JPS62108161A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JPS62108161A JPS62108161A JP24822185A JP24822185A JPS62108161A JP S62108161 A JPS62108161 A JP S62108161A JP 24822185 A JP24822185 A JP 24822185A JP 24822185 A JP24822185 A JP 24822185A JP S62108161 A JPS62108161 A JP S62108161A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cantilever
- insulating film
- acceleration
- layer
- 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)
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】
産業上の利用分野
本発明は、工作機械、運搬、輸送機器、精密測定機器な
どに利用される加速度セ／す及び傾斜角センサに関する
ものである。
どに利用される加速度セ／す及び傾斜角センサに関する
ものである。
従来の技術
従来の加速度センサは、センサ技術編集部網「センサ活
用事例集Ｊ （１９８４年５月１０日）情報調査会発行
に記載されるように、サーボ型加速度計、圧電型加速度
計または歪ゲージ型加速度計がある。サーボ型加速度計
は振子の変位量をサーボ機構の電気的バネで零位置にな
るように配置し、その時のフードパック電流から加速度
を測定する。圧電型加速度計は、圧電素子に重りを取り
付け、加速度によって重りの加重で圧電素子に発生した
電圧から加速度を測定する０また、歪ゲージも同様に振
子あるいは重りによって歪ゲージに生じた抵抗値変化か
ら加速度を測定している０発明が解決しよう、とする問
題点 しかしながら上記従来の構成では、多数の部品を組合わ
せて構成する機構的な要素が強く、従って構造的な面か
ら、小型化をするには自ずと制約があった。また、量産
化に適しない構造のため、コストダウンすることにも制
限があった。
用事例集Ｊ （１９８４年５月１０日）情報調査会発行
に記載されるように、サーボ型加速度計、圧電型加速度
計または歪ゲージ型加速度計がある。サーボ型加速度計
は振子の変位量をサーボ機構の電気的バネで零位置にな
るように配置し、その時のフードパック電流から加速度
を測定する。圧電型加速度計は、圧電素子に重りを取り
付け、加速度によって重りの加重で圧電素子に発生した
電圧から加速度を測定する０また、歪ゲージも同様に振
子あるいは重りによって歪ゲージに生じた抵抗値変化か
ら加速度を測定している０発明が解決しよう、とする問
題点 しかしながら上記従来の構成では、多数の部品を組合わ
せて構成する機構的な要素が強く、従って構造的な面か
ら、小型化をするには自ずと制約があった。また、量産
化に適しない構造のため、コストダウンすることにも制
限があった。
本発明は、上記従来の問題を解決するだめ、小型圓価格
で量産性にすぐれた加速度センサを提供することを目的
とする。
で量産性にすぐれた加速度センサを提供することを目的
とする。
問題点を解決するだめの手段
この目的を達成するために、本発明の加速度センサは、
半導体基板に異方性エツチング法を用いて片持ち梁を形
成し、この片持ち梁に歪ゲージ素子あるいは圧電素子を
搭載している。
半導体基板に異方性エツチング法を用いて片持ち梁を形
成し、この片持ち梁に歪ゲージ素子あるいは圧電素子を
搭載している。
作 用
半導体技術によるパッチプロセスで製造できるので、大
量、安価に微小チップの加速度センサを得ることができ
る。この構成による片持ち梁は振動、加重に対してきわ
めて敏感であるから、加速度センサに用いるだけでなく
、傾斜センサあるいは振動センサとしても用いることが
できる。さらに、同一半導体基板に、片持ち梁より得ら
れた信号を増幅、温度補償、信号処理するＩＣ回路を形
成すれば、加速度センサに接続する回路系をも小型、安
価に構成することができる。
量、安価に微小チップの加速度センサを得ることができ
る。この構成による片持ち梁は振動、加重に対してきわ
めて敏感であるから、加速度センサに用いるだけでなく
、傾斜センサあるいは振動センサとしても用いることが
できる。さらに、同一半導体基板に、片持ち梁より得ら
れた信号を増幅、温度補償、信号処理するＩＣ回路を形
成すれば、加速度センサに接続する回路系をも小型、安
価に構成することができる。
実施例・
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
説明する。
第１図は本発明の第１の実施例における加速度センサの
斜視図および断面図を示し、第２図（ａ）は、第１図の
Ａ −Ａ’断面図、第２図（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ′断
面図である。第１図および第２図において、Ｐ型シリコ
ン基板１上にＮ型７９３７層１′を形成し、このＮ型層
１′上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などから
なる絶縁膜２を形成する。絶縁膜２上には、歪ゲージ素
子５が配置されている。
斜視図および断面図を示し、第２図（ａ）は、第１図の
Ａ −Ａ’断面図、第２図（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ′断
面図である。第１図および第２図において、Ｐ型シリコ
ン基板１上にＮ型７９３７層１′を形成し、このＮ型層
１′上にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などから
なる絶縁膜２を形成する。絶縁膜２上には、歪ゲージ素
子５が配置されている。
これは、Ｃｕ−Ｎｉ合金などの合金材料や、鉄系、コバ
ルト系などのアモルファス材料からなる金属膜を所定の
パターンたとえばほぼＵ字状に形成されているものであ
る。この歪ゲージ素子Ｓ上に絶縁膜８が形成されている
。さて、歪ゲージ素子５の周囲の絶縁膜２を選択的に除
去してシリコン基板１′を露出させる。この絶縁膜２を
マスクとしてＮ型層１′を異方性エツチングすると、Ｎ
型層１′はその露出部分から腐蝕除去され、結晶方位に
従って断面台形状の凹部３が形成される０すなわち、Ｎ
型層１′には異方性エツチングが適用され、Ｐ型半導体
基板１は、異方性エツチングの影響を受けないので、凹
部３の底部はＰ型シリコン基板１とＮ型層１′との境界
面となる。この凹部３により歪ゲージ素子６下の部分の
シリコン酸化膜４′は、凹部３上に突出するように張り
出されて片持ち梁４を形成する。
ルト系などのアモルファス材料からなる金属膜を所定の
パターンたとえばほぼＵ字状に形成されているものであ
る。この歪ゲージ素子Ｓ上に絶縁膜８が形成されている
。さて、歪ゲージ素子５の周囲の絶縁膜２を選択的に除
去してシリコン基板１′を露出させる。この絶縁膜２を
マスクとしてＮ型層１′を異方性エツチングすると、Ｎ
型層１′はその露出部分から腐蝕除去され、結晶方位に
従って断面台形状の凹部３が形成される０すなわち、Ｎ
型層１′には異方性エツチングが適用され、Ｐ型半導体
基板１は、異方性エツチングの影響を受けないので、凹
部３の底部はＰ型シリコン基板１とＮ型層１′との境界
面となる。この凹部３により歪ゲージ素子６下の部分の
シリコン酸化膜４′は、凹部３上に突出するように張り
出されて片持ち梁４を形成する。
第３図は、本発明においてＮ型半導体を用いて構成した
他の実施例の断面図である。第３図（ａ）は異方性エツ
チングを基板１１の途中で止めた場合を示し、第３囲い
）はそれを貫通するまで異方性エツチングを行なった場
合を示す。
他の実施例の断面図である。第３図（ａ）は異方性エツ
チングを基板１１の途中で止めた場合を示し、第３囲い
）はそれを貫通するまで異方性エツチングを行なった場
合を示す。
以上のように構成された本実施例の加速度センサについ
て以下その動作を説明する。
て以下その動作を説明する。
加重もしくは加速度またはその両方が、片持ち梁４に垂
直方向に加わると、片持ち梁４はその作用方向に曲げら
れる。片持ち梁４上の金属膜からなる歪ゲージ素子６は
、片持ち梁４の曲げ歪を受けると抵抗値変化を生じる。
直方向に加わると、片持ち梁４はその作用方向に曲げら
れる。片持ち梁４上の金属膜からなる歪ゲージ素子６は
、片持ち梁４の曲げ歪を受けると抵抗値変化を生じる。
この抵抗値変化を算出することによって加重或いは加速
度を検出することができる。
度を検出することができる。
第４図は、本発明のさらに他の実施例による加速度セン
サの断面図である。なお、第１の実施例と同じ構成要素
には同一符号を付し、説明を省略する。第４図において
、片持ち梁４上に重し９が載置されている。この重し９
によって片持ち梁４の動きが敏感となるので、加重もし
くは加速度またはその画布用の検出感度を良くすること
ができる０ 第５図は、本発明のさらに他の実施例による加速度セン
サの断面図である。なお、第１および第２の実施例と同
じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。第５
図において、片持ち梁４上の歪みゲージ６の代りに、圧
電素′子１ｏを使用したものである０すなわち、絶縁膜
２上に下面電極６を形成し、その上に圧電体素子１０を
配設し、その圧電素子の上面に上面電極６′を形成して
なるものである。
サの断面図である。なお、第１の実施例と同じ構成要素
には同一符号を付し、説明を省略する。第４図において
、片持ち梁４上に重し９が載置されている。この重し９
によって片持ち梁４の動きが敏感となるので、加重もし
くは加速度またはその画布用の検出感度を良くすること
ができる０ 第５図は、本発明のさらに他の実施例による加速度セン
サの断面図である。なお、第１および第２の実施例と同
じ構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。第５
図において、片持ち梁４上の歪みゲージ６の代りに、圧
電素′子１ｏを使用したものである０すなわち、絶縁膜
２上に下面電極６を形成し、その上に圧電体素子１０を
配設し、その圧電素子の上面に上面電極６′を形成して
なるものである。
以上のように構成された本実施例の加速度センサについ
て以下その動作を説明する。
て以下その動作を説明する。
加速度等の作用を受けた片持ち梁４が曲がると、圧電素
子１０と、上面電極６′と下面電極６とのそれぞれの界
面が曲げ歪みを受ける。それにより圧電素子１ｏの両面
側に起電力が生じるので、この起電力を検出することに
より、加重または加速度を高い精度で検出することがで
きる。
子１０と、上面電極６′と下面電極６とのそれぞれの界
面が曲げ歪みを受ける。それにより圧電素子１ｏの両面
側に起電力が生じるので、この起電力を検出することに
より、加重または加速度を高い精度で検出することがで
きる。
なお、上記第１の実施例では、片持ち梁部分がシリコン
酸化膜、金属膜、および絶縁膜の三層で構成されている
が、金属膜一層だけでもよく、また、金属膜と各種の絶
縁膜を多層組み合せてもよい。この絶縁膜は、強度や歪
率などの諸特性に応じて選択すればよい。
酸化膜、金属膜、および絶縁膜の三層で構成されている
が、金属膜一層だけでもよく、また、金属膜と各種の絶
縁膜を多層組み合せてもよい。この絶縁膜は、強度や歪
率などの諸特性に応じて選択すればよい。
発明の効果
半導体基板上に、歪ゲージを搭載した片持ち梁を形成す
ることで、高感度で超小型の加速度センサあるいは傾き
センサができる。また半導体技術によるバッチプロセス
の量産効果によって極めて低価格が期待され、さらに、
センサの信号処理回路をＩＣ化し同一チップ内に作り込
むことができて、一層の小型化ができるなどの効果が得
られる優れた加速度センサを実現できるものである。
ることで、高感度で超小型の加速度センサあるいは傾き
センサができる。また半導体技術によるバッチプロセス
の量産効果によって極めて低価格が期待され、さらに、
センサの信号処理回路をＩＣ化し同一チップ内に作り込
むことができて、一層の小型化ができるなどの効果が得
られる優れた加速度センサを実現できるものである。
第１図は本発明の第１の実施例における斜視図、第２図
（→は第１図のＡ−Ａ／断面図、同図（ｂ）は第１図の
Ｂ−Ｂ／断面図、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発
明の他の実施例における要部断面図、第４図および第６
図はそれぞれ本発明のさらに他の実施例における断面図
である。 １・・・・・・Ｐ型シリコン基板、１′・山・・Ｎ型シ
リコン層、２・・・・・・絶縁膜、３・・・・・・凹部
、４・・・・・・片持ち梁、６・・・・歪ゲージ素子、
８・・・・・・絶縁膜、９・・川・重し。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名？−
−−元球臓 第 ２１１ ８−絶隊臓 （ａ−９ Ｃｂ） 第３図 （り 第 ４ 図 ？−−−皇０ 第５図 ６−よ弘’Ｉ電撞
（→は第１図のＡ−Ａ／断面図、同図（ｂ）は第１図の
Ｂ−Ｂ／断面図、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発
明の他の実施例における要部断面図、第４図および第６
図はそれぞれ本発明のさらに他の実施例における断面図
である。 １・・・・・・Ｐ型シリコン基板、１′・山・・Ｎ型シ
リコン層、２・・・・・・絶縁膜、３・・・・・・凹部
、４・・・・・・片持ち梁、６・・・・歪ゲージ素子、
８・・・・・・絶縁膜、９・・川・重し。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名？−
−−元球臓 第 ２１１ ８−絶隊臓 （ａ−９ Ｃｂ） 第３図 （り 第 ４ 図 ？−−−皇０ 第５図 ６−よ弘’Ｉ電撞
Claims (3)
- （１） 半導体基板上に形成された、絶縁膜，または、
異種絶縁膜の複合層構造、もしくは、絶縁膜および金属
膜の複合層構造の膜よりなる片持ち梁と、前記片持ち梁
上あるいは前記片持ち梁を構成する膜間に形成された金
属膜による歪ゲージまたは圧電素子とを有することを特
徴とする加速度センサ。 - （２） 片持ち梁がその上に重しを有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の加速度センサ。 - （３） 片持ち梁を有する半導体基板に温度補償回路，
増幅回路，信号処理回路等の回路要素が組み込まれてい
る特許請求の範囲第１項記載の加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24822185A JPS62108161A (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24822185A JPS62108161A (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62108161A true JPS62108161A (ja) | 1987-05-19 |
Family
ID=17174977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24822185A Pending JPS62108161A (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62108161A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6252335B1 (en) * | 1997-05-07 | 2001-06-26 | Pacesetter Ab | Beam-type accelerometer |
| JP2005249785A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Agilent Technol Inc | 圧電カンチレバー圧力センサ |
| JP2012189480A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Seiko Epson Corp | 加速度検出器、加速度検出デバイス及び電子機器 |
| JP2015099154A (ja) * | 2015-01-07 | 2015-05-28 | セイコーエプソン株式会社 | 加速度検出器、加速度検出デバイス及び電子機器 |
| CN107389981A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-11-24 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种转换测量方向的mems加速度计及其制造工艺 |
-
1985
- 1985-11-06 JP JP24822185A patent/JPS62108161A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6252335B1 (en) * | 1997-05-07 | 2001-06-26 | Pacesetter Ab | Beam-type accelerometer |
| JP2005249785A (ja) * | 2004-03-05 | 2005-09-15 | Agilent Technol Inc | 圧電カンチレバー圧力センサ |
| JP2012189480A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Seiko Epson Corp | 加速度検出器、加速度検出デバイス及び電子機器 |
| JP2015099154A (ja) * | 2015-01-07 | 2015-05-28 | セイコーエプソン株式会社 | 加速度検出器、加速度検出デバイス及び電子機器 |
| CN107389981A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-11-24 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种转换测量方向的mems加速度计及其制造工艺 |
| CN107389981B (zh) * | 2017-06-07 | 2019-07-05 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种转换测量方向的mems加速度计及其制造工艺 |
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