CN105388323B - 振动式传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种振动式传感器装置，具备：可动部，其移动方向被设定为第1方向；支撑部，其沿与所述第1方向相交叉的第2方向延伸而与所述可动部以及固定部连接，将所述可动部支撑为，能够相对于所述固定部在所述第1方向上相对地进行移动；以及振子，其至少一部分组装于所述支撑部上，在所述第2方向上被赋予拉伸应力。

Description

振动式传感器装置
技术领域
本发明涉及振动式传感器装置。
本申请主张2014年8月28日申请的日本专利申请第2014-173987号的优先权，在这里引用其内容。
背景技术
振动式传感器装置具备：重块，其具有预先规定的重量；弹簧部，其支撑重块；缓冲部件，其相对于重块靠近配置；以及振子，其组装于弹簧部上。振动式传感器装置检测例如因弹簧部的应变而引起的振子的共振频率的变化，由此测定加速度。弹簧部的应变与加速度成正比地产生。对于振子的共振频率(包含根据应变而变化的共振频率)的检测，通过利用激励电路使振子振动并检测其振动频率而进行。
振动式传感器装置的固有频率由重块的重量和弹簧部的弹簧常数决定。振动式传感器装置的频率特性的衰减特性，根据在重块和缓冲部件之间所形成的间隙的大小以及间隙内的压力而变化。因此，只要对间隙的大小、间隙内的压力进行调整，就能够实现具有与用途相对应的期望的频率特性的振动式传感器装置。上述的间隙作为缓冲部而对重块起作用。
以使得振动式传感器装置的频率特性变为临界阻尼(临界制动)的特性的方式，对间隙的大小、间隙内的压力进行调整。与此相对，为了实现较高的Q值，对组装于弹簧部上的振子进行真空封装。即，在振动式传感器装置中，设计为使得重块周围的气氛的压力和振子周围的压力成为不同的压力。
在这种振动式传感器装置中，在频率与上述固有频率相比较低的频带中，弹簧部的应变与加速度成正比地产生。在处于上述固有频率附近的频带中，弹簧部的应变与速度成正比地产生。在频率与上述固有频率相比高的频带中，弹簧部的应变与位移成正比地产生。因此，在上述振动式传感器装置中，不仅能够测定加速度，还能够测定加加速度、速度、位移等。
在日本特公平7-6852号公报、美国专利第5090254号说明书、日本专利第3223358号公报、以及D.W.Burns et al.，“Sealed-cavity resonant microbeam accelerometer”，Sensors and Actuators A，Vol.53，1996，p.249-255中，公开有与上述振动式传感器装置所具备的振子相同的振子。在日本专利第3544979号公报中，公开有利用振动梁的加速度计。另外，在日本专利第5158160号公报以及日本专利第5429696号公报中，公开有用于压力的测定的振动式传感器。
近年来，根据提高测定精度等的观点，要求改善振动式传感器装置的动态范围。为了改善振动式传感器装置的动态范围，要降低弹簧部的刚性(使弹簧部变得柔软)、或者加重重块的重量(相对于输入而增大位移)。由此，容易根据输入加速度而产生弹簧部的应变。由此，能够将振动式传感器装置设计为使得施加于振子的应变(拉伸应变、压缩应变)增大。
即使拉伸应变增大，也难以产生振子的蠕变或破坏。但是，如果压缩应变增大，则振子容易屈曲。例如，使得振子产生蠕变或破坏的拉伸应变的值约为一千～几万[ppm]左右。与此相对，使得振子产生屈曲的压缩应变的值(绝对值)约为几十～几百[ppm]左右。这样，如果在振子中施加有产生蠕变或破坏的拉伸应变的约1/100～1/1000的压缩应变，则振子会屈曲。因此，能够想到针对使振子产生拉伸应变的输入加速度(正的输入加速度)而能够扩大动态范围，但却存在如下问题，即，难以针对使振子产生压缩应变的输入加速度(负的输入加速度)而扩大动态范围。
如果为了改善振动式传感器装置的动态范围，降低弹簧部的刚性、或者加重重块而使施加于振子的应变增大，则振子的共振频率的变化量也增大。于是，会产生振子的共振频率与弹簧部的共振频率(包含高次模式)一致的状况。
如果产生这种状况，则在弹簧部的挠曲方向与振子的振动方向一致时，振子的能量会被弹簧部吸收。如前所述，振子的共振频率的检测，通过利用激励电路使振子振动并检测其振动频率而进行。但是，如果产生上述状况，则用于使振子振动的能量会被弹簧部吸收，其结果，出现加速度的测定精度显著恶化的问题。
发明内容
一种振动式传感器装置，具备：可动部，其移动方向被设定为第1方向；支撑部，其沿与所述第1方向相交叉的第2方向延伸而与所述可动部以及固定部连接，将所述可动部支撑为能够相对于所述固定部在所述第1方向上相对地进行移动；以及振子，其至少一部分组装于所述支撑部，在所述第2方向上被赋予拉伸应力。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图2是沿图1中的A-A线的剖面向视图。
图3是沿图1中的B-B线的剖面向视图。
图4是沿图3中的D-D线的剖面向视图。
图5是沿图4中的E-E线的剖面向视图。
图6是沿图1中的C-C线的剖面向视图。
图7是沿图6中的F-F线的剖面向视图。
图8是沿图7中的G-G线的剖面向视图。
图9A是表示输入加速度和应变的关系的图。
图9B是表示输出频率随时间的变化的图。
图9C是表示频率特性的一个例子的图。
图10A是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
图10B是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
图10C是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
图10D是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
图11A是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
图11B是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
图12A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图12B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图12C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图12D是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图13A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图13B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图13C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图13D是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图14A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图14B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图14C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图14D是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图15A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图15B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图15C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
图16A是本发明的第2实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图16B是沿着图16A(a)中的H-H线的剖面向视图。
图17是表示本发明的第3实施方式所涉及的振动式传感器装置的剖面图。
图18是表示本发明的第4实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图19是表示本发明的第5实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图20是表示本发明的第6实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图21A是表示本发明的第7实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图21B是沿着图21A(a)中的I-I线的剖面向视图。
图22A是表示本发明的第8实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
图22B是沿着图22A(a)中的J-J线的剖面向视图。
图23是表示本发明的第9实施方式所涉及的振动式传感器装置的剖面图。
具体实施方式
参照附图并根据以下所述的实施方式的详细说明，使得本发明的其他特征及方式变得更加明确。
参照优选的实施方式对本发明的实施方式进行说明。本领域技术人员能够利用本发明的教导而实现本实施方式的多种替代手段，本发明不限定于这里说明的优选的本实施方式。
本发明的方式提供具有较宽的动态范围、且能够以高精度测定加速度等的振动式传感器装置。
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的振动式传感器装置进行详细说明。本发明的实施方式所涉及的振动式传感器装置能够测定加加速度、加速度、速度、位移等，但是，下面为了易于理解，作为例子而对测定加速度的振动式传感器装置进行说明。另外，下面，根据需要而参照附图中设定的XYZ正交坐标系(适当地变更原点的位置)并对各部件的位置关系进行说明。
[第1实施方式]
<振动式传感器装置>
图1是本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。图2是沿图1中的A-A线的剖面向视图。如该图1、图2所示，本实施方式的振动式传感器装置1具备加速度检测基板10和缓冲部件20。振动式传感器装置1对作用于振动式传感器装置1的加速度进行测定。振动式传感器装置1构成为使Z方向的加速度的测定灵敏度最高。
加速度检测基板10是形成有重块11(可动部)、弹簧部12(支撑部)、固定框架13(固定部)、加速度检测用振子R1(振子)、温度检测用振子R2、以及铝焊盘PD0～PD2的硅基板。这种加速度检测基板10设计为，使弹簧部12产生与作用于振动式传感器装置1的加速度(Z方向的加速度)成正比的应变，加速度检测用振子R1的共振频率根据该弹簧部12产生的应变而变化。根据加速度检测用振子R1的共振频率的变化而求出作用于振动式传感器装置1的加速度。
重块11通过对硅基板进行加工而形成。重块11具有预先规定的重量。利用弹簧部12使该重块11的一端部(在图1所示的例子中为﹣X方向的端部)与固定框架13连接。另一方面，重块11的剩余的端部以恒定的间隙G1与固定框架13分离。由此，重块11能够在振动式传感器装置1的测定灵敏度最高的方向即Z方向(第1方向)上移动。
弹簧部12与重块11的一端部以及固定框架13连接。弹簧部12将重块11支撑为能够相对于固定框架13在Z方向上进行相对移动。与重块11以及固定框架13相比，该弹簧部12的厚度(Z方向的宽度)减小。弹簧部12形成为沿X方向(第2方向)延伸。重块11相对于固定框架13在Z方向上进行相对位移，从而在弹簧部12处产生应变。对硅基板进行加工，使弹簧部12与重块11以及固定框架13一体形成。
固定框架13是经由弹簧部12对重块11进行支撑的部件。对硅基板进行加工，使固定框架13以在XY平面内将重块11的周围包围的方式形成为四边环状。如图2所示，该固定框架13形成为厚度比重块11的厚度略厚。这是为了在重块11和缓冲部件20之间形成预先规定的间隙G。在重块11和缓冲部件20之间所形成的间隙G作为针对重块11的缓冲部而起作用，后文中对此进行详细叙述。
为了对作用于振动式传感器装置1的加速度(Z方向的加速度)进行检测而设置加速度检测用振子R1。设计为加速度检测用振子R1的共振频率，因施加在弹簧部12处所产生的应变而变化。该加速度检测用振子R1形成为长度方向沿着X方向。加速度检测用振子R1配置于所施加的应变极大的位置。加速度检测用振子R1优选配置于如下位置，该位置在应变产生于弹簧部12处的情况下所施加的应变成为最大。只要加速度检测用振子R1的至少一部分组装于弹簧部12上即可。因此，加速度检测用振子R1的一部分可以组装于重块11上、固定框架13上。
预先在X方向上对该加速度检测用振子R1赋予拉伸应力。加速度检测用振子R1设计为在Y方向(第3方向)上振动。对加速度检测用振子R1赋予X方向的拉伸应力，是为了针对使加速度检测用振子R1产生压缩应变的输入加速度(负的输入加速度)而扩大动态范围。即，难以通过对加速度检测用振子R1赋予拉伸应力而产生屈曲，从而针对负的输入加速度而扩大动态范围。
作用于加速度检测用振子R1的X方向的拉伸应力，通过例如使杂质向加速度检测用振子R1扩散而赋予。该杂质的原子半径与构成加速度检测用振子R1的材料的原子半径相比小。例如，在加速度检测用振子R1由硅形成的情况下，通过使硼(B)、磷(P)等的杂质扩散而赋予拉伸应力。
即使加速度检测用振子R1的共振频率与弹簧部12的共振频率(包含高次模式)一致，也需要防止加速度的测定精度的恶化。因此，加速度检测用振子R1在Y方向上振动。即，将加速度检测用振子R1的振动方向设定为与弹簧部12的振动方向即Z方向正交的Y方向，由此防止使加速度检测用振子R1振动的能量被弹簧部12吸收。由此，能够防止加速度的测定精度的恶化。
对硅基板进行加工，使加速度检测用振子R1和上述的重块11、弹簧部12以及固定框架13一体形成。这样，在重块11、弹簧部12以及固定框架13的基础上再加上加速度检测用振子R1，不利用粘接剂等而将它们一体形成，由此能够改善温度特性、磁滞性、长期稳定性等。加速度检测用振子R1被真空封装。后文中对加速度检测用振子R1的具体结构进行叙述。
为了对振动式传感器装置1的内部温度(与加速度检测用振子R1的温度基本相等的温度)进行测定而设置温度检测用振子R2。温度检测用振子R2组装于固定框架13上。并不限定于固定框架13，温度检测用振子R2还能够配置于重块11、弹簧部12上。该温度检测用振子R2的检测结果用于对加速度检测用振子R1的检测结果(共振频率)进行温度校正。因此，温度检测用振子R2被配置于尽量靠近加速度检测用振子R1的位置。后文中对温度检测用振子R2的具体结构进行叙述。
铝焊盘PD1是与加速度检测用振子R1电连接的电极。铝焊盘PD1与加速度检测用振子R1相对应地形成于固定框架13上。将用于使加速度检测用振子R1振动的激励信号从外部供给至该铝焊盘PD1。从加速度检测用振子R1将检测信号(具有与加速度检测用振子R1的共振频率相同的频率的信号)输出至铝焊盘PD1。
铝焊盘PD2是与温度检测用振子R2电连接的电极。铝焊盘PD2与温度检测用振子R2相对应地形成于固定框架13上。将用于使温度检测用振子R2振动的激励信号从外部供给至该铝焊盘PD2。从温度检测用振子R2将检测信号(具有与温度相对应的频率的信号)输出至铝焊盘PD2。铝焊盘PD0是为了防止噪声的影响而设置的电极(屏蔽用铝焊盘)。铝焊盘PD0与未与加速度检测用振子R1以及温度检测用振子R2电连接的部分电连接。例如，铝焊盘PD0与接地电位连接。
缓冲部件20是为了对重块11的振动特性进行控制而设置的部件。缓冲部件20配置为以预先规定的间隙G靠近重块11。具体而言，缓冲部件20利用热膨胀系数、弹性常数等与加速度检测基板10接近的材料而形成。例如，缓冲部件20可以由硅树脂、玻璃等而形成。缓冲部件20以在重块11和缓冲部件20之间形成有间隙G的方式，在加速度检测基板10的﹣Z侧与固定框架13接合。
缓冲部件20配置为以间隙G靠近重块11，从而间隙G通过挤压膜效应而作为缓冲部对重块11起作用。通过对间隙G的大小、以及间隙G内的气体的压力进行调整而能够调整该缓冲效果。因此，只要对间隙G的大小、以及间隙G内的气体的压力进行调整，就能够调整重块11的衰减系数。因此，能够使重块11的振动特性形成为期望的特性。重块11的振动特性大多被调整为巴特沃斯(butterworth)特性(最平坦特性)。间隙G内的气体的压力设定为与被真空封装的加速度检测用振子R1的封装压力不同的压力。
如上所述，缓冲部件20利用热膨胀系数、弹性常数等与加速度检测基板10接近的材料而形成，与加速度检测基板10的固定框架13直接接合。因此，能够改善温度特性、磁滞性、长期稳定性等。缓冲部件20还被用作用于将振动式传感器装置1安装于未图示的框体(封装件)的安装部件。
<加速度检测用振子>
图3～图5是在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置中设置的加速度检测用振子的剖面图。具体而言，图3是沿图1中的B-B线的剖面向视图，图4是沿图3中的D-D线的剖面向视图，图5是沿图4中的E-E线的剖面向视图。
如图3所示，在组装加速度检测用振子R1的部位，在基板31上按顺序形成有下部绝缘膜32、电极33(输入电极33a以及输出电极33b)、上部绝缘膜34以及壳体35。组装加速度检测用振子R1的部位是将弹簧部12和固定框架13连接的部分的表面侧(﹢Z侧)的部位。加速度检测用振子R1配置于由基板31、输入电极33a、输出电极33b以及壳体35等形成的真空室SP1内。
基板31例如是硅基板。下部绝缘膜32以及上部绝缘膜34例如是硅氧化膜。为了使输入电极33a以及输出电极33b电绝缘，例如由二氧化硅(SiO2)形成下部绝缘膜32以及上部绝缘膜34。壳体35例如由多晶硅形成。为了对在内部配置有加速度检测用振子R1的真空室SP1进行封装而设置壳体35。
输入电极33a是用于输入使加速度检测用振子R1振动的激励信号的电极。输出电极33b是用于将信号取出的电极，该信号具有与加速度检测用振子R1的共振频率相同的频率。这些输入电极33a以及输出电极33b配置为在Y方向上隔着加速度检测用振子R1。
如图4所示，加速度检测用振子R1是形成为沿X方向延伸的梁状部件。如图5所示，加速度检测用振子R1的两端e11、e12经由下部绝缘膜32及上部绝缘膜34而固定于基板31及壳体35上。即，加速度检测用振子R1的至少一部分配置于在弹簧部12的内部所形成的真空室SP1内。另外，加速度检测用振子R1配置为拉伸应力被赋予给加速度检测用振子R1、且两端e11、e12固定的状态。因此，如果弹簧部12在Z方向上挠曲，则使得应变(拉伸应变、压缩应变)施加于加速度检测用振子R1。
如果施加有拉伸应变，则加速度检测用振子R1的共振频率升高。另一方面，如果施加有压缩应变，则加速度检测用振子R1的共振频率降低。
<温度检测用振子>
图6～图8是在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的温度检测用振子的剖面图。具体而言，图6是沿图1中的C-C线的剖面向视图，图7是沿图6中的F-F线的剖面向视图，图8是沿图7中的G-G线的剖面向视图。
如图6所示，组装温度检测用振子R2的部位，形成为与组装加速度检测用振子R1的部位相同的构造。即，取代电极33(输入电极33a及输出电极33b)而设置有电极36(输入电极36a及输出电极36b)。另外，在基板31上按顺序形成有下部绝缘膜32、电极36(输入电极36a及输出电极36b)、上部绝缘膜34以及壳体35。温度检测用振子R2配置于由基板31、输入电极36a、输出电极36b以及壳体35等形成的真空室SP2内。
输入电极36a是用于输入使温度检测用振子R2振动的激励信号的电极。输出电极36b是用于将信号取出的电极，该信号具有与温度检测用振子R2的共振频率相同的频率。与输入电极33a及输出电极33b相同地，这些输入电极36a及输出电极36b配置为在Y方向上隔着温度检测用振子R2。温度检测用振子R2的配置方向可以与图6所示的配置方向不同。
如图7所示，温度检测用振子R2是形成为沿X方向延伸的梁状部件。如图8所示，温度检测用振子R2的一端e21经由下部绝缘膜32及上部绝缘膜34而固定于基板31及壳体35上。即，温度检测用振子R2在仅一端e21被固定的状态下配置于真空室SP2内，以使得不受到作用于振动式传感器装置1的加速度、因安装而产生的应变的影响。
在这种温度检测用振子R2中，杨氏模量与振动式传感器装置1的内部温度(与加速度检测用振子R1的温度基本相等的温度)相对应地变化，共振频率发生变化。因此，能够根据从输出电极36b取出的信号的频率而求出振动式传感器装置1的内部温度。求出的振动式传感器装置1的内部温度，用于对加速度检测用振子R1的检测结果(共振频率)进行温度校正。
<振动式传感器装置的动作>
下面，对上述振动式传感器装置1的动作进行简单的说明。如果Z方向的加速度作用于振动式传感器装置1，则重块11相对于固定框架13向﹢Z方向进行位移。于是，弹簧部12与重块11和固定框架13的相对位移量相对应地挠曲。由此，产生与作用于振动式传感器装置1的加速度成正比的应变。在弹簧部12产生的应变施加于加速度检测用振子R1。由此，加速度检测用振子R1的共振频率发生变化。
具体而言，如果使重块11相对于固定框架13而向﹣Z方向相对地进行位移的加速度(正的输入加速度)作用于振动式传感器装置1，则弹簧部12因重块11的位移而向﹣Z方向挠曲，在弹簧部12的上表面(﹢Z侧的面)产生拉伸应变。如果这种应变施加于加速度检测用振子R1，则加速度检测用振子R1的共振频率升高。
与此相对，如果使重块11相对于固定框架13而向﹢Z方向相对地进行位移的加速度(负的输入加速度)作用于振动式传感器装置1，则弹簧部12因重块11的位移而向﹢Z方向挠曲，在弹簧部12的上表面(﹢Z侧的面)产生压缩应变。如果这种应变施加于加速度检测用振子R1，则加速度检测用振子R1的共振频率降低。检测出这种加速度检测用振子R1的共振频率的变化，由此测定作用于振动式传感器装置1的加速度。
图9是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置中设置的加速度检测用振子的特性的一个例子的图。图9A是表示输入加速度和应变的关系的图，图9B是表示输出频率随时间的变化的图，图9C是表示频率特性的一个例子的图。图9A所示的曲线图，横轴选取输入加速度，纵轴选取施加于加速度检测用振子R1的应变。另外，图9B所示的曲线图，横轴选取时间，纵轴选取从输出电极33b(参照图3、图4)输出的信号的频率(输出频率)。另外，图9C所示的曲线图，横轴选取输出频率，纵轴选取该信号的振幅。
图9A的纵轴上示出的εmax表示使得加速度检测用振子R1产生蠕变或者破坏的拉伸应变的值。εmin表示使得加速度检测用振子R1产生屈曲的压缩应变的值。在拉伸应力未赋予给加速度检测用振子R1的情况(即，现有的情况)下，在输入加速度为零时，在加速度检测用振子R1未产生应变。因此，由图9A中的直线L12表示输入加速度和应变的关系。参照该直线L12可知，容许的正的输入加速度较大，但容许的负的输入加速度极小。
与此相对，在拉伸应力赋予给加速度检测用振子R1的情况下，即使在输入加速度为零时也产生拉伸应变。因此，由图9A中的直线L11表示输入加速度和应变的关系。在图9A中，将输入加速度为零时的拉伸应变的值设为ε0。参照该直线L11可知，与直线L12相比，容许的正的输入加速度较小，但容许的负的输入加速度增大至amin。
这里，在加速度的传感检测中，正负的输入加速度相等地产生的情况较多。因此，通常，动态范围通过能够测定的正的输入加速度的最大值(绝对值)、或者能够测定的负的输入加速度的最大值(绝对值)中较小的任一方而进行定义。对于图9A中的直线L11而言，与直线L12相比，能够测定的负的输入加速度的最大值显著增大。因此，与未被赋予拉伸应力的现有结构相比，被赋予了拉伸应力的加速度检测用振子R1的动态范围显著扩大。
图9B的纵轴上示出的fmin是使得屈曲产生的压缩应变(图9A中的εmin)施加于加速度检测用振子R1的情况下的输出频率。在拉伸应力未赋予给加速度检测用振子R1而动态范围狭窄的情况(即，现有的情况)下，由图9B中的曲线L22表示输出频率随时间的变化。参照该曲线L22，并未获得比频率fmin低的输出频率。因此，可知如果较大的负的输入加速度作用于振动式传感器装置1，则无法测定加速度。
与此相对，在拉伸应力赋予给加速度检测用振子R1而动态范围较宽的情况下，由图9B中的曲线L21表示输出频率随时间的变化。参照该曲线L21，即使较大的负的输入加速度作用于振动式传感器装置1，输出频率也不会低于频率fmin。因此，如图9B所示，能够获得以正弦波状变化的输出频率。由此，能够以良好的精度对作用于振动式传感器装置1的加速度进行测定。
图9C的横轴上示出的频率fe是弹簧部12的固有频率。在加速度检测用振子R1的振动方向与弹簧部12的振动方向一致的情况(即，现有的情况)下，由图9C中的曲线L32表示频率特性。参照该曲线L32可知，如果输出频率(加速度检测用振子R1的共振频率)与弹簧部12的固有频率fe一致，则振幅会下降。
与此相对，在加速度检测用振子R1的振动方向与弹簧部12的振动方向不同的情况下，由图9C中的直线L31表示频率特性。参照该直线L31可知，即使输出频率(加速度检测用振子R1的共振频率)与弹簧部12的固有频率fe一致，振幅也不会下降。其理由在于，将加速度检测用振子R1的振动方向设定为与弹簧部12的振动方向即Z方向正交的Y方向，因此，使加速度检测用振子R1振动的能量未被弹簧部12吸收。因此，即使加速度检测用振子R1的共振频率与弹簧部12的固有频率fe一致，也能够以高精度测定加速度。
<振动式传感器装置的制造方法>
图10A～图11B是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置1的制造方法的工序图。如图10A所示，为了制造振动式传感器装置1而准备SOI(Silicon onInsulator)基板100。该SOI基板100是在硅基板101上按顺序层叠有BOX层(Buried Oxide层：埋入氧化膜层)102以及活性层103的基板。例如，BOX层102由二氧化硅(SiO2)形成。活性层103由单晶硅形成。硅基板101是图3、图5、图6、图8中示出的基板31。BOX层102用作下部绝缘膜32(参照图3、图5)。加速度检测用振子R1及温度检测用振子R2形成于活性层103。
如果开始振动式传感器装置1的制造，则如图10B所示，首先，在SOI基板100的表面侧形成加速度检测用振子R1及其附属的构造(图2中示出的电极33、上部绝缘膜34、壳体35等)。在该工序中，和加速度检测用振子R1等一起还形成温度检测用振子R2及其附属的构造(图6中示出的电极36、上部绝缘膜34、壳体35等)。但是，下面着眼于加速度检测用振子R1等进行说明。
图12A～图15C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置1设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。如果开始加速度检测用振子R1等的制造，则首先对图12A中示出的SOI基板100的表面进行蚀刻。并且，形成加速度检测用振子R1以及电极33(输入电极33a以及输出电极33b)等。
具体而言，如图12B所示，利用Deep RIE(深度RIE(Reactive Ion Etching))对活性层103进行蚀刻。并且，形成具有图4中示出的俯视形状的加速度检测用振子R1、输入电极33a、输出电极33b等。如图12B所示，加速度检测用振子R1形成为，SOI基板100的层叠方向上的加速度检测用振子R1的宽度比SOI基板100的面内方向上的加速度检测用振子R1的宽度大。由此，加速度检测用振子R1在SOI基板100的面内方向(图3中的Y方向)上振动。
然后，如图12C所示，使杂质IM向加速度检测用振子R1扩散。具体而言，通过热扩散法、或者使用PBF(聚硼膜)的扩散法而使杂质IM向加速度检测用振子R1扩散。杂质IM的原子半径比构成加速度检测用振子R1的硅的原子半径小。杂质IM例如是硼(B)、磷(P)等。进行杂质IM的扩散，直至达到硅的固溶极限附近的值的10的20次方[atom/cm2]左右为止。如图12C所示，还使杂质IM向输入电极33a以及输出电极33b的表面扩散。
这里，如果使杂质IM向速度检测用振子R1扩散，则与构成速度检测用振子R1的硅相比原子半径小的杂质IM和硅进行置换。因此，产生使加速度检测用振子R1缩小的力。但是，加速度检测用振子R1的两端被固定，因此使得拉伸应力作用于加速度检测用振子R1。这样，拉伸应力被赋予给加速度检测用振子R1。
然后，如图12D所示，形成将加速度检测用振子R1、输入电极33a以及输出电极33b覆盖的绝缘用的氧化膜104。例如利用CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法、溅射法等而形成该氧化膜104。该氧化膜104被用作上部绝缘膜34(参照图3、图5)。氧化膜104还被埋入于加速度检测用振子R1与输入电极33a以及输出电极33b之间的槽。
接着，如图13A所示，在氧化膜104上形成第1多晶硅层105。该第1多晶硅层105构成壳体35的一部分。此后，如图13B所示，对第1多晶硅层105的一部分(加速度检测用振子R1的上方部分)进行蚀刻。然后，如图13C所示，通过CVD法而形成将第1多晶硅层105覆盖的氧化膜106。然后，如图13D所示，以保留加速度检测用振子R1的上方部分的氧化膜106的方式对氧化膜106进行图案化。
然后，如图14A所示，形成将第1多晶硅层105以及氧化膜106覆盖的第2多晶硅层107。利用CVD法而形成该第2多晶硅层107。但是，将第2多晶硅层107的形成条件设定为如下条件，即，即使是在氧化膜106存在台阶的部分，也使得第2多晶硅层107的表面高度较为均匀。然后，如图14B所示，将第2多晶硅层107的一部分(氧化膜106的上方部分)蚀刻直至在第1多晶硅层105上所形成的氧化膜106的高度位置。此时，在后续工序中进行氧化膜106的蚀刻，因此使在第1多晶硅层105上形成的氧化膜106完全露出较为重要。
接着，如图14C所示，对氧化膜106、和在加速度检测用振子R1的周围形成的BOX层102以及氧化膜104进行蚀刻。通过进行该工序，形成图2中示出的真空室SP1，仅加速度检测用振子R1的两端(图4、图5中示出的两端e11、e12)被固定，加速度检测用振子R1的侧面与输入电极33a以及输出电极33b等分离。
接着，如图14D所示，以将第1多晶硅层105以及第2多晶硅层107覆盖的方式形成多晶硅层108，将真空室SP1封装。在该工序中，利用硅烷进行在第1多晶硅层105以及第2多晶硅层107上使多晶硅层108外延成长的处理。通过进行该处理，形成由第1多晶硅层105、第2多晶硅层107以及多晶硅层108构成的壳体35。
在上述工序中，在形成多晶硅层108时会产生氢气，因此由氢气将真空室SP1内充满。因此，在上述工序结束以后，以高温进行退火，将真空室SP1内的氢气释放到外部。通过进行这种处理，能够使真空室SP1内形成为高真空度。其结果，能够提高加速度检测用振子R1的Q值。这样，形成能够利用外部电路而容易地检测共振频率的加速度检测用振子R1。
如果以上工序结束，则如图15A所示，局部地对壳体35进行蚀刻而形成电极取出孔H。作为在后续的工序中用于形成与输入电极33a以及输出电极33b连接的电极的前工序而进行该工序。具体而言，氧化膜104被用作蚀刻阻挡。局部地对构成在输入电极33a以及输出电极33b的上方形成的壳体35的多晶硅层108、第2多晶硅层107以及第1多晶硅层105进行蚀刻，由此形成电极取出孔H。
在图15A中，为了易于理解，在靠近加速度检测用振子R1的位置示出电极取出孔H。但是，电极取出孔H形成于在后续工序中安装传感器时方便的任意位置。例如，可以在图1中形成有铝焊盘PD1的部分形成电极取出孔H。在电极取出孔H形成于该位置的情况下，需要使输入电极33a以及输出电极33b形成为延伸到形成有铝焊盘PD1的部分的下方。
接着，如图15B所示，对在电极取出孔H内露出的氧化膜104进行蚀刻。然后，在电极取出孔H内形成电极109。按顺序进行利用以上的图12～图15说明的工序，由此形成加速度检测用振子R1及其附属的构造(图2中示出的电极33、上部绝缘膜34、壳体35等)。
如果形成加速度检测用振子R1及其附属的构造，则如图10C所示，形成图1中示出的间隙G1的一部分。具体而言，通过干蚀刻、湿蚀刻、离子束铣、电场放电加工等，将壳体35、氧化膜104(上部绝缘膜34)、活性层103、以及BOX层102(下部绝缘膜32)贯通，形成到达硅基板101的规定深度为止的槽。进行硅基板101的蚀刻，直至使得槽底的位置比图2中示出的弹簧部12的底面位置靠下方(比弹簧部12的﹣Z侧的面的位置靠下侧)为止。
然后，如图10D所示，对硅基板101的背面侧进行蚀刻。该工序是为了在此后形成图2中示出的间隙G的工序。以使得间隙G的大小(蚀刻深度)达到比上述的间隙G1大的尺寸的方式而进行该硅基板101的蚀刻。作为本工序中的蚀刻法，能够采用干蚀刻、湿蚀刻等。
然后，如图11A所示，对硅基板101的背面侧进行蚀刻，由此形成重块11、弹簧部12、固定框架13以及间隙G1。具体而言，使在硅基板101的背面侧形成的抗蚀剂进行图案化，以形成重块11以及固定框架13的俯视形状(参照图1)。并且，对硅基板101的背面侧进行蚀刻，直至成为弹簧部12的部分的厚度达到设计的厚度为止。
如上所述，在利用图10C说明的工序中，在硅基板101的表面侧，形成底部位置比图2中示出的弹簧部12的底面位置靠下的槽(间隙G1的一部分)。因此，只要对硅基板101的背面侧进行蚀刻直至弹簧部12的厚度达到设计的厚度为止，就能够完整地形成间隙G1。作为本工序中的蚀刻法，能够采用干蚀刻、湿蚀刻等。通过以上的工序而制造加速度检测基板10。
最后，如图11B所示，使缓冲部件20与经由以上工序而制造的加速度检测基板10的背面侧(固定框架13的背面侧)接合。作为缓冲部件20的接合法，为了改善温度特性、磁滞性等特性，能够采用直接接合、金属扩散接合、阳极接合等接合法(不使用粘接材料的接合法)。由此，对本实施方式的振动式传感器装置1进行制造。
如上所述，在本实施方式中，沿X方向延伸的弹簧部12将重块11支撑为，能够相对于固定框架13在Z方向上相对地进行移动。在X方向上对加速度检测用振子R1赋予拉伸应力。在Y方向上振动的加速度检测用振子R1的至少一部分组装于弹簧部12上。由此，即使负的输入加速度(使加速度检测用振子R1产生压缩应变的输入加速度)作用于振动式传感器装置1，也难以产生加速度检测用振子R1的屈曲。由此，能够扩大振动式传感器装置1的动态范围。在本实施方式中，将加速度检测用振子R1的振动方向设定为与弹簧部12的振动方向即Z方向正交的Y方向。因此，使加速度检测用振子R1振动的能量未被弹簧部12吸收。因此，即使加速度检测用振子R1的共振频率与弹簧部12的固有频率一致，也能够以高精度测定加速度。
[第2实施方式]
图16A及图16B是表示本发明的第2实施方式所涉及的振动式传感器装置的图。图16A是第2实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。图16B是沿图16A中的H-H线的剖面向视图。在图16A及图16B中，对与图1、图2中示出的结构相当的结构标注相同的标号。如图16A及图16B所示，在本实施方式的振动式传感器装置2中，在图1所示的振动式传感器装置1上设置有封装部件40。另外，重块11、弹簧部12以及加速度检测用振子R1等被封装部件40封装。
与缓冲部件20相同地，利用热膨胀系数、弹性常数等与加速度检测基板10接近的材料(例如，硅树脂、玻璃等)形成封装部件40。封装部件40在加速度检测基板10的﹢Z侧与固定框架13接合。以不与能够在Z方向上移动的重块11、以及因重块11的位移而在Z方向上挠曲的弹簧部12接触的方式，对该封装部件40的底面进行蚀刻。
在封装部件40的﹣X侧形成有通孔TH0～TH2、以及铝焊盘PD3～PD5。通孔TH0～TH2在与形成铝焊盘PD3～PD5的位置(俯视时的位置)相对应的位置处形成。另外，通孔TH0～TH2形成为从封装部件40的表面侧到达背面侧。通过镀敷等而在该通孔TH0～TH2的内壁形成由铝等构成的金属层。
铝焊盘PD3～PD5在封装部件40的表面(﹢Z侧的面)形成。铝焊盘PD3～PD5分别与通孔TH0～TH2连接。该铝焊盘PD3～PD5经由通孔TH0～TH2而分别与铝焊盘PD0～PD2连接。将铝焊盘PD3～PD5用作被封装部件40封装的铝焊盘PD0～PD2的外部电极。
如果设置以上的封装部件40，则将间隙G和重块11、弹簧部12以及加速度检测用振子R1等一起封装。因此，通过对间隙G内的气体的压力进行调整，能够容易地使重块11的振动特性形成为期望的特性。本实施方式的振动式传感器装置2是仅将封装部件40设置于图1所示的振动式传感器装置1的结构，因此，与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第3实施方式]
图17是表示本发明的第3实施方式所涉及的振动式传感器装置的剖面图。在图17中也对与图1、图2中示出的结构相当的结构标注相同的标号。如图17所示，在本实施方式的振动式传感器装置3中，连接重块11和固定框架13的2个弹簧部12a、12b在Z方向上排列设置。另外，在弹簧部12a、12b上分别设置有加速度检测用振子R11、R12。
与图2中示出的弹簧部12相同地，弹簧部12a在重块11的﹣X侧与重块11的上端部(﹢Z侧的端部)以及固定框架13的上端部连接。与此相对，弹簧部12b在重块11的﹣X侧与重块11的下端部(﹣Z侧的端部)以及固定框架13的下端部连接。即，重块11被支撑为能够相对于固定框架13在Z方向上相对地进行移动，﹣X侧的上端部以及下端部分别被弹簧部12a、12b支撑。
加速度检测用振子R11、R12与图1、图2中示出的加速度检测用振子R1相同。加速度检测用振子R11、R12的至少一部分分别组装于弹簧部12a、12b上。加速度检测用振子R11组装于弹簧部12a的上表面侧(﹢Z侧的面)。与此相对，加速度检测用振子R12组装于弹簧部12b的底面侧(﹣Z侧的面)。本实施方式的振动式传感器装置3需要利用弹簧部12b对重块11的下端部进行支撑。因此，不对重块11的底面进行蚀刻，而是对缓冲部件20的上表面进行蚀刻，由此形成间隙G。
下面，对上述结构的振动式传感器装置3的动作进行简单的说明。如果加速度作用于振动式传感器装置3而使得重块11向﹢Z方向进行位移，则弹簧部12a、12b向﹢Z方向挠曲。由此，压缩应变施加于加速度检测用振子R11，另一方面，拉伸应变施加于加速度检测用振子R12。与此相对，如果加速度作用于振动式传感器装置3而使得重块11向﹣Z方向进行位移，则弹簧部12a、12b向﹣Z方向挠曲。由此，拉伸应变施加于加速度检测用振子R11，另一方面，压缩应变施加于加速度检测用振子R12。
这样，在本实施方式的振动式传感器装置3中，与施加于加速度检测用振子R11、R12中的一者的应变(压缩应变、拉伸应变)不同的应变(拉伸应变、压缩应变)施加于另一者。因此，通过求出利用加速度检测用振子R11检测出的共振频率、和利用加速度检测用振子R12检测出的共振频率的差值，能够将共模噪声去除。另外，还能够将针对加速度检测用振子R11、R12而同样施加的外部干扰(例如静压力、温度等)的影响排除。
与加速度检测用振子R1相同地，加速度检测用振子R11、R12被预先在X方向上赋予拉伸应力，加速度检测用振子R11、R12设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置3也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第4实施方式]
图18是表示本发明的第4实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。在图18中，也对与图1、图2中示出的结构相当的结构标注相同的标号。
如图18所示，本实施方式的振动式传感器装置4，连接重块11和固定框架13的2个弹簧部12a、12b在Y方向上排列设置，连接重块11和固定框架13的2个辅助弹簧部51a、51b(辅助支撑部)在X方向上排列设置。另外，将加速度检测用振子R11、R12分别设置于弹簧部12a、12b上。
弹簧部12a形成为沿X方向延伸。弹簧部12a与重块11的1个角(重块11的相对于中央部位于﹢X方向以及﹢Y方向的角)、以及位于重块11的﹣X侧且沿Y方向延伸的固定框架13连接。与此相对，弹簧部12b形成为沿X方向延伸。弹簧部12b与重块11的1个角(重块11的相对于中央部位于﹣X方向以及﹣Y方向的角)、以及位于重块11的﹢X侧且沿Y方向延伸的固定框架13连接。
辅助弹簧部51a形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51a与重块11的1个角(重块11的相对于中央部位于﹢X方向以及﹣Y方向的角)、以及位于重块11的﹢Y侧且沿X方向延伸的固定框架13连接。与此相对，辅助弹簧部51b形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51b与重块11的1个角(重块11的相对于中央部位于﹣X方向以及﹢Y方向的角)、以及位于重块11的﹣Y侧且沿X方向延伸的固定框架13连接。
为了抑制重块11的旋转运动(绕X轴的旋转运动、绕Y轴的旋转运动、以及绕Z轴的旋转运动)而设置上述的辅助弹簧部51a、51b。这样，在本实施方式中，重块11的四个角分别被弹簧部12a、12b、以及辅助弹簧部51a、51b支撑。由此，重块11能够相对于固定框架13在Z方向上相对地进行移动。
加速度检测用振子R11、R12与图1、图2中示出的加速度检测用振子R1相同。加速度检测用振子R11、R12的至少一部分分别组装于弹簧部12a、12b的表面侧(﹢Z侧的面)。在图18所示的例子中，加速度检测用振子R11组装于弹簧部12a和固定框架13的连接部附近。另一方面，加速度检测用振子R12组装于弹簧部12b和重块11的连接部附近。与加速度检测用振子R11、R12相对应地，分别设置有与铝焊盘PD1(参照图1)相同的铝焊盘PD11、PD12。
下面，对上述结构的振动式传感器装置4的动作进行简单的说明。如果加速度作用于振动式传感器装置4而重块11向﹢Z方向进行位移，则弹簧部12a、12b以及辅助弹簧部51a、51b全部都向﹢Z方向挠曲。由此，在组装于弹簧部12a和固定框架13的连接部附近的加速度检测用振子R11施加有压缩应变，另一方面，在组装于弹簧部12b和重块11的连接部附近的加速度检测用振子R12施加有拉伸应变。
与此相对，如果加速度作用于振动式传感器装置4而重块11向﹣Z方向进行位移，则弹簧部12a、12b以及辅助弹簧部51a、51b全部都向﹣Z方向挠曲。由此，在组装于弹簧部12a和固定框架13的连接部附近的加速度检测用振子R11施加有拉伸应变，另一方面，在组装于弹簧部12b和重块11的连接部附近的加速度检测用振子R12施加有压缩应变。
这样，在本实施方式的振动式传感器装置4中，与第3实施方式的振动式传感器装置3相同地，与施加于加速度检测用振子R11、R12中一者上的应变(压缩应变、拉伸应变)不同的应变(拉伸应变、压缩应变)施加于另一者。因此，能够实现共模噪声的去除、能够将外部干扰(例如，静压力、温度等)的影响排除。在本实施方式的振动式传感器装置4中，能够使安装有加速度检测用振子R11、R12的弹簧部12a、12b变长，因此能够提高振动式传感器装置4的灵敏度。
与加速度检测用振子R1相同地，加速度检测用振子R11、R12被预先在X方向上赋予拉伸应力，加速度检测用振子R11、R12设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置4也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第5实施方式]
图19是表示本发明的第5实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。在图19中，也对与图1、图2、图18中示出的结构相当的结构标注相同的标号。如图19所示，本实施方式的振动式传感器装置5，连接重块11和固定框架13的2个弹簧部12a、12b设置于沿X方向延伸的直线上，连接重块11和固定框架13的2个辅助弹簧部51a、51b(辅助支撑部)设置于沿Y方向延伸的直线上。另外，将加速度检测用振子R11、R12分别设置于弹簧部12a、12b上。
弹簧部12a形成为沿X方向延伸。弹簧部12a与重块11的﹣X侧的边以及位于重块11的﹣X侧的固定框架13连接。与此相对，弹簧部12b形成为沿X方向延伸。弹簧部12b与重块11的﹢X侧的边以及位于重块11的﹢X侧的固定框架13连接。另外，辅助弹簧部51a形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51a与重块11的﹢Y侧的边以及位于重块11的﹢Y侧的固定框架13连接。与此相对，辅助弹簧部51b形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51b与重块11的﹣Y侧的边以及位于重块11的﹣Y侧的固定框架13连接。这样，在本实施方式中，重块11的四边分别被弹簧部12a、12b以及辅助弹簧部51a、51b支撑。由此，重块11能够相对于固定框架13在Z方向上相对地进行移动。
加速度检测用振子R11、R12与图1、图2中示出的加速度检测用振子R1相同。加速度检测用振子R11、R12的至少一部分分别组装于弹簧部12a、12b的表面侧(﹢Z侧的面)。在图19所示的例子中，与图18相同地，加速度检测用振子R11组装于弹簧部12a和固定框架13的连接部附近。另一方面，加速度检测用振子R12组装于弹簧部12b和重块11的连接部附近。
在本实施方式的振动式传感器装置5中，与第4实施方式的振动式传感器装置4相同地，与施加于加速度检测用振子R11、R12的一者的应变(压缩应变、拉伸应变)不同的应变(拉伸应变、压缩应变)施加于另一者。因此，能够实现共模噪声的去除，能够将外部干扰(例如，静压力、温度等)的影响排除。
与加速度检测用振子R1相同地，加速度检测用振子R11、R12被预先在X方向上赋予拉伸应力，加速度检测用振子R11、R12设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置5也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第6实施方式]
图20是表示本发明的第6实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。在图20中，对与图1、图2、图18、图19中示出的结构相当的结构标注相同的标号。如图20所示，在图1所示的振动式传感器装置1的基础上，本实施方式的振动式传感器装置6在支撑重块11的弹簧部12上设置有多个加速度检测用振子R11、R12。具体而言，加速度检测用振子R11、R12设置于弹簧部12和固定框架13的连接部附近，在与弹簧部12延伸的X方向正交的Y方向上排列。
本实施方式的振动式传感器装置6在弹簧部12和固定框架13的连接部附近设置有加速度检测用振子R11、R12。因此，如果弹簧部12向﹢Z方向或者﹣Z方向挠曲，则相同的应变施加于加速度检测用振子R11、R12这双方。但是，如果在弹簧部12产生扭转(绕X轴的扭转)，则与施加于加速度检测用振子R11、R12的一者的应变(压缩应变、拉伸应变)不同的应变(拉伸应变、压缩应变)施加于另一者。因此，通过求出利用加速度检测用振子R11检测出的共振频率、和利用加速度检测用振子R12检测出的共振频率的和，能够将因弹簧部12的扭转而造成的影响排除。
与加速度检测用振子R1相同地，加速度检测用振子R11、R12被预先在X方向上赋予拉伸应力，加速度检测用振子R11、R12设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置6也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第7实施方式]
图21A以及图21B是表示本发明的第7实施方式所涉及的振动式传感器装置的图。图21A是第7实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。图21B是沿图21A中的I-I线的剖面向视图。在图21A及图21B中，对与图18中示出的结构相当的结构标注相同的标号。另外，在图21A及图21B中，将图18中示出的铝焊盘PD11、PD12、PD2的图示省略。
如图21A及图21B所示，本实施方式的振动式传感器装置7改变了重块11和固定框架13的位置关系。即，重块11以在XY面内将固定框架13的周围包围的方式形成为四边环状。与图18所示的振动式传感器装置4相同地，利用弹簧部12a、12b以及辅助弹簧部51a、51b支撑重块11。
具体而言，弹簧部12a形成为沿X方向延伸。弹簧部12a与固定框架13的1个角(固定框架13的相对于中央部位于﹢X方向以及﹢Y方向的角)、以及位于固定框架13的﹣X侧且沿Y方向延伸的重块11连接。与此相对，弹簧部12b形成为沿X方向延伸。弹簧部12b与固定框架13的1个角(固定框架13的相对于中央部位于﹣X方向以及﹣Y方向的角)、以及位于固定框架13的﹢X侧且沿Y方向延伸的重块11连接。
辅助弹簧部51a形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51a与固定框架13的1个角(固定框架13的相对于中央部位于﹢X方向以及﹣Y方向的角)、以及位于固定框架13的﹢Y侧且沿X方向延伸的重块11连接。与此相对，辅助弹簧部51b形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51b与固定框架13的1个角(固定框架13的相对于中央部位于﹣X方向以及﹢Y方向的角)、以及位于固定框架13的﹣Y侧且沿X方向延伸的重块11连接。
加速度检测用振子R11组装于弹簧部12a和重块11的连接部附近。另一方面，加速度检测用振子R12组装于弹簧部12b和固定框架13的连接部附近。因此，本实施方式的振动式传感器装置7与第4实施方式的振动式传感器装置4相同地，能够实现共模噪声的去除，能够将外部干扰(例如，静压力、温度等)的影响排除，并且能够提高振动式传感器装置7的灵敏度。
与加速度检测用振子R1相同地，加速度检测用振子R11、R12被预先在X方向上赋予拉伸应力，并设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置7也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第8实施方式]
图22A以及图22B是表示本发明的第8实施方式所涉及的振动式传感器装置的图。图22A是第8实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。图22B是沿图22A中的J-J线的剖面向视图。在图22A及图22B中，对与图19中示出的结构相当的结构标注相同的标号。如图22A及图22B所示，本实施方式的振动式传感器装置8与图21A以及图21B所示的振动式传感器装置7相同地，改变了重块11和固定框架13的位置关系。即，重块11以在XY面内将固定框架13的周围包围的方式形成为四边环状。与图19所示的振动式传感器装置5相同地，利用弹簧部12a、12b以及辅助弹簧部51a、51b支撑重块11。
具体而言，弹簧部12a形成为沿X方向延伸。弹簧部12a与固定框架13的﹣X侧的边以及位于固定框架13的﹣X侧的重块11连接。与此相对，弹簧部12b形成为沿X方向延伸。弹簧部12b与固定框架13的﹢X侧的边以及位于固定框架13的﹢X侧的重块11连接。另外，辅助弹簧部51a形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51a与固定框架13的+Y侧的边以及位于固定框架13的+Y侧的重块11连接。与此相对，辅助弹簧部51b形成为沿Y方向延伸。辅助弹簧部51b与固定框架13的﹣Y侧的边以及位于固定框架13的﹣Y侧的重块11连接。
加速度检测用振子R11组装于弹簧部12a和重块11的连接部附近。加速度检测用振子R12组装于弹簧部12b和固定框架13的连接部附近。因此，本实施方式的振动式传感器装置8与第7实施方式的振动式传感器装置7相同地，能够实现共模噪声的去除，能够将外部干扰(例如，静压力、温度等)的影响排除。
与加速度检测用振子R1相同地，加速度检测用振子R11、R12被预先在X方向上赋予拉伸应力，并设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置8也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
[第9实施方式]
图23是表示本发明的第9实施方式所涉及的振动式传感器装置的剖面图。在图23中，对与图1、图2所示的结构相当的结构标注相同的标号。如图23所示，本实施方式的振动式传感器装置9，将在内部组装有加速度检测用振子R1的弹簧基板60(支撑部件)粘贴于重块11以及固定框架13上，由此将重块11支撑为能够在Z方向上移动。弹簧基板60具有和图1、图2中示出的弹簧部12同等程度的厚度。弹簧基板60是例如由硅树脂形成的基板。
在这种振动式传感器装置9中，在弹簧基板60所形成的加速度检测用振子R1被预先在X方向上赋予拉伸应力，并设计为在Y方向上振动。因此，本实施方式的振动式传感器装置9也与第1实施方式相同地，与以往相比能够扩大动态范围，能够以高精度测定加速度等。
以上对本发明的实施方式所涉及的振动式传感器装置进行了说明，但本发明并不受到上述实施方式的限制，在本发明的范围内能够自由地变更。例如，在上述实施方式中，举出加速度检测用振子R1、R11、R12设计为预先在X方向上赋予拉伸应力、且在Y方向上振动的情况为例进行了说明。但是，这些加速度检测用振子R1、R11、R12也可以设计为，在X方向上赋予拉伸应力但却在除了Y方向以外的方向上振动。另外，加速度检测用振子R1、R11、R12也可以设计为，在Y方向上振动但却在X方向上未被赋予拉伸应力。
在本说明书中，“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、下、横、行以及列”等的表示方向的词语，是指本发明的装置中的这些方向。因此，本发明的说明书中的这些词语应当在本发明的装置中相对地进行解释。
“构成”这样的词语是指为了执行本发明的功能而构成，或者用于表示装置的结构、要素、部分。
并且，在技术方案中表述为“手段加功能”的词语，应当包含能够用于执行本发明中所含有的功能的所有构造。
“单元”这样的词语，用于表示结构要素、单元、硬件、为了执行期望的功能而编制的软件的一部分。硬件的典型例子为设备、电路，但不限定于此。
以上对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明不限定于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的追加、省略、置换以及其他变更。本发明不限定于前述的说明，仅由附件的权利要求书来限定。

Claims (17)

1.一种振动式传感器装置，其具备：
可动部，其能够在第1方向上移动；
支撑部，其沿与所述第1方向相交叉的第2方向延伸且与所述可动部以及固定部连接，将所述可动部支撑为，能够在所述第1方向上移动；以及
振子，其至少一部分组装于所述支撑部上并能够振动，
所述振子以扩散有原子半径比硅材料的原子半径小的杂质而在第2方向上始终赋予有拉伸应力的状态进行配置，
所述振子在与所述支撑部振动的方向即所述第1方向正交的第3方向上振动。
2.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述振子在与所述第1、第2方向相交叉的所述第3方向上振动。
3.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述可动部、所述固定部、所述支撑部以及所述振子利用硅材料而一体形成。
4.根据权利要求3所述的振动式传感器装置，其中，
所述振子利用所述硅材料形成，
所述振子是形成为沿所述第2方向延伸的梁状部件，
所述振子的至少一部分设置于在所述支撑部的内部所形成的空间中，
所述振子的两端被固定。
5.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
具备温度检测用振子，该温度检测用振子组装于所述固定部上，对温度进行检测。
6.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
具备缓冲部件，该缓冲部件隔开间隙而与所述可动部接近配置。
7.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述振子被真空封装。
8.根据权利要求6所述的振动式传感器装置，其中，
所述振子被真空封装，
所述振子的封装压力和所述间隙内的压力设定为不同的压力。
9.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其特征在于，
所述振子具有第1振子和第2振子，
所述支撑部具备：第1支撑部，所述第1振子的至少一部分组装于所述第1支撑部上，所述第1支撑部与所述可动部以及所述固定部连接；以及第2支撑部，所述第2振子的至少一部分组装于所述第2支撑部上，所述第2支撑部与所述可动部以及所述固定部连接。
10.根据权利要求9所述的振动式传感器装置，其中，
具备至少1个辅助支撑部，所述振子未组装于所述至少1个辅助支撑部上，所述至少1个辅助支撑部与所述可动部以及所述固定部连接。
11.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述振子具有在所述第3方向上排列的第1振子和第2振子，
在所述支撑部上组装有所述第1振子的至少一部分以及所述第2振子的至少一部分。
12.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述固定部在与所述第1方向相交叉的面内将所述可动部的周围包围。
13.根据权利要求12所述的振动式传感器装置，其中，
具备封装部，该封装部与所述固定部接合，并将所述可动部、所述支撑部以及所述振子封装。
14.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述可动部在与所述第1方向相交叉的面内将所述固定部的周围包围。
15.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
组装有所述振子的所述支撑部的两端，分别粘合于所述可动部以及所述固定部上。
16.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
还具备：
输入电极，其被输入使所述振子振动的激励信号；以及
输出电极，其对具有与所述振子的共振频率相同的频率的信号进行接收，
所述输入电极以及所述输出电极在与所述第1方向以及第2方向正交的所述第3方向上分离而设置，所述振子配置于所述输入电极和所述输出电极之间。
17.根据权利要求1所述的振动式传感器装置，其中，
所述可动部是能够在所述第1方向上移动的重块，
所述支撑部是支撑所述重块的弹簧部。
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