CN102844832A - 加速度开关及电子器件 - Google Patents

Abstract

该加速度开关，具备：质量体，在内侧具备空间；圆弧状的梁，支持所述质量体，以包围所述质量体的方式配置；支持部，以固定所述梁的状态配置在所述质量体的周围；相对电极，在所述质量体的内侧的空间内，检测和质量体的接触。支持所述质量体的梁为1根，所述质量体的内侧面和相对电极的外侧面的距离，即电极间隔为1μm以上，且在20μm以下。

Description

加速度开关及电子器件

技术领域

本发明涉及加速度开关及包含加速度开关的电子器件。

背景技术

作为现有的加速度开关，基于图19说明在质量体内部具有相对电极，以多个梁支持质量体的无指向性的加速度开关。图19是现有的加速度开关的俯视图，该加速度开关100，由周边部101、4根梁102~105、质量体（重物）106、及相对电极107组成，成为以将该质量体的一端固定在周边部的4根梁支撑的结构。此外，对应施加在加速度开关的加速度，通过质量体和配置在该质量体内部的相对电极接触，和该加速度开关连接的外部装置检测出振动。此外，该加速度开关，能够使用常闭且无指向性的开关，此外，通过使用半导体制造技术，能够以硅单晶为基础制作，所以具有比较小型且能够大量生产等各种优点。

因此，如果将该加速度开关用于省电力，例如搭载于如只能够内置小容量电池的便携式设备中，能够实现在未检测出人的振动时，即未使用设备时停止动作，在检测出振动时，即使用设备时，自动地开始动作，不浪费地使用电池的电子器件（电子设备）。

另一方面，感知施加的加速度导致的振动而进行设备的开、关的加速度开关，最理想的是对任何振动的方向都均等地感知，所以具有无指向性的有利方面。因此，如专利文献1所示，为使不因为加速度而导致重物（质量体）的振动偏移，用多个梁支撑重物。

搭载于这样的便携式设备的加速度开关对于小型化的要求高，所以加速度开关的外形尺寸更小的有利。此外，对于降低成本的要求也高，使用半导体制造技术，将加速度开关的外形尺寸变得更小，在一枚晶片上制作多个加速度开关更加有利。

专利文献

专利文献1：日本意匠登录第1310053号公报。

发明内容

然而，若像现有的加速度开关一样增加支撑重物的梁的数目，则加速度导致的重物的动作，即位移量变得更小，其结果加速度开关的灵敏度降低。此外，若增加梁的数目，则需要更多面积以配置梁，不利于加速度开关的小型化。此外，若将加速度开关小型化，则重物也变小，所以为确保高灵敏度，需要使梁的形状更灵活，确保重物的位移量更大。

另一方面，加速度开关需要确保能够耐受下落时的冲击的耐冲击性，还需要具备耐受来自外部的冲击的梁的尺寸及形状。此外，加速度开关需要开关受到既定的振动而确实地动作，启动包含该加速度开关的设备。

本发明考虑到这样的情况而完成，其目的在于：实现小型、高灵敏度、确保耐冲击性，并且受到既定的振动而确实地动作的加速度开关及包含加速度开关的电子器件。

本发明涉及的加速度开关，其特征在于，具备：质量体，在内侧具备空间；圆弧状的梁，支持所述质量体，受到加速度时由于施加于所述质量体的惯性力而挠曲，且以包围所述质量体的方式配置；支持部，支持所述梁，以固定的状态配置在所述质量体的周围；相对电极，在所述质量体的空间内，检测受到加速度时和所述质量体的接触。支撑所述质量体的梁为一根，所述质量体的内侧面和所述相对电极的外侧面的距离即电极间隔为1μm以上，且在20μm以下。

根据本发明涉及的加速度开关，以1μm以上，且在20μm以下的条件形成电极间隔，确保加速度开关需要的灵敏度的精度。此外，即使完成小型化，由于梁为一根，和梁的数目为多个的开关比较，梁占有的区域变小，所以能够确保质量体的体积，而且能够确保梁的长度，所以能够实现较大确保质量体的位移量，且具有充分的灵敏度的加速度开关。

此外，所述加速度开关，其特征在于，包含所述梁的厚度h和所述梁的宽度w，基于下列公式设定的梁：

[数学式1]

δ是质量体的位移量，E是材料的杨氏模量，位移量δ满足和电极间隔相当的1μm以上且在20μm以下的条件。

根据该加速度开关，通过更改梁的厚度和梁的宽度的比例，能够将质量体的位移量设定为既定的值，所以能够实现以既定的振动确实地动作的加速度开关。

此外，所述加速度开关，其特征在于，包含所述梁的宽度w和所述梁的厚度h，基于下列公式设定的梁：

[数学式2]

δ是质量体的位移量，σ是质量体材料的密度，R是梁的半径，r1是质量体的外侧的半径，r2是质量体的内侧的空间的半径，H是质量体的厚度，a是施加的加速度。E是材料的杨氏模量，ν是梁材料的泊松比，位移量δ满足和电极间隔相当的1μm以上且在20μm以下的条件。

根据该加速度开关，即使将加速度开关小型化，也能够最大限度确保质量体的空间，并且将梁的宽度w和梁的厚度h设定为最佳条件，所以能够实现具备耐冲击性，且以既定的振动确实地动作的加速度开关。

此外，所述加速度开关，其特征在于：所述梁的宽度为4μm以上，且在60μm以下。

根据该加速度开关，即使将加速度开关小型化，也能够确保梁的宽度的精度，最大限度确保质量体的空间，并且实现以既定的振动确实地动作的加速度开关。

此外，所述加速度开关，其特征在于：所述梁的厚度为5μm以下，500μm以下，且在质量体的厚度以下。

根据该加速度开关，确保耐受下落时施加于梁的冲击需要的耐冲击性，并且即使将加速度开关小型化，也能够实现由于既定的振动而确实地动作的加速度开关。

此外，其特征在于：包含支持部和质量体和梁及相对电极的加速度开关主体部的外形尺寸为0.5mm以上，且在3mm以下。

根据该包含支持部和质量体和梁及相对电极的加速度开关主体部的外形尺寸为0.5mm以上，且在3mm以下的加速度开关，设定梁的宽度及梁的厚度的自由度高，即使将加速度开关小型化，也能够大幅度地设定加速度开关的灵敏度。

此外，其特征在于：包含支持部和质量体和梁及相对电极的加速度开关主体部的外形尺寸为0.5mm以上，且在1.5mm以下，所述梁的宽度为4μm以上，且在20μm以下，所述梁的厚度为5μm以上，且在500μm以下，且在质量体的厚度以下。

由于该包含支持部和质量体和梁及相对电极的加速度开关主体部的外形尺寸为0.5μm以上，且在1.5mm以下的加速度开关，和外形尺寸为2mm左右的加速度开关比较，更加小型，所以能够抑制单个加速度开关的生产成本。此外，因为能够进一步减小安装加速度开关的空间，所以能够搭载于更加小型的电子器件。

此外，所述加速度开关，其特征在于：（1）梁的质量体侧的一端和梁的支持部侧的另一端的距离，比所述相对电极和所述质量体的内表面的最大距离大；（2）所述质量体和所述梁的支持部侧的另一端的距离，比所述相对电极和所述质量体的内表面的最大距离大；（3）所述梁的质量体侧的一端和所述支持部的距离，比所述相对电极和所述质量体的内表面的最大距离大。

根据本发明涉及的加速度开关，所述加速度开关，通过使（1）梁的质量体侧的一端和梁的支持部侧的另一端、（2）质量体和所述梁的支持部侧的另一端、（3）所述梁的质量体侧的一端和所述支持部的间隔比质量体的内侧面和相对电极的侧面的间隔，即电极间隔大，能够避免重物在和相对电极接触之前，质量体和梁或者支持部和梁或者梁之间接触的现象，所以一定程度以上的振动施加在水平方向时，也能够确实地用加速度开关检测出振动。

进而，所述加速度开关，其特征在于：为第一基板、包含所述质量体和所述相对电极和所述梁及所述支持部的第二基板、第三基板层叠的结构，所述第一基板具有和外部电路连接的接点，包含作为和所述支持部或所述相对电极连接的接点的第一贯通电极和第二贯通电极，所述第一基板和所述第三基板，和所述第二基板包含的所述支持部及所述相对电极接合。

根据该加速度开关，通过以夹住第2基板的方式接合第一基板和第三基板，能够保护质量体、梁、相对电极不受外部环境影响。进而，经由贯通第一基板的第一及第二贯通电极，能够确保和外部的电子器件的连接，所以能够容易地实现加速度开关的安装、和经由安装的基板检测振动的电子器件的电连接。

此外，所述加速度开关，其特征在于：所述相对电极包含多个电极部。

根据该加速度开关，通过用外部电路检测多个电极部和质量体有无接触，不仅能够检测一定程度以上的振动，还能够检测该加速度施加的方向，所以能够检测加速度开关的移动方向、相对加速度开关的倾斜方向。

此外，本发明涉及的电子器件，其特征在于：包含所述加速度开关，电子器件具备检测从所述加速度开关输出的检测信号，进行和所述检测信号对应的既定的动作的电路。

根据该电子器件，通过搭载小型且高灵敏度、常闭的所述加速度开关，能够以在未检测出振动时，即未使用设备时停止设备，只在检测出振动时，即使用设备时，自动地使电子器件动作的方式进行控制，所以能够以低成本实现电子器件的小型化和低消耗电力化。

根据本发明，能够实现确保必要的耐冲击性，并且小型且高灵敏度、以既定的振动确实地动作的加速度开关及包含加速度开关的电子器件。

附图说明

图1是示出本发明涉及的加速度开关的结构的剖面图；

图2是沿着图1的A-A’面的加速度开关的纵向剖面图；

图3是本发明涉及的加速度开关的间隙层（第一基板）的俯视图；

图4是示出本发明涉及的加速度开关的动作的说明图；

图5是进行第一模拟的加速度开关的俯视图；

图6是图5的加速度开关的X轴上的纵向剖面图；

图7是示出图5的加速度的X轴及Y轴和结构体的交点的图；

图8是进行第二、三模拟的加速度开关的俯视图；

图9是进行第二、三模拟的加速度开关的纵向剖面图；

图10是示出将SOI晶片作为第二基板使用的加速度开关的剖面结构的说明图；

图11是示出对外形尺寸2mm的加速度开关进行第二模拟的结果的图表；

图12是示出对外形尺寸2mm的加速度开关进行第二模拟的结果的表格；

图13是示出对外形尺寸1mm的加速度开关进行第三模拟的结果的图表；

图14是示出对外形尺寸1mm的加速度开关进行第三模拟的结果的表格；

图15是检测x方向的振动方向的加速度开关的剖面图；

图16是沿着图15的加速度开关的C-C’面的加速度开关的纵向剖面图；

图17是示出图15所示的加速度开关的动作的说明图；

图18是检测x，y方向的振动方向的加速度开关的剖面图；

图19是示出现有的加速度开关的结构的俯视图。

具体实施方式

[加速度开关的结构和动作]

以下，参照附图说明实施本发明的实施方式。

图1是，本发明涉及的，加速度开关10的剖面图。此外，该剖面的上下，存在成为间隙层的第一基板、成为支持层的第三基板。图2是以图1所示A-A’面切开的纵向剖面图，也包含间隙层和支持层。此外，图1相当于以图2的B-B’面切开的剖面。图3是图1省略去的上部的间隙层的俯视图。此外，图2也是和图1一样以图3的A-A’面切开的纵向剖面图。

如图1~3所示，加速度开关10，从上开始，由使用玻璃等绝缘材料的第一基板15、使用单晶硅等的第二基板11、使用玻璃等绝缘材料的第三基板16彼此层叠构成。第二基板11，通过硅蚀刻，形成支持部11a、梁12、重物（质量体）13、相对电极14。梁12的一端在配置在第二基板11的周边的支持部11a固定，另一端固定于重物13。此外，将梁12的支持部11a侧的一端作为连接部12a、将梁的重物13侧的另一端作为连接部12b。重物13，在内侧形成空间，配置于梁12的内侧，由该梁支持。相对电极14，在重物13内侧形成的空间配置，在朝水平方向的一定程度以上的振动施加在加速度开关10时，和重物接触，将重物的移动限制在一定范围内。此外，第二基板11的单晶硅为获得从梁12经由重物13到相对电极14的电导通，使用低电阻硅等。此外，贯通电极17、18，通过埋入金等导体以贯通第一基板15的方式形成，分别一端和支持梁12的支持部11a及相对电极14电连接，另一端和外部电路电连接。此外，第一基板15和第三基板16，通过阳极接合等方法，和第二基板11接合。

接下来，基于图4的说明图，说明本发明涉及的加速度开关的动作。此外，在图4中，为使重物13的动作易懂，省略重物周边的梁、其周边部。

首先，当加速度以箭头方向施加在加速度开关时，除了重物加速度开关整体沿箭头方向运动。另一方面，以梁支撑的重物，因为直接加速度不施加而不运动，所以重物内部的空间配置的相对电极14和重物13接触。由此，重物13和相对电极14的电导通得到确保，如图1、2所示，因为梁12、支持部11a、贯通电极17一直电连接，所以只在一定值以上的加速度施加在加速度开关10时，重物13和相对电极14接触，贯通电极17和贯通电极18电连接。

此外，在图1所示的用一根梁支撑重物13，以实质性地包围重物的外周的方式形成梁12的加速度开关10中，在重物和支持部11a的间隙，以确保重物的位移量的目的，尽量长地形成梁12，必然地成为梁和支持部的连接部12a、和梁和重物的连接部12b接近的结构。另一方面，当连接部12a和连接部12b过于接近时，由于在重物13和相对电极14接触之前，连接部12a和连接部12b接触，所以在水平方向一定程度以上的振动施加时，也会发生用加速度开关检测不出振动的现象。因此，本发明涉及的加速度开关，通过将和梁的支持部的一端12a和重物（质量体）的另一端的间隔（距离）确保在重物的内表面和相对电极14的间隔（距离）以上，以一定程度以上的振动使重物和对象电极确实地接触的方式构成。

此外，和梁12的支持部的连接部12a和重物13的间隙过于狭窄时，由于在重物和相对电极接触之前，接触部12a和重物13接触，所以在水平方向一定程度以上的振动施加时，也会发生用加速度开关不能够检测出振动的现象。因此，本发明涉及的加速度开关，通过将梁的支持部侧的一端和梁的重物外侧面的间隔（距离）确保在重物（质量体）的内表面和相对电极的间隔以上，以既定程度以上的振动使重物和相对电极确实地接触的方式构成。

进而，梁12和重物13的连接部12b和支持部11a内侧面的间隙过于狭窄时，由于在重物13和相对电极14接触之前，接触部12b和支持部11a接触，所以在水平方向一定程度以上的振动施加时，也会发生用加速度开关不能够检测出振动的现象。因此，本发明涉及的加速度开关，通过将梁的支持部侧的一端和梁的重物（质量体）侧的另一端的距离确保在重物的内表面和相对电极的间隔以上，以既定的振动以上使重物和相对电极确实地接触的方式构成。

接下来，作为本发明的其他的实施方式，说明通过将本发明涉及的加速度开关，作为电子器件的启动用开关使用，而能够检测出振动的电子器件。该电子器件，和此前说明的加速度开关连接，经由加速度开关的贯通电极17、18，通过将加速度开关的开闭状态变化作为检测信号检测出，该电子器件进行既定的动作。即，通过在检测出振动时启动自身，未检测出振动时停止（关）自我或维持在休止状态，或者从启动（开）状态转移至停止或休止状态，以限制电池的浪费使用，所以能够以低成本实现电子器件的小型化和低消耗电力化。

[一根梁的加速度开关的灵敏度各向同性—第一模拟]

此外，在重物中心形成空间、在该空间内部具有相对电极的加速度开关，为使平面方向的灵敏度均等，因为以多个梁支撑重物的加速度开关能够使偏移变少，所以适合于无指向性的加速度开关。

然而这时，因为梁的根数变多，重物的位移量变小，灵敏度下降。因此，针对用一根梁支撑重物的加速度开关的平面方向，检验重物的位移量的偏移，探讨当1根梁时能否使用。用一根梁支撑重物时如果没有位移量的偏移，和用两根以上的梁支持时比较，基本上为高灵敏度，也能够减少梁占有的空间，所以对实现加速度开关的小型化有利。

因此，基于图5~7所示的加速度开关的模型进行第一模拟，检验一根梁的加速度开关的灵敏度各向同性。具体而言，将单晶硅作为结构体的材料使用，在对于和重力相当的-Z轴方向、及和施加的振动相当的X-Y平面方向，分别施加加速度1G的条件下，进行计算重物的位移量的第一模拟，检测用一根梁支撑重物的加速度开关的位移量偏差的有无，即灵敏度各向同性。这和将加速度开关水平放置，进而在平面方向施加加速度的状态相当。

首先，如下设定进行第一模拟的加速度开关的形状和条件。将用于该第一模拟的加速度开关20的模型表示于图5。图5是加速度开关20的俯视图，在X-Y平面上以X轴、Y轴的交点作为（0，0），编制模型。图6是图5的X轴上的纵向剖面图。在此因为着眼于重物23的位移量，所以省略重物内侧配置的相对电极。此外，图5如图1~3所示的加速度的开关那样只是包含模拟所需要的可动部分的结构体部分，而并非将加速度开关的整体模型化。在该第一模拟中，在梁厚20及40μm的2种条件下，计算重物23的最大位移量。该模拟使用coventor（コベンター）进行计算。

此外，图5、6所示的加速度开关，重物23的外缘成为合成2个半圆弧的形状。重物外侧的圆弧的左半部分以下列的重物外侧的半径（b1）的条件模型化，重物外侧的圆弧的右半部分作为连接左半部分的圆弧的边缘的圆弧，以图7所示的坐标模型化。但是，以假设重物内侧的空间为左右对称的正圆，重物内侧的半径（a1）的条件模型化。和圆弧的左半部分的外框相当的支持部21a的内径（c1）、梁的内侧的半径（d1）、梁的外侧的半径（e1）以下列条件模型化。此外，梁宽（f1）、梁和重物外侧及梁和支持部的间隔（g1）（g2）、梁厚（h1）、重物的厚度（i1）以下列条件模型化。此外，包含重物的厚度（i1）的结构体的厚度左右均等。

第一模拟模型的条件（单位为μm）

重物内侧的半径（a1）：100

重物外侧的半径（b1）：585

外框的内径（c1）：635

梁的内侧的半径（d1）：605

梁的外形的半径（e1）：615

梁宽（f1）：10

梁和重物外侧的间隔（g1）：20

梁和支持部的间隔（g2）：20

梁厚（h1）：20及40

重物的厚度（i1）：350。

此外，为表示圆弧的条件，将左右的重物的外缘、梁、和外框相当的支持部的内缘、X轴及Y轴的交点的坐标如下表示。这些是图7所示的左右的重物的外缘、梁、外框的内缘和X轴及Y轴的各交点的坐标（单位为μm）。

和X轴的交点x1：（635，0）

x2：（615，0）

x3：（605，0）

x4：（585，0）

x5：（-570，0）

x6：（-590，0）

x7：（-600，0）

x8：（-620，0）

和Y轴的交点y1：（0，635）

y2：（0，615）

y3：（0，605）

y4：（0，585）

y5：（0，575）

y6：（0，555）

y7：（0，-585）

y8：（0，-605）

y9：（0，-615）

y10：（0，-635）。

此外，第一模拟使用的第一基板的材料单晶硅的物性值如下：

杨氏模量E：165GPa

泊松比ν：0.30

密度σ：2500Kg/m3。

基于图5~7所示的加速度开关的形状，在和重力相当的Z轴方向及和振动相当的X轴方向对加速度开关施加1G的加速度时的第一模拟的计算结果如下：

（1a）梁厚为20μm时的重物的位移量

X方向的最大值：23.67μm

Y方向的最大值：3.42μm

（1b）梁厚为40μm时的重物的位移量

X方向的最大值：12.17μm

Y方向的最大值：1.87μm。

此外，同样地，如图5所示的形状在Z轴方向和Y轴方向施加1G的加速度的第一模拟结果如下：

（2a）梁厚为20μm时的重物的位移量

X方向的最大值：23.70μm

Y方向的最大值：0.65μm

（2b）梁厚为40μm时的重物的位移量

X方向的最大值：12.09μm

Y方向的最大值：0.34μm。

从该第一模拟结果，得到下列3点特性：

（1）X、Y轴的同轴灵敏度：在X轴方向施加加速度时的X轴方向的最大位移量和在Y轴方向施加加速度时的Y轴方向的最大位移量的差为0.12%左右，在X、Y方向显示几乎同等的位移量；

（2）X轴的异轴灵敏度：在X轴方向施加加速度时，作为倾斜向Y方向位移的量（异轴位移量）为X方向的最大位移量的14%左右（梁厚为20μm时），及15%左右（梁厚为40μm时）；

（3）Y轴的异轴灵敏度：在Y轴方向施加加速度时，作为倾斜向X方向位移的量（异轴位移量）为Y方向的最大位移量的2.7%左右（梁厚为20μm时），及2.8%左右（梁厚为40μm时）。

由第一模拟得到的（1）~（3）的特性明显可知，即使是加速度开关为以圆弧状的一根梁支持重物的结构，加速度施加方向的灵敏度即X方向和Y方向的同轴灵敏度几乎同等，和加速度施加方向成面内垂直方向的灵敏度即异轴灵敏度远比加速度施加方向的灵敏度即同轴灵敏度少。从而，例如，作为用振动感知人的动作而进行便携式设备的开/关的使用方法，充分具有各向同性的灵敏度，不发生因为加速度施加的方向不同，或者灵敏度变低、或者相对施加的方向面内垂直方向的灵敏度变高的现象。从而，显然在加速度开关中，即使是以一根梁支持重物的结构，也能够充分地确保各向同性的灵敏度。此外，图5所示的加速度开关，支撑重物的梁的结构为一根梁，且为一圈，但是显然支撑重物的梁的结构为两圈、三圈等的多圈的加速度开关，也具有各向同性的灵敏度。此外，如果是不损害各向同性的灵敏度的程度，也可以是小于一圈的梁的结构。

[加速度开关的梁的条件—第二模拟]

在该第二模拟中，在具备一根梁的结构的加速度开关中，分析最佳的梁的条件。具体而言，通过基于第二模拟模型，设定外形尺寸2mm（见方）的加速度开关的各条件，使各种梁宽及梁厚条件可变，得到各种条件下的重物的位移量，从而分析最佳的梁的条件，规定加速度开关的最佳的梁的条件。

首先，基于图8、9说明关于进行第二模拟的加速度开关30的各条件。图8是成为第二模拟的模型的加速度开关30的俯视图，图9是图9的加速度开关的纵向剖面图。该加速度开关30包括将硅基板进行蚀刻处理而形成的支持部31a、梁32、重物（质量体）33、相对电极34。此外，设重物33的内侧面和相对电极34的外侧面的电极间隔为35。重物33，若将硅基板的厚度原封不动作为重物的厚度则制作容易，此外硅基板自身也是越厚重物的位移量越多，能够提高加速度开关的灵敏度。另一方面，若将硅基板变厚，由于干法蚀刻处理的限制，存在形成加速度开关的各部分的蚀刻处理时间变长的问题。该硅基板的蚀刻，通过适用作为干法蚀刻的一种的博世处理（ボッシュプロセス），即使是厚的硅基板也能够在短时间结束蚀刻处理。然而，硅基板过于厚时，即使适用博世处理硅蚀刻的处理时间也变长，制造成本上升，并且由于能够蚀刻的深宽比（アスペクト比）的极限，重物的尺寸、形状的控制变得困难。从而，硅基板的厚度在500μm以下最理想。在本次模拟中，将硅基板的厚度设定为350μm。

此外，加速度开关的支持部31a也是使用于阳极接合等之际需要的用于接合的区域。作为该区域的条件，为外形尺寸2mm的加速度开关时，需要确保用于接合的接合部位为20%左右，即单侧200μm左右，芯片两侧合计400μm左右的区域。从而，包含重物及重物周围配置的梁的外周的直径尺寸为1600μm左右。此外，若设梁宽为5~10μm左右，则需要确保梁和重物、以及梁和支持部的间隙，所以重物外侧的尺寸为1550μm左右。在本次模拟中，将重物的直径尺寸设定为1550μm。

此外，因为设想该加速度开关为，以人随身携带、用于便携式设备的电力节省的应用而使用为前提，检测出人的动作导致的加速度乃至振动时开启系统，未检测出振动时，即人静止或者休息时停止设备的使用的设备，所以需要的灵敏度为加速度1G前后，或者1G以下。在本次模拟中，计算出将加速度1G施加于加速度开关时需要的梁的形状和条件。此外，作为加速度开关的使用方法，有时也将加速度开关竖立设置而不是水平设置。此时，因为在垂直方向重力1G作为偏移量加入，所以为得到1G的灵敏度需要2G的灵敏度的开关。

接下来，说明进行第二模拟的加速度开关的灵敏度和电极间隔。加速度开关的灵敏度和重物的位移量成比例，和重物内侧面和相对电极侧面的距离即电极距离成反比例。假设1G的加速度施加在加速度开关时重物的位移量为10μm时，通过将电极间隔设定为10μm，相对电极和重物接触而电连接，最终和加速度开关连接的电子器件作为检测信号检测出。该电极间隔10μm的加速度开关成为灵敏度1G的加速度开关。此外，通过将电极间隔设定为5μm，重物由于一半的位移量，即一半的加速度0.5G而开关导通。即，该电极间隔5μm的加速度开关成为灵敏度0.5G的加速度开关。这样，电极间隔是决定灵敏度的重要的要素，在设计加速度开关之际，对应设想的施加加速度而设定。例如，通过将电极间距设定为更短，能够提高加速度开关的灵敏度。

然而，关于电极间隔，存在制造方面的限制。作为形成加速度开关的电极间的间隙的硅蚀刻处理，当适用博世处理时，因为由于电极间隔的精度而灵敏度大幅度变化，所以需要进行更高精度的蚀刻。更窄地形成电极间隔时，侧面蚀刻、扇贝形现象（スキャロッピング）等现象，影响电极间隔的尺寸精度，影响灵敏度。从而，考虑加速度开关制造时的可重复性、精度，电极间隔1μm左右成为现实的最小值。相反地，当更宽地形成电极间隔时，为确实地使重物和相对电极先接触，需要更宽地确保重物和梁及梁和支持部的间隔，若该间隔大则外形尺寸不变小，不利于成本。因此，在小型的加速度开关中，电极间隔20μm为现实的最大值。

此外，关于梁的尺寸，也存在制造方面的限制，和电极间隔同样地受到硅蚀刻处理的限制。和为所述电极间隔的间隙的制作条件同样地，使用博世处理时，以硅基板的厚度：350μm的条件，也能够设定为梁宽1μm左右，但是关于该梁，因为制造上的可重复性、精度等的限制，梁宽4μm左右为现实的最小值。

此外，关于梁厚，如图10示出的加速度开关40的说明图所示，如果将包含SOI层49的SOI晶片作为第二基板41使用，则能够将该有源层的厚度原封不动作为梁42的厚度制作，所以制造的可重复性、精度等导致的能够制作的尺寸的限制变少，并且还能够确保一定的尺寸精度。但是，考虑到设想加速度开关下落时的情况下的耐冲击性，需要避免将梁厚极端薄地制作，所以5μm左右是现实的梁厚的最小值。

接下来，进行基于设想为具有图8的俯视图、图9的纵向剖面图所示的结构的外形尺寸2mm的加速度开关的下列条件的第二模拟，分析最佳的梁的条件。此外，重物的位移量为在x方向对加速度开关施加1G的加速度时的x方向的位移量δ，基于下列公式（1）计算出。此外，公式（1）的条件中，梁及重物的材料即硅的物性等的条件基于所述第一模拟的条件，其他的条件，基于上述2mm的加速度开关的重物及梁形状、电极间隔等各条件设定。

外形尺寸2mm的加速度开关的各条件（单位：μm）

重物内的半径（r1）：155

重物外形的半径（r2）：760

梁宽（w）：可变

电极间隔（35）：未限定

梁厚（h）：可变

重物的厚度（H）：350。

使用该外形尺寸2mm的加速度开关的条件，通过将基于下列公式（1）的第二模拟在各种条件下进行，求得作为加速度开关，满足有效的重物的位移量的梁宽w及梁厚h的条件。将该第二模拟结果表示于图11的图表及图12的表格。

此外，在下列公式（1）中，设δ为重物的位移量、σ为重物材料的密度、π为圆周率、r1为重物的外侧的半径、r2为重物的内侧空间的半径、H为重物的厚度、a为施加的加速度、R为梁的半径、E为材料的杨氏模量、ν为梁材料的泊松比。但是，因为实际的重物的位移量，包含实际的第二基板的材料导致的杨氏模量的偏差的影响，所以将位移量δ的公式（1）作为近似式、将不因第二基板的材料及重物及梁的形状而波动的常数除去的位移量δ的公式（2）作为比例式。

[数学式1]

[数学式2]

此外，调整梁宽及梁厚，配合电极间隔而设定重物的位移量时，关于位移量δ和梁厚h及梁宽w，将公式（2）进一步简化的公式（3）的比例式成立。

[数学式3]

图11的图表示出设定外形尺寸2mm的加速度开关的各条件，在图9的平面方向（x方向），作为加速度a施加1G（9.8N）时的梁厚（横轴）及梁宽（线种）和重物的位移量（纵轴）。此外，图12的表格示出各种梁厚及梁宽条件导致的重物的位移量，斜线部分示出以电极间隔1μm的条件，重物和相对电极接触的条件。此外电极间隔1μm的条件和用硅蚀刻处理能够制作的电极间隔的下限值对应。

接下来，从上述电极间隔及梁宽、梁厚条件、和第二模拟结果，分析外形尺寸2mm的加速度开关需要的条件。

首先，因为用硅蚀刻处理能够制作的电极间隔的下限值为1μm，所以若规定电极间隔的下限值则为1μm。此外，电极间隔过于宽时，不仅要确保重物和相对电极间的间隙，还需要确保重物和梁及梁和支持部的间隙，所以若规定电极间隔的上限值则为20μm。将该电极间隔的范围，即1μm以上，且在20μm以下作为加速度开关的第一条件规定。

此外，关于梁宽，也存在用硅蚀刻处理能够制作的下限值，该值为4μm。从而，若将梁宽的下限值作为加速度开关的第二条件规定，则为4μm。

此外，关于梁厚，也存在为确保下落时的耐冲击性的下限值。若梁宽形成得宽，为确保重物的位移量，需要梁厚形成得小，但是如果梁厚形成得过于小，特别地，不能够确保对在图9所示的垂直方向（z方向）施加的加速度的耐冲击性。因此，若将为确保该垂直方向的耐冲击性的梁厚的下限值作为加速度开关的第三条件规定，则为5μm。

进而，在外形尺寸2mm的加速度开关中，为实现灵敏度1G以上的加速度开关，需要将重物的位移量确保在1μm以上，满足该条件的梁宽及梁厚为和图12的表格的斜线部分对应的梁宽及梁厚。因此，若包含上述加速度开关的第二条件和第三条件，作为加速度开关的第四条件规定，具体而言，成为梁宽为4μm以上，且在60μm以下，梁厚为5μm以上，且在500μm以下的范围。该梁厚的上限值，以上述理想的硅基板的厚度：500μm以下的条件规定。此外，为确保重物的位移量，使梁厚比重物的厚度薄为有利，所以实际的梁厚的上限值，规定为在重物的厚度以下。此外，即使将电极间隔的上限值规定为20μm，当比电极间隔大地形成梁宽时，相应程度地，需要确保梁的空间，所以作为实现外形尺寸2mm的加速度开关的条件，更优选的梁宽的上限值为20μm以下。

[加速度开关的梁的条件—第三模拟]

接下来，进行设想为具有图8、9所示的构造的更加小型的加速度开关的第三模拟，分析最佳的梁的条件。具体而言，通过设定外形尺寸1mm（见方）的加速度开关的条件，使各种梁宽及梁厚条件可变，得到各种条件下的重物的位移量，从而分析最佳的梁的条件，规定加速度开关的最佳的梁的条件。

首先，在图8所示的加速度开关中，基于上述公式（1）计算出在X方向对外形尺寸1mm的加速度开关施加1G的加速度时的x方向的重物的位移量δ。此外，该第三模拟中的公式（1）的条件中，梁及重物的材料即硅的物性等条件基于所述第一模拟的条件，其他的条件基于下列所示外形尺寸1mm的加速度开关的各条件。

外形尺寸1mm（见方）的加速度开关的各条件（单位：μm）

重物内的半径（r2）：77.5

重物外形的半径（r1）：380

梁宽（w）：可变

电极间隔（35）：未限定

梁厚（h）：可变

重物的厚度（H）350。

使用该外形尺寸1mm的加速度开关的各条件，通过在将基于上述公式（1）的第三模拟在各种条件下进行，求得作为加速度开关满足有效的重物的位移量的梁宽w及梁厚h的条件。将该第三模拟结果表示于图13的图表及图14的表格。

图13的图表示出设定外形尺寸1mm的加速度开关的各条件，对于图9的平面方向（X方向），作为加速度a施加1G时的梁厚（横轴）及梁宽（线种）和重物的位移量(纵轴)。此外，图14的表格示出各种梁厚及梁宽条件导致的重物的位移量，斜线部分示出以电极间隔1μm的条件，重物和相对电极接触的条件。此外电极间隔1μm的条件和用硅蚀刻处理能够制作的电极间隔的下限值对应。

接下来，从上述电极间隔、梁宽及梁厚条件、和第三模拟结果，分析外形尺寸1mm的加速度开关需要的条件。

如上所述，因为用硅蚀刻处理能够制作的电极间隔的下限值为1μm，所以若规定电极间隔的下限值则为1μm。此外，电极间隔过于宽时，不仅要确保重物和相对电极间的间隙，还需要确保重物和梁及梁和支持部的间隙，所以若规定电极间隔的上限值则为20μm。关于该电极间隔，将1μm以上，且在20μm以下的范围作为加速度开关的第一条件规定。

此外，如上所述，关于梁宽，将用硅蚀刻处理能够制作的梁宽的下限值4μm作为加速度开关的第二条件规定。

此外，如上所述，关于梁厚，将为确保下落时的耐冲击性需要的梁厚的下限值5μm作为加速度开关的第三条件规定。

进而，在外形尺寸1mm的加速度开关中，为实现灵敏度1G以上的加速度开关，需要将重物的位移量确保在1μm以上，满足该条件的梁宽及梁厚为和图14的表格的斜线部分对应的梁宽及梁厚。因此，若包含上述加速度开关的第二条件和第三条件，作为加速度开关的第五条件规定，具体而言，为梁宽为4μm以上，且在20μm以下的范围，梁厚为5μm以上，且在500μm以下的范围。该梁厚的上限值，以上述理想的硅基板的厚度：500μm以下的条件规定。此外，为确保重物的位移量，使梁厚比重物的厚度薄为有利，所以实际的梁厚的上限值，规定为在重物的厚度以下。

基于图15~17说明该本发明的其他的实施方式。图15是分割为多个电极，检测多个方向的振动的加速度开关50的剖面图。此外，该剖面图的上下，存在成为间隙层的第一基板55、成为支持层的第三基板56。图16是将图15所示的加速度开关以A-A’面切开的纵向剖面图，在图16中也包含第一基板55和第三基板56。此外，图15相当于以图16的B-B’面切开的剖面图。将该加速度开关50和图1所示的加速度开关10比较，支持部51a、梁52、重物（质量体）53为同样的结构，但是在具有第一基板55这一点上不同，该第一基板55包含配合加速度开关的振动检测方向，沿着重物的内侧面排列的多个电极部54a、54b构成的相对电极群54，包含分别和第二贯通电极对应的第二贯通电极群58的贯通电极部58a、58b，包含相对电极群54和贯通电极群。

接下来，基于图17的说明图，说明加速度开关50的动作。首先，当在加速度开关施加箭头方向Px1的加速度时，除了重物加速度开关整体沿箭头方向Px1运动。另一方面，用梁支撑的重物，直接加速度不施加而不运动，所以在重物内部空间配置的电极部54a和重物53接触。由此，重物53和电极部54a的电导通得到确保，如图15及图16所示，第一贯通电极57和第一贯通电极部58a电连接。另一方面，重物53和电极部54b不接触，所以第一贯通电极和贯通电极部58b不电连接。

此外，在图17所示的加速度开关的和箭头方向Px1成为反方向的箭头方向Px2施加加速度时，除了重物53加速度开关整体沿箭头方向Px2运动，从而电极部54b和重物53接触。由此，重物53和电极部54b的电导通得到确保，贯通电极57和贯通电极部58b电连接。另一方面，重物53和电极部54a不接触，所以第一贯通电极57和贯通电极部58a不电连接。

从而，将加速度开关50的第一贯通电极57及第二贯通电极群58的贯通电极部58a、58b和外部电路连接，通过用外部电路检测第一贯通电极57、贯通电极部58a、或者第一贯通电极57、贯通电极部58b之间的导通，不仅能够检测一定值以上的振动，还能够检测振动方向，能够检测相对加速度开关的振动方向、倾斜方向。

进而，精密地检测振动方向时，通过具备需要的数量的和重物的内侧面接触、在直径方向分割、圆周方向排列的多个电极部，从而能够检测该振动方向。例如，检测四个方向的加速度的方向时，如图18的加速度开关60所示，将具备对应振动检测方向而沿着重物的内侧面在圆周方向排列的电极部64a~64d的相对电极群64，和加速度开关10的相对电极14置换，进而，成为和包含和各个电极面接触的第二贯通电极群的第一基板（未图示）置换的结构即可。

此外，本发明的技术范围并非为局限所述实施方式，能够在不脱离本发明的宗旨的范围内具有变化。特别地，本发明的技术范围并非将加速度的外形尺寸限定于2mm见方及1mm见方，或者将加速度开关的灵敏度限定于1G，在不脱离本发明的宗旨的范围内，在设计加速度开关的尺寸、及加速度开关之际，能够对应设想的灵敏度而加以各种更改。

符号说明

10，20，30，40，50，60 加速度开关；

11，21，31，41，51 第二基板；

12，22，32，42，52 梁；

13，23，33，53 重物；

14，34 相对电极；

15，55 第一基板；

16，56 第三基板；

17，57 第二贯通电极（支持部侧）；

18，58 第二贯通电极（相对电极侧）；

100 现有的加速度开关。

Claims (13)

1.一种加速度开关，其特征在于，具备：

质量体，在内侧具备空间；

圆弧状的梁，支持所述质量体，受到加速度时由于施加于所述质量体的惯性力而挠曲，且以包围所述质量体的方式配置；

支持部，支持所述梁，以固定的状态配置在所述质量体的周围；

相对电极，在所述空间内，检测受到加速度时和所述质量体的接触，

支撑所述质量体的梁为一根，

成为所述质量体的内侧面和所述相对电极的外侧面的距离的电极间隔为1μm以上，且在20μm以下。

2.如权利要求1所述的加速度开关，其特征在于，

包含所述梁的厚度h和所述梁的宽度w，基于下列公式设定的梁：

[数学式1]

δ是质量体的位移量，E是材料的杨氏模量，位移量δ满足和电极间隔相当的1μm以上且在20μm以下的条件。

3.如权利要求1所述的加速度开关，其特征在于，

包含所述梁的厚度h和所述梁的宽度w，基于下列公式设定的梁：

[数学式2]

δ是质量体的位移量，σ是质量体材料的密度，r1是质量体的外侧的半径，r2是质量体的内侧的空间的半径，H是质量体的厚度，a是施加的加速度，R是梁的半径，E是材料的杨氏模量，ν是梁材料的泊松比，位移量δ满足和电极间隔相当的1μm以上且在20μm以下的条件。

4.如权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：

所述梁的宽度为4μm以上，且在60μm以下。

5.如权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：

所述梁的厚度为5μm以下，500μm以下，且在质量体的厚度以下。

6.如权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：

包含支持部和质量体和梁及所述相对电极的加速度开关主体部的外形尺寸为0.5mm以上，且在3mm以下。

7.如权利要求1所述的加速度开关，其特征在于：

包含支持部和质量体和梁及相对电极的加速度开关主体部的外形尺寸为0.5mm以上，且在1.5mm以下，所述梁的宽度为4μm以上，且在20μm以下，所述梁的厚度为5μm以上，且在500μm以下，且在质量体的厚度以下。

8.如权利要求1~7的任意一项所述的加速度开关，其特征在于：

所述梁的质量体侧的一端和所述梁的支持部侧的另一端的距离，比所述相对电极和所述质量体的内表面的最大距离大。

9.如权利要求1~7的任意一项所述的加速度开关，其特征在于：

所述梁的质量体侧的一端和所述支持部的距离，比所述相对电极和所述质量体的内表面的最大距离大。

10.如权利要求1~7的任意一项所述的加速度开关，其特征在于：

所述质量体和所述梁的支持部侧的另一端的距离，比所述相对电极和所述质量体的内表面的最大距离大。

11.如权利要求1~10的任意一项所述的加速度开关，其特征在于：

所述加速度开关，为第一基板、包含所述质量体和所述相对电极和所述梁及所述支持部的第二基板、第三基板层叠的结构，

所述第一基板，具有和外部电路连接的接点，包含作为和所述支持部或者所述相对电极连接的接点的第一贯通电极和第二贯通电极，

所述第一基板和所述第三基板，和所述第二基板包含的所述支持部及所述相对电极接合。

12.如权利要求1~11的任意一项所述的加速度开关，其特征在于：

所述相对电极包含多个电极部。

13.一种电子器件，其特征在于，具备：

根据权利要求1~12的任意一项所述的加速度开关；和

检测从所述加速度开关输出的检测信号，进行和所述检测信号对应的既定的动作的电路。

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