JPH06130083A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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JPH06130083A
JPH06130083A JP4079678A JP7967892A JPH06130083A JP H06130083 A JPH06130083 A JP H06130083A JP 4079678 A JP4079678 A JP 4079678A JP 7967892 A JP7967892 A JP 7967892A JP H06130083 A JPH06130083 A JP H06130083A
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JP
Japan
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acceleration
resistance
semiconductor
acceleration sensor
type diffused
Prior art date
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Pending
Application number
JP4079678A
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English (en)
Inventor
Koichi Hosoda
弘一 細田
Saikichi Sekido
才吉 関戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
NEC Robotics Engineering Ltd
Original Assignee
NEC Corp
NEC Robotics Engineering Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】重り部分とたわみ部分とを形成してなる半導体
加速度センサは,従来半導体面と垂直な方向の加速度の
みを感知するものであった。これを水平方向の加速度お
よび回転加速度も感知できるようにする。 【構成】半導体基板としてのシリコン基板50に,重り
部分11とそれを支持するたわみ部分12とを形成し,
たわみ部分12の表面両側に平行に,p型拡散抵抗13
とn型拡散抵抗14とを形成する。これら2つの拡散抵
抗を直列に接続し,両端を端子15と端子16に接続し
て端子間の抵抗値の変化を測定する。たとえば,このよ
うな加速度センサを2つ,互いに90°回転させて形成
すると2軸の加速度が測定可能となり,180°回転さ
せて形成し,それらの直列抵抗を測定すると回転加速度
が測定可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体加速度センサに関
し,特に重り部分とたわみ部分とからなり,多軸方向の
加速度および回転加速度の感知を可能とした半導体加速
度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体加速度センサは図6に示す
ように,シリコン基板50に重り部分51と,重り部分
51を支える薄片化したなわみ部分52とを形成し,た
わみ部分52上には,リンまたはボロンなどを拡散した
拡散抵抗53を形成している。
【0003】シリコン基板50と垂直方向に加速度を受
けるとたわみ部分52がたわみ,これにより発生する応
力Tからピエゾ抵抗効果により拡散抵抗53の抵抗値が
変化し,次の(1)式で示す抵抗率変化量Δρが発生す
る。
【0004】 Δρ=ρ0 ・π・T …(1) ここで,Δρ:抵抗率変化量 ρ0 :無ひずみ時の抵抗値 π:ピエゾ抵抗係数 T:応力 この抵抗値変化量Δρを拡散抵抗53の両端に接続した
端子54,55を介して測定するものが基本構成となっ
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体加速
度センサは,シリコン基板に対して垂直方向のみの加速
度を測定するのには適しているが,シリコン基板に対す
る多方向からの加速度および回転加速度を測定するのに
は適さないという問題点があった。
【0006】本発明の目的は上述した問題点を解決し,
多方向の加速度,および回転加速度を測定することを可
能とした半導体加速度センサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体加速度セ
ンサは,半導体基板を加工してなる重り部分と,前記重
り部分を支持し前記半導体基板に印加する加速度による
前記重り部分の動きと連動するたわみ部分とを含み,前
記たわみ部分に前記加速度を検知する拡散抵抗を形成し
た半導体加速度センサにおいて,前記たわみ部分の表面
にp型拡散抵抗とn型拡散抵抗とを平行に形成し,かつ
直列接続した両端間もしくは接続点と両端いずれかとの
間で前記加速度による前記p型拡散抵抗と前記n型拡散
抵抗との組合せにおける抵抗変化を検知するものとした
構成を有する。
【0008】また本発明の半導体加速度センサは,同一
半導体基板に請求項1の加速度センサを複数個形成し,
かつそのうちの少なくとも2個が互いに90°もしくは
180°形成方向が異るものとした構成を有する。
【0009】
【作用】(1)式の関係で示されるピエゾ抵抗効果にお
いて,リンなどを拡散して形成するn型拡散抵抗と,ボ
ロンなどを拡散して形成するp型拡散抵抗とではピエゾ
抵抗係数πの符号が異なり,応力Tと抵抗率変化量Δρ
との関係は概略図7に示すように増減が逆となる。(例
えば,センサハンドブック,片岡照栄他,清風館昭6
1.5.30,P.86〜87参照)。
【0010】これらp型とn型の拡散抵抗を直列に接続
したときの抵抗値を測定すると,シリコン基板面に対し
て垂直方向の加速度に対しては,両拡散抵抗による抵抗
率変化量Δρの符号が逆となり,n型とp型の拡散抵抗
の寸法調整をすれば互いに打ち消して抵抗値の変化を小
さくすることができる。
【0011】逆に,シリコン基板面に対して平行方向で
たわみ部分を左右に振る方向の加速度に対しては,n型
とp型の拡散抵抗に発生する応力は引張り,圧縮の逆に
なり,抵抗率変化量Δρの符号は同一となって,直列に
接続した抵抗値の変化量によって加速度を測定すること
ができる。
【0012】
【実施例】次に,本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例の斜視図である。
【0013】図1の実施例は,シリコン基板50に重り
部分11と重り部分11を支えるたわみ部分12とを形
成し,たわみ部分12上に平行に,ボロンなどを拡散し
たp型拡散抵抗13と,リンなどを拡散したn型拡散抵
抗14とを形成した構成としている。
【0014】たわみ部分12は,シリコン基板面に対し
て重り部分11が平行にたわむように形成する。拡散抵
抗13,14を直列に接続し,その両端に測定用の端子
15,16を設ける。
【0015】いま,p型拡散抵抗13の抵抗変化をΔR
13,n型拡散抵抗14の抵抗変化量をΔR14,また
これら2つの拡散抵抗のピエゾ抵抗係数をそれそれπ1
3,π14とし,それぞれの拡散抵抗にかかる応力をT
13,T14,無ひずみ時の抵抗値をそれぞれR13,
R14とすると,(1)式と同様にして次の(2),
(3)式が求まる。
【0016】 ΔR13=R13・π13・T13 …(2) ΔR14=R14・π14・T14 …(2) となる。ここで, R13・|π13|=R14・|π14| …(4) となるように抵抗値を調整すると,ピエゾ抵抗係数π1
3およびπ14は,p型拡散抵抗13は正でn型拡散抵
抗14は負であるから, ΔR13+ΔR14=R13・|π13|・T13−R14・|π14|・T 14 =R13・|π13|・(T13−T14) …(5) となる。シリコン基板面に対して垂直な方向をz軸,重
り部分11を左右に振る方向をx軸,たわみ部分12の
方向をy軸とし,端子15,16間の抵抗を測定する。
【0017】x,y,z方向の加速度に対する抵抗値の
変化をそれぞれΔRx ,ΔRy ,ΔRz とすると,p型
拡散抵抗13およびn型拡散抵抗14に発生する応力
は,x軸方向のたわみに対しては互いに逆符号となり,
yおよびz軸方向に対しては同一の値となるため,
(5)式から ΔRx =ΔR13+ΔR14 =R13・|π13|・(T13−T14) 2R13・|π13|・T13 …(6) ΔRy =R13・|π13|・(T13−T14) =0 …(7) ΔRz =R13・|π13|・(T13−T14) =0 …(8) となる。すなわち,x軸方向のみの加速度に対して抵抗
値が変化し,yおよびz軸方向の加速に対しては抵抗値
が変化しないので,この第1の実施例はx軸方向に対す
る加速度センサとして適する。
【0018】図2は,本発明の第2の実施例の斜視図で
ある。この第2の実施例は,図2に示すように,p型拡
散抵抗13とn型拡散抵抗24とを直列接続し,両端の
抵抗値を測定する端子15および16とともに,中間の
測定用端子としての端子17を設け,端子15と17間
または端子16と17間の抵抗値により,従来と同様に
z軸方向の加速度を測定するとことも併せ可能となる。
【0019】図3は,本発明の第3の実施例の平面図で
ある。図3の第3の実施例は,図1の第1の実施例に示
す加速度センサを2つ,互いに90°回転させた向きで
同一のシリコン基板50に形成した例を示す。
【0020】加速度センサ21はx方向の加速度を測定
し,加速度センサ22はy方向の加速度を測定する。す
なわち,シリコン基板50の面と平行な(x,y)面で
の加速度が測定可能となる。
【0021】図4は,本発明の第4の実施例の平面図で
ある。図4は,回転加速度の測定を可能とする実施例を
示し,図1の第1の実施例に示す加速度センサを2つ,
互いに180°回転させて同一シリコン基板に形成す
る。
【0022】p型拡散抵抗35および38,n型拡散抵
抗36および37を直列にして接続した端子39a,3
9b間の抵抗を測定する。
【0023】p型拡散抵抗35,38およびn型拡散抵
抗36,37の抵抗変化量をそれそぞれΔR35,ΔR
38およびΔR36,ΔR37,ピエゾ抵抗係数をそれ
ぞれπ35,π38およびπ36,π37,それぞれの
拡散抵抗にかかる応力をT35,T38およびT36,
T37,また無ひずみ時の抵抗値をそれぞれR35,R
38およびR36,R37とする。さらに,(4)式と
同様に R35・|π35|=R36・|π36|=R37・|π37|=R38・| π38| …(9) となるように抵抗値を調整すると,(5)式から ΔR35+ΔR36=R35・|π35|・(T35−T36) ΔR37+ΔR38=−R37・|π37|・(T37−T38) =−R35・|π35|・(T37−N38) 測定用の端子39a,39b間の抵抗を測定し,x,
y,z方向の加速に対する抵抗値の変化をそれぞれΔR
x ,ΔRy ,ΔRz とし,回転加速をかけたときの抵抗
値の変化をΔRφとすると,(6),(7),(8)式
と同様にして ΔRx =ΔR35+ΔR36+ΔR37+ΔR38 =R35・|π35|・(T35−T36−T37+T38) =0 (T35=−T36=T37=−T38) ΔRy =R35・|π35|・(T35−T36−T37+T38) =0 (T35=T36=−T37=−T38) ΔRz =R35・|π35|・(T35−T36−T37+T38) =0 (T35=T36=T37=T38) ΔRφ=R35・|π35|・(T35−T36−T37+T38) =2R35・|π35|・(T35−T37) (T35=−T36≠T37=−T38) となる。すなわち,この構成では,回転加速度に対して
のみ抵抗値が変化し,x,y,z各軸に平行な加速に対
しては抵抗値が変化しないので,回転加速度センサとし
て適する。
【0024】図5は本発明の第5の実施例の平面図であ
る。この実施例は回転加速度を測定する他の実施例であ
り,重り部分41の両端を2つのたわみ部分42,43
が支え,それぞれのたわみ部分42,43の表面両側に
p型拡散抵抗44,47と,n型拡散抵抗45,46と
を形成する。これら拡散抵抗を直列に接続し,その両端
に測定用の端子48,49を設け,この端子間の抵抗値
の変化により測定する。図4に示す第4の実施例と異な
るのは,1つの重り部分41を2つのたわみ部分42,
43が支えるということで,加速度に対する4つの拡散
抵抗の変化は同様であり, ΔRx =ΔRy =ΔRz =0 ΔRφ=2R44・|π44|・(T44−T46) となる。これを図4の実施例と比べると構成がより簡単
になる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は,重り部分
とたわみ部分とを形成してなる半導体加速度センサにお
いて,たわみ部分にp型拡散抵抗とn型拡散抵抗を併設
することにより,多軸の加速度を測定および回転加速度
の測定を同一の半導体基板に形成した半導体加速度セン
サで実施することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の半導体加速度センサの実施例の
斜視図である。
【図2】本発明の第2の半導体加速度センサの実施例の
斜視図である。
【図3】本発明の第3の半導体加速度センサの実施例の
平面図である。
【図4】本発明の第4の半導体加速度センサの実施例の
平面図である。
【図5】本発明の第5の半導体加速度センサの実施例の
平面図である。
【図6】従来の半導体加速度センサの斜視図である。
【図7】p型およびn型拡散抵抗の応力対抵抗率変化量
特性図である。
【符号の説明】
11 重り部分 12 たわみ部分 13 p型拡散抵抗 14 n型拡散抵抗 15,16,17 端子 21,22 加速度センサ 31,33 重り部分 32,34 たわみ部分 35,38 p型拡散抵抗 36,37 n型拡散抵抗 39a,b 端子 41 重り部分 42,43 たわみ部分 44,47 p型拡散抵抗 45,46 n型拡散抵抗 48,49 端子 50 シリコン基板 51 重り部分 52 たわみ部分 53 拡散抵抗 54,55 端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関戸 才吉 神奈川県横浜市神奈川区新浦島町1丁目1 番地25日本電気ロボットエンジニアリング 株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を加工してなる重り部分と,
    前記重り部分を支持し前記半導体基板に印加する加速度
    による前記重り部分の動きと連動するたわみ部分とを含
    み,前記たわみ部分に前記加速度を検知する拡散抵抗を
    形成した半導体加速度センサにおいて,前記たわみ部分
    の表面にp型拡散抵抗とn型拡散抵抗とを平行に形成
    し,かつ直列接続した両端間もしくは接続点と両端いず
    れかとの間で前記加速度による前記p型拡散抵抗と前記
    n型拡散抵抗との組合せにおける抵抗変化を検知するも
    のとしたことを特徴とする半導体加速度センサ。
  2. 【請求項2】 同一半導体基板に請求項1の加速度セン
    サを複数個形成し,かつそのうちの少なくとも2個が互
    いに90°もしくは180°形成方向が異るものとした
    ことを特徴とする半導体加速度センサ。
JP4079678A 1992-04-01 1992-04-01 半導体加速度センサ Pending JPH06130083A (ja)

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Effective date: 19991012