JPH0666569A - 半導体ヨーレイトセンサ - Google Patents
半導体ヨーレイトセンサInfo
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- JPH0666569A JPH0666569A JP4223072A JP22307292A JPH0666569A JP H0666569 A JPH0666569 A JP H0666569A JP 4223072 A JP4223072 A JP 4223072A JP 22307292 A JP22307292 A JP 22307292A JP H0666569 A JPH0666569 A JP H0666569A
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Abstract
ンサを提供することにある。 【構成】 シリコン基板1の中央部に凹部2が形成さ
れ、凹部2内に梁構造が形成されている。梁の先端に錘
が形成されており、錘の下面とその下面と対向する凹部
2の底面には電極5が設けられ、錘部4,電極5間に交
流電力を加えて静電気により錘を励振させる。そして、
錘の励振方向に対し直交する軸方向において錘の一面と
同錘面と対向する基板壁面に電極6が対向配置され、対
向電極間の容量の変化が電気的に検出されて同方向に働
くヨーレイトが検出される。
Description
ンサに関するものである。
ミックスを利用したものが自動車の姿勢制御や民生のビ
デオカメラの手振れ防止用に使用されている。さらに、
特公平3−74926号公報には、回転速度に対応した
力を片持ち梁上に回転軸と垂直になるようにピエゾ抵抗
素子によって検出するようになっている。つまり、片持
ち梁の振動による変形は検出せずに片持ち梁の捩れによ
る変形のみをピエゾ抵抗素子により検出するものであ
る。
面等において現行のヨーレイトセンサでは十分ではなか
った、そこで、この発明の目的は、新規なる構成を採用
した半導体ヨーレイトセンサを提供することにある。
すように、半導体基板の一部に当該基板と離間した梁構
造を形成し、その梁の先端に形成した錘の一面と同錘面
と対向する基板壁面に交流電力を加えて静電気により錘
を励振させ、当該錘の励振方向に対し直交する軸方向に
おいて錘の一面と同梁面と対向する基板壁面に電極を対
向配置して当該対向電極間の容量の変化を電気的に検出
して同方向に働くヨーレイトを検出するようにした半導
体ヨーレイトセンサをその要旨するものである。
面に交流電力を加えて静電気により錘を励振させる。そ
の状態で、錘の励振方向に対し直交する軸方向において
対向電極間の容量の変化が電気的に検出されて同方向に
働くヨーレイトが検出される。
に従って説明する。図1には、半導体ヨーレイトセンサ
の平面図を示し、図2には図1のA−A断面図を示す。
尚、以下の説明において三次元方向を表すに際し、図1
での左右方向をX軸方向とし、上下方向をY軸方向と
し、紙面に直交する方向をZ軸方向とする。
成されている。そのシリコン基板1の中央部分には長方
形の凹部2(深さ;T)が形成されている。その凹部2
の内部において図中左側面からはビーム3が延設され、
同ビーム3は幅狭(幅;WB)となっている。ビーム3
の先端には錘部4が形成され、錘部4はビーム3よりも
幅広で、かつ正方形状となっている。ビーム3と錘部4
とは同一の厚みとなっている。又、錘部4の一側面(図
1での上面)と凹部2の内壁とは僅かに離間している
(距離d1)。同様に、錘部4の他側面(図1での下
面)と凹部2の内壁とは僅かに離間している(距離d
1)。同様に、錘部4の底面(図2での下面)と凹部2
の底面とは僅かに離間している(距離d2)。
っている。この構造は、表面マイクロマシニング技術を
用いて犠牲層エッチング等で距離d2を有する隙間が形
成されている。
る配線領域をなしている。凹部2の底面における錘部4
との対向面には電極部5が形成されるとともに、電極部
5に対向する部分、即ち、錘部4自身が電極となってい
る。さらに、凹部2の内側壁における錘部4との対向面
(図1での凹部2の上側の面)には電極部6が形成され
るとともに、電極部6に対向する部分、即ち、錘部4自
身が電極となっている。電極5は、静電気を与える電極
である。又、電極6は錘部4の変位を検出するため電極
であり、錘部4との間で容量を形成するためのものであ
る。この構造において、錘部4,電極5,6はそれぞれ
絶縁されている。
回路図を示す。電極6と錘部4とによりコンデンサ部7
が形成され、同コンデンサ部7の錘部4側には発振器8
が接続されている。又、コンデンサ部7の電極6側には
インピーダンスZL が接続され、同インピーダンスZL
はコンデンサ9と抵抗10から構成されている。さら
に、コンデンサ9には電源11が接続されている。
ンス変換用オペアンプ12が接続されている。よって、
コンデンサ部7での容量変化に伴うα点での電圧変化が
オペアンプ12にてインピーダンス変換される。ここ
で、図2の電極5と錘部(電極)4との間に、図4に示
す交流電圧Vs (=V・sinωs t)が印加される。
この状態において、図5に示すコリオリの力による錘部
4の変位が発生すると、インピーダンス変換用オペアン
プ12の非反転入力端子(図3でのα点)には、図6に
示す波形が表れる。
路13に接続されている。反転増幅回路13はオペアン
プ14と抵抗15,16とから構成されている。そし
て、反転増幅回路13によりインピーダンス変換用オペ
アンプ12からの信号が反転増幅される。
器18と2つのコンパレータ19,20と電源21,2
2とノアゲート23と抵抗24とコンデンサ25とから
構成されている。そして、クロック発生回路17にて図
6でのサンプルホールド期間T1,T2 が生成される。
アンプ27,28と、スイッチ29,30,31,32
と、コンデンサ33,34,47,48とから構成され
ている。そして、クロック発生回路17による図6での
サンプルホールド期間T1 ,T2 においてスイッチ2
9,30,31,32が開閉動作され、この期間内でサ
ンプルホールドが行われる。
7,38と抵抗39,40,41,42,43.44,
45と電源46とから構成されている。そして、サンプ
ルホールド回路26の出力値のうちのサンプルホールド
期間T1 ,T2 での各出力値のピーク値の差分(図6で
のΔ)が算出され、その差分値が増幅される。
ンサ出力Vout が得られるようになっている。次に、こ
のように構成した半導体ヨーレイトセンサの作用を説明
する。
交流電圧Vs (=V・sinωs t)を印加する。ここ
で、ωs は回転角速度である。よって、次式による静電
気力FE が発生する。
距離、Lはビームの長さ、Lmは錘部4の長さ、Iz は
Z軸方向のビーム3の断面積二次モーメント、Eはヤン
グ率である。
Vz は Vz =dDz /dt・・・(3) で表されるように振動する。
ωが加わった時、コリオリの力Fc Fc=2mVz ω・・・(4) がY軸方向に発生する。
リの力FcによりY軸方向に変位DY が発生し、次式で
表される。
これにより電極間の容量Cy が次式で表される。
隔である。このCy の変化により出力端子(出力電圧)
Vout には(7)式に示す電圧Vωが発生する。
速度ωがVωの変化として求められる。
て説明する。錘部4に印加する入力波形は、図4に示す
ように正弦波であり、これにより錘部4にはコリオリの
力により(5)式に示すように図5の入力信号の2倍の
周波数の正弦波に従い変位する。これにより、(7)
式、図6に示すインピーダンス変換用オペアンプ12の
非反転入力端子αにおける波形が発生する。
けるコンデンサ部7の入力波形の歪みの最も大きい部
分、つまり、錘部4の変位のピーク部をオペアンプ2
7,28でピークホールドし、オペアンプ36,37で
その差分を増幅することにより角速度ωに対応した電圧
出力Vout が得られる。
(Y方向への)の加速度が印加された場合を考える。 fa≪2πωs・・・(8) であれば、図7に示す入力波形に対し図8に示すように
加速度は片側のみの変位とみなせ、図9の出力波形も歪
みのない波形が現れる。
ルされる。例えば、片持ち梁の固有振動数を4KHz以
上とし、ωs /2π=3KHzとすれば自動車における
加速度の周波数成分は最大で300Hz程度であるから
(8)式は成立する。
は低いため十分に(8)式は満足する。このようにして
センシングは処理回路により角速度以外のノイズはほと
んどキャンセルされ、精度の高い角速度検出が可能とな
る。
(半導体基板)の一部にシリコン基板1と離間した梁構
造を形成し、その梁の先端に形成した錘の一面と同錘面
と対向する基板壁面に交流電力を加えて静電気により錘
を励振させ、当該錘の励振方向に対し直交する軸方向に
おいて錘の一面と同錘面と対向する基板壁面に電極6を
対向配置して対向電極間の容量の変化を電気的に検出し
て同方向に働くヨーレイトを検出するようにした。この
ようにして、新規なる構成を採用した半導体ヨーレイト
センサとなる。
のではなく、例えば、静電気の印加部位を図10,11
に示すように凹部2の一側面に励振用電極48を配置
し、凹部2の底面に検出用電極49を配置してもよい。
規なる構成を採用した半導体ヨーレイトセンサを提供で
きる優れた効果を発揮する。
る。
ある。
図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 半導体基板の一部に当該基板と離間した
梁構造を形成し、その梁の先端に形成した錘の一面と同
錘面と対向する基板壁面に交流電力を加えて静電気によ
り錘を励振させ、当該錘の励振方向に対し直交する軸方
向において錘の一面と同梁面と対向する基板壁面に電極
を対向配置して当該対向電極間の容量の変化を電気的に
検出して同方向に働くヨーレイトを検出するようにした
ことを特徴とする半導体ヨーレイトセンサ。
Priority Applications (14)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22307292A JP3462225B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 半導体ヨーレイトセンサ |
US08/109,504 US5461916A (en) | 1992-08-21 | 1993-08-20 | Mechanical force sensing semiconductor device |
US08/508,170 US5627318A (en) | 1992-08-21 | 1995-07-27 | Mechanical force sensing semiconductor device |
US08/834,129 US5872024A (en) | 1992-08-21 | 1997-04-14 | Method for manufacturing a mechanical force sensing semiconductor device |
US09/181,615 US6227050B1 (en) | 1992-08-21 | 1998-10-28 | Semiconductor mechanical sensor and method of manufacture |
US09/742,448 US6422078B2 (en) | 1992-08-21 | 2000-12-22 | Semiconductor mechanical sensor |
US09/749,693 US6463803B2 (en) | 1992-08-21 | 2000-12-28 | Semiconductor mechanical sensor |
US09/947,409 US6550331B2 (en) | 1992-08-21 | 2001-09-07 | Semiconductor mechanical sensor |
US10/358,691 US6868727B2 (en) | 1992-08-21 | 2003-02-05 | Semiconductor mechanical sensor |
US10/899,729 US6938486B2 (en) | 1992-08-21 | 2004-07-27 | Semiconductor mechanical sensor |
US11/062,935 US7040165B2 (en) | 1992-08-21 | 2005-02-22 | Semiconductor mechanical sensor |
US11/210,006 US7407827B2 (en) | 1992-08-21 | 2005-08-23 | Semiconductor mechanical sensor |
US12/215,884 US7685877B2 (en) | 1992-08-21 | 2008-06-30 | Semiconductor mechanical sensor |
US12/381,356 US7866210B2 (en) | 1992-08-21 | 2009-03-11 | Semiconductor mechanical sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22307292A JP3462225B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 半導体ヨーレイトセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0666569A true JPH0666569A (ja) | 1994-03-08 |
JP3462225B2 JP3462225B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=16792396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22307292A Expired - Lifetime JP3462225B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 半導体ヨーレイトセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3462225B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5500549A (en) * | 1993-12-13 | 1996-03-19 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor yaw rate sensor |
US5895851A (en) * | 1994-11-17 | 1999-04-20 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor yaw rate sensor with a vibrating movable section with vertical and horizontal displacement detection |
US6028332A (en) * | 1997-06-30 | 2000-02-22 | Denso Corporation | Semiconductor type yaw rate sensor |
US6137150A (en) * | 1994-10-28 | 2000-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor physical-quantity sensor having a locos oxide film, for sensing a physical quantity such as acceleration, yaw rate, or the like |
KR100717695B1 (ko) * | 1999-03-29 | 2007-05-11 | 소니 가부시끼 가이샤 | 반도체 장치 제조 방법 |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP22307292A patent/JP3462225B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5500549A (en) * | 1993-12-13 | 1996-03-19 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor yaw rate sensor |
US6137150A (en) * | 1994-10-28 | 2000-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor physical-quantity sensor having a locos oxide film, for sensing a physical quantity such as acceleration, yaw rate, or the like |
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KR100717695B1 (ko) * | 1999-03-29 | 2007-05-11 | 소니 가부시끼 가이샤 | 반도체 장치 제조 방법 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3462225B2 (ja) | 2003-11-05 |
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