加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法
【課題】小さい電圧で自己診断を行う加速度検出装置を提供する。
【解決手段】加速度検出装置１は、可撓部を有する基板５と、基板５に接続され、金属からなる導電部を有する重り部７と、を有し、可撓部の撓みに応じて加速度を検出する加速度検出素子３と、重り部７と所定の間隔を隔てて設けられた固定電極２０と、を備え、
貫通導体６を介して重り部７に電圧を印加することにより、重り部７と固定電極２０との間に静電引力が働くようにして自己診断をおこなう。
【解決手段】加速度検出装置１は、可撓部を有する基板５と、基板５に接続され、金属からなる導電部を有する重り部７と、を有し、可撓部の撓みに応じて加速度を検出する加速度検出素子３と、重り部７と所定の間隔を隔てて設けられた固定電極２０と、を備え、
貫通導体６を介して重り部７に電圧を印加することにより、重り部７と固定電極２０との間に静電引力が働くようにして自己診断をおこなう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自己診断機能を有する加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自己診断機能を有する加速度検出装置としては、例えば特許文献１のようなものがある。特許文献１に記載された発明は、半導体からなる重り部と固定電極とに電圧を付与することにより、重り部を静電気力により変位させて加速度検出装置の動作確認、すなわち自己診断をする加速度検出装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２２９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の加速度検出装置では、重り部が半導体からなるため、電気抵抗値が高くなり、重り部を変位させて自己診断を行うためには高い電圧を付与する必要があった。そのため従来の自己診断機能を有する加速度検出装置は、重り部と固定電極とに印加する電圧が大きくなるという問題があった。
【０００５】
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、小さな電圧で自己診断をすることができる加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の加速度検出装置は、可撓部を有する基板と、前記基板に接続され、金属からなる導電部を有する重り部と、を有し、前記可撓部の撓みに応じて加速度を検出する加速度検出素子と、前記重り部と所定の間隔を隔てて設けられた固定電極と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の加速度検出装置によれば、金属からなる導電部を有する重り部が基板に配置されていることから、半導体からなる重り部を介して自己診断を行う従来のものと比較した場合には、本発明の加速度検出装置の方が電気抵抗値を低くできるため、小さい印加電圧で自己診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る加速度検出装置の斜視図。
【図２】図１に示す加速度検出装置の蓋を外した状態の平面図。
【図３】図１に示す加速度検出装置の断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ´線で切断したときの断面に相当し、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する。
【図４】図１に示す加速度検出装置の製造方法を説明する断面図であり、図２のＡ−Ａ´線で切断したときの断面に相当する。
【図５】本発明の実施形態に係る加速度検出装置の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る加速度検出装置の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る加速度検出装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、本発明にかかる加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法について好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施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、本発明は以下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において種々の変更、改良等が可能である。以下の実施形態ではピエゾ抵抗効果を利用した加速度検出装置を例に説明する。
＜加速度検出装置＞
図１は本実施形態にかかる加速度検出装置１の斜視図、図２は図１の加速度検出装置の蓋４を外した状態の平面図、図３（ａ）は図２に示す加速度検出装置１のＡ−Ａ´線で切断したときの断面に相当する断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する断面図である。これらの図に示すように本実施形態にかかる加速度検出装置１は、加速度検出素子３と実装基板２とから主に構成されている。
【００１０】
まず、加速度検出素子３について説明する。図３に示すように加速度検出素子３は、可撓部である梁部５´を有する基板５と、基板５を貫通する貫通導体６と、基板５に設けられ、貫通導体６に接続され、金属からなる導電部を有する重り部７と、を有している。
【００１１】
このような加速度検出素子３の重り部７に、加速度に応じた力や静電引力などが作用して、重り部７が動くことで基板５に設けられた梁部５´が撓み、加速度の検出または自己診断が行えるようになっている。本実施形態における基板５には、基板５を貫通する貫通導体６が形成されている。また、重り部７には、その四隅に連結された４個の付属重り部７´が設けられている。付属重り部７´は、重り部７と一体形成されるものであり、付属重り部７´を設けることによって加速度に対する梁部５´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。なお、重り部７および付属重り部７´全体が重り部７として捉えてもよい。また、重り部７および付属重り部７´の構成、機能および形成方法は、同一又は類似することから、以下では付属重り部７´の説明を省略することがある。
【００１２】
基板５は、平面視して四角形をなしており、固定部５０が取り付けられる枠状の部分と重り部７が取り付けられる板状の部分とそれらを繋ぐ梁部５´が主に形成されている。また、基板５は、例えばシリコンなどから形成されている。
【００１３】
このような基板５に形成される貫通導体６は、例えば円柱をなしている。また、貫通導体６には図２に示すように加速度検出素子３を平面視して、重り部７と重なるように配置されていればよいが中でも、加速度検出素子３を平面視して、重り部７の中心に配置することが好ましい。このように貫通導体６を配置することで、貫通導体６の形成によって変化する梁部５´のそれぞれにかかる力を均一にすることができる。なお、貫通導体６は、円柱の他にも三角錐や四角柱など任意の形状が可能である。
【００１４】
貫通導体６で用いる導電性材料は、基板５より電気抵抗値が小さい材料が選択される。例えば基板５にシリコンを用いた場合、シリコンより電気抵抗値が小さい導電性材料である金、アルミニウム、銀、イリジウム、オスミウム、タングステン、ルテニウム、マグネシウム、リチウム、亜鉛、銅、モリブデン、ニッケルなどが選択される。さらに、基板５で用いられる材料よりも比重が大きいことが好ましい。基板５の材料よりも比重の大きな材料を貫通導体６の材料に用いることにより、重り部７をより重くすることができるので、加速度検出感度を高めることができる。例えば、基板５にシリコンを用いた場合、シリコンより比重の大きい導電性材料として、イリジウム、オスミウム、金、タングステン、ルテニウム、銀、モリブデンなどが選択される。これにより、大型化することなく加速度検出素子３の検出感度を向上、あるいは検出感度を維持しつつ加速度検出素子３を小型化することができる。
【００１５】
この貫通導体６は、例えば基板５の所定位置にウエットエッチングやドライエッチングなどにより基板５を貫通する貫通孔を形成した後、この貫通孔に上記の導電性材料を埋め込むことにより形成される。
【００１６】
このように形成された貫通導体６を介して基板５の上面から重り部７に電気的に接続することにより、貫通導体６は電気抵抗が小さいことから、重り部７に印加する電圧を小さくすることができる。
【００１７】
また、図３（ａ）に示すように、貫通導体６の側面には絶縁体膜２１が形成されており、貫通導体６と基板５とが接しないようになっている。これにより、基板５が例えば半導体などの導電性を有する材料から成る場合、貫通導体６から基板５へ流れる電流を少なくできるので、貫通導体６における電圧降下を小さくすることができる。絶縁体膜２１は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどから作製される。
【００１８】
このような貫通導体６は、例えば一導電型シリコンで基板５を形成した場合には、逆導電型拡散領域を用いたものも考えられる。しかし、上述の導電性材料により形成した貫通導体６は、逆導電型拡散領域を用いたもの時と比較した場合、電気抵抗が小さいため、基板５の上面から重り部７の底面に低電圧で所望の電位を付与することができる。また、逆導電型拡散領域をイオン拡散法により形成した場合、現在のイオン拡散法では、イオンを拡散する際の加速電圧から２μｍ以上深く逆導電型拡散領域を形成することが困難であることから梁部５´を薄くする必要性があり、梁部５´を薄くすると耐衝撃性や梁部５´の強度が弱くなるという問題がある。これに対し、本実施形態の貫通導体６はエッチング等により形成することから、梁部５´の厚みにとらわれることなく形成することができるので、梁部５´を十分厚くでき、耐衝撃性や梁部５´の強度を維持することができる。
【００１９】
この貫通導体６と電気的に接続され、金属からなる重り部７が、基板５に配置されている。重り部７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。また重り部７の厚みは例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍに設定される。付属重り部７´は、重り部７と同様に平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍに設定される。また付属重り部７´の厚みは、重り部７と同じ厚みを有するように例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍに設定される。なお、重り部７は、少なくとも一部に金属からなる導電部を有していればよい。その場合、導電部以外の重り部７の材料は何でもよく、導電部は貫通導体６と電気的に接続されている。金属の材料としては、例えば、亜鉛、アルミニウム、アンチモン、イリジウム、オスミウム、金、銀、クロム、コバルト、ジルコニウム、銅、スズ、セシウム、ビスマス、タリウム、タングステン、タンタル、鉄、ナトリウム、ニッケル、鉛、白金、マグネシウム、モリブデンなどが選択される。なお、基板５にシリコンを用いた場合、シリコンより電気抵抗が小さい亜鉛、アルミニウム、イリジウム、オスミウム、金、銀、コバルト、銅、タングステン、ナトリウム、ニッケル、鉛、マグネシウム、モリブデンなどが選択される。
【００２０】
このような金属からなる重り部７は、基板５に導電性接着剤で取り付けたり、めっき法によって形成されたりする。重り部７および付属重り部７´の平面形状は正方形に限られず、円や長方形など任意の形状が可能である。なお、平面視して、重り部７と基板５とが重なるような位置にある基板５を重り部７と一体的に捉えることがある。
【００２１】
このような重り部７を囲繞するようにして枠状の固定部５０が基板５に取り付けられている。固定部５０は、平面形状が略正方形をなし、中央部に重り部７および付属重り部７´より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部５０は、その一辺の長さが例えば０．８ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、固定部５０を構成するアーム幅（アームの長手方向と直交する方向の幅）は例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。なお、平面視して、固定部５０と基板５とが重なるような位置にある基板５を固定部５０と一体的に捉えることがある。
【００２２】
固定部５０の上面には、素子側電極パッド１５が設けられており、この素子側電極パッド１５に電気的に配線された抵抗素子８および貫通導体６に対し、外部との電気信号の入出力を行っている。
【００２３】
また、図２にも示すように、固定部５０と重り部７が取り付けられた基板５とを結ぶように可撓部である梁部５´が基板５に形成されている。加速度検出素子３に加速度が加わると重り部７が動き、重り部７の動きに伴って梁部５´が撓むようになっている。梁部５´は、例えば、長手方向の長さが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、厚みが２μｍ〜１００μｍに設定されている。このように梁部５´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５´の上面には複数の抵抗素子８が形成されている。抵抗素子８は、より具体的には、ｎ型のシリコンからなる基板５にボロンを拡散することにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、３軸方向の加速度を検出できるように梁部５´の所定の位置にこれらの抵抗素子８が形成されている。例えば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部５´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８が設けられており、それぞれの梁部５´に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子８のうち、固定部５０側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、重り部７側に配された抵抗素子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５´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８が設けられており、これらの抵抗素子８を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子８と同様に配置し、抵抗素子８同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。また、図示していないがＺ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子８が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部５´に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子８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８は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子８とは、抵抗素子８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５´のうち一方の梁部５´に設けられた固定部５０側の抵抗素子８と、他方の梁部５´に設けられた重り部７側の抵抗素子８とを直列接続してブリッジ回路を構成している。このようなブリッジ回路が組まれた加速度検出素子３に加速度が加わると、上述したように梁部５´が撓み、この撓みに応じて抵抗素子８が変形するため、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。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子８は、Ｘ軸方向に伸びる梁部５´に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部５´に設けるようにしてもよい。
【００２５】
かかる加速度検出素子３は、図３（ａ）に示すように実装基板２に実装されている。実装基板２は加速度検出素子３を保護する機能を有し、内部には加速度検出素子３を収容するキャビティ１７が設けられている。実装基板２は、セラミック材料などからなる絶縁層を複数積層することにより形成され、本実施形態では３枚の絶縁層２ａ〜２ｃにより構成されている。
【００２６】
絶縁層２ａは、平板状の部材からなり、その主面２Ａに加速度検出素子３が載置される。また、絶縁層２ａの主面２Ａには、重り部７と対向する面を有し、所定の間隔を隔てて固定電極２０が形成されている。固定電極２０は、平面視して重り部７と重なる部分が少なくとも1か所あればよいが、できるだけ重なる部分が大きく形成されていることが好ましい。これにより、重り部７にかかる静電引力を大きくすることができる。また、固定電極２０は、重り部７とできるだけ近い方が同じ電圧で静電引力を大きくかけることができるという点では、好ましい。このように、同じ電圧でも重り部７に大きな静電引力をかけることができる。若しくは、小さい電圧で同じ静電引力を重り部７にかけることができる。
【００２７】
絶縁層２ｂは加速度検出素子３より若干大きい開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層２ａと接合されている。絶縁層２ｃは、絶縁層２ｂの開口部より広い開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層２ｂの主面の一部が露出するようにして絶縁層２ｂと接合されている。絶縁層２ｃの開口部から露出する絶縁層２ｂの主面には、複数の実装基板側電極パッド１４が形成されている。実装基板側電極パッド１４は金属細線１６によって加速度検出素子３の固定部５０上面に設けた素子側電極パッド１５と電気的に接続されている。また実装基板２の下面には、複数の外部端子１２が設けられており、外部端子１２は実装基板２の内部に設けたビアホール導体１３を介して実装基板側電極パッド１４および固定電極２０と接続されている。すなわち、加速度検出素子３の電気信号は、素子側電極パッド１５、金属細線１６、実装基板側電極パッド１４、ビアホール導体１３、外部端子１２などを介して外部へ取り出されることとなる。
【００２８】
このような実装基板２の主面２Ａに載置される加速度検出素子３は、図３（ｂ）に示すように、接着剤９により実装基板２に接合されている。接着剤９は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。なかでも接着時の残留応力を緩和する観点からシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
【００２９】
接着剤９には、重り部７の下面と実装基板２の主面２Ａおよび固定電極２０との間に所定の大きさのギャップが形成されるように、所定の径を有する球状のスペーサ部材１８が混合されている。すなわち、重り部７の下面と固定電極２０の上面との間のギャップの大きさをスペーサ部材１８によって精度良く制御することができる。スペーサ部材１８は、例えばシリカ、シリコン、ジビニルベンゼンなど所定の硬さを有する球状の部材であり、その直径は例えば１〜２０μｍである。
【００３０】
本実施形態のように梁部５´が重り部７の上面四辺の中央部に連結されている場合、加速度検出素子３と実装基板２との接合は、固定部５０の四隅において行うことが好ましい。これにより加速度検出素子３の実装基板２への接合箇所と梁部５´との間の距離が離れるため、接着剤９による接合に起因して発生し得る残留応力が梁部５´に与える影響を小さくすることができ、加速度検出装置の電気的な特性が劣化するのを抑えることができる。
【００３１】
このようにして加速度検出素子３が接合された実装基板２のキャビティ１７の開口部を塞ぐようにして蓋４が実装基板２の上面に固着されており、加速度検出素子３がキャビティ１７内に気密封止されている。蓋４は、例えば４２アロイやステンレスなどの金属板からなり、接合剤を介して、実装基板２に接合されている。
【００３２】
上述してきたように、加速度検出素子３が実装基板２に実装された加速度検出装置１の貫通導体６と固定電極２０とに電圧を印加して、重り部７の下面と固定電極２０の上面とに電位差を生じさせることによって、重り部７と固定電極２０との間に静電引力が働く。その静電引力によって、重り部７が下方向に変位するので、下方向に加速度が加わった場合と同様の応力を梁部５´に発生することができる。この応力により梁部５´上に形成された抵抗素子の電気抵抗値が変化し、この変化がブリッジ回路、増幅回路等を経て電圧に変換され、電気信号として取り出される。取り出された各抵抗素子の電気信号により、印加された電圧によって重り部７がどのように変位したか検出することができる。このように、電圧により重り部７を変位させることにより、加速度検出装置１に加速度がかかったのと同様の状態を作りだして、加速度検出素子３が加速度検出機能を有しているかどうかを自己診断することができる。
【００３３】
なお、上述の説明では固定電極２０を実装基板２に配置して自己診断する場合を述べたが、固定電極２０を重り部７と向かい合う面を有する固定部５０に配置して自己診断してもよい。このように固定電極２０を配置した場合、自己診断の際に重り部７を横方向に動かすことができるので、例えば図２のＸＹ平面に平行な加速度が加わった場合と同様の応力を梁部５´に発生させることができる。
【００３４】
また、上述の説明では重り部７に貫通導体６を介して電圧を付与したが、加速度検出素子３の裏面から梁部５´等を介して電極を配線して、重り部７に電圧を付与してもよい。
＜加速度検出装置の製造方法＞
次に、加速度検出装置の製造方法を図４により説明する。
（工程Ａ：加速度検出素子の製造方法）
本実施形態にかかる製造方法では基板としてＳＯＩ基板を用いる。図４に示すように、ＳＯＩ基板５４は、絶縁層５２と、絶縁層５２の一方側に積層された半導体層５１と、絶縁層５２の他方側に積層された支持層５３とを有するものである。絶縁層５２は、ＳｉＯ２により形成されている。半導体層５１および支持層５３は、例えばシリコンにより形成されている。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、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エッチング法などにより支持層５３が露出するように半導体層５１側から半導体層５１および絶縁層５２を貫通する貫通孔５５を形成する。このようなＳＯＩ基板５４に逆導電型拡散領域をイオン拡散法で形成する場合、絶縁層５２を含む支持層５３にまでイオン拡散したとしても、絶縁層５２は電気を通さないため、ＳＯＩ基板５４の半導体層５１から支持層５３に導通をとることは困難である。これに対し、上述の方法を用いることにより、半導体層５１および絶縁層５２を貫通する貫通孔５５を容易かつ確実に形成することができ、半導体層５１から支持層５３に導通をとることができる。
【００３６】
次に、半導体層５１の抵抗素子（図示せず）を形成する所定位置にイオン注入法により不純物を注入する。その後、Ｏ２の雰囲気中でＳＯＩ基板５４をアニールすることによってピエゾ抵抗からなる抵抗素子を形成するとともに、絶縁体膜６２を貫通孔５５の側面に形成する。不純物としては、ｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、ｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが例示できる。このように、抵抗素子のアニールを行う際、絶縁体膜６２を同時に形成することができ、工程数を増やすことがない。なお、絶縁体膜６２は貫通孔５５の側面に絶縁材料をスパッタ等により形成してもよい。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、抵抗素子を形成した後、抵抗素子に連結する配線電極（図示せず）を形成すると共に、貫通孔５５に貫通導体５６を形成する。配線電極および貫通導体５６は、金属スパッタ、ＣＶＤ、蒸着などにより上述の導電性材料を成膜した後、成膜した導電性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。なお、配線電極および貫通導体５６を異なる導電性材料で形成してもよい。
【００３８】
さらに、図４（ｃ）に示すように、支持層５３側から半導体微細加工技術により梁部５８および固定部５９および重り部５７が配置される溝部６０を形成する。具体的には、まず、固定部５９を区切る溝部６０に対応する領域において、支持層５３を除去する。続いて、上記の溝部６０に対応する領域において、重り部５７が配置される位置以外の絶縁層５２を除去する。以上のようにして、絶縁層５２および支持層５３を貫通する溝部６０が形成され、当該溝部６０によりＳＯＩ基板５４に固定部５９が形成される。その後、除去せずに残っている絶縁層５２に、上述の金属からなる重り部５７が導電性接着剤やめっき法により配置される。さらに、溝部６０の間欠部分（溝部６０が途切れる部分）における半導体層５１により梁部５８が形成される。これによって、加速度検出素子３が完成する。
（工程Ｂ：加速度検出装置の製造方法）
続いて、加速度検出素子が取り付けられる主面２Ａを有する実装基板２を準備する。以下、図３を用いて説明する。
【００３９】
実装基板２はアルミナなどのセラミック材料からなる複数の絶縁層を積層することにより形成される。具体的には、平板状の絶縁層２ａ、矩形状の開口部を有する絶縁層２ｂ、絶縁層２ｂの開口部より大きな開口部を有する絶縁層２ｃを順次積層することよりキャビティ１７を有する実装基板２が作製される。なお、固定電極２０は、絶縁層２ａ上の加速度検出素子３が搭載された際に重り部７と所定の間隔を隔てて対向する位置に、金属材料を成膜した後、フォトリソグラフィ等により形成される。
【００４０】
次に実装基板２の主面２Ａで、且つ加速度検出素子３を載置したときに加速度検出素子３の四隅に接着剤８を塗布する。次に加速度検出素子３を実装基板２の主面２Ａに載置させ、接着剤８を硬化させることにより加速度検出素子３と実装基板２とを接合する。
【００４１】
加速度検出素子３を実装基板２に接合した後、金、銅、アルミニウムなどからなる金属細線６により加速度検出素子３に設けた素子側電極パッド１５と実装基板２に設けた実装基板側電極パッド１４とを接続する。最後に４２アロイなどからなる金属製の蓋１０をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂９により実装基板２の上面（絶縁層２ｄの上面）に接合することより製品としての加速度検出装置１が完成する。
【００４２】
以上の実施形態によれば、加速度検出素子３は、貫通孔５５の側面に絶縁体膜２１を形成する工程と、抵抗素子を形成する工程とを同時に作製することができる。また、貫通導体５６を形成する際の貫通孔５５に導電性材料を埋める工程においても、配線電極と同じ工程で作製することができる。このことから、絶縁体膜２１の形成および貫通導体５６において工程数の増加を必要とせず、且つ同一装置で形成することができることからコスト増加を招くこともない。
【００４３】
（変形例１）
図５に加速度検出素子３の変形例を示す。基本的な構成は図３と同じであり、重複部分の説明を省略する。図５（ａ）に示すような貫通導体４０が基板４５の上面が広い台形の断面形状を有する場合、導電性材料を充填しやすく、段差被覆性を向上させることができる。このことから、貫通導体４０と重り部４２との接続信頼性を向上させることができる。また、図５（ｂ）のように貫通導体４０が重り部４２側に広い台形の断面形状を有している場合、重り部４２と接する面積が大きいため、貫通導体４０と重り部４２との接続がとりやすいことから歩留まりを向上させることができる。さらに、図５（ｃ）のような貫通導体４０が基板４５だけでなく重り部４２の途中まで連通している場合は、貫通導体４０を基板４５より比重の大きな材料で形成することにより、重り部４２の重量を増やすことができるので、加速度の検出感度を向上させることができる。なお、この場合において貫通導体４０の重り部４２の中に形成された部分を導電部とする。また、図４（ａ）のよう実装基板２に搭載される加速度検出素子３において、図５（ｄ）は、固定電極２０と対向する面に露出部４０Ａを有する貫通導体４０を、基板４５より導電性のよい材料で形成することにより、露出部４０Ａと固定電極２０とで大きな電位差を生じさせることができることから、重り部４２により大きな静電引力を働かせることができるので、低電圧で自己診断を行うことができる。なお、この場合において貫通導体４０の重り部４２の中に形成された部分を導電部とする。
【００４４】
（変形例２）
図７は上述した実施形態にかかる加速度検出装置の変形例を示す断面図である。基本的な構成は図３と同じであり、重複部分の説明を省略する。貫通導体６と実装基板側電極パッド１４または素子側電極パッド１５とをボンディングワイヤー６５で配線することが好ましい。これにより梁部５´の上に電極を配線せず、貫通導体６に配線できるため、梁部５´全体の厚みが厚くならないことから加速度検出素子３の感度を低下させずに自己診断することができる。
【００４５】
（変形例３）
図６は上述した実施形態にかかる加速度検出装置の製造方法の変形例を示す断面図である。なお、図６の断面図は図２におけるＡ−Ａ´線における断面に相当するものである。基本的な構成は図４と同じであり、重複部分の説明を省略する。この変形例３では、半導体層５１および絶縁層５２を貫通する貫通孔５５をエッチング等により形成し、続いて貫通孔５５と連通する孔部５５´を支持層５３に形成する。その後、貫通孔５５および孔部５５´に導電性材料を埋入して貫通導体５６を配置する。そして、上述の方法により重り部５７および固定部５９を形成する。このように貫通導体５６を重り部５７の中にも形成することにより、工程数の増加を伴うことなく、重り部５７が重くすることができるため加速度検出素子３の感度を向上させることができる。なお、この場合において貫通導体４０の重り部４２の中に形成された部分を導電部とする。
【００４６】
本発明は、以上の実施形態や変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００４７】
加速度検出素子は、３軸方向の加速度を計測するものに限定されない。例えば、加速度検出素子は、１軸方向の加速度を計測するものであってもよい。また、重り部は付属重り部を有しないものであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ 加速度検出装置
２ 実装基板
２Ａ 実装基板主面
２ａ、２ｂ、２ｃ 絶縁層
３ 加速度検出素子
４ 蓋
５ 基板
５´ 梁部
６ 貫通導体
７ 重り部
７´ 付属重り部
８ 抵抗素子
９ 接着剤
１２ 外部端子
１３ ビアホール導体
１４ 実装基板側電極パッド
１５ 素子側電極パッド
１６ 金属細線
１７ キャビティー
１８ スペーサ部材
２０ 固定電極
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自己診断機能を有する加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自己診断機能を有する加速度検出装置としては、例えば特許文献１のようなものがある。特許文献１に記載された発明は、半導体からなる重り部と固定電極とに電圧を付与することにより、重り部を静電気力により変位させて加速度検出装置の動作確認、すなわち自己診断をする加速度検出装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２２９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の加速度検出装置では、重り部が半導体からなるため、電気抵抗値が高くなり、重り部を変位させて自己診断を行うためには高い電圧を付与する必要があった。そのため従来の自己診断機能を有する加速度検出装置は、重り部と固定電極とに印加する電圧が大きくなるという問題があった。
【０００５】
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、小さな電圧で自己診断をすることができる加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の加速度検出装置は、可撓部を有する基板と、前記基板に接続され、金属からなる導電部を有する重り部と、を有し、前記可撓部の撓みに応じて加速度を検出する加速度検出素子と、前記重り部と所定の間隔を隔てて設けられた固定電極と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の加速度検出装置によれば、金属からなる導電部を有する重り部が基板に配置されていることから、半導体からなる重り部を介して自己診断を行う従来のものと比較した場合には、本発明の加速度検出装置の方が電気抵抗値を低くできるため、小さい印加電圧で自己診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る加速度検出装置の斜視図。
【図２】図１に示す加速度検出装置の蓋を外した状態の平面図。
【図３】図１に示す加速度検出装置の断面図であり、（ａ）は図２のＡ−Ａ´線で切断したときの断面に相当し、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する。
【図４】図１に示す加速度検出装置の製造方法を説明する断面図であり、図２のＡ−Ａ´線で切断したときの断面に相当する。
【図５】本発明の実施形態に係る加速度検出装置の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る加速度検出装置の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る加速度検出装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、本発明にかかる加速度検出装置および加速度検出装置の製造方法について好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施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、本発明は以下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において種々の変更、改良等が可能である。以下の実施形態ではピエゾ抵抗効果を利用した加速度検出装置を例に説明する。
＜加速度検出装置＞
図１は本実施形態にかかる加速度検出装置１の斜視図、図２は図１の加速度検出装置の蓋４を外した状態の平面図、図３（ａ）は図２に示す加速度検出装置１のＡ−Ａ´線で切断したときの断面に相当する断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ´線で切断したときの断面に相当する断面図である。これらの図に示すように本実施形態にかかる加速度検出装置１は、加速度検出素子３と実装基板２とから主に構成されている。
【００１０】
まず、加速度検出素子３について説明する。図３に示すように加速度検出素子３は、可撓部である梁部５´を有する基板５と、基板５を貫通する貫通導体６と、基板５に設けられ、貫通導体６に接続され、金属からなる導電部を有する重り部７と、を有している。
【００１１】
このような加速度検出素子３の重り部７に、加速度に応じた力や静電引力などが作用して、重り部７が動くことで基板５に設けられた梁部５´が撓み、加速度の検出または自己診断が行えるようになっている。本実施形態における基板５には、基板５を貫通する貫通導体６が形成されている。また、重り部７には、その四隅に連結された４個の付属重り部７´が設けられている。付属重り部７´は、重り部７と一体形成されるものであり、付属重り部７´を設けることによって加速度に対する梁部５´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。なお、重り部７および付属重り部７´全体が重り部７として捉えてもよい。また、重り部７および付属重り部７´の構成、機能および形成方法は、同一又は類似することから、以下では付属重り部７´の説明を省略することがある。
【００１２】
基板５は、平面視して四角形をなしており、固定部５０が取り付けられる枠状の部分と重り部７が取り付けられる板状の部分とそれらを繋ぐ梁部５´が主に形成されている。また、基板５は、例えばシリコンなどから形成されている。
【００１３】
このような基板５に形成される貫通導体６は、例えば円柱をなしている。また、貫通導体６には図２に示すように加速度検出素子３を平面視して、重り部７と重なるように配置されていればよいが中でも、加速度検出素子３を平面視して、重り部７の中心に配置することが好ましい。このように貫通導体６を配置することで、貫通導体６の形成によって変化する梁部５´のそれぞれにかかる力を均一にすることができる。なお、貫通導体６は、円柱の他にも三角錐や四角柱など任意の形状が可能である。
【００１４】
貫通導体６で用いる導電性材料は、基板５より電気抵抗値が小さい材料が選択される。例えば基板５にシリコンを用いた場合、シリコンより電気抵抗値が小さい導電性材料である金、アルミニウム、銀、イリジウム、オスミウム、タングステン、ルテニウム、マグネシウム、リチウム、亜鉛、銅、モリブデン、ニッケルなどが選択される。さらに、基板５で用いられる材料よりも比重が大きいことが好ましい。基板５の材料よりも比重の大きな材料を貫通導体６の材料に用いることにより、重り部７をより重くすることができるので、加速度検出感度を高めることができる。例えば、基板５にシリコンを用いた場合、シリコンより比重の大きい導電性材料として、イリジウム、オスミウム、金、タングステン、ルテニウム、銀、モリブデンなどが選択される。これにより、大型化することなく加速度検出素子３の検出感度を向上、あるいは検出感度を維持しつつ加速度検出素子３を小型化することができる。
【００１５】
この貫通導体６は、例えば基板５の所定位置にウエットエッチングやドライエッチングなどにより基板５を貫通する貫通孔を形成した後、この貫通孔に上記の導電性材料を埋め込むことにより形成される。
【００１６】
このように形成された貫通導体６を介して基板５の上面から重り部７に電気的に接続することにより、貫通導体６は電気抵抗が小さいことから、重り部７に印加する電圧を小さくすることができる。
【００１７】
また、図３（ａ）に示すように、貫通導体６の側面には絶縁体膜２１が形成されており、貫通導体６と基板５とが接しないようになっている。これにより、基板５が例えば半導体などの導電性を有する材料から成る場合、貫通導体６から基板５へ流れる電流を少なくできるので、貫通導体６における電圧降下を小さくすることができる。絶縁体膜２１は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどから作製される。
【００１８】
このような貫通導体６は、例えば一導電型シリコンで基板５を形成した場合には、逆導電型拡散領域を用いたものも考えられる。しかし、上述の導電性材料により形成した貫通導体６は、逆導電型拡散領域を用いたもの時と比較した場合、電気抵抗が小さいため、基板５の上面から重り部７の底面に低電圧で所望の電位を付与することができる。また、逆導電型拡散領域をイオン拡散法により形成した場合、現在のイオン拡散法では、イオンを拡散する際の加速電圧から２μｍ以上深く逆導電型拡散領域を形成することが困難であることから梁部５´を薄くする必要性があり、梁部５´を薄くすると耐衝撃性や梁部５´の強度が弱くなるという問題がある。これに対し、本実施形態の貫通導体６はエッチング等により形成することから、梁部５´の厚みにとらわれることなく形成することができるので、梁部５´を十分厚くでき、耐衝撃性や梁部５´の強度を維持することができる。
【００１９】
この貫通導体６と電気的に接続され、金属からなる重り部７が、基板５に配置されている。重り部７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。また重り部７の厚みは例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍに設定される。付属重り部７´は、重り部７と同様に平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍに設定される。また付属重り部７´の厚みは、重り部７と同じ厚みを有するように例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍに設定される。なお、重り部７は、少なくとも一部に金属からなる導電部を有していればよい。その場合、導電部以外の重り部７の材料は何でもよく、導電部は貫通導体６と電気的に接続されている。金属の材料としては、例えば、亜鉛、アルミニウム、アンチモン、イリジウム、オスミウム、金、銀、クロム、コバルト、ジルコニウム、銅、スズ、セシウム、ビスマス、タリウム、タングステン、タンタル、鉄、ナトリウム、ニッケル、鉛、白金、マグネシウム、モリブデンなどが選択される。なお、基板５にシリコンを用いた場合、シリコンより電気抵抗が小さい亜鉛、アルミニウム、イリジウム、オスミウム、金、銀、コバルト、銅、タングステン、ナトリウム、ニッケル、鉛、マグネシウム、モリブデンなどが選択される。
【００２０】
このような金属からなる重り部７は、基板５に導電性接着剤で取り付けたり、めっき法によって形成されたりする。重り部７および付属重り部７´の平面形状は正方形に限られず、円や長方形など任意の形状が可能である。なお、平面視して、重り部７と基板５とが重なるような位置にある基板５を重り部７と一体的に捉えることがある。
【００２１】
このような重り部７を囲繞するようにして枠状の固定部５０が基板５に取り付けられている。固定部５０は、平面形状が略正方形をなし、中央部に重り部７および付属重り部７´より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部５０は、その一辺の長さが例えば０．８ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、固定部５０を構成するアーム幅（アームの長手方向と直交する方向の幅）は例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。なお、平面視して、固定部５０と基板５とが重なるような位置にある基板５を固定部５０と一体的に捉えることがある。
【００２２】
固定部５０の上面には、素子側電極パッド１５が設けられており、この素子側電極パッド１５に電気的に配線された抵抗素子８および貫通導体６に対し、外部との電気信号の入出力を行っている。
【００２３】
また、図２にも示すように、固定部５０と重り部７が取り付けられた基板５とを結ぶように可撓部である梁部５´が基板５に形成されている。加速度検出素子３に加速度が加わると重り部７が動き、重り部７の動きに伴って梁部５´が撓むようになっている。梁部５´は、例えば、長手方向の長さが０．３ｍｍ〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０４ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、厚みが２μｍ〜１００μｍに設定されている。このように梁部５´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５´の上面には複数の抵抗素子８が形成されている。抵抗素子８は、より具体的には、ｎ型のシリコンからなる基板５にボロンを拡散することにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、３軸方向の加速度を検出できるように梁部５´の所定の位置にこれらの抵抗素子８が形成されている。例えば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部５´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８が設けられており、それぞれの梁部５´に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子８のうち、固定部５０側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、重り部７側に配された抵抗素子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５´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８が設けられており、これらの抵抗素子８を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子８と同様に配置し、抵抗素子８同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。また、図示していないがＺ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子８が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部５´に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子８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８は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子８とは、抵抗素子８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５´のうち一方の梁部５´に設けられた固定部５０側の抵抗素子８と、他方の梁部５´に設けられた重り部７側の抵抗素子８とを直列接続してブリッジ回路を構成している。このようなブリッジ回路が組まれた加速度検出素子３に加速度が加わると、上述したように梁部５´が撓み、この撓みに応じて抵抗素子８が変形するため、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。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子８は、Ｘ軸方向に伸びる梁部５´に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部５´に設けるようにしてもよい。
【００２５】
かかる加速度検出素子３は、図３（ａ）に示すように実装基板２に実装されている。実装基板２は加速度検出素子３を保護する機能を有し、内部には加速度検出素子３を収容するキャビティ１７が設けられている。実装基板２は、セラミック材料などからなる絶縁層を複数積層することにより形成され、本実施形態では３枚の絶縁層２ａ〜２ｃにより構成されている。
【００２６】
絶縁層２ａは、平板状の部材からなり、その主面２Ａに加速度検出素子３が載置される。また、絶縁層２ａの主面２Ａには、重り部７と対向する面を有し、所定の間隔を隔てて固定電極２０が形成されている。固定電極２０は、平面視して重り部７と重なる部分が少なくとも1か所あればよいが、できるだけ重なる部分が大きく形成されていることが好ましい。これにより、重り部７にかかる静電引力を大きくすることができる。また、固定電極２０は、重り部７とできるだけ近い方が同じ電圧で静電引力を大きくかけることができるという点では、好ましい。このように、同じ電圧でも重り部７に大きな静電引力をかけることができる。若しくは、小さい電圧で同じ静電引力を重り部７にかけることができる。
【００２７】
絶縁層２ｂは加速度検出素子３より若干大きい開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層２ａと接合されている。絶縁層２ｃは、絶縁層２ｂの開口部より広い開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層２ｂの主面の一部が露出するようにして絶縁層２ｂと接合されている。絶縁層２ｃの開口部から露出する絶縁層２ｂの主面には、複数の実装基板側電極パッド１４が形成されている。実装基板側電極パッド１４は金属細線１６によって加速度検出素子３の固定部５０上面に設けた素子側電極パッド１５と電気的に接続されている。また実装基板２の下面には、複数の外部端子１２が設けられており、外部端子１２は実装基板２の内部に設けたビアホール導体１３を介して実装基板側電極パッド１４および固定電極２０と接続されている。すなわち、加速度検出素子３の電気信号は、素子側電極パッド１５、金属細線１６、実装基板側電極パッド１４、ビアホール導体１３、外部端子１２などを介して外部へ取り出されることとなる。
【００２８】
このような実装基板２の主面２Ａに載置される加速度検出素子３は、図３（ｂ）に示すように、接着剤９により実装基板２に接合されている。接着剤９は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。なかでも接着時の残留応力を緩和する観点からシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
【００２９】
接着剤９には、重り部７の下面と実装基板２の主面２Ａおよび固定電極２０との間に所定の大きさのギャップが形成されるように、所定の径を有する球状のスペーサ部材１８が混合されている。すなわち、重り部７の下面と固定電極２０の上面との間のギャップの大きさをスペーサ部材１８によって精度良く制御することができる。スペーサ部材１８は、例えばシリカ、シリコン、ジビニルベンゼンなど所定の硬さを有する球状の部材であり、その直径は例えば１〜２０μｍである。
【００３０】
本実施形態のように梁部５´が重り部７の上面四辺の中央部に連結されている場合、加速度検出素子３と実装基板２との接合は、固定部５０の四隅において行うことが好ましい。これにより加速度検出素子３の実装基板２への接合箇所と梁部５´との間の距離が離れるため、接着剤９による接合に起因して発生し得る残留応力が梁部５´に与える影響を小さくすることができ、加速度検出装置の電気的な特性が劣化するのを抑えることができる。
【００３１】
このようにして加速度検出素子３が接合された実装基板２のキャビティ１７の開口部を塞ぐようにして蓋４が実装基板２の上面に固着されており、加速度検出素子３がキャビティ１７内に気密封止されている。蓋４は、例えば４２アロイやステンレスなどの金属板からなり、接合剤を介して、実装基板２に接合されている。
【００３２】
上述してきたように、加速度検出素子３が実装基板２に実装された加速度検出装置１の貫通導体６と固定電極２０とに電圧を印加して、重り部７の下面と固定電極２０の上面とに電位差を生じさせることによって、重り部７と固定電極２０との間に静電引力が働く。その静電引力によって、重り部７が下方向に変位するので、下方向に加速度が加わった場合と同様の応力を梁部５´に発生することができる。この応力により梁部５´上に形成された抵抗素子の電気抵抗値が変化し、この変化がブリッジ回路、増幅回路等を経て電圧に変換され、電気信号として取り出される。取り出された各抵抗素子の電気信号により、印加された電圧によって重り部７がどのように変位したか検出することができる。このように、電圧により重り部７を変位させることにより、加速度検出装置１に加速度がかかったのと同様の状態を作りだして、加速度検出素子３が加速度検出機能を有しているかどうかを自己診断することができる。
【００３３】
なお、上述の説明では固定電極２０を実装基板２に配置して自己診断する場合を述べたが、固定電極２０を重り部７と向かい合う面を有する固定部５０に配置して自己診断してもよい。このように固定電極２０を配置した場合、自己診断の際に重り部７を横方向に動かすことができるので、例えば図２のＸＹ平面に平行な加速度が加わった場合と同様の応力を梁部５´に発生させることができる。
【００３４】
また、上述の説明では重り部７に貫通導体６を介して電圧を付与したが、加速度検出素子３の裏面から梁部５´等を介して電極を配線して、重り部７に電圧を付与してもよい。
＜加速度検出装置の製造方法＞
次に、加速度検出装置の製造方法を図４により説明する。
（工程Ａ：加速度検出素子の製造方法）
本実施形態にかかる製造方法では基板としてＳＯＩ基板を用いる。図４に示すように、ＳＯＩ基板５４は、絶縁層５２と、絶縁層５２の一方側に積層された半導体層５１と、絶縁層５２の他方側に積層された支持層５３とを有するものである。絶縁層５２は、ＳｉＯ２により形成されている。半導体層５１および支持層５３は、例えばシリコンにより形成されている。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、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エッチング法などにより支持層５３が露出するように半導体層５１側から半導体層５１および絶縁層５２を貫通する貫通孔５５を形成する。このようなＳＯＩ基板５４に逆導電型拡散領域をイオン拡散法で形成する場合、絶縁層５２を含む支持層５３にまでイオン拡散したとしても、絶縁層５２は電気を通さないため、ＳＯＩ基板５４の半導体層５１から支持層５３に導通をとることは困難である。これに対し、上述の方法を用いることにより、半導体層５１および絶縁層５２を貫通する貫通孔５５を容易かつ確実に形成することができ、半導体層５１から支持層５３に導通をとることができる。
【００３６】
次に、半導体層５１の抵抗素子（図示せず）を形成する所定位置にイオン注入法により不純物を注入する。その後、Ｏ２の雰囲気中でＳＯＩ基板５４をアニールすることによってピエゾ抵抗からなる抵抗素子を形成するとともに、絶縁体膜６２を貫通孔５５の側面に形成する。不純物としては、ｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、ｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが例示できる。このように、抵抗素子のアニールを行う際、絶縁体膜６２を同時に形成することができ、工程数を増やすことがない。なお、絶縁体膜６２は貫通孔５５の側面に絶縁材料をスパッタ等により形成してもよい。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、抵抗素子を形成した後、抵抗素子に連結する配線電極（図示せず）を形成すると共に、貫通孔５５に貫通導体５６を形成する。配線電極および貫通導体５６は、金属スパッタ、ＣＶＤ、蒸着などにより上述の導電性材料を成膜した後、成膜した導電性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。なお、配線電極および貫通導体５６を異なる導電性材料で形成してもよい。
【００３８】
さらに、図４（ｃ）に示すように、支持層５３側から半導体微細加工技術により梁部５８および固定部５９および重り部５７が配置される溝部６０を形成する。具体的には、まず、固定部５９を区切る溝部６０に対応する領域において、支持層５３を除去する。続いて、上記の溝部６０に対応する領域において、重り部５７が配置される位置以外の絶縁層５２を除去する。以上のようにして、絶縁層５２および支持層５３を貫通する溝部６０が形成され、当該溝部６０によりＳＯＩ基板５４に固定部５９が形成される。その後、除去せずに残っている絶縁層５２に、上述の金属からなる重り部５７が導電性接着剤やめっき法により配置される。さらに、溝部６０の間欠部分（溝部６０が途切れる部分）における半導体層５１により梁部５８が形成される。これによって、加速度検出素子３が完成する。
（工程Ｂ：加速度検出装置の製造方法）
続いて、加速度検出素子が取り付けられる主面２Ａを有する実装基板２を準備する。以下、図３を用いて説明する。
【００３９】
実装基板２はアルミナなどのセラミック材料からなる複数の絶縁層を積層することにより形成される。具体的には、平板状の絶縁層２ａ、矩形状の開口部を有する絶縁層２ｂ、絶縁層２ｂの開口部より大きな開口部を有する絶縁層２ｃを順次積層することよりキャビティ１７を有する実装基板２が作製される。なお、固定電極２０は、絶縁層２ａ上の加速度検出素子３が搭載された際に重り部７と所定の間隔を隔てて対向する位置に、金属材料を成膜した後、フォトリソグラフィ等により形成される。
【００４０】
次に実装基板２の主面２Ａで、且つ加速度検出素子３を載置したときに加速度検出素子３の四隅に接着剤８を塗布する。次に加速度検出素子３を実装基板２の主面２Ａに載置させ、接着剤８を硬化させることにより加速度検出素子３と実装基板２とを接合する。
【００４１】
加速度検出素子３を実装基板２に接合した後、金、銅、アルミニウムなどからなる金属細線６により加速度検出素子３に設けた素子側電極パッド１５と実装基板２に設けた実装基板側電極パッド１４とを接続する。最後に４２アロイなどからなる金属製の蓋１０をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂９により実装基板２の上面（絶縁層２ｄの上面）に接合することより製品としての加速度検出装置１が完成する。
【００４２】
以上の実施形態によれば、加速度検出素子３は、貫通孔５５の側面に絶縁体膜２１を形成する工程と、抵抗素子を形成する工程とを同時に作製することができる。また、貫通導体５６を形成する際の貫通孔５５に導電性材料を埋める工程においても、配線電極と同じ工程で作製することができる。このことから、絶縁体膜２１の形成および貫通導体５６において工程数の増加を必要とせず、且つ同一装置で形成することができることからコスト増加を招くこともない。
【００４３】
（変形例１）
図５に加速度検出素子３の変形例を示す。基本的な構成は図３と同じであり、重複部分の説明を省略する。図５（ａ）に示すような貫通導体４０が基板４５の上面が広い台形の断面形状を有する場合、導電性材料を充填しやすく、段差被覆性を向上させることができる。このことから、貫通導体４０と重り部４２との接続信頼性を向上させることができる。また、図５（ｂ）のように貫通導体４０が重り部４２側に広い台形の断面形状を有している場合、重り部４２と接する面積が大きいため、貫通導体４０と重り部４２との接続がとりやすいことから歩留まりを向上させることができる。さらに、図５（ｃ）のような貫通導体４０が基板４５だけでなく重り部４２の途中まで連通している場合は、貫通導体４０を基板４５より比重の大きな材料で形成することにより、重り部４２の重量を増やすことができるので、加速度の検出感度を向上させることができる。なお、この場合において貫通導体４０の重り部４２の中に形成された部分を導電部とする。また、図４（ａ）のよう実装基板２に搭載される加速度検出素子３において、図５（ｄ）は、固定電極２０と対向する面に露出部４０Ａを有する貫通導体４０を、基板４５より導電性のよい材料で形成することにより、露出部４０Ａと固定電極２０とで大きな電位差を生じさせることができることから、重り部４２により大きな静電引力を働かせることができるので、低電圧で自己診断を行うことができる。なお、この場合において貫通導体４０の重り部４２の中に形成された部分を導電部とする。
【００４４】
（変形例２）
図７は上述した実施形態にかかる加速度検出装置の変形例を示す断面図である。基本的な構成は図３と同じであり、重複部分の説明を省略する。貫通導体６と実装基板側電極パッド１４または素子側電極パッド１５とをボンディングワイヤー６５で配線することが好ましい。これにより梁部５´の上に電極を配線せず、貫通導体６に配線できるため、梁部５´全体の厚みが厚くならないことから加速度検出素子３の感度を低下させずに自己診断することができる。
【００４５】
（変形例３）
図６は上述した実施形態にかかる加速度検出装置の製造方法の変形例を示す断面図である。なお、図６の断面図は図２におけるＡ−Ａ´線における断面に相当するものである。基本的な構成は図４と同じであり、重複部分の説明を省略する。この変形例３では、半導体層５１および絶縁層５２を貫通する貫通孔５５をエッチング等により形成し、続いて貫通孔５５と連通する孔部５５´を支持層５３に形成する。その後、貫通孔５５および孔部５５´に導電性材料を埋入して貫通導体５６を配置する。そして、上述の方法により重り部５７および固定部５９を形成する。このように貫通導体５６を重り部５７の中にも形成することにより、工程数の増加を伴うことなく、重り部５７が重くすることができるため加速度検出素子３の感度を向上させることができる。なお、この場合において貫通導体４０の重り部４２の中に形成された部分を導電部とする。
【００４６】
本発明は、以上の実施形態や変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００４７】
加速度検出素子は、３軸方向の加速度を計測するものに限定されない。例えば、加速度検出素子は、１軸方向の加速度を計測するものであってもよい。また、重り部は付属重り部を有しないものであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ 加速度検出装置
２ 実装基板
２Ａ 実装基板主面
２ａ、２ｂ、２ｃ 絶縁層
３ 加速度検出素子
４ 蓋
５ 基板
５´ 梁部
６ 貫通導体
７ 重り部
７´ 付属重り部
８ 抵抗素子
９ 接着剤
１２ 外部端子
１３ ビアホール導体
１４ 実装基板側電極パッド
１５ 素子側電極パッド
１６ 金属細線
１７ キャビティー
１８ スペーサ部材
２０ 固定電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓部を有する基板と、前記基板の一方主面に接続され、金属からなる導電部を有する重り部と、を有し、前記可撓部の撓みに応じて加速度を検出する加速度検出素子と、
前記重り部と所定の間隔を隔てて設けられた固定電極と、を備え、
前記重り部に電圧を印加することにより、前記重り部と前記固定電極との間に静電引力が働くようにして自己診断をおこなう加速度検出装置。
【請求項２】
前記導電部に電気的に接続され、前記基板を貫通する貫通導体を有する請求項１に記載の加速度検出装置。
【請求項３】
前記貫通導体は、前記基板の材料より比重の大きな導電性材料からなり、
前記重り部は、前記一方主面上であって、前記基板を平面視して、前記貫通導体と重なる部分を有する位置に配置された請求項２に記載の加速度検出装置。
【請求項４】
前記基板は導電性を有し、前記重り部との間に絶縁層を有する請求項２または３に記載の加速度検出装置。
【請求項５】
前記貫通導体の側面が絶縁体膜で覆われている請求項４に記載の加速度検出装置。
【請求項６】
前記重り部は、前記重り部の材料より比重の大きい金属からなる請求項１〜５のいずれかに記載の加速度検出装置。
【請求項７】
前記加速度検出素子に取り付けられ、前記固定電極が形成された実装基板と、をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の加速度検出装置。
【請求項８】
前記貫通導体にボンディングワイヤーを他方主面から直接接続して、前記重り部と前記固定電極との間に電位差を付与する請求項２〜７のいずれかに記載の加速度検出装置。
【請求項１】
可撓部を有する基板と、前記基板の一方主面に接続され、金属からなる導電部を有する重り部と、を有し、前記可撓部の撓みに応じて加速度を検出する加速度検出素子と、
前記重り部と所定の間隔を隔てて設けられた固定電極と、を備え、
前記重り部に電圧を印加することにより、前記重り部と前記固定電極との間に静電引力が働くようにして自己診断をおこなう加速度検出装置。
【請求項２】
前記導電部に電気的に接続され、前記基板を貫通する貫通導体を有する請求項１に記載の加速度検出装置。
【請求項３】
前記貫通導体は、前記基板の材料より比重の大きな導電性材料からなり、
前記重り部は、前記一方主面上であって、前記基板を平面視して、前記貫通導体と重なる部分を有する位置に配置された請求項２に記載の加速度検出装置。
【請求項４】
前記基板は導電性を有し、前記重り部との間に絶縁層を有する請求項２または３に記載の加速度検出装置。
【請求項５】
前記貫通導体の側面が絶縁体膜で覆われている請求項４に記載の加速度検出装置。
【請求項６】
前記重り部は、前記重り部の材料より比重の大きい金属からなる請求項１〜５のいずれかに記載の加速度検出装置。
【請求項７】
前記加速度検出素子に取り付けられ、前記固定電極が形成された実装基板と、をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の加速度検出装置。
【請求項８】
前記貫通導体にボンディングワイヤーを他方主面から直接接続して、前記重り部と前記固定電極との間に電位差を付与する請求項２〜７のいずれかに記載の加速度検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１７５３９３（Ｐ２０１０−１７５３９３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４０９（Ｐ２００９−１８４０９）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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