JP3355916B2 - マイクロｇスイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種安全装置用マ
イクロＧスイッチ、特に自動車のエアバッグシステムな
どに使用されるマイクロＧスイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＧスイッチ(即ち、加速
度スイッチ)として、特開平6−43181号に記載されてい
る機械式のＧスイッチやTRANSDUCERS'８７，ｐｐ４１０
−４１３に記載されているシリコン板を微細加工して製
作されたマイクロＧスイッチが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】機械式のＧスイッチは
サイズが大きく、自己診断機能がないなどの問題点があ
った。マイクロＧスイッチはサイズが小さいものの、同
じく自己診断機能がない問題点があった。また、両者は
一方向の加速度しか検出できなかった。特に、後者のタ
イプはこの他に次のような問題点もあった。小さな加速
度（即ち、Ｇ）を検出することができず、低感度であっ
た。検出したい方向の加速度に直交した成分の加速度に
感じやすい、即ち、他軸感度が大きかった。製造歩留ま
りが悪く、量産性がなかった。パルス状の加速度に応答
してスイッチがオンした後、このオン状態を長く持続さ
せることができなかった。また、スイッチ部の溶着問題
により、スイッチがオンして加速度がゼロになったと
き、自らスイッチのオフ状態に必ず移行できるといった
信頼性に欠けていた。

【０００４】本発明の目的は、サイズが小さくて量産性
に適し、高性能で高信頼度なマイクロＧスイッチを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、シリコンを
微細加工して得られるビームと可動マス、前記可動マス
の一部に設けた可動接点、前記可動接点に対向して半導
体基板上に設けた固定接点、前記半導体基板に形成した
ＭＯＳスイッチよりなり、前記固定接点が前記ＭＯＳス
イッチのゲート電極と電気的に接続されていることを特
徴とするマイクロＧスイッチにより達成される。 また、
上記目的は、シリコンを微細加工して得られるビームと
可動マス、前記可動マスに対向して半導体基板上に設け
た固定電極、前記半導体基板に形成したＭＯＳスイッチ
よりなり、前記固定電極が前記ＭＯＳスイッチのゲート
電極と電気的に接続されていることを特徴とするマイク
ロＧスイッチにより達成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】 次に、前述の課題がどのように解
決されるかを実施例を用いてより詳細に説明する。シリ
コン板を微細加工してマイクロＧスイッチを構成するこ
とにより、Ｇスイッチのサイズが小さくなる。マイクロ
Ｇスイッチ部とパワー素子部を同じシリコン板中に集積
化し、クラッシュセンサと共に同じパッケージ内に実装
できるようにすることにより、エアバッグシステム用の
コントロールモジュールのサイズを小さくできる。ビー
ムで支持した可動マスの両側に可動接点、この可動接点
に対向して固定接点を設けることにより、二方向成分の
加速度（＋方向の加速度と−方向の加速度）を検出でき
るようにした。可動マスの重心をビームの中心軸上に配
置することにより、他軸感度をゼロにできるようにし
た。可動マスの厚さと幅をビームのそれに比べて十分に
大きな値にすることにより、マイクロＧスイッチの感度
を上げ、小さな加速度も検出できるようにした。シリコ
ン板にＭＯＳスイッチを形成し、このＭＯＳスイッチの
ゲート部と電気的に接続した導体部を可動マスに対向さ
せ、加速度に応じてゲート部の電位をコントロールする
ことにより、非常に小さな加速度も検出できるようにし
た。スイッチ部を流れる電流をある値以下に制限する機
能をシリコン板中に形成したり、可動接点と固定接点を
高溶点の金属材料で構成することにより、可動電極と固
定電極間の溶着を防止でき信頼性の高いＧスイッチが得
られるようにした。可動マスに対向して自己診断用の電
極を設け、静電気力で可動マスを変位させることによ
り、Ｇスイッチが動作できる状態にあるのか？ないのか
？をアクティブに自己診断できるようにした。可動マス
及びビームの厚さと幅を高精度に微細加工することによ
って、検出する加速度の大きさをある狭い領域内におさ
えこむことが可能になり、製造時の歩留まりを向上でき
る。プリバイアス用の電極を設けてこの電極に印加する
電圧の値によって、可動マスが変位し始める加速度の大
きさを一定の値に調整することが可能になり、さらに製
造時の歩留まりを高めることできる。可動マスに空気流
通溝や空気流通孔を設けたりあるいは可動マスとビーム
の間に第２の可動マスとビームを配置することによっ
て、可動マスとビーム系のダンピング量を最適化するこ
とが可能になり、加速度がゼロになった後もスイッチが
オンしている状態を長く持続させることができる。ま
た、ＭＯＳスイッチのオン状態を長く持続させる機能を
シリコン板中に設けることにより、加速度がゼロになっ
た後もスイッチがオンしている状態を同様に長く持続さ
せることができる。

【０００７】次に、本発明によるマイクロＧスイッチの
実施例を図１に示す。マイクロＧスイッチはガラス板
１，シリコン板２，ガラス板３の積層体よりなり、シリ
コン板２をエッチングによる微細加工してビーム４と可
動マス５を形成している。可動マス５はビーム４で支持
され、可動マス５の一部に可動接点１４を設けている。
可動接点１４に対向してガラス板１の底面に固定接点１
５を配置している。固定接点１５はガラス板１の底面に
形成した配線リード１２，シリコンの立体柱１３，ガラ
ス板１に加工したスルーホール７の内面に形成した配線
リード９を介してガラス板１の上面に電気的に引き出さ
れる。ここで、立体柱１３はシリコン板２をエッチング
加工して得られる柱状のもので、枠部１６とは機械的に
分離されており、可動マス５と電気的に絶縁されてい
る。同様に、可動接点１４は可動マス５，ビーム４，シ
リコン板２の枠部１６，ガラス板１に加工したスルーホ
ール６の内面に形成した配線リード部８を介してガラス
板１の上面に電気的に引き出されている。可動マス５の
表面に垂直な成分の加速度が作用すると、ビーム４で支
持された可動マス５が変位して可動接点１４と固定接点
１５を接触させる。この結果、両接点が電気的に接続さ
れ、マイクロＧスイッチに作用した加速度の大きさを検
出できることになる。図に示すように、可動マス５の重
心軸上にビーム４を形成しており、他軸感度の極めて小
さいマイクロＧスイッチを得ることができる。可動マス
５の厚さに対してビーム４の厚さを十分に小さな値にす
ることにより、小さな加速度で可動接点１４が固定接点
１５に接触できるようにした。つまり、高感度なマイク
ロＧスイッチが得られる。また、可動マス５及びビーム
４の厚さと幅を高精度にエッチングにより微細加工する
ことによって、検出する加速度の大きさをある狭い領域
内におさえこむことが可能になり、マイクロＧスイッチ
を製造する時の歩留まりを向上できる。なお、ガラス板
１，シリコン板２，ガラス板３よりなる積層体はシリコ
ン板２の両面にそれぞれガラス板１とガラス板３を良く
知られた陽極接合によって接着することにより得られ
る。このとき、可動マス５とガラス板１間の空隙１７及
び可動マス５とガラス板３間の空隙１８の寸法が約数ミ
クロンと小さいため、陽極接合時に何らかの工夫を施さ
ないと、接合時の高電圧による静電気力で可動マス５は
ガラス板１あるいはガラス板３のどちらかに引き寄せら
れて、そのガラス板に接着されてしまうことになる。こ
れを防止するために、可動マス５に対向したガラス板の
表面に、シリコン板２と電気的に接続されている金属薄
膜１０，１１をスパッタや蒸着などで形成し、陽極接合
時に可動マス５とガラス板１及びガラス板３間に作用す
る電位差をゼロにして静電気力が作用しないようにし
た。

【０００８】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図２に示す。本図以降、図１と同一の要素には同
じ番号をつけた。また、説明に使用しない要素には番号
を省略した。本図は、可動マス５の表面を深くエッチン
グ加工して、可動マス５と上下のガラス板間との空隙部
１７，１８の寸法を大きくした実施例である。こうする
ことによって、陽極接合時に可動マス５と上下のガラス
板間に発生する静電気力を小さくできるため、図１に示
したような金属薄膜１０，１１が不要になる。その代わ
り、可動接点１４を可動マス５の表面の微小な凸部１９
に設けている。なお、可動マス５の下部にも可動接点
と、これに対向して下側のガラス板上に固定接点を配置
することにより、正負二方向の加速度成分を検出可能な
マイクロＧスイッチを提供できる。

【０００９】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図３に示す。本図は、可動接点を有さない可動マ
ス５の表面に対向するように、下側のガラス板３にプリ
バイアス用の電極２２を設けた例である。プリバイアス
用の電極２２は立体柱１３を迂回するように設けた配線
リード部２３，立体柱２５及びガラス板１に加工したス
ルーホール２０の内面に設けた配線リード部２１を介し
て、ガラス板１の上面に電気的に引き出されている。可
動マス５の表面に、シリコンの熱酸化膜などで構成され
る絶縁物の突起２４が形成されている。電極２２に作用
させた電圧による静電気力で、可動マス５の絶縁物突起
２４が電極２２へ接触するように、可動マス５がガラス
板３側に引き寄せられている。可動マス５と電極２２と
の間の空隙１８の寸法は絶縁物の突起２４の高さで一義
的に決まる。リード部２１を介してマイクロＧスイッチ
の外部からプリバイアス用の電極２２に印加する電圧の
大きさを調節することにより、可動マス５を電極２２の
側へ引き寄せる力の大きさを自由にコントロールでき
る。この結果、可動マス５が電極２２を離れるときの加
速度の大きさ、即ちマイクロＧスイッチの可動接点と固
定接点が接触（オン状態）するときの加速度の大きさを
正確に決定できることになり、製造時の歩留まりが高い
マイクロＧスイッチを提供できる。

【００１０】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図４に示す。可動マス５に対向して上側のガラス
板１に自己診断用の電極２６を形成している。電極２６
は立体柱１３を迂回するように設けた配線リード部２
７，立体柱２５及びガラス板１に加工したスルーホール
２０の内面に設けたリード部２１を介して、ガラス板１
の上面に電気的に引き出されている。リード部２１を介
してマイクロＧスイッチの外部から自己診断用の電極２
６に電圧を印加することにより、静電気力で可動マス５
を電極２６の側へ引き寄せ、マイクロＧスイッチの可動
接点と固定接点を接触（オン状態）させることができ
る。このように、可動マス５に対向して自己診断用の電
極２６を設け、静電気力で可動マス５を変位させること
により、マイクロＧスイッチが実際に動作できる状態に
あるのか？ないのか？をアクティブに自己診断できる。
例えば、空隙１７部にゴミなどが存在して動作不能の状
態にあることもアクティブに検出できる。

【００１１】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図５に示す。本図は図４に示したマイクロＧスイ
ッチにおけるシリコン板２部の概略平面図を示したもの
である。可動マス５は二本のビーム４で支持され、可動
マス５の先端、中央部に可動接点１４を設けている。立
体柱１３と２５は図のように配置され、シリコン板２の
枠部１６とは機械的に分離、電気的に絶縁されている。
なお、マイクロＧスイッチの断面である図４は摸式的に
示したもので、立体柱１３と２５の位置は図４と図５で
違うことに注意されたい。前図のスルーホール６，７及
び２０の下部における配線リード部はそれぞれ８，９及
び２１であり、金属の薄膜をスパッタや蒸着などでシリ
コン部材の表面に形成したものである。また、マイクロ
Ｇスイッチとして特に応答性が要求される場合、可動マ
ス５の表面に２８で示すような深さ数ミクロンから数十
ミクロンの溝がエッチングで形成されることがある。こ
れはガラス板とシリコン板間の空隙部における空気の流
動性を改善し、この部分のエアダンピング量をコントロ
ールする空気流通溝である。可動マス５とビーム４系の
ダンピング量を最適化することが可能になり、マイクロ
Ｇスイッチの応答性を改善したり、あるいは加速度がゼ
ロになった後もスイッチがオンしている状態を長く持続
させることができる。

【００１２】本発明によるマイクロＧスイッチの実装方
法の一例を図６に示す。本図は自動車のエアバッグシス
テム用のコントロールモジュールにマイクロＧスイッチ
を実装する方法の一例を示したものである。マイクロＧ
スイッチ２００のリード部８と９をモジュール３１の表
面の導電性のパッド部（図には特に示していない！）へ
半田層２９と３０で機械的に接合し、且つ電気的に接続
する方法である。このように、モジュール３１へ直接的
にマイクロＧスイッチをマウントすることにより、エア
バッグシステム用のコントロールモジュールのサイズを
小さくできる。本発明によるマイクロＧスイッチの他の
実施例を図７に示す。本図はＳＯＩ基板を犠牲層エッチ
ングして得られるマイクロＧスイッチである。シリコン
板３４(素子形成用基板)，熱酸化膜３３，シリコン板３
２（支持基板）からなるＳＯＩ基板のシリコン板３４部
のシリコンエッチングと熱酸化膜３３部の犠牲層エッチ
ングにより可動マスとビームからなる可動部４４をシリ
コン板３２の上に形成する方法である。なお、ＳＯＩ基
板は熱酸化膜を介して支持基板に素子形成基板を直接的
に接合した後、上面の素子形成基板を所望の厚さまで研
磨加工して得られる。シリコン板３４の上に接合したガ
ラス板１へ加工したスルーホール３８，３９及び４０内
に配線したリード部４１，４２及び４３を介して、マイ
クロＧスイッチは外部の信号処理回路他と電気的に結線
される。ここで、配線リード部４２と４３は、それぞれ
シリコン板３４の枠部３５と電気的に絶縁されているシ
リコンの立体柱３６と３７へ電気的に接続されている。
また、ＳＯＩ基板としては熱酸化膜を形成した支持基板
の表面へ、素子形成基板として多結晶シリコンをエピ成
長させたものでも良い。

【００１３】図７に示したマイクロＧスイッチにおける
シリコン板３４部の概略平面図を図図８に示す。前図の
可動部４４は三本のビーム４５で支持された可動マス４
６より構成される。可動マス４６の両側中央部に可動接
点４９，４９ａを設け、これに対向して固定接点４８，
４８ａを配置している。固定接点４８，４８ａはそれぞ
れ立体柱３６，３７と一体となっている固定部４７，５
０へ図のように形成されている。ここで、シリコンの立
体柱３６と３７は、それぞれシリコン板３４の枠部３５
とは電気的に絶縁されている。本図のマイクロＧスイッ
チはシリコン基板３４の表面と平行な成分の加速度を検
出して、可動接点４９と固定接点４８を接触あるいは可
動接点４９ａと固定接点４８ａを接触させるものであ
る。可動接点４９と固定接点４８を接触させる方向の加
速度を正方向と定義すると、可動接点４９ａと固定接点
４８ａを接触させる方向の加速度は負方向になる。この
ように、正負二方向の加速度成分を検出可能なマイクロ
Ｇスイッチを実現できる。なお、配線リード部４１，４
２及び４３を介して、マイクロＧスイッチ部の可動接点
と固定接点は外部の信号処理回路他と電気的に結線され
る。

【００１４】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図９に示す。本図の例は可動部とリードの引き出
し方法が図７に示したスイッチと異なる。図７に示した
場合と同じように、シリコン板３４（素子形成用基
板），熱酸化膜３３，シリコン板３２（支持基板）から
なるＳＯＩ基板のシリコン板３４部のシリコンエッチン
グと熱酸化膜３３部の犠牲層エッチングにより可動マス
とビームからなる可動部５３をシリコン板３２の上に形
成している。可動部５３の上部の空間５２を密封するよ
うに、シリコン板３４の上にガラスやシリコンなどで構
成されるキャップ５１を接合している。空間５２内に設
けられた可動接点や固定接点は、キャップ５１の下部に
設けた配線リード部５５を介してシリコン板３４の上に
設けたパッド５４と電気的に接続されている。スイッチ
の接点はパッド５４を介して、マイクロＧスイッチ外部
の信号処理回路と結線される。

【００１５】図９に示したマイクロＧスイッチにおける
可動部５３近傍の概略平面図を図１０に示す。前図の可
動部５３は二本のビーム５６で支持された可動マス５７
から構成される。ビーム５６は固定端６４で、前図の熱
酸化膜３３の上にしっかりと固着されている。可動マス
５７は凸部５８と５９を有する櫛歯形状になっている。
凸部５８に可動接点６２，６２ａを設け、この可動接点
に対向して固定接点６１，６１ａを配置している。そし
て、この固定接点６１，６１ａは熱酸化膜の上に固着さ
れた固定部６３の突起部６０に形成されている。本図の
マイクロＧスイッチは、シリコン板３４の表面に平行
で、且つ二本のビーム５６に直交した正負の加速度成分
を検出することができる。なお、本図には配線リード部
５５やパッド５４は記載されていない。

【００１６】本発明によるマイクロＧスイッチを自動車
のエアバッグシステム用の集積化点火デバイスに適用し
た例を図１１に示す。マイクロＧスイッチ６５は抵抗６
６を介して電源Ｖｓと直列に接続されている。この抵抗
６６はマイクロＧスイッチ６５を流れる電流をある値以
下に制限する。この結果、可動接点と固定接点間の発熱
による溶着が生じないため信頼性の高いマイクロＧスイ
ッチが得られる。この抵抗６６はこれまでに述べてきた
シリコン板へ拡散によって形成するかあるいは細長いビ
ーム自身で持たせても良い。電源Ｖｓ，抵抗６６，マイ
クロＧスイッチ６５に対して、ＰＭＯＳのスイッチ６
７，コンデンサ６８及びＮＭＯＳのパワー素子６９を図
のように接続している。また、パワー素子６９へ直列に
パワー素子７１とインフレータ７４が、各パワー素子へ
並列にそれぞれ抵抗７２と７３が接続されている。この
抵抗７２と７３はこの部分に微小な電流を流して、イン
フレータ７４の動作状態を自己診断するためのものであ
る。今、加速度が所定の値以上になるとマイクロＧスイ
ッチ６５はこれを検出し、可動接点と固定接点間はオン
状態になる。そして、Ａ点の電位が減少してスイッチ６
７をオンさせ、その後Ｂ点の電位が増加してパワー素子
６９をオン状態にする。このとき、自動車が衝突事故を
起こしてこれをクラッシュセンサ（図には示していな
い）からの出力信号をマイクロコンピュータ７０で処理
して検出すると、パワー素子７１をオン状態にする。パ
ワー素子６９と７１が同時にオン状態になると、インフ
レータ７４が点火しエアバッグを起動させて乗員を保護
するシステムである。なお、マイクロＧスイッチでは加
速度がゼロになった後もスイッチがオンしている状態を
長く保持することは簡単なことではない。この場合、コ
ンデンサ６８によってマイクロＧスイッチ６５がオフ状
態になった後も、パワー素子６９を実質的にオン状態に
することができる。つまり、加速度がゼロになった後
も、マイクロＧスイッチ６５が見掛け上オンしている状
態をある期間だけ持続させることができる。こうするこ
とによって、エアバッグシステムの信頼度を向上させる
ことができる。

【００１７】本発明によるマイクロＧスイッチを用いた
集積化点火デバイスの実装方法を図１２に示す。セラミ
ックスなどの基板７５の上にマイクロＧスイッチ６５，
パワー素子６９及び前図の抵抗６６，スイッチ６７，コ
ンデンサ６８などからなる信号処理回路７８を配置して
いる。基板７５の上部にキャップ７７を接合し、マイク
ロＧスイッチ６５他を収納した空間７６を気密に封止し
ている。本集積化点火デバイスは基板７５に設けたパッ
ド７９，８０を介して外部の電源やインフレータと電気
的に接続される。この結果、サイズが小さくて量産性に
適し、高性能で高信頼度な集積化点火デバイスを提供す
ることができる。

【００１８】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図１３に示す。本図は可動マスとビームの間に第
２の可動マスとビームを配置した実施例である。即ち、
ビーム４で支持された可動マス８２の間に第二の可動マ
ス８１と第二のビーム８３を設けている。加速度が作用
して可動マス８２の表面に形成した可動接点１４がオン
した後、ビーム４と８３がさらに変形して、やがて可動
マス８１の全面をガラス板１の下面に接触させる。可動
マス８１の表面やそれ自体のダンピング効果によって、
加速度がゼロになった後も可動接点がオンしている状態
を長く持続させることができる。

【００１９】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実
施例を図１４に示す。本図はＭＯＳスイッチのゲート電
極を可動にしたマイクロＧスイッチとパワー素子部を同
一のシリコン板へ集積化した複合化マイクロＧスイッチ
である。熱酸化膜１５０，１５１でパッシベーションさ
れたｐ型のシリコン板８４の表面部分へｎ+ 領域を拡散
やイオン打ち込み法で作り、パワー素子やマイクロＧス
イッチのソースやドレイン部を形成している。そして、
８６，８７，８８はそれぞれパワー素子部のソース電
極，ドレイン電極，ゲート電極である。また、８９，９
０，９１はそれぞれマイクロＧスイッチ部のソース電
極，ドレイン電極，ゲート電極である。なお、パワー素
子部を流れる電流値は数〜数十アンペアであるのに対し
て、マイクロＧスイッチ部を流れる電流値は無視できる
ほど小さい値である。マイクロＧスイッチ部のゲート電
極９１はビーム９２で支持された可動マスである。な
お、ビーム９２はその端部１５２で熱酸化膜１５０の上
にしっかりと固着されている。シリコン板８４の表面に
直交した加速度が作用すると、ゲート電極９１と熱酸化
膜１５０間の空隙１５３の寸法が小さくなる。この空隙
１５３の寸法値が所定の値以下になると、マイクロＧス
イッチのソース電極８９とドレイン電極９０間はオン状
態になる。そして、図１１で説明したように、パワー素
子部のソース電極８６とドレイン電極８７間をオン状態
にさせることができる。これらのマイクロＧスイッチ部
とパワー素子部はシリコン板８４の上部に接合したキャ
ップ８５により、空間９４の内部に気密に収納される。
本複合化マイクロＧスイッチはシリコン板８４の上に形
成したパッド９３を介して外部の信号処理回路と電気的
に接続される。この結果、サイズが小さくて量産性に適
し、高性能で高信頼度なマイクロＧスイッチを実現でき
る。

【００２０】本発明による複合化マイクロＧスイッチの
他の実施例を図１５に示す。本実施例のマイクロＧスイ
ッチは機械式のスイッチ部と電子式のＭＯＳスイッチ部
とを分離した構造のものである。シリコン板８４の熱酸
化膜１５０の上に、端部100でしっかりと固着したビー
ム９９により支持された可動マス９８を犠牲層エッチン
グの手法で形成している。機械式のスイッチ部はビーム
９９で支持された可動マス９８，可動マス９８に形成し
た可動接点９７及び可動接点９７に対向して配置された
固定接点９６よりなる。電子式のＭＯＳスイッチ部はソ
ース電極８９，ドレイン電極９０及びゲート電極９５よ
りなる。ゲート電極９５と固定接点９６は熱酸化膜１５
０の上で電気的に接続されており、複合化マイクロＧス
イッチが加速度を受けて可動接点９７と固定接点９６が
接触すると、ゲート電極９５の電位が増加してＭＯＳス
イッチ部をオン状態にさせるように、可動マス９８には
ビーム９９を介してあらかじめ高い電圧が電源より供給
されている。可動接点９７と固定接点９６が接触する
と、ＭＯＳスイッチがオン状態になりパワー素子部を動
作させる。このように、シリコン板８４にＭＯＳスイッ
チを形成し、このMOSスイッチのゲート電極９５と固定
接点９６を電気的に接続することにより、機械式のスイ
ッチ部を流れる電流を微小な値に制限することができ
る。スイッチ部を流れる電流をある値以下に制限する機
能をシリコン板中に形成したり、可動接点と固定接点を
高溶点の金属材料で構成することにより、可動電極と固
定電極間の溶着を完全に防止でき信頼性の高い複合化マ
イクロＧスイッチが得られる。また、加速度がゼロにな
った後も、ＭＯＳスイッチのオン状態を長く持続させる
機能をシリコン板８４へ容易に集積化することができ
る。

【００２１】本発明による複合化マイクロＧスイッチの
他の実施例を図１６に示す。本実施例のマイクロＧスイ
ッチも機械式のスイッチ部と電子式のＭＯＳスイッチ部
とを分離した構造のものである。ビーム９９で支持され
た可動マス９８の表面に対向して固定電極１０１を配置
し、この固定電極１０１とＭＯＳスイッチ部のゲート電
極９５を熱酸化膜１５０の上などで間接あるいは直接的
に電気的な接続をしている。マイクロＧスイッチに作用
する加速度に応じて、可動マス９８と固定電極１０１間
の空隙１５４の寸法が変化し、空隙１５４部の静電容量
を変化させる。そして、マイクロＧスイッチに加速度が
作用すると、ゲート電極９５部の電位が上昇しＭＯＳス
イッチ部をオン状態にさせる。このように、シリコン板
にＭＯＳスイッチを形成し、このＭＯＳスイッチのゲー
ト電極部と電気的に接続した導体部（固定電極）を可動
マスに対向させることにより、加速度に応じてゲート電
極部の電位が変化してＭＯＳスイッチがオンするので、
非常に小さな加速度で動作する感度の高い複合化マイク
ロＧスイッチが得られる。なお、シリコン板８４へ可動
マス９８に対向して拡散した領域を固定電極としても良
い。

【００２２】本発明による複合化マイクロＧスイッチの
実装方法を図１７に示す。本実施例は、マイクロＧスイ
ッチ部とパワー素子部を同じシリコン板中に集積化した
複合化マイクロＧスイッチ１０２（図１４〜図１６で説
明したもの）をクラッシュセンサ１０３と共に同じパッ
ケージ内に実装できるようにしたものである。複合化マ
イクロＧスイッチ１０２とクラッシュセンサ１０３を接
着材１０４，１０５でセラミックス基板１１３へ接着し
ている。次に、クラッシュセンサ１０３の構造を簡単に
説明する。シリコン板１０６，１０７及び１０８を熱酸
化膜などの絶縁物１０９，１１０を介して層状に積層し
た構造で、内部にビームで支持された可動マス１１１を
微細加工によって形成している。可動マス１１１と上下
に配置されたシリコン板１０６と１０８間の静電容量の
変化から、クラッシュ時の加速度をアナログ的に検出す
るものである。セラミックス基板１１３にキャップ１１
２を接着材１１４で接合し、スイッチやセンサの周囲を
気密に封止している。そして、エアバッグシステムのモ
ジュール用基板１１５へセラミックス基板１１３の導電
層１１６を介し、半田層１１７を用いて表面実装され
る。クラッシュセンサと共に同じパッケージ内に実装で
きるようにすることにより、エアバッグシステム用のコ
ントロールモジュールのサイズを小さくできる。

【００２３】本発明による複合化マイクロＧスイッチの
他の実施例を図１８に示す。本実施例は、シリコン板８
４へ図１４〜図１６で説明した複合化マイクロＧスイッ
チ１０２と共に、クラッシュセンサ１２１を一体に集積
化したものである。ＳＯＩ基板の熱酸化膜１５０を犠牲
層エッチングすることにより、可動マス１２０の下部に
空隙１１８を形成している。可動マス１２０を支持する
ビーム（本図には示されていない）の固定端１１９は熱
酸化膜１５０の上にしっかりと固着されている。可動マ
ス１２０とシリコン板８４間の静電容量の変化から、ク
ラッシュ時の加速度をアナログ的に検出するクラッシュ
センサである。複合化マイクロＧスイッチをクラッシュ
センサと共に同一のシリコン板へ一体に集積化すること
により、エアバッグシステム用のコントロールモジュー
ルのサイズをより一層小さくできる。

【００２４】

【発明の効果】前述したように、本発明によりサイズが
小さくて量産性に適し、高性能で高信頼度なマイクロＧ
スイッチが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマイクロＧスイッチの実施例を示
した図。

【図２】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施例
を示した図。

【図３】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施例
を示した図。

【図４】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施例
を示した図。

【図５】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施例
を示した図。

【図６】本発明によるマイクロＧスイッチの実装方法を
示した図。

【図７】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施例
を示した図。

【図８】前図に示したマイクロＧスイッチの概略平面図
を示した図。

【図９】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施例
を示した図。

【図１０】前図に示したマイクロＧスイッチの可動部の
概略平面図を示した図。

【図１１】本発明による集積化点火デバイスへの適用例
を示した図。

【図１２】本発明による集積化点火デバイスの実装方法
を示した図。

【図１３】本発明によるマイクロＧスイッチの他の実施
例を示した図。

【図１４】本発明による複合化マイクロＧスイッチの実
施例を示した図。

【図１５】本発明による複合化マイクロＧスイッチの他
の実施例を示した図。

【図１６】本発明による複合化マイクロＧスイッチの他
の実施例を示した図。

【図１７】本発明による複合化マイクロＧスイッチの実
装方法を示した図。

【図１８】本発明による複合化マイクロＧスイッチの他
の実施例を示した図。

【符号の説明】

１，３…ガラス板、２，３２，３４，８４，１０６，１
０７，１０８…シリコン板、４，４５，５６，８３，９
２，９９…ビーム、５，４６，５７，８１，８２，９
８，１１１，１２０…可動マス、６，７，２０，３８，
３９，４０…スルーホール、８，９，１２，２１，２
３，２７，４１，４２，４３，５５…配線リード部、１
０，１１…金属薄膜、１３，２５，３６，３７…立体
柱、１４，４９，４９ａ，６２，６２ａ，９７…可動接
点、１５，４８，４８ａ，６１，６１ａ，９６…固定接
点、１６，３５…枠部、１７，１８，１１８，１５３，
１５４…空隙、１９…微小な凸部、２２，２６…電極、
２４…絶縁物の突起、２８…空気流通溝、２９，３０，
１１７…半田層、３１…モジュール、３３，１０９，１
１０，１５０，１５１…熱酸化膜、４４，５３…可動
部、４７，５０，６３…固定部、５１，７７，８５，１
１２…キャップ、５２，７６，９４…空間、５４，７
９，８０，９３…パッド、５８，５９…凸部、６０…突
起部、６４，１１９…固定端、６６…抵抗、６５，２０
０…マイクロＧスイッチ、６６，７２，７３…抵抗、６
７…スイッチ、６８…コンデンサ、６９，７１…パワー
素子、７０…マイクロコンピュータ、７４…インフレー
タ、７５，１１５…基板、７８…信号処理回路、８６，
８９…ソース電極、８７，９０…ドレイン電極、８８，
９１，９５…ゲート電極、１０１…固定電極、１０２…
複合化マイクロＧスイッチ、１０３…クラッシュセン
サ、１０４,１０５,１１４…接着材、１１３…セラミッ
クス基板、１１６…導電層、１５２…端部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲沢 照美 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平５−188084（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−306223（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−273230（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10969（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−263712（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−308152（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−222075（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34654（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−245417（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−37187（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−5582（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−249727（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−145740（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−25764（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−180866（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−234244（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／27216（ＷＯ，Ａ１) Ｃ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｄ．Ｏｖｅｒ ｍａｎ，Ｒ．Ｗａｒｎｅｒ，Ｔ．Ｂｌｏ ｍｑｕｉｓｔ，Ｐｒｏｂｌｅｍｓ Ｅｎ ｃｏｕｎｔｅｒｅｄ Ｉｎ ｔｈｅ Ｄ ｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ Ｍｉ ｃｒｏｓｃａｌｅ ｇ−ｓｗｉｔｃｈ Ｕｓｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ，ＴＲＡＮＳＤ ＵＣＥＲＳ’87，410−413 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/00 - 15/135 G01P 21/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコンを微細加工して得られるビームと
   可動マス、前記可動マスの一部に設けた可動接点、前記
   可動接点に対向して半導体基板上に設けた固定接点、前
   記半導体基板に形成したＭＯＳスイッチよりなり、前記
   固定接点が前記ＭＯＳスイッチのゲート電極と電気的に
   接続されていることを特徴とするマイクロＧスイッチ。
2. 【請求項２】シリコンを微細加工して得られるビームと
   可動マス、前記可動マスに対向して半導体基板上に設け
   た固定電極、前記半導体基板に形成したＭＯＳスイッチ
   よりなり、前記固定電極が前記ＭＯＳスイッチのゲート
   電極と電気的に接続されていることを特徴とするマイク
   ロＧスイッチ。
3. 【請求項３】請求項１，２のいずれかにおいて、 セラミックスパッケージ内に半導体式クラッシュセンサ
   と共に、気密に実装したことを特徴とするマイクロＧス
   イッチ。
4. 【請求項４】請求項１，２のいずれかにおいて、 同一のシリコン板へ半導体式クラッシュセンサと共に集
   積化したことを特徴とするマイクロＧスイッチ。
5. 【請求項５】請求項１，２のいずれかにおいて、 同一のシリコン板へ半導体式クラッシュセンサ及びパワ
   ー素子と共に集積化したことを特徴とするマイクロＧス
   イッチ。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか記載のマイクロＧ
   スイッチと、 クラッシュセンサと、 エアバックと、 前記マイクロＧスイッチと前記クラッシュセンサとの出
   力とに基づいて、エアバックを鼓動するインフレータと
   を備えたエアバックシステム。