JPH055750A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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JPH055750A
JPH055750A JP18304391A JP18304391A JPH055750A JP H055750 A JPH055750 A JP H055750A JP 18304391 A JP18304391 A JP 18304391A JP 18304391 A JP18304391 A JP 18304391A JP H055750 A JPH055750 A JP H055750A
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JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
thickness
diaphragm
semiconductor acceleration
elastic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP18304391A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Kunimura
智 國村
Shiro Nakayama
四郎 中山
Katsuhiko Takahashi
克彦 高橋
Hirokazu Hashimoto
広和 橋本
Hitoshi Nishimura
仁 西村
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Publication of JPH055750A publication Critical patent/JPH055750A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本願の半導体加速度センサ11は、半導体基
板2の中央部に形成された質量部3と、該質量部3の周
囲に形成された枠部4と、前記質量部3と前記枠部4と
の間に形成され前記半導体基板2を薄肉化してなる弾性
部12と、該弾性部12の上面側に形成された複数対の
ピエゾ抵抗6,… とを具備し、前記弾性部12は、梁
部13と、該梁部の両側部に該梁部より薄厚に形成され
たダイヤフラム部14,14とからなることを特徴とす
る。 【効果】 センサとしての指向性と耐衝撃性を向上させ
ることができ、ダイヤフラム部の厚みにバラツキがあっ
てもセンサ出力比を一定とすることができる。また、梁
部の厚みに対するダイヤフラム部の厚みの比を制御すれ
ばよいので、半導体加速度センサの製品歩留まりを向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車、航空機、家
電製品等に用いられる加速度検出用の半導体加速度セン
サに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、加速度検出用のセンサとしては、
圧電セラミックス、有機薄膜、シリコン単結晶板等様々
な材料を用いた多種多様の加速度センサが開発され製品
化されている。これらの加速度センサは、ヒステリシ
ス、クリープ、疲労等がなく、また、構造が簡単、電圧
感度が極めて大、簡単に増幅可能等、使い勝手の面にお
いても非常に優れていることから、現在様々な分野で広
く用いられている。
【0003】中でも、シリコン単結晶を用いた半導体加
速度センサは、シリコン自体の格子欠陥が極めて少ない
ために理想的な弾性体となること、半導体プロセス技術
をそのまま転用することができること等の特徴を有する
ことから、近年では特に注目されている加速度センサで
ある。
【0004】図5は、上記の半導体加速度センサの一例
を示す斜視図、図6は、図5のAーA線に沿う断面図で
ある。この半導体加速度センサ1は、シリコン基板(1
10)(半導体基板:以下、Si基板と略称する)2の
中央部に形成された質量部3と、質量部3の周囲に形成
された枠部4と、前記Si基板2を下方からエッチング
することにより質量部3と枠部4との間に形成された一
対の梁部(弾性部)5,5と、これらの梁部5の上面5
aに不純物拡散により形成された複数対のピエゾ抵抗
6,6,… とを具備したものである。
【0005】上記の梁部5,5は、質量部3の周囲に薄
厚なダイヤフラム部を設けた構成とすることもあり、ま
たSi基板2の中央部に略C字状の空隙部を形成し、質
量部3を片持ちの梁で支持した構成とすることもある。
【0006】この種の半導体加速度センサ1は、質量部
3が加速度に応じて変位する時の変位差を、梁部5,5
のピエゾ抵抗6,6,… の抵抗値の変化に変換するこ
とで加速度の変化を検出している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の半導
体加速度センサ1では、ピエゾ抵抗6,6,… の抵抗
値の変化に伴う出力は、梁部5,5やダイヤフラム部の
厚みに依存するという性質がある。従って、これらのピ
エゾ抵抗6,6,… の抵抗値の変化に伴う出力を一定
にするためには梁部5,5やダイヤフラム部の厚みを精
密に制御する必要があるが、この梁部5の厚みは5〜5
0μm程度でダイヤフラム部の厚みはこれより更に薄い
ために、梁部5,5やダイヤフラム部の厚みのバラツキ
を精密に制御することは非常に難しく、したがって、こ
れらのピエゾ抵抗6,6,… の抵抗値の変化に伴う出
力のバラツキを小さくすることができないという欠点が
あった。
【0008】この発明は、上記の事情に鑑みてなされた
ものであって、ピエゾ抵抗の出力が梁部やダイヤフラム
部の厚みのバラツキに依存しない半導体加速度センサを
提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は次の様な半導体加速度センサを採用し
た。すなわち、半導体基板の中央部に形成された質量部
と、該質量部の周囲に形成された枠部と、前記質量部と
前記枠部との間に形成され前記半導体基板を薄肉化して
なる弾性部と、該弾性部の上面側に形成された複数対の
ピエゾ抵抗とを具備してなる半導体加速度センサにおい
て、前記弾性部は、梁部と、該梁部の両側部に該梁部よ
り薄厚に形成されたダイヤフラム部とからなることを特
徴としている。
【0010】
【作用】この発明に係る半導体加速度センサでは、該半
導体加速度センサにある加速度が作用すると、質量部は
この加速度の方向にこの加速度の大きさに比例して変位
する。質量部の周囲に設けられた弾性部は、この質量部
の変位に対応して特定方向にたわみ、同時にこの弾性部
に設けられた複数対のピエゾ抵抗も歪む。したがって、
この歪によりピエゾ抵抗の抵抗値が変化し、4本のピエ
ゾ抵抗を用いてホイートストンブリッジを構成すれば前
記歪量の大きさに応じた電圧出力が得られる。この電圧
出力の値から前記質量部の変位量が求められ、この変位
量の大きさから前記質量部にかかる加速度の大きさを求
めることができる。
【0011】この発明の半導体加速度センサでは、前記
弾性部を、梁部と、該梁部の両側部に該梁部より薄厚に
形成されたダイヤフラム部とから構成することにより、
センサとしての指向性と耐衝撃性を向上させる。
【0012】
【実施例】以下、この発明の一実施例について説明す
る。図1は半導体加速度センサ11の斜視図、図2は、
図1のBーB線に沿う断面図である。なお、この半導体
加速度センサ11において上述した半導体加速度センサ
1と同一の構成要素については同一符号を付し説明を省
略する。
【0013】この半導体加速度センサ11は、n型のS
i基板(100)(半導体基板)2の中央部に形成され
た質量部3と、質量部3の周囲に形成された枠部4と、
前記Si基板2を下方からエッチングすることにより質
量部3と枠部4との間に形成された一対の弾性部12,
12と、これらの弾性部12,12の上面に不純物拡散
により形成された複数対のピエゾ抵抗6,6,… とを
具備したものである。
【0014】この半導体加速度センサ11においては、
センサとしての指向性と耐衝撃性を向上させるために質
量部3を一対の弾性部12,12により両側から支持し
ている。
【0015】弾性部12は、質量部3と枠部4との間に
形成された長尺の梁部13と、該梁部13の両側部から
外方に延出する該梁部13より薄厚のダイヤフラム部1
4,14とから構成されている。ダイヤフラム部14
は、該半導体加速度センサ11の指向性を向上させるた
めに設けられたもので、質量部3に対して横方向から加
わる加速度により引き起こされる変位を小さくしてい
る。
【0016】ここでは、梁部13の厚み(tB)に対す
るダイヤフラム部14の厚み(tD)の比(tD/tB)
が0.15以上0.4以下となる様にそれぞれの厚みが
制御されている。
【0017】前記弾性部12の作成は、まず、Si基板
2を下方からエッチングすることにより形成すべき梁部
13と同じ厚みで弾性部12の全幅と同じ幅の梁を形成
し、その後梁部13とすべき部分の両側部を上方からエ
ッチングして所定の厚みのダイヤフラム部14,14を
形成することによりなされる。
【0018】図3は、梁部13の厚み(tB)に対する
ダイヤフラム部14の厚み(tD)の比(tD/tB)
と、半導体加速度センサ11の出力比との関係を示すグ
ラフである。ここでは、Si基板2の厚みを300μ
m、質量部3の重さを約2mg、梁部13の厚みを20
μm、長さを400μmとし、図4に示す様に梁部13
の幅wBと弾性部12の幅wAとの比(wB/wA)は、1
/3(R1),1/5(R2),1/7(R3)の3種
類とした。なお、センサ出力比については、ダイヤフラ
ム部14のない場合の出力を1とした。
【0019】この図から明らかな様に、tD/tBが0.
15〜0.4の範囲ではセンサ出力比は殆ど変化しない
が、1.5未満では変化の度合が急峻であり、また1.
4を越えると漸次低下することとなりいずれも実用に適
さない。したがって、測定上有効なtD/tBの範囲は
0.15〜0.4であることがわかる。また、wB/wA
を変化させた場合には、センサ出力比の値そのものは変
化するが変化の傾向は3種類共同一であることがわか
る。したがって、センサ出力比とtD/tBとの関係はw
B/wAに関わりなく同一の傾向を示すことがわかる。
【0020】以上説明した様に、上記の半導体加速度セ
ンサ11によれば、Si基板2の中央部に形成された質
量部3と、質量部3の周囲に形成された枠部4と、前記
質量部3と枠部4との間に形成された一対の弾性部1
2,12と、これらの弾性部12,12に形成された複
数対のピエゾ抵抗6,6,… とを具備し、前記弾性部
12は、長尺の梁部13と、該梁部13より薄厚のダイ
ヤフラム部14,14とからなり、梁部13の厚み(t
B)に対するダイヤフラム部14の厚み(tD)の比(t
D/tB)を0.15以上0.4以下としたので、ダイヤ
フラム部14,14の厚みにバラツキがあってもセンサ
出力比を一定とすることができ、センサとしての指向性
と耐衝撃性を向上させることができる。
【0021】また、梁部13の厚み(tB)に対するダ
イヤフラム部14の厚み(tD)の比(tD/tB)を制
御すればよく、梁部13の厚み(tB)やダイヤフラム
部14の厚み(tD)を個々に高精度で制御する必要が
なくなるので、半導体加速度センサ11の歩留まりを向
上させることができる。
【0022】以上により、ピエゾ抵抗の出力が梁部やダ
イヤフラム部の厚みのバラツキに依存せず、製品歩留ま
りを向上させることができる半導体加速度センサを提供
することができる。
【0023】なお、上記の半導体加速度センサ11の弾
性部12は上記の一実施例に限定されることなく種々の
変形が可能である。例えば、弾性部12を、複数の梁部
13,… と、これらの梁部13,… の間に形成された
ダイヤフラム部14,… とからなる構成としてもよ
く、また、梁部13の形状も、例えば、台形状、角錐状
等種々の選択が可能である。
【0024】
【発明の効果】以上説明した様に、この発明の半導体加
速度センサによれば、半導体基板の中央部に形成された
質量部と、該質量部の周囲に形成された枠部と、前記質
量部と前記枠部との間に形成され前記半導体基板を薄肉
化してなる弾性部と、該弾性部の上面側に形成された複
数対のピエゾ抵抗とを具備してなる半導体加速度センサ
において、前記弾性部は、梁部と、該梁部の両側部に該
梁部より薄厚に形成されたダイヤフラム部とからなるこ
ととしたので、センサとしての指向性と耐衝撃性を向上
させることができる。
【0025】また、梁部の厚みに対するダイヤフラム部
の厚みの比を制御すればよく、梁部の厚みやダイヤフラ
ム部の厚みを個々に高精度で制御する必要がなくなるの
で、半導体加速度センサの製品歩留まりを向上させるこ
とができる。
【0026】以上により、ピエゾ抵抗の出力が梁部及び
ダイヤフラム部の厚みのバラツキに依存せず、製品歩留
まりを向上させることができる半導体加速度センサを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体加速度センサを示す斜視図であ
る。
【図2】図1のBーB線に沿う断面図である。
【図3】本発明の半導体加速度センサの梁部の厚みに対
するダイヤフラム部の厚みの比と、センサの出力比との
関係を示すグラフである。
【図4】本発明の半導体加速度センサの弾性部の断面図
である。
【図5】従来の半導体加速度センサを示す斜視図であ
る。
【図6】図5のAーA線に沿う断面図である。
【符号の説明】
11 半導体加速度センサ 2 Si基板(半導体基板) 3 質量部 4 枠部 6 ピエゾ抵抗 12 弾性部 13 梁部 14 ダイアフラム部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 広和 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 西村 仁 東京都江東区木場一丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体基板の中央部に形成された質量部
    と、該質量部の周囲に形成された枠部と、前記質量部と
    前記枠部との間に形成され前記半導体基板を薄肉化して
    なる弾性部と、該弾性部の上面側に形成された複数対の
    ピエゾ抵抗とを具備してなる半導体加速度センサにおい
    て、前記弾性部は、梁部と、該梁部の両側部に該梁部よ
    り薄厚に形成されたダイヤフラム部とからなることを特
    徴とする半導体加速度センサ。
JP18304391A 1991-06-27 1991-06-27 半導体加速度センサ Withdrawn JPH055750A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18304391A JPH055750A (ja) 1991-06-27 1991-06-27 半導体加速度センサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18304391A JPH055750A (ja) 1991-06-27 1991-06-27 半導体加速度センサ

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JPH055750A true JPH055750A (ja) 1993-01-14

Family

ID=16128746

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JP18304391A Withdrawn JPH055750A (ja) 1991-06-27 1991-06-27 半導体加速度センサ

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7450896B2 (en) 2004-09-15 2008-11-11 Canon Kabushiki Kaisha Sheet transport apparatus and image forming apparatus
US7474872B2 (en) 2004-09-16 2009-01-06 Canon Kabushiki Kaisha Sheet transport apparatus and image forming apparatus including the same
CN107796955A (zh) * 2017-09-30 2018-03-13 西安交通大学 多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片及其制备方法
CN107817364A (zh) * 2017-09-30 2018-03-20 西安交通大学 一种mems直拉直压式两轴加速度计芯片及其制备方法

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CN107796955A (zh) * 2017-09-30 2018-03-13 西安交通大学 多梁式单质量块面内双轴加速度传感器芯片及其制备方法
CN107817364A (zh) * 2017-09-30 2018-03-20 西安交通大学 一种mems直拉直压式两轴加速度计芯片及其制备方法

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Legal Events

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A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19980903