JP4996771B2 - 電子デバイス - Google Patents
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Description
また、加速度スイッチは、所定の振動を受けて確実にスイッチが動作し、この加速度スイッチを含む機器を起動させる必要がある。
以下、本発明を実施するための実施形態について図面を参照して説明する。
まず、加速度スイッチに矢印方向に加速度が加わると、重りを除く加速度スイッチ全体は矢印方向に運動する。一方、梁で支えられた重りは、直接加速度が加わらず運動しないため、重り内部の空間に配置されている対向電極14と重り13が接触する。これにより、重り13と対向電極14との電気的導通が確保され、図1,2で示すように、梁12、支持部11a、貫通電極17とは常時、電気的に接続されているため、一定値以上の加速度が加速度スイッチ10に加わる場合に限り、重り13と対向電極14が接触し、貫通電極17と貫通電極18は電気的に接続する。
[1本梁の加速度スイッチの感度等方性−第1のシミュレーション]
しかし、この場合、梁の本数が多くなるために、重りの変位量は小さくなって、感度が低下する。そこで、重りを梁1本で支えた加速度スイッチの平面方向について、重りの変位量の偏りを検証し、1本梁の場合の使用の可否を検討する。1本梁で重りを支えた場合でも変位量の偏りがなければ、2本以上の梁で支持した場合と比較して、基本的に高感度であり、梁の占めるスペースも少なくできるため、加速度スイッチの小型化を実現するためには、有利となる。
第1のシミュレーションモデルの条件 (単位はμm)
重り内側の半径(a1): 100
重り外側の半径(b1): 585
外枠の内径(c1): 635
梁の内側の半径(d1): 605
梁の外形の半径(e1): 615
梁幅(f1): 10
梁と重り外側との間隔(g1): 20
梁と支持部との間隔(g2): 20
梁厚(h1): 20 及び 40
重りの厚さ(i1): 350
X軸との交点 x1:(635,0)
x2:(615,0)
x3:(605,0)
x4:(585,0)
x5:(−570,0)
x6:(−590,0)
x7:(―600,0)
x8:(−620,0)
Y軸との交点 y1:(0,635)
y2:(0,615)
y3:(0,605)
y4:(0,585)
y5:(0,575)
y6:(0,555)
y7:(0,−585)
y8:(0,−605)
y9:(0,−615)
y10:(0,−635)
ヤング率E : 165GPa
ポアソン比ν : 0.30
密度σ : 2500Kg/m3
(1a)梁厚が20μmの場合の重りの変位量
X方向の最大値:23.67μm
Y方向の最大値: 3.42μm
(1b)梁厚が40μmの場合の重りの変位量
X方向の最大値:12.17μm
Y方向の最大値: 1.87μm
(2a)梁厚が20μmの場合の重りの変位量
Y方向の最大値:23.70μm
X方向の最大値: 0.65μm
(2b)梁厚が40μmの場合の重りの変位量
Y方向の最大値:12.09μm
X方向の最大値: 0.34μm
(1)X,Y軸の同軸感度:X軸方向に加速度を加えた場合のX軸方向の最大変位量と 、Y軸方向に加速度を加えた場合のY軸方向の最大変位量との差は0.12%程度であ り、X、Y方向にほぼ同等の変位量を示す。
(2)X軸の他軸感度:X軸方向に加速度を加えた場合、傾きとしてY方向へ変位する 量(他軸変位量)は、X方向の最大変位量の14%程度(梁厚が20μmの場合)、及 び15%程度(梁厚が40μmの場合)である。
(3)Y軸の他軸感度:Y軸方向に加速度を加えた場合、傾きとしてX方向へ変位する 量(他軸変位量)は、Y方向の最大変位量の2.7%程度(梁厚が20μmの場合)、 及び2.8%程度(梁厚が40μmの場合)である。
[加速度スイッチの梁の条件−第2のシミュレーション]
のx方向の変位量δであり、下記の式(1)に基づき算出する。また、式(1)の条件は
、梁及び重りの材料であるシリコンの物性等の条件については前記第1のシミュレーションの条件に基づき、その他の条件については、上述した2mmの加速度スイッチの重り及び梁形状、電極間隔等の各条件に基づき設定する。
外形寸法2mmの加速度スイッチの各条件 (単位:μm)
重り内の半径(r1): 155
重り外形の半径(r2): 760
梁幅(w) : 可変
電極間隔(35): 限定せず
梁厚(h): 可変
重りの厚さ(H): 350
(線種)と重りの変位量(縦軸)を示す。また、図12の表は、種々の梁厚及び梁幅条件による重りの変位量を示し、斜線部分は、電極間隔1μmの条件で、重りが対向電極に接触する条件を示す。なお電極間隔1μmの条件はシリコンエッチングプロセスで作製可能な電極間隔の下限値に対応する。
最初に、シリコンエッチングプロセスで作製可能な電極間隔の下限値が1μmであるため、電極間隔の下限値を規定すると1μmとなる。また、電極間隔が広すぎる場合、重りと対向電極間の隙間の確保に加えて、重りと梁及び梁と支持部との隙間も確保する必要があることから、電極間隔の上限値を規定すると20μmとなる。この電極間隔の範囲、すなわち1μm以上、かつ20μm以下を加速度スイッチの第1条件として規定する。
[加速度スイッチの梁の条件−第3のシミュレーション]
外形寸法1mm(角)の加速度スイッチの各条件 (単位:μm)
重り内の半径(r2): 77.5
重り外形の半径(r1): 380
梁幅(w): 可変
電極間隔(35): 限定せず
梁厚(h): 可変
重りの厚さ(H): 350
上述したように、シリコンエッチングプロセスで作製可能な電極間隔の下限値が1μmであるため、電極間隔の下限値を規定すると、1μmとなる。また、電極間隔が広すぎる場合、重りと対向電極間の隙間のみならず、重りと梁及び梁と支持部との隙間も確保する必要があることから、電極間隔の上限値を規定すると20μmとなる。この電極間隔について、1μm以上、かつ20μm以下の範囲を加速度スイッチの第1条件として規定する。
11,21,31,41,51 第2基板
12,22,32,42,52 梁
13,23,33,53 重り
14,34 対向電極
15,55 第1基板
16,56 第3基板
17,57 第2の貫通電極(支持部側)
18,58 第2の貫通電極(対向電極側)
100 従来の加速度スイッチ
Claims (9)
- 内側に空間を備える質量体と、前記質量体を支え、加速度を受けたときに前記質量体にかかる慣性力により撓み、かつ前記質量体を取り囲むように配置される円弧状の梁と、前記梁を支持し、固定した状態で前記質量体の周囲に配置される支持部と、前記空間内に、加速度を受けたときに前記質量体との接触を検出する対向電極とを備え、前記質量体を支える梁は1本であり、前記質量体の内側面と前記対向電極の外側面との距離となる電極間隔は1μm以上、かつ20μm以下であり、
前記梁の厚さhと前記梁の幅wは、次式に基づき設定し、
前記梁の質量体側の一端と前記梁の支持部側の他端との距離が、前記対向電極と前記質量体の内面との最大距離より大きく、
第1基板と、前記質量体と前記対向電極と前記梁と前記支持部を含む第2基板と、第3基板とが積層される構成であり、前記第1基板は、外部回路と接続する接点を有し、前記支持部または前記対向電極と接続する接点とする第1の貫通電極と第2の貫通電極とを含み、前記第1基板と前記第3基板は、前記第2基板に含まれる前記支持部及び前記対向電極とに接合されており、
前記対向電極は、複数の電極部を含む、加速度スイッチと、
前記加速度スイッチから出力される検出信号を検出し、前記検出信号に応じた所定の動作を行う回路と、を備える電子デバイスであって、
前記梁が前記質量体の外周に沿って重複していないことを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは前記梁の幅が4μm以上、かつ60μm以下であることを特徴とする電子デバイス。
- 請求項1記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは前記梁の厚さが5μm以上、500μm以下で、かつ質量体の厚さ以下であることを特徴とする電子デバイス。
- 請求項1記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは支持部と質量体と梁と前記対向電極を含む加速度スイッチ本体部の外形寸法が、0.5mm以上、かつ3mm以下であることを特徴とする電子デバイス。
- 請求項1記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは支持部と質量体と梁と対向電極を含む加速度スイッチ本体部の外形寸法が0.5mm以上、かつ1.5mm以下であり、前記梁の幅が4μm以上、かつ20μm以下であって、前記梁の厚さが5μm以上、かつ500μm以下で、かつ質量体の厚さ以下であることを特徴とする電子デバイス。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは前記梁の質量体側の一端と前記支持部との距離が、前記対向電極と前記質量体の内面との最大距離より大きいことを特徴とする電子デバイス。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは前記質量体と前記梁の支持部側の他端との距離が、前記対向電極と前記質量体の内面との最大距離より大きいことを特徴とする電子デバイス。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子デバイスにおいて、前記加速度スイッチは前記質量体が円筒形状であり、前記梁が前記質量体と同心円形状であることを特徴とする電子デバイス。
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