JPH059746B2 - - Google Patents

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JPH059746B2
JPH059746B2 JP21771887A JP21771887A JPH059746B2 JP H059746 B2 JPH059746 B2 JP H059746B2 JP 21771887 A JP21771887 A JP 21771887A JP 21771887 A JP21771887 A JP 21771887A JP H059746 B2 JPH059746 B2 JP H059746B2
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JP
Japan
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free end
cantilever
distance
semiconductor
value
Prior art date
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JP21771887A
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Japanese (ja)
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JPS6459075A (en
Inventor
Hirohito Shiotani
Masato Imai
Toshitaka Yamada
Chiaki Mizuno
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Priority to EP19910112458 priority patent/EP0456285A3/en
Priority to EP87113466A priority patent/EP0261555B1/en
Priority to EP19910112438 priority patent/EP0454190A3/en
Priority to US07/098,050 priority patent/US4829822A/en
Publication of JPS6459075A publication Critical patent/JPS6459075A/en
Publication of JPH059746B2 publication Critical patent/JPH059746B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、弾性変化時に発生する半導体歪ゲー
ジの抵抗値変化を電気信号として出力する半導体
式加速度センサに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor that outputs a change in resistance value of a semiconductor strain gauge that occurs during elastic change as an electrical signal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、振動や加速度等を検知するのに一般的に
用いられている構造としては、半導体基板に半導
体歪ゲージの形成される薄肉状のダイヤフラム部
を形成し、厚肉状の半導体基板の一部分を支持部
として台座に固定し、厚肉状の半導体基板の他部
分を自由端として被測定力に応じて変位させる構
成とし、半導体歪ゲージの抵抗値変化により被測
定力を検知する、いわゆるカンチレバー型の半導
体式加速度センサが知られている。
Conventionally, the structure commonly used to detect vibrations, acceleration, etc. is to form a thin diaphragm part on a semiconductor substrate, on which a semiconductor strain gauge is formed, and a part of a thick semiconductor substrate to form a thin diaphragm part on a semiconductor substrate. This is a so-called cantilever type, which is fixed to a pedestal as a supporting part, and the other part of the thick semiconductor substrate is used as a free end to be displaced according to the force to be measured, and the force to be measured is detected by the change in the resistance value of the semiconductor strain gauge. A semiconductor type acceleration sensor is known.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このようなカンチレバー型の半導体式加速度セ
ンサにおいては、そのカンチレバーの形状で特性
がほぼ決定されており、カンチレバー自身の共振
周波数域(通常、350〜1500Hz程度)ではその他
の周波数域における出力の数十倍の出力が出てし
まう。そこで、例えば自動車の加速度等を検出し
ようとする場合には、低周波数域(通常、10Hz程
度以下)しか必要としないので、共振周波数域を
含む比較的高い周波数域をカツトする為に、シリ
コンオイル等のダンピング液中にカンチレバー配
置する事で粘性抵抗力による減衰作用を利用して
ダンピング液を機械的なハイカツトフイルタとし
て用いている。
The characteristics of such a cantilever-type semiconductor acceleration sensor are almost determined by the shape of the cantilever, and the resonant frequency range of the cantilever itself (usually around 350 to 1500 Hz) is several tens of times lower than the output in other frequency ranges. It will produce twice the output. Therefore, when trying to detect the acceleration of a car, for example, only a low frequency range (usually around 10Hz or less) is required, so silicone oil is used to cut out relatively high frequency ranges, including the resonance frequency range. By placing a cantilever in a damping liquid, the damping liquid is used as a mechanical high-cut filter by utilizing the damping effect caused by viscous resistance.

又、そのような半導体式加速度センサは金属線
歪計と比較すると、歪感度出力が大きいという長
所がある反面、破壊強度が低く、衝撃に弱いとい
う欠点がある。そこでそのような欠点を補う為
に、自由端の変位を機械的に制限すべく台座に所
定の深さの凹部を設けた構成の半導体式加速度セ
ンサが、本発明者達が先に出願した特願昭61−
225437号公報等において提案されている。
Furthermore, compared to metal wire strain gauges, such semiconductor acceleration sensors have the advantage of having a large strain sensitivity output, but have the disadvantage of having low breaking strength and being susceptible to impact. In order to compensate for such drawbacks, a semiconductor acceleration sensor having a configuration in which a recess of a predetermined depth is provided in the pedestal to mechanically limit the displacement of the free end is proposed as a patent application previously filed by the present inventors. Gansho 61-
It has been proposed in Publication No. 225437, etc.

しかしながら、耐衝撃性を向上させる為には上
記凹部の深さ、延いては自由端と凹部の底部との
距離を短く設定すればよいが、そのようにする
と、第5図の周波数fと出力の大きさとの関係図
に示すように、ウエイト部の変位を制限する手段
がない構成、すなわちフリーエリアにおけるカツ
トオフ周波数fcfに対して、そのカツトオフ周波数
f0が低下し、周波数応答性が劣化してしまう。つ
まり、出力が大きく応答性の良い状態にて使用可
能な有効使用周波数範囲Rが小さくなつてしまう
ので、例えば、被測定力の周波数範囲がこの有効
使用周波数範囲Rの外に設定された場合にはセン
サの出力が不安定になるという問題が生じる。
尚、上記の説明においてカツトオフ周波数とは出
力の大きさが3dB低下した時の周波数で定義され
る。又、第5図において、横軸は対数目盛となつ
ている。
However, in order to improve the impact resistance, the depth of the recess and the distance between the free end and the bottom of the recess should be set short, but if this is done, the frequency f and output as shown in Figure 5. As shown in the diagram showing the relationship between the cutoff frequency and the size of
f 0 decreases and frequency response deteriorates. In other words, the effective usable frequency range R that can be used in a state where the output is large and the responsiveness is good becomes small. The problem arises that the output of the sensor becomes unstable.
Incidentally, in the above explanation, the cutoff frequency is defined as the frequency at which the magnitude of the output decreases by 3 dB. Further, in FIG. 5, the horizontal axis is on a logarithmic scale.

ここで、上記のような問題が生じるのは、従
来、自由端とそのウエイト部の変位を制限する手
段(上記の例の場合、台座の凹部の底部に相当)
との距離と、カツトオフ周波数との関係が明らか
にされていない事に基づくものであり、本発明者
達はその点に着目し、考察を重ねた結果、その関
係を明らかにする事ができたので、それにより被
測定力の周波数範囲等のユーザーからの要求に応
じて自由端とその変位を機械的に制限する手段と
の距離を最適に制御し、センサの周波数応答性の
改善をはかる事を可能とした半導体式加速度セン
サを提供することを目的としている。
Here, the above problem arises because conventional means for limiting the displacement of the free end and its weight part (in the case of the above example, corresponds to the bottom of the recess of the pedestal)
This is based on the fact that the relationship between the distance from Therefore, it is possible to optimally control the distance between the free end and the means for mechanically limiting its displacement according to the user's requests such as the frequency range of the force to be measured, and improve the frequency response of the sensor. The purpose of this research is to provide a semiconductor-type acceleration sensor that enables the following.

〔問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成する為に、本発明の半導体式
加速度センサは、半導体歪ゲージを有する薄肉状
のダイヤフラム部、及び厚肉状の自由端を形成し
たカンチレバーと、 該カンチレバーの一部分を固定する台座と、 前記自由端との間に所定の距離を設定し、その
距離でもつて前記自由端の変位を許容する保護壁
と、 ダンピング液と、 をパツケージ内に備えた半導体式加速度センサで
あつて、 前記自由端と前記保護壁との間の距離をh、
1G当りの前記自由端の変位距離をdχ、前記保護
壁がない構成におけるカツトオフ周波数fcf、前記
半導体式加速度センサの所望とするカツトオフ周
波数をfc以上とする場合、hの値を、式 fc=fcf・1/1+Kdχ/h (但し、Kは比例定数) で設定される値以上とする事を特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the semiconductor acceleration sensor of the present invention includes a thin-walled diaphragm portion having a semiconductor strain gauge, and a cantilever having a thick-walled free end. a pedestal for fixing a portion of the cantilever; a protective wall that sets a predetermined distance between the free end and allows the free end to be displaced within that distance; and a damping liquid in the package. A semiconductor acceleration sensor comprising: a distance between the free end and the protective wall, h;
When the displacement distance of the free end per 1 G is dχ, the cutoff frequency f cf in the configuration without the protective wall, and the desired cutoff frequency of the semiconductor acceleration sensor is f c or more, the value of h is expressed by the formula f It is characterized by being greater than the value set by c = f cf 1/1 + Kdχ/h (where K is a proportionality constant).

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明
する。
Hereinafter, the present invention will be explained using embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明の一実施例の全体の斜視図であ
り、パツケージの気密封止前を表している。図に
おいて、100はコバール等の金属より成るステ
ムであり、その外周である溶接部101をのぞい
て、後述する台座700、ストツパー200等を
搭載する凸部がプレス加工等により形成されてお
り、又、外部との電気接続をする為に例えば4つ
の貫通孔が存在しており、その貫通孔に硬質ガラ
ス500を溶着する事により介在してリード端子
400が固定されている。リード端子400とス
テム100とは硬質ガラス500により電気的に
絶縁されており、又、硬質ガラス500は気密性
良く介在している。
FIG. 1 is an overall perspective view of an embodiment of the present invention, showing the package before it is hermetically sealed. In the figure, 100 is a stem made of metal such as Kovar, and except for the welded part 101 which is the outer periphery, a convex part on which a pedestal 700, a stopper 200, etc., which will be described later, is mounted, is formed by pressing etc. For example, there are four through holes for electrical connection with the outside, and a lead terminal 400 is fixed to the through holes by welding hard glass 500 therebetween. The lead terminal 400 and the stem 100 are electrically insulated by a hard glass 500, and the hard glass 500 is interposed with good airtightness.

このステム100上にはカンチレバー800及
び台座700により成るセンサエレメントが搭載
されており、そのカンチレバー800は例えばN
型シリコン単結晶基板から成り、第1図中のA−
A線断面図である第2図に示すように、基板をエ
ツチングする事により薄肉状のダイヤフラム部8
01を形成し、厚肉状の部分はその一部を被測定
加速度に応じて変位できるようにした自由端80
2とし、他部を台座700に固定している。又、
自由端802の一主面には複数箇所に半田による
負荷803を接着しており、ダイヤフラム部80
1内あるいはダイヤフラム部801上には、第4
図のカンチレバー800の平面図に示すように、
公知の半導体加工技術、例えばボロン等のP型不
純物を熱拡散又はイオン注入する事により4個の
半導体歪ゲージ804を形成しており、各々の半
導体歪ゲージ804は図示しない配線部材により
互いに電気接続されておりフルブリツジを構成し
ている。そして、配線部材のパツド部とリード端
子400とはワイヤ線300をワイヤボンデイン
グする事により電気接続している。
A sensor element consisting of a cantilever 800 and a pedestal 700 is mounted on the stem 100, and the cantilever 800 is, for example, N
It consists of a type silicon single crystal substrate, A- in Figure 1.
As shown in FIG. 2, which is a cross-sectional view taken along line A, a thin diaphragm portion 8 is formed by etching the substrate.
01, and the thick portion has a free end 80 that can be partially displaced according to the acceleration to be measured.
2, and the other parts are fixed to the pedestal 700. or,
A solder load 803 is bonded to one main surface of the free end 802 at multiple locations, and the diaphragm portion 80
1 or on the diaphragm part 801.
As shown in the top view of the cantilever 800 in the figure,
Four semiconductor strain gauges 804 are formed by known semiconductor processing techniques, such as thermal diffusion or ion implantation of P-type impurities such as boron, and each semiconductor strain gauge 804 is electrically connected to each other by a wiring member (not shown). and constitutes a full bridge. The pad portion of the wiring member and the lead terminal 400 are electrically connected by wire bonding the wire wire 300.

台座700はカンチレバー800との熱膨張係
数をあわせる為にシリコンから成り、又、第3図
の斜視図に示すように、カンチレバー800と相
対する面702に所定深さの凹部701が形成さ
れており、その凹部701は一方の端面703か
ら他方のの端面704にわたつて形成されてい
る。尚、被測定加速度の方向がカンチレバー80
0に対してこの台座700側である場合には、本
発明のいう保護壁はこの凹部701の底部に相当
しており、その底部とカンチレバー800の負荷
803との距離hにて自由端802の変位が許容
される。
The pedestal 700 is made of silicon in order to match the thermal expansion coefficient with that of the cantilever 800, and as shown in the perspective view of FIG. , the recess 701 is formed from one end surface 703 to the other end surface 704. Note that the direction of the acceleration to be measured is the cantilever 80.
0, the protective wall referred to in the present invention corresponds to the bottom of the recess 701, and the distance h between the bottom and the load 803 of the cantilever 800 corresponds to the protection wall of the free end 802. Displacement is allowed.

そして、上記のセンサエレメントは、自由端8
02に被測定加速度が作用するとダイヤフラム部
801に歪を生じ、その加速度の大きさに応じて
半導体歪ゲージ804の抵抗値が変化し、ブリツ
ジ回路に予め電圧を印加しておくことによりブリ
ツジ出力として不平衡電圧を生じ、その電圧に応
じて加速度を検知するものである。
And the above sensor element has a free end 8
When the acceleration to be measured acts on the diaphragm 801, the resistance value of the semiconductor strain gauge 804 changes depending on the magnitude of the acceleration. It generates an unbalanced voltage and detects acceleration according to that voltage.

第1図において200はストツパーであり、そ
の形状は第6図の斜視図に示すように、ステム1
00に垂直な2つの板材201,202と、ステ
ム100に平行、言い換えるとカンチレバー80
0に平行な板材203とが互いに垂直に組み合わ
さつた形となつており、板材203の下面203
aと、カンチレバー800の上面とは所定の間隔
を有するように調整されている。尚、その材質は
例えばコバール等から成り、又、半田によりステ
ム100に接着している。又、被測定加速度の方
向がカンチレバー800に対してこのストツパー
200側である場合には本発明のいう保護膜はこ
のストツパー200の下面203aに相当してお
り、その下面203aとカンチレバー800との
距離にて自由端802の変位が許容される。
In FIG. 1, 200 is a stopper, and its shape is as shown in the perspective view of FIG.
Two plates 201 and 202 perpendicular to 00 and parallel to the stem 100, in other words, the cantilever 80
The plate members 203 parallel to 0 are combined perpendicularly to each other.
a and the upper surface of the cantilever 800 are adjusted to have a predetermined distance. The material thereof is, for example, Kovar, and it is bonded to the stem 100 with solder. Furthermore, when the direction of the acceleration to be measured is on the stopper 200 side with respect to the cantilever 800, the protective film referred to in the present invention corresponds to the lower surface 203a of the stopper 200, and the distance between the lower surface 203a and the cantilever 800 is Displacement of the free end 802 is allowed at .

次に、600はコバール等の金属より成るシエ
ルであり、ステム100の溶接部101に相対す
る位置に同じく溶接部601を有し、その他の部
分はプレス加工により凹部が形成され箱形となつ
ている。又、シエル600には気密封止後にダン
ピング液を注入する為の穴602及びその際に空
気を逃がす為の穴603が形成されている。そし
て、その気密封止は溶接部601と溶接部101
とを接触させて機械的な圧力を加えつつ、シエル
600とステム100間に通電する事により両者
を溶接して行われる。その後、例えば吐出先が針
状の注入器を穴602に差し込み、例えばシリコ
ンオイル等のダンピング液900を一定量、例え
ば全容積の70〜80%程度注入し、そして、穴60
2及び603を半田により封止する。
Next, 600 is a shell made of metal such as Kovar, which also has a welded part 601 at a position opposite to the welded part 101 of the stem 100, and the other parts are box-shaped with recesses formed by press working. There is. Further, the shell 600 is formed with a hole 602 for injecting a damping liquid after hermetically sealing and a hole 603 for letting air escape at that time. The hermetic seal is made between the welded portion 601 and the welded portion 101.
This is done by welding the shell 600 and the stem 100 by applying electricity to the shell 600 and the stem 100 while applying mechanical pressure. After that, for example, a syringe with a needle-shaped discharge tip is inserted into the hole 602, and a certain amount of damping liquid 900, such as silicone oil, is injected into the hole 602, for example, about 70 to 80% of the total volume.
2 and 603 are sealed with solder.

そこで本実施例の半導体式加速度センサによる
と、センサに強い衝撃(被測定加速度)が加わつ
た場合に、その衝撃の方向がカンチレバー800
に対して台座700側であれば、台座700の凹
部701の底部に接触した時点で強制的に止めら
れ、又、その方向がカンチレバー800に対して
ストツパー200側であれば、ストツパー200
の下面203aに接触した時点で強制的に止めら
れるので、過度の変化による破壊を防止できるも
のであるが、その場合に自由端802の変位を許
容する為に設定された凹部701の底部とカンチ
レバー800の負荷803との距離h、あるいは
自由端802とストツパー200の下面203a
との距離はセンサに所望とするカツトオフ周波数
fcを設定する為に、以下に示すようにして決めら
れる。
Therefore, according to the semiconductor acceleration sensor of this embodiment, when a strong impact (acceleration to be measured) is applied to the sensor, the direction of the impact is directed toward the cantilever 800.
If the direction is on the pedestal 700 side, the stop will be forcibly stopped when it comes into contact with the bottom of the recess 701 of the pedestal 700, and if the direction is on the stopper 200 side with respect to the cantilever 800, the stopper 200 will be forcibly stopped.
Since it is forcibly stopped when it comes into contact with the lower surface 203a, destruction due to excessive change can be prevented. Distance h between load 803 of 800, or lower surface 203a of free end 802 and stopper 200
The distance from is the desired cutoff frequency for the sensor.
To set f c , it can be determined as shown below.

説明を簡単にする為に、被測定加速度が台座7
00側に加わつた場合についてのみ説明する。い
ま、自由端802の変位を制限する手段がないフ
リーエリアにおけるカツトオフ周波数をfcf、台座
700と対面する自由端802の面積をS(第4
図中のA×B)、1G当りの自由端802先端変位
距離をdχ、ダンピング液の粘度をρとすると所
望とするカツトオフ周波数fcは次に式により表わ
される事を見い出した。
To simplify the explanation, the measured acceleration is the pedestal 7.
Only the case where it joins the 00 side will be explained. Now, the cutoff frequency in the free area where there is no means to limit the displacement of the free end 802 is f cf , and the area of the free end 802 facing the pedestal 700 is S (fourth
It has been found that the desired cutoff frequency f c is expressed by the following equation, where dχ is the tip displacement distance of the free end 802 per 1 G, and ρ is the viscosity of the damping fluid.

fc=k1/ρSdχ・1/1+K2dχ/h…(1) =fcf・1/1+K2dχ/h …(2) (ここで、K1、K2は定数) ここで、定数K1、K2については、2個以上の
センサを試作して各パラメータを測定する事によ
り(1)式を用いて逆算するか、試作した1個のセン
サを用いてフリーエリアにおけるカツトオフ周波
数fcf及び各パラメータを測定する事により(2)式を
用いて逆算されば求められるが、通常の小型の半
導体式加速度センサにおいては各パラメータがS
=2〜20mm2、dχ=0.02〜10μm、ρ=10〜500cp
の範囲内であればK2≒200となり、この値を用い
て計算できる。
f c =k 1 /ρSdχ・1/1+K 2 dχ/h…(1) =f cf・1/1+K 2 dχ/h…(2) (Here, K 1 and K 2 are constants) Here, constant Regarding K 1 and K 2 , either calculate back using equation (1) by making two or more prototype sensors and measuring each parameter, or calculate the cutoff frequency f in the free area using one prototype sensor. It can be obtained by measuring cf and each parameter and calculating backwards using equation (2), but in a normal small semiconductor acceleration sensor, each parameter is S
= 2 ~20mm2, dχ=0.02~10μm, ρ=10~500cp
If it is within the range, K 2 ≒ 200, and calculations can be made using this value.

第7図は本発明者達が具体的にセンサを試作し
て測定した結果と、上記(1)、(2)式による理論値の
dχ/hとfc/fcfとの関係を示す特性図であり、測
定値と理論値とが良い整合性を示している事がわ
かる。尚、図中、丸プロツトは各パラメータがfcf
=30Hz、S=9.0mm2、dχ=2×10-3mmである試作
品における実測値であり、三角プロツトは各パラ
メータがfcf=400Hz、S=3.6mm2、dχ=0.3×10-3
mmである試作品における実測値である。
Figure 7 shows the results of measurements made by the inventors on a prototype sensor and the theoretical values obtained from equations (1) and (2) above.
It is a characteristic diagram showing the relationship between dχ/h and f c /f cf , and it can be seen that the measured value and the theoretical value show good consistency. In addition, the circle plot in the figure indicates that each parameter is f cf
These are the actual measured values for a prototype product with f cf = 30Hz, S = 9.0mm 2 , dχ = 2×10 -3 mm, and the triangular plot shows that each parameter is f cf = 400Hz, S = 3.6mm 2 , dχ = 0.3×10 - 3
This is an actual measurement value for a prototype product.

この様にカツトオフ周波数fcをdχ/hにより上
記(1)、(2)式を用いて制御できる事が半明したの
で、被測定加速度の周波数範囲等のユーザーから
要求に応じて上記(2)式を変形した次式 dχ/h=1/K2〔fcf/fc−1〕=C …(3) からdχ/hの値を(3)式の右辺により設定される
定数C以下、すなわちdχ/h≦Cとすれば、カ
ツトオフ周波数fcから決まる有効使用周波数範囲
R内に被測定加速度の周波数範囲を設定する事が
可能となり、センサの出力が安定となる。ここ
で、dχの値はカンチレバー800の形状、大き
さ等により決定されるので、凹部701の底部と
カンチレバー800の負荷との距離hを、 h≧dχ/C …(4) にすれば良い事になる。
In this way, it is clear that the cut-off frequency f c can be controlled using the above equations (1) and (2) using dχ/h, so the above (2) ) is modified from the following equation: dχ/h=1/K 2 [f cf /f c −1]=C …(3) From the equation, the value of dχ/h is determined to be less than or equal to the constant C set by the right-hand side of equation (3). That is, if dχ/h≦C, it becomes possible to set the frequency range of the acceleration to be measured within the effective frequency range R determined by the cutoff frequency f c , and the output of the sensor becomes stable. Here, the value of dχ is determined by the shape, size, etc. of the cantilever 800, so the distance h between the bottom of the recess 701 and the load on the cantilever 800 should be set to h≧dχ/C (4). become.

以上により距離hの下段値が決まり、その値を
制御すれば、センサの周波数応答性を向上する事
ができるが、センサの耐衝撃性を向上させる為に
は、距離hの値の範囲をさらに制限すればよい事
も判明したので、以下にそれを示す。
The lower value of distance h is determined by the above, and by controlling that value, the frequency response of the sensor can be improved. However, in order to improve the shock resistance of the sensor, the range of the value of distance h must be further increased. It has also been found that it is necessary to limit it, and this is shown below.

第2図及びカンチレバー800の平面図である
第4図中に示すように各パラメータを設定した場
合、すなわち、自由端802の長辺の長さをA、
短辺の長さをB、ダイヤフラム部801の長さを
L、ダイヤフラム部801の厚さをt、自由端8
02及び負荷803重量をM、シリコン破壊応力
をσ(=4×109dmn/cm2)とすると、カンチレバ
ー800が破壊されずに耐えうる事ができる最大
の加速度(最大許容加速度Gnaxは、 Gnax=Bt2σ/3M(L+A) …(5) で表わされる。そして、このGnaxがカンチレバ
ー800に加わるときのカンチレバー800共端
の変位hnaxは、 hnax=MGnaxgA{(1−A)L2+15/4AL +A2}/(6EI) …(6) ここで、gは重力加速度、Eはヤング率、Iは
断面2次モーメント(=Bt3/12)。
When each parameter is set as shown in FIG. 2 and FIG. 4 which is a plan view of the cantilever 800, that is, the length of the long side of the free end 802 is A,
The length of the short side is B, the length of the diaphragm part 801 is L, the thickness of the diaphragm part 801 is t, and the free end 8
02 and the load 803 weight is M, and the silicon breaking stress is σ (=4×10 9 dmn/cm 2 ), the maximum acceleration that the cantilever 800 can withstand without being destroyed (the maximum allowable acceleration G nax is G nax = Bt 2 σ/3M (L + A) ...(5) When this G nax is applied to the cantilever 800, the displacement h nax of the same end of the cantilever 800 is expressed as h nax = MG nax gA {(1 -A) L 2 +15/4AL +A 2 }/(6EI) ...(6) Here, g is the gravitational acceleration, E is Young's modulus, and I is the second moment of area (=Bt 3 /12).

で表わされる。よつて、距離hの値をこのhnax
り小さくすればカンチレバー800は破壊からま
ぬがれる事ができるものであり、このhnaxにより
距離hの上限値が設定される。尚、実際に設計す
る場合には、その製造過程においてダイヤフラム
部801の厚さtに数十%の誤差を生じる可能性
がある事を考慮して、予めその誤差を見込んで
hnaxを設定するのが望ましい。
It is expressed as Therefore, if the value of the distance h is made smaller than this h nax , the cantilever 800 can be saved from destruction, and the upper limit value of the distance h is set by this h nax . In addition, when actually designing, take into account the possibility of an error of several tens of percent in the thickness t of the diaphragm part 801 during the manufacturing process, and take into account this error in advance.
It is preferable to set h nax .

以上、本発明を上記実施例を用いて説明した
が、本発明はそれに限定される事なくその主旨か
ら逸脱しない限り種々変形可能であり、例えば、
カンチレバー800に接着まれる負荷803のな
い構成、ストツパー200のない構成等において
も採用可能である。
Although the present invention has been described above using the above embodiments, the present invention is not limited thereto and can be modified in various ways without departing from the spirit thereof. For example,
It is also possible to adopt a configuration without the load 803 bonded to the cantilever 800, a configuration without the stopper 200, etc.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明の半導体式加速度セ
ンサによると自由端と保護壁との距離hを最適に
制御しているので、その距離hにより所望とする
カツトオフ周波数fcを任意に設定する事ができ、
センサの周波数応答性を向上させる事ができると
いう効果がある。
As described above, according to the semiconductor acceleration sensor of the present invention, the distance h between the free end and the protective wall is optimally controlled, so the desired cutoff frequency f c can be arbitrarily set based on the distance h. is possible,
This has the effect of improving the frequency response of the sensor.

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

第1図は本発明の一実施例の気密封止前におけ
る全体斜視図、第2図は第1図中のA−A線断面
図、第3図は台座の斜視図、第4図はカンチレバ
ーの平面図、第5図は周波数と出力の大きさとの
関係図、第6図はストツパーの斜視図、第7図は
実測値と理論値のdχ/hとfc/fcfとの関係を示す
特性図である。 100……ステム、200……ストツパー、6
00……シエル、700……台座、701……凹
部、800……カンチレバー、801……ダイヤ
フラム部、802……自由端、804……半導体
歪ゲージ、900……ダンピング液。
Fig. 1 is an overall perspective view of an embodiment of the present invention before hermetic sealing, Fig. 2 is a sectional view taken along line A-A in Fig. 1, Fig. 3 is a perspective view of the pedestal, and Fig. 4 is a cantilever. Fig. 5 is a diagram showing the relationship between frequency and output size, Fig. 6 is a perspective view of the stopper, and Fig. 7 is a diagram showing the relationship between the measured value and the theoretical value dχ/h and f c /f cf. FIG. 100... Stem, 200... Stopper, 6
00... Shell, 700... Pedestal, 701... Recessed portion, 800... Cantilever, 801... Diaphragm portion, 802... Free end, 804... Semiconductor strain gauge, 900... Damping liquid.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体歪ゲージを有する薄肉状のダイヤフラ
ム部、及び厚肉状の自由端を形成したカンチレバ
ーと、 該カンチレバーの一部分を固定する台座と、 前記自由端との間に所定の距離を設定し、その
距離でもつて前記自由端の変位を許容する保護壁
と、 ダンピング液と、 をパツケージ内に備えた半導体式加速度センサで
あつて、 前記自由端と前記保護壁との間の距離をh、
1G当りの前記自由端の変位距離をdχ、前記保護
壁がない構成におけるカツトオフ周波数をfcf、前
記半導体式加速度センサの所望とするカツトオフ
周波数をfc以上とする場合、hの値を、式 fc=fcf・1/1+Kdχ/h (但し、Kは比例定数) で設定される値以上とする事を特徴とする半導体
式加速度センサ。 2 前記ダンピング液はその粘度が10〜500cpの
ものであり、前記自由端はその面積が2〜20mm2
あり、前記変位距離dχは0.02〜10μmであり、前
記比例定数Kは200である特許請求の範囲第1項
記載の半導体式加速度センサ。
[Scope of Claims] 1. A cantilever having a thin-walled diaphragm portion having a semiconductor strain gauge and a thick-walled free end, a pedestal for fixing a portion of the cantilever, and a predetermined distance between the free end and the cantilever. A semiconductor acceleration sensor comprising, in a package, a protective wall that allows displacement of the free end over a set distance, and a damping liquid, between the free end and the protective wall. The distance is h,
When the displacement distance of the free end per 1G is dχ, the cut-off frequency in the configuration without the protective wall is f cf , and the desired cut-off frequency of the semiconductor acceleration sensor is f c or more, the value of h is expressed by the formula A semiconductor type acceleration sensor characterized in that the value is greater than or equal to the value set by f c =f cf・1/1+Kdχ/h (where K is a proportionality constant). 2. The damping liquid has a viscosity of 10 to 500 cp, the free end has an area of 2 to 20 mm2 , the displacement distance dχ is 0.02 to 10 μm, and the proportionality constant K is 200. A semiconductor acceleration sensor according to claim 1.
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DE4021455A1 (en) * 1989-11-27 1991-05-29 Stribel Gmbh Optoelectronic device for measuring deflection magnitude and direction - sends light with variable intensity to sensor with several receiver surfaces, microprocessor deriving deflection signal
US5507182A (en) * 1993-02-18 1996-04-16 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor accelerometer with damperless structure

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