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JPH06160422A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

Info

Publication number
JPH06160422A
JPH06160422A JP31065692A JP31065692A JPH06160422A JP H06160422 A JPH06160422 A JP H06160422A JP 31065692 A JP31065692 A JP 31065692A JP 31065692 A JP31065692 A JP 31065692A JP H06160422 A JPH06160422 A JP H06160422A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
semiconductor acceleration
sensors
weight
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31065692A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayuki Yushina
政行 油科
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.)
Denso Ten Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Denso Ten Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Ten Ltd, Fuji Electric Co Ltd filed Critical Denso Ten Ltd
Priority to JP31065692A priority Critical patent/JPH06160422A/ja
Publication of JPH06160422A publication Critical patent/JPH06160422A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体加速度センサの加速度検出角度範囲を拡
大する。 【構成】2個の半導体加速度センサ8Aおよび8Bが加
速度検出方向Pに対しそれら各々の加速度センサの加速
度検出方向PA およびPB が所定の角度をなして対称に
配置されてなるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体からなる超小型の
加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来の半導体加速度センサの一例
を示し、図4(a)は斜視図、図4(b)は断面図、図
4(c)は回路図である。図4において、加速度センサ
8は、四角状の厚肉状の、例えば厚さ400ミクロンの
重り1と、この重り1と所定の間隔を有し、かつこの重
り1を囲うよう形成された厚肉状の支持体2と、重り1
の一側面と対面する支持体2の側面とを連結する薄肉状
の、例えば厚さ10〜40ミクロンの梁30とからな
り、この梁30に歪ゲージ301,302,303,3
04が形成されている。これら歪ゲージのうち歪ゲージ
301,303は梁30と重り1の結合部側の上面にこ
の梁30の長さ方向に形成され、歪ゲージ302,30
4はその巾方向に形成される。そしてこれら歪ゲージ3
01,302,303,304を図4(c)のように歪
ゲージ301と303,302と304とをそれぞれ対
向させてホイートストンブリッジを構成する。そして、
これら歪ゲージを保護するためにSiO2 あるいはSi
Nなどのパッシベーション膜4を全体の上面に形成す
る。なおVは電源端子、S1 ,S2 は信号出力端子であ
る。
【0003】今、重り1に対し、垂直方向(加速度の検
出方向となる)の加速度が加わると重り1は垂直方向の
力を受け、梁30は矢印P方向に撓む。このときこの梁
30の上面には引っ張り応力が働き、この梁30の長さ
方向に形成された歪ゲージ301,303はその抵抗値
が増加するが、この梁30の巾方向に形成された歪ゲー
ジ302,304はその抵抗値に変化は生じない。これ
によってホイートストンブリッジの信号出力端子S1
2 から加速度に比例した大きさの検出信号が出力され
る。この半導体加速度センサ8は重り1を片側で支持す
る構造となっているので衝撃に弱い欠点がある。また図
4(b)で示すように梁の撓み中心線Bと重り1の重心
点Gとの間に距離Lがあるので、横方向(加速度の非検
出方向となる)に加速度が加わると、この加速度と距離
Lによって重り1に矢印Mに示す方向のモーメントが加
わり、重り1は垂直方向に加速度が加わったときと同様
垂直方向の力を受け、梁30は矢印P方向に撓んでしま
う。この撓みによってもホイートストンブリッジは信号
を出力し、この信号出力は干渉出力となり検出精度を低
下させる。
【0004】この問題を解決するために、図5に示す半
導体加速度センサが提案されている。ここで図5(a)
は平面図、図5(b)は断面図、図5(c)は回路図で
ある。図5において、半導体加速度センサ8は、四角形
の厚肉状の、例えば厚さ400ミクロンの重り1と、こ
の重り1と所定の間隔を有し、かつこの重り1を囲うよ
う形成された厚肉状の支持体2と、重り1の外周と支持
体2の内周とを連結し、この重りの中心Oに対し互に1
80°の回転移動で合致する一対のL字形の薄肉状の、
例えば厚さ10〜40ミクロンの梁を1組とする第1の
組の梁31,33と第2の組の梁32,34とからな
り、これら各梁の上面にそれぞれ歪ゲージ311〜34
2が形成されている。
【0005】この半導体加速度センサは、重りは一対の
梁によって左右から支持されるので、横方向(非検出方
向になる)の加速度が加わった場合、梁の撓みは片側の
梁で支持される場合に比し著しく小さくなり干渉出力は
低減され、かつ耐久性が向上する。そして、各梁31〜
34の上面に形成される歪ゲージ311〜342は、こ
れら梁と支持体2の結合部側の上面にその長さ方向に形
成される第1の型の歪ゲージ311,321,331,
341と、その巾方向に形成される第2の型の歪ゲージ
312,322,332,342とからなっている。そ
してこれら歪ゲージを図5(c)に示すように、第1の
組の梁31,33にそれぞれ形成された第1の型の歪ゲ
ージ311,331と第2の組の薄肉状の梁32,34
にそれぞれ形成された第1の型の歪ゲージ321,34
1とを対向させ、第1の組の梁31,33にそれぞれ形
成された第2の型の歪ゲージ312,332と第2の組
の梁32,34にそれぞれ形成された第2の型の歪ゲー
ジ322,342とを対向させてホイートストンブリッ
ジを構成する。なお4はパッシベーション膜、Vは電源
端子、S1 ,S2 は信号出力端子である。
【0006】今、重り1に対し垂直方向(加速度の検出
方向となる)の加速度が加わると重り1は垂直方向の力
を受け、梁31,32,33,34は矢印P方向に撓
む。このときこれら梁の梁と支持体2の結合側の上面に
は引っ張り応力が働き、これら梁の長さ方向に形成され
た第1の型の歪ゲージ311,321,331,341
はその抵抗値が増加するが、これら梁の巾方向に形成さ
れた第2の型の歪ゲージ312,322,332,34
2はその抵抗値に変化は生じない。これによってホイー
トストンブリッジの信号出力端子S1 ,S2 から加速度
に比例した大きさの検出信号が出力される。
【0007】また、横方向(非検出方向となる)の加速
度が加わった場合、各梁の撓み中心線Bと重り1の重心
点Gとの間の距離Lによって重り1にモーメントMが加
わり、一対の梁32,34の一方の梁、例えば梁32の
上面に圧縮応力が働くと他方の梁34の上面には引っ張
り応力が働くようになる。従ってホイートストンブリッ
ジにおいては、これら梁に形成されている第1の型の歪
ゲージ321と341の抵抗変化は互に打消すように働
き、ホイートストンブリッジからは信号は出力されない
ので干渉出力は低減される。
【0008】この新しく提案された半導体加速度センサ
においても次のような問題がある。すなわち、前述のよ
うに歪ゲージを保護するためにSiO2 あるいはSiN
などパッシベーション膜4を梁の上面に形成するが、こ
のパッシベーション膜4は通常数百度の高温状態で形成
され、その後常温に戻されるが、シリコン半導体と熱膨
張係数が異なるためシリコン半導体の表面には応力が残
留し、この応力によって梁に撓みを生じるようになる。
【0009】このため図5に示す半導体加速度センサに
おいて、梁の長さ方向に形成された各歪ゲージ311,
321,331,341の抵抗値は変化するが、梁の巾
方向に形成された各歪ゲージ312,322,332,
342の抵抗値は変化しないので、図4(c)に示すホ
イートストンブリッジから信号が出力される。この出力
信号はオフセット出力と称され、検出誤差となる(説明
は省略するが、図4に示す半導体加速度センサにおいて
も同様である)。
【0010】この問題を解決するために図6に示す半導
体加速度センサが更に提案されている。ここで図6
(a)は平面図、図6(b)は断面図、図6(c)は回
路図である。図6に示す半導体加速度センサ8は図5に
示す半導体加速度センサの各梁31,32,33,34
と支持体2との結合部の上面巾方向にそれぞれ形成され
た歪ゲージ312,322,332,342に代えて、
各梁31,32,33,34の重り1との結合部の上面
長さ方向に歪ゲージ315,325,335,345を
設けたものである。
【0011】この半導体加速度センサ8はパッシベーシ
ョン膜4の形成によって、シリコン半導体の表面に応力
が残留し、この応力によって梁に撓みを生じたとき、各
梁31,32,33,34と支持体2との結合部の上面
長さ方向に形成された歪ゲージ311,321,33
1,341と、各梁31,32,33,34と重り1と
の結合部の上面長さ方向に形成された歪ゲージ315,
325,335,345は同じ抵抗変化を生じる。従っ
て図6(c)に示すホイートストンブリッジに接続した
とき、すべての歪ゲージは同じように抵抗変化をしてい
るので、これら抵抗変化は互いに打ち消し合ってオフセ
ット出力を生じることがなくなる。一般にオフセット出
力を補償するには、ホイートストンブリッジの各アーム
の抵抗値を調整してバランスさせるなどの方法が行われ
るが工数を必要としコストが上昇するので、この半導体
加速度センサは量産形として適している。
【0012】図7は更に異なる従来例を示す断面図であ
る。図7は図6に示す半導体加速度センサの重り1にそ
れぞれ空隙gを介して上部支持基板5および下部支持基
板6を設けたものである。この空隙gの長さは重り1の
動作変位量より僅かに、例えば10〜30ミクロン大き
い寸法に設定する。これによってこの半導体加速度セン
サに衝撃が加わったとき、この上部および下部支持基板
5,6がストッパとして作用するので、耐衝撃性が向上
しこの半導体加速度センサは更に衝撃の加わる用途に適
している。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】前述の各半導体加速度
センサは加速度検出方向が定っており(図4〜図6にお
いて重り1の垂直方向)、この加速度検出方向からずれ
るとその検出感度が急激に低下する。図8はその加速度
検出感度特性を示したもので加速度検出方向Pに対し、
角度θがずれたときの検出感度Dを示し、検出感度がそ
れ程低下しないずれ角をθ0 とすると、このずれ角θ0
は例えば検出感度Dが最大の70%に低下するところ
で、ずれ角θ0 は約30度である。すなわち、加速度検
出方向Pに対してこのずれ角θ0 の2倍の約60度の範
囲(以下加速度検出角度範囲と称する)しか検出できな
い。このことは、この半導体加速度センサを、例えば自
動車の衝突・振動検知用として用いるときに問題を生じ
る。すなわち自動車の衝突は前方および左右斜め方向か
らの衝突が多いところから前述のように検出角度範囲が
60度程度では不充分となる。
【0014】本発明の目的は前述の問題点を解決し加速
度検出角度範囲を拡大した半導体加速度センサを提供す
ることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに本発明の半導体加速度センサはそれぞれ厚肉状の重
りと、この重りと所定の間隔を有し、かつこの重りを囲
うように形成された厚肉状の支持体と、前記重りの外周
と前記支持体の内周を連結する薄肉状の梁とからなり、
前記梁の上面に歪ゲージが形成された2個の半導体加速
度センサが加速度検出方向に対し、それら各々の加速度
検出方向が所定の角度をなして対称に配置されてなるよ
うにする。そしてこれら各半導体加速度センサはそれぞ
れその梁が重りの中心に対し互に180°の回転移動で
合致する一対の薄肉状の梁を1組とする第1および第2
の組の梁からなり、これら梁の重りおよび支持体の結合
部の上面にそれぞれ梁の長さ方向に歪ゲージが形成さ
れ、かつこれら梁の上面にパッシベーション膜が形成さ
れたものからなるようにする。更にこれら各半導体加速
度センサはそれぞれその重りの動作変位量以上の変位を
防ぐストッパが設けられたものからなるようにする。
【0016】
【作用】本発明の半導体加速度センサは、2個の半導体
加速度センサが加速度検出方向に対しそれら各々の加速
度検出方向が所定の角度をなして対称に配置されてなる
ようにし、例えば加速度検出方向に対しこれら各半導体
加速度センサの加速度検出角度範囲の1/2の角度をな
して対称に配置しこれら各半導体加速度センサの検出出
力を加算することにより、この半導体加速度センサの加
速度検出角度範囲は各半導体加速度センサの加速度検出
角度範囲の約2倍に拡大される。更に各半導体加速度セ
ンサはそれぞれその梁が重りの中心に対し互に180°
の回転移動で合致する一対の薄肉状の梁を1組とする第
1および第2の組の梁からなり、これら梁の重りおよび
支持体の結合部の上面にそれぞれ梁の長さ方向に歪ゲー
ジが形成され、かつこれら梁の上面にパッシベーション
膜が形成されたものからなるようにしたので、パッシベ
ーション膜による歪ゲージの抵抗変化が打ち消し合って
オフセット出力を生じることはなくなる。更にまた各半
導体加速度センサはそれぞれその重りの動作変位量以上
の変位を防ぐストッパが設けられたものからなるように
したので、このストッパによって耐衝撃性が向上する。
【0017】
【実施例】図1および図2は本発明の半導体加速度セン
サの一実施例を示し、図1は要部断面図、図2は加速度
検出感度特性図である。図1および図2において、2個
の半導体加速度センサ、例えば図7に示される2個の半
導体加速度センサ8Aおよび8Bが加速度検出方向P、
例えば自動車10の前方向に対しそれら各々の加速度検
出方向PA およびPB が所定の角度θ1 をなして対称に
配置されている。なお、92は取付台であり、実装基板
91に固定されている。93は端子台であり、各半導体
加速度センサ8A,8Bと接続線94によって接続され
ている。ここで加速度検出方向Pと各半導体加速度セン
サ8Aあるいは8Bとのずれ角θ1 を、例えばこれら各
半導体加速度センサ8Aあるいは8Bの加速度検出角度
範囲の1/2の角度θ0 と等しいθ1 =θ0 とし、これ
ら各半導体加速度センサ8Aおよび8Bの検出出力を加
算すると、図2に示すようにこの半導体加速度センサの
加速度検出角度範囲2Q2 は2Q2 =2・2θ0 とな
り、各半導体加速度センサ8Aあるいは8Bの加速度検
出角度範囲2Q0 約60度の約2倍の約120度に拡大
される。
【0018】図3はこの半導体加速度センサを保護ケー
ス9に収容したときの一例を示し、図3(a)は保護ケ
ース9の蓋9Aを取り外したときの平面図、図3(b)
は断面図である。なお、図3において94はノイズ防止
用コンデンサ、95は検出出力の増幅回路、96は引出
線用端子、97は引出線を示す。本発明の半導体加速度
センサにおいて、2個の各半導体加速度センサ8Aおよ
び8Bとして、図6に示す半導体加速度センサ、すなわ
ちその梁が重り1の中心に対し互に180°の回転移動
で合致する一対の薄肉状の梁を1組とする第1および第
2の組の梁31,33および32,34からなり、これ
ら梁の重り1および支持体2の結合部の上面にそれぞれ
梁の長さ方向に歪ゲージ315,311,335,33
1および325,321,345,341が形成され、
かつこれら梁の上面にパッシベーション膜4が形成され
たものを用いると、パッシベーション膜による歪ゲージ
の抵抗変化が打ち消し合ってオフセット出力を生じるこ
となく、例えば自動車用の衝突・振動検知用などの量産
形に適したものとなる。更に図7に示す半導体加速度セ
ンサ、すなわち図6に示される半導体加速度センサにそ
の重り1の動作変位量g以上の変位を防ぐストッパ5,
6が設けられたものを用いると、耐衝撃性が向上するの
で、特に自動車用の衝突・振動検知用などの衝撃の加わ
る用途に適したものとなる。
【0019】
【発明の効果】本発明の半導体加速度センサは、例えば
加速度検出角度範囲が約120度であり、自動車の衝突
・振動検知用として用いた場合進行方向および左右斜め
方向の広い範囲の加速度が検出でき、かつ量産性および
耐衝撃性があり、半導体加速度センサ本来の小型・軽量
の特徴と併せて、自動車の衝突・振動検知用をはじめ各
種の用途に用いて効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体加速度センサの一実施例を示す
要部断面図
【図2】図1に示す半導体加速度センサの加速度検出感
度特性図
【図3】図1に示す半導体加速度センサを保護ケースに
収容したときの一例を示し、(a)は保護ケースの蓋を
取り外したときの平面図、(b)は断面図
【図4】従来の半導体加速度センサの一例を示し、
(a)は斜視図、(b)は断面図、(c)は回路図
【図5】従来の半導体加速度センサの異なる例を示し、
(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は回路図
【図6】従来の半導体加速度センサの更に異なる例を示
し、(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は回路図
【図7】従来の半導体加速度センサの更に異なる例を示
す断面図
【図8】図4ないし図7に示す従来の半導体加速度セン
サの加速度検出感度特性図
【符号の説明】
8A 半導体加速度センサ 8B 半導体加速度センサ P 加速度検出方向 PA 半導体加速度センサ8Aの加速度検出方向 PB 半導体加速度センサ8Bの加速度検出方向

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】それぞれ厚肉状の重りと、この重りと所定
    の間隔を有し、かつこの重りを囲うように形成された厚
    肉状の支持体と、前記重りの外周と前記支持体の内周を
    連結する薄肉状の梁とからなり、前記梁の上面に歪ゲー
    ジが形成された2個の半導体加速度センサが加速度検出
    方向に対し、それら各々の加速度検出方向が所定の角度
    をなして対称に配置されてなることを特徴とする半導体
    加速度センサ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体加速度センサにおい
    て、各半導体加速度センサはそれぞれその梁が重りの中
    心に対し互に180°の回転移動で合致する一対の薄肉
    状の梁を1組とする第1および第2の組の梁からなり、
    これら梁の重りおよび支持体の結合部の上面にそれぞれ
    梁の長さ方向に歪ゲージが形成され、かつこれら梁の上
    面にパッシベーション膜が形成されたものからなること
    を特徴とする半導体加速度センサ。
  3. 【請求項3】請求項1あるいは2記載の半導体加速度セ
    ンサにおいて、各半導体加速度センサはそれぞれその重
    りの動作変位量以上の変位を防ぐストッパが設けられた
    ものからなることを特徴とする半導体加速度センサ。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3記載の半導体加速度セン
    サにおいて、各加速度センサは加速度検出方向に対しそ
    れら各々の半導体加速度センサの加速度検出角度範囲の
    ほぼ1/2の角度をなして対称に配置されることを特徴
    とする半導体加速度センサ。
JP31065692A 1992-11-20 1992-11-20 半導体加速度センサ Pending JPH06160422A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6895819B1 (en) 1998-09-18 2005-05-24 Fujitsu Limited Acceleration sensor
DE102006049121B3 (de) * 2006-10-18 2008-02-07 Siemens Ag Unfallerkennungsvorrichtung mit redundant angeordneten Beschleunigungssensoren zur Frontalaufprallerkennung in einem Kraftfahrzeug

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DE102006049121B3 (de) * 2006-10-18 2008-02-07 Siemens Ag Unfallerkennungsvorrichtung mit redundant angeordneten Beschleunigungssensoren zur Frontalaufprallerkennung in einem Kraftfahrzeug

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20000808