JP2003043062A - 半導体加速度センサ及びその検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体加速度センサの錘部とプレートとの間
の変位空隙寸法を、プレートの透明度に依存することな
く正確に計測することのできる半導体加速度センサ及び
その検査方法を提供すること。 【解決手段】 半導体基板にエッチングを施して形成し
たフレーム１１の内側に、フレーム１１に一端が一体化
された薄肉状の梁部１２と、梁部１２の他端にフレーム
１１から分断し一体形成された梁部１２より厚肉状の錘
部１３を有するとともに、梁部１２に、印加された加速
度により錘部１３の変位量に応じて抵抗値の変化する歪
みゲージ抵抗１４を設けたセンサチップ１と、センサチ
ップ１の表裏両側に接着され、錘部１３を覆って錘部１
３の変位を規制するプレート２と、を備えて成る半導体
加速度センサである。プレート２の錘部１３と相対する
位置に、錘部１３とプレート２との間の変位空隙寸法３
を計測する貫通孔２３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体加速度セン
サ及び、半導体加速度センサを組み立て後において検査
可能とする半導体加速度センサの検査方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車のエアバック操作用
等に使用される、加速度を検出する半導体加速度センサ
としては、サーボ型、圧電型、静電容量型、ピエゾ抵抗
型等の多種多様なものが提案されている。

【０００３】これらの加速度センサのうち、特に静電容
量型あるいはピエゾ抵抗型の半導体加速度センサは、半
導体マイクロマシニング技術によって製作され、大量生
産が可能であり、また、小型及び高信頼性といった点に
おいて、上記エアバックや各種装置に効果的に使用する
ことができる。

【０００４】例えば、図４に示すような、ピエゾ抵抗型
の半導体加速度センサ１００は、梁部１０３が錘部１０
４を支持するようフレーム１０２に一体化されて形成さ
れたセンサチップ１０１と、錘部１０４を覆うように接
着されたプレート１０５とを有している。

【０００５】センサチップ１０１は、半導体基板により
形成され、異方性エッチング等により半導体基板の一部
を除去して形成されたフレーム１０２と、このフレーム
１０２に一端が連設された薄肉状の梁部１０３と、梁部
１０３の他端に、それより厚肉状のフレーム１０２から
分断された錘部１０４とを有している。また、梁部１０
３には、イオン注入や熱拡散等によって、錘部１０４に
印加された加速度に応じて抵抗値が変化する歪みゲージ
抵抗１０６が形成されている。

【０００６】プレート１０５は、耐熱ガラス等の、半導
体基板に近い熱膨張係数を持つガラス材にて形成されて
おり、上記錘部１０４の外周となるフレーム１０２に当
接される部分より内側に、ブラスト加工等によって、変
位空隙を形成するための堀込部１０７が形成されてい
る。

【０００７】上記構成による半導体加速度センサ１００
は、センサチップ１０１のフレーム１０２に、堀込部１
０７が錘部１０４と対向するようにプレート１０５を当
接させた後、陽極接合を行うことによりフレーム１０２
とプレート１０５とを固着して組み立てられる。

【０００８】したがって、以上のような半導体加速度セ
ンサ１００によれば、錘部１０４の弾性方向、すなわち
錘部１０４の板厚方向に加わる加速度に応じて梁部１０
３が歪み、その歪み量に応じた電気信号を歪みゲージ抵
抗１０６により取り出すことにて加速度を計測すること
ができる。

【０００９】ところで、半導体加速度センサ１００の加
速度の計測可能範囲は、錘部１０４とプレート１０５と
の間の変位空隙寸法によって規定される。これは、ある
一定値以上の加速度が錘部１０４に加わった場合に、錘
部１０４がプレート１０５に接触してそれ以上の変位が
阻止されるためである。したがって、その変位空隙寸法
を管理することは、例えば計測可能範囲に代表されるよ
うな、半導体加速度センサ１００の性能を一定範囲内に
納めて品質を安定に保つにあたって効果的と考えられて
いる。しかしながら、上記構成においては、錘部１０４
がプレート１０５で覆われており、変位空隙寸法を直接
計測することは困難であった。そのため、組み立て後に
全数性能チェックをおこなっていた。

【００１０】変位空隙寸法を管理する方法として、実開
平４−７５９６９として開示されている、図５に示す静
電容量型の半導体加速度センサ２００は、梁部に相当す
るカンチレバー２０２と、その先端に錘部に相当する可
動電極２０３を有する加速度センサチップ２０１に、プ
レートに相当する可動電極２０３に相対する固定電極２
０４を有したガラス板２０５を設け、その固定電極２０
４に透明電極として酸化インジウム−スズ（ＩＴＯ）等
を配設して実現している。この半導体加速度センサ２０
０は、可動電極２０３の弾性方向（半導体基板の鉛直方
向）に加わる加速度に応じて可動電極２０３と固定電極
２０４の変位空隙寸法が変化し、その変化量に応じた静
電容量変化を電気信号として取り出すことにて加速度を
検出している。そして、この固定電極２０４越しに可動
電極２０３を透視することにより、可動電極２０３と固
定電極２０４の変位空隙寸法を、光の干渉縞によって正
確に計測することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半
導体加速度センサ１００、２００の変位空隙寸法を光の
干渉縞によって正確に計測するためには、プレート１０
５や固定電極２０４を有したガラス板２０５は透明であ
ることが必須である。すなわち、ブラスト加工等によっ
て透明度が損なわれたガラス材料製のプレートを有する
半導体加速度センサには上記方法は適用できない。

【００１２】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、錘部とプレートとの
間の変位空隙寸法を、プレートの透明度に依存すること
なく計測することのできる半導体加速度センサ及びその
検査方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体加速度センサにおいては、半導体基
板にエッチングを施して形成したフレームの内側に、該
フレームに一端が一体化された薄肉状の梁部と、該梁部
の他端に前記フレームから分断し一体形成された前記梁
部より厚肉状の錘部を有するとともに、前記梁部に、印
加された加速度により前記錘部の変位量に応じて抵抗値
の変化する歪みゲージ抵抗を設けたセンサチップと、前
記センサチップの表裏両側に接着され、前記錘部を覆っ
て該錘部の変位を規制するプレートと、を備えて成る半
導体加速度センサにおいて、前記プレートの、前記錘部
と相対する位置に、該錘部と前記プレートとの間の変位
空隙寸法を計測する貫通孔を設けたことを特徴としてい
る。

【００１４】これにより、プレート側から貫通孔を通し
てセンサチップ側を見ることによって錘部を直接確認す
ることができる。

【００１５】そして、前記貫通孔を、前記プレートの前
記錘部と対抗する側からその離れる側に向けて拡開する
形状のものとしたことを特徴としている。この場合、プ
レート側から貫通孔を見ることにより、プレートの厚み
方向の側面を確認することができる。

【００１６】また、本発明の半導体加速度センサの検査
方法にあっては、前記プレートの表面に、前記貫通孔を
横切るように光を走査させて照射し、そのプレート及び
錘部からの反射光から前記変位空隙寸法を計測すること
を特徴としている。これにより、プレートや錘部で反射
された光の強度や反射位置と基準点での光の強度と反射
位置とを比較することにより、変位空隙寸法を計測する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示例に基づいて
説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体
加速度センサを示す側面断面図である。この半導体加速
度センサは、半導体基板から成るセンサチップ１と、セ
ンサチップ１の表裏を覆うプレート２、２をそれぞれ接
合することにより構成されている。

【００１９】センサチップ１は、半導体基板により形成
されており、異方性エッチング等の微細加工によって所
定のパターン幅を持って半導体基板の一部を除去して形
成された矩形枠状のフレーム１１の内側に、一端がフレ
ーム１１に連設された一対の薄肉状の梁部１２と、その
他端には、この加速度センサに加わる衝撃荷重に応動す
るように支持された、梁部１２より厚肉状の錘部１３と
が設けられている。また、梁部１２上には、イオン注入
や熱拡散等によって、梁部１２の歪みによって抵抗値が
変化する歪みゲージ抵抗１４が形成されており、同様に
イオン注入や熱拡散等によって形成された配線１５と、
ブリッジ回路を構成するように相互接続されている。ま
た、配線１５の一部は、フレーム１１上の所定の位置に
形成されたボンディングパッド１６に接続されている。

【００２０】プレート２は、耐熱ガラス等の、半導体基
板に近い熱膨張係数を持つガラス材にて形成されてお
り、センサチップ１と同等かもしくはプレート２の周縁
部がフレーム１１と当接できる大きさを有している。ま
た、プレート２のフレーム１１と当接される部分より内
側は、ブラスト加工等によって錘部１３の変位空隙を形
成するための堀込部２１が設けられており、錘部１３の
梁部１２が連設されている側と対向する側（図１の錘部
１３における右側）の適宜位置には、プレート２の錘部
１３と対向する位置から離れる側に向けて拡開する傾斜
面２２を有して開口面が円形状の、変位空隙寸法３を計
測する貫通孔２３が形成されている。この貫通孔２３
も、堀込部２１同様にブラスト加工によって形成してい
る。

【００２１】なお、プレート２の材質はガラス材に限定
されるものではなく、例えば、プラスチック等の合成樹
脂材料やＳＵＳ等の金属でもよい。

【００２２】上記構成による半導体加速度センサは、プ
レート２をセンサチップ１に、堀込部２１が錘部１３と
対向するように当接させ、陽極接合等を用いてプレート
２とセンサチップ１を接合させて組み立てられる。

【００２３】このようにして組み立てられた半導体加速
度センサにおいて、プレート２と錘部１３との間の変位
空隙寸法３の検査は、以下の方法で実現することができ
る。図２はその検査方法を示す概略図で、この半導体加
速度センサの検査方法においては、光ビームを出力して
その反射光で対象物の凹凸を検出する変位センサ４を用
いて、効率良く実施することができる。

【００２４】この変位センサ４は、光ビームを出力する
出力部４２と同光ビームの被検査対象物からの反射光を
受光する受光部４３とから成るセンサヘッド４１と、こ
のセンサヘッド４１で受光した反射光の光量を演算する
ことによりセンサヘッド４１と被検査対象物との距離を
演算する演算部４４と、演算部４４で演算されたデータ
を基に対象物の二次元形状を表示する表示部４５とによ
って構成されている。

【００２５】検査手順としては、まず、変位センサ４の
センサヘッド４１を検査対象となる半導体加速度センサ
のプレート２上方に設置する。次いで、センサヘッド４
１内の出力部４２から光ビームを出力してプレート２上
の貫通孔２３の外縁部で反射させ、その位置での反射光
をセンサヘッド４１内の受光部４３で受光する。そし
て、その受光信号を演算部４４で演算処理してセンサヘ
ッド４１との距離を求め、その距離情報を表示部４５に
出力する。この一連の動作を、光ビームが貫通孔２３の
外縁部分から、貫通孔を貫通させて錘部部分、さらに貫
通孔２３を横切り、再びその反対側の外縁部分まで連続
的に繰り返して、表示部４５より、プレート２及び錘部
１３からの反射光から、プレート２及び錘部１３の、セ
ンサヘッド４１との距離の関係を得、さらに変位空隙寸
法３を計測するのである。なお、図３に、上記手順によ
って得られたプレート２と錘部１３との二次元形状の状
態を示す。

【００２６】したがって、以上説明した半導体加速度セ
ンサおよびその検査方法によると、貫通孔２３により、
プレート２の外側から錘部１３の位置を確認することが
できるので、プレート２の透明度が損なわれていても貫
通孔２３を通して錘部１３とプレート２との変位空隙寸
法３を計測することが可能となる。さらに、傾斜面２２
により、プレート２の厚み方向の側面をプレート２の上
部鉛直方向から確認することができるので、プレート２
自身の厚みを計測することが可能となり、錘部１３とプ
レート２との変位空隙寸法３をより高精度にて計測する
ことができる。

【００２７】なお、本発明において、貫通孔２３の形状
は上記の円形状に限定されるものではなく、例えば、長
円形や略四角状や十字形等のどのような形状であっても
良く、また、その形成位置も錘部１３と対向する位置で
あれば特に限定されず、さらに、個数についても１つに
限定されず複数形成しても良い。

【００２８】ところで、予め、プレート２の堀込部２１
を除く厚みが管理されている場合においては、貫通孔２
３の側壁がプレート２の厚み方向に対して垂直に形成さ
れていても、プレート２と錘部１３との間の変位空隙寸
法３を計測できることは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような実施形態
の如く実施され、プレートの錘部と相対する位置に貫通
孔を設けることにより、貫通孔を通してプレート側から
錘部の位置を確認することができるので、プレートの透
明度が損なわれていても錘部とプレートとの変位空隙寸
法を計測することが可能となる。さらに、貫通孔を横切
るように光を照射し、プレート及び錘部からの反射光を
計測することにより、プレートと錘部との相対的な高さ
が確認できるので、プレートと錘部の変位空隙寸法をよ
り高精度にて計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態である半導体加速度セン
サを示す側面断面図である。

【図２】 本発明の、半導体加速度センサの検査方法の
一例を示す概略構成図である。

【図３】 同半導体加速度センサの検査方法により得ら
れた、変位空隙寸法計測の説明図である。

【図４】 本発明の従来例である半導体加速度センサを
示す側面断面図である。

【図５】 本発明の従来例である別の半導体加速度セン
サを示す側面断面図である。

【符号の説明】

１ センサチップ ２ プレート ３ 変位空隙寸法 １１ フレーム １２ 梁部 １３ 錘部 １４ 歪みゲージ抵抗 ２３ 貫通孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板にエッチングを施して形成し
   たフレームの内側に、該フレームに一端が一体化された
   薄肉状の梁部と、該梁部の他端に前記フレームから分断
   し一体形成された前記梁部より厚肉状の錘部を有すると
   ともに、前記梁部に、印加された加速度により前記錘部
   の変位量に応じて抵抗値の変化する歪みゲージ抵抗を設
   けたセンサチップと、前記センサチップの表裏両側に接
   着され、前記錘部を覆って該錘部の変位を規制するプレ
   ートと、を備えて成る半導体加速度センサにおいて、 前記プレートの前記錘部と相対する位置に、該錘部と前
   記プレートとの間の変位空隙寸法を外側から計測可能と
   する貫通孔を設けたことを特徴とする半導体加速度セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記貫通孔を、前記プレートの前記錘部
   と対向する位置から離れる側に向けて拡開する形状とし
   た請求項１記載の半導体加速度センサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のプレートの表面、
   及び前記貫通孔を貫通させて錘部に光を照射させ、該プ
   レート及び前記錘部からの反射光から前記変位空隙寸法
   を計測することを特徴とする半導体加速度センサの検査
   方法。