JPH05281248A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JPH05281248A JPH05281248A JP4105473A JP10547392A JPH05281248A JP H05281248 A JPH05281248 A JP H05281248A JP 4105473 A JP4105473 A JP 4105473A JP 10547392 A JP10547392 A JP 10547392A JP H05281248 A JPH05281248 A JP H05281248A
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- Japan
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- bridge
- resistors
- resistor
- acceleration sensor
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
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Abstract
(57)【要約】
【目的】コストの低減と小型化を図った半導体加速度セ
ンサを提供することを目的とする。 【構成】シリコン基板に形成された感歪ゲージ抵抗を組
合わせて構成された感歪抵抗ブリッジを有する半導体加
速度センサにおいて、基板上に感歪ゲージ抵抗Ｒz1〜Ｒ
z4のなかのＲz3，Ｒz4の電源接続端子側につながる補償
用抵抗ｒ1 ，ｒ2，ｒ3 ，ｒ4 が感歪ゲージ抵抗と同時
に形成され、組立て時に必要な補償用抵抗を選んでボン
ディングワイヤ５１により接続してブリッジを構成する
ことにより、感歪抵抗ブリッジの零点オフセット補償が
行われるようにした。
ンサを提供することを目的とする。 【構成】シリコン基板に形成された感歪ゲージ抵抗を組
合わせて構成された感歪抵抗ブリッジを有する半導体加
速度センサにおいて、基板上に感歪ゲージ抵抗Ｒz1〜Ｒ
z4のなかのＲz3，Ｒz4の電源接続端子側につながる補償
用抵抗ｒ1 ，ｒ2，ｒ3 ，ｒ4 が感歪ゲージ抵抗と同時
に形成され、組立て時に必要な補償用抵抗を選んでボン
ディングワイヤ５１により接続してブリッジを構成する
ことにより、感歪抵抗ブリッジの零点オフセット補償が
行われるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体のピエゾ抵抗効
果を利用した感歪抵抗ブリッジをもつ半導体加速度セン
サに関する。
果を利用した感歪抵抗ブリッジをもつ半導体加速度セン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンのカンチレバーやダイヤフラム
に熱拡散により感歪ゲージ抵抗を形成し、これをブリッ
ジに組んで構成される半導体加速度センサが知られてい
る。図４は、多次元加速度センサの感歪抵抗ブリッジの
構成を示す。感歪ゲージ抵抗Ｒx1〜Ｒx4により、ｘ方向
の加速度を検出するブリッジが構成され、感歪ゲージ抵
抗Ｒy1〜Ｒy4により、ｙ方向の加速度を検出するブリッ
ジが構成され、感歪ゲージ抵抗Ｒz1〜Ｒz4により、ｚ方
向の加速度を検出するブリッジが構成されている。この
様な感歪抵抗ブリッジにおいて、加速度が零の時はブリ
ッジ出力が零となるように、例えばｘ方向についていえ
ば、Ｒx1／Ｒx3＝Ｒx2／Ｒx4である必要がある。通常
は、Ｒx1＝Ｒx3＝Ｒx2＝Ｒx4となるように各感歪ゲージ
抵抗が製作される。ｙ方向，ｚ方向についても同様であ
る。
に熱拡散により感歪ゲージ抵抗を形成し、これをブリッ
ジに組んで構成される半導体加速度センサが知られてい
る。図４は、多次元加速度センサの感歪抵抗ブリッジの
構成を示す。感歪ゲージ抵抗Ｒx1〜Ｒx4により、ｘ方向
の加速度を検出するブリッジが構成され、感歪ゲージ抵
抗Ｒy1〜Ｒy4により、ｙ方向の加速度を検出するブリッ
ジが構成され、感歪ゲージ抵抗Ｒz1〜Ｒz4により、ｚ方
向の加速度を検出するブリッジが構成されている。この
様な感歪抵抗ブリッジにおいて、加速度が零の時はブリ
ッジ出力が零となるように、例えばｘ方向についていえ
ば、Ｒx1／Ｒx3＝Ｒx2／Ｒx4である必要がある。通常
は、Ｒx1＝Ｒx3＝Ｒx2＝Ｒx4となるように各感歪ゲージ
抵抗が製作される。ｙ方向，ｚ方向についても同様であ
る。
【０００３】しかし、拡散抵抗のウェハ内不均一等によ
り、実際には上述のように感歪ゲージ抵抗の抵抗値が完
全に等しくなることはない。この結果感歪抵抗ブリッジ
は、加速度が零の時でも出力が零とはならず、いわゆる
零点オフセットが生じる。従来はこの零点オフセットを
補償するため、抵抗器を外付けすることが一般に行われ
ている。しかし、外付け抵抗によりオフセットを補償す
る方法は、部品点数の増加、工程数の増加により加速度
センサのコスト高の原因となっている。また外付け抵抗
器は一般にセンサ素子に比べて大きく、加速度センサ全
体を小型化する上で大きな障害となっている。
り、実際には上述のように感歪ゲージ抵抗の抵抗値が完
全に等しくなることはない。この結果感歪抵抗ブリッジ
は、加速度が零の時でも出力が零とはならず、いわゆる
零点オフセットが生じる。従来はこの零点オフセットを
補償するため、抵抗器を外付けすることが一般に行われ
ている。しかし、外付け抵抗によりオフセットを補償す
る方法は、部品点数の増加、工程数の増加により加速度
センサのコスト高の原因となっている。また外付け抵抗
器は一般にセンサ素子に比べて大きく、加速度センサ全
体を小型化する上で大きな障害となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の半
導体加速度センサでは、零点オフセット補償のために外
付け抵抗器を用いていたために、コストが高くなり、ま
た小型化が難しいといった問題があった。本発明はこの
様な問題を解決して、コストの低減と小型化を可能とし
た半導体加速度センサを提供することを目的とする。
導体加速度センサでは、零点オフセット補償のために外
付け抵抗器を用いていたために、コストが高くなり、ま
た小型化が難しいといった問題があった。本発明はこの
様な問題を解決して、コストの低減と小型化を可能とし
た半導体加速度センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
形成された感歪ゲージ抵抗を組合わせて構成された感歪
抵抗ブリッジを有する半導体加速度センサにおいて、半
導体基板上に前記感歪ゲージ抵抗の電源接続端子側につ
ながる補償用抵抗が形成され、組立て時に必要な補償用
抵抗を選んでブリッジを構成することにより、感歪抵抗
ブリッジの零点オフセット補償が行われるようにしたこ
とを特徴とする。
形成された感歪ゲージ抵抗を組合わせて構成された感歪
抵抗ブリッジを有する半導体加速度センサにおいて、半
導体基板上に前記感歪ゲージ抵抗の電源接続端子側につ
ながる補償用抵抗が形成され、組立て時に必要な補償用
抵抗を選んでブリッジを構成することにより、感歪抵抗
ブリッジの零点オフセット補償が行われるようにしたこ
とを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明によれば、感歪ゲージ抵抗と共に半導体
基板内に集積形成された補償用抵抗を用いて、これをセ
ンサ組み立て時にワイヤボンディング等により必要なブ
リッジ辺に組み込むことより、加速度センサの小型化が
図られる。また補償用抵抗は、感歪ゲージ抵抗と共に半
導体基板に集積形成されるから、抵抗器を外付けする方
法に比べて工程は簡単になり、コストの低減が可能にな
る。また、一つのブリッジ辺につながる複数の補償用抵
抗を、それらの間にボンディングパッドを設けた状態で
配置すれば、ボンディング接続の位置を選択することに
より、広い範囲に渡って高精度のオフセット補償ができ
る。
基板内に集積形成された補償用抵抗を用いて、これをセ
ンサ組み立て時にワイヤボンディング等により必要なブ
リッジ辺に組み込むことより、加速度センサの小型化が
図られる。また補償用抵抗は、感歪ゲージ抵抗と共に半
導体基板に集積形成されるから、抵抗器を外付けする方
法に比べて工程は簡単になり、コストの低減が可能にな
る。また、一つのブリッジ辺につながる複数の補償用抵
抗を、それらの間にボンディングパッドを設けた状態で
配置すれば、ボンディング接続の位置を選択することに
より、広い範囲に渡って高精度のオフセット補償ができ
る。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例に係る多次元半導
体加速度センサの構造を示す断面図とチップ平面図であ
る。シリコン基板１１がセンサ本体である。シリコン基
板１１は図のように溝が加工されて、中央に作用部１
３，その周囲に薄肉の可撓部１２が形成されている。シ
リコン基板１１の可撓部１２には、感歪ゲージ抵抗１４
が図１(b) に示すように所定のレイアウトで拡散形成さ
れている。Ｒx1〜Ｒx4がｘ方向加速度を検出するための
感歪ゲージ抵抗であり、Ｒy1〜Ｒy4がｙ方向加速度を検
出するための感歪ゲージ抵抗、Ｒz1〜Ｒz4がｚ方向加速
度を検出するための感歪ゲージ抵抗である。
説明する。図１は、本発明の一実施例に係る多次元半導
体加速度センサの構造を示す断面図とチップ平面図であ
る。シリコン基板１１がセンサ本体である。シリコン基
板１１は図のように溝が加工されて、中央に作用部１
３，その周囲に薄肉の可撓部１２が形成されている。シ
リコン基板１１の可撓部１２には、感歪ゲージ抵抗１４
が図１(b) に示すように所定のレイアウトで拡散形成さ
れている。Ｒx1〜Ｒx4がｘ方向加速度を検出するための
感歪ゲージ抵抗であり、Ｒy1〜Ｒy4がｙ方向加速度を検
出するための感歪ゲージ抵抗、Ｒz1〜Ｒz4がｚ方向加速
度を検出するための感歪ゲージ抵抗である。
【０００８】シリコン基板１１上には、上述した感歪ゲ
ージ抵抗１４の他に、図１(b) に示すように周辺厚肉部
に、オフセット補償用抵抗２２が形成されている。この
実施例では補償用抵抗１４は、ｘ，ｙ，ｚ各方向につき
それぞれ４個ずつ設けられている。また図では示さない
が、周辺厚肉部にブリッジの出力増幅回路を形成するこ
とで、集積化された加速度センサが得られる。シリコン
基板１１はその周辺部が台座１６に取り付けられ、中央
の作用部１３には重錘体１５が取り付けられている。こ
のセンサ本体は、その上下に作用部１３の振動を制限す
るためのガラスからなる振動ストッパ１７，１８が取り
付けられている。シリコン基板１１上のボンディングパ
ッドとパッケージリード２０の間はボンディングワイヤ
２１により接続されて、パッケージ１９に収納されてい
る。
ージ抵抗１４の他に、図１(b) に示すように周辺厚肉部
に、オフセット補償用抵抗２２が形成されている。この
実施例では補償用抵抗１４は、ｘ，ｙ，ｚ各方向につき
それぞれ４個ずつ設けられている。また図では示さない
が、周辺厚肉部にブリッジの出力増幅回路を形成するこ
とで、集積化された加速度センサが得られる。シリコン
基板１１はその周辺部が台座１６に取り付けられ、中央
の作用部１３には重錘体１５が取り付けられている。こ
のセンサ本体は、その上下に作用部１３の振動を制限す
るためのガラスからなる振動ストッパ１７，１８が取り
付けられている。シリコン基板１１上のボンディングパ
ッドとパッケージリード２０の間はボンディングワイヤ
２１により接続されて、パッケージ１９に収納されてい
る。
【０００９】図２は、この様に構成された多次元加速度
センサでのｚ方向の感歪抵抗ブリッジの接続例を示して
いる。感歪ゲージ抵抗Ｒz1，Ｒz2，Ｒz3，Ｒz4のうち、
この例では感歪ゲージ抵抗Ｒz3，Ｒz4の電源接続側の端
子に、それぞれ補償用抵抗２２として、拡散抵抗ｒ1 ，
ｒ2 ，ｒ3 ，ｒ4 が接続された状態で、センサ素子が形
成されている。図の端子１〜６はボンディングパッドと
なっており、この例では端子２，４間がボンディングワ
イヤ５１で接続されてブリッジが構成され、これに電源
回路５０が接続されている。すなわち、センサ素子形成
後にチップの状態で各感歪ゲージ抵抗Ｒz1〜Ｒz4の抵抗
値をチェックし、例えば感歪ゲージ抵抗Ｒz3が感歪ゲー
ジ抵抗Ｒz4より小さい場合に、図示のように感歪ゲージ
抵抗Ｒz3の辺に補償用抵抗ｒ1 を入れて、零点オフセッ
トが補償されたブリッジを得る。他の方向についても同
様である。
センサでのｚ方向の感歪抵抗ブリッジの接続例を示して
いる。感歪ゲージ抵抗Ｒz1，Ｒz2，Ｒz3，Ｒz4のうち、
この例では感歪ゲージ抵抗Ｒz3，Ｒz4の電源接続側の端
子に、それぞれ補償用抵抗２２として、拡散抵抗ｒ1 ，
ｒ2 ，ｒ3 ，ｒ4 が接続された状態で、センサ素子が形
成されている。図の端子１〜６はボンディングパッドと
なっており、この例では端子２，４間がボンディングワ
イヤ５１で接続されてブリッジが構成され、これに電源
回路５０が接続されている。すなわち、センサ素子形成
後にチップの状態で各感歪ゲージ抵抗Ｒz1〜Ｒz4の抵抗
値をチェックし、例えば感歪ゲージ抵抗Ｒz3が感歪ゲー
ジ抵抗Ｒz4より小さい場合に、図示のように感歪ゲージ
抵抗Ｒz3の辺に補償用抵抗ｒ1 を入れて、零点オフセッ
トが補償されたブリッジを得る。他の方向についても同
様である。
【００１０】図３は、上述の補償用抵抗２２（ｒ1 〜ｒ
4 ）の部分の具体的な構造を示す平面図とそのＡ―Ａ′
断面図である。この例ではシリコン基板１１はｐ型であ
り、これにｎ型エピタキシャル層３１が形成されてい
る。このエピタキシャルウェハが、図１に示したように
加工されてセンサ素子が形成されるが、その素子の周辺
厚肉部に、ｐ型拡散層からなる補償用抵抗３２1 ，３２
2 が形成される。この補償用抵抗３２1 ，３２2 は、セ
ンサ素子の感歪ゲージ抵抗と同時に熱拡散によって形成
される。この補償用抵抗３２1 ，３２2 がそれぞれ、例
えば図２の補償用抵抗ｒ1 ，ｒ2 に相当する。補償用抵
抗３２1 ，３２2 の接続部、および他の端子部までの配
線部には、高濃度のｐ+ 型拡散層３３が形成されてい
る。補償用抵抗３２1 ，３２2 の端子部および他の端子
部に、Ａｌ等のボンディングパッド３４1 〜３４4 が形
成されている。ここでボンディングパッド３４1 ，３４
2 ，３４3 ，３４4 が例えば、図２の端子１，２，３，
４にそれぞれ対応する。
4 ）の部分の具体的な構造を示す平面図とそのＡ―Ａ′
断面図である。この例ではシリコン基板１１はｐ型であ
り、これにｎ型エピタキシャル層３１が形成されてい
る。このエピタキシャルウェハが、図１に示したように
加工されてセンサ素子が形成されるが、その素子の周辺
厚肉部に、ｐ型拡散層からなる補償用抵抗３２1 ，３２
2 が形成される。この補償用抵抗３２1 ，３２2 は、セ
ンサ素子の感歪ゲージ抵抗と同時に熱拡散によって形成
される。この補償用抵抗３２1 ，３２2 がそれぞれ、例
えば図２の補償用抵抗ｒ1 ，ｒ2 に相当する。補償用抵
抗３２1 ，３２2 の接続部、および他の端子部までの配
線部には、高濃度のｐ+ 型拡散層３３が形成されてい
る。補償用抵抗３２1 ，３２2 の端子部および他の端子
部に、Ａｌ等のボンディングパッド３４1 〜３４4 が形
成されている。ここでボンディングパッド３４1 ，３４
2 ，３４3 ，３４4 が例えば、図２の端子１，２，３，
４にそれぞれ対応する。
【００１１】こうしてこの実施例によれば、感歪ゲージ
抵抗と同時にシリコン基板上に複数の補償用抵抗を予め
形成して、ブリッジ組み立て時のボンディンク接続によ
り適当な補償用抵抗をブリッジに組み込むことにより、
ブリッジの零点オフセットの補償が簡単かつ確実に行わ
れる。外付け抵抗器を用いて零点補償を行う従来法に比
べて、センサ全体の小型化が図られ、またコストの低減
も可能となる。補償回路がセンサチップ上に形成される
ので、信頼性も高まる。本発明は上記実施例に限られる
ものではない。例えば実施例では、二つのブリッジ辺に
それぞれ二つずつの補償用抵抗を設けているが、その数
は任意に選ぶことができる。例えば、二つのブリッジ辺
に一つずつであってもよい。また補償用抵抗を更に数多
く配置すれば、より高精度のブリッジ零点オフセット補
償が可能になる。
抵抗と同時にシリコン基板上に複数の補償用抵抗を予め
形成して、ブリッジ組み立て時のボンディンク接続によ
り適当な補償用抵抗をブリッジに組み込むことにより、
ブリッジの零点オフセットの補償が簡単かつ確実に行わ
れる。外付け抵抗器を用いて零点補償を行う従来法に比
べて、センサ全体の小型化が図られ、またコストの低減
も可能となる。補償回路がセンサチップ上に形成される
ので、信頼性も高まる。本発明は上記実施例に限られる
ものではない。例えば実施例では、二つのブリッジ辺に
それぞれ二つずつの補償用抵抗を設けているが、その数
は任意に選ぶことができる。例えば、二つのブリッジ辺
に一つずつであってもよい。また補償用抵抗を更に数多
く配置すれば、より高精度のブリッジ零点オフセット補
償が可能になる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、感
歪抵抗ブリッジを構成する半導体基板上に感歪ゲージ抵
抗と同時に補償用抵抗を形成して、組立て時に必要な補
償用抵抗を選んで零点オフセット補償を行うので、半導
体加速度センサの小型化とコスト低減を図ることができ
る。
歪抵抗ブリッジを構成する半導体基板上に感歪ゲージ抵
抗と同時に補償用抵抗を形成して、組立て時に必要な補
償用抵抗を選んで零点オフセット補償を行うので、半導
体加速度センサの小型化とコスト低減を図ることができ
る。
【図１】本発明の一実施例に係る加速度センサの構造を
示す図。
示す図。
【図２】同実施例のブリッジ接続例を示す図。
【図３】同実施例の補償用抵抗部の構造を示す図。
【図４】多次元加速度センサの回路構成を示す図。
１１…シリコン基板、１２…可撓部、１３…作用部、１
４…感歪ゲージ抵抗、１５…重錘部、１６…台座、１
７，１８…ストッパ、１９…パッケージ、２０…リー
ド、２１…ボンディングワイヤ、２２…補償用抵抗、ｒ
1 〜ｒ4 …補償用抵抗、１〜６…端子部（ボンディング
パッド）、５１…ボンディングワイヤ、３１…ｎ型エピ
タキシャル層、３２1 ，３２2 …補償用抵抗、３３…ｐ
+ 型拡散層、３４1 〜３４4 …ボンディングパッド。
４…感歪ゲージ抵抗、１５…重錘部、１６…台座、１
７，１８…ストッパ、１９…パッケージ、２０…リー
ド、２１…ボンディングワイヤ、２２…補償用抵抗、ｒ
1 〜ｒ4 …補償用抵抗、１〜６…端子部（ボンディング
パッド）、５１…ボンディングワイヤ、３１…ｎ型エピ
タキシャル層、３２1 ，３２2 …補償用抵抗、３３…ｐ
+ 型拡散層、３４1 〜３４4 …ボンディングパッド。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板に形成された感歪ゲージ抵抗を
組合わせて構成された感歪抵抗ブリッジを有する半導体
加速度センサにおいて、前記半導体基板上に前記感歪ゲ
ージ抵抗の電源接続端子側につながる補償用抵抗が形成
され、組立て時に必要な補償用抵抗を選んでブリッジを
構成することにより、感歪抵抗ブリッジの零点オフセッ
ト補償が行われていることを特徴とする半導体加速度セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4105473A JPH05281248A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4105473A JPH05281248A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 半導体加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281248A true JPH05281248A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=14408569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4105473A Pending JPH05281248A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05281248A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07325104A (ja) * | 1994-06-01 | 1995-12-12 | Zexel Corp | 加速度センサ |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP4105473A patent/JPH05281248A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07325104A (ja) * | 1994-06-01 | 1995-12-12 | Zexel Corp | 加速度センサ |
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