JP2011022018A

JP2011022018A - 静電容量型加速度センサー

Info

Publication number: JP2011022018A
Application number: JP2009167637A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Yamaguchi; 靖雄山口; Makio Horikawa; 牧夫堀川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-02-03
Also published as: KR101161723B1; CN101957386A; US20110011182A1; KR20110007577A; US8505381B2

Abstract

【課題】本発明は、可動部を気密封止する封止構造体の割れを抑制し、かつ、加速度の測定精度の低下も回避できる静電容量型加速度センサーを提供することを目的とする。
【解決手段】加速度を検出するコンデンサーを形成する加速度センサー可動部および加速度センサー非可動部と、該加速度センサー可動部と接触せず該加速度センサー可動部を気密封止する封止構造体と、該加速度センサー可動部に囲まれるが該加速度センサー可動部に直接接触せず、かつ、両端が該封止構造体の内壁と接する支柱とを備え、該加速度センサー可動部は該支柱と電気的に接続されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は加速度の変化を検出するための可動部が密閉された空隙中に配置される静電容量型加速度センサーに関する。

静電容量型加速度センサーはコンデンサーの静電容量変化を検出することで加速度を測定する。このコンデンサーは可動部（質量体と称することもある）と非可動部を備える。そして、典型的には梁により支持された可動部の微小な変位が前述のコンデンサーの静電容量に変化を与え、加速度の検出を可能とする。

前述の可動部は、その可動範囲を確保するために封止構造体によって形成された空隙内に気密封止されるように配置される。また、可動部が気密封止されることにより可動部は異物や水分から保護される。このような封止構造体は可動部および非可動部を備えるシリコンを上下方向から挟む上部ガラスと下部ガラスである場合が多い。封止構造体は可動部のための空隙を確保し、かつ、可動部が異物、水分などから影響を受けることを抑制することが望ましい。特許文献１−４には上述した観点を考慮した封止構造体あるいはそれを含む加速度センサーについての記載がある。

特開２００７−０１７２８４号公報特開平０６−２５８３４１号公報特開平０７−３２５１０６号公報特開平０４−２４９７２６号公報

封止構造体は小型化、低コスト化、高性能化の観点からトランスファーモールド法による樹脂封止を行いパッケージされることが多い。トランスファーモールドでは射出成形機によりモールド樹脂を高圧の状態で射出する。よって、射出成形時には静電容量型加速度センサーには高圧がかかる。この高圧により封止構造体が空隙を形成する部分で割れる問題があった。封止構造体が割れると、加速度を検出すべき可動部や非可動部を破損させたり、空隙に異物が入り込み加速度センサーの特性変動を起こしたりする問題があった。

封止構造体の割れを回避するために射出成形の圧力を低減することも考えられる。しかしこの場合、モールド樹脂の流れが悪くなりモールド樹脂中にボイドが生じパッケージとしての内部保護機能を低下させる信頼性低下の問題があった。また、静電容量型加速度センサーとモールド樹脂との密着性が低下し両者が剥離することによる信頼性低下の問題もあった。

封止構造体の割れを回避するために封止構造体が形成する空隙中に支柱を設けることも考えられる。すなわち、当該支柱の両端で空隙を支持するように支柱を配置し封止構造体の割れを抑制することが考えられる。しかしながら、当該支柱が電気的に浮いた状態で配置されると可動部が支柱による電気的作用により変位する問題があった。そのため、加速度センサーとしての測定精度を低下させる問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、トランスファーモールドによる封止構造体の割れを抑制し、かつ、加速度の測定精度の低下も回避できる静電容量型加速度センサーを提供することを目的とする。

本願の発明にかかる静電容量型加速度センサーは、加速度を検出するコンデンサーを形成する加速度センサー可動部および加速度センサー非可動部と、該加速度センサー可動部と接触せず該加速度センサー可動部を気密封止する封止構造体と、該加速度センサー可動部に囲まれるが該加速度センサー可動部に直接接触せず、かつ、両端が該封止構造体の内壁と接する支柱とを備え、該加速度センサー可動部は該支柱と電気的に接続されたことを特徴とする。

本願の発明にかかる静電容量型加速度センサーは、加速度を検出するコンデンサーを形成する加速度センサー可動部および加速度センサー非可動部と、該加速度センサー可動部と接触せず該加速度センサー可動部を気密封止する封止構造体とを備え、該加速度センサー可動部および該加速度センサー非可動部が該コンデンサーを形成する部分では、該加速度センサー可動部および該加速度センサー非可動部が櫛歯形状であり、該加速度センサー非可動部の該櫛歯の一部は該封止構造体の支柱であり、該支柱は該加速度センサー可動部に囲まれるが該加速度センサー可動部に直接接触せず、かつ、両端が該封止構造体の内壁と接することを特徴とする。

本発明により加速度測定の精度を維持して信頼性を高めた静電容量型加速度センサーを製造できる。

実施形態１の半導体部分の平面図である。図１の破線部分の断面等を説明する断面図である。実施形態１の変形例について説明する平面図である。実施形態２の半導体部分の平面図である。支柱を備える櫛歯について説明する斜視図である。図４の破線部分の断面等を説明する断面図である。実施形態２の変形例について説明する平面図である。

実施の形態１
本実施形態は図１−３を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態でも同様である。

図１は本実施形態の半導体部分１３について説明する平面図である。半導体部分１３とは加速度検出を行う部分である。半導体部分１３は加速度センサー可動部３１（以後、可動部３１と称する）と加速度センサー非可動部３２（以後、非可動部３２と称する）を備える。可動部３１は櫛歯形状に形成された可動櫛歯部分４６、４８を備え、非可動部３２は櫛歯形状に形成された非可動櫛歯部分４２、４４を備える。可動櫛歯部分４６と非可動櫛歯部分４２が近接して配置されコンデンサーを形成する。同様に可動櫛歯部分４８と非可動櫛歯部分４４が近接して配置されコンデンサーを形成する。

可動部３１は梁３７を介してアンカー３５に接続される。梁３７で支持された可動部３１は加速度に応じて変位し前述のコンデンサーに静電容量変化を与える。可動部３１に囲まれ、かつ可動部３１に接触しないように支柱３９が配置される。支柱３９の技術的な意義については後述する。支柱３９は、導電体であるつなぎ部分３６を介してアンカー３５と接続される。

図２は、図１の破線部分における断面図に、封止構造体１５を付加した静電容量型加速度センサー１０を説明する図である。封止構造体１５とは上部ガラス１２と下部ガラス１４により半導体部分１３を挟み、可動部３１を気密封止するものである。具体的には、上部ガラス１２と下部ガラス１４は支柱３４の両端と接する。また、上部ガラス１２と下部ガラス１４は接合枠３９に接する。また、上部ガラス１２と下部ガラス１４は非可動部３２に接する。なお、アンカーについては上部ガラス１２と下部ガラス１４の一方若しくは両方と接する。このようにして、図２から把握される空隙３３が形成される。

可動部３１は、上部ガラス１２と下部ガラス１４からなる封止構造体１５と接触しないように空隙３３に収容される。これにより可動部３１の可動範囲を確保する。また、可動部３１は気密封止される。

支柱３４は、前述の通り可動部３１に囲まれ、かつ可動部３１に接触しない。また、その両端で上部ガラス１２および下部ガラス１４に接するものである。つまり、可動部３１は封止構造体１５と接しないから可動部３１の周辺に大きな空隙３３が形成されるが、支柱３４はその空隙３３を支持するものである。本実施形態の静電容量型加速度センサーは上述の構成を備える。

本実施形態の構成によれば、静電容量型加速度センサーのパッケージに広く用いられているトランスファーモールドにおける高圧によっても上部ガラス１２、下部ガラス１４の割れを回避できる。すなわち本実施形態の支柱３４は、封止構造体１５が形成する空隙３３の内壁をその両端で支持しており、封止構造体１５の強度増加に貢献している。よってトランスファーモールドによる射出成形の圧力を低減することなく上部ガラス１２および下部ガラス１４の割れを抑制できる。さらに、空隙３３の気密性を維持できるから可動部３１を保護でき、異物などの侵入を防止できる。つまり、封止構造体１５により半導体部分１３を保護できる。また、所望圧力の射出成形により高い信頼性を有するパッケージを製造できる。なお、トランスファーモールドに限らずその他の外力に起因する上部ガラス１２および下部ガラス１４の割れも抑制できる。

さらに、支柱３４はつなぎ部３６を介してアンカー３５に接続されている。そして、可動部３１も梁３７を介してアンカー３５と接続されているから支柱３４と可動部３１は同電位である。よって、支柱３４は可動部３１に電気的な影響を与えないため、支柱３４を設けることにより加速度センサーの機能、精度を低下させることを回避できる。例えば、支柱が電気的に浮いた状態の場合、可動部と支柱との間に電位差または電位差の変動が生じ加速度センサーの機能、精度に影響を与えうる。特に、加速度でなく電気的な要因で可動部３１が変位してしまうと加速度センサーの精度が悪化する。しかしながら本実施形態の構成によれば、支柱３４は可動部３１に囲まれ両者は近接しているにもかかわらず、両者が同電位であるから上述の影響を回避できる。

本実施形態では封止構造体１５として上部ガラス１２と下部ガラス１４を用いたが本発明はこれに限定されない。たとえば封止構造体１５はシリコンで形成されていてもよい。封止構造体１５をシリコンで形成すると、通常の半導体製造ラインにより製造できコスト低減できるなどの製造工程上の利益がある。一方ガラスを用いる場合はガラス中の不純物を考慮して専用ライン、専用装置を要する。また、封止構造体の形状は、封止構造体単独若しくは半導体部分の一部と協同して空隙を形成できる限り特に限定されない。

図３は本実施形態の変形例について説明する半導体部分の平面図である。図３において図１の構成と相違するのは、支柱５２がつなぎ部分５０により可動部５４と接続される点である。このような構成は図１の構成よりは簡素でありながら図１の構成と同等の効果を得ることができる点で優れる。

実施の形態２
本実施形態は図４−７を参照して説明する。図４は実施形態２における半導体部分の平面図である。非可動櫛歯部分６４と可動櫛歯部分４６がコンデンサーを形成し、非可動櫛歯部分６６と可動櫛歯部分４８がコンデンサーを形成する。非可動櫛歯部分６４は支柱を備える櫛歯６８を有する。同様に、非可動櫛歯部分６６は支柱を備える櫛歯６９を有する。

図５は非可動櫛歯部分６４の斜視図である。図５に示されるように支柱を備える櫛歯６８は他の櫛歯よりも長く伸び、先端には支柱７０を備える構成である。この支柱７０の機能は実施形態１と同様である。図４に示される支柱を備える櫛歯６９についても同様の構成である。

図６は図４の破線部分における断面図に、実施形態１と同等の上部ガラス１２、下部ガラス１４を付加した静電容量型加速度センサーを説明する図である。図６から明らかなように支柱７０の両端が、上部ガラス１２と下部ガラス１４からなる封止構造体の内壁に接する。支柱７０に加えて、支柱を備える櫛歯６９が有する支柱も同様に封止構造体の内壁に接する。

このように実施形態２の静電容量型加速度センサーは支柱を備える櫛歯の支柱が封止構造体の強度増加に貢献することを特徴とする。櫛歯の一部を封止構造体の支柱とすることにより構成を簡素化しつつ、実施形態１に記載の効果を得ることができる。なお、本実施形態の支柱も実施形態１の支柱と同様に可動部６４に囲まれるが、可動部６４と接触しない。

図７は本実施形態の静電容量型加速度センサー（半導体部分）の変形例について説明する平面図である。図７に示す構成の特徴は、可動部８４の長手方向の長さを略三等分する位置に支柱が配置されることである。すなわち、支柱を備える櫛歯８０の支柱と、支柱を備える櫛歯８２の支柱が可動部８４の長手方向の長さを略三等分する位置に配置される。図４の例では支柱は、可動部中央に配置された。しかし、図７の構成のように支柱を分散配置することにより封止構造体の割れを抑制する効果が高まる。なお、支柱の本数は、トランスファーモールドの射出成形時の設定圧力などを考慮して適宜定める。よって支柱の数を増やして、例えば可動部長手方向を略四等分、略五等分するように支柱を配置してもよい。その他本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形ができ、少なくとも実施形態１相当の変形をなしうる。

１０静電容量型加速度センサー、１２上部ガラス、１４下部ガラス、１５封止構造体、３１可動部、３２非可動部、３４支柱、３５アンカー、３６つなぎ部分、３７梁

Claims

加速度を検出するコンデンサーを形成する加速度センサー可動部および加速度センサー非可動部と、
前記加速度センサー可動部と接触せず前記加速度センサー可動部を気密封止する封止構造体と、
前記加速度センサー可動部に囲まれるが前記加速度センサー可動部に直接接触せず、かつ、両端が前記封止構造体の内壁と接する支柱とを備え、
前記加速度センサー可動部は前記支柱と電気的に接続されたことを特徴とする静電容量型加速度センサー。
加速度を検出するコンデンサーを形成する加速度センサー可動部および加速度センサー非可動部と、
前記加速度センサー可動部と接触せず前記加速度センサー可動部を気密封止する封止構造体とを備え、
前記加速度センサー可動部および前記加速度センサー非可動部が前記コンデンサーを形成する部分では、前記加速度センサー可動部および前記加速度センサー非可動部が櫛歯形状であり、
前記加速度センサー非可動部の前記櫛歯の一部は前記封止構造体の支柱であり、
前記支柱は前記加速度センサー可動部に囲まれるが前記加速度センサー可動部に直接接触せず、かつ、両端が前記封止構造体の内壁と接することを特徴とする静電容量型加速度センサー。
前記支柱は前記加速度センサー可動部の長手方向の長さを三等分する位置に２箇所配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型加速度センサー。
前記封止構造体はシリコンで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型加速度センサー。