傳感器、電子設(shè)備、機(jī)器人、及移動(dòng)體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種傳感器、電子設(shè)備、機(jī)器人、及移動(dòng)體，并提供一種能夠?qū)ξ矬w的變形進(jìn)行檢測(cè)的、組裝了電路的小型的傳感器。傳感器具備具有撓性的晶片基板（1）、和設(shè)置于晶片基板（1）的主面上的振子（3），振子（3）通過被施加于晶片基板（1）上的外力而發(fā)生變形。
【專利說明】傳感器、電子設(shè)備、機(jī)器人、及移動(dòng)體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器、電子設(shè)備、機(jī)器人、及移動(dòng)體。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器在汽車、宇航、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、機(jī)器人等與生活相關(guān)的各種各樣的領(lǐng)域中被實(shí)際應(yīng)用。例如，作為力學(xué)的、機(jī)械的傳感器，存在壓力傳感器、應(yīng)變傳感器、加速度傳感器、力感傳感器、沖擊傳感器等，此外，各個(gè)傳感器根據(jù)用途，存在各種各樣的形態(tài)。此外，當(dāng)今，作為對(duì)于傳感器的需求，無論力、溫度、磁力、發(fā)光強(qiáng)度、聲音等傳感器所檢測(cè)的對(duì)象如何，對(duì)檢測(cè)的聞精度化、聞速化、檢測(cè)裝置的小型化、聞功能化等的要求都日益提聞。
[0003]其中，一直以來，作為變應(yīng)傳感器，已知一種由粘貼于撓性的薄膜狀部件上的電阻器構(gòu)成的應(yīng)變儀，例如，在專利文獻(xiàn)I中，提出了一種在電阻器中使用了非晶質(zhì)合金的應(yīng)變儀。在該文獻(xiàn)中，通過對(duì)作為電阻器的非晶質(zhì)合金的組成進(jìn)行選擇，從而可獲得小型且高靈敏度的、在耐環(huán)境性及疲勞壽命特性方面優(yōu)異的應(yīng)變儀。
[0004]但是，在基于專利文獻(xiàn)I所記載的方式的失真?zhèn)鞲衅?應(yīng)變儀)中，存在難以使檢測(cè)裝置進(jìn)一步小型化的課題。具體而言，由于使應(yīng)變儀、和對(duì)應(yīng)變儀的電阻值的變化進(jìn)行檢測(cè)的電路分開構(gòu)成，并需要通過引線配線將它們連接在一起，因此，很難進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。此外，伴隨于此，還存在制造工序煩雜、難以降低制造成本等的課題。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平6-248399號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的發(fā)明，并能夠作為以下的應(yīng)用例或者方式而實(shí)現(xiàn)。
[0007]應(yīng)用例I
[0008]本應(yīng)用例所涉及的傳感器的特征在于，具備:基板，其具有撓性；諧振子，其被設(shè)置于所述基板的主面上，所述諧振子以能夠通過被施加于所述基板上的外力而發(fā)生變形的方式構(gòu)成。
[0009]根據(jù)本應(yīng)用例，傳感器具備設(shè)置于具有撓性的基板的主面上的諧振子，諧振子通過被施加于基板上的外力而發(fā)生變形。由于諧振子通過發(fā)生變形而使其共振特性發(fā)生變化，因此，通過對(duì)發(fā)生變化的共振特性進(jìn)行觀測(cè)，從而能夠?qū)κ┘佑诨迳系耐饬M(jìn)行檢測(cè)。因此，能夠通過具備諧振子的傳感器，從而對(duì)被施加于傳感器上的外力進(jìn)行檢測(cè)。
[0010]應(yīng)用例2
[0011]上述應(yīng)用例所涉及的傳感器的特征在于，所述諧振子包括:第一電極，其被配置于所述基板的主面上；第二電極，其與所述第一電極分離，并具有在俯視觀察所述基板時(shí)與所述第一電極重疊的區(qū)域。
[0012]根據(jù)本應(yīng)用例，諧振子被構(gòu)成為，包括:第一電極，其被設(shè)置于基板的主面上；第二電極，其具有以隔著間隙的方式而與第一電極重疊的區(qū)域。當(dāng)基板上被施加外力時(shí)，第一電極和第二電極發(fā)生變形，或第一電極與第二電極之間的間隙的大小發(fā)生變化。通過這些變形或電極間距離的變動(dòng)，諧振子的共振特性容易地發(fā)生變化。因此，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠更加高靈敏度地對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)。
[0013]應(yīng)用例3
[0014]上述應(yīng)用例所涉及的傳感器的特征在于，通過所述基板發(fā)生變形，從而使所述第一電極或所述第二電極、或者所述第一電極及所述第二電極發(fā)生變形，進(jìn)而使所述諧振子的共振頻率發(fā)生變化。
[0015]根據(jù)本應(yīng)用例，由于通過基板發(fā)生變形，從而使第一電極或第二電極、或者第一電極及第二電極發(fā)生變形，因此諧振子的共振頻率發(fā)生變化。通過對(duì)發(fā)生變化的共振頻率進(jìn)行觀測(cè)，從而能夠?qū)κ┘佑谥C振子上的外力進(jìn)行檢測(cè)。因此，能夠通過具備諧振子的傳感器，從而對(duì)施加于傳感器上的外力進(jìn)行檢測(cè)。
[0016]應(yīng)用例4
[0017]在上述應(yīng)用例所涉及的傳感器中，優(yōu)選為，所述諧振子被設(shè)置于所述基板的主面上的壁部所包圍。
[0018]如本應(yīng)用例那樣，通過將諧振子設(shè)置于在基板的主面上所設(shè)置的空穴部?jī)?nèi)，從而確保了諧振子進(jìn)行振動(dòng)的空間，并且，諧振子通過構(gòu)成空穴部的外壁而被保護(hù)。此外，在將空穴部維持為減壓狀態(tài)時(shí)，由于不易發(fā)生諧振子的振動(dòng)及振動(dòng)的變化，并且能夠獲得穩(wěn)定的振動(dòng)，因此，能夠提高作為傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。
[0019]應(yīng)用例5
[0020]上述應(yīng)用例所涉及的傳感器的特征在于，具備多個(gè)所述諧振子。
[0021]根據(jù)本應(yīng)用例，傳感器具備多個(gè)諧振子。因此，能夠提高對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的靈敏度和精度。具體而言，能夠在設(shè)置有多個(gè)諧振子的、更廣的區(qū)域內(nèi)對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)。此外，通過對(duì)大量的檢測(cè)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)精度的提高。統(tǒng)計(jì)處理是指，平均值的計(jì)算、基于分布解析的異常值的排除、和基于分布解析的趨勢(shì)的把握等。
[0022]應(yīng)用例6
[0023]上述應(yīng)用例所涉及的傳感器的特征在于，所述多個(gè)諧振子以如下的方式而設(shè)置，即，在俯視觀察所述基板時(shí)，各個(gè)所述諧振子的、所述第一電極與所述第二電極重疊的區(qū)域的延伸方向朝向沿著所述基板的主面的、相互不同的方向。
[0024]根據(jù)本應(yīng)用例，多個(gè)諧振子以分別相互地朝向沿著基板的主面的(與主面平行的)、不同方向的方式而形成。此外，在各個(gè)諧振子中，根據(jù)外力的施加方向，諧振子發(fā)生變形的程度發(fā)生變化。因此，通過對(duì)朝向不同方向的各個(gè)諧振子的共振特性的變化的傾向進(jìn)行分析，從而能夠?qū)ν饬Φ姆较蚝屯饬Φ姆较虻淖兓M(jìn)行檢測(cè)。
[0025]應(yīng)用例7
[0026]在上述應(yīng)用例所涉及的傳感器中，優(yōu)選為，具備對(duì)所述共振頻率進(jìn)行檢測(cè)的頻率檢測(cè)電路。
[0027]如本應(yīng)用例這樣，由于在傳感器中具備對(duì)諧振子的共振頻率進(jìn)行檢測(cè)的頻率檢測(cè)電路，因此無需在傳感器之外另行準(zhǔn)備頻率檢測(cè)電路并對(duì)它們進(jìn)行連接。通過對(duì)所檢測(cè)出的共振頻率進(jìn)行輸出，從而能夠輸出傳感器(基板)所承受的外力的信息。由于傳感器能夠通過MEMS的制造工序而形成，并且能夠在相同的工序中形成頻率檢測(cè)電路，因此，能夠更加小型且方便又廉價(jià)地制造出具備頻率檢測(cè)電路的、可對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的傳感器。
[0028]應(yīng)用例8
[0029]在上述應(yīng)用例所涉及的傳感器中，優(yōu)選為，具備存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)所述頻率檢測(cè)電路所檢測(cè)出的所述共振頻率、或所述共振頻率的變化量、或所述共振頻率的最大值及最小值、或所述共振頻率的變化量的最大值及最小值、中的至少一個(gè)數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0030]如本應(yīng)用例那樣，通過具備存儲(chǔ)部，且所述存儲(chǔ)部對(duì)頻率檢測(cè)電路所檢測(cè)出的共振頻率、或共振頻率的變化量、或共振頻率的最大值及最小值、或共振頻率的變化量的最大值及最小值、中的至少一個(gè)數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，從而能夠?qū)z測(cè)出的外力的信息進(jìn)行記錄。其結(jié)果為，例如，通過讀取記錄于存儲(chǔ)部中的信息，從而能夠追溯過去，并對(duì)檢測(cè)出的信息進(jìn)行分析。也就是說，能夠?qū)κ艿酵饬Φ慕?jīng)過和歷史進(jìn)行查詢或分析。此外，由于能夠?qū)?duì)信息進(jìn)行查詢或分析的環(huán)境和傳感器分離，因此，能夠在各種各樣的部位處設(shè)置傳感器，進(jìn)而擴(kuò)大了其利用范圍。
[0031]應(yīng)用例9
[0032]在上述應(yīng)用例所涉及的傳感器中，優(yōu)選為，具備時(shí)鐘功能，并且時(shí)間的信息被添加到存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)部中的信息中。
[0033]如本應(yīng)用例那樣，由于具備時(shí)鐘功能，并且時(shí)間的信息被添加到存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中的信息中，因此能夠?qū)⑹艿酵饬Φ慕?jīng)過和歷史與時(shí)間信息一起進(jìn)行查詢和分析。其結(jié)果為，擴(kuò)大了作為傳感器的利用范圍。
[0034]應(yīng)用例10
[0035]在上述應(yīng)用例所涉及的傳感器中，優(yōu)選為，在所述存儲(chǔ)部中，存儲(chǔ)有與所述共振頻率相對(duì)應(yīng)的所述外力的大小所涉及的信息。
[0036]如本應(yīng)用例那樣，由于將與共振頻率相對(duì)應(yīng)的外力的大小所涉及的信息存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中，因此能夠根據(jù)所檢測(cè)出的共振頻率的信息，而直接查詢外力的大小、或者外力的大小所涉及的信息。具體而言，例如，通過預(yù)先利用實(shí)驗(yàn)而求出施加于傳感器的外力的大小、和施加了該外力后而發(fā)生了變化的共振頻率的值，并作為其對(duì)應(yīng)表或者對(duì)應(yīng)式而存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部中，從而能夠根據(jù)所檢測(cè)出的共振頻率的值，來導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的(假設(shè)的)外力的值。其結(jié)果為，能夠在無需每次進(jìn)行換算的條件下，求出外力。
[0037]應(yīng)用例11
[0038]本應(yīng)用例所涉及的電子設(shè)備的特征在于，具備上述應(yīng)用例所記載的傳感器。
[0039]通過使用上述的傳感器作為電子設(shè)備，從而能夠更加小型且廉價(jià)地獲得對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的電子設(shè)備、或者利用了所檢測(cè)出的外力的信息的電子設(shè)備。
[0040]應(yīng)用例12
[0041]本應(yīng)用例所涉及的機(jī)器人的特征在于，具備上述應(yīng)用例所記載的傳感器。
[0042]通過作為機(jī)器人而在對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的功能中使用上述的傳感器，從而能夠更加小型且廉價(jià)地獲得機(jī)器人。
[0043]應(yīng)用例13
[0044]本應(yīng)用例所涉及的移動(dòng)體的特征在于，具備上述應(yīng)用例所記載的傳感器。
[0045]通過作為移動(dòng)體而在對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的功能中使用上述的傳感器，從而能夠更加小型且廉價(jià)地獲得移動(dòng)體。【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1 (a)為構(gòu)成實(shí)施方式I所涉及的MEMS傳感器的MEMS元件的俯視圖，圖1 (b)為沿A-A線的剖視圖。
[0047]圖2 (a)為MEMS振子的立體圖，圖2 (b)為其剖視圖。
[0048]圖3 (a)、圖3 (b)為表示對(duì)共振頻率的變化進(jìn)行檢驗(yàn)的方法的示意圖，圖3 (C)為表示共振頻率的變化率的曲線圖。
[0049]圖4 (a)為表不MEMS傳感器的【具體實(shí)施方式】的各階段的不例(實(shí)施方式I至實(shí)施方式5)的概念圖，圖4 (b)為構(gòu)成為芯片狀的實(shí)施方式5所涉及的MEMS傳感器的俯視圖。
[0050]圖5 Ca)至圖5 (c)為表示實(shí)施方式6所涉及的MEMS傳感器的俯視圖。
[0051]圖6 (a)為表不將MEMS傳感器作為沖擊傳感器而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例1的側(cè)視圖，圖6 (b)、圖6 (c)為將MEMS傳感器作為震度傳感器而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例2的概念圖。
[0052]圖7 Ca)為表示將MEMS傳感器作為機(jī)器人的力感傳感器而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例3的概念圖，圖7 (b)為表示將MEMS傳感器作為傾斜傳感器而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例4的概念圖。
[0053]圖8為不意性地表不將MEMS傳感器實(shí)際應(yīng)用于作為移動(dòng)體的一個(gè)不例的汽車中的實(shí)施例5的立體圖。
[0054]圖9 (a)為表示改變例I所涉及的MEMS振子的剖視圖、圖9 (b )為表示改變例2所涉及的MEMS振子的俯視圖。
[0055]圖10 (a)、圖10 (b)為表示改變例3所涉及的MEMS傳感器的側(cè)視圖及俯視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0056]以下，參照附圖，對(duì)將本發(fā)明具體化了的實(shí)施方式進(jìn)行說明。以下的實(shí)施方式為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，并不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定的實(shí)施方式。另外，在以下的各個(gè)附圖中，為了使說明更容易理解，有時(shí)會(huì)以與實(shí)際不同的尺寸進(jìn)行記載。
[0057]實(shí)施方式
[0058]作為傳感器的實(shí)施方式，以MEMS (Micro Electro Mechanical System:微電子機(jī)械系統(tǒng))傳感器為一個(gè)示例而進(jìn)行說明。
[0059]圖1 (a)為構(gòu)成實(shí)施方式所涉及的MEMS傳感器的MEMS元件100的俯視圖，圖1(b)為沿圖1 (a)的A-A線的剖視圖。另外，圖1 (a)為沿圖1 (b)的B-B線的俯視圖。
[0060]MEMS元件100為具備形成于具有撓性的基板的主面上的諧振子的MEMS元件。
[0061]MEMS元件100由晶片基板1、空穴部2、作為諧振子的MEMS振子3、第一氧化膜11、氮化膜12、第一導(dǎo)電層13、第二導(dǎo)電層14、第二氧化膜15、第三氧化膜16、保護(hù)膜17、側(cè)壁部20、配線層21、第一覆蓋層30、蝕刻孔31、第二覆蓋層32等構(gòu)成。
[0062]晶片基板I為具有撓性的娃基板，MEMS振子3被形成于第一氧化膜11、氮化膜12的上部，第一氧化膜11、氮化膜12層壓在晶片基板I上。
[0063]另外，在此，將在晶片基板I的主面上依次層壓有第一氧化膜11及氮化膜12的方向作為上方，并且如圖1 (b)所示作為Z方向而進(jìn)行說明。[0064]MEMS振子3具備作為第一電極的下部電極13e、和具有可動(dòng)部的作為第二電極的上部電極He，并被配置于空穴部2中。通過利用光刻法來對(duì)層壓于第一氧化膜11及氮化膜12上的第一導(dǎo)電層13及第二導(dǎo)電層14進(jìn)行圖案形成，從而形成下部電極13e及上部電極He。雖然作為優(yōu)選示例，第一導(dǎo)電層13及第二導(dǎo)電層14分別由導(dǎo)電性的多晶硅構(gòu)成，但是并非限定于此。
[0065]在下部電極13e和上部電極14e之間，形成有構(gòu)成上部電極14e的可動(dòng)空間的間隙(空隙部13g)?？昭ú?及空隙部13g通過如下方式形成，即，通過蝕刻，而對(duì)層壓于MEMS振子3上的第二氧化膜15、第三氧化膜16、及在下部電極13e和上部電極14e之間形成的第四氧化膜13f (省略圖示)進(jìn)行去除(脫模蝕刻)。第二氧化膜15、第三氧化膜16、及第四氧化膜13f為所謂的犧牲層，并且通過對(duì)該犧牲層進(jìn)行脫模蝕刻，從而形成了上部電極14e從下部電極13e脫離的懸臂梁結(jié)構(gòu)的可動(dòng)電極結(jié)構(gòu)(諧振子)。
[0066]此外，如圖1 (a)所示，下部電極13e及上部電極14e分別以在X、Y方向上具有邊的、在Y方向上較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形的形狀而構(gòu)成。在俯視觀察晶片基板I時(shí)，下部電極13e和上部電極14e重疊的區(qū)域(以下為區(qū)域3W)也同樣被構(gòu)成為在Y方向上較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形的形狀。以下，如圖1 (a)所示，以區(qū)域3W較長(zhǎng)地延伸的方向?yàn)橹C振子的延伸方向而進(jìn)行說明。也就是說，在圖1 (a)的情況下，諧振子的延伸方向?yàn)閅方向。
[0067]下部電極13e通過第一導(dǎo)電層13而與外部電路(省略圖示)電連接。下部電極13e及第一導(dǎo)電層13通過利用光刻法來對(duì)層壓的第一導(dǎo)電層13進(jìn)行圖案形成，從而被一體地形成。
[0068]此外，上部電極14e通過第二導(dǎo)電層14而與外部電路電連接。上部電極14e及第二導(dǎo)電層14通過利用光刻法來對(duì)層壓的第二導(dǎo)電層進(jìn)行圖案形成，從而被一體地形成。
[0069]這種結(jié)構(gòu)的MEMS振子3通過伴隨施加于電極間(下部電極13e和上部電極14e之間)的交流電壓而產(chǎn)生的電荷的靜電力而使作為第二電極的上部電極He進(jìn)行振動(dòng)。在電極間，振子固有的共振頻率信號(hào)被輸出。
[0070]此外，外部電路能夠作為半導(dǎo)體電路而與MEMS元件100—體地構(gòu)成。也就是說，構(gòu)成上部電極14e的第二導(dǎo)電層14自不用說,還能夠使第一氧化膜11、第二氧化膜15、第三氧化膜16、第四氧化膜13f、保護(hù)膜17作為層間膜和保護(hù)膜等的絕緣膜，并且使配線層21(第一配線層21a、第二配線層21b)作為電路配線層，從而作為一體地形成半導(dǎo)體電路的材料。換言之，MEMS元件100能夠在半導(dǎo)體電路的制造工序中形成。
[0071]尤其是，在采用具有由半導(dǎo)體形成的可動(dòng)電極的MEMS振子的情況下，與水晶等的振子相比，在半導(dǎo)體工藝中能夠容易地進(jìn)行組裝。
[0072]接下來，說明MEMS振子3對(duì)晶片基板I所承受的外力的大小進(jìn)行檢測(cè)的機(jī)理。
[0073]圖2 Ca)為表示MEMS振子3的立體圖，圖2 (b)為剖視圖。
[0074]在上部電極14e中，對(duì)邊部以被固定于下層的氮化膜12上的支承部為支點(diǎn)而在上下方向上進(jìn)行振動(dòng)。此時(shí)的共振頻率(固有振動(dòng)頻率)，由形成上部電極14e的材料的楊氏模量、密度、及上部電極He的厚度t或襟翼長(zhǎng)w等、或者上部電極14e的彈簧常數(shù)等來決定。
[0075]MEMS振子3被設(shè)置于晶片基板I的主面上，當(dāng)晶片基板I受到外力而發(fā)生變形時(shí)，MEMS振子3也隨之發(fā)生變形。具體而言，例如，當(dāng)使晶片基板I如圖2 (a)中虛線所示那樣(以向上方凸起的方式)發(fā)生彎曲時(shí)，隨著晶片基板I的彎曲，下部電極13e、及上部電極14e的固定部分也發(fā)生彎曲。由于上部電極He的固定部分的彎曲，因此上部電極14e的襟翼部分(從下部電極13e脫離的部分)也發(fā)生變形。由于上部電極14e的彈簧常數(shù)因該變形而發(fā)生變化，因此共振頻率發(fā)生變化。
[0076]此外，當(dāng)例如晶片基板I如圖2 (b)中虛線所示那樣在與圖2 Ca)正交的方向上發(fā)生彎曲時(shí)，由于下部電極13e、及上部電極14e的固定部分將隨著晶片基板I的彎曲而發(fā)生變形，因此，下部電極13e與上部電極14e之間的空隙部13g的大小(長(zhǎng)度)將發(fā)生變化。由于該空隙部13g的長(zhǎng)度發(fā)生變化，因此，下部電極13e與上部電極14e之間的電場(chǎng)強(qiáng)度將發(fā)生變化。該電場(chǎng)強(qiáng)度的變化將使形成上部電極He的材料的楊氏模量發(fā)生變化，其結(jié)果為，共振頻率將發(fā)生變化。
[0077]在圖3 (a)至圖3 (C)中示出了對(duì)由于晶片基板I的彎曲而引起的共振頻率的變化進(jìn)行檢驗(yàn)的方法及其結(jié)果。
[0078]首先，如圖3 (b)所示，準(zhǔn)備了在長(zhǎng)方形板狀的彈性體900的中央部分處粘貼了MEMS元件100的評(píng)價(jià)試樣。對(duì)于評(píng)價(jià)試樣，準(zhǔn)備了如下三種，即，以“橫置”的方式粘貼了MEMS元件100以使MEMS振子3 (諧振子)的延伸方向成為與彈性體900的長(zhǎng)度方向相同的方向的試樣；以“縱置”的方式粘貼了 MEMS元件100以使MEMS振子3的延伸方向成為與彈性體900的長(zhǎng)度方向正交的方向的試樣；以及在他們的中間“斜”向地粘貼了 MEMS元件100的試樣。
[0079]接下來，使貼有MEMS元件100的面朝向下方，并以彈性體900的長(zhǎng)度方向的兩端區(qū)域?yàn)橹c(diǎn)，將貼有MEMS元件100的背面向下方按壓，從而使彈性體900發(fā)生彎曲。依次施加Fl < F2 < F3的大小的按壓加重，并使評(píng)價(jià)試樣成為彎曲1、彎曲2、彎曲3的狀態(tài)。針對(duì)三種評(píng)價(jià)試樣，對(duì)初始狀態(tài)(無彎曲)、彎曲1、彎曲2、彎曲3這三個(gè)狀態(tài)、及再次消除了按壓加重的狀態(tài)(無彎曲)下的共振頻率的值進(jìn)行了計(jì)測(cè)。
[0080]另外，在圖3 (a)至圖3 (C)中，省略了使MEMS元件100進(jìn)行共振的電路、和頻率的計(jì)測(cè)電路的圖示。
[0081]圖3 (C)中示出了對(duì)共振頻率的變化進(jìn)行了評(píng)價(jià)的結(jié)果的曲線圖。將曲線圖橫軸設(shè)為彎曲的狀態(tài)，將曲線圖縱軸設(shè)為相對(duì)于初始狀態(tài)的、各個(gè)彎曲狀態(tài)下的共振頻率的變化率，并標(biāo)繪出評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0082]根據(jù)圖3 (C)可知，共振頻率以與按壓加重Fl?F3的大小相對(duì)應(yīng)的方式發(fā)生了變化。此外，當(dāng)相對(duì)于彈性體900的彎曲方向的MEMS振子3的延伸方向有所不同時(shí)，共振頻率的變化率也不同。
[0083]如此，通過MEMS元件100的共振頻率因晶片基板I的彎曲的影響而發(fā)生變化，從而能夠?qū)錓所承受的力F的大小進(jìn)行檢測(cè)。此外，由于共振頻率的變化率根據(jù)MEMS振子3的方向(延伸方向)而會(huì)有所不同，因此，也能夠通過對(duì)方向不同的多個(gè)MEMS元件100進(jìn)行組合，從而對(duì)彎曲的方向等進(jìn)行檢測(cè)。
[0084]接下來，對(duì)將具備上述功能的MEMS元件100作為MEMS傳感器而構(gòu)成時(shí)的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0085]圖4 Ca)為表示MEMS傳感器的【具體實(shí)施方式】的各個(gè)階段(功能水平)的示例的概念圖。MEMS傳感器能夠具體化為如下的實(shí)施方式，即，不僅具有將MEMS元件100以單體的形式實(shí)際應(yīng)用的水平，而且還具有例如附加了將檢測(cè)出的信息與時(shí)間信息一起存儲(chǔ)的這樣的功能的水平等各種各樣的功能水平的實(shí)施方式。
[0086]圖4 (a)中示出了作為實(shí)施方式I至實(shí)施方式5的、MEMS元件100及MEMS傳感器 110、120、130、140。
[0087]實(shí)施方式I
[0088]實(shí)施方式I為單獨(dú)以MEMS元件100來構(gòu)成MEMS傳感器的示例。具體而言，為如下的方式，即，在晶片基板I上形成MEMS元件100，并切割為芯片狀，且黏貼在檢測(cè)對(duì)象的表面上，以便能夠?qū)z測(cè)對(duì)象表面的變形進(jìn)行檢測(cè)的方式。在將MEMS元件100作為MEMS傳感器而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的情況下，將使MEMS振子3進(jìn)行共振的電路、和對(duì)共振頻率進(jìn)行檢測(cè)的電路等作為外設(shè)的電路而構(gòu)成，并通過接合引線等而實(shí)施與第一導(dǎo)電層13、第二導(dǎo)電層14之間的連接。
[0089]根據(jù)本實(shí)施方式，當(dāng)檢測(cè)對(duì)象的表面由于外力等某種原因而發(fā)生變形時(shí)，MEMS元件100經(jīng)由外設(shè)的電路，而輸出由于MEMS振子3隨著檢測(cè)對(duì)象的表面的變形而變形從而發(fā)生變化共振頻率信號(hào)。具體而言，MEMS振子3被構(gòu)成為，包括設(shè)置于晶片基板I的主面上的下部電極13e和上部電極14e，并且當(dāng)晶片基板I上施加有外力時(shí)，下部電極13e和上部電極He發(fā)生變形，或者下部電極13e和上部電極14e之間的間隙的大小發(fā)生變化。通過這些變形和電極間距離的變動(dòng)，從而使MEMS振子3的共振特性容易地發(fā)生變化。因此，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過對(duì)發(fā)生變化的共振頻率信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，從而能夠?qū)κ┘佑诰錓上的外力等、變形的因素的大小進(jìn)行檢測(cè)。
[0090]此外，如本實(shí)施方式那樣，通過將MEMS振子3設(shè)置在設(shè)于晶片基板I的主面上的空穴部2中，從而確保了 MEMS振子3發(fā)生振動(dòng)的空間，此外，MEMS振子3通過構(gòu)成空穴部2的外壁(壁部)而被保護(hù)。此外，在將空穴部2維持為減壓狀態(tài)的情況下，由于容易發(fā)生MEMS振子3的振動(dòng)及振動(dòng)的變化，并且可獲得穩(wěn)定的振動(dòng)，因此，能夠提高作為傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。
[0091]實(shí)施方式2
[0092]實(shí)施方式2為MEMS傳感器110，并且為將共振電路等的電路111作為外部電路而附加于MEMS元件100上而構(gòu)成的示例。
[0093]如前文所述的那樣，外部電路能夠作為半導(dǎo)體電路而與MEMS元件100 —體地構(gòu)成。具體而言，為如下的方式，即，在晶片基板I上形成MEMS元件100及電路111等，并切割為芯片狀，且粘貼在檢測(cè)對(duì)象的表面上，以便能夠?qū)z測(cè)對(duì)象表面的變形進(jìn)行檢測(cè)的方式。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用MEMS傳感器110時(shí)，將向電路111供給電力的電源、和對(duì)共振頻率進(jìn)行檢測(cè)的電路等作為外設(shè)的電路而構(gòu)成，并通過接合引線等而與構(gòu)成MEMS傳感器110的芯片進(jìn)行連接。
[0094]根據(jù)本實(shí)施方式，當(dāng)檢測(cè)對(duì)象的表面由于外力等某種原因而發(fā)生變形時(shí)，MEMS傳感器110通過電路111而輸出由于MEMS振子3隨著檢測(cè)對(duì)象的表面的變形而變形從而發(fā)生變化的共振頻率信號(hào)。通過對(duì)發(fā)生變化的共振頻率信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，從而能夠?qū)κ┘佑诰錓上的外力等、變形的因素的大小進(jìn)行檢測(cè)。
[0095]實(shí)施方式3
[0096]實(shí)施方式3為MEMS傳感器120，并且為將作為頻率檢測(cè)電路的頻率計(jì)數(shù)器121等附加于MEMS傳感器110上而構(gòu)成的示例。具體而言，為如下的方式，即，在晶片基板I上形成MEMS傳感器110及頻率計(jì)數(shù)器121等，并切割為芯片狀，且粘貼在檢測(cè)對(duì)象的表面上，以便能夠?qū)z測(cè)對(duì)象表面的變形進(jìn)行檢測(cè)的方式。
[0097]頻率計(jì)數(shù)器121由內(nèi)部具備標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，并通過以預(yù)定的閾值對(duì)發(fā)生變化的共振頻率信號(hào)進(jìn)行切割從而對(duì)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)等的邏輯電路而構(gòu)成。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用MEMS傳感器120時(shí)，將向MEMS傳感器110及頻率計(jì)數(shù)器121供給電力的電源電路、和對(duì)所檢測(cè)出的共振頻率的信息進(jìn)行接收并處理的電路等作為外設(shè)的電路而構(gòu)成，并通過接合引線等而與構(gòu)成MEMS傳感器120的芯片進(jìn)行連接。所檢測(cè)出的共振頻率作為數(shù)字信息而從MEMS傳感器120中被輸出。
[0098]根據(jù)本實(shí)施方式，由于具備頻率計(jì)數(shù)器121以作為對(duì)MEMS振子3的共振頻率進(jìn)行檢測(cè)的頻率檢測(cè)電路，因此無需在MEMS傳感器之外另行準(zhǔn)備頻率檢測(cè)電路并對(duì)它們進(jìn)行連接。通過對(duì)所檢測(cè)出的共振頻率進(jìn)行輸出，從而能夠輸出MEMS傳感器120 (晶片基板I)所受到的外力的信息。由于MEMS傳感器120能夠通過MEMS的制造工序而形成，并且能夠在相同的工序中形成頻率計(jì)數(shù)器121，因此，能夠更加小型且方便又廉價(jià)地制造出具備頻率檢測(cè)電路的、可對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的MEMS傳感器。
[0099]實(shí)施方式4
[0100]實(shí)施方式4為MEMS傳感器130，并且為將轉(zhuǎn)換部131和存儲(chǔ)部132等附加于MEMS傳感器120上而構(gòu)成的示例。
[0101]轉(zhuǎn)換部131為，將MEMS傳感器120所輸出的共振頻率的信息轉(zhuǎn)換為與所檢測(cè)到的頻率相對(duì)應(yīng)的不同維度的信息的電路，存儲(chǔ)部132為對(duì)用于轉(zhuǎn)換的運(yùn)算信息進(jìn)行存儲(chǔ)的存儲(chǔ)介質(zhì)(存儲(chǔ)器)。具體而言，為如下的方式，即，在晶片基板I上形成MEMS傳感器120、轉(zhuǎn)換部131和存儲(chǔ)部132等，并切割為芯片狀，且粘貼在檢測(cè)對(duì)象的表面上，以便能夠?qū)εc檢測(cè)對(duì)象表面的變形相對(duì)應(yīng)的信息進(jìn)行檢測(cè)的方式。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用MEMS傳感器130時(shí)，將向MEMS傳感器120、轉(zhuǎn)換部131和存儲(chǔ)部132等供給電力的電源電路、和對(duì)所檢測(cè)并被轉(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行接收并處理的電路等作為外設(shè)的電路而構(gòu)成，并通過接合引線等而與構(gòu)成MEMS傳感器130的芯片進(jìn)行連接。
[0102]轉(zhuǎn)換部131具備運(yùn)算單元，并通過作為用于轉(zhuǎn)換的運(yùn)算信息的轉(zhuǎn)換表131t或者轉(zhuǎn)換函數(shù)131f，從而轉(zhuǎn)換為與所檢測(cè)出的頻率相對(duì)應(yīng)的不同維度的信息并進(jìn)行輸出。例如，如圖3 (c)所示的曲線圖那樣，在預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等而已知了按壓加重與共振頻率之間的關(guān)系的情況下，通過利用共振頻率與按壓加重的轉(zhuǎn)換表和轉(zhuǎn)換函數(shù)等來進(jìn)行運(yùn)算，從而能夠使MEMS傳感器130作為按壓加重的傳感器而發(fā)揮功能。
[0103]另外，作為不同維度的信息，不僅可以為按壓加重，還可以為作為按壓加重所涉及的信息的、例如彎曲量、彎曲量等。此外，也可以不實(shí)施轉(zhuǎn)換而就此輸出共振頻率。
[0104]如本實(shí)施方式那樣，由于預(yù)先將與共振頻率相對(duì)應(yīng)的外力的大小、或者外力所涉及的大小的信息存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部132中，因此能夠根據(jù)檢測(cè)出的共振頻率的信息，而直接查詢外力的大小、或者外力所涉及的大小的信息。具體而言，例如，通過預(yù)先利用實(shí)驗(yàn)而求出施加于MEMS傳感器130上的外力的大小、和施加了該外力后而發(fā)生了變化的共振頻率的值，并作為其對(duì)應(yīng)表或者對(duì)應(yīng)式而存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部132中，從而能夠根據(jù)所檢測(cè)出的共振頻率的值，來導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的(假設(shè)的)外力的值。其結(jié)果為，能夠在無需每次進(jìn)行換算的條件下，求出外力。
[0105]實(shí)施方式5
[0106]實(shí)施方式5為MEMS傳感器140，并且為將信息處理部141、存儲(chǔ)部142、作為時(shí)鐘功能的時(shí)鐘143等附加于MEMS傳感器130上而構(gòu)成的示例。
[0107]信息處理部141具備運(yùn)算單元和信息輸入輸出單元，并具有如下的功能，即，將從時(shí)鐘143得到的時(shí)間信息附加于MEMS傳感器130所輸出的檢測(cè)信息中，并記錄于存儲(chǔ)部142中，或者與外部間進(jìn)行信息輸入輸出的功能。具體而言，為如下的方式，即，在晶片基板I上形成MEMS傳感器130、信息處理部141、存儲(chǔ)部142、及時(shí)鐘143等，并切割為芯片狀，且粘貼于檢測(cè)對(duì)象的表面上，從而能夠?qū)εc檢測(cè)對(duì)象表面的變形相對(duì)應(yīng)的信息進(jìn)行檢測(cè)，或者與外部交換信息的方式。當(dāng)實(shí)際應(yīng)用MEMS傳感器140時(shí)，將向MEMS傳感器130、信息處理部141、存儲(chǔ)部142、及時(shí)鐘143等供給電力的電源電路、和對(duì)所檢測(cè)并被轉(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行接收并處理的電路等作為外設(shè)的電路而構(gòu)成，并通過接合引線等而與構(gòu)成MEMS傳感器140的芯片進(jìn)行連接。
[0108]圖4 (b)表示構(gòu)成為芯片狀的MEMS傳感器140的俯視圖。以包括各個(gè)電路模塊的方式構(gòu)成為一個(gè)芯片。
[0109]另外，時(shí)間信息中包含從時(shí)鐘143得到的時(shí)刻的信息、和作為時(shí)刻的信息的差值而得到的時(shí)間的信息。
[0110]信息處理部141例如實(shí)施如下處理，即，時(shí)間信息向MEMS傳感器130所輸出的檢測(cè)信息中的附加，檢測(cè)信息的變化量的計(jì)算，預(yù)定期間內(nèi)的檢測(cè)信息的最大值及最小值的計(jì)算，預(yù)定期間內(nèi)的檢測(cè)信息的變化量的最大值及最小值的計(jì)算等的處理。此外，信息處理部141通過與外部電路之間的信息的發(fā)送接收，從而能夠?qū)嵤┰谟赊D(zhuǎn)換部131實(shí)施的轉(zhuǎn)換處理中所使用的運(yùn)算信息(轉(zhuǎn)換表131t和轉(zhuǎn)換函數(shù)131f等)的重寫等。
[0111]另外，也可以采用如下的結(jié)構(gòu)，即，通過使信息處理部141具備CPU (CentralProcessing Unit)等,從而使轉(zhuǎn)換部131作為信息處理部141的運(yùn)算功能的一部分而包含在信息處理部141中的結(jié)構(gòu)。此外，不一定需要分別具備存儲(chǔ)部132和存儲(chǔ)部142，也可以為一個(gè)存儲(chǔ)部。
[0112]如本實(shí)施方式這樣，由于具備時(shí)鐘功能(時(shí)鐘143)，并將所存儲(chǔ)的時(shí)間的信息添加到存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部132中的信息中，因此能夠?qū)κ艿酵饬Φ慕?jīng)過和歷史與時(shí)間信息一起進(jìn)行查詢和分析。其結(jié)果為，能夠較大地?cái)U(kuò)展作為傳感器的利用范圍。
[0113]實(shí)施方式6
[0114]圖5 (a)至圖5 (C)中示出了作為實(shí)施方式6的MEMS傳感器150?152。
[0115]實(shí)施方式6的特征在于，組裝了多個(gè)MEMS傳感器。
[0116]MEMS傳感器150為，將多個(gè)MEMS傳感器140組裝到一個(gè)芯片中而構(gòu)成的示例。在圖5(a)所示的示例中，將三個(gè)MEMS傳感器140配置在相同的方向上而組裝到一個(gè)芯片中。
[0117]根據(jù)本實(shí)施方式，MEMS傳感器150具備朝向相同方向的多個(gè)MEMS振子3。因此，能夠提高對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)的靈敏度和精度。具體而言，能夠在設(shè)置有多個(gè)MEMS振子3的更廣的區(qū)域內(nèi)對(duì)外力進(jìn)行檢測(cè)。此外，通過對(duì)大量的檢測(cè)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)精度的提高。統(tǒng)計(jì)處理是指，平均值的計(jì)算、基于分布解析的異常值的排除、和基于分布解析的趨勢(shì)的把握等。[0118]MEMS傳感器151為，將多個(gè)MEMS傳感器140配置為朝向不同方向，并組裝到一個(gè)芯片中從而構(gòu)成的示例。在圖5 (b)所示的示例中，三個(gè)MEMS傳感器140以如下方式配置并裝入到一個(gè)芯片中，即，三個(gè)MEMS傳感器140各自所具備的MEMS振子3的延伸方向相互朝向與晶片基板I的主面平行的、不同的方向。
[0119]根據(jù)本實(shí)施方式，由于多個(gè)MEMS振子3以分別朝向與晶片基板I的主面平行的相互不同的方向的方式而形成，因此，在各個(gè)MEMS振子3中，根據(jù)外力的施加方向，MEMS振子3發(fā)生變形的程度將發(fā)生變化。因此，通過對(duì)朝向不同方向的各個(gè)MEMS振子3的共振特性的變化的趨勢(shì)進(jìn)行分析，從而能夠?qū)ν饬Φ姆较蚝屯饬Φ姆较虻淖兓M(jìn)行檢測(cè)。
[0120]MEMS傳感器152為，將具備朝向不同方向的MEMS振子3的多個(gè)MEMS傳感器組裝到一個(gè)芯片中從而構(gòu)成的示例。在圖5 (c)所示的示例中，將具備MEMS振子3的三個(gè)MEMS傳感器140、140v、140w裝入到一個(gè)芯片中，所述MEMS振子3以分別朝向與晶片基板I的主面平行的相互不同的方向的方式而形成。
[0121]根據(jù)本實(shí)施方式，由于與MEMS傳感器151相比，有效實(shí)施了芯片上的布局，因此能夠進(jìn)一步減小芯片尺寸。
[0122]另外，作為上述的實(shí)施方式I至實(shí)施方式6中的MEMS傳感器的形態(tài)，并不限定于芯片狀，只需為能夠?qū)z測(cè)對(duì)象的表面的變形進(jìn)行檢測(cè)的形態(tài)即可。例如，也可以為將從晶片基板I切割出的芯片安裝于柔性薄膜或撓性的薄型基板等上的形態(tài)。
[0123]此外，在各個(gè)實(shí)施方式中，供給電力的外設(shè)的電路優(yōu)選為，例如干電池、充電蓄電池、或者太陽能蓄電池等的可搬運(yùn)型的小型電源。
[0124]接下來，對(duì)上述的MEMS 元件 100 和 MEMS 傳感器 110、120、130、140、150、151、152
的具體的實(shí)際應(yīng)用事例和實(shí)際應(yīng)用方式進(jìn)行說明。在此，對(duì)與上述的實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)部位，使用相同的符號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
[0125]另外，以下，將MEMS 元件 100 和 MEMS 傳感器 110、120、130、140、150、151、152 作為MEMS傳感器500而進(jìn)行說明。也就是說，MEMS傳感器500可以為上述的實(shí)施方式中的任何一個(gè)實(shí)施方式。但是，在圖示及說明中，省略上述的各個(gè)實(shí)施方式所需的外設(shè)的電路。
[0126]實(shí)施例1
[0127]圖6 Ca)為表示將MEMS傳感器500作為沖擊傳感器200而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例I的側(cè)視圖。
[0128]沖擊傳感器200被構(gòu)成為，包括MEMS傳感器500、基底部件700、彈性板701、支承部件702、錘600等。
[0129]基底部件700為構(gòu)成沖擊傳感器200的框體的基板，并由與彈性板701相比較剛性較高的金屬板、或者樹脂板等而形成。
[0130]彈性板701為由撓性的彈性材料構(gòu)成的長(zhǎng)方形基板。在彈性板701的一個(gè)面的中央部上粘貼有MEMS傳感器500，而在另一個(gè)面的中央部、即粘貼有MEMS傳感器500的面的背面部上粘貼有錘600。
[0131]支承部件702對(duì)彈性板701的長(zhǎng)度方向上的兩端部進(jìn)行支承，并在彈性板701與基底部件700之間形成間隙，而被固定于基底部件700上。
[0132]另外，支承部件702優(yōu)選在不妨礙彈性板701的彎曲變形的條件下，被固定于基底部件700上。[0133]在以此方式構(gòu)成的沖擊傳感器200中，例如當(dāng)錘600在彈性板701的法線方向(圖6 (a)的箭頭標(biāo)記所示的一 Z方向)上受到力時(shí),彈性板701將發(fā)生彎曲。通過MEMS傳感器500，從而能夠?qū)υ搹澢某潭冗M(jìn)行檢測(cè)。在例如沖擊傳感器200于圖6 (a)的Z方向上受到?jīng)_擊的情況下，通過錘600的一 Z方向上的慣性力而使彈性板701發(fā)生彎曲，從而能夠?qū)υ搹澢某潭冗M(jìn)行測(cè)量。該彎曲的程度表示沖擊傳感器200所受到的沖擊的程度，也就是說，能夠?qū)_擊傳感器200所受到的沖擊進(jìn)行檢測(cè)。
[0134]通過將作為沖擊傳感器200的功能與具有各種各樣的處理功能的集成電路結(jié)合而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小型、輕量、且高功能的傳感器設(shè)備。其結(jié)果為，較大地?cái)U(kuò)大了其實(shí)際應(yīng)用的范圍。
[0135]在例如由MEMS傳感器140構(gòu)成MEMS傳感器500，并由電池供給電力的情況下，沖擊傳感器200能夠持續(xù)對(duì)受到的沖擊進(jìn)行檢測(cè)并記錄。在例如將幾個(gè)該沖擊傳感器200粘貼于所輸送的物體的不同表面上并進(jìn)行捆包輸送時(shí)，能夠隨著時(shí)間對(duì)運(yùn)送過程中物體所受到的沖擊進(jìn)行記錄，并且能夠在輸送后，對(duì)輸送過程中的沖擊的歷史進(jìn)行查詢并分析等。
[0136]此外，例如，為了避免輸送過程中的、過于劇烈的振動(dòng)和沖擊，而預(yù)先針對(duì)檢測(cè)值設(shè)定預(yù)定的閾值(例如容許范圍臨界值等)，并且在達(dá)到該閾值時(shí)，產(chǎn)生警報(bào)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)提醒注意等的使用方法。
[0137]此外，能夠定量地實(shí)施對(duì)包裝材料、包裝所使用的緩沖材料、或者容器和運(yùn)輸器具等的耐沖擊性評(píng)價(jià)。具體而言，例如能夠?qū)⒈景l(fā)明的產(chǎn)品安裝于運(yùn)輸器具、容器、外包裝箱、緩沖材料、內(nèi)包裝箱、容器、收納物等的各個(gè)物品上，并在實(shí)際的包裝及運(yùn)輸方式中，對(duì)從外部施加的沖擊的傳遞偏斜和所傳遞的沖擊進(jìn)行分析。
[0138]此外,通過進(jìn)一步與GPS (Global Positioning System,全球定位系統(tǒng))傳感器進(jìn)行組合，從而不僅能夠記錄所受到的沖擊的時(shí)間上的歷史，還可以與地點(diǎn)的歷史一起記錄。也就是說，例如，在輸送之后，通過對(duì)輸送過程中所受到的沖擊的時(shí)間和地點(diǎn)的歷史進(jìn)行查詢并分析，從而能夠查明沖擊的原因等。在例如易碎品等的運(yùn)輸物品在輸送和搬運(yùn)中被損壞時(shí)等，能夠獲得用于明確其原因和責(zé)任所在等的信息。
[0139]此外，能夠?qū)_擊傳感器200實(shí)際應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)輔助設(shè)備等中。
[0140]具體而言，安裝在球、或者替代球的物體上的沖擊傳感器200能夠?qū)⑶蚣歼\(yùn)動(dòng)中的、投擲、擊打、踢等的動(dòng)作作為沖擊、加速度、力等的信息而獲取。例如，能夠構(gòu)成為，可實(shí)際應(yīng)用于高爾夫擊球的碰撞強(qiáng)度和精度的定量化中等，并對(duì)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行反饋的運(yùn)動(dòng)輔助設(shè)備。
[0141]此外，作為運(yùn)動(dòng)輔助，通過在運(yùn)動(dòng)鞋中安裝沖擊傳感器200及GPS傳感器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)跑步負(fù)荷的定量化。具體而言，根據(jù)運(yùn)動(dòng)鞋所受到的沖擊而對(duì)跑步的強(qiáng)度進(jìn)行換算，并對(duì)照基于GPS傳感器的跑步路徑、和跑步速度的信息，從而能夠?qū)嵤┚C合的跑步負(fù)荷的定量化等。
[0142]實(shí)施例2
[0143]圖6 (b)、圖6 (C)為作為實(shí)施例2的、將MEMS傳感器500作為震度傳感器201、202而實(shí)際應(yīng)用時(shí)的概念圖。
[0144]震度傳感器201被構(gòu)成為，包括MEMS傳感器500、基底部件700、彈性板703、錘600
坐寸ο[0145]基底部件700為構(gòu)成震度傳感器201的框體的基板，并由與彈性板703相比較剛性較高的金屬板、或者樹脂板等而形成。
[0146]彈性板703為由撓性的彈性材料構(gòu)成的長(zhǎng)方形基板。
[0147]在彈性板703的一個(gè)面的中央部上，粘貼有MEMS傳感器500。
[0148]彈性板703的長(zhǎng)度方向上的一個(gè)端部被固定于基底部件700上。在彈性板703的長(zhǎng)度方向上的另一個(gè)端部上，安裝有錘600。
[0149]在以此方式構(gòu)成的震度傳感器201中，當(dāng)例如以彈性板703在圖示的箭頭標(biāo)記的方向上進(jìn)行振動(dòng)的方式對(duì)基底部件700施加力并使其移動(dòng)時(shí)，彈性板703以與所施加的力(加速度)相對(duì)應(yīng)的大小發(fā)生彎曲并進(jìn)行振動(dòng)。能夠通過MEMS傳感器500來對(duì)該彎曲的程度進(jìn)行檢測(cè)。也就是說，在例如使彈性板703沿著鉛直方向豎立，并將基底部件700固定設(shè)置于地面上的情況下，能夠?qū)Φ卣鸬臋M搖震度(地面在水平方向上進(jìn)行移動(dòng)的加速度)進(jìn)行觀測(cè)。
[0150]震度傳感器202為，以多個(gè)彈性板703在不同方向上進(jìn)行振動(dòng)的方式將多個(gè)震度傳感器201組合在一起的示例。圖6 (c)所示的示例以三個(gè)震度傳感器201分別朝向不同方向的方式而構(gòu)成。通過對(duì)三個(gè)震度傳感器201的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，從而能夠?qū)φ駝?dòng)的方向等進(jìn)行檢測(cè)。
[0151]另外，實(shí)施例1所示的沖擊傳感器200也能夠同樣地作為震度傳感器而實(shí)際應(yīng)用。
[0152]實(shí)施例3
[0153]圖7 (a)為，表示將MEMS傳感器500作為機(jī)器人的力感傳感器203而實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例3的概念圖。
[0154]力感傳感器203被粘貼于機(jī)器人800所具備的手部801的對(duì)物體進(jìn)行夾持的面上。由于能夠根據(jù)對(duì)物體進(jìn)行夾持的面的彎曲而對(duì)施加于面上的力進(jìn)行檢測(cè)，因此，能夠?qū)EMS傳感器500作為機(jī)器人800的力感傳感器來實(shí)際應(yīng)用。
[0155]在作為機(jī)器人中的力感傳感器而進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的情況下，由于能夠?qū)⑵涑叽鐦?gòu)成得非常小，因此，能夠在手部801等、相當(dāng)于人的手指的部分上安裝多個(gè)傳感器。此外，由于這些傳感器并非捕捉單純的受動(dòng)元件所檢測(cè)的信號(hào)，而是能夠構(gòu)成為具備對(duì)所檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理的集成電路的傳感器，因此，能夠在不對(duì)機(jī)器人的集中控制部施加較大的負(fù)載的條件下，構(gòu)成通過對(duì)來自力感傳感器的大量的檢測(cè)信息進(jìn)行高速處理從而發(fā)揮功能的機(jī)器人系統(tǒng)。
[0156]實(shí)施例4
[0157]圖7 (b)為，表示將MEMS傳感器500作為傾斜傳感器204來實(shí)際應(yīng)用的實(shí)施例4的概念圖。將傾斜傳感器204內(nèi)置于圖像投影用的投影儀810中來實(shí)際應(yīng)用。
[0158]傾斜傳感器204為對(duì)傾斜程度進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，其結(jié)構(gòu)與圖6(b)所示的震度傳感器201相同。在使彈性板703沿著鉛直方向豎立，并將基底部件700水平設(shè)置的情況下，彈性板703不會(huì)發(fā)生彎曲，從而MEMS傳感器500上不會(huì)作用有因彎曲而產(chǎn)生的外力。在使基底部件700在彈性板703的彎曲方向上傾斜的情況下，通過作用于錘600上的重力，從而彈性板703與基底部件700的傾斜程度相對(duì)應(yīng)地發(fā)生彎曲。能夠通過MEMS傳感器500而對(duì)該彎曲的程度進(jìn)行檢測(cè)。
[0159]投影儀810在主體的內(nèi)部具備兩個(gè)傾斜傳感器204。任意一個(gè)傾斜傳感器204都被配置為，當(dāng)投影儀810被水平設(shè)置時(shí)，彈性板703沿著鉛直方向，并且，一個(gè)傾斜傳感器204被設(shè)置在沿著投影儀810的投影方向而前后傾斜的方向上，而另一個(gè)傾斜傳感器204被設(shè)置在與一個(gè)傾斜傳感器204正交的方向上。
[0160]一個(gè)傾斜傳感器204能夠?qū)ο鄬?duì)于水平面的投影角度進(jìn)行檢測(cè)。因此，例如，由于能夠?qū)ο鄬?duì)于被垂直設(shè)置的屏幕的、投影角度進(jìn)行檢測(cè)，所以，通過與光學(xué)系統(tǒng)透鏡的牽連機(jī)構(gòu)連動(dòng)而對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行控制，或者使投影圖像發(fā)生變形，從而能夠自動(dòng)地矯正被斜向投影而失真的圖像。
[0161]另一個(gè)傾斜傳感器204能夠?qū)ν队皟x810的水平度(自水平的傾斜程度)、即投影圖像的水平度進(jìn)行檢測(cè)。因此，在例如未水平地設(shè)置投影儀810，而使投影圖像傾斜的情況等下，能夠根據(jù)所檢測(cè)到的投影儀810的水平度，而自動(dòng)地將所投影的圖像調(diào)節(jié)成水平。
[0162]實(shí)施例5
[0163]圖8為，不意性地表不將MEMS傳感器500實(shí)際應(yīng)用于作為移動(dòng)體的一個(gè)不例的汽車中的實(shí)施例5的立體圖。在汽車106上搭載有本發(fā)明所涉及的MEMS傳感器500。
[0164]通過將MEMS傳感器500安裝在根據(jù)加速度而發(fā)生彎曲的基板上，從而能夠作為加速度傳感器而實(shí)際應(yīng)用。例如，如該圖所示，在作為移動(dòng)體的汽車106上，在對(duì)輪胎109等進(jìn)行控制的電子控制單元108中，裝載有使用了 MEMS傳感器500的加速度傳感器。
[0165]此外，MEMS傳感器500除此之外還能夠應(yīng)用于安全氣囊用的沖擊傳感器107中，并且還能夠作為壓力傳感器，而應(yīng)用于胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS:TirePressure MonitoringSystem)等中。
[0166]此外，MEMS傳感器500由于能夠?qū)崿F(xiàn)與IMU (Inertial Measurement Unit、慣性計(jì)測(cè)單元)相同的功能，因此，能夠同樣地實(shí)際應(yīng)用于IMU所實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域中。
[0167]如上所述，由于將可對(duì)外力的大小、震動(dòng)、和傾斜等進(jìn)行檢測(cè)的MEMS傳感器500實(shí)際應(yīng)用于電子設(shè)備和裝置中，因此能夠進(jìn)一步提高其功能。由于MEMS傳感器500根據(jù)其結(jié)構(gòu)，從MEMS元件100的水平到內(nèi)置了內(nèi)部的電路的MEMS傳感器110、120、130、140、150、151、152的水平為止，可作為小型的MEMS傳感器而被提供，因此，當(dāng)組裝MEMS傳感器500時(shí)，無需較大地改變電子設(shè)備和裝置的結(jié)構(gòu)，或者使它們大型化。
[0168]另外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施方式，還能夠?qū)ι鲜龅膶?shí)施方式追加各種各樣的變更和改良等。下面，對(duì)改變例進(jìn)行敘述。在此，對(duì)與上述的實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)部位，使用相同的符號(hào)，并省略重復(fù)的說明。
[0169]改變例I
[0170]圖9 (a )表示改變例I所涉及的MEMS振子3A的剖視圖。
[0171]雖然在上述的實(shí)施方式中，如圖1 (a)、圖1 (b)所示，將MEMS振子3設(shè)為上部電極He從下部電極13e脫離的懸臂梁結(jié)構(gòu)的可動(dòng)電極結(jié)構(gòu)來進(jìn)行了說明，但是并不限定于該結(jié)構(gòu)，而只需為通過隨著晶片基板I的變形而發(fā)生變形，從而使其振動(dòng)特性發(fā)生變化的振子結(jié)構(gòu)即可。
[0172]例如，圖9 (a)所示的MEMS振子3A為，上部電極14A從下部電極13A脫離的兩端支承梁結(jié)構(gòu)的可動(dòng)電極結(jié)構(gòu)。雖然MEMS振子3為，上部電極14e以懸臂部分(被固定于下層的氮化膜12上的支承部)為支點(diǎn)，且對(duì)邊部在上下方向上進(jìn)行振動(dòng)的結(jié)構(gòu)，但是，MEMS振子3A為，上部電極14A以兩端支承部分(被固定于下層的氮化膜12上的上部電極14A兩端邊的支承部)為支點(diǎn)，且中央部在上下方向上進(jìn)行振動(dòng)的結(jié)構(gòu)。除了上部電極14A的結(jié)構(gòu)、及隨著該結(jié)構(gòu)而形成的第一導(dǎo)電層13的圖案配置有所不同的這一點(diǎn)之外，MEMS振子3A與MEMS振子3相同。
[0173]根據(jù)本改變例所涉及的MEMS振子3A，除了上述的實(shí)施方式中的效果之外，還能夠提供一種可靠性更高的MEMS振子、及MEMS傳感器。具體而言，通過將作為可動(dòng)電極的上部電極He從懸臂梁結(jié)構(gòu)變?yōu)閮啥酥С辛航Y(jié)構(gòu)的上部電極14A，從而能夠成為針對(duì)變形而言耐久性更高的結(jié)構(gòu)。
[0174]改變例2
[0175]圖9 (b)為表示改變例2所涉及的MEMS振子3B的俯視圖。雖然在上述的實(shí)施方式中，如圖1 (a)所示，以MEMS振子3被構(gòu)成為下部電極13e與上部電極14e重疊的區(qū)域3W成為在Y方向上較長(zhǎng)的長(zhǎng)方形的形狀的方式，對(duì)MEMS振子3進(jìn)行了說明，但是，并不限定于該結(jié)構(gòu)，只需為通過隨著晶片基板I的變形而發(fā)生變形，從而使其振動(dòng)特性發(fā)生變化的振子結(jié)構(gòu)即可。
[0176]例如，圖9 (b)所示的MEMS振子3B被構(gòu)成為，包括圓形的下部電極13B和圓形的上部電極14B，并以各自重疊的區(qū)域成為圓形的方式而被構(gòu)成。此外，在上部電極14B中，被固定于下層的氮化膜12上的支承部在上部電極14B的周圍被設(shè)置有多處(在圖9 (b)的示例中，為四處)。
[0177]根據(jù)本改變例所涉及的MEMS振子3B，由于采用了上部電極14B被設(shè)置于周圍的多個(gè)支承部所支承的結(jié)構(gòu)，因此，能夠成為針對(duì)變形而言耐久性更高的結(jié)構(gòu)。此外，由于被構(gòu)成為，當(dāng)俯視觀察下部電極13B和上部電極14B時(shí)，為左右上下對(duì)稱的圖案，因此能夠在不受晶片基板I的變形方向的影響的條件下，對(duì)變形進(jìn)行檢測(cè)。
[0178]改變例3
[0179]雖然在上述的實(shí)施方式和實(shí)施例中，對(duì)以將MEMS元件100和MEMS傳感器110、120、130、140、150、151、152粘貼于檢測(cè)對(duì)象的表面或撓性的彈性材料的表面上的方式構(gòu)成或者使用的情況進(jìn)行了說明，但是，并不限定于此，也可以為直接使用形成有MEMS元件100和MEMS傳感器110、120、130、140、150、151、152的基板的方式。在構(gòu)成MEMS傳感器的基板通過慣性力而自身發(fā)生變形的情況下，即使為直接使用基板的方式，也能夠構(gòu)成可對(duì)慣性力進(jìn)行檢測(cè)的MEMS傳感器。
[0180]圖10 (a)為表示改變例3所涉及的MEMS傳感器205的側(cè)視圖，圖10 (b)為其俯視圖。
[0181]MEMS傳感器205被構(gòu)成為，包括MEMS傳感器140A、錘603、基底部件700、固定部件705等。
[0182]MEMS傳感器140A為，由長(zhǎng)方形的晶片基板I及形成于其主面上的MEMS元件和電路等構(gòu)成的MEMS傳感器。MEMS傳感器140A的結(jié)構(gòu)與MEMS傳感器140相同，具備MEMS元件100、共振電路等的電路111、頻率計(jì)數(shù)器121、轉(zhuǎn)換部131、存儲(chǔ)部132、信息處理部141、存儲(chǔ)部142、作為時(shí)鐘功能的時(shí)鐘143等。
[0183]在MEMS傳感器140A中，長(zhǎng)方形長(zhǎng)度方向上的一側(cè)的區(qū)域140A1的背面通過固定部件705而被固定于基底部件700上。在MEMS傳感器140A和基底部件700之間，通過作為隔離件而發(fā)揮功能的固定部件705，從而形成有間隙，MEMS傳感器140A以懸臂梁結(jié)構(gòu)而被固定于基底部件700上。
[0184]在MEMS傳感器140A的長(zhǎng)方形長(zhǎng)度方向上的另一個(gè)端部的主面上，沿著短邊粘貼有錘603。
[0185]MEMS元件100被形成在，除了區(qū)域140A1及粘貼有錘603的區(qū)域之外的區(qū)域140A2的中央部分主面上。
[0186]電路111、頻率計(jì)數(shù)器121、轉(zhuǎn)換部131、存儲(chǔ)部132、信息處理部141、存儲(chǔ)部142、作為時(shí)鐘功能的時(shí)鐘143等被形成在區(qū)域140A1的主面上。
[0187]在以此方式構(gòu)成的MEMS傳感器205中，當(dāng)例如錘603在MEMS傳感器140A的法線方向(圖10 (a)的箭頭標(biāo)記所示的方向)上受到力時(shí)，MEMS傳感器140A在區(qū)域140A2的范圍內(nèi)發(fā)生彎曲。能夠通過MEMS元件100來對(duì)該彎曲的程度進(jìn)行檢測(cè)。也就是說，MEMS傳感器205能夠作為與沖擊傳感器200和震度傳感器201相同的傳感器而實(shí)際應(yīng)用。此外，能夠?qū)崿F(xiàn)更加小型、薄型化。
[0188]并且，MEMS傳感器140A并不限定于與MEMS傳感器140相同的結(jié)構(gòu)，也可以為與MEMS元件100和MEMS傳感器110、120、130相同的結(jié)構(gòu)。
[0189]符號(hào)說明
[0190]I…晶片基板；2…空穴部；3…MEMS振子；3W...區(qū)域；11...第一氧化膜；12...氮化膜；13…第一導(dǎo)電層；13e…下部電極；13f…第四氧化膜；13g…空隙部；14…第二導(dǎo)電層；14e…上部電極；15…第二氧化膜；16…第三氧化膜；17…保護(hù)膜；20…側(cè)壁部；21...配線層;30…第一覆蓋層;31…蝕刻孔；32…第二覆蓋層;100…MEMS元件;110、120、130、140、150、151、152、205、500…MEMS傳感器；111…電路；121…頻率計(jì)數(shù)器；131…轉(zhuǎn)換部；131f…轉(zhuǎn)換函數(shù)；131t…轉(zhuǎn)換表；132…存儲(chǔ)部；140A...區(qū)域；141…信息處理部；142…存儲(chǔ)部；143…時(shí)鐘；200…沖擊傳感器；201、202…震度傳感器;203…力感傳感器;204…傾斜傳感器;600…錘;603…錘;7`00…基底部件;701…彈性板;702…支承部件;703…彈性板；705…固定部件；800…機(jī)器人；801…手部；810…投影儀；900…彈性體。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器，其特征在于，具備: 基板，其具有撓性； 諧振子，其被設(shè)置于所述基板的主面上， 所述諧振子以能夠通過被施加于所述基板上的外力而發(fā)生變形的方式構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述諧振子包括: 第一電極，其被配置于所述基板的主面上； 第二電極，其與所述第一電極分離，并具有在俯視觀察所述基板時(shí)與所述第一電極重疊的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于， 通過所述基板發(fā)生變形，從而使所述第一電極或所述第二電極、或者所述第一電極及所述第二電極發(fā)生變形，進(jìn)而使所述諧振子的共振頻率發(fā)生變化。
4.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于， 所述諧振子被設(shè)置于所述基板的主面上的壁部所包圍。
5.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于， 具備多個(gè)所述諧振子。
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于， 所述多個(gè)諧振子以如下的方式而設(shè)置，即，在俯視觀察所述基板時(shí)，各個(gè)所述諧振子的、所述第一電極與所述第二電極重疊的區(qū)域的延伸方向朝向沿著所述基板的主面的、相互不同的方向。
7.如權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于， 具備對(duì)所述共振頻率進(jìn)行檢測(cè)的頻率檢測(cè)電路。
8.如權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于， 具備存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)所述頻率檢測(cè)電路所檢測(cè)出的所述共振頻率、或所述共振頻率的變化量、或所述共振頻率的最大值及最小值、或所述共振頻率的變化量的最大值及最小值、中的至少一種進(jìn)行存儲(chǔ)。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于， 具備時(shí)鐘功能，并且時(shí)間的信息被添加到存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)部中的信息中。
10.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于， 在所述存儲(chǔ)部中，存儲(chǔ)有與所述共振頻率相對(duì)應(yīng)的所述外力的大小所涉及的信息。
11.一種電子設(shè)備，其特征在于， 具備權(quán)利要求1或2所述的傳感器。
12.一種機(jī)器人，其特征在于， 具備權(quán)利要求1或2所述的傳感器。
13.—種移動(dòng)體，其特征在于， 具備權(quán)利要求1或2所述的傳感器。
【文檔編號(hào)】G01D5/245GK103728058SQ201310473902
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月12日
【發(fā)明者】稻葉正吾, 堀江協(xié) 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社