい。
また、上記第８および第９の実施の形態においては、金属錘部材として半田バンプを例にとって説明したが、金バンプを用いるようにしてもよい。
また、上記第８および第９の実施の形態においては、１軸の傾斜角センサを例に取って説明したが、２軸の傾斜角センサに適用するようにしてもよい。
また、上記第１０の実施の形態においては、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の向きをシリコン基板１０２の長手方向としたが、これに限らず、対となるピエゾ抵抗の向きが同一であるならば、それらの向きをシリコン基板１０２の短手方向としてもよい。
図７１は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の配置を示す図である。
図７１（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ１１およびＲ１４は、シリコン基板１０２の長手方向を向いて配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ１２およびＲ１３は、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
図７１（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４はいずれも、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
また、上記第１０の実施の形態においては、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の向きをシリコン基板１０２の長手方向としたが、これに限らず、対となるピエゾ抵抗の向きが同一であるならば、それらの向きをシリコン基板１０２の短手方向としてもよい。
図７２は、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の配置を示す図である。
図７２（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ２１およびＲ２４は、シリコン基板１０２の長手方向を向いて配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ２２およびＲ２３は、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
図７２（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４はいずれも、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
また、上記第１１の実施の形態においては、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の向きをシリコン基板１０２の長手方向としたが、これに限らず、対となるピエゾ抵抗の向きが同一であるならば、それらの向きをシリコン基板１０２の短手方向としてもよい。
図７３は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の配置を示す図である。
図７３（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ３１およびＲ３４は、シリコン基板１０２の長手方向を向いて配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ３２およびＲ３３は、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
図７３（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４はいずれも、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
また、上記第１１の実施の形態においては、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の向きをシリコン基板１０２の長手方向としたが、これに限らず、対となるピエゾ抵抗の向きが同一であるならば、それらの向きをシリコン基板１０２の短手方向としてもよい。
図７４は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の配置を示す図である。
図７４において、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２はいずれも、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
また、上記第１２の実施の形態においては、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の向きをシリコン基板１０２の長手方向としたが、これに限らず、対となるピエゾ抵抗の向きが同一であるならば、それらの向きをシリコン基板１０２の短手方向としてもよい。
図７５は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の配置を示す図である。
図７５（ａ）において、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４はいずれも、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
図７５（ｂ）において、ピエゾ抵抗Ｒ５１およびＲ５４は、シリコン基板１０２の長手方向を向いて配置されており、ピエゾ抵抗Ｒ５２およびＲ５３は、シリコン基板１０２の短手方向を向いて配置されている。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明に係る請求の範囲第１ないし第１０項記載の傾斜角センサ、または請求の範囲第１１ないし第１６項記載の傾斜角センサの製造方法によれば、変位部を形成するために、フォトリソグラフィー技術を用いた選択的なエッチングを行なう必要がなくなり、傾斜角センサの構成および製造工程を簡易化して、傾斜角センサのコストを下げることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となるという効果が得られる。
一方、本発明に係る請求の範囲第１７ないし第１９項記載の傾斜角センサ、または請求の範囲第２０ないし第２２項記載の傾斜角センサの製造方法によれば、変位部を形成するために、基板の裏面を選択的にエッチングする必要がなくなる。また、比重の大きな金属バンプを錘部材として用いることにより、錘部材の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。したがって、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となるという効果が得られる。
一方、本発明に係る請求の範囲第２３項記載の傾斜角センサによれば、変位部を形成するために、基板の裏面を選択的にエッチングする必要がなくなる。また、比重の大きな金属バンプを錘部材として用いることにより、錘部材の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。したがって、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となるという効果が得られる。また、厚みが均一な撓み板を用いた場合においても、２軸の傾斜角を１つの傾斜角センサで検出することができるという効果も得られる。また、複数のピエゾ抵抗によりブリッジ回路を構成しているので、２軸の傾斜角の検出精度を比較的向上させることができるという効果も得られる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２４項記載の傾斜角センサによれば、変位部を形成するために、基板の裏面を選択的にエッチングする必要がなくなる。また、比重の大きな金属バンプを錘部材として用いることにより、錘部材の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。したがって、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となるという効果が得られる。また、厚みが均一な撓み板を用いた場合においても、２軸の傾斜角を１つの傾斜角センサで検出することができるという効果も得られる。また、複数のピエゾ抵抗によりブリッジ回路を構成しているので、２軸の傾斜角の検出精度を比較的向上させることができるという効果も得られる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２５項記載の傾斜角センサによれば、変位部を形成するために、基板の裏面を選択的にエッチングする必要がなくなる。また、比重の大きな金属バンプを錘部材として用いることにより、錘部材の小型化を図りつつ、既存のフリップチップ実装技術と容易に整合性をとることが可能となる。したがって、傾斜角センサの小型・低コスト化を図ることが可能となるとともに、衝撃に対する耐性も向上させることが可能となるという効果が得られる。また、厚みが均一な撓み板を用いた場合においても、２軸の傾斜角を１つの傾斜角センサで検出することができるという効果も得られる。また、複数のピエゾ抵抗によりブリッジ回路を構成しているので、２軸の傾斜角の検出精度を比較的向上させることができるという効果も得られる。
一方、本発明に係る請求の範囲第２６項記載の傾斜角測定方法によれば、請求の範囲第２３項記載の傾斜角センサと同等の効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２７項記載の傾斜角測定方法によれば、請求の範囲第２４項記載の傾斜角センサと同等の効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２８項記載の傾斜角測定方法によれば、請求の範囲第２５項記載の傾斜角センサと同等の効果が得られる。
一方、本発明に係る請求の範囲第２９項記載の方位角センサによれば、請求の範囲第１項ないし第１０項、請求の範囲第１７項ないし第１９項、または請求項第２３項ないし第２５項記載の傾斜角センサを用いて地磁気データの傾斜補正を行うことにより、方位角センサの大型化およびコストアップを抑えつつ、方位角センサを水平面に置くことなく方位角を比較的正確に計測することが可能となる。
一方、本発明に係る請求の範囲第３０項記載の携帯電話によれば、請求の範囲第２９項記載の方位角センサを用いることにより、携帯電話の大型化およびコストアップを抑えつつ、携帯電話を水平に保つことなくユーザーが普段使う姿勢のままで方位角を比較的正確に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す平面図、図４（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す断面図である。図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す断面図、図５（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す平面図である。
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図７は、本発明の第２の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図８は、本発明の第３の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図９は、本発明の第３の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図１０（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す平面図、図１０（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す断面図である。
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す断面図である。図１４は、本発明の第５の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図１６（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す平面図、図１６（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係るガラスウェハの構成を示す断面図である。
図１７（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す断面図、図１７（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態に係る錘ウェハの構成を示す平面図である。図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図１９（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサの概略構成を示す斜視図、図１９（ｂ）は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサのシリコン基板表面の構成を示す平面図である。
図２０は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す斜視図である。図２１は、図１９（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の結線構成を示す回路図である。図２２（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す斜視図、図２２（ｂ）および図２２（ｃ）は、本発明の第６の実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す断面図である。図２３は、図１９（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６の結線構成を示す回路図である。図２４（ａ）は、本発明の第７の実施の形態に係る傾斜角センサの概略構成を示す断面図、図２４（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態に係る傾斜角センサのシリコン基板表面の構成を示す平面図である。
図２５は、図２４（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２７、Ｒ２８の結線構成を示す回路図である。図２６は、図２４（ｂ）のピエゾ抵抗Ｒ２３〜Ｒ２６の結線構成を示す回路図である。図２７（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）のＡ１−Ａ１線で切断した断面図である。図２８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの動作を示す断面図、図２８（ｃ）は、図２７（ａ）のピエゾ抵抗Ｒ１、Ｒ２の結線構成を示す回路図である。
図２９（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図２９（ｂ）は、図２９（ａ）のＡ２−Ａ２線で切断した断面図である。図３０（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図３０（ｂ）は、図３０（ａ）のＡ３−Ａ３線で切断した断面図である。図３１（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図３１（ｂ），（ｃ）は、図３１（ａ）のＡ４−Ａ４線で切断した断面図である。
図３２（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図３２（ｂ）は、図３２（ａ）のＡ５−Ａ５線で切断した断面図である。図３３（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図３３（ｂ）は、図３３（ａ）のＡ６−Ａ６線で切断した断面図である。図３４（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図３４（ｂ）は、図３４（ａ）のＡ７−Ａ７線で切断した断面図である。
図３５（ａ）は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図３５（ｂ）は、図３５（ａ）のＡ８−Ａ８線で切断した断面図である。図３６は、本発明の第８の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。図３７は、本発明の一実施の形態に係る傾斜角センサの半田バンプの製造工程の一例を示す断面図である。図３８は、本発明の一実施の形態に係る傾斜角センサの半田バンプの製造工程の一例を示す断面図である。
図３９は、本発明の一実施の形態に係る傾斜角センサの半田バンプの製造工程の一例を示す断面図である。図４０（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図、図４０（ｂ）は、図４０（ａ）のＢ１−Ｂ１線で切断した断面図である。図４１（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４１（ｂ）は、図４１（ａ）のＢ２−Ｂ２線で切断した断面図である。図４２（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４２（ｂ）は、図４２（ａ）のＢ３−Ｂ３線で切断した断面図である。
図４３（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４３（ｂ）は、図４３（ａ）のＢ４−Ｂ４線で切断した断面図である。図４４（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４４（ｂ）は、図４４（ａ）のＢ５−Ｂ５線で切断した断面図である。図４５（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４５（ｂ）は、図４５（ａ）のＢ６−Ｂ６線で切断した断面図である。
図４６（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４６（ｂ）は、図４６（ａ）のＢ７−Ｂ７線で切断した断面図である。図４７（ａ）は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す平面図、図４７（ｂ）は、図４７（ａ）のＢ８−Ｂ８線で切断した断面図である。図４８は、本発明の第９の実施の形態に係る傾斜角センサの製造工程を示す断面図である。
図４９（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図であり、図４９（ｂ）は、図４９（ａ）のＡ１−Ａ１線で切断した断面図である。図５０（ａ）は、シリコン基板１０２を長手方向に切断した断面からみたときの傾斜角センサの座標系を定義した図であり、図５０（ｂ）は、シリコン基板１０２を短手方向に切断した断面からみたときの傾斜角センサの座標系を定義した図である。
図５１（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の結線構成を示す回路図であり、図５１（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の結線構成を示す回路図である。図５２は、シリコン基板１０２およびピエゾ抵抗の寸法条件を示す図である。図５３（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の結線構成を示す回路図であり、図５３（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の結線構成を示す回路図である。
図５４（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ１の変化を示すグラフであり、図５４（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ１の変化を示すグラフである。図５５（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ２の変化を示すグラフであり、図５５（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ２の変化を示すグラフである。
図５６は、本発明の第１１の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図である。図５７（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の結線構成を示す回路図であり、図５７（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の結線構成を示す回路図である。図５８は、シリコン基板１０２およびピエゾ抵抗の寸法条件を示す図である。
図５９（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の結線構成を示す回路図であり、図５９（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の結線構成を示す回路図である。図６０（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ３の変化を示すグラフであり、図６０（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ３の変化を示すグラフである。
図６１（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ４の変化を示すグラフであり、図６１（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ４の変化を示すグラフである。図６２は、本発明の第１２の実施の形態に係る傾斜角センサの構成を示す平面図である。
図６３（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の結線構成を示す回路図であり、図６３（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の他の結線構成を示す回路図である。図６４は、シリコン基板１０２およびピエゾ抵抗の寸法条件を示す図である。図６５（ａ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の結線構成を示す回路図であり、図６５（ｂ）は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の他の結線構成を示す回路図である。
図６６（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を示すグラフであり、図６６（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を示すグラフである。図６７（ａ）は、傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を示すグラフであり、図６７（ｂ）は、傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を示すグラフである。
図６８（ａ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を各材質ごとに示すグラフであり、図６８（ｂ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ５の変化を各材質ごとに示すグラフである。図６９（ａ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角φを一定にして傾斜角ηを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を各材質ごとに示すグラフであり、図６９（ｂ）は、錘部材１０４の材質を変化させた場合において傾斜角ηを一定にして傾斜角φを変化させたときの出力電圧Ｖｏ６の変化を各材質ごとに示すグラフである。
図７０は、本発明に係る方位角センサの構成を示すブロック図であり、図７１は、ピエゾ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４の配置を示す図であり、図７２は、ピエゾ抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３およびＲ２４の配置を示す図である。図７３は、ピエゾ抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３およびＲ３４の配置を示す図であり、図７４は、ピエゾ抵抗Ｒ４１およびＲ４２の配置を示す図であり、図７５は、ピエゾ抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３およびＲ５４の配置を示す図である。
図７６（ａ）は、従来の傾斜角センサの概略構成を示す斜視図、図７６（ｂ）は、従来の傾斜角センサの概略構成を示す断面図、図７６（ｃ）は、従来の傾斜角センサのピエゾ抵抗の部分を拡大して示す断面図である。図７７（ａ）は、従来の傾斜角センサのＸ、Ｙ方向への加速時における各ピエゾ抵抗の増減を示す図、図７７（ｂ）は、従来の傾斜角センサのＺ方向への加速時における各ピエゾ抵抗の増減を示す図である。
【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】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【国際調査報告】
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