(57)【要約】【課題】静電気力の影響による錘部の変位を抑え、正確な物理量の検出を可能とする物理量検出装置を提供する。【解決手段】物理量検出装置２０は、センサ部１９が基板７上に搭載された構成を備える。センサ部１９は、枠部３と錘部４と梁部５とを備える。錘部４は梁部５を介して枠部３と接合しており、枠部３の開口部に懸架されている。また、物理量検出装置２０では、錘部４の上方と下方に、導電性材料で構成された上蓋１と下蓋２とをシールド部材として備える。この上蓋１と下蓋２とは、基板７上の、グランドまたは電源電圧が印加される電源パターン８と電気的に接続される。このような構成を備えることにより、上蓋１と下蓋２とがシールド部材として錘部４を覆い、錘部４に対する外部からの静電界を効率よく遮断して、静電気力の影響による錘部４の変位を抑えることで、物理量測定装置２０による物理量の正確な検出を可能とする。【選択図】図１
2009068936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部に対して変位可能に懸架された錘部を有し、印加される物理量に応じた該錘部の変位を検出するセンサと、
前記センサが搭載される基板と、を備える物理量検出装置において、
導電性材料を有して形成され、前記錘部を少なくとも一方向から覆うシールド部材を備え、
前記シールド部材は、前記センサまたは前記基板上の、所定の電圧が印加される電気配線と接続される
ことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
導電性材料を有して形成され、前記支持部と接合して前記錘部を覆うカバー部材を、前記シールド部材として備える
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項３】
前記支持部と接合して前記錘部を覆うカバー部材の、前記錘部と向かい合う面に形成された金属膜を、前記シールド部材として備える
ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
【請求項４】
前記センサの、前記基板に搭載される側の面と、反対側の面とに、それぞれ前記カバー部材を備える
ことを特徴とする請求項２または３に記載の物理量検出装置。
【請求項５】
前記センサと前記基板とを、導電性接着剤で固着させるとともに、
該導電性接着剤により、前記シールド部材と前記電気配線とを電気的に接続させる
ことを特徴とする請求項２から４の何れか１つに記載の物理量検出装置。
【請求項６】
前記錘部は、前記支持部に対して梁部で懸架され、
前記センサは、前記梁部の撓みから前記錘部の変位を検出する
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の物理量検出装置。
【請求項７】
前記センサは、前記錘部に設けられた第１の電極と、前記支持部に設けられた第２の電極との間の電気的容量から、前記錘部の変位を検出する
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定体に加わる二次元または三次元方向の加速度や傾斜角などの物理量を検出する物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量検出装置とは、機械的な物理量を電気的な信号に変換する変換器の総称であり、傾斜角度に応じた電気信号を出力する傾斜センサや、加速度に応じた電気信号を出力する加速度センサが知られている。傾斜センサは、傾斜角に応じて異なる情報を入力するための入力手段などにも使われており、加速度センサは、自動車のエアバッグ作動手段の検出手段などにも使われている。
【０００３】
このような物理量検出装置として多くの種類が提案されている。中でも、梁等により懸架された錘部を有し、印加される物理量に応じた錘部の変位を検出するものとして、ゲージ抵抗の歪みによる抵抗値の変化により物理量を検出する抵抗型物理量検出装置と、電極間の電気的容量の変化により物理量を検出する容量型物理量検出装置とが知られており、多くの提案を見るものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された従来技術の物理量検出装置の構成と機能について図面を用いて説明する。図４は特許文献１に記載された物理量検出装置を説明しやすいようにその趣旨を逸脱しない範囲で書き直した断面図である。
【０００５】
従来技術の物理量検出装置１０６は、上蓋１０１，下蓋１０２，可動電極１０３，固定電極１０４を有し、可動電極１０３は、固定電極１０４の間で左右の固定電極と離間するように、図示しない薄肉で可撓性の梁等により懸架されている。また、可動電極の上下に位置する上蓋１０１と下蓋１０２は固定電極１０４部に固着され、可動電極１０３に対向してそれぞれ凹部が設けられ、この凹部内に金属膜１０５が設けられている。
【０００６】
従来技術の物理量検出装置１０６は、前述した容量型物理量検出装置である。物理量検出装置１０６が外部から加速度を受けると、適当な質量を有する錘部である可動電極１０３が変位し、可動電極１０３と固定電極１０４との間隔が変化する。この際に可動電極１０３と固定電極１０４との電極間の電気的容量を検出することにより、物理量検出装置１０６に加わった加速度を知ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１５１７０３号公報（第４〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来技術の物理量検出装置では次のような問題がある。物理検出装置と他の部材との間で摩擦が発生した場合、物理検出装置が他の帯電した部材と接触した場合などには、物理検出装置を構成する部材が帯電してしまう。特に、錘部の周囲を覆う蓋部がシリコンやガラスなどの誘電体で形成される場合、またはセンサの周囲が誘電体である樹脂で封止される場合は、これらの誘電体が帯電しやすい。
【０００９】
このように、錘部の周囲の部材が帯電すると、静電気力の影響により錘部が変位し、角度や加速度などによる錘部の変位を正確に検出することが出来ない問題がある。
特に、前述した抵抗型物理量検出装置では、静電気力により錘部が僅かに引き寄せられるだけでも、出力信号がゼロとなる電気特性上のポイントがずれてしまい、角度や加速度
などによる錘部の変位を正確に検出することができなくなる。
【００１０】
特許文献１に記載された物理量検出装置１０６は、上蓋１０１と下蓋１０２とに設けた金属膜１０５で、静電気力による、可動電極１０３である錘部の上蓋１０１と下蓋１０２への貼り付きを防ぐものである。
しかし、特許文献１に記載された物理量検出装置１０６では、金属膜１０５がグランドなどの所定の電圧が印加される電気配線に接続されていないため、金属膜１０５による静電界の遮断が不十分となり、可動電極１０３である錘部の静電気力による変位を十分に防ぐことが出来ない。この結果、静電気力により錘部が所定の方向に変位し、正確な物理量を検出することが出来ない問題があった。
【００１１】
そこで本発明は、上記の課題を解決して、静電気力の影響による錘部の変位を抑え、正確な物理量の検出を可能とする物理量検出装置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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の物理量検出装置は、下記記載の構成を採用するものである。
【００１３】
本発明にかかる物理量検出装置は、支持部に対して変位可能に懸架された錘部を有し、印加される物理量に応じた該錘部の変位を検出するセンサと、センサが搭載される基板と、を備える物理量検出装置において、導電性材料を有して形成され、錘部を少なくとも一方向から覆うシールド部材を備え、シールド部材は、センサまたは基板上の、所定の電圧が印加される電気配線と接続されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明にかかる物理量検出装置は、導電性材料を有して形成され、支持部と接合して錘部を覆うカバー部材を、シールド部材として備えることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明にかかる物理量検出装置は、支持部と接合して錘部を覆うカバー部材の、錘部と向かい合う面に形成された金属膜を、シールド部材として備えることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明にかかる物理量検出装置は、センサの、基板に搭載される側の面と、反対側の面とに、それぞれカバー部材を備えることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明にかかる物理量検出装置は、センサと基板とを、導電性接着剤で固着させるとともに、該導電性接着剤により、シールド部材と電気配線とを電気的に接続させることを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明にかかる物理量検出装置は、錘部は、支持部に対して梁部で懸架され、センサは、梁部の撓みから錘部の変位を検出することを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、本発明にかかる物理量検出装置は、センサは、錘部に設けられた第１の電極と、支持部に設けられた第２の電極との間の電気的容量から、錘部の変位を検出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の物理量検出装置は、所定の電位が印可される電気配線と電気的に接合されるとともに、錘部を少なくとも一方向から覆うシールド部材を有する。これにより、錘部に対する外部からの静電界を効率よく遮断して静電気力の影響による錘部の変位を抑え、正確な物理量を検出することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照しながら本発明の最適な実施の形態における物理量検出装置について詳細に説明する。
【００２２】
＜実施例１＞
図１は、本発明の第１の実施例における物理量検出装置の構造を説明するために模式的に示す断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施例１の物理量検出装置２０は、センサ部１９が基板７上に搭載された構成を備える。センサ部１９は、中央に開口部を有する枠部３と、略立方形の錘部４と薄肉で可撓性の梁部５とを備える。錘部４は一対の梁部５を介して枠部３と接合しており、枠部３の開口部のほぼ中央に懸架されている。
また、本発明の実施例１の物理量検出装置２０では、錘部４の上方と下方に、錘部４と梁部５から離間して、導電性材料を有して構成された上蓋１と下蓋２とをシールド部材として備える。この上蓋１と下蓋２の両端部は枠部３と接合されており、枠部３と上蓋１と下蓋２とで囲まれた空間に気密性を持たせている。さらに、錘部４と梁部５に対向する上蓋１の下面には凹部を設けている。
【００２４】
枠部３、錘部４、梁部５の材料としては、例えば、シリコン単結晶板やガラス板を用いることができる。このような材料を用いると、フォトリソグラフィ技術や異方性ドライエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）等の知られている加工手段により小型の物理量検出装置２０を形成することができる。また、梁部５の部材としてはシリコン単結晶やガラスの他、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の可撓性材料を用いることができる。
上蓋１と下蓋２の材料としてはＡｕ、Ｃｕ等電子部品材料としてよく用いられる金属材料のほか、カーボンや金属粉末を含有する導電性のプラスチック材料等の導電性材料を用いることができる。
【００２５】
図１に示すように、本発明の第１実施例の物理量検出装置２０においては、センサ部１９の下蓋２は、導電性接着剤１０により基板７に固着されている。また、この導電性接着剤１０により、基板７上に設けられた、グランドまたは電源電圧に印加される電源パターン８と下蓋２とが電気的に接続されている。
さらに、本発明の第１実施例の物理量検出装置２０においては、上蓋１が接続ワイヤー６で、前述の基板７上に設けられた電源パターン８と電気的に接続している。
【００２６】
物理量検出装置２０は、上述した構成を備えることにより、加速度を受けた際に、内部に懸架された錘部４が印加された加速度の大きさと方向に応じて変位し、梁部５に撓みを生じることとなる。すでに知られているように、前述の梁部５上に例えばピエゾ抵抗素子を形成して、そのピエゾ抵抗素子を含んだホイートストンブリッジを構成すれば、ブリッジ平衡電圧の変動から物理量検出装置２０に加わった加速度等の物理量を検出することができる。
また、図１に示す梁部５とは別に一対の梁を梁部５に対して垂直方向に設けると、２軸や３軸の物理量検出装置を構成することができる。
【００２７】
また、本発明の第１実施例の物理量検出装置２０においては、前述のように、錘部４を覆う上蓋１と下蓋２とが導電性材料を有して構成され、この上蓋１と下蓋２とが、基板７上に設けられた、グランドまたは電源電圧が加される電源パターン８と電気的に接続されている。このため、上蓋１と下蓋２の電位は電源パターン８と同電位、すなわちグランドまたは電源電圧に保持され、静電気を帯電することがない。
【００２８】
これにより、上蓋１と下蓋２とがシールド部材として錘部４を覆い、錘部４に対する外部からの静電界を効率よく遮断して、静電気力の影響による錘部４の変位を抑える。すなわち、第１実施例の物理量検出装置２０においては、加速度を受けたことによる錘部４の変位を正確に検出することで、物理量の正確な検出が可能となる。
ピエゾ抵抗素子とホイートストンブリッジ検出手段を備える抵抗型加速度センサの構成においても、静電気力の影響による錘部４の変位を抑え、ブリッジ平衡電圧にオフセットを生じることを防ぎ、加速度等の物理量を正確に検出することが可能となる。
【００２９】
図１では、下蓋２が導電性接着剤１０を介して基板７上の電源パターン８と接続され、上蓋１が接続ワイヤー６で電源パターン８と接続される例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、上蓋１、下蓋２が、導電性接着剤、ワイヤー接続のほか、ハンダ等による金属接合手段により、電源パターン８と電気的に接続される構成としても良い。
【００３０】
図１では、上蓋１および下蓋２の両方が、導電性材料を有して構成され、グランドまたは電源電圧が加される電源パターン８と電気的に接続されるシールド部材となる構成とした。しかし、上蓋１または下蓋２のいずれか一方をシールド部材とする構成としてもよい。
上蓋１または下蓋２のいずれか一方をシールド部材とする構成であっても、シールド部材が設けられた方向からの錘部に対する静電界を遮断して、静電気力の影響による錘部の変位を抑え、物理量の検出の精度を向上させることが可能となる。
【００３１】
＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２の物理量検出装置について、図面を用いて説明する。すでに説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その説明は省略する。実施例２の物理量検出装置は、シールド部材の構成が、実施例１の物理量検出装置と異なることを特徴とするものである。図２は、本発明の第２の実施例における物理量検出装置の構造を説明するために模式的に示す断面図である。
【００３２】
図２に示すように、実施例２の物理量検出装置２１は、実施例１の物理量検出装置２０と同様に、センサ部２２が基板７上に搭載された構成を備える。センサ部２２は、中央に開口部を有する枠部３と、略立方形の錘部４と薄肉で可撓性の梁部５とを備える。錘部４は一対の梁部５を介して枠部３と接合しており、枠部３の開口部のほぼ中央に懸架されている。
【００３３】
また、実施例２の物理量測定装置２１では、錘部４の上方と下方に錘部４と梁部５からは離間して、絶縁性材料からなる上蓋２３と下蓋２４とを設けている。この上蓋２３と下蓋２４の錘部４と対向する面には、シールド部材として、金属膜１１を設けている。この上蓋２３の両端部を枠部３上に設けた接続パターン１２に固着して、金属膜１１と接続パターン１２を電気的に接続している。
また、金属膜１１の一部が、枠部３の外側へ露出するように、下蓋２４を枠部３の下部に固着している。これにより、枠部３と上蓋２３と下蓋２４とで囲まれた空間に気密性を持たせている。センサ部２２は、下蓋２４の金属膜１１を形成しない面において基板７と固着している。
【００３４】
また、実施例２の物理量検出装置２１においては、上蓋２３と下蓋２４とは絶縁性材料を用いて形成し、そのうえ金属材料を有する金属膜１１を設ける構成としている。このように構成すると半導体プロセスで多く用いられるガラス基板、シリコン基板等を上蓋２３と下蓋２４の材料として使える利点が得られる。また、上蓋２３と下蓋２４の材料として
はガラス板、シリコン板のほかエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を用いても良い。
【００３５】
金属膜１１の材料としてはＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｎ等の半導体プロセスで用いられる金属材料を用いることができ、蒸着、スパッタリング、鍍金等の知られた成膜手段で形成することができる。また、金属膜１１の材料として、前述の金属材料のほか、エポキシやポリイミドやシリコンなどの樹脂材料に導電性の粒子を分散した導電性接着剤を用いてもよい。導電性接着剤により金属膜１１を形成する際には、印刷、塗布等の知られた成膜手段を用いることができる。
【００３６】
また、図２に示すように、実施例２の物理検出装置２１においては、上蓋２３に設けられた金属膜１１が、接続パターン１２と接続ワイヤー６とを介して、基板７上に設けられた、グランドまたは電源電圧に印加される電源パターン８と電気的に接続している。ここで、接続パターン１２の材料としてはＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｎ等の半導体プロセスで用いられる金属材料を用いることができる。望ましいのはワイヤー接続手段を容易に採用できるＡｕ、Ａｌ等の金属材料である。
さらに、実施例２の物理量検出装置２１においては、下蓋２４に設けられた金属膜１１が、枠部３の外部に露出している部位において、接続ワイヤー６を介して、前述した電源パターン８と電気的に接続している。
【００３７】
物理量検出装置２１は、上述した構成を備えることにより、物理量検出装置２０と同様に、加速度を受けた際に内部に懸架された錘部４が印加された加速度の大きさと方向に応じて変位し、梁部５に撓みを生じることとなる。梁部５上に例えばピエゾ抵抗素子を形成して、そのピエゾ抵抗素子を含んだホイートストンブリッジを構成すれば、ブリッジ平衡電圧の変動から物理量検出装置２１に加わった加速度等の物理量を検出することができる。また、図２に示す梁部５とは別に一対の梁を梁部５に対して垂直方向に設けると、２軸や３軸の物理量検出装置を構成することができる。
【００３８】
本発明の実施例２の物理量検出装置２１においては、上蓋２３と下蓋２４とに設けられた、錘部４を覆う金属膜１１が、グランドまたは電源電圧に印加される電源パターン８と電気的に接続されている。このため、上蓋２３と下蓋２４に設けられた各金属膜１１の電位は電源パターン８と同電位、すなわちグランドまたは電源電圧に保持され、静電気を帯電することがない。
【００３９】
これにより、上蓋２３と下蓋２４に設けられた各金属膜１１がシールド部材として錘部４を覆い、錘部４に対する外部からの静電界を効率よく遮断して、静電気力の影響による錘部４の変位を抑える。すなわち、実施例２の物理量検出装置２１においては、実施例１の物理量検出装置２０と同様に、加速度を受けたことによる錘部４の変位を正確に検出することで、物理量の正確な検出が可能となる。
【００４０】
図３は、上蓋２３と下蓋２４に設けられた金属膜１１の構成例を示す平面図である。図３に示すように金属膜１１は、上蓋２３、下蓋２４の全面を覆う必要はなく開口部を設けたメッシュ状に形成しても本発明の目的は達成できる。
【００４１】
図２では、上蓋２３に設けられた金属膜１１と接続した接続パターン１２が、接続ワイヤー６で電源パターン８と接続され、下蓋２４に設けられた金属膜１１が接続ワイヤー６で電源パターン８と接続される例を示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、上蓋２３と下蓋２４に設けられた金属膜１１が、それぞれ導電性接着剤、ハンダ等による金属接合手段などにより、電源パターン８と電気的に接続される構成としても良い。
【００４２】
図２では、上蓋２３および下蓋２４の両方に、グランドまたは電源電圧が加される電源パターン８と電気的に接続されシールド部材となる金属膜１１を備える構成とした。しかし、上蓋２３または下蓋２４のいずれか一方にシールド部材を備える構成としてもよい。
上蓋２３または下蓋２４のいずれか一方にシールド部材を備える構成であっても、シールド部材が設けられた方向からの錘部に対する静電界を遮断して、静電気力の影響による錘部の変位を抑え、物理量の検出の精度を向上させることが可能となる。
【００４３】
上述した実施例１および実施例２においては、梁部にピエゾ抵抗素子などの検出素子を設け、錘部の変位による梁部の撓みを検出する抵抗型物理量検出装置において、シールド部材を備える本発明の例を示した。しかし、本発明は抵抗型物理量検出装置に限定されるものではなく、錘部に第１の電極を設けるとともに支持部に第２の電極を設け、錘部の変位による第１電極と第２電極の間の電気的容量を検出する容量型物理量検出装置に対しても適用可能である。
【００４４】
容量型物理量検出装置においても、実施例１および実施例２に示すように、錘部を覆い、所定の電圧が印加される電気パターンに接続されたシールド部材を備えることにより、シールド部材が、錘部に対する外部からの静電界を効率よく遮断して、静電気力の影響による錘部の変位を抑える。これにより、加速度を受けたことによる錘部の変位を正確に検出することで、物理量の正確な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１における物理量検出装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２における物理量検出装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２における金属膜の構成例を示す平面図である。
【図４】従来技術の物理量検出装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、２３  上蓋
２、２４  下蓋
３  枠部
４  錘部
５  梁部
６  接続ワイヤー
７  基板
８  電源パターン
１０  導電性接着剤
１１  金属膜
１２  接続パターン
１９、２２  センサ部
２０、２１  物理量検出装置
【図１】
2009068936.tif 000003
【図２】
2009068936.tif 000004
【図３】
2009068936.tif 000005
【図４】
2009068936.tif 000006