JPH11230983A - Dynamic quantity sensor - Google Patents
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- 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
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度などの力学
量を、弾性変形可能な梁部によって支持されたマス部材
の変位に基づいて検出するようにした力学量センサに関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic quantity sensor for detecting a dynamic quantity such as acceleration based on a displacement of a mass member supported by an elastically deformable beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、ガス用の流量メータに内蔵さ
れ、地震などの振動を感知したときにガス配管のバルブ
を閉塞する用途、或いは燃焼ストーブに内蔵され、地震
などの振動を感知したときに炎及び燃料を断つ用途など
に使用される加速度センサにあっては、二次元平面内に
おける多方向の加速度をほぼ同一感度で検出できるよう
に構成されたものが一般的になっている。このような加
速度センサにおいては、その小形化及び低消費電力化な
どと共に信頼性や生産性の向上を実現することが要求さ
れており、このような要求を満たす素子として、従来よ
り、例えば特開平９−１４５７４０号公報に見られるよ
うな半導体加速度センサが知られている。2. Description of the Related Art For example, it is built in a gas flow meter and is used to close a valve of a gas pipe when vibration such as an earthquake is detected, or when it is built in a combustion stove and detects vibration such as an earthquake. 2. Description of the Related Art Acceleration sensors used for cutting off flames and fuel are generally configured to detect accelerations in multiple directions in a two-dimensional plane with almost the same sensitivity. In such an acceleration sensor, it is required to realize improvement in reliability and productivity as well as downsizing and low power consumption. A semiconductor acceleration sensor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-145740 is known.
【０００３】即ち、この半導体加速度センサは、支持基
板上に固定されたアンカー部と、このアンカー部に梁部
を介して連結されて上記支持基板の表面と平行な方向へ
変位可能に設けられた環状のおもり可動電極と、このお
もり可動電極を包囲するように配置された環状の固定電
極とを備えた構成となっている。上記可動電極の外周面
及び固定電極の内周面は、検出ギャップを存して面対向
された電極面として機能するようになっており、加速度
の作用に応じておもり可動電極が変位したときの上記両
電極間の接触或いは静電容量の変化に基づいて、その加
速度を等方的に検出できる構成とされている。That is, the semiconductor acceleration sensor is provided with an anchor fixed on a support substrate and connected to the anchor via a beam so as to be displaceable in a direction parallel to the surface of the support substrate. The configuration includes an annular weight movable electrode and an annular fixed electrode arranged so as to surround the weight movable electrode. The outer peripheral surface of the movable electrode and the inner peripheral surface of the fixed electrode are configured to function as electrode surfaces facing each other with a detection gap, and when the weight movable electrode is displaced according to the action of acceleration. The acceleration can be isotropically detected based on the contact between the two electrodes or the change in capacitance.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したような用途に
半導体加速度センサを使用する場合、電源として電池を
使用するのが通常であり、従って、その消費電力を極力
低減することが電池交換サイクルを延長する上で望まし
いものである。ところが、前記従来構成の半導体加速度
センサにあっては、常時において可動電極及び固定電極
間に電圧を印加した状態で使用する必要があるため、あ
る程度の電力を消費することが避けられないという事情
があり、このような点が未解決の課題となっていた。ま
た、半導体加速度センサが電極間の接触により加速度を
検出する接点方式とされる場合には、実際には、その接
点の接触信頼性を確保するための複雑な接点構造を採用
する必要があって、全体の構造が複雑化するという問題
点があった。さらに、半導体加速度センサが電極間の静
電容量の変化により加速度を検出する静電容量方式とさ
れる場合には、その検出出力を処理するための周辺回路
の構成が複雑化するという問題点があった。When a semiconductor acceleration sensor is used for the above-mentioned applications, it is usual to use a battery as a power supply. Therefore, it is necessary to reduce the power consumption as much as possible to reduce the battery replacement cycle. This is desirable for extension. However, since the conventional semiconductor acceleration sensor needs to be used in a state where a voltage is applied between the movable electrode and the fixed electrode at all times, it is inevitable that a certain amount of power is consumed. Therefore, such a point has been an unsolved problem. In addition, when the semiconductor acceleration sensor is of a contact type that detects acceleration by contact between electrodes, it is actually necessary to employ a complicated contact structure to ensure the contact reliability of the contact. However, there is a problem that the entire structure is complicated. Further, when the semiconductor acceleration sensor is of a capacitance type that detects acceleration by a change in capacitance between electrodes, there is a problem that the configuration of a peripheral circuit for processing the detection output becomes complicated. there were.
【０００５】本発明は上記した課題を解決するためにな
されたものであり、その目的は、電力消費を伴うことな
く検出出力を発生できると共に、構造或いは周辺回路の
簡単化を実現できるようになる力学量センサを提供する
ことにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to enable generation of a detection output without power consumption and simplification of a structure or a peripheral circuit. It is to provide a physical quantity sensor.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載したような手段を採用できる。この手
段によれば、常時において磁石からの磁束がマス部材に
設けられた検出導体に鎖交した状態を呈しており、この
状態から力学量の作用に応じてマス部材が変位したとき
には、上記検出導体が磁束中を移動することになって、
その検出導体内に起電力が誘起されるようになる。この
ように誘起された起電力は、端子部を通じて取り出し得
る構成となっており、従って、作用した力学量を、その
端子部から出力される電圧信号に基づいて検出できるよ
うになる。つまり、マス部材に力学量が作用したときに
は、検出導体及び磁石が一種の発電機として機能するよ
うになって、その力学量の検出のために特別な電源が不
要となるものである。また、接点が不要であるから、従
来構成のように全体の構造が複雑化する恐れがなく、し
かも、力学量の検出出力を電圧信号として直接得ること
ができるから、その検出出力を処理するための周辺回路
が従来構成のように複雑化する恐れもなくなるものであ
る。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, means as described in claim 1 can be employed. According to this means, the magnetic flux from the magnet is always linked to the detection conductor provided on the mass member, and when the mass member is displaced according to the action of the mechanical quantity from this state, the detection is performed. The conductor will move in the magnetic flux,
An electromotive force is induced in the detection conductor. The electromotive force induced in this manner is configured to be able to be taken out through the terminal portion, and therefore, the applied mechanical quantity can be detected based on the voltage signal output from the terminal portion. That is, when a dynamic quantity acts on the mass member, the detection conductor and the magnet function as a kind of generator, and a special power supply is not required for detecting the dynamic quantity. Further, since no contact is required, there is no danger that the entire structure becomes complicated as in the conventional configuration. Further, since the detection output of the dynamic quantity can be directly obtained as a voltage signal, the detection output is processed. Of the peripheral circuit is not likely to be complicated as in the conventional configuration.
【０００７】請求項２に記載した発明によれば、マス部
材が二次元平面方向へ等方的に変位可能になっているか
ら、その二次元平面内における多方向の力学量を検出で
きるようになって、その用途を拡大できるようになる。
また、請求項３に記載した発明によれば、検出導体がマ
ス部材の変位方向と平行したコイル状に形成されている
から、マス部材が二次元平面方向へ変位したときに、確
実に起電力を発生できるようになる。According to the second aspect of the invention, since the mass member is isotropically displaceable in the two-dimensional plane direction, it is possible to detect a multi-directional mechanical quantity in the two-dimensional plane. As a result, its use can be expanded.
According to the third aspect of the present invention, since the detection conductor is formed in a coil shape parallel to the displacement direction of the mass member, the electromotive force is reliably generated when the mass member is displaced in the two-dimensional plane direction. Can be generated.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体加速度セン
サに適用した一実施例について図面を参照しながら説明
する。図１にはケースに収納した状態での全体の平面構
造が示され、図２には全体の模式的な縦断面構造がそれ
ぞれ示されている（但し、図１中のハッチングは断面を
示すものではなく、構造要素の区別を容易にするための
ものである）。これら図１及び図２において、力学量セ
ンサとしての半導体加速度センサ１（以下、単に加速度
センサと呼ぶ）は、基本的には、樹脂或いはセラミック
などの非磁性体により形成された矩形状のベース２上
に、シリコンより成る支持基板３を配置すると共に、こ
の支持基板３上に、アンカー４を介してシリコンより成
る梁構造体５を支持した構造となっている。尚、上記支
持基板３及び梁構造体５は、単結晶シリコン及び多結晶
シリコンの何れで形成しても良く、また、これ以外の材
料によって形成することも可能である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor acceleration sensor will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the entire planar structure in a state of being housed in a case, and FIG. 2 shows a schematic vertical cross-sectional structure of the whole (however, hatching in FIG. 1 indicates a cross section). It is not to distinguish the structural elements.) 1 and 2, a semiconductor acceleration sensor 1 (hereinafter simply referred to as an acceleration sensor) as a physical quantity sensor is basically a rectangular base 2 made of a non-magnetic material such as resin or ceramic. A support substrate 3 made of silicon is arranged thereon, and a beam structure 5 made of silicon is supported on the support substrate 3 via an anchor 4. Note that the support substrate 3 and the beam structure 5 may be formed of any of single crystal silicon and polycrystal silicon, and may be formed of other materials.
【０００９】上記梁構造体５は、中央部に円孔を有する
矩形状の固定部６と、上記円孔内に位置された円盤形状
のマス部材７と、このマス部材７の外周面と固定部６の
内周面との間を一体的に連結するように配置された例え
ば４本の弾性変形可能な梁部８とを備えた構成となって
いる。この場合、上記４本の梁部８は、伸縮可能な形状
（平面形状がほぼＳ字をなす形状）とされていると共
に、マス部材７の外周面を４等分する各位置に連結され
て当該マス部材７を前記固定部６の円孔の中心に支持す
る構成となっている。これにより、マス部材７にあって
は、支持基板３の表面と平行した二次元平面方向へ等方
的に変位可能に支持されている。The beam structure 5 has a rectangular fixing portion 6 having a circular hole at the center, a disk-shaped mass member 7 positioned in the circular hole, and a fixing member fixed to the outer peripheral surface of the mass member 7. For example, four elastically deformable beam portions 8 arranged so as to be integrally connected to the inner peripheral surface of the portion 6 are provided. In this case, the four beam portions 8 are formed into a shape that can be expanded and contracted (a shape whose plane shape is substantially S-shaped), and are connected to each position that divides the outer peripheral surface of the mass member 7 into four equal parts. The mass member 7 is supported at the center of the circular hole of the fixing portion 6. Thereby, the mass member 7 is supported so as to be isotropically displaceable in a two-dimensional plane direction parallel to the surface of the support substrate 3.
【００１０】固定部６及びマス部材７の上面には、絶縁
膜として例えばシリコン窒化膜９が成膜されている。マ
ス部材７上には、アルミニウム或いは銅などのような導
電材料より成るコイル状の検出導体１０が、上記シリコ
ン窒化膜９を介して形成されている。尚、この検出導体
１０は、マス部材７の周縁部９に当該マス部材７と同心
状配置となるように設けられる。On the upper surfaces of the fixing portion 6 and the mass member 7, for example, a silicon nitride film 9 is formed as an insulating film. On the mass member 7, a coil-shaped detection conductor 10 made of a conductive material such as aluminum or copper is formed via the silicon nitride film 9. The detection conductor 10 is provided on the peripheral edge 9 of the mass member 7 so as to be concentric with the mass member 7.
【００１１】また、固定部６上には、一対のボンディン
グパッド１１（本発明でいう端子部に相当）が、前記シ
リコン窒化膜９を介して形成されている。この場合、図
３に拡大して示すように、検出導体１０の両端は、所定
の梁部８上にシリコン窒化膜９を介して形成された一対
の信号線１２（図１では図示を省略している）を介して
各ボンディングパッド１１にそれぞれ接続されている。
尚、本実施例においては、上記ボンディングパッド１１
及び信号線１２を検出導体１０と同一の材料から形成し
ている。A pair of bonding pads 11 (corresponding to terminal portions in the present invention) are formed on the fixed portion 6 with the silicon nitride film 9 interposed therebetween. In this case, as shown in an enlarged manner in FIG. 3, both ends of the detection conductor 10 are connected to a pair of signal lines 12 (not shown in FIG. 1) formed on a predetermined beam portion 8 via a silicon nitride film 9. ) Are connected to the respective bonding pads 11.
In this embodiment, the bonding pad 11
And the signal line 12 is formed from the same material as the detection conductor 10.
【００１２】前記ベース１には、マス部材７に下方から
対向する位置に凹部１ａが形成されており、この凹部１
ａ内には、検出導体１０に対し下方から磁束を鎖交させ
るための例えば円柱状の磁石１３が収納されている。
尚、磁石１３は、支持基板３の表面と直交した方向に着
磁されており、前記検出導体１０と同心状の配置とされ
るものである。A recess 1a is formed in the base 1 at a position facing the mass member 7 from below.
For example, a cylindrical magnet 13 for linking a magnetic flux to the detection conductor 10 from below is accommodated in a.
The magnet 13 is magnetized in a direction perpendicular to the surface of the support substrate 3 and is arranged concentrically with the detection conductor 10.
【００１３】さて、図４ないし図１０には加速度センサ
１の製造工程が模式的に示されており、以下これについ
て前記図１ないし図３も参照しながら説明する。まず、
図４に示すように、加速度センサ１を作成するための材
料基板１４を用意する。この材料基板１４は、最終的に
前記支持基板３となるシリコンウェハ１５の表面に形成
されたシリコン酸化膜１６上に、前記梁構造体５及び固
定部６を形成するためのシリコン薄膜１７を貼り合わせ
法などにより設けた構成（ＳＯＩ構造）となっている。
尚、上記シリコン酸化膜１６は、最終的に前記アンカー
４となるものである。FIGS. 4 to 10 schematically show the steps of manufacturing the acceleration sensor 1. This will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. First,
As shown in FIG. 4, a material substrate 14 for preparing the acceleration sensor 1 is prepared. On this material substrate 14, a silicon thin film 17 for forming the beam structure 5 and the fixing portion 6 is attached on a silicon oxide film 16 formed on the surface of a silicon wafer 15 that will eventually become the support substrate 3. It has a configuration (SOI structure) provided by a matching method or the like.
Incidentally, the silicon oxide film 16 finally becomes the anchor 4.
【００１４】次に、図５に示すような状態となるまで加
工する。具体的には、シリコン薄膜１７上にＬＰ−ＣＶ
Ｄ法などによって前記シリコン窒化膜９を成膜し、この
シリコン窒化膜９上にＣＶＤ法などによりシリコン酸化
膜１８を成膜する。この後には、上記シリコン酸化膜１
８に対するエッチング処理、並びに上記シリコン窒化膜
９に対するエッチング処理を順次行うことにより、それ
らシリコン酸化膜１８及びシリコン窒化膜９をホトリソ
グラフィ技術などを使用してパターニングすることによ
って、最終的に前記梁構造体５及び固定部６間の溝部と
なる領域に対応した形状の窓部を形成し、材料基板１４
のシリコン薄膜１７を露出させる。さらに、シリコン薄
膜１７に対し、最上層のシリコン酸化膜１８をマスクと
した異方性エッチング（ドライエッチング）を施すこと
により、上記窓部に対応した形状のトレンチ１９を形成
し、以て材料基板１４のシリコン酸化膜１６を露出させ
る。尚、このようにトレンチ１９が形成されるのに応じ
て、梁構造体５及び固定部６の基本形状が形成されるこ
とになる。Next, processing is performed until a state as shown in FIG. 5 is obtained. Specifically, the LP-CV is formed on the silicon thin film 17.
The silicon nitride film 9 is formed by the D method or the like, and a silicon oxide film 18 is formed on the silicon nitride film 9 by the CVD method or the like. After this, the silicon oxide film 1
8 and the silicon nitride film 9 are sequentially performed, whereby the silicon oxide film 18 and the silicon nitride film 9 are patterned by using a photolithography technique or the like. A window having a shape corresponding to a region serving as a groove between the body 5 and the fixing portion 6 is formed, and the material substrate 14 is formed.
The silicon thin film 17 is exposed. Further, the silicon thin film 17 is subjected to anisotropic etching (dry etching) using the uppermost silicon oxide film 18 as a mask, thereby forming a trench 19 having a shape corresponding to the window portion. The silicon oxide film 16 is exposed. It should be noted that the basic shapes of the beam structure 5 and the fixing portion 6 are formed in accordance with the formation of the trench 19 in this manner.
【００１５】次に、図６に示すように、シリコン酸化膜
１８を除去した上で、図７に示すように、シリコン窒化
膜９上にプラズマＴＥＯＳＣＶＤ法などのようなステッ
プカバレージが良好な成膜法によりシリコン酸化膜２０
を成膜することによって、前記トレンチ１９を埋め戻
す。Next, as shown in FIG. 6, after the silicon oxide film 18 is removed, as shown in FIG. 7, a film having good step coverage such as plasma TEOSCVD is formed on the silicon nitride film 9. Silicon oxide film 20
The trench 19 is buried back by forming a film.
【００１６】この後には、図８に示すように、シリコン
酸化膜２０に対し、例えばフッ酸系のエッチング液によ
るエッチングを施すことによって、シリコン窒化膜９を
露出させる。このとき、トレンチ１９内のシリコン酸化
膜２０がそのまま残置された状態、つまりトレンチ１９
が埋め戻されたままの状態とする。Thereafter, as shown in FIG. 8, the silicon nitride film 9 is exposed by etching the silicon oxide film 20 using, for example, a hydrofluoric acid-based etchant. At this time, the silicon oxide film 20 in the trench 19 is left as it is,
Is backfilled.
【００１７】次に、図９に示すように、前記検出導体１
０、ボンディングパッド１１及び信号線１２を形成す
る。具体的には、シリコン窒化膜１８及びシリコン酸化
膜２０上の全体に、蒸着手段、スパッタ手段或いはメッ
キ手段などによって導電材料（アルミニウム或いは銅な
ど）より成る導電性薄膜を成膜した後に、その導電性薄
膜をホトリソグラフィ技術などを利用してパターニング
することによって検出導体１０、ボンディングパッド１
１及び信号線１２を形成する。Next, as shown in FIG.
0, bonding pads 11 and signal lines 12 are formed. Specifically, a conductive thin film made of a conductive material (such as aluminum or copper) is formed on the entire surface of the silicon nitride film 18 and the silicon oxide film 20 by a vapor deposition means, a sputtering means, a plating means, or the like. Conductor 10 and bonding pad 1 by patterning a conductive thin film using photolithography technology or the like.
1 and the signal line 12 are formed.
【００１８】その後、図１０に示すように、トレンチ１
９内のシリコン酸化膜２０及び梁構造体５の下方に位置
したシリコン酸化膜１６を、フッ酸系のエッチング液に
よりエッチングしてシリコン薄膜１７の下面に空洞部を
形成するものであり、これによりアンカー４を形成す
る。つまり、シリコン酸化膜１６を犠牲層エッチングに
より、アンカー４により支持された状態の梁構造体５を
形成する。次いで、材料基板１４を所定位置でカットす
るダイシング工程などを行った後に、このダイシング工
程を経たチップを、磁石１３が収納されたベース２上に
接着などにより固定することによって、図１及び図２に
示した加速度センサ１の基本構造が完成する。尚、この
ようなシリコン酸化膜１６の犠牲層エッチングは時間制
御により行う。Thereafter, as shown in FIG.
9, a silicon oxide film 16 located below the beam structure 5 and the silicon oxide film 16 located under the beam structure 5 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant to form a cavity on the lower surface of the silicon thin film 17. An anchor 4 is formed. That is, the beam structure 5 in a state where the silicon oxide film 16 is supported by the anchors 4 is formed by sacrifice layer etching. Next, after performing a dicing step or the like for cutting the material substrate 14 at a predetermined position, the chip after the dicing step is fixed on the base 2 in which the magnet 13 is housed by bonding or the like, thereby obtaining a structure shown in FIGS. The basic structure of the acceleration sensor 1 shown in FIG. The sacrifice layer etching of the silicon oxide film 16 is performed by time control.
【００１９】上記した本実施例による加速度センサ１に
あっては、磁石１３からの磁束密度の分布（検出導体１
０の形成面に対し垂直な方向の磁束密度の分布）は、図
１１に示すような不均一な状態、具体的には、円柱状の
磁石１３の中心で最大となり、中心から遠ざかるに従っ
て減少するという不均一な分布状態となっている。この
場合、図１２（（ａ）は検出導体１０の変位の様子を示
す概略平面図、（ｂ）は検出導体１０の変位の様子を磁
石からの磁束分布（磁束方向及び密度を矢印及びその矢
印の長さで表現）と共に示す概略側面図）に示すよう
に、常時においては、磁石１３からの磁束がマス部材７
に設けられたコイル状の検出導体１０に鎖交した状態を
呈している。この状態から加速度の作用に応じてマス部
材７が変位したときには、図１２に二点鎖線で示すよう
に、検出導体１０が磁石１３からの磁束中を移動するこ
とになる。この移動時には、検出導体１０の各部に鎖交
する磁束密度が変化するから、その検出導体１０内に起
電力が誘起されるようになる。このように誘起された起
電力は、信号線１２を通じて一対のボンディングパッド
１１間に印加されるものであり、従って、作用した加速
度を、各ボンディングパッド１１間から出力される電圧
信号に基づいて検出できるようになる。In the acceleration sensor 1 according to the above-described embodiment, the distribution of the magnetic flux density from the magnet 13 (the detection conductor 1
The distribution of the magnetic flux density in the direction perpendicular to the plane of formation of 0 is maximum in the non-uniform state as shown in FIG. 11, specifically, at the center of the columnar magnet 13, and decreases as the distance from the center increases. It is a non-uniform distribution state. In this case, FIG. 12 (a) is a schematic plan view showing the state of displacement of the detection conductor 10, and FIG. 12 (b) shows the state of displacement of the detection conductor 10 by the magnetic flux distribution from the magnet (the direction of the magnetic flux and the density are indicated by arrows and the arrows thereof). ), The magnetic flux from the magnet 13 is always in the mass member 7 as shown in FIG.
In a state of interlinking with the coil-shaped detection conductor 10 provided in the above. When the mass member 7 is displaced in this state in response to the action of the acceleration, the detection conductor 10 moves in the magnetic flux from the magnet 13 as shown by a two-dot chain line in FIG. During this movement, the magnetic flux density linked to each part of the detection conductor 10 changes, so that an electromotive force is induced in the detection conductor 10. The electromotive force induced in this way is applied between the pair of bonding pads 11 through the signal line 12, and therefore, the applied acceleration is detected based on the voltage signal output between the bonding pads 11. become able to.
【００２０】つまり、マス部材７に加速度が作用したと
きには、検出導体１０及び磁石１３が一種の発電機とし
て機能するようになって、その加速度の検出のために特
別な電源が不要となるものである。また、接点が不要で
あるから、従来構成の接点方式の加速度センサのように
全体の構造が複雑化する恐れがなく、しかも、加速度の
検出出力を電圧信号として直接得ることができるから、
その検出出力を処理するための周辺回路が、従来構成の
静電容量方式の加速度センサのように複雑化する恐れも
ないものである。That is, when an acceleration acts on the mass member 7, the detection conductor 10 and the magnet 13 function as a kind of generator, so that no special power supply is required for detecting the acceleration. is there. Further, since no contact is required, there is no danger that the entire structure is complicated as in the conventional contact type acceleration sensor, and the detection output of acceleration can be directly obtained as a voltage signal.
A peripheral circuit for processing the detection output is not likely to be complicated as in the conventional capacitance type acceleration sensor.
【００２１】また、マス部材７は二次元平面方向へ等方
的に変位可能になっているから、二次元平面内における
多方向の加速度を検出できるようになって、その用途を
拡大できるようになる。さらに、検出導体１０がマス部
材７の変位方向と平行したコイル状に形成され、且つ磁
石１３からの磁束密度の分布が図１１に示すような状態
となるように構成されているから、マス部材７が二次元
平面方向へ変位したときに、確実に起電力を発生できる
ようになる。Further, since the mass member 7 can be isotropically displaced in the two-dimensional plane direction, it is possible to detect accelerations in multiple directions in the two-dimensional plane, so that its use can be expanded. Become. Further, since the detection conductor 10 is formed in a coil shape parallel to the displacement direction of the mass member 7 and the distribution of the magnetic flux density from the magnet 13 is in a state as shown in FIG. When 7 is displaced in the two-dimensional plane direction, an electromotive force can be generated reliably.
【００２２】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。本実施例による加速度センサ１は、二次元平面方向
の加速度を等方的に検出できるように構成したが、一次
元方向の加速度のみを検出する構成としても良いもので
ある。また、検出導体１０をコイル状に形成する構成と
したが、必ずしもこのような形状とする必要はなく、加
速度の検出方向が限定される場合には、単純な棒形状と
しても支障はない。さらに、良く知られた多層配線技術
を採用すれば、検出導体１０を複数ターン分のコイルと
して形成することも可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be modified or expanded as follows. Although the acceleration sensor 1 according to the present embodiment is configured to detect the acceleration in the two-dimensional plane isotropically, it may be configured to detect only the acceleration in the one-dimensional direction. Although the detection conductor 10 is formed in a coil shape, the detection conductor 10 is not necessarily required to have such a shape. When the detection direction of acceleration is limited, a simple rod shape does not cause any problem. Furthermore, if a well-known multilayer wiring technique is adopted, the detection conductor 10 can be formed as a coil for a plurality of turns.
【００２３】梁部８の形状は、上記実施例のようなほぼ
Ｓ字形状に限られるものではなく、マス部材７を加速度
の作用に応じて変位可能に支持できるものであれば、ス
パイラル状、円弧状など種々の形状を採用することがで
きる。半導体加速度センサに限らずヨーレートセンサや
角速度センサなどのような他の力学量センサにも応用で
きる。The shape of the beam portion 8 is not limited to a substantially S-shape as in the above-described embodiment, but may be a spiral shape as long as the mass member 7 can be displaceably supported in response to the action of acceleration. Various shapes such as an arc shape can be adopted. The present invention can be applied not only to the semiconductor acceleration sensor but also to other physical quantity sensors such as a yaw rate sensor and an angular velocity sensor.
【図１】本発明の一実施例による半導体加速度センサの
平面図FIG. 1 is a plan view of a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
【図２】同センサの模式的な縦断面図FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the sensor.
【図３】同センサの要部の拡大平面図FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part of the sensor.
【図４】半導体加速度センサの製造工程を模式的に示す
縦断面図その１FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.
【図５】同製造工程を模式的に示す縦断面図その２FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.
【図６】同製造工程を模式的に示す縦断面図その３FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.
【図７】同製造工程を模式的に示す縦断面図その４FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.
【図８】同製造工程を模式的に示す縦断面図その５FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.
【図９】同製造工程を模式的に示す縦断面図その６FIG. 9 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.
【図１０】同製造工程を模式的に示す縦断面図その７FIG. 10 is a longitudinal sectional view 7 schematically showing the same manufacturing process.
【図１１】磁石の磁束分布特性図FIG. 11 is a diagram showing a magnetic flux distribution characteristic of a magnet.
【図１２】作用説明用の模式図FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the operation.
１は半導体加速度センサ（力学量センサ）、３は支持基
板、５は梁構造体、６は固定部、７はマス部材、８は梁
部、１０は検出導体、１１はボンディングパッド（端子
部）、１２は信号線、１３は磁石を示す。1 is a semiconductor acceleration sensor (dynamic quantity sensor), 3 is a support substrate, 5 is a beam structure, 6 is a fixed portion, 7 is a mass member, 8 is a beam portion, 10 is a detection conductor, and 11 is a bonding pad (terminal portion). , 12 are signal lines, and 13 is a magnet.
Claims (4)
支持されて所定方向へ変位可能に設けられたマス部材を
備え、 このマス部材の変位に応じて当該マス部材に作用する力
学量を検出するようにした力学量センサにおいて、 前記マス部材に設けられた検出導体と、 この検出導体に対し磁束を鎖交させるように配置された
磁石と、 前記検出導体に誘起される起電力を取り出すための端子
部とを備えたことを特徴とする力学量センサ。1. A mass member supported on a support substrate by an elastically deformable beam portion and provided to be displaceable in a predetermined direction, and a dynamic amount acting on the mass member in accordance with the displacement of the mass member is provided. In the physical quantity sensor configured to detect, a detection conductor provided on the mass member, a magnet arranged to link magnetic flux to the detection conductor, and an electromotive force induced in the detection conductor are extracted. Physical quantity sensor comprising a terminal portion for the
的に変位可能に支持されていることを特徴とする請求項
１記載の力学量センサ。2. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the mass member is supported so as to be isotropically displaceable in a two-dimensional plane direction.
向と平行したコイル状に形成され、前記磁石は、前記検
出導体に鎖交する磁束密度の分布が不均一となるように
構成されていることを特徴とする請求項２記載の力学量
センサ。3. The detection conductor is formed in a coil shape parallel to a displacement direction of the mass member, and the magnet is configured such that a distribution of a magnetic flux density linked to the detection conductor is non-uniform. The physical quantity sensor according to claim 2, wherein
号線を前記梁部に配置したことを特徴とする請求項１な
いし３の何れかに記載の力学量センサ。4. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein a signal line connecting the detection conductor and the terminal is arranged on the beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10029808A JPH11230983A (en) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | Dynamic quantity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10029808A JPH11230983A (en) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | Dynamic quantity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11230983A true JPH11230983A (en) | 1999-08-27 |
Family
ID=12286334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10029808A Pending JPH11230983A (en) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | Dynamic quantity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11230983A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-02-12 JP JP10029808A patent/JPH11230983A/en active Pending
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