JPS61178664A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JPS61178664A JPS61178664A JP1863285A JP1863285A JPS61178664A JP S61178664 A JPS61178664 A JP S61178664A JP 1863285 A JP1863285 A JP 1863285A JP 1863285 A JP1863285 A JP 1863285A JP S61178664 A JPS61178664 A JP S61178664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- damage
- bridge circuit
- voltage
- circuit
- acceleration sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Pressure Sensors (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体基板上に形成した片持梁を用いた超小
型の半導体加速度センサに関し、特にそのフェイル・セ
イフ機構に関するものである。
型の半導体加速度センサに関し、特にそのフェイル・セ
イフ機構に関するものである。
最近、半導体基板上に形成された超小型の半導体加速度
センサが開発されている。
センサが開発されている。
この半導体加速度センサは、エツチング等の薄膜技術を
用いて半導体基板上に形成されるものであり、半導体の
ピエゾ抵抗効果による抵抗変化や偏位による微小な容量
変化を検出することによって加速度を検出するようにな
っている。
用いて半導体基板上に形成されるものであり、半導体の
ピエゾ抵抗効果による抵抗変化や偏位による微小な容量
変化を検出することによって加速度を検出するようにな
っている。
これらの半導体加速度センサは、上記のように薄膜技術
を用いて形成されるため、例えば振動部分の長さが数百
−程度、厚さが数p程度、チップ全体の大きさが数1角
程度と極めて小型に形成することが出来、又、集積回路
で他の素子と同一基板上に形成することも出来るという
優れた特徴がある。
を用いて形成されるため、例えば振動部分の長さが数百
−程度、厚さが数p程度、チップ全体の大きさが数1角
程度と極めて小型に形成することが出来、又、集積回路
で他の素子と同一基板上に形成することも出来るという
優れた特徴がある。
上記のごとき半導体加速度センサとしては、例えば、公
開特許公報昭和49年29781号に記載されているも
のがある。
開特許公報昭和49年29781号に記載されているも
のがある。
第3図は、上記の半導体加速度センサを示す図であり、
(A)は断面図、(B)は平面図を示す。
(A)は断面図、(B)は平面図を示す。
第3図において、シリコン基板上に形成されたSi片持
梁4の支持部付近には4本のピエゾ抵抗1.1’ 、2
.2’ が形成されており、配線導体3を通じて外部に
接続出来るようになっている。
梁4の支持部付近には4本のピエゾ抵抗1.1’ 、2
.2’ が形成されており、配線導体3を通じて外部に
接続出来るようになっている。
上記の半導体加速度センサに加速度が印加されるとSi
片持梁4が偏位し、その結果ピエゾ抵抗1.1’ 、2
.2’ に応力が加えられてそれらの抵抗値が変化する
。
片持梁4が偏位し、その結果ピエゾ抵抗1.1’ 、2
.2’ に応力が加えられてそれらの抵抗値が変化する
。
上記のピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出することによっ
て、加速度を検出することが出来る。
て、加速度を検出することが出来る。
上記の抵抗値の変化を検出する場合には、一般に、感度
を高めるためピエゾ抵抗を用いてブリッジ回路を構成す
る方式が用いられる。
を高めるためピエゾ抵抗を用いてブリッジ回路を構成す
る方式が用いられる。
第4図は、4本のピエゾ抵抗1.1’ 、2゜2′を用
いてブリッジ回路を構成した場合の回路図である。
いてブリッジ回路を構成した場合の回路図である。
第4図の回路における出力電圧v0は
V a =V □ XΔR/R(V)
で示される。
なお、上式において、ΔRは応力による抵抗変化分、R
は基本抵抗値、VOは電源電圧を示す。
は基本抵抗値、VOは電源電圧を示す。
上記のごとき半導体加速度センサにおいては。
Si片持梁に機械的なストレスを与える構造となってい
るが、Si片持梁は脆いため過大な加速度が加わったり
、あるいは疲労が蓄積されたりすると機械的に破損する
ことがある。
るが、Si片持梁は脆いため過大な加速度が加わったり
、あるいは疲労が蓄積されたりすると機械的に破損する
ことがある。
又、破損する箇所は、最大応力が発生する片持梁の支持
部付近である。
部付近である。
ところが、この支持部付近にはピエゾ抵抗が形成されて
いるので、Si片持梁が破損するとピエゾ抵抗が断線し
、ブリッジ回路の出力が浮動状態になってしまうおそれ
がある。
いるので、Si片持梁が破損するとピエゾ抵抗が断線し
、ブリッジ回路の出力が浮動状態になってしまうおそれ
がある。
そして、ブリッジ回路の出力が浮動状態になるとセンサ
出力が安定しないので、後続の制御装置等の動作に悪影
響を及ぼすおそれがある。
出力が安定しないので、後続の制御装置等の動作に悪影
響を及ぼすおそれがある。
上記のごときSi片持梁の破損を防止する方法としては
1例えば、第5図に示すごとく、ストッパ11を設けて
片持梁の振幅を制限する方法や、あるいは第6図に示す
ごとく、密封構造体12の内側にダンパオイル13を充
填し、ダンパオイルによって片持梁の動きを制限する等
の方法が考えられる。
1例えば、第5図に示すごとく、ストッパ11を設けて
片持梁の振幅を制限する方法や、あるいは第6図に示す
ごとく、密封構造体12の内側にダンパオイル13を充
填し、ダンパオイルによって片持梁の動きを制限する等
の方法が考えられる。
しかし、上記の方法では製造工程が増加し、又、構造が
複雑になるなどの理由によってコストが上昇するという
問題がある。
複雑になるなどの理由によってコストが上昇するという
問題がある。
本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決する為に
なされたものであり、容易に実現することが出来、かつ
安価な手段によって、片持梁の破損時にも出力が浮動す
ることのないようにした半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とするものである。
なされたものであり、容易に実現することが出来、かつ
安価な手段によって、片持梁の破損時にも出力が浮動す
ることのないようにした半導体圧力センサを提供するこ
とを目的とするものである。
上記の目的を達成するため本発明においては、片持梁の
破損が予想される個所、例えば支持部付近に破損検知用
導体を形成し、又、該破損検知用導体が断線した場合に
、ブリッジ回路の出力電圧を所定値に固定する回路を設
けることにより、片持梁の破損時にもブリッジ回路の出
力電圧が浮動することのないように構成している。
破損が予想される個所、例えば支持部付近に破損検知用
導体を形成し、又、該破損検知用導体が断線した場合に
、ブリッジ回路の出力電圧を所定値に固定する回路を設
けることにより、片持梁の破損時にもブリッジ回路の出
力電圧が浮動することのないように構成している。
第1図は、本発明の一実施例の平面図である。
第1図において、Si片持梁4の支持部付近には4本の
ピエゾ抵抗1.1’ 、2.2’が不純物拡散法もしく
はイオン注入法で形成されている。
ピエゾ抵抗1.1’ 、2.2’が不純物拡散法もしく
はイオン注入法で形成されている。
又、ピエゾ抵抗1,1′と2,2′とは互いに垂直に配
置してあり、Si片持梁4の偏位による抵抗値の増減が
1,1′と2,2′とでは逆方向になるようにして感度
を上昇させている。
置してあり、Si片持梁4の偏位による抵抗値の増減が
1,1′と2,2′とでは逆方向になるようにして感度
を上昇させている。
又、3は上記のピエゾ抵抗1.1’ 、2.2’をSi
片持梁外の処理回路等に接続するための配線導体であり
、アルミ等の金属層を用いて形成されている。
片持梁外の処理回路等に接続するための配線導体であり
、アルミ等の金属層を用いて形成されている。
又、5及び6は破損検知用導体であり、Si片持梁4の
支持部付近すなわち破損を生じ易い部分に形成されてい
る。
支持部付近すなわち破損を生じ易い部分に形成されてい
る。
なお、支持部付近以外でも破損のおそれがある個所であ
れば、自由に配設することが可能である。
れば、自由に配設することが可能である。
又、第1図に示すごとく微小な亀裂も検知出来るように
メアンダ状のパターニングを行ない、破損検知精度を高
めることが出来る。
メアンダ状のパターニングを行ない、破損検知精度を高
めることが出来る。
上記の破損検知用導体5,6は、例えば金属層又は不純
物拡散層で形成されており、製造工程上において配線導
体3と同時に形成することが出来る。
物拡散層で形成されており、製造工程上において配線導
体3と同時に形成することが出来る。
次に、第2図は、Si片持梁の破損時における出力固定
回路の一実施例図である。
回路の一実施例図である。
第2図において、7はpチャネルトランジスタ。
8はnチャネルトランジスタ、9及び10は100にΩ
程度のゲートのバイアス抵抗である。
程度のゲートのバイアス抵抗である。
又、ピエゾ抵抗1,1’ 、2,2’はブリッジ回路を
構成している。
構成している。
さらに、ピエゾ抵抗1と2との接続点とpチャネルトラ
ンジスタ7のゲートとは破損検知用導体5で接続されて
おり、又、ピエゾ抵抗1′と2′との接続点とnチャネ
ルトランジスタ8のゲートとは破損検知用導体6で接続
されている。
ンジスタ7のゲートとは破損検知用導体5で接続されて
おり、又、ピエゾ抵抗1′と2′との接続点とnチャネ
ルトランジスタ8のゲートとは破損検知用導体6で接続
されている。
なお、第2図において、トランジスタ7.8や抵抗9.
lO等はSi片持梁4と同一の半導体基板上に他の処理
回路等と同一工程で形成することが出来る。
lO等はSi片持梁4と同一の半導体基板上に他の処理
回路等と同一工程で形成することが出来る。
次に、第2図の回路の作用について説明する。
まず、正常時においては、pチャネルトランジスタ7の
ゲートは破損検知用導体5を介して電源電圧VDに接続
されているので、Vos=Oとなり、pチャネルトラン
ジスタ7はオフ状態になっている。
ゲートは破損検知用導体5を介して電源電圧VDに接続
されているので、Vos=Oとなり、pチャネルトラン
ジスタ7はオフ状態になっている。
又、nチャネルトランジスタ8のゲートも破損検知用導
体6を介して接地Vsに接続されているので、Vas:
Oとなり、nチャネルトランジスタ8もオフ状態になっ
ている。
体6を介して接地Vsに接続されているので、Vas:
Oとなり、nチャネルトランジスタ8もオフ状態になっ
ている。
上記のように正常時においては、両トランジスタ7.8
がオフになっているのでブリッジ回路の出力電圧v0は
、ピエゾ抵抗1.1’ 、2.2’の抵抗値の変化のみ
に依存した値となる。
がオフになっているのでブリッジ回路の出力電圧v0は
、ピエゾ抵抗1.1’ 、2.2’の抵抗値の変化のみ
に依存した値となる。
次に、破損時について説明する。
Si片持梁4の根元に亀裂が生じると破損検知用導体5
.6が断線する。
.6が断線する。
そのため、Pチャネルトランジスタ7のゲートは抵抗9
を介してVsに落ちるため、Vos”Voとなり、pチ
ャネルトランジスタ7はオンになつ・てブリッジ出力v
2はVoに固定される。
を介してVsに落ちるため、Vos”Voとなり、pチ
ャネルトランジスタ7はオンになつ・てブリッジ出力v
2はVoに固定される。
又、nチャネルトランジスタ8のゲートは、抵抗10を
介して電源電圧VDになるため、Vos冨V。
介して電源電圧VDになるため、Vos冨V。
となり、nチャネルトランジスタ8もオンになってブリ
ッジ出力v1はVsに固定される。
ッジ出力v1はVsに固定される。
したがって、Si片持梁が破損した場合の出力電圧v0
は、VOすなわち電源電圧に固定されることになる。
は、VOすなわち電源電圧に固定されることになる。
なお、上記の例においては、破損時における出力電圧を
電源電圧VDに固定する場合を例示したが、pチャネル
トランジスタ7、nチャネルトランジスタ8及び抵抗9
.lOの接続方法を変えることによって、破損時のブリ
ッジ出力の固定電位を電源電圧VDと接地電位Vsのい
ずれにでも任意に設定することが出来る。
電源電圧VDに固定する場合を例示したが、pチャネル
トランジスタ7、nチャネルトランジスタ8及び抵抗9
.lOの接続方法を変えることによって、破損時のブリ
ッジ出力の固定電位を電源電圧VDと接地電位Vsのい
ずれにでも任意に設定することが出来る。
又、出力電圧を固定するだけでなく、破損時のモニタ信
号等も容易に発生させることが出来る。
号等も容易に発生させることが出来る。
以上説明したごとく本発明においては、破損が予想され
る箇所に破損検知用導体を配設し5片持梁の破損に伴っ
て破損検知用導体が断線するとブリッジ回路の出力電圧
を固定するように構成しているので、Si片持梁が破損
した場合にもセンサ信号を電源か接地め電位に確実に固
定することが出来、後続の制御装置等の動作に悪影響を
及ぼすことがなくなる。
る箇所に破損検知用導体を配設し5片持梁の破損に伴っ
て破損検知用導体が断線するとブリッジ回路の出力電圧
を固定するように構成しているので、Si片持梁が破損
した場合にもセンサ信号を電源か接地め電位に確実に固
定することが出来、後続の制御装置等の動作に悪影響を
及ぼすことがなくなる。
又、本発明の構成部分は、従来の半導体加速度センサの
製造工程と同一工程によって製造することが出来、かつ
微小な亀裂を広範囲に亘って検知可能なので、高精度で
理想的な破損検知とフェイル・セイフ機能を容易かつ安
価に実現することが出来る。
製造工程と同一工程によって製造することが出来、かつ
微小な亀裂を広範囲に亘って検知可能なので、高精度で
理想的な破損検知とフェイル・セイフ機能を容易かつ安
価に実現することが出来る。
又、破損が予想される箇所に金属層の破損検知導体を設
けるので、その部分が補強され、過大加速度に対する強
度を増加させることも出来る。
けるので、その部分が補強され、過大加速度に対する強
度を増加させることも出来る。
又、本発明の回路においては、正常動作時には電気的影
響が無視出来るので、ブリッジ回路の出力感度の低下や
、非直線性誤差の増加といったセンサとしての性能を劣
化させる原因になるおそれもない。
響が無視出来るので、ブリッジ回路の出力感度の低下や
、非直線性誤差の増加といったセンサとしての性能を劣
化させる原因になるおそれもない。
第1図は本発明の一実施例の平面図、第2図は本発明の
一実施例の回路図、第3図は従来装置の一例の断面図と
平面図、第4図は従来装置のブリッジ回路図、第5図及
び第6図は従来装置における破損防止手段を示す図であ
る。 符号の説明 1.1’ 、2.2’・・・ピエゾ抵抗3・・・配線導
体 4・・・SL片持梁 5.6・・・破損検知用導体 7・・・pチャネルトランジスタ 8・・・nチャネルトランジスタ 9、IO・・・抵抗
一実施例の回路図、第3図は従来装置の一例の断面図と
平面図、第4図は従来装置のブリッジ回路図、第5図及
び第6図は従来装置における破損防止手段を示す図であ
る。 符号の説明 1.1’ 、2.2’・・・ピエゾ抵抗3・・・配線導
体 4・・・SL片持梁 5.6・・・破損検知用導体 7・・・pチャネルトランジスタ 8・・・nチャネルトランジスタ 9、IO・・・抵抗
Claims (1)
- 半導体基板上に形成され、一端を支持された片持梁の支
持部付近にピエゾ抵抗を形成し、該ピエゾ抵抗を用いて
ブリッジ回路を構成し、上記片持梁の偏位に応じて上記
ピエゾ抵抗に生じる抵抗値の変化を上記ブリッジ回路で
検出することによって加速度を検出する半導体加速度セ
ンサにおいて、片持梁の破損が予想される個所に形成し
た破損検知用導体と、該破損検知用導体が断線した場合
に上記ブリッジ回路の出力電圧を所定値に固定する回路
とを備えた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 |
---|---|---|---|
JP1863285A JPS61178664A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1863285A JPS61178664A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61178664A true JPS61178664A (ja) | 1986-08-11 |
Family
ID=11976989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1863285A Pending JPS61178664A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61178664A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4869107A (en) * | 1986-08-06 | 1989-09-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Acceleration sensor for use in automotive vehicle |
US4967597A (en) * | 1988-04-11 | 1990-11-06 | Nippondenso Co., Ltd. | Acceleration sensor |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP1863285A patent/JPS61178664A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4869107A (en) * | 1986-08-06 | 1989-09-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Acceleration sensor for use in automotive vehicle |
US4967597A (en) * | 1988-04-11 | 1990-11-06 | Nippondenso Co., Ltd. | Acceleration sensor |
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