JPH01224628A - Vibration sensor structure - Google Patents
Vibration sensor structureInfo
- Publication number
- JPH01224628A JPH01224628A JP5246588A JP5246588A JPH01224628A JP H01224628 A JPH01224628 A JP H01224628A JP 5246588 A JP5246588 A JP 5246588A JP 5246588 A JP5246588 A JP 5246588A JP H01224628 A JPH01224628 A JP H01224628A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- substrate
- sensor
- recess
- frequency
- 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
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は半導体タイプの振動センサーの構造に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to the structure of a semiconductor type vibration sensor.
(従来の技術) 従来から、半導体センサーが用いられ、振動。(Conventional technology) Traditionally, semiconductor sensors have been used to detect vibrations.
加速度などを検出することが行なわれている。Detection of acceleration, etc. is performed.
例えば、実開昭61−102871号公報には、一端を
支持された片持ち梁の偏位を検出するものが記載され、
該片持ち梁の先端部の上面と下面の両面に錘を設は二つ
の錘の全体の重心を片持ち梁の厚さ方向の中心に一致さ
せるようにした構造のものが示されている。For example, Japanese Utility Model Application Publication No. 61-102871 describes a method for detecting the deviation of a cantilever beam supported at one end.
A structure is shown in which weights are provided on both the upper and lower surfaces of the tip of the cantilever so that the entire center of gravity of the two weights coincides with the center in the thickness direction of the cantilever.
第3図に示すものは既に実用化されている振動センサー
で全体の大きさは1+nm程度のものであり。The one shown in Figure 3 is a vibration sensor that has already been put into practical use, and its overall size is about 1+nm.
第4図はその縦断面図である。第3図、第4図において
、半導体センサーはSL基基板上電極dを持った片持ち
梁すとによって構成され、梁すはSiO2によって構成
される。外部からの振動入力によって片持ち梁すと基板
aとの間の距踵の変化によって静電容量Cの変化を生じ
、該変化量を検出して振動を検知する形式のものである
。片持ち梁すは数本〜数十本をセンサー上に形成してい
る。FIG. 4 is a longitudinal sectional view thereof. In FIGS. 3 and 4, the semiconductor sensor is composed of a cantilever beam having an electrode d on the SL substrate, and the beam is made of SiO2. In this type of vibration input from the outside, a change in the capacitance C occurs due to a change in the distance between the cantilever beam and the substrate a, and the vibration is detected by detecting the amount of change. Several to dozens of cantilever beams are formed on the sensor.
片持ち梁すはb□lb2 Tb3 Tb4・・・・・・
と長さを違えていて、長さによって振動する周波数が異
なり、振動時の静電容量の変化によって振動体の振動を
検出するものである。Cantilever beam b□lb2 Tb3 Tb4・・・・・・
The vibration frequency varies depending on the length, and the vibration of the vibrating body is detected by the change in capacitance during vibration.
(発明が解決しようとする課題)
然し乍ら、上記の如き構成においては片持ち梁すの固有
振動数の制約から、特定の周波数の振動しか検出できな
かった。その為、より広範囲な周波数を検出できるよう
に多数本の片持ち梁をセンサー上に形成しなければなら
なかったので、広いスペースを使用する必要があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above configuration, only vibrations at a specific frequency could be detected due to the restriction of the natural frequency of the cantilever beam. Therefore, many cantilevers had to be formed on the sensor so that it could detect a wider range of frequencies, which required the use of a large space.
また、振動センサーは小型化、集積化が重要であるにか
かわらず、従来のものは多岐に渡る振動数に対応出来ず
、半導体センサーとして好ましくなかった。In addition, although miniaturization and integration are important for vibration sensors, conventional ones cannot handle a wide range of vibration frequencies, making them undesirable as semiconductor sensors.
本発明のセンサーは広いスペースを取らず、しかも広範
囲の振動を検出することができる振動センサーを提供す
ることを目的とする。The sensor of the present invention aims to provide a vibration sensor that does not take up a large space and can detect vibrations over a wide range.
(課題を解決しようとする手段)
本発明は振動を検出する半導体タイプのセンサーにおい
て、凹部が形成された基板と、該凹部上に配設され両端
を基板に支持された梁と、該梁の両側から側方に延びる
複数の腕部とを備えてなり、基板と腕部との間に静電容
量変化を生じるようにした振動センサー構造である。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a semiconductor type sensor for detecting vibrations, which includes a substrate in which a recess is formed, a beam disposed on the recess and supported at both ends by the substrate, and a This vibration sensor structure includes a plurality of arm portions extending laterally from both sides, and causes a change in capacitance between the substrate and the arm portions.
(作用)
上記の構成によって外部から振動入力があると、振動が
低周波であると梁が一様に振れ、高周波になる程2次、
3次ノードを有するモードを形成し、その振動の周波数
によって、基板上に配設された梁と該梁の両側から側方
に延びる複数の腕部とによって入力振動と共振する様々
な固有振動モードが形成される。このときの各腕の静電
容量の変化を検出し、それらの組み合おせて振動数を特
定することが出来る。(Function) When there is vibration input from the outside with the above configuration, the beam will swing uniformly if the vibration is low frequency, and the beam will swing uniformly as the vibration becomes high frequency.
A beam arranged on the substrate and a plurality of arms extending laterally from both sides of the beam form various natural vibration modes that form a mode having a tertiary node and resonate with the input vibration depending on the frequency of the vibration. is formed. At this time, changes in the capacitance of each arm are detected, and by combining these changes, the vibration frequency can be determined.
(実施例)
次に本発明の実施例を図によって説明すると、第1図に
おいてSi基板1に凹部2が形成され、該凹部2上に梁
3が設けられ、梁3の両端をSi基板1の両端に支持さ
せる。該梁3にはその両側に複数本の腕部4.4・・・
・・・が設けられる。この梁はSiO□(酸化シリコン
)などの絶縁物で形成され、その上に各腕部4の上面に
形成した金属電極4aの金属配線5が形成される。通常
、この梁3は半導体の製造過程でプリント手段などによ
って構成される。そして、梁3の下部空間は酢酸−硝酸
系のシリコン選択エツチングによって凹部2が形成され
る。第1図の凹部2の右側部分は信号処理回路部6にな
っていて、梁3および腕部4と凹部2との間に形成され
る静電容量の変化から得られる電圧と電流を演算して振
動モードを検出するものである。(Embodiment) Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, a recess 2 is formed in a Si substrate 1, a beam 3 is provided on the recess 2, and both ends of the beam 3 are connected to the Supported at both ends. The beam 3 has a plurality of arms 4.4 on both sides thereof.
... will be established. This beam is formed of an insulator such as SiO□ (silicon oxide), and metal wiring 5 of metal electrode 4a formed on the upper surface of each arm portion 4 is formed thereon. Normally, this beam 3 is formed by printing means or the like during the semiconductor manufacturing process. A recess 2 is formed in the space below the beam 3 by selective etching of silicon using acetic acid-nitric acid. The right side of the recess 2 in FIG. 1 is a signal processing circuit section 6 that calculates the voltage and current obtained from changes in capacitance formed between the beam 3 and the arm 4 and the recess 2. This method detects the vibration mode.
第2図(a)(b)(c)(d)は上記構成による固有
振動モードを示す図で、外部から振動入力があると、そ
の振動の周波数によって、Si基板1(第1図参照)上
に配設された梁3と該梁3の両側から側方に延びる複数
の腕部4とによって入力振動と共振する様々な固有振動
モードが形成される。振動が低周波であると梁が一様に
振れ、高周波になる程2次、3次ノードを有するモード
を形成し、このときの各腕部の静電容量の変化を検出し
、それらの組み合わせで振動数を特定することが出来る
のである。例えば、第2図(a)は5にHzに相当する
例で、該モードではC□、C4゜CGが大きく、C,、
C,、C,が小さい。第2図(b)は7 KHzに相当
し、このモードでは梁自身が大きく上下に振動し、梁部
側の位相の差はなく、中央の(:、、、C4が大きく、
C,、C,およびCs。FIGS. 2(a), (b), (c), and (d) are diagrams showing the natural vibration modes of the above configuration. When vibration is input from the outside, depending on the frequency of the vibration, the Si substrate 1 (see FIG. 1) Various natural vibration modes that resonate with the input vibration are formed by the beam 3 disposed above and the plurality of arms 4 extending laterally from both sides of the beam 3. When the vibration is low frequency, the beam swings uniformly, and as the frequency increases, a mode with secondary and tertiary nodes is formed.The change in capacitance of each arm at this time is detected, and the combination of these is detected. This allows us to determine the frequency of vibration. For example, Fig. 2(a) shows an example corresponding to 5Hz, and in this mode, C□, C4°CG are large, and C,...
C,,C,is small. Figure 2 (b) corresponds to 7 KHz, and in this mode the beam itself vibrates greatly up and down, there is no phase difference on the beam side, and the central (:, , C4 is large,
C,, C, and Cs.
C6は中間の大きさになる。また、第2図(C)のモー
ドは10KHzに相当し、位相がそれぞれ反対で、C工
〜C6はすべて大きい。第2図(d)のモードはC,、
C,が大、C工、C6が小、C,、C4は変化しない。C6 has an intermediate size. The modes in FIG. 2(C) correspond to 10 KHz, have opposite phases, and C to C6 are all large. The mode in Fig. 2(d) is C,,
C, is large, C, C6 is small, and C, C4 remain unchanged.
これらの例は一つのセンサーについての実験に基づいて
求めたモードであって、例示のようなモードを振動試験
によって確立し実用に供するものである。These examples are modes determined based on experiments with one sensor, and modes such as those illustrated are established through vibration tests and put into practical use.
本発明は第3図に示すような片持梁式のものと全く異な
り、梁と腕部との達成運動によって作動するものである
。梁の厚さを厚くすると周波数は上がり、腕部を長くす
ると低い振動レンジに対応するもので、予想される振動
にあわせた梁および腕部の設定が望まれる。The present invention is completely different from the cantilever type shown in FIG. 3, and is operated by the achieved motion of the beam and the arms. Increasing the thickness of the beam increases the frequency, and making the arms longer corresponds to a lower vibration range, so it is desirable to set the beam and arms in accordance with the expected vibration.
また、信号処理回路部6においては、電極の上下動によ
る静電容量の変化による振動数を検出し、該検出値によ
って減振動手段例えば、位相を反対にしたアクチエータ
などによって錘を操作して振動の減衰を図ることが出来
るものである。In addition, the signal processing circuit section 6 detects the frequency of vibration caused by the change in capacitance due to the vertical movement of the electrode, and uses the detected value to operate a weight using vibration reduction means, such as an actuator with the opposite phase, to vibrate. It is possible to attenuate the
なお、本発明は振動センサーとして効果を発揮する以外
に、加速度センサー、衝突センサーあるいは雨滴センサ
ーとしても利用できる。In addition to being effective as a vibration sensor, the present invention can also be used as an acceleration sensor, a collision sensor, or a raindrop sensor.
(発明の効果)
以上述べた如く、本発明は振動を検出する半導体タイプ
のセンサーであって、凹部が形成された基板と、該凹部
上に配設され両端を基板に支持された梁と、該梁の両側
から側方に延びる複数の腕部とを備えてなり、基板と腕
部との間に静電容量変化を生じるようにした振動センサ
ー構造であるので、従来は、第3図に示すような構造に
おいて、片持ち梁の固有振動数の制約から、特定の周波
数の振動しか検出出来ず、より広範囲な周波数を検出で
きるようにするためには複数本の片持ち梁をセンサー上
に数多く形成しなければならなかったが1本発明におい
ては、その必要が無く小型ながら多くの振動モードを検
出することができるものである。(Effects of the Invention) As described above, the present invention provides a semiconductor type sensor for detecting vibration, which includes a substrate in which a recess is formed, a beam disposed on the recess and supported at both ends by the substrate; Since the vibration sensor structure includes a plurality of arms extending laterally from both sides of the beam, and a change in capacitance occurs between the substrate and the arms, conventionally, as shown in FIG. In the structure shown, due to the restriction of the natural frequency of the cantilever beam, it is only possible to detect vibrations at a specific frequency.In order to detect a wider range of frequencies, multiple cantilevers must be mounted on the sensor. However, in the present invention, there is no need for this and many vibration modes can be detected despite the small size.
第1図は本発明の詳細な説明するための実施例を示す斜
視図、第2図(a)(b)(c)(d)はそれぞれ振動
モードの種類の一例を示す斜視図、第3図は従来例の斜
視図、第4図は第3図の断面拡大図である。
1・・・・・・Si基板、2・・・・・・凹部、3・・
・・・・梁、4・・・・・・腕部、5・・・・・・金属
配線、6・・・・・・信号処理回路部。
晃1図
第2図
r−1−一−−−−コ
第3図
%4図FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment for explaining the present invention in detail, FIGS. 2(a), (b), (c), and (d) are perspective views showing examples of types of vibration modes, The figure is a perspective view of a conventional example, and FIG. 4 is an enlarged sectional view of FIG. 3. 1...Si substrate, 2...concavity, 3...
... Beam, 4 ... Arm section, 5 ... Metal wiring, 6 ... Signal processing circuit section. Figure 1 Figure 2 r-1-1---- Figure 3 Figure %4
Claims (1)
、凹部が形成された基板と、該凹部上に配設され両端を
基板に支持された梁と、該梁の両側から側方に延びる複
数の腕部とを備えてなり、基板と腕部との間に静電容量
変化を生じるようにした振動センサー構造。(1) A semiconductor type sensor that detects vibrations includes a substrate in which a recess is formed, a beam disposed on the recess and supported at both ends by the substrate, and a plurality of arms extending laterally from both sides of the beam. A vibration sensor structure in which capacitance changes occur between the substrate and the arm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5246588A JPH01224628A (en) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | Vibration sensor structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5246588A JPH01224628A (en) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | Vibration sensor structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01224628A true JPH01224628A (en) | 1989-09-07 |
Family
ID=12915466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5246588A Pending JPH01224628A (en) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | Vibration sensor structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01224628A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002107221A (en) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Sekisui House Ltd | Simple vibration frequency measuring device |
| JP2004117368A (en) * | 2003-10-14 | 2004-04-15 | Tokyo Electron Ltd | Acoustic sensor |
-
1988
- 1988-03-04 JP JP5246588A patent/JPH01224628A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002107221A (en) * | 2000-10-03 | 2002-04-10 | Sekisui House Ltd | Simple vibration frequency measuring device |
| JP2004117368A (en) * | 2003-10-14 | 2004-04-15 | Tokyo Electron Ltd | Acoustic sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6470747B1 (en) | Dynamical quantity sensor | |
| US6318174B1 (en) | Sensor and method of use | |
| KR101100021B1 (en) | 축 -axis angular velocity sensor | |
| US6550331B2 (en) | Semiconductor mechanical sensor | |
| JPS60213814A (en) | Flat inertial sensor | |
| KR100374812B1 (en) | A microgyroscope with two resonant plate | |
| US20050109107A1 (en) | Horizontal and tuning fork vibratory microgyroscope | |
| JP2002131331A (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor | |
| JP2000199714A (en) | Angular velocity sensor | |
| JP2000009472A (en) | Angular velocity sensor | |
| JP2000512023A (en) | Suspension structure of semiconductor accelerometer | |
| US9910055B2 (en) | Vibration angular velocity sensor | |
| JP2003247831A (en) | Rotating decoupled MEMS gyroscope | |
| EP1314986A1 (en) | Electrostatic drive for accelerometer | |
| CN113624994A (en) | A three-axis accelerometer | |
| JP2004061235A (en) | Capacitive dynamic quantity sensor, manufacturing method thereof, and detection device having capacitive dynamic quantity sensor | |
| US6502462B2 (en) | Capacitance type dynamic quantity sensor having displacement portion and formed by wire bonding | |
| EP1004008B1 (en) | Force-sensing transducer for an accelerometer or rate sensor | |
| JP4362877B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH06123632A (en) | Dynamic quantity sensor | |
| JP2000019198A (en) | Acceleration sensor | |
| US7337667B2 (en) | Angular velocity sensor and its designing method | |
| JP4635345B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH01224628A (en) | Vibration sensor structure | |
| JP3262082B2 (en) | Vibrating angular velocity detector |