专利名称：加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测定玩具、汽车、飞机、便携式终端等的加速度的加速度传感器，更确切地说是涉及能用半导体工艺生产的加速度传感器。
背景技术：
加速度传感器是利用诸如压电电阻效应这样的物理量变化和静电电容的变化被开发成功和商品化的。这些加速度传感器被广泛地应用在各种领域，但是最近，需要能够以高的灵敏度同时在多轴方向测量加速度的这样的小尺寸的加速度传感器。
因为由于非常少的晶格缺陷，硅单晶体成为理想的弹性体，因为不需要大的改变半导体处理工艺就能够用于硅单晶体，在硅单晶基片上形成薄的弹性支承部分的压电电阻效应型的半导体加速度传感器受到许多注意，施加在薄的弹性支承部分上的应力被应变片，例如压电电阻效应元件转换为电信号，并被输出。
一种具有由连接于由在中心的硅单晶基片的薄的部分和在它的周围的框架组成的块状部分的硅单晶基片的薄的部分形成的横梁结构的弹性支承臂的加速度传感器用作为三维的加速度传感器。在弹性支承臂上在每个轴向形成多个应变片。为了用提高的灵敏度感知小的加速度，弹性支承臂被做得长和/或薄，或者用作为振动体的块状部分被做得重。当受到一个大的冲击时，能检测小的加速度的加速度传感器引起块状部分的过大的振幅，并且导致弹性支承臂的断裂。为了避免即使施加一个巨大的冲击而使弹性支承臂断裂，在加速度传感器元件的上面和下面安装调整片，以便把块状部分的振幅限制在一定的范围内。
在日本专利特许公开HEI 4-274005、HEI 5-41148和HEI 8-233851中描述了一种具有调整片的加速度传感器。
日本专利特许公开HEI 4-274005和HEI 8-233851也披露了把调整片和加速度传感器元件的块状部分和调整片之间的间隙控制在预定值的方法，把直径基本与间隙相同的小球与粘合剂混和，用混和有小球的粘合剂把调整片与加速度传感器元件粘结在一起。因为调整片和加速度传感器元件之间的间隙能够被小球的直径限定，间隙能够被保持在预定值。因此使用含有小球的粘合剂能够控制调整片和加速度传感器间的间隙。
虽然由大的加速度引起的块状部分的这种过大的振幅，能够通过像在日本专利文件中描述的那样，在加速度传感器的上/下面安装调整片被防止，但在受到这样大的冲击时，弹性支承臂可能断裂。特别是用于检测小于2G的小加速度的加速度传感器包括具有小的横截面积和长臂的细和窄的弹性支承臂，而它的块状部分被做得很重，以便保证有一个提高的灵敏度。这样，在施加一个冲击时，弹性支承臂可能经常断裂。为了防止这样的断裂，弹性支承臂可以被做得厚，但是这将导致降低加速度传感器的灵敏度。

发明内容
因此本发明的目标是，提供一种具有这种结构的加速度传感器，其中，即使受到在通常操作时所施加的这样的冲击弹性支承臂也不断裂，而加速度传感器保持对加速度的提高的灵敏度。
本发明的另一个目标是，提供一种具有这样结构的传感器，在其中由大的加速度引起的块状部分的过大振动通过安装在加速度传感器元件上面和下面的调整片抑制，并且即使受到在通常处理时所施加的这样的冲击弹性支承臂也不断裂。
本发明的加速度传感器具有一个加速度传感器元件。
这种加速度传感器元件包括一个位于加速度传感器元件中心的块状部分；一个固定在块状部分上端的块状部分顶片；一个离块状部分一定间距处并围绕块状部分的厚的矩形支承框架；一个固定在框架上端的框架顶片；四个桥接块状部分顶片和框架顶片、并且把块状部分悬挂在框架中心的弹性支承臂；以及在弹性支承臂上形成的应变片。
在加速度传感器元件中，块状部分顶片有一个粘结在块状部分上端的部分、和从块状部分顶片的粘结部分向每个弹性支承臂凸出的部分。块状部分顶片在粘结部分和凸出部分的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面。框架顶片有一个粘结在框架上端的部分、和从框架顶片的粘结部分向每个弹性支承臂凸出的部分。框架顶片在粘结部分和凸出部分的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面。
在加速度传感器中优选是，通过块状部分的侧表面上邻接块状部分上端、沿着块状部分顶片在块状部分顶片与块状部分上端之间构成槽，从块状部分顶片形成块状部分顶片的凸出部分。通过在框架内侧面上邻接框架上端、沿着框架顶片在框架顶片与框架上端之间构成槽，从框架顶片形成框架顶片的凸出部分。
在加速度传感器中优选是，块状部分顶片面向块状部分上端的表面，与由包含块状部分上端的平面和从块状部分侧表面向块状部分顶片、沿着块状部分侧表面延伸的各平面的交线围绕的区域，在形状和面积上基本相同。框架顶片面向框架上端的表面，与在包含框架上端的平面和从框架内侧面向块状部分顶片、沿着框架内侧面延伸的各平面的交线，以及在包含框架上端的平面和从框架外侧表面向着框架顶片、沿着框架外侧表面延伸的各平面的交线之间形成的区域，在形状和面积上基本相同。
在加速度传感器中，优选每个槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。
本发明的加速度传感器可能具有一个加速度传感器元件，这个加速度传感器元件包括一个位于加速度传感器元件中心的正方形块状部分；一个固定在块状部分上端的正方形块状部分顶片；一个围绕着块状部分并与块状部分相隔一定间距的厚的正方形支承框架；一个固定在框架上端的正方形框架顶片；
四个桥接块状部分顶片和框架顶片并把块状部分悬挂在框架中心的弹性支承臂；以及在弹性支承臂上形成的应变片。
在加速度传感器中，块状部分顶片有一个粘结在块状部分上端的部分和从块状部分顶片的粘结部分向每个弹性支承臂凸出的部分。块状部分顶片在粘结部分和凸出部分的边界处的横截面大于凸出部分与弹性支承臂连接处的横截面。框架顶片有一个粘结在框架上端的部分和从框架顶片的粘结部分向每个弹性支承臂凸出的部分。框架顶片在粘结部分和凸出部分的边界处的横截面大于凸出部分与弹性支承臂连接处的横截面。
在正方形的加速度传感器中，优选是，通过在块状部分侧表面上邻接块状部分上端、沿着块状部分顶片在块状部分顶片与块状部分上端之间构成槽，从块状部分顶片形成块状部分顶片的凸出部分。通过在框架内侧面上邻接框架上端、沿着框架顶片在框架顶片与框架上端之间构成槽，从框架顶片形成框架顶片的凸出部分。
在正方形的加速度传感器中，优选是，正方形块状部分顶片面向块状部分上端的表面，与除了在块状部分上的槽以外的正方形块状部分平行于块状部分上端的横截面，在形状和面积上基本相同。正方形框架顶片面向框架上端的表面，与除了在框架上的槽以外的正方形框架平行于框架上端的横截面，在形状和面积上基本相同。
在正方形的加速度传感器中，优选每个槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。
一种本发明的加速度传感器可能具有一加速度传感器元件，该加速度传感器元件包括一个以一预定间隙与块状部分顶片一起安装的覆盖加速度传感器元件、并用胶固定在框架顶片上表面上的第一调整片，以及一个第二调整片，框架下表面以在块状部分下表面和第二调整片上表面之间的第二预定间隙、通过胶粘结在第二调整片上。胶是硬塑料球与粘合剂的混合物。
加速度传感器还可能包括一个具有侧框架和被侧框架围绕的内底片的保护外壳。加速度传感器元件被安装在保护外壳内，在保护外壳中内底片用作为第二调整片。
在加速度传感器中，优选是，通过在块状部分侧表面上邻接块状部分上端、沿着块状部分顶片在块状部分顶片与块状部分上端之间构成槽，从块状部分顶片形成块状部分顶片的凸出部分；通过在架内侧面上邻接框架上端、沿着框架顶片在框架顶片与框架上端之间构成槽、从框架顶片形成框架顶片的凸出部分。
在加速度传感器中，优选是，块状部分顶片面向块状部分上端的表面，与由包含块状部分上端的平面和沿着块状部分侧表面、从块状部分侧表面向块状部分顶片延伸的各平面的交线围绕的区域，在形状和面积上基本相同。框架顶片面向框架上端的表面，与在包含框架上端的平面和沿着框架内侧面从框架内侧面向框架顶片延伸的各平面的交线，以及包含框架上端的平面和沿着框架外侧表面从框架外侧表面向着框架顶片延伸的各平面的交线之间形成的区域，在形状和面积上基本相同。
在加速度传感器中，优选每个槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。


图1是本发明的第一个实施例的半导体加速度传感器元件的平面图；图2是沿着图1的II-II线的横截面图；图3是在图1中示出的加速度传感器元件的透视图；图4是图3的加速度传感器元件的倒置的透视图；图5是图3的加速度传感器元件一部分的局部放大的透视图；图6是沿着图5的VI-VI线的放大的横截面平面图；图7A到7F是用于说明第一个实施例的加速度传感器元件制造过程的沿着图1的VII-VII线的放大的横截面图；图8是本发明的第二个实施例的半导体加速度传感器元件的平面图；图9是沿着图8的IX-IX线的横截面图；图10是第二个实施例的加速度传感器元件的放大的说明性透视图；
图11是沿着图10的XI-XI线的放大的横截面平面图；图12是表示第二个实施例的加速度传感器元件的放大的分解透视图；图13是与第一个实施例的半导体加速度传感器元件组装的一个加速度传感器的横截面图；图14是与第一个实施例的半导体加速度传感器元件组装的另一个加速度传感器的横截面图；图15是第二个实施例的加速度传感器元件的一种变型的横截面图；图16是表示加速度传感器的相对灵敏度与横向槽的槽深度的关系曲线图；图17是表示加速度传感器的相对抗冲击性与横向槽的槽深度的关系图；图18是表示加速度传感器的相对灵敏度与横向槽的槽宽度的关系曲线图；图19是表示加速度传感器的相对抗冲击性与横向槽的槽宽度的关系曲线图；图20是表示加速度传感器的相对灵敏度与横向槽长度长于弹性支承臂宽度的相对关系曲线图；以及图21是表示加速度传感器的相对抗冲击性与横向槽长度长于弹性支承臂宽度的相对关系曲线图。
具体实施例方式
例1参考图1到6，说明本发明的第一个实施例。图1是第一个实施例的半导体加速度传感器元件100的平面图，图2是沿着图1的II-II线的横截面图，图3是在图1中示出的加速度传感器元件的透视图，图4是图3的加速度传感器元件的倒置的透视图，图5是图3的局部放大的透视图，图6是沿着图5的VI-VI线的放大的横截面平面图。
本发明的加速度传感器元件100使用带有由SiO2绝缘层形成的SOI层的硅单晶基片，即SOI薄片(Wafer)，以便能以高精度控制弹性支承臂的厚度。SOI是‘在绝缘体上的硅’的缩写。在这个例子中，通过在厚度大约为600μm的Si基片上，在其上形成有一个厚度大约为6μm的N-型硅单晶层，薄薄地形成作为防蚀器(大约10μm)的SiO2绝缘层形成的薄片通过作为基片。加速度传感器元件100包括一个在中心的由硅单晶基片的厚部构成的块状部分(mass portion)20、一个固定在块状部分上端的块状部分顶片40、一个围绕着块状部分20的正方形框架30、一个固定在框架上端的框架顶片50、以及两对横梁形的由硅单晶基片构成的连接块状部分20和框架30的弹性支承臂10。应变片(在下面的说明中，“压电电阻”通过作应变片的一个例子，因此它们被称为“压电电阻”)15，每个轴向四个，对应于两个相互垂直的检测轴(X和Y轴)和与加速度传感器元件的上表面垂直的检测轴(Z轴)被安置在弹性支承臂10上。即，在X轴方向延伸的每个弹性支承臂10上设置两个压电电阻15，用于检测在X轴方向的加速度。在Y轴方向延伸的每个弹性支承臂10上设置两个压电电阻15，用于检测在Y轴方向的加速度。再在X轴方向延伸的弹性支承臂10上设置两个压电电阻15，用于检测在Z轴方向的加速度。因为它与页面垂直，在图1中没有表示出Z轴。在这个例子中，用设置在沿X轴方向延伸的弹性支承臂10上的压电电阻15测量在Z轴方向的加速度，但是用于检测在Z轴方向加速度的电阻也可以设置在沿Y方向延伸的弹性支承臂10上。四个用于检测在每个轴向的压电电阻15构成完整的桥式测量电路。
在加速度传感器元件100中，在固定在厚繁荣框架上端32上的框架顶片50的上表面上配备有多个输入/输出端子。输入/输出端子通过多个从弹性支承臂上表面到框架顶片上表面设置的导线连接到在弹性支承臂上的十二个压电电阻的各端子上。图1除压电电阻外没有示出多个输入/输出端子和多个导线。在其他的图中，压电电阻也被省去。
按照这个实施例的加速度传感器元件100由SOI薄片制造，其中块状部分20和厚的支承框架30用大约600μm厚的Si基片制造。块状部分顶片40、四个弹性支承臂10和框架顶片50用大约6μm厚的硅单晶层做成一体的。在SOI薄片中，硅单晶层通过SiO2绝缘层被固定在Si基片上。块状部分顶片40和框架顶片50通过粘结层70或SiO2绝缘层分别被固定在块状部分上端22和厚的支承框架上端32上。由于块状部分20和被固定在块状部分上端22上的块状部分顶片40是通过SiO2绝缘层70分别由Si基片80和固定在基片上的硅单晶层90制成的，块状部分顶片40面向块状部分20的表面在形状和尺寸上基本上与块状部分的水平横截面相同。因为厚的支承框架30和被固定在框架上端上的顶片50是通过SiO2绝缘层70分别由Si基片80和固定在基片上的硅单晶层90制成的，框架顶片50面向框架的表面在形状和尺寸上基本上与框架的水平横截面相同。在这个实施例中，块状部分20和框架30在它们的高度上，从它们的顶部到它们的底部，具有基本相同的横截面，这样块状部分顶片40和框架顶片50分别与块状部分上端面22和框架上端面32基本上相同。
在正方形支承框架30内部，除块状部分20和弹性支承臂10外，设有各个通孔60。由在去除Si基片80和SiO2绝缘层70后从SOI薄片留下的6μm厚的硅单晶层90制成的弹性支承臂10桥接正方形支承框架30和块状部分20。
被固定在块状部分上端22上的块状部分顶片40有一个通过粘结层70粘结在块状部分上端22上的部分42和从粘结部分42向着每个弹性支承臂凸出的部分44。如图所示，因为把块状部分顶片40粘结在块状部分20上的粘结层70通过把层的外边界削掉变窄，没有粘阶层的块状部分顶片40之部分像屋檐一样在块状部分20上向每个弹性支承臂10凸出。在图1中，粘结在块状部分上端上的块状部分顶片40的部分42是一个由虚线46围绕的区域，而凸出部分44是一个在虚线46和块状部分顶片40的外边48之间的狭窄区域。
在图5中凸出部分44和弹性支承臂10的连接之处的横截面是填充有从左上向右下的倾斜线的区域47，并且这个横截面的面积与弹性支承臂10的横截面相同，等于弹性支承臂10的厚度(由块状部分顶片厚度限定)和臂10的宽度的乘积。另一方面，顶片40在块状部分顶片40的被粘结的部分42和凸出部分44之间的边界处的横截面是在图5中填充有从右上向左下的倾斜线的区域49，它的面积等于块状部分顶片40的厚度与粘结层的侧面长度的乘积。
为了说明弹性支承臂10的横截面面积和块状部分顶片40在粘结部分42和凸出部分44之间的边界处的横截面面积，对按照第一个实施例的加速度传感器元件100的尺寸加以说明。正方形加速度传感器元件100的侧面长度大约为3300μm，而厚的支承框架30的厚度大约为600μm，宽度大约为450μm。在中心的大块部部分20的边长大约为1000μm，厚度大约为600μm。四个弹性支承臂10大约700μm长和大约110μm宽。块状部分顶片40的长度与块状部分20一样大约为1000μm长。厚的支承框架顶片50的尺寸与厚的支承框架30一样，是一个边长大约为3300μm的和内边长约为2400μm的正方形。因为弹性支承臂10、块状部分顶片40和框架顶片50都是用在SiO2绝缘层上的硅层制成的，它们都是大约6μm厚。用SiO2绝缘层制成的粘结层70大约是10μm厚。
把块状部分顶片40粘结在块状部分上端22上的粘结层70在粘结层的周围去除10μm深，沿着块状部分上端22和块状部分顶片之间的界线在块状部分的侧表面24上形成横向槽72。槽72具有与块状部分20的边相同的长度以及与SiO2绝缘层70的厚度相同的宽度。在这个实施例中，槽72大约1000μm长、10μm宽和10μm深。通过槽72、从顶片40形成块状部分顶片40的凸出部分44。块状部分顶片在块状部分顶片40的粘结部分42和凸出部分44之间的边界处的横截面(在图5中填充有从右上到左下的阴影线的区域49)的面积大约为6000μm2，因为厚度大约为6μm，长度大约为1000μm，精确地说是980μm，从边长中减去两边的槽深度得到的值。把弹性支承臂10连接到块状部分顶片40的凸出部分44上的横截面47的面积大约为660μm2。这样，在块状部分顶片40的粘结部分42和凸出部分44之间的边界处的横截面面积大于弹性支承臂的横截面面积。
如以类似的方式，把框架顶片50粘结到厚的支承框架上端32上的粘结层70在粘结层的周围去除10μm深，沿着框架上端32和框架顶片50之间的边界处在框架的侧表面34上形成横向槽74。槽74具有和框架内侧面34一样的长度以及与SiO2绝缘层70的厚度一样的宽度。在这个实施例中，槽74大约2400μm长，10μm宽和10μm深。通过槽74，从框架顶片50形成框架顶片50的凸出部分54。
固定在厚的支承框架上端32上的框架顶片50具有通过粘结层70粘结在框架上端32上的部分52和从粘结部分52向着弹性支承臂10凸出的凸出部分54。如图所示，因为把框架顶片50粘结在框架30上的粘结层70从内侧面34被削去，框架顶片50在框架的没有粘结层的部分之上向屋檐一样伸向每个支承臂。在图1中，在框架上端上的框架顶片50的粘结部分52是在虚线56和四个周围的边57之间的区域，而凸出部分54是虚线56和四个内边58之间的狭窄区域。
把框架顶片50的凸出部分54连接到弹性支承臂10上的横截面具有与弹性支承臂的横截面相同的面积，在这个实施例中是约660μm2。框架顶片50在粘结部分52和凸出部分54之间的边界处的横截面面积大约是14400μm2，因为厚度大约是6μm，长度大约是2400μm，精确地说，加上两侧槽深度大约是2420μm。这样，框架顶片50在粘结部分52和凸出部分54之间的边界处的横截面大于弹性支承臂的横截面。
当加速度传感器受到一个冲击或一个加速度时，块状部分/厚的支承框架相对于其弹性支承臂左右振动、前后振动或上下振动或扭转，引起弹性支承臂的弯曲或扭转。当弯曲或扭转很迅速或者产生大的变形时，弹性支承臂可能断裂。因为像上面所说明的，弹性支承臂被制成非常细，由冲击或加速度引起的应变趋向于集中在弹性支承臂被固定到块状部分或框架上的根部。它导致弹性支承臂不能耐受由应变产生的应力，而在根部断裂。
如前面所说明的，在本发明的块状部分顶片40中，块状部分顶片40在粘接到块状部分上端22上的部分42和从粘结部分42向弹性支承臂10凸出的部分44之间的边界处的横截面大于把凸出部分44连接到弹性支承臂10上的横截面。同样，在框架顶片50中，顶片50在粘接到框架上端32上的部分52和从粘结部分52向弹性支承臂10凸出的部分54之间的边界处的横截面大于把凸出部分54连接到弹性支承臂10上的横截面。由于这个原因，当块状部分20或者厚的支承框架30被施加于加速度传感器的冲击或加速度相对于弹性支承臂10运动时，在弹性支承臂10上产生的弯曲或扭转的应变首先被传递到把顶片40、50的凸出部分44、54连接到弹性支承臂10上的横截面上，然后通过凸出部分44、54传递到顶片40、50的在顶片40、50的凸出部分44、54和粘结部分42、52之间的边界处的横截面上。在块状部分20和厚的支承框架30上产生的变形通过相反的路径传递，也就是说，变形通过凸出部分44、54从顶片40、50的在顶片40、50的凸出部分44、54和粘结部分42、52之间的边界处的横截面传递到把顶片40、50的凸出部分44、54连接到弹性支承臂10上的横截面上。如在这里所描述的，应变得传递不是直接在弹性支承臂10和块状部分20或厚的支承框架30之间进行，而是通过顶片40、50的凸出部分44、54实现。由于这个原因和因为凸出部分44、54具有比连接弹性支承臂10的横截面大的连接粘结部分42、52的横截面，应变或应力在凸出部分44、54中被释放，使得在按照本发明的加速度传感器元件中，即使施加一个大的冲击或加速度，也能防止或至少减轻弹性支承臂的断裂。
在这个实施例中，在块状部分20上，通过在块状部分的侧表面24上沿着在块状部分上端22和块状部分顶片40之间的界线形成的横向槽72形成块状部分顶片40的凸出部分44。同样，在厚的支承框架30上，通过在框架内侧面34上沿着在框架上端32和框架顶片50之间的界线形成的横向槽74形成框架顶片50的凸出部分54。在块状部分的侧表面34上形成的横向槽72大约1000μm长，大约10μm宽和10μm深，而在框架内侧面34上形成的横向槽74大约2400μm长，大约10μm宽和10μm深。这些槽72、74优选等于或长于弹性支承臂10的宽度。同样，这些槽72、74优选1μm宽或者更宽，但是在实际上更可取的是宽度小于30μm。这些槽深度优选是1μm或更深，不过更可取的是小于100μm。可以理解的是，这些槽应该具有等于或长于弹性支承臂宽度的长度。因为顶片的凸出部分由槽限定。即使槽具有等于支承臂宽度的长度，顶片的凸出部分和粘结部分之间的界线也具有比凸出部分和弹性支承臂之间的界线区域大的面积，因为凸出部分和粘结部分之间的界线由在凸出部分的除与弹性支承臂的边界之外的三个侧面上的横截面构成。对于制造方便的是，槽72、74具有与SiO2绝缘层70的厚度相同的宽度，因为在上面说明的第一个实施例的加速度传感器元件100中，通过从块状部分侧表面/框架内侧面削去SOI薄片的SiO2绝缘层70形成槽72、74。在本发明的加速度传感器元件是由市场上可以买到的具有1到10μm厚的SiO2绝缘层的SOI薄片制成的情况下，槽宽度可以由SiO2绝缘层的厚度确定。但是，如后面所说明的，槽宽度也可以大于10μm。然而，太宽的槽可能导致降低支承框架的强度和减少块状部分的重量。并且它可能耗费长的加工时间。优选是槽宽度最大为30μm。当槽深度是1μm或更深时，与没有槽的情况相比传感器能够耐受两倍的冲击。槽深度为150μm的传感器与槽深度为1μm的传感器在抗冲击性上没有差别。但是，如果在块状部分上形成比100μm深的槽，则块状部分变得太轻，以至于降低加速度传感器的灵敏度，而槽深度大于100μm的厚的支承框架不会导致灵敏度的降低，但是会降低框架的强度。因为要耗费长的加工时间来形成深度大于100μm的槽，所以优选是槽最多为100μm深。
下面将说明这个实施例的加速度传感器元件的生产过程。图7示出在图1中的加速度传感器元件100在X轴方向的断面(图1中沿VII-VII线的横截面)的部分(左半部)，用于说明主要过程。SOI薄片是由Si基基片80、作为Si活性层的在上表面上的硅单晶层90、和位于Si基基片80和硅单晶层90之间的通过作为防蚀器的SiO2绝缘层70构成的Si单晶基片，如在图7中用附图标记所标注的。基片80的厚度大约为600μm，SiO2绝缘层70的厚度大约为10μm，硅单晶层90的厚度大约为6μm。
生产过程的第一步是，在硅单晶层90的表面上用光致抗蚀剂或热氧化SiO2膜制造出预定形式的图形，并且同通过诸如离子注入这样的杂质扩散过程扩散的硼来制造压电电阻(图7A)。从温度特性和灵敏度两方面的观点出发，选用大约2×1018原子/cm3作为表面杂质浓度。
下一步，为了保护压电电阻15，制造保护膜16(图7B)。作为保护膜16，使用在半导体工艺中通常使用的SiO2和PSG(磷硅酸玻璃Phosphorous silicated glass)的多层膜以便具有吸收能移动的离子的效果。也可以使用SiO2和SiN的两层膜代替SiO2和PSG的两层膜。优选是，保护膜16的厚度被做得在具有高灵敏度的同时尽可能地降低应力，因此它被做成0.2μm到0.5μm。
下一步，通过以氢氟酸为主要成分的湿蚀刻，在保护膜16内在压电电阻15的两端形成连接电极的通孔16a(图7C)。
下一步，为了制造电极引线，用喷镀法形成铝合金膜(铝，铜，硅等为主要成分)。厚度为0.3μm到0.5μm。用光蚀法(photo etching)形成引线电极17(图7D)。
下一步(未示出)，用干蚀刻法(dry etching)或类似方法侵蚀硅单晶层90，使通孔60形成于在图1中示出的薄的部分。
下一步，在基片80的背面在压电电阻15位置处在表面上形成块状部分20和框架30形状的光致抗蚀剂遮蔽，用一个双面对齐装置使通孔60的图案与硅单晶层90等对齐，基片80通过干蚀刻法刻蚀成含有SF6气体和氧的等离子体，作为侵蚀保护层的SiO2绝缘层70用湿蚀刻法去除(图7E)。在刻蚀步骤中，SiO2绝缘层70被过刻蚀，使SiO2绝缘层70的去除部分直到块状部分的侧表面24和框架内侧面34的目标深度为止(图7F)。通过这个步骤制造出弹性支承臂10和横向槽72、74。作为蚀刻SiO2层的蚀刻溶液，使用缓冲的氢氟酸。
此后，把在薄片上形成的许多加速度传感器芯片用切割器或类似工具一个接一个地切成传感器芯片，并且通过诸如包装等组装过程，半导体加速度传感器元件100就完成了。
例2下面将参考图8到12说明按照本发明的第二个实施例的加速度传感器元件。图8是第二个实施例的加速度传感器元件的平面图，图9是沿着图8的IX-IX线的横截面图，图10是加速度传感器元件的局部放大的说明性透视图，图11是沿着图10的XI-XI线的放大的横截面平面图，图12是第二个实施例的加速度传感器元件的分解透视图。在这些图中和下面关于第二个实施例的加速度传感器元件的说明中，相同的附图标记用于表示相同的部分。
虽然第二个实施例的加速度传感器元件200与第一个实施例的加速度传感器元件100几乎一样，传感器元件200没有第一个实施例中在块状部分和块状部分顶片之间的以及厚的框架和框架顶片之间所具有的SiO2绝缘层，并且在加速度传感器元件200中，用有机的粘结层代替SiO2绝缘层把块状部分20和块状部分顶片40粘结在一起，并且厚的框架30和框架顶片50也通过有机粘结层粘结在一起。同样，在块状部分的各侧表面24上沿着在块状部分顶片40和块状部分上端22之间的界线形成的横向槽272和在内侧面34上沿着框架顶面50和框架上端32之间的界线形成的横向槽274被制成为仅仅比弹性支承臂10的宽度稍长，并且不延伸到块状部分的边或框架的内边的整个长度上。
如从图8和10到12可以看出的，横向槽272和274具有水平的梯形截面。正方形块状部分20的块状部分上端22具有通过从块状部分的水平正方形横截面排除四个梯形槽272形成的形状，这样块状部分顶片40由对应于块状部分上端22的并粘结在块状部分上端22上的部分242和每个都对应着四个梯形槽272的各个凸出部分244构成。块状部分顶片40的在顶片40的粘结部分242和每个凸出部分244之间的边界处的横截面具有与每个梯形槽的三个边对应的横截面面积。因为在弹性支承臂10和向着弹性支承臂10凸出的部分244之间的块状部分顶片40的横截面具有和弹性支承臂10相同的横截面面积，这个横截面比顶片40在顶片的粘结部分42和凸出部分244之间的边界处的横截面小。把弹性支承臂10连接到块状部分顶片40向着弹性支承臂10凸出的部分244上的横截面是在图10中填充有从左上到右下的阴影线的区域47，与图5相同，而顶片40在顶片40的粘结部分242和凸出部分244之间的边界处的横截面是填充有从右上到左下的阴影线的区域249。固定在厚的支承框架上端32上的顶片50具有在弹性支承臂10下以与块状部分顶片40一样的方式形成的梯形横向槽274，这样顶片50由粘结部分252和凸出部分254组成。框架顶片50的凸出部分254在与粘结部分252的边界处的横截面在面积上与块状部分顶片40的凸出部分244在和块状部分顶片的粘结部分242的边界处的横截面相同，并且在面积上大于框架顶片50的凸出部分254在与弹性支承臂10边界处的横截面。由于这个原因，甚至在第二个实施例的加速度传感器受到一个大的冲击或加速度时，由冲击或加速度引起的应变在块状部分顶片40/框架顶片50的凸出部分244和254被释放，从而防止或至少减轻了弹性支承臂10的断裂。
下面将说明第二个实施例的加速度传感器元件的制造过程。包括块状部分顶片40的顶片、四个弹性支承臂10和框架顶片50用大约6μm厚的硅薄膜一体制成。另一方面，块状部分20和厚的支承框架30用大约600μm厚的硅薄片制造。
首先，按照图7A到7D的生产步骤示出第一个实施例的加速度传感器元件的制造过程，在硅薄膜上形成保护膜和引线电极。然后，象在图12的上半部分所表示的那样对硅薄膜进行干蚀刻，以形成顶片的通孔60和对应块状部分顶片40、四个弹性支承臂10和框架顶片50的各个区域。与这个过程同时，在含有SF6气体和氧的等离子体中对Si薄片进行干蚀刻，以形成块状部分20和厚的支承框架30。从它们带有具有梯形横向槽图案的光致抗蚀剂遮蔽的上部用干蚀刻法对它们继续蚀刻，以形成在块状部分20和框架30上的横向槽，如在图12的下半部分所表示的。在其上形成顶片的硅薄膜通过切割器或类似工具一个接一个地切成顶片芯片，如在图12的上半部分所表示的。同样，在其上形成块状部分20和厚的支承框架30的Si薄片通过切割器或类似工具一个接一个地切成块状部分芯片和厚的支承框架芯片，以形成块状部分和厚的支承框架。在图12中所表示的顶片上，块状部分20和厚的支承框架30通过树脂粘合剂粘结在一起，以形成这个实施例的加速度传感器芯片200。可选择地，在其上形成有许多的块状部分20和厚的支承框架30的Si薄片通过树脂粘合剂粘结到有许多顶片的硅薄膜上之后，在薄片上的加速度传感器芯片可以用切割器等一个接一个地切成传感器芯片200。
例3参考图13，说明与第一个实施例的半导体加速度传感器元件100组装在一起的第三个实施例的加速度传感器300。图13是此加速度传感器的横截面图。
在图13中示出的横截面图中，一个用硼硅酸盐玻璃制成的0.3mm厚的第一调整片310在厚的支承框架顶片50上表面的每个角上用胶(paste)320固定，以覆盖在第一个实施例中说明的加速度传感器元件100。胶是一种硅-橡胶树脂型粘合剂，例如Dow Corning Toray SiliconeCo.Ltd.的DA6501，混合有大约10％质量比的由二乙烯基苯-基交联共聚物制成的直径大约10μm的硬塑料球。在硬化后，硅橡胶树脂型粘合剂具有吸收施加的冲击的足够弹性，杨氏模量小于8.8×104Gpa.在框架顶片50的上表面的每个角的胶320的区域是大约350μm×大约350μm的正方形。第一调整片310的下表面与块状部分顶片40的上表面之间的间隙g1大约为10μm。硼硅酸盐玻璃的第二调整片330通过同样的胶(paste)340固定在加速度传感器元件100的厚的支承框架30的下表面之下，并且在第二调整片330和块状部分20的下表面之间有大约10μm的间隙(第二间隙)g2。
因为即使包括有间隙地安装在加速度传感器元件100之上和下的调整片310和330的第三实施例的加速度传感器300受到大的加速度，块状部分20的位移也不会漂移超过与调整片310和330的间隙g1和g2，所以能够防止加速度传感器元件100的弹性支承臂10的断裂。第一调整片和块状部分顶片上表面之间的间隙g1和第二调整片和块状部分下表面之间的间隙g2可以在5到15μm的范围内变化。
例4参考图14说明按照本发明的第四个实施例的加速度传感器400，在其中组装有第一个实施例的半导体加速度传感器元件100。图14是这个加速度传感器的横截面图。
如图14所示，加速度传感器400被安装在氧化铝等制成的保护壳体410内，这个传感器和第三个实施例一样具有0.3mm厚的硼硅酸盐玻璃的第一调整片310，与第三实施一样，它与块状部分顶片40表面以预定的间隙g1通过胶320固定在加速度传感器元件100上。保护壳体410由侧框架412和内底片414组成，加速度传感器元件100的厚的支承框架30的下表面通过胶340粘结和固定在内底片414上。当加速度传感器元件100被固定在底片上时，在加速度传感器元件100的中心的块状部分20不接触内底片414，并且具有与内底片414的第二预定间隙g2。内底片在与块状部分下表面的间隙g2内限制块状部分向下的振动，并且用作为调整片。第二预定间隙g2可以具有不同于预定的间隙g1的值。在这个实施例中也可以使用在第三个实施例中使用的胶。
例5参考图15，说明作为按照本发明的第五个实施例的加速度传感器元件第二实施例的变型。图15是加速度传感器元件变型的横截面图。
在图15中示出的第五个实施例的加速度传感器元件500，除在块状部分520和厚的支承框架530的外围处的形状外，具有与在图8到图12中示出的第二个实施例的加速度传感器元件几乎一样的结构。加速度传感器500具有向下变宽的块状部分520侧表面524和向下变宽的厚的支承框架530内侧面534。因为即使它们的上横截面与第二个实施例的相同，加速度传感器500的块状部分和框架也能够比第二个实施例的加速度传感器元件的块状部分和框架重，所以加速度传感器500具有提高的灵敏度和改善的机械强度。在加速度传感器元件500中，块状部分顶片40通过粘合剂固定在块状部分上端522上，框架顶片50通过粘合剂固定在框架上端532上。弹性支承臂10桥接块状部分顶片40和框架顶片50。块状部分顶片40、框架顶片50和弹性支承臂10组成加速度传感器的一个整体的顶片。由在包括块状部分上端的平面(这个平面与加速度传感器元件的顶片的下表面相同)与从围绕块状部分的侧表面向块状部分顶片沿着块状部分的各侧表面延伸的平面之间的四条交叉线包围的区域，基本上与块状部分顶片面向块状部分上端的表面(和第二个实施例一样，在这个实施例中是正方形)，也就是说块状部分顶片的底面，在形状(在这个实施例中是正方形)和面积上相同。位于包括厚的支承框架上端的平面(这个平面与加速度传感器元件的顶片的下表面相同)和从框架内侧面向着框架顶片沿着内侧面延伸的各平面之间的四条交线，与包括支承框架上端的平面(这个平面与加速度传感器元件的顶片的下表面相同)和从框架外侧面向着框架顶片沿着外侧表面延伸的各平面之间的四条交线(在这个实施例中形成正方形)之间的区域，与框架顶片面向厚的支承框架上端的表面，即框架顶片的下表面，在形状上和尺寸上相同。
在第五个实施例的加速度传感器元件500中，在块状部分的侧表面524上就在弹性支承臂10的下面、沿着块状部分顶片40和块状部分上端522之间的界线设有各横向槽572。同样，在厚的支承框架内侧面534上就在弹性支承臂10的下边、沿着厚的支承框架顶片50和框架上端532之间的界线设有各横向槽574。这些横向槽572和574比与这些槽相邻的弹性支承臂10的宽度稍长。这些横向槽优选是1至30μm宽和1至100μm深。
通过在块状部分上形成的槽，在块状部分顶片上形成向弹性支承臂凸出的部分。块状部分顶片由凸出部分和粘结在块状部分上端上的各部分组成。每个凸出部分和粘结部分之间的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面。通过与块状部分同样的方式，通过在厚的支承框架上形成的槽，在框架顶片上形成向弹性支承臂凸出的部分。框架顶片具有凸出部分和粘结在框架上端上的部分。每个凸出部分和框架顶片的粘结部分之间的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面。
虽然块状部分和厚的支承框架有向下变厚的横截面的结构，在这个实施例中，加速度传感器元件还可以有这样的结构，比如在它们的顶部和底部之间的一个中点上具有最厚的横截面的结构。
例6槽的尺寸对灵敏度和抗冲击性的影响在象第四个实施例所说明的安装在保护壳体410内的加速度传感器400中，研究了通过改变横向槽的尺寸，横向槽的尺寸对加速度传感器的灵敏度和抗冲击性的影响。在其中使用的加速度传感器元件有一个正方形的厚的支承框架，其边长大约3300μm，厚大约600μm，宽大约450μm。传感器元件的块状部分是大约1000μm×1000μm的正方形，厚度大约为600μm。弹性支承臂的长度大约为700μm，宽度大约为110μm，厚度大约为6μm。块状部分顶片是与块状部分一样的大约1000μm×1000μm的正方形，其厚度大约为6μm，以及框架顶片具有和框架一样的平面尺寸，厚度大约为6μm。
槽深度的影响使用具有和上面所说的同样尺寸的第二个实施例的加速度传感器元件200，准备一个第四个实施例的加速度传感器400，把长度固定在200μm，把宽度固定在2μm，从0μm到150μm改变横向槽深度，以研究槽的尺寸对灵敏度的影响。
在向传感器施加一个2G的加速度时，测量加速度传感器的输出电压作为灵敏度。为了研究抗冲击性，在加速度传感器从不同高度靠重力跌落到一个厚度为100mm的柳杉木板上之后，由最大跌落高度在重力跌落之后获得的输出电压得到抗冲击值。在试验之前测量重力跌落高度和冲击的关系，用通过个关系的标定曲线从跌落高度计算冲击强度。在试验中，没有槽的传统加速度传感器被称为槽深度为0μm。
测量结果表示在图16和图17中。图16表示加速度传感器的相对灵敏度与横坐标上的槽深度关系的曲线图。相对灵敏度是在把传统的加速度传感器的灵敏度固定为1.0时，通过本发明不同的槽深度准备的加速度传感器的灵敏度相对于槽深度为0μm的传统传感器的灵敏度的比值。从图16可以看出，直到深度为150μm灵敏度都没有变化。图17表示，在槽深度为0μm的传统加速度传感器的抗冲击性被固定为1时，在准备有不同的槽深度的加速度传感器的相对抗冲击性与横坐标上的槽深度关系的曲线图。在槽深度达到1μm时，抗冲击性变为传的加速度传感器的抗冲击性的两倍，并且直到槽深度为150μm都保持不变。但是观察到存在一些加速度传感器，当它们的槽深度大于100μm时，在这些加速度传感器中块状部分与块状部分顶片脱离。同样，通过从块状部分的侧表面蚀刻SiO2绝缘层以形成槽，加工深度大于100μm的槽耗费非常长的时间。作为结论，槽深度大于1μm是需要的，但是深度优选小于100μm。
槽宽度的影响使用具有上述尺寸的第一个实施例和第二个实施例的加速度传感器元件100和200，制造第四个实施例的加速度传感器400。横向槽延伸到块状部分的侧表面和框架内表面的整个边长，并且具有大约5μm的深度。为了制造方便，在槽宽度小于10μm的传感器元件中，槽宽度像在第一个实施例中一样由SiO2绝缘层的厚度确定，而在槽宽度为10μm或更大的传感器元件中，通过在第二个实施例中示出的对Si薄片进行干蚀刻形成槽。用具有30μm或更窄的不同槽宽度的横向槽的加速度传感器研究相对灵敏度和相对抗冲击性，其测量结果分别表示在图18和图19中。在这些曲线图中，用槽深度0μm表示传统的加速度传感器。图18表示直到槽宽度为30μm灵敏度都没有变化。在图19中，宽度为1μm的槽显示出传统加速度传感器的抗冲击性的两倍，并且抗冲击性直到槽宽度为30μm都保持不变。
虽然即使在加速度传感器的槽宽度超过30μm时，灵敏度和抗冲击性也不改变，较宽的槽可能导致块状部分重量的减少和框架强度的降低。而且，较宽的槽需要较长的加工槽的时间。因此，槽宽度优选是1μm或更宽，但小于30μm。
槽长度的影响使用在第一个实施例中说明的并具有上述尺寸的加速度传感器元件100，制造第四个实施例的加速度传感器400。横向槽1μm宽，10μm深，具有比弹性支承臂的宽度长0到9μm的长度或延伸到块状部分侧表面和框架内侧面的整个边长的长度。为了改变横向槽的长度，改变侵蚀SiO2绝缘层的遮蔽(涂层)的长度。像上述一样研究了具有不同长度的槽的加速度传感器的相对灵敏度和相对抗冲击性，测量结果表示在图20和图21中。在这些曲线图中，传统加速度传感器被表示为“没有槽”。图20表示直到槽的长度为整个长度灵敏度都没有变化。在图21中，当槽的长度和弹性支承臂的宽度相同时(即超过弹性支承臂的宽度等于0μm)相对抗冲击性变为“没有槽”的传统加速度传感器的两倍，并且直到全长的槽长度都保持不变。
从这些试验的结果可以看出，槽的长度等于或大于弹性支承臂的宽度改善了抗冲击性。
例7为了确认本发明的优点，准备了1000个第四种实施例的加速度传感器(发明传感器1)，在其中组装了具有在例6中说明的尺寸的第一个实施例的加速度传感器元件。横向槽具有延伸到块状部分侧表面和框架内侧面的整个边长的长度，10μm深以及3μm宽。第一调整片与块状部分顶片上表面之间的间隙g1和第二调整片与块状部分下表面之间的间隙g2都大约为10μm。还准备了1000个第四种实施例的加速度传感器(发明传感器2)，在其中组装有第二个实施例的加速度传感器元件。在发明传感器2中，横向槽的尺寸和与调整片的间隙与发明传感器1相同。为了与这些传感器比较，准备了200个在第四个实施例中示出的加速度传感器作为比较传感器，在其中组装了第一个实施例的但是没有横向槽的加速度传感器元件。比较传感器除没有横向槽外在结构和尺寸上都与发明传感器1相同。
在向它们施加一个2G的加速度时，测量发明传感器1、发明传感器2和比较传感器的输出电压作为灵敏度。它们都显示相同的输出电压，因此它们的灵敏度是相同的。
下一步，在每个加速度传感器从1米的高度重力跌落到100mm厚的柳杉木板上之后，用输出电压评价抗冲击性。在冲击试验中，在跌落之后显示无输出的传感器在200个比较传感器中是113个，在1000个发明传感器1和1000个发明传感器2中是0个。通过仔细研究两个在冲击试验后没有输出的发明传感器2，发现粘合剂被挤出进入块状部分的槽中，并且把弹性支承臂固定到块状部分上。块状部分顶片之下的槽由挤入的粘合剂充满，导致没有顶片凸出部分。如由试验结果看出的，本发明的加速度传感器在抗冲击性上表现非常优秀。
例8作为本发明的另一个实施例，具有用钛制成的第二个实施例的块状部分的加速度传感器元件被组装在第四个实施例的加速度传感器中。这种加速度传感器具有与例7的发明传感器2相同的尺寸。这种传感器显示出比例7的发明传感器2大约高70％的灵敏度。通过如在例6中的通过从不同高度的重力跌落评价抗冲击性的抗冲击性试验，可以明显看出，钛块状部分显示出与组装有用硅制成的块状部分的第二个实施例的加速度传感器元件的第四个实施例的加速度传感器相同的抗冲击性，与传统加速度传感器相比，它能够耐受两倍的冲击。
附图标记清单10 弹性支承臂15 应变片(压电电阻)16 保护膜16a 通孔17 引线电极20 块状部分22 块状部分上端24 块状部分的侧表面30 框架32 框架上端34 框架内侧面40 块状部分顶片42 块状部分顶片的粘结部分44 块状部分顶片的凸出部分46 虚线47 凸出部分与弹性支承臂之间的边界处的横截面48 块状部分顶片的外围49 凸出部分与粘结部分之间的边界处的横截面50 框架顶片52 框架顶片的粘结部分54 框架顶片的凸出部分57 框架周围的侧面58 框架内侧面60 通孔70 粘结层(SiO2绝缘层)72 块状部分上的槽74 框架上的槽
80Si基片90 硅单晶层100半导体加速度传感器元件200半导体加速度传感器元件242粘结部分244凸出部分249粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面252粘结部分254凸出部分272槽274槽310第一调整片320胶330第二调整片340胶400加速度传感器410保护壳体412侧框架414内底片500加速度传感器元件520块状部分522块状部分上端524块状部分的侧表面530支承框架532框架上端534框架的内表面572槽574槽g1 间隙g2 间隙
权利要求
1.一种加速度传感器，具有一个加速度传感器元件，这个加速度传感器元件包括一个位于加速度传感器元件中心的块状部分；一个固定在块状部分上端的块状部分顶片；一个离块状部分一定距离处并包围块状部分的厚的矩形支承框架；一个固定在框架上端的框架顶片；四个桥接块状部分顶片和框架顶片的并把块状部分悬挂在框架中心的弹性支承臂；以及在弹性支承臂上形成的各个应变片；块状部分顶片具有粘结在块状部分上端上的部分和从块状部分顶片的粘结部分向着每个弹性支承臂凸出的部分，使块状部分顶片在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面；以及框架顶片具有粘结在框架上端上的部分和从框架顶片的粘结部分向着每个弹性支承臂凸出的部分，使框架顶片在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面。
2.按照权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，通过在块状部分的侧表面上邻接块状部分上端、沿着块状部分顶片在块状部分顶片和块状部分上端之间构成槽，从块状部分顶片形成块状部分顶片的凸出部分，以及通过在框架内侧面上邻接框架上端、沿着框架顶片在框架顶片和框架上端之间构成槽，从框架顶片形成框架顶片的凸出部分。
3.按照权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，块状部分顶片面向块状部分上端的表面，与由包括块状部分上端的平面和沿着块状部分侧表面从块状部分侧表面向着块状部分顶片延伸的各平面的交线所包围的区域在形状和面积上基本相同，以及框架顶片面向框架上端的表面，与在包括框架上端的平面与从框架内侧面向着框架顶片沿框架内侧面延伸的各平面的交线、和包括框架上端的平面与从框架外侧面向着框架顶片沿框架外侧表面延伸的各平面的交线之间形成的区域，在形状和面积上基本相同。
4.按照权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，每条槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽以及1至100μm深。
5.按照权利要求3所述的加速度传感器，其特征在于，每条槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽以及1至100μm深。
6.一种加速度传感器，具有一个加速度传感器元件，这个加速度传感器元件包括一个位于加速度传感器元件中心的正方形块状部分；一个固定在块状部分上端的正方形块状部分顶片；一个离块状部分一定距离处并包围块状部分的厚的正方形支承框架；一个固定在框架上端的正方形框架顶片；四个桥接块状部分顶片和框架顶片的并把块状部分悬挂在框架中心的弹性支承臂；以及在弹性支承臂上形成的各个应变片；块状部分顶片具有粘结在块状部分上端上的部分和从块状部分顶片的粘结部分向着每个弹性支承臂凸出的部分，使块状部分顶片在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面；以及框架顶片具有粘结在框架上端上的部分和从框架顶片的粘结部分向着每个弹性支承臂凸出的部分，使框架顶片在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面。
7.按照权利要求6所述的加速度传感器，其特征在于，通过在块状部分侧表面上邻接块状部分上端、沿着块状部分顶片在块状部分顶片和块状部分上端之间构成槽，从块状部分顶片形成块状部分顶片的凸出部分，以及通过在框架内侧面上邻接框架上端、沿着框架顶片在框架顶片和框架上端之间构成槽，从框架顶片形成框架顶片的凸出部分。
8.按照权利要求7所述的加速度传感器，其特征在于，正方形块状部分顶片面向块状部分上端的表面，在形状和面积上，与除在块状部分上的槽之外的正方形块状部分的其他部分的、与块状部分上端平行的横截面基本相同，以及正方形框架顶片面向框架上端的表面，在形状和面积上，与除在框架上的槽外的正方形框架的其他部分的、与框架上端平行的横截面相同。
9.按照权利要求7所述的加速度传感器，其特征在于，每条槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。
10.按照权利要求8所述的加速度传感器，其特征在于，每条槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。
11.一种加速度传感器，具有一个加速度传感器元件，这个加速度传感器元件包括一个位于加速度传感器元件中心的块状部分；一个固定在块状部分上端的块状部分顶片；一个离块状部分一定距离处并包围块状部分的厚的矩形支承框架；一个固定在框架上端的框架顶片；四个桥接块状部分顶片和框架顶片的并把块状部分悬挂在框架中心的弹性支承臂；以及在弹性支承臂上形成的各个应变片；块状部分顶片具有粘结在块状部分上端上的部分和从块状部分顶片的粘结部分向着每个弹性支承臂凸出的部分，使块状部分顶片在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面；以及框架顶片具有粘结在框架上端上的部分和从框架顶片的粘结部分向着每个弹性支承臂凸出的部分，使框架顶片在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到弹性支承臂的横截面；一个通过胶固定在框架顶片上表面上的、与块状部分顶片隔开一预定间隙安装的用于覆盖加速度传感器元件的第一调整片；以及一个以在块状部分下表面与第二调整片上表面之间的第二预定间隙通过胶把框架下表面粘结在其上的第二调整片；其特征在于，所胶是硬塑料球和粘合剂的混合物。
12.按照权利要求11所述的加速度传感器，还包括一个具有侧框架和被侧框架包围的内底片的保护壳体，其特征在于，加速度传感器元件安装在保护壳体内，内底片作为第二调整片。
13.按照权利要求11所述的加速度传感器，其特征在于，通过在块状部分侧表面上邻接块状部分上端、沿着块状部分顶片在块状部分顶片和块状部分上端之间构成槽、从块状部分顶片形成块状部分顶片的凸出部分，以及通过在框架内侧面上邻接框架上端、沿着框架顶片在框架顶片和框架上端之间构成槽，从框架顶片形成框架顶片的凸出部分。
14.按照权利要求13所述的加速度传感器，其特征在于，块状部分顶片面向块状部分上端的表面，在形状和面积上，与由包括块状部分上端的平面和沿着块状部分侧表面从块状部分侧表面向着块状部分顶片延伸的各个平面的交线所包围的区域基本相同，以及框架顶片面向框架上端的表面，与在包括框架上端的平面与从框架内侧面向着框架顶片、沿框架内侧面延伸的各平面的交线、和包括框架上端的平面与从框架外侧表面向着框架顶片、沿框架外侧表面延伸的各表面的交线之间形成的区域，在形状和面积上基本相同。
15.按照权利要求13所述的加速度传感器，其特征在于，每条槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。
16.按照权利要求14所述的加速度传感器，其特征在于，每条槽等于或长于与槽相邻的弹性支承臂的宽度，并且是1至30μm宽和1至100μm深。
全文摘要
公开了一种即使受到一个在通常处理时可能产生的冲击，弹性支承臂也不断裂的结构的加速度传感器。这种加速度传感器具有一个块状部分、一个固定在块状部分上的块状部分顶片、一个包围块状部分的厚的矩形支承框架、一个固定在框架上的框架顶片、和四个将块状部分悬挂在框架中心的并桥接块状部分顶片和框架顶片的弹性支承臂。在块状部分侧表面和框架内表面上在支承臂的正下方形成横向槽。由于这些槽，块状部分顶片和框架顶片具有它们的粘结在块状部分/框架上的部分和它们的向支承臂凸出的部分。在粘结部分和凸出部分之间的边界处的横截面大于把凸出部分连接到支承臂上的横截面。因为由从外面施加的冲击在块状部分/框架上引起的应变不是直接传递到支承臂上，并且在具有大于支承臂的横截面积的凸出部分被释放，因此防止了弹性支承臂的断裂。
文档编号G01P15/08GK1508547SQ20031012238
公开日2004年6月30日 申请日期2003年12月19日 优先权日2002年12月19日
发明者大丰大吾, 斋藤正胜, 胜 申请人:日立金属株式会社