CN101258408A - 加速度传感器装置 - Google Patents

Abstract

加速度传感器装置(10)是一种下面固定在基板(12)上的加速度传感器芯片(20)由模制树脂(22)密封的加速度传感器装置。在加速度传感器芯片(20)中，使锤部(28)根据施加的加速度而摇动的空间气密，在模制树脂(22)和加速度传感器芯片(20)之间设有覆盖加速度传感器芯片(20)侧面以及上面的缓冲部件(24)。

Description

加速度传感器装置

技术领域

本发明涉及一种通过模制树脂密封加速度传感器芯片的加速度传感器装置。

背景技术

目前，在汽车上搭载的安全气囊系统等中使用了加速度传感器。另外，近年来由于加速度传感器的小型化、省电化，在移动电话等小型信息终端中也逐渐搭载了加速度传感器。

对加速度传感器的动作原理提出了各种方法，作为其中一种为人们所知的是利用了压电电阻效应的压电电阻型加速度传感器。在压电电阻型加速度传感器中，通过对硅基板进行蚀刻加工，从而形成锤部、和支持该锤部的梁部，在该梁部上形成当施加应力时其电阻值变化的压电电阻。于是，当向这种构造的加速度传感器元件施加加速度时，梁部由于锤部的惯性力而弯曲，由于压电电阻的电阻值将变化，从而能够取出与加速度相应的电信号。

在将这种加速度传感器元件、和处理从加速度传感器元件输出的电信号的集成电路芯片一体化的加速度传感器装置中，需要确保加速度传感器元件的锤部摇动的空间。为此，目前加速度传感器装置使用金属、陶瓷的封装来进行气密密封(例如专利文献1)。

专利文献1：特开平7-120492号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在使用金属、陶瓷的封装进行气密密封的情况下，零件数量将增加、另外需要气密密封工序，因此加速度传感器装置的成本变高。为了使加速度传感器装置低成本化，人们考虑了用模制树脂密封加速度传感器元件的封装构造，但是这种情况下，需要采取加速度传感器元件的锤部不被模制树脂固定的构造。

另外，在通过模制树脂密封加速度传感器元件的情况下，需要考虑由于外部环境的温度变化而引起的模制树脂的收缩或者膨胀带来的影响。即，在模制树脂由于温度变化而收缩或者膨胀从而应力加到加速度传感器元件上的情况下，由于加速度传感器元件的梁部弯曲，压电传感器元件的电阻值将变化，因此将难以正确检测作为检测对象的加速度，加速度传感器装置的输出特性将劣化。

本发明是鉴于这种状况所做出的，其目的在于提供一种低成本的加速度传感器装置，通过模制树脂进行密封而不会损失输出特性。

解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明某一方式的加速度传感器装置通过模制树脂密封下面被固定在基板上的加速度传感器芯片，加速度传感器芯片气密地形成有锤部根据施加的加速度摇动的空间，在模制树脂和加速度传感器芯片之间设置有覆盖加速度传感器芯片侧面以及上面的缓冲部件。

根据该方式，由于在加速度传感器芯片和模制树脂之间设置有缓冲部件，因此缓冲部件缓和了由于模制树脂的收缩或者膨胀所产生的应力。其结果，抑制了加速度传感器芯片的扭曲变形，因此能够防止输出特性的劣化。

加速度传感器芯片可以包括：加速度传感器元件，其具有框体、从框体内侧面向框体内侧方向延伸设置的梁部、和从梁部下面的一部分向下方延伸的锤部；上面密封体，其覆盖框体的上面开口部；下面密封体，其覆盖框体的下面开口部，梁部的上面与框体的上面分离开，而且锤部的下面与框体的下面分离开。

在此情况下，由于梁部上面与框体上面分离开，且锤部下面与框体下面分离开，因此即使用平坦的上面密封体和下面密封体覆盖框体开口部，也能够确保锤部摇动的空间。通过上面密封体以及下面密封体使锤部摇动的空间气密，从而能够防止缓冲部件、模制树脂流入该空间妨碍锤部的摇动。另外，上面密封体以及下面密封体还能起到挡块的作用以限制锤部摇动的范围，从而能够防止在施加了过度的加速度的情况下梁部被破坏。

从框体上面到梁部上面的距离、和从框体下面到锤部下面的距离也可以大致相同。在此情况下，当施加了加速度时，能够允许上下方向上相同程度的摇动。

此外，以上结构要素的任意组合、本发明的表现形式在方法、系统等之间变换的内容作为本发明的方式也是有效的。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种通过模制树脂进行密封而不损失输出特性的加速度传感器装置。

附图说明

图1是与本发明实施方式有关的加速度传感器装置的剖视图；

图2是加速度传感器芯片的立体图；

图3是加速度传感器元件的立体图；

图4是表示将多种传感器封装在一起的多传感器装置的图；

图5是表示多传感器装置制造工序的流程图。

附图标记说明

10加速度传感器装置，12基板，14上面密封体，16加速度传感器元件，18下面密封体，20加速度传感器芯片，22模制树脂，24缓冲部件，26梁部，28锤部，30框体，32焊盘，34导线，38焊球，40信号处理芯片，42压电电阻元件，50磁传感器芯片，60压力传感器芯片，62压力传递部件，100多传感器装置。

具体实施方式

图1是与本发明实施方式有关的加速度传感器装置10的剖视图。加速度传感器装置10是BGA(Ball Grid Array：球状栅极阵列)型加速度传感器装置。加速度传感器装置10例如用于搭载在移动电话等小型信息终端上通过检测小型信息终端的摇动检测其斜率等的用途中。

如图1所示，加速度传感器装置10的构造是由模制树脂22密封下面固定在基板12上的加速度传感器芯片20、和信号处理芯片40。

基板20是由陶瓷或者有机玻璃形成的基板，在其上面以及基板内部形成有未图示的电路布线。在基板12的下面形成有起到用于输入输出加速度信号、电源电压的外部端子作用的多个焊球38。

在基板12的上面通过芯片焊接树脂固定有加速度传感器20和信号处理芯片40。加速度传感器芯片20以及信号处理芯片40通过导线34以及设于基板12的未图示的布线电连接。

图2是加速度传感器芯片20的立体图。图1所示的加速度传感器芯片20是沿图2的A-A’线的剖面。加速度传感器芯片20包括：加速度传感器元件16，是检测加速度的元件；上面密封体14，覆盖加速度传感器元件16中的框体30的上面开口部；和下面密封体18，覆盖框体30的下面开口部。

图3是加速度传感器元件16的立体图。加速度传感器元件16以硅为母材使用干蚀刻法形成由框体30、梁部26、锤部28构成的构造体，在梁部26上形成有压电电阻元件42。

框体30为加速度传感器芯片20的基体，呈四角形。梁部26从框体30的四个内侧面分别向框体30的内侧方向延伸设置，在框体30开口部的中央附近交叉。

梁部26被形成以使其上面与框体30的上面分离开。即梁部26的上面与框体30的上面不在同一平面上，梁部26从框体30内侧面的上面和下面间的位置延伸设置。梁部26形成于例如从框体30的上面到梁部26的上面为止的距离为10μm程度的位置上。另外，梁部26的厚度被形成为薄壁状以具有弹性，优选地形成为5μm的程度。

锤部28根据施加的加速度的大小而摇动从而使梁部26的弯曲量变化。锤部28在四个梁部26交叉的部分从梁部26下面向下方延伸地形成。锤部28为四角柱状的块体。锤部28被形成为其下面与框体30的下面分离开。即，锤部28的下面被形成为与框体30的下面不位于同一平面上。优选地，框体30下面至锤部28下面的距离被形成为与框体30上面至梁部26上面的距离大致相同。例如，在框体30上面至梁部26上面的距离被形成为10μm程度的情况下，框体30下面至锤部28下面的距离也形成为10μm的程度。

压电电阻元件42是将梁部26变化时的弯曲量变换为电信号的部件。压电电阻元件42形成于梁部26的表面，在梁部26应力最集中的位置上，X轴、Y轴、Z轴的每轴分别配置有4个元件、3轴共计12个元件。各轴都以4个元件构成惠斯登电桥电路，将与应力相应的电阻变化检测为电压变化。检测到的加速度信号从焊盘32输出。

上面密封体14和下面密封体18由硅、或者线膨胀系数与硅相近的有机玻璃形成。上面密封体14和下面密封体18为四角形状的平板。下面密封体18的大小与加速度传感器元件16的框体30大致相同，上面密封体14形成得比框体30稍小以确保形成焊盘32的区域。

上面密封体14和下面密封体18在框体30的开口周缘部中通过阳极接合与加速度传感器元件16接合。通过上面密封体14和下面密封体18覆盖框体30的开口部，从而锤部28摇动的空间被气密地密封。

如上所述，梁部26的上面与框体30的上面分离开，且锤部28的下面与框体30的下面分离开。在梁部26的上面不与框体30的上面分离开、锤部28的下面不与框体30的下面分离开的情况下，为了确保锤部28摇动的空间，在上面密封体14和下面密封体18中必须形成凹部。在本实施方式中，上面密封体14和下面密封体18如果是平坦的平板也可以，不需要形成凹部的加工，因此能够降低制造成本。

另外，上面密封体14和下面密封体18还可以起到挡块的作用以限制锤部28摇动的范围，防止梁部26在施加了过度的加速度的情况下被破坏。在框体30下面至锤部28下面的距离被形成为与框体30上面至梁部26上面的距离大致相同的情况下，能够在上下方向上允许相同程度的摇动。

图1所示的信号处理芯片40中集成有对从压电电阻元件42的惠斯登电桥电路在各轴方向上得到的加速度信号进行运算处理的处理电路等。并且，虽然省略了图示，但是也可以具备对如检测信号电平和加速度大小的对应关系那样的运算处理所需数据进行保存的EEPROM等存储元件芯片。

加速度传感器芯片20以及信号处理芯片40由模制树脂22密封。在此，如图1所示，在加速度传感器芯片20和模制树脂22之间设置了覆盖加速度传感器芯片20侧面以及上面的缓冲部件24。

一般地，在进行模制树脂的密封的情况下，通过提高温度用液状化的模制树脂覆盖对象物并进行冷却来成形，但是在进行冷却时模制树脂将收缩。在直接用模制树脂覆盖加速度传感器芯片20并冷却的情况下，由于收缩引起的应力，加速度传感器芯片20将扭曲变形，压电电阻元件42的电阻值将根据梁部26弯曲而变化。为此，在直接用模制树脂密封加速度传感器芯片20的情况下，加速度信号的偏置值将变化，输出特性将劣化。另外，密封后由于模制树脂根据外部环境的温度变化而收缩或者膨胀，因此同样地压电电阻元件42的电阻值将变化，输出特性将劣化。

在本实施方式中，由于在加速度传感器芯片20和模制树脂22之间设置有缓冲部件24，因此缓冲部件24缓和了由于模制树脂的收缩或者膨胀而在加速度传感器芯片20中产生的应力，抑制了加速度传感器芯片20的变形。其结果，由于梁部26的弯曲能够被抑制，并能够抑制压电电阻元件42的电阻值变化，因此能够防止加速度传感器装置10的输出特性的劣化。缓冲部件24例如可以是硅树脂。此外，信号处理芯片40由于不具有机械变动的部分，因此没有必要用缓冲部件24覆盖，可以直接用模制树脂22密封。

另外，在本实施方式中，由于使锤部28摇动的空间气密，因此能够防止缓冲部件24流入锤部28摇动的空间从而避免妨碍锤部28的摇动。

图4是表示将多种传感器封装在一起的多传感器装置100的图。多传感器装置100包括加速度传感器芯片20、检测磁场的磁传感器芯片50、检测压力的压力传感器芯片60、和对这些传感器输出的信号进行处理的信号处理芯片40。

如图4所示，加速度传感器芯片20被缓冲部件24覆盖其侧面和上面，但是由于在磁传感器芯片50以及信号处理芯片40中没有机械变动的部分，因此直接用模制树脂22密封。另外，压力传感器芯片60在其上部设置有凝胶状的压力传递部件62。

图5是表示多传感器装置100的制造工序的流程图。首先，通过对硅基板进行蚀刻来制造加速度传感器芯片16(S10)。接着，将上面密封体14以及下面密封体18在加速度传感器元件16的框体30的开口周边部上进行阳极接合(S12)。

接着，在下面形成有焊球38的基板12的上面安装加速度传感器芯片20、信号处理芯片40、磁传感器芯片50、压力传感器芯片60(S14)。加速度传感器芯片20优选地使用硅系的芯片焊接树脂进行安装。如上所述，由于下面密封体18由硅、或者线膨胀系数与硅相近的有机玻璃形成，因此例如在使用了线膨胀系数与硅差别大的环氧系芯片焊接树脂的情况下，存在加速度传感器芯片20变形的可能性。通过使用硅系芯片焊接树脂，能够将变形抑制在最小限度。

在安装了加速度传感器芯片20、信号处理芯片40、磁传感器芯片50、压力传感器芯片60后，进行引线焊接工序(S16)。之后，通过缓冲部件24覆盖加速度传感器芯片20的侧面以及上面进行密封(S18)。在使用硅树脂作为缓冲部件的情况下，通过液状硅树脂覆盖加速度传感器芯片20的上面以及侧面后，通过加热使其硬化。

缓冲部件24的密封后，进行模制树脂的密封工序(S20)。将安装了芯片的基板12置于模具成型器中，提高温度、压送液状的模制树脂并使其流入，进行模制成形。此时，形成模具以使模制树脂不流到压力传感器芯片60的上面。之后，在压力传感器芯片60上面出现的、由模制树脂22包围侧面的穴中填充凝胶状压力传递部件62(S22)。

以上，以实施方式为基础对本发明进行了说明。实施方式是示例，本领域技术人员应理解，这些各结构要素、各处理过程的组合可以有各种变型实施例，另外这些变型实施例也在本发明范围内。

产业上的利用可行性

本发明能够应用于与加速度传感器装置有关的领域。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1. 一种加速度传感器装置，通过模制树脂密封下面被固定在基板上的加速度传感器芯片，其特征在于，所述加速度传感器芯片包括：

加速度传感器元件，其具有框体、从所述框体的内侧面向所述框体的内侧方向延伸设置的梁部、和从所述梁部下面的一部分向下方延伸的锤部；

上面密封体，其覆盖所述框体的上面开口部；

下面密封体，其覆盖所述框体的下面开口部，

通过用所述上面密封体以及所述下面密封体覆盖所述框体的开口部，使所述锤部根据施加的加速度摇动的空间气密，

所述梁部的上面与所述框体的上面分离开，且所述锤部的下面与所述框体的下面分离开，

从所述框体的上面到所述梁部的上面的距离与从所述框体的下面到所述锤部的下面的距离大致相同，

在所述模制树脂和加速度传感器芯片之间，设置有覆盖所述加速度传感器芯片侧面以及上面的缓冲部件。

2. 根据权利要求1所述的加速度传感器装置，其特征在于，在所述梁部设有检测梁部变形时的弯曲量的压电电阻元件。

3. 根据权利要求2所述的加速度传感器装置，其特征在于，在所述梁部设有X轴、Y轴、Z轴每轴四个压电电阻元件，各轴都以四个压电电阻元件构成惠斯登电桥电路。

Claims (3)

1. 一种加速度传感器装置，通过模制树脂密封下面被固定在基板上的加速度传感器芯片，其特征在于，

所述加速度传感器芯片，使锤部根据施加的加速度摇动的空间气密，

在所述模制树脂和加速度传感器芯片之间，设置有覆盖所述加速度传感器芯片侧面以及上面的缓冲部件。

2. 根据权利要求1所述的加速度传感器装置，其特征在于，所述加速度传感器芯片包括：

加速度传感器元件，其具有框体、从所述框体的内侧面向所述框体的内侧方向延伸设置的梁部、和从所述梁部下面的一部分向下方延伸的所述锤部；

上面密封体，其覆盖所述框体的上面开口部；

下面密封体，其覆盖所述框体的下面开口部，

所述梁部的上面与所述框体的上面分离开，且所述锤部的下面与所述框体的下面分离开。

3. 根据权利要求2所述的加速度传感器装置，其特征在于，从所述框体的上面到所述梁部的上面的距离与从所述框体的下面到所述锤部的下面的距离大致相同。

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