JPS62174978A - 半導体振動・加速度検出装置 - Google Patents
半導体振動・加速度検出装置Info
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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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】
［産業上の利用分野］
この発明は、例えば自動車の加速度状態、揺れの状態等
を検出し、その検出信号を効果的に処理して各種制御等
に使用されるようにするもので、特に３次元の振動ある
いは加速度を効果的に検出するように構成することがで
き、シリコンウェハ等の半導体基板に対して、集積回路
等と共に構成されるようにする半導体振動・加速度検出
装置に関する。
を検出し、その検出信号を効果的に処理して各種制御等
に使用されるようにするもので、特に３次元の振動ある
いは加速度を効果的に検出するように構成することがで
き、シリコンウェハ等の半導体基板に対して、集積回路
等と共に構成されるようにする半導体振動・加速度検出
装置に関する。
［背景技術］
例えば、加速度の状態を３次元的に検出しようとする場
合には、３次元の各次元にそれぞれ対応する振動および
加速度の状態をそれぞれ検出する手段が必要となる。
合には、３次元の各次元にそれぞれ対応する振動および
加速度の状態をそれぞれ検出する手段が必要となる。
第８図はこのような３次元的な加速度検出機構Ｚの振動
によってそれぞれ励振されるようにする。
によってそれぞれ励振されるようにする。
れ歪みゲージ等を取付け、その振動状態を電気的に検出
できるようにしているものである。
できるようにしているものである。
このような加速度検出装置にあっては、各振動＋１３
１１５ 板弁〜桶俺それぞれ異なる方向に延びる状態で設定しな
ければならず、その相互角度関係も所定の状態に正確に
設定しなければならない。したがって、この検出装置は
その構造が複雑な状態となるばかりでなく、実質的に手
作りに近い状態で動作特性の調整設定を行わなければな
らないものであり、大型であり且つ高価なものとなって
いた。
１１５ 板弁〜桶俺それぞれ異なる方向に延びる状態で設定しな
ければならず、その相互角度関係も所定の状態に正確に
設定しなければならない。したがって、この検出装置は
その構造が複雑な状態となるばかりでなく、実質的に手
作りに近い状態で動作特性の調整設定を行わなければな
らないものであり、大型であり且つ高価なものとなって
いた。
また、半導体基板の表面部分に、例えばポリシリコン等
によって片持ビームを上記表面との間に微小間隔が設定
される状態で形成し、このビームが振動した場合に変化
する、このビームと上記基板との間隔を静電容量によっ
て検出する手段が考えられている。しかし、このような
構成のものでは３次元的な振動・加速度を検出する装置
を構成することができないものであり、また温度変化等
によって反りが発生したような場合には、このビームと
半導体基板表面との間隔が変化し、その間の容量が変化
して安定した検出出力を得ることが困難である。
によって片持ビームを上記表面との間に微小間隔が設定
される状態で形成し、このビームが振動した場合に変化
する、このビームと上記基板との間隔を静電容量によっ
て検出する手段が考えられている。しかし、このような
構成のものでは３次元的な振動・加速度を検出する装置
を構成することができないものであり、また温度変化等
によって反りが発生したような場合には、このビームと
半導体基板表面との間隔が変化し、その間の容量が変化
して安定した検出出力を得ることが困難である。
上記ビーム機構は複数本の組合わせによって構成し、そ
の各ビームの長さを変化設定することによってそれぞれ
固有の振動数が設定されるようになるものであり、振動
スペクトルの検出を行うことが可能となる。しかし、ビ
ームと基板表面との間隔が微小な状態にあるものである
ため、その間隔部分にごみ等が入り込んだ場合、上記ビ
ームの共振周波数が変化するようになり、振動検出動作
が不安定な状態となる。
の各ビームの長さを変化設定することによってそれぞれ
固有の振動数が設定されるようになるものであり、振動
スペクトルの検出を行うことが可能となる。しかし、ビ
ームと基板表面との間隔が微小な状態にあるものである
ため、その間隔部分にごみ等が入り込んだ場合、上記ビ
ームの共振周波数が変化するようになり、振動検出動作
が不安定な状態となる。
［発明か解決しようとする問題点］
この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、充分
簡単な構成で振動および加速度状態が検出できるように
すると共に、温度等の条件に影響されることなく安定し
た検出特性が設定され、特に半導体集積回路等と一体的
に構成することが可能とされ、検出信号の処理回路をも
一体に含む二とができるようにした半導体振動・加速度
検出装置を提供しようとするものである。
簡単な構成で振動および加速度状態が検出できるように
すると共に、温度等の条件に影響されることなく安定し
た検出特性が設定され、特に半導体集積回路等と一体的
に構成することが可能とされ、検出信号の処理回路をも
一体に含む二とができるようにした半導体振動・加速度
検出装置を提供しようとするものである。
またこの発明にあっては、互いに直行する３次元的な方
向の振動、加速度等も効果的に検出できるようにするも
のであり、小型であり且つ軽量に構成して、例えば量産
性にも富むようにすることのできる半導体振動・加速度
検出装置を提供することである。
向の振動、加速度等も効果的に検出できるようにするも
のであり、小型であり且つ軽量に構成して、例えば量産
性にも富むようにすることのできる半導体振動・加速度
検出装置を提供することである。
［問題点を解決するための手段］
すなわち、この発明に係る半導体振動・加速度検出装置
にあっては、集積回路等が形成されるような半導体基板
に対して、エツチング等によって可動部材を形成する。
にあっては、集積回路等が形成されるような半導体基板
に対して、エツチング等によって可動部材を形成する。
この可動部材はビームによって構成され、このビームの
先端には質量が設定されるようになっている。そして、
このビームの基端部分に対して、このビームの変位状態
に対応して電気信号を発生するピエゾ抵抗素子を設定す
るものである。
先端には質量が設定されるようになっている。そして、
このビームの基端部分に対して、このビームの変位状態
に対応して電気信号を発生するピエゾ抵抗素子を設定す
るものである。
［作用］
上記可動部材を構成するビームは、半導体基板に対して
通常の半導体回路の製造過程において使用されるエツチ
ングによって簡単に形成されるものであり、このビーム
に対して質量部を設定することによって、このビームの
延びる方向と直行する方向の振動によって変位するよう
になる。そした、上記ビームはその変位する方向が特定
されるものであり、例えば上記半導体基板の表面に対し
て直行する状態でビームを設定し、且つこのビームが上
記表面に平行な方向に変位できるようにすれば、直行す
るＸおよびＹ方向の２次元の振動および加速度が検出さ
れるようになる。また、半導体基板の表面に対して直行
するＺ方向に変位できるようにビームを設定すれば、Ｚ
方向の変位を検出でき、１つの半導体基板に対して３次
元の振動および加速度の検出機構が設定されるようにな
るものである。
通常の半導体回路の製造過程において使用されるエツチ
ングによって簡単に形成されるものであり、このビーム
に対して質量部を設定することによって、このビームの
延びる方向と直行する方向の振動によって変位するよう
になる。そした、上記ビームはその変位する方向が特定
されるものであり、例えば上記半導体基板の表面に対し
て直行する状態でビームを設定し、且つこのビームが上
記表面に平行な方向に変位できるようにすれば、直行す
るＸおよびＹ方向の２次元の振動および加速度が検出さ
れるようになる。また、半導体基板の表面に対して直行
するＺ方向に変位できるようにビームを設定すれば、Ｚ
方向の変位を検出でき、１つの半導体基板に対して３次
元の振動および加速度の検出機構が設定されるようにな
るものである。
［発明の実施例］
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第１図は振動さらに加速度を検出する検出装置を内蔵し
たＩＣチップの平面的な構成を示すものであり、半導体
基板１１には、Ｘ方向検出部１２、Ｙ方向検出部１３、
Ｚ方向検出部１４が平面的に配列形成されるものであり
、その他に例えば上記各検出部からの検出信号を処理す
る情報処理回路、増幅回路等の周辺ＩＣ回路部１５が形
成されるようになっている。
たＩＣチップの平面的な構成を示すものであり、半導体
基板１１には、Ｘ方向検出部１２、Ｙ方向検出部１３、
Ｚ方向検出部１４が平面的に配列形成されるものであり
、その他に例えば上記各検出部からの検出信号を処理す
る情報処理回路、増幅回路等の周辺ＩＣ回路部１５が形
成されるようになっている。
上記各検出部１２〜１４は、それぞれ機械的な振動、加
速度によって変位され振動する可動部材、すなわちそれ
ぞれ複数のビーム１２ａ 、 ！２ｂ 、・・・、１３
ａ１１３ｂ１・・・、１４ａ 、 １４ｂ・・・によっ
て構成されているもので、そのビーム部分は第２図に取
り出して示すように構成されている。
速度によって変位され振動する可動部材、すなわちそれ
ぞれ複数のビーム１２ａ 、 ！２ｂ 、・・・、１３
ａ１１３ｂ１・・・、１４ａ 、 １４ｂ・・・によっ
て構成されているもので、そのビーム部分は第２図に取
り出して示すように構成されている。
まず、第２図の（Ａ）はＺ方向すなわちＩＣチップ１１
の面に対して垂直方向の変位を検出する検出部１４を構
成するビーム部ＩＢを示すもので、このビーム部１６は
チップ１１を構成するシリコン基板を、薄く細長い板状
にエツチングによって切出して形成され、チップ１１と
同一の平面部を有し、この平面に垂直の方向の変位のみ
を許容できる構造となっている。そして、このビーム部
１６の先端部分には、質量部１７が一体的に形成され、
チップ１１がその表面と垂直方向に振動した場合、その
振動によってビーム１６が振動されるようになっている
。
の面に対して垂直方向の変位を検出する検出部１４を構
成するビーム部ＩＢを示すもので、このビーム部１６は
チップ１１を構成するシリコン基板を、薄く細長い板状
にエツチングによって切出して形成され、チップ１１と
同一の平面部を有し、この平面に垂直の方向の変位のみ
を許容できる構造となっている。そして、このビーム部
１６の先端部分には、質量部１７が一体的に形成され、
チップ１１がその表面と垂直方向に振動した場合、その
振動によってビーム１６が振動されるようになっている
。
また、第２図の（Ｂ）はチップ１１の表面に一致する方
向の振動を検出するＸ方向およびＹ方向の検出部１２お
よび１３の特にＸ方向検出部１２のビーム部１８を示す
もので、このビーム１８は上記ビーム部１Ｂと直角の方
向に平面を有する細長い板状体によって構成される。そ
して、このビーム部１８の先端部分には質量部１９が形
成されている。この場合、上記検出部１２および１３を
構成するビームは、互いに直角の方向に延びるように設
定されているもので、チップ１１の表面に平行なＸ方向
およびＹ方向の振動および加速度によって、これらビー
ムが選択的に変位されるものである。
向の振動を検出するＸ方向およびＹ方向の検出部１２お
よび１３の特にＸ方向検出部１２のビーム部１８を示す
もので、このビーム１８は上記ビーム部１Ｂと直角の方
向に平面を有する細長い板状体によって構成される。そ
して、このビーム部１８の先端部分には質量部１９が形
成されている。この場合、上記検出部１２および１３を
構成するビームは、互いに直角の方向に延びるように設
定されているもので、チップ１１の表面に平行なＸ方向
およびＹ方向の振動および加速度によって、これらビー
ムが選択的に変位されるものである。
ここで、上記各検出部１２〜１４をそれぞれ構成する複
数のビーム１２ａ ％ １２ｂ 、−・・、１３ａ ％
１３ｂ 、 −、・、１４ａ 、 １４ｂ 、・・・
は、それぞれ各検出部内で長さが異なるように設定され
ているもので、それぞれＸ１Ｙ、Ｚの各方向の広い周波
数範囲の振動に対して共振できるビームが存在するよう
になっている。
数のビーム１２ａ ％ １２ｂ 、−・・、１３ａ ％
１３ｂ 、 −、・、１４ａ 、 １４ｂ 、・・・
は、それぞれ各検出部内で長さが異なるように設定され
ているもので、それぞれＸ１Ｙ、Ｚの各方向の広い周波
数範囲の振動に対して共振できるビームが存在するよう
になっている。
ここで、各ビームにおける固有の振動数ｆＯは、第３図
に示すようにビームの振動方向の厚さをａｌその長さを
ＬＳ質量をｍ１ビームの幅を第２図（Ｂ）で示すように
ｂとした場合、 ｆｏ−（１／２π） ａ ６Ｌ ｍで表現
される。
に示すようにビームの振動方向の厚さをａｌその長さを
ＬＳ質量をｍ１ビームの幅を第２図（Ｂ）で示すように
ｂとした場合、 ｆｏ−（１／２π） ａ ６Ｌ ｍで表現
される。
この固有振動数は、ビームの幅、厚さ、長さ、さらに質
量によって自由に選定できるものであり、また各検出部
１２〜１４を構成する複数のビームの長さ等を組合わせ
ることによって、検出振動スペクトルを自由に設定でき
るものである。そして、上記Ｘ方向検出部１２、Ｙ方向
検出部１３、およびＺ方向検出部１４によって、第４図
で示すｘＳｙ、ｚの３次元方向の振動および加速度状態
をれぞれ検出できるようになるものである。
量によって自由に選定できるものであり、また各検出部
１２〜１４を構成する複数のビームの長さ等を組合わせ
ることによって、検出振動スペクトルを自由に設定でき
るものである。そして、上記Ｘ方向検出部１２、Ｙ方向
検出部１３、およびＺ方向検出部１４によって、第４図
で示すｘＳｙ、ｚの３次元方向の振動および加速度状態
をれぞれ検出できるようになるものである。
上記のような各検出部１２〜１４をそれぞれ構成するビ
ームは、それぞれＩＣチップ１１を構成するシリコンウ
エハからエツチングによって切り出し形成されるもので
、第５図はその製造過程を示している。
ームは、それぞれＩＣチップ１１を構成するシリコンウ
エハからエツチングによって切り出し形成されるもので
、第５図はその製造過程を示している。
この例は特にＺ方向検出部１４を構成するビームを作り
出す場合を示しているもので、まず（Ａ）図で示すよう
に厚さ４００〜６００μｍのＮ型２〜３Ω・ｃｍ （１
１０）のシリコン基板２１の主表面部に対して、通常の
ＩＣ製造プロセスによってＭＯＳトランジスタ、バイポ
ーラトランジスタ等による周辺回路部１５と共に、変位
を検出するＰ型拡散抵抗によるピエゾ抵抗層２２を形成
し、このピエゾ抵抗層ｚ２からの信号導出用のアルミニ
ウムによる配線層２８を形成する。この場合、上記シリ
コン基板２１の表面および裏面には、絶縁膜として酸化
膜２４．２５が形成されている。この表面側の酸化膜２
４は、詳細は図示されていないが、例えば第１図で示し
たＺ方向検出部１４の可動部材のパターンを形成される
ように一部除去されているものであり、また裏面側の酸
化膜２５はビームを形成する部分に対応して除去されて
いる。具体的には検出部１４の構成範凹で除去されてい
る。そして、二の酸化膜２４および２５をマスクとして
シリコン基板２１を両面から異方性アルカリエツチング
により除去し、その裏面部に（Ｂ）図で示すように空間
２６か形成される。
出す場合を示しているもので、まず（Ａ）図で示すよう
に厚さ４００〜６００μｍのＮ型２〜３Ω・ｃｍ （１
１０）のシリコン基板２１の主表面部に対して、通常の
ＩＣ製造プロセスによってＭＯＳトランジスタ、バイポ
ーラトランジスタ等による周辺回路部１５と共に、変位
を検出するＰ型拡散抵抗によるピエゾ抵抗層２２を形成
し、このピエゾ抵抗層ｚ２からの信号導出用のアルミニ
ウムによる配線層２８を形成する。この場合、上記シリ
コン基板２１の表面および裏面には、絶縁膜として酸化
膜２４．２５が形成されている。この表面側の酸化膜２
４は、詳細は図示されていないが、例えば第１図で示し
たＺ方向検出部１４の可動部材のパターンを形成される
ように一部除去されているものであり、また裏面側の酸
化膜２５はビームを形成する部分に対応して除去されて
いる。具体的には検出部１４の構成範凹で除去されてい
る。そして、二の酸化膜２４および２５をマスクとして
シリコン基板２１を両面から異方性アルカリエツチング
により除去し、その裏面部に（Ｂ）図で示すように空間
２６か形成される。
シリコン基板２１の面方向（１１０）を利用した場合、
この（１１０）面に対する異方性ＫＯＨのアルカリエツ
チングに対して９０°の角度をもって垂直にシリコン基
板２１がエツチングされ、（１１１）面をもつ垂直の深
い溝が形成されるような状態となる。またこのとき、（
１１０）面において垂直方向にエツチングされた２つの
（１１１）面の形成する角度は約１０９６であり、Ｘ、
Ｙ方向の振動、加速度の分離は可能な状態となる。
この（１１０）面に対する異方性ＫＯＨのアルカリエツ
チングに対して９０°の角度をもって垂直にシリコン基
板２１がエツチングされ、（１１１）面をもつ垂直の深
い溝が形成されるような状態となる。またこのとき、（
１１０）面において垂直方向にエツチングされた２つの
（１１１）面の形成する角度は約１０９６であり、Ｘ、
Ｙ方向の振動、加速度の分離は可能な状態となる。
そして、このエツチングによって上記したようにシリコ
ン基板２１の、裏面に空間２６が形成されるようになる
と共に、表面の酸化膜２４によるパターンにしたがって
、各ビーム１４ａ 、 １４ｂ 、・・・部分が切出さ
れるようになる。
ン基板２１の、裏面に空間２６が形成されるようになる
と共に、表面の酸化膜２４によるパターンにしたがって
、各ビーム１４ａ 、 １４ｂ 、・・・部分が切出さ
れるようになる。
上記エンチング工程において異方性エツチグではなく、
例えばフッ酸、硝酸系のシリコンエツチング液を用いれ
ば、面方位に止どまらず、どのような形状に対しても適
応できるゆようになる。この場合、金や白金等をマスク
として用いるようにする。
例えばフッ酸、硝酸系のシリコンエツチング液を用いれ
ば、面方位に止どまらず、どのような形状に対しても適
応できるゆようになる。この場合、金や白金等をマスク
として用いるようにする。
（Ｂ）図の空間２６は加速度、振動の検出に際して可動
部分が接触しないように設定されるもので、１００〜２
００μｍの深さで形成される。そして、この空間２Ｂを
形成する部分に対して、５１０２、Ｓｉ３Ｎ４等の膜２
７を形成する。
部分が接触しないように設定されるもので、１００〜２
００μｍの深さで形成される。そして、この空間２Ｂを
形成する部分に対して、５１０２、Ｓｉ３Ｎ４等の膜２
７を形成する。
次に、（Ｃ）図に示すように酸化膜２４および膜２７を
部分的に除去してマスクを形成し、ε線部２３をワック
ス等で保護して露出したシリコン基板２１を表面および
裏面から前記したと同様にエツチングする。このとき、
表面および裏面から同時にエツチングが進行することに
よって、貫通領域が形成されたときにこのエツチングを
停止させる。
部分的に除去してマスクを形成し、ε線部２３をワック
ス等で保護して露出したシリコン基板２１を表面および
裏面から前記したと同様にエツチングする。このとき、
表面および裏面から同時にエツチングが進行することに
よって、貫通領域が形成されたときにこのエツチングを
停止させる。
すなわち、（Ｄ）図で示すように第１図で示したビーム
１４ａと１４ｂとが分離して形成されるようになるもの
で、裏面の酸化膜２７によるパターンにしたがって、肉
薄のビーム部材２８ａ、２８ｂ。
１４ａと１４ｂとが分離して形成されるようになるもの
で、裏面の酸化膜２７によるパターンにしたがって、肉
薄のビーム部材２８ａ、２８ｂ。
が形成され、また酸化膜２７が残っている部分で質量部
２９ａ、２９ｂが形成されるようになる。
２９ａ、２９ｂが形成されるようになる。
すなわち、このビーム１４ａおよび１４ｂはそれぞれ矢
印で示すように振動変位できるようになるものであり、
その変位状態はそれぞれピエゾ抵抗層２２によって電気
的に検出されるようになる。
印で示すように振動変位できるようになるものであり、
その変位状態はそれぞれピエゾ抵抗層２２によって電気
的に検出されるようになる。
さらに、この成形後のシリコン基板全面に対し、等方性
のエツチングである弗硝酸系によるウェットエツチング
あるいは等方性のプラズマエツチングの処理を短時間族
こし、ビーム部材２Ｅｌａ、２８ｂ、質量部２９ａ、２
９ｂの表面をなめらかにすると共に、ビーム部材２８ａ
、２８ｂの根元のコーナ一部にまるみを形成するのが望
ましい。このことは、前記したアルカリエツチングの場
合、結晶方位による異方性エツチングであり、特にエツ
チング部のコーナ一部が鋭角になり、応力集中による耐
強度性が低下するため、それを改善するものである。
のエツチングである弗硝酸系によるウェットエツチング
あるいは等方性のプラズマエツチングの処理を短時間族
こし、ビーム部材２Ｅｌａ、２８ｂ、質量部２９ａ、２
９ｂの表面をなめらかにすると共に、ビーム部材２８ａ
、２８ｂの根元のコーナ一部にまるみを形成するのが望
ましい。このことは、前記したアルカリエツチングの場
合、結晶方位による異方性エツチングであり、特にエツ
チング部のコーナ一部が鋭角になり、応力集中による耐
強度性が低下するため、それを改善するものである。
第６図の（Ａ）は上記ビーム部に対して設定されるピエ
ゾ抵抗層２２の状態を示すものであるが、この形状は、
例えば４本のピエゾ抵抗素子を形成し、これをブリッジ
接続されるようにしてもよいものである。その他、感度
等を調整するために、種々の結晶方向にピエゾ抵抗素子
を形成するようにしてもよいことはもちろんである。
ゾ抵抗層２２の状態を示すものであるが、この形状は、
例えば４本のピエゾ抵抗素子を形成し、これをブリッジ
接続されるようにしてもよいものである。その他、感度
等を調整するために、種々の結晶方向にピエゾ抵抗素子
を形成するようにしてもよいことはもちろんである。
第７図はＸおよびＹ方向の振動変位を検出する検出部１
２および１３の可動部材であるビームを構成する場合を
示しているもので、第５図の（Ｂ）の状態と同様にされ
たシリコン基板２１に対して（Ａ）図のように酸化膜２
４および膜２７によるマスクバタ（以下余白） 一ンを形成する。゛この場合、パターンは第２図の（Ｂ
）で示したような肉薄のビーム部と質量部を有する形状
に設定されるものである。そして、この状態でシリコン
基板２１の両面から前記同様にエツチングすると、（Ｂ
）図に示すように例えばビーム１２ａおよび１２ｂが形
成されるもので、水平方向の振動および加速度を検出す
るビーム部３０ａ 。
２および１３の可動部材であるビームを構成する場合を
示しているもので、第５図の（Ｂ）の状態と同様にされ
たシリコン基板２１に対して（Ａ）図のように酸化膜２
４および膜２７によるマスクバタ（以下余白） 一ンを形成する。゛この場合、パターンは第２図の（Ｂ
）で示したような肉薄のビーム部と質量部を有する形状
に設定されるものである。そして、この状態でシリコン
基板２１の両面から前記同様にエツチングすると、（Ｂ
）図に示すように例えばビーム１２ａおよび１２ｂが形
成されるもので、水平方向の振動および加速度を検出す
るビーム部３０ａ 。
ある。この場合、上記ピエゾ抵抗素子２２は加速度の方
向を規定するために、圧縮および引張りに対して逆の抵
抗変化をするように配置しである。
向を規定するために、圧縮および引張りに対して逆の抵
抗変化をするように配置しである。
尚、これまで説明した実施例にあっては、長さ等の異な
る複数のビームによって構成した複数のビームによる可
動部材によって、振動、加速度等を検出するように構成
しているものであるが、これは各ビームの値を計算する
ことによって検出精度が向上される。しかし、単純に振
動あるいは加速度の存在を検出するものであれば、ｘＳ
ｙ、ｚ。
る複数のビームによって構成した複数のビームによる可
動部材によって、振動、加速度等を検出するように構成
しているものであるが、これは各ビームの値を計算する
ことによって検出精度が向上される。しかし、単純に振
動あるいは加速度の存在を検出するものであれば、ｘＳ
ｙ、ｚ。
の各方向に対応してそれぞれ１本のビームによって各検
出部を構成するようにしてもよい。また、実施例では各
ビームを片持の状態で示しているが、これはもちろん両
持ちビーム構造であってもよいものであり、その他の任
意可動形状のものでも可能である。
出部を構成するようにしてもよい。また、実施例では各
ビームを片持の状態で示しているが、これはもちろん両
持ちビーム構造であってもよいものであり、その他の任
意可動形状のものでも可能である。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第９図（Ａ）、（Ｂ）及び第１０図（Ａ）、（Ｂ）は感
知ビームのストッパ構造及び封止構造の一例を示してい
る。第９図（Ａ）は第１図と同様のもので、シリコン基
板からなるＩＣチップ４０内にＸ方向検出部４１．Ｙ方
向検出部４２．７方向検出部４３．検出処理回路部４４
及び外部接続用パッド部４５．４６を有する。特に、Ｘ
、Ｙ方向検出部４１．４２において各ビーム４１ａ、４
１ｂ。
知ビームのストッパ構造及び封止構造の一例を示してい
る。第９図（Ａ）は第１図と同様のもので、シリコン基
板からなるＩＣチップ４０内にＸ方向検出部４１．Ｙ方
向検出部４２．７方向検出部４３．検出処理回路部４４
及び外部接続用パッド部４５．４６を有する。特に、Ｘ
、Ｙ方向検出部４１．４２において各ビーム４１ａ、４
１ｂ。
４２ａ、４２ｂを夫々−個ずつ枠部にて区画して設け、
この枠部の端面をストッパ一部４１Ｃ，４１ｄ、４２ｃ
、４２ｄとして利用した構造をもつ。
この枠部の端面をストッパ一部４１Ｃ，４１ｄ、４２ｃ
、４２ｄとして利用した構造をもつ。
その際、各ビームの先端にある質量部とストッパ一部４
１ｃ、４１ｄ、４２ｃ、４２ｄとの間隔が、検出される
許容加速度や振動を考慮して適宜設定されている。そし
て各ビーム４１３．４１ｂ、４２ａ、４２ｂには図示し
てないが第５図（＋３）に示す如きピエゾ抵抗素子が形
成され、各ビーム４３ａ、４３ｂには第５図（Ａ）に示
す如きピエゾ抵抗素子が形成され、これらのピエゾ抵抗
素子は図示してない電気配線を介して検出処理回路部４
４に接続されている。またこの検出処理回路部４４と外
部との入出力は外部接続用バンド部４５゜４６を介して
行われる。
１ｃ、４１ｄ、４２ｃ、４２ｄとの間隔が、検出される
許容加速度や振動を考慮して適宜設定されている。そし
て各ビーム４１３．４１ｂ、４２ａ、４２ｂには図示し
てないが第５図（＋３）に示す如きピエゾ抵抗素子が形
成され、各ビーム４３ａ、４３ｂには第５図（Ａ）に示
す如きピエゾ抵抗素子が形成され、これらのピエゾ抵抗
素子は図示してない電気配線を介して検出処理回路部４
４に接続されている。またこの検出処理回路部４４と外
部との入出力は外部接続用バンド部４５゜４６を介して
行われる。
また、第９図（Ｂ）はＩＣチップ４０上面に所定形状の
空間が５１がエツチング形成されたシリコン基板又はシ
リコンと熱膨張係数の近似したガラス製の上Ｍ５０が固
着された状態を示す図である。図（Ｂ）中の破線部が空
間５１の外郭ラインを示し、この外郭ラインが図（Ａ＞
中の一点ｔｘ ４％Ｌと一致するように組付けられ、こ
の空間５１内に各検出部４１．’４２．４３及び検出処
理回路部４４が露出するように配置されている。またＩ
Ｃチップ４０の下面にはシリコン基板又はシリコンと熱
膨張係数の近似したガラス製の下蓋６０が固着されてい
る。
空間が５１がエツチング形成されたシリコン基板又はシ
リコンと熱膨張係数の近似したガラス製の上Ｍ５０が固
着された状態を示す図である。図（Ｂ）中の破線部が空
間５１の外郭ラインを示し、この外郭ラインが図（Ａ＞
中の一点ｔｘ ４％Ｌと一致するように組付けられ、こ
の空間５１内に各検出部４１．’４２．４３及び検出処
理回路部４４が露出するように配置されている。またＩ
Ｃチップ４０の下面にはシリコン基板又はシリコンと熱
膨張係数の近似したガラス製の下蓋６０が固着されてい
る。
また第１０図（Ａ）は第９図（Ａ）中のＣ−Ｃ断面図で
、この場合ＩＣチップ４０．上蓋５０及び下蓋６０を含
む断面図である。下Ｍ６０の上面にも空間６１がエツチ
ング形成され、この空間６１が上蓋５０側の空間５１と
連通して、１つの密閉空間が上蓋５０と下蓋６０とによ
って形成されている。またビーム４３ａの質量部４３ｅ
と対向する面がストッパ一部４３ｃ、４３ｄとして設定
され、両者の間隔がそれぞれ等しく設定され、かつその
間隔が許容加速度等を考慮して適宜設定されている。そ
してこの空間５Ｌ６１による密閉空間にはシリコンオイ
ル等の振動制動材が必要に応じて封入される。なお、上
蓋５０及び下蓋６０の固着には陽極接合、樹脂やガラス
、半田等による接着技術を利用できる。また、第１０（
Ｂ）はビーム４３ａの質量部４３ｆとして半田等の金属
層を形成し、また下蓋６０の上面をエツチング処理しな
い例を示す。なお、２２Ａは拡散形成されたピエゾ抵抗
素子、６１Ａは空間を示す。
、この場合ＩＣチップ４０．上蓋５０及び下蓋６０を含
む断面図である。下Ｍ６０の上面にも空間６１がエツチ
ング形成され、この空間６１が上蓋５０側の空間５１と
連通して、１つの密閉空間が上蓋５０と下蓋６０とによ
って形成されている。またビーム４３ａの質量部４３ｅ
と対向する面がストッパ一部４３ｃ、４３ｄとして設定
され、両者の間隔がそれぞれ等しく設定され、かつその
間隔が許容加速度等を考慮して適宜設定されている。そ
してこの空間５Ｌ６１による密閉空間にはシリコンオイ
ル等の振動制動材が必要に応じて封入される。なお、上
蓋５０及び下蓋６０の固着には陽極接合、樹脂やガラス
、半田等による接着技術を利用できる。また、第１０（
Ｂ）はビーム４３ａの質量部４３ｆとして半田等の金属
層を形成し、また下蓋６０の上面をエツチング処理しな
い例を示す。なお、２２Ａは拡散形成されたピエゾ抵抗
素子、６１Ａは空間を示す。
次に、第１１図は第９．１０図に示すように一体化した
センサチップを樹脂封止した構造を示す。
センサチップを樹脂封止した構造を示す。
ＩＣチップ４０．上蓋５０、及び下蓋６０からなるセン
サチップをリードフレーム７０上に固着すると共に、所
定部位にワイヤボンディング線を接続し、このセンサチ
ップを樹脂８０にてモールド成型（樹脂封止）したもの
で、一種のチンブキャリア素子として構成できる。それ
によってプリント板や印刷基板上に種々のチップ素子と
同様にして実装でき、搭載性を比躍的に向上させ得る。
サチップをリードフレーム７０上に固着すると共に、所
定部位にワイヤボンディング線を接続し、このセンサチ
ップを樹脂８０にてモールド成型（樹脂封止）したもの
で、一種のチンブキャリア素子として構成できる。それ
によってプリント板や印刷基板上に種々のチップ素子と
同様にして実装でき、搭載性を比躍的に向上させ得る。
以上のようにこの発明によれば、通常のＩＣ回路等を製
造する工程と同様な工程によってシリコン基板に対して
振動、加速度等を検出する可動部材を形成できるもので
あり、必要に応じて検出信号の処理回路等と共に１つの
チップ上に振動・加速度検出装置が組込み設定できるよ
うになる。この場合、各振動および加速度を検出する素
子部分は通常のエツチング工程によって形成されるもの
であり、その振動変位状態はピエゾ抵抗素子によって確
実に検出されるようになる。また、その検出用の可動部
材の変位方向は、シリコン基板に対して同一平面の方向
並びに垂直方向に任意に設定できるもので（以下余白） あるため、１つのシリコン基板に対して３次元の振動お
よび加速度を検出する検出部が一体的に組込み構成でき
る。しかも、この３次元方向の検出可動部材は、通常の
エツチング工程によつて同時に且つ高精度に加工できる
ものであり、小型であり且つ信頼性に富む３次元振動・
加速度検出装置が容易に実現できるようになるものであ
る。
造する工程と同様な工程によってシリコン基板に対して
振動、加速度等を検出する可動部材を形成できるもので
あり、必要に応じて検出信号の処理回路等と共に１つの
チップ上に振動・加速度検出装置が組込み設定できるよ
うになる。この場合、各振動および加速度を検出する素
子部分は通常のエツチング工程によって形成されるもの
であり、その振動変位状態はピエゾ抵抗素子によって確
実に検出されるようになる。また、その検出用の可動部
材の変位方向は、シリコン基板に対して同一平面の方向
並びに垂直方向に任意に設定できるもので（以下余白） あるため、１つのシリコン基板に対して３次元の振動お
よび加速度を検出する検出部が一体的に組込み構成でき
る。しかも、この３次元方向の検出可動部材は、通常の
エツチング工程によつて同時に且つ高精度に加工できる
ものであり、小型であり且つ信頼性に富む３次元振動・
加速度検出装置が容易に実現できるようになるものであ
る。
第１図はこの発明の一実施例に係る振動・加速度検出装
置を説明する平面から見た図、第２図は上記検出装置の
可動部材を構成するビーム部を取出して示す図、第３図
は上記ビーム部の固有振動数を説明するための図、第４
図は検出振動方向を示す図、第５図は上記ビームの製造
工程を説明する図、第６図は上記ビームに設定されるピ
エゾ抵抗層の状態を示す図７、第７図はさらに他のビー
ム１１・・・ＩＣチップ、１２・・・Ｘ方向検出部、１
３・・・Ｙ方向検出部、１４・・・Ｚ方向検出部、１２
ａ ｓ １２ｂ 、・・・、１３ａ１１３ｂ１・・・、
１４ａ 、 １４ｂ 、−・・ビーム、１５−・・周辺
回路部、１６．１８・・・ビーム部、１８．１９・・・
質量部５．２１・・・シリコン基板、２２・・・ピエゾ
抵抗層。
置を説明する平面から見た図、第２図は上記検出装置の
可動部材を構成するビーム部を取出して示す図、第３図
は上記ビーム部の固有振動数を説明するための図、第４
図は検出振動方向を示す図、第５図は上記ビームの製造
工程を説明する図、第６図は上記ビームに設定されるピ
エゾ抵抗層の状態を示す図７、第７図はさらに他のビー
ム１１・・・ＩＣチップ、１２・・・Ｘ方向検出部、１
３・・・Ｙ方向検出部、１４・・・Ｚ方向検出部、１２
ａ ｓ １２ｂ 、・・・、１３ａ１１３ｂ１・・・、
１４ａ 、 １４ｂ 、−・・ビーム、１５−・・周辺
回路部、１６．１８・・・ビーム部、１８．１９・・・
質量部５．２１・・・シリコン基板、２２・・・ピエゾ
抵抗層。
Claims (3)
- （１）半導体集積回路装置が形成される半導体基板に対
して形成され、機械的な振動が印加された状態で振動さ
れる可動部材と、 この可動部材の固定基端部分に取付け設定されたピエゾ
抵抗素子とを具備し、 上記可動部材の振動に対応した信号が上記ピエゾ抵抗素
子によって検出されるようにしたことを特徴とする半導
体振動・加速度検出装置。 - （２）上記可動部材は、上記半導体基板の面に対して直
行する方向で振動され、且つ上記面に対して平行であり
互いに直行する方向に延びる状態で設定した第１および
第２のビーム部と、上記面と直行する方向に振動される
ように設定した第３のビーム部とによって構成され、こ
の第１乃至第３のビーム部は上記半導体基板の振動によ
って、少なくともその１つが振動され、３次元方向の振
動さらに加速度が検出されるようにした特許請求の範囲
第１項記載の半導体振動・加速度検出装置。 - （３）上記可動ビーム部は、それぞれ質量部を設定した
長さの異なる複数本の平行状態にしたビームによって構
成されるようにした特許請求の範囲第１項記載の半導体
振動・加速度検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60-224066 | 1985-10-08 | ||
| JP22406685 | 1985-10-08 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5218455A Division JP2765610B2 (ja) | 1993-09-02 | 1993-09-02 | 半導体振動・加速度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62174978A true JPS62174978A (ja) | 1987-07-31 |
| JPH0821722B2 JPH0821722B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=16808032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61236911A Expired - Lifetime JPH0821722B2 (ja) | 1985-10-08 | 1986-10-03 | 半導体振動・加速度検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4891984A (ja) |
| JP (1) | JPH0821722B2 (ja) |
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| USRE40347E1 (en) | 1992-04-27 | 2008-06-03 | Denso Corporation | Acceleration sensor and process for the production thereof |
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|---|---|---|---|---|
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| US5001933A (en) * | 1989-12-26 | 1991-03-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Micromechanical vibration sensor |
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