(57)【要約】  【課題】低コスト化が可能なセンサを提供する。  【解決手段】センサ本体１は、重り部１２が片持ち梁としての撓み部１３を介して支持枠１１に結合されている。センサ本体１の裏面側に接合されたカバー２において重り部１２との対向面には重り部１２の移動範囲を確保するための凹所２ａが形成され、凹所２ａの底面に重り部１２の移動量を規制するための突起状のストッパ２ｂが形成されている。支持枠１１の表面側において重り部１２の両側の２点間に架け渡され重り部１２の変位量を規制する線状のストッパ５を備えている。重り部１２に加速度が作用したときの支持枠１１に対する重り部１２の移動量をストッパ２ｂ，５で規制することによって撓み部１３の折損を防止している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持枠の開口窓内に配置した重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に連結されたセンサ本体と、支持枠において前記重り部の両側に架け渡され前記重り部の変位量を規制する線状のストッパとを備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
支持枠の表裏に貫通する開口窓内に配置した重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に一体に連結されたセンサ本体と、センサ本体の裏面側において前記開口窓を覆うように支持枠に接合されたカバーと、支持枠の表面側において前記重り部の両側の２点間に架け渡され前記重り部の変位量を規制する線状のストッパとを備えることを特徴とするセンサ。
【請求項３】
前記ストッパは、ワイヤにより形成され、両端部がワイヤボンディングにより前記支持枠に固着されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記ストッパは、線材により形成され、両端部が半田ペーストにより前記支持枠に固着されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセンサ。
【請求項５】
前記ストッパは、線材により形成され、両端部が接着材により前記支持枠に固着されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のセンサ。
【請求項６】
支持枠の表裏に貫通する開口窓内に配置した重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に一体に連結されたセンサ本体と、センサ本体の裏面側において前記開口窓を覆うように支持枠に接合されたカバーと、センサ本体とカバーとからなるセンサブロックが収納されるケースとを備え、前記ケースにおける前記センサブロックの表面との対向面に、前記重り部の変位量を規制する突起を突設してなることを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシン加工により形成された半導体加速度センサが提供されている。この種の半導体加速度センサとしては、図７ないし図９に示すように、例えばシリコン基板のような半導体基板を用いて形成したセンサ本体１の厚み方向の両面にガラス製のカバー２，３を積層した構造を有するものがある。センサ本体１は、矩形枠状の支持枠１１を備え、支持枠１１の中央に厚み方向の表裏に貫通する形で形成された開口窓１１ａの中に重り部１２が配置されるとともに、重り部１２の周囲の一辺が他の部位よりも薄肉である撓み部１３を介して支持枠１１に連続一体に連結された構造を有する。したがって、重り部１２の周囲には撓み部１３を除いて支持枠１１との間にスリット１４が形成されている。また、撓み部１３は重り部１２の一辺に沿う方向に離間して２箇所に形成されている。各撓み部１３には、図１０に示すように、それぞれ歪検出素子として２個ずつのゲージ抵抗１５ａ〜１５ｄが形成されている。ゲージ抵抗１５ａ〜１５ｄはピエゾ抵抗であり、図１１に示すブリッジ回路を構成するように接続される。また、ブリッジ回路の各端子となるパッド１６は支持枠１１に形成されている。
【０００３】
したがって、センサ本体１の厚み方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用すると、重り部１２の慣性によって支持枠１１と重り部１２とがセンサ本体１の厚み方向に相対的に変位し、結果的に撓み部１３が撓んでゲージ抵抗１５ａ〜１５ｄの抵抗値が変化することになる。つまり、ゲージ抵抗１５ａ〜１５ｄの抵抗値の変化を検出することによりセンサ本体１に作用した加速度を検出することができる。言い換えれば、ブリッジ回路の対角位置の一方の端子間に適宜の検出用電源を接続するとともに対角位置の他方の端子間の電圧を検出し、適宜の補正を加えれば、重り部１２に作用する加速度に比例する電圧を得ることができる。このセンサ本体１は、重り部１２が片持ち梁としての撓み部１３を介して支持枠１１に結合されている。
【０００４】
センサ本体１の厚み方向の裏面側（図７の下面側）にはガラス製のカバー２が積層され、またセンサ本体１の厚み方向の表面側（図７の上面側）にはカバー２とともに重り部１２を囲む空間を形成するガラス製のカバー３が積層されている。カバー２とカバー３との間に形成される空間は密封する必要はないが、重り部１２が支持枠１１に対して相対的に移動する際に、重り部１２に対して空気による制動力（いわゆるエアダンプ）が作用するように構成してある。両カバー２，３において重り部１２との対向面にはそれぞれ重り部１２の移動範囲を確保するための凹所２ａ，３ａが形成され、各凹所２ａ，３ａの底面に重り部１２の移動量を規制するための突起状のストッパ２ｂ，３ｂが形成されており、重り部１２に加速度が作用したときの支持枠１１に対する重り部１２の移動量をストッパ２ｂ，３ｂで規制することによって撓み部１３の折損を防止している。例えば、重り部１２がカバー３に近づく向きに過大な加速度が作用した場合には、図１２に示すように、重り部１２の移動量がストッパ３ｂにより規制されるので、撓み部１３の折損が防止される。
【０００５】
カバー２，３には、センサ本体１を形成する半導体（シリコン）に熱膨張係数が近い耐熱ガラスが用いられており、センサ本体１と陽極接合により接合されている。ここに、カバー３はセンサ本体１の支持枠１１の主表面上に形成されたアルミニウム薄膜よりなる接合部１７を介して接合されている。
【０００６】
なお、加速度センサとしては、加速時に変位する重り部、重り部に連結された撓み部、撓み部を支持する支持部を有し撓み部にピエゾ抵抗が形成された半導体加速度センサチップと、半導体加速度センサチップの上面に陽極接合により接合された上部ガラスストッパと、半導体加速度センサチップの下面に陽極接合により接合された下部ガラスストッパとを備えたピエゾ抵抗式加速度センサ（例えば、特許文献１参照）や、加速時に変位する可動電極（重り部とも称される）および可動電極を支持するビームを有してなるシリコンからなるフレームと、可動電極に対向する固定電極を有しフレームの上部に接合されるガラスからなる上部ストッパと、可動電極に対向する固定電極を有しフレームの下部に接合されるガラスからなる下部ストッパとを備え、可動電極と固定電極との間の間隔変動による静電容量の変化をもとに加速度を検知する静電容量式加速度センサ（例えば、特許文献２参照）などがある。また、マイクロマシン加工により形成されるセンサとして、複数の梁の先端側が共通に連接され、各梁の基端側が異なる位置の支持部に固定され、各梁の先端側の連接部に重りが形成された角速度センサ（例えば、特許文献３参照）や、基板上に支持枠を設け、支持枠に複数の支持梁を介して音叉振動子を浮遊状態に設け、基板を施蓋するカバーを設けた角速度センサ（例えば、特許文献４参照）などもある。
【特許文献１】特開２００１−１６０６２６号公報
【特許文献２】特開２００１−９１５３４号公報
【特許文献３】特開平１０−３１８７５８号公報
【特許文献４】特開平１０−２６７６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記従来構成では、センサ本体１の厚み方向の両面にガラス製のカバー２，３が積層されているが、耐熱ガラスは比較的高価なので、材料コストが高くなるという不具合があった。また、各カバー２，３には上述のように凹所２ａ，３ａおよびストッパ２ｂ，３ｂをサンドブラスト加工などにより形成する必要があるので、加工コストが高くなるという不具合があった。また、陽極接合の工程を２回行う必要があるので、製造に手間がかかるという不具合もあった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コスト化が可能な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】
【０００９】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、支持枠の開口窓内に配置した重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に連結されたセンサ本体と、支持枠において前記重り部の両側に架け渡され前記重り部の変位量を規制する線状のストッパとを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、センサ本体の支持枠に比較的高価なガラス製のカバーを接合することなく前記重り部の変位量を線状のストッパにより規制することができるので、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、支持枠の表裏に貫通する開口窓内に配置した重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に一体に連結されたセンサ本体と、センサ本体の裏面側において前記開口窓を覆うように支持枠に接合されたカバーと、支持枠の表面側において前記重り部の両側の２点間に架け渡され前記重り部の変位量を規制する線状のストッパとを備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、センサ本体の表面側に比較的高価なガラス製のカバーを接合することなく前記重り部の変位量を線状のストッパにより規制することができるので、センサ本体の厚み方向の両面にカバーが接合されたものに比べて低コスト化を図ることができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記ストッパは、ワイヤにより形成され、両端部がワイヤボンディングにより前記支持枠に固着されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、センサ本体を外部回路と電気的に接続するためのワイヤボンディングを行う工程で前記ストッパを前記支持枠に固着することが可能になり、前記ストッパを前記支持枠に固着するための特別な工程を別途に設ける必要がない。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記ストッパは、線材により形成され、両端部が半田ペーストにより前記支持枠に固着されてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記ストッパを前記支持枠に簡単に固着することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記ストッパは、線材により形成され、両端部が接着材により前記支持枠に固着されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記ストッパを前記支持枠に簡単に固着することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、支持枠の表裏に貫通する開口窓内に配置した重り部が可撓性を有する撓み部を介して支持枠に一体に連結されたセンサ本体と、センサ本体の裏面側において前記開口窓を覆うように支持枠に接合されたカバーと、センサ本体とカバーとからなるセンサブロックが収納されるケースとを備え、前記ケースにおける前記センサブロックの表面との対向面に、前記重り部の変位量を規制する突起を突設してなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、センサ本体の表面側に比較的高価なガラス製のカバーを接合することなく前記重り部の変位量をケースから突設された突起により規制することができるので、センサ本体の厚み方向の両面にカバーが接合されたものに比べて低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、センサ本体の支持枠に比較的高価なガラス製のカバーを接合することなく前記重り部の変位量を線状のストッパにより規制することができるので、低コスト化を図ることができるという効果がある。
【００２２】
請求項２の発明では、センサ本体の表面側に比較的高価なガラス製のカバーを接合することなく前記重り部の変位量を線状のストッパにより規制することができるので、センサ本体の厚み方向の両面にカバーが接合されたものに比べて低コスト化を図ることができるという効果がある。
【００２３】
請求項６の発明では、センサ本体の表面側に比較的高価なガラス製のカバーを接合することなく前記重り部の変位量をケースから突設された突起により規制することができるので、センサ本体の厚み方向の両面にカバーが接合されたものに比べて低コスト化を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施形態１）
本実施形態の加速度センサは、図１および図２に示すように、例えばシリコン基板のような半導体基板を用いて形成したセンサ本体１の厚み方向の裏面にガラス製のカバー２を積層した構造を有する。なお、センサ本体１とカバー２とは陽極接合により接合されている。
【００２５】
センサ本体１は、矩形枠状の支持枠１１を備え、支持枠１１の中央に厚み方向の表裏に貫通する形で形成された開口窓１１ａの中に重り部１２が配置されるとともに、重り部１２の周囲の一辺が他の部位よりも薄肉である撓み部１３を介して支持枠１１に連続一体に連結された構造を有する。したがって、重り部１２の周囲には撓み部１３を除いて支持枠１１との間にスリット１４が形成されている。また、撓み部１３は重り部１２の一辺に沿う方向に離間して２箇所に形成されている。各撓み部１３には、それぞれ歪検出素子として２個ずつのゲージ抵抗（図示せず）が形成されている。ゲージ抵抗はピエゾ抵抗であり、ブリッジ回路を構成するように接続されている。また、ブリッジ回路の各端子となるパッド１６は支持枠１１に形成されている。
【００２６】
したがって、センサ本体１の厚み方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用すると、重り部１２の慣性によって支持枠１１と重り部１２とがセンサ本体１の厚み方向に相対的に変位し、結果的に撓み部１３が撓んでゲージ抵抗の抵抗値が変化することになる。つまり、ゲージ抵抗の抵抗値の変化を検出することによりセンサ本体１に作用した加速度を検出することができる。このセンサ本体１は、重り部１２が片持ち梁としての撓み部１３を介して支持枠１１に結合されている。
【００２７】
センサ本体１の厚み方向の裏面側（図１（ｂ）の下面側）にはガラス製のカバー２が積層されている。カバー２において重り部１２との対向面には重り部１２の移動範囲を確保するための凹所２ａが形成され、凹所２ａの底面に重り部１２の移動量を規制するための突起状のストッパ２ｂが形成されている。また、本実施形態では、支持枠１１の表面側において重り部１２の両側の２点間に架け渡され重り部１２の変位量を規制する線状のストッパ５を備えている。つまり、ストッパ５は、支持枠１１において撓み部１３の延長方向に沿った２辺の適宜位置間に架け渡されている。ここに、ストッパ５は、撓み部１３の延長方向における重り部１２の先端部の両側の２点間に架け渡されている。また、ストッパ５の両端部は固定部６を介して支持枠１１に固着されている。
【００２８】
本実施形態の加速度センサでは、重り部１２に加速度が作用したときの支持枠１１に対する重り部１２の移動量をストッパ２ｂ，５で規制することによって撓み部１３の折損を防止している。なお、センサ本体１とカバー２とからなるセンサブロックは例えば、図示しないケース（パッケージ）に収納される。
【００２９】
ところで、ストッパ５としては、例えば、線径が数十μｍレベル（好ましくは５０μｍ以上）のＡｕ細線やＡｌ細線などのボンディングワイヤからなるワイヤや、線径が数百μｍ〜数ｍｍレベルの金属材料（例えば、Ｗ，Ａｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｆｅなど）からなる線材（棒材）を用いればよい。
【００３０】
ストッパ５としてワイヤを用いる場合には、両端部がワイヤボンディングにより支持枠１１に固着できるので、センサ本体１のパッド１６を外部回路と電気的に接続するためのワイヤボンディングを行う工程でストッパ５を支持枠１１に固着することが可能になり、ストッパ５を支持枠１１に固着するための特別な工程を別途に設ける必要がない。なお、ストッパ５としてワイヤを用いる場合には、上記固定部６はワイヤの一部により構成される。
【００３１】
また、ストッパ５として線材を用いる場合には、両端部を半田ペーストないし接着材により支持枠１１に固着すればよく、半田ペーストないし接着材により固着することで、ストッパ５を支持枠１１に簡単に固着することができる。なお、ストッパ５として上述のような線材を用いる場合には、上記固定部６は半田ペーストないし接着材により構成される。
【００３２】
しかして、本実施形態では、センサ本体１の支持枠１１の表面側において重り部１２の両側の２点間に架け渡され重り部１２の変位量を規制する線状のストッパ５を備えているので、センサ本体１の表面側にガラス製のカバー３を接合することなく重り部１２の変位量を線状のストッパ５により規制することができるから、センサ本体１の厚み方向の両面にカバー２，３が接合されたものに比べて低コスト化を図ることができる
（実施形態２）
本実施形態の加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図４および図５に示すように、センサ本体１とセンサ本体１の裏面側に接合されたカバー２とからなるセンサブロックを備えている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
ところで、本実施形態では、一面（図４における上面）が開口された箱状のケース本体７と、ケース本体７の開口部分を覆うようにケース本体１０に被着されるケース蓋８とからなるケース（パッケージ）を備えている。ここにおいて、センサブロックは、センサ本体１の表面がケース蓋８に規定距離だけ離間して対向する形でカバー２の裏面側がケース本体７の内底面に固着されている。上記規定距離は重り部１２の移動範囲を確保できるように設定されており、ケース蓋８におけるセンサ本体１の表面との対向面には、重り部１２の変位量を規制するための突起８ａが重り部１２の先端部に対向する部位で突設されている。要するに、本実施形態の加速度センサでは、センサ本体１の表面側にガラス製のカバー３（図７参照）を設けていないが、重り部１２に加速度が作用して重り部１２の先端側がカバー２の凹所２ａの底面から離れる向きに移動するときの支持枠１１に対する重り部１２の移動量が図６に示すように突起８ａで規制されるので、撓み部１３の折損が防止される。なお、重り部１２の先端側がカバー２の凹所２ａの底面に近づく向きに移動するときの支持枠１１に対する重り部１２の移動量はストッパ２ｂにより規制される。
【００３４】
しかして、本実施形態では、ケースにおけるセンサブロックの表面との対向面に、重り部１２の変位量を規制する突起８ａが突設されているので、図７ないし図９に示した従来構成のようにセンサ本体１の表面側に比較的高価なガラス製のカバー３を接合することなく重り部１２の変位量をケースから突設された突起８ａにより規制することができるから、上記従来構成のようにセンサ本体１の厚み方向の両面にカバー２，３が接合されたものに比べて低コスト化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記各実施形態では、センサ本体１に用いる基板としてシリコン基板を用いた場合について説明したが、シリコン基板に限らず、例えば、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介してシリコン活性層が形成されたＳＯＩ基板を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上の一部破断した概略斜視図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】実施形態２を示す概略断面図である。
【図５】同上におけるセンサブロックの一部破断した概略斜視図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】従来例を示す一部破断した分解斜視図である。
【図８】同上の概略平面図である。
【図９】同上の概略断面図である。
【図１０】同上においてカバーを取り外した状態の概略平面図である。
【図１１】同上の要部回路図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  センサ本体
２  カバー
２ａ  凹所
２ｂ  ストッパ
５  ストッパ
６  固定部
１１  支持枠
１２  重り部
１３  撓み部
１４  スリット
【図１】
2004212403.tif 000003
【図２】
2004212403.tif 000004
【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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