JPH10132850A - 半導体加速度センサー - Google Patents

半導体加速度センサー

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JPH10132850A
JPH10132850A JP28536096A JP28536096A JPH10132850A JP H10132850 A JPH10132850 A JP H10132850A JP 28536096 A JP28536096 A JP 28536096A JP 28536096 A JP28536096 A JP 28536096A JP H10132850 A JPH10132850 A JP H10132850A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
self
movable electrode
diagnostic
acceleration sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP28536096A
Other languages
English (en)
Inventor
Masatomo Mori
雅友 森
Takashi Kunimi
敬 国見
Masahiro Nezu
正弘 根津
Tadao Matsunaga
忠雄 松永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akebono Brake Industry Co Ltd
Original Assignee
Akebono Brake Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Akebono Brake Industry Co Ltd filed Critical Akebono Brake Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定電極と可動電極間の静電吸引力により定
格感度近傍の出力波形に発生するチャタリングを防止
し、安定して、かつ高精度のスイッチング動作を行わせ
るとともに、動作試験を容易に行える加速度センサーを
提供する。 【解決手段】 半導体加速度センサーにおいて、固定電
極4又は可動電極3の一方を小面積の突起状電極20と
し他方を平面状電極とするとともに、該突起状電極20
を囲んでこれと電気的に絶縁され、かつ対向する平面状
電極に略対応する形状面積を有する自己診断用電極21
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度センサーに関
し、特に半導体微細加工技術を用いたスイッチング機構
を有する加速度センサーに関する。
【0002】
【従来の技術】対象物に直接接触しないで、衝撃等の作
用力を間接的に検出する手段として、近年、加速度セン
サーが用いられてきている。これらの加速度センサーの
用途は多岐にわたるが、それ自体小型軽量であって、対
象物に搭載するためにスペースを必要とせず、しかも正
確かつ確実に作動することが望まれる。このような所定
の加速度を検出するセンサーとして、実開平4−136
575号公報、および実開平4−127574号公報に
示されるような加速度によって変位する導電性球体を用
い二つの接点をこの導電性球体によって接続するものが
あった。しかしながら、二つの接点を導電性球体によっ
て接続する機械式の加速度スイッチは、その構造上外形
が大きくなり、そのため応答速度が遅く精度上問題を有
していた。また、このような機械的加速度スイッチは小
型化すると製造工程でバッチ処理ができず高価になると
いう問題を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消すべく案出されたものであり、機械的加速度
スイッチよりも製造が容易で小型化できる半導体微細加
工技術を利用して安価に量産した加速度センサーの特性
試験、及び故障の診断を容易に行うことを可能とするこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、半導体からなる短冊状の一対の基板の一
方に、重錘部および該重錘部に隣接する肉薄の梁部を設
け、該重錘部上に可動電極を設けるとともに、他方の基
板の該可動電極に対向する位置に、固定電極を設け、こ
れら一対の基板を可動電極と固定電極の間に所定の間隔
を設けて相対向して配置してなる半導体加速度センサー
において、固定電極又は可動電極のいずれか一方に、該
電極と電気的に絶縁された自己診断用電極を該電極の周
囲に設け、該自己診断用電極を対向する電極と略対応し
た形状面積とした。
【0005】また、請求項2の発明において、シリコン
などの半導体からなる短冊状の一対の基板の一方に、フ
ォトエッチングプロセスにより所定の厚みとした重錘部
および該重錘部に隣接する肉薄の梁部を設け、該重錘部
上に不純物ドープ或いは蒸着金属層からなる可動電極を
設けるとともに、他方の基板の該可動電極に対向する位
置に、同様の不純物ドープ或いは蒸着金属層からなる固
定電極を設け、これら一対の基板を可動電極と固定電極
の間に所定の間隔を設けて相対向して配置してなる、半
導体加速度センサーにおいて、固定電極又は可動電極の
一方に、該電極の周囲に該電極と電気的に絶縁され、対
向する電極に略対応する形状面積を有する自己診断用電
極を設けた。
【0006】
【発明の実施の形態】図1〜図7を用いて本発明の半導
体加速度センサーの構成を説明する。図1は本発明にか
かる半導体加速度センサーの構造の概略を示す概念図で
あり、図2は該加速度センサーの基板1と基板2の重な
り状態を示す平面図である。また、図3は可動電極の自
己診断用電極の形状と突起状電極の関係を説明する基板
1の平面図であり、図4は基板1の側面図であり、図5
は前記加速度センサーの基板2の側面図である。図6は
突起状電極の形状の例を示す斜視図であり、図7は本発
明にかかる自己診断用電極を用いた自己診断用回路及
び、検出用回路を示す回路図である。図において、本発
明にかかる半導体加速度スイッチは、それぞれシリコン
などの半導体からなる短冊状の基板1および基板2から
構成される。図1〜図4に示すように、基板1は、フォ
トエッチングプロセスにより重錘部5および該重錘部に
輪閲する所定の厚みとした梁部6が形成され、基板2に
設けた固定電極4に対向する位置に設けた重錘部5上に
例えば不純物ドープすることによってあるいは金属を蒸
着することによって可動電極3が形成されている。可動
電極3には突起状電極20が設けられている。図1、図
2及び図5に示すように、基板2は、基板1と同様にフ
ォトエッチングプロセスにより、可動電極に対向する面
に平坦な凹部を形成するともにビアホール11が形成さ
れ、不純物をドープすることによってあるいは金属を蒸
着することによって固定電極4が形成されている。可動
電極3と固定電極4の間には、間隔を設けてある。
【0007】基板1は、図3及び図4に示すように、固
定電極に相対する突起状電極20を有する可動電極3
と、該可動電極3と電気的に絶縁されかつ可動電極を取
り囲んで自己診断用電極21が設けられ、可動電極3及
び自己診断用電極21はそれぞれリード15によってボ
ンディングパッド10,10´に接続されている。該可
動電極3及び自己診断用電極21は、これに相対して配
置される基板2の固定電極4とともに、ボンディングパ
ッド10やビアホール11などを介して検出回路に接続
される。
【0008】図6に突起状電極20の種々の形状につい
て例示する。突起状電極20は、円錐体の頂部を削除し
た形状(A)、多角錐体の頂部を削除した形状(B)、
円錐体(C)など、接点部分が底部より高い個所に設定
される各種の形状を用いることができる。
【0009】図7に前記検出回路の構成を示す。可動電
極3および固定電極4からなるスイッチが開いた状態で
加速度センサーに加速度が作用すると、可動電極基板1
の重錘部5を支える梁部6がこの加速度により撓んで可
動電極3の突起状電極20が固定電極4に接触し、検出
回路が閉じて負荷Rを経て電流が流れ、負荷Rの両端に
検出電圧Voutが得られる。
【0010】なお、上記説明では、突起状電極20及び
自己診断用電極21を可動電極側の基板1に設けたが、
突起状電極及び自己診断用電極のいずれか一方、あるい
は両方を基板2に設け、可動電極側を所定の形状を有す
る平面状電極としても原理的に変わりはない。また、上
記の例では、基板1の重錘部5を形成した面の反対側に
可動電極を形成し、基板2に平坦な凹部を形成して、可
動電極と固定電極との間に所定の間隔を設けたが、重錘
5の頂面に電極を形成して、固定電極に対向せしめ、重
錘の厚さを薄くすることによって、可動電極と固定電極
との間の間隔を設定するようにしてもよい。
【0011】このようにして、従来の機械的加速度セン
サーでは得ることのできない、小型の加速度センサーを
大量にかつ安価に得ることができる。
【0012】ところで、上記スイッチング機構を有する
半導体加速度センサーは、これらのセンサー自体が小型
であり、これら固定電極および可動電極間の電極間距離
もまた、極めて小さいものであることから、この検出回
路における電極間の電荷の影響は無視できない。すなわ
ち、これらの両電極が重なる部分の電極面積をS、電極
間距離をX、電極間の電圧をVdd、電極間の誘電率をε
とすると、両電極間には、下記(1)式で表される静電
引力Feが働く。 Fe=ε・S・Vdd2/2X2 …… (1)
【0013】また、このような半導体加速度センサー
は、フォトエッチングプロセスによって高精度かつ大量
に作製できるが、このようにして作製されたセンサーの
作動特性を同様に正確にかつ生産性よくチェックするこ
とは困難であった。これらのセンサーの作動特性はエッ
チングプロセスによって形成された梁部6や重錘部5の
厚みによって変わるため、動作特性の検査が欠かせない
が、加速度を作用させた条件下でこのような特性チェッ
クを行うことは、大掛かりな設備を必要とし容易ではな
い。
【0014】次に、本発明の、自己診断機能を説明す
る。この機能は、固定電極側および可動電極側のいずれ
の基板でも共通して対応することができる。本発明は、
図3、図4を用いて既に述べたように、可動電極3の突
起状電極20を囲んでこれと電気的に絶縁された自己診
断用電極21を設けている。自己診断用電極21と対向
する固定電極4は、自己診断用電極と略対応する形状面
積を有した平面状電極として構成されており、自己診断
用電極21を設けた基板は、これと対向する電極を設け
た他の基板とその電極同士を対向するように配置して加
速度センサーを構成している。
【0015】図7は、その加速度センサーとしての検出
用回路および自己診断用回路であって、センサーとして
動作試験をする場合は、スイッチSwを閉じて自己診断
用回路の電源電圧V0を固定電極4と自己診断用電極2
1との間に印加することによって行われる。この時、自
己診断用回路にかかる電圧V0によって、例えば固定電
極4と自己診断用電極21の両電極間に前記(1)式で
示される静電吸引力が働き、一定以上の力が働くと、可
動電極3の突起状電極20が固定電極4に接触し、破線
で囲まれたセンサーとしての加速度検出回路が閉じ、ス
イッチング用電源電圧Vddが負荷抵抗Rに印加される。
従って、センサー定格感度相当の力が働くよう自己診断
用電源電圧V0を調整することによって、加速度スイッ
チとしての特性試験を行なうことができる。
【0016】図8、図9及び図1、図2を用いて、本発
明の加速度センサーの製造工程を説明する。図8(A)
で用意されたシリコン基板1の裏面を、フォトエッチン
グプロセスを用いて、重錘部5の左右をエッチング除去
して肉薄とし梁部6を形成する(図8(B))。このエ
ッチング量により梁部6の厚さを調整して、スイッチオ
ンする加速度の大きさを変更することができる。また、
重錘部5も、同様にこれらエッチングプロセスにより、
その厚さおよび寸法を任意に形成することができる。こ
の時、可動電極3に突起20を形成する。このために
は、突起部のエッチングレジストパターンを可動電極の
所定の位置に形成してエッチングを行う。この時、前記
突起部に形成された可動電極は突起状電極20となる。
また、突起状電極20はこの導電層のパターニング工程
で、蒸着金属層を選択的に厚くすることによって形成す
ることもできる。次いで、基板1の上面に通常のパター
ニングマスクを用いて、P+(N+)等の不純物をドー
プするか、または、金(Au)、アルミニウム(Al)な
どを蒸着した後パターニングして可動電極3およびリー
ド15ならびにボンディングパッド10を形成すると共
に、同様にして自己診断用電極21、リード15及びボ
ンディングパッド10´を形成する(図8(C))。
【0017】一方、図9(A)で用意されたシリコン基
板2の裏面に、フォトエッチングプロセスにより平坦な
凹部を形成し、さらに、表面からフォトリソエッチング
によってビアホール11を形成する(図9(B))。こ
の時所定の深さまで凹部のエッチングを行う。このエッ
チング工程によって加速度の非作用時の突起状電極とこ
れに対向する電極との間の間隔が定まる。以下、基板1
と同様のパターニング工程により、固定電極4およびリ
ード15を形成する(図9(C))。
【0018】次いで、基板1および基板2を重ね合わ
せ、陽極接合等により両基板を結合する。これまでの工
程は、通常、シリコン基板1および基板2ともにウエハ
ー単位で行い2枚のウエハーを接合する。このようにし
て接合した基板1および基板2を、ダイシングにより、
個々のチップ単位の基板に分離して単位素子とし、次い
で、図1に示すように、セラミック製などのパッケージ
25に収納してダイボンディングにより固着し、ワイヤ
ボンディング12などにより外部配線に接続した後、図
示しない蓋体等を設けて封入してパッケージング工程を
終了する。
【0019】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、小型化された加速度センサーを大量にかつ安価に提
供することができるとともに、高精度でかつ確実に作動
する加速度センサーが得られ、また、作製された加速度
センサーの感度特性の試験を容易かつ確実に行うことが
できる。また、加速度センサーが装置に組込まれた後
も、加速度センサーの故障の有無を容易に診断すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる半導体加速度センサーの構造の
概略を示す断面図。
【図2】図1に示した加速度センサーの基板1と基板2
の重なり状態を示す平面図。
【図3】図1に示した可動電極の自己診断用電極の形状
と突起状電極の関係を説明する平面図。
【図4】図3に示した可動電極の側面図。
【図5】図1に示した加速度センサーの基板2を示す側
面図。
【図6】本発明で用いる突起状電極の形状の例を示す斜
視図。
【図7】本発明にかかる自己診断用電極を用いた自己診
断用回路、及び検出用回路を示す回路図。
【図8】本発明にかかる加速度センサーの可動電極側の
製造工程を説明する図。
【図9】本発明にかかる加速度センサーの固定電極側の
製造工程を説明する図。
【符号の説明】
1 基板(可動電極側) 2 基板(固定電極側) 3 可動電極 4 固定電極 5 重錘 6 梁部 10 ボンディングパッド 11 ビアホール 12 ボンディングワイヤ 13 導電性樹脂 15 リード 20 突起状電極 21 自己診断用電極 25 パッケージ R 抵抗 S センサー部 V0 自己診断用電源電圧 Vdd スイッチング用電源電圧 Vout 出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 忠雄 東京都中央区日本橋小網町19番5号 曙ブ レーキ工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体からなる短冊状の一対の基板の一
    方に、重錘部および該重錘部に隣接するその左右の肉薄
    の梁部を設け、該重錘部上に可動電極を設けるととも
    に、他方の基板の該可動電極に対向する位置に、固定電
    極を設け、これら一対の基板を可動電極と固定電極の間
    に所定の間隔を設けて相対向して配置してなる、半導体
    加速度センサーにおいて、固定電極又は可動電極のいず
    れか一方に、該電極と電気的に絶縁された自己診断用電
    極を該電極の周囲に設け、該自己診断用電極を対向する
    電極と略対応した形状面積としたことを特徴とする半導
    体加速度センサー。
  2. 【請求項2】 シリコンなどの半導体からなる短冊状の
    一対の基板の一方に、フォトエッチングプロセスにより
    所定の厚みとした重錘部および該重錘部に隣接する肉薄
    の梁部を設け、該重錘部上に不純物ドープ或いは蒸着金
    属層からなる可動電極を設けるとともに、他方の基板の
    該可動電極に対向する位置に、同様の不純物ドープ或い
    は蒸着金属層からなる固定電極を設け、これら一対の基
    板を可動電極と固定電極の間に所定の間隔を設けて相対
    向して配置してなる、半導体加速度センサーにおいて、
    固定電極又は可動電極の一方に、該電極の周囲に電極と
    電気的に絶縁され、対向する電極に略対応する形状面積
    を有する自己診断用電極を設けてなることを特徴とする
    半導体加速度センサー。
JP28536096A 1996-10-28 1996-10-28 半導体加速度センサー Pending JPH10132850A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0997737A1 (en) * 1998-02-19 2000-05-03 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Semiconductor acceleration sensor and self-diagnosis thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0997737A1 (en) * 1998-02-19 2000-05-03 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Semiconductor acceleration sensor and self-diagnosis thereof
EP0997737A4 (en) * 1998-02-19 2002-04-03 Akebono Brake Ind SEMICONDUCTOR ACCELERATION SENSOR WITH SELF-DIAGNOSTICS

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