JP3345695B2 - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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Description
速度を検出する加速度センサに関する。
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。
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)。
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。
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。
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。
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
した加速度センサにあって、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、エッチングにより凹部お
よびその凹部にかかる第1の橋梁部が形成され、その第
1の橋梁部上に感熱抵抗素子としての一対のヒートワイ
ヤがパターン成形され、そのヒートワイヤ間にヒータが
配されるように、上部にそのヒータがパターン成形され
た第2の橋梁部が形成された第1の半導体基板または絶
縁基板と、エッチングにより凹部が形成された第2の半
導体基板または絶縁基板とからなり、第1および第2の
各半導体基板または絶縁基板を接合することによって両
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するようにしている。
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、第2の橋梁部上に形成されるヒータがそのヒー
トワイヤー間に配されてヒートワイヤ間における熱の分
布状態が急俊になるようにして、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により、センサ
本体に加わる加速度を方向性をもって高感度に検出する
ことができるようにしている。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
/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1mm2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。
た状態で室7内に封入すると、感度がさらに向上する。
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。
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。
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。
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。
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。
ては、エッチングにより凹部およびその凹部にかかる第
1の橋梁部が形成され、その第1の橋梁部上に感熱抵抗
素子としての一対のヒートワイヤがパターン成形され、
そのヒートワイヤ間にヒータが配されるように、上部に
そのヒータがパターン成形された第2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と、エッチングに
より凹部が形成された第2の半導体基板または絶縁基板
とからなり、第1および第2の各半導体基板または絶縁
基板を接合す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。
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、第2の橋梁部上に形成されるヒータがそのヒー
トワイヤー間に配されてヒートワイヤ間における熱の分
布状態が急俊になるようにしているので、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によ
り、センサ本体に加わる加速度を方向性をもって高感度
に検出することができるという利点を有している。
断面図である。
ある。
正断面図である。
図である。
構成図である。
基板の平面図である。
Claims (4)
- 【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、エッチングにより凹部およびその凹部にかかる第1
の橋梁部が形成され、その第1の橋梁部上に感熱抵抗素
子としての一対のヒートワイヤがパターン成形され、そ
のヒートワイヤ間にヒータが配されるように、上部にそ
のヒータがパターン成形された第2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と、エッチングによ
り凹部が形成された第2の半導体基板または絶縁基板と
からなり、第1および第2の各半導体基板または絶縁基
板を接合す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する
ことによって構成された加速度センサ。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (5)
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DE69510569T DE69510569T2 (de) | 1994-01-20 | 1995-01-20 | Beschleunigungsmessaufnehmer |
US08/376,155 US5719333A (en) | 1994-01-20 | 1995-01-20 | Acceleration sensor |
US09/020,999 US5945601A (en) | 1994-01-20 | 1998-02-09 | Acceleration sensor with temperature resistor elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (2)
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Family
ID=13254895
Family Applications (1)
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JP06432294A Expired - Fee Related JP3345695B2 (ja) | 1994-01-20 | 1994-02-23 | 加速度センサ |
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US7392703B2 (en) * | 2004-06-09 | 2008-07-01 | Memsic, Inc. | Z-axis thermal accelerometer |
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JP5054837B1 (ja) * | 2011-07-22 | 2012-10-24 | 立山科学工業株式会社 | 感震器 |
-
1994
- 1994-02-23 JP JP06432294A patent/JP3345695B2/ja not_active Expired - Fee Related
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