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加速度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種實現(xiàn)裝置全面小型化和改善靈敏度的加速度傳感器，包括第一傳感器。第一傳感器配備有靜電電容器，所述靜電電容器配置使得第一固定電極、第二固定電極和可動電極集中設(shè)置一列。在靜電電容器中，第一固定電極、第二固定電極和可動電極設(shè)置為在基板平面視圖中對應(yīng)于錘部中心的位置處沿加速度檢測方向（y軸線方向）彼此毗鄰。在每一個電極的一個縱向側(cè)端部（沿x軸線方向的一個端部）處，連接件設(shè)置為通過連接件將第一固定電極和第二固定電極連接到。
【專利說明】加速度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請所公開的技術(shù)涉及一種加速度傳感器，特別是涉及構(gòu)成為微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems:MEMS)的加速度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在基于MEMS技術(shù)制造的加速度傳感器中，已經(jīng)制造了一些加速度傳感器，其配備有靜電電容器，所述靜電電容器的靜電電容根據(jù)加速度改變。例如，用于加速度傳感器的典型的靜電電容器包括固定到基板的固定電極和安裝在錘部上的可動電極，所述錘部相對于基板相對地可動，從而采用這樣的靜電電容器的加速度傳感器可檢測與靜電電容器中靜電電容改變相關(guān)的加速度(例如，日本已公開專利N0.11-344507)。日本已公開專利N0.11-344507中公開的加速度傳感器配置為使得，對于具有沿x軸線長的矩形形狀的錘部(質(zhì)量體)，其X軸線方向的兩端部經(jīng)由支撐件和彈性構(gòu)件(例如，彈簧)連接到基板，所述支撐件固定到基板，而靜電電容器分開地設(shè)置在錘部的y軸線方向的兩側(cè)，以沿X軸線方向運動。由此，該公開專利公開的加速度傳感器設(shè)置為單軸加速度傳感器，其中在錘部沿檢測方向(X軸線方向)運動時造成的靜電電容的改變與加速度成比例地輸出。
[0003]進一步地，上述加速度傳感器的每一個可動電極設(shè)置為從錘部沿一個方向(y軸線方向)延伸，以便面對安裝在基板上的固定電極。由此，該公開專利公開的加速度傳感器設(shè)置為單軸加速度傳感器，其中靜電電容的改變基于在錘部沿檢測方向(X軸線方向)運動時造成的固定電極和可動電極之間距離的改變而輸出。
[0004]在用于檢測沿單個起作用的加速度的上述單軸加速度傳感器以外，已經(jīng)存在一些三維加速度傳感器，其能檢測三個維度的加速度，即碳x、y和z軸線(例如，日本日本已公開專利N0.07-245413，已
【公開日】文翻譯的PCT國際專利申請N0.2005-534016,日本已公開專利N0.06-258340，日本已公開專利N0.05-340960，日本已公開專利N0.2773495，日本已公開專利N0.3327595等)。例如，日本已公開專利07-245413公開的加速度傳感器配置使得錘部連接到四個梁部，每一個梁部固定到基板，以便允許錘部三維地運動即相對于X軸線、y軸線和z軸線方向。對于公開的加速度傳感器，參考錘部的中心(在俯視觀察時錘部的中心)，分開地設(shè)置了用于檢測沿X軸線方向起作用的加速度和沿y軸線方向起作用的加速度的靜電電容器，其中xy平面與錘部的平面方向平行。進一步地，靜電電容器的可動電極設(shè)置為從錘部沿相應(yīng)的軸向方向延伸，以便面對相關(guān)的固定電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]上述加速度傳感器配置為例如使得安裝在靜電電容器上的每一個固定電極連接到基板，以便最終連接到處理電路，所述處理電路從靜電電容的變化計算加速度。為了建立到處理電路的連接，例如，日本已公開專利N0.11-344507公開的加速度傳感器配置為使得用于將固定電極連接到基板的連接件(在該文獻(xiàn)中稱為支撐件)設(shè)置為在錘部的兩端部與相應(yīng)固定電極聯(lián)接。日本已公開專利N0.2773495中公開的加速度傳感器例如配置為使得連接件(在該文獻(xiàn)中稱為端子)設(shè)置為將相應(yīng)靜電電容器的固定電極和基板連接，所述靜電電容器設(shè)置在錘部的X軸線方向的兩側(cè)和其I軸線方向的兩側(cè)。
[0006]然而，使用這樣的連接件需要制造用于建立基板和平坦板狀固定電極的連接，這使得固定電極與其他部分相比變厚。進一步地，取決于其形狀、結(jié)構(gòu)環(huán)境、布置方式，會存在這樣的情況，連接件設(shè)置為不充分面對相關(guān)的可動電極。甚至在連接件充分地設(shè)置為面對相關(guān)的可動電極的情況下，有效的靜電電容也會由于消除了對加速度做出響應(yīng)的電容變化而不被輸出。在任一情況下，采用這樣的連接件不對更好的加速度檢測有貢獻(xiàn)。
[0007]在上述加速度傳感器中，分開地設(shè)置多個靜電電容器，每一個靜電電容器對一個檢測方向做出響應(yīng)。因為不用于檢測加速度的連接件連接到每一個靜電電容器的固定電極，所以每一個靜電電容器占據(jù)的區(qū)域變大且作為一個整體的加速度傳感器的尺寸因此變大。
[0008]因而，本發(fā)明一個方面的目標(biāo)是提供一種加速度傳感器，其能實現(xiàn)加速度傳感器的全面小型化和靈敏度的改善。
[0009](權(quán)利要求1)根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種加速度傳感器，包括:
[0010]基板；
[0011]錘部，其可動地設(shè)置為與基板分開；和
[0012]靜電電容器，配備有固定電極和可動電極，靜電電容器的靜電電容根據(jù)每一個固定電極和每一個可動電極之間的沿檢測方向的距離而變化，所述距離根據(jù)沿檢測方向起作用的加速度而變化，所述檢測方向與基板平坦表面方向平行，
[0013]其中根據(jù)與固定電極和可動電極之間的距離變化相關(guān)聯(lián)的靜電電容器的電容變化，加速度傳感器檢測沿檢測方向起作用的加速度，所述檢測方向與基板的平坦表面方向平行，和
[0014]其中，在基板的平面視圖中，靜電電容器設(shè)置在被錘部的周邊所圍繞的區(qū)域的中心，從而每一個固定電極和每一個可動電極沿檢測方向交替設(shè)置成一列。
[0015]上述加速度傳感器包括靜電電容器，其靜電電容根據(jù)沿檢測方向起作用的加速度變化，其中構(gòu)成靜電電容器的固定電極和可動電極在通過錘部的周邊包圍的區(qū)域的中心處設(shè)置成一列。更具體地，對于靜電電容器，每一個固定電極和每一個可動電極交替設(shè)置，以便在基板的平面視圖中被錘部的周邊本文的區(qū)域的中心處彼此面對。在上述構(gòu)造中，因為成一列地設(shè)置的固定電極和可動電極構(gòu)成對一個檢測方向做出響應(yīng)的靜電電容器，所以設(shè)置為用于固定電極的連接件的數(shù)量可最小化且連接件的設(shè)置方式被優(yōu)化，這與將固定電極和可動電極設(shè)置為多列的情況相比更有利。由此，可有效地確保用于以面對面的方式設(shè)置每一個固定電極和每一個可動電極的區(qū)域，該區(qū)域包括通過減少連接件的數(shù)量而節(jié)省的區(qū)域。因此，要被靜電電容器占據(jù)被制造得更小，這可對作為一個整體的加速度傳感器的小型化有貢獻(xiàn)。進一步地，考慮靈敏度和錘部的重量的關(guān)聯(lián)，通過采用上述構(gòu)造，通過減少連接件數(shù)量節(jié)省的區(qū)域可用于要被添加到錘部的區(qū)域的部分。因此，與具有相同靜電電容的其他加速度傳感器相比，錘部區(qū)域的增加可以使得錘部更重且改善加速度傳感器的靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是構(gòu)件本發(fā)明的實施例的加速度傳感器的簡要結(jié)構(gòu)的立體圖。[0017]圖2A是第一傳感器的俯視圖，圖2B是沿A-A線截取的圖2A中的截面圖，圖2C是沿B-B線截取的圖2A中的截面圖。
[0018]圖3是顯示加速度傳感器的電連接的視圖。
[0019]圖4是用于顯示靜電電容器設(shè)置的視圖；
[0020]圖5是被其他加速度傳感器采用的靜電電容器的設(shè)置的視圖；
[0021]圖6是顯示可動電極形狀的示意性透視；
[0022]圖7是用于顯示止動部的設(shè)置的視圖；
[0023]圖8是用于顯示在涉及比較例的傳感器中使用的止動部的設(shè)置的視圖；
[0024]圖9是用于顯示涉及比較例的傳感器的操作的視圖；
[0025]圖10是用于顯示涉及比較例的傳感器的操作的視圖；
[0026]圖11是用于顯示在其他傳感器中使用的止動部的設(shè)置的視圖；
[0027]圖12A是用于說明本實施方式的彈簧的示意圖，圖12B和圖12C是用于顯示比較例的彈簧的示意圖。
[0028]圖13是顯示折疊次數(shù)與彈簧常數(shù)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0029]圖14A、圖14B和圖14C是用于顯示加速度傳感器的制造工藝的截面圖。
[0030]圖15A、圖15B和圖15C是用于顯示加速度傳感器的制造工藝的截面圖。
[0031]圖16是用于顯示在其他傳感器中使用止動部的設(shè)置的視圖；
[0032]圖17是用于顯示在其他傳感器中使用止動部的設(shè)置的視圖；
[0033]圖18用于顯示其他傳感器的視圖；
[0034]圖19是用于顯示被其他加速度傳感器采用的靜電電容器的設(shè)置的視圖；和
[0035]圖20是用于顯示其他加速度傳感器的平面視圖。
【具體實施方式】
[0036]下面，參照附圖，對將本發(fā)明具體化的一個實施方式進行說明。另外，為了便于說明，附圖中存在與實際的尺寸、比例尺不同的部分。
[0037]圖1是表不米用MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術(shù)制造的本實施方式的電容型加速度傳感器的芯片的簡要結(jié)構(gòu)。如圖1所示，俯視觀察時，加速度傳感器10具有形成為大致矩形板狀的基板12。沿基板12的長邊并排設(shè)置兩個芯片區(qū)域。在這兩個區(qū)域上形成第一傳感器21和第二傳感器31。在以下的說明中，如圖1所示，以沿加速度傳感器10的長邊的方向(即第一和第二傳感器21、31并排設(shè)置的方向)為X軸線方向，以相對于X軸線方向垂直的方向(即與加速度傳感器10的短邊平行的方向)為y軸線方向，以與X軸線方向和y軸線方向這兩個方向成直角的方向(即相對于基板12的平面表面垂直的方向)為z軸線方向。
[0038]第一傳感器21包括框架23、錘部24、一對彈簧部26和靜電電容器27。如圖2A所示，框架23在俯視觀察時是正方形框架且錘部24設(shè)置在框架23的內(nèi)部?？蚣?3連接到基板12且在外周邊(未示出)處固定。俯視觀察時，錘部24形成為大致正方形狀的板狀。錘部24包括多個沿z軸線方向穿過錘部24的貫通孔24A。形成在錘部24中的所述多個貫通孔24A布置成矩陣狀。對此，這些貫通孔24A作為通氣孔，來降低錘部24沿z軸線方向移動時的阻力，和用于在如后文所述地蝕刻犧牲層時作為允許蝕刻液注入的入口。[0039]一對彈簧部26沿y方向設(shè)置在第一傳感器21的兩側(cè)。該一對彈簧部26每一個包括:梁部41，大致設(shè)置在第一傳感器21的X方向中心；和在X方向兩側(cè)的一對彈簧43。俯視觀察時梁部41形成為具有大致正方形形狀的板且設(shè)置為使得其長邊沿y方向定向。經(jīng)由該一對彈簧43連接錘部24和梁部41。俯視觀察時，每一個彈簧43形成為Z形形狀，其中在其一端處的固定端43A固定在梁部41的側(cè)表面上，且在其另一端處的可動端43B與錘部24連接。如將描述的，彈簧43的Z形樣式構(gòu)造為使得短邊和長邊順序交替互連接，從而構(gòu)成彈簧43的長邊和短邊形成直角。即彈簧43的各短邊沿X軸線方向設(shè)置、各長邊沿Y軸線方向設(shè)置，以便形成直角Z形狀樣式。并且，對于每一個彈簧43，固定在梁部41上的固定端43A與連接錘部24的可動端43B之間的距離比長邊長，從而沿于x軸線方向的剛性增強而沿X軸線方向的彈性受到限制。
[0040]圖2B是沿A-A線截取的圖2A的截面圖，圖2C是沿B-B線截取的圖2A的圖2A的截面圖。如圖2B所示，梁部41與在基板12上直立設(shè)置的錨定部45 —體形成并且被固定。因此，如圖2C所示，通過在相應(yīng)一端固定到梁部41的一對彈簧43保持錘部24，從而能夠使錘部24在空中懸掛在基板12的上方。另外，錘部24與包圍錘部24的框架23設(shè)置為在它們之間保持間隔。
[0041]如圖2A所示，框架23包括在其內(nèi)周邊的第一止動部23A和第二止動部23B，所述內(nèi)周邊保持與錘部24的外周邊相距預(yù)定距離。第一止動部23A以整體的結(jié)構(gòu)形成在框架23的內(nèi)周邊部分上，以便沿y軸線方向面對錘部24。第二止動部23B以整體的結(jié)構(gòu)形成在框架23的內(nèi)周邊部分上，以便沿X軸線方向面對錘部24。第一止動部23A和第二止動部23B形成為從框架23的內(nèi)周邊內(nèi)向突出，且配置為在錘部24沿X軸線方向或y軸線方向運動了預(yù)定距離時接合錘部24的外周邊部分。錘部24和第一和第二止動部23A、23B每一個前端之間的距離比寬度74 (參考圖4)更短，隨后描述，所述寬度通過第一固定電極28、第二固定電極29和電極部件30沿y軸線方向限定。第一止動部23A和第二止動部23B每一個具有配置為與錘部24接合的突出的前端，由此與錘部24接觸的面積較小，以避免粘滯。另外，第一和第二止動部23A、23B的位置的詳細(xì)情況隨后描述。
[0042]如圖2A所示的，靜電電容器27包括第一固定電極28、第二固定電極29和電極部件30。靜電電容器27設(shè)置在第一傳感器21和錘部24的大致中央處。第一傳感器21由第一固定電極28中的一個和第二固定電極29中的一個組成的多個對(本實施例中為6對)。第一固定電極28每一個和第二固定電極29每一個形成為矩形板狀形狀,其主面(principalplane)沿z軸線方向，并且其主面的長邊沿x軸線。第一固定電極28和第二固定電極29沿I方向排布，從而它們各自的主面彼此面對。
[0043]為了在基板12上形成電線(未示出)和第一固定電極28的電連接，貫通孔28A設(shè)置在X方向側(cè)中的任一側(cè)(在圖2A中，它們中的上三個在左側(cè)而它們中的下三個在右側(cè))。進一步地，為了在基板12形成電線(未示出)和第二固定電極29的電連接，貫通孔29A設(shè)置在與用于第一固定電極28的X方向側(cè)相反的另一 X方向側(cè)(在圖2A中，它們中的上三個在右側(cè)且它們中的下三個在左側(cè))。對于每一個第一固定電極28的電極厚度(其y方向?qū)挾?，被設(shè)置了貫通孔28A的第一連接件28B比第一固定電極28的其他部分更寬。類似于每一個第一固定電極28，對于每一個第二固定電極29的電極厚度(其y方向?qū)挾?，被設(shè)置了貫通孔29A的第二連接件29B比第二固定電極29的其他部分更寬。[0044]如圖2B所示的，第一固定電極28和第二固定電極29與基板12分開形成，但是不同的是被設(shè)置了貫通孔28A或29A的它們的相應(yīng)端部。另外，每一個第一固定電極28的整體和每一個第二固定電極29的整體可以連接到基板12 (包括它們的相應(yīng)端部在內(nèi))。
[0045]電極部件30包括:外部電極30A，形成圍繞第一固定電極28的外周邊和第二固定電極29的外周邊(俯視觀察)；和可動電極30B，設(shè)置在第一固定電極28和第二固定電極29之間的y軸線方向的空間處。外部電極30A是形成在錘部24中央處的、與錘部24成整體結(jié)構(gòu)且與第一固定電極28和第二固定電極29分開的正方形框架形狀?？蓜与姌O30B從錘部24延伸以便面對第一固定電極28和第二固定電極29，其中其主平面基本上是沿z軸線方向定向的正方形板且其長邊沿X軸線方向定向。每一個可動電極30B在其X軸線方向的兩端部與錘部24整體地形成。
[0046]進一步地，每一個第一固定電極28和每一個第二固定電極29沿y軸線方向在鄰近的兩個可動電極30B之間的區(qū)域中彼此鄰接。第一連接件28B配置為朝向毗鄰的第二固定電極29伸展，從而在平行于X軸線的直線的狀態(tài)下，與第一固定電極28的X軸線平行的一側(cè)可面對與可動電極30B的X軸線平行的一側(cè)。第二連接件29B配置為朝向毗鄰的第一固定電極28伸展，從而在平行于X軸線的直線的狀態(tài)下，與第二固定電極29的X軸線平行的一側(cè)可面對與可動電極30B的X軸線平行的一側(cè)。
[0047]如圖2B所示,基板12包括:核心板51、形成為覆蓋核心板51的上表面的絕緣層53、每一個都在絕緣層53上形成的第三固定電極55。每一個錨固器45與梁41整體地形成且連接到墊58，且錘部24通過電線(未示出)電連接到外部端子。如圖3所示，第一傳感器21配備有平行板電容器C1、C2，其包括錘部24的可動電極30B、第一固定電極28和第二固定電極29。另外，對于本實施例的電極部件30，面對第一固定電極28和第二固定電極29的外部電極30A的一部分用作類似于可動電極30B的可動電極。即，第一固定電極28、第二固定電極29、和外部電極30A的一部分構(gòu)成電容器。在可動電極30B和第一固定電極28之間的距離以及可動電極30B和第二固定電極29之間的距離根據(jù)相對于第一傳感器21沿y軸線方向起作用的加速度變化時，平行板電容器C1、C2改變其各自的靜電電容。例如，在錘部24向y軸線方向的一側(cè)(圖3中向上)運動的情況下，平行板電容器Cl的靜電電容減小，而平行板電容器C2的靜電電容增大。通過測量平行板電容器C1、C2的各自靜電電容而檢測沿I軸線方向的加速度，所述平行板電容器Cl、C2兩者根據(jù)可動電極30B和第一固定電極28之間距離的改變以及可動電極30B和第二固定電極29之間距離的改變而可變化。
[0048]例如，隨后在與錘部24連接的測量點61處獲得的電壓值通過上述外部端子輸出到處理回路，以便通過檢測出平行板電容器C1、C2的電壓差(靜電電容的差)而快速計算出加速度。如圖3所示，為了擴大這些電容器之間的輸出差從而提高靈敏度，第一傳感器21構(gòu)成為含有平行板電容器C1、C2的橋接電路的形式。并且，通過構(gòu)成該橋接電路，各電容器Cl、C2在并非檢測方向的X軸線方向上的靜電電容的變化被消除。由此，能夠降低不能被檢測的方向上的靈敏度。并且，第一傳感器21可以可選地包括消除測量點61處測量的偏置電壓的矯正回路，所述偏置電壓是在由于沒有加速度而沒有負(fù)荷時檢測到的電壓。
[0049]應(yīng)注意，圖2B所示的第三固定電極55每一個遍布形成在絕緣層53上，以沿z軸線方向與錘部24面對。由此,第一傳感器21構(gòu)成為錘部24和第三固定電極55沿z軸線方向彼此面對的平行板電容器的形式。該平行板電容器的各自的靜電電容根據(jù)作用在第一傳感器21的z軸線方向上的加速度而變化。在第一傳感器21中，通過測量隨著錘部24與第三固定電極55每一個之間的距離的變動而變化的平行板電容器的靜電電容，能夠檢測出z軸線方向的加速度。
[0050]如上所述，第一傳感器21構(gòu)造為檢測作用在y軸線方向和z軸線方向的加速度。每個彈簧43 (參照圖2A)構(gòu)造為不相當(dāng)于X軸線方向彈性運動，從而錘部24不應(yīng)沿X軸線方向運動。因此，第一傳感器21設(shè)置為能夠檢測作用在y軸線方向和z軸線方向的加速度的兩軸加速度傳感器。如圖1所示，針對加速度傳感器10設(shè)置的第二傳感器31與第一傳感器21具有類似的結(jié)構(gòu)。S卩，第二傳感器31包括:框架23、錘部24、一對彈簧部26、第一固定電極28和第二固定電極28以及第三固定電極(未示出)。第二傳感器31類似于相當(dāng)于沿z軸線方向的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)了 90度的第一傳感器21。也就是說，第二傳感器31構(gòu)造為檢測作用在X軸線方向和z軸線方向的加速度。構(gòu)成一對彈簧部26的每個彈簧43構(gòu)造為不相對于I軸線方向彈性運動，從而錘部24不應(yīng)沿y軸線方向運動。因此，第二傳感器31設(shè)置為能夠檢測出作用在X軸線方向和z軸線方向的加速度的兩軸加速度傳感器。
[0051]在這樣構(gòu)成的加速度傳感器10中，基于第一傳感器21和第二傳感器31的輸出來檢測三個軸線方向的加速度。并且，加速度傳感器10通過讓第一和第二傳感器21、31測量它們各自靜電電容的變化而測量沿z軸線方向的加速度，所述靜電電容根據(jù)它們各自的錘部24與它們各自的第三固定電極55之間的距離的變而改變。即，加速度傳感器10通過將第一傳感器21和第二傳感器31的輸出求和所獲得的值來檢測沿z軸線方向的加速度。
[0052]接下來，參見圖4來描述靜電電容器27的構(gòu)造。應(yīng)注意，圖4是示意性地顯示靜電電容器27的構(gòu)造的視圖，且出于簡要的目的，第一傳感器21的一些組成元件被省略。如圖4所示，對于靜電電容器27，其組成元件在錘部24的中央處設(shè)置為一列。更具體地，靜電電容器27定位為使得靜電電容器27的中心與錘部24的對角線的中點(重心70)重合，俯視觀察時所述錘部24具有正方形周邊。本文所稱的靜電電容器27的中心為靜電電容器27的三維中心,所述靜電電容器27包括與第一固定電極28、第二固定電極29和可動電極30B相關(guān)的組成元件。在這方面，根據(jù)其構(gòu)造變化，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置靜電電容器27的中心。對于本實施例的第一傳感器21，在平面圖和實體結(jié)構(gòu)中，靜電電容器27的中心與錘部24的重心70重合。在本實施例中，第二傳感器31與第一傳感器21結(jié)構(gòu)相同。因此,第一傳感器21的靜電電容器27的中心以及第二傳感器31的中心與錘部24的重心70重合。
[0053]對于第一固定電極28和第二固定電極29，貫通孔28A和貫通孔29A分別針對第一連接件28B和第二連接件29B設(shè)置，從而在第一連接件28B和第二連接件29B每一個處的電極厚度71比它們的其他部分更厚。圖5示出了被作為比較例的第一傳感器21A采用的靜電電容器27的構(gòu)造。圖5所不的第一傳感器21A包括靜電電容器27A和27B,其設(shè)置的其方式是靜電電容器27被分成靜電電容器27A和27B兩個部分(兩列)且這兩個部分沿第一固定電極28和第二固定電極29的長邊方向(X軸線方向)設(shè)置。靜電電容器27A和27B沿X軸線方向分開地設(shè)置成兩列，以便俯視觀察時相對于錘部24的重心70彼此對稱。在如上的構(gòu)造中，對一個檢測方向(y軸線方向)有響應(yīng)的靜電電容器27設(shè)置為被分成兩個部分，即靜電電容器27A和27B，其中第一連接件28B和第二連接件29分別針對靜電電容器27A的第一固定電極28和靜電電容器27B的第二固定電極29設(shè)置。
[0054]同時，在圖4所示的第一傳感器21中，對一個檢測方向有響應(yīng)的靜電電容器27在錘部24的中央以集中的方式設(shè)置成一列，使得第一固定電極28和第二固定電極29和電極部件30在錘部24的中央處沿y軸線方向交替設(shè)置一列。因而，與圖5所示的第一傳感器21A比較，通過消除第一和第二連接件28B、29B而節(jié)省的區(qū)域，圖4所示的第一傳感器21可制造得更小。更具體地，例如，在第一傳感器21和第一傳感器21A沿X軸線方向被比較且假定第一連接件28B和第二連接件29B每一個的X軸線方向長度被限定為寬度72時，由于第一和第二連接件28B、29B的數(shù)量(兩個寬度72)，第一傳感器21的x軸線方向長度可以更短。因而，上述構(gòu)造中，對一個檢測方向有響應(yīng)的靜電電容器27的組成元件集中設(shè)置在一個區(qū)域，由此用于固定電極28的第一連接件28B和用于固定電極29的第二連接件29B的構(gòu)造可被優(yōu)化，且傳感器作為一個整體的小型化可通過減少第一和第二連接件28B、29B的數(shù)量而實現(xiàn)。
[0055]進一步地，第一固定電極28和第二固定電極29設(shè)置為與錘部24分開。例如，在第一傳感器21和第一傳感器21A沿X軸線方向比較且假定錘部24與第一連接件28B和第二連接件29B之間的空間的X軸線方向長度被限定為寬度73時，由于空間的數(shù)量(兩個寬度73)第一傳感器21的X方向長度可以更短。即由于消除了第一和第二連接件28B、29B，上述構(gòu)造可消除錘部24與第一和第二連接件28B、29B之間的間隙。因此，可針對通過實施MEMS技術(shù)(尤其是應(yīng)用于精細(xì)機械構(gòu)造的制造)制造的加速度傳感器，可以有效地實現(xiàn)小型化。
[0056]進一步地，對于第一連接件28B和第二連接件29B每一個，電極部件30 (外部電極30A和可動電極30B)每一個的y軸線方向?qū)挾?4恒定。如上所述，用于通過使用靜電電容器檢測加速度的典型的傳感器采用橋接電路(參考圖3)，以便使得那些電容器之間的輸出差異變大，以改善靈敏度。然而，第一連接件28B和第二連接件29B定位為具有距電極部件30相同的距離。因此，第一連接件28B和電極部件30的靜電電容器與第二連接件29B和電極部件30的靜電電容器之間的輸出電容差(變化量)以通過橋接電路輸出的形成被消除。因此，第一連接件28B和第二連接件29B不用作對加速度檢測有貢獻(xiàn)的部分，因為雖然第一連接件28B和第二連接件29B面對電極部件30，但是檢測加速度過程中有效的電容輸出差也不被輸出。
[0057]同時，對于第一傳感器21,靈敏度與錘部24有關(guān)。因此,第一傳感器21的靈敏度可通過使得錘部24更重而被改善。因此，對于第一傳感器21，用于形成錘部24的區(qū)域的尺寸可通過消除第一連接件28B和第二連接件29B而節(jié)省的區(qū)域而被制造得更大。因此，與具有相同靜電電容的其他加速度傳感器相比，用于錘部24的區(qū)域的增加可使得錘部24更重且改善加速度傳感器21的靈敏度。
[0058]另外，對于圖5所示的第一傳感器21A，可做出改變，從而靜電電容器27B被消除且整合到靜電電容器27A中，即將靜電電容器27布置在并非錘部24中央的位置處的構(gòu)造。然而，在上述構(gòu)造中，電極部件30相對于錘部24在沿X軸線方向的一側(cè)處以不平衡的方式形成，這使得錘部24的重心相對于錘部24的中心偏移。因而，在加速度增加時，使得錘部24作旋轉(zhuǎn)運動且加速度傳感器21A難以獲得與沿其檢測方向起作用的加速度有關(guān)的期望輸出。
[0059]接下來，將描述電極部件30的可動電極30B的構(gòu)造。如圖6所示，設(shè)置為用于第一傳感器21的靜電電容器27的可動電極30B形成為基本上矩形的板，其中長邊沿X軸線方向且長邊的兩端固定到錘部24?？蓜与姌O30B中，固定到錘部24的兩端部被稱為固定部分81和82，所述固定部分與錘部24整體地形成。
[0060]這里，與本實施例相比，將描述比較構(gòu)造，該比較構(gòu)造使得可動電極30B的長邊端部中的一個(例如僅固定部分81)固定到錘部24。如圖6所示，對于可動電極30B，例如，假定長邊方向(X軸線方向)的長度被限定為“L”，短邊方向(z軸線方向)的長度被限定為“h”，且厚度(y軸線方向長度)被限定為“b”。在加速度“a”(G)僅在固定部分81處施加到固定到錘部24的可動電極30B時，以下所示的等式所表述的扭曲(變化)發(fā)生到可動電極30B的另一端(在固定部分82 —側(cè))。
[0061]v=f0L4/8EI=14.7 ( σ aL4/Eb2)
[0062]在上述表達(dá)式中，“fQ”表示在向其應(yīng)用加速度a (G)時可動電極30B的每單位長度上作用的載荷(分布的載荷)，“E”表示與可動電極30B的材料(例如硅樹脂)有關(guān)的彈性楊氏模量(例如“E”被設(shè)置169GPa)，“I”表示幾何上準(zhǔn)確的慣性矩且“ σ ”表示材料密度(例如“ σ ”設(shè)置為2330kg/m3)。進一步地，例如，長度“L”設(shè)置為270 μ m，長度“h”設(shè)置為10 μ m且厚度“b”設(shè)置為2 μ m。在上述情況下，a=10000 (G)的加速度應(yīng)用于加速度傳感器21時，造成ν=2.7μπι的扭曲。
[0063]同時，有鑒于用于靈敏度改善或在蝕刻過程中穩(wěn)定制造的限制條件而使得電極之間距離變窄的設(shè)計要求，電極部件30(可動電極30Β)和第一固定電極28/第二固定電極29之間的寬度74尺寸設(shè)定為約2.0 μ m到2.5 μ m。因而，如果在可動電極30B的一端固定到錘部24的構(gòu)造下10000 (G)的加速度應(yīng)用于加速度傳感器21，則可動電極30B的前端撞擊第一固定電極28或第二固定電極29且撞擊造成短路。另外，a=10000 (G)的加速度被認(rèn)為是在應(yīng)用于這類傳感器的加速度的通常容許范圍內(nèi)的。
[0064]對于可動電極30B在一端固定且配置為從其延伸以便面對第一和第二固定電極28,29的上述加速度傳感器中，在加速度應(yīng)用于加速度傳感器時，在可動電極30B靠近可動電極30B的未固定前端時對可動電極30B造成的扭曲變得更大。因此，在例如由于沖擊等而使得大加速度應(yīng)用于傳感器的情況下，可動電極30B撞擊第一固定電極28或第二固定電極29，且撞擊造成短路。
[0065]相反的，在本實施例的第一傳感器21中，每一個可動電極30B在長邊兩端部處連接到錘部24，即在固定部分81和82處。在加速度應(yīng)用于由此構(gòu)造的第一傳感器21的情況下，因為可動電極30B的兩端部固定到錘部24，所以使得可動電極30B在其長邊方向(x軸線方向)中央部分扭曲的力起作用。在這方面，為了使得可動電極30B的中央部分扭曲，可動電極30B本身需要以伸展的方式變形而不是以扭曲的方式變形。通過發(fā)明人和與此有關(guān)的研究人員所作的模擬，a=約7500000 (G)的加速度被認(rèn)為是使得可動電極30B的中央部分伸展且造成與第一和第二固定電極28、29接觸的加速度。因而，因為本實施例的可動電極30B的兩端部固定到錘部24，所以可動電極30B可防止其本身撞擊第一和第二固定電極28,29,即使由于沖擊等造成被應(yīng)用了大加速度時也可以。
[0066]進一步地，在第一傳感器21中，靜電電容器27以集中的方式設(shè)置在錘部24的中央。因此，通過出于有更大靜電電容的緣故而使得可動電極30B的長邊方向長度L更長，可改善靈敏度。同時，如在上方描述的，在可動電極30B在其一端固定到錘部24的情況下，與長度L成比例地發(fā)生扭曲。相反，在本實施例中，可動電極30B在其兩端部固定到錘部24，從而可動電極30B難以發(fā)生扭曲。因此，即使可動電極30B的長度L針對期望的靜電電容被制造得更大，具有更長長度L的可動電極30B也可有利地以集中的方式設(shè)置。
[0067]另外，如上所述的配備有固定電極和可動電極的加速度傳感器仍然存在的問題是，由于可動電極和固定電極之間撞擊而造成的例如短路、損壞等。即可動電極的位置響應(yīng)于加速度的應(yīng)用而運動，所述可動電極與固定電極撞擊，這導(dǎo)致短路、損壞等。因此，為了避免可動電極和固定電極之間的撞擊，設(shè)計了配備有用于限制錘部運動的止動部的加速度傳感器。
[0068]例如，對于第一傳感器21，認(rèn)為可以設(shè)置止動部用于限制錘部24的運動等，從而錘部24的運動可在電極部件30撞擊第一和第二固定電極28、29之前被限制。然而，在止動部起作用的時間點，錘部24已經(jīng)開始運動且電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的寬度74比如上指定的2.0 μ m到2.5 μ m的距離更窄，例如，由于扭曲造成的撞擊更有可能發(fā)生。因而，即使第一傳感器21配備有止動部等以用于限制錘部24的運動，關(guān)鍵的仍然是將可動電極30B的兩端部固定到錘部24，用于更可靠地避免電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊。
[0069]所需的是例如用于限制錘部運動的止動部這樣的組成元件應(yīng)該設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢茫@取決于固定電極和可動電極的形狀和構(gòu)造。尤其是，因為三維加速度傳感器采用的錘部被設(shè)置為沿其平面內(nèi)方向自由地運動，所以止動部應(yīng)該被設(shè)置為根據(jù)可根據(jù)加速度改變的錘部的定位或傾斜程度而正確地起作用。
[0070]在后文中，將描述靜電容電器類型加速度傳感器的另一實施例，其配備有用于限制錘部運動的限制器，以便避免固定電極和可動電極的撞擊。
[0071]首先，將參見圖7詳細(xì)描述第一止動部23A和第二止動部23B的設(shè)置。在本實施例中，第一止動部23A和第二止動部23B的位置根據(jù)第一固定電極28和第二固定電極29的位置確定。更具體地，如圖7所示，對于俯視觀察基板12 (參考圖1)時通過第一和第二固定電極28、29限定的基本上矩形的形狀，矩形形狀的頂點被限定為端點Tl到T4。這些端點Tl到T4從左上頂點以順時針的方式設(shè)置。由此，通過連接端點Tl到T4而限定的矩形框被認(rèn)為是圍繞第一和第二固定電極28、29的整體的矩形框，且在俯視觀察時長邊和短邊分別沿X軸線方向和y軸線方向定向。另外，Tl到T4的位置可以適當(dāng)?shù)馗淖?，只要第一和第二固定電極28、29整個被包圍在通過連接端點Tl到T4限定的矩形框中即可。
[0072]在本實施例中，在俯視觀察基板12時，端點Tl和T2被認(rèn)為是在第一和第二固定電極28、29的y軸線方向端部(圖7中的最上端部)中的一個處的x軸線方向端部。進一步中，在俯視觀察基板12時，端點T3和T4被認(rèn)為是在第一和第二固定電極28、29的y軸線方向端部(圖7中的最下端部)中的另一個處的X軸線方向端部。進一步地，端點Tl和T4被認(rèn)為是在第一和第二固定電極28、29的X軸線方向端部中一個處的y軸線方向端部。進一步地，端點T2和T3被認(rèn)為是在第一和第二固定電極28、29的軸線方向端部中的另一個處的I軸線方向端部。
[0073]接下來，通過端點Tl和T2的線被限定為第一線85A，且通過端點T3和T4的線被限定為第一線85B。對于本實施例的第一傳感器21，第一線85A和第一線85B是與x軸線方向平行的線。進一步地，通過端點Tl和T4的線被限定為第二線86A，且通過端點T2和T3的線被限定為第二線86B。對于本實施例的第一傳感器21，第二線86A和第二線86B是與y軸線方向平行的線。通過使用第一線85A、85B和第二線86A、86B，俯視觀察的第一傳感器21被分成九個區(qū)域，它們按順序(圖7中從左上到右下的順序)被限定為區(qū)域Rl到R9。
[0074]在上述限定中，區(qū)域R5是中間區(qū)域，在俯視觀察第一傳感器21時，區(qū)域R5是中間區(qū)域，在該區(qū)域設(shè)置了第一和第二固定電極28、29。沿y軸線方向區(qū)域R2和R8挨著區(qū)域R5。沿X軸線方向區(qū)域R4和R6挨著區(qū)域R5。其余的四個區(qū)域Rl、R3、R7和R9是不同于鄰接區(qū)域R5的R2、R4、R6和R8的區(qū)域。對于本實施例的第一傳感器21，在屬于上述四個區(qū)域R1、R3、R7和R9的部分處，第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置在框架23上。第一止動部23A和第二止動部23B相對于錘部24的重心對稱定位。另外，止動部23A、23B每一個可以相對于錘部24的重心不對稱地定位。
[0075]接下來，通過參見圖8到圖10，將描述第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置在區(qū)域Rl、R3、R7和R9處的情況下的效果。圖8到圖10每一個示意性地顯示了作為比較例的傳感器，其中出于簡要說明的目的，一些組成元件被適當(dāng)?shù)厥÷郧覂H設(shè)置一個固定電極。圖8所示的加速度傳感器90配置為使得固定電極93設(shè)置在錘部91的中央，以便沿X軸線方向定向，且電極部件94設(shè)置為圍繞固定電極93。對于加速度傳感器90，框架96沿y軸線方向設(shè)置在面對錘部91的位置。對于每一個框架96，止動部96A沿y軸線方向設(shè)置在面對固定電極93的位置。換句話說，止動部96A設(shè)置在固定電極93拉伸以便沿y軸線方向面對止動部96A的X軸線方向范圍。
[0076]進一步地，固定電極93和電極部件94之間的y軸線方向距離限定為寬度97。這里，寬度97的長度與寬度74 (參考圖4)相同。更希望使得寬度97更窄，以改善靈敏度。進一步地，止動器96A的前端和錘部91之間的距離被限定為寬度98。寬度98比寬度97更短，用于避免固定電極93和電極部件94之間的撞擊。優(yōu)選的是，根據(jù)穩(wěn)定制造的限制條件而將寬度98設(shè)置為可行的最小長度，且寬度97比寬度98略微長。
[0077]接下來，圖9示出了 y軸線方向加速度應(yīng)用于加速度傳感器90且使得錘部91運動(在圖9向下)的情況。在這種情況下，錘部91在其下側(cè)周邊接合止動部96A，從而在電極部件94撞擊固定電極93之前錘部91的運動被限制。在錘部91沿y軸線方向作平行運動的情況下，錘部91 (電極部件94)接近固定電極93且相距對應(yīng)于寬度97 (參考圖8)和寬度98之間差的距離,然后停止。
[0078]在加速度傳感器90的實際使用中，假定這樣的情況:沿不同于檢測方向(在這種情況下是y軸線方向)的方向起作用的加速度應(yīng)用于加速度傳感器90。例如，在大沖擊應(yīng)用于圖10所示的加速度傳感器90的情況下，除了 y軸線方向加速度，X軸線方向加速度起作用，且使得錘部91相對于z軸線旋轉(zhuǎn)(在圖10逆時針旋轉(zhuǎn))。在這種情況下，不同于圖9所示的情況，電極部件94和固定電極93之間的y軸線方向距離根據(jù)電極部件94的X軸線方向位置變化。這是因為包括錘部91的旋轉(zhuǎn)運動的y軸線方向運動量與距旋轉(zhuǎn)中心的距離成比例地增加。在本文中針對加速度傳感器90的構(gòu)造所述的旋轉(zhuǎn)中心對應(yīng)于錘部91的中心以及固定電極93的X軸線方向中間點。因而，在電極部件94與固定電極93的X方向中間點分開時，錘部91的y方向運動量增加且電極部件94和固定電極93之間的距離變得更窄。
[0079]進一步地，對于加速度傳感器90，相對于X軸線方向，固定電極93的兩端部定位在止動部96A以外。上述定位允許這樣的情況，其中錘部91的y軸線方向運動量(即錘部94相對于固定電極93的兩端部的運動量)變得比錘部91相對于止動部96A的運動量更大。由此，固定電極93的兩端部與電極部件94撞擊。
[0080]同時，圖7所示的本實施例的第一止動部23A設(shè)置在區(qū)域R1、R3、R7和R9處，所有的這些區(qū)域定位為不相對于y軸線方向面對第一和第二固定電極28、29。第一止動部23A的位置例如應(yīng)當(dāng)是圖10中一長兩短虛線表示的止動部99的位置。止動部99的位置是在錘部91隨旋轉(zhuǎn)做出的y軸線方向運動量比錘部91相對于固定電極93的兩端部做出的運動量更大時錘部91達(dá)到的位置。因此，在固定電極93的兩端部撞擊電極部件94之前由此定位的止動部99接合錘部91，以便避免撞擊。即通過優(yōu)化第一止動部23A的位置，本實施例的第一傳感器21可靠地避免電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊。
[0081]作為用于避免與圖8所示的加速度傳感器90的撞擊的方法，可以考慮的構(gòu)造是使得止動部96A和錘部91之間的距離(寬度98)與固定電極93和電極部件94之間的距離(寬度97)相比短得多。然而，在上述構(gòu)造中，例如，在寬度98設(shè)置為根據(jù)制造過程中穩(wěn)定制造的限制條件可行的最短長度，寬度97的長度必須被制造得比根據(jù)制造過程中穩(wěn)定制造的限制條件可行的寬度98的最短長度顯著地更長，這使得難以將靈敏度改善到期望的水平。
[0082]另一方面，本實施例的第一加速度傳感器21可配置為使得第一止動部23A和錘部24之間的距離(圖8的寬度98)設(shè)置為根據(jù)制造過程中穩(wěn)定制造的限制條件而可行的最短長度，而電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的距離(圖8的寬度97)t匕寬度98略長。即上述構(gòu)造可以使得固定電極93和電極部件94之間的距離接近根據(jù)制造過程中穩(wěn)定制造的限制條件可行的最短長度，以用于改善靈敏度。
[0083]雖然以上說明集中于沿y軸線方向的第一止動部23A帶來的效果，但是沿x軸線方向的第二止動器23B帶來的效果與第一止動部23A帶來的效果相似。即與y軸線方向運動相似，在錘部24旋轉(zhuǎn)時，沿X軸線方向電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的距離也相對地變化。因此，通過相對于I軸線方向?qū)⒌诙箘硬?3B布置在第一和第二固定電極28、29以外的位置，除了第一止動部23A，第二止動部23B能可靠地避免固定電極93和電極部件94之間的撞擊，甚至在錘部24作旋轉(zhuǎn)運動時也可以。
[0084]對于作為比較例的圖5所示的第一傳感器21A，第一止動部23A和第二止動部23B可以以相同的定位方式設(shè)置。例如，如圖11所示，對于沿第一傳感器21A的長邊方向分開地設(shè)置為兩列的第一固定電極28和第二電極29，俯視觀察時布置成兩列的第一和第二固定電極28、29的外周邊呈現(xiàn)矩形形狀，且矩形形狀的四個頂點限定為端點Tl到T4。參考端點Tl到T4，限定第一線85A、85B和第二線86A、86B和區(qū)域Rl到R9。即使第一止動部23A和第二止動器23B的位置根據(jù)由此設(shè)置的區(qū)域Rl到R9確定，電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊也可以可靠地避免。
[0085]接下來，對彈簧43的構(gòu)造進行說明。圖12A所示的彈簧100是彈簧43的一個例子。如上所述，彈簧100構(gòu)造為短邊111和長邊112順序地交錯相連，從而構(gòu)成彈簧100的短邊111和長邊112形成直角。另外，如圖12A?圖12C所示，在以下的說明中，將短邊111的長度稱為LI，長邊112的長度稱為L2。并且，圖12A?圖12C在箭頭所示的方向表示彈簧100、100A、100B彈性運動的方向。
[0086]彈簧100構(gòu)造為使得長度L2比長度LI長，且長度L2比連接到錘部24 (參照圖2A)與梁部41 (參照圖2A)的彈簧100的端到端的距離L3短。在此，假定構(gòu)成彈簧100形狀的、以在I軸線方向的往復(fù)次數(shù)(即在I軸線方向端的任一端折返的次數(shù))表示為η (以下稱為“折疊次數(shù)”)。在圖12Α所示的彈簧100中，折疊次數(shù)為15次，以形成彈簧的形狀。對于彈簧100，折疊次數(shù)η與X軸線方向的彈簧常數(shù)Kx、y軸線方向的彈簧常數(shù)Ky、ζ軸線方向的彈簧常數(shù)Kz相關(guān)。本發(fā)明的
【發(fā)明者】通過針對根據(jù)彈簧100的折疊次數(shù)η變化的彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz進行研究、模擬等而得到本發(fā)明的構(gòu)思。具體地說，如圖12A所示，例如，在要被彈簧100占據(jù)的區(qū)域為定值的情況下，即在改變折疊次數(shù)η時在與ζ軸線方向垂直的平面上要被彈簧100占有的表面區(qū)域S (圖12Α中以陰影覆蓋的部分)的面積為定值的情況下，進行對彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz變化的評估。
[0087]圖13是表示各個彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz相對于折疊次數(shù)η的曲線圖。如圖13所示，X軸線方向的彈簧常數(shù)Kx隨著折疊次數(shù)η的增加而增大。圖中以實線所示的曲線表示X軸線方向彈簧常數(shù)Kx的計算結(jié)果，并且從Kx的曲線圖中可知，隨著折疊次數(shù)η的增加沿X軸線方向的剛性增強、從而沿X軸線方向的彈性受到限制。
[0088]同時，y軸線方向的彈簧常數(shù)Ky隨著折疊次數(shù)η的增加而減小。以虛線表示的曲線表示I軸線方向彈簧常數(shù)Ky的計算結(jié)果。Ky的曲線可知，隨著折疊次數(shù)η的增加沿y軸線方向的剛性降低，彈簧變得更易于沿y軸線方向運動。與Ky類似，ζ軸線方向的彈簧常數(shù)Kz隨著折疊次數(shù)η的增加而減小。以點劃線表示的曲線表示ζ軸線方向彈簧常數(shù)Kz的計算結(jié)果。從Kz曲線可知，隨著折疊次數(shù)η的增加，彈簧變得更易于沿ζ軸線方向運動。
[0089]根據(jù)以上內(nèi)容，利用圖13所示的曲線圖，基于彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz將彈簧100分為三種類別。例如，以使得彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz接近基本相等值的折疊次數(shù)η被限定為基準(zhǔn)值nl (例如nl = 10)，則分類為“類型I”的彈簧100構(gòu)造為使得折疊次數(shù)η比基準(zhǔn)值nl小。例如，如圖12B所示，折疊次數(shù)η為5次的彈簧100A被分類為“類型I”。該彈簧100Α構(gòu)造為使得其端到端的長度L3比長度L2短，由此彈簧100Α易于相對于X軸線方向運動，而相對于I軸線方向的彈性運動被限制。也就是說，彈簧100Α沿一個方向有彈性，且相當(dāng)于例如日本已公開專利11-344507所示的單軸加速度傳感器所采用的彈簧類型。
[0090]接下來，分類為“類型2”的彈簧100構(gòu)造為使得折疊次數(shù)η與基準(zhǔn)值nl相同，彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz接近相同的值。例如，如圖12C所示，折疊次數(shù)η為10次的彈簧100Β被分類為“類型2”。該彈簧100Β構(gòu)造為使得其端到端的長度L3與長度L2大致相等，由此彈簧100Β能夠相對于X軸線、y軸線、ζ軸線方向任一個運動。也就是說,彈簧100B沿x軸線、y軸線、ζ軸線方向有彈性且可動，且相當(dāng)于例如日文翻譯的PCT國際專利申請2005-534016中所示的三軸加速度傳感器所采用的彈簧類型。
[0091]而且，圖12A所示的彈簧100分類為“類型3”，其構(gòu)造為使得折疊次數(shù)η比基準(zhǔn)值nl大。彈簧100沿兩個方向呈現(xiàn)可動性。詳細(xì)地說，彈簧100沿X軸線方向呈剛性，在X軸線方向上短邊111與長邊112連續(xù)彎折成Z形樣式。因此，彈簧100難以沿X軸線方向彈性運動。進而，彈簧100沿與X軸線方向垂直的I軸線方向可動，其中彈簧沿X軸線方向折疊成Z形。并且，彈簧100沿ζ軸線方向可動，所述ζ軸線方向與設(shè)置要被彈簧100占有的區(qū)域S的平面垂直。因此，對于采用了呈現(xiàn)上述特性的彈簧100 (等價于彈簧43)的第一傳感器21，能夠檢測出作用在y軸線方向的加速度和作用在ζ軸線方向的加速度，并且錘部24在X軸線方向上不允許運動，以便能夠抑制不被檢測的方向(X軸線方向)上的加速度靈敏度。由此，實現(xiàn)檢測精度的提聞。
[0092]接下來，對這樣構(gòu)成的加速度傳感器10的靈敏度進行說明。加速度傳感器10構(gòu)造為利用第一和第二傳感器21、31兩者的輸出來檢測沿ζ軸線方向的加速度。假定沿第一和第二傳感器21和31的ζ軸線方向面對固定電極的可動電極的面積限定為“S”、電極之間的距離為“d”、電導(dǎo)率為“ ε ”，靜電電容“C”可以通過下式表示。
[0093]C= ε S/d......(I)
[0094]錘部24形成為平坦板形狀，其平面方向與ζ軸線方向垂直。因此，能夠使用于檢測沿ζ軸線方向的加速度的可動電極的面積S比用于檢測其他方向(X軸線方向，y軸線方向)的加速度的可動電極的面積S大。因此,對于本實施例的第一和第二傳感器21、31每一個，能夠使用于檢測作用在ζ軸線方向上的加速度的靜電電容的大小比沿其他兩個方向的大。
[0095]另外，利用上述等式(1)，靜電電容的變化量AC相對于距離的變化量Ad的比如下式所示。
[0096]Δ C/ Δ d = ε S/d2......(2)
[0097]另外，根據(jù)運動方程式、彈性法則，作用在錘部24上的力如下式所示。
[0098]F = ma = k Δ d......(3)
[0099](m:錘部24的質(zhì)量，a:加速度，k:彈簧常數(shù))
[0100]根據(jù)上述等式(2)、(3)，靜電電容的變化量Λ C如下式所示。
[0101]Δ C = ( ε S/d2*m/k) a = (C/k*m/d) a......(4)
[0102]因此，根據(jù)上述等式(4)判斷，為了提高本實施例的電容加速度傳感器10的對于加速度a的靈敏度(靜電電容的變化量)需要采用以下方式:增大作為重物的錘部24的質(zhì)量“m” ；增大由錘部24與第一固定電極28、第二固定電極29和第三固定電極55構(gòu)成的電容器的靜電電容“C”;或減少彈簧常數(shù)Kx、Ky、Kz。對此，質(zhì)量“m”與錘部24的大小相關(guān)，且靜電電容C與可動電極的面積“S”相關(guān)，該可動電極的平面與錘部24的ζ軸線方向垂直。如圖2A所示，俯視觀察時，其是占據(jù)了加速度傳感器10的平面的大部分區(qū)域的錘部24。同時，作為由用于檢測X軸線、y軸線、ζ軸線方向每一個的多個單軸加速度傳感器(如上述日本已公開專利11-344507所公開的加速度傳感器)構(gòu)成的多軸加速度傳感器的示例性構(gòu)造，可以想到將多個加速度傳感器排列在同一平面上的結(jié)構(gòu)。但是，俯視觀察上述日本已公開專利11-344507所公開的加速度傳感器時，發(fā)現(xiàn)在該構(gòu)造的平面視圖中用于ζ軸線方向的加速度檢測的錘部占據(jù)一小部分。也就是說，本實施例的加速度傳感器10構(gòu)造為使得安裝在其中的所有傳感器(第一和第二傳感器21、31)對ζ軸線方向的加速度都能檢測。因此，本實施例的加速度傳感器10可以實現(xiàn)的優(yōu)點是，與沿ζ軸線方向具有與本實施例相同的加速度靈敏度的不同類型的三軸加速度傳感器相比，可實現(xiàn)其小型化。
[0103]對于靜電電容型加速度傳感器，期望的是沿X軸線、y軸線、ζ軸線方向每一個具有的靈敏度基本大致相同。從等式式(4)可知，為了實現(xiàn)沿X軸線、y軸線、ζ軸線方向的靈敏度大致相同，可以使相對于X軸線、y軸線、ζ軸線方向每一個的靜電電容C與彈簧常數(shù)k的比相等。例如，如后文所述的，假定以下限定應(yīng)用于上述的加速度傳感器10。首先，對于檢測X軸線方向的加速度的第二傳感器31，給出的限定是，錘部24與第一和第二固定電極28,29之間的靜電電容表示為Cx，第二傳感器31相對于X軸線方向的彈簧常數(shù)表示為kx。其次，對于檢測y軸線方向的加速度的第一傳感器21，給出的限定是，錘部24與第一和第二固定電極28、29之間的靜電電容表不為Cy,第一傳感器21相對于y軸線方向的彈簧常數(shù)為ky。由于本實施例的第一和第二傳感器21、31結(jié)構(gòu)相同，所以針對第一傳感器21設(shè)置的靜電電容Cx和X軸線彈簧常數(shù)kx分別與針對第二傳感器31設(shè)置的靜電電容Cy和y軸線彈簧常數(shù)ky基本相同。對于檢測ζ軸線方向的加速度的第一傳感器21，進一步給出的限定是,錘部24與第三固定電極55之間的靜電電容表不為Czl,且彈簧43相對于ζ軸線方向的彈簧常數(shù)表示為kzl。對于檢測ζ軸線方向的加速度的第二傳感器31，進一步給出的限定是,錘部24與第三固定電極55之間的靜電電容表不為Cz2,且彈簧43相對于ζ軸線方向的彈簧常數(shù)表示為kz2。因為本實施例的第一傳感器21和第二傳感器21結(jié)構(gòu)相同，所以針對第一傳感器21設(shè)置的靜電電容Czl和彈簧常數(shù)kzl分別與針對第二傳感器31設(shè)置的靜電電容Cz2和彈簧常數(shù)kz2基本相同。
[0104]為了使每個方向的靜電電容C與彈簧常數(shù)k的比相等，需要優(yōu)選滿足下式。
[0105]2*Cx/kz = 2*Cy/ky = (Czl/kzl+Cz2/kz2)......(5)
[0106]因此，通過將傳感器設(shè)計為將其靜電電容和彈簧常數(shù)近似滿足上述等式(5)，能夠使沿相互垂直的三個軸線方向每一個的加速度的靈敏度相似，且能夠使加速度傳感器10的設(shè)計簡化。另外，如圖3所示，第一傳感器21和第二傳感器31每一個構(gòu)成含有平行板電容器Cl、C2的橋接電路的形式，以便通過利用電容器Cl和電容器C2之間的靜電電容的差來計算加速度。因此，對于每個傳感器21、31，每個方向的靈敏度與電容器C1、C2中的任一個的兩倍電容值相關(guān)。由此，考慮到用于靜電電容型加速度傳感器的橋接電路的特點而建立了上述等式(5)。
[0107]接下來，對第一傳感器21的示例性制造方法進行說明。另外，由于與第一傳感器21是類似，所以省略了對第二傳感器31的制造方法說明。
[0108]首先，準(zhǔn)備如圖14A所示的核心板200。核心板200是例如由單晶硅構(gòu)成的晶片。在核心板200上形成很多傳感器元件，然后進行切片處理，并且對多個第一傳感器21進行單片化。
[0109]在核心板200的上表面上形成絕緣層210。絕緣層210通過利用例如熱氧化法、沉積法在二氧化硅膜之上層疊氮化硅而形成膜或氮化硅(SiNx)制造。然后，在絕緣層210的上表面上，通過利用光刻技術(shù)形成任意樣式的第三固定電極212、襯墊214和未圖示的配線。第三固定電極212和配線(未示出)通過使用多晶硅或類似材料(其對后文所述的犧牲層215的蝕刻有耐性)制造。另外，通過通常用于LSI技術(shù)的鋁形成第三固定電極212和未圖示的配線的情況下，優(yōu)選的是，在該鋁之上覆蓋氮化硅膜，或在多層層疊膜構(gòu)成的絕緣層210的中間形成鋁層，以便提高對犧牲層215的蝕刻的耐性。如上所述，可以通過層疊多層來構(gòu)成絕緣層210、，每一個第三固定電極212和每條配線(未示出)。并且，每一個第三固定電極212和每條配線(未示出)可以通過層疊具有導(dǎo)電性的多層來構(gòu)成。
[0110]然后，如圖14B所示，形成完全覆蓋絕緣層210和第三固定電極212的犧牲層215。犧牲層215是通過根據(jù)例如化學(xué)氣相沉積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法形成二氧化硅膜而形成的。犧牲層215的厚度為例如2 μ m。然后，如圖14C所示，形成接觸孔216以使每個襯墊214的一部分通過犧牲層215露出。接觸孔216通過利用例如光刻技術(shù)而形成。
[0111]然后，如圖15A所示，在犧牲層215上形成電極層217。當(dāng)電極層217形成時，接觸孔216被充填有電極層217。電極層217是例如通過CVD法形成多晶硅膜而形成的。電極層217的厚度為例如5?10 μ m。然后，如圖15B所示，對電極層217進行蝕刻，形成貫通孔219及第一固定電極220和第二固定電極221。對電極層217的蝕刻，其方式是，通過例如利用光刻技術(shù)而在電極層217上形成任意圖案的抗蝕刻層(未示出)，通過Deep-RIE (反應(yīng)離子刻蝕)法對從該抗蝕刻層的開口部露出到空氣的區(qū)域進行異向性蝕刻。盡管未示出，但是例如通過與制造第一固定電極220和第二固定電極221的工序類似的工序形成彈簧43。
[0112]然后，如圖15C所示，對犧牲層215進行蝕刻。對犧牲層215的蝕刻是例如從形成在電極層217中的貫通孔219注入蝕刻液(例如緩沖氫氟酸酸(BHF))而進行的。由此形成圖1所示的第一傳感器21。
[0113]根據(jù)上述實施方式，能夠得到以下效果。
[0114](I)對于構(gòu)成加速度傳感器10的第一傳感器21和第二傳感器31,構(gòu)成靜電電容器27的第一和第二固定電極28、29和電極部件30 (可動電極30B)在錘部24的中央以集中的方式設(shè)置成一列。在上述構(gòu)造中，因為對一個檢測方向有響應(yīng)的靜電電容器27的組成元件集中設(shè)置一列，布置方式可針對用于將第一和第二固定電極28、29連接到基板12的第一和第二連接件28B、29B而被優(yōu)化，且第一和第二連接件28B、29B的數(shù)量可減小，以用于使得加速度傳感器作為一個整體小型化。進一步地，在上述構(gòu)造中，通過減少第一和第二連接件28B、29B的數(shù)量而節(jié)省的區(qū)域可用于要被添加到用于錘部24的區(qū)域的部分，換句話說，相比于具有相同靜電電容的其他加速度傳感器，用于錘部24的增加區(qū)域可使得錘部24更重且改善加速度傳感器21的靈敏度。
[0115](2)對于本實施例的第一傳感器21，每一個可動電極30B在長邊兩端部處連接到錘部24，即在固定部分81和82處。由于可動電極30B (其兩端部被固定到錘部24)的上述構(gòu)造，可動電極30B和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊可被避免，即使由于沖擊等對其施加了大加速度也可以。另外，第二傳感器31結(jié)構(gòu)上與第一傳感器21相同且?guī)淼男Чc第一傳感器21所帶來的效果相同。
[0116]進一步地，因為每一個可動電極30B的兩端部固定到錘部24，所以可動電極30B難以扭曲。因此，即使靜電電容器27采用長度L (參考圖6)針對期望的靜電電容而被制造得更長的可動電極30B，也可實現(xiàn)靈敏度改善的加速度傳感器，而可動電極30B和第一固定電極28/第二固定電極29之間的短路可被避免。
[0117](3)對于安裝在加速度傳感器10中的第一傳感器21，用在第一傳感器21中的一對彈簧43構(gòu)造為根據(jù)沿y軸線方向起作用的加速度和沿ζ軸線方向起作用的加速度而彈性運動，同時被防止根據(jù)X軸線方向的加速度而沿X軸線方向彈性運動。從而能夠從根據(jù)加速度進行運動的錘部24與第一至第三固定電極28、29，55之間的靜電電容的變化檢測出沿y軸線方向的加速度和沿ζ軸線方向的加速度。也就是說，用在第一傳感器21中的一對彈簧43每一個沿X軸線方向具有剛性，從而第一傳感器21用作兩軸加速度傳感器。安裝在加速度傳感器10中的第二傳感器31具有與第一傳感器21同樣的結(jié)構(gòu),其中差別在于第二傳感器31構(gòu)造為檢測X軸線方向的加速度和ζ軸線方向的加速度。由此，如此組合的第一傳感器21和第二傳感器31構(gòu)成三維加速度傳感器。在如此構(gòu)造的三維加速度傳感器中，用在各傳感器21、31中的一對彈簧43每一個沿一個方向具有剛性。因此，沿一個方向剛性的一對彈簧43每一個防止錘部24的旋轉(zhuǎn)，即使由于制造工藝的缺陷而導(dǎo)致錘部24的重心偏移的情況下也可以。因此，能夠構(gòu)成實現(xiàn)加速度檢測精度的提高的加速度傳感器10。
[0118](4)加速度傳感器10構(gòu)造為通過將第一傳感器21和第二傳感器31兩者的針對z軸線方向的輸出求和而檢測沿z軸線方向起作用的加速度。因為安裝在加速度傳感器10中的所有傳感器(第一傳感器21和第二傳感器31)用于對z軸線方向的加速度檢測，所以與三個單軸加速度傳感器構(gòu)成的不同類型的三維加速度傳感器相比，加速度傳感器10能夠得到使其尺寸更加小型化的優(yōu)點。
[0119](5)在俯視觀察第一傳感器21時，這里使用的成對彈簧43每一個的可動端43B相對于其固定端43A位于外側(cè)。由于如此定位的成對彈簧43每個，能夠減輕作用在錘部24上的旋轉(zhuǎn)力矩的影響，并且能夠?qū)崿F(xiàn)第一傳感器21的檢測精度的提高。進一步地，電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊可被避免。
[0120](6)對于第一傳感器21和第二傳感器31每一個，每一個用于限制錘部24運動的第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置在區(qū)域Rl、R3、R7和R9，所有的這些區(qū)域定位為相對于X軸線方向和I軸線方向不面對第一和第二固定電極28、29。在上述構(gòu)造中,第一止動部23A和第二止動部23B接合錘部24的位置設(shè)置在第一和第二固定電極28、29的位置以外。在沿X軸線和y軸線方向起作用的加速度造成錘部24旋轉(zhuǎn)的情況下,例如,錘部24相對于X軸線和y軸線方向每一個的運動量與距旋轉(zhuǎn)中心的距離增加成比例地變得更大。因此，通過采用相應(yīng)止動部23A、23B接合錘部24的位置設(shè)置在相應(yīng)固定電極28、29的位置以外的這種構(gòu)造方式，在錘部24的運動量大的情況下錘部24接合相應(yīng)止動部23A、23B。由此，與止動部23A、23的接合限制錘部24的運動，從而電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊可被可靠地避免。
[0121](7)進一步地，因為用在第一傳感器21和第二傳感器31每一個中的彈簧43沿垂直于加速度檢測方向的方向呈剛性，所以彈簧43可在大的沖擊等施加于傳感器時防止錘部24沿非加速度檢測方向運動。由此，電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊可被更可靠地避免。
[0122]雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施例，但是應(yīng)該理解可以做出各種改變、替換和修改而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
[0123]例如，在上述實施例中，第一傳感器21和第二傳感器31每一個用作雙軸加速度傳感器，其能相對于兩個軸向方向檢測加速度。但是，其每一個可以用作單軸加速度傳感器，其能相對于僅一個軸向方向檢測加速度。例如，對于用于第一傳感器21的彈簧43，圖12所示的“類型I”的彈簧100A可以被采用，以用作用于檢測y軸線方向加速度的單軸加速度傳感器。在由此配置的單軸加速度傳感器中，靜電電容器27的組成元件可以以集中的方式設(shè)置在錘部24的中央或每一個可動電極30B的兩端部可以固定到錘部24。
[0124]在上述實施例中，第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置在區(qū)域R1、R3、R7和R9，所有的這些區(qū)域定位為相對于X軸線方向和y軸線方向不面對第一和第二固定電極28、29。在這方面，上述構(gòu)造可以被適當(dāng)?shù)匦薷模灰薷牡臉?gòu)造可讓錘部24在區(qū)域Rl、R3、R7和R9接合以限制錘部24的運動即可。即，即使沒有在區(qū)域R1、R3、R7和R9設(shè)置止動部23A、23B，讓錘部24在上述區(qū)域接合的構(gòu)造也可帶來與設(shè)置在上述區(qū)域的止動部23A、23B相似的效果。
[0125]進一步地，在上述實施例中，可以采用省略第一止動部23A或省略第二止動部23B的構(gòu)造。例如，第一傳感器21可以僅配備有一些第一止動部23A (四個第一止動部23A)，其每一個相對于檢測方向面對錘部24。
[0126]在上述實施例中，第一止動部23A的形狀等和第二止動部23B的形狀等僅僅是可以適當(dāng)?shù)匦薷牡倪@些止動部的例子和形狀等。例如，類似圖16所示的第一傳感器21B，可以采用將第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置在錘部24的外周邊的構(gòu)造。在這種情況下，第一傳感器21B配置為使得第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置在錘部24的外周邊，以便向外突出且與外部框架23接合。本文所述的的構(gòu)造可帶來與實施例中描述的止動部23A、23B相似的效果。
[0127]進一步地，對于第一傳感器21B，第一止動部23A和第二止動器23B定位為相對于錘部24的重心彼此對稱。在該構(gòu)造中，通過相對于錘部24對稱設(shè)置第一止動部23A和第二止動部23B (對于保持加速度的檢測準(zhǔn)確性尤其需要這種對稱)，電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊可被避免，同時有利地保持檢測準(zhǔn)確性。
[0128]進一步地，類似圖17所示的第一傳感器21C，可以采用一種構(gòu)造，例如使得止動部設(shè)置為沿z軸線方向穿過錘部24，從而止動部可接合錘部24的內(nèi)部部分。對于第一傳感器21C，止動部240設(shè)置為在區(qū)域R1、R3、R7和R9處在基板12上直立(參考圖1 )，所述止動部是沿z軸線方向穿過錘部24的柱形狀。止動部240通過接合形成在錘部24中的通孔而限制錘部24的運動。由此，電極部件30和第一固定電極28/第二固定電極29之間的撞擊可被避免。本文所述的構(gòu)造可帶來與實施例中描述的止動部23A、23B所帶來的效果相似的效果。另外，凸面部分可以在其面對錘部24的表面處設(shè)置在止動部240每一個上,從而止動器240和錘部24的接觸區(qū)域減小，以避免沾黏。
[0129]進一步地，在上述實施例中，第一傳感器21和第二傳感器31每一個被用作傳感器，其能檢測相對于錘部24的平面方向沿一個軸向方向起作用的加速度。但是，這些傳感器每一個可以是能檢測沿兩個軸向方向起作用的加速度的傳感器。例如，除了對y軸線方向加速度做出響應(yīng)的靜電電容器231，圖18所示的第一傳感器21D包括對X軸線方向加速度做出響應(yīng)的靜電電容器232。在這種情況下，對于用于第一傳感器21D的彈簧43，可以采用圖12C所示的“類型2”的彈簧，所述彈簧有彈性且沿X軸線、y軸線和z軸線方向可動。
[0130]例如，對于圖18所示的第一傳感器21D，俯視觀察時，可以設(shè)置端點Tl到T4以便對應(yīng)于包圍整個第一固定電極28和第二固定電極29的矩形形狀(圖18的正方形)，所述第一和第二固定電極設(shè)置為用于相應(yīng)的靜電電容器231、232。參考端點Tl到T4，限定了第一線85A、85B、第二線86A、86B和區(qū)域Rl到R9 (參考圖7)。參考由此限定的區(qū)域Rl到R9，可以確定第一止動部23A和第二止動器23B的位置。在上述構(gòu)造中，第一止動部23A和第二止動部23B設(shè)置為用于分別限制y軸線方向和X軸線方向的運動。因此，由此設(shè)置的第一和第二止動部23A、23B可限制沿X軸線和y軸線方向運動的錘部24的運動，且可靠地避免相應(yīng)靜電電極231、232的電極中的撞擊。
[0131]在上述實施例中，第一連接件28B和第二連接件29B分別設(shè)置在第一固定電極28的長邊方向的一端和第二固定電極29的長邊方向的一端處。但是，連接件的設(shè)置方式并不限于如上所述的情況。例如，類似圖19所示的第一傳感器21B，相對于它們的長邊方向(X軸線方向)，第一連接件28B和第二連接件29B可以分別大致設(shè)置在第一固定電極28和第二固定電極29的中央處。采用這種構(gòu)造可將傳感器的X軸線方向長度縮短寬度73的長度且可實現(xiàn)傳感器的小型化。
[0132]在上述實施例中，靜電電容器27的組成元件集中設(shè)置，從而靜電電容器27的中心與錘部24的重心70重合。然而，這些組成元件可以集中設(shè)置從而靜電電容27定位在錘部24的大致中心處。
[0133]俯視觀察時，第一傳感器21為大致正方形，但是第一傳感器21的形狀并不限于該形狀。例如，在俯視觀察時，如圖20所示的第一傳感器301和第二傳感器302每一個形成為大致矩形形狀。在俯視觀察時，第一傳感器301和第二傳感器302每一個形成為長邊沿X軸線方向延伸的大致矩形形狀。用在第一傳感器301中的彈簧311構(gòu)造為，與用在第一傳感器21中的每個彈簧43的X軸線方向的長度和y軸線方向的長度相比，彈簧311的x軸線方向的長度更長而I軸線方向的長度更短。用在第二傳感器302中的每個彈簧312構(gòu)造為，與用在第二傳感器31中的彈簧43的X軸線方向的長度和y軸線方向的長度相比，彈簧312的X軸線方向的長度更長而y軸線方向的長度更短。不管X軸線和y軸線方向的比例差，彈簧311，312也沿一個方向具有剛性。因此，第一和第二傳感器301、302每一個可用作兩軸加速度傳感器。也就是說，由此構(gòu)成的第一傳感器21和第二傳感器31能夠減少結(jié)構(gòu)上的限制、提高形狀設(shè)計方面的自由度。
[0134]并且，在如圖20所示的第一傳感器301和第二傳感器302每一個包括用于防止錘部24與其各部件之間的粘滯的止動部320。止動部320設(shè)置為直立在基板12上(參照圖1)，類似沿z軸線方向貫通錘部24的柱。止動部320與錘部24接合，從而能夠防止錘部24與其他部件(例如第一固定電極28)粘在一起。并且，雖然未示出，但是在止動部320的與錘部24面對的表面上設(shè)有凸面部分，由此能夠減小止動部320與錘部24的接觸面積，以有效地避免二者之間的粘滯。并且，這樣的凸面部分可設(shè)置在其他部件上，例如在錨定部45的與錘部24對置的表面上設(shè)置在該錨定部上，以能夠用作止動部320。并且，防止粘滯的構(gòu)造不限于止動部320?？梢詫θ我獠糠值倪吘壉砻鎽?yīng)用疏水性材料，以避免粘滯。
[0135]并且，各部件的形狀、結(jié)構(gòu)等僅是示例性地示出，且可以進行適當(dāng)?shù)淖兏?。例如，第一傳感?1和第二傳感器31可以具有不同的結(jié)構(gòu)。
[0136]另外，加速度傳感器10、第一傳感器21、21A到21E和第二傳感器31是加速度傳感器的例子?？蚣?3、第一止動器23A和第二止動器23B是限制器的例子。錘部24是錘部的例子。靜電電容器27是靜電電容器的例子。第一固定電極28和第二固定電極29是固定電極的例子。第一連接件28是第一連接件的例子。第二連接件29是第二連接件的例子。電極部件30、外部電極30A和可動電極30B是可動電極的例子。區(qū)域Rl到R9是區(qū)域的例子。端點Tl到T4是矩形框架頂點的例子。
[0137]接下來，將描述可從上述實施例得到的技術(shù)構(gòu)思和該技術(shù)構(gòu)思的效果。
[0138](權(quán)利要求2)在本申請公開的加速度傳感器中，在俯視觀察基板時，靜電電容器的中心與被錘部周邊圍繞的區(qū)域的中心重合。上述加速度傳感器配置為使得靜電電容器的中心與錘部的中心重合。由此，要被靜電電容器占據(jù)被制造得更小，這可對作為一個整體的加速度傳感器的小型化有貢獻(xiàn)。
[0139](權(quán)利要求3)在本申請公開的加速度傳感器中，被錘部的周邊圍繞的區(qū)域的中心可以是錘部的重心。上述加速度傳感器配置為使得錘部的重心與設(shè)置有靜電電容器的錘部的中心重合。由此，錘部可配置為相對于錘部的重心對稱。通過減少要被可動地設(shè)置的錘部的重心的偏差，可避免例如錘部旋轉(zhuǎn)運動這樣的不規(guī)則運動且可改善加速度傳感器的靈敏度。
[0140](權(quán)利要求4)在本申請公開的加速度傳感器中，一組固定電極可以包括:第一固定電極和第二固定電極，它們設(shè)置為在鄰近的兩個可動電極之間的區(qū)域中彼此鄰接；第一連接件，其連接第一固定電極和基板；和第二連接件，其連接第二固定電極和基板。進一步地，第一連接件可以配置為朝向毗鄰第一固定電極的第二固定電極伸展，從而第一固定電極可以以直線的狀態(tài)面對可動電極。進一步地，第二連接件可以配置為朝向毗鄰第二固定電極的第一固定電極伸展，從而第二固定電極可以以直線的狀態(tài)面對可動電極。
[0141]通常認(rèn)為第一連接件和第二連接件的設(shè)置增加相應(yīng)電極的總寬度。在上述加速度傳感器中，第一連接件和第二連接件配置為朝向它們相應(yīng)的毗鄰電極伸展，從而第一固定電極/第二固定電極設(shè)置為以直線的狀態(tài)面對可動電極。因而，在配備有第一和第二固定電極的所述加速度傳感器中，它們相應(yīng)連接件的設(shè)置可被優(yōu)化，這可對作為一個整體的加速度傳感器的小型化有貢獻(xiàn)。
[0142](權(quán)利要求5)在本申請公開的加速度傳感器中，每一個固定電極可以固定到基板且形成為平坦板形狀，其平坦表面垂直于基板的平坦表面方向和檢測方向。進一步地，每一個可動電極可以配置為從錘部延伸且形成平坦板形狀，其平坦表面平行地面對每一個固定電極。通過優(yōu)化固定電極和可動電極的設(shè)置(其每一個形成平坦板形狀)，可以實現(xiàn)作為一個整體的加速度傳感器的更有效的小型化和靈敏度改善。
[0143](權(quán)利要求6)在本申請公開的加速度傳感器中，每一個固定電極可以包括一組第一固定電極和第二固定電極，它們設(shè)置為在鄰近的兩個可動電極之間的區(qū)域中彼此鄰接。進一步地，在錘部運動時，第一固定電極和毗鄰第一固定電極的可動電極的電容變化以及第二固定電極和毗鄰第二固定電極的可動電極的電容變化可以是沿彼此相反的方向。在配備有第一固定電極每一個和第二固定電極每一個的上述加速度傳感器中(其中在錘部運動時第一固定電極和第二固定電極的電容變化是沿彼此互逆的方向)，可避免固定電極每一個和可動電極每一個之間的短路。
[0144](權(quán)利要求7)在本申請公開的加速度傳感器中，每一個可動電極可以配置為從錘部延伸且配備有要被連接到錘部的至少兩個固定部分。
[0145]在上述加速度傳感器中，每一個可動電極通過兩個或多個固定部分連接到錘部。由此，因為每一個可動電極固定在兩個或多個固定部分處，所以即使由于沖擊等而有大的加速度應(yīng)用于傳感器，該構(gòu)造也可避免每一個可動電極中部處的扭曲或伸展。由此該構(gòu)造可避免每一個可動電極接觸或撞擊每一個固定電極，以及避免電極之間的短路。
[0146](權(quán)利要求8)在本申請公開的加速度傳感器中，固定部分可以設(shè)置在每一個可動電極的兩端部處。由此，上述構(gòu)造可靠地避免每一個可動電極因加速度造成的扭曲。
[0147](權(quán)利要求9)在本申請公開的加速度傳感器中，每一個可動電極可以形成為平坦板形狀，其平坦表面垂直于基板的平坦表面方向和檢測方向。進一步地，固定部分可以設(shè)置在每一個可動電極的平坦表面的兩端部處。因為每一個平坦板狀可動電極的兩端部通過固定部分固定到錘部，所以上述構(gòu)造可靠地避免每一個可動電極因加速度造成的扭曲。
[0148](權(quán)利要求10)在本申請公開的加速度傳感器中，加速度傳感器可以進一步包括:框架，圍繞錘部；和凸面止動部，其每一個配置為朝向檢測方向突出，其中在加速度起作用時錘部運動，凸面止動部形成在錘部或框架上。進一步地，其中，在限定了包括四個邊(其中的兩個邊與檢測方向平行而另兩個邊垂直于檢測方向)的矩形框架時，參考矩形框架的四個頂點，在基板的平面視圖中，四個邊圍繞作為一個整體的固定電極，通過經(jīng)過沿垂直于檢測方向的方向定位的兩個頂點的兩條第一線每一條和經(jīng)過沿檢測方向定位的兩個頂點的兩條第二線每一條而可以將基板分成九個區(qū)域。進一步地，在占據(jù)了被分成九個區(qū)域的基板的四個角部的四個區(qū)域每一個處，錘部上的凸面止動部可以配置為接合框架，或框架上的凸面止動器可以配置為接合錘部，所述四個區(qū)域并非含有固定電極的區(qū)域和毗鄰含有固定電極的區(qū)域。
[0149]在上述加速度傳感器中，用于限制錘部沿檢測方向運動的限制器在不沿檢測方向和垂直于檢測方向的方向面對固定電極的區(qū)域處接合錘部，以便限制錘部的運動。更具體地，限定了矩形框架，其在平面視圖中圍繞整個固定電極，且參考矩形框架的四個頂點，通過經(jīng)過沿垂直于檢測方向的方向定位的兩個頂點的兩條第一線每一條和經(jīng)過沿檢測方向定位的兩個頂點的兩條第二線每一條而將基板分成九個區(qū)域。在并非含有固定電極的區(qū)域和與含有固定電極的區(qū)域毗鄰的區(qū)域的四個區(qū)域每一個處，限制器限制錘部的運動。
[0150]在上述加速度傳感器中，限制器接合錘部的位置設(shè)置在相對于檢測方向和與檢測方向垂直的方向設(shè)置固定電極的位置以外。例如，在沿檢測方向和垂直于檢測方向的方向起作用的加速度造成錘部旋轉(zhuǎn)的情況下，錘部相對于檢測方向做出的運動量與距旋轉(zhuǎn)中心的距離增加成比例地變得更大。因此，在錘部的旋轉(zhuǎn)軸線與固定電極的中心重合的情況下，限制器配置為在與固定電極端部相比距固定電極的中心更遠(yuǎn)的位置處接合錘部，在錘部的運動量很大的位置處錘部接合限制器。由此，與限制器的接合限制錘部的運動，從而電極部件和固定電極之間的撞擊可被可靠地避免。即限制器的適當(dāng)配置可靠地避免電極部件和固定電極之間的撞擊。
[0151](權(quán)利要求11)在本申請公開的加速度傳感器中，每一個固定電極可以形成為平坦板形狀，其平坦表面垂直于基板的平坦表面方向和檢測方向，且固定電極可以沿檢測方向設(shè)置。進一步地，矩形框架可以沿作為一個整體的固定電極的周邊限定。
[0152]在上述加速度傳感器中，每一個形成為平坦板形狀的固定電極設(shè)置為彼此平行且作為一個整體的固定電極的周邊在俯視觀察時如同矩形框架。矩形框架限定為作為一個整體的固定電極的周邊，從而含有固定電極的區(qū)域和與含有固定電極的區(qū)域毗鄰的區(qū)域可被制造得更小，以用于優(yōu)化。即用于設(shè)置限制器的區(qū)域可確保盡可能大。
[0153](權(quán)利要求12)在本申請公開的加速度傳感器中，限制器可以在四個區(qū)域處固定到基板，從而限制器相對于錘部的重心對稱定位。
[0154]在上述加速度傳感器中，限制器在相對于錘部對稱的位置固定到基板，由此可靠地避免電極部件和固定電極之間的撞擊。
[0155]本申請公開的技術(shù)提供了一種加速度傳感器，其能實現(xiàn)加速度傳感器的全面小型化和靈敏度的改善。
[0156]進一步地，本申請公開的技術(shù)提供靜電容電器類型的加速度傳感器，其能避免固定電極和可動電極的短路。
[0157]進一步地，本申請公開的技術(shù)提供靜電容電器類型的加速度傳感器，其能通過限制器的適當(dāng)設(shè)置而限制錘部的運動，從而可靠地避免可動電極和固定電極之間的撞擊 [0158] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，可做出各種改變、替換、改善、組合等。
【權(quán)利要求】
1.一種加速度傳感器，包括: 基板； 錘部，其可動地設(shè)置為與基板分開；和 靜電電容器，配備有固定電極和可動電極，靜電電容器的靜電電容根據(jù)每一個固定電極和每一個可動電極之間的沿檢測方向的距離而變化，所述距離根據(jù)沿檢測方向起作用的加速度而變化，所述檢測方向與基板平坦表面方向平行， 其中根據(jù)與固定電極和可動電極之間的距離變化相關(guān)聯(lián)的靜電電容器的電容變化，加速度傳感器檢測沿檢測方向起作用的加速度，所述檢測方向與基板的平坦表面方向平行，和 其中，在基板的 平面視圖中，靜電電容器設(shè)置在被錘部的周邊所圍繞的區(qū)域的中心，從而每一個固定電極和每一個可動電極沿檢測方向交替設(shè)置成一列。
2.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器， 在基板的平面視圖中，靜電電容器的中心與被錘部周邊圍繞的區(qū)域的中心重合。
3.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器， 被錘部的周邊圍繞的區(qū)域的中心是錘部的重心。
4.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器， 其中一組固定電極包括: 第一固定電極和第二固定電極，它們設(shè)置為在鄰近的兩個可動電極之間的區(qū)域中彼此鄰接； 第一連接件，其連接第一固定電極和基板；和 第二連接件，其連接第二固定電極和基板， 其中第一連接件構(gòu)造為朝向毗鄰第一固定電極的第二固定電極加寬，從而第一固定電極以直線的狀態(tài)面對可動電極，和 其中第二連接件配置為朝向毗鄰第二固定電極的第一固定電極加寬，從而第二固定電極以直線的狀態(tài)面對可動電極。
5.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器， 其中每一個固定電極固定到基板且形成為板，所述板的表面垂直于基板的平坦表面方向和檢測方向，和 其中每一個可動電極配置為從錘部延伸且形成為板，所述板的表面平行地面對每一個固定電極。
6.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器， 其中每一個固定電極包括一組第一固定電極和第二固定電極，它們設(shè)置為在鄰近的兩個可動電極之間的區(qū)域中彼此鄰接，和 其中，在錘部運動時，第一固定電極和毗鄰第一固定電極的可動電極的電容變化以及第二固定電極和毗鄰第二固定電極的可動電極的電容變化沿彼此相反的方向。
7.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器， 其中每一個可動電極配置為從錘部延伸且配備有要被連接到錘部的至少兩個固定部分。
8.如權(quán)利要求7所述的加速度傳感器，其中固定部分設(shè)置在每一個可動電極的兩端部。
9.如權(quán)利要求8所述的加速度傳感器， 其中每一個可動電極形成為板，所述板的表面垂直于基板的平坦表面方向和檢測方向，和 其中固定部分設(shè)置在每一個可動電極的板的兩端部處。
10.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，進一步包括: 框架，圍繞錘部；和 凸面止動部，其每一個配置為朝向檢測方向突出，其中在加速度起作用時錘部運動，凸面止動部形成在錘部或框架上， 其中，在限定了矩形框架時，其中在基板的平面視圖中所述矩形框架圍繞作為一個整體的固定電極且包括四個邊，其中的兩個邊與檢測方向平行而另兩個邊垂直于檢測方向，參考矩形框架的四個頂點，通過每一條都經(jīng)過沿垂直于檢測方向的方向定位的兩個頂點的兩條第一線和每一條都經(jīng)過沿檢測方向定位的兩個頂點的兩條第二線而將基板分成九個區(qū)域，和 其中，在占據(jù)了被分成九個區(qū)域的四個角部的四個區(qū)域每一個處，錘部上的凸面止動部配置為接合框架或框架上的凸面止動器配置為接合錘部，所述四個區(qū)域并不是含有固定電極的區(qū)域也不是毗鄰含有固定電極的區(qū)域的區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的加速度傳感器， 其中每一個固定電極形成為板，所述板的表面垂直于基板的平坦表面方向和檢測方向，且固定電極沿檢測方向設(shè)置，和 其中矩形框架是作為一個整體的固定電極的周邊。
12.如權(quán)利要求10所述的加速度傳感器， 其中限制器在所述四個區(qū)域處固定到基板，從而限制器相對于錘部的重心對稱定位。
【文檔編號】G01P15/125GK103837705SQ201310613108
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月27日
【發(fā)明者】鈴木利尚 申請人:雅馬哈株式會社