CN101231303A - 加速度传感器 - Google Patents

Abstract

提供一种加速度传感器。第1和第2检测框以能够以第1和第2扭转轴为中心转动的方式被支撑在基板上。第1连接梁，在与第1扭转轴交叉且向着第1检测框的其中一端部方向移动第1扭转轴而得到的轴上，连接到第1检测框。第2连接梁，在与上述方向相反的方向偏移第2扭转轴而得到的轴上，连接到第2检测框。惯性质量决分别通过第1和第2连接梁与第1和第2检测框连接，由此，可在基板的厚度方向产生位移地被支撑在基板上。从而能够得到基本免受外界干扰影响的高精度的加速度传感器。

Description

加速度传感器

技术领域

本发明涉及加速度传感器，特别是涉及静电电容型加速度传感器。

背景技术

作为用于检测基板厚度方向的加速度的加速度传感器的原理之一，现有技术中存在检测静电电容随着加速度的变化的方法。作为利用该方法的加速度传感器，例如，在日本专利特开平JP5-133976号公报中(第16页、图23和图24)提出了具有扭转梁、惯性质量块、检测框、检测电极作为主要构成部分的加速度传感器。

该加速度传感器具有1个检测框，该检测框具有与基板相对置的面。在该检测框的其中一个端部之上，设有惯性质量块。另外，该检测框以能够以扭转梁为转动轴转动的方式被支撑在基板上。另外，用于检测该转动位移的检测电极设于检测框的下方。

如果对如此构成的加速度传感器施加基板厚度方向的加速度，则在惯性质量体上将存在基板厚度方向的惯性力的作用。由于惯性质量块设置在其中一端部之上，即在基板面内方向离转动轴具有一定偏离的位置之上，所以，该惯性力作为绕扭转轴的转矩作用于检测框。结果，检测框发生转动位移。

因为检测框和检测电极的距离由于该转动位移而发生变化，所以，由检测框和检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测定加速度。

对于上述惯性质量块，通常受到向下的重力作用。因此，惯性质量块呈向检测框的转动轴下方发生位移的状态。

在该状态下，对加速度传感器施加基板面内方向且与上述转动轴交叉的方向的加速度时，对检测框的惯性力的作用点形成于转动轴的下方。另外，该惯性力具有与转动轴正交的成分。因此，检测框受到绕转动轴的转矩作用而产生转动位移。即，在沿着检测目标外的轴对加速度传感器施加加速度时，检测框也产生转动位移。

另外，对于该加速度传感器，在施加绕扭转梁的角加速度时，检测框也会由于作用于惯性质量块的惯性力而转动。

另外，在对该加速度传感器施加角速度时，检测框由于受到施加于惯性质量块之上的离心力的影响也可以转动。

对于上述现有技术中的加速度传感器而言，不能区别检测框是由于这样的其它轴加速度、角加速度和角速度而产生转动，还是检测框由于检测目标即基板厚度方向的加速度而产生转动。因此，存在加速度的检测误差变大这样的问题。

发明内容

鉴于上述问题而提出本发明，本发明的目的在于提供一种受其它轴加速度、角加速度及角速度的影响小的高精度的加速度传感器。

本发明的加速度传感器具有：基板、第1和第2扭转梁、第1和第2检测框、多个检测电极、第1和第2连接梁、以及惯性质量块。

第1扭转梁能够绕第1扭转轴扭转，并被支撑在基板上。第1检测框以能够以第1扭转轴为中心转动的方式，通过第1扭转梁被支撑在基板上。第2扭转梁能够绕第2扭转轴扭转，并被支撑在基板上。第2检测框以能够以第2扭转轴为中心转动的方式，通过第2扭转梁被支撑在基板上。多个检测电极通过静电电容检测第1和第2检测框相对基板的角度，以与第1和第2检测框的每一个均相对置的方式形成于基板上。第1连接梁在与第1扭转轴交叉且向着第1检测框的其中一端部的方向移动第1扭转轴而得到的轴上连接到第1检测框。第2连接梁在沿与上述方向相反的方向偏移第2扭转轴而得到的轴上连接到第2检测框。惯性质量块分别通过第1和第2连接梁各自与第1和第2检测框连接，采用这种方式，可在基板厚度方向发生位移地被支撑在基板上。

根据本发明的加速度传感器，第1连接梁在与第1扭转轴交叉且向着第1检测框的其中一端部的方向移动第1扭转轴而得到的轴上连接到第1检测框。而第2连接梁在沿与上述方向相反的方向使第2扭转轴偏移而得到的轴上连接到第2检测框。

因此，在惯性质量块在基板的厚度方向产生位移时，第1和第2检测框彼此反向地产生转动位移，而在惯性质量块倾斜或者在基板的面内方向产生移位时，第1和第2检测框在同一方向产生转动位移。

因此，通过以仅仅第1和第2检测框的彼此反向的转动位移的灵敏度提高的方式设置检测电极，可以抑制对非检测目标方向的加速度的灵敏度(其它轴灵敏度)并且难以受到角速度和角加速度的影响。

通过参照附图来理解涉及本发明的下面的详细说明，本发明的上述及其他目的、特征、方面以及优点将变得明确。

附图说明

图1为简要示出本发明实施方式1的加速度传感器的结构的俯视图。

图2为沿着图1的II-II线截取的简要截面图。

图3为简要示出对本发明实施方式1中的加速度传感器沿着基板厚度方向施加向上方向的加速度时的样子的外观截面图，该截面位置对应图2的截面位置，本图中为了图示简洁而未图示出锚点。

图4为说明本发明实施方式1中的加速度传感器的由第1和第2检测框和检测电极所形成的电容器的电连接的电路图。

图5为简要示出在对本发明实施方式1中的加速度传感器的惯性质量块的重心施加绕X轴的负角加速度时的状态的截面图，截面位置和图2相同，本图中为了图面简洁而未图示出第1和第2检测框和锚点以及检测电极。

图6是简要示出在对本发明实施方式1中的加速度传感器于惯性质量块重心施加绕X轴的负的角加速度时的状态的截面图，截面位置和图2相同，本图中为了图面简洁而未图示出锚点。

图7示出在对本发明实施方式1中的惯性质量块重心施加具有Z轴方向的正的成分和Y轴方向的负的成分的角速度时的状态，本图中为了图面简洁而未图示出第1和第2检测框和锚点以及检测电极。

图8为简要示出在对本发明实施方式1中的加速度传感器的惯性质量块的重心施加具有Z轴方向的正的成分和Y轴方向的负的成分的角速度时的状态的截面图，截面位置和图2相同，本图中为了图面简洁而未图示出第1和第2检测框和锚点以及检测电极。

图9～图13是简要示出本发明实施方式1中的加速度传感器的制造方法的第1～第5步骤的截面图，该截面位置与图2的截面位置相对应。

图14为简要示出本发明实施方式2中的加速度传感器的结构的俯视图。

图15为沿着图14的XV-XV线截取的截面图。

图16为简要示出本发明实施方式3中的加速度传感器的结构的俯视图。

图17为简要示出本发明实施方式4中的加速度传感器的结构的俯视图。

图18为简要示出本发明实施方式5中的加速度传感器的结构的俯视图。

图19为简要示出本发明实施方式6中的加速度传感器的结构的俯视图。

图20为用于说明本发明实施方式6中加速度传感器的由第1和第2检测框、检测电极所形成的电容器的电连接的电路图。

图21为简要示出本发明实施方式7中的加速度传感器的结构的俯视图。

图22为简要示出对本发明实施方式7中的加速度传感器沿着基板厚度方向施加向上方向的加速度时的样子的部分截面图，该截面位置为沿着图21的XXII-XXII线的位置，本图中为了图示简洁而未图示出锚点。另外，本图中第2扭转轴的Z轴方向的位置与第2扭转梁的悬臂的位移相对应。

图23为示出本发明实施方式7中的加速度传感器的加速度和输出电位之间的关系的示意图。

图24为简要示出本发明实施方式7的比较例中的加速度传感器的结构的俯视图。

图25为简要示出对本发明实施方式7的比较例中的加速度传感器沿着基板厚度方向施加向上方向的加速度时的状态的部分截面图，该截面位置为沿着图24的XXV-XXV线的位置，本图中为了图示简洁而未图示出锚点。另外，本图中第2扭转轴的Z轴方向的位置与第2扭转梁的悬臂的位移相对应。

图26为示出本发明实施方式7的比较例中的加速度传感器的加速度和输出电位之间的关系的示意图。

图27为简要示出本发明实施方式8中的加速度传感器的结构的俯视图。

图28为简要示出对本发明实施方式8中的加速度传感器沿着基板厚度方向施加向上方向的加速度时的样子的部分截面图，该截面位置为沿着图27的XXVIII-XXVIII线的位置，本图中为了图示简洁而未图示出锚点。另外，本图中第2扭转轴的Z轴方向的位置与第2扭转梁的悬臂的位移相对应。

图29为简要示出本发明实施方式9中的加速度传感器的结构的俯视图。

图30为简要示出对本发明实施方式9中的加速度传感器沿着基板厚度方向施加向上方向的加速度时的状态的部分截面图，该截面位置为沿着图29的XXX-XXX线的位置，本图中为了图示简洁而未图示出锚点。

具体实施方式

下面参照附图对本发明实施方式作出说明。

(实施方式1)

首先对本实施方式的加速度传感器的主要结构作出说明。

参照图1和图2，为了说明的方便，引入坐标轴X轴、Y轴、Z轴。图1中，X轴为以沿着横向的右方向为正向的轴，Y轴为以沿着纵向的上方向为正向的轴，Z轴为以垂直于纸面的上方为正向的轴。另外，Z轴的方向和作为本实施方式的加速度传感器测定目标的加速度方向一致。

本实施方式的加速度传感器主要有基板1、第1和第2扭转梁11、12、第1和第2检测框21、22、多个检测电极40、第1和第2连接梁31、32、以及惯性质量体2。

作为基板1，可以采用硅基板。另外，作为第1和第2扭转梁11、12、第1和第2检测框21、22、第1和第2连接梁31、32、惯性质量块2以及检测电极40的材质，可采用多晶硅膜。优选该多晶硅膜为低应力且厚度方向无应力分布。

第1扭转梁11以能够绕着沿X轴方向延伸的第1扭转轴T1扭转的方式通过锚点91被支撑在基板1之上。

第1检测框21以能够以第1扭转轴T1为中心转动的方式通过第1扭转梁11被支撑在基板1之上。另外，第1检测框21至少部分具有导电性。

第2扭转梁12以能够绕着沿X轴方向的第2扭转轴T2扭转的方式通过锚点92被支撑在基板1之上。

第2检测框22以能够以第2扭转轴T2为中心转动的方式通过第2扭转梁12被支撑在基板1之上。另外，第2检测框22至少部分具有导电性。

多个检测电极40以能够通过静电电容而检测出第1和第2检测框21和22相对基板1的角度的方式，经由绝缘膜3而分别与第1和第2检测框21、22相对置地形成于基板1上。作为绝缘膜3最好使用低应力的氮化硅膜或硅氧化膜。

第1连接梁31，在与第1扭转轴T1交叉且向着第1检测框21的其中一端部方向以偏置量e1平行移动第1扭转轴T1而得到的轴L1上，连接到第1检测框21。即，偏置量e1的绝对值等于第1扭转轴T1和第1连接梁31之间的距离大小，其方向为与第1扭转轴T1交叉并沿着从第1扭转轴T1到轴L1的方向。

第2连接梁32，在沿与上述方向相反的方向即与偏置量e1的方向相反的方向以偏置量e2平行偏移第2扭转轴T2而得到的轴L2上，连接到第2检测框22。换言之，偏置量e2的绝对值等于第2扭转轴T2和第2连接梁32之间的距离大小，其方向与偏置量e1方向相反。

通过由第1和第2连接梁31、32分别连接第1和第2检测框21、22，可将惯性质量块2在基板1的厚度方向可发生位移地被支撑在基板1上。

下面对上述检测电极40的具体结构、以及对能够采用该检测电极40检测第1和第2检测框21、22的相对各个基板1的角度的原理进行说明。

检测电极40具有与第1检测框21相对置的第1检测电极41。该第1检测电极41具有夹持第1扭转轴T1的第1检测电极41a和41b。第1检测电极41a位于加速度传感器的外周(图1上侧)，第1检测电极41b位于加速度传感器的内周侧(图2中央侧)。第1检测电极41a和41b设成夹持第1扭转轴T1。

在第1检测框21绕第1扭转梁11转动时，第1检测框21的里面(与第1检测电极41相对置的面)接近第1检测电极41a和41b的其中一个，同时远离另一个。因此，通过检测出由第1检测框21与第1检测电极41a相对置而产生的静电电容和由第1检测框21与第1检测电极41b相对置而产生的静电电容的差值，能够检测出第1检测框21相对于基板1的角度。

另外，检测电极40具有与第2检测框22相对置的第2检测电极42。该第2检测电极42具有夹持第2扭转轴T2的第2检测电极42a和42b。第2检测电极42a位于加速度传感器的外周(图1下侧)，第2检测电极42b位于加速度传感器的内周侧(图1中央侧)。第2检测电极42a和42b设成夹持第2扭转轴T2。

在第2检测框22绕第2扭转梁12转动时，第2检测框22的里面(与检测电极42相对置的面)接近第2检测电极42a和42b的其中一个，同时远离另一个。因此，通过检测出由第2检测框22与第2检测电极42a相对置而产生的静电电容和由第2检测框22与第2检测电极42b相对置而产生的静电电容的差值，能够检测出第2检测框22相对于基板1的角度。

优选地，第1和第2扭转梁11、12、以及第1和第2连接梁31、32配置成偏置量e1、e2反向等量。

进一步优选地，加速度传感器的平面布置具有相对沿着平行于第1和第2扭转轴T1、T2的方向延伸的中心线B线对称的结构，惯性质量块2的重心G位于中心线B上。

而且，加速度传感器的平面布置中具有相对于沿着与第1和第2扭转轴T1、T2交叉的方向延伸的中心线A线对称的结构，惯性质量块2的重心G位于中心线A上。

下面对本实施方式的加速度传感器的加速度测定原理进行说明。

参照图3，如果在加速度传感器之上施加沿着基板厚度方向即Z轴的正方向(图中向上)的加速度az，则惯性质量块2由于惯性力的作用而从初始位置(图中虚线所示位置)向Z轴的负方向(图中向下)发生位移下沉。与惯性质量块2连接的第1和第2连接梁31、32由于与惯性质量块形成一体，所以也向Z轴的负方向(图中向下)发生位移。

通过第1连接梁31的位移，第1检测框21在轴L1的部分受到向Z轴负方向(图中向下)的力的作用。该轴L1由于位于从第1扭转轴T1仅以偏置量e1平行移动的位置，所以对第1检测框21产生转矩作用。结果使第1检测框21产生转动位移。

另外，通过第2连接梁32的位移，第2检测框22在轴L2的部分受到向Z轴负方向(图中下方)的力的作用。该轴L2由于位于从第2扭转轴T2仅以偏置量e2平行移动的位置，所以对第2检测框22产生转矩作用。结果使第2检测框22产生转动位移。

由于偏置量e1和偏置量e2彼此方向相反，故而第1检测框21和第2检测框22反向转动。即，以第1检测框21的上面向着加速度传感器的其中一端部(图3的右侧)，第2检测框22的上面向着加速度传感器的另一端部(图3的左侧)的方式，第1和第2检测框21、22产生转动位移。

由第1检测框21和第1检测电极41a构成的电容器C1a的静电电容C_1a随着该转动位移的进行而增大，由第1检测框21和第1检测电极41b构成的电容器C1b的静电电容C_1b随着该转动位移的进行而减小。而由第2检测框22和第2检测电极42a构成的电容器C2a的静电电容C_2a随着该转动位移的进行而增大，由第2检测框22和第2检测电极42b构成的电容器C2b的静电电容C_2b随着该转动位移的进行而减小。

参照图4，电容器C1a和C2a并联连接，电容器C1b和C2b并联连接，并且，该2个并联连接的部分进一步串联连接。在这样形成的电路的电容器C1a和C2a侧的端部施加一恒定电位V_d，而电容器C1b和C2b侧的端部接地。另外，上述串联连接部分设有端子，能够测定该端子的输出电位V_out。该输出电位V_out为下述值。

[数学式1]

$V_{\mathrm{out}}=\frac{C_{1a}+C_{2a}}{(C_{1a}+C_{2a})+(C_{1b}+C_{2b})}{V}_d---\left(1\right)$

由于恒定电位V_d为恒定值，所以通过测定输出电位V_out而能够知道

$\frac{C_{1b}+C_{2b}}{C_{1a}+C_{2a}}=\frac{V_d}{V_{\mathrm{out}}}-1---\left(2\right)$

的值。

如图3所示，该式(2)的值在惯性质量体2下沉时减小。而在对加速度传感器施加与加速度az(图3)反方向的加速度时，惯性质量块2向基板1的厚度方向的上方位移，式(2)的值增大。因此，通过测定输出电位V_out而检测惯性质量块2在基板1的厚度方向的位移，根据该检测结果能够检测出Z轴方向的加速度az。

下面对本实施方式的加速度传感器施加Z方向的加速度以外的运动时的例子进行说明。

参照图5，如果惯性质量块2受到绕重心G的X轴方向的负的角加速度aω，则由于惯性矩而从初始位置(图中虚线位置)在与角加速度aω反向(图中箭头R的方向)方向产生转动位移而倾斜。

参照图6，随着该惯性质量块2的倾斜，第1检测框21由第1连接梁31的轴L1的部分支撑，以第1扭转轴T1为中心转动。而第2检测框22由第2连接梁32的轴L2的部分下压，以第2扭转轴T2为中心转动。

随着该第1和第2检测框21、22的转动，由第1检测框21和第1检测电极41a构成的电容器C1a的静电电容C_1a减小，由第1检测框21和第1检测电极41b构成的电容器C1b的静电电容C_1b增大，而由第2检测框22和第2检测电极42a构成的电容器C2a的静电电容C_2a增大，由第2检测框22和第2检测电极42b构成的电容器C2b的静电电容C_2b减小。

参照式(2)，在上述静电电容发生变化时，左边分母中静电电容C_1a的减小和C_2a的增大相抵消，且左边分子中C_1b的增大和C_2b的减小相抵消。因此，抑制了该角加速度aω对输出电位V_out产生的影响。

参照图7，在对加速度传感器在惯性质量块2的重心周围施加具有Z轴方向的正的成分和Y轴方向的负的成分的角速度ω时，离心力fc作用于惯性质量块2上，因此，惯性质量块2从初始位置(图中虚线位置)在惯性质量块2的端部远离角速度ω的转动轴的方向(图中箭头R的方向)产生转动位移而倾斜。

该惯性质量块2的倾斜和施加上述角加速度aω时的倾斜相同。因此，根据同样的原理，也于抑制角速度ω对输出电位V_out产生的影响。

下面，关于对本实施方式的加速度传感器施加其它轴加速度时的检测误差，在考虑重力影响的情况下进行说明。

参照图8，惯性质量块2由于重力而具有Z轴方向的负的作用力，惯性质量块2呈从初始位置(图中虚线位置)向下(图中Z轴负方向)下沉的状态。

在该状态下如果对加速度传感器施加Y轴负方向的加速度ay，则对惯性质量块2会产生Y轴正方向的惯性力作用。该惯性力通过第1和第2连接梁31、32各自的轴L1、L2上的部分，分别被传导至第1和第2检测框21、22之上。

由于重力的影响轴L1离基板1的高度比第1扭转轴T1低。因此，传导至上述轴L1部分的力对第1检测框21产生绕第1扭转轴T1的转矩作用。

另外，由于重力的影响，轴L2离基板1的高度比第2扭转轴T2低。因此，传导至上述轴L2的一部分上的力对第2检测框22产生绕第2扭转轴T2的转矩作用。

其中，对于绕上述的第1和第2扭转轴T1、T2的转矩，两者均在第1和第2扭转轴T1、T2的下方具有作用点。而作用于该作用点的力两者均沿着Y轴方向的正方向。因此，第1检测框21的转动位移R1和第2检测框22的转动位移R2具有相同的方向。

作为转动位移R1的影响，由第1检测框21和第1检测电极41a构成的电容器C1a的静电电容C_1a减小，由第1检测框21和第1检测电极41b构成的电容器C1b的静电电容C_1b增大，而作为转动位移R2的影响，由第2检测框22和第2检测电极42a构成的电容器C2a的静电电容C_2a增大，由第2检测框22和第2检测电极42b构成的电容器C2b的静电电容C_2b减小。

参照式(2)，在上述静电电容发生变化时，左边分母中静电电容C_1a的减小和C_2a的增大相抵，且左边分子中C_1b的增大和C_2b的减小相抵。因此，能够抑制Y轴方向的加速度ay对为了检测Z轴方向加速度而测定的输出电位V_out产生的影响。

下面参照图9～图13对本实施方式的加速度传感器的制造方法进行说明。

参照图9，在由硅制成的基板1上，采用LPCVD(低压化学汽相沉积)法淀积绝缘膜3。作为绝缘膜3，适用低应力的氮化硅膜或硅氧化膜。在该绝缘膜3上，采用LPCVD法淀积例如由多晶硅形成的导电膜。然后，对该导电膜进行构图，形成检测电极40。之后，在整个基板1上淀积PSG(磷硅玻璃)膜101。

主要参照图10，PSG膜101上形成有锚点91、92(图2)的部分被选择性地去除。

参照图11，在整个基板1上淀积多晶硅膜102。然后在其表面上进行CMP(化学机械抛光)处理。

参照图12，采用上述CMP处理，多晶硅膜102的表面被平坦化。

参照图13，对多晶硅膜102的PSG膜101的上面上方的部分选择性地进行蚀刻。这样，一并形成惯性质量体2、第1和第2连接梁31、32、第1和第2检测框21、22、第1和第2扭转梁11、12、以及锚点91、92。之后，采用蚀刻法去除PSG膜101，得到图2所示的本实施方式的加速度传感器。

如图1所示，根据本实施方式，加速度传感器具有和偏置量e1和e2反向的平面布局。因此，在如图5所示对加速度传感器施加角加速度aω时，在图4所示的电路中，在电容器C1a和C2a之间以及在电容器C1b和C2b之间静电电容的变化相抵消。因此，可抑制式(2)所示的值的变动。即，能够抑制角加速度aω对输出电位V_out产生影响。因此，在利用输出电位V_out检测加速度az时，能够抑制由于角加速度aω而产生的检测误差。

另外，即使在如图7所示，对加速度传感器施加角速度ω的场合，和上述施加角加速度aω时相同，通过静电电容变化的抵消，可抑制式(2)所示的值的变动。即，能够抑制角速度ω对输出电位V_out产生的影响。因此，在利用输出电位V_out检测加速度az时，能够抑制由于角速度ω而产生的检测结果误差。

另外，即使在图8所示的在施加基板1厚度方向之外的方向的加速度ay时，通过和上述施加角加速度aω和角速度ω时同样的静电电容变化相抵，而可抑制式(2)所示的值的变动。即，能够抑制作为测定目标的基板1的厚度方向以外的方向的加速度ay对输出电位V_out产生的影响。因此，在利用输出电位V_out检测基板厚度方向加速度az时，能够抑制由于其他方向加速度ay而产生的检测结果误差。

另外，如图12、13所示，作为可动部的惯性质量块2、第1和第2连接梁31、32、第1和第2检测框21、22、以及第1和第2扭转梁11、12用同种材料构成的膜一并形成。因此，由于可动部中不存在异种材料的连接部分，故而不存在由于异种材料热胀系数差异而产生变形。因此，能够抑制加速度传感器的温度依赖性。

优选地，在本实施方式中，图1所示的偏置量e1和e2绝对值相等。另外，图1所示第1和第2扭转轴T1、T2彼此平行。因此，在如图5箭头R所示惯性质量块2倾斜时，如图6所示第1和第2检测框21、22的各个转动位移量相等。因此，图4所示的电容器C1a、C1b、C2a、及C2b的静电电容变化相抵，精度能够更高。因此，能够更进一步地抑制加速度传感器的误差。

(实施方式2)

参照图14和图15，对于本实施方式的加速度传感器，在基板1上以与惯性质量块2相对置的方式形成激励电极5。

除此之外，本实施方式的结构和上述实施方式1的结构相同，所以对于同一要素采用同一附图标记表示，并省略其说明。

根据本实施方式，通过对激励电极5和惯性质量块2之间施加电压，如图15箭头所示，能够产生将惯性质量块2向基板1侧吸引的静电力。即，能够将惯性质量块2在基板1的厚度方向上静电驱动。通过该静电驱动，能够产生和在对加速度传感器施加基板1的厚度方向的加速度az时的惯性质量块2的位移相同的位移。因此，能够使得加速度传感器具有不用实际地对加速度传感器施加加速度az而自行诊断传感器是否产生故障的功能。

(实施方式3)

参照图16，本实施方式的加速度传感器具有设于基板1上的锚点90和支撑梁4。

支撑梁4的其中一端部通过锚点90而被支撑于基板1上。而支撑梁4的另一端部支持惯性质量块2。

支撑梁4具有第1支撑梁4X和第2支撑梁4Y。第1支撑梁4X具有在Z轴方向能够很容易地弹性变形，且在X轴方向难以产生弹性变形的形状。第2支撑梁4Y具有在Z轴方向能够很容易地弹性形变，且在Y轴方向难以产生弹性形变的形状。因此，作为支撑梁4整体，构成为在Z轴方向能够很容易的产生弹性变形，且在XY面内方向难以产生弹性形变的结构。

除此之外，本实施方式的结构和上述实施方式1的结构相同，所以同一要素采用同一附图标记表示，并省略其说明。

根据本实施方式，惯性质量块2通过在XY面内方向难以产生形变的支撑梁4而被支撑于基板1上。这样，能够抑制惯性质量块2在XY面内方向的加速度(其它轴加速度)施加于加速度传感器时产生位移。因此，能够降低对其它轴加速度的灵敏度(其它轴灵敏度)。

(实施方式4)

参照图17，本实施方式的加速度传感器除了具有实施方式2的加速度传感器的结构之外，还具有第3和第4扭转梁13、14、第3和第4检测框23、24、多个第3和第4检测电极43、44、以及第3和第4连接梁33、34。

第3扭转梁13以能够绕沿着Y轴的第3扭转轴T3扭转的方式通过锚点93被支撑于基板1上。

第3检测框23以能够以第3扭转轴T3为中心转动的方式通过第3扭转梁13被支撑于基板1上。另外，第3检测框23至少部分具有导电性。

第4扭转梁14以能够绕沿着Y轴的第4扭转轴T4扭转的方式通过锚点94被支撑于基板1上。

第4检测框24以能够以第4扭转轴T4为中心转动的方式通过第4扭转梁14被支撑于基板1上。另外，第4检测框24至少部分具有导电性。

多个第3检测电极43具有与第3检测框23相对置的第3检测电极43a和43b，以便能够检测出第3检测框23相对于基板1的角度。而多个第4检测电极44具有与第4检测框24相对置的第4检测电极44a和44b，以便能够检测出第4检测框24相对于基板的角度。

第3连接梁33，在与第3扭转轴T3交叉且向着第3检测框23的其中一端部侧方向以偏置量e3平行移动第3扭转轴T3而得到的轴L3上，连接到第3检测框23。即，偏置量e3的绝对值等于第3扭转轴T3和第3连接梁33之间的距离大小，其方向为与第3扭转轴T3交叉并沿着从第3扭转轴T3到轴L3的方向。

第4连接梁34，在沿与上述方向相反的方向即与偏置量e3的方向相反方向以偏置量e4平行移动第4扭转轴T4而得到的轴L4上，连接到第4检测框24。换言之，偏置量e4的绝对值等于第4扭转轴T4和第4连接梁34之间的距离大小，其方向与偏置量e3方向相反。

对于惯性质量块2，通过分别采用第3和第4连接梁33、34各自连接第3和第4检测框23、24，从而可在基板1的厚度方向发生位移地被支撑于基板1上。

第3扭转梁13、第3检测框23、第3连接梁33以及多个第3检测电极43也可以呈与第1扭转梁11、第1检测框21、第1连接梁31以及多个第2第1检测电极41相同形状，并形成于绕Z轴转动90°的方位之上。

第4扭转梁14、第4检测框24、第4连接梁34以及多个第4检测电极44也可以呈与第2扭转梁12、第2检测框22、第2连接梁32以及多个检测电极42相同形状，并形成于绕Z轴转动90°的方位之上。

由于本实施方式中，除了上述结构之外的结构和实施方式2的结构相同，故对于同一要素采用相同的附图标记表示，并省略其说明。

根据本实施方式，如图17所示，形成沿着Y轴方向(图中纵向)的第3和第4连接梁33、34。这样，能够抑制惯性质量块2的Y轴方向的移位。因此，通过施加Y轴方向(图中纵向)的加速度以使惯性质量块2在Y轴方向产生位移，从而能够抑制所产生的测量误差。

(实施方式5)

参照图14，在上述实施方式2的加速度传感器中，惯性质量体2配置在加速度传感器的外周侧，第1和第2检测框21、22配置于其内侧。参照图18，本实施方式的加速度传感器中第1和第2检测框21R、22R配置于加速度传感器的外周侧，惯性质量体2R配置于其内侧，这一点和实施方式2的加速度传感器不同。

伴随该配置的不同，本实施方式的检测电极40R和激励电极5R的配置也与实施方式1不同。即，对于本实施方式的加速度传感器，检测电极40R配置于基板1的外周侧，而激励电极5R配置于其内侧。

检测电极40R具有分别与第1和第2检测框21R、22R相对置的第1和第2检测电极41R、42R。第1检测电极41R的平面布局中具有被第1扫转轴T1彼此隔开的第1检测电极41aR和41bR。而第2检测电极42R的平面布局中具有被第2扭转轴T2彼此隔开的第2检测电极42aR和42bR。

另外，第1和第2检测电极41bR和42bR配置于基板1的中央侧，第1和第2检测电极41aR和42aR配置于基板1的周边侧。中央侧的第1和第2检测电极41bR和42bR分别形成于避开惯性质量体2R正下方的位置。这样，第1和第2检测电极41bR和42bR分别被分割成2个区域。另外，第1和第2检测电极41aR和42aR的形状和第1和第2检测电极41bR和42bR形状相同。

另外，本实施方式中除了上述结构之外的结构和实施方式2的结构相同，故对于同一要素采用相同附图标记表示，并省略其说明。

根据本实施方式，检测电极40R设于惯性质量块2R的外周侧。因此，能够以不通过惯性质量块2R下方的方式很容易地进行检测电极40R的配线的布线。因此，能够抑制在用于检测电极40R的配线和惯性质量体2R之间形成寄生电容，能够以更高精度地检测出加速度az。

另外，在平面布局中，第1检测框21R和第2检测框22R之间存在空隙S。因此，通过将用于激励电极5R的配线设于该空隙S的部分之中，从而能够抑制在该配线和第1及第2检测框21R、22R之间形成寄生电容。因此，能够以更高精度检测出加速度。

(实施方式6)

参照图19，本实施方式的加速度传感器除了具有上述实施方式2的结构之外，还具有盖体6、第1和第2检测电极41M、42M以及锚点90。

盖体6例如采用玻璃制成，通过锚点90被支撑于基板1之上。作为盖体6的粘合方法，优选采用阳极接合等可强有力粘合的方法。通过该盖体6，将形成于基板1上的第1和第2检测框21、22以及惯性质量块2覆盖。

优选地，通过盖体6将第1和第2检测框21、22以及惯性质量块2密封于基板1之上。

第1和第2检测电极41M和42M分别以与各第1和第2检测框21、22相对置的方式形成于盖体6的里面侧(与基板1相对置的侧)。第1检测电极41M具有设于第1检测电极41a上方的第1检测电极41aM、和设于第1检测电极41b上方的第1检测电极41bM。而第2检测电极42M具有设于第2检测电极42a上方的第2检测电极42aM、和设于第2检测电极42b上方的第2检测电极42bM。

通过第1检测电极41aM和第1检测框21相对置设置而形成电容器C1aM。而通过第1检测电极41bM和第1检测框21相对置设置而形成电容器C1bM。另外，通过第2检测电极42aM和第2检测框22相对置设置而形成电容器C2aM。而通过第2检测电极42bM和第2检测框22相对置设置而形成电容器C2bM。

由上述电容器和在实施方式1中说明过的电容器C1a、C1b、C2a、C2b构成图20的电路。

由于除了上述结构之外的结构和实施方式2的结构相同，故对于同一要素采用相同附图标记表示，并省略其说明。

如图19所示，根据本实施方式，通过盖体6，加速度传感器的结构体部分(第1和第2检测框21、22和惯性质量块2的部分)被覆盖，优选被密封。因此，能够防止灰尘或水滴等杂物侵入结构体部分之中，因此，加速度传感器的耐环境性提高。

另外，不但在基板1上形成第1和第2检测电极41、42，而且在盖体6之上也形成第1和第2检测电极41M、42M。因此，如图20所示，在输出电位V_out的检测端子和接地部分之间，以及施加了一定电位V_d的端子和接地部分之间的静电电容，和实施方式2的情形相比，能够达到2倍左右。因此，加速度传感器的检测灵敏度提高。

在上述各实施方式的说明中，说明的是例如采用多晶硅膜等形成于如硅基板上的表面加工型加速度传感器。但本发明并非仅限于此，也可以采用本体(bulk)型加速度传感器。

在本体型加速度传感器的情况中，可以采用玻璃基板作为基板1。另外，可以采用由形成于Cr(铬)衬底之上的Au(金)薄膜等金属薄膜形成的电极作为检测电极41、42、43、44。另外，检测框21、22、23、24等可以采用单晶硅形成。

(实施方式7)

对于上述实施方式1～6的说明，是以第1和第2扭转梁11、12为理想的扭转梁并且没有扭转位移之外的位移这样的近似状态进行的说明。严格地讲，第1和第2扭转梁11、12通常除了扭转位移之外还具有悬臂的位移。即，第1扭转梁11中将锚点91侧作为固定点且第1检测框21侧在Z轴方向产生移位，而第2扭转梁12将锚点92侧作为固定点而第2检测框22侧在Z轴方向产生位移。在实施方式7～9进行的说明中，还考虑到第1和第2扭转梁11、12的上述悬臂的位移。

参照图21和图22，对应加速度az的变化，第1扭转梁11如上述地产生悬臂移位，结果，第1检测框21的转动轴即第1转动轴CR1偏离第1扭转轴T1。同样的理由，第2检测框22的转动轴即第2转动轴CR2偏离第2扭转轴T2。

第1检测电极41a和41b设置成在平面视图(和图21同样的方向的平面视图)中相对于第1转动轴CR1彼此对称。第2检测电极42a和42b设置成在平面视图中相对于第2转动轴CR2彼此对称。如图23所示，由于该对称性，所以关于输出电位V_out的输出变化ΔV_out，加速度az在正的区域的输出变化ΔV_out的图形、和加速度az在负的区域的输出变化ΔV_out的图形之间的对称性将会变好。

由于除了上述结构之外的结构和实施方式1的结构相同，故对于同一要素采用相同的附图标记表示，并省略其说明。

下面对本实施方式的比较例中的加速度传感器的结构进行说明。

参照图24和图25，本比较例的第1检测电极41a和41b设置成在平面视图(和图24同样的方向的平面视图)中相对于第1扭转轴T1彼此对称。第2检测电极42a和42b设置成在平面视图中相对于第2扭转轴T2彼此对称。其中，第2扭转轴T2和第2转动轴CR2位置产生偏移。因此，第2检测电极42a和42b相对于第2转动轴CR2在平面视图中彼此非对称。同样，第1检测电极41a和41b设置成在平面视图中相对第1转动轴CR1彼此非对称。如图26所示，由于该非对称性，所以关于输出电位V_out的输出变化ΔV_out，加速度az在正的区域的输出变化ΔV_out的图形、和加速度az在负的区域的输出变化ΔV_out的图形之间的对称性将变差。

根据本实施方式，如图21和图22所示，因为第1和第2检测电极41、42设置成分别相对于各第1和第2转动轴CR1、CR2在平面视图中对称，所以，如图23所示，在加速度的正的区域和负的区域中，均能够得到对称性良好的输出变化ΔV_out。

(实施方式8)

在上述实施方式7的说明中，是在第1和第2转动轴CR1、CR2位于一定位置这样的近似状态下进行的说明。严格地讲，第1和第2转动轴CR1、CR2的位置关于加速度具有频率依赖性。在本实施方式进行的说明中还考虑到该频率依赖性。

参照图27和图28，本实施方式的加速度传感器的第1检测框21的重心F1位于第1转动轴CR1上。而第2检测框22的重心F2位于第2转动轴CR2上。

由于除了上述结构之外的结构和实施方式7的结构相同，故对于同一要素采用相同附图标记表示，并省略其说明。

根据本实施方式，第1和第2检测框21、22各自的重心分别位于第1和第2转动轴CR1、CR2上。这样，能够抑制第1和第2转动轴CR1、CR2的位置的频率依赖性。因此，本实施方式的加速度传感器可以跨越很宽的频率范围而稳定地得到如实施方式7中所说明的效果。

(实施方式9)

如图29和图30所示，本实施方式的加速度传感器的第1和第2扭转轴T1、T2分别为第1和第2转动轴CR1、CR2上。

由于本实施方式除了上述结构之外的结构和实施方式7的结构相同，故对于同一要素采用相同附图标记表示，并省略其说明。

根据本实施方式，通过以分别在平面视图中相对第1和第2扭转轴T1和T2对称的方式设置第1和第2检测电极41、42，从而能够设置成第1和第2检测电极41、42分别相对第1和第2转动轴CR1、CR2在平面视图中对称。因此，能够以夹持扭转轴T1的平面视图中的轴的方式在两侧设置大的面积的第1检测电极41，并且能够以夹持扭转轴T2的平面视图中的轴的方式在两侧设置大的面积的第2检测电极42。因此，因为电容器C1a、C1b、C2a、以及C2b的静电电容可以增大，所以能够高精度地检测出静电电容的变化比例。据此，因为能够高精度地检测出第1和第2检测框21和22的转动角度，所以能够高精度地测定加速度。

另外，在图21(实施方式7)所示的结构中，和本实施方式不同，第1和第2扭转轴T1、T2分别偏离于第1和第2转动轴CR1、CR2。此时，为了维持实施方式7中所说明的对称性，不能在第1和第2扭转轴T1、T2的各自的第1和第2转动轴CR1、CR2侧区域NE(图21)配置检测电极40。因此，与本实施方式相比，难以增大电容器C1a、C1b、C2a、以及C2b的静电电容。

尽管已对本发明作出详细说明例示，但其仅是例示性的，并非用于限定本发明，本发明的范围通过所附权利要求的范围的解释而能够得到很清晰的理解。

Claims (9)

1.一种加速度传感器，具有：

基板，

第1扭转梁，该第1扭转梁被支撑在上述基板上且绕第1扭转轴扭转，

第1检测框，该第1检测框以能够以上述第1扭转轴为中心转动的方式，通过上述第1扭转梁被支撑在上述基板上，

第2扭转梁，该第2扭转梁被支撑在上述基板上且绕第2扭转轴扭转，

第2检测框，该第2检测框以能够以第2扭转轴为中心转动的方式，通过上述第2扭转梁被支撑在上述基板上，

多个检测电极，该多个检测电极通过静电电容检测上述第1和第2检测框相对于上述基板的角度，并以分别与上述第1和第2检测框相对置的方式形成在上述基板上，

第1连接梁，在与上述第1扭转轴交叉且向着上述第1检测框的其中一端部侧的方向移动上述第1扭转轴而得到的轴上，该第1连接梁连接到上述第1检测框，

第2连接梁，在沿与上述方向相反的方向将上述第2扭转轴偏移而得到的轴上，该第2连接梁连接到上述第2检测框，以及

惯性质量块，该惯性质量块分别通过上述第1和第2连接梁分别与上述第1和第2检测框连接，从而可在上述基板的厚度方向发生位移地被支撑在上述基板上。

2.如权利要求1所述的加速度传感器，其中：

上述第1扭转轴与上述第1连接梁之间的间隔大小、和上述第2扭转轴与上述第2连接梁之间的间隔大小相等。

3.如权利要求1所述的加速度传感器，其中：

上述第1和第2扭转轴彼此平行。

4.如权利要求1所述的加速度传感器，还包括：

用于将上述惯性质量块以在上述基板的厚度方向上可弹性移位的方式支撑在上述基板之上的支撑梁。

5.如权利要求1所述的加速度传感器，还包括：

覆盖上述第1和第2检测框的盖体。

6.如权利要求1所述的加速度传感器，其中：

上述惯性质量块具有导电部分，

在上述导电部分的下方的上述基板上，还包括用于将上述惯性质量块在上述基板的厚度方向上静电驱动的电极。

7.如权利要求1所述的加速度传感器，其中：

上述多个检测电极具有：

多个第1检测电极，该多个第1检测电极用于通过静电电容检测上述第1检测框相对于上述基板的角度，并以与该第1检测框相对置的方式形成在上述基板上，以及

多个第2检测电极，该多个第2检测电极用于通过静电电容检测上述第2检测框相对于上述基板的角度，并以与该第2检测框相对置的方式形成在上述基板上，

上述多个第1检测电极设置成相对于上述第1检测框的转动轴在平面视图中对称，上述多个第2检测电极设置成相对于上述第2检测框的转动轴在平面视图中对称。

8.如权利要求7所述的加速度传感器，其中：

上述第1和第2检测框各自的重心分别位于上述第1和第2检测框的各自的转动轴上。

9.如权利要求7所述的加速度传感器，其中：

上述第1扭转轴和上述第2扭转轴分别为上述第1检测框的转动轴和上述第2检测框的转动轴。

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