專利名稱：加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠檢測互相正交的X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向的加速度的加速度傳感器。
背景技術(shù)：
圖15a中利用示意的立體圖來表示加速度傳感器的一個例子(例如參照專利文獻(xiàn)1)。該加速度傳感器40具有框部41；配置在該框部41的中心部分的圓柱狀的重錘體42；從該重錘體42的X軸方向的兩側(cè)分別沿X軸方向向著框部41伸長形成的X軸方向梁部43a及43b；從該重錘體42的Y軸方向的兩側(cè)分別沿Y軸方向向著框部41伸長形成的Y軸方向梁部44a及44b；與重錘體42連接的4個輔助重錘體45a～45d；在X軸方向梁部43a及43b上形成的電阻元件Rx1～Rx4及Rz1～Rz4；以及在Y軸方向梁部44a及44b上形成的電阻元件Ry1～Ry4。
在圖15a所示的加速度傳感器40的結(jié)構(gòu)中，X軸方向梁部43a及43b的中心軸配置在通過圓柱狀的重錘體42的中心軸、沿X軸方向延伸的同一直線上，另外，Y軸方向梁部44a及44b的中心軸配置在通過重錘體42的中心軸、沿Y軸方向延伸的同一直線上。這些X軸方向梁部43a及43b和Y軸方向梁部44a及44b分別構(gòu)成能夠彎曲變形的結(jié)構(gòu)。
電阻元件Rx1及Rx2在X軸方向梁部43a沿X軸方向排列配置，電阻元件Rx3及Rx4在X軸方向梁部43b沿X軸方向排列配置。電阻元件Ry1及Ry2在Y軸方向梁部44a沿Y軸方向排列配置，電阻元件Ry3及Ry4在Y軸方向梁部44b沿Y軸方向排列配置。電阻元件Rz1及Rz2在X軸方向梁部43a沿X軸方向排列配置，電阻元件Rz3及Rz4在X軸方向梁部43b沿X軸方向排列配置。這些電阻元件Rx1～Rx4、Ry1～Ry4及Rz1～Rz4分別根據(jù)因梁部43a、43b、44a、44b的彎曲變形而引起的梁部43a、43b、44a、44b的應(yīng)力變化，其電阻值產(chǎn)生變化。
4個電阻Rx1～Rx4構(gòu)成圖15b所示的電橋電路，另外，4個電阻Ry1～Ry4構(gòu)成圖15c所示的電橋電路，再有，4個電阻Rz1～Rz4構(gòu)成圖15d所示的電橋電路，分別構(gòu)成這些電橋電路的布線設(shè)置在梁部43a、43b、44a、44b及框部41。另外，圖15b～圖15d中所示的標(biāo)號Vcc表示與外部的電壓電源連接的電壓電源輸入單元，標(biāo)號Px1、Px2、Py1、Py2、Pz1、Pz2分別表示電壓檢測單元。
重錘體42及輔助重錘體45a～45d分別處于懸浮狀態(tài)，利用梁部43a、43b、44a、44b的彎曲變形，能夠產(chǎn)生位移。例如，若因X軸方向的加速度而引起的X軸方向的力作用于重錘體42及輔助重錘體45a～45d，則因該力的作用，重錘體42及輔助重錘體45a～45d沿X軸方向產(chǎn)生擺動位移。另外同樣地，若因Y軸方向的加速度而引起的Y軸方向的力作用于重錘體42及輔助重錘體45a～45d，則因該力的作用，重錘體42及輔助重錘體45a～45d沿Y軸方向產(chǎn)生擺動位移。再有同樣地，若因Z軸方向的加速度而引起的X軸方向的力作用于重錘體42及輔助重錘體45a～45d，則因該力的作用，重錘體42及輔助重錘體45a～45d沿Z軸方向產(chǎn)生擺動位移。由于這樣的重錘體42及輔助重錘體45a～45d的位移作用，梁部43a、43b、44a、44b產(chǎn)生彎曲變形。
在上述加速度傳感器40中，由于因上述那樣的梁部43a、43b、44a、44b的彎曲變形而引起的梁部43a、43b、44a、44b的應(yīng)力產(chǎn)生，導(dǎo)致電阻元件Rx1～Rx4、Ry1～Ry4及Rz1～Rz4的電阻值變化。由于該電阻元件的電阻值的變化，因此圖15b～圖15d的各電橋電路的4個電阻元件的電阻值失去平衡，例如在發(fā)生X軸方向的加速度時，從圖15b的電橋電路的電壓檢測單元Px1及Px2分別輸出的電壓產(chǎn)生差值。利用該電壓差，能夠檢測出X軸方向的加速度的大小。另外，在發(fā)生Y軸方向的加速度時，從圖15c的電橋電路的電壓檢測單元Py1及Py2分別輸出的電壓產(chǎn)生差值。利用該電壓差，能夠檢測出Y軸方向的加速度的大小。再有，在發(fā)生Z軸方向的加速度時，從圖15d的電橋電路的電壓檢測單元Pz1及Pz2分別輸出的電壓產(chǎn)生差值。利用該電壓差，能夠檢測出Z軸方向的加速度的大小。
專利文獻(xiàn)1特開2002-296293號公報專利文獻(xiàn)2特開平8-160070號公報專利文獻(xiàn)3特開平6-82472號公報在圖15a所示的加速度傳感器40的結(jié)構(gòu)中，直線狀的梁部43a、43b、44a、44b分別配置在重錘體42的四方，將重錘體42與框部41連接。因此，在因熱應(yīng)力而使框部41產(chǎn)生變形時，伴隨該框部41的變形，梁部43a、43b、44a、44b產(chǎn)生變形，對該梁部43a、43b、44a、44b產(chǎn)生壓縮應(yīng)力或拉伸應(yīng)力。檢測加速度用的電阻元件Rx1～Rx4、Ry1～Ry4及Rz1～Rz4由于分別設(shè)置在梁部43a、43b、44a、44b，因此盡管沒有產(chǎn)生加速度，但由于框部41的熱應(yīng)力所產(chǎn)生的變形而引起的梁部43a、43b、44a、44b產(chǎn)生的應(yīng)力，也使電阻元件Rx1～Rx4、Ry1～Ry4及Rz1～Rz4的電阻值變化。通過這樣，盡管沒有產(chǎn)生加速度，但從圖15b～圖15d的電橋電路也往往有加速度產(chǎn)生時的電壓輸出。
另外，該結(jié)構(gòu)是在重錘體42的四方分別伸長形成的梁部43a、43b、44a、44b設(shè)置加速度檢測用的電阻元件Rx1～Rx4、Ry1～Ry4及Rz1～Rz4，這些電阻元件的配置位置分散。例如，在梁部43a、43b、44a、44b由硅構(gòu)成時，在各梁部43a、43b、44a、44b的電阻元件配置位置摻雜磷(P)或硼(B)形成是壓電電阻的電阻元件Rx1～RX4、Ry1～Ry4及Rz1～Rz4。在這種情況下，若電阻元件配置位置分散，則在各電阻元件配置位置難以均勻摻雜磷或硼，各電阻元件配置位置的摻雜濃度產(chǎn)生差異。因此產(chǎn)生的問題是，圖15b～圖15d所示的各電橋電路的4個電阻元件的電阻值難以取得平衡，妨礙加速度傳感器的精度提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，具有下述所示的結(jié)構(gòu)。即，本發(fā)明的加速度傳感器，包括具有平行于包含互相正交的X軸及Y軸及Z軸中的X軸及Y軸的XY平面的XY基板面的基臺；以懸浮在該基臺的XY基板面上的狀態(tài)配置的框狀的梁部；通過從該梁部沿X軸方向向梁部的兩側(cè)分別向外伸長形成的支持部、將梁部以雙支撐梁狀支持在基臺上的梁部支持固定部；
以懸浮在前述基臺的XY基板面上的狀態(tài)、從前述梁部的Y軸方向的兩側(cè)分別沿Y軸方向向外伸長形成的連接部；以及分別與各連接部的伸長前端部連接的錘部，前述錘部形成能夠因框狀梁部的變形而沿X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向位移的結(jié)構(gòu)，在前述梁部設(shè)置根據(jù)因錘部的X軸方向位移而引起的梁部的彎曲變形來檢測X軸方向的加速度用的X軸方向加速度檢測部；根據(jù)因錘部的Y軸方向位移而引起的梁部的彎曲變形來檢測Y軸方向的加速度用的Y軸方向加速度檢測部；以及根據(jù)因錘部的Z軸方向位移而引起的梁部的彎曲變形來檢測Z軸方向的加速度用的Z軸方向加速度檢測部。
根據(jù)本發(fā)明，框狀的梁部采用通過沿X軸方向向梁部的兩側(cè)分別向外伸長形成的支持部、支持在基臺上呈雙支撐梁狀的結(jié)構(gòu)。因此，在因熱應(yīng)力而基臺產(chǎn)生變形時，由于Y軸方向(例如長度方向)的變形被支持部的彎曲變形吸收，另外，X軸方向(例如寬度方向)的變形由于變形引起的絕對位移小，而且，從與支持部及連接部連接的梁部區(qū)域離開的梁部區(qū)域與X軸方向的變形而相應(yīng)變形，從而加以吸收，因此能夠防止在梁部的與支持部的連接部位及其相鄰區(qū)域、以及與連接部的連接部位及其相鄰區(qū)域產(chǎn)生變形。通過例如在因熱應(yīng)力等而產(chǎn)生基臺的變形時、不因該基臺的變形而引起產(chǎn)生變形的梁部區(qū)域，形成根據(jù)梁部的變形來檢測加速度用的X軸方向加速度檢測部及Y軸方向加速度檢測部及Z軸方向加速度檢測部，能夠抑制因基臺的熱應(yīng)力所產(chǎn)生的變形而引起的加速度誤檢測的情況(即，盡管沒有產(chǎn)生加速度，也因基臺的熱應(yīng)力所產(chǎn)生的變形而引起的、利用X軸方向加速度檢測部或Y軸方向加速度檢測部或Z軸方向加速度檢測部檢測出加速度的誤檢測的情況)的發(fā)生。
另外，在本發(fā)明中，框狀的梁部以雙支撐梁狀支持在基臺上，錘部以懸臂梁狀支持在該梁部上，是一種簡單的結(jié)構(gòu)，通過這樣，容易促進(jìn)小型化。
再有，在本發(fā)明中，錘部是以懸臂梁狀與框狀的梁部連接的結(jié)構(gòu)。因此，因加速度而引起的錘部的位移增大，通過這樣，因錘部的位移而引起的梁部的彎曲變形增大，能夠提高加速度檢測的靈敏度。


圖1a為表示本發(fā)明有關(guān)的加速度傳感器的第1實施例的示意立體圖。
圖1b為圖1a的加速度傳感器的示意平面圖。
圖2a為圖1b所示的a-a部分的示意剖視圖。
圖2b為圖1b所示的b-b部分的示意剖視圖。
圖2c為圖1b所示的c-c部分的示意剖視圖。
圖3a為圖1b所示的A-A部分的示意剖視圖。
圖3b為圖1b所示的B-B部分的示意剖視圖。
圖3c為圖1b所示的C-C部分的示意剖視圖。
圖4為說明有關(guān)構(gòu)成第1實施例的加速度傳感器的梁部厚度的構(gòu)成例用的說明圖。
圖5為說明設(shè)置在梁部的壓電電阻部的配置位置的一個例子用的說明圖。
圖6a為說明構(gòu)成第1實施例的加速度傳感器的X軸方向加速度檢測部的電橋電路用的電路圖。
圖6b為說明構(gòu)成第1實施例的加速度傳感器的Y軸方向加速度檢測部的電橋電路用的電路圖。
圖6c為說明構(gòu)成第1實施例的加速度傳感器的Z軸方向加速度檢測部的電橋電路用的電路圖。
圖7為說明連接設(shè)置在梁部的多個壓電電阻部、構(gòu)成圖6a～圖6c所示的電橋電路用的布線圖形的一個布線例子用的示意圖。
圖8a為說明實施例的加速度傳感器中因X軸方向的加速度而引起的錘部位移例子用的示意立體圖。
圖8b為說明實施例的加速度傳感器中因X軸方向的加速度而引起的錘部位移例子用的剖視圖。
圖8c為說明因X軸方向的加速度而引起的梁部的彎曲變形所導(dǎo)致梁部產(chǎn)生應(yīng)力的產(chǎn)生狀態(tài)例子用的模型圖。
圖9a為說明實施例的加速度傳感器中因Y軸方向的加速度而引起的錘部位移例子用的示意立體圖。
圖9b為說明實施例的加速度傳感器中因Y軸方向的加速度而引起的錘部位移例子用的剖視圖。
圖9c為說明因Y軸方向的加速度而引起的梁部的彎曲變形所導(dǎo)致梁部產(chǎn)生應(yīng)力的產(chǎn)生狀態(tài)例子用的模型圖。
圖10a為說明實施例的加速度傳感器中因Z軸方向的加速度而引起的錘部位移例子用的示意立體圖。
圖10b為說明實施例的加速度傳感器中因Z軸方向的加速度而引起的錘部位移例子用的剖視圖。
圖10c為說明因Z軸方向的加速度而引起的梁部的彎曲變形所導(dǎo)致梁部產(chǎn)生應(yīng)力的產(chǎn)生狀態(tài)例子用的模型圖。
圖11為說明第2實施例的加速度傳感器用的模型圖。
圖12為說明第3實施例的加速度傳感器用的模型圖。
圖13a為說明梁部及其它實施例用的模型圖。
圖13b為說明梁部及別的其它實施例用的模型圖。
圖13c為說明再有的梁部及其它實施例用的模型圖。
圖14a為說明連接設(shè)置在梁部的多個壓電電阻部、構(gòu)成電橋電路用的布線圖形及其它布線例子用的示意圖。
圖14b為表示利用與圖14a所示的Z軸方向加速度檢測有關(guān)的壓電電阻部及布線圖形構(gòu)成的電橋電路的一個構(gòu)成例子的電路圖。
圖14c為說明圖14a所示的布線圖形的形態(tài)例用的示意剖視圖。
圖15a為表示加速度傳感器的一個以往例子的示意立體圖。
圖15b為說明圖15a所示的加速度傳感器中檢測X軸方向的加速度用的電橋電路用的電路圖。
圖15c為說明圖15a所示的加速度傳感器中檢測Y軸方向的加速度用的電橋電路用的電路圖。
圖15d為說明圖15a所示的加速度傳感器中檢測Z軸方向的加速度用的電橋電路用的電路圖。
標(biāo)號說明1加速度傳感器2基臺
3XY基準(zhǔn)面4梁部5支持部6固定部7錘部8連接部15連接部側(cè)帶狀梁部部位16支持部側(cè)帶狀梁部部位20增強(qiáng)部25彈性部具體實施方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明有關(guān)的實施例。
圖1a為表示本發(fā)明有關(guān)的加速度傳感器的第1實施例的示意立體圖，圖1b為圖1a的加速度傳感器的示意平面圖。另外，圖2a表示圖1b的a-a部分的示意剖視圖，圖2b表示圖1b的b-b部分的示意剖視圖，圖2c表示圖1b的c-c部分的示意剖視圖。再有，圖3a表示圖1b的A-A部分的示意剖視圖，圖3b表示圖1b的B-B部分的示意剖視圖，圖3c表示圖1b的C-C部分的示意剖視圖。
該第1實施例的加速度傳感器1，是能夠分別檢測互相正交的X軸及Y軸及Z軸的三軸方向的加速度的加速度傳感器。該加速度傳感器1具有基臺2。該基臺2具有平行于包含X軸及Y軸的XY平面的XY基準(zhǔn)面3，在該XY基準(zhǔn)面3的上側(cè)，以懸浮狀態(tài)配置框狀的梁部4。該框狀的梁部4形成方形，從該梁部4的X軸方向的兩側(cè)分別沿X軸方向向外伸長形成支持部5(5a、5b)。這些支持部5a、5b分別相對于基臺形成懸浮狀態(tài)，支持部5a、5b的各伸長前端部與固定部6連接。該固定部6具有隔著間隔包圍梁部4及后述的錘部7(7a、7b)的形成區(qū)域的框狀形態(tài)，該固定部6固定在基臺2上。換句話說，梁部4通過支持部5a、5b以雙支撐梁狀支持固定在基臺2上。即，在該第1實施例中，利用支持部5(5a、5b)及固定部6構(gòu)成梁部支持固定部。
錘部7a、7b將梁部4置于中間，沿Y軸方向排列配置，而且以懸浮于基臺2的XY基準(zhǔn)面3的上側(cè)的狀態(tài)配置。這些各錘部7a、7b分別利用從梁部4的Y軸方向的兩側(cè)分別沿Y軸方向向外伸長形成的連接部8(8a、8b)與粱部4連接。連接部8(8a、8b)相對于基臺2形成懸浮狀態(tài)，錘部7a、7b形成利用梁部4的彎曲變形而能夠在X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向產(chǎn)生位移的結(jié)構(gòu)。
在第1實施例中，各支持部5a、5b的沿X軸方向的中心軸配置在同一直線上，另外，各連接部8a、8b的沿Y軸方向的中心軸配置在同一直線上。梁部4形成方形，該梁部4相對于通過支持部5a、5b的中心軸的X方向中心軸為對稱形狀，而且，相對于通過連接部8a、8b的中心軸的Y方向中心軸為對稱形狀。
另外，在第1實施例中，對于梁部4，從各連接部8a、8b分別具有連接部8的寬度并向梁部4的區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位15(15a、15b)(參照圖4的用虛線Z15包圍的區(qū)域)的Z軸方向的厚度，具有與連接部8的Z軸方向的厚度相同的厚度。另外，從各支持部5a、5b分別具有支持部5的寬度并向梁部4的區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位16(16a、16b)(參照圖4的用虛線Z16包圍的區(qū)域)的Z軸方向的厚度，具有與支持部5的Z軸方向的厚度相同的厚度。在第1實施例中，梁部4的連接部側(cè)帶狀梁部部位15(15a、15b)及支持部側(cè)帶狀梁部部位16(16a、16b)的Z軸方向的厚度例如約為400μm左右，而與此不同的是，梁部4的除此以外的部分的Z軸方向的厚度例如約為5～10μm左右，像上述那樣，梁部4的除此以外的部分的Z軸方向的厚度比梁部4的連接部側(cè)帶狀梁部部位15(15a、15b)及支持部側(cè)帶狀梁部部位16(16a、16b)的Z軸方向的厚度要薄。
在第1實施例中，錘部7的Z軸方向的厚度例如約為400μm左右，這樣與支持部5及連接部8的Z軸方向的厚度成為實質(zhì)上相同的厚度。另外，錘部7(7a、7b)的重心為例如圖3b所示的點W7的位置，支持錘部7(7a、7b)的梁部4的支點為例如圖3b所示的點W4的位置，錘部7的重心位置與支持錘部7(7a、7b)的梁部4的支點位置的高度位置(Z軸方向的位置)產(chǎn)生偏移。
在該第1實施例中，上述的梁部4及支持部5(5a、5b)及固定部6及錘部7(7a、7b)及連接部8(8a、8b)，是利用微加工技術(shù)將SOI(Silicon-On-Insulator硅-絕緣體)基板(即，依次層疊形成Si層10及SiO2層11及Si層12的多層基板)13進(jìn)行加工而制成其形狀的。
在第1實施例中，對由Si構(gòu)成的梁部4的下述那樣的部位進(jìn)行加工，設(shè)置檢測加速度用的壓電電阻部。即，如圖5的示意放大圖所示，在梁部4中，在連接部側(cè)帶狀梁部部位15a的帶寬兩側(cè)分別配置壓電電阻部RX1、RX2，在連接部側(cè)帶狀梁部部位15b的帶寬兩側(cè)分別配置壓電電阻部RX3、RX4。這些4個壓電電阻部RX1、RX2、RX3、RX4構(gòu)成檢測X軸方向的加速度用的X軸方向加速度檢測部。在梁部4及支持部5(5a、5b)及固定部6形成由這些壓電電阻部RX1、RX2、RX3、RX4構(gòu)成圖6a所示那樣的電橋電路用的布線圖形。
例如，圖7中示意表示該布線圖形的一個布線例子。在該例子中，利用布線圖形L，將配置在連接部側(cè)帶狀梁部部位15a的帶寬兩側(cè)的壓電電阻部RX1、RX2的一端彼此之間電連接，形成電壓檢測部PX1。在固定部6的表面如圖1所示，形成多個外部連接用的電極焊盤18，電壓檢測部PX1利用布線圖形L與分別和該電壓檢測部PX1相對應(yīng)的外部連接用的電極焊盤18電連接。同樣地，將配置在連接部側(cè)帶狀梁部部位15b的帶寬兩側(cè)的壓電電阻部RX3、RX4的一端彼此之間電連接，形成電壓檢測部PX2。該電壓檢測部PX2利用布線圖形L與分別和該電壓檢測部PX2相對應(yīng)的外部連接用的電極焊盤18電連接。另外，壓電電阻部RX2、RX4的另一端分別利用布線圖形L，與和外部的電壓電源Vs連接用的外部連接用的電極焊盤18電連接。再有，壓電電阻部RX1、RX3的另一端分別利用布線圖形L，與和外部的接地GND連接用的外部連接用的電極焊盤18電連接。
另外，在梁部4中，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的帶寬兩側(cè)分別配置壓電電阻部RY2、RY3，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的帶寬兩側(cè)分別配置壓電電阻部RY1、RY4。這些4個壓電電阻部RY1、RY2、RY3、RY4，構(gòu)成檢測Y軸方向的加速度用的Y軸方向加速度檢測部。在梁部4及支持部5(5a、5b)及固定部6形成由這些壓電電阻部RY1、RY2、RY3、RY4構(gòu)成圖6b所示那樣的電橋電路用的布線圖形。
例如，在圖7中表示的布線圖形的布線例子中，利用布線圖形L，將配置在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的帶寬兩側(cè)的壓電電阻部RY2、RY3的一端彼此之間電連接，形成電壓檢測部PY1。該電壓檢測部PY1利用布線圖形L與分別和該電壓檢測部PY1相對應(yīng)的外部連接用的電極焊盤18電連接。同樣地，將配置在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的帶寬兩側(cè)的壓電電阻部RY1、RY4的一端彼此之間電連接，形成電壓檢測部PY2。該電壓檢測部PY2利用布線圖形L與分別和該電壓檢測部PY2相對應(yīng)的外部連接用的電極焊盤18電連接。另外，壓電電阻部RY2、RY4的另一端分別利用布線圖形L，與和外部的電壓電源Vs連接用的外部連接用的電極焊盤18電連接。再有，壓電電阻部RY1、RY3的另一端分別利用布線圖形L，與和外部的接地GND連接用的外部連接用的電極焊盤18電連接。
再有，在沿支持部5a、5b的X軸方向的各中心軸上分別形成壓電電阻部RZ，在梁部4的支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的一端側(cè)(在圖5的例子中為上側(cè))形成壓電電阻部RZ2，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的一端側(cè)(在圖5的例子中為下側(cè))形成壓電電阻部RZ4。這些4個壓電電阻部RZ、RZ、RZ2、RZ4構(gòu)成檢測Z軸方向的加速度用的Z軸方向加速度檢測部。在梁部4及支持部5(5a、5b)及固定部6形成由這些壓電電阻部RZ、RZ、RZ2、RZ4構(gòu)成圖6c所示那樣的電橋電路用的布線圖形。
例如，在圖7中表示的布線圖形的布線例子中，利用布線圖形L，將支持部5a的壓電電阻部RZ、與支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的一端側(cè)的壓電電阻部RZ2的一端彼此之間電連接，形成電壓檢測部PZ1。該電壓檢測部PZ1利用布線圖形L，與分別和該電壓檢測部PZ1相對應(yīng)的外部連接用的電極焊盤18電連接。同樣地，將支持部5b的壓電電阻部RZ、和支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的一端側(cè)的壓電電阻部RZ4的一端彼此之間電連接，形成電壓檢測部PZ2。該電壓檢測部PZ2利用布線圖形L，與分別和該電壓檢測部PZ2相對應(yīng)的外部連接用的電極焊盤18電連接。另外，利用布線圖形L，壓電電阻部RZ2的另一端、和支持部5b的壓電電阻部RZ的另一端，分別利用布線圖形L與和外部的電壓電源Vs連接用的外部連接用的電極焊盤18電連接。再有，利用布線圖形L，壓電電阻部RZ-1的另一端、和支持部5a的壓電電阻部RZ的另一端，分別利用布線圖形L與和外部的接地GND連接用的外部連接用的電極焊盤18電連接。
在該第1實施例中，形成壓電電阻部，使得沒有產(chǎn)生加速度時構(gòu)成圖6a～圖6c的各電橋電路4個壓電電阻部的電阻值為均衡狀態(tài)。
該第1實施例的加速度傳感器1如上述那樣構(gòu)成，能夠如下述那樣檢測加速度。例如，若發(fā)生X軸方向的加速度，則因該加速度而引起的X軸方向的力作用于錘部7(7a、7b)。由于該對錘部7的X軸方向的作用力的作用，錘部7(7a、7b)從圖8a的模型圖的虛線所示的基準(zhǔn)狀態(tài)，如例如圖8a的實線及圖8b的示意剖視圖所示，沿X軸方向產(chǎn)生擺動位移。由于這樣的錘部7沿X軸方向的位移的作用，則通過連接部8，梁部4產(chǎn)生彎曲變形，從而，在梁部4產(chǎn)生下述那樣的應(yīng)力。
例如，在錘部7如圖8a及8b所示那樣位移時，則如圖8c的模型圖所示那樣，在梁部4中，在連接部側(cè)帶狀梁部部位15a的左側(cè)AL產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，另外，在連接部側(cè)帶狀梁部部位15a的右側(cè)AR產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，再有，在連接部側(cè)帶狀梁部部位15b的左側(cè)BL產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，另外再有，在連接部側(cè)帶狀梁部部位15b的右側(cè)BR產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。另外，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的兩側(cè)CU、CD，分別產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的兩側(cè)DU、DD，分別產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。在這樣因錘部7的X軸方向的加速度而引起產(chǎn)生應(yīng)力的梁部4的各部分AL、AR、BL、BR、CU、CD、DU、DD，分別設(shè)置壓電電阻部RX2、RX1、RX3、RX4、RY2、RY3、RY1、RY4、R22、R24。這些壓電電阻部RX2、RX1、RX3、RX4、RY2、RY3、RY1、RY4、RZ2、RZ4分別因X軸方向的加速度而引起產(chǎn)生應(yīng)力，從而電阻值變化。在圖6b的電橋電路中，在產(chǎn)生X軸方向的加速度時，壓電電阻部RY1、RY4例如顯示出基于拉伸應(yīng)力的電阻值變化，而與此相反，壓電電阻部RY2、RY3例如顯示出基于壓縮應(yīng)力的電阻值變化，就這樣由于壓電電阻部RY1、RY4與壓電電阻部RY2、RY3的電阻值從沒有產(chǎn)生加速度時的基準(zhǔn)電阻值互相向正負(fù)(增減)相反的方向變化，因此壓電電阻部RY1、RY4與壓電電阻部RY2、RY3的電阻值變化互相抵消，從而圖6b的電橋電路的輸出沒有大的變化。
另外，構(gòu)成圖6c的電橋電路的壓電電阻部RZ、RZ的設(shè)置部分幾乎沒有應(yīng)力變化。另外，壓電電阻部RZ2例如顯示出基于壓縮應(yīng)力的電阻值變化，壓電電阻部RZ4例如顯示出基于拉伸應(yīng)力的電阻值變化，就這樣由于電阻值從沒有產(chǎn)生加速度時的基準(zhǔn)電阻值互相向正負(fù)(增減)相反的方向變化，因此壓電電阻部RZ2、RZ4的電阻值變化互相抵消，從而圖6c的電橋電路的輸出沒有大的變化。
與上不同的是，在圖6a的電橋電路中，在產(chǎn)生X軸方向的加速度時，由于壓電電阻部RX1、RX4例如顯示出基于壓縮應(yīng)力的電阻值變化，另外，壓電電阻部RX2、RX3例如顯示出基于拉伸應(yīng)力的電阻值變化，因此圖6a的電橋電路的電阻值失去平衡狀態(tài)，圖6a的電橋電路的輸出變化。由于圖6a的電橋電路的輸出的變動幅度根據(jù)X軸方向的加速度的大小而變化，因此根據(jù)圖6a的電橋電路的輸出，能夠檢測出X軸方向的加速度的大小。
例如，若發(fā)生Y軸方向的加速度，則因該加速度而引起的Y軸方向的力作用于錘部7(7a、7b)。在該第1實施例中，由于錘部7的重心位置與支持錘部7的梁部4的支點位置的高度位置產(chǎn)生偏移，因此若由于該重心與支點的位置偏移，而對錘部7(7a、7b)作用了Y軸方向的力，則錘部7a、7b從圖9a的模型圖的虛線所示的基準(zhǔn)狀態(tài)，如例如圖9a的實線及圖9b的示意剖視圖所示那樣，錘部7a、7b的一側(cè)(在圖9a及圖9b的例子中為錘部7a)一面接近基臺2，一面沿Y軸方向位移，另一側(cè)(在圖9a及圖9b的例子中為錘部7b)一面相對于基臺2抬起，一面沿Y軸方向位移。通過這樣，連接部8及梁部4產(chǎn)生彎曲變形，在梁部4產(chǎn)生下述那樣的應(yīng)力。
例如，在錘部7如圖9a及圖9b所示那樣位移時，則如圖9c的模型圖所示那樣，在梁部4中，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的上側(cè)CU產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，另外，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的下側(cè)CD產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。再有，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的上側(cè)DU產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，另外，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的下側(cè)DD產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。在這樣因Y軸方向的加速度而引起產(chǎn)生應(yīng)力的梁部4的各部分CU、CD、DU、DD，分別設(shè)置壓電電阻部RY2、RY3、RY1、RY4。這些壓電電阻部RY2、RY3、RY1、RY4分別因Y軸方向的加速度而引起產(chǎn)生應(yīng)力，從而電阻值變化。在圖6b的電橋電路中，在產(chǎn)生Y軸方向的加速度時，由于壓電電阻部RY1、RY2例如顯示出基于拉伸應(yīng)力的電阻值變化，另外，壓電電阻部RY3、RY4例如顯示出基于壓縮應(yīng)力的電阻值變化，因此圖6b的電橋電路的電阻值失去平衡狀態(tài)，圖6b的電橋電路的輸出變化。由于圖6b的電橋電路的輸出的變動幅度根據(jù)Y軸方向的加速度的大小而變化，因此根據(jù)圖6b的電橋電路的輸出，能夠檢測出Y軸方向的加速度的大小。
另外，在該第1實施例中，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的上側(cè)CU設(shè)置壓電電阻部RZ2，另外，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的下側(cè)DD設(shè)置壓電電阻部RZ4。由于因Y軸方向的加速度而引起的梁部4產(chǎn)生的應(yīng)力的作用，壓電電阻部RZ2、RZ4的電阻值也變化，但壓電電阻部RZ2例如是基于拉伸應(yīng)力的電阻值變化，壓電電阻部RZ4例如是基于壓縮應(yīng)力的電阻值變化，就這樣由于壓電電阻部RZ2、RZ4的電阻值變化是從沒有加速度狀態(tài)的基準(zhǔn)電阻值向正負(fù)相反的方向變化，因此壓電電阻部RZ2、RZ4的電阻值變化互相抵消，從而圖6c的電橋電路的輸出沒有大的變化。另外，由于構(gòu)成圖6a的電橋電路的壓電電阻部RX1、RX2、RX3、RX4設(shè)置在產(chǎn)生Y軸方向的加速度時幾乎沒有應(yīng)力變化的部分，因此這些壓電電阻部RX1、RX2、RX3、RX4的電阻值幾乎沒有變化，圖6a的電橋電路的輸出也沒有大的變化。
例如，若發(fā)生Z軸方向的加速度，則因該加速度而引起的Z軸方向的力作用于錘部7(7a、7b)。由于該對錘部7的Z軸方向的作用力的作用，錘部7(7a、7b)從圖10a的模型圖的虛線所示的基準(zhǔn)狀態(tài)，如例如圖9a的實線及圖10b的示意剖視圖所示，錘部7(7a、7b)沿Z軸方向產(chǎn)生位移。通過這樣，連接部8及梁部4產(chǎn)生彎曲變形，在梁部4產(chǎn)生下述那樣的應(yīng)力。
例如，在錘部7如圖10a及圖10b所示那樣位移時，則如圖10c的模型圖所示那樣，在梁部4中，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a、16b的各自的兩側(cè)CU、CD、DU、DD分別產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。由于這樣在梁部4產(chǎn)生應(yīng)力，因此設(shè)置在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a、16b的各自的一端的壓電電阻部RZ2、RZ4因拉伸應(yīng)力而電阻值變化。另外，在該第1實施例中，壓電電阻部RZ設(shè)置在有Y軸方向的加速度時幾乎沒有應(yīng)力變化的部分，因此壓電電阻部RZ的電阻值幾乎沒有變化。由于這些情況，因此在產(chǎn)生Z軸方向的加速度時，圖6c的電橋電路的電阻值失去平衡狀態(tài)，圖6c的電橋電路的輸出變化。由于圖6c的電橋電路的輸出的變動幅度根據(jù)Z軸方向的加速度的大小而變化，因此根據(jù)圖6c的電橋電路的輸出，能夠檢測出Z軸方向的加速度的大小。
另外，設(shè)置構(gòu)成圖6a的電橋電路的壓電電阻部RX1、RX2、RX3、RX4的梁部部分，由于幾乎不產(chǎn)生因Z軸方向的加速度而引起的應(yīng)力，因此圖6a的電橋電路的電阻值維持平衡狀態(tài)的原樣不變，圖6a的電橋電路的輸出幾乎沒有變化。另外，設(shè)置構(gòu)成圖6b的電橋電路的壓電電阻部RY1、RY2、RY3、RY4的梁部部分，都產(chǎn)生同樣的應(yīng)力，壓電電阻部RY1、RY2、RY3、RY4的電阻值同樣變化。因此，在產(chǎn)生Z軸方向的加速度時，圖6b的電橋電路的電阻值維持平衡狀態(tài)的原樣不變，圖6b的電橋電路的輸出幾乎沒有變化。
該第1實施例的加速度傳感器1如上所述，能夠分別檢測X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向的加速度。
在第1實施例中是這樣構(gòu)成的，即梁部4利用支持部5(5a、5b)以雙支撐梁狀支持在固定部6上，另外，錘部7(7a、7b)利用連接部8(8a、8b)以懸臂梁狀支持在梁部4上。因此，連接支持部5a的固定部6的部位、與連接支持部5b的固定部6的部位之間能夠形成較短的距離。通過這樣，即使基臺2或固定部6因周圍的溫度變化等而產(chǎn)生變形，因該基臺2或固定部6的變形而引起的固定部部位之間的變形所產(chǎn)生的絕對位移小。另外，由于梁部4是框狀，該框狀的梁部4利用支持部5(5a、5b)以雙支撐梁狀支持在固定部6上，因此在因基臺2或固定部6的變形而產(chǎn)生X軸方向的應(yīng)力時，梁部4的角部區(qū)域變形，能夠釋放應(yīng)力。由于這樣的情況，能夠緩和因基臺2或固定部6的變形而引起的梁部4的彎曲變形。因此，能夠?qū)⒁蛑車鷾囟茸儎佣鸬膯栴}(例如，因溫度變動而使圖6a～圖6c的各電橋電路的輸出電壓值變動的所謂溫度漂移的問題等)縮小。
另外，在該第1實施例中，將檢測加速度用的壓電電阻部集中設(shè)置在配置在錘部7a與7b之間的區(qū)域的梁部4。因此，能夠幾乎按照設(shè)計來制造全部的壓電電阻部，很容易將圖6a～圖6c所示的電橋電路的輸出的差異等抑制得很小。即，是對構(gòu)成梁部4的Si摻雜硼(B)或磷(P)來制成壓電電阻部，而通過將壓電電阻部的設(shè)置位置集中，就能夠很容易使各壓電電阻部的硼或磷的摻雜濃度均勻。因此，各電橋電路的電阻值容易取得平衡狀態(tài)，能夠提高加速度檢測的精度。
再有，在第1實施例中，由于集中設(shè)置全部的壓電電阻部，因此能夠簡化構(gòu)成圖6a～圖6c的各電橋電路用的布線圖形的走線路徑。
再有，在第1實施例中，梁部4相對于通過連接部8a、8b的沿Y軸方向的中心軸的Y方向中心軸為對稱形狀，而且相對于通過支持部5a、5b的沿X軸方向的中心軸的X方向中心軸為對稱形狀。因此，能夠簡化因產(chǎn)生加速度而引起的梁部4的彎曲變形，能夠有助于提高利用因梁部4的彎曲變形而引起的應(yīng)力變化來進(jìn)行的加速度檢測的精度。
再有，在第1實施例中，梁部4的連接部側(cè)帶狀梁部部位15(15a、15b)及支持部側(cè)帶狀梁部部位16(16a、16b)，比梁部4的其它部分的Z軸方向的厚度要厚。由于該厚度之差，連接部側(cè)帶狀梁部部位15(15a、15b)及支持部側(cè)帶狀梁部部位16(16a、16b)與梁部4的其它部分的邊界部分的應(yīng)力強(qiáng)弱明顯。在第1實施例中，由于利用梁部4的應(yīng)力變化來檢測加速度，因此通過這樣使應(yīng)力的強(qiáng)弱明顯，能夠更明確分離X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向的各自的加速度來進(jìn)行檢測。
以下，說明第2實施例。另外，在該第2實施例的說明中，對于與第1實施例同一構(gòu)成部分，附加同一標(biāo)號，其共同部分的重復(fù)說明省略。
在該第2實施例中，除了第1實施例的形態(tài)以外，也可以對框狀的梁部4設(shè)置圖11所示的增強(qiáng)部20。在由框狀的梁部4包圍的空間部分中，將連接支持部5a的梁部4的部位M、與連接支持部5b的梁部4的部位N連接形成直線，該增強(qiáng)部20是沿該直線伸長形成該增強(qiáng)部20，該增強(qiáng)部20的兩端分別與梁部4的內(nèi)側(cè)邊緣連接。通過設(shè)置這樣的增強(qiáng)部分20，能夠提高梁部4的剛性，能夠?qū)⒗缫蚧_2或固定部6的變形而引起的梁部4的彎曲變形抑制得較小。通過這樣，能夠防止因基臺2或固定部6的例如熱應(yīng)力產(chǎn)生的變形而引起的加速度的誤檢測。
另外，在圖11的例子中，增強(qiáng)部20的寬度與支持部5(5a、5b)的寬度是等寬度，但增強(qiáng)部20的寬度既可以比支持部5(5a、5b)的寬度要寬，也可以比支持部5(5a、5b)的寬度要窄。另外，增強(qiáng)部20的Z軸方向的厚度可以與支持部5(5a、5b)的厚度是同樣的厚度，也可以比支持部5(5a、5b)的厚度要薄。這樣，增強(qiáng)部20的寬度及厚度只要考慮到梁部4本身的剛性等進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計即可。
以下，說明第3實施例。另外，在該第3實施例的說明中，對于與第1及第2各實施例同一構(gòu)成部分，附加同一標(biāo)號，其共同部分的重復(fù)說明省略。
在第3實施例中，如圖12所示，支持部5(5a、5b)分別通過彈頭部25(25a、25b)與固定部6連接。該第3實施例的加速度傳感器的除上述結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)與第1或第2實施例相同。
在該第3實施例中，特征性的彈性部25(25a、25b)具有沿與支持部5(5a、5b)伸長形成方向(X軸方向)相交的方向(在該例中為正交的Y軸方向)伸長形成的梁(應(yīng)力減輕梁)26而構(gòu)成，該梁26的兩端部分別固定在固定部6上。支持部5(5a、5b)與該梁26的中心部連接。該梁26與固定部6的X軸方向的變形相應(yīng)產(chǎn)生彈性變形，利用該彈性變形，能夠減輕因固定部6的變形而引起的從固定部6對支持部5所加的應(yīng)力。另外，若梁26能夠與固定部6的變形相應(yīng)產(chǎn)生彈性變形，則其寬度及Z軸方向的厚度雖沒有特別限定，但在該第3實施例中，梁26的Z軸方向的厚度與固定部6或梁部4的支持部側(cè)帶狀梁部部位16為同樣的厚度。
在該第3實施例中，通過設(shè)置彈性部25，能夠減輕因例如熱變動所產(chǎn)生的基臺2或固定部6的變形而引起的從固定部6對支持部5所加的應(yīng)力。這種情況通過本發(fā)明者的實驗(仿真)可確認(rèn)。在實驗中，準(zhǔn)備了具有第1實施例所示的加速度傳感器結(jié)構(gòu)(參照例如圖1)的樣品A；除了該樣品A的結(jié)構(gòu)、還設(shè)置第2實施例所示的增強(qiáng)部20的結(jié)構(gòu)(參照圖11)的樣品B；以及除了該樣品B的結(jié)構(gòu)、還設(shè)置第3實施例所示的彈性部25的結(jié)構(gòu)(參照圖12)的樣品C。然后，對于各樣品A～C，對梁部4的設(shè)置壓電電阻部的部位的應(yīng)力進(jìn)行仿真。其結(jié)果示于表1中。表中，設(shè)樣品A的梁部4的壓電電阻部形成部位的應(yīng)力為1.00，關(guān)于樣品B及C，則用相對于樣品A的相對值表示。


由表1可知，通過設(shè)置增強(qiáng)部20，與第1實施例的結(jié)構(gòu)相比，能夠減輕因例如熱變動等使基臺2或固定部6產(chǎn)生變形時、因該變形而引起的從固定部6通過支持部5對梁部4所加的應(yīng)力。還可知，通過設(shè)置彈性部25，能夠更進(jìn)一步減輕因基臺2或固定部6的變形而引起產(chǎn)生梁部4的無用的應(yīng)力。另外，當(dāng)然，在第1實施例的結(jié)構(gòu)中，若與例如圖15a所示那樣的加速度傳感器相比，也能夠?qū)⒁蚧_2或固定部6的變形而引起的梁部的變形抑制得很小。作為參考，對于圖15a所示的加速度傳感器，對因框部41的變形而引起的梁部43a、43b、44a、44b的壓電電阻部形成部位的應(yīng)力與上述相同進(jìn)行仿真。若將該結(jié)果用相對于樣品A(第1實施例的結(jié)構(gòu))的相對值表示，則為7.67。由該結(jié)果也可知，通過具有第1～第3的各實施例所示的結(jié)構(gòu)，與以往的結(jié)構(gòu)相比，也能夠?qū)⒁蚶鐭嶙儎拥仁够_或固定部的變形而引起的梁部的變形抑制得很小。
如上所述，由于能夠?qū)⒁驘嶙儎拥仁够_2或固定部6的變形而引起的梁部4的變形抑制得很小，因此能夠抑制加速度檢測用的利用壓電電阻部構(gòu)成的電橋電路的輸出的溫度漂移。通過這樣，能夠提高對加速度檢測的可靠性。
另外，本發(fā)明不限定于第1～第3的各實施例的形態(tài)，可以采用各種各樣的實施形態(tài)。例如，在第1～第3的各實施例中，是檢測加速度的X軸方向加速度檢測部及Y軸方向加速度檢測部及Z軸方向加速度檢測部分別具有壓電電阻部而構(gòu)成的，但也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，即，例如利用電容量來檢測錘部7的位移，從而分別檢測X軸方向的加速度、Y軸方向的加速度、及Z軸方向的加速度。
另外，在第1～第3的各實施例中，采用的結(jié)構(gòu)是梁部4的連接部側(cè)帶狀梁部部位15(15a、15b)及支持部側(cè)帶狀梁部部位16(16a、16b)比其它部分的Z軸方向的厚度要厚，但也可以采用梁部4的Z軸方向的厚度在遍及整個梁部相等或?qū)嵸|(zhì)上相等的結(jié)構(gòu)。
再有，在第1～第3的各實施例中，框狀的梁部4是方形，但例如框狀的梁部4可以是圖13a所示的圓形，也可以是圖13b所示的菱形，也可以是圖13c所示的橢圓形。另外，框狀的梁部4對于X軸方向中心軸是對稱形狀，而且，對于Y軸方向中心軸是對稱形狀，但框狀的梁部4對于X軸方向中心軸也可以是不對稱形狀，或者對于Y軸方向中心軸也可以是不對稱形狀。
再有，在第1～第3的各實施例中，檢測加速度用的壓電電阻部是如圖5所示那樣配置的，但若壓電電阻部的配置位置能夠利用梁部4的彎曲變形而引起的應(yīng)力變化來分別檢測X軸方向的加速度、Y軸方向的加速度、Z軸方向的加速度，則不限定于圖5的配置位置，也可以適當(dāng)設(shè)定。另外，連接各壓電電阻部之間、構(gòu)成電橋電路的布線圖形的布線例子也可以適當(dāng)設(shè)定，不限定于圖7的例子。
例如，在圖14a中表示壓電電阻部及布線圖形的其它配置例。在該例子中，在梁部4設(shè)置第2實施例所示那樣的增強(qiáng)部20。另外，在該例子中，除了與圖5及圖7同樣設(shè)置壓電電阻部以外，還在各支持部5a、5b設(shè)置壓電電阻部Rz’、Rz’，另外，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a的圖的下側(cè)設(shè)置壓電電阻部RZ3，再在支持部側(cè)帶狀梁部部位16b的圖的上側(cè)設(shè)置壓電電阻部RZ1。上述壓電電阻部Rz’、Rz’、RZ1、RZ3與圖5或圖7的例子中也設(shè)置的壓電電阻部Rz、Rz、RZ2、RZ4一起是檢測Z軸方向的加速度用的壓電電阻部。在圖14a的例子中，壓電電阻部RZ1、RZ3、Rz、Rz形成沿X軸方向伸長形成的形狀，壓電電阻部Rz’、Rz’、RZ2、RZ4形成沿與壓電電阻部RZ1、RZ3、Rz、Rz的伸長形成方向正交的Y軸方向伸長形成的形狀。這些與Z軸方向的加速度檢測有關(guān)的壓電電阻部利用下述所示的布線圖形，構(gòu)成圖14b所示的電橋電路。
在圖14a所示的布線圖形的布線例中，如圖14c的示意剖視圖所示那樣，利用例如對SOI基板13的Si層12摻雜硼或磷等而形成的布線圖形Ls、以及在SOI基板13的表面利用蒸鍍或濺射等成膜形成技術(shù)而形成的鋁等金屬制布線圖形Lm構(gòu)成由壓電電阻部形成的電橋電路。另外，在圖14a中，布線圖形Ls用虛線表示，布線圖形Lm用實線表示。
在圖14a的例子中，利用布線圖形Ls及布線圖形Lm的各自的特征，構(gòu)成下述所示那樣的特有的布線圖形Ls、Lm的布線。即，在SOI基板13的Si層12的表面形成布線圖形Ls后，由于必然形成氧化膜21，因此利用該氧化膜21，一面確保布線圖形Ls與布線圖形Lm的絕緣，一面形成布線圖形Ls與布線圖形Lm的交叉布線。另外，除去形成布線圖形Ls的部分的氧化膜21的一部分，形成孔部22，布線圖形Lm的構(gòu)成材料的導(dǎo)體材料進(jìn)入該孔部22內(nèi)，與布線圖形Ls接合，通過這樣布線圖形Ls與布線圖形Lm電連接。再有，在圖14a的例子中，支持部5a及5b、梁部4的連接部側(cè)帶狀梁部部位15a及15b和支持部側(cè)帶狀梁部部位16a及16b、以及增強(qiáng)部20為例如約400μm左右的厚度，與此不同的是，連接部側(cè)帶狀梁部部位15a及15b和支持部側(cè)帶狀梁部部位16a及16b以外的梁部4的部位為例如5～10μm左右的厚度。若在這樣梁部4的薄的部分的表面形成金屬制的布線圖形Lm，則有可能因該布線圖形Lm的內(nèi)部應(yīng)力的作用，梁部4的薄的部分產(chǎn)生翹曲。與此相反，布線圖形Ls是對構(gòu)成梁部4的Si層摻雜硼或磷等雜質(zhì)而形成的，幾乎不因形成布線圖形Ls而引起梁部4的薄的部分翹曲等變形。由于這種情況，避免在梁部4的薄的部分形成金屬制的布線圖形Lm，而在該梁部4的薄的部分形成布線圖形Ls。
在圖14a的的例子中，能夠進(jìn)行布線圖形Ls與布線圖形Lm的交叉布線，而且布線圖形Ls與布線圖形Lm容易電連接，利用這兩點，可以一面考慮到力圖簡化布線圖形的布線結(jié)構(gòu)，一面設(shè)計布線圖形Ls與布線圖形Lm的布線結(jié)構(gòu)。通過這樣，在圖14a的例子中，能夠比圖7的例子減少從梁部4的形成區(qū)域引出到外部的布線圖形的條數(shù)。
在圖14a的例子中，對于X軸方向的加速度，能夠與第1～第3的各實施例相同，X軸方向加速度檢測用的由壓電電阻部構(gòu)成的電橋電路的輸出變動，來檢測X軸方向的加速度的大小。另外，對于Y軸方向的加速度，也能夠與第1～第3的各實施例相同，Y軸方向加速度檢測用的由壓電電阻部構(gòu)成的電橋電路的輸出變動，來檢測Y軸方向的加速度的大小。
再有，對于Z軸方向的加速度，能夠如下所示那樣檢測Z軸方向的加速度。即，若產(chǎn)生Z軸方向的加速度，則如前所述，錘部7(7a、7b)沿Z軸方向位移，連接部8及梁部4產(chǎn)生彎曲變形。通過這樣，如圖9c的模型圖所示，在梁部4中，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a及16b的各自的兩側(cè)CU、CD、DU、DD，分別產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。這樣，在支持部側(cè)帶狀梁部部位16a及16b的各自的兩側(cè)CU、CD、DU、DD，分別產(chǎn)生同樣的拉伸應(yīng)力。然而，壓電電阻部RZ1、RZ3與壓電電阻部RZ2、RZ4成為沿互相正交的方向伸長形成的形狀。在[110]方向的P型壓電電阻部的情況下，在對于這樣沿互相正交的方向伸長形成的各壓電電阻部、分別例如加上相同的應(yīng)力時，沿互相正交的方向伸長形成的各壓電電阻部的電阻值分別互相向正負(fù)相反方向變化。利用該壓電電阻部的特性，在梁部4的支持部側(cè)帶狀梁部部位16a及16b的各自的兩側(cè)CU、CD、DU、DD如上述那樣產(chǎn)生因加上Z軸方向的加速度而引起的應(yīng)力時，壓電電阻部RZ1、RZ3與壓電電阻部RZ2、RZ4的電阻值互相向正負(fù)相反方向變化。另外，壓電電阻部Rz、Rz、Rz’、Rz’配置在幾乎沒有因Z軸方向的加速度而引起應(yīng)力變化的部分。由于這些情況，在產(chǎn)生Z軸方向的加速度時，圖14b的電橋電路的電阻值失去平衡狀態(tài)，圖14b的電橋電路的輸出變化。由于圖14b的電橋電路的輸出的變動幅度根據(jù)Z軸方向的加速度的大小而變化，因此根據(jù)圖14b的電橋電路的輸出，能夠檢測出Z軸方向的加速度的大小。
但是，因產(chǎn)生Z軸方向的加速度而引起的梁部4的彎曲變形量大于例如因產(chǎn)生Y軸方向的加速度而引起的梁部4的彎曲變形量。另外，若為了抑制多個壓電電阻部的電阻值的差異，而同時形成全部的壓電電阻部，則全部壓電電阻部的電阻值幾乎相等。在這種情況下，若圖5所示配置壓電電阻部，形成圖6a～圖6c所示的電橋電路，則因產(chǎn)生Z軸方向的加速度而引起的圖6c的電橋電路的輸出，即使加速度大小相同，也大于因產(chǎn)生Y軸方向的加速度而引起的圖6b的電橋電路的輸出。為了提高加速度傳感器的方便性，對于X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的任何方向的加速度，最好電橋電路相對于該加速度大小的輸出變動幅度都實質(zhì)上相等。
因此，在圖14a的例子中，將調(diào)整電橋電路的電阻值用的靈敏度調(diào)整用的壓電電阻部Rz、Rz、Rz’、Rz’分別與Z軸方向加速度檢測用的各壓電電阻部RZ1、RZ2、RZ3、RZ4的串聯(lián)設(shè)置，使得因產(chǎn)生Z軸方向的加速度而引起的電橋電路的輸出大小與因產(chǎn)生Y軸方向的加速度而引起的輸出大小相同。即使產(chǎn)生Z軸方向的加速度，由于靈敏度調(diào)整用的壓電電阻部Rz、Rz、Rz’、Rz’的電阻值也不變化，因此在產(chǎn)生Z軸方向的加速度時，電橋電路的各邊的電阻值變化與電橋電路的各邊分別僅設(shè)置一個壓電電阻部RZ1、RZ2、RZ3、RZ4的情況相比要小。通過這樣，能夠使電橋電路相對于Z軸方向的加速度大小的輸出變動幅度與電橋電路相對于X軸方向或Y軸方向的加速度大小的輸出變動幅度一致。
再有，在第1～第3的各實施例中，固定部6是隔著間隔包圍梁部4及錘部7的形成區(qū)域的框狀的形態(tài)，但固定部6只要是能夠利用支持部5a、5b以雙支撐梁狀使梁部4固定在基臺2上的形態(tài)即可，也可以不是框狀。
再有，在第1～第3的各實施例中，是利用SOI基板構(gòu)成梁部4、支持部5、固定部6、錘部7、以及連接部8，但這些部分也可以不用SOI基板構(gòu)成。
工業(yè)上的實用性本發(fā)明的加速度傳感器由于能夠用一個元件分別以高精度檢測X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向的加速度，因此例如對于設(shè)置在要求高精度檢測加速度的小型裝置中是有效的。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器，其特征在于，包括具有平行于包含互相正交的X軸及Y軸及Z軸中的X軸及Y軸的XY平面的XY基板面的基臺；以懸浮在該基臺的XY基板面上的狀態(tài)配置的框狀的梁部；通過從該梁部沿X軸方向向梁部的兩側(cè)分別向外伸長形成的支持部，將梁部以雙支撐梁狀支持在基臺上的梁部支持固定部；以懸浮在所述基臺的XY基板面上的狀態(tài)，從所述梁部的Y軸方向的兩側(cè)分別沿Y軸方向向外伸長形成的連接部；以及分別與各連接部的伸長前端部連接的錘部，所述錘部形成能夠因框狀梁部的變形而沿X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向位移的結(jié)構(gòu)，在所述梁部設(shè)置根據(jù)因錘部的X軸方向位移而引起的梁部的彎曲變形來檢測X軸方向的加速度用的X軸方向加速度檢測部；根據(jù)因錘部的Y軸方向位移而引起的梁部的彎曲變形來檢測Y軸方向的加速度用的Y軸方向加速度檢測部；以及根據(jù)因錘部的Z軸方向位移而引起的梁部的彎曲變形來檢測Z軸方向的加速度用的Z軸方向加速度檢測部。
2.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，從梁部的X軸方向的兩側(cè)分別沿X軸方向伸長形成的各支持部的中心軸配置在同一直線上，另外，從梁部的Y軸方向的兩側(cè)分別沿Y軸方向伸長形成的各支持部的中心軸配置在同一直線上，梁部相對于通過支持部的中心軸的X方向中心軸為對稱形狀，而且，相對于通過連接部的中心軸的Y方向中心軸為對稱形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，設(shè)置在梁部的Z軸方向加速度檢測部及Y軸方向加速度檢測部及X軸方向加速度檢測部，分別具有利用因梁部的變形所引起的梁部的應(yīng)力變化使電阻值變化的壓電電阻部而構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的加速度傳感器，其特征在于，設(shè)置在梁部的Z軸方向加速度檢測部及Y軸方向加速度檢測部及X軸方向加速度檢測部，分別具有利用因梁部的變形所引起的梁部的應(yīng)力變化使電阻值變化的壓電電阻部而構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的加速度傳感器，其特征在于，X軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；配置在各連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；X軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因X軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測X軸方向的加速度，Y軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；Y軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Y軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Y軸方向的加速度，Z軸方向加速度檢測部具有在產(chǎn)生加速度時沒有應(yīng)力變化的其它部分形成的2個壓電電阻部、以及分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的單側(cè)的共計4個壓電電阻部；相鄰配置的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；Z軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Z軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Z軸方向的加速度。
6.如權(quán)利要求4所述的加速度傳感器，其特征在于，X軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；配置在各連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；X軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因X軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測X軸方向的加速度，Y軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；Y軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Y軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Y軸方向的加速度，Z軸方向加速度檢測部具有在產(chǎn)生加速度時沒有應(yīng)力變化的其它部分形成的2個壓電電阻部、以及分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的單側(cè)的共計4個壓電電阻部；相鄰配置的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；Z軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Z軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Z軸方向的加速度。
7.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，框狀梁部的Z軸方向的厚度遍及整個部分相等或?qū)嵸|(zhì)上相等。
8.如權(quán)利要求2所述的加速度傳感器，其特征在于，框狀梁部的Z軸方向的厚度遍及整個部分相等或?qū)嵸|(zhì)上相等。
9.如權(quán)利要求3所述的加速度傳感器，其特征在于，框狀梁部的Z軸方向的厚度遍及整個部分相等或?qū)嵸|(zhì)上相等。
10.如權(quán)利要求4所述的加速度傳感器，其特征在于，框狀梁部的Z軸方向的厚度遍及整個部分相等或?qū)嵸|(zhì)上相等。
11.如權(quán)利要求5所述的加速度傳感器，其特征在于，框狀梁部的Z軸方向的厚度遍及整個部分相等或?qū)嵸|(zhì)上相等。
12.如權(quán)利要求6所述的加速度傳感器，其特征在于，框狀梁部的Z軸方向的厚度遍及整個部分相等或?qū)嵸|(zhì)上相等。
13.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，關(guān)于框狀梁部的Z軸方向的厚度，從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位、以及從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位，比其它部分要厚。
14.如權(quán)利要求2所述的加速度傳感器，其特征在于，關(guān)于框狀梁部的Z軸方向的厚度，從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位、以及從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位，比其它部分要厚。
15.如權(quán)利要求3所述的加速度傳感器，其特征在于，關(guān)于框狀梁部的Z軸方向的厚度，從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位、以及從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位，比其它部分要厚。
16.如權(quán)利要求4所述的加速度傳感器，其特征在于，關(guān)于框狀梁部的Z軸方向的厚度，從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位、以及從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位，比其它部分要厚。
17.如權(quán)利要求5所述的加速度傳感器，其特征在于，關(guān)于框狀梁部的Z軸方向的厚度，從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位、以及從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位，比其它部分要厚。
18.如權(quán)利要求6所述的加速度傳感器，其特征在于，關(guān)于框狀梁部的Z軸方向的厚度，從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位、以及從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位，比其它部分要厚。
19.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，在框狀梁部的框內(nèi)空間配置沿連接梁部兩側(cè)的支持部的方向伸長形成的增強(qiáng)部，該增強(qiáng)部的兩端分別與框狀梁部連接。
20.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，支持部通過彈性部與梁部支持固定部連接，所述彈性部與梁部支持固定部的變形相應(yīng)、產(chǎn)生彈性變形，減輕因梁部支持固定部的變形而引起的從梁部支持固定部對支持部所加的應(yīng)力。
21.如權(quán)利要求19所述的加速度傳感器，其特征在于，支持部通過彈性部與梁部支持固定部連接，所述彈性部與梁部支持固定部的變形相應(yīng)、產(chǎn)生彈性變形，減輕因梁部支持固定部的變形而引起的從梁部支持固定部對支持部所加的應(yīng)力。
22.如權(quán)利要求20所述的加速度傳感器，其特征在于，彈性部具有沿與支持部的伸長形成方向相交的方向伸長形成的梁，該彈性部的梁的兩端部分別固定在梁部支持固定部上，支持部與所述彈性部的梁連接，由梁部支持固定部進(jìn)行支持。
23.如權(quán)利要求21所述的加速度傳感器，其特征在于，彈性部具有沿與支持部的伸長形成方向相交的方向伸長形成的梁，該彈性部的梁的兩端部分別固定在梁部支持固定部上，支持部與所述彈性部的梁連接，由梁部支持固定部進(jìn)行支持。
24.如權(quán)利要求3所述的加速度傳感器，其特征在于，X軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；配置在各連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；X軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因X軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測X軸方向的加速度，Y軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；Y軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Y軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Y軸方向的加速度，Z軸方向加速度檢測部具有分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的兩側(cè)的4個壓電電阻部；分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的兩側(cè)的壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；所述4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Z軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Z軸方向的加速度。
25.如權(quán)利要求4所述的加速度傳感器，其特征在于，X軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各連接部分別以該連接部的寬度向梁部區(qū)域沿Y軸方向延長的連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；配置在各連接部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；X軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因X軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測X軸方向的加速度，Y軸方向加速度檢測部具有分別配置在從各支持部分別以該支持部的寬度向梁部區(qū)域沿X軸方向延長的支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的共計4個壓電電阻部；分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的帶寬兩側(cè)的所述壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；Y軸方向加速度檢測部的4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Y軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Y軸方向的加速度，Z軸方向加速度檢測部具有分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的兩側(cè)的4個壓電電阻部；分別配置在各支持部側(cè)帶狀梁部部位的兩側(cè)的壓電電阻部彼此之間電連接，形成2個電壓檢測部；所述4個壓電電阻部構(gòu)成電橋電路，所述電橋電路用來根據(jù)在因Z軸方向的加速度而引起梁部變形時從所述2個電壓檢測部分別輸出的電壓之差來檢測Z軸方向的加速度。
全文摘要
加速度傳感器1包括具有平行于XY平面的XY基板面的基臺2；以懸浮在基臺2的XY基板面上的狀態(tài)配置的框狀的梁部4；通過支持部5a及5b、將梁部4以雙支撐梁狀支持在基臺2上的梁部支持固定部；以懸浮在基臺2的XY基板面上的狀態(tài)配置的錘部7(7a、7b)；以及將錘部7(7a、7b)以懸臂梁狀支持在梁部4上的連接部8。錘部7形成能夠因框狀的梁部4的彎曲變形而在X軸方向及Y軸方向及Z軸方向的三軸方向產(chǎn)生位移的結(jié)構(gòu)。在梁部4設(shè)置根據(jù)因X軸方向的加速度所引起的錘部7的位移而引起的梁部4的彎曲變形、來檢測加速度用的X軸方向加速度檢測部；根據(jù)因Y軸方向的加速度所引起的錘部7的位移而引起的梁部4的彎曲變形的Y軸方向加速度檢測部；以及根據(jù)因Z軸方向的加速度所引起的錘部7的位移而引起的梁部4的彎曲變形的Z軸方向加速度檢測部。
文檔編號G01P15/00GK1981197SQ200580022539
公開日2007年6月13日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日
發(fā)明者持田洋一 申請人:株式會社村田制作所