(57)【要約】  【課題】  より高い精度で応力を検出することが可能な小型のセンサを提供する。  【解決手段】  センサは、平面視して四角形状の重錘体と、重錘体を囲むように位置する枠体と、重錘体の一辺に沿って延びており、重錘体と枠体とを接続する可撓性を有する接続体と、接続体における重錘体の一辺の端部に対向する部位に配置されており、接続体の変形を電気信号として検出する検出部とを具備している。【選択図】  図１
2016206062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視して四角形状の重錘体と、
平面視して前記重錘体を囲むように位置する枠体と、
平面視して前記重錘体の一辺に沿って延びており、前記重錘体と前記枠体とを接続する可撓性を有する接続体と、
該接続体における前記一辺の端部に対向する部位に配置されており、前記接続体の変形を電気信号として検出する検出部と
を具備しているセンサ。
【請求項２】
前記検出部は、前記一辺の両端部に対向するぞれぞれの部位に配置されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記接続体は、平面視して前記重錘体の隣接する第１の辺および第２の辺に沿って延びる折れ曲がった形状である、請求項１または２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記検出部は、前記接続体における前記第１の辺の両端部に対向するそれぞれの部位および前記第２の辺の両端部に対向するそれぞれの部位に配置されている、請求項３に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度、角速度等の応力を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度や角速度等の応力を検出するセンサが知られている。特許文献１には、半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成してなる加速度センサが記載されている。
【０００３】
このようなセンサは、重錘体と、その周囲を取り囲むフレーム部（枠体）との間を、可撓性をもった可撓部（接続体）で繋いだ構造をもつ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１６８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子機器等に搭載される上記センサは、さらなる高精度化が要求されている。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より高い精度で応力を検出することが可能な小型のセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係るセンサは、平面視して四角形状の重錘体と、平面視して前記重錘体を囲むように位置する枠体と、平面視して前記重錘体の一辺に沿って延びており、前記重錘体と前記枠体とを接続する可撓性を有する接続体と、該接続体における前記一辺の端部に対向する部位に配置されており、前記接続体の変形を電気信号として検出する検出部とを具備している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い精度で応力を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つの実施形態に係るセンサの概略構成を示す上面図である。
【図２】図１のセンサのＩ−Ｉ線での断面図である。
【図３】図１のセンサのII−II線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のセンサの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１〜図２には、右手系のＸＹＺ座標系が付されており、以下では、便宜上、Ｚ軸方向を上下方向として説明をする。
【００１０】
＜センサの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ１００の上面図であり、図２は図１のＩ−Ｉ線における断面図であり、図３は図１のII−II線における断面図である。センサ１００は、枠体１０と、枠体１０の内側に位置する重錘体２０と、枠体１０と重錘体２０とを接続する接続体３０と、加速度や角速度等を検出する検出部Ｒａとを有する。以下、各部位について詳述する。
【００１１】
センサ１００に加速度が加わると、加速度に応じた力が重錘体２０に作用し、重錘体２０が動くことで接続体３０が撓むようになっている。そして、接続体３０の撓み量に応じた電気信号を検出部Ｒａにより検出し、不図示の電気配線によりその電気信号を取出し演算することにより加速度を検出することができる。
【００１２】
重錘体２０は、平面視形状が正方形等の四角形状であり、四角形状の一辺の長さが例えば０．１ｍｍ〜０．７ｍｍに設定される。また、重錘体２０の厚みは、例えば０．２ｍｍ〜０．７ｍｍに設定される。
【００１３】
そして、このような重錘体２０を囲繞するように枠状の枠体１０が設けられている。枠体１０は、平面視形状が正方形等の四角形状をなし、中央部に重錘体２０より若干大きい四角形状の開口部を有している。枠体１０は、その一辺の長さが例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍに設定され、枠体１０を構成するアームの幅（アームの長手方向と直交する方向の幅）は例えば０．０５ｍｍ〜１．８ｍｍに設定される。また枠体１０の厚みは、例えば０．２ｍｍ〜０．７ｍｍに設定される。
【００１４】
このような枠体１０と重錘体２０との間には図１に示すように接続体３０が設けられている。接続体３０は可撓性を有し、センサ１００に加速度が加わると重錘体２０が動き、重錘体２０の動きに伴って接続体３０が撓むようになっている。ここで、接続体３０は、重錘体２０の側面に沿って（平面視における重錘体２０の一辺に沿って）、重錘体２０と間隔をあけて延びている。そして、接続体３０の一方端が枠体１０の内周面の上側の部位に連結され、他方端が重錘体２０の側面の上側の部位に連結されている。このように、接続体３０が、平面視における重錘体２０の一辺に沿って延びていることによって、重錘体２０の動きに対する接続体３０の撓み量を大きくすることができる。
【００１５】
接続体３０は、例えば、幅（長手方向と直交する方向の長さ、つまり図２における接続体３０のＸ軸方向の長さ）が０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、厚み（図２における接続体３０のＺ軸方向の長さ）が５μｍ〜２０μｍに設定されている。このように接続体３０を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。
【００１６】
接続体３０はまっすぐな直線状であってもよいが、図１に示すように、重錘体２０の隣接する第１の辺２０ａおよび第２の辺２０ｂに沿って延びる折れ曲がった形状であってもよい。このような構成によって、接続体３０の長手方向の長さを長くして重錘体２０の動きに対する接続体３０の撓み量をさらに大きくすることができ、より精度よく加速度や角速度等を検出することが可能となる。
【００１７】
以上のような枠体１０、重錘体２０および接続体３０は、Ｓｉ等から成る基板を、従来周知の半導体微細加工技術、例えばフォトリソグラフィ法やディープドライエッチングを用いて所定の形状にパターニングすることによって形成することができる。
【００１８】
なお、上記基板はＳｉ等の単一材料から成るものに限らず、ＳＯＩ基板（Silicon on Insulator）のような、エッチング等の加工性が異なる材料の複合体であってもよい。その場合、基板材料の加工性の違いを利用して、より複雑なパターニングが容易となる。
【００１９】
接続体３０における重錘体２０の一辺２０ａ、２０ｂの端部に対向する部位には、抵抗素子である検出部Ｒａが配されている。図１においては、検出部Ｒａは複数個形成されており、それぞれ検出部Ｒａｘ１〜Ｒａｘ４，Ｒａｙ１〜Ｒａｙ４，Ｒａｚ１〜Ｒａｚ４で表されている。検出部Ｒａｘ１〜Ｒａｘ４は図１に示した３次元直行座標系におけるＸ軸方向の加速度等の応力を検出できるように接続体３０の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。また、検出部Ｒａｙ１〜Ｒａｙ４はＹ軸方向
の加速度等の応力を検出できるように接続体３０の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。また、検出部Ｒａｚ１〜Ｒａｚ４はＺ軸方向の加速度等の応力を検出できるように接続体３０の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。
【００２０】
このように検出部Ｒａが、接続体３０における重錘体２０の一辺の端部に対向する部位（すなわち、平面視して四角形状である重錘体２０の角部近傍）に設けられていることによって、加速度や角速度等をさらに精度よく検出することが可能となる。つまり、接続体３０は、重錘体２０の一辺の中央部に対向する部位に比べ、重錘体２０の一辺の端部に対向する部位の方が撓み量が大きくなるため、検出部Ｒａの検出感度が高くなる。そして、図１のように、重錘体２０の一辺の両端に対向するそれぞれの部位に複数の検出部Ｒａを有することで検出感度の高いブリッジ回路を構成でき、より精度よく加速度や角速度等を検出することが可能となる。
【００２１】
なお、平面視した時の重錘体２０の一辺の端部とは、一辺を４等分したときの一番端にある領域である。
【００２２】
また、検出部Ｒａｘ１〜Ｒａｘ４，Ｒａｙ１〜Ｒａｙ４，Ｒａｚ１〜Ｒａｚ４は、例えば、上層部がＳｉから成る接続体３０の上面にボロンを打ち込むことにより抵抗体膜を形成した後、抵抗体膜をエッチングなどにより所定の形状にパターニングすることにより形成することができる。これによりピエゾ抵抗素子からなる検出部Ｒａを形成することができる。
【００２３】
ピエゾ抵抗素子からなる検出部Ｒａを用いた場合には、接続体３０の撓みに起因する変形に応じて抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、これを外部のＩＣで演算処理することによって印加された加速度の方向並びに大きさや圧力の増減および大きさを検知することができる。
【００２４】
なお、検出部Ｒａから電気的に接続された配線および外部のＩＣ等へ取り出すためのパッド電極４０等が、枠体１０や接続体３０の上面に設けられており、これらを介して電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
【００２５】
これらの配線は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などからなり、これらの材料をスパッタリングなどにより成膜した後、所定の形状にパターニングすることにより枠体１０，接続体３０の上面に形成される。
【００２６】
なお、本実施形態のセンサ１００において、角速度を検出するセンサとするためには、重錘体２０をＸＹ平面内で回旋運動させればよい。重錘体２０を回旋運動させるためには、例えば、互いに向き合う重錘体２０の側面と枠体１０の内周面とに電極を設けて静電引力により実現してもよいし、センサ１００の外側に磁力を発生させて実現してもよい。
【００２７】
以上より、本実施形態のセンサ１００によれば、加速度や角速度等の応力を、高い精度で検出することが可能となる。
【００２８】
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：枠体
２０：重錘体
３０：接続体
１００：センサ
Ｒａ（Ｒａｘ１〜Ｒａｘ４、Ｒａｙ１〜Ｒａｙ４、Ｒａｚ１〜Ｒａｚ４）：検出部
【図１】
2016206062.tif 000003
【図２】
2016206062.tif 000004
【図３】
2016206062.tif 000005