(57)【要約】【課題】動作耐久性を向上させることができる電子デバイスを提供する。【解決手段】中央電極３２と、中央電極３２を内側に収容するとともに、内側面が中央電極の外側面に接離可能とされた錘部３４と、錘部３４の周囲を取り囲むとともに、枠体３１との間で錘部３４を弾性支持する梁部３５と、を備えたスイッチ本体１と、梁部３５は、端部が梁支持部５３により枠体３１の周面に固定され、梁支持部５３の強度を補強するための補強部６１を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央電極と、前記中央電極を内側に収容するとともに、内側面が前記中央電極の外側面に接離可能とされた錘部と、前記錘部の周囲を取り囲むとともに、支持部との間で前記錘部を弾性支持する梁部と、を有する構造体基板を備え、
前記梁部は、端部が梁支持部により前記支持部の周面に固定され、
前記梁支持部の強度を補強するための補強部を備えることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
前記構造体基板のうち少なくとも前記支持部と接合され、当該構造体基板を上下方向より封止する封止基板を備え、
前記補強部は、前記梁支持部と前記封止基板とを上下に連接する連接部からなることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記封止基板は、前記構造体基板との対向面側に第１のキャビティを有し、前記支持部の上面と接合され、当該構造体基板を上方より封止する上側封止基板を備え、
前記第１のキャビティは、平面視で前記梁支持部に相当する位置を避けて形成されることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記封止基板は、前記構造体基板との対向面側に第２のキャビティを有し、前記支持部の下面と接合され、当該構造体基板を下方より封止する下側封止基板を備え、
前記連接部は、前記第２のキャビティの上面と前記梁支持部とを連結する柱状部を有すること特徴とする請求項２又は３に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記梁部は、前記錘部の周囲を取り囲む枠体状の枠体部を有し、
前記補強部は、前記梁支持部の厚みを前記枠体部の厚みよりも厚くすることで実現されること特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記梁部は、前記錘部の周囲を取り囲む枠体状の枠体部を有し、
前記梁支持部の厚みは前記支持部の厚みと等しいこと特徴とする請求項５に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの一つとして、初期状態では接点が開（ＯＦＦ状態）であり、加速度が入力されたときに接点が閉（ＯＮ状態）となる加速度スイッチが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図１２に基づいて従来の加速度スイッチについて簡単に説明する。
図１２に示すように、加速度スイッチ１００は、中央電極１０１と、中央電極１０１を内側に収容する収容孔を有するとともに、中央電極１０１に接離可能とされた錘部１０２と、錘部１０２の周囲を取り囲む円弧状とされ、枠体１０４との間で錘部１０２を弾性支持する梁部１０３と、を備えている。
【０００４】
この構成によれば、加速度スイッチ１００に入力される加速度に応じて、中央電極１０１と錘部１０２とが梁部１０３の弾性変位によって相対移動することで、中央電極１０１と錘部１０２とが接触する。これにより、中央電極１０１及び錘部１０２に形成された電極膜同士が導通し、ＯＮ状態となる。このような加速度スイッチ１００では、ノーマリーオフかつ無指向のスイッチとして使用でき、またＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を利用して製造することにより、小型化及び大量生産が可能になる等のメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９９６７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の加速度スイッチ１００において、図１２に示すように、梁部１０３を外周から固定支持する枠体１０４と、弾性変形する梁部１０３と、の連接部である梁支持部１０３ａには、加速度スイッチ１００への加速度入力時に応力が集中して作用する。そのため、従来の加速度スイッチ１００では、梁支持部１０３ａが破損する結果、動作不良を起こす虞があった。
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、動作耐久性を向上させることができる電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の電子デバイスは、中央電極と、前記中央電極を内側に収容するとともに、内側面が前記中央電極の外側面に接離可能とされた錘部と、前記錘部の周囲を取り囲むとともに、支持部との間で前記錘部を弾性支持する梁部と、を有する構造体基板を備え、前記梁部は、端部が梁支持部により前記支持部の周面に固定され、前記梁支持部の強度を補強するための補強部を備えることを特徴とする。
この構成によれば、梁支持部の強度を補強部によって補強することができ、錘部の動作時に梁支持部に集中する応力による破損を防ぎ動作耐久性を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明は、前記構造体基板のうち少なくとも前記支持部と接合され、当該構造体基板を上下方向より封止する封止基板を備え、前記補強部は、前記梁支持部と前記封止基板とを上下に連接する連接部からなることを特徴とする。
この構成によれば、構造体基板自体の構成を変更することなく、封止基板からの支持によって梁支持部の機械的強度を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記封止基板は、前記構造体基板との対向面側に第１のキャビティを有し、前記支持部の上面と接合され、当該構造体基板を上方より封止する上側封止基板を備え、前記第１のキャビティは、平面視で前記梁支持部に相当する位置を避けて形成されることを特徴とする。
この構成によれば、封止基板と錘や梁との接触を回避するために設けられた第１のキャビティを有する上側封止基板において、第１のキャビティが梁支持部を避けて形成されているので、梁支持部と上側封止基板とを容易に連接でき、上記封止基板と錘や梁との接触を好適に回避できるとともに、梁支持部の動作耐久性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記封止基板は、前記構造体基板との対向面側に第２のキャビティを有し、前記支持部の下面と接合され、当該構造体基板を下方より封止する下側封止基板を備え、前記連接部は、前記第２のキャビティの上面と前記梁支持部とを連結する柱状部を有する。
この構成によれば、封止基板と錘や梁との接触を回避するために設けられた第２のキャビティを有する下側封止基板において、柱状部を備えることによって梁支持部と第２のキャビティの上面とを容易に連接することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記梁部は、前記錘部の周囲を取り囲む枠体状の枠体部を有し、前記補強部は、前記梁支持部の厚みを前記枠体部の厚みよりも厚くすることで実現されること特徴とする。
この構成によれば、梁支持部の厚みが前記枠体部の厚みよりも厚いので、梁支持部の機械的強度を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記梁部は、前記錘部の周囲を取り囲む枠体状の枠体部を有し、前記梁支持部の厚みは前記支持部の厚みと等しいこと特徴とする。
この構成によれば、梁支持部の厚みが支持部の厚みと等しいため、梁支持部の機械的強度を向上させることができるとともに、梁支持部と支持部の形成が容易になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、動作耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態におけるスイッチ本体の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ'線に相当する加速度スイッチの断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ'線に相当する加速度スイッチの断面図である。
【図４】第１実施形態における第２基板の上面図である。
【図５】加速度スイッチの製造方法を説明するための工程図であって、図３に相当する断面図である。
【図６】加速度スイッチの製造方法を説明するための工程図であって、図３に相当する断面図である。
【図７】加速度スイッチの動作説明図であって、図３に相当する断面図である。
【図８】第２実施形態におけるスイッチ本体の断面図である。
【図９】第２実施形態におけるスイッチ本体の変形例を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態におけるスイッチ本体の断面図である。
【図１１】第４実施形態におけるスイッチ本体の断面図である。
【図１２】従来の加速度スイッチを表す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
［加速度スイッチ］
図１は第１実施形態におけるスイッチ本体１１の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線に相当する断面図、図３は図１のＢ−Ｂ’線に相当する断面図のである。
図１、図２及び図３に示すように、本実施形態の加速度スイッチ１は、スイッチ本体１１（構造体基板）と、スイッチ本体１１を厚さ方向で挟持する第１基板１２（下側封止基板）及び第２基板１３（上側封止基板）と、を備えている。
【００１６】
（スイッチ本体の構成について）
図２に示すように、スイッチ本体１１は、例えばシリコン材やＳＯＩ(Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ)材等からなる基板２０を用いてＭＥＭＳ技術によって製造されるものである。なお、以下の説明では、基板２０の厚さ方向（図２における上下方向）を単に高さ方向といい、特に図２における上方から下方向きを重力方向として、図２における下側を下方とし、上側を上方とする。ただし、本実施形態における加速度スイッチ１は、上記高さ方向が逆向きに使用される態様もあるため、当該上下の向きは便宜上の表現に過ぎない。
【００１７】
図１、図２及び図３に示すように、スイッチ本体１１は、枠体３１と、枠体３１の内側に配置された中央電極３２と、枠体３１と中央電極３２との間に配置され、中央電極３２を内側に収容する収容孔３３を有する錘部３４と、錘部３４の周囲を取り囲む円弧状とされ、枠体３１との間で錘部３４を弾性支持する梁部３５と、梁部３５を枠体３１に固定する梁支持部５３と、を備えている。なお、以下の説明において、梁部３５の周方向を単に周方向とし、梁部３５の径方向を単に径方向とする。
枠体３１は、厚さ方向から見た平面視（縦断面視）で矩形状とされ、その中央部には基板２０を厚さ方向に貫通する上面視円形状の貫通孔３１ａが形成される。
【００１８】
中央電極３２は、枠体３１の中心（貫通孔３１ａの中心）を通り、厚さ方向に沿って延在する円柱状からなる。なお、スイッチ本体１１のうち、少なくとも枠体３１及び中央電極３２の両面には、第１基板１２及び第２基板１３とスイッチ本体１１とをそれぞれ接合するための第１接合膜４１及び第２接合膜４２（例えば、Ａｕ／Ｎｉ等）が形成される。図示の例において、スイッチ本体１１のうち、厚さ方向における他端側の主面には、錘部３４及び梁部３５上を含む全体に第２接合膜４２が形成される。
錘部３４は、平面視で円形状からなり、その中央部には基板２０を厚さ方向に貫通する収容孔３３が形成される。
【００１９】
なお、錘部３４の外径は、枠体３１の貫通孔３１ａの内径よりも小さく、収容孔３３の内径は中央電極３２の外径よりも大きくなる。したがって、錘部３４は、その内側面と中央電極３２の外側面との間に径方向におけるギャップが設定されるとともに、加速度スイッチ１への加速度の入力により中央電極３２に対して接離可能とされる。なお、ギャップの径方向における幅は、周方向の全周に亘って均一になっていることが好ましい。
【００２０】
また、錘部３４のうち、厚さ方向における他端部は、一端部よりも径方向の内側に張り出した張出部３６を有する。そして、錘部３４の内側面のうち、少なくとも張出部３６に位置する部分と、中央電極３２の外側面のうち、張出部３６と対向する部分と、には、それぞれ電極膜４５，４６が形成されている。したがって、加速度スイッチ１は、初期状態において、ギャップを挟んで電極膜４５，４６同士が離間して対向した状態（ＯＦＦ状態）となる。なお、電極膜４５，４６は、上述した第２接合膜４２に各別に接続される。
【００２１】
梁部３５は、枠体３１及び錘部３４よりも薄く形成され、弾性変形可能とされる。具体的に、梁部３５は、錘部３４の周囲をほぼ全周に亘って取り囲む枠体状の円弧部５１と、円弧部５１における周方向の一端部と錘部３４との間を接続する錘部側接続部５２と、円弧部５１における周方向の他端部と枠体３１との間を接続する梁支持部５３と、からなる。
円弧部５１は、周方向の全周に亘って一定の曲率半径で延在し、その周方向の両端部が近接した状態で対向する。
【００２２】
（第１基板及び第２基板の構成について）
図２及び図３に示すように、第１基板１２は、例えば、ボロシリケートガラス等のガラス材等からなり、平面視外形がスイッチ本体１１と同等の形状を呈し、重力方向の下方よりスイッチ本体１１を封止する。また、第１基板１２は、第１接合膜４１を介してスイッチ本体１１の枠体３１及び中央電極３２に接合されている。また、第１基板１２におけるスイッチ本体１１側の主面のうち、枠体３１及び中央電極３２以外に位置する部分は、錘部３４の変位を許容する（錘部３４を重力方向において離間した状態で収容する）逃げ部５６（第２のキャビティ）が形成されている。
【００２３】
第２基板１３は、第１基板１２と同一の材料からなるとともに、平面視外形がスイッチ本体１１と同等の形状を呈し、重力方向の上方よりスイッチ本体１１を封止する。また、第２基板１３は、第２接合膜４２を介してスイッチ本体１１の枠体３１及び中央電極３２に接合される。これにより、加速度スイッチ１のうち、枠体３１、第１基板１２、及び第２基板１３で画成された内側空間に、中央電極３２、及び梁部３５が封止される。また、第２基板１３におけるスイッチ本体１１側の主面のうち、枠体３１及び中央電極３２以外に位置する部分は、錘部３４の変位を許容する逃げ部５７（第１のキャビティ）が形成される。
【００２４】
また、図３及び図４に示すように、第２基板１３のうち、梁部３５の梁支持部５３の上部に位置する箇所（平面視で梁支持部５３に相当する位置）には、上述の逃げ部５７は形成されず、代わりに補強部６１（連接部）が備わる。つまり、第２基板１３のうち梁支持部５３の上部に位置する箇所は、第２基板１３の外縁と同じ厚みからなる。
【００２５】
当該補強部６１は、第２接合膜４２を介して梁支持部５３に接合されており、梁支持部５３を上部より固定することで強度を補強する。すなわち、加速度スイッチ１に加速度が印可されて梁支持部５３に応力が集中した場合でも、補強部６１が梁支持部５３を上部から支持することで梁支持部５３の破損を防止することができる。
【００２６】
さらに、第２基板１３のうち、中央電極３２上部に位置する部分、及び枠体３１上部に位置する部分には、それぞれ厚さ方向に貫通して第２接合膜４２を露出させる露出孔５８が形成される。そして、第２基板１３には、各露出孔５８を通して第２接合膜４２と外部装置とを導通させるための貫通電極５９（例えば、Ａｌ等）が各々形成される。すなわち、第２接合膜４２のうち、中央電極３２上部及び枠体３１上部に位置する箇所は、中央電極３２及び錘部３４の各電極膜４５，４６と外部装置との間を接続するための回路としても機能する。なお、図４の第２基板１３の上面図において、貫通電極５９は図示を省略する。
【００２７】
［加速度スイッチの製造方法］
次に、上述した加速度スイッチ１の製造方法について説明する。図５、図６は、加速度スイッチ１の製造方法を説明するための工程図であって、図２に相当する断面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、基板２０の厚さ方向における一端側の主面上に、第１接合膜４１を形成する（第１接合膜形成工程）。具体的には、リフトオフ法等を用い、基板２０の厚さ方向における一端側の主面上のうち、枠体３１、及び中央電極３２に相当する部分のみに第１接合膜４１を残存させる。
【００２８】
次に、図５（ｂ）に示すように、図示しないマスクを用いてＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング）等のドライエッチングを、基板２０の厚さ方向における一端側から行い、基板２０のうち、枠体３１、中央電極３２、及び錘部３４以外に相当する部分に、所定深さの凹部６０を形成する（第１エッチング工程）。なお、凹部６０の深さ（エッチング量）は、基板２０の厚さと梁部３５の厚さとの差分に相当している。
その後、図５（ｄ）に示すように、基板２０のうち、枠体３１及び中央電極３２に対して、第１接合膜４１を介して第１基板１２を接合する（第１基板接合工程）。
【００２９】
次に、図６（ａ）に示すように、図示しないマスクを用いてＤＲＩＥ等のドライエッチングを、基板２０の厚さ方向における他端側から行い、基板２０のうち、枠体３１、中央電極３２、錘部３４、及び梁部３５以外に相当する部分を除去する（第２エッチング工程）。これにより、凹部６０が厚さ方向に貫通することで、梁部３５が成形されるとともに、中央電極３２と錘部３４とがギャップを介して離間した状態になる。
【００３０】
続いて、図６（ｂ）に示すように、スパッタ等を用い、基板２０の厚さ方向における他端側の主面全体に亘って第２接合膜４２を成膜する（金属膜形成工程）。なお、第２接合膜４２を形成する際の粒子の回り込みにより、錘部３４の内側面及び中央電極３２の外側面に粒子を堆積させることで、錘部３４の内側面及び中央電極３２の外側面に電極膜４５，４６が形成される。
【００３１】
その後、図６（ｃ）に示すように、基板２０のうち、枠体３１及び中央電極３２に対して、第２接合膜４２を介して第２基板１３を接合する（第２基板接合工程）。ここで、上記の通り、第２基板１３には、梁部３５の梁支持部５３の上部に位置する箇所に補強部６１が備わる。そのため、梁支持部５３は、第２接合膜４２を介して補強部６１によって上部より支持される。
最後に、図２に示すように、第２基板１３に対してＡｌ等からなる金属膜を成膜し、その後パターニングすることで、貫通電極５９を形成する（貫通電極形成工程）。
以上により、上述した加速度スイッチ１が完成する。
【００３２】
「加速度スイッチの動作」
次いで、本実施形態に係る加速度スイッチ１の動作について説明する。ここで、図７は、加速度スイッチ１の動作説明図であって、図２に相当する断面図である。
このように構成された加速度スイッチ１では、例えば図７における左側〜右側方向（以下、加速度方向）への加速度が入力されると、錘部３４を除く加速度スイッチ１全体が当該加速度方向に移動する。一方、錘部３４は、梁部３５を介して枠体３１に支持されているため、慣性によりその場に留まろうとする。これにより、枠体３１及び中央電極３２と錘部３４とが相対移動するとともに、この相対移動に伴い梁部３５が弾性変位する。
【００３３】
その結果、図７に示すように、中央電極３２と錘部３４との電極膜４５，４６同士が電気的に接触することで、加速度スイッチ１がＯＮ状態となる。この際、梁部３５（円弧部５１）が弾性変位したことに基づく応力は、梁部３５を枠体３１に固定する梁支持部５３に集中することになる。ただし、本実施形態に係る梁支持部５３は、補強部６１によって上部より補強支持されているため破損を防止することが出来る。
そして、外部装置は、貫通電極５９を介して加速度スイッチ１のＯＮ状態を検出信号として検出することで、所定の動作を行う。
【００３４】
以上、本実施形態に係る加速度スイッチ１によると、梁支持部５３の機械的強度を補強部６１によって補強することが出来、梁部３５が弾性変位したことよる応力による梁支持部５３の破損を防止することが出来る。したがって、本実施形態に係る加速度スイッチ１によると、加速度スイッチとしての動作耐久性を向上させることができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。ここで、図８は第２実施形態における加速度スイッチ１の断面図である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
第１実施形態に係る加速度スイッチ１では第２基板１３に設けた補強部６１を梁支持部５３と接合することにより、梁支持部５３を上部より支持することで機械的強度を補強した。
一方、本第２実施形態に係る加速度スイッチ１においては、梁支持部５３の厚みを枠体３１の厚みと同様にすることで梁支持部５３の機械的強度を補強する。
【００３７】
したがって、本実施形態に係る加速度スイッチ１によると、第１実施形態に係る加速度スイッチ１と同様の効果が得られる。
なお、梁支持部５３の厚みは、必ずしも枠体３１の厚みと同一である必要は無く、少なくとも円弧部５１（枠体部）の厚みよりも厚いものであれば良い。
【００３８】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。ここで、図９は第３実施形態における加速度スイッチ本体１の断面図である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本第３実施形態に係る加速度スイッチ１においては、梁支持部５３の厚みを枠体３１の厚みと同様にし、さらに第２基板１３に設けた補強部６１と接合することで梁支持部５３の機械的強度を補強する。
したがって、本実施形態に係る加速度スイッチ１によると、第１実施形態及び第２実施形態に係る加速度スイッチ１と同等の以上の動作耐久性を高める効果が得られる。
【００４０】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。ここで、図１０は第２実施形態における加速度スイッチ本体１の断面図である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本第４実施形態に係る加速度スイッチ１においては、第１基板１２のうち梁支持部５３の下部に相対する部分に、例えばガラスまたはシリコン材などからなる下側補強部６２を設ける。そして、下側補強部６２と第１基板１２の界面、及び下側補強部６２と梁支持部５３の界面はAuやAuSn、Cuなどからなる補強部接合膜６３を介して固定される。そのため、梁支持部５３は、下側補強部６２及び第１基板１２により下部から支持されることになるので機械的強度が補強される。
【００４２】
なお、下側補強部６２は、以下の手順で固着される。まず、下側補強部６２を補強部接合膜６３を介して予め第１基板１２に固着する。そのうえで、基板２０と第１基板１２とを接合する。この際に補強部接合膜６３を介して下側補強部６２を梁支持部５３と接合する。
したがって、本実施形態に係る加速度スイッチ１によると、第１実施形態に係る加速度スイッチ１と同様の効果が得られる。
【００４３】
なお、本実施形態に係る加速度スイッチ１において、第１、第３実施形態と同様に、第２基板１３に補強部６１も設けることで、梁支持部５３を上下より支持する構成として、梁支持部５３の機械的強度を更に補強するようにしてももちろん良い。また、本実施形態に係る加速度スイッチ１において、第２実施形態と同様に、梁支持部５３の厚みを枠体３１と同じ厚みとした上で、当該梁支持部５３を下側補強部６２と連接するように構成しても勿論良い。
【符号の説明】
【００４４】
１…加速度スイッチ（電子デバイス）
１１…スイッチ本体（構造体基板）
１２…第１基板（下側封止基板）
１３…第２基板（上側封止基板）
２０…基板
３１…枠体（支持部）
３２…中央電極
３３…収容孔
３４…錘部
３５…梁部
３６…張出部
４１…第１接合膜
４２…第２接合膜
４５,４６…電極膜
５１…円弧部（枠体部）
５２…錘部側接続部
５３…梁支持部
５６,５７…逃げ部
５８…露出孔
５９…貫通電極
６０…凹部
６１…補強部（連接部）
６２…下側補強部（柱状部）
６３…補強部接合膜
【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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