JP2006208272A - Semiconductor multiaxial acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車、家電製品などに用いられ複数方向それぞれの加速度に感度を有する半導体多軸加速度センサに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor multi-axis acceleration sensor which is used in, for example, automobiles and home appliances and has sensitivity to accelerations in a plurality of directions.
従来の半導体多軸加速度センサとしては、矩形枠状のフレーム部の内側に錘部が配置されたセンサ本体を備え、複数方向、例えば3軸方向の加速度をそれぞれ検出するものを挙げることができる。 An example of a conventional semiconductor multi-axis acceleration sensor includes a sensor main body having a weight portion disposed inside a rectangular frame-shaped frame portion and detecting accelerations in a plurality of directions, for example, three-axis directions.
なお、上述の半導体多軸加速度センサは、錘部が4つの撓み部を介してフレーム部に支持された直方体状の主錘部と、主錘部の四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付加錘部とを有したものである。半導体多軸加速度センサのセンサ本体は、各撓み部に設けた拡散層配線と主錘部の表面に設けた金属配線とを、抵抗体であるピエゾ抵抗に電気的に接続して、抵抗体と拡散層配線及び金属配線とを電気的に接続して、複数方向の加速度をそれぞれ検出する構成である(例えば、特許文献1参照。)。
ところが、上述のような半導体多軸加速度センサでは、例えば、センサ本体の厚み方向への加速度印加時において、錘部の変位による撓み部の破壊を低減させたいというニーズがあった。 However, in the semiconductor multi-axis acceleration sensor as described above, for example, there is a need to reduce the breakage of the bent portion due to the displacement of the weight portion when applying acceleration in the thickness direction of the sensor body.
また、上述のような半導体多軸加速度センサでは、例えば、センサ本体の厚み方向へ過大な加速度が印加されるような場合において、主錘部の表面に設けた金属配線が破壊する可能性をできる限り低くしたいというニーズもあった。 Moreover, in the semiconductor multi-axis acceleration sensor as described above, for example, when excessive acceleration is applied in the thickness direction of the sensor body, the metal wiring provided on the surface of the main weight portion may be destroyed. There was also a need to make it as low as possible.
本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、耐衝撃性強度が高い半導体多軸加速度センサを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to remedy the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor multi-axis acceleration sensor having high impact resistance strength.
上述の目的を達成するために、本発明の請求項1に係る半導体多軸加速度センサは、枠状のフレーム部の内側に配置した錘部が該錘部を挟んで前記フレーム部に延長された少なくとも1組の撓み部を介して前記フレーム部に支持され、前記フレーム部に対する前記錘部の変位により前記撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が前記各撓み部に形成されたセンサ本体を備えるとともに、前記各撓み部が前記抵抗体に電気的に接続された拡散層配線を備え、前記錘部が表面に各撓み部に設けた前記抵抗体間を電気的に接続する金属配線を備えた主錘部と、該主錘部と連続一体に連結した付加錘部からなり、前記抵抗体と前記拡散層配線及び前記金属配線とを電気的に接続して、複数方向の加速度をそれぞれ検出する半導体多軸加速度センサであって、前記金属配線側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第1の基板と、該第1の基板とは反対側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第2の基板と、を備え、前記第1の基板は、更に前記センサ本体との対面側に凹部を有するとともに、該凹部は、少なくとも前記付加錘部との対面部位にストッパ部を備えている。
In order to achieve the above-described object, in the semiconductor multi-axis acceleration sensor according to
また、本発明の請求項2に係る半導体多軸加速度センサは、請求項1に記載の半導体多軸加速度センサにおいて、前記ストッパ部は、少なくとも前記付加錘部に対面する箇所が粗面化処理されている。
The semiconductor multi-axis acceleration sensor according to
また、本発明の請求項3に係る半導体多軸加速度センサは、請求項1又は請求項2に記載の半導体多軸加速度センサにおいて、前記ストッパ部は、感光性有機膜で形成されている。
A semiconductor multi-axis acceleration sensor according to
このような構成の半導体多軸加速度センサは、第1の基板及び第2の基板をセンサ本体の表裏面にそれぞれ設けることで、センサ本体の厚み方向へ加速度印加がなされた際に、錘部の移動範囲を規制して撓み部の破壊を防止することができる。 In the semiconductor multi-axis acceleration sensor having such a configuration, the first substrate and the second substrate are provided on the front and back surfaces of the sensor body, respectively, so that when acceleration is applied in the thickness direction of the sensor body, The movement range can be regulated to prevent the bending portion from being broken.
また、このような構成の半導体多軸加速度センサは、第1の基板にストッパ部を設けることで、センサ本体の厚み方向へ過大の加速度が印加された際に、付加錘部がストッパ部に接触するようにして主錘部の表面に設けた金属配線が第1の基板に接触して破壊されることを阻止することができる。 In addition, the semiconductor multi-axis acceleration sensor having such a configuration is provided with a stopper portion on the first substrate, so that when an excessive acceleration is applied in the thickness direction of the sensor body, the additional weight portion contacts the stopper portion. In this way, it is possible to prevent the metal wiring provided on the surface of the main weight portion from coming into contact with the first substrate and being destroyed.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the structure which attached | subjected the same code | symbol shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
本発明の実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る半導体多軸加速度センサを示す平面図(後述で定義する上面側から見た平面図)であり、図2(a)は、図1のA−A断面における断面図であり、図2(b)は、図1のB−B断面における断面図である。なお、図1においては、見やすくするために、第1カバー2を取り除いた平面図を示している。また、図1(a)は、表面の配線等を省略して簡略化した平面図であり、図1(b)は、図1(a)に更に拡散層配線15、金属配線16を記した平面図である。また、図2は、A−A断面及びB−B断面における断面図であり、見やすくするためそれら断面より奥側にある部位の図示は省略する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a plan view showing a semiconductor multi-axis acceleration sensor according to an embodiment of the present invention (a plan view seen from an upper surface side defined later), and FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. FIG. 1 shows a plan view with the
半導体多軸加速度センサ1は、本実施形態においては、図2に示すように、SOI基板100を用いて形成したセンサ本体10と、センサ本体10の厚み方向の上面(表面)側に陽極接合により設けた第1の基板であるガラス製の第1カバー2と、センサ本体10の厚み方向の下面(裏面)側に陽極接合により設けた第2の基板であるガラス製の第2カバー3とを備えた構成である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the semiconductor
ここで、半導体多軸加速度センサ1の上下(表裏)方向は、実際の使用状態での方位性に依存するため一義的に規定できないが、本実施形態の記述では説明の便宜上、図2に示すように、第1カバー2の配置側を上(表)側、第2カバー3の配置側を下(裏)側というように上下方向を規定するものとする。
Here, the vertical (front and back) directions of the semiconductor
なお、SOI基板100は、シリコン基板からなる支持基板101とn形のシリコン層(シリコン活性層)103との間に絶縁膜である埋込酸化膜102が形成された所謂SOIウェハの一部により構成され、支持基板101は、センサ本体10の裏面側に設け、シリコン層103は、センサ本体10の表面側に設けている。
The
センサ本体10は、図1及び図2に示すように、矩形枠状のフレーム部11の内側に配置された錘部12がフレーム部11よりも薄肉である4つの撓み部13を備え、撓み部13を介してフレーム部11に連続一体に連結された構造を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor
なお、フレーム部11の表面は、全周にわたって第1カバー2に陽極接合され、フレーム部11の裏面は、全周にわたって第2カバー3に陽極接合されている。
The surface of the
錘部12の表面と第1カバー2との間には、図2に示すように、錘部12の厚さ方向への錘部12の変位を可能とする隙間を形成し、錘部12の裏面と第2カバー3との間には、錘部12の厚さ方向への錘部12の変位を可能とする隙間を形成している。
As shown in FIG. 2, a gap is formed between the surface of the weight portion 12 and the
錘部12は、上述の4つの撓み部13を介してフレーム部11に支持された直方体状の主錘部12aと、センサ本体10の主表面側から見て主錘部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付加錘部12bとを有している。つまり、各付加錘部12bは、フレーム部11と主錘部12aと互いに直交する方向に延長された2つの撓み部13とで囲まれる空間に配置され、各付加錘部12bそれぞれの周囲には主錘部12aとの連結部位を除いてスリット14が形成されている。
The weight portion 12 is continuous to each of the rectangular parallelepiped
ここで、センサ本体10の厚み方向をz軸方向、z軸方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部11の一辺に沿った方向をx軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をy軸方向と規定すれば、錘部12は、x軸方向に延長されて主錘部12aを挟む2つ1組の撓み部13と、y軸方向に延長されて主錘部12aを挟む2つ1組の撓み部13とを介してフレーム部11に支持されていることになる。
Here, the thickness direction of the
各撓み部13は、抵抗体(不図示)であるピエゾ抵抗に電気的に接続された拡散層配線15を備えている。
Each
主錘部12aは、配線部として、異なる撓み部13に設けたピエゾ抵抗をブリッジ接続するもので、各配線が交差する場合には、適宜、互いに交差する配線の一方を拡散層配線(不図示)により形成し、他方を表面に設けた金属配線16により構成するようにしている。
The
ここで、金属配線16は、例えばアルミ二ウム配線であり、主錘部12aにおけるシリコン層103上の絶縁膜104上に形成してあり、拡散層配線15と金属配線16とはコンタクト部(不図示)において電気的に接続されている。また、主錘部12aに形成される拡散層配線15の平面形状は、図示は省略するが例えばL字状であって、主錘部12aに形成される拡散層配線15は、互いに交差しないように配設されている。
Here, the
また、フレーム部11は、パッド電極(不図示)を備えている。拡散層配線15は、各拡散層配線の出力端子(不図示)に対応するパッド電極と接合されている。
The
抵抗体は、拡散層配線15及び金属配線16と電気的に接続され、錘部12の変位により撓み部13の複数方向(本実施形態においてはx軸、y軸及びz軸方向)の加速度をそれぞれ検出する。
The resistor is electrically connected to the
第1カバー2及び第2カバー3は、z軸方向に錘部12が変位する際に、錘部12の移動範囲を規制して撓み部13の破壊を防止し、センサ本体10が破壊されることを防止するために設けたものである。
When the weight portion 12 is displaced in the z-axis direction, the
第1カバー2及び第2カバー3は、図2に示すように、錘部12と対向面に錘部12の揺動空間(錘部との間のエアギャップ)を確保するために、各々凹部2a、凹部3aを備えている。なお、凹部2a、凹部3aは、エッチングやサンドブラスト加工等により形成されている。
As shown in FIG. 2, each of the
また、第1カバー2は、更に、前述の凹部2aにおいて、少なくとも4つの付加錘部12bに対面する部位には、例えばガラスで形成したストッパ部4を備えている。なお、少なくとも主錘部12aに対向する凹部2aには、ストッパ部4は設けない。
Further, the
なお、ストッパ部4は、第1カバー2と一体に形成されていても、別体で形成して後に一体化してもどちらでもよい。なお、ストッパ部4の付加錘部12bへの対向面は、付加錘部12bがストッパ部4に接合することを回避しやすくなるため粗面化処理が施されていることが好ましい。
The
ここで、ストッパ部4は、例えばz軸上方向に過大な加速度が印加された際に、主錘部12aの表面に設けた金属配線16が第1カバー2に接触して破壊することを防止するために形成したもので、z軸上方向に錘部12が変位した場合に、主錘部12aの表面に設けた金属配線16が第1カバー2に接触する前に、付加錘部12bがストッパ部4に接触させるようにすることで、主錘部12aの表面に設けた金属配線16が第1カバー2に接触して破壊されることを阻止している。
Here, the
なお、例えば、主錘部12aの表面に設けた金属配線16と第1カバー2との間の第1ギャップを約10μmとし、付加錘部12bとストッパ部4との間の第2ギャップを約5μmとする。
For example, the first gap between the
図2に示すように、主錘部12a、フレーム部11及び撓み部13は、支持基板101、埋込酸化膜102、シリコン層103、シリコン層103の上に積層されたシリコン酸化膜等からなる絶縁膜104で構成されている。
As shown in FIG. 2, the
なお、主錘部12aは、絶縁膜104の上に更に金属配線16を備えている。付加錘部12bは、支持基板101で形成して、埋込酸化膜102、シリコン層103、絶縁膜104を設けないようにしておくことで、第2ギャップは、容易に形成することができる。また、この場合、第2ギャップは、前述のように第1ギャップに比べて小さくすることができるので、センサ本体10の耐衝撃性強度を向上させることができる。
The
ここで、ストッパ部4は、第1カバー2に対してパターン化した突起物を容易に形成できる感光性有機膜で形成してもよい。
Here, the
本実施形態に係る半導体多軸加速度センサ1は、第1カバー2及び第2カバー3をセンサ本体10の表裏面にそれぞれ設けることで、センサ本体10の厚み方向であるz軸方向へ加速度印加がなされた際に、錘部12のz軸方向の移動範囲を規制して撓み部13の破壊を防止する。
In the semiconductor
また、本実施形態に係る半導体多軸加速度センサ1は、第1カバー2に前述のストッパ部4を設けることで、z軸方向へ過大の加速度が印加された際に、付加錘部がストッパ部4に接触するようにして主錘部12aの表面に設けた金属配線16が第1カバー2に接触して破壊されることを阻止することができる。
Further, the semiconductor
ここで、本実施形態においては、半導体多軸加速度センサは、3軸方向の加速度を検出するものを例示したが、勿論3軸以上であれば本実施形態に限定しない。 Here, in the present embodiment, the semiconductor multi-axis acceleration sensor is exemplified as one that detects acceleration in the three-axis direction, but of course, the present invention is not limited to this embodiment as long as it has three or more axes.
1 半導体多軸加速度センサ
2 第1カバー
2a 凹部
3 第2カバー
3a 凹部
4 ストッパ部
10 センサ本体
11 フレーム部
12 錘部
12a 主錘部
12b 付加錘部
13 撓み部
14 スリット
15 拡散層配線
16 金属配線
100 基板
101 支持基板
102 埋込酸化膜
103 シリコン層
104 絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記金属配線側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第1の基板と、
該第1の基板とは反対側の前記フレーム部に前記センサ本体と電気的に絶縁接続して設けた第2の基板と、を備え、
前記第1の基板は、更に前記センサ本体との対面側に凹部を有するとともに、該凹部は、少なくとも前記付加錘部との対面部位にストッパ部を備えたことを特徴とする半導体多軸加速度センサ。 A weight portion disposed inside the frame-shaped frame portion is supported by the frame portion via at least one set of bending portions extending to the frame portion with the weight portion interposed therebetween, and the weight portion of the weight portion with respect to the frame portion is supported. Resistors whose resistivity changes due to strain generated in the flexure due to the displacement are provided with sensor bodies formed in the flexures, and diffusion layer wirings in which the flexures are electrically connected to the resistors. The weight portion comprises a main weight portion provided with metal wiring for electrically connecting the resistors provided on the respective flexure portions on the surface, and an additional weight portion continuously and integrally connected to the main weight portion, A semiconductor multi-axis acceleration sensor for electrically detecting the acceleration in a plurality of directions by electrically connecting the resistor, the diffusion layer wiring, and the metal wiring,
A first substrate provided in an electrically insulated connection with the sensor body on the frame portion on the metal wiring side;
A second substrate provided in an electrically insulated connection with the sensor body on the frame portion opposite to the first substrate,
The first substrate further includes a recess on a side facing the sensor body, and the recess includes a stopper at least at a site facing the additional weight. .
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005022709A JP2006208272A (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Semiconductor multiaxial acceleration sensor |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009236877A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Oki Semiconductor Co Ltd | Acceleration sensor device |
JP2010127842A (en) * | 2008-11-28 | 2010-06-10 | Kyocera Corp | Semiconductor acceleration sensor, evaluation method of the same, and method of manufacturing the same |
EP2202526A2 (en) | 2008-12-26 | 2010-06-30 | Yamaha Corporation | Mems sensor and mems sensor manufacture method |
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2005
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