专利名称：加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加速度传感器，特别是涉及一种静电电容型的加速度传感器。
背景技术：
作为以往的对基板厚度方向的加速度进行检测的加速度传感器的原理之一，具有对伴随加速度的静电电容的变化进行检测的方法。作为利用该方法的加速度传感器，已知例如作为主要的构成部分而具有扭转梁(弯曲部)、惯性质量体(重物(weight))、检测框 (元件(element))以及检测电极(探测电极)的加速度传感器(加速度感知运动变换器) (例如参照日本特开平5-133976号公报专利文献1)。该专利文献1的加速度传感器(加速度感知运动变换器)具有一个检测框(元件)，该检测框具有与基板相向的面。在该检测框(元件)的一个端部上设置有惯性质量体(重物)。另外，该检测框(元件)以能够以扭转梁(弯曲部)为旋转轴而进行旋转的方式被支承在基板上。另外，用于检测该旋转移位的检测电极(探测电极)被设置在检测框 (元件)的下方。当对这样构成的加速度传感器施加基板厚度方向的加速度时，基板厚度方向的惯性力作用于惯性质量体(重物)。惯性质量体(重物)被设置在一个端部上、即被设置在从所述旋转轴向基板面内方向偏移的位置处，因此该惯性力作为绕扭转梁(弯曲部)的扭矩而作用于检测框(元件)。其结果，检测框(元件)发生旋转移位。由于该旋转移位，检测框(元件)与检测电极(探测电极)的距离发生变化，因此由检测框(元件)和检测电极(探测电极)形成的电容器的静电电容发生变化。根据该静电电容变化来测定加速度。另外，已知如下的静电电容型的加速度传感器惯性质量体没有配置在检测框上而是配置在与检测框相同的平面上，通过链接梁进行连接从而简化程序。在该加速度传感器中，将检测电极设置成只在多个检测框的相互相反方向的旋转移位中敏感性变高(例如参照日本特开2008-13拟82号公报专利文献2)。由此，该专利文献2的加速度传感器能够抑制对于不是检测对象的方向上的加速度的灵敏度，并且不容易受到角速度和角加速度的影响。即，在该专利文献2的加速度传感器中，通过使用多个检测框，提高了加速度的测定精确度。专利文献1 日本特开平5-133976号公报专利文献2 日本特开2008_13拟82号公报
发明内容
在如现有技术那样在加速度传感器中使用了多个检测框的情况下，根据加速度传感器的形状，各个检测框的长度变短。当检测框的长度变短时，检测框的惯性力矩变小。由此，检测框的谐振频率变高。因此，具备该检测框的加速度传感器的谐振频率变高。当提高加速度传感器的谐振频率时，能够扩大频率测定范围。然而，在加速度传感
3器的谐振频率过大的情况下，当被施加了物体碰撞时等产生的高频高加速度的振动时，有时其振动不会衰减。由此，有时导致高频高加速度的振动超过加速度传感器的测定加速度范围。因此，有时在加速度传感器中产生输出误差。为了降低检测框的谐振频率，有效的是增大检测框的大小。然而，如果简单地增大以往的专利文献1和2所公开的检测框的大�。虼嬖诩觳饪虻娜〉檬跎俚奈侍�、构成检测框的膜中产生的残留应力所致的翘曲的影响变显著的问题等很多问题。本发明是鉴于所述问题而完成的，目的在于提供一种不使加速度传感器的大小变大而抑制高频高加速度的振动的高精确度的加速度传感器。本发明的加速度传感器具备基板以及被基板所支承的多个加速度检测部。多个加速度检测部分别具有扭转梁(torsion beam)，被基板支承，并且以扭转轴线为中心而扭转；检测框，以能够以扭转轴线为中心进行旋转的方式被扭转梁支承；检测电极，以与检测框相向的方式形成在基板上；链接梁，当俯视时在从扭转轴线偏离了的轴线上的位置处被检测框支承；以及惯性质量体，以能够在基板的厚度方向上移位的方式被链接梁支承。多个加速度检测部包括第一和第二加速度检测部。第一和第二加速度检测部沿着第一加速度检测部的扭转轴线方向排列配置。根据本发明的加速度传感器，由于沿着扭转轴线方向排列了第一和第二加速度检测部，因此与将各加速度检测部中的检测框沿与其轴线方向正交的方向进行排列的情况相比，能够不用增大加速度传感器的尺寸就能够进行加长。因此，能够增大检测框的惯性力矩。由此，能够降低谐振频率。因此，能够容易地抑制高频高加速度的振动。另外，由于检测框较长，因此链接梁的位置的自由度变大。由此，能够提高加速度传感器的设计自由度。
图1是概要性地表示本发明的实施方式1中的加速度传感器的结构的俯视图。图2是沿图1的II-II线的概要性的截面图。图3的(A)是概要性地表示沿着基板的膜厚方向对本发明的实施方式1中的加速度传感器朝向上方向施加了加速度时的情形的截面图，是与沿图1的II-II线的截面对应的图，(B)是与沿图1的III-III线的截面对应的图。图4是说明由本发明的实施方式1中的加速度传感器的第一和第二检测框、与检测电极形成的电容器的电连接的电路图。图5是表示本发明的实施方式1中的加速度传感器的制造方法的第一工序的概要性的截面图，其截面位置对应于图2的截面位置。图6是表示本发明的实施方式1中的加速度传感器的制造方法的第二工序的概要性的截面图，其截面位置对应于图2的截面位置。图7是表示本发明的实施方式1中的加速度传感器的制造方法的第三工序的概要性的截面图，其截面位置对应于图2的截面位置。图8是表示本发明的实施方式1中的加速度传感器的制造方法的第四工序的概要性的截面图，其截面位置对应于图2的截面位置。图9是表示本发明的实施方式1中的加速度传感器的制造方法的第五工序的概要性的截面图，其截面位置对应于图2的截面位置。图10的(A)是表示检测框的构造的概要图，是表示以往的构造的图，(B)是表示实施方式1的构造的图。图11是表示以往的构造以及实施方式1的构造中的频率与振幅的关系的图。图12的㈧是概要性地表示对本发明的实施方式1中的加速度传感器施加了角加速度时的情形的截面图，是与沿图1的II-II线的截面对应的图，(B)是与沿图1的 III-III线的截面对应的图。图13的㈧是概要性地表示对本发明的实施方式1中的加速度传感器施加了角速度时的情形的截面图，是与沿图1的II-II线的截面对应的图，(B)是与沿图1的III-III 线的截面对应的图。图14的(A)是概要性地表示对本发明的实施方式1中的加速度传感器向Y轴方向施加了加速度时的情形的截面图，是与沿图1的II-II线的截面对应的图，(B)是与沿图 1的III-III线的截面对应的图(B)。图15是概要性地表示本发明的实施方式2中的加速度传感器的结构的俯视图。附图标记说明1 基板；2 惯性质量体；5 致动电极(actuation electrode) ；11 第一扭转梁； 12 第二扭转梁；13 第三扭转梁；14 第四扭转梁；21 第一检测框；22 第二检测框；23 第三检测框；24 第四检测框；31 第一链接梁；32 第二链接梁；33 第三链接梁；34 第四链接梁；40 检测电极；91、92、93、94 固定器(anchor)。
具体实施例方式下面，根据
本发明的实施方式。(实施方式1)首先，说明本实施方式的加速度传感器的主要结构。为了便于说明，导入了坐标轴X轴、Y轴、Z轴。在图1中，X轴是沿横向的、右方向为正方向的轴，Y轴是沿纵向的、向上方向为正方向的轴，Z轴是与纸面垂直且纸面的上方为正方向的轴。此外，Z轴的方向与本实施方式的加速度传感器设为测定对象的加速度方
向一致。参照图1和图2，本实施方式的加速度传感器主要具有基板1以及多个加速度检测部10。作为基板1，能够使用硅基板。另外，能够使用多晶硅膜作为第一和第二扭转梁 11、12、第一和第二检测框21、22、第一和第二链接梁31、32、惯性质量体2以及检测电极40、 致动电极5的材质。该多晶硅膜优选具有低应力、且在厚度方向上没有应力分布。多个加速度检测部10例如由第一加速度检测部10和第二加速度检测部10构成。 第一和第二加速度检测部10被基板1所支承。第一加速度检测部10具有第一扭转梁11、第一检测框21、第一检测电极41、第一链接梁31以及惯性质量体2。第一扭转梁11通过固定器91支承于基板1，使得能以沿着X轴的第一扭转轴线 Tl为中心进行扭转。
第一检测框21经由第一扭转梁11支承于基板1，使得能够以第一扭转轴线Tl为中心进行旋转。另外，第一检测框21的至少一部分具有导电性。多个检测电极40具有第一和第二检测电极41、42。第一检测电极41以与第一检测框21相向的方式经由绝缘膜3而形成在基板1上，使得能够通过静电电容检测出第一检测框21相对基板1的角度。此外，作为绝缘膜3，优选低应力的氮化硅膜、氧化硅膜。当俯视时第一链接梁31在从扭转轴线Tl偏离了的轴线上的位置处被第一检测框 21支承。更具体地说，在第一扭转轴线Tl沿着与第一扭转轴线Tl交叉的方向而向第一检测框21的一个端部侧平行移动了偏移量el后的轴Ll上的位置处，设置于第一检测框21。 即，偏移量el的绝对值是第一扭转轴线Tl与第一链接梁31之间的大小，其方向是与第一扭转轴线Tl交叉而从第一扭转轴线Tl朝向轴Ll的方向。惯性质量体2经由第一链接梁31而与第一检测框21相连接，由此以能够在基板 1的厚度方向上进行移位的方式被支承在基板1上。第二加速度检测部10具有与第一加速度检测部10相同的结构。也就是说，第二加速度检测部具有第二扭转梁12、第二检测框22、第二检测电极42、第二链接梁32以及惯性质量体2。第二扭转梁12以围绕沿着X轴的第二扭转轴线T2进行扭转的方式，通过固定器 92而支承于基板1。第二检测框22以能够以第二扭转轴线T2为中心进行旋转的方式，经由第二扭转梁12而支承于基板1。另外，第二检测框22的至少一部分具有导电性。第二检测电极42以与第二检测框22相向的方式经由绝缘膜3而形成在基板1上， 使得能够通过静电电容检测出第二检测框22相对基板1的角度。当俯视时第二链接梁32在从扭转轴线T2偏离了的轴线上的位置处被第二检测框 22所支承。更具体地说，在第二扭转轴线T2平行地偏离了偏移量e2后的轴L2上的位置处，设置于第二检测框22，其中，所述偏移量e2是与所述移动的方向相反的方向即与偏移量el相反方向的偏移量。即，偏移量e2的绝对值是第二扭转轴线T2与第二链接梁32之间的大�。浞较蚴怯肫屏縠l相反的方向。惯性质量体2经由第二链接梁32而与第二检测框22相连接，由此以能够在基板 1的厚度方向上进行移位的方式支承在基板1上。第一加速度检测部10和第二加速度检测部10沿着第一加速度检测部10的第一扭转轴线Tl方向而排列配置。更具体地说，以第一加速度检测部10的检测框21和第二加速度检测部10的检测框22的长边彼此相向的方式配置。此外，在与第一扭转轴线Tl正交的方向上不存在其它的加速度检测部10。优选为，当俯视时第一加速度检测部10的链接梁31相对于第一加速度检测部10 的扭转轴线Tl配置在一侧，当俯视时第二加速度检测部10的链接梁32相对于第一加速度检测部10的扭转轴线Tl配置在另一侧。第一和第二扭转梁11、12与第一和第二链接梁31、32优选配置成偏移量el以及 e2的绝对值相等。即，优选以使这些偏移量的大小相互相等的方式进行配置。第一检测框和第二检测框优选配置成平行于与俯视时的中心线B交叉的轴A。艮口， 优选相互平行地配置第一和第二扭转轴线Tl、T2。
第一扭转轴线Tl和第二扭转轴线T2优选为相对于通过俯视时的惯性质量体2的重心G的Y轴方向的中心线A，配置成线对称。优选为以沿着通过俯视时的惯性质量体2的重心G的X轴方向的中心线B的方式配置第一扭转轴线Tl和第二扭转轴线T2。更优选为，加速度传感器的平面布局相对于俯视时的惯性质量体2的重心G具有 180度的旋转对称的构造。此外，第一和第二加速度检测部10分别具有惯性质量体2，但是惯性质量体2被形成为一体。另外，致动电极5以与惯性质量体2相向的方式经由绝缘膜3而形成在基板1上， 使得能够通过静电力使惯性质量体2移位。接着，说明所述检测电极40的详细结构以及能够通过该检测电极40检测出第一和第二检测框21、22各自相对基板1的角度的原理。检测电极40具有与第一检测框21相向的第一检测电极41。该第一检测电极41 以夹着第一扭转轴线Tl的方式具有检测电极41a和41b。检测电极41a位于加速度传感器的Y轴正侧(图1上侧)，检测电极41b位于加速度传感器的Y轴负侧(图1下侧)。检测电极41a和41b以夹着第一扭转轴线Tl的方式进行设置。在第一检测框21围绕第一扭转梁11旋转的情况下，第一检测框21的背面(与第一检测电极41相向的面)接近检测电极41a、41b中的一方，并且从检测电极41a、41b中的另一方远离。因此，通过检测因第一检测框21与检测电极41a相向而产生的静电电容、与因第一检测框21与检测电极41b相向而形成的静电电容之差，由此能够检测出第一检测框 21相对基板1的角度。另外，检测电极40具有与第二检测框22相向的第二检测电极42。该第二检测电极42以夹着第二扭转轴线T2的方式具有检测电极4 和42b。检测电极4 位于加速度传感器的Y轴负侧(图1下侧)，检测电极42b位于加速度传感器的Y轴正侧(图1上侧)。 检测电极4 和42b以夹着第二扭转轴线T2的方式进行设置。在第二检测框22围绕第二扭转梁12旋转的情况下，第二检测框22的背面(与检测电极42相向的面)接近检测电极42a、42b中的一方，并且从检测电极42a、42b中的另一方远离。因此，通过检测因第二检测框22与检测电极4 相向而产生的静电电容、与因第二检测框22与检测电极42b相向而形成的静电电容之差，由此能够检测第二检测框22相对基板1的角度。接着，说明本实施方式的加速度传感器的加速度的测定原理。图3的㈧的截面位置与图2相同。另外，在图3中，为了容易观察图而没有图示固定器91、92。参照图3的(A)和(B)，当沿着基板1的膜厚方向对加速度传感器施加向上方向、 即Z轴的正方向(图中向上方向)的加速度az时，惯性质量体2由于惯性力而进行移位从而从初始位置(图中用虚线表示的位置)向Z轴的负方向(图中向下方向)下沉。与惯性质量体2连接的第一和第二链接梁31、32也与惯性质量体2成为一体而向Z轴的负方向 (图中向下方向)移位。由于第一链接梁31的移位，第一检测框21在轴Ll的部分，受到朝向Z轴的负方
7向(图中向下方向)的力。该轴Ll位于从第一扭转轴线Tl平行移动了偏移量el后的位置，因此扭矩作用于第一检测框21。其结果，第一检测框21进行旋转移位。另外，由于第二链接梁32的移位，第二检测框22在轴L2的部分，受到朝向Z轴的负方向(图中向下方向)的力。该轴L2位于从第二扭转轴线T2平行移动了偏移量e2后的位置，因此扭矩作用于第二检测框22。其结果，第二检测框22进行旋转移位。由于偏移量el和e2的方向相反，因此第一检测框21和第二检测框22朝向相反的方向进行旋转。即，第一和第二检测框21、22进行旋转移位，使得第一检测框21的上表面朝向加速度传感器的一个端部侧(图3的(A)的右侧)、第二检测框22的上表面朝向加速度传感器的一个端部侧(图3的⑶的左侧)。伴随着该旋转移位，由第一检测框21和检测电极41a构成的电容器Cla的静电电容Cla增大，由第一检测框21和检测电极41b构成的电容器Clb的静电电容Clb减小。另外，由第二检测框22和检测电极4 构成的电容器C2a的静电电容Ch增大，由第二检测框22和检测电极42b构成的电容器C2b的静电电容C2b减小。参照图4，电容器Cla与Ch并联连接，电容器Clb与C^b并联连接。并且，这两个并联连接的部分进一步串联连接。对这样形成的电路的电容器Cla、Ch侧的端部施加固定电位Vd,电容器Clb、C2b侧的端部接地。另外，在所述串联连接部设置有端子，能够测定该端子的输出电位Vout。该输出电位Vout成为下述的值。[式1]
权利要求
1.一种加速度传感器，具备 基板⑴；以及多个加速度检测部(10)，被所述基板(1)支承， 所述多个加速度检测部(10)分别具有扭转梁(11、12)，被所述基板(1)支承，并且以扭转轴线(T1、T2)为中心而扭转； 检测框01、22)，以能够以所述扭转轴线(T1、D)为中心进行旋转的方式被所述扭转梁(11、1 支承；检测电极(40)，以与所述检测框(21、2幻相向的方式形成在所述基板(1)上； 链接梁(31、32)，当俯视时在从所述扭转轴线(Tl、T2)偏离了的轴线上的位置处被所述检测框(21、2幻支承；以及惯性质量体O)，以能够在所述基板(1)的厚度方向上移位的方式被所述链接梁(31、 32)支承，所述多个加速度检测部(10)包括第一和第二加速度检测部(10)， 所述第一和第二加速度检测部(10)沿着所述第一加速度检测部(10)的所述扭转轴线 (Tl)方向排列配置。
2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，当俯视时所述第一加速度检测部(10)的所述链接梁(31)相对于所述第一加速度检测部(10)的所述扭转轴线(Tl)配置在一侧，当俯视时所述第二加速度检测部(10)的所述链接梁(3 相对于所述第一加速度检测部(10)的所述扭转轴线(Tl)配置在另一侧。
3.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述多个加速度检测部(10)各自的所述扭转梁(11、1幻与所述链接梁(31、3幻之间的偏移量的大小相互相等。
4.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述多个加速度检测部(10)各自的所述扭转轴线(T1、T2)相互平行。
5.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述多个加速度检测部(10)还包括第三和第四加速度检测部(10)， 所述第一至第四加速度检测部(10)沿着所述第一加速度检测部(10)的所述扭转轴线 (Tl)方向排列配置。
全文摘要
加速度传感器具备基板(1)和被基板(1)支承的多个加速度检测部(10)。多个加速度检测部(10)分别具有扭转梁(11、12)，被基板(1)支承且以扭转轴线(T1、T2)为中心扭转；检测框(21、22)，以能够以扭转轴线(T1、T2)为中心进行旋转的方式被扭转梁(11、12)支承；检测电极(40)，以与检测框(21、22)相向的方式形成在基板(1)上；链接梁(31、32)，当俯视时在从扭转轴线(T1、T2)偏离了的轴线上的位置处被检测框(21、22)支承；和惯性质量体(2)，以能够在基板(1)的厚度方向上移位的方式被链接梁(31、32)支承。多个加速度检测部(10)包括第一和第二加速度检测部(10)。第一和第二加速度检测部(10)沿第一扭转轴线(T1)方向排列配置。由此能够得到对高频高加速度的振动进行抑制的高精确度的加速度传感器。
文档编号G01P15/125GK102216789SQ20098014517
公开日2011年10月12日 申请日期2009年8月13日 优先权日2008年11月13日
发明者绀野伸显 申请人:三菱电机株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
