專利名稱：壓電型加速度傳感器及其制造方法和加速度檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用壓電體檢測(cè)加速度、沖擊、振動(dòng)等的壓電型加速度傳感器、加速度檢測(cè)方法和壓電型加速度傳感器的制造方法。
近年來，電介質(zhì)、特別是強(qiáng)電介質(zhì)被研究用來作為利用了其熱電特性的熱電型紅外線檢測(cè)器、利用了其極化反轉(zhuǎn)特性的非易失性存儲(chǔ)器和利用了其高介電常數(shù)特性的電容性元件等，同時(shí)，還被研究用來作為利用了其壓電特性的加速度傳感器(壓電型加速度傳感器)和壓力傳感器、利用了其逆壓電效應(yīng)的促動(dòng)器等壓電元件的關(guān)鍵原材料。
用在上述加速度傳感器和壓力傳感器等中的壓電元件是利用壓電體因受力而產(chǎn)生電荷的‘壓電效應(yīng)’去檢測(cè)力學(xué)量(加速度、壓力等)的元件，具有能夠得到極高檢測(cè)靈敏度的特征。
以下，詳細(xì)說明上述加速度傳感器。再有，因加速度、振動(dòng)、沖擊等是同一物理現(xiàn)象，所以，下面只籠統(tǒng)地稱之為加速度。
加速度傳感器根據(jù)檢測(cè)出的作用于壓電體的力(加速度)的方向，可分成以下3種類型。
(1)縱向效應(yīng)型檢測(cè)出與電軸平行方向上的加速度(2)剪切效應(yīng)型檢測(cè)出與電軸平行平面內(nèi)的和電軸方向不一致方向上的加速度(3)橫向效應(yīng)型檢測(cè)出與電軸垂直方向上的加速度上述縱向效應(yīng)型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)是在壓電體的前端設(shè)置擺錘，當(dāng)因擺錘的慣性而使壓電體伸縮時(shí)，在壓電體上產(chǎn)生電荷，它是利用這樣的原理進(jìn)行工作的。該加速度傳感器因其機(jī)械強(qiáng)度大故能夠檢測(cè)出大的加速度。此外，一般，因其機(jī)械共振頻率高故能夠檢測(cè)出頻率高的振動(dòng)或急劇變化的加速度。
此外，剪切效應(yīng)型加速度傳感器具有與上述縱向效應(yīng)型相同的結(jié)構(gòu)，當(dāng)因擺錘的慣性而對(duì)壓電體作用剪切力時(shí)，在壓電體上產(chǎn)生電荷，它是利用這樣的原理進(jìn)行工作的。該加速度傳感器與縱向效應(yīng)型一樣，能夠檢測(cè)出大的加速度，同時(shí)，能夠檢測(cè)出頻率高的振動(dòng)或急劇變化的加速度。
另一方面，橫向效應(yīng)型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)是將壓電體粘接在具有懸臂梁或兩端固定梁結(jié)構(gòu)的彈性板上，因其靈敏度高故能夠檢測(cè)出微小的加速度。此外，一般，因容易實(shí)現(xiàn)低的機(jī)械共振頻率，故容易檢測(cè)出頻率低的振動(dòng)和緩慢變化的加速度。
但是，上述縱向效應(yīng)型加速度傳感器不僅能檢測(cè)出與電軸平行方向上的加速度，而且，根據(jù)與剪切效應(yīng)型相同的原理，還檢測(cè)出與電軸平行平面內(nèi)的和電軸方向不一致方向上的擺錘的加速度。所以，要從輸出電壓確定是哪個(gè)方向上的加速度的作用就很困難，存在不能只準(zhǔn)確地檢測(cè)與電軸平行方向上的加速度的問題。此外，與能夠檢測(cè)出大的加速度相反，難以檢測(cè)出微小的加速度。
另一方面，橫向效應(yīng)型加速度傳感器，一般，因其機(jī)械共振頻率較低故存在難以檢測(cè)出頻率高的振動(dòng)或急劇變化的加速度的問題。此外，因?yàn)閴弘婓w粘接在彈性板上，伴隨彈性板的撓曲壓電體產(chǎn)生變形，由此，間接地檢測(cè)出加速度，所以，當(dāng)在制造過程中因彈性板和壓電體粘接不充分而出現(xiàn)粘接狀態(tài)不一致時(shí)，往往會(huì)增加傳感器靈敏度的離散。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種壓電型加速度傳感器，能夠可靠地檢測(cè)出規(guī)定方向上的加速度。此外，能夠檢測(cè)出大的加速度和微小的加速度(大動(dòng)態(tài)范圍)，同時(shí)，還能夠檢測(cè)出高頻振動(dòng)和低頻振動(dòng)或變化劇烈和變化緩慢的加速度(寬頻帶)。進(jìn)而，能夠降低檢測(cè)靈敏度的離散，還能夠?qū)崿F(xiàn)輕便小型化和降低制造成本。
此外，本發(fā)明的目的在于提供一種使用上述那樣的壓電型加速度傳感器的加速度檢測(cè)方法。
進(jìn)而，本發(fā)明的目的在于提供一種上述那樣的壓電型加速度傳感器的制造方法。
這里，首先就達(dá)到上述目的的本發(fā)明的概要進(jìn)行說明。本發(fā)明的基本原理是，使用具有多個(gè)壓電元件的壓電型加速度傳感器，在這些多個(gè)傳感器的輸出的基礎(chǔ)上進(jìn)行信號(hào)的合成和運(yùn)算等，由此，檢測(cè)出規(guī)定方向上的加速度，并得以實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍和寬頻帶。具體地說，例如在加速度分量的檢測(cè)方向上具備具有各向異性的多個(gè)壓電元件，上述多個(gè)壓電元件通過分別在相互不同的方向上進(jìn)行配置能夠可靠地檢測(cè)出規(guī)定方向上的加速度。即，假定各方向上的加速度分量是未知數(shù)，若具備與該未知數(shù)相同個(gè)數(shù)的壓電元件，理論上可以根據(jù)這些壓電元件的輸出求出各加速度分量。此外，通過具備多個(gè)加速度檢測(cè)頻率特性互不相同的壓電元件并將上述多個(gè)壓電元件的輸出合成，可以以由上述各壓電元件的頻率特性合成的頻率特性來進(jìn)行加速度的檢測(cè)。此外，通過具備多個(gè)加速度檢測(cè)靈敏度互不相同的壓電元件并將上述多個(gè)壓電元件的輸出合成，可以以由上述各壓電元件的檢測(cè)靈敏度合成的檢測(cè)靈敏度來進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
下面，進(jìn)行具體說明。
本發(fā)明的特征在于，包括具有第1壓電體并與上述第1壓電體的伸縮和剪切變形對(duì)應(yīng)輸出電壓的縱向效應(yīng)型壓電元件；具有第2壓電體并與上述第2壓電體的撓曲變形對(duì)應(yīng)輸出電壓的橫向效應(yīng)型壓電元件；固定上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的傳感器底板。
因此，在上述橫向效應(yīng)型壓電元件中，由于只與產(chǎn)生撓曲變形方向上的加速度分量對(duì)應(yīng)產(chǎn)生橫向效應(yīng)輸出電壓，所以能夠檢測(cè)出上述方向上的加速度分量。另一方面，在上述縱向效應(yīng)型壓電元件中，與產(chǎn)生伸縮變形方向上的加速度分量對(duì)應(yīng)產(chǎn)生縱向效應(yīng)輸出電壓，同時(shí)，與產(chǎn)生剪切變形方向上的加速度分量對(duì)應(yīng)產(chǎn)生剪切效應(yīng)輸出電壓。因此，通過取上述縱向效應(yīng)型壓電元件的檢測(cè)輸出信號(hào)和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的檢測(cè)輸出信號(hào)的差分，可以檢測(cè)出產(chǎn)生剪切變形方向上的加速度分量。此外，不取上述那樣的的差分而是將兩個(gè)檢測(cè)輸出信號(hào)進(jìn)行比較，由此判別加速度的方向。例如，當(dāng)縱向效應(yīng)型壓電元件的輸出比與上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出對(duì)應(yīng)的規(guī)定大小還大時(shí)，可以判定在縱向效應(yīng)型壓電元件上加有產(chǎn)生剪切變形方向上加速度。另一方面，當(dāng)只利用縱向效應(yīng)型壓電元件檢測(cè)加速度時(shí)，則可以判定在上述縱向效應(yīng)型壓電元件上只加有產(chǎn)生剪切變形方向上加速度。
此外，上述那樣的縱向效應(yīng)型壓電元件和橫向效應(yīng)型壓電元件，因其頻率特性和檢測(cè)靈敏度不同，通過將兩者的檢測(cè)輸出信號(hào)合成，可以以由兩者的頻率特性合成的頻率特性來進(jìn)行加速度的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器的寬頻帶，另一方面，通過有選擇地切換兩者的檢測(cè)輸出信號(hào)，則可以以由兩者的檢測(cè)靈敏度合成的檢測(cè)靈敏度來進(jìn)行加速度的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器的大動(dòng)態(tài)范圍。
作為構(gòu)成上述那樣的縱向效應(yīng)型壓電元件和橫向效應(yīng)型壓電元件的壓電體，可以使用在成膜底板上成膜的壓電體薄膜。若使用這樣的壓電體薄膜，利用蝕刻圖形等的微細(xì)加工技術(shù)，能夠容易形成微小、而且是高精度的壓電元件，此外，由于可以不需要部件粘接工序等，所以，能夠容易實(shí)現(xiàn)傳感器的輕便小型化和降低制造成本，通過將壓電元件做成各種各樣的形狀和大小去設(shè)定各種頻率特性和檢測(cè)靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)這些壓電元件的集成，降低檢測(cè)靈敏度的離散并提高可靠性。
此外，當(dāng)使用在成膜底板上成膜的壓電體薄膜作為上述那樣的壓電體來形成橫向效應(yīng)型壓電元件時(shí)，通過在成膜底板上利用蝕刻等將與橫向效應(yīng)型壓電元件相接的部分中的一部分去掉，可以確保壓電元件得以撓曲的空間，能夠形成微小的可檢測(cè)出橫向效應(yīng)加速度的加速度傳感器。更具體一點(diǎn)說，例如通過利用蝕刻從成膜底板中上的橫向效應(yīng)型壓電元件的周圍將上述成膜底板的上述一部分除去，可以形成懸臂粱結(jié)構(gòu)，兩端固定粱結(jié)構(gòu)和雙懸臂粱結(jié)構(gòu)等的橫向效應(yīng)型壓電元件。此外，通過從與成膜底板的形成橫向效應(yīng)型壓電元件一側(cè)相反的一側(cè)，利用蝕刻將成膜底板的上述一部分去掉，進(jìn)而可以形成周圍部分固定的膜片結(jié)構(gòu)的橫向效應(yīng)型壓電元件。


圖1實(shí)施形態(tài)1的壓電型加速度傳感器的縱剖面圖圖2圖1的A-A向剖面圖圖3實(shí)施形態(tài)1的壓電型加速度傳感器的檢測(cè)電路的電路圖圖4表示實(shí)施形態(tài)1的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖5表示實(shí)施形態(tài)1的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖6實(shí)施形態(tài)2的壓電型加速度傳感器的縱剖面圖圖7圖6的B-B向剖面圖圖8表示實(shí)施形態(tài)2的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖
圖9表示實(shí)施形態(tài)2的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖10表示實(shí)施形態(tài)2的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖11表示實(shí)施形態(tài)2的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖12實(shí)施形態(tài)3的壓電型加速度傳感器的縱剖面圖圖13圖12的C-C向剖面圖圖14實(shí)施形態(tài)4的壓電型加速度傳感器的縱剖面圖圖15圖14的D-D向剖面圖圖16表示實(shí)施形態(tài)4的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖17表示實(shí)施形態(tài)4的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖18表示實(shí)施形態(tài)4的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖圖19表示實(shí)施形態(tài)4的壓電型加速度傳感器的制造工序的說明圖下面，參照附圖，就本發(fā)明的壓電型加速度傳感器及其制造方法的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。
(實(shí)施形態(tài)1)加速度傳感器101的構(gòu)成如圖1和圖2所示，在由底102a和蓋102b形成的盒子102的內(nèi)部設(shè)置具有縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104的底板(傳感器底板)105。底板105由金屬桿106支持。
上述縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103是將不銹鋼擺錘112粘接在縱向效應(yīng)型壓電元件111的上部形成。上述縱向效應(yīng)型壓電元件111是在作為PZT(鈦酸鋯酸鉛)等燒結(jié)體的壓電體111a的兩面形成由金形成的電極111b、111c并進(jìn)行極化處理形成的。
此外，橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104在底板105上形成的溝狀凹部105a的上方附近設(shè)置橫向效應(yīng)型壓電元件113，形成懸臂支持結(jié)構(gòu)。上述橫向效應(yīng)型壓電元件113分別在其兩面形成由金形成的電極113b、113b’、113c、113c’，具有貼合了使極化方向相反的壓電體113a、113a’的串聯(lián)雙壓電晶片的結(jié)構(gòu)。
上述縱向效應(yīng)型壓電元件111的電極111b、111c和橫向效應(yīng)型壓電元件113的電極113b、113c分別經(jīng)接合線114與底板105上形成的中繼端子115連接。中繼端子115進(jìn)而與設(shè)在底板105的里側(cè)的包含有場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電阻等的檢測(cè)電路116連接。
檢測(cè)電路116例如如圖3所示，構(gòu)成為包括阻抗變換電路(緩沖放大器)151、152；用來對(duì)縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103的檢測(cè)靈敏度和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104的檢測(cè)靈敏度進(jìn)行調(diào)整的乘法電路153；對(duì)縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算的加法電路154和減法電路155；和選擇縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103或橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104的檢測(cè)信號(hào)的選擇電路156。
在上述那樣構(gòu)成的加速度傳感器101中，能夠正確地判別圖1和圖2所示的Z軸方向的加速度成分以及X軸和Y軸方向的加速度分量并檢測(cè)出來。即，在橫向效應(yīng)型壓電元件113中，因?yàn)橹话凑語軸方向的加速度分量產(chǎn)生橫向效應(yīng)輸出電壓，所以由此可檢測(cè)出Z軸方向的加速度分量。另一方面，在縱向效應(yīng)型壓電元件111中，在按照Z軸方向的加速度分量產(chǎn)生縱向效應(yīng)輸出電壓的同時(shí)，還按照X軸方向和Y軸方向的加速度分量產(chǎn)生剪切效應(yīng)輸出電壓。因此，利用減法電路155從縱向效應(yīng)型壓電元件111的檢測(cè)信號(hào)中減去橫向效應(yīng)型壓電元件113的檢測(cè)信號(hào)，由此可檢測(cè)出XY平面內(nèi)方向的加速度分量。
再有，也可以或者不使用與加速度分量的大小對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)、或者在使用這種檢測(cè)信號(hào)的同時(shí)，將縱向效應(yīng)型壓電元件111的檢測(cè)信號(hào)與橫向效應(yīng)型壓電元件113的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較，輸出表示究竟是哪個(gè)方向的加速度起了作用的信號(hào)。即，當(dāng)用橫向效應(yīng)型壓電元件113檢測(cè)出了加速度時(shí)，可以判定至少Z軸方向的加速度起了作用。進(jìn)而，當(dāng)用縱向效應(yīng)型壓電元件111檢測(cè)出的加速度比用橫向效應(yīng)型壓電元件113檢測(cè)出的加速度還大時(shí)，可以判定Z軸方向的加速度和XY平面內(nèi)方向的加速度都起作用，此外，若相等時(shí)，可以判定只有Z軸方向的加速度起了作用。另一方面，當(dāng)只有用縱向效應(yīng)型壓電元件111檢測(cè)出了加速度時(shí)，可以判定只有XY平面內(nèi)方向的加速度起了作用。(當(dāng)只需要進(jìn)行該判定時(shí)，不必對(duì)縱向效應(yīng)型壓電元件111和橫向效應(yīng)型壓電元件113的檢測(cè)靈敏度進(jìn)行調(diào)整，所以也可以不設(shè)乘法電路。)此外，若按照上述加速度傳感器101，對(duì)于Z軸方向的加速度，可以以寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)出加速度。即，因?yàn)榭v向效應(yīng)型壓電元件111的機(jī)械共振頻率高，而橫向效應(yīng)型壓電元件113的機(jī)械共振頻率低，所以，通過利用加法電路154將兩者的檢測(cè)輸出信號(hào)合成，就可以檢測(cè)出從低頻振動(dòng)到高頻振動(dòng)(從變化緩慢的加速度到變化劇烈的加速度)的寬頻帶的加速度。此外，因?yàn)榭v向效應(yīng)型壓電元件111能夠檢測(cè)出較大的加速度，而橫向效應(yīng)型壓電元件113能夠檢測(cè)出微小的加速度，所以，通過利用選擇電路156與加速度的大小對(duì)應(yīng)在兩者之中進(jìn)行切換，可以在大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)檢測(cè)出加速度。
再有，為了檢測(cè)出上述各方向的加速度成分或謀求大動(dòng)態(tài)范圍，縱向效應(yīng)型壓電元件111的共振頻率與橫向效應(yīng)型壓電元件113的共振頻率最好接近，另一方面，為了謀求寬頻帶，兩者的共振頻率最好相差很大。因此，各壓電元件的共振頻率可以在考慮將重點(diǎn)放在提高加速度分量的檢測(cè)精度、實(shí)現(xiàn)寬頻帶上還是放在實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍上之后再進(jìn)行設(shè)定。也可以設(shè)置多個(gè)共振頻率互不相同的同一種壓電元件，得以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高加速度分量的檢測(cè)精度、寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍。
下面，就上述加速度傳感器101的制造方法進(jìn)行說明。
(1)首先，在作為PZT(鈦酸鋯酸鉛)等燒結(jié)體的壓電體111a的兩面例如用真空蒸鍍法形成金屬膜后形成電極111b、111c，進(jìn)行極化處理，形成縱向效應(yīng)型壓電元件111。利用例如環(huán)氧樹脂粘接劑在該縱向效應(yīng)型壓電元件111的一側(cè)粘接不銹鋼擺錘112，形成縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103。再有，也可以利用電鍍法等使其附著鎳等金屬去代替粘接擺錘112。這時(shí)，能夠容易降低因縱向效應(yīng)型壓電元件111和擺錘112的粘接狀態(tài)的不一致而引起的靈敏度的離散。
(2)其次，如圖4所示那樣，將分別在其兩側(cè)形成了電極113b、113b’、113c、113c’的壓電體113a、113a’貼合在一起，使其極化方向互相相反，形成橫向效應(yīng)型壓電元件113，作為橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104。
(3)如圖5所示，利用環(huán)氧樹脂粘接劑將上述縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104粘接在經(jīng)金屬桿106支撐在底部件102a上的底板105上。更詳細(xì)地說，縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103粘接在底板105的平坦部分，另一方面，橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104粘接在其一端，呈懸臂形支撐在底板105的凹部105a的上方附近。
(4)利用屏蔽線114將縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部104的電極111b、111c、113b、113c和設(shè)在底板105上的中繼端子115連接起來。
(5)如上述圖1所示那樣，例如利用焊接將底102a和蓋102b接合起來，并密封縱向效應(yīng)型檢測(cè)部103。
如上所述，可以得到具有上述那樣的檢測(cè)加速度的指向性、寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍而且是小型輕便的加速度傳感器101。
再有，在上述例子中，示出了使用雙壓電晶片結(jié)構(gòu)作為橫向效應(yīng)壓電元件113的例子，但并不局限于此，也可以采用使用了單一極化方向的壓電體的單壓電晶片結(jié)構(gòu)。
此外，示出了將橫向效應(yīng)壓電元件113做成懸臂粱結(jié)構(gòu)，但也可以做成兩端固定梁結(jié)構(gòu)，或壓電元件支撐在中央部分的雙懸臂梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而，還可以做成平板狀的壓電元件在其周圍支撐的薄膜結(jié)構(gòu)。
(實(shí)施形態(tài)2)說明作為壓電元件使用了在MgO(氧化鎂)單結(jié)晶底板上結(jié)晶生長(zhǎng)成的元件的加速度傳感器的例子。再有，在下面的實(shí)施形態(tài)中，對(duì)于具有與別的實(shí)施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)或相同的功能的結(jié)構(gòu)部件，附加相同或?qū)?yīng)的符號(hào)并適當(dāng)?shù)厥÷云湔f明。
加速度傳感器201如圖6和圖7所示，包括一體形成的2個(gè)縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203和1個(gè)橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204。這里，縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203不一定必須設(shè)置2個(gè)，通過設(shè)置多個(gè)可以容易提高檢測(cè)靈敏度。
上述縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203由成膜底板221和縱向效應(yīng)型壓電元件211構(gòu)成。成膜底板221由厚度為500μm、結(jié)晶方位由(100)的MgO形成。縱向效應(yīng)型壓電元件211的形成是在成膜底板221的兩端附近的表面(圖6的下面?zhèn)?形成由白金薄膜形成的電極211b、由下述(表1)例示的壓電體薄膜材料形成的壓電體211a、和由白金薄膜形成的電極211c。這里，上述成膜底板221是形成上述那樣的縱向效應(yīng)型壓電元件211的各薄膜的底板，同時(shí)還起縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203的擺錘的作用。
此外，橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204由橫向效應(yīng)型壓電元件213和振動(dòng)板薄膜222構(gòu)成。上述橫向效應(yīng)型壓電元件213的形成與縱向效應(yīng)型壓電元件211一樣，形成由白金薄膜形成的電極213b、由壓電體薄膜材料形成的壓電體213a、和由白金薄膜形成的電極213c。振動(dòng)板薄膜222由鎳鉻(NiCr)薄膜形成，具有與壓電體213a相同的厚度。該橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204通過在底板105和成膜底板221上形成凹部105a、221a，成為懸臂支撐結(jié)構(gòu)。
表1表1壓電體薄膜的成膜條件
1)所有材料都用高頻磁控管濺射法制成(頻率為13.56MHZ)2)PLT=Pb0.9La0.1Ti0.975O33)PZT=PbZr0.50Ti0.50O34)PLZT=Pb0.9La0.1(Zr0.1Ti0.9)0.975O3
在上述那樣構(gòu)成的加速度傳感器201中，與上述實(shí)施形態(tài)1的加速度傳感器101一樣，能夠檢測(cè)出各方向的加速度分量，同時(shí)，能夠以寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)加速度。而且，由于起擺錘作用的成膜底板221和縱向效應(yīng)型壓電元件211的結(jié)合以及橫向效應(yīng)型壓電元件213和振動(dòng)板薄膜的結(jié)合不是使用粘接而是利用薄膜形成技術(shù)進(jìn)行的，所以，能夠降低靈敏度的離散，還可以提高可靠性。此外，由于縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204是一體形成的，所以，減少了部件個(gè)數(shù)，可以降低制造成本。
下面，說明上述加速度傳感器201的制造方法。
(1)如圖8所示，在由厚度為500μm、結(jié)晶方位為(100)的MgO形成的成膜底板221的表面，依次成膜電極薄膜231、壓電體薄膜232和電極薄膜233。詳細(xì)的步驟是，(1-1)首先，在由厚度為500μm、結(jié)晶方位為(100)的MgO形成的成膜底板221上，利用高頻磁控管濺射法，在以下的濺射成膜條件下使由白金形成的厚度為0.15μm的電極薄膜231成膜。
(a)底板溫度500～700℃(b)濺射氣體氬(50～98％)和氧(50～2％)的混合氣體(c)氣壓0.1～3pa(d)接入高頻功率密度1～5W/cm2(13.56MHz)(e)成膜時(shí)間1小時(shí)(1-2)根據(jù)前面(表1)示出的材料和成膜條件成膜壓電體薄膜232。通過在這樣的條件下成膜，使壓電體薄膜232在整個(gè)區(qū)域具有正方晶格的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，形成c軸取向的單結(jié)晶膜，極化軸優(yōu)先取向垂直于成膜底板221的表面的方向。
(1-3)與上述(1-1)一樣，使由白金形成的厚度為0.15μm的電極薄膜233成膜。
(2)如圖9所示，利用蝕刻使電極薄膜233、壓電體薄膜232和電極薄膜231形成圖形，形成縱向效應(yīng)型壓電元件211和橫向效應(yīng)型壓電元件213的電極211c、213c、壓電體211a、213a、和電極211b、213b。詳細(xì)步驟如下，
(2-1)首先，在電極薄膜233上形成規(guī)定的掩膜圖形，在下述條件下進(jìn)行濺射蝕刻，形成電極211c、213c。
(a)真空度 0.01～1.0乇(b)氫氣流量1～20sccm(c)等離子體功率100～300W(d)蝕刻時(shí)間15分(2-20)其次，根據(jù)下述(表2)例示的處理?xiàng)l件蝕刻壓電體薄膜232，形成壓電體211a、213a。
(2-3)進(jìn)而，與上述(2-1)一樣在電極薄膜231上蝕刻圖形，形成電極211b、213b。
表2表2
壓電體薄膜的圖形蝕刻方法
1)PLT=Pb0.9La0.1Ti0.975O32)PZT=PbZr0.50Ti0.50O33)PLZT=Pb0.9La0.1(Zr0.1Ti0.9)0.975O34)RIE=reactive ion etching；反應(yīng)性離子蝕刻5)Chemical=chemical etching；化學(xué)蝕刻
(3)在電極213c上形成厚度與壓電體薄膜232相同的振動(dòng)板薄膜222。更詳細(xì)一點(diǎn)說，例如，利用高頻磁控管濺射法，在下述條件下形成鎳鉻(NiCr)薄膜。
(a)底板溫度25～300℃(b)濺射氣體氬氣(c)氣壓0.1～2.0pa(d)接入高頻功率密度1～5W/cm2(13.56MHz)再有，作為振動(dòng)板薄膜222，除了上述NiCr之外，白金(Pt)、鉻(Cr)、鋁(Al)等揚(yáng)氏彈性模量高的金屬材料較合適，但也可以使用二氧化硅(SiO2)、樹脂膜或光致抗蝕膜等絕緣材料。此外，作為成膜方法，不限于利用真空裝置的物理方法，象電鍍那樣的化學(xué)方法也能適用。此外，通過上述那樣形成振動(dòng)板薄膜222，能夠容易降低橫向效應(yīng)型壓電元件213的扭曲等影響，容易將其設(shè)定到所要的固有振動(dòng)頻率和強(qiáng)度上，但是，在橫向效應(yīng)型壓電元件213單體具有充分的剛度和強(qiáng)度或使用兩端固定梁結(jié)構(gòu)等情況下，不一定必須要形成振動(dòng)板薄膜222，進(jìn)而，也可以使電極213b、213c具有振動(dòng)板薄膜222的功能。
(4)如圖10所示，當(dāng)從上述電極薄膜231形成電極211b和213b時(shí)在電極211b和213b之間形成的狹縫狀的蝕刻腔231a，利用使用了加熱到80℃的磷酸氫溶液的化學(xué)蝕刻方法，經(jīng)過該蝕刻腔231a、在成膜底板221上將橫向效應(yīng)型壓電元件213的一端除外的橫向效應(yīng)型壓電元件213的下方部分除去，形成凹部221a。這里，為了使成膜底板221上的上述橫向效應(yīng)型壓電元件213一端的部分不被蝕刻，將該部分的蝕刻腔231a掩蔽起來即可。
(5)如圖11所示，將在成膜底板221上形成的縱向效應(yīng)型壓電元件211和橫向效應(yīng)型壓電元件213粘接到底板105上并固定下來。這時(shí)，橫向效應(yīng)型壓電元件213大致位于底板105的凹部105A和成膜底板221的凹部221a之間，其一端的部分夾在底板105和成膜底板221之間呈懸臂支持狀態(tài)。再有，還可以這樣，使振動(dòng)板薄膜222形成為具有與橫向效應(yīng)型壓電元件213相同的長(zhǎng)度，使振動(dòng)板薄膜222也呈懸臂支持狀態(tài)，如此等等。此外，也可以不象上述那樣使橫向效應(yīng)型壓電元件213一端的部分夾在底板105和成膜底板221之間，只要將其任何一方牢固地固定即可。
(6)利用屏蔽線114將電極211b、211c、213b、213c與設(shè)在底板105上的中繼端子115連接。
(7)如上述圖6所示，例如利用焊接將底部件102a和蓋102b接合起來，并密封縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203等。
如上所述那樣，能夠容易制造出上述那樣的靈敏度離散小、可靠性高、制造成本低的加速度傳感器。而且，由于使用蝕刻圖形形成縱向效應(yīng)型壓電元件211和橫向效應(yīng)型壓電元件213，所以，能夠形成微小的縱向效應(yīng)型壓電元件211和橫向效應(yīng)型壓電元件213并制造出小型加速度傳感器，還容易制造出將多個(gè)壓電元件按一維或二維配置并集成化的加速度傳感器。進(jìn)而，由于能夠容易形成各種各樣形狀和大小的壓電元件，所以，能夠容易設(shè)定各種不同的機(jī)械共振頻率和靈敏度(具體地說，對(duì)縱向效應(yīng)型壓電元件設(shè)定各種不同的橫截面積和厚度，對(duì)橫向效應(yīng)型壓電元件設(shè)定各種不同的長(zhǎng)度、寬度和厚度)，此外，將它們組合起來能夠容易實(shí)現(xiàn)更寬的頻帶和更大的動(dòng)態(tài)范圍。
再有，在上述例子中，示出了使用單壓電晶片結(jié)構(gòu)作為橫向效應(yīng)壓電元件213的例子，但也可以和上述實(shí)施形態(tài)1一樣，采用使極化方向互相相反的壓電體貼合在一起的雙壓電晶片結(jié)構(gòu)。
此外，與在實(shí)施形態(tài)1中已說明過的一樣，也可以使橫向效應(yīng)壓電元件213做成兩端固定粱結(jié)構(gòu)、雙懸臂梁結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)。
此外，上面舉例示出了將在成膜底板221上形成的縱向效應(yīng)型壓電元件211粘接在底板上并固定下來、使上述成膜底板221起到縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203的擺錘的作用的結(jié)構(gòu)，但也可以采用別的方法，將擺錘設(shè)在縱向效應(yīng)型壓電元件211上，使成膜底板221與底板105固定，或使成膜底板221兼用作為底板105。
(實(shí)施形態(tài)3)實(shí)施形態(tài)3的加速度傳感器301如圖12和圖13所示，與上述實(shí)施形態(tài)2的加速度傳感器相比有以下不同點(diǎn)。
(a)使用硅(Si)單結(jié)晶底板作為成膜底板321。
(b)橫效應(yīng)型檢測(cè)部304上設(shè)置兩端固定粱結(jié)構(gòu)的橫效應(yīng)型壓電元件313。
(c)使用具有菱面體結(jié)晶結(jié)構(gòu)的鈦酸鋯酸鉛(PZT)作為構(gòu)成縱向效應(yīng)型檢測(cè)部303和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部304的縱向效應(yīng)型壓電元件311和橫向效應(yīng)型壓電元件313的壓電體311a、313a。
其他方面與實(shí)施形態(tài)2一樣。
即，使用結(jié)晶方位為(100)的硅單結(jié)晶底板(4英寸晶片)作為成膜底板321。此外，形成成膜底板321和底板105的凹部321a、105a使其比橫效應(yīng)型壓電元件313短。這里，成膜底板321的凹部321a可以通過使用例如硝酸/氟酸的混合溶液作為蝕刻劑形成。通過形成上述凹部321a、105a，橫向效應(yīng)型壓電元件313變成兩端固定的兩端固定梁結(jié)構(gòu)。這時(shí)，與同樣長(zhǎng)度的懸臂梁相比，機(jī)械共振頻率提高了。此外，雖然靈敏度降低了，但因強(qiáng)度提高了故容易檢測(cè)出大的加速度。
此外，構(gòu)成壓電體311a、313a的菱面晶格PZT例如除了目標(biāo)組成是(0.8PbZr0.56Ti0.44O3+0.2PbO)之外，可以在與上述(表1)同樣的條件下成膜。因此，可以形成極化軸優(yōu)先取向于與成膜底板321的表面垂直的方向的(111)面取向PZT膜。再有，(111)面取向PZT膜能夠得到與成膜底板321的結(jié)晶面方位無關(guān)的效果。
上述那樣構(gòu)成的加速度傳感器301與上述實(shí)施形態(tài)1和實(shí)施形態(tài)2的加速度傳感器101、201一樣，能夠檢測(cè)出各方向上的加速度分量，同時(shí)，能夠以寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)出加速度。此外，與實(shí)施形態(tài)2的加速度傳感器201一樣，能夠得到降低靈敏度的離散、提高可靠性、降低制造成本、實(shí)現(xiàn)小型化等效果。
再有，成膜底板321和壓電體311a、313a不限于上述材料，也可以使用例如與上述實(shí)施形態(tài)2所示的材料一樣的材料。此外，也可以適用于實(shí)施形態(tài)1和實(shí)施形態(tài)2所示的種種變形例。
(實(shí)施形態(tài)4)實(shí)施形態(tài)4的加速度傳感器401如圖14、圖15所示，在成膜底板421上形成比橫效應(yīng)型壓電元件413的外形還小的孔421a，橫效應(yīng)型壓電元件413構(gòu)成為其周圍被支撐的薄膜結(jié)構(gòu)。其余的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施形態(tài)3相同。當(dāng)為上述那樣的薄膜結(jié)構(gòu)時(shí)，橫效應(yīng)型壓電元件413容易將其機(jī)械共振頻率設(shè)定得比懸臂梁或兩端固定梁高。這時(shí)，靈敏度雖然降低了，但強(qiáng)度提高了，所以容易檢測(cè)出大的加速度。
下面說明上述加速度傳感器401的制造方法。
(1)如圖16所示，在由結(jié)晶方位是(100)的單結(jié)晶底板(4英寸晶片)形成的成膜底板421的兩面，成膜氮化硅膜421，其掩膜材料的膜厚為2000埃。進(jìn)而，在其一個(gè)面上依次成膜電極薄膜431、壓電體薄膜432和電極薄膜433。上述氮化硅膜425例如可以在700℃的成膜溫度下，使用硅烷(SiH4)和氨(NH3)的混合氣體作為反應(yīng)氣體，利用低壓化學(xué)氣相成長(zhǎng)法(LPCVD)成膜。另一方面，電極薄膜431、壓電體薄膜432和電極薄膜433的材料和成膜方法和上述實(shí)施形態(tài)2一樣。
(2)與實(shí)施形態(tài)2一樣，如圖17所示，利用蝕刻使電極薄膜431、壓電體薄膜432和電極薄膜433形成圖形，形成構(gòu)成縱向效應(yīng)型檢測(cè)部403和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部404的縱向效應(yīng)型壓電元件411和橫向效應(yīng)型壓電元件413的電極411c、413c、壓電體411a、413a、和電極411b、413b。還形成振動(dòng)板薄膜222。
進(jìn)而，在一方的氮化硅膜425(圖17的下方側(cè))上，使用未圖示的掩蔽圖形，將四氟化碳(CF4)作為反應(yīng)氣體，利用反應(yīng)式活性離子蝕刻法形成蝕刻腔425a。
(3)如圖18所示，利用氫氧化鉀(KOH)等堿性溶液的各向異性化學(xué)蝕刻方法，經(jīng)上述蝕刻腔425a，在與成膜底板421中的橫向效應(yīng)型壓電元件413對(duì)應(yīng)的位置上形成孔421a。
(4)如圖19所示，將在成膜底板421上形成的縱向效應(yīng)型壓電元件411和橫向效應(yīng)型壓電元件413粘接到底板105上并固定下來。
(5)利用屏蔽線114將電極411b、411c、413b、413c與設(shè)在底板105上的中繼端子115連接。
(6)如上述圖14所示，例如利用焊接將底102a和蓋102b接合起來，并密封縱向效應(yīng)型檢測(cè)部403。
上述那樣構(gòu)成的加速度傳感器401與上述實(shí)施形態(tài)1至實(shí)施形態(tài)3的加速度傳感器101～301一樣，能夠得到可以檢測(cè)出各方向上的加速度分量等同樣的效果。
再有，本實(shí)施形態(tài)能夠適用于上述實(shí)施形態(tài)1至實(shí)施形態(tài)3所示的種種變形例，例如，使用雙壓電晶片結(jié)構(gòu)作為橫向效應(yīng)型壓電元件413，將多個(gè)薄膜結(jié)構(gòu)的壓電元件按一維或二維形狀配置后再集成。
此外，在上述實(shí)施形態(tài)2～4中，示出了將各自規(guī)定的橫向效應(yīng)型壓電元件的結(jié)構(gòu)(懸臂梁結(jié)構(gòu)、兩端固定結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu))等和規(guī)定的材料以及成膜方法等進(jìn)行組合的例子，但并不限于此，可以進(jìn)行各種各樣的組合。即，例如，也可以使用MgO單結(jié)晶底板作為成膜底板，形成兩端固定粱結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)的橫向效應(yīng)型壓電元件等。此外，例如，也可以不象實(shí)施形態(tài)2、3中那樣在成膜底板上的壓電元件一側(cè)形成凹部，而是進(jìn)而進(jìn)行蝕刻并形成孔，也可以和實(shí)施形態(tài)4一樣使用掩膜材料從成膜底板的里面一側(cè)蝕刻出孔狀或帶狀。
此外，雖然從靈敏度的觀點(diǎn)出發(fā)最好象實(shí)施形態(tài)2～4那樣使壓電體的極化軸方向?qū)Φ装宕怪保羰箟弘婓w的極化軸方向相對(duì)底板傾斜，也可以得到上述那樣的本發(fā)明的效果。
此外，實(shí)施形態(tài)1～4的壓電體和電極等以及實(shí)施形態(tài)2～4的成膜底板等也不限于上述材料和成膜方法等，可以適用于種種材料和成膜方法。
此外，在實(shí)施形態(tài)1～4中，示出了為了形成懸臂粱結(jié)構(gòu)等的橫向效應(yīng)型壓電元件而在底板上形成溝狀凹部的例子，但并不限于此，例如，也可以在底板上形成孔等，能適當(dāng)?shù)孬@得壓電體的位置。
此外，檢測(cè)電路并不限于象上述那樣設(shè)在底板的里面、即加速度傳感器的內(nèi)部，也可以將其全部或一部分設(shè)在外部。此外，也可以根據(jù)壓電元件的靜電容量省略阻抗變換電路等。進(jìn)而，檢測(cè)電路的構(gòu)成也不限于圖3所示的電路，例如，也可以在對(duì)檢出信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換之后經(jīng)過數(shù)字運(yùn)算算出各方向的加速度分量等，實(shí)質(zhì)上能夠進(jìn)行與上述情況等效的檢測(cè)。此外，檢測(cè)方法也不限于上述方法，也可以根據(jù)上述那樣的縱向效應(yīng)型檢測(cè)部和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部的特性(共振頻率和檢測(cè)靈敏度)的不同進(jìn)行各種各樣檢測(cè)。
此外，為了檢測(cè)各方向的加速度分量，不限于設(shè)置上述那樣的縱向效應(yīng)型壓電元件和橫向效應(yīng)型壓電元件這樣2種壓電元件，例如，為了檢測(cè)3方向的加速度分量，也可以設(shè)置3個(gè)電軸互相正交的縱向效應(yīng)型壓電元件。即，由于在縱向效應(yīng)型壓電元件中，相對(duì)與電軸平行方向上的加速度的靈敏度和相對(duì)與電軸垂直方向上的加速度的靈敏度不同，所以，根據(jù)上述那樣配置的3個(gè)壓電元件的輸出來進(jìn)行運(yùn)算，就可以求出作為未知數(shù)的3個(gè)方向上的加速度分量。進(jìn)而，也可以將由縱向效應(yīng)型壓電元件和橫向效應(yīng)型壓電元件構(gòu)成的壓電元件組同樣地配置成3個(gè)方向，這樣，能夠以更高的精度檢測(cè)出各方向的加速度分量，同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍。
此外，通過將上述那樣的多個(gè)壓電元件設(shè)在1個(gè)盒子內(nèi)，能夠容易使加速度傳感器小型化，但如果將多個(gè)加速度傳感器分別設(shè)在不同的盒子內(nèi)來使用，根據(jù)同樣的原理，也可以實(shí)現(xiàn)各方向的加速度分量的檢測(cè)、寬頻帶和大動(dòng)態(tài)范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓電型加速度傳感器，其特征在于，包括具有第1壓電體并與上述第1壓電體的伸縮和剪切變形對(duì)應(yīng)輸出電壓的縱向效應(yīng)型壓電元件；具有第2壓電體并與上述第2壓電體的撓曲變形對(duì)應(yīng)輸出電壓的橫向效應(yīng)型壓電元件；固定上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的傳感器底板。
2.權(quán)利要求1記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述橫向效應(yīng)型壓電元件是一端固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)、兩端固定的兩端固定梁結(jié)構(gòu)、中央固定的雙懸臂粱結(jié)構(gòu)或周圍固定的薄膜結(jié)構(gòu)中的任何一種結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，還具有成膜底板，上述第1壓電體和上述第2壓電體是在上述成膜底板上成膜的壓電體薄膜。
4.權(quán)利要求3記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述縱向效應(yīng)型壓電元件使上述壓電體薄膜固定在上述傳感器底板上并面向上述傳感器底板，上述成膜底板起擺錘的作用，與外加的加速度對(duì)應(yīng)，使構(gòu)成上述縱向效應(yīng)型壓電元件的上述壓電體薄膜伸縮。
5.權(quán)利要求3記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述橫向效應(yīng)型壓電元件設(shè)有使上述壓電體薄膜具有剛性的振動(dòng)板。
6.權(quán)利要求1記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，還具有檢測(cè)裝置，根據(jù)上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出、與外加的加速度對(duì)應(yīng)輸出檢測(cè)信號(hào)。
7.權(quán)利要求6記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述檢測(cè)裝置構(gòu)成為，通過生成與上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出的差對(duì)應(yīng)的信號(hào)，輸出與使上述縱向效應(yīng)型壓電元件產(chǎn)生剪切變形的方向的加速度分量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)。
8.權(quán)利要求6記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述檢測(cè)裝置構(gòu)成為，通過將上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出進(jìn)行比較來判別外加加速度的方向。
9.權(quán)利要求8記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述檢測(cè)裝置構(gòu)成為，當(dāng)上述縱向效應(yīng)型壓電元件的輸出比與上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出對(duì)應(yīng)規(guī)定的大小還大時(shí)，則判定外加使上述縱向效應(yīng)型壓電元件產(chǎn)生剪切變形方向的加速度。
10.權(quán)利要求8記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述檢測(cè)裝置構(gòu)成為，當(dāng)只通過上述縱向效應(yīng)型壓電元件檢測(cè)出加速度時(shí)，則判定只外加使上述縱向效應(yīng)型壓電元件產(chǎn)生剪切變形方向的加速度。
11.權(quán)利要求6記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述檢測(cè)裝置構(gòu)成為，通過將上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出合成，能夠以將上述縱向效應(yīng)型壓電元件的頻率特性和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的頻率特性合成后的頻率特性進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
12.權(quán)利要求6記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，上述檢測(cè)裝置構(gòu)成為，通過有選擇地切換上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出，能夠以將上述縱向效應(yīng)型壓電元件的檢測(cè)靈敏度和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的檢測(cè)靈敏度合成后的檢測(cè)靈敏度進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
13.一種加速度檢測(cè)方法，是使用了具有第1壓電體并與上述第1壓電體的伸縮和剪切變形對(duì)應(yīng)輸出電壓的縱向效應(yīng)型壓電元件、具有第2壓電體并與上述第2壓電體的撓曲變形對(duì)應(yīng)輸出電壓的橫向效應(yīng)型壓電元件的壓電型加速度傳感器的加速度檢測(cè)方法，其特征在于根據(jù)上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出檢測(cè)出外加的加速度。
14.權(quán)利要求13記載的加速度檢測(cè)方法，其特征在于，按照上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出的差分檢測(cè)使上述縱向效應(yīng)型壓電元件產(chǎn)生剪切變形方向的加速度分量。
15.權(quán)利要求13記載的加速度檢測(cè)方法，其特征在于，通過將上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出進(jìn)行比較來判別外加加速度的方向。
16.權(quán)利要求15記載的加速度檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)上述縱向效應(yīng)型壓電元件的輸出比與上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出對(duì)應(yīng)的規(guī)定的大小還大時(shí)，則判定外加使上述縱向效應(yīng)型壓電元件產(chǎn)生剪切變形方向的加速度。
17.權(quán)利要求15記載的加速度檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)只通過上述縱向效應(yīng)型壓電元件檢測(cè)出加速度時(shí)，則判定只外加使上述縱向效應(yīng)型壓電元件產(chǎn)生剪切變形方向的加速度。
18.權(quán)利要求13記載的加速度檢測(cè)方法，其特征在于，通過將上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出合成，能夠以將上述縱向效應(yīng)型壓電元件的頻率特性和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的頻率特性合成后的頻率特性進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
19.權(quán)利要求13記載的加速度檢測(cè)方法，其特征在于，通過有選擇地切換上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的輸出，能夠以將上述縱向效應(yīng)型壓電元件的檢測(cè)靈敏度和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的檢測(cè)靈敏度合成后的檢測(cè)靈敏度進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
20.一種壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，具有在成膜底板上形成第1電極薄膜、壓電體薄膜和第2電極薄膜、從而形成輸出與上述壓電體薄膜的伸縮和剪切變形對(duì)應(yīng)的電壓的縱向效應(yīng)型壓電元件和輸出與上述壓電體薄膜的撓曲變形對(duì)應(yīng)的電壓的橫向效應(yīng)型壓電元件的工序；在上述成膜底板上除去與上述橫向效應(yīng)型壓電元件相接的的部分中的一部分使上述橫向效應(yīng)型壓電元件能夠產(chǎn)生撓曲變形的工序。
21.權(quán)利要求20記載的壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，還具有將形成上述縱向效應(yīng)型壓電元件和上述橫向效應(yīng)型壓電元件的成膜底板固定在上述傳感器底板上使上述壓電體薄膜面向傳感器底板，從而使上述成膜底板起擺錘的作用，使構(gòu)成上述縱向效應(yīng)型壓電元件的上述壓電體薄膜與外加的加速度對(duì)應(yīng)產(chǎn)生伸縮。
22.權(quán)利要求20記載的壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，除去上述成膜底板的上述一部分的工序是利用蝕刻從上述成膜底板的上述橫向效應(yīng)型壓電元件的周圍除去上述成膜底板的上述一部分的工序。
23.權(quán)利要求22記載的壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，除去上述成膜底板的上述一部分的工序是使上述橫向效應(yīng)型壓電元件形成一端固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)、兩端固定的兩端固定梁結(jié)構(gòu)和中央固定的雙懸臂梁結(jié)構(gòu)中的任何一種結(jié)構(gòu)那樣除去上述成膜底板的上述一部分的工序。
24.權(quán)利要求20記載的壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，除去上述成膜底板的上述一部分的工序是利用蝕刻從上述成膜底板的與形成上述橫向效應(yīng)型壓電元件一側(cè)相反的一側(cè)除去上述成膜底板的上述一部分的工序。
25.權(quán)利要求24記載的壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，除去上述成膜底板的上述一部分的工序是使上述橫向效應(yīng)型壓電元件形成一端固定的懸臂粱結(jié)構(gòu)、兩端固定的兩端固定梁結(jié)構(gòu)、中央固定的雙懸臂梁結(jié)構(gòu)或周圍固定的薄膜結(jié)構(gòu)中的任何一種結(jié)構(gòu)那樣來除去上述成膜底板的上述一部分的工序。
26.權(quán)利要求20記載的壓電型加速度傳感器的制造方法，其特征在于，還具有在上述橫向效應(yīng)型壓電元件上設(shè)置使上述壓電體薄膜具有剛性的振動(dòng)板的工序。
27.一種壓電型加速度傳感器，其特征在于，包括在加速度分量的檢測(cè)方向上具有各向異性的多個(gè)壓電元件，上述多個(gè)壓電元件配置在相互不同的方向上。
28.權(quán)利要求27記載的壓電型加速度傳感器，其特征在于，進(jìn)而包括檢測(cè)裝置，根據(jù)上述多個(gè)壓電元件的輸出，與外加加速度的規(guī)定方向上的加速度分量對(duì)應(yīng)輸出檢測(cè)信號(hào)。
29.一種壓電型加速度傳感器，其特征在于，包括加速度檢測(cè)的頻率特性各不相同的多個(gè)壓電元件和檢測(cè)裝置，上述檢測(cè)裝置根據(jù)上述多個(gè)壓電元件的輸出以將上述各壓電元件的頻率特性合成后的頻率特性進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
30.一種壓電型加速度傳感器，其特征在于，包括加速度的檢測(cè)靈敏度各不相同的多個(gè)壓電元件和檢測(cè)裝置，上述檢測(cè)裝置根據(jù)上述多個(gè)壓電元件的輸出以將上述各壓電元件的檢測(cè)靈敏度合成后的檢測(cè)靈敏度進(jìn)行加速度的檢測(cè)。
全文摘要
加速度傳感器201包括縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204?？v向效應(yīng)型檢測(cè)部203包括由薄膜壓電體211a和電極211b、211c構(gòu)成的縱向效應(yīng)型壓電元件211。橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204設(shè)有橫向效應(yīng)型壓電元件213,使其支撐在底板105上形成的溝狀凹部105a的上方附近。檢測(cè)電路116根據(jù)縱向效應(yīng)型檢測(cè)部203和橫向效應(yīng)型檢測(cè)部204兩者的輸出檢測(cè)出規(guī)定方向上加速度等。因此,能夠檢測(cè)規(guī)定方向上的加速度并實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍和寬頻帶。
文檔編號(hào)H01L41/22GK1232969SQ99106299
公開日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1999年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月13日
發(fā)明者藤井覺, 神野伊策, 鐮田健, 高山良一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社