JPH049673A - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents

Semiconductor acceleration sensor

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JPH049673A
JPH049673A JP2108926A JP10892690A JPH049673A JP H049673 A JPH049673 A JP H049673A JP 2108926 A JP2108926 A JP 2108926A JP 10892690 A JP10892690 A JP 10892690A JP H049673 A JPH049673 A JP H049673A
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JP
Japan
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acceleration
piezoresistors
wheatstone bridge
bridge circuit
acceleration sensor
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JP2108926A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Nishimura
仁 西村
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

Abstract

PURPOSE:To improve the sensitivity of a sensor by using (m) piezo-resistors allocated in each area out of four areas obtained by diving each beam part of a both-side beam shape to constitute (n) groups of a Wheatstone bridge circuit. CONSTITUTION:Piezo-resistors Ra to Rh are formed in respective areas A to H obtained by dividing the surfaces of respective beam parts 3a, 3b of a both- side beam type semiconductor substrate 2 like crosses on a plane. Three kinds of Wheatstone bridge circuits shown in Table 3 are constituted of these piezo- resistors. Thereby, one-dimensional acceleration FX turns on a switch Sx and is detected by an output VX. Similarly, acceleration Fr turns on a switch Sx and is detected by an output Vx and acceleration FZ turns on a switch SZ and is detected by an output VZ.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両、航空機、建造物、家電製品などの加速
度検出に使用される半導体加速度センサに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor used for detecting acceleration of vehicles, aircraft, buildings, home appliances, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、第15図に示す両持ちはり形の二次元半導体加速
度センサが提案されている。
Conventionally, a double-sided beam-shaped two-dimensional semiconductor acceleration sensor shown in FIG. 15 has been proposed.

即ち、シリコンウェハのような半導体基板1に、異方性
エツチング加工によって、中央部に重り部2、重り部2
の一方の対向側面に弾性変形可能なはり部3a、3b、
重り部2の他方の対向側面に長方形の切欠空間部4 a
 、 4 b sはり部3a、3bおよび切欠空間部4
a、4bの各外側に枠部5がそれぞれ形成され、はり部
3a、3bにより両持ちはり形に構成したものである。
That is, a semiconductor substrate 1 such as a silicon wafer is subjected to an anisotropic etching process to form a weight portion 2 and a weight portion 2 at the center thereof.
Elastically deformable beam portions 3a, 3b on one opposing side surface of the
A rectangular cutout space 4a is provided on the other opposing side of the weight portion 2.
, 4 b s beam parts 3a, 3b and notch space part 4
Frame portions 5 are formed on the outer sides of each of a and 4b, and the beam portions 3a and 3b form a beam-like structure.

そして、第16図(第15図のI−I線断面図)および
第17図(第15図の一部切欠斜視図)に示すように、
重り部2と枠部5は同一の肉厚に形成され、はり部3.
a、3bは肉薄に形成されている。
As shown in FIG. 16 (cross-sectional view taken along line II in FIG. 15) and FIG. 17 (partially cutaway perspective view in FIG. 15),
The weight portion 2 and the frame portion 5 are formed to have the same thickness, and the beam portion 3.
a and 3b are formed thinly.

而して、かかる両持ちはり形の半導体基板1にX軸、Y
軸、Z軸方向の加速度F  、F  、FYZ が加わった場合には、はり部3a、3bに発生する応力
分布は第18図(A)〜(C)に示すようになる。
Thus, the X-axis, Y-axis are
When accelerations F 1 , F 2 , FYZ in the axial and Z-axis directions are applied, the stress distribution generated in the beam portions 3a and 3b becomes as shown in FIGS. 18(A) to 18(C).

即ち、引張り応力を(+)、圧縮応力を(−)で表示す
ると、 (a) X軸方向の加速度FXが加わった場合には、第
18図(A)に示すように、はり部3aの枠部5側には
引張り応力(+)が、重り部2側には圧縮応力(−)が
それぞれ働き、またはり部3bの重り部2側には引張り
応力(+)が、枠部5側には圧縮応力(−)がそれぞれ
働く。
That is, if tensile stress is expressed as (+) and compressive stress is expressed as (-), (a) When acceleration FX in the X-axis direction is applied, as shown in Fig. 18 (A), the beam part 3a A tensile stress (+) acts on the frame part 5 side, a compressive stress (-) acts on the weight part 2 side, and a tensile stress (+) acts on the weight part 2 side of the beam part 3b, and a tensile stress (+) acts on the frame part 5 side. Compressive stress (-) acts on each.

(b) y軸方向の加速度FYが加わった場合には、第
18図(B)に示すように、はり部3a、3bにおける
それぞれの重り部2側と枠部5側とで応力を打消す方向
の引張り応力(+)と圧縮応力(−)とが働く。
(b) When the acceleration FY in the y-axis direction is applied, the stress is canceled out on the weight part 2 side and the frame part 5 side in each of the beam parts 3a and 3b, as shown in FIG. 18(B). Tensile stress (+) and compressive stress (-) in the direction act.

(c) Z軸方向の加速度Fzが加わった場合には、第
18図(C)に示すように、はり部3aと3bの各重り
部2側には引張り応力(+)か、枠部5側には圧縮応力
(−)がそれぞれ働く。
(c) When acceleration Fz in the Z-axis direction is applied, as shown in FIG. Compressive stress (-) acts on each side.

よって、加速度F、FY、FZが加わった場合、はり部
3aの表面に不純物拡散又はインオ注入等により形成さ
れているピエゾ抵抗RRXl’  Zl’ RRおよびはり部3bの表面に不純物拡散z2’  x
2 又はイオン注入等により形成されているピエゾ抵抗RR
RRの抵抗変化は下記の表 x3° z3° z4’  x4 1に示すようになる。
Therefore, when accelerations F, FY, and FZ are applied, piezoresistors RRXl'Zl' RR formed by impurity diffusion or ion implantation on the surface of the beam part 3a and impurity diffusion Z2' x on the surface of the beam part 3b.
2 or piezoresistor RR formed by ion implantation etc.
The resistance change of RR is shown in the table x3° z3° z4' x4 1 below.

表  1 よって、第19図に示すように、ピエゾ抵抗RとRとを
一方の対辺とし、ピエゾ抵抗Rx2xi     x8 とRx4とを他方の対辺としたホイートストンブリッジ
回路を構成することにより、X軸方向の加速度Fxが検
出される。
Table 1 Therefore, as shown in FIG. 19, by configuring a Wheatstone bridge circuit with piezoresistors R and R on one opposite side and piezoresistors Rx2xi x8 and Rx4 on the other side, the Acceleration Fx is detected.

また、第20図に示すように、ピエゾ抵抗R2□とRと
を一方の対辺とし、ピエゾ抵抗R2□とR2,3とを他
方の対辺としたホイートストンブリッジ回路を構成する
ことにより、Z軸方向の加速度Fzが検出される。
In addition, as shown in FIG. 20, by configuring a Wheatstone bridge circuit with piezoresistors R2□ and R on one opposite side and piezoresistors R2□ and R2, 3 on the other side, it is possible to acceleration Fz is detected.

よって、スイッチS 、S のオンによる出力x   
    z V 、■ によってX軸方向とZ軸方向の二次元X  
     Z の加速度を検出することができるものである。
Therefore, the output x when switches S and S are turned on
Two-dimensional X in the X-axis direction and Z-axis direction by z V ,■
It is possible to detect the acceleration of Z.

C発明が解決しようとする課題〕 前記の第18図にみられるように、はり部3g。Problems to be solved by invention C] As seen in FIG. 18 above, the beam portion 3g.

’3bに発生する応力は、はり部3a、3bの重り部2
の近くと枠部5の近く(はり部3g、3bの両側端辺近
く)において最大になることから、ピエゾ抵抗RR−R
R−RR・ xL’    zl’   z2″   x2°  x
3°   z3’RRのそれぞれは同一の位置に配置す
る場z4’  x4 合に最高の感度が得られるものである。
The stress generated in '3b is the weight part 2 of beam parts 3a and 3b.
The piezoresistance RR-R is maximum near the frame portion 5 (near both ends of the beam portions 3g and 3b).
R-RR・xL'zl' z2″ x2° x
The highest sensitivity can be obtained when each of the 3° z3'RR is placed at the same position z4' x4 .

しかし、そのような配置は物理的に不可能であるので、
第15図、第16図に示すように、ピエゾ抵抗Rx1〜
Rx4をはり部3a、3bの両側端辺近くに配置し、こ
れと接近して並列にピエゾ抵抗Rzl〜Rz4をはり部
3a、3bの内方に配置しているものである(ピエゾ抵
抗RとRの配置はx      z 逆でもよい)。
However, since such an arrangement is physically impossible,
As shown in FIGS. 15 and 16, piezoresistors Rx1 to
Rx4 is placed near both ends of the beams 3a and 3b, and piezoresistors Rzl to Rz4 are placed close to and in parallel inside the beams 3a and 3b (piezoresistors R and The arrangement of R may be x z reversed).

よって、X軸、Z軸方向の加速度F  、F  のz 何れかが他に対して検出感度が劣るという問題があった
Therefore, there is a problem in that the detection sensitivity of one of the accelerations F 1 and F 2 in the X-axis and Z-axis directions is inferior to the others.

本発明はかかる問題点に鑑み、検出感度の高い半導体加
速度センサを得ることを目的とするものであり、はり部
3a、3bの表面をそれぞれ平面的に4等分することに
着目し、下記の知見に基づいてなされたものである。
In view of such problems, the present invention aims to obtain a semiconductor acceleration sensor with high detection sensitivity, and focuses on dividing the surfaces of the beam parts 3a and 3b into four equal parts in a plane, and the following This was done based on knowledge.

即ち、第15図に示した両持ちはり形の半導体基板1に
加速度F  、FY 、Fzを加えた場合のはり部3a
、3bの応力変化を、第14図に示すようにはり部3a
、3bの表面をそれぞれ平面的に十字状に4等分した8
つの領域A−Hについて考察すると、その応力は第18
図(A)〜(C)の応力分布より下記の表2に示すよう
になる。
That is, the beam portion 3a when accelerations F, FY, and Fz are applied to the double-sided beam-shaped semiconductor substrate 1 shown in FIG.
, 3b, as shown in FIG.
, 3b is divided into four equal cross-shaped surfaces 8
Considering two regions A-H, the stress is the 18th
The stress distributions in Figures (A) to (C) are as shown in Table 2 below.

表    2 この表2から、各領域内に形成するピエゾ抵抗によって
ホイートストンブリッジ回路を組み、各領域の応力変化
に伴う抵抗値変化によって出力を取り出しうるブリッジ
4辺に対する各領域の組合せについてみると鴬 (a)加速度Fxの場合 領域(A・十B)と(E+F)とを一方の対辺とし、領
域(C+D)と(G+H)とを他方の対辺とするホイー
トストンブリッジ回路が最適。
Table 2 From Table 2, we can see that a Wheatstone bridge circuit is constructed using piezoresistors formed in each region, and the combinations of each region for the four sides of the bridge can be extracted by changing the resistance value due to changes in stress in each region. a) In the case of acceleration Fx, a Wheatstone bridge circuit is optimal, with areas (A/10B) and (E+F) as one opposite side, and areas (C+D) and (G+H) as the other opposite side.

(b)加速度F、の場合 領域(A + D)と(F+G)とを一方の対辺とし、
領域(B + C)と(E+H)とを他方の対辺とする
ホイートストンブリッジ回路が最適。
(b) For acceleration F, let the areas (A + D) and (F + G) be one opposite side,
A Wheatstone bridge circuit with regions (B + C) and (E + H) as the other opposite sides is optimal.

(c)加速度F2の場合 領域(A十B)と(G 十H)とを一方の対辺とし、領
域(C+D)と(E + F)とを他方の対辺とするホ
イートストンブリッジ回路が最適。
(c) For acceleration F2, a Wheatstone bridge circuit is optimal, with areas (A + B) and (G + H) as one opposite side, and areas (C + D) and (E + F) as the other opposite side.

であることが認知できる。It can be recognized that

そして、領域A−H内に配置するピエゾ抵抗は、領域A
、B、G、H内において枠部5側近くに、領域C,D、
E、F内においては重り部2側近くにそれぞれ形成する
ことが可能となり、抵抗値変化を大きくなしうることが
認知できる。
Then, the piezoresistor placed in the area A-H is
, B, G, H near the frame 5 side, areas C, D,
In E and F, it is possible to form them near the weight part 2 side, and it can be recognized that the resistance value can be changed largely.

さらに、−次元の加速度検出には各領域内に1個(合計
8個)のピエゾ抵抗を、二次元の加速度検出には各領域
内に2個(合計16個)のピエゾ抵抗を上下並列に、そ
して三次元の加速度検出には各領域内に3個(合計24
個)のピエゾ抵抗を上下並列に、それぞれ形成すること
が認知できる。
Furthermore, for -dimensional acceleration detection, one piezoresistor is installed in each area (total of 8 pieces), and for two-dimensional acceleration detection, two piezoresistors are placed in each area (total of 16 pieces) in parallel above and below. , and for three-dimensional acceleration detection, three in each area (total 24
It can be recognized that piezoresistors (pieces) are formed in parallel above and below.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、上記の目的を達成するために、上記の知見に
基づき、両持ちはり形の半導体加速度センサにおいて、
各はり部の表面を平面的に十字状に4等分した各領域内
にm個(m +検出加速度の次元数に相当する数)のピ
エゾ抵抗を形成し、該ピエゾ抵抗によってn組(n二上
記mの変化時における検出可能な加速度の次元数に相当
する数)のホイートストンブリッジ回路を構成したこと
にある。 また、ピエゾ抵抗は、各領域内におけるはり
部の両側端辺近くにそれぞれ形成したことにある。 そ
して、ホイートストンブリッジ回路の各辺は、各はり部
に形成された加速度検出用の各次元における同一次元の
ピエゾ抵抗を2個直列に接続したことにある。
In order to achieve the above object, the present invention is based on the above findings, and provides a double-sided beam-shaped semiconductor acceleration sensor.
m piezoresistors (m + number corresponding to the number of dimensions of the detected acceleration) are formed in each area obtained by dividing the surface of each beam into four equal parts in a cross shape, and the piezoresistors form n sets (n 2) A Wheatstone bridge circuit is constructed, the number of which corresponds to the number of dimensions of acceleration that can be detected when m changes. Furthermore, the piezoresistors are formed near both ends of the beam in each region. Each side of the Wheatstone bridge circuit consists of two piezoresistors of the same dimension in each dimension for acceleration detection formed on each beam part connected in series.

〔作用〕[Effect]

両持ちはり形の各はり部を4等分した各領域内にm個あ
て形成されているピエゾ抵抗によってn組のホイートス
トンブリッジ回路を構成することにより、−次元、二次
元、三次元の加速度を検出し、また二次元の場合は一次
元の加速度をも、そして三次元の場合は一次元、二次元
の加速度をも、必要によりホイートストンブリッジ回路
のスイッチ操作により検出することができる。
By configuring n sets of Wheatstone bridge circuits using m piezoresistors formed in each area obtained by dividing each beam part of the double-sided beam shape into four, it is possible to calculate -dimensional, two-dimensional, and three-dimensional accelerations. Furthermore, in the case of two dimensions, one-dimensional acceleration can also be detected, and in the case of three dimensions, one-dimensional and two-dimensional acceleration can also be detected by operating a switch of the Wheatstone bridge circuit, if necessary.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施例1−一次元加速度センサ) 第1図に示すように、両持ちはり形の半導体基板1の各
はり部3a、3bの表面を平面的に十字状に4等分した
領域A−H内にピエゾ抵抗R〜Rhを形成する(合計8
個、ピエゾ抵抗Ra。
(Example 1 - One-dimensional acceleration sensor) As shown in FIG. 1, the surface of each beam part 3a, 3b of the double-sided beam-shaped semiconductor substrate 1 is divided into four equal cross-shaped areas A-H in plan view. Piezoresistors R to Rh are formed inside (total 8
pieces, piezoresistance Ra.

R,R,Rhをはり部3a、3bの枠部5側g 近くに、ピエゾ抵抗R、R、R、Rfをはc     
 d      e り部3a、3bの重り部2側近くにそれぞれ形成)。
Place the piezo resistors R, R, R, and Rf near the frame portion 5 side g of the beam portions 3a and 3b.
(formed near the weight portion 2 side of the weight portions 3a and 3b, respectively).

而して、前記表2に基づく加速度F  、F  。Therefore, the accelerations F and F are based on Table 2 above.

Y Fz検出用のホイートストンブリッジ回路の構成指針よ
り下記の表3に示す3通りのホイートストンブリッジ回
路を構成する。
Based on the configuration guidelines for Wheatstone bridge circuits for YFz detection, three types of Wheatstone bridge circuits shown in Table 3 below are configured.

表 よって、−次元方向の加速度FxはスイッチS をオン
し、出力■ により検出される。
Accordingly, the acceleration Fx in the -dimensional direction turns on the switch S and is detected by the output (2).

X                      X同
じく加速度FYはスイッチS、をオンし、出力V によ
り、また加速度FzはスイッチS2をオンし、出力V 
により検出される。
X
Detected by

而して、上記加速度Fx検出のピエゾ抵抗を2個直列に
接続した各辺のホイートストンブリッジ回路(第2図)
において、他軸方向の加速度FYが加わった場合には、
(R十Rb)辺、(R0+R)辺、(R+R,)辺およ
び(Rg+d            e Rh)辺の抵抗値変化は前記表2よりトータルで0とな
り、また加速度Fzが加わった場合には、(R+R)x
(R,+Rf)−(Ro+Rd)a     b   
      e x(R+Rh)の関係から出力が出ないので、X軸方向
以外の他軸方向の加速度には感度を有しないものである
Therefore, a Wheatstone bridge circuit (Fig. 2) on each side is constructed by connecting two piezoresistors in series for detecting the acceleration Fx.
, when acceleration FY in the other axis direction is added,
From Table 2 above, the resistance value changes on the (R + Rb) side, (R0 + R) side, (R + R, ) side and (Rg + de Rh) side are 0 in total, and when acceleration Fz is added, (R + R ) x
(R,+Rf)-(Ro+Rd)a b
Since no output is produced due to the relationship e x (R+Rh), there is no sensitivity to acceleration in directions other than the X-axis direction.

そして、同様にして第3図、第4図に示すホイートスト
ンブリッジ回路においては、Y軸方向のみ、Z軸方向の
みに感度を有するものである。
Similarly, the Wheatstone bridge circuits shown in FIGS. 3 and 4 have sensitivity only in the Y-axis direction and only in the Z-axis direction.

(実施例2−二次元加速度センサ) 第5図に示すように、領域A−H内にピエゾ抵抗R、R
’  ;R’ 、 R;Ro、 R’  ;R’a  
  a    b    b         c  
  dR、R、R’  、R’、R、R、R’  。
(Example 2 - Two-dimensional acceleration sensor) As shown in FIG.
';R', R;Ro, R';R'a
a b b c
dR, R, R', R', R, R, R'.

de     e     f     f     
g     gR’ 、 Rをそれぞれ上下並列に形成
する(合計h 16個)。
de e f f
g gR' and R are formed vertically in parallel (total h 16 pieces).

而して、前記表2に基づく加速度F  、F  。Therefore, the accelerations F and F are based on Table 2 above.

Y Fz検出用のホイートストンブリッジ回路の構成指針よ
り下記の表4に示す4通りのホイートストンブリッジ回
路を構成する。
Based on the configuration guidelines for Wheatstone bridge circuits for YFz detection, four types of Wheatstone bridge circuits shown in Table 4 below are configured.

よって、二次元方向の加速度F  −F、はスイッチS
 、S をオンし、出力V、V、1により!     
yl               X検出される。
Therefore, the two-dimensional acceleration F - F is the acceleration of the switch S
, S is turned on, and the output V, V, 1!
yl X detected.

同じく二次元方向の加速度Fx−F7はスイ・ソチS 
、S をオンし、出力v 、■ により検X     
 Z                  X    
  Z出され、加速度F  −FZはスイッチs、、s
2をオンし、出力v  v により検出される。
Similarly, acceleration Fx-F7 in two-dimensional direction is Sui-Sochi S
, S is turned on, and the output v , ■ is used to check
Z
Z is output and acceleration F −FZ is set by switch s,,s
2 is turned on and detected by the output v v .

y2″ 2 なお、各領域内に形成されるピエゾ抵抗の配置は、第5
図に示すように、半導体基板1の中心線1−1に対して
対称にしである(例えば、R3とRは一方の次元、R′
とR′は他方の次元の検b        a  b 出用に対応する抵抗のように)が、R3とRbの上下関
係は逆でもよい。
y2″ 2 The arrangement of the piezoresistors formed in each region is the fifth
As shown in the figure, it is symmetrical with respect to the center line 1-1 of the semiconductor substrate 1 (for example, R3 and R are in one dimension, R'
and R' are resistances corresponding to the detection b a b of the other dimension), but the vertical relationship of R3 and Rb may be reversed.

本実施例の二次元の加速度センサは、スイッチSX ’
  Syl’  ”zの単独オン操作により一次元の加
速度センサとしても使用可能である。
The two-dimensional acceleration sensor of this embodiment has a switch SX'
It can also be used as a one-dimensional acceleration sensor by turning on Syl'''z alone.

表   4 (実施例3−三次元加速度センサ) 第10図に示すように、領域A−H内にピエゾ抵抗R,
R,R,RRR−R。
Table 4 (Example 3 - Three-dimensional acceleration sensor) As shown in Fig. 10, piezoresistors R,
R, R, RRR-R.

xa   ya   za   zb’  yb’  
xb’  xcR,R,RRR・R、R。
xa ya za zb'yb'
xb' xcR,R,RRR・R,R.

yc   zc   zd″ yd’  xd’  x
e   yeRze’ Rzf、yf” xi、’ R
Xg’  p、、、、  ”’Zg’l? RR,Rをそれぞれ」下並列に形成するzh’  yh
’  xh (合計24個)。
yc zc zd″ yd'xd' x
e yeRze'Rzf,yf''xi,' R
Xg' p,,,, ``'Zg'l? RR and R, respectively'' are formed in parallel belowzh' yh
'xh (24 total).

而して、前記表2に基づく加速度F、F、。Thus, the accelerations F, F, based on Table 2 above.

FZ検出用のポー(−)ストンブリッジ回路の構成指針
より1・“記の表5に示1′3通りのポイー トストン
ブリッジ回路を構成する。
Based on the configuration guidelines for a port (-) stone bridge circuit for FZ detection, configure a point stone bridge circuit as shown in Table 5 in 1.3.

表   5 よって、三次元方向の加速度Fx〜F Y  F zは
スイッチs、sy、s  をオンL2、出力V 。
Table 5 Therefore, the acceleration in the three-dimensional direction Fx to F Y F z is obtained by turning on switches s, sy, and s, and outputting V.

X               Z        
               XV  、V  によ
り検出される。
X Z
XV and V are detected.

z なお、各領域内に形成されるピエゾ抵抗の配置は、R,
R,R;R,R,R(半導 x       y       z       z
       y       X体基板1の中心線1
−1に対して対称)に限らず、R、R,、R,、R、R
、RやR。
z The arrangement of the piezoresistors formed in each region is R,
R, R; R, R, R (semiconductor x y z z
y Center line 1 of X body board 1
-1 symmetry), but not limited to R, R,, R,, R, R
, R and R.

3’      Z      X      X  
    Z      3’      ZR,R,i
;ζ 、R、Rなど計6通りの組X       yy
X       Z合せがある。
3'Z
Z 3'ZR,R,i
;ζ, R, R, etc. total 6 types of sets X yy
There is an XZ combination.

本実施例の−1次元加速度センザは、スイッチS  、
S  、S、  の単独オン操作により一次元のX  
     yZ 加速度センサ1.−1またスイッチS、S;S。
The −1-dimensional acceleration sensor of this embodiment has a switch S,
One-dimensional X by turning on S, S,
yZ acceleration sensor 1. -1 Also switch S, S;S.

X       y      y S、S、S  のオン操作により二次元の加速Z   
     Z        X度センサにも使用可能
である。
Two-dimensional acceleration Z by turning on X y y S, S, S
It can also be used as a ZX degree sensor.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は次の効架を有する。 The present invention has the following effect racks.

(a)加速度検出用に対応するピエゾ抵抗を両持ちはり
形の各はり部における応力最大の両側端辺近くに形成j
ることができるので、感度が著るしく向上する。
(a) Piezoresistors for acceleration detection are formed near both ends of the maximum stress in each beam of the double-sided beam.
As a result, sensitivity is significantly improved.

(b)ホイートストンブリッジ回路の各辺がピエゾ抵抗
を2個直列に接続されているので、他軸方向の加速度が
加わったときには2個の抵抗値変化かトータルでOにな
り、また他軸方向に関1、では対辺同志の抵抗値の積が
等しいことから、他軸方向の加速度には感度を有せず、
精度の高い加速度センサを提供することができる。
(b) Each side of the Wheatstone bridge circuit has two piezoresistors connected in series, so when acceleration in the other axis direction is applied, the two resistance values change or the total becomes O, and the resistance value changes in the other axis direction. In equation 1, since the products of the resistance values of the opposite sides are equal, it has no sensitivity to acceleration in other axis directions,
A highly accurate acceleration sensor can be provided.

(e)各はり部を4等分した各領域内に形成するピエゾ
抵抗の数によって、−次元、二次元、−ニー次元等の加
速度センサを構成することができると共に、二次元の加
速度センサては一次元の加速度センサとしても、また三
次元の加速度センサでは一次元、二次元の各加速度セン
サとL2ても使用することができ、有用性に優れている
(e) Depending on the number of piezoresistors formed in each area obtained by dividing each beam into four, it is possible to configure -dimensional, two-dimensional, -knee-dimensional, etc. acceleration sensors, and also to configure two-dimensional acceleration sensors. can be used as a one-dimensional acceleration sensor, or as a three-dimensional acceleration sensor, it can be used as a one-dimensional acceleration sensor, a two-dimensional acceleration sensor, and L2, and is highly useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明における実施例1の平面図、第2図は実
施例]−のX軸方向加速度検出のホイーストンブリッジ
回路図、 第3図は同じくY軸方向加速度検出のホイートストンブ
リッジ回路図、 第4図は同じくZ軸方向加速度検出のホイートストンブ
リッジ回路図、 第5図は実施例2の平面図、 第6図は実施例2のX軸方向加速度検出のホイートスト
ンブリッジ回路図、 第7図は同じくY軸方向加速度検出のホイー)−ストン
ブリッジ回路図、 第8図は同じくZ軸方向加速度検出のホイルトストンブ
リッジ回路図、 第9図は同しくY軸方向加速度検出のホイートストンブ
リッジ回路図、 第10図は実施例3の平面図、 第11図は実施例3のX軸方向加速度検出のホイートス
トンブリッジ回路図、 第12図は同U; < Y軸方向加速度検出のホイート
ストンブリッジ回路図、 第13図は同じくZ軸方向加速度検出のホイートストン
ブリッジ回路図、 第14図は各はり部の表面を4等分し5.8つの領域A
−・Hを形成する説明図、 第15図は従来の両持ちはり形の二次元加速度センサの
平面図、 第16図は第15図の1−1線断面図、第17図は第1
5図の一部切欠斜視図、第18図(A)〜(C)ははり
部に発生する応力の説明図、 第19図はX軸方向加速度検出のホイートストンブリッ
ジ回路図、 第20図はZ軸方向加速度検出のホイートストンブリッ
ジ回路である。 1・・・半導体基板、2・・・重り部、3a、3b・・
・はり部、4a、4b・・・切欠空間部、5・・・枠部
、Ra〜R,R’  〜R’、R−R、R−R。 h     a     h     xa    x
h    ya    yhRza〜Rzh・・・ピエ
ゾ抵抗。 出願人代理人  藤  本  博  光第14図
Fig. 1 is a plan view of Embodiment 1 of the present invention, Fig. 2 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the X-axis direction, and Fig. 3 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the Y-axis direction. , Fig. 4 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the Z-axis direction, Fig. 5 is a plan view of the second embodiment, Fig. 6 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the X-axis direction of the second embodiment, Fig. 7 Figure 8 is a Wheatstone bridge circuit diagram that also detects acceleration in the Y-axis direction. Figure 9 is a Wheatstone bridge circuit diagram that also detects acceleration in the Y-axis direction. , FIG. 10 is a plan view of Embodiment 3, FIG. 11 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the X-axis direction of Embodiment 3, and FIG. 12 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the Y-axis direction. Figure 13 is a Wheatstone bridge circuit diagram for Z-axis acceleration detection, and Figure 14 shows the 5.8 areas A by dividing the surface of each beam into four equal parts.
15 is a plan view of a conventional double-sided beam-shaped two-dimensional acceleration sensor, FIG. 16 is a sectional view taken along the line 1-1 in FIG. 15, and FIG. 17 is a
Figure 5 is a partially cutaway perspective view, Figures 18 (A) to (C) are explanatory diagrams of stress generated in the beam, Figure 19 is a Wheatstone bridge circuit diagram for detecting acceleration in the X-axis direction, Figure 20 is a Z-axis diagram. This is a Wheatstone bridge circuit for detecting axial acceleration. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor substrate, 2... Weight part, 3a, 3b...
- Beam parts, 4a, 4b... Notch space parts, 5... Frame parts, Ra~R, R'~R', R-R, R-R. h a h xa x
h ya yhRza~Rzh...Piezo resistance. Applicant's agent Hiroshi Fujimoto Figure 14

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.両持ちはり形の半導体加速度センサにおいて、各は
り部の表面を平面的に十字状に4等分した各領域内にm
個(m:検出加速度の次元数に相当する数)のピエゾ抵
抗を形成し、該ピエゾ抵抗によってn組(n:上記mの
変化時における検出可能な加速度の次元数に相当する数
)のホイートストンブリッジ回路を構成したことを特徴
とする半導体加速度センサ。
1. In a double-sided beam-shaped semiconductor acceleration sensor, the surface of each beam is divided into four equal cross-shaped areas, and the
(m: the number corresponding to the number of dimensions of the detected acceleration) piezoresistors are formed, and the piezoresistors form n sets (n: the number corresponding to the number of dimensions of the detectable acceleration when m changes) of Wheatstones. A semiconductor acceleration sensor characterized by comprising a bridge circuit.
2.ピエゾ抵抗は、各領域内におけるはり部の両側端辺
近くにそれぞれ形成されている請求項1記載の半導体加
速度センサ。
2. 2. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein the piezoresistors are formed near both side edges of the beam in each region.
3.ホイートストンブリッジ回路の各辺は、各はり部に
形成された加速度検出用の各次元における同一次元のピ
エゾ抵抗を2個直列に接続している請求項1又は2記載
の半導体加速度センサ。
3. 3. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein each side of the Wheatstone bridge circuit is connected in series with two piezoresistors of the same dimension in each dimension for acceleration detection formed on each beam.
JP2108926A 1990-04-26 1990-04-26 Semiconductor acceleration sensor Pending JPH049673A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH059676U (en) * 1991-07-19 1993-02-09 エヌオーケー株式会社 Coating device
JPH05215769A (en) * 1992-02-06 1993-08-24 Nec Corp Semiconductor acceleration sensor
JP2012058006A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Hirose Electric Co Ltd Inclination sensor device

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