JP2006275896A - 半導体加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイアフラムの面に平行で互いに直交する２方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる半導体加速度センサを提供することである。
【解決手段】 ダイアフラムの面の中心から互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、ウェハ外周枠部１２ａへそれぞれ延びている各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄからなり、その上面にピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4が形成されている半導体加速度センサ１０を構成する。Ｘ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂと、Ｙ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄにおいて、その軸に直交する断面の面積がそれぞれＸ軸方向又はＹ軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体加速度センサに関し、特に互いに直交する方向の加速度をそれぞれ適切な感度で検出する半導体加速度センサに関するものである。

従来、自動車等の車両やタイヤ内に設けられ、車両の姿勢制御を行うため或いはタイヤの歪みを検知するために半導体加速度センサが用いられるようになってきている。

この種の半導体加速度センサの一例を図２１乃至図２３を参照して説明する。図２１は外観斜視図、図２２は図２１に示すＡ−Ａ線矢視方向断面図、図２３は図２１に示すＢ−Ｂ線矢視方向断面図である。図に示すように、半導体加速度センサ２０は、矩形の枠型をなした台座２１を備え、台座２１の一開口面上にシリコン基板２２が取り付けられて加速度センサ２０が作成されている。

また、台座２１の開口部に対応するシリコン基板２２の中央部は十字形状をなす薄膜のダイアフラム２３が形成されており、各ダイアフラム片２３ａ〜２３ｄの上面にピエゾ抵抗体２６が形成されている。さらに、ダイアフラム片２３ａ〜２３ｄの交差部には、ダイアフラム２３の中央部の一方の面側に厚膜部２４が形成され、この厚膜部２４の表面には例えばガラス等からなる直方体形状の重錘２５が取り付けられている。

上記構成をなす半導体加速度センサ２０は、加速度に伴って発生する力が重錘２５に加わると、各ダイアフラム片２３ａ〜２３ｄに歪みが生じ、これによってピエゾ抵抗体２６の抵抗値が変化する。従って、所定のダイアフラム片２３ａ〜２３ｄに設けられたピエゾ抵抗体２６によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより所定方向、例えば互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

上記のような半導体加速度センサの一例としては、例えば、特開平８−７５７７５号公報、特開２０００−２８６３３号公報に開示されている半導体加速度センサが知られている。
特開平８−７５７７５号公報 特開２０００−２８６３３号公報

例えば、車両の前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸として加速度センサが設けられている場合、Ｘ軸方向は最大５００Ｇ程度の加速度を検出するのに対し、Ｙ軸方向はせいぜい数Ｇ程度の加速度を検出するに留まり、加速度の方向により感度が異なる半導体加速度センサが必要とされていた。

しかしながら、前述した従来の半導体加速度センサにおいては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度の感度がほとんど同じであり、Ｘ軸方向の加速度の最大値にあわせるとＹ軸方向の微小な加速度の変化が検出できず、Ｙ軸方向の加速度の最大値にあわせるとＸ軸方向の所定値以上の加速度を検出できない、という問題点があった。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、ダイアフラムの面に平行で互いに直交する２方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる半導体加速度センサを提供することである。

本発明は上記の目的を達成するために、ウェハ外周枠部内にダイアフラム部が形成されたシリコンウェハと、前記ウェハ外周枠部を固定する台座と、前記ダイアフラム部の一方の面の中央部に設けられた重錘とを備えた半導体加速度センサにおいて、前記ダイアフラムの面に対して平行で且つ互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、前記ダイアフラムの面の中心から前記ウェハ外周枠部へそれぞれ延びている複数の梁を備え、該複数の梁の所定位置における各軸に直交する断面の面積が、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせてそれぞれ設定されている半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイアフラムの面に対して平行で且つ互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、前記ダイアフラムの面の中心から前記ウェハ外周枠部へ延びている複数の梁を備えている。前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせて前記梁の所定位置における各軸に直交する断面の面積が設定されている。加速度により力が加わった場合、前記ダイアフラムは力の働く方向に歪むがその変位は断面積に反比例する。従って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに同じ大きさの加速度が加わったとき、前記梁はそれぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位する。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記Ｘ軸方向に沿う梁及び前記Ｙ軸方向に沿う梁において、前記中心に関し対称な２点の前記断面積がぞれぞれ同じである半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記Ｘ軸方向の梁と前記Ｙ軸方向の梁とにおいて前記中心に関し対称な２点の前記断面積がぞれぞれ同じである。加速度により力が加わった場合、前記ダイアフラムは力の働く方向に歪むがその変位は断面積に反比例する。従って、各梁は前記中心に関し対称に変位する。
また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記Ｘ軸方向に沿う梁及び前記Ｙ軸方向に沿う梁の少なくとも一方において、前記中心から前記ウェハ外周枠部に向かって前記断面積が大きくなる半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記Ｘ軸方向に沿う梁及び前記Ｙ軸方向に沿う梁の少なくとも一方の断面積が前記中心から前記ウェハ外周枠部に向かって前記断面積が大きくなる。加速度により力が加わった場合、前記ダイアフラムは力の働く方向に歪むがその変位は断面積に反比例する。従って、前記梁は中心に近いほど大きく変位する。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向並びに前記ダイアフラムの面に対して垂直なＺ軸方向のそれぞれの加速度を検出可能なように、前記複数の梁のそれぞれに拡散抵抗体が配置されていると共に、前記複数の梁のそれぞれに対応する前記ウェハ外周枠部上に前記拡散抵抗体に接続された接続用の電極を備えている半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向並びに前記ダイアフラムの面に対して垂直なＺ軸方向のそれぞれの加速度を検出可能なように、前記複数の梁のそれぞれに沿って拡散抵抗体が配置されている。さらに、これらの拡散抵抗体は前記ウェハ外周枠部上に設けられた電極に接続されている。これにより、前記電極を介して前記拡散抵抗体に外部回路を接続することができ、前記ダイアフラムの変形に伴って前記拡散抵抗体の抵抗値が変化する。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記ダイアフラムはシリコンピエゾ型のダイアフラムである半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイアフラムの変形によってピエゾ抵抗体の抵抗値が変化する。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記ダイアフラムの一面側或いは他面側のうちの少なくとも何れか一方の側に、ダイアフラムの中央部表面若しくは該中央部に対応する前記重錘の表面から所定の間隔をあけた位置に固定され、該中央部に対向して突出する突起部が設けられている半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイアフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は前記突起部によって制限されるため、ダイアフラムが最大限に伸びきることがない。これにより、前記ダイアフラムの面に垂直な方向に過度の加速度が生じた場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイアフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記突起部は、前記ウェハ外周枠部または前記台座のうちの少なくとも何れか一方に固定されて支持され、前記ダイアフラムの他方の面の中央部に対向して突出するように、前記ダイアフラムの他方の面の中央部から所定の間隔をあけた位置に設けられている半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイアフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により、前記ダイアフラムの他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は前記突起部によって制限されるため、ダイアフラムが最大限に伸びきることがない。これにより、前記ダイアフラムの他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイアフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記突起部は、前記ウェハ外周枠部または前記台座のうちの少なくとも何れか一方に連結固定されて支持され、前記重錘の表面に対向して突出するように、該重錘の中央部から所定の間隔をあけた位置に設けられている半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイアフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により、前記ダイアフラムの一方の面の側に所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は前記突起部によって制限されるため、ダイアフラムが最大限に伸びきることがない。これにより、前記ダイアフラムの一方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイアフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。

また、本発明は、上記構成の半導体加速度センサにおいて、前記ダイアフラムの中央部表面若しくは該中央部に対応する前記重錘の表面に対応する前記突起部の先端は錐形の先端形状をなしている半導体加速度センサを提案する。

上記構成よりなる半導体加速度センサによれば、前記ダイアフラムの面に垂直な方向に生ずる加速度により所定値以上の力が加わった場合、前記ダイアフラムは前記力の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は前記突起部の錐形をなす先端によって支持されて制限されるため、ダイアフラムが最大限に伸びきることがないと共に、前記ダイアフラムの面に垂直な方向に過度の加速度が生じた場合も、前記突起部の頂点が支点となって前記重錘の位置が変位するので、前記ダイアフラムの面に平行な方向の加速度を検出することができる。

本発明のによれば、ダイアフラムの面に平行で互いに直交するＸ軸方向に沿って一直線上に配置された梁であるダイアフラム片及びＹ軸方向に沿って一直線上に配置された梁であるダイアフラム片の各軸に直交する断面の面積がダイアフラムの中心に関し対称で、それぞれＸ軸方向又はＹ軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されることにより、それぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位し、ダイアフラムの面に平行で互いに直交する２方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる。また、ダイアフラムの中心からウェハ外周枠部に向かって断面積を大きくすることにより、ダイアフラム片はダイアフラムの中心に近いほど大きく変位すると共に、ピエゾ抵抗体の変化が顕著になり、より高精度に加速度を検出することができる。

更に、ダイアフラムの面に垂直な方向に過度の加速度が生じた場合も、突起部の頂点が支点となって重錘の位置が変位するので、感度を変えるため断面積を小さくしたダイアフラム片においても、効果的にダイアフラムの面に平行で互いに直交する２方向における加速度を検出することができるという非常に優れた効果を奏するものである。

本発明の上記目的、構成、特徴及び作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図である。図において、１０は半導体加速度センサで、台座１１と、シリコン基板１２とから構成されている。台座１１は矩形の枠型をなし、台座１１の一開口面上にシリコン基板（シリコンウェハ）１２が取り付けられている。

台座１１の開口部にシリコン基板１２が設けられ、ウェハ外周枠部１２ａ内の中央部には十字状をなす薄膜のダイアフラム１３が形成されている。ダイアフラム１３は、ダイアフラムの面の中心から互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、ウェハ外周枠部１２ａへそれぞれ延びている４つの梁である各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄからなり、その上面にピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4が形成されている。

詳細には、一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ，１３ｂのうちの一方のダイアフラム片１３ａにはピエゾ抵抗体Ｒx1，Ｒx2，Ｒz1，Ｒz2が形成され、他方のダイアフラム片１３ｂにはピエゾ抵抗体Ｒx3，Ｒx4，Ｒz3，Ｒz4が形成されている。また、ダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂに直交する一直線上に配置されたダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄのうちの一方のダイアフラム片１３ｃにはピエゾ抵抗体Ｒy1，Ｒy2が形成され、他方のダイアフラム片１３ｄにはピエゾ抵抗体Ｒy3，Ｒy4が形成されている。

また、ピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出するための抵抗ブリッジ回路を構成できるように、図２に示すように接続され、シリコン基板１２の外周部表面に設けられた接続用の電極121に接続されている。

さらに、ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの交差部には、ダイアフラム１３の中央部の一方の面側に厚膜部１４が形成され、この厚膜部１４の表面には例えばガラス等からなる直方体形状の重錘１５が取り付けられている。

上記構成の半導体加速度センサ１０を用いる場合は、図３乃至図５に示すように３つの抵抗ブリッジ回路を構成する。即ち、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図３に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒx1の一端とピエゾ抵抗体Ｒx2の一端との接続点に直流電源３２Ａの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx3の一端とピエゾ抵抗体Ｒx4の一端との接続点に直流電源３２Ａの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒx1の他端とピエゾ抵抗体Ｒx4の他端との接続点に電圧検出器３１Ａの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx2の他端とピエゾ抵抗体Ｒx3の他端との接続点に電圧検出器３１Ａの他端を接続する。

また、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図４に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒy1の一端とピエゾ抵抗体Ｒy2の一端との接続点に直流電源３２Ｂの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy3の一端とピエゾ抵抗体Ｒy4の一端との接続点に直流電源３２Ｂの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒy1の他端とピエゾ抵抗体Ｒy4の他端との接続点に電圧検出器３１Ｂの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy2の他端とピエゾ抵抗体Ｒy3の他端との接続点に電圧検出器３１Ｂの他端を接続する。

また、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図５に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒz1の一端とピエゾ抵抗体Ｒz2の一端との接続点に直流電源３２Ｃの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz3の一端とピエゾ抵抗体Ｒz4の一端との接続点に直流電源３２Ｃの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒz1の他端とピエゾ抵抗体Ｒz3の他端との接続点に電圧検出器３１Ｃの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz2の他端とピエゾ抵抗体Ｒz4の他端との接続点に電圧検出器３１Ｃの他端を接続する。

センサ１０に加わる加速度に伴って発生する力が重錘１５に加わると、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄに歪みが生じ、これによってピエゾ抵抗体２６の抵抗値が変化する。従って、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄに設けられたピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出する。

次に本発明の特徴であるダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの構成について説明する。図６は図１におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図、図７は図１におけるＤ−Ｄ線矢視方向断面図、図８は図６におけるＣ１−Ｃ１線矢視方向断面図、図９は図７におけるＤ１−Ｄ１線矢視方向断面図である。

Ｘ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂと、Ｙ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄは、その軸に直交する断面の面積が均一であり、それぞれＸ軸方向又はＹ軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されている。本実施形態では、車両の前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸として加速度を検出することを想定して、その断面積はＹ軸方向に沿うダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム１３ｄと比較してＸ軸方向に沿うダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム１３ｂの方を大きくしている。

加速度により力が加わった場合、ダイアフラム１３は力の働く方向に歪むが、その変位は断面積に反比例する。従って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに同じ大きさの加速度が加わったとき、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄはそれぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位する。また、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄはダイアフラム１３の中心に関して対称であるので、中心に関し対称に変位する。

ここで、図８及び図９に示すようにダイアフラム片の幅をＷ、厚さをＴとする場合、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの幅、厚さをそれぞれＷ＝１００［μｍ］、Ｔ＝１４［μｍ］とするダイアフラム１３が検出する加速度の実験結果を図１０に示す。ダイアフラム１３に印加される加速度が０〜３０［Ｇ］において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の検出加速度はそれぞれ印加加速度との差が１％以内であった。

また、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの幅、厚さをそれぞれＷ＝７０［μｍ］、Ｔ＝２０［μｍ］とするダイアフラム１３が検出する加速度の実験結果を図１１に示す。印加加速度が０〜１００［Ｇ］において、Ｘ軸、Ｙ軸の検出加速度は印加加速度との差がそれぞれ１％以内、Ｚ軸方向の検出加速度は印加加速度との差が３％以内であった。

図１２及び図１３に示すように、ダイアフラム１３の面に平行で互いに直交する２方向であるＸ軸、Ｙ軸方向に同じ大きさの加速度が生じ、この加速度により力４１，４２が働く場合、ダイアフラム１３は力４１，４２の働く方向に伸びるが、ダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂは断面積が大きいため力４１によりほとんど変位しないのに対し、ダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄは断面積が小さいため力４２により大きく変位する。

尚、本実施形態では、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの断面積が均一であるダイアフラム１３を示したが、各ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄの断面積は、ダイアフラム１３の中心に関して対称になっていればよい。図１４乃至図１７に示すように、Ｘ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂにおいて、ダイアフラム１３の中心からウェハ外周枠部１２ａに向かって断面積を大きくすることで、ダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂは中心に近いほど大きく変位する。特に、ピエゾ抵抗体Ｒx1，Ｒx2の形成されている位置、その他の位置で断面積を階段状に変化させているので、ピエゾ抵抗体Ｒx1，Ｒx2の抵抗値の変化が顕著になる。

従って、上記構成よりなる半導体加速度センサ１０によれば、ダイアフラム１３の面に平行で互いに直交するＸ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ａ及びダイアフラム片１３ｂとＹ軸方向に沿って一直線上に配置されたダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄの各軸に直交する断面の面積がダイアフラム１３の中心に関し対称で、それぞれＸ軸方向又はＹ軸方向の加速度の最大値にあわせて設定されることにより、それぞれの軸の加速度の最大値に反比例して変位し、ダイアフラム１３の面に平行で互いに直交する２方向における加速度をそれぞれ適切な感度で検出することができる。また、ダイアフラム１３の中心からウェハ外周枠部１２ａに向かって断面積を大きくすることにより、ダイアフラム片１３ａ〜１３ｄはダイアフラム１３の中心に近いほど大きく変位すると共に、ピエゾ抵抗体２６の変化が顕著になり、より高精度に加速度を検出することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。

図１８は本発明の第２実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図、図１９はその側面断面図、図２０はその動作を説明する図である。図において、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号を持って表しその説明を省略する。また、第２実施形態と第１実施形態との相違点は、第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、ダイアフラム１３の重錘１５が存在する側、しない側の両方に突起部を配置した支持体１６，５０を設けたことである。

図において、１０Ｂは半導体加速度センサで、台座１１と、シリコン基板１２、支持体１６，５０とから構成され、台座１１の外周部には支持体１６の外枠部161が固定されている。

支持体１６は、矩形の枠型をなした外枠部161と、固定部の４隅に立設された４つの支柱162、各支柱の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部163、梁部163の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部164とから構成されている。

外枠部161は、突起部164がダイアフラム１３の他面側すなわち重錘１５が存在しない側に位置するように、台座１１の外周部に嵌合して固定されている。ここで、突起部164の先端164aがダイアフラム１３の表面から距離ｄ１の位置になるように設定されている。この距離ｄ１は、ダイアフラム１３の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム１３の他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合においても、各ダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄが伸びきらないように、その変位が突起部164によって制限できる値に設定されている。

支持体５０は、矩形の枠型をなした外枠部501と、外枠部501の４隅に立設された４つの支柱502、各支柱502の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部503、梁部503の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部504とから構成されている。

外枠部501は、突起部504が重錘１５の底面側に位置するように、台座１１の外周部に固定されている。ここで、突起部504の先端504aが重錘１５の底面から距離ｄ１の位置になるように設定されている。この距離ｄ１は、第１実施形態と同様に、ダイアフラム１３の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム１３の一方の面の側すなわち重錘１５が設けられている側に所定値以上の力が加わった場合においても、ダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄが伸びきらないように、その変位が突起部504によって制限できる値に設定されている。

従って、上記構成よりなる第２実施形態の半導体加速度センサ１０Ｂによれば、
図２０に示すように、ダイアフラム１３の面に垂直な方向の力成分を含む力４３が働くような加速度が加わった場合、ダイアフラム１３の他方の面の側に所定値以上の力が加わったとき、ダイアフラム１３は力４３の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は突起部164の先端164aによって支持されて制限されるため、ダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄが最大限に伸びきることがない。また、図１９において下方向の力成分を含む力が働くような加速度が加わった場合、重錘１５の底面の側に所定値以上の力が加わったときも同様に、その変位は突起部504の先端504aによって支持されて制限されるため、ダイアフラム片１３ｃ及びダイアフラム片１３ｄが最大限に伸びきることがない。

これにより、ダイアフラム１３の面に垂直な方向に加速度が生じ、その加速度により所定値以上の力が加わった場合も、突起部164の先端164a又は突起部504の先端504aが支点となって重錘１５の位置が変位し、感度を変えるため断面積を小さくしたダイアフラム片１３ａ〜１３ｄにおいても、効果的にダイアフラム１３の面に平行で互いに直交する２方向における加速度を検出することができる。

なお、支持体１６又は支持体５０の一方を必要としない場合は、支持体１６又は支持体５０の一方のみを設けた半導体加速度センサを構成してもよい。

また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

本発明の第１実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図 本発明の第１実施形態における半導体加速度センサの電気系回路を示す構成図 本発明の第１実施形態における半導体加速度センサを用いたＸ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の第１実施形態における半導体加速度センサを用いたＹ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の第１実施形態における半導体加速度センサを用いたＺ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 図１におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図 図１におけるＤ−Ｄ線矢視方向断面図 図６におけるＣ１−Ｃ１線矢視方向断面図 図７におけるＤ１−Ｄ１線矢視方向断面図 本発明の第１実施形態におけるダイアフラムが検出する加速度の実験結果を示す図 本発明の第１実施形態におけるダイアフラムが検出する加速度の実験結果を示す図 本発明の第１実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 本発明の第１実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 本発明の第１実施形態における他の例の半導体加速度センサを示す外観斜視図 図１４におけるＥ−Ｅ線矢視方向断面図 図１４におけるＥ１−Ｅ１線矢視方向断面図 図１４におけるＥ２−Ｅ２線矢視方向断面図 本発明の第２実施形態における半導体加速度センサを示す分解斜視図 本発明の第２実施形態における半導体加速度センサを示す側断面図 本発明の第２実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 従来例の半導体加速度センサを示す外観斜視図 図２１におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図 図２１におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ…半導体加速度センサ、１１…台座、１２…シリコン基板、１２ａ…ウェハ外周枠部、１３…ダイアフラム、１３ａ〜１３ｄ…ダイアフラム片、１４…厚膜部、１５…重錘、１６…支持体、121…電極、161…外枠部、162…支柱、163…梁部、164…突起部、164a…先端、３１Ａ〜３１Ｃ…電圧検出器、３２Ａ〜３２Ｃ…直流電源、５０…支持体、501…外枠部、502…支柱、503…梁部、504…突起部、504a…先端、Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4…ピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）。

Claims (9)

1. ウェハ外周枠部内にダイアフラム部が形成されたシリコンウェハと、前記ウェハ外周枠部を固定する台座と、前記ダイアフラム部の一方の面の中央部に設けられた重錘とを備えた半導体加速度センサにおいて、
   前記ダイアフラムの面に対して平行で且つ互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、前記ダイアフラムの面の中心から前記ウェハ外周枠部へそれぞれ延びている複数の梁を備え、
   該複数の梁の所定位置における各軸に直交する断面の面積が、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれの加速度の最大値にあわせてそれぞれ設定されている
   ことを特徴とする半導体加速度センサ。
2. 前記Ｘ軸方向に沿う梁及び前記Ｙ軸方向に沿う梁において、前記中心に関し対称な２点の前記断面積がぞれぞれ同じである
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体加速度センサ。
3. 前記Ｘ軸方向に沿う梁及び前記Ｙ軸方向に沿う梁の少なくとも一方において、前記中心から前記ウェハ外周枠部に向かって前記断面積が大きくなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体加速度センサ。
4. 前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向並びに前記ダイアフラムの面に対して垂直なＺ軸方向のそれぞれの加速度を検出可能なように、前記複数の梁のそれぞれに拡散抵抗体が配置されていると共に、前記複数の梁のそれぞれに対応する前記ウェハ外周枠部上に前記拡散抵抗体に接続された接続用の電極を備えている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の半導体加速度センサ。
5. 前記ダイアフラムはシリコンピエゾ型のダイアフラムである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の半導体加速度センサ。
6. 前記ダイアフラムの一面側或いは他面側のうちの少なくとも何れか一方の側に、ダイアフラムの中央部表面若しくは該中央部に対応する前記重錘の表面から所定の間隔をあけた位置に固定され、該中央部に対向して突出する突起部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の半導体加速度センサ。
7. 前記突起部は、前記ウェハ外周枠部または前記台座のうちの少なくとも何れか一方に固定されて支持され、前記ダイアフラムの他方の面の中央部に対向して突出するように、前記ダイアフラムの他方の面の中央部から所定の間隔をあけた位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項６に記載の半導体加速度センサ。
8. 前記突起部は、前記ウェハ外周枠部または前記台座のうちの少なくとも何れか一方に連結固定されて支持され、前記重錘の表面に対向して突出するように、該重錘の中央部から所定の間隔をあけた位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項６に記載の半導体加速度センサ。
9. 前記ダイアフラムの中央部表面若しくは該中央部に対応する前記重錘の表面に対応する前記突起部の先端は錐形の先端形状をなしている
   ことを特徴とする請求項６乃至請求項８に記載の半導体加速度センサ。
   
   

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