JP3265641B2 - 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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- 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
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体加速度センサーに
関するものであり、３軸方向の加速度を高感度に検出す
る用途に利用されるものである。
関するものであり、３軸方向の加速度を高感度に検出す
る用途に利用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】図２１は従来の半導体加速度センサ（特
開昭６３−１６９０７８号）の平面図であり、図２２は
そのＡ−Ａ’線についての断面図である。図中、１１〜
１４は歪みゲージ群であり、それぞれブリッジを構成す
る。１５は重り部となる中央厚肉部、１６は支持枠とな
る周辺厚肉部、１７は貫通孔、１８〜２１はビームとな
る薄肉支持部である。この従来例では、ビーム厚が加工
限界、ビーム巾がピエゾ抵抗を配置する最小巾と仮定す
ると、高感度化するためには、重り部となる中央厚肉部
１５を大きくするか、ビーム有効長を長くするしかな
い。したがって、半導体チップ体積が大きくなり、コス
ト増大を招来する。また、同一チップ面積では、高感度
化が図れない。逆に言えば、同一感度を維持しながら、
小型化を図れないという問題があった。つまり、一定の
半導体チップ体積内で感度を大きくしようとして、例え
ば重り部の体積を大きくすると、ビーム部の長さを短く
せざるを得ないので、効果が薄い。同様にビーム部を長
くしようとすると、重り部の体積が小さくなってしま
う。このように一定チップ体積内で感度を大きくするの
が難しい。さらに、３軸加速度を検出するには、Ｘ方向
加速度は歪みゲージ１２、１４のブリッジ出力の差、Ｙ
方向加速度は歪みゲージ１１、１３のブリッジ出力の差
を検出し、Ｚ方向加速度は歪みゲージ１１〜１４のブリ
ッジ出力の和又は平均を検出するという方式を採用して
いるため、処理回路が複雑で高価になるという欠点を有
する。
開昭６３−１６９０７８号）の平面図であり、図２２は
そのＡ−Ａ’線についての断面図である。図中、１１〜
１４は歪みゲージ群であり、それぞれブリッジを構成す
る。１５は重り部となる中央厚肉部、１６は支持枠とな
る周辺厚肉部、１７は貫通孔、１８〜２１はビームとな
る薄肉支持部である。この従来例では、ビーム厚が加工
限界、ビーム巾がピエゾ抵抗を配置する最小巾と仮定す
ると、高感度化するためには、重り部となる中央厚肉部
１５を大きくするか、ビーム有効長を長くするしかな
い。したがって、半導体チップ体積が大きくなり、コス
ト増大を招来する。また、同一チップ面積では、高感度
化が図れない。逆に言えば、同一感度を維持しながら、
小型化を図れないという問題があった。つまり、一定の
半導体チップ体積内で感度を大きくしようとして、例え
ば重り部の体積を大きくすると、ビーム部の長さを短く
せざるを得ないので、効果が薄い。同様にビーム部を長
くしようとすると、重り部の体積が小さくなってしま
う。このように一定チップ体積内で感度を大きくするの
が難しい。さらに、３軸加速度を検出するには、Ｘ方向
加速度は歪みゲージ１２、１４のブリッジ出力の差、Ｙ
方向加速度は歪みゲージ１１、１３のブリッジ出力の差
を検出し、Ｚ方向加速度は歪みゲージ１１〜１４のブリ
ッジ出力の和又は平均を検出するという方式を採用して
いるため、処理回路が複雑で高価になるという欠点を有
する。
【０００３】図２３は他の従来例（特開昭６３−２６６
３５８号）の平面図、図２４はその断面図である。図
中、２２はシリコン単結晶基板、２３はボンディングパ
ッド、２４はボンディングワイヤ、２５は電極、２６は
起歪体、２７はフランジ部、２８は可撓部、２９は突出
部、３０は取付孔、３１は配線孔、３２は重り部、３３
は保護カバーである。この従来例では、高感度化するた
めに、わざわざ重り部３２を突出部２９に取り付けてい
る構造であり、これでは、重り部３２の部品が１つ必要
となるばかりか、製造プロセスが極めて複雑であり、実
現性に乏しい。また、３軸加速度の検出方式に関して
は、ピエゾ抵抗Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４、Ｚ１〜Ｚ４が
それぞれブリッジ構成され、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を
検出する方式を採っているが、Ｚ１〜Ｚ４がＸ軸に対し
て完全対称の配置でないため、Ｙ軸方向の加速度が加わ
ったときに、実際にはＺ１〜Ｚ４は僅かではあるが抵抗
値が変化し、Ｚ軸の加速度を検出するべく構成されたブ
リッジのバランスが崩れて、出力が生じる。つまり、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を完全に分離できず、他軸感度を
持つという問題がある。
３５８号）の平面図、図２４はその断面図である。図
中、２２はシリコン単結晶基板、２３はボンディングパ
ッド、２４はボンディングワイヤ、２５は電極、２６は
起歪体、２７はフランジ部、２８は可撓部、２９は突出
部、３０は取付孔、３１は配線孔、３２は重り部、３３
は保護カバーである。この従来例では、高感度化するた
めに、わざわざ重り部３２を突出部２９に取り付けてい
る構造であり、これでは、重り部３２の部品が１つ必要
となるばかりか、製造プロセスが極めて複雑であり、実
現性に乏しい。また、３軸加速度の検出方式に関して
は、ピエゾ抵抗Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４、Ｚ１〜Ｚ４が
それぞれブリッジ構成され、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を
検出する方式を採っているが、Ｚ１〜Ｚ４がＸ軸に対し
て完全対称の配置でないため、Ｙ軸方向の加速度が加わ
ったときに、実際にはＺ１〜Ｚ４は僅かではあるが抵抗
値が変化し、Ｚ軸の加速度を検出するべく構成されたブ
リッジのバランスが崩れて、出力が生じる。つまり、
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を完全に分離できず、他軸感度を
持つという問題がある。
【０００４】図２５は別の従来例（特開平３−２０００
３８号）の断面図である。これは、図２３及び図２４に
示した従来例に自己診断機能を持たせたものであり、図
中、３３は半導体ペレット、３４，３５は台座、３６は
ボンディングワイヤ、３７，３８は制御部材、３９は重
り部である。また、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ
８は電極層である。この従来例では、電極間に電圧を印
加して静電力を発生させ、あたかも加速度が加わったか
のように動作させる構造であるが、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の各
ベクトル成分を持つ３軸加速度を発生させるために、重
り部のＸＹ、ＹＺ、ＺＸ面に平行な面の各部に電極を形
成している。これでは電極数が多く、製造プロセスが困
難であり、電極に電圧を印加するためのワイヤの引き出
しも不可能に近い。
３８号）の断面図である。これは、図２３及び図２４に
示した従来例に自己診断機能を持たせたものであり、図
中、３３は半導体ペレット、３４，３５は台座、３６は
ボンディングワイヤ、３７，３８は制御部材、３９は重
り部である。また、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ
８は電極層である。この従来例では、電極間に電圧を印
加して静電力を発生させ、あたかも加速度が加わったか
のように動作させる構造であるが、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の各
ベクトル成分を持つ３軸加速度を発生させるために、重
り部のＸＹ、ＹＺ、ＺＸ面に平行な面の各部に電極を形
成している。これでは電極数が多く、製造プロセスが困
難であり、電極に電圧を印加するためのワイヤの引き出
しも不可能に近い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、３軸加速度を独立して検出可能な半導体加速度セン
サを提供すると共に、自己診断駆動機能付きの３軸加速
度を検出可能な半導体加速度センサを提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、小型で高感度の半導体
加速度センサを提供することにある。
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、３軸加速度を独立して検出可能な半導体加速度セン
サを提供すると共に、自己診断駆動機能付きの３軸加速
度を検出可能な半導体加速度センサを提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、小型で高感度の半導体
加速度センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、図１に示すように、重り部１
と、重り部１と連動する撓み部２と、撓み部２を支持固
定する支持部３とを半導体基板を加工して形成され、前
記撓み部２にピエゾ抵抗４を形成され、印加された加速
度に比例した電圧をピエゾ抵抗４を含むブリッジ回路の
出力として取り出す半導体加速度センサにおいて、前記
ピエゾ抵抗４は、図６に示すように、第１の方向Ｘの加
速度を検出するための第１乃至第４のピエゾ抵抗Ｒ
ｘ1 ，Ｒｘ2，Ｒｘ3 ，Ｒｘ4 と、第１の方向Ｘと直交
する第２の方向Ｙの加速度を検出するための第５乃至第
８のピエゾ抵抗Ｒｙ1 ，Ｒｙ2 ，Ｒｙ3 ，Ｒｙ4 と、第
１及び第２の方向Ｘ，Ｙと直交する第３の方向Ｚの加速
度を検出するための第９乃至第１２のピエゾ抵抗Ｒ
ｚ1 ，Ｒｚ2 ，Ｒｚ3 ，Ｒｚ4 とから成り、各方向の加
速度を検出するための４つのピエゾ抵抗は、それぞれ図
７に示すようにブリッジ回路を構成するように接続し、
各ブリッジ回路の出力に他方向の加速度の成分が現れな
いように配置し、また、図１４に示すように、前記重り
部１の一面とほぼ平行に自己診断駆動用の静電力を発生
させるための電極Ｅを備え、前記電極Ｅの幾何学的中心
を通る垂線は、前記重り部１の一面の幾何学的中心を通
る垂線と一致せず、且つ、前記電極Ｅへの電圧印加時に
３つのブリッジ回路の出力にそれぞれ第１、第２および
第３の方向の加速度の成分が同時に現れるように配置し
たことを特徴とするものである。
の課題を解決するために、図１に示すように、重り部１
と、重り部１と連動する撓み部２と、撓み部２を支持固
定する支持部３とを半導体基板を加工して形成され、前
記撓み部２にピエゾ抵抗４を形成され、印加された加速
度に比例した電圧をピエゾ抵抗４を含むブリッジ回路の
出力として取り出す半導体加速度センサにおいて、前記
ピエゾ抵抗４は、図６に示すように、第１の方向Ｘの加
速度を検出するための第１乃至第４のピエゾ抵抗Ｒ
ｘ1 ，Ｒｘ2，Ｒｘ3 ，Ｒｘ4 と、第１の方向Ｘと直交
する第２の方向Ｙの加速度を検出するための第５乃至第
８のピエゾ抵抗Ｒｙ1 ，Ｒｙ2 ，Ｒｙ3 ，Ｒｙ4 と、第
１及び第２の方向Ｘ，Ｙと直交する第３の方向Ｚの加速
度を検出するための第９乃至第１２のピエゾ抵抗Ｒ
ｚ1 ，Ｒｚ2 ，Ｒｚ3 ，Ｒｚ4 とから成り、各方向の加
速度を検出するための４つのピエゾ抵抗は、それぞれ図
７に示すようにブリッジ回路を構成するように接続し、
各ブリッジ回路の出力に他方向の加速度の成分が現れな
いように配置し、また、図１４に示すように、前記重り
部１の一面とほぼ平行に自己診断駆動用の静電力を発生
させるための電極Ｅを備え、前記電極Ｅの幾何学的中心
を通る垂線は、前記重り部１の一面の幾何学的中心を通
る垂線と一致せず、且つ、前記電極Ｅへの電圧印加時に
３つのブリッジ回路の出力にそれぞれ第１、第２および
第３の方向の加速度の成分が同時に現れるように配置し
たことを特徴とするものである。
【０００７】なお、重り部１と撓み部２の間に切り込み
溝を形成したり、前記撓み部２を部分的に切り欠いてビ
ーム状とすれば、より高感度化が可能である。また、ビ
ームは図１９に示すように、卍状とすれば、さらに高感
度化することができる。
溝を形成したり、前記撓み部２を部分的に切り欠いてビ
ーム状とすれば、より高感度化が可能である。また、ビ
ームは図１９に示すように、卍状とすれば、さらに高感
度化することができる。
【０００８】
【作用】本発明では、ピエゾ抵抗４を図６、図１０〜図
１２に示すように配置することにより、複雑な処理回路
を用いることなく、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度を独
立して検出することができる。さらに、図１４に示すよ
うに、自己診断駆動用の電極Ｅと重り部１の幾何学的中
心をずらすことにより、簡単な構成で疑似的に３次元的
な力を重り部１に加えることができ、３軸加速度センサ
の自己診断機能を実現できる。また、図１に示すよう
に、重り部１と撓み部２の間に、切り込み溝を設けるこ
とにより、限られた半導体チップ体積内で、重り部１の
体積を最大限に確保することができ、また、撓み部２の
有効長さも大きくでき、したがって、高感度の半導体加
速度センサを実現できるものである。また、撓み部２を
ビーム状としたり、あるいは、ビームを図１９に示すよ
うに、卍型とすれば、さらに高感度化が可能となる。
１２に示すように配置することにより、複雑な処理回路
を用いることなく、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸方向の加速度を独
立して検出することができる。さらに、図１４に示すよ
うに、自己診断駆動用の電極Ｅと重り部１の幾何学的中
心をずらすことにより、簡単な構成で疑似的に３次元的
な力を重り部１に加えることができ、３軸加速度センサ
の自己診断機能を実現できる。また、図１に示すよう
に、重り部１と撓み部２の間に、切り込み溝を設けるこ
とにより、限られた半導体チップ体積内で、重り部１の
体積を最大限に確保することができ、また、撓み部２の
有効長さも大きくでき、したがって、高感度の半導体加
速度センサを実現できるものである。また、撓み部２を
ビーム状としたり、あるいは、ビームを図１９に示すよ
うに、卍型とすれば、さらに高感度化が可能となる。
【０００９】
【実施例】図２は本発明の第１実施例の斜視図であり、
図１はそのＡ−Ａ’線についての断面図である。Ｂ−
Ｂ’線についての断面図は図１と同様であり、ピエゾ抵
抗４の配置のみが異なる。ピエゾ抵抗４を設けるセンサ
部は、Ｎ型シリコンの（１００）面を使用している。重
り部１は四角錐形状であり、その一面の中央部に突起部
を形成している。突起部と撓み部２は、連動するように
固定されている。また、撓み部２は、重り部１を囲むよ
うに形成された支持部３に固定されている。支持部３の
底面はストッパーとなるべき台座５（シリコン又はガラ
ス）と接合されている。この構造は逆に、図３に示すよ
うに、四角錐の部分を固定して支持部３とし、四角錐の
部分を囲む部分を浮かして、重り部１としても構わな
い。
図１はそのＡ−Ａ’線についての断面図である。Ｂ−
Ｂ’線についての断面図は図１と同様であり、ピエゾ抵
抗４の配置のみが異なる。ピエゾ抵抗４を設けるセンサ
部は、Ｎ型シリコンの（１００）面を使用している。重
り部１は四角錐形状であり、その一面の中央部に突起部
を形成している。突起部と撓み部２は、連動するように
固定されている。また、撓み部２は、重り部１を囲むよ
うに形成された支持部３に固定されている。支持部３の
底面はストッパーとなるべき台座５（シリコン又はガラ
ス）と接合されている。この構造は逆に、図３に示すよ
うに、四角錐の部分を固定して支持部３とし、四角錐の
部分を囲む部分を浮かして、重り部１としても構わな
い。
【００１０】このような構造を採用すれば、重り部１を
最大にすることができ、撓み部２の有効長さを長くする
ことができ、高感度化又は小型化を実現できるものであ
る。なお、重り部１と撓み部２の間の空隙が、重り部１
の体積減少を招くと思われるが、実際には、上部のシリ
コンの厚みが３００〜４００μｍ、空隙が５〜１５μｍ
であり、ほぼ無視できる程度である。仮に、図１の構造
とほぼ同一感度を従来構造で実現しようとすると、図４
のようになり、チップサイズの増大を招くことになる。
最大にすることができ、撓み部２の有効長さを長くする
ことができ、高感度化又は小型化を実現できるものであ
る。なお、重り部１と撓み部２の間の空隙が、重り部１
の体積減少を招くと思われるが、実際には、上部のシリ
コンの厚みが３００〜４００μｍ、空隙が５〜１５μｍ
であり、ほぼ無視できる程度である。仮に、図１の構造
とほぼ同一感度を従来構造で実現しようとすると、図４
のようになり、チップサイズの増大を招くことになる。
【００１１】図５は本実施例の製造プロセスの一例を示
している。まず、図５（ａ）に示すように、下部シリコ
ンウェハ８の表面をエッチング加工して、上部シリコン
ウェハ７を直接接合、陽極接合等により接合して、図５
（ｂ）に示すようなウェハを得る。ポリッシング又はエ
ッチングにより、図５（ｃ）のように上部シリコンウェ
ハ７を削り、異方性エッチングにより図５（ｄ）のよう
に重り部１を形成する。その後、ガラス又はシリコン製
の台座５を直接接合、陽極接合等により接合して、図５
（ｅ）に示すような構造とし、これをダイシングして、
図５（ｆ）の構造を得るものである。なお、図２におい
て、６はボンディングパッドである。
している。まず、図５（ａ）に示すように、下部シリコ
ンウェハ８の表面をエッチング加工して、上部シリコン
ウェハ７を直接接合、陽極接合等により接合して、図５
（ｂ）に示すようなウェハを得る。ポリッシング又はエ
ッチングにより、図５（ｃ）のように上部シリコンウェ
ハ７を削り、異方性エッチングにより図５（ｄ）のよう
に重り部１を形成する。その後、ガラス又はシリコン製
の台座５を直接接合、陽極接合等により接合して、図５
（ｅ）に示すような構造とし、これをダイシングして、
図５（ｆ）の構造を得るものである。なお、図２におい
て、６はボンディングパッドである。
【００１２】図６は本実施例におけるピエゾ抵抗の配置
を示している。ピエゾ抵抗は、ＸＹ面（１００面）のＸ
軸方向（１１０方向）、Ｙ軸方向（１１０）方向に平行
に、且つ、Ｒｘ1 〜Ｒｘ4 、Ｒｙ1 〜Ｒｙ2 、Ｒｚ1 〜
Ｒｚ4 はそれぞれＸ、Ｙ軸に対して完全に対称に配置さ
れている。まず、ピエゾ効果について述べる。Ｎ型シリ
コンの（１００面）の（１１０）方向、つまり、Ｘ、Ｙ
軸方向に配置されたピエゾ抵抗は、引張応力と平行に配
置されている場合、引張応力に対して抵抗値Ｒは増加し
（Ｒ＋ΔＲ）となる。逆に、圧縮応力を受けると、抵抗
値Ｒは減少し（Ｒ−ΔＲ）となる。これをピエゾ抵抗の
縦効果と呼ぶ。また、引張応力と垂直に配置されている
場合には、引張応力に対し抵抗値Ｒは減少し（Ｒ−Δ
Ｒ）となる。逆に、圧縮応力を受けると、抵抗値Ｒは増
加し（Ｒ＋ΔＲ）となる。これをピエゾ抵抗の横効果と
呼ぶ。つまり、ピエゾ抵抗が引張応力又は圧縮応力に対
して平行に配置されている場合と、垂直に配置されてい
る場合とでは、同一応力に対して逆の抵抗値変化が生じ
る。なお、Ｎ型シリコンの（１００面）の（１１０）方
向では、ピエゾ抵抗が引張応力又は圧縮応力に対して平
行に配置されている場合と、垂直に配置されている場合
とでは、同一応力に対してほぼ同一の抵抗値変化が生じ
る。
を示している。ピエゾ抵抗は、ＸＹ面（１００面）のＸ
軸方向（１１０方向）、Ｙ軸方向（１１０）方向に平行
に、且つ、Ｒｘ1 〜Ｒｘ4 、Ｒｙ1 〜Ｒｙ2 、Ｒｚ1 〜
Ｒｚ4 はそれぞれＸ、Ｙ軸に対して完全に対称に配置さ
れている。まず、ピエゾ効果について述べる。Ｎ型シリ
コンの（１００面）の（１１０）方向、つまり、Ｘ、Ｙ
軸方向に配置されたピエゾ抵抗は、引張応力と平行に配
置されている場合、引張応力に対して抵抗値Ｒは増加し
（Ｒ＋ΔＲ）となる。逆に、圧縮応力を受けると、抵抗
値Ｒは減少し（Ｒ−ΔＲ）となる。これをピエゾ抵抗の
縦効果と呼ぶ。また、引張応力と垂直に配置されている
場合には、引張応力に対し抵抗値Ｒは減少し（Ｒ−Δ
Ｒ）となる。逆に、圧縮応力を受けると、抵抗値Ｒは増
加し（Ｒ＋ΔＲ）となる。これをピエゾ抵抗の横効果と
呼ぶ。つまり、ピエゾ抵抗が引張応力又は圧縮応力に対
して平行に配置されている場合と、垂直に配置されてい
る場合とでは、同一応力に対して逆の抵抗値変化が生じ
る。なお、Ｎ型シリコンの（１００面）の（１１０）方
向では、ピエゾ抵抗が引張応力又は圧縮応力に対して平
行に配置されている場合と、垂直に配置されている場合
とでは、同一応力に対してほぼ同一の抵抗値変化が生じ
る。
【００１３】次に、本実施例の動作について説明する。
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の各加速度検知用のピエゾ抵抗群は、
図７に示すようにブリッジを構成している。図７の電源
Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚが定電流源であっても、定電圧源であ
っても、ブリッジの出力Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚが得られるか
否かは、ブリッジを構成する２組の対角的に配置された
抵抗値の積の差で決まる。つまり、Ｘ軸方向の加速度検
知用のブリッジでは、（Ｒｘ1 ・Ｒｘ3 −Ｒｘ2 ・Ｒｘ
4 ）、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジでは、（Ｒｙ
1 ・Ｒｙ3 −Ｒｙ2 ・Ｒｙ4 ）、Ｚ軸方向の加速度検知
用のブリッジでは、（Ｒｚ1 ・Ｒｚ4 −Ｒｚ2 ・Ｒｚ
3 ）の値によって決まる。
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の各加速度検知用のピエゾ抵抗群は、
図７に示すようにブリッジを構成している。図７の電源
Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚが定電流源であっても、定電圧源であ
っても、ブリッジの出力Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚが得られるか
否かは、ブリッジを構成する２組の対角的に配置された
抵抗値の積の差で決まる。つまり、Ｘ軸方向の加速度検
知用のブリッジでは、（Ｒｘ1 ・Ｒｘ3 −Ｒｘ2 ・Ｒｘ
4 ）、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジでは、（Ｒｙ
1 ・Ｒｙ3 −Ｒｙ2 ・Ｒｙ4 ）、Ｚ軸方向の加速度検知
用のブリッジでは、（Ｒｚ1 ・Ｒｚ4 −Ｒｚ2 ・Ｒｚ
3 ）の値によって決まる。
【００１４】まず、Ｚ軸方向に図８のように加速度Ｇが
加わると、加速度Ｇに比例した応力が生じるピエゾ抵抗
Ｒｚ2 、Ｒｚ3 は引張応力を受けて、上述の縦効果によ
り＋ΔＲの抵抗値変化を生じる。この抵抗値は加速度Ｇ
に比例している。逆に、ピエゾ抵抗Ｒｚ1 、Ｒｚ4 につ
いては、一ΔＲの抵抗値変化を生じる。Ｇ＝０のとき、
ピエゾ抵抗Ｒｚ1 〜Ｒｚ4 は全て同じ値であり、Ｒｚ1
＝Ｒｚ2 ＝Ｒｚ3 ＝Ｒｚ4 ＝Ｒとする。したがって、Ｚ
軸方向の加速度検知用のブリッジの出力は、（Ｒｚ1 ・
Ｒｚ4 −Ｒｚ2 ・Ｒｚ3 ）＝（Ｒ−ΔＲ）2 −（Ｒ＋Δ
Ｒ）2 ＝−４Ｒ・ΔＲとなり、Ｚ軸方向の加速度Ｇに比
例した出力を生じることが分かる。なお、各ピエゾ抵抗
Ｒｚ1 、Ｒｚ4 とＲｚ2 、Ｒｚ3 は、同一の加速度Ｇに
対して同一の応力を受けるように、つまり、同一の抵抗
値変化を生じるように、配置されている。
加わると、加速度Ｇに比例した応力が生じるピエゾ抵抗
Ｒｚ2 、Ｒｚ3 は引張応力を受けて、上述の縦効果によ
り＋ΔＲの抵抗値変化を生じる。この抵抗値は加速度Ｇ
に比例している。逆に、ピエゾ抵抗Ｒｚ1 、Ｒｚ4 につ
いては、一ΔＲの抵抗値変化を生じる。Ｇ＝０のとき、
ピエゾ抵抗Ｒｚ1 〜Ｒｚ4 は全て同じ値であり、Ｒｚ1
＝Ｒｚ2 ＝Ｒｚ3 ＝Ｒｚ4 ＝Ｒとする。したがって、Ｚ
軸方向の加速度検知用のブリッジの出力は、（Ｒｚ1 ・
Ｒｚ4 −Ｒｚ2 ・Ｒｚ3 ）＝（Ｒ−ΔＲ）2 −（Ｒ＋Δ
Ｒ）2 ＝−４Ｒ・ΔＲとなり、Ｚ軸方向の加速度Ｇに比
例した出力を生じることが分かる。なお、各ピエゾ抵抗
Ｒｚ1 、Ｒｚ4 とＲｚ2 、Ｒｚ3 は、同一の加速度Ｇに
対して同一の応力を受けるように、つまり、同一の抵抗
値変化を生じるように、配置されている。
【００１５】次に、Ｚ軸方向の加速度Ｇが加わったとき
のＸ、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジがどうなるか
について説明する。まず、Ｘ軸方向の加速度検知のため
のピエゾ抵抗Ｒｘ1 、Ｒｘ3 は圧縮応力を受け、ピエゾ
抵抗Ｒｘ2 、Ｒｘ4 も圧縮応力を受ける。従って、ピエ
ゾ抵抗Ｒｘ1 、Ｒｘ2 、Ｒｘ3 、Ｒｘ4 の値は全て減少
して（Ｒ−ΔＲ）となり、（Ｒｘ1 ・Ｒｘ3 −Ｒｘ2 ・
Ｒｘ4 ）＝（Ｒ−ΔＲ）2 −（Ｒ−ΔＲ）2 ＝０となる
ので、ブリッジ出力は生じない。Ｙ軸方向の加速度検知
のためのピエゾ抵抗Ｒｙ1 、Ｒｙ2 、Ｒｙ3 、Ｒｙ4 に
ついても同様である。よって、Ｚ軸方向の加速度Ｇが加
わったときには、Ｚ軸方向の加速度検知用のブリッジの
みが出力を生じ、他軸方向の加速度検知用のブリッジは
出力を生じない。
のＸ、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジがどうなるか
について説明する。まず、Ｘ軸方向の加速度検知のため
のピエゾ抵抗Ｒｘ1 、Ｒｘ3 は圧縮応力を受け、ピエゾ
抵抗Ｒｘ2 、Ｒｘ4 も圧縮応力を受ける。従って、ピエ
ゾ抵抗Ｒｘ1 、Ｒｘ2 、Ｒｘ3 、Ｒｘ4 の値は全て減少
して（Ｒ−ΔＲ）となり、（Ｒｘ1 ・Ｒｘ3 −Ｒｘ2 ・
Ｒｘ4 ）＝（Ｒ−ΔＲ）2 −（Ｒ−ΔＲ）2 ＝０となる
ので、ブリッジ出力は生じない。Ｙ軸方向の加速度検知
のためのピエゾ抵抗Ｒｙ1 、Ｒｙ2 、Ｒｙ3 、Ｒｙ4 に
ついても同様である。よって、Ｚ軸方向の加速度Ｇが加
わったときには、Ｚ軸方向の加速度検知用のブリッジの
みが出力を生じ、他軸方向の加速度検知用のブリッジは
出力を生じない。
【００１６】次に、図９に示すように、Ｘ軸方向あるい
はＹ軸方向から、それぞれ加速度Ｇが加わった場合に
は、その軸方向についての加速度検知用のブリッジのみ
が出力を生じ、他軸方向の加速度検知用のブリッジは出
力を生じない。まず、Ｘ軸方向に加速度Ｇが加わった場
合には、Ｘ軸方向の加速度検知のためのピエゾ抵抗Ｒｘ
1 、Ｒｘ3 は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ2 、Ｒｘ
4 は圧縮応力を受ける。したがって、Ｘ軸方向の加速度
検知用のブリッジの出力は、（Ｒｘ1 ・Ｒｘ3 −Ｒｘ2
・Ｒｘ4 ）＝（Ｒ＋ΔＲ）2 −（Ｒ−ΔＲ）2 ＝４Ｒ・
ΔＲとなり、Ｘ軸方向の加速度Ｇに比例した出力を生じ
る。一方、Ｚ軸方向についての加速度検知のためのピエ
ゾ抵抗Ｒｚ1 、Ｒｚ3 は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒ
ｚ2 、Ｒｚ 4 は圧縮応力を受ける。したがって、Ｚ軸方
向の加速度検知用のブリッジの出力は、（Ｒｚ1 ・Ｒｚ
4 −Ｒｚ2 ・Ｒｚ3 ）＝（Ｒ＋ΔＲ）×（Ｒ−ΔＲ）−
（Ｒ−ΔＲ）×（Ｒ＋ΔＲ）＝０となるので、ブリッジ
出力は生じない。
はＹ軸方向から、それぞれ加速度Ｇが加わった場合に
は、その軸方向についての加速度検知用のブリッジのみ
が出力を生じ、他軸方向の加速度検知用のブリッジは出
力を生じない。まず、Ｘ軸方向に加速度Ｇが加わった場
合には、Ｘ軸方向の加速度検知のためのピエゾ抵抗Ｒｘ
1 、Ｒｘ3 は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ2 、Ｒｘ
4 は圧縮応力を受ける。したがって、Ｘ軸方向の加速度
検知用のブリッジの出力は、（Ｒｘ1 ・Ｒｘ3 −Ｒｘ2
・Ｒｘ4 ）＝（Ｒ＋ΔＲ）2 −（Ｒ−ΔＲ）2 ＝４Ｒ・
ΔＲとなり、Ｘ軸方向の加速度Ｇに比例した出力を生じ
る。一方、Ｚ軸方向についての加速度検知のためのピエ
ゾ抵抗Ｒｚ1 、Ｒｚ3 は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒ
ｚ2 、Ｒｚ 4 は圧縮応力を受ける。したがって、Ｚ軸方
向の加速度検知用のブリッジの出力は、（Ｒｚ1 ・Ｒｚ
4 −Ｒｚ2 ・Ｒｚ3 ）＝（Ｒ＋ΔＲ）×（Ｒ−ΔＲ）−
（Ｒ−ΔＲ）×（Ｒ＋ΔＲ）＝０となるので、ブリッジ
出力は生じない。
【００１７】次に、Ｙ軸方向について検討する。Ｘ軸方
向の加速度Ｇが加わったときに、応力が完全に０となる
部分はＹ軸上である。したがって、Ｙ軸方向の加速度検
知のためのピエゾ抵抗Ｒｙ1 〜Ｒｙ4 は、Ｙ軸近傍では
あるが、Ｙ軸より少しずれてＹ軸に対称に配置されてい
るので、僅かながら応力を受けることになる。ピエゾ抵
抗Ｒｙ1 とＲｙ2 は引張か圧縮の応力を受けて、ピエゾ
抵抗Ｒｙ3 とＲｙ4 はその逆の応力を受けることにな
る。この応力によるピエゾ抵抗の変化をδＲ（＜＜Δ
Ｒ）とすると、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジの出
力は、（Ｒｙ1 ・Ｒｙ3 −Ｒｙ2 ・Ｒｙ4 ）＝（Ｒ＋δ
Ｒ）×（Ｒ−δＲ）−（Ｒ＋δＲ）×（Ｒ−δＲ）＝０
となるので、ブリッジ出力は生じない。
向の加速度Ｇが加わったときに、応力が完全に０となる
部分はＹ軸上である。したがって、Ｙ軸方向の加速度検
知のためのピエゾ抵抗Ｒｙ1 〜Ｒｙ4 は、Ｙ軸近傍では
あるが、Ｙ軸より少しずれてＹ軸に対称に配置されてい
るので、僅かながら応力を受けることになる。ピエゾ抵
抗Ｒｙ1 とＲｙ2 は引張か圧縮の応力を受けて、ピエゾ
抵抗Ｒｙ3 とＲｙ4 はその逆の応力を受けることにな
る。この応力によるピエゾ抵抗の変化をδＲ（＜＜Δ
Ｒ）とすると、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジの出
力は、（Ｒｙ1 ・Ｒｙ3 −Ｒｙ2 ・Ｒｙ4 ）＝（Ｒ＋δ
Ｒ）×（Ｒ−δＲ）−（Ｒ＋δＲ）×（Ｒ−δＲ）＝０
となるので、ブリッジ出力は生じない。
【００１８】Ｙ軸方向に加速度Ｇが加わった場合も同様
であり、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジは、Ｙ軸方
向の加速度Ｇに比例した出力を生じるが、Ｘ軸方向やＺ
軸方向の加速度検知用のブリッジは、出力を生じない。
以上のように、本発明のピエゾ抵抗の配置を採用すれ
ば、他軸感度を完全に０にすることができ、Ｘ、Ｙ、Ｚ
の各軸方向の加速度を独立に検出できる。このため、従
来例のような複雑な処理回路は必要なく、３次元座標系
のＸ、Ｙ、Ｚ軸のベクトル成分Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚで表現
される加速度Ｇを正確に検出できる。また、同様の考え
方でＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を独立に検出できるピエゾ抵
抗の他の配置例を図１０〜図１２に示した。
であり、Ｙ軸方向の加速度検知用のブリッジは、Ｙ軸方
向の加速度Ｇに比例した出力を生じるが、Ｘ軸方向やＺ
軸方向の加速度検知用のブリッジは、出力を生じない。
以上のように、本発明のピエゾ抵抗の配置を採用すれ
ば、他軸感度を完全に０にすることができ、Ｘ、Ｙ、Ｚ
の各軸方向の加速度を独立に検出できる。このため、従
来例のような複雑な処理回路は必要なく、３次元座標系
のＸ、Ｙ、Ｚ軸のベクトル成分Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚで表現
される加速度Ｇを正確に検出できる。また、同様の考え
方でＸ、Ｙ、Ｚ軸の加速度を独立に検出できるピエゾ抵
抗の他の配置例を図１０〜図１２に示した。
【００１９】図１３は請求項２に記載した発明の構成を
示している。基本的な構造は、図２の実施例と同様であ
るが、本実施例では、図２の実施例において、撓み部２
の一部分を切り欠いた形状となっている。つまり、重り
部１が中央の突起部を介して、４本のビーム部で吊られ
た形状となっている。なお、撓み部２の一部分を切り欠
く形状は、図１３のような十字型の形状に限定されるも
のではなく、任意の形状で構わない。このように、撓み
部２をビーム状とすることにより、同一の加速度が印加
された場合でも、撓みが大きくなり、応力が増大し、し
たがって、ピエゾ抵抗の変化も大きく、出力も大きくな
るので、半導体加速度センサをさらに高感度化すること
ができる。なお、本実施例において、図６又は図１０〜
図１２に示したピエゾ抵抗の配置を採用しても良い。
示している。基本的な構造は、図２の実施例と同様であ
るが、本実施例では、図２の実施例において、撓み部２
の一部分を切り欠いた形状となっている。つまり、重り
部１が中央の突起部を介して、４本のビーム部で吊られ
た形状となっている。なお、撓み部２の一部分を切り欠
く形状は、図１３のような十字型の形状に限定されるも
のではなく、任意の形状で構わない。このように、撓み
部２をビーム状とすることにより、同一の加速度が印加
された場合でも、撓みが大きくなり、応力が増大し、し
たがって、ピエゾ抵抗の変化も大きく、出力も大きくな
るので、半導体加速度センサをさらに高感度化すること
ができる。なお、本実施例において、図６又は図１０〜
図１２に示したピエゾ抵抗の配置を採用しても良い。
【００２０】次に、請求項４に記載した半導体加速度セ
ンサの自己診断機能について説明する。図１４に示すよ
うに、重り部１の重さｍが重心に集中していると考える
と、加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）が加わったとき、Ｚ
軸方向にはＦｚ＝ｍ×Ｇｚの力が加わる。また、Ｘ軸ま
わりにはＭｘ＝ｍ×Ｇｙ×ｈ、Ｙ軸まわりにはＭｙ＝ｍ
×Ｇｘ×ｈのモーメントが加わると考えられる。したが
って、重り部１の底面と、電極Ｅの間に電圧を印加して
発生する静電力により、上記の力Ｆｚ及びモーメントＭ
ｘ、Ｍｙが発生するように構成すれば、あたかも３軸
（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のベクトル成分（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇ
ｚ）を持つ加速度Ｇが加わったかのように、半導体加速
度センサを動作させることができ、センサ自身の故障診
断を行うことができる。
ンサの自己診断機能について説明する。図１４に示すよ
うに、重り部１の重さｍが重心に集中していると考える
と、加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）が加わったとき、Ｚ
軸方向にはＦｚ＝ｍ×Ｇｚの力が加わる。また、Ｘ軸ま
わりにはＭｘ＝ｍ×Ｇｙ×ｈ、Ｙ軸まわりにはＭｙ＝ｍ
×Ｇｘ×ｈのモーメントが加わると考えられる。したが
って、重り部１の底面と、電極Ｅの間に電圧を印加して
発生する静電力により、上記の力Ｆｚ及びモーメントＭ
ｘ、Ｍｙが発生するように構成すれば、あたかも３軸
（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のベクトル成分（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇ
ｚ）を持つ加速度Ｇが加わったかのように、半導体加速
度センサを動作させることができ、センサ自身の故障診
断を行うことができる。
【００２１】図１５は、図２５に示した従来例の電極形
状及び重り部の底面形状を示している。従来例では、重
り部の底面形状と電極形状が同一で、かつ幾何学的中心
が一致しているため、Ｚ軸方向の力のみが発生し、Ｘ、
Ｙ、Ｚの各軸方向のベクトル成分（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）
を持つ加速度Ｇを発生させることはできない。これに対
して、本発明では、重り部の底面の幾何学的中心と電極
形状の幾何学的中心をずらして、図１６〜１８のハッチ
ングを付した部分のように、電極形状を設定したことに
より、疑似的に３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のベクトル成分
（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を持つ加速度Ｇを発生させること
かできるものである。図１６について説明すると、図中
のハッチングを施した部分が電極の形状であり、外側の
大きな四角が重り部の底面形状である。電極と重り部の
底面の間に静電駆動用の電圧を印加すると、電極には均
一に静電力が発生し、重り部を引きつけようとする。静
電力は、電極の幾何学的中心にＺ軸方向への力Ｆｚとし
て働くと考えて良いから、Ｚ軸方向にはＦｚの力を生じ
るものであり、Ｘ軸まわりにはＭｘ＝Ｆｚ×Ｌｙ、Ｙ軸
まわりにはＭｙ＝Ｆｚ×Ｌｘのモーメントが加わる。
状及び重り部の底面形状を示している。従来例では、重
り部の底面形状と電極形状が同一で、かつ幾何学的中心
が一致しているため、Ｚ軸方向の力のみが発生し、Ｘ、
Ｙ、Ｚの各軸方向のベクトル成分（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）
を持つ加速度Ｇを発生させることはできない。これに対
して、本発明では、重り部の底面の幾何学的中心と電極
形状の幾何学的中心をずらして、図１６〜１８のハッチ
ングを付した部分のように、電極形状を設定したことに
より、疑似的に３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）のベクトル成分
（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を持つ加速度Ｇを発生させること
かできるものである。図１６について説明すると、図中
のハッチングを施した部分が電極の形状であり、外側の
大きな四角が重り部の底面形状である。電極と重り部の
底面の間に静電駆動用の電圧を印加すると、電極には均
一に静電力が発生し、重り部を引きつけようとする。静
電力は、電極の幾何学的中心にＺ軸方向への力Ｆｚとし
て働くと考えて良いから、Ｚ軸方向にはＦｚの力を生じ
るものであり、Ｘ軸まわりにはＭｘ＝Ｆｚ×Ｌｙ、Ｙ軸
まわりにはＭｙ＝Ｆｚ×Ｌｘのモーメントが加わる。
【００２２】図１９は請求項５に記載された発明の構成
を示している。この構造では、一定の半導体チップ体積
内で、重り部の体積を損なうことなく、撓み部の有効長
さを長くとることにより、感度を良くし、なおかつ、
Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸で表現される３次元座標系における加
速度を検出可能としたものである。図１９に示すよう
に、Ｘ軸、Ｙ軸をとり、この２軸に垂直にＺ軸をとる。
構造は図２１及び図２２に示した従来例と類似してお
り、中央に重り部、周囲に支持部が配置されており、こ
れらを結びつけるように薄肉の撓み部が、重り部の４隅
から卍状に伸びて、周囲の支持部とつながっている。
今、Ｘ軸方向から加速度Ｇが加わったとすると、従来例
ではＸ軸と垂直な撓み部がねじれた状態となり、Ｘ軸方
向の撓みを抑制していたが、図１９の構造では、Ｘ軸と
垂直な撓み部が長くなっているために、Ｘ軸方向の撓み
を抑制する力が弱く、且つＸ軸方向の撓み部も同様に長
くなっているため、撓みは大きくなり、感度は大きくな
る。Ｙ軸方向からの加速度Ｇに対しても全く同様の効果
が得られる。また、Ｚ軸方向からの加速度Ｇに対しても
撓み部が長くなっているので、高感度となる。
を示している。この構造では、一定の半導体チップ体積
内で、重り部の体積を損なうことなく、撓み部の有効長
さを長くとることにより、感度を良くし、なおかつ、
Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸で表現される３次元座標系における加
速度を検出可能としたものである。図１９に示すよう
に、Ｘ軸、Ｙ軸をとり、この２軸に垂直にＺ軸をとる。
構造は図２１及び図２２に示した従来例と類似してお
り、中央に重り部、周囲に支持部が配置されており、こ
れらを結びつけるように薄肉の撓み部が、重り部の４隅
から卍状に伸びて、周囲の支持部とつながっている。
今、Ｘ軸方向から加速度Ｇが加わったとすると、従来例
ではＸ軸と垂直な撓み部がねじれた状態となり、Ｘ軸方
向の撓みを抑制していたが、図１９の構造では、Ｘ軸と
垂直な撓み部が長くなっているために、Ｘ軸方向の撓み
を抑制する力が弱く、且つＸ軸方向の撓み部も同様に長
くなっているため、撓みは大きくなり、感度は大きくな
る。Ｙ軸方向からの加速度Ｇに対しても全く同様の効果
が得られる。また、Ｚ軸方向からの加速度Ｇに対しても
撓み部が長くなっているので、高感度となる。
【００２３】次に、ピエゾ抵抗は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸で
表現される３次元座標系のベクトル成分として表現され
る加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を検出できるように配
置されている。加わる加速度と各ピエゾ抵抗の抵抗値の
変化の関係をまとめると、表１のようになる。したがっ
て、各ピエゾ抵抗を図２０に示すようなブリッジに構成
すると、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のそれぞれについて、独
立して加速度の向きと大きさを測定することができる。
表現される３次元座標系のベクトル成分として表現され
る加速度Ｇ（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を検出できるように配
置されている。加わる加速度と各ピエゾ抵抗の抵抗値の
変化の関係をまとめると、表１のようになる。したがっ
て、各ピエゾ抵抗を図２０に示すようなブリッジに構成
すると、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のそれぞれについて、独
立して加速度の向きと大きさを測定することができる。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【発明の効果】請求項１記載の半導体加速度センサによ
れば、３軸の加速度を検出するセンサにおいて、各軸方
向の加速度を検出するためのブリッジ出力に他軸方向の
加速度の成分が現れないようにピエゾ抵抗を配置したこ
とにより、複雑な処理回路を使用することなく、各軸方
向の加速度を独立して検出できるという効果がある。
れば、３軸の加速度を検出するセンサにおいて、各軸方
向の加速度を検出するためのブリッジ出力に他軸方向の
加速度の成分が現れないようにピエゾ抵抗を配置したこ
とにより、複雑な処理回路を使用することなく、各軸方
向の加速度を独立して検出できるという効果がある。
【００２６】また、この請求項１記載の発明によれば、
電極と重り部の幾何学的中心をずらすことにより、簡単
な電極構造でありながら、疑似的に重り部に３次元的な
力を加えることができ、３軸の加速度センサに自己診断
機能を付加することができるという効果がある。
電極と重り部の幾何学的中心をずらすことにより、簡単
な電極構造でありながら、疑似的に重り部に３次元的な
力を加えることができ、３軸の加速度センサに自己診断
機能を付加することができるという効果がある。
【００２７】請求項２記載の発明によれば、半導体基板
を加工して得られる重り部と撓み部の間に切り込み溝を
設けたものであるから、一定の半導体チップ体積内で、
重り部の体積を最大限に確保することができ、かつ、撓
み部の有効長さを長くとることができ、したがって、感
度を大きくすることができるという効果がある。
を加工して得られる重り部と撓み部の間に切り込み溝を
設けたものであるから、一定の半導体チップ体積内で、
重り部の体積を最大限に確保することができ、かつ、撓
み部の有効長さを長くとることができ、したがって、感
度を大きくすることができるという効果がある。
【００２８】請求項３記載の発明によれば、撓み部を部
分的に切り欠いてビーム状としたことにより、さらに高
感度な出力が得られるという効果がある。
分的に切り欠いてビーム状としたことにより、さらに高
感度な出力が得られるという効果がある。
【００２９】請求項５記載の発明によれば、卍状の撓み
部を構成することにより、一定の半導体チップ体積内で
重り部の体積を損なうことなく、撓み部の有効長さが長
くとれるので、より高感度となり、さらに実施例で説明
したようにピエゾ抵抗を配置することにより、３次元の
各軸方向のそれぞれについて独立して加速度の向きと大
きさを測定することができるという効果がある。
部を構成することにより、一定の半導体チップ体積内で
重り部の体積を損なうことなく、撓み部の有効長さが長
くとれるので、より高感度となり、さらに実施例で説明
したようにピエゾ抵抗を配置することにより、３次元の
各軸方向のそれぞれについて独立して加速度の向きと大
きさを測定することができるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】本発明の一実施例の斜視図である。
【図３】本発明の一実施例についての１つの変形例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】本発明に対する比較例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例の製造プロセスを示す説明図
である。
である。
【図６】本発明の一実施例におけるピエゾ抵抗の配置を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図７】本発明の一実施例における測定回路の回路図で
ある。
ある。
【図８】本発明の一実施例に縦方向の加速度が加わった
状態を示す断面図である。
状態を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例に横方向の加速度が加わった
状態を示す断面図である。
状態を示す断面図である。
【図１０】本発明におけるピエゾ抵抗の他の配置例を示
す平面図である。
す平面図である。
【図１１】本発明におけるピエゾ抵抗のさらに他の配置
例を示す平面図である。
例を示す平面図である。
【図１２】本発明におけるピエゾ抵抗の別の配置例を示
す平面図である。
す平面図である。
【図１３】本発明の他の実施例の斜視図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施例の一部破断せる斜
視図である。
視図である。
【図１５】従来の自己診断駆動用の電極の形状を示す斜
視図である。
視図である。
【図１６】本発明による自己診断駆動用の電極の一例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図１７】本発明による自己診断駆動用の電極の他の例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図１８】本発明による自己診断駆動用の電極の別の例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図１９】本発明の別の実施例の平面図である。
【図２０】本発明の別の実施例における測定回路の回路
図である。
図である。
【図２１】第１の従来例の平面図である。
【図２２】第１の従来例の断面図である。
【図２３】第２の従来例の平面図である。
【図２４】第２の従来例の断面図である。
【図２５】第３の従来例の断面図である。
１ 重り部 ２ 撓み部 ３ 支持部 ４ ピエゾ抵抗 ５ 台座
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一矢 光雄 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (72)発明者 笠野 文宏 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (72)発明者 西村 広海 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−202778（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−269263（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−200038（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−99356（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/00 G01P 15/12 G01P 21/00
Claims (4)
- 【請求項１】 重り部と、重り部と連動する撓み部
と、撓み部を支持固定する支持部とを半導体基板を加工
して形成され、前記撓み部にピエゾ抵抗を形成され、印
加された加速度に比例した電圧をピエゾ抵抗を含むブリ
ッジ回路の出力として取り出す半導体加速度センサにお
いて、前記ピエゾ抵抗は、第１の方向の加速度を検出す
るための第１乃至第４のピエゾ抵抗と、第１の方向と直
交する第２の方向の加速度を検出するための第５乃至第
８のピエゾ抵抗と、第１及び第２の方向と直交する第３
の方向の加速度を検出するための第９乃至第１２のピエ
ゾ抵抗とから成り、各方向の加速度を検出するための４
つのピエゾ抵抗は、それぞれブリッジ回路を構成するよ
うに接続され、各ブリッジ回路の出力に他方向の加速度
の成分が現れないように第１乃至第１２のピエゾ抵抗を
配置し、前記重り部の一面とほぼ平行に自己診断駆動用
の静電力を発生させるための電極を備え、前記電極の幾
何学的中心を通る垂線は、前記重り部の一面の幾何学的
中心を通る垂線と一致せず、且つ、前記電極への電圧印
加時に３つのブリッジ回路の出力にそれぞれ第１、第２
および第３の方向の加速度の成分が同時に現れるように
配置したことを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項２】 前記重り部と撓み部の間に切り込み溝
を形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体加速
度センサ。 - 【請求項３】 前記撓み部を部分的に切り欠いてビー
ム状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の
記載の半導体加速度センサ。 - 【請求項４】 ビームは、卍状としたことを特徴とす
る請求項３記載の半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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ID=17300856
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
1992
- 1992-09-25 JP JP25703692A patent/JP3265641B2/ja not_active Expired - Fee Related
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