惯性力传感器的制造方法

惯性力传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种惯性力传感器，其具备：固定部、与固定部连接的梁部、与梁部的另一端连接且在通过惯性力使梁部变形的同时进行移位的锤部、设置于锤部的导电部、设置于梁部来检测梁部的变形的应变电阻、设置于固定部的第一和第二故障诊断电极、经由梁部来连接第一故障诊断电极与导电部的第一故障诊断布线、以及经由梁部来连接第二故障诊断电极与导电部的第二故障诊断布线。该惯性力传感器即使在锤部发生裂化时也不会持续输出错误的输出信号，具有高可靠性。
【专利说明】惯性力传感器

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用在车辆或便携式终端等中来检测加速度或角速度等的惯性力的惯性力传感器。

【背景技术】
[0002]图19是现有的惯性力传感器501的俯视图。惯性力传感器501是检测加速度的加速度传感器。框部I具有按照包围中空区域2的方式环状地连结的固定部Ia?Id。梁部3?6的各自的一端与框部I连接，朝中空区域2延伸。锤部7从梁部3的另一端起朝着倾斜的方向延伸。锤部8从梁部5的另一端起朝着倾斜的方向延伸出来。锤部9与梁部4的另一端连接。锤部1a与梁部6的另一端连接。在梁部3的上表面设置有应变电阻11。在梁部5的上表面设置有应变电阻13。在梁部4的上表面设置有应变电阻12。在梁部6的上表面设置有应变电阻14。应变电阻11?14通过布线而被电连接并构成了桥接电路。
[0003]在现有的惯性力传感器501中，对应于被施加的加速度，锤部7?10在上下方向上移位，对应于该移位，应变电阻11?14的电阻值变化。根据基于这些电阻值的变化而从桥接电路输出的信号来检测加速度。
[0004]此外，与惯性力传感器501类似的现有的惯性力传感器例如记载在专利文献I中。
[0005]图20是现有的其他的惯性力传感器502的截面图。惯性力传感器502也是检测加速度的加速度传感器。惯性力传感器502具备:固定部201、以及设置于固定部201的上表面的对置基板208。固定部201具有:外框部203、锤部202、以及一端与外框部203连接且另一端与锤部202连接的应变引起部204。对置基板208按照与锤部202对置的方式与外框部203连接。惯性力传感器502具备:形成于锤部202的上表面的自我诊断用电极207、以及设置于对置基板208的下表面的对置电极206。对置电极206空出给定的空隙与自我诊断用电极207对置。
[0006]在该构成中，通过对自我诊断用电极207与对置电极206之间施加电压Vd来对锤部202赋予静电力Fd，能仿佛像加了加速度似地使锤部202移位。由此，惯性力传感器502能确认是否在正常地发挥功能。
[0007]与惯性力传感器502类似的现有的惯性力传感器例如记载在专利文献2中。
[0008]在先技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献I JP特开2007-85800号公报
[0011]专利文献2 JP特开平5-322925号公报实用新型内容
[0012]惯性力传感器具备:固定部、与固定部连接的梁部、与梁部的另一端连接且在通过惯性力使梁部变形的同时进行移位的锤部、设置于锤部的导电部、设置于梁部来检测梁部的变形的应变电阻、设置于固定部的第一和第二故障诊断电极、经由梁部来连接第一故障诊断电极与导电部的第一故障诊断布线、以及经由梁部来连接第二故障诊断电极与导电部的第二故障诊断布线。
[0013]该惯性力传感器即使在锤部发生裂化时也不会持续输出错误的输出信号，具有高可靠性。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是实施方式I中的惯性力传感器的俯视图。
[0015]图2是实施方式I中的惯性力传感器的俯视图。
[0016]图3是实施方式I中的惯性力传感器的俯视图。
[0017]图4A是实施方式I中的惯性力传感器的俯视图。
[0018]图4B是实施方式I中的惯性力传感器的检测电路的示意图。
[0019]图4C是实施方式I中的惯性力传感器的检测电路的示意图。
[0020]图4D是实施方式I中的惯性力传感器的检测电路的示意图。
[0021]图5是实施方式I中的惯性力传感器的电路图。
[0022]图6是表示实施方式I的惯性力传感器中的故障诊断电路的输出电压的图。
[0023]图7是实施方式2中的惯性力传感器的俯视图。
[0024]图8是实施方式2中的惯性力传感器的电路图。
[0025]图9是实施方式3中的惯性力传感器的俯视图。
[0026]图10是图9所示的惯性力传感器的线10-10处的截面图。
[0027]图1lA是实施方式3中的惯性力传感器的示意图。
[0028]图1lB是实施方式3中的惯性力传感器的示意图。
[0029]图12是实施方式3中的惯性力传感器的电路图。
[0030]图13是比较例的惯性力传感器的俯视图。
[0031]图14是实施方式4中的惯性力传感器的俯视图。
[0032]图15是图14所示的惯性力传感器的线15-15处的截面图。
[0033]图16A是实施方式4中的惯性力传感器的俯视图。
[0034]图16B是实施方式4中的惯性力传感器的电路图。
[0035]图16C是实施方式4中的惯性力传感器的电路图。
[0036]图16D是实施方式4中的惯性力传感器的电路图。
[0037]图17A是表示实施方式4中的惯性力传感器动作的俯视图。
[0038]图17B是表示实施方式4中的惯性力传感器动作的电路图。
[0039]图17C是表示实施方式4中的惯性力传感器动作的电路图。
[0040]图17D是表示实施方式4中的惯性力传感器动作的俯视图。
[0041]图17E是表示实施方式4中的惯性力传感器动作的俯视图。
[0042]图18是实施方式4中的其他的惯性力传感器的俯视图。
[0043]图19是现有的惯性力传感器的俯视图。
[0044]图20是其他的现有的惯性力传感器的截面图。

【具体实施方式】
[0045](实施方式I)
[0046]图1是实施方式I中的惯性力传感器1001的俯视图。惯性力传感器1001是对作为被施加的惯性力的加速度进行检测的加速度传感器。惯性力传感器1001具备:框部20 ；与框部20连接的梁部23a?26a，23b?26b ；以及与梁部23a?26a，23b?26b连接且经由梁部23a?26a，23b?26b而与框部20连接的锤部27?30。框部20具有按照包围中空区域22的方式以矩形环形状连结的固定部21a?21d，固定部21a，21b形成框部20的矩形环形状的彼此对置的对边，固定部21c，21d形成框部20的矩形环形状的彼此对置的另一对边。梁部23a?26a，23b?26b从框部20起朝中空区域22延伸。梁部23a，23b各自的一端与框部20的固定部21a连接。梁部24a，24b各自的一端与框部20的固定部21b连接。梁部25a，25b各自的一端与框部20的固定部21c连接。梁部26a，26b各自的一端与框部20的固定部21d连接。
[0047]锤部27与梁部23a，23b各自的另一端连接。锤部28与梁部24a，24b各自的另一端连接。锤部29与梁部25a，25b各自的另一端连接。锤部30与梁部26a，26b各自的另一端连接。锤部27基于作为被施加的惯性力的加速度而在使梁部23a，23b变形的同时进行移位。锤部28基于加速度而在使梁部24a，24b变形的同时进行移位。锤部29基于加速度而在使梁部25a，25b变形的同时进行移位。锤部30基于加速度而在使梁部26a，26b变形的同时进行移位。在梁部23a，23b的上表面分别设置有应变电阻31a，31b。另外，在梁部25a，25b的上表面分别设置有应变电阻33a，33b。在梁部24a，24b的上表面分别设置有应变电阻32a，32b。在梁部26a，26b的上表面分别设置有应变电阻34a，34b。梁部23a，23b沿X轴的方向延伸。锤部27从固定部21a起位于X轴的负方向，锤部28从固定部21b起位于X轴的正方向。梁部25a，25b沿与X轴成直角的Y轴的方向延伸。锤部29从固定部21c起位于Y轴的负方向，锤部30从固定部21d起位于Y轴的正方向。
[0048]锤部27与锤部28对置，锤部29与锤部30对置。在锤部27，28，29，30分别设置有导电部 27a，28a, 29a, 30a。
[0049]在该构成中，锤部27被梁部23a，23b仅从一方向(X轴的负方向)支撑。锤部28被梁部24a，24b仅从一方向(X轴的正方向)支撑。锤部29被梁部25a，25b仅从一方向(Y轴的负方向)支撑。锤部30被梁部26a，26b仅从一方向(Y轴的正方向)支撑。因此，通过锤部27?30的移位，能抑制梁部23a?26a，23b?26b向不同的压弯的模式转移，因此能抑制惯性力传感器1001的灵敏度的偏差，另外，能抑制灵敏度的随时间经过的变化。
[0050]在每个固定部21a?21d设置有:施加电压的电源电极35 ;输出电极36，37 ;以及与地连接的GND电极38。电源电极35、输出电极36，37、与地连接的GND电极38通过布线41与应变电阻31a?34a，31b?34b电连接，并构成桥接电路。
[0051]在每个固定部21a?21d设置有施加故障诊断用的电压的故障诊断电极39、以及一对故障诊断电极40a, 40b。
[0052]图2和图3是惯性力传感器1001的放大俯视图，各自表示固定部21a的周边部和固定部21b的周边部。在固定部21a的周边部，如图2所示，故障诊断布线48c从设置于固定部21a的故障诊断电极39起延伸而分支为支线148c，248c。支线148c，248c各自经由梁部23a的上表面和梁部23b的上表面而与导电部27a连接。如此，设置于固定部21a的故障诊断电极39经由故障诊断布线48c与导电部27a连接。故障诊断布线48a从设置于固定部21a的故障诊断电极40a起延伸且经由梁部23a的上表面而与导电部27a连接。如此，设置于固定部21a的故障诊断电极40a经由故障诊断布线48a与导电部27a连接。故障诊断布线48b从设置于固定部21a的故障诊断电极40b起延伸且经由梁部23b的上表面与导电部27a连接。如此，设置于固定部21a的故障诊断电极40b经由故障诊断布线48b与导电部27a连接。在固定部21b的周边部，如图3所示，故障诊断布线48c从设置于固定部21b的故障诊断电极39起延伸而分支为支线148c，248c。支线148c，248c各自经由梁部24a的上表面和梁部24b的上表面而与导电部28a连接。如此,设置于固定部21b的故障诊断电极39经由故障诊断布线48c与导电部28a连接。故障诊断布线48a从设置于固定部21b的故障诊断电极40a起延伸且经由梁部24a的上表面而与导电部28a连接。如此，设置于固定部21b的故障诊断电极40a经由故障诊断布线48a而与导电部28a连接。故障诊断布线48b从设置于固定部21b的故障诊断电极40b起延伸且经由梁部24b的上表面而与导电部28a连接。如此，设置于固定部21b的故障诊断电极40b经由故障诊断布线48b与导电部28a连接。
[0053]与固定部21a，21b的周边部同样地，在固定部21c的周边部，故障诊断布线48c从设置于固定部21c的故障诊断电极39起延伸而分支为支线148c，248c。支线148c，248c各自经由梁部25a的上表面和梁部25b的上表面而与导电部29a连接。如此,设置于固定部21c的故障诊断电极39经由故障诊断布线48c而与导电部29a连接。故障诊断布线48a从设置于固定部21c的故障诊断电极40a起延伸且经由梁部25a的上表面而与导电部29a连接。如此，设置于固定部21c的故障诊断电极40a经由故障诊断布线48a与导电部29a连接。故障诊断布线48b从设置于固定部21c的故障诊断电极40b起延伸且经由梁部25b的上表面而与导电部29a连接。如此，设置于固定部21c的故障诊断电极40b经由故障诊断布线48b与导电部29a连接。在固定部21d的周边部，故障诊断布线48c从设置于固定部21d的故障诊断电极39起延伸而分支为支线148c，248c。支线148c，248c各自经由梁部26a的上表面和梁部26b的上表面而与导电部30a连接。如此,设置于固定部21d的故障诊断电极39经由故障诊断布线48c与导电部30a连接。故障诊断布线48a从设置于固定部21d的故障诊断电极40a起延伸且经由梁部26a的上表面而与导电部30a连接。如此，设置于固定部21d的故障诊断电极40a经由故障诊断布线48a与导电部30a连接。故障诊断布线48b从设置于固定部21d的故障诊断电极40b起延伸且经由梁部26b的上表面而与导电部30a连接。如此，设置于固定部21d的故障诊断电极40b经由故障诊断布线48b与导电部30a连接。
[0054]图4A是惯性力传感器1001的俯视图。分别设置于梁部23a，23b的应变电阻31a，31b各自构成电阻R2，R4。分别设置于梁部24a，24b的应变电阻32a，32b各自构成电阻Rl，R3。分别设置于梁部25a，25b的应变电阻33a，33b各自构成电阻R7，R5。分别设置于梁部26a，26b的应变电阻34a，34b各自构成电阻R8，R6。另外，设置于框部20上的应变电阻49a，49b各自构成电阻R9，RlO0
[0055]图4B是对惯性力传感器1001的X轴的方向的加速度进行检测的检测电路的示意图。如图4B所示，对电阻Rl，R2，R3，R4进行桥式连接，通过对对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，并检测另一对连接点Vxl，Vx2间的电压，由此能检测X轴的方向的加速度。
[0056]图4C是对惯性力传感器1001的Y轴的方向的加速度进行检测的检测电路的示意图。如图4C所示，对电阻R5，R6，R7，R8进行桥式连接，通过对对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，并检测另一对连接点Vy I，Vy2间的电压，由此能检测Y轴的方向的加速度。
[0057]图4D是对惯性力传感器1001的与X轴和Y轴均成直角的Z轴的方向的加速度进行检测的检测电路的示意图。如图4D所示，对电阻R5，R1, R8，R9进行桥式连接，通过对对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，并检测另一对连接点Vzl，Vz2间的电压，由此能检测Z轴的方向的加速度。
[0058]还存在因长期使用图19所示的现有的惯性力传感器501而造成锤部7?10的任一个的根部发生裂化的情况。在此情况下，锤部7?10的上下方向的移位量变化，应变电阻11?14的电阻值会变动。因此，从由应变电阻11?14构成的桥接电路输出的信号将不反映加速度，从而不能准确地检测加速度。
[0059]关于实施方式I中的惯性力传感器1001，因在其使用时长时间被反复施加过大的加速度而造成反复出现锤部27?30的移位量变大的情况。由此，存在梁部23a?26a，23b?26b疲劳从而发生裂化的情况。在实施方式I中的惯性力传感器1001中，不能检测在梁部23a?26a，23b?26b发生裂化的故障。
[0060]图5是对上述的故障进行检测的惯性力传感器1001的故障诊断电路1002的电路图。在固定部21a中，经故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21a的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线148c)、导电部27a、故障诊断布线48a以及故障诊断电极40a而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40a构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0061]同样地，在固定部21a中，经另一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21a的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线248c)、导电部27a、故障诊断布线48b以及故障诊断电极40b而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40b构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0062]同样地，在固定部21b中，经又一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21b的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线148c)、导电部28a、故障诊断布线48a以及故障诊断电极40a而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40a构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0063]同样地，在固定部21b中，经又一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21b的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线248c)、导电部28a、故障诊断布线48b以及故障诊断电极40b而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40b构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0064]同样地，在固定部21c中，经又一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21c的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线148c)、导电部29a、故障诊断布线48a以及故障诊断电极40a而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40a构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0065]同样地，在固定部21c中，经又一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21c的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线248c)、导电部29a、故障诊断布线48b以及故障诊断电极40b而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40b构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0066]同样地，在固定部21d中，经又一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21d的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线148c)、导电部30a、故障诊断布线48a以及故障诊断电极40a而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40a构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0067]同样地，在固定部21d中，经又一个故障诊断电路1002的放大器42放大后的故障诊断用的输入电压VF被施加至设置于固定部21d的故障诊断电极39，进而被输入至比较器43的非反相输入端子44。施加至故障诊断电极39的输入电压VF经由故障诊断布线48c (支线248c)、导电部30a、故障诊断布线48b以及故障诊断电极40b而被施加至比较器43中的反相输入端子45。故障诊断电极40b构成为与比较器43的反相输入端子45连接且经由接地电阻R45而接地。
[0068]图6示出与在惯性力传感器1001的固定部21a设置的故障诊断电极39，40a连接的故障诊断电路1002的比较器43的输出电压Vout。在图6中，纵轴表示比较器43的输出电压Vout，横轴表示时间。如图6所示，至时间点tpl为止在梁部23a未发生裂化，惯性力传感器1001正常地检测了加速度。在该正常的使用状态下，对故障诊断电极39，40a的双方施加电压VF，因此从比较器43输出零V的电压。若在时间点tpl在梁部23a发生裂化，则故障诊断布线48a和故障诊断布线48c (支线148c)当中的至少I个断线而变成开路，以电压VF被输入至比较器43的非反相输入端子44的原样，反相输入端子45经由接地电阻R45接地而被施加零V的电压，从比较器43输出电压VF的电压。在实施方式I中，电压VF是12.5V。如此，通过与设置于固定部21a的故障诊断电极39，40a连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部23a的裂化的发生。同样地，通过与设置于固定部21a的故障诊断电极39，40b连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部23b的裂化的发生。
[0069]同样地，通过与设置于固定部21b的故障诊断电极39，40a连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部24a的裂化的发生。同样地，通过与设置于固定部21b的故障诊断电极39，40b连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部24b的裂化的发生。
[0070]同样地，通过与设置于固定部21c的故障诊断电极39，40a连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部25a的裂化的发生。同样地，通过与设置于固定部21c的故障诊断电极39，40b连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部24b的裂化的发生。
[0071]同样地，通过与设置于固定部21d的故障诊断电极39，40a连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部26a的裂化的发生。同样地，通过与设置于固定部21d的故障诊断电极39，40b连接的故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部26b的裂化的发生。
[0072](实施方式2)
[0073]图7是实施方式2中的惯性力传感器2001的俯视图。惯性力传感器2001是对作为被施加的惯性力的加速度进行检测的加速度传感器。在图7中，对与图1所示的实施方式I中的惯性力传感器1001相同的部分赋予相同的参照符号。
[0074]惯性力传感器2001取代具备图1所示的实施方式I中的惯性力传感器1001的4个故障诊断电极39、4个故障诊断电极40a以及4个故障诊断电极40b，而具备仅设置于固定部21a的故障诊断电极51，52，在固定部21b?21c未设置故障诊断电极。另外，惯性力传感器2001取代具备导电部27a而具备设置于锤部27的上表面的导电部54a, 54b,取代具备导电部28a而具备设置于锤部28的上表面的导电部55a,55b,取代具备导电部29a而具备设置于锤部29的上表面的导电部56a, 56b,取代具备导电部30a而具备设置于锤部30的上表面的导电部57a，57b。惯性力传感器2001取代具备故障诊断布线48a?48c而具备多个故障诊断布线53。多个故障诊断布线53通过梁部23a?26a，23b?26b将从故障诊断电极51起经由导电部54a?57a，54b?57b而至故障诊断电极52为止进行电气串联连接。
[0075]惯性力传感器2001能与实施方式I中的惯性力传感器1001同样地检测X轴、Y轴和Z轴的方向的加速度。
[0076]图8是惯性力传感器2001的故障诊断电路2002的电路图。在图8中，对与图5所示的故障诊断电路1002相同的部分赋予相同的参照编号。在故障诊断电路2002中，与比较器43的反相输入端子45连接有故障诊断电极52。输入电压VF被施加至故障诊断电极51，经由故障诊断布线53、导电部54a?57a，54b?57b和故障诊断电极52而被施加至比较器43的反相输入端子45。在故障诊断电路2002中，也与图6所示的实施方式I中的故障诊断电路1002同样地，至时间点tpl为止在梁部23a?26a，23b?26b的每一个中均未发生裂化，惯性力传感器2001正常地检测了加速度。在该正常的使用状态下对故障诊断电极51，52的双方施加电压VF，因此从比较器43输出零V的电压。若在梁部23a?26a，23b?26b的至少I个发生裂化，则故障诊断布线53断线而变成开路，以电压VF被输入至比较器43的非反相输入端子44的原样，反相输入端子45经由接地电阻R45接地而被施加零V的电压，从比较器43输出电压VF的电压。在实施方式2中，电压VF为12.5V。如此，通过故障诊断电路1002的输出电压Vout，能探测梁部23a?26a，23b?26b的裂化的发生。
[0077](实施方式3)
[0078]图9是实施方式3中的惯性力传感器211的俯视图。图10是图9所示的惯性力传感器211的线10-10中的截面图。惯性力传感器211是对作为所施加的惯性力的加速度进行检测的加速度传感器。
[0079]惯性力传感器211具备:固定部212 ;锤部213 ;各自具有与固定部212连接的一端的梁部214a，214b ;按照与锤部213对置的方式与固定部212连接的对置基板215 ;形成于锤部213的上表面的锤部移位电极216 ;设置于对置基板215的下表面的对置电极217 ；设置于固定部212的故障诊断电极218 ;以及对故障诊断电极218与锤部移位电极216进行电连接的故障诊断布线219。梁部214a，214b各自的另一端与锤部213连接。对置基板215的下表面与锤部213的上表面对置。对置电极217与锤部移位电极216对置。在梁部214a之上设有检测部214c，在梁部214b之上形成有检测部214d。故障诊断布线219与故障诊断电极218连接，并经由梁部214a，214b与锤部移位电极216连接。
[0080]在该构成中，通过对锤部移位电极216与对置电极217之间施加电压Vd来对锤部213赋予静电力，从而仿佛像加了加速度似地使锤部213移位，惯性力传感器211能实现确认是否在正常地发挥功能的自我诊断功能。
[0081]图1lA是梁部214b未折断而梁部214a折断的情况下的惯性力传感器211的示意图。图1lB是梁部214a未折断而梁部214b折断的情况下的惯性力传感器211的示意图。如图1lA所示，在梁部214a折断了的情况下，故障诊断布线219在梁部214a断线。另外，如图1lB所示，在梁部214b折断了的情况下，故障诊断布线219在梁部214b断线。如此，在梁部214a，214b的任一者折断了的情况下，故障诊断布线219断线，故障诊断电极218与锤部移位电极216将不会电连接。因此，即使对故障诊断电极218施加电压Vd，锤部移位电极216与对置电极217之间也不会被施加电压Vd从而锤部213不移位。因此能判定为惯性力传感器211处于故障状态。
[0082]以下，详细说明惯性力传感器211的构成。
[0083]固定部212、锤部213、梁部214a，214b、对置基板215能由硅、熔融石英、矾土等形成。优选地，使用硅来形成它们，从而使用微细加工技术来得到小型的惯性力传感器211。
[0084]固定部212能通过基于粘合材料的粘合或金属接合、常温接合、阳极接合等来与对置基板215粘合。作为粘合材料，可使用环氧系树脂或硅酮系树脂等的粘合剂。通过使用硅酮系树脂作为粘合材料，能减小因粘合剂自身的硬化而产生的应力。
[0085]能使用应变电阻方式或静电电容方式等作为检测部214c，214d。通过在检测部214c，214d中使用压电电阻作为应变电阻方式，能使惯性力传感器211的灵敏度得以提高。另外，通过在检测部214c，214d中使用利用了氧化膜应变电阻体的薄膜电阻方式作为应变电阻方式，能使惯性力传感器211的温度特性得以提高。
[0086]图12是使用了应变电阻方式来作为检测部214c，214d的情况下的惯性力传感器211的电路图。应变电阻R201与检测部214c对应。应变电阻R204与检测部214d对应。应变电阻R202，R203是设置于固定部212的作为基准的电阻。如图12所示，应变电阻R201，R202，R203，R204连接成桥型而构成桥接电路，对桥接电路的对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，来检测另一对连接点V201，V202间的电压Vs，由此能检测施加至惯性力传感器211的加速度。
[0087]以下，使用图10以及图12来说明惯性力传感器211的自我诊断功能。在进行自我诊断之际，如图10所示，对锤部移位电极216与对置电极217之间施加电压Vd。在实施方式3中，电压Vd约为12V。由此在锤部移位电极216与对置电极217之间产生静电力，锤部213进行移位而贴近对置基板215。基于锤部213的该移位，与检测部214c对应的应变电阻R201以及与检测部214d对应的应变电阻R204的电阻值会下降。因此，桥接电路的输出电压Vs变大，惯性力传感器211能确认在正常地动作。
[0088]图13是比较例的惯性力传感器511的固定部212的俯视图。在图13中，对与图9所示的实施方式3中的惯性力传感器211相同的部分赋予相同的参照编号。比较例的惯性力传感器511取代具备图9所示的故障诊断布线219而具备故障诊断布线210。故障诊断布线210的一端与故障诊断电极218连接。故障诊断布线210的另一端分支为2个支线。一条支线经由梁部214a与锤部移位电极216连接，另一条支线经由梁部214b与锤部移位电极216连接。在该构成中，例如，即使在因惯性力传感器511落下或基于碰撞的冲击等而一方的梁部214a折断从而发生了故障的情况下，另一方的梁部214b仍连着，因此设置于梁部214b上的故障诊断布线210不断线。故而，在惯性力传感器511中，尽管梁部214a已折断，但并不能通过自我诊断功能来探测该故障。
[0089]在实施方式3中的惯性力传感器211中，如图1lA和图1lB所示在梁部214a，214b的任一方折断了的情况下,锤部移位电极216与对置电极217之间不被施加电压VcL因此，锤部213不移位，应变电阻R201，R204的电阻值不变化，能判定为惯性力传感器211处于故障状态。
[0090](实施方式4)
[0091]图14是实施方式4中的惯性力传感器221的俯视图。图15是图14所示的惯性力传感器221的线15-15处的截面图。
[0092]惯性力传感器221具备:具有框形状的固定部222 ;各自具有与固定部222连接的一端的梁部234a?237a，234b?237b ;锤部223a?223d ;按照与锤部223a?223d的上表面对置的方式与固定部222连接的对置基板225 ;分别设置于锤部223a?223d的上表面的锤部移位电极226a?226d ；设置于对置基板225的下表面的对置电极227a?227d ;设置于固定部222的故障诊断电极228a?228d ；以及分别将故障诊断电极228a?228d与锤部移位电极226a?226d进行电连接的故障诊断布线229a?229d。对置电极227a?227d的下表面与锤部移位电极226a?226d的上表面分别对置。在梁部234a?237a，234b?237b的上表面分别设置有检测部234c?237c，234d?237d。故障诊断布线229a?229d与故障诊断电极228a?228d分别连接。故障诊断布线229a从故障诊断电极228a起经由梁部234a，234b与锤部移位电极226a连接。故障诊断布线229b从故障诊断电极228b起经由梁部235a，235b与锤部移位电极226b连接。故障诊断布线229c从故障诊断电极228c起经由梁部236a，236b与锤部移位电极226c连接。故障诊断布线229d从故障诊断电极228d起经由梁部237a，237b与锤部移位电极226d连接。
[0093]在该构成中，通过对锤部移位电极226a?226d与对置电极227a?227d之间施加电压Vd来对锤部223a?223d赋予静电力，从而仿佛像加了加速度似地使锤部223a?223d移位，惯性力传感器221能实现确认是否在正常地发挥功能的自我诊断功能。
[0094]以下，详细说明惯性力传感器221的构成。
[0095]固定部222俯视下为四边形形状，具有在中心部形成了中空区域222a的框形状。中空区域222a可以是四边形形状或圆形形状。
[0096]如图14所示，中空区域222a的外缘具有由交替配置的4个长边222b和4个短边222c构成的八角形形状。4个长边222b优选设置为与固定部222的4个角部222d分别对置。由此，在4个长边222b与角部222d之间的区域，能设置用于将对置基板225与固定部222粘合的粘合区域222e。其结果，能使对置基板225的面积比固定部222的面积小。通过如此减小对置基板225的面积，使固定部222的端部从对置基板225露出，从而能够容易地进行设置于固定部222的端部的故障诊断电极228与封装件或IC之间的连接。
[0097]优选将梁部234a?237a，234b?237b与中空区域222a的4个短边222c连接。通过该构成，能缩短在固定部222的端部设置的故障诊断电极228a?228d与检测部234c?237c，234d?237d之间的布线距离，能防止不需要的噪声的混入。
[0098]作为对固定部222与对置基板225进行粘合的方法，能使用基于粘合材料的粘合或金属接合、常温接合、阳极接合等。其中，可使用环氧系树脂或硅酮系树脂等的粘合剂作为粘合材料。在此，在制造工序中，在加热该粘合材料使其硬化之际，会产生因粘合材料自身的硬化或固定部222与对置基板225的线膨胀系数之差所引起的应力，因此该应力作为残留应力而蓄积在梁部234a?237a，234b?237b中。在实施方式4中的惯性力传感器221，锤部223a?223d被梁部234a?237a，234b?237b仅从一方向进行支撑，因此能抑制梁部234a?237a，234b?237b向不同的压弯的模式转移。此外，通过使用硅酮系树脂作为粘合材料，能减小粘合材料自身的硬化所带来的应力。
[0099]如图14所示，关于梁部234a?237a，234b?237b，它们的一端与固定部222连接且朝中空区域222a延伸。梁部234a?237a，234b?237b的厚度比固定部222的厚度更薄，且优选比锤部223a?223d的厚度更薄。由此，梁部234a?237a，234b?237b变得易于挠曲，能使惯性力传感器221的加速度的检测灵敏度得以提高。
[0100]锤部223a与梁部234a，234b的另一端连接。锤部223b与梁部235a，235b的另一端连接。锤部223c与梁部236a，236b的另一端连接。锤部223d与梁部237a，237b的另一端连接。锤部223a?223d各自具有凸部。优选使锤部223a的凸部与锤部223b的凸部对置，锤部223c的凸部与锤部223d的凸部对置。即，优选在中空区域222a的中心，锤部223a?223d的凸部彼此对置。基于该构成，能使4个锤部223a?223d彼此接近。由此，不仅能使4个锤部223a?223d的质量较大来增大灵敏度，而且能使惯性力传感器221小型化。
[0101]固定部222、梁部234a?237a，234b?237b、锤部223a?223d和对置基板225能由硅、熔融石英、矾土等形成。优选通过使用硅来形成它们，从而使用微细加工技术来得到小型的惯性力传感器221。
[0102]作为检测部234c?237c，234d?237d，能使用应变电阻方式或静电电容方式等。通过使用压电电阻来作为应变电阻方式，能使惯性力传感器221的灵敏度得以提高。另外，通过使用利用了氧化膜应变电阻体的薄膜电阻方式来作为应变电阻方式，能使惯性力传感器221的温度特性得以提高。
[0103]图16A是用于说明惯性力传感器221的加速度的检测方法的俯视图。作为分别设置于梁部234a，234b的上表面的检测部234c，234d，分别配置有应变电阻R203，R201。作为分别设置于梁部235a，235b的上表面的检测部235c，235d，分别配置有应变电阻R204，R202。作为分别设置于梁部236a，236b的上表面的检测部236c，236d，分别配置有应变电阻R205，R207。作为分别设置于梁部237a，237b的上表面的检测部237c，237d，分别配置有应变电阻R206，R208。另外，在固定部222之上配置有应变电阻R209，R210。
[0104]图16B是对X轴方向的加速度进行检测的惯性力传感器221的X轴检测电路的电路图。对应变电阻R201，R202, R203, R204进行桥式连接，通过对对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，并检测另一对连接点VxP，VxM间的电位差Vsx (从连接点VxP的电压之中减去连接点VxM的电压而得到的差)，从而能检测X轴方向的加速度。
[0105]图16C是对Y轴方向的加速度进行检测的惯性力传感器221的Y轴检测电路的电路图。对应变电阻R205，R206, R207, R208进行桥式连接，通过对对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，并检测另一对连接点VyP，VyM间的电位差Vsy (从连接点VyP的电压之中减去连接点VyM的电压而得到的差)，从而能检测Y轴方向的加速度。
[0106]图16D是对Z轴方向的加速度进行检测的惯性力传感器221的Z轴检测电路的电路图。对应变电阻R205，R210, R206, R209进行桥式连接，通过对对置的一对连接点Vdd，GND间施加电压，并检测另一对连接点VzP，VzM间的电位差Vsz (从连接点VzP的电压之中减去连接点VzM的电压而得到的差)，从而能检测Z轴方向的加速度。
[0107]接下来，说明实施方式4中的惯性力传感器221的自我诊断功能。在实施方式4中的惯性力传感器221中，以3种电压施加模式(pattern) I?3来进行自我诊断。
[0108]图17A是表示电压施加模式I的惯性力传感器221的俯视图。图17B和图17C是以电压施加模式I进行自我诊断的惯性力传感器221的电路图。在电压施加模式I中，对设置于锤部223a的上表面的锤部移位电极226a与对置电极227a之间施加给定的电压Vd,且对设置于锤部223c的上表面的锤部移位电极226c与对置电极227c之间施加给定的电压Vd。对设置于锤部223b的上表面的锤部移位电极226b与对置电极227b之间不施加电压，且对设置于锤部223d的上表面的锤部移位电极226d与对置电极227d之间不施加电压。由此尽管产生静电力而锤部223a，223c移位得更靠近对置基板225，但锤部223b，223d不移位。基于锤部223a，223c的移位，应变电阻R201，R203, R205, R207的电阻值会下降。如图17B所示，在Y轴检测电路中，连接点VyM的电压升高，连接点VyP的电压下降，因此连接点VyP，VyM间的电位差Vsy (从连接点VyP的电压之中减去连接点VyM的电压而得到的差)成为负。另外，如图17C所示，在Z轴检测电路中，连接点VzM的电压升高，连接点VzP的电压不变化。因此，连接点VzP，VzM间的电位差Vsz (从连接点VzP的电压之中减去连接点VzM的电压而得到的差)成为负。如此，若Y轴检测电路和Z轴检测电路所输出的电位差Vsy，Vsx均成为负，则能判定为梁部234a，234b，236a，236b未折断，在正常地动作。
[0109]图17D是表示电压施加模式2的惯性力传感器221的俯视图。在电压施加模式2中，对设置于锤部223b的上表面的锤部移位电极226b与对置电极227b之间施加给定的电压Vd，对设置于锤部223d的上表面的锤部移位电极226d与对置电极227d之间施加给定的电压Vd。此时，对设置于锤部223a的上表面的锤部移位电极226a与对置电极227a之间不施加电压，对设置于锤部223c的上表面的锤部移位电极226c与对置电极227c之间不施加电压Vd。由此即使产生静电力而锤部223b，223d移位得更靠近对置基板225，锤部223a，223c也不移位。基于锤部223b，223d的移位，应变电阻R202，R204，R206，R208的电阻值会下降。因此，在图16C所示的Y轴检测电路中，连接点VyM的电压下降，连接点VyP的电压升高，因此连接点VyP，VyM间的电位差Vsy (从连接点VyP的电压之中减去连接点VyM的电压而得到的差)成为正。另外，在图16D所示的Z轴检测电路中，连接点VzM的电压不变化，连接点VzP的电压下降，因此连接点VzP，VzM间的电位差Vsz (从连接点VzP的电压之中减去连接点VzM的电压而得到的差)成为负。如此，若Y轴检测电路所输出的电位差Vsy成为正，Z轴检测电路所输出的电位差Vsz成为负，则能判定为梁部235a，235b，237a，237b未折断，在正常地动作。
[0110]图17E是表示电压施加模式3的惯性力传感器221的俯视图。在电压施加模式3中，对设置于锤部223a?223d的上表面的锤部移位电极226a?226d与对置电极227a?227d之间各自施加给定的电压Vd。由此产生静电力而锤部223a?223d移位得更靠近对置基板225。基于锤部223a?223d的移位，应变电阻R201?R208的电阻值下降。因此，在图16C所示的Y轴检测电路中，连接点VyM，VyP的电压不变化，连接点VyP，VyM间的电位差Vsy (从连接点VyP的电压之中减去连接点VyM的电压而得到的差)成为O。另外，在图16D所示的Z轴检测电路中，连接点VzM的电压升高，VzP的电压下降，因此连接点VzP，VzM间的电位差Vsz (从连接点VzP的电压之中减去连接点VzM的电压而得到的差)成为负。如此,若Y轴检测电路所输出的电位差Vsy成为0，Z轴检测电路所输出的电位差Vsz成为负，则能判定为梁部234a?237a，234b?237b未折断，惯性力传感器221在正常地动作。
[0111]在此，在与锤部223a?223d连接的梁部234a?237a，234b?237b的任一根梁部折断了的情况下，通过折断的梁部而被连接的锤部不移位，因此能使用上述自我诊断功能而判定为处于故障状态。
[0112]图18是实施方式4中的其他的惯性力传感器221A的俯视图。在图18中，对与图14所示的惯性力传感器221相同的部分赋予相同的参照编号。此外，在图14所示的惯性力传感器221中，与锤部223a?223d的上表面的锤部移位电极226a?226d各自连接的4个故障诊断布线229a?229d，分别与别的故障诊断电极228a?228b连接。图18所示的惯性力传感器221A不具备故障诊断电极228c，228d，取代具备故障诊断布线229a?229d而具备与故障诊断电极228a，228b各自连接的故障诊断布线239a，239b。故障诊断布线239a从故障诊断电极228a起经由梁部234a，234b而与锤部223a的上表面的锤部移位电极226a连接。故障诊断布线239a进而从锤部移位电极226a起经由梁部236a，236b而延伸至锤部223c的上表面的锤部移位电极226c。故障诊断布线239b从故障诊断电极228b起经由梁部235a，235b而与锤部223b的上表面的锤部移位电极226b连接。故障诊断布线239b进而从锤部移位电极226b起经由梁部237a，237b而延伸至锤部223d的上表面的锤部移位电极226d。在惯性力传感器221A中，也能进行基于图17A至图17E所示的电压施加模式I?3的自我诊断。由此，不仅能减少故障诊断电极的数量来使惯性力传感器221A小型化，而且在安装惯性力传感器221A之际，能减少故障诊断电极与实装基板之间的键合线的数量，简化制造工序。
[0113]此外，尽管实施方式中的惯性力传感器211，221，221A是检测加速度的加速度传感器，但也可以是应变传感器等其他种类的传感器。
[0114]在上述的实施方式中，“上表面”“下表面”等表示方向的术语表示仅取决于锤部等惯性力传感器的构成部件的相对性的位置关系的相对性的方向，并不表示铅直方向等的绝对性的方向。
[0115]如上所述，实施方式3、4中的惯性力传感器211，221，221A即使处于因冲击等造成仅一方的梁部折断而另一方的梁部未折断的情况下，也能通过自我诊断功能而诊断为故障，具有高可靠性，因此作为用在车辆或导航装置、便携式终端等中的惯性力传感器或角速度传感器等传感器是有用的。
[0116]工业实用性
[0117]本实用新型中的惯性力传感器具有高可靠性，作为用在车辆或便携式终端等中的惯性力传感器是有用的。
[0118]符号说明
[0119]21a固定部(第一固定部)
[0120]21b固定部(第二固定部)
[0121]23a梁部(第一梁部)
[0122]24a梁部(第二梁部)
[0123]27 锤部(第一锤部)
[0124]27a导电部(第一导电部)
[0125]28 锤部(第二锤部)
[0126]28a导电部(第一导电部)
[0127]31a应变电阻(第一应变电阻)
[0128]32a应变电阻(第二应变电阻)
[0129]39 故障诊断电极(第一故障诊断电极、第三故障诊断电极)
[0130]40a故障诊断电极(第二故障诊断电极、第四故障诊断电极)
[0131]43 比较器(第一比较器。第二比较器)
[0132]44 非反相输入端子
[0133]45 反相输入端子
[0134]48a故障诊断布线(第二故障诊断布线、第四故障诊断布线)
[0135]48c故障诊断布线(第一故障诊断布线、第三故障诊断布线)
[0136]211，221，221A惯性力传感器
[0137]212,222 固定部
[0138]213,223a 锤部(第一锤部)
[0139]214a，234a 梁部(第一梁部)
[0140]214b, 234b 梁部(第二梁部)
[0141]216,226a锤部移位电极(第一锤部移位电极)
[0142]217,227a对置电极(第一对置电极)
[0143]218，228，228a ?228d 故障诊断电极
[0144]219，229a? 229d故障诊断布线
[0145]223c锤部(第二锤部)
[0146]226c锤部移位电极(第二锤部移位电极)
[0147]227c对置电极(第二对置电极)
[0148]236a梁部(第三梁部)
[0149]236b梁部(第四梁部)
【权利要求】
1.一种惯性力传感器，检测被施加的惯性力，具备:第一固定部；第一梁部，其具有与所述第一固定部连接的一端、以及另一端；第一锤部，其与所述第一梁部的所述另一端连接，在通过所述惯性力使所述第一梁部变形的同时进行移位；第一导电部，其设置于所述第一锤部；第一应变电阻，其设置于所述第一梁部，检测所述第一梁部的变形；第一故障诊断电极，其设置于所述第一固定部；第二故障诊断电极，其设置于所述第一固定部；第一故障诊断布线，其经由所述第一梁部来连接所述第一故障诊断电极与所述第一导电部；和第二故障诊断布线，其经由所述第一梁部来连接所述第二故障诊断电极与所述第一导电部。
2.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述第一故障诊断电极构成为与比较器的非反相输入端子连接且被施加电压，所述第二故障诊断电极构成为与所述比较器的反相输入端子连接。
3.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述惯性力传感器还具备:第二固定部；第二梁部，其具有与所述第二固定部连接的一端、以及另一端；第二锤部，其与所述第二梁部的所述另一端连接，在通过所述惯性力使所述第二梁部变形的同时进行移位；第二导电部，其设置于所述第二锤部；第二应变电阻，其设置于所述第二梁部，检测所述第二梁部的变形；第三故障诊断电极，其设置于所述第二固定部；第四故障诊断电极，其设置于所述第二固定部； 第三故障诊断布线，其经由所述第二梁部来连接所述第三故障诊断电极与所述第二导电部；和第四故障诊断布线，其经由所述第二梁部来连接所述第四故障诊断电极与所述第二导电部。
4.根据权利要求3所述的惯性力传感器，其中，所述第一故障诊断电极构成为与第一比较器的非反相输入端子连接且被施加电压，所述第二故障诊断电极构成为与所述第一比较器的反相输入端子连接，所述第三故障诊断电极构成为与第二比较器的非反相输入端子连接且被施加电压，所述第四故障诊断电极构成为与所述第二比较器的反相输入端子连接。
5.一种惯性力传感器，检测被施加的惯性力，具备:第一固定部；第一梁部，其具有与所述第一固定部连接的一端、以及另一端；第一锤部，其与所述第一梁部的所述另一端连接，在通过所述惯性力使所述第一梁部变形的同时进行移位；第一导电部，其设置于所述第一锤部；第一应变电阻，其设置于所述第一梁部，检测所述第一梁部的变形；第二固定部；第二梁部，其具有与所述第二固定部连接的一端、以及另一端；第二锤部，其与所述第二梁部的所述另一端连接，在通过所述惯性力使所述第二梁部变形的同时进行移位；第二导电部，其设置于所述第二锤部；第二应变电阻，其设置于所述第二梁部，检测所述第二梁部的变形；第一故障诊断电极，其设置于所述第一固定部；第二故障诊断电极，其设置于所述第一固定部和所述第二固定部的一者；和多个故障诊断布线，在所述第一故障诊断电极与所述第二故障诊断电极之间，经由所述第一梁部和所述第二梁部来串联连接所述第一导电部与所述第二导电部。
6.根据权利要求5所述的惯性力传感器，其中，所述第一故障诊断电极构成为与比较器的非反相输入端子连接且被施加电压，所述第二故障诊断电极构成为与所述比较器的反相输入端子连接。
7.一种惯性力传感器，检测被施加的惯性力，具备:固定部；第一梁部，其具有与所述固定部连接的一端、以及另一端；第二梁部，其具有与所述固定部连接的一端、以及另一端；第一锤部，其与所述第一梁部的所述另一端和所述第二梁部的所述另一端连接，在通过所述惯性力使所述第一梁部和所述第二梁部变形的同时进行移位；第一锤部移位电极，其设置于所述第一锤部；第一对置电极，其与所述第一锤部移位电极空出给定的间隔而对置；故障诊断电极，其设置于所述固定部；和第一故障诊断布线，其从所述故障诊断电极起延伸并经由所述第一梁部和所述第二梁部而与所述第一锤部移位电极连接。
8.根据权利要求7所述的惯性力传感器，其中，所述第一故障诊断布线经由所述第一梁部的所述一端以及所述另一端和所述第二梁部的所述一端以及所述另一端。
9.根据权利要求7或8所述的惯性力传感器，其中，所述惯性力传感器还具备:第三梁部，其具有与所述固定部连接的一端、以及另一端；第四梁部，其具有与所述固定部连接的一端、以及另一端；第二锤部，其与所述第三梁部的所述另一端和所述第四梁部的所述另一端连接；第二锤部移位电极，其形成于所述第二锤部的上表面；第二对置电极，其与所述第二锤部移位电极空出给定的间隔而对置；和第二故障诊断布线，其经由所述第三梁部和所述第四梁部来对所述故障诊断电极与所述第二锤部移位电极进行电连接。
10.根据权利要求9所述的惯性力传感器，其中， 所述第二故障诊断布线经由所述第三梁部的所述一端以及所述另一端和所述第四梁部的所述一端以及所述另一端。
【文档编号】G01P21/00GK204154738SQ201390000401
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2012年4月20日
【发明者】今中崇, 相泽宏幸, 横田武志 申请人:松下知识产权经营株式会社