CN102667497A - 加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种加速度传感器，具备传感器部，该传感器部包括：重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了上述凹部以外的实心部；一对梁部，转动自如地支撑上述重物部以使上述凹部和上述实心部沿着转动方向排列；可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨上述凹部和上述实心部设置；第1固定电极，配设在上述可动电极的与上述凹部侧对置的位置；以及第2固定电极，配设在上述可动电极的与上述实心部侧对置的位置，上述加速度传感器根据伴随着以连结一对上述梁部的直线为转动轴的上述重物部的转动的、上述可动电极与上述固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，其特征在于，将上述梁部向上述凹部侧错开配置，以使从上述重物部的重心位置向上述转动轴引下的垂线与上述可动电极的表面所成的角度为大致45度。

Description

加速度传感器
技术领域
本发明涉及静电电容型的加速度传感器。
背景技术
以往，如图5（a）所示，已知一种加速度传感器具备：具有可动电极的长方体形状的重物部100；在重物部100的长边方向的大致中央、转动自如地支撑重物部100的一对梁部101；和分别相对于以连结一对梁部101的直线为边界线的重物部100的表面的一侧及另一侧隔开规定距离地对置配置的一对固定电极102、103（例如，参照专利文献1）。该加速度传感器通过差动检测伴随着以上述边界线为转动轴的重物100的转动的、可动电极（重物部100的与固定电极102、103的对置部位）与固定电极102、103之间的静电电容的变化，来检测施加在重物部100上的加速度。在这样的加速度传感器中，通过在重物部100的背面的夹着上述边界线的一侧（图5（a）的右侧）形成凹部104，重物部100构成为，在夹着上述边界线的一侧（右侧）和另一侧（左侧）重量不同。但是，当被施加加速度时，在重物部100上发生以上述边界线为转动轴的力矩。这里，为了防止重物部100的形成有凹部104的部位通过来自周围的应力而变形，而沿着与上述边界线平行的朝向与重物部100一体地形成将凹部104内分割成两份那样的加强壁105。
专利文献1：日本特表2008－544243号公报
发明概要
通过上述加速度传感器，虽然能够检测与转动轴正交的两个方向的加速度，但通过将从重物部100的重心位置向转动轴引下的垂线与重物部100的表面所成的角度θ设定为大致45度，使这两个方向的检测灵敏度等价。这里，作为使加速度传感器的检测灵敏度提高的手段之一，有增大可动电极的面积的方法，但在采用该方法的情况下，为了将上述角度θ维持在大致45度，必须使重物部100的厚度尺寸变大。如果使重物部100的厚度尺寸变大，则形成重物部100的蚀刻工序的时间变长，所以有不现实的问题。
因此，为了不增大重物部100的厚度尺寸而使上述角度θ维持在大致45度，如图5（b）所示，有通过将重物部100的梁部101的该图中的正下方挖穿而使重物部100轻量化的方法。但是，在采用该方法的情况下，有因在重物部100中轻量化的薄壁部的强度不足而不好的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种能够不进行重物部的厚度尺寸的大型化及轻量化而使检测灵敏度提高的加速度传感器。
根据本发明的第1技术方案，为了达到上述目的，提供一种加速度传感器，其具备传感器部，该传感器部包括：重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了凹部以外的实心部；一对梁部，转动自如地支撑重物部以使凹部和实心部沿着转动方向排列；可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨凹部和实心部而设置；第1固定电极，配设在与可动电极的凹部侧对置的位置；和第2固定电极，配设在与可动电极的实心部侧对置的位置，该加速度传感器根据伴随着以连结一对梁部的直线为转动轴的重物部的转动的、可动电极与固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，在该加速度传感器中，将梁部向凹部侧错开配置，以使从重物部的重心位置向上述转动轴引下的垂线与可动电极的表面所成的角度为大致45度。
根据本发明的第1技术方案的结构，当增大可动电极的面积而使检测灵敏度提高时，能够仅通过将梁部错开配置来进行对应，以使从重物部的重心位置向转动轴引下的垂线与可动电极的表面所成的角度成为大致45度，所以能够不使重物部的厚度尺寸变大、或者使重物部轻量化，而提高检测灵敏度。
并且，也可以在实心部上设置在一面上开口的另外的凹部，在另外的凹部中埋设由金属材料构成的辅助重物部。
根据这样的结构，通过将辅助重物部埋设到另外的凹部中，能够在维持重物部的重量的平衡的同时实现重物部的小型化，结果能够实现传感器整体的小型化。
根据本发明的第2技术方案，为了达到上述目的，提供一种加速度传感器，其具备传感器部，该传感器部包括：重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了凹部以外的实心部；一对梁部，转动自如地支撑重物部以使凹部和实心部沿着转动方向排列；可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨凹部和实心部而设置；第1固定电极，配设在与可动电极的凹部侧对置的位置；和第2固定电极，配设在与可动电极的实心部侧对置的位置，该加速度传感器根据伴随着以连结一对梁部的直线为转动轴的重物部的转动的、可动电极与固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，在该加速度传感器中，具有与重物部的与固定电极对置的一侧的面隔开规定的间隔配置、并且在一面上设有各固定电极的第1固定板，在各可动电极的与各固定电极的对置面上分别形成有突起部，在各固定电极的与各突起部对置的部位上，分别设有被挖穿以使第1固定板的一面露出到外部的退让部。
根据本发明的第3技术方案，提供一种加速度传感器，其具备传感器部，该传感器部包括：重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了凹部以外的实心部；一对梁部，转动自如地支撑重物部以使凹部和实心部沿着转动方向排列；可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨凹部和实心部而设置；第1固定电极，配设在与可动电极的凹部侧对置的位置；和第2固定电极，配设在与可动电极的实心部侧对置的位置，该加速度传感器根据伴随着以连结一对梁部的直线为转动轴的重物部的转动的、可动电极与固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，在该加速度传感器中，在各固定电极的与可动电极的对置面上形成有突起部。
根据本发明的第2、第3技术方案的结构，即使对传感器施加以往突起部会接触在固定电极上的程度的冲击，也由于突起部经由退让部与第1固定板接触，所以突起部与固定电极也不会直接接触。因而，能够防止突起部附着到固定电极上。
根据本发明的第4技术方案，为了达到上述目的，提供一种加速度传感器，其具备传感器部，该传感器部包括：重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了凹部以外的实心部；一对梁部，转动自如地支撑重物部以使凹部和实心部沿着转动方向排列；可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨凹部和实心部而设置；第1固定电极，配设在与可动电极的凹部侧对置的位置；和第2固定电极，配设在与可动电极的实心部侧对置的位置，该加速度传感器根据伴随着以连结一对梁部的直线为转动轴的重物部的转动的、可动电极与固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，在该加速度传感器中，传感器部在同一芯片上形成有两个，各电极部沿着一方向配置为将芯片分割为一半一半，各重物部配置为以各电极部的排列的大致中央为中心点而成为对称，并且各梁部被配置为，连结各梁部的直线沿着与各电极部的配置方向正交的方向。
根据本发明的第4技术方案的结构，由于传感器整体的对称性增加，所以即使在通过热膨胀等发生了应变的情况下，在传感器整体上也均匀地发生应变，整体的平衡不会受损。因而，能够实现输出的温度特性的高精度化。此外，随着各电极部与各重物部之间的距离变为相等，各电极部与各固定电极之间的距离也变为相等，所以能够使连结电极间的各导电图案的配线长度彼此相等。因而，能够降低各导电图案的寄生电容的差，还能够降低各可动电极与各固定电极之间的静电电容的差。进而，由于能够将从梁部到重物部的各端部的距离、即重物部的转动半径取得较大，所以与芯片为相同尺寸的以往的加速度传感器相比，能够减小为了得到相同的检测灵敏度而需要的转动位移。因此，由于能够提高梁部的抗弯刚度，所以即使可动电极附着在固定电极上，也能够通过梁部的复原力将可动电极从固定电极剥离。
本发明的目的及特征通过参照以下这样的附图的以后的优选的实施例的说明会变得更加明确。
附图说明
图1是表示有关本发明的加速度传感器的实施方式的主要部分剖视图。
图2是其分解立体图。
图3（a）是其省略了上部固定板及导电图案的平面视图，图3（b）是图3（a）的A－A＇线截面箭头图。
图4是其传感器芯片的平面视图。
图5（a）是表示以往的加速度传感器的主要部分剖视图，图5（b）是将图5（a）的梁部正下方挖穿的情况下的主要部分剖视图。
图6是表示有关本发明的加速度传感器的实施方式2的剖视图。
图7是表示有关本发明的加速度传感器的实施方式3的图，图7（a）是主要部分剖视图，图7（b）是另一结构的主要部分剖视图。
图8是表示有关本发明的加速度传感器的实施方式4的图，图8（a）是主要部分剖视图，图8（b）是另一结构的主要部分剖视图。
图9是表示有关本发明的加速度传感器的参考例的主要部分剖视图。
图10是表示有关本发明的加速度传感器的实施方式5的分解立体图。
图11是从下侧观察其传感器芯片的平面视图。
图12是其剖视图。
具体实施方式
以下，使用附图对有关本发明的加速度传感器的实施方式更详细地说明。在所有附图中，对于相同或类似的部分赋予相同的标号而省略说明。另外，在以下的说明中，假设将图1中的上下决定为上下方向，将与传感器芯片1的短边方向平行的方向决定为x方向，将与传感器芯片1的长边方向平行的方向决定为y方向，将与x方向及y方向相互正交的方向决定为z方向。本实施方式如图1、图2所示，具备：外形是矩形板状的传感器芯片1、固定在传感器芯片1的上表面侧的上部固定板2a、和固定在传感器芯片1的下表面侧的下部固定板2b。
传感器芯片1具备：从上下方向观察在长边方向上并列设置有矩形状的两个框部3a、3b的框架部3；以相对于框部3a、3b的内周面隔开间隙的状态、相邻于框部3a、3b内而配置的长方体形状的重物部4、5；将框部3a、3b的内周面与重物部4、5的侧面连结而相对框架部3将重物部4、5转动自如地支撑的各一对的梁部6a、6b及7a、7b；和形成在重物部4、5的上表面的可动电极4a、5a。
重物部4、5如图1、图3（b）所示，一体地形成有在一面（下表面）上开口的凹部41、51、和除了凹部41、51以外的实心部40、50。凹部41、51从开口面的法线方向（上下方向）观察形成为平面视呈四边形状，此外，将凹部41、51内分割成4份的加强壁42、52与重物部4、5一体地形成。
这里，在本实施方式中，如图4所示，采用平面视“く”字形的一对加强壁42、52以及各加强壁42、52的中央部用平坦的辅助壁42＇、52＇连结的结构、即多个加强壁42、52在不与凹部41、51的顶角交叉的位置上与内壁面结合的结构。但是，由于在凹部41、51的四角上、辅助壁42、52与内壁面所成的角度为钝角，所以容易在重物部4、5上形成（蚀刻）凹部41、51。
一对梁部6a、6b将重物部4的与框部3a对置的侧面的x方向上的大致中央部与框部3a连结。同样，一对梁部7a、7b将重物部5的与框部3b对置的侧面的x方向上的大致中央部与框部3b连结。但是，将一对梁部6a、6b连结的直线、以及将一对梁部7a、7b连结的直线成为转动轴，各重物部4、5绕转动轴转动。
传感器芯片1通过半导体的细微加工技术将SOI（Silicon on Insulator，绝缘衬底上的硅）基板加工而形成，包括重物部4、5的上表面的部位为可动电极4a、5a。此外，在重物部4、5的上表面及下表面上，突设有用来防止重物部4、5直接碰撞到上部固定板2a及下部固定板2b的突起部43a、43b、53a、53b。
这里，在将突起部43a、43b、53a、53b通过硅或氧化硅膜等的传感器芯片的主材料形成的情况下，能够容易地制造突起部43a、43b、53a、53b。另外，也可以将突起部43a、43b、53a、53b的表层用碳材料涂层。在此情况下，突起部43a、43b、53a、53b的机械强度增加，能够防止因与上部固定板2a及下部固定板2b的碰撞而突起部43a、43b、53a、53b破损。进而，如果作为碳材料而采用碳纳米管，则能够减小涂层的厚度尺寸，所以能够将突起部43a、43b、53a、53b容易地调整为希望的高度尺寸。
上部固定板2a例如由玻璃等的绝缘材料形成，设在可动电极4a、5a侧，即在本例中设在传感器芯片1上，在其下表面上，在沿着上下方向与传感器芯片1的重物部4（可动电极4a）对置的位置上，在x方向上并列设置有第1固定电极20a和第2固定电极20b，并且在沿着上下方向与传感器芯片1的重物部5（可动电极5a）对置的位置上，在x方向上并列设置有第1固定电极21a和第2固定电极21b。此外，在上部固定板2a的x方向一端侧，沿y方向并排贯通设置有5个贯通孔22a～22e。进而，在上部固定板2a的下表面上，形成有与各固定电极20a、20b及21a、21b电连接的多个导电图案（未图示）。
另一方面，在传感器芯片1的x方向一端侧，并列设置有从框架部3离开的共计4个电极部8a、8b、9a、9b。这些4个电极部8a、8b、9a、9b在上表面的大致中央分别形成由金属膜构成的检测电极80a、80b、90a、90b，并且在与框部3a、3b相邻的端部的上表面上分别形成有由金属膜构成的压接电极81a、81b、91a、91b（仅图示了压接电极91a），检测电极80a（80b）与压接电极81a（81b）连结。另外，在框架部3上表面的电极部8b、9a之间形成有接地电极10，接地电极10经由梁部6a、6b电连接在可动电极4a上，经由梁部7a、7b电连接在可动电极5a上。并且，如果在传感器芯片1的上表面上接合上部固定板2a，则通过将形成在上部固定板2a的下表面上的导电图案与压接电极81a、81b、91a、91b压接连接，将各检测电极80a、80b、90a、90b与各固定电极20a、20b、21a、21b电连接，并且各检测电极80a、80b、90a、90b经由上部固定板2a的贯通孔22a～22d露出到外部。另外，接地电极10也经由贯通孔22e露出到外部。
另外，在本实施方式中，如图2所示，在电极部8a与电极部8b之间、电极部9a与电极部9b之间、各电极部8a、8b、9a、9b与框架部3之间、各电极部8a、8b、9a、9b与各重物部4、5之间分别设有间隙。通过这样构成，各检测电极80a、80b、90a、90b相互电绝缘，所以能够降低各检测电极80a、80b、90a、90b的寄生电容及电极间的串扰，并进行高精度的静电电容的检测。
下部固定板2b与上部固定板2a同样地由玻璃等绝缘材料形成，设在上部固定板2a的相反侧，即在本例中设在传感器芯片1的下方，在其上表面，在沿着上下方向与传感器芯片1的重物部4、5对置的位置上分别形成有附着防止膜23a、23b。该附着防止膜23a、23b由铝类合金等与固定电极20a、20b及21a、21b相同的材料形成，防止转动后的重物部4、5的下表面附着到下部固定板2b上。这样，通过将附着防止膜23a、23b用与固定电极20a、20b及21a、21b相同的材料形成，能够容易地形成附着防止膜23a、23b。此时，只要将附着防止膜23a、23b与固定电极20a、20b及21a、21b同时形成，就能够提高重物部4、5与固定电极20a、20b及21a、21b之间、以及重物部4、5与下部固定板2b之间的距离的精度。
另外，在将附着防止膜23a、23b通过半导体制造工序成膜的情况下，在附着防止膜23a、23b的表面上形成微小的凹凸，所以能够更适当地防止重物部4、5附着到下部固定板2b上。这里，在将附着防止膜23a、23b用铝类合金形成的情况下，蚀刻加工变得容易。此外，也可以通过在附着防止膜23a、23b的表面上形成与半导体制造工序的整合性良好、并且加工容易的聚酰亚胺薄膜等的有机材料薄膜，来防止附着防止膜23a、23b与重物部4、5之间的短路。
这里，在本实施方式中，由框部3a、重物部4、梁部6a、6b、可动电极4a、第1及第2固定电极20a、20b、检测电极80a、80b，和框部3b、重物部5、梁部7a、7b、可动电极5a、第1及第2固定电极21a、21b、检测电极90a、90b分别形成传感器部，在使重物部4、5的朝向（实心部40、50和凹部41、51的配置）在同一平面上反转180度的状态下一体地形成两个传感器部。
接着，对本实施方式的检测动作进行说明。首先，考虑对一个重物部4施加x方向的加速度的情况。如果向x方向施加加速度，则重物部4绕转动轴转动，可动电极4a与第1固定电极20a及第2固定电极20b之间的距离变化，结果，可动电极4a与各固定电极20a、20b之间的静电电容C1、C2也变化。这里，如果将没有被施加x方向的加速度时的可动电极4a与各固定电极20a、20b之间的静电电容设为C0、将通过加速度的施加而发生的静电电容的变化量设为ΔC，则施加了x方向的加速度时的静电电容C1、C2可以表示为
C1=C0－ΔC    …（1）
C2=C0＋ΔC    …（2）
同样，在对另一个重物部5施加了x方向的加速度的情况下，可动电极5a与各固定电极21a、21b之间的静电电容为C3、C4可以表示为
C3=C0－ΔC    …（3）
C4=C0＋ΔC    …（4）
这里，静电电容C1～C4的值可以通过将从检测电极80a、80b及90a、90b取出的电压信号进行运算处理来检测。并且，如果计算从一个传感器部得到的静电电容C1、C2的差值CA（=C1－C2）与从另一个传感器部得到的静电电容C3、C4的差值CB（=C3－C4）的和（±4ΔC），则能够基于该差值CA、CB的和来运算在x方向上施加的加速度的朝向和大小。
接着，考虑对一个重物部4施加了z方向的加速度的情况。如果在z方向上施加加速度，则重物部4绕转动轴转动，可动电极4a与第1固定电极20a及第2固定电极20b之间的距离变化，结果，可动电极4a与各固定电极20a、20b之间的静电电容C1、C2也变化。这里，如果将没有被施加z方向的加速度时的可动电极4a与各固定电极20a、20b之间的静电电容设为C0＇、将通过加速度的施加而发生的静电电容的变化量设为ΔC＇，则施加了z方向的加速度时的静电电容C1＇、C2＇可以表示为
C1＇=C0＇＋ΔC＇…（5）
C2＇=C0＇－ΔC＇…（6）
同样，在对另一个重物部5施加了z方向的加速度的情况下，可动电极5a与各固定电极21a、21b之间的静电电容为C3＇、C4＇可以表示为
C3＇=C0＇－ΔC＇…（7）
C4＇=C0＇＋ΔC＇…（8）
并且，如果计算从一个传感器部得到的静电电容C1＇、C2＇的差值CA＇（=C1＇－C2＇）与从另一个传感器部得到的静电电容C3＇、C4＇的差值CB＇（=C3＇－C4＇）的差（±4ΔC＇），则能够基于该差值CA＇、CB＇、CA＇、CB＇的差来运算在z方向上施加的加速度的朝向和大小。另外，关于基于差值CA、CB的和与差来求出x方向及z方向的加速度的朝向及大小的运算处理，以往是周知的，所以这里省略详细的说明。
如上所述，在使可动电极4a、5a的面积变大以提高加速度传感器的检测灵敏度的情况下，为了将从重物部4、5的重心位置向转动轴引下的垂线与可动电极4a、5a的表面所成的角度维持为大致45度，而使重物部4、5的厚度尺寸变大、或者将重物部4、5的梁部6a、6b、7a、7b的正下方挖穿而轻量化的方法是不优选的。所以，在本实施方式中，如图1所示，通过将梁部6a、6b、7a、7b（在该图中仅图示了梁部6b）从重物部4、5的长边方向上的大致中央向凹部41、51侧（右侧）错开配置，从而使从重物部4、5的重心位置向转动轴引下的垂线与可动电极4a、5a的表面所成的角度θ成为大致45度。于是，仅通过将梁部6a、6b、7a、7b错开配置就能够将角度θ维持为大致45度，所以能够不使重物部4、5的厚度尺寸变大、或者对重物部4、5进行轻量化而使检测灵敏度提高。
另外，在本实施方式中，可以通过沿着以下的顺序进行加速度传感器的动作确认。即，通过使第1固定电极20a或第2固定电极20b与可动电极4a之间、或者第1固定电极21a或第2固定电极21b与可动电极5a之间产生吸引力，而使重物部4、5转动。并且，通过检测随着重物部4、5的转动而发生的各固定电极20a、20b及21a、21b与重物部4、5之间的静电电容的变化，能够确认加速度传感器是否正常地动作。另外，也可以通过使附着防止膜23a、23b与可动电极4a、5a之间产生吸引力而进行同样的动作确认。
此外，在本实施方式中，例示了检测x方向和z方向的两方向的加速度的加速度传感器，但如果将由1个没有形成第1凹部41的重物部4构成的传感器部在xy平面内90度旋转配置，则能够实现检测加上y方向的3方向的加速度的加速度传感器。
（第2实施方式）
以下，使用附图对关于本发明的加速度传感器的第2实施方式进行说明。其中，本实施方式的基本的结构与实施方式1共通，所以对于共通的结构赋予相同的标号而省略说明。本实施方式的加速度传感器与图2的结构在整体上相同，但是，重物部的结构在图6中表示。
重物部4、5如图6所示，一体地形成有在一面（下表面）上开口的第1凹部41、51、和除了第1凹部41、51以外的实心部40、50。第1凹部41、51从开口面的法线方向（上下方向）观察形成为平面视四边形状，此外，将第1凹部41、51内分割成两份的加强壁42、52与重物部4、5一体地形成。
这里，在本实施方式中，如图6所示，在一面（下表面）上开口的第2凹部44、54（在该图中仅图示了第2凹部44）凹设于实心部40、50中。此外，在第2凹部44、54中埋设由比重比形成重物部4、5的材料高的金属材料构成的辅助重物部45、55（在该图中仅图示了辅助重物部45）。另外，在重物部4、5由硅形成的情况下，由于硅的比重是2.33g/cm3，所以作为构成辅助重物部45、55的材料，优选的是采用镍（比重8.90g/cm3）、钨（比重19.3g/cm3）、铬（比重7.87g/cm3）、钯（比重12.02g/cm3）、白金（比重21.45g/cm3）、锰（比重7.43g/cm3）。此外，辅助重物部45、55的重量优选的是与构成第1凹部41、51的外壁部的构造体的重量大致相同。
在如以往的加速度传感器那样、使可动电极4a、5a的面积变大以提高加速度传感器的检测灵敏度的情况下，为了将从重物部4、5的重心位置向转动轴引下的垂线与可动电极4a、5a的表面所成的角度维持为大致45度，而使重物部4、5的厚度尺寸变大、或者将重物部4、5的梁部6a、6b、7a、7b的正下方挖穿而轻量化的方法是不优选的。所以，在本实施方式中，如图6所示，通过将梁部6a、6b、7a、7b（在该图中仅图示了梁部6b）从重物部4、5的长边方向的大致中央向第1凹部41、51侧（右侧）错开配置，而使从重物部4、5的重心位置向转动轴引下的垂线与可动电极4a、5a的表面所成的角度θ成为大致45度。于是，仅通过将梁部6a、6b、7a、7b错开配置，就能够将角度θ维持为大致45度，所以能够不使重物部4、5的厚度尺寸变大、或者使重物部4、5轻量化而提高检测灵敏度。
进而，在本实施方式中，在重物部4、5的实心部40、50上凹设第2凹部44、54，并且在该第2凹部44、54中埋设有辅助重物部45、55，所以能够在维持重物部4、5的重量平衡的同时实现重物部4、5的小型化，结果能够实现传感器整体的小型化。
另外，在本实施方式中也与第1实施方式同样，通过沿着以下的次序能够进行加速度传感器的动作确认。即，通过使第1固定电极20a或第2固定电极20b与可动电极4a之间、或者第1固定电极21a或第2固定电极21b与可动电极5a之间产生吸引力，而使重物部4、5转动。并且，通过检测随着重物部4、5的转动而发生的各固定电极20a、20b及21a、21b与重物部4、5之间的静电电容的变化，能够确认加速度传感器是否正常地动作。另外，也可以通过使附着防止膜23a、23b与可动电极4a、5a之间产生吸引力而进行同样的动作确认。
此外，在本实施方式中，也与第1实施方式同样，例示了检测x方向和z方向的两方向的加速度的加速度传感器，但如果将1个由没有形成第1凹部41的重物部4构成的传感器部在xy平面内90度旋转配置，则能够实现检测加上y方向的3方向的加速度的加速度传感器。
以下，使用附图对关于本发明的加速度传感器的各实施方式3及4进行说明。其中，本实施方式的基本的结构与实施方式1共通，所以对于共通的部位赋予相同的标号而省略说明。另外，在以下的说明中，假设将图7（a）中的上下左右设定为上下左右方向。此外，在各实施方式中，上部固定板2a相当于“第1固定板”，下部固定板2b相当于“第2固定板”。
（实施方式3）
本实施方式如图7（a）所示，其特征在于，在各固定电极20a、20b及21a、21b的与突起部43a、53a对置的部位上分别设有被挖穿以使上部固定板2a的一面（下表面）露出到外部的退让部20c、20d、21c、21d。于是，即使突起部43a、53a对传感器施加与各固定电极20a、…相接触的程度的冲击，也由于突起部43a、53a经由退让部20c、20b及21a、21b与上部固定板2a接触，所以突起部43a、53a与各固定电极20a、20b及21a、21b不会直接接触。因而，能够防止突起部43a、53a附着到各固定电极20a、20b及21a、21b上。
由于各固定板2a、2b由玻璃材料构成、突起部43a、53a由硅或氧化硅膜构成，所以即使它们碰撞，相互附着的可能性也非常低，但不能断言没有相互附着的可能性。所以，优选的是，例如如图7（b）所示，在各固定板2a、2b上将与退让部20c、20b、21a、21b对应的部位的一面粗糙化而设置微细的凹凸。在此情况下，能够防止突起部43a、53a附着在各固定板2a、2b上。另外，作为将各固定板2a、2b的一面粗糙化的方法，有喷砂法、使用氟酸水溶液等液体的湿式蚀刻、使用四氟化碳等气体的干式蚀刻等。
（实施方式4）
本实施方式如图8（a）所示，特征在于，在实施方式3的突起部43a、53a的表面上设有由硬度比构成突起部43a、53a的材料高的材料构成的薄膜A。薄膜A例如由硅氮化膜等硬度比硅或氧化硅膜高的材料构成。这里，硅氮化膜虽然硬度比氧化硅膜高，但一般如果较厚（0.2μm以上）地形成，则因为膜自身的内部应力而发生龟裂。所以，在本实施方式中，以硅或氧化硅膜为母材，将突起部43a、53a以1～2μm的厚度形成，在其表面上将薄膜A以0.2μm以下的薄度形成。
通过如上述那样构成，能够更适当地防止突起部43a、53a附着到各固定板2a、2b上。此外，由于突起部43a、53a的机械强度增加，所以能够防止通过与各固定板2a、2b的碰撞而突起部43a、53a破损。另外，作为薄膜A的结构，并不限定于硅氮化膜，例如也可以由碳材料形成。此外，如果采用碳纳米管作为碳材料，则能够减小薄膜A的厚度尺寸，所以能够容易地将突起部43a、53a调节为希望的厚度尺寸。
另外，在本实施方式中，也与实施方式1同样，优选的是在各固定板2a、2b中将与退让部20c、20b及21a、21b对应的部位的一面粗糙化而设置微细的凹凸（参照图8（b））。
这里，在上述各实施方式3、4中，在各可动电极4a、5a上形成有突起部43a、53a，但如图9所示，也可以在各固定电极20a、20b及21a、21b上形成突起部43a、53a。在此情况下，当在传感器上施加了冲击时，突起部43a、53a与各可动电极4a、5a碰撞。因而，各固定电极20a、20b及21a、21b不会与各可动电极4a、5a直接接触，所以能够防止各可动电极4a、5a附着到各固定电极20a、20b及21a、21b上。
此外，在上述各实施方式3、4中，在相邻的各电极部8a、8b、9a、9b、10a之间、各电极部8a、8b、9a、9b、10a与框架部3之间、各电极部8a、8b、9a、9b、10a与各重物部4、5之间分别设有间隙。通过这样构成，使各检测电极80a、80b、90a、90b相互电绝缘，所以能够降低各检测电极80a、80b、90a、90b的寄生电容或电极间的串扰而进行高精度的静电电容的检测。
在将附着防止膜23a、23b与以往同样用铝类金属构成、此外通过半导体制造工序成膜的情况下，由于在附着防止膜23a、23b的表面上形成微小的凹凸，所以能够适当地防止重物部4、5及突起部43b、53b附着到下部固定板2b上。但是，由于铝是比较柔软的金属，所以如果被反复碰撞则附着防止膜23a、23b的表面被平坦化，通过接触面积增大，反而有容易附着的问题。所以，在上述实施方式3、4中，将附着防止膜23a、23b以与重物部4、5及突起部43b、53b具有相同程度的硬度的材料构成，从而防止因碰撞带来的一侧的变形，结果适当地防止重物部4、5及突起部43b、53b附着到下部固定板2b上。
另外，在本实施方式中，也与第1实施方式同样，通过沿着以下的次序，能够进行加速度传感器的动作确认。即，通过使第1固定电极20a或第2固定电极20b与可动电极4a之间、或者第1固定电极21a或第2固定电极21b与可动电极5a之间产生吸引力，使重物部4、5转动。并且，通过检测随着重物部4、5的转动而发生的各固定电极20a、20b及21a、21b与重物部4、5之间的静电电容的变化，能够确认加速度传感器是否正常地动作。另外，也可以通过使附着防止膜23a、23b与可动电极4a、5a之间产生吸引力而进行同样的动作确认。
（第5实施方式）
以下，使用附图对有关本发明的加速度传感器的实施方式进行说明。其中，本实施方式的基本的结构与实施方式1是共通的，所以对共通的部位赋予相同的标号而省略说明。另外，在以下的说明中，将图10中的上下设定为上下方向、将与传感器芯片1的长边方向平行的方向设定为x方向、将与传感器芯片1的短边方向平行的方向设定为y方向、将与x方向及y方向相互正交的方向设定为z方向。
本实施方式如图10所示，在传感器芯片1的短边方向（y方向）上的大致中央处沿着x方向以直线状配置有各电极部8a、8b、9a、9b、10a。即，将各电极部8a、8b、9a、9b、10a配置为，将传感器芯片1分割为一半一半。另外，在电极部10a的上表面上，设有接地电极10。此外，将各重物部4、5配置为，以各电极部8a、8b、9a、9b、10a的排列的大致中央为中心而成为点对称，并且配置有各梁部6a、6b、7a、7b，以使将各梁部6a、6b、7a、7b连结的直线沿着与各电极部8a、8b、9a、9b的配置方向正交的方向（y方向）。此外，电极部8a与第1固定电极20a、电极部8b与第2固定电极20b、电极部9a与第1固定电极21a、电极部9b与第2固定电极21b分别经由导电图案电连接。另外，在本实施方式中，如图11所示，在各重物部4、5的凹部41、51中，分别与各重物部4、5一体地形成有两个加强壁42、52，以将各凹部41、51内分割成3份。
通过如上述那样构成，在本实施方式中，传感器芯片1成为以接地电极10为中心的点对称的构造。因此，传感器整体的对称性增加，即使在通过热膨胀等发生应变（日本語：歪み)的情况下也在传感器整体上均匀地发生应变，不会损害整体的平衡。因而，集中在各重物部4、5的实心部40、50及凹部41、51、以及梁部6a、6b及7a、7b上的应力中不易发生差异，能够实现输出的温度特性的高精度化。
此外，在本实施方式中，随着各电极部8a、8b、9a、9b、10a与各重物部4、5之间的距离成为相等，各电极部8a、8b、9a、9b、10a与各固定电极20a、20b及21a、21b之间的距离也成为相等，所以能够使连结电极间的各导电图案的配线长度相互相等。因而，减少了各导电图案的寄生电容的差，还能够降低各可动电极4a、5a与各固定电极20a、20b及21a、21b之间的静电电容的差。
进而，在本实施方式中，由于能够将从梁部6a、6b、7a、7b到重物部4、5的长边方向的各端部的距离、即重物部4、5的转动半径取得较大，所以与传感器芯片1为相同尺寸的加速度传感器相比，能够减小为了得到相同的检测灵敏度而需要的转动位移。因此能够提高梁部6a、6b、7a、7b的抗弯刚度，从而即使各可动电极4a、5a附着到各固定电极20a、20b及21a、21b，也能够通过梁部6a、6b、7a、7b的复原力将各可动电极4a、5a从各固定电极20a、20b及21a、21b剥离。
在本实施方式中，也与第1实施方式同样，如图12所示，在将突起部43a、43b、53a、53b通过硅或氧化硅膜等的传感器芯片的主材料形成的情况下，能够容易地制造突起部43a、43b、53a、53b。此外，也可以将突起部43a、43b、53a、53b的表层用碳材料涂层。在此情况下，突起部43a、43b、53a、53b的机械强度增加，能够防止通过与上部固定板2a及下部固定板2b的碰撞而突起部43a、43b、53a、53b破损。进而，如果采用碳纳米管作为碳材料，则能够减小涂层的厚度尺寸，所以能够容易地将突起部43a、43b、53a、53b调整为希望的高度尺寸。
在本实施方式中，也与第1实施方式同样，如图10所示，通过将附着防止膜23a、23b用与固定电极20a、20b及21a、21b相同的材料形成，能够容易地形成附着防止膜23a、23b。此时，如果将附着防止膜23a、23b与固定电极20a、20b及21a、21b同时形成，则能够提高重物部4、5与固定电极20a、20b及21a、21b之间、以及重物部4、5与下部固定板2b之间的距离的精度。
另外，在将附着防止膜23a、23b通过半导体制造工序成膜的情况下，由于在附着防止膜23a、23b的表面上形成微小的凹凸，所以能够更适当地防止重物部4、5附着到下部固定板2b上。这里，在将附着防止膜23a、23b用铝类合金形成的情况下，蚀刻加工变得容易。此外，也可以通过在附着防止膜23a、23b的表面上形成与半导体制造工序的匹配性良好、并且加工容易的聚酰亚胺薄膜等有机材料薄膜，来防止附着防止膜23a、23b与重物部4、5之间的短路。
另外，在本实施方式中，如图10所示，在相邻的各电极部8a、8b、9a、9b、10a之间、各电极部8a、8b、9a、9b、10a与框架部3之间、各电极部8a、8b、9a、9b、10a与各重物部4、5之间分别设有间隙。通过这样构成，各检测电极80a、80b、90a、90b相互电绝缘，所以能够降低各检测电极80a、80b、90a、90b的寄生电容及电极间的串扰，并进行高精度的静电电容的检测。
此外，在本实施方式中，如图12所示，通过将梁部6a、6b、7a、7b（在该图中仅图示了梁部6a）从重物部4、5的长边方向上的大致中央向凹部41、51侧（该图的左侧）错开配置，而使从重物部4、5的重心位置向转动轴引下的垂线与可动电极4a、5a的表面所成的角度θ成为大致45度。于是，仅通过将梁部6a、6b、7a、7b错开配置，就能够将角度θ维持为大致45度，所以能够不使重物部4、5的厚度尺寸变大、或者使重物部4、5轻量化而提高检测灵敏度。
另外，在本实施方式中，也与第1实施方式同样，通过沿着以下的次序，能够进行加速度传感器的动作确认。即，通过使第1固定电极20a或第2固定电极20b与可动电极4a之间、或者第1固定电极21a或第2固定电极21b与可动电极5a之间产生吸引力，而使重物部4、5转动。并且，通过检测随着重物部4、5的转动而发生的各固定电极20a、20b及21a、21b与重物部4、5之间的静电电容的变化，从而能够确认加速度传感器是否正常地动作。另外，也可以通过使附着防止膜23a、23b与可动电极4a、5a之间产生吸引力而进行同样的动作确认。
上述各实施方式能够在不脱离本发明的技术思想的范围内适当地组合。
以上以特定的实施例为中心说明了本发明，但在本发明的主旨及权利要求书内，在本技术领域中能够有各种各样的变形、变更或修正，由此，上述说明及附图不用来限定本发明的技术思想，而应被解释为例示本发明。

Claims (24)

1.一种加速度传感器，具备传感器部，
该传感器部包括：
重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了上述凹部以外的实心部；
一对梁部，转动自如地支撑上述重物部以使上述凹部和上述实心部沿着转动方向排列；
可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨上述凹部和上述实心部设置；
第1固定电极，配设在与上述可动电极的上述凹部侧对置的位置；以及
第2固定电极，配设在与可动电极的上述实心部侧对置的位置，
上述加速度传感器根据伴随着以连结一对上述梁部的直线为转动轴的上述重物部的转动的、上述可动电极与上述固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，
其特征在于，
将上述梁部向上述凹部侧错开配置，以使从上述重物部的重心位置向上述转动轴引下的垂线与上述可动电极的表面所成的角度为大致45度。
2.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，
在上述实心部上设置在一面上开口的另外的凹部，在上述另外的凹部中埋设有由金属材料构成的辅助重物部。
3.如权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，
上述辅助重物部由比重比形成重物部的材料高的金属材料构成。
4.如权利要求2或3所述的加速度传感器，其特征在于，
上述辅助重物部的重量与构成上述凹部的外壁部的构造体的重量大致相同。
5.如权利要求1~4中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
检测施加在上述重物部上的第1方向的加速度、和与第1方向正交的第2方向的加速度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
上述传感器部在同一个芯片上形成有多个。
7.如权利要求6所述的加速度传感器，其特征在于，
上述传感器部在同一个芯片上形成有两个，一个传感器部相对于另一个传感器部在同一平面中旋转180度而配置。
8.如权利要求7所述的加速度传感器，其特征在于，
两个上述传感器部邻接配置。
9.如权利要求1～6中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
具有：内包上述重物部的框部；和形成于框部并与各上述固定电极电连接的一对检测电极，在各上述检测电极之间、以及各上述检测电极与上述框部之间、以及各上述检测电极与上述重物部之间设有间隙。
10.如权利要求1～9中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
在上述各上述固定电极的与上述可动电极的对置面、或上述可动电极的与各上述固定电极的对置面上形成有突起部。
11.如权利要求10所述的加速度传感器，其特征在于，
上述突起部由硅或氧化硅膜形成。
12.如权利要求10所述的加速度传感器，其特征在于，
上述突起部的表层由碳材料形成。
13.如权利要求1～12中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
具有与上述重物部的与上述固定电极对置的一侧相反侧的面隔开规定的间隔配置的固定板，在上述固定板的与重物部对置的面上，设有用来防止重物部的附着的附着防止膜。
14.如权利要求13所述的加速度传感器，其特征在于，
上述附着防止膜由与上述固定电极相同的材料形成。
15.如权利要求13或14所述的加速度传感器，其特征在于，
通过使上述固定电极与可动电极之间产生吸引力，来检测第1及第2固定电极与可动电极之间的静电电容的变化。
16.一种加速度传感器，具备传感器部，
该传感器部包括：
重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了上述凹部以外的实心部；
一对梁部，转动自如地支撑上述重物部以使上述凹部和上述实心部沿着转动方向排列；
可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨上述凹部和上述实心部设置；
第1固定电极，配设在与上述可动电极的上述凹部侧对置的位置；以及
第2固定电极，配设在与上述可动电极的上述实心部侧对置的位置，
上述加速度传感器根据伴随着以连结一对上述梁部的直线为转动轴的上述重物部的转动的、上述可动电极与上述固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，
其特征在于，
具有与上述重物部的与固定电极对置的一侧的面隔开规定的间隔配置、并且在一面上设有上述各固定电极的第1固定板，在上述各可动电极的与各固定电极的对置面上分别形成有突起部，在上述各固定电极的与各突起部对置的部位上，分别设有被挖穿的退让部，以使上述第1固定板的一面露出到外部。
17.如权利要求16所述的加速度传感器，其特征在于，
在上述固定板上，在与上述退让部对应的部位上设有凹凸。
18.如权利要求16或17所述的加速度传感器，其特征在于，
上述突起部的表面上设有由硬度比构成突起部的材料高的材料构成的薄膜。
19.如权利要求16～18中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
具有与上述重物部的与固定电极对置的一侧相反侧的面隔开规定的间隔配置的第2固定板，在第2固定板的与各重物部对置的面上，设有用来防止各重物部的附着的附着防止膜。
20.如权利要求16～19中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，
具有：内包上述重物部的框部；和形成在上述框部并与上述各固定电极电连接的一对检测电极，在上述各检测电极之间、以及上述各检测电极与框部之间、以及上述各检测电极与重物部之间设有间隙。
21.一种加速度传感器，具备传感器部，
该传感器部包括：
重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了上述凹部以外的实心部；
一对梁部，转动自如地支撑上述重物部以使上述凹部和上述实心部沿着转动方向排列；
可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨上述凹部和上述实心部设置；
第1固定电极，配设在与上述可动电极的上述凹部侧对置的位置；以及
第2固定电极，配设在与上述可动电极的上述实心部侧对置的位置，
上述加速度传感器根据伴随着以连结一对上述梁部的直线为转动轴的上述重物部的转动的、上述可动电极与上述固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，
其特征在于，
在上述各固定电极的与可动电极的对置面上形成有突起部。
22.一种加速度传感器，具备传感器部，
该传感器部包括：
重物部，一体地形成有在一面上开口的凹部和除了上述凹部以外的实心部；
一对梁部，转动自如地支撑上述重物部以使上述凹部和上述实心部沿着转动方向排列；
可动电极，在与凹部开口的上述一面不同的另一面上横跨上述凹部和上述实心部设置；
第1固定电极，配设在与上述可动电极的上述凹部侧对置的位置；以及
第2固定电极，配设在与上述可动电极的上述实心部侧对置的位置，
上述加速度传感器根据伴随着以连结一对上述梁部的直线为转动轴的上述重物部的转动的、上述可动电极与上述固定电极之间的静电电容的变化，来检测加速度，
其特征在于，
传感器部在同一个芯片上形成有两个，各电极部沿着一方向配置为将芯片分割为一半一半，上述各重物部配置为以各电极部的排列的大致中央为中心而成为点对称，并且上述各梁部被配置为，连结上述各梁部的直线沿着与各电极部的配置方向正交的方向。
23.如权利要求22所述的加速度传感器，其特征在于，
具有与上述重物部的与固定电极对置的一侧相反侧的面隔开规定的间隔配置的固定板，在上述固定板的与重物部对置的面上，设有用来防止重物部的附着的附着防止膜。
24.如权利要求23所述的加速度传感器，其特征在于，上述附着防止膜由与上述固定电极相同的材料形成。
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