JP2016206062A - Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度、角速度等の応力を検出するセンサに関する。 The present invention relates to a sensor that detects stress such as acceleration and angular velocity.
従来、加速度や角速度等の応力を検出するセンサが知られている。特許文献1には、半導体基板にピエゾ抵抗素子を形成してなる加速度センサが記載されている。
Conventionally, sensors that detect stress such as acceleration and angular velocity are known.
このようなセンサは、重錘体と、その周囲を取り囲むフレーム部(枠体)との間を、可撓性をもった可撓部(接続体)で繋いだ構造をもつ。 Such a sensor has a structure in which a weight body and a frame portion (frame body) surrounding the weight body are connected by a flexible portion (connecting body) having flexibility.
電子機器等に搭載される上記センサは、さらなる高精度化が要求されている。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より高い精度で応力を検出することが可能な小型のセンサを提供することを目的とする。 The above sensors mounted on electronic devices and the like are required to have higher accuracy. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small sensor capable of detecting stress with higher accuracy.
本発明の一態様に係るセンサは、平面視して四角形状の重錘体と、平面視して前記重錘体を囲むように位置する枠体と、平面視して前記重錘体の一辺に沿って延びており、前記重錘体と前記枠体とを接続する可撓性を有する接続体と、該接続体における前記一辺の端部に対向する部位に配置されており、前記接続体の変形を電気信号として検出する検出部とを具備している。 A sensor according to one aspect of the present invention includes a square weight body in plan view, a frame body positioned to surround the weight body in plan view, and one side of the weight body in plan view. And a flexible connecting body for connecting the weight body and the frame body, and a portion facing the end of the one side of the connecting body. And a detector for detecting the deformation of the signal as an electrical signal.
本発明によれば、高い精度で応力を検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect stress with high accuracy.
本発明のセンサの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図1〜図2には、右手系のXYZ座標系が付されており、以下では、便宜上、Z軸方向を上下方向として説明をする。 An embodiment of the sensor of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 2 are provided with a right-handed XYZ coordinate system, and hereinafter, for convenience, the Z-axis direction will be described as the vertical direction.
<センサの構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサ100の上面図であり、図2は図1のI−I線における断面図であり、図3は図1のII−II線における断面図である。センサ100は、枠体10と、枠体10の内側に位置する重錘体20と、枠体10と重錘体20とを接続する接続体30と、加速度や角速度等を検出する検出部Raとを有する。以下、各部位について詳述する。
<Configuration of sensor>
1 is a top view of a
センサ100に加速度が加わると、加速度に応じた力が重錘体20に作用し、重錘体20が動くことで接続体30が撓むようになっている。そして、接続体30の撓み量に応じた電気信号を検出部Raにより検出し、不図示の電気配線によりその電気信号を取出し演算することにより加速度を検出することができる。
When acceleration is applied to the
重錘体20は、平面視形状が正方形等の四角形状であり、四角形状の一辺の長さが例えば0.1mm〜0.7mmに設定される。また、重錘体20の厚みは、例えば0.2mm〜0.7mmに設定される。
The
そして、このような重錘体20を囲繞するように枠状の枠体10が設けられている。枠体10は、平面視形状が正方形等の四角形状をなし、中央部に重錘体20より若干大きい四角形状の開口部を有している。枠体10は、その一辺の長さが例えば0.5mm〜3mmに設定され、枠体10を構成するアームの幅(アームの長手方向と直交する方向の幅)は例えば0.05mm〜1.8mmに設定される。また枠体10の厚みは、例えば0.2mm〜0.7mmに設定される。
A frame-
このような枠体10と重錘体20との間には図1に示すように接続体30が設けられている。接続体30は可撓性を有し、センサ100に加速度が加わると重錘体20が動き、重錘体20の動きに伴って接続体30が撓むようになっている。ここで、接続体30は、重錘体20の側面に沿って(平面視における重錘体20の一辺に沿って)、重錘体20と間隔をあけて延びている。そして、接続体30の一方端が枠体10の内周面の上側の部位に連結され、他方端が重錘体20の側面の上側の部位に連結されている。このように、接続体30が、平面視における重錘体20の一辺に沿って延びていることによって、重錘体20の動きに対する接続体30の撓み量を大きくすることができる。
A
接続体30は、例えば、幅(長手方向と直交する方向の長さ、つまり図2における接続体30のX軸方向の長さ)が0.04mm〜0.2mmに設定され、厚み(図2における接続体30のZ軸方向の長さ)が5μm〜20μmに設定されている。このように接続体30を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。
For example, the width of the connection body 30 (the length in the direction perpendicular to the longitudinal direction, that is, the length of the
接続体30はまっすぐな直線状であってもよいが、図1に示すように、重錘体20の隣接する第1の辺20aおよび第2の辺20bに沿って延びる折れ曲がった形状であってもよい。このような構成によって、接続体30の長手方向の長さを長くして重錘体20の動きに対する接続体30の撓み量をさらに大きくすることができ、より精度よく加速度や角速度等を検出することが可能となる。
The
以上のような枠体10、重錘体20および接続体30は、Si等から成る基板を、従来周知の半導体微細加工技術、例えばフォトリソグラフィ法やディープドライエッチングを用いて所定の形状にパターニングすることによって形成することができる。
The
なお、上記基板はSi等の単一材料から成るものに限らず、SOI基板(Silicon on Insulator)のような、エッチング等の加工性が異なる材料の複合体であってもよい。その場合、基板材料の加工性の違いを利用して、より複雑なパターニングが容易となる。 The substrate is not limited to a single material such as Si, but may be a composite of materials having different processability such as etching, such as an SOI substrate (Silicon on Insulator). In that case, more complicated patterning is facilitated by utilizing the difference in workability of the substrate material.
接続体30における重錘体20の一辺20a、20bの端部に対向する部位には、抵抗素子である検出部Raが配されている。図1においては、検出部Raは複数個形成されており、それぞれ検出部Rax1〜Rax4,Ray1〜Ray4,Raz1〜Raz4で表されている。検出部Rax1〜Rax4は図1に示した3次元直行座標系におけるX軸方向の加速度等の応力を検出できるように接続体30の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。また、検出部Ray1〜Ray4はY軸方向
の加速度等の応力を検出できるように接続体30の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。また、検出部Raz1〜Raz4はZ軸方向の加速度等の応力を検出できるように接続体30の所定の位置に形成された上、ブリッジ回路を構成するように結線されている。
A detection portion Ra, which is a resistance element, is disposed at a portion of the
このように検出部Raが、接続体30における重錘体20の一辺の端部に対向する部位(すなわち、平面視して四角形状である重錘体20の角部近傍)に設けられていることによって、加速度や角速度等をさらに精度よく検出することが可能となる。つまり、接続体30は、重錘体20の一辺の中央部に対向する部位に比べ、重錘体20の一辺の端部に対向する部位の方が撓み量が大きくなるため、検出部Raの検出感度が高くなる。そして、図1のように、重錘体20の一辺の両端に対向するそれぞれの部位に複数の検出部Raを有することで検出感度の高いブリッジ回路を構成でき、より精度よく加速度や角速度等を検出することが可能となる。
In this way, the detection unit Ra is provided at a portion of the
なお、平面視した時の重錘体20の一辺の端部とは、一辺を4等分したときの一番端にある領域である。
Note that the end of one side of the
また、検出部Rax1〜Rax4,Ray1〜Ray4,Raz1〜Raz4は、例えば、上層部がSiから成る接続体30の上面にボロンを打ち込むことにより抵抗体膜を形成した後、抵抗体膜をエッチングなどにより所定の形状にパターニングすることにより形成することができる。これによりピエゾ抵抗素子からなる検出部Raを形成することができる。
The detection units Rax1 to Rax4, Ray1 to Ray4, Raz1 to Raz4, for example, form a resistor film by implanting boron into the upper surface of the
ピエゾ抵抗素子からなる検出部Raを用いた場合には、接続体30の撓みに起因する変形に応じて抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、これを外部のICで演算処理することによって印加された加速度の方向並びに大きさや圧力の増減および大きさを検知することができる。
When the detection unit Ra made of a piezoresistive element is used, the resistance value changes according to the deformation caused by the bending of the
なお、検出部Raから電気的に接続された配線および外部のIC等へ取り出すためのパッド電極40等が、枠体10や接続体30の上面に設けられており、これらを介して電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
Note that a wiring electrode electrically connected from the detection unit Ra and a
これらの配線は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などからなり、これらの材料をスパッタリングなどにより成膜した後、所定の形状にパターニングすることにより枠体10,接続体30の上面に形成される。
These wirings are made of, for example, aluminum or an aluminum alloy, and are formed on the upper surfaces of the
なお、本実施形態のセンサ100において、角速度を検出するセンサとするためには、重錘体20をXY平面内で回旋運動させればよい。重錘体20を回旋運動させるためには、例えば、互いに向き合う重錘体20の側面と枠体10の内周面とに電極を設けて静電引力により実現してもよいし、センサ100の外側に磁力を発生させて実現してもよい。
In the
以上より、本実施形態のセンサ100によれば、加速度や角速度等の応力を、高い精度で検出することが可能となる。
As described above, according to the
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
10:枠体
20:重錘体
30:接続体
100:センサ
Ra(Rax1〜Rax4、Ray1〜Ray4、Raz1〜Raz4):検出部
10: Frame body 20: Weight body 30: Connection body 100: Sensor Ra (Rax1-Rax4, Ray1-Ray4, Raz1-Raz4): Detection unit
Claims (4)
平面視して前記重錘体を囲むように位置する枠体と、
平面視して前記重錘体の一辺に沿って延びており、前記重錘体と前記枠体とを接続する可撓性を有する接続体と、
該接続体における前記一辺の端部に対向する部位に配置されており、前記接続体の変形を電気信号として検出する検出部と
を具備しているセンサ。 A square weight in plan view,
A frame positioned so as to surround the weight body in plan view;
A connection body that extends along one side of the weight body in plan view and has flexibility to connect the weight body and the frame body;
A sensor that is disposed at a portion of the connection body that faces the end of the one side and that detects a deformation of the connection body as an electrical signal.
Priority Applications (1)
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JP2015089548A JP2016206062A (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Sensor |
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JP2015089548A JP2016206062A (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Sensor |
Publications (1)
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JP2015089548A Pending JP2016206062A (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Sensor |
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2015
- 2015-04-24 JP JP2015089548A patent/JP2016206062A/en active Pending
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