(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持枠部と支持枠部に可撓性を有する梁部を介して保持される錘部、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子と配線を有し、半導体ピエゾ抵抗素子の抵抗変化から加速度を検出する加速度センサー素子を保護ケース内に保持するとともに、加速度センサー素子の少なくとも梁部の厚み方向の加速度を検出する半導体ピエゾ抵抗素子を有する梁部の、少なくとも一ヶ所以上に応力緩衝部を有する加速度センサーであって、
応力緩衝部は、支持枠部と錘部間の梁部の略中央部に枠型に形成され、
梁部は支持枠部と錘部に接続する付根部と、枠型の応力緩衝部と接続する絞り部、付根部と絞り部を接続するテーパー部で形成され、
半導体ピエゾ抵抗素子が設けられた付根部の梁の幅Ｗ１と、枠型の応力緩衝部の枠辺であって、梁部と垂直方向（Ｙ方向）である枠辺の幅Ｗ２が、Ｗ２＜Ｗ１の関係を有することを特徴とする加速度センサー。
【請求項２】
絞り部の梁の幅Ｗ３が、Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ１の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の加速度センサー。
【請求項３】
支持枠部と支持枠部に可撓性を有する梁部を介して保持される錘部、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子と配線を有し、半導体ピエゾ抵抗素子の抵抗変化から加速度を検出する加速度センサー素子を保護ケース内に保持するとともに、加速度センサー素子の少なくとも梁部の厚み方向の加速度を検出する半導体ピエゾ抵抗素子を有する梁部の、少なくとも一ヶ所以上に応力緩衝部を有する加速度センサーであって、
応力緩衝部は、支持枠部と錘部間の梁部の略中央部に九十九折型に形成され、
梁部は支持枠部と錘部に接続する付根部と、九十九折型の応力緩衝部と接続する絞り部、付根部と絞り部を接続するテーパー部で形成され、
半導体ピエゾ抵抗素子が設けられた付根部の梁の幅Ｗ１と、九十九折型の応力緩衝部の枠辺であって、梁部と垂直方向（Ｙ方向）である枠辺の幅Ｗ２が、Ｗ２＜Ｗ１の関係を有することを特徴とする加速度センサー。
【請求項４】
絞り部の梁の幅Ｗ３とＷ２が、Ｗ２≦Ｗ３の関係を有することを特徴とする請求項３に記載の加速度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、航空機、携帯端末機器、玩具等に用いられる加速度検出用の半導体
加速度センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサーは、エアーバッグ作動用に多く用いられ自動車衝突した衝撃を加速度と
してとらえていた。自動車ではＸ軸，Ｙ軸の加速度を測定するため１軸もしくは２軸機能
で充分であった。また、測定する加速度が非常に大きいため、加速度を検知する加速度セ
ンサー素子も頑丈に製作されている。最近は、携帯端末機器やロボット等にも使用される
ことが多くなり、空間の動きを検出するためＸ，Ｙ，Ｚ軸の加速度を測定する３軸加速度
センサーが要求されてきている。また、微小な加速度を検出するために高分解能で、小型
であることが要求されている。
【０００３】
加速度センサーは可撓部の動きを電気信号に変換する方法で、ピエゾ抵抗型と静電容量
型、圧電型に大別され、センサーの出力の大きさや応答周波数特性、耐電磁ノイズ、出力
の直線性、静止加速度の検出、温度特性等を考慮し選ばれている。小型で高感度の要求か
ら微細加工が必要なため、シリコン基板にフォトリソ技術を用いて形状を形成し、半導体
技術でシリコンに不純物を打ち込みピエゾ抵抗を形成するピエゾ抵抗型３軸加速度センサ
ーが実用化されてきている。
【０００４】
ピエゾ抵抗素子型３軸加速度センサーに関して出願人は広範囲に多数出願している。特
許文献１から特許文献６で、錘部の形状や梁部の形状、ピエゾ抵抗素子の配置、ピエゾ抵
抗素子の接続方法、梁部と枠部の接合部の形状等を明らかにしている。図１５に３軸加速
度センサーの分解斜視図、図１６ａ）に図１５のｈ−ｈ’方向の断面図、図１６ｂ）にセ
ンサーチップの平面図を示す。３軸加速度センサー２０は、ケース１にセンサーチップ２
と規制板３が樹脂などの接着材１６で所定の間隔で固着されている。センサーチップ２の
チップ端子４はワイヤー５でケース端子６に接続され、センサーの信号は外部端子７から
取り出す。ケース１にはケース蓋８を例えばＡｕＳｕはんだ等の接着材１７で固着し密封
されている。センサーチップ２には、３軸加速度センサー素子９が形成されている。３軸
加速度センサー素子９は、方形の支持枠部１０と錘部１１と対を成す梁部１２で構成され
、錘部１１が２対の梁部１２で支持枠部１０の中央に保持されている。梁部１２にはピエ
ゾ抵抗素子が形成されている。一対の梁にはＸ軸ピエゾ１３とＺ軸ピエゾ１５が、他の一
対の梁にはＹ軸ピエゾ１４が形成されている。一対の梁の各端部の４ヶ所にピエゾ抵抗素
子を配し、これらでブリッジ回路を構成することで、温度変化などに対するピエゾ抵抗素
子の均一な抵抗変化はキャンセルでき、またブリッジ回路の接続の仕方を変えることで、
ＸおよびＹ軸とＺ軸の加速度を分離して検出することができる。図１６ａ）の錘部１１の
下面とケース１の内底面との間隔ｇ４と、錘部１１の上面と規制板３の間隔ｇ３は、衝撃
の様な過度な加速度がセンサーに加わったとき、錘部１１の動き量を規制して梁部１２の
破損を防ぐものである。本願のピエゾ抵抗素子型３軸加速度センサーの基本的な構造はこ
れら特許文献と同じであるので、特に断りのない限り詳細説明は省略する。以降、ピエゾ
抵抗素子型３軸加速度センサーおよび素子を、単に加速度センサーもしくは加速度センサ
ー素子と称することがある。また、加速度センサーと加速度センサー素子を同義に使用す
ることもある。
【０００５】
上記の加速度センサー素子の製作方法としては、梁部の厚さを高精度に加工する必要が
あるために、厚いシリコン層の表面に、シリコン酸化膜層を介して薄いシリコン層が積層
したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハーを用いるのが一般的
である。シリコン酸化膜層をエッチングストップとして用い、薄いシリコン層に梁部など
の形状を加工した後、厚いシリコン層に溝を加工して枠部と錘部を分離することで、薄い
シリコン層の厚さの梁部によって錘部が支持枠部に支持された構造を製作することができ
る。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１７２７４５号  公報
【特許文献２】特開２００３−２７９５９２号  公報
【特許文献３】特開２００４−１８４３７３号  公報
【特許文献４】特開２００６−０９８３２３号  公報
【特許文献５】特開２００６−０９８３２１号  公報
【特許文献６】ＷＯ２００５／０６２０６０  Ａ１
【０００７】
ピエゾ抵抗素子型３軸加速度センサーでは、錘部に切り欠き部分を設け、その切り欠き
部分に梁部を接続することで小型化と高感度を両立できる。こうした構造の加速度センサ
ーに関して、例えば特許文献７から特許文献１０に記載がある。その代表的な構造を図１
７に示す。センサーチップ２は、錘部１１の梁部１２が接続する部分に切り欠きを設けて
いる。それにより、錘部１１を支持枠部１０の内部一杯に形成しても、梁部１２の長さを
長くとることができ、小さい面積でも感度の高いセンサーにすることができる。
【０００８】
【特許文献７】特開平１１−２１４７０５号  公報
【特許文献８】特開２００２−２９６２９３号  公報
【特許文献９】特開２００３−１０１０３２号  公報
【特許文献１０】特開平９−２３７９０２号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１５に示した従来の加速度センサーでは、センサーチップをケースに接着する接着材
の硬化収縮や、ケースとセンサーチップの熱膨張係数の違いによる熱変形や、センサーを
実装基板に実装した後に実装基板が曲げられるなどして、センサーチップに外力が加わる
。外力が加わるとセンサーチップの梁部には長手方向に応力が発生する。例えばセンサー
チップに上方向に凸に曲げる力が働くと梁には引張り応力が、下方向に凸に曲げられたと
きは梁には圧縮の応力がかかる。梁の長手方向に応力がかかると、梁の変形しやすさが変
化するため、単位加速度に対するピエゾ抵抗素子の応力変化量が変化し、感度が変化して
しまう課題がある。
【００１０】
特許文献１１には、加速度センサーチップをウエハーレベルパッケージングの技術を用
いてパッケージングした構造が開示されている。また、特許文献１２には、半導体センサ
ーを樹脂モールドする技術が開示されている。これらの技術を用いることで、図１８の断
面図に示す様なウェファーレベルパッケージング行った樹脂モールドの加速度センサーが
検討されている。センサーチップ２の上下から上キャップチップ２２および下キャップチ
ップ２３を接合し、センサーチップ２の可動部を気密封止したＭＥＭＳ加速度センサー組
立体２１を構成する。センサーチップ２の電極パッド２４は上キャップチップ２２から露
出しており、ワイヤボンディングができるようになっている。電極パッド２４と外部端子
２８をワイヤー２７でワイヤボンディングして電気的に接続した後、モールド樹脂２９で
封止すると樹脂パッケージされた加速度センサーが得られる。
【００１１】
特許文献１１の従来の加速度センサーでは、センサーチップとキャップチップは同じ材
料を用いて熱膨張差が出ないようにしているが、センサーチップやキャップチップの表面
には絶縁膜や金属膜などを形成しているため反り変形を発生する影響で、キャップチップ
の接合時にセンサーチップに外力が加わり、梁部の長手方向応力が変化する恐れがある。
また、図１８に示した樹脂パッケージに組み立てた際にも、モールド樹脂の硬化収縮や、
熱膨張係数差から来る熱変形が影響し、また実装後には実装基板の曲げなどにより、セン
サーチップに外力が加わり感度が変化する恐れがある。特許文献１３には感度に影響する
外力の変化を低減する方法の一つとして、梁部の略中央部位置に片側に突出する凸状の折
曲部を設け、この折曲部の突出が異なる方向になる様に２本の梁部を設けることが開示さ
れている。２本設けているため、支持枠部と錘の中心線と梁の中心線が同一線上に無く対
称性を欠いており、外力の緩和は十分ではなかった。また、支持枠部と接続する梁部の中
心線と、錘部と接続する梁部の中心線をずらして配置してその間を梁で繋ぐ形状が開示さ
れているが、支持枠部と錘の中心線に対し対称性を欠く構造となっているため、外力の緩
和は十分ではなかった。特に、図１８に示す様な樹脂モールドを用いる加速度センサーで
は、加わる外力が大きいため、感度変化を低減することが難しかった。
【００１２】
【特許文献１１】特開平３−２５３５号  公報
【特許文献１２】特開平１０−１７０３８０号  公報
【特許文献１３】特開２０００−４６８６２号  公報
【００１３】
以上のような課題を解決し、センサーチップに外力が加わっても、感度が変化しにくい
構造を実現し、特性の変動の少ない加速度センサーを実現するのが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明の加速度センサーは、支持枠部と支持枠部に可撓性を有する梁部を介して保持
される錘部、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子と配線を有し、半導体ピエゾ抵抗素
子の抵抗変化から加速度を検出する加速度センサー素子を保護ケース内に保持した加速度
センサーであって、加速度センサー素子の少なくとも梁部の厚み方向の加速度を検出する
半導体ピエゾ抵抗素子を有する梁部の、少なくとも一ヶ所以上に応力緩衝部を有すること
が好ましい。
【００１５】
加速度センサー素子に外力が加わるとＸ，Ｙ，Ｚ軸方向感度が変化するが、特にＺ軸方
向が影響を受ける。Ｚ軸方向は梁部の厚み方向であり、外乱力を受けて反りが発生する方
向であるため、Ｘ，Ｙ軸方向より約１桁大きい感度変化を起こす。そのため、少なくとも
Ｚ軸の加速度を検知する半導体ピエゾ抵抗素子が形成された梁部に応力緩衝部を設けるこ
とが良い。Ｚ軸以外の梁部にも応力緩衝部を設けても、何ら問題はない。本来の加速度セ
ンサーに加わる測定すべき外力と、不必要な感度変化をもたらす外力を区別するため、測
定すべき加速度を与える外力を外力、不必要な外力を外乱力と称する。
【００１６】
梁部に応力緩衝部を設けるのは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれか１軸を測定できる１軸加速度
センサー、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれか２軸を測定できる２軸加速度センサー、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
の全てを測定できる３軸加速度センサーに適用できる。
【００１７】
加速度センサー素子に外乱力が加わって、梁部を長手方向に引っ張ったり圧縮したりす
る力が加わっても、応力緩衝部でその力を吸収する。応力緩衝部で外乱力を吸収するので
、梁部の長手方向に加わる応力が変化し難くなるため、梁部の変形し易さも変化し難くな
る。これにより、加速度センサー素子の特に梁部に加わる外乱力よる感度の変化を低減す
ることができる。応力緩衝部のない従来の加速度センサーでは、外乱力で２０〜５０％Ｚ
軸の感度が変化していたが、応力緩衝部を形成することでＺ軸の感度変化を１桁近く下げ
ることができる。
【００１８】
本願発明の加速度センサーは、応力緩衝部は梁部の長手方向の中央部および梁部の長手
方向の中心線と対称位置もしくはいずれか一方の位置で、半導体ピエゾ抵抗素子形成領域
外に配されていることが好ましい。
【００１９】
加速度センサー素子を保護ケース内に保持するが、保護ケースはセラミックや金属で製
作した略箱状の底箱と蓋に分かれたものを用いることができる。また、ウェハーレベルパ
ッケージを行った加速度センサー素子をモールド樹脂によって封止した樹脂パッケージも
保護ケースに含まれるものである。
【００２０】
梁部に形成する応力緩衝部の数が、奇数の場合は梁部の長手方向の中央部（中心線上）
と梁部の長手方向の中心線と対称位置に配置し、偶数の場合は梁部の長手方向の中心線と
対称位置に配置する。複数時の配置間隔は、梁部の長さや応力緩衝部の寸法関係を考慮し
て決めることができる。
【００２１】
加速度センサー素子が外乱力を受けて梁部が変形するとき、応力緩衝部と支持枠部間の
梁部長さと、応力緩衝部と錘部間の梁部長さを合わすことで、応力緩衝部を挟んだ左右の
梁部の変形が対称となる。梁部の変形を対称にすることで、梁部の両端に配置された半導
体ピエゾ抵抗素子に加わる応力変化を一致させ易い。梁部の両端に配置された半導体ピエ
ゾ抵抗素子が略同じ様に抵抗変化する事で、外乱力による抵抗変化の差を小さくすること
ができる。ピエゾ抵抗の変化が均一で、バランスが変化しなければ、ブリッジ回路の出力
は変化しないため、加速度センサーに加わる外乱力による出力変化を小さくできる。
【００２２】
本願発明の加速度センサーは、応力緩衝部が枠型であることことが好ましい。
【００２３】
枠型の応力緩衝部を梁部に形成することで、梁部長手方向に掛かる外乱力を吸収するこ
とができる。梁部の長手方向に伸縮する応力を枠型の変形で吸収し、枠型がねじれること
で応力緩衝部の両側の梁部が梁部の厚み方向に曲がる変形がし易くなる。枠型が変形する
ことで、梁部の長手方向にかかる外乱力に対して、梁部の長手方向応力が変化し難くなり
、感度変化を小さくすることができる。枠型とすることで、梁部が梁幅方向に曲がる変形
を防ぐことができる。枠型の応力緩衝部の厚さは梁部の厚さの範囲内であり、応力緩衝部
の幅は梁部の幅よりも大きく、応力緩衝部は梁部の幅方向の中心線に対する両側の形成容
積が同一となっていることが、より好ましい。
【００２４】
本願発明の加速度センサーは、枠型の応力緩衝部は方形や偶数辺を有数する多角形、丸
形、楕円形およびこれらの変形形状であることが好ましい。
【００２５】
枠型とは額縁の様に外縁と内縁を有する形状で、外縁形状と内縁形状は略相似形である
ものを言う。略相似形としているのは、縁幅を場所によって異なるようにすることができ
るため、例えば外縁が正方形で内縁が長方形となる場合があるためである。方形は正方形
や長方形、平行四辺形を含むものである。多角形は偶数辺を有するものが好ましく、奇数
辺を有する三角形や五角形は変形やねじれが均等にならないため使用することは好ましく
ない。多角形の角部に、曲率を設けても良いことは言うまでもない。丸型は梁部の長手方
向に伸縮する変形はしにくいが、ねじれることで梁部の厚み方向に曲がる変形をしやすく
する効果は期待できる。楕円形は枠の変形とねじれを起こさせることができるため、円形
より効率が良い。また、外縁が円形で内縁が楕円形もしくはこれらの逆の組合せとするこ
とで、直線部を持たない応力緩衝部を形成できる。変形形状とは、例えば方形の対向する
辺が内側に曲率を持った鼓型や、直線と曲線が組み合わされた競技トラック形状等である
。
【００２６】
本願発明の加速度センサーは、枠型の応力緩衝部は、梁部の幅方向および長手方向の中
心線に対し対称形状であることが好ましい。
【００２７】
梁部の幅方向および長手方向の中心線に対し対称形状とすることで、加速度センサー素
子が外乱力を受けて応力緩衝部が変形するとき、応力緩衝部を挟んだ左右の梁部の変形が
対称になり易くなる。その効果で、梁部の両端にある半導体ピエゾ素子に掛かる力も同じ
様になり、ブリッジ回路の抵抗バランスが大きく崩れることがなく、外乱力による出力変
化を小さくできる。
【００２８】
本願発明の加速度センサーは、枠型の応力緩衝部の梁幅方向の枠型内辺間の距離が、梁
幅より大きいことが好ましい。
【００２９】
梁幅方向の枠型内辺間の距離（内縁の幅）は、梁部の幅より大きいことが重要である。
枠型の外縁の幅が梁幅と同じで内縁の幅が梁幅より小さい、つまり梁部に方形の孔を形成
したのでは、変形が殆ど期待できないため応力緩衝部としての効果はない。梁部の梁幅方
向の稜部より内縁の稜部を外側に配する事で、変形やねじれが起こり易くなり応力緩和効
果を奏することができるものである。
【００３０】
本願発明の加速度センサーは、応力緩衝部が九十九折型であることが好ましい。
【００３１】
九十九折型の応力緩衝部を梁部に形成することで、梁部長手方向に掛かる外乱力を吸収
することができる。梁部の長手方向に伸縮する応力を枠の変形で吸収し、九十九折部がね
じれることで応力緩衝部の両側の梁部が梁部の厚み方向に曲がる変形がし易くなる。九十
九折部が変形することで、梁部の長手方向にかかる外乱力に対して、梁部の長手方向応力
が変化し難くなり、感度変化を小さくすることができる。枠型に比べ、梁部の長手方向に
伸縮する応力の吸収効果が大きい。九十九折部を一方向だけとすると梁部の幅方向の曲が
りが起きやすいが、幅方向に互いに反対方向に突き出した九十九折型とすることで、一方
向に偏った曲げ変形を防止することができる。
【００３２】
九十九折型の応力緩衝部は、少なくとも一つ以上の九十九折部を有し、直線および曲線
もしくはいずれか一方で形成されていることが好ましい。
【００３３】
一つの応力緩衝部を複数の九十九折で構成することもできる。九十九折数を多くして求
められる以上に応力吸収効果を上げる必要はない。九十九折数を上げることで実質的に梁
部の長さが長くなり、それに連れて半導体ピエゾ抵抗素子を繋ぐ金属配線の長さが長くな
る。金属配線が長くなると電気抵抗が大きくなるため、消費電力の増加に繋がるので好ま
しいものではない。また、梁部が過剰に柔軟になり共振周波数が低下するなど、好ましく
ない副作用が出る恐れが懸念される。このことから、一つの九十九折部で応力緩衝部を形
成することが好ましい。
【００３４】
九十九折部は直線の組合せではなく、略Ｓ字状の様に曲線で形成することもできる。ま
た、直線と曲線を組み合わせた九十九折形状とすることもできる。
【００３５】
本願発明の加速度センサーは、九十九折型の応力緩衝部は、応力緩衝部の中心点に対し
て点対称の形状であることが好ましい。
【００３６】
応力緩衝部の中心点に対し点対称形状とすることで、加速度センサー素子が外乱力を受
けて応力緩衝部が変形するとき、応力緩衝部を挟んだ左右の梁部の変形が対称になり易く
なる。その効果で、梁部の両端にある半導体ピエゾ素子に掛かる力も同じ様なり、ブリッ
ジ回路の抵抗バランスが大きく崩れることがなく、外乱力による出力変化を小さくできる
。
【００３７】
本願発明の加速度センサーは、九十九折型の応力緩衝部の梁幅方向の折返し間の距離が
、梁幅より大きいことが好ましい。
【００３８】
梁幅方向の折り返し間の距離は、梁部の幅より大きいことが重要である。折り返し部の
外側間の幅が梁幅と同じで内側の幅が梁幅より小さい、つまり梁部の端部に方形の切欠き
部を形成したのでは、変形が殆ど期待できないため応力緩衝部としての効果が小さいこと
は容易に理解できる。梁部の梁幅方向の稜部より内側の稜部を外側に配する事で、変形や
ねじれが起こり易くなり応力緩和効果を奏することができるものである。
【００３９】
本願発明の加速度センサーは、応力緩衝部の枠幅もしくは九十九折幅が応力緩衝部内で
異なっており、また梁幅とも異なっていることが好ましい。
【００４０】
応力緩衝部が枠型の場合、枠幅は部位によって異なって良いし、梁部の幅とも違ってい
ても構わないものである。但し、梁部の幅方向および長手方向の中心線に対し対称形状で
ある要件は守ることが好ましい。対称形状を崩すと、加速度センサー素子が外乱力を受け
て応力緩衝部が変形するとき、応力緩衝部を挟んだ左右の梁部の変形が非対称になり易く
なる。梁部の変形が非対称となると梁部の両端にある半導体ピエゾ素子に掛かる力もアン
バランスになり、ブリッジの抵抗バランスが崩れるため外乱力による出力変化を小さくす
ることが難しくなる。九十九折型の場合も同様で、応力緩衝部の中心点に対し点対称形状
の要件を満たすことが好ましいものである。
【００４１】
本願発明の加速度センサーは、応力緩衝部の梁部の厚み方向の厚さは梁部の厚さより小
さいことが好ましい。
【００４２】
応力緩衝部の厚みを梁部の厚さより薄くすることで、応力緩衝効果をより向上させるこ
とができる。本願の様な応力緩衝部を設けなくとも、梁部の中央部分の梁厚を薄くするこ
とで、梁部が曲がり易くなり外乱力を吸収する効果が期待できるが、梁部の長手方向に加
わる外乱力を梁部の伸縮で吸収できないため効果は小さい。枠型もしくは九十九折型の応
力緩衝部に比べ、Ｚ軸の感度変化を抑える効果は劣り、従来の応力緩衝部のない加速度セ
ンサーの約２０〜５０％のＺ軸の感度変化を、半分程度まで下げる程度の効果しか得られ
ない。しかし、枠型もしくは九十九折型と薄肉を組合わせる事で、より応力緩衝力が期待
できる。しかし、応力緩衝部の肉厚を薄くするのは、製造工程的には工数が増えることに
なり、あまり好ましいことではない。梁部と同じ厚さで枠型もしくは九十九折型の応力緩
衝部を形成する場合は、フォトリソグラフィのマスクを変更するだけで対応できるので、
製造工数が増えることはない。
【００４３】
本願発明の加速度センサーは、錘部と応力緩衝部間の梁部ａと、支持枠部と応力緩衝部
間の梁部ｂは、梁部の厚さ方向に反りを有し、その反り方向は同じであり、応力緩衝部が
変曲点となっていることが好ましい。
【００４４】
梁部の表面にはアルミナや酸化シリコンの絶縁膜や金属配線等が形成されているため、
梁部と異なる材料のヤング率や熱膨張係数の違いの影響で、梁部が厚み方向に反るような
応力を元々有している。一本の連続した梁部であると、梁部のある部分は自然に反りたい
方向と逆に反った形状になる。この様な形状は不安定であり、梁部の長手方向に外乱力が
加わったときの感度変化を助長してしまうことになる。応力緩衝部がねじり変形すること
により、応力緩衝部を反りの曲率の不連続点として、応力緩衝部の両側の梁部が自然に反
りたい方向に反った形状とすることで、梁部の変形形状が安定し外乱力に対する感度変化
を小さくできる。応力緩衝部のねじれ効果の大きさによっては、梁部の応力緩和層との接
続部の近くでは、自然に反りたい方向と逆の反りになる部分ができるが、梁部の大部分が
自然な反りとなることで、不安定な変形を解消する効果は十分に期待できる。
【００４５】
枠型の応力緩衝部に形成される金属配線は、梁幅方向の中心線に対し対称配置されてい
ることが好ましい。
【００４６】
半導体ピエゾ抵抗素子間を接続する金属配線、特に梁部の錘部側の付け根に形成されて
いる半導体ピエゾ抵抗素子から引き出される金属配線は、梁部の上を通って支持枠部上へ
引き出される。金属配線が発生する応力の影響も、梁部の長手方向および短手方向の中心
線に対して対称とすることが好ましい。梁部上の金属配線が偶数本の場合、枠部上は同一
金属配線本数になる様に形成することで、加速度センサー素子が外乱力を受けて応力緩衝
部が変形するとき、応力緩衝部を挟んだ左右の梁部の変形が対称になり易くなる。その効
果で、梁部の両端にある半導体ピエゾ素子に掛かる力も同じ様なり、ブリッジを組んでも
抵抗バランスが大きく崩れることがなく、外乱力による出力変化を小さくできる。
【００４７】
本願発明の加速度センサーは、枠型の応力緩衝部に半導体ピエゾ抵抗素子に接続されて
いないダミーの金属配線を形成し、梁幅方向の中心線に対し金属配線を対称配置すること
が好ましい。
【００４８】
梁部上を通る金属配線が奇数本の場合、中央の１本を２本に分割分岐して枠部上の金属
配線数を合わせて対称形状にすることができる。２本に分岐する時、分岐された金属配線
幅は分岐前の金属配線幅と同等にすることが好ましい。金属配線を配線幅方向に２分割す
ると、金属配線幅が狭くなるため金属配線の断線の危険性が増えることになる。また、分
割分岐を行わず例えば２本と１本として、１本側に半導体ピエゾ抵抗素子に接続しないダ
ミー配線を形成することで、枠部の対称性を得ることができる。
【００４９】
本願発明の加速度センサーは、支持枠部と錘部間の梁部の略中央部に枠型の応力緩衝部
を有し、梁部は支持枠部と錘部に接続する付根部と、枠型の応力緩衝部と接続する絞り部
、付根部と絞り部を接続するテーパー部で形成され、半導体ピエゾ抵抗素子が設けられた
付根部の梁の幅Ｗ１と、枠型の応力緩衝部の梁部と垂直方向（Ｙ方向）の枠辺の幅Ｗ２が
、Ｗ２＜Ｗ１の関係を有することが好ましい。
【００５０】
応力緩衝部は変形することで梁の長手方向に加わる外乱力を吸収するので、梁の長手方
向に加わる外乱力に対して変形し易い形状であることが良い。応力緩衝部の中で梁の長手
方向と垂直方向（Ｙ方向）に伸びる部分は、幅が狭くて長さが長いほど変形し易い。半導
体ピエゾ抵抗素子が形成され金属配線本数の多い付根部に比べて、枠型の応力緩衝部の枠
辺は金属配線が分岐されるため幅を狭めることができる。枠辺の幅を狭くすることで、梁
の長手方向に加わる外乱力に対して枠辺が変形しやすくなり、応力緩衝効果を高くするこ
とができる。
【００５１】
本願発明の加速度センサーは、絞り部の梁の幅Ｗ３が、Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ１の関係を有す
ることが、より好ましい。
【００５２】
梁部の付根部と絞り部に形成される金属配線の本数は同じである。しかし、付根部には
半導体ピエゾ抵抗素子を形成する必要があり、半導体ピエゾ抵抗素子間を接続するのため
の高濃度にイオンを打込んで導電性を上げたＰ型配線や金属配線を形成する必要があるた
め、絞り部より付根部の梁部の幅が広くなってしまう。言い換えると付根部より絞り部は
梁の幅を狭くすることができるものである。そこで、付根部よりも幅の狭い絞り部を設け
、絞り部と応力緩衝部を接続させすることで、応力緩衝部の寸法を変えなくても、枠辺の
梁の長手方向と垂直方向（Ｙ方向）に伸びる部分の長さを長くすることができる。これは
、実質的に応力緩衝部のＹ方向を伸長したことになる。応力緩衝部は錘部と接触しないよ
うに形成する必要があるため、応力緩衝部のＹ方向の幅を大きくすると、錘部の体積が減
少して感度が低下する。Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ１の関係を満たすことで、錘部の体積を減少させ
ること無く、応力緩衝部の応力緩衝効果をより高くすることができる。
【００５３】
本願発明の加速度センサーは、支持枠部と錘部間の梁部の略中央部に九十九折型の応力
緩衝部を有し、梁部は支持枠部と錘部に接続する付根部と、九十九折型の応力緩衝部と接
続する絞り部、付根部と絞り部を接続するテーパー部で形成され、半導体ピエゾ抵抗素子
が設けられた付根部の梁の幅Ｗ１と、九十九折型の応力緩衝部の梁部と垂直（Ｙ方向）の
梁幅Ｗ２が、Ｗ２＜Ｗ１の関係を有することが好ましい。
【００５４】
九十九折型の応力緩衝部の場合、梁部の付根部と絞り部に形成される金属配線の本数は
同じである。しかし、付根部には半導体ピエゾ抵抗素子を形成する必要があるため、半導
体ピエゾ抵抗素子間を接続するのための高濃度にイオンを打込んで導電性を上げたＰ型配
線や金属配線を形成する必要があるため、絞り部より付根部の梁部の幅が広くなってしま
う。言い換えると付根部より絞り部は梁の幅を狭くすることができるものである。そこで
、付根部よりも幅の狭い絞り部を設け、絞り部と応力緩衝部を接続させすることで、応力
緩衝部の寸法を変えなくても、九十九折の梁の長手方向と垂直方向（Ｙ方向）に伸びる部
分の長さを長くすることができる。これは、実質的に応力緩衝部のＹ方向を伸長したこと
になる。応力緩衝部は錘部と接触しないように形成する必要があるため、応力緩衝部のＹ
方向の幅を大きくすると、錘部の体積が減少して感度が低下する。Ｗ２＜Ｗ１の関係を満
たすことで、錘部の体積を減少させること無く、応力緩衝部の応力緩衝効果をより高くす
ることができる。
【００５５】
本願発明の加速度センサーは、九十九折型の絞り部の梁部の幅Ｗ３とＷ２が、Ｗ２≦Ｗ
３の関係を有することが、より好ましい。
【００５６】
Ｗ２≦Ｗ３として九十九折型のＹ方向の辺の幅を狭くすることで、梁部の長手方向に加
わる外乱力に対して変形しやすくなり、応力緩衝効果をより高くすることができる。
【発明の効果】
【００５７】
本願発明の加速度センサーによれば、梁部に形成した応力緩衝部の効果により、梁部の
長手方向にかかる外乱力を吸収できるので、加速度センサー素子に掛かる曲げなどの外乱
力の影響を小さくすることができる。外乱力の影響を小さくすることで、加速度センサー
の感度変化を小さくすることができ、外乱力に対して特性が安定した加速度センサーを提
供することできた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下本発明を図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判り易くす
るため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００５９】
本願発明の第一実施例の加速度センサーについて以下説明する。図１，２は、第一実施
例の加速度センサーの加速度センサー素子の構造を示している。図１は平面図、図２は図
１のｋ−ｋ’断面図である。図１の加速度センサー素子３０は、例えば従来例で示した図
１５のように組み立てられる加速度センサーや、図１８に示したキャップで気密封止され
た後、樹脂パッケージに組み立てられる加速度センサーなどに適用できる。本願発明は特
に加速度センサー素子の構造に特徴があるので、以下加速度センサー素子ついて実施例に
基づいて詳細に説明する。
【００６０】
第１実施例の加速度センサー素子３０は、支持枠部１０内に錘部１１が４本の梁状の可
撓性を有する梁部３３の第１梁部３３ａと第２梁部３３ｂ、第３梁部３３ｃ、第４梁部３
３ｄによって支持されている。図１では、第１梁部３３ａと第２梁部３３ｂがＸ軸とＺ軸
方向の加速度を検知するもので、各梁部の長手方向端部にはＸ軸加速度検知用半導体ピエ
ゾ抵抗素子１３とＺ軸加速度検知用の半導体ピエゾ抵抗素子１５が形成されている。第１
梁部３３ａと第２梁部３３ｂに垂直（Ｙ方向）に配された第３梁部３３ｃと第４梁部３３
ｄには、Ｙ軸方向の加速度を検知する半導体ピエゾ抵抗素子１４が形成されている。Ｚ軸
加速度検出用の半導体ピエゾ抵抗素子１５は、Ｘ軸とＹ軸のどちらの梁部上に配置しても
良いが、本実施例ではＸ軸の第１梁部３３ａと第２梁部３３ｂ上に形成した。半導体ピエ
ゾ抵抗素子１３〜１５は各軸毎に梁部の付根付近に形成した。各軸の４つの半導体ピエゾ
抵抗素子は、図示していない金属配線で接続してブリッジ回路を構成した。外力により加
速度が加わることで錘部１１が変位し、梁部３３が変形することで半導体ピエゾ抵抗素子
の電気抵抗が変化する。各軸の４つの半導体ピエゾ抵抗素子の抵抗変化量の差により生じ
る電位差を、ブリッジ回路で取り出すことで加速度の値として検出できる。第１梁部から
第４梁部の長手方向の略中央部に、枠型の応力緩衝部４０を形成している。
【００６１】
加速度センサー素子３０の製造方法を、図２を参照しながら簡単に説明する。図２は図
１のｋ−ｋ’断面図である。約４００μｍ厚のシリコン層に約１μｍのシリコン酸化層と
約６μｍのシリコン層を有するＳＯＩウエハーを使用した。シリコン酸化膜層はドライエ
ッチングのエッチングストップ層として用い、構造体は２層のシリコン層に形成した。以
下、薄い方のシリコン層を第１層４１、厚い方のシリコン層を第２層４２と称し、シリコ
ン酸化膜層と接合していない第１層の表面を第１面４３、第２層の表面を第２面４４、シ
リコン酸化膜層を介した接続面を第３面４５と称す。半導体ピエゾ抵抗素子の形状をフォ
トレジストでパターニングし、第１面４３にボロンを１〜３ｘ１０１８原子／ｃｍ３打ち
込み半導体ピエゾ抵抗素子を形成した。第１面４３にシリコン酸化膜を形成し半導体ピエ
ゾ抵抗素子を保護した。半導体ピエゾ抵抗素子を接続する金属配線は、シリコン酸化膜上
にアルミニウム系金属をスパッタリングして形成した。第１面４３に形成したシリコン酸
化膜が、第１層のシリコンと金属配線間の絶縁膜としても働く。絶縁膜および金属配線は
フォトリソグラフィにより所望の形状に加工した。次に、第１面４３にフォトレジストパ
ターンを形成した後、ドライエッチングにより梁部３３と錘部１１、支持枠部１０の形状
を加工した。さらに、第２面４４にフォトレジストパターンを形成した後、ドライエッチ
ングにより錘部１１と支持枠部１０の形状を加工した。第１層と第２層の間に残ったシリ
コン酸化膜層は、ウェットエッチングで除去した。１枚のウエハーに多数の加速度センサ
ー素子を形成しているので、ドライエッチングあるいはダイシングにより個片化し、チッ
プ化された加速度センサー素子３０を得た。
【００６２】
本願発明の特徴として、梁部３３の長手方向の略中央部に応力緩衝部４０を形成した。
第一実施例の加速度センサー素子は、図１に示すように各梁部３３の略中央部に枠型の応
力緩衝部４０を形成している。枠型の応力緩衝部４０は梁部３３と同様に第１層４１に形
成し、梁部３３と同じ厚みとした。図２に示す様に、ｋ−ｋ’断面部は枠部の空間部５０
で梁部３３が梁部ａ４８と梁部ｂ４９に分断された形となる。応力緩衝部は、図１と図２
に示す様に梁部の長手方向の略中央位置に配置することが望ましい。外乱力を受けて梁部
が変形するとき、応力緩衝部を梁部の略中央に配することで、応力緩衝部を挟んだ左右の
梁部ａ４８と梁部ｂ４９の変形が対称になるので、梁の両端に配置された半導体ピエゾ抵
抗素子の応力変化も一致させ易くなる。ピエゾ抵抗素子の均一な抵抗変化は、ブリッジ回
路によりキャンセルできるため、外乱力による出力変化を小さくできる。
【００６３】
図３ａ）に、枠型の応力緩衝部の詳細寸法を示す。応力緩衝部４０は、前述したように
梁部３３の長手方向への曲げ変形およびねじり変形しやすい形状であるほど、外乱力の吸
収効果が大きい。梁幅方向の枠型内辺間の距離Ｌ１（内縁の幅）は、梁部の幅Ｌ２より大
きくしている。応力緩衝部４０は、梁部３３の長手方向の中心線ｍ−ｍ’、および幅方向
の中心線ｎ−ｎ’に対して線対称の形状であることが好ましいので、各部の寸法は次の様
にした。梁幅方向の枠内辺間の距離Ｌ１は６０μｍ、梁部の幅Ｌ２は２２μｍ、梁幅方向
の枠外辺間の距離Ｌ５は８０μｍ、梁長手方向の枠型内辺間の距離Ｌ４は１８μｍ、梁長
手方向の枠型外辺間の距離Ｌ３は４０μｍ、梁幅方向の枠幅Ｌ６は１１μｍ、梁部長手方
向の枠幅Ｌ７は１１μｍとしている。錘部１１と支持枠部１０間の距離Ｌ１０は４００μ
ｍとしたので、梁部ａ４８の長さＬ８は１８０μｍ、梁部ｂ４９の長さＬ９は１８０μｍ
と同じ長さとなっている。
【００６４】
図３ｂ）と図３ｃ）にピエゾ抵抗素子や外部への引き出し用の電極パッドとの間を接続
する金属配線の配置を示す。特に梁部の錘部側の付け根に形成されているピエゾ抵抗素子
から引き出される金属配線は、梁部の上を通って支持枠部上へ引き出される。金属配線３
１が発生する応力の影響も、梁部の長手方向の中心線ｍ−ｍ’および短手方向の中心線ｎ
−ｎ’に対して対称とすることが良い。図３ｂ）は、本実施例１の金属配線であり、奇数
本の金属配線の中央の金属配線を分割分岐したものである。図３ｃ）は本実施例１の他の
実施形態で、片側に半導体ピエゾ抵抗素子に接続しないダミー金属配線を形成したもので
ある。各々、金属配線が３本３１ａ〜３１ｃの場合で示している。図３ｂ）は図の上側枠
部に金属配線３１ａと分割分岐した片側の金属配線３１ｂを配し、下側枠部に金属配線３
１ｃと分割分岐した片側の金属配線３１ｂを配した。図３ｃ）は、図の上側枠部に金属配
線３１ａと３１ｂを、下側枠部に金属配線３１ｃとダミー金属配線３２を形成した。ダミ
ー金属配線３２の材質と配線幅、配線厚は、金属配線３１と同じとした。
【００６５】
本実施例の加速度センサー素子は、梁部の長手方向に外乱力が加わっても、応力緩衝部
４０が外乱力を吸収することで、加速度センサーの検出感度の変化を小さく抑えることが
できた。応力緩衝部の働きに付いて、以下図を用いて詳細に説明する。図４ａ）は、梁部
の長手方向に圧縮の外乱力が加わったときの応力緩衝部の変形状態を模式的に示した斜視
図である。同様に平面の模式を図４ｂ）に示す。枠型の応力緩衝部４０の梁部と接続する
辺が曲げ変形することで梁部ａ４８と梁部ｂ４９の長手方向の圧縮力を吸収する。図５ａ
）と図５ｂ）に梁部の断面方向の模式図を示す。図５ａ）は実施例１の梁の略中央部に枠
型の応力緩衝部を有する梁部の断面方向の模式図である。図５ｂ）は従来の錘部１１から
支持枠部１０まで連続した梁部１２の断面方向の模式図である。図５ａ）と図５ｂ）を比
較すると梁部の形状の違いが良く判る。本実施例の梁部は図５ａ）に示す様に、枠型応力
緩衝部がねじり変形することにより、応力緩衝部の両側の梁部ａ４８、梁部ｂ４９を厚み
方向に曲げ変形し易くして、曲がることでより圧縮力を逃がし易くする効果がある。外乱
力によって梁部の長手方向に引っ張りや圧縮の応力が加わると、錘部にかかる加速度に対
して梁部の変形のしやすさが変化するため、単位加速度に対するセンサー出力、すなわち
感度が変化してしまう。本発明の加速度センサーでは、梁部の長手方向に外乱力が加わっ
ても、応力緩衝部によりその外乱力を吸収し、梁部の長手方向応力が変化し難くできるの
で、外乱力に対して感度が変化しにくい加速度センサーを得ることができた。
【００６６】
本実施例の加速度センサー素子では、梁部の表面に絶縁膜や配線が形成されており、こ
れらは梁部の材料であるシリコンと熱膨張係数が異なるため、絶縁膜や配線の成膜温度か
ら常温に冷却されるまでの温度変化に応じて熱応力を発生する。この熱応力が外乱力にな
る。本実施例では、絶縁膜の応力の方が支配的であり、シリコン酸化膜はシリコンよりも
熱膨張係数が小さいため、梁部は絶縁膜のある表面側が凸になる方向に反りやすい。応力
緩衝部がなく連続した梁部の場合には、梁部の曲率が連続しなければいけないので、梁部
の中のある部分（応力の大きさにより異なるので特定できない部分である）では自然な反
り方向とは反対向きに反る形状になる。梁の中央部が反対反りになったときは、図５ｂ）
のような下向きの凸の形状になる。この形状は不安定であり、加速度の加わる方向によっ
ては、上向きの凸の形状や、錘部が上下に変位する形状へ移行しやすい。こうした状態で
外乱力が変化すると、梁部の変形しやすさが容易に変化してしまうので、外乱力による感
度変化が助長されてしまう。本実施例の加速度センサーでは、応力緩衝部のねじり変形の
効果により、図５ａ）に示したように、応力緩衝部４０が変曲点になり梁部ａ４８、梁部
ｂ４９の大部分が自然な反り方向に変形した安定な形状になるため、他の変形形状に移行
し難くなり、外乱力に対する感度変化を小さくできる。
【実施例２】
【００６７】
本願発明の第二実施例の加速度センサーについて以下説明する。第一実施例と異なるの
は、応力緩衝部が九十九折構造である点である。第二実施例の梁部の構造を示す平面図を
図６に示す。応力緩衝部は梁部と同様に第１層に形成し、梁部と同じ厚みとしている。角
部以外は直線で形成した一つの九十九折部で応力緩衝部の中心点に対して点対称の形状を
している。
【００６８】
図６）に、九十九折型の応力緩衝部の詳細寸法を示す。応力緩衝部４０は、前述したよ
うに梁部の長手方向への曲げ変形およびねじり変形しやすい形状であるほど、外乱力の吸
収効果が大きい。梁幅方向の九十九折内辺間の距離Ｌ２１は、梁部の幅Ｌ２２より大きく
している。九十九折部の形状は応力緩衝部の中心点に対して点対称であることが好ましい
ので、各部の寸法は次の様にした。梁幅方向の九十九折内辺間の距離Ｌ２１は６０μｍ、
梁部の幅Ｌ２２は２２μｍ、梁長手方向と平行な九十九折長さの内辺間の距離Ｌ２４は４
６μｍ、同外辺間の距離Ｌ２３は９０μｍ、梁長手方向と平行な九十九折部の幅Ｌ２５は
２２μｍ、梁長手方向と直角な九十九折部の幅Ｌ２６は２２μｍとした。九十九折部の角
部には半径５μｍの曲率を設けた。
【００６９】
第一実施例と同様に、九十九折部が梁部の長手方向の曲げ変形、およびねじり変形する
ことで、梁部に長手方向にかかる力を吸収でき、外乱力による感度変化を小さくできた。
第一実施例の枠型の応力緩衝部では、外乱力に対して枠型部が一つとなって全体が変形す
るが、本実施例の九十九折型の応力緩衝部は、片側の折り返し部がそれぞれ単独に変形す
ることができる。言い換えれば、梁部を分断する箇所が２ヶ所となるため、外乱力の吸収
効果を大きくできる。その一方で、梁幅方向への曲げに対して剛性が小さいため、梁部が
梁幅方向に曲げ変形しやすくなる。そうした曲げ変形が発生すると、梁部の長手方向の中
心線ｍ−ｍ’に対する対称性を失うため望ましくないが、両側に折り返し部を設けること
で一方向に偏って梁幅方向の曲げ変形が発生することを防ぐことができる。
【００７０】
応力緩衝部の中心点に対して九十九折形状を点対称とすることで、外力を受けて梁部が
変形するとき、応力緩衝部を挟んだ左右の梁部の変形が対称になる。左右の梁部とは、錘
部と応力緩衝部間の梁部ａ４８と、支持枠部と応力緩衝部間の梁部ｂ４９である。左右の
梁部の変形を同じとすることで、梁の両端に配置された半導体ピエゾ抵抗素子の応力変化
も一致しやすく、外乱力による出力変化を小さくできる。
【実施例３】
【００７１】
本願発明の第三実施例の加速度センサーについて以下説明する。第三実施例の梁部の構
造を示す平面図を図７に示す。図７ａ）は２個の九十九折型の応力緩衝部を、図７ｂ）は
３個の枠型の応力緩衝部を設けたものである。図８には、図７の構造において、梁部の長
手方向に圧縮の外乱力が加わったときの応力緩衝部の変形状態を模式的に示した側面の模
式を示す。
【００７２】
図７ａ）の２個の九十九折型の応力緩衝部を有する実施例について述べる。応力緩衝部
４０の寸法は、図６に示した実施例２と同じとした。梁部の長手方向中心線ｍ−ｍ’に対
し、応力緩衝部を対称位置に形成した。梁部の長手方向中心線ｍ−ｍ’と応力緩衝部４０
の中心位置Ｌ３１は５５μｍ離して配した。図８ａ）に、梁部の長手方向に圧縮の外乱力
が加わったときの梁部の変形状態を模式的に示している。２つの応力緩衝部４０で外乱力
は吸収されているので、２つの応力緩衝部の間の梁部４７は殆ど変形しない。錘部１１と
応力緩衝部４０間の梁部ａ４８と、支持枠部１０と応力緩和部４０間の梁部ｂ４９は、外
乱力に対して梁部の長手方向の中心線に対して対称形状で変形する。対称形状で変形する
ため、錘部側と支持枠部側に設けた半導体ピエゾ抵抗素子の応力変化も一致し易くなり、
外乱力による出力変化を小さくすることができた。
【００７３】
図７ｂ）の３個の枠型の応力緩衝部を有する実施例について述べる。応力緩衝部４０の
寸法は、図３に示した実施例１と同じとした。梁部の長手方向中心線ｍ−ｍ’上と、中心
線に対し応力緩衝部を線対称位置に形成した。各々の応力緩衝部はその中心位置Ｌ３２で
３０μｍ離して配した。図８ｂ）に、梁部の長手方向に圧縮の外乱力が加わったときの梁
部の変形状態を模式的に示している。外側の２つの応力緩衝部４０で外乱力は吸収されて
いるので、２つの応力緩衝部の間と中央の応力緩衝部を繋ぐ２本の梁部４７は殆ど変形し
ない。錘部１１と応力緩衝部４０間の梁部ａ４８と、支持枠部１０と応力緩和部４０間の
梁部ｂ４９は、外乱力に対して梁部の長手方向の中心線ｐ−ｐ’に対して対称形状で変形
する。対称形状で変形するため、錘部側と支持枠部側に設けた半導体ピエゾ抵抗素子の応
力変化も一致し易くなり、外乱力による出力変化を小さくすることができた。一つの応力
緩衝部で吸収しきれない外乱力も、応力緩衝部を複数化する事で吸収することができる。
【実施例４】
【００７４】
本願発明の第四実施例の加速度センサーについて以下説明する。第四実施例の加速度セ
ンサー素子の構造を示す平面図を図９に示す。第四実施例の加速度センサー素子は、２つ
ある対となる梁部の片方の対にのみに応力緩衝部を形成したことが特徴である。梁部の長
手方向にかかる外乱力に対する感度変化は、梁部の厚み方向であるＺ方向の加速度に対し
て顕著に影響し、Ｘ，Ｙ軸方向の加速度に対する影響はＺ軸ほど大きくない特徴がある。
そこで、図９に示す様にＺ軸を検知する半導体ピエゾ抵抗素子を有する梁部にのみ応力緩
衝部を形成した。図９ａ）は枠型の応力緩衝部４０、図９ｂ）は九十九折型の応力緩衝部
４０を形成したものである。
【実施例５】
【００７５】
図１０は、マルチレンジ型加速度センサー素子に応力緩衝部を適用したものである。マ
ルチレンジ型加速度センサー素子５１とは、例えば±数Ｇの低レンジと±数１００Ｇの高
レンジの加速度を測定する加速度センサー素子を、同一のチップ素子内に形成したもので
ある。加速度センサー素子の配置を密に行うため、高レンジの加速度センサー素子は１軸
と２軸の加速度センサー素子を組合わせて形成することが多い。
【００７６】
図１０ａ）は、±数Ｇの低レンジの加速度センサー素子は実施例１と同じ様に、Ｘ，Ｚ
軸の梁部とＹ軸の梁部を十文字状に形成し、各梁部に枠型の応力緩衝部４０を形成した３
軸の加速度センサー素子３０である。±数１００Ｇの高レンジ加速度センサー素子は、３
軸加速度センサー素子のＸ，Ｚ軸の梁部と平行方向な梁部を有するＸ，Ｚ軸の２軸加速度
センサー５３と、Ｙ軸の梁部と平行方向な梁部を有するＹ軸の１軸加速度センサー５２を
組合わせた。図１０ｂ）は、±数Ｇの低レンジと±１０数Ｇの中レンジ、±数１００Ｇの
高レンジの加速度センサー素子を同一のチップ素子内に形成したものである。低レンジは
Ｘ，Ｚ軸の梁部とＹ軸の梁部を十文字状に形成し、各梁部に枠型の応力緩衝部を形成した
３軸の加速度センサー素子で、全ての梁部に２個の応力緩衝部４０を形成した。中レンジ
はダイアフラム型３軸加速度センサー素子５４で、応力緩衝部は形成していない。高レン
ジは３軸加速度センサー素子のＹ，Ｚ軸の梁部と平行方向な梁部を有するＹ，Ｚ軸の２軸
加速度センサー５３’と、Ｘ軸の梁部と平行方向な梁部を有するＸ軸の１軸加速度センサ
ー５２’を組合わせた。
【実施例６】
【００７７】
応力緩衝部の他の実施例に付いて図１１を示し説明する。図１１ａ）は２つの九十九折
部を有する九十九折型で、図１１ｂ）は曲線部で形成された九十九折型である。図１１ｃ
）は丸枠型、図１１ｄ）は楕円枠型、図１１ｅ）は八角形枠型、図１１ｆ）は鼓形枠型で
ある。図１１ｇ）は方形枠型であるが梁部の長手方向と平行部は広枠幅で直交部は狭枠幅
とした。図１１ｈ）は応力緩衝部の厚みを梁部より薄くしたものである。Ｙ，Ｚ軸とＹ軸
で異なった形状の応力緩衝部を用いることもできるし、同じ梁部で異なった形状の応力緩
衝部を組合わせて複数個とすることもできる。
【実施例７】
【００７８】
枠型の応力緩衝部の応力緩衝効果をより高くする梁部の構造の実施例７について図１２
を示し説明する。支持枠部１１と錘部１０間の梁部の略中央部に枠型の応力緩衝部４０を
形成し、梁部は支持枠部と錘部に接続する付根部６０と、枠型の応力緩衝部と接続する絞
り部６１、付根部と絞り部を接続するテーパー部６２で形成した。梁の長手方向の寸法は
付根部６０は５０μｍ、テーパー部６２は３０μｍ、絞り部６１は６０μｍ、応力緩衝部
４０は３０μｍとしたので、支持枠部と錘部間は３１０μｍである。梁の幅方向の寸法は
付根部６０の幅Ｗ１を３０μｍ、絞り部６１の幅Ｗ３を２０μｍ、応力緩衝部４０の垂直
方向（Ｙ方向）の枠辺の幅Ｗ２を１２μｍ、梁の長手方向（Ｘ方向）の枠辺の幅Ｗ４を１
２μｍとした。図１２は、Ｘ軸とＺ軸を検出するピエゾ抵抗素子を配置した梁部を示して
おり、ピエゾ抵抗素子および金属配線３１とＰ型配線６３の配置も示している。Ｘ軸ピエ
ゾ１３は、梁部の中心線ｎ−ｎ’に対して対称になるように２つ配置し、ピエゾ抵抗素子
の応力緩衝部側の端部をＰ型配線６３で直列に接続して、他の端部はＰ型配線で梁部３３
の外に引き出し金属配線３１と接続した。Ｘ軸ピエゾ１３の外側にＺ軸ピエゾ１５を配置
して、Ｐ型配線６３と金属配線３１で接続した。錘部側から梁部上を通って支持枠部側へ
引き出される金属配線３１は３本配置である。３本の金属配線の内１本は梁部の中心線ｎ
−ｎ’上を、他の２本は梁部の中心線に対して対称になる様に配置した。ピエゾ抵抗素子
１３，１５およびＰ型配線６３を形成した梁部面に０．２μｍ厚のシリコン酸化膜を形成
して電気的絶縁膜（図示せず）とした。金属配線３１は絶縁膜上に形成した。
【００７９】
ピエゾ抵抗素子が形成されている付根部６０の幅Ｗ１が狭いほど、単位加速度に対する
錘変位に対して、ピエゾ抵抗素子に発生する応力が大きくなり、感度を大きくできるので
Ｗ１は狭い方がよい。ピエゾ抵抗素子の抵抗値から長さや幅が、隣接するＰ型配線間の絶
縁確保から間隔が決まるので、これらを考慮して、本実施例では付根部６０の幅Ｗ１を３
０μｍとした。応力緩衝部４０は、垂直方向（Ｙ方向）枠型辺６４の幅Ｗ２が狭く、垂直
方向（Ｙ方向）枠型辺の長さＬ１１が長いほど、梁部の長手方向にかかる力に対して変形
し易く、応力緩衝効果を高くすることができる。３本の金属配線の真中の金属配線は応力
緩衝部で２本に分岐して、枠辺上の配線はそれぞれ２本とした。分岐せず２本と１本とす
ると金属配線の本数の違いによる梁の曲げ応力差が生じるためである。真中の金属配線を
分岐することで、応力緩衝部は配線が３本通る付根部６０および絞り部６１よりも梁幅を
狭くできたため、応力緩衝効果を高めることができた。
【００８０】
また、ピエゾ抵抗素子やＰ型配線６３がない絞り部６１を、付根部６０よりも狭くした
ことで、応力緩衝部の垂直方向（Ｙ方向）枠辺長Ｌ５を変えなくても、外乱力を緩衝する
垂直方向枠型辺の長さＬ１１を長くできるので、応力緩衝効果を高めることができた。大
きな加速度が加わっても応力緩衝部４０と錘部１１が接触しないような間隔を確保するこ
とが必要である。該間隔を大きくすると錘部の体積が減少するので、感度低下を招くこと
になる。絞り部６１を形成することで、感度低下を招くことなく応力緩衝効果を高くする
ことができた。
【実施例８】
【００８１】
九十九折型の応力緩衝部の応力緩衝効果をより高くする梁部の構造の実施例８について
図１３を示し説明する。支持枠部１１と錘部１０間の梁部の略中央部に九十九折型の応力
緩衝部４０を形成し、梁部は支持枠部と錘部に接続する付根部６０と、九十九折型の応力
緩衝部と接続する絞り部６１、付根部と絞り部を接続するテーパー部６２で形成した。梁
部の長手方向の寸法は付根部６０は５０μｍ、テーパー部６２は３０μｍ、絞り部６１は
４０μｍ、応力緩衝部４０は７０μｍとしたので、支持枠部と錘部間は３１０μｍである
。梁部の幅方向の寸法は付根部６０の幅Ｗ１を３０μｍ、絞り部６１の幅Ｗ３を２０μｍ
、応力緩衝部４０の垂直方向（Ｙ方向）の幅Ｗ２を２０μｍ、梁の長手方向（Ｘ方向）の
幅Ｗ４を２０μｍとした。付根部のピエゾ抵抗素子とＰ型配線６３、金属配線３１は実施
例７と同じとした。実施例７の図１２に示す枠型の場合と異なり、九十九折型の応力緩衝
部は分岐しないため金属配線３１は３本のまま応力緩衝部４０上に形成される。そこで、
絞り部６１の幅Ｗ３と応力緩衝部４０の垂直方向（Ｙ方向）の幅Ｗ２、長手方向（Ｘ方向
）の幅Ｗ４は同じ幅で、２０μｍとした。九十九折型の応力緩衝部では、主に応力緩衝部
４０の垂直方向（Ｙ方向）の梁部６５の幅Ｗ２を狭く、垂直方向（Ｙ方向）の梁部の長さ
Ｌ１２を長くするほど、梁部の長手方向にかかる応力に対して変形し易く、応力緩衝効果
を高くできる。Ｗ２をＷ１より狭くすることで応力緩衝効果を高くすることができる。ま
た、絞り部６１の幅Ｗ３を付根部６０の幅Ｗ１より狭くすることで、応力緩衝部全体の幅
Ｌ５を変えずに、垂直方向（Ｙ方向）の梁部６５の長さＬ１２を長くすることができ応力
緩衝効果を高めることができた。大きな加速度が加わっても応力緩衝部４０と錘部１１が
接触しないような間隔を確保することが必要である。該間隔を大きくすると錘部の体積が
減少するので、感度低下を招くことになる。絞り部６１を形成することで、感度低下を招
くことなく応力緩衝効果を高くすることができた。
【実施例９】
【００８２】
樹脂モールドした加速度センサーの実施例に付いて図１４を示し説明する。厚さ２００
μｍのリードフレーム３７上に、加速度センサー素子からの信号の増幅や温度補償等を行
う検出用ＩＣ３６を、検出用ＩＣの上にＭＥＭＳ組立体２１の下キャップ２３を接着剤３
５で固定した。ＭＥＭＳ組立体２１の電極パッド２４と検出用ＩＣ３６間、検出用ＩＣ３
６とフレーム端子３８間をФ２５μｍの金の裸ワイヤー２７で超音波ボンダーで接続した
。ＭＥＭＳ加速度センサー組立体２１と検出用ＩＣ３６、リードフレーム３７が組立てら
れた構造体を、トランスファーモールド法を用いエポキシ樹脂２９を成形した。トランス
ファーモールド作業は次の手順と条件で行った。ＭＥＭＳ加速度センサー組立体２１と検
出用ＩＣ３６、リードフレーム３７が組立てられた構造体を、成型用金型内の所定の位置
に保持した。モールド機のポッドにタブレット状に成型された樹脂を装填し、ポッドの押
出し部を加熱し手樹脂を軟化させ、プランジャー（押圧機構）でポッド内の軟化した樹脂
を金型内に押圧した。金型内に１７５℃の樹脂を５ＭＰａの圧力で２分間押圧して成型し
た。金型内で樹脂を硬化させた後、金型から樹脂モールド品を取り出し樹脂モールド加速
度センサー３９を得た。
【実施例１０】
【００８３】
実施例１の枠型の応力緩衝部と実施例２の九十九折型の応力緩衝部を有する加速度セン
サー素子を用い、外乱力とＺ軸の感度変化の値を求めた。加速度センサー素子は、図１５
で示した様なパッケージを用いた加速度センサー２０（ケースタイプと称す）と図１４で
示した様なウエハーレベルパッケージングを行った後、個片化して樹脂モールドした加速
度センサー３９（ＷＬＰタイプと称す）を作製した。比較のため、従来の応力緩衝部を持
たない加速度センサー素子（従来品と称す）も供試した。各々３００〜５００個加速度セ
ンサーを製作し、Ｚ軸の感度を測定しその平均値を示す。外乱力は、ケースタイプでは加
速度センサー素子をケースや規制板に接着する接着材からの応力やワイヤー溶接時の熱な
どがある。ＷＬＰタイプでは、ウエハーレベルパッケージング時のキャップチップの押圧
力や接合材料からの応力、温度変化による熱応力、樹脂モールド時のモールド材の応力な
どがある。ケースタイプの接着材は弾性係数の低いものを用いているので、外乱力が小さ
い。これ対し、ＷＬＰタイプでは接合時の力などが大きく、外乱力の影響が大きくなり、
従来品では、ケースタイプに対してＷＬＰタイプのＺ軸感度が３４％増加した。一方、枠
型および九十九折型の応力緩衝部を形成した加速度センサーでは、Ｚ軸感度の増加を３％
に抑えることができた。応力緩衝部の形成は、ＷＬＰタイプの加速度センサーの感度変化
量の抑制に特に有効であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】第一実施例の加速度センサー素子の構造を示す平面図である。
【図２】第一実施例の図１のｋ−ｋ’断面を示す断面図である。
【図３】第一実施例の枠型の応力緩衝部の詳細寸法を示す平面図である。
【図４】第一実施例の応力緩衝部の変形状態を模式的に示す斜視図である。
【図５】第一実施例の梁部の曲げ変形状態を模式的に示す側面図である。
【図６】第二実施例の九十九折型の応力緩衝部の詳細寸法を示す平面図である。
【図７】第三実施例の梁部の構造を示す平面図である。
【図８】第三実施例の梁部の曲げ変形状態を模式的に示す側面図である。
【図９】第四実施例の加速度センサー素子の構造を示す平面図である。
【図１０】第五実施例のマルチレンジ型加速度センサー素子の構造を示す平面図である。
【図１１】第六実施例の応力緩衝部の他の実施例形状を示す平面図である。
【図１２】第七実施例の梁部の形状を示す平面図である。
【図１３】第八実施例の梁部の形状を示す平面図である。
【図１４】第九実施例の樹脂モールド加速度センサーの断面図である。
【図１５】従来の３軸加速度センサーの分解斜視図である。
【図１６】図１５のｈ−ｈ’断面図および加速度センサー素子の平面図である。
【図１７】従来の３軸加速度センサーの加速度センサー素子の構造を示す平面図である。
【図１８】従来の３軸加速度センサーの樹脂パッケージ組立構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  ケース、
２  センサーチップ、
３  規制板、
４  チップ端子、
５  ワイヤー、
６  ケース端子、
７  外部端子、
８  ケース蓋、
９  加速度センサー素子、
１０  支持枠部、
１１  錘部、
１２  梁部、
１３  Ｘ軸ピエゾ、
１４  Ｙ軸ピエゾ、
１５  Ｚ軸ピエゾ、
１６  接着剤、
１７  接着材、
２０  ３軸加速度センサー、
２１  ＭＥＭＳ加速度センサー組立体、
２２  上キャップチップ、
２３  下キャップチップ、
２４  電極パット、
２５  検出用ＩＣ、
２６  リードフレーム、
２７  ワイヤー、
２８  接着材、
２９  モールド樹脂、
３０  加速度センサー素子、
３１  金属配線、
３２  ダミー金属配線、
３３  梁部、
３５  接着剤、
３６  検出用ＩＣ、
３７  リードフレーム、
３８  フレーム端子、
３９  樹脂モールド加速度センサー、
４０  応力緩衝部、
４１  第１層、
４２  第２層、
４３  第１面、
４４  第２面、
４５  第３面、
４７  梁部、
４８  梁部ａ、
４９  梁部ｂ、
５０  空間部、
５１  マルチレンジ加速度センサー素子、
５２  １軸加速度センサー素子、
５３  ２軸加速度センサー素子、
５４  ダイアフラム型３軸加速度センサー素子、
６０  付根部、
６１  絞り部、
６２  テーパー部、
６３  Ｐ型配線、
６４  垂直方向（Ｙ方向）枠型辺、
６５  梁部。
【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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