JPH04164259A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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JPH04164259A
JPH04164259A JP28985990A JP28985990A JPH04164259A JP H04164259 A JPH04164259 A JP H04164259A JP 28985990 A JP28985990 A JP 28985990A JP 28985990 A JP28985990 A JP 28985990A JP H04164259 A JPH04164259 A JP H04164259A
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semiconductor
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acceleration sensor
gap
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JP28985990A
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Katsumichi Kamiyanagi
勝道 上柳
Mitsuo Kobayashi
光男 小林
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Fuji Electric Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は半導体からなる超小型の加速度センサに関する
〔従来の技術〕
第3図は従来の半導体加速度センサの一例を示し、同図
fa)は横断面図、同図1bJはIalのA−Alこお
ける断面図、同図fclは(alのB−Bにおける断面
図である。半導体からなる重り1は半導体からなる梁2
によって半導体からなる固定枠3内に弾性的に結合され
ている。梁2には図示しない半導体ストレンゲージが設
けられており、刀口速度が加わった場合の梁2の撓みを
測定することにより加速度を検出する。これら重り1.
梁2.固定枠3からなる結合体は台座4を介して密閉容
器5の中に収答される。密閉容器5の中は、通常密封流
体6が封入される。半導体ストレンゲージの信号出力は
密閉容器5に設けられた図示しない気密貫通端子を通し
て外部に取り出される。
第4図は従来の半導体加速度センサの異なる例(5el
f−Testable Accelero meter
 System 、 HenryV、A11en他TH
O249−38900000024,1989IEEE
 )を示し、同図falは横断面図、同図fblは(a
tのA−AJこおける断面図、同図(clは(alのB
−Bにおける断面図である。半導体からなる重り1は半
導体からなる4個の梁2によって、半導体からなる固定
枠3内に弾性的に結合されている。梁2には図示しない
1個あるいは複数個の半導体ストレンゲージが設けられ
ており、加速度が加わった場合の梁の撓みを測定するこ
とにより加速度を検出する。これら重り1.梁2.固定
枠3からなる結合体は下面を台座4が上面を封止蓋7が
所定の間隔gを保つよう固定され、台座4と固定枠3と
封止蓋7とで形成される密閉容器5の空間に密封流体6
が封入される。半導体ストレンゲージの信号出力は台座
4あるいは封止蓋7に設けられた図示しない気密貫通端
子を通して外部に取り出される。
本例では重り1と台座4あるいは封止蓋7との間に所定
の間隔gを設けることで、加速度が加わった場合の重り
1の急激な動きにダンピングをかける構造となっている
。すなわち、lす1と台座4あるいは制止蓋7との間の
間隔gの隙間内にある密封流体6が、重り1の動きでそ
の間隔gが狭められることによって移動することによっ
て住じる所謂、スクィメーフィルム効果で亘り1にタン
ピングをかけるよう(こなっている。
〔発明が解決しようとする課題」 従来の第1の例における半導体加速度センサでは、急激
な加速度が加わった場合、夏りは周囲の密封流体との間
の粘性抵抗でダンピングされるのみで、そのダンピング
効果は小さく■りに振動が生じ、場合にょっそは装置が
破損する危険がある。
また、第2の例における半導体加速度センサでは、重り
と台座あるいは刺止蓋との間の隙間内の密封流体の移動
によって生じる、所謂、スクイズ−フィルム効果により
ダンピングをかけているが、半導体加速度センサでは一
般に重りの巾Wおよび長さLの寸法は小さく、スクイズ
−フィルム効果を生じる部分の面積LXWが小さく充分
なダンピング効果が得られない。また、ダンピング効果
をあげるため、この間隔gの寸法を小さくすると、加速
度が加りた場合重りが台座あるいは封止蓋と接触するた
めダンピング効果には限度がある。
本発明の課題は前述の問題点を解決し、重りに対するダ
ンピング効果の大きい半導体加速度センサを提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
前述の課題を解決するために、本発明の半導体7111
速度センサにおいては半導体からなる頁りと。
この宣りの周囲を取り囲んだ半導体からなる固定枠と、
前記重りと固定枠を弾性的に結合しその撓みを測定する
半導体ストレンゲージが設けられた半導体からなる梁と
、これら重りと固定枠と梁とからなる結合体を収容する
密閉容器と、この密閉容器内に封入された密封流体とか
らなる半導体加速度センサにおいて、重りは固定枠に対
して片持ち式に梁で結合されるとともに前記重りと固定
枠との間隔が梁結合部を除き一定寸法に形成されるよう
にする。更に、梁に設けられた半導体ストレンゲージは
拡散技術lこより形成されるようにする。
更にまた、重りと固定枠さ梁とが1個の半導体基板から
エツチング技術により一体構造として形成されるように
する。
〔作用〕 1つさ固定枠との間隔は一定寸法に形成されているので
、加速度が加わった場合、宣りはこの一足間隔の隙間を
流れる密封流体との間の粘性抵抗でダンピングされ、か
つ、この間隔は加速度センサの性能に影響なく宣りと固
定枠が接触しない範囲で/JSさい寸法に定めることが
できるので、ダンピング効果を充分高めることができる
〔実施例〕
第1図は本発明における半導体加速度センサの一実施例
を示し、同図(atは横断面図、同図fblはfatの
A −A ICおける断面図、同図fclはfa)のB
−Bにおける断面図である。半導体からなる皇り1は半
導体からなる梁2によって半導体からなる固定枠3内に
弾性的に結合されている。梁2には図示しない半導体ス
トレンゲージが設けられており、加速度が加わった場合
の梁2の撓みを測定することにより加速度を検出する。
本発明においては梁2の結合部を除く重り1と固定枠3
との間の間隔εが一定寸法に形成されている。これら東
り1.梁2、固定枠3からなる結合体は下面を台座4が
上面を封止蓋7が重り1と接触しない間隔gを保って固
定され、台座4と固定枠3と封止蓋7とで密閉容器5が
形成され、この容器の空間に缶胴流体6が封入されてい
る。半導体ストレンゲージの信号出力は台座4あるいは
封止蓋7に設けられた図示しない気密貫通端子を通して
外部に取り出される。
本実施例では、梁2の結合部を除き、重り1と固定枠3
との間の間隔εを一定寸法にすることにより軍り1に対
するダンピング効果をあげている。
第2図はこのダンピング効果の原理を示すもので、シリ
ンダ100の中に設けられた半径Roのピストン102
が、このシリンダ100内を上下に移動する場合、ピス
トン102が受ける制振力FOはビス1−ン速度■に比
例し、次式で嚢わされる。
但し、μ:ピストン周囲の流体の粘性係数L(o:ビス
1−ンの厚み Ro:ピストンの半径 A:ピストンの面積(π−R,) ε0:ビストノとシリンダとの隙間間隔Co二粘性減衰
係数 逃常、ピストン型の制振器はこの原理に基くものが使用
されており、l)式を用いて本発明における重りlの制
振力Cは次のようにして算出できる。すなわち、重り1
をピストン、固定枠3をシリンダと想定し、ムリ1と固
定枠3との間の隙間の長さとシリンダ周囲の隙間の長さ
を等しくおくと、 2π・Ha =w+ 2 T、  ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(2)となる。
次に(1)式および(2)式を用い、第1図における対
応する個所に変換すると本装置の粘性減衰係数Cは 但し、 Ha −+H A→L@W eo→ ε となる。
また、東り1の臨界減衰係数Ccはlす1の質量Mとl
す1と梁2とからなる振動系のはね常数にとから、 Cc=2M@K  ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(4)となる。
ダンピング効果を算定する基準として、粘性減衰係数C
と臨界減衰係数Ccとから求められる減衰係数比ζは ζ=C/Cc   ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・+51となる。
一般に有効なダンピング効果は減衰係数比ζが07以上
とされており、本発明の半導体加速度センサでは性能に
影響されず(3)式における隙間長εを小さくできるの
で粘性減衰係数Cは大きくなり、容易に減衰係数比ζを
07以上にすることができ充分なダンピング効果が得ら
れる。
また、梁2に設けた半導体ストレンケージは、拡散技術
により梁2申に一体として形成される。
これにより、梁2の撓み特性に影響はなく精度が向上す
る。
更にまた、半導体基板よりエツナング技術により重り1
.梁2および固定枠3を一体栴造として ′形成するこ
とができる。この場合これら部位の結合部の機械的信頼
性か向上するとともに、製造コス1−が低下する。
〔発明の効果〕
本発明(こおける半導体7111速曳センサにおいては
、重りと固定枠との間の間隔を一定値にすることにより
、 7JII速度センサの性吐ζこ影響を与えることな
く充分なダンピング効果が得られ、加速度センサの破損
に対する耐性が著しく向上した。
才だ、梁に設けた半導体ストレンゲージは拡散技術によ
り梁の中に一体として形成することにより梁の撓み特性
に影響を与えることなく精夏が向上する。
史にまた、半導体基板よりエツチング技術により重り、
采および固定枠を一体構造として形成できるので、これ
ら部位の結合部の機械的信頼性が向上するとともに、製
造コストが低下する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における半導体加速度センナの一実施例
を示し、同図ta+は横断面図、同図(blは(alの
A−Aにおける断面図、同図fclはtal (1) 
B −Bにおける断面図、第2図はダンピング効果の原
理図。 第3図は従来の半導体加速度センサの一例を示し同図f
alは横断面図、同図+blはfalのA−Aζこおけ
る断面図、同図iclは(atのB−Bにおける断面図
、第4図は従来の半導体加速度センサの異なる例を示し
、同図(atは横断面図、同図(blは(atのA−A
における断面図、同図fclはfalのB−Bにおける
断面図である。 ■・・・重り、2・・・梁、3・・・固定枠、5・・・
密閉容器、6・・・密封流体、ε・・・間隔(Nりと固
定枠との)。 IへV 否 \ \鵠 \、ノ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)半導体からなる重りと、この重りの周囲を取り囲ん
    だ半導体からなる固定枠と、前記重りと固定枠を弾性的
    に結合しその撓みを測定する半導体ストレンゲージが設
    けられた半導体からなる梁と、これら重りと固定枠と梁
    とからなる結合体を収容する密閉容器と、この密閉容器
    内に封入された密封流体とからなる半導体加速度センサ
    において、密封容器は固定枠と、この固定枠に密封固着
    された台座と、前記固定枠に密封固着された封止蓋とで
    構成され、重りは固定枠に対して片持ち式に梁で結合さ
    れるとともに前記重りと固定枠との間隔が梁結合部を除
    き一定寸法に形成されたことを特徴とする半導体加速度
    センサ。 2)請求項1)記載の半導体加速度センサにおいて、梁
    に設けられた半導体ストレンゲージは拡散技術により形
    成されたことを特徴とする半導体加速度センサ。 3)請求項1)あるいは2)記載の半導体加速度センサ
    において、重りと固定枠と梁とが1個の半導体基板から
    エッチング技術により一体構造として形成されたことを
    特徴とする半導体加速度センサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010145212A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Denso Corp 半導体装置
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