JPH04324371A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カンチレバーの耐衝撃
性を高めて測定可能域を最大まで広げるのに好適な加速
度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカンチレバーを有する半導体加速
度センサは、感度を向上させるために、カンチレバービ
ームを薄くしたり、ビーム先端部に重りを形成したりし
ていた。また単結晶の半導体基板では最大衝撃に対して
カンチレバービームが割れ易い為に、ビーム上部にビー
ムの過大振幅を抑えるストッパーを接着して耐衝撃性を
向上させている。単結晶シリコンで製作したカンチレバ
ーは、製作時の寸法バラツキによって破壊強度にバラツ
キが生ずる。これを図３により説明する。カンチレバー
を衝撃強度で分類すると、すべてのカンチレバーが破壊
する領域（１）と、破壊するものとしないものが共存す
るバラツキの領域（２）と、すべて破壊しない領域（３
）のいずれかに属する。これはカンチレバーの寸法のバ
ラツキやギャップやエッチングによる表面状態等で生ず
る。

【０００３】加速度センサを使用するときは、カンチレ
バーが破壊しない最大衝撃以下で使用しなければならな
い。つまり、この衝撃までをフルレンジとした加速度セ
ンサは最も感度が良いことになる。実際には、測定バラ
ツキや強度の点から安全係数を掛けて、ここまで使用で
きるという測定領域（４）を定めている。この安全係数
は各メーカの仕様によって値が取られている。このよう
な測定領域を持つ加速度センサにおいても、センサの取
扱い時に落としたりしたような測定領域を逸脱した過大
な衝撃が加わると、センサが破壊する可能性がある。こ
の過大衝撃に対する破壊防止として、ストッパーを設け
たものが提案されている。この種の加速度センサは、例
えば（ａ）特開昭６２−１９０７７４号公報、（ｂ）特
開昭６２−１９０７７５号公報、および（ｃ）特開昭６
２−１１８２６０号公報に提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記（
ａ）および（ｂ）記載のものは、チップ面に垂直方向の
過大衝撃に対する破壊防止とする別のストッパー部材を
設けたもので、このストッパー部材の取り付けが複雑で
あり、またビームとのギャップを精度良く管理するのが
困難と思われる。上記（ｃ）記載のものは、ビームの周
囲にギャップを介して壁部が設けられているが、ビーム
とギャップの関係が考慮されていない。すなわち、ギャ
ップが大き過ぎると過大な加速度が加わった場合、セン
サの許容変位を超えてしまう。またギャップを小さくし
た場合、センサの許容変位を超えることは防止できるが
、そのセンサの測定可能域を小さくしてしまうという問
題がある。本発明の目的は、製造が容易で、かつ精度も
確保し易く、しかも測定可能域を最大まで広げた加速度
センサを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明はカンチレバーを囲う周辺厚肉部を有する
加速度センサにおいて、前記カンチレバーに測定範囲を
超える振動が作用したときに、該カンチレバーの動きを
止めるストッパー作用を前記周辺厚肉部に持たせたこと
を特徴とするものである。

【０００６】

【作用】測定範囲の加速度Ｇが加わると、カンチレバー
は周辺厚肉部が構成するストッパに当たることなく加速
度に応じた振幅で振動する。このとき、カンチレバー根
本部分に発生する歪み応力の大きさに応じた変形量を電
気信号として取り出し、加速度の測定が行われる。また
過大な加速度が加わると、カンチレバーは大きい振幅で
振れようとするが、上記ストッパーにより所定の振幅を
超えた振幅が抑えられ、破壊を招くような大きなたわみ
が制限される。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 図１は本発明の一実施例である一次元加速度センサのセ
ンサチップ１の基本構成を示す。一次元加速度センサは
、半導体製造技術により作製されるセンサチップ１を備
えている。センサチップ１は、図１Ａに示すように、シ
リコンウエハ上に振動による応力歪みを検知する拡散歪
ゲージ２（以下「歪ゲージ」という）を設け、この歪ゲ
ージ２を増幅回路等の処理回路に接続するための配線３
、ボンディング用パッド４等の電極パターンを形成した
後、ウエハの両面から異方性エッチングにより貫通部５
が形成され、この貫通部５により四方が周辺厚肉部６に
囲われた振動を感知する重りとなる中央厚肉部７が設け
られている。

【０００８】中央厚肉部７は薄肉部８によって周辺厚肉
部６に連結された片持構造になっている。歪ゲージ２は
、周辺厚肉部６と薄肉部８との連結部分に応力による変
形が生ずる方向を長手方向として一対配置され、この歪
ゲージをアルミ配線によってパッド４に接続されている
。また薄肉部８は、図１Ｂに示すように、加速度の検出
方向（図示矢印）の寸法（肉厚）ａをチップ１の厚み方
向の寸法（チップ厚）ｂより小さくし、検出方向の振動
に対して変形を起こし易く、一方チップ面に垂直な方向
の振動に対して変形しにくい構造になっている。ここで
、中央厚肉部７と薄肉部８は、周辺厚肉部６との連結部
分（カンチレバー根本部分）に振動に応じた変形を起こ
させるためのカンチレバー１０を構成する。

【０００９】加速度の検出方向の周辺厚肉部６と中央厚
肉部７との間の貫通部５ａ（以下「ギャップ」という）
は、通常の加速度測定範囲での中央厚肉部７の振幅に対
して周辺厚肉部６に当接することがないギャップ幅に設
定されている。すなわち、加速度測定範囲を超える大き
な加速度が加わったときは、中央厚肉部７が周辺厚肉部
６に当たってカンチレバー１０の動きが止められ、カン
チレバーの破壊が防止される。ギャップ５ａは、カンチ
レバー１０が破壊する加速度の１／２〜１／１０の加速
度の時の振幅値に設定されている。この設定値は、シリ
コンにより作製されるカンチレバーの破壊強度より十分
小さい値である。

【００１０】上記の構成において、測定範囲内の加速度
Ｇが検出方向に加わると、カンチレバーは周辺厚肉部に
当たることなく加速度に応じた振幅で振動する。このと
き、カンチレバー根本部分には歪み応力が発生する。す
なわち、一方の歪ゲージ２には圧縮応力が作用し、同時
に他方の歪ゲージ２には引張応力が作用する。この歪み
応力による変形量を電気信号として取り出すために、歪
ゲージ２によるブリッジ回路（図示せず）が構成される
。また過大な加速度が加わると、カンチレバーは大きい
振幅で振れようとするが、周辺厚肉部が構成するストッ
パーにより所定の振幅を超えた振幅が抑えられ、破壊を
招くような大きなたわみが制限される。

【００１１】図２は本発明の他の実施例であるセンサチ
ップの基本構成を示す。本実施例は、カンチレバー１０
の動きを制限するストッパ手段として、貫通部５に突出
する突起９を設けたものである。この突起９は、図示の
実線で示すように、周辺厚肉部６側に形成するか、また
は図示の破線で示すように、中央厚肉側７に突起９ａを
形成するかのいずれでも良い。本実施例によれば、安全
係数を掛けた測定領域（４）の衝撃によってカンチレバ
ーがたわむ位置にストッパーを設けると、センサはカン
チレバー自体の破壊強度の５〜１０倍程度に耐衝撃性が
高まる。実験では２０００〜３０００Ｇで破壊するセン
サにそのカンチレバーの４００Ｇでのたわみ点にストッ
パーを設けると、１００００Ｇでも破壊しないことが確
認された。

【００１２】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、カンチ
レバーを囲う周辺厚肉部にストッパ機能を持たせので、
カンチレバーと同時にストッパも作製でき、その製造が
容易でかつ精度も確保し易く、しかもストッパとして、
ギャップ幅や突起の大きさを選定することにより、測定
可能域を最大まで広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である一次元加速度センサの
センサチップで、図１Ａはセンサチップの平面図、図１
Ｂはカンチレバー部分の斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例である一次元加速度センサ
のセンサチップの一部を示す平面図である。

【図３】カンチレバーの破壊強度と破壊確率の関係を説
明する図である。

【符号の説明】

１　　センサチップ ２　　歪ゲージ ５　　貫通部 ６　　周辺厚肉部 ７　　中央厚肉部 ８　　薄肉部 ９　　突起 １０　　カンチレバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カンチレバーを囲う周辺厚肉部を有す
   る加速度センサにおいて、前記カンチレバーに測定範囲
   を超える振動が作用したときに、該カンチレバーの動き
   を止めるストッパー作用を前記周辺厚肉部に持たせたこ
   とを特徴とする加速度センサ。