JP3199775B2 - Acceleration sensor - Google Patents
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を測定する
ためのセンサであって、サイズモ質量体が設けられてい
て、該サイズモ質量体が、担体平面内で加速度によって
変位するように、湾曲可能な薄いウエブに懸架されてお
り、サイズモ質量体に可動な電極が接続されており、前
記担体に定置の電極が接続されていて、定置の電極が可
動な電極と共に、加速度によって容量が変化するコンデ
ンサを形成している形式のものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor for measuring acceleration, which is provided with a seismic mass, which can be bent so as to be displaced by acceleration in a plane of a carrier. A movable electrode connected to the seismic mass, a fixed electrode connected to the carrier, and the fixed electrode together with the movable electrode, the capacitance of which varies with acceleration. Of the form that forms
【0002】[0002]
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許第4000903
号明細書には、単結晶の2層担体より成る加速度センサ
が開示されている。この加速度センサは、担体表面に対
して平行に振動する舌片を有していて、該舌片に、振動
方向に抗して定置の電極が配置されている。このセンサ
においては加速度は、可動な舌片と定置の電極との間の
容量変化を介して検出されるようになっている。2. Description of the Related Art German Patent No. 40000093.
The specification discloses an acceleration sensor composed of a single-crystal two-layer carrier. This acceleration sensor has a tongue that vibrates parallel to the surface of the carrier, and stationary electrodes are arranged on the tongue against the vibration direction. In this sensor, the acceleration is detected via a change in capacitance between a movable tongue and a stationary electrode.
【0003】“Laterally Driven PolysiliconResonant
Microstructures(側方駆動式ポリシリコン共鳴マイク
ロ構造)”「W.C.Tange, T.H.Nauyen, R.T.Howe; Senso
rand Actuators, 20(1989) 25〜30」によれば、アルキ
メデスのらせんに懸架され、静電的なカム伝動装置を備
えたサイズモ質量体が公知である。この刊行物には、こ
のような構造体がポリシリコン技術によって実現される
ことが記載されている。"Laterally Driven Polysilicon Resonant
Microstructures ”(WCTange, THNauyen, RTHowe; Senso)
According to rand Actuators, 20 (1989) 25-30, seismic masses are known which are suspended on an Archimedes helix and have an electrostatic cam transmission. This publication states that such a structure is realized by polysilicon technology.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の従来の加速度センサを改良して、より良
好なものを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve a conventional acceleration sensor of the type mentioned at the outset to provide a better one.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明によれば、担体が、多結晶質のシリコンより成る上側
の層と下側の層とを有しており、これら2つの層が互い
に絶縁されており、サイズモ質量体とウエブとが、担体
平面内で、上側の層に連続して形成されており、定置の
電極を可動な電極に対して絶縁する手段が設けられてい
る。According to the present invention which solves this problem, the carrier has an upper layer and a lower layer of polycrystalline silicon, and these two layers are They are insulated from each other, and the seismic mass and the web, the carrier
Means are formed in the plane that are continuous with the upper layer and insulate the stationary electrode from the movable electrode.
【0006】[0006]
【発明の効果】本発明の加速度センサは、サイズモ質量
体の複数の側でこのサイズモ質量体の変向を検出するこ
とによって、回転運動を直線加速度と区別することがで
きるという利点がある。加速度の種類に応じて、サイズ
モ質量体の種々異なる側で検出される測定信号は、同一
方向又は逆方向で変化する。これらの信号を比較するこ
とによって、非常に簡単な形式で、回転運動と直線加速
度とを区別することができる。また、センサのサイズモ
質量体は、有利には担体平面内で変向可能で、この時に
担体平面から外へ突出しない。この場合、担体自体は有
利には機械的なオーバーロードに対する保護部材として
役立つ。サイズモ質量体が、薄いウエブを介して少なく
とも2つの側で懸架されていることによって、オーバー
ロードに対するセンサの安定性は高められると同時に、
非常に高い測定感度が得られる。またそれと同時に横方
向加速度に対する感度は低められる。横方向感度に関し
ては、サイズモ質量体を4つの側で懸架しても特に有利
である。センサをシリコン担体より製造すれば特に有利
である。何故ならば、規格製造方法によって特に小さい
構造が得られるからである。さらに有利には、シリコン
担体にセンサの評価回路を組み込むこともできる。The acceleration sensor of the present invention has the advantage that rotational motion can be distinguished from linear acceleration by detecting deflections of the seismic mass on multiple sides of the seismic mass. Depending on the type of acceleration, the measurement signals detected on different sides of the seismic mass change in the same direction or in opposite directions. By comparing these signals, it is possible, in a very simple manner, to distinguish between rotational movement and linear acceleration. Also, the seismic mass of the sensor can advantageously be deflected in the carrier plane, without projecting out of the carrier plane at this time. In this case, the carrier itself advantageously serves as a protection against mechanical overload. By having the seismic mass suspended on at least two sides via a thin web, the stability of the sensor against overload is increased,
Very high measurement sensitivity is obtained. At the same time, the sensitivity to lateral acceleration is reduced. With regard to lateral sensitivity, it is particularly advantageous to suspend the seismic mass on four sides. It is particularly advantageous if the sensor is manufactured from a silicon carrier. This is because a particularly small structure can be obtained by the standard manufacturing method. Further advantageously, the evaluation circuit of the sensor can be integrated in the silicon carrier.
【0007】請求項2以下に記載した手段によって、請
求項1に記載した加速度センサの有利な変化例が可能で
ある。[0007] Advantageous variants of the acceleration sensor according to claim 1 are possible by means of the second and subsequent measures.
【0008】サイズモ質量体の変向の検出は、懸架ウエ
ブでウエブ軸線の左右に取り付けられたそれぞれ2つの
ピエゾ抵抗によって、特に有利にピエゾ抵抗式に行うこ
とができる。サイズモ質量体が直線的に加速される場
合、各懸架ウエブにおける少なくとも2つのピエゾ抵抗
が同方向で変化する。回転運動が生じた場合は、各懸架
ウエブの一方の側が伸びるの対して、他方の側が縮む。
これによって、各懸架ウエブの抵抗値は逆方向で変化す
る。ピエゾ抵抗式の信号検出は、有利には、単層構造の
担体より製造されたセンサに使用することもできる。担
体全体を狭い懸架ウエブで構成すれば、これによって担
体平面内でのサイズモ質量体の変向が優勢となり、一
方、担体平面に対して直角な方向のサイズモ質量体の変
向は押さえられるので、有利である。[0008] The detection of the deflection of the seismic mass can be effected particularly advantageously in a piezoresistive manner by means of two piezoresistors each mounted on the suspension web on the left and right of the web axis. When the seismic mass is accelerated linearly, at least two piezoresistors in each suspension web change in the same direction. If a rotational movement occurs, one side of each suspension web will expand while the other side will contract.
Thereby, the resistance value of each suspension web changes in the opposite direction. Piezoresistive signal detection can also be used advantageously for sensors made from carriers having a single-layer structure. If the entire carrier is constituted by a narrow suspension web, this will predominate the deflection of the seismic mass in the plane of the carrier, while suppressing the deflection of the seismic mass in a direction perpendicular to the plane of the carrier, It is advantageous.
【0009】センサの部分構造を製造し絶縁するために
は、2軸式のシリコン担体を使用し、上側の層と下側の
層との間にドーピング接合、有利にはpn−接合を形成
すれば、特に有利である。担体は単結晶で構成し、この
場合、上側の層は、不純原子の拡散によって製造するこ
とができるか、又はこの上側の層は、担体上で分離した
エピタキシャル層であってよい。センサの構造に応じ
て、分離されたポリシリコン層を備えたシリコン担体を
使用すれば有利である。この場合、絶縁は、例えば、単
結晶のシリコン層と多結晶のシリコン層との間の酸化シ
リコンを介して行われる。To manufacture and insulate the substructure of the sensor, a biaxial silicon carrier is used to form a doping junction, preferably a pn junction, between the upper and lower layers. This is particularly advantageous. The carrier is composed of a single crystal, in which case the upper layer can be produced by the diffusion of impure atoms, or the upper layer can be a separate epitaxial layer on the carrier. Depending on the structure of the sensor, it is advantageous to use a silicon carrier with a separate polysilicon layer. In this case, the insulation is performed, for example, via silicon oxide between the single-crystal silicon layer and the polycrystalline silicon layer.
【0010】別の有利な可能性は、容量性の信号検出を
行うことである。このためには、定置の電極を、フレー
ムの互いに向き合う、かつ、懸架ウエブに対して平行な
2つの側から出発して突出するように、シリコン担体よ
り構成すると有利である。定置の電極は、可動な電極と
して用いられる懸架ウエブと協働してそれぞれ1つのコ
ンデンサを形成している。信号を増幅するために、別の
定置の電極をフレームから突出させて構成し、この定置
の電極に対して平行に、サイズモ質量体から出発し、か
つ、定置の電極と協働して内蔵デジタルコンデンサを形
成する可動の電極を設けると有利である。本発明の別の
有利な構成によれば、コンデンサは、可変な電圧を供給
することによって、サイズモ質量体が再びその停止位置
にもたらされる位置制御部材として使用することができ
る。容量性の位置制御部材と容量性の信号検出部材とピ
エゾ抵抗式の信号検出部材との組み合わせも有利であ
る。定置の電極に対して可動な電極を絶縁することは、
サイズモ質量体が上側の層にだけ構成されている場合
に、特に良好に実現され得る。このようにすれば、上側
の層と下側の層との間のpn−接合は、下側の層に対す
る電極の絶縁を形成し;上側の層における絶縁は、有利
には絶縁拡散によって行われるか、又は上側の層を完全
に貫通するエッチング凹部によって行われる。Another advantageous possibility is to perform capacitive signal detection. For this purpose, it is advantageous if the stationary electrodes consist of a silicon carrier, projecting starting from two sides facing each other of the frame and parallel to the suspension web. The stationary electrodes cooperate with the suspension web used as the movable electrode to form a capacitor in each case. In order to amplify the signal, another stationary electrode is constructed to protrude from the frame, parallel to this stationary electrode, starting from the seismic mass, and in cooperation with the stationary electrode, the built-in digital It is advantageous to provide a movable electrode forming a capacitor. According to another advantageous embodiment of the invention, the capacitor can be used as a position control element by supplying a variable voltage so that the seismic mass is again brought to its stop position. A combination of a capacitive position control member, a capacitive signal detection member and a piezoresistive signal detection member is also advantageous. Insulating a movable electrode against a stationary electrode
This can be realized particularly well if the seismic mass is only configured in the upper layer. In this way, the pn-junction between the upper layer and the lower layer forms the insulation of the electrode with respect to the lower layer; the insulation in the upper layer is advantageously provided by insulation diffusion Or by etching recesses completely penetrating the upper layer.
【0011】本発明による加速度センサの別の構成によ
れば、サイズモ質量体は、互いに入り込む2つのアルキ
メデスのらせんに懸架され、これら2つのらせんは、一
番外側の巻条に可動なウエブを備えている。この可動な
ウエブは、カム状のフィンガー構造を有しており、この
フィンガー構造は、定置のウエブから出発するフィンガ
ー構造と共に静電式の磁気抵抗式駆動装置を形成する。
互いに入り込むフィンガー構造は有利には、信号測定の
ために又は位置制御のためにも使用され得る。付加的な
信号引き取りは、らせん上に配置されたピエゾ抵抗によ
って有利にはピエゾ抵抗式に行われる。According to another embodiment of the acceleration sensor according to the invention, the seismic mass is suspended on two Archimedes spirals penetrating each other, the two spirals comprising a movable web on the outermost winding. ing. The movable web has a cam-like finger structure which, together with the finger structure starting from the stationary web, forms an electrostatic magnetoresistive drive.
The interdigitated finger structures can advantageously also be used for signal measurement or for position control. The additional signal pick-up takes place preferably in a piezoresistive manner by means of piezoresistors arranged on the helix.
【0012】センサの感度を高めるために、サイズモ質
量体は担体の幅全体に亙って構成してもよい。サイズモ
質量体を、懸架部分と同じ厚さで構成すれば、慣性モー
メント又は横方向感度が高められる。In order to increase the sensitivity of the sensor, the seismic mass may be arranged over the entire width of the carrier. If the seismic mass is constructed with the same thickness as the suspension, the moment of inertia or lateral sensitivity is increased.
【0013】[0013]
【実施例】次に図面に示した実施例について本発明の構
成を具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the configuration of the present invention will be specifically described with reference to the embodiments shown in the drawings.
【0014】図1には、定置のフレーム10と、該フレ
ーム10内で固定された変向可能なサイズモ質量体20
とを備えたセンサが示されている。この実施例ではサイ
ズモ質量体20は、4つの薄いウエブ21,22,2
3,24を介して左右対称に懸架されている。この構造
体は、単層又は2層のシリコン担体より構成されてい
る。担体は単結晶であるか又はポリシリコン層を備えて
いる。ウエブ21,22,23,24及びサイズモ質量
体20は、担体の厚さ全体に構成してもよいし、その厚
さを減少してもよい。感度を高めるために、サイズモ質
量体20をできるだけ大きく、つまり担体の厚さ全部に
亙って構成するとよい。ウエブ21,22,23,24
の幅寸法を厚さ寸法よりも大きくした(つまり例えばウ
エブは担体の厚さ全体に亙って構成されている)サイズ
モ質量体20においては、担体平面内の変向が、担体に
対して直角方向の変向よりも優勢する。図1に示された
実施例においては、各ウエブ21〜24にそれぞれ2つ
のピエゾ抵抗81,82が取り付けられている。これら
のピエゾ抵抗81,82はそれぞれウエブ軸線の左右に
配置されている。担体平面内での又は担体平面に対して
直角方向の直線的な加速によって、懸架ウエブの両半
部、つまりウエブ軸線を中心とした左右の両半部の常に
同方向の長さ変化、つまりウエブのピエゾ抵抗の同方向
の抵抗変化が生じる。これとは反対に、担体平面に対し
て直角方向の回転軸線を中心とした回転運動はウエブ半
部の同方向の湾曲を生ぜしめ、ひいてはウエブにおける
ピエゾ抵抗の同方向の抵抗変化を生ぜしめる。ウエブに
おける抵抗値を比較することによって、若しくは相応に
回路接続することによって、直線加速運動を回転運動に
対して簡単に区別することができる。FIG. 1 shows a stationary frame 10 and a deflectable seismic mass 20 fixed within the frame 10.
And a sensor comprising: In this embodiment, the seismic mass 20 comprises four thin webs 21, 22, 2
It is symmetrically suspended via 3, 24. This structure is composed of a single-layer or two-layer silicon carrier. The carrier is monocrystalline or comprises a polysilicon layer. The webs 21, 22, 23, 24 and the seismic mass 20 may be constructed over the entire thickness of the carrier or may be reduced in thickness. In order to increase the sensitivity, the seismic mass 20 may be configured as large as possible, ie over the entire thickness of the carrier. Web 21, 22, 23, 24
In the seismic mass 20 in which the width dimension of the carrier is greater than the thickness dimension (i.e., for example, the web is formed over the entire thickness of the carrier), the deflection in the carrier plane is perpendicular to the carrier. Dominates over direction changes. In the embodiment shown in FIG. 1, two piezoresistors 81 and 82 are attached to each of the webs 21 to 24, respectively. These piezoresistors 81 and 82 are arranged on the left and right of the web axis, respectively. Due to linear acceleration in the plane of the carrier or in a direction perpendicular to the plane of the carrier, the two halves of the suspended web, i.e. the left and right halves about the web axis, always have the same length change, i.e. the web. Of the piezoresistors in the same direction. Conversely, rotational movement about an axis of rotation perpendicular to the plane of the carrier results in the same-direction bending of the web halves and, consequently, the same-direction resistance change of the piezoresistors in the web. By comparing the resistance values on the web or by connecting the circuits accordingly, linear acceleration movements can be easily distinguished from rotational movements.
【0015】図2には、図1と比較可能なセンサ構造が
示されている。この図2の実施例においては、信号測定
はピエゾ抵抗式ではなく容量式に行われる。このために
懸架ウエブ21,22,23,24に対して平行に、担
体の定置のフレーム10から突き出して、定置の電極1
1,12,13,14が構成されている。これら定置の
電極11,12,13,14は、可動な電極として用い
られる懸架ウエブ21,22,23,24と協働してキ
ャパシタンスを形成している。定置の電極11,12,
13,14は可動な電極21,22,23,24に対し
て、担体平面内における直線的な加速が、互いに逆向き
の2つのキャパシタンスにおける互いに逆向きのキャパ
シタンス変化を生ぜしめるように配置されている。担体
平面に対して直角方向の回転軸線を中心とした回転運動
だけが、少なくとも2つの互いに逆向きのキャパシタン
スにおける同方向のキャパシタンス変化を生ぜしめる。
このセンサ構造は、2層のシリコン担体1より構成され
ており、このシリコン担体1の上側の層2と下側の層3
との間にドーピング接合が形成されている。ウエブ2
1,22,23,24は、上側の層2にだけ形成されて
いる。フレーム10には、ウエブの結合範囲の周囲に絶
縁拡散30が設けられている。これらの絶縁拡散30
は、定置の電極11,12,13,14が突き出してい
る、フレーム10の箇所に適当な形式で設けてもよい。
これらの絶縁拡散30は、上側の層2と下側の層3との
間のpn−接合と協働して、可動な電極として働く懸架
ウエブ21,22,23,24を定置の電極11,1
2,13,14に対して電気的に絶縁する。図3には、
センサのウエブ22,24の範囲の断面図が示されてい
る。定置のフレーム10は、サイズモ質量体20と同様
に担体の厚さ全部に亙って形成されている。サイズモ質
量体20は、その厚さを薄くするか、又は上側の層2に
だけ設けてもよい。FIG. 2 shows a sensor structure comparable to that of FIG. In the embodiment of FIG. 2, the signal measurement is performed in a capacitive manner, not in a piezoresistive manner. For this purpose, the support electrodes 21, 22, 23, 24 project from the fixed frame 10 of the carrier in parallel to the fixed electrodes 1.
1, 12, 13, and 14 are configured. These stationary electrodes 11, 12, 13, 14 cooperate with suspension webs 21, 22, 23, 24 used as movable electrodes to form capacitance. Stationary electrodes 11, 12,
13 and 14 are arranged with respect to the movable electrodes 21, 22, 23 and 24 such that linear acceleration in the carrier plane causes opposite capacitance changes in the two opposite capacitances. I have. Only a rotational movement about an axis of rotation perpendicular to the carrier plane causes a capacitance change in at least two opposite capacitances in the same direction.
This sensor structure is composed of two layers of a silicon carrier 1, the upper layer 2 and the lower layer 3 of the silicon carrier 1.
, A doping junction is formed. Web 2
1, 22, 23 and 24 are formed only on the upper layer 2. The frame 10 is provided with an insulating diffusion 30 around the area where the web is joined. These insulating diffusions 30
May be provided in a suitable manner at the location of the frame 10 where the stationary electrodes 11, 12, 13, 14 protrude.
These insulating diffusions 30 cooperate with a pn-junction between the upper layer 2 and the lower layer 3 to place the suspended webs 21, 22, 23, 24 acting as movable electrodes on the stationary electrodes 11, 1
2, 13 and 14 are electrically insulated. In FIG.
A sectional view of the area of the sensor webs 22, 24 is shown. The stationary frame 10, like the seismic mass 20, is formed over the entire thickness of the carrier. The seismic mass 20 may be reduced in thickness or provided only on the upper layer 2.
【0016】構造部分の絶縁、及び信号測定の別の可能
性は図4に示されている。上側の層2を完全に貫通する
エッチング凹部は符号45で示されている。これによっ
て、図4でフレームから出発する定置の電極41は、サ
イズモ質量体20から出発する可動な電極42に対して
電気的に分離されている。可動な電極42は、定置の電
極41と共に、信号を増幅させる、平行接続された内蔵
デジタルコンデンサを形成している。図4に示されたセ
ンサの作動形式は、図2及び図3に示されたセンサの作
動形式に相当する。図示の信号検出方法の総ての組み合
わせが可能である。例えば、内蔵デジタルコンデンサ
を、図2に示された拡散絶縁に組み合わせるか及び/又
は図1に示されているようにピエゾ抵抗式の信号検出と
組み合わせることができる。さらにまた、図2及び図4
に示されたコンデンサ構造は、信号検出のためだけでな
く、可変の電圧を供給することによってサイズモ質量体
20の位置制御を行うために設けることも考えられる。
このような形式で、オーバーロード(過負荷)は良好に
防止され、耐用年数は高められる。出発信号の直線性も
これによって改善される。Another possibility for the insulation of the structural parts and the signal measurement is shown in FIG. The etched recess completely penetrating the upper layer 2 is designated by the reference numeral 45. Thereby, the stationary electrode 41 starting from the frame in FIG. 4 is electrically separated from the movable electrode 42 starting from the seismic mass 20. The movable electrode 42, together with the stationary electrode 41, forms a parallel connected internal digital capacitor for amplifying the signal. The operation mode of the sensor shown in FIG. 4 corresponds to the operation mode of the sensor shown in FIGS. All combinations of the illustrated signal detection methods are possible. For example, a built-in digital capacitor can be combined with the diffusion isolation shown in FIG. 2 and / or with piezoresistive signal detection as shown in FIG. 2 and 4
May be provided not only for signal detection but also for controlling the position of the seismic mass 20 by supplying a variable voltage.
In this manner, overload is well prevented and the service life is increased. The linearity of the starting signal is also improved by this.
【0017】図5〜図7には、サブストレートとして構
成された下側の層3と、このサブストレート3上に施さ
れた絶縁層5と、該絶縁層5上に施されたポリシリコン
層として構成された上側の層2と、該ポリシリコン層2
上に施された絶縁層5とから成るシリコン担体1より構
成されているセンサが示されている。図6及び図7は、
図5で符号A及びBで示された軸線に沿った断面図が示
されている。ポリシリコン層2からは、アンカポイント
55が突き出し構成されていて、該アンカポイント55
は、絶縁層5を介してサブストレート3にしっかり結合
されている。中心ポイントとしてのこのアンカポイント
55から、互いに入り込む2つのらせん50,60が出
発している。これら2つのらせん50,60は、ポリシ
リコン層2にだけ形成されていて、アンカポイント55
以外ではサブストレート3とは接続されておらず、渦巻
きばねのように可動に構成されている。らせん50,6
0の最も外側の巻条にはそれぞれ可動な質量体51,6
1が、同様にポリシリコン層2にだけ構成されている。
このポリシリコン層2はアンカポイント55を中心にし
て星状に配置されている。これらの可動な質量体51,
61はその両側に櫛状のフィンガー構造511,611
を有している。可動な質量体51,61の間には、同様
にアンカポイント55を中心にして星状に定置の電極7
1が配置されており、これらの電極71は、サブストレ
ート3及び/又はフレーム(図5、図6及び図7には示
されていない)に接続されている。定置の電極71も櫛
状のフィンガー構造711を有している。可動な質量体
51,61のフィンガー構造511,611と、定置の
電極71のフィンガー構造711とは互いに入り込んで
いる。これらのフィンガー構造511,611,711
は協働して、位置制御及び信号検出のためにも使用され
る内蔵デジタルコンデンサ若しくは静電学的な磁気抵抗
式駆動装置を形成している。しかもこの構造における信
号検出は、らせん50,60上に配置されたピエゾ抵抗
によっても可能である。FIGS. 5 to 7 show a lower layer 3 configured as a substrate, an insulating layer 5 provided on the substrate 3, and a polysilicon layer provided on the insulating layer 5. Upper layer 2 configured as
A sensor comprising a silicon carrier 1 comprising an insulating layer 5 applied thereon is shown. FIG. 6 and FIG.
FIG. 5 shows a cross-sectional view along the axis indicated by reference numerals A and B. An anchor point 55 protrudes from the polysilicon layer 2.
Are firmly connected to the substrate 3 via the insulating layer 5. Starting from this anchor point 55 as the center point, two spirals 50, 60 penetrating each other depart. These two spirals 50 and 60 are formed only in the polysilicon layer 2 and have anchor points 55.
In other cases, it is not connected to the substrate 3 and is configured to be movable like a spiral spring. Spiral 50,6
The outermost windings of 0 have movable masses 51, 6 respectively.
1 is similarly configured only in the polysilicon layer 2.
The polysilicon layer 2 is arranged in a star shape with the anchor point 55 as the center. These movable masses 51,
61 is a comb-like finger structure 511, 611 on both sides thereof
have. Between the movable mass bodies 51 and 61, similarly, the electrode 7 fixed in a star shape with the anchor point 55 as the center.
1 are arranged and these electrodes 71 are connected to the substrate 3 and / or the frame (not shown in FIGS. 5, 6 and 7). The stationary electrode 71 also has a comb-shaped finger structure 711. The finger structures 511 and 611 of the movable mass bodies 51 and 61 and the finger structure 711 of the stationary electrode 71 are inserted into each other. These finger structures 511, 611, 711
Work together to form a built-in digital capacitor or electrostatic magnetoresistive drive that is also used for position control and signal detection. Moreover, signal detection in this structure is also possible by piezoresistors arranged on the spirals 50 and 60.
【0018】このセンサによって、担体平面に対して直
角方向の軸線を中心とした角加速度を特に良好に検出す
ることできる。この場合に、アルキメデスのらせん5
0,60は、回転方向に応じて膨張又は圧縮される渦巻
きばねのように働き、これによって可動な質量体51,
61の位置は、定置の電極71に関連して変化し、これ
によって内蔵デジタルコンデンサの電気値が変化する。With this sensor, an angular acceleration about an axis perpendicular to the plane of the carrier can be detected particularly well. In this case, the Archimedes spiral 5
0, 60 act like a spiral spring which expands or compresses depending on the direction of rotation, whereby the movable masses 51, 60
The position of 61 changes with respect to the stationary electrode 71, thereby changing the electrical value of the built-in digital capacitor.
【図1】ピエゾ抵抗式の信号測定装置を備えたセンサの
概略的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a sensor including a piezoresistive signal measuring device.
【図2】容量性の信号測定装置を備えたセンサの概略的
な平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a sensor having a capacitive signal measuring device.
【図3】図2に示したセンサの概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of the sensor shown in FIG. 2;
【図4】内蔵デジタルコンデンサを備えたセンサの概略
的な平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view of a sensor having a built-in digital capacitor.
【図5】アルキメデスのらせんによる懸架部材を備えた
センサの概略的な平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view of a sensor with an Archimedes spiral suspension.
【図6】図5の符号Aに沿った断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view along the reference symbol A in FIG.
【図7】図5の符号Bに沿った断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view along the reference numeral B in FIG.
1 シリコン担体、 2 上側の層(ポリシリコン
層)、 3 下側の層(サブストレート)、 5 絶縁
層、 10 フレーム、 11,12,13,14電
極、 20 サイズモ質量体、 21,22,23,2
4 ウエブ、 30絶縁拡散、 41,42 電極、
45 エッチング凹部、 50,60 らせん、 5
1,61 質量体、 55 アンカポイント、 71
電極、 81,82 ピエゾ抵抗、 511,611,
711 フィンガー構造Reference Signs List 1 silicon carrier, 2 upper layer (polysilicon layer), 3 lower layer (substrate), 5 insulating layer, 10 frame, 11, 12, 13, 14 electrodes, 20 seismic mass, 21, 22, 23 , 2
4 webs, 30 insulation diffusion, 41, 42 electrodes,
45 Etching recess, 50, 60 spiral, 5
1,61 mass, 55 anchor points, 71
Electrodes, 81,82 piezoresistors, 511,611,
711 finger structure
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−123361(JP,A) 特開 昭60−159658(JP,A) 実開 昭61−63167(JP,U) 特表 平2−500475(JP,A) 英国特許出願公開2240178(GB,A) 西独国特許出願公開3742385(DE, A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/12 - 15/125 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-123361 (JP, A) JP-A-60-159658 (JP, A) JP-A-61-63167 (JP, U) 500475 (JP, A) UK Patent Application Publication 2240178 (GB, A) West German Patent Application Publication 3742385 (DE, A1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/12-15 / 125
Claims (11)
て、サイズモ質量体(20)が設けられていて、該サイ
ズモ質量体(20)が、担体平面内で加速度によって変
位するように、湾曲可能な薄いウエブ(21,22,2
3,24)に懸架されており、サイズモ質量体(20)
に可動な電極(42)が接続されており、前記担体に定
置の電極(11,12,13,14,41)が接続され
ていて、定置の電極(11,12,13,14,41)
が可動な電極(42)と共に、加速度によって容量が変
化するコンデンサを形成している形式のものにおいて、 前記担体が、多結晶質のシリコンより成る上側の層
(2)と下側の層(3)とを有しており、これら2つの
層(2,3)が互いに絶縁されており、サイズモ質量体
(20)とウエブ(21,22,23,24)とが、担
体平面内で、上側の層(2)に連続して形成されてお
り、定置の電極(11,12,13,14,41)を可
動な電極(42)に対して絶縁する手段が設けられてい
ることを特徴とする、加速度センサ。1. A sensor for measuring acceleration, comprising a seismic mass (20), which can be bent such that the seismic mass (20) is displaced by acceleration in the plane of the carrier. Thin web (21,22,2
3,24) and suspended in a seismic mass (20)
The movable electrode (42) is connected to the fixed electrode (11,12,13,14,41) and the fixed electrode (11,12,13,14,41) is connected to the carrier.
Together with the movable electrode (42) form a capacitor whose capacitance varies with acceleration, wherein the carrier comprises an upper layer (2) and a lower layer (3) made of polycrystalline silicon. ) has a, these two layers (2, 3) are insulated from each other, the seismic mass (20) and web (21, 22, 23, 24), but responsible
Means are formed in the body plane and continuous with the upper layer (2) and insulate the stationary electrodes (11, 12, 13, 14, 41, 41) from the movable electrodes (42). An acceleration sensor, characterized in that:
にドーピング接合が形成されている、請求項1記載の加
速度センサ。2. Between the upper layer (2) and the lower layer (3).
2. The process according to claim 1, wherein a doping junction is formed in the substrate.
Speed sensor .
層(3)との間で絶縁層(5)を有している、請求項1
記載の加速度センサ。3. The carrier (1) comprises an upper layer (2) and a lower layer (2).
2. An insulating layer (5) between said layer and said layer.
The acceleration sensor according to any one of the preceding claims .
41)を可動な電極(42)に対して絶縁するために絶
縁拡散(30)が設けられている、請求項1から3まで
のいずれか1項記載の加速度センサ。4. A fixed electrode (11,12,13,14,
41) to insulate the movable electrode (42).
4. The method according to claim 1, wherein an edge diffusion is provided.
The acceleration sensor according to any one of the preceding claims .
41)を可動な電極(42)に対して絶縁するために、
エッチング凹部(45)が設けられている、請求項1か
ら3までのいずれか1項記載の加速度センサ。5. A fixed electrode (11, 12, 13, 14,
41) to insulate the movable electrode (42) from
2. The method according to claim 1, wherein an etching recess is provided.
The acceleration sensor according to any one of claims 3 to 3 .
と、これらの定置の電極(41)に対して平行でしかも
サイズモ質量体(20)から突出する少なくとも2つの
可動な電極(42)とが、突き出し成形されており、こ
れらの定置の電極(41)と可動な電極とが協働してそ
れぞれ1つのコンデンサを形成している、請求項1から
5までのいずれか1項記載の加速度センサ。 6. At least two stationary electrodes (41).
And parallel to these stationary electrodes (41) and
At least two projecting from the seismic mass (20)
The movable electrode (42) is protruded and formed.
The stationary electrode (41) and the movable electrode cooperate with each other.
2. The method according to claim 1, wherein each of the capacitors forms one capacitor.
The acceleration sensor according to any one of the preceding claims.
る、請求項6記載の加速度センサ。7. A multiple capacitors are connected in parallel
The acceleration sensor according to claim 6, wherein
て、可動な質量体(51,61)を有しており、該可動
な質量体が、担体(1)の平面内で加速によって変位す
るように、可動なばね(50,60)に懸架されてお
り、前記質量体(51,61)に可動なフィンガ構造
(511,611)が接続されていて、担体(1)に定
置の電極(71)が接続されており、定置の電極(7
1)が可動なフィンガ構造(511,611)と共に、
加速度によって容量が変化するコンデンサを形成してい
る形式のものにおいて、 担体(1)が、多結晶質のシリコンより成る上側の層
(2)と、下側の層(3)とを有しており、これら2つ
の層(2,3)が互いに絶縁されており、可動な質量
(51,61)と可動なばね(50,60)と定置の電
極(71)と可動なフィンガ構造(511,611)と
が、担体平面内で、上側の層(2)に連続して構成され
ていることを特徴とする、加速度センサ。8. A sensor for measuring acceleration, comprising a movable mass (51, 61), said movable mass being displaced by acceleration in the plane of a carrier (1). As described above, the movable finger structures (511, 611) are suspended from the movable springs (50, 60), and the movable bodies (51, 61) are connected to the masses (51, 61). 71) is connected to the fixed electrode (7).
1) with movable finger structures (511, 611)
In a type in which a capacitor whose capacitance is changed by acceleration is formed, a carrier (1) has an upper layer (2) made of polycrystalline silicon and a lower layer (3). These two layers (2, 3) are insulated from each other and have a movable mass (51, 61), a movable spring (50, 60), a stationary electrode (71) and a movable finger structure (511, 61). 611) are formed continuously with the upper layer (2) in the plane of the carrier .
間にドーピング接合が形成されている、請求項8記載の
加速度センサ。9. The combination of an upper device (2) and a lower layer (3).
9. The method according to claim 8, wherein a doping junction is formed therebetween.
Acceleration sensor .
の層(3)との間に絶縁層(5)を有している、請求項
8記載の加速度センサ。10. A carrier (1) comprising an upper layer (2) and a lower layer (2).
And an insulating layer (5) between the first and second layers (3).
8. The acceleration sensor according to 8 .
(711)を有しており、該フィンガ構造(711)が
可動なフィンガ構造(511,611)と互いに入り込
んでいて、コンデンサを形成している、請求項8記載の
加速度センサ。11. The fixed electrode (71) has a finger structure.
(711), and the finger structure (711)
Movable finger structures (511, 611) penetrate each other
And forming a capacitor.
Acceleration sensor .
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