JP2010230503A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性が高く、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、一方端が前記錘部に、他方端が前記固定部に接続された梁部と、前記錘部の変位に応じた信号を出力する変位検出手段と、を有する加速度センサ素子と、平面視で、前記加速度センサ素子の前記錘部が配置される第１領域と、前記第１領域に隣接し、前記加速度センサ素子を外部回路に接続するための配線層を有する第２領域と、を有する基板と、前記加速度センサ素子を空隙を介して封止するように、前記基板の上面に固定されたキャップ型の封止部材と、有する加速度センサである。
【選択図】 図１

Description

本発明は加速度センサに関する。

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には、加速度センサ素子が気密封止された加速度センサが記載されている。加速度センサ素子は、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を有している。加速度センサ素子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。

このような加速度センサ素子の固定部は、セラミックで形成された開口部を有するケースの内底部に接着剤を介して固定されている。そして、このケースの開口部側に蓋材を取り付けることで、加速度センサ素子を封止した加速度センサを得ることができる。

特開２００４−２１２２４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された加速度センサのケースは、グリーンシートを積層し、その一部を除去して内底を形成したものを焼成して製造している。この焼成工程において、内底部分は凹部となっているため押圧できず、その結果、内底の平坦度が悪くなるという問題点があった。さらに、積層したグリーンシート間に内部配線層があると、その直上部が凸部となり平坦度が悪くなるという問題点があった。そのため、ケースの内底の平坦度が十分ではなく、重り部とケースの内底との間隔が対向面内でばらついたり、設計した値からずれたりして、重り部が内底と接触することがあり、特性不良が生じ信頼性が低かった。

これに対して、内底の平坦度を考慮して重り部とケースの内底との間隔を確実に設けるように、接着剤中にフィラーなどからなるスペーサを混入させて両者の間隔を調整することも検討されているが、個々の加速度センサに対してこのような工程を経ることは非常に困難であり、生産性が低くなっていた。

また、内底の平坦度のバラつきやセンサ素子の実装精度等によるバラつきを吸収できるように、接着剤の厚み方向の高さを余裕をもって設計すると、加速度センサの厚み方向の大型化を招くという問題点もあった。

本発明は上述の事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、信頼性及び生産性の高い加速度センサを提供することにある。

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、一方端が前記錘部に、他方端が前記固定部に接続された梁部と、前記錘部の変位に応じた信号を出力する変位検出手段と、を有する加速度センサ素子と、平面視で、前記加速度センサ素子の前記錘部が配置される第１領域と、前記第１領域に隣接し、前記加速度センサ素子を外部回路に接続するための配線層を有する第２領域と、を有する基板と、前記加速度センサ素子を空隙を介して封止するように、前記基板の上面に固定されたキャップ型の封止部材と、有するものである。

本発明の加速度センサによれば、基板上に加速度センサ素子を配置することから、従来のケースの内底に配置する場合に比べて、加速度センサ素子を封止するための構成が簡素化するため生産性が高くなる。また、構成が簡素化するため、低コスト化することができる。

また、基板上に加速度センサ素子を配置することから、従来のケースの内底に配置する場合に比べて、配置面が平坦なため錘部と基板との間隔を精密に設定することができる。

また、基板のうち、平面視で錘部が位置する第１領域には配線層が存在しないため、基板の上面のうち特に平坦な面に錘部を配置することができる。これにより、さらに錘部と基板との間隔を精密に設定することができる。

以上より、錘部と基板との間隔を精密に設定することができるため、歩留まりが高く生産性及び信頼性の高い加速度センサを提供することができる。また、錘部と基板との間隔を所望の値にするための調整が不要となるため、生産性の高い加速度センサを提供することができる。

（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の加速度センサの実施形態の一例を示す模式的な透視状態の平面図及び断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の加速度センサの基板を説明する模式的な平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、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１に示す加速度センサの変形例を示す断面図である。 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１に示す加速度センサの加速度センサ素子の変形例を示す斜視図である。 図１に示す加速度センサの変形例を示す断面図である。

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、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。

図１（ａ），（ｂ）は、本発明の加速度センサ１００の透視状態の平面図および断面図である。加速度センサ１００は、加速度センサ素子１０（以下、単にセンサ素子１０ということがある）が基板１０１に固定されており、このセンサ素子１０を封止するようにキャップ型の封止部材１０２が基板１０１に固定されている。なお、理解を容易にするために、図１（ａ）において、基板１０１上に封止部材１０２が配置される領域を点線で示している。

センサ素子１０は、錘部１１と、錘部１１を囲繞する枠状の固定部１３と、一方端が固定部１３に連結され、他方端が錘部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に形成される変位検出手段としての抵抗素子１５と、を有している。錘部１１は梁部１２により固定部１３に支持されており、固定部１３に対して変位可能となっている。

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が動くことで梁部１２が撓むようになっている。

センサ素子１０の固定部１３は、厚み方向（図のＺ軸方向）で梁部１２が接続されていない側の面１３ｂで接着剤１０３を介して基板１０１に固定されている。基板１０１は平板状であるため、従来の加速度センサに用いられていたような内底（キャビティ）を有するケースに比べ、実装面の平坦性を確保することができる。また、キャビティ構造を形成する必要がないため、生産性を高めることができる。

基板１０１にはセンサ素子１０と外部回路との電気信号の入出力を実現するための配線層１０４が形成されている。図１に示す例では、配線層１０４は、基板１０１の上面（センサ素子１０と対向する側の面）に配置され、センサ素子１０のパッド電極１４にボンディングワイヤ等の接続線１０５を介して接続された接続パッド電極１０４ａと、基板１０１の上面に配置され、複数の接続パッド電極１０４ａ同士を電気的に接続したりする不図示の接続配線層と、基板１０１の下面に配置された、外部回路と接続するための外部回路端子１０４ｃと、基板１０１の厚み方向に貫通し、パッド電極１０４ａまたは接続配線層と外部回路端子１０４ｃとを電気的に接続する貫通導体１０４ｂと、を含む。

ここで、基板１０１は、図２（ａ）に示すように、平面視で第１領域１０１ａとこれに隣接する第２領域１０１ｂとを有する。図２（ａ）は、基板１０１の平面図であり、網掛けを付した部分は第１領域１０１ａ，それ以外の部分は第２領域１０１ｂを示している。また、センサ素子１０が配置される位置を破線で示している。この第１領域１０１ａ，第２領域１０１ｂは、基板１０１の表面のみの領域をさすのではなく、厚み方向も含めた領域をさすものとする。そして、センサ素子１０との信号の入出力を行なうために基板１００に設けられる配線層１０４は第２領域１０１ｂのみに配置させている。すなわち、配線層１０４が配置された領域が第２領域であり、それ以外の領域が第１領域１０１ａである。この第１領域１０１ａにセンサ素子１０の錘部１１を平面視で重なるように配置させる。

平面視での第１領域１０１ａ，第２領域１０１ｂの形状は特に限定されないが、図２に示すように基板１０１の中央部分に第１領域１０１ａを配置させ、第１領域１０１ａを囲むように第２領域１０１ｂを配置させればよい。また、第１領域１０１ａは、少なくともセンサ素子１０の錘部１１が平面視で重なっていればよいが、図２（ａ）に示すように、センサ素子１０の全面が重なっていてもよい。この場合には、センサ素子１０と基板１０１とが固定される固定部１３が配置される領域も平坦であるため、より安定して錘部１１と基板１０１との距離を確保することができる。

このように、本実施形態の加速度センサ１００は、センサ素子１０を平板上の基板１０１に配置し、かつ、基板１０１に設けられた配線層１０４を、平面視で、センサ素子１０の錘部１１と重ならないように基板１０１の第２領域１０１ｂに設けている。これにより、錘部１１と基板１０１との間隔を精密に設定することができ、生産性が高く、かつ信頼性の高い加速度センサ１００を提供することができる。

次に加速度センサ１００の各部位について詳述する。

＜センサ素子の構成＞
センサ素子１０の構成について詳述する。

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、ＳｉＯ_２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。

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。

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、固定部１３の一主面１３ａで第１および第２枠部１３ｂ，１３ｃを構成するアーム（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。

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。

梁部１２は可撓性を有し、センサ素子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。

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。

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直列に接続し、固定部１１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センサ素子２０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、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、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。また、ブリッジ回路で検出する出力電圧を必要に応じて外部のＩＣで演算処理してもよい。

また、ＩＣは、加速度センサ素子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。

固定部１３の上面には、抵抗素子１５と電気的に接続される素子側のパッド電極１４が設けられており、このパッド電極１４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。また、不図示の配線を介してパッド電極１４同士の接続や電気信号の取り出しを行なってもよい。

＜加速度センサ素子の製造方法＞
次にセンサ素子１０の製造方法について説明する。

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ＳｉＯ_２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。まずＳＯＩ基板の半導体層に対して表面加工を行う。

具体的には、半導体層にイオン注入法又は熱拡散法などにより不純物を注入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、ピエゾ抵抗素子に連結する配線を形成する。配線は、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。

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。

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。

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２５により梁部１２が形成される。

なお、ＳＯＩ基板は、複数のセンサ素子１０よりも広い面積を有しており、上述の工程においては、１枚のＳＯＩ基板から複数のセンサ素子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素子１０に対して並行的に行われ、例えばダイシングなどにより複数のセンサ素子１０に分割される。

以上のとおり、各工程により、センサ素子１０は形成される。

＜基板＞
次に、基板１０１について詳述する。

基板１０１は、平板状であれば特に材料等は限定されないが、例えばセラミックス基板や単結晶基板、Ｓｉ基板等を用いることができる。そして、この基板１０１には配線層１０４が形成されている。配線層１０４は、センサ素子１０が配置される側の面（上面）に配置された、接続パッド電極１０４ａとそれらを接続する不図示の接続配線層と、基板１０１の下面に配置された、外部回路と接続するための外部回路端子１０４ｃと、基板１０１の厚み方向に配置された基板１０１の上面と下面とを貫通する貫通導体１０４ｂと、を含む。

ここで、基板１０１の上面及び下面に形成される配線層１０４ａ、１０４ｃ等は、例えばスパッターやめっきや印刷等の通常のプロセスを用いて、Ａｕ，Ｃｕ等の導電性材料で形成すればよい。例えば、Ｍｏ−Ｍｎ，Ｐｔ−Ｐｄ等のメタライズ層にＮｉ，Ａｕ等を積層させればよい。また、基板１０１の厚み方向に配置される配線層１０４ｂは、例えば通常の半導体プロセスにより、貫通穴を形成し、貫通穴に導電性ペーストで充填すればよい。

ただし、これら配線層１０４は平面視で基板１０１の一部（第２領域１０１ｂ）に配置させており、少なくともセンサ素子１０の錘部１１の平面視での形状よりも大きい配線層が存在しない領域（第１領域１０１ａ）を設ける必要がある。この例では、第１領域１０１ａは、平面視でセンサ素子１０全体の大きさと同等以上としている。

＜封止部材＞
封止部材１０２は、基板１０１と合わせてセンサ素子１０を封止できるキャップ状であれば特にその材料や大きさには限定されないが、例えば、コバールや４２アロイ,ステンレス等の金属材料を用い、不図示のロウ剤等を介して基板１０１に固定させる。固定にはシーム溶接等で行なえばよい。なお、封止部材１０２をシーム溶接で基板１０１に接続する場合には、封止部材１０２の開口部側の形状（基板１０１に固定される面の形状）は、図１に示すように基板１０１に接触する面積が増えるように、基板１０１の主面と平行に延びるように折り曲げた延在部を設ける。また、封止部材１０２として樹脂材料を用いてもよい。

＜加速度センサ＞
上述のようなセンサ素子１０を平面視で、基板１０１の第１領域１０１ａに錘部１１が配置されるようにして、固定部１３の下面１３ｂに接着剤１０３を介して固定する。ここで、接着剤１０３は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂により形成されている。

接着剤１０３は、複数のフィラーを含有していてもよい。複数のフィラーは、例えば、所定の径を有する球状部材である。従って、フィラーがスペーサとしての機能を果たすことによって、固定部１３ｂと基板１０１とのギャップが一定に保たれる。なお、フィラーの直径は、例えば、４〜３０μｍである。なお、フィラーの形状は球状に限定されない。

なお、このように接着剤１０３にスペーサとして機能するフィラーを混在させる場合においても、第１領域１０１ａの平坦性が優れているため、従来のような煩雑な間隔制御は不要であり、格段に生産性の高い加速度センサ１００を提供することができる。

そして、このように基板１０１に固定したセンサ素子１０を、空隙を介して封止するような封止部材１０２を基板１０１に固定する。

基板１０１と封止部材１０２とで構成される空隙内の雰囲気は特に限定されないが、例えば真空としたり、不活性ガス等を含むようにさせたりすればよい。

上述のように、センサ素子１０を基板１０１に配置して、封止部材１０２で封止することにより、生産が容易で、信頼性の高い加速度センサ１００を提供することができる。

次に、加速度センサ１００の変形例について図面を用いて説明する。

＜変形例１：第１領域＞
次に、加速度センサ１００の変形例について説明する。図１，図２（ａ）では、基板１０１の第１領域１０１ａは、平面視で、センサ素子１０の外形以上の大きさとなっていたが、センサ素子１０の錘部１１が配置される領域に配線層１０４が存在しなければよいので、図２（ｂ）に示すように、主に錘部１１のみに重なり固定部１３とは重ならないように設定してもよい。この場合には、基板１０１上や、厚み方向において、配線層１０４の配置領域を広く設けることができるので、電気配線の取り回しが容易となるので好ましい。これにより、生産性の高い加速度センサを得ることができる。

＜変形例２：配線層＞
また、図１では、配線層１０４のうち貫通導体１０４ｃ以外は、基板１０１の主面（上面，下面）のみに形成されていたが、図３（ａ）に示すように、基板１０１の厚み方向に配線層１０４の一部を積層してもよい。この場合には、グリーンシートを積層し、グリーンシート間に導電ペーストで形成した内部配線層１０４ｄを配置し、一括焼成することで基板１０１を得ることができる。この場合には、配線層１０４の配置の自由度が増し、配線に必要な平面視での領域が小さくなることから、基板１０１の小型化が可能となる。また、配線層の配置の自由度が増すため、様々な端子レイアウト等に対応できる取り扱いが容易で汎用性の高い加速度センサ１１０とすることができる。

これにより、生産性の高い加速度センサ１１０を得ることができる。

＜変形例３：配線層＞
また、図１では、センサ素子１０は平坦な基板１０１の上面に固定されていたが、図３（ｂ)に示すように、上面の一部に凸部１０１ｃを有する基板１０１を用いて、この凸部１０１ｃにセンサ素子１０の固定部１３を固定してもよい。ここで、凸部１０１ｃの直下領域には配線層１０４が形成されている。基板１０１の上面には配線層１０４を構成する複数の接続配線層１０４ｅが形成されているが、この接続配線層１０４ｅおよび、その接続配線層１０４ｅ上に設けられる絶縁性の保護膜等により生じる段差（凸部１０１ｃ）を、固定部１３と対向させて配置し、接着剤等を介して両者を固定してもよい。この場合には、固定部１３は基板１０１の第２領域１０１ｂに配置されていることとなる。

図３（ｂ）に示す構成によれば、凸部１０１ｃにより、センサ素子１０と基板１０１との間隔を確保することができるので、例えば、センサ素子１０と基板１０１とを接続する際にスペーサとして機能するフィラー等の大きさ、混入量等の制御の必要性が少なくなるので、生産性の高い加速度センサ１３０を提供することができる。

このような基板１０１は下記のようにして準備することができる。まず、平板状の基板本体を準備し、次にその上面に接続配線層１０４ｅを形成する。そして、この接続配線層１０４ｅの形成領域にそれを覆うように保護膜を形成する。そしてこの保護膜と接続配線層１０４ｅとからなる凸部１０１ｃを基板本体の上面に有する基板１０１を構成する。

なお、図３(ｂ)では、凸部１０１ｃにおいて接続配線層１０４ｅが平面視で並進するように配置されているが、複数の接続配線層１０４ｅを絶縁層を介して積層させて凸部１０１ｃとしてもよい。

＜変形例４：配線層＞
また、図１では、センサ素子１０は基板１０１の下面にも配線層が形成されているが、図３（ｃ）に示すように、基板１０１の上面のみに配線層１０４を形成してもよい。図３（ｃ）に示す加速度センサ１３０では、基板１０１の上面のうち封止部材１０２が配置される領域の内側から外側につながる配線層１０４ｆを配置している。これにより、封止部材１０２の内側と外側との間でセンサ素子１０への電気信号の入出力を行なうことができる。なお、封止部材１０２が導電性を有する場合には、少なくとも封止部材１０２が固定される領域にある配線層１０４ｆ上に絶縁層を形成し、この絶縁層上に封止部材１０２を配置する。

このような構成によれば、優れた平坦性を有する基板本体を用いて、その上面のみに配線層１０４を形成すればよいため、基板１０１のセンサ素子１０を配置する領域の平坦性が良好なため、生産性および信頼性の高い加速度センサ１３０を提供することができる。

＜変形例５：規制板＞
過度の加速度が印加したときにセンサ素子１０の破損を防ぐために、図１に示すセンサ素子１０に加えて、図４に示すように規制板１６を設けてもよい。

図４において、規制板１６はセンサ素子１０の基板１０１と対向しない側の面に不図示の接着剤を介して固定されている。

規制板１６は、平面視で錘部１１に重なるように配置させることができ、センサ素子１０に対向する側の面が平坦であれば、その形状は特に限定されない。例えば、矩形状とし、その短辺側の辺の長さは固定部１３の辺の長さ（アームの長さ）に比べて短く、この短辺側で固定部１３に固定されている。長辺側の辺の長さは、固定部の辺の長さと同程度とする。このような規制板１６は、センサ素子１０に対向する側の領域が絶縁性を有するように加工されていれば特にその材料は限定されず、例えば、ガラス基板，シリコン基板，セラミック基板，樹脂基板などにより構成されている。

そして、規制板１６は、例えば、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの接着剤により、固定部１３と固定されている。接着剤は固定部１３のうち接続配線パッド１０４ａが配置されていない部分に設ければよい。接着剤は、複数のフィラーを含有していてもよい。複数のフィラーは、例えば、所定の径を有する球状部材である。従って、フィラーがスペーサとしての機能を果たすことによって、固定部１３と規制板１６とのギャップが一定に保たれる。そして、錘部１１は、規制板１６との間の範囲内で、Ｚ軸方向における変位が許容される。フィラーの直径は、例えば、４〜３０μｍである。なお、フィラーの形状は球状に限定されない。

接着剤により確保する規制板１６と固定部１３との間隙は、下限は、素子の加速度検出範囲とを考慮して設定し、上限は過度な加速度により生じる変位に起因する破損を考慮して設定すればよい。

センサ素子１０に過大な加速度が加えられたときには、錘部１１が規制板１６に当接することにより、変位が規制される。これにより、センサ素子１０の破損が抑制される。

そして、この規制板１６のセンサ素子１０と対向しない側の面（上面）から基板１０１の上面までの距離の最大値ｔ１は、接続線１０５から基板１０１の上面までの最大値ｔ２に比べ大きい。このような構成とすることで、過度の加速度が印加された場合においても、接続線１０５が封止部材１０２の内壁に接触することはない。これにより、センサ素子１０と外部回路との接続を安定して実現させることができる。さらに、封止部材１０２の内周面が導電性を有する場合には、規制板１６により接続線１０５と封止部材１０２との接触を防ぐことができるので、信頼性の高い加速度センサ１４０とすることができる。

＜変形例６：センサ素子の基板に対する配置方向＞
図１に示す加速度センサは、固定部１３のうち、厚み方向で梁部１２が接続されていない側の面１３ｂで基板１０１と固定しているが、図５に示すように、厚み方向で梁部１２が接続されている側の面で基板１０１と固定してもよい。

この場合には、センサ素子１０のパッド電極１４と基板１０１の接続パッド電極１０４ａとを直接接続することでセンサ素子１０を外部回路に電気的に接続させることができる。なお、パッド電極１４と接続パッド電極１０４との間に半田やＡｕ等からなるバンプを設けてもよい。バンプにより基板１０１と錘部１１との間隔を調整することができるので、錘部１１の可動領域を確保することができる。

ここで、センサ素子１０の固定部１３,錘部１１の一部を構成する支持層が絶縁材料からなる場合には、センサ素子１０のうち、電気的な配線が形成されている側の面を基板１０１と対向させて固定することで、封止部材１０２と対向する領域は絶縁性を有することとなる。このような構成とすることにより、封止部材１０２の内周面が導電性を有する場合においても、例えセンサ素子１０と封止部材１０２とが接触しても短絡することがない、信頼性の高い加速度センサ１４０を提供することができる。

また、支持層が導電性を有する場合には、封止部材１０２と対向する側の面に絶縁層を設けることで、同様の効果を奏する加速度センサを提供することができる。このような絶縁層は例えばＳｉＯ_２等で形成すればよい。

＜変形例７：錘部＞
図１に示すセンサ素子１０は錘部１１の平面形状が略正方形のものを示したが、図６に示すように、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。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。

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。

なお、図１および図６に示すセンサ素子１０，２０は、錘部１１がＳＯＩ基板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。

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、エポキシ等の接着部材を介して錘部１１に接続すればよい。

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。

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、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。

また、図７に示すように配線層１０４として、基板１０１の端面に形成される端面電極１０４ｇを有する構成としてもよい。この場合には、加速度センサを外部回路に半田等を介して接続するときに、接続面積を増やすことができ、接着強度を高めることができるので好ましい。また、基板１０１の両主面を導通させるような端面電極１０４ｇを設けることで、貫通導体１０４ｂを減らすことができるので、加速度センサの配線層１０４の配置を簡素化することができるので生産性を高めることができる。

また、上述の実施形態では変位検出手段としてピエゾ抵抗を用いて、この抵抗値の変化により変位を検出する加速度センサについて説明したが、変位検出手段として電極を用いて、静電容量の変化により変位を検出してもよいし、変位検出手段として弾性表面波素子を用いて、位相の変化により変位を検出してもよい。
さらに、上述の実施形態では、固定部が錘部を囲繞する枠状の形状の加速度センサ素子を例に説明したが、例えば片持ち梁状やメンブレム状であってもよい。

１０・・・センサ素子
１１・・・錘部
１２・・・梁部
１３・・・固定部
１４・・・パッド電極
１５・・・抵抗素子
１６・・・規制板
１０１・・基板
１０２・・封止部材

Claims (7)

1. 固定部と、前記固定部に対して変位可能な錘部と、一方端が前記錘部に、他方端が前記固定部に接続された梁部と、前記錘部の変位に応じた信号を出力する変位検出手段と、を有する加速度センサ素子と、
   平面視で、前記加速度センサ素子の前記錘部が配置される第１領域と、前記第１領域に隣接し、前記加速度センサ素子を外部回路に接続するための配線層を有する第２領域と、を有する基板と、
   前記加速度センサ素子を空隙を介して封止するように、前記基板の上面に固定されたキャップ型の封止部材と、有する加速度センサ。
2. 前記配線層は、前記基板の前記上面と直交する厚み方向に積層されている、請求項１に記載の加速度センサ。
3. 前記加速度センサ素子は、平面視で前記第１領域に配置される、請求項１または２に記載の加速度センサ。
4. 前記第２領域は、直下領域に前記配線層が設けられた凸部を有し、
   前記加速度センサ素子は、前記固定部を前記凸部に固定して配置されている、請求項１または２に記載の加速度センサ。
5. 前記配線層は、前記基板の一主面上に配置されるパッド電極を含み、
   前記加速度センサ素子と前記パッド電極とを接続する接続線を更に含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の加速度センサ。
6. 前記加速度センサ素子は、前記錘部の、前記第１領域と対向しない側に設けられた絶縁材料からなる規制板を更に有し、
   前記接続線と前記基板の上面との距離の最大値は、前記規制板の上面と前記基体の上面との距離の最大値に比べ小さい、請求項１乃至５のいずれかに記載の加速度センサ。
7. 前記封止部材の前記基板側の内周面は導電性を有し、
   前記加速度センサ素子の、前記固定部，前記錘部，前記梁部のうち前記封止部材と対向する領域は絶縁材料からなる、請求項１乃至６のいずれかに記載の加速度センサ。

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