專利名稱：加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)對(duì)物體施加的沖擊和加速度的壓電加速度傳感器，更具體地說，本發(fā)明涉及用于檢測(cè)因?yàn)榧铀俣葘?dǎo)致的慣性力而產(chǎn)生的特征量的加速度傳感器。
最近幾年，電子設(shè)備的尺寸急劇變小，而且諸如筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的便攜式電子設(shè)備得到更廣泛應(yīng)用。為了保持高可靠性，在便攜式電子設(shè)備受到不可預(yù)測(cè)的沖擊時(shí)，便攜式電子設(shè)備需要檢測(cè)沖擊，以便立即采取適當(dāng)措施，從而執(zhí)行預(yù)定操作。為了滿足該要求，采用例如加速度傳感器來(lái)防止在對(duì)內(nèi)置在筆記本PC或臺(tái)式機(jī)PC內(nèi)的硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)、或磁光(MO)盤或數(shù)字視盤(DVD)施加沖擊時(shí)，出現(xiàn)讀/寫錯(cuò)誤。特別是在筆記本PC中，HDD需要檢測(cè)在垂直于HDD外殼平面的方向施加的加速度，以便在讀寫頭的讀/寫過程中，檢測(cè)由HDD外殼平面造成的沖擊。
因?yàn)榫哂屑铀俣葌鞲衅鞯脑O(shè)備的尺寸變得越來(lái)越小，而且具有越來(lái)越高的性能，所以也要求加速度傳感器的尺寸越來(lái)越小，而且具有越來(lái)越高的性能。此外，還要求這種加速度傳感器在一個(gè)或者兩個(gè)軸向(面內(nèi)方向和垂直于該平面的方向)檢測(cè)加速度。
背景技術(shù)：
例如，第7-20144號(hào)日本未審專利公開披露了一種可以檢測(cè)二軸加速度的壓電加速度傳感器。該加速度傳感器設(shè)置了加速度檢測(cè)元件，以與容納該加速度檢測(cè)元件的外殼的下表面成某個(gè)角度安裝該加速度檢測(cè)元件。此外，第11-118823號(hào)日本未審專利公開披露了一種檢測(cè)二軸加速度的方法。根據(jù)該方法，通過以與主平面成某個(gè)角度設(shè)置與振子相連的支承體，使振子傾斜。第8-43432號(hào)日本未審專利公開披露了另一種檢測(cè)二軸加速度的方法。根據(jù)該方法，以與壓電陶瓷的平面成某個(gè)角度實(shí)現(xiàn)極化以便傾斜于與壓電陶瓷的平面垂直的平面。第11-211748號(hào)日本未審專利公開也披露了一種檢測(cè)二軸加速度的方法。根據(jù)該方法，在振子的末端、在相對(duì)于寬度方向偏心的位置，設(shè)置重錘。
然而，對(duì)于上述其中使加速度檢測(cè)元件傾斜的傳統(tǒng)方法，安裝過程復(fù)雜，而且生產(chǎn)成本非常高。對(duì)于其中以某個(gè)角度設(shè)置支承體的傳統(tǒng)方法，在安裝時(shí)，設(shè)備的高度變得非常高，而且安裝過程也復(fù)雜。此外，其中使極化方向傾斜的傳統(tǒng)方法需要許多生產(chǎn)過程，因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)了極化而且在要求的方向進(jìn)行切割之后，形成電極。利用該方法，生產(chǎn)成本也非常高。對(duì)于其中在振子的末端設(shè)置重錘的傳統(tǒng)方法，因?yàn)橹劐N的位置偏差，而檢測(cè)的靈敏度變化很大。
第2000-97707號(hào)日本未審專利公開披露了一種可以解決上述問題的小尺寸、高靈敏度的加速度傳感器。本發(fā)明的發(fā)明人也開發(fā)了這種加速度傳感器，這種加速度傳感器具有振子和與該振子相連的重錘。該重錘支承在從包括該振子在內(nèi)的整體的重心偏離的位置。在施加加速度時(shí)，根據(jù)重錘中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，加速度傳感器檢測(cè)振子的特征量(或滑動(dòng)振動(dòng))。通過這樣做，可以測(cè)量施加的加速度。這種加速度傳感器的振子的尺寸不需很大，因此，該加速度傳感器的尺寸小，同時(shí)保持高檢測(cè)靈敏度。然而，該加速度傳感器只能檢測(cè)單向加速度。換句話說，該加速度傳感器不是可以檢測(cè)三軸加速度的無(wú)方向性加速度傳感器。
本發(fā)明人還在第11-375813號(hào)和第12-351058號(hào)日本專利申請(qǐng)中建議了一種小尺寸、高靈敏度無(wú)方向性加速度傳感器。
本發(fā)明的目的是提供一種包括振子和重錘的小尺寸、高可靠性無(wú)方向性加速度傳感器。
本發(fā)明的一個(gè)更確切目的是提供一種能夠利用不同于任何傳統(tǒng)的無(wú)方向性加速度傳感器的機(jī)構(gòu)來(lái)檢測(cè)三軸加速度的小尺寸、高可靠性加速度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種加速度傳感器，該加速度傳感器包括振子，被在一個(gè)方向極化；重錘，連接到該振子；以及一對(duì)電極，在極化方向彼此相鄰，而且位于振子的第一表面上。在該加速度傳感器中，這對(duì)電極位于振子第一表面的對(duì)角線上。利用這種電極結(jié)構(gòu)，該對(duì)電極中始終產(chǎn)生電壓，而與振子的3個(gè)軸中的哪個(gè)軸接收加速度無(wú)關(guān)。此外，通過相對(duì)于振子的尺寸，改變各電極的尺寸，可以容易地調(diào)節(jié)對(duì)三軸加速度的靈敏度，這將在以下進(jìn)行說明。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的加速度傳感器的底視圖；圖1B示出根據(jù)第一實(shí)施例加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓(或電荷)之間的關(guān)系；圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的加速度傳感器的透視圖；圖3示出檢測(cè)電路的典型結(jié)構(gòu)；圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的加速度傳感器的變換例的透視圖；圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的加速度傳感器的另一個(gè)變換例的透視圖；圖6是示出在重錘上形成的典型電極圖形的透視圖；圖7示出圖5所示加速度傳感器的變換例；圖8A是示出根據(jù)第一實(shí)施例的加速度傳感器的又一個(gè)變換例的底視圖；圖8B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓(或電荷)之間的關(guān)系；圖9A是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的加速度傳感器的底視圖；圖9B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系；圖10是根據(jù)第二實(shí)施例的加速度傳感器的透視圖；圖11是示出根據(jù)第二實(shí)施例的加速度傳感器的變換例的透視圖；圖12是示出根據(jù)第二實(shí)施例的加速度傳感器的另一個(gè)變換例的透視圖；
圖13是示出根據(jù)第二實(shí)施例的加速度傳感器的又一個(gè)變換例的透視圖；圖14A是示出根據(jù)第二實(shí)施例的加速度傳感器的又一個(gè)變換例的底視圖；圖14B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓(或電荷)之間的關(guān)系；圖15A是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的加速度傳感器的底視圖；圖15B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系；圖16A和16B是示出靈敏度(mV/G)與圖15A和15B所示的分隔槽的角度θ(°)之間關(guān)系的曲線圖；圖17A至17G示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的加速度傳感器；圖18A是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的加速度傳感器的平面圖；圖18B是沿圖18A所示線A-A取的加速度傳感器的剖視圖；圖18C是根據(jù)第五實(shí)施例的加速度傳感器的底視圖；圖19A是示出圖18A至18C所示加速度傳感器的變換例的平面圖；圖19B是沿圖19A所示線B-B取的加速度傳感器的剖視圖；圖20A是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的加速度傳感器的平面圖；圖20B是沿圖20A所示線B-B取的加速度傳感器的剖視圖；圖21A和21B示出圖20A和20B所示加速度傳感器的變換例；圖22是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的加速度傳感器的側(cè)視圖；圖23示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的加速度傳感器的特性；以及圖24A至24C示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的加速度傳感器。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1A和1B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的加速度傳感器。更具體地說，圖1A是加速度傳感器的底視圖，而圖1B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓(或電荷)之間的關(guān)系。圖2是根據(jù)該實(shí)施例的加速度傳感器的透視圖。
該加速度傳感器包括振子12和與振子12相連的重錘10。重錘10支承在從包括振子12和重錘10在內(nèi)的整體的重心偏離的位置。在圖1A所示的結(jié)構(gòu)中，重錘10是矩形板，而振子附接在重錘10的末端。盡管在圖2中，重錘10的每個(gè)邊緣與振子12的每個(gè)相應(yīng)邊緣取平，但是在圖1A中，有意使重錘10的每個(gè)邊緣離開振子12的每個(gè)相應(yīng)邊緣某個(gè)距離(振子12稍許靠?jī)?nèi))。這主要是為了容易理解圖1A所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，實(shí)際上可以以圖1A所示的方式將振子12設(shè)置在重錘10上。在這兩種方式中，加速度傳感器的功能和操作保持不變。
重錘10由高密度金屬或諸如氧化鋁或火石玻璃之類的絕緣材料構(gòu)成。重錘10可以由一種材料構(gòu)成，或者由兩種或更多種不同材料構(gòu)成。例如，重錘10的自由端可以采用較高密度的材料，而其相對(duì)端采用較低密度的材料。
振子12是長(zhǎng)方體壓電陶瓷。從陶瓷晶體板上切割該壓電陶瓷。例如，振子12可以由具有較高機(jī)電耦合系數(shù)的基于PZT的壓電陶瓷構(gòu)成。振子12的截面可以是正方形或矩形。在箭頭Ps所示的方向，極化振子12。通過對(duì)壓電陶瓷晶體板兩個(gè)端面之間的區(qū)域施加高電壓，極化壓電陶瓷。振子12附接在重錘10上，使得極化方向Ps垂直于重錘10的縱向。為了便于解釋，如圖1A所示定義X軸、Y軸以及Z軸。X軸表示垂直于紙張平面的方向。Z軸表示極化方向Ps，而Y軸表示重錘10的縱向。
在振子12的表面(第一表面)上形成電極14和16。以下將振子12的該表面稱為“電極形成面”。為了獲得能夠檢測(cè)三軸加速度而且容易地調(diào)節(jié)3個(gè)軸向上的靈敏度的無(wú)方向性加速度傳感器，以以下方式形成本電極14和16是在極化方向Ps彼此相鄰、具有同樣尺寸的矩形電極，在兩個(gè)電極14與16之間存在分隔槽18。分隔槽18在Y軸方向延伸。在圖1A和2所示的加速度傳感器中，由兩個(gè)對(duì)著的電極14和16形成分隔槽18，而在振子12上不形成槽。然而，可以在振子12上形成槽，如下所述。
電極14和16是一對(duì)用于檢測(cè)根據(jù)施加的加速度的電壓的檢測(cè)電極。(以下將電極14和16稱為“檢測(cè)電極”。)檢測(cè)電極14和16位于振子12的電極形成面的對(duì)角線上。換句話說，檢測(cè)電極14和16在Y軸方向從中心線24回退，中心線24在極化方向Ps將振子12一分為二。檢測(cè)電極14從重錘10的自由端回退，而檢測(cè)電極16從重錘10的固定端回退。檢測(cè)電極14和16還在Y軸的正向和負(fù)向偏離中心線24。相對(duì)于中心線24，檢測(cè)電極14和16位于對(duì)角位置。換句話說，相對(duì)于振子12的中心點(diǎn)，檢測(cè)電極14和16是點(diǎn)對(duì)稱的。
檢測(cè)電極14和16的面積分別大于電極形成面面積的四分之一，而小于電極形成面面積的二分之一。如果振子12在垂直于極化方向Ps的方向上的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，而檢測(cè)電極14和16的長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1和L2，則可以將長(zhǎng)度L與長(zhǎng)度L1(或L2)之間的關(guān)系表示為0.5＜L1(＝L2)/L＜1。在如上所述設(shè)置檢測(cè)電極14和16時(shí)，在振子12的電極形成面上形成兩個(gè)未被檢測(cè)電極14和16覆蓋的暴露區(qū)20和22。
如圖2所示，在振子12的地形成面的相對(duì)面形成地電極26。地電極26對(duì)檢測(cè)電極14和16均有效。利用導(dǎo)電粘合劑，將地電極26附接到重錘10上。例如，地電極26可以具有金(Au)的單層結(jié)構(gòu)，或NiCr/Au或Ni/Au的多層結(jié)構(gòu)。如果重錘10由諸如金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成，則一延伸線連接到重錘10，以便地電極26可以連接到檢測(cè)電路，以下將說明該檢測(cè)電路。如果重錘10由絕緣材料構(gòu)成，則在重錘10上形成與地電極26對(duì)著的電極，以便地電極26可以連接到檢測(cè)電路。檢測(cè)電極14和16附接在布線板上，而且被電連接到在布線板上形成的電極，以下將做說明。應(yīng)該明白，為了便于解釋，對(duì)圖1A和2所示檢測(cè)電極14和16以及地電極26進(jìn)行了加厚顯示。
圖1B示出對(duì)加速度施加軸與電極14和16產(chǎn)生的電壓(或電荷)之間的關(guān)系。當(dāng)在Z軸方向施加加速度時(shí)，振子12在Z軸的反向、以中心線24為邊界發(fā)生滑動(dòng)振動(dòng)。當(dāng)在Z軸方向極化振子12時(shí)，Z軸的反向上的滑動(dòng)振動(dòng)導(dǎo)致電極14和16具有圖1B所示的電壓。為了便于解釋，以中心線24為分割線，暫時(shí)將電極14分割為兩個(gè)電極部分14a和14b。同樣，暫時(shí)將電極16分割為兩個(gè)電極部分16a和16b。當(dāng)在Z軸方向施加加速度時(shí)，電極部分16a產(chǎn)生正電壓+V。同時(shí)，在與電極部分16a接收同樣滑動(dòng)振動(dòng)的電極部分14b產(chǎn)生正電壓+v。利用大寫字母“V”和小寫字母“v”表示產(chǎn)生的電壓(電荷)的大小。由于電極部分16a的面積比電極部分14b的面積大，所以電極部分16a產(chǎn)生的電壓+V比電極部分14b產(chǎn)生的電壓+v高。同時(shí)，由于電極部分14a和電極部分16b接收相反方向的滑動(dòng)振動(dòng)，所以在電極部分14a和電極部分16b分別產(chǎn)生負(fù)電壓-V和負(fù)電壓-v(|V|大于|v|)。因此，檢測(cè)電極14產(chǎn)生電壓“-V+v”，而在電極部分16產(chǎn)生電壓“+V-v”。當(dāng)以Z軸的反向施加加速度時(shí)，檢測(cè)電極14產(chǎn)生電壓“+V-v”，而在檢測(cè)電極16產(chǎn)生電壓“-V+v”。這樣，可以檢測(cè)在Z軸施加的加速度。
當(dāng)在X軸方向施加加速度時(shí)，檢測(cè)電極14和16產(chǎn)生圖1B所示的電壓。因?yàn)闃O化Ps與在振子12的X軸方向產(chǎn)生的應(yīng)力之間的關(guān)系，檢測(cè)電極14產(chǎn)生電壓“-V-v”，而檢測(cè)電極16產(chǎn)生電壓“+V+v”。同樣，當(dāng)在Y軸方向施加加速度時(shí)，在檢測(cè)電極14和16產(chǎn)生圖1B所示的電壓。因?yàn)闃O化Ps與在振子12的Y軸方向產(chǎn)生的應(yīng)力之間的關(guān)系，檢測(cè)電極14產(chǎn)生電壓“-V-v”，而檢測(cè)電極16產(chǎn)生電壓“+V+v”。當(dāng)同時(shí)在兩個(gè)或者更多個(gè)軸向施加加速度時(shí)，產(chǎn)生的電壓與在各軸之間分配加速度獲得的加速度值成正比。例如，如果以對(duì)包括Z軸和X軸的二維平面成45°角、產(chǎn)生電壓V的方式施加加速度，則電極部分14a產(chǎn)生電壓 而電極部分16a產(chǎn)生電壓 相反，電極部分14b和16b的電壓互相抵銷。最后，檢測(cè)電極14產(chǎn)生電壓 檢測(cè)電極16產(chǎn)生電壓 檢測(cè)電極14和16以上述方式產(chǎn)生電壓，而與3個(gè)軸中的哪個(gè)軸接收加速度無(wú)關(guān)。這樣，可以進(jìn)行無(wú)方向性加速度檢測(cè)。
在此，檢測(cè)電極14和16的長(zhǎng)度L1和L2與振子12的長(zhǎng)度L的比值，即L1/L和L2/L確定加速度的檢測(cè)靈敏度。如果通過增加長(zhǎng)度L1和L2，來(lái)提高比值L1/L和L2/L，則Z軸方向的靈敏度降低，而X軸和Y軸方向的靈敏度升高。如果減小長(zhǎng)度L1和L2，則Z軸方向的靈敏度提高，而X軸和Y軸方向的靈敏度降低。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該適當(dāng)確定比值L1/L和L2/L，以便適當(dāng)調(diào)節(jié)3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。
盡管檢測(cè)電極14和16優(yōu)選具有同樣的面積和同樣的長(zhǎng)度(L1＝L2)，但是它們之間可以存在微小差別，只要保持上述檢測(cè)原理即可。
圖3是示出檢測(cè)電路的典型結(jié)構(gòu)的電路圖。該檢測(cè)電路包括差動(dòng)放大器28和電阻R1至R4。檢測(cè)電極14通過電阻R1連接到差動(dòng)放大器28的非反相輸入端。檢測(cè)電極16通過電阻R2連接到差動(dòng)放大器28的反相輸入端。差動(dòng)放大器28差動(dòng)放大電極14和16產(chǎn)生的電壓，然后，輸出該放大電壓作為檢測(cè)的輸出電壓Vout。
以如下方式生產(chǎn)振子12。首先，在陶瓷晶體板互相對(duì)著的兩個(gè)表面上形成電極層。每個(gè)電極層具有含有不同金屬的多層結(jié)構(gòu)。例如，一雙層結(jié)構(gòu)的電極層含有作為基底層的Ni或NiCr和在該基底層上形成的Au?？梢岳靡阎夹g(shù)形成這些電極層，例如，濺射、燒結(jié)、汽相淀積、電鍍或無(wú)電極電鍍。形成電極層后，通過進(jìn)行蝕刻或激光修整，在電極層上進(jìn)行構(gòu)圖，以形成檢測(cè)電極14和16。此時(shí)，還形成分隔槽18。然后，通過切割，將陶瓷晶體板切割為用作振子12的多個(gè)陶瓷晶體片。
到此為止，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的加速度傳感器進(jìn)行了描述。利用上述檢測(cè)電極14和16，可以獲得可以利用簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)檢測(cè)三軸加速度的加速度傳感器。此外，通過改變檢測(cè)電極14和16的設(shè)置，可以容易地調(diào)節(jié)3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。
可以對(duì)上述加速度傳感器進(jìn)行修改和變更，只要保持以上描述的加速度檢測(cè)原理即可。以下將對(duì)這些修改的例子進(jìn)行說明。
如圖4所示，可以在振子12上形成分隔槽30。該分隔槽30在Y軸方向延伸，而且使分隔槽30與分隔槽18成為一體。利用在振子12中形成的分隔槽30，可以更有效產(chǎn)生由加速度導(dǎo)致的滑動(dòng)振動(dòng)?？梢愿鶕?jù)要求的靈敏度任意地決定分隔槽30的深度和寬度。如果采用分隔槽30，則需要在生產(chǎn)過程中增加形成分隔槽30的步驟。
圖5是使振子12反轉(zhuǎn)附接在重錘10上的加速度傳感器的透視圖。在該加速度傳感器中，利用各向異性導(dǎo)電粘合劑，將檢測(cè)電極14和16與重錘10接合在一起。重錘10由諸如氧化鋁或火石玻璃之類的絕緣材料構(gòu)成。此外，在重錘10上形成分別對(duì)應(yīng)于電極14和16的電極圖形32和34，如圖6所示。電極圖形32和34沿重錘10的側(cè)面延伸到另一側(cè)的表面上，以便進(jìn)行外部連接。作為一種選擇，可以將柔軟布線板(未示出)安裝到電極圖形32和34上，從而與外部實(shí)現(xiàn)連接，而無(wú)需延伸到另一側(cè)上的表面。
圖5所示的加速度傳感器也可以檢測(cè)三軸加速度。圖7示出圖5所示的結(jié)構(gòu)的變換例。圖7所示的變換例在振子12中具有分隔槽30。
圖8A和8B示出該實(shí)施例的另一個(gè)變換例。圖8A是經(jīng)過修改獲得的加速度傳感器的底視圖。圖8B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系。在假定檢測(cè)電極14包括電極部分14a和14b，而檢測(cè)電極16包括電極部分16a和16b的情況下，已經(jīng)參考圖1B進(jìn)行了以上解釋。相反，在圖8A所示的結(jié)構(gòu)中，以中心線24作為分割線，將檢測(cè)電極14實(shí)際分割為兩個(gè)電極部分14a和14b。同樣，以中心線24為分割線，將檢測(cè)電極16實(shí)際分割為兩個(gè)電極部分16a和16b。該變換例采用的加速度檢測(cè)原理與參考圖1B解釋的加速度檢測(cè)原理相同。在圖3所示差動(dòng)放大器28之前的級(jí)，將電極部分14a和14b互相電連接在一起。同樣，將電極部分16a和16b互相電連接到一起。利用將在其上要安裝加速度傳感器的印刷布線板(圖8A和8B中未示出)上的布線圖形實(shí)現(xiàn)該連接。利用這種電極結(jié)構(gòu)，可以檢測(cè)三軸加速度，如圖8B所示。此外，通過控制電極部分14b和16b的尺寸，例如Y軸方向的長(zhǎng)度，可以容易地調(diào)節(jié)3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。
應(yīng)該注意，分割檢測(cè)電極14和16的方式并不局限于圖8A所示的方式。例如，可以以將檢測(cè)電極14的長(zhǎng)度L1分割為兩個(gè)等長(zhǎng)度的方式，分割檢測(cè)電極14。同樣，可以以將檢測(cè)電極16的長(zhǎng)度L2分割為兩個(gè)等長(zhǎng)度的方式，分割檢測(cè)電極16。只要檢測(cè)電極14和16具有總長(zhǎng)度L1和L2(L1通常等于L2)，就可以任意選擇分割線。此外，從理論上說，可以將檢測(cè)電極14和16均分割為3個(gè)或者更多個(gè)電極部分。
作為另一個(gè)變換例，代替基于PZT的壓電陶瓷，振子12可以由諸如鈮酸鋰(LiNbO3)或鉭酸鋰(LiTaO3)的壓電多晶體材料或壓電單晶體材料構(gòu)成。
如上所述，本發(fā)明的第一實(shí)施例可以提供可以容易地調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度的小尺寸、高靈敏度無(wú)方向性加速度傳感器。
(第二實(shí)施例)圖9A和9B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的加速度傳感器。圖9A是加速度傳感器的底視圖。圖9B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系。圖10是根據(jù)該實(shí)施例的加速度傳感器的透視圖。
在根據(jù)該實(shí)施例的加速度傳感器中，振子12的極化方向與重錘10的縱向(Y軸方向)匹配，而檢測(cè)電極14和16在該方向彼此相鄰。在振子12的電極形成面上的對(duì)角線上排列檢測(cè)電極14和16。該實(shí)施例的其他方面與第一實(shí)施例的其他方面相同。如圖9B所示，檢測(cè)電極14和16產(chǎn)生根據(jù)三軸加速度的電壓。由于加速度施加軸與產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系與圖1B所示的關(guān)系相同，所以在此不做重復(fù)說明。
這樣，利用其中極化方向Ps與重錘10的縱向匹配、而且兩個(gè)檢測(cè)電極14和16在該方向彼此相鄰并排列在對(duì)角線上的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)方向性加速度傳感器。
圖11示出圖9A和10所示加速度傳感器的變換例。如圖11所示，在振子12中形成分隔槽30。分隔槽30在圖9A所示的Z軸方向延伸。
圖12示出圖9A和10所示加速度傳感器的另一個(gè)變換例。如圖12所示，檢測(cè)電極14和16位于重錘10側(cè)。在圖12所示的重錘10上還形成與圖6所示電極圖形32和34相同的電極圖形。然而，確定這些電極圖形的位置以便與檢測(cè)電極14和16的位置匹配。
圖1 3示出圖12所示加速度傳感器的變換例。如圖13所示，在振子12中形成分隔槽30。分隔槽30在圖9A所示的Z軸方向延伸。
圖14A和14B示出第二實(shí)施例的又一個(gè)變換例。圖14A是經(jīng)過修改獲得的加速度傳感器的底視圖。圖14B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系。在圖14B所示的電極結(jié)構(gòu)中，以中心線24作為分割線，將檢測(cè)電極14實(shí)際分割為兩個(gè)電極部分14a和14b。同樣，以中心線24為分割線，將檢測(cè)電極16實(shí)際分割為兩個(gè)電極部分16a和16b。該變換例采用的加速度檢測(cè)原理與參考圖1B解釋的加速度檢測(cè)原理相同，而且圖14B所示的關(guān)系與圖9B所示的關(guān)系相同。在圖3所示差動(dòng)放大器28之前的級(jí)，將電極部分14a和14b互相電連接在一起。同樣，將電極部分16a和16b互相電連接到一起。利用將在其上安裝加速度傳感器的印刷布線板(圖14A和14B中未示出)上的布線圖形實(shí)現(xiàn)該連接。
到此為止，對(duì)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的加速度傳感器進(jìn)行了說明。利用具有上述結(jié)構(gòu)的檢測(cè)電極14和16，可以實(shí)現(xiàn)可以利用簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)檢測(cè)三軸加速度的加速度傳感器。此外，通過改變檢測(cè)電極14和16的圖形，可以容易地調(diào)節(jié)3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。
(第三實(shí)施例)圖15A和15B示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的加速度傳感器。圖15A是加速度傳感器的底視圖。圖15B示出加速度施加軸與電極產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系。
根據(jù)第三實(shí)施例的加速度傳感器包括在一個(gè)方向極化的振子40和連接到振子40的重錘10。該加速度傳感器進(jìn)一步包括兩個(gè)電極42和44，電極42和44以將振子40的電極形成面非對(duì)稱分割為兩個(gè)區(qū)域的方式排列。兩個(gè)電極42和44的相對(duì)邊緣相對(duì)于振子40的極化方向傾斜。在圖15A所示的結(jié)構(gòu)中，振子40由諸如PZT的壓電陶瓷構(gòu)成，并在Z軸方向被極化。電極42和44是彼此相鄰的檢測(cè)電極，它們之間插入了分隔槽46。由檢測(cè)電極42與44之間的相對(duì)邊緣形成分隔槽46。更具體地說，當(dāng)在電極層上進(jìn)行構(gòu)圖以在由壓電陶瓷構(gòu)成的振子40上形成電極時(shí)，獲得分隔槽46。如果需要，分隔槽46可以包括在振子40中形成的槽。分隔槽46與極化方向(Z軸方向)成θ角。如下所述，分隔槽46的角度影響加速度傳感器的靈敏度。
此外，還在振子40的對(duì)側(cè)形成先前描述的地電極。
如圖15B所示，根據(jù)對(duì)各軸施加的加速度，檢測(cè)電極42和44產(chǎn)生電壓。為了方便，在假定檢測(cè)電極42包括電極部分42a、42b和42c，而檢測(cè)電極44包括電極部分44a的情況下，解釋圖15B所示的關(guān)系。剩余的較小電極部分幾乎對(duì)上述電極部分不產(chǎn)生影響，因此，可以省略。當(dāng)在Z軸方向施加加速度時(shí)，電極部分42a至42c具有圖15B所示的電壓，而且檢測(cè)電極42的總電壓為V(＝+V+V-V)。同時(shí)，因?yàn)樵陔姌O部分44a產(chǎn)生電壓-V，所以檢測(cè)電極44的總電壓為-V。在對(duì)X軸和Y軸方向施加加速度時(shí)，檢測(cè)電極42產(chǎn)生電壓V，而檢測(cè)電極44產(chǎn)生電壓-V。這樣，檢測(cè)電極42始終產(chǎn)生正電壓，而檢測(cè)電極44始終產(chǎn)生負(fù)電壓，而與哪個(gè)軸接收加速度無(wú)關(guān)。
圖16A是示出分隔槽46的角度θ(°)與靈敏度(mV/G)之間關(guān)系的曲線圖。16B示出靈敏度(mV/G)與分隔槽46的寬度Wz和振子40的寬度W的比值之間關(guān)系的曲線圖。如圖16A所示，在分隔槽46的角度從10°開始升高時(shí)，對(duì)Z軸方向加速度的靈敏度線性升高，而對(duì)X軸方向和Y軸方向加速度的靈敏度不表現(xiàn)出大的變化。應(yīng)該注意，該曲線圖示出其中振子40在Y軸方向的長(zhǎng)度Wy等于振子40在X軸方向的長(zhǎng)度W(Wy/W＝1.0)的情況，也就是說，振子40的電極形成面為正方形。相反，在Wz/W的比值從1變到0.7時(shí)，對(duì)三軸加速度的靈敏度不表現(xiàn)出顯著變化，如圖16B所示。應(yīng)該注意，圖16B所示的曲線圖示出其中分隔槽46的角度θ為23°的情況。從圖16A可以看出，在角度θ為23°時(shí)，對(duì)X軸方向和Y軸方向加速度的靈敏度基本穩(wěn)定。改變Wz/W的比值就是使分隔槽46的形成位置從圖16A所示的位置(在此Wz/W＝1)沿箭頭48所示的方向(或者沿與箭頭48所示方向相反的方向)平移。
基于上述情況，通過改變分隔槽46的角度，可以在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)對(duì)Z軸方向加速度的靈敏度。因此，在設(shè)計(jì)加速度傳感器時(shí)，確定分隔槽46的角度以便獲得要求的靈敏度。
在分隔槽46是直線的情況下，如果Wz/W的比值是1，而且角度θ小于45°，則檢測(cè)電極42為梯形，檢測(cè)電極44為三角形。如果分隔槽46在箭頭48所示的方向移動(dòng)以使Wz/W的比值小于1，則檢測(cè)電極42為五邊形，而檢測(cè)電極44為三角形。如果分隔槽46沿與箭頭48所示方向相反的方向移動(dòng)，則檢測(cè)電極42和44均為四邊形(或梯形)。因此，可以利用形狀識(shí)別本發(fā)明第三實(shí)施例的檢測(cè)電極42和44的特征。檢測(cè)電極42和44之一可以跨越電極形成面上全部4個(gè)等分區(qū)域。檢測(cè)電極42和44互相之間可以具有不同的面積或面積比。
可以將檢測(cè)電極42和44中的至少之一分割為兩個(gè)或者更多個(gè)電極部分，而且可以將各分割的電極部分互相電連接在一起。
如上所述，本發(fā)明的第三實(shí)施例可以提供可以容易地調(diào)節(jié)檢測(cè)靈敏度的小尺寸、高靈敏度無(wú)方向性加速度傳感器。
(第四實(shí)施例)圖17A至17G示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的加速度傳感器。該實(shí)施例的特征在于電極結(jié)構(gòu)，所設(shè)計(jì)的該電極結(jié)構(gòu)可以避免在通過進(jìn)行切割等從壓電陶瓷晶體板上切割振子時(shí)造成的“剝落”(chipping)所引起的不利影響?！皠兟洹币馕吨谶M(jìn)行切割過程等期間，電極圖形發(fā)生剝離。剝落導(dǎo)致檢測(cè)電極之間的電荷不平衡，通常會(huì)降低加速度的檢測(cè)靈敏度。剝落還可能導(dǎo)致加速度傳感器之間的靈敏度發(fā)生變化。在每個(gè)壓電陶瓷晶體板的切割線附近，特別是在切割線的拐角處產(chǎn)生剝落。因此，需要在避開可能導(dǎo)致剝落的區(qū)域的位置形成檢測(cè)電極。
圖17A所示的檢測(cè)電極14和16從振子12的角部50和52回退。在對(duì)形成在壓電陶瓷晶體板上的電極層進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，去除角部50和52上的電極層部分。圖17B示出其中使縱向和寬度方向上的檢測(cè)電極14和16的側(cè)面從振子12的邊緣回退的電極結(jié)構(gòu)。由于不僅角部，而且側(cè)面從振子12的邊緣回退，所以在防止剝落方面，該電極結(jié)構(gòu)比圖17A所示的電極結(jié)構(gòu)更好。圖17C示出其中僅使縱向上的檢測(cè)電極14和16的側(cè)面從振子12的邊緣回退的電極結(jié)構(gòu)。
不僅可以對(duì)圖15A所示的電極，而且可以對(duì)其他電極采用圖17A至17C所示的電極結(jié)構(gòu)。圖17D至17G示出可以避免剝落的電極結(jié)構(gòu)的其他例子。圖17D示出其中振子12上的檢測(cè)電極53和55的角部被切掉的結(jié)構(gòu)。圖17E示出其中縱向和寬度方向上的、振子12上的檢測(cè)電極56和58的側(cè)面從振子12的邊緣回退的結(jié)構(gòu)。圖17F示出其中寬度方向上的、振子12上的檢測(cè)電極60和62的側(cè)面從振子12的邊緣回退的結(jié)構(gòu)。圖17G示出其中寬度方向上的、振子12上的檢測(cè)電極64和66的側(cè)面被斜切以從振子12的邊緣回退的結(jié)構(gòu)。
在上述情況下，檢測(cè)電極從振子12的角部和邊緣回退，因此可以均勻地從各檢測(cè)電極拾取電荷。這樣，可以消除檢測(cè)電極之間和加速度傳感器之間的靈敏度差別。
還可以采用其中地電極26從振子12的邊緣回退的結(jié)構(gòu)。
(第五實(shí)施例)圖18A至18C示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的加速度傳感器。更具體地說，圖18A是加速度傳感器的平面圖，圖18B是沿圖18A所示線A-A取的加速度傳感器的剖視圖，圖18C是加速度傳感器的底視圖。該實(shí)施例的特征在于地電極的結(jié)構(gòu)。
以上描述的第一實(shí)施例的地電極26覆蓋振子12表面上的整個(gè)區(qū)域。相反，圖18A至18C所示的加速度傳感器的地電極26A具有橢圓形開口68和70。通過開口68和70露出振子12。地電極26A具有雙層結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)包括NiCr構(gòu)成的基底層26a和金構(gòu)成的表面層26b?？梢酝ㄟ^蝕刻或激光修整，形成開口68和70。利用導(dǎo)電粘合劑，將地電極26A接合并固定到重錘10上。該導(dǎo)電粘合劑對(duì)振子12使用的壓電陶瓷表現(xiàn)出的粘合性比對(duì)金表現(xiàn)出的粘合性高。因此，開口68和70用于提高粘合劑的粘合性(錨定效果)。由于提高了粘合強(qiáng)度，所以提高了導(dǎo)電的可靠性和接合層的抗振性。
如果將檢測(cè)電極14和16與重錘10接合在一起，則圖1A所示的暴露區(qū)20和22用于提高各向異性導(dǎo)電粘合劑的粘合性。
圖19A和19B示出圖18A至18C所示加速度傳感器的變換例。圖19A是示出修改的加速度傳感器的平面圖，圖19B是沿圖19A所示線B-B取的加速度傳感器的剖視圖。在該變換例中，地電極26A具有3個(gè)橢圓形開口72、74和76。這些開口72、74和76在不同于圖18A所示開口68和70的方向延伸。通過開口72、74和76，露出振子12。圖19A和19B所示的地電極26A與圖18A至18C所示的地電極26A具有同樣的功能和效果。
應(yīng)該注意，開口的形狀和數(shù)量并不局限于上述例子，可以任意選擇。
(第六實(shí)施例)圖20A和20B示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的加速度傳感器。圖20A是該加速度傳感器的平面圖，而圖20B是沿圖20A所示線B-B取的加速度傳感器的剖視圖。
根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的加速度傳感器的地電極26B包括Ni構(gòu)成的基底層26c和Au構(gòu)成的表面層26b。地電極26B還具有開口68B和70B。僅在Au構(gòu)成的表面層26b中形成這些開口68B和70B，因此通過開口68B和70B露出Ni構(gòu)成的基底層26c。通常，導(dǎo)電粘合劑對(duì)Ni表現(xiàn)出的粘合性比對(duì)Au表現(xiàn)出的粘合性高。因此，提高了導(dǎo)電的可靠性和接合層的抗振性。此外，由于振子12的整個(gè)表面被Ni基底層26c覆蓋，所以振子12的靜電電容不降低。
通過利用蝕刻或激光修整技術(shù)，在Au層上進(jìn)行構(gòu)圖，可以形成開口68B和70B。
圖21A和21B示出圖20A和20B所示加速度傳感器的變換例。圖21A是該加速度傳感器的平面圖，而圖21B是沿圖21A所示線C-C取的加速度傳感器的剖視圖。在該變換例中，地電極26B具有3個(gè)橢圓形開口72B、74B和76B。這些開口72B、74B和76B在不同于圖20A所示開口68和70的方向延伸。通過開口72B、74B和76B，露出振子12。圖21A和21B所示的地電極26B與圖20A和20B所示的地電極26B具有同樣的功能和效果。
代替Ni，基底層26c可以由諸如Ti、Cu或Al的較容易氧化的金屬構(gòu)成。
(第七實(shí)施例)圖22是根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的加速度傳感器的側(cè)視圖。
包括重錘10和振子12的該加速度傳感器安裝在基板80上，基板80是印刷布線板等。可以將基板80看作加速度傳感器的一部分?；?0具有圖3所示的檢測(cè)電路。當(dāng)然，基板80可以具有希望的某種其他電路和該檢測(cè)電路。振子12安裝在基板80上，以便檢測(cè)電極14和16對(duì)著基板80。作為一種選擇，振子12可以安裝在基板80上，以便地電極26對(duì)著基板80。
這樣，加速度傳感器以懸臂狀態(tài)安裝在基板80上。然而，在對(duì)X軸方向施加過大沖擊而且應(yīng)力集中在振子12上時(shí)，振子12可能發(fā)生斷裂。為了降低沖擊并保護(hù)振子12，在基板80上安裝阻尼器82。該阻尼器82設(shè)置在對(duì)著重錘10的自由端10a的位置。在未在X軸方向施加加速度時(shí)，在重錘10的下表面與阻尼器82的上表面之間存在間隙。即使在X軸方向施加過大沖擊，利用阻尼器82仍可以限制自由端10a在X軸方向上的運(yùn)動(dòng)，使得應(yīng)力不集中到振子12上。阻尼器82可以由任意材料構(gòu)成。例如，阻尼器82可以由諸如氧化鋁的絕緣材料構(gòu)成，而且可以利用粘合劑固定在基板80上。
在上述所有實(shí)施例和變換例中，均可以采用阻尼器82。還可以在以懸臂狀態(tài)支承在基板上的任何加速度傳感器中采用阻尼器82。
(第八實(shí)施例)圖23示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的加速度傳感器的特性。圖23是示出導(dǎo)電粘合劑中的無(wú)機(jī)填充物成分與振子12的靜電電容變化率之間關(guān)系的曲線圖。
導(dǎo)電粘合劑用于將振子或重錘附接到基板上。這種導(dǎo)電粘合劑含有具有諸如石英或氧化鋁的無(wú)機(jī)填充物成分的環(huán)氧樹脂。在改變無(wú)機(jī)填充物成分的數(shù)量(wt％)時(shí)，導(dǎo)致粘合劑的硬化收縮率或彈性發(fā)生變化，而且振子上的殘余應(yīng)力也發(fā)生變化。殘余應(yīng)力發(fā)生變化導(dǎo)致振子的靜電電容發(fā)生變化。圖23所示的曲線圖示出這種關(guān)系。在將靜電電容變化率的容許值設(shè)置為-20％時(shí)，將無(wú)機(jī)填充物成分的數(shù)量設(shè)置在0wt％至40wt％范圍內(nèi)。以這樣的方式調(diào)節(jié)無(wú)機(jī)填充物成分的數(shù)量，因此可以控制靜電電容的降低。
(第九實(shí)施例)圖24A至24C示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的加速度傳感器。第九實(shí)施例的加速度傳感器的特征在于，在基板上形成布線圖形以提高導(dǎo)電粘合劑的強(qiáng)度。
如圖24A所示，在將振子12安裝在基板80上時(shí)，在振子12與基板80之間提供各向異性導(dǎo)電粘合劑84，然后，向下壓振子12。利用分配(dispensing)或轉(zhuǎn)印技術(shù)，成圓形地涂敷粘合劑84。為了在基板80的接合面上均勻按壓并擴(kuò)展成圓形涂敷的各向異性導(dǎo)電粘合劑84，在基板80上形成的布線圖形86具有圖24B或24C所示的結(jié)構(gòu)。
圖24B所示的布線圖形86包括電極部分86a、86b和86c。通過進(jìn)行蝕刻等對(duì)設(shè)置在基板80上的金屬薄膜進(jìn)行構(gòu)圖，形成該布線圖形86。將電極部分86a和86b連接到在振子12上形成的檢測(cè)電極14和16。電極部分86a和86b均具有梳狀圖形，該梳狀圖形作為受壓的各向異性導(dǎo)電粘合劑的導(dǎo)槽。在受壓時(shí)，各向異性導(dǎo)電粘合劑84沿導(dǎo)槽流動(dòng)，并在電極部分86a和86b上均勻擴(kuò)展。這樣，將各向異性導(dǎo)電粘合劑84涂敷到振子12的整個(gè)下表面上。因此，可以提高導(dǎo)電粘合劑的強(qiáng)度，而且在導(dǎo)電和抗振方面，該接合層變得更可靠。
在徑向形成圖24C所示的電極部分86d和86e的梳狀圖形。這些電極部分86d和86e還用作受壓的各向異性導(dǎo)電粘合劑84的導(dǎo)槽，而且它們與圖24B所示的電極部分86a和86b具有同樣的功能和效果。
到此為止，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和變換例進(jìn)行了描述。然而，本發(fā)明并不局限于它們，可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變更。
最后，依次對(duì)上述說明進(jìn)行總結(jié)。
本發(fā)明的加速度傳感器包括振子，被在一個(gè)方向極化；重錘，連接到該振子；以及一對(duì)電極(例如，電極14和16)，在極化方向彼此相鄰，而且形成在振子的第一表面上。這對(duì)電極位于振子第一表面的對(duì)角線上。利用這種電極結(jié)構(gòu)，該對(duì)電極始終產(chǎn)生電壓，而與振子的3個(gè)軸中的哪個(gè)軸接收加速度無(wú)關(guān)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)方向性加速度傳感器。此外，通過相對(duì)于振子的尺寸，改變這對(duì)電極的尺寸，可以調(diào)節(jié)對(duì)三軸加速度的靈敏度，接著將進(jìn)行說明。
每個(gè)電極的面積可以大于第一表面面積的四分之一，但是小于第一表面面積的一半(例如，如圖1B所示)。因此，可以容易地確定3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。
如果振子在垂直于極化方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，而這對(duì)電極的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1和L2，則可以將長(zhǎng)度之間的關(guān)系表示為0.5＜L1(＝L2)/L＜1。在此范圍內(nèi)確定這對(duì)電極的長(zhǎng)度，以便可以容易地將3個(gè)軸之間的靈敏度分配比設(shè)置為希望的值。
振子的第一表面具有兩個(gè)或者更多個(gè)不被這對(duì)電極覆蓋的暴露區(qū)(例如，暴露區(qū)20和22)。這些暴露區(qū)排列在第一表面的另一個(gè)對(duì)角線上。暴露區(qū)的尺寸影響3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。因此，通過任意選擇暴露區(qū)的尺寸，可以將3個(gè)軸之間的靈敏度分配比容易地設(shè)置為希望的值。
加速度傳感器可以進(jìn)一步包括位于振子第一表面上的另一個(gè)對(duì)角線上的另一對(duì)電極(例如，電極對(duì)14b和16b)。利用該對(duì)電極(14a和16a)再加上另一對(duì)電極，可以實(shí)現(xiàn)可以檢測(cè)三軸加速度的加速度傳感器。
另一對(duì)電極(14b和16b)中每個(gè)電極的面積可以分別比在極化方向?yàn)榉指罹€方向的情況下將振子的第一表面分割為兩個(gè)同等部分獲得的每個(gè)面積小。這是另一對(duì)電極的特定例子。在這種情況下，該對(duì)電極電連接到在垂直于極化方向的方向彼此相鄰的另一對(duì)電極。
振子的極化方向可以垂直于板式重錘的縱向(例如，如圖1A所示)。在對(duì)振子施加極化方向上的加速度時(shí)，可以在所有3個(gè)軸方向檢測(cè)加速度。在檢測(cè)電極上，3個(gè)軸中的至少兩個(gè)軸具有不同電壓(例如，如圖1B所示)。因此，可以檢測(cè)加速度的方向。
作為一種選擇，振子的極化方向可以與板式重錘的縱向是同一個(gè)方向(例如，如圖9A所示)。利用重錘與振子的極化方向之間的這種關(guān)系，還可以獲得可以在全部3個(gè)軸方向檢測(cè)加速度的加速度傳感器。
此外，可以采用連接到這對(duì)電極的差動(dòng)放大器(如圖3所示)，以差動(dòng)放大這對(duì)電極的電壓。利用該差動(dòng)放大器，可以提高加速度的檢測(cè)靈敏度。
本發(fā)明還提供了一種加速度傳感器，該加速度傳感器包括振子，被在一個(gè)方向極化；重錘，與振子相連；以及兩個(gè)電極(例如，電極44和46)，排列在將振子的第一表面分割為兩個(gè)非對(duì)稱部分的位置。兩個(gè)電極的相對(duì)邊緣相對(duì)于振子的極化方向傾斜。利用這種電極結(jié)構(gòu)，還可以檢測(cè)三軸加速度。此外，通過改變分割線，可以容易地調(diào)節(jié)3個(gè)軸之間的靈敏度分配比。
在排列兩個(gè)電極的例子中，兩個(gè)電極中之一可以跨越第一表面的全部4個(gè)等分區(qū)域(例如，如圖15B所示)。
在排列兩個(gè)電極的另一個(gè)例子中，兩個(gè)電極互相之間可以具有不同的面積或面積比(如圖15B所示)。
此外，可以在位于振子第一表面的對(duì)側(cè)的、振子的第二表面上形成金屬薄膜(例如，地電極26A)。構(gòu)圖該金屬薄膜，以露出部分振子，并利用粘合劑將第二表面固定在重錘上(如圖18A至18C、19A、19B、20A、20B、21A和21B所示)。由于將粘合劑涂敷在振子的暴露部分上，可以提高粘合強(qiáng)度。
作為一種選擇，可以在位于振子第一表面的對(duì)側(cè)的第二表面上形成多層金屬薄膜。構(gòu)圖多層金屬薄膜的表面層，以便露出部分內(nèi)部金屬層。利用粘合劑將第二表面固定到重錘上。如果內(nèi)部金屬層表現(xiàn)出的粘合性比外部金屬層表現(xiàn)出的粘合性高，則因此可以獲得高粘合強(qiáng)度。此外，由于振子被內(nèi)部金屬層覆蓋，所以不降低振子的靜電電容。
還可以采用其中電極的角部從振子的角部回退的結(jié)構(gòu)(如圖17A和17D所示)。利用這種結(jié)構(gòu)，在利用切割技術(shù)等加工振子時(shí)，可以防止剝落。
還可以采用其中電極的邊緣從振子的邊緣回退的結(jié)構(gòu)(如圖17A至17G所示)。利用這種結(jié)構(gòu)，在利用切割技術(shù)等加工振子時(shí)，可以防止剝落。
本發(fā)明的加速度傳感器可以包括基板(基板80)。在該加速度傳感器中，利用粘合劑，將振子的第一表面附接到基板上(如圖22和24A至24C所示)。
基板可以具有在對(duì)著振子第一表面的位置上形成的金屬薄膜(電極部分86a和86b或86d和86e)。構(gòu)圖該金屬薄膜，以在將振子附接到基板上時(shí)，引導(dǎo)粘合劑(如圖24B和24C所示)。通過該構(gòu)圖，粘合劑在整個(gè)接合面上擴(kuò)展，而且提高了粘合強(qiáng)度。
本發(fā)明的加速度傳感器可以具有基板，而且在振子插在其間的情況下，重錘以懸臂狀態(tài)支承在該基板上。在這種結(jié)構(gòu)中，可以在重錘的自由端形成阻尼器(阻尼器82)。該阻尼器限制重錘的自由端的運(yùn)動(dòng)。在該結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力不集中在振子上，并且，即使在一個(gè)特定方向施加過大沖擊，仍可以防止損壞振子。
如上所述，本發(fā)明可以提供一種利用簡(jiǎn)單的振子電極結(jié)構(gòu)，可以檢測(cè)三軸加速度的小尺寸、高可靠性加速度傳感器。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器，該加速度傳感器包括振子，被在一個(gè)方向極化；重錘，連接到該振子；以及一對(duì)電極，在極化方向上彼此相鄰，而且形成在振子的第一表面上，這對(duì)電極位于振子第一表面的對(duì)角線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其中這對(duì)電極中每個(gè)電極的面積大于第一表面面積的四分之一，但是小于第一表面面積的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其中將振子的長(zhǎng)度與這對(duì)電極的長(zhǎng)度之間的關(guān)系表示為0.5＜L1(＝L2)/L＜1其中L表示振子在垂直于極化方向的方向上的長(zhǎng)度，而L1和L2表示這對(duì)電極的長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，其中振子的第一表面具有多個(gè)不被這對(duì)電極覆蓋的暴露區(qū)，所述多個(gè)暴露區(qū)位于第一表面的另一個(gè)對(duì)角線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，該加速度傳感器進(jìn)一步包括位于第一表面的另一個(gè)對(duì)角線上的另一對(duì)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加速度傳感器，其中另一對(duì)電極中每個(gè)電極的面積比在極化方向?qū)⒄褡拥牡谝槐砻娣指顬閮砂氲拿堪氲拿娣e小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加速度傳感器，其中該對(duì)電極中的每個(gè)電極電連接到在垂直于極化方向的方向上彼此相鄰的另一對(duì)電極中的每個(gè)相應(yīng)電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，其中振子的極化方向垂直于板式形狀的重錘的縱向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，其中振子的極化方向與板式形狀的重錘的縱向?yàn)橥粋€(gè)方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，該加速度傳感器進(jìn)一步包括與該對(duì)電極相連并對(duì)這對(duì)電極產(chǎn)生的電壓進(jìn)行差動(dòng)放大的差動(dòng)放大器。
11.一種加速度傳感器，該加速度傳感器包括振子，被在一個(gè)方向極化；重錘，與該振子相連；以及兩個(gè)電極，排列在將振子的第一表面分割為兩個(gè)非對(duì)稱部分的位置，兩個(gè)電極的相對(duì)邊緣相對(duì)于振子的極化方向傾斜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加速度傳感器，其中兩個(gè)電極之一跨越被分割為4個(gè)同等部分的第一表面的所有部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的加速度傳感器，其中兩個(gè)電極具有相互不同的面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，該加速度傳感器進(jìn)一步包括在振子的第二表面上構(gòu)圖的金屬薄膜，使得振子被部分露出，該第二表面位于振子第一表面的對(duì)側(cè)，其中利用粘合劑將第二表面固定在重錘上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，該加速度傳感器進(jìn)一步包括多層金屬薄膜，其形成在位于振子第一表面的對(duì)側(cè)的第二表面上，該多層金屬薄膜具有以使內(nèi)部金屬薄膜部分地露出的方式構(gòu)圖的表面層，其中利用粘合劑將第二表面固定在重錘上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，其中各電極具有從振子的相應(yīng)角回退的角部。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，其中各電極的邊緣從振子的邊緣回退。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，該加速度傳感器進(jìn)一步包括基板，其中利用粘合劑將振子的第一表面附接在基板上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的加速度傳感器，其中基板具有在對(duì)著振子的第一表面的位置形成的金屬薄膜；以及該金屬薄膜被構(gòu)圖，以在將振子附接到基板上時(shí)引導(dǎo)粘合劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任何一個(gè)所述的加速度傳感器，該加速度傳感器進(jìn)一步包括基板，其中在振子插在其間的情況下，重錘以懸臂狀態(tài)支承在基板上；以及在對(duì)著重錘的自由端的位置，在基板上形成阻尼器，該阻尼器限制該自由端的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
加速度傳感器包括振子，被在一個(gè)方向極化；重錘，連接到該振子；以及一對(duì)電極，在極化方向彼此相鄰，而且位于振子的第一表面上。這對(duì)電極位于振子第一表面的對(duì)角線上。利用這種電極結(jié)構(gòu)，該對(duì)電極始終產(chǎn)生電壓，而與振子的3個(gè)軸中的哪個(gè)軸接收加速度無(wú)關(guān)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)方向性加速度傳感器。此外，通過相對(duì)于振子的尺寸，改變這對(duì)電極的尺寸，可以容易地調(diào)節(jié)對(duì)三軸加速度的靈敏度。
文檔編號(hào)H01L41/18GK1537231SQ0281502
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2002年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者加藤隆志, 谷內(nèi)雅紀(jì), 田中浩, 紀(jì) 申請(qǐng)人:富士通媒體部品株式會(huì)社