JP3473115B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車等の運動
体の加速度を検出するのに用いて好適な加速度センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両等の加速度や回転方向を検
出するのに用いられる加速度センサには、電極間の静電
容量を利用して検出するものがあり、例えば特開平３−
９４１６９号公報および特開昭６２−２３２１７１号等
によって知られている。

【０００３】しかし、これらの加速度センサは、固定部
と可動部との電極間の有効面積が小さくその離間寸法が
大きいために、検出感度が小さくなり高感度の加速度検
出を行うことができなかった。

【０００４】一方、例えば特開平４−１１５１６５号公
報に記載の加速度センサ（以下、「他の従来技術」とい
う）では、固定電極および可動電極をくし状電極を用
い、電極間の有効面積を大きくして検出感度を向上させ
るようになっている。

【０００５】そして、この他の従来技術による加速度セ
ンサは、一端がベースに固定され他端が水平方向に振動
可能な重りとなった片持梁を、該片持梁に一体形成され
た可動側のくし状電極部と、該可動側のくし状電極部と
非接触でかみ合わされた固定側のくし状電極部を有し、
前記ベースに固定された固定側くし状電極部とから構成
され、前記重りに加速度が加わったときに、可動側のく
し状電極部と固定側のくし状電極部との有効面積を変化
させ、この変化を静電容量として検出し、加速度に応じ
た検出信号を得るものである。

【０００６】しかし、この他の従来技術では、シリコン
のエッチング加工技術を利用して各くし状電極部を形成
するときに、シリコンの一端面からのみエッチング処理
を施し、シリコンを貫通させ固定電極と可動電極とを分
離形成している。このときに各電極部間の離間寸法を小
さくすると、シリコンが貫通しにくく、シリコンの他側
面部位で各電極部が接触してしまうことがあり、各電極
部間の離間寸法を小さくすることができないという欠点
がある。

【０００７】即ち、シリコンウェハの厚さは数百μｍの
ものが通常使用され、この厚さをそのまま各電極部の厚
さ寸法とすると、先の理由により離間寸法を小さくする
ことが困難となる。一方、始めから厚さが数１０μｍ程
度に形成されたシリコンウェハを用いることも考えられ
るが、この場合にはシリコンウェハの強度が弱く、運搬
時に破損してしまう。

【０００８】そこで、上述した従来技術の問題を解決す
るために、本発明者達は先に図２０ないし図３０に示す
如き加速度センサおよびその製造方法を検討した（以
下、「先行技術」という）。

【０００９】図中、１は加速度センサ、２は該加速度セ
ンサ１の基台をなす例えば強化ガラス（商品名パイレッ
クスガラス）等によって板状に形成された絶縁基板とし
てのガラス基板を示し、該ガラス基板２上には後述する
固定部５，５および可動部７が形成されている。また、
該ガラス基板２には図２２に示すように、矩形状の凹部
３が形成され、該凹部３の四隅には左，右方向に延びる
４個の補助凹部３Ａ，３Ａ，…が形成されている。ま
た、該凹部３上に位置した可動部７の梁９，質量部１０
および可動側くし状電極１１はガラス基板２と離間し
て、矢示Ａ方向に変位可能になっている。４，４，…は
電極パターンを示し、該各電極パターン４は固定部５と
可動部７からの信号を外部に導出するものである。

【００１０】５，５は低抵抗（抵抗率ρ：０．０１〜
０．０２〔Ωcm〕）の単結晶シリコンによるシリコンウ
ェハ（図示せず）をエッチング加工することにより分離
形成された固定部を示し、該各固定部５は、前記ガラス
基板２の左，右に離間して該ガラス基板２に固着され、
かつ該各固定部５にはそれぞれ対向する内側面に複数
（例えば５枚）の薄板状の電極板６Ａ，６Ａ，…が突出
形成され、該各電極板６Ａは固定電極としての固定側く
し状電極６を構成している。

【００１１】７は低抵抗を有するシリコン板により形成
された可動部を示し、該可動部７は、前記ガラス基板２
の前，後に離間してガラス基板２に固着され、角柱状に
形成された支持部８，８と、該各支持部８に４個の梁
９，９，…を介して支持され、前記各固定部５の間に配
設された質量部１０と、該質量部１０から左，右方向に
それぞれ突出形成された複数（例えば５枚）の薄板状の
電極板１１Ａ，１１Ａ，…を有する可動側くし状電極１
１，１１とから構成され、前記各梁９は質量部１０を矢
示Ａ方向に変位させるように薄板状に形成されている。
そして、前記各可動側くし状電極１１の各電極板１１Ａ
は前記各固定側くし状電極６の各電極板６Ａと微小隙間
を介して互いに対向するようになっている。

【００１２】なお、前記可動部７の各支持部８は梁９の
伸長方向に向けて棒状に形成されているから、該各支持
部８の下側面８Ａ，８Ａ（図２２，２３参照）がガラス
基板２と接合する接合部となり、その面積は広い接合面
積となっている。

【００１３】次に、図２６ないし図３０に先行技術によ
る加速度センサ１の製造方法について述べる。

【００１４】まず、図２６中で、２１は低抵抗（抵抗率
ρ：０．０１〜０．０２〔Ωcm〕）を有する単結晶の
（１１０）シリコン板を示し、該シリコン板２１は例え
ば直径７．５〜１５．５（ｃｍ），厚さ３００（μｍ）
程度の円板状のシリコンウェハとして形成されている。
そして、該シリコン板２１の両側面には減圧ＣＶＤ法に
よって窒化膜２２，２３を形成した後に、一側面に位置
した窒化膜２２は、フォトリソ技術を用いて固定部５と
可動部７とを分離形成するための溝２４となる部分をパ
ターニングして、前記溝２４以外の部分をマスキングす
る。

【００１５】次に、前記シリコン板２１の一側面に固定
部５と可動部７と分離して形成するための溝２４以外の
部分をマスキングした後に、第１のエッチング工程で
は、アルカリ水溶液でシリコン板２１の一側面から異方
性エッチングを施し、図２７のように所定深さの溝２４
を形成する。

【００１６】さらに、図２８では、シリコン板２１の両
面に形成された窒化膜２２，２３をＲＩＥ（リアクティ
ブイオンエッチング）又は、熱リン酸でエッチング除去
する。

【００１７】一方、接合工程では、図２９のように予め
凹部３と各電極パターン４を形成したガラス基板２とシ
リコン板２１を陽極接合法により接合する。

【００１８】さらに、図３０に示す第２のエッチング工
程では、シリコン板２１とガラス基板２との接合面の反
対側となるシリコン板２１の他側面から、ＲＩＥまたは
湿式エッチングにより溝２４が貫通するまでエッチング
を施し、固定部５と可動部７とを分離形成する。なお、
可動部７では支持部８，８のみがガラス基板２上に固着
され、梁９，９、質量部１０および可動側くし状電極１
１は前記凹部３上に位置しているから、該質量部１０等
はガラス基板２と離間し、質量部１０は各梁９のばね力
により矢示Ａ方向に変位可能な状態で支持されている。

【００１９】このように構成される加速度センサ１は、
外部から矢示Ａ方向に加速度が加わると、質量部１０が
各支持部８に対し各梁９を介して変位し、可動側くし状
電極１１の各電極板１１Ａが固定側くし状電極６の各電
極板６Ａに対して近接または離間するので、このときの
離間寸法の変位を静電容量の変化として外部の図示しな
い信号処理回路に出力し、該信号処理回路ではこの静電
容量の変化に基づき前記加速度に応じた信号を出力す
る。

【００２０】そして、この加速度センサ１では、可動側
くし状電極１１と固定側くし状電極６の各電極板１１
Ａ，６Ａ間で静電容量の変化として加速度を検出してお
り、該各電極板１１Ａ，６Ａはそれぞれ電気的に並列接
続されているから、各電極板１１Ａ，６Ａ間の静電容量
をそれぞれ加算した値となる静電容量として加速度を検
出でき、検出感度を高め、加速度の検出精度を向上させ
ることができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した先
行技術における加速度センサ１の製造方法にあっては、
シリコン板とガラス基板を接合するときには一般的に陽
極接合法を用いるようになっている。

【００２２】ここで、この陽極接合法について説明する
と、図２９に示すように、シリコン板２１とガラス基板
２とを位置合わせした後に密着させ、約４００℃の温度
中で電圧を約１０００Ｖ印加するもので、このときガラ
ス基板２中のアルカリイオンがシリコン板２１と接合す
る面の反対面に移動し、シリコン板２１とガラス基板２
との境界面近傍には空間電荷層が形成される。そして、
この空間電荷層によりシリコン板２１とガラス基板２と
の間で大きな静電引力が発生し、この結果強固な密着を
起して、シリコン板２１とガラス基板２との境界面が化
学結合となり接合が完了するようになっている。

【００２３】このように、陽極接合法においては、両方
の板（シリコン板２１とガラス基板２）を４００℃に加
熱した状態で接合するに際して、シリコンとガラスとは
熱膨張係数が異なっているから、室温に冷却された状態
では、シリコン板２１内とガラス基板２内にそれぞれ内
部応力が発生する。

【００２４】そして、例えば、シリコンとガラスの場合
（ガラスに商品名パイレックスガラス＃７７４０を用
い、４００℃で接合した場合）には、接合後にシリコン
側に引張り応力が発生する。即ち、上述の加速度センサ
１の場合には、支持部８はガラス基板２の左，右方向に
接合されているため、図２１の矢示ｘ，ｘ，…のような
引張り応力（内部応力）が左，右方向に発生し、この引
張り応力は支持部８を介して梁９に作用する。そして、
該梁９では前後方向のばね定数を変化させ、質量部１０
の動きを規制する。この結果、各梁９のばね定数が変化
することにより、質量部１０に加わる加速度の検出感度
を大幅に低下させるという問題がある。

【００２５】さらに、加速度センサ１の使用環境の温度
が変化すると、上述した理由によって各梁９のばね定数
が引張り応力によって変化するため、環境温度変化に対
しても検出感度が変動するという問題がある。

【００２６】本発明は上述した従来技術による問題に鑑
みなされたもので、本発明は温度変化に対しても高精度
な加速度検出を行うことのできる加速度センサを提供す
ることを目的としている。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の加速度センサは、絶縁基板と、該絶縁
基板の表面に陽極接合されたシリコン板をエッチング加
工することにより互いに分離して形成された固定部と可
動部とを備え、該固定部には固定電極を一体に形成し、
前記可動部は、絶縁基板上に離間して固着された一対の
支持部と、該各支持部にそれぞれ連結され加速度の検出
方向と直交する方向に延びる梁と、該各梁を介して前記
各支持部間で連結され、加速度が作用したときに該加速
度に応じて検出方向に変位する質量部と、該質量部に形
成され前記固定部の固定電極との間で該質量部の変位方
向に微小隙間を介して対向するように設けられた可動電
極とから形成している。

【００２８】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、前記支持部は、前記絶縁基板に接合された接合
部と、該接合部を挟んで前記梁の伸長方向の両側にそれ
ぞれ設けられ前記絶縁基板から離間した状態にある非接
合部とからなり、前記梁は、絶縁基板から離間した状態
で前記支持部の各非接合部に連結される支持部端と、該
各支持部端の間に位置して前記質量部に連結される質量
部端とから構成し、前記質量部は、前記絶縁基板の表面
と平行な面に沿って前記検出方向に変位する構成とした
ことにある。

【００２９】また、請求項２の発明では、前記絶縁基板
には前記支持部の非接合部、梁および質量部を該絶縁基
板から離間するための凹部を形成し、該凹部内には前記
各支持部の接合部が接合する接合用突出部を設けたこと
にある。

【００３０】さらに、請求項３の発明では、前記支持部
の接合部は前記絶縁基板上で分離している一対の固着部
から形成したことにある。

【００３１】さらにまた、請求項４の発明では、前記支
持部の接合部と非接合部との間には腕部を設けたことに
ある。

【００３２】一方、請求項５の発明では、前記支持部の
接合部は前記絶縁基板上で分離している一対の固着部か
ら形成し、該各固着部には該固着部を前記非接合部と連
結するための腕部をそれぞれ設けたことにある。

【００３３】

【作用】請求項１の発明のように、支持部を、絶縁基板
と接合する接合部と、該接合部を挟んで梁の伸長方向の
両側にそれぞれ設けられ絶縁基板と離間した状態にある
非接合部とし、該各非接合部と梁の各支持部端とを連結
することにより、梁と支持部との連結部周辺を絶縁基板
から離間させることができる。そして、シリコン板と絶
縁材料との熱膨張係数の違いにより発生する引張り応力
を受ける部分を小さくし、各部材の熱膨張係数の違いに
よって発生する梁の伸長方向に沿った内部応力を小さく
でき、該梁のばね定数の変化を小さくすることができ
る。

【００３４】また、請求項２の発明のように、前記支持
部の非接合部、梁および質量部を絶縁基板から離間する
ための凹部を該絶縁基板に形成し、該凹部内に前記各支
持部の接合部を接合する接合用突出部を設けることによ
り、この接合用突出部と支持部とが接合する部分が接合
部となり、他の部分が非接合部となって梁の支持部端が
連結される。そして、シリコン板と絶縁材料との熱膨張
係数の違いによる引張り応力の影響を受ける部分は接合
部となり、この接合部は支持部全体からみて小さくなっ
ているから、前記梁のばね定数の変動を小さくすること
ができる。

【００３５】さらに、請求項３の発明のように、前記支
持部の接合部を、絶縁基板上で分離する一対の固着部に
よって形成したから、シリコン板と絶縁材料との熱膨張
係数の違いによる引張り応力の影響を受ける部分は一対
の固着部となり、この各固着部は支持部全体からみて小
さくなっているから、前記梁のばね定数の変動を小さく
することができる。

【００３６】さらにまた、請求項４の発明のように、支
持部の接合部と非接合部との間には腕部を設けたから、
シリコン板と絶縁材料との熱膨張係数の違いによる引張
り応力の影響を受ける部分は腕部となり、この腕部は狭
くなって形成されているから、前記梁のばね定数の変動
を小さくすることができる。

【００３７】一方、請求項５の発明のように、前記支持
部の接合部を、絶縁基板上で分離する一対の固着部によ
って形成すると共に、該各固着部に対し非接合部をそれ
ぞれ連結する一対の腕部とから構成したから、シリコン
板と絶縁材料との熱膨張係数の違いによる引張り応力の
影響を受ける部分は一対の腕部となり、この各腕部は小
さくなっているから、前記梁のばね定数の変動を小さく
することができる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１９に
基づき説明する。なお、実施例では前述した先行技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００３９】まず、図１ないし図４に本発明による第１
の実施例を示す。

【００４０】図中、３１は本実施例による加速度セン
サ、３２は該加速度センサ３１の基台をなす例えばガラ
ス材料によって板状に形成された絶縁基板としてのガラ
ス基板を示し、該ガラス基板３２の表面には後述する固
定部３５，３５および可動部３７が形成されている。

【００４１】また、前記ガラス基板３２は、図２に示す
ように、矩形状の凹部３３が形成され、該凹部３３の四
隅には左，右方向に延びる４個の補助凹部３３Ａ，３３
Ａ，…が形成されると共に、前，後方向両側にはガラス
基板３２と同じ高さとなる接合用突出部３３Ｂ，３３Ｂ
が形成されている。なお、３４，３４，…は電極パター
ンを示し、該各電極パターン３４は固定部３５と可動部
３７からの信号を外部に導出するものである。

【００４２】３５，３５はガラス基板３２の左，右方向
に形成された固定部を示し、該各固定部３５は先行技術
による固定部５とほぼ同様に、それぞれ対向する内側面
には複数（例えば５枚）の薄板状の電極板３６Ａ，３６
Ａ，…からなる固定電極としての固定側くし状電極３
６，３６が形成されている。

【００４３】３７は低抵抗を有するシリコン板により形
成された可動部を示し、該可動部３７は、ガラス基板３
２の前，後方向に離間した支持部３８，３８と、該各支
持部３８に一端が固着され加速度の検出方向（図１中の
矢示Ａ方向）と直交する方向に延びる４個の梁３９，３
９，…と、該各梁３９の他側を介して支持され各固定部
３５間に配設された質量部４０と、該質量部４０から
左，右方向にそれぞれ突出形成された複数（例えば５
枚）の薄板状の電極板４１Ａ，４１Ａ，…を有する可動
側くし状電極４１，４１とから構成されている。そし
て、質量部４０は、ガラス基板３２の表面と平行な面に
沿って矢示Ａ方向に変位する。

【００４４】ここで、前記各支持部３８は梁３９の伸長
方向に向けて延びた四角柱状に形成され、該支持部３８
の中央部が接合部３８Ａとなり、その両端が該接合部３
８Ａを挟んで梁３９の伸長方向の両側にそれぞれ設けら
れた非接合部３８Ｂ，３８Ｂとなっている。また、接合
部３８Ａはガラス基板３２の凹部３３内に位置した接合
用突出部３３Ｂに接合し、非接合部３８Ｂ，３８Ｂはガ
ラス基板３２と離間した状態にある。

【００４５】また、前記各梁３９は、支持部３８の各非
接合部３８Ｂに連結される略Ｌ字状の支持部端３９Ａ，
３９Ａと、該各支持部端３９Ａ間に位置して前記質量部
４０に連結される質量部端３９Ｂ，３９Ｂとからなり、
当該各梁３９は凹部３２上に位置するから、前記ガラス
基板３２と離間した状態で保持されている。

【００４６】このように構成される本実施例による加速
度センサ３１では、質量部４０に加わる矢示Ａ方向の加
速度の検出動作においては、先行技術による加速度セン
サ１と同様に、加速度センサ３１に矢示Ａ方向の加速度
が加わると、各梁３９が変形することにより質量部４０
が矢示Ａ方向（加速度の検出方向）に変位し、この変位
を各固定側くし状電極３６と各可動側くし状電極４１の
各電極板３６Ａ，４１Ａの離間寸法の変化による静電容
量の変化として検出し、加速度を検出するようになって
いる。

【００４７】そして、本実施例では、各支持部３８のガ
ラス基板３２への接合は、ガラス基板３２に設けた各接
合用突出部３３Ｂと各支持部３８の中央部（接合部３８
Ａ）とを陽極接合法によって接合しているから、各接合
部３８Ａによる接合面積の大きさは接合用突出部３３Ｂ
の大きさとなり、支持部３８全体に比べて接合面積は小
さくなる。一方、非接合部３８Ｂ，３８Ｂはガラス基板
３２から浮き上がった状態となり、該各非接合部３８Ｂ
の端部は自由端となっている。

【００４８】また、当該加速度センサ３１では、ガラス
とシリコンの熱膨張係数の違いによって引張り応力の影
響を受ける部分は各接合部３８Ａとなり、該各接合部３
８Ａには、図１の矢示ａ，ａ，…のような引張り応力
（内部応力）が発生する。そして、接合部３８Ａにおけ
る内部応力は他の支持部３８となる非接合部３８Ｂ，３
８Ｂに伝わるが、接合部３８Ａの接合面積は支持部３８
全体の面積に比べて小さくなっているため、接合部３８
Ａから支持部３８に伝わる内部応力は小さいものとな
る。

【００４９】この結果、接合部３８Ａに生じる内部応力
は支持部３８の各非接合部３８Ｂを介して梁３９に伝わ
るものの、前述したように支持部３８における内部応力
の影響は小さくなっているから、梁３９の温度変化によ
るばね定数の変動を低減することができる。

【００５０】そして、各梁３９の温度変化によるばね定
数の変動を低減することにより、質量部４０に加わる矢
示Ａ方向の加速度を高精度に検出することができると共
に、加速度センサ３１の使用環境の温度変化に対する検
出感度の変動も確実に低減することができる。

【００５１】次に、図５ないし図９に本発明による第２
の実施例を示すに、本実施例の特徴は、前記第１の実施
例による各支持部３８の接合部３８Ａを分離した一対の
固着部としたことにある。なお、前述した第１の実施例
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。

【００５２】図中、５１は本実施例による加速度セン
サ、５２は該加速度センサ５１の基台をなす絶縁基板と
してのガラス基板を示し、該ガラス基板５２上には前述
した固定部３５，３５と後述する可動部５５が形成され
ている。

【００５３】また、前記ガラス基板５２は、図６に示す
ように、矩形状の凹部５３が形成され、該凹部５３の四
隅には左，右方向に延びる補助凹部５３Ａ，５３Ａ，…
が形成されると共に、前，後方向両側にはガラス基板５
２と同じ高さとなる接合用突出部５３Ｂ，５３Ｂが形成
されている。なお、５４，５４，…は電極パターンを示
し、該各電極パターン５４は固定部３５と可動部５５か
らの信号を外部に導出するものである。また、該ガラス
基板５２上の左，右方向には、それぞれ対向する固定側
くし状電極３６，３６を有する固定部３５，３５が形成
されている。

【００５４】５５は低抵抗を有するシリコン板により形
成された可動部を示し、該可動部５５は前記ガラス基板
５２の前，後方向に離間した支持部５６，５６と、該各
支持部５６に一端が固着された４個の梁５７，５７，…
と、該各梁５７の他側を介して支持され、前記各固定部
３５間に配設された質量部５８と、該質量部５８から
左，右方向にそれぞれ突出形成された複数（例えば５
枚）の薄板状の電極板５９Ａ，５９Ａ，…を有する可動
側くし状電極５９，５９とから構成されている。

【００５５】ここで、前記各支持部５６は四角柱状に形
成され、該支持部５６の中央部が接合部５６Ａとなり、
その両端がガラス基板５２と離間した状態にある非接合
部５６Ｂ，５６Ｂとなって、前記接合部５６Ａはガラス
基板５２の凹部５３内に位置した接合用突出部５３Ｂに
接合している。

【００５６】また、５６Ａ1 ，５６Ａ1 ，…は前，後に
２個ずつで、合計４個の固着部を示し、該各固着部５６
Ａ1 は前記各支持部５６の接合部５６Ａを２個ずつに分
離したもので、それぞれ対をなして接合部５６Ａを構成
している。

【００５７】さらに、前記各梁５７は、支持部５６の各
非接合部５６Ｂに連結される略Ｌ字状の支持部端５７
Ａ，５７Ａと、該各支持部端５７Ａ間に位置して前記質
量部５８に連結される質量部端５７Ｂ，５７Ｂとからな
り、当該各梁５７は凹部５３上に位置しているから、前
記ガラス基板５２と離間した状態で保持されている。

【００５８】このように構成される本実施例による加速
度センサ５１においても、該加速度センサ５１に加わる
加速度の検出動作は前述した第１の実施例と差異はな
い。

【００５９】さらに、本実施例による加速度センサ５１
においても、第１の実施例による加速度センサ３１と同
様の作用効果が得られるものである。

【００６０】即ち、ガラスとシリコンの熱膨張係数の違
いによって可動部５５に発生する引張り応力は、各接合
部５６Ａの固着部５６Ａ1 ，５６Ａ1 に作用して、該各
固着部５６Ａ1 には図５の矢示ｂ，ｂ，…のような引張
り応力（内部応力）が発生する。そして、各固着部５６
Ａ1 における内部応力は他の支持部５６となる非接合部
５６Ｂ，５６Ｂに伝わるが、各固着部５６Ａ1 は支持部
５６全体に比べて小さくなっているため、各固着部５６
Ａ1 （接合部５６Ａ）から支持部５６に伝わる内部応力
は小さくなり、各梁５７の温度変化によるばね定数の変
動を低減することができる。この結果、加速度の検出感
度を向上させることができる。

【００６１】さらに、図１０ないし図１４に本発明によ
る第３の実施例を示すに、本実施例の特徴は、各支持部
の接合部と非接合部との間に幅の狭い腕部を形成したこ
とにある。なお、前述した第１の実施例と同一の構成要
素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとす
る。

【００６２】図中、６１は本実施例による加速度セン
サ、６２は該加速度センサ６１の基台をなす絶縁基板と
してのガラス基板を示し、該ガラス基板６２上には前述
した固定部３５，３５と後述する可動部５５が形成され
ている。

【００６３】また、前記ガラス基板６２は、図１１に示
すように、矩形状の凹部６３が形成され、該凹部６３の
四隅には左，右方向に延びる補助凹部６３Ａ，６３Ａ，
…が形成されている。なお、６４，６４，…は電極パタ
ーンを示し、該各電極パターン６４は固定部３５と可動
部６５からの信号を外部に導出するものである。さら
に、該ガラス基板６２上の左，右方向には、それぞれ対
向する固定側くし状電極３６，３６を有する固定部３
５，３５が形成されている。

【００６４】６５は低抵抗を有するシリコン板により形
成された可動部を示し、該可動部６５は前記ガラス基板
６２の前，後方向に離間した支持部６６，６６と、該各
支持部６６に一端が固着された４個の梁６７，６７，…
と、該各梁６７の他側を介して支持され、前記各固定部
３５間に配設された質量部６８と、該質量部６８から
左，右方向にそれぞれ突出形成された複数（例えば５
枚）の薄板状の電極板６９Ａ，６９Ａ，…を有する可動
側くし状電極６９，６９とから構成されている。

【００６５】ここで、前記各支持部６６は四角柱状に形
成され、ガラス基板６２に接合された接合部６６Ａと、
前記ガラス基板６２と離間し、両端が梁６７に連結され
た四角柱状の非接合部６６Ｂと、該非接合部６６Ｂと接
合部６６Ａとを中央部で連結する幅を狭くして形成され
た腕部６６Ｃとから構成されている。また、前記接合部
６６Ａのみがガラス基板６２に接合され、その他の非接
合部６６Ｂおよび腕部６６Ｃは凹部６３上に位置し、前
記ガラス基板６２から離間した状態で保持されている。

【００６６】また、前記各梁６７は、支持部６６の各非
接合部６６Ｂの両側に連結される略Ｌ字状の支持部端６
７Ａ，６７Ａと、該各支持部端６７Ａ間に位置して前記
質量部６８に連結される質量部端６７Ｂ，６７Ｂとから
なり、当該各梁６７は凹部５３上に位置するから、前記
ガラス基板６２から離間した状態で各支持部６６によっ
て保持されている。

【００６７】このように構成される本実施例による加速
度センサ６１においても、該加速度センサ６１に加わる
加速度の検出動作においては、前述した第１の実施例と
差異はない。

【００６８】さらに、本実施例による加速度センサ６１
においても、第１の実施例と同様の作用効果が得られる
ものである。

【００６９】即ち、ガラスとシリコンの熱膨張係数の違
いによって引張り応力の影響を受ける部分は各接合部６
６Ａの腕部６６Ｃ，６６Ｃとなり、該各腕部６６Ｃには
図１０の矢示ｃ，ｃ，…のような引張り応力（内部応
力）が発生する。そして、各腕部６６Ｃにおける内部応
力は他の支持部６６となる非接合部６６Ｂ，６６Ｂに伝
わるが、各腕部６６Ｃは支持部６６全体に比べて小さく
なっているため、各腕部６６Ｃ（接合部６６Ａ）から支
持部６６に伝わる内部応力は小さくなり、各梁６７の温
度変化によるばね定数の変動を低減することができる。
この結果、矢示Ａ方向に加わる加速度の検出感度を向上
させることができる。

【００７０】さらに、図１５ないし図１９に本発明によ
る第４の実施例を示すに、本実施例の特徴は、各支持部
の接合部を前記絶縁基板上で分離する一対の固着部から
形成し、該各固着部に非接合部を連結する一対の腕部と
から構成したことにある。なお、前述した第１の実施例
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。

【００７１】図中、７１は本実施例による加速度セン
サ、７２は該加速度センサ７１の基台をなす絶縁基板と
してのガラス基板を示し、該ガラス基板７２上には前述
した固定部３５，３５と後述する可動部７５が形成され
ている。

【００７２】また、前記ガラス基板７２は、図１６に示
すように、矩形状の凹部７３が形成され、該凹部７３の
四隅には左，右方向に延びる補助凹部７３Ａ，７３Ａ，
…が形成されている。なお、７４，７４，…は電極パタ
ーンを示し、該各電極パターン７４は固定部３５と可動
部７５からの信号を外部に導出するものである。さら
に、該ガラス基板７２上の左，右方向には、それぞれ対
向する固定側くし状電極３６，３６を有する固定部３
５，３５が形成されている。

【００７３】７５は低抵抗を有するシリコン板により形
成された可動部を示し、該可動部７５は前記ガラス基板
７２の前，後方向に離間した支持部７６，７６と、該各
支持部７６に一端が固着された４個の梁７７，７７，…
と、該各梁７７の他側を介して支持され、前記各固定部
３５間に配設された質量部７８と、該質量部７８から
左，右方向にそれぞれ突出形成された複数（例えば５
枚）の薄板状の電極板７９Ａ，７９Ａ，…を有する可動
側くし状電極７９，７９とから構成されている。

【００７４】ここで、前記各支持部７６は四角柱状に形
成され、ガラス基板７２に接合され、それぞれ一対の固
着部７６Ａ1 ，７６Ａ1 からなる接合部７６Ａと、前記
ガラス基板７２と離間し、両端が梁７７に連結された四
角柱状の非接合部７６Ｂと、該非接合部７６Ｂの中央部
と接合部７６Ａ（各固着部７６Ａ1 ）とを連結する腕部
７６Ｃ，７６Ｃとから構成されている。また、前記接合
部７６Ａ（各固着部７６Ａ1 ）のみがガラス基板７２に
接合され、その他の非接合部７６Ｂおよび各腕部７６Ｃ
は凹部７３上に位置し、前記ガラス基板７２から離間し
て保持されている。

【００７５】また、前記各梁７７は、支持部７６の各非
接合部７６Ｂの両側に連結される略Ｌ字状の支持部端７
７Ａ，７７Ａと、該各支持部端７７Ａ間に位置して前記
質量部７８に連結される質量部端７７Ｂ，７７Ｂとから
なり、当該各梁７７は凹部５３上に位置するから、前記
ガラス基板７２から離間した状態で各支持部７６によっ
て保持されている。

【００７６】このように構成される本実施例による加速
度センサ７１においても、該加速度センサ７１に加わる
加速度の検出動作は前述した第１の実施例と差異はな
い。

【００７７】さらに、本実施例による加速度センサ７１
においても、前述した第１の実施例と同様の作用効果が
得られるものである。

【００７８】即ち、ガラスとシリコンの熱膨張係数の違
いによって発生する引張り応力は、各接合部７６Ａの腕
部７６Ｃ，７６Ｃに作用して、該各腕部７６Ｃには図１
０の矢示ｄ，ｄ，…のような引張り応力（内部応力）が
発生する。そして、各腕部７６Ｃにおける内部応力は他
の支持部７６となる非接合部７６Ｂ，７６Ｂに伝わる
が、各腕部７６Ｃは支持部７６全体に比べて小さくなっ
ているため、各腕部７６Ｃ（接合部７６Ａ）から支持部
７６に伝わる内部応力は小さくなり、各梁７７の温度変
化によるばね定数の変動を低減することができる。この
結果、矢示Ａ方向に加わる加速度の検出感度を向上させ
ることができる。

【００７９】なお、前記各実施例では、絶縁基板にガラ
ス基板３２，５２，６２，７２を用いるものとして述べ
たが、これに替えて、高抵抗なシリコン基板、セラミッ
ク基板、絶縁樹脂基板等を用いてもよく、この場合でも
上述の各実施例の如く構成することによって、確実に加
速度の検出感度を向上させることができる。

【００８０】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の本発明に
よる加速度センサでは、質量部を梁を介して支持する支
持部を、絶縁基板に接合された接合部と、該接合部を挟
んで梁の伸長方向の両側にそれぞれ設けられ絶縁基板か
ら離間した状態にある非接合部とから構成し、前記梁
を、絶縁基板から離間した状態で前記支持部の各非接合
部に連結される支持部端と、該各支持部端の間に位置し
て前記質量部に連結される質量部端とから構成したか
ら、梁と支持部との連結部周辺を絶縁基板から離間させ
ることができる。このため、シリコン板と絶縁材料との
熱膨張係数の違いによる引張り応力が発生する部分の面
積を小さくし、各部材の熱膨張係数の違いによって発生
する梁の伸長方向に沿った内部応力を小さくでき、該梁
のばね定数の変動を小さくすることができる。この結
果、絶縁基板の表面と平行な面に沿った加速度の検出感
度を向上することができる。

【００８１】また、請求項２の発明のように、前記支持
部の非接合部、梁および質量部を絶縁基板から離間する
ための凹部を該絶縁基板に形成し、該凹部内に前記各支
持部の接合部が接合される接合用突出部を設けるように
したから、シリコン板と絶縁材料との熱膨張係数の違い
による引張り応力が発生する接合部の接合面積を小さく
し、各部材の熱膨張係数の違いによって発生する梁への
内部応力を小さくでき、該梁のばね定数の変動を小さく
することができる。この結果、当該加速度センサにおけ
る加速度の検出感度を向上することができる。

【００８２】さらに、請求項３の発明のように、前記支
持部の接合部を、絶縁基板上で分離する一対の固着部に
よって形成したから、シリコン板と絶縁材料との熱膨張
係数の違いによる引張り応力の影響を受ける部分は一対
の固着部となり、この各固着部は支持部全体からみてそ
の面積は小さくなっているから、前記梁のばね定数の変
動を小さくすることができ、当該加速度センサの検出感
度を向上することができる。

【００８３】さらにまた、請求項４の発明のように、支
持部の接合部と非接合部との間には幅の狭い腕部を設け
たから、シリコン板と絶縁材料との熱膨張係数の違いに
よる引張り応力の影響を受ける部分は腕部となり、この
腕部は狭くなって形成されているから、前記梁のばね定
数の変動を小さくすることができ、当該加速度センサの
検出感度を向上することができる。

【００８４】一方、請求項５の発明のように、前記支持
部の接合部を、絶縁基板上で分離する一対の固着部によ
って形成すると共に、該各固着部に非接合部を連結する
一対の腕部とから構成したから、シリコン板と絶縁材料
との熱膨張係数の違いによる引張り応力の影響を受ける
部分は一対の腕部となり、この各腕部は小さくなってい
るから、前記梁のばね定数の変動を小さくすることがで
き、当該加速度センサの検出感度を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例による加速度センサを上側からみ
た平面図である。

【図２】図１中の加速度センサのガラス基板を示す平面
図である。

【図３】図１中の矢示III −III 方向からみた縦断面図
である。

【図４】図１中の矢示IV−IV方向からみた縦断面図であ
る。

【図５】第２の実施例による加速度センサを上側からみ
た平面図である。

【図６】図５中の加速度センサのガラス基板を示す平面
図である。

【図７】図５中の矢示VII −VII 方向からみた縦断面図
である。

【図８】図５中の矢示VIII−VIII方向からみた縦断面図
である。

【図９】図５中の矢示IX−IX方向からみた縦断面図であ
る。

【図１０】第３の実施例による加速度センサを上側から
みた平面図である。

【図１１】図１０中の加速度センサのガラス基板を示す
平面図である。

【図１２】図１０中の矢示XII −XII 方向からみた縦断
面図である。

【図１３】図１０中の矢示XIII−XIII方向からみた縦断
面図である。

【図１４】図１０中の矢示XIV −XIV 方向からみた縦断
面図である。

【図１５】第４の実施例による加速度センサを上側から
みた平面図である。

【図１６】図１５中の加速度センサのガラス基板を示す
平面図である。

【図１７】図１５中の矢示XVII−XVII方向からみた縦断
面図である。

【図１８】図１５中の矢示XVIII −XVIII 方向からみた
縦断面図である。

【図１９】図１５中の矢示XIX −XIX 方向からみた縦断
面図である。

【図２０】先行技術による加速度センサを示す斜視図で
ある。

【図２１】図２０の加速度センサを上側からみた平面図
である。

【図２２】図２０中の加速度センサのガラス基板を示す
平面図である。

【図２３】図２１中の矢示XXIII −XXIII 方向からみた
縦断面図である。

【図２４】図２１中の矢示XXIV−XXIV方向からみた縦断
面図である。

【図２５】図２１中の矢示XXV −XXV 方向からみた縦断
面図である。

【図２６】先行技術によるシリコン板の両面への窒化膜
のマスキング処理を示す縦断面図である。

【図２７】第１のエッチング処理によって固定部と可動
部を形成するための溝を形成した状態を示す縦断面図で
ある。

【図２８】溝形成後にシリコン板の窒化膜を除去した状
態を示す縦断面図である。

【図２９】シリコン板にガラス基板を陽極接合法により
接合した状態を示す縦断面図である。

【図３０】第２のエッチング処理によって固定部と可動
部を分離形成した状態を示す縦断面図である。

【符号の説明】

３１，５１，６１，７１ 加速度センサ ３２，５２，６２，７２ ガラス基板（絶縁基板） ３３，５３，６３，７３ 凹部 ３３Ｂ，５３Ｂ 接合用突出部 ３５ 固定部 ３６ 固定側くし状電極（固定電極） ３７，５５，６５，７５ 可動部 ３８，５６，６６，７６ 支持部 ３８Ａ，５６Ａ，６６Ａ，７６Ａ 接合部 ３８Ｂ，５６Ｂ，６６Ｂ，７６Ｂ 非接合部 ３９，５７，６７，７７ 梁 ３９Ａ，５７Ａ，６７Ａ，７７Ａ 支持部端 ３９Ｂ，５７Ｂ，６７Ｂ，７７Ｂ 質量部端 ４０，５８，６８，７８ 質量部 ４１，５９，６９，７９ 可動側くし状電極（可動電
極） ５６Ａ1 ，７６Ａ1 固着部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−301575（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−131036（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−251178（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301176（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−198746（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−122759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−190775（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−502756（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/125 H01L 29/84

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、該絶縁基板の表面に陽極接
   合されたシリコン板をエッチング加工することにより互
   いに分離して形成された固定部と可動部とを備え、 該 固定部には固定電極を一体に形成し、 前 記可動部は、絶縁基板上に離間して固着された一対の
   支持部と、該各支持部にそれぞれ連結され加速度の検出
   方向と直交する方向に延びる梁と、該各梁を介して前記
   各支持部間で連結され、加速度が作用したときに該加速
   度に応じて検出方向に変位する質量部と、該質量部に形
   成され前記固定部の固定電極との間で該質量部の変位方
   向に微小隙間を介して対向するように配置された可動電
   極とから形成してなる加速度センサであって、 前 記支持部は、前記絶縁基板に接合された接合部と、該
   接合部を挟んで前記梁の伸長方向の両側にそれぞれ設け
   られ前記絶縁基板から離間した状態にある非接合部とか
   らなり、 前 記梁は、前記絶縁基板から離間した状態で前記支持部
   の各非接合部に連結される支持部端と、該各支持部端の
   間に位置して前記質量部に連結される質量部端とから構
   成し、 前記質量部は、前記絶縁基板の表面と平行な面に沿って
   前記検出方向に変位する ことを特徴とする加速度セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記絶縁基板には前記支持部の非接合
   部、梁および質量部を該絶縁基板から離間するための凹
   部を形成し、該凹部内には前記各支持部の接合部が接合
   される接合用突出部を設けてなる請求項１記載の加速度
   センサ。
3. 【請求項３】 前記支持部の接合部は前記絶縁基板上で
   分離している一対の固着部から形成してなる請求項１記
   載の加速度センサ。
4. 【請求項４】 前記支持部の接合部と非接合部との間に
   は腕部を設けてなる請求項１記載の加速度センサ。
5. 【請求項５】 前記支持部の接合部は前記絶縁基板上で
   分離している一対の固着部から形成し、該各固着部には
   該固着部を前記非接合部と連結するための腕部をそれぞ
   れ設けてなる請求項１記載の加速度センサ。