振动式传感器装置的制造方法

文档序号:9630566
振动式传感器装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及振动式传感器装置。
[0002]本申请主张2014年8月28日申请的日本专利申请第2014-173987号的优先权,在这里引用其内容。
【背景技术】
[0003]振动式传感器装置具备:重块,其具有预先规定的重量;弹簧部,其支撑重块;缓冲部件,其相对于重块靠近配置;以及振子,其组装于弹簧部上。振动式传感器装置检测例如因弹簧部的应变而引起的振子的共振频率的变化,由此测定加速度。弹簧部的应变与加速度成正比地产生。对于振子的共振频率(包含根据应变而变化的共振频率)的检测,通过利用激励电路使振子振动并检测其振动频率而进行。
[0004]振动式传感器装置的固有频率由重块的重量和弹簧部的弹簧常数决定。振动式传感器装置的频率特性的衰减特性,根据在重块和缓冲部件之间所形成的间隙的大小以及间隙内的压力而变化。因此,只要对间隙的大小、间隙内的压力进行调整,就能够实现具有与用途相对应的期望的频率特性的振动式传感器装置。上述的间隙作为缓冲部而对重块起作用。
[0005]以使得振动式传感器装置的频率特性变为临界阻尼(临界制动)的特性的方式,对间隙的大小、间隙内的压力进行调整。与此相对,为了实现较高的Q值,对组装于弹簧部上的振子进行真空封装。即,在振动式传感器装置中,设计为使得重块周围的气氛的压力和振子周围的压力成为不同的压力。
[0006]在这种振动式传感器装置中,在频率与上述固有频率相比较低的频带中,弹簧部的应变与加速度成正比地产生。在处于上述固有频率附近的频带中,弹簧部的应变与速度成正比地产生。在频率与上述固有频率相比高的频带中,弹簧部的应变与位移成正比地产生。因此,在上述振动式传感器装置中,不仅能够测定加速度,还能够测定加加速度、速度、位移等。
[0007]在日本特公平7-6852号公报、美国专利第5090254号说明书、日本专利第3223358号公报、以及 D.W.Burns et al.,‘‘Sealed_cavity resonant microbeam accelerometer,,,Sensors and Actuators A,Vol.53,1996,p.249-255中,公开有与上述振动式传感器装置所具备的振子相同的振子。在日本专利第3544979号公报中,公开有利用振动梁的加速度计。另外,在日本专利第5158160号公报以及日本专利第5429696号公报中,公开有用于压力的测定的振动式传感器。
[0008]近年来,根据提高测定精度等的观点,要求改善振动式传感器装置的动态范围。为了改善振动式传感器装置的动态范围,要降低弹簧部的刚性(使弹簧部变得柔软)、或者加重重块的重量(相对于输入而增大位移)。由此,容易根据输入加速度而产生弹簧部的应变。由此,能够将振动式传感器装置设计为使得施加于振子的应变(拉伸应变、压缩应变)增大。
[0009]即使拉伸应变增大,也难以产生振子的蠕变或破坏。但是,如果压缩应变增大,则振子容易屈曲。例如,使得振子产生蠕变或破坏的拉伸应变的值约为一千?几万[ppm]左右。与此相对,使得振子产生屈曲的压缩应变的值(绝对值)约为几十?几百[ppm]左右。这样,如果在振子中施加有产生蠕变或破坏的拉伸应变的约1/100?1/1000的压缩应变,则振子会屈曲。因此,能够想到针对使振子产生拉伸应变的输入加速度(正的输入加速度)而能够扩大动态范围,但却存在如下问题,即,难以针对使振子产生压缩应变的输入加速度(负的输入加速度)而扩大动态范围。
[0010]如果为了改善振动式传感器装置的动态范围,降低弹簧部的刚性、或者加重重块而使施加于振子的应变增大,则振子的共振频率的变化量也增大。于是,会产生振子的共振频率与弹簧部的共振频率(包含高次模式)一致的状况。
[0011 ] 如果产生这种状况,则在弹簧部的烧曲方向与振子的振动方向一致时,振子的能量会被弹簧部吸收。如前所述,振子的共振频率的检测,通过利用激励电路使振子振动并检测其振动频率而进行。但是,如果产生上述状况,则用于使振子振动的能量会被弹簧部吸收,其结果,出现加速度的测定精度显著恶化的问题。

【发明内容】

[0012]—种振动式传感器装置,具备:可动部,其移动方向被设定为第1方向;支撑部,其沿与所述第1方向相交叉的第2方向延伸而与所述可动部以及固定部连接,将所述可动部支撑为能够相对于所述固定部在所述第1方向上相对地进行移动;以及振子,其至少一部分组装于所述支撑部,在所述第2方向上被赋予拉伸应力。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0014]图2是沿图1中的A-A线的剖面向视图。
[0015]图3是沿图1中的B-B线的剖面向视图。
[0016]图4是沿图3中的D-D线的剖面向视图。
[0017]图5是沿图4中的E-E线的剖面向视图。
[0018]图6是沿图1中的C-C线的剖面向视图。
[0019]图7是沿图6中的F-F线的剖面向视图。
[0020]图8是沿图7中的G-G线的剖面向视图。
[0021]图9A是表示输入加速度和应变的关系的图。
[0022]图9B是表示输出频率随时间的变化的图。
[0023]图9C是表示频率特性的一个例子的图。
[0024]图10A是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
[0025]图10B是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
[0026]图10C是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
[0027]图10D是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
[0028]图11A是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
[0029]图11B是表示本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的制造方法的工序图。
[0030]图12A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0031]图12B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0032]图12C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0033]图12D是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0034]图13A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0035]图13B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0036]图13C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0037]图13D是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0038]图14A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0039]图14B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0040]图14C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0041]图14D是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0042]图15A是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0043]图15B是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0044]图15C是表示在本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置设置的加速度检测用振子等的制造方法的工序图。
[0045]图16A是本发明的第2实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0046]图16B是沿着图16A(a)中的H_H线的剖面向视图。
[0047]图17是表示本发明的第3实施方式所涉及的振动式传感器装置的剖面图。
[0048]图18是表示本发明的第4实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0049]图19是表示本发明的第5实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0050]图20是表示本发明的第6实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0051]图21A是表示本发明的第7实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0052]图21B是沿着图21A(a)中的Η线的剖面向视图。
[0053]图22Α是表示本发明的第8实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。
[0054]图22Β是沿着图22A(a)中的J-J线的剖面向视图。
[0055]图23是表示本发明的第9实施方式所涉及的振动式传感器装置的剖面图。
【具体实施方式】
[0056]参照附图并根据以下所述的实施方式的详细说明,使得本发明的其他特征及方式变得更加明确。
[0057]参照优选的实施方式对本发明的实施方式进行说明。本领域技术人员能够利用本发明的教导而实现本实施方式的多种替代手段,本发明不限定于这里说明的优选的本实施方式。
[0058]本发明的方式提供具有较宽的动态范围、且能够以高精度测定加速度等的振动式传感器装置。
[0059]下面,参照附图对本发明的实施方式所涉及的振动式传感器装置进行详细说明。本发明的实施方式所涉及的振动式传感器装置能够测定加加速度、加速度、速度、位移等,但是,下面为了易于理解,作为例子而对测定加速度的振动式传感器装置进行说明。另外,下面,根据需要而参照附图中设定的XYZ正交坐标系(适当地变更原点的位置)并对各部件的位置关系进行说明。
[0060][第1实施方式]
[0061]〈振动式传感器装置〉
[0062]图1是本发明的第1实施方式所涉及的振动式传感器装置的平面图。图2是沿图1中的A-A线的剖面向视图。如该图1、图2所示,本实施方式的振动式传感器装置1具备加速度检测基板10和缓冲部件20。振动式传感器装置1对作用于振动式传感器装置1的加速度进行测定。振动式传感器装置1构成为使Z方向的加速度的测定灵敏度最高。
[0063]加速度检测基板10是形成有重块11 (可动部)、弹簧部12 (支撑部)、固定框架13 (固定部)、加速度检测用振子R1 (振子)、温度检测用振子R2、以及铝焊盘PD0?PD2的硅基板。这种加速度检测基板10设计为,使弹簧部12产生与作用于振动式传感器装置1的加速度(Z方向的加速度)成正比的应变,加速度检测用振子R1的共振频率根据该弹簧部12产生的应变而变化。根据加速度检测用振子R1的共振频率的变化而求出作用于振动式传感器装置1的加速度。
[0064]重块11通过对硅基板进行加工而形成。重块11具有预先规定的重量。利用弹簧部12使该重块11的一端部(在图1所示的例子中为-X方向的端部)与固定框架13连接。另一方面,重块11的剩余的端部以恒定的间隙G1与固定框架13分离。由此,重块11能够在振动式传感器装置1的测定灵敏度最高的方向即Z方向(第1方向)上移动。
[0065]弹簧部12与重块11的一端部以及固定框架13连接。弹簧部12将重块11支撑为能够相对于固定框架13在Z方向上进行相对移动。与重块11以及固定框架13相比,该弹簧部12的厚度(Z方向的宽度)减小。弹簧部12形成为沿X方向(第2方向)延伸。重块11相对于固定框架13在Z方向上进行相对位移,从而在弹簧部12处产生应变。对硅基板进行加工,使弹簧部12与重
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