TW200914832A - Acceleration sensor - Google Patents

Description

200914832 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於汽車、飛機、可攜式終端機器、玩具等 所使用之加速度檢測用的半導體加速度感測器。 【先前技術】 加速度感測器，大量應用於安全氣囊的驅動用，是將 汽車發生衝撞時的衝擊以加速度的方式掌握。在汽車方面 ，只要能測定X軸方向及/或γ軸方向的加速度而具備1 軸或2軸功能就足夠了。又由於所測定的加速度非常大， 用來檢測加速度的加速度感測器也製作成非常堅固。最近 ，應用於可攜式終端機器及機械人等的情況變多，而開始 要求可檢測空間的移動，亦即能測定X、Y、Z軸方向的 加速度之3軸加速度感測器。又爲了檢測出微小的加速度 ，係要求高解析度及小型化。 在加速度感測器，關於將可撓性樑的移動轉換成電氣 訊號的方法，可大致區分成壓阻型、靜電容型、壓電型， 而必須考慮感測器的輸出的大小、響應頻率特性、耐電磁 雜訊、輸出的直線性、靜止加速度的檢測、溫度特性等來 進行選擇。基於小型且高感度的要求，必須進行微細加工 ，而在矽基板使用光微影技術來形成既定圖案，用半導體 技術在矽中植入雜質以形成壓阻元件，如此般製得的半導 體壓阻元件型3軸加速度感測器已實用化。 關於半導體壓阻元件型3軸加速度感測器，本申請案 -5- 200914832 的申請人已在各種範圍提出許多專利申請。在專利文獻1 至專利文獻6揭示出：慣性體的形狀、樑的形狀、半導體 壓阻元件的配置、半導體壓阻元件的連接、樑和支承框的 接合部的形狀等。第1 5圖係顯示3軸加速度感測器的分 解立體圖。第16A圖係顯示沿第15圖的XVI A-XVI A線 的截面圖。第1 6 B圖係顯示該3軸加速度感測器所使用的 加速度感測器元件之俯視圖。3軸加速度感測器2 0 0，是 在殼體1 90內，將加速度感測器元件1 〇〇和限制板1 80用 樹脂等的黏著材5 4黏著成隔著既定間隔。加速度感測器 元件100的晶片端子104是經由引線58來連接於殼體端 子192，並從外部端子194取出感測器的訊號。在殼體 190上，例如用AuSn焊料等的黏著材55來黏著殼蓋195 以形成密封。3軸加速度感測器元件1 00，係由方形的支 承框10、慣性體2 0以及2對的樑3 0所構成，藉由2對的 樑30將慣性體20保持於支承框10的中央。在樑30上形 成半導體壓阻元件31x、31y、31z。在1對的樑上設置X 軸半導體壓阻元件3 1 X和Z軸半導體壓阻元件3 1 z，在另 —對的樑上設置Y軸半導體壓阻元件3 1 y。在1對的樑的 4端配置半導體壓阻元件，而由其等構成橋接電路，因此 溫度變化等所造成的半導體壓阻元件的均一的電阻變化可 抵銷，又藉由改變橋接電路的連接方式，可將X軸、Y軸 、z軸的加速度分開檢測。第1 6A圖中，慣性體20的下 面和殼體1 90的內底面之間隔g4、慣性體20的上面和限 制板1 8 0的間隔g3的作用，是在衝擊等過度的加速度施 -6- 200914832 加於感測器時，用來限制慣性體2 〇的移動以防止樑3 0發 生破損。本發明的半導體壓阻元件型3軸加速度感測器的 基本構造，是和前述專利文獻所記載的相同，除了特別需 要的情況以外是省略其說明。接下來’半導體壓阻元件型 3軸加速度感測器以及元件，可能簡稱爲加速度感測器或 加速度感測器元件。又加速度感測器和加速度感測器元件 ，也可能代表相同的意義。 在製作上述加速度感測器元件時’由於樑的厚度要求 高精度的加工，故一般是使用s 0 1 ( s i1 i c 0 η 0 η 1 n s u 1 a 10 Γ)晶 圓，亦即在厚的砍層的表面上，透過矽氧化膜層來積層薄 的矽層的構造。矽氧化膜層是當作蝕刻阻擋層，在將薄的 矽層加工成樑等的形狀後，在厚的矽層形成溝槽以讓支承 框和慣性體分離，而藉由薄的矽層所構成的樑來使慣性體 受支承框的支承。 半導體壓阻元件型3軸加速度感測器’在慣性體設置 缺口部，將樑連接於該缺口部，藉此同時謀求小型化及高 感度。關於這種構造的加速度感測器，例如記載於專利文 獻7至專利文獻10。第17圖顯示其代表構造的立體圖。 在加速度感測器元件1〇〇,，在慣性體20,之與樑30連接的 部分設置缺口 22，在缺口 22的深處，將樑3 0連接於慣性 體2 0 ’。因此，即使在支承框1 0的內部形成滿滿的慣性體 2〇,，仍能使樑30的長度拉長至缺口 22的長度’而能獲 得雖然面積小但感度非常高的感測器。 〔專利文獻1〕日本特開2003- 1 72745號公報 200914832 〔專利文獻2〕日本特開2003-279592號公報 〔專利文獻3〕日本特開2004-184373號公報 〔專利文獻4〕日本特開2006-098323號公報 〔專利文獻5〕日本特開2006-098321號公報 〔專利文獻 6〕W02005/062060A1 〔專利文獻7〕日本特開平11-214705號公報 〔專利文獻8〕日本特開2002-296293號公報 〔專利文獻9〕曰本特開2 0 0 3 - 1 0 1 0 3 2號公報 〔專利文獻1 〇〕日本特開平9 - 2 3 7 9 0 2號公報 〔專利文獻1 1〕日本特開平3 - 2 5 3 5號公報 〔專利文獻12〕日本特開平10-170380號公報 〔專利文獻1 3〕日本特開2 0 0 0 - 4 6 8 6 2號公報 【發明內容】 在第15圖所示的加速度感測器200，起因於用來將構 成加速度感測器元件1 〇〇的感測器晶片黏著於殻體之黏著 材的硬化收縮、因殼體和感測器晶片的熱膨脹係數的不同 所造成的熱變形 '將感測器構裝於構裝基板後發生之構裝 基板的彎曲等，會對感測器晶片施加外力。若有外力施加 ，會在感測器的樑產生樑延伸方向上的應力。例如若有向 上凸的彎曲應力作用於感測器晶片會對樑施加拉伸應力， 若有向下凸的彎曲應力作用於感測器晶片會對樑施加壓縮 應力。若對樑施加朝樑延伸方向的應力’由於樑的變形容 易度會改變，單位加速度的壓阻元件的應力變化會改變’ -8- 200914832 而可能造成感測器的感度改變。 在專利文獻11揭示出’使用晶圓級封裝技術將加速 度感測器晶片予以封裝的構造。又在專利文獻1 2揭示出 ，將半導體感測器實施樹脂模塑的技術。藉此使用該等技 術，如第1 8圖的截面圖所示可獲得：實施晶圓級封裝而 用樹脂模塑後的加速度感測器3 00 ’。其是從加速度感測器 元件100’的上下接合上蓋片丨5〇及下蓋片160，將加速度 感測器元件100’的可動部氣密密封而構成ME MS加速度感 測器組裝體170’。加速度感測器元件1〇〇’的電極墊174是 從上蓋片1 5 0露出，以便進行引線接合。將電極墊1 7 4和 外部端子5 6用引線5 8進行引線接合以形成電氣連接後， 用模塑樹脂60密封而獲得樹脂封裝後的加速度感測器。 在專利文獻1 1的加速度感測器，感測器晶片和蓋片 是使用相同材料以避免產生熱膨脹差，但起因於感測器晶 片和蓋片的表面所形成的絕緣膜及金屬膜，因此會發生彎 曲變形，而在蓋片的接合時會對感測器晶片施加外力，可 能使樑的延伸方向的應力改變。又如第1 8圖所示組裝成 樹脂封裝體時，也會受到模塑樹脂的硬化收縮和熱膨脹係 數差的影響，又起因於構裝後的構裝基板發生彎曲，可能 對感測器晶片施加外力而造成其感度改變。專利文獻1 3 揭示出，爲了降低會影響感度的外力變化，在樑的大致中 央設置朝一方突出的凸狀彎折部，並以彎折部的突出方向 不同的方式設置2根樑。由於設有2根樑，支承框及慣性 體的中心線和樑的中心線不在同一直線上，因此缺乏對稱 -9- 200914832 丨生’如此無法充分緩和外力。又雖揭示出：將和支承框連 接的樑的中心線、和慣性體連接的樑的中心線兩者偏移配 置並將其間用樑來連結的構造，但因爲關於支承框及慣性 體的中心線是形成缺乏對稱性的構造，故無法充分緩和外 力。特別是第1 8圖所示的樹脂模塑後的加速度感測器， 由於施加的外力較大’要降低感度變化會有困難。 爲了解決以上的課題’本發明的目的是實現出：即使 對感測器晶片施加外力仍不容易改變感測器的感度的構造 ’而實現一種能減少特性變動的加速度感測器。 本發明的加速度感測器，係具備依據壓阻元件的電阻 變化來檢測從外部施加的加速度之加速度感測器元件；該 加速度感測器元件係具有：支承框、在從外部施加加速度 時可相對於支承框進行移動的慣性體、用來連結慣性體和 支承框並支承慣性體之複數個可撓性的樑、在樑和慣性體 或支承框的連結處附近設置於樑上的半導體壓阻元件（以 下稱「壓阻元件」）、以及連接於壓阻元件且設置於樑上 的配線。在複數個樑當中，在設有用來檢測樑厚度方向的 加速度的壓阻元件的樑上’分別具備至少1個應力緩衝部 〇 若對加速度感測器元件施加外力，雖然X、Y、Z軸 方向的加速度檢測感度都會改變，但特別是Z軸方向的加 速度檢測感度受的影響最大。若以加速度感測器元件的上 面爲X - Y面，z軸則爲樑的厚度方向，受到擾動力時會在 該方向產生彎曲，而發生比X、Y軸方向大上約1位數的 -10- 200914832 感度變化。因此，至少在設有用來檢測Z軸加速度的壓阻 元件的樑上設置應力緩衝部。也能在Z軸以外的樑上設置 應力緩衝部。爲了區別施加於加速度感測器之本來應測定 的外力、造成感度變化的外力兩者，將施加應測定的加速 度之外力稱爲外力，將不必要的外力稱爲擾動力。 本發明之在樑設置應力緩衝部的槪念可適用於：可測 定X、Y、Z軸當中的任1軸的1軸加速度感測器、可測 定X、Y、Z軸當中的任2軸的2軸加速度感測器、可測 定X、Y、Z軸全部的3軸加速度感測器。 即使是對加速度感測器元件施加擾動力而在樑上朝樑 的延伸方向施加拉伸或壓縮力，若在樑設置應力緩衝部， 藉由應力緩衝部可吸收該力量。由於應力緩衝部可吸收擾 動力，故施加於樑延伸方向的應力變得不容易變化，樑的 變形容易度也不容易改變。於是，可降低施加於加速度感 測器元件、特別是樑的擾動力所造成的感度變化。在不具 備應力緩衝部之習知的加速度感測器，擾動力會使Z軸感 度發生20〜50%的變化，但若設置應力緩衝部，則Z軸的 感度變化會降低1位數左右。 本發明的加速度感測器較佳爲，在應設置應力緩衝部 之樑的壓阻元件設置區域外的樑上形成應力緩衝部’又關 於樑的長度中心線和樑的寬度中心線的交點’是形成對稱 〇 作爲用來保持加速度感測器元件的保護殼’可使用由 陶瓷或金屬製的箱狀底箱和蓋所組合成的殼體’將加速度 -11 - 200914832 感測器元件密封於其中而構成加速度感測器。或是，將作 爲保護殻而實施晶圓級封裝後的加速度感測器元件，藉由 模塑樹脂進行封裝而構成的樹脂封裝加速度感測器。 形成於樑之至少一個應力緩衝部，較佳爲配置成關於 樑的長度中心線和樑的寬度中心線形成對稱。複數個應力 緩衝部的配置間隔，可考慮樑的長度和應力緩衝部的尺寸 來決定。 設有應力緩衝部的樑係具備：用來連結慣性體和應力 緩衝部的第一部分、用來連結支承框和應力緩衝部的第二 部分，第一部分和第二部分是朝樑整體的延伸方向延伸且 具有實質相同的厚度。樑的第一部分和第二部分較佳爲， 從樑的外部施加朝樑整體的延伸方向的應力時，會朝相同 方向彎曲。 當加速度感測器承受擾動力而使樑發生變形時，若樑 的第一部分（位於慣性體和應力緩衝部之間）的長度和樑的 第二部分（位於支承框和應力緩衝部之間）的長度一致，隔 著應力緩衝部之樑的第一部分和第二部分的變形是對稱的 。藉由使樑的第一部分和第二部分的變形成爲對稱，容易 讓配置於樑的兩端附近之壓阻元件上所施加的應力變化一 致。藉由使配置於樑的兩端附近的壓阻元件產生大致相同 的電阻變化，可將擾動力所造成之電阻變化的差縮小。若 電阻變化相同，只要平衡狀態不改變，橋接電路的輸出就 不會改變，因此施加於加速度感測器元件之擾動力所造成 的輸出變化會縮小。 -12- 200914832 在樑的表面形成氧化鋁或氧化矽的絕緣膜、金屬配線 等’由於樑和這些不同的材料具有不同的楊氏模數和熱膨 脹係數’故樑本身就帶有朝厚度方向彎曲的應力。若由一 根連續的材料來構成樑，則樑的一部分會朝與應力施加方 向相反的方向彎曲。這樣的形狀並不穩定，將會助長在樑 的延伸方向施加擾動力時的感度變化。而藉由在應力緩衝 部產生扭曲變形，能以應力緩衝部作爲彎曲的曲率的不連 續點，而使位於應力緩衝部兩側之樑的第一部分和第二部 分成爲朝應力施加方向彎曲的形狀，藉此讓樑的變形變穩 定而使擾動力所造成的感度變化縮小。按照應力緩衝部的 扭曲效果的大小，在樑和應力緩衝部的連接部附近，可能 會產生朝與應力施加方向相反的方向彎曲的部分，但由於 樑的大部分是形成自然的彎曲，因此其抑制不穩定變形的 效果絕對値得期待。 本發明的加速度感測器，應力緩衝部可以是在中央具 有開口的框體，其連接於：與連接於慣性體的端相反側的 樑的第一部分的端、與連接於支承框的端相反側的樑的第 二部分的端。 藉由在樑上形成框狀的應力緩衝部，可吸收施加於樑 整體的延伸方向的擾動力。利用框狀的應力緩衝部的變形 可吸收在樑的延伸方向之伸縮應力，利用框狀的應力緩衝 部的扭曲，能使位於應力緩衝部兩側的樑的第一部分和第 二部分容易朝樑的厚度方向產生彎曲變形。藉由使框狀的 應力緩衝部變形，對於施加於樑延伸方向的擾動力，樑的 -13- 200914832 延伸方向的應力不容易發生變化，而能減少感度變化。藉 由利用框狀的應力緩衝部，可防止樑朝其寬方向發生彎曲 變形。 本發明的加速度感測器，框狀的應力緩衝部可以是： 方形、具有偶數邊的多角形、圓形、橢圓形或其等的變形 〇 框是像畫框那樣具有外緣和內緣，且外緣的形狀和內 緣的形狀大致相似。大致相似是指，緣寬度可依場所而有 不同’例如外緣爲正方形內緣爲長方形。方形是包括正方 形、長方形、平行四邊形。多角形較佳爲具有偶數邊，若 使用具有奇數邊的三角形、五角形，由於無法均一地變形 或扭曲故不宜使用。在多角形的角部可設置曲率。圓形， 雖然朝樑的延伸方向不容易產生伸縮變形，但藉由扭曲而 容易朝樑的厚度方向產生彎曲變形的效果是可期待的。橢 圓形可產生框的變形和扭曲，因此其效率比圓形更佳。若 採用外緣爲圓形、內緣爲橢圓形或是外緣爲橢圓形、內緣 爲圓形的組合，可形成不具備直線部的應力緩衝部。所謂 變形，例如方形的相對向的邊變成朝內側具有曲率的鼓形 ’或變成直線和曲線所組合成的跑道形等。 本發明所使用的框狀的應力緩衝部較佳爲由第一框邊 至第四框邊所構成的四邊形框；第一框邊，係連接於與慣 性體連接的端相反側的設有應力緩衝部的樑的第一部分的 端且朝樑的寬方向延伸；第二框邊，係連接於與支承框連 接的端相反側的樑的第二部分的端且朝樑的寬方向延伸； -14- 200914832 第三和第四框邊，係用來使第一框邊和第二框邊的端彼此 連結且朝樑整體的延伸方向延伸。 本發明較佳爲，具有框狀的應力緩衝部，且第三和第 四框邊間的內側距離比設有應力緩衝部的樑的寬度更大。 第三和第四框邊間的內側距離比樑寬度更大是重要的 。若框的外側的寬度和樑寬度相同或內側的寬度比樑寬度 小，亦即在樑形成方形的孔，則幾乎不可能期待其發生變 形’如此將無法發揮應力緩衝部的效果。藉由將應力緩衝 部的邊框的內側稜邊配置在比樑的寬度的側稜邊更外側， 容易產生變形和扭曲而發揮應力緩和效果。 本發明較佳爲，具有框狀的應力緩衝部，且第一邊框 和第二邊框各個、第三邊框和第四邊框各個，係具備與設 有應力緩衝部的樑不同的寬度。又較佳爲，前述具有應力 緩衝部的邊框的各個，是比設有應力緩衝部的樑更薄。 本發明的加速度感測器，在複數個樑當中，在設置用 來檢測樑厚度方向的加速度之半導體壓阻元件的樑上，分 別具備複數個應力緩衝部的情形，設有複數個應力緩衝部 的樑，係具備：用來連結慣性體和應力緩衝部的第一部分 、用來連結支承框和其他的應力緩衝部之第二部分、用來 連結複數個應力緩衝部當中相鄰的2個之至少1個第三部 分。第一、第二及第三部分係朝樑整體的延伸方向延伸’ 且具有實質相同的厚度。複數個應力緩衝部各個，係設置 於第一部分或第二部分和1個第三部分之間，或是設置於 2個第三部分之間，且是在中央具有開口的框，並連接於 -15- 200914832 :第三部分的一端、與慣性體或支承體連接的端相反側的 第一部分或第二部分的端、或是其他的第三部分的一端。 又複數個應力緩衝部各個可以是由第一框邊至第四框 邊所構成的四邊形框；第一框邊’係連接於與慣性體連接 的端相反側的設有複數個應力緩衝部的樑的第一部分的端 或樑的第三部分的一端且朝樑的寬方向延伸；第二框邊’ 係連接於第三部分的一端或與支承框連接的端相反側的樑 的第二部分的端且朝樑的寬方向延伸；第三和第四植邊’ 係用來使第一和第二框邊的端彼此連結且朝樑整體的延伸 方向延伸。 本發明的加速度感測器之應力緩衝部，係設置於樑的 第一部分和第二部分之間，而由曲折連接的邊所構成，該 曲折連接的邊’是從與連接於慣性體的端相反側之第一部 分的端，連續至與連接於支承框的端相反側之第二部分的 Λ.11Α 而。 該曲折連接的邊可由第一邊至第五邊所構成；第一邊 ，係連接於與慣性體連接的端的相反側之設有應力緩衝部 的樑的第一部分的端，且朝樑的寬方向延伸；第二邊，係 連接於與支承框連接的端的相反側之樑的第二部分的端， 且在樑的寬方向朝與第一邊相反側延伸；第三邊係從第一 邊的外端朝樑整體的延伸方向延伸；第四邊係從第二邊的 外端朝樑整體的延伸方向延伸；第五邊，係設置於通過第 一邊和第一部分的連接點與第二邊和第二部分的連接點的 中央之樑寬方向的線上，且將第三邊和第四邊的端互相連 -16- 200914832 接。 藉由在樑設置具有曲折 收在樑整體的延伸方向施加 向產生的伸縮應力可利用應 藉由使應力緩衝部扭曲而使 一部分和第二部分容易朝樑 緩衝部的邊產生變形，對於 動力，朝樑整體的延伸方向 感度變化。具有曲折連接的 應力緩衝部，對於朝樑整體 大的吸收效果。若具有曲折 容易產生樑的寬方向的彎曲 向的相反方向突出，可防止 本發明的加速度感測器 用來檢測樑厚度方向的加速 複數個應力緩衝部。設有複 :用來連結慣性體和應力緩 承框和其他的應力緩衝部之 力緩衝部當中相鄰的2個之 二及第三部分是朝樑整體的 厚度。複數個應力緩衝部各 第二部分和1個第三部分之 之間，且是由曲折連接的邊 從1個第三部分的一端，連 連接的邊之應力緩衝部，可吸 的擾動力。在樑整體的延伸方 力緩衝部的邊的變形來吸收， 位於應力緩衝部兩側的樑的第 的厚度方向彎曲》藉由使應力 施加於樑整體的延伸方向的擾 的應力不容易改變，而能縮小 邊之應力緩衝部，比起框狀的 的延伸方向的伸縮應力具有更 連接的邊僅朝單方向突出，較 ，若具有曲折連接的邊朝寬方 發生偏向單方向的變形。 ，可在複數個樑當中，在設有 度之壓阻元件的樑上分別具備 數個應力緩衝部的樑，係具備 衝部的第一部分、用來連結支 第二部分、用來連結複數個應 至少1個第三部分，第一、第 延伸方向延伸，且具有同樣的 個，係設置於棵的第一部分或 間，或是設置於2個第三部分 所構成；該曲折連接的邊，是 續至與連接於慣性體或支承框 -17- 200914832 的端相反側的第一部分或第二部分的端或其他的第三部分 的一端。 該曲折連接的邊可由第一邊至第五邊所構成；第一邊 ，係連接於與慣性體連接的端的相反側之設有複數個應力 緩衝部的樑的第一部分的端、或是樑的第三部分的一端’ 且朝樑的寬方向延伸；第二邊，係連接於第三部分的一端 ，或是與支承框連接的端的相反側之第二部分的端’且在 樑的寬方向朝與第一邊相反側延伸；第三邊係從第一邊的 外端朝樑整體的延伸方向延伸；第四邊係從第二邊的外端 朝樑整體的延伸方向延伸；第五邊’係設置於通過第一邊 和第一部分或第三部分的連接點與第二邊和第三部分或第 二部分的連接點的中央之樑寬方向的線上，且將第三邊和 第四邊的端互相連接。 不須將曲折連接的邊的數目增多以獲得必要以上的應 力吸收效果。若將曲折連接的邊的數目增多，樑的長度會 變長，如此造成用來連接半導體壓阻元件的金屬配線長度 變長。若金屬配線的長度變長，會導致消耗電力增加，因 此並不想理。又樑會變得過度柔軟而使共振頻率降低等， 可能會出現不良的副作用。於是，宜用最小的邊數來形成 應力緩衝部。 就應力緩衝部而言，除了直線的組合以外，也能由大 致S字形的曲線來形成。也能採用：由直線和曲線所組合 成的曲折連接的邊。 本發明的加速度感測器較佳爲，在曲折連接的邊當中 -18- 200914832 ’第三邊和第四邊間的內側距離比設有應力緩衝部的樑的 寬度更大。 本發明的加速度感測器，曲折連接的邊的第一邊和第 二邊各個、第三邊和第四邊各個，可具備與設有應力緩衝 部的樑不同的寬度。 在呈框狀的應力緩衝部的情形，框邊的寬度可依部位 而有不同’也能和樑的寬度不同。但是，關於樑的寬度中 心線及長度中心線，必須形成對稱。若不具對稱性，若加 速度感測器元件承受擾動力而使應力緩衝部發生變形時， 位於應力緩衝部左右之樑的第一部分和第二部分發生的變 形容易成爲非對稱。若樑的變形是非對稱的，施加於樑的 兩端的壓阻元件的力會失去平衡，而使橋接電路的電阻失 衡，因此要縮小擾動力造成的輸出變化會有困難。由曲折 連接的邊構成應力緩衝部的情形也是同樣的，關於應力緩 衝部的中心宜形成對稱。 本發明的加速度感測器較佳爲，曲折連接的邊各個是 比設有應力緩衝部的樑更薄。 藉由使應力緩衝部的厚度比樑的厚度更薄，可提昇應 力緩衝效果。即使不設置本發明的應力緩衝部，藉由使樑 的中央部分變薄，樑變得容易彎曲而可期待其吸收擾動力 的效果，但施加於樑的延伸方向的擾動力，並無法利用樑 的伸縮來吸收，因此效果小。藉由使樑的中央部分的厚度 變薄，比起框狀或曲折狀的應力緩衝部，其抑制Z軸感度 變化的效果差，所獲得的效果，只能將習知的不具備應力 -19- 200914832 緩衝部的加速度感測器之約20〜50%的Z軸感度變化降低 至一半左右。然而，藉由使框狀或曲折狀的應力緩衝部變 薄，可期待更大的應力緩衝效果。然而，若應力緩衝部的 厚度變薄，製造時的工時增加，對製造上來說並不理想。 在形成與樑厚度相同的框狀或曲折狀的應力緩衝部的情形 ，僅藉由改變光微影的光罩即可對應，如此並不會增加工 時。 框狀的應力緩衝部上所形成的金屬配線較佳爲，關於 設有應力緩衝部的樑的寬度中心線，是形成對稱的。 連接於壓阻元件間的金屬配線，特別是從形成於樑的 慣性體側的根部之壓阻元件引出的金屬配線，是通過樑上 而朝支承框上引出。金屬配線所產生的應力的影響較佳爲 ，關於樑的長度中心線及寬度中心線是形成對稱。在樑上 配置偶數根的金屬配線的情形，藉由在框狀的應力緩衝部 的2個框邊分別設置相同數量的金屬配線，當加速度感測 器元件承受擾動力而使應力緩衝部發生變形時，位於應力 緩衝部的左右的第一部分和第二部分的變形容易成爲對稱 的。基於此效果，施加於樑兩端的壓阻元件的力量也成爲 相同，即使組裝成橋接電路也不會造成電阻的大幅失衡’ 而能縮小擾動力所造成的輸出變化。 本發明的加速度感測器較佳爲，將未連接於半導體壓 阻元件的虛置金屬配線，形成在框狀的應力緩衝部的框邊 ’藉此，關於樑的寬度方向中心線’將金屬配線配置成在 應力緩衝部的兩框邊上形成對稱。 -20 - 200914832 在樑上設置奇數根的金屬配線的情形，可將中央的1 根分割而分支成2根，藉此使框狀的應力緩衝部的各個框 邊上的金屬配線數目相同而呈對稱。將1根金屬配線分支 成2根時較佳爲，分支後的金屬配線的寬度和分支前的金 屬配線的寬度相同。將金屬配線2等分時，由於金屬配線 寬度變窄，金屬配線發生斷線的危險性增加。此外，不進 行分割分支，而例如將2根結合成1根，並在1根側形成 未連接於半導體壓阻元件的虛置配線，也能使框的構造呈 對稱。 本發明的加速度感測器較佳爲，設有應力緩衝部之樑 的第一部分和第二部分各個係具備：用來將第一部分或第 二部分連接於慣性體或支承框之第一根部、用來將第一部 分或第二部分連接於應力緩衝部之第二根部、寬度從第一 根部至第二根部逐漸變化的寬度變化部；第一根部具有該 樑所擁有的壓阻元件，第一根部的寬度W3 2 a比第一和第 二框邊各個的朝樑整體的延伸方向的寬度W6更大。 在施加外力時，應力緩衝部會變形而將施加於樑整體 的延伸方向的擾動力予以吸收，因此其形狀較佳爲，藉由 施加於樑整體的延伸方向的擾動力容易發生變形。應力緩 衝部的框邊當中，朝樑的寬方向延伸的框邊寬度越窄長度 越長時，越容易發生變形。比起形成有壓阻元件而設有較 多金屬配線之第一根部，由於在應力緩衝部的框邊設置分 支的金屬配線，因此能縮小其寬度。藉由將框邊的寬度縮 小’施加於樑整體的延伸方向的擾動力容易使框邊發生變 -21 - 200914832 形，而能提昇應力緩衝部所產生的應力緩衝效果。 本發明的加速度感測器更佳爲，第一根部的寬度 W3 2a比第二根部的寬度32b更大，第二根部的寬度W3 2b 比第一和第二框邊各個的樑整體的延伸方向的寬度W6更 大。 在樑的第一根部和第二根部是形成同樣根數的金屬配 線。但是，在第一根部，是形成有壓阻元件，且爲了將壓 阻元件間彼此連接，係藉由植入高濃度的離子以形成導電 性提高的 P型配線及金屬配線，因此第一根部的寬度 W3 2a必須比第二根部的寬度W3 2b更大。亦即，第二根 部的寬度可以比第一根部窄。於是，藉由設置比第一根部 的寬度更窄的第二根部，並將第二根部和應力緩衝部連接 ，即使改變應力緩衝部的尺寸’仍能使朝樑的寬方向延伸 之框邊的長度以第二根部的縮徑長度拉長。實質上就是將 應力緩衝部朝樑寬方向拉長。由於應力緩衝部必須形成避 免接觸慣性體，若將應力緩衝部在樑寬方向的寬度加大’ 在從慣性體取出的樑部分’形成於慣性體的缺口的寬度必 須比設置於樑的應力緩衝部的寬度更大’如此會減少慣性 體的體積而造成感度降低。藉由符合框邊的寬度W6<第二 根部的寬度W 3 2 b <第一根部的寬度W 3 2 a的關係’就不會 減少慣性體的體積，而能更加提高應力緩衝部所產生的應 力緩衝效果。 本發明的加速度感測器’在具有曲折連接的邊所構成 的應力緩衝部的情形’設有應力緩衝部的樑的第一部分和 -22- 200914832 第二部分各個係具備：用來將第一部分或第 慣性體或支承框之第一根部、用來將第一部 連接於應力緩衝部之第二根部、寬度從第一 部逐漸變化的寬度變化部；第一根部具有該 阻元件，第一根部的寬度W32a比第—和第 朝樑整體的延伸方向的寬度w6’更大。 再者較佳爲，第一根部的寬度w 3 2 a比 度W32b更大，第二根部W32b的寬度比第 各個之朝樑整體延伸的方向的寬度W6’更大 在具備由曲折連接的邊構成的應力緩衝 樑的第一根部和第二根部是形成同樣根數的 是，在第一根部，是形成有壓阻元件，且爲 間彼此連接，係藉由植入高濃度的離子以形 的P型配線及金屬配線’因此樑的第一根部 第二根部的寬度更大。亦即，第二根部的寬 根部窄。於是，藉由設置比第一根部的寬度 第二根部W 3 2 b，在維持應力緩衝部的尺寸 的應力緩衝部之朝樑寬方向延伸的邊拉長。 應力緩衝部朝樑寬方向拉長。由於應力緩衝 免接觸慣性體’若將應力緩衝部在樑寬方向 在從慣性體取出的樑部分’形成於慣性體的 須比設置於樑的應力緩衝部的寬度更大’如 體的體積而造成感度降低。藉由符合邊的舅 根部的寬度W3 2a的關係’就不會減少慣性 二部分連接於 分或第二部分 根部至第二根 樑所擁有的壓 二框邊各個的 第二根部的寬 一邊和第二邊 〇 部的情形，在 金屬配線。但 了將壓阻元件 成導電性提高 的寬度必須比 度可以比第一 W 3 2 a更窄的 下，可將曲折 實質上就是將 部必須形成避 的寬度加大， 缺口的寬度必 此會減少慣性 度 W6’<第一 體的體積，而 -23- 200914832 能更加提高應力緩衝部所產生的應力緩衝效果。再者，藉 由將曲折連接的邊當中，朝樑的寬方向延伸的邊的寬度 W6’縮窄，對於施加於樑整體的延伸方向的擾動力變得更 容易變形，而能更加提昇應力緩衝效果。 本發明的加速度感測器，是將2個以上的加速度感測 器元件形成於同一晶片的多範圍（muitirange)感測器晶片（ 多範圍型加速度感測器元件），多級感測器晶片的複數個 加速度感測器元件，可從第一至第η加速度感測器元件依 序減少單位加速度的輸出電壓。 加速度感測器元件，當加速度作用於慣性體時會使樑 變形，形成於樑的壓阻元件會產生應力而改變其電阻，並 將其轉換成電位差（輸出電壓）後輸出。從第一至第η加速 度感測器元件，單位加速度的輸出電壓是依序變小。例如 測定範圍±3 G的第一加速度感測器元件，單位加速度1 G 的輸出電壓可爲IV;測定範圍300G的第η加速度感測器 元件，單位加速度1 G的輸出電壓可爲〇 . 〇 1 V，如此使各 加速度感測器元件的對應於測定範圍之輸出電壓的全範圍 爲±3V，而將各個±3V用相同的解析度來進行檢測，即可 將不同的加速度範圍分別以高精度進行檢測。各加速度感 測器元件的單位加速度的輸出，係設定成可在測定範圍內 使輸出電壓保持直線性的區域。對於測定範圍較廣的感測 器元件，若將單位加速度的輸出電壓設定得過高，在測定 範圍內樑的變形會到達非線性區域，而可能無法保持輸出 電壓的直線性。 -24- 200914832 從第一至第η加速度感測器元件，係形成於同一晶片 內。因此’爲了形成各個元件不須經由個別的製造過程， 可在光罩上形成各元件的圖案，使用光微影及蝕刻步驟來 進行批式形成，而能用低成本來製造出。又在同一晶片內 的加速度感測器元件的樑宜具有相同厚度。再者，慣性體 和支承框的厚度宜爲相同。藉由使該等構件的厚度在各元 件間形成相同，可謀求製程的簡單化，而進行低成本的製 造。 較佳爲，從第一至第η加速度感測器元件，依序使慣 性體的質量變小、樑的長度變短、及/或樑的寬度變廣。 第二至第η當中至少1個以上的加速度感測器元件較 佳爲’係具備：支承框、藉由成對的樑來受支承框保持的 慣性體、設置於樑上的壓阻元件、用來連接其等的配線； 可檢測形成於樑的面內的第一軸、和與前述面大致垂直的 第二軸的加速度之2軸加速度感測器元件共2個，係配置 成第一軸彼此互相正交。2軸加速度感測器元件，與3軸 加速度感測器元件的不同點在於，具有1對成對的樑。藉 由形成於棵的半導體壓阻兀件，可檢測出：棟整體的延伸 方向之第一軸（X軸）的加速度、與晶片面垂直的第二軸（ζ 軸）的加速度。藉由將2個2軸加速度感測器元件配置成 第一軸互相正交’可檢測出：2個元件各個的第一軸方向 之2軸（Χ，Υ軸）和Ζ軸計3軸的加速度。Ζ軸加速度的檢 測’可利用2個元件的任一方來進行。另一方面，3軸加 速度感測器元件，係具有正交的2對樑，可檢測出：各個 -25- 200914832 的樑整體的延伸方向的2軸（χ，γ軸）、與晶片面垂直的軸 (Ζ軸）的加速度。ζ軸加速度的檢測’可利用2個樑對的 任一方來進行。或是利用兩方的元件來進行檢測亦可。 2軸加速度感測器，由於樑設有1對，比起樑設有2 對的3軸加速度感測器元件，樑的合計彎曲剛性小，爲了 獲得同樣的單位加速度的輸出電壓’可縮小慣性體的尺寸 。又由於樑僅朝單方向延伸’可收納於更小的框內。2個 元件合計起來，雖然比3軸加速度感測器元件的面積更大 ，但藉由將第二加速度感測器元件以後的元件採用2個2 軸元件，而配置在尺寸最大的第一 3軸加速度感測器的周 圍，可縮小多範圍加速度感測器元件整體的尺寸。亦即’ 第一加速度感測器是採用1個3軸元件’第2加速度感測 器元件以後的元件可選擇：1個3軸元件’或是2個2軸 加速度感測器元件。 比起樑設有2對的情形，設置1對樑時樑的合計彎曲 剛性較小，但其程度在X軸及Υ軸、和Ζ軸並不相同。 關於X、Υ軸方向，在樑設有2對的情形’ 1對產生彎曲 變形而另1對產生扭曲變形。由於扭曲變形的剛性小’樑 從1對增爲2對所造成的樑整體的剛性增加’在Ζ軸爲2 倍，相對於此X、Υ軸僅增加1 〇〜20%左右。因此’僅Ζ 軸的檢測利用樑設有1對的加速度感測器元件來進行’而 X、Υ軸的檢測利用樑設有2對的另1個加速度感測器元 件來進行亦可。在1個加速度感測器元件難以使X或γ 軸和ζ軸的感度一致的情形，可將X或υ軸、和ζ軸用 -26- 200914832 不同的加速度感測器元件來檢測’而個別的進行尺寸調整 ，如此容易使3軸的感度一致。 以上雖是說明樑型加速度感測器元件’但也能使用膜 片（Diaphragm)型的加速度感測器，也能將膜片型和樑型予 以組合。 依據本發明的加速度感測器’利用形成於樑的應力緩 衝部，可將施加於樑整體的延伸方向的擾動力予以吸收’ 因此能降低施加於加速度感測器元件的擾動力的影響。藉 由降低擾動力的影響，可降低加速度感測器的感度變化， 而提供一種對於擾動力具有穩定的特性的加速度感測器。 【實施方式】 以下，參照圖式並根據實施例來詳細說明本發明。爲 了便於說明，對相同的構件、部位係使用相同的符號。 〔實施例1〕 以下說明本發明的實施例1的加速度感測器。第1圖 及第2圖係顯示實施例1的加速度感測器所使用的加速度 感測器元件的構造。第1圖係顯示加速度感測器元件1 〇〇a 的俯視圖，第2圖係顯示第I圖的Π-II線的截面圖。加 速度感測器元件’例如適用於：以第1 5圖的分解立體圖 所示的方式組裝成的加速度感測器200、如第1 4圖所示之 用蓋體氣密封閉後組裝成樹脂封裝體之加速度感測器3 0 0 。本發明的特徵特別是針對加速度感測器元件的構造，因 -27- 200914832 此以下針對加速度感測器元件作詳細的說明。 在加速度感測器元件1 〇〇a ’在支承框10所包圍的空 間1 5的中央設置慣性體2 〇 ’在位於慣性體2 0周圍的各邊 的中央形成缺口 22。藉由從支承框10的內邊延伸至缺口 2 2 (形成於慣性體2 0的周圍的邊）的深處之具有可撓性的第 一樑30a、第二樑30b、第三樑30c、第四樑30d(統稱爲 樑3 0 )，使慣性體2 0受支承框1 〇的支承。在第1圖’第 一樑3 0a和第二樑3 Ob是用來檢測X軸和Z軸方向的加速 度，在該等樑3 0的端部形成X軸加速度檢測用半導體壓 阻元件3 lx(以下稱「X軸壓阻元件3 lx」或「壓阻元件 3 1 X」）和Z軸加速度檢測用半導體壓阻元件3 1 Z(以下稱「 Z軸壓阻元件3 1 z」或「壓阻元件3 1 z」）。在配置成與第 一樑30a和第二樑30b垂直（Y方向）的第三樑30c和第四 樑30d上，形成用來檢測Y軸方向的加速度之半導體壓阻 元件31y(以下稱「Y軸壓阻元件31y」或「壓阻元件31y 」）。乙軸壓阻元件31z可配置在X軸或Y軸的樑上，在 本實施例是形成於X軸的第一樑30a和第二樑3 Ob上。壓 阻元件3 lx、3 ly、3 lz(統稱爲「壓阻元件31」）是形成於 各軸的樑的根部附近。用來檢測各軸的加速度的4個壓阻 元件，是利用未圖示的金屬配線連接而構成橋接電路。若 外力所造成的加速度施加於加速度感測器元件1 0 0 a，慣性 體2 0產生移位而使樑3 0發生變形，因此壓阻元件的電阻 會改變。將根據用來檢測各軸的加速度之4個壓阻元件的 電阻變化量的差所產生的電位差，用橋接電路取出而作爲 -28- 200914832 檢測出的加速度的値。在第一樑30a至第四樑30d各個的 長方向的大致中央，設置框狀的應力緩衝部40，框狀的應 力緩衝部40在框中央設有開口 48。 參照第2圖來簡單說明加速度感測器元件100的製造 。第2圖係第1圖的II-II線的截面圖。在約400μιη厚的 矽層上積層約1 μιη厚的矽氧化膜層和約6μηι厚的矽層而構 成SOI晶圓。矽氧化膜層是作爲乾蝕刻的蝕刻阻攉層，加 速度感測器元件是形成在2層的矽層上。以下，將薄矽層 稱爲第一層92，將厚矽層稱爲第二層94，將未接合於矽 氧化膜層的第一層的表面稱爲第一面96，將第二層的表面 稱爲第二面97，將隔著矽氧化膜層的連接面稱爲第三面 98。用光阻劑圖案化成壓阻元件的形狀，在第一面96植 入l~3xl〇18原子/cm3的硼而形成壓阻元件。用來連接壓 阻元件的金屬配線，是在矽氧化膜上濺鍍鋁系金屬而形成 出。形成於第一面96的矽氧化膜也具備，作爲第一層的 矽和金屬配線間的絕緣膜的作用。絕緣膜及金屬配線是藉 由光微影來加工成期望的形狀。然後，在第一面96形成 光阻圖案後，進行乾蝕刻而加工成支承框1 0、慣性體20 、樑3 0的形狀。接著，在第二面97形成光阻圖案後，經 由乾蝕刻而加工成慣性體2 0和支承框1〇的形狀。殘留在 第一層和第二層之間的矽氧化膜層，係藉由濕蝕刻來除去 。由於在1片晶圓上形成多數個加速度感測器元件，可利 用乾蝕刻或切割將其個別化，而獲得單片的加速度感測器 元件1 0 0 a。 -29- 200914832 如第1圖所不’應力緩衝部40是設置在：設有壓阻 元件的區域外的樑上，且位於樑3 0的長方向的大致中央 。框狀的應力緩衝部4 0，是和樑3 0同樣的形成於第一層 92，且具有和樑30相同的厚度。參照第3Α圖，框狀的應 力緩衝部4 0，係由朝樑3 0的寬方向延伸的2根的第一和 第二框邊4〗a、42b、朝樑30的延伸方向延伸的2根的第 三和第四框邊42c、42d所構成的四邊形框體，在框體的 中央具有開口 48。如第2圖之第1圖的π_ιι線的截面圖 所示，藉由應力緩衝部4 0的框體的開口 4 8，將樑3 0分割 成第一部分32和第二部分34。應力緩衝部4〇，如第3Α 圖所示，關於樑3 0的長度中心線m · m ’和機3 0的寬度中 心線η - η ’的交點p宜形成對稱。當承受擾動力而使棵3 0 發生變形時，若關於樑3 0的中心將應力緩衝部40設置成 對稱，由於隔著應力緩衝部4〇之樑的第一部分32和第二 部分3 4的變形會是對稱的，故容易使配置於樑3 0兩端的 壓阻元件元件3 1的應力變化一致。壓阻元件的均一的電 阻變化，可透過橋接電路來抵銷，而使擾動力所造成的輸 出變化縮小。 第3 Α圖係將具有框狀的應力緩衝部4 0的樑3 0擴大 顯示。應力緩衝部4 0的形狀若容易朝樑3 0的延伸方向進 行彎曲變形和扭曲變形，則能獲得較大的擾動力吸收效果 。朝樑的延伸方向（X方向）延伸的第三框邊4 2 c和第四框 邊4 2d間的內側距離L1比樑30的寬度W30更大。應力 緩衝部4 0 ’關於樑3 0的長度中心線m -m ’和寬度中心線 -30- 200914832 η - η，的交點P是形成對稱。朝樑的寬度方向（Y方向）延伸 的第—框邊42a和第二框邊42b間的內側距離L4爲18μηι ，其等間的外側距離L3爲40 μιη，朝樑的延伸方向（X方向 )延伸的第三框邊42c和第四框邊42d間的內側距離L 1爲 60μιη，其等間的外側距離L5爲8〇μιη °朝樑的寬度方向（Y 方向）延伸的第一框邊42a和第二框邊42b各個的寬度W6 都是Ιίμιη，朝棟的延伸方向（X方向）延伸的第三框邊42c 和第四框邊42d各個的寬度W5都是Ιίμιη，又樑30的寬 度W3 0爲22μηι。支承框1〇和慣性體20間的距離、亦即 樑30的長度爲400μιη，第一部分32和第二部分34的長 度都是1 80μιη ° 用來連接壓阻元件和朝外部引出的電極墊間的金屬配 線38a、38b、38c，係在第3Β圖及第3C圖顯示其一部分 。從形成於樑3 0的慣性體側的根部之壓阻元件引出的金 屬配線，係通過樑3 G上而朝支承框上引出。金屬配線 3 8a~3 8c所產生的應力，關於樑30的長度中心線m-m’及 寬度中心線n -n ’宜形成對稱。第3 B圖係顯示設置於實施 例1的樑上的金屬配線，奇數根的金屬配線的中央金屬配 線3 8b係分割配置於上下的框邊。第3 C圖係顯示實施例 1的其他實施形態，在一方的框邊形成未連接於壓阻元件 的虛置金屬配線3 9。分別顯示金屬配線有3根3 8 a〜3 8 c的 情形。在第3 B圖，在應力緩衝部4 0之圖上側的框邊，配 置金屬配線3 8 a和分割配置的一方的金屬配線3 8 b ;在應 力緩衝部4 0之圖下側的框邊’配置金屬配線3 8 c和分割 -31 - 200914832 配置的另一方的金屬配線38b。在第3C圖，在應力緩衝 部4 0之圖上側的框邊形成金屬配線3 8 a、3 8 b ;在應力緩 衝部40之圖下側的框邊形成金屬配線38c和虛置金屬配 線3 9。虛置金屬配線3 9的材質、配線寬度、配線厚度等 ，是和金屬配線3 8 a ~ 3 8 c相同。 本實施例的加速度感測器元件，在朝樑的延伸方向施 加擾動力時，由於應力緩衝部會吸收擾動力，而能將加速 度感測器的檢測感度的變化縮小。針對應力緩衝部4 0的 作用，以下使用第4圖及第5圖來作詳細說明。第4A圖 係示意顯示出，朝樑的延伸方向施加壓縮擾動力時的應力 緩衝部40的變形的立體圖。第4B圖顯示應力緩衝部40 的示意俯視圖。框狀的應力緩衝部40之與樑的各部連接 的框邊，利用其彎曲變形，可吸收樑的第一部分3 2和第 二部分34所產生的樑延伸方向的壓縮力。第5 A圖及第 5B圖係顯示樑的截面示意圖。第5A圖係顯示，在實施例 1的樑3 0的大致中央具有框狀的應力緩衝部40之樑3 0的 截面示意圖。第5 B圖係顯示，習知之從慣性體2 0連續至 支承框10之操12的截面示意圖。比對第5A圖和第5B圖 可看出樑變形的不同處。本實施例的樑3 0如第5 A圖所示 ，藉由使框狀的應力緩衝部40產生扭曲變形，位於應力 緩衝部4 0兩側之樑的第一部分3 2和第二部分3 4容易朝 厚度方向進行彎曲變形，利用其等的彎曲，具有更容易釋 放壓縮力的效果。若擾動力朝樑的延伸方向施加拉伸或壓 縮應力’施加於慣性體的加速度會使樑的變形容易度發生 -32- 200914832 變化，因此單位加速度的感測器輸出、亦即感度會發生變 化。本發明的加速度感測器，即使在樑的延伸方向施加擾 動力，利用應力緩衝部可吸收該擾動力’而使樑延伸方向 的應力不容易改變，因此可獲得對於擾動力不容易產生感 度變化的加速度感測器。 在加速度感測器元件’是在樑的表面形成絕緣膜和配 線，該等構件和樑的材料（砂）的熱膨脹係數不同’因此隨 著從絕緣膜和配線的成膜溫度冷卻至常溫的溫度變化會發 生熱應力。該熱應力會形成擾動力。由於絕緣膜的應力佔 優勢，而矽氧化膜的熱膨脹係數比矽小’因此樑容易以凸 向設有絕緣膜的表面側的方式彎曲。在未設置應力緩衝部 而形成連續樑的情形，由於樑的曲率是連續的’樑的某個 部分（依應力大小會有不同，因此無法界定）會朝向與自然 彎曲的方向相反的方向彎曲。當樑的中央產生相反方向的 彎曲時，如第5B圖所示變成向下凸。這個形狀是不穩定 的，依加速度施加方向的不同，容易轉變成向上凸、或使 慣性體上下移位的形狀。在這種狀態下’若擾動力改變， 樑的變形容易度很容易改變，而會助長擾動力所造成的感 度變化。本實施例的加速度感測器，利用應力緩衝部的扭 曲變形效果，如第5 A圖所示，應力緩衝部4 0成爲反曲點 ，樑的第一部分3 2和第二部分3 4的大部分會朝自然彎曲 的方向變形而成爲穩定的形狀，因此不容易轉移成其他的 變形，而能降低擾動力所造成的感度變化。 -33- 200914832 〔實施例2〕 以下說明本發明的實施例2的加速度感測器，與實施 例1的不同點在於，應力緩衝部是採用曲折構造。第6圖 係顯示實施例2的樑構造的俯視圖。和樑同樣的，應力緩 衝部是形成於SOI晶圓的第一層，因此具有和樑同樣的厚 度。應力緩衝部40’是將複數個筆直的邊在端部進行直角 連接而形成曲折構造，關於中心是形成對稱。亦即，關於 樑3 0的長度中心線m - m ’和樑3 0的寬度中心線η · η ’的交 點ρ，應力緩衝部4(Τ是形成對稱的。 參照第6圖來詳細說明曲折的應力緩衝部4 0 ’。連結 支承框1 0和慣性體2 0之間的樑3 0係由：設置於該樑中 央的應力緩衝部40’、連結慣性體20和應力緩衝部40’之 樑的第一部分3 2、連結應力緩衝部4 〇 ’和支承框10的樑 的第二部分34所構成’在第一部分32與慣性體20連接 處的附近的第一部分32上設置壓阻元件（未圖示），在第二 部分34與支承框1〇連接處的附近的第二部分34上設置 壓阻元件（未圖示）°從與慣性體2 0連接的端相反側的第一 部分32的端朝樑的寬度方向（Υ方向）向上延伸出第一邊 42a，。上側的第三邊42c’’是從該第一邊42a’的上端朝樑 的延伸方向（X方向）延伸至樑3 0的長度中心線m - m ’。另 —方面，從與支承框1 〇連接的端相反側的樑的第二部分 34的端朝樑的寬方向（Y方向）延伸出第二邊42b’° 下側的第四邊4 2 d ’’是從該第二邊4 2 b ’的下端朝棵的延伸 方向（X方向）延伸至樑3 0的長度中心線m -m，。上側的第 -34- 200914832 三邊4 2 c ’之中心線m-m ’上的端和下側的第丨 心線m-m’上的端是藉由第五邊42e，來連接 部40’的形狀容易產生朝樑的延伸方向的彎 變形，則能獲得大的擾動力吸收效果。曲折 ，第三邊42c’和第四邊42d’間的內側距離] 寬度W3 0更大。曲折連接的邊，關於應力緩 心宜形成對稱，因此各部的尺寸設定如下。 向延伸的第三邊 4 2 c ’和第四邊4 2 d ’間的內 60μιη >樑的寬度W3 0爲22μηι，沿樑的寬方 第一邊42a’和向下延伸的第二邊42b’之間的 爲46μιη，該2邊間的外側距離L3’（應力緩復 )爲90μηι，朝樑的延伸方向延伸的第三邊 42d’各個的寬度W5’爲22μηι’朝樑的寬方向 42a’和第二邊42b’各個的寬度W6’爲22μιη 連接的邊間的連接部之轉角設置半徑5 的 和框狀的應力緩衝部同樣的，由於曲折 會朝樑的延伸方向產生彎曲變形及扭曲變形 樑的延伸方向施加於樑的力’因此能縮小擾 度變化。在實施例1之框狀的應力緩衝部’ 應力緩衝部的框是成爲一體而進行整體變形 的曲折的應力緩衝部，位於兩側之第二邊 42d，的連接部分別可單獨變形。換言之’曲 將樑在2處分開’而獲得大的擾動力吸收效 ，由於樑寬方向的彎曲剛性小’因此樑容易 3邊42d’之中 。若應力緩衝 曲變形及扭曲 連接的邊當中 L 1 ’比樑3 0的 ί衝部40’的中 朝樑的延伸方 側距離L 1 ’爲 向向上延伸的 內側距離L4’ ί部40’的長度 4 2 c ’和第四邊 延伸的第一邊 。在位於曲折 曲率。 的應力緩衝部 ，而能吸收在 動力造成的感 對於擾動力， ，在本實施例 42c’和第四邊 折連接的邊能 果。另一方面 朝樑寬方向發 -35- 200914832 生彎曲變形。若產生這種彎曲變形，關於樑的長度中心線 m-m ’的對稱性雖會喪失，但藉由於兩側設置折返部可防止 偏向一方向的樑寬方向的彎曲發生。 關於樑的長度中心線m-m’和樑的寬度中心線η·11’的 交點P，由於應力緩衝部4 0 ’是形成對稱，在承受外力而 使樑30發生變形時，隔著應力緩衝部40’之樑的第一部分 32和第二部分34的變形成爲對稱的。若左右樑的各部的 變形相同，容易使配置於樑的兩端之壓阻元件的應力變化 成爲相同，而降低擾動力所造成的輸出變化。 〔實施例3〕 以下說明本發明的實施例3的加速度感測器。第7A 圖顯示實施例3的樑的構造的俯視圖。第7 A圖的樑3 0， 係具備由2個曲折連接的邊所構成的應力緩衝部40’，將 該等應力緩衝部40’分別稱爲第一應力緩衝部、第二應力 緩衝部。將樑3 0分成：連結慣性體和第一應力緩衝部的 樑的第一部分3 2、連結第二應力緩衝部和支承框之第二部 分34、連結2個應力緩衝部40’之第三部分36。曲折的各 應力緩衝部40 ’，是和參照第6圖來說明之實施例2的應 力緩衝部相同。關於樑的長度中心線m - m ’和寬度中心線 η - η ’的交點p，具有2個應力緩衝部4 0 ’的樑3 0是形成對 稱。樑的長度中心線m - m ’至各應力緩衝部4 0 ’中央的距離 爲 5 5 μιη。 第7 Β圖係示意顯示出，朝樑的延伸方向施加壓縮擾 -36- 200914832 動力時，該等的應力緩衝部的變形。由於是用2個應力緩 衝部40’來吸收擾動力，2個應力緩衝部40,間的樑的第三 部分3 6幾乎不會發生變形。位於慣性體和第一應力緩衝 部4 0 ’間的第一部分3 2、位於支承框和第二應力緩衝部 40’間的第二部分34，承受擾動力時，關於樑的長度中心 線m-m’會產生對稱變形。由於是產生對稱變形，容易使 設置於慣性體側和支承框側的壓阻元件的應力變化一致’ 而能降低擾動力所造成的輸出變化。 〔實施例4〕 以下說明本發明的實施例4的加速度感測器。第8A 圖顯示實施例4的樑的構造的俯視圖。第8A圖所示的樑 3 0，係具有3個框狀的應力緩衝部40，在此將該等應力緩 衝部分別稱爲第一應力緩衝部、第二應力緩衝部、第三應 力緩衝部。樑3 0係分成：連結慣性體和第一應力緩衝部 之樑的第一部分3 2、連結第三應力緩衝部和支承框之第二 部分34、連結第一和第二應力緩衝部間以及連結第二和第 三應力緩衝部間的2個第三部分3 6。各應力緩衝部40， 是和參照第3圖所說明的實施例1的應力緩衝部相同。關 於樑的長度中心線m-m’和寬度中心線n-n’的交點p ’具有 3個應力緩衝部4 0的樑3 0是形成對稱。中心線m - m ’至第 一和第三應力緩衝部40中央的距離爲30μηι。 第8 Β圖係示意顯示朝樑的延伸方向施加壓縮擾動力 時的樑的變形。由於外側的第一和第三應力緩衝部4〇會 -37- 200914832 吸收擾動力，因此用來連結外側的2個第一和第三應力緩 衝部分別和中央的第二應力緩衝部之2根的樑的第三部分 3 6幾乎不會發生變形。位於慣性體和第一應力緩衝部4 0 間的樑的第一部分32、位於支承框和第二應力緩衝部40 間的樑的第二部分3 4，承受擾動力時，關於樑的長度中心 線m-m ’會產生對稱變形。由於是產生對稱變形，容易使 設置於慣性體側和支承框側的壓阻元件的應力變化一致， 而能降低擾動力所造成的輸出變化。即使是利用一個應力 緩衝部無法完全吸收的擾動力，藉由設置複數個應力緩衝 部即可吸收擾動力所造成的變形。 〔實施例5〕 以下說明本發明的實施例5的加速度感測器。第9A 圖和第9 B圖係顯示實施例5的加速度感測器的構造的俯 視圖。該加速度感測器，僅在2對的樑當中的1對形成應 力緩衝部40、40’。施加於樑的延伸方向之擾動力所造成 的感度變化，會明顯受到樑厚度方向（Z方向）的加速度的 影響’而X、Y軸方向的加速度的影響沒有Z軸那麼大。 於是’如第9圖所示，僅在具有檢測z軸的壓阻元件之樑 30a、30b形成應力緩衝部4〇、40’。第9A圖係顯示將框 狀的應力緩衝部40形成於樑30a、3 Ob而構成的加速度感 測器元件’第9B圖係顯示將曲折的應力緩衝部40,形成於 樑3 0 a、3 0 b而構成的加速度感測器元件。 -38- 200914832 〔實施例6〕 第10圖係顯示採用應力緩衝部之多範圍型加速度感 測器元件的俯視圖。多範圍型加速度感測器元件100b是 指，將測定例如±數G的低範圍和±數百G的高範圍的加 速度之複數個加速度感測器，形成於單一晶片元件內。爲 了提高複數個加速度感測器元件的配置密度’多範圍的加 速度感測器元件大多是將1軸和2軸的加速度感測器元件 組合來構成。 在第1 0 A圖的俯視圖所示的多範圍型加速度感測器元 件1 00b，±數G的低範圍加速度感測器元件1 1 〇和±數百 G的高範圍加速度感測器是形成於單一晶片。低範圍加速 度感測器1 1 〇，是和實施例1同樣的，用來檢測X和z軸 的加速度的樑與用來檢測Y軸的加速度的樑彼此交叉’而 分別沿X軸方向、Y軸方向來形成，在各樑3 0設置框狀 的應力緩衝部40。±數百G的高範圍加速度感測器，是由 檢測X和Z軸的加速度之2軸加速度感測器122(具有形 成於X軸方向的樑）及檢測Y軸的加速度之1軸加速度感 測器124(具有形成於Y軸方向的樑）所組合而成，在1軸 加速度感測器1 24和2軸加速度感測器1 22的各個樑上設 置框狀的應力緩衝部40。在第10B圖的俯視圖所示的多 範圍型加速度感測器元件1 0 〇b ’，±數G的低範圍加速度 感測器元件1 1 〇和高範圍加速度感測器係形成於單一晶片 。低範圍加速度感測器元件1 1 0，是和第1 〇 A圖所示的構 造相同。高範圍加速度感測器元件’是由2軸加速度感測 -39 ** 200914832 器1 2 6 (讓檢測x軸加速度的樑和檢測Y軸加速度的樑交 叉且分別沿X軸方向、Υ軸方向來形成）和檢測ζ軸加速 度的1軸加速度感測器1 2 8 (僅在X軸方向形成1對樑）所 組合成，在2軸加速度感測器1 2 6的4根樑和1軸加速度 感測器1 2 8的2根樑上設置框狀的應力緩衝部40。由於2 軸加速度感測器1 26具有4根樑’其面積會比第1 〇Α圖所 示的加速度感測器1 24更大，但2軸加速度感測器1 26是 用來檢測X軸的加速度和Υ軸的加速度，1軸加速度感測 器1 2 8是用來檢測Ζ軸的加速度，因此其等可獨立設計、 製造，而容易進行X、Υ、Ζ3軸的檢測感度的調整。第 1 0C圖之俯視圖所示的多範圍型加速度感測器1 〇〇b” ’是 將±數G的低範圍加速度感測器元件1 1 〇、±數十G的中範 圍加速度感測器元件1 3 0、±數百G的高範圍加速度感測 器元件形成於單一晶片。低範圍加速度感測器元件1 1 〇 ’ 係讓檢測X及ζ軸加速度的樑和檢測γ軸加速度的樑交 叉且分別沿X軸方向、γ軸方向來形成’在各樑設置2個 框狀的應力緩衝部4 0。中範圍加速度感測器元件13 0 ’係 膜片型3軸加速度感測器元件，其中並未設置應力緩衝部 。士數百G的高範圍加速度感測器元件’是由檢測Υ、Z 軸的加速度之2軸加速度感測器1 3 2 (具有形成於Y軸方 向的樑）和檢測X軸的加速度之1軸加速度感測器1 34(具 有形成於X軸方向的樑）所組合而成’在2軸加速度感測 器1 3 2和1軸加速度感測器1 3 4的各個棵上設置框狀的應 力緩衝部40。 -40- 200914832 多範圍型加速度感測器元件l〇〇b、l〇〇b’、100b”，是 和實施例1同樣的’使用在約4 0 0 μιη厚的矽層上積層約 1 μιη的矽氧化膜和約6μιη的矽層而構成的SOI晶圓來製作 出。各範圍的加速度感測器元件是同時進行光微影、製膜 、蝕刻等，而使慣性體、樑和支承框的厚度分別相同。又 慣性體和支承框的厚度是相同的。 〔實施例7〕 第1 1圖係顯示應力緩衝部的其他實施形態。第1 1 A 圖係顯示，使用實施例2所說明的曲折連接的邊所構成的 應力緩衝部，將2個應力緩衝部連續連接而構成的曲折狀 的應力緩衝部。第Π B圖係顯示，由曲線部所形成的曲折 構造。第1 1 C圖係顯示圓框，第1 1 D圖係顯示橢圓框，第 1 1 E圖係顯示八角形框，第1 1 F圖係顯示鼓形框。第1 1 G 圖係顯示方形框，但與樑的延伸方向平行的框邊寬度較寬 ，與其正交的框邊寬度較窄。第1 1 Η圖係顯示應力緩衝部 的厚度比樑更薄的構造的俯視圖和側視圖。形成於X軸方 向的樑和形成於Υ軸方向的樑可使用不同形狀的應力緩衝 部，也能在同一樑上設置不同形狀的複數個應力緩衝部。 〔實施例8〕 第1 2圖的俯視圖顯示出實施例8的加速度感測器元 件’係具有框狀應力緩衝部的應力緩衝效果更高的樑構造 。在支承框10和慣性體30間的樑3 0(3 0b)的大致中央設 -41 - 200914832 置框狀的應力緩衝部40，樑3 Ob係由第1部分3 2、框狀 的應力緩衝部40、第二部分34所構成，樑的第—部分32 和第二部分3 4分別是由：連接於慣性體20或支承框1 〇 的第一根部3 2 a、連接於應力緩衝部4 0的第二根部3 2b、 用來連接第一根部32a和第二根部32b的寬度變化部32c 所構成。第一根部32a爲50μιη長’第二根部32b爲60μιη 長，寬度變化部32c爲30μιη長，應力緩衝部40爲30μηι 長。因此支承框1 〇和慣性體間的樑30b長度爲3 1 Ομιη 。關於樑30b的尺寸，第一根部32a的寬度W32a爲30μιη ，第二根部32b的寬度W32b爲20μιη。連結第一根部32a 和第二根部3 2b之寬度變化部32c，其寬度從第一根部 32a至第二根部32b逐漸改變。應力緩衝部40之朝樑的寬 方向（Y方向）延伸的第一和第二框邊42a、42b的寬度W6 爲12μιη，朝樑整體的延伸方向（x方向）延伸的第三和第四 框邊42c、42d的寬度W5爲12μιη。第12圖係顯示’設有 檢測X軸和Ζ軸的加速度之壓阻元件3 1 X、3 1 ζ之樑3 〇 b ’並顯示出壓阻元件3 1 X、3 1 z、金屬配線3 8和P型配線 38’的配置。關於樑30b的寬度中心線n-n’’ 2個X軸壓 阻元件3 1 X配置成對稱，2個X軸壓阻元件3 1 X的應力緩 衝部4 0側的端彼此藉由P型配線3 8 ’串列連接’另一端則 藉由P型配線3 8，引出至樑3 0 b外而和金屬配線3 8連接（ 未圖示）。在X軸壓阻元件3 1 X的外側配置Z軸壓阻兀件 3lz，2個Z軸壓阻元件31z是藉由金屬配線38和P型配 線3 8，來進行和X軸壓阻元件3 1 x同樣的連接。從慣性體 -42- 200914832 20側通過樑3 Ob上而朝支承框1 〇側延伸的金屬配線3 8有 3根。3根金屬配線當中，1根是配置在樑3 0 b的寬度中心 線n-n’上，另外2根配置成關於樑30b的寬度中心線n-n’ 形成對稱。在形成有壓阻元件3 1 X、3 1 z及P型配線3 8 ’的 樑面，形成0.2 μ m厚的砂氧化膜來作爲電氣絕緣膜（未圖 示）。金屬配線38是形成於絕緣膜上。 形成有壓阻元件的第一根部32a的寬度W32a越小， 單位加速度的慣性體移位越大，壓阻元件所產生的應力變 大而使感度變大，因此寬度W32a越窄越好。對應於壓阻 元件的電阻値之壓阻元件的長度和寬度，必須以能確保相 鄰P型配線間形成絕緣的方式來決定壓阻元件的間隔，考 慮到這點，在本實施例，第一根部32a的寬度W3 2a爲 3〇μιη。在應力緩衝部40，朝樑的寬方向（Υ方向）延伸的第 一和第二框邊42a、42b的寬度W6越窄，第一和第二框邊 42a、42b的長度（從樑30b的側邊至朝樑的延伸方向（X方 向）延伸的第三 '第四框邊42c、42d)越長，越容易藉由施 加於樑的延伸方向的應力來使應力緩衝部發生變形，而能 提昇應力緩衝效果。3根金屬配線當中，位於中央的金屬 配線在應力緩衝部分支成2根，因此在邊框上的配線分別 有2根。若不實施分支，在一方有2根、另一方有1根而 造成金屬配線的根數不同，如此會使樑的彎曲應力產生差 異’並不理想。藉由使中央的金屬配線分支，比起通過3 根配線的樑，應力緩衝部的框邊的寬度較窄，因此能提昇 應力緩衝效果。 -43- 200914832 此外’不具備壓阻元件和p型配線之第二根 由於寬度比第一根部3 2 a窄，在維持朝樑的寬方丨 )延伸之應力緩衝部的框邊全長、亦即應力緩衝 的狀態下’可將具有緩衝擾動力的作用之朝樑的 方向）延伸的第一和第二框邊42a、42b的長度拉 提昇應力緩衝效果。即使在施加大的加速度而使 的應力緩衝部發生變形時，也必須在慣性體和應 之間確保一定間隔以避免應力緩衝部接觸慣性體 大該間隔，將慣性體之與樑連接的部分所形成的 加大時，由於慣性體的體積減少，會造成感度降 由在樑形成寬度較窄的第二根部，可在不降低感 應力緩衝效果。 〔實施例9〕 根據第13圖的俯視圖來說明實施例9的加 器，其具備將由曲折連接的邊所構成的應力緩衝 緩衝效果更加提高的樑構造。在支承框1 0和慣性 的樑30(3 Ob)的大致中央設置曲折的應力緩衝部 30b係由第1部分32、曲折的應力緩衝部40’、 3 4所構成，樑的第一部分3 2和第二部分3 4分別 接於慣性體2 0或支承框1 0的第一根部3 2 a、連 緩衝部40’的第二根部32b、用來連接第一根部 二根部32b間且從第一根部32a至第二根部32b 漸改變的寬度變化部32c所構成。第一根部32a 部 3 2b， 句（Y方向 部的寬度 寬方向（Y 長，故能 樑和樑上 力緩衝部 。爲了加 缺口寬度 低。而藉 度下提昇 速度感測 部的應力 :體20間 40，，樑 第二部分 是由：連 接於應力 32a和第 其寬度逐 爲 5 Ομίϋ -44 - 200914832 長’第二根部32b爲40 μιη長，寬度變化部32c爲30 μηι長 ’應力緩衝部40’爲70μιη長。因此支承框10和慣性體20 間的樑30b的長度爲3 ΙΟμιη。關於樑30b的寬方向尺寸， 第一根部32a的寬度W3 2a爲30 μιη，第二根部32b的寬度 W32b爲20μηι。應力緩衝部40’之朝樑的寬方向（Y方向）延 伸的第一和第二框邊42&，、4213’的寬度\^6’爲2(^111，朝 樑整體的延伸方向（X方向）延伸的第三和第四框邊42c’、 42d’的寬度W5’爲20μ!η。第一根部32a的壓阻元件3lx、 3 1 z、金屬配線3 8及P型配線3 8 ’是和實施例8所說明的 構造相同，而和實施例8的第1 2圖所示的框狀應力緩衝 部不同，第13圖所示的曲折的應力緩衝部40’，是在應力 緩衝部40’上形成不具備分支的3根金屬配線38。於是， 應力緩衝部40 ’之朝樑的寬方向（Y方向）延伸的第一和第 二邊42a’、42b’的寬度W6’、朝樑整體的延伸方向（X方向 )延伸的第三和第四邊42c’、42d，的寬度W5’是和第二根 部3 2b的寬度W32b相同，都是20μηι。在曲折的應力緩衝 部，應力緩衝部4〇’之朝樑的寬方向（Υ方向）延伸的第一 和第二邊42a’、42b’的寬度W6,越窄，朝樑的寬方向（γ方 向）延伸的第五邊42e’（位於朝樑整體的延伸方向（X方向） 延伸的應力緩衝部的第三、第四框邊42c’、42d’之間）的 長度越長，越容易藉由施加於樑的延仲方向的應力來使應 力緩衝部發生變形，而能提昇應力緩衝效果。由於應力緩 衝部的邊寬W6,比第一根部32a的寬度W32a更窄’可在 維持應力緩衝部的整體寬度的狀態下，將朝樑的寬方向（γ -45- 200914832 方向）延伸的第五邊42e’（位於朝樑整體的延伸方向（χ方向 )延伸的應力緩衝部的第三和第四框邊42c’、4：2d’之間）的 長度加長，因此能提昇應力緩衝效果。即使在施加大的加 速度而使樑和樑上的應力緩衝部發生變形時，也必須確保 可避免應力緩衝部接觸慣性體的間隔。爲了加大該間隔， 若將慣性體之與樑連接的部分所形成的缺口寬度加大，由 於慣性體的體積減少，會造成感度降低。而藉由在樑形成 寬度較窄的縮徑部，可在不降低感度下提昇應力緩衝效果 〔實施例1 0〕 根據第1 4圖的截面圖來說明實施樹脂模塑的加速度 感測器3 00的實施例。在厚度200μηι的引線框50上，用 黏著劑5 4固定著將來自加速度感測器元件的訊號予以增 幅或進行溫度補償等的檢測用IC52。採用實施例1所說明 之在4根樑上設置框狀的應力緩衝部之加速度感測器元件 100a，在該加速度感測器元件100a的上方接合上蓋片15〇 ’在下方接合下蓋片160而構成MEMS組裝體170，用黏 著劑54將該組裝體固定在檢測用iC52上。將MEMS組裝 體170的電極墊174和檢測用1C 52之間、檢測用1C 52和 框端子5 6之間’用直徑2 5 μιη的金裸引線5 8而藉由超音 波結合器進行連接。藉由轉移模塑法並用環氧樹脂6 0來 成形出將MEM S組裝體〗7 〇和檢測用ic 5 2組裝在引線框 1 7 〇上所構成的構造體。在Μ E M S組裝體1 7 0內，加速度 -46- 200914832 感測器元件1 〇〇a的慣性體和f梁是被保持在由支承 蓋片150及下蓋片I60所圍繞的空間，且MEMS 170的周圍被環氧樹脂密封’因此可在保持氣密的 發揮加速度感測器元件1 0 0 a的作用。 〔實施例1 1〕 使用實施例1之具有框狀應力緩衝部的加速度 元件和實施例2的具有曲折的應力緩衝部之加速度 元件，測定各個的擾動力和Z軸的感度變化。加速 器元件，係製作成使用第1 5圖所示的封裝體的加 測器200(稱爲箱型）’並在第14圖所示般進行晶圓 後，將其分割並實施樹脂模塑而製作出加速度感測: 稱爲WLP型）。爲了進行比較，也使用習知的不具 緩衝部的加速度感測器元件（稱爲習知品）。分別 3 00〜5 00個加速度感測器，測定Z軸感度並求取其 。作爲擾動力，在箱型的情形，係來自將加速度感 件黏著於殻體或限制板的黏著材的應力，或是引線 的熱等。在WLP型的情形是包括：在實施晶圓級 之蓋片的緊壓力、來自接合材料的應力、溫度變化 的熱應力、樹脂模塑時的模塑材料的應力等。箱型 材，由於是使用彈性模數較低者，故擾動力小。相 ，在WLP型的情形’接合力等較大，擾動力的影 。在習知品，相對於箱型，W L P型的Z軸感度增加 另一方面’形成有框狀或曲折的應力緩衝部的加速 框、上 組裝體 空間內 感測器 感測器 度感測 速度感 級封裝 M 3 00( 備應力 製作出 平均値 測器元 熔接時 封裝時 所產生 的黏著 對於此 響較大 3 4%。 度感測 -47 - 200914832 器’ Z軸感度的增加可降低至3 %。如此可確認出，藉由 形成應力緩衝部’可有效抑制WLP型的加速度感測器的 感度變化量。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明的實施例1的加速度感測器元件 的俯視圖。 第2圖係第1圖的II-II線的截面圖。 第3圖係詳細顯示本發明的實施例1的加速度感測器 元件的樑，第3 A圖係樑的擴大俯視圖，第3 B圖係設置於 樑上的框狀的應力緩衝部的俯視圖，第3 C圖係顯示其他 的框狀的應力緩衝部的俯視圖。 第4A圖係實施例1所使用的樑的立體圖，其示意顯 示在樑施加壓縮擾動力時應力緩衝部發生的變形；第4B 圖係實施例1所使用的樑的俯視圖，其示意顯示在樑施加 壓縮擾動力時應力緩衝部發生的變形。 第5 A圖係實施例1所使用的樑的側視圖，其示意顯 示在樑施加壓縮擾動力時應力緩衝部發生的變形：第5 B 圖係習知的樑的截面圖，其示意顯示在樑施加壓縮擾動力 時應力緩衝部發生的變形。 第6圖係本發明的實施例2所使用的具備曲折連接的 邊所構成的應力緩衝部的樑之俯視圖。 第7圖係顯示本發明的實施例3的加速度感測器所使 用的樑，第7A圖係具有2個由曲折連接的邊所構成的應 -48 - 200914832 力緩衝部之樑的俯視圖，第7 B圖係顯示在第7 A圖所示的 樑施加壓縮擾動力時樑發生的變形的側視圖。 第8圖係顯示實施例4的加速度感測器所使用的樑’ 第8 A圖係具有3個框狀的應力緩衝部之樑的俯視圖，第 8 B圖係顯示在第8 A圖所示的樑施加壓縮擾動力時樑發生 的變形的側視圖。 第9圖係顯示實施例4的加速度感測器元件的俯視圖 ，第9A圖顯示的加速度感測器元件’是將實施例1所說 明的框狀的應力緩衝部，僅設置在具有用來檢測Z軸方向 加速度的半導體壓阻元件的樑上；第9B圖顯示的加速度 感測器元件，是將實施例2所說明的由曲折連接的邊所構 成的應力緩衝部，僅設置在具有用來檢測Z軸方向加速度 的半導體壓阻元件的樑上。 第1 0A圖、第1 OB圖及第1 〇C圖’係顯示運用本發 明的應力緩衝部之實施例5的多範圍型加速度感測器元件 的俯視圖。 第1 1 A圖〜第Π Η圖，係實施例6的其他形狀的應力 緩衝部的俯視圖。 第1 2圖係實施例7所說明的，設有框狀的應力緩衝 部的樑上之壓阻元件、金屬配線及Ρ型配線的配置的俯視 圖。 第1 3圖係實施例8所說明的，設有由曲折連接的邊 構成的應力緩衝部的樑上之壓阻元件、金屬配線及Ρ型配 線的配置的俯視圖。 -49- 200914832 第14圖係顯示實施例9所說明的樹脂模塑加速度感 測器的截面圖。 第1 5圖係3軸加速度感測器的分解立體圖。 第16A圖係第1 5圖的XVI A-XVI A線的截面圖，第 1 6 B圖係第1 5圖所使用的加速度感測器元件的俯視圖。 第1 7圖係顯示習知的3軸加速度感測器的加速度感 測器元件的構造之立體圖。 第1 8圖係顯示習知的3軸加速度感測器的樹脂封裝 體組裝構造的截面圖。 【主要元件符號說明】 1 0 0 a :加速度感測器元件 1 0 :支承框 2 0 :慣性體 30、 30a、 30b、 30c' 3〇d:操 31、 31χ、31y、31z:半導體壓阻元件 3 2 :(樑）的第—部分 3 2 a :第一根部 3 2 b :第二根部 32c :寬度變化部 3 4 :(樑）的第一*部分 3 6 :(樑）的第三部分 38 、 38a 、 38b 、 38c :配線 40、40’ ：應力緩衝部 -50- 200914832 42a :第一框邊 42b :第二框邊 42c ··第三框邊 42d :第四框邊 42a’ ：第一邊 42b’ ：第二邊 42c’ ：第三邊 42d’ ：第四邊 42e’ ：第五邊 48 :開口 m - m ’ ：樑的長度中心線 n-n’ ：樑的寬度中心線 P :交點 -51

Claims (1)

1. 200914832 十、申請專利範圍 1. 一種加速度感測器’係具備依據半導體壓阻元件的 電阻變化來檢測從外部施加的加速度之加速度感測器元件 » 該加速度感測器元件係具有： 支承框、 在從外部施加加速度時可相對於支承框進行移動的慣 性體、 用來連結慣性體和支承框並支承慣性體之複數個可撓 性的樑、 在樑和慣性體或支承框的連結處附近設置於樑上的半 導體壓阻元件、以及 連接於半導體壓阻元件且設置於樑上的配線； 在前述複數個操當中，在設置用來檢測樑厚度方向的 加速度的半導體壓阻元件的樑上，分別具備至少1個應力 緩衝部。 2 .如申請專利範圍第1項記載之加速度感測器，其中 ，前述應力緩衝部，係形成在應設置該應力緩衝部之樑的 半導體壓阻元件設置區域外的樑上，又該樑，關於該樑的 長度中心線和該樑的寬度中心線的交點是形成對稱。 3 .如申請專利範圍第2項記載之加速度感測器，其中 ，設有前述應力緩衝部的樑，係具備：用來連結慣性體和 該應力緩衝部的第一部分、用來連結支承框和該應力緩衝 部的第二部分，第一部分和第二部分是朝樑整體的延伸方 -52- 200914832 向延伸且具有實質相同的厚度； 該樑的第一部分和第二部分，在對該樑從外部施加朝 樑整體的延伸方向的應力時，是朝相同方向彎曲。 4.如申請專利範圍第2項記載之加速度感測器，其中 ’設有前述應力緩衝部的樑，係具備：用來連結慣性體和 該應力緩衝部的第一部分、用來連結支承框和該應力緩衝 部的第二部分，第一部分和第二部分是朝樑整體的延伸方 向延伸且具有實質相同的厚度； 該應力緩衝部是在中央具有開口的框，其位於該第一 部分和該第二部分之間，且連接於：與慣性體連接的端的 相反側的該第一部分的端、與支承框連接的端的相反側的 該第二部分的端。 5 .如申請專利範圍第4項記載之加速度感測器，其中 ，設置於在中央具有開口的前述框上的配線，關於設有前 述應力緩衝部的樑的寬度中心線是形成對稱。 6.如申請專利範圍第4項記載之加速度感測器’其中 ，前述應力緩衝部是由第一框邊至第四框邊所構成的四邊 形框； 第一框邊，係連接於與慣性體連接的端的相反側的設 有前述應力緩衝部的樑的第一部分的端’且朝該樑的寬方 向延伸； 第二框邊，係連接於與支承彳匡連接的端的相反側自勺胃 樑的第二部分的端，且朝該樑的寬方向延伸； 第三和第四框邊’係用來使該等第一和第二框邊的立而 -53- 200914832 彼此連結且朝該樑整體的延伸方向延伸。 7 .如申請專利範圍第6項記載之加速度感測器，其中 ，前述應力緩衝部所具備的第三和第四框邊間的內側距離 ，係比設置前述應力緩衝部的樑的寬度更大。 8 ·如申請專利範圍第6項記載之加速度感測器，其中 ，前述應力緩衝部所具備的第一和第二框邊各個、第三和 第四框邊各個，是和設置前述應力緩衝部的樑具有不同的 寬度。 9 .如申請專利範圍第6項記載之加速度感測器，其中 ，前述應力緩衝部所具備的框邊各個，是比設置前述應力 緩衝部的樑更薄。 I 0 .如申請專利範圍第6項記載之加速度感測器，其 中，設有前述應力緩衝部的樑的前述第一部分和前述第二 部分各個係具備： 用來將第一或第二部分連接於慣性體或支承框之第一· 根部、用來將第一或第二部分連接於應力緩衝部之第二根 部、寬度從第一根部至第二根部逐漸變化的寬度變化部； 第一根部具有該樑所擁有的半導體壓阻元件， 第一根部的寬度比第一和第二框邊各個的朝該樑整體 的延伸方向的寬度更大。 II ·如申請專利範圍第1 〇項記載之加速度感測器，其 中，第一根部的寬度比第二根部的寬度更大，第二根部的 寬度比第一和第二框邊各個的朝該樑整體的延伸方向的寬 度更大。 -54- 200914832 12.如申請專利範圍第2項記載之加速度感測器，其 中’在前述複數個樑當中，在設置用來檢測樑厚度方向的 加速度之半導體壓阻元件的樑上，分別具備複數個應力緩 衝部； 設有前述複數個應力緩衝部的樑，係具備··用來連結 慣性體和應力緩衝部的第一部分、用來連結支承框和其他 的應力緩衝部之第二部分、用來連結前述複數個應力緩衝 部當中相鄰的2個之至少1個第三部分； 第一、第二及第三部分係朝前述棟整體的延伸方向延 伸，且具有實質相同的厚度； 前述複數個應力緩衝部各個是在中央具有開口的框， 其設置於第一部分或第二部分和1個第三部分之間，或是 設置於2個第三部分之間，且連接於：第三部分的一端、 與慣性體或支承體連接的端的相反側的第一部分或第二部 分的端、或是其他的第三部分的一端。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項記載之加速度感測器，其 中，前述複數個應力緩衝部各個是由第一框邊至第四框邊 所構成的四邊形框； 第一框邊，係連接於與慣性體連接的端相反側的設有 前述複數個應力緩衝部的樑的第一部分的端或該樑的第三 部分的一端，且朝樑的寬方向延伸； 第二框邊，係連接於第三部分的一端或與支承框連接 的端的相反側的該樑的第二部分的端’且朝該樑的寬方向 延伸； -55- 200914832 第三和第四框邊，係用來使該等第一和第二框邊的端 彼此連結，且朝該樑整體的延伸方向延伸。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項記載之加速度感測器’其 中，前述複數個應力緩衝部各個所具備的第三和第四框邊 間的內側距離，係比設置前述複數個應力緩衝部的樑的寬 度更大。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項記載之加速度感測器’其 中，前述複數個應力緩衝部各個所具備的第一和第二框邊 各個、第三和第四框邊各個，是和設置前述複數個應力緩 衝部的樑具有不同的寬度。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項記載之加速度感測器，其 中，前述複數個應力緩衝部各個所具備的框邊各個，是比 設置前述複數個應力緩衝部的樑更薄。 1 7 ·如申請專利範圍第2項記載之加速度感測器，其 中，設有前述應力緩衝部的樑，係具備：用來連結慣性體 和該應力緩衝部的第一部分、用來連結支承框和該應力緩 衝部的第二部分’第一部分和第二部分是朝樑整體的延伸 方向延伸且具有實質相同的厚度； 該應力緩衝部由曲折連接的邊所構成，其設置於該第 一部分和該第二部分之間，且從與連接於慣性體的端相反 側之該第一部分的端’連續至與連接於支承框的端相反側 之該第二部分的端。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項記載之加速度感測器，其 中’該曲折連接的邊是由第~邊至第五邊所構成； -56- 200914832 第一邊，係連接於與慣性體連接的端的相反側之設置 前述應力緩衝部的樑的第一部分的端’且朝該樑的寬方向 延伸； 第二邊’係連接於與支承框連接的端的相反側之樑的 第二部分的端，且在該樑的寬方向朝與第一邊相反側延伸 » 第三邊係從該第一邊的外端朝該樑整體的延伸方向延 伸； 第四邊係從第二邊的外端朝該樑整體的延伸方向延伸 > 第五邊，係設置於通過該第一邊和該第一部分的連接 點與該第二邊和該第二部分的連接點的中央之該樑寬方向 的線上，且將該第三邊和該第四邊的端彼此連接。 1 9 ·如申請專利範圍第1 8項記載之加速度感測器，其 中，在前述曲折連接的邊當中第三邊和第四邊間的內側距 離，係比設置前述應力緩衝部的樑的寬度更大。 2 0 _如申請專利範圍第1 8項記載之加速度感測器，其 中，前述曲折連接的邊的第一邊和第二邊各個、第三邊和 第四邊各個’是和設置前述應力緩衝部的探具有不同的寬 度。 21.如申請專利範圍第18項記載之加速度感測器，其 中’前述曲折連接的邊各個，是比設置前述應力緩衝部的 樑更薄。 2 2 .如申請專利範圍第1 8項記載之加速度感測器，其 -57- 200914832 中，設有前述應力緩衝部的樑的前述第一部分和前述第二 部分各個係具備： 用來將第一或第二部分連接於慣性體或支承框之第一 根部、用來將第一或第二部分連接於應力緩衝部之第二根 部、寬度從第一根部至第二根部逐漸變化的寬度變化部； 第一根部具有該樑所擁有的半導體壓阻元件， 第一根部的寬度比第一和第二邊各個的朝該樑整體的 延伸方向的寬度更大。 23_如申請專利範圍第22項記載之加速度感測器，其 中，第一根部的寬度比第二根部的寬度更大，第二根部的 寬度比第一和第二邊各個的朝該樑整體的延伸方向的寬度 更大。 24.如申請專利範圍第2項記載之加速度感測器，其 中’在前述複數個樑當中，在設置用來檢測樑厚度方向的 加速度之半導體壓阻元件的樑上，分別具備複數個應力緩 衝部； 設有前述複數個應力緩衝部的樑，係具備：用來連結 慣性體和應力緩衝部的第一部分、用來連結支承框和其他 的應力緩衝部之第二部分、用來連結前述複數個應力緩衝 部當中相鄰的2個之至少1個第三部分；第一、第二及第 三部分係朝前述樑整體的延伸方向延伸，且具有實質相同 的厚度； 前述複數個應力緩衝部各個是由曲折連接的邊所構成 ’其設置於該第一部分或該第二部分和1個第三部分之間 -58- 200914832 ，或是設置於2個第三部分之間’且從1個第二部分的一 端，連續至與慣性體或支承體連接的端的相反側的該第一 部分或該第二部分的端 '或是其他的第三部分的一端。 2 5 .如申請專利範圍第2 4項記載之加速度感測器’其 中，前述曲折連接的邊是由第一邊至第五邊所構成； 第—邊，係連接於與慣性體連接的端的相反側之設有 前述複數個應力緩衝部的樑的第一部分的端或前述樑的第 三部分的一端，且朝該樑的寬方向延伸； 第二邊，係連接於第三部分的一端或與支承框連接的 端的相反側之該第二部分的端’且在該樑的寬方向朝與前 述第一邊相反側延伸； 第三邊係從第一邊的外端朝該樑整體的延伸方向延伸 ， 第四邊係從該第二邊的外端朝該樑整體的延伸方向延 伸； 第五邊，係設置於通過前述第一邊和前述第一部分或 第三部分的連接點與第二邊和第三部分或第二部分的連接 點的中央之樑寬方向的線上’且將該第三邊和該第四邊的 端彼此連接。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項記載之加速度感測器，其 中，在前述曲折連接的邊當中第三邊和第四邊間的內側距 離，係比設置前述複數個應力緩衝部的樑的寬度更大。 2 7 .如申請專利範圍第2 5項記載之加速度感測器，其 中，前述曲折連接的邊的第一邊和第二邊各個、第三邊和 -59- 200914832 第四邊各個，是和設置前述複數個應力緩衝部的樑具有不 同的寬度。 28.如申請專利範圍第25項記載之加速度感測器，其 中，前述曲折連接的邊各個，是比設置前述複數個應力緩 衝部的樑更薄。 -60-