惯性力传感器
阅读：174发布：2020-05-12
专利汇可以提供惯性力传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种能够小型化的惯性 力 传感器 。本发明的 惯性力 传感器具有形成有检测部(20、30)的层(1a、2a)，所述层是2个以上层叠在一起的层叠结构体。，下面是惯性力传感器专利的具体信息内容。
1.一种惯性力传感器，其特征在于，
具有形成有检测部的层，
所述层是2个以上层叠在一起的层叠结构体。
2.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其特征在于，所述检测部具备可动体和电极。
3.根据权利要求2所述的惯性力传感器，其特征在于，至少1组检测部的可动体和电极形成于同一层。
4.根据权利要求2所述的惯性力传感器，其特征在于，至少1组检测部的可动体和电极分别形成于不同层。
5.根据权利要求4所述的惯性力传感器，其特征在于，在可动体和电极分别形成于不同层的检测部中，
所述电极形成于与形成有其他检测部的可动体的层相同的层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少1组检测部有2个以上，且呈阵列状配置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，传感器的信号仅导出至所述层叠结构体的一面。
8.根据权利要求7所述的惯性力传感器，其特征在于，所述检测部的信号贯通所述层叠结构体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个层具有微机电系统的结构。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个检测部具有检测压力的部分。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个层是形成有LSI元件的层。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个层是形成有半导体存储器的层。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个层是形成有将数字信号转换为模拟信号的电路的层。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个层是形成有将模拟信号转换为数字信号的电路的层。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一个层是形成有LSI元件的层，
至少一个层是形成有半导体存储器的层。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一组检测部相对于所述层叠结构体外部而言是气密的。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的惯性力传感器，其特征在于，至少一组检测部检测加速度或角速度，
至少一组检测部检测加速度或角速度。
惯性力传感器
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，出于数字相机的防抖、汽车和机器人等的姿态控制等目的，使用微机电系统(MEMS(Micro Electro Mechanical Systems))元件的惯性力传感器的运用日益广泛。
[0003] 通常，这种惯性力传感器是使用蚀刻等MEMS加工工艺对硅等半导体基板、玻璃基板等进行加工而形成，并在一定的气氛、压力环境下贴合别的基板，由此形成经气密密封的空隙。例如，专利文献1中记载有一种具备加速度检测部和角速度检测部的惯性力传感器。
[0004] 加速度检测部中，可动机构零件是由砝码、梁等构成的可动体，当施加加速度时，可动体发生位移。通过检测该可动体的位移量来检测加速度。另一方面，角速度检测部中，可动机构零件为振动体，若在该振动体正以某固定频率驱动时施加角速度，则会产生科里奥利力。该科里奥利力使得振动体发生位移。通过检测由该科里奥利力引起的振动体的位移量来检测角速度。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1：日本专利第5298047号公报
发明内容
[0008] 发明要解决的问题
[0009] 另外，在上述现有技术中，加速度检测部、角速度检测部设置在同一基板上。加速度检测部、角速度检测部各自的检测灵敏度、频率响应性等要求性能是不一样的，因此，决定检测部的结构的固有振动频率、电极尺寸等不一样。例如，固有振动频率f是像式(1)那样以砝码的质量m与梁的弹簧常数k的关系加以表示。
[0010] [数式1]
[0011]
[0012] 此时，砝码的质量m以式(2)表示，弹簧常数k以式(3)表示。
[0013] [数式2]
[0014] m＝Shρ...(2)
[0015] 式(2)中，S、h、ρ为以下数值。
[0016] S：面积(从基板表面观察到的砝码的面积)
[0017] h：基板厚度(从基板表面观察到的砝码的厚度)
[0018] ρ：密度(构成基板的材料的密度)
[0019] [数式3]
[0020]
[0021] 式(3)中，α、w、l、E为以下数值。
[0022] α：常数
[0023] w：梁宽度(从基板表面观察到的梁的宽度)
[0024] l：梁的长度
[0025] E：杨氏模数
[0026] 继而，根据式(1)、式(2)、式(3)，固有振动频率f以式(4)表示。
[0027] [数式4]
[0028]
[0029] 然而，在所述复合传感器中，存在加速度检测部的固有振动频率f1为1kHz～3kHz左右、相对于此角速度检测部的固有振动频率f2为15kHz～25kHz左右而各不相同的情况。
[0030] 例如，在同一基板上制作角速度检测部和加速度检测部的情况下，所述基板厚度h是一样的。此外，就前文所述的MEMS加工工艺的观点而言，使所述梁宽度w也相同能使加工形状的偏差变得一样。因此，要实现不同的固有振动频率f1和f2，就要在各检测部中改变所述面积S、所述梁的长度l。
[0031] 然而，在角速度检测部中，施加角速度时产生的科里奥利力Fc相对于角速度Ω而成为式(5)及式(6)所示的关系。因此，为了增大科里奥利力，砝码m22的质量宜设定得较大，因此为了使固有振动频率f2高于固有振动频率f1而减小砝码m2的质量就难以实现。
[0032] [数式5]
[0033] m2＝m21+m22…(5)
[0034] 式(5)中，m21、m22为以下数值。
[0035] m21：砝码m2中，对角速度Ω无反应的可动部的质量
[0036] m22：砝码m2中，对角速度Ω有反应的可动部的质量
[0037] [数式6]
[0038] Fc＝-2m22Ωv...(6)
[0039] 式(6)中，v为以下数值。
[0040] v：砝码m2驱动时的速度
[0041] 解决问题的技术手段
[0042] 为了解决上述问题，本发明的惯性力传感器较有效为：具有形成有检测部的层，所述层设为2个以上层叠在一起的层叠结构体。由此，在各检测部，厚度h可以设为任意厚度。
[0043] 发明的效果
[0044] 通过为了达成上述目的而在本申请中揭示的发明中的代表性发明所获得的效果简单说明如下。
[0045] 权利要求1所述的发明为一种惯性力传感器，其特征在于，具有形成有检测部的层，所述层是2个以上层叠在一起的层叠结构体。根据本发明，由于检测部层叠在一起，因此，相较于在平面上排列检测部的惯性力传感器而言，能够变得小型。
[0046] 权利要求4所述的发明的惯性力传感器的特征在于，至少1组检测部的可动体和电极分别形成于不同层。根据本发明，所述可动体在与平面垂直的方向上可动，在检测该运动的情况下，所述电极设置在与所述可动体的平面相对的位置也就是另一层。此时，像权利要求5所述的发明那样，在可动体和电极分别形成于不同层的检测部中，所述电极形成于与形成有其他检测部的可动体的层相同的层，由此，可不另行设置所述电极的层，因此能够降低传感器芯片的高度。
[0047] 权利要求6所述的发明的惯性力传感器的特征在于，至少1组检测部有2个以上，且且呈阵列状配置。根据本发明，例如，在所述阵列中，各检测部沿平面上正交的方向配置，由此，能够检测2维方向的惯性力。另一方面，例如，在所述阵列中，各检测部沿平面上相同的方向配置，由此，能够检测各检测部间的位置偏移而检测形成有所述阵列的传感器芯片上发生的翘曲、弯曲，从而能够通过利用外部电路进行修正来提高传感器的检测精度。附图说明
[0048] 图1为本发明的实施方式1中的传感器芯片10的整体图。
[0049] 图2为图1的I-I剖面图。
[0050] 图3为表示图2的II-II剖面的俯视图。
[0051] 图4为表示图2的III-III剖面的俯视图。
[0052] 图5为图3的变形例。
[0054] 图7为角速度信号检测的原理图
[0055] 图8为图4的变形例。
[0056] 图9为本发明的实施方式1中的芯片封装4的剖面图。
[0057] 图10为图9的变形例。
[0058] 图11为本发明的实施方式2中的传感器芯片10a的剖面图。
[0059] 图12为表示图11的IV-IV剖面的俯视图。
[0060] 图13为表示图11的V-V剖面的俯视图。
[0061] 图14为图11的变形例。
[0062] 图15为本发明的实施方式3中的传感器芯片10b的剖面图。
[0063] 图16为表示图15的VI-VI剖面的俯视图。
[0064] 图17为表示图15的VII-VII剖面的俯视图。
[0065] 图18为图15的变形例。
[0066] 图19为本发明的实施方式4中的传感器芯片10c的整体图。
[0067] 图20为图19的VIII-VIII剖面图。
具体实施方式
[0068] 在以下的实施方式中，为方便起见，在有需要时会分割为多个部分或实施方式来进行说明，而除了有特别明示的情况以外，它们处于一方为另一方的一部分或全部的变形例、详情、补充说明等的关系而不是相互无关。
[0069] 此外，在以下的实施方式中，在言及要素的数等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明示的情况以及在原理上明显限定于特定的数的情况等以外，不限定于该特定的数，可为特定的数以上或以下。
[0070] 进而，在以下的实施方式中，关于其构成要素(也包括要素步骤等)，除了特别明示的情况以及认为在原理上明显是必需的情况等以外，并非一定是必需的，这一点是不言而喻的。
[0071] 同样地，在以下的实施方式中，在言及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况以及认为在原理上明显并非如此的情况等以外，实质上包括与其形状等近似或类似的情况。这对于上述数值及范围而言也是一样的。
[0072] 此外，在用以说明实施方式的所有附图中，原则上对同一构件标注同一符号，其重复的说明从略。再者，为了使得附图易于理解，即便是俯视图，有时也会标注影线。
[0073] (实施方式1)
[0074] 在本实施方式中，使用检测加速度和角速度的传感器芯片对发明进行说明。图1为本发明的实施方式1中的传感器芯片10的整体图。图2为图1的I-I剖面图。图3为表示图2的II-II剖面的俯视图。图4为表示图2的III-III剖面的俯视图。图5为图2的变形例。图6为加速度信号检测的原理图。图7为角速度检测信号的原理图。
[0075] 在本实施方式中，传感器芯片10由检测y轴方向的加速度的加速度检测部20和检测绕z轴的角速度的检测部30构成。传感器芯片10中，加速度检测部20形成于第一层叠体1，角速度检测部30形成于第二层叠体2。如图2所示，第一层叠体1与第二层叠体2层叠在一起，为了实现与后文叙述的外部电路的连接，加速度检测部20的信号和角速度检测部30的信号是在相同侧导出。
[0076] 首先，对第一层叠体1和加速度检测部20进行说明。
[0077] 第一层叠体1具有由单晶硅构成的第一基板1a、同样由单晶硅构成的第二基板1b、以及氧化膜1c，是以在第一基板1a与第二基板1b之间夹入氧化膜1c的方式层叠在一起的构成。再者，在所述层叠体1中，也可使用如下基板：在将硅与玻璃贴合而成的基板或者起到所述第二基板1b的作用的硅基板上形成起到氧化膜1c的作用的绝缘膜，并在其上部对起到第一基板1a的作用的多晶硅膜等导电性膜进行成膜。
[0078] 继而，使用光刻法和DRIE(Deep Reactive Ion Etching，深层离子蚀刻技术)对所述层叠体1进行加工，由此形成加速度检测部20。
[0079] 如图3所示，加速度检测部20形成于所述第一基板1a。加速度检测部20具有：砝码21；固定部23a、23b、23c、23d，它们隔着所述氧化膜1c支承固定在所述第二基板1b上；以及梁22a、22b、22c、22d，它们与该固定部连结在一起，以在可动(Y)方向上成为可动状态的方式支承后文叙述的砝码21。
[0080] 此时，由于砝码21悬架在所述梁上而可动，因此砝码21的周边呈被空腔29围绕的中空状态。
[0081] 并且，构成有通过施加加速度而可动的砝码21、为了以静电电容的变化的形式检测砝码21的位移量而与砝码21形成静电电容的电极24a、24b、以及与外部电路之间进行信号的交换的电极25a、25b、26a。电极25a、25b、26a是以电极24a对电极25a、电极24b对电极25b、砝码21对电极26a的方式构成。
[0082] 为了将所述电极25a、25b、26a与外部电路连接，必须将它们导出至所述层叠体外部，如图2所示，形成贯通第二基板1b、氧化膜1c以及用以将后文叙述的电极52绝缘的绝缘膜1d的贯通电极50，贯通电极50与电极52连接。
[0083] 在贯通电极50中，为了与贯通电极50所贯通的基板电性绝缘，贯通电极50的外周被绝缘膜51覆盖。另一方面，贯通电极50的内部通过埋入等而形成有多晶硅、金属等导电性材料。
[0084] 进一步地，为了在与外部电路相同一侧连接构成后文叙述的角速度检测部30的电极，形成贯通第一基板1a、第二基板1b、氧化膜1c及绝缘膜1d的贯通电极60，并经由贯通电极60与电极62连接。再者，贯通电极60与贯通电极50一样，外周被绝缘膜61覆盖，内部由多晶硅、金属等导电性材料形成。
[0085] 接着，对本实施方式1中的加速度检测部20的动作进行说明。在本实施方式1中，主要将图3所示的砝码21的质量设为m1，将梁22a、22b、22c、22d的可动(y)方向的弹簧常数的合计设为k1。此时，当在沿砝码21的可动(y)方向施加有加速度a1的情况下砝码21产生力F1时，砝码21沿可动(y)方向位移，产生位移量y1。该关系以式(7)表示。
[0086] [数式7]
[0087] F1＝m1a1＝k1y1...(7)
[0088] 当产生位移y1时，砝码21与电极24a、电极24b的距离发生变动，使得砝码21与左侧的电极24a的静电电容和砝码21与右侧的电极24b的静电电容分别沿减少方向和增加方向变化。例如，在砝码21朝图3的右侧方向位移的情况下，砝码21与左侧的电极24a之间的距离增大，因此静电电容减少，砝码21与右侧的电极24b之间的距离减小，因此静电电容增加。
[0089] 该静电电容的变化输出至外部的集成电路100加以处理。
[0090] 具体而言，如图6所示，将用以检测静电电容的载波101从半导体芯片3上形成的集成电路100施加至图3所示的与电极24a连接在一起的电极25a、或者与电极24b连接在一起的电极25b。于是，从图3所示的与经由梁22a与砝码21连结在一起的固定部23a连接在一起的电极26a输出静电电容变化的信号。即，来自加速度检测部20的静电电容变化的信号输入至CV转换部102。此时，如图6所示，可以以在电极25a和电极25b上成为反相的波形的方式施加载波101，在该情况下，能够将来自加速度检测部20的静电电容变化的信号差动输入至CV转换部102。由此，能够提高加速度检测灵敏度。
[0091] 在CV转换部102中，静电电容变化转换为电压信号，之后，该电压信号输出至同步检波部103。在同步检波部103中，仅导出需要的信号成分，最终以电压的形态输出加速度信号104。此时，若可动体的质量m1和梁22a、22b、22c、22d的弹簧常数的合计k1固定，则砝码24的位移量y1就与所施加的加速度成正比，因此，通过监测与位移量y1成比例的输出电压(加速度信号)，能够检测所施加的加速度。本实施方式1中的加速度传感器以如上方式动作。
[0092] 以上是关于本实施方式的第一层叠体1中形成的加速度检测部20的说明，但是，例如通过设为将加速度检测部20绕z轴转动了90度的配置，就会变为检测x轴方向的加速度。
[0093] 进一步地，如图5所示，在第一层叠体1中以与加速度检测部20邻接的方式形成相对于加速度检测部20绕z轴转动了90度的加速度检测部20a，由此，在第一层叠体1中能够检测x轴方向和y轴方向2个轴的加速度。
[0094] 接着，对第二层叠体2和角速度检测部30进行说明。
[0095] 本实施方式的角速度检测部30与所述第一层叠体1一样，由第二层叠体2形成。
[0096] 如图4所示，角速度检测部30形成于构成所述第二层叠体2的第一基板2a。角速度检测部30具有：固定部33a、33b、33c、33d，它们隔着氧化膜2c支承固定在第二基板2b上；第一梁32a、32b、32c、32d，它们与该固定部连结在一起，呈可动状态支承后文叙述的第一砝码31；第一砝码31，其悬架在所述梁上，在可动(X)方向上可动；以及电极34a、34b，它们与砝码
31形成静电电容，以驱动第一砝码31。
31形成静电电容，以驱动第一砝码31。
[0097] 进一步地，角速度检测部30具有：第二梁38a、38b、38c、38d，它们将第二砝码37连结至第一砝码31，沿与第一砝码31正交的(Y)方向呈可动状态支承第二砝码37；第二砝码37，其通过施加角速度而沿与第一砝码31正交的(y)方向可动；以及电极39a、39b，它们为了以静电电容的变化的形式检测第二砝码37的施加角速度时的位移量，与第二砝码37形成静电电容。
[0098] 并且，角速度检测部30以电极34a对电极35a、电极34b对电极35b、第二砝码37对36a、电极39a对40a、电极39b对40b的方式具有电极35a、电极35b、36a、40a、40b作为用以与外部电路进行信号的交换的电极。
[0099] 为了将所述电极35a、35b、36a、40a、40b与外部电路连接，必须将它们导出至所述层叠体2外部。此处，首先，与加速度检测部20一样，形成贯通第二基板2b、氧化膜2c以及用以将后文叙述的电极52a绝缘的绝缘膜2d的贯通电极50a，贯通电极50a与电极52a连接。再者，贯通电极50a与贯通电极50一样，外周被绝缘膜51a覆盖，内部由多晶硅、金属等导电性材料形成。
[0100] 进一步地，为了在与所述第一层叠体1上形成的电极52相同一侧导出电极52a，沿平面方向延长电极52a，并与加速度检测部20中形成的所述贯通电极60一样形成贯通第一基板2a、第二基板2b、氧化膜2c及绝缘膜2d的贯通电极60a而与电极52a连接。此时，通过将贯通电极60a设在与贯通电极60电性连接的位置，电极52a的信号得以连接至处于与电极52相同一侧的电极62。再者，贯通电极60a与贯通电极60一样，外周被绝缘膜61a覆盖，内部由多晶硅、金属等导电性材料形成。
[0101] 接着，对本实施方式1中的角速度检测部30的动作进行说明。
[0102] 首先，为了使第一砝码31成为沿x轴方向以一定频率f和一定振幅Xe振动的状态，对第一电极34a、34b施加频率f的交流电压，在第一砝码31与第一电极34a及34b之间产生静电力，使第一砝码31沿x轴方向振动。该交流电压由外部的集成电路200中配备的振荡器205生成。再者，在振荡器205中，为了得到规定电压，也可插入放大器206。
[0103] 在所述第一砝码31沿x轴方向振动的状态下，第二振动体即砝码37沿x轴方向与第一砝码31联动地振动。此时，第一砝码31的x轴方向的位移x与其速度v的关系由式(8)表示。
[0104] [数式8]
[0105]
[0106]
[0107] 式(8)中，f、Xe、t为以下数值。
[0108] f：频率
[0109] Xe：振幅
[0110] t：时间
[0111] 在这种第一砝码31和第二砝码37沿x轴方向振动的状态下绕与图4的纸面正交的z轴施加有角速度Ω的情况下，若将第二砝码37的质量设为m22，则如前面叙述的式(6)所示，会在y轴方向上产生科里奥利力Fc。于是，第二砝码37因科里奥利力Fc而沿y轴方向位移。
[0112] 第二砝码37因式(6)所示的科里奥利力Fc而沿y轴方向振动，使得第二砝码37与第二电极39a、39b间的静电电容发生变化。通过检测该静电电容变化，能够检测绕z轴的角速度Ω。
[0113] 该静电电容的变化输出至外部的集成电路200加以处理。
[0114] 具体而言，如图7所示，从半导体芯片3a上形成的集成电路200将用以检测静电电容的载波201施加至图4所示的与电极39a连接在一起的电极40a、或者与电极39b连接在一起的电极40b。
[0115] 于是，图7所示的第二砝码37的信号经由第二梁38a、38b、38c、38d而连接至第一砝码31，进而经由第一梁32a从与固定部33a连接在一起的电极36a输出静电电容变化的信号。即，来自电极36a的静电电容变化的信号输入至集成电路200的CV转换部202。
[0116] 此时，如图7所示，能以在电极40a和电极40b上成为反相的波形的方式施加载波201，在该情况下，来自角速度检测部30的静电电容变化的信号可以差动输入至CV转换部
202。由此，能够提高角速度检测灵敏度。
202。由此，能够提高角速度检测灵敏度。
[0117] 在CV转换部202中，静电电容变化转换为电压信号，之后，该电压信号输出至同步检波部203。在同步检波部203中，仅导出需要的信号成分，最终以电压的形态输出角速度信号204。
[0118] 再者，作为第二振动体即砝码37的位移量的测定方法，也能以砝码37与电极39a、39b之间的静电电容变化即砝码37的y轴方向的位移量变为0的方式对施加至电极39a、39b间的电压进行伺服控制，利用该外加电压来求科里奥利力Fc。
[0119] 此外，作为图4的变形例，如图8所示，可以设为如下结构：排列2个所述角速度检测部30而具备左侧的角速度检测部30q1和右侧的角速度检测部30q2，并利用第一基板2a上形成的第三梁41将它们相互连接在一起。并且，使左侧的第一砝码31q1和右侧的第一砝码31q2相互反相振动，由此，有如下优点：一方面能够消除或抵消来自外部的加速度，另一方面能使角速度的检测信号成为左侧的第二砝码37q1与右侧的第二砝码37q2的相加而灵敏度较佳地进行检测，还能使振子的振动不易漏至外部。
[0120] 以上是关于本实施方式的第二层叠体2中形成的角速度检测部30的说明，但是，例如也可在第二层叠体2中与所述加速度检测部20同样地形成加速度检测部20b。
[0121] 此时，加速度检测部20b设为相对于所述加速度检测部20绕z轴转动了90度的配置，由此，加速度检测部20检测y轴方向的加速度，另一方面，加速度检测部20b检测绕x轴的加速度，因此，传感器芯片10可以制成检测x轴方向和y轴方向的加速度的双轴的加速度传感器。
[0122] 此外，就所述加速度检测部20b而言，通过配置在与所述加速度检测部20相同的方向，另一方面，改变梁、砝码的尺寸、第一基板2a的厚度，并将式(7)所示的弹簧常数k1、质量m1设为不同值，能够改变加速度的检测范围。由此，传感器芯片10可以制成扩展了检测范围而无损检测精度的单轴的加速度传感器。
[0123] 进一步地，也可在本实施方式的第一层叠体1中与所述角速度检测部30同样地形成角速度检测部30a。此时，通过改变梁、砝码的尺寸、第一基板1a的厚度，并将式(8)、式(9)所示的频率f、砝码的质量m2设为不同值，能够改变角速度的检测范围，使得传感器芯片10能够制成扩展了检测范围而无损检测精度的单轴的角速度传感器。
[0124] 此外，通过所述集成电路100和所述集成电路200形成于相同半导体芯片3，能使半导体芯片小型化。
[0125] 如图9所示，以上构成的传感器芯片10组装在芯片封装4中。将传感器芯片10的所述第二层叠体2的绝缘膜2d侧那一面经由粘接剂70贴装在半导体芯片3上，传感器芯片10的所述电极52、62通过第一键合引线71与半导体芯片3电性连接。继而，将半导体芯片3经由粘接剂73贴装在引线框72上，半导体芯片3与引线框72通过第二键合引线74电性连接。继而，利用树脂75将这些零件密封，由此成为芯片封装4。
[0126] 进一步地，作为图9所示的芯片封装4的变形例，在图10中展示芯片封装4a。图10中，在半导体芯片3b上，在与传感器芯片10的电极52、62相对的位置具有与这些电极连接的电极81、82，电极52、81间、电极62、82间例如经由焊料凸点等导电性材料76而电性连接，而且传感器芯片10与半导体芯片3b粘接在一起。此时，为了获得传感器芯片10与半导体芯片3b之间的粘接可靠性，在没有所述导电性材料76的部分也可有粘接剂73a。通过设为以上图
10所示的结构，可以去掉第一键合引线71，从而能够降低芯片封装4a的高度。此外，由于传感器芯片10与半导体芯片3之间的线路缩短，因此能够提高传感器的性能。
10所示的结构，可以去掉第一键合引线71，从而能够降低芯片封装4a的高度。此外，由于传感器芯片10与半导体芯片3之间的线路缩短，因此能够提高传感器的性能。
[0127] (实施方式2)
[0128] 作为本发明的实施方式2，对所述传感器芯片10的变形例进行叙述。
[0129] 在本实施方式中，传感器芯片10a的特征在于，是由加速度检测部20和加速度检测部20c构成，所述加速度检测部20检测y轴方向的加速度，所述加速度检测部20c检测后文叙述的图13中与纸面正交的(z轴)方向的加速度。以下，在对图11、图12、图13、图14进行说明时，对于与图1至图10相同的构成要素，省略其详细说明，以不同点为中心进行说明。
[0130] 图2的变形例示于图11，图3、图4的变形例示于图12、图13。在本传感器芯片10a中，加速度检测部20与实施方式1一样由第一层叠体1形成。另一方面，加速度检测部20c的特征在于，是由第二层叠体2形成，此外，与砝码21b形成静电电容的电极24ab形成于第一层叠体1中与砝码21b相对的位置。
[0131] 加速度检测部20c具有：固定部23ab、23bb、23cb、23db；以及梁22ab、22bb、22cb、22db，它们与该固定部连结在一起，以在可动(Z)方向上成为可动状态的方式支承后文叙述的砝码21b。此外，加速度检测部20c具有通过施加加速度而在z方向上可动的砝码21b，而且像图13所示那样在第一层叠体的第一基板1a上具有电极24ab，所述电极24ab是为了以静电电容的变化的形式检测砝码21b的位移量而与砝码21b相对来形成静电电容。并且，加速度检测部20c具有用以与外部电路进行信号的交换的电极25ab，与前文所述一样连接有贯通电极50，而且在贯通电极50的相反侧连接有电极52。
[0132] 通过以上内容，传感器芯片10a能够检测y轴方向的加速度和z轴方向的加速度。
[0133] 再者，在本实施方式中，为了像图6所示那样将与砝码21b相对而形成的静电电容差动输入至所述CV转换部102，也能以砝码21b与电极24ab在相反方向上发生静电电容变化的方式例如像图14所示那样在砝码21b和电极24ab的相反侧的、第二层叠体2的第二基板2b上形成电极24bb。此时，为了使电极24bb与第二基板2b的其他部分绝缘，在电极24bb的侧壁的周围设置绝缘部27。此外，为了与外部电路进行信号的交换，将电极25bb设置在第二基板2b的电极24bb的与砝码21b不相对的相反那一面。通过以上内容，可以差动输入至所述CV转换部102，因此能够提高加速度检测灵敏度。
[0134] 此外，在本实施方式中，也可将加速度检测部20形成于第二层叠体2，在加速度检测部20c中，将电极24ab、电极25ab形成于第二层叠体2，将其他零件形成于第一层叠体1。
[0135] 进一步地，作为本实施方式的变形例，也可形成角速度检测部30代替加速度检测部20。由此，能够得到检测z轴方向的加速度和绕z轴的角速度的传感器芯片。
[0136] 此外，作为本实施方式的变形例，也可具备多个加速度检测部20c，在一加速度检测部20c中，将电极24ab、电极25ab形成于第二层叠体2，将其他零件形成于第一层叠体，在另一加速度检测部20c中，将电极24ab、电极25ab形成于第一层叠体1，将其他零件形成于第二层叠体2。并且，在各加速度检测部中将梁、砝码的尺寸、第一基板1a、2a的厚度设为不同值，并将式(7)所示的弹簧常数k1、质量m1设为不同值，由此，能够改变各自的加速度的检测范围，使得传感器芯片能够扩展z轴方向的加速度的检测范围而无损检测精度。
[0137] (实施方式3)
[0138] 作为本发明的实施方式3，对所述传感器芯片10的变形例进行叙述。
[0139] 在本实施方式中，传感器芯片10b的特征在于，是由检测y轴方向的加速度的加速度检测部20和检测绕y轴产生的角速度的加速度检测部30b构成。以下，在对图15、图16、图17、图18进行说明时，对于与图1至图14相同的构成要素，省略其详细说明，以不同点为中心进行说明。
[0140] 图2的变形例示于图15，图3、图4的变形例示于图16、图17。如图15所示，在本传感器芯片10b中，加速度检测部20与实施方式1一样由第一层叠体1形成。另一方面，角速度检测部30b的特征在于，是由第二层叠体2形成，此外，与砝码37b形成静电电容的电极39ab形成于第一层叠体1中与砝码37b相对的位置。
[0141] 如图17所示，角速度检测部30b具有第二梁38ab、38bb、38cb、38db，它们将第二砝码37b连结至第一砝码31，沿纸面上与第一砝码31正交的(z轴)方向呈可动状态支承第二砝码37b。此外，角速度检测部30b具备在z轴方向上可动的第二砝码37b，而且在第一层叠体1的第一基板1a上具备电极39ab，所述电极39ab是为了以静电电容的变化的形式检测第二砝码37b的施加角速度时的z轴方向位移量而与第二砝码37b相对来形成静电电容。并且，为了在电极39ab与外部电路之间进行信号的交换，角速度检测部30b具有电极40ab，与前文所述一样连接有贯通电极50。
[0142] 接着，以与前文所述的角速度检测部30的动作的不同点为中心，对角速度检测部30b的动作进行说明。在第一砝码31和第二砝码37b沿x轴方向振动的状态下绕y轴施加有角速度Ω的情况下，若将第二砝码37b的质量设为m22，则如前面叙述的式(6)所示，会在z轴方向上产生科里奥利力Fc。于是，第二砝码37b因科里奥利力Fc而沿z轴方向位移。
[0143] 第二砝码37b因式(6)所示的科里奥利力Fc而沿z轴方向振动，使得第二砝码37b与第二电极39ab间的静电电容发生变化。通过检测该静电电容变化，能够检测绕y轴的角速度Ω。
[0144] 通过以上内容，传感器芯片10b能够检测y轴方向的加速度和绕y轴的角速度。
[0145] 再者，作为本实施方式的变形例，例如设为将角速度检测部30绕z轴转动了90度的配置，由此，检测绕x轴的角速度。
[0146] 此外，在本实施方式中，如图18所示，为了将与砝码37b相对而形成的静电电容差动输入至所述CV转换部202，也可设为砝码37b与电极39ab在相反方向上发生静电电容变化。在该情况下，例如可像图18所示那样在砝码37b和电极39ab的相反侧的第二基板2b上形成电极39bb。此时，为了使电极39bb与第二基板2b的其他部分绝缘，在电极39bb的侧壁的周围设置绝缘部27。此外，为了与外部电路进行信号的交换，将电极25bb设置在电极39bb的与砝码21b不相对的相反那一面。通过以上内容，可以差动输入至所述CV转换部202，因此能够提高角速度检测灵敏度。
[0147] 进一步地，作为本实施方式的变形例，也可将加速度检测部20形成于第二层叠体2，在角速度检测部30b中，将电极39ab、电极40ab形成于第二层叠体2，将其他零件形成于第一层叠体1。
[0148] 此外，作为本实施方式的变形例，也可形成角速度检测部30代替加速度检测部20。由此，能够得到检测绕z轴和绕y轴2个轴的角速度的传感器芯片。
[0149] 另外，作为本实施方式的变形例，也可具备多个角速度检测部30b，在一角速度检测部30b中，将电极39ab、电极40ab形成于第二层叠体2，将其他零件形成于第一层叠体1，在另一角速度检测部30b中，将电极39ab、电极39ab形成于第一层叠体1，将其他零件形成于第二层叠体2。
[0150] 此时，通过改变梁、砝码的尺寸、第一基板1a的厚度，并将式(8)、式(9)所示的频率f、砝码的质量m2设为不同值，可以改变角速度的检测范围，使得传感器芯片10b能够制成扩展了检测范围而无损检测精度的单轴的角速度传感器。
[0151] 或者，设为将一角速度检测部30b相对于另一角速度检测部30b绕z轴转动了90度的配置，由此，能够得到检测绕y轴和绕x轴2个轴的角速度的传感器芯片。
[0152] (实施方式4)
[0153] 作为本发明的实施方式4，对所述传感器芯片10的变形例进行叙述。在本实施方式中，传感器芯片10c由检测加速度的加速度检测部20、角速度检测部30以及检测压力的压力检测部300构成。
[0154] 以下，在对图19、图20进行说明时，对于与图1至图18相同的构成要素，省略其详细说明，以不同点为中心进行说明。
[0155] 图1的变形例示于图19，图2的变形例示于图20。在本传感器芯片10c中，加速度检测部20与实施方式1一样由第一层叠体1形成。另一方面，角速度检测部30由第二层叠体2形成。并且，压力检测部300由第3层叠体301形成。
[0156] 压力检测部300在基板301a上具备通过施加压力而沿面内的垂直方向变形的变形部302，在变形部302的正下方，在氧化膜301c或者氧化膜301c和基板301b的一部分形成空腔303。
[0157] 再者，在利用空腔的静电电容来检测所述变形部302的变形的情况下，在隔着空腔303与变形部302相对的基板301b侧形成电极304。此时，为了使电极304与第二基板301b的其他部分绝缘，在电极304的侧壁的周围设置绝缘部305。
[0158] 另一方面，关于所述变形部302的变形，也可构成为检测所述变形部302的压电阻变化。
[0159] 此外，在本传感器芯片10c的芯片封装中，通过做到在所述变形部302的正上方无树脂75，能够提高压力检测的精度。
[0160] 在以上的传感器芯片10c中，例如，在压力检测部300检测大气压(0.1MPa)附近、所述半导体芯片3等具有温度测定功能的情况下，此时的气压P例如可以像式(9)所示那样换算为海拔H。也就是说，能够高精度地检测传感器芯片10c的位置。
[0161] [数式9]
[0162]
[0163] 式(9)中，P0、T为以下数值。
[0164] P0：海面气压
[0165] T：温度
[0166] 另外，例如，在传感器芯片10c中，在压力检测部300检测轮胎内填充的气体的压力(0.1MPa～1MPa左右)的情况下，通过将所述传感器芯片设置在轮胎或轮毂内部，能够利用加速度检测部20和角速度检测部30来检测轮胎或轮毂的转动，同时，利用压力检测部300来检测轮胎内部的压力。由此，能够高精度地监视轮胎的状态，从而能够提高车辆的行驶安全性。
[0167] 以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明的惯性力传感器并不限定于这些实施方式，可以进行各种变更。例如，第一层叠体1、第二层叠体2、第3层叠体也可分别有2个以上。此外，在各层叠体中，检测部也可有2个以上或2种以上。此外，芯片封装4及4a也可设为BGA(Ball Grud Array球珊阵列)封装，即，采用树脂基板或陶瓷而不是引线框72，通过焊球将电极导出至基板的背面。
[0168] 符号说明
[0169] 1 第一层叠体
[0170] 1a 第一基板(第一层叠体)
[0171] 1b 第二基板(第一层叠体)
[0172] 1c 氧化膜(第一层叠体)
[0173] 1d 绝缘膜(第一层叠体)
[0174] 2 第二层叠体
[0175] 2a 第一基板(第二层叠体)
[0176] 2b 第二基板(第二层叠体)
[0177] 2c 氧化膜(第二层叠体)
[0178] 2d 绝缘膜(第二层叠体)
[0179] 3 半导体芯片
[0180] 3a 半导体芯片
[0181] 3b 半导体芯片
[0182] 4 芯片封装
[0183] 4a 芯片封装(变形例)
[0184] 10 传感器芯片
[0185] 10a 传感器芯片
[0186] 10b 传感器芯片
[0187] 10c 传感器芯片
[0188] 20 加速度检测部(y轴方向)
[0189] 20a 加速度检测部(x轴方向)
[0190] 20b 加速度检测部
[0191] 20c 加速度检测部(z轴方向)
[0192] 21 砝码
[0193] 21b 砝码
[0194] 22a 梁
[0195] 22b 梁
[0196] 22c 梁
[0197] 22d 梁
[0198] 22ab 梁
[0199] 22bb 梁
[0200] 22cb 梁
[0201] 22db 梁
[0202] 23a 固定部
[0203] 23b 固定部
[0204] 23c 固定部
[0205] 23d 固定部
[0206] 23ab 固定部
[0207] 23bb 固定部
[0208] 23cb 固定部
[0209] 23db 固定部
[0210] 24a 电极
[0211] 24b 电极(差动用)
[0212] 24ab 电极
[0213] 24bb 电极(差动用)
[0214] 25a 电极(外部电路连接用)
[0215] 25b 电极(外部电路连接用)
[0216] 25ab 电极(外部电路连接用)
[0217] 25bb 电极(外部电路连接用)
[0218] 26a 电极(外部电路连接用)
[0219] 29 空腔
[0220] 30 角速度检测部(绕z轴)
[0221] 30a 角速度检测部(绕z轴)
[0222] 30b 角速度检测部(绕y轴)
[0223] 30q1 角速度检测部(左侧)
[0224] 30q2 角速度检测部(右侧)
[0225] 31 第一砝码
[0226] 31q1 第一砝码(左侧)
[0227] 31q2 第一砝码(右侧)
[0228] 32a 第一梁
[0229] 32b 第一梁
[0230] 32c 第一梁
[0231] 32d 第一梁
[0232] 33a 固定部
[0233] 33b 固定部
[0234] 33c 固定部
[0235] 33d 固定部
[0236] 34a 第一电极
[0237] 34b 第一电极
[0238] 35a 电极(外部电路连接用)
[0239] 35b 电极(外部电路连接用)
[0240] 36a 电极(外部电路连接用)
[0241] 37 第二砝码
[0242] 37b 第二砝码
[0243] 37q1 第二砝码(左侧)
[0244] 37q2 第二砝码(右侧)
[0245] 38a 第二梁
[0246] 38b 第二梁
[0247] 38c 第二梁
[0248] 38d 第二梁
[0249] 38ab 第二梁
[0250] 38bb 第二梁
[0251] 38cb 第二梁
[0252] 38db 第二梁
[0253] 39a 第二电极
[0254] 39b 第二电极(差动用)
[0255] 39ab 第二电极
[0256] 39bb 第二电极(差动用)
[0257] 40a 电极(外部电路连接用)
[0258] 40b 电极(外部电路连接用)
[0259] 40ab 电极(外部电路连接用)
[0260] 41 第三梁
[0261] 49 空腔
[0262] 50 贯通电极
[0263] 50a 贯通电极
[0264] 51 绝缘膜(贯通电极外周)
[0265] 51a 绝缘膜(贯通电极外周)
[0266] 52 电极
[0267] 52a 电极
[0268] 60 贯通电极
[0269] 60a 贯通电极
[0270] 61 绝缘膜(贯通电极外周)
[0271] 61a 绝缘膜(贯通电极外周)
[0272] 62 电极
[0273] 70 粘接剂
[0274] 70a 粘接剂
[0275] 71 第一键合引线
[0276] 72 引线框
[0277] 73 粘接剂
[0278] 74 第二键合引线
[0279] 75 树脂
[0280] 76 导电性材料
[0281] 81 电极
[0282] 82 电极
[0283] 100 集成电路(加速度用)
[0284] 101 载波(加速度用)
[0285] 102 CV转换部(加速度用)
[0286] 103 同步检波部(加速度用)
[0287] 104 加速度信号(加速度用)
[0288] 200 集成电路(角速度用)
[0289] 201 载波(角速度用)
[0290] 202 CV转换部(角速度用)
[0291] 203 同步检波部(角速度用)
[0292] 204 角速度信号
[0293] 205 振荡器
[0294] 206 放大器
[0295] 300 压力检测部
[0296] 301 第三层叠体
[0297] 301a 第一基板(第三层叠体)
[0298] 301b 第二基板(第三层叠体)
[0299] 301c 氧化膜(第三层叠体)
[0300] 302 变形部
[0301] 303 空腔
[0302] 304 电极
[0303] 305 绝缘部。
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