(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス基板に形成された錘または可動電極と、前記錘または可動電極を取り囲むように配置した外周部と、を有し、前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位可能な物理量センサにおいて、
前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位した時に、前記錘または可動電極の中心位置から見た端部の外周部に、回転空間を設け、
前記デバイス基板に形成された錘または可動電極が固定基板に一点で支持されており、
前記錘または可動電極の支持点から平面的に平行な方向および平面的に垂直な方向にある錘または可動電極の端部とその端部と平行に外周部に配置した固定電極との第一の隙間の距離と比較して、前記錘または可動電極の支持点から平面的に見て対角線上で最も離れた位置の錘または可動電極の端部とその端部と平行に外周部に配置した固定電極との第二の隙間の距離が広いことを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量センサにおいて、
前記端部に面取り部を設けたことを特徴とする物理量センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の物理量センサにおいて、
前記第一の隙間の距離と前記第二の隙間の距離とがテーパ状に広がっていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の物理量センサにおいて、
前記テーパ状の斜面に突起を設けたことを特徴とする物理量センサの構造。
【請求項５】
デバイス基板に形成された錘または可動電極と、前記錘または可動電極を取り囲むように配置した外周部と、を有し、前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位可能な物理量センサにおいて、
前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位した時に、前記錘または可動電極の中心位置から見た端部の外周部に、回転空間を設け、
前記デバイス基板の錘または可動電極内部に形成されたばね梁の支点と近接する第三の隙間の距離を比較して、ばね梁の先端部と近接する第四の隙間の距離が広いことを特徴とする物理量センサの構造。
【請求項６】
請求項５に記載の物理量センサおいて、
前記第三の隙間の距離と前記第四の隙間の距離とがテーパ状広がっていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の物理量センサにおいて、
前記テーパ状の斜面に突起を設けたことを特徴とする物理量センサの構造。
【請求項８】
デバイス基板に形成された錘または可動電極と、前記錘または可動電極を取り囲むように配置した外周部と、を有し、前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位可能な物理量センサにおいて、
前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位した時に、前記錘または可動電極の中心位置から見た端部の外周部に、回転空間を設け、
前記デバイス基板に形成された錘または可動電極が固定基板に一点で支持されており、
前記支持点から対角線上で最も離れた位置の錘または可動電極の端部とそれと対向する、外周部に緩衝部を設けるたことを特徴とする物理量センサ。
【請求項９】
デバイス基板に形成された錘または可動電極と、前記錘または可動電極を取り囲むように配置した外周部と、を有し、前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位可能な物理量センサにおいて、
前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位した時に、前記錘または可動電極の中心位置から見た端部の外周部に、回転空間を設け、
前記デバイス基板の錘または可動電極内部に形成されたばね梁の支点から一番離れた位
置の側壁に緩衝部を設けたことを特徴とする物理量センサ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の物理量センサにおいて、
前記緩衝部は両端支持梁からなることを特徴とする物理量センサ。
【請求項１１】
請求項１から８の記載の物理量センサにおいて、
該物理量センサは制御ＬＳＩとともに一つのパッケージに配置されたことを特徴とする物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物理量の測定に用いられる物理量センサの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ技術における微細化加工技術の発展により、シリコンおよびガラス等の材料を適用した加速度、角速度などの物理量を測定する様々なセンサが提供されている。ＭＥＭＳ技術を用いた物理量センサは、半導体デバイスと比較してアスペクト比（開口幅と加工深さとの比）が高い構造体を形成できる利点がある。また、高アスペクト比の溝を加工できるＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）方式のＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を適用したドライエッチング法によって、シリコンからなる立体構造および可動構造を形成することにより、機械加工と比較して優れた加工精度の各種構造体を形成することができる。
【０００３】
このようなＭＥＭＳ技術を用いた物理量センサとして、特開２０１４一１４９２３４号公報（特許文献１）に記載された静電容量型センサが知られている。この静電容量型センサは、基板に振動質量体が支承部によって支持されており、振動質量体は基板の上部に浮いた状態となっている。振動質量体の中央部にはトーションバーが形成されており、左右に配置した翼部は、基板の平面方向に垂直な加速度が印加されると、トーションバーを中心として回転する。加速度は固定基板上に形成された二つの電極から得られる静電容量によって検出される。振動質量体の周囲は、固定基板と一体となっている枠部によって囲まれている。振動質量体の最外周部には固定基板との接触を防止する目的で凸部が形成されている。また、振動質量体と同一平面に存在する延設部は、支承部から複数に分岐した棒状に形成されている。延設部の目的は、振動質量体が回転する際に、空気や媒体等との摩擦による減衰トルクを生じさせる抵抗部分としての機能および犠牲層エッチングする際のエッチング液の導入口の調整部分としての機能である。
【０００４】
また、特開２０１３−２１７８３５号公報（特許文献２）に記載された半導体物理量センサには、アンカー部に、複数の折り返しばね部を介して揺動自在に支持される可動電極部が配置さている。前記、可動電極部は上下に配置されたガラス基板に挟まれるように配置され、四ヶ所のばね部だけで浮いている構造である。可動電極部の内部には、可動電極の可動方向に対して、平面方向と垂直方向にストッパーが形成されている。ストッパーの目的は衝突した場合に固着を防止するためのものである。また、可動電極部に形成された複数の櫛歯電極のうち、最両端に配置した櫛歯電極は、他の櫛歯電極よりも短く形成する。または、櫛歯電極の付け根部を太く形成している。そのような構造とすることによってセンサ製造工程中の周波数よりも高くすることで最両端に配置した櫛歯電極の共振による付け根部分からの折損を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１４９２３４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１７８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＥＭＳプロセスで形成する材料にはシリコンが多く適用されている。シリコンは脆性材料であり、シリコンに切り欠きなどがある場合および梁が設計以上に大きく変位すると破損するおそれがある。
【０００７】
特許文献１に記載された静電容量型センサは、振動質量体が支承部によって支持され、シーソーのように振動質量体の厚さ方向に駆動しやすい構造となっているが、外部から想定外、例えば１００００Ｇくらいの衝撃力が印加された場合に、一点で支持されている振動質量体には、多方向から加速度による衝撃力が印加されることが予測できる。前記、衝撃力はセンサに印加されるとセンサに対して平行方向と垂直方向だけでなく回転方向にも加速度として印加されると考えられる。前記の構造では振動質量体は一点で支持されていることから回転方向にも変位しやすい構成となっている。
【０００８】
その結果、回転方向にも変位力が発生するために、振動質量体と枠部が衝突によって破損または、シリコンの異物が発生する可能性がある。さらに、振動質量体の最外周部に形成されている凸部は、回転した場合に衝突しやすい構造となっている。同様に、振動質量体と同一平面に存在する延設部は、支承部から複数に分岐した棒は、個々に固有振動数を有している点から、衝撃力によって延設部の先端部は大きく変位し、周辺の側壁部に衝突によって破損または、シリコンの異物が発生する可能性がある。
【０００９】
一方，特許文献２に記載された半導体物理量センサの可動電極部は四ヶ所をばね部で空中に浮いた構造をしている。この構造では外部から想定外、例えば１００００Ｇくらいの衝撃力が入った場合に、ばね部は大きく変位することが予測でき、可動電極部の内部には、可動電極部に対して平面的な平行方向と垂直方向に形成されているストッパーと衝突することで、可動電極部は破損または、繰り返しの接触により、シリコンの異物が発生する可能性がある。この場合、ストッパー形状は先端部が凸形状となっていることで衝撃力は増大するため、衝突によるダメージも大きいと予測できる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、外部から印加された力の影響を低減し信頼性の優れた物理量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
デバイス基板に形成された錘または可動電極と、前記錘または可動電極を取り囲むように配置した外周部と、を有し、前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位可能な物理量センサにおいて、前記錘または可動電極が平面内で回転方向に変位した時に、前記錘または可動電極の中心位置から見た端部の外周部に、回転空間を設けた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外部から印加された力の影響を低減し、信頼性の優れた物理量センサを提供することが可能となる。。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一のデバイス基板を説明する平面図
【図２】本発明の第二のデバイス基板を説明する平面図
【図３】本発明の第三のデバイス基板を説明する平面図
【図４】本発明の第三のデバイス基板を説明する断面図
【図５】本発明の第四のデバイス基板を説明する平面図
【図６】錘または可動電極の変位について説明する平面図
【図７】ばね梁の変位について説明する平面図
【図８】本発明の第五のデバイス基板を説明する平面図
【図９】本発明の第五のデバイス基板における錘または可動電極の変位について説明する平面図
【図１０】デバイス基板の錘または可動基板形状について説明する平面図
【図１１】本発明のデバイス基板を搭載したパッケージの外観図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を用いて本発明による物理量センサの構造例を説明する。図１は本発明の一例を示す加速度をセンシングする静電容量型の加速度センサのデバイス基板構造を示す平面図を示している。
【００１５】
デバイス基板１には、錘または可動電極３が形成されており、その周囲に診断用の固定電極２および検出用の固定電極２ａが形成されている。錘または可動電極３は、２箇所の固定梁２０によって支持されており、下面の基板から浮いた状態となっている。図１の水平方向はＸ方向を、垂直方向はＹ方向を示している。中心位置５は、錘または可動電極３の中心を示している。なお、外枠の固定電極２と錘または可動電極３との間には、すき間６が形成されており、一般的にはダンピング効果を高めるために大気圧となっている。
【００１６】
このようなセンサ構造はシリコンを主材料とし、断面を垂直に加工できるドライエッチング法や微小な段差加工を行うウエットエッチング法などのＭＥＭＳ技術による加工技術によって製造されている。例えば、錘または可動電極３に形成されている最小ギャップは３μｍ程度である。
【００１７】
加速度の物理量のセンシングは，加速度が加わると固定電極と可動電極の電極間ギャップが変化する。この加速度による電極間ギャップの変化量を静電気力によって検出することで加速度を検出する。
詳細には加速度センサにＸ方向から加速度が印加されると錘または可動電極３が変位し、固定電極２ａとのギャップ距離が変化する。変位した錘または可動電極３は、ばね梁４によって元の位置に引き戻される。
加速度の検出は一般的に（１）式と（２）式の関係が重要となる。ここで、Ｆは力、ｍは錘または可動電極の重量、ａは加速度、ｋはバネ定数、ｘは加速度が印加された場合のばね梁の変位を示している。例えば、破損などによって錘または可動電極の重量ｍとバネ定数ｋが変化すると正確に加速度を得ることが困難となる。
Ｆ＝ｍ×ａ    ………（１）
Ｆ＝ｋ×ｘ    ………（２）
【００１８】
図１の物理量センサに外部から想定外の大きな衝撃力が印加されると、２箇所で支持されている錘または可動電極３はＸ方向、Ｙ方向に動くだけでなく、錘または可動電極が平面内での回転方向にも移動することが予測できる。この場合、錘または可動電極の平面に垂直な軸に対して回転する方向を示す。その時、錘または可動電極３の中心位置５を通過する対角線１０３において中心位置から一番離れた端部１０５が、平面内での回転方向１０２Ａまたは１０２Ｂに移動して、側面の固定電極２と衝突することになる。
【００１９】
錘または可動電極の中心位置から一番離れた端部１０５は、衝撃力による錘または可動電極が平面内での回転方向への移動は、前記端部１０５の４箇所で同時に移動する。この時、錘または可動電極３の内部に形成された検出用または診断用の梁は、破損しない。その理由は、衝撃力による錘または可動電極の回転では、錘または可動電極の中心位置から距離が離れた部分が一番、変位量が大きくなる。一方、中心位置から近い部分では遠心力は小さく、かつ、変位量も小さくなる。さらに、錘または可動電極３の内部に形成された梁は、細長く形成されていて、梁全体はやわらかく、かつ、変形しやすい構造となっているためである。
【００２０】
また、錘または可動電極３と固定電極２に対して、想定外の大きな衝撃力によって、両者が衝突すると錘または可動電極は、衝突によって破損または接触による摩擦により、異物が発生するおそれがある。
【００２１】
破損または異物が発生すると、破損したものが錘または可動電極３と固定電極２とのすき間６に挟まり、良好なセンシングが出来なくなるおそれがある。さらに破損によって錘または可動電極の重さが変化することから加速度検知の精度に影響を与えてしまう。その結果、信頼性の低下が懸念される。
【００２２】
そこで、本発明では固定電極２の錘または可動電極の中心位置から一番離れた端部１０５の周辺に、衝突を避けるために空間１０１Ａおよび１０１Ｂを設けた。この空間１０１Ａおよび１０１Ｂを設置したことによって、物理量センサに外部から想定外の大きな衝撃力が印加された場合でも、錘または可動電極３と固定電極２との接触を避けることが可能となる。これにより、衝突することによって発生する破損または、繰り返しの接触により、シリコンの異物の発生する課題を抑制するとができ、外部から印加された力に強い信頼性に優れた物理量センサを提供することが可能となる。
【００２３】
なお、錘または可動電極３と固定電極２との接触を避ける目的で、錘または可動電極３と外周部の固定電極２とのギャップを大きくしてもよい。
【００２４】
次に、本発明の第２の物理量センサの構造例を図２を用いて説明する。図２の構造では、錘または可動電極３の中心位置５を通過する対角線１０３において中心位置から一番離れた端部の周辺部を角落ち構造１０６を形成している。
【００２５】
これにより、物理量センサに外部から想定外の大きな衝撃力が印加された場合でも、錘または可動電極が平面内での回転方向１０２Ｃまたは１０２Ｄに可動しても、錘または可動電極３と固定電極２との接触を避けることが可能となる。このように、本実施例では、外部から想定外の大きな衝撃力が印加された場合に固定基板または錘または可動電極のどちらにでも接触を防止する構造を設けることが可能である。これにより、衝突することによって発生する破損または、繰り返しの接触により、シリコンの異物の発生する課題を抑制するとができ、外部から印加された力に強い信頼性に優れた物理量センサを提供することが可能となる。
【００２６】
次に、本発明の第３の物理量センサの構造例を図３を用いて説明する。図３の構造では、錘または可動電極３は下面に配置した基板からの支柱８によって１点で支えられている構造を示す。そのため、外部から想定外の大きな衝撃力が印加された場合に、錘または可動電極が平面内での回転方向に動きやすい構造となっている。
【００２７】
錘または可動電極３の周囲に配置された固定電極２との距離は、錘または可動電極の中心位置である支柱８からＸ方向およびＹ方向において、支柱から一番近いギャップ１０４Ａを配置し、支柱から対角線方向に一番遠いギャップ１０４Ｂを大きく配置した構造となっている。
【００２８】
これは、前記に述べたように、錘または可動電極が平面内での回転方向に変位する場合、中心からの距離によって各々での変位量が異なるために衝突または接触の防止に効果的である。
【００２９】
一方、錘または可動電極３の内部には、ばね梁４が形成されており、ばね梁の根元４ａを支点として、ばね梁の先端部４ｂは独自に動きやすい構造となっている。そのため、外部から想定外の大きな衝撃力が印加された場合に固有の共振周波数で振動する。前記、振動が発生すると錘または可動電極３の内部で、衝突または接触が発生し、ばね梁の破損または繰り返し接触によるシリコンの異物の発生の可能性がある。これは錘または可動電極の加工にドライエッチング法を適用しているため、接触する断面にはスキャロップが形成されることから凹凸が存在する。そのため、シリコン同士が接触した時に摩耗（こすれ）が発生し、シリコンの異物が発生する。さらに、ばね梁の先端部は平行に移動するとは限らず、上下動しながら側面に衝突する可能性もある。この場合、側面の角部と、ばね梁が傾いて接触する可能性もあり、シリコンの異物が発生することが考えられる。
【００３０】
そこで、図３の構造では、ばね梁の先端部４ｂの側面にギャップ１０４Ｃのギャップを設けて、衝突または接触を防止する構造となっている。これにより、衝突することによって発生する破損または、繰り返しの接触により、シリコンの異物の発生する課題を抑制するとができ、外部から印加された力に強い信頼性に優れた物理量センサを提供することが可能となる。
【００３１】
詳細な断面構造を図４示す。デバイス基板１は下面の固定基板１４および電極基板１３に挟まれた少なくとも３層構造から構成されている。錘または可動電極は支柱５によって支えられており、支柱以外の部分は中空に浮いている構造となっている。支柱は固定基板と１４と一体で形成されている。固定基板１４には酸化膜９からなるＳｉＯ２を接合部として、その上にデバイス基板１が形成されている。デバイス層の上部には、電極基板１３が配置されている構造である。図４の加速度を測定するセンシング空間１６が密閉された空間となっている。前記、センシング空間は上下に配置した固定基板１４および電極基板１３との密閉空間において、圧力雰囲気が１００００Ｐａから５００００Ｐａ程度の雰囲気となっている。
【００３２】
デバイス基板１には固定電極２および錘または可動電極３が形成されている。これは数ミクロンのギャップを有して複数の櫛歯が形成されている。
【００３３】
加速度センサ部の圧力雰囲気を１００００から５００００Ｐａ程度の真空度で封止する理由は、密閉された空間では接合温度によって、温度が上昇すると密閉された空間の圧力も上昇する。その場合、接合方法によっては接合部から剥離する場合が想定される。そのため、あらかじめ減圧状態にすることが必要となる。
【００３４】
デバイス基板１と外部との電気的なやり取りは、デバイス基板１の固定電極２は電極基板１３の内部に配置した低抵抗シリコン１１ａにつながっており、その上に形成された電極パッド１２ａにつながっており、電極パッド１２ａを介して外部との電気的なやり取りが行われる。同様に、検出するための錘または可動電極３は、電極基板１３の内部に配置した低抵抗シリコン１１ｂにつながっており、その上に形成された電極パッド１２ｂとつながっている。そして、電極パッド１２ａを介して電気的なやり取りを行う。なお、金属配線を用いて前記、電極パッドは自由に位置を移動できる。
【００３５】
電極基板１３の内部に形成された低抵抗シリコン１１の周囲は、ＳｉＯ２等の酸化膜９によって電気的に絶縁されており，その周囲をＰｏｌｙ−Ｓｉなどの埋め込み材料１０によって塞がれている。
【００３６】
上記の物理量センサ構造は主として、シリコンの直接接合法が適用できる。シリコンの直接接合は、はじめにシリコンウエハもしくは表面に酸化膜が形成されたシリコンウエハに親水化処理を行い、室温近傍で貼り合わせる。これにより、水素結合によって貼り合わせた２枚のシリコンウエハは結合される。この状態ではまだ、接合強度が弱いため、９００度〜１１００度の温度で加熱処理を行い。それにより、シロキサン結合状態を作り出し，最終的にシリコンとシリコンの強固な結合状態得られる強固な接合方法である。
【００３７】
なお、上記接合法に限定されるものではなく、基板の接合方法として、金属接合を適用することも可能である。例えば、金とシリコンの共晶接合、金―錫の共晶接合、アルミニウムとゲルマニウムの共晶接合等、各種の金属接合方法を適用できる。
【００３８】
次に、本発明の第４の物理量センサの構造例について図５を用いて説明する。図５の構造では、図４と同様に、錘または可動電極３は下面に配置した基板からの支柱８によって１点で支えられている。
【００３９】
錘または可動電極３の周囲に配置された固定電極２は、錘または可動電極の中心位置である支柱８からＸ方向およびＹ方向の位置が錘または可動電極と固定電極とのギャップは１０４Ｃが一番近く、支柱から対角線１０３上で一番離れた位置、錘または可動電極の端部１０５が、錘または可動電極が平面内での回転方向に変位した場合の距離が広いギャップ１０４Ｄとなっており、前記、ギャップ１０４Ｃからギャップ１０４Ｄまでテーパ状の斜面１５となっている構造である。
【００４０】
前記、テーパ状の斜面１５ａは、外部から想定外の大きな衝撃力が印加され、錘または可動電極が平面内での回転方向に変位した時、テーパ状の斜面に衝突または接触させないギャップを形成できる。
【００４１】
一方、錘または可動電極内のばね梁４の側面両側にもテーパ状の斜面１５ｂを配置することによって、錘または可動電極３とは異なる振動数によって変位することが考えられる。これは、錘または可動電極の質量とばね梁の質量および可動範囲が異なるためである。詳細には、錘または可動電極は支柱に対して垂直な軸周りを基準とした回転方向に可動するのに対し、ばね梁は、ばね梁の付け根部分が支点となり、平面的に見て、そこを基準として可動するためである。
【００４２】
外部から想定外の大きな衝撃力が印加された時に、錘または可動電極はどのように変位するのか図６の模式図を適用して説明する。
【００４３】
図６（ａ）は錘または可動電極３の周囲に固定電極２がギャップ１０４Ｅを持って配置されている。衝撃力が印加されると図６（ｂ）のように錘または可動電極３は平面内での、回転方向に変位し、固定電極２と錘または可動電極の中心位置から一番離れた端部１０５で衝突または接触する。一方、図６（ｃ）および（ｄ）では、図５に示したテーパ状の斜面が形成されているため、錘または可動電極が左回転１９ａもしくは右回転１９ｂした時でも、錘または可動電極の側面で接触させることができる。このように面接触させた場合には、力を分散させる効果があるため、破損を防止することができる。この時、面接触によって錘または可動電極と固定電極が固着する可能性もある。そのため、本実施例では、図６（ｅ）のようにテーパ状の斜面１５に微小な突起１８を形成してもよい。
【００４４】
一方、錘または可動電極内に設置されているばね梁部の詳細について図７を用いて説明する。図７（ａ）は静止状態のばね梁を表しており、衝撃力が印加されると図７（ｂ）のように、ばね梁４の付け根４ａを支点として、ばね梁の先端部４ａは左右に大きく振動する。そのため、ばね梁が接触によって破損または摩擦による異物などを発生させてしまう。解析の結果では、長さ４００μｍ、幅６μｍのばね梁は周波数１７６３０Ｈｚおよび１３７６４Ｈｚで共振状態となり、側面に接触することが予測できている。
【００４５】
本実施例では図７（ｃ）のようにばね梁の側面部にテーパ状の斜面１５を形成することができる。この構造では、ばね梁の側面で接触させることができる。このように面接触させた場合には、力を分散させる効果があるため、破損を防止することができる。この時、面接触によって錘または可動電極と固定電極が固着する可能性もある。そのため、本実施例では、図７（ｄ）のようにテーパ状の斜面１５に微小な突起１８を形成してもよい。
【００４６】
テーパ状の斜面１５構造はその周囲の強度も保持することができる。図７（ｆ）のように大きく空間を形成する構造も考えられるが、その時、錘または可動電極の総合的な大きさが一定の場合には、ばね梁部側面の幅１０７ｂは狭くなってしまう。この場合には、錘または可動電極で部分的に強度低下が起こり、外部から印加される加速度などの振動によって容易に破損する可能性がある。一方、図７（ｅ）では側面に破損を回避する幅１０７ａを形成することができるため、破損しにくい構造であり、錘または可動電極の全体寸法の小型化が可能となる。
【００４７】
本実施例では、想定外の衝撃力が印加された場合に、衝突または接触による破損を防止することを目的としているため、錘または可動電極内部に形成されたばね梁とその側面との衝突または接触に本構造を適用するだけでなく、ばね梁構造以外の構造体に適用することも可能である。
【００４８】
次に、本発明の第５の物理量センサの構造例を図８を用いてい説明する。本実施例では、錘または可動電極３を平面内での回転方向に変位した場合に、固定電極部との衝突または接触する位置に、緩衝部を設けた。
【００４９】
具体的には、錘または可動電極３の中心５を通過する対角線１０３上の端部１０５の側面に両端支持梁２１を設けた構造である。同時に錘または可動電極内部のばね梁４の先端部の側面部に両端支持梁２１を設けた構造である。そして前記、両端支持梁２１の側面には空間１０１が形成されている。この空間１０１によって衝撃力を緩衝することができる。
【００５０】
図９を用いて接触時の変形について説明する。図９（ａ）は、錘または可動電極３が外周部の固定電極２に、衝突または接触する場合、衝突または接触部１７で接触する。この場合、両端支持梁に接触すると図９（ｂ）に示すように、両端支持梁２１ｂは大きく弓状（円弧）変形することによって衝撃力を吸収することが可能となる。この時、接触部は両端支持梁の中央部で接触させる構造が、両端支持梁の変形に対する剛性が大きいことから良い。また、両端支持梁は柔らかく変位することによって衝撃力を吸収できる構造が良い。錘または可動電極３の接触部は、極力、角がない曲率半径が大きな形状が良い。なお、図９では点接触のようにみえるが、実際は深さ方向にも構造体が存在しているため、線接触となる。この構造では空間１０１は、接触時の変位量より大きく空間を形成すれば良いため、小型化にも有効である。
【００５１】
一方、プロセス的には、多数の櫛歯構造をドライエッチング加工によって形成するのと同時に、空間１０１をドライエッチング加工によって形成することが可能であり、両端支持梁の形状も、フォトマスク上で空間の形状を設計するだけで、両端支持梁を設計できることから容易に行える。
【００５２】
以上、説明したように本実施例では、衝固定電極部との衝突または接触する位置に緩衝部を設けることで、衝突することによって発生する破損または、繰り返しの接触により、シリコンの異物の発生する課題を抑制するとができ、外部から印加された力に強い信頼性に優れた物理量センサを提供することが可能となる。
【００５３】
図１０は、一例として錘または可動電極を支える支点が２箇所存在する場合を示している。固定電極２の内部には、支柱８および支柱８ａによって錘または可動電極３が支えられている構造である。このような構造に衝撃力が加わった時には、錘または可動電極３右側では中心点５から延長される対角線１０３上の錘または可動電極の中心点から一番離れた端で、錘または可動電極が平面内での回転方向に可動するが、錘または可動電極３左側では中心点５ａから延長される対角線１０３Ａ上の錘または可動電極の中心点から一番離れた端で、錘または可動電極が平面内での、回転方向１０２Ａ、１０２Ｂに変位することになる。そのため、本実施例では、変位量の違いによって空間のギャップまたはテーパ斜面の角度を変更しても良い。
【００５４】
このように錘または可動電極を支持する位置が、どの位置に存在しても、衝撃力によって錘または可動電極が平面内での回転方向に可動し、外周部と接触する可能性が存在する場合には各実施例で説明した各々の構造を適用することが可能である。
【００５５】
次に、図１１にパッケージ構造の一例を示す。リード配線２７の上に接着層２６を介して制御ＬＳＩ２４が配置され、その上に接着層２６を介して、加速度センサ１および角速度センサ２２が配置され、その周囲を樹脂モールド２５によってパッケージ化されている。加速度センサ１および角速度センサ２２を制御ＬＳＩ２４とともに一つのパッケージに配置することによって外部からの衝撃力に強いセンサを提供できる。
【００５６】
なお、外部との電気的なやり取りは、加速度センサ１および角速度センサ２２の電極パッド１２は金ワイヤ２３によって制御ＬＳＩ  ２４上の電極パッド１２Ａとつながっており、制御ＬＳＩとリード配線２７も金ワイヤ（図示せず）によってつながっていることで行う。
【００５７】
以上説明した構成は加速度センサに限定されたものではなく、可動部とその外周部が衝撃力によって部分的に接触する構造を有している場合は、前記に示した各構造例を適用することによって信頼性に優れた各種センサを提供できる。
【００５８】
なお、前記パッケージでは、角速度センサとの組合せだけでなく、高感度の加速度センサおよび低感度の加速度センサを組み合わせることができるため、異なる加速度を同時に計測することが可能となる。
【００５９】
本加速度センサは予想外の衝撃力が加わった場合にも信頼性に優れているため、振動が加わる自動車用のセンサ、エレベータなど多くの製品に適用することが可能である。
【００６０】
以上、各種構造を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００６１】
１…デバイス基板、２，２ａ…固定電極、３…錘または可動電極、４…ばね梁、５…中心位置、６…すき間、７…角落ち部、８…支柱、９…酸化膜、１０…埋め込み材料、１１…低抵抗シリコン、１２…電極パッド、１３…電極基板、１４…固定基板、１５…テーパ状の斜面、１６…センシング空間、１７…衝突または接触部、１８…突起、１９…回転方向、２０…固定梁、２１…両端支持梁、２２…角速度センサ、２３…金ワイヤ、２４…制御ＬＳＩ、２５…樹脂モールド、２６…接着層、２７…リード配線、２８…加速度センサ、１０１…空間、１０２…方向、１０３対角線、１０４…錘または可動電極と固定電極とのギャップ、１０５…錘または可動電極の端部、１０６…角落ち構造、１０７…幅。
【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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