TWI277735B - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents

Description

1277735 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於攜帶型終端機器與玩具、 所使用之加速度檢測用半導體型加速度感測 【先前技術】 說明使用壓電阻抗元件之以往的3軸加 φ 構造。第1 5圖係以分解斜視圖來表示加速 速度感測器中，加速度感測器元件200係以 於機殻2，蓋3以接著劑被固定於保護機殼 測器元件200的外部端子7及保護機殻2之 金屬線4而被連接，加速度感測器元件200 機殼之外部端子6而被取出外部。在此說明 度感測器元件200稱爲加速度感測器。 第16圖係表示加速度感測器200的平佳 • 中，爲了使得壓電阻抗元件的配置容易了解 支撐框上之外部端子的記載。加速度感測器 矽單結晶基板的厚板部所形成的質量部1 3 配置之支撐框11、及由連接質量部13與支 單結晶基板的薄板部所形成之2對的相互正 撓腕21、21’、22、22’、及對應可撓腕上面I 方向（X與Y)及垂直可撓部上面之方向（ 各軸複數的壓電阻抗元件51與51’、52 | 6Γ、62 與 62*、71 與 711、72 與 72’所構成 汽車、飛機等 器0 速度感測器的 度感測器。加 接著劑被固定 2。加速度感 端子5，係以 的輸出從保護 書中，將加速 5圖。第16圖 ，省略配線與 2 0 0係由：由 、及包圍其而 撐框11之矽 交的樑狀之可 的2個正交之 Z )而設置的 每52' 、 61與 。另外，可撓 -5- (2) 1277735 腕21、21’、22、22’係藉由於薄板部設置貫穿孔150而作 成樑狀，成爲容易變形、適合高靈敏度化之構造。 在以往之加速度感測器中，X軸用壓電阻抗元件 51、51’與Z軸用壓電阻抗元件71、71’之各一端，係分別 設置有使可撓腕21與支撐框11的邊界及可撓腕11與質 量部1 3的邊界成爲一致之壓電阻抗元件，以便獲得最大 的感測器輸出。 壓電阻抗元件在如第1 6圖所示般配置時，X軸與z 軸的靈敏度（對於加速度1 G、驅動電壓1 V之輸出），一 般知道有如第1 7圖之曲線所示的關係。質量部的厚度改 變時，X軸的靈敏度爲二次函數地改變。Z軸的靈敏度爲 1次函數地改變。因此，X軸與Z軸的靈敏度產生差異。 爲了使此差異不見，則進行改變質量部的厚度與壓電阻抗 元件本身的靈敏度、或改變壓電阻抗元件的配置等。 爲了使X軸與Z軸的輸出差異不見，可將質量部的 厚度設爲使X軸與Z輸的靈敏度値成爲相同之8 00 μηι程 度。但是，半導體等所使用之Si單結晶基板的厚度，以 62 5 μιη與52 5 μηι爲主流，約800μιη之Si單結晶基板成爲 特製品，不單高成本，也有交期不穩定的問題，因此，依 據質量部的厚度來進行輸出調整，並不理想。 壓電阻抗元件係於砂基板植入硼等之不純物元素而形 成。藉由改變此不純物元素濃度，雖可改變壓電阻抗本身 的靈敏度，但是，在改變不純物元素濃度上，至少需要數 次的不純物植入作業。因此，不單導致製造成本的提升， -6- (3) 1277735 也會導致設備能力的降低，也不是理想的方法。 另外，爲了使X、Y、Z軸的輸出差異不見，藉由改 變壓電阻抗元件的配置，降低Ζ軸的輸出來配合X、γ軸 的輸出，此在日本專利特開2003 -2795 92號及日本專利特 開2003-294781號公報中被提出。使Ζ軸靈敏度配合輸出 低的Χ、Υ軸的靈敏度，會犧牲其之靈敏度。另外，在以 往的加速度感測器中，係一種和X軸的輸出比較，Ζ軸 • 的輸出變大之構造，軸間的輸出差異會變大。軸間的輸出 差異爲大時，需要各軸準備有輸出放大率不同的放大器。 【發明內容】 本發明之目的爲：藉由不降低Ζ軸的輸出，使X、Υ 軸的輸出提高，使得Χ、γ、ζ軸的輸出差異變小，無須 各軸準備輸出放大率不同的放大器，可獲得便宜、高靈敏 度的半導體型加速度感測器。 ©本發明之半導體型加速度感測器，其特徵爲：具有， 位於中央，且具有上面之質量部、及 從質量部分開特定距離，包圍該質量部，且具有上面 之支撐框、及 從質量部上面的端部延伸，連結質量部上面端與支撐 框上面的內側端，以支撐框內面懸吊質量部之複數的可撓 腕； 複數之可撓腕各由： 爲各爲連接可撓腕與支撐框或質量部之邊界的可撓腕 -7- (4) 1277735 的兩端部份，且具有垂直可撓腕長度方向之剖面積的寬幅 部、及 爲被以位於可撓腕的兩端之2個寬幅部所夾住之可撓 腕部份，且垂直可撓腕長度方向之剖面積比寬幅部剖面積 更小之窄幅部所形成； 可撓腕上面係具有： 於支撐框上面或質量部上面具有兩端子，各由兩端子 Φ 延伸於可撓腕長度方向，限定性設置於可撓腕寬幅部上面 區域內之壓電阻抗元件、及 於可撓腕上面，對稱配置於可撓腕上面中心線，從該 可撓腕之一方的寬幅部上面延伸至窄幅部上面，並及於其 它的寬幅部上面，而延伸於該可撓腕長度方向之複數條的 金屬配線； 複數條的金屬配線中，至少一條係連接於設置在該可 撓腕上面之壓電阻抗元件之至少其中1端子，而且， Φ 壓電阻抗元件各具有： 對稱配置於可撓腕上面的中心線，且各延伸於可撓腕 長度方向之至少2個壓電副阻抗元件、及 連接壓電阻抗元件之兩端子以外的該至少2個壓電副 阻抗元件之端部各2個’於壓電阻抗元件之兩端子間’串 聯連接該至少2個壓電副阻抗元件之高濃度擴散層。 在前述半導體型加速度感測器中’質量部與支撐框與 複數的可撓腕，係以矽結晶形成爲一體， 壓電副阻抗元件與高濃度擴散層，以於形成可撓腕之 -8 - (5) 1277735 Ϊ夕結晶的一部份摻雜週期表III族或V族元素所形成爲 佳。 在前述半導體型加速度感測器中，前述複數條之金屬 配線的至少其中1條，係沒有連接於壓電阻抗元件之任何 一個端子的虛擬金屬配線。 在前述半導體型加速度感測器中，前述複數的可撓腕 中，2個係延伸於質量部上面內的正交之2方向中之1方 ，向， 前述複數的可撓腕中，其它2個係延伸於質量部上面 內的正交之2方向中的其它1方向， 前述複數的可撓腕各個在複數條的金屬配線之配置 中，以與其它之任何一個可撓腕爲實質上相同爲佳。 在本發明之半導體型加速度感測器中，複數的可撓腕 各個所具有之寬幅部，在垂直可撓腕長度方向之剖面中， 以成爲該窄幅部的1 .1至3.5倍爲佳，複數的可撓腕各個 > 所具有之寬幅部，在垂直可撓腕長度方向之剖面中，以成 爲爲該窄幅部的1 . 5至2 · 5倍更佳。 本發明之半導體型加速度感測器中，其特徵爲：具 有， 位於中央，且具有上面之質量部、及 從質量部分開特定距離，包圍該質量部，且具有上面 之支撐框、及 從質量部上面的端部延伸，連結質量部上面端與支撐 框上面的內側端，以支撐框內面懸吊質量部之4個可撓 -9- 1277735

腕； 前述4個可撓腕中，2個係延伸於質量部上面內的正 '交之2方向中的1方向’其它2個係延伸於質量部上面內 的正交之2方向的其它1方向’ 可撓腕各由： 爲各爲連接可撓腕與支撐框或質量部之邊界的可撓腕 的兩端部份，且具有垂直可撓腕長度方向之剖面積的寬幅 φ 部、及 爲被以位於可撓腕的兩端之2個寬幅部所夾住之可撓 腕部份，且垂直可撓腕長度方向之剖面積比寬幅部剖面積 更小之窄幅部所形成； 前述4個可撓腕中，2個可撓腕上面，各具有： 於支撐框上面或質量部上面具有兩端子，各由兩端子 延伸於可撓腕長度方向，限定性設置於可撓腕寬幅部上面 區域內之測定可撓腕長度方向的加速度成分之壓電阻抗元 Φ 件，及測定質量部上面方向的加速度成分之壓電阻抗元 件、及 於可撓腕上面，對稱配置於可撓腕上面中心線，從該 可撓腕之一方的寬幅部上面延伸至窄幅部上面，並及於其 它的寬幅部上面，而延伸於該可撓腕長度方向之複數條的 金屬配線； 複數條的金屬配線中，至少一條係連接於設置在該可 撓腕上面之壓電阻抗元件之至少其中1端子， 前述4個可撓腕中，其它2個可撓腕上面各具有： -10- (7) 1277735 於支撐框上面或質量部上面具有兩端子，各由兩端子 延伸於可撓腕長度方向，限定性設置於可撓腕寬幅部上面 ~ 區域內之測定可撓腕長度方向的加速度成分之壓電阻抗元 件、及 於可撓腕上面，對稱配置於可撓腕上面中心線，從該 可撓腕之一方的寬幅部上面延伸至窄幅部上面，並及於其 它的寬幅部上面，而延伸於該可撓腕長度方向之複數條的 φ 金屬配線； 複數條的金屬配線中，至少一條係連接於設置在該可 撓腕上面之壓電阻抗元件之至少其中1端子， 壓電阻抗元件各具有： 對稱配置於可撓腕上面的中心線，且各延伸於可撓腕 長度方向之至少2個壓電副阻抗元件、及 連接壓電阻抗元件之兩端子以外的該至少2個壓電副 阻抗元件之端部各2個，於壓電阻抗元件之兩端子間，串 # 聯連接該至少2個壓電副阻抗元件之高濃度擴散層；而 且， 前述4個可撓腕各在複數條之金屬配線的配置中，與 其它任何一個可撓腕爲實質上相同。 在前述半導體型加速度感測器中，質量部與支撐框與 複數的可撓腕，係以矽結晶形成爲一體， 壓電副阻抗元件與高濃度擴散層，以於形成可撓腕之 矽結晶的一部份摻雜週期表III族或V族元素所形成爲 佳0 -11 - (8) 1277735 在前述半導體型加速度感測器中，前述4個可撓腕 中’其它2個之上面分別具有之複數條的金屬配線中，其 中2條係沒有連接於壓電阻抗元件之任何一個端子的虛擬 金屬配線。 在前述半導體型加速度感測器中，支撐質量部的可撓 腕’係於其之中央部具有比位於可撓腕的端部之寬幅部的 剖面積更小之窄幅部，所以，藉由所被施加的加速度，質 • 量部可以容易動作，延伸於所被施加的加速度之方向之可 撓腕可大爲彎曲。因此，關於質量部上面內的各軸方向 (可撓腕的延伸方向）的加速度，檢測靈敏度可以變大。 例如’在施加有X軸方向加速度時，延伸於垂直其 之方向（Y軸方向）之可撓腕，雖妨礙往質量部往X軸方 向的移位，但是，於Y軸方向的可撓腕設置有窄幅部， 所以’其阻力變小。因此，認爲X軸方向的檢測靈敏度 也可以變大。 • X軸方向的可撓腕與γ軸方向的可撓腕，如分別設置 窄幅部時，Y軸方向的檢測靈敏度與X軸方向的檢測靈敏 度都變大。其結果爲，能使X軸方向的檢測靈敏度與γ 軸方向的檢測靈敏度和Z軸方向的檢測靈敏度成爲相同程 度。 可撓腕的寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a )之 剖面積比（b/a)爲1·1至3.5之間時，X軸方向與γ軸方 向之檢測靈敏度變得比以往者更大，X軸方向與Υ軸方向 之檢測靈敏度對Ζ軸方向的檢測靈敏度的靈敏度比變成接 -12- (10) 1277735 性。 壓電阻抗元件爲從可撓腕與質量部或支撐框的邊界而 限定性地設置於可撓腕的寬幅部上面區域內，在藉由加速 度之可撓腕的變形最大處，也有壓電阻抗元件，壓電阻抗 元件可顯示優異的靈敏度。進而，進行壓電阻抗元件與金 屬配線之連接的通孔並不在可撓腕之上，壓電阻抗元件的 偏置電壓小，其之溫度相關性也小。 如此，本發明之半導體型加速度感測器，可提高質量 部上面內之各方向（X軸方向與Y軸方向）的加速度檢測 靈敏度，成爲與垂直質量部上面之方向（Z軸方向）的加 速度檢測靈敏度相同位準。另外，使加速度檢測靈敏度比 以往更高，偏置電壓爲小、偏置電壓的溫度相關性也變 小。 【實施方式】 實施例1 參照第1圖至第5圖來說明本發明之半導體型加速度 感測器。第1圖係半導體型加速度感測器的平面圖，第2 圖係將半導體型加速度感測器的可撓腕加以放大表示之斜 視圖。在這些圖中，省略金屬配線的圖示。 本發明之半導體型加速度感測器，爲了可以高精度地 控制可撓腕的厚度，係以介由Si〇2絕緣層而形成SOI層 之矽單結晶基板，即 SOI晶圓所製作。所謂 SOI爲 Silicon On Insulator (絕緣層覆矽）之略稱。在此例中， -14- (11) 1277735 係將於約625 μηι厚之Si晶圓上薄薄形成成爲蝕刻阻擋層 之Si〇2絕緣層（約Ιμηι)，於其上形成約ΙΟμηι厚之N 型矽單結晶層之晶圓當成基板使用。在實施例之半導體型 加速度感測器1 〇〇中，於做成支撐框1 1的大小之正方形 的矽單結晶基板開有4個L字狀貫穿孔1 5 0，形成中央的 質量部1 3與位於其周圍之支撐框1 1、及橫跨彼等之間的 可撓腕21、21’、22、22’，而使可撓腕的部份變薄。加速 φ 度感測器1 〇〇是對應2個正交的檢測軸（X與Υ軸）及垂 直加速度感測器上面之檢測軸（Ζ軸），而於可撓腕上各別 具有壓電阻抗元件R1 1、R12.......R33、R34。即於延伸 在 X軸方向之可撓腕 21、21’上設置有壓電阻抗元件 R 1 1、R1 2、R1 3、R ί 4，來檢測X軸方向的加速度。於延 伸在 Y軸方向之可撓腕22、22’上設置有壓電阻抗元件 R2 1、R22、R2 3、R24，來檢測 Y軸方向的加速度。於延 伸於X軸方向之可撓腕21、21’進而設置有壓電阻抗元件 • R3 1、R3 2、R3 3、R34，來檢測Z軸方向之加速度。在此 例中，雖以設置於可撓腕21、21’上之壓電阻抗元件來檢 測Z軸方向的加速度，但是，檢測Z軸方向之加速度的 元件，也可以設置於可撓腕22、22’上。檢測各軸方向之 加速度的壓電阻抗元件，係各別構成全橋式檢測電路。 4個之可撓腕21、2Γ、22、22’，各別爲連接可撓腕 與支撐框11或質量部13之邊界，而且，由：具有垂直可 撓腕長度方向之剖面積的寬幅部2 1 1、2 1 2、及被位於可 撓腕兩側之2個寬幅部2 1 1、2 1 2所夾住之可撓腕部份， -15- (12) 1277735 且垂直可撓腕長度方向之剖面積比寬幅部剖面積還小之窄 幅部2 1 3所形成。 各壓電阻抗元件R1 1、R12.......R33、R34係如第1 圖及第2圖所示般，於支撐框上面或質量部上面具有兩端 子（通孔）11a與lib、......、34a與34b，各從兩端子 11a與 lib........ 34a與 34b延伸於可撓腕 21、2Γ、 22、22’長度方向而設置於可撓腕寬幅部211、212上面區 域內。各壓電阻抗元件R1 1、R12.......R33、R34係對稱. 配置於可撓腕21、21’、22、22’上面的中心線，而且，具 有延伸於可撓腕長度方向之至少2個（在此例中爲2個） 的壓電副阻抗元件（例如，R 1 1 a、R 1 1 b )。壓電姐抗元 件的兩端子（通孔）1 1 a與1 lb、......34a與34b以外之 至少2個壓電副阻抗元件的端部各2個，係被以高濃度擴 散層所連接，於壓電阻抗元件的兩端子 11a與 11b........34a與34b間，該至少2個之壓電副阻抗元 件係被串聯連接。 半導體型加速度感測器中，質量部1 3與支撐框1 1與 可撓腕21、2Γ、22、22’係以矽結晶形成爲一體。於以矽 結晶所製作之可撓腕21、2Γ、22、22’的上面之一部份， 摻雜週期表III族或V族元素，例如硼，而形成各壓電阻 抗元件及連接各2個之壓電阻抗元仵的高濃度擴散層 41。進而，壓電阻抗元件之各端子之介由通孔而與金屬配 線連接的部份，也成爲高濃度擴散層。 設置於延伸在X軸方向之可撓腕2 1、2 Γ上的壓電阻 -16- (13) 1277735 抗元件R1 1、R12、R13、R14，係形成第3A圖所示之全 橋式電路。壓電阻抗元件的端部係連接於設置於支撐框上 之外部端子1 It、12t、13t、14t，對外部端子12t、14t間 施加檢測用電壓，從外部端子1 11、1 3 t間而取出輸出。 設置於延伸在Y軸方向之可撓腕22、22’上之壓電阻抗元 件R2 1、R22、R2 3、R24的橋式電路，雖未顯示出，但 是，係和第3 A圖相同，對支撐框上的外部端子22t、2 4t φ 間施加檢測用電壓，從外部端子2 11、2 3 t間取出輸出。Ζ 軸用壓電阻抗元件R3 1、R32、R33、R34係設置於延伸在 X軸方向之可撓腕21、21’上，形成第3Β圖所示之全橋式 電路。壓電阻抗元件的端部係連接於設置於支撐框上之外 部端子31t、32t、33t、34t，對外部端子32t、34t間施加 檢測用電壓，從外部端子3 11、3 3 t間取出輸出。 第4圖與第5圖係表不可撓腕上之壓電阻抗元件的配 置與金屬配線的詳細。第4A圖係表示可撓腕21上之X 軸用與Z軸用之壓電阻抗元件，第4B圖係表示第4A圖 之4B-4B線剖面。第5A圖係表示可撓腕2Γ上之X軸用 與Z軸用之壓電阻抗元件，第5B圖係表示Y軸用之壓電 阻抗元件。 第4A圖中，於接近可撓腕21上之支撐框1 1處，將 從支撐框11上延伸於可撓腕21上之2個X軸用壓電副 阻抗元件R1 la、R1 lb對稱於可撓腕21的中心線而配 置，這些2個之壓電副阻抗元件Rlla、Rllb的可撓腕中 心側的端部間，係以高濃度擴散層41加以連接，而形成 -17- (14) 1277735 X軸用壓電阻抗元件R π。另外，於接近可撓腕21上之 質量部13處，將從質量部13上延伸於可撓腕21上之2 個X軸用壓電副阻抗元件R12a、R12b對稱於可撓腕21 的中心線而配置，這些2個之壓電副阻抗元件R1 2a、 R 1 2b的可撓腕中心側之端部間，係以高濃度擴散層4 1加 以連接，而形成X軸用壓電阻抗元件R1 2。另外，壓電副 阻抗元件R1 la與壓電副阻抗元件R1 2b係在可撓腕21上 排列於同一線上，壓電副阻抗元件R1 1 b與壓電副阻抗元 件R 1 2 a係於可撓腕2 1上排列於同一線上。此處，構成壓 電阻抗元件R 1 1之2個壓電副阻抗元件R 1 1 a、R 1 1 b各別 之長度、及構成壓電阻抗元件R12之2個壓電副阻抗元件 R12.a、R12b各別之長度，係成爲以往之加速度感測器所 使用的壓電阻抗元件長度（約1〇〇 μπι )的約一半（約 50μιη )，寬度幾乎相同（約5μπι )，所以，由2個壓電 副阻抗元件所形成的壓電阻抗元件R11、R12的長度，各 別爲約1 〇 〇 μ ni。 如第4Β圖之X軸用壓電阻抗元件的剖面圖所示般， 壓電副阻抗元件R 1 1 a的支撐框1 1上之端部，係通過開通 於氧化矽絕緣層31之通孔1 1 a ’而連接於形成於支撐框 1 1上之金屬配線1 7 (以粗虛線表示），此金屬配線1 7係 連接於支撐框上之外部端子nt。再度參照第4A圖，壓 電副阻抗元件R Π b之支撐框1 1上的端部，係通過開通於 氧化矽絕緣層31之通孔Π b ’而連接於形成於支撐框1 1 上之金屬配線1 7，此金屬配線1 7係連接於支撐框上之外 -18- (15) 1277735 部端子12t。壓電副阻抗元件R12a之質量部13上的端 部，係通過開通於氧化矽絕緣層31之通孔12a，而連接 於金屬配線1 7，此金屬配線1 7係在絕緣層3 1上與壓電 副阻抗元件R1 2a、R1 lb平行而沿著可撓腕21延伸，於 通孔lib處和延伸於外部端子12t之金屬配線17連接。 壓電副阻抗元件R1 2b之質量部13上的端部，係通過開通 於氧化矽絕緣層31之通孔12b，而連接於2條之金屬配 線1 7，其中一條金屬配線係在絕緣層31上與壓電副阻抗 元件R12b ' R1 la平行而沿著可撓腕21延伸，避開通孔 1 1 a而連接於外部端子1 3t。另外一條金屬配線係橫亙質 量部1 3上而與位於可撓腕21相反側之可撓腕2 1 ’上的壓 電阻抗元件R1 3的壓電副阻抗元件R13a連接。壓電副阻 抗元件R1 la與壓電副阻抗元件R1 lb係於可撓腕21上， 對稱於可撓腕21之中心線，壓電副阻抗元件R1 2a與壓電 副阻抗元件2b係於可撓腕21上，對稱於可撓腕21的 中心線，所以，在可撓腕21上將壓電副阻抗元件R1 la的 通孔1 1 a與壓電副阻抗元件R 1 2b的通孔1 2b加以連結之 金屬配線1 7，與在可撓腕2 1上將壓電副阻抗元件R1 lb 的通孔lib與壓電副阻抗元件R12a的通孔12a加以連結 之金屬配線1 7，係對稱於可撓腕2 1的中心線。 關於設置於可撓腕2 1 ’上之X軸用壓電阻抗元件 R13、R14，則參照第5A圖，來說明構成壓電阻抗元件 R13之2個壓電副阻抗元件R13a、R13b及構成壓電阻抗 元件R14之2個壓電副阻抗元件R14a、R14b之構造，及 -19- (17) 1277735 部，係通過開通於氧化矽絕緣層3 1之通孔1 3 b而連接於 金屬配線1 7，此金屬配線1 7係於氧化矽絕緣層31上和 壓電副阻抗元件R13b、R14a平行，而在沿著可撓腕2Γ 而延伸之通孔1 4a處，與延伸於外部端子1 4t之金屬配線 17連接。壓電副阻抗元件R1 4b之支撐框1 1上的端部， 係通過開通於氧化矽絕緣層31之通孔14b而與形成於支 撐框1 1上之金屬配線1 7連接，此金屬配線1 7係連接於 支撐框上之外部端子lit。 質量部1 3上之通孔1 3 a與支撐框1 1上之通孔1 4b附 近之間，金屬配線1 7係於氧化矽絕緣層3 1上和壓電副阻 抗元件R] 3a、R14b平行，而沿著可撓腕21’延伸而設 置。但是，此，金屬配線1 7在材質、剖面構造與R寸上， 雖與可撓腕2 1’上的其他金屬配線1 7相同，雖然連接於通 孔1 3 a，但是，並沒有連接於通孔1 4b，而係連接於支撐 框11上之外部端子13t。設置於壓電副阻抗元件R1 3a、 R 14b上之金屬配線17的可撓腕21’上之部份，與設置於 壓電副阻抗元件R13b、R1 4a上之金屬配線17的可撓腕 2 1’上的部份，係做成完全相同的構造，所以，可撓腕21 上之2個壓電阻抗元件Rll、R12以及其之配線，和可撓 腕2Γ上之2個壓電阻抗元件R13、R14及其之配線係成 爲完全相同之構造。 如該第4A圖所示般，於可撓腕21上設置有Z軸用 壓電阻抗元件R31、R32。構成壓電阻抗元件R31之2個 壓電副阻抗元件R3 la、R3 lb各於接近可撓腕21上之支 -21 - (18) 1277735 撐框Π處，從支撐框11上延伸於可撓腕21上，對稱於 可撓腕21的中心線，配置於從X軸用壓電副阻抗元件 R 1 1 b、R 11 a之各外側，即可撓腕2 1的中心線比壓電副阻 抗元件Rllb、Rlla各個更遠之位置，2個壓電副阻抗元 件R3 1 a、R3 1 b之可撓腕中心側的端部間，係以高濃度擴 散層41所連接，來形成Z軸用壓電阻抗元件R31。另 外，構成Z軸用壓電阻抗元件R3 2之2個壓電副阻抗元 件R32b、R3 2a各個，係於接近可撓腕21上之質量都13 處，從質量部13上延伸於可撓腕21上，對稱於可撓腕 2 1的中心線，配置於從X軸用壓電副阻抗元件R 12a、 R 1 2b之各外側，即可撓腕2 1的中心線比壓電副阻抗元件 R12a、R12ba各個更遠之位置。2個塵霓副阻抗元件 R3 1 a、R3 1 b之可撓腕中心側的端部間，係以高濃度擴散 層4 1所連接，來形成Z軸用壓電阻抗元件R3 2。壓電副 阻抗元件R3 la與壓電副阻抗元件R3 2 b係於可撓腕21上 排列於同一線上，壓電副阻抗元件R3 1 b與壓電副阻抗元 件R3 2 a係於可撓腕2 1上排列於同一線上。此處，壓電副 阻抗元件R31a、R31b、R32a、R32b各別之長度，係爲以 往的加速度感測器所使用之壓電阻抗元件長度的約一半， 寬度幾乎相同。 壓電副阻抗元件R3 1 a的支撐框1 1上之端部，係通過 開通於氧化矽絕緣層31之通孔3 1 a，而連接於形成於支 撐框1 1上之金屬配線1 7，此金屬配線1 7係連接於支撐 框上之外部端子3 11。壓電副阻抗元件R3 1 b之支撐框1 1 -22- (19) 1277735 上的端部，係通過開通於氧化矽絕緣層31之通孔3 1 b， 而連接於形成於支撐框1 1上之金屬配線1 7，此金屬配線 17係連接於支撐框上之外部端子32t。壓電副阻抗元件 R3 2a之質量部13上的端部，係通過開通於氧化矽絕緣層 3 1之通孔32a，而連接於金屬配線1 7，此金屬配線1 7係 在絕緣層31上與壓電副阻抗元件R3 2a、R31b平行而沿 著可撓腕21延伸，於通孔31b處和延伸於外部端子32t 之金屬配線17連接。壓電副阻抗元件R3 2b之質量部13 上的端部，係通過開通於氧化矽絕緣層3 1之通孔3 2b， 而連接於金屬配線1 7，該金屬配線係在絕緣層31上與壓 電副阻抗元件R3 2b、R3 la平行而沿著可撓腕21延伸， 避開通孔3 1 a而連接於外部端子.33 t。壓電副阻抗元件 R3 la與壓電副阻抗元件R3 lb係於可撓腕21上，對稱於 可撓腕2 1之中心線，壓電副阻抗元件R3 2b與壓電副阻抗 元件R3 2a係於可撓腕21上，對稱於可撓腕21的中心 線，所以，在可撓腕2 1上將壓電副阻抗元件R3 1 a的通孔 3 1a與壓電副阻抗元件R32b的通孔32b加以連結之金屬 配線1 7，與在可撓腕2 1上將壓電副阻抗元件R3 1 b的通 孔3 1b與壓電副阻抗元件R32a的通孔32a加以連結之金 屬配線1 7，係對稱於可撓腕2 1的中心線。 設置於可撓腕21’上之Z軸用壓電阻抗元件R3 3、R34 的詳細，請參照第5A圖，構成壓電阻抗元件R33之2個 壓電副阻抗元件R33a、R33b及構成壓電阻抗元件R34之 2個壓電副阻抗元件R3 4a、R3 4b的構造與彼等間之接 -23- (20) 1277735 線，和構成設置於可撓腕21上之Z軸用壓電阻抗元件 R3 2、R31各個之壓電副阻抗元件R32b、R32a以及壓電 副阻抗元件R3 1 b、R3 1 a之構造及彼等間之接線’係完全 相同。 如以上詳細說明般，形成於可撓腕21上之X軸用壓 電阻抗元件R11、R12之構造及在可撓腕21上連結彼等 之間的金屬配線17之構造，與形成於可撓腕21’上之X 軸用壓電阻抗元件R14、R13的構造及於可撓腕21’上連 結彼等之間的金屬配線1 7、1 之構造，實質上爲相同， 另外，形成於可撓腕21上之Z軸用壓電阻抗元件R31、 R32的構造及於可撓腕21上連結彼等之間的金屬配線17 的構造，和形成於可撓腕21’上之Z軸用v壓“電阻抗元件 R3 4、R33之構造及於可撓腕21’上連結彼等之間的金屬配 線17之構造，實質上爲相同。因此，可撓腕21與可撓腕 2 1 ’實質上成爲相同，依據從外部所施加的加速度，同樣 地，或對稱於質量部1 3的中心而進行相同動作與彎曲。 第5B圖中，於接近可撓腕22上之支撐框11處，將 從支撐框11上延伸至可撓腕22上之2個Y軸用壓電副 阻抗元件R21a、R21b對稱於可撓腕22的中心線而配 置，將這些2個壓電副阻抗元件R21a、R2 lb的可撓腕中 心側之端部間以高濃度擴散層41加以連接，來形成Y軸 用壓電阻抗元件R21。另外，於接近可撓腕22上之質量 部1 3處，將從質量部1 3上延伸至可撓腕22上之2個Y 軸用壓電副阻抗元件R2 2a、R22b對稱於可撓腕22的中 -24- (21) 1277735 心線而配置，將這些2個壓電副阻抗元件R22 a、R2 2b的 可撓腕中心側之端部間以高濃度擴散層4 1加以連接，來 形成Y軸用壓電阻抗兀件R 2 2。另外，壓電副阻抗元件 R21 a與壓電副阻抗元件R22b於可撓腕22上爲排列於同 —線上，壓電副阻抗元件R2 lb與壓電副阻抗元件R2 2 a 於可撓腕22上爲排列於同一線上。此處，壓電副阻抗元 件R21a、R21b、R22a、R2 2b各別之長度，係爲以往之加 φ 速度感測器所使用之壓電阻抗元件長度的約一半，寬度幾 乎相同。 ’ 壓電副阻抗元件R2 1 a的支撐框1 1上之端部，係通過 開通於氧化矽絕緣層3 1之通孔2 1 a，而連接於形成於支 撐框1 1上之金屬配線17，此金屬配線17係連接於支撐 框上之外部端子21t。壓電副阻抗元件R21b之支撐框11 上的端部，係通過開通於氧化矽絕緣層3 1之通孔2 1 b， 而連接於形成於支撐框1 1上之金屬配線1 7，此金屬配線 φ 1 7係連接於支撐框上之外部端子22t。壓電副阻抗元件 R22a之質量部13上的端部，係通過開通於氧化矽絕緣層 3 1之通孔22a，而連接於金屬配線1 7，此金屬配線1 7係 在絕緣層31上與壓電副阻抗元件R22 a、R2 lb平行而沿 著可撓腕22延伸，於通孔21b處和延伸於外部端子22t 之金屬配線17連接。壓電副阻抗元件R22b之質量部13 上的端部，係通過開通於氧化矽絕緣層3 1之通孔22b， 而連接於2條之金屬配線1 7，其中一條金屬配線係在絕 緣層31上與壓電副阻抗元件R22b、R21a平行而沿著可 -25- (22) 1277735 撓腕22延伸，避開通孔21a而連接於外部端子23t。另外 一條金屬配線係橫亙質量部1 3上而與位於可撓腕22相反 側之可撓腕22’上的壓電阻抗元件R23的壓電副阻抗元件 R23a連接。壓電副阻抗元件 R21a與壓電副阻抗元件 R21b係於可撓腕22上，對稱於可撓腕22之中心線，壓 電副阻抗元件R22a與壓電副阻抗元件R22b係於可撓腕 22上，對稱於可撓腕22的中心線，所以，在可撓腕21 φ 上將壓電副阻抗元件R2 1 a的通孔2 1 a與壓電副阻抗元件 R22b的通孔22b加以連結之金屬配線17，與在可撓腕22 上將壓電副阻抗元件R2 1 b的通孔2 1 b與壓電副阻抗元件 R22a的通孔22a加以連結之金屬配線17，係對稱於可撓 腕22的中心線。4 … 〃 如此處說明般，設置於可撓腕22上之Y軸用壓電阻 抗元件R21、R22及連結彼等的金屬配線17之構造，與 設置於可撓腕21上之X軸用壓電阻抗元件Rll、R12及 • 連結彼等的金屬配線之構造，實質上爲相同。 位於可撓腕22上之氧化矽絕緣層3 1上，對稱於可撓 腕22的中心線，於從連結通孔22b與通孔21a附近之金 屬配線1 7與連結通孔2 1 b、22a間之金屬配線1 7各別之 外側，即可撓腕22的中心線更遠離這些金屬配線之位 置，設置有與金屬配線17相同構造、材質、尺寸的虛擬 金屬配線17d、17d’。 虛擬金屬配線17d係設置於對應 在可撓腕21上設置有連結通孔31b、32a間之金屬配線 17的位置之可撓腕22上的位置，虛擬金屬配線17d’係設 -26- (23) 1277735 置於對應在可撓腕21上設置有連結通孔32b與通孔31a 附近之金屬配線1 7的位置之可撓腕22上的位置。而且， 虛擬金屬配線17d、17d’係於支撐框11與質量部13之 間，橫亙可撓腕2 2全長而延伸。 設置於可撓腕22’上之 Y軸用壓電阻抗元件R23、 R24的詳細，雖然未圖示出，但是，構成壓電阻抗元件 R23之2個壓電副阻抗元件R23a、R23b及構成壓電阻抗 元件R24之2個壓電副阻抗元件R24a、R24b之構造及彼 等間之接線，和構成設置於可撓腕2 Γ上之X軸用壓電阻 抗元件 R14、R13 之壓電副阻抗元件 R14a、R14b、 R1 3a、R1 3b的構造及彼等之接線爲相同，所以從以上說 明應該可以理解。可撓腕22’係和可撓腕22相同，具有2 條的虛擬金屬配線。因此，可撓腕22與可撓腕22’實質上 成爲相同，根據從外部所施加的加速度，同樣地或對稱於 質量部的中心而產生相同的動作與彎曲。 如比較可撓腕21(21’）與可撓腕22(22’）時，前者係具 有8個壓電副阻抗元件，及具有4個連結彼等之高濃度擴 散層，後者係具有4個壓電副阻抗元件，及具有2個連結 彼等之高濃度擴散層。而且，可撓腕21與可撓腕22都具 有4條實質上相同之金屬配線或虛擬金屬配線。可撓腕 21 ( 2Γ ) 、22(22’）的剩餘部份係由矽結晶與氧化矽絕緣 層所形成。壓電副阻抗元件係對矽層摻雜硼成爲1至3 X 1 0 2 1原子/c m之濃度而形成’局濃度擴散層則爲對砂層摻 雜硼成爲1至3xl021原子/cm3之濃度而形成，所以，那 -27- (24) 1277735 些部份在機械特性上，和剩餘部份之矽層完全相同。因 此，在本發明之加速度感測器中，4條的可撓腕21、 2 1 ’、2 2、2 2 '機械特性上完全相同，所以，對於加速度， 產生相同動作與彎曲。 以上說明之本發明的加速度感測器〗〇 〇中，支撐框 11係爲一邊長度3300μηι之正方形，厚度爲600μπι、寬度 爲 450μηι。質量部 13 爲 1000μηι 長度 χι〇〇〇μιη 寬 χ600μιη 厚。各可撓腕爲700μηι長χ6μιη厚，形成於可撓腕上之氧 化矽絕緣層3 1的厚度爲〇 . 5 μπι，鋁金屬配線1 7的厚度爲 0·3 μιη。位於可撓腕之兩側的寬幅部2 1 1、2 1 2爲1 1 Ομτη 長、1 1 Ομιη寬。位於可撓腕中央之窄幅部21 3爲23 0μΐϋ 長，其寬度改變爲'22<μηι至1 1 0 μηι。將位於寬幅部2 1 1、 2 1 3與窄幅部2 1 3之間的傾斜部之長度設爲約1 25 μιη。 改變可撓腕的窄幅部之寬度爲22μιη至1 ΙΟμηι，分別 製作改變寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a )之剖面 積比（b/a )爲1至5之加速度感測器共20個，進行靈敏 度與耐衝擊性之評估。此處，提供靈敏度與耐衝擊性試驗 之加速度感測器，係放入如第1 5圖所示之保護機殼，以 接著劑將支撐框底面固定於保護機殼內的底板上，使質量 部與保護機殼底板間之間隙成爲1 〇μηι。另外，將保護機 殻上部的保護板與質量部上面間的間隙設爲1 〇μηι。靈敏 度係每施加電壓1 V，施加加速度1 G之輸出電壓。檢測於 振動機安裝加速度感測器加上20G的加速度時之X、Υ、 Ζ軸的輸出，針對各別之加速度感測器來檢測X軸方向靈 -28 - (25) 1277735 敏度（Ex )對 Z軸方向靈敏度（Ez )之靈敏度比 (Ex/Ez )，求得該靈敏度比的平均。於檢測靈敏度比 後，使加速度感測器從lm的高度自然落下於100mm厚度 的木板上，來檢測耐衝擊性。如由此高度落下時，會對加 速度感測器施加約1 5 00至2000G之衝擊。使落下後，再 度以振動機加上20G之加速度，檢查輸出之有無。沒有 輸出之加速度感測器，則判定爲已經破壞。 以與可撓腕之寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a) 之剖面積比（b/a)的關係，於第6圖以曲線來表示此處所檢 測之X軸方向靈敏度（Ex )對Z軸方向靈敏度（Ez)之靈敏 度比（Ex/EZ)。剖面積比（b/a)爲1之加速度感測器，係 於可撓腕無窄幅部者，此爲比較例，其之靈敏度比 (Ex/Ez)爲0.83，Z軸方向靈敏度和X軸方向靈敏度相 比，爲非常大。剖面積比（b/a)爲約 2.1，靈敏度比 (Ex/Ez )成爲約1，約3.6的剖面積比，則靈敏度比成爲 1.25。所謂靈敏度比1.25，係X軸方向靈敏度和Z軸方 向靈敏度相比，成爲非常大，剖面積比爲1之情形的Z軸 方向靈敏度/X軸方向靈敏度成爲相反之靈敏度比，並不 理想。因此，在剖面積比（b/a)爲1 .1至3.5之間，知道可 以獲得理想之靈敏度比（Ex/Ez)。在剖面積比（b/a)爲1.5 至2.5之間，成爲更理想之靈敏度比（Ex/Ez )。 關於耐衝擊性試驗的結果，於加上衝擊後沒有輸出的 加速度感測器，在剖面積比爲4.2者當中，20個中爲1 個，剖面積比爲5.0者當中，2 0個中爲4個，但是，在剖 -29· (26) 1277735 面積比爲3 · 5以下者當中，並無破損的。使窄幅部變細’ 而使剖面積比成爲3.6以上時，知道會使靈敏度比和耐衝 擊性惡化。因此，剖面積比（b/a)爲低於3.5時，耐衝擊性 也理想。 實施例2 實施例〗之半導體型加速度感測器中，係製作改變可 φ 撓腕（7〇〇μπι長）的窄幅部長爲200μηι至400μηι之加速 度感測器，而進行靈敏度比（Εχ/Εζ )之評估。將可撓腕 的厚度固定爲5μηα，使壓電阻抗元件的尺寸、金屬配線的 尺寸、氧化矽絕緣層的厚度和實施例1的加速度感測器之 該者相同。另外，將寬幅部的寬設爲1 1 Ομη?、將窄幅部的 寬設爲52.5μπι，使寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積 (a )之剖面積比（b/a)成爲2.1。 分別準備具有從200μπι至400μηι而改變之窄幅部長 φ 的加速度感測器共20個，將各加速度感測器放入如第1 5 圖所示之保護機殼，以接著劑將支撐框底面固定於保護機 殼內的底板上，使質量部與保護機殼底板間之間隙成爲 1 0 μηι。另外，將保護機殼上部的保護板與質量部上面間 的間隙設爲1 〇μπι。檢測於振動機安裝加速度感測器加上 20G的加速度時之X、Υ、Ζ軸的輸出，針對各別之加速 度感測器來檢測X軸方向靈敏度（Ex)對Ζ軸方向靈敏 度（Ez )之靈敏度比（Ex/Ez )，求得該靈敏度比的平 均。以對於窄幅部長之關係，而於第7圖以曲線來表示靈 -30- (27) 1277735 敏度比（Ex/Ez )。由此曲線可以明白，即使改變窄幅部 長爲200μπι至400μηι，對靈敏度沒有大的影響。 實施例3 實施例3之半導體型加速度感測器，係由實施例1者 於可撓腕的形狀做改變。實施例3之半導體型加速度感測 器的可撓腕，係如第8圖中以斜視圖所示般’寬幅部 φ 2ir、212f的寬與窄幅部213’的寬爲相同，雖爲ΙΙΟμπι 寬，但是，窄幅部21 3’比寬幅部21 1’、212’更薄。將寬幅 部設爲8μχη厚，改變窄幅部的厚度爲1·74μιη至8μτη° 分別製作改變寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積 (a):之剖面積比（b/a)爲1至4.6之加速度感測器共20 個，進行靈敏度與耐衝擊性之評估。將加速度感測器放入 如第15圖所示之保護機殻，以接著劑將支撐框底面固定 於保護機殼內的底板上，使質量部與保護機殼底板間之間 φ 隙成爲1 0 μηι。另外，將保護機殼上部的保護板與質量部 上面間的間隙設爲1 〇 μπι。檢測於振動機安裝加速度感測 器加上20G的加速度時之X、Υ、Ζ軸的輸出，針對各別 之加速度感測器來檢測X軸方向靈敏度（Ex )對Ζ軸方 向靈敏度（Ez )之靈敏度比（Ex/Ez )，求得該靈敏度比 的平均。 以與可撓腕之寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a) 之剖面積比（b/a)的關係，於第9圖以曲線來表示此處所檢 測之X軸方向靈敏度（Ex )對Z軸方向靈敏度（Ez)之靈敏 -31 - (28) 1277735 度比（Ex/Ez)。由此曲線可以明白，在剖面積比（b/a)爲 超過3.6時，靈敏度比會超過1.25，所以，剖面積比（b/a) 爲1 .1至3.5之間，可以獲得理想之靈敏度比（Ex/Ez)， 在剖面積比（b/a)爲1.5至2.5之間，成爲更理想之靈敏度 比（Ex/Ez )。由第6圖之曲線與第9圖之曲線，得知在 本發明中，爲了使可撓腕的窄幅部的剖面積比寬幅部的剖 面積更小，可以使寬度變小或使厚度變小之其中一種方式 來進行。 關於耐衝擊性試驗的結果，於加上衝擊後沒有輸出的 加速度感測器，在剖面積比爲4.2者當中，20個中爲2 個，剖面積比爲4 · 5者當中，2 0個中爲6個，但是，在剖 面積比爲3·5以下者當中，並無破.損·的；。使窄幅部變細， 而使剖面積比成爲3 · 6以上時，知道會使靈敏度比和耐衝 擊性惡化。 實施例4 實施例4之半導體型加速度感測器，係由實施例3者 於可撓腕的形狀更爲不同。實施例4之半導體型加速度感 測器的可撓腕，係如第1 〇圖中以斜視圖所示般，窄幅部 2 1 3 "的寬度與厚度都比寬幅部2 1 1 ”、2 1 2 ”之該者小。於實 施例4之加速度感測器中，分別製作改變寬幅部剖面積 (b)對窄幅部剖面積（〇之剖面積比（b/a)爲1至4.7之 加速度感測器共2 0個，進行靈敏度與耐衝擊性之評估。 將加速度感測器放入如第1 5圖所示之保護機殼，以接著 -32- (29) 1277735 劑將支撐框底面固定於保護機殼內的底板上，使質量部與 保護機殻底板間之間隙成爲1 Ομπι。另外，將保護機殼上 部的保護板與質量部上面間的間隙設爲1 0 μιη。檢測於振 動機安裝加速度感測器加上20G的加速度時之X、Υ、Ζ 軸的輸出，針對各別之加速度感測器來檢測X軸方向靈 敏度（Ex )對 Z軸方向靈敏度（Ez )之靈敏度比 (Ex/Ez )，求得該靈敏度比的平均。 以與可撓腕之寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a) 之剖面積比（b/a)的關係，於第11圖以曲線來表示此處所 檢測之X軸方向靈敏度（Ex )對Z軸方向靈敏度（Ez)之靈 敏度比（Ex/Ez)。由此曲線可以明白，在剖面積比（b/a) 爲超過3.6時，靈敏度比會超過1.25 .，所以，剖面積比 (b/a)爲1.1至3.5之間，可以獲得理想之靈敏度比 (Ex/Ez)，在剖面積比（b/a)爲1.5至2.5之間，成爲更 理想之靈敏度比（Ex/Ez )。 關於耐衝擊性試驗的結果，於加上衝擊後沒有輸出的 加速度感測器，在剖面積比爲4.3者當中，20個中爲3 個，剖面積比爲4.7者當中，20個中爲5個，但是，在剖 面積比爲3 .5以下者當中，並無破損的。使窄幅部變細， 而使剖面積比成爲3.6以上時，知道會使靈敏度比和耐衝 擊性惡化。 實施例5 準備於實施例1中所使用的半導體型加速度感測器 -33- (30) 1277735 中，可撓腕的寬幅部剖面積（b)對窄幅部剖面積（a )之剖 面積比（b/a )爲約2· 1者共1 〇〇〇個，及第1 6圖所示之 以往的加速度感測器1 〇〇〇個，檢測彼等之靈敏度與偏置 電壓及偏置電壓的溫度特性。於以下之檢測中，將加速度 感測器安裝於第1 5圖所示之保護機殼而進行檢測。於振 動器安裝加速度感測器，將5V之電壓（Vin)施加於全橋式 電路的狀態下，加上20G的加速度，檢測X、Y、Z軸之 φ 輸出，求得每1G之靈敏度。靈敏度係以每1G之輸出電 壓（h mV)來表示。偏置電壓係於全橋式電路施加有5V的 電壓（Vin)之狀態下，使加速度感測器傾斜，使用因傾斜 所產生的1 G之重力加速度來檢測。偏置電壓的溫度特 性，係於施加5 V之驅動電壓下，使加速度感測器傾斜而 加以保持，並放入恆溫槽，改變溫度爲-40 °C至95 °C而加 以檢測。偏置電壓的溫度特性係以加速度換算誤差（Y %)來表示。從基準溫度下之每1G的輸出電壓（h mV)與 φ 在溫度T°C下之偏置電壓（j mV)與25°C之偏置電壓（k mV) 之差所求得。即Υ = ϋ-1〇/1ι(%)。舉例說明時，於每1G之 輸出電壓（h)爲3.6mV之加速度感測器中，在25 °C之偏置 電壓（k)爲2mV、在80°C之偏置電壓（j)爲3mV時，則成爲 Υ = (3-2)/3·6 = 28%。此 28%係指以 80°C 與 25°C 之溫度差， 會產生0.28G之檢測誤差。提供偏置電壓的溫度特性之檢 測的加速度感測器之個數，各爲30個。 第12圖係表示X軸方向靈敏度（每1G的輸出電壓 (h mV) ) 。X、Y、Z軸各別之靈敏度分布爲相同，所以記 -34- (31) 1277735 載X軸方向靈敏度。圖中的白棒係本發明品，黑棒爲以 往品的結果。以往品的加速度感測器之靈敏度的平均値爲 3.6mV，本發明品之靈敏度的平均値爲4.4mV，可獲得約 1 .22倍的靈敏度。在本發明品中，使壓電阻抗元件R短 些，而配置於可撓腕上之應力集中的區域，使壓電阻抗元 件受到的應力比以往品的情形爲大之結果。另外，在本發 明品中，加速度感測器的靈敏度的分布寬度變小。靈敏度 的分布寬度會變小，認爲係使半導體型加速度感測器介由 絕緣層的通孔而以金屬配線加以連接的連接部從可撓腕上 使其不見的結果，藉由使連接部不存在，認爲可將以通孔 形狀、尺寸與金屬配線的厚度等之偏差等爲起因之輸出電 壓的偏差因素予以排除之效果。 ί … 第1 3 Α圖係表示本發明品的偏置電壓的分布，第1 3 Β 圖係表示以往品的偏置電壓的分布。本發明之加速度感測 器的偏置電壓，雖分布於-4.2mV至4.6mV之範圍，但 是，以往品爲-9.7mV至9.5mV之約2倍的分布範圍。藉 由從可撓腕上排除熱膨脹係數與應力不同之材料以複雜的 形狀組合的連接部，於可撓腕的變形時，連接部不會妨礙 其之變形，可使偏置電壓變小。 第14圖係以加速度換算誤差（％)來表示偏置電壓的溫 度特性。第14A圖係本發明品，第14B圖係以往品的結 果。各記載8試料的資料。以25 t：之偏置電壓爲基準， 而以加速度換算誤差（％)來表示改變加速度感測器的溫度 爲-40 °C至95 t時之各溫度的偏置電壓。第14A圖之本發 •35- (32) 1277735 明的加速度感測器和第1 4B圖的以往品比較，加速度換算 誤差之量變成一半以下。另外，以往品其加速度換算誤差 係非直線性改變，但是，在本發明品中，可以近似一次函 數之程度而直線化。能一次函數化，可以簡易的補正電路 而容易地進行補正。減少加速度換算誤差對溫度變化的變 化量，可直線化爲以一次函數來近似變化之程度，認爲係 從可撓腕上使連接部不見的結果。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之實施例1的半導體型加速度感測器 之平面圖。 第2圖係將第1圖之半導體型加键:度感測器的可撓腕 予以放大表示之斜視圖。 第3A圖係表示本發明之半導體型加速度感測器所使 用之X軸用壓電阻抗元件的全橋式電路，第3B圖係表示 φ 本發明之半導體型加速度感測器所使用之Z軸用壓電阻抗 元件的全橋式電路。 第4A圖係表示X軸方向之可撓腕上的壓電阻抗元件 與金屬配線的平面圖，第4B圖係第4A圖之4B-4B線的 剖面圖。 第5A圖係表示X軸方向方向之其他的可撓腕上的壓 電阻抗元件與金屬配線之平面圖，然後，第5B圖係表示 Y軸方向之可撓腕上的壓電阻抗元件與金屬配線之平面 圖。 -36- (33) 1277735 第6圖係實施例1之半導體型加速度感測器 腕之寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a )之 (b/a)的關係來表示靈敏度（Ex/Ez)之曲線圖。 第7圖係以與窄幅部長之關係來表示靈敏 之曲線圖。 第8圖係表示實施例3之半導體型加速度感 撓腕之斜視圖。 第9圖係實施例3之半導體型加速度感測器 腕之寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a )之 (b/a)的關係來表示靈敏度（Ex/Ez)之曲線圖。

第10圖係表示實施例4之半導體型加速度 可撓腕之斜視圖。 « V 第1 1圖係實施例4之半導體型加速度感測 撓腕之寬幅部剖面積（b )對窄幅部剖面積（a ) 比（b/a)的關係來表示靈敏度（Ex/Ez)之曲線圖< 第12圖係針對本發明之半導體型加速度感 往產品，來表示靈敏度的個數比率之曲線圖。 第13A圖係針對本發明之半導體型加速度 表示偏置電壓的分布曲線圖，第1 3 B圖係針對以 表示偏置電壓的分布曲線圖。 第14A圖係針對本發明之半導體型加速度 以加速度換算誤差（％ )與溫度之關係來表示偏 溫度特性之曲線圖，第1 4B圖係針對以往產品， 換算誤差（％ )與溫度之關係來表示偏置電壓的 ，以可撓_ 剖面積比 度（Ex/Ez) 測器的可 ，以可撓 剖面積比 感測器的 器，以可 之剖面積 〇 測器與以 感測器來 往產品來 感測器， 置電壓的 以加速度 溫度特性 -37- (34) 1277735 >曲線圖。 第1 5圖係表示以往的加速度感測器的分解斜視圖。 第1 6圖係以往的加速度感測器的平面圖。 第17圖係以與質量部厚度的關係來表示以往的加速 度感測器之X軸的靈敏度與Z軸的靈敏度之曲線圖。 [主要元件符號說明】 1 1 :支撐框 Ht :外部端子 12t :外部端子 1 3 :質量部 13t :外部端子 14t :外部端子 1 7 ·金屬配線 21、 21’ ：可撓腕 22、 22’ ：可撓腕 21t、22t、23t、24t :外部端子 2 1 a、2 1 b :通孔 22a 、 22b :通孔 3 1 :氧化矽絕緣層 3 11、32t、33t、34t :外部端子 4 1 :高濃度擴散層 100:半導體型加速度感測器 Rl 1〜R14 :壓電阻抗元件 -38 - (35)1277735

R 1 1 a、R 11 b :壓電副阻抗元件 R12a、R12b :壓電副阻抗元件 R 1 3 a、R 1 3 b :壓電副阻抗元件 R14a、R14b :壓電副阻抗元件 R21〜R24 :壓電阻抗元件 R21a、R21b :壓電副阻抗元件 R22a、R22b :壓電副阻抗元件 R31〜R34 :壓電阻抗元件 R3 1a、R3 1b :壓電副阻抗元件 R3 2a、R3 2b :壓電副阻抗元件 -39-

Claims (1)

1. p1修(更)正替換頁 1277735 十、申請專利範圍 第94 1 3 24 70號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國9 5年8月2 4日修正 1 · 一種半導體型加速度感測器，其特徵爲：具有， 位於中央，且具有上面之質量部、及

   從質量部分開特定距離，包圍該質量部，且具有上面 之支撐框、及 從質量部上面的端部延伸，連結質量部上面端與支撐 框上面的內側端，以支撐框內面懸吊質量部之複數的可撓 腕； 複數之可撓腕各由： 爲各爲連接可撓腕與支撐框或質量部之邊界的可撓腕 的兩端部份，且具有垂直可撓腕長度方向之剖面積的寬幅 部、及 爲被以位於可撓腕的兩端之2個寬幅部所夾住之可撓 腕部份，且垂直可撓腕長度方向之剖面積比寬幅部剖面積 更小之窄幅部所形成； 可撓腕上面係具有： 於支撐框上面或質量部上面具有兩端子，各由兩端子 延伸於可撓腕長度方向，限定性設置於可撓腕寬幅部上面 區域內之壓電阻抗元件、及 於可撓腕上面，對稱配置於可撓腕上面中心線，從該 可撓腕之一方的寬幅部上面延伸至窄幅部上面，並及於其 1277735 ]Γ年友月v/曰修(更)正替換頁 它的寬幅部上面，而延伸於該可撓腕長度方向之複數條的 金屬配線； 複數條的金屬配線中，至少一條係連接於設置在該可 撓腕上面之壓電阻抗元件之至少其中1端子，而且， 壓電阻抗元件各具有： 對稱配置於可撓腕上面的中心線，且各延伸於可撓腕 長度方向之至少2個壓電副阻抗元件、及

   連接壓電阻抗元件之兩端子以外的該至少2個壓電副 阻抗元件之端部各2個，於壓電阻抗元件之兩端子間，串 聯連接該至少2個壓電副阻抗元件之高濃度擴散層。 2 .如申請專利範圍第1項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：質量部與支撐框與複數的可撓腕，係以矽 結晶形成爲一體， 壓電副阻抗元件與高濃度擴散層係於形成可撓腕之矽 結晶的一部份摻雜週期表ΙΠ族或V族元素所形成。

   3.如申請專利範圍第2項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：前述複數條之金屬配線的至少其中1條， 係沒有連接於壓電阻抗元件之任何一個端子的虛擬金屬配 線。 4.如申請專利範圍第2項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：前述複數的可撓腕中，2個係延伸於質量 部上面內的正交之2方向中之1方向，前述複數的可撓腕 中，其它2個係延伸於質量部上面內的正交之2方向中的 其它 1方向， -2- 1277735 彳月’，修(更)正替換頁 前述複數的可撓腕各個在複數條的金屬配線之配置 中，與其它之任何一個可撓腕爲實質上相同。 5 .如申請專利範圍第3項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：前述複數的可撓腕中，2個係延伸於質量 部上面內的正交之2方向中之1方向，前述複數的可撓腕 中，其它2個係延伸於質量部上面內的正交之2方向中的 其它1方向，

   前述複數的可撓腕各個在複數條的金屬配線之配置 中，與其它之任何一個可撓腕爲實質上相同。 6.如申請專利範圍第1項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：複數的可撓腕各個所具有之寬幅部，在垂 直可撓.腕長度方向之剖面中，爲該窄幅部的1.1至3-5 倍。

   7.如申請專利範圍第6項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：複數的可撓腕各個所具有之寬幅部，在垂 直可撓腕長度方向之剖面中，爲該窄幅部的1.5至2.5 倍。 8. —種半導體型加速度感測器，其特徵爲：具有， 位於中央，且具有上面之質量部、及 從質量部分開特定距離，包圍該質量部，且具有上面 之支撐框、及 從質量部上面的端部延伸，連結質量部上面端與支撐 框上面的內側端，以支撐框內面懸吊質量部之4個可撓 腕； -3- 1277735 f件t月日修(更)正替換頁 前述4個可撓腕中，2個係延伸於質量部上面內的正 交之2方向中的1方向，其它2個係延伸於質量部上面內 的正交之2方向的其它1方向’ 可撓腕各由： 爲各爲連接可撓腕與支撐框或質量部之邊界的可撓腕 的兩端部份，且具有垂直可撓腕長度方向之剖面積的寬幅 部、及

   爲被以位於可撓腕的兩端之2個寬幅部所夾住之可撓 腕部份，且垂直可撓腕長度方向之剖面積比寬幅部剖面積 更小之窄幅部所形成； 前述4個可撓腕中，2個可撓腕上面各具有：

   於支撐框上面或質量部上面具有兩端子，各由兩端子 延伸於可撓腕長度方向，限定性設置於可撓腕寬幅部上面 區域內之測定可撓腕長度方向的加速度成分之壓電阻抗元 件，及測定質量部上面方向的加速度成分之壓電阻抗元 件、及 於可撓腕上面，對稱配置於可撓腕上面中心線，從該 可撓腕之一方的寬幅部上面延伸至窄幅部上面，並及於其 它的寬幅部上面，而延伸於該可撓腕長度方向之複數條的 金屬配線； 複數條的金屬配線中，至少一條係連接於設置在該可 撓腕上面之壓電阻抗元件之至少其中1端子， 前述4個可撓腕中，其它2個可撓腕上面各具有： 於支撐框上面或質量部上面具有兩端子，各由兩端子 -4 - 1277735 贫年t月)/y日修:更)正替換頁 延伸於可撓腕長度方向，限定性設置於可撓腕寬幅部上面 區域內之測定可撓腕長度方向的加速度成分之壓電阻抗元 件、及 於可撓腕上面，對稱配置於可撓腕上面中心線，從該 可撓腕之一方的寬幅部上面延伸至窄幅部上面，並及於其 它的寬幅部上面，而延伸於該可撓腕長度方向之複數條的 金屬配線；

   複數條的金屬配線中，至少一條係連接於設置在該可 撓腕上面之壓電阻抗元件之至少其中1端子， 壓電阻抗元件各具有： 對稱配置於可撓腕上面的中心線，且各延伸於可撓腕 長度方向之至少2個壓電副阻抗元件、及

   連接壓電阻抗元件之兩端子以外的該至少2個壓電副 阻抗元件之端部各2個，於壓電阻抗元件之兩端子間，串 聯連接該至少2個壓電副阻抗元件之高濃度擴散層；而 且， 前述4個可撓腕各在複數條之金屬配線的配置中，與 其它任何一個可撓腕爲實質上相同。 9. 如申請專利範圍第8項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：質量部與支撐框與4個可撓腕，係以矽結 晶形成爲一體， 壓電副阻抗元件與高濃度擴散層係於形成可撓腕之矽 結晶的一部份摻雜週期表III族或V族元素所形成。 10. 如申請專利範圍第9項所記載之半導體型加速度 -5- 1277735 r-----1 月修(更)正替換頁 感測器，其中：前述4個可撓腕中，其它2個之上面分別 具有之複數條的金屬配線中’其中2條係沒有連接於壓電 阻抗元件之任何一個端子的虛擬金屬配線° 11.如申請專利範圍第9項所記載之半導體型加速度 感測器，其中：前述4個可撓腕各個所具有之寬幅部，在 垂直可撓腕長度方向之剖面中’爲該窄幅部的1.1至3.5 倍。

   12·如申請專利範圍第Π項所記載之半導體型加速 度感測器，其中··前述4個可撓腕各個所具有之寬幅部， 在垂直可撓腕長度方向之剖面中，爲該窄幅部的1.5至 2.5 倍。

   -6-