[发明专利]加速度传感器元件及具有该元件的加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于汽车、航空器、便携式终端设备、玩具等的加速度检测用的半导体加速度传感器。

背景技术

加速度传感器多用于汽车的安全气囊动作用传感器，作为加速度检测出汽车碰撞的冲击。在汽车中，具有测定X轴、Y轴的加速度用的单轴或双轴检测功能就足够了。另外，所测定的加速度非常大。最近，加速度传感器越来越多地用于便携式终端设备和机器人等，为了检测出空间的运动，需要测定X、Y、Z轴的加速度的三轴加速度传感器。另外，为了检测出微小的加速度，需要高分辨率、小型化的加速度传感器。

大多数加速度传感器，采用将重锤部及挠性部的运动变换成电信号的结构。其中，有根据设置在与重锤部连接的挠性部上的压电电阻元件的电阻变化而检测出重锤部的运动的压电电阻元件型的加速度传感器，和根据与固定电极之间静电容量的变化检测出重锤部的运动的静电容量型加速度传感器等。

下面，对于专利文献1及专利文献2所述的现有技术的三轴加速度传感器进行说明。在图11、图12中，三轴加速度传感器101，将加速度传感器元件103和进行传感器元件信号的放大及温度补偿等控制用的IC104叠层固定到陶瓷制的壳体102内，将盖105和壳体102接合，密封到壳体102内。如图12所示，三轴加速度传感器元件103利用树脂粘结材料106固定到壳体102上，利用树脂粘结材料107将IC104固定到三轴加速度传感器103上。

三轴加速度传感器元件103具有传感器端子108，IC104具有IC端子109，壳体102具有壳体端子110。传感器端子108与IC端子109之间，以及IC端子109与壳体端子110之间，用导线111连接，传感器信号从与设置在壳体102上的壳体端子110连接的输出端子112输出到外部。盖105例如利用AuSn软钎料等粘结材料102a固定到壳体102上。

在图13所示的俯视图中，三轴加速度传感器元件103包括方形的支承框部113和重锤部114、夹持重锤部114的成对的梁部15，重锤部114被2对梁部115保持在支承框部113的中央。在梁部115上，设置压电电阻元件。

在一对梁部115上，设置X轴压电电阻元件116和Z轴压电电阻元件118，在另外一对梁部115上，设置Y轴压电电阻元件117。在一对梁部115的各个根部的四个部位处配置压电电阻元件，利用配线将它们连接起来，构成电桥电路，消除压电电阻元件的均匀的电阻变化，另外，改变电桥电路的连接方法，分离并检测出X轴及Y轴和Z轴的加速度。另外，在支承框部113上，配置传感器端子108。

下面，利用图14A～14D，对于电桥电路的加速度检测原理进行说明。图14A、图14B分别是在XZ截面上表示沿X方向和Z方向上受到加速度时的重锤部114的运动。例如，如图14A所示，当在X方向上给予加速度时，重锤部114以上端中央附近为中心旋转，梁部115变形。伴随着梁部115的变形，施加到设于梁部115的上表面的四个X轴压电电阻元件X1～X4上的应力变化，电阻也变化。在这种情况下，向X1、X3上施加拉伸应力，向X2、X4上施加压缩应力，图14C所示的X轴检测用电桥电路的中点电位中产生差异，获得对应于加速度大小的输出。另一方面，如图14B所示，在受到Z方向的加速度的情况下，在压电电阻元件Z2、Z3上施加拉伸应力，向Z1、Z4上施加压缩应力，借助图14D所示的Z轴检测用电桥电路获得输出。

X轴压电电阻元件X1～X4和Z轴压电电阻元件Z1～Z4，形成在相同的梁部115上，但是，由于电桥电路的结构不同，所以，例如，对于X方向的加速度而言，即使如图14A所示，梁部115变形，在图14D的Z轴检测用电桥电路中，电阻的变化被消除，输出不会发生变化。从而，可以将X轴加速度和Z轴加速度分离并检测。Y轴加速度的检测和X轴同样，利用形成在与X轴正交的另外一对梁部115上的压电电阻元件进行。

另一方面，如专利文献3所述，已知有采用在半导体安装技术中经常使用的树脂制的保护封装技术，实现小型并且廉价的加速度传感器的方法。在这种方法中，为了利用模塑树脂保护具有可动部的三轴加速度传感器元件103，采用将盖接合到三轴加速度传感器元件的上下并进行密封的技术。