JPH1010148A - 半導体姿勢センシングチップ - Google Patents
半導体姿勢センシングチップInfo
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- JPH1010148A JPH1010148A JP8164764A JP16476496A JPH1010148A JP H1010148 A JPH1010148 A JP H1010148A JP 8164764 A JP8164764 A JP 8164764A JP 16476496 A JP16476496 A JP 16476496A JP H1010148 A JPH1010148 A JP H1010148A
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- sensing chip
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型、低価格化を図る。
【解決手段】 １つのシリコン基板３１に、それぞれ支
持部１４に支持された振動子１１ａ，１１ｂと、ヒンジ
部２２に支持された質量部２１を一体形成し、それらを
用いて２軸の入力角速度を検出する２つの角速度センサ
と３軸の入力加速度を検出する加速度センサを構成す
る。姿勢観測用のセンサのパッケージは１個となり、チ
ップのパッケージング工程も１回で済む。
持部１４に支持された振動子１１ａ，１１ｂと、ヒンジ
部２２に支持された質量部２１を一体形成し、それらを
用いて２軸の入力角速度を検出する２つの角速度センサ
と３軸の入力加速度を検出する加速度センサを構成す
る。姿勢観測用のセンサのパッケージは１個となり、チ
ップのパッケージング工程も１回で済む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は飛行体や車両等の
位置、姿勢の観測等に用いられるセンサに関し、特に半
導体基板を用いて構成されるそのセンシングチップの構
造に関する。
位置、姿勢の観測等に用いられるセンサに関し、特に半
導体基板を用いて構成されるそのセンシングチップの構
造に関する。
【０００２】
【従来の技術】飛行体や車両等の位置、姿勢の観測にお
いては、角速度及び加速度の測定が行われており、この
ため角速度センサと加速度センサが用いられている。こ
れら角速度センサ及び加速度センサは一般にセンサチッ
プをパッケージに収容した構成とされている。図３はこ
の種の角速度センサチップの構造を示したものである。
いては、角速度及び加速度の測定が行われており、この
ため角速度センサと加速度センサが用いられている。こ
れら角速度センサ及び加速度センサは一般にセンサチッ
プをパッケージに収容した構成とされている。図３はこ
の種の角速度センサチップの構造を示したものである。
【０００３】角速度センサチップはこの例ではビーム型
の振動子１１を用いるものとされ、例えばシリコン基板
１２を異方性エッチングすることにより、枠部１３に支
持部１４を介して支持された振動子１１が形成される。
支持部１４は幅狭肉薄とされて弾性変形可能とされてお
り、振動子１１の長手方向の２箇所において、それぞれ
振動子１１の両側に結合されている。
の振動子１１を用いるものとされ、例えばシリコン基板
１２を異方性エッチングすることにより、枠部１３に支
持部１４を介して支持された振動子１１が形成される。
支持部１４は幅狭肉薄とされて弾性変形可能とされてお
り、振動子１１の長手方向の２箇所において、それぞれ
振動子１１の両側に結合されている。
【０００４】振動子１１は図３Ｂに示すように、断面が
６角形状とされ、その外周上には支持部１４結合部分及
び両端部分を除いて、圧電体１５が全周に渡って形成さ
れている。圧電体１５は酸化亜鉛などをスパッタした圧
電膜により構成される。図３Ｂに示すように、振動子１
１の６角形の３つの長辺部分において、圧電体１５上に
電極１６ａ〜１６ｃが形成され、それら電極１６ａ〜１
６ｃはそれぞれ異なる支持部１４を通って枠部１３に導
出される。電極１６ａは駆動電極とされ、電極１６ｂ，
１６ｃは検出電極とされる。なお、圧電体１５のない部
分においては電極１６ａ〜１６ｃは絶縁膜１７によりシ
リコン基板１２と絶縁されている。
６角形状とされ、その外周上には支持部１４結合部分及
び両端部分を除いて、圧電体１５が全周に渡って形成さ
れている。圧電体１５は酸化亜鉛などをスパッタした圧
電膜により構成される。図３Ｂに示すように、振動子１
１の６角形の３つの長辺部分において、圧電体１５上に
電極１６ａ〜１６ｃが形成され、それら電極１６ａ〜１
６ｃはそれぞれ異なる支持部１４を通って枠部１３に導
出される。電極１６ａは駆動電極とされ、電極１６ｂ，
１６ｃは検出電極とされる。なお、圧電体１５のない部
分においては電極１６ａ〜１６ｃは絶縁膜１７によりシ
リコン基板１２と絶縁されている。
【０００５】枠部１３上に設けられたＧＮＤ電極１８及
び駆動電極１６ａ間に電圧を印加することにより、振動
子１１は駆動され、即ちＺ軸方向に屈曲振動する。この
状態でＸ軸回りに角速度Ωが入力すると、振動子１１は
コリオリ力を受けてＹ軸方向に変位し、この変位による
歪によって圧電体１５に生じる電圧を検出電極１６ｂ，
１６ｃで検出することによって入力角速度Ωに比例した
出力を得ることができる。なお、コリオリ力の検出は検
出電極１６ｂ，１６ｃの出力を差動出力として取り出す
ことによって行われ、一方検出電極１６ｂ，１６ｃの出
力を加算することにより駆動状態のモニタ出力を得るこ
とができる。
び駆動電極１６ａ間に電圧を印加することにより、振動
子１１は駆動され、即ちＺ軸方向に屈曲振動する。この
状態でＸ軸回りに角速度Ωが入力すると、振動子１１は
コリオリ力を受けてＹ軸方向に変位し、この変位による
歪によって圧電体１５に生じる電圧を検出電極１６ｂ，
１６ｃで検出することによって入力角速度Ωに比例した
出力を得ることができる。なお、コリオリ力の検出は検
出電極１６ｂ，１６ｃの出力を差動出力として取り出す
ことによって行われ、一方検出電極１６ｂ，１６ｃの出
力を加算することにより駆動状態のモニタ出力を得るこ
とができる。
【０００６】一方、加速度センサチップは例えば図４に
示すような構造とされている。この例では質量部２１は
４本のヒンジ部２２によって枠部２３に支持されてお
り、図４Ｂに示すように質量部２１の重心ＧはＺ軸方向
においてヒンジ部２２の位置と所定量ずらされている。
この加速度センサチップも例えばシリコン基板２４を異
方性エッチングすることにより形成される。
示すような構造とされている。この例では質量部２１は
４本のヒンジ部２２によって枠部２３に支持されてお
り、図４Ｂに示すように質量部２１の重心ＧはＺ軸方向
においてヒンジ部２２の位置と所定量ずらされている。
この加速度センサチップも例えばシリコン基板２４を異
方性エッチングすることにより形成される。
【０００７】各ヒンジ部２２にはそれぞれ６個のピエゾ
抵抗素子２５が配設されており、加速度入力による質量
部２１の変位によって発生する各ヒンジ部２２の変形状
態（歪）がこれらピエゾ抵抗素子２５によって検出され
る。なお、ピエゾ抵抗素子２５は入力加速度のＸ，Ｙ，
Ｚ３軸の成分を検出可能なように組み合わされ、つまり
各々フルブリッジ回路を構成するように配線（図示せ
ず）されている。図中、２６はリード線接続用のパッド
を示す。
抵抗素子２５が配設されており、加速度入力による質量
部２１の変位によって発生する各ヒンジ部２２の変形状
態（歪）がこれらピエゾ抵抗素子２５によって検出され
る。なお、ピエゾ抵抗素子２５は入力加速度のＸ，Ｙ，
Ｚ３軸の成分を検出可能なように組み合わされ、つまり
各々フルブリッジ回路を構成するように配線（図示せ
ず）されている。図中、２６はリード線接続用のパッド
を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来におい
ては上述したような構造を有する角速度センサチップ及
び加速度センサチップが各別にパッケージングされたも
のをそれぞれの入力方向に配置することによって、姿勢
観測等を行っており、各パッケージの大きさと配置によ
り観測ユニットの大きさが制限され、即ちユニットの小
型化を図るのが困難となっていた。
ては上述したような構造を有する角速度センサチップ及
び加速度センサチップが各別にパッケージングされたも
のをそれぞれの入力方向に配置することによって、姿勢
観測等を行っており、各パッケージの大きさと配置によ
り観測ユニットの大きさが制限され、即ちユニットの小
型化を図るのが困難となっていた。
【０００９】また、各センサチップを各別にパッケージ
ングするため、パッケージング工程が重複し、その分工
数がかかるものとなっていた。この発明の目的は従来の
欠点を除去し、姿勢観測ユニットの小型、低価格化を可
能とする姿勢センシングチップを提供することにある。
ングするため、パッケージング工程が重複し、その分工
数がかかるものとなっていた。この発明の目的は従来の
欠点を除去し、姿勢観測ユニットの小型、低価格化を可
能とする姿勢センシングチップを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、枠部と、その枠部にそれぞれ支持部を介して支持さ
れた互いに平行でない２つのビーム型振動子と、枠部に
ヒンジ部を介して支持された質量部とが半導体基板より
一体に形成され、振動子を用いて互いに異なる軸回りの
入力角速度を検出する２つの角速度センサが構成され、
ヒンジ部に支持された質量部を用いて互いに直交する３
軸の入力加速度を検出する加速度センサが構成される。
ば、枠部と、その枠部にそれぞれ支持部を介して支持さ
れた互いに平行でない２つのビーム型振動子と、枠部に
ヒンジ部を介して支持された質量部とが半導体基板より
一体に形成され、振動子を用いて互いに異なる軸回りの
入力角速度を検出する２つの角速度センサが構成され、
ヒンジ部に支持された質量部を用いて互いに直交する３
軸の入力加速度を検出する加速度センサが構成される。
【００１１】請求項２の発明では請求項１の発明におい
て、半導体基板が方形とされ、その方形の隣接２辺にそ
れぞれ平行に、かつ近接して振動子が配置され、残りの
領域に質量部が配置される。請求項３の発明では請求項
１乃至２のいずれかの発明において、振動子上及びヒン
ジ部上にそれぞれ圧電素子が形成される。
て、半導体基板が方形とされ、その方形の隣接２辺にそ
れぞれ平行に、かつ近接して振動子が配置され、残りの
領域に質量部が配置される。請求項３の発明では請求項
１乃至２のいずれかの発明において、振動子上及びヒン
ジ部上にそれぞれ圧電素子が形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照して実施例により説明する。なお、図３及び４と対応
する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図
１はこの発明の一実施例を示したものである。この例で
は図３に示した角速度センサチップ２個と、図４に示し
た加速度センサチップとが一体に形成される。角速度セ
ンサの振動子１１ａ，１１ｂは互いに垂直とされてお
り、即ちＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ沿って配され
る。この構成によれば単一のチップで、Ｘ，Ｙ２軸の角
速度と、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸の加速度とを検出することがで
きる。
照して実施例により説明する。なお、図３及び４と対応
する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図
１はこの発明の一実施例を示したものである。この例で
は図３に示した角速度センサチップ２個と、図４に示し
た加速度センサチップとが一体に形成される。角速度セ
ンサの振動子１１ａ，１１ｂは互いに垂直とされてお
り、即ちＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ沿って配され
る。この構成によれば単一のチップで、Ｘ，Ｙ２軸の角
速度と、Ｘ，Ｙ，Ｚ３軸の加速度とを検出することがで
きる。
【００１３】振動子１１ａ，１１ｂ、支持部１４、質量
部２１及びヒンジ部２２はシリコン基板３１を異方性エ
ッチングすることにより形成される。この例ではシリコ
ン基板３１は方形とされており、その方形の隣接２辺に
それぞれ平行に、かつ近接して２つの振動子１１ａ，１
１ｂが配置され、残りの領域に質量部２１が配置され
る。このように配置することにより、加速度センサ形成
部分を広くとることができるため、例えば質量部２１を
大きくすることができ、あるいはヒンジ部２２を長くす
ることができ、よって加速度の検出感度を向上させるこ
とができ、またシリコン基板３１の全領域を有効に使用
することができる。なお、図中３２は枠部を示す。
部２１及びヒンジ部２２はシリコン基板３１を異方性エ
ッチングすることにより形成される。この例ではシリコ
ン基板３１は方形とされており、その方形の隣接２辺に
それぞれ平行に、かつ近接して２つの振動子１１ａ，１
１ｂが配置され、残りの領域に質量部２１が配置され
る。このように配置することにより、加速度センサ形成
部分を広くとることができるため、例えば質量部２１を
大きくすることができ、あるいはヒンジ部２２を長くす
ることができ、よって加速度の検出感度を向上させるこ
とができ、またシリコン基板３１の全領域を有効に使用
することができる。なお、図中３２は枠部を示す。
【００１４】図２は加速度センサの検出素子として、圧
電素子を用いる例を示したものである。この例ではシリ
コン基板３１の異方性エッチングにより形成されたヒン
ジ部２２上に圧電体３３が形成され、その上に電極３４
が形成される。電極３４は各ヒンジ部２２に２つずつ形
成され、それらはヒンジ部２２の両端部に位置される。
なお、この例では枠部３２の、質量部２１を囲む部分、
質量部２１及びヒンジ部２２に渡って絶縁膜３５が形成
され、さらに圧電体３３が形成されている。枠部３２の
絶縁膜３５上にはパッド３６が設けられ、各パッド３６
は導体パターン３７を介して対応する電極３４に接続さ
れている。
電素子を用いる例を示したものである。この例ではシリ
コン基板３１の異方性エッチングにより形成されたヒン
ジ部２２上に圧電体３３が形成され、その上に電極３４
が形成される。電極３４は各ヒンジ部２２に２つずつ形
成され、それらはヒンジ部２２の両端部に位置される。
なお、この例では枠部３２の、質量部２１を囲む部分、
質量部２１及びヒンジ部２２に渡って絶縁膜３５が形成
され、さらに圧電体３３が形成されている。枠部３２の
絶縁膜３５上にはパッド３６が設けられ、各パッド３６
は導体パターン３７を介して対応する電極３４に接続さ
れている。
【００１５】この図２に示した構成によれば、圧電体３
３は振動子１１ａ，１１ｂ上の圧電体１５の形成と同時
に形成することができ、よってその分作製工程の簡略化
を図ることができる。
３は振動子１１ａ，１１ｂ上の圧電体１５の形成と同時
に形成することができ、よってその分作製工程の簡略化
を図ることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
２軸の角速度の検出と３軸の加速度の検出とを１つのセ
ンシングチップで行うことができるため、姿勢観測用の
センサのパッケージは１個となり、よって各別にパッケ
ージングされた角速度センサチップや加速度センサチッ
プを所定の方向に配置していた従来の姿勢観測ユニット
に比し、ユニットの大きさを小さくすることができ、ま
たパッケージングの工程が１回で済むため、その分組立
工数を削減することができる。従って、小型かつ安価な
観測ユニットを実現することができる。
２軸の角速度の検出と３軸の加速度の検出とを１つのセ
ンシングチップで行うことができるため、姿勢観測用の
センサのパッケージは１個となり、よって各別にパッケ
ージングされた角速度センサチップや加速度センサチッ
プを所定の方向に配置していた従来の姿勢観測ユニット
に比し、ユニットの大きさを小さくすることができ、ま
たパッケージングの工程が１回で済むため、その分組立
工数を削減することができる。従って、小型かつ安価な
観測ユニットを実現することができる。
【００１７】しかも、請求項２の発明によれば各センサ
を良好にチップに配置でき、かつチップの全領域を有効
に使用することができ、請求項３の発明によれば角速度
センサ、加速度センサ共に圧電素子を用いることによ
り、作製工程を簡略化することができる。
を良好にチップに配置でき、かつチップの全領域を有効
に使用することができ、請求項３の発明によれば角速度
センサ、加速度センサ共に圧電素子を用いることによ
り、作製工程を簡略化することができる。
【図１】請求項２の発明の実施例を示す斜視図。
【図２】請求項３の発明の実施例を示す斜視図。
【図３】Ａは従来の角速度センサチップを示す斜視図、
ＢはＡの中央部切断端面図。
ＢはＡの中央部切断端面図。
【図４】Ａは従来の加速度センサチップを示す斜視図、
ＢはＡの略断面図。
ＢはＡの略断面図。
Claims (3)
- 【請求項１】 枠部と、その枠部にそれぞれ支持部を介
して支持された互いに平行でない２つのビーム型振動子
と、上記枠部にヒンジ部を介して支持された質量部とが
半導体基板より一体に形成され、 上記振動子を用いて互いに異なる軸回りの入力角速度を
検出する２つの角速度センサが構成され、 上記ヒンジ部に支持された質量部を用いて互いに直交す
る３軸の入力加速度を検出する加速度センサが構成され
てなることを特徴とする半導体姿勢センシングチップ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体姿勢センシングチ
ップにおいて、上記半導体基板が方形とされ、その方形
の隣接２辺にそれぞれ平行に、かつ近接して上記振動子
が配置され、残りの領域に上記質量部が配置されている
ことを特徴とする半導体姿勢センシングチップ。 - 【請求項３】 請求項１乃至２記載のいずれかの半導体
姿勢センシングチップにおいて、上記振動子上及び上記
ヒンジ部上にそれぞれ圧電素子が形成されていることを
特徴とする半導体姿勢センシングチップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8164764A JPH1010148A (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 半導体姿勢センシングチップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8164764A JPH1010148A (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 半導体姿勢センシングチップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1010148A true JPH1010148A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15799491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8164764A Withdrawn JPH1010148A (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 半導体姿勢センシングチップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1010148A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-06-25 JP JP8164764A patent/JPH1010148A/ja not_active Withdrawn
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104823020A (zh) * | 2012-11-29 | 2015-08-05 | 株式会社电装 | 陀螺仪传感器及具有陀螺仪传感器的复合传感器 |
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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: 20030902 |