JPH02296116A - 振動検出装置 - Google Patents
振動検出装置Info
- Publication number
- JPH02296116A JPH02296116A JP11681489A JP11681489A JPH02296116A JP H02296116 A JPH02296116 A JP H02296116A JP 11681489 A JP11681489 A JP 11681489A JP 11681489 A JP11681489 A JP 11681489A JP H02296116 A JPH02296116 A JP H02296116A
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- Japan
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- vibration
- strain
- diaphragm
- detection device
- semiconductor substrate
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- Pending
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- 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。
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〕
本発明は一般産業において広く使用される撮動検出装置
で、特に、半導体の抵抗値が応力により変化するピエゾ
抵抗効果を利用して機械的振動を電気信号に変換する振
動検出装置に関する。
で、特に、半導体の抵抗値が応力により変化するピエゾ
抵抗効果を利用して機械的振動を電気信号に変換する振
動検出装置に関する。
従来の振動検出装置の一例を第７図に、別の例を第８図
に、更に別の例を第９図および第１０図に示す・ 第７図の例はバネの振動を利用した振動検出器で、コの
字型の固定台３１にバネ３２を取り付け、バネ３２の中
央部に質量部３０と振動伝達棒３３とを取り付ける。振
動伝達棒３３の途中の一点を支点３４として固定台３１
に取り付け、振動伝達棒３３の先端に記録ペン３５を取
付け、同じ（、固定台３１に取付けられた記録用紙に記
録する構造となっている。第７図で、Ａの振動が固定台
３１に加わると、質量部３０にＦ２の力が働き、バネ３
２が振動する。この振動により振動伝達棒３３の先端に
取り付けられた記録ペン３５が８２のように振動し、記
録用紙３６に記録される。このようにバネの振動を利用
した振動検出装置には前述のように振動伝達棒を利用す
る方式の他に、例えば、バネの振動でバネに取り付けら
れた磁石を振動させ、この磁石の周辺に固定しているコ
イルに誘起電圧を発生させ振動を検出する方式等が知ら
れている。
に、更に別の例を第９図および第１０図に示す・ 第７図の例はバネの振動を利用した振動検出器で、コの
字型の固定台３１にバネ３２を取り付け、バネ３２の中
央部に質量部３０と振動伝達棒３３とを取り付ける。振
動伝達棒３３の途中の一点を支点３４として固定台３１
に取り付け、振動伝達棒３３の先端に記録ペン３５を取
付け、同じ（、固定台３１に取付けられた記録用紙に記
録する構造となっている。第７図で、Ａの振動が固定台
３１に加わると、質量部３０にＦ２の力が働き、バネ３
２が振動する。この振動により振動伝達棒３３の先端に
取り付けられた記録ペン３５が８２のように振動し、記
録用紙３６に記録される。このようにバネの振動を利用
した振動検出装置には前述のように振動伝達棒を利用す
る方式の他に、例えば、バネの振動でバネに取り付けら
れた磁石を振動させ、この磁石の周辺に固定しているコ
イルに誘起電圧を発生させ振動を検出する方式等が知ら
れている。
次に、第８図の例は振動板の振動による歪を歪ゲージで
検出する振動検出装置で固定部４１とこれに垂直に取り
付けられた振動板４２とこの先端に取付けられたｉｔｔ
部４４から構成され、振動板４２の両表面には歪ゲージ
４３ａ及び４３ｂが対向して取り付けられている。第８
図で、Ａの振動が固定台４１に加わると、質量部４４に
Ｆ３の力が働き、振動板４２が振動する。この振動によ
り振動板４２に取り付けられた歪ゲージ４３ａおよび４
３ｂに、それぞれ、Ｂ３−Ｐ及びＢ３−Ｎの歪が生じ、
電気信号に変換される。
検出する振動検出装置で固定部４１とこれに垂直に取り
付けられた振動板４２とこの先端に取付けられたｉｔｔ
部４４から構成され、振動板４２の両表面には歪ゲージ
４３ａ及び４３ｂが対向して取り付けられている。第８
図で、Ａの振動が固定台４１に加わると、質量部４４に
Ｆ３の力が働き、振動板４２が振動する。この振動によ
り振動板４２に取り付けられた歪ゲージ４３ａおよび４
３ｂに、それぞれ、Ｂ３−Ｐ及びＢ３−Ｎの歪が生じ、
電気信号に変換される。
最後に、第９図及び第１０図の例は、原理は第８図の装
置と同様であるが半導体１＆仮により一体構造としたも
ので、５９は固定台、５７は振動板、５日は質量部で、
振動板５７の表面でその根本部分に歪を検出するピエゾ
抵抗５２が作り込まれている。以下にこの製作方法につ
いて説明する０例えばｎ形シリコン基板５１にｐ形ピエ
ゾ抵抗５２を振動板５７の根本部分の表面に不純物拡散
形成技術で作り込み、その上に熱酸化形成技術で酸化膜
５３を形成し、アルミニウム蒸着膜５４により配線を行
う０次に表面保護用の窒化膜５５を形成する。外部との
配線のために、窒化膜５５の一部をエツチングにより除
去し、バッド５６を形成する０次に化学エツチング技術
により空洞部６０を形成して振動板５７及び質量部５８
を完成する。第１Ｏ図で、Ａの振動が固定台５９に加わ
ると、質量部５日にＦ４の力が働き、振動板５７が振動
する。この振動により振動板５７の根本部分の表面に作
り込まれたｐ形ピエゾ抵抗５２にＢ４の歪が生じ、電気
信号に変換される。
置と同様であるが半導体１＆仮により一体構造としたも
ので、５９は固定台、５７は振動板、５日は質量部で、
振動板５７の表面でその根本部分に歪を検出するピエゾ
抵抗５２が作り込まれている。以下にこの製作方法につ
いて説明する０例えばｎ形シリコン基板５１にｐ形ピエ
ゾ抵抗５２を振動板５７の根本部分の表面に不純物拡散
形成技術で作り込み、その上に熱酸化形成技術で酸化膜
５３を形成し、アルミニウム蒸着膜５４により配線を行
う０次に表面保護用の窒化膜５５を形成する。外部との
配線のために、窒化膜５５の一部をエツチングにより除
去し、バッド５６を形成する０次に化学エツチング技術
により空洞部６０を形成して振動板５７及び質量部５８
を完成する。第１Ｏ図で、Ａの振動が固定台５９に加わ
ると、質量部５日にＦ４の力が働き、振動板５７が振動
する。この振動により振動板５７の根本部分の表面に作
り込まれたｐ形ピエゾ抵抗５２にＢ４の歪が生じ、電気
信号に変換される。
しかしながら、前述の第７図及び第８図の各振動検出装
置では振動の信号を検出後、その信号を処理するための
周辺回路、例えば、信号の特性補正回路、信号増幅回路
、温度補償回路等を個別の要素として取り付けることが
必要でコスト高の要因となる。また、第９図及び第１０
図で示す振動検出装置では、半導体基板により、固定台
、振動板。
置では振動の信号を検出後、その信号を処理するための
周辺回路、例えば、信号の特性補正回路、信号増幅回路
、温度補償回路等を個別の要素として取り付けることが
必要でコスト高の要因となる。また、第９図及び第１０
図で示す振動検出装置では、半導体基板により、固定台
、振動板。
質量部およびピエゾ抵抗が−°体構成となっており、こ
の半導体基板からなる固定台の一部にｒｃ技術により前
述の周辺回路を作り込むことは容易である。しかしこの
振動検出装置では、振動板及び質量部を化学エツチング
技術により一体構造で製作しており、化学エツチング技
術により振動板の厚さ１幅及び質量部の寸法を精度良く
製作することは困難で、振動検出装置として精度が低い
問題がある。
の半導体基板からなる固定台の一部にｒｃ技術により前
述の周辺回路を作り込むことは容易である。しかしこの
振動検出装置では、振動板及び質量部を化学エツチング
技術により一体構造で製作しており、化学エツチング技
術により振動板の厚さ１幅及び質量部の寸法を精度良く
製作することは困難で、振動検出装置として精度が低い
問題がある。
本発明の！！！！題は前述の問題点を解決して振動検出
装置のピエゾ抵抗及びその周辺回路を半導体基板上に一
体として作り込むとともに、振動板及び’ｉｔ部の寸法
を精度良く製作可能な振動検出装置を提供することにあ
る。
装置のピエゾ抵抗及びその周辺回路を半導体基板上に一
体として作り込むとともに、振動板及び’ｉｔ部の寸法
を精度良く製作可能な振動検出装置を提供することにあ
る。
前述の課題を解決するために、本発明の振動検出装置に
おいては、 半導体基板の一方の面の中央部にその一端より他端に達
する溝が掘られ、これにより、この半導体基板の中央部
に薄肉部及びその両側に厚肉部が形成され、かつ、前記
半導体基板の他方の面の薄肉部と厚肉部との境にピエゾ
抵抗が形成されてなる歪検出部と、固定台と、この固定
台上に垂直で、かつ、平行に取り付けられた２個の振動
板とからなり、 前記歪検出部が前記２個の振動板間にその両側の厚肉部
を各々この振動板に固着するようにする。
おいては、 半導体基板の一方の面の中央部にその一端より他端に達
する溝が掘られ、これにより、この半導体基板の中央部
に薄肉部及びその両側に厚肉部が形成され、かつ、前記
半導体基板の他方の面の薄肉部と厚肉部との境にピエゾ
抵抗が形成されてなる歪検出部と、固定台と、この固定
台上に垂直で、かつ、平行に取り付けられた２個の振動
板とからなり、 前記歪検出部が前記２個の振動板間にその両側の厚肉部
を各々この振動板に固着するようにする。
本発明の振動検出装置では、その歪検出部は半導体基板
にエツチングによりその中央部に溝を掘り、薄肉部とそ
の両側に厚肉部を形成し、薄肉部と厚肉部の境に歪を検
出するピエゾ抵抗を作り込むようにしたものであるが、
エツチングで溝を掘り薄肉部を形成する技術は、例えば
、自動車をはじめ広〈産業分野にて使用されている圧力
センサのシリコン感圧ダイアフラムの量産形成技術によ
って確立されており、薄肉部寸法は高精度で製作可能で
、これにより歪検出器は感度のバラツキが小さく精度が
高いものが製作可能である。
にエツチングによりその中央部に溝を掘り、薄肉部とそ
の両側に厚肉部を形成し、薄肉部と厚肉部の境に歪を検
出するピエゾ抵抗を作り込むようにしたものであるが、
エツチングで溝を掘り薄肉部を形成する技術は、例えば
、自動車をはじめ広〈産業分野にて使用されている圧力
センサのシリコン感圧ダイアフラムの量産形成技術によ
って確立されており、薄肉部寸法は高精度で製作可能で
、これにより歪検出器は感度のバラツキが小さく精度が
高いものが製作可能である。
また、振動板は半導体基板からなる歪検出器と別の構成
部品としたため、その材質、形状の選定とその調整が容
易となり、振動検出装置として感度のバラツキが小さ（
精度の高いものが製作可能である。更にまた、歪検出器
を構成する半導体基板の厚肉部に、ＩＣ技術により信号
処理等のための周辺回路を作り込むことができ、個別の
回路要素を必要とせず一体の回路構成とできる。
部品としたため、その材質、形状の選定とその調整が容
易となり、振動検出装置として感度のバラツキが小さ（
精度の高いものが製作可能である。更にまた、歪検出器
を構成する半導体基板の厚肉部に、ＩＣ技術により信号
処理等のための周辺回路を作り込むことができ、個別の
回路要素を必要とせず一体の回路構成とできる。
第１図〜第６図により本発明の振動検出装置の一実施例
について説明する。第５図は本発明の振動検出装置の振
動検出に使用する歪検出部の平面図、第６図は第５図の
ｃ−ｃ’断面における断面図である。以下に製作工程順
に従って説明する。ｎ形シリコン基板１の表面で、後に
製作される薄肉部７と厚肉部８ａ及び８ｂの境に、不純
物拡散技術によりｐ形ピエゾ抵抗２を左右にそれぞれ２
個づつ形成する。この上に酸化膜３を形成し、アルミニ
ウム配＆Ｉ膜４によりこれらのピエゾ抵抗２を接続する
０次にシリコン窒化膜５によりこの表面を保護する。そ
の後、シリコン窒化膜５の一部を除去して、バンド部６
を露出させる。最後にｎ形シリコン基板１の裏面に、エ
ツチングにより１ｌ１９を掘り、薄肉部７と同時に厚内
部８ａ及び８ｂを形成して、歪検出部１１が完成する。
について説明する。第５図は本発明の振動検出装置の振
動検出に使用する歪検出部の平面図、第６図は第５図の
ｃ−ｃ’断面における断面図である。以下に製作工程順
に従って説明する。ｎ形シリコン基板１の表面で、後に
製作される薄肉部７と厚肉部８ａ及び８ｂの境に、不純
物拡散技術によりｐ形ピエゾ抵抗２を左右にそれぞれ２
個づつ形成する。この上に酸化膜３を形成し、アルミニ
ウム配＆Ｉ膜４によりこれらのピエゾ抵抗２を接続する
０次にシリコン窒化膜５によりこの表面を保護する。そ
の後、シリコン窒化膜５の一部を除去して、バンド部６
を露出させる。最後にｎ形シリコン基板１の裏面に、エ
ツチングにより１ｌ１９を掘り、薄肉部７と同時に厚内
部８ａ及び８ｂを形成して、歪検出部１１が完成する。
また必要に応じて、厚肉部の表面にＩＣ技術により信号
処理等のための周辺回路を作り込む。
処理等のための周辺回路を作り込む。
この歪検出部１１を第１図に示すように、厚肉部の側面
にそれぞれ振動板１２ａ及び１２ｂを接着剤１６等によ
り固着し、これを固定台１３に固着する。第２図に示す
ように、振動板１２ａあるいは１２ｂはプリント基板と
兼用することができ、同図は歪車★出部１１のバッド部
６とプリント基板１２ａの外部配線１４とをアルミワイ
ヤー１５により接続した状態を示している。また、図示
していないが、固定台１３に歪検出部に作り込むことが
できなかった周辺回路を実装することも可能である。
にそれぞれ振動板１２ａ及び１２ｂを接着剤１６等によ
り固着し、これを固定台１３に固着する。第２図に示す
ように、振動板１２ａあるいは１２ｂはプリント基板と
兼用することができ、同図は歪車★出部１１のバッド部
６とプリント基板１２ａの外部配線１４とをアルミワイ
ヤー１５により接続した状態を示している。また、図示
していないが、固定台１３に歪検出部に作り込むことが
できなかった周辺回路を実装することも可能である。
このようにして完成された振動検出装置に第１図でＡで
示す振動が加わると、歪検出部１１が質量として作用し
Ｐｌの力が働き２枚の振動板１２ａ及び１２ｂが振動す
る。第３図はその時の歪検出部の状態を示しており、ｐ
形のピエゾ抵抗２の一方の２８には８１−Ｐの歪が、他
方の２ｂには８１−Ｎの歪が生じ、その抵抗値が変化す
る。この抵抗値の変化を第４図に示すホイーストンブリ
ッジ回路により電気信号として取り出す。
示す振動が加わると、歪検出部１１が質量として作用し
Ｐｌの力が働き２枚の振動板１２ａ及び１２ｂが振動す
る。第３図はその時の歪検出部の状態を示しており、ｐ
形のピエゾ抵抗２の一方の２８には８１−Ｐの歪が、他
方の２ｂには８１−Ｎの歪が生じ、その抵抗値が変化す
る。この抵抗値の変化を第４図に示すホイーストンブリ
ッジ回路により電気信号として取り出す。
〔発明の効果〕
本発明によれば、すでに自動車をはじめ広〈産業分野に
て使用されている圧力センサのシリコン感圧ダイアフラ
ムの量産形成技術を活用して、この振動検出装置の主要
部の歪検出部が精度高く製作できること、半導体基板か
らなる歪検出部の厚肉部にＩＣ技術により信号処理等の
ための周辺回路を作り込むことができること、及び振動
板と半導体基板からなる歪検出部とを別の構成部品とし
たため、振動板の材質１形状の選定とその調整が容易と
なったこと等によって、感度のバラツキが小さく、精度
の高い振動検出装置が低コストで得られる。
て使用されている圧力センサのシリコン感圧ダイアフラ
ムの量産形成技術を活用して、この振動検出装置の主要
部の歪検出部が精度高く製作できること、半導体基板か
らなる歪検出部の厚肉部にＩＣ技術により信号処理等の
ための周辺回路を作り込むことができること、及び振動
板と半導体基板からなる歪検出部とを別の構成部品とし
たため、振動板の材質１形状の選定とその調整が容易と
なったこと等によって、感度のバラツキが小さく、精度
の高い振動検出装置が低コストで得られる。
第１図は本発明の振動検出装置の一実施例の斜視図、第
２図は歪検出部と振動板との接着部の詳細断面図、第３
図は歪検出部の動作説明図、第４図は歪検出部の信号検
出回路図、第５図は歪検出部の平面図、第６図は第５図
のｃ−ｃ’断面における断面図、第Ｓ図は従来の振動検
出装置の一例の断面図、第８図は従来の振動検出装置の
別の例の断面図、第９図は従来の振動検出装置の更に別
の例の断面図、第１０図は第９図のＤ−Ｄ’断面におけ
る断面図である。 １ ：半導体基板 ２ ：ピエゾ抵抗 ７ 二薄肉部 ８ａ ８ｂ ：厚肉部 ９ ：溝 １１：歪検出部 １２ａ、１２ｂ ：振動板 １３：固定台 第１図 第５図 第６図 第３図 第７図 第８図
２図は歪検出部と振動板との接着部の詳細断面図、第３
図は歪検出部の動作説明図、第４図は歪検出部の信号検
出回路図、第５図は歪検出部の平面図、第６図は第５図
のｃ−ｃ’断面における断面図、第Ｓ図は従来の振動検
出装置の一例の断面図、第８図は従来の振動検出装置の
別の例の断面図、第９図は従来の振動検出装置の更に別
の例の断面図、第１０図は第９図のＤ−Ｄ’断面におけ
る断面図である。 １ ：半導体基板 ２ ：ピエゾ抵抗 ７ 二薄肉部 ８ａ ８ｂ ：厚肉部 ９ ：溝 １１：歪検出部 １２ａ、１２ｂ ：振動板 １３：固定台 第１図 第５図 第６図 第３図 第７図 第８図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）半導体基板の一方の面の中央部にその一端より他端
に達する溝が掘られ、これにより、この半導体基板の中
央部に薄肉部及びその両側に厚肉部が形成され、かつ、
前記半導体基板の他方の面の薄肉部と厚肉部との境にピ
エゾ抵抗が形成されてなる歪検出部と、固定台と、この
固定台上に垂直で、かつ、平行に取り付けられた２個の
振動板とからなり、 前記歪検出部が前記２個の振動板間にその両側の厚肉部
を各々この振動板に固着してなる ことを特徴とする振動検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11681489A JPH02296116A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 振動検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11681489A JPH02296116A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 振動検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02296116A true JPH02296116A (ja) | 1990-12-06 |
Family
ID=14696304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11681489A Pending JPH02296116A (ja) | 1989-05-10 | 1989-05-10 | 振動検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02296116A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10354281B4 (de) * | 2003-11-20 | 2012-10-25 | Marco Systemanalyse Und Entwicklung Gmbh | Sensor |
-
1989
- 1989-05-10 JP JP11681489A patent/JPH02296116A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10354281B4 (de) * | 2003-11-20 | 2012-10-25 | Marco Systemanalyse Und Entwicklung Gmbh | Sensor |
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