JP3115427B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JP3115427B2 JP3115427B2 JP04227651A JP22765192A JP3115427B2 JP 3115427 B2 JP3115427 B2 JP 3115427B2 JP 04227651 A JP04227651 A JP 04227651A JP 22765192 A JP22765192 A JP 22765192A JP 3115427 B2 JP3115427 B2 JP 3115427B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体からなる超小型の
加速度センサに関する。
加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図８および図９は従来の半導体加速度セ
ンサの一例を示し、図８は平面図，図９は側面図であ
る。図８および図９において、半導体からなり、四角形
の厚肉状の例えば厚さ４００ミクロンの重り１と、この
重りの一側面と所定の間隔を有する四角形の厚肉状の支
持体６と、重り１の前記一側面と対面する支持体６の側
面とを連結する薄肉状の例えば厚さ２０〜４０ミクロン
の梁７とからなり、この梁７に歪ゲージ７Ａ，７Ｂ，７
Ｃ，７Ｄが形成されている。これら歪ゲージのうち歪ゲ
ージ７Ａ，７Ｃは梁７と支持体６の結合部側の上面にこ
の梁７の長さ方向に形成され、歪ゲージ７Ｂ，７Ｄは梁
７と重り１の結合部側の上面にこの梁７の巾方向に形成
される。そしてこれら歪ゲージ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ
を図１２のように歪ゲージ７Ａと７Ｃ，７Ｂと７Ｄとを
それぞれ対向させてホイートストンブリッジを構成す
る。なおＥは電源端子，Ｇは接地端子，Ｓ１，Ｓ２は信
号出力端子である。
ンサの一例を示し、図８は平面図，図９は側面図であ
る。図８および図９において、半導体からなり、四角形
の厚肉状の例えば厚さ４００ミクロンの重り１と、この
重りの一側面と所定の間隔を有する四角形の厚肉状の支
持体６と、重り１の前記一側面と対面する支持体６の側
面とを連結する薄肉状の例えば厚さ２０〜４０ミクロン
の梁７とからなり、この梁７に歪ゲージ７Ａ，７Ｂ，７
Ｃ，７Ｄが形成されている。これら歪ゲージのうち歪ゲ
ージ７Ａ，７Ｃは梁７と支持体６の結合部側の上面にこ
の梁７の長さ方向に形成され、歪ゲージ７Ｂ，７Ｄは梁
７と重り１の結合部側の上面にこの梁７の巾方向に形成
される。そしてこれら歪ゲージ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ
を図１２のように歪ゲージ７Ａと７Ｃ，７Ｂと７Ｄとを
それぞれ対向させてホイートストンブリッジを構成す
る。なおＥは電源端子，Ｇは接地端子，Ｓ１，Ｓ２は信
号出力端子である。
【０００３】今、重り１に対し、図９で矢印Ｖ方向のす
なわち重り１に対し垂直方向（加速度検出方向となる）
の加速度が加わると、梁７は図１３に示すように重り１
は垂直方向の力Ｆv を受け、矢印Ｍ方向に撓む。このと
き梁７には、この梁７と支持体６の結合部側の上面およ
びこの梁７と重り１の結合部側の上面にそれぞれ引っ張
り応力が働き、この梁７の長さ方向に形成された歪ゲー
ジ７Ａおよび７Ｃはその抵抗値が増加するが、この梁７
の巾方向に形成された歪ゲージ７Ｂおよび７Ｄはその抵
抗値に変化は生じない。このようにしてホイートストン
ブリッジの信号出力端子Ｓ１，Ｓ２から加速度に比例し
た大きさの検出信号が出力される。
なわち重り１に対し垂直方向（加速度検出方向となる）
の加速度が加わると、梁７は図１３に示すように重り１
は垂直方向の力Ｆv を受け、矢印Ｍ方向に撓む。このと
き梁７には、この梁７と支持体６の結合部側の上面およ
びこの梁７と重り１の結合部側の上面にそれぞれ引っ張
り応力が働き、この梁７の長さ方向に形成された歪ゲー
ジ７Ａおよび７Ｃはその抵抗値が増加するが、この梁７
の巾方向に形成された歪ゲージ７Ｂおよび７Ｄはその抵
抗値に変化は生じない。このようにしてホイートストン
ブリッジの信号出力端子Ｓ１，Ｓ２から加速度に比例し
た大きさの検出信号が出力される。
【０００４】なお、歪ゲージ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは
通常拡散技術により形成するので、その保護のため重り
１，梁７および支持体６の上面にＳｉＯ2 あるいはＳｉ
Ｎなどのパッシベーション膜１０を設けるようにする。
通常拡散技術により形成するので、その保護のため重り
１，梁７および支持体６の上面にＳｉＯ2 あるいはＳｉ
Ｎなどのパッシベーション膜１０を設けるようにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述の加速度センサに
おいては、図９で示すように梁７の撓み中心線９と重り
１の重心点Ｗとの間に距離Ｌがあるので、矢印Ｈで示す
ように重り１に対し横方向（加速度の非検出方向とな
る）に加速度が加わると、撓み中心線９と重り１の重心
点Ｗとの間の距離Ｌと、加速度によって重り１に生じる
横方向の力Ｆh とによりモーメントが生じ、図１４に示
すように、梁７は垂直方向に加速度が加わったときと同
様に矢印Ｍ方向に撓んでしまう。この撓みによってもホ
イートストンブリッジは信号を出力し、この信号は干渉
出力となり検出精度を低下させる。
おいては、図９で示すように梁７の撓み中心線９と重り
１の重心点Ｗとの間に距離Ｌがあるので、矢印Ｈで示す
ように重り１に対し横方向（加速度の非検出方向とな
る）に加速度が加わると、撓み中心線９と重り１の重心
点Ｗとの間の距離Ｌと、加速度によって重り１に生じる
横方向の力Ｆh とによりモーメントが生じ、図１４に示
すように、梁７は垂直方向に加速度が加わったときと同
様に矢印Ｍ方向に撓んでしまう。この撓みによってもホ
イートストンブリッジは信号を出力し、この信号は干渉
出力となり検出精度を低下させる。
【０００６】このために、図１０，図１１に示すように
重り１の上面に例えばガラスなどからなる追加重り８を
接合し、重り１と追加重り８とからなる重りの重心点Ｗ
が丁度梁７の撓み中心線９と合致させそれらの間の距離
Ｌを零とすることが考えられるが、追加重りを接合する
特別な工程が増えコストが上昇する。更にまた、前述の
加速度センサにおいては、梁と重りとの結合部側の上面
にこの梁の巾方向に形成された歪ゲージは、加速度が加
わったとき抵抗変化を生じないので検出感度が低い問題
がある。
重り１の上面に例えばガラスなどからなる追加重り８を
接合し、重り１と追加重り８とからなる重りの重心点Ｗ
が丁度梁７の撓み中心線９と合致させそれらの間の距離
Ｌを零とすることが考えられるが、追加重りを接合する
特別な工程が増えコストが上昇する。更にまた、前述の
加速度センサにおいては、梁と重りとの結合部側の上面
にこの梁の巾方向に形成された歪ゲージは、加速度が加
わったとき抵抗変化を生じないので検出感度が低い問題
がある。
【０００７】更にまた、歪ゲージを保護するためのＳｉ
Ｏ2 あるいはＳｉＮなどのパッシベーション膜は、通常
高温で形成処理され、その後常温に戻されるが、パッシ
ベーション膜とシリコン半導体との熱膨張係数が異なる
ため、常温に戻したときシリコン半導体の表面に応力を
生じ図１５のよう梁７に撓みを生じる場合がある。この
ように梁に撓みを生じると、丁度加速度が加わったとき
と同じようになりホイーストンブリッジから電圧が出力
される。この電圧はオフセット出力と称されて、センサ
出力のＳＮ比を下げ検出精度を低下させる。
Ｏ2 あるいはＳｉＮなどのパッシベーション膜は、通常
高温で形成処理され、その後常温に戻されるが、パッシ
ベーション膜とシリコン半導体との熱膨張係数が異なる
ため、常温に戻したときシリコン半導体の表面に応力を
生じ図１５のよう梁７に撓みを生じる場合がある。この
ように梁に撓みを生じると、丁度加速度が加わったとき
と同じようになりホイーストンブリッジから電圧が出力
される。この電圧はオフセット出力と称されて、センサ
出力のＳＮ比を下げ検出精度を低下させる。
【０００８】本発明の目的は前述の問題点を解決し、特
別な工程を必要とせず、検出感度を向上し、かつ干渉出
力を低減した加速度センサを提供することにある。更に
本発明の目的はパッシベーション膜によるオフセット電
圧を低減した加速度センサを提供することにある。
別な工程を必要とせず、検出感度を向上し、かつ干渉出
力を低減した加速度センサを提供することにある。更に
本発明の目的はパッシベーション膜によるオフセット電
圧を低減した加速度センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、半導体からなり、四角形の厚肉
状の重りと、この重りと所定の間隔を有し、かつこの重
りを囲うように形成された四角形の内孔を有する厚肉状
の支持体と、前記重りの対面する一対の外辺のそれぞれ
の外辺の各両端部とこれら両端部と対面する支持体の各
内辺とを連結する４個の薄肉状の梁とからなり、前記各
梁にそれぞれ歪ゲージが形成された半導体加速度センサ
において、４個の各梁に形成される歪ゲージは、それぞ
れこれら梁の長さ方向にこれら梁と支持体の結合部側の
上面に形成される第１の側の４個の歪ゲージとこれら梁
と重りの結合部側の上面に形成される第２の側の４個の
歪ゲージとからなり、これら第１の側の４個の歪ゲージ
のうち重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲー
ジをそれぞれ対向させ、かつこれら第２の側の４個の歪
ゲージのうち重りの中心点に対して対称となる各２個の
歪ゲージをそれぞれ対向させてホイートストンブリッジ
を構成するものとする。また、半導体からなり、正四角
形の厚肉状の中央部とこの中央部を中心として互に９０
°の回転移動で合致する中央部の各辺の位置にそれぞれ
形成された４個の四角形の厚肉状の凸部とからなる重り
と、前記重りの各凸部の外辺と所定の間隔を有し、かつ
この重りを囲うよう形成された四角形の内孔を有する厚
肉状の支持体と、前記重りの中央部を中心として互に９
０°の回転移動で合致する前記重りの各凸部の一側辺
と、これら一側辺にそれぞれ対面する前記支持体の各内
辺とを連結する４個の薄肉状の梁とからなり、前記各梁
にそれぞれ歪ゲージが形成されるものとする。ここで、
４個の各梁に形成される歪ゲージは、それぞれこれら梁
の長さ方向にこれら梁と支持体の結合部側の上面に形成
される第１の側の４個の歪ゲージとこれら梁と重りの結
合部側の上面に形成される第２の側の４個の歪ゲージと
からなり、これら第１の側の４個の歪ゲージのうち重り
の中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそれぞ
れ対向させ、かつこれら第２の側の４個の歪ゲージのう
ち重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージを
それぞれ対向させてホイートストンブリッジを構成する
ことが好ましい。また、上記のいずれの場合も、歪ゲー
ジの形成された梁の上面にパッシベーション膜が設けら
れたことが良い。
めに、本発明によれば、半導体からなり、四角形の厚肉
状の重りと、この重りと所定の間隔を有し、かつこの重
りを囲うように形成された四角形の内孔を有する厚肉状
の支持体と、前記重りの対面する一対の外辺のそれぞれ
の外辺の各両端部とこれら両端部と対面する支持体の各
内辺とを連結する４個の薄肉状の梁とからなり、前記各
梁にそれぞれ歪ゲージが形成された半導体加速度センサ
において、４個の各梁に形成される歪ゲージは、それぞ
れこれら梁の長さ方向にこれら梁と支持体の結合部側の
上面に形成される第１の側の４個の歪ゲージとこれら梁
と重りの結合部側の上面に形成される第２の側の４個の
歪ゲージとからなり、これら第１の側の４個の歪ゲージ
のうち重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲー
ジをそれぞれ対向させ、かつこれら第２の側の４個の歪
ゲージのうち重りの中心点に対して対称となる各２個の
歪ゲージをそれぞれ対向させてホイートストンブリッジ
を構成するものとする。また、半導体からなり、正四角
形の厚肉状の中央部とこの中央部を中心として互に９０
°の回転移動で合致する中央部の各辺の位置にそれぞれ
形成された４個の四角形の厚肉状の凸部とからなる重り
と、前記重りの各凸部の外辺と所定の間隔を有し、かつ
この重りを囲うよう形成された四角形の内孔を有する厚
肉状の支持体と、前記重りの中央部を中心として互に９
０°の回転移動で合致する前記重りの各凸部の一側辺
と、これら一側辺にそれぞれ対面する前記支持体の各内
辺とを連結する４個の薄肉状の梁とからなり、前記各梁
にそれぞれ歪ゲージが形成されるものとする。ここで、
４個の各梁に形成される歪ゲージは、それぞれこれら梁
の長さ方向にこれら梁と支持体の結合部側の上面に形成
される第１の側の４個の歪ゲージとこれら梁と重りの結
合部側の上面に形成される第２の側の４個の歪ゲージと
からなり、これら第１の側の４個の歪ゲージのうち重り
の中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそれぞ
れ対向させ、かつこれら第２の側の４個の歪ゲージのう
ち重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージを
それぞれ対向させてホイートストンブリッジを構成する
ことが好ましい。また、上記のいずれの場合も、歪ゲー
ジの形成された梁の上面にパッシベーション膜が設けら
れたことが良い。
【００１０】
【作用】請求項１記載の半導体加速度センサにおいて
は、半導体からなり、四角形の厚肉状の重りと、この重
りと所定の間隔を有し、かつこの重りを囲うように形成
された四角形の内孔を有する厚肉状の支持体と、前記重
りの対面する一対の外辺のそれぞれの外辺の各両端部と
これら両端部と対面する支持体の各内辺とを連結する４
個の薄肉状の梁とからなり、前記各梁にそれぞれ歪ゲー
ジが形成された半導体加速度センサにおいて、４個の各
梁に形成される歪ゲージは、それぞれこれら梁の長さ方
向にこれら梁と支持体の結合部側の上面に形成される第
１の側の４個の歪ゲージとこれら梁と重りの結合部側の
上面に形成される第２の側の４個の歪ゲージとからな
り、これら第１の側の４個の歪ゲージのうち重りの中心
点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそれぞれ対向
させ、かつこれら第２の側の４個の歪ゲージのうち重り
の中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそれぞ
れ対向させてホイートストンブリッジを構成するものと
したので、重りは左右から梁によって支持されるので、
横方向（非検出方向）の加速度が加わった場合梁の撓み
は従来の片側の梁で支持される場合に比し著るしく小さ
くなり、干渉出力は著るしく低減される。さらに、例え
ば横方向（非検出方向）の加速度が加わった場合、重り
の中心点に対して対称となる第１の側および第２の側そ
れぞれの各２個の歪ゲージは、その内一方の歪ゲージに
圧縮応力が加わると他方の歪ゲージには引っ張り応力が
加わり、互に抵抗値の変化を打消すように働き、ホイー
トストンブリッジからは信号は出力されない。また、垂
直方向（検出方向）の加速度が加わった場合は、第１の
側および第２の側のすべての歪ゲージは、それぞれ一方
の側の歪ゲージに圧縮応力が加わると他方の側の歪ゲー
ジには引っ張り応力が加わり、これらのすべての歪ゲー
ジの抵抗値の変化によってホイートストンブリッジから
は検出信号が出力される。これによって、干渉出力は低
減し検出感度は向上する。
は、半導体からなり、四角形の厚肉状の重りと、この重
りと所定の間隔を有し、かつこの重りを囲うように形成
された四角形の内孔を有する厚肉状の支持体と、前記重
りの対面する一対の外辺のそれぞれの外辺の各両端部と
これら両端部と対面する支持体の各内辺とを連結する４
個の薄肉状の梁とからなり、前記各梁にそれぞれ歪ゲー
ジが形成された半導体加速度センサにおいて、４個の各
梁に形成される歪ゲージは、それぞれこれら梁の長さ方
向にこれら梁と支持体の結合部側の上面に形成される第
１の側の４個の歪ゲージとこれら梁と重りの結合部側の
上面に形成される第２の側の４個の歪ゲージとからな
り、これら第１の側の４個の歪ゲージのうち重りの中心
点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそれぞれ対向
させ、かつこれら第２の側の４個の歪ゲージのうち重り
の中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそれぞ
れ対向させてホイートストンブリッジを構成するものと
したので、重りは左右から梁によって支持されるので、
横方向（非検出方向）の加速度が加わった場合梁の撓み
は従来の片側の梁で支持される場合に比し著るしく小さ
くなり、干渉出力は著るしく低減される。さらに、例え
ば横方向（非検出方向）の加速度が加わった場合、重り
の中心点に対して対称となる第１の側および第２の側そ
れぞれの各２個の歪ゲージは、その内一方の歪ゲージに
圧縮応力が加わると他方の歪ゲージには引っ張り応力が
加わり、互に抵抗値の変化を打消すように働き、ホイー
トストンブリッジからは信号は出力されない。また、垂
直方向（検出方向）の加速度が加わった場合は、第１の
側および第２の側のすべての歪ゲージは、それぞれ一方
の側の歪ゲージに圧縮応力が加わると他方の側の歪ゲー
ジには引っ張り応力が加わり、これらのすべての歪ゲー
ジの抵抗値の変化によってホイートストンブリッジから
は検出信号が出力される。これによって、干渉出力は低
減し検出感度は向上する。
【００１１】また、請求項２記載の半導体加速度センサ
においては、半導体からなり、正四角形の厚肉状の中央
部とこの中央部を中心として互に９０°の回転移動で合
致する中央部の各辺の位置にそれぞれ形成された４個の
四角形の厚肉状の凸部とからなる重りと、前記重りの各
凸部の外辺と所定の間隔を有し、かつこの重りを囲うよ
う形成された四角形の内孔を有する厚肉状の支持体と、
前記重りの中央部を中心として互に９０°の回転移動で
合致する前記重りの各凸部の一側辺と、これら一側辺に
それぞれ対面する前記支持体の各内辺とを連結する４個
の薄肉状の梁とからなり、前記各梁にそれぞれ歪ゲージ
を形成するようにしたので、各梁は重りの中央部の各辺
に沿って形成されるようになり、それらの長さ方向を長
くすることができるのでより容易に撓むようになる。こ
れにより、更に検出感度を向上させることができる。詳
述するならば、凸部の存在により、加速度が発生した場
合に、梁がねじれるように変形することがないため、ゲ
ージ部に発生する応力が、主として梁の長手方向（軸方
向）に発生することから、ゲージ抵抗変化率が効率良く
変化し、感度の高いセンサを実現できる。すなわち、本
発明の４つの凸部を設けた構成とすることで、梁の長手
方向に向いた応力が支配的となり、ピエゾ抵抗の変化効
率が良くなり感度の高いセンサを実現できる。また、４
つの凸部が重りに追加されたことで、感度的に優位なセ
ンサを実現できる。
においては、半導体からなり、正四角形の厚肉状の中央
部とこの中央部を中心として互に９０°の回転移動で合
致する中央部の各辺の位置にそれぞれ形成された４個の
四角形の厚肉状の凸部とからなる重りと、前記重りの各
凸部の外辺と所定の間隔を有し、かつこの重りを囲うよ
う形成された四角形の内孔を有する厚肉状の支持体と、
前記重りの中央部を中心として互に９０°の回転移動で
合致する前記重りの各凸部の一側辺と、これら一側辺に
それぞれ対面する前記支持体の各内辺とを連結する４個
の薄肉状の梁とからなり、前記各梁にそれぞれ歪ゲージ
を形成するようにしたので、各梁は重りの中央部の各辺
に沿って形成されるようになり、それらの長さ方向を長
くすることができるのでより容易に撓むようになる。こ
れにより、更に検出感度を向上させることができる。詳
述するならば、凸部の存在により、加速度が発生した場
合に、梁がねじれるように変形することがないため、ゲ
ージ部に発生する応力が、主として梁の長手方向（軸方
向）に発生することから、ゲージ抵抗変化率が効率良く
変化し、感度の高いセンサを実現できる。すなわち、本
発明の４つの凸部を設けた構成とすることで、梁の長手
方向に向いた応力が支配的となり、ピエゾ抵抗の変化効
率が良くなり感度の高いセンサを実現できる。また、４
つの凸部が重りに追加されたことで、感度的に優位なセ
ンサを実現できる。
【００１２】更に、請求項３記載のように、半導体加速
度センサを構成すると、請求項１記載の半導体加速度セ
ンサで得られる作用と、請求項２記載の半導体加速度セ
ンサで得られる作用とが、重畳した作用を得ることがで
きる。
度センサを構成すると、請求項１記載の半導体加速度セ
ンサで得られる作用と、請求項２記載の半導体加速度セ
ンサで得られる作用とが、重畳した作用を得ることがで
きる。
【００１３】また、請求項４に示すように歪ゲージの形
成された梁の上面にパッシベーション膜を設けると、こ
のパッシベーション膜とシリコン半導体との熱膨張係数
の差によってシリコン半導体の表面に応力を生じても、
これら梁の上面の長さ方向の歪ゲージにはすべて同じ抵
抗変化を生じホイートスンブリッジに接続したとき、こ
れら抵抗変化は互いに打ち消し合ってオフセット出力を
生じることはない。
成された梁の上面にパッシベーション膜を設けると、こ
のパッシベーション膜とシリコン半導体との熱膨張係数
の差によってシリコン半導体の表面に応力を生じても、
これら梁の上面の長さ方向の歪ゲージにはすべて同じ抵
抗変化を生じホイートスンブリッジに接続したとき、こ
れら抵抗変化は互いに打ち消し合ってオフセット出力を
生じることはない。
【００１４】
【実施例】図１および図２は本発明の半導体加速度セン
サの一実施例を示し、図１は平面図，図２は図１のＡ−
Ａにおける断面図である。図１および図２において、半
導体からなり、四角形の厚肉状の、例えば厚さ４００ミ
クロンの重り１と、この重り１と所定の間隔を有し、か
つこの重り１を囲うように形成された四角形の内孔を有
する厚肉状の支持体６と、重り１の対面する一対の外辺
のそれぞれの外辺の各両端部とこれら両端部と対面する
支持体６の各内辺とを連結する４個の薄肉状の、例えば
厚さ２０〜４０ミクロンの梁２，３，４，５とからな
り、これら梁２，３，４，５にそれぞれ歪ゲージ２Ａ，
２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂが形成され
ている。これら歪ゲージのうち、歪ゲージ２Ａ，３Ａ，
４Ａ，５Ａは支持体６とこれら歪ゲージが形成されたそ
れぞれの梁２，３，４，５との結合部側の上面にこれら
梁の長さ方向に形成され、歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，
５Ｂは重り１とこれら歪ゲージが形成されたそれぞれの
梁２，３，４，５との結合部側の上面にこれら梁の長さ
方向に形成されている。今各梁のそれぞれの梁と支持体
の結合部側の上面に形成された４個の歪ゲージ２Ａ，３
Ａ，４Ａ，５Ａを第１の側歪ゲージと称し、それぞれの
梁と重りとの結合部側の上面に形成された４個の歪ゲー
ジ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂを第２の側歪ゲージと称する
と、第１の側の４個の歪ゲージ２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａ
のうち重り１の中心点Ｏに対して対称となる各２個の歪
ゲージ２Ａ，５Ａおよび３Ａ，４Ａをそれぞれ対向さ
せ、かつ第２の側の４個の歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，
５Ｂのうち重り１の中心点Ｏに対して対称となる各２個
の歪ゲージ２Ｂ，５Ｂおよび３Ｂ，４Ｂをそれぞれ対向
させて図５に示すようにホイートストンブリッジを構成
する。なお、Ｖは電源端子，Ｇは接地端子，Ｓ１，Ｓ２
は信号出力端子である。
サの一実施例を示し、図１は平面図，図２は図１のＡ−
Ａにおける断面図である。図１および図２において、半
導体からなり、四角形の厚肉状の、例えば厚さ４００ミ
クロンの重り１と、この重り１と所定の間隔を有し、か
つこの重り１を囲うように形成された四角形の内孔を有
する厚肉状の支持体６と、重り１の対面する一対の外辺
のそれぞれの外辺の各両端部とこれら両端部と対面する
支持体６の各内辺とを連結する４個の薄肉状の、例えば
厚さ２０〜４０ミクロンの梁２，３，４，５とからな
り、これら梁２，３，４，５にそれぞれ歪ゲージ２Ａ，
２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂが形成され
ている。これら歪ゲージのうち、歪ゲージ２Ａ，３Ａ，
４Ａ，５Ａは支持体６とこれら歪ゲージが形成されたそ
れぞれの梁２，３，４，５との結合部側の上面にこれら
梁の長さ方向に形成され、歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，
５Ｂは重り１とこれら歪ゲージが形成されたそれぞれの
梁２，３，４，５との結合部側の上面にこれら梁の長さ
方向に形成されている。今各梁のそれぞれの梁と支持体
の結合部側の上面に形成された４個の歪ゲージ２Ａ，３
Ａ，４Ａ，５Ａを第１の側歪ゲージと称し、それぞれの
梁と重りとの結合部側の上面に形成された４個の歪ゲー
ジ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂを第２の側歪ゲージと称する
と、第１の側の４個の歪ゲージ２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａ
のうち重り１の中心点Ｏに対して対称となる各２個の歪
ゲージ２Ａ，５Ａおよび３Ａ，４Ａをそれぞれ対向さ
せ、かつ第２の側の４個の歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，
５Ｂのうち重り１の中心点Ｏに対して対称となる各２個
の歪ゲージ２Ｂ，５Ｂおよび３Ｂ，４Ｂをそれぞれ対向
させて図５に示すようにホイートストンブリッジを構成
する。なお、Ｖは電源端子，Ｇは接地端子，Ｓ１，Ｓ２
は信号出力端子である。
【００１５】今、重り１に対し、図２で矢印Ｖ方向の、
すなわち重り１に対し垂直方向（加速度の検出方向とな
る）の加速度が加わると、重り１は垂直方向の力Ｆv 受
け図６に示すように下方へ移動し、左右の梁２，３と
４，５によって支持される。このときこれら梁の梁と支
持体６の結合部側の上面には引っ張り応力が、梁と重り
１の結合部側の上面には圧縮応力が発生する。従って第
１の側の歪ゲージ２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａの抵抗値は増
加し、第２の側の歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂの抵
抗値は減少し、ホイートストンブリッジの信号出力端子
Ｓ１，Ｓ２から加速度に比例した大きさの検出信号が出
力される。
すなわち重り１に対し垂直方向（加速度の検出方向とな
る）の加速度が加わると、重り１は垂直方向の力Ｆv 受
け図６に示すように下方へ移動し、左右の梁２，３と
４，５によって支持される。このときこれら梁の梁と支
持体６の結合部側の上面には引っ張り応力が、梁と重り
１の結合部側の上面には圧縮応力が発生する。従って第
１の側の歪ゲージ２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａの抵抗値は増
加し、第２の側の歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂの抵
抗値は減少し、ホイートストンブリッジの信号出力端子
Ｓ１，Ｓ２から加速度に比例した大きさの検出信号が出
力される。
【００１６】次に、重り１に対し、図２で矢印Ｈ方向
の、すなわち重り１に対し横方向（加速度の非検出方向
となる）の加速度が加わると、梁の撓み中心線９と重り
１の重心点Ｗとの間の距離Ｌと、加速度により重り１に
生じる横方向の力Ｆh とによるモーメントにより、図７
に示すように変形し、重り１により押される側の梁２，
３は、各梁と支持体との結合部側の上面に圧縮応力が各
梁と重りとの結合部側の上面に引っ張り応力が発生し、
重り１により引っ張られる側の梁４，５は各梁と支持体
との結合部側の上面に引っ張り応力が各梁と重りとの結
合部側の上面に圧縮応力が発生する。
の、すなわち重り１に対し横方向（加速度の非検出方向
となる）の加速度が加わると、梁の撓み中心線９と重り
１の重心点Ｗとの間の距離Ｌと、加速度により重り１に
生じる横方向の力Ｆh とによるモーメントにより、図７
に示すように変形し、重り１により押される側の梁２，
３は、各梁と支持体との結合部側の上面に圧縮応力が各
梁と重りとの結合部側の上面に引っ張り応力が発生し、
重り１により引っ張られる側の梁４，５は各梁と支持体
との結合部側の上面に引っ張り応力が各梁と重りとの結
合部側の上面に圧縮応力が発生する。
【００１７】従って、第１の側の４個の歪ゲージ２Ａ，
３Ａ，４Ａ，５Ａのうち重り１の中心点Ｏに対して対称
となる各２個の歪ゲージ２Ａ，５Ａおよび３Ａ，４Ａの
うち、歪ゲージ２Ａ，５Ａは、２Ａが抵抗値減少，５Ａ
が抵抗値増加となり互にその抵抗値の変化を打ち消し合
い、また歪ゲージ３Ａ，４Ａは３Ａが抵抗値減少，４Ａ
が抵抗値増加となり互に抵抗値の変化を打ち消し合う。
また、第２の側の４個の歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５
Ｂも同様に互にその抵抗値の変化を打ち消し合い、ホイ
ートストンブリッジからは信号は出力されない。
３Ａ，４Ａ，５Ａのうち重り１の中心点Ｏに対して対称
となる各２個の歪ゲージ２Ａ，５Ａおよび３Ａ，４Ａの
うち、歪ゲージ２Ａ，５Ａは、２Ａが抵抗値減少，５Ａ
が抵抗値増加となり互にその抵抗値の変化を打ち消し合
い、また歪ゲージ３Ａ，４Ａは３Ａが抵抗値減少，４Ａ
が抵抗値増加となり互に抵抗値の変化を打ち消し合う。
また、第２の側の４個の歪ゲージ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５
Ｂも同様に互にその抵抗値の変化を打ち消し合い、ホイ
ートストンブリッジからは信号は出力されない。
【００１８】本半導体加速度センサは、重り１は左右か
ら梁２，３および４，５によって支持されるので横方向
（非検出方向）の加速度が加わった場合重りは左右の梁
によって支持されるので、従来の片側の梁で支持される
場合に比し、梁の撓みそのものが小さくなるとともに、
前述のように各歪ゲージは互にその抵抗値の変化が打ち
消し合うので、干渉出力は著るしく低減する。
ら梁２，３および４，５によって支持されるので横方向
（非検出方向）の加速度が加わった場合重りは左右の梁
によって支持されるので、従来の片側の梁で支持される
場合に比し、梁の撓みそのものが小さくなるとともに、
前述のように各歪ゲージは互にその抵抗値の変化が打ち
消し合うので、干渉出力は著るしく低減する。
【００１９】更に垂直方向（検出方向）の加速度が加わ
った場合、すべての歪ゲージの抵抗値の変化によってホ
イートストンブリッジは信号が出力されるので信号出力
が増大する。図３および図４は本発明の半導体加速度セ
ンサの異なる実施例を示し、図３は平面図，図４は図３
のＢ−Ｂにおける断面図である。図３および図４におい
て、半導体からなり四角形の厚肉状の例えば厚さ４００
ミクロンの中央部１Ａとこの中央部１Ａを中心として互
に９０°の回転移動で合致する中央部１Ａの各辺の位置
にそれぞれ形成された４個の四角形の厚肉状の凸部１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとからなる重り１と、重り１の各
凸部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの外辺と所定の間隔を有
し、かつこの重り１を囲うよう形成された四角形の内孔
を有する厚肉状の支持体６と、重り１の中央部１Ａを中
心として互に９０°の回転移動で合致する重り１の各凸
部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの一側辺と、これら一側辺に
それぞれ対面する支持体６の各内辺とを連結する４個の
薄肉状、例えば２０〜４０ミクロンの梁２，３，４，５
とからなり、これら梁２，３，４，５にそれぞれ歪ゲー
ジ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂが
形成されている。これら歪ゲージのうち、歪ゲージ２
Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａはそれぞれの梁と支持体との結合
部側の上面にこれら梁の長さ方向に形成され、歪ゲージ
２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂはそれぞれの梁と重りとの結合
部側の上面にこれら梁の長さ方向に形成されている。そ
して、これら歪ゲージは図１および図２に示す実施例と
同様ホイートストンブリッジを構成し、その動作も図１
および図２に示す実施例と全く同様である。
った場合、すべての歪ゲージの抵抗値の変化によってホ
イートストンブリッジは信号が出力されるので信号出力
が増大する。図３および図４は本発明の半導体加速度セ
ンサの異なる実施例を示し、図３は平面図，図４は図３
のＢ−Ｂにおける断面図である。図３および図４におい
て、半導体からなり四角形の厚肉状の例えば厚さ４００
ミクロンの中央部１Ａとこの中央部１Ａを中心として互
に９０°の回転移動で合致する中央部１Ａの各辺の位置
にそれぞれ形成された４個の四角形の厚肉状の凸部１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄとからなる重り１と、重り１の各
凸部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの外辺と所定の間隔を有
し、かつこの重り１を囲うよう形成された四角形の内孔
を有する厚肉状の支持体６と、重り１の中央部１Ａを中
心として互に９０°の回転移動で合致する重り１の各凸
部１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの一側辺と、これら一側辺に
それぞれ対面する支持体６の各内辺とを連結する４個の
薄肉状、例えば２０〜４０ミクロンの梁２，３，４，５
とからなり、これら梁２，３，４，５にそれぞれ歪ゲー
ジ２Ａ，２Ｂ、３Ａ，３Ｂ、４Ａ，４Ｂ、５Ａ，５Ｂが
形成されている。これら歪ゲージのうち、歪ゲージ２
Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａはそれぞれの梁と支持体との結合
部側の上面にこれら梁の長さ方向に形成され、歪ゲージ
２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂはそれぞれの梁と重りとの結合
部側の上面にこれら梁の長さ方向に形成されている。そ
して、これら歪ゲージは図１および図２に示す実施例と
同様ホイートストンブリッジを構成し、その動作も図１
および図２に示す実施例と全く同様である。
【００２０】本半導体加速度センサでは各梁２，３，
４，５は重り１の中心部１Ａの各辺に沿って形成される
ので、それらの長さ方向を長くすることができるのでよ
り容易に撓むようになり、更に検出感度を向上させるこ
とができる。なお、重り１の各辺に設けた凸部１Ａ，１
Ｂ，１Ｃ，１Ｄは図１に示すように各辺の一端部に設
け、これら凸部の両側辺のうち対面する支持体６の内辺
との距離の長い方の一側辺にそれぞれ梁２，３，４，５
を形成するようにすると、これら梁の長さをより長くす
ることができる。
４，５は重り１の中心部１Ａの各辺に沿って形成される
ので、それらの長さ方向を長くすることができるのでよ
り容易に撓むようになり、更に検出感度を向上させるこ
とができる。なお、重り１の各辺に設けた凸部１Ａ，１
Ｂ，１Ｃ，１Ｄは図１に示すように各辺の一端部に設
け、これら凸部の両側辺のうち対面する支持体６の内辺
との距離の長い方の一側辺にそれぞれ梁２，３，４，５
を形成するようにすると、これら梁の長さをより長くす
ることができる。
【００２１】更に、図１．図２で示される半導体加速度
センサあるいは図３，４で示される半導体加速度センサ
において、上面に形成された歪ゲージを保護するために
ＳｉＯ2 あるいはＳｉＮなどのパッシベーション膜１０
を形成する。このパッシベーション膜は通常数百度の高
温状態で形成され、その後常温に戻されるが、シリコン
半導体との熱膨張係数が異なるため、シリコン半導体の
表面には応力が残留し、このために各歪ゲージ２Ａ，２
Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂの抵抗値が変
化するが、これら歪ゲージは、すべて梁２，３，４，５
の上面長手方向に設けられているので、同じ抵抗変化を
生じる。そして、これら歪ゲージを図５に示すホイース
トンブリッジに接続したとき、すべての歪ゲージは同じ
ように抵抗変化をしているので、これら抵抗変化は互い
に打ち消し合ってオフセット出力を生じることはない。
センサあるいは図３，４で示される半導体加速度センサ
において、上面に形成された歪ゲージを保護するために
ＳｉＯ2 あるいはＳｉＮなどのパッシベーション膜１０
を形成する。このパッシベーション膜は通常数百度の高
温状態で形成され、その後常温に戻されるが、シリコン
半導体との熱膨張係数が異なるため、シリコン半導体の
表面には応力が残留し、このために各歪ゲージ２Ａ，２
Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂの抵抗値が変
化するが、これら歪ゲージは、すべて梁２，３，４，５
の上面長手方向に設けられているので、同じ抵抗変化を
生じる。そして、これら歪ゲージを図５に示すホイース
トンブリッジに接続したとき、すべての歪ゲージは同じ
ように抵抗変化をしているので、これら抵抗変化は互い
に打ち消し合ってオフセット出力を生じることはない。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体からなる装置の
形状とこの装置に形成される歪ゲージの個数，位置およ
び接続方法によって、特別な工程を追加することなく、
検出感度を向上し、かつ干渉出力およびオフセット出力
を低減したので、高性能の半導体加速度センサを低コス
トで供給することができる。この種半導体加速度センサ
は自動車をはじめ各種用途に広く用いられるもので、高
性能の半導体加速度センサが低コストで供給できる効果
は極めて大きい。
形状とこの装置に形成される歪ゲージの個数，位置およ
び接続方法によって、特別な工程を追加することなく、
検出感度を向上し、かつ干渉出力およびオフセット出力
を低減したので、高性能の半導体加速度センサを低コス
トで供給することができる。この種半導体加速度センサ
は自動車をはじめ各種用途に広く用いられるもので、高
性能の半導体加速度センサが低コストで供給できる効果
は極めて大きい。
【図１】本発明の半導体加速度センサの一実施例を示す
平面図
平面図
【図２】図１のＡ−Ａにおける断面図
【図３】本発明の半導体加速度センサの異なる実施例を
示す平面図
示す平面図
【図４】図３のＢ−Ｂにおける断面図
【図５】図１に示す本発明の半導体加速度センサの接続
図
図
【図６】図１に示す本発明の半導体加速度センサの動作
を説明する断面図
を説明する断面図
【図７】図１に示す本発明の半導体加速度センサの動作
を更に説明する断面図
を更に説明する断面図
【図８】従来の半導体加速度センサの一例を示す平面図
【図９】図８の側面図
【図１０】従来の半導体加速度センサの異なる実施例を
示す平面図
示す平面図
【図１１】図１０の側面図
【図１２】図８に示す従来の半導体加速度センサの接続
図
図
【図１３】図８に示す従来の半導体加速度センサの動作
を説明する側面図
を説明する側面図
【図１４】図８に示す従来の半導体加速度センサの動作
を更に説明する側面図
を更に説明する側面図
【図１５】図８に示す従来の半導体加速度センサの動作
を更に説明する側面図
を更に説明する側面図
１ 重り １Ａ 中央部 １Ｂ 凸部 １Ｃ 凸部 １Ｄ 凸部 １Ｅ 凸部 ２ 梁 ２Ａ 歪ゲージ（第１の側の） ２Ｂ 歪ゲージ（第２の側の） ３ 梁 ３Ａ 歪ゲージ（第１の側の） ３Ｂ 歪ゲージ（第２の側の） ４ 梁 ４Ａ 歪ゲージ（第１の側の） ４Ｂ 歪ゲージ（第２の側の） ５ 梁 ５Ａ 歪ゲージ（第１の側の） ５Ｂ 歪ゲージ（第２の側の） ６ 支持体 １０ パッシベーション膜 Ｏ 中心点（重り１の）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−284764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−99356（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301181（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−181781（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−9673（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164778（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−192460（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−4025（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/12 H01L 29/84
Claims (4)
- 【請求項１】半導体からなり、四角形の厚肉状の重り
と、この重りと所定の間隔を有し、かつこの重りを囲う
ように形成された四角形の内孔を有する厚肉状の支持体
と、前記重りの対面する一対の外辺のそれぞれの外辺の
各両端部とこれら両端部と対面する支持体の各内辺とを
連結する４個の薄肉状の梁とからなり、前記各梁にそれ
ぞれ歪ゲージが形成された半導体加速度センサにおい
て、４個の各梁に形成される歪ゲージは、それぞれこれ
ら梁の長さ方向にこれら梁と支持体の結合部側の上面に
形成される第１の側の４個の歪ゲージとこれら梁と重り
の結合部側の上面に形成される第２の側の４個の歪ゲー
ジとからなり、これら第１の側の４個の歪ゲージのうち
重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそ
れぞれ対向させ、かつこれら第２の側の４個の歪ゲージ
のうち重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲー
ジをそれぞれ対向させてホイートストンブリッジを構成
することを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項２】半導体からなり、正四角形の厚肉状の中央
部とこの中央部を中心として互に９０°の回転移動で合
致する中央部の各辺の位置にそれぞれ形成された４個の
四角形の厚肉状の凸部とからなる重りと、前記重りの各
凸部の外辺と所定の間隔を有し、かつこの重りを囲うよ
う形成された四角形の内孔を有する厚肉状の支持体と、
前記重りの中央部を中心として互に９０°の回転移動で
合致する前記重りの各凸部の一側辺と、これら一側辺に
それぞれ対面する前記支持体の各内辺とを連結する４個
の薄肉状の梁とからなり、前記各梁にそれぞれ歪ゲージ
が形成されることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項３】請求項２記載の半導体加速度センサにおい
て、４個の各梁に形成される歪ゲージは、それぞれこれ
ら梁の長さ方向にこれら梁と支持体の結合部側の上面に
形成される第１の側の４個の歪ゲージとこれら梁と重り
の結合部側の上面に形成される第２の側の４個の歪ゲー
ジとからなり、これら第１の側の４個の歪ゲージのうち
重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲージをそ
れぞれ対向させ、かつこれら第２の側の４個の歪ゲージ
のうち重りの中心点に対して対称となる各２個の歪ゲー
ジをそれぞれ対向させてホイートストンブリッジを構成
することを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項４】請求項１ないし３記載の半導体加速度セン
サにおいて、歪ゲージの形成された梁の上面にパッシベ
ーション膜が設けられたことを特徴とする半導体加速度
センサ。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9605377A GB2296977B (en) | 1992-03-25 | 1993-03-24 | Semi-conductor acceleration sensor |
| GB9306077A GB2266151B (en) | 1992-03-25 | 1993-03-24 | Semiconductor acceleration sensor |
| DE4345551A DE4345551B4 (de) | 1992-03-25 | 1993-03-25 | Halbleiterbeschleunigungssensor |
| DE4345552A DE4345552B4 (de) | 1992-03-25 | 1993-03-25 | Halbleiterbeschleunigungssensor |
| DE19934309786 DE4309786B4 (de) | 1992-03-25 | 1993-03-25 | Halbleiterbeschleunigungssensor |
| US08/281,100 US5665915A (en) | 1992-03-25 | 1994-07-27 | Semiconductor capacitive acceleration sensor |
| US08/376,051 US5490421A (en) | 1992-03-25 | 1995-01-23 | Semi-conductor acceleration sensor having thin beam supported weight |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31283691 | 1991-11-28 | ||
| JP3-312836 | 1991-11-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264573A JPH05264573A (ja) | 1993-10-12 |
| JP3115427B2 true JP3115427B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=18034015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04227651A Expired - Fee Related JP3115427B2 (ja) | 1991-11-28 | 1992-08-27 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3115427B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014176830A1 (zh) * | 2013-04-28 | 2014-11-06 | 厦门乃尔电子有限公司 | 一种具有全桥微梁结构的压阻式加速度传感器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101481899B1 (ko) * | 2013-06-27 | 2015-01-21 | 부산대학교 산학협력단 | 실리콘 가속도계 및 이의 패키징 |
-
1992
- 1992-08-27 JP JP04227651A patent/JP3115427B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014176830A1 (zh) * | 2013-04-28 | 2014-11-06 | 厦门乃尔电子有限公司 | 一种具有全桥微梁结构的压阻式加速度传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05264573A (ja) | 1993-10-12 |
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