加速度センサ
【課題】 信頼性の高い加速度センサを提供する。
【解決手段】
固定部と、前記固定部に対して変位可能な錘部と、第１端が前記固定部に、第２端が前記錘部に接続される梁部と、前記梁部に配置され、前記梁部の撓みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、前記抵抗素子の抵抗値を外部回路に接続するための導体層であって、前記抵抗素子に電気的に接続され、前記錘部の変位によりかかる応力が前記抵抗素子よりも小さい位置に配置された接続部と、前記接続部から延び、前記抵抗素子と異なる厚み位置に広がる面に配置される配線部と、を有する導体層と、を含む加速度センサ。
【解決手段】
固定部と、前記固定部に対して変位可能な錘部と、第１端が前記固定部に、第２端が前記錘部に接続される梁部と、前記梁部に配置され、前記梁部の撓みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、前記抵抗素子の抵抗値を外部回路に接続するための導体層であって、前記抵抗素子に電気的に接続され、前記錘部の変位によりかかる応力が前記抵抗素子よりも小さい位置に配置された接続部と、前記接続部から延び、前記抵抗素子と異なる厚み位置に広がる面に配置される配線部と、を有する導体層と、を含む加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出する加速度センサが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の加速度センサは、重り部と、重り部を支持する梁部と、梁部を支持する固定部と、梁部に設けられたピエゾ抵抗素子と、ピエゾ抵抗素子に接続された金属配線とを有している。梁部上にはピエゾ抵抗素子の一部が露出するように絶縁層が形成されており、金属配線は、この露出部においてピエゾ抵抗素子に直接接続され、かつ、絶縁層上で引き回されている。
【０００３】
ここで、加速度センサに加速度に比例した外力が加えられると、重り部が固定部に対して変位するとともに梁部に撓み変形が生じる。そして、梁部とともに曲げ変形が生じたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより、加速度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６０３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された加速度センサに強い衝撃が加わると、金属配線と抵抗素子とが接続される部位において梁が破断するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の問題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、強い衝撃が印加された場合においても梁が破断することのない、信頼性の高い加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の加速度センサは、固定部と、前記固定部に対して変位可能な錘部と、第１端が前記固定部に、第２端が前記錘部に接続される梁部と、前記梁部に配置され、前記梁部の撓みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、前記抵抗素子を外部回路に接続するための導体層であって、前記抵抗素子に電気的に接続され、前記錘部の変位によりかかる応力が前記抵抗素子よりも小さい位置に配置された接続部と、前記接続部から延び、前記抵抗素子と異なる厚み位置に広がる面に配置される配線部と、を有する導体層と、を含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加速度センサによれば、外部回路に接続するための導体層のうち、抵抗素子に電気的に接続される接続部が、錘部の変位によりかかる応力が抵抗素子よりも小さい位置に配置されていることから、強い衝撃が印加された場合においても梁部の破断を抑制することができる。これにより、信頼性の高い加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ），（ｂ）,（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態を示す模式的な平面図，断面図および要部拡大図である。
【図２】図１に示す加速度センサの変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す模式的な要部拡大平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３実施形態を示す模式的な要部拡大平面図およびその変形例を示す模式的な要部拡大断面図である。
【図５】図１に示す加速度センサの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明に係る加速度センサの好適な実施の形態を詳細に説明する。また、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。また、理解を容易にするために、上面に位置する一部の構成要素の図示を省略する場合がある。また、本発明は以下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、改良等が可能である。なお、本実施形態ではピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサ素子を例に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の一実施形態である加速度センサ１０（以下、単にセンサ１０ということがある）の平面図および図１（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図，図１（ｂ）の破線で囲む領域の拡大図である。
【００１２】
図１に示すようにセンサ１０は、錘部１１と、錘部１１を囲繞する枠状の固定部１３と、一方端（第１端）が固定部１３に連結され、他方端（第２端）が錘部１１に連結される梁部１２と、固定部１３に形成されるパッド電極１４と、梁部１２に形成される抵抗素子１５と、抵抗素子１５を外部回路に接続させる導体層１６と、を有している。
【００１３】
センサ素子１０に加速度が加わると、加速度に応じた力がこの錘部１１に作用し、錘部１１が固定部１３に対して変位することで（動くことで）梁部１２が撓むようになっている。この撓みにより、抵抗素子１５に応力が加わり、応力に応じて変化する抵抗値を、導体層１６，パッド電極１４を介して外部回路に取り出して検出する。
【００１４】
ここで、導体層１６は、抵抗素子１５に電気的に接続される接続部１６ａと、接続部１６ａから延び、抵抗素子１５と異なる厚み位置（図のＺ軸方向）に広がる面（ＸＹ平面）に配置される配線部１６ｂとを含む。配線部１６ｂは、抵抗素子１５のうち接続部１６ａと接続される部位を除いた錘部１１、梁部１２および固定部１３を被覆する絶縁層１７上に配置される。これにより、必要部以外では抵抗素子１５と電気的に絶縁を確保した状態で、自由に配線部１６ｂを引き回すことができる。そして、接続部１６ａは、錘部１１の変位によりかかる応力が抵抗素子１５よりも小さい位置に配置されている。図１に示すセンサ１０では、抵抗素子１５よりも接続部１６ａにかかる応力を小さくするために、抵抗素子１５を梁部１２から錘部１１または固定部１３まで延ばした箇所において、接続部１６ａと接触させることで、電気的に接続している。
【００１５】
このような構成にすることにより、従来の加速度センサに比べ、梁部１２の破断（破損）を抑制した、信頼性の高いセンサ１０を提供することができる。これは、以下のメカニズムによるものと推察される。すなわち、通常、検出感度を高めるために抵抗素子は梁部のうち応力が集中する位置に配置されるため、導体層１６と抵抗素子１５とが接続される部位も応力が集中することとなる。従来の加速度センサは、この応力が集中する部位に、絶縁層と導体層とにより段差が形成されるため、この段差によりさらに応力が集中し、梁部が破損する恐れがある。
【００１６】
これに対して、センサ１０は、抵抗素子１５よりも接続部１６ａにかかる応力を小さくするように、接続部１６ａを錘部１１または固定部１３に配置することで、錘部１１の変位による応力集中箇所と、段差形状による応力集中箇所とをずらすことができる。これにより、接続部１６ａは、錘部１１が変位した場合であっても応力分布が周辺と変わらない位置に配置されることとなり、梁部１２の破損を抑制することができる。ここで、抵抗素子１５にかかる応力とは、抵抗素子１５が配置された領域内の最大値とする。
【００１７】
なお、梁部１２における応力集中箇所は、固定部１３，錘部１１に接続される第１端，第２端付近である。このことから、梁部１２の中央付近において抵抗素子１５と導電層１６とを接続させる部位については、接続部１６ａを固定部１３，錘部１１に配置しなくてもよい。
【００１８】
次に、上記のようなセンサ１０の構成について詳述する。
【００１９】
錘部１１，固定部１３，梁部１２は、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて、これを加工することにより一体的に形成することができる。このようなＳＯＩ基板は、ＳｉＯ２からなる絶縁層の一主面側に、ｎ型またはｐ型のＳｉからなる半導体層が形成されており、他主面側にＳｉからなる支持層が形成されたものを用いればよい。そして錘部１１及び固定部１３はこの半導体層，絶縁層，支持層から構成され、梁部は半導体層から構成されるように加工すればよい。
【００２０】
錘部１１は、加速度に対する感度をあげるために、可能な限り大きくすることが好ましいが、その形状及び大きさは適宜に設定されてよい。この例では平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定される。また錘部１１の厚みは例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。特に限定はないが、後述する固定部１３の厚みと同程度とすることが好ましい。
【００２１】
このような錘部１１を囲繞するようにして枠状の固定部１３が形成されている。固定部１３は、平面形状が略正方形をなし、中央部に錘部１１より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部１３は、その一辺が例えば０．８ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、アーム（辺）の幅（アームの長手方向と直交する方向の幅。図１のｗ）は例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍに設定される。また固定部１３の厚み（図１のｔ）は、例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。
【００２２】
このような固定部１３と錘部１１との間には図１に示すように梁部１２が設けられている。梁部１２は、一方端が錘部１１の各辺の上面側中央部に連結され、他方端が固定部１３の内周における各辺の上面側（一主面１３ａ側）中央部に連結されており、本実施形態におけるセンサ素子１０では、４本の梁部１２が設けられている。
【００２３】
梁部１２は可撓性を有し、センサ１０に加速度が加わると錘部１１が動き、錘部１１の動きに伴って梁部１２が撓むようになっている。梁部１２は、例えば長手方向の長さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、厚みが５μｍ〜２０μｍに設定されている。このように梁部１２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。
【００２４】
このような梁部１２の上面には複数の抵抗素子１５が形成されている。抵抗素子１５は、より具体的には、梁部１２がｎ型のＳｉからなる場合には、ボロンを打ち込んだり拡散させたりすることにより形成されたピエゾ抵抗素子で構成させることができる。本実施形態では、３軸方向（図１に示した３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度を検出できるように梁部１２の所定の位置にこれらの抵抗素子１５が形成されている。
【００２５】
例えば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１２には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が設けられており、それぞれの梁部１２に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子１５のうち、固定部１３側に配された抵抗素子同士を導体層１６やパッド電極１４に接続される不図示のボンディングワイヤ等により直列に接続し、固定部１１側に配された抵抗素子１５同士を直列に接続し、これらを並列に接続することでブリッジ回路を構成している。またＹ軸方向に伸びる２つの梁部１２には、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が設けられており、これらの抵抗素子１５を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を導体層１６により行うことによってブリッジ回路を構成している。
【００２６】
また、Ｚ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１２に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５それぞれと並ぶようにして形成されている。このＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸びる２本の梁部１２のうち一方の梁部１２に設けられた固定部１３側の抵抗素子１５と、他方の梁部１２に設けられた錘部１１側の抵抗素子１５とを配線層１６により直列接続してブリッジ回路を構成している。
【００２７】
このようなブリッジ回路が組まれたセンサ１０に加速度が加わると、上述したように梁部１２が撓み、この撓みに応じて抵抗素子１５が変形するため、導体層１６により形成されたブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。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を検知することができる。
【００２８】
また、ＩＣは、センサ１０に設けてもよい。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５は、Ｘ軸方向に伸びる梁部１２に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部１２に設けるようにしてもよい。
【００２９】
固定部１３の上面には、抵抗素子１５と電気的に接続されるパッド電極１４が設けられており、このパッド電極１４と配線層１６を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子１５からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
【００３０】
（加速度センサの製造方法）
次に本発明のセンサ１０の製造方法について説明する。具体的には、以下のとおりである。
【００３１】
基板としてＳＯＩ基板を用いた例を用いて説明する。ＳＯＩ基板は、絶縁層と、絶縁層の一方側に積層された半導体層と、絶縁層の他方側に積層された支持層とを有するものである。絶縁層は、例えばＳｉＯ２により形成されている。半導体層は、シリコンにより形成されている。支持層は、例えば、シリコン等の半導体により形成されている。
【００３２】
まず、ＳＯＩ基板を酸素雰囲気中において１１００℃で所望する厚みの熱酸化膜が形成されるまで熱酸化処理を行なう。これにより、ＳＯＩ基板の外周全面に熱酸化膜が形成される。
【００３３】
次に熱酸化膜を介して半導体層にイオン注入法などにより不純物を注入し、７００℃程度でアニールすることでピエゾ抵抗からなる抵抗素子１５を形成する。不純物としては、半導体層がｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、半導体層がｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン），Ａｓ（ヒ素），Ｐｈ（ホスヒン）などが例示できる。抵抗素子１５を形成した後、熱酸化膜を、抵抗素子１５の一部を露出させるようにパターニングすることで、絶縁層１７に形成する。次に、この絶縁層１７から露出するピエゾ抵抗素子１５に連結するとともに、絶縁層１７上に引き回される配線層１６を形成する。配線層１６は、スパッター、ＣＶＤ、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。その後、４００℃程度でシンタリング処理を行うことで、配線層１６の接続部１６ａと抵抗素子１５との接合をオーミックとすることができる。
【００３４】
次に、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反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）などによりＳＯＩ基板の半導体層側と支持層側から加工を施すことにより、固定部１３，錘部１１，梁部１２を形成する。厚み方向（Ｚ軸方向）において固定部１３，錘部１１等を一主面に対して垂直に加工するためには、誘導結合型プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）ＲＩＥにより加工することが好ましい。
【００３５】
具体的には、まず、錘部１１と固定部１３とを区切る溝部に対応する領域において半導体層を除去する。次に、上記の溝部，梁部１２に対応する領域において支持層を除去する。
【００３６】
さらに、上記の溝部に対応する領域において絶縁層を除去する。以上のようにして、半導体層、絶縁層及び支持層を貫通する溝部が形成され、当該溝部によりＳＯＩ基板が内周側と外周側とに区切られ、錘部１１と固定部１３とが形成される。また、溝部の間欠部分（溝部が途切れる部分）における半導体層により梁部１２が形成される。
【００３７】
なお、ＳＯＩ基板は、複数のセンサ１０よりも広い面積を有しており、上述の各工程においては、１枚のＳＯＩ基板から複数のセンサ１０が形成される。各工程は、基本的には１枚のＳＯＩ基板の複数のセンサ１０に対して並行的に行われる。そして、ＳＯＩ基板は、例えばダイシングなどにより複数のセンサ１０に分割される。
【００３８】
以上のとおり、各工程により、センサ１０は形成される。
【００３９】
（第１実施形態の変形例）
次にセンサ１０の変形例について図２を参照しつつ説明する。なお、以下も同様であるが、図１と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。
【００４０】
図２に示すセンサ１０’は、図１に示すセンサ１０とは、配線層１６と抵抗素子１５とを電気的に接続する構成が異なる。以下、相違点のみ説明する。
【００４１】
図１に示すセンサ１０は、抵抗素子１５と配線層１６の接続部１６ａとが直接接続されている。これに対し、センサ１０’は、抵抗素子１５と同じ厚み位置(Ｚ軸位置)に抵抗素子１５から延びる延在部１８を設け、この延在部１８に導電層１６の接続部１６ａが接続されている。そして、抵抗素子１５を、梁部１２の錘部１１の変位による応力が集中する部位のみに配置させ、そこから梁部１２の第１または第２端を跨ぐように延在部１８を錘部１１または固定部１３まで延ばすように配置している。これにより、加速度に対する感度を高めることができる。また、延在部１８の導電性を抵抗素子１５に比べ高くすることで、抵抗素子１５と接続部１６ａとのＸＹ平面上における配置位置が離間していても電気的な損失を低減させた状態で、両者を電気的に接続することができる。
【００４２】
このような延在部１８は、例えば、抵抗素子１５に比べてドープする不純物量を多くすることで形成できる。なお、この場合には、絶縁層１７’は延在部１８を露出するように熱酸化膜をパターニングして形成すればよい。
【００４３】
また、延在部１８の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置は、少なくとも一部が抵抗素子１５の配置された厚み位置と重複していればよく、両者の厚みを一致させる必要はない。例えば、延在部１８の厚みを抵抗素子１５の厚みに対して大きくし、両者の上面を揃えるように配置させてもよい。
【００４４】
このように、抵抗素子１５と導体層１６とを直接接続せずに延在部１８を介して接続することにより、段差が生じる導体層１６との接続位置（接続部１６ａの位置）を自由に調節することができる。これにより、接続部１６ａを錘部１１の変位による応力が少ない領域に配置することができ、梁部１２の破損を抑制することができる。さらに、抵抗素子１５を応力が集中する位置のみに配置し加速度の検出感度を高めることもできる。
【００４５】
以上より、図２に示すセンサ１０’によれば、信頼性が高く、かつ、加速度の検出感度の高い加速度センサを提供することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図３を用いて、本発明の他の実施形態であるセンサ２０について説明する。図３は、センサ２０の１つの梁部１２付近の要部拡大平面図である。なお、理解を容易にするために抵抗素子１５と延在部１８とに斜線を付している。
【００４７】
図３のセンサ２０と図２に示すセンサ１０’とでは、錘部１１の変位による応力を抵抗素子１５に比べて接続部１６ａで小さくする手段が異なる。
【００４８】
錘部１１が変位すると、梁部１２の形状にも依存するが、一般的には梁部１２の第１端１２ａと第２端１２ｂとに応力が集中する。そして、梁部１２をＸＹ平面でみたとき、第１端１２ａと第２端１２ｂと結ぶ方向においてその中間１２ｃに向けて、応力が小さくなるような応力分布が生じる。そこで、図３に示すセンサ２０では、抵抗素子１５をコの字状（Ｃの字状）に折り返した形状とし、第１端１２ａの近くに配置される抵抗素子１５は折り曲げた側が第１端１２ａに位置するように、第２端１２ｂの近くに配置される抵抗素子１５は折り曲げた側が第２端１２ｂに位置するように、それぞれ配置している。そして、抵抗素子１５から延在する延在部１８を、梁部１２の第１端１２ａと第２端１２ｂとの中間側１２ｃに設け、この延在部１８上に接続部１６ａを配置することで、錘部１１の変位による応力を抵抗素子１５に比べて接続部１６ａで小さくしている。
【００４９】
このような構成とすることで、梁部１２の破損を抑制し、信頼性の高いセンサ２０を提供するとともに、例えば、固定部１３に接続部１６ａを設ける必要がないので、固定部１３の幅を小さくすることができ、小型なセンサ２０を提供することができる。
【００５０】
なお、図３においては、延在部１８を介して抵抗素子１５と導体層１６とを接続したが、延在部１８を設けなくてもよい。その場合には、抵抗素子１５のうち、中間１２ｃ側の部分に接続部１６ａを接続させればよい。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、図４を用いて、本発明の他の実施形態であるセンサ３０について説明する。図４（ａ）は、センサ３０の１つの梁部付近を示す拡大平面図である。図中において、理解を容易にするために、抵抗素子１５と延在部１６とに斜線を付している。
【００５２】
図４（ａ）のセンサ３０と図２に示すセンサ１０’とでは、錘部１１の変位による応力を抵抗素子１５に比べて接続部１６ａで小さくする手段が異なる。
【００５３】
具体的には、梁部１２に、第１端１２ａ，第２端１２ｂに向けて断面積を大きくなる断面積変化部１２ｄを形成する。このような断面積変化部１２ｄにより、梁部１２と固定部１３との接続部分および梁部と錘部１１との接続部分への応力集中を抑制し、梁部１２の接続部分における破損を抑制することができる。
【００５４】
そして、梁部１２のうち最も応力が加わる位置（応力集中部）は、この断面積変化部１２ｄから中央１２ｃ側に続く部位であることから、抵抗素子１５はこの応力集中部に配置し、抵抗素子１５から断面積変化部１２ｄまで延びる延在部１８を設け、この断面積変化部１２ｄにおいて延在部１８と導体層１６の接続部１６ａとを接続させる。これにより、錘部１１の変位による応力を、接続部１６ａで抵抗素子１５に比べて小さくすることができるので、梁部１２の破損を防ぎ、信頼性の高いセンサ３０を提供することができる。
【００５５】
このような断面積変化部１２ｄは、例えば、ＸＹ平面視で、断面積変化部１２ｄの幅が徐々に広がり、その外形が形成する曲線の接線と固定部１３の梁部１２が接続される部分が形成する辺とで成す角度が、第１端１２ａに近付くに連れ徐々に小さくなり、一致するようにすることが好ましい。具体的には、断面積変化部１２ｄの外形が形成する曲線の曲率半径は、梁部１２の幅ｗ’の１／４以上とすることが好ましい。第２端１２ｂと錘部１１との接続部においても同様である。
【００５６】
このように、梁部１２の断面積変化部１２ｄに接続部１６ａを配置することにより、梁部１２の破損を抑制することができる。また、固定部１３に接続部１２ａを配置する領域が不要となるので、小型なセンサを提供することができる。
【００５７】
なお、図４（ａ）によれば、断面積変化部１２ｄを、ＸＹ平面において梁部１２の幅を広くすることで実現したが、図４（ｂ）に示すように厚み方向（Ｚ軸）において断面積を変化させてもよいし、図４（ａ）,（ｂ）を組み合わせたものとしてもよい。ここで厚み方向で断面積変化部１２ｄを設ける場合には、断面視においてその外形が形成する曲線の曲率半径を、梁部１２の厚みｔ’の１／２以上とすることが好ましい。
【００５８】
また、図４においては、延在部１８を介して抵抗素子１５と導体層１６とを接続したが、延在部１８を設けなくてもよい。その場合には、抵抗素子１５を断面積変化部１２ｄまで延在させて、接続部１６ａを接続させればよい。
【００５９】
（錘部の変形例）
図１〜図４においては、錘部１１の平面形状が略正方形のものを示したが、図５に示すセンサ１０’’のように、錘部１１の四隅に連結された４個の付属錘部２１が設けられた構成としてもよい。なお、図中において導体層１６およびｚ軸の加速度を検出するための抵抗素子１５の図示を省略している。付属錘部２１は、錘部１１と一体形成されるものであり、付属錘部２１を設けることによって加速度に対する梁部１２の撓みが大きくなり、加速度の検出感度を向上させることができる。
【００６０】
付属錘部２１の平面視における一辺の長さは例えば、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍである。付属錘部２１の厚みは例えば錘部１１の厚みと同じである。このような付属錘部２１は、ＳＯＩ基板を加工して錘部１１を形成するときに同時に形成するようにパターニングを工夫すればよい。
【００６１】
なお、図１〜図４に示すセンサ１０,１０’,２０，３０は、錘部１１が単一材料からなる場合を例に説明したが、錘部１１を構成する材料に比べ比重の大きい材料からなる別体の錘部材を貼りあわせてもよい。この場合には、同じ加速度が加わった場合に梁部１２が撓む量が増え、より感度の高いセンサ素子を提供することができる。
【００６２】
このような錘部材としては、錘部１１がシリコンであればイリジウム、オスミウム、白金、レニウム、金、タングステン、ウラン、タンタル、パラジウム、ルテニウム、タリウム、鉛、銀、モリブデン、ルテチウム、ビスマスにより形成し、例えば、ポリイミド、エポキシ、シリコーン等の接着部材を介して錘部１１に接続すればよい。
【００６３】
本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００６４】
加速度センサは、３軸の加速度を計測するものに限定されない。また、重り部の形状や梁部の数等の具体的な構成は、適宜に設定されてよい。例えば、加速度センサ素子は、梁部を１本のみ又は２本のみ有し、片持ち梁状にするなどして、１軸の加速度を計測するものであってもよい。また、ＳＯＩ基板ではなくＳｉ基板を用いてもよい。また、梁部の形状をダイヤフラム形状としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０・・・センサ
１１・・・錘部
１２・・・梁部
１３・・・固定部
１３ａ・・一主面
１４・・・パッド電極
１５・・・抵抗素子
１６・・・導体層
１６ａ・・接続部
１６ｂ・・配線部
１７・・・絶縁層
１８・・・延在部
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出する加速度センサが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の加速度センサは、重り部と、重り部を支持する梁部と、梁部を支持する固定部と、梁部に設けられたピエゾ抵抗素子と、ピエゾ抵抗素子に接続された金属配線とを有している。梁部上にはピエゾ抵抗素子の一部が露出するように絶縁層が形成されており、金属配線は、この露出部においてピエゾ抵抗素子に直接接続され、かつ、絶縁層上で引き回されている。
【０００３】
ここで、加速度センサに加速度に比例した外力が加えられると、重り部が固定部に対して変位するとともに梁部に撓み変形が生じる。そして、梁部とともに曲げ変形が生じたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより、加速度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６０３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された加速度センサに強い衝撃が加わると、金属配線と抵抗素子とが接続される部位において梁が破断するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の問題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、強い衝撃が印加された場合においても梁が破断することのない、信頼性の高い加速度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の加速度センサは、固定部と、前記固定部に対して変位可能な錘部と、第１端が前記固定部に、第２端が前記錘部に接続される梁部と、前記梁部に配置され、前記梁部の撓みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、前記抵抗素子を外部回路に接続するための導体層であって、前記抵抗素子に電気的に接続され、前記錘部の変位によりかかる応力が前記抵抗素子よりも小さい位置に配置された接続部と、前記接続部から延び、前記抵抗素子と異なる厚み位置に広がる面に配置される配線部と、を有する導体層と、を含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加速度センサによれば、外部回路に接続するための導体層のうち、抵抗素子に電気的に接続される接続部が、錘部の変位によりかかる応力が抵抗素子よりも小さい位置に配置されていることから、強い衝撃が印加された場合においても梁部の破断を抑制することができる。これにより、信頼性の高い加速度センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ），（ｂ）,（ｃ）はそれぞれ、本発明の第１実施形態を示す模式的な平面図，断面図および要部拡大図である。
【図２】図１に示す加速度センサの変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す模式的な要部拡大平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３実施形態を示す模式的な要部拡大平面図およびその変形例を示す模式的な要部拡大断面図である。
【図５】図１に示す加速度センサの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に図面を参照して、本発明に係る加速度センサの好適な実施の形態を詳細に説明する。また、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。また、理解を容易にするために、上面に位置する一部の構成要素の図示を省略する場合がある。また、本発明は以下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、改良等が可能である。なお、本実施形態ではピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサ素子を例に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の一実施形態である加速度センサ１０（以下、単にセンサ１０ということがある）の平面図および図１（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図，図１（ｂ）の破線で囲む領域の拡大図である。
【００１２】
図１に示すようにセンサ１０は、錘部１１と、錘部１１を囲繞する枠状の固定部１３と、一方端（第１端）が固定部１３に連結され、他方端（第２端）が錘部１１に連結される梁部１２と、固定部１３に形成されるパッド電極１４と、梁部１２に形成される抵抗素子１５と、抵抗素子１５を外部回路に接続させる導体層１６と、を有している。
【００１３】
センサ素子１０に加速度が加わると、加速度に応じた力がこの錘部１１に作用し、錘部１１が固定部１３に対して変位することで（動くことで）梁部１２が撓むようになっている。この撓みにより、抵抗素子１５に応力が加わり、応力に応じて変化する抵抗値を、導体層１６，パッド電極１４を介して外部回路に取り出して検出する。
【００１４】
ここで、導体層１６は、抵抗素子１５に電気的に接続される接続部１６ａと、接続部１６ａから延び、抵抗素子１５と異なる厚み位置（図のＺ軸方向）に広がる面（ＸＹ平面）に配置される配線部１６ｂとを含む。配線部１６ｂは、抵抗素子１５のうち接続部１６ａと接続される部位を除いた錘部１１、梁部１２および固定部１３を被覆する絶縁層１７上に配置される。これにより、必要部以外では抵抗素子１５と電気的に絶縁を確保した状態で、自由に配線部１６ｂを引き回すことができる。そして、接続部１６ａは、錘部１１の変位によりかかる応力が抵抗素子１５よりも小さい位置に配置されている。図１に示すセンサ１０では、抵抗素子１５よりも接続部１６ａにかかる応力を小さくするために、抵抗素子１５を梁部１２から錘部１１または固定部１３まで延ばした箇所において、接続部１６ａと接触させることで、電気的に接続している。
【００１５】
このような構成にすることにより、従来の加速度センサに比べ、梁部１２の破断（破損）を抑制した、信頼性の高いセンサ１０を提供することができる。これは、以下のメカニズムによるものと推察される。すなわち、通常、検出感度を高めるために抵抗素子は梁部のうち応力が集中する位置に配置されるため、導体層１６と抵抗素子１５とが接続される部位も応力が集中することとなる。従来の加速度センサは、この応力が集中する部位に、絶縁層と導体層とにより段差が形成されるため、この段差によりさらに応力が集中し、梁部が破損する恐れがある。
【００１６】
これに対して、センサ１０は、抵抗素子１５よりも接続部１６ａにかかる応力を小さくするように、接続部１６ａを錘部１１または固定部１３に配置することで、錘部１１の変位による応力集中箇所と、段差形状による応力集中箇所とをずらすことができる。これにより、接続部１６ａは、錘部１１が変位した場合であっても応力分布が周辺と変わらない位置に配置されることとなり、梁部１２の破損を抑制することができる。ここで、抵抗素子１５にかかる応力とは、抵抗素子１５が配置された領域内の最大値とする。
【００１７】
なお、梁部１２における応力集中箇所は、固定部１３，錘部１１に接続される第１端，第２端付近である。このことから、梁部１２の中央付近において抵抗素子１５と導電層１６とを接続させる部位については、接続部１６ａを固定部１３，錘部１１に配置しなくてもよい。
【００１８】
次に、上記のようなセンサ１０の構成について詳述する。
【００１９】
錘部１１，固定部１３，梁部１２は、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて、これを加工することにより一体的に形成することができる。このようなＳＯＩ基板は、ＳｉＯ２からなる絶縁層の一主面側に、ｎ型またはｐ型のＳｉからなる半導体層が形成されており、他主面側にＳｉからなる支持層が形成されたものを用いればよい。そして錘部１１及び固定部１３はこの半導体層，絶縁層，支持層から構成され、梁部は半導体層から構成されるように加工すればよい。
【００２０】
錘部１１は、加速度に対する感度をあげるために、可能な限り大きくすることが好ましいが、その形状及び大きさは適宜に設定されてよい。この例では平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定される。また錘部１１の厚みは例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。特に限定はないが、後述する固定部１３の厚みと同程度とすることが好ましい。
【００２１】
このような錘部１１を囲繞するようにして枠状の固定部１３が形成されている。固定部１３は、平面形状が略正方形をなし、中央部に錘部１１より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部１３は、その一辺が例えば０．８ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、アーム（辺）の幅（アームの長手方向と直交する方向の幅。図１のｗ）は例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍに設定される。また固定部１３の厚み（図１のｔ）は、例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。
【００２２】
このような固定部１３と錘部１１との間には図１に示すように梁部１２が設けられている。梁部１２は、一方端が錘部１１の各辺の上面側中央部に連結され、他方端が固定部１３の内周における各辺の上面側（一主面１３ａ側）中央部に連結されており、本実施形態におけるセンサ素子１０では、４本の梁部１２が設けられている。
【００２３】
梁部１２は可撓性を有し、センサ１０に加速度が加わると錘部１１が動き、錘部１１の動きに伴って梁部１２が撓むようになっている。梁部１２は、例えば長手方向の長さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、厚みが５μｍ〜２０μｍに設定されている。このように梁部１２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。
【００２４】
このような梁部１２の上面には複数の抵抗素子１５が形成されている。抵抗素子１５は、より具体的には、梁部１２がｎ型のＳｉからなる場合には、ボロンを打ち込んだり拡散させたりすることにより形成されたピエゾ抵抗素子で構成させることができる。本実施形態では、３軸方向（図１に示した３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度を検出できるように梁部１２の所定の位置にこれらの抵抗素子１５が形成されている。
【００２５】
例えば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１２には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が設けられており、それぞれの梁部１２に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子１５のうち、固定部１３側に配された抵抗素子同士を導体層１６やパッド電極１４に接続される不図示のボンディングワイヤ等により直列に接続し、固定部１１側に配された抵抗素子１５同士を直列に接続し、これらを並列に接続することでブリッジ回路を構成している。またＹ軸方向に伸びる２つの梁部１２には、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が設けられており、これらの抵抗素子１５を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を導体層１６により行うことによってブリッジ回路を構成している。
【００２６】
また、Ｚ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１２に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５それぞれと並ぶようにして形成されている。このＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸びる２本の梁部１２のうち一方の梁部１２に設けられた固定部１３側の抵抗素子１５と、他方の梁部１２に設けられた錘部１１側の抵抗素子１５とを配線層１６により直列接続してブリッジ回路を構成している。
【００２７】
このようなブリッジ回路が組まれたセンサ１０に加速度が加わると、上述したように梁部１２が撓み、この撓みに応じて抵抗素子１５が変形するため、導体層１６により形成されたブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。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を検知することができる。
【００２８】
また、ＩＣは、センサ１０に設けてもよい。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５は、Ｘ軸方向に伸びる梁部１２に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部１２に設けるようにしてもよい。
【００２９】
固定部１３の上面には、抵抗素子１５と電気的に接続されるパッド電極１４が設けられており、このパッド電極１４と配線層１６を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子１５からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
【００３０】
（加速度センサの製造方法）
次に本発明のセンサ１０の製造方法について説明する。具体的には、以下のとおりである。
【００３１】
基板としてＳＯＩ基板を用いた例を用いて説明する。ＳＯＩ基板は、絶縁層と、絶縁層の一方側に積層された半導体層と、絶縁層の他方側に積層された支持層とを有するものである。絶縁層は、例えばＳｉＯ２により形成されている。半導体層は、シリコンにより形成されている。支持層は、例えば、シリコン等の半導体により形成されている。
【００３２】
まず、ＳＯＩ基板を酸素雰囲気中において１１００℃で所望する厚みの熱酸化膜が形成されるまで熱酸化処理を行なう。これにより、ＳＯＩ基板の外周全面に熱酸化膜が形成される。
【００３３】
次に熱酸化膜を介して半導体層にイオン注入法などにより不純物を注入し、７００℃程度でアニールすることでピエゾ抵抗からなる抵抗素子１５を形成する。不純物としては、半導体層がｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、半導体層がｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン），Ａｓ（ヒ素），Ｐｈ（ホスヒン）などが例示できる。抵抗素子１５を形成した後、熱酸化膜を、抵抗素子１５の一部を露出させるようにパターニングすることで、絶縁層１７に形成する。次に、この絶縁層１７から露出するピエゾ抵抗素子１５に連結するとともに、絶縁層１７上に引き回される配線層１６を形成する。配線層１６は、スパッター、ＣＶＤ、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。その後、４００℃程度でシンタリング処理を行うことで、配線層１６の接続部１６ａと抵抗素子１５との接合をオーミックとすることができる。
【００３４】
次に、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反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）などによりＳＯＩ基板の半導体層側と支持層側から加工を施すことにより、固定部１３，錘部１１，梁部１２を形成する。厚み方向（Ｚ軸方向）において固定部１３，錘部１１等を一主面に対して垂直に加工するためには、誘導結合型プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：ＩＣＰ）ＲＩＥにより加工することが好ましい。
【００３５】
具体的には、まず、錘部１１と固定部１３とを区切る溝部に対応する領域において半導体層を除去する。次に、上記の溝部，梁部１２に対応する領域において支持層を除去する。
【００３６】
さらに、上記の溝部に対応する領域において絶縁層を除去する。以上のようにして、半導体層、絶縁層及び支持層を貫通する溝部が形成され、当該溝部によりＳＯＩ基板が内周側と外周側とに区切られ、錘部１１と固定部１３とが形成される。また、溝部の間欠部分（溝部が途切れる部分）における半導体層により梁部１２が形成される。
【００３７】
なお、ＳＯＩ基板は、複数のセンサ１０よりも広い面積を有しており、上述の各工程においては、１枚のＳＯＩ基板から複数のセンサ１０が形成される。各工程は、基本的には１枚のＳＯＩ基板の複数のセンサ１０に対して並行的に行われる。そして、ＳＯＩ基板は、例えばダイシングなどにより複数のセンサ１０に分割される。
【００３８】
以上のとおり、各工程により、センサ１０は形成される。
【００３９】
（第１実施形態の変形例）
次にセンサ１０の変形例について図２を参照しつつ説明する。なお、以下も同様であるが、図１と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。
【００４０】
図２に示すセンサ１０’は、図１に示すセンサ１０とは、配線層１６と抵抗素子１５とを電気的に接続する構成が異なる。以下、相違点のみ説明する。
【００４１】
図１に示すセンサ１０は、抵抗素子１５と配線層１６の接続部１６ａとが直接接続されている。これに対し、センサ１０’は、抵抗素子１５と同じ厚み位置(Ｚ軸位置)に抵抗素子１５から延びる延在部１８を設け、この延在部１８に導電層１６の接続部１６ａが接続されている。そして、抵抗素子１５を、梁部１２の錘部１１の変位による応力が集中する部位のみに配置させ、そこから梁部１２の第１または第２端を跨ぐように延在部１８を錘部１１または固定部１３まで延ばすように配置している。これにより、加速度に対する感度を高めることができる。また、延在部１８の導電性を抵抗素子１５に比べ高くすることで、抵抗素子１５と接続部１６ａとのＸＹ平面上における配置位置が離間していても電気的な損失を低減させた状態で、両者を電気的に接続することができる。
【００４２】
このような延在部１８は、例えば、抵抗素子１５に比べてドープする不純物量を多くすることで形成できる。なお、この場合には、絶縁層１７’は延在部１８を露出するように熱酸化膜をパターニングして形成すればよい。
【００４３】
また、延在部１８の厚み方向（Ｚ軸方向）の位置は、少なくとも一部が抵抗素子１５の配置された厚み位置と重複していればよく、両者の厚みを一致させる必要はない。例えば、延在部１８の厚みを抵抗素子１５の厚みに対して大きくし、両者の上面を揃えるように配置させてもよい。
【００４４】
このように、抵抗素子１５と導体層１６とを直接接続せずに延在部１８を介して接続することにより、段差が生じる導体層１６との接続位置（接続部１６ａの位置）を自由に調節することができる。これにより、接続部１６ａを錘部１１の変位による応力が少ない領域に配置することができ、梁部１２の破損を抑制することができる。さらに、抵抗素子１５を応力が集中する位置のみに配置し加速度の検出感度を高めることもできる。
【００４５】
以上より、図２に示すセンサ１０’によれば、信頼性が高く、かつ、加速度の検出感度の高い加速度センサを提供することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、図３を用いて、本発明の他の実施形態であるセンサ２０について説明する。図３は、センサ２０の１つの梁部１２付近の要部拡大平面図である。なお、理解を容易にするために抵抗素子１５と延在部１８とに斜線を付している。
【００４７】
図３のセンサ２０と図２に示すセンサ１０’とでは、錘部１１の変位による応力を抵抗素子１５に比べて接続部１６ａで小さくする手段が異なる。
【００４８】
錘部１１が変位すると、梁部１２の形状にも依存するが、一般的には梁部１２の第１端１２ａと第２端１２ｂとに応力が集中する。そして、梁部１２をＸＹ平面でみたとき、第１端１２ａと第２端１２ｂと結ぶ方向においてその中間１２ｃに向けて、応力が小さくなるような応力分布が生じる。そこで、図３に示すセンサ２０では、抵抗素子１５をコの字状（Ｃの字状）に折り返した形状とし、第１端１２ａの近くに配置される抵抗素子１５は折り曲げた側が第１端１２ａに位置するように、第２端１２ｂの近くに配置される抵抗素子１５は折り曲げた側が第２端１２ｂに位置するように、それぞれ配置している。そして、抵抗素子１５から延在する延在部１８を、梁部１２の第１端１２ａと第２端１２ｂとの中間側１２ｃに設け、この延在部１８上に接続部１６ａを配置することで、錘部１１の変位による応力を抵抗素子１５に比べて接続部１６ａで小さくしている。
【００４９】
このような構成とすることで、梁部１２の破損を抑制し、信頼性の高いセンサ２０を提供するとともに、例えば、固定部１３に接続部１６ａを設ける必要がないので、固定部１３の幅を小さくすることができ、小型なセンサ２０を提供することができる。
【００５０】
なお、図３においては、延在部１８を介して抵抗素子１５と導体層１６とを接続したが、延在部１８を設けなくてもよい。その場合には、抵抗素子１５のうち、中間１２ｃ側の部分に接続部１６ａを接続させればよい。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、図４を用いて、本発明の他の実施形態であるセンサ３０について説明する。図４（ａ）は、センサ３０の１つの梁部付近を示す拡大平面図である。図中において、理解を容易にするために、抵抗素子１５と延在部１６とに斜線を付している。
【００５２】
図４（ａ）のセンサ３０と図２に示すセンサ１０’とでは、錘部１１の変位による応力を抵抗素子１５に比べて接続部１６ａで小さくする手段が異なる。
【００５３】
具体的には、梁部１２に、第１端１２ａ，第２端１２ｂに向けて断面積を大きくなる断面積変化部１２ｄを形成する。このような断面積変化部１２ｄにより、梁部１２と固定部１３との接続部分および梁部と錘部１１との接続部分への応力集中を抑制し、梁部１２の接続部分における破損を抑制することができる。
【００５４】
そして、梁部１２のうち最も応力が加わる位置（応力集中部）は、この断面積変化部１２ｄから中央１２ｃ側に続く部位であることから、抵抗素子１５はこの応力集中部に配置し、抵抗素子１５から断面積変化部１２ｄまで延びる延在部１８を設け、この断面積変化部１２ｄにおいて延在部１８と導体層１６の接続部１６ａとを接続させる。これにより、錘部１１の変位による応力を、接続部１６ａで抵抗素子１５に比べて小さくすることができるので、梁部１２の破損を防ぎ、信頼性の高いセンサ３０を提供することができる。
【００５５】
このような断面積変化部１２ｄは、例えば、ＸＹ平面視で、断面積変化部１２ｄの幅が徐々に広がり、その外形が形成する曲線の接線と固定部１３の梁部１２が接続される部分が形成する辺とで成す角度が、第１端１２ａに近付くに連れ徐々に小さくなり、一致するようにすることが好ましい。具体的には、断面積変化部１２ｄの外形が形成する曲線の曲率半径は、梁部１２の幅ｗ’の１／４以上とすることが好ましい。第２端１２ｂと錘部１１との接続部においても同様である。
【００５６】
このように、梁部１２の断面積変化部１２ｄに接続部１６ａを配置することにより、梁部１２の破損を抑制することができる。また、固定部１３に接続部１２ａを配置する領域が不要となるので、小型なセンサを提供することができる。
【００５７】
なお、図４（ａ）によれば、断面積変化部１２ｄを、ＸＹ平面において梁部１２の幅を広くすることで実現したが、図４（ｂ）に示すように厚み方向（Ｚ軸）において断面積を変化させてもよいし、図４（ａ）,（ｂ）を組み合わせたものとしてもよい。ここで厚み方向で断面積変化部１２ｄを設ける場合には、断面視においてその外形が形成する曲線の曲率半径を、梁部１２の厚みｔ’の１／２以上とすることが好ましい。
【００５８】
また、図４においては、延在部１８を介して抵抗素子１５と導体層１６とを接続したが、延在部１８を設けなくてもよい。その場合には、抵抗素子１５を断面積変化部１２ｄまで延在させて、接続部１６ａを接続させればよい。
【００５９】
（錘部の変形例）
図１〜図４においては、錘部１１の平面形状が略正方形のものを示したが、図５に示すセンサ１０’’のように、錘部１１の四隅に連結された４個の付属錘部２１が設けられた構成としてもよい。なお、図中において導体層１６およびｚ軸の加速度を検出するための抵抗素子１５の図示を省略している。付属錘部２１は、錘部１１と一体形成されるものであり、付属錘部２１を設けることによって加速度に対する梁部１２の撓みが大きくなり、加速度の検出感度を向上させることができる。
【００６０】
付属錘部２１の平面視における一辺の長さは例えば、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍである。付属錘部２１の厚みは例えば錘部１１の厚みと同じである。このような付属錘部２１は、ＳＯＩ基板を加工して錘部１１を形成するときに同時に形成するようにパターニングを工夫すればよい。
【００６１】
なお、図１〜図４に示すセンサ１０,１０’,２０，３０は、錘部１１が単一材料からなる場合を例に説明したが、錘部１１を構成する材料に比べ比重の大きい材料からなる別体の錘部材を貼りあわせてもよい。この場合には、同じ加速度が加わった場合に梁部１２が撓む量が増え、より感度の高いセンサ素子を提供することができる。
【００６２】
このような錘部材としては、錘部１１がシリコンであればイリジウム、オスミウム、白金、レニウム、金、タングステン、ウラン、タンタル、パラジウム、ルテニウム、タリウム、鉛、銀、モリブデン、ルテチウム、ビスマスにより形成し、例えば、ポリイミド、エポキシ、シリコーン等の接着部材を介して錘部１１に接続すればよい。
【００６３】
本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００６４】
加速度センサは、３軸の加速度を計測するものに限定されない。また、重り部の形状や梁部の数等の具体的な構成は、適宜に設定されてよい。例えば、加速度センサ素子は、梁部を１本のみ又は２本のみ有し、片持ち梁状にするなどして、１軸の加速度を計測するものであってもよい。また、ＳＯＩ基板ではなくＳｉ基板を用いてもよい。また、梁部の形状をダイヤフラム形状としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０・・・センサ
１１・・・錘部
１２・・・梁部
１３・・・固定部
１３ａ・・一主面
１４・・・パッド電極
１５・・・抵抗素子
１６・・・導体層
１６ａ・・接続部
１６ｂ・・配線部
１７・・・絶縁層
１８・・・延在部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
前記固定部に対して変位可能な錘部と、
第１端が前記固定部に、第２端が前記錘部に接続される梁部と、
前記梁部に配置され、前記梁部の撓みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、
前記抵抗素子の抵抗値を外部回路に接続するための導体層であって、
前記抵抗素子に電気的に接続され、前記錘部の変位によりかかる応力が前記抵抗素子よりも小さい位置に配置された接続部と、前記接続部から延び、前記抵抗素子と異なる厚み位置に広がる面に配置される配線部と、を有する導体層と、
を含む加速度センサ。
【請求項２】
断面視で、前記抵抗素子と同じ厚み位置において、前記抵抗素子から延在する、前記抵抗素子に比べ導電性の高い延在部をさらに有し、
前記接続部は、前記延在部に接続される、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記接続部は、前記固定部または前記錘部に配置された、請求項１または２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記延在部は、前記抵抗素子から前記固定部または前記錘部まで延在する、請求項２に係る請求項３に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記接続部は、前記梁部に配置され、前記抵抗素子の、前記第１端と前記第２端との中間側において、前記抵抗素子に電気的に接続されている、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記梁部は、前記第１端または前記第２端に向けて断面積が大きくなる断面積変化部を有し、
前記接続部は、前記断面積変化部に配置された、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項７】
少なくとも前記抵抗素子を覆い、前記延在部を露出させる絶縁層をさらに有し、
前記配線部は、前記絶縁層上に配置される、請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項１】
固定部と、
前記固定部に対して変位可能な錘部と、
第１端が前記固定部に、第２端が前記錘部に接続される梁部と、
前記梁部に配置され、前記梁部の撓みに応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、
前記抵抗素子の抵抗値を外部回路に接続するための導体層であって、
前記抵抗素子に電気的に接続され、前記錘部の変位によりかかる応力が前記抵抗素子よりも小さい位置に配置された接続部と、前記接続部から延び、前記抵抗素子と異なる厚み位置に広がる面に配置される配線部と、を有する導体層と、
を含む加速度センサ。
【請求項２】
断面視で、前記抵抗素子と同じ厚み位置において、前記抵抗素子から延在する、前記抵抗素子に比べ導電性の高い延在部をさらに有し、
前記接続部は、前記延在部に接続される、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記接続部は、前記固定部または前記錘部に配置された、請求項１または２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記延在部は、前記抵抗素子から前記固定部または前記錘部まで延在する、請求項２に係る請求項３に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記接続部は、前記梁部に配置され、前記抵抗素子の、前記第１端と前記第２端との中間側において、前記抵抗素子に電気的に接続されている、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記梁部は、前記第１端または前記第２端に向けて断面積が大きくなる断面積変化部を有し、
前記接続部は、前記断面積変化部に配置された、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項７】
少なくとも前記抵抗素子を覆い、前記延在部を露出させる絶縁層をさらに有し、
前記配線部は、前記絶縁層上に配置される、請求項２に記載の加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２５６２３４（Ｐ２０１０−２５６２３４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０８０９３（Ｐ２００９−１０８０９３）
【出願日】平成２１年４月２７日（２００９．４．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２７日（２００９．４．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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