JP3034620B2 - 三次元加速度センサ - Google Patents
三次元加速度センサInfo
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Description
の加速度を独立して検出するのに好適な三次元加速度セ
ンサに関する。
昭62ー118260号公報にはシリコンワンチップ上
に独立した3つの加速度センサチップを各次元方向に感
度を持たせて配置されたものが開示され、また特開昭6
3ー169078号公報には1つの中央厚肉部を4ケ所
に設けられた薄肉部で支持し、この薄肉部の上側に歪ゲ
ージを配置したものが開示されている。
センサで構成する場合、ワンチップ上に独立したセンサ
を配置するためのスペースが必要になる。また1つの中
央厚肉部によって構成する場合、センサは小型化される
が、各方向の加速度成分を独立して精度よく検出するた
めの歪ゲージのレイアウトが問題であった。本発明の目
的は、X,Y方向に形成された中央厚肉部を支持する薄
肉部に、各方向の加速度を独立して精度よく検出できる
ように歪ゲージを配置した三次元加速度センサを提供す
ることである。
めに、本発明は方形の四隅に形成されたL字形の貫通部
により周辺厚肉部に囲われた中央厚肉部が設けられ、該
中央厚肉部が同一面内でかつX,Y方向に一致させた薄
肉部により支持されていると共に、前記薄肉部の歪み応
力発生部位に拡散歪ゲージが配置された半導体加速度セ
ンサであって、XおよびY方向の各薄肉部の中心線上に
中央厚肉部側と周辺厚肉部側にそれぞれ歪ゲージが配置
され、該各中心線上の歪ゲージで2組のブリッジ回路を
形成し、各ブリッジ回路の出力をXおよびY方向の加速
度として検出し、各ブリッジ回路の出力に変化がないと
きの該各ブリッジ回路の出力の差をZ方向の加速度とし
て検出することを特徴とする。
発生部位に、歪ゲージをレイアウトすることにより、各
方向の加速度を独立して検出するためのブリッジ回路を
構成することができる。
三次元加速度センサは半導体製造技術により作製される
加速度センサチップを備えている。このセンサチップ1
は、図1に示すように、シリコンウエハ上に振動による
応力歪みを検知する拡散歪ゲージR(RS1〜RS12,以
下「歪ゲージ」という)、この歪ゲージを増幅回路等の
処理回路に接続するための配線、ボンディング用パッド
等の電極パターン(図示せず)を形成した後、ウエハの
両面から異方性エッチングにより4つの矩形の貫通部2
が形成され、この貫通部2により周辺厚肉部3に囲われ
た中央厚肉部4が設けられている。中央厚肉部4は各貫
通部間に両厚肉部の上面と面一でかつチップ厚方向に薄
く形成された4つの薄肉部5によって周辺厚肉部3に連
結された支持構造になっている。すなわち、薄肉部5は
中央厚肉部4がどの方向の振動に対しも変形し易い構造
になっている。例えば、図示のX方向に振動を受けたと
き、同方向の薄肉部はたわみ変形を生じ、同時にY方向
の薄肉部はねじり変形が生ずる。この変形による薄肉部
5の歪み応力発生部位に歪ゲージRが配置されている。
なお、歪ゲージRは中央厚肉部から周辺厚肉部に向かっ
て長手方向をなすように形成されている。
辺厚肉部側にRS1とRS2、RS3とRS4を、またX方向の
薄肉部においては、各薄肉部の周辺厚肉部側にRS5,R
S6,RS9、およびRS7,RS8,RS12がそれぞれ配置さ
れている。更にX方向の薄肉部には中央薄肉部側にR
S10,RS11が配置されている。このうちRS9〜RS12は
Z方向の加速度センサを構成するためのもので一直線上
に配置されている。これらの歪ゲージは、図2に示すよ
うに、各方向の加速度成分が独立して検出できるように
センサブリッジ回路が構成されている。図示の例ではY
方向に加速度が印加されたときの歪ゲージの抵抗変化と
出力状態が示されている。なお、実線矢印で上向きは抵
抗増加、下向きは抵抗減少を、また破線矢印はセンサブ
リッジZにおいて、X方向に加速度が印加されたときの
抵抗変化が示されている。このときのブリッジ出力Xお
よびZはほぼゼロとなる。
説明する。三次元加速度センサチップ10は上記同様の
半導体製造技術により作製され、方形の四隅に形成され
たL字形開放の貫通部11により周辺厚肉部12に囲わ
れた中央厚肉部13が設けられている。この中央厚肉部
13は4つの薄肉部14によって周辺厚肉部12に連結
された支持構造になっている。また薄肉部14は、両厚
肉部の上面と面一でかつチップ厚方向に薄く形成されて
いる。すなわち、薄肉部14は中央厚肉部がどの方向の
振動に対しも変形し易い構造になっている。例えば、図
示のX方向に振動を受けたとき、同方向の薄肉部はたわ
み変形を生じ、同時にY方向の薄肉部はねじり変形が生
ずる。この変形による薄肉部14の歪み応力発生部位に
拡散歪ゲージr(r1〜r12)が配置されている。
辺厚肉部側にr3とr8、中央厚肉部側にr4とr
7を、またX方向の薄肉部においては、各薄肉部の周辺
厚肉部側にr1とr6、中央厚肉部側にr2とr5がそ
れぞれ配置されている。これらの歪ゲージは貫通部終端
から等しい距離の薄肉部上に形成されると共に、各方向
の歪ゲージは一直線上に配置される。そして、X方向の
薄肉部において、一方には更に周辺厚肉部側でかつ貫通
部寄りにr9を、中央厚肉部側でかつ貫通部寄りにr
10を、また他方には中央厚肉部の中心点を対称とする
周辺厚肉部側と中央厚肉部側にr11とr12がそれぞ
れ配置されている。
速度が印加されると、r1,r3,r6,r8の抵抗が小さ
くなり、r2,r4,r5,r7の抵抗が大きくなる。また
X方向に加速度が印加されると、r3,r4,r7,r8の
抵抗は変わらず、r2とr6は小さくなり、r1とr5は大
きくなる。同様にY方向に加速度が印加されると、
r1,r2,r5,r6は変わらず、r3とr7は小さくな
り、r4とr8は大きくなる。ところで、上記歪ゲージを
図4に示すブリッジ回路に構成した場合、X,Yおよび
Z方向の加速度に対して表1に示す出力変化が得られ
る。XY方向については出力VX,VYにより加速度の方
向と大きさが分かる。またZ方向についてはVX,VYの
出力変化がないときのみ加速度の方向と大きさが分か
る。
合、出力VZ1は表1に示すようにX,Y方向の加速度に
独立して検出できる。
4(13)の上面または下面に球形の重り6(15)を
固着しても良い。本実施例では、中央厚肉部の下面に取
り付けられている。重りは銅等のハンダ付けできる金属
ボール、表面処理を施されたボール若しくはガラスボー
ルが用いられる。中央厚肉部の質量は重りが加えられて
大きくなり、センサチップがXまたは/およびY方向の
加速度を受けたとき、重心回りのねじりモーメントを積
極的に発生させ、X,Y軸方向の加速度を合成値として
検出する。
肉部を支持するX,Y方向の薄肉部に配置された歪ゲー
ジは前記方向とは異なる方向に加わる加速度の影響を考
慮してレイアウトされているため、各方向の加速度を独
立して検出するためのセンサ構成が簡略化される。
図である。
る。
図である。
加速度のみを独立して検出するためのブリッジ回路図で
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 方形の四隅に形成されたL字形の貫通部
により周辺厚肉部に囲われた中央厚肉部が設けられ、該
中央厚肉部が同一面内でかつX,Y方向に一致させた薄
肉部により支持されていると共に、前記薄肉部の歪み応
力発生部位に拡散歪ゲージが配置された半導体加速度セ
ンサであって、 前記XおよびY方向の各薄肉部の中心線上に中央厚肉部
側と周辺厚肉部側にそれぞれ前記歪ゲージが配置され、
該各中心線上の歪ゲージで2組のブリッジ回路を形成
し、各ブリッジ回路の出力をXおよびY方向の加速度と
して検出し、各ブリッジ回路の出力に変化がないときの
該各ブリッジ回路の出力の差をZ方向の加速度として検
出することを特徴とする三次元加速度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043418A JP3034620B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 三次元加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043418A JP3034620B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 三次元加速度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04279868A JPH04279868A (ja) | 1992-10-05 |
JP3034620B2 true JP3034620B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=12663166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3043418A Expired - Lifetime JP3034620B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 三次元加速度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3034620B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100565211C (zh) | 2003-12-24 | 2009-12-02 | 日立金属株式会社 | 半导体型三轴加速度传感器 |
JP2008032704A (ja) * | 2006-07-05 | 2008-02-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体加速度センサ |
JP5008188B2 (ja) * | 2007-05-31 | 2012-08-22 | ミネベア株式会社 | 3軸力センサ及び3軸力検出方法 |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3043418A patent/JP3034620B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04279868A (ja) | 1992-10-05 |
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