JP3282570B2 - 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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- JP3282570B2 JP3282570B2 JP32916497A JP32916497A JP3282570B2 JP 3282570 B2 JP3282570 B2 JP 3282570B2 JP 32916497 A JP32916497 A JP 32916497A JP 32916497 A JP32916497 A JP 32916497A JP 3282570 B2 JP3282570 B2 JP 3282570B2
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- 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
サに関するものである。
度センサを示す概略構成図であり、(a)は上面から見
た状態を示す該略平面図であり、(b)は概略断面図で
ある。図7に示す半導体加速度センサは、シリコンから
成る半導体基板の所望の箇所を半導体エッチング技術を
用いて加工することにより、重り部1と薄肉状の撓み部
2と枠状の支持部材3とが形成されて成る。ここで、重
り部1は、十字型の撓み部2の中央部2aの下面に接続
され、中央部2aの外縁からは4本のビーム状の梁部2
b(撓み部2の端末部)が延在して支持部材3の内側側
面(波線にて示す)に接続されている。
る梁部2bの歪みからX,Y,Zの各軸方向の加速度を
検出するためのピエゾ抵抗RX1〜RX4,RY1〜RY4,RZ1〜R
Z4が形成されている。
に対応する箇所に凹部を有する、シリコンまたはガラス
から成る下部ストッパ(図示せず)が陽極接合等により
接合されている。
示す半導体加速度センサにおいて、重り部1の中央をネ
ック部1aを介して撓み部2の中央部2aに接続し、重
り部1と梁部2bとの間に切り込み溝5を設けた構成で
ある。この切り込み溝5を設けることにより、同じチッ
プサイズの場合に、図7に示す半導体加速度センサより
も長い梁部2bを得ることができ、小型,高感度な半導
体加速度センサを実現することができる。
度な出力を得るためのピエゾ抵抗の配置として特開平6ー
331646号公報に記載のものがある。この発明は、梁部に
形成するピエゾ抵抗の内、X,Y軸方向の歪みを検出す
るピエゾ抵抗を撓み部の中央部近傍の梁部に配置し、こ
の配置箇所以外にZ軸方向の歪みを検出するピエゾ抵抗
を配置している。これにより、X,Y軸方向の加速度が
印加された場合に、大きな応力が生じる撓み部の中央部
近傍の歪みをピエゾ抵抗で検出することができるため、
X,Y軸方向に対し高感度な加速度検出が可能となる。
1〜RZ4の具体的な配置について説明する。図7,図8に
示すように、梁部2bのY軸方向の中心線上の支持部材
3との連結部位にそれぞれZ軸方向の加速度検出用のピ
エゾ抵抗RZ1,RZ3が、ピエゾ抵抗RZ1,RZ3の長手方向が
Y軸方向と平行となるように配置され、梁部2bのX軸
方向の中心線上の支持部材3との連結部位にそれぞれZ
軸方向の加速度検出用のピエゾ抵抗RZ2,RZ4が、ピエゾ
抵抗RZ2,RZ4の長手方向がY軸方向と平行となるように
配置されている。
との連結部位には、それぞれY軸方向の加速度検出用の
ピエゾ抵抗RY1〜RY4が配置され、X軸方向の梁部2b
の、中央部2aとの連結部位には、それぞれX軸方向の
加速度検出用のピエゾ抵抗RX1〜RX4が配置されている。
抵抗RX1〜RX4,RY1〜RY4としては、梁部2bの長手方向
に対しピエゾ抵抗の長手方向が平行(例えば、ピエゾ抵
抗RY1〜RY4の長手方向がY軸方向と平行)となるように
配置されているピエゾ抵抗(以下、「縦ピエゾ抵抗」と
いう)と、梁部2bの長手方向に対しピエゾ抵抗の長手
方向が垂直(例えば、ピエゾ抵抗RY1〜RY4の長手方向が
Y軸方向と垂直)となるように配置されているピエゾ抵
抗(以下、「横ピエゾ抵抗」という)とがある。
横ピエゾ抵抗を用いた場合に比べ梁部2bの幅を短くす
ることができる利点がある。加速度センサの感度Sは、
梁部2bの幅bと S∝1/b の関係があるため、縦ピエゾ抵抗を用いることにより更
なる高感度化が期待できるものである。
に配置されたピエゾ抵抗から出力を取り出すためには、
図8に示すようなブリッジ回路を形成しなければならな
い。ここで問題となるのは、隣り合うピエゾ抵抗(例え
ばRX1とRX3)をブリッジ回路上では対向して接続しなけ
ればならない点である。特開平6-331646号公報において
は、ピエゾ抵抗の配置とブリッジ回路の接続方法までは
開示されているが、具体的にパターン上にてどのように
個々のピエゾ抵抗を接続配線していくかについては開示
されていない。
であり、その目的とするところは、梁部の幅を長くする
ことなく、高感度で温度特性に優れた半導体加速度セン
サを提供することにある。
加速度を受けて変位する重り部と、中央部と該中央部の
外縁から四方に延在する梁部とを有し、前記中央部の下
面に前記重り部が連結された撓み部と、前記撓み部を支
持する支持部材と、前記重り部の変位により前記撓み部
に生じる歪みを少なくともX,Y軸の2方向で検出する
ピエゾ抵抗とを有し、該ピエゾ抵抗が前記中央部と前記
梁部との連結部位近傍に配置され、各軸方向の前記ピエ
ゾ抵抗がブリッジ回路で構成された半導体加速度センサ
において、前記中央部を挟んで設けられたX軸方向の歪
みを検出する一対のピエゾ抵抗間を接続する配線と、前
記中央部を挟んで設けられたY軸方向の歪みを検出する
一対のピエゾ抵抗間を接続する配線とが直交交差する方
向に設けられており、前記X軸方向の歪みを検出する一
対のピエゾ抵抗間を接続する配線の中点から分岐した配
線がY軸方向の梁部上を介して支持部材上に引き出さ
れ、前記Y軸方向の歪みを検出する一対のピエゾ抵抗間
を接続する配線の中点から分岐した配線がX軸方向の梁
部上を介して支持部材上に引き出されて成ることを特徴
とするものである。
導体加速度センサにおいて、前記直交交差する配線の一
方の配線を、少なくとも前記直交交差する部分で前記中
央部内に形成された不純物拡散層を介して直交交差させ
て、前記直交交差する各々の配線が導通しないようにし
たことを特徴とするものである。
求項2記載の半導体加速度センサにおいて、前記重り部
は、前記中央部にネック部を介して連結され、前記重り
部と前記梁部との間に切り込み溝が設けられて成ること
を特徴とするものである。
図面に基づき説明する。
を示す概略構成図であり、(a)は概略平面図であり、
(b)は概略断面図である。この半導体加速度センサ
は、少なくともX軸,Y軸の加速度を検出するために、
互いに直交する4本の梁部2bにより構成される撓み部
2と、撓み部2の矩形状の中央部2aの下面に接続され
ている重り部1と、撓み部2を支持する枠状の支持部材
3とを有する。ここで、X軸方向の梁部2bの、中央部
2aとの連結部位近傍の一方側にはピエゾ抵抗RX1,RX3
が配置され、他方側にはピエゾ抵抗RX2,RX4が配置され
ている。また、Y軸方向の梁部2bの、中央部2aとの
連結部位近傍の一方側にはピエゾ抵抗RY1,RY3が配置さ
れ、他方側にはピエゾ抵抗RY2,RY4が配置されている。
は、各軸毎にそれぞれ4つのピエゾ抵抗を使ってホイー
トストンブリッジ回路を構成しなければならない。この
場合、高い検出出力を得るためには1つの梁部2b上で
隣り合って配置されたピエゾ抵抗(例えばRX1とRX3)を
回路上で対向するように配線しなければならない。
ンサのピエゾ抵抗の概略配線図であり、(a)はX軸方
向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗RX1〜RX4の概略
配線図であり、(b)はY軸方向の加速度を検出するた
めのピエゾ抵抗RY1〜RY4の概略配線図である。先ず、ピ
エゾ抵抗RX1とピエゾ抵抗RX2とは、中央部2a上に形成
された配線4により接続され、ピエゾ抵抗RX1,RX2の他
端は、梁部2b上に形成された配線4により支持部材3
上まで引き出され、支持部材3上に設けられた端子X3,
X4に各々接続されている。また、ピエゾ抵抗RX3とピエ
ゾ抵抗RX4とは、中央部2a上に形成された配線4によ
り接続され、ピエゾ抵抗RX3,RX4の他端は、梁部2b上
に形成された配線4により支持部材3上まで引き出さ
れ、支持部材3上に設けられた端子X5,X6に各々接続さ
れている。
各ピエゾ抵抗間の配線4の中間点の端子への配線は以下
のようにして行われる。ピエゾ抵抗RX1とピエゾ抵抗RX2
とを結ぶ配線4を中央部2a上で分岐し、その配線4
は、Y軸方向の加速度を検出するために形成されたピエ
ゾ抵抗RY1,RY3間を通すようにして梁部2b上に形成さ
れ、支持部材3上まで引き出されて、支持部材3上に設
けられた端子X1に接続されている。同様にして、ピエゾ
抵抗RX3とピエゾ抵抗RX4とを結ぶ配線4を中央部2a上
で分岐し、その配線4は、Y軸方向の加速度を検出する
ために形成されたピエゾ抵抗RY2,RY4間を通すようにし
て梁部2b上に形成され、支持部材3上まで引き出され
て、支持部材3上に設けられた端子X2に接続されてい
る。
同様な配線が行われる。先ず、ピエゾ抵抗RY1とピエゾ
抵抗RY2とは、中央部2a上に形成された配線4により
接続され、ピエゾ抵抗RY1,RY2の他端は、梁部2b上に
形成された配線4により支持部材3上まで引き出され、
支持部材3上に設けられた端子Y3,Y4に各々接続されて
いる。また、ピエゾ抵抗RY3とピエゾ抵抗RY4とは、中央
部2a上に形成された配線4により接続され、ピエゾ抵
抗RY3,RY4の他端は、梁部2b上に形成された配線4に
より支持部材3上まで引き出され、支持部材3上に設け
られた端子Y5,Y6に各々接続されている。
結ぶ配線4を中央部2a上で分岐し、その配線4は、X
軸方向の加速度を検出するために形成されたピエゾ抵抗
RX1,RX3間を通すようにして梁部2b上に形成され、支
持部材3上まで引き出されて、支持部材3上に設けられ
た端子Y1に接続されている。同様にして、ピエゾ抵抗RY
3とピエゾ抵抗RY4とを結ぶ配線4を中央部2a上で分岐
し、その配線4は、X軸方向の加速度を検出するために
形成されたピエゾ抵抗RX2,RX4間を通すようにして梁部
2b上に形成され、支持部材3上まで引き出されて、支
持部材3上に設けられた端子Y2に接続されている。
4が電気的に接続されないように、交差部分にシリコン
酸化膜,シリコン窒化膜等の絶縁膜を介した多層配線
や、中央部2aに形成された不純物拡散層を利用した多
層配線が用いられる。
サを示す概略構成図であり、(a)は上面から見た状態
を示す概略平面図であり、(b)は配線4の交差部分の
一部を示す概略断面図である。本実施形態に係る半導体
加速度センサは、実施形態1として図1に示す半導体加
速度センサにおいて、各配線4の交差部分を不純物拡散
層5を用いて多層配線にした構成である。
り部1,撓み部2及び支持部材3を構成する半導体基板
6の配線4が交差する部分及びその近傍に、半導体基板
6と逆の導電型の不純物拡散層5が形成され、半導体基
板6の不純物拡散層5が形成された面側にはシリコン酸
化膜,シリコン窒化膜等の絶縁膜7が形成されている。
そして、交差する配線4の両側の、不純物拡散層5上の
絶縁膜7の一部が除去されてコンタクトホールが形成さ
れ、コンタクトホールを埋込形成して、不純物拡散層5
と電気的に接続されるようにアルミニウム(Al)等の
配線4が形成されて、多層配線にされている。
は、配線間の抵抗を低抵抗にでき、かつ、温度変化の小
さいものを得るために1×1020cm-3以上であることが望
ましい。
サを示す概略構成図であり、(a)は上面から見た状態
を示す概略平面図であり、(b)は配線4の交差部分の
一部を示す概略断面図である。本実施形態に係る半導体
加速度センサは、実施形態2として図3に示す半導体加
速度センサにおいて、ピエゾ抵抗間の配線4の中間点と
の配線4を不純物拡散層5を介して接続した構成であ
る。
り部1,撓み部2及び支持部材3を構成する半導体基板
6の配線4が交差する部分及びその近傍に、半導体基板
6と逆の導電型の不純物拡散層5が形成され、半導体基
板6の不純物拡散層5が形成された面側にはシリコン酸
化膜,シリコン窒化膜等の絶縁膜7が形成されている。
そして、不純物拡散層5上の絶縁膜7の所定の箇所がエ
ッチング除去されてコンタクトホールが形成され、コン
タクトホールを埋込形成して、不純物拡散層5と電気的
に接続されるようにアルミニウム(Al)等の配線4が
形成される。これにより、配線4が交差する部分におい
ては半導体基板6に形成された不純物拡散層5を介して
電気的に接続されて多層配線が行われている。この時、
ピエゾ抵抗間の配線の中間点との接続のための配線4も
不純物拡散層5と電気的に接続されている。
は、配線間の抵抗を低抵抗にでき、かつ、温度変化の小
さいものを得るために1×1020cm-3以上であることが望
ましい。
4の交差する部分で各配線4が電気的に接続されないよ
うに、交差部分にシリコン酸化膜,シリコン窒化膜等の
絶縁膜を介した多層配線や、中央部2aに形成された不
純物拡散層5を利用した多層配線が用いられているの
で、梁部の幅を長くすることなく、高感度で温度特性に
優れた半導体加速度センサを構成することができる。
導体加速度センサとして図5に示すように、重り部1を
ネック部1aを介して中央部2aの下面に接続し、ネッ
ク部1aを外囲する箇所の重り部1と撓み部2との間に
切り込み溝8を形成するようにしても良い。これによ
り、上述の全ての実施形態とチップサイズが同一の場合
には、半導体加速度センサの感度を向上させることがで
き、上述の全ての実施形態と感度が同じ場合にはチップ
サイズを小型化することができる。ただし、切り込み溝
8は、ネック1aを外囲する箇所に必ずしも形成する必
要はなく、少なくとも梁部2bの下部及びその近傍に形
成されていれば良い。
変位する重り部と、中央部と中央部の外縁から四方に延
在する梁部とを有し、中央部の下面に重り部が連結され
た撓み部と、撓み部を支持する支持部材と、重り部の変
位により撓み部に生じる歪みを少なくともX,Y軸の2
方向で検出するピエゾ抵抗とを有し、ピエゾ抵抗が中央
部と梁部との連結部位近傍に配置され、各軸方向のピエ
ゾ抵抗がブリッジ回路で構成された半導体加速度センサ
において、前記中央部を挟んで設けられたX軸方向の歪
みを検出する一対のピエゾ抵抗間を接続する配線と、前
記中央部を挟んで設けられたY軸方向の歪みを検出する
一対のピエゾ抵抗間を接続する配線とが直交交差する方
向に設けられており、前記X軸方向の歪みを検出する一
対のピエゾ抵抗間を接続する配線の中点から分岐した配
線がY軸方向の梁部上を介して支持部材上に引き出さ
れ、前記Y軸方向の歪みを検出する一対のピエゾ抵抗間
を接続する配線の中点から分岐した配線がX軸方向の梁
部上を介して支持部材上に引き出されて成るので、梁部
の幅を長くすることなく、高感度で温度特性に優れた半
導体加速度センサを提供することができた。
導体加速度センサにおいて、直交交差する配線の一方の
配線を、少なくとも直交交差する部分で中央部内に形成
された不純物拡散層を介して直交交差させて、直交交差
する各々の配線が導通しないようにしたので、ピエゾ抵
抗を形成する際に不純物拡散層を形成することができ、
工程数を増やすことなく各配線が導通しないようにする
ことができる。
求項2記載の半導体加速度センサにおいて、中央部にネ
ック部を介して連結され、重り部と梁部との間に切り込
み溝が設けられて成るので、更なる小型化,高感度化を
図ることができる。
サを示す概略構成図であり、(a)は概略平面図であ
り、(b)は概略断面図である。
抵抗の概略配線図であり、(a)はX軸方向の加速度を
検出するためのピエゾ抵抗の概略配線図であり、(b)
はY軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗の概略
配線図である。
サを示す概略構成図であり、(a)は上面から見た状態
を示す概略平面図であり、(b)は配線の交差部分の一
部を示す概略断面図である。
サを示す概略構成図であり、(a)は上面から見た状態
を示す概略平面図であり、(b)は配線の交差部分の一
部を示す概略断面図である。
サを示す概略断面図である。
成図であり、(a)は上面から見た状態を示す該略平面
図であり、(b)は概略断面図である。
成図であり、(a)は上面から見た状態を示す該略平面
図であり、(b)は概略断面図である。
す回路図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 加速度を受けて変位する重り部と、中央
部と該中央部の外縁から四方に延在する梁部とを有し、
前記中央部の下面に前記重り部が連結された撓み部と、
前記撓み部を支持する支持部材と、前記重り部の変位に
より前記撓み部に生じる歪みを少なくともX,Y軸の2
方向で検出するピエゾ抵抗とを有し、該ピエゾ抵抗が前
記中央部と前記梁部との連結部位近傍に配置され、各軸
方向の前記ピエゾ抵抗がブリッジ回路で構成された半導
体加速度センサにおいて、前記中央部を挟んで設けられ
たX軸方向の歪みを検出する一対のピエゾ抵抗間を接続
する配線と、前記中央部を挟んで設けられたY軸方向の
歪みを検出する一対のピエゾ抵抗間を接続する配線とが
直交交差する方向に設けられており、前記X軸方向の歪
みを検出する一対のピエゾ抵抗間を接続する配線の中点
から分岐した配線がY軸方向の梁部上を介して支持部材
上に引き出され、前記Y軸方向の歪みを検出する一対の
ピエゾ抵抗間を接続する配線の中点から分岐した配線が
X軸方向の梁部上を介して支持部材上に引き出されて成
ることを特徴とする半導体加速度センサ。 - 【請求項2】 前記直交交差する配線の一方の配線を、
少なくとも前記直交交差する部分で前記中央部内に形成
された不純物拡散層を介して直交交差させて、前記直交
交差する各々の配線が導通しないようにしたことを特徴
とする請求項1記載の半導体加速度センサ。 - 【請求項3】 前記重り部は、前記中央部にネック部を
介して連結され、前記重り部と前記梁部との間に切り込
み溝が設けられて成ることを特徴とする請求項1または
請求項2記載の半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32916497A JP3282570B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32916497A JP3282570B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11160348A JPH11160348A (ja) | 1999-06-18 |
JP3282570B2 true JP3282570B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=18218368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32916497A Expired - Lifetime JP3282570B2 (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
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JP4416460B2 (ja) | 2003-09-16 | 2010-02-17 | トレックス・セミコンダクター株式会社 | 加速度センサー |
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-
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- 1997-11-28 JP JP32916497A patent/JP3282570B2/ja not_active Expired - Lifetime
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