JPH0545376A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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Publication number
JPH0545376A
JPH0545376A JP3207963A JP20796391A JPH0545376A JP H0545376 A JPH0545376 A JP H0545376A JP 3207963 A JP3207963 A JP 3207963A JP 20796391 A JP20796391 A JP 20796391A JP H0545376 A JPH0545376 A JP H0545376A
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JP
Japan
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spacer
cantilever beam
weight
tip
acceleration sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP3207963A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayoshi Onishi
正義 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP3207963A priority Critical patent/JPH0545376A/ja
Publication of JPH0545376A publication Critical patent/JPH0545376A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、検出精度及び量産性を損なうこ
となく耐落下性を向上させた半導体加速度センサを得
る。 【構成】 カンチレバービーム11の揺動端となる先端部
11cを重り13から突出させると共に、カンチレバービー
ムの一端を固定する台座部21a及び重りを逃げる穴部21
bを有し且つ先端部11cの下面に対向する第1スペーサ
21と、第1スペーサに接合されて重り及び先端部を逃げ
る穴部22aを有する第2スペーサ22と、第2スペーサに
接合されて重りを逃げる穴部23aを有し且つ先端部の上
面に対向する第3スペーサ23とをケース部材に設け、第
2スペーサの厚さtを、カンチレバービームの通常変位
量以上且つカンチレバービームの許容変位量以下に設定
し、カンチレバービームの薄肉部の破壊を確実に防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体歪ゲージが形
成されたカンチレバービーム方式の半導体加速度センサ
に関し、特に検出精度及び量産性を損なうことなく耐落
下性を向上させた半導体加速度センサに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、小形で且つ高感度の半導体加速度
センサは種々の分野で利用されつつあり、例えば、乗用
車等に搭載した場合、乗員が体感する前に姿勢変位を検
知して変位を相殺する方向にフィードバック制御を行
い、乗心地を向上させるのに用いられている。
【0003】通常、この種の半導体加速度センサは、使
用中に印加される衝撃は小さく(例えば自動車の急加減
速や衝突等においても1G〜数G程度)、何ら問題は発
生しないが、生産工程中又は配送中に落下事故等が発生
するとその衝撃により薄肉部が破損し易いため、耐落下
性を保証することが重要な問題となっている。
【0004】図4及び図5は、例えば特開昭59-158566号
公報及び特開昭63-88408号公報等に参照される一般的な
半導体加速度センサを示す側断面図及び平面図であり、
図において、1は11〜19から構成される半導体加速度セ
ンサである。11は半導体歪ゲージ11bが形成された薄肉
部11aを有するカンチレバービームであり、例えばシリ
コンウェハをエッチングすることにより形成されてい
る。12はカンチレバービーム11の一端を位置決め固定す
るための台座、13はカンチレバービーム11の揺動端に設
けられた重りである。
【0005】半導体歪ゲージ11bは、特開昭59-158566号
公報に参照されるように、薄肉部11a上に蒸着された複数
の薄膜抵抗器を含み、伸縮方向に配置された抵抗器の抵
抗値変化を検出可能なブリッジ回路を構成し、矢印A方
向の加速度を検出信号として出力するようになってい
る。
【0006】14は台座12を介してカンチレバービーム11
を載置固定する金属ベース、15は金属ベース14を貫通し
且つ絶縁ガラス16により絶縁支持されたリード端子、17
は半導体歪ゲージ11bとリード端子15とを電気的に接続
するボンディング用ワイヤ、18は金属ベース14に気密結
合された金属キャップ、19は金属ベース14上及び金属キ
ャップ18内に封入されたダンパ液である。
【0007】金属ベース14及び金属キャップ18は、カン
チレバービーム11及び重り13等を封入するケース部材を
構成している。尚、ケース部材14及び18内に封入された
ダンパ液19は、粘度が大きいほど半導体加速度センサ1
の耐衝撃性を向上させるが、加速度に対する応答性を劣
化させるため、半導体加速度センサ1の使用環境温度や
要求精度等に応じて適切な粘度に設定されている。
【0008】いま、感度正軸方向Aに1Gの加速度が印
加されたとすると、カンチレバービーム11の先端部は例
えば1μ程度変位する。これにより、薄肉部11a上に配
置された半導体歪ゲージ11bのうち、伸縮方向に配置され
た抵抗器の抵抗値が変化し、半導体歪ゲージ11bのブリ
ッジ回路から数mVの検出信号が得られる。この検出信
号は、リード端子15から増幅回路(図示せず)に送られて
数Vの信号に増幅された後、外部の回路装置に送出され
て所望の制御等に用いられる。
【0009】上記のように構成された従来の半導体加速
度センサにおいては、生産工程中又は配送中の落下事故
等の異常衝撃による薄肉部11aの破損を防止するため、
金属キャップ18内にダンパ液19を封入している。
【0010】しかし、カンチレバービーム11の通常使用
時の先端変位量は上述のように1μ程度であり、又、破
壊限界となる許容変位量は400μ程度であるため、半導体
加速度センサ1の感度正軸(矢印A)方向に対する耐加速
度強度は400G程度である。これに対し、カンチレバー
ビーム11は、重り13とケース部材14及び18との間の空隙
(1.5mm程度)だけ変形し得るうえ、高さ30cm程度からの落
下衝撃は約1000Gにも達するので、特に矢印A方向に落
下した場合には、わずかの高さであっても衝撃荷重を完
全に吸収することはできない。
【0011】又、衝撃荷重印加中にカンチレバービーム
11の先端部又は重り13がケース部材14及び18の内壁にぶ
つかる場合のカンチレバービーム11の許容変位量は数10
μであるため、カンチレバービーム11の変位量が許容変
位量を越えないようにケース部材14及び18を構成しよう
とすると、カンチレバービーム11及び重り13とケース部
材との間の空隙を例えば数10μ以下に設定しなければな
らない。更に、加速度測定中の通常変位量(数μ)の空隙
は必要であり、このようにケース部材を加工することは
現実的でないうえ量産に適していない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体加速度セ
ンサは以上のように、ダンパ液19を封入して衝撃を吸収
しているものの、加速度に対する応答性が劣化するため
ダンパ液19の粘度をあまり大きくすることができず、特
に感度正軸となる矢印A方向に落下衝撃を受けた場合
に、耐落下性が弱いためにカンチレバービーム11が損傷
を受けるという問題点があった。
【0013】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、加速度に対する応答性即ち検出
精度及び量産性を損なうことなく、耐落下性を向上させ
た半導体加速度センサを得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体加
速度センサは、カンチレバービームの揺動端となる先端
部を重りから突出させると共に、カンチレバービームの
一端を固定するための台座部及び重りを逃げるための穴
部を有し且つカンチレバービームの先端部の下面に対向
する第1スペーサと、第1スペーサに接合されて重り及
びカンチレバービームの先端部を逃げるための穴部を有
する第2スペーサと、第2スペーサに接合されて重りを
逃げるための穴部を有し且つカンチレバービームの先端
部の上面に対向する第3スペーサとをケース部材に設
け、第2スペーサの厚さを、カンチレバービームの通常
変位量以上且つカンチレバービームの許容変位量以下に
設定したものである。
【0015】
【作用】この発明においては、落下事故の際に、カンチ
レバービームの先端部が許容変位量以内で第1スペーサ
又は第3スペーサに衝合し、カンチレバービームの薄肉
部の破壊を確実に防止する。
【0016】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1及び図2はこの発明の一実施例を示す側断面
図及び平面図であり、13及び15〜17は前述と同様のもの
である。又、1、11、14及び18は、それぞれ、前述の半
導体加速度センサ、カンチレバービーム、金属ベース及
び金属キャップに対応している。
【0017】11cはカンチレバービーム11の揺動端とな
る先端部であり、重り13から突出されている。先端部11
cは、エッチング等により下面の一部が例えば20μだけ
削除され、厚さ200μ程度の薄肉部を構成している。
【0018】21は金属ベース14上に接合された第1スペ
ーサであり、カンチレバービーム11の一端を固定するた
めの台座部21aと、カンチレバービーム11の固定側の揺
動部及び重り13を逃げるための穴部21bとを有し、カン
チレバービームの先端部11cの下面に対向するように配
置されている。
【0019】22は第1スペーサ21上に接合された第2ス
ペーサであり、重り13及びカンチレバービームの先端部
11cを逃げるための穴部22aを有し、カンチレバービーム
11の通常変位量以上且つカンチレバービームの許容変位
量以下の厚さを有している。第2スペーサ22の厚さt
は、カンチレバービームの先端部11cの厚さを200μ、先
端部11cの上下許容振幅を各20μとすれば、例えば240
μに設定されている。
【0020】23は第2スペーサ22上に接合された第3ス
ペーサであり、重り13を逃げるための穴部23aを有し、
カンチレバービームの先端部11cの上面に対向するよう
に配置されている。
【0021】先端部11cは、通常の加速度測定範囲内の
変位量では第1スペーサ21又は第3スペーサ23に接触せ
ず、落下等の過大加速度が印加されたときのみ、第1ス
ペーサ21又は第3スペーサ23に接触するようになってい
る。又、第1スペーサ21〜第3スペーサ23は、金属ベー
ス14及び金属キャップ18と共にケース部材を構成してお
り、樹脂やシリコンウェハ等の絶縁部材又は任意の金属
部材等から形成され得る。
【0022】図3は図1及び図2内の第1スペーサ21〜
第3スペーサ23の形状を示す分解斜視図である。第1ス
ペーサ21の台座部21aには、リード端子15を通過させる
ための複数の貫通孔が設けられている。フレーム状の第
2スペーサ22は、例えばシリコンウェハで形成した場
合、エッチング等で高精度に加工される。
【0023】図3のような第1スペーサ21〜第3スペー
サ23を重ね接合する場合、まず、リード端子15が絶縁支
持された金属ベース14上に第1スペーサ21を接合し、台
座部21aの貫通孔にリード端子15を挿入して絶縁する。
次に、台座部21a上にカンチレバービーム11の一端を固
定し、半導体歪ゲージ11b及びリード端子15をボンディ
ング用ワイヤ17により接続すると共に、第1スペーサ21
上に第2スペーサ22を接合した後、第2スペーサ22上に
第3スペーサ23を接合し、更に、第3スペーサ23上に金
属キャップ18を接合する。
【0024】このとき、重り13は、カンチレバービーム
11の許容変位量の範囲内で、各穴部21b、22a及び23a
内を自由に揺動し、第1スペーサ21及び第3スペーサ23
は、先端部11cの上下方向の各ストッパとして作用す
る。このような第1スペーサ21〜第3スペーサ23による
一体構造は、第2スペーサ22の厚さtのみを管理すれば
カンチレバービーム11の耐衝撃性を確保することができ
るので、量産性に非常に適している。
【0025】即ち、図1及び図2のように構成されたこ
の発明の一実施例においては、落下事故等が発生して矢
印A方向に大きな衝撃が印加されても、カンチレバービ
ームの先端部11cが、許容変位量(例えば20μ)以下の範
囲内で、第1スペーサ21又は第3スペーサ23と衝合して
変位量を規制するので、薄肉部11aの破壊を防止するこ
とができる。
【0026】又、薄肉部11aに対する衝撃荷重の印加を
構造的に防止しているので、ケース部材内にダンパ液を
封入する必要がなく、従って、加速度に対するカンチレ
バービーム11の応答性が向上し、加速度測定精度が更に
向上する。
【0027】尚、上記実施例では、カンチレバービーム
の先端部11cの下面を部分エッチングして薄肉部とし、
先端部11cと第1スペーサ21との間に空隙を設けたが、
エッチングせずに、台座部21a上に別のスペーサを追加
してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、カンチ
レバービームの揺動端となる先端部を重りから突出させ
ると共に、カンチレバービームの一端を固定するための
台座部及び重りを逃げるための穴部を有し且つカンチレ
バービームの先端部の下面に対向する第1スペーサと、
第1スペーサに接合されて重り及びカンチレバービーム
の先端部を逃げるための穴部を有する第2スペーサと、
第2スペーサに接合されて重りを逃げるための穴部を有
し且つカンチレバービームの先端部の上面に対向する第
3スペーサとをケース部材に設け、第2スペーサの厚さ
を、カンチレバービームの通常変位量以上且つカンチレ
バービームの許容変位量以下に設定し、落下事故の際
に、カンチレバービームの先端部が許容変位量以内で第
1スペーサ又は第3スペーサに衝合し、カンチレバービ
ームの薄肉部の破壊を確実に防止するようにしたので、
検出精度及び量産性を損なうことなく耐落下性を向上さ
せた半導体加速度センサが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す側断面図である。
【図2】この発明の一実施例を示す平面図である。
【図3】図1内の各スペーサの具体的構造を示す分解斜
視図である。
【図4】一般的な半導体加速度センサを示す側断面図で
ある。
【図5】一般的な半導体加速度センサを示す平面図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体加速度センサ 11 カンチレバービーム 11a 薄肉部 11b 半導体歪ゲージ 11c 先端部 13 重り 21 第1スペーサ 21a 台座部 21b、22a、23a穴部 22 第2スペーサ 23 第3スペーサ t 第2スペーサの厚さ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体歪ゲージが形成された薄肉部を有
    するカンチレバービームと、前記カンチレバービームの
    揺動端に設けられた重りと、前記カンチレバービーム及
    び前記重りを封入するケース部材とを備えた半導体加速
    度センサにおいて、前記カンチレバービームの揺動端と
    なる先端部を前記重りから突出させると共に、前記カン
    チレバービームの一端を固定するための台座部及び前記
    重りを逃げるための穴部を有し且つ前記カンチレバービ
    ームの先端部の下面に対向する第1スペーサと、前記第
    1スペーサに接合されて前記重り及び前記カンチレバー
    ビームの先端部を逃げるための穴部を有する第2スペー
    サと、前記第2スペーサに接合されて前記重りを逃げる
    ための穴部を有し且つ前記カンチレバービームの先端部
    の上面に対向する第3スペーサと、を前記ケース部材に
    設け、前記第2スペーサの厚さを、前記カンチレバービ
    ームの通常変位量以上且つ前記カンチレバービームの許
    容変位量以下に設定したことを特徴とする半導体加速度
    センサ。
JP3207963A 1991-08-20 1991-08-20 半導体加速度センサ Pending JPH0545376A (ja)

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