JPH0571148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体のピエゾ抵抗効果を利用した加
速度センサに関する。

（従来技術） 加速度センサはたとえば車両の加速度を検出し
て発進時や減速時のサスペンシヨン機構のバネ定
数を調整して車両走行の安定を保つ制御などに用
いられるものであるが、その加速度センサの一種
として従来より半導体のピエゾ抵抗効果を利用し
たものが知られている（IEEE Electron
Devices，vol ED−26，No.12，第1911頁，Dec，
1979）。

第２図は従来の加速度センサを示しており、イ
は加速度センサのシリコン基体の平面図、ロは加
速度センサ全体の断面図である。

図において１はシリコン（Si）単結晶基体、２
はシリコン基体１をエツチングして形成した片持
ばり、３はシリコン基体１の一部を利用したおも
り、４は空隙、５ａは片持ばり２上に形成された
ピエゾ抵抗、５ｂはシリコン基体１上に形成され
たピエゾ抵抗、６はピエゾ抵抗５ａ，５ｂに連結
する高濃度拡散領域、７は過大な加速度が加わつ
たときに片持ばり２が破壊されるのを防ぐための
上部ストツパ、８は同じく下部ストツパ、９は外
部と接続するためのボンデイングパツド、１０は
取り出し線、１１はダンピングコントロール用の
液体あるいは気体が封入されているストツパ空
洞、１２はセラミツクから成る基板である。

この加速度センサに第２図ロに矢印で示す方向
の加速度が加わると片持ばり２にたわみが生じピ
エゾ抵抗５ａの抵抗値が応力に比例して変化する
のでこの変化量を電圧あるいは電流として取り出
せば加速度を測定することができる。

すなわち片持ばり２上に形成されたピエゾ抵抗
５ａとシリコン基体１上に形成されたピエゾ抵抗
５ｂは第３図イおよびロに示すようにハーフブリ
ツジ回路を構成しているが、いま加速度が片持ば
り２に対して垂直な方向に加わつたとすると片持
ばり２がたわみ、その応力変化がピエゾ抵抗５ａ
の抵抗変化をひきおこす。その結果出力電圧
Voutが変化するので、この電圧値によつて加速
度を測定することができる。

このような従来の加速度センサにあつてはシリ
コン基体１の底面はストツパ空洞１１部分以外は
全面で下部ストツパ８に接着され、また下部スト
ツパ８は基板１２と全面で接着されている。とこ
ろが下部ストツパ８や基板１２、特に基板１２は
シリコン基体１とは材質ひいては熱膨張係数が異
なつている（シリコン：熱膨張係数3.0×10^-6／
℃、セラミツク（Al₂O₃）：熱膨張係数6.5×
10^-6／℃。そのため温度変化が生じたときシリコ
ン基体１に、シリコン基体１と下部ストツパ８も
しくは基板１２の間の熱膨張係数差を原因とした
熱応力が発生する。そしてピエゾ抵抗５ａ，５ｂ
はこの発生した熱応力により抵抗変化を受け、そ
の結果出力電圧Voutの温度ドリフトが発生する。

以上述べたように、従来の加速度センサにあつ
ては、シリコン基体１と異なつた熱膨張係数を有
する下部ストツパ８をシリコン基体１と全面で接
着し同時にシリコン基体１と熱膨張係数の大きく
異なる基板１２を下部ストツパ８に接着する構成
となつていたため、シリコン基体１に熱応力が発
生し易く熱応力に起因するピエゾ抵抗変化が生
じ、その結果出力電圧Voutの温度ドリフトが大
きくなるという問題があつた。

（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもの
で、加速度センサに用いられるピエゾ抵抗の抵抗
値の温度ドリフトを減少させることを目的とし、
そのため、片持ばりのたわみを制限するストツパ
を、半導体基体と同一もしくはほぼ同一の熱膨張
係数を有する材質とし、かつ前記片持ばりが前記
半導体基体に固定された側と対向する側で基板と
接着して加速度センサを構成した。

（実施例） 以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図イは本発明による加速度センサの一実施
例の斜視図、ロはＡ−Ａ断面図であり、図中第２
図と同じ構成部分には同じ参照番号を付してあ
る。

図において、１３は上部ストツパ、１４は下部
ストツパであり、両ストツパはシリコンと同一ま
たはほぼ同一の熱膨張係数をもつ材質（例えばパ
イレツクスガラス（コーニング社コード番号
7740：熱膨張係数3.25×10^-6／℃））から成る。
１５は上部ストツパ１３とシリコン基体１との接
着部、１６は下部ストツパ１４とシリコン基体１
との接着部、１７は下部ストツパ１４と基板１２
との接着部である。

下部ストツパ１４の上面周辺部は接着部１６に
おいてシリコン基体１と接着されているが、下部
ストツパ１４の熱膨張係数はシリコン基体１と同
一またはほぼ同一のためシリコン基体１と下部ス
トツパ１４間の熱膨張係数差が原因となる熱応力
に発生は極めて小さく、ピエゾ抵抗５ａ，５ｂは
抵抗変化を受けない。そのため出力電圧Voutの
温度ドリフトはほとんど発生しない。

更に下部ストツパ１４の下面は接着部１７にお
いて基体１２と接着されており、その接着部１７
は、片持ばり２が半導体基体１に固定された側と
は反対側で行なわれている。しかも、ピエゾ抵抗
５ａ，５ｂの形成されている箇所は接着部１７の
直上ではなく、かつピエゾ抵抗５ａ，５ｂと接着
部１７とは離れているため、基体１２と下部スト
ツパ１４の接着部１７近傍で発生した熱応力はほ
とんどピエゾ抵抗５ａ，５ｂには伝わらない。

したがつて、ピエゾ抵抗５ａ，５ｂの抵抗変化
ひいては出力電圧Voutの温度ドリフトも発生し
ない。

上記実施例においてはピエゾ抵抗が２本のハー
フブリツジの場合について述べたが、ピエゾ抵抗
は任意に構成することができ、たとえば第４図に
示すようにピエゾ抵抗を４本用いてブルブリツジ
を構成してもよい。この場合片持ばり２上に形成
された２本のピエゾ抵抗５ａ，５a′は加速度を加
えると変化するが、シリコン基体１上に形成され
た２本のピエゾ抵抗５ｂ，５b′は加速度が加わつ
ても変化しない。このときVout1とVout2の差電
圧によつて加速度を検出することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、片持
ばりたわみを制限するストツパとして半導体基体
と同一または近似の熱膨張係数を有する部材を用
い、ストツパと基体とを接着する接着部を、片持
ばりが半導体基体に取り付けられている側と対向
する側に設定することとしたので、ピエゾ抵抗の
抵抗値の温度ドリフトを小さくすることができ、
それによつて広い温度範囲にわたり精度の高い加
速度測定が可能となる。また本発明による加速度
センサを使用すれば温度補償回路をコストアツプ
せずに簡単に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図イは本発明による加速度センサの一実施
例の斜視図、ロはイのＡ−Ａ断面図、第２図イは
従来の加速度センサに用いられるシリコン基体の
平面図、ロはイのシリコン基体を含む従来の加速
度センサ全体の断面図、第３図イは片持ばり上の
ピエゾ抵抗部分の拡大図、ロはその等価回路、第
４図イは異なる構成のピエゾ抵抗部分の拡大図、
ロはその等価回路である。 １……シリコン基体、２……片持ばり、３……
おもり、４……空隙、５ａ，５ｂ……ピエゾ抵
抗、７……上部ストツパ、８……下部ストツパ、
１２……基板、１３……上部ストツパ、１４……
下部ストツパ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に所定の大きさの空洞領域を有する半導
   体基体と、一端が前記半導体基体に固定され、前
   記空洞領域内に配置された片持ばりと、該片持ば
   りに設けられたピエゾ抵抗と、加えられた加速度
   に基づく前記片持ばりの変位を前記ピエゾ抵抗の
   抵抗値の変化に基づき検出する加速度検出手段
   と、前記半導体基体に固定され、前記片持ばりの
   変位を制限するストツパと、該ストツパを固定す
   る基板とから成る加速度センサにおいて、 前記ストツパは、前記半導体基体と同一または
   ほぼ同一の熱膨張係数を有し、かつ前記片持ばり
   が前記半導体基体に固定された側と対向する側で
   前記基板と接着したことを特徴とする加速度セン
   サ。