(57)【要約】【課題】  設計自由度の高いセンサを提供する。【解決手段】  枠体と、前記枠体の内側に前記枠体と間隔を空けて設けられた乗載体と、  可撓性を有し、前記乗載体を支持するように前記枠体と前記乗載体との間に設けられる梁部と、前記乗載体に設けられた重錘と、前記枠体の前記梁部との接続部に設けられ、前記乗載体の変位に起因する前記枠体の変位を検出する変位検出素子とを含んでセンサを構成する。【選択図】  図１
2009133807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠体と、
前記枠体の内側に前記枠体と間隔を空けて設けられた乗載体と、
可撓性を有し、前記乗載体を支持するように前記枠体と前記乗載体との間に設けられる梁部と、
前記枠体に設けられ、前記乗載体の変位に起因する前記枠体の変位を検出する変位検出素子と、を備える、センサ。
【請求項２】
前記変位検出素子が、前記枠体と前記梁部との接続部近傍に設けられている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記乗載体には、重錘が設けられている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記梁部は、前記乗載体を両側から挟み、且つ第１方向に沿って配された第１梁部と第２梁部とを含み、
前記変位検出素子は、前記第１梁部と前記枠体との接続部に配置された第１変位検出素子と、前記第２梁部と前記枠体との接続部に配置された第２変位検出素子とを含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記梁部は、前記乗載体を両側から挟み、且つ前記第１方向と直交する第２方向に沿って配された第３梁部および第４梁部をさらに含み、
前記変位検出素子は、前記第３梁部と前記枠体との接続部に配置された第３変位検出素子と、前記第４梁部と前記枠体との接続部に配置された第４変位検出素子とをさらに含む、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記変位検出素子の両側の位置であって、前記枠体に配置される補助変位検出素子をさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記変位検出素子は、ピエゾ抵抗である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記梁部上で互いに離間して配置され、前記乗載体に近い側である乗載体側検出素子と前記枠体に近い側である枠体側検出素子とをさらに備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記枠体は、その幅及び厚みのそれぞれが、前記梁部の幅及び厚みに比べて小さい、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記変位検出素子と電気的に接続されるパッドが前記枠体に設けられている、請求項７に記載のセンサ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のセンサと、
前記センサからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップと、
前記センサ及び前記ＩＣチップを収容する容器体と、を備える、センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の変位の変位から加速度等を検出するセンサおよびセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯型音楽プレイヤーやノート型パソコンなどのハードディスクドライブ搭載機器の落下保護、自動車のナビゲーションシステムにおける加速度検知などに、センサが使用されている。また、センサが、携帯端末等に搭載される場合、小型で低背なセンサが要求されている。このようなセンサは、基本的には同じ構成のものを、検出信号の処理方法、駆動方法などにより、ショックセンサ，加速度センサ，角速度センサ等として用いることができる。
【０００３】
図１０に従来の加速度センサの例の平面図を示す。加速度センサ６００は、Ｓｉ単結晶基板からなる肉厚部からなる質量部６０２と、それを取り囲むように配置した枠体６０１と、質量部６０２と枠体６０１とを連結するＳｉ単結晶基板からなる肉薄部からなる梁状の梁部６０３と、各梁部６０３上に設けられた３軸用のピエゾ抵抗素子群６１０とから構成されている。また、各ピエゾ抵抗素子は、枠体６０１に設けたパッド６０４と接続配線６０５を介して接続され、さらにパッド６０４が外部のＩＣチップなどと電気的に接続されるようになっている。
【０００４】
この加速度センサ６００は、中央の質量部６０２が加速度に比例した力を受けて変位したときの梁部６０３の撓みをピエゾ抵抗素子群６１０の抵抗値変化として検出することで３軸方向の加速度を検出できる。ここで、梁部６０３が肉薄の梁状であることから、変形しやすく、高感度化に適した構造となっている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１６９０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１０に示すような従来の加速度センサは、梁部６０３にしかピエゾ抵抗素子群６１０を設けることができず、センサの設計自由度、特に配線パターンの設計自由度が低いという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような諸事情を鑑みて案出されたものであり、その目的は設計自由度の高いセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のセンサは、１）枠体と、前記枠体の内側に前記枠体と間隔を空けて設けられた乗載体と、可撓性を有し、前記乗載体を支持するように前記枠体と前記乗載体との間に設けられる梁部と、前記乗載体の変位に起因する前記枠体の変位を検出する変位検出素子と、を備え、前記変位検出素子が前記枠体に設けられているものである。
【０００８】
また、本発明のセンサは、２）上記１）の構成において、前記変位検出素子が、前記枠体と前記梁部との接続部近傍に設けられているものである。
【０００９】
また、本発明のセンサは、３）上記１）の構成において、前記乗載体には、重錘が設けられているものである。
【００１０】
また、本発明のセンサは、４）上記１）の構成において、前記梁部が、前記乗載体を両側から挟み、且つ第１方向に沿って配された第１支持と第２梁部とからなり、前記変位検出素子は、前記第１梁部と前記枠体との接続部に配置された第１変位検出素子と、前記第２梁部と前記枠体との接続部に配置された第２変位検出素子とからなるものである。
【００１１】
また、本発明のセンサは、５）上記４）の構成において、前記梁部は、前記乗載体を両側から挟み、且つ前記第１方向と直交する第２方向に沿って配された第３梁部および第４梁部をさらに含み、前記変位検出素子は、前記第３梁部と前記枠体との接続部に配置された第３変位検出素子と、前記第４梁部と前記枠体との接続部に配置された第４変位検出素子とをさらに含むものである。
【００１２】
また、本発明のセンサは、６）上記１）の構成において、前記変位検出素子の両側に配置される補助変位検出素子を備えるものである。
【００１３】
また、本発明のセンサは、７）上記１）の構成において、前記変位検出素子が、ピエゾ抵抗からなる。
【００１４】
また、本発明のセンサは、８）上記１）の構成において、前記梁部上で互いに離間して配置され、前記乗載体に近い側である乗載体側検出素子と前記枠体に近い側である枠体側検出素子とをさらに有するものである。
【００１５】
また、本発明のセンサは、９）上記１）の構成において、前記枠体の幅及び厚みのそれぞれが、前記梁部の幅及び厚みに比べて小さい。
【００１６】
また、本発明のセンサは、１０）上記７）の構成において、前記変位検出素子と電気的に接続されるパッドが前記枠体に設けられている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記１）の構成により、枠体に変位検出素子を設けるようにしたことから、設計自由度、特に配線パターンの設計自由度の高いセンサとすることができる。
【００１８】
また、本発明のセンサによれば、上記２）の構成により、変位検出素子の感度を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明によれば、上記３）の構成により、外部から加速度等を受けたときの乗載体の変位量を大きくして検出感度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明のセンサによれば、上記４）の構成により、２軸方向の変位を検出することのできるセンサを提供することができる。ここで、図１１に示すような従来のセンサでは、梁部６０３が変形しやすいため、１つの梁部６０３の中でも枠体６０１に近い側と質量部６０２に近い側とでは挙動が異なっていた。このため、１軸方向の変位を検出するために、４つのピエゾ抵抗素子群６１０を設けて各ピエゾ抵抗からの検出値から総合的に質量部６０２の変位を判断していた。しかしながら、本発明のセンサによれば、変位検出素子が設けられる接続部のみの変位を検出すればよいので変位検出素子を設ける数を減少させることができ、簡易な構成とすることができる。
【００２１】
また、本発明のセンサによれば、上記５）の構成により、３軸方向の変位を検出することのできるセンサを簡易な構成で提供することができる。
【００２２】
また、本発明のセンサによれば、上記６）の構成により、複数の変位検出素子で乗載体の変位を検出することにより、より感度の高いセンサを提供することができる。
【００２３】
また、本発明のセンサによれば、上記８）の構成により、乗載体の変位により大きく変形する梁部上に設けられた検出素子を用いることで、より感度の高いセンサを提供することができる。なお、この検出素子は、枠上に設けられた変位検出素子と併せて補助的に用いることから、検出感度を高めるために梁部を極限まで細くする必要なくなる。このため、梁部の幅を生産性・信頼性の低下しない程度に広くして、検出素子を設けることができるので、生産性・信頼性の高い状態で、本発明のセンサの検出感度を高めることができるものとなる。
【００２４】
本発明のセンサによれば、上記９）の構成により、枠体が乗載体の変位により変形しやすくなるので、感度の高いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明のセンサの実施の形態について図面を参照にしつつ詳細に説明する。なお、以下の図面においても同様であるが、同様の箇所には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２６】
[第１の実施形態]
図１（ａ）は、本発明のセンサの第１の実施形態を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【００２７】
図１において、１０１は枠体、１０２は乗載体、１３０は梁部、１０４は重錘、１５０は変位検出素子、１７０は基体、１７１は固定部である。なお、図１（ａ）には破線により固定部１７１が配置される位置を示している。また、説明の便宜上、図１（ａ）の枠体１０１と乗載体１０２とを梁部１３０が連結する方向をＸ軸とし、紙面に垂直な方向をＺ軸とする。
【００２８】
本発明のセンサ１００は、平面形状が略矩形状をなす枠体１０１と、枠体１０１の内側に枠体１０１と所定の間隔を空けて設けられ、平面形状が略矩形状をなす乗載体１０２と、可撓性を有し枠体１０１と乗載体１０２との間に設けられる梁部１３０と、乗載体１０２に設けられた重錘１０４と、枠体１０１上であって、梁部１３０の近傍に設けられ、乗載体１０２の変位に起因する枠体１０１の変位を検出する変位検出素子１５０とを有する。
【００２９】
本発明の加速度センサ１００は、枠体１０１に変位検出素子１５０が設けられており、且つ変位検出素子１５０と接続されるパッド１０３も枠体１０１に設けられていることから、変移検出素子１５０で発生する電気信号を外部に伝達するための接続配線１０４を短くすることができる。これにより接続配線１０４の引き回しに起因するインダクタンスを小さく抑えることができノイズの少ないセンサが得られる。
【００３０】
基体１７０上には、固定部１７１を介して枠体１０１が保持されている。枠体１０１の内側には乗載体１０２が配置されており、梁部１３０を介して枠体１０１と乗載体１０２とが連結されている。乗載部１０２は基体１７０と一定間隔を保ち、衝撃，加速度，角速度等による力が加わったときに変位して、可撓性を有する梁部１３０にその力が伝わる。これにより梁部１３０に歪みが生じる。この歪みは、枠体１０１と梁部１３０との接続部近傍で特に大きい。したがって、変位検出素子１５０は、枠体１０１と梁部１３０との接続部近傍に配置することが好ましい。
【００３１】
なお乗載体１０２の下面には重錘１０４が設けられており、衝撃，加速度，角速度等による力が加わったときの乗載体１０２の変移が大きくなるようにしている。これによりセンサ１００の検出感度を向上させることができる。
【００３２】
変位を検出する変位検出素子１５０は、乗載体１０２の上面に設けられたピエゾ抵抗で構成され、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化により乗載体１０２の変位を検出する。例えば、Ｚ軸方向に正の力（上向きの力）が加わった場合には、乗載体１０２が正の方向（上側）に変位し、変位検出素子１５０に圧縮応力が加わり縮むことで抵抗値が減少する。逆に負の力（下向きの力）が加われば、変位検出素子１５０が伸びることで抵抗値が増加する。
【００３３】
図１に示すセンサ１００において、基体１７０は、例えばアルミナ等のセラミックス基板や、Ｓｉ基板，サファイヤ等の単結晶基板や、ガラス，二酸化ケイ素，または樹脂、金属基板等を用いることができる。
【００３４】
また固定部１７１は、例えば、セラミックスや樹脂等を用いて形成される。枠体１０１，乗載体１０２，梁部１３０は、同一材料で形成することができ、例えば、シリコン、ガラス、石英、二酸化ケイ素、または樹脂などにより形成される。
【００３５】
乗載体１０２は、厚み０．５μｍ〜２００μｍ、幅および長さ０．１ｍｍ〜１０ｍｍとすればよい。また、梁部１３０は、厚みとして０．５μｍ〜２００μｍ、幅０．１μｍ〜２００μｍ、長さ１μｍ〜１０ｍｍの範囲で選択することができる。ここで、枠体１０１の幅及び厚みの少なくとも一方、より好ましくは両方とも梁部１３０の幅及び厚みに比べて小さくすることが好ましい。このように枠体１０１を形成することにより、枠体１０２が大きく変移しやすくなり、センサの感度を向上させることができる。
【００３６】
また重錘１０４は、乗載体１０２と同じ材料により一体形成してもよいし、検出感度を向上させるためにＷなどの質量の大きい材料でもよい。変位検出素子１５０を構成するピエゾ抵抗は、不純物濃度を適宜設定して注入すればよい。
【００３７】
ここでセンサ１００は、例えば、次のようにして作製することができる。まず内部にＳｉＯ２を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用意する。次にＳＯＩ基板表面のＳｉ層の所定部に不純物をイオン注入などの方法により注入してピエゾ抵抗からなる変位検出素子１５０を形成する。次に内部のＳｉＯ２層をエッチングストップ層として表面のＳｉ層をパターニングし、枠体１０１，乗載体１０２，梁部１３０を一体的に形成する。最後にＳＯＩ基板の裏面からＳｉ基板をパターニングして重錘１０４を形成する。これによりセンサ１００が完成する。
【００３８】
図１に示したセンサでは、変位検出素子１５０としてピエゾ抵抗を用いた例について説明したが、弾性表面波の位相差を検出するようにしてもよい。この場合には、枠体１０１として圧電性を有する材料を用いて形成する。そして枠体１０１のうち、梁部１３０に近い部位と枠体１０１の外周部に離れた位置とに対となる櫛歯状電極を設けることで変位検出素子１５０が弾性表面波素子からなるセンサを得ることができる。
【００３９】
また図７に示すように、静電容量の変化を測定することにより加速度等を検出するようにしてもよい。この場合、枠体１０１の下面で、且つ梁部１３０の近傍に第１の電極層１５１を形成し、それと対向する基体１７０の上面に対となる第２の電極層１５２を形成する。このように第１、第２の電極層１５１、１５２を設け、基体１７０と枠体１０１との間に形成される容量の変化を検出することで加速度等を検出することができる。
【００４０】
また図１に示すセンサでは、重錘１０４を乗載体１０２下面に設けたが、上面に設けてもよい。同様に変位検出素子１５０を、枠体１０１の下面に形成してもよい。
【００４１】
さらに、図１に示すセンサでは、変位検出素子１５０と重錘１０４とが乗載体１０２の
異なる面に配置されていたが、同じ面に配置してもよい。
【００４２】
また図１に示すセンサでは、枠体１０１を固定部１７１に載置した状態で、枠体１０１を保持する例について説明したが、図８に示すように枠体１０１の外周部側面で、センサを収容するパッケージの内壁１８０に固定するようにしてもよい。
【００４３】
また図１に示すセンサでは、枠体１０１の四隅で基体１７０と固定した例について説明したが、枠体１０１の接合部が変位可能であれば、固定箇所は適宜変更することができる。
【００４４】
[第２の実施形態]
次に、図２を用いて本発明にかかるセンサの第２の実施形態について説明する。
【００４５】
図２は本発明のセンサの第２の実施形態にかかるセンサ２００の平面図である。第１の実施形態にかかるセンサ１００は乗載体１０２が１箇所で枠体１０１と固定されていたのに対して、本実施形態にかかるセンサ２００は、乗載体１０２が２箇所で固定されている。具体的には、センサ２００は第１梁部２３１および第２梁部２３２を有しており、乗載体１０２がこの２つの梁部により支持されている。第１梁部２３１，第２梁部２３２は、第１方向（図のＸ軸方向）に沿って、乗載体１０２を挟むようにして配置されている。
【００４６】
また枠体１０１のうち第１梁部２３１からＸ軸の正方向に向かう直線上に位置する部分には第１変位検出素子２５１が形成され、枠体１０１のうち第２梁部２３２からＸ軸の負方向に向かう直線上に位置する部分には第２変位検出素子２５２が形成されている。なお第１変位検出素子２５１および第２変位検出素子２５２は、第１の実施形態における変位検出素子１５０と同一のもので構成されている。
【００４７】
ここでセンサ２００にＺ方向の力が加わったときには、第１変位検出素子２５１，第２変位検出素子２５２ともに抵抗値が増加または減少する。またＸ軸の正方向の力が加わったときは、第１変位検出素子２５１が縮み抵抗値が減少する一方で第２変位検出素子２５２が伸びて抵抗値が増加する。Ｘ軸の負方向の力が加わったときは、第１変位検出素子２５１，第２変位検出素子２５２の抵抗値の動向が、Ｘ軸の正方向の力が加わった場合と反対になる。このように第１変位検出素子２５１，第２変位検出素子２５２により２軸方向の変位を検出することができる。
【００４８】
[第３の実施形態]
次に図３を用いて、本発明にかかるセンサの第３の実施形態について説明する。
【００４９】
図３は、本発明にかかるセンサの第３の実施形態の平面図である。本実施形態にかかるセンサは、乗載体１０２が４箇所で固定されている点が特徴である。
【００５０】
すなわち乗載体１０２が、第１梁部３３１，第２梁部３３２，第３梁部３３３，および第４梁部３３４により４箇所で固定されている。これら４つの梁部は乗載体１０２の各辺の中心部に配置されている。換言すれば、第１梁部３３１と第２梁部３３２とが第１方向（Ｘ軸方向）に沿って、乗載体１０２を挟むようにして配置され、第３梁部３３３と第４梁部３３４とが第２方向（Ｙ軸方向）に沿って、乗載体１０２を挟むようにして配置されている。なお、第１方向と第２方向とは直交している。
【００５１】
また枠体１０１のうち第１梁部３３１からＸ軸の正方向に向かう直線上に位置する部分には第１変位検出素子３５１が形成され、枠体１０１のうち第２梁部３３２からＸ軸の負方向に向かう直線上に位置する部分には第２変位検出素子３５２が形成されている。さらに枠体１０１のうち第３梁部３３３からＹ軸の正方向に向かう直線上に位置する部分には第３変位検出素子３５３が形成され、枠体１０１のうち第４梁部３３４からＹ軸の負方向に向かう直線上に位置する部分には第４変位検出素子３５４が形成されている。なお第１〜第４変位検出素子３５１〜３５４は、第１の実施形態における変位検出素子１５０と同一のもので構成されている。
【００５２】
第３の実施形態にかかるセンサは、４つの変位検出素子を備えることでＸ軸，Ｚ軸方向に加えて、Ｙ軸方向についても他の２方向と同様に変位を検出することができる。従来、３軸方向の変位を検出するには、図１１に示すように１２個の検出素子を設けるか、各軸の変位を専用に検出するためのセンサを３個設ける必要があったが、本発明は４つの検出素子３５１〜３５４を上記のように設けたことにより１つのセンサ３００でこれを実現することができる。
【００５３】
なお第３の実施形態にかかるセンサ３００は、枠体１０１の梁部３３１〜３３４が接続される各接合部における変位を妨げないために、接合部間の中間において外部と固定することが好ましい。図３においては、矩形状の枠体１０１の各辺の中央部に梁部３３１〜３３４が配されているため角部において外部と固定している。
【００５４】
次に第１〜第３の実施形態の変形例について図４〜図６および図９を用いて説明する。なお同図に示す変形例は、図３に示す第３実施形態のセンサ３００の変形例として説明しているが、これらの変形例は第１および第２の実施形態にかかるセンサにも適用可能である。
【００５５】
図４は、各変位検出素子３５１〜３５４の両側に補助検出素子３６１〜３６４を形成したセンサの例である。具体的には第１変位検出素子３５１の両側には２つの第１補助検出素子３６１，３６１が形成され、第２変位検出素子３５２の両側には２つの第２補助検出素子３６２，３６２が形成されている。また第３変位検出素子３５３の両側には２つの第３補助検出素子３６３，３６３が形成され、第４変位検出素子３５４の両側には２つの第４補助検出素子３６４，３６４が形成されている。これら第１〜第４補助検出素子３６１〜３６４は、第１〜第４変位検出素子３５１〜３５４と同様のものを用いればよい。
【００５６】
図５は乗載体１０２の形状を枠体１０２の内側の形状と異なるようにして形成したセンサの例である。同図に示す変形例では、乗載体１０２の四隅部と枠体１０２との隙間を縮めるように乗載体１０２の四隅部を広げるようにして乗載体１０２が形成されている。この場合には、力を受ける部分（乗載体１０２）の質量が大きくなるため、より感度の高いセンサとすることができる。乗載体１０２の形状を変更するのに合わせて、乗載体１０２に設ける重錘１０４の形状も変更して大きくすれば、さらにセンサとしての感度を高めることができる。
【００５７】
なお、乗載体１０２の形状は、枠体１０１の内側及び各梁部３３１〜３３４と間隔を開けて配置されていれば特に限定されないが、対称性を有する形状であることが好ましい。
【００５８】
また図６に示すように、第１〜第４変位検出素子３５１〜３５４に加え、各梁部３３１〜３３４上に別の変位検出素子３５５〜３５８を設けるようにしてもよい。この実施例では、別の変位検出素子３５５は、乗載体側に設けた乗載体検出素子３５５ａと枠体側に設けた枠体側検出素子３５５ｂとから構成される。他の変位検出素子３５６、３５７、３５８も同様に乗載体検出素子３５６ａ〜３５８ａと枠体側に設けた枠体側検出素子３５８ｂとから構成される。
【００５９】
ここで、図１１に示す従来のセンサ６００においては、梁部６０３を大きく変位させることでセンサとしての感度を確保するために、梁部６０３の形状を細長くする必要があり、その部分への複数の検出素子６１０及びその配線の作製が非常に困難であるため生産性及び信頼性が低下するという問題があった。しかしながら、図６に示すセンサによれば、梁部３３０はあくまでも枠体１０１の接合部へ力を伝達するものであることから、極端に細長くする必要はなく、その結果、乗載体側検出素子３７１、枠体側検出素子３７２及びその配線を余裕をもって製造することができるので、信頼性及び生産性を低下させることなく、センサ３００の感度を高めることができるものとなる。
【００６０】
なお、図６に示す変形例では全ての梁部３３１〜３３４上に乗載体側検出素子および枠体側検出素子を配置した例について説明したが、Ｘ軸方向に伸びる梁部３３１，３３２上のみに設けたり、Ｙ軸方向に伸びる梁部３３３，３３４上のみに設けたりしてもよい。
【００６１】
図９は上述した本発明の実施形態にかかるセンサ１００を用いたセンサ装置の一実施形態を示す断面図である。同図に示すセンサ装置は、センサ１００、センサからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップ４００、センサ１００及びＩＣチップ４００を収容する容器体５００とから構成されている。
【００６２】
ＩＣチップ４００は平面形状が略矩形状をなし、枠体１０１より一回り小さく形成されている。このＩＣチップ４００は、変位検出素子１５０が露出するようにして乗載体１０２上に配置されている。ＩＣチップ４００の端部には導電性のＩＣ側パッド４０１が設けられており、ＩＣ側パッド４０１と変位検出素子１５０と接続されるパッド１０３がＡｕなどからなるワイヤ４０２により接続されている。すなわち本発明のセンサ装置は、変位検出素子１５０を枠体１０１に設けたことによって、ＩＣ側パッド４０１とワイヤ４０２を介して接続されるパッド１０３と近接して変位検出素子１５０を配置することが可能となる。これによりＩＣチップ４００のＩＣ側パッド４０１と変位検出素子１５０との接続経路で発生し得るインダクタンスを小さくすることができ、ノイズの少ないセンサ装置となすことができる。また比較的強度の高い枠体１０１に変位検出素子１５０が形成されているため、例えば、ワイヤ４０２をボンディングする際の衝撃等によりセンサが破損することも少ないという利点もある。
【００６３】
容器体５００は、セラミックなどの絶縁基板を積層してなり、内部にキャビティを有するようにして形成された積層体５０１と、積層体５０１のキャビティ開口部を塞ぐ蓋５０２とから主に構成されている。キャビティ内には容器体側パッド５０３が設けられており、容器体側パッド５０３とＩＣ側パッド４０１とがワイヤ４０２を介して接続されており、これによってセンサで検出した信号を外部に取り出すことができる。
【００６４】
〔評価結果〕
このような本発明にかかる加速度センサについて、加速度が加わったときの状態を有限要素法によるシミュレーションにより検証した。図１１〜図１３は、図５に示す加速度センサに加速度が印加された際の枠体１０１の歪み量を示すシミュレーション結果であり、歪み量が多い領域ほど色が白く表示されている。このシミュレーションでは、梁部の幅Ｗ１を６０μｍ、梁部の長さＬを４００μｍ、梁部の厚みｈ１を２０μｍ、乗載体１０２の中央部の幅Ｗ２を２５０μｍ、乗載体１０２の厚みｈ２を４００μｍ、乗載体１０２の周辺部の幅Ｗ３を４００μｍ、乗載体１０２の中央部と周辺部との重なる領域の幅Ｓを５０μｍとして、Ｘ軸方向に１Ｇの加速度が印加された際の枠体１０１の歪みの大きさ及び分布を検証した。なお、各幅Ｗ１〜Ｗ４、Ｓについて図面では、Ｘ方向のみ示しているが、Ｙ方向についての対応する各幅Ｗ１〜Ｗ４、ＳもＸ方向と同じ値である。
【００６５】
図１１は枠体１０１の幅Ｗ４を２５０μｍ、枠体１０１の厚みｈ３を４００μｍとしたときの状態、図１２は枠体の幅Ｗ４を２５０μｍ、枠体１０１の厚みｈ３を５０μｍとしたときの状態、図１３は枠体１０１の幅Ｗ４を６０μｍ、枠体１０１の厚みｈ３を６０μｍとしたときのシミュレーション結果である。
【００６６】
図１３に示すシミュレーション結果から、枠体４辺のうち右側の辺で、且つ梁部との接続部近傍に大きな歪みが発生していることがわかる。すなわち枠体１０１部分でも加速度を検出できることが示されている。また、図１１〜図１３の結果によれば、梁部と同程度の検出感度を得るためには、枠体１０１の幅Ｗ４及び枠体１０１の厚みｈ３を梁部の幅Ｗ１及び厚みｈ１と同じにすすればよいことがわかる。
【００６７】
本発明は上述の実施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で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【００６８】
例えば、上述のセンサに周期的な振動を加えた状態とすることで、角速度を検出するセンサとして用いてもよい。角速度の検出は、予め周期的な運動を与えられている重錘１０４が、その運動の方向と異なる方向に延びる軸線まわりに回転するときに生じるコリオリ力を検出することによって行われる。コリオリ力は、重錘１０４の運動方向と回転軸の軸線方向との両方に垂直な方向に生じる。ここで、本発明のセンサの重錘１０４に周期的な運動を与えるために、外部の力を用いてもよいし、枠体１０１の内側とこれに対向する乗載体１０２の外周部とに駆動電極対を設けて、これに交流電圧を印加することで、静電引力により振動させてもよい。対向する電極間に印加される交流信号の電圧として、たとえば０．０１〜１００Ｖが選ばれ、周波数として、たとえば２〜１００００Ｈｚが選択される。信号波形には矩形波または正弦波などが選ばれる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】（ａ）は本発明にかかるセンサの第１の実施形態の一例を示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】本発明にかかるセンサの第２の実施形態の例を示す平面図である。
【図３】本発明にかかるセンサの第３の実施形態の例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかるセンサの変形例を示す平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態にかかるセンサの変形例を示す平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかるセンサの変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の実施形態にかかるセンサの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態にかかるセンサの変形例を示す断面図である。
【図９】本発明にかかるセンサ装置の実施形態の一例を示す断面図である。
【図１０】従来のセンサの平面図である。
【図１１】図５に示すセンサのシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】図５に示すセンサのシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】図５に示すセンサのシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１：枠体
１０２：乗載体
１３０：梁部
２３１，２３２：第１梁部，第２梁部
３３１，３３２，３３３，３３４：第１梁部，第２梁部，第３梁部，第４梁部
１０４：重錘
１５０：変位検出素子
２５１，２５２；第１変位検出素子，第２変位検出素子
３５１，３５２，３５３，３５４；第１変位検出素子，第２変位検出素子，第３変位検出素子，第４変位検出素子
【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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