JPH04232875A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン担体より製造
された、加速度を検出するためのセンサ、特に角加速度
センサであって、前記シリコン担体から、少なくとも1
つの定置のフレームと、該フレーム内に固定された変形
可能な少なくとも1つのサイズモ質量体とが突出するよ
うに構成されていて、該サイズモ質量体の担体平面内で
の変向を検出するための手段が設けられている形式のも
のに関する。FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION The present invention relates to a sensor for detecting acceleration, in particular an angular acceleration sensor, manufactured from a silicon carrier, which comprises at least one
one stationary frame and at least one deformable seismic mass fixed within the frame, configured to protrude, for detecting a deflection of the seismic mass in the plane of the carrier. Relates to a form in which means are provided.
【0002】0002
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許第4000903
号明細書には、単結晶の2層担体より成る加速度センサ
が開示されている。この加速度センサは、担体表面に対
して平行に振動する舌片を有していて、該舌片に、振動
方向に抗して定置の電極が配置されている。このセンサ
においては加速度は、可動な舌片と定置の電極との間の
容量変化を介して検出されるようになっている。[Prior Art] Federal Republic of Germany Patent No. 4000903
The specification discloses an acceleration sensor consisting of a single-crystal two-layer carrier. This acceleration sensor has a tongue that vibrates parallel to the surface of the carrier, on which a stationary electrode is arranged against the direction of vibration. In this sensor, acceleration is detected via a capacitance change between a movable tongue and a stationary electrode.
【0003】“Laterally Driven P
olysiliconResonant Micros
tructures(側方駆動式ポリシリコン共鳴マイ
クロ構造)”「W.C.Tange, T.H.Nau
yen, R.T.Howe; Sensorand
Actuators, 20(1989) 25〜30
」によれば、アルキメデスのらせんに懸架され、静電的
なカム伝動装置を備えたサイズモ質量体が公知である。
この刊行物には、このような構造体がポリシリコン技術
によって実現されることが記載されている。“Laterally Driven P
olysiliconResonant Micros
"Lateral-driven polysilicon resonant microstructures""W.C. Tange, T.H. Nau
Yen, R. T. Howe; Sensorand
Actuators, 20 (1989) 25-30
A sesimo mass suspended in an Archimedean helix and equipped with an electrostatic cam transmission is known. This publication states that such a structure is realized by polysilicon technology.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の従来の加速度センサを改良して、より良
好なものを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to improve the conventional acceleration sensors of the type mentioned at the outset in order to make them even better.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明によれば、サイズモ質量体が、担体平面で湾曲可能な
、左右対称に配置された少なくとも2つのウエブを介し
てフレームに接続されており、担体平面内での前記サイ
ズモ質量体の変向が、サイズモ質量体の互いに向き合う
少なくとも2つの側で検出されるようになっている。[Means for Solving the Problem] According to the present invention, which solves this problem, a seismic mass is connected to a frame via at least two symmetrically arranged webs that are bendable in the plane of the carrier. The deflection of the seismic mass in the plane of the carrier is detected on at least two mutually facing sides of the seismic mass.
【0006】[0006]
【発明の効果】本発明の加速度センサは、サイズモ質量
体の複数の側でこのサイズモ質量体の変向を検出するこ
とによって、回転運動を直線加速度と区別することがで
きるという利点がある。加速度の種類に応じて、サイズ
モ質量体の種々異なる側で検出される測定信号は、同一
方向又は逆方向で変化する。これらの信号を比較するこ
とによって、非常に簡単な形式で、回転運動と直線加速
度とを区別することができる。また、センサのサイズモ
質量体は、有利には担体平面内で変向可能で、この時に
担体平面から外へ突出しない。この場合、担体自体は有
利には機械的なオーバーロードに対する保護部材として
役立つ。サイズモ質量体が、薄いウエブを介して少なく
とも2つの側で懸架されていることによって、オーバー
ロードに対するセンサの安定性は高められると同時に、
非常に高い測定感度が得られる。またそれと同時に横方
向加速度に対する感度は低められる。横方向感度に関し
ては、サイズモ質量体を4つの側で懸架しても特に有利
である。センサをシリコン担体より製造すれば特に有利
である。何故ならば、規格製造方法によって特に小さい
構造が得られるからである。さらに有利には、シリコン
担体にセンサの評価回路を組み込むこともできる。The acceleration sensor of the present invention has the advantage that rotational motion can be distinguished from linear acceleration by detecting deflections of the seismic mass on multiple sides of the seismic mass. Depending on the type of acceleration, the measurement signals detected on different sides of the seismic mass vary in the same direction or in opposite directions. By comparing these signals, it is possible to distinguish between rotational motion and linear acceleration in a very simple manner. Furthermore, the seismic mass of the sensor is advantageously deflectable in the carrier plane and does not project out of the carrier plane. In this case, the carrier itself advantageously serves as a protection element against mechanical overload. By suspending the seismic mass on at least two sides via a thin web, the stability of the sensor against overloads is increased, while at the same time
Very high measurement sensitivity can be obtained. At the same time, sensitivity to lateral acceleration is reduced. With regard to lateral sensitivity, it is also particularly advantageous to suspend the seismic mass on four sides. It is particularly advantageous if the sensor is manufactured from a silicon carrier. This is because standard manufacturing methods allow particularly small structures to be obtained. Furthermore, it is also advantageous to integrate the evaluation circuit of the sensor into the silicon carrier.
【0007】請求項2以下に記載した手段によって、請
求項1に記載した加速度センサの有利な変化例が可能で
ある。[0007] Advantageous developments of the acceleration sensor according to claim 1 are possible with the measures set forth in claim 2 and below.
【0008】サイズモ質量体の変向の検出は、懸架ウエ
ブでウエブ軸線の左右に取り付けられたそれぞれ2つの
ピエゾ抵抗によって、特に有利にピエゾ抵抗式に行うこ
とができる。サイズモ質量体が直線的に加速される場合
、各懸架ウエブにおける少なくとも2つのピエゾ抵抗が
同方向で変化する。回転運動が生じた場合は、各懸架ウ
エブの一方の側が伸びるの対して、他方の側が縮む。
これによって、各懸架ウエブの抵抗値は逆方向で変化す
る。ピエゾ抵抗式の信号検出は、有利には、単層構造の
担体より製造されたセンサに使用することもできる。担
体全体を狭い懸架ウエブで構成すれば、これによって担
体平面内でのサイズモ質量体の変向が優勢となり、一方
、担体平面に対して直角な方向のサイズモ質量体の変向
は押さえられるので、有利である。The detection of the deflection of the sesimo mass can particularly advantageously be carried out piezoresistively by means of two piezoresistors which are respectively mounted on the left and right sides of the web axis on the suspension web. When the sesimo mass is accelerated linearly, at least two piezoresistors in each suspension web change in the same direction. When a rotational movement occurs, one side of each suspension web stretches while the other side contracts. This causes the resistance of each suspension web to vary in opposite directions. Piezoresistive signal detection can also advantageously be used for sensors manufactured from single-layer carriers. If the entire carrier is constituted by a narrow suspension web, this will predominate the deflection of the seismic masses in the plane of the carrier, while the deflection of the seismic masses in the direction perpendicular to the plane of the carrier will be suppressed; It's advantageous.
【0009】センサの部分構造を製造し絶縁するために
は、2軸式のシリコン担体を使用し、上側の層と下側の
層との間にドーピング接合、有利にはpn−接合を形成
すれば、特に有利である。担体は単結晶で構成し、この
場合、上側の層は、不純原子の拡散によって製造するこ
とができるか、又はこの上側の層は、担体上で分離した
エピタキシャル層であってよい。センサの構造に応じて
、分離されたポリシリコン層を備えたシリコン担体を使
用すれば有利である。この場合、絶縁は、例えば、単結
晶のシリコン層と多結晶のシリコン層との間の酸化シリ
コンを介して行われる。In order to produce and insulate the substructure of the sensor, a biaxial silicon carrier is used and a doped junction, preferably a pn junction, is formed between the upper layer and the lower layer. This is particularly advantageous. The carrier may consist of a single crystal, in which case the upper layer can be produced by diffusion of impurity atoms, or it may be a separate epitaxial layer on the carrier. Depending on the structure of the sensor, it may be advantageous to use a silicon carrier with a separate polysilicon layer. In this case, the insulation takes place, for example, via silicon oxide between the monocrystalline silicon layer and the polycrystalline silicon layer.
【0010】別の有利な可能性は、容量性の信号検出を
行うことである。このためには、定置の電極を、フレー
ムの互いに向き合う、かつ、懸架ウエブに対して平行な
2つの側から出発して突出するように、シリコン担体よ
り構成すると有利である。定置の電極は、可動な電極と
して用いられる懸架ウエブと協働してそれぞれ1つのコ
ンデンサを形成している。信号を増幅するために、別の
定置の電極をフレームから突出させて構成し、この定置
の電極に対して平行に、サイズモ質量体から出発し、か
つ、定置の電極と協働して内蔵デジタルコンデンサを形
成する可動の電極を設けると有利である。本発明の別の
有利な構成によれば、コンデンサは、可変な電圧を供給
することによって、サイズモ質量体が再びその停止位置
にもたらされる位置制御部材として使用することができ
る。容量性の位置制御部材と容量性の信号検出部材とピ
エゾ抵抗式の信号検出部材との組み合わせも有利である
。定置の電極に対して可動な電極を絶縁することは、サ
イズモ質量体が上側の層にだけ構成されている場合に、
特に良好に実現され得る。このようにすれば、上側の層
と下側の層との間のpn−接合は、下側の層に対する電
極の絶縁を形成し;上側の層における絶縁は、有利には
絶縁拡散によって行われるか、又は上側の層を完全に貫
通するエッチング凹部によって行われる。Another advantageous possibility is to perform capacitive signal detection. For this purpose, it is advantageous to construct the stationary electrodes from a silicon carrier so that they protrude starting from two sides of the frame facing each other and parallel to the suspension web. The stationary electrodes each form a capacitor in cooperation with a suspension web which serves as a movable electrode. In order to amplify the signal, another stationary electrode is configured to protrude from the frame, starting from the seismic mass parallel to this stationary electrode and cooperating with the stationary electrode to generate a built-in digital signal. It is advantageous to provide movable electrodes forming a capacitor. According to another advantageous refinement of the invention, the capacitor can be used as a position control element, by which the seismic mass is brought back into its rest position by supplying a variable voltage. A combination of a capacitive position control element, a capacitive signal detection element and a piezoresistive signal detection element is also advantageous. Insulating the movable electrodes with respect to the stationary electrodes is useful when the seismic mass is constructed only in the upper layer.
It can be realized particularly well. In this way, the pn-junction between the upper layer and the lower layer forms the insulation of the electrode with respect to the lower layer; the insulation in the upper layer is advantageously carried out by dielectric diffusion. or by etching recesses completely through the upper layer.
【0011】本発明による加速度センサの別の構成によ
れば、サイズモ質量体は、互いに入り込む2つのアルキ
メデスのらせんに懸架され、これら2つのらせんは、一
番外側の巻条に可動なウエブを備えている。この可動な
ウエブは、カム状のフィンガー構造を有しており、この
フィンガー構造は、定置のウエブから出発するフィンガ
ー構造と共に静電式の磁気抵抗式駆動装置を形成する。
互いに入り込むフィンガー構造は有利には、信号測定の
ために又は位置制御のためにも使用され得る。付加的な
信号引き取りは、らせん上に配置されたピエゾ抵抗によ
って有利にはピエゾ抵抗式に行われる。According to another embodiment of the acceleration sensor according to the invention, the sesimo mass is suspended in two interdigitated Archimedean spirals, these two spirals having a movable web in the outermost windings. ing. This movable web has a cam-like finger structure, which together with the finger structure starting from the stationary web forms an electrostatic magnetoresistive drive. The interdigitating finger structure can advantageously be used for signal measurement or also for position control. The additional signal pickup is preferably performed piezoresistively by means of a piezoresistor arranged on a spiral.
【0012】センサの感度を高めるために、サイズモ質
量体は担体の幅全体に亙って構成してもよい。サイズモ
質量体を、懸架部分と同じ厚さで構成すれば、慣性モー
メント又は横方向感度が高められる。[0012] In order to increase the sensitivity of the sensor, the sesimo mass may be arranged over the entire width of the carrier. If the seismic mass has the same thickness as the suspension part, the moment of inertia or lateral sensitivity is increased.
【0013】[0013]
【実施例】次に図面に示した実施例について本発明の構
成を具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the structure of the present invention will be specifically explained with reference to the embodiments shown in the drawings.
【0014】図1には、定置のフレーム10と、該フレ
ーム10内で固定された変向可能なサイズモ質量体20
とを備えたセンサが示されている。この実施例ではサイ
ズモ質量体20は、4つの薄いウエブ21,22,23
,24を介して左右対称に懸架されている。この構造体
は、単層又は2層のシリコン担体より構成されている。
担体は単結晶であるか又はポリシリコン層を備えている
。ウエブ21,22,23,24及びサイズモ質量体2
0は、担体の厚さ全体に構成してもよいし、その厚さを
減少してもよい。感度を高めるために、サイズモ質量体
20をできるだけ大きく、つまり担体の厚さ全部に亙っ
て構成するとよい。ウエブ21,22,23,24の幅
寸法を厚さ寸法よりも大きくした(つまり例えばウエブ
は担体の厚さ全体に亙って構成されている)サイズモ質
量体20においては、担体平面内の変向が、担体に対し
て直角方向の変向よりも優勢する。図1に示された実施
例においては、各ウエブ21〜24にそれぞれ2つのピ
エゾ抵抗81,82が取り付けられている。これらのピ
エゾ抵抗81,82はそれぞれウエブ軸線の左右に配置
されている。担体平面内での又は担体平面に対して直角
方向の直線的な加速によって、懸架ウエブの両半部、つ
まりウエブ軸線を中心とした左右の両半部の常に同方向
の長さ変化、つまりウエブのピエゾ抵抗の同方向の抵抗
変化が生じる。これとは反対に、担体平面に対して直角
方向の回転軸線を中心とした回転運動はウエブ半部の同
方向の湾曲を生ぜしめ、ひいてはウエブにおけるピエゾ
抵抗の同方向の抵抗変化を生ぜしめる。ウエブにおける
抵抗値を比較することによって、若しくは相応に回路接
続することによって、直線加速運動を回転運動に対して
簡単に区別することができる。FIG. 1 shows a stationary frame 10 and a deflectable seismic mass 20 fixed within the frame 10.
A sensor is shown. In this embodiment, the seismic mass 20 consists of four thin webs 21, 22, 23
, 24 in a symmetrical manner. This structure consists of a single or double layer silicon carrier. The carrier is monocrystalline or comprises a polysilicon layer. Webs 21, 22, 23, 24 and seismic mass 2
0 may consist of the entire thickness of the carrier or may reduce its thickness. In order to increase the sensitivity, it is advantageous to construct the seismic mass 20 as large as possible, that is to say over the entire thickness of the carrier. In a seismic mass 20 in which the width dimension of the webs 21, 22, 23, 24 is larger than the thickness dimension (that is, for example, the web is constructed over the entire thickness of the carrier), variations in the plane of the carrier are The direction is predominant over the direction perpendicular to the carrier. In the embodiment shown in FIG. 1, two piezoresistors 81, 82 are attached to each web 21-24, respectively. These piezoresistors 81 and 82 are arranged on the left and right sides of the web axis, respectively. Linear acceleration in the plane of the carrier or perpendicular to the plane of the carrier results in a constant length change in the same direction of the two halves of the suspended web, i.e. the left and right halves about the web axis, i.e. the web A resistance change occurs in the same direction of the piezoresistors. On the contrary, a rotational movement about an axis of rotation perpendicular to the plane of the carrier causes a curvature of the web halves in the same direction and thus a change in the resistance of the piezoresistors in the web in the same direction. By comparing the resistance values in the webs or by corresponding circuit connections, linear accelerated movements can be easily distinguished from rotary movements.
【0015】図2には、図1と比較可能なセンサ構造が
示されている。この図2の実施例においては、信号測定
はピエゾ抵抗式ではなく容量式に行われる。このために
懸架ウエブ21,22,23,24に対して平行に、担
体の定置のフレーム10から突き出して、定置の電極1
1,12,13,14が構成されている。これら定置の
電極11,12,13,14は、可動な電極として用い
られる懸架ウエブ21,22,23,24と協働してキ
ャパシタンスを形成している。定置の電極11,12,
13,14は可動な電極21,22,23,24に対し
て、担体平面内における直線的な加速が、互いに逆向き
の2つのキャパシタンスにおける互いに逆向きのキャパ
シタンス変化を生ぜしめるように配置されている。担体
平面に対して直角方向の回転軸線を中心とした回転運動
だけが、少なくとも2つの互いに逆向きのキャパシタン
スにおける同方向のキャパシタンス変化を生ぜしめる。
このセンサ構造は、2層のシリコン担体1より構成され
ており、このシリコン担体1の上側の層2と下側の層3
との間にドーピング接合が形成されている。ウエブ21
,22,23,24は、上側の層2にだけ形成されてい
る。フレーム10には、ウエブの結合範囲の周囲に絶縁
拡散30が設けられている。これらの絶縁拡散30は、
定置の電極11,12,13,14が突き出している、
フレーム10の箇所に適当な形式で設けてもよい。
これらの絶縁拡散30は、上側の層2と下側の層3との
間のpn−接合と協働して、可動な電極として働く懸架
ウエブ21,22,23,24を定置の電極11,12
,13,14に対して電気的に絶縁する。図3には、セ
ンサのウエブ22,24の範囲の断面図が示されている
。定置のフレーム10は、サイズモ質量体20と同様に
担体の厚さ全部に亙って形成されている。サイズモ質量
体20は、その厚さを薄くするか、又は上側の層2にだ
け設けてもよい。FIG. 2 shows a sensor structure comparable to FIG. In this embodiment of FIG. 2, the signal measurement is performed capacitively rather than piezoresistively. For this purpose, a stationary electrode 1 projects parallel to the suspension webs 21, 22, 23, 24 from the stationary frame 10 of the carrier.
1, 12, 13, and 14 are configured. These stationary electrodes 11, 12, 13, 14 cooperate with suspension webs 21, 22, 23, 24, which serve as movable electrodes, to form a capacitance. stationary electrodes 11, 12,
13, 14 are arranged with respect to movable electrodes 21, 22, 23, 24 in such a way that linear acceleration in the plane of the carrier causes mutually opposite capacitance changes in two mutually opposite capacitances. There is. Only a rotational movement about an axis of rotation perpendicular to the carrier plane causes a capacitance change in the same direction in the at least two mutually opposite capacitances. This sensor structure consists of a two-layer silicon carrier 1, an upper layer 2 and a lower layer 3.
A doped junction is formed between the two. web 21
, 22, 23, and 24 are formed only in the upper layer 2. The frame 10 is provided with an insulating diffusion 30 around the bonding area of the web. These insulating diffusions 30 are
stationary electrodes 11, 12, 13, 14 protrude;
They may be provided at locations on the frame 10 in any suitable manner. These insulating diffusions 30 cooperate with the pn-junction between the upper layer 2 and the lower layer 3 to connect the suspended webs 21, 22, 23, 24, which act as movable electrodes, to the stationary electrodes 11, 12
, 13, 14. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the area of the webs 22, 24 of the sensor. The stationary frame 10, like the seismic mass 20, is formed over the entire thickness of the carrier. The seismic mass 20 may have a reduced thickness or may be provided only in the upper layer 2.
【0016】構造部分の絶縁、及び信号測定の別の可能
性は図4に示されている。上側の層2を完全に貫通する
エッチング凹部は符号45で示されている。これによっ
て、図4でフレームから出発する定置の電極41は、サ
イズモ質量体20から出発する可動な電極42に対して
電気的に分離されている。可動な電極42は、定置の電
極41と共に、信号を増幅させる、平行接続された内蔵
デジタルコンデンサを形成している。図4に示されたセ
ンサの作動形式は、図2及び図3に示されたセンサの作
動形式に相当する。図示の信号検出方法の総ての組み合
わせが可能である。例えば、内蔵デジタルコンデンサを
、図2に示された拡散絶縁に組み合わせるか及び/又は
図1に示されているようにピエゾ抵抗式の信号検出と組
み合わせることができる。さらにまた、図2及び図4に
示されたコンデンサ構造は、信号検出のためだけでなく
、可変の電圧を供給することによってサイズモ質量体2
0の位置制御を行うために設けることも考えられる。
このような形式で、オーバーロード(過負荷)は良好に
防止され、耐用年数は高められる。出発信号の直線性も
これによって改善される。Another possibility of insulating the structural parts and measuring the signal is shown in FIG. The etched recess completely through the upper layer 2 is designated by 45. Thereby, the stationary electrode 41 starting from the frame in FIG. 4 is electrically isolated from the movable electrode 42 starting from the seismic mass 20. The movable electrode 42 together with the stationary electrode 41 forms a built-in digital capacitor connected in parallel that amplifies the signal. The mode of operation of the sensor shown in FIG. 4 corresponds to the mode of operation of the sensor shown in FIGS. 2 and 3. All combinations of the illustrated signal detection methods are possible. For example, integrated digital capacitors can be combined with diffuse isolation as shown in FIG. 2 and/or with piezoresistive signal detection as shown in FIG. Furthermore, the capacitor structure shown in FIGS. 2 and 4 is useful not only for signal detection, but also for the seismic mass 2 by providing a variable voltage.
It is also conceivable to provide it to perform zero position control. In this way, overloads are better prevented and the service life is increased. The linearity of the starting signal is thereby also improved.
【0017】図5〜図7には、サブストレートとして構
成された下側の層3と、このサブストレート3上に施さ
れた絶縁層5と、該絶縁層5上に施されたポリシリコン
層として構成された上側の層2と、該ポリシリコン層2
上に施された絶縁層5とから成るシリコン担体1より構
成されている。図6及び図7は、図5で符号A及びBで
示された軸線に沿った断面図が示されている。ポリシリ
コン層2からは、アンカポイント55が突き出し構成さ
れていて、該アンカポイント55は、絶縁層5を介して
サブストレート3にしっかり結合されている。中心ポイ
ントとしてのこのアンカポイント55から、互いに入り
込む2つのらせん50,60が出発している。これら2
つのらせん50,60は、ポリシリコン層2にだけ形成
されていて、アンカポイント55以外ではサブストレー
ト3とは接続されておらず、渦巻きばねのように可動に
構成されている。らせん50,60の最も外側の巻条に
はそれぞれ可動のアース51,61が、同様にポリシリ
コン層2にだけ構成されている。このポリシリコン層2
はアンカポイント55を中心にして星状に配置されてい
る。これらの可動のアース51,61はその両側に櫛状
のフィンガー構造511,611を有している。可動の
アース51,61の間には、同様にアンカポイント55
を中心にして星状に定置の電極71が配置されており、
これらの電極71は、サブストレート3及び/又はフレ
ーム(図5、図6及び図7には示されていない)に接続
されている。定置の電極71も櫛状のフィンガー構造7
11を有している。可動のアース51,61のフィンガ
ー構造511,611と、定置の電極71のフィンガー
構造711とは互いに入り込んでいる。これらのフィン
ガー構造511,611,711は協働して、位置制御
及び信号検出のためにも使用される内蔵デジタルコンデ
ンサ若しくは静電学的な磁気抵抗式駆動装置を形成して
いる。しかもこの構造における信号検出は、らせん50
,60上に配置されたピエゾ抵抗によっても可能である
。FIGS. 5 to 7 show a lower layer 3 configured as a substrate, an insulating layer 5 applied to this substrate 3, and a polysilicon layer applied to this insulating layer 5. an upper layer 2 configured as a polysilicon layer 2;
It consists of a silicon carrier 1 with an insulating layer 5 applied thereon. 6 and 7 are cross-sectional views along the axes indicated by A and B in FIG. 5. FIG. Protruding from the polysilicon layer 2 is an anchor point 55 , which is firmly connected to the substrate 3 via the insulating layer 5 . Starting from this anchor point 55 as a central point are two spirals 50, 60 that interpenetrate. These 2
The two helices 50, 60 are formed only in the polysilicon layer 2, are not connected to the substrate 3 except at the anchor point 55, and are configured to be movable like a spiral spring. In the outermost turns of the spirals 50, 60, a movable ground 51, 61, respectively, is likewise constructed only in the polysilicon layer 2. This polysilicon layer 2
are arranged in a star shape with the anchor point 55 at the center. These movable earths 51, 61 have comb-like finger structures 511, 611 on both sides thereof. Similarly, an anchor point 55 is connected between the movable earths 51 and 61.
Stationary electrodes 71 are arranged in a star shape with .
These electrodes 71 are connected to the substrate 3 and/or the frame (not shown in FIGS. 5, 6 and 7). The fixed electrode 71 also has a comb-like finger structure 7
It has 11. The finger structures 511, 611 of the movable ground 51, 61 and the finger structures 711 of the stationary electrode 71 are interdigitated. These finger structures 511, 611, 711 together form a built-in digital capacitor or electrostatic magnetoresistive drive which is also used for position control and signal detection. Moreover, signal detection in this structure requires only a helix 50
, 60 is also possible.
【0018】このセンサによって、担体平面に対して直
角方向の軸線を中心とした角加速度を特に良好に検出す
ることできる。この場合に、アルキメデスのらせん50
,60は、回転方向に応じて膨張又は圧縮される渦巻き
ばねのように働き、これによって可動なアース51,6
1の位置は、定置の電極71に関連して変化し、これに
よって内蔵デジタルコンデンサの電気値が変化する。With this sensor, angular accelerations about an axis perpendicular to the carrier plane can be detected particularly well. In this case, Archimedes' spiral 50
, 60 act like a spiral spring that expands or compresses depending on the direction of rotation, thereby movable earths 51, 6
1 changes relative to the stationary electrode 71, which changes the electrical value of the built-in digital capacitor.
【図1】ピエゾ抵抗式の信号測定装置を備えたセンサの
概略的な平面図である。1 shows a schematic top view of a sensor with a piezoresistive signal measuring device; FIG.
【図2】容量性の信号測定装置を備えたセンサの概略的
な平面図である。FIG. 2 shows a schematic top view of a sensor with a capacitive signal measuring device;
【図3】図2に示したセンサの概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the sensor shown in FIG. 2;
【図4】内蔵デジタルコンデンサを備えたセンサの概略
的な平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view of a sensor with built-in digital capacitor.
【図5】アルキメデスのらせんによる懸架部材を備えた
センサの概略的な平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view of a sensor with an Archimedean spiral suspension;
【図6】図5の符号Aに沿った断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line A in FIG. 5;
【図7】図5の符号Bに沿った断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line B in FIG. 5;
1 シリコン担体、 2 上側の層(ポリシリコ
ン層)、 3 下側の層(サブストレート)、
5 絶縁層、 10 フレーム、 11,12
,13,14電極、 20 サイズモ質量体、
21,22,23,24 ウエブ、 30絶縁拡散
、 41,42 電極、 45 エッチング凹
部、 50,60 らせん、51,61 アース
、 55 アンカポイント、 71 電極、
81,82 ピエゾ抵抗、 511,611,7
11 フィンガー構造1 silicon carrier, 2 upper layer (polysilicon layer), 3 lower layer (substrate),
5 insulating layer, 10 frame, 11, 12
, 13, 14 electrodes, 20 seismomer mass,
21, 22, 23, 24 web, 30 insulation diffusion, 41, 42 electrode, 45 etching recess, 50, 60 spiral, 51, 61 ground, 55 anchor point, 71 electrode,
81,82 piezoresistor, 511,611,7
11 Finger structure
Claims (14)
を検出するためのセンサであって、前記シリコン担体か
ら、少なくとも1つの定置のフレームと、該フレーム内
に固定された変形可能な少なくとも1つのサイズモ質量
体とが突出するように構成されていて、該サイズモ質量
体の担体平面内での変向を検出するための手段が設けら
れている形式のものにおいて、前記サイズモ質量体(2
0)が、担体平面内で湾曲可能な、左右対称に配置され
た少なくとも2つのウエブ(21,22,23,24)
を介してフレーム(10)に接続されており、担体平面
内での前記サイズモ質量体(20)の変向が、サイズモ
質量体(20)の互いに向き合う少なくとも2つの側で
検出されるようになっていることを特徴とする、加速度
センサ。1. A sensor for detecting acceleration manufactured from a silicon carrier, comprising at least one stationary frame and at least one deformable size model fixed in the frame. The seismic mass body (2) is configured to protrude and is provided with means for detecting a change in orientation of the seismic mass body (2) in the plane of the carrier.
0) at least two symmetrically arranged webs (21, 22, 23, 24) bendable in the plane of the carrier;
is connected to the frame (10) via a frame (10), such that a deflection of said seismic mass (20) in the carrier plane is detected on at least two mutually facing sides of the seismic mass (20). An acceleration sensor characterized by:
イズモ質量体(20)が方形の横断面を有しており、サ
イズモ質量体(20)が4つの側若しくは2つの側でフ
レーム(10)に接続されていて、サイズモ質量体(2
0)の方形の上側の縁部がフレーム(10)の内側面に
対して平行に配置されており、サイズモ質量体(20)
がフレーム(10)の中央に懸架されており、懸架用の
ウエブ(21,22,23,24)がサイズモ質量体(
20)の上側の縁部中央から直角に突き出ている、請求
項1記載の加速度センサ。2. The frame (10) is rectangular, the seismic mass (20) has a rectangular cross section, and the seismic mass (20) is attached to the frame (10) on four sides or on two sides. ) and is connected to the seismic mass (2
The upper edge of the rectangle 0) is arranged parallel to the inner surface of the frame (10), and the seismic mass body (20)
is suspended in the center of the frame (10), and the suspension webs (21, 22, 23, 24) are connected to the seismic mass body (
20) Projecting perpendicularly from the center of the upper edge of the acceleration sensor of claim 1.
で、それぞれ2つのピエゾ抵抗(81,82)が、ウエ
ブ軸線の左右に取り付けられているか又はウエブ(21
,22,23,24)内に組み込まれている、請求項1
又は2記載の加速度センサ。3. Two piezoresistors (81, 82) are respectively attached to the left and right sides of the web axis on the web (21, 22, 23, 24), or
, 22, 23, 24).
Or the acceleration sensor according to 2.
び/又はサイズモ質量体(20)の全体又は一部が、シ
リコン担体(1)の厚さ全体に構成されている、請求項
1から3までのいずれか1項記載の加速度センサ。4. From claim 1, wherein the web (21, 22, 23, 24) and/or the seismomer mass (20) are arranged in whole or in part over the entire thickness of the silicon carrier (1). 3. The acceleration sensor according to any one of items 3 to 3.
と下側の層(3)とを有している、請求項1から4まで
のいずれか1項記載の加速度センサ。5. The silicon carrier (1) is the upper layer (2).
5. Acceleration sensor according to claim 1, characterized in that it has a lower layer (3) and a lower layer (3).
間にドーピング接合が形成されている、請求項6記載の
加速度センサ。6. Acceleration sensor according to claim 6, characterized in that a doped junction is formed between the upper layer (2) and the lower layer (3).
請求項5又は6記載の加速度センサ。7. The silicon carrier (1) is single crystal,
The acceleration sensor according to claim 5 or 6.
る、請求項5又は6記載の加速度センサ。8. Acceleration sensor according to claim 5, wherein the upper layer (2) is a polysilicon layer.
)と下側の層(3)との間で、絶縁層(5)を有してい
る、請求項8記載の加速度センサ。9. The silicon carrier (1) is attached to the upper layer (2).
9. Acceleration sensor according to claim 8, further comprising an insulating layer (5) between the lower layer (3) and the lower layer (3).
ム(10)の互いに向き合う内側から突出するように、
少なくとも2つの定置の電極(11,12,13,14
)が構成されており、これらの電極(11,12,13
,14)がそれぞれ、懸架用のウエブ(21,22,2
3,24)に対して平行に配置されていて、可動な電極
として構成された懸架用のウエブ(21,22,23,
24)と共にそれぞれコンデンサを形成している、請求
項5から9までのいずれか1項記載の加速度センサ。10. Projecting from the mutually facing inner sides of the frame (10) consisting of the silicon carrier (1),
At least two stationary electrodes (11, 12, 13, 14
), and these electrodes (11, 12, 13
, 14) are the suspension webs (21, 22, 2), respectively.
Suspension webs (21, 22, 23,
10. The acceleration sensor according to claim 5, wherein the acceleration sensor forms a capacitor together with 24).
ム(10)の互いに向き合う内側から突出するように、
少なくとも2つの定置の電極(11,12,13,14
)が構成されていて、これらの電極に対して平行にサイ
ズモ質量体(20)から突出して、少なくとも2つの可
動な電極(42)が構成されており、これらの定置の電
極と可動な電極とが協働してそれぞれ1つのコンデンサ
を形成している、請求項5から10までのいずれか1項
記載の加速度センサ。11. Projecting from the mutually facing inner sides of the frame (10) consisting of the silicon carrier (1),
At least two stationary electrodes (11, 12, 13, 14
) are arranged, and projecting from the seismic mass (20) parallel to these electrodes are arranged at least two movable electrodes (42), the stationary electrodes and the movable electrodes 11. Acceleration sensor according to one of claims 5 to 10, characterized in that they cooperate to each form a capacitor.
,24)が上側の層(2)にだけ構成されており、定置
の電極(11,12,13,14,41)が、pn−接
合によって、又は上側の層(2)と下側の層(3)との
間の絶縁層(5)によって、及び上側の層(2)の絶縁
拡散(30)によって及び/又は上側の層(2)を完全
に貫通するエッチング凹部(45)によって絶縁されて
いる、請求項10又は11記載の加速度センサ。[Claim 12] Suspension web (21, 22, 23
, 24) are constructed only on the upper layer (2), and stationary electrodes (11, 12, 13, 14, 41) are arranged by pn-junctions or between the upper layer (2) and the lower layer. (3) and by an insulating diffusion (30) in the upper layer (2) and/or by an etched recess (45) completely through the upper layer (2). The acceleration sensor according to claim 10 or 11.
、加速度を検出するためのセンサであって、該シリコン
担体(1)が、サブストレートとして構成された下側の
層(3)と、このサブストレート上に載せられた絶縁層
(5)と、この絶縁層(5)上に載せられたポリシリコ
ン層として構成された上側の層(2)とを有している形
式のものにおいて、ポリシリコン層としての上側の層(
2)から突出してアンカポイント(55)が構成されて
いて、該アンカポイント(55)が絶縁層(5)を介し
てサブストレートとしての下側の層(3)に結合されて
おり、中心点としてのアンカポイント(55)から突出
し、かつ、サブストレート(3)に接続されていない、
互いに入り込む2つのらせん(50,60)が構成され
ており、これらのらせん(50,60)が、それぞれ外
側に存在する壁部で少なくとも1つの可動のアース(5
1,61)を有していて、該可動のアース(51,61
)が片側又は両側でフィンガ構造(511,611)を
有しており、前記可動のアース(51,61)の間のア
ンカポイント(55)を星状に取り囲む定置の電極(7
1)が、絶縁層(5)を介してサブストレート(3)に
接続されていて、定置の電極(71)が片側又は両側で
フィンガ構造(511,611)を有しており、可動の
アース(51,61)のフィンガ構造(511,611
)と、定置の電極(71)のフィンガ構造(711)と
が互いに入り込んでいることを特徴とする、加速度セン
サ。13. A sensor for detecting acceleration made of a silicon carrier (1), the silicon carrier (1) comprising a lower layer (3) configured as a substrate and a lower layer (3) configured as a substrate. In the type with an insulating layer (5) placed on a substrate and an upper layer (2) configured as a polysilicon layer placed on this insulating layer (5), The upper layer as a silicon layer (
An anchor point (55) is formed protruding from 2), the anchor point (55) is connected to the lower layer (3) as a substrate via the insulating layer (5), and the central point protrudes from the anchor point (55) and is not connected to the substrate (3);
It consists of two spirals (50, 60) that interpenetrate and are each connected to at least one movable earth (5) in the outer wall.
1,61), and the movable ground (51,61)
) has a finger structure (511, 611) on one or both sides and a stationary electrode (7) surrounding the anchor point (55) between said movable earths (51, 61) in a star shape
1) is connected to the substrate (3) via an insulating layer (5), a stationary electrode (71) has a finger structure (511, 611) on one or both sides, and a movable earth (51,61) finger structure (511,611)
) and a finger structure (711) of a stationary electrode (71) interdigitate.
上に配置されている、請求項13記載の加速度センサ。[Claim 14] Piezoresistance is a spiral (50, 60)
14. The acceleration sensor of claim 13, wherein the acceleration sensor is located above.
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