JPH07234238A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 半導体装置の製造技術を利用したマイクロマ
シニング加工により、超小型でかつ精密なセンサ本体を
容易に得て、高感度および高精度をもって応答性良くセ
ンサ本体に加わる加速度を検出することができる。 【構成】 半導体基板にエッチングにより凹部３および
その凹部３にかかる橋梁部４が形成され、その橋梁部上
４に感熱抵抗素子としてのヒートワイヤ５がパターン成
形されたものを、ガスが封入された密閉空間に設置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサ本体に加わる加
速度を検出する加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加速度が加わることによりケース
内に生ずる気流の強さを薄膜抵抗温度素子における抵抗
の変化としてとらえるようにした加速度センサが開発さ
れている。

【０００３】それは、合成樹脂製のケース内に、薄膜抵
抗温度素子をケース内の空気の温度を検出する温度補償
用の温度素子とともに設けて、加速度が加わったときに
ケース内に生ずる気流にその温度素子がさらされて抵抗
値が変化したときの状態を電気的に検出するようにして
いる（特開平３−１７６６６９参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、センサ本体に加速度が加わることにより生ずる気
流の強さを薄膜抵抗温度素子における抵抗の変化として
とらえるようにした加速度センサでは、それがケース内
に生ずる気流の変化状態を検出するものであるためにケ
ース内の空間が大きいほど応答性が悪くなるが、従来の
ものではその構造上からしてその小形化には限界があ
り、応答性の点で問題があることである。

【０００５】また、従来の加速度センサでは、ケース内
に生ずる気流の変化状態を検出するようにしているの
で、ケース内に設置される薄膜抵抗温度素子の位置によ
って検出感度が変化してしまい、その傾向は小形化する
ほど顕著となり、ケース内における薄膜抵抗温度素子の
位置決めが困難になっている。

【０００６】さらに、従来の加速度センサでは、センサ
本体に加わる加速度の大きさを検出するだけで、その加
速度の加わる方向を検出することができないものとなっ
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体装置の
製造技術を利用したマイクロマシニング加工によって超
小型でかつ精密な加速度センサを容易に得て、高感度お
よび高精度をもって応答性良くセンサ本体に加わる加速
度を検出することができるようにするべく、半導体基板
にエッチングにより凹部およびその凹部にかかる橋梁部
が形成され、その橋梁部上に感熱抵抗素子としてのヒー
トワイヤがパターン成形されたものを、ガスが封入され
た密閉空間に設置するようにしている。

【０００８】また、本発明は、橋梁部上に所定の間隔を
空けてヒートワイヤを一対に形成して、センサ本体に加
速度が加わることによって生ずる熱分布の変化が何れの
ヒートワイヤによって検出されるかをみることができる
ようにして、センサ本体に加わる加速度を方向性をもっ
て検出することができるようにしている。

【０００９】

【実施例】図１および図２は本発明による加速度センサ
におけるセンサ本体の基本的な構成を示すもので、エッ
チングにより凹部３およびその凹部３にかかる橋梁部４
が形成され、その橋梁部４上に感熱抵抗素子としてのヒ
ートワイヤ５が形成された下側半導体（Ｓｉ）基板１
と、エッチングにより凹部６が形成された上側半導体
（Ｓｉ）基板２とを、両者の凹部３，６をつき合せるよ
うに接合して、その凹部３，６をつき合せることによっ
て形成される室７内に窒素やアルゴンなどの不活性ガス
を封入することによって構成されている。

【００１０】ヒートワイヤ５は、下側半導体基板１とな
るシリコン基板上にヒートワイヤの材料となるＰｔなど
の金属を蒸着したうえで、その金属材料を所定のパター
ンにエッチングすることによって形成される。

【００１１】そして、シリコン基板をエッチングして凹
部３を形成する際に、そのシリコン基板上に形成された
ヒートワイヤ５の下側部分をエッチングにより除去する
ことによって橋梁部４が形成される。

【００１２】下側半導体基板１における橋梁部４の両側
には、ヒートワイヤ５と同一材料からなる電極部８がパ
ターン成形されている。

【００１３】このように構成されたものでは、センサ本
体に加速度が加わったときに室７内に生ずる熱分布の変
化の程度がヒートワイヤ５により検出されて、その抵抗
値が変化したときの状態を電気的に検出することによ
り、そのときの加速度の大きさを測定することができ
る。

【００１４】しかして、本発明によれば、半導体装置の
製造技術を利用したマイクロマシニング加工によって、
数ｍｍオーダの超小型なセンサ本体を高精度に容易に製
造することができ、高感度をもって応答性良くセンサ本
体に加わる加速度を検出することができるようになる。

【００１５】なお、本発明では、下側半導体基板１の蓋
となる上側半導体基板２を特に必要とするものではな
く、ヒートワイヤ５が形成された下側半導体基板をガス
の密閉空間内に設置するようにしてもよい。

【００１６】また、ヒートワイヤ５が形成される下側の
基板１として、半導体基板を用いる代わりに、ガラスな
どの他の絶縁性基板を用いるようにしてもよい。そし
て、下側半導体基板１の蓋として、上側半導体基板２を
用いる代わりに、その他、ガラスや金属などの他の材料
からなる基板を広く用いることが可能である。

【００１７】また、図３および図４は、センサ本体に加
わる加速度を方向性をもって検出することができるよう
にしたときのセンサ本体の構成例を示すもので、ここで
は、エッチングにより凹部３およびその凹部３にかかる
橋梁部４が形成され、その橋梁部４上に所定の間隔をも
って一対のヒートワイヤ５１，５２が形成されるととも
に、そのヒートワイヤ５１，５２の中間位置にヒータ９
が橋梁部１０上に形成された下側半導体（Ｓｉ）基板１
と、エッチングにより凹部６が形成された上側導体（Ｓ
ｉ）基板２とを、両者の凹部３，６をつき合せるように
接合して、その凹部３，６をつき合せることによって形
成される室７内に窒素やアルゴンなどの不活性ガスを封
入することによって構成されている。

【００１８】一対のヒートワイヤ５１，５２は、下側半
導体基板１となるシリコン基板上にヒートワイヤの材料
となる高温で安定した高融点金属としてのＰｔ、Ｍｏ、
Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉなどの金属を蒸着したうえで、その金
属材料を所定のパターンにエッチングすることによって
形成される。

【００１９】その際、特にヒートワイヤ５１，５２の熱
的な安定性および耐久性を向上させたい場合には、その
ヒートワイヤ５１，５２をＳｉＮなどからなる酸化被膜
によってコーティングする。

【００２０】同様に、ヒータ９は、下側半導体基板１と
なるシリコン基板上にヒータ材料を蒸着したうえで、そ
れを所定のパターンにエッチングすることによって形成
される。

【００２１】そして、シリコン基板をエッチングして凹
部３を形成する際に、そのシリコン基板上に形成された
一対のヒートワイヤ５１，５２の下側部分およびヒータ
９の下側部分をエッチングにより除去することによって
橋梁部４および橋梁部１０が形成される。

【００２２】また、加速度センサの電気回路部として、
図５に示すように、センサ本体側に設けられている一対
のヒートワイヤ５１，５２と基準抵抗Ｒ１，Ｒ２とが各
枝路に設けられたブリッジ回路１１が構成され、センサ
本体に加速度が加わったときのブリッジ回路１１の不平
衡時の出力を増幅器１２によってとり出すようになって
いる。

【００２３】このように構成された加速度センサにあっ
ては、図４中矢印（または点線矢印）で示す方向に加速
度が加わると、その方向に加速度に応じた熱分布の変化
を生じて、ヒータ９によって加熱されたガスに一方のヒ
ートワイヤ５１（またはヒートワイヤ５２）がさらされ
てその抵抗値が変化する。

【００２４】そして、そのヒートワイヤ５１（またはヒ
ートワイヤ５２）の抵抗値の変化に応じたブリッジ回路
１１の不平衡時の出力が増幅器１２からとり出されて、
その出力の大きさからそのときセンサ本体に加わってい
る加速度の大きさが、またその出力の極性によって加速
度の方向を検出することができる。

【００２５】その場合、熱伝導率が０．０２４Ｋｃａｌ
／ｍ・ｈ・℃程度の窒素ガスを用いるとともに、ヒータ
９の発熱量を１ｍｍ^２当り０．０１Ｋｃａｌ／ｈにする
と、ヒータ９部分における温度勾配（＝発熱量／熱伝導
率）を４００℃／ｍｍ程度に設定することができ、その
ヒータ９部分における熱の分布状態が急俊となって、１
ｍｍ以下の微小なスペースにおいて加速度の検出を高感
度に行わせることができるようになる。

【００２６】なお、その際、ガスを１気圧以上に加圧し
た状態で室７内に封入すると、感度がさらに向上する。

【００２７】本発明によれば、半導体装置の製造技術を
利用したマイクロマシニング加工によってセンサ本体に
おける加速度検出のためのスペースを数ｍｍオーダ（好
ましくは２〜３ｍｍ）とすることが容易にでき、センサ
本体に加わる加速度を応答性良く検出することができる
ようになる。

【００２８】そして、本発明によれば、センサ本体の精
密加工が容易に可能となり、室７内の加速度が加わる方
向に対する両側の壁面からの距離が等しくなる中心線上
で、底面からの高さが等しくなる中空状の位置に、かつ
ヒータ９を中心として、その両側の対称となる位置にヒ
ートワイヤ５１，５２を正確に配することができ、セン
サ本体に加わる加速度を方向性をもって精度良く検出す
ることができるようになる。

【００２９】その際、特に本発明によれば、一対に設け
られるヒートワイヤ５１，５２の各抵抗値を揃えるよう
に形成することが容易に可能となる。そのため、センサ
本体に加速度が加わっていないときのブリッジ回路１１
の平衡状態を良好に保つことができ、検出誤差の要因と
なるオフセット出力を有効に抑制することができる。

【００３０】なお、半導体装置の製造プロセスによるこ
となくセンサ本体を製造しようとすると、センサ本体の
小形化には自ずと限界があるとともに、センサ本体の室
７に設置される一対のヒートワイヤ５１，５２およびヒ
ータ９の相互の位置関係を所定に維持させることが難か
しく、加速度の検出精度が低下するものとなってしま
う。

【００３１】本発明は上述の実施例に限定されるもので
はなく、例えば、図６に示すように、特にヒータを設け
ることなく、ヒートワイヤ５１，５２をヒータとして利
用する構成でもよい。設置される一対のヒートワイヤ５
１，５２およびヒータ９の相互の位置関係を所定に維持
させることが難かしく、加速度の検出精度が低下するも
のとなってしまう。

【００３２】

【発明の効果】以上、本発明による加速度検出器にあっ
ては、半導体基板にエッチングにより凹部およびその凹
部にかかる橋梁部が形成され、その橋梁部上に感熱抵抗
素子としてのヒートワイヤがパターン成形されたもの
を、ガスが封入された密閉空間に設置するようにしたも
ので、半導体装置の製造技術を利用したマイクロマシニ
ング加工によって超小型でかつ精密な加速度センサを容
易に得て、高感度をもって応答性良くセンサ本体に加わ
る加速度の大きさを精度良く検出することができるとい
う利点を有している。

【００３３】また、特に本発明は、橋梁部上に所定の間
隔を空けてヒートワイヤを一対に形成するとともに、そ
のヒートワイヤ間にヒータを形成して、センサ本体に加
速度が加わることによって生ずる熱分布の変化を何れの
ヒートワイヤによって検出されるかをみることができる
ようにしており、センサ本体に加わる加速度を方向性を
もって検出することができるという利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加速度検出器の一実施例を示す正
断面図である。

【図２】その実施例における下側半導体基板の平面図で
ある。

【図３】本発明による加速度検出器の他の実施例を示す
正断面図である。

【図４】その他の実施例における下側半導体基板の平面
図である。

【図５】加速度センサの電気回路部の構成例を示す回路
構成図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例における下側半導体
基板の平面図である。

【符号の説明】

１ 下側半導体基板 ２ 上側半導体基板 ４ 橋梁部 ５ ヒートワイヤ ５１ ヒートワイヤ ５２ ヒートワイヤ ７ 室 ８ 電極部 ９ ヒータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサ本体に加速度が加わることにより
   生ずる熱分布の変化の程度を感熱抵抗素子における抵抗
   の変化としてとらえるようにした加速度センサであっ
   て、第１の半導体基板または絶縁基板をエッチングする
   ことにより凹部およびその凹部にかかる橋梁部が形成さ
   れ、そのブリッジ部上に感熱抵抗素子としてのヒートワ
   イヤがパターン成形されたものを、ガスが封入された密
   閉空間に設置することによって構成された加速度セン
   サ。
2. 【請求項２】 凹部が形成された第２の基板を、ヒート
   ワイヤの橋梁部が形成された第１の半導体基板または絶
   縁基板に接合させることによって両者の凹部がつき合せ
   られた室が形成されるようにして、その室内にガスを封
   入したことを特徴とする前記第１項の記載による加速度
   センサ。
3. 【請求項３】 橋梁部上に所定の間隔を空けてヒートワ
   イヤを一対に形成し、そのヒートワイヤ間にヒータを形
   成したことを特徴とする前記第１項の記載による加速度
   センサ。
4. 【請求項４】 ヒートワイヤをヒータに利用したことを
   特徴とする前記第１項の記載による加速度センサ。