CN103713158B - 加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加速度传感器，其有助于装置的小型化、提高形状的自由度，并且实现加速度的检测精度的提高。第一传感器（21）构成为两轴加速度传感器，该两轴加速度传感器是，弹簧（43）根据Y、Z方向的加速度进行伸缩，通过使弹簧（43）具有相对于X方向的加速度的刚性并且限制其进行伸缩，从而通过根据加速度变动的锤部（24）与第一至第三固定电极（28、29）之间的电容的变化来检测Y、Z方向的加速度。加速度传感器构成为第二传感器与第一传感器（21）具有相同的结构、通过第二传感器来检测X、Z方向的加速度的三轴加速度传感器。

Description

加速度传感器

技术领域

本申请所公开的技术涉及一种加速度传感器，特别是涉及构成为微机电***（Micro Electro Mechanical Systems：MEMS）的加速度传感器。

背景技术

以往，采用MEMS技术制造的加速度传感器中存在一种利用电容的加速度传感器。例如，存在一种在相对于基板固定的固定电极与设于能够相对于基板相对变动的锤部的可动电极之间构成电容器，利用该电容器的电容的变化来检测加速度的加速度传感器（例如，专利文献1等）。专利文献1所公开的加速度传感器构成为单轴加速度传感器，经由固定在基板上的支承部和弹性部件（例如弹簧）连接锤部的X方向的两端部，锤部在X方向变动。适用于这样的单轴加速度传感器的弹簧形成为例如互成直角的短边和长边交错相连、长边沿与伸缩方向成直角的方向（上述文献中的Y方向）延伸。

另外，相对于上述的检测作用在一个方向上的加速度的单轴加速度传感器，存在一种检测作用在XYZ各方向上的加速度的三轴加速度传感器（例如，专利文献2～7等）。例如，在专利文献2所公开的加速度传感器中，经由固定在基板上的四条臂部的每一个和弹簧连接有锤部，锤部随着加速度在XYZ各方向变动。而且，电容变化是与锤部的可动电极与对应于各方向设置的固定电极的距离的变动相对应的，基于电容的变化能够检测出作用在各方向上的加速度。适用于这样的三轴加速度传感器的弹簧具有例如长边与短边的长度大致相等的结构。

专利文献1：日本特开平11-344507号公报

专利文献2：日本特表2005-534016号公报

专利文献3：日本特开平06-258340号公报

专利文献4：日本特开平05-340960号公报

专利文献5：日本特许第2773495号公报

专利文献6：日本特开平07-245413号公报

专利文献7：日本特许第3327595号公报

发明内容

用于上述三轴加速度传感器的弹簧保持锤部，使其能够根据作用在XYZ各方向的加速度变动，并且该弹簧需要具有无论锤部变动方向如何都能够随着与作用的加速度的大小进行同样的变动的特性。例如，用于三轴加速度传感器的弹簧，具有相对于三个方向的弹簧常数大致相同的特性。但是，在这种结构的加速度传感器中，例如弹簧、锤部的制造工艺的缺陷和例如由于在形成弹簧、锤部的蚀刻中产生的弹簧的粗细、锤部的膜厚的偏差引起锤部重心的偏移，有可能导致锤部产生扭转、旋转。因此，会产生加速度传感器对于除作用在设定的检测方向上的加速度之外的其他方向上的加速度也产生输出的所谓的他轴灵敏度，从而导致检测精度降低或成品率低下等问题。

另外，如上所述，在三轴加速度传感器中，由于根据加速度的大小需要同样地检测作用在各方向的加速度，而希望采用对称的结构。例如，在上述专利文献2所示的三轴加速度传感器中，俯视观察锤部时，其形状为大致正方形。也就是说，在这样的三轴加速度传感器中，为了得到良好的检测精度，锤部形状的自由度受到极大制约。

另一方面，考虑使用多个上述的单轴加速度传感器来构成三轴加速度传感器。例如，考虑采用使单轴加速度与XYZ各方向相对应地设置而构成的将多个加速度传感器排列在同一平面上。但是，采用这样的结构会导致装置的大型化。

本申请所公开的技术是鉴于上述课题而提出的，目的在于提供一种有助于装置的小型化、提高形状的自由度，并且能够实现加速度的检测精度的提高的加速度传感器。

采用本申请所公开的技术的加速度传感器具有：基板；第一弹性部件，其一端固定在基板上，并且相对于沿基板的第一方向和与基板正交的第三方向的这两个方向的加速度进行挠动；第二弹性部件，其一端固定在基板上，并且相对于与沿基板的第一方向正交的第二方向和第三方向的这两个方向的加速度进行挠动；多个锤部，其分别与第一和第二弹性部件的另一端连接，并且从基板游离且能够摆动地被第一和第二弹性部件支撑；第一至第三传感器部，其根据锤部的摆动检测第一至第三方向的各加速度。

该加速度传感器具有在第一和第三方向具有可挠性的第一弹性部件和在第二和第三方向具有可挠性的第二弹性部件。多个锤部从基板游离，并且能够摆动地被这样的在两个方向上具有可挠性的第一和第二弹性部件的任一个支撑。而且，第一至第三传感器部根据锤部的摆动来检测出第一至第三方向上的加速度。

这样的第一和第二弹性部件不具有能够用于三轴加速度传感器那样的对三个方向进行伸缩挠动的特性，但是相对于沿基板的两个方向（第一方向和第二方向）中的其中一个方向具有刚性。因此，无须担心由于制造工艺的缺陷引起锤部的重心偏移、锤部产生扭转、旋转，能够构成实现检测精度的提高的加速度传感器。并且，由于能够抑制制造工艺中的加速度传感器的特性的偏差，从而实现成品率的提高。

并且，在该加速度传感器中，锤部被第一和第二弹性部件中的一个弹性部件支撑，并且能够在两个方向上摆动。在这种结构中，能够消除对用于三轴加速度传感器的锤部所要求的在结构上的限制，例如能够消除为了同样地检测出作用在三个方向上的加速度而要求的俯视观察时为正方形的形状的限制，从而提高形状的自由度。

并且，与利用三个单轴加速度传感器构成三轴加速度传感器的情况相比，根据本发明的加速度传感器，利用两个具有第一弹性部件或第二弹性部件的两轴加速度传感器，能够实现与三轴加速度传感器相同的功能，并且能够减少设备的数量，实现装置的小型化。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，第一至第三传感器部分别具有电容部，电容部具有设在基板上的固定电极和设在锤部上的可动电极，第一传感器部的电容部具有的固定电极和可动电极可以形成为沿第二方向的平板状，第二传感器部的电容部具有的固定电极和可动电极可以形成为沿第一方向的平板状，第三传感器部的电容部具有的固定电极和可动电极可以形成为沿基板的平板状。根据这样的结构，能够构成检测出各方向的加速度的第一至第三传感器部分别具有与各方向相对应的平板状的固定电极和可动电极的电容型加速度传感器。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，可以具有多个第三传感器部，其基于电容的变化来检测作用在第三方向上的加速度，电容的变化是与电容部的固定电极与可动电极之间的距离的变动相对应的，基于将多个第三传感器部的输出合成的值来检测第三方向的加速度。

在这样的结构中，由于加速度传感器具有的第三传感器部均有助于第三方向的加速度的检测，与通过三个单轴加速度传感器构成三轴加速度传感器的情况相比，能够得到更加小型化的结构。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，第一弹性部件在第二方向上的弹簧常数可以比在第一和第三方向上的弹簧常数大，第二弹性部件在第一方向上的弹簧常数可以比在第二和第三方向上的弹簧常数大。在该加速度传感器中，能够容易地构成相对于任意两个方向的加速度进行挠动的第一和第二弹性部件。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，第三传感器部具有的电容部的容量值可以比第一、第二传感器部具有的电容部的容量值大。基于这样的条件，能够容易地构成本发明的加速度传感器。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，对于第一至第三方向的各加速度的灵敏度大致相同，所以能够构成通用性较高的加速度传感器。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，第一弹性部件和第二弹性部件具有相同的结构，而且，第一传感器部和第二传感器部也可以具有相同的结构。在这样的结构中，有助于装置的小型化、提高形状的自由度，并且能够实现加速度检测精度的提高、加速度传感器制造工艺的简化。

并且，在采用本申请所公开的技术的加速度传感器中，第一弹性部件是沿第一方向的第一边与沿第二方向的第二边交错相连、沿第二方向蛇行延伸的弹簧，并且连接第一弹性部件的两端的距离可以比第一边的长度长。

第二弹性部件是沿第一方向的第一边与沿第二方向的第二边交错相连、沿第一方向蛇行延伸的弹簧，并且连接第二弹性部件的两端的距离可以比第二边的长度长。在这样的结构中，能够容易地构成相对于两个方向的加速度进行挠动的第一和第二弹性部件。

发明效果

根据本申请所公开的技术，能够提供有助于装置的小型化、提高形状的自由度，并且能够实现加速度的检测精度的提高的加速度传感器。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的加速度传感器的简要结构的立体图。

图2（a）是传感器的俯视图，图2（b）是图2（a）中的A-A线端视图，图2（c）是图2（a）中的B-B线端视图。

图3是表示传感器的电连接的图。

图4（a）是用于说明本实施方式的弹簧的示意图，图4（b）和图4（c）是用于说明比较例的弹簧的示意图。

图5是表示折叠次数与弹簧常数之间的关系的曲线图。

图6（a）～图6（c）是用于说明传感器的制造工艺的端视图。

图7（a）～图7（c）是用于说明传感器的制造工艺的端视图。

图8是用于说明其他的加速度传感器的俯视图。

附图标记说明

10 加速度传感器，

12 基板，

21 第一传感器，

24 锤部，

26 弹簧部，

28 第一固定电极，

29 第二固定电极，

31 第二传感器，

43 弹簧，

55 第三固定电极，

112 长边，

111 短边，

Kx、Ky、Kz 弹簧常数

具体实施方式

下面，参照附图，对将本发明具体化的一个实施方式进行说明。另外，为了便于说明，附图中存在与实际的尺寸、比例尺不同的部分。

图1是表示采用MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技术制造的本实施方式的电容型加速度传感器的芯片的简要结构。如图1所示，俯视观察时，加速度传感器10具有形成为大致长方形板状的基板12。加速度传感器10在沿基板12的长边的方向排列设置的两个芯片区域上分别形成有第一传感器21和第二传感器31。另外，在以下的说明中，如图1所示，以沿加速度传感器10的长边的方向（第一和第二传感器21、31排列设置的方向）为X方向，以相对于X方向成直角且沿加速度传感器10的短边的方向为Y方向，以与X方向和Y方向这两个方向成直角的方向（相对于基板12的基板平面垂直的方向）为Z方向。

第一传感器21包括边框部23、锤部24、一对弹簧部26、第一和第二固定电极28、29。如图2（a）所示，俯视观察时，边框部23形成为四边框状，其包围的内侧部分设有锤部24。俯视观察时，锤部24形成为大致正方形状的板状。锤部24形成有多个贯通Z方向的贯通孔24A，并且该贯通孔24A相对于锤部24形成为矩阵状。另外，该贯通孔24A具有作为通气孔来降低锤部24向Z方向移动时的阻力的功能和后文所述的蚀刻牺牲层时作为蚀刻液的导入口的功能。

另外，第一传感器21在Y方向的两侧部分分别设有弹簧部26。弹簧部26包括设在X方向的大致中央部分的梁部41和设在梁部41上的X方向的两侧的一对弹簧43。俯视观察时，梁部41形成为大致长方形的板状，并且其长边沿Y方向设置。经由各弹簧43连接锤部24和梁部41。俯视观察时，弹簧43形成为蛇行状，一端侧的固定端43A固定在梁部41的侧面上，另一端侧的可动端43B与锤部24连接。另外，弹簧43的蛇行形状是互成直角的短边和长边相互连接、短边沿X方向设置、长边沿Y方向设置的弯弯曲曲状。并且，弹簧43的固定在梁部41上的固定端43A与连接有锤部24的可动端43B之间的距离比长边长，能够相对于X方向提高弹簧43的刚性、限制弹簧43相对于X方向的伸缩。

图2（b）是图2（a）的A-A线端视图，图2（c）是图2（a）的B-B线端视图。如图2（b）所示，梁部41与基板12上直立设置的锚定部45一体形成并且被固定。因此，如图2（c）所示，固定的梁部41经由弹簧43支撑锤部24，由此能够使锤部24以浮在基板12的上方的状态被保持。并且，锤部24与包围锤部24的边框部23相互分离。

如图2（a）所示，第一和第二固定电极28、29设在第一传感器21的大致中央部。第一传感器21具有多组一对第一和第二固定电极28、29（本实施方式中为6组）。第一和第二固定电极28、29的主面形成为沿Z方向的大致长方形板状，并且第一和第二固定电极28、29的长边沿X方向设置。第一和第二固定电极28、29各自的主面以相互对置的方式沿Y方向交错设置。第一固定电极28在X方向的一端侧（图中上侧的三个为左侧，下侧的三个为右侧）与设有通孔28A且在基板12上形成的配线（省略图示）电连接。并且，第二固定电极29在与第一固定电极28相反的X方向的一端侧（图中上侧三个为右侧，下侧三个为左侧）与设有通孔29A且在基板12上形成的配线（省略图示）电连接。并且，如图2（b）所示，第一和第二固定电极28、29的除设有通孔28A，29A的端部之外的部分与基板12分离。另外，在包括端部在内的第一和第二固定电极28、29的整体也可以与基板12连接。

如图2（b）所示，基板12包括：核心板51、以覆盖核心板51的上表面的方式而形成的绝缘层53、在绝缘层53上形成的第三固定电极55。与梁部41一体形成的锚定部45与衬垫58连接，并且锤部24经由配线（省略图示）与外部端子电连接。如图3所示，在第一传感器21中，以锤部24为可动电极，通过锤部24与第一和第二固定电极28、29构成平行平板电容器C1、C2。平行平板电容器C1、C2的电容根据作用在第一传感器21的Y方向的加速度而变化。例如，随着锤部24向Y方向的一个方向（图中的上方）变动，平行平板电容器C1的电容减小，而平行平板电容器C2的电容增大。通过测量随着这样的锤部24与第一和第二固定电极28、29之间的距离的变动而变化的平行平板电容器的电容，能够检测出Y方向的加速度。

例如，将与锤部24连接的测量点61上的电压从上述外部端子输出到处理回路，检测出电容器C1、C2的电位差（电容的差）并计算出加速度。另外，如图3所示，为了扩大电容的差的输出从而提高灵敏度，第一传感器21构成为含有各个电容器C1、C2的桥式电路。并且，通过构成该桥式电路，各电容器C1、C2在非检测方向的X方向上的电容的变化相互抵消，能够实现所谓的他轴灵敏度的降低。并且，第一传感器21中可以设有用于在未作用有加速度的无负荷时解除测量点61上的偏置电压的校正电路。

并且，图2（b）所示的第三固定电极55，以在Z方向与锤部24对置的方式形成在绝缘层53的上表面的整个区域。第一传感器21构成为锤部24和第三固定电极55在Z方向对置的平行平板电容器。该平行平板电容器的电容根据作用在第一传感器21的Z方向上的加速度而变化。在第一传感器21中，通过测量随着锤部24与第三固定电极55之间的距离的变动而变化的平行平板电容器的电容，能够检测出Z方向的加速度。

如上所述，第一传感器21在检测作用在Y方向和Z方向的加速度的另一方面，还具有限制弹簧43（参照图2（a））在X方向伸缩的结构，使锤部24在X方向不进行挠动。因此，第一传感器21构成为能够检测Y方向和Z方向的加速度的两轴加速度传感器。如图1所示，具有加速度传感器10的第二传感器31与第一传感器21具有相同的结构，包括：边框部23、锤部24、一对弹簧部26、第一和第二固定电极28、29以及第三固定电极（省略图示）。第二传感器31形成为以Z方向为旋转轴将第一传感器21旋转90度的结构。也就是说，第二传感器31在检测作用在X方向和Z方向的加速度的另一方面，能够限制弹簧部26的弹簧43在Y方向的伸缩，使锤部24在Y方向不进行挠动。因此，第二传感器31构成为能够检测出X方向和Z方向的加速度的两轴加速度传感器。

在这样构成的加速度传感器10中，基于第一和第二传感器21、31的输出来检测三个方向的加速度。并且，在加速度传感器10中，通过测量与第一和第二传感器21、31各自的锤部24与第三固定电极55之间的距离的变动相对应的电容的变化来检测相对于Z方向的加速度。即，加速度传感器10利用将第一和第二传感器21、31两者的输出合成的值来检测相对于Z方向的加速度。

接下来，对弹簧43的构造进行说明。

图4（a）所示的弹簧100是弹簧43的一个例子。如上所述，弹簧100构成为互成直角的短边111和长边112交错相连的形状。另外，如图4（a）～图4（c）所示，在以下的说明中，将短边111的长度称为L1，长边112的长度称为L2进行说明。并且，图4（a）～图4（c）所示的方向表示弹簧100、100A、100B伸缩的方向。

弹簧100的长度L2比长度L1长，连接锤部24（参照图2（a））与各梁部41（参照图2（a））之间的距离L3比长度L2长。在此，在弹簧100中，以在Y方向的往复次数，换句话说在Y方向的一端侧折返的次数（以下称为“折叠次数”）为n。在图4（a）所示的弹簧100中，折叠次数n为15次。弹簧100的折叠次数n与对应于X、Y、Z各方向的弹簧常数Kx、Ky、Kz相关。于是，本发明的发明者通过关于弹簧常数Kx、Ky、Kz相对于弹簧100的折叠次数n的变化进行反复的研究、模拟等，而得到本发明。具体地说，如图4（a）所示，例如，在与Z方向正交的平面上，使弹簧100占有的区域S（图中以阴影覆盖的部分）的面积为定值，改变折叠次数n并且进行弹簧常数Kx、Ky、Kz的研究。

图5是表示弹簧常数Kx、Ky、Kz的值相对于折叠次数n的曲线图。如图5所示，X方向的弹簧常数Kx随着折叠次数n的增加而增大。图中以实线所示的曲线表示试算弹簧常数Kx的结果，并且从中可知随着折叠次数n的增加相对于X方向的刚性增强、从而弹簧伸缩被限制。

另一方面，Y方向的弹簧常数Ky随着折叠次数n的增加而减小。图中以虚线表示的曲线表示试算弹簧常数Ky的结果，可知随着折叠次数n的增加，相对于Y方向的刚性降低，变得容易挠动。同样，Z方向的弹簧常数Kz随着折叠次数n的增加而减小。图中以点划线表示的曲线表示弹簧常数Kz的试算结果，可知随着折叠次数n的增加，Z方向变得容易挠动。

根据以上内容，利用图5所示的曲线图，基于弹簧常数Kx、Ky、Kz将弹簧100分为三种类别。例如，以各弹簧常数Kx、Ky、Kz为近似的值的折叠次数n为基准值n1（例如n1＝10），以折叠次数n比基准值n1小的弹簧100为第一种类。被分类为该第一种类的弹簧100是例如图4（b）所示的折叠次数n为5次的弹簧100A。该弹簧100A的两端的距离L3比长度L2短。弹簧100A具有相对于X方向容易位移，而相对于Y、Z方向的伸缩被限制的特性。也就是说，这样的弹簧100A具有在一个方向上伸缩的特性，例如日本特开平11-344507号公报（专利文献1）所示的单轴加速度传感器所采用的弹簧。

接下来，以折叠次数n为基准值n1，各弹簧常数Kx、Ky、Kz大致相同的弹簧100为第二种类。被分类为该第二种类的弹簧100是例如图4（c）所示的折叠次数n为10次的弹簧100B。该弹簧100B的两端的距离L3与长度L2大致相等，能够相对于X、Y、Z各方向位移。也就是说，这种弹簧100B具有在三个方向伸缩或挠动的特性，例如日本特表2005-534016号公报（专利文献2）中所示的用于三轴加速度传感器的弹簧。

而且，本实施方式的图4（a）所示的弹簧100是折叠次数n比基准值n1大的、被分类为第三种类的弹簧，其具有相对于两个方向的挠动性。详细地说，弹簧100的短边111与长边112相连、相对于蛇行延伸的X方向的刚性高且难以伸缩。并且，弹簧100相对于与蛇行延伸的X方向正交的Y方向具有挠动性。并且，弹簧100相对于Z方向具有挠动性，其Z方向与设定弹簧100占有的区域S的平面垂直。因此，在具有这样的特性的弹簧100（弹簧43）的第一传感器21中，能够检测出作用在Y方向和Z方向上的加速度，并且由于锤部24在X方向上不变动，能够抑制X方向上的他轴灵敏度、实现检测精度的提高。

接下来，对这样构成的加速度传感器10的灵敏度进行说明。

加速度传感器10利用第一和第二传感器21、31两者的输出来检测相对于Z方向的加速度。在此，以相对的电极的面积为S、电极的距离为d、介电常数为ε，电容C可以通过下式表示。

C＝εS/d·········（1）

锤部24在平面方向形成为与Z方向正交的平板状，并且能够使检测相对于Z方向的加速度的可动电极的面积S比其他方向（X方向，Y方向）大。

因此，在本实施方式的第一和第二传感器21、31中，能够使用于检测作用在Z方向上的加速度而设置的电容的大小比其他两个方向大。

另外，利用上述式（1），电容的变化量ΔC相对于距离的变化量Δd的大小如下式所示。

ΔC/Δd＝εS/d²····（2）

另外，根据运动方程式、弹性法则，作用在锤部24上的力如下式所示。

F＝ma＝kΔd（m：锤部24的质量，a：加速度，k：弹簧常数）··（3）

根据上述式（2）、（3），电容的变化量ΔC如下式所示。

ΔC＝（εS/d²*m/k）a＝（C/k*m/d）a······（4）

因此，根据上述式（4），提高本实施方式的电容型加速度传感器10的对于加速度a的灵敏度（电容的变化量）需要增大作为重物的锤部24的质量m、增大由锤部24与第一至第三固定电极28、29、55分别构成的电容器的电容C或减少弹簧常数Kx、Ky、Kz。质量m与锤部24的大小相关。在Z方向，电容C与锤部24的与Z方向正交的方向的面积S相关。如图2（a）所示，俯视观察时，加速度传感器10中的锤部24占据了平面的大部分区域。与之相对，考虑采用例如将单轴加速度传感器（上述日本特开平11-344507号公报（专利文献1）所公开的加速度传感器等）与XYZ各方向对应设置，将多个加速度传感器排列在同一平面上的结构。但是，在这样的结构中，俯视观察时，有助于Z轴方向的加速度检测的锤部仅占据平面的一部分区域。也就是说，本实施方式的加速度传感器10有助于所有传感器（第一和第二传感器21、31）对Z方向的加速度的检测，与构成对于Z方向具有相同的灵敏度的三轴加速度传感器的情况相比，具有更加小型化的结构。

并且，优选电容型的加速度传感器对于XYZ各方向的灵敏度大致相同。如上述式（4）所示，为了使对于各方向的灵敏度大致相同，考虑使各方向的电容C与弹簧常数k的比相等。例如，在上述加速度传感器10中，以检测X方向的加速度的第二传感器31的锤部24与第一和第二固定电极28、29的电极之间的电容为Cx，以弹簧43的相对于X方向的弹簧常数为kx。并且，以检测Y方向的加速度的第一传感器21的锤部24与第一和第二固定电极28、29的电极之间的电容为Cy，弹簧43的相对于Y方向的弹簧常数为ky。另外，在本实施方式中，由于第一和第二传感器21、31具有相同结构，电容Cx和Cy、弹簧常数kx和ky分别具有相同的值。并且，以检测第一和第二传感器21、31的Z方向的加速度的锤部24与第三固定电极55的电极之间的电容分别为电容Cz1，Cz2，以各传感器21、31的弹簧43的相对于Z方向的弹簧常数分别为kz1，kz2。另外，在本实施方式中，第一和第二传感器21、31具有相同的结构，所以电容Cz1、Cz2的值是相同的。同样，弹簧常数kz1、kz2的值是相同的。

而且，为了使这种情况下的各方向的电容C与弹簧常数k的比相等，优选满足下式。

2*Cx/kz＝2*Cy/ky＝（Cz1/kz1+Cz2/kz2）····（5）

因此，通过将上述式（5）的值设计为指标，能够使相互正交的三轴的各个方向的加速度的灵敏度相等，能够容易地构成本实施方式的加速度传感器10。另外，如图3所示，本实施方式的第一和第二传感器21、31分别构成含有电容器C1、C2的桥式电路，利用各电容器C1、C2的电容的差来计算加速度。因此，各传感器21、31的对于各方向的灵敏度，与例如将电容器C1、C2中的其中一个电容器的容量扩大2倍的值相关。上述式（5）采用了这样的电容型加速度传感器中所用到的桥式电路。

接下来，对第一传感器21的制造方法的一个例子进行说明。另外，由于第二传感器31的制造方法与第一传感器21是相同的，所以省略了说明。

首先，准备如图6（a）的核心板200。核心板200是例如由单晶硅构成的晶片。在核心板200上形成多个传感器元件，然后进行切片，并且通过对多个第一传感器21进行单片化而进行制造。

在核心板200的表面形成绝缘层210。绝缘层210是利用例如热氧化法、沉积法在氮化硅（SiN_x）、二氧化硅膜之上层叠氮化硅的膜而形成的。然后，例如利用光刻技术在绝缘层210的表面形成任意图形的第三固定电极212、衬垫214和未图示的配线。第三固定电极212和配线（省略图示）等采用了多晶硅等对后文所述的牺牲层215的蚀刻有耐性的材料。另外，在利用LSI技术一般将铝用于第三固定电极212和未图示的配线的情况下，优选在该铝之上层叠氮化硅膜或利用多层层叠膜构成上述绝缘层210并在其中，提高对牺牲层215的蚀刻的耐性。如上所述，可以由多层层叠膜来构成绝缘层210、第三固定电极212和配线（省略图示）。并且，第三固定电极212和配线（省略图示）可以由具有导电性的多层来构成。

然后，如图6（b）所示，形成覆盖绝缘层210和第三固定电极212的牺牲层215。牺牲层215是将二氧化硅通过例如化学气相沉积（CVD：ChemicalVapor Deposition）法成膜而形成的。牺牲层215的厚度为例如2μm（微米）。然后，如图6（c）所示，使衬垫214的表面的一部分露出牺牲层215地形成接触孔216。接触孔216是利用例如光刻技术而形成的。

然后，如图7（a）所示，在牺牲层215之上形成电极层217。接触孔216内充填有电极层217的一部分。电极层217是例如将多晶硅通过CVD法成膜而形成的。电极层217的厚度为例如5～10μm。然后，如图7（b）所示，对电极层217进行蚀刻，形成贯通孔219及第一和第二固定电极220、221。对电极层217的蚀刻是例如利用光刻技术在电极层217上形成任意图形的抗蚀刻层（省略图示），通过Deep-RIE（Reactive Ion Etching）法对从该抗蚀刻层的开口部露出的区域进行异向性蚀刻。另外，未图示的弹簧43是例如与上述第一和第二固定电极220、221在同一工序中形成的。

然后，如图7（c）所示，蚀刻牺牲层215。牺牲层215的蚀刻是例如从形成在电极层217上的贯通孔219等导入蚀刻液（例如缓冲氢氟酸酸（BHF））而进行的。通过这种方式形成图1所示的第一传感器21。

根据上述实施方式，能够得到以下效果。

（1）通过使具有加速度传感器10的第一传感器21的弹簧43根据Y、Z方向的加速度伸缩，而限制相对于X方向的加速度的伸缩，从而能够从根据加速度进行变动的锤部24与第一至第三固定电极28、29，55之间的电容的变化检测出Y、Z方向的加速度。也就是说，第一传感器21构成为弹簧43相对于X方向具有刚性而作为两轴加速度传感器。加速度传感器10构成为第二传感器31与第一传感器21具有同样的结构、通过利用第二传感器31检测出X、Z方向的加速度而作为三轴加速度传感器。在这样的结构中，各传感器21、31的弹簧43相对于一个方向具有刚性，无须担心由于制造工艺的缺陷导致锤部24的旋转、重心偏移，能够构成实现检测精度的提高的加速度传感器10。

（2）加速度传感器10利用第一和第二传感器21、31两者的输出来检测相对于Z方向的加速度。由此，在加速度传感器10中，由于所有的传感器（第一和第二传感器21、31）有助于对Z方向的加速度的检测，与通过三个单轴加速度传感器来构成三轴加速度传感器的情况相比，能够得到更加小型化的结构。

（3）在俯视观察第一传感器21时，弹簧43的可动端43B相对于固定端43A位于外侧。在这样的结构中，能够减轻作用在锤部24上的旋转力矩的影响，并且能够实现第一传感器21的检测精度的提高。

另外，本发明不是限于上述实施方式的发明，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种改良、变更。

例如，在上述实施方式中，俯视观察时，第一传感器21形成为大致正方形，但并不限于此。例如，如图8所示的第一和第二传感器301、302在俯视观察时形成为大致长方形。第一和第二传感器301、302在俯视观察时形成为长边沿X方向延伸的大致长方形状。第一传感器301的弹簧311与上述实施方式的第一传感器21的弹簧43相比，其X方向的长度较长、Y方向的长度较短。并且，第二传感器302的弹簧312与上述实施方式的第二传感器31的弹簧43相比，其X方向的长度较长、Y方向的长度较短。在这样的结构中，弹簧311，312相对于一个方向具有刚性，第一和第二传感器301、302构成为两轴加速度传感器。也就是说，根据本实施方式的第一和第二传感器21、31的结构，能够减少结构上的限制、提高形状的自由度。

并且，在上述实施方式中虽未提及，在如图8所示的第一和第二传感器301、302中，设有用于防止锤部24与各部件之间的粘滞的限位器320。限位器320形成为直立设置在基板12（参照图1）上并且在Z方向贯通锤部24的柱状。通过使限位器320与锤部24卡合，能够防止锤部24与其他部件，例如第一固定电极28粘在一起。并且，虽然未做图示，限位器320的与锤部24相对的面设有凸部，能够减小限位器320与锤部24之间的接触面积，有效地防止粘滞。并且，将这样的凸部设置在其他部件上，例如在锚定部45的与锤部24对置的面上进行设置，也能够实现限位器320的功能。并且，防止粘滞的机构不限于限位器320，例如也可以对任意部件的端面进行表面加工，使其具有疏水性。

并且，在上述实施方式中，采用了锤部24作为可动电极，但是也可以设置与锤部24一体或分体的可动电极。

并且，利用上述弹簧43那样的具有对两个方向进行伸缩或挠动的特性的弹性部件，只要能够检测出作用在传感器10上的加速度，也可以采用除电容之外的机构。

并且，各部件的形状·结构等仅为一个例子，可以进行适当的变更。例如，第一传感器21和第二传感器31可以具有不同的结构。

附带说明的是，加速度传感器10作为加速度传感器的一个例子，锤部24作为锤部和可动电极的一个例子，第一至第三固定电极28、29、55作为固定电极的一个例子，弹簧43作为第一和第二弹性部件的一个例子，长边112和短边111作为第一边和第二边的一个例子，弹簧常数Kx、Ky、Kz作为弹簧常数的一个例子而被举出。

接下来，对根据上述实施方式的内容引出的技术思想进行说明。

在本发明的第二方面的加速度传感器的基础上，所述第三传感器部具有：第一电容部，其与具有所述第一传感器部的第一传感器相对应；第二电容部，其与具有所述第二传感器部的第二传感器相对应。

将2*｛（所述第一传感器部具有的所述电容部的容量值）/（所述第一弹性部件的所述第一方向的弹簧常数）｝、

2*｛（所述第二传感器部具有的所述电容部的容量值）/（所述第二弹性部件的所述第二方向的弹簧常数）｝、以及｛（所述第三传感器部具有的所述第一电容部的容量值）/（所述第一弹性部件的所述第三方向的弹簧常数）+（所述第三传感器部具有的所述第二电容部的容量值）/（所述第二弹性部件的所述第三方向的弹簧常数）｝设为相等的值。

根据这样的结构，与利用上述实施方式中的式（5）说明的内容相对应，第三传感器部具有与第一传感器相对应的第一电容部和与第二传感器相对应的第二电容部，

将2*｛（第一传感器部具有的电容部的容量值）/（第一弹性部件的第一方向的弹簧常数）｝、2*｛（第二传感器部具有的电容部的容量值）/（第二弹性部件的第二方向的弹簧常数）｝、以及｛（第三传感器部具有的第一电容部的容量值）/（第一弹性部件的第三方向的弹簧常数）+（第三传感器部具有的第二电容部的容量值）/（第二弹性部件的第三方向的弹簧常数）｝设为相等的值。基于这样的条件，能够容易地构成对于相互正交的三轴的各方向的加速度的灵敏度相等的加速度传感器。

Claims (8)

1.一种加速度传感器，其特征在于，具有：

基板；

第一弹性部件，其一端固定在所述基板上，并且相对于沿所述基板的第一方向和与所述基板正交的第三方向的这两个方向的加速度进行挠动；

第二弹性部件，其一端固定在所述基板上，并且相对于与沿所述基板的所述第一方向正交的第二方向和所述第三方向的这两个方向的加速度进行挠动；

多个锤部，其分别与所述第一和第二弹性部件的另一端连接，并且从所述基板游离且能够摆动地被所述第一和第二弹性部件支撑；

第一至第三传感器部，其根据所述锤部的摆动检测所述第一至第三方向的各加速度，

所述第一至第三传感器部分别具有电容部，所述电容部具有设在所述基板上的固定电极和设在所述锤部上的可动电极，

所述第一传感器部的所述电容部具有的所述固定电极和所述可动电极形成为沿所述第二方向的平板状，

所述第二传感器部的所述电容部具有的所述固定电极和所述可动电极形成为沿所述第一方向的平板状，

所述第三传感器部的所述电容部具有的所述固定电极和所述可动电极形成为沿所述基板的平板状，

所述第一弹性部件是沿所述第一方向的第一边与沿所述第二方向的第二边交错相连、沿所述第二方向蛇行延伸的弹簧，并且连接所述第一弹性部件的两端的距离比所述第一边的长度长，

所述第二弹性部件是沿所述第一方向的第一边与沿所述第二方向的第二边交错相连、沿所述第一方向蛇行延伸的弹簧，并且连接所述第二弹性部件的两端的距离比所述第二边的长度长。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，

具有多个所述第三传感器部，其基于电容的变化来检测作用在所述第三方向上的加速度，所述电容的变化是与所述电容部的所述固定电极与所述可动电极之间的距离的变动相对应的，

基于将多个所述第三传感器部的输出合成的值来检测所述第三方向的加速度。

3.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，

所述第三传感器部具有的所述电容部的容量值比所述第一、第二传感器部具有的所述电容部的容量值大。

4.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，

所述第一弹性部件在所述第二方向上的弹簧常数比在所述第一和第三方向上的弹簧常数大，

所述第二弹性部件在所述第一方向上的弹簧常数比在所述第二和第三方向上的弹簧常数大。

5.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，

所述加速度传感器的相对于所述第一至第三方向的各加速度的灵敏度大致相同。

6.根据权利要求3所述的加速度传感器，其特征在于，

所述加速度传感器的相对于所述第一至第三方向的各加速度的灵敏度大致相同。

7.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，

所述第一弹性部件与所述第二弹性部件具有相同的结构，而且，所述第一传感器部与所述第二传感器部具有相同的结构。

8.根据权利要求3所述的加速度传感器，其特征在于，

所述第一弹性部件与所述第二弹性部件具有相同的结构，而且，所述第一传感器部与所述第二传感器部具有相同的结构。