(57)【要約】【課題】  センサーチップに加わる外乱力に対して感度などの特性が変動しにくい加速度センサーを実現する。【解決手段】  支持枠部と可撓性の梁部を介して支持枠内に支持される錘部と、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子とそれらを接続する配線を有し、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であって、梁部のピエゾ抵抗素子の形成部以外の部分に応力緩衝部を形成する。応力緩衝部は梁部の略中央部に形成する。センサー素子に外乱力がり梁部の長手方向に力が加わっても、応力緩衝部で外乱力を吸収する。梁部の長手方向の応力が変化しにくいため、梁の変形しやすさも変化しにくくなり、外乱力の影響による感度の変化を低減することができる。【選択図】      図１
2009053180.tif 000002
【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を特徴とする加速度センサー。
【請求項２】
応力緩衝部は梁の長手方向の中央部および梁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】
応力緩衝部が枠型であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の加速度センサー
。
【請求項４】
枠型の応力緩衝部は、方形や偶数辺を有する多角形、丸形、楕円形およびこれらの変形
形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項５】
枠型の応力緩衝部は、梁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
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項６】
枠型の応力緩衝部の梁幅方向の枠内辺間の距離が、梁幅より大きいことを特徴とする請
求項１から５のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項７】
応力緩衝部が九十九折型であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の加速度セ
ンサー。
【請求項８】
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を特徴とする請求項１，２，７のいずれかに
記載の加速度センサー。
【請求項９】
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を特
徴とする請求項１，２，７，８のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項１０】
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を特徴と
する請求項１，２および７から９のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項１１】
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
なっていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項１２】
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を特徴とする請求項１
から１１のいずれかに記載の加速度センサー。
【請求項１３】
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を特徴
とする請求項１もしくは２に記載の加速度センサー。
【請求項１４】
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
ることを特徴とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の加速度センサー
。
【請求項１５】
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したことを特徴とする請求項１４に記載
の加速度センサー。
【請求項１６】
加速度センサー素子を２つ以上同一チップに形成したマルチレンジセンサーチップであ
って、マルチレンジセンサーチップの複数の加速度センサー素子は、第一から第ｎの加速
度センサー素子まで順に単位加速度当たりの出力電圧が小さくなることを特徴とする請求
項１から１５のいずれか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１３に３軸加速
度センサーの分解斜視図、図１４ａ）に図１３のｈ−ｈ’方向の断面図、図１４ｂ）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１４ａ）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、センサーチップを
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１５
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１３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１６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１６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１６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
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、九十九折型の応力緩衝部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
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、直線と曲線を組合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、加速度センサー素子が２つ以上同一チップに形成された
マルチレンジセンサーチップ（マルチレンジ型加速度センサー素子）であって、マルチレ
ンジセンサーチップの複数の加速度センサー素子は、第一から第ｎの加速度センサー素子
まで順に単位加速度当たりの出力電圧が小さくなることが好ましい。
【００５０】
加速度センサー素子は、加速度が錘部に作用することで梁部が変形し、梁部に形成した
半導体ピエゾ抵抗素子に応力が発生して電気抵抗が変化し、それを電位差（出力電圧）に
変換して出力する仕組みである。第一から第ｎの加速度センサー素子は、単位加速度に対
する出力電圧が順に小さくなるように形成している。例えば測定レンジ±３Ｇの第１の加
速度センサー素子は、加速度１Ｇあたりの出力電圧を１Ｖに、測定レンジ３００Ｇの第ｎ
の加速度センサー素子は、加速度１Ｇあたりの出力電圧を０．０１Ｖにすることで、各加
速度センサー素子の測定レンジに対応する出力電圧のフルレンジを±３Ｖに合わせること
ができ、それぞれ±３Ｖを同じ分解能で検出すれば、異なる加速度レンジのそれぞれで高
精度な検出が可能になる。各加速度センサー素子の単位加速度あたり出力は、測定レンジ
において出力電圧が直線性を保つ領域になるように設定する。測定レンジの広いセンサー
素子に対して、単位加速度あたりの出力電圧を高く設定しすぎると、測定レンジ内で梁部
の変形が非線形の領域に達してしまい、出力電圧の直線性が保たれない恐れがある。
【００５１】
第一から第ｎの加速度センサー素子は、同一チップ内に形成する。そのため、それぞれ
の素子の形成に個別の製造工程を必要とせず、フォトマスクに各素子の形状を描画してお
き、フォトリソやエッチングの工程を用いて一括形成することで、低コストに製造できる
。また、同一チップ内の加速度センサー素子の梁部は同じ厚みであることが好ましい。さ
らに、錘部と支持枠部も同じ厚みであることが好ましい。また、錘部と支持枠部が同じ厚
みであることが好ましい。これらの厚みを各素子間で同じとすることで、工程の簡略化が
図れ低コストで製造できるものである。
【００５２】
第一から第ｎの加速度センサー素子まで順に、錘部の質量が小さくなり、梁部の長さが
短くなり、梁部の幅が広くなることが好ましい。錘部の質量と梁部の長さ、梁部の幅はａ
ｎｄ／ｏｒの関係である。
【００５３】
第二から第ｎのうち少なくとも１つ以上の加速度センサー素子が、支持枠部と、対を成
す梁部で支持枠部に保持される錘部と、梁部に設けられた半導体ピエゾ抵抗素子と、それ
らを接続する配線を有し、梁部が形成される面内の第一の軸と、前記面におおよそ垂直な
第二の軸の加速度を検出可能な２軸加速度センサー素子２個を、第一の軸同士が互いに直
交するように配置することが好ましい。２軸加速度センサー素子は対を成す梁部が１対で
あるところが３軸加速度センサー素子と異なる。梁部に形成した半導体ピエゾ抵抗素子に
より、梁部の長手方向である第一の軸（Ｘ軸）と、チップ面に垂直な第二の軸（Ｚ軸）の
加速度を検出可能である。この２軸加速度センサー素子２つを第一の軸が直交するように
配置することで、２つの素子それぞれの第一の軸方向である２軸（Ｘ，Ｙ軸）と、Ｚ軸の
３軸を検出することができる。Ｚ軸の検出は、２つの素子のどちらか一方で行ってもよい
し、両方の素子を用いてもよい。一方で、３軸加速度センサー素子は、直交した２対の梁
部を有し、それぞれの梁部の長手方向である２つの軸（Ｘ、Ｙ軸）と、チップ面に垂直な
軸（Ｚ軸）の加速度を検出可能である。Ｚ軸の検出は、２つの梁対のどちらか一方で行っ
てもよいし、両方用いてもよいものである。
【００５４】
２軸加速度センサー素子は、梁部が１対であるため、梁部が２対ある３軸加速度センサ
ー素子よりも梁部の合計の曲げ剛性が小さく、単位加速度あたりの出力電圧を同じにする
ための錘部の寸法を小さくできる。梁部も一方向にしか伸びていないため、より小さい枠
部内に収めることができる。２素子の合計では３軸加速度センサー素子よりも面積が大き
いが、第二以降の加速度センサー素子を２軸素子２つとし、最も寸法の大きい第一の３軸
加速度センサーの周囲に配置することで、マルチレンジ加速度センサー素子全体の寸法を
小さくすることができる。すなわち、第一の加速度センサー素子は１素子で３軸とし、第
二以降の加速度センサー素子は、１素子で３軸とするか、２軸加速度センサー素子を２つ
とするかを選択可能である。
【００５５】
梁部が２対あるよりも１対の方が梁部の合計の曲げ剛性が小さくなるが、ＸおよびＹ軸
と、Ｚ軸とではその程度が異なる。Ｘ、Ｙ軸方向に関しては、梁部が２対であった場合、
１対は曲げ変形するが他の１対はねじり変形する。ねじり変形の方が剛性が小さいため、
梁部が１対から２対になることによる梁部全体の剛性増加は、Ｚ軸は２倍であるのに対し
てＸ、Ｙ軸は１０から２０％程度の増加に留まる。よって、Ｚ軸の検出のみを梁が１対の
加速度センサー素子で行い、Ｘ、Ｙ軸を梁が２対あるもう１つの加速度センサー素子で検
出する構成としてもよい。１つの加速度センサー素子でＸまたはＹ軸とＺ軸の感度を一致
させるのが難しい場合に、ＸまたはＹ軸と、Ｚ軸を別々の加速度センサー素子で検出する
ことで、個別に寸法を調節でき、３軸の感度を一致させやすい。
【００５６】
また、梁型の加速度センサー素子で説明してきたが、ダイアフラム型の加速度センサー
素子を用いる事もできるし、ダイアフラム型と梁型を組合わせることもできる。ダイアフ
ラム型に応力緩衝部を設けることは、構造上難しいものである。
【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
１３のように組み立てられる加速度センサーや、図１６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。Ｘ方
向の第１梁部３３ａと第２梁部３３ｂに直角（Ｙ方向）に配された第３梁部３３ｃと第４
梁部３３ｄ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。約４００
μｍ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５８μｍ、梁部の幅Ｌ２は２２μｍ、梁幅方向の
枠外辺間の距離Ｌ５は８０μｍ、梁長手方向の枠内辺間の距離Ｌ４は１８μｍ、梁長手方
向の枠外辺間の距離Ｌ３は４０μｍ、梁幅方向の枠幅Ｌ６は１１μｍ、梁長手方向の枠幅
Ｌ７は１１μｍとしている。錘部１１と支持枠部１０間の距離Ｌ１０は４００μｍとした
ので、梁部ａ４８の長さは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３
ｂ）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３１ｃ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３
１ｃ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（中心線ｍ−ｍ’とｎ−ｎ’の交点）
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４６μｍ、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Ｌ２
６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。
【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３
０μｍ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、図９ｂ）は九十九折型の応力緩衝部を
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、図１０ａ）の高レンジ加速度センサー素子の構成を変えたも
のである。２対の梁部を有し、それぞれの梁部でＸ軸とＹ軸を検出する２軸加速度センサ
ー素子５５と、梁部が１対のみ有し、Ｚ軸を検出する１軸加速度センサー素子５６を組合
わせた。２軸加速度センサー素子は梁が２対になる分面積が大きくなり易いが、Ｘまたは
Ｙ軸と、Ｚ軸を別々の加速度センサー素子で検出するので、独立して寸法を設計、製造す
ることができ、３軸の感度を合わせ易い利点がある。図１０ｃ）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３０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５
４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５７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５８を組合わせた。
【００７７】
マルチレンジ型加速度センサー素子５１は、実施例１と同じ約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。各レンジの加速度センサー素子は同時に、フォトリソや製膜、エッチング等を行い、
錘部と梁部、支持枠部はそれぞれ同じ厚みとしている。また、錘部と支持枠部は同じ厚み
である。
【実施例６】
【００７８】
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枠型形状の組
合せや枠型と九十九折型を組合せの応力緩衝部を用いた複数個とすることもできる。
【実施例７】
【００７９】
樹脂モールドした加速度センサーの実施例に付いて図１２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モールド樹脂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８】
【００８０】
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１３
で示した様なパッケージを用いた加速度センサー（ケースタイプと称す）と図１２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（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外乱力を小さくしたが、従来品と
応力緩衝部を形成した加速度センサー間で、Ｚ軸感度に数％の差が見られた。応力緩衝部
を形成した加速度センサーの方が、Ｚ軸の感度変化量は小さかった。これに対し、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】
【００８１】
【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】第七実施例の樹脂モールド加速度センサーの断面図である。
【図１３】従来の３軸加速度センサーの分解斜視図である。
【図１４】図１３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１５】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１６】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】
【００８２】
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  接着材、
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  外部端子、
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、
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  第三面、
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、
５５  ２軸加速度センサー素子、
５６  １軸加速度センサー素子、
５７  ２軸加速度センサー素子、
５８  １軸加速度センサー素子。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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