JPS59158566A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JPS59158566A JPS59158566A JP3318283A JP3318283A JPS59158566A JP S59158566 A JPS59158566 A JP S59158566A JP 3318283 A JP3318283 A JP 3318283A JP 3318283 A JP3318283 A JP 3318283A JP S59158566 A JPS59158566 A JP S59158566A
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- JP
- Japan
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- cantilever
- strain
- acceleration
- load
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は物理的振動を測定する機器に使用される半導体
加速度センサに関する。このセンサの用途としては振動
量（振動数や振動強度）、衝撃等の計測器、自動車用エ
ンジンのノッキング検出用センサなどがある。
加速度センサに関する。このセンサの用途としては振動
量（振動数や振動強度）、衝撃等の計測器、自動車用エ
ンジンのノッキング検出用センサなどがある。
従来、この種のセンサでは、例えば特開昭５３−３６４
９０号公報に示される如＜Ｆｅ−Ｎｉ合金など金属製の
カンチレバーに半導体歪ゲージを貼り付けた構造のもの
が多くあるが、この場合接着層の残留歪、クリープ等に
より特性が経時変化を起こしゃずし・。
９０号公報に示される如＜Ｆｅ−Ｎｉ合金など金属製の
カンチレバーに半導体歪ゲージを貼り付けた構造のもの
が多くあるが、この場合接着層の残留歪、クリープ等に
より特性が経時変化を起こしゃずし・。
本発明の目的は、上記点に鑑み、カンチレバー自体を単
結晶シリコン基体にて構成しこの基体中に歪ゲージを拡
散形成することによって、小型、軽量化し、かつ接着層
の残留歪やクリープによる影響を解消して高信頼度を達
成できる半導体加速度センサを提供することにある。
結晶シリコン基体にて構成しこの基体中に歪ゲージを拡
散形成することによって、小型、軽量化し、かつ接着層
の残留歪やクリープによる影響を解消して高信頼度を達
成できる半導体加速度センサを提供することにある。
第１図は（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一実施例を示す平
面図および正面図である。１はカンチレバーで、Ｎ導電
型シリコン単結晶基体からなる起歪体であり、その一端
は計測器の一部である固定部材４に固着されている。こ
こで結晶面の面方位を（１００） とすると、直交する
２つの結晶軸〈１１０〉、＜１１０＞が得られる。２は
カンチレバー１の表面の最大起歪部に半導体加工技術を
用いて形成させた歪ゲージである。この歪ゲージ２はカ
ンチレバー１の表面のく１″″１０〉軸方向と平行に２
本、又、＜１１０＞軸方向と平行に２本作る。これらの
４本の抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をＡβ蒸着膜等か
らなる、配線部材７により、 ″第２図に示すようにフ
ルブリッジ構成とする。
面図および正面図である。１はカンチレバーで、Ｎ導電
型シリコン単結晶基体からなる起歪体であり、その一端
は計測器の一部である固定部材４に固着されている。こ
こで結晶面の面方位を（１００） とすると、直交する
２つの結晶軸〈１１０〉、＜１１０＞が得られる。２は
カンチレバー１の表面の最大起歪部に半導体加工技術を
用いて形成させた歪ゲージである。この歪ゲージ２はカ
ンチレバー１の表面のく１″″１０〉軸方向と平行に２
本、又、＜１１０＞軸方向と平行に２本作る。これらの
４本の抵抗体Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４をＡβ蒸着膜等か
らなる、配線部材７により、 ″第２図に示すようにフ
ルブリッジ構成とする。
歪ゲージ２の形成方法は、Ｐ型不純物（例岑ばボロン）
を熱拡散又はイオン注入により拡散させ形成さセる。次
に３は歪ゲージ２を形成したカンチレバー１の反対面に
設けた薄肉部であり、これはアルカリ／′３液を用いた
異方性エノチノグ等により形成される。５はカンチレバ
−１の自由ｅｌｌｉＡの先端に載置した負荷Ｍであり、
その材質は、コバールやガラス等とからなる。負荷５は
カンチレバー１と樹脂、低融点ガラス、半田等の接着材
より接合されている。またカンチレバー１と固定部材４
との接合も同様である。８．９はシリコン酸化膜などの
保護ｌ漠である。
を熱拡散又はイオン注入により拡散させ形成さセる。次
に３は歪ゲージ２を形成したカンチレバー１の反対面に
設けた薄肉部であり、これはアルカリ／′３液を用いた
異方性エノチノグ等により形成される。５はカンチレバ
−１の自由ｅｌｌｉＡの先端に載置した負荷Ｍであり、
その材質は、コバールやガラス等とからなる。負荷５は
カンチレバー１と樹脂、低融点ガラス、半田等の接着材
より接合されている。またカンチレバー１と固定部材４
との接合も同様である。８．９はシリコン酸化膜などの
保護ｌ漠である。
そこで、」１記センサの作用を説明する。カンチレバー
１の自由端に加速度（Ｇ）を加えるとカンチレバー１の
可撓部に歪を生し、歪ゲージ２である各抵抗体Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４がビエヅ抵抗効果により、加速度の大き
さに比例して、その抵抗値が変化し、ブリッジ回路に予
め電圧Ｅを印加しておくことによりブリッジ出力として
不平衝電圧へＶが生ずる。ここで各ゲージの抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）はΔＲ／Ｒ＝Ａ−Ｍ−ｃｌｈ ２となる。
１の自由端に加速度（Ｇ）を加えるとカンチレバー１の
可撓部に歪を生し、歪ゲージ２である各抵抗体Ｒ１，Ｒ
２，Ｒ３，Ｒ４がビエヅ抵抗効果により、加速度の大き
さに比例して、その抵抗値が変化し、ブリッジ回路に予
め電圧Ｅを印加しておくことによりブリッジ出力として
不平衝電圧へＶが生ずる。ここで各ゲージの抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）はΔＲ／Ｒ＝Ａ−Ｍ−ｃｌｈ ２となる。
但し、ｈは薄肉部３の厚さ、Ａは定数、Ｍは負荷５の厚
さ、ＧＩ才加速度の大きさである。本例の場合には第３
図に示すように負荷５及び薄肉部３のない場合（特性（
ロ））に比べて特性（イ）の如く相当な高感度が得られ
る。又、負荷５及び薄肉部３の数値Ｍ、ｈの調整により
固有振動数を所定範囲内で任意の値に設定できる。
さ、ＧＩ才加速度の大きさである。本例の場合には第３
図に示すように負荷５及び薄肉部３のない場合（特性（
ロ））に比べて特性（イ）の如く相当な高感度が得られ
る。又、負荷５及び薄肉部３の数値Ｍ、ｈの調整により
固有振動数を所定範囲内で任意の値に設定できる。
また、カンチレバー１の他の実施例において、その結晶
面の面方位を＋１１０） とすると、直交する２つの結
晶軸＜１１０＞、＜１００＞が得られる。ここで歪ケー
ジ２のうち２本を＜１１０＞軸方向と平行にし、他の２
本を＜１００＞軸方向と平行に作る。これを第２図に示
すようなフルブリッジ構成すると、＜ １．００ ＞軸
方向の２本は全不感応素子となり、出力電圧（感度）は
前記実施例に比べ半減するがカンチレバ−１の機械的強
度が２倍以上に増大するため、検出対象の加速度が大き
い場合、例えば衝撃測定用加速度センサとして用いると
有効である。
面の面方位を＋１１０） とすると、直交する２つの結
晶軸＜１１０＞、＜１００＞が得られる。ここで歪ケー
ジ２のうち２本を＜１１０＞軸方向と平行にし、他の２
本を＜１００＞軸方向と平行に作る。これを第２図に示
すようなフルブリッジ構成すると、＜ １．００ ＞軸
方向の２本は全不感応素子となり、出力電圧（感度）は
前記実施例に比べ半減するがカンチレバ−１の機械的強
度が２倍以上に増大するため、検出対象の加速度が大き
い場合、例えば衝撃測定用加速度センサとして用いると
有効である。
なお、前記実施例では、いずれの場合もカンチレバー材
質を単結晶シリコンとしたが、この場合、各ゲージ２と
カンチレバー１とはＰＮ接合により電気的に絶縁されて
おり、そのため高温域く約１３０℃以上）では絶縁が破
れやすい。そこで電気的絶縁強化を行うため、カンチレ
バー１として、ＳＯ８構造を通用すれば好ましい。即ち
、カンチレバーに単結晶表面を有するサファイヤもしく
はスピネルを用い、この表面に単結晶シリコンを気相成
長させ（厚さ１〜２μｍ）、この時ボロンを少量添加し
Ｃ１Ｘ１０′８−ＩＸＩＯ”ケ／ ｃｌ ）Ｐ型半導体
薄膜を形成する。次にこのＰ型半導体薄膜の不要部分を
フメトエソチングにより除去して所望のパターンの歪ケ
ージを形成ずれはよい。
質を単結晶シリコンとしたが、この場合、各ゲージ２と
カンチレバー１とはＰＮ接合により電気的に絶縁されて
おり、そのため高温域く約１３０℃以上）では絶縁が破
れやすい。そこで電気的絶縁強化を行うため、カンチレ
バー１として、ＳＯ８構造を通用すれば好ましい。即ち
、カンチレバーに単結晶表面を有するサファイヤもしく
はスピネルを用い、この表面に単結晶シリコンを気相成
長させ（厚さ１〜２μｍ）、この時ボロンを少量添加し
Ｃ１Ｘ１０′８−ＩＸＩＯ”ケ／ ｃｌ ）Ｐ型半導体
薄膜を形成する。次にこのＰ型半導体薄膜の不要部分を
フメトエソチングにより除去して所望のパターンの歪ケ
ージを形成ずれはよい。
これにより各歪ゲージは確実に電気的絶縁され、高温雰
囲気での加速度測定に有効である。
囲気での加速度測定に有効である。
以上述べた如く、本発明によれば加速度センサを小型、
軽量化でき、また従来の如く接着層の残留歪やクリープ
による影響を解消し−Ｃ高信頼度を得ることがでさるよ
うになる。
軽量化でき、また従来の如く接着層の残留歪やクリープ
による影響を解消し−Ｃ高信頼度を得ることがでさるよ
うになる。
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例を示す平面図と
正面図、第２図は歪ゲージの接続構成を示す回路図、第
３図は本発明の説明に用いる特性図である。 １・・・カンチレバー、２・・・歪ゲージ、３・・・薄
肉部。 ４・・・固定部材、５・・・負荷。 代理人弁理士 岡 部 隆
正面図、第２図は歪ゲージの接続構成を示す回路図、第
３図は本発明の説明に用いる特性図である。 １・・・カンチレバー、２・・・歪ゲージ、３・・・薄
肉部。 ４・・・固定部材、５・・・負荷。 代理人弁理士 岡 部 隆
Claims (1)
- カンチレバー型加速度センサにおいて、カンチレバー自
体が単結晶シリコン基体から構成され、このカンチレバ
ーの起歪部を薄肉状としてその一面に歪ゲージが拡散形
成されてなることを特徴とする半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3318283A JPS59158566A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3318283A JPS59158566A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59158566A true JPS59158566A (ja) | 1984-09-08 |
Family
ID=12379354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3318283A Pending JPS59158566A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59158566A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60256066A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-17 | Kyowa Dengiyou:Kk | 加速度変換器 |
| JPS6170716A (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-11 | Nagano Keiki Seisakusho:Kk | シリコン薄膜ピエゾ抵抗素子の製造法 |
| JPS6388408A (ja) * | 1986-10-02 | 1988-04-19 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体式加速度センサ |
| US4829822A (en) * | 1986-09-22 | 1989-05-16 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor accelerometer |
| US5115292A (en) * | 1988-09-02 | 1992-05-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor sensor |
| US5126812A (en) * | 1990-02-14 | 1992-06-30 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Monolithic micromechanical accelerometer |
| US5129983A (en) * | 1991-02-25 | 1992-07-14 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Method of fabrication of large area micromechanical devices |
| US5203208A (en) * | 1991-04-29 | 1993-04-20 | The Charles Stark Draper Laboratory | Symmetrical micromechanical gyroscope |
| US5216490A (en) * | 1988-01-13 | 1993-06-01 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Bridge electrodes for microelectromechanical devices |
| US5381696A (en) * | 1991-05-17 | 1995-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor stress sensor |
| US5408119A (en) * | 1990-10-17 | 1995-04-18 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Monolithic micromechanical vibrating string accelerometer with trimmable resonant frequency |
| US5635629A (en) * | 1993-08-03 | 1997-06-03 | Nippondenso Co., Ltd. | Knock sensor |
-
1983
- 1983-02-28 JP JP3318283A patent/JPS59158566A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60256066A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-17 | Kyowa Dengiyou:Kk | 加速度変換器 |
| JPS6170716A (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-11 | Nagano Keiki Seisakusho:Kk | シリコン薄膜ピエゾ抵抗素子の製造法 |
| JPH0670969B2 (ja) * | 1984-09-13 | 1994-09-07 | 株式会社長野計器製作所 | シリコン薄膜ピエゾ抵抗素子の製造法 |
| US4829822A (en) * | 1986-09-22 | 1989-05-16 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor accelerometer |
| JPS6388408A (ja) * | 1986-10-02 | 1988-04-19 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体式加速度センサ |
| US5216490A (en) * | 1988-01-13 | 1993-06-01 | Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Bridge electrodes for microelectromechanical devices |
| US5115292A (en) * | 1988-09-02 | 1992-05-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor sensor |
| US5126812A (en) * | 1990-02-14 | 1992-06-30 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Monolithic micromechanical accelerometer |
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| US5381696A (en) * | 1991-05-17 | 1995-01-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Semiconductor stress sensor |
| US5635629A (en) * | 1993-08-03 | 1997-06-03 | Nippondenso Co., Ltd. | Knock sensor |
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