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专利名称：加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用压敏电阻来检测外部应力的加速度传感器。
背景技术：
近年，在安全气囊或照相机的防抖动机构中，为了检测加速度，使用加速度传感器。作为这种的加速度传感器，已知的是，例如很薄地加工硅片形成梁的同时，在该梁上面形成了压敏电阻的加速度传感器(例如，参考专利文献I)。以下，基于图I对专利文献I所公开的加速度传感器进行说明。
图I㈧是专利文献I示出的加速度传感器I的平面图，图I (B)是在图I㈧的A-A线路的剖面图。图2是示出模仿图I (A) (B)制作了的加速度传感器I的模型的主要部分放大立体图。加速度传感器I具有支持部10、梁部11、以及重物部14。
加速度传感器I使用SOI (Silicon On Insulator :绝缘体上的娃)基板90而形成。因此，加速度传感器I具有位于表面侧的表面层91、形成在该表面层91背面侧设置的背面层的支持基板层93、以及位于表面层91和支持基板层93之间的中间绝缘层92。支持部10位于加速度传感器I的外周侧例如大致形成四角形的框状，由表面层91、中间绝缘层92、支持基板层93形成。同时，在支持部10的内侧，梁部11从图I中的横向的左侧向右侧突出而设置。
梁部11的基端侧与支持部10相连，前端侧与重物部14相连。另外，梁部11的截面形成为丁字形。梁部11由平板部12A和桥墩部12B构成。其中，平板部12A由表面层91形成，桥墩部12B由支持基板层93及中间绝缘层92形成。
重物部14与梁部11的前端相连，位于支持部10的内侧。重物部14由表面层91、中间绝缘层92、以及支持基板层93形成。另外，在重物部14和支持部10之间，设置有包围重物部14的大致C字状的槽13。由此，在重物部14和支持部10之间形成间隙，重物部14由梁部11在X方向上可变位地被支撑。4个压敏电阻R形成在梁部11的上表面。4个压敏电阻R构成检测电路。
在以上的结构中，在对加速度传感器I作用X方向的加速度时，由于在重物部14作用的惯性力(外部应力)，以梁部11为中心，重物部14在水平面内摇动而使梁部11应变变形，对梁部11上的压敏电阻R施加应力。由此，因为压敏电阻R的电阻值根据加速度所致的惯性力(外部应力)变化，所以从具有压敏电阻R的检测电路输出的检测信号的电压也根据压敏电阻R的电阻值变化。因此，因为使用从具有压敏电阻R的检测电路输出的检测信号的电压可求出压敏电阻R的电阻值，所以使用这些的电阻值可以检测加速度(惯性力)。现有技术文献专利文献
专利文献I :日本专利特开平8-160066号公报

发明内容
发明将要解决的技术问题
然而，在上述专利文献I示出的加速度传感器1，在施加冲击而作用X方向的加速度时， 成为在梁部11应力易于集中的结构。因此，在加速度传感器1，在施加了过度的冲击的情况下或在反复施加了冲击的情况下，存在梁部11损坏的可能。
因此，可考虑使梁部11的桥墩部12B的宽度变粗来提高耐冲击性的方法，但在该方法中，存在加速度传感器I灵敏度下降、谐振频率改变这样的问题。
因此，本发明的目的是提供不使加速度传感器的灵敏度下降、并不改变谐振频率，来提高耐冲击性的加速度传感器。
用于解决技术问题的手段
本发明的加速度传感器，为了解决所述课题具有以下的结构。
(1)具有重物部；支持部；将所述重物部的端与所述支持部连接并且根据外部应力而产生应变变形的梁部；以及形成在所述梁部并检测所述外部应力的压敏电阻，加速度传感器的特征在于，所述重物部、所述支持部和所述梁部由多层构成，所述梁部在作为多层中的一层的压电形成层形成由所述压敏电阻，所述重物部具有与所述压电形成层相同层的所述梁部侧的端与其他层的所述梁部侧的端相比向所述梁部侧延伸的延伸部。
在该结构中，因为重物部具有有延伸部，所以在冲击施加而作用X方向的加速度时，应力从梁部和重物部的边界线分散到梁部侧。在该结构中，通过实验，耐冲击性比专利文献I的加速度传感器I明显提高。另外，在该结构中，通过实验，传感器的灵敏度和谐振频率与专利文献I的加速度传感器I明显没有变化。
因此，根据该构成，不降低加速度传感器的灵敏度、且不改变谐振频率，而能够使加速度传感器的耐冲击性提高。
(2)所述重物部、所述支持部和所述梁部由SOI基板形成，所述压电形成层是所述SOI基板的半导体薄膜层。(3)所述延伸部的延伸长度优选10μ m以下。
(4)所述梁部将所述重物部的两端连接到所述支持部。
在该结构中假设为所谓双支撑梁的加速度传感器。
发明的效果
根据该发明不降低加速度传感器的灵敏度、且不改变谐振频率，能使加速度传感器的耐冲击性提高。


图I(A)是示出专利文献I所示的加速度传感器I的平面图。
图I(B)是在图I(A)的A-A线的剖面图。
图2是示出模仿图I(A) (B)制作了的加速度传感器I的模型的主要部分放大立体图。
图3是示出本发明的实施方式涉及的加速度传感器3的立体图。
图4是示出本发明的实施方式涉及的加速度传感器3的检测电路7的电路图。
图5是示出本发明的实施方式涉及的加速度传感器3的主要部分放大立体图。
图6 (A)是从图5示出的箭头P看的梁部31侧面图。
图6(B)是从图5示出的箭头Q看的重物部34的侧面图。
图6(C)是梁部31及重物部34的仰视图。
图7是示出作为比较例的加速度传感器2的主要部分放大立体图。
图8(A)示出对各模型在X方向上作用IG的加速度时、以有限元法(FEM =FiniteElement Method)算出了各模型所涉及的应力和谐振频率的结果的图。
图8(B)是以图8(A)示出的模型I的计算结果为基准，以百分比表示其他模型的计算结果的图。
图9是图8(B)示出的边缘的位置和应力及谐振频率的关系的图表。
图10是图8(B)示出的边缘的位置和谐振频率的关系的图表。
图Il(A)是示出在模型I中产生最大应力的范围的放大立体图。
图Il(B)是示出在模型2-2中产生最大应力的范围的放大立体图。
图Il(C)是示出在模型3-2中产生最大应力的范围的放大立体图。
图12是示出对各模型在X方向作用IG的加速度时的梁部11、21、31的表面上的各地点和在各地点产生的应力的关系的图表。
具体实施方式
对于本发明的实施方式涉及的加速度传感器，参照附图来进行说明。加速度传感器例如在安全气囊和照相机的防抖动装置等中用于检测加速度。
图3是示出本发明的实施方式涉及的加速度传感器3的立体图。图4是示出本发明的实施方式涉及的加速度传感器3的检测电路7的线路图。图5是示出本发明的实施方式涉及的加速度传感器3的主要部分放大立体图。图6 (A)是从图5示出的箭头P看的梁部31侧面图。图6 (B)是从图5示出的箭头Q看的重物部34的侧面图。图6 (C)是梁部31及重物部34的仰视图。
加速度传感器3具有支持部30、梁部31、以及重物部34。在支持部30以及梁部31形成有图4示出的检测电路7。
加速度传感器3如图3至图6所示,例如使用SOI (Silicon On Insulator)基板90而形成。因此，加速度传感器3具有位于表面侧的表面层91、形成在该表面层91背面侧设置的背面层的支持基板层93、以及位于表面层91和支持基板层93之间的中间绝缘层92。此时，表面层91、支持基板层93全都使用硅材料形成，中间绝缘层92例如用诸如二氧化硅(Si02)这样的绝缘材料形成。即，表面层91是SOI基板90的半导体薄膜层。
支持部30位于加速度传感器3的外周侧例如形成大致四角形的框状，由表面层91、中间绝缘层92、以及支持基板层93形成。另外，在支持部30的内侧，梁部31从图3中的横方向(Y方向)的跟前侧向里侧突出而设置。
梁部11的基端侧与支持部30相连，前端侧与重物部14相连。同时，梁部31其截面形成为丁字形，并由通过表面层91形成的平板部32A、和通过支持基板层93及中间绝缘层92形成的桥墩部32B构成。因此，梁部31容易向图3中的横方向(X方向)应变变形。
重物部34与梁部31的前端相连，位于支持部30的内侧。重物部34由表面层91、中间绝缘层92、支持基板层93形成。另外，在重物部34和支持部30之间，设置有包围重物部34的大致C字状的槽33。由此，在重物部34和支持部30之间形成间隙，重物部34由梁部31在X方向上可变位地支撑。进而，重物部34具有表面层91从支持基板层93向梁部31侧延伸的延伸部36。
在这里，梁部31和重物部34的各部位的尺寸如下(参考图6)。
桥墩部32B的宽度Xl = 10 μ m桥墩部32B的长度Yl = 80 μ m平板部32A的宽度X2 = 50 μ m重物部34下表面的宽度X3 = 150ym重物部34下表面的长度Υ3 = 150 μ m。
检测电路7如图3、图4所示，由4个压敏电阻Rl R4、配线部77、以及4个电极Pl P4构成。该检测电路7设置在支持部30以及梁部31的表面侧，例如由氧化硅、氮化硅等的绝缘膜覆盖。压敏电阻Rl R4例如通过对梁部31的上表面扩散(掺杂)P型的杂质来形成梁部31的上表面。即，构成梁部31的表面层91是压敏形成层。另外，串联连接压敏电阻R2、R4，并且也串联连接压敏电阻Rl、R3。另外，与压敏电阻R2、R4的串联电路和压敏电阻Rl、R3的串联电路互相并联连接。由此，检测电路7构成图4示出的惠斯登电桥电路，提高了加速度传感器3的检测灵敏度。
同时，压敏电阻R1、R3的串联电路的一端侧(电阻Rl侧)与供给驱动电压Vdd的驱动电极P3接续，另一端侧(电阻R3侧)与接地(GND)用的接地电极P4接续。压敏电阻R2、R4的串联电路的一端侧(电阻R2侧)与供给驱动电压Vdd的驱动电极P3接续，另一端侧(电阻R4侧)与接地(GND)用的接地电极P4接续。进而，压敏电阻Rl、R3间的连接点连接有输出第一检测信号Voutl的输出电极P1，压敏电阻R2、R4间的连接点连接有输出第二检测信号Vout2的输出电极P2。
各电极Pl P4例如通过使用了导电性金属材料的电极焊盘形成，并被设置在支持部30的表面。
配线部77被设置在支持部30以及梁部31的表面侧，连接在压敏电阻Rl R4间，并且连接在压敏电阻Rl R4和各电极Pl P4之间。
另外，配线部77为了保持电桥电路的平衡，例如优选均等地形成线路长度尺寸、彼此的电阻值相同地形成。
在以上的结构中，在对加速度传感器3作用X方向的加速度时，由于在重物部34作用的惯性力(外部应力)，以梁部31为中心，重物部34在水平面内摇动而使梁部31应变变形，对梁部31上的压敏电阻Rl R4施加应力。由此，因为压敏电阻Rl R4电阻值根据加速度所致的惯性力(外部应力)而改变，所以从输出电极PU P2输出的第一、第二检测信号Voutl、Vout2的电压也随着压敏电阻Rl R4电阻值而改变。此时，因为可使用输出电极P1、P2输出的第一、第二检测信号Voutl、Vout2的电压求出压敏电阻Rl R4的电阻值，所以通过检测从输出电极P1、P2输出的第一、第二检测信号Voutl、Vout2，可检测加速度(惯性力)。
接下来，关于作为比较例的加速度传感器2进行说明。
图7是示出加速度传感器2的主要部分放大立体图。加速度传感器2与图5示出的加速度传感器3的不同点是重物部24。重物部24与具有延伸部36的重物部34(参考图5)相反，成为表面层91的梁部21侧的端与支持基板层93的梁部21侧的端相比向与梁部21相反侧缩进的形状。
接着，关于加速度传感器3的耐冲击性、传感器的灵敏度、以及谐振频率，通过与加速度传感器1、2进行比较来说明。此时，将加速度传感器1、2、3分别记载为模型1、2、3来进行说明。在这里，关于模型1、2、3的不同点进行汇总，图2示出的模型I的重物部14是表面层91和支持基板层93的梁部11侧的端平齐的形状，图7示出的模型2的重物部24是表面层91的梁部21侧的端与支持基板层93的梁部21侧的端相比缩进的形状，图5示出的模型3的重物部34是具有表面层91的梁部31侧的端与支持基板层93的梁部31侧的端相比向梁部31侧延伸的延伸部36的形状。并且，对于其他的结构，各模型相同。
图8(A)示出对各模型在X方向上作用IG的加速度时、以有限元法(FEM =FiniteElement Method)算出了各模型所涉及的应力和谐振频率的结果的图。图8 (B)是以图8 (A)示出的模型I的计算结果为基准，以百分比表示其他模型的计算结果的图。图9是图8(B)示出的边缘的位置和应力及谐振频率的关系的图表。图10是图8(B)示出的边缘的位置和谐振频率的关系的图表。在这里，图8(A) (B)示出的模型2-1，是表面层91的梁部21侧的端与支持基板层93的梁部21侧的端相比向与梁部21相反侧缩进2. 5 μ m形状的加速度传感器，模型2-2是表面层91的梁部21侧的端与支持基板层93的梁部21侧的端相比向与梁部21相反侧缩进5 μ m形状的加速度传感器。同样，模型3-1是具有表面层91的梁部31·侧的端与支持基板层93的梁部31侧的端相比向梁部31侧延伸2. 5 μ m的延伸部36的形状的加速度传感器，模型3-2是具有表面层91的梁部31侧的端与支持基板层93的梁部31侧的端相比向梁部31侧延伸5 μ m的延伸部36的形状的加速度传感器，模型3_3是具有表面层91的梁部31侧的端与支持基板层93的梁部31侧的端相比向梁部31侧延伸10 μ m的延伸部36的形状的加速度传感器。同时，图8(A) (B)示出的oMax是向X方向作用IG的加速度时，示出模型产生的最大应力，obeam示出在X方向作用IG的加速度时在梁部11、21、31所施加的应力，Frl 3分别示出各模型的谐振频率。在这里,该oMax相当于表示耐冲击性的值，σ beam相当于表示传感器的灵敏度的值。
根据图8 图10示出的计算结果，在重物部34中具有表面层91的梁部31侧的端与支持基板层93的梁部31侧的端相比向梁部31侧延伸的延伸部36的形状的模型3_1 3_3中，σ Max(耐冲击性)提高明显。尤其是，模型3-1在耐冲击性上最优良情况明显。此外，在模型3-1 3-3中，传感器的灵敏度和谐振频率从模型I未变化的情况明显。
进一步，关于加速度传感器3的耐冲击性，通过与加速度传感器I、2进行比较来详细说明。
图Il(A)是示出在模型I中产生最大应力的范围的放大立体图。图Il(B)是示出在模型2-2中产生最大应力的范围的放大立体图。图Il(C)是示出在模型3-2中产生最大应力的范围的放大立体图。在这里，图1UA) (C)示出的最大应力产生的范围，通过FEM计算并示出。
如图11 (A)所示，在模型I中，在梁部11和重物部14的边界线集中了最大应力。另外，如图11 (B)所示，在模型2-2中，梁部21与重物部24的支持基板层93的边缘交叉的I点集中了最大应力。
可是，如图Il(C)所示，在模型3-2中，最大应力从梁部31和重物部34的边界线分散到梁部31侧，最大应力产生的范围在这些中最广。
由此，根据图Il(A) (C)示出的计算结果，在重物部34中具有表面层91的梁部31侧的端与支持基板层93的梁部31侧的端相比向梁部31侧延伸的延伸部36的形状的模型3-2，在这些中最具耐冲击性是明显的。另外，在通过FEM计算出模型I和模型2-1和模型3-1的情况下，同样的计算结果，即模型3-1在这些中也耐冲击性最佳变得明显。
通过上述，根据该实施方式的加速度传感器3，不降低加速度传感器的灵敏度、且不改变谐振频率，而能够提高耐冲击性。
进而，关于加速度传感器3的灵敏度，通过与加速度传感器1、2比较来进行详细说明。图12是示出对各模型在X方向作用IG的加速度时的梁部11、21、31的表面上的各地点和在各地点产生的应力的关系的图表。在这里，各地点产生的应力通过FEM计算。另外，各地点如果是图2示出的模型1，则为基于在距梁部11的短边方向的端2um内侧的长度方向箭头的中点C的+30um -30um的点。对于模型2、3，也计算在与模型I相同地点的应力(参考图5、图7)。
根据图12示出的计算结果，关于模型3-1和模型3-2的传感器的灵敏度与模型I几乎没有变化是明显的。
可是，通过计算结果，以下情况变得明显对于模型3-3从+20um到+25um的地点中，传感器的灵敏度比其他的模型提高，在+30um的地点中传感器的灵敏度比其他模型降低。因此，延伸部36延伸长度优选IOum以下。
《其他的实施方式》
在上述的实施方式中，以应用于悬臂梁的加速度传感器3的情况为例进行了说明，但在实施时也适用于双支撑梁的加速度传感器。
另外，上述的实施方式的说明应该认为是以所有的点例示，而不是限制性的。本发明的范围不是上述的实施方式，而由权利要求的范围示出。进而，本发明的范围包含与权利要求范围相同含义以及范围内的所有的变更。
标号说明
3加速度传感器 30支持部 31梁部 32A平板部 32B桥墩部 33槽 34重物部 36延伸部90S0I基板91表面层92中间绝缘层93支持基板层7检测电路 77配线部P1，P2输出电极P3驱动电极P4接地电极Rl R4压敏电阻
权利要求
1.一种加速度传感器，具有重物部；支持部；将所述重物部的端与所述支持部连接并且根据外部应力而产生应变变形的梁部；以及形成在所述梁部来检测所述外部应力的压敏电阻，该加速度传感器的特征在于， 所述重物部、所述支持部和所述梁部由多层构成， 所述梁部在作为多层中的一层的压电形成层形成所述压敏电阻， 所述重物部具有与所述压电形成层相同层的所述梁部侧 的端与其他层的所述梁部侧的端相比向所述梁部侧延伸的延伸部。
2.如权利要求I所述的加速度传感器，其特征在于， 所述重物部、所述支持部和所述梁部由SOI基板形成， 所述压电形成层是所述SOI基板的半导体薄膜层。
3.如权利要求I或2所述的加速度传感器，其特征在于， 所述延伸部的延伸长度是10 μ m以下。
4.如权利要求I至3任一项所述的加速度传感器，其特征在于， 所述梁部将所述重物部的两端连接到所述支持部。
全文摘要
本发明提供不改变传感器的灵敏度和谐振频率而使耐冲击性提高的加速度传感器。梁部(31)其基端侧与支持部(30)相连，前端侧与重物部(34)相连。梁部(31)的截面形成为T字形状，压敏电阻(R1～R4)形成在梁部(31)的上表面。重物部(34)与梁部(31)的前端相连，并位于支持部(30)的内侧。在重物部(34)和支持部(30)之间设置有包围重物部(34)大致C字形状的槽(33)。进而，重物部(34)具有表面层(91)的梁部(31)侧的端从支持基板层(93)的梁部(31)侧的端向梁部(31)侧延伸的延伸部(36)。因此，施加冲击而作用X方向的加速度时，从梁部(31)和重物部(34)向梁部(31)侧分散最大应力。
文档编号G01P15/12GK102906574SQ20118002478
公开日2013年1月30日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年6月11日
发明者小西隆宽, 吉田和广 申请人:株式会社村田制作所