(57)【要約】【課題】加速度が加えられていないときの出力が少ない、衝撃力に対する信頼性を向上した半導体加速度センサを提供する。【解決手段】本発明は、錘とこの錘を端部に設けて自身の撓み量により加速度を検出する錘支持部とこの錘支持部を固定する基部と検出された加速度の信号を出力する出力端子とを具備するセンサチップと、このセンサチップを実装する回路基板と、この回路基板を収納する中空部を有する筐体と、この筐体内で回路基板を加速度検出方向に直交する面に対して所定の角度を有して支持する支持部材と、一端を回路基板上の配線を介して前記出力端子と接続して他端を前記筐体の外部に露出させる信号伝達端子を有する半導体加速度センサにおいて、筐体に加わり回路基板に伝達される衝撃力を緩衝する緩衝部材を前記支持部材の一部もしくは全部に設けたことを特徴としている。【選択図】　図１
2004053500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘とこの錘を端部に設けて自身の撓み量により加速度を検出する錘支持部とこの錘支持部を固定する基部と検出された加速度の信号を出力する出力端子とを具備するセンサチップと、このセンサチップを実装する回路基板と、この回路基板を収納する中空部を有する筐体と、この筐体内で回路基板を加速度検出方向に直交する面に対して所定の角度を有して支持する支持部材と、一端を回路基板上の配線を介して前記出力端子と接続して他端を前記筐体の外部に露出させる信号伝達端子を有する半導体加速度センサにおいて、筐体に加わり回路基板に伝達される衝撃力を緩衝する緩衝部材を前記支持部材の一部もしくは全部に設けたことを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
前記支持部材は、前記回路基板の対向する周縁部の両側に設けることを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。
【請求項３】
前記緩衝部材は、前記回路基板の両面に設けることを特徴とする請求項１または２記載の半導体加速度センサ。
【請求項４】
前記緩衝部材は、前記回路基板を嵌合して支持することを特徴とする請求項１または２記載の半導体加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体加速度センサは、半導体で形成される加速度を検知するセンサチップを有して構成される。このセンサチップは、図２のように、平板状の錘１ａと、この錘１ａを端部に設けて自身の撓み量により加速度を検出する錘支持部１ｂと、この錘支持部を固定する基部１ｃを有して構成されている。この加速度の検出方法には、錘支持部１ｂを圧電素子で形成して、その撓み量から直接電気信号に変換するものや、錘１ａと基部１ｃの間の静電容量の変化から検出するものがある。
【０００３】
ところが、図２に示した構成では、加速度を受けていない状態であっても錘１ａの自重により錘支持部１ｂが撓むので、加速度が生じたかのような出力が生じる。これを避けるためには、自重での撓みを相殺するような傾きをセンサチップ１に生じるようにすればよい。しかしながら、半導体プロセスで任意の角度に斜めの部分を形成することは困難である。この点について、特開２０００−４６８５９には、センサチップを実装するブロックを所定の角度を有してスポット的に支持する突起部を有する構成を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、センサチップ１の錘支持部１ｂは、撓む部分に応力が集中するため、外部から衝撃力が加えられると破損する場合がある。特開２０００−４６８５９の構成は、センサチップのブロックを所定の角度を有して突起部で支持するので、加速度を受けていない場合の出力を少なくすることができるが、この突起部は筐体に接続されるため、筐体に加わった衝撃力がこの突起部を介してセンサチップに伝わるので、衝撃力に対して信頼性の高いものではなかった。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、加速度が加えられていないときの出力が少ない、衝撃力に対する信頼性を向上した半導体加速度センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、錘とこの錘を端部に設けて自身の撓み量により加速度を検出する錘支持部とこの錘支持部を固定する基部と検出された加速度の信号を出力する出力端子とを具備するセンサチップと、このセンサチップを実装する回路基板と、この回路基板を収納する中空部を有する筐体と、この筐体内で回路基板を加速度検出方向に直交する面に対して所定の角度を有して支持する支持部材と、一端を回路基板上の配線を介して前記出力端子と接続して他端を前記筐体の外部に露出させる信号伝達端子を有する半導体加速度センサにおいて、筐体に加わり回路基板に伝達される衝撃力を緩衝する緩衝部材を前記支持部材の一部もしくは全部に設けたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体加速度センサにおいて、前記支持部材は、前記回路基板の対向する周縁部の両側に設けることを特徴としている。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の半導体加速度センサにおいて、前記緩衝部材は、前記回路基板の両面に設けることを特徴としている。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１または２記載の半導体加速度センサにおいて、前記緩衝部材は、前記回路基板を嵌合して支持することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を図１、図２に基づいて説明する。このものは、センサチップ１と、回路基板２と、筐体３と、信号伝達端子４と、支持部材６とを有して形成されている。
【００１１】
センサチップ１は、図２に示すものであり、錘１ａと、錘支持部１ｂと、基部１ｃと、パッケージ１ｄと、出力端子１ｅを有して形成される。錘１ａは半導体により直方体状に形成されるものである。また、基部１ｃは、半導体により断面視Ｌ字状に形成されるものである。錘支持部１ｂは、シリコンにボロンを拡散した圧電素子により長方形の平板状に形成されるものであり、一方の端部に錘１ａを揺動自在に設け、その反対側の端部は基部１ｃに接続している。このことにより、センサチップ１に加速度が加わっていないとき、このものは、錘１ａを基部１ｃの対向する面と一定の間隔を有して支持する。一方、センサチップ１に錘の揺動する方向に加速度が加わったとき、このものは、錘１ａの慣性力を受けて撓み、その撓み量に応じた電気信号（加速度信号）を出力する。
【００１２】
パッケージ１ｄは、セラミック材で中空の直方体状に形造されたものであり、錘１ａ、錘支持部１ｂ、基部１ｃを収納している。また、出力端子１ｅは、導体で長方形の板状に形成され、パッケージ１ｄを貫通するように設けられている。このものは、電源端子と接地端子と加速度信号端子を有しており、それぞれ外部に引き出すようにパッケージ内部で配線（図示せず）されている。
【００１３】
回路基板２は、長方形状のものであり、その中央部付近にセンサチップを実装している。このものは、後述の筐体３や支持部材６により、加速度検出方向に直交する面に対して所定の角度傾けて支持されている。この所定の角度とは、加速度を受けていないときにセンサチップ１の出力する信号が小さくなるように定めた角度のことである。この角度は、錘１ａの重量と錘支持部１ｂの長さなどに応じて変化するが、約２０°程度になっている。
【００１４】
筐体３は、底面部３ａと、カバー部３ｂと、コネクタ部３ｃと、段部３ｄと、中空部３ｅを有して形成される。底面部３ａは、樹脂で長方形の平板状に形成されるものである。カバー部３ｂは、樹脂で直方体状に形成されており、中空部３ｅを形成する３つの直方体を重ねた形状の凹部を有している。このものは、底面部３ａと凹部の一番浅い部分とで嵌合している。コネクタ部３ｃは、樹脂で底面が台形の角柱状に形成されており、台形の上底を延伸した面に直方体状の凹部を設け、台形の下底を延伸した面が底面部３ａに接合されている。段部３ｄは、樹脂で直方体状に形成されており、底面部に接続されている。
【００１５】
信号伝達端子４は、金属導体で細長い薄板状に形成されるものであり、それらの端部が互いに反対の側に位置するように、略直角に２回折り曲げられた形状となっている。このものは、中央の直線部分を筐体３の底面部３ａ内に設けられ、一端を中空部３ｅに、他端をコネクタ部３ｃの凹部内に引き出して固定される。このものは、１本が回路基板２の一辺の近傍に、残りの２本がその対向する辺の近傍に端部を有するように３本配置され、それぞれの端部は回路基板２上の配線にハンダで接続され、それを介してセンサチップ１の出力端子１ｅの対応するそれぞれの端子に接続される。
【００１６】
また、回路基板２のセンサチップ１側からみると、これらの信号伝達端子４は、回路基板２に接続する部分が頂点とする鋭角三角形になるように配置されており、その一辺は回路基板２の一辺と略平行となっている。そして、これらのものの、コネクタ部３ｃ側の端部は底面部３ａの一辺と略平行になっている。
【００１７】
支持部材６は、固定部材６ａに、緩衝部材６ｂを接合して形成される。固定部材６ａは、樹脂で直方体状に形成されるものである。また、緩衝部材６ｂは、シリコンゴムで、直方体をその底面に対して所定の角度をなす面で切り取った底面が台形の角柱状に形成されるものである。この支持部材６は、回路基板２の４つの角部付近に緩衝部材６ｂを回路基板２側にし、固定部材６ａを筐体３側にしてそれぞれ接続されており、その内の隣り合う２つは底面部３ａに、残りの２つは段部３ｄに設けられ、回路基板２を加速度検出方向に直交する面に対して所定の角度を有するように支持する。
【００１８】
この緩衝部材６ｂに用いたシリコンゴムは、粘弾性（例えば、損失係数が０．１程度）を有しており、加えられた衝撃力を緩衝する。また、このものは、回路基板２を所定の角度で支持できる程度の弾性を有している。
【００１９】
次に第１の実施形態の動作について説明する。筐体３のカバー部３ｂに加速度検出方向に衝撃力が加わると、衝撃力が底面部３ａと支持部材６に伝達される。しかしながら、支持部材６の緩衝部材６ｂは、粘弾性を有しているので、筐体３（センサチップ１を支持する部分全体）の衝撃伝達率は図３の曲線ＣＩようになり、その固有振動数は、点Ｂ（例えば５００Ｈｚ）のようになる。このとき、センサチップ１内の錘１ａと錘支持部１ｂによる固有振動数は点Ｃ（例えば１ｋＨｚ）であるので、センサチップ１の破損の原因となる衝撃力の伝達は低減される。一方、半導体加速度センサで検知する周波数の上限は点Ａ（例えば２０Ｈｚ）であるので、信号伝達端子による加速度の検知は問題なく行える。したがって、半導体加速度センサの衝撃力に対する信頼性は向上する。
【００２０】
このように、第１の実施形態においては、センサチップ１を設けた回路基板２を加速度検知方向に直交する面から所定の角度を有して支持する支持部材６の一部に緩衝部材６ｂを設けたので、加速度が加わっていないときの出力を小さくするとともに、外部から筐体３に衝撃力が加えられたときのセンサチップ１に伝達する衝撃力が低減し、衝撃力に対する信頼性を向上することができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と、支持部材６の全部が緩衝部材６ｂで形成されている点で異なり、その他は第１の実施形態の構成と同じである。
【００２２】
支持部材６は、その全部を緩衝部材６ｂで形成することにより、緩衝部材６ｂの長さを長くすることができる。つまり、衝撃力が加えられたときに回路基板２に伝達する衝撃力の低減効果をさらに増すことができる。
【００２３】
このように、第２の実施形態においては、支持部材６の全部を緩衝材６ｂで形成するので、緩衝部材６ｂの長さを長くすることができ、外部から筐体３に衝撃力が加えられたときにセンサチップ１に伝達する衝撃力はさらに低減される。
【００２４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図５に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と、回路基板２の片側の２つの支持部材６をなくした点で異なり、その他は第１の実施形態の構成と同じである。
【００２５】
支持部材６は、緩衝部材６ｂを有していても、ある程度は衝撃力を伝達する。そのため、支持部材６の数を減少させることにより、回路基板２に伝達する衝撃力を低減することができる。
【００２６】
このように、第３の実施形態においては、回路基板２の片側の２つの支持部材６をなくしたので、衝撃力の伝達経路を減らすことができ、外部から筐体３に衝撃力が加えられたときにセンサチップ１に伝達する衝撃力はさらに低減される。
【００２７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図６に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と、支持部材６の緩衝部材６ｂが回路基板２の両側に設けられ、それらをボルト７で固定する点で異なり、その他は第１の実施形態の構成と同じである。
【００２８】
支持部材６は、第１の実施形態の緩衝部材６ｂと同じものを用いて回路基板２の反対側に配置される。そして、緩衝部材６ｂと回路基板２に貫通孔を形成して、ボルト７をその貫通孔に通してその先端を固定部６ａにねじこんで固定する。緩衝部材６ｂを回路基板２の両側に配置することにより、加速度検知方向の両方向からの衝撃力に対して衝撃力の低減効果を持つことになる。
【００２９】
このように、第４の実施形態においては、回路基板２の両側に緩衝部材６ｂを設けたので、加速度検知方向の両方向からの衝撃力を低減することができ、衝撃力に対する信頼性を向上することができる。
【００３０】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を図７、図８に基づいて説明する。このものは、第４の実施形態と、ボルト７をなくして、緩衝部材６ｂと回路基板２と嵌合して接続する点で異なり、その他は第４の実施形態の構成と同じである。
【００３１】
図７の緩衝部材６ｂは、中央部が細くくびれた直方体状に形成されている。このものは、周囲から圧力を加えながら回路基板２に開けられた貫通孔に挿入し、くびれた部分まで挿入したときに加えていた圧力をなくすることにより、回路基板２と嵌合する。
【００３２】
また、図８の緩衝部材６ｂは、側面に回路基板２の端部と嵌合するコ字状の凹部を有した直方体形状に形成されている。このものは、回路基板２の反対方向に撓ませてながら凹部と回路基板２を嵌合する。
【００３３】
図７、図８のように回路基板２と緩衝部材６ｂを嵌合すると、ボルト７などの止め具が必要でなくなるとともに、加速度検出方向と直交する方向（他軸方向）の衝撃力に対しても低減効果を得ることができる。
【００３４】
このように、第５の実施形態においては、回路基板２と緩衝部材６ｂを嵌合するように設けたので、回路基板２の両面に緩衝部材６ｂを容易に設けることができる。また、加速度検知方向だけでなく、他軸方向の衝撃力を低減し、他軸方向の衝撃力に対する信頼性を向上することができる。
【００３５】
なお、緩衝部材６ｂは、シリコンゴムを用いる場合を説明したが、それに限るものではなく、ウレタン樹脂など他の粘弾性を有する材質であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、錘と、この錘を端部に設けて自身の撓み量により加速度を検出する錘支持部と、この錘支持部を固定する基部と、検出された加速度の信号を出力する出力端子とを具備するセンサチップを有するものであって、このセンサチップを実装する回路基板と、この回路基板を収納する中空部を有する筐体と、この筐体内で回路基板を加速度検出方向に直交する面に対して所定の角度を有して支持する支持部材と、一端を回路基板上の配線を介して前記出力端子と接続して他端を前記筐体の外部に露出させる信号伝達端子を有する半導体加速度センサにおいて、前記支持部材の一部もしくは全部に緩衝部材を設けたので、加速度が加わっていないときの出力を小さくするとともに、外部から筐体に衝撃力が加えられたときのセンサチップに伝達する衝撃力が低減し、衝撃力に対する信頼性を向上することができる。
【００３７】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の半導体加速度センサにおいて、前記支持部材は、前記回路基板の対向する周縁部の両側に設けるので、請求項１記載の効果に加え、回路基板を支持する角度を精度よく定めることができる。
【００３８】
請求項３に係る発明によれば、請求項１または２記載の半導体加速度センサにおいて、前記緩衝部材は、前記回路基板の両面に設けるので、加速度検知方向の両方向からの衝撃力を低減することができ、衝撃力に対する信頼性を向上することができる。
【００３９】
請求項４に係る発明によれば、請求項１または２記載の半導体加速度センサにおいて、前記緩衝部材は、前記回路基板を嵌合して支持するので、回路基板２の両面に緩衝部材を容易に設けることができるとともに、加速度検知方向だけでなく、他軸方向の衝撃力を低減し、他軸方向の衝撃力に対する信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】センサチップの断面図である。
【図３】筐体の衝撃伝達率の周波数特性を示す特性図である。
【図４】第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態を示す断面図である。
【図６】第４の実施形態を示す断面図である。
【図７】第５の実施形態を示す断面図である。
【図８】第５の実施形態の別の嵌合状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　センサチップ
１ａ　錘
１ｂ　錘支持部
１ｃ　基部
１ｅ　出力端子
２　　回路基板
３　　筐体
３ｅ　中空部
４　　信号伝達端子
６　　支持部材
６ａ　固定部材
６ｂ　緩衝部材
【図１】
2004053500.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004053500.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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