(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成されたニッケル膜よりなり、円形の接触面を有する固定電極と、
前記絶縁基板上に形成されたニッケル膜よりなり、前記固定電極の接触面と所定の距離をおいて対向配置される円形の接触面を有するとともに、アンカー部と内側梁部と内側リング部と外側梁部と外側リング部とにより構成される梁構造の可動電極とを備え、
前記アンカー部が前記絶縁基板上面に固定されるとともに、前記内側梁部と前記内側リング部と前記外側梁部と前記外側リング部とが該絶縁基板の表面に平行な所定方向（Ｘ）に移動可能に支持される構造とした
ことを特徴とするスイッチ式加速度センサ。
【請求項２】
前記固定電極の円形の接触面を、前記ニッケル膜に形成した円形の切欠部における内周面にて構成し、
前記可動電極の円形の接触面を、前記円形の切欠部の内部においてアンカー部と前記梁部にて連結されたリング部の外周面にて構成したことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ式加速度センサ。
【請求項３】
絶縁基板上にニッケル膜を堆積する工程と、
前記ニッケル膜をパターニングして、絶縁基板上に、円形の接触面を有する固定電極形成部と、当該接触面と所定の距離をおいて対向配置される円形の接触面を有するとともに、アンカー部と内側梁部と内側リング部と外側梁部と外側リング部とにより構成される梁構造の可動電極形成部とを形成する工程と、
前記アンカー部が前記絶縁基板上面に固定されるとともに、前記内側梁部と前記内側リング部と前記外側梁部と前記外側リング部とが該絶縁基板の表面に平行な所定方向（Ｘ）に移動可能に支持されるように、前記絶縁基板の露出部をエッチングして前記可動電極形成部を可動状態にする工程と、
を備えたことを特徴とするスイッチ式加速度センサの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁基板としてガラス基板を用い、前記エッチングにフッ酸系エッチング液を用いたことを特徴とする請求項３に記載のスイッチ式加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスイッチ式加速度センサに係り、感震器等として使用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平２−２６０３３３号公報においては、半導体基板を用いたマイクロメカニカルスイッチの構造が開示されている。この構造では基板表面に垂直な方向の加速度のみ検出可能であり、地震のような指向性の無い加速度を検知することはできない。
【０００３】
また、特開平９−１４５７４０号公報においては、半導体基板を用いたマイクロメカニカルスイッチの構造が開示されている。この構造では接点部をシリコンに高濃度の不純物を導入することにより形成している。しかし、この方法で形成した接点部の比抵抗は１０-3〜１０-4Ω・ｃｍであり、抵抗が高く、接点部に流れる電流が小さく加速度を検出しにくい。つまり、図１２に示すように検出回路として電源８０に対し抵抗（抵抗体）８１とスイッチ本体ＳＷを直列に接続し、抵抗８１の両端電圧を測定する場合に、スイッチ本体ＳＷの抵抗値Ｒが大きく接点接触時に抵抗８１に流れる電流が小さくなり、検出電圧Ｖも小さくなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、指向性の無い加速度を検出できるとともに接点抵抗が小さいスイッチ式加速度センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、絶縁基板上に形成されたニッケル膜よりなり、円形の接触面を有する固定電極と、絶縁基板上に形成されたニッケル膜よりなり、固定電極の接触面と所定の距離をおいて対向配置される円形の接触面を有するとともに、アンカー部と内側梁部と内側リング部と外側梁部と外側リング部とにより構成される梁構造の可動電極とを備え、前記アンカー部が前記絶縁基板上面に固定されるとともに、前記内側梁部と前記内側リング部と前記外側梁部と前記外側リング部とが該絶縁基板の表面に平行な所定方向（Ｘ）に移動可能に支持される構造としたことを特徴としている。
【０００６】
このような構成を採用すると、基板上の金属膜より固定および可動電極が形成されるとともに固定電極の接触面および可動電極の接触面が共に円形となっているので、基板表面に平行な方向において指向性の無い加速度が加わった時にも両接触面が接触して加速度を検出することができる。また、固定および可動電極が金属膜にて形成されているので加速度が加わった時に両接触面が接触するが、この接点抵抗は小さい。
【０００７】
ここで、請求項２に記載のように、固定電極の円形の接触面を、ニッケル膜に形成した円形の切欠部における内周面にて構成し、可動電極の円形の接触面を、円形の切欠部の内部においてアンカー部と前記梁部にて連結されたリング部の外周面にて構成すると、実用上好ましいものとなる。
【０００８】
請求項３に記載のように、絶縁基板上に金属膜を堆積し、この金属膜をパターニングして、絶縁基板上に、円形の接触面を有する固定電極形成部と、当該接触面と所定の距離をおいて対向配置される円形の接触面を有するとともに、アンカー部と内側梁部と内側リング部と外側梁部と外側リング部とにより構成される梁構造の可動電極形成部とを形成する。そして、アンカー部が絶縁基板上面に固定されるとともに、内側梁部と内側リング部と外側梁部と外側リング部とが該絶縁基板の表面に平行な所定方向（Ｘ）に移動可能に支持されるように絶縁基板の露出部をエッチングして可動電極形成部を可動状態にする。
【０００９】
その結果、請求項１に記載のスイッチ式加速度センサを製造することができる。また、絶縁基板上に金属膜を堆積しパターニングすることにより接点部を形成するので、シリコンに対し不純物を導入することにより接点部を形成する場合に比べ、工程数を少なくできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１には本実施形態におけるスイッチ式加速度センサの平面図を示す。また、図２には図１のＡ−Ａ断面図を示す。本センサは地震の発生を検出する感震器として用いられるものである。
【００１１】
絶縁基板としてガラス基板１が用いられている。このガラス基板１にはパイレックスガラス（商品名；コーニング社製♯７７４０）が用いられている。この絶縁性のガラス基板１の上には、金属膜としてのニッケル（Ｎｉ）膜２がメッキにより形成されている。このニッケル膜２の厚さは１〜２０μｍである。
【００１２】
このニッケル膜２が所望の形状にパターニングされ、円形の切欠部３の外周側の固定電極４と、円形の切欠部３の内部のアンカー部５と、梁部６，７と、内側リング部８と、梁部９，１０と、外側リング部１１が区画形成されている。
【００１３】
より詳しくは、ニッケル膜２には円形の切欠部３が形成され、切欠部３の外周部のニッケル膜２にて固定電極４が形成されている。また、円形の切欠部３の中心部には円形のアンカー部５が形成され、アンカー部５は基板１上面に固定されている。円形の切欠部３の内部において、アンカー部５の外周面から帯状の梁部６，７が外方に延びている。梁部６，７の外側端部には円環状の内側リング部８が連結されている。さらに、内側リング部８の外周面から帯状の梁部９，１０が外方に延びている。この梁部９，１０の外側端部には円環状の外側リング部１１が連結されている。外側リング部１１の外周面１１ａと切欠部３の内周面３ａとは対向しており、かつ、円形の切欠部３の中心と外側リング部１１の中心とは一致している。このようにして、外側リング部１１の外周面１１ａと切欠部３の内周面３ａとは一定の距離ｄ１をおいて対向配置されている。
【００１４】
図２に示すように、円形の切欠部３の内部における基板１の上面（表面部）には凹部１２が環状に形成されている。つまり、アンカー部５の下部を除く環状の領域が窪んでいる。よって、アンカー部５は基板１上面に固定されるとともに、梁部６，７と内側リング部８と梁部９，１０と外側リング部１１とが基板１の表面に平行な方向Ｘに移動可能に支持されている。
【００１５】
このように、本実施形態においては、アンカー部５と梁部６，７と内側リング部８と梁部９，１０と外側リング部１１とにより梁構造の可動電極１７が構成され、可動電極１７は、固定電極４の接触面４ａ（即ち、切欠部３の内周面３ａ）と所定の距離ｄ１をおいて対向配置される円形の接触面１７ａ（即ち、外側リング部１１の外周面１１ａ）を有している。また、本例では梁構造の可動電極１７において内側リング部８と外側リング部１１が錘として機能する。
【００１６】
さらに、固定電極４とアンカー部５とはワイヤー１３，１４にて検出用チップ１５と電気的に接続されている。この検出用チップ１５においては、図３に示す検出回路が形成されている。図３において、電源２０に対し抵抗（抵抗体）２１とスイッチ式加速度センサ本体ＳＷ１が直列に接続されている。また、抵抗２１の両端での電位差Ｖを測定することができるようになっている。そして、センサ本体ＳＷ１がスイッチング動作すると（閉路すると）、抵抗２１に電流が流れ、検出電圧Ｖが増加することにより加速度が加わったことが検知される。
【００１７】
より詳しくは、図４に示すように、基板１の表面に平行なＸ方向に加速度が加わると、つまり、地震により基板１が振動すると、外側リング部１１に対し固定電極４が接近し、外側リング部１１と固定電極４とが接触する。これにより、可動電極１７（外側リング部１１）と固定電極４が導通する。
【００１８】
このとき、可動電極１７（外側リング部１１）と固定電極４はニッケル膜よりなるので接触抵抗（接点抵抗）は小さい。より詳しくは、ニッケルの比抵抗は１０-6Ω・ｃｍであり、シリコンより１００〜１０００倍抵抗が小さく、接点抵抗が小さい。よって、図３の抵抗２１に流れる電流は大きくなり、測定電圧Ｖも大きくなる。その結果、高精度にスイッチング動作を検出することができる。
【００１９】
また、固定電極４と可動電極１７は、ニッケル膜２よりなりガラス基板１上において面一に配置され、かつ、固定電極の接触面４ａおよび可動電極の接触面１７ａが共に円形となっているので、基板１の表面に平行な方向Ｘにおいて指向性の無い加速度が加わった時に外側リング部１１と固定電極４とが距離ｄ１だけ相対的に移動したときに両接触面４ａ，１７ａが接触して加速度を検出することができる。
【００２０】
次に、スイッチ式加速度センサの製造方法を、図５，６，７および図２を用いて説明する。
まず、図５に示すように、ガラス基板１を用意する。そして、図６に示すように、ガラス基板１上にニッケル膜２をメッキにて堆積する。ニッケル膜２の厚みは１〜２０μｍである。
【００２１】
さらに、図７に示すように、ニッケル膜２のパターニングを行って、図１に示すように、固定電極４とアンカー部５と梁部６，７と内側リング部８と梁部９，１０と外側リング部１１を形成する。つまり、円形の接触面４ａを有する固定電極形成部（４）と、円形の接触面１７ａを有する梁構造の可動電極形成部（１７）を形成する。
【００２２】
引き続き、図２に示すように、フッ酸（ＨＦ）をエッチング液として用い、ニッケル膜２をマスクとしたガラス基板１のウェットエッチングを行い、ガラス基板１の露出部をエッチングする。これにより、凹部１２が形成され、梁部６，７と内側リング部８と梁部９，１０と外側リング部１１とが可動状態で支持される。つまり、凹部１２の形成にて可動電極１７を可動状態にする。
【００２３】
このように本実施の形態は、下記の特徴を有する。
（イ）ガラス基板１上に形成されたニッケル膜２よりなり、円形の接触面４ａを有する固定電極４と、同じくニッケル膜２よりなり、固定電極４の接触面４ａと所定の距離ｄ１をおいて対向配置される円形の接触面１７ａを有する梁構造の可動電極１７とを備えた。よって、基板１上のニッケル膜２にて固定および可動電極４，１７が形成され、かつ、固定電極の接触面４ａおよび可動電極の接触面１７ａが共に円形となっているので、基板１表面に平行な方向Ｘにおいて指向性の無い加速度が加わった時にも両接触面４ａ，１７ａが接触して加速度を検出することができる。また、固定および可動電極４，１７がニッケル膜２にて形成されているので加速度が加わった時に両接触面４ａ，１７ａが接触するが、この接点抵抗は小さい。
【００２４】
このようにして、指向性の無い加速度を検出できるとともに接点抵抗が小さいスイッチ式加速度センサとすることができる。
（ロ）金属膜としてニッケル膜２を用いたので、実用上好ましいものとなる。
（ハ）固定電極４の円形の接触面４ａを、ニッケル膜２に形成した円形の切欠部３における内周面３ａにて構成し、可動電極１７の円形の接触面１７ａを、円形の切欠部３の内部においてアンカー部５と梁部６，７，９，１０にて連結されたリング部１１の外周面１１ａにて構成したので、実用上好ましいものとなる。
（ニ）ガラス基板１上にニッケル膜２を堆積し、ニッケル膜２をパターニングして、ガラス基板１上に、円形の接触面４ａを有する固定電極形成部（４）と、当該接触面４ａと所定の距離ｄ１をおいて対向配置される円形の接触面１７ａを有する梁構造の可動電極形成部（１７）とを形成し、さらに、ガラス基板１の露出部をエッチングして可動電極１７を可動状態にすることにより、（イ）のスイッチ式加速度センサを製造することができる。
【００２５】
また、ガラス基板１上にニッケル膜２を堆積しパターニングすることにより接点部を形成するので、工程数を少なくできる。つまり、特開平９−１４５７４０号公報のようにシリコンに対し不純物をドープすることにより、電極（接点部）としているが、本実施形態ではこの接点作成工程が不要になる。
【００２６】
これまで説明したものの他にも下記のようにしてもよい。
ガラス基板１はパイレックスガラス以外にも、石英ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、アルミナシリケートガラスでもよい。さらに、ガラス基板以外にもセラミック基板（例えばアルミナ基板）でもよい。
【００２７】
また、エッチング液はフッ酸（ＨＦ）以外にも、（ＨＦ＋ＮＨ3 ＯＨ）の混合液等を用いてもよい。
【００２８】
また、図８に示すように、アンカー部３０に対し梁部３１，３２にてリング部３３を連結し、リング部３３の外周面を可動電極の接触部としてもよい。
また、図９に示すように、アンカー部４０に対し梁部４１，４２にて第１のリング部４３を連結し、第１のリング部４３に対し梁部４４，４５にて第２のリング部４６を連結し、第２のリング部４６に対し梁部４７，４８にて第３のリング部４９を連結し、リング部４９の外周面を可動電極の接触部としてもよい。
【００２９】
また、図１０に示すように、アンカー部５に対し梁部５０，５１，５２，５３にて内側リング部８を連結し、内側リング部８に対し梁部５４，５５，５６，５７にて外側リング部１１を連結してもよい。
【００３０】
また、図１１に示すように、円形の切欠部６０の外側をアンカー部６１とするとともに、切欠部６０の内方において梁部６２，６３にて第１のリング部６４を連結し、第１のリング部６４に対し梁部６５，６６にて第２のリング部６７を連結し、この第２のリング部６７の内方に円形の固定電極６８を配置する。そして、固定電極６８の外周面６８ａを接触部とするとともに第２のリング部６７の内周面６７ａを可動電極の接触部とする。つまり、ニッケル膜２にて、円形の接触面６８ａを有する固定電極６８を形成するとともに、固定電極の接触面６８ａと所定の距離ｄ２をおいて対向配置される円形の接触面６７ａを有する梁構造の可動電極（６１〜６７）を形成する。
【００３１】
なお、図１１の場合には、固定電極６８をワイヤーに接続するとともにアンカー部６１をワイヤーに接続することにより検出用チップ（図１の符号１５）と電気的に接続することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態におけるスイッチ式加速度センサの平面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】  検出回路の構成図。
【図４】  スイッチ式加速度センサの作用を説明するための平面図。
【図５】  スイッチ式加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図６】  スイッチ式加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図７】  スイッチ式加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図８】  別例のスイッチ式加速度センサの平面図。
【図９】  別例のスイッチ式加速度センサの平面図。
【図１０】  別例のスイッチ式加速度センサの平面図。
【図１１】  別例のスイッチ式加速度センサの平面図。
【図１２】  従来技術を説明するための検出回路の構成図。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…ニッケル膜、３…切欠部、４…固定電極、５…アンカー部、６…梁部、７…梁部、８…内側リング部、９…梁部、１０…梁部、１１…外側リング部、１７…可動電極
【図１】
0003906548.tif 000002
【図２】
0003906548.tif 000003
【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】
0003906548.tif 000008
【図８】
0003906548.tif 000009
【図９】
0003906548.tif 000010
【図１０】
0003906548.tif 000011
【図１１】
0003906548.tif 000012
【図１２】
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