JPH07159432A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JPH07159432A JPH07159432A JP30416693A JP30416693A JPH07159432A JP H07159432 A JPH07159432 A JP H07159432A JP 30416693 A JP30416693 A JP 30416693A JP 30416693 A JP30416693 A JP 30416693A JP H07159432 A JPH07159432 A JP H07159432A
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- voltage
- stopper
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Abstract
(57)【要約】
【目的】周波数特性を最適化するとともに過大加速度が
印加された時に重り部が一定値以上変位するのを防ぐス
トッパ機能を有した半導体加速度センサを提供するにあ
る。 【構成】上部スットパＢ、下部ストッパＣは、エアダン
ピング効果を利用してセンサ自体の周波数特性を制御す
るための凹部１１ａ，１１ｂと、この凹部１１ａ，１１
ｂより突出し、過大加速度が印加されたときに重り部１
が一定値以上変位しないように設けられた凸部１２ａ，
１２ｂとから構成される。
印加された時に重り部が一定値以上変位するのを防ぐス
トッパ機能を有した半導体加速度センサを提供するにあ
る。 【構成】上部スットパＢ、下部ストッパＣは、エアダン
ピング効果を利用してセンサ自体の周波数特性を制御す
るための凹部１１ａ，１１ｂと、この凹部１１ａ，１１
ｂより突出し、過大加速度が印加されたときに重り部１
が一定値以上変位しないように設けられた凸部１２ａ，
１２ｂとから構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサに
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来の半導体加速度センサに
は、重り部をセンサ自体の周波数特性が最適となるよう
にエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせたも
のがある。
は、重り部をセンサ自体の周波数特性が最適となるよう
にエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせたも
のがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなエアダン
ピング効果を利用して減衰特性を持たせたものであって
も、過大な加速度が印加された時に一定以上変位してし
まうなどの問題がある。本発明は上記問題点に鑑みて為
されたもので、請求項１の発明の目的とするところは周
波数特性を最適化するとともに過大加速度が印加された
時に重り部が一定値以上変位するのを防ぐストッパ機能
を有した半導体加速度センサを提供するにある。
ピング効果を利用して減衰特性を持たせたものであって
も、過大な加速度が印加された時に一定以上変位してし
まうなどの問題がある。本発明は上記問題点に鑑みて為
されたもので、請求項１の発明の目的とするところは周
波数特性を最適化するとともに過大加速度が印加された
時に重り部が一定値以上変位するのを防ぐストッパ機能
を有した半導体加速度センサを提供するにある。
【０００４】請求項２の発明の目的とするところは、請
求項１の発明の目的に加えて、自己診断手段による電圧
印加時に大きな静電力を発生させることができる半導体
加速度センサを提供するにある。請求項３の発明の目的
とするところは請求項１の発明の目的に加えて、自己診
断手段による電圧印加時に、目標出力電圧が得られる半
導体加速度センサを提供するにある。
求項１の発明の目的に加えて、自己診断手段による電圧
印加時に大きな静電力を発生させることができる半導体
加速度センサを提供するにある。請求項３の発明の目的
とするところは請求項１の発明の目的に加えて、自己診
断手段による電圧印加時に、目標出力電圧が得られる半
導体加速度センサを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、半導体基板を加工して夫々形成し
た重り部と、上記重り部に一端が一体連結され他端が支
持部に一体支持され重り部の動きに連動して撓む撓み部
と、上記支持部と、印加された加速度に比例した電圧を
出力として取り出す手段とからなるセンシングエレメン
トを有するとともに、上記センジングエレメントの上下
に夫々位置し、上記支持部と接合され過大加速度が印加
されたときに上記重り部が一定値以上変位しないように
規制する上部、下部ストッパを有し、上記上部、下部ス
トッパをセンサ自体の周波数特性をエアダンピングによ
り制御する凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が
印加されたときに重り部が一定値以上変位しないように
規制する凸部とで構成したものである。
に請求項１の発明は、半導体基板を加工して夫々形成し
た重り部と、上記重り部に一端が一体連結され他端が支
持部に一体支持され重り部の動きに連動して撓む撓み部
と、上記支持部と、印加された加速度に比例した電圧を
出力として取り出す手段とからなるセンシングエレメン
トを有するとともに、上記センジングエレメントの上下
に夫々位置し、上記支持部と接合され過大加速度が印加
されたときに上記重り部が一定値以上変位しないように
規制する上部、下部ストッパを有し、上記上部、下部ス
トッパをセンサ自体の周波数特性をエアダンピングによ
り制御する凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が
印加されたときに重り部が一定値以上変位しないように
規制する凸部とで構成したものである。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記センシングエレメントと上記上部、下部ストッ
パの何れか一方との間に電圧を印加して重り部と当該ス
トッパ間に静電力を発生させてセンシングエレメントが
正常に機能しているか否かを確認する自己診断手段を付
設し、該自己診断手段による電圧が印加されないストッ
パの凹部底面と対向する重り部表面までの距離が自己診
断手段による電圧が印加されるストッパの凹部底面と対
向する重り部表面までの距離の３倍以上としたものであ
る。
て、上記センシングエレメントと上記上部、下部ストッ
パの何れか一方との間に電圧を印加して重り部と当該ス
トッパ間に静電力を発生させてセンシングエレメントが
正常に機能しているか否かを確認する自己診断手段を付
設し、該自己診断手段による電圧が印加されないストッ
パの凹部底面と対向する重り部表面までの距離が自己診
断手段による電圧が印加されるストッパの凹部底面と対
向する重り部表面までの距離の３倍以上としたものであ
る。
【０００７】請求項３の発明は、上記センシングエレメ
ントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に電
圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生さ
せてセンシングエレメントが正常に機能しているか否か
を確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段によ
る電圧が印加される側の重り部の最表面と、この最表面
に対向するストッパの最表面に絶縁膜を形成しないもの
である。
ントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に電
圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生さ
せてセンシングエレメントが正常に機能しているか否か
を確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段によ
る電圧が印加される側の重り部の最表面と、この最表面
に対向するストッパの最表面に絶縁膜を形成しないもの
である。
【０００８】
【作用】請求項１の発明では、上記上部、下部ストッパ
をセンサ自体の周波数特性をエアダンピングにより制御
する凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が印加さ
れたときに重り部が一定値以上変位しないように規制す
る凸部とで構成したので、凹部のエアダンピング効果に
より、センサ自体の周波数特性の制御が行えて最適な周
波数特性が得られ、しかも過大な加速度が印加されても
凸部により重り部が一定以上変位するのを防止すること
ができる。
をセンサ自体の周波数特性をエアダンピングにより制御
する凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が印加さ
れたときに重り部が一定値以上変位しないように規制す
る凸部とで構成したので、凹部のエアダンピング効果に
より、センサ自体の周波数特性の制御が行えて最適な周
波数特性が得られ、しかも過大な加速度が印加されても
凸部により重り部が一定以上変位するのを防止すること
ができる。
【０００９】請求項２の発明では、上記センシングエレ
メントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に
電圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生
させてセンシングエレメントが正常に機能しているか否
かを確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段に
よる電圧が印加されないストッパの凹部底面と対向する
重り部表面までの距離が自己診断手段による電圧が印加
されるストッパの凹部底面と対向する重り部表面までの
距離の３倍以上としたので、凹部のエアダンピング効果
によって最適な周波数特性を得ることができるととも
に、自己診断手段による電圧印加時によい大きな静電力
を発生させることができる。
メントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に
電圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生
させてセンシングエレメントが正常に機能しているか否
かを確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段に
よる電圧が印加されないストッパの凹部底面と対向する
重り部表面までの距離が自己診断手段による電圧が印加
されるストッパの凹部底面と対向する重り部表面までの
距離の３倍以上としたので、凹部のエアダンピング効果
によって最適な周波数特性を得ることができるととも
に、自己診断手段による電圧印加時によい大きな静電力
を発生させることができる。
【００１０】請求項３の発明では、上記センシングエレ
メントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に
電圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生
させてセンシングエレメントが正常に機能しているか否
かを確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段に
よる電圧が印加される側の重り部の最表面と、この最表
面に対向するストッパの最表面に絶縁膜を形成しないの
で、自己診断手段による電圧印加時に絶縁膜が帯電して
エレクトリックになるということが無くなり、そのため
それ以後電圧が印加されなくなっても重り部が撓むとい
う現象が生じず、自己診断手段による電圧印加時に目標
出力電圧が正確に得ることができる。
メントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に
電圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生
させてセンシングエレメントが正常に機能しているか否
かを確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段に
よる電圧が印加される側の重り部の最表面と、この最表
面に対向するストッパの最表面に絶縁膜を形成しないの
で、自己診断手段による電圧印加時に絶縁膜が帯電して
エレクトリックになるということが無くなり、そのため
それ以後電圧が印加されなくなっても重り部が撓むとい
う現象が生じず、自己診断手段による電圧印加時に目標
出力電圧が正確に得ることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例の半導体加速度センサを
示しており、この本実施例の半導体加速度センサは重り
部１、この重り部１に一端が一体連結され他端が枠状の
支持部２の一辺に一体固定され重り部１の動きに連動す
るむ撓み部３、上記支持部２を夫々Ｓｉ半導体基板を加
工して形成し、印加された加速度に比例した電圧を出力
として取り出すゲージ抵抗４を撓み部３に設けたセンシ
ングユニットＡと、センジングエレメントＡの上下に夫
々位置し、上記支持部２と接合され過大加速度が印加さ
れたときに上記重り部１が一定値以上変位しないように
規制する上部、下部ストッパＢ，Ｃとを基本構成として
いる。センシングエレメントＡは方形状のもので、上記
支持部２は重り部１の周囲を囲繞し、また各ストッパ
Ｂ，Ｃも方形状となっている。
する。図１は本発明の一実施例の半導体加速度センサを
示しており、この本実施例の半導体加速度センサは重り
部１、この重り部１に一端が一体連結され他端が枠状の
支持部２の一辺に一体固定され重り部１の動きに連動す
るむ撓み部３、上記支持部２を夫々Ｓｉ半導体基板を加
工して形成し、印加された加速度に比例した電圧を出力
として取り出すゲージ抵抗４を撓み部３に設けたセンシ
ングユニットＡと、センジングエレメントＡの上下に夫
々位置し、上記支持部２と接合され過大加速度が印加さ
れたときに上記重り部１が一定値以上変位しないように
規制する上部、下部ストッパＢ，Ｃとを基本構成として
いる。センシングエレメントＡは方形状のもので、上記
支持部２は重り部１の周囲を囲繞し、また各ストッパ
Ｂ，Ｃも方形状となっている。
【００１２】更に詳説すると重り部１、支持部２の上下
表面に熱酸化（ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ 4 等）膜等の絶縁膜
７を形成し、また上下の各ストッパＢ，Ｃの接合面にも
同様な絶縁膜７’を形成し、各接合面の絶縁膜７，７’
間をＡｕ，ＡｕＧｅ等の金属膜６で接合している。また
上部ストッパＢ及び下部ストッパＣに対向する重り部１
の上面の絶縁膜７上には同様に金属膜５を形成し、上部
スットパＢに対向する金属膜５を重り部１を構成するＳ
ｉ半導体基板に導体８を介して電気的に接続してある。
一方支持部２の上面片側の絶縁膜７の上にも金属膜９を
形成し、この金属膜９を支持部２を構成するＳｉ半導体
基板に導電体８’を介して電気的に接続してある。
表面に熱酸化（ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ 4 等）膜等の絶縁膜
７を形成し、また上下の各ストッパＢ，Ｃの接合面にも
同様な絶縁膜７’を形成し、各接合面の絶縁膜７，７’
間をＡｕ，ＡｕＧｅ等の金属膜６で接合している。また
上部ストッパＢ及び下部ストッパＣに対向する重り部１
の上面の絶縁膜７上には同様に金属膜５を形成し、上部
スットパＢに対向する金属膜５を重り部１を構成するＳ
ｉ半導体基板に導体８を介して電気的に接続してある。
一方支持部２の上面片側の絶縁膜７の上にも金属膜９を
形成し、この金属膜９を支持部２を構成するＳｉ半導体
基板に導電体８’を介して電気的に接続してある。
【００１３】また上部ストッパＢの接合面側の周囲を凹
加工して接合面より一段低くい凹所１０を形成してお
り、この凹部１０によりセンシングエレメントＡの半導
体基板部と、上部ストッパＢの半導体基板部との間の十
分な空間距離、沿面距離を確保している。上記の金属膜
９に直流電源Ｅの正極を、上部ストッパＢを構成するＳ
ｉ半導体基板に負極を接続してセンシングエレメントＡ
と、上部ストッパＢとの間に直流電圧を印加すると、電
圧の二乗に比例した静電力を重り部１と上部ストッパＢ
との間に発生させることができる。この静電力により重
り部１は、恰も加速度が印加されたかように上部ストッ
パＢ側に動き、撓み部３を撓ませる。
加工して接合面より一段低くい凹所１０を形成してお
り、この凹部１０によりセンシングエレメントＡの半導
体基板部と、上部ストッパＢの半導体基板部との間の十
分な空間距離、沿面距離を確保している。上記の金属膜
９に直流電源Ｅの正極を、上部ストッパＢを構成するＳ
ｉ半導体基板に負極を接続してセンシングエレメントＡ
と、上部ストッパＢとの間に直流電圧を印加すると、電
圧の二乗に比例した静電力を重り部１と上部ストッパＢ
との間に発生させることができる。この静電力により重
り部１は、恰も加速度が印加されたかように上部ストッ
パＢ側に動き、撓み部３を撓ませる。
【００１４】つまり直流電圧印加により重り部１に加速
度が印加された状態と同じ状態を作り出し、この時の撓
み部３の撓みに応じたゲージ抵抗４の電気導電度の変化
を見ることにより動作診断が行えるのである。上記凹部
１０はこの診断時にセンシングエレメントＡの半導体基
板部と、上部ストッパＢの半導体基板部との間に電流リ
ークが発生するのを防止するこのように上部ストッパＢ
と重り部１との間に直流電圧を印加して、重り部１に加
速度が印加された時と同様な振る舞いを生じさせるため
の構成が自己診断手段となる。
度が印加された状態と同じ状態を作り出し、この時の撓
み部３の撓みに応じたゲージ抵抗４の電気導電度の変化
を見ることにより動作診断が行えるのである。上記凹部
１０はこの診断時にセンシングエレメントＡの半導体基
板部と、上部ストッパＢの半導体基板部との間に電流リ
ークが発生するのを防止するこのように上部ストッパＢ
と重り部１との間に直流電圧を印加して、重り部１に加
速度が印加された時と同様な振る舞いを生じさせるため
の構成が自己診断手段となる。
【００１５】ところで、上部スットパＢ、下部ストッパ
Ｃは、エアダンピング効果を利用してセンサ自体の周波
数特性を制御するための凹部１１ａ，１１ｂと、この凹
部１１ａ，１１ｂより突出し、過大加速度が印加された
ときに重り部１が一定値以上変位しないように設けられ
た凸部１２ａ，１２ｂとから構成されている。尚実施例
では各凸部１２ａ，１２ｂは夫々の凹部１１ａ，１１ｂ
で２つ設けられているが、１つでも良くまた３つ以上設
けてもよい。
Ｃは、エアダンピング効果を利用してセンサ自体の周波
数特性を制御するための凹部１１ａ，１１ｂと、この凹
部１１ａ，１１ｂより突出し、過大加速度が印加された
ときに重り部１が一定値以上変位しないように設けられ
た凸部１２ａ，１２ｂとから構成されている。尚実施例
では各凸部１２ａ，１２ｂは夫々の凹部１１ａ，１１ｂ
で２つ設けられているが、１つでも良くまた３つ以上設
けてもよい。
【００１６】ここで各ストッパＢ，Ｃの表面と重り部１
の表面との距離ｈ’は過大加速度が印加された時に重り
部１が一定値以上変位しないように設定してある、一方
凹部１１ａ及び１１ｂの底面と重り部１の表面の距離ｈ
ｕ及びｈｌは、センサ自体の周波数特性が最適となるよ
うに設定してある。つまり共振を起こさないようにエア
ダンピング効果を利用して減衰特性を持たせ、且つ所要
の周波数帯では減衰を起こさないように、所謂ローパス
フィルタのような役割を持たせている。
の表面との距離ｈ’は過大加速度が印加された時に重り
部１が一定値以上変位しないように設定してある、一方
凹部１１ａ及び１１ｂの底面と重り部１の表面の距離ｈ
ｕ及びｈｌは、センサ自体の周波数特性が最適となるよ
うに設定してある。つまり共振を起こさないようにエア
ダンピング効果を利用して減衰特性を持たせ、且つ所要
の周波数帯では減衰を起こさないように、所謂ローパス
フィルタのような役割を持たせている。
【００１７】ここで上記距離ｈｕとｈｌとを略等しい値
とした場合には、上述の自己診断動作時に十分な静電力
が得られない。特に極めて小型化した場合にエアダンピ
ング効果により上記の周波数特性を最適化すると充分な
静電力を得られない。そこで本発明では、充分な静電力
を得るために距離ｈｕとｈｌとの関係を次のように設定
した。
とした場合には、上述の自己診断動作時に十分な静電力
が得られない。特に極めて小型化した場合にエアダンピ
ング効果により上記の周波数特性を最適化すると充分な
静電力を得られない。そこで本発明では、充分な静電力
を得るために距離ｈｕとｈｌとの関係を次のように設定
した。
【００１８】つまりエアダンピング効果による周波数特
性の減衰特性を決定する減衰比ζは、センシングエレメ
ントＡのばね定数をｋ、重り部１の重量をｍ、上部スト
ッパＢと重り部１との間の減衰係数をＣｕ、形状係数を
αｕ、下部ストッパＣと重り部１の減衰係数をＣｌ、形
状係数をαｌ、全体の減衰係数をＣ、空気の粘性係数を
μとすると、 Ｃｕ＝αｕ・μ／ｈｕ3 Ｃｌ＝αｌ・μ／ｈｌ3 Ｃ＝Ｃｕ＋Ｃｌ ζ＝０．５Ｃ／（ｍ・ｋ）0.5 となる。
性の減衰特性を決定する減衰比ζは、センシングエレメ
ントＡのばね定数をｋ、重り部１の重量をｍ、上部スト
ッパＢと重り部１との間の減衰係数をＣｕ、形状係数を
αｕ、下部ストッパＣと重り部１の減衰係数をＣｌ、形
状係数をαｌ、全体の減衰係数をＣ、空気の粘性係数を
μとすると、 Ｃｕ＝αｕ・μ／ｈｕ3 Ｃｌ＝αｌ・μ／ｈｌ3 Ｃ＝Ｃｕ＋Ｃｌ ζ＝０．５Ｃ／（ｍ・ｋ）0.5 となる。
【００１９】尚減衰比と周波数特性（振幅倍率）の関係
は図２に示すようになる。一般に加速度センサの場合は
なるべく、広い周波数範囲で減衰を起こさないように減
衰比ζを設定したい為、ζ＝０．７とする。また、単純
な平行平板間に働く静電力Ｆは、印加電圧をＶ、真空誘
電率をε、平板面積をＳ、平板間距離をｈとすると、 Ｆ＝０．５ε・Ｓ・（Ｖ／ｈ）2 となる。
は図２に示すようになる。一般に加速度センサの場合は
なるべく、広い周波数範囲で減衰を起こさないように減
衰比ζを設定したい為、ζ＝０．７とする。また、単純
な平行平板間に働く静電力Ｆは、印加電圧をＶ、真空誘
電率をε、平板面積をＳ、平板間距離をｈとすると、 Ｆ＝０．５ε・Ｓ・（Ｖ／ｈ）2 となる。
【００２０】ここで、自己診断手段による電圧が印加さ
れない側の下部ストッパＣの凹部１１ｂの底面と、重り
部１の表面との距離ｈｌを大きくし、Ｃｌを略０とする
ことにより、同じζ＝０．７の設計でも上部ストッパＢ
の凹部１１ａの底面と、重り部１の表面との距離ｈｕを
小さくして静電力を大きくすることができる点に本発明
は着目したものである。そして距離ｈｌを距離ｈｕの３
倍以上に設定すると、Ｃｌは１／３3 ＝１／２７倍とな
り、Ｃｕに比べて無視できるレベルとなるため、本実施
例では距離ｈｌを距離ｈｕの略３倍とした。
れない側の下部ストッパＣの凹部１１ｂの底面と、重り
部１の表面との距離ｈｌを大きくし、Ｃｌを略０とする
ことにより、同じζ＝０．７の設計でも上部ストッパＢ
の凹部１１ａの底面と、重り部１の表面との距離ｈｕを
小さくして静電力を大きくすることができる点に本発明
は着目したものである。そして距離ｈｌを距離ｈｕの３
倍以上に設定すると、Ｃｌは１／３3 ＝１／２７倍とな
り、Ｃｕに比べて無視できるレベルとなるため、本実施
例では距離ｈｌを距離ｈｕの略３倍とした。
【００２１】ｈｕ＝ｈｌ＝ｈ、Ｃｕ＝Ｃｌで、ζ＝０．
７の加速度センサと、Ｃｌが略０でζ＝０．７の加速度
センサ（本実施例に近いもの）を仮定して、前者に比べ
て後者がどれくら静電力が向上したかを考察してみる
と、上式より減衰比ζはｈの３乗に反比例し、静電力は
ｈの２乗に反比例するから、前者の静電力より後者の静
電力の方が２2/3 倍大きいことが分かった。
７の加速度センサと、Ｃｌが略０でζ＝０．７の加速度
センサ（本実施例に近いもの）を仮定して、前者に比べ
て後者がどれくら静電力が向上したかを考察してみる
と、上式より減衰比ζはｈの３乗に反比例し、静電力は
ｈの２乗に反比例するから、前者の静電力より後者の静
電力の方が２2/3 倍大きいことが分かった。
【００２２】従って本実施例では、距離ｈｌを距離ｈｕ
の略３倍としたので、自己診断時にもより大きな静電力
を発生させることができ、また凹部１１ａ，１１ｂによ
るエアダンピング効果により最適な周波数特性が得られ
た。尚凸部１２ａ，１２ｂの全体表面積が対向する重り
部１の表面積に比して小さい方が良好なエアダンピング
効果が得られ、特に約１／１０以下とすればその効果は
顕著となるので、本実施例では凸部１２ａ，１２ｂの全
体表面積を対向する重り部１の表面積の約１／１０とし
ている。
の略３倍としたので、自己診断時にもより大きな静電力
を発生させることができ、また凹部１１ａ，１１ｂによ
るエアダンピング効果により最適な周波数特性が得られ
た。尚凸部１２ａ，１２ｂの全体表面積が対向する重り
部１の表面積に比して小さい方が良好なエアダンピング
効果が得られ、特に約１／１０以下とすればその効果は
顕著となるので、本実施例では凸部１２ａ，１２ｂの全
体表面積を対向する重り部１の表面積の約１／１０とし
ている。
【００２３】ところで本実施例では上記以外の特徴に加
えて、自己診断時に直流電圧が印加される上部ストッパ
Ｂに対向する重り部１の最表面を金属膜５としているた
め、電圧印加時に絶縁膜７が帯電してエレクトレットと
なることがなく、そのため診断終了後電圧が印加されな
くなっても重り部１が撓むという現象が発生せず、本来
目標としている出力電圧が正確に得られるようになって
いる。
えて、自己診断時に直流電圧が印加される上部ストッパ
Ｂに対向する重り部１の最表面を金属膜５としているた
め、電圧印加時に絶縁膜７が帯電してエレクトレットと
なることがなく、そのため診断終了後電圧が印加されな
くなっても重り部１が撓むという現象が発生せず、本来
目標としている出力電圧が正確に得られるようになって
いる。
【００２４】図３（ａ）は最表面が絶縁膜７の場合にお
ける印加電圧Ｖと出力電圧Ｖ0 との関係を示し、この関
係は、Ｖ0 ＝ａ（Ｖ−Ｖｅ）2 と表される。ａは比例定
数、Ｖｅはエレクトレット電圧を示す。一方本実施例の
場合における印加電圧Ｖと出力電圧Ｖ0 との関係は図３
（ｂ）に示され、Ｖ0 ＝ａＶ2 と表される。図３（ａ）
の場合印加電圧Ｖが０の時と、自己診断時の電圧を印加
した時との出力電圧Ｖ0 の差がなく、これでは加速度セ
ンサが異常なく動作しているか否かの確認が不可能であ
り、同時に目標とする出力電圧Ｖ0 を自己診断の電圧を
印加した時に得ることもできない。これに対して本実施
例の構成では、電圧印加時の絶縁膜の帯電、即ちエレク
トレットによる特性の悪化が無く、図３（ｂ）に示す目
標とする出力電圧Ｖ0 が得られる。
ける印加電圧Ｖと出力電圧Ｖ0 との関係を示し、この関
係は、Ｖ0 ＝ａ（Ｖ−Ｖｅ）2 と表される。ａは比例定
数、Ｖｅはエレクトレット電圧を示す。一方本実施例の
場合における印加電圧Ｖと出力電圧Ｖ0 との関係は図３
（ｂ）に示され、Ｖ0 ＝ａＶ2 と表される。図３（ａ）
の場合印加電圧Ｖが０の時と、自己診断時の電圧を印加
した時との出力電圧Ｖ0 の差がなく、これでは加速度セ
ンサが異常なく動作しているか否かの確認が不可能であ
り、同時に目標とする出力電圧Ｖ0 を自己診断の電圧を
印加した時に得ることもできない。これに対して本実施
例の構成では、電圧印加時の絶縁膜の帯電、即ちエレク
トレットによる特性の悪化が無く、図３（ｂ）に示す目
標とする出力電圧Ｖ0 が得られる。
【００２５】尚上記実施例では、下部スットパＣに対向
する重り部１の最表面は金属膜５となっているが、この
金属膜５を図４に示すように無くして絶縁膜７を露出さ
せても特に問題はない。また重り部１の表面に絶縁膜７
を形成するのもやめて、図５に示すようにＳｉ半導体基
板の表面を露出するようにしても良く、この場合にも上
記のエレクトレットによる帯電を無くすことができる。
する重り部１の最表面は金属膜５となっているが、この
金属膜５を図４に示すように無くして絶縁膜７を露出さ
せても特に問題はない。また重り部１の表面に絶縁膜７
を形成するのもやめて、図５に示すようにＳｉ半導体基
板の表面を露出するようにしても良く、この場合にも上
記のエレクトレットによる帯電を無くすことができる。
【００２６】
【発明の効果】請求項１の発明は、上記上部、下部スト
ッパをセンサ自体の周波数特性をエアダンピングにより
制御する凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が印
加されたときに重り部が一定値以上変位しないように規
制する凸部とで構成したので、凹部のエアダンピング効
果により、センサ自体の周波数特性の制御が行えて最適
な周波数特性が得られ、しかも過大な加速度が印加され
ても凸部により重り部が一定以上変位するのを防止する
ことができるという効果がある。
ッパをセンサ自体の周波数特性をエアダンピングにより
制御する凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が印
加されたときに重り部が一定値以上変位しないように規
制する凸部とで構成したので、凹部のエアダンピング効
果により、センサ自体の周波数特性の制御が行えて最適
な周波数特性が得られ、しかも過大な加速度が印加され
ても凸部により重り部が一定以上変位するのを防止する
ことができるという効果がある。
【００２７】請求項２の発明は、上記センシングエレメ
ントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に電
圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生さ
せてセンシングエレメントが正常に機能しているか否か
を確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段によ
る電圧が印加されないストッパの凹部底面と対向する重
り部表面までの距離が自己診断手段による電圧が印加さ
れるストッパの凹部底面と対向する重り部表面までの距
離の３倍以上としたので、凹部のエアダンピング効果に
よって最適な周波数特性を得ることができるとともに、
自己診断手段による電圧印加時によい大きな静電力を発
生させることができるという効果がある。
ントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に電
圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生さ
せてセンシングエレメントが正常に機能しているか否か
を確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段によ
る電圧が印加されないストッパの凹部底面と対向する重
り部表面までの距離が自己診断手段による電圧が印加さ
れるストッパの凹部底面と対向する重り部表面までの距
離の３倍以上としたので、凹部のエアダンピング効果に
よって最適な周波数特性を得ることができるとともに、
自己診断手段による電圧印加時によい大きな静電力を発
生させることができるという効果がある。
【００２８】請求項３の発明は、上記センシングエレメ
ントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に電
圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生さ
せてセンシングエレメントが正常に機能しているか否か
を確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段によ
る電圧が印加される側の重り部の最表面と、この最表面
に対向するストッパの最表面に絶縁膜を形成しないの
で、自己診断手段による電圧印加時に絶縁膜が帯電して
エレクトリックになるということ無くなり、そのためそ
れ以後電圧が印加されなくなっても重り部が撓むという
現象が生じず、自己診断手段による電圧印加時に目標出
力電圧が正確に得ることができるという効果がある。
ントと上記上部、下部ストッパの何れか一方との間に電
圧を印加して重り部と当該ストッパ間に静電力を発生さ
せてセンシングエレメントが正常に機能しているか否か
を確認する自己診断手段を付設し、該自己診断手段によ
る電圧が印加される側の重り部の最表面と、この最表面
に対向するストッパの最表面に絶縁膜を形成しないの
で、自己診断手段による電圧印加時に絶縁膜が帯電して
エレクトリックになるということ無くなり、そのためそ
れ以後電圧が印加されなくなっても重り部が撓むという
現象が生じず、自己診断手段による電圧印加時に目標出
力電圧が正確に得ることができるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】同上説明用の減衰比と周波数特性（振幅倍率）
の関係特性図である。
の関係特性図である。
【図３】（ａ）は絶縁膜によるエレクトレットの働きが
ある場合の自己診断時の印加電圧と出力電圧の関係特性
図である。（ｂ）は絶縁膜によるエレクトレットの働き
が無い場合の自己診断時の印加電圧と出力電圧の関係特
性図である。
ある場合の自己診断時の印加電圧と出力電圧の関係特性
図である。（ｂ）は絶縁膜によるエレクトレットの働き
が無い場合の自己診断時の印加電圧と出力電圧の関係特
性図である。
【図４】本発明の別の実施例の断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の断面図である。
Ａ センシングエレメント Ｂ 上部ストッパ Ｃ 下部ストッパ Ｅ 直流電源 １ 重り部 ２ 支持部 ３ 撓み部 ９ 金属膜 １０ 凹所 １１ａ，１１ｂ 凹部 １２ａ、１２ｂ 凸部
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板を加工して夫々形成した重り部
と、上記重り部に一端が一体連結され他端が支持部に一
体支持され重り部の動きに連動して撓む撓み部と、上記
支持部と、印加された加速度に比例した電圧を出力とし
て取り出す手段とからなるセンシングエレメントを有す
るとともに、上記センジングエレメントの上下に夫々位
置し、上記支持部と接合され過大加速度が印加されたと
きに上記重り部が一定値以上変位しないように規制する
上部、下部ストッパを有し、上記上部、下部ストッパを
センサ自体の周波数特性をエアダンピングにより制御す
る凹部と、この凹部から突出し、過大加速度が印加され
たときに重り部が一定値以上変位しないように規制する
凸部とで構成したことを特徴とする半導体加速度セン
サ。 - 【請求項２】上記センシングエレメントと上記上部、下
部ストッパの何れか一方との間に電圧を印加して重り部
と当該ストッパ間に静電力を発生させてセンシングエレ
メントが正常に機能しているか否かを確認する自己診断
手段を付設し、該自己診断手段による電圧が印加されな
いストッパの凹部底面と対向する重り部表面までの距離
が自己診断手段による電圧が印加されるストッパの凹部
底面と対向する重り部表面までの距離の３倍以上とした
ことを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。 - 【請求項３】上記センシングエレメントと上記上部、下
部ストッパの何れか一方との間に電圧を印加して重り部
と当該ストッパ間に静電力を発生させてセンシングエレ
メントが正常に機能しているか否かを確認する自己診断
手段を付設し、該自己診断手段による電圧が印加される
側の重り部の最表面と、この最表面に対向するストッパ
の最表面に絶縁膜を形成しないことを特徴とする請求項
１記載の半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30416693A JPH07159432A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30416693A JPH07159432A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07159432A true JPH07159432A (ja) | 1995-06-23 |
Family
ID=17929847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30416693A Withdrawn JPH07159432A (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07159432A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001269900A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-10-02 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニック式のキャップ構造及びその製造方法 |
| US6332359B1 (en) | 1997-04-24 | 2001-12-25 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| JP2004506203A (ja) * | 2000-08-04 | 2004-02-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロマシニング技術を用いた構成素子 |
| US7464591B2 (en) | 2005-02-01 | 2008-12-16 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor |
| JP2011089822A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Dainippon Printing Co Ltd | ストッパ形成方法及び力学量センサの製造方法 |
-
1993
- 1993-12-03 JP JP30416693A patent/JPH07159432A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332359B1 (en) | 1997-04-24 | 2001-12-25 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6446507B2 (en) | 1997-04-24 | 2002-09-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6494092B2 (en) | 1997-04-24 | 2002-12-17 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6526827B2 (en) | 1997-04-24 | 2003-03-04 | Fuki Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6564634B2 (en) | 1997-04-24 | 2003-05-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6632697B2 (en) | 1997-04-24 | 2003-10-14 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| JP2001269900A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-10-02 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニック式のキャップ構造及びその製造方法 |
| JP2012091317A (ja) * | 2000-02-04 | 2012-05-17 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニック式のキャップ構造 |
| JP2004506203A (ja) * | 2000-08-04 | 2004-02-26 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロマシニング技術を用いた構成素子 |
| US7464591B2 (en) | 2005-02-01 | 2008-12-16 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor |
| JP2011089822A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Dainippon Printing Co Ltd | ストッパ形成方法及び力学量センサの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010206 |