专利名称：物理量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测作用于物体的变形或张力的物理量传感器。
背景技术：
近年来，正在开发应用微型机械技术来检测作用于物体的变形或张力的小型且高性能的物理量传感器。图6是在专利文献1中记载的现有技术中的物理量传感器501的剖视图。在由硅等材料构成的半导体基板1的表面，形成了由氧化硅或氮化硅构成的绝缘层 222。在绝缘层222的表面，设有包括由多晶硅或金属构成的下部电极3和上部电极5的振动元件部。上部电极5是具有带状的弹性体，其长度方向的两端部固定在绝缘层222的表面上。上部电极5的中央部经由空洞4而与下部电极3对置。电子电路部6与振动元件部一体形成在半导体基板1上。在半导体基板1的大致中央设置有空洞7，在空洞7的两侧部分，半导体基板1被固定于测定变形或张力的被测定体8。半导体基板1中的位于空洞7 之上的部分形成得较薄。若在振动元件部的下部电极3与上部电极5之间，施加具有上部电极5的中央部分所具有的固有频率的交流电压，则通过在下部电极3与上部电极5之间产生的静电引力和上部电极5的弹性应力的相互作用，上部电极5的中央部进行谐振，以特定的频率和振幅振动。由此，若在振动元件部振动的状态下，被测定体8在方向501A、501B上产生伸展变形， 则经由绝缘层222而固定在半导体基板1上的上部电极5的长度方向的两端部也同样在方向501A、501B上扩展。由于半导体基板1中的位于空洞7之上的部分较薄，所以在上部电极5的中央部产生的变形比在空洞7的两侧部分产生的变形还要大。由此，会对上部电极5 的中央部施加张力，所以上部电极5的中央部振动的频率或振幅会变化。通过由电子电路部6处理该振动的频率或振幅的变化，从而能够求出在被测定体8中产生的变形或张力。在现有技术中的物理量传感器501中，由于电子电路部6 —体形成在半导体基板 1上，所以有时因在空洞7的两侧部分产生的变形而导致构成电子电路部6的电阻等电路元件的值变化，从而引起电路变得不稳定而产生误动作。此外，由于振动元件部和电子电路部6暴露，所以存在水分或灰尘等附着在振动元件部或电子电路部6而阻碍传感器的功能的情况。专利文献1(日本)特开平7-333077号公报

发明内容
本发明提供一种物理量传感器，包括起变形体，其根据应力产生变形；振子，其以对应于该变形的频率或对应于该变形的振幅进行振动；以及处理电路，其对从振子输出的信号进行处理。振子配置在起变形体上，以便传递该变形。处理电路按照实质上不传递该变形的方式与起变形体结合。该物理量传感器能够稳定地检测作用于物体的变形或张力。


图IA是本发明的实施方式的物理量传感器的俯视图。图IB是实施方式的物理量传感器的侧视图。图2是图IA所示的物理量传感器的线2-2的剖视图。图3A是实施方式的物理量传感器的振子的俯视图。图;3B是图3A所示的振子的线!3B-3B的剖视图。图3C是图3A所示的振子的线3C-3C的剖视图。图3D是图;3B所示的振子的放大剖视图。图4是实施方式的物理量传感器的分解立体图。图5是实施方式的其他物理量传感器的分解立体图。图6是现有技术中的物理量传感器的剖视图。
具体实施例方式图IA和图IB分别是本发明的实施方式1的物理量传感器1001的俯视图和侧视图。图2是图IA所示的物理量传感器1001的线2-2的剖视图。起变形体21由SUS等金属构成，且根据应力而产生变形。在起变形体21的上面21A安装了由聚酰亚胺膜等挠性材料构成的挠性基板22。在挠性基板22上搭载了振子23和处理电路M。振子23根据在起变形体21中产生的变形的量，以变化的振动频率振动。处理电路对由集成电路(IC)和电阻等电子部件构成，对从振子23输出的信号进行处理。在起变形体21中配置有由陶瓷或金属构成的外装部件25，该外装部件25收纳并保护振子23和处理电路M的整体。图3A是振子23的俯视图。图:3B是图3A所示的振子23的线的剖视图。图 3C是图3A所示的振子23的线3C-3C的剖视图。图3D是振子23的梁部27的放大剖视图。 在振子23的表面形成有由氧化硅或氮化硅构成的绝缘层123。振子23包括具有棒状的梁部27 ；以及包围梁部27的固定体观。通过对硅基板等半导体基板进行蚀刻，从而能够形成包括梁部27和固定体观的振子23。梁部27向长度方向23C延伸，具有相互相反侧的端部27C、27D。固定体观具有端部27C、27D分别被固定的固定部^CJ8D。梁部27构成为以被固定在固定部^C、28D的状态振动，该固定部^C、28D分别固定端部27C、27D。在梁部 27的端部27D中形成有检测电极30。在梁部27的端部27C、27D之间的中央部分27E中形成驱动电极四，驱动电极四、检测电极30经由布线图案而连接到焊盘(land)31。通过将固定部^C、28D接合到起变形体21的接合部件32C、32D分别接合固定部^CJ8D，从而固定振子23。接合部件32C、32D具有大的剪切弹性模数(shear modulus)，向振子23传递在起变形体21中产生的变形。具体地说，接合部件32C、32D由Au-Au接合(剪切弹性模数大约30GPa)等金属类接合材料或环氧树脂(剪切弹性模数大约3GPa)等具有刚性的材料构成。通过该结构，能够使振子23产生与在起变形体21中产生的变形实质上相同的变形，能够由振子23正确地检测在起变形体21中产生的变形。如图3D所示，振子23还包括下部电极127，其设置在梁部27的表面；以及压电体层227，其设置在下部电极127之上，且由PZT等压电部件构成。驱动电极四和检测电极 30设置在压电体层227上。以下，说明物理量传感器1001的动作。若在下部电极127与驱动电极四之间施加具有梁部27所具有的固有频率的交流电压，则梁部27以端部27C、27D为波节、以中央部分27E为波腹而谐振，从而以特定的频率和振幅进行弦振动(string vibration)。若在振子23按照上述方式进行弦振动的状态下，在起变形体21中沿着长度方向 23C产生相互相反的方向1001A、1001B的伸展变形，则固定部分别在方向1001A、 1001B上位移而产生变形。由于梁部27比固定部^C、28D细，所以在梁部27中产生比在固定部观中产生的变形还要大的变形。即，梁部27的端部27C、27B分别在方向1001A、1001B 上位移，从而会向梁部27施加张力。由此，梁部27的弦振动的频率或振幅会变化。检测电极30输出对应于振动的频率和振幅的信号。处理电路M根据从检测电极 30输出的信号，检测振动的频率或振幅，从而能够检测在起变形体21中产生的变形。如上所述，振子23配置在起变形体21中，以便传递在起变形体21中产生的变形， 且以对应于该变形的频率或对应于该变形的振幅进行振动。处理电路M经由挠性基板22 按照该变形实质上不会被传递的方式与起变形体21结合，并对从振子23输出的信号进行处理。外装部件25按照该变形实质上不会被传递的方式设置在起变形体21中，从而收纳振子23和处理电路M。如图4所示，剪切弹性模数小的粘结剂35将外装部件25接合到起变形体21。接合部件32C、32D将振子23接合到起变形体21，且具有比粘结剂35大的剪切弹性模数。剪切弹性模数大的接合部件32C、32D将振子23接合到起变形体21。粘结剂135 经由挠性基板22而将处理电路M和起变形体21结合，且粘结剂135具有比接合材料32C、 32D小的剪切弹性模数。在挠性基板22上安装了处理电路M。粘结剂135将挠性基板22 固定在起变形体21上。以下，说明物理量传感器1001的制造方法。图4是物理量传感器1001的分解立体图。最初，在起变形体21上，通过接合部件32C、32D固定振子23。在挠性基板22中， 将由IC和电阻等构成的处理电路M安装在挠性基板22上。接着，在起变形体21上，通过粘结剂33固定挠性基板22。粘结剂33由硅树脂(剪切弹性模数大约0. OlGPa)等剪切弹性模数比接合部件32C、32D小的材料构成，实质上不会向处理电路M传递在起变形体21中产生的变形。在挠性基板22中，设置有振子23通过的开口 34。振子23的焊盘31通过引线接合法或从开口 34的周边突出设置的内部引线 (inner lead)等而与挠性基板22连接，以便即使在起变形体21中产生变形而导致挠性基板22移动，也能够确保振子23和挠性基板22之间的电连接。接着，通过粘结剂35和粘结剂135，将外装部件25的底部25C和底部25D分别固定在起变形体21和挠性基板22上，从而收纳并保护振子23和处理电路M的整体。粘结剂35由剪切弹性模数比接合部件32C、32D小的硅树脂等材料构成。由此，能够从水分或灰尘等的侵袭中保护振子23和处理电路M。由于粘结剂35，实质上不会向外装部件25传递在起变形体21中产生的变形。由此，在起变形体21中产生的变形不会因外装部件25而被抑制，所以能够通过振子23正确地检测在起变形体21中产生的变形。外装部件25在底部 25C中的高度比在底部25D中的高度小与挠性基板22的厚度相对应的量。物理量传感器1001能够通过振子23正确地检测在起变形体21中产生的变形。由于粘结剂33，该变形实质上不会被传递到处理电路M，所以能够抑制处理电路M的电路元件的值的变动，能够在始终稳定的状态下检测作用于物体的变形或张力。此外，由于能够通过挠性基板22和粘结剂33这两者吸收在起变形体21中产生的变形，所以能够进一步抑制因变形引起的处理电路M内的电路元件的值的变动，由此，能够在始终稳定的状态下检测作用于物体的变形或张力。图5是实施方式中的其他物理量传感器2001的分解立体图。在图5中，对与图4 所示的物理量传感器1001相同的部分赋予相同的参照序号。在起变形体21的端部设置有外部连接端子37。在起变形体21的端部印刷涂抹玻璃等绝缘体糊剂之后，在涂抹的绝缘体糊剂上印刷银糊剂等导体糊剂，从而能够形成外部连接端子37，该外部连接端子37具有大约ΙΟμ 30μπ 的厚度。参照图5说明物理量传感器2001的制造方法。最初，在起变形体21上，通过接合部件32C、32D固定振子23。在挠性基板22上安装处理电路M。接着，在起变形体21上，通过粘结剂33固定挠性基板22。粘结剂33由硅树脂(剪切弹性模数大约0. OlGPa)等剪切弹性模数比接合部件32C、32D小的材料构成，实质上不会向处理电路M传递在起变形体21中产生的变形。在挠性基板22中设置有振子23通过的开口 34。振子23的焊盘31通过引线接合法或从开口 34的周边突出设置的内部引线等而与挠性基板22连接，以便即使在起变形体21中产生变形而导致挠性基板22移动，也能够确保振子23和挠性基板22之间的电连接。接着，通过引线接合法等，电连接挠性基板22和外部连接端子37。接着，通过使用硅树脂等剪切弹性模数小的粘结剂235，将外装部件25固定在起变形体21和挠性基板22上，从而收纳并保护振子23和处理电路M的整体。由此，能够从水分或灰尘等的侵袭中保护振子23和处理电路M。由于粘结剂235，实质上不会向外装部件25传递在起变形体21中产生的变形。由此，在起变形体21中产生的变形不会因外装部件25而被抑制，所以能够通过振子23正确地检测在起变形体21中产生的变形。由于外部连接端子37通过印刷而形成在起变形体21上，所以相对于粘结剂235的厚度，能够忽略在外装部件25和外部连接端子37接触的部分所产生的高低差，其结果，不需要加工外装部件 25的底部而将高度部分改变。物理量传感器2001能够通过振子23正确地检测在起变形体21中产生的变形。由于粘结剂33，实质上不会向处理电路M传递该变形，所以能够抑制处理电路M的电路元件的值的变动，能够在始终稳定的状态下检测作用于物体的变形或张力。产业上的可利用性本发明的物理量传感器作为正确地检测作用于物体的变形或张力的物理量传感器是很有用的。符号说明21 起变形体22 挠性基板23 振子24 处理电路
25外装部件
32C接合部件
32D接合部件
33粘结剂
35粘结剂
135粘结剂
235粘结剂
权利要求
1.一种物理量传感器，包括 起变形体，其根据应力而产生变形；振子，其配置在所述起变形体上，以便传递所述变形，且以对应于所述变形的频率或对应于所述变形的振幅进行振动；以及处理电路，其按照实质上不传递所述变形的方式与所述起变形体结合，且对从所述振子输出的信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器，还包括外装部件，其按照实质上不传递所述变形的方式设置在起变形体上，从而收纳所述振子和所述处理电路。
3.根据权利要求2所述的物理量传感器，还包括粘结剂，其将所述外装部件接合到所述起变形体，该粘结剂的剪切弹性模数小。
4.根据权利要求2所述的物理量传感器，还包括接合部件，其将所述振子接合到所述起变形体，且具有比所述粘结剂大的剪切弹性模数。
5.根据权利要求1所述的物理量传感器，还包括接合部件，其将所述振子接合到所述起变形体，该接合部件的剪切弹性模数大。
6.根据权利要求5所述的物理量传感器，还包括粘结剂，其将所述处理电路结合到所述起变形体，且具有比所述接合部件小的剪切弹性模数。
7.根据权利要求6所述的物理量传感器，其中，所述物理量传感器还包括挠性基板，其安装了所述处理电路， 所述粘结剂将所述挠性基板固定在所述起变形体上。
8.根据权利要求1所述的物理量传感器，还包括 挠性基板，其安装了所述处理电路；以及粘结剂，其将所述挠性基板固定在所述起变形体上，且该粘结剂的剪切弹性模数小。
全文摘要
本发明提供一种物理量传感器，包括起变形体，其根据应力而产生变形；振子，其以对应于该变形的频率或对应于该变形的振幅进行振动；以及处理电路，其对从振子输出的信号进行处理。振子配置在起变形体上，以便传递该变形。处理电路按照实质上不传递该变形的方式与起变形体结合。该物理量传感器能够稳定地检测作用于物体的变形或张力。
文档编号G01L1/10GK102362162SQ20108001315
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月8日 优先权日2009年3月27日
发明者中西努, 大越伟生, 川井孝士, 松浦昭 申请人:松下电器产业株式会社