JPH01259264A - 半導体加速度センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、航空機、自動車等各種の分野において用い
られる半導体加速度センサに係り、特に検出感度の向上
を図った半導体加速度センサに関する。

［従来の技術］ 第５図は従来の半導体加速度センサの構造を示す斜視図
、第６図は第５図のＡＡ線断面図である。

これらの図において、■は方形状に形成されたシリコン
単結晶基板（以下、Ｓｉ基板という）であり、このＳｉ
基板Ｉの周縁部に沿って略Ｃ字状の空隙部２が形成され
ている。１ａは片持梁部であり、空隙部２によって細く
、かつ薄く（第６図参照）形成されており、この片持梁
部１ａの先端に方形状の重り部１ｂが形成されている。

３ａ、３ａは各々片持梁部１ａにポロン等の３族元素を
熱拡散またはイオン注入により形成したゲージ抵抗であ
る。３ｂ、３ｂは各々前記ケージ抵抗３ａ、３ａと同様
にボロン等の３族元索を熱拡散またはイオン注入により
形成したゲージ抵抗であり、第１図に示すように、片持
梁部１ａとＳｉ基板ｌの接続部分のＳｉ基板ｌ側に設け
られている。これらゲージ抵抗３　ａ、　３　ａ、　３
　ｂ、　３　ｂは、第７図に示すようにゲージ抵抗３ａ
、３ａが対辺となるようにブリッジ接続されている。

このように構成された半導体加速度センサにおいて、第
６図に示すように、矢印Ｂ方向から加速度が加わると、
この加わった方向に重り部１ｂが偏位し、片持梁部１ａ
は撓む。これにより、片持梁部１ａに設けられたゲージ
抵抗３ａ、３ａは各々引っ張りの歪を受け、この歪に応
じた分、抵抗値が変化する。しかして、ブリッジ回路の
出力端から加わった加速度の大きさに応じた出力■０が
得られる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来の半導体加速度センサにあって
は、片持梁部１ａに設けられたゲージ抵抗３ａ、３ａの
みが外部より加わる加速度によって変化するようになっ
ているので（残りのゲージ抵抗３　ｂ、　３　ｂは単に
ブリッジを組むためのもの）、検出感度はこれらゲージ
抵抗３ａ、３ａの値によって決まってしまう。すなわち
、ゲージ抵抗３ａ、３ａの抵抗値の変化により決定され
る検出感度以上の検出感度が得られないということにな
る。例えば、片持梁部１ａに設けたゲージ抵抗３ａ、３
ａに加え、残りのゲージ抵抗３ｂ、３ｂをも外部より加
わる加速度によって変化させるようにした場合に比へて
略半分の検出感度しか得られない。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、片持
梁部に設けられたケージ抵抗の抵抗値の変化によって決
定される検出感度以」二の検出感度を得ることができる
半導体加速度センサを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を実現するために、本発明は、センサの周縁部
に形成される支持部と、複数の重り部と、該重り部間、
及び該重り部と該支持部との間を連結する複数の梁部と
、これら梁部の内の少なくとも一つの上に拡散形成され
るゲージ抵抗とを具備していることを特徴とするもので
ある。

［作用］ この発明によれば、例えば、外部より加速度が加わると
、この加速度が加わった複数の梁部の内の第１の梁部の
面が圧縮される。これにより、第１の梁部に設けられた
２個のゲージ抵抗路々が圧縮の歪を受け、この歪の分、
抵抗値が増加する。

一方、複数の梁部の内の第２および第３の梁部の加速度
が加わった面が引っ張られる。これにより、第２および
第３の梁部に設けられたゲージ抵抗路々が引っ張りの歪
を受け、この歪の分、抵抗値が減少する。しかして、上
記各ゲージ抵抗の抵抗率が等しくづれば、これらを、連
絡してブリッジ回路を作った場合、そのブリッジ回路の
出力は、片持梁に設けられた２個のゲージ抵抗のみが外
部より加わる加速度により変化する従来の半導体加速度
センサに比へて約２倍となる。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す斜視図、第２
図は第１図のＣＣ線断面図である。

これらの図において、５は方形状に形成された８１基板
である。このＳｉ基板５には、図面幅方向に対向してＥ
字状の空隙部６ａ、６ｂが形成されている。７ａ、７ｂ
は各々前記空隙部６　ａ、　６　ｂによって方形状に形
成された重り部である。８ａは前記重り部７ａと重り部
７ｂとの間に形成された梁部、８ｂは重り部７ａとＳｉ
基板５の周縁部（以下、支持部という）との間に形成さ
れた梁部、８Ｃは重り部７ｂと支持部との間に形成され
た梁部である。

これら梁部８ａ〜８Ｃはいずれも前記空隙部６ａ、６ｂ
によって細く、かつ薄く（第２図参照）形成されている
。上記した梁部８　ｂ、８　ｃによって重り部７　ａ、
７　ｂを両側から支持することによって、所謂両持梁構
造となっている。９ａ〜９ｄは各々ゲージ抵抗であり、
これらのうちゲージ抵抗９　ａ、　９　ｂは各々前記梁
部８ａに、ゲージ抵抗９ｃは前記梁部８ｂに、ゲージ抵
抗９ｄは前記梁部８Ｃにそれぞれ設けられている。これ
らゲージ抵抗９ａ〜９ｄは各々ボロン等の３族元素を熱
拡散またはイオン注入により形成したものである。また
、ゲージ抵抗９ａ〜９ｄは、第３図に示すように、ゲー
ジ抵抗９ａ。

９ｂが対辺となるようにブリッジ接続されている。

このように構成された両持梁構造の半導体加速度センサ
において、第４図に示すように、矢印り方向から加速度
が加わると、梁部８ａの加速度の。

加わった面が圧縮される。これにより、梁部８ａに設け
られたゲージ抵抗９ａ、９ｂ各々が圧縮の歪を受（Ｊ、
この歪の分、抵抗値が増加する。一方、梁部８ｂ、８ｃ
の加速度の加わった面が引っ張られる。これにより、梁
部８　ｂ、　８　ｃに設けられたケージ抵抗９　ｃ、　
９　ｄ各々が引っ張りの歪を受ｉ−１、この歪の分、抵
抗値が減少する。しかして、各ゲージ抵抗９ａ〜９ｄの
抵抗値の変化分に応じた電圧がブリツノ回路から出力さ
れる。この場合、各ケージ抵抗９ａ〜９ｄの抵抗率を等
しくすることによって、その出力は２個のケーン抵抗の
みを変化させるようにした従来の半導体加速度センサ（
第５図参照）に比へて略２倍（２Ｖｏ）となる。すなわ
ち、検出感度が約２倍となる。

ところで、上記の実施例は、ゲージ抵抗をセンサ」二で
ブリノン配線した構成であり、その検出出力は非常に大
きなものが取り出せる。しかしながら、本発明の要旨は
、複数の重り部と、該重り部間、及び該重り部と該支持
部との間を連結する複数の梁部と、これら梁部の内の少
なくとも一つの」二に拡散形成されるゲージ抵抗とを具
備したことにあるから、ケージ抵抗の数、および位置に
ついては限定されず、配線構成もそれに応じて、第４図
の基本的な配線図以外に種々の変形例が存在するもので
ある。例えば、ゲージ抵抗を第１図の中央部のみに形成
しても良いし、片側のみに作っても良い。更には、基弗
抵抗や温度補正用の抵抗を支持部に拡散形成した場合に
は、それらを含めた配線構成となる。

なお、重り部、梁部の材質は任意である、本実施例では
、梁部を形成する際には、支持部を同一の半導体単結晶
基板から一体的にエツチングする構成をとり、この梁部
上に拡散抵抗を形成しているが、この梁部を、ポリシリ
コンなどの異種の材料の単層、或は、複層にて構成させ
ても良い。この場合は、単結晶より抵抗変化率が小とな
るが、梁部の精度が出し易いという利点がある。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、センサの周縁部
に形成される支持部と、複数の重り部と、該重り部間、
及び該重り部と該支持部との間を連結する複数の梁部と
、これら梁部の内の少なくと＝７− も一つの上に拡散形成されるゲージ抵抗とを具備したの
で、従来の半導体加速度センサに比較して、検出感度が
約２倍となる。また、両持柔構造としているので破壊強
度か増大するという利点も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す斜視図、 第２図は第１図のＣＣ線断面図、 第３図は前記実施例の電気的接続を示す配線図、第４図
は前記実施例の動作を説明するための断面図、 第５図は従来の半導体加速度センサの構成を示す斜視図
、 第６図は第５図のＡＡ線断面図、 第７図は第５図の電気的接続を示ず配線図である。 ５　・・シリコン単結晶基板（支持部）、７ａ、７ｂ　
　　重り部、 ＝８− ８ａ〜８ｃ・・・・梁部、 ９ａ〜９ｄ　・・ゲージ抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　センサの周縁部に形成される支持部と、複数の重り部
   と、該重り部間、及び該重り部と該支持部との間を連結
   する複数の梁部と、これら梁部の内の少なくとも一つの
   上に拡散形成されるゲージ抵抗とを具備していることを
   特徴とする半導体加速度センサ。