JPH07260824A

JPH07260824A - 半導体式物理量センサ

Info

Publication number: JPH07260824A
Application number: JP6079592A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Morita; 善之森田; Masatoshi Oba; 正利大場; Yukio Ogawa; 幸男小川; Hisanori Fujimoto; 尚紀藤本
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【構成】ビーム３によって支持されたマス部４の下面
に可動電極８を設け、可動電極８と対向させてガラス基
板６の内面に固定電極９を設け、可動電極８と固定電極
９によって静電容量部１０を構成する。また、マス部４
が下方へ変位した時に伸張歪の発生する位置に歪検出素
子１１を設ける。従って、加速度による静電容量部１０
の静電容量値Ｃの増減と歪検出素子１１の抵抗値Ｒの増
減とは同じ向きとなっている。このトランスジューサ部
１に接続される演算処理回路２１は抵抗値Ｒと静電容量
値Ｃの積ＲＣを時定数とする関数の形式で信号を出力す
る。【効果】静電容量部の静電容量値単独や歪検出素子の
抵抗値単独の場合よりも検出感度を高感度化させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体式物理量センサに
関し、具体的にいうと、圧力や加速度等の物理量を検出
するための例えば圧力センサや加速度センサなどの半導
体式物理量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体式物理量センサとしては、従来よ
り圧力センサや加速度センサ等がある。図１５に示すも
のは歪抵抗検出方式の従来の加速度センサのトランスジ
ューサ部１０１を示す断面図であって、シリコンウエハ
等を半導体プロセスによって加工して製作されている。
すなわち、マス部１０２はビーム１０３によってフレー
ム部１０４に片持ち状に支持されており、ビーム１０３
にピエゾ抵抗素子等の歪検出素子１０５が設けられ、フ
レーム部１０４の両面にはガラス基板１０６，１０７が
接合されている。そして、加速度によってマス部１０２
が変位してビーム１０３が撓むと、この撓みによるビー
ム１０３の弾性歪が歪検出素子１０５の抵抗値変化とし
て出力され、歪検出素子１０５の出力によって加速度が
計測される。

【０００３】また、図示しないが、マス部とガラス基板
とにそれぞれ可動電極と固定電極を対向させて設け、可
動電極と固定電極との間の静電容量値の変化によって加
速度を検出するようにした静電容量検出方式のものも知
られている。さらに、圧力センサでは、マス部及びビー
ムに代えて薄膜状の感圧ダイアフラムが設けられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの歪検
出方式または静電容量検出方式の加速度センサの高感度
化を図るためには、ビームや感圧ダイアフラムの厚みを
薄くして弾性係数を小さくしたり、マス部の重量を大き
くしたりするなど、トランスジューサ部の形状や構造を
変更する必要があった。しかも、そのようにしてセンサ
感度を向上させた場合には、ビームや感圧ダイアフラム
等の機械強度が低下して衝撃等によって破損しやすくな
り、また共振周波数が低下するために振動等の繰り返し
変動量を検出する用途の場合には検出周波数の範囲が狭
くなるという欠点があった。

【０００５】また、歪検出方式の加速度センサ等では、
温度が変化するとその抵抗値が変化し、静電容量検出方
式の加速度センサ等では、温度が変化するとビーム等の
弾性が変化して電極間距離が増減して静電容量値が変化
するため、従来の歪検出方式や静電容量検出方式の加速
度センサでは温度特性が悪いという欠点があった。

【０００６】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、１つの半導
体式物理量センサに歪検出方式と静電容量検出方式とを
実現し、同時にその出力信号を用いることにより半導体
式物理量センサの検出範囲の拡大と高精度化を図り、さ
らに温度特性の改善を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体式物理量
センサは、ダイヤフラムやマス部等の変位可能な感知部
を弾性変形部によって支持し、圧力や加速度等の物理量
を感知部の変位として検出する半導体式物理量センサに
おいて、前記弾性変形部の弾性歪を検出するための歪検
出素子を設け、前記感知部に可動電極を形成すると共に
当該可動電極と対向させて固定電極を設けたことを特徴
としている。

【０００８】上記半導体式物理量センサにおいては、前
記歪検出素子による抵抗値の変化に対応する出力信号
と、前記可動電極及び固定電極による静電容量値の変化
に対応する出力信号の両出力信号を演算処理することに
より、前記物理量を検出させるようにすることができ
る。

【０００９】さらに、具体的には、前記物理量が加わっ
た時に、前記歪検出素子による抵抗値と前記可動電極及
び前記固定電極による静電容量値がともに増加もしくは
ともに減少するように構成し、前記抵抗値と静電容量値
の積もしくは和の変化となるように出力信号を出力させ
て前記物理量を検出させるようにしてもよい。あるい
は、前記物理量が加わった時に、前記歪検出素子による
抵抗値と前記可動電極及び前記固定電極による静電容量
値が相互に増加および減少するように構成し、前記抵抗
値と静電容量値の商もしくは差の変化となるように出力
信号を出力させて前記物理量を検出させるようにしても
よい。さらに、上記半導体式物理量センサにおいては、
検出した物理量を周波数信号として出力させるようにす
ることができる。

【００１０】また、前記歪検出素子による抵抗値の温度
係数の正負と、前記可動電極及び固定電極による静電容
量値の温度係数の正負とが互いに逆となるようにしても
よい。

【００１１】

【作用】本発明の半導体式物理量センサにあっては、弾
性変形部の弾性歪を検出するための歪検出素子と、前記
感知部に設けた可動電極及び固定電極からなる静電容量
部との双方で物理量を検出するようにしているので、必
要とする信号を増幅させるように歪検出素子の信号と静
電容量部の信号とを組合せたり、不要な信号を互いに打
ち消させるように歪検出素子の信号と静電容量部の信号
とを組合わせたりすることができ、センサ感度を向上さ
せ、あるいはセンサ特性を安定化させることができる。

【００１２】例えば、歪検出素子による抵抗値と可動・
固定電極による静電容量値がともに増加／減少するよう
に構成し、前記抵抗値と静電容量値の積もしくは和の変
化となるように出力信号を出力させて物理量を検出させ
るようにしたり、あるいは、前記歪検出素子による抵抗
値と可動・固定電極による静電容量値が相互に増加／減
少するように構成し、前記抵抗値と静電容量値の商もし
くは差の変化となるように出力信号を出力させて前記物
理量を検出させるようにすることにより、歪検出素子の
抵抗値変化による検出信号と静電容量部の静電容量値変
化による検出信号とが互いに増幅しあい、センサ感度を
向上させるように構成することができる。

【００１３】また、歪検出素子と静電容量部の出力を組
み合せるにあたり、歪検出素子の抵抗値と静電容量部の
静電容量値の温度係数の正負が互いに逆となるようにす
れば、温度変化による出力の変動を互いに打ち消させる
ことができ、温度変化に対して安定した半導体式物理量
センサを作製することができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例による半導体式加速
度センサのトランスジューサ部１を示す概略断面図であ
る。このトランスジューサ部１にあっては、フレーム部
２の内周部からビーム３が片持ち状に張り出しており、
ビーム３の先端にマス部４が設けられている。このマス
部４、ビーム３及びフレーム部２はＳｉウエハに半導体
製造技術を適用することによって製造されており、フレ
ーム部２の上面及び下面にはそれぞれガラス基板５，６
が接合され、マス部４はフレーム部２及びガラス基板
５，６に囲まれた空間７内に封止されている。マス部４
の上面及び下面はフレーム部２の上面及び下面よりも引
っ込んでおり、マス部４は加速度を感知して当該空間７
内で上下方向に変位できるようになっている。このマス
部４の下面には可動電極８が設けられ、可動電極８と対
向して下方のガラス基板６の内面には固定電極９が設け
られており、可動電極８と固定電極９の間に加速度検出
用の静電容量部１０が形成されている。さらに、ビーム
３の表面にはピエゾ抵抗素子のような歪検出素子１１が
設けられている。この歪検出素子１１は、マス部４が下
方へ変位して可動電極８と固定電極９との距離が接近し
て静電容量部１０の静電容量値Ｃが大きくなった時に伸
張歪が生じて抵抗値Ｒが大きくなるような位置に設けら
れている。例えば、マス部４が下方へ変位した場合に、
ビーム３が図２に示すように弾性変形するとすれば、図
２のＡ又はＢのような位置に歪検出素子１１を設けるこ
とができる。従って、マス部４に加速度が働いてマス部
４が変位すると、可動・固定電極８，９からなる静電容
量部１０の静電容量値Ｃが増加／減少すると同時に歪検
出素子１１に伸張歪／圧縮歪が発生して歪検出素子１１
の抵抗値Ｒが同じように増加／減少するようになってい
る。

【００１５】図３は加速度センサに用いる演算処理回路
２１を示す概略図であって、トランスジューサ部の歪検
出素子１１と固定及び可動電極８，９からなる静電容量
部１０に接続されている。演算処理回路２１は歪検出素
子１１からの出力信号（抵抗値Ｒ）と静電容量部１０か
らの出力信号（静電容量値Ｃ）に演算処理を施し、当該
両出力信号Ｒ，Ｃの変化を増幅するような関数形式で出
力端子２２から信号を出力する。例えば、歪検出素子１
１の抵抗値Ｒと静電容量部１０の静電容量値Ｃに乗算あ
るいは加算等の演算処理を施して、その積ＲＣや和Ｒ＋
Ｃ等を含むような関数として信号を出力する。

【００１６】しかして、図１のような構造のトランスジ
ューサ部１と図３のような構成の演算処理回路２１とを
組み合わせると、トランスジューサ部１では加速度の変
化によって歪検出素子１１の抵抗値Ｒと静電容量部１０
の静電容量値Ｃが同じように増減し、演算処理回路２１
によって積ＲＣまたは和Ｒ＋Ｃを含むような関数の形で
抵抗値Ｒと静電容量値Ｃを含む出力信号が出力されるの
で、抵抗値Ｒ単独もしくは静電容量値Ｃ単独の場合より
も加速度センサの検出感度が高くなる。すなわち、ビー
ム３の厚みを薄くしたり、マス部４を重くしたりしてト
ランスジューサ部１の構造を変更することなく、加速度
センサを高感度化することができる。

【００１７】図４はより具体的な演算処理回路２１Ａを
示す図であって、歪検出素子１１と静電容量部１０でク
ロックパルス信号を積分処理することにより加速度を検
出するようにしたものである。すなわち、歪検出素子１
１と静電容量部１０によって積分回路２３を構成し、パ
ルス発生回路２４の出力に当該積分回路２３を接続し、
さらに積分回路２３にコンパレータ２５を接続すると共
にコンパレータ２５にしきい値Ｖｓを与えるための基準
電源２６を接続し、コンパレータ２５の出力にパルス幅
検出回路２７を接続している。しかして、マス部４を振
動させない程度の弱いクロックパルス信号（図５
（ａ））をパルス発生回路２４から出力させると、積分
回路２３からコンパレータ２５へ出力される信号は指数
関数的に変化する図５（ｂ）のような積分波形Ｖａとな
る。この積分波形Ｖａは抵抗値Ｒと静電容量値Ｃの積で
決まる時定数τ＝ＣＲと時間の関数として表わされ、所
定の電圧値に達するまでの時間は時定数τ＝ＲＣによっ
て決まる。コンパレータ２５のしきい値Ｖｓが図５
（ｂ）のように設定されているとすると、コンパレータ
２５からは図５（ｃ）のようなパルス信号Ｖｏが出力さ
れ、このパルス信号Ｖｏのパルス幅ないしデューティー
比は時定数τ＝ＲＣで決まる。よって、このパルス信号
Ｖｏのパルス幅をパルス幅検出回路２７で検出すること
により加速度を検出することができる。

【００１８】そして、このような演算処理回路２１Ａを
図１のような構造のトランスジューサ部１と組合せて用
いることにより、加速度に応じて積ＲＣの関数の形で大
きな出力変化を示す加速度センサを得ることができ、加
速度を抵抗値Ｒ又は静電容量値Ｃの変化のみで検出する
場合に比べて、両者の乗算分の出力が得られることにな
り、トランスジューサ部１の構造を変更すること無く加
速度センサの高感度化を実現することができる。

【００１９】図６は別な演算処理回路２１Ｂの具体例を
示す図であって、歪検出素子１１と静電容量部１０でク
ロックパルス信号を微分処理することにより加速度を検
出するものである。この演算処理回路２１Ｂでは、歪検
出素子１１と静電容量部１０によって微分回路２８を構
成し、パルス発生回路２４の出力に当該微分回路２８を
接続し、さらに微分回路２８にコンパレータ２５を接続
すると共にコンパレータ２５にしきい値Ｖｓを与えるた
めの基準電源２６を接続し、コンパレータ２５の出力に
パルス幅検出回路２７を接続している。しかして、弱い
クロックパルス信号（図７（ａ））をパルス発生回路２
４から出力させると、微分回路２８からコンパレータ２
５へ出力される信号は指数関数的に変化する図７（ｂ）
のような微分波形Ｖｂとなる。この微分波形Ｖｂは時定
数τ＝ＣＲと時間の関数として表わされ、所定の電圧値
に達するまでの時間は時定数τ＝ＲＣによって決まる。
コンパレータ２５のしきい値Ｖｓが図７（ｂ）のように
設定されているとすると、コンパレータ２５からは図７
（ｃ）のようなパルス信号Ｖｏが出力され、このパルス
信号Ｖｏのパルス幅ないしデューティー比は時定数τ＝
ＲＣで決まる。よって、このパルス信号Ｖｏのパルス幅
をパルス幅検出回路２７で検出することにより加速度を
検出することができる。

【００２０】したがって、このような演算処理回路２１
Ｂを図１のような構造のトランスジューサ部１と組合せ
た加速度センサの場合にも、抵抗値Ｒ及び静電容量値Ｃ
のみで検出する場合に比べて両者の乗算分の出力が得ら
れることになり、トランスジューサ部１の構造を変更す
ること無く加速度センサの高感度化を実現することがで
きる。

【００２１】図８はさらに別な演算処理回路２１Ｃの具
体例を示す回路図である。この演算処理回路２１Ｃにあ
っては、３つのインバータ２９，３０，３１を直列接続
し、この直列接続されたインバータ２９，３０，３１の
両端間に歪検出素子１１と固定抵抗３２とを直列にした
ものを接続し、インバータ３０，３１間の中点（ａ点）
と固定抵抗３２及び歪検出素子１１間の中点（ｃ点）と
の間に可動・固定電極８，９によって構成された静電容
量部１０を接続し、インバータ３１の出力を演算処理回
路２１Ｃの出力として取り出すようにしたものである。
図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ図８の演算処
理回路２１Ｃのａ点、ｂ点、ｃ点及びｄ点の電圧を表わ
す図である。いま、時刻ｔ１のようにｄ点の電位がイン
バータ２９のスレッショルド電圧Ｖｓｓ以下に下がる
と、インバータ２９，３０を通してａ点の電圧はＬ（ロ
ー）レベルとなり、さらにインバータ３１を通してｂ点
の電圧はＨ（ハイ）レベルとなる。ｂ点の電圧がＨレベ
ルになった時、ｃ点の電圧は歪検出素子１１と静電容量
部１０によって形成された積分回路３３により、歪検出
素子１１を介して静電容量部１０に充電が行なわれるた
め、ｃ点の電圧Ｖｃが増加してゆく。この関係はつぎの
式で表わされる。Ｖｃ＝Ｖｉ｛１−exp［−（ｔ−ｔ１）／（ＣＲ）］｝ … ここで、Ｖｉはインバータからの出力電圧、expは指数
関数、ｔは時間である。すなわち、ｃ点の電圧は時定数
τ＝ＣＲと時間ｔで決まる値で増加してゆく。ｃ点の電
圧ＶｃがＨレベルとみなされる値まで増加したとき、固
定抵抗３２を介してｄ点の電圧はインバータ２９のスレ
ッショルド電圧Ｖｓｓ以上になる。こうして時刻ｔ２に
ｄ点の電位がインバータ２９のスレッショルド電圧Ｖｓ
ｓ以上に高くなると、インバータ２９，３０を通してａ
点の電圧はＨレベルとなり、さらにインバータ３１を通
してｂ点の電圧はＬレベルとなる。ｂ点がＬレベルにな
った時、歪検出素子１１と静電容量部１０によって形成
された積分回路３３により、歪検出素子１１を介して静
電容量部１０から放電されるため、ｃ点の電圧Ｖｃが低
下してゆく。この関係はつぎの式で表わされる。Ｖｃ＝Ｖｉ・exp［−（ｔ−ｔ２）／（ＣＲ）］ … ｃ点の電圧ＶｃがＬレベルとみなされる値まで低下した
とき、固定抵抗３２を介してｄ点の電圧はインバータ２
９のスレッショルド電圧Ｖｓｓ以下になる。このような
動作を繰り返すことにより、インバータ３１の出力に接
続されている出力端子３４からは時定数τ＝ＣＲで決ま
る周波数の周波数信号として図９（ｂ）のようなクロッ
クパルスが出力されるので、この周波数を周波数カウン
タ等によって計測することにより、加速度を検出するこ
とができる。さらに、検出信号をクロックパルスとして
検出することができるので、後段にマイクロコンピュー
タ等を用いる場合にも、Ａ／Ｄ変換等の前処理を行なう
ことなく、直接に信号を送ることが可能になるため、こ
の加速度センサを用いたシステム全体の部品点数を減ら
すことが可能になり、システム全体の小型化及び低コス
ト化が可能になる。

【００２２】この演算処理回路２１Ｃにあっても、その
周波数は歪検出素子１１の抵抗値Ｒと静電容量部１０の
静電容量値Ｃの積ＲＣとして相乗的に変化するため、図
１のような構造のトランスジューサ部１と組合せて加速
度センサを構成することにより高い検出精度を得ること
ができる。

【００２３】図１０は本発明の別な実施例による加速度
センサのトランスジューサ部４１の構造を示す概略断面
図である。この実施例では、マス部４が下方へ変位した
ときに圧縮歪が生じる位置、例えば図２に破線で示す位
置Ｄ又はＥに歪検出素子１１を設け、マス部４の上面に
可動電極８を設け、可動電極８と対向させてガラス基板
５の内面に固定電極９を設け、可動電極８と固定電極９
によって静電容量部１０を構成している。このような構
造のトランスジューサ部４１にあっても、マス部４の変
位による歪検出素子１１の伸張歪による抵抗値Ｒの増減
と静電容量部１０の静電容量値Ｃの増減とが同じ向きに
発生する。従って、このトランスジューサ部４１を図
３、図４、図６、図８のような演算処理回路２１，２１
Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと組合せることにより同様に時定数
τ＝ＲＣの関数として変化する出力を得ることができ、
加速度の検出精度を高くすることができる。

【００２４】図１１は本発明のさらに別な実施例による
加速度センサのトランスジューサ部４２の構造を示す概
略断面図である。このトランスジューサ部４２では、マ
ス部４が下方へ変位したときに伸張歪が生じる位置、例
えば図２の実線で示す位置Ａ又はＢに歪検出素子１１を
設け、マス部４の上面に可動電極８を設け、可動電極８
と対向させてガラス基板５の内面に固定電極９を設け、
可動電極８と固定電極９によって静電容量部１０を構成
している。

【００２５】また、図１２は本発明のさらに別な実施例
による加速度センサのトランスジューサ部４３を示す概
略断面図である。このトランスジューサ部４３では、マ
ス部４が下方へ変位したときに圧縮歪が生じる位置、例
えば図２の破線で示す位置Ｄ又はＥに歪検出素子１１を
設け、マス部４の下面に可動電極８を設け、可動電極８
と対向させてガラス基板６の内面に固定電極９を設け、
可動電極８と固定電極９によって静電容量部１０を構成
している。

【００２６】このような図１１や図１２のような構造の
トランスジューサ部４２，４３にあっては、歪検出素子
１１の抵抗値Ｒの増減と静電容量部１０の静電容量値Ｃ
の増減とが逆向きに発生し、例えばマス部４の変位によ
る歪検出素子１１の圧縮歪による抵抗値Ｒの減少と静電
容量部１０の静電容量値Ｃの増加とが同時に発生する。

【００２７】また、図１３は本発明のさらに別な実施例
による演算処理回路４４を示すブロック図である。この
演算処理回路４４では、歪検出素子１１はブリッジ回路
等によって構成される抵抗／電圧変換回路４５を介して
除算処理回路４７に接続されており、静電容量部１０は
ブリッジ回路等によって構成される容量／電圧変換回路
４６を介して除算処理回路４７に接続されている。歪検
出素子１１の抵抗値Ｒは抵抗／電圧変換回路４５によっ
て電圧信号に変換され、静電容量部１０の静電容量値Ｃ
は容量／電圧変換回路４６によって電圧信号に変換さ
れ、さらに除算処理回路４７においては抵抗／電圧変換
回路４５の電圧出力と容量／電圧変換回路４６の電圧出
力とを除算するような形で出力信号を出力する。すなわ
ち、歪検出素子１１の抵抗値Ｒと静電容量部１０の静電
容量値Ｃの商Ｒ／Ｃを含むような関数の形式で出力信号
を出力する。

【００２８】しかして、図１１や図１２のトランスジュ
ーサ部４２，４３においては加速度の変化によって歪検
出素子１１の抵抗値Ｒの増減と静電容量部１０の静電容
量値Ｃの増減とが逆向きに発生し、図１３の演算処理回
路４４では商Ｒ／Ｃの関数の形で信号が出力されるの
で、図１１のトランスジューサ部４２又は図１２のトラ
ンスジューサ部４３と図１３の演算処理回路４４とを組
合せて加速度センサを構成すれば、結局は、抵抗値Ｒ単
独または静電容量値Ｃ単独の場合よりも加速度センサの
感度を高めることができる。すなわち、この場合も、ビ
ーム３の厚みを薄くしたり、マス部４を重くしたりする
などトランスジューサ部４２，４３の構造を変更するこ
となく、加速度センサの感度を高くすることができる。
なお、図１３の演算処理回路４４では、抵抗Ｒと静電容
量値Ｃの商Ｒ／Ｃを出力するようにしているが、減算処
理回路を用いて差（Ｒ−Ｃ）の関数の形で出力させるよ
うにしてもよい。

【００２９】また、歪検出素子１１の抵抗値Ｒや静電容
量部１０の静電容量値Ｃは温度によって変化するが、上
記トランスジューサ部１，４１，４２，４３と演算処理
回路２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，４４を適宜組合せ
ることにより、加速度センサの温度特性を安定化させる
ことができる。

【００３０】例えば図１０や図１１のようにマス部４の
上面に可動電極８を有するトランスジューサ部４１，４
２においては、温度上昇によってビーム３が下方へ撓み
可動・固定電極８，９間が広くなって静電容量部１０の
静電容量値Ｃが小さくなる。このようなトランスジュー
サ部４１，４２において、歪検出素子１１の抵抗値Ｒが
温度上昇によって増加する場合を考えると、温度変化に
起因する抵抗値Ｒの増減と静電容量値Ｃの増減とは逆向
きになる。このような場合には、図３、図４、図６又は
図８のようなＲＣ型やＲ＋Ｃ型などの演算処理回路２
１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを組合せることにより、抵
抗値Ｒの温度変化と静電容量値Ｃの温度変化とを互いに
打ち消させることができ、加速度センサの温度特性を安
定させることができる。特に、図１０のトランスジュー
サ部４１と図３、図４、図６又は図８の演算処理回路２
１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとの組合せでは、温度特性
を安定させることができると同時に検出感度も高感度化
させることができる。

【００３１】また、図１０や図１１のトランスジューサ
部４１，４２において、歪検出素子１１の抵抗値Ｒが温
度上昇によって減少する場合を考えると、温度変化によ
る静電容量値Ｃの増減と抵抗値Ｒの増減とが同じ向きに
なる。このような場合には、図１０や図１１のトランス
ジューサ部４１，４２と図１３のようなＲ／Ｃ型や（Ｒ
−Ｃ）型などの演算処理回路４４とを組合せることによ
り、抵抗値Ｒの温度変化と静電容量値Ｃの温度変化を互
いに打ち消させることができ、加速度センサの温度特性
を安定させることができる。特に、図１１のトランスジ
ューサ部４２と図１３の演算処理回路４４の組合せで
は、温度特性を安定させることができると同時に検出感
度も高感度化させることができる。

【００３２】さらに、図１や図１２のようにマス部４の
下面に可動電極８を有するトランスジューサ部１，４３
においては、温度上昇によってビーム３が下方へ撓み可
動・固定電極８，９間が狭くなって静電容量部１０の静
電容量値Ｃが大きくなる。このようなトランスジューサ
部１，４３において、歪検出素子１１の抵抗値Ｒが温度
上昇によって増加する場合を考えると、温度変化に起因
する抵抗値Ｒの増減と静電容量値Ｃの増減とは同一の向
きになる。このような場合には、図１３のようなＲ／Ｃ
型や（Ｒ−Ｃ）型などの演算処理回路４４を組合せるこ
とにより、抵抗値Ｒの温度変化と静電容量値Ｃの温度変
化とを互いに打ち消させることができ、加速度センサの
温度特性を安定させることができる。特に、図１２のト
ランスジューサ部４３と図１３の演算処理回路４４との
組合せでは、温度特性を安定させることができると同時
に検出感度も高感度化させることができる。

【００３３】また、図１や図１２のトランスジューサ部
１，４３において、歪検出素子１１の抵抗値Ｒが温度上
昇によって減少する場合を考えると、温度変化による静
電容量値Ｃの増減と抵抗値Ｒの増減とが逆向きになる。
このような場合には、図１や図１２のトランスジューサ
部１，４３と図３，図４、図６、図８のようなＲＣ型や
Ｒ＋Ｃ型などの演算処理回路２１，２１Ａ，２１Ｂ，２
１Ｃとを組合せることにより、抵抗値Ｒの温度変化と静
電容量値Ｃの温度変化を互いに打ち消させることがで
き、加速度センサの温度特性を安定させることができ
る。特に、図１のトランスジューサ部１と図３、図４、
図６、図８の演算処理回路２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１
Ｃの組合せでは、温度特性を安定させることができると
同時に検出感度も高感度化させることができる。

【００３４】上記各実施例では、加速度センサについて
説明したが、本発明は加速度センサに限らず、その他の
物理量センサにも適用することができる。例えば、図１
４に示すものは圧力センサのトランスジューサ部５１で
あって、フレーム部５２には薄膜状の感圧ダイアフラム
５３が支持されており、感圧ダイアフラム５３に圧力が
加わると感圧ダイアフラム５３が上下に撓む。この感圧
ダイアフラム５３の上面には可動電極５４が設けられて
おり、可動電極５４と対向させてガラス基板５８の下面
には固定電極５５が設けられており、可動電極５４と固
定電極５５によって静電容量部５６が構成されている。
また、感圧ダイアフラム５３の外周部には、感圧ダイア
フラム５３の弾性歪を検出するための歪検出素子５７を
イオン注入や不純物拡散等の方法によって設けている。
このような静電容量部５６と歪検出素子５７とを有する
圧力センサのトランスジューサ部５１にあっても、上記
図３、図４、図６、図８、図１３のような演算処理回路
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，４４と組合せることに
より、検出感度を向上させたり、温度特性を安定化させ
たりすることができる。

【００３５】また、上記各実施例では、温度上昇によっ
てビーム３が下方へ撓む場合について説明したが、ビー
ム形成のための半導体プロセス条件によっては上方へ撓
む可能性もある。このような場合においても、上記各実
施例と同様に、トランスジューサ部１，４１，４２，４
３と演算処理回路部２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，４
４を適宜組合せることにより、加速度センサの温度特性
を安定化させることができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、物理量を検出している
際の歪検出素子の抵抗値の変化による出力信号の増減と
可動・固定電極間の静電容量値の変化による出力信号の
増減とを一致させるようにすることにより、出力信号の
変化を互いに相乗的に大きくすることができ、センサ感
度を大きく向上させることができる。

【００３７】また、温度変化に伴う歪検出素子の抵抗値
の変化と可動・固定電極間の静電容量値の変化が互いに
相殺しあうように両出力信号を組合わせることにより、
センサの温度特性を安定させることができる。

【００３８】しかも、トランスジューサ部の構造等を変
更する必要がないので、ビームや感圧ダイアフラム等の
機械強度が低下して衝撃等によって破損しやすくなった
り、また共振周波数が低下して検出周波数の範囲が狭く
なったりといった不都合がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体式加速度センサのトランス
ジューサ部の構造を示す断面図である。

【図２】同上のビームの弾性変形の挙動を示す一部破断
した拡大図である。

【図３】本発明に係る半導体式加速度センサの演算処理
回路を示す概略図である。

【図４】本発明に係る半導体式加速度センサの別な演算
処理回路を示す回路図である。

【図５】（ａ）は同上のクロックパルス信号、（ｂ）は
積分回路の出力信号、（ｃ）はコンパレータの出力信号
を示す各波形図である。

【図６】本発明に係る半導体式加速度センサのさらに別
な演算処理回路を示す回路図である。

【図７】（ａ）は同上のクロックパルス信号、（ｂ）は
微分回路の出力信号、（ｃ）はコンパレータの出力信号
を示す各波形図である。

【図８】本発明に係る半導体式加速度センサのさらに別
な演算処理回路を示す回路図である。

【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ図８のａ
点、ｂ点、ｃ点、ｄ点の電圧を示す波形図である。

【図１０】本発明に係る半導体式加速度センサの別なト
ランスジューサ部の構造を示す断面図である。

【図１１】本発明に係る半導体式加速度センサのさらに
別なトランスジューサ部の構造を示す断面図である。

【図１２】本発明に係る半導体式加速度センサのさらに
別なトランスジューサ部の構造を示す断面図である。

【図１３】本発明に係る半導体式加速度センサのさらに
別な演算処理回路を示す回路図である。

【図１４】本発明に係る半導体式圧力センサの構造を示
す断面図である。

【図１５】従来例の半導体式加速度センサの構造を示す
断面図である。

【符号の説明】

２フレーム部３ビーム４マス部７空間８可動電極９固定電極１０静電容量部１１歪検出素子２１，２１Ａ，２１Ｂ，４４演算処理回路２３積分回路２４パルス発生回路２５コンパレータ２７パルス幅検出回路２８微分回路４７除算処理回路５３感圧ダイアフラム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤本尚紀京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤフラムやマス部等の変位可能な感
知部を弾性変形部によって支持し、圧力や加速度等の物
理量を感知部の変位として検出する半導体式物理量セン
サにおいて、前記弾性変形部の弾性歪を検出するための歪検出素子を
設け、前記感知部に可動電極を形成すると共に当該可動
電極と対向させて固定電極を設けたことを特徴とする半
導体式物理量センサ。
【請求項２】前記歪検出素子による抵抗値の変化に対
応する出力信号と、前記可動電極及び固定電極による静
電容量値の変化に対応する出力信号の両出力信号を演算
処理することにより、前記物理量を検出させるようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の半導体式物理量セ
ンサ。
【請求項３】前記物理量が加わった時に、前記歪検出
素子による抵抗値と前記可動電極及び前記固定電極によ
る静電容量値がともに増加もしくはともに減少するよう
に構成し、前記抵抗値と静電容量値の積もしくは和の変
化となるように出力信号を出力させて前記物理量を検出
させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の半
導体式物理量センサ。
【請求項４】前記物理量が加わった時に、前記歪検出
素子による抵抗値と前記可動電極及び前記固定電極によ
る静電容量値が相互に増加および減少するように構成
し、前記抵抗値と静電容量値の商もしくは差の変化とな
るように出力信号を出力させて前記物理量を検出させる
ようにしたことを特徴とする請求項２に記載の半導体式
物理量センサ。
【請求項５】検出した物理量を周波数信号として出力
させるようにしたことを特徴とする請求項１，２，３又
は４に記載の半導体式物理量センサ。
【請求項６】前記歪検出素子による抵抗値の温度係数
の正負と、前記可動電極及び固定電極による静電容量値
の温度係数の正負とが互いに逆となるようにしたことを
特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載の半導体
式物理量センサ。