JPH04279867A - 三次元加速度センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸ，Ｙ軸およびＺ軸方向
の加速度を独立して検出するのに好適な三次元加速度セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元加速度センサとして、例えば特開
昭６２ー１１８２６０号公報に開示されたものがある。 この三次元加速度センサはシリコンワンチップ上に独立
した３つの加速度センサチップを各次元方向に感度を持
たせて配置されている。各加速度センサチップは中央厚
肉部と周辺厚肉部が１つの薄肉部によって連結された片
持構造になっており、この薄肉部の応力発生部位に設け
られた歪ゲージによって加速度を検出するように構成さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】同一平面上にＸ，Ｙお
よびＺ軸方向の加速度センサを配置する場合、各軸方向
の加速度センサを同じ片持構造にすることは検出したく
ない方向の加速度にも感度を持つことになり、この加速
度により発生する歪み応力が検出したい方向の加速度成
分に影響を与えることも考えられる。また片持構造では
加速度センサチップ面に平行なＸ，Ｙ方向の加速度に対
して耐衝撃強度で不利になる。本発明の目的は、検出方
向でない加速度に対して耐衝撃強度を持たせた複数の一
次元加速度センサをワンチップ上に配置することにより
三次元の加速度を独立して検出できるようにした三次元
加速度センサを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は周辺厚肉部と中央厚肉部との間に貫通部
を設け、該厚肉部間が薄肉部により連結されていると共
に、前記中央厚肉部の振動により歪み応力が発生する前
記薄肉部に拡散歪ゲージを配置した半導体加速度センサ
であって、前記中央厚肉部が対向する薄肉部により両持
構造で支持され、前記両薄肉部に加わるチップに平行な
横方向の振動のみに感度を有するＸおよびＹ方向加速度
センサと、前記中央厚肉部が薄肉部により片持構造で支
持され、チップの垂直方向の振動のみに感度を有するＺ
方向加速度センサとを同一チップ上に配置すると共に、
各センサの拡散歪ゲージにより一方向加速度を独立して
検出するブリッジ回路が構成されている。

【０００５】

【作用】一次元方向の振動に対してのみ感度を持たせた
加速度センサが三次元の各方向に対して配置されている
ため、各センサはそれぞれの方向の加速度成分を検出し
、これらのセンサ出力を解析することにより三次元方向
の加速度の大きさが計測できる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 図１ａは三次元加速度センサのセンサチップの配置が示
されている。三次元加速度センサ１は、同一基板上にＸ
方向加速度センサ２、Ｙ方向加速度センサ３およびＺ方
向加速度センサ４が配置され、各方向の加速度を独立し
て検出できるように構成されている。なお、Ｘ，Ｙ方向
加速度センサ２，３は同一構造のものを用い、その感知
方向を９０度ずらせて配置されるため、ここではＸ方向
加速度センサ２についてのみ説明する。

【０００７】Ｘ方向加速度センサ２は、半導体製造技術
により作製される加速度センサチップを備えている。こ
のセンサチップは、図１ｂに示すように、シリコンウエ
ハ上に振動による応力歪みを検知する拡散歪ゲージ（以
下「歪ゲージ」という）、歪ゲージを増幅回路等の処理
回路に接続するための配線、ボンディング用パッド等の
電極パターン（図示せず）を形成した後、ウエハの両面
から異方性エッチングにより断面コ字状の貫通部５が形
成される。この貫通部５により四方が周辺厚肉部６に囲
われた中央厚肉部７が設けられており、この中央厚肉部
７は両貫通部の終端部分が形成する薄肉部８によって周
辺厚肉部６に連結されている。すなわち、薄肉部８は図
示の寸法においてａ＜＜ｂになっており、貫通部（Ｘま
たはＹ）方向に対して変形し易く、またチップの厚み（
Ｚ）方向に対して変形しにくい構造になっている。

【０００８】図示のＸ（またはＹ）方向の振動が加わっ
たとき、中央厚肉部７は薄肉部８による両持構造で支持
されているため、両薄肉部８と周辺厚肉部６の連結部分
に歪み応力が発生する。この歪み応力を検知するため、
各薄肉部８には振動感知方向に並べた対の歪ゲージＲが
配置されている。これらの歪ゲージＲは電気的に接続さ
れ、ブリッジ回路が構成される。例えば、図２ａの如く
、一方の薄肉部８に歪ゲージＲ１，Ｒ２を、また他方の
薄肉部８に歪ゲージＲ３，Ｒ４とする歪ゲージ配置の場
合、図２ｃに示されるように、歪ゲージＲ１とＲ３およ
びＲ２とＲ４を対辺配置とするブリッジ回路が構成され
る。 ここで、歪ゲージの抵抗変化は引張応力に対して増加（
記号「↑」）し、一方圧縮応力に対して減少（記号「↓
」）する。例えば、図２ａに示す矢印方向に加速度Ｇが
印加されたとき、歪ゲージＲ２，Ｒ４は引張応力により
抵抗が増加し、また歪ゲージＲ１，Ｒ３は圧縮応力によ
り抵抗が減少する。このときの抵抗変化を図２ｃに示す
。

【０００９】Ｚ方向加速度センサ４は上記同様の半導体
製造技術により作製され、貫通部１０により四方が周辺
厚肉部１１に囲われた中央厚肉部１２が設けられており
、この中央厚肉部１２は一つの薄肉部１３によって周辺
厚肉部１１に連結された片持構造になっている。すなわ
ち、薄肉部１３は図示の寸法においてｃ＞＞ｄになって
おり、チップの垂直（Ｚ）方向に対して変形し易く、一
方貫通部（ＸおよびＹ）方向に対して変形しにくい構造
になっている。したがって、中央厚肉部７は図示のＺ方
向の振動が加わったとき、薄肉部１３と周辺厚肉部１１
の連結部分に歪み応力が発生する。この歪み応力を検知
するため、薄肉部１３には振動の感知方向および非感知
方向に並べた対の歪ゲージＲ（Ｒ１〜Ｒ４）が図２ｂに
示す如く配置されている。この歪ゲージＲは、図２ｃに
示すブリッジ回路が構成される。

【００１０】上記実施例の三次元加速度センサの作用を
説明する。図１に示すように、各方向の振動に対しての
み感度を持たせるようにセンサチップが配置されている
ため、各センサチップは当該方向の加速度成分の大きさ
を検出することになる。したがって、３方向のセンサ出
力を解析することにより、加速度の方向や大きさを計測
することができる。

【００１１】ところで、センサ感度は中央厚肉部の質量
に応じて変化するため、更に中央厚肉部に重りを付加し
てセンサ感度を上げるように構成することもできる。例
えば、図１の２点鎖線で示すように中央厚肉部の上面ま
たは下面に球形の重り１４を固着する。この重り１４は
銅等のハンダ付けできる金属ボール、表面処理を施され
たボール若しくはガラスボールが用いられる。このよう
に構成した場合、中央厚肉部の質量が重りを加えたこと
で大きくなるため、センサチップがＸまたは／およびＹ
方向の加速度を受けたとき、重心回りのねじりモーメン
トが発生し、Ｘ，Ｙ軸方向の加速度を合成値として検出
することができる。

【００１２】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、一方向
の振動に対してのみ感度を持たせたセンサをワンチップ
上に多次元方向に感度を持たせて複数配置したので、セ
ンサ全体が小型化され、かつ低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元加速度センサを説明する図で、
（ａ）はセンサ配置図、（ｂ）はＸ，Ｙ方向加速度セン
サの斜視図、（ｃ）はＺ方向加速度センサの斜視図であ
る。

【図２】図１に示す各方向の加速度検出を説明する図で
、（ａ）はＸ，Ｙ方向加速度センサの歪ゲージ配置図、
（ｂ）はＺ方向加速度センサの歪ゲージ配置図、（ｃ）
は各方向の歪ゲージにより構成されるブリッジ回路図で
ある。

【符号の説明】

１　　センサチップ ２　　Ｘ方向加速度センサ ３　　Ｙ方向加速度センサ ４　　Ｚ方向加速度センサ ５，１０　　貫通部 ６，１１　　周辺厚肉部 ７，１２　　中央厚肉部 ８，１３　　薄肉部 Ｒ　　歪ゲージ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　周辺厚肉部と中央厚肉部との間に貫通
   部を設け、該厚肉部間が薄肉部により連結されていると
   共に、前記中央厚肉部の振動により歪み応力が発生する
   前記薄肉部に拡散歪ゲージを配置した半導体加速度セン
   サであって、前記中央厚肉部が対向する薄肉部により両
   持構造で支持され、前記両薄肉部に加わるチップに平行
   な横方向の振動のみに感度を有するＸおよびＹ方向加速
   度センサと、前記中央厚肉部が薄肉部により片持構造で
   支持され、チップの垂直方向の振動のみに感度を有する
   Ｚ方向加速度センサとを同一チップ上に配置すると共に
   、各センサの拡散歪ゲージにより一方向加速度を独立し
   て検出するブリッジ回路が構成されている三次元加速度
   センサ。