JP3294707B2 - Gas rate sensor with built-in acceleration sensor - Google Patents

Gas rate sensor with built-in acceleration sensor

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JP3294707B2
JP3294707B2 JP05412294A JP5412294A JP3294707B2 JP 3294707 B2 JP3294707 B2 JP 3294707B2 JP 05412294 A JP05412294 A JP 05412294A JP 5412294 A JP5412294 A JP 5412294A JP 3294707 B2 JP3294707 B2 JP 3294707B2
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acceleration sensor
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rate sensor
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智 樋山
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/006Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of fluid seismic masses
    • G01P15/008Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of fluid seismic masses by using thermal pick-up

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は加速度センサと角速度
センサを半導体製造プロセスを用いて一体的に構成した
加速度センサ内蔵ガスレートセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor in which an acceleration sensor and an angular velocity sensor are integrally formed by using a semiconductor manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の多軸加速度センサにおいて、白金
やタングステン等の細い線材で形成した発熱抵抗体およ
び感温抵抗体をケースに設けた支持体に固定し、ケース
内にガスを封入して密閉した構造のものは知られてい
る。
2. Description of the Related Art In a conventional multi-axis acceleration sensor, a heating resistor and a temperature-sensitive resistor formed of a thin wire such as platinum or tungsten are fixed to a support provided in a case, and gas is sealed in the case. Sealed structures are known.

【0003】このような従来の多軸加速度センサは、発
熱抵抗体をケース内空間の中央に配置し、発熱抵抗体を
中心として互いに直交する多軸(例えば、X、Yおよび
Z)方向にそれぞれ一対の感温抵抗体を配置し、加速度
の作用による発熱抵抗体が発生する熱の温度分布の変化
をそれぞれ一対の感温抵抗体に発生する抵抗値の変化と
して検出するよう構成され、抵抗値の変化から対応する
加速度の大きさ、抵抗値の変化を検出する一対の感温抵
抗体の配置から加速度の作用方向を検出することができ
る。
In such a conventional multi-axis acceleration sensor, a heating resistor is disposed at the center of a space in a case, and the heating resistor is arranged in a multi-axis (for example, X, Y and Z) directions orthogonal to each other about the heating resistor. A pair of temperature-sensitive resistors are arranged, and a change in temperature distribution of heat generated by the heating resistor due to the action of acceleration is detected as a change in a resistance value generated in each of the pair of temperature-sensitive resistors. The action direction of the acceleration can be detected from the arrangement of the pair of temperature-sensitive resistors for detecting the magnitude of the corresponding acceleration and the change in the resistance value from the change in the acceleration.

【0004】また、特開昭63−118667号公報
「三次元加速度センサ」に開示されているように、半導
体基板に質量部と、質量部を支える梁部を設け、梁部に
抵抗部を形成し、加速度の作用により梁部がたわみ、梁
部のたわみに対応して抵抗部の抵抗値が変化するよう構
成された一次元加速度センサを立方体ブロックの互いに
直交する3面(X、Y、Z)に取付け、三次元加速度セ
ンサを構成したものは知られている。
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-118667, "3D acceleration sensor", a semiconductor substrate is provided with a mass part and a beam part supporting the mass part, and a resistance part is formed in the beam part. Then, the one-dimensional acceleration sensor configured to bend the beam portion by the action of the acceleration and to change the resistance value of the resistance portion corresponding to the deflection of the beam portion is mounted on three surfaces (X, Y, Z) of the cubic block orthogonal to each other. ) To form a three-dimensional acceleration sensor.

【0005】一方、従来の多軸型ガスレートセンサにお
いて、白金やタングステンの細い線でヒートワイヤ感熱
抵抗素子を構成し、ケースに設けた支持体に複数のヒー
トワイヤ感熱抵抗素子を対にして取付け、所望の方向の
角速度を検出するよう配置したものは知られている。
On the other hand, in a conventional multi-axis gas rate sensor, a heat wire thermal resistance element is formed by a thin wire of platinum or tungsten, and a plurality of heat wire thermal resistance elements are mounted on a support provided in a case in pairs. The arrangement arranged to detect an angular velocity in a desired direction is known.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の多軸加速度セン
サは、発熱抵抗体および複数対の感温抵抗体をケースの
支持体に取付け、複数対の感温抵抗体の多軸(例えば、
X、Y、Z)方向の軸合せ、および発熱抵抗体からそれ
ぞれ一対の感温抵抗体までの距離調整等、感温抵抗体の
配置や感度調整に時間を要する課題がある。
In a conventional multi-axis acceleration sensor, a heating resistor and a plurality of pairs of temperature-sensitive resistors are mounted on a case support, and a plurality of pairs of temperature-sensitive resistors (for example,
There is a problem that it takes time to arrange the temperature-sensitive resistors and adjust the sensitivity, such as axis alignment in the X, Y, and Z directions, and adjustment of the distance from the heating resistor to each of the pair of temperature-sensitive resistors.

【0007】また、発熱抵抗体および感温抵抗体のばら
つきによるセンサ間の感度ばらつきがあるため、製造に
際しては発熱抵抗体および感温抵抗体の選別、センサ個
別の調整が不可欠となる課題がある。
[0007] Further, since there is a sensitivity variation between sensors due to the variation of the heating resistor and the temperature-sensitive resistor, there is a problem that it is essential to select the heating resistor and the temperature-sensitive resistor and to individually adjust the sensor in manufacturing. .

【0008】また、特開昭63−118667号公報に
開示された三次元加速度センサは、半導体基板に構成さ
れた一次元加速度センサ3個を立方体ブロックに取付け
る構成のため、互いに直交する3軸への軸合せに時間を
要する課題がある。
Further, the three-dimensional acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-118667 has a structure in which three one-dimensional acceleration sensors formed on a semiconductor substrate are mounted on a cubic block. There is a problem that it takes time to align the axes.

【0009】一方、従来の多軸型ガスレートセンサは、
白金やタングステンの細い線で構成したディスクリート
部品のヒートワイヤ感熱抵抗素子を支持体に取付ける構
造のため、対をなすヒートワイヤ感熱抵抗素子間の配置
について、ガス流の中心軸までの距離および中心軸に対
する方向(垂直)等の位置精度の課題、および位置精度
の保証のための調整作業に時間を要する課題がある。
On the other hand, a conventional multi-axis gas rate sensor is
Because of the structure in which the heat-resistance elements of discrete components composed of thin wires of platinum or tungsten are attached to the support, the distance between the heat-flow resistance elements and the central axis of the gas flow must be determined. There is a problem of positional accuracy such as a direction (vertical) with respect to the direction, and a problem that time is required for adjustment work for guaranteeing the positional accuracy.

【0010】また、従来の多軸型ガスレートセンサは、
ヒートワイヤ感熱抵抗素子、支持体およびケースをディ
スクリート部品で構成するため、個々のヒートワイヤ感
熱抵抗素子の特性(抵抗値および温度特性)、およびペ
ア性の選定が必要とされる課題がある。
A conventional multi-axis gas rate sensor is
Since the heat wire heat-sensitive resistance element, the support, and the case are composed of discrete components, there is a problem that it is necessary to select characteristics (resistance value and temperature property) of each heat wire heat-sensitive resistance element and pairing.

【0011】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は半導体製造プロセスを用い
て多軸加速度センサおよび多軸型ガスレートセンサを一
体化して構成し、検出精度および信頼性が高く、使い勝
手のよい加速度センサ内蔵ガスレートセンサを提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to integrate a multi-axis acceleration sensor and a multi-axis gas rate sensor by using a semiconductor manufacturing process, and to provide detection accuracy and reliability. An object of the present invention is to provide a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor that is highly operable and easy to use.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る加速度センサ内蔵ガスレートセンサは、
所定の気体を封入した密閉空間と、この密閉空間内に配
置され、気体を加熱して密閉空間内に温度分布を形成す
る発熱抵抗体および感温抵抗体とを備え、加速度の作用
に対応して発生する密閉空間内の温度分布の変化を感温
抵抗体が検出する加速度センサと、ガス流路と、このガ
ス流路内に配置されたヒートワイヤ抵抗体とを備え、角
速度の作用に対応して発生するガス流の偏向を前記ヒー
トワイヤ抵抗体が検出するガスレートセンサを備えた加
速度センサ内蔵ガスレートセンサであって、一方の半導
体基板にガスレートセンサ部のガス流入口とガス流路の
上半分を形成する空間部と加速度センサの密閉空間の上
半分を形成する空間部を半導体製造プロセスを用いて形
成し、他方の半導体基板にガスレートセンサを構成する
空間部とヒートワイヤブリッジとヒートワイヤ抵抗体と
接続リードとパッド と加速度センサ部を構成する空間部
と発熱抵抗体と感温抵抗体とパッドを半導体製造プロセ
スを用いて形成し、これら2つの半導体基板を貼り合
せ、一体的に形成したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention is provided.
A sealed space in which a predetermined gas is sealed, and a heating resistor and a temperature-sensitive resistor which are arranged in the sealed space and heat the gas to form a temperature distribution in the sealed space are provided. The sensor has an acceleration sensor that detects a change in temperature distribution in the enclosed space caused by the temperature sensor, a gas flow path, and a heat wire resistor placed in the gas flow path, and responds to the action of angular velocity The heat wire resistor has a gas rate sensor for detecting the deflection of the gas flow generated by the heating.
Gas rate sensor with built-in speed sensor
The gas inlet of the gas rate sensor and the gas
Above the space forming the upper half and the enclosed space of the acceleration sensor
The space that forms the half is formed using the semiconductor manufacturing process
And configure a gas rate sensor on the other semiconductor substrate
Space, heat wire bridge and heat wire resistor
Space that forms connection leads, pads, and acceleration sensor
, Heating resistors, temperature-sensitive resistors, and pads
And then bond these two semiconductor substrates together.
And are integrally formed.

【0013】また、この発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサは、所定の気体を封入した密閉空間と、
この密閉空間内に配置され、気体を加熱して密閉空間内
に温度分布を形成する発熱抵抗体および感温抵抗体とを
備え、加速度の作用に対応して発生する密閉空間内の温
度分布の変化を感温抵抗体が検出する加速度センサと、
ガス流路と、このガス流路内に配置されたヒートワイヤ
抵抗体とを備え、角速度の作用に対応して発生するガス
流の偏向をヒートワイヤ抵抗体が検出するガスレートセ
ンサを備えた加速度センサ内蔵ガスレートセンサであっ
て、ガスレートセンサ部に相当する二枚の半導体基板
と、加速度センサ部に相当する二枚の半導体基板をそれ
ぞれ同一基板で構成し、一対のヒートワイヤ抵抗体を形
成する他の二枚の半導体基板と、一対の感温抵抗体を形
成する他の二枚の半導体基板をそれぞれ同一基板で構成
し、二枚の半導体基板と他の二枚の半導体基板から成る
4枚の半導体基板を一方向に重ねて貼り合わせ、3軸の
ガスレートセンサおよび3軸のガス式加速度センサを一
体化したことを特徴とする。
In addition, the acceleration sensor built-in gas according to the present invention is provided.
The slate sensor has a sealed space filled with a predetermined gas,
It is placed in this enclosed space and heats the gas to
Heating resistor and temperature-sensitive resistor that form a temperature distribution
Temperature in the enclosed space generated in response to the action of acceleration.
An acceleration sensor that detects a change in the degree distribution with a temperature-sensitive resistor,
Gas flow path and heat wire arranged in this gas flow path
Gas generated in response to the action of angular velocity
Gas rate detector that detects the deflection of the flow with a heat wire resistor
Gas rate sensor with a built-in acceleration sensor
And two semiconductor substrates corresponding to the gas rate sensor
And two semiconductor substrates corresponding to the acceleration sensor
Each is composed of the same substrate and forms a pair of heat wire resistors.
Another two semiconductor substrates to be formed and a pair of temperature-sensitive resistors
Two other semiconductor substrates to be formed on the same substrate
Consists of two semiconductor substrates and two other semiconductor substrates
Four semiconductor substrates are stacked in one direction and bonded together.
A gas rate sensor and a three-axis gas acceleration sensor
It is characterized by being embodied.

【0014】 さらに 、この発明に係る加速度センサ内蔵
ガスレートセンサを構成する加速度センサは、密閉空間
内の中央に配置した発熱抵抗体と、発熱体抵抗に対向し
て多軸方向に配置したぞれぞれ一対の感温抵抗体で構成
したことを特徴とする。
Furthermore, an acceleration sensor which constitutes the acceleration sensor incorporated gas rate sensor according to the present invention, a heating resistor disposed in the center of the closed space, Re'll were disposed opposite to the heating element resistor in multiaxial directions It is characterized by comprising a pair of temperature sensitive resistors.

【0015】 また 、この発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサを構成する角速度センサは、ガス流の中
心軸に対向して多軸方向に配置したぞれぞれ一対のヒー
トワイヤ感熱抵抗体で構成したことを特徴とする。
Further, the angular velocity sensor which constitutes the acceleration sensor incorporated gas rate sensor according to the present invention, a pair of heat wire thermal resistor Re respectively'll disposed in opposite to the multi-axial to the central axis of the gas flow It is characterized by having done.

【0016】 さらに 、この発明に係る加速度センサ内蔵
ガスレートセンサを構成する加速度センサの密閉空間に
封入される気体は、熱伝導性が低く、加圧したガスであ
ることを特徴とする。
Furthermore, the gas enclosed in the enclosed space of the acceleration sensor constituting the acceleration sensor incorporated gas rate sensor according to the present invention, low thermal conductivity, characterized in that it is a pressurized gas.

【0017】[0017]

【作用】この発明に係る加速度センサ内蔵ガスレートセ
ンサは、加速度センサを構成する密閉空間、発熱抵抗体
および感温抵抗体と、角速度センサを構成するガス流路
およびヒートワイヤ抵抗体とを半導体製造プロセスを用
い、製造マスクを共用して同一枚数の半導体基板上に形
成するので、加速度センサと角速度センサの一体化を図
ることができる。
A gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention is a semiconductor device comprising a sealed space, a heating resistor and a temperature-sensitive resistor constituting an acceleration sensor, and a gas flow path and a heat wire resistor constituting an angular velocity sensor. Since the manufacturing masks are shared on the same number of semiconductor substrates using the process, the acceleration sensor and the angular velocity sensor can be integrated.

【0018】 また、この発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサを構成する加速度センサおよび角速度セ
ンサは、半導体製造プロセスを用いて加速度センサを構
成する密閉空間、発熱抵抗体および感温抵抗体と、角速
度センサを構成するガス流路およびヒートワイヤ抵抗体
とを形成するので、それぞれの構成部品を容易に形成で
きるとともに、配置を精度よく実現できるので、加速度
センサおよび角速度センサの多軸化を図ることができ
る。
Further, the acceleration sensor and the angular velocity sensor constitute the acceleration sensor incorporated gas rate sensor according to the present invention, the closed space constituting an acceleration sensor using a semiconductor manufacturing process, a heating resistor and the temperature sensitive resistor, the angular velocity Since the gas flow path and the heat wire resistor constituting the sensor are formed, the respective components can be easily formed, and the arrangement can be realized with high accuracy, so that the acceleration sensor and the angular velocity sensor can be made multi-axial. it can.

【0019】 さらに、この発明に係る加速度センサ内蔵
ガスレートセンサを構成する加速度センサおよび角速度
センサは、同一半導体基板あるいは同一製造ロットの半
導体基板上に発熱抵抗体、感温抵抗体、ヒートワイヤ抵
抗体を構成するので、各抵抗体の偏差や温度特性などの
ペア性が保証され、特に対をなす抵抗体の比抵抗の偏差
を小さくできるので、高精度のセンサを実現することが
できる。
Furthermore, the acceleration sensor and the angular velocity sensor constitute the acceleration sensor incorporated gas rate sensor according to the present invention, the heating resistor on the same semiconductor substrate or the same production lot of the semiconductor substrate, the temperature sensitive resistors, the heat wire resistance , The pair characteristics such as the deviation of each resistor and the temperature characteristic are guaranteed. In particular, the deviation of the specific resistance of the paired resistors can be reduced, so that a highly accurate sensor can be realized.

【0020】 また、この発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサを構成する加速度センサは、封入する気
体に、熱伝導性の低い、加圧したガスを用いるので、密
閉空間内に形成される温度分布の温度勾配を大きく設定
することができ、高感度のセンサを実現することができ
る。
Further, the acceleration sensor constituting the gas rate sensor with the built-in acceleration sensor according to the present invention uses a pressurized gas having low thermal conductivity as the gas to be sealed, so that the temperature distribution formed in the closed space is reduced. Can be set large, and a highly sensitive sensor can be realized.

【0021】[0021]

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1はこの発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサの実施例構成図である。本実施例は、2
軸のガス式加速度センサと1軸のガスレートセンサを半
導体基板上に一体構成したものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention. In this embodiment, 2
A single-axis gas type acceleration sensor and a single-axis gas rate sensor are integrally formed on a semiconductor substrate.

【0022】 図1において、加速度センサ内蔵ガスレー
トセンサ1は、半導体基板2と、半導体基板3から構成
する。半導体基板2には、エッチング等の半導体製造プ
ロセスを用いて、ガスレートセンサ部4の一部となる基
板の上下方向に貫通したガス流入口2A、基板の底面か
ら所定の幅の空間を有し、ガス流路6の上半分を形成す
る空間部2B、および加速度センサ5の密閉空間7の上
半分を形成する空間部2Cを形成する。
In FIG . 1, a gas rate sensor 1 with a built-in acceleration sensor comprises a semiconductor substrate 2 and a semiconductor substrate 3. The semiconductor substrate 2 has a gas inlet 2A vertically penetrating the substrate to be a part of the gas rate sensor unit 4 using a semiconductor manufacturing process such as etching, and a space having a predetermined width from the bottom surface of the substrate. , A space 2B forming the upper half of the gas flow path 6 and a space 2C forming the upper half of the sealed space 7 of the acceleration sensor 5.

【0023】 半導体基板3には、蒸着および複数回のエ
ッチング処理を繰り返す半導体製造プロセスを用いて、
ガスレートセンサ部4を構成する空間部3A、ヒートワ
イヤブリッジ3B、ヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-r
ヒートワイヤ抵抗体への図示しない接続リードやパッ
ド、および加速度センサ部5を構成する空間部3C、発
熱抵抗体H、感温抵抗体X1、X2、Y1、Y2、発熱
抵抗体や感温抵抗体へのパッド10等を形成する。
The semiconductor substrate 3 is formed on the semiconductor substrate 3 by using a semiconductor manufacturing process in which deposition and etching are repeated a plurality of times.
The space portion 3A, the heat wire bridge 3B, and the heat wire resistors H Wl , H Wr , which constitute the gas rate sensor portion 4,
Connection leads and pads (not shown) to the heat wire resistor, the space 3C constituting the acceleration sensor unit 5, the heating resistor H, the temperature sensing resistors X1, X2, Y1, Y2, the heating resistor and the temperature sensing resistor. The pad 10 and the like are formed.

【0024】 ガスレートセンサ部4のヒートワイヤブリ
ッジ3B、および加速度センサ部5の図示しないブリッ
ジは、半導体基板3の表面にエッチング処理をして形成
し、それぞれのブリッジの下側は空間部3Aおよび空間
部3Cの一部を構成する。また、ヒートワイヤブリッジ
3Bの表面にはヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-rを形成
し、図示しないブリッジの表面には発熱抵抗体H、感温
抵抗体X1、X2、Y1、Y2を形成する。
[0024] Gas rate sensor part 4 of the heat wire bridge 3B, and the bridge (not shown) of the acceleration sensor section 5 an etching process is formed on the surface of the semiconductor substrate 3, the lower side of each of the bridge space 3A and It constitutes a part of the space 3C. Heat wire resistors H Wl and H Wr are formed on the surface of the heat wire bridge 3B, and heat generating resistors H and temperature sensitive resistors X1, X2, Y1, and Y2 are formed on the surface of the bridge (not shown).

【0025】 ヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-r、発熱抵
抗体H、感温抵抗体X1、X2、Y1、Y2は、例えば
白金やタングステン等の金属を蒸着あるいは結晶成長に
より導体部を形成し、製造マスクに設定した微細パター
ン図に基づいてエッチング処理してそれぞれの抵抗体を
構成する。なお、ヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-r、発
熱抵抗体H、感温抵抗体X1、X2、Y1、Y2は、抵
抗値のみが異なる抵抗体を形成するので、同一のプロセ
スで同時に形成することができる。
The heat wire resistors H Wl , H Wr , the heating resistor H, and the temperature sensitive resistors X 1, X 2, Y 1, and Y 2 form conductor portions by vapor deposition or crystal growth of a metal such as platinum or tungsten. Each resistor is formed by performing an etching process based on the fine pattern diagram set on the manufacturing mask. Note that the heat wire resistors H Wl , H Wr , the heating resistor H, and the temperature sensitive resistors X1, X2, Y1, and Y2 form resistors having only different resistance values, and therefore, must be formed simultaneously in the same process. Can be.

【0026】 ヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-rは、半導
体基板2の空間部2Bと半導体基板3の空間部3Bで形
成するガス流路6のZ軸方向の中間に配置し、ガス流路
6をY軸方向に流れるガス流FYの中心軸を対称とし、
X軸方向に対向して配置するので、加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサ1を移動体(車両等)に搭載してY軸方
向に移動する場合、Z軸を回転軸とした水平方向(ヨー
方向)の角速度ωXを検出する1軸の角速度センサが構
成できる。
The heat wire resistors H Wl and H Wr are arranged at the middle of the gas flow path 6 formed by the space 2B of the semiconductor substrate 2 and the space 3B of the semiconductor substrate 3 in the Z-axis direction. , The central axis of the gas flow F Y flowing in the Y-axis direction is symmetrical,
Since the gas rate sensor 1 with a built-in acceleration sensor is mounted on a moving body (vehicle or the like) and moves in the Y-axis direction because it is disposed so as to face the X-axis direction, the horizontal direction (yaw direction) with the Z-axis as a rotation axis. Can be configured as a one-axis angular velocity sensor that detects the angular velocity ω X of.

【0027】 発熱抵抗体Hおよび感温抵抗体X1、X
2、Y1、Y2は、半導体基板2の空間部2Cと半導体
基板3の空間部3Cで構成する密閉空間7のZ軸方向の
中間のX−Y同一平面上に配置し、発熱抵抗体HをX−
Y同一平面上のほぼ中央に位置するよう形成し、発熱抵
抗体Hを対称としてX軸およびY軸方向に対向したそれ
ぞれ一対の感温抵抗体X1、X2、および感温抵抗体Y
1、Y2を配置するので、X軸およびY軸方向に作用す
る加速度(G)を検出する2軸加速度センサが構成でき
る。
[0027] The heating resistor H and the temperature sensitive resistor X1, X
2, Y1 and Y2 are arranged on the same XY plane in the Z-axis direction of the sealed space 7 formed by the space 2C of the semiconductor substrate 2 and the space 3C of the semiconductor substrate 3, and the heating resistor H is provided. X-
A pair of temperature-sensitive resistors X1, X2 and a temperature-sensitive resistor Y are formed so as to be located at substantially the center on the same plane Y and symmetrically opposing the heating resistor H in the X-axis and Y-axis directions.
Since the first and second Y2 are arranged, a two-axis acceleration sensor that detects acceleration (G) acting in the X-axis and Y-axis directions can be configured.

【0028】 半導体基板2および半導体基板3の製造が
完了した後、密閉空間7に窒素ガスやアルゴンガス等の
熱伝導性の低い加圧した気体を封入し、両基板をZ軸方
向に重ねて貼り合せて加速度センサ内蔵ガスレートセン
サ1を構成する。なお、半導体基板3は外部接続用のパ
ッド10を配置するため、半導体基板2より大きなサイ
ズで構成する。
[0028] After the fabrication of the semiconductor substrate 2 and the semiconductor substrate 3 is completed, the low pressurized gas thermal conductivity such as nitrogen gas or argon gas sealed in the closed space 7, overlapping the two substrates in the Z-axis direction The gas rate sensor 1 with the built-in acceleration sensor is configured by being bonded together. The semiconductor substrate 3 is configured to have a larger size than the semiconductor substrate 2 in order to arrange the pads 10 for external connection.

【0029】 このように、加速度センサ内蔵ガスレート
センサ1は、半導体製造プロセスの製造マスクおよび微
細加工技術を採用することによって、ヒートワイヤ抵抗
体HW-l、HW-r、発熱抵抗体H、感温抵抗体X1、X
2、Y1、Y2、およびガス流路6や密閉空間7を構成
する空間部2B、2C、3B、3C等の位置および寸法
を高精度に形成できるので、各抵抗体の位置合せおよび
軸合せの調整を必要としない正確なガスレートセンサ部
4およびガス式加速度センサ部5を構成できる。
[0029] Thus, the acceleration sensor incorporated gas rate sensor 1, by adopting the production mask and microfabrication technology of a semiconductor manufacturing process, a heat wire resistance H Wl, H Wr, heating resistor H, the temperature sensitive resistor Body X1, X
2, Y1, Y2, and the positions and dimensions of the space portions 2B, 2C, 3B, 3C and the like constituting the gas flow path 6 and the closed space 7 can be formed with high precision. An accurate gas rate sensor unit 4 and gas type acceleration sensor unit 5 that do not require adjustment can be configured.

【0030】 また、ヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-r
発熱抵抗体H、感温抵抗体X1、X2、Y1、Y2は、
半導体基板3上に形成されるので、HW-lおよびHW-r
X1およびX2、Y1およびY2のそれぞれ一対の抵抗
体は抵抗偏差、温度特性等のペア性に優れ、抵抗比の精
度は極めて高いため、角速度および加速度を抵抗比で検
出するよう構成することにより安定した出力が得られ
る。
The heat wire resistors H Wl , H Wr ,
The heating resistor H and the temperature-sensitive resistors X1, X2, Y1, and Y2 are:
Since H Wl and H Wr are formed on the semiconductor substrate 3,
The pair of resistors X1 and X2, Y1 and Y2 each have excellent pairing properties such as resistance deviation and temperature characteristics, and the accuracy of the resistance ratio is extremely high. Therefore, it is stable by detecting the angular velocity and acceleration by the resistance ratio. Output is obtained.

【0031】 次に、加速度センサ内蔵ガスレートセンサ
1のガスレートセンサ部4およびガス式加速度センサ部
5の動作について説明する。ガスレートセンサ部4は、
一対のヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-rを備え、ガス流
Yの中心軸(Y軸)に対して垂直(X軸)方向に対向
して配置され、Z軸を回転軸として加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサ1に作用する角速度ωXを検出する。例
えば、加速度センサ内蔵ガスレートセンサ1が車両に搭
載され、Y軸方向に移動している場合、ヨー(方向)に
作用する角速度を検出することができる。ヨー方向の角
速度が作用する場合、コリオリの力が作用してガス流F
Yが偏向されてヒートワイヤ抵抗体HW-l、HW-rに当た
るガス量のバランスがくずれ、ヒートワイヤ抵抗体H
W-l、HW-rの抵抗値が変化するので、HW-l、HW-rの抵
抗値偏差を検出することにより、ヨー方向の角速度の大
きさおよび方向が検出できる。
[0031] Next, the operation of the acceleration sensor incorporated gas rate sensor part 4 of the gas rate sensor 1 and the gas-type acceleration sensor unit 5. The gas rate sensor unit 4
A pair of heat wire resistance H Wl, with the H Wr, disposed opposite to the vertical (X-axis) direction to the central axis of the gas flow F Y (Y-axis), the acceleration sensor built in the Z-axis as a rotation axis An angular velocity ω X acting on the gas rate sensor 1 is detected. For example, when the gas rate sensor 1 with a built-in acceleration sensor is mounted on a vehicle and is moving in the Y-axis direction, the angular velocity acting on the yaw (direction) can be detected. When the angular velocity in the yaw direction acts, the Coriolis force acts and the gas flow F
Y is deflected and the balance between the gas amounts hitting the heat wire resistors H Wl and H Wr is lost, and the heat wire resistor H
Wl, the resistance value of the H Wr is changed, H wl, by detecting the resistance value deviation of H Wr, can detect the magnitude and direction of the yaw direction angular velocity.

【0032】 ガス式の加速度センサ部5は、密閉空間7
内に発熱抵抗体H、2軸(XY)方向の加速度を検出す
る感温抵抗体X1、X2、Y1、Y2、が配置されてお
り、窒素またはアルゴン等の熱伝導性の低い、加圧した
気体が封入されている。
The gas type acceleration sensor unit 5 includes a closed space 7
A heating resistor H, temperature-sensitive resistors X1, X2, Y1, and Y2 that detect acceleration in two-axis (XY) directions are disposed therein, and are pressurized with low thermal conductivity such as nitrogen or argon. Gas is enclosed.

【0033】 発熱抵抗体Hに外部電源(電圧源、または
電流源)を印加し、密閉空間7内の気体がジュール熱で
温められ、発熱抵抗体Hからの距離に反比例した温度勾
配の大きい温度分布が形成される。一対の感温抵抗体X
1およびX2、一対の感温抵抗体Y1およびY2は、そ
れぞれ発熱抵抗体HからそれぞれX軸、Y軸方向に等間
隔で配置されているため、加速度センサ内蔵ガスレート
センサ1に加速度(G)が作用しない状態には、等しい
温度環境にあり温度バランスが保たれ、加速度は検出し
ない。
An external power supply (voltage source or current source) is applied to the heating resistor H, the gas in the sealed space 7 is heated by Joule heat, and a temperature having a large temperature gradient inversely proportional to the distance from the heating resistor H. A distribution is formed. A pair of temperature sensitive resistors X
1 and X2, and the pair of temperature-sensitive resistors Y1 and Y2 are arranged at equal intervals in the X-axis and Y-axis directions from the heating resistor H, respectively. In the state where does not act, the temperature is in the same temperature environment, the temperature balance is maintained, and no acceleration is detected.

【0034】 温度バランス状態から、例えば、X軸方向
に加速度(G)が作用すると、密閉空間7内の温度分布
は加速度(G)作用方向と反対方向に移動し、感温抵抗
体X1と感温抵抗体X2の温度バランスが崩れ、感温抵
抗体X1の温度が上昇し、感温抵抗体X2の温度が下降
する。感温抵抗体X1の温度が上昇すると感温抵抗体X
1の抵抗が増加し、一方、感温抵抗体X2の温度が下降
して感温抵抗体X2の抵抗が減少するため、抵抗偏差に
対応した値で加速度(G)を検出するよう構成すると、
抵抗偏差に対応した値から加速度(G)の大きさが検出
でき、抵抗偏差の符号(±)から加速度(G)の作用方
向が検出できる。
When the acceleration (G) acts in the X-axis direction from the temperature balance state, for example, the temperature distribution in the closed space 7 moves in the direction opposite to the direction in which the acceleration (G) acts, and the temperature distribution and the temperature-sensitive resistor X1 change. The temperature balance of the temperature-sensitive resistor X2 is lost, the temperature of the temperature-sensitive resistor X1 increases, and the temperature of the temperature-sensitive resistor X2 decreases. When the temperature of the temperature-sensitive resistor X1 rises, the temperature-sensitive resistor X
1 increases, while the temperature of the temperature-sensitive resistor X2 decreases and the resistance of the temperature-sensitive resistor X2 decreases, so that the acceleration (G) is detected with a value corresponding to the resistance deviation.
The magnitude of the acceleration (G) can be detected from the value corresponding to the resistance deviation, and the action direction of the acceleration (G) can be detected from the sign (±) of the resistance deviation.

【0035】 同様に、Y軸方向に加速度(G)が作用す
る場合、加速度(G)が作用する方向に配置された感温
抵抗体Y1、Y2の温度バランスが崩れ、それぞれの抵
抗偏差に対応した値と符号から加速度(G)が検出でき
る。
[0035] Similarly, when acceleration acts (G) is in the Y-axis direction, collapsing temperature balance of the acceleration (G) the temperature sensitive resistor disposed in a direction acts Y1, Y2, corresponding to each of the resistance deviation The acceleration (G) can be detected from the obtained value and the sign.

【0036】 このように、加速度センサ内蔵ガスレート
センサ1は、Z軸を回転軸としたヨー(水平)方向1軸
の角速度ωXを検出するガスレートセンサと、X軸およ
びY軸の2軸方向に作用する加速度(G)を検出するガ
ス式加速度センサを一体化して構成することができる。
[0036] Thus, the acceleration sensor incorporated gas rate sensor 1 includes a gas rate sensor for detecting an angular velocity omega X yaw (horizontal) direction 1 axes and the rotation axis of the Z axis, two axes of X-axis and Y-axis A gas-type acceleration sensor that detects acceleration (G) acting in the direction can be integrally formed.

【0037】 図2はこの発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサの別実施例構成図である。本実施例は、
3軸のガス式加速度センサと1軸のガスレートセンサを
半導体基板上に一体構成したものである。図2におい
て、加速度センサ内蔵ガスレートセンサ11は加速度セ
ンサ部5にZ軸方向に作用する加速度(G)を検出する
1軸のピエゾ式加速度センサを追加した点のみが図1の
構成と異なる。
FIG . 2 is a block diagram showing another embodiment of the gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention. In this embodiment,
A three-axis gas type acceleration sensor and a one-axis gas rate sensor are integrally formed on a semiconductor substrate. 2, the gas rate sensor 11 with a built-in acceleration sensor differs from the configuration of FIG. 1 only in that a single-axis piezo-type acceleration sensor for detecting acceleration (G) acting in the Z-axis direction is added to the acceleration sensor unit 5.

【0038】 ピエゾ式加速度センサは、半導体基板3上
にエッチング処理で質量部8を残して側面3方向および
下側を削って空間部3Dを形成し、質量部8と半導体基
板3の接続部には質量部8より薄い可動部(梁部)を形
成し、Z軸方向の加速度(G)が作用する場合に質量部
8に作用する力(質量と加速度の積)に対応して可動部
(梁部)にたわみ(歪)が発生するよう構成する。
The piezo-type acceleration sensor forms a space 3D by etching the side surface 3 and the lower side while leaving the mass portion 8 by etching on the semiconductor substrate 3 and forming a space 3D at the connection portion between the mass portion 8 and the semiconductor substrate 3. Forms a movable portion (beam portion) thinner than the mass portion 8, and corresponds to a force (product of mass and acceleration) acting on the mass portion 8 when acceleration (G) in the Z-axis direction acts. The beam section is configured to bend (strain).

【0039】 蒸着等の半導体プロセスでピエゾ素子Z
1、Z2を可動部(梁部)に形成し、可動部(梁部)の
たわみ(歪)をピエゾ素子Z1、Z2の抵抗変化で検出
することにより、Z軸方向に作用する加速度(G)が検
出できる。なお、ピエゾ式加速度センサに代えて容量式
加速度センサで構成することもできる。
The piezo element Z is formed by a semiconductor process such as evaporation.
The acceleration (G) acting in the Z-axis direction by forming the movable portion (beam portion) 1 and Z2 and detecting the deflection (strain) of the movable portion (beam portion) by the resistance change of the piezo elements Z1 and Z2. Can be detected. It should be noted that a capacitive acceleration sensor may be used instead of the piezo acceleration sensor.

【0040】 図3に1軸ガスレートセンサの角速度検出
回路図を示す。一対のヒートワイヤ抵抗体HW-l(抵抗
L)およびHW-r(抵抗RR)、基準抵抗RF1、RF2
抵抗ブリッジ回路を構成し、電源(定電流源IO)で駆
動して直流電圧出力VZ1、VZ2を得た後、出力VZ1、V
Z2を演算増幅器OP−1等で構成した比較器で偏差(V
Z1−VZ2)に対応した角速度検出出力VO1を得るよう構
成する。
FIG . 3 shows a circuit diagram of the angular velocity detecting circuit of the one-axis gas rate sensor. A pair of heat wire resistors H Wl (resistance R L ) and H Wr (resistance R R ), reference resistances R F1 and R F2 form a resistance bridge circuit, and are driven by a power supply (constant current source I O ) to perform DC after obtaining a voltage output V Z1, V Z2, the output V Z1, V
The deviation (V) is determined by Z2 using a comparator composed of an operational amplifier OP-1 or the like.
Z1 -V Z2) to obtain the angular velocity detection output V O1 corresponding to configuration.

【0041】 基準抵抗RF1、RF2を等しい値に設定する
と、角速度検出出力VO1は抵抗偏差(RR−RL)に比例
した出力が得られ、ヨー方向に作用する角速度を検出す
ることができる。なお、角速度の大きさは検出出力VO1
のレベルから得られ、角速度の方向は検出出力VO1の符
号から得られる。
When the reference resistances R F1 and R F2 are set to the same value, an output proportional to the resistance deviation (R R -R L ) is obtained as the angular velocity detection output V O1 , and the angular velocity acting in the yaw direction can be detected. Can be. Note that the magnitude of the angular velocity is the detection output V O1
, And the direction of the angular velocity is obtained from the sign of the detection output V O1 .

【0042】 図4に3軸の加速度センサの加速度検出回
路を示す。(a)図は発熱抵抗体駆動回路図、(b)図
はX軸方向の加速度検出回路図、(c)図はY軸方向の
加速度検出回路図、(d)図はZ軸方向の加速度検出回
路図を示す。(a)図〜(d)図は駆動電源を電流源
(IO)で構成した例を示すが、電圧源(VO)で構成す
ることもできる。
FIG . 4 shows an acceleration detection circuit of a three-axis acceleration sensor. (A) is a heating resistor drive circuit diagram, (b) is an acceleration detection circuit diagram in the X-axis direction, (c) is an acceleration detection circuit diagram in the Y-axis direction, and (d) is an acceleration in the Z-axis direction. FIG. 4 shows a detection circuit diagram. (A) to (d) show an example in which the drive power supply is constituted by a current source (IO), but may be constituted by a voltage source ( VO ).

【0043】 (a)図に示す発熱抵抗体駆動回路は、発
熱抵抗体Hの抵抗Rに電流源(IO)を供給して(IO 2
*R)の電力に対応したジュール熱を発生する。
[0043] (a) heating resistor driving circuit shown in FIG supplies current source (I O) to the resistance R of the heating resistor H (I O 2
* R) Generates Joule heat corresponding to the power.

【0044】 (b)図に示すX軸方向の加速度検出回路
は、感温抵抗体X1(抵抗R1)、感温抵抗体X2(抵
抗R2)、標準抵抗Ro1、Ro2で抵抗ブリッジ回路
を構成し、差動増幅器AXを介してブリッジ出力電圧V
X1およびVX2 に基づいた偏差VOX(VX1−VX2)を出
力し、X軸方向に作用する加速度(G)に対応した検出
出力を得るよう構成する。
[0044] (b) acceleration detecting circuit of the X-axis direction shown in the figure, the temperature sensitive resistors X1 (resistance R1), the temperature sensitive resistor X2 (resistance R2), constitute a resistor bridge circuit with a standard resistor Ro1, Ro2 , The bridge output voltage V via the differential amplifier A X
A deviation V OX (V X1 −V X2 ) based on X 1 and V X2 is output, and a detection output corresponding to the acceleration (G) acting in the X-axis direction is obtained.

【0045】 (b)図、(c)図も同様に、抵抗ブリッ
ジ回路を構成して差動増幅器AY、およびAZを介し、そ
れぞれブリッジ出力電圧VY1およびVY2 、ブリッジ出
力電圧VZ1およびVZ2に基づいた偏差VOY(VY1
Y2)、VOZ(VZ1−VZ2)を出力し、それぞれY軸方
向、またはZ軸方向に作用する加速度(G)に対応した
検出出力を得るよう構成する。
[0045] (b) Fig., (C) FIG. Similarly, the differential amplifier A Y constitute a resistor bridge circuit, and A Z a through each bridge output voltage V Y1 and V Y2, the bridge output voltage V Z1 and deviations based on V Z2 V OY (V Y1 -
V Y2 ) and V OZ (V Z1 −V Z2 ) are output, and a detection output corresponding to the acceleration (G) acting in the Y-axis direction or the Z-axis direction is obtained.

【0046】 続いて、3軸のガスレートセンサおよび3
軸のガス式加速度センサを有する加速度センサ内蔵ガス
レートセンサの構造について説明する。図5に2軸のガ
スレートセンサの構成図を示す。図5において、2軸の
ガスレートセンサ21は、半導体基板22〜半導体基板
25から構成し、図2に示す加速度センサ内蔵ガスレー
トセンサ11のガスレートセンサ部4に相当する半導体
基板22および24に、Z軸方向の上下に配置する一対
のヒートワイヤ抵抗体HW-UおよびHW-Dを形成する半導
体基板23、25を追加して4層構造にした点が異な
る。
[0046] Subsequently, the three-axis gas rate sensor and 3
The structure of a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor having a gas type acceleration sensor of the axis will be described. FIG. 5 shows a configuration diagram of a two-axis gas rate sensor. In FIG. 5, a biaxial gas rate sensor 21 is composed of semiconductor substrates 22 to 25 and includes semiconductor substrates 22 and 24 corresponding to the gas rate sensor unit 4 of the gas sensor 11 with a built-in acceleration sensor shown in FIG. , And a four-layer structure by adding semiconductor substrates 23 and 25 forming a pair of heat wire resistors H WU and H WD arranged vertically in the Z-axis direction.

【0047】 半導体基板23、25のヒートワイヤブリ
ッジ23A、25A、およびヒートワイヤ抵抗体
W-U、HW-Dは既に説明したエッチング処理および蒸着
等の半導体製造プロセスを用いて同様に形成する。半導
体基板22〜25を形成した後、Z軸方向に重ねて張り
合わせることにより、Z軸およびX軸を回転軸とした2
軸の角速度ωXおよびωZが検出できる。
[0047] Heat wire bridge 23A of the semiconductor substrate 23, 25, 25A, and heat wire resistance H WU, H WD is formed in a similar manner using already a semiconductor manufacturing process such as the etching and deposition that described. After the semiconductor substrates 22 to 25 are formed, they are overlapped and bonded in the Z-axis direction, so that the Z-axis and the X-axis are used as rotation axes.
The angular velocities ω X and ω Z of the shaft can be detected.

【0048】 また、Y軸を回転軸とする角速度センサを
構成するためには、X軸方向のガス流FXを流すガス流
路と、Z軸方向に一対のヒートワイヤ抵抗体が必要とな
るが、前述の2軸のガスレートセンサ21と同様に追加
して構成することができる。なお、3軸のガスレートセ
ンサの構成については図7に示す。
Further , in order to constitute an angular velocity sensor having the Y axis as a rotation axis, a gas flow path for flowing the gas flow FX in the X axis direction and a pair of heat wire resistors in the Z axis direction are required. The gas rate sensor 21 may be additionally provided in the same manner as the two-axis gas rate sensor 21 described above. The configuration of the three-axis gas rate sensor is shown in FIG.

【0049】 図6に3軸のガス式加速度センサの構成図
を示す。図6において、3軸のガス式加速度センサ31
は、半導体基板32〜半導体基板35から構成し、図1
に示す加速度センサ内蔵ガスレートセンサ1の加速度セ
ンサ部5に相当する半導体基板32および34に、Z軸
方向の上下に配置する一対の感温抵抗体Z1およびZ2
を形成する半導体基板33、35を追加して4層構造に
した点が異なる。
FIG . 6 shows a configuration diagram of a three-axis gas type acceleration sensor. 6, a three-axis gas type acceleration sensor 31 is shown.
Is composed of a semiconductor substrate 32 to a semiconductor substrate 35, and FIG.
A pair of temperature-sensitive resistors Z1 and Z2 disposed vertically on the semiconductor substrate 32 and 34 corresponding to the acceleration sensor unit 5 of the gas rate sensor 1 with a built-in acceleration sensor shown in FIG.
Is different in that a four-layer structure is added by adding semiconductor substrates 33 and 35 for forming the semiconductor substrate.

【0050】 半導体基板33、35の感温抵抗体Z1お
よびZ2は既に説明したエッチング処理および蒸着等の
半導体製造プロセスを用いて同様に形成する。半導体基
板32〜35を形成した後、Z軸方向に重ねて張り合わ
せることにより、3軸(XYZ)に作用する加速度
(G)が検出できる。
The temperature-sensitive resistors Z1 and Z2 of the semiconductor substrates 33 and 35 are formed in the same manner by using the above-described semiconductor manufacturing process such as etching and vapor deposition. After the formation of the semiconductor substrates 32 to 35, the acceleration (G) acting on the three axes (XYZ) can be detected by laminating and bonding in the Z-axis direction.

【0051】 図5の半導体基板22〜25と図6の半導
体基板32〜35のそれぞれを同一基板で構成すること
により、4枚の半導体基板をZ軸方向に重ねて貼り合
せ、3軸のガスレートセンサおよび3軸のガス式加速度
センサを一体化した加速度センサ内蔵ガスレートセンサ
が構成できる。
The semiconductor substrates 22 to 25 shown in FIG . 5 and the semiconductor substrates 32 to 35 shown in FIG. 6 are constituted by the same substrate, so that four semiconductor substrates are laminated in the Z-axis direction and bonded together. A gas rate sensor with a built-in acceleration sensor in which a rate sensor and a three-axis gas type acceleration sensor are integrated can be configured.

【0052】 図7はこの発明に係る3軸の加速度センサ
内蔵ガスレートセンサの構成図である。図7において、
3軸型加速度センサ内蔵ガスレートセンサ41は3軸の
ガスレートセンサ部46および3軸のガス式加速度セン
サ部43を備える。3軸のガスレートセンサ部46は、
半導体基板42に既に説明したY軸方向ガス流路48に
加え、X軸方向ガス流路49を設ける。Y軸方向ガス流
路48内には図5で説明した一対のヨー方向角速度検出
用のヒートワイヤ感温抵抗体Y1、Y2、および一対のピ
ッチ方向角速度検出用のヒートワイヤ感温抵抗体P1
2を設け、X軸方向ガス流路49内には一対のロール
方向角速度検出用のヒートワイヤ感温抵抗体RO1、RO2
をZ軸方向に対向させて設ける。
FIG . 7 is a configuration diagram of a gas rate sensor with a built-in three-axis acceleration sensor according to the present invention. In FIG.
The gas rate sensor 41 with a built-in triaxial acceleration sensor includes a triaxial gas rate sensor unit 46 and a triaxial gas type acceleration sensor unit 43. The three-axis gas rate sensor unit 46
An X-axis direction gas passage 49 is provided in the semiconductor substrate 42 in addition to the Y-axis direction gas passage 48 already described. In the Y-axis direction gas flow path 48, a pair of heat wire temperature sensitive resistors Y 1 and Y 2 for detecting yaw direction angular velocity and a pair of heat wire temperature sensitive resistors for detecting pitch direction angular velocity described in FIG. P 1 ,
The P 2 is provided, X heat wire temperature-sensitive resistor of the pair of roll direction for angular velocity detection in the axial direction the gas flow path 49 R O1, R O2
Are provided facing each other in the Z-axis direction.

【0053】 ガス流入口47からY軸方向ガス流路48
およびX軸方向ガス流路49にガス噴流FY、FXを同時
に供給するよう構成することにより、ヨー方向(Z軸回
転)、ピッチ方向(X軸回転)およびロール方向(Y軸
回転)に作用する角速度ωX、ωZ、ωYを同時に独立し
て検出することができる。
From the gas inlet 47 to the Y-axis direction gas passage 48
By simultaneously supplying the gas jets F Y and F X to the gas flow channel 49 in the X-axis direction, the yaw direction (Z-axis rotation), the pitch direction (X-axis rotation) and the roll direction (Y-axis rotation) The acting angular velocities ω X , ω Z , ω Y can be detected simultaneously and independently.

【0054】 一方、3軸のガス式加速度センサ部43
は、半導体基板42に図6で既に説明した3軸の加速度
センサ31と同様に、密閉空間44に窒素ガスやアルゴ
ンガス等の気体45を加圧して封入し、発熱体hを中心
としてXYZの3軸方向にそれぞれ対向した一対のの感
温抵抗体x1、x2、y1、y2、z1、z2を配置し、3軸
に作用する加速度(G)を同時に独立して検出すること
ができる。
On the other hand, the three-axis gas-type acceleration sensor unit 43
As in the case of the three-axis acceleration sensor 31 already described with reference to FIG. 6, a gas 45 such as nitrogen gas or argon gas is pressurized and sealed in a closed space 44 in a semiconductor substrate 42, and the XYZ A pair of temperature-sensitive resistors x 1 , x 2 , y 1 , y 2 , z 1 , and z 2 opposed to each other in three axial directions are arranged, and accelerations (G) acting on three axes are simultaneously and independently detected. can do.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る加
速度センサ内蔵ガスレートセンサは、加速度センサを構
成する密閉空間、発熱抵抗体および感温抵抗体と、角速
度センサを構成するガス流路およびヒートワイヤ抵抗体
とを半導体製造プロセスを用い、製造マスクを共用して
同一枚数の半導体基板上に形成し、加速度センサと角速
度センサを一体的に構成できるで、経済的にセンサの複
合化を図ることができる。
As described above, the gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention includes a sealed space, a heating resistor and a temperature-sensitive resistor constituting an acceleration sensor, a gas flow path constituting an angular velocity sensor, and The heat wire resistor is formed on the same number of semiconductor substrates by using a semiconductor manufacturing process and sharing a manufacturing mask, and the acceleration sensor and the angular velocity sensor can be integrally configured, so that the sensor can be economically combined. be able to.

【0056】 また、この発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサは、半導体製造プロセスを用いて加速度
センサを構成する密閉空間、発熱抵抗体および感温抵抗
体と、角速度センサを構成するガス流路およびヒートワ
イヤ抵抗体とを形成するので、それぞれの構成部品を容
易に形成できるとともに、配置を精度よく実現できるの
で、加速度センサおよび角速度センサの多軸化を容易に
実現することができる。
Further, the gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention includes a sealed space, a heating resistor and a temperature-sensitive resistor constituting an acceleration sensor using a semiconductor manufacturing process, a gas flow path constituting an angular velocity sensor, and Since the heat wire resistor and the heat wire resistor are formed, the respective components can be easily formed, and the arrangement can be realized with high accuracy, so that the acceleration sensor and the angular velocity sensor can be easily made multi-axial.

【0057】 さらに、この発明に係る加速度センサ内蔵
ガスレートセンサを構成する加速度センサおよび角速度
センサは、同一半導体基板あるいは同一製造ロットの半
導体基板上に発熱抵抗体、感温抵抗体、ヒートワイヤ抵
抗体を構成するので、各抵抗体の偏差や温度特性などの
ペア性が保証され、特に対をなす抵抗体の比抵抗の偏差
を小さくできるので、高精度のセンサを実現することが
できる。
[0057] Furthermore, the acceleration sensor and the angular velocity sensor constitute the acceleration sensor incorporated gas rate sensor according to the present invention, the heating resistor on the same semiconductor substrate or the same production lot of the semiconductor substrate, the temperature sensitive resistors, the heat wire resistance , The pair characteristics such as the deviation of each resistor and the temperature characteristic are guaranteed. In particular, the deviation of the specific resistance of the paired resistors can be reduced, so that a highly accurate sensor can be realized.

【0058】 また、この発明に係る加速度センサ内蔵ガ
スレートセンサを構成する加速度センサは、封入する気
体に、熱伝導性の低い、加圧したガスを用いるので、密
閉空間内に形成される温度分布の温度勾配を大きく設定
することができ、高感度のセンサを実現することができ
る。
Further , the acceleration sensor constituting the gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention uses a pressurized gas having low thermal conductivity as the gas to be sealed, so that the temperature distribution formed in the enclosed space is reduced. Can be set large, and a highly sensitive sensor can be realized.

【0059】 よって、検出精度および信頼性が高く、使
い勝手のよい多軸の加速度センサ内蔵ガスレートセンサ
を提供することができる。
[0059] Thus, the detection accuracy and high reliability, it is possible to provide an acceleration sensor incorporated gas rate sensor of the easy-to-use multi-axis.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係る加速度センサ内蔵ガスレートセ
ンサの実施例構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention.

【図2】この発明に係る加速度センサ内蔵ガスレートセ
ンサの別実施例構成図
FIG. 2 is a configuration diagram of another embodiment of the gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to the present invention.

【図3】1軸ガスレートセンサの角速度検出回路図FIG. 3 is a circuit diagram of an angular velocity detection circuit of a one-axis gas rate sensor.

【図4】3軸の加速度センサの加速度検出回路FIG. 4 is an acceleration detection circuit of a three-axis acceleration sensor.

【図5】2軸のガスレートセンサの構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a two-axis gas rate sensor.

【図6】3軸のガス式加速度センサの構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a three-axis gas acceleration sensor.

【図7】この発明に係る3軸の加速度センサ内蔵ガスレ
ートセンサの構成図
FIG. 7 is a configuration diagram of a gas rate sensor with a built-in three-axis acceleration sensor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,41…加速度センサ内蔵ガスレートセンサ、
2,3,42…半導体基板、2A,47…ガス流入口、
2B,2C,3A,3C,3D…空間部、3B…ヒート
ワイヤブリッジ、4,46…ガスレートセンサ部、5,
43…加速度センサ部、6,48,49…ガス流路、
7,44…密閉空間、8…質量部、9…ピエゾ素子、1
0…パッド、HW-l,HW-r,HW-U,HW-D…ヒートワイ
ヤ抵抗体、H…発熱体、X1,X2,Y1,Y2,Z
1,Z2…感温抵抗体。
1,11,41 ... gas rate sensor with built-in acceleration sensor
2, 3, 42: semiconductor substrate, 2A, 47: gas inlet,
2B, 2C, 3A, 3C, 3D: space, 3B: heat wire bridge, 4, 46: gas rate sensor, 5,
43: acceleration sensor unit, 6, 48, 49: gas flow path,
7, 44: closed space, 8: mass part, 9: piezo element, 1
0: pad, H Wl , H Wr , H WU , H WD : heat wire resistor, H: heating element, X1, X2, Y1, Y2, Z
1, Z2: temperature-sensitive resistor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−369481(JP,A) 特開 平3−176669(JP,A) 特開 平2−55165(JP,A) 実開 平6−10871(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 9/00 G01P 15/12 G01P 15/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-369481 (JP, A) JP-A-3-176669 (JP, A) JP-A-2-55165 (JP, A) 10871 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 9/00 G01P 15/12 G01P 15/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 所定の気体を封入した密閉空間と、この
密閉空間内に配置され、前記気体を加熱して前記密閉空
間内に温度分布を形成する発熱抵抗体および感温抵抗体
とを備え、加速度の作用に対応して発生する前記密閉空
間内の温度分布の変化を前記感温抵抗体が検出する加速
度センサと、ガス流路と、このガス流路内に配置された
ヒートワイヤ抵抗体とを備え、角速度の作用に対応して
発生するガス流の偏向を前記ヒートワイヤ抵抗体が検出
するガスレートセンサを備えた加速度センサ内蔵ガスレ
ートセンサであって、 一方の半導体基板に前記ガスレートセンサ部のガス流入
口と前記ガス流路の上半分を形成する空間部と前記加速
度センサの密閉空間の上半分を形成する空間部を半導体
製造プロセスを用いて形成し、 他方の半導体基板に前記ガスレートセンサを構成する空
間部とヒートワイヤブリッジとヒートワイヤ抵抗体と接
続リードとパッドと前記加速度センサ部を構成する空間
部と発熱抵抗体と感温抵抗体とパッドを半導体製造プロ
セスを用いて形成し、 これら2つの半導体基板を貼り合せ、 一体的に形成した
ことを特徴とする加速度センサ内蔵ガスレートセンサ。
1. A closed space in which a predetermined gas is sealed, and a heating resistor and a temperature-sensitive resistor disposed in the closed space and heating the gas to form a temperature distribution in the closed space. An acceleration sensor for detecting, by the temperature-sensitive resistor, a change in temperature distribution in the closed space generated in response to the action of acceleration, a gas flow path, and a heat wire resistor disposed in the gas flow path A gas rate sensor with a built-in acceleration sensor having a gas rate sensor for detecting the deflection of the gas flow generated in response to the action of the angular velocity by the heat wire resistor.
A Tosensa, gas inlet of the gas rate sensor part on one semiconductor substrate
Port and the space forming the upper half of the gas flow path and the acceleration
The space that forms the upper half of the enclosed space of the temperature sensor is a semiconductor
It is formed using a manufacturing process, and the other semiconductor substrate forms an empty space constituting the gas rate sensor.
Contact with the space, heat wire bridge and heat wire resistor
Spaces for connecting leads and pads and the acceleration sensor unit
Parts, heating resistors, temperature sensitive resistors, and pads
A gas rate sensor with a built-in acceleration sensor, wherein the gas rate sensor is formed using a process, and the two semiconductor substrates are bonded to each other .
【請求項2】 所定の気体を封入した密閉空間と、この
密閉空間内に配置され、前記気体を加熱して前記密閉空
間内に温度分布を形成する発熱抵抗体および感温抵抗体
とを備え、加速度の作用に対応して発生する前記密閉空
間内の温度分布の変化を前記感温抵抗体が検出する加速
度センサと、ガス流路と、このガス流路内に配置された
ヒートワイヤ抵抗体とを備え、角速度の作用に対応して
発生するガス流の偏向を前記ヒートワイヤ抵抗体が検出
するガスレートセンサを備えた加速度センサ内蔵ガスレ
ートセンサであって、 前記ガスレートセンサ部に相当する二枚の半導体基板
と、前記加速度センサ部に相当する二枚の半導体基板を
それぞれ同一基板で構成し、 一対の前記ヒートワイヤ抵抗体を形成する他の二枚の半
導体基板と、一対の前 記感温抵抗体を形成する他の二枚
の半導体基板をそれぞれ同一基板で構成し、前記二枚の
半導体基板と前記他の二枚の半導体基板から成る4枚の
半導体基板を一方向に重ねて貼り合わせ、3軸のガスレ
ートセンサおよび3軸のガス式加速度センサを一体化し
ことを特徴とする加速度センサ内蔵ガスレートセン
サ。
2. A sealed space in which a predetermined gas is sealed, and a heating resistor and a temperature-sensitive resistor disposed in the sealed space and heating the gas to form a temperature distribution in the sealed space. An acceleration sensor for detecting, by the temperature-sensitive resistor, a change in temperature distribution in the closed space generated in response to the action of acceleration, a gas flow path, and a heat wire resistor disposed in the gas flow path A gas rate sensor with a built-in acceleration sensor having a gas rate sensor for detecting the deflection of the gas flow generated in response to the action of the angular velocity by the heat wire resistor.
Heat sensors, two semiconductor substrates corresponding to the gas rate sensor unit
And two semiconductor substrates corresponding to the acceleration sensor unit.
The other two halves , each formed of the same substrate, forming a pair of the heat wire resistors.
Another two forming a conductor substrate, a pair of front Stories temperature sensitive resistor
Each of the semiconductor substrates is composed of the same substrate, and the two
A semiconductor substrate and four other semiconductor substrates
Semiconductor substrates are stacked in one direction and bonded together.
And a 3-axis gas type acceleration sensor
A gas rate sensor with a built-in acceleration sensor.
【請求項3】 前記加速度センサは、前記密閉空間内の
中央に配置した前記発熱抵抗体と、この発熱体抵抗に対
向して多軸方向に配置したぞれぞれ一対の感温抵抗体で
構成したことを特徴とする請求項1または2記載の加速
度センサ内蔵ガスレートセンサ。
3. The acceleration sensor comprises: a heating resistor disposed in the center of the enclosed space; and a pair of temperature-sensitive resistors disposed in a multiaxial direction in opposition to the heating resistor. The gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to claim 1 or 2, wherein the gas rate sensor has a built-in acceleration sensor.
【請求項4】 前記ガスレートセンサは、ガス流の中心
軸に対向して多軸方向に配置したぞれぞれ一対のヒート
ワイヤ感熱抵抗体で構成したことを特徴とする請求項1
または2記載の加速度センサ内蔵ガスレートセンサ。
4. The gas rate sensor according to claim 1, wherein each of said gas rate sensors comprises a pair of heat-wired heat-sensitive resistors arranged in a multiaxial direction so as to face a central axis of a gas flow.
Or a gas rate sensor with a built-in acceleration sensor according to 2 .
【請求項5】 前記加速度センサの前記密閉空間に封入
される前記気体は、熱伝導性が低く、加圧したガスであ
ることを特徴とする請求項1または2記載の加速度セン
サ内蔵ガスレートセンサ。
Wherein said gas to be sealed in the sealed space of the acceleration sensor, low thermal conductivity, an acceleration sensor built gas rate sensor of claim 1, wherein it is pressurized gas .
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