WO2006106739A1

WO2006106739A1 - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: WO2006106739A1
Application number: PCT/JP2006/306481
Authority: WO
Inventors: Yutaka Hattori; Yasuo Hatano
Original assignee: The Yokohama Rubber Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2006-10-12
Also published as: US20080271535A1; EP1865329A4; EP1865329B1; JP2006275896A; EP1865329A1; US7827865B2

Abstract

　ダイアフラムの面に平行で互いに直交する２方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる半導体加速度センサを提供することである。　ダイアフラムの面の中心から互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、ウェハ外周枠部１２ａへそれぞれ延びている各ダイアフラム片１３ａ～１３ｄからなり、その上面にピエゾ抵抗体Ｒx1～Ｒx4，Ｒy1～Ｒy4，Ｒz1～Ｒz4が形成されている半導体加速度センサ１０を構成する。Ｘ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂと、Ｙ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄにおいて、その軸に直交する断面の面積がそれぞれＸ軸方向又はＹ軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されている。

Description

明細書

半導体加速度センサ

技術分野

[0001] 本発明は、半導体加速度センサに関し、特に互いに直交する方向の加速度をそれぞれ適切な感度で検出する半導体加速度センサに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、自動車等の車両やタイヤ内に設けられ、車両の姿勢制御を行うため或いはタイヤの歪みを検知するために半導体加速度センサが用いられて、る。

[0003] この種の半導体加速度センサの一例を図 21乃至図 23を参照して説明する。図 21 は外観斜視図、図 22は図 21に示す A— A線矢視方向断面図、図 23は図 21に示す B— B線矢視方向断面図である。図に示すように、半導体加速度センサ 20は、矩形の枠型をなした台座 21を備え、台座 21の一開口面上にシリコン基板 22が取り付けられて作製されている。

[0004] また、台座 21の開口部に対応するシリコン基板 22の中央部は十字形状をなす薄膜のダイアフラム 23が形成されており、各ダイアフラム片 23a〜23dの上面にピエゾ抵抗体 26が形成されている。さらに、ダイアフラム片 23a〜23dの交差部には、ダイァフラム 23の中央部の一方の面側に厚膜部 24が形成され、この厚膜部 24の表面には例えばガラス等力もなる直方体形状の重錘 25が取り付けられている。

[0005] 上記構成をなす半導体加速度センサ 20は、加速度に伴って発生する力が重錘 25 に加わると、各ダイアフラム片 23a〜23dに歪みが生じ、これによつてピエゾ抵抗体 2 6の抵抗値が変化する。従って、所定のダイアフラム片 23a〜23dに設けられたピエゾ抵抗体 26によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより所定方向、例えば互いに直交する X軸、 Y軸、 Z軸方向の加速度を検出することができる。

[0006] 上記のような半導体加速度センサの一例としては、例えば、特開平 8— 75775号公報、特開 2000— 28633号公報に開示されて、る半導体加速度センサが知られて!/ヽる。

特許文献 1：特開平 8— 75775号公報特許文献 2：特開 2000— 28633号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 例えば、車両の前後方向を X軸、左右方向を Y軸、上下方向を Z軸として加速度センサが設けられている場合、 X軸方向は最大 500G程度の加速度を検出するのに対し、 Y軸方向はせいぜい数 G程度の加速度を検出するに留まり、加速度の方向により感度が異なる半導体加速度センサが必要とされている。

[0008] しかしながら、前述した従来の半導体加速度センサにおいては、 X軸、 Y軸、 Z軸方向の加速度の感度がほとんど同じであり、 X軸方向の加速度の最大値にあわせると Y 軸方向の微小な加速度の変化が検出できず、 Y軸方向の加速度の最大値にあわせると X軸方向の所定値以上の加速度を検出できないおそれがあった。

[0009] 本発明の目的は上記の問題点に鑑み、ダイァフラムの面に平行で互いに直交する 2方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる半導体加速度センサを提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明は上記の目的を達成するために、ウェハ外周枠部内にダイァフラムが形成されたシリコンウェハと、前記ウェハ外周枠部を固定する台座と、前記ダイァフラムの一方の面の中央部に設けられた重錘と、前記ダイァフラムの面に対して平行で且つ互いに直交する X軸方向及び Y軸方向に沿って、前記ダイァフラムの面の中心から前記ウェハ外周枠部へそれぞれ延びて!/、る複数の梁とを備え、該複数の梁の所定位置における各軸に直交する断面の面積が、前記 X軸方向及び Y軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせてそれぞれ設定されている半導体加速度センサを提案する。

[0011] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイァフラムの面に対して平行で且つ互いに直交する X軸方向及び Y軸方向に沿って、前記ダイァフラムの面の中心から前記ウェハ外周枠部へ延びている複数の梁を備え、前記 X軸方向及び Y軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせて前記梁の所定位置における各軸に直交する断面の面積が設定されている。ここで、加速度により力が加わった場合、前記ダイアフラムは力の働く方向に歪むが、その変位は前記梁の前記断面積に反比例する。従って、 X軸方向及び Y軸方向のそれぞれに同じ大きさの加速度が加わったとき

、前記各梁はそれぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位する。

[0012] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記 X軸方向に沿う梁及び前記 Y軸方向に沿う梁において、前記中心に関し対称な 2点の前記断面積がぞれぞれ同一である半導体加速度センサを提案する。

[0013] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記 X軸方向の梁と前記 Y軸方向の梁とにおいて前記中心に関し対称な 2点の前記断面積がぞれぞれ同一である。ここで、加速度により力が加わった場合、前記ダイアフラムは力の働く方向に歪むが、その変位は前記梁の前記断面積に反比例する。従って、前記各梁は前記中心に関して対称に変位する。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記 X軸方向に沿う梁及び Z又は前記 Y軸方向に沿う梁において、前記中心から前記ウェハ外周枠部に向かって前記断面積が大きくなる半導体加速度センサを提案する。

[0014] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記 X軸方向に沿う梁及び前記 Y軸方向に沿う梁の少なくとも一方の断面積が前記中心力前記ゥハ外周枠部に向かって前記断面積が大きくなる。ここで、加速度により力が加わった場合、前記ダイァフラムは力の働く方向に歪む力その変位は前記梁の前記断面積に反比例する。従って、前記各梁は中心に近いほど大きく変位する。

[0015] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記 X軸方向及び Y 軸方向並びに前記ダイァフラムの面に対して垂直な Z軸方向のそれぞれの加速度を検出可能なように、前記複数の梁のそれぞれに拡散抵抗体が配置されていると共に、前記複数の梁のそれぞれに対応する前記ウェハ外周枠部上に前記拡散抵抗体に接続された接続用の電極を備えている半導体加速度センサを提案する。

[0016] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記 X軸方向及び Y軸方向並びに前記ダイァフラムの面に対して垂直な Z軸方向のそれぞれの加速度を検出可能なように、前記複数の梁のそれぞれに沿って拡散抵抗体が配置され、これらの拡散抵抗体は前記ウェハ外周枠部上に設けられた電極に接続されている。これにより、前記電極を介して前記拡散抵抗体に外部回路を接続することができ、前記ダイァフラムの変位に伴って前記拡散抵抗体の抵抗値が変化する。

[0017] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記ダイアフラムはシリコンピエゾ型のダイァフラムである半導体加速度センサを提案する。

[0018] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイァフラムの変位に伴ってピエゾ抵抗体の抵抗値が変化する。

[0019] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記ダイァフラムの一面側及び Z又は他面側に、ダイァフラムの中央部表面及び Z又は該中央部に対応する前記重錘の表面力所定の間隔をあけた位置に固定され、該中央部に対向して突出する突起部が設けられている半導体加速度センサを提案する。

[0020] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイァフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は前記突起部によって制限されるため、ダイァフラムが最大限に伸びきることがない。これにより、前記ダイァフラムの面に垂直な方向に過度の加速度が生じた場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイァフラムの面に平行な方向の加速度を検出することがでさる。

[0021] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記突起部は、前記ウェハ外周枠部及び Z又は前記台座に固定されて支持され、前記ダイァフラムの他方の面の中央部に対向して突出するように、前記ダイァフラムの他方の面の中央部力所定の間隔をあけた位置に設けられている半導体加速度センサを提案する。

[0022] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイァフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により、前記ダイァフラムの他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びる力その変位は前記突起部によって制限されるため、ダイァフラムが最大限に伸びきることがない。これにより、前記ダイァフラムの他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイアフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。 [0023] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記突起部は、前記ウェハ外周枠部及び z又は前記台座に連結固定されて支持され、前記重錘の表面に対向して突出するように、該重錘の中央部力所定の間隔をあけた位置に設けられて、る半導体加速度センサを提案する。

[0024] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイァフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により、前記ダイァフラムの一方の面の側に所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びる力その変位は前記突起部によって制限されるため、ダイァフラムが最大限に伸びきることがない。これにより、前記ダイァフラムの一方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイアフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。

[0025] また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記ダイァフラムの中央部表面及び Z又は該中央部に対応する前記重錘の表面に対応する前記突起部の先端は錐形の先端形状をなしている半導体加速度センサを提案する。

[0026] 上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイァフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は前記突起部の錐形をなす先端によって支持されて制限されるため、ダイァフラムが最大限に伸びきることがないと共に、前記ダイァフラムの面に垂直な方向に過度の加速度が生じた場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイァフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。

発明の効果

[0027] 本発明によれば、ダイァフラムの面に平行で互いに直交する X軸方向に沿って一直線上に配置された梁であるダイアフラム片及び Y軸方向に沿って一直線上に配置された梁であるダイアフラム片の各軸に直交する断面の面積がダイァフラムの中心に関し対称で、それぞれ X軸方向又は Y軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されることにより、それぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位し、ダイアフラムの面に平行で互いに直交する 2方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる。また、ダイァフラムの中心力もウェハ外周枠部に向力つて断面積を大きくすることにより、ダイアフラム片はダイァフラムの中心に近いほど大きく変位すると共に、ピエゾ抵抗体の変化が顕著になり、より高精度に加速度を検出することができる。

[0028] さらに、ダイァフラムの面に垂直な方向に過度の加速度が生じた場合、突起部の頂点が支点となって重錘の位置が変位するので、感度を変えるため断面積を小さくしたダイアフラム片においても、効果的にダイァフラムの面に平行で互ヽに直交する 2方向における加速度を検出することができるという非常に優れた効果を奏する。

[0029] 本発明の前記目的とそれ以外の目的と、特徴と、利益は、以下の説明と添付図面によって明らかになる。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]図 1は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図である。

[図 2]図 2は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサの電気系回路を示す構成図である。

[図 3]図 3は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサを用いた X軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図である。

[図 4]図 4は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサを用いた Y軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図である。

[図 5]図 5は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサを用いた Z軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図である。

[図 6]図 6は図 1における C— C線矢視方向断面図である。

[図 7]図 7は図 1における D— D線矢視方向断面図である。

[図 8]図 8は図 6における C1— C1線矢視方向断面図である。

[図 9]図 9は図 7における D1— D1線矢視方向断面図である。

[図 10]図 10は本発明の第 1実施形態におけるダイァフラムが検出する加速度の実験結果を示す図である。

[図 11]図 11は本発明の第 1実施形態におけるダイァフラムが検出する加速度の実験結果を示す図である。

[図 12]図 12は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図である。

[図 13]図 13は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図である。

[図 14]図 14は本発明の第 1実施形態における他の例の半導体加速度センサを示す外観斜視図である。

[図 15]図 15は図 14における E—E線矢視方向断面図である。

[図 16]図 16は図 14における E1—E1線矢視方向断面図である。

[図 17]図 17は図 14における E2—E2線矢視方向断面図である。

[図 18]図 18は本発明の第 2実施形態における半導体加速度センサを示す分解斜視図である。

[図 19]図 19は本発明の第 2実施形態における半導体加速度センサを示す側断面図である。

[図 20]図 20は本発明の第 2実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図である。

[図 21]図 21は従来例の半導体加速度センサを示す外観斜視図である。

[図 22]図 22は図 21における A— A線矢視方向断面図である。

[図 23]図 23は図 21における B— B線矢視方向断面図である。

符号の説明

[0031] 10, 10A, 10B…半導体加速度センサ、 11· ··台座、 12· ··シリコン基板、 12a…ゥエノ、外周枠部、 121· ··電極、 13· ··ダイァフラム、 13a〜13d…ダイアフラム片、 14· ·. 厚膜部、 15· ··重錘、 16· ··支持体、 161…外枠部、 162· ··支柱、 163…梁部、 16Φ ·· 突起部、 164a…先端、 31A〜31C…電圧検出器、 32A〜32C…直流電源、 50· ·· 支持体、 501…外枠部、 502…支柱、 503…梁部、 504…突起部、 504a…先端、 d 1· ··距離、 Rxl〜Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4…ピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）。

発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。 [0033] 図 1は本発明の第 1実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図である。図において、半導体加速度センサ 10は、台座 11と、シリコン基板 12とから構成されている。台座 11は矩形の枠型をなし、台座 11の一開口面上にシリコン基板 (シリコンウェハ) 12が取り付けられている。

[0034] 台座 11の開口部にシリコン基板 12が設けられ、シリコン基板 12のウェハ外周枠部 12a内の中央部には十字状をなす薄膜のダイアフラム 13が形成されている。ダイァフラム 13は、ダイァフラムの面の中心から互いに直交する X軸方向及び Y軸方向に沿って、ウェハ外周枠部 12aへそれぞれ延びている 4つの梁である各ダイアフラム片 13a〜13dからなり、その上面にピエゾ抵抗体（拡散抵抗体) Rxl〜Rx4, Ryl〜Ry4 , Rzl〜Rz4が形成されている。

[0035] 詳細には、一直線上に配置されたダイアフラム片 13a, 13bのうちの一方のダイァフラム片 13aにはピエゾ抵抗体 Rxl, Rx2, Rzl, Rz2が形成され、他方のダイアフラム片 13bにはピエゾ抵抗体 Rx3, Rx4, Rz3, Rz4が形成されている。また、ダイアフラム片 13a及びダイアフラム片 13bに直交する一直線上に配置されたダイアフラム片 13c 及びダイアフラム片 13dのうちの一方のダイアフラム片 13cにはピエゾ抵抗体 Ryl , R y2が形成され、他方のダイアフラム片 13dにはピエゾ抵抗体 Ry3, Ry4が形成されている。

[0036] また、ピエゾ抵抗体 Rxl〜： Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4は、互いに直交する X軸、 Y 軸、 Z軸方向の加速度を検出するための抵抗ブリッジ回路を構成可能なように、シリコン基板 12の外周部表面に設けられた接続用の電極 121と図 2に示すように接続されている。

[0037] さらに、ダイアフラム片 13a〜13dの交差部には、ダイアフラム 13の中央部の一方の面側に厚膜部 14が形成され、この厚膜部 14の表面には例えばガラス等力もなる直方体形状の重錘 15が取り付けられている。

[0038] 上記構成の半導体加速度センサ 10を用いる場合は、図 3乃至図 5に示すように 3 つの抵抗ブリッジ回路を構成する。即ち、 X軸方向の加速度を検出するためのブリツジ回路としては、図 3に示すように、ピエゾ抵抗体 Rxlの一端とピエゾ抵抗体 Rx2の一端との接続点に直流電源 32Aの正極を接続し、ピエゾ抵抗体 Rx3の一端とピエゾ抵抗体 Rx4の一端との接続点に直流電源 32Aの負極を接続する。さら〖こ、ピエゾ抵抗体 Rxlの他端とピエゾ抵抗体 Rx4の他端との接続点に電圧検出器 31 Aの一端を接続し、ピエゾ抵抗体 Rx2の他端とピエゾ抵抗体 Rx3の他端との接続点に電圧検出器 3 1Aの他端を接続する。

[0039] また、 Y軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図 4に示すように、ピエゾ抵抗体 Rylの一端とピエゾ抵抗体 Ry2の一端との接続点に直流電源 32Bの正極を接続し、ピエゾ抵抗体 Ry3の一端とピエゾ抵抗体 Ry4の一端との接続点に直流電源 32Bの負極を接続する。さら〖こ、ピエゾ抵抗体 Rylの他端とピエゾ抵抗体 Ry4 の他端との接続点に電圧検出器 3 IBの一端を接続し、ピエゾ抵抗体 Ry2の他端とピェゾ抵抗体 Ry3の他端との接続点に電圧検出器 31Bの他端を接続する。

[0040] また、 Z軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図 5に示すように、ピエゾ抵抗体 Rzlの一端とピエゾ抵抗体 Rz2の一端との接続点に直流電源 32Cの正極を接続し、ピエゾ抵抗体 Rz3の一端とピエゾ抵抗体 Rz4の一端との接続点に直流電源 32Cの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体 Rzlの他端とピエゾ抵抗体 Rz3の他端との接続点に電圧検出器 31Cの一端を接続し、ピエゾ抵抗体 Rz2の他端とピエゾ抵抗体 Rz4の他端との接続点に電圧検出器 31Cの他端を接続する。

[0041] センサ 10に加わる加速度に伴って発生する力が重錘 15に加わると、各ダイアフラム片 13a〜13dに歪みが生じ、これによつてピエゾ抵抗体 Rxl〜Rx4, Ryl〜Ry4, Rz l〜Rz4の抵抗値が変化する。従って、各ダイアフラム片 13a〜 13dに設けられたピエゾ抵抗体 Rxl〜Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより、互いに直交する X軸、 Y軸、 Z軸方向の加速度を検出する。

[0042] 次に本発明の特徴であるダイアフラム片 13a〜13dの構成について説明する。図 6 は図 1における C C線矢視方向断面図、図 7は図 1における D— D線矢視方向断面図、図 8は図 6における C1 C1線矢視方向断面図、図 9は図 7における D1— D1線矢視方向断面図である。

[0043] X軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片 13a及びダイアフラム片 13 bと、 Y軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片 13c及びダイアフラム片 13dとは、各軸に直交する断面の面積が均一であり、それぞれ X軸方向又は Y軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されている。本実施形態では、車両の前後方向を X軸、左右方向を Y軸として加速度を検出することを想定して、 X軸方向に沿うダィアフラム片 13a及びダイァフラム 13bの断面積を Y軸方向に沿うダイアフラム片 13c 及びダイアフラム 13dの断面積と比較して大きくしている。

[0044] 加速度により力が加わった場合、ダイアフラム 13は力の働く方向に歪む力その変位はダイアフラム片 13a〜 13dの断面積に反比例する。従って、 X軸方向及び Y軸方向のそれぞれに同じ大きさの加速度が加わったとき、各ダイアフラム片 13a〜 13dはそれぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位する。また、各ダイアフラム片 13 a〜13dの断面積は均一であり、ダイアフラム 13の中心に関して対称であるので、中心に関して対称に変位する。

[0045] ここで、図 8及び図 9に示すようにダイアフラム片の幅を W、厚さを Tとする場合、各ダイアフラム片 13a〜 13dの幅、厚さをそれぞれ W= 100 [ m]、 T= 14 [ m]とするダイアフラム 13が検出する加速度の実験結果を図 10に示す。ダイアフラム 13に印カロされる加速度が 0〜30[G]において、 X軸、 Y軸、 Z軸方向の検出加速度はそれぞれ印加加速度との差が 1%以内であった。

[0046] また、各ダイアフラム片 13a〜 13dの幅、厚さをそれぞれ W= 70[ /z m]、 T= 20[ μ m]とするダイアフラム 13が検出する加速度の実験結果を図 11に示す。印加加速度が 0〜： LOO[G]において、 X軸、 Y軸の検出加速度は印加加速度との差がそれぞれ 1%以内、 Z軸方向の検出加速度は印加加速度との差が 3%以内であった。

[0047] 図 12及び図 13に示すように、ダイアフラム 13の面に平行で互いに直交する 2方向である X軸、 Y軸方向に同じ大きさの加速度が生じ、この加速度により力 41, 42が働く場合、ダイアフラム 13は力 41, 42の働く方向に伸びる力ダイアフラム片 13a及びダイアフラム片 13bは断面積が大きいため力 41によりほとんど変位しないのに対し、ダイアフラム片 13c及びダイアフラム片 13dは断面積が小さ、ため力 42により大きく変位する。

[0048] なお、本実施形態では、各ダイアフラム片 13a〜 13dの断面積が均一であるダイァフラム 13を示した力各ダイアフラム片 13a〜 13dの断面積は、ダイアフラム 13の中心に関して対称になっていればよい。図 14乃至図 17に示すように、 X軸方向に沿つて一直線上に配置されたダイアフラム片 13a及びダイアフラム片 13bにお、て、ダイァフラム 13の中心からウェハ外周枠部 12aに向力つて断面積を大きくすることで、ダィアフラム片 13a及びダイアフラム片 13bは中心に近いほど大きく変位する。特に、ピェゾ抵抗体 Rxl〜Rx4の形成されて、る位置と、その他の位置で断面積を階段状に変化させてヽるので、ピエゾ抵抗体 Rxl〜Rx4の抵抗値の変化が顕著になる。

[0049] このように上記構成よりなる半導体加速度センサ 10によれば、ダイアフラム 13の面に平行で互!ヽに直交する X軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片 13 a及びダイアフラム片 13bと Y軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片 1 3c及びダイアフラム片 13dの各軸に直交する断面の面積がダイアフラム 13の中心に関し対称で、それぞれ X軸方向又は Y軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されることにより、それぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位し、ダイアフラム 1 3の面に平行で互いに直交する 2方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる。また、ダイァフラム 13の中心力ウェハ外周枠部 12aに向力つて断面積を大きくすることにより、ダイアフラム片 13a〜 13dはダイァフラム 13の中心に近いほど大きく変位すると共に、ピエゾ抵抗体 Rxl〜： Rx4, Ryl〜Ry4, Rzl〜Rz4の変化が顕著になり、より高精度に加速度を検出することができる。

[0050] 次に、本発明の第 2実施形態を説明する。

[0051] 図 18は本発明の第 2実施形態における半導体加速度センサを示す分解斜視図、図 19はその側断面図、図 20はその動作を説明する図である。図において、前述した第 1実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、第 2実施形態と第 1実施形態との相違点は、第 2実施形態では、第 1実施形態の構成に加えて、ダイアフラム 13の重錘 15が存在する側、しない側の両方に突起部を配置した支持体 16, 50を設けたことである。

[0052] 図において、半導体加速度センサ 10Bは、台座 11と、シリコン基板 12、支持体 16 , 50と力ら構成され、台座 11の外周部には支持体 16の外枠部 161が固定されている。

[0053] 支持体 16は、矩形の枠型をなした外枠部 161と、外枠部 161の四隅に立設された 4つの支柱 162と、各支柱 162の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部 163と、梁部 163の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部 164とから構成されている。

[0054] 外枠部 161は、突起部 164がダイアフラム 13の他面側、即ち重錘 15が存在しない側に位置するように、台座 11の外周部に嵌合して固定されている。ここで、突起部 1 64の先端 164aがダイアフラム 13の表面から距離 dlの位置になるように設定されている。この距離 dlは、ダイアフラム 13の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム 13の他面側、即ち重錘 15が存在しない側に所定値以上の力が加わった場合にぉヽても、各ダイアフラム片 13c及びダイアフラム片 13dが伸びきらな、ように、その変位が突起部 164によって制限できる値に設定されて、る。

[0055] 支持体 50は、矩形の枠型をなした外枠部 501と、外枠部 501の四隅に立設された 4つの支柱 502と、各支柱 502の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部 503と、梁部 503の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部 504とから構成されている。

[0056] 外枠部 501は、突起部 504が重錘 15の底面側に位置するように、台座 11の外周部に固定されている。ここで、突起部 504の先端 504aが重錘 15の底面力も距離 dl の位置になるように設定されている。この距離 dlは、ダイアフラム 13の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム 13の一面側、即ち重錘 15が設けられて、る側に所定値以上の力が加わった場合にぉヽても、ダイアフラム片 13c及びダイアフラム片 13dが伸びきらないように、その変位が突起部 504によって制限できる値に設定されている。

[0057] このように上記構成よりなる第 2実施形態の半導体加速度センサ 10Bによれば、図 20に示すように、ダイアフラム 13の面に垂直な方向の力成分を含む力 43が働くような加速度が加わり、ダイアフラム 13の他面側に所定値以上の力が加わった場合、ダィァフラム 13は力 43の働く方向に歪んで伸びる力その変位は突起部 164の先端 1 64aによって支持されて制限されるため、ダイアフラム片 13c及びダイアフラム片 13d が最大限に伸びきることがない。また、図 19において下方向の力成分を含む力が働くような加速度が加わり、重錘 15の底面側に所定値以上の力が加わった場合も同様に、その変位は突起部 504の先端 504aによって支持されて制限されるため、ダイァフラム片 13c及びダイアフラム片 13dが最大限に伸びきることがな、。

[0058] これにより、ダイアフラム 13の面に垂直な方向に加速度が生じ、その加速度により所定値以上の力が加わった場合、突起部 164の先端 164a又は突起部 504の先端 5

04aが支点となって重錘 15の位置が変位し、感度を変えるため断面積を小さくしたダィアフラム片 13a〜 13dにおいても、効果的にダイアフラム 13の面に平行で互!、に直交する 2方向における加速度を検出することができる。

[0059] なお、支持体 16又は支持体 50の一方を必要としない場合は、支持体 16又は支持体 50の他方のみを設けるようにしてもょ、。

[0060] また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しな、範囲内にお、て種々変更をカ卩えてもょ、。

産業上の利用可能性

[0061] ダイァフラムの面に平行で互、に直交する X軸方向及び Y軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせて各軸に直交する断面の面積がそれぞれ設定された複数の梁を備えた加速度センサによって、 X軸方向及び Y軸方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができるので、車両の前後方向、左右方向により異なる感度が要求される車両用としての用途がある。

Claims

請求の範囲

[1] ウェハ外周枠部内にダイァフラムが形成されたシリコンウェハと、

前記ゥハ外周枠部を固定する台座と、

前記ダイァフラムの一方の面の中央部に設けられた重錘と、

前記ダイァフラムの面に対して平行で且つ互！ヽに直交する X軸方向及び Y軸方向に沿って、前記ダイァフラムの面の中心力前記ウェハ外周枠部へそれぞれ延びている複数の梁とを備え、

該複数の梁の所定位置における各軸に直交する断面の面積が、前記 X軸方向及ひ Ύ軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせてそれぞれ設定されていることを特徴とする半導体加速度センサ。

[2] 前記 X軸方向に沿う梁及び前記 Y軸方向に沿う梁において、前記中心に関し対称な 2点の前記断面積がぞれぞれ同一である

ことを特徴とする請求項 1に記載の半導体加速度センサ。

[3] 前記 X軸方向に沿う梁及び Z又は前記 Y軸方向に沿う梁において、前記中心から前記ウェハ外周枠部に向力つて前記断面積が大きくなる

ことを特徴とする請求項 1に記載の半導体加速度センサ。

[4] 前記 X軸方向及び Y軸方向並びに前記ダイァフラムの面に対して垂直な Z軸方向のそれぞれの加速度を検出可能なように、前記複数の梁のそれぞれに拡散抵抗体が配置されて、ると共に、前記複数の梁のそれぞれに対応する前記ウェハ外周枠部上に前記拡散抵抗体に接続された接続用の電極を備えている

ことを特徴とする請求項 1に記載の半導体加速度センサ。

[5] 前記ダイアフラムはシリコンピエゾ型のダイァフラムである

ことを特徴とする請求項 1に記載の半導体加速度センサ。

[6] 前記ダイァフラムの一面側及び Z又は他面側に、ダイァフラムの中央部表面及び Z又は該中央部に対応する前記重錘の表面から所定の間隔をあけた位置に固定され、該中央部に対向して突出する突起部が設けられている

ことを特徴とする請求項 1に記載の半導体加速度センサ。

[7] 前記突起部は、前記ウェハ外周枠部及び Z又は前記台座に固定されて支持され、前記ダイァフラムの他方の面の中央部に対向して突出するように、前記ダイアフラムの他方の面の中央部力所定の間隔をあけた位置に設けられている

ことを特徴とする請求項 6に記載の半導体加速度センサ。

[8] 前記突起部は、前記ウェハ外周枠部及び Z又は前記台座に連結固定されて支持され、前記重錘の表面に対向して突出するように、該重錘の中央部から所定の間隔をあけた位置に設けられて、る

ことを特徴とする請求項 6に記載の半導体加速度センサ。

[9] 前記ダイァフラムの中央部表面及び Z又は該中央部に対応する前記重錘の表面に対応する前記突起部の先端は錐形の先端形状をなしている

ことを特徴とする請求項 6に記載の半導体加速度センサ。