JP5333354B2 - Mechanical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、加速度などの力学量を検出する力学量センサに関する。 The present invention relates to a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity such as acceleration.
従来、この種の力学量センサとして、静電容量型加速度センサが知られている(特許文献1参照)。図9は、従来の静電容量型加速度センサ(以下、加速度センサという)を長手方向に切断した縦断面図である。加速度センサ30は、SOI(silicon on insulator)基板31をエッチングすることにより形成されている。SOI基板31は、シリコンからなる支持基板31aと、その表面に形成された埋込酸化膜31bと、その表面に形成されたシリコン層31cとから成る。
Conventionally, a capacitive acceleration sensor is known as this type of mechanical quantity sensor (see Patent Document 1). FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a conventional capacitive acceleration sensor (hereinafter referred to as an acceleration sensor) cut in the longitudinal direction. The
加速度センサ30は、可動部32と、この可動部32の両側面から突出形成された櫛歯状の可動電極37と、この可動電極37の突出方向に配置された固定部36と、この固定部36から可動部32に向けて突出形成された櫛歯状の固定電極38と、可動部32の両端に形成された梁構造体35,35と、これら梁構造体をSOI基板31に固定するアンカー部33,34とを備える。埋込酸化膜31bを部分的に除去することにより、梁構造体35,35、可動部32および可動電極37は、支持基板31aから浮いた構造になっている。アンカー部34の表面には、可動部32の電位を取出すための出力端子39が形成されており、固定部36の表面には、固定部36の電位を取出すための出力端子40が形成されている。
The
図10は、上記の加速度センサ30の主な電気的構成を示す回路図である。加速度センサ30は、CMOSにより構成された信号処理IC50を備える。信号処理IC50は、周知のCV変換回路51と、ローパスフィルタ(LPF)53と、EPROM54と、D/A変換回路55と、増幅回路52とを備える。
FIG. 10 is a circuit diagram showing the main electrical configuration of the
加速度センサ30に加速度が印加されると、可動部32が長手方向に変位し、それに伴って可動電極37および固定電極38間の間隔が変化し、可動電極37および固定電極38間の静電容量が変化する。その静電容量C1,C2の差動容量は、CV変換回路51により、差動容量に応じた電圧に変換され、ローパスフィルタ53によって高周波成分が除去される。ローパスフィルタ53から出力された信号は、増幅回路52によって増幅される。増幅回路52はゲイン調整およびオフセット調整が可能になっている。D/A変換回路55は、EPROM54から出力されるオフセット調整用データをD/A変換し、オペアンプ52aに与える。
When acceleration is applied to the
また、従来、直列接続された複数の加速度スイッチと、各加速度スイッチに並列接続された抵抗とを備えた加速度センサが知られている(特許文献2参照)。この加速度センサを構成する各加速度スイッチは、一端が固定され、他端が質量部を有する自由端になった片持ち梁部と、この片持ち梁部に隣接して固定された導電部とをそれぞれ備える。また、加速度スイッチは、導電部の長手方向と加速度方向とが直交するように配列されている。そして、各加速度スイッチの片持ち梁部は、加速度スイッチ毎に異なる長さに形成されており、加速度の大きさによって導電部と接触する質量部の数が変化し、出力電圧が変化する構成になっている。 Conventionally, an acceleration sensor including a plurality of acceleration switches connected in series and a resistor connected in parallel to each acceleration switch is known (see Patent Document 2). Each acceleration switch constituting the acceleration sensor includes a cantilever portion having one end fixed and a free end having a mass portion on the other end, and a conductive portion fixed adjacent to the cantilever portion. Prepare each. The acceleration switch is arranged so that the longitudinal direction of the conductive portion and the acceleration direction are orthogonal to each other. The cantilever portion of each acceleration switch is formed to have a different length for each acceleration switch, and the number of mass portions that come into contact with the conductive portion changes depending on the magnitude of the acceleration, and the output voltage changes. It has become.
前述した従来の前者の加速度センサは、信号処理IC50にCV変換回路51およびローパスフィルタ53を備えるため、信号処理ICが大きくなるので、加速度センサ30の小型化が難しいという問題がある。また、信号処理IC50の回路構成が複雑になるため、製造コストが高くなるという問題もある。
The conventional former acceleration sensor described above includes the
一方、後者の加速度センサは、各加速度スイッチが導電部の長手方向と加速度方向とが直交するように配列されているため、加速度センサの寸法が加速度方向に大きくなるという問題がある。
また、加速度スイッチの構造が、特許文献2の図1に示されているように、3枚の基板を積層した構造であり、中央の基板に片持ち梁部が形成され、その片持ち梁部の上下面と、上下の基板とには、アルミニウムや銅の蒸着によって接点が形成されている。また、各基板間は、ガラス層によって絶縁されている。また、各基板は、それぞれ異なるシリコンウェハにて製造され、各シリコンウェハを個々に分断して得たものを貼り合わせて上記の加速度スイッチを得る。そしてさらに、そのように得た加速度スイッチを複数接続することにより、加速度センサを製造している。
つまり、加速度センサの製造工程が複雑なため、製造効率が悪いという問題がある。
On the other hand, the latter acceleration sensor has a problem that the dimensions of the acceleration sensor are increased in the acceleration direction because the respective acceleration switches are arranged so that the longitudinal direction of the conductive portion and the acceleration direction are orthogonal to each other.
Further, as shown in FIG. 1 of
That is, there is a problem that the manufacturing efficiency of the acceleration sensor is complicated and the manufacturing efficiency is poor.
そこでこの発明は、上述の諸問題を解決するためになされたものであり、力学量センサの小型化を目的とする。また、力学量センサの製造効率を高めることを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to reduce the size of a mechanical quantity sensor. Moreover, it aims at improving the manufacturing efficiency of a mechanical quantity sensor.
上記の目的を達成するため、この発明の第1の特徴は、基板(20)と、前記基板に支持されており、検出対象の力学量の印加に応じて前記基板の基板面と平行に変位する可動部(2)と、前記可動部のうち変位方向に沿った両側面から櫛歯状に突出形成された複数の可動片(4a〜4i)と、隣接する可動片との間に空間が形成されるように各可動片間に固定して配置されており、相互に絶縁された複数の固定片(6a〜6i)とを備えており、相互に隣接する可動片および固定片の各組により、電源(E)に並列接続された複数のスイッチ(S1〜S7)が構成されており、前記力学量の印加に応じて前記可動部が変位したときに相互に接触する可動片および固定片の組数が前記力学量の大きさに応じて異なり、かつ、前記組数に応じて異なる電圧を発生するように構成されたことにある。 In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is that a substrate (20) and a substrate supported by the substrate are displaced in parallel with the substrate surface of the substrate in response to application of a mechanical quantity to be detected. A space between the movable part (2) and the plurality of movable pieces (4a to 4i) formed in a comb-like shape protruding from both side surfaces along the displacement direction of the movable part and the adjacent movable pieces. A plurality of fixed pieces (6a to 6i) which are fixedly arranged between the movable pieces so as to be formed and insulated from each other, and each set of the movable piece and the fixed piece adjacent to each other. Thus, a plurality of switches (S1 to S7) connected in parallel to the power source (E) are configured, and the movable piece and the fixed piece that come into contact with each other when the movable portion is displaced according to the application of the mechanical quantity. The number of sets differs according to the magnitude of the mechanical quantity, and according to the number of sets Lies in that is configured to generate a voltage which is.
上述した第1の特徴によれば、力学量の印加に応じて可動部が変位したときに相互に接触する可動片および固定片の組数に応じて異なる電圧を発生するため、従来のように静電容量を電圧に変換するCV変換回路およびローパスフィルタが不要である。
したがって、力学量センサを小型化することができる。
According to the first feature described above, different voltages are generated according to the number of sets of the movable piece and the fixed piece that are in contact with each other when the movable part is displaced in response to the application of the mechanical quantity. There is no need for a CV conversion circuit and a low-pass filter for converting capacitance to voltage.
Therefore, the mechanical quantity sensor can be reduced in size.
この発明の第2の特徴は、前述した第1の特徴において、前記複数の固定片(6a〜6i)には、それぞれ抵抗(R1〜R7)が直列接続されていることにある。 A second feature of the present invention is that, in the first feature described above, resistors (R1 to R7) are connected in series to the plurality of fixed pieces (6a to 6i), respectively.
上述した第2の特徴によれば、複数の固定片には、それぞれ抵抗が直列接続されているため、接触した可動片および固定片は、その固定片に直列接続された抵抗を介して電圧を発生することができる。
したがって、力学量の印加に応じて異なる電圧を発生することができるため、複数の大きさの加速度を検出することができる。
According to the second feature described above, since the resistance is connected in series to each of the plurality of fixed pieces, the movable piece and the fixed piece that are in contact with each other receive a voltage via the resistance connected in series to the fixed piece. Can be generated.
Therefore, different voltages can be generated in accordance with the application of the mechanical quantity, so that a plurality of accelerations can be detected.
この発明の第3の特徴は、前述した第1または第2の特徴において、前記複数の可動片(4a〜4i)および固定片(6a〜6i)は、それぞれ半導体であることにある。 A third feature of the present invention is that, in the first or second feature described above, the plurality of movable pieces (4a to 4i) and the fixed pieces (6a to 6i) are each a semiconductor.
上述した第3の特徴によれば、複数の可動片および固定片は、それぞれ半導体であるため、相互に接触した可動片および固定片を電気的に接続することができる。
したがって、相互に隣接する可動片および固定片をスイッチとして機能させることができる。
According to the third feature described above, since the plurality of movable pieces and fixed pieces are each a semiconductor, the movable pieces and fixed pieces that are in contact with each other can be electrically connected.
Therefore, the movable piece and the fixed piece adjacent to each other can function as a switch.
この発明の第4の特徴は、前述した第3の特徴において、前記半導体は、不純物を含むシリコンであることにある。 A fourth feature of the present invention is that, in the third feature described above, the semiconductor is silicon containing impurities.
上述した第4の特徴によれば、半導体は、不純物を含むシリコンであるため、不純物を注入または拡散したシリコン層を加工することにより、各可動片および固定片を形成することができる。 According to the fourth feature described above, since the semiconductor is silicon containing impurities, each movable piece and fixed piece can be formed by processing a silicon layer into which impurities are implanted or diffused.
この発明の第5の特徴は、前述した第4の特徴において、前記基板(20)はSOI基板であり、そのSOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより前記可動部(2)、複数の可動片(4a〜4i)および固定片(6a〜6i)が形成されていることにある。 A fifth feature of the present invention is that, in the fourth feature described above, the substrate (20) is an SOI substrate, and the movable part (2), by processing a silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate, A plurality of movable pieces (4a to 4i) and fixed pieces (6a to 6i) are formed.
上述した第5の特徴によれば、SOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより可動部、複数の可動片および固定片を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板から力学量センサを製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、力学量センサの製造効率を高めることができる。
According to the fifth feature described above, the movable portion, the plurality of movable pieces, and the fixed piece can be formed by processing the silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate.
Therefore, the mechanical quantity sensor can be manufactured from one SOI substrate, and it is not necessary to manufacture from three different silicon wafers as in the prior art, so that the manufacturing efficiency of the mechanical quantity sensor can be increased.
この発明の第6の特徴は、前述した第2の特徴において、前記基板(20)はSOI基板であり、そのSOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより前記可動部(2)、複数の可動片(4a〜4i)、複数の固定片(6a〜6i)および各抵抗(R1〜R7)が形成されていることにある。 A sixth feature of the present invention is that, in the second feature described above, the substrate (20) is an SOI substrate, and the movable part (2), by processing a silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate. The plurality of movable pieces (4a to 4i), the plurality of fixed pieces (6a to 6i), and the resistors (R1 to R7) are formed.
上述した第6の特徴によれば、SOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより可動部、複数の可動片、複数の固定片および各抵抗を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板から力学量センサを製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、力学量センサの製造効率を高めることができる。また、各固定片に直列接続する抵抗もSOI基板のシリコン層に形成することができるため、信号処理回路の面積を小さくすることができるので、力学量センサをより一層小型化することができる。
According to the sixth feature described above, the movable portion, the plurality of movable pieces, the plurality of fixed pieces, and the resistors can be formed by processing the silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate.
Therefore, the mechanical quantity sensor can be manufactured from one SOI substrate, and it is not necessary to manufacture from three different silicon wafers as in the prior art, so that the manufacturing efficiency of the mechanical quantity sensor can be increased. In addition, since the resistor connected in series to each fixed piece can also be formed in the silicon layer of the SOI substrate, the area of the signal processing circuit can be reduced, so that the mechanical quantity sensor can be further reduced in size.
この発明の第7の特徴は、前述した第1の特徴において、前記複数の固定片(6a〜6i)は、それぞれ不純物を含むシリコンによって形成されており、かつ、各固定片のうち接触した可動片によって応力が発生する部位にピエゾ抵抗(8h)がそれぞれ形成されていることにある。 According to a seventh feature of the present invention, in the first feature described above, the plurality of fixed pieces (6a to 6i) are each formed of silicon containing impurities, and the movable pieces in contact with each other among the fixed pieces. The piezoresistors (8h) are respectively formed at portions where stress is generated by the pieces.
上述した第7の特徴によれば、各固定片のうち接触した可動片によって応力が発生する部位にピエゾ抵抗がそれぞれ形成されているため、各ピエゾ抵抗がスイッチの役割をすることができ、かつ、各ピエゾ抵抗を介して異なる電圧を発生することができる。また、各固定片に抵抗を接続する必要がないため、信号処理回路の面積を小さくすることができるので、力学量センサをより一層小型化することができる。また、各可動片は各固定片に応力を発生させるだけの役割にし、各固定片からピエゾ抵抗の抵抗値を検出するように構成すれば、各可動片に電流を流す必要がない。 According to the seventh feature described above, each piezoresistor can act as a switch because each piezoresistor is formed at a site where stress is generated by the movable piece that is in contact with each of the fixed pieces, and Different voltages can be generated through each piezoresistor. In addition, since it is not necessary to connect a resistor to each fixed piece, the area of the signal processing circuit can be reduced, so that the dynamic quantity sensor can be further reduced in size. Further, if each movable piece serves only to generate stress on each fixed piece and is configured to detect the resistance value of the piezoresistor from each fixed piece, it is not necessary to pass a current through each movable piece.
この発明の第8の特徴は、前述した第7の特徴において、前記基板(20)はSOI基板であり、そのSOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより前記可動部(2)、前記複数の可動片(4a〜4i)、複数の固定片(6a〜6i)および各ピエゾ抵抗(8h)が形成されていることにある。 An eighth feature of the present invention is that, in the seventh feature described above, the substrate (20) is an SOI substrate, and the movable part (2), by processing a silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate. The plurality of movable pieces (4a to 4i), the plurality of fixed pieces (6a to 6i), and the piezoresistors (8h) are formed.
上述した第8の特徴によれば、SOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより可動部、前記複数の可動片、複数の固定片および各ピエゾ抵抗を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板から力学量センサを製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、力学量センサの製造効率を高めることができる。
According to the eighth feature described above, the movable portion, the plurality of movable pieces, the plurality of fixed pieces, and the piezoresistors can be formed by processing a silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate.
Therefore, the mechanical quantity sensor can be manufactured from one SOI substrate, and it is not necessary to manufacture from three different silicon wafers as in the prior art, so that the manufacturing efficiency of the mechanical quantity sensor can be increased.
この発明の第9の特徴は、前述した第1の特徴において、前記複数の固定片(6a〜6i)は、それぞれ不純物を含むシリコンにより形成されており、かつ、各固定片のうち接触した可動片によって応力が発生する部位に圧電素子がそれぞれ形成されていることにある。 According to a ninth feature of the present invention, in the first feature described above, the plurality of fixed pieces (6a to 6i) are each formed of silicon containing impurities, and the movable pieces that are in contact with each other among the fixed pieces. The piezoelectric element is formed at each site where stress is generated by the piece.
上述した第9の特徴によれば、各固定片のうち接触した可動片によって応力が発生する部位に圧電素子がそれぞれ形成されているため、各圧電素子がスイッチの役割をすることができ、かつ、各圧電素子から異なる電圧を発生することができる。また、各可動片は各圧電素子に圧電効果を発生させるだけの役割にし、各圧電素子の電圧を検出するように構成すれば、各可動片に電流を流す必要がない。 According to the ninth feature described above, since each piezoelectric element is formed at a site where stress is generated by the movable piece that is in contact with each fixed piece, each piezoelectric element can serve as a switch, and A different voltage can be generated from each piezoelectric element. Further, if each movable piece plays a role of only generating a piezoelectric effect in each piezoelectric element and is configured to detect the voltage of each piezoelectric element, it is not necessary to pass a current through each movable piece.
この発明の第10の特徴は、前述した第9の特徴において、前記基板(20)はSOI基板であり、そのSOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより前記可動部(2)、複数の可動片(4a〜4i)、複数の固定片(6a〜6i)および各圧電素子が形成されていることにある。 According to a tenth feature of the present invention, in the ninth feature described above, the substrate (20) is an SOI substrate, and the movable part (2), by processing a silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate. The plurality of movable pieces (4a to 4i), the plurality of fixed pieces (6a to 6i), and the respective piezoelectric elements are formed.
上述した第10の特徴によれば、SOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより可動部、複数の可動片、複数の固定片および各圧電素子を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板から力学量センサを製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、力学量センサの製造効率を高めることができる。
According to the tenth feature described above, the movable portion, the plurality of movable pieces, the plurality of fixed pieces, and each piezoelectric element can be formed by processing the silicon layer containing impurities on the surface of the SOI substrate.
Therefore, the mechanical quantity sensor can be manufactured from one SOI substrate, and it is not necessary to manufacture from three different silicon wafers as in the prior art, so that the manufacturing efficiency of the mechanical quantity sensor can be increased.
この発明の第11の特徴は、前述した第1ないし第10の特徴のいずれか1つにおいて、前記力学量の印加に応じて前記可動部(2)が変位したときに相互に接触する可動片(4a〜4i)および固定片(6a〜6i)の組数が前記力学量の大きさに応じて異なるように、各組の可動片および固定片間の間隔が設定されていることにある。 According to an eleventh feature of the present invention, in any one of the first to tenth features described above, the movable pieces that come into contact with each other when the movable portion (2) is displaced in response to the application of the mechanical quantity. The distance between the movable piece and the fixed piece of each set is set so that the number of sets of (4a to 4i) and the fixed pieces (6a to 6i) differs according to the magnitude of the mechanical quantity.
上述した第11の特徴によれば、各組の可動片および固定片間の間隔を調整することにより、印加される力学量に応じて相互に接触する可動片および固定片の組数を変えることができるため、力学量を検出することができる。 According to the eleventh feature described above, by adjusting the distance between each set of the movable piece and the fixed piece, the number of sets of the movable piece and the fixed piece that are in contact with each other is changed in accordance with the applied mechanical quantity. Therefore, the mechanical quantity can be detected.
この発明の第12の特徴は、前述した第1ないし第11の特徴のいずれか1つにおいて、前記力学量の印加に応じて前記可動部(2)が変位したときに相互に接触する可動片(4a〜4i)および固定片(6a〜6i)の組数が前記力学量の大きさに応じて異なるように、前記可動部はそれぞれバネ定数が異なる複数のバネ性部材(3b〜3i)を介して変位方向に複数に分割されており、各可動片は、それぞれ分割された可動部(2a〜2g)に配置されていることにある。 According to a twelfth feature of the present invention, in any one of the first to eleventh features described above, the movable pieces that come into contact with each other when the movable portion (2) is displaced in response to the application of the mechanical quantity. (4a to 4i) and the fixed pieces (6a to 6i) so that the number of sets differs according to the magnitude of the mechanical quantity, the movable part has a plurality of spring members (3b to 3i) having different spring constants. The movable piece is divided into a plurality of pieces in the displacement direction, and each movable piece is arranged in the divided movable part (2a to 2g).
上述した第12の特徴によれば、各バネ性部材のバネ定数を調整することにより、印加される力学量に応じて相互に接触する可動片および固定片の組数を変えることができるため、力学量を検出することができる。また、前述した第11の特徴と組合せ、各組の可動片および固定片間の間隔と、各バネ性部材のバネ定数とを調整することにより、印加される力学量に応じて相互に接触する可動片および固定片の組数を変えることもできる。 According to the twelfth feature described above, by adjusting the spring constant of each spring member, the number of sets of the movable piece and the fixed piece that are in contact with each other can be changed according to the applied mechanical quantity. A mechanical quantity can be detected. Further, by adjusting the combination with the above-described eleventh feature, the distance between the movable piece and the fixed piece of each set, and the spring constant of each spring member, they come into contact with each other according to the applied mechanical quantity. The number of sets of the movable piece and the fixed piece can be changed.
この発明の第13の特徴は、前述した第12の特徴において、前記複数のバネ性部材(3b〜3i)は、前記可動部(2)の両側面から前記可動片(4a〜4i)と同じ方向に突出形成された梁構造体であることにある。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect described above, the plurality of spring members (3b to 3i) are the same as the movable pieces (4a to 4i) from both side surfaces of the movable portion (2). The beam structure is formed to protrude in the direction.
上述した第13の特徴によれば、各梁構造体のバネ定数を調整することにより、印加される力学量に応じて相互に接触する可動片および固定片の組数を変えることができるため、力学量を検出することができる。 According to the thirteenth feature described above, by adjusting the spring constant of each beam structure, the number of sets of movable pieces and fixed pieces that are in contact with each other can be changed according to the applied mechanical quantity. A mechanical quantity can be detected.
この発明の第14の特徴は、前述した第1ないし第13の特徴のいずれか1つにおいて、特定の範囲の力学量を検出するための可動片(4a〜4i)および固定片(6a〜6i)の組数は、前記特定の範囲外の力学量を検出するための可動片および固定片の組数よりも多いことにある。 According to a fourteenth feature of the present invention, in any one of the first to thirteenth features described above, the movable piece (4a to 4i) and the fixed piece (6a to 6i) for detecting a mechanical quantity in a specific range. ) Is larger than the number of sets of the movable piece and the fixed piece for detecting the mechanical quantity outside the specific range.
上述した第14の特徴によれば、特定の範囲における力学量の相違による出力電圧差を細かくすることができるため、特定の範囲における力学量の検出精度を高めることができる。 According to the fourteenth feature described above, the output voltage difference due to the difference in the mechanical quantity in the specific range can be reduced, so that the detection accuracy of the mechanical quantity in the specific range can be increased.
この発明の第15の特徴は、前述した第1ないし第14の特徴のいずれか1つにおいて、前記相互に隣接する可動片(4a〜4i)および固定片(6a〜6i)は、一方に設けられた突起部(4j)を介して相互に接触可能であることにある。 According to a fifteenth feature of the present invention, in any one of the first to fourteenth features described above, the movable pieces (4a to 4i) and the fixed pieces (6a to 6i) adjacent to each other are provided on one side. It is in being able to contact each other via the projected part (4j).
上述した第15の特徴によれば、相互に隣接する可動片および固定片の一方に突起部が設けられているため、相互に接触したときに可動片および固定片が密着して離れなくなるおそれがない。 According to the fifteenth feature described above, since the protrusion is provided on one of the movable piece and the fixed piece adjacent to each other, there is a possibility that the movable piece and the fixed piece will not be separated from each other when coming into contact with each other. Absent.
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in each said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
〈第1実施形態〉
この発明に係る第1実施形態について図を参照して説明する。以下の各実施形態では、この発明に係る力学量センサとして加速度センサを例に挙げて説明する。図1は、この第1実施形態に係る加速度センサの主要構造を示す平面図である。図2は、図1に示す加速度センサの主な電気的構成を示す回路図である。
<First Embodiment>
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, an acceleration sensor will be described as an example of a mechanical quantity sensor according to the present invention. FIG. 1 is a plan view showing the main structure of the acceleration sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a circuit diagram showing a main electrical configuration of the acceleration sensor shown in FIG.
[主要構造]
この実施形態に係る加速度センサの主要構造を説明する。
加速度センサ1は、SOI基板20のシリコン層を周知のMEMS(Micro Electro Mechanical System)加工技術、たとえば、トレンチエッチングによって加工されている。加速度センサ1は、図9に示した従来の静電容量型加速度センサの製造工程と略同じ工程により製造することができる。SOI基板20は、支持基板の基板面に埋込絶縁膜を介してシリコン層を形成してなる基板であり、この実施形態では、支持基板は単結晶シリコンにより形成されており、シリコン層は不純物が注入または拡散されたP型またはN型である。また、埋込絶縁膜はシリコン酸化膜である。
[Main structure]
The main structure of the acceleration sensor according to this embodiment will be described.
In the
加速度センサ1は、SOI基板20と、可動部2と、梁構造体3と、可動片4,5と、固定片6,7と、固定部8,9とを備える。可動部2、梁構造体3、可動片4,5、固定片6,7および固定部8,9は、SOI基板20のシリコン層をトレンチエッチングすることにより形成されている。可動部2、梁構造体3および可動片4,5の下部は、シリコン酸化膜をエッチングで除去することにより、支持基板から浮いた構造になっており、検出対象の加速度の印加に応じてSOI基板20の基板面と平行に変位する。
The
図中の矢印F1は、検出対象の加速度の方向を示す。可動部2は、加速度方向F1に沿って長手形状に形成されている。可動部2は、加速度方向F1に沿って複数の可動部2a〜2gに分割されている。分割された各可動部2a〜2gは梁構造体3b〜3iを介して相互に連結されている。前端の可動部2aは、梁構造体3aを介して前端部10に連結されており、後端の可動部2gは、梁構造体3jを介してアンカー部11によってSOI基板20に支持されている。つまり、可動部2は、後端が固定端になっており、前端が自由端になっている。
An arrow F1 in the figure indicates the direction of acceleration to be detected. The
各可動部2a〜2gの変位方向に沿った一側面からは可動片4a〜4iが、加速度方向F1と直交する方向に突出形成されている。各可動部2a〜2gの変位方向に沿った他側面からは可動片5a〜5iが、加速度方向F1と直交する方向に突出形成されている。つまり、可動部2の変位方向に沿った両側面から、加速度方向F1と直交する複数の可動片が櫛歯状に突出形成されている。
この実施形態では、各可動片4,5は、それぞれ板状部材を立設した形状(板壁状)に形成されており、同じ突出長さおよび突出高さに形成されている。
From one side surface along the displacement direction of each
In this embodiment, each
梁構造体3a〜3jは、可動部2の変位方向に沿った両側面から加速度方向F1と直交する方向に突出形成されている。この実施形態では、梁構造体3a〜3jは、立設された板状部材を相対向させ、それら板状部材の突出側端部同士を連結し、各板状部材の基端が、相互に隣接する可動部に跨って連結された構造に形成されている。換言すると、相互に隣接する可動部は、横に長いコ字状の部材の開口端によって連結されている。このような構造を有するため、各梁構造体3a〜3jは、加速度方向F1およびその逆方向に対して伸縮可能なバネ性を有する。
各可動部2a〜2g、梁構造体3a〜3jおよびアンカー部10,11は、SOI基板20のシリコン層を加工して一体形成されている。
The
The
可動部2の一側面の側方には固定部8が設けられており、他側面の側方には固定部9が設けられている。固定部8からは固定片6が可動片4と対向して突出形成されており、固定部9からは固定片7が可動片5と対向して突出形成されている。固定部8は固定部8a〜8gから成り、各固定部8a〜8gからは固定片6a〜6iが可動片4a〜4iと隣接するように突出形成されている。固定部9は固定部9a〜9gから成り、各固定部9a〜9gからは固定片7a〜7iが可動片5a〜5iと隣接するように突出形成されている。
A
各可動片4a〜4iおよび各固定片6a〜6iは、相互に隣接する可動片および固定片間に空間が形成されるように配置されている。各可動片5a〜5iおよび各固定片7a〜7iは、相互に隣接する可動片および固定片間に空間が形成されるように配置されている。各固定部8a〜8gおよび各固定部9a〜9gは相互に絶縁されており、これにより、各固定片も相互に絶縁されている。
Each
この実施形態では、各固定片は、それぞれ板状部材を立設した形状に形成されており、その板面が隣接する可動片の板面と対向している。
各可動片は、加速度が印加されると、各梁構造体のバネ力に抗して加速度方向F1に変位し、加速度の印加がなくなると、各梁構造体の復元力によって変位前の位置に復帰する。可動片4a〜4iおよび固定片6a〜6iのうち、相互に隣接する可動片および固定片がスイッチを構成している。つまり、相互に隣接する可動片および固定片を1組とした場合に、計7組により、電源Eに並列接続されたスイッチS1〜S7が構成されている(図2)。
In this embodiment, each fixed piece is formed in a shape in which a plate-like member is erected, and the plate surface faces the plate surface of the adjacent movable piece.
When the acceleration is applied, each movable piece is displaced in the acceleration direction F1 against the spring force of each beam structure. When the acceleration is no longer applied, each movable piece is moved to the position before the displacement by the restoring force of each beam structure. Return. Of the
一側の固定部8の外方には電極パッド14が設けられており、他側の固定部9の外方には電極パッド15が設けられている。電極パッド14は、電極パッド14a〜14gから成り、各電極パッドは固定部8a〜8gと電気的に接続されている。電極パッド15は、電極パッド15a〜15gから成り、各電極パッドは固定部9a〜9gと電気的に接続されている。電極パッド14a〜14gは、ワイヤボンディングなどによって抵抗R1〜R7(図2)と電気的に直列接続されている。
An
つまり、固定片6a〜6iには、抵抗R1〜R7が電気的に直列接続されている。アンカー部10の近傍には電極パッド12が設けられており、アンカー部11の近傍には電極パッド13が設けられている。電極パッド12には電源E(図2)が電気的に接続されており、電極パッド13には出力端子Goが電気的に接続されている。
That is, the resistors R1 to R7 are electrically connected in series to the fixed
図2に示すように、加速度センサ1は、電源Eと、スイッチ回路21と、信号処理回路22とを備える。スイッチ回路21は、電源Eおよび出力端子Go間に並列接続された7つのスイッチS1〜S7を備えており、信号処理回路22は、電源Eおよび出力端子Go間に並列接続された抵抗R1〜R7を備える。信号処理回路22および出力端子Go間には、加速度が印加されないときの出力電圧を0Vに保つためのプルダウン抵抗R8が接続されている。可動片が隣接する固定片に接触すると、その可動片および固定片によるスイッチがONし、その固定片に接続された抵抗に電流が流れ、加速度に対応する出力電圧Goが発生する。
As shown in FIG. 2, the
各梁構造体3a〜3jのバネ定数は、印加される加速度の大きさに応じて、相互に接触する可動片4a〜4iおよび固定片6a〜6iの組数(ONするスイッチの数)が異なるように設定される。そして、相互に接触した可動片および固定片は、その固定片に接続された抵抗を介して通電するため、加速度センサ1は、相互に接触した可動片および固定片の組数に応じて異なる電圧を発生する。また、抵抗R1〜R7の各抵抗値は、印加される加速度の大きさに応じて出力端子Goの出力電圧が異なるように設定する。
The spring constants of the
ここで、各梁構造体のバネ定数と、各可動部の質量と、相互に隣接する可動片および固定片間の間隔とを決定する手法について説明する。
なお、説明を分かり易くするため、図1に示す加速度センサ1の構造を簡略化したモデルを用いて説明する。図3(a)は、図1に示す加速度センサ1の構造を簡略化したモデルを加速度方向F1を下向きにして示す平面図、(b)は(a)の模式図である。図4は、図3(a)に示すモデルの主な電気的構成を示す回路図である。図5は、図3(a)に示すモデルの出力電圧および加速度の関係を示すグラフである。
Here, a method for determining the spring constant of each beam structure, the mass of each movable part, and the interval between the movable piece and the fixed piece adjacent to each other will be described.
For ease of explanation, the
可動片4aおよび固定片6aからなる組をスイッチS1、可動片4bおよび固定片6bからなる組をスイッチS2、可動片4cおよび固定片6cからなる組をスイッチS3とする。また、各梁構造体3b〜3dのバネ定数をk1〜k3、各可動部2a〜2cの質量(両側面から突出した可動片を含む)をm1〜m3、可動片4aおよび固定片6a間の間隔をΔX1、可動片4bおよび固定片6b間の間隔をΔX2、可動片4cおよび固定片6c間の間隔をΔX3とする。また、加速度をG1〜G3(G1,G2,G3の順に大きくなる)の3段階で検出するものとする。
A set including the
バネ定数k1〜k3、質量m1〜m3および間隔ΔX1〜ΔX3は、各加速度G1〜G3において異なるスイッチがONするように決定する。たとえば、最小加速度G1が印加されたときはスイッチS3のみがONし、加速度G2が印加されたときはスイッチS3,S2のみがONし、最大加速度G3が印加されたときはスイッチS3,S3,S1がONするように各値を決定する。 The spring constants k1 to k3, the masses m1 to m3, and the intervals ΔX1 to ΔX3 are determined so that different switches are turned on at the respective accelerations G1 to G3. For example, only the switch S3 is turned on when the minimum acceleration G1 is applied, only the switches S3 and S2 are turned on when the acceleration G2 is applied, and the switches S3, S3, and S1 are applied when the maximum acceleration G3 is applied. Each value is determined so that becomes ON.
バネ定数、質量および間隔の総てが異なるようにする必要はなく、いずれか1つ以上が異なるように決定すれば良い。つまり、各加速度においてONするスイッチの組合せが異なれば良い。
この実施形態では、図3(a)に示すモデルでは、梁構造体3b〜3dの突出長さL1を異ならせることにより、各梁構造体のバネ定数k1〜k3を異ならせている。図示の例において梁構造体3b〜3dの各突出長さL1は、可動部2a,2bを連結する梁構造体3bが最も短く、可動部2cとアンカー部11とを連結する梁構造体3dが最も長い。
It is not necessary for the spring constant, mass, and interval to be all different, and any one or more may be determined to be different. That is, the combination of switches that are turned on at each acceleration may be different.
In this embodiment, in the model shown in FIG. 3A, the spring constants k1 to k3 of the beam structures are made different by making the protruding lengths L1 of the
つまり、加速度方向F1の方向を前方とすると、バネ定数は、前方に設けられた梁構造体3bのバネ定数k1が最も大きく、後方に設けられた梁構造体3dのバネ定数k3が最も小さい。
梁構造体のバネ定数は、図1の梁構造体3d,3gに示すように、梁構造体の突出長さに加えて梁構造体の構造を他の梁構造体と変えることにより、異ならせることもできる。
That is, assuming that the direction of the acceleration direction F1 is the front, the spring constant k1 of the
The spring constant of the beam structure is made different by changing the structure of the beam structure from other beam structures in addition to the protruding length of the beam structure as shown in the
固定部8a〜8cに電気的に接続された抵抗R1〜R3の各抵抗値は、印加される加速度の大きさに応じて出力端子Goの出力電圧が異なるように設定する。たとえば、電源Eの電圧V1が6Vであり、0〜6Gの加速度を2G刻みで検出したいとする。この場合、加速度2Gを検出したときにスイッチS1が、加速度4Gを検出したときにスイッチS2が、加速度6Gを検出したときにスイッチS3がそれぞれONするように抵抗R1〜R3の各抵抗値を設定する。本例の場合は、抵抗R1を2Ω、抵抗R2を(2/3)Ω、抵抗R3を0Ωにそれぞれ設定する。
The resistance values of the resistors R1 to R3 electrically connected to the fixing
このように抵抗R1〜R3の各抵抗値を設定することにより、図5に示すように、出力電圧Goは、2Gの加速度が印加されたときは2Vになり、4Gの加速度が印加されたときは4Vになり、6Gの加速度が印加されたときは6Vになる。つまり、3段階の加速度に対して3段階の電圧を出力することができるため、加速度を3段階に分けて検出することができる。 By setting the resistance values of the resistors R1 to R3 in this way, as shown in FIG. 5, the output voltage Go becomes 2V when 2G acceleration is applied, and when 4G acceleration is applied. Becomes 4V, and when 6G acceleration is applied, it becomes 6V. That is, since three levels of voltage can be output for three levels of acceleration, the acceleration can be detected in three levels.
また、特定の範囲の加速度を検出するための可動片および固定片の組数を、特定の範囲外の加速度を検出するための可動片および固定片の組数よりも多くすることにより、特定の範囲の加速度の検出精度を高めることもできる。たとえば、梁構造体のバネ定数、可動部の質量および可動片・固定片間の間隔の1つ以上を調整することにより、特定の範囲の加速度に対しては、より多段階でスイッチがONするようにする。 In addition, the number of sets of the movable piece and the fixed piece for detecting the acceleration in a specific range is made larger than the number of sets of the movable piece and the fixed piece for detecting an acceleration outside the specific range. It is also possible to improve the detection accuracy of the range acceleration. For example, by adjusting one or more of the spring constant of the beam structure, the mass of the movable part, and the distance between the movable piece and the fixed piece, the switch is turned on in more stages for a specific range of acceleration. Like that.
図6は、出力電圧および加速度の関係を示すグラフである。図示の例は、加速度G1〜G2の範囲よりも加速度G3〜G6の範囲を高精度で検出しようとするものである。このため、加速度G1〜G2の範囲における加速度の検出幅に対して加速度G3〜G6の範囲における加速度の検出幅が小さく設定されている。そして、出力電圧は、加速度の増加に対応して高くなるように設定されており、加速度G1〜G2に対しては電圧V1〜V2が出力され、加速度G3〜G6に対しては電圧V1〜V2よりも上昇幅の小さい電圧V3〜V6が出力される。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between output voltage and acceleration. In the illustrated example, the range of accelerations G3 to G6 is to be detected with higher accuracy than the range of accelerations G1 to G2. For this reason, the detection width of acceleration in the range of accelerations G3 to G6 is set smaller than the detection width of acceleration in the range of accelerations G1 to G2. The output voltage is set so as to increase in response to the increase in acceleration. Voltages V1 to V2 are output for the accelerations G1 to G2, and voltages V1 to V2 for the accelerations G3 to G6. Voltages V3 to V6 having a smaller increase width are output.
このように、加速度G1〜G2の範囲よりも加速度G3〜G6の範囲を高精度で検出する場合は、梁構造体のバネ定数、可動部の質量および可動片・固定片間の間隔の1つ以上を調整し、加速度G3〜G6の範囲でV3〜V6の電圧が出力されるように構成する。
たとえば、加速度センサ1を車両の衝突時の加速度検出用に用いれば、衝突したときにエアバッグを作動させるトリガーとなる加速度近傍の範囲を高精度で検出できるため、エアバッグの作動を高精度で制御することができる。
Thus, when detecting the range of the acceleration G3 to G6 with higher accuracy than the range of the acceleration G1 to G2, one of the spring constant of the beam structure, the mass of the movable part, and the interval between the movable piece and the fixed piece. By adjusting the above, a voltage of V3 to V6 is output in the range of accelerations G3 to G6.
For example, if the
[第1実施形態の効果]
(1)上述した第1実施形態に係る加速度センサ1を実施すれば、加速度の印加に応じて可動部2が変位したときに相互に接触する可動片4a〜4iおよび固定片6a〜6iの組数に応じて異なる電圧を出力することができるため、従来のように静電容量を電圧に変換するCV変換回路およびローパスフィルタが不要である。
したがって、加速度センサを小型化することができる。
[Effect of the first embodiment]
(1) If the
Therefore, the acceleration sensor can be reduced in size.
(2)また、可動片4a〜4iおよび固定片6a〜6iは、それぞれP型またはN型のシリコン層を加工して形成された半導体であるため、相互に接触した可動片および固定片を電気的に接続することができる。
したがって、相互に隣接する可動片および固定片をスイッチS1〜S7として機能させることができる。
(2) Since the
Therefore, the movable piece and the fixed piece adjacent to each other can function as the switches S1 to S7.
(3)さらに、SOI基板20の表面のシリコン層を加工することにより可動部2、アンカー部10,11、可動片4,5、固定片6,7および固定部8,9を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板20から加速度センサ1を製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、加速度センサの製造効率を高めることができる。
(3) Furthermore, the
Therefore, the
(4)さらに、梁構造体3a〜3jのバネ定数、可動部2a〜2gおよび可動片4,5の質量、相互に隣接する可動片および固定片間の間隔のいずれか1つ以上を調整することにより、印加される加速度に応じてONするスイッチS1〜S7を異ならせ、出力電圧を異ならせることができるため、加速度を多段階で検出することができる。
(4) Further, any one or more of the spring constants of the
〈第2実施形態〉
次に、この発明の第2実施形態について説明する。図7は、この実施形態に係る加速度センサの一部を示す平面図である。なお、この実施形態に係る加速度センサは、各可動片の一部の形状が異なる以外は、第1実施形態に係る加速度センサ1と同じ構成および機能であるため、同じ部分の説明を省略する。
Second Embodiment
Next explained is the second embodiment of the invention. FIG. 7 is a plan view showing a part of the acceleration sensor according to this embodiment. Note that the acceleration sensor according to this embodiment has the same configuration and function as the
この実施形態に係る加速度センサの各可動片には、相互に隣接する固定片と対向する部分に突起部が形成されており、その突起部を介して相互に接触可能に構成されている。図7に示す例では、可動片4aには、隣接する固定片6aと対向する部分に突起部4jが形成されている。このように各可動片に突起部を形成することにより、可動片および固定片が接触するときの接触面積を小さくすることができるため、加速度の印加が無くなったときに可動片および固定片が密着して離れなくなるという現象が起きないようにすることができる。
Each movable piece of the acceleration sensor according to this embodiment is formed with a protrusion at a portion facing a fixed piece adjacent to each other, and can be contacted with each other via the protrusion. In the example shown in FIG. 7, the
したがって、可動片および固定片が密着して離れなくなることにより、スイッチがONした状態が維持されてしまい、出力電圧Goに誤差が発生するような事態を回避することができる。
なお、各可動片に突起部を形成するのではなく、固定片に突起部を形成しても良い。
Therefore, when the movable piece and the fixed piece are brought into close contact with each other and are not separated from each other, a state where the switch is turned on is maintained, and a situation in which an error occurs in the output voltage Go can be avoided.
Instead of forming the protrusion on each movable piece, the protrusion may be formed on the fixed piece.
〈第3実施形態〉
次に、この発明の第3実施形態について説明する。図8は、この実施形態に係る加速度センサの一部を示す平面図である。
<Third Embodiment>
Next explained is the third embodiment of the invention. FIG. 8 is a plan view showing a part of the acceleration sensor according to this embodiment.
この実施形態に係る加速度センサの各固定片には、固定片の変位を検出するピエゾ抵抗がそれぞれ形成されている。また、各ピエゾ抵抗素子の両端には、ピエゾ抵抗の抵抗値の変化を検出するための一対の電極(図示省略)が形成されている。図8に示す例では、固定片6aの根元(基部)にピエゾ抵抗8hが形成されている。可動片4aが固定片6aに接触すると、その接触により固定片6aの根元に発生した応力がピエゾ抵抗8hに伝達され、ピエゾ抵抗8hの抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を検出することにより、可動片4aおよび固定片6aが相互に接触したことを検出し、加速度を検出することができる。
Each fixed piece of the acceleration sensor according to this embodiment is formed with a piezoresistor for detecting the displacement of the fixed piece. A pair of electrodes (not shown) for detecting a change in the resistance value of the piezoresistor is formed at both ends of each piezoresistive element. In the example shown in FIG. 8, a
つまり、各固定片に形成されたピエゾ抵抗が第1実施形態のスイッチS1〜S7および抵抗R1〜R7の役割をすることができる。このように、この実施形態に係る加速度センサは、信号処理回路に抵抗R1〜R7を設ける必要がないため、より一層小型化することができる。また、各可動片は、各固定片に応力を発生させ、ピエゾ抵抗の抵抗値を変化させるだけの役割であるため、各可動片に電流を流す必要がない。 That is, the piezoresistors formed on each fixed piece can serve as the switches S1 to S7 and the resistors R1 to R7 of the first embodiment. As described above, the acceleration sensor according to this embodiment does not need to be provided with the resistors R1 to R7 in the signal processing circuit, and can be further downsized. Further, each movable piece has a role of only generating a stress in each fixed piece and changing the resistance value of the piezoresistor, so that it is not necessary to pass a current through each movable piece.
また、SOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより可動部2、各可動片4,5、各固定片6,7および各ピエゾ抵抗を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板20から加速度センサを製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、加速度センサの製造効率を高めることができる。
Moreover, the
Therefore, the acceleration sensor can be manufactured from one
〈その他の実施形態〉
(1)第1実施形態に係る加速度センサ1の信号処理回路22に設けられた抵抗R1〜R7をSOI基板20のシリコン層に形成することもできる。たとえば、シリコン層に注入または拡散する不純物の量を制御することにより、各抵抗を形成することができる。また、各抵抗を各固定部8a〜8gに作り込むこともできる。
この構造を用いれば、信号処理回路22の面積を小さくすることができるので、加速度センサ1をより一層小型化することができる。
<Other embodiments>
(1) The resistors R1 to R7 provided in the
If this structure is used, since the area of the
(2)各固定片のうち接触した可動片によって応力が発生する部位に圧電素子を形成し、各圧電素子が発生する電圧の変化を検出することにより、可動片および固定片が相互に接触したことを検出し、加速度を検出することもできる。圧電素子は、シリコン層上に圧電膜および電極膜を積層して形成することができる。電極膜は、アルミニウムやニッケルなどにより形成することができる。また、圧電膜は、酸化亜鉛(ZnO)やチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの材料を用い、スパッタリングや蒸着などにより成膜することができる。 (2) A piezoelectric element is formed in a portion where stress is generated by the movable piece that is in contact with each fixed piece, and a change in voltage generated by each piezoelectric element is detected, so that the movable piece and the fixed piece are in contact with each other. It is also possible to detect the acceleration. The piezoelectric element can be formed by laminating a piezoelectric film and an electrode film on a silicon layer. The electrode film can be formed of aluminum, nickel, or the like. The piezoelectric film can be formed by sputtering or vapor deposition using a material such as zinc oxide (ZnO) or lead zirconate titanate (PZT).
つまり、各圧電素子が第1実施形態のスイッチS1〜S7の役割をすることができる。また、各可動片は、各圧電素子に圧電効果を発生させるだけの役割であるため、各可動片に電流を流す必要がない。 That is, each piezoelectric element can serve as the switches S1 to S7 of the first embodiment. In addition, each movable piece has a role of only generating a piezoelectric effect in each piezoelectric element, so that it is not necessary to pass a current through each movable piece.
また、SOI基板表面の不純物を含むシリコン層を加工することにより可動部2、各可動片4,5、各固定片6,7および各圧電素子を形成することができる。
したがって、1枚のSOI基板20から加速度センサを製造することができ、従来のように3枚の異なるシリコンウェハから製造する必要がないので、加速度センサの製造効率を高めることができる。
Moreover, the
Therefore, the acceleration sensor can be manufactured from one
(3)各可動片および固定片は、導電性を有すれば、半導体材料以外の材料により形成することもできる。また、各可動片および固定片を非導電性材料によって形成し、相互に接触した可動片および固定片が電気的に接続されるように、各可動片および固定片の表面および壁面に電極パターンを形成する構造でもよい。 (3) Each movable piece and fixed piece can be formed of a material other than a semiconductor material as long as it has conductivity. In addition, each movable piece and fixed piece is formed of a non-conductive material, and an electrode pattern is provided on the surface and wall surface of each movable piece and fixed piece so that the movable piece and the fixed piece in contact with each other are electrically connected. The structure to form may be sufficient.
(4)加速度方向F1と180°異なる加速度方向の加速度が印加されたときに相互に接触する可動片5a〜5iおよび固定片7a〜7iの組数に応じて異なる電圧を出力するように構成することもできる。この場合、固定部9a〜9gを各電極パッド15a〜15gと電気的に接続し、各電極パッド15a〜15gをワイヤボンディングなどによって抵抗R1〜R7と電気的に直列接続する。
(4) When an acceleration in an acceleration direction different from the acceleration direction F1 by 180 ° is applied, different voltages are output according to the number of
この発明に係る力学量センサは、前述した加速度センサの他、ヨーレートセンサや角速度センサなどにも適用することができる。 The mechanical quantity sensor according to the present invention can be applied to a yaw rate sensor, an angular velocity sensor, and the like in addition to the acceleration sensor described above.
1・・加速度センサ(力学量センサ)、2・・可動部、
3・・梁構造体(バネ性部材)、4,5・・可動片、6,7・・固定片、
8,9・・固定部、10,11・・アンカー部、12〜15・・電極パッド、
20・・SOI基板。
1 .... acceleration sensor (mechanical quantity sensor), 2 .... movable part,
3 .. Beam structure (spring member), 4, 5 .... Movable piece, 6, 7 .... Fixed piece,
8, 9 .. Fixing part, 10, 11, .. Anchor part, 12 to 15 .. Electrode pad,
20 ... SOI substrate.
Claims (15)
前記基板に支持されており、検出対象の力学量の印加に応じて前記基板の基板面と平行に変位する可動部と、
前記可動部のうち変位方向に沿った両側面から櫛歯状に突出形成された複数の可動片と、
隣接する可動片との間に空間が形成されるように各可動片間に固定して配置されており、相互に絶縁された複数の固定片とを備えており、
相互に隣接する可動片および固定片の各組により、電源に並列接続された複数のスイッチが構成されており、
前記力学量の印加に応じて前記可動部が変位したときに相互に接触する可動片および固定片の組数が前記力学量の大きさに応じて異なり、かつ、前記組数に応じて異なる電圧を発生するように構成されたことを特徴とする力学量センサ。 A substrate,
A movable part supported by the substrate and displaced parallel to the substrate surface of the substrate in response to application of a mechanical quantity to be detected;
A plurality of movable pieces that are formed in a comb-like shape from both side surfaces along the displacement direction of the movable portion, and
It is fixedly arranged between each movable piece so that a space is formed between adjacent movable pieces, and includes a plurality of fixed pieces insulated from each other.
Each set of movable pieces and fixed pieces adjacent to each other constitutes a plurality of switches connected in parallel to the power source,
The number of sets of the movable piece and the fixed piece that come into contact with each other when the movable portion is displaced in accordance with the application of the mechanical quantity varies depending on the magnitude of the mechanical quantity, and the voltage varies depending on the number of sets. A mechanical quantity sensor configured to generate
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