JPH059746B2 - - Google Patents
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- JPH059746B2 JPH059746B2 JP21771887A JP21771887A JPH059746B2 JP H059746 B2 JPH059746 B2 JP H059746B2 JP 21771887 A JP21771887 A JP 21771887A JP 21771887 A JP21771887 A JP 21771887A JP H059746 B2 JPH059746 B2 JP H059746B2
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Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、弾性変化時に発生する半導体歪ゲー
ジの抵抗値変化を電気信号として出力する半導体
式加速度センサに関する。
ジの抵抗値変化を電気信号として出力する半導体
式加速度センサに関する。
従来、振動や加速度等を検知するのに一般的に
用いられている構造としては、半導体基板に半導
体歪ゲージの形成される薄肉状のダイヤフラム部
を形成し、厚肉状の半導体基板の一部分を支持部
として台座に固定し、厚肉状の半導体基板の他部
分を自由端として被測定力に応じて変位させる構
成とし、半導体歪ゲージの抵抗値変化により被測
定力を検知する、いわゆるカンチレバー型の半導
体式加速度センサが知られている。
用いられている構造としては、半導体基板に半導
体歪ゲージの形成される薄肉状のダイヤフラム部
を形成し、厚肉状の半導体基板の一部分を支持部
として台座に固定し、厚肉状の半導体基板の他部
分を自由端として被測定力に応じて変位させる構
成とし、半導体歪ゲージの抵抗値変化により被測
定力を検知する、いわゆるカンチレバー型の半導
体式加速度センサが知られている。
このようなカンチレバー型の半導体式加速度セ
ンサにおいては、そのカンチレバーの形状で特性
がほぼ決定されており、カンチレバー自身の共振
周波数域（通常、350〜1500Hz程度）ではその他
の周波数域における出力の数十倍の出力が出てし
まう。そこで、例えば自動車の加速度等を検出し
ようとする場合には、低周波数域（通常、10Hz程
度以下）しか必要としないので、共振周波数域を
含む比較的高い周波数域をカツトする為に、シリ
コンオイル等のダンピング液中にカンチレバー配
置する事で粘性抵抗力による減衰作用を利用して
ダンピング液を機械的なハイカツトフイルタとし
て用いている。
ンサにおいては、そのカンチレバーの形状で特性
がほぼ決定されており、カンチレバー自身の共振
周波数域（通常、350〜1500Hz程度）ではその他
の周波数域における出力の数十倍の出力が出てし
まう。そこで、例えば自動車の加速度等を検出し
ようとする場合には、低周波数域（通常、10Hz程
度以下）しか必要としないので、共振周波数域を
含む比較的高い周波数域をカツトする為に、シリ
コンオイル等のダンピング液中にカンチレバー配
置する事で粘性抵抗力による減衰作用を利用して
ダンピング液を機械的なハイカツトフイルタとし
て用いている。
又、そのような半導体式加速度センサは金属線
歪計と比較すると、歪感度出力が大きいという長
所がある反面、破壊強度が低く、衝撃に弱いとい
う欠点がある。そこでそのような欠点を補う為
に、自由端の変位を機械的に制限すべく台座に所
定の深さの凹部を設けた構成の半導体式加速度セ
ンサが、本発明者達が先に出願した特願昭61−
225437号公報等において提案されている。
歪計と比較すると、歪感度出力が大きいという長
所がある反面、破壊強度が低く、衝撃に弱いとい
う欠点がある。そこでそのような欠点を補う為
に、自由端の変位を機械的に制限すべく台座に所
定の深さの凹部を設けた構成の半導体式加速度セ
ンサが、本発明者達が先に出願した特願昭61−
225437号公報等において提案されている。
しかしながら、耐衝撃性を向上させる為には上
記凹部の深さ、延いては自由端と凹部の底部との
距離を短く設定すればよいが、そのようにする
と、第５図の周波数ｆと出力の大きさとの関係図
に示すように、ウエイト部の変位を制限する手段
がない構成、すなわちフリーエリアにおけるカツ
トオフ周波数fcfに対して、そのカツトオフ周波数
f0が低下し、周波数応答性が劣化してしまう。つ
まり、出力が大きく応答性の良い状態にて使用可
能な有効使用周波数範囲Ｒが小さくなつてしまう
ので、例えば、被測定力の周波数範囲がこの有効
使用周波数範囲Ｒの外に設定された場合にはセン
サの出力が不安定になるという問題が生じる。
尚、上記の説明においてカツトオフ周波数とは出
力の大きさが3dB低下した時の周波数で定義され
る。又、第５図において、横軸は対数目盛となつ
ている。
記凹部の深さ、延いては自由端と凹部の底部との
距離を短く設定すればよいが、そのようにする
と、第５図の周波数ｆと出力の大きさとの関係図
に示すように、ウエイト部の変位を制限する手段
がない構成、すなわちフリーエリアにおけるカツ
トオフ周波数fcfに対して、そのカツトオフ周波数
f0が低下し、周波数応答性が劣化してしまう。つ
まり、出力が大きく応答性の良い状態にて使用可
能な有効使用周波数範囲Ｒが小さくなつてしまう
ので、例えば、被測定力の周波数範囲がこの有効
使用周波数範囲Ｒの外に設定された場合にはセン
サの出力が不安定になるという問題が生じる。
尚、上記の説明においてカツトオフ周波数とは出
力の大きさが3dB低下した時の周波数で定義され
る。又、第５図において、横軸は対数目盛となつ
ている。
ここで、上記のような問題が生じるのは、従
来、自由端とそのウエイト部の変位を制限する手
段（上記の例の場合、台座の凹部の底部に相当）
との距離と、カツトオフ周波数との関係が明らか
にされていない事に基づくものであり、本発明者
達はその点に着目し、考察を重ねた結果、その関
係を明らかにする事ができたので、それにより被
測定力の周波数範囲等のユーザーからの要求に応
じて自由端とその変位を機械的に制限する手段と
の距離を最適に制御し、センサの周波数応答性の
改善をはかる事を可能とした半導体式加速度セン
サを提供することを目的としている。
来、自由端とそのウエイト部の変位を制限する手
段（上記の例の場合、台座の凹部の底部に相当）
との距離と、カツトオフ周波数との関係が明らか
にされていない事に基づくものであり、本発明者
達はその点に着目し、考察を重ねた結果、その関
係を明らかにする事ができたので、それにより被
測定力の周波数範囲等のユーザーからの要求に応
じて自由端とその変位を機械的に制限する手段と
の距離を最適に制御し、センサの周波数応答性の
改善をはかる事を可能とした半導体式加速度セン
サを提供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成する為に、本発明の半導体式
加速度センサは、半導体歪ゲージを有する薄肉状
のダイヤフラム部、及び厚肉状の自由端を形成し
たカンチレバーと、 該カンチレバーの一部分を固定する台座と、 前記自由端との間に所定の距離を設定し、その
距離でもつて前記自由端の変位を許容する保護壁
と、 ダンピング液と、 をパツケージ内に備えた半導体式加速度センサで
あつて、 前記自由端と前記保護壁との間の距離をｈ、
1G当りの前記自由端の変位距離をdχ、前記保護
壁がない構成におけるカツトオフ周波数fcf、前記
半導体式加速度センサの所望とするカツトオフ周
波数をfc以上とする場合、ｈの値を、式 fc＝fcf・１／１＋Ｋdχ／ｈ （但し、Ｋは比例定数） で設定される値以上とする事を特徴としている。
加速度センサは、半導体歪ゲージを有する薄肉状
のダイヤフラム部、及び厚肉状の自由端を形成し
たカンチレバーと、 該カンチレバーの一部分を固定する台座と、 前記自由端との間に所定の距離を設定し、その
距離でもつて前記自由端の変位を許容する保護壁
と、 ダンピング液と、 をパツケージ内に備えた半導体式加速度センサで
あつて、 前記自由端と前記保護壁との間の距離をｈ、
1G当りの前記自由端の変位距離をdχ、前記保護
壁がない構成におけるカツトオフ周波数fcf、前記
半導体式加速度センサの所望とするカツトオフ周
波数をfc以上とする場合、ｈの値を、式 fc＝fcf・１／１＋Ｋdχ／ｈ （但し、Ｋは比例定数） で設定される値以上とする事を特徴としている。
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例の全体の斜視図であ
り、パツケージの気密封止前を表している。図に
おいて、１００はコバール等の金属より成るステ
ムであり、その外周である溶接部１０１をのぞい
て、後述する台座７００、ストツパー２００等を
搭載する凸部がプレス加工等により形成されてお
り、又、外部との電気接続をする為に例えば４つ
の貫通孔が存在しており、その貫通孔に硬質ガラ
ス５００を溶着する事により介在してリード端子
４００が固定されている。リード端子４００とス
テム１００とは硬質ガラス５００により電気的に
絶縁されており、又、硬質ガラス５００は気密性
良く介在している。
り、パツケージの気密封止前を表している。図に
おいて、１００はコバール等の金属より成るステ
ムであり、その外周である溶接部１０１をのぞい
て、後述する台座７００、ストツパー２００等を
搭載する凸部がプレス加工等により形成されてお
り、又、外部との電気接続をする為に例えば４つ
の貫通孔が存在しており、その貫通孔に硬質ガラ
ス５００を溶着する事により介在してリード端子
４００が固定されている。リード端子４００とス
テム１００とは硬質ガラス５００により電気的に
絶縁されており、又、硬質ガラス５００は気密性
良く介在している。
このステム１００上にはカンチレバー８００及
び台座７００により成るセンサエレメントが搭載
されており、そのカンチレバー８００は例えばＮ
型シリコン単結晶基板から成り、第１図中のＡ−
Ａ線断面図である第２図に示すように、基板をエ
ツチングする事により薄肉状のダイヤフラム部８
０１を形成し、厚肉状の部分はその一部を被測定
加速度に応じて変位できるようにした自由端８０
２とし、他部を台座７００に固定している。又、
自由端８０２の一主面には複数箇所に半田による
負荷８０３を接着しており、ダイヤフラム部８０
１内あるいはダイヤフラム部８０１上には、第４
図のカンチレバー８００の平面図に示すように、
公知の半導体加工技術、例えばボロン等のＰ型不
純物を熱拡散又はイオン注入する事により４個の
半導体歪ゲージ８０４を形成しており、各々の半
導体歪ゲージ８０４は図示しない配線部材により
互いに電気接続されておりフルブリツジを構成し
ている。そして、配線部材のパツド部とリード端
子４００とはワイヤ線３００をワイヤボンデイン
グする事により電気接続している。
び台座７００により成るセンサエレメントが搭載
されており、そのカンチレバー８００は例えばＮ
型シリコン単結晶基板から成り、第１図中のＡ−
Ａ線断面図である第２図に示すように、基板をエ
ツチングする事により薄肉状のダイヤフラム部８
０１を形成し、厚肉状の部分はその一部を被測定
加速度に応じて変位できるようにした自由端８０
２とし、他部を台座７００に固定している。又、
自由端８０２の一主面には複数箇所に半田による
負荷８０３を接着しており、ダイヤフラム部８０
１内あるいはダイヤフラム部８０１上には、第４
図のカンチレバー８００の平面図に示すように、
公知の半導体加工技術、例えばボロン等のＰ型不
純物を熱拡散又はイオン注入する事により４個の
半導体歪ゲージ８０４を形成しており、各々の半
導体歪ゲージ８０４は図示しない配線部材により
互いに電気接続されておりフルブリツジを構成し
ている。そして、配線部材のパツド部とリード端
子４００とはワイヤ線３００をワイヤボンデイン
グする事により電気接続している。
台座７００はカンチレバー８００との熱膨張係
数をあわせる為にシリコンから成り、又、第３図
の斜視図に示すように、カンチレバー８００と相
対する面７０２に所定深さの凹部７０１が形成さ
れており、その凹部７０１は一方の端面７０３か
ら他方のの端面７０４にわたつて形成されてい
る。尚、被測定加速度の方向がカンチレバー８０
０に対してこの台座７００側である場合には、本
発明のいう保護壁はこの凹部７０１の底部に相当
しており、その底部とカンチレバー８００の負荷
８０３との距離ｈにて自由端８０２の変位が許容
される。
数をあわせる為にシリコンから成り、又、第３図
の斜視図に示すように、カンチレバー８００と相
対する面７０２に所定深さの凹部７０１が形成さ
れており、その凹部７０１は一方の端面７０３か
ら他方のの端面７０４にわたつて形成されてい
る。尚、被測定加速度の方向がカンチレバー８０
０に対してこの台座７００側である場合には、本
発明のいう保護壁はこの凹部７０１の底部に相当
しており、その底部とカンチレバー８００の負荷
８０３との距離ｈにて自由端８０２の変位が許容
される。
そして、上記のセンサエレメントは、自由端８
０２に被測定加速度が作用するとダイヤフラム部
８０１に歪を生じ、その加速度の大きさに応じて
半導体歪ゲージ８０４の抵抗値が変化し、ブリツ
ジ回路に予め電圧を印加しておくことによりブリ
ツジ出力として不平衡電圧を生じ、その電圧に応
じて加速度を検知するものである。
０２に被測定加速度が作用するとダイヤフラム部
８０１に歪を生じ、その加速度の大きさに応じて
半導体歪ゲージ８０４の抵抗値が変化し、ブリツ
ジ回路に予め電圧を印加しておくことによりブリ
ツジ出力として不平衡電圧を生じ、その電圧に応
じて加速度を検知するものである。
第１図において２００はストツパーであり、そ
の形状は第６図の斜視図に示すように、ステム１
００に垂直な２つの板材２０１，２０２と、ステ
ム１００に平行、言い換えるとカンチレバー８０
０に平行な板材２０３とが互いに垂直に組み合わ
さつた形となつており、板材２０３の下面２０３
ａと、カンチレバー８００の上面とは所定の間隔
を有するように調整されている。尚、その材質は
例えばコバール等から成り、又、半田によりステ
ム１００に接着している。又、被測定加速度の方
向がカンチレバー８００に対してこのストツパー
２００側である場合には本発明のいう保護膜はこ
のストツパー２００の下面２０３ａに相当してお
り、その下面２０３ａとカンチレバー８００との
距離にて自由端８０２の変位が許容される。
の形状は第６図の斜視図に示すように、ステム１
００に垂直な２つの板材２０１，２０２と、ステ
ム１００に平行、言い換えるとカンチレバー８０
０に平行な板材２０３とが互いに垂直に組み合わ
さつた形となつており、板材２０３の下面２０３
ａと、カンチレバー８００の上面とは所定の間隔
を有するように調整されている。尚、その材質は
例えばコバール等から成り、又、半田によりステ
ム１００に接着している。又、被測定加速度の方
向がカンチレバー８００に対してこのストツパー
２００側である場合には本発明のいう保護膜はこ
のストツパー２００の下面２０３ａに相当してお
り、その下面２０３ａとカンチレバー８００との
距離にて自由端８０２の変位が許容される。
次に、６００はコバール等の金属より成るシエ
ルであり、ステム１００の溶接部１０１に相対す
る位置に同じく溶接部６０１を有し、その他の部
分はプレス加工により凹部が形成され箱形となつ
ている。又、シエル６００には気密封止後にダン
ピング液を注入する為の穴６０２及びその際に空
気を逃がす為の穴６０３が形成されている。そし
て、その気密封止は溶接部６０１と溶接部１０１
とを接触させて機械的な圧力を加えつつ、シエル
６００とステム１００間に通電する事により両者
を溶接して行われる。その後、例えば吐出先が針
状の注入器を穴６０２に差し込み、例えばシリコ
ンオイル等のダンピング液９００を一定量、例え
ば全容積の70〜80％程度注入し、そして、穴６０
２及び６０３を半田により封止する。
ルであり、ステム１００の溶接部１０１に相対す
る位置に同じく溶接部６０１を有し、その他の部
分はプレス加工により凹部が形成され箱形となつ
ている。又、シエル６００には気密封止後にダン
ピング液を注入する為の穴６０２及びその際に空
気を逃がす為の穴６０３が形成されている。そし
て、その気密封止は溶接部６０１と溶接部１０１
とを接触させて機械的な圧力を加えつつ、シエル
６００とステム１００間に通電する事により両者
を溶接して行われる。その後、例えば吐出先が針
状の注入器を穴６０２に差し込み、例えばシリコ
ンオイル等のダンピング液９００を一定量、例え
ば全容積の70〜80％程度注入し、そして、穴６０
２及び６０３を半田により封止する。
そこで本実施例の半導体式加速度センサによる
と、センサに強い衝撃（被測定加速度）が加わつ
た場合に、その衝撃の方向がカンチレバー８００
に対して台座７００側であれば、台座７００の凹
部７０１の底部に接触した時点で強制的に止めら
れ、又、その方向がカンチレバー８００に対して
ストツパー２００側であれば、ストツパー２００
の下面２０３ａに接触した時点で強制的に止めら
れるので、過度の変化による破壊を防止できるも
のであるが、その場合に自由端８０２の変位を許
容する為に設定された凹部７０１の底部とカンチ
レバー８００の負荷８０３との距離ｈ、あるいは
自由端８０２とストツパー２００の下面２０３ａ
との距離はセンサに所望とするカツトオフ周波数
fcを設定する為に、以下に示すようにして決めら
れる。
と、センサに強い衝撃（被測定加速度）が加わつ
た場合に、その衝撃の方向がカンチレバー８００
に対して台座７００側であれば、台座７００の凹
部７０１の底部に接触した時点で強制的に止めら
れ、又、その方向がカンチレバー８００に対して
ストツパー２００側であれば、ストツパー２００
の下面２０３ａに接触した時点で強制的に止めら
れるので、過度の変化による破壊を防止できるも
のであるが、その場合に自由端８０２の変位を許
容する為に設定された凹部７０１の底部とカンチ
レバー８００の負荷８０３との距離ｈ、あるいは
自由端８０２とストツパー２００の下面２０３ａ
との距離はセンサに所望とするカツトオフ周波数
fcを設定する為に、以下に示すようにして決めら
れる。
説明を簡単にする為に、被測定加速度が台座７
００側に加わつた場合についてのみ説明する。い
ま、自由端８０２の変位を制限する手段がないフ
リーエリアにおけるカツトオフ周波数をfcf、台座
７００と対面する自由端８０２の面積をＳ（第４
図中のＡ×Ｂ）、1G当りの自由端８０２先端変位
距離をdχ、ダンピング液の粘度をρとすると所
望とするカツトオフ周波数fcは次に式により表わ
される事を見い出した。
００側に加わつた場合についてのみ説明する。い
ま、自由端８０２の変位を制限する手段がないフ
リーエリアにおけるカツトオフ周波数をfcf、台座
７００と対面する自由端８０２の面積をＳ（第４
図中のＡ×Ｂ）、1G当りの自由端８０２先端変位
距離をdχ、ダンピング液の粘度をρとすると所
望とするカツトオフ周波数fcは次に式により表わ
される事を見い出した。
fc＝k1／ρSdχ・１／１＋K2dχ／ｈ…(1)
＝fcf・１／１＋K2dχ／ｈ …(2)
（ここで、K1、K2は定数）
ここで、定数K1、K2については、２個以上の
センサを試作して各パラメータを測定する事によ
り(1)式を用いて逆算するか、試作した１個のセン
サを用いてフリーエリアにおけるカツトオフ周波
数fcf及び各パラメータを測定する事により(2)式を
用いて逆算されば求められるが、通常の小型の半
導体式加速度センサにおいては各パラメータがＳ
＝２〜20mm2、dχ＝0.02〜10μｍ、ρ＝10〜500cp
の範囲内であればK2≒200となり、この値を用い
て計算できる。
センサを試作して各パラメータを測定する事によ
り(1)式を用いて逆算するか、試作した１個のセン
サを用いてフリーエリアにおけるカツトオフ周波
数fcf及び各パラメータを測定する事により(2)式を
用いて逆算されば求められるが、通常の小型の半
導体式加速度センサにおいては各パラメータがＳ
＝２〜20mm2、dχ＝0.02〜10μｍ、ρ＝10〜500cp
の範囲内であればK2≒200となり、この値を用い
て計算できる。
第７図は本発明者達が具体的にセンサを試作し
て測定した結果と、上記(1)、(2)式による理論値の
dχ／ｈとfc／fcfとの関係を示す特性図であり、測
定値と理論値とが良い整合性を示している事がわ
かる。尚、図中、丸プロツトは各パラメータがfcf
＝30Hz、Ｓ＝9.0mm2、dχ＝２×10-3mmである試作
品における実測値であり、三角プロツトは各パラ
メータがfcf＝400Hz、Ｓ＝3.6mm2、dχ＝0.3×10-3
mmである試作品における実測値である。
て測定した結果と、上記(1)、(2)式による理論値の
dχ／ｈとfc／fcfとの関係を示す特性図であり、測
定値と理論値とが良い整合性を示している事がわ
かる。尚、図中、丸プロツトは各パラメータがfcf
＝30Hz、Ｓ＝9.0mm2、dχ＝２×10-3mmである試作
品における実測値であり、三角プロツトは各パラ
メータがfcf＝400Hz、Ｓ＝3.6mm2、dχ＝0.3×10-3
mmである試作品における実測値である。
この様にカツトオフ周波数fcをdχ／ｈにより上
記(1)、(2)式を用いて制御できる事が半明したの
で、被測定加速度の周波数範囲等のユーザーから
要求に応じて上記(2)式を変形した次式 dχ／ｈ＝１／K2〔fcf／fc−１〕＝Ｃ …(3) からdχ／ｈの値を(3)式の右辺により設定される
定数Ｃ以下、すなわちdχ／ｈ≦Ｃとすれば、カ
ツトオフ周波数fcから決まる有効使用周波数範囲
Ｒ内に被測定加速度の周波数範囲を設定する事が
可能となり、センサの出力が安定となる。ここ
で、dχの値はカンチレバー８００の形状、大き
さ等により決定されるので、凹部７０１の底部と
カンチレバー８００の負荷との距離ｈを、 ｈ≧dχ／Ｃ …(4) にすれば良い事になる。
記(1)、(2)式を用いて制御できる事が半明したの
で、被測定加速度の周波数範囲等のユーザーから
要求に応じて上記(2)式を変形した次式 dχ／ｈ＝１／K2〔fcf／fc−１〕＝Ｃ …(3) からdχ／ｈの値を(3)式の右辺により設定される
定数Ｃ以下、すなわちdχ／ｈ≦Ｃとすれば、カ
ツトオフ周波数fcから決まる有効使用周波数範囲
Ｒ内に被測定加速度の周波数範囲を設定する事が
可能となり、センサの出力が安定となる。ここ
で、dχの値はカンチレバー８００の形状、大き
さ等により決定されるので、凹部７０１の底部と
カンチレバー８００の負荷との距離ｈを、 ｈ≧dχ／Ｃ …(4) にすれば良い事になる。
以上により距離ｈの下段値が決まり、その値を
制御すれば、センサの周波数応答性を向上する事
ができるが、センサの耐衝撃性を向上させる為に
は、距離ｈの値の範囲をさらに制限すればよい事
も判明したので、以下にそれを示す。
制御すれば、センサの周波数応答性を向上する事
ができるが、センサの耐衝撃性を向上させる為に
は、距離ｈの値の範囲をさらに制限すればよい事
も判明したので、以下にそれを示す。
第２図及びカンチレバー８００の平面図である
第４図中に示すように各パラメータを設定した場
合、すなわち、自由端８０２の長辺の長さをＡ、
短辺の長さをＢ、ダイヤフラム部８０１の長さを
Ｌ、ダイヤフラム部８０１の厚さをｔ、自由端８
０２及び負荷８０３重量をＭ、シリコン破壊応力
をσ（＝４×109dmn／cm2）とすると、カンチレバ
ー８００が破壊されずに耐えうる事ができる最大
の加速度（最大許容加速度Gnaxは、 Gnax＝Bt2σ／3M（Ｌ＋Ａ） …(5) で表わされる。そして、このGnaxがカンチレバ
ー８００に加わるときのカンチレバー８００共端
の変位hnaxは、 hnax＝MGnaxgA｛（１−Ａ）L2＋15／４AL ＋A2｝／（6EI） …(6) ここで、ｇは重力加速度、Ｅはヤング率、Ｉは
断面２次モーメント（＝Bt3／12）。
第４図中に示すように各パラメータを設定した場
合、すなわち、自由端８０２の長辺の長さをＡ、
短辺の長さをＢ、ダイヤフラム部８０１の長さを
Ｌ、ダイヤフラム部８０１の厚さをｔ、自由端８
０２及び負荷８０３重量をＭ、シリコン破壊応力
をσ（＝４×109dmn／cm2）とすると、カンチレバ
ー８００が破壊されずに耐えうる事ができる最大
の加速度（最大許容加速度Gnaxは、 Gnax＝Bt2σ／3M（Ｌ＋Ａ） …(5) で表わされる。そして、このGnaxがカンチレバ
ー８００に加わるときのカンチレバー８００共端
の変位hnaxは、 hnax＝MGnaxgA｛（１−Ａ）L2＋15／４AL ＋A2｝／（6EI） …(6) ここで、ｇは重力加速度、Ｅはヤング率、Ｉは
断面２次モーメント（＝Bt3／12）。
で表わされる。よつて、距離ｈの値をこのhnaxよ
り小さくすればカンチレバー８００は破壊からま
ぬがれる事ができるものであり、このhnaxにより
距離ｈの上限値が設定される。尚、実際に設計す
る場合には、その製造過程においてダイヤフラム
部８０１の厚さｔに数十％の誤差を生じる可能性
がある事を考慮して、予めその誤差を見込んで
hnaxを設定するのが望ましい。
り小さくすればカンチレバー８００は破壊からま
ぬがれる事ができるものであり、このhnaxにより
距離ｈの上限値が設定される。尚、実際に設計す
る場合には、その製造過程においてダイヤフラム
部８０１の厚さｔに数十％の誤差を生じる可能性
がある事を考慮して、予めその誤差を見込んで
hnaxを設定するのが望ましい。
以上、本発明を上記実施例を用いて説明した
が、本発明はそれに限定される事なくその主旨か
ら逸脱しない限り種々変形可能であり、例えば、
カンチレバー８００に接着まれる負荷８０３のな
い構成、ストツパー２００のない構成等において
も採用可能である。
が、本発明はそれに限定される事なくその主旨か
ら逸脱しない限り種々変形可能であり、例えば、
カンチレバー８００に接着まれる負荷８０３のな
い構成、ストツパー２００のない構成等において
も採用可能である。
以上述べたように、本発明の半導体式加速度セ
ンサによると自由端と保護壁との距離ｈを最適に
制御しているので、その距離ｈにより所望とする
カツトオフ周波数fcを任意に設定する事ができ、
センサの周波数応答性を向上させる事ができると
いう効果がある。
ンサによると自由端と保護壁との距離ｈを最適に
制御しているので、その距離ｈにより所望とする
カツトオフ周波数fcを任意に設定する事ができ、
センサの周波数応答性を向上させる事ができると
いう効果がある。
第１図は本発明の一実施例の気密封止前におけ
る全体斜視図、第２図は第１図中のＡ−Ａ線断面
図、第３図は台座の斜視図、第４図はカンチレバ
ーの平面図、第５図は周波数と出力の大きさとの
関係図、第６図はストツパーの斜視図、第７図は
実測値と理論値のdχ／ｈとfc／fcfとの関係を示す
特性図である。 １００……ステム、２００……ストツパー、６
００……シエル、７００……台座、７０１……凹
部、８００……カンチレバー、８０１……ダイヤ
フラム部、８０２……自由端、８０４……半導体
歪ゲージ、９００……ダンピング液。
る全体斜視図、第２図は第１図中のＡ−Ａ線断面
図、第３図は台座の斜視図、第４図はカンチレバ
ーの平面図、第５図は周波数と出力の大きさとの
関係図、第６図はストツパーの斜視図、第７図は
実測値と理論値のdχ／ｈとfc／fcfとの関係を示す
特性図である。 １００……ステム、２００……ストツパー、６
００……シエル、７００……台座、７０１……凹
部、８００……カンチレバー、８０１……ダイヤ
フラム部、８０２……自由端、８０４……半導体
歪ゲージ、９００……ダンピング液。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体歪ゲージを有する薄肉状のダイヤフラ
ム部、及び厚肉状の自由端を形成したカンチレバ
ーと、 該カンチレバーの一部分を固定する台座と、 前記自由端との間に所定の距離を設定し、その
距離でもつて前記自由端の変位を許容する保護壁
と、 ダンピング液と、 をパツケージ内に備えた半導体式加速度センサで
あつて、 前記自由端と前記保護壁との間の距離をｈ、
1G当りの前記自由端の変位距離をdχ、前記保護
壁がない構成におけるカツトオフ周波数をfcf、前
記半導体式加速度センサの所望とするカツトオフ
周波数をfc以上とする場合、ｈの値を、式 fc＝fcf・１／１＋Ｋdχ／ｈ （但し、Ｋは比例定数） で設定される値以上とする事を特徴とする半導体
式加速度センサ。 ２ 前記ダンピング液はその粘度が10〜500cpの
ものであり、前記自由端はその面積が２〜20mm2で
あり、前記変位距離dχは0.02〜10μｍであり、前
記比例定数Ｋは200である特許請求の範囲第１項
記載の半導体式加速度センサ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21771887A JPS6459075A (en) | 1987-08-30 | 1987-08-30 | Semiconductor acceleration sensor |
| EP19910112458 EP0456285A3 (en) | 1986-09-22 | 1987-09-15 | Semiconductor accelerometer |
| EP87113466A EP0261555B1 (en) | 1986-09-22 | 1987-09-15 | Semiconductor accelerometer |
| EP19910112438 EP0454190A3 (en) | 1986-09-22 | 1987-09-15 | Semiconductor accelerometer |
| DE8787113466T DE3780242T2 (de) | 1986-09-22 | 1987-09-15 | Halbleiterbeschleunigungsmesser. |
| US07/098,050 US4829822A (en) | 1986-09-22 | 1987-09-17 | Semiconductor accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21771887A JPS6459075A (en) | 1987-08-30 | 1987-08-30 | Semiconductor acceleration sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6459075A JPS6459075A (en) | 1989-03-06 |
| JPH059746B2 true JPH059746B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=16708648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21771887A Granted JPS6459075A (en) | 1986-09-22 | 1987-08-30 | Semiconductor acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6459075A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03162676A (ja) * | 1989-08-28 | 1991-07-12 | Mitsubishi Electric Corp | 液体封止半導体装置 |
| DE4021455A1 (de) * | 1989-11-27 | 1991-05-29 | Stribel Gmbh | Optoelektronische einrichtung |
| US5507182A (en) * | 1993-02-18 | 1996-04-16 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor accelerometer with damperless structure |
-
1987
- 1987-08-30 JP JP21771887A patent/JPS6459075A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6459075A (en) | 1989-03-06 |
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Legal Events
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