KR100656698B1 - 반도체형 가속도 센서 - Google Patents

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KR100656698B1
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요시오 이케다
마사유키 호소다
이사오 사카구치
마사카츠 사이토
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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 X, Y, Z축의 가속도 검출 감도의 차가 작고, 검출 감도가 큰 반도체형 가속도 센서를 개시한다. 이 가속도 센서는 중앙에 질량부와, 그것을 둘러싸고 있는 지지 프레임과, 그들의 사이를 접속하고 있는 복수개의 가요성 암(flexible arm)을 갖고, 각 가요성 암은 양단에 폭 광역부와 그 사이에 폭 협소부를 가진다. 압전 저항소자가 가요성 암의 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있고, 금속배선과 압전 저항소자를 접속하고 있는 관통 홀이 질량부/지지 프레임 상에 있다. 복수의 가요성 암이 서로 질량부 중앙에 관해서 대칭으로 되어 있고, 각 가요성 암이 그 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있다.
가속도 센서, 질량부, 지지 프레임, 가요성 암, 압전 저항소자

Description

반도체형 가속도 센서{Semiconductor acceleration sensor}
도 1은 본 발명의 실시예 1의 반도체형 가속도 센서의 평면도.
도 2는 도 1의 반도체형 가속도 센서의 가요성 암(flexible arm)을 확대하여 도시하는 사시도.
도 3a는 본 발명의 반도체형 가속도 센서에 사용하고 있는 X축용 압전 저항소자(piezo resistance device)의 풀브리지(full bridge)회로를 도시하고, 도 3b는 본 발명의 반도체형 가속도 센서에 사용하고 있는 Z축용 압전 저항소자의 풀브리지회로를 도시하는 도면.
도 4a는 X축 방향의 가요성 암 상의 압전 저항소자와 금속배선을 도시하는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 4B-4B 선의 단면도.
도 5a는 X축 방향의 다른 가요성 암상의 압전 저항소자와 금속배선을 도시하는 평면도이고, 도 5b는 Y축 방향의 가요성 암상의 압전 저항소자와 금속배선을 도시하는 평면도.
도 6은 실시예 1의 반도체형 가속도 센서에서, 감도비(Ex/Ez)를, 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)와의 관계로 도시하는 그래프.
도 7은 감도비(Ex/Ez)를 폭 협소부 길이와의 관계로 도시하는 그래프.
도 8은 실시예 3의 반도체형 가속도 센서의 가요성 암을 도시하는 사시도.
도 9는 실시예 3의 반도체형 가속도 센서에서, 감도비(Ex/Ez)를, 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)와의 관계로 도시하는 그래프.
도 10은 실시예 4의 반도체형 가속도 센서의 가요성 암을 도시하는 사시도.
도 11은 실시예 4의 반도체형 가속도 센서에서, 감도비(Ex/Ez)를, 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)와의 관계로 도시하는 그래프.
도 12는 본 발명의 반도체형 가속도 센서와 종래의 제품에 대해서, 감도의 개수 비율을 도시하는 그래프.
도 13a는 본 발명의 반도체형 가속도 센서에 관해서 오프셋 전압의 분포를 도시하는 그래프이고, 도 13b는 종래의 제품에 관해서, 오프셋 전압의 분포를 도시하는 그래프.
도 14a는 본 발명의 반도체형 가속도 센서에 관해서 오프셋 전압의 온도 특성을 가속도 환산 오차(%)의 온도와의 관계로 도시하는 그래프이고, 도 14b는 종래의 제품에 관해서 오프셋 전압의 온도 특성을 가속도 환산 오차(%)의 온도와의 관계로 도시하는 그래프.
도 15는 종래의 가속도 센서를 도시하는 분해 사시도.
도 16은 종래의 가속도 센서의 평면도.
도 17은 종래의 가속도 센서의 X축의 감도와 Z축의 감도를 질량부 두께와의 관계로 도시하는 그래프.
본 발명은 휴대단말기기나 완구, 자동차, 항공기 등에 사용되는 가속도 검출용 반도체형 가속도 센서에 관한 것이다.
압전 저항소자(piezo resistance device)를 사용한 종래의 3축 가속도 센서의 구조에 관해서 설명한다. 도 15에, 가속도 센서를 분해 사시도로 도시한다. 가속도 센서에서는 가속도 센서소자(200)가 케이스(2)에 접착제로 고정되고, 덮개(3)가 보호 케이스(2)에 접착제로 고정되어 있다. 가속도 센서소자(200)의 외부단자(7)와 보호 케이스(2)의 단자(5)는 금속선(4)으로 접속되어, 보호 케이스의 외부단자(6)로부터 가속도 센서소자(200)의 출력이 외부로 추출된다. 이 명세서에서는 가속도 센서소자(200)를 가속도 센서라고 부른다.
가속도 센서(200)의 평면도를 도 16에 도시한다. 도 16에서는 압전 저항소자의 배치를 알기 쉽도록, 배선이나 지지 프레임상의 외부단자의 기재를 생략하였다. 가속도 센서(200)는 실리콘 단결정기판의 후육부(기판의 두께가 두꺼운 부분)로 이루어지는 질량부(13)와, 그것을 둘러싸도록 배치된 지지 프레임(11)과, 질량부(13)와 지지 프레임(11)을 접속하고 있는 실리콘 단결정기판의 박육부(기판의 두 께가 얇은 부분)로 이루어지는 2쌍의 서로 직교하는 대들보형의 가요성 암(21, 21', 22, 22';flexible arm)과, 가요성 암부 상면의 2개의 직교하는 방향(X와 Y) 및 가요부 상면에 수직의 방향(Z)에 대응하도록 설치된 각 축 복수의 압전 저항소자(51과 51', 52와 52', 61과 61', 62와 62', 71과 71', 72와 72')로 구성된다. 또한, 가요성 암(21, 21', 22, 22')은 박육부에 관통구멍(150)을 설치함으로써 대들보형으로 되어 있고, 변형되기 쉽고, 고감도화를 위한 구조로 되어 있다.
종래의 가속도 센서에서는 X축용 압전 저항소자(51, 51')와 Z축용 압전 저항소자(71, 71')의 각 일단이 가요성 암(21)과 지지 프레임(11)의 경계 및 가요성 암(11)과 질량부(13)의 경계와 일치하도록, 이들 압전 저항소자가 설치되어 있고, 최대의 센서 출력을 얻을 수 있도록 되어 있었다.
압전 저항소자가 도 16에 도시하는 바와 같이 배치되어 있는 경우에는 X축과 Z축의 감도(가속도 1G, 구동 전압 1V에 대한 출력)에는 도 17의 그래프에 도시하는 바와 같은 관계가 있는 것이 일반적으로 알려져 있다. 질량부의 두께가 변화한 경우, X축의 감도는 이차함수적으로 변화한다. Z축의 감도는 일차함수적으로 변화한다. 이 때문에, X축과 Z축의 감도에 차가 생긴다. 이 차를 없애기 위해서 질량부의 두께나 압전 저항소자 자체의 감도를 바꾸거나, 또는 압전 저항소자의 배치를 바꾸는 것 등이 행하여지고 있다.
X축과 Z축의 출력차를 없애기 위해서는 질량부의 두께를 X축과 Z축의 감도의 값이 같아지는 800㎛ 정도로 하면 좋다. 그러나, 반도체 등에서 사용되는 Si 단결정기판의 두께는 625㎛와 525㎛가 주류로 되어 있기 때문에, 약 800㎛의 Si 단결정 기판은 특별주문이 되어, 고비용이 될 뿐만 아니라, 납기가 불안정하게 되는 문제가 있기 때문에, 질량부의 두께에 의해서 출력 조정을 하는 것은 바람직하지 않다.
압전 저항소자는 실리콘기판에 붕소 등의 불순물 원소를 도입하여 형성한다. 이 불순물 원소 농도를 바꾸는 것으로 압전 저항체 자체의 감도를 바꿀 수 있지만, 불순물 원소 농도를 바꾸기 위해서는 적어도 수회의 불순물 도입 작업공정을 필요로 한다. 그 때문에, 제조비용 상승을 초래하게 될 뿐만 아니라, 설비능력의 저하가 되어 버려 바람직한 방법이 아니다.
또한, X, Y, Z축의 출력차를 없애기 위해서, 압전 저항소자의 배치를 바꾸는 것으로, Z축의 출력을 내려 X, Y축의 출력에 맞추는 것이, 일본 공개특허공보 2003-279592호 및 일본 공개특허공보 20003-294781호에 제안되어 있다. 출력이 낮은 X, Y축의 감도에 Z축 감도를 맞추는 것은 그 감도를 희생시키는 것이었다. 또한, 종래의 가속도 센서에서는 X축의 출력과 비교하여 Z축의 출력이 커져 버리는 구조이기 때문에, 축간의 출력차가 커졌다. 축간의 출력차가 큰 경우, 출력 증폭율이 다른 증폭기를 각 축마다 준비할 필요가 있었다.
본 발명은 Z축의 출력을 내리지 않고 X, Y축의 출력을 높게 하는 것으로, X, Y, Z축의 출력차를 작게 하여, 출력 증폭율이 다른 증폭기를 각 축마다 준비할 필요를 없애어, 저가로 고감도의 반도체형 가속도 센서를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 반도체형 가속도 센서는 중앙에 있고, 상면을 가지는 질량부와,
질량부로부터 소정거리 떨어져 그 질량부를 둘러싸고 있고, 상면을 가지는 지지 프레임과,
질량부 상면의 끝으로부터 연장되어 있고, 질량부 상면단과 지지 프레임 상면의 내측단을 연결하고 있고, 질량부를 지지 범위 내면에서 매달고 있는 복수의 가요성 암을 갖고,
복수의 가요성 암 각각이,
가요성 암과 지지 프레임 또는 질량부와의 경계에 접한 가요성 암의 양단부분 각각이고, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적을 갖는 폭 광역부와,
가요성 암의 양단에 있는 2개의 폭 광역부의 사이에 있는 가요성 암부분이며, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적이 폭 광역부 단면적보다도 작은 폭 협소부로 이루어져 있고,
가요성 암 상면이,
지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자를 갖고, 양 단자 각각으로부터 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있는 압전 저항소자와, 가요성 암 상면으로부터, 가요성 암 상면 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 그 가요성 암의 한쪽의 폭 광역부 상면으로부터 폭 협소부 상면에, 그리고 다른 폭 광역부 상면에 걸쳐 그 가요성 암 길이 방향으로 연장된 복수개의 금속배선을 갖고,
복수개의 금속배선 중 적어도 1개가 그 가요성 암 상면에 설치된 압전 저항소자의 적어도 1단자에 접속되어 있고, 그리고
압전 저항소자 각각이,
가요성 암 상면의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 각각이 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있는 적어도 2개의 압전 서브 저항소자와,
압전 저항소자의 양 단자 이외의, 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자의 끝 각 2개를 접속하고, 압전 저항소자의 양 단자간에서 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자를 직렬로 접속하고 있는 고농도 확산층을 갖고 있다.
상기 반도체형 가속도 센서에서, 질량부와 지지 프레임과 복수의 가요성 암이 일체로 실리콘 결정으로 형성되어 있고,
압전 서브 저항소자와 고농도 확산층이 가요성 암을 형성하고 있는 실리콘 결정의 일부에 주기율표 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소를 도프하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 반도체형 가속도 센서에서, 상기 복수개의 금속배선의 적어도 1개가 압전 저항소자의 어느쪽의 단자에도 접속되어 있지 않은 더미(dummy) 금속배선일 수 있다.
상기 반도체형 가속도 센서에서, 상기 복수의 가요성 암 중 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 1방향으로 연장되고,
상기 복수의 가요성 암 중 다른 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 다른 1방향으로 연장되어 있고,
상기 복수의 가요성 암 각각이 복수개의 금속배선의 배치에 있어서 다른 어느 하나의 가요성 암과 실질적으로 동일하게 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체형 가속도 센서에서, 복수의 가요성 암 각각이 가지는 폭 광역부가, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면에서 그 폭 협소부의 1.1에서 3.5배인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 복수의 가요성 암 각각이 가지는 폭 광역부가, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면에서 그 폭 협소부의 1.5에서 2.5배이다.
본 발명의 반도체형 가속도 센서는 중앙에 있고, 상면을 가지는 질량부와,
질량부로부터 소정거리 떨어져 그 질량부를 둘러싸고 있고, 상면을 가지는 지지 프레임과,
질량부 상면의 끝으로부터 연장되어 있고, 질량부 상면단과 지지 프레임 상면의 내측단을 연결하고 있고, 질량부를 지지 범위 내면에서 매달고 있는 4개의 가요성 암을 갖고,
상기 4개의 가요성 암 중 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 1방향으로 연장되고, 다른 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 다른 1방향으로 연장되어 있고,
가요성 암 각각이,
가요성 암과 지지 프레임 또는 질량부와의 경계에 접한 가요성 암의 양단부분 각각이고, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적을 가지는 폭 광역부와,
가요성 암의 양단에 있는 2개의 폭 광역부의 사이에 있는 가요성 암부분이며, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적이 폭 광역부 단면적보다도 작은 폭 협소 부로 이루어져 있고,
상기 4개의 가요성 암 중 2개의 가요성 암 상면 각각이,
지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자를 갖고, 양 단자 각각으로부터 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있는 가요성 암 길이 방향의 가속도 성분을 측정하는 압전 저항소자와 질량부 상면방향의 가속도 성분을 측정하는 압전 저항소자와,
가요성 암 상면에서, 가요성 암 상면 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 그 가요성 암의 한쪽의 폭 광역부 상면으로부터 폭 협소부 상면에, 그리고 다른 폭 광역부 상면에 걸쳐 그 가요성 암 길이 방향으로 연장된 복수개의 금속배선을 갖고,
복수개의 금속배선 중 적어도 1개가 그 가요성 암 상면에 설치된 압전 저항소자의 적어도 1단자에 접속되어 있고,
상기 4개의 가요성 암 중 다른 2개의 가요성 암 상면 각각이,
지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자를 갖고, 양 단자 각각으로부터 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있는 가요성 암 길이 방향의 가속도 성분을 측정하는 압전 저항소자와,
가요성 암 상면에서, 가요성 암 상면 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 그 가요성 암의 한쪽의 폭 광역부 상면으로부터 폭 협소부 상면에, 그리고 다른 폭 광역부 상면에 걸쳐 그 가요성 암 길이 방향으로 연장된 복수개의 금속배선 을 갖고,
복수개의 금속배선 중 적어도 1개가 그 가요성 암 상면에 설치된 압전 저항소자의 적어도 1단자에 접속되어 있고,
압전 저항소자 각각이,
가요성 암 상면의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 각각이 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있는 적어도 2개의 압전 서브 저항소자와,
압전 저항소자의 양 단자 이외의, 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자의 끝 각 2개를 접속하고, 압전 저항소자의 양 단자간에서 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자를 직렬로 접속하고 있는 고농도 확산층을 갖고, 그리고
상기 4개의 가요성 암 각각이 복수개의 금속배선의 배치에 있어서 다른 어느 하나의 가요성 암과 실질적으로 같게 되어 있을 수 있다.
상기 반도체형 가속도 센서에서, 질량부와 지지 프레임과 복수의 가요성 암이 일체로 실리콘 결정으로 형성되어 있고,
압전 서브 저항소자와 고농도 확산층이 가요성 암을 형성하고 있는 실리콘 결정의 일부에 주기율표 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소를 도프하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 반도체형 가속도 센서에서, 상기 4개의 가요성 암 중 다른 2개의 상면 각각이 가지는 복수개의 금속배선 중 2개가, 압전 저항소자의 어느쪽의 단자에도 접속되어 있지 않은 더미 금속배선일 수 있다.
본 발명의 반도체형 가속도 센서에서는 질량부를 지지하고 있는 가요성 암이 그 중앙부에 가요성 암의 끝에 있는 폭 광역부의 단면적보다도 작은 폭 협소부를 가지고 있기 때문에, 인가된 가속도에 의해서 질량부가 용이하게 움직일 수 있기 때문에, 인가된 가속도의 방향으로 연장되어 있는 가요성 암이 크게 구부러질 수 있다. 그 때문에, 질량부 상면 내의 각 축 방향(가요성 암이 연장되어 있는 방향)의 가속도에 관해서 검출 감도가 커진다.
예를 들면, X축 방향 가속도가 인가되었을 때에, 그것에 수직의 방향(Y축 방향)으로 연장되어 있는 가요성 암이 질량부의 X축 방향으로 변위하는 것을 방해하지만, Y축 방향의 가요성 암에 폭 협소부가 설치되어 있기 때문에, 그 저지력이 작아진다. 그 때문에, X축 방향의 검출 감도가 커지는 것으로 생각된다.
X축 방향의 가요성 암과 Y축 방향의 가요성 암에, 각각 폭 협소부를 설치하고 있으면, Y축 방향의 검출 감도와 X축 방향의 검출 감도가 함께 커진다. 그 결과로서, X축 방향의 검출 감도와 Y축 방향의 검출 감도를 Z축 방향의 검출 감도와 같은 정도로 할 수 있다.
가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)가 1.1에서 3.5의 사이에 있을 때에, X축 방향과 Y축 방향의 검출 감도가 종래보다도 커져, X축 방향과 Y축 방향의 검출 감도의 Z축 방향의 검출 감도에 대한 감도비가 1에 가까워진다. 단면적비(b/a)가 1.5에서 2.5의 사이에서 감도비가 약 0.9에서 약 1.1이 되기 때문에 더욱 바람직하다.
가요성 암이 그 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있는 것이 본 발명에서는 바람직하다. 가요성 암의 형상에 있어서의 대칭성과 가요성 암에 설치되어 있는 금 속배선에 있어서의 대칭성을 가요성 암이 갖고 있는 것이 바람직하다. 가요성 암에 직각으로 가속도가 가해졌을 때에, 그 가속도에 의해서 가요성 암이 가로방향으로 휘지만, 가요성 암이 그 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있으면, 정방향으로도 그 역방향으로도 마찬가지로 휘어짐 때문에, 가요성 암의 휘어짐의 방향 의존성이 없어져 바람직하다.
또, 가속도 센서의 4개의 가요성 암이 그 중심(질량부 중심이기도 함)에 관해서 대상으로 되어 있는 것이 바람직하다. X축 방향의 가요성 암과 Y축 방향의 가요성 암이 실질적으로 같은 구조를 가지고 있으면, Y축 방향의 검출 감도와 X축 방향의 검출 감도가 같아진다. 각 가요성 암이 복수개의 금속배선을 가지고 있기 때문에, 각 가요성 암의 금속배선의 배치에 있어서 다른 가요성 암과 실질적으로 같은 것으로 되어 있는 것으로, 가요성 암간의 대칭성을 얻을 수 있다.
본 발명의 가속도 센서에서는 압전 저항소자가 복수의 압전 서브 저항소자와 고농도 확산층으로 되어 있고, 압전 서브 저항소자를 금속배선과 접속하고 있는 관통 홀이 질량부 또는 지지 프레임의 위에 설치되어 있다. 관통 홀이 이와 같이 질량부 또는 지지 프레임의 위에 설치되어 있고, 가요성 암상에 설치되어 있지 않기 때문에, 관통 홀이 가요성 암의 변형에 영향을 주지 않는다. 또한, 압전 서브 저항소자와 고농도 확산층이 가요성 암을 형성하고 있는 실리콘 결정의 일부에 주기율표 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소를 도프하여 형성되어 있기 때문에, 압전 서브 저항소자와 고농도 확산층은 다른 가요성 암의 부분과 같은 기계적 특성을 가진다.
압전 저항소자가 가요성 암과 질량부 또는 지지 프레임과의 경계로부터 가요 성 암의 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있기 때문에, 가속도에 의한 가요성 암의 변형의 가장 큰 부분에 압전 저항소자가 있고, 압전 저항소자가 우수한 감도를 나타낸다. 또, 압전 저항소자와 금속배선의 접속을 하고 있는 관통 홀이 가요성 암의 위에 없기 때문에, 압전 저항소자의 오프셋 전압이 작고 그 온도 의존성도 작다.
이와 같이 본 발명의 반도체형 가속도 센서는 질량부 상면 내의 각 방향(X축 방향과 Y축 방향)의 가속도 검출 감도를 높여, 질량부 상면에 수직방향(Z축 방향)의 가속도 검출 감도와 같은 레벨로 하고 있다. 또한, 종래보다도 가속도 검출 감도를 높게 하고, 오프셋 전압이 작고, 오프셋 전압의 온도 의존성도 작아졌다.
실시예 1
도 1에서 도 5를 참조하여 본 발명의 반도체형 가속도 센서를 설명한다. 도 1은 반도체형 가속도 센서의 평면도이고, 도 2는 반도체형 가속도 센서의 가요성 암을 확대하여 도시하는 사시도이다. 이들의 도면에서, 금속배선의 도시를 생략하고 있다.
본 발명의 반도체형 가속도 센서는 가요성 암의 두께를 고정밀도로 제어할 수 있도록 SiO2 절연층을 개재하여 SOI층을 형성한 실리콘 단결정기판, 즉 SOI 웨이퍼로 만들어져 있다. SOI란 Silicon On Insulator의 약자이다. 이 예에서는 약 625㎛ 두께의 Si 웨이퍼상에 에칭 스토퍼가 되는 SiO2 절연층을 얇게(약 1㎛) 형성 하고, 그 위에 약 10㎛ 두께의 N형 실리콘 단결정층을 형성한 웨이퍼를 기판으로서 사용하였다. 실시예의 반도체형 가속도 센서(100)에서는 지지 프레임(11)의 크기를 한 정방형상의 실리콘 단결정기판에 4개의 L자형 관통 구멍(150)을 뚫고, 중앙의 질량부(13)와 그 주위에 있는 지지 프레임(11)과, 그들의 사이를 걸쳐 있는 가요성 암(21, 21', 22, 22')을 형성하고, 가요성 암의 부분을 얇게 하고 있다. 가속도 센서(100)는 2개의 직교하는 검출축(X와 Y축) 및 가속도 센서 상면에 수직의 검출축(Z축)에 대응하여, 가요성 암상에 각 축 각각에 압전 저항소자(R11, R12,………, R33, R34)를 가지고 있다. 즉, X축 방향으로 연장되어 있는 가요성 암(21, 21') 위에 압전 저항소자(R11, R12, R13, R14)가 설치되어 있고 X축 방향의 가속도를 검출한다. Y축 방향으로 연장되어 있는 가요성 암(22, 22') 위에 압전 저항소자(R21, R22, R23, R24)가 설치되어 있어 Y축 방향의 가속도를 검출한다. X축 방향으로 연장되어 있는 가요성 암(21, 21')상에 또한 압전 저항소자(R31, R32, R33, R34)가 설치되어 있어 Z축 방향의 가속도를 검출한다. 이 예에서는 Z축 방향의 가속도를 가요성 암(21, 21')상에 설치된 압전 저항소자로 검출하고 있지만, Z축 방향의 가속도를 검출하는 소자가 가요성 암(22, 22')상에 설치될 수도 있다. 각 축 방향의 가속도를 검출하는 압전 저항소자는 각각 풀브리지 검출회로를 구성하고 있다.
4개의 가요성 암(21, 21', 22, 22') 각각이, 가요성 암과 지지 프레임(11) 또는 질량부(13)와의 경계에 접하고 있고, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적을 가지는 폭 광역부(211, 212)와, 가요성 암의 양측에 있는 2개의 폭 광역부(211, 212)의 사이에 있는 가요성 암부분이며, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적이 폭 광역부 단면적보다도 작은 폭 협소부(213)로 이루어져 있다.
각 압전 저항소자(R11, R12,………, R33, R34)가, 도 1과 도 2에 도시하는 바와 같이, 지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자(11a와 11b, ………, 34a와 34b와 11b, ………, 34a와 34b; 관통 홀)를 갖고, 양 단자(11a와 11b, ………, 34a와 34b) 각각으로부터 가요성 암(21, 21', 22, 22') 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부(211, 212)상면 영역 내에 설치되어 있다. 각 압전 저항소자(R11, R12,………, R33, R34) 각각이, 가요성 암(21, 21', 22, 22')상면의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있는 적어도 2개(이 실시예에서는 2개)의 압전 서브 저항소자(예를 들면 R11a, R11b)를 가지고 있다. 압전 저항소자의 양 단자(11a와 11b, ………, 34a와 34b; 관통 홀) 이외의, 적어도 2개의 압전 서브 저항소자의 끝 각 2개가 고농도 확산층(41)에 접속되고, 압전 저항소자의 양 단자(11a와 11b, ………, 34a와 34b) 사이에서 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자가 직렬로 접속되어 있다.
반도체형 가속도 센서(100)에서, 질량부(13)와 지지 프레임(11)과 가요성 암(21, 21', 22, 22')이 일체로 실리콘 결정으로 형성되어 있다. 실리콘 결정으로 만들어진 가요성 암(21, 21', 22, 22')의 상면의 일부에 주기율표 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소 예를 들면 붕소를 도프하여 각 압전 서브 저항소자와 각 2개의 압전 저항소자를 접속하고 있는 고농도 확산층(41)을 형성하고 있다. 또, 압전 저항소자의 각 단자가 관통 홀을 통해서 금속배선과 접속되어 있는 부분도 고농도 확산층으로 되 어 있다.
X축 방향으로 연장된 가요성 암(21, 21')상에 설치된 압전 저항소자(R11, R12, R13, R14)가 도 3a에 도시하는 풀브리지회로를 형성하고 있다. 압전 저항소자의 끝이 지지 프레임상에 설치된 외부단자(11t, 12t, 13t, 14t)에 접속되어, 외부단자(12t, 14t) 사이에 측정용 전압이 인가되고, 외부단자(11t, 13t) 사이로부터 출력을 추출한다. Y축 방향으로 연장된 가요성 암(22, 22')상에 설치된 압전 저항소자(R21, R22, R23, R24)의 브리지회로는 도시하지 않았지만, 도 3a와 같이 되어 있고, 지지 프레임상의 외부단자(22t, 24t) 사이에 측정용 전압이 인가되고, 외부단자(21t, 23t) 사이로부터 출력을 추출한다. Z축용 압전 저항소자(R31, R32, R33, R34)가 X축 방향으로 연장된 가요성 암(21, 21')상에 설치되어 있고, 도 3b에 도시하는 풀브리지회로를 형성하고 있다. 압전 저항소자의 끝이 지지 프레임상에 설치된 외부단자(31t, 32t, 33t, 34t)에 접속되어, 외부단자(32t, 34t) 사이에 측정용 전압이 인가되고, 외부단자(31t, 33t) 사이로부터 출력을 추출한다.
도 4와 도 5에 가요성 암상에 압전 저항소자의 배치와 금속배선의 상세한 것을 도시한다. 도 4a에 가요성 암(21)상의 X축용과 Z축용의 압전 저항소자를, 도 4b에 도 4a의 4B-4B선 단면을 도시한다. 도 5a에 가요성 암(21') 위의 X축용과 Z축용 압전 저항소자를, 도 5b에 Y축용 압전 저항소자를 도시하고 있다.
도 4a에서, 가요성 암(21)상의 지지 프레임(11)과 가까운 부분에, 지지 프레임(11)상으로부터 가요성 암(21)상으로 연장된 2개의 X축용 압전 서브 저항소자(R11a, R11b)를 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로 배치하고, 이들 2개의 압전 서브 저항소자(R11a, R11b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리를 고농도 확산층(41)에서 접속하여 X축용 압전 저항소자(R11)를 형성하고 있다. 또한, 가요성 암(21)상의 질량부(13)와 가까운 부분에, 질량부(13)상으로부터 가요성 암(21)상으로 연장된 2개의 X축용 압전 서브 저항소자(R12a, R12b)를 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로 배치하고, 이들 2개의 압전 서브 저항소자(R12a, R12b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리를 고농도 확산층(41)에 접속하여 X축용 압전 저항소자(R12)를 형성하고 있다. 또, 압전 서브 저항소자(R11a)와 압전 서브 저항소자(R12b)가 가요성 암(21)상에서 동일선상에 배열되어 있고, 압전 서브 저항소자(R11b)와 압전 서브 저항소자(R12a)가 가요성 암(21)상에서 동일선상에 배열되어 있다. 여기에서, 압전 저항소자(R11)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R11a, R11b) 각각, 및 압전 저항소자(R12)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R12a, R12b) 각각의 길이가 종래의 가속도 센서에 사용되고 있는 압전 저항소자 길이(약 100㎛)의 약 반(약 50㎛)으로 되어 있고, 폭이 거의 같게(약 5㎛) 되어 있기 때문에, 2개의 압전 서브 저항소자로 이루어지는 압전 저항소자(R11, R12)의 길이가 각각 약 100㎛이다.
도 4b에 있는 X축용 압전 저항소자의 단면도에 도시하는 바와 같이, 압전 서브 저항소자(R11a)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(11a)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17; 굵은 파선으로 도시함)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(11t)에 접속되어 있다. 도 4a를 다시 참조하여, 압전 서브 저항소자(R11b)의 지지 프레임(11) 상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(11b)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(12t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R12a)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(12a)을 통해서 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R12a, R11b)와 평행하게 가요성 암(21)을 따라 연장되어 관통 홀(11b)의 부분에서, 외부단자(12t)로 연장되어 있는 금속배선(17)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R12b)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(12b)을 통해서 2개의 금속배선(17)에 접속되어 있고, 그 중 1개의 금속배선이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R12b, R11a)와 평행하게 가요성 암(21)을 따라 연장되어 관통 홀(11a)을 피하여 외부단자(13t)에 접속되어 있다. 다른 1개의 금속배선이 질량부(13)상을 가로질러 가요성 암(21)과 반대측에 있는 가요성 암(21') 위의 압전 저항소자(R13)의 압전 서브 저항소자(R13a)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R11a)와 압전 서브 저항소자(R11b)가 가요성 암(21)상으로부터 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로, 압전 서브 저항소자(R12a)와 압전 서브 저항소자(R12b)가 가요성 암(21)상으로부터 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있기 때문에, 압전 서브 저항소자(R11a)의 관통 홀(11a)과 압전 서브 저항소자(R12b)의 관통 홀(12b)을 가요성 암(21)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)이, 압전 서브 저항소자(R11b)의 관통 홀(11b)과 압전 서브 저항소자(R12a)의 관통 홀(12a)을 가요성 암(21)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)과 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있 다.
가요성 암(21')상에 설치된 X축용 압전 저항소자(R13, R14)에 관해서, 도 5a를 참조하여, 압전 저항소자(R13)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R13a, R13b) 및 압전 저항소자(R14)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R14a, R14b)의 구조와 그들의 사이의 결선을 설명한다. 압전 저항소자(R13)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R13a, R13b)가, 가요성 암(21') 위의 질량부(13)와 가까운 부분에, 질량부(13)상으로부터 가요성 암(21')상으로 연장되어 가요성 암(21')의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 이들 2개의 압전 서브 저항소자(R13a, R13b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리가 고농도 확산층(41)에서 접속되어 있다. 또한, 압전 저항소자(R14)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R14a, R14b)가, 가요성 암(21') 위의 지지 프레임(11)과 가까운 부분에, 지지 프레임(11)상으로부터 가요성 암(21')상으로 연장되어 가요성 암(21')의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 이들 2개의 압전 서브 저항소자(R14a, R14b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리가 고농도 확산층(41)에 접속되어 있다. 또, 압전 서브 저항소자(R13a)와 압전 서브 저항소자(R14b)가 가요성 암(21') 위에서 동일선상에 배열되어 있고, 압전 서브 저항소자(R13b)와 압전 서브 저항소자(R14a)가 가요성 암(21') 위에서 동일선상에 배열되어 있다. 여기에서, 압전 서브 저항소자(R13a, R13b, R14a, R14b) 각각의 길이가 종래의 가속도 센서에 사용되고 있는 압전 저항소자 길이의 대략 반이고, 폭이 거의 같다.
압전 서브 저항소자(R13a)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(13a)을 통해서, 질량부(13)상에 형성된 가요성 암(21)상의 압전 서브 저항소자(R12b)에 금속배선(17)으로 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R14a)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(14a)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(14t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R13b)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(13b)을 통해서 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R13b, R14a)와 평행하게 가요성 암(21')을 따라 연장되어 관통 홀(14a)의 부분에서, 외부단자(14t)로 연장되어 있는 금속배선(17)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R14b)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(14b)을 통해서 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(11t)에 접속되어 있다.
질량부(13)상의 관통 홀(13a)과 지지 프레임(11)상의 관통 홀(14b) 근방의 사이에, 금속배선(17)이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R13a, R14b)와 평행하게 가요성 암(21')을 따라 연장되어 설치되어 있다. 그러나, 이 금속배선(17)은 재질, 단면 구조와 치수에서 가요성 암(21') 위의 다른 금속배선(17)과 같지만, 관통 홀(13a)에 접속되어 있지만 관통 홀(14b)에는 접속되어 있지 않고, 지지 프레임(11)상의 외부단자(13t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R13a, R14b)의 위에 설치된 금속배선(17)의 가요성 암(21') 위의 부분은 압전 서브 저항소자(R13b, R14a)의 위에 설치된 금속배선(17)의 가요성 암(21') 위의 부분과 완전히 같은 구 조를 하고 있기 때문에, 가요성 암(21)상의 2개의 압전 저항소자(R11, R12) 및 그 배선이 가요성 암(21') 위의 2개의 압전 저항소자(R13, R14) 및 그 배선과 완전히 같은 구조로 되어 있다.
마찬가지로 도 4a에 도시하는 바와 같이, 가요성 암(21)상에는 Z축용 압전 저항소자(R31, R32)가 설치되어 있다. 압전 저항소자(R31)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R31a, R31b) 각각이 가요성 암(21)상의 지지 프레임(11)과 가까운 부분에, 지지 프레임(11)상으로부터 가요성 암(21)상으로 연장되어 있고, 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로, X축용 압전 서브 저항소자(R11b, R11a) 각각의 외측 즉 가요성 암(21)의 중심선으로부터 압전 서브 저항소자(R11b, R11a) 각각보다도 먼 위치에 배치되어 있다. 2개의 압전 서브 저항소자(R31a, R31b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리가 고농도 확산층(41)에 접속되어 Z축용 압전 저항소자(R31)를 형성하고 있다. 또한, Z축용 압전 저항소자(R32)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R32b, R32a) 각각이 가요성 암(21)상의 질량부(13)와 가까운 부분에, 질량부(13)상으로부터 가요성 암(21)상으로 연장되어 있고, 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로, X축용 압전 서브 저항소자(R12a, R12b) 각각의 외측 즉, 가요성 암(21)의 중심선으로부터 압전 서브 저항소자(R12a, R12b) 각각보다도 먼 위치에 배치되어 있다. 2개의 압전 서브 저항소자(R32b, R32a)의 가요성 암 중심측의 끝끼리가 고농도 확산층(41)에 접속되어 Z축용 압전 저항소자(R32)를 형성하고 있다. 압전 서브 저항소자(R31a)와 압전 서브 저항소자(R32b)가 가요성 암(21)상에서 동일선상에 배열되어 있고, 압전 서브 저항소자(R31b)와 압전 서브 저 항소자(R32a)가 가요성 암(21)상에서 동일선상에 배열되어 있다. 여기에서, 압전 서브 저항소자(R31a, R31b, R32a, R32b) 각각의 길이가 종래의 가속도 센서에 사용되고 있는 압전 저항소자 길이의 대략 반이고, 폭이 거의 같다.
압전 서브 저항소자(R31a)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(31a)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(31t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R31b)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(31b)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(32t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R32a)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(32a)을 통해서 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R32a, R31b)와 평행하게 가요성 암(21)을 따라 연장되어 관통 홀(31b)의 부분에서, 외부단자(32t)로 연장되어 있는 금속배선(17)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R32b)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(32b)을 통해서 금속배선(17)에 접속되어 있고, 그 금속배선이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R32b, R31a)와 평행하게 가요성 암(21)을 따라 연장되어 관통 홀(31a)을 피하여 외부단자(33t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R31a)와 압전 서브 저항소자(R31b)가 가요성 암(21)상으로부터 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로, 압전 서브 저항소자(R32b)와 압전 서브 저항소자(R32a)가 가요성 암(21)상으로부터 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있기 때문에, 압전 서브 저항소자(R31a)의 관통 홀(31a) 근방과 압전 서브 저항소자(R32b)의 관통 홀(32b)을 가요성 암(21)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)이, 압전 서브 저항소자(R31b)의 관통 홀(31b)과 압전 서브 저항소자(R32a)의 관통 홀(32a)을 가요성 암(21)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)과 가요성 암(21)의 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있다.
가요성 암(21')상에 설치된 Z축용 압전 저항소자(R33, R34)의 상세한 것을 도 5a를 참조하여, 압전 저항소자(R33)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R33a, R33b) 및 압전 저항소자(R34)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R34a, R34b)의 구조와 그들의 사이의 결선은 가요성 암(21)상에 설치된 Z축용 압전 저항소자(R32, R31) 각각을 구성하고 있는 압전 서브 저항소자(R32b, R32a) 및 압전 서브 저항소자(R31b, R31a)의 구조와 그들의 사이의 결선과는 완전히 같다.
위에 자세히 설명한 바와 같이, 가요성 암(21)상에 형성된 X축용 압전 저항소자(R11, R12)의 구조 및 그들의 사이를 가요성 암(21)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)의 구조가, 가요성 암(21')상에 형성된 X축용 압전 저항소자(R14, R13)의 구조 및 그들의 사이를 가요성 암(21') 위에서 연결하고 있는 금속배선(17, 17d)의 구조와 실질적으로 같고, 또한 가요성 암(21)상에 형성된 Z축용 압전 저항소자(R31, R32)의 구조 및 그들의 사이를 가요성 암(21)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)의 구조가, 가요성 암(21')상에 형성된 Z축용 압전 저항소자(R34, R33)의 구조 및 그들의 사이를 가요성 암(21') 위에서 연결하고 있는 금속배선(17)의 구조와 실질적으로 같다. 그 때문에, 가요성 암(21)과 가요성 암(21')은 실질적으로 같은 것으로 되고 있고, 외부로부터 가해진 가속도에 의해서 마찬가지로, 또는 질량부(13)의 중심에 관해서 대칭으로 같은 움직임이나 휘어짐이 있다.
도 5b에서, 가요성 암(22)상의 지지 프레임(11)과 가까운 부분에, 지지 프레임(11)상으로부터 가요성 암(22)상으로 연장된 2개의 Y축용 압전 서브 저항소자(R21a, R21b)를 가요성 암(22)의 중심선에 관해서 대칭으로 배치하고, 이들 2개의 압전 서브 저항소자(R21a, R21b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리를 고농도 확산층(41)에 접속하여 Y축용 압전 저항소자(R21)를 형성하고 있다. 또한, 가요성 암(22)상의 질량부(13)와 가까운 부분에, 질량부(13)상으로부터 가요성 암(22)상으로 연장된 2개의 Y축용 압전 서브 저항소자(R22a, R22b)를 가요성 암(22)의 중심선에 관해서 대칭으로 배치하고, 이들 2개의 압전 서브 저항소자(R22a, R22b)의 가요성 암 중심측의 끝끼리를 고농도 확산층(41)에 접속하여 Y축용 압전 저항소자(R22)를 형성하고 있다. 또, 압전 서브 저항소자(R21a)와 압전 서브 저항소자(R22b)가 가요성 암(22)상에서 동일선상에 배열되어 있고, 압전 서브 저항소자(R21b)와 압전 서브 저항소자(R22a)가 가요성 암(22)상에서 동일선상에 배열되어 있다. 여기에서, 압전 서브 저항소자(R21a, R21b, R22a, R22b) 각각의 길이가 종래의 가속도 센서에 사용되고 있는 압전 저항소자 길이의 대략 반이고, 폭이 거의 동일하게 되어 있다.
압전 서브 저항소자(R21a)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(21a)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(21t)에 접속되어 있 다. 압전 서브 저항소자(R21b)의 지지 프레임(11)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(21b)을 통해서, 지지 프레임(11)상에 형성된 금속배선(17)에 접속되고, 이 금속배선(17)이 지지 프레임상의 외부단자(22t)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R22a)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(22a)을 통해서 금속배선(17)에 접속되어 있고, 이 금속배선(17)이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R22a, R21b)와 평행하게 가요성 암(22)을 따라 연장되어 관통 홀(21b)의 부분에서, 외부단자(22t)로 연장되어 있는 금속배선(17)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R22b)의 질량부(13)상의 끝이, 산화실리콘 절연층(31)에 뚫은 관통 홀(22b)을 통해서 2개의 금속배선(17)에 접속되어 있고, 그 중 1개의 금속배선이 절연층(31)상을 압전 서브 저항소자(R22b, R21a)와 평행하게 가요성 암(22)을 따라 연장되어 관통 홀(21a)을 피하여 외부단자(23t)에 접속되어 있다. 다른 1개의 금속배선이 질량부(13)상을 가로질러 가요성 암(22)과 반대측에 있는 가요성 암(22') 위의 압전 저항소자(R23)의 압전 서브 저항소자(R23a)에 접속되어 있다. 압전 서브 저항소자(R21a)와 압전 서브 저항소자(R21b)가 가요성 암(22)상으로부터 가요성 암(22)의 중심선에 관해서 대칭이고, 압전 서브 저항소자(R22a)와 압전 서브 저항소자(R22b)가 가요성 암(22)상으로부터 가요성 암(22)의 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있기 때문에, 압전 서브 저항소자(R21a)의 관통 홀(21a)과 압전 서브 저항소자(R22b)의 관통 홀(22b)을 가요성 암(22)상에서 연결하고 있는 금속배선(17)이, 압전 서브 저항소자(R21b)의 관통 홀(21b)과 압전 서브 저항소자(R22a)의 관통 홀(22a)을 가요성 암(22)상에서 연결하고 있는 금속배선 (17)과 가요성 암(22)의 중심선에 관해서 대칭으로 되어 있다.
여기에서 설명을 한 바와 같이, 가요성 암(22)상에 설치된 Y축용 압전 저항소자(R21, R22)와 그들을 연결하고 있는 금속배선(17)의 구조가, 가요성 암(21)상에 설치된 X축용 압전 저항소자(R11, R12)와 그들을 연결하고 있는 금속배선의 구조가 실질적으로 같은 것이 분명할 것이다.
가요성 암(22)상에 있는 산화실리콘 절연층(31)상에, 가요성 암(22)의 중심선에 관해서 대칭으로, 관통 홀(22b)과 관통 홀(21a) 근방을 연결하고 있는 금속배선(17)과, 관통 홀(21b, 22a) 사이를 연결하고 있는 금속배선(17) 각각의 외측 즉 가요성 암(22)의 중심선으로부터 이들 금속배선보다도 먼 위치에, 금속배선(17)과 같은 구조, 재질, 치수를 한 더미 금속배선(17d, 17d')이 설치되어 있다. 더미 금속배선(17d)은 가요성 암(21)상에서 관통 홀(31b, 32a) 사이를 연결하고 있는 금속배선(17)이 설치된 위치에 대응한 가요성 암(22)상의 위치에 설치되어 있고, 더미 금속배선(17d')은 가요성 암(21)상에서 관통 홀(32b)과 관통 홀(31a) 근방을 연결하고 있는 금속배선(17)이 설치된 위치에 대응한 가요성 암(22)상의 위치에 설치되어 있다. 그리고, 더미 금속배선(17d, 17d')이 지지 프레임(11)과 질량부(13)의 사이에서 가요성 암(22) 전체 길이에 걸쳐 연장되어 있다.
가요성 암(22')상에 설치된 Y축용 압전 저항소자(R23, R24)의 상세한 것은 도시하지 않았지만, 압전 저항소자(R23)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R23a, R23b) 및 압전 저항소자(R24)를 구성하고 있는 2개의 압전 서브 저항소자(R24a, R24b)의 구조와 그들 사이의 결선은, 가요성 암(21')상에 설치된 X축용 압 전 저항소자(R14, R13)를 구성하고 있는 압전 서브 저항소자(R14a, R14b, R13a, R13b)의 구조와 그들의 결선과 같기 때문에 위의 설명으로부터 이해할 수 있다고 생각된다. 가요성 암(22')은 가요성 암(22)과 같이 2개의 더미 금속배선을 가진다. 그 때문에, 가요성 암(22)과 가요성 암(22')은 실질적으로 같은 것으로 되어 있고, 외부로부터 가해진 가속도에 의해서 마찬가지로, 또는 질량부의 중심에 관해서 대칭으로 같은 움직임이나 휘어짐이 생긴다.
가요성 암[21(21')]과 가요성 암[22(22')]을 비교하면, 전자는 압전 서브 저항소자를 8개와 그들을 연결하고 있는 고농도 확산층을 4개 갖고, 후자는 압전 서브 저항소자를 4개와 그들을 연결하고 있는 고농도 확산층을 2개 가진다. 그리고, 가요성 암(21)과 가요성 암(22)은 모두 4개가 실질적으로 같은 금속배선 또는 더미 금속배선을 가지고 있다. 가요성 암[21(21'), 22(22')]의 나머지 부분(殘部)이 실리콘 결정과 산화실리콘 절연층으로 이루어져 있다. 압전 서브 저항소자는 실리콘층에 붕소를 1에서 3×1018원자/㎤의 농도로 도프하여 형성하고 있고, 고농도 확산층은 실리콘층에 붕소를 1에서 3×1021원자/㎤의 농도로 도프하여 형성하고 있기 때문에, 그들의 부분은 기계적 특성에서는 나머지 부분의 실리콘층과 완전히 같다. 그래서, 본 발명의 가속도 센서에서 4개의 가요성 암(21, 21', 22, 22')은 기계적으로 완전히 같은 것이기 때문에, 가속도에 대하여 같은 움직임과 휘어짐이 생긴다.
위에서 설명한 본 발명의 가속도 센서(100)에서, 지지 프레임(11)이 1변의 길이 3300㎛의 정방형으로 두께를 600㎛, 폭을 450㎛로 하였다. 질량부(13)가 1000㎛ 길이×1000㎛ 폭×600㎛ 두께이었다. 각 가요성 암은 700㎛ 길이×6㎛ 두께로, 가요성 암상에 형성한 산화실리콘 절연층(31)의 두께를 0.5㎛, 알루미늄 금속배선(17)의 두께를 0.3㎛로 하였다. 가요성 암의 양측에 있는 폭 광역부(211, 212)를 110㎛ 길이, 110㎛ 폭으로 하였다. 가요성 암 중앙에 있는 폭 협소부(213)를 230㎛ 길이로 하고 그 폭을 22㎛에서 110㎛까지 바꾸었다. 폭 광역부(211, 212)와 폭 협소부(213)의 사이에 있는 경사부의 길이를 약 125㎛로 하였다.
가요성 암의 폭 협소부의 폭을 22㎛에서 110㎛까지 바꾸고, 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)를 1에서 5까지 바꾼 가속도 센서를 각각 20개 제작하여, 감도와 내충격성의 평가를 하였다. 여기에서 감도와 내충격성 시험에 제공된 가속도 센서는 도 15에 도시하는 바와 같은 보호 케이스에 넣고, 보호 케이스 내의 저판상에 지지 프레임 저면을 접착제로 고정하여 질량부와 보호 케이스 저판간의 틈을 10㎛로 하였다. 또한, 보호 케이스 상부의 보호판과 질량부 상면간의 틈을 10㎛로 하였다. 감도는 인가 전압 1V당, 인가 가속도 1G에서의 출력 전압이다. 가진기(加振機)에 가속도 센서를 장착하여 20G의 가속도를 가하였을 때의 X, Y, Z축의 출력을 측정하고, X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 각각의 가속도 센서에 관해서 측정하여, 그 감도비의 평균을 구하였다. 감도비를 측정한 후, 가속도 센서를 1m의 높이로부터 100mm 두께의 목판상에 자연낙하시켜 내충격성을 측정하였다. 이 높이에서 낙하시키면 약 1500으로부터 2000G의 충격이 가속도 센서에 가해진다. 낙하시킨 후, 다시 가진기 로 20G의 가속도를 가하여, 출력의 유무를 체크하였다. 출력이 나지 않는 가속도 센서는 파괴되었다고 판정하였다.
여기에서 측정한 X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)와의 관계로 도 6에 그래프로 도시한다. 단면적비(b/a)가 1인 가속도 센서는 가요성 암에 폭 협소부가 없는 것으로 비교예이며, 그 감도비(Ex/Ez)가 0.83이고, Z축 방향 감도가 X축 방향 감도와 비교하여 대단히 크다. 단면적비(b/a)가 약 2.1에서 감도비(Ex/Ez)가 약 1이 되고, 약 3.6의 단면적비에서 감도비가 1.25가 되었다. 감도비 1.25는, X축 방향 감도가 Z축 방향 감도와 비교하여 대단히 커져 있고, 단면적비가 1인 경우의 Z축 방향 감도/X축 방향 감도가 반대가 된 감도비로 되어 있기 때문에 바람직하지 못하다. 그래서, 단면적비(b/a)가 1.1에서 3.5의 사이에서, 바람직한 감도비(Ex/Ez)를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 단면적비(b/a)가 1.5에서 2.5의 사이에서, 더욱 바람직한 감도비(Ex/Ez)가 된다.
내충격성 시험의 결과에 관해서, 충격을 가한 후에 출력이 나지 않는 가속도 센서는 단면적비가 4.2인 것에서 20개 중 1개, 단면적비가 5.0인 것에서 20개 중 4개이었지만, 단면적비가 3.5 이하인 것에서는 파손된 것은 없었다. 폭 협소부를 가늘게 하고 단면적비를 3.6 이상으로 하면 감도비와 내충격성을 악화시키는 것을 알 수 있다. 그래서 단면적비(b/a)가 3.5 미만일 때에 내충격성에 관해서도 바람직하다.
실시예 2
실시예 1의 반도체형 가속도 센서에서, 가요성 암(700㎛ 길이)의 폭 협소부 길이를 200㎛에서 400㎛까지 바꾼 가속도 센서를 제작하여, 감도비(Ex/Ez)를 평가하였다. 가요성 암의 두께를 5㎛로 일정하게 하고, 압전 저항소자의 치수, 금속배선의 치수, 산화실리콘 절연층의 두께를 실시예 1의 가속도 센서와 동일하게 하였다. 또한, 폭 광역부의 폭을 110㎛로 하고, 폭 협소부의 폭을 52.5㎛로 하고, 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)를 2.1로 하였다.
200㎛에서 400㎛까지 바꾼 폭 협소부 길이를 가지는 가속도 센서를 각각 20개 준비하였다. 각 가속도 센서는 도 15에 도시하는 바와 같은 보호 케이스에 넣고, 보호 케이스 내의 저판상에 지지 프레임 저면을 접착제로 고정하여 질량부와 보호 케이스 저판간의 틈을 10㎛로 하였다. 또한, 보호 케이스 상부의 보호판과 질량부 상면간의 틈을 10㎛로 하였다. 가진기에 가속도 센서를 장착하여 20G의 가속도를 가하였을 때의 X, Y, Z축의 출력을 측정하고, X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 각각의 가속도 센서에 관해서 측정하여, 그 감도비의 평균을 구하였다. 감도비(Ex/Ez)를 폭 협소부 길이에 대한 관계로 도 7에 그래프로 도시한다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 폭 협소부 길이를 200㎛에서 400㎛까지 바꾸어도 감도비에 큰 영향이 없다.
실시예 3
실시예 3의 반도체형 가속도 센서는 실시예 1로부터 가요성 암의 형상으로 바뀌어 있다. 실시예 3의 반도체형 가속도 센서의 가요성 암은 도 8에 사시도로 도시하는 바와 같이, 폭 광역부(211', 212')의 폭과 폭 협소부(213')의 폭이 같아 110㎛ 폭이지만, 폭 협소부(213')가 폭 광역부(211', 212')보다도 얇아져 있다. 폭 광역부를 8㎛ 두께로 하고, 폭 협소부의 두께를 1.74㎛에서 8㎛까지 바꾸었다.
폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)를 1에서 4.6까지 바꾼 가속도 센서를 각각 20개 제작하여, 감도와 내충격성의 평가를 하였다. 가속도 센서는 도 15에 도시하는 바와 같은 보호 케이스에 넣고, 보호 케이스 내의 저판상에 지지 프레임 저면을 접착제로 고정하여 질량부와 보호 케이스 저판간의 틈을 10㎛로 하였다. 또한, 보호 케이스 상부의 보호판과 질량부 상면간의 틈을 10㎛로 하였다. 가진기에 가속도 센서를 장착하여 20G의 가속도를 가하였을 때의 X, Y, Z축의 출력을 측정하고, X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 각각의 가속도 센서에 관해서 측정하여, 그 감도비의 평균을 구하였다.
여기에서 측정한 X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)와의 관계로 도 9에 그래프로 도시한다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 단면적비(b/a)가 3.6을 초과하면 감도비가 1.25를 초과하기 때문에, 단면적비(b/a)가 1.1부터 3.5에서 바람직한 감도비(Ex/Ez)를 얻을 수 있고, 단면적비(b/a)가 1.5에서 2.5의 사이에서 더욱 바람직한 감도비(Ex/Ez)가 된다. 도 6의 그래프와 도 9의 그래프로부터, 본 발명에서 가요성 암의 폭 협소부의 단면적을 폭 광역부의 단면적보다도 작게 하는 데, 폭을 작게 하거나 또는 두께를 작게 하는 것 중 어떤 것이나 행할 수 있는 것이 판명되었다.
내충격성 시험의 결과에 관해서, 충격을 가한 후에 출력이 나지 않는 가속도 센서는 단면적비가 4.2인 것이 20개 중 2개, 단면적비가 4.5인 것이 20개 중 6개이지만, 단면적비가 3.5 이하인 것에서는 파손된 것은 없었다. 폭 협소부를 가늘게 하고 단면적비를 3.6이상으로 하면 감도비와 내충격성을 악화시키는 것을 알 수 있다.
실시예 4
실시예 4의 반도체형 가속도 센서는 실시예 3으로부터 가요성 암의 형상에서 더욱 다르다. 실시예 4의 반도체형 가속도 센서의 가요성 암은 도 10의 사시도로 도시하는 바와 같이, 폭 협소부(213")의 폭과 두께가 폭 광역부(211", 212")의 두께보다도 작아져 있다. 실시예 4의 가속도 센서에서 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)를 1에서 4.7까지 바꾼 가속도 센서를 각각 20개 제작하여 감도와 내충격성의 평가를 하였다. 가속도 센서는 도 15에 도시하는 바와 같은 보호 케이스에 넣고, 보호 케이스 내의 저판상에 지지 프레임 저면을 접착제로 고정하여 질량부와 보호 케이스 저판간의 틈을 10㎛로 하였다. 또한, 보호 케이스 상부의 보호판과 질량부 상면간의 틈을 10㎛로 하였다. 가진기에 가속도 센서를 장착하여 20G의 가속도를 가하였을 때의 X, Y, Z축의 출력을 측정하고, X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 각 각의 가속도 센서에 관해서 측정하여, 그 감도비의 평균을 구하였다.
여기에서 측정한 X축 방향 감도(Ex)의 Z축 방향 감도(Ez)에 대한 감도비(Ex/Ez)를 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)와의 관계로 도 11에 그래프로 도시한다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 단면적비(b/a)가 3.6을 초과하면 감도비가 1.25를 초과하기 때문에, 단면적비(b/a)가 1.1부터 3.5에서 바람직한 감도비(Ex/Ez)를 얻을 수 있고, 단면적비(b/a)가 1.5에서 2.5의 사이에서 더욱 바람직한 감도비(Ex/Ez)가 된다.
내충격성 시험의 결과에 관해서, 충격을 가한 후에 출력이 나지 않는 가속도 센서는 단면적비가 4.3인 것이 20개 중 3개, 단면적비가 4.7인 것이 20개 중 5개이지만, 단면적비가 3.5 이하인 것에서는 파손된 것은 없었다. 폭 협소부를 가늘게 하고 단면적비를 3.6 이상으로 하면 감도비와 내충격성을 악화시키는 것을 알 수 있다.
실시예 5
실시예 1에서 사용한 반도체형 가속도 센서 중, 가요성 암의 폭 광역부 단면적(b)의 폭 협소부 단면적(a)에 대한 단면적비(b/a)가 약 2.1인 것 1000개와 도 16에 도시하는 종래의 가속도 센서 1000개를 준비하고, 그들의 감도와 오프셋 전압 및 오프셋 전압의 온도 특성을 측정하였다. 이하의 측정에는 가속도 센서를 도 15에 도시하는 바와 같은 보호 케이스에 장착하여 측정을 하였다. 가진기에 가속도 센서를 장착하고, 5V의 전압(Vin)을 풀브리지회로에 인가한 상태로 20G의 가속도를 가하여, X, Y, Z축의 출력을 측정하여 1G당 감도를 구하였다. 감도는 1G당 출력 전압(hmV)으로 나타내고 있다. 오프셋 전압은 5V의 전압(Vin)을 풀브리지회로에 인가한 상태로 가속도 센서를 기울이고, 경사에 의해서 생긴 1G의 중력 가속도를 사용하여 측정하였다. 오프셋 전압의 온도 특성은 5V의 구동 전압을 인가한 채로 가속도 센서를 기울여 유지하여 항온조에 넣고, 온도를 -40℃에서 95℃까지 변화시켜 측정하였다. 오프셋 전압의 온도 특성은 가속도 환산 오차(Y%)로 나타내고 있다. 기준온도 25℃에서의, 1G당 출력 전압(hmV)과, 온도 T℃에서의 오프셋 전압(jmV)과 25℃의 오프셋 전압(kmV)의 차로부터 구하였다. 즉, Y=(j-k)/h(%)이다. 예를 들면, 1G당 출력 전압(h)이 3.6mV의 가속도 센서이고, 25℃에서의 오프셋 전압(k)이 2mV, 80℃에서의 오프셋 전압(j)이 3mV인 경우, Y=(3-2)/3.6≒0.28=28%가 된다. 이 28%는 80℃과 25℃의 온도차로, 0.28G의 검출 오차가 생기는 것을 의미한다. 오프셋 전압의 온도 특성의 측정에 제공된 가속도 센서의 개수는 각 30개이다.
도 12에, X축 방향 감도[1G당 출력 전압(hmV)]를 도시한다. X, Y, Z축 각각의 감도의 분포가 같았기 때문에, X축 방향 감도를 기재하고 있다. 도면 중의 백색 막대는 본 발명품이고, 흑색 막대가 종래품의 결과이다. 종래품의 가속도 센서의 감도의 평균치가 3.6mV이고, 본 발명품의 감도의 평균치가 4.4mV와, 약 1.22배의 감도가 얻어졌다. 본 발명품에서는 압전 저항소자를 짧게 하여 가요성 암상의 응력이 집중하는 영역에 배치하여, 압전 저항소자가 받는 응력을 종래품의 경우보다도 크게 한 결과이다. 또한, 본 발명품에서는 가속도 센서의 감도의 분포폭이 작아져 있다. 감도의 분포폭이 작아진 것은 압전 저항소자를 절연층의 관통 홀을 통해서 금속배선으로 연결하고 있는 접속부를, 가요성 암상으로부터 없앤 결과라고 생각된다. 접속부를 없애는 것으로, 관통 홀 형상, 치수나 금속배선의 두께 등의 격차 등이 기인이라고 생각된다, 출력 전압의 격차 요인을 배제한 효과라고 생각된다.
도 13a에, 본 발명품의 오프셋 전압의 분포를, 도 13b에 종래품의 오프셋 전압의 분포를 도시한다. 본 발명의 가속도 센서의 오프셋 전압은 -4.2mV에서 4.6mV의 범위에 분포했지만, 종래품은 -9.7mV에서 9.5mV로 약 2배의 분포 범위이었다. 가요성 암상으로부터, 열팽창 계수나 응력이 다른 재료가 복잡한 형상으로 조합된 접속부를 없앰으로써, 가요성 암의 변형시에 접속부가 그 변형을 방해하지 않게 되어, 오프셋 전압을 작게 할 수 있는 것으로 생각된다.
도 14에 오프셋 전압의 온도 특성을 가속도 환산 오차(%)로 도시한다. 도 14a는 본 발명품이고, 도 14b는 종래품의 결과이다. 각각 8시료의 데이터를 기재하고 있다. 가속도 센서의 온도를 -40℃에서 95℃까지 변화시켰을 때의, 각 온도에서의 오프셋 전압을 25℃의 오프셋 전압을 기준 가속도 환산 오차(%)로 나타내고 있다. 도 14a의 본 발명의 가속도 센서는 도 14b의 종래품과 비교하여, 가속도 환산 오차의 양이 반 이하가 되었다. 또한, 종래품은 가속도 환산 오차가 비직선적으로 변화하고 있지만, 발명품에서는 일차함수 근사를 할 수 있을 정도까지 직선화되어 있다. 일차함수화할 수 있는 것으로, 간이한 보정회로로 용이하게 보정할 수 있었다. 온도변화에 대한 가속도 환산 오차의 변화량을 줄이고, 변화를 일차함수 로 근사할 수 있을 정도까지 직선화할 수 있는 것은 가요부상으로부터 접속부를 없앤 결과라고 생각된다.
본 발명에 따른 반도체형 가속도 센서는 Z축의 출력을 내리지 않고 X, Y축의 출력을 높게 하는 것으로, X, Y, Z축의 출력차를 작게 하여, 출력 증폭율이 다른 증폭기를 각 축마다 준비할 필요를 없애어, 저가이면서 고감도를 발휘한다.

Claims (12)

  1. 중앙에 있고, 상면을 가지는 질량부와,
    질량부로부터 소정거리 떨어져 그 질량부를 둘러싸고 있고, 상면을 가지는 지지 프레임과,
    질량부 상면의 끝으로부터 연장되어 있고, 질량부 상면단과 지지 프레임 상면의 내측단을 연결하고 있고, 질량부를 지지 범위 내면에서 매달고 있는 복수의 가요성 암을 갖고,
    복수의 가요성 암 각각이,
    가요성 암과 지지 프레임 또는 질량부와의 경계에 접한 가요성 암의 양단부분 각각이고, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적을 가지는 폭 광역부와,
    가요성 암의 양단에 있는 2개의 폭 광역부의 사이에 있는 가요성 암부분이며, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적이 폭 광역부 단면적보다도 작은 폭 협소부로 이루어져 있고,
    가요성 암 상면이,
    지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자를 갖고, 양 단자 각각으로부터 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있는 압전 저항소자와, 가요성 암 상면에서, 가요성 암 상면 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 그 가요성 암의 한쪽의 폭 광역부 상면으로부터 폭 협소부 상면에, 그리고 다른 폭 광역부 상면에 걸쳐 그 가요성 암 길 이 방향으로 연장된 복수개의 금속배선을 갖고,
    복수개의 금속배선 중 적어도 1개가 그 가요성 암 상면에 설치한 압전 저항소자의 적어도 1단자에 접속되어 있고, 그리고
    압전 저항소자 각각이,
    가요성 암 상면의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 각각이 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있는 적어도 2개의 압전 서브 저항소자와,
    압전 저항소자의 양 단자 이외의, 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자의 끝 각 2개를 접속하고, 압전 저항소자의 양 단자간에서 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자를 직렬로 접속하고 있는 고농도 확산층을 갖고 있는 반도체형 가속도 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 질량부와 지지 프레임과 복수의 가요성 암이 일체로 실리콘 결정으로 형성되어 있고,
    압전 서브 저항소자와 고농도 확산층이 가요성 암을 형성하고 있는 실리콘 결정의 일부에 주기율표 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소를 도프하여 형성되어 있는 반도체형 가속도 센서.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수개의 금속배선의 적어도 1개가 압전 저항소자의 어느쪽의 단자에도 접속되어 있지 않은 더미 금속배선인 반도체형 가속도 센서.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 가요성 암 중 2개가 질량부 상면 내의 직교 하는 2방향 중 1방향으로 연장되고,
    상기 복수의 가요성 암 중 다른 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 다른 1방향으로 연장되어 있고,
    상기 복수의 가요성 암 각각이 복수개의 금속배선의 배치에 있어서 다른 어느 하나의 가요성 암과 실질적으로 동일하게 되어 있는 반도체형 가속도 센서.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 가요성 암 중 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 1방향으로 연장되고,
    상기 복수의 가요성 암 중 다른 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 다른 1방향으로 연장되어 있고, 그리고
    상기 복수의 가요성 암 각각이 복수개의 금속배선의 배치에 있어서 다른 어느 하나의 가요성 암과 실질적으로 동일하게 되어 있는 반도체형 가속도 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 복수의 가요성 암 각각이 가지는 폭 광역부가, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면에서 그 폭 협소부의 1.1에서 3.5배인 반도체형 가속도 센서.
  7. 제 6 항에 있어서, 복수의 가요성 암 각각이 가지는 폭 광역부가, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면에서 그 폭 협소부의 1.5에서 2.5배인 반도체형 가속도 센서.
  8. 중앙에 있고, 상면을 가지는 질량부와,
    질량부로부터 소정거리 떨어져 그 질량부를 둘러싸고 있고, 상면을 가지는 지지 프레임과,
    질량부 상면의 끝으로부터 연장되어 있고, 질량부 상면단과 지지 프레임 상면의 내측단을 연결하고 있고, 질량부를 지지 범위 내면에서 매달고 있는 4개의 가요성 암을 갖고,
    상기 4개의 가요성 암 중 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 1방향으로 연장되고, 다른 2개가 질량부 상면 내의 직교하는 2방향 중 다른 1방향으로 연장되어 있고,
    가요성 암 각각이,
    가요성 암과 지지 프레임 또는 질량부와의 경계에 접한 가요성 암의 양단부분 각각이고, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적을 가지는 폭 광역부와,
    가요성 암의 양단에 있는 2개의 폭 광역부의 사이에 있는 가요성 암부분이며, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면적이 폭 광역부 단면적보다도 작은 폭 협소부로 이루어져 있고,
    상기 4개의 가요성 암 중 2개의 가요성 암 상면 각각이,
    지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자를 갖고, 양 단자 각각으로부터 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있는 가요성 암 길이 방향의 가속도 성분을 측정하는 압전 저 항소자와 질량부 상면방향의 가속도 성분을 측정하는 압전 저항소자와,
    가요성 암 상면에서, 가요성 암 상면 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 그 가요성 암의 한쪽의 폭 광역부 상면으로부터 폭 협소부 상면에, 그리고 다른 폭 광역부 상면에 걸쳐 그 가요성 암 길이 방향으로 연장된 복수개의 금속배선을 갖고,
    복수개의 금속배선 중 적어도 1개가 그 가요성 암 상면에 설치된 압전 저항소자의 적어도 1단자에 접속되어 있고,
    상기 4개의 가요성 암 중 다른 2개의 가요성 암 상면 각각이,
    지지 프레임 상면 또는 질량부 상면에 양 단자를 갖고, 양 단자 각각으로부터 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있고, 가요성 암 폭 광역부 상면 영역 내에 한정적으로 설치되어 있는 가요성 암 길이 방향의 가속도 성분을 측정하는 압전 저항소자와,
    가요성 암 상면에서, 가요성 암 상면 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 그 가요성 암의 한쪽의 폭 광역부 상면으로부터 폭 협소부 상면에, 그리고 다른 폭 광역부 상면에 걸쳐 그 가요성 암 길이 방향으로 연장된 복수개의 금속배선을 갖고,
    복수개의 금속배선 중 적어도 1개가 그 가요성 암 상면에 설치된 압전 저항소자의 적어도 1단자에 접속되어 있고,
    압전 저항소자 각각이,
    가요성 암 상면의 중심선에 관해서 대칭으로 배치되어 있고, 각각이 가요성 암 길이 방향으로 연장되어 있는 적어도 2개의 압전 서브 저항소자와,
    압전 저항소자의 양 단자 이외의, 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자의 끝 각 2개를 접속하고, 압전 저항소자의 양 단자간에서 그 적어도 2개의 압전 서브 저항소자를 직렬로 접속하고 있는 고농도 확산층을 갖고, 그리고
    상기 4개의 가요성 암 각각이 복수개의 금속배선의 배치에 있어서 다른 어느 하나의 가요성 암과 실질적으로 동일하게 되어 있는 반도체형 가속도 센서.
  9. 제 8 항에 있어서, 질량부와 지지 프레임과 4개의 가요성 암이 일체로 실리콘 결정으로 형성되어 있고,
    압전 서브 저항소자와 고농도 확산층이 가요성 암을 형성하고 있는 실리콘 결정의 일부에 주기율표 Ⅲ족 또는 Ⅴ족 원소를 도프하여 형성되어 있는 반도체형 가속도 센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 4개의 가요성 암 중 다른 2개의 상면 각각이 가지는 복수개의 금속배선 중 2개가, 압전 저항소자의 어느쪽의 단자에도 접속되어 있지 않은 더미 금속배선인 반도체형 가속도 센서.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 4개의 가요성 암 각각이 가지는 폭 광역부가, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면에서 그 폭 협소부의 1.1에서 3.5배인 반도체형 가속도 센서.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 4개의 가요성 암 각각이 가지는 폭 광역부가, 가요성 암 길이 방향에 수직인 단면에서 그 폭 협소부의 1.5에서 2.5배인 반도체형 가속도 센서.
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