JPH08136575A - 加速度検出装置 - Google Patents

加速度検出装置

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JPH08136575A
JPH08136575A JP29578594A JP29578594A JPH08136575A JP H08136575 A JPH08136575 A JP H08136575A JP 29578594 A JP29578594 A JP 29578594A JP 29578594 A JP29578594 A JP 29578594A JP H08136575 A JPH08136575 A JP H08136575A
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acceleration
capacitors
electrodes
capacitance
acceleration detection
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JP29578594A
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English (en)
Inventor
Mamoru Ishibe
護 石部
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部加速度によって容量が変化する対となる
可変コンデンサ4A,4Bの固有容量のバランスを良く
し、加速度検出性能が優れ、装置の歩留りが向上し、製
造コストの安価な加速度検出装置1を提供する。 【構成】 加速度検出装置1は、多層基板10と回路部8
とガラス基板17と加速度検知部3と検知部カバー6を順
に積層一体化した構造を持つ。加速度検知部3には、外
部加速度によって容量が変化する対となる可変コンデン
サ4A,4Bを形成し、可変コンデンサ4A,4Bは、
多層基板10に形成された補正用コンデンサ12A,12Bと
接続している。補正用コンデンサ12A,12Bは、多層基
板10の露出底面に露出形成された底面電極13A,13Bを
有し、容量の大きい方の可変コンデンサ4A,4Bに接
続している底面電極13A,13Bをレーザ加工して電極面
積を減少し、可変コンデンサ4A,4Bの固有容量のバ
ランスをとることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電容量の変化を利用
して加速度を検出する加速度検出装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図4には、マイクロマシニング技術で作
製された加速度を検出する従来の加速度検出装置1の一
例が示されている。加速度検出装置1は、素子基板5に
形成された加速度検知部3と、ガラス基板17と、シリコ
ン等で形成される検知部カバー6と、回路部8と、多層
基板10とを有して構成されている。同図において、多層
基板10上には回路部8を設けたガラス基板17が積層さ
れ、このガラス基板17上には加速度検知部3を形成した
素子基板5が積層され、加速度検知部3の上には検知部
カバー6が被せられて、全体が積層一体化されている。
【0003】加速度検知部3と回路部8と多層基板10に
は、それぞれ、電気回路等が形成されており、これら電
気回路がスルーホール(図示せず)等の適宜の接続手段
を介して導通接続し、図5に示すような、加速度に応じ
た電気信号を出力する加速度検出回路2を形成する。
【0004】加速度検知部3には、外部加速度によって
静電容量が変化する加速度検知コンデンサである可変コ
ンデンサ4A,4Bが形成されている。可変コンデンサ
4A,4Bは、シリコン等の素子基板5に、エッチング
処理によって、図4、図5に示すように、紙面に対して
垂直な作用方向の外部加速度が作用すると外部加速度の
大きさに応じて前記作用方向に変位する可動電極19と、
可動電極19と間隔を介して作用方向に対向配置される固
定電極20A,20Bが形成されて、構成される。固定電極
20A,20Bには、図5に示すように、発振回路22から出
力された交流電圧が、直流カットするコンデンサC1
2 と、ダイオードDのブリッジ回路を介して印加され
る。可変コンデンサ4Aと4Bは対となり、その静電容
量は、外部加速度が作用して可動電極19が変位すると、
一方が増加し他方は減少するという如く、互いに異なっ
た増減方向に変化する。
【0005】回路部8には、前記可変コンデンサ4A,
4Bの静電容量を電気信号に変換する電気回路が形成さ
れており、多層基板10には、回路部8に接続する他の電
気回路が形成されている。
【0006】可変コンデンサ4A,4Bの静電容量は、
図5に示す回路から明らかな如く、静電容量に対応する
電圧に変換され、可変コンデンサ4Aの静電容量は検出
電圧信号VA として、可変コンデンサ4Bの静電容量は
検出電圧信号VB として差動アンプ23に入力される。差
動アンプ23は、前記入力された検出電圧信号VA とVB
の信号レベルの差分をとり、可変コンデンサ4A,4B
の差動容量に応じた電圧(加速度検出電圧)、つまり、
外部加速度の大きさを意味する電圧を検出し、出力回路
24に出力する。
【0007】出力回路24には、入力された加速度検出電
圧を出力回路24から出力するのに適宜なレベルに合わせ
る加速度検出電圧のレベル調整用の可変抵抗Rx が接続
されており、この可変抵抗Rx により、予め差動アンプ
23のオフセット電圧が所望の設定レベルとなるように調
整されている。出力回路24は、加速度検出電圧のレベル
を可変抵抗Rx によってレベル調整し、この加速度検出
電圧信号を、加速度の信号を処理する演算回路(図示せ
ず)等に出力する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、差動アンプ
23から出力される加速度検出電圧によって正確に加速度
を検出するためには、可変コンデンサ4Aと4Bの固有
容量のバランスが良いことが望まれる。しかし、実際に
は、製造時のエッチング処理等の加工精度のばらつきに
より、可変コンデンサ4Aと4Bの構造寸法を全く同じ
に作製することはできず、可変コンデンサ4Aと4Bの
固有容量のバランスがとれていないものとなる。このよ
うなバランスがとれていない可変コンデンサ4A,4B
に基づいた加速度検出電圧には、前記バランスの悪さか
ら生じるノイズ成分が含まれてしまい、加速度検出装置
1は、前記ノイズによって、正確に加速度を検出するこ
とができず、このことにより、加速度検出性能を悪化さ
せるという問題がある。
【0009】また、上記の如く、可変コンデンサ4Aと
4Bの固有容量のバランスが非常に悪い加速度検出装置
1は不良品となり、このことから、装置1の歩留りを下
げ、製造コストが高くなるという問題がある。
【0010】また、上記加速度検出電圧信号のノイズの
ために、加速度検出のダイナミックレンジが限定されて
しまうという問題がある。
【0011】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、外部加速度を静電容量の変
化として検知する対をなす可変コンデンサの固有容量の
バランスを良くし、このことから、加速度検出性能が高
く、製造コストが安価な、かつ、加速度検出のダイナミ
ックレンジが広い加速度検出装置を提供することであ
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、第
1の発明の加速度検出装置は、外部加速度を静電容量変
化によって検出する加速度検知部が形成された素子基板
と、加速度検知部の静電容量変化を電気信号に変換する
回路部と、この回路部に接続される電気回路が形成され
ている多層基板とを有し、前記加速度検知部は外部加速
度の変化によって静電容量を変化する対となる加速度検
知コンデンサを備え、この対となる加速度検知コンデン
サの差動容量に基づいて外部加速度を検出する加速度検
出装置において、前記対となる加速度検知コンデンサの
一方又は両方には互いの加速度検知コンデンサの固有容
量のバランスをとる補正用コンデンサが接続されている
ことを特徴として構成されている。
【0013】また、第2の発明の加速度検出装置は、第
1の発明の加速度検出装置の素子基板と多層基板は回路
部を間にして積層一体化されており、多層基板には補正
用コンデンサの互いに対となる電極が積層状に形成さ
れ、その積層状に形成される複数の電極のうちの1枚の
電極は多層基板の露出底面に露出形成されていることを
特徴として構成されている。
【0014】また、第3の発明の加速度検出装置は、第
1の発明の加速度検出装置の素子基板と多層基板は回路
部を間にして積層一体化されており、多層基板には補正
用コンデンサの互いに対となる一方側の極となる複数の
各電極と他方側の極となる1枚以上の各電極とは互い違
いにして積層状に形成され、各極側の電極はそれぞれ共
通の接続導体によって導通接続されており、複数の電極
を共通接続してなる少くとも一方側極の接続導体は多層
基板の外側面に露出形成されていることを特徴として構
成されている。
【0015】
【作用】上記構成の本発明において、外部加速度が加速
度検知部に作用すると、対をなす加速度検知コンデンサ
の静電容量は共に変化し、このコンデンサの差動容量
は、回路部や多層基板に形成される電気回路で、差動容
量に応じた電気信号、つまり、外部加速度を意味する電
気信号に変換される。
【0016】上記電気信号は、補正用コンデンサによっ
て対となる加速度検知コンデンサの固有容量のバランス
がとれているために、加速度検知コンデンサの固有容量
におけるバランスの悪さから生じるノイズを含まない。
したがって、この電気信号に基づいて、本発明の加速度
検出装置は、精度良く、加速度の大きさ等を検出する。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名
称部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【0018】ところで、コンデンサの静電容量Cと、コ
ンデンサの対となる電極間の間隔dおよび電極面積Sと
の関係を次式に表すと、C=ε0 ・εr ・(S/d)と
なる。ただし、ε0 は真空の誘電率であり、εr は比誘
電率である。
【0019】上式は、電極面積Sを小さくすれば静電容
量Cが減少することを表しており、Cの減少調整はSを
小さくすることで行うことができることが分かる。そこ
で、本発明者は、この点に着目し、Sの縮小加工が可能
な補正用コンデンサを可変コンデンサ4A,4Bに接続
し、この補正用コンデンサを用いて、可変コンデンサ4
A,4Bの固有容量のバランスをとることができる加速
度検出装置1を発明した。
【0020】図1には、第1の実施例の加速度検出装置
1が示されている。第1の実施例の加速度検出装置1に
は、可変コンデンサ4A,4Bの固有容量のバランスを
とる補正用コンデンサ12A,12Bが多層基板10に形成さ
れ、図2に示すように、補正用コンデンサ12Aは可変コ
ンデンサ4Aに、補正用コンデンサ12Bは可変コンデン
サ4Bに、それぞれ並列に接続されている。
【0021】補正用コンデンサ12A,12Bは、互いに対
となる(異なる極となる)複数の電極26,27と、接続導
体14(14a,14b)とを有して構成される。図1に示す
ように、電極26,27は、多層基板10に、交互に積層状に
形成され、そのうちの最下層となる底面電極13A,13B
が多層基板10の露出底面に露出形成されている。また、
接続導体14aは、複数の電極(底面電極13A,13Bを含
む)26を共通接続し、他の接続導体14bは、複数の電極
27を共通接続する。
【0022】上記補正用コンデンサ12A,12Bを用い、
下記のようにして、可変コンデンサ4A,4Bの固有容
量のバランスをとる。ただし、図2に示す回路から明ら
かなように、可変コンデンサ4Aと補正用コンデンサ12
Aの静電容量の和が検出電圧信号VA として差動アンプ
23に入力するので、可変コンデンサ4Aと補正用コンデ
ンサ12Aの固有容量の和を可変コンデンサ4Aの固有容
量CA として扱い、同様に可変コンデンサ4Bと補正用
コンデンサ12Bの固有容量の和を可変コンデンサ4Bの
固有容量CB として扱う。
【0023】まず、本実施例の加速度検出装置1を、前
記可変コンデンサ4A,4Bの固有容量CA ,CB の測
定装置およびレーザビーム装置を備えた調整加工用装置
内に設置し、前記固有容量CA ,CB を測定する。
【0024】次に、固有容量CA とCB のバランスが悪
いときには、例えば、CB がCA より大きいときには、
底面電極13Bの図1の(b)に示すようなレーザカット
位置aをレーザビームでレーザカットし、図1の(b)
に示す底面電極13Bの斜線領域を導通遮断し、電極とし
て有効な電極面積Sを減少させる。このことにより、C
B がレーザカットで導通遮断された面積S1 部分だけ小
さくなる。
【0025】次に、再度、CA ,CB を測定し、まだ、
なお、CB がCA より大きいときには、底面電極13Bの
レーザカット位置bをレーザカットし、さらに、CB
小さくする。
【0026】上記のようにして、CB とCA のバランス
が良くなるまで、CA ,CB の測定と底面電極13Bのレ
ーザ加工を交互に繰り返し行う。
【0027】以上のように、可変コンデンサ4A,4B
の固有容量CA ,CB のバランスが悪いときには、固有
容量の大きい方の可変コンデンサ、例えば4Bに接続し
ている補正用コンデンサ12Bの静電容量を小さくする底
面電極13Bのレーザ加工を行い、固有容量CB をCA
合わせることで、対となる可変コンデンサ4A,4Bの
固有容量CA ,CB のバランスを良くする。
【0028】本実施例によれば、可変コンデンサ4A,
4Bにそれぞれ接続される補正用コンデンサ12A,12B
が多層基板10に形成され、この各補正用コンデンサ12
A,12Bの底面電極13A,13Bが多層基板10の露出底面
に露出形成されているので、補正用コンデンサ12A,12
Bを用いて、可変コンデンサ4Aの固有容量CA と、可
変コンデンサ4Bの固有容量CB とのバランスを良くす
ることができるようになり、差動アンプ23から出力され
る加速度検出信号のノイズが低減し、加速度の大きさ等
を正確に検出できるようになり、また、加速度検出のダ
イナミックレンジを広くとることが可能となり、加速度
検出性能を向上させることができる。
【0029】さらに、上記の如く、本実施例の加速度検
出装置1は、可変コンデンサ4A,4Bの固有容量
A ,CB のバランスを良くすることができる構成であ
るので、従来のように、CA とCB の差分が大きい可変
コンデンサ4A,4Bが不良品となることもなく、加速
度検出装置1の歩留りが向上し、製造コストを安くする
ことができる。
【0030】第2の実施例を図3に基づいて説明する。
なお、本実施例の説明において、第1の実施例と同一名
称部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略す
る。
【0031】第2の実施例では、補正用コンデンサ12
A,12Bが、第1の実施例のように、多層基板10の露出
底面に底面電極13A,13Bを露出形成するのではなく、
複数の電極26を共通接続している接続導体14a(側面接
続導体15A,15B)を多層基板10の側面に露出形成す
る。なお、電極26は負極となるようにして形成されてい
る。図3の(b)に示すように、隣り合う電極26間を導
通接続している複数の側面接続導体15Bは、階段状に位
置をずらして形成されている。また、図示されていない
側面接続導体15Aについても、同様に形成されている。
【0032】この第2の実施例では、下記のようにし
て、可変コンデンサ4A,4Bの固有容量CA ,CB
バランスをとる。
【0033】まず、第1の実施例の加速度検出装置1と
同様に、可変コンデンサ4A,4Bの固有容量CA ,C
B の測定を行い、例えば、CB がCA より大きいときに
は、補正用コンデンサ12Bの側面接続導体15Bを図3の
(b)に示すレーザカット位置Aでレーザビームによっ
てレーザカットし、電極26Aを導通遮断し、補正用コン
デンサ12Bの静電容量を電極26Aの電極面積分小さくし
て、つまり、CB を小さくする。
【0034】次に、上記同様に、CA ,CB を測定し、
まだなお、CB がCA より大きいときには、側面接続導
体15Bのレーザカット位置Bをレーザカットする。
【0035】以上のように、CA とCB のバランスが悪
いときには、CA ,CB の測定と、側面接続導体15A,
15Bのレーザ加工を交互に行い、CB をCA に、又は、
AをCB に合わせ、CA とCB のバランスを良くす
る。
【0036】本実施例によれば、補正用コンデンサ12
A,12Bの複数の電極26を導通接続している側面接続導
体15A,15Bを、多層基板10の側面に露出形成したの
で、補正用コンデンサ12A,12Bを用いて、対となる可
変コンデンサ4A,4Bの固有容量CA ,CB のバラン
スを良くすることができ、第1の実施例と同様な優れた
効果を持つことができる。
【0037】また、本実施例のような側面接続導体15
A,15Bが露出形成されている加速度検出装置1では、
可変コンデンサ4A,4Bの固有容量CA ,CB のバラ
ンスが非常に悪いときに、CA ,CB の測定と、側面接
続導体15A,15Bのレーザ加工を交互に行うだけで、C
A とCB のバランスを良くすることができ、CA とCB
のバランス調整の手間を省くことができる。
【0038】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
各実施例では回路部8をガラス基板17側に形成したが、
これを多層基板10側に形成してもよい。
【0039】また、上記各実施例では、補正用コンデン
サ12A,12Bは、それぞれ、可変コンデンサ4A,4B
に並列に接続されたが、直列に接続してもよい。この場
合も、同様にして、固有容量の大きい方の可変コンデン
サにおける補正用コンデンサの静電容量を小さくして、
対となる可変コンデンサ4A,4Bの固有容量CA ,C
B のバランスを良くすることができる。
【0040】さらに、上記各実施例では、可変コンデン
サ4A,4Bにそれぞれ補正用コンデンサ12A,12Bを
接続したが、どちらか一方の可変コンデンサ、例えば4
Bだけに補正用コンデンサ12Bを接続してもよい。この
ような装置1では、可変コンデンサ4Bの固有容量CB
を、他方の可変コンデンサ4Aの固有容量CA より大き
くなるように作製すれば、前記同様に、補正用コンデン
サ12Bの静電容量を小さくしてCB をCA に合わせて、
全ての加速度検出装置1のCA とCB のバランスを良く
することができる。
【0041】また、第1の実施例で、補正用コンデンサ
12A,12Bを構成する電極26,27は、それぞれ複数枚で
あったが、それぞれ1枚でもよく、枚数には限定されな
い。
【0042】また、第2の実施例では、側面接続導体15
A,15Bが、図3の(b)に示すように階段状に露出形
成されたが、点線で示すように直線状に露出形成する等
の他の形状で形成してもよい。
【0043】また、負極となる複数の電極26の接続導体
15A,15Bだけを露出形成するのではなく、正極となる
複数の電極27の接続導体14も露出形成してもよい。ま
た、負極側の接続導体15A,15Bではなく、正極側の接
続導体14だけを多層基板10の側面に露出形成してもよ
い。
【0044】また、上記各実施例の特徴を両方とも持
つ、底面電極13A,13Bを多層基板10の露出底面に露出
形成し、かつ、側面接続導体15A,15Bを多層基板10の
側面に露出形成してもよい。この場合には、可変コンデ
ンサ4A,4Bの固有容量CA,CB の差分が小さいと
きには底面電極13A,13Bをレーザ加工し、CA とCB
の差分が大きいときには側面接続導体15A,15Bをレー
ザ加工し、CA とCB のバランスを良くするようにす
る。このようにすることで、CA とCB の差分が大きく
ても小さくても、CA とCB のバランス調整を行うこと
ができる。
【0045】また、上記各実施例で、可変コンデンサ4
A,4Bの固有容量CA ,CB のバランスを良くする手
法として、レーザビームを用いて、底面電極13A,13B
あるいは側面接続導体15A,15Bの適宜な部分を導通遮
断していたが、砂消しゴムや、ダイヤモンド円周刃や、
超音波ビームや、電子ビーム等を用いたり、陽極酸化法
や砂噴射加工法等の他の手法で導通遮断してもよい。し
かし、レーザビームは加工精度に優れ、また、効率良く
前記加工を行うことができる。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、加速度検知コンデンサ
に、対となる加速度検知コンデンサの固有容量のバラン
スをとる補正用コンデンサを接続したので、対となる加
速度検知コンデンサの固有容量のバランスが悪いときに
は、補正用コンデンサによって、該バランスを良くする
ことができ、従来のような、固有容量のバランスの悪さ
から生じる加速度検知コンデンサの差動容量に応じた電
気信号におけるノイズが低減し、本発明の加速度検出装
置は、加速度の大きさ等を精度良く検出できる。また、
加速度検出のダイナミックレンジを広く取ることが可能
となり、加速度検出性能を向上させることができる。
【0047】さらに、上記の如く、補正用コンデンサに
よって、対となる加速度検知コンデンサの固有容量のバ
ランスを良くすることができるために、従来のように、
該コンデンサの固有容量のバランスが悪くて、該コンデ
ンサが不良品として扱われることがなくなり、加速度検
出装置の歩留りを向上させることができ、製造コストを
下げることが可能となる。
【0048】さらに、補正用コンデンサの複数の電極の
うちの1枚の電極を、多層基板の露出底面に露出形成し
た構成にあっては、対となる加速度検知コンデンサの固
有容量のバランスが悪いときには、露出形成された電極
の電極面積をレーザビーム等を用いて減少させること
で、固有容量が他方より大きい加速度検知コンデンサに
接続されている補正用コンデンサの容量を減少させて、
加速度検知コンデンサの固有容量のバランスをとること
ができ、上記のように優れた加速度検出装置を提供でき
る。
【0049】さらに、補正用コンデンサを形成する接続
導体を多層基板の外側面に露出形成する構成にあって
は、対となる加速度検知コンデンサの固有容量のバラン
スが悪いときには、固有容量が他方より大きい加速度検
知コンデンサ側の補正用コンデンサの接続導体を、レー
ザビーム等により切断し、補正用コンデンサを形成する
電極を減少させて、加速度検知コンデンサの固有容量の
バランスをとることができ、上記のように優れた加速度
検出装置を提供できる。
【0050】さらにまた、上記の如く、補正用コンデン
サの複数の電極のうちの1枚の電極を多層基板の露出底
面に露出形成したり、接続導体を多層基板の外側面に露
出形成する構成にあっては、補正用コンデンサの容量を
外部の加工によって減少させることができ、容易に、加
速度検知コンデンサの固有容量のバランスをとることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の加速度検出装置を示す説明図で
ある。
【図2】第1および第2の実施例の加速度検出装置に形
成される加速度を電気信号に変換出力する電気回路を示
す説明図である。
【図3】第2の実施例の加速度検出装置を示す説明図で
ある。
【図4】従来の加速度検出装置を示す説明図である。
【図5】従来の加速度検出装置に形成される加速度検出
の電気回路を示す説明図である。
【符号の説明】
1 加速度検出装置 3 加速度検知部 4A,4B 可変コンデンサ 5 素子基板 8 回路部 10 多層基板 12A,12B 補正用コンデンサ 13A,13B 底面電極 15A,15B 側面接続導体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部加速度を静電容量変化によって検出
    する加速度検知部が形成された素子基板と、加速度検知
    部の静電容量変化を電気信号に変換する回路部と、この
    回路部に接続される電気回路が形成されている多層基板
    とを有し、前記加速度検知部は外部加速度の変化によっ
    て静電容量を変化する対となる加速度検知コンデンサを
    備え、この対となる加速度検知コンデンサの差動容量に
    基づいて外部加速度を検出する加速度検出装置におい
    て、前記対となる加速度検知コンデンサの一方又は両方
    には互いの加速度検知コンデンサの固有容量のバランス
    をとる補正用コンデンサが接続されていることを特徴と
    する加速度検出装置。
  2. 【請求項2】 素子基板と多層基板は回路部を間にして
    積層一体化されており、多層基板には補正用コンデンサ
    の互いに対となる電極が積層状に形成され、その積層状
    に形成される複数の電極のうちの1枚の電極は多層基板
    の露出底面に露出形成されている請求項1記載の加速度
    検出装置。
  3. 【請求項3】 素子基板と多層基板は回路部を間にして
    積層一体化されており、多層基板には補正用コンデンサ
    の互いに対となる一方側の極となる複数の各電極と他方
    側の極となる1枚以上の各電極とは互い違いにして積層
    状に形成され、各極側の電極はそれぞれ共通の接続導体
    によって導通接続されており、複数の電極を共通接続し
    てなる少くとも一方側極の接続導体は多層基板の外側面
    に露出形成されている請求項1記載の加速度検出装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100334629C (zh) * 2004-08-24 2007-08-29 Tdk株式会社 激光二极管模块多层电路板和激光二极管模块
JP2008064742A (ja) * 2006-08-08 2008-03-21 Seiko Instruments Inc 力学量センサ
JP2013526715A (ja) * 2010-05-19 2013-06-24 ライフスキャン・スコットランド・リミテッド 所定のサイズ及び分布の電気化学的活性及び不活性領域を有する電極を備えた分析検査ストリップ

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