JP2005283393A

JP2005283393A - 慣性センサ

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Publication number: JP2005283393A
Application number: JP2004099161A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 寛石川; Yoshitaka Nakamura; 義孝中村; Hiroshi Tokunaga; 博司徳永; Kenji Nagata; 憲治永田
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Also published as: US20050217373A1; KR20060044857A; CN1677056A; US7019231B2; EP1582879A1; KR100627217B1

Abstract

【課題】耐衝撃性に優れた加速度センサやジャイロなどの慣性センサを提供すること。
【解決手段】錘１２と枠１４は、張り合わせウエーハなどのＳＯＩ基板にＭＥＭＳ技術によって一体的に形成されている。そして、錘ストッパ１６は、ビーム１３を支持する枠１４と錘１２との間の間隙部の一部を覆いながらＳＯＩ基板の上側Ｓｉ結晶部分の枠１４から水平方向に張り出して錘１２の主面の枠１４側領域の一部を覆うようにクリアランスｄで形成されている。錘１２がセンサのダイナミックレンジに対応する可動範囲内（ｄ未満）で動く際には錘ストッパ１６は錘１２を制動することがないが、センサに衝撃が加わったことにより錘１２がセンサのダイナミックレンジに対応する可動範囲以上（ｄ以上）に動こうとすると錘ストッパ１６が錘１２を制動し、破壊するなどの事態が回避されることとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は慣性センサに関し、より詳細には、耐衝撃性に優れた加速度センサやジャイロなどの慣性センサに関する。

近年の加速度センサやジャイロなどの慣性センサは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を応用した微細加工技術の発展により、小型化と高性能化および低価格化を同時に実現することが可能となった。このような背景の下に、ＭＥＭＳデバイスとしての慣性センサは、カーナビゲーション、車載エアバッグ制御、カメラやビデオの手ぶれ防止、携帯電話、ロボットの姿勢制御、ゲーム用ジェスチャー入力認識、ＨＤＤの回転・衝撃検知などを目的とするデバイスとして、動き検知を必要とするあらゆる機器に搭載されることが期待されている。

ところで、動き検知を必要とするこれらの機器には、ときとして予想外の大きな衝撃が加わることがあり得るため、かかる機器に搭載されている慣性センサには、大きな衝撃が印加される危険性がある。例えば、車載エアバッグなどの自動車用途では追突や横転などの場合に通常運転時には生じ得ない大きな衝撃が加わり得るし、モバイル機器などでは誤って機器を落下させた際の衝撃が予想される。また、ゲーム機などのホビー用途にあっては、ユーザが乱暴な取り扱いをした際には極めて大きな衝撃が生じ得る。このような突発的に加えられる偶発的衝撃は、３０００Ｇとも５０００Ｇとも言われており、これらの機器に搭載される慣性センサには高い耐衝撃性が要求されることとなる。

しかし、慣性センサは、可動部である錘を梁（ビーム）で吊り下げる基本構成を有するため、偶発的に大きな衝撃が印加された場合にはビームが大きく変形したり破損したりしてセンサとして機能しなくなるなどの問題が知られており、特許文献１にはこのような問題を解決するための発明が開示されている。

特許文献１に開示されている容量式加速度センサには、可動部を挟むように収容する絶縁性保護カバーに緩衝材が設けられており、仮に大きな衝撃を受けて可動部と絶縁性保護カバーとが衝突したとしてもその衝撃により可動部が破損しないための工夫がなされている。そしてこの緩衝材を設けたことにより、搭載機器の落下などにより可動部が破損したり加速度の測定ができなくなる恐れのない加速度センサが得られるとされている。
特開２０００−１８７０４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている加速度センサは、「質量体４ａが梁４ｃを介してガラス基板６、７とシリコン基板１との接合面に平行に変位可能に支持されている」（特許文献１段落番号０００５参照）構成の加速度センサの抱える問題を解決するためになされた発明であり、その加速度センサもまた「質量体４Ａａを支持する前記梁は、その幅がその厚さに比較して狭く、質量体４Ａａはガラス基板６Ａ、７Ａ側へは変位し難い構造を為す」構成（特許文献１段落番号００２６参照）のものであり、可動部の可動空間はガラス基板６、７とシリコン基板１との接合面に平行な概ね２次元の空間に限られるものである。

そして、「ガラス基板６Ａには、質量体４Ａａの凸部４Ａｂとの対向面に深さ約１５μｍの凹部６Ａａが形成され、凹部６Ａａの底面には、凸部４Ａｂとの衝突による衝撃を緩衝するための緩衝材として厚さ約５μｍのアルミニウム層８が蒸着により被着されている」（特許文献１段落番号００２７参照）ことで搭載機器の落下などにより可動部が破損したり加速度の測定ができなくなる恐れのない加速度センサを得ている。すなわち、特許文献１に開示されている加速度センサに備えられている緩衝材は、加速度センサの通常動作時には可動部が変位することのないガラス基板面上に設けられるものであるため、通常動作時において可動部が３次元的に動くことにより本来の機能を発揮する構成の慣性センサには適用することができないという問題があった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、３次元的に可動の可動部を備える加速度センサやジャイロなどの慣性センサについても耐衝撃性を向上させることを可能とすることにより、衝撃によって可動部が破損したり加速度の測定ができなくなる恐れのない慣性センサを提供することにある。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、可動部である錘がビームにより支持されるセンシング部構成の慣性センサであって、前記錘の可動範囲を制限する錘ストッパを備え、前記錘ストッパは、前記慣性センサ用基板の一部がＭＥＭＳ加工されて前記錘の近傍に当該錘と所定のクリアランスをもって配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の慣性センサにおいて、前記錘ストッパは、前記ビームを支持する枠部と前記錘との間の間隙部の一部を覆いながら前記枠部側から前記錘側へと張り出していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の慣性センサにおいて、前記錘ストッパの一部領域に柱状部が設けられて強度補強されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の慣性センサにおいて、前記錘ストッパはＭＥＭＳ加工されたＳｉで構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の慣性センサにおいて、前記基板はＳＯＩ基板であり、前記錘ストッパは当該ＳＯＩ基板のＳｉ部分をＭＥＭＳ加工したものであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の慣性センサにおいて、前記錘ストッパは、前記慣性センサの支持部底面もしくはパッケージキャップ内面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の慣性センサにおいて、前記錘ストッパの端部に前記慣性センサの支持部底面もしくはパッケージキャップ内面の位置を規定するスペーサを備え、当該スペーサにより前記クリアランスが調整されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の慣性センサにおいて、前記センシング部の枠部にバンプを備え、当該バンプにより前記クリアランスが調整されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８の何れかに記載の慣性センサにおいて、前記錘ストッパの前記錘への対向面もしくは前記錘の前記錘ストッパへの対向面の少なくとも一方に凹凸部を備え、当該凹凸部により前記クリアランスが調整されていることを特徴とする。

さらに、請求項１０に記載の発明は前記クリアランスは前記慣性センサのダイナミックレンジに対応する前記錘の可動範囲以上に設定されていることを特徴とし、請求項１１に記載の発明は前記センシング部はフリップチップ実装されてパッケージ内に格納されていることを特徴とする。

本発明は、センシング部近傍にＭＥＭＳ技術により微細加工された錘ストッパを設けることとしたので、センサの規定感度範囲に対応する変位量を超えて錘が動く場合にはこの錘ストッパによってその動きが妨げられることとなり、偶発的に大きな衝撃が印加された場合にもビームが大きく変形したり破損したりしてセンサとして機能しなくなるなどの問題を回避することが可能となる。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の慣性センサは、センシング部をシリコン基板内にＭＥＭＳ技術により作り込み、このセンシング部をガラス基板などの固定部材上に載置してパッケージ内に封止して素子化されている。

図１は慣性センサの主要構造を説明するための概念図で、図１（ａ）はセンシング部の斜視図、図１（ｂ）はセンシング部の平面図、そして、図１（ｃ）はセンシング部がガラス基板上に載置されている状態での断面図である。

これらの図において、１０は慣性センサのセンシング部を作製するための基板であるＳＯＩ基板、１１は後述するプロセスによりＳＯＩ基板１０に作り込まれたピエゾ抵抗、１２はセンシング部の可動部である錘、１３は錘１２の動きを支えるビーム、１４はビーム１３を支持して錘１２を保持するための枠、そして、１５はガラス基板である。可動部である錘１２が動くと、その動きはビーム１３の捩れや撓みとなりビーム１３上に設けられたピエゾ抵抗１１の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化がホイーストン・ブリッジ回路の出力などの電気信号として得られる。なお、図中のＷはギャップ、ｗはビーム幅、Ｔは錘厚み、そしてｔはビーム厚みである。

錘１２がビーム１３で支えられている構成の慣性センサの耐衝撃性を高めるためには、ビーム１３の強度を上げたり、或いはビーム１３が支えている錘１２の重量を軽くしてビーム１３に加わる機械的な負荷を軽減するという手法が考えられる。

しかし、一般に耐衝撃性とセンサ感度は逆比例の関係にあり、上記のような手法により耐衝撃性を高めようとするとセンサ感度が低下する結果を招いてしまう。例えば、ビーム１３の厚みを厚くしたり、幅を広くしたり、長さを短くすることでビーム１３の機械的強度を上げようとすると通常動作時における錘１２の動きが鈍くならざるを得ず、ビーム１３上に設けられているピエゾ抵抗１１の抵抗値変化量が小さくなるためにセンサとしての感度が低下してしまう。また、錘１２の重量を軽くする場合も同様に、センサとしての感度を低下させるという結果を招く。

このような不都合を回避し且つ耐衝撃性に優れた慣性センサを実現するために、本発明の慣性センサには、錘１２の可動範囲を所定の範囲に制限するための錘ストッパが設けられている。したがって、センサの規定感度範囲に対応する変位量を超えて錘１２が動く場合には錘ストッパによってその動きが妨げられるため、偶発的に大きな衝撃が印加された場合にもビームが大きく変形したり破損したりしてセンサとして機能しなくなるなどの問題が回避されることとなる。なお、この錘ストッパはＭＥＭＳ技術により微細加工されてセンシング部近傍に設けられる。

以下に、本発明の慣性センサが備える錘ストッパの種々の態様を説明する。

図２は、上述した錘ストッパをＳＯＩ基板のＳｉ部分にＭＥＭＳ技術により作り込む場合の錘ストッパの形状の概略図である。錘ストッパ１６は、ビーム１３を支持する枠１４と錘１２との間の間隙部の一部を覆いながら枠１４側から錘１２側へと張り出している。これらの錘ストッパ１６は、錘１２の上方に所定のクリアランス（例えば５μｍ）をもって形成されており、衝撃により本来の可動範囲を超えて動き始めた錘１２の運動を停止させる。これらの図に示した錘ストッパ１６の配置例はあくまでも例示に過ぎず、ＭＥＭＳ加工プロセス上の便宜や必要とされる錘制動性などの条件を勘案して設計される。なお、図２（ａ）中の点線部の拡大図である図２（ｄ）に示すように、錘ストッパ１６の一部領域に強度を高めるための柱状部１６´を設けるようにしてもよい。

図３は、錘ストッパの具体的な構造を説明するための錘ストッパ近傍の様子を説明するための図で、図３（ａ）は図２（ｂ）の錘ストッパ１６と錘１２の近傍の斜視図、図２（ｂ）は図２（ｂ）中のＡ−Ａに沿う断面図である。図３（ａ）に示したように、錘１２のストッパに対向する部分には掘り込みが設けられ、この深さによってクリアランスが決定されている。この様子を示したのが図３（ｂ）の断面図で、錘１２と枠１４は、張り合わせウエーハなどのＳＯＩ基板にＭＥＭＳ技術によって一体的に形成されており、錘ストッパ１６は、ＳＯＩ基板の上側Ｓｉ結晶部分の枠１４から水平方向に張り出して錘１２の主面の枠１４側領域の一部を覆うようにクリアランスｄで形成されている。なお、図２（ａ）および図２（ｃ）に示した錘ストッパも同様のクリアランス設定で形成されているため、あえて図示しての説明は省略する。

錘１２がセンサのダイナミックレンジに対応する可動範囲内（ｄ未満）で動く際には錘ストッパ１６は錘１２を制動することがないが、センサに衝撃が加わったことにより錘１２がセンサのダイナミックレンジに対応する可動範囲以上（ｄ以上）に動こうとすると錘ストッパ１６が錘１２を制動し、破壊するなどの事態が回避されることとなる。

以下に、本発明の慣性センサの製造プロセスの例について説明する。

図４および図５は、錘ストッパをＳＯＩ基板のＳｉ部分に作り込んだ場合の製造プロセスを説明するための図である。用いた基板１０は、直径４インチのＳｉ／ＳｉＯ_２／Ｓｉ＝１５μｍ／１μｍ／５００μｍ）である（図４（ａ））。この基板１０の主面（厚み１５μｍのＳｉ面）を酸化して酸化膜２１を形成しその所定部分にイオン注入用の窓を開け、酸化膜２１および酸化膜２１上に塗布した図示しないレジストをマスクとして利用して硼素Ｂをイオン注入してＢ拡散領域を設けピエゾ抵抗１１を形成する。ピエゾ抵抗１１形成後には８００〜１３００℃の熱処理が施されるとともに、再度の熱酸化が施されて酸化膜２１はより厚膜の酸化膜２２となる（図４（ｂ））。

次に、ピエゾ抵抗１１用の配線コンタクト部に対応する酸化膜２２部分に窓を開けてコンタクト補償のためのＢイオン注入２３を行い、さらにピエゾ抵抗リーク不具合の改善のために窒素雰囲気中で８００〜１３００℃のアニール処理を施す（図４（ｃ））。この後、全面にＡｌ−Ｓｉ合金膜をＤＣマグネトロンスパッタ成膜して最小線幅５μｍの等倍コンタクト露光を行い、さらに塩素系ガスによる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングして配線２４を形成する（図４（ｄ））。

配線２４中のＡｌを保護するためにＴＥＯＳソースＣＶＤで酸化膜２５を堆積した後、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥによりワイヤボンディングパッド用の窓を開け（図４（ｅ））、さらにＡｕ（３００ｎｍ）／Ｔｉ（１５０ｎｍ）積層膜を全面に蒸着した後にリフトオフしてＡｌパッドを保護するためのパターン２６を形成する（図４（ｆ））。

次に、ＲＩＥによりストッパ形成用に表面側のＳｉを１０μｍエッチングして所定箇所のＳｉＯ_２をボックス状にエッチング除去する（図５（ｇ））。

ビーム１３は、酸化膜２５およびＳＯＩ基板１０の主面のＳｉ層（１５μｍ）とＳｉＯ_２層（１μｍ）をエッチングすることで形成される（図５（ｈ））。

このビーム形成に続き、両面アライメント露光してＲＩＥにより約５００μｍのＳｉエッチングを行って垂直性が９０度±１度の錘１２を形成するとともに錘ストッパ１６を設け、さらにＨ_２ＳＯ_４とＨ_２Ｏ_２の混合液で陽極接合前洗浄を行う（図５（ｉ））。

Ｓｉ基板と同等の熱膨張係数をもつガラス片２７上に２００ｎｍの膜厚のＣｒ層２８を設け、このガラス片２７にセンシング部１７を陽極接合する。このような陽極接合の後、窒素雰囲気中でシンタリングを行う。以上の工程により、図５（ｊ）に図示したようなセンシング部１７がＳＯＩ基板１０上に多数得られる。

最後に、センシング部１７をダイシングして切り出し、パッケージ１８内に格納してパッケージ１８外側面に設けられた配線部２９とＡｌパッド保護パターン２６とをワイヤ３０で接続し、キャップ１９により密封して慣性センサとする（図５（ｋ））。

これらの錘ストッパとセンシング部（錘）との間隔（クリアランス）を狭く取れば耐衝撃性は向上するが錘の可動範囲が狭くなってセンサのダイナミックレンジは低下する。一方、クリアランスを広く取れば錘の可動範囲が広くなってセンサのダイナミックレンジは広がるが広く取りすぎると錘ストッパが有効に機能せずに期待する耐衝撃性が得られない結果となる。したがって、本発明の慣性センサが備えるセンシング部と錘ストッパとの間のクリアランスは、センサのダイナミックレンジと付与したい耐衝撃性の双方を満足するように決定される。

図６は、クリアランス設定の概念を説明するための図で、錘変位量（横軸）とビームにかかる負荷（縦軸）との関係を示している。図中に示した、センサに求められるダイナミックレンジの最大値および耐衝撃仕様に対応する錘変位量を決定すれば、両者を満足する錘変位量領域（すなわち、ダイナミックレンジ最大値以上でかつ耐衝撃仕様以下の領域）がクリアランス設定範囲ということになる。なお、クリアランスは可能な限り狭く取ることが好ましい。これは、クリアランスを必要以上に広く取ると、偶発的な衝撃により動き始めた錘がストッパによりその動きを制限されるまでの間に大きく加速されてしまい、ストッパに当たった時に破損などすることが考えられ得るからである。

本発明は慣性センサの耐衝撃性を向上させることを目的とするものであり特許文献１に開示されている発明とその目的の一部を同じくするが、かかる目的を達成するための手段が下記の点で大きく異なる。

第１に、特許文献１に開示されている発明は「一対の絶縁性保護カバー（パッケージ）と可動部との衝突の衝撃緩和」によるのに対して、本発明は可動部である錘の可動範囲を制限することでパッケージと錘との衝突を回避して耐衝撃性を向上させるものである。このため、特許文献１に開示されている発明では保護カバーの面に緩衝手段を設けることとされているのに対して、本発明では保護カバーとは別に錘ストッパが設けられる。

第２に、「さらに、ガラス基板６Ａには、質量体４Ａａの凸部４Ａｂとの対向面に深さ約１５μｍの凹部６Ａａが形成され、凹部６Ａａの底面には、凸部４Ａｂとの衝突による衝撃を緩衝するための緩衝材として厚さ約５μｍのアルミニウム層８が蒸着により被着されている。」（特許文献１段落番号００２７参照）との記載から明らかなように、特許文献1に開示されている発明では蒸着などの一般的な手法により緩衝材としてのアルミニウムなどの層を形成するという手法をとるのに対して、本発明ではＭＥＭＳ技術により錘ストッパを作り込む。ＭＥＭＳ技術を用いて錘ストッパを形成することで、微細な加工が可能となり、センサの感度を低下させることなく耐衝撃性を高めるために求められる錘ストッパを高い精度で形成することが可能となる。

第３に、「質量体４Ａａを支持する前記梁は、その幅がその厚さに比較して狭く、質量体４Ａａはガラス基板６Ａ、７Ａ側へは変位し難い構造を為す」（特許文献１段落番号００２６参照）との記載から明らかなように、特許文献１に開示されている発明は、質量体がパッケージ面と垂直（ｘｙ平面）に変位する機構の加速度センサについてのものであり、この加速度センサの質量体は本来ｚ方向には可動し難いが衝撃時に偶発的に動き得るものである。このような加速度センサの耐衝撃性を向上させるために、本来は質量体が可動し難いｚ方向に位置するパッケージ面に緩衝手段を設けている。これに対して、本発明は錘（質量体）が３次元的に変位することを前提とする慣性センサに関するものであり、錘の３次元的な動きがセンサのダイナミックレンジの範囲で妨げられないようにストッパが設けられている。

なお、「凸部４Ａｂに、そのガラス基板６Ａ側への変位を規制するストッパーとしての役割を持たせた」（特許文献１段落番号００２６参照）とされている「ストッパー」（可動部の凸部）は、本発明のストッパとは全く異なるものであることはいうまでもない。

本発明の慣性センサが備える錘ストッパは、図２に示した態様の錘ストッパの他にも種々の態様があり得る。

図７（ａ）は、パッケージのキャップおよびパッケージの底面に上下の錘ストッパを形成した場合の慣性センサの断面図である。センシング部１７はパッケージ１８の底面部に接着剤２０で固定され、このパッケージ１８にキャップ１９が被せられて格納されている。パッケージ１８の底面部およびキャップ１９には、図２で説明したのと同様の形態の錘ストッパが形成されている。

センシング部の錘１２の上下面は単純な平面としてもよいが、これらの面に図７（ｂ）に示すような凸部１２ａを設けることとしてもよい。このような凸部１２ａを設けた場合には、この凸部１２ａの先端面とこの凸部に対向する錘ストッパ面との間隔が実効的なクリアランスとなる。したがって、錘ストッパと錘との距離を比較的大きくとった場合であっても耐衝撃性を向上させることができるという利点がある。なお、これとは逆に錘ストッパの錘対向面に同様の凸部を設けることとしてもよいことはいうまでもない。

図８（ａ）は、センシング部をＳｉ基板やガラス基板１５に接着剤２０で予め固定し、この状態でパッケージに格納した場合の慣性センサの断面図である。このような構成とする場合には、センシング部の固定部材であるガラス基板１５にストッパを作り込むようにしてもよい。この場合にも、キャップ１９の錘対向面やパッケージ１８の底面、あるいは固定部材であるガラス基板１５の上下面の何れか、さらには錘１２などに凸部を設けることとすれば、錘ストッパと錘１２との距離を比較的大きくとった場合であっても耐衝撃性を向上させることができるという利点が得られる。なお、図８（ｂ）に示すように、パッケージ１８の底面やセンシング部の固定部材であるガラス基板１５の一部を掘り込むことにより所定のクリアランスを得るようにしてもよい。

図９は、センシング部を上下反転して形成するとともに、下部ストッパにＳｉのセンサ信号検出回路を作り込んだ態様を説明するための断面図である。センシング部１７は、上下のストッパ３１ａ、３１ｂにより挟まれており、この図に示した例では、センシング部１７が備えている信号線３２とピエゾ抵抗の抵抗変化を電気信号に変えて検知するセンサ信号検出回路（不図示）を兼用する下部ストッパ３１ｂとはフリップチップ技術などを応用してバンプ３３などで接合されている。

このような種々の態様において、錘とストッパとの間のクリアランスを設定値に一致させるための方法としては、Ｓｉやガラスに凹部を設ける場合にはＳｉやガラスをエッチングしたりサンドブラストなどによって表面を荒らすといった方法などがあり、凸部を設ける場合には誘電体や金属の膜を積層した後にこれらの膜をエッチングしたりリフトオフなどによってパターニングする方法などがある。

また、パッケージのキャップの高さを半田封止材で調整したり、センシング部をフリップチップ実装する場合にはバンプの高さを調整して隙間調整を行う場合がある。このような場合は隙間を均一に形成するのが難しいため、例えば図１０に示すように、予め隙間を形成するための突起（スペーサ）３４をストッパの端部に設けるなどの方法が有効である。また、バンプのみで隙間を設ける場合は隙間が均一になるように、図１１に示すように、所望の電気接続部分のみならずセンシング部の周囲にほぼ均一に配置されるようにダミーバンプを設けるなどの方法が有効である。

図１２は、本発明のジャイロの基本構成を説明するための図で、図１２（ａ）はセンシング部、図１２（ｂ）はこのセンシング部をパッケージ内に格納したジャイロの概略を示している。ジャイロと加速度センサとで基本的な構成に差はないので詳細は省略するが、センシング部の基本構成は既に説明した慣性センサのそれと同様である。

センシング部は図１２（ａ）に示すようにＹ軸を中心に回転可能なようにパッケージ内に実装され、このパッケージ内にはセンシング部の検出用電極３５と駆動用電極３６が設けられている。

本発明により、簡易な構造で耐衝撃性に優れた加速度センサやジャイロなどの慣性センサの提供が可能となる。

慣性センサの主要構造を説明するための概念図で、（ａ）はセンシング部の斜視図、（ｂ）はセンシング部の平面図、そして（ｃ）はセンシング部がガラス基板上に載置されている状態での断面図である。錘ストッパをＳＯＩ基板のＳｉ部分にＭＥＭＳ技術により作り込む場合の錘ストッパの形状の概略図である。錘ストッパの具体的な構造を説明するための錘ストッパ近傍の断面図である。錘ストッパをＳＯＩ基板のＳｉ部分に作り込んだ場合の製造プロセスを説明するための図である。錘ストッパをＳＯＩ基板のＳｉ部分に作り込んだ場合の製造プロセスを説明するための図である。クリアランス設定の概念を説明するための図で、錘変位量（横軸）とビームにかかる負荷（縦軸）との関係を示している。パッケージのキャップおよびパッケージの底面に上下の錘ストッパを形成した場合の慣性センサの断面図である。センシング部をＳｉ基板やガラス基板に接着剤で予め固定し、この状態でパッケージに格納した場合の慣性センサの断面図である。センシング部を上下反転して形成するとともに、下部ストッパにＳｉのセンサ信号検出回路を作り込んだ態様を説明するための断面図である。予め隙間を形成するための突起をストッパの端部に設ける様子を説明するための図である。センシング部の周囲にダミーバンプを設ける様子を説明するための図である。本発明のジャイロの基本構成を説明するための図である。

符号の説明

１０基板
１１ピエゾ抵抗
１２錘
１３ビーム
１４枠
１５ガラス基板
１６錘ストッパ
１６´ 柱状部
１７センシング部
１８パッケージ
１９キャップ
２０接着剤
２１、２２、２５酸化膜
２３Ｂイオン注入
２４配線
２６Ａｌパッド保護パターン
２７ガラス片
２８Ｃｒ層
２９配線部
３０ワイヤ
３１ａ上部ストッパ
３１ｂ下部ストッパ
３２信号線
３３バンプ
３４突起（スペーサ）
３５検出用電極
３６駆動用電極

Claims

可動部である錘がビームにより支持されるセンシング部構成の慣性センサであって、
前記錘の可動範囲を制限する錘ストッパを備え、
前記錘ストッパは、前記慣性センサ用基板の一部がＭＥＭＳ加工されて前記錘の近傍に当該錘と所定のクリアランスをもって配置されていることを特徴とする慣性センサ。
前記錘ストッパは、前記ビームを支持する枠部と前記錘との間の間隙部の一部を覆いながら前記枠部側から前記錘側へと張り出していることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
前記錘ストッパの一部領域に柱状部が設けられて強度補強されていることを特徴とする請求項１または２に記載の慣性センサ。
前記錘ストッパはＭＥＭＳ加工されたＳｉで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の慣性センサ。
前記基板はＳＯＩ基板であり、
前記錘ストッパは当該ＳＯＩ基板のＳｉ部分をＭＥＭＳ加工したものであることを特徴とする請求項４に記載の慣性センサ。
前記錘ストッパは、前記慣性センサの支持部底面もしくはパッケージキャップ内面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の慣性センサ。
前記錘ストッパの端部に前記慣性センサの支持部底面もしくはパッケージキャップ内面の位置を規定するスペーサを備え、当該スペーサにより前記クリアランスが調整されていることを特徴とする請求項６に記載の慣性センサ。
前記センシング部の枠部にバンプを備え、当該バンプにより前記クリアランスが調整されていることを特徴とする請求項６または７に記載の慣性センサ。
前記錘ストッパの前記錘への対向面もしくは前記錘の前記錘ストッパへの対向面の少なくとも一方に凹凸部を備え、当該凹凸部により前記クリアランスが調整されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の慣性センサ。
前記クリアランスは、前記慣性センサのダイナミックレンジに対応する前記錘の可動範囲以上に設定されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の慣性センサ。
前記センシング部はフリップチップ実装されてパッケージ内に格納されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の慣性センサ。