JP2001160626A - 半導体加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤボンディング工程を不要とするととも
に、重り部の変位を制限する突起を容易に形成して、信
頼性が高く、小型化の図れる半導体加速度センサを提供
すること。 【解決手段】 半導体加速度センサチップ１と接合され
て重り部５の過度の変位を抑制するストッパ２，３とを
有する半導体加速度センサにおいて、主表面に対して略
直交方向、かつ第１主表面と第２主表面に端部が露出す
る１本又は複数本の金属線１９を有する金属線入りガラ
ス基板をストッパ２又は３に用いたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を検出する
半導体加速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体加速度センサの従来例を図６及び
図７にもとづき説明する。尚、半導体加速度センサとし
て、ピエゾ抵抗による加速度検知方式を例にあげて説明
する。図６は半導体加速度センサの断面図であり、図７
は半導体加速度センサの上面図で、特に半導体加速度セ
ンサの本体部となるチップ部１の上面構造を示すもので
ある。チップ部１には、重り部５と撓み部４が形成され
ている。重り部５は、加速度検出のための質量体であ
り、撓み部４により支持されている。これらは、チップ
部１下面からアルカリ異方性エッチングにより、撓み部
４の肉薄形状の形成するとともに、重り部５周辺を貫通
させてコの字に近いスリット１０を形成することで形成
される。重り部５は異方性エッチングで形成されるた
め、その断面形状は台形となる。また、撓み部４上には
ピエゾ抵抗６が形成され、従来例では、撓み部４が２本
互いに平行に形成され、各撓み部４には各々２個、合計
４個のピエゾ抵抗６が形成されている。ピエゾ抵抗６は
配線１１により、ブリッジ回路を構成するように配線さ
れている。このブリッジ回路により、加速度を受けた時
のピエゾ抵抗６の抵抗値変化が電気信号として出力され
る。配線１１は、コンタクト部１２を介して、アルミ配
線１３と接続され、アルミ配線１３は、ワイヤボンディ
ング用のパッド１４に接続される。さらにこのパッド１
４と、電源供給用及び電気信号出力用の外部端子とがワ
イヤ７でボンディング接続される。

【０００３】ここで、図６における上部ガラスストッパ
２及び下部ガラスストッパ３は、チップ部１上面，下面
に各々陽極接合により接合され、過大な加速度が生じた
とき、重り部５の変位を制限し撓み部４の破壊を防止す
る役目を備えている。

【０００４】この上部ガラスストッパ２及び下部ガラス
ストッパ３は、重り部５の変位（揺動）空間を確保する
ための凹部がエッチングやサンドブラスト加工等で形成
してある。このように空間（エアギャップ）を形成し
て、エアダンピングを大気圧下で行うようにし、チップ
部１の加速度感知部（ピエゾ抵抗６，撓み部４，重り部
５）を密閉状態にし、過大な加速度を受けた場合でも、
その狭い空間における重り部５の変位を抑制して、チッ
プ部１の破壊を防止している。ここで、重り部５のエア
ダンピング効果を利用して半導体加速度センサの周波数
特性が最適となるように、上部ガラスストッパ２及び下
部ガラスストッパ３の凹部の深さや形状を設定する。ま
た、重り部５の一定以上変位を防止するため、この凹部
に突起８を設けることがある。、次に加速度検出の動作
について説明する。加速度αがチップ部１の垂直方向に
加わると重り部５に力Ｆ＝ｍα（ｍ：質量）が発生し、
重り部５が変位する。この力Ｆにより撓み部４が撓んで
表面に歪みが発生し、この歪みによりピエゾ抵抗６の抵
抗値が変化する。ピエゾ抵抗６は、一対の撓み部４に各
々２個設けられるとともに、ブリッジ回路を構成するよ
うに配線されている。このブリッジ回路により、ピエゾ
抵抗６の抵抗値変化が電気信号として出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体加速度センサの構成では、このパッド１４を介し
て、電源供給用及び電気信号出力用の外部端子とをワイ
ヤ７でボンディング接続しなければならず、半導体加速
度センサのサイズが大きくなり、また、ワイヤボンディ
ング時の振動により撓み部４が折れたりすることがあ
る。さらに重り部５の変位を制限する突起８も別途形成
しなければならない等の問題がある。

【０００６】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、ワイヤボンディング工程
を不要とするとともに、重り部の変位を制限する突起も
容易に形成して、信頼性が高く、小型化の図れる半導体
加速度センサを提供することにある。

【０００７】

【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記載の発明は、加速時に変位する重り部
と、該重り部に連結された撓み部と、該撓み部を支持す
る支持部と、該撓み部に前記重り部の変位により加速度
を検知する半導体加速度センサチップと、該半導体加速
度センサチップと接合されて前記重り部の過度の変位を
抑制するストッパとを有する半導体加速度センサにおい
て、主表面に対して略直交方向、かつ第１主表面と第２
主表面に端部が露出する１本又は複数本の金属線を有す
る金属線入りガラス基板を前記ストッパに用いたことを
特徴とするものである。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサにおいて、前記金属線入りガラス基板
において、金属線の露出部と半導体加速度センサチップ
の電極部と圧接して、前記金属線をリード線としたこと
を特徴とするものである。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の半
導体加速度センサにおいて、前記金属線入りガラス基板
の金属線の端部を所定の長さとなるように除去し、該除
去部に金属メタライズ面を形成し、該金属メタライズ面
と半導体加速度センサチップの電極部と圧接したことを
特徴とするものである。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項２記載の半
導体加速度センサにおいて、前記金属線入りガラス基板
の金属線の端部を所定の長さとなるように除去し、該除
去部にスタッドバンプを形成し、該スタッドバンプと半
導体加速度センサチップの電極部と圧接したことを特徴
とするものである。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の半導体加速度センサにおいて、
前記金属線入りガラス基板の一部において金属線を含む
周辺部のガラスを除去して凹部を形成し、該凹部内に突
出した前記金属線を、重り部の過度の変位を抑制する突
起部としたことを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
半導体加速度センサについて図１乃至図６にもとづき説
明する。

【００１３】図１及び図２は本発明の第１の実施の形態
の半導体加速度センサを示す図で、図１は半導体加速度
センサの断面構造を示す図で、図２は半導体加速度セン
サの本体部となるチップ部１の上面構造を示すものであ
る。基本構成および動作は従来の実施例と同様である
が、構成が次のように異なる。尚、以下に示す構成の関
係で従来例に対して上下を反転した図となる。

【００１４】ここで上部ガラスストッパ２に金属線入り
ガラスを用いる。この金属線入りガラス基板は、高融点
の金属線を内臓しているとともに陽極接合が可能なよう
に可動金属イオンが含有されている。この金属線入りガ
ラスには例えば、ＨＯＹＡ株式会社製のＳＤ２−ＷＩＮ
（商標）がある。本発明においては、金属線が主表面に
対して略直交方向、かつ第１主表面と第２主表面に端部
が露出するように金属線入りガラスをスライス加工をし
て、金属線入りガラス基板として用いる。また、金属線
の材料としては、タングステン（融点２６１０℃）、モ
リブデン（３３８７℃）等を用いる。以下この金属線入
りガラス基板を単にガラス基板と称することとする。

【００１５】チップ部１の従来ワイヤボンディングによ
り外部端子と接続されていたパッド１４と、ガラス基板
表面に露出した金属線１９の端部とが圧接するように位
置を合せ、チップ部１表面のガラス接合用のアルミ薄膜
９とを陽極接合する。これによりパッド１４と金属線１
９とが電気的接続がなされる。また、金属線１９のもう
一端（パッケージと接続する側の面）には、外部接続電
極パッド２０をスパッタ又はメッキにより形成する。
尚、この外部接続電極パッド２０は、突起上のバンプで
もよい。また、上部ガラスストッパ２の別の部位には、
パッケージに接続した時に、傾斜することのないようダ
ミーのパッドを形成しておく。

【００１６】このように、上部ガラスストッパ２に金属
線入りガラスを用い、内部の金属線１９とパッド１４を
圧接するようにしたので、金属線１９が外部接続用のリ
ード線となり、ワイヤボンドが不要となるとともに、パ
ッケージへの実装面積が削減されるという効果を奏す
る。 図３は本発明の第２の実施の形態の半導体加速度
センサの断面構造を示す図である。ここでは、ガラス基
板の金属線１９を含む周辺部のガラスをサンドブラスト
加工等により除去し、凹部を形成し、これを上部ガラス
ストッパ２及び下部ガラスストッパ３として用いる。金
属線１９の高硬度であるため、ほとんど削られることな
く凹部の所定の位置に金属線１９が突出して残る。この
突出した金属線が、重り部５の変位を制限する従来例の
突起（８）となる。この金属線１９の突出部の高さ１９
ａを微調整するために、サンドブラスト加工でガラス基
板を除去する前に、例えば、塩化第２鉄溶液等で、金属
線１９の先端の一部をエッチングしておいてもよい。
尚、凹部の深さは、約数十μｍで、金属線１９の突出部
の高さ１９ａはこの凹部の深さより数μｍ〜１０μｍ弱
程度低くなるように調整する。

【００１７】このようにガラス基板の金属線１９を含む
周辺部のガラスをサンドブラスト加工等により除去し、
凹部を形成し、これを上部ガラスストッパ２及び下部ガ
ラスストッパ３として用いるようにしたので、容易に重
り部５の変位を制限する従来例の突起（８）を実現し、
撓み部４の破損を防止することができるという効果を奏
する。

【００１８】図４は本発明の第３の実施の形態の半導体
加速度センサとして、第１の実施の形態において、金属
線１９をリード線とした場合の電極部の構造を示す図で
ある。ガラス基板の金属線１９が所定の長さとなるよう
に、例えば数μｍから約１０μｍのエッチングを行い、
このエッチング部に下層金属メタライズ面２１を形成す
る。その材料は例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等である。次
に上層金属メタライズ面２２として、Ａｕ又はＰｔ等を
スパッタ又はメッキにより形成する。上層メタライズ面
２２の厚さは、例えば、数千オングストローム〜数μｍ
レベルでよい。この上層メタライズ面２３とチップ部１
表面のパッド１４を陽極接合により圧接又は、拡散接合
（Ａｕ−ＡＬ拡散）して、電気的接続を行う。

【００１９】このようにガラス基板の金属線１９が所定
の長さとなるようにエッチングを行い、除去部に金属メ
タライズ面（２１，２２）を形成するようにしたので、
金属線１９とパッド１４の電気的接続の信頼性が向上す
るという効果を奏する。

【００２０】図５は本発明の第４の実施の形態の半導体
加速度センサとして、第１の実施の形態において、金属
線１９をリード線とした場合の電極部の構造を示す図で
ある。ガラス基板の金属線１９が所定の長さとなるよう
に、例えば数μｍから約１０μｍのエッチングを行い、
このエッチング部に下層金属メタライズ面２１を形成す
る。その材料は例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等である。次
にこの上に、Ａｕワイヤボンダーで、Ａｕのスタッドバ
ンプ２３を形成する。このスタッドバンプ２３の上部と
チップ部１表面のパッド１４を陽極接合時に印加される
荷重で、スタッドバンプ２３を（金属線１９除去部内部
に広がるように）変形し圧着または、拡散結合（Ａｕ−
ＡＬ拡散）により電気的接続を行う。

【００２１】このようにガラス基板の金属線１９が所定
の長さとなるようにエッチングを行い、除去部にスタッ
ドバンプ２３を形成するようにしたので、容易な構成で
金属線１９とパッド１４の電気的接続の信頼性が向上す
るという効果を奏する。

【００２２】以上実施の形態として、ピエゾ抵抗による
加速度検知方式を例にあげたが、この方式に限定するも
のではない。

【００２３】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１記載の発
明によれば、加速時に変位する重り部と、該重り部に連
結された撓み部と、該撓み部を支持する支持部と、該撓
み部に前記重り部の変位により加速度を検知する半導体
加速度センサチップと、該半導体加速度センサチップと
接合されて前記重り部の過度の変位を抑制するストッパ
とを有する半導体加速度センサにおいて、主表面に対し
て略直交方向、かつ第１主表面と第２主表面に端部が露
出する１本又は複数本の金属線を有する金属線入りガラ
ス基板を前記ストッパに用いるようにしたので、ワイヤ
ボンディング工程を不要とするとともに、重り部の変位
を制限する突起も容易に形成して、信頼性が高く、小型
化の図れる半導体加速度センサを提供することができ
た。

【００２４】請求項２記載の発明においては、前記金属
線入りガラス基板において、金属線の露出部と半導体加
速度センサチップの電極部と圧接して、前記金属線をリ
ード線としたので、ワイヤボンドが不要となるととも
に、パッケージへの実装面積が削減されるという効果を
奏する。

【００２５】請求項３記載の発明においては、前記金属
線入りガラス基板の金属線の端部を所定の長さとなるよ
うに除去し、該除去部に金属メタライズ面を形成し、該
金属メタライズ面と半導体加速度センサチップの電極部
と圧接したので、半導体加速度センサチップと金属線と
電気的接続の信頼性が向上するという効果を奏する。

【００２６】請求項４記載の発明においては、前記金属
線入りガラス基板の金属線の端部を所定の長さとなるよ
うに除去し、該除去部にスタッドバンプを形成し、該ス
タッドバンプと半導体加速度センサチップの電極部と圧
接したので、容易に半導体加速度センサチップと金属線
と電気的接続の信頼性が向上するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す上面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の半導体加速度セン
サを示す断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の半導体加速度セン
サの電極部を示す断面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態の半導体加速度セン
サの電極部を示す断面図である。

【図６】従来の半導体加速度センサの断面図である。

【図７】従来の半導体加速度センサの上面図である。

【符号の説明】

１ 半導体加速度センサ（チップ部） ２ 上部ガラスストッパ ３ 下部ガラスストッパ ４ 撓み部 ５ 重り部 ６ ピエゾ抵抗 ７ ワイヤ ８ 突起 ９ アルミ薄膜 １４ パッド １９ 金属線 ２０ 外部接続電極パッド ２１ 下層メタライズ面 ２２ 上層メタライズ面 ２３ スタッドバンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葛原 一功 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 西條 隆司 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高見 茂成 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA01 CA23 CA31 CA33 CA36 DA18 DA20 EA13 FA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速時に変位する重り部と、該重り部に
   連結された撓み部と、該撓み部を支持する支持部と、該
   撓み部に前記重り部の変位により加速度を検知する半導
   体加速度センサチップと、該半導体加速度センサチップ
   と接合されて前記重り部の過度の変位を抑制するストッ
   パとを有する半導体加速度センサにおいて、 主表面に対して略直交方向、かつ第１主表面と第２主表
   面に端部が露出する１本又は複数本の金属線を有する金
   属線入りガラス基板を前記ストッパに用いたことを特徴
   とする半導体加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記金属線入りガラス基板において、金
   属線の露出部と半導体加速度センサチップの電極部と圧
   接して、前記金属線をリード線としたことを特徴とする
   請求項１記載の半導体加速度センサ。
3. 【請求項３】 前記金属線入りガラス基板の金属線の端
   部を所定の長さとなるように除去し、該除去部に金属メ
   タライズ面を形成し、該金属メタライズ面と半導体加速
   度センサチップの電極部と圧接したことを特徴とする請
   求項２記載の半導体加速度センサ。
4. 【請求項４】 前記金属線入りガラス基板の金属線の端
   部を所定の長さとなるように除去し、該除去部にスタッ
   ドバンプを形成し、該スタッドバンプと半導体加速度セ
   ンサチップの電極部と圧接したことを特徴とする請求項
   ２記載の半導体加速度センサ。
5. 【請求項５】 前記金属線入りガラス基板の一部におい
   て金属線を含む周辺部のガラスを除去して凹部を形成
   し、該凹部内に突出した前記金属線を、重り部の過度の
   変位を抑制する突起部としたことを特徴とする請求項１
   乃至請求項４のいずれかに記載の半導体加速度センサ。