JPH01145573A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JPH01145573A JPH01145573A JP63110882A JP11088288A JPH01145573A JP H01145573 A JPH01145573 A JP H01145573A JP 63110882 A JP63110882 A JP 63110882A JP 11088288 A JP11088288 A JP 11088288A JP H01145573 A JPH01145573 A JP H01145573A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は電磁気的に加速度を検出できるセンサに関し、
バーバーポール型の磁気抵抗素子と永久磁石とを組合せ
た簡易な構成で確実に加速度の大きさを検出する加速度
センサを提供することを目的とし、印加された加速度に
よって撓むことのできる材質の梁の所定位置に永久磁石
を取り付け、それの両側にそれを挟むんで対称位置に少
なくとも２個のバーバーポール型の磁気抵抗素子を設け
、該磁気抵抗素子出力を互いに逆極性で加算する加算部
を具備し、該加算部出力により加速度を求めるように構
成する。
た簡易な構成で確実に加速度の大きさを検出する加速度
センサを提供することを目的とし、印加された加速度に
よって撓むことのできる材質の梁の所定位置に永久磁石
を取り付け、それの両側にそれを挟むんで対称位置に少
なくとも２個のバーバーポール型の磁気抵抗素子を設け
、該磁気抵抗素子出力を互いに逆極性で加算する加算部
を具備し、該加算部出力により加速度を求めるように構
成する。
本発明は電磁気的に加速度を検出できるセンサに関する
。
。
従来の加速度センサは印加された加速度による重りの変
位を検出したり、撓みを受けた片持梁の歪みを検出する
などのため、構造が複雑な割りには感度が低い欠点があ
った。そのため構造が簡易で高感度なセンサを開発する
ことが要望された。
位を検出したり、撓みを受けた片持梁の歪みを検出する
などのため、構造が複雑な割りには感度が低い欠点があ
った。そのため構造が簡易で高感度なセンサを開発する
ことが要望された。
従来の加速度センサは変位型または加速変力型と言われ
るものであった。前者の例は第１７図に示すように、一
端を固定した片持梁１の他端に重り２を取り付け、重り
２と略同位置に在る電極３と、梁固定部４に在る電極５
を設ける。重り２に加速度が加えられることにより、図
の上下方向に片持梁１が動き撓むため、電極３，５間の
静電容量変化を生じ、その変化により加速度の大きさを
検出する。或いは電極３，５間の直流電気抵抗を測定す
るように接続しておくとき、片持梁が加速度のため撓ん
で生じる歪を電気抵抗の変化として検出し、加速度の大
きさを知ることができる。片持梁の材質としてシリコン
を使用する具体的な構成を第１８図に示す、第１８図に
おいてシリコン基板の（１１０）面を主面として例えば
２方向の加速度に惑する部分を形成する０重り部分２の
質量をｍとすると、第１８図においてセンサが２方向に
加速度αを受けて重り部分２にＦ＝ｍαの力が加わり、
その結果板厚が薄くなっている撓み部分が撓む、それに
より発生する応力Ｔから次式で表されるピエゾ抵抗効果
により抵抗６の抵抗値が変化する。
るものであった。前者の例は第１７図に示すように、一
端を固定した片持梁１の他端に重り２を取り付け、重り
２と略同位置に在る電極３と、梁固定部４に在る電極５
を設ける。重り２に加速度が加えられることにより、図
の上下方向に片持梁１が動き撓むため、電極３，５間の
静電容量変化を生じ、その変化により加速度の大きさを
検出する。或いは電極３，５間の直流電気抵抗を測定す
るように接続しておくとき、片持梁が加速度のため撓ん
で生じる歪を電気抵抗の変化として検出し、加速度の大
きさを知ることができる。片持梁の材質としてシリコン
を使用する具体的な構成を第１８図に示す、第１８図に
おいてシリコン基板の（１１０）面を主面として例えば
２方向の加速度に惑する部分を形成する０重り部分２の
質量をｍとすると、第１８図においてセンサが２方向に
加速度αを受けて重り部分２にＦ＝ｍαの力が加わり、
その結果板厚が薄くなっている撓み部分が撓む、それに
より発生する応力Ｔから次式で表されるピエゾ抵抗効果
により抵抗６の抵抗値が変化する。
ＩΔρ１−１ρ１πＩＴ″１
ここでΔρ：応力による抵抗率変化量
ρ：無歪時の抵抗率
π：ピエゾ抵抗係数
この抵抗値の変化から加速度を感知するものが半導体加
速度センサである。第１８図に示すように従来の半導体
加速度センサは重り部分２と、該重り部分２と連動し薄
片化した撓み部分から成り、Ｆｉ撓み部分にはその表面
に形成された拡散抵抗６の抵抗値変化で加速度を感知し
、小型化を図り感度・精度の向上を図っている。
速度センサである。第１８図に示すように従来の半導体
加速度センサは重り部分２と、該重り部分２と連動し薄
片化した撓み部分から成り、Ｆｉ撓み部分にはその表面
に形成された拡散抵抗６の抵抗値変化で加速度を感知し
、小型化を図り感度・精度の向上を図っている。
第１７図に示すものは電極間静電容量の変化検出が容易
でない。加速度の加えられる方向が一定していて、変位
量が比較的大きい場合のみ使用できるに過ぎない。
でない。加速度の加えられる方向が一定していて、変位
量が比較的大きい場合のみ使用できるに過ぎない。
第１８図に示すものは加速度が印加される方向により撓
みを起こす部分には、ｙ方向およびねじれ方向に撓む可
能性がある。そのため両方向の撓みから発する抵抗値変
化と２方向の撓みから発生する抵抗が混在し、２方向の
みの加速度成分を正確に感知するには問題があった。
みを起こす部分には、ｙ方向およびねじれ方向に撓む可
能性がある。そのため両方向の撓みから発する抵抗値変
化と２方向の撓みから発生する抵抗が混在し、２方向の
みの加速度成分を正確に感知するには問題があった。
本発明の目的は前述の欠点を改善し、バーバーポール型
の磁気抵抗素子と永久磁石を組合せた簡易な構成で確実
に加速度の大きさを検出する加速度センサを提供するこ
とにある。
の磁気抵抗素子と永久磁石を組合せた簡易な構成で確実
に加速度の大きさを検出する加速度センサを提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕
第１図は本発明の原理構成を示す図である０図において
、１０は印加された加速度によって撓むことのできる梁
、１１は図示のようにＮ極とＳ極を有する永久磁石、１
２−１．１２−２は２個のバーバーポール型の磁気抵抗
素子、１３−１．１３−２は磁気抵抗素子１２〜１．１
２−２の出力信号線、１４は加算部、１４−１は加算部
１４の出力信号端子を示す。
、１０は印加された加速度によって撓むことのできる梁
、１１は図示のようにＮ極とＳ極を有する永久磁石、１
２−１．１２−２は２個のバーバーポール型の磁気抵抗
素子、１３−１．１３−２は磁気抵抗素子１２〜１．１
２−２の出力信号線、１４は加算部、１４−１は加算部
１４の出力信号端子を示す。
例えば一端を固定し印加された加速度によって撓むこと
のできる材質の片持梁１０の他方端に磁石１１を取り付
け、それの両側にそれを挟んで対称位置に少なくとも２
個のバーバーポール型磁気抵抗素子１２−１．１２−２
を設け、該磁気抵抗素子１２−１．１２−２出力を信号
線１３−１．１３−２を介して互いに逆極性で加算する
加算部１４を具備し、該加算部１４出力により印加され
た加速度を求めることで構成する。
のできる材質の片持梁１０の他方端に磁石１１を取り付
け、それの両側にそれを挟んで対称位置に少なくとも２
個のバーバーポール型磁気抵抗素子１２−１．１２−２
を設け、該磁気抵抗素子１２−１．１２−２出力を信号
線１３−１．１３−２を介して互いに逆極性で加算する
加算部１４を具備し、該加算部１４出力により印加され
た加速度を求めることで構成する。
第１図において、撓むことのできる梁１０に取り付けら
れた磁石１１の質量をｍ、磁石１１に加えられた加速度
をＧ、そのとき当初位置から磁石１１が例えば磁気抵抗
素子１２−２に対し変位した量をＸとするとき、ｋを比
例常数として Ｇ＝ｋｘ／ｍ で与えられる。即ち磁石１１に加速度Ｇが加えられない
当初位置から、加えられた加速度のため梁１０が細矢印
のように撓み、磁石１１が磁気抵抗素子１２−２に近づ
いたとする。そのことを磁気抵抗素子１２−２の出力信
号ｖＡ１３−２における電圧変動による電気信号の変化
から位置変位量として読出すことができ、その変位量か
ら加速度の値を直接知ることができる。このとき加速度
の印加方向が逆になって、磁石１１が磁気抵抗素子１２
−１に接近する方向に変位しても同様である。
れた磁石１１の質量をｍ、磁石１１に加えられた加速度
をＧ、そのとき当初位置から磁石１１が例えば磁気抵抗
素子１２−２に対し変位した量をＸとするとき、ｋを比
例常数として Ｇ＝ｋｘ／ｍ で与えられる。即ち磁石１１に加速度Ｇが加えられない
当初位置から、加えられた加速度のため梁１０が細矢印
のように撓み、磁石１１が磁気抵抗素子１２−２に近づ
いたとする。そのことを磁気抵抗素子１２−２の出力信
号ｖＡ１３−２における電圧変動による電気信号の変化
から位置変位量として読出すことができ、その変位量か
ら加速度の値を直接知ることができる。このとき加速度
の印加方向が逆になって、磁石１１が磁気抵抗素子１２
−１に接近する方向に変位しても同様である。
また梁１０の一方端に磁気センサ１２が取り付けられ磁
石ｌｌが固定されているとき、或いは梁が両持梁であっ
て梁の中央部分に磁石１１を取り付けても、加速度の測
定できる動作は同様である。
石ｌｌが固定されているとき、或いは梁が両持梁であっ
て梁の中央部分に磁石１１を取り付けても、加速度の測
定できる動作は同様である。
そして磁石１１を挟んで磁気抵抗素子１２−１．１２−
２が対称位置に在るときを当初位置とし、加速度が印加
され磁石１１が変位したとき、変位量を各磁気抵抗素子
１２−１．１２−２により個別に検出する。加算部１４
において各磁気抵抗素子１２−１．１２−２の出力を信
号線１３−１．１３−２を介して互いに逆極性で加算す
る。そのため各磁気抵抗素子の出力の略２倍の出力が端
子１４−１に得られる。各磁気センサには地磁気など外
乱磁界の影響を受は易いが、この構成によると加算部１
４における加算は外乱などの無用な信号を相殺し所望信
号は倍増するから高感度の、鞍かもバーバーポール型磁
気抵抗素子を使用することから磁界に対する出力の直線
性が良好になり、且つ該抵抗素子使用のためバイアス磁
界を必要とせず任意の場所に配置できるなど、実用上価
れた加速度センサが得ら・れる。
２が対称位置に在るときを当初位置とし、加速度が印加
され磁石１１が変位したとき、変位量を各磁気抵抗素子
１２−１．１２−２により個別に検出する。加算部１４
において各磁気抵抗素子１２−１．１２−２の出力を信
号線１３−１．１３−２を介して互いに逆極性で加算す
る。そのため各磁気抵抗素子の出力の略２倍の出力が端
子１４−１に得られる。各磁気センサには地磁気など外
乱磁界の影響を受は易いが、この構成によると加算部１
４における加算は外乱などの無用な信号を相殺し所望信
号は倍増するから高感度の、鞍かもバーバーポール型磁
気抵抗素子を使用することから磁界に対する出力の直線
性が良好になり、且つ該抵抗素子使用のためバイアス磁
界を必要とせず任意の場所に配置できるなど、実用上価
れた加速度センサが得ら・れる。
第１図に示す梁・磁石・磁気抵抗素子については変形が
あるため、実施例として順次に示す。
あるため、実施例として順次に示す。
第２図は梁として両持梁１５を使用する場合を示す図で
ある。第２図において、両持梁１５はその両端が固定さ
れ、中間部に磁石１１が取り付けられ、磁石１１と上述
の磁気抵抗素子が対向している。磁石１１の部分が変位
し、磁気抵抗素子との間隔が広く或いは狭くなり、前述
のように加速度を検出することができる。第３図におい
て、両持梁１５はその両端が固定されている。バーバー
ポール型磁気抵抗素子は１２−１乃至１２−４と２個ず
つ２組が磁石１１の周囲に互いに直交する位置にある。
ある。第２図において、両持梁１５はその両端が固定さ
れ、中間部に磁石１１が取り付けられ、磁石１１と上述
の磁気抵抗素子が対向している。磁石１１の部分が変位
し、磁気抵抗素子との間隔が広く或いは狭くなり、前述
のように加速度を検出することができる。第３図におい
て、両持梁１５はその両端が固定されている。バーバー
ポール型磁気抵抗素子は１２−１乃至１２−４と２個ず
つ２組が磁石１１の周囲に互いに直交する位置にある。
これは磁気抵抗素子１２−１．磁石１１、磁気抵抗素子
１２−２が存在する面に平行に加速度が印加されたとき
、その加速度は磁石１１と磁気抵抗素子２１−１．１２
−２の対向間隔の変化で直で求められるが、若し加速度
がその面とは異なる方向に印加されたとき、磁気抵抗素
子１２−１．１２−２の出力のみを加算する加算部１４
−１の出力から加速度の正確な値が求められない。その
ため他の１組の磁気抵抗素子１２−３．１２−４により
加算部１４−２の出力を得て、再加算部出力についてベ
クトル加算を行っている０片持梁・両持梁については板
状・丸棒状などの変形がある。
１２−２が存在する面に平行に加速度が印加されたとき
、その加速度は磁石１１と磁気抵抗素子２１−１．１２
−２の対向間隔の変化で直で求められるが、若し加速度
がその面とは異なる方向に印加されたとき、磁気抵抗素
子１２−１．１２−２の出力のみを加算する加算部１４
−１の出力から加速度の正確な値が求められない。その
ため他の１組の磁気抵抗素子１２−３．１２−４により
加算部１４−２の出力を得て、再加算部出力についてベ
クトル加算を行っている０片持梁・両持梁については板
状・丸棒状などの変形がある。
第４図は第１図の加速度センサの１点鎖線内を、シリコ
ン基板を用いて一体化した具体例を示す斜視図である。
ン基板を用いて一体化した具体例を示す斜視図である。
第４図において、２０はシリコン基板、２１はシリコン
基板に設けた孔、２２−１〜２２−４は抵抗磁気抵抗素
子と加算部（図示せず）との結合用パッドを示す。なお
ｌＯは梁、１１は磁石、１２−１．１２−２はバーバー
ポール型の磁気抵抗素子であって、磁気抵抗素子と結合
用パッドがシリコン基板２０面上に形成されている。梁
ｌＯの材料は例えば隣青銅を、磁石１１は例えばバリウ
ムフェライト （プラスチックマグネット）でＢｒが２
０ｏｏカウス、Ｈｃが１６００エルステツドのものを使
用する。シリコン基板２０の孔２１の一辺に更に凹所２
３を設けて、梁１０を挿入固定する。そして梁１０は図
の縦方向が横方向より厚い形状とする。孔２１と凹所２
３を設けるとき異方性エツチング技術により正確な位置
に正確な寸法で設けることができる０図の水平方向に印
加される加速度を受けて磁気抵抗素子１２−１．１２−
２の何れかの方向へ撓むように動作する。磁気抵抗素子
１２−１．１２−２はそれぞれが例えば第５図に示すよ
うにブリッジ接続された４つの抵抗素子Ｒとしてシリコ
ン基板上に形成される。そして各素子を公知のバーバー
ポール形状で構成したとき、バイアス磁界が不要で且つ
外部磁界に対する出力の直線性が良好になる。また温度
変化の広い範囲で安定という特徴もある。
基板に設けた孔、２２−１〜２２−４は抵抗磁気抵抗素
子と加算部（図示せず）との結合用パッドを示す。なお
ｌＯは梁、１１は磁石、１２−１．１２−２はバーバー
ポール型の磁気抵抗素子であって、磁気抵抗素子と結合
用パッドがシリコン基板２０面上に形成されている。梁
ｌＯの材料は例えば隣青銅を、磁石１１は例えばバリウ
ムフェライト （プラスチックマグネット）でＢｒが２
０ｏｏカウス、Ｈｃが１６００エルステツドのものを使
用する。シリコン基板２０の孔２１の一辺に更に凹所２
３を設けて、梁１０を挿入固定する。そして梁１０は図
の縦方向が横方向より厚い形状とする。孔２１と凹所２
３を設けるとき異方性エツチング技術により正確な位置
に正確な寸法で設けることができる０図の水平方向に印
加される加速度を受けて磁気抵抗素子１２−１．１２−
２の何れかの方向へ撓むように動作する。磁気抵抗素子
１２−１．１２−２はそれぞれが例えば第５図に示すよ
うにブリッジ接続された４つの抵抗素子Ｒとしてシリコ
ン基板上に形成される。そして各素子を公知のバーバー
ポール形状で構成したとき、バイアス磁界が不要で且つ
外部磁界に対する出力の直線性が良好になる。また温度
変化の広い範囲で安定という特徴もある。
そのため磁気抵抗素子は磁石が近づいたり離れたりする
ときの出力信号を加算部で検出することにより、前述し
たように加速度検出ができる。
ときの出力信号を加算部で検出することにより、前述し
たように加速度検出ができる。
第４図に示す梁１０、磁石１１との組合せとして、半硬
質金属材料例えば商品名二ブコロイを使用することによ
り、−磁化したものを得ることができる。
質金属材料例えば商品名二ブコロイを使用することによ
り、−磁化したものを得ることができる。
第６図は第４図に示す加速度センサの動作出力特性を示
す図である。第６図Ａ （１）は従来の加速度センサと
して第１７図に示す構成で市販されているものの出力特
性を示し、同図Ａ （ｎ）と示すものは本発明実施例と
して第４図に示すものの出力特性を示している。特性波
形は共に＋ＩＧまたは−ＩＧの大きさの加速度に対し各
１■の出力電圧が得られている。なお加速度の大きさＧ
と出力電圧Ｖとの関係は第６図に示すように、略直線性
を有していることが実験で確認できた。
す図である。第６図Ａ （１）は従来の加速度センサと
して第１７図に示す構成で市販されているものの出力特
性を示し、同図Ａ （ｎ）と示すものは本発明実施例と
して第４図に示すものの出力特性を示している。特性波
形は共に＋ＩＧまたは−ＩＧの大きさの加速度に対し各
１■の出力電圧が得られている。なお加速度の大きさＧ
と出力電圧Ｖとの関係は第６図に示すように、略直線性
を有していることが実験で確認できた。
また第４図に示す磁気抵抗素子を結ぶ方向にシリコン基
板を切断した側面から見たとき、第７図に示すように梁
を他の構成とすることができる。
板を切断した側面から見たとき、第７図に示すように梁
を他の構成とすることができる。
第７図において２４はシリコン基板２０に穿けた孔、２
５はシリコン製梁を示し、磁気抵抗素子１２−１．１２
−２と磁石１１が水平上となる位置に設定する。孔２４
の内面は梁２５の撓みが衝撃などのため、きわめて急激
であったときストッパとなる。
５はシリコン製梁を示し、磁気抵抗素子１２−１．１２
−２と磁石１１が水平上となる位置に設定する。孔２４
の内面は梁２５の撓みが衝撃などのため、きわめて急激
であったときストッパとなる。
第８図は梁２５の向きを第７図と逆方向にした場合で、
梁２５の材質はシリコンまたは他のものとする。この場
合加速度測定器の製造時における磁気抵抗素子１２−１
．１２−２と磁石１１との位置合わせを正確に行うため
、凹凸２６−１．２６−２−・−・・を設けておき、そ
の凹凸を一致させて高能率のセンサを得る。
梁２５の材質はシリコンまたは他のものとする。この場
合加速度測定器の製造時における磁気抵抗素子１２−１
．１２−２と磁石１１との位置合わせを正確に行うため
、凹凸２６−１．２６−２−・−・・を設けておき、そ
の凹凸を一致させて高能率のセンサを得る。
この凹凸は実際に使用するときに取り除いても良い。
なお図示しない加算部において２個の磁気抵抗素子出力
を互いに逆極性で加算する。地磁気などの外乱磁界に対
しては両磁気抵抗素子の出力が同値となるため、逆極性
で加算したとき打ち消し合い、加速度に基づく出力は加
算される。
を互いに逆極性で加算する。地磁気などの外乱磁界に対
しては両磁気抵抗素子の出力が同値となるため、逆極性
で加算したとき打ち消し合い、加速度に基づく出力は加
算される。
第２図・第８図の構成は磁気抵抗素子を互いに２組直交
させて設けるときに好適である。
させて設けるときに好適である。
第９図は本発明の他の実施例による加速度センサの分解
斜視図、第１Ｏ図は第９図の抵抗素子部分の拡大平面図
、第１１図は第９図の抵抗素子の等価回路、第１２図は
第９図の加速度センサの回路接続の概略図、第１３図は
第９図の磁石の磁界分布と磁石の方向を示す図、第１４
図は第９図センサの出力特性を示す図、第１５図は第９
図の抵抗素子における初期磁化状態を説明する図、第１
６図（Ａ） （Ｂ） （Ｃ）（Ｃ’） （Ｄ） （Ｄ’
） （Ｅ） （Ｅ’） （Ｆ） （Ｇ）は第９図のセン
サ部分の形成方法を示す図である。
斜視図、第１Ｏ図は第９図の抵抗素子部分の拡大平面図
、第１１図は第９図の抵抗素子の等価回路、第１２図は
第９図の加速度センサの回路接続の概略図、第１３図は
第９図の磁石の磁界分布と磁石の方向を示す図、第１４
図は第９図センサの出力特性を示す図、第１５図は第９
図の抵抗素子における初期磁化状態を説明する図、第１
６図（Ａ） （Ｂ） （Ｃ）（Ｃ’） （Ｄ） （Ｄ’
） （Ｅ） （Ｅ’） （Ｆ） （Ｇ）は第９図のセン
サ部分の形成方法を示す図である。
第９図において、密封ケースを構成するキャップ２７と
ベース２８はケイ素鋼等の磁性材料からなり、その表面
にはニッケルメッキが施されている。またキャップ２７
には封入口２７−１が、ベース２８にはガラス封止によ
り該ベース２８と絶縁状態で固定された外部端子２９−
１〜２９−６と固定端子２９−７．２９−８が設けられ
ている。そして、キャップ２７とベース２８は後述する
センサ部分を該ベース２８上に実装しそれを内蔵するよ
うに該ベース２８にキャップ２７を覆せ、その接合部を
溶接等にて封止して磁気シールドケースを形成した後、
封入口２７−１より該ケース内に防振オイルを封入し、
その移譲封入口２７−１を塞ぐ。
ベース２８はケイ素鋼等の磁性材料からなり、その表面
にはニッケルメッキが施されている。またキャップ２７
には封入口２７−１が、ベース２８にはガラス封止によ
り該ベース２８と絶縁状態で固定された外部端子２９−
１〜２９−６と固定端子２９−７．２９−８が設けられ
ている。そして、キャップ２７とベース２８は後述する
センサ部分を該ベース２８上に実装しそれを内蔵するよ
うに該ベース２８にキャップ２７を覆せ、その接合部を
溶接等にて封止して磁気シールドケースを形成した後、
封入口２７−１より該ケース内に防振オイルを封入し、
その移譲封入口２７−１を塞ぐ。
これにより、プリント板上に実装可能な本発明に係る密
封・磁気シールド型加速度センサが得られる。
封・磁気シールド型加速度センサが得られる。
第９図におけるセンサ部分は第４図とほぼ同様な構造で
あり、シリコン基板３０の異方製エツチングによる３１
内に磁石１１を一端部に固定した片持梁１０が他端を凹
所３３内に嵌入させて取付けられ、且つ該シリコン基板
３０の枠部面上にバーバーポール型の磁気抵抗素子１２
−１．１２−２が設けられている。
あり、シリコン基板３０の異方製エツチングによる３１
内に磁石１１を一端部に固定した片持梁１０が他端を凹
所３３内に嵌入させて取付けられ、且つ該シリコン基板
３０の枠部面上にバーバーポール型の磁気抵抗素子１２
−１．１２−２が設けられている。
そして、該シリコン基板３０はベース２８上に接着剤に
て固定されている。
て固定されている。
また、磁気抵抗素子１２−１．１２−２は第１０図に示
す如く接合用バッド３２−１〜３２−６ （■〜■と番
号付けしである）を有し、該バッド３２−１〜３２−６
と外部端子２９−１〜２９−６の頭部とがアルミ線によ
りワイヤボンディング接続（第９図参照）される。
す如く接合用バッド３２−１〜３２−６ （■〜■と番
号付けしである）を有し、該バッド３２−１〜３２−６
と外部端子２９−１〜２９−６の頭部とがアルミ線によ
りワイヤボンディング接続（第９図参照）される。
磁気抵抗素子１２−１．１２−２の実際のパターン形状
は第１０図の通りであり、パーマロイ （Ｎｉ−Ｆｅ合
金）等からなる蛇行した磁性薄膜パターン３４上に金（
Ａｕ）等からなる複数個の傾斜（例えば４５０）シた導
体パターン３５が被着してバーバーポール型の磁性薄膜
素子を形成しており、結合用バッド３２−１〜３２−６
が磁性薄膜パターン３４の一部分として形成されている
。また磁性薄膜パターン３４は第９．１０図に示す如く
、その長手方向がＸ軸に平行で且つｚ軸に対し直角とな
るようにパターン付けされている。
は第１０図の通りであり、パーマロイ （Ｎｉ−Ｆｅ合
金）等からなる蛇行した磁性薄膜パターン３４上に金（
Ａｕ）等からなる複数個の傾斜（例えば４５０）シた導
体パターン３５が被着してバーバーポール型の磁性薄膜
素子を形成しており、結合用バッド３２−１〜３２−６
が磁性薄膜パターン３４の一部分として形成されている
。また磁性薄膜パターン３４は第９．１０図に示す如く
、その長手方向がＸ軸に平行で且つｚ軸に対し直角とな
るようにパターン付けされている。
更に、磁性抵抗素子１２−１．１２−２は夫々直列接続
された１２−１ａ、 １２−１ｂと１２−２ａ、 １２
−２ｂの抵抗素子部を有し、上述の如く磁気抵抗素子１
２−１と１２−２ｂは外部磁界量の変化に伴なう電圧変
化出力が互いに逆極性となり、且つ抵抗素子部１２−１
ａと１２−１ｂ（１２−２ａと１２−２ｂ）も互いに相
反する電圧変化出力となるように、バーバーポールのパ
ターンが形成され、且つブリッジ接続される。
された１２−１ａ、 １２−１ｂと１２−２ａ、 １２
−２ｂの抵抗素子部を有し、上述の如く磁気抵抗素子１
２−１と１２−２ｂは外部磁界量の変化に伴なう電圧変
化出力が互いに逆極性となり、且つ抵抗素子部１２−１
ａと１２−１ｂ（１２−２ａと１２−２ｂ）も互いに相
反する電圧変化出力となるように、バーバーポールのパ
ターンが形成され、且つブリッジ接続される。
第１１図には結合用バッド３２−１〜３２−６により端
子出しされる磁気抵抗素子１２−１（１２−１ａ、 １
２−１ｂ）、 １２−２（１２−２ａ、 １２−２ｂ）
の等価回路図を示しである。
子出しされる磁気抵抗素子１２−１（１２−１ａ、 １
２−１ｂ）、 １２−２（１２−２ａ、 １２−２ｂ）
の等価回路図を示しである。
そして第１２図に示す如く、それら抵抗素子は密封ケー
ス外で外部端子２９−１〜２９−６を利用してブリッジ
接続され、且つ各抵抗素子に一定電流を流すための直流
電源３６が該ブリッジ回路に接続されると共に、第１図
のようにそれらの出力が出力信号線１３−１．１３−２
を介して出力端子１４−１を有する加算部１４に接続さ
れることにより、第９図の加速度センサの回路接続が完
成される。
ス外で外部端子２９−１〜２９−６を利用してブリッジ
接続され、且つ各抵抗素子に一定電流を流すための直流
電源３６が該ブリッジ回路に接続されると共に、第１図
のようにそれらの出力が出力信号線１３−１．１３−２
を介して出力端子１４−１を有する加算部１４に接続さ
れることにより、第９図の加速度センサの回路接続が完
成される。
第１３図は第９図の磁石１１の磁界分布と磁石１１の方
向を示す図で磁石１１がＸ軸と２軸の交点上にその中央
部を位置させた場合のｘｚ平面内のシュミレーションに
よる磁界分布を示している。この際、磁石１１は上記し
たＢｒが２０００ガウス、Ｈｃが１６００エルステツド
（Ｏｅ）のバリウムフェライトで、図中の各矢印は磁界
方向と磁界強度を示している。
向を示す図で磁石１１がＸ軸と２軸の交点上にその中央
部を位置させた場合のｘｚ平面内のシュミレーションに
よる磁界分布を示している。この際、磁石１１は上記し
たＢｒが２０００ガウス、Ｈｃが１６００エルステツド
（Ｏｅ）のバリウムフェライトで、図中の各矢印は磁界
方向と磁界強度を示している。
このように磁石１１の磁界分布を予じめ確認した上で、
磁石１１に対する磁気抵抗素子１２−１．１２−２の位
置関係を設定することにより、該磁気抵抗素子１２−１
．１２−２に所定量の初期（イニシャライズ）磁化を特
別なバイアス磁界手段を用いずに該磁石１１を利用して
自動的に与えることができる。
磁石１１に対する磁気抵抗素子１２−１．１２−２の位
置関係を設定することにより、該磁気抵抗素子１２−１
．１２−２に所定量の初期（イニシャライズ）磁化を特
別なバイアス磁界手段を用いずに該磁石１１を利用して
自動的に与えることができる。
第１３図の例では、Ｘ軸に平行な薄膜磁性パターン３４
を有する磁気抵抗素子１２−１ （或は１２−２）を図
中のＱ印に位置させることにより、該磁性薄膜パターン
３４に１５００ｅの初期磁化を与えることができる。
を有する磁気抵抗素子１２−１ （或は１２−２）を図
中のＱ印に位置させることにより、該磁性薄膜パターン
３４に１５００ｅの初期磁化を与えることができる。
尚、この初３ｔ１ｇ磁化は矢印Ｍとして第１５図に示す
如く、薄膜磁性パターン３４の長手方向（Ｘ軸方向）に
与えられ、それは導体パターン３５間の電流方向（矢印
ｍ）と約４５″異なっている。
如く、薄膜磁性パターン３４の長手方向（Ｘ軸方向）に
与えられ、それは導体パターン３５間の電流方向（矢印
ｍ）と約４５″異なっている。
そして、磁性薄膜パターン３４にこのような初期磁化を
与えた第９図のセンサにおいては、第１４図に示すよう
に磁気抵抗素子１２へ１と１２−２の出力特性（磁石１
１による外゛部位界Ｈに対する電圧変化ΔＶ／Ｖの出力
特性）が各々実線の（わ■となり、初期磁化が与えられ
ていない場合の出力特性■（荀に比べ測定範囲を格段に
広げることができる。
与えた第９図のセンサにおいては、第１４図に示すよう
に磁気抵抗素子１２へ１と１２−２の出力特性（磁石１
１による外゛部位界Ｈに対する電圧変化ΔＶ／Ｖの出力
特性）が各々実線の（わ■となり、初期磁化が与えられ
ていない場合の出力特性■（荀に比べ測定範囲を格段に
広げることができる。
第１６図の各図は第９図のセンサ部分の形成工程を示す
図である。即ち、本センサ部分は（八）図の如く、面方
位が（１００）のシリコンウェハ３７を用いて、他数個
の孔３１を有するシリコン基板３ｏを切り出すことによ
り得られる。
図である。即ち、本センサ部分は（八）図の如く、面方
位が（１００）のシリコンウェハ３７を用いて、他数個
の孔３１を有するシリコン基板３ｏを切り出すことによ
り得られる。
具体的に説明すれば、シリコンウェハ３７の表面に熱酸
化による酸化膜３８を形成しく（Ｂ）図参照）、その上
にレジストを被膜した後露光・現像して略長方形の孔３
９を有するレジスト膜４０を形成する（（Ｃ）図参照）
。次に孔３９の露出部分の酸化膜３８を除去し、続いて
レジスト膜４０を除去して、酸化膜３８による孔３８ｂ
を有するマスクパターン３８ａを形成する（（Ｄ）図参
照）。しかる後、孔３８ｂ部分のシリコンを異方性エツ
チングして凹所３３を有する貫通した孔３１を形成する
。この際のエツチング液としては、エチレンジアミン２
５５ｃｃ、 Ｈ，０１２０ｃｃ、カテコール４５ｇの混
合液を１００〜１１０℃で使用すれば、エツチング深さ
は６０〜８０μｍ／時間であり、シリコンウェハ３７の
厚さを２８０μｍとしたとき、孔３１は約４時間程度で
形成できる。
化による酸化膜３８を形成しく（Ｂ）図参照）、その上
にレジストを被膜した後露光・現像して略長方形の孔３
９を有するレジスト膜４０を形成する（（Ｃ）図参照）
。次に孔３９の露出部分の酸化膜３８を除去し、続いて
レジスト膜４０を除去して、酸化膜３８による孔３８ｂ
を有するマスクパターン３８ａを形成する（（Ｄ）図参
照）。しかる後、孔３８ｂ部分のシリコンを異方性エツ
チングして凹所３３を有する貫通した孔３１を形成する
。この際のエツチング液としては、エチレンジアミン２
５５ｃｃ、 Ｈ，０１２０ｃｃ、カテコール４５ｇの混
合液を１００〜１１０℃で使用すれば、エツチング深さ
は６０〜８０μｍ／時間であり、シリコンウェハ３７の
厚さを２８０μｍとしたとき、孔３１は約４時間程度で
形成できる。
次に、再度シリコンウェハ３７の全表裏面（孔３１の内
面も）に酸化膜を熱酸化により形成した後、その枠部分
に磁気抵抗素子１２−１．１２−２を形成する（（Ｆ）
図参照）。この磁気抵抗素子１２−１．１２−２は（Ｇ
）図に示す如く、シリコンウェハの酸化膜上に磁性層４
１、Ｔａ Ｍｏ等からなる密着４２、導電層４３を蒸
着等にて被着し、それらをエツチングしてパターンニン
グすることにより磁性層４１にて薄膜磁性パターン３４
を、導電層４３にて導体パターン３５を形成し、その後
５ｉｓＮ４等の保護膜４４を被覆することにより形成さ
れる。そして、最後にシリコンウェハ３７を（Ｆ）図の
点線の如くカッティングすることによりシリコンウェハ
３０が形成される。
面も）に酸化膜を熱酸化により形成した後、その枠部分
に磁気抵抗素子１２−１．１２−２を形成する（（Ｆ）
図参照）。この磁気抵抗素子１２−１．１２−２は（Ｇ
）図に示す如く、シリコンウェハの酸化膜上に磁性層４
１、Ｔａ Ｍｏ等からなる密着４２、導電層４３を蒸
着等にて被着し、それらをエツチングしてパターンニン
グすることにより磁性層４１にて薄膜磁性パターン３４
を、導電層４３にて導体パターン３５を形成し、その後
５ｉｓＮ４等の保護膜４４を被覆することにより形成さ
れる。そして、最後にシリコンウェハ３７を（Ｆ）図の
点線の如くカッティングすることによりシリコンウェハ
３０が形成される。
尚、磁気抵抗素子１２−１．１２−２は別に作製したも
のをシリコンウェハ３７の枠部に接着固定する手法でも
良い。
のをシリコンウェハ３７の枠部に接着固定する手法でも
良い。
このようにして本発明によると、加速度センサとしての
構造が極めて面易であっても、正確な値を検出すること
ができる。即ち従来の構成では、加速度を受けた梁が歪
を起こしたことを抵抗値変化に換算したり、加速度を三
次元で測定することが困難であったのに対し、本発明で
は加速度による磁気的変化を電気出力の変化としての検
出であるから、大出力を得ることが容易である。また三
次元で測定することが容易である。更に同相外部磁界に
基づく影響を打ち消して出力を得ることができるため、
正確な値が得られる。また加速度センサとして全体的に
偏平で小型にできるという効果を有する。
構造が極めて面易であっても、正確な値を検出すること
ができる。即ち従来の構成では、加速度を受けた梁が歪
を起こしたことを抵抗値変化に換算したり、加速度を三
次元で測定することが困難であったのに対し、本発明で
は加速度による磁気的変化を電気出力の変化としての検
出であるから、大出力を得ることが容易である。また三
次元で測定することが容易である。更に同相外部磁界に
基づく影響を打ち消して出力を得ることができるため、
正確な値が得られる。また加速度センサとして全体的に
偏平で小型にできるという効果を有する。
第１図は本発明の原理構成を示す図、
第２図・第３図は本発明の変形例を示す図、第４図は本
発明の実施例として具体的構成を示す斜視図、 第５図は磁気抵抗素子を使用する磁気センサの構成を示
す図、 第６図は第４図・第５図の構成による動作出力特性を示
す図、 第７図・第８図は他の具体例を示す図、第９図は本発明
の他の実施例による加速度センサの分解斜視図、 第１０図は第９図の抵抗素子部分の拡大図、第１１図は
第９図の抵抗素子の等価回路図、第１２図は第９図セン
サの回路接続の概略図、第１３図は第９図の磁石の磁界
分布と磁石の方向を示す図、 第１４図は第９図センサの出力特性を示す図、第１５図
は第９図の抵抗素子における初期磁化状態を説明する図
、 第１６図は第９図のセンサ部分の形成方法を示す図、 第１７図と第１８図は従来の加速度センサの例を示す図
である。 〔符号の説明〕 １０、１５−−−−−−−一梁、１１−・−磁石、１２
−１．１２−２ ＝磁気抵抗素子、１４−・・−・−・
加算部、２０．３０−・−・・・２シリコン基板、２１
．３１・−・−孔、２７−・・−・キャップ、２Ｂ−−
−−−−−一ベース。 本発明、、１１￥理構欣図 茅 ｆ 口 矢覚４列 茅３［２１ ＩＨ列 第４図 矢旌例 茅 ５ 図 ｔ７７１午田）’ａｎ↑袢しイ戸１ 茅 ６ 図 天欣例 斧７ 日 天貸１ダ１１ 斧δ 図 ｓｔａｇのイしの曾匁！１９υ１：よう〃喧１乃乏、で
ンフの・４プ剛・イｒ噌芋Ｃムｄ硝４９し呂／１壊き９
ｔ１（ミ＋ｔｎ’４〒イ萌ト４ア各５第１１図 ンｌ 予９’ＢｔｒｒセンサｔｎｄＦ＃ｊ’ｊｌＬｒ邦Ｌｋｍ
茅ｌど図 Ｘ方Ｎ旺雌 茅ｑ図／＋ａ后ｎ４ｎ界分派ヒｉｆ石ｒ方間Ｅ示）目早
１ｊ１２１
発明の実施例として具体的構成を示す斜視図、 第５図は磁気抵抗素子を使用する磁気センサの構成を示
す図、 第６図は第４図・第５図の構成による動作出力特性を示
す図、 第７図・第８図は他の具体例を示す図、第９図は本発明
の他の実施例による加速度センサの分解斜視図、 第１０図は第９図の抵抗素子部分の拡大図、第１１図は
第９図の抵抗素子の等価回路図、第１２図は第９図セン
サの回路接続の概略図、第１３図は第９図の磁石の磁界
分布と磁石の方向を示す図、 第１４図は第９図センサの出力特性を示す図、第１５図
は第９図の抵抗素子における初期磁化状態を説明する図
、 第１６図は第９図のセンサ部分の形成方法を示す図、 第１７図と第１８図は従来の加速度センサの例を示す図
である。 〔符号の説明〕 １０、１５−−−−−−−一梁、１１−・−磁石、１２
−１．１２−２ ＝磁気抵抗素子、１４−・・−・−・
加算部、２０．３０−・−・・・２シリコン基板、２１
．３１・−・−孔、２７−・・−・キャップ、２Ｂ−−
−−−−−一ベース。 本発明、、１１￥理構欣図 茅 ｆ 口 矢覚４列 茅３［２１ ＩＨ列 第４図 矢旌例 茅 ５ 図 ｔ７７１午田）’ａｎ↑袢しイ戸１ 茅 ６ 図 天欣例 斧７ 日 天貸１ダ１１ 斧δ 図 ｓｔａｇのイしの曾匁！１９υ１：よう〃喧１乃乏、で
ンフの・４プ剛・イｒ噌芋Ｃムｄ硝４９し呂／１壊き９
ｔ１（ミ＋ｔｎ’４〒イ萌ト４ア各５第１１図 ンｌ 予９’ＢｔｒｒセンサｔｎｄＦ＃ｊ’ｊｌＬｒ邦Ｌｋｍ
茅ｌど図 Ｘ方Ｎ旺雌 茅ｑ図／＋ａ后ｎ４ｎ界分派ヒｉｆ石ｒ方間Ｅ示）目早
１ｊ１２１
Claims (6)
- （１）印加された、加速度によって撓むことのできる材
質の梁（１０）の所定位置に永久磁石（１１）を取付け
、該永久磁石（１１）の両側にそれを挟んで対称位置に
少なくとも２個のバーバーポール型の磁気抵抗素子（１
２−１）（１２−２）を設け、該磁気抵抗素子（１２−
１）（１２−２）出力を互いに逆極性で加算する加算部
（１４）を具備し、 該加算部（１４）出力により印加された、加速度を求め
ることを特徴とする加速度センサ。 - （２）前記梁（１０）は一端が固定された片持梁で、そ
の他方端に前記永久磁石（１１）が取付けられているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加速度セン
サ。 - （３）前記梁（１０）は両端が固定された両持梁で、そ
の中央部分に前記永久磁石（１１）が取付けられている
ことを特徴とする加速度センサ。 - （４）複数の前記磁気抵抗素子（１２−１）（１２−２
）をシリコン基板（２０）上に設け、該磁気抵抗素子（
１２−１）（１２−２）の中間部に異方性エッチングで
形成した孔（２１）を設け，該孔（２１）内に前記永久
磁石（１１）を取付けた梁（１０）が加速度によって撓
むことのできるように配置したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の加速度センサ。 - （５）前記磁気抵抗素子（１２−１）（１２−２）のイ
ニシャライズ方向を前記永久磁石（１１）の磁界分布に
合わせて、該磁気抵抗素子（１２−１）（１２−２）を
配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
加速度センサ。 - （６）少なくとも前記梁（１０），永久磁石（１１），
および前記磁気抵抗素子（１２−１）（１２−２）を密
封ケース内に配置すると共に、該ケース内には前記梁（
１０）のばね振動を抑える防振オイルを封入し、且つ該
ケースを磁性材料による磁気シールドケースとしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加速度センサ
。
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