TWI427293B

TWI427293B - An acceleration sensor element and an acceleration sensor having its acceleration

Info

Publication number: TWI427293B
Application number: TW099116668A
Authority: TW
Inventors: Atsushi Kazama; Masakatsu Saitoh; Ryoji Okada; Yasuhiro Hamaguchi
Original assignee: Torex Semiconductor Ltd
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-02-21
Also published as: JP5652775B2; KR101146601B1; KR20100129217A; TW201118378A; US8418558B2; CN101900746B; CN101900746A; US20100300205A1; HK1147805A1; JP2010276508A

Description

加速度感測器元件及具有它的加速度感測器

本發明是關於被使用於汽車、飛機、攜帶終端機器、玩具等的加速度檢測用的半導體加速度感測器者。

加速度感測器是很多被使用於汽車的安全氣囊工作用感測，將汽車相撞的衝擊檢測出作加速度。在汽車為了測定X軸，Y軸的加速度，以1軸或2軸檢測功能就足夠。又，所測定的加速度很大。在最近，加速度感測器被使用在攜帶終端機器或機器人等變多，因檢測出空間的動作，因此被要求測定X、Y、Z軸的加速度的3軸加速度感測器。又，為了檢測出微小的加速度被要求為高分解能，且小型者。

很多的加速度感測器是錘部或可撓部的動作採用變換電性信號的構成。在此些，有從設於與錘部連結的可撓部的壓電電阻元件的電阻變化檢測出錘部的動作的壓電電阻元件型，還有以與固定電極之間的靜電容量變化檢測出錘部的動作的靜電容量型等。

針對於示出於專利文獻1及專利文獻2的習知的3軸加速度感測器，說明於以下。在第11圖，第12圖中，3軸加速度感測器101，是將3軸加速度感測器元件103，及進行感測器元件信號的放大或溫度補償等的控制用的IC 104積層，固定於陶瓷製器設102內，而將蓋105與器設102號予以接合而密封於器殼102內。如第12圖所示地，3軸加速度感測器元件103是使用樹脂接著材106而被固裝於器殼102，IC 104是使用樹脂接著材107而被固裝於3軸加速度感測器元件103上。

3軸加速度感測器元件103是具有感測器端子108，IC 104是具有IC端子109，器殼102是具有器殼端子110。感測器端子108與IC端子109，以及IC端子109與器殼端子110之間以金屬線111被連接，感測器的信號是從與設於器殼102的器殼端子110連接的輸出端子112被取出至外部。蓋105是以例如AuSn焊料等的接著材102a被固裝於器殼102。

在表示於第13圖的俯視圖中，3軸加速度感測器元件103是具有方型的支撐框部113與錘部114，及隔著錘部114作成一對的梁部115，而錘部114為以兩對梁部115被保持於支撐框部113的中央。在梁部115設有壓電電阻元件。

在一對梁部115設有X軸壓電電阻元件116與Z軸壓電電阻元件118，而在另一對梁部115設有Y軸壓電電阻元件117。在一對梁部115的各梁柄部4部位配置壓電電阻元件，以配線連接此些元件來構成跨接電路進行刪除壓電電阻元件的均勻電阻變化，又，變更跨接電路的連接方法，俾分離地檢測出X及Y軸與Z軸的加速度。又，在支撐構件113上排列著感測器端子108。

針對於跨接電路的加速度檢測的原理使用第14A圖至第14D圖進行說明。第14A圖及第14B圖，以XZ斷面分別表示朝X方向與Z方向施以加速度時的錘部114的動作。例如第14A圖地朝X方向施以加速度時，錘部114是以上端中央近旁作為中心進行旋轉，使得梁部115變形。隨著梁部115的變形，施加於設於梁部115上面的4個X軸壓電電阻元件X1～X4的應力會變化，而電阻也會變化。這樣，在X1，X3施加引拉應力，在X2，X4施加壓縮應力，而在表示於第14C圖的X軸檢測用跨接電路的中點電位產生差異，得到因應於加速度的大小的輸出。一方面，在如第14B圖地施加Z方向的加速度時，在壓電電阻元件Z2，Z3施加引拉應力，而在Z1，Z4施加壓縮應力，由第14D的Z軸檢測用跨接電路可到輸出。

X軸壓電電阻元件X1～X4，及Z軸壓電電阻元件Z1～Z4是形成於相同梁部115上，惟跨接電路的構成不相同之故，因而對於X方向加速度如第14A圖所示地即使梁部115變形，在第14D圖的Z軸檢測用跨接電路使得電阻變化被消除，而輸出是不會變化。藉此，可分離地檢測出X軸加速度，與Z軸加速度。檢測出Y軸加速度，是在與X軸同樣地，與形成於X軸正交的另一對梁部115的壓電電阻元件進行。

一方面，如專利文獻3所示地，眾知使用在半導體安裝技術常被使用的樹脂製保護封裝技術，來實現小型且低價格的加速度感測器的方法。在其方法中，由模製樹脂來保護具有可動部的3軸加速度感測器元件103之故，因而使用者在3軸加速度感測器元件的上下接合蓋而加以密封的技術。

第15A圖是表示以此方法中將蓋接合於上下的3軸加速度感測器元件的裝配構造的斷面圖，第15B圖是表示3軸加速度感測器元件120的俯視圖。在3軸加速度感測器元件120的上下接合著上蓋121及下蓋122，而將3軸加速度感測器元件120的可動部密封於密閉空間內。3軸加速度感測器元件120與上蓋121及下蓋122之接合，是有金屬接合或陽極接合等各種方法，惟在此作為一例表示金屬接合。

如第15B圖所示地將接合金屬領域123形成於3軸加速度感測器元件120的表背兩面。在上蓋121及下蓋122形成接合金屬領域，重疊此些，經加壓、加熱進行接合。此接合工程，是在將3軸加速度感測器元件120從矽晶片作成個片化之前，接合形成有多數3軸加速度感測器元件120的矽晶片，及以相同間距形成多數上蓋122的上蓋矽晶片，形成多數下蓋123的下蓋矽晶片。將此工程稱為晶圓準位封裝(Wafer Level Parkage：以下表記為WLP)。在WLP形成密閉空間之後，藉由切斷個片成各個晶片。以後，將藉由WLP被密封之後經個片化的晶片表記為具蓋之加速度感測器元件124。

其次，針對於以樹脂被製配於封裝的3軸加速度感測器元件125使用第16圖的斷面圖進行說明。在導線架126上，以接著材128來固定控制用的IC 127，而在IC 127之上面以接著材129來固定具蓋之加速度感測器元件124。使用金屬線132來連接具蓋之加速度感測器元件124的感測端子130與IC 127的IC端子131，同樣以金屬線來連接IC端子131與導線架126的端子間。使用傳送模法以模製樹脂133進行模製，具蓋之加速度感測器元件124與IC 127，導線架126所裝配的構造體。在金屬模的硬化之後，從金屬模取出而得到3軸加速度感測器125。也採用一直到樹脂模製為止一倂處理複數3軸加速度感測器，而從金屬模脫模之後進行切斷而分離成各個3軸加速度感測器的方法。

在使用上述WLP與樹脂模製封裝的加速度感測器中，在矽晶圓的階段，可保護3軸加速度感測器元件120的可動部之故，因而在以後的工程中操作成為容易而不需要嚴格的異物管理。又，保護著3軸加速度感測器元件120的可動部之故，因而藉由傳送模法可密封周圍。如此不必使用高價格的陶瓷封裝，以常用於習知的IC晶片的樹脂模製封裝的技術可裝配封裝，而可實現小型又低價格的3軸加速度感測器。

然而，在表示於第16圖的3軸加速度感測器125，與表示於第12圖的3軸加速度感測器101相比較，有以下的課題。

使用於3軸加速度感測器125的模製樹脂或導線架，是與具蓋之加速度感測器元件的材料的矽有熱膨脹係數不相同之故，因而藉由溫度變化發生熱應力而有外力施加於具蓋之加速度感測器元件，會變更壓電電阻。又，若將3軸加速度感測器125焊料接合於安裝感測器的對象製品的製品基板而加以裝載，則有製品基板的熱脹的影響經由焊料接合部被傳到3軸加速度感測器125及真蓋的加速度感測器元件。

在表示於第12圖的陶瓷封裝的3軸加速度感測器101中，在封裝內部的空間內保持著3軸加速度感測器元件103之故，因而將樹脂107作為柔軟性材料，可使得來自製品基板的力量不容易傳到3軸加速度感測器元件103。

一方面，在以表示於第16圖的樹脂被封裝的3軸加速度感測器125中，以模製樹脂133具蓋加速度感測器元件124之周圍之故，因而來自製品基板的力量容易傳到3軸加速度感測器元件120。在3軸加速度感測器元件120施加有來自外部的力量時，當於各軸的4個壓電電阻元件有不是均勻的應力變化，則會變動輸出的零位準，而會變更感測器的輸出(以後將此零位準的變動表記為偏差變化)。

加速度感測器對於溫度變化的偏差變化，是在裝載於製品基板之前，藉由檢測用IC可進行修正。但是，在實裝製品時當受到來自製品基板的力量的影響，則在被裝載於各種對象製品的製品基板時，會帶來變更對於溫度的變化特性的結果。

來自配線基板或保護封裝的外力施加於具蓋之加速度感測器元件124時，若把具蓋之加速度感測器元件124配置於封裝的中心附近，則依外力的變形是成為大約左右對稱，X軸及Y軸的輸出是不會變化。

然而，當接近於框部的壓電電阻元件(以下是表記為框側壓電電阻元件)，及在接近於錘部的壓電電阻元件(以下表記為錘部側壓電電阻元件)之間產生差異，則Z軸的輸出會變更。

針對於輸出對於外力的影響下不容易變化的加速度感測器記載於專利文獻4。在框體形成應力分離溝而分離成外框與內框，而以具有可撓性的應力緩和梁來連接兩者。外框是被連接於支撐基板，而內框是藉由局部性的接合部被接合於支撐基板。支撐基板，內框與外框一起及包圍錘部的蓋體被接合於外框。將內框對於支撐基板的接合面積抑制成較小，而與外框以應力緩和梁相連接之故，因而即使在外框或支撐基板發生著熱應力，也不容易變形內框，而很難產生輸出的參差不齊。

專利文獻1：日本特開2003-172745號公報

專利文獻2：日本特開2006-098321號公報

專利文獻3：日本特開平10-170380號公報

專利文獻4：日本特開2005-337874號公報

一般，為了實現感度優異的加速度感測器，可將梁部的剛性對於錘部的重量設計較低之故，因而梁部是對於衝擊等容易被破壞。以上述WLP所密封的具蓋之加速度感測器元件中，使得上蓋及下蓋發揮來認定錘部的過度變位的止動件的作用。欲得到高耐衝擊性，若將錘部與上蓋及下蓋之間的間隙極小，則在錘部加速之前相撞之故，因而可減小衝突時的發生應力。又，間隙愈小，則愈可增大空氣則動作用。增加空氣制動作用，是也有減低依感測器的振盪的雜訊的效果。

在專利文獻4的加速度感測器中，內框以1點被接合於支撐基板之故，因而若支撐基板彎曲變形，則內框為將接合部變位於基點，而與支撐基板或蓋體容易接觸的課題。近年來，將加速度感測器整體的厚度變薄的顧客需要愈強，惟為了此，若將支撐基板變薄，則容易變形之故，因而上述課題的影響變大。本發明的目的，對於外力不容易使得輸出變化，實現可將高感度與耐衝擊性予以並存的加速度感測器。

本發明是一種具蓋之加速度感測器元件，係為具有：錘部；包圍錘部的支撐框部；將錘部連接於支撐框部且具有支承之可撓性的複數梁部13；及設於梁部13上的壓電電阻元件及連接此些壓電電阻元件的配線，其中將支撐框部與錘部的周圍一起包圍的上蓋及下蓋被接合於支撐框部的表背面，藉由壓電電阻元件的電阻變化以檢測出積層著上蓋，支撐框，下蓋的厚度方向的第1軸方向的加速度，以及垂直於其的平面內的第2軸及在上述平面內垂直於第2軸的第3軸的至少一種軸方向的加速度，其特徵為：上述支撐框部是藉由分離溝被分離成內框與包圍內框的周圍的外框，上述上蓋及下蓋是被接合於上述外框，上述內框是藉由具有可撓性的複數內框支撐部而連接於上述外框而被支承，上述梁部是沿著上述第2軸與第3軸的至少一者而連接於錘部的兩側，內框支撐部是從上述第2軸與第3軸的至少一者，朝著不容易將外框的變形影響傳到梁部的方向旋轉既定角度而連接至內框的兩側。

藉由上述的構成，內框由外框及上蓋，下蓋分離，而利用具有可撓性的內框支撐部所支撐之故，因而以裝配於樹脂封裝之際的熱應力，及實裝於製品基板之際的熱應力等，即使有外力施加於外框及上蓋，下蓋而變形，也不容易使其變形傳到內框，不容易產生輸出變化。外框的變化是經內框支撐部會稍微傳到內框，惟內框支撐部是配置在對於梁部不容易傳送影響的方向之故，因而內框支撐部附近的內框的變形，是對於梁部上的壓電電阻元件的應力不會有所變化。

又，由周圍四方來支撐內框時，則對稱性良好之故，因而在外框變形之際，可將內框的上蓋及下蓋之相對變位抑制成較小，而可減小錘部與上蓋及下蓋之間隙。所以，有衝擊施加於加速度感測器時，則以錘部相撞於上蓋或下蓋為止的距離較短而不容易加速的效果，及可增大空氣阻尼的效果，而可減小發生於梁的應力，又可提高耐衝擊性。又，可增大空氣阻尼，就可抑制高頻的振動，而抑制錘部的共振的振動，也有可減小噪聲的效果。

上述梁部是沿著第2軸連接於錘部的兩側，作為檢測出第1軸與第2軸的兩個軸方向的具蓋之加速度感測器，內框支撐部是從第2軸旋轉大約45度的方向連接於內框15的兩側的構成也可以。在將梁部僅具有於第2軸方向的2軸檢測的加速度感測器元件也可得到同樣的效果。

上述梁部是沿著第2軸連接於錘部的兩側，作為檢測出第1軸與第2軸的兩個軸方向的具蓋之加速度感測器元件，內框支撐部是作為沿著與第2軸垂直的第3軸連接於內框的兩側也可以。在將梁部僅具有於第2軸方向的2軸檢測的加速度感測器元件，內部支撐部是沿著第3軸予以配置，成為最遠的配置，而可將外框的變形影響不容易利用梁部進行傳送。

又較佳，是梁部及內框支撐部是以相同厚度，作成比錘部及支撐框部還要薄。欲提高加速度感測器的感度，作成加重錘部，減低梁部的剛性較佳。由薄矽層與厚矽層所構成，將梁部僅以薄的矽層所形成，而將錘部全面地形成薄矽層與厚矽層，就可容易實現此種構成。支撐框部是需要充分之剛性之故，因而與錘部同樣地形成，而內部支撐部是需要可撓性之故，因而與梁部同樣地形成較佳。

又，較佳為內框支撐部的彎曲剛性，是比梁部還要高。當比較內梁部的剛性與錘部的重量所決定的錘部共振頻率，及內框支撐部的剛性與內框及錘部的合計的重量所決定的內框共振頻率時，內框共振頻率與錘部共振頻率相比較，充分地高較佳。若不是這樣，對於較快的加速度變化，內框與錘部一起地變位而妨礙梁部的變形，無法得到正確的感度之虞。至少作成內框的共振頻率為比錘部的共振頻率濃度高的方式，來決定內框支撐部的形狀較佳。

又，構成將上述的具蓋之加速度感測器元件，與控制用的IC晶片一起接著於導線架上，藉由金屬線連接導線架，及IC晶片的電極，及具蓋之加速度感測器元件之電極之間，而藉由模製樹脂進行密封的加速度感測器。在露出於加速度感測器的下面的導線架表面形成焊料，可構成以焊料流平容易地可安裝於製品基板的加速度感測器。

依照本發明的加速度感測器，藉由在與梁部的內框的連接部儘量遠的位置配置與內框支撐部的內框的連接部，可抑制將加速度感測器裝配於樹脂封裝之際的熱應力，及安裝於製品基板之際的熱應力等的外力影響所致的輸出變化。又，可抑制錘部與蓋之間的間隙藉由上述應力變窄小，可減小間隙之故，因而可提高耐衝擊強度。

以下，一面參照圖式一面針對應於發明的一實施例的加速度感測器加以說明。

(實施例1)

第1圖是表示實施例1的具蓋之加速度感測器元件30的加速度感測器元件10的構造的俯視圖。第2圖及第3圖是表示實施例1的具蓋之加速度感測器元件30的斷面圖，第2圖是第1圖的k-k斷面圖，第3圖是第1圖的m-m斷面圖。

實施例1的具蓋之加速度感測器元件10，是可適用於裝配在表示於例如習知例的第16圖的樹脂製保護封裝的加速度感測器等。在此，在實施例1中，尤其是以具蓋之加速度感測器元件30為中心詳細地加以說明。

＜基本構造＞

實施例1的加速度感測器元件10，是錘部12藉由具有可撓性的4支梁部13從四方支撐於支撐框部11內。支撐框部11是利用第1分離溝14被分離成內框15與包圍內框的外框16，梁部13是連接於內框15。內框15是利用內框支撐部17從四方被保持於外框16。錘部12是利用第2分離溝29從內框15被分離，四個本體部，及連接本體部及梁部13的中間部所構成。

將4支梁部13分別表記為第1梁部13a，第2梁部13b，第3梁部13c，第4梁部13d。在第1圖的加速度感測器元件10中，如在第13圖所說明地，梁部13的柄附近形成壓電電阻元件P。在朝X軸方向延伸的第1梁部13a與第2梁部13b配置用以檢測X軸與Z軸方向的加速度的壓電電阻元件P，而在朝Y軸方向延伸的第3梁部13c與第4梁部13d，配置用以檢測Y軸方向的加速度的壓電電阻元件P。Z軸用是配置於第3梁部13c與第4梁部13d也可以。各壓電電阻元件P，是形成表示第14圖的跨接電路的方式，藉由未圖示的配線被連接。配線是經內框支撐部17上而拉出至外框16，連接於成在外框16上的電極腳位18。

在形成加速度感測器元件10的壓電電阻元件P的一側的一面，接合著上蓋19。對應於外框16上的上蓋接合領域20，使用接合構件21進行接合。同樣地，在相反側的一面，下蓋22使用接合材23被接合。上蓋19及下蓋22是僅被接合的外框16，成為以外框16，上蓋19，下蓋22包圍內框15的周圍。

＜製造方法＞

一面參照第2圖一面簡單地說明加速度感測器元件10的製造方法。加速度感測器10是在約400μm厚的矽層隔著約1μm的矽氧化層使用具有約6μm的矽層的SOI晶圓進行加工。矽氧化膜層是使用作為乾蝕刻的蝕刻停止層，構造體是形成於兩層的矽層。以下，將薄的一方的第1矽層稱為第1層24，將厚的一方的第2矽層稱為第2層25，而將與矽氧化膜層未接合的第1層的表面稱為第1面26，將第2層的表面稱為第2面27，將經由矽氧化膜層的連接面稱為第3面28。

以光阻圖案化半導體壓電電阻元件的形狀，而在第1面26以1～3×10¹⁸ 原子/cm³ 的濃度打進硼，以形成半導體壓電電阻元件。同樣地，將以比壓電電阻元件還要高濃度打進硼的P型配線連接於壓電電阻元件的方式所形成。又，在第1面26形成矽氧化膜進行保護壓電電阻元件。在矽氧化膜上濺渡鋁系金屬來形成金屬配線，經由形成矽氧化膜的通孔，與P型配線連接。形成於壓電電阻元件上的矽氧化膜，是也作用作為第1層24的矽與金屬配線間的絕緣膜。又，在其上面，作為金屬配線上的保護膜，藉由化學氣相蒸鍍形成氮化矽膜。矽氧化膜、金屬配線、氮化矽膜是藉由微影成像術加工成所期望的形狀。

之後，在第1面26形成光阻圖案之後，藉由乾蝕刻留下表示於第1圖的形狀，亦即留下梁部13與內框支持部17，加工分離內框15與外框16的第1分離溝14，及分離錘部與內框15的第2分離溝29。又，在第2面27形成光阻圖案之後，藉由乾蝕刻進行加工第1分離溝14與第2分離溝29。以濕蝕刻除去留在第1層24與第2層25之間的矽氧化膜層的露出部分，第1分離溝14與第2分離溝29是貫通SOI晶圓。藉由以上的製造工程，錘部12與內框15，外框16是從第1層24一直形成於第2層25。又，梁部13與內框支持部17是形成於第1層24。

然後，藉由WLP技術，將矽所成的上蓋19及下蓋22以金屬接合進行接合而密封於加速度感測器元件10的表背面。所以，在加速度感測器元件，於上述乾蝕刻工程之前，將使用於金屬接合的金屬薄膜形成於晶圓的第1面26及第2面27，而在成為蓋的晶圓兩枚設置同樣的金屬薄膜與金屬焊料，重疊三枚的晶圓進行加壓，加熱而施以接合。在金屬焊料使用金一錫合金。

之後，硏削上蓋19及下蓋22俾將全體作成較薄。在上蓋19，於與加速度感測器元件10接合的面側，形成比硏削後的上蓋的厚度還要深的溝，硏削後，使得加速度感測器元件10的電極腳位18作成露出狀態。在下蓋22側不需要上述溝，惟對應於與上蓋19相同構造也可以。又，在上蓋19及下蓋22，將空腔形成於與加速度感測器元件10接合的兩側的錘部12相對的部分。錘部12與上蓋19及下蓋22之間的間隙31，是成為上述空腔的深度(空腔深度32)與接合材的厚度(接合材厚度33)的總和。若直接將接合材厚度33作間隙31時，則不必形成上述空腔。

以晶圓的狀態進行以上的硏削工程，最後經切割，分離成各個具蓋之加速度感測器元件30。利用以上的製造工程，藉由外框16及上蓋19，下蓋22所構成的氣密容器中，得到內框15及錘部12所支撐的具蓋之加速度感測器元件30。

＜樹脂封裝構造＞

在第4圖表示將實施例1的具蓋之加速度感測器元件30裝配於樹脂封裝的加速度感測器40，安裝於製品基板49的加速度感測器安裝構造41的斷面模式圖。將控制用的IC晶片42以接著材44接著於導線架43上，於IC晶片42上以接著材45接著具蓋之加速度感測器元件30，而利用打線接合以金屬線47連接具蓋之加速度感測器元件30的電極腳位18與IC晶片42之電極腳位46間，及IC晶片42的電極腳位46與導線架43間之後，以樹脂48密封合體而得到加速度感測器40。在接著材44及45，可利用兼具切割帶與接著材的晶片黏結薄膜(DAF)。在露出於加速度感測器40下面的導線架表面施以焊劑電鍍法，而以焊料50接合於製品基板49，俾得到加速度感測器安裝構造體41。

＜內框支撐部＞

如第2圖所示地，本發明的具蓋之加速度感測器元件30，內框15由外框16及上蓋19，下蓋22分離，而如第1圖所示地，利用具有可撓性的內框支撐部17在對角方向4部位僅被支撐於外框16。所以，以裝配於樹脂封裝之際的熱應力，及安裝於製品基板之際的熱應力等，有外力施加於外框16及上蓋19，下蓋22而即使變形，也不會使得其變形傳到內框15，不容易產生輸出變化。外框16的變形是經內框支撐部17有些微傳到內框15，惟內框支撐部17是對梁部13配置於對角方向之故，因而內框支撐部17附近的內框15的變形，是不容易及於梁部13上的壓電電阻元件的應力有所變化。

在第1圖中，依外力所致的壓電電阻元件的應力變化，是朝長度方向施加壓縮，拉力於梁部13，或是使得梁部13彎曲而容易發生。又，當在梁部13之連接部附近有內框15的應力變化，則僅變更接近於內框15之一側的壓電電阻元件，而接近於錘部之一側的壓電電阻元件不會過分變化之故，因而容易發生Z軸的偏移變化。在實施例1中，內框支撐部17的連接部是因梁部13的連接部有距離，而利用外力對內框15所帶來的應力變化並不直接對梁部13有所影響之故，因而可將輸出變化作成極小。

＜內框支撐部的剛性＞

為了確保加速度感測器的應管性，內框支撐部17是與梁部13相比較，提昇剛性較佳。比較由梁部13的的剛性與錘部12的重量所決定的錘部共振頻率，及由內框支撐部17的剛性及內框15與錘部12的合計重量所決定的內框共振頻率時，則內框共振頻率與錘部共振頻率相比較充分地高較佳。若不是這樣子，對於較快的加速度變化，使得內框15與錘部一起變位而妨礙梁部13的變形，無法得到正確的感度。頻率特性的相位特性與增益特性，為互相不會地耦合的程度地偏離的方式，來決定內框支撐部17的形狀較佳。

＜內框的對稱支撐＞

又，實施例1是從周圍四方支撐著內框15之故，因而對稱性良好。若內框15為如以一個內框支撐部17支撐，或是以內框15的一點被連接於下蓋22，則對於外框16及下蓋22的變形，內框15以懸臂會變位之故，因而上蓋19與下蓋22的相對變位不會變大。這樣子，內框15及錘部12不會與上蓋19及下蓋22接觸的方式，必須增大間隙。在本實施例中，由周圍四方支撐著內框15之故，因而可將上蓋19與下蓋22之相對變位被抑制較小，而可減小上述間隙。所以，對加速度感測器施加衝擊時，則以錘部12相撞於上蓋19或下蓋22為止的距離較短而無法的加速的效果，及可增大空氣阻尼的效果，就可減小發生於梁部13的應力，而可提高耐衝擊性。又，可增大空氣阻尼，就可抑制高頻的振動，可抑制錘部12的共振的振動，也具有減小噪聲的效果。

＜蓋體的接合＞

又，實施例1是與將內框15接合於下蓋22的情形相比較，製造工程較容易。如上所述地，以金屬焊料接合上蓋19與下蓋22之際，必須一面加壓一面加熱，惟擬將內框15僅接合於下蓋22時，則內框15是柔軟地被連接於外框16之故，因而無法將充分的加壓力給予內框15的接合部。所以，不得不作成首先接合加速度感測器元件10與下蓋22，之後接合上蓋19的方式的二階段，而在接合加速度感測器元件10與下蓋22之際，不得不直接加壓容易損壞的加速度感測器元件10的表面。如實施例1地，接合部僅在外框16，若上蓋19的接合部與下蓋22的接合部的位置成為重疊，則可將充分的加壓力給予接合部。

[實施例2]

第5圖是表示實施例2的加速度感測器元件10的構造的平面模式圖。在梁部13的中央，作為壓縮應力吸收部作成設置環部51的形狀。形成於加速度感測器元件10的表面的矽氧化膜等是熱膨脹係數比矽還要小，又，在成膜時以例如約950℃的高溫度進行退火之故，因而在被冷卻至常溫為止之際，會產生熱應力。錘部12與內框15是被形成於由第1層24一直到第2層25，第2層25是較厚之故，因而以大約矽的熱膨脹係數會收縮，惟梁部13是僅由第1層24所構成之故，因而矽氧化膜的比率變高，而熱收縮變小。所以，梁部13是在內框15與錘部12之間受到壓縮。若為了提高感測器的感度而將梁部13作成較薄，則藉由上述壓縮力使得梁部13屈曲，有發生增大感度的不穩定，或大的偏移變化之虞。

如實施例2地，在梁部13設置環部51，則吸收上述壓縮力，可防止屈曲，而可設計高感度的加速度感測器元件。環部51的形狀是可考量例如連接三個環的形狀等各種。利用變形可吸收壓縮力的方式，又不會應力集中於環的R部等的方式決定形狀就可以。

＜設計例的解析結果＞

表示第5圖的實施例2的設計例。加速度感測器元件10的尺寸是X方向1.32mm，Y方向1.18mm，錘部的XY尺寸560μm，梁部13是長度240μm，壓電電阻形成部的寬度28μm，內框支撐部17是作成長度50μm，外框16側的連接寬160μm，內框15側的連接寬150μm。又作成第1層厚度4μm，第2層厚度400μm。內框15的寬度是作成70μm。

針對於使用此加速度感測器元件10裝配於樹脂封裝的加速度感測器40，使用FEM解析進行評價安裝於厚度0.6mm的製品基板49時的安裝前後的特性變化。在加速度感測器元件的尺寸相同，而支撐框部未分離成外框與內框的習知的構造例中，安裝前後的Z軸輸出變化為對於Z軸感度之比成為約23%者，在上述加速度感測器的設計例可抑制在約4%。在本設計例的錘部共振頻率是X，Y方向2.0kHz，Z方向3.2kHz，對於此，內框共振頻率是成為約46kHz，而內框共振頻率充分高，對感測器感度不會有影響。

(實施例3)

第6圖是表示實施例3的加速度感測器元件10的構造的平面模式圖。在內框支撐部17作為壓縮應力吸收部作為設置環部52的形狀。與實施例2同樣地具有防止內框支撐部17屈曲的效果。若內框支撐部17屈曲，則內框15變位而接近於上蓋19或下蓋22之故，因而不容易減小間隙31。在內框支撐部17形成環部52，則可防止屈曲。又，具有吸收外框16的變形的影響的效果，可作成不容易輸出變化的情形。

(實施例4)

第7圖是表示實施例4的加速度感測器元件10的構造的平面模式圖。將梁部13與內框支撐部17的配置旋轉大約45度者。內框支撐部17被配置於X軸、Y軸的方向，梁部13對於內框支撐部17配置於大約45度的方向，內框支撐部17與梁部13的相對性關係是被維持。在方形狀的加速度感測器元件10的對角線方向配置梁部13，則可加長梁部13，容易提高感測器的感度。

又，在實施例4的構造中，也可將內框支撐部17作成兩個。將內框支撐部17僅形成於Y方向的兩部位的例子表示於第8圖。如本例地，將電極腳位沿著Y軸的一邊所配置時，僅其一邊成為飛出的形狀之故，因而對於Y軸之對稱性變壞。在裝配於第4圖的樹脂封裝之際。也僅上述邊進行打線接合之故，因而將上述邊的一側作成寬廣的方式作成移位所配置。如以上所述地，實施例4的情形，對於X軸成為對稱，惟對於Y軸的對稱性是會惡化。如此地，將內框15僅在Y方向與外框16連接，而不容易將對稱性不好的X方向的變形的影響傳到內框15，可提昇傳到梁部13的外力的影響的對稱性。對稱於X軸及Y軸的變形是不會影響X軸輸出，Y軸輸出之故，因而尤其是在抑制X軸，Y軸的輸出變化有效果。

第9圖是表示實施例5的加速度感測器元件10的構造的平面模式圖。實施例1～4表示具有4支梁部13的例子，惟作成一方向僅兩支梁部13的二軸檢測的加速度感測器元件也可適用本發明。在實施例5中，將梁部13作成軸方向的兩支，作成可檢測出Y軸方向與Z軸方向的加速度。同樣地作成僅X方向的兩支，作成可檢測出X軸方向與Z軸方向也可以。

又，針對於梁部13為兩支加速度感測器元件10，如第10圖所示地，將內框支撐部17對於梁部13配置在大約90度的方向也可以。本發明的主要效果，是藉由在位於與梁部13的內框15之連接部儘量遠的位置，配置與內框支撐部17的內框15的連接部而可得到者。因此，如實施例5所示地，梁部13為Y方向的兩支時，則內框支撐部17是作成X方向的兩個，則成為最遠的位置，而作成不容易將外框16的變形影響傳到梁部13。

＜變形實施例＞

在本發明中，作成將內框支撐部17配置於與梁部13大約45度的方向，或大約90度的方向，惟即使不是正確地45度，及90度，由梁部13的內框15的連接部，使得內框支撐部17的內框15的連接部充分地遠離的方式加以配置也可得到同樣的效果。例如朝45度的方向配置兩者時，即使對稱地配置在45度±15度的角度範圍也有一定的效果。對稱地配置在45度±5度的範圍時，藉由被要求的規格特性，與45度的情形可同時地使用。

又，由第1實施例至第5實施例所示的內框支撐部17的配置或環部的附加特徵，是分別組合而可使用者。

10．．．加速度感測器元件

11．．．支撐框部

12．．．錘部

13．．．梁部

13a．．．第1梁部

13b．．．第2梁部

13c．．．第3梁部

13d．．．第4梁部

14．．．第1溝部

15．．．內框

17．．．內框支撐部

19．．．上蓋

22．．．下蓋

29．．．第2分離溝

30．．．具蓋之加速度感測器元件

31．．．間隙

32．．．空腔深度

40．．．加速度感測器

41．．．加速度感測器安裝構造體

42．．．IC晶片

43．．．導線架

44．．．接著材

45．．．接著材

47．．．金屬線

48．．．模製樹脂

49．．．製品基板

51．．．環部

52．．．環部

101．．．3軸加速度感測器

102．．．器殼

103．．．加速度感測器元件

104．．．IC

105．．．蓋

106．．．樹脂接著材

107．．．樹脂接著材

111．．．金屬線

113．．．支撐框部

114．．．錘部

115．．．梁部

116．．．X軸壓電電阻

117．．．Y軸壓電電阻

118．．．Z軸壓電電阻

120．．．3軸加速度感測器元件

121．．．上蓋

122．．．下蓋

123．．．接合金屬領域

124．．．具蓋之加速度感測器元件

125．．．3軸加速度感測器

126．．．導線架

127．．．IC

132．．．金屬線

133‧‧‧模製樹脂

134‧‧‧製品基板

P‧‧‧壓電電阻元件

第1圖是表示本發明的一實施例的加速度感測器元件的構造的俯視圖。

第2圖是表示具蓋之加速度感測器元件的構造的第1圖的k-k線斷面圖。

第3圖是表示具蓋之加速度感測器元件的構造的第1圖的m-m線斷面圖。

第4圖是表示將裝配於樹脂封裝的加速度感測器安裝於製品基板的狀態的模式圖。

第5圖是表示具有環形狀梁部的加速度感測器元件的俯視圖。

第6圖是表示具有環形狀內框支撐部的加速度感測器元件的俯視圖。

第7圖是表示對於支撐框部大約旋轉45度梁部及內框支撐部的加速度感測器元件的俯視圖。

第8圖是表示將內框支撐部僅配置於一方向的加速度感測器元件的俯視圖。

第9圖是表示將梁部僅配置於一方向的加速度感測器元件的俯視圖。

第10圖是表示將梁部與內框支撐部配置於互相垂直的方向的加速度感測器的俯視圖。

第11圖是說明習知的3軸加速度感測器的分解立體圖。

第12圖是說明習知的3軸加速度感測器的斷面體圖。

第13圖是說明習知的3軸加速度感測器的元件構造的一例的俯視圖。

第14A圖是習知的3軸加速度感測器元件的檢測原理的說明圖。

第14B圖是習知的3軸加速度感測器元件的檢測原理的說明圖。

第14C圖是習知的3軸加速度感測器元件的檢測原理的說明圖。

第14D圖是習知的3軸加速度感測器元件的檢測原理的說明圖。

第15A圖是表示以蓋密封的習知的3軸加速度感測器元件的斷面圖。

第15B圖是表示以蓋密封的習知的3軸加速度感測器元件的俯視圖。

第16圖是表示習知的3軸加速度感測器的保護封裝的斷面圖。