慣性力傳感器的製作方法
2023-04-29 05:50:51
專利名稱：慣性力傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於攜帶終端或車輛等的檢測加速度及角速度等的慣性力傳感器。
背景技術：
圖11是現有的慣性力傳感器I的剖視圖。慣性力傳感器I具備:基體2、形成於基體2上的下部電極層3、形成於下部電極層3上的壓電層4和形成於壓電層4上的上部電極層5。在慣性力傳感器I中，有時噪聲等級變大，而使與慣性力傳感器I連接的電路部的耗電量增大。專利文獻I中公開了與慣性力傳感器I類似的慣性力傳感器。專利文獻1:(日本)特開2008 - 224628號公報
發明內容
慣性力傳感器具備:基體、設於基體的轉換器、設於基體且與轉換器連接的配線。配線具有:形成於基體上的下部電極層、形成於下部電極層上的壓電層、形成於壓電層上的電容減少層、形成於電容減少層上的上部電極層。電容減少層的介電常數比壓電層的介電
常數小。該慣性力傳感器能夠改善噪聲等級。
圖1A是本發明實施方式I的慣性力傳感器的剖視圖；圖1B是實施方式I的其它的慣性力傳感器的剖視圖；圖2A是表示實施方式I的慣性力傳感器的製造工藝的流程圖；圖2B是表示比較例的慣性力傳感器的製造工藝的流程圖；圖3是實施方式I的再其它的慣性力傳感器的俯視圖；圖4A是圖3所示的慣性力傳感器的線4A — 4A的剖視圖；圖4B是圖3所示的慣性力傳感器的線4B — 4B的剖視圖；圖5A是表示圖3所示的慣性力傳感器的線5A — 5A的截面的SEM照片的圖；圖5B是表示比較例的慣性力傳感器的截面的SEM照片的圖；圖6是實施方式I的再其它的慣性力傳感器的剖視圖；圖7是實施方式I的再其它的慣性力傳感器的俯視圖；圖8A是圖7所示的慣性力傳感器的線8A — 8A的剖視圖；圖8B是圖7所示的慣性力傳感器的線8B — 8B的剖視圖；圖9是本發明實施方式2的慣性力傳感器的俯視圖；圖10是本發明實施方式3的慣性力傳感器的俯視圖；圖11是現有的慣性力傳感器的剖視圖。
符號說明6慣性力傳感器7基體8下部電極層(第一下部電極層、第二下部電極層)9壓電層(第一壓電層、第二壓電層)10電容減少層11上部電極層(第一上部電極層、第二上部電極層)·
16驅動電極(轉換器)17檢測電極(轉換器)18監視電極(轉換器)19配線110電容減少層
具體實施例方式(實施方式I)圖1A是本發明實施方式I的慣性力傳感器6的剖視圖。檢測加速度及角速度等的慣性力的慣性力傳感器6具有形成配線的區域。該區域具備:基體7、形成於基體7的上面的下部電極層8、形成於下部電極層8的上面的壓電層9、形成於壓電層9上的面的電容減少層10、形成於電容減少層10的上面的上部電極層11。電容減少層10的介電常數比壓電層9的介電常數小。根據該構成，能夠減少下部電極層8和上部電極層11之間的電容。其結果是，能夠減小慣性力傳感器6的噪聲等級，改善靈敏度。還能夠抑制與慣性力傳感器6連接的電路部的耗電量。下面，對各構成要素進行說明。基體7使用矽(Si)等半導體材料、熔融石英、氧化鋁等非壓電材料而形成。優選可以通過使用矽，而採用微細加工技術製作小型的慣性力傳感器6。另外，也可以在基體7的表面形成例如由氧化矽膜(SiO2)構成的阻擋層或由鈦(Ti)構成的密合層等其它層。下部電極層8例如為由銅、銀、金、鈦、鎢、鉬、鉻、鑰的至少一種構成的單體金屬、或者以該單體金屬為主要成分的合金或這些金屬層疊而成的結構。優選通過設定為含有Ti或TiOx的鉬(Pt)，得到電動率高且高溫氧化環境下的穩定性優異的下部電極層8。在實施方式I中，下部電極層8的厚度為IOOnm 500nm。壓電層9例如由氧化鋅、鉭酸鋰、鈮酸鋰或鈮酸鉀等壓電材料形成。優選壓電層9使用鋯鈦酸鉛(Pb (Zr7Ti)O3),由此，能夠實現壓電特性良好的慣性力傳感器6。在實施方式I中，壓電層9的厚度為IOOOnm 4000nm。另外，也可以在壓電層9的下面形成例如由鈦酸鹽(PbTiO3)構成的取向控制層等其它層。該層配置於下部電極層8的上面上。電容減少層10具有絕緣性，可以進行低溫工藝下的成膜，由可將構圖時對壓電層9的損傷抑制在最小限度的材料構成，由聚醯亞胺等低介電常數有機材料構成。另外，在低介電常數有機材料中，特別是通過使用感光性聚醯亞胺，也可以獲得微細加工容易、耐化學藥品性優異的電容減少層10。
另外，電容減少層10也可以使用在鹼性溶液中可顯影的鹼性顯影型感光性聚醯亞胺。鹼性顯影型感光性聚醯亞胺可以進行在鹼顯影下的構圖，因此，在圖案形成時(顯影工序)的化學反應中不會產生對壓電層9造成不良影響的酸，能夠抑制對壓電層9帶來損傷。另外，作為電容減少層10，也可以使用Si02、SiN、Si0N、SiC、Al203等與壓電層9相比介電常數低的無機材料。優選利用SiO2或SiN形成電容減少層10，由此，能夠得到耐化學藥品性及耐溼性等耐久性優異的電容減少層10。在實施方式I中，電容減少層10的厚度為 IOOnm 2000nm。上部電極層11例如為由銅、銀、金、鈦、鎢、鉬、鉻、鑰的至少一種構成的單體金屬、或者以該單體金屬為主要成分的合金或這些金屬層疊而成的結構。優選通過設為金(Au)，能夠形成對熱、溼氣、氧等大部分化學性腐蝕非常強的上部電極層11。另外，在實施方式I中，上部電極層11的厚度為IOOnm 2000nm。另外，也可以在上部電極層11的下面形成由鈦(Ti)構成的密合層等其它層。該層配置於電容減少層10的上面上。圖1B是實施方式I的其它的慣性力傳感器206的剖視圖。在圖1B中，對與圖1A所示的慣性力傳感器6相同的部分標註相同的參照號碼。代替圖1A所示的慣性力傳感器6的電容減少層10，慣性力傳感器206具備設於壓電層9的上面的電容減少層210。上部電極層11設於電容減少層210的上面。電容減少層210包括由電容減少層10的上述低介電常數有機材料構成的有機材料層2IOC和設於有機材料層2IOC的上面的由上述低介電常數無機材料構成的無機材料層210D。優選有機材料層2IOC和無機材料層2IOD分別由感光性聚醯亞胺和SiN構成。由此，能夠得到可將構圖時對壓電層9的損傷抑制在最小限度且耐化學藥品性及耐溼性等耐久性優異的電容減少層210。圖2A是表示實施方式I的慣性力傳感器6的製造工藝的流程圖。下面，參照圖2A對慣性力傳感器6的製造方法進行說明。在作為基體7的晶片上面形成下部電極層8(步驟S101)。接著，在下部電極層8的上面形成壓電層9 (步驟S102)。接著，在壓電層9的上面形成電容減少層10 (步驟S103)。下面，對步驟S103中形成電容減少層10的方法進行說明。在壓電層9的上面塗布聚醯亞胺等材料(S103A)。接著，對塗布的材料進行構圖(步驟S103B)。接著，通過進行使構圖的材料固化的固化工序(步驟S103C)，獲得電容減少層10。接著，在電容減少層10的上面形成上部電極層11 (步驟S104)，接著，對上部電極層11進行構圖(步驟S105)。然後，通過在上部電極層11和下部電極層8之間施加電壓，使壓電層9極化(步驟S106)。然後，對晶片(基體7)、下部電極層8、壓電層9進行構圖(步驟S107 )，加工慣性力傳感器6的外形(步驟S108 )。接著，對晶片(基體7 )下面進行拋光，以使基體7具有規定厚度(步驟S109)，利用切割片將晶片分割成各個基體7 (步驟S110)，獲得各個慣性力傳感器6。接著，檢查在步驟SllO中得到的慣性力傳感器6的特性(步驟S111 )，從而獲得慣性力傳感器6。圖2B是表示不具有電容減少層的圖11所示的比較例即現有的慣性力傳感器I的製造工藝的流程圖。在圖2B中，對與圖2A所示的實施方式I的慣性力傳感器6的製造工序相同的部分標註相同的參照號碼。在現有的慣性力傳感器I中，在壓電層4的上面設有上部電極層5。如圖2A和圖2B所示，在實施方式I的慣性力傳感器6的製造工藝中，在壓電層9的成膜工序(步驟S102)和上部電極層11的成膜工序(步驟S104)之間進行電容減少層10的形成工序(步驟S103)。在實施方式I中，使用以重氮萘醌(DNQ)為感光性劑的感光性聚醯亞胺形成電容減少層10。作為感光劑的重氮萘醌廣泛用於正性抗蝕劑的感光劑，可以實施在鹼性顯影液中可顯影的鹼顯影。這樣，電容減少層10優選由鹼性顯影型感光性聚醯亞胺形成。當使光穿過描繪有圖案的掩模對鹼性顯影型感光性聚醯亞胺進行照射而曝光時，通過曝光的光化學反應(光聚合反應)，作為感光體的重氮萘醌經由茚酮變成茚羧酸。茚羧酸相對於鹼溶液具有較高的溶解性，因此，照射了光的部分進行溶解，聚合物中未照射光的未曝光部的部分剩餘，鹼性顯影型感光性聚醯亞胺被構圖。另外，重氮萘醌還作為聚合物的溶解抑制劑發揮作用。另外，通過對被構圖的鹼性顯影型感光性聚醯亞胺實施作為固化處理的熱處理，聚醯亞胺前驅體即聚醯胺酸(聚醯胺酸)的亞胺化反應(脫水環)進展、固化而獲得聚醯亞胺。在此，聚醯胺酸相對於有機溶劑可進行溶解，若形成聚醯亞胺，相對於有機溶劑就不會溶解。因此，在構圖之前，以含有感光劑的有機溶劑結合於聚醯胺酸的溶液狀態進行塗布，通過對該溶液進行預焙、乾燥、曝光、顯影而形成期望的圖案，之後實施作為固化處理的熱處理，由此，獲得被構圖的聚醯亞胺層。作為電容減少層10，通過使用固化處理中的溫度即固化溫度較低的感光性聚醯亞胺，能夠抑制對壓電層9的損傷。例如，在使用鋯鈦酸鉛作為壓電層9的情況下，鋯鈦酸鉛的居裡溫度約為330°C，因此，當施加居裡溫度以上的熱應力時，壓電層9的壓電特性消失，成為普通感應層。通過使用固·化溫度比壓電層9的居裡溫度更低的感光性聚醯亞胺形成電容減少層10，能夠抑制在固化處理時對壓電層9造成的損傷。在實施方式I中，利用感光劑使用重氮萘醌的感光性聚醯亞胺形成電容減少層10，但電容減少層10也可以利用具有相同作用的其它感光劑及其它感光性聚醯亞胺形成。下面，對具有電容減少層10的實施方式I的實施例的慣性力傳感器6和不具有電容減少層10的比較例的慣性力傳感器的上部電極層和下部電極層之間的電容的不同進行研究。壓電層9的介電常數ε r為980,膜厚d為2.85 ( μ m),介電常數ε為868 X 10 一
9(F / m)。實施例中的電容減少層10的材料即鹼性顯影型感光性聚醯亞胺的介電常數ε r為 3,膜厚 d 為 0.5 (μπι),介電常數 ε 為 2.66Χ1(Γη (F / m)。在具有電容減少層10的實施例的慣性力傳感器6中，上部電極層11和下部電極層8之間的電容CTtal是壓電層9形成的部分和電容減少層10形成的部分的合成電容。根據壓電層9形成的部分的電容Cpe、電容減少層10形成的部分的電容CPI，電容CTtal用下面的式子表不。Clotal — CpeXCpI 丨(Cpe 十 Cpi)電容減少層10的介電常數只有壓電層9的介電常數的大約0.3%，因此，在由這兩個層形成合成電容的情況下，即使膜厚有一些不同，電容CTtal也接近於僅由電容減少層10形成的部分的電容CPE。例如，在電容減少層10的厚度為壓電層9的厚度的I / 5的情況下，電容CT(rtal成為只有壓電層9形成的電容Cpe的1%左右。這樣，通過在上部電極層11和壓電層9之間設置由介電常數低的材料構成的電容減少層10，能夠大幅降低上部電極層11和下部電極層8之間的電容。接著，為了確認電容減少層10的電容降低效果，製作樣品進行評價。具體地講，在厚度為2.85 μ m的壓電層9上以厚度1.6 μ m形成鹼性顯影型感光性聚醯亞胺作為電容減少層10，再在其上形成上部電極層11而製作實施例的樣品。上部電極層11由形成於電容減少層10上的厚度為IOnm的Ti層和形成於Ti層上的厚度為300nm的Au層構成。另外，除了不具有電容減少層10以外，製作具有與實施例的樣品相同結構的比較例的樣品。未形成有電容減少層10的比較例的樣品的電容為1887.0pF，形成有電容減少層10的實施例的樣品的電容為16.9pF。這樣，形成有電容減少層10的實施例的樣品的電容為未形成有電容減少層10的比較例的樣品的電容的0.9%，能夠確認如由上述式子估算的電容降低效果。圖3是實施方式I的再其它的慣性力傳感器12的俯視圖。在圖3中，對與圖1A所示的慣性力傳感器6相同的部分標註相同的參照號碼。慣性力傳感器12具備:基體7、驅動電極16、檢測電極17、監視電極18、配線19和電極焊盤20。驅動電極16、檢測電極17、監視電極18、配線19、電極焊盤20設於基體7的上面上。基體7由矽襯底構成，並具有支承部13、從支承部13向沿著中心軸12C的方向12D並且相互平行地延伸的兩個臂14、15的音叉形狀。在和中心軸12C成直角的軸12E上，臂14、15對於中心軸12C配置於相互相反偵U。臂14、15以固有的共振·頻率振動。檢測電極17在兩個臂14、15各自的軸12E的方向上設於大致中央部。驅動電極16在軸12E的方向上設於檢測電極17的兩側。在與支承部13連接的臂14、15各自的根部設有監視電極18。另外，驅動電極16、檢測電極17及監視電極18分別經由配線19與電極焊盤20電連接。慣性力傳感器12以被施加以中心軸12C為中心的角速度的方式構成，慣性力傳感器12作為檢測該角速度的角速度傳感器發揮作用。下面，對慣性力傳感器12的動作進行說明。如圖3所示，定義分別與中心軸12C和軸12E平行延伸的Y軸和X軸，再定義與X軸和Y軸成直角延伸的Z軸。驅動電極16及監視電極18經由配線19與電極焊盤20連接。電極焊盤20中，以連接驅動電路的方式構成。檢測電極17經由配線19與電極焊盤20連接。電極焊盤20中，以連接檢測電路的方式構成。驅動電極16及監視電極18與驅動電路連接，驅動電極16及監視電極18和驅動電路構成驅動慣性力傳感器12使臂14、15振動的驅動環路。臂14、15以按照固有的共振頻率振動的方式構成。從驅動電路經由電極焊盤20及配線19向驅動電極16施加該共振頻率的交流電壓即驅動信號，由此，臂14、15沿X軸方向振動。監視電極18向驅動電路發送與這些振動相對應的監視信號。驅動電路基於監視信號而控制驅動信號，以使臂14、15以共振頻率且以一定振幅沿X軸方向振動。若在該狀態下施加繞Y軸的角速度，則臂14、15利用根據角速度而在臂14、15中產生的哥氏力向Z軸方向撓曲，在檢測電極17中產生電荷。由檢測電極17產生的電荷引起的電流即檢測信號經由配線19及電極焊盤20發送至檢測電路。檢測電路可以基於檢測信號檢測角速度。如上所述，檢測電極17是將由哥氏力在臂14、15產生的機械應變或變形轉換成電信號的轉換器。驅動電極16是基於輸入的交流電壓的電信號進行機械變形而使臂14、15振動的轉換器。監視電極18是根據臂14、15的機械振動而輸出電信號的轉換器。慣性力傳感器12具有被邊界AC劃分的、至少形成有檢測電極17的區域AD和至少形成有配線19的區域AE。設有電容減少層10的部分的電容降低是，同時該部分的壓電特性降低。因此，在具有檢測電極17的區域AD不設置電容減少層10，在具有配線19的區域AE設置電容減少層10。通過該結構，能夠降低在形成有配線19的區域AE產生的噪聲，並且確保形成有檢測電極17的區域AD的壓電特性。另外，在實施方式I的慣性力傳感器12中，在區域AD形成有驅動電極16。由此，能夠抑制電容減少層10引起的驅動效率的降低。另外，在區域AD形成有監視電極18。由此，能夠確保從監視電極18向驅動電路輸入的監視信號的振幅。另外，在實施方式I的慣性力傳感器12中，在區域AE形成電極焊盤20。由此，能夠降低在電極焊盤20產生的噪聲。另外，也可以在臂14、15的前端部分等、未形成有驅動電極16、檢測電極17、監視電極18的部分設置電容減少層10。由此，能夠增大臂14、15的質量，能夠提高慣性力傳感器12的靈敏度。圖4A是圖3所示的慣性力傳感器12的區域AD中的線4A — 4A的剖視圖。在區域AD中，慣性力傳感器12具備:兩個臂14、15各自的基體7、形成於基體7的上面的下部電極層8、形成於下部電極層8的上面的壓電層9、形成於壓電層9的上面的上部電極層11。檢測電極17設於基體7 (臂14、15)的X軸方·向的大致中央部。驅動電極16在X軸方向上設於檢測電極17的兩側。這樣，在臂14、15的設有驅動電極16及檢測電極17的區域AD未形成電容減少層10。圖4B是圖3所示的慣性力傳感器12的區域AE中的線4B — 4B的剖視圖，表示支承部13的截面。在區域AE中，慣性力傳感器12具備:作為支承部13的基體7、形成於基體7的上面的下部電極層8、形成於下部電極層8的上面的壓電層9、形成於壓電層9的上面的電容減少層10、形成於電容減少層10的上面的上部電極層11。圖4B所示的電極焊盤20與檢測電極17電連接，配線19分別與驅動電極16或監視電極18連接。與檢測電極17連接的配線19具有與連接於驅動電極16及監視電極18的配線19相同的結構。這樣，在設有配線19及電極焊盤20的區域AE形成有電容減少層10。利用在驅動慣性力傳感器12時產生的微振動，在無助於特性的區域AE中，由於因在壓電層9施加微振動而產生的電荷，有時產生噪聲。通過電容減少層10能夠大幅度地抑制該噪聲，改善噪聲等級，並且能夠抑制與慣性力傳感器12連接的驅動電路及檢測電路的耗電量。圖5A是用掃描電子顯微鏡(SEM)拍攝圖3所示的慣性力傳感器12的線5A — 5A的截面的SEM照片。電容減少層10的厚度Wl為上部電極層11的厚度W2以下，更優選比上部電極層11的厚度W2小。在該情況下，在區域AD的形成有電容減少層10的部分和區域AE的未形成電容減少層10的部分的邊界AC形成的上部電極層11的臺階部分IlF平滑地連續。圖5B是厚度Wl比厚度W2大的情況下的圖3所示的慣性力傳感器12的線5A — 5A的剖視圖。在該情況下，在上部電極層11的邊界AC的臺階部分IlF產生裂紋。這樣，通過將電容減少層10的厚度Wl設定為上部電極層11的厚度W2以下，能夠抑制邊界部分的上部電極層11的裂紋的產生。但是，若電容減少層10的厚度Wl過薄，則不能減小電容減少層10的電容(Cpi = ε.S / d:S為對向的電極的面積)，電容CTtal的降低效果減少。通過以將電容減少層10的介電常數ε I除以厚度Wl的值ε / Wl設為壓電層9的介電常數ε 2除以厚度W2的值ε 2 / W2的5 %以下的方式，規定電容減少層10的厚度Wl的下限，能夠確保電容的降低效果。圖6是實施方式I的再其它的慣性力傳感器106的剖視圖。在圖6中，對與圖1所示的慣性力傳感器6相同的部分標註相同的參照號碼。代替圖1A所示的慣性力傳感器6的電容減少層10，圖6所示的慣性力傳感器106具備由與電容減少層10相同的材料構成的電容減少層110。圖6所示的慣性力傳感器106的電容減少層110具有位於壓電層9的上面9A的下面110B、位於上部電極層11的下面IlB的上面110A、與上面IIOA和下面IlOB連接且相互位於相反側的側面110C、110D。上部電極層11不僅被電容減少層110的上面IlOA覆蓋，還被側面110CU10D覆蓋。這樣，壓電層9和上部電極層11以使電容減少層110不從壓電層9和上部電極層11露出的方式，覆蓋電容減少層110的整體。在圖1A所示的慣性力傳感器6中，電容減少層10的側面從壓電層9和上部電極層11露出。通過該構成，能夠在圖2A所示的慣性力傳感器6的製造工序的步驟S104以後的工序中保護電容減少層 10。例如，在步驟S107中，在對壓電層9、下部電極層8、基體7進行構圖時，這些層通過蝕刻液或蝕刻氣體等蝕刻劑進行蝕刻。若電容減少層10的側面露出，則在該蝕刻時，由於蝕刻劑而受到損傷，有時損壞自身特性或與壓電層9及上部電極層11的密合性。在圖6所示的慣性力傳感器106中，電容減少層110的側面110C、IlOD被上部電極層11覆蓋，電容減少層110不會從上部電極層11和壓電層9露出而被整體性地覆蓋，因此，即使圖2A所示的步驟S107中使用蝕刻劑，電容減少層110也不會受到損傷。由此，能夠防止電容減少層110的特性劣化及與壓電層9及上部電極層11的密合性的劣化。圖7是實施方式I的再其它慣性力傳感器112的俯視圖。圖8A是圖7所示的慣性力傳感器112的線8A - 8A的剖視圖。圖8B是圖7所示的慣性力傳感器112的線8B —8B的剖視圖。在圖7、圖8A和圖8B中，對與圖3、圖4A、圖4B所示的慣性力傳感器12相同的部分標註相同的參照號碼。圖7 圖8B所示的慣性力傳感器112具備圖6所示的電容減少層110，代替圖3 圖4B所示的慣性力傳感器12的電容減少層10。S卩，區域AE的配線19和電極焊盤20具有設於壓電層9的上面的電容減少層110。電容減少層110的上面IlOA和側面110C、110D被上部電極層11覆蓋。上部電極層11和壓電層9以電容減少層110不露出的方式整體性地覆蓋電容減少層110。由此，能夠防止圖2A所示的步驟S107中的用於構圖的蝕刻時的電容減少層110的特性劣化及與壓電層9及上部電極層11的密合性的劣化。如以上的實施方式I中所述，慣性力傳感器6 (12、106、112、206)具備:基體7、設於基體7的轉換器(驅動電極16、檢測電極17、監視電極18)、設於基體7且與轉換器連接的配線19。配線19具有:形成於基體7的上面的下部電極層8、形成於下部電極層8的上面的壓電層9、形成於壓電層9上面的絕緣性的電容減少層10 (110、210)、形成於電容減少層
10(110、219)的上面的上部電極層11。電容減少層10 (110、210)的介電常數比壓電層9的介電常數小。壓電層9和上部電極層11以不使電容減少層110露出的方式整體性地覆蓋電容減少層110。電容減少層110具有位於壓電層9的上面9A的下面110B。電容減少層110具有與上面IlOA和下面IlOB連接的側面110CX 110D)。上部電極層11覆蓋電容減少層110的上面IlOA和側面IlOC (IlOD)0轉換器(驅動電極16、檢測電極17、監視電極18)具有:形成於基體7的上面的下部電極層8、形成於下部電極層8的上面的壓電層9、形成於壓電層9的上面的上部電極層
11。轉換器的下部電極層8連續延伸至配線19的下部電極層8。轉換器的壓電層9連續延伸至配線19的壓電層9。轉換器的上部電極層11連續延伸至配線19的上部電極層11。轉換器(檢測電極17)檢測施加於基體7的應力。另外，其它的轉換器(驅動電極16)驅動基體7使之振動。(實施方式2)圖9是本發明實施方式2的慣性力傳感器21的俯視圖。慣性力傳感器21具有與圖3所示的實施方式I的慣性力傳感器12不同的形狀。如圖9所示，慣性力傳感器21具備:兩個支承部22、兩端與兩個支承部22連接的兩個縱梁23、兩端與兩個縱梁23連接的橫梁24、一端與橫梁24連接的大致J字狀的臂25、與臂25的另一端連接的鉈50。兩個支承部22與X軸方向平行地延伸。另外，在臂25上設有驅動電極26、檢測電極27和監視電極
28。在橫梁24上設有檢測電極29。在縱梁23上設有檢測電極30。另外，在支承部22上設有電極焊盤31，各驅動電極26、檢測電極27、29、30及監視電極28通過配線121電連接。對慣性力傳感器21的動作進行說明。驅動電極26及監視電極28經由配線121和電極焊盤31與驅動電路連接。驅動電極26及監視電極28、驅動電路構成驅動環路。從驅動電路經由電極焊盤31及配線121向驅動電極26施加驅動信號，由此，臂25在XY面內振動。若在該狀態施加繞Z軸的角速度，則臂25利用由角速度而產生的哥氏力向Y軸方向撓曲，在檢測電極27上產生電荷。另外，若在臂25在XY面內振動的狀態下向臂25施加繞X軸的角速度，則臂25利用由該角速度而產生的哥氏力，向Z軸方向撓曲，在檢測電極29上產生電荷。另外，在臂25在XY面內振動的狀態下，當施加繞Y軸的角速度時，則臂25利用由該角速度而產生的哥氏力，向Z軸方向撓曲，在檢測電極30產生電荷。在檢測電極27、
29、30上產生的電荷引起的電流經由配線121及電極焊盤31發送至檢測電路。檢測電路可以基於發送的電流，檢測繞X軸的角速度、繞Y軸的角速度及繞Z軸的角速度。在慣性力傳感器21中，驅動電極26、檢測電極27、29、30及監視電極28不設置圖1A所示的電容減少層10及圖6所示的電容減少層110。配線121及電極焊盤31設有電容減少層10或電容減少層110。通過該結構，能夠降低配線121及電極焊盤31的電容。SP，作為慣性力傳感器21，通過在無助於特性的部分形成電容減少層10或電容減少層110，能夠改善噪聲等級，並且能夠抑制與慣性力傳感器21連接的驅動電路或檢測電路的耗電量。(實施方式3)圖10是本發明實施方式3的慣性力傳感器32的俯視圖。慣性力傳感器32作為檢測加速度的加速度傳感器發揮作用。慣性力傳感器32具備:支承部33、鉈部34、與支承部33和鉈部34連結的中央支承梁35、振動梁36。在振動梁36上形成有驅動電極37及檢測電極38。驅動電極37及檢測電極38通過配線39與電極焊盤40電連接。慣性力傳感器32經由驅動電極37與驅動電路連接，驅動電極37和驅動電路構成驅動環路。通過從驅動電路經由電極焊盤40及配線39向驅動電極37施加驅動信號，振動梁36沿Z軸方向振動。若在該狀態下沿X軸方向施加加速度時，則會對相對於中央支承梁35相互配置於相反側的振動梁36分別施加拉伸應力和壓縮應力。振動梁36的共振頻率根據施加的應力而變化，通過利用配置于振動梁36的檢測電極38檢測該變化，可以檢測加速度。在慣性力傳感器32中，驅動電極37及檢測電極38不具有電容減少層10、110。在驅動電極37及檢測電極38之外的部分，例如在配線39和電極焊盤40上設有電容減少層10或電容減少層110。通過該結構，能夠降低配線39及電極焊盤40的電容。即，作為慣性力傳感器32，通過在無助於特性的部分形成電容減少層10、110，能夠改善噪聲等級，並且能夠抑制與慣性力傳感器32連接的驅動電路或檢測電路的耗電量。另外，實施方式I 3中的慣性力傳感器作為角速度傳感器及加速度傳感器發揮作用。即使在壓力傳感器等其它慣性力傳感器中，通過設置電容減少層10、110，也能夠降低電極電容，因此，能夠改善噪聲等級，並且能夠抑制與慣性力傳感器連接的電路部的耗電量。在實施方式I 3中，表示「上面」 「下面」等方向的用語，表示僅依賴於基體7、電容減少層10等慣性力傳感器的構成部分的相對的位置關係的相對的方向，不表示上下方向等絕對性的方向。產業上的可利用性本發明的慣性力傳感器能夠改善噪聲等級，因此，用於攜帶終端或車輛等中。
權利要求
1.一種慣性力傳感器，具備: 基體； 設於所述基體的轉換器； 設於所述基體且與所述轉換器連接的配線， 所述配線具有: 形成於所述基體的上面的第一下部電極層； 形成於所述第一下部電極層的上面的第一壓電層； 形成於所述第一壓電層的上面的電容減少層； 形成於所述電容減少層的上面的第一上部電極層， 所述電容減少層的介電常數比所述第一壓電層的介電常數小。
2.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述第一壓電層和所述第一上部電極層整體性地覆蓋所述電容減少層，以使所述電容減少層不露出。
3.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層具有位於所述第一壓電層的所述上面的下面， 所述電容減少層具有與所述電容減少層的所述上面和所述下面連接的側面， 所述第一上部電極層覆蓋所述電容減少層的所述上面和所述側面。
4.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層的厚度為所述第一上部電極層的厚度以下。
5.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層的介電常數為所述第一壓電層的介電常數的5 %以下。
6.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層由感光性有機材料構成。
7.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層由感光性聚醯亞胺構成。
8.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層由鹼性顯影型的感光性聚醯亞胺構成。
9.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述電容減少層的固化溫度比所述第一壓電層的居裡溫度低。
10.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中， 所述轉換器具有: 形成於所述基體的所述上面的第二下部電極層； 形成於所述第二下部電極層的上面的第二壓電層； 形成於所述第二壓電層的上面的第二上部電極層。
11.如權利要求10所述的慣性力傳感器，其中， 所述第二下部電極層連續延伸至所述第一下部電極層， 所述第二壓電層連續延伸至所述第一壓電層， 所述第二上部電極層連續延伸至所述第一上部電極層。
12.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中，所述轉換器檢測施加於所述基體的應力。
13.如權利要求1所述的慣性力傳感器，其中，所述轉換器驅動所述基體使之振 動。
全文摘要
慣性力傳感器具備基體、設於基體的轉換器、設於基體且與轉換器連接的配線。配線具有形成於基體上的下部電極層、形成於下部電極層上的壓電層、形成於壓電層上的電容減少層和形成於電容減少層上的上部電極層。電容減少層的介電常數比壓電層的介電常數小。該慣性力傳感器能夠改善噪聲等級。
文檔編號G01C19/5607GK103221777SQ20118005541
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年11月18日
發明者石田貴巳, 藤井剛 申請人:松下電器產業株式會社