JP2892788B2 - 物理量を検出するセンサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は物理量を検出するセンサ製造方法、特に、半
導体基板上に形成された抵抗素子に対して加えられる機
械的変形を、電気抵抗の変化として検出するセンサの製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

力、加速度、磁気などのセンサとして、半導体基板上
に抵抗素子を形成し、力、加速度、磁気などの作用によ
りこの抵抗素子に機械的変形を生じさせ、この機械的変
形を電気抵抗の変化として検出するセンサが提案されて
いる。たとえば、特許協力条約に基づく国際出願の国際
公開第WO88/08522号公報には、本願発明者と同一人の発
明による抵抗素子を用いた力・加速度・磁気の検出装置
が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来提案されている抵抗素子を用いた
センサは、感度の高い測定を行う場合に問題があった。
たとえば、加速度センサの場合、車両の衝突検出などに
利用するには、フルスケールで10G〜100Gといった程度
の加速度を検出できれば十分であるが、カメラの手振れ
制御、車両のサスペンション制御、車両のアンチロック
ブレーキシステムの制御などを行うためには、1G〜10G
といった程度の加速度を検出する必要がある。このよう
な高感度の加速度検出を行うためには、加速度に基づい
て力を発生させる機能をもった作用体の重量を増す必要
がある。ところが、従来のセンサの構造では、作用体を
大きくすることが困難であった。

また、高感度のセンサでは、所定限界以上の大きな力
が加わった場合に、半導体基板が損傷する危険性が高く
なる。このため、作用体の変位を所定範囲内に制限する
部材を作用体の周囲に設ける必要があり、構造が複雑に
なるという問題が生じる。

更に、三次元方向に作用する力、加速度、磁気などを
検出する場合には、半導体基板の基板面に平行な方向と
これに垂直な方向との間で、検出感度に差が生じる。こ
のように検出方向によって感度差が生じることは、高感
度のセンサでは特に好ましくない。

そこで本発明は、より高感度な物理量測定に適した物
理量を検出するセンサの製造方法を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

（１） 本願第１の発明は、物理量を検出するセンサの
製造方法において、 基板上に、幅合をもった方環領域を定義し、この方環
領域の内側に位置する内側領域と、外側に位置する外側
領域と、それぞれ定義する段階と、 基板の第１の面上の方環領域上に、この方環領域の機
械的変形を検出する検出素子を形成する段階と、 基板の第２の面上に、ダイシングブレードを一直線に
移動させることにより直線状の溝を形成し、この直線状
の溝を組み合わせることにより方環領域に合わせた井桁
状の溝を掘り、方環領域に井桁状の溝の一部からなる溝
を形成し、方環領域に可撓性をもたせる段階と、 を行い、内側領域と外側領域との相対変位を検出素子
によって検出することが可能なセンサを製造できるよう
にしたものである。

（２） 本願第２の発明は、上述の第１の発明に係る物
理量を検出するセンサの製造方法において、 基板上に、縦横に並んだ複数の単位領域を定義し、各
単位領域ごとにそれぞれ独立したセンサが製造できるよ
うに構成し、基板上でダイシングブレードを一直線に移
動させることにより、複数の単位領域に跨がった直線状
の溝を形成するようにし、この直線状の溝を利用して個
々の単位領域内に井桁状の溝を形成するようにしたもの
である。

（３） 本願第３の発明は、物理量を検出するセンサの
製造方法において、 第１の基板上に、幅をもった第１の方環領域を定義
し、この第１の方環領域の内側に位置する内側領域と、
外側に位置する外側領域と、をそれぞれ定義する段階
と、 第２の基板上に、幅をもった第２の方環領域を定義
し、この第２の方環領域の内側に位置する内側領域と、
外側に位置する外側領域と、をそれぞれ定義する段階
と、 第１の基板の第１の面上の第１の方環領域上に、この
第１の方環領域の機械的変形を検出する検出素子を形成
する段階と、 第１の基板の第２の面上に、ダイシングブレードを一
直線に移動させることにより直線状の溝を形成し、この
直線状の溝を組み合わせることにより第１の方環領域に
合わせた井桁状の溝を掘り、第１の方環領域に井桁状の
溝の一部からなる溝を形成し、第１の方環領域に可撓性
をもたせる段階と、 第２の基板の第１の面上に、第２の方環領域に合わせ
た井桁状の溝を掘り、第２の方環領域に井桁状の溝の一
部からなる溝を形成する段階と、 第１の基板の第２の面と第２の基板の第１の面とを向
かい合わせ、第１の基板の配側領域と第２の基板の内側
領域とを接合し、第１の基板の外側領域と第２の基板の
外側領域とを接合する段階と、 第２の基板を切断することにより、第１の基板の内側
領域に接合しており第２の基板の一部分から構成される
内側部分と、第１の基板の外側領域に接合しており第２
の基板の一部から構成される外側部分と、を形成する段
階と、 を行い、内側部分と外側部分との相対変位を検出素子
によって検出することが可能なセンサを製造できるよう
にしたものである。

（４） 本願第４の発明は、上述の第３の発明に係る物
理量を検出するセンサの製造方法において、 第２の基板について、切断が行われるべき位置に、予
め第１の面側から所定深さのスリットを形成しておき、
切断を行う際には、第２の面側からスリットに到達する
まで切断位置を掘る加工を行うようにしたものである。

（５） 本願第５の発明は、上述の第３または第４の発
明に係る物理量を検出するセンサの製造方法において、 第１の方環領域の外周よりも、第２の方環領域の外周
の方が大きくなるように設定し、第１の方環領域の外周
よりも大きく、第２の方環領域の外周よりも小さい方形
位置を切断位置とするようにしたものである。

（６） 本願第６の発明は、上述の第３〜第５の発明に
係る物理量を検出するセンサの製造方法において、 第１の基板および第２の基板上に、それぞれ縦横に並
んだ複数の単位領域を定義し、各単位領域ごとにそれぞ
れ独立したセンサが製造できるように構成し、第１の基
板上でダイシングブレードを一直線に移動させることに
より、複数の単位領域に跨がった直線状の溝を形成する
ようにし、この直線状の溝を利用して第１の基板上の個
々の単位領域内に井桁状の溝を形成するようにしたもの
である。

〔作 用〕

本願発明によれば、第１の基板の第１の面に検出素子
を形成し、第２の面にダイシングブレードを用いて井桁
状の溝を形成することにより、センサに必要な基本構成
要素を形成することができる。この方法を採れば、ダイ
シングブレードを、基板上で一直線に移動させる動作を
何回か行うだけで、必要なほとんどの加工が完了する。
また、第１の基板に第２の基板を接合し、この第２の基
板を切断することにより、作用体および台座を形成する
ようにすれば、より高感度のセンサを実現することがで
きる。しかも、この作用体として機能する部分の大きさ
は、第２の基板の切断位置により任意に調節することが
できるので、更に高感度のセンサが必要であれば、切断
位置を外側に設定し、作用体の大きさを大きく設定すれ
ばよい。このように切断位置を外側に設定し、作用体の
大きさを大きく設定すると、第１の基板の外側部分を制
御部材として機能させることも可能になり、基板の損傷
を防ぐメリットも得られる。

〔実施例〕

以下本発明を図示する実施例に基づいて説明する。

実施例の構造 第１図は、本発明によって製造されるセンサの基本原
理を説明するための一実施例に係る加速度センサの構造
断面図である。装置中枢部100は、半導体ペレット10、
重錘体20、台座30、制御基板40、の４つの要素から構成
されている。この装置中枢部100は、パッケージ200内部
の底面に接合されている。パッケージ200の上部には蓋2
10が被せられている。また、パッケージ200の側部から
は、リード220が外部に導出されている。第２図は装置
中枢部100の斜視図である。半導体ペレット10の上面に
は複数の抵抗素子Ｒが形成されており、各抵抗素子Ｒは
ボンディングパッド52に電気適に接続されている。ボン
ディングパッド52とリード220との間は、ボンディング
ワイヤ51によって接続されている。

第３図は、第１図に示す加速度センサの装置中枢部10
0の断面詳細図である。半導体ペレット10は、この実施
例ではシリコン基板からなり、抵抗素子Ｒは、この半導
体ペレット10の上面に不純物を拡散することにより形成
されている。もちろんイオン打込み法を用いてもよい
し、シリコン基板上にゲージ抵抗を推積させるSOI構造
にしてもよい。このようにして形成した抵抗素子Ｒは、
ピエゾ抵抗効果を有する。すなわち、機械的変形に基づ
いて電気抵抗が変化する性質を示す。半導体ペレット10
の下面には、円環状の溝部C1が形成されている。この実
施例では、溝部C1は深部（第３図の上方）にゆくほど幅
が狭くなるようなテーパー構造をとっているが、深部ま
で同一幅の溝にしてもかまわない。第４図は、この半導
体ペレット10の上面図である。下面に掘られた溝部C1は
破線で示されている。いま、第３図および第４図に矢印
で示すような座標軸x,y,zを定義すれば、第４図に示す
半導体ペレット10をｘ軸に沿って切断した断面が、第３
図に示されていることになる。この溝部C1の形成によ
り、半導体ペレット10を３つの部分に分けることができ
る。すなわち、溝部C1の内側に位置する作用部11、溝部
C1のちょうど上方に位置する可撓部12、そして溝部C1の
外側に位置する固定部13、の３つの部分である。別言す
れば、半導体ペレット10の中心部分に作用部11、その周
囲に可撓部12、更にその周囲に固定部13、がそれぞれ位
置する。可撓部12は溝部C1によって肉厚が他の部分より
薄くなっており、このため可撓性をもつことになる。こ
のような溝を形成するかわりに、基板に部分的に貫通孔
を形成して可撓性をもたせるようにしてもよい。

作用部11の下面には重錘体20が接合されており、固定
部13の下面には台座30が接合されている。第５図は、重
錘体20および台座30の上面図である。第５図の切断線Ａ
−Ａに沿った断面が第３図に示されていることになる。
重錘体20の上面には段差がついており、重錘体上面中心
部21と重錘体上面周囲部22とが形成されている。重錘体
上面中心部21は、重錘体20の上面の中心部分においてや
や隆起した部分であり、この部分が作用部11の下面に接
合されている。したがって、重錘体上面周囲部22と半導
体ペレット10の下面との間には、間隙部C2が形成される
ことになる。台座30は、この重錘体20の周囲８方に配置
された８つの部材から成り、重錘体20と台座30との間に
は、溝部C3および溝部C4が形成されている。後述するよ
うに、もともと重錘体20と台座30とは、同一基板から構
成されていた部材であり、溝部C3および溝部C4によって
切断分離されたものである。第５図に示されているよう
に、溝部C3は幅L1、溝部C4はこれより狭い幅L2をもって
おり、第３図から明らかなように、溝部C3は上方、溝部
C4は下方に形成されている。もちろん、加工上、L1＝L2
としてもかまわない。

台座30の下面には、制御基板40が接合されている。第
６図にこの制御基板40の上面図を示す。制御基板40には
その周囲部分だけを残して溝部C5が掘られており、この
溝部C5の底面が制御面41を形成している。第６図の切断
線Ａ−Ａに沿った断面が第３図に示されていることにな
る。第３図に示すように、台座30の下面には、制御基板
40の周囲部分だけが接合されている。

実施例の製造方法 この装置中枢部100の構造の理解を助けるために、そ
の製造方法を簡単に説明する。まず、第４図に示すよう
な半導体ペレット10を用意する。ここで、溝部C1は、た
とえばエッチングプロセスにより形成することができ、
抵抗素子Ｒは所定のマスクを用いた不純物注入プロセス
により形成することができる。続いて、第７図に断面図
が、第８図に上面図が、それぞれ示されるような補助基
板50を用意する。ここで、第８図の接断線Ａ−Ａに沿っ
た断面が第７図に相当する。補助基板50の材質として
は、半導体ペレット10と同じシリコンか、ガラスを用い
るのが好ましい。これは、半導体ペレット10と補助基板
50とは後に接合されるので、両者の熱膨脹係数を等しく
しておくことによりクラックの発生を抑制し、温度特性
を改善するためである。この補助基板50の上面には、幅
L1をもつ溝部C3が井桁状に掘られており、その内側に幅
L3をもった間隙部C2が形成されている。この結果、重錘
体上面中心部21と重錘体上面周囲部22との間で段差が生
じている。間隙部C2は、たとえばエッチングプロセスに
より形成することができ、溝部C3はダイシングブレード
を用いた切削加工により形成することができる。ここで
注意すべき点は、第３図や第５図に示した溝部C4は、ま
だ形成されていない点である。したがって、補助基板50
はあくまでも１枚の基板の状態である。このようにして
用意した補助基板50の上面を、半導体ペレット10の下面
に接合する。このとき、重錘体上面中心部21を作用部11
の下面に接合し、補助基板50の周囲の部分（後に台座30
を構成することになる部分）を固定部13下面に接合す
る。このような接合を完了した後に、補助基板50の下面
を幅L2のダイシングブレードで切削加工し、溝部C4を形
成する。こうして、溝部C3と溝部C4とが繋がり、補助基
板50は中央部分の重錘体20と、周囲部分の台座30とに分
割されることになる。この後、第６図に示すように制御
基板40を用意し、エッチングプロセスなどで溝部C5を形
成し、これを台座30の下面に接合する。以上の製造工程
を経ることにより、第３図に示す装置中枢部100が得ら
れる。

実施例の動作 続いて、この装置の動作を説明する。第１図に示すよ
うに、装置中枢部100はパッケージ200の内部の底面に固
着される。制御基板40、台座30、そして固定部13は、互
いに固着された状態となっているので、固定部13は間接
的にパッケージ200に固着される。一方、重錘体20は台
座30によって周囲を囲まれた空間内で、宙吊りの状態と
なっている。すなわち、第３図に示すように、重錘体20
の下面には溝部C5が形成され、側面には溝部C3および溝
部C4が形成され、上面周囲部には間隙部C2が形成されて
いる。そして、この重錘体20の上面中心部だけが作用部
11に接合されている。このような宙吊りの状態にある重
錘体20に加速度が作用すると、この加速度により作用部
11に力が作用することになる。前述のように、可撓部12
は可撓性をもった部分であるから、作用部11に力が作用
すると、可撓部12が撓みを生じ、作用部11が固定部13に
対して変位を生じるようになる。この可撓部12の撓み
は、抵抗素子Ｒに機械的変形をもたらし、抵抗素子Ｒの
電気抵抗に変化が生じる。この電気抵抗の変化は、第１
図に示すように、ボンディングワイヤ51およびリード22
0を利用して、装置外部で検出することができる。この
実施例の装置は、第４図に示すような位置に抵抗素子Ｒ
を配置することにより、図のxyz各軸方向についての加
速度成分を独立して検出することができる。この検出原
理についての説明は、本明細書では省略する。詳細につ
いては、前掲の特許協力条約に基づく国際出願の国際公
開第WO88/08522号公報を参照されたい。

実施例の特徴 ここに述べた加速度センサの特徴は、高感度の加速度
測定に適しているという点である。その第１の理由は、
限られたスペース内で、重錘体20の体積をできる限り大
きくとることができるためである。第３図に示すよう
に、重錘体20は重錘体上面中心部21でのみ作用部11に接
合されているが、その周囲は横に広がり、溝部C1を跨い
で固定部13の内側部分にで延びている。このため、重錘
体20の質量を大きくすることでき、わずかな加速度が加
わっても十分な力を作用部11に伝達することができる。
そして第２の理由は、単純な構造で重錘体20の変位を所
定範囲内に制限する制御部材を構成することができるた
めである。第３図に示す構造において、重錘体20の上方
向への変位、横方向への変位、下方向への変位、のそれ
ぞれがいずれも所定範囲内に制限されている。まず、上
方向の変位については、固定部13の下面の一部が制御部
材として機能することが理解できよう。第３図におい
て、重錘体20が上方向に動こうとした場合、可撓部12の
撓みにより、作用部11が上方向に動き、それに伴い重錘
体上面中心部21も上方向に動く。ところが、重錘体上面
周囲部22の外周部分は、固定部13の下面に当接して動き
が妨げられる。別言すれば、重錘体20の上方向の変位
は、間隙部C2の寸法の範囲内に制限される。この制限作
用は、第９図を参照するとより明瞭になろう。第９図は
半導体ペレット10の下面図であり、重錘体20の位置を破
線で示してある。重錘体20は、中央の斜線によるハッチ
ングを施した部分（作用部11の下面）にのみ接合されて
いる。溝部C1の外側の部分が固定部13となるが、このう
ち、ドットによるハッチングを施した部分が、制御部材
としての機能を果たす面である。重錘体20はこの面に当
接し上方への動きが制限される。一方、横方向の動きに
ついては、第３図から明らかなように、台座30の内側面
に重錘体20の側面が当接し、溝部C4の寸法の範囲内に変
位は制限される。また、下方向の動きについては、制御
基板40の制御面41に重錘体20の下面が当接し、溝部C5の
寸法の範囲内に変位は制限される。このように、すべて
の方向の動きについて、重錘体20の変位が所定範囲内に
制限されているため、過度な変位により半導体ペレット
10が破損する危険を回避することができる。このような
変位の制御は、高感度のセンサの場合は特に重要であ
る。本発明の構造によれば、上方向の変位を半導体ペレ
ット10を利用して制御し、横方向の変位を台座30を利用
して制御しているため、それぞれ別途制御部材を設ける
必要がなくなり、構造が非常に単純になる。したがっ
て、量産化を図れるというメリットも生じる。

本発明に係る実施例 本発明は、これまで述べてきたような構造をもったセ
ンサを、より効率的に製造する方法を提案するものであ
り、その骨子は、第１の基板（上述の例では半導体基
板）の第１の面に検出素子を形成し、第２の面にダイシ
ングブレードを用いて井桁状の溝を形成することによ
り、センサに必要な基本構成要素を形成する点にある。
また、第２の基板（上述の例では補助基板）に対して
も、井桁状の溝を形成し、これを第１の基板に接合した
後に所定箇所で切断し、作用体および台座を形成する点
にある。

まず、補助基板50に関しては、第７図および第８図に
示すように、間隙部C2（溝部C3の上層部分も含む）が井
桁状の溝として形成されることになる。この間隙部C2
は、作用体の上方向への移動自由度を確保するためのも
のであり、必要な自由度を確保するために適当と思われ
る深さの溝とし形成されることになる。なお、溝部C3の
上層部分は間隙部C2の一部としても機能することになる
が、溝部C3の本来の機能は、後の切断工程に利用される
べきスリットとしての機能である。

第７図および第８図に示す補助基板50を形成する方法
として、前述の実施例では、ダイシングブレードによる
切削加工により溝部C3を形成し、エッチングプロセスに
より間隙部C2を形成する方法を一例として示したが、ダ
イシングブレードによる切削加工により間隙部C2を形成
してもかまわない。これは、たとえば、第10図に示すよ
うに、幅L3のダイシングブレード61を用意し、第11図の
破線で示す経路を通るようにして切削加工を行って補助
基板50′を形成すればよい。もちろん、幅L3以下のダイ
シングブレードを何回か通過させて幅L3の溝を掘るよう
にしてもかまわない。第11図で、ハッチングを施した領
域だけが、切削加工を受けなかった部分である。このよ
うな切削加工を行うと、台座30となる部分も一部切削さ
れてしまうが、台座30としての機能に何ら支障は生じな
い。一般に、補助基板を大量生産する場合、第11図に示
すような補助基板50′を１単位とし、これをウエハ上に
縦横に多数配置し、ウエハ単位で基板の加工を行った
後、ダイシング工程による各単位を切断することにな
る。このようなウエハ単位の加工には、上述した切削加
工は非常に効率的である。ダイシングブレード61をウエ
ハ上で一直線に移動させれば、多数の補助基板に対する
切削加工を一度に行うことができるのである。

前述の実施例では、半導体ペレット10に掘られた溝部
C1は、第４図に示すように円環状のものであった。この
ような円環状の溝は、エッチングプロセスによって容易
に形成することができるが、ダイシングブレードによる
切削工程で形成するには、ダイシングブレードの移動制
御が複雑になり不適当である。本発明では、半導体ペレ
ット10に形成する溝部を円環状ではなく、方環状とする
ことにより、ダイシングブレードを利用した効率よい加
工を可能にしている。ここでは、半導体ペレット10′の
下面に井桁状の溝部C6を形成した実施例の断面図を第12
図に、下面図を第13図にそれぞれ示す。第13図に示すよ
うに、幅L4のダイシングブレード62を用意し、破線で示
す経路を通るようにして切削加工を行えばよい。もちろ
ん、幅L4以下のダイシングブレードを何回か通過させて
幅L4の溝を掘るようにしてもかまわない。第13図で、ハ
ッチングを施した領域だけが、切削加工を受けなかった
部分である。このような切削加工を行うと、作用部1
1′、可撓部12′、固定部13′の形状は、前述の実施例
とは若干異なってくるが、各部の機能については何ら支
障は生じない。第14図は、この半導体ペレット10′の下
面図であり、重錘体20の位置を破損で示してある。重錘
体20は、中央の斜線によるハッチングを施した部分（作
用部11′の下面）にのみ接合されている。溝部C6の外側
の部分が固定部13′となるが、このうち、ドットによる
ハッチングを施した部分が、制御部材としての機能を果
たす面となる。この実施例も、ウエハ単位での加工に適
した方法となる。

なお、半導体ペレット10′の外側領域に、制御部材と
しての機能を果たさせるためには、第13図に示す半導体
ペレット10′上に形成した井桁状の溝部（幅L4）の一部
を構成する方環領域の外周よりも、第11図に示す補助基
板50′上に形成した井桁状の溝部（幅L3＋溝部C3の幅）
の一部を構成する方環領域の外周の方が大きくなるよう
に設定しておく必要がある。さもないと、第14図にドッ
トによるハッチングを施した部分において、重錘体20が
半導体ペレット10′の外側領域下面に常時接触してしま
うことになる。また、補助基板50′の切断位置（この例
では、スリットとして機能する溝部C3のほぼ中心位置）
は、半導体ペレット10′側の方環領域の外周よりも大き
く設定する必要があり（第14図にドットによるハッチン
グを施した部分において、重錘体20と半導体ペレット1
0′の外側領域下面とが重なりを生じるようにするた
め）、補助基板50′側の方環領域の外周よりも小さく設
定する必要がある（たとえば、第11図において、溝部C3
よりも外側で切断した場合、補助基板の外側領域までが
重錘体20の一部となってしまい、半導体ペレット10′の
外側領域下面に重錘体20が常時接触してしまうことにな
るため）。

第15図に示す実施例は、制御基板40の代わりにスペー
サ70を用いたものである。このスペーサ70としては、た
とえば、ガラス繊維のフィルムなどを用いればよい。こ
のスペーサ70を台座30の下面とパッケージ200の内部底
面との間に挟み、ダイボンドなどの方法により固着すれ
ば、パッケージ200の内部底面自体を、重錘体20の下方
向の変位を制御する部材として利用することができる。
重錘体20の下方向の許容変位は、スペーサ70の厚みによ
って決定される。

以上の実施例は、いずれも加速度センサに本発明を適
用したものであるが、前述の重錘体20を一般的な作用体
に置き換えれば、本発明は磁気センサや力センサにも適
用可能である。たとえば、磁気センサに適用する場合
は、重錘体20の代わりに磁気に反応する何らかの作用体
（磁性体でよい）を用いればよい。また、力センサに適
用する場合は、たとえば、第16図に示すように、半導体
ペレット10を支持部材80によって支持すれば、作用体2
0′に図のように作用する外力Ｆを検出することができ
る。あるいは、第17図に示すように、半導体ペレット10
および台座30の側面を支持部材90によって支持しても同
様である。

加速度センサの利用例 以上述べたように、本発明を加速度センサに適用すれ
ば、三次元方向の加速度を高感度で検出することが可能
になる。このような高感度加速度センサは種々の分野で
利用可能である。たとえば、自動車事故から搭乗者を保
護するためのシステムとして、エアバッグが普及しはじ
めている。ところが、いまのところ、一次元方向の加速
度センサしか実用化されていないため、現在のエアバッ
グは正面衝突を想定したシステムとなっている。すなわ
ち、第18図に示すように、矢印方向の衝撃を検出したと
きに、搭乗者300の正面でエアーバッグ310を膨らませ、
搭乗者300をシート305とエアーバッグ310との間に挟む
ようにして保護している。したがって、エアーバッグ31
0は球状のものが用いられている。これに対し、本発明
による加速度センサは、三次元方向の加速度を高感度で
検出することができるので、側面衝突が起こった場合で
も衝撃を検出することができる。したがって、第19図に
示すように、搭乗者300の側方をも覆うような形状のエ
アーバッグ320を用意しておき、本発明による加速度セ
ンサ検出信号でこれを膨らませるようにすれば、側面衝
突についても対処できるエアーバッグシステムが導入で
きる。

三次元の各軸方向の検出感度 本発明のセンサによれば、三次元方向の力、加速度、
磁気、を検出することができるが、各軸方向についての
これらの物理量の検出感度に大きな差があると問題であ
る。いま、第20図に示すような加速度センサの単純なモ
デルを考える。この加速度センサは、重錘体20に与えら
れた加速度を、半導体ペレット10の上面の点Ｐ（重錘体
20の重心Ｇから半導体ペレット10の上面に下ろした垂線
の足）に作用する力（あるいはモーメント）として検出
していることになる。ここで、第20図の矢印に示すよう
な方向に、ｘ軸,y軸（紙面に垂直な方向）,z軸を定義
し、質量ｍの重錘体20に作用する加速度を、重心Ｇに作
用する加速度として考えることにする。すると、重心Ｇ
に作用する軸方向の加速度αｚは、点Ｐにおいてｚ軸方
向に作用する力Fz（＝ｍ・αｚ）として検出される。こ
れに対し、重心Ｇに作用するｘ軸方向の加速度αｘは、
点Ｐにおけるｙ軸まわりのモーメントMy（＝ｍ・αｘ・
Ｌ）として検出され、重心Ｇに作用するｙ軸方向の加速
度αｙは、点Ｐにおけるｘ軸まわりのモーメントMx（＝
ｍ・αｙ・Ｌ）として検出される。したがって、半導体
ペレット10を平面的にシンメトリックな構造としておけ
ば、ｘ軸方向に使用する加速度の検出感度とｙ軸方向に
使用する加速度の検出感度とは、ほぼ等しくできる。と
ころが、これらとｚ軸方向に作用する加速度の検出感度
とは一般に異なる。

本願発明者は、モーメントMxおよびMyが、垂線の長さ
Ｌをパラメータとしてもつ量であることに着目し、Ｌを
適当な値に定めてやることにより、xyz3軸方向の検出感
度をほぼ同じにできることに気が付いた。そして、実験
の結果、Ｌが次のような条件を満たせば、３軸方向の検
出感度がほぼ等しくなることを発見した。すなわち、第
20図に示すように、点Ｐから半導体ペレット10に掘られ
た溝深部の内側部分までの距離をr1、点Ｐからこの溝深
部の外側部分までの距離をr2としたとき、r1＜Ｌ＜r2な
る関係が成り立つようにすれば、３軸方向の検出感度が
ほぼ等しくなるのである。ただし、x,y,z各軸の感度は
可撓部や作用部などの形状によっても多少変化を受け
る。このためr1＜Ｌなる関係を完全に満たさない場合も
あり、少なくともＬ＜r2なる関係が保たれていれば検出
感度を均一にする効果があらわれる。したがって、本発
明に係るセンサを実際に製造する場合は、このような条
件を考慮して各部の寸法設計を行うのが好ましい。

センサの試験方法 本願発明に係るセンサを大量生産する場合、各センサ
を出荷前に試験する必要が生じる。このような試験を容
易に行うための方法が、特願平１−343354号明細書に開
示されている。この試験方法は、本願発明に係るセンサ
にも適用可能である。第21図は、この試験方法を第３図
に示す装置中枢部100に適用したときの構造を示す側断
面図、第22図はこのときの制御基板40の上面図である。
重錘体20の底面には、１枚の電極板E0が形成され、制御
基板40の制御面41上には、この電極板E0に対向するよう
に４枚の電極板E1〜E4が形成される。各電極板に対して
は、それぞれ配線層が接続されるが、ここでは図示を省
略する。また、ここでは図が繁雑になるのを避けるた
め、各電極層についてのみハッチングを施して示す。こ
のような電極層を形成しておき、各電極層に所定の極性
の電圧を印加すると、対向する電極層間にクーロン力が
作用し、加速度が作用していないにもかかわらず重錘体
20に力を作用させることができる。各電極層に印加する
電圧の極性を変えることにより、種々の方向へ力を加え
ることが可能になる。各電極層に印加した電圧と、その
ときのセンサ本来の出力とを比較すれば、このセンサが
正常に動作するか否かを試験することができる。なお、
詳細については、前掲明細書を参照されたい。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明に係る物理量を検出するセンサ
の製造方法によれば、ダイシングブレードを用いた切削
加工を行うことにより、センサの気温構造を形成するこ
とができるため、高感度な物理量測定に適したセンサを
単純な構造で実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって製造されるセンサの基本原理を
説明するための一実施例に係る加速度センサの構造側断
面図、第２図は第１図に示すセンサの装置中枢部の斜視
図、第３図は第２図に示す装置中枢部の詳細側断面図、
第４図は第３図に示す半導体ペレット10の上面図、第５
図は第３図に示す重錘体20および台座30の上面図、第６
図は第３図に示す制御基板40の上面図、第７図および第
８図は第５図に示す重錘体20および台座30を形成するも
とになる補助基板50の側断面図および上面図、第９図は
第３図に示す半導体ペレット10の重錘体20を接合する位
置を示す図、第10図および第11図は本発明の一実施例に
係る補助基板を示す側断面図および上面図、第12図およ
び第13図は本発明の一実施例に係る半導体ペレットを示
す側断面図および下面図、第14図は第13図に示す半導体
ペレット10′に重錘体20を接合する位置を示す図、第15
図は本発明に関連した参考実施例に係る加速度センサの
構造側断面図、第16図および第17図は本発明に関連した
参考実施例に係る力センサの側断面図、第18図は従来の
エアーバッグシステムの説明図、第19図は本発明に関連
した加速度センサを利用したエアーバッグシステムの説
明図、第20図は本発明に適した寸法設計の原理を示す
図、第21図は本発明に係るセンサに特有な試験方法を適
用したときの構造を示す側断面図、第22図は第21図に示
す制御基板40の上面図である。 10,10′……半導体ペレット、11,11′……作用部、12,1
2′……可撓部、13,13′……固定部、20……重錘体、2
0′……作用体、21……重錘体上面中心部、22……錘体
上面周囲部、30……台座、40……制御基板、41……制御
面、50,50′……補助基板、51……ボンディングワイ
ヤ、52……ボンディングパッド、61,62……ダイシング
ブレード、70……スペーサ、80,90……支持部材、100…
…装置中枢部、200……パッケージ、210……蓋、220…
…リード、300……搭乗者、305……シート、310,320…
…エアーバッグ、C1……溝部、C2……間隙部、C3〜C6…
…溝部、E0〜E4……電極層、Ｇ……重心、Ｐ……垂線の
足、抵抗素子Ｒ。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、幅をもった方環領域を定義し、
   この方環領域の内側に位置する内側領域と、外側に位置
   する外側領域と、をそれぞれ定義する段階と、 前記基板の第１の面上の前記方環領域上に、この方環領
   域の機械的変形を検出する検出素子を形成する段階と、 前記基板の第２の面上に、ダイシングブレードを一直線
   に移動させることにより直線状の溝を形成し、この直線
   状の溝を組み合わせることにより前記方環領域に合わせ
   た井桁状の溝を掘り、前記方環領域に前記井桁状の溝の
   一部からなる溝を形成し、前記方環領域に可撓性をもた
   せる段階と、 を有し、前記内側領域と前記外側領域との相対変位を前
   記検出素子によって検出することが可能なセンサを製造
   することを特徴とする物理量を検出するセンサの製造方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のセンサの製造方法におい
   て、 基板上に、縦横に並んだ複数の単位領域を定義し、各単
   位領域ごとにそれぞれ独立したセンサが製造できるよう
   に構成し、基板上でダイシングブレードを一直線に移動
   させることにより、複数の単位領域に跨がった直線状の
   溝を形成するようにし、この直線状の溝を利用して個々
   の単位領域内に井桁状の溝を形成することを特徴とする
   物理量を検出するセンサの製造方法。
3. 【請求項３】第１の基板上に、幅をもった第１の方環領
   域を定義し、この第１の方環領域の内側に位置する内側
   領域と、外側に位置する外側領域と、をそれぞれ定義す
   る段階と、 第２の基板上に、幅をもった第２の方環領域を定義し、
   この第２の方環領域の内側に位置する内側領域と、外側
   に位置する外側領域と、をそれぞれ定義する段階と、 前記第１の基板の第１の面上の前記第１の方環領域上
   に、この第１の方環領域の機械的変形を検出する検出素
   子を形成する段階と、 前記第１の基板の第２の面上に、ダイシングブレードを
   一直線に移動させることにより直線状の溝を形成し、こ
   の直線状の溝を組み合わせることにより前記第１の方環
   領域に合わせた井桁状の溝を掘り、前記第１の方環領域
   に井桁状の溝の一部からなる溝を形成し、前記第１の方
   環領域に可撓性をもたせる段階と、 前記第２の基板の第１の面上に、前記第２の方環領域に
   合わせた井桁状の溝を掘り、前記第２の方環領域に井桁
   状の溝の一部からなる溝を形成する段階と、 前記第１の基板の第２の面と前記第２の基板の第１の面
   とを向かい合わせ、前記第１の基板の配側領域と前記第
   ２の基板の内側領域とを接合し、前記第１の基板の外側
   領域と前記第２の基板の外側領域とを接合する段階と、 前記第２の基板を切断することにより、前記第１の基板
   の内側領域に接合しており前記第２の基板の一部分から
   構成される内側部分と、前記第１の基板の外側領域に接
   合しており前記第２の基板の一部分から構成される外側
   部分と、を形成する段階と、 を有し、前記内側部分と前記外側部分との相対変位を前
   記検出素子によって検出することが可能なセンサを製造
   することを特徴とする物理量を検出するセンサの製造方
   法。
4. 【請求項４】請求項３に記載のセンサの製造方法におい
   て、 第２の基板について、切断が行われるべき位置に、予め
   第１の面側から所定深さのスリットを形成しておき、切
   断を行う際には、第２の面側から前記スリットに到達す
   るまで前記切断位置を掘る加工を行うことを特徴とする
   物理量を検出するセンサの製造方法。
5. 【請求項５】請求項３または４に記載のセンサの製造方
   法において、 第１の方環領域の外周よりも、第２の方環領域の外周の
   方が大きくなるように設定し、第１の方環領域の外周よ
   りも大きく、第２の方環領域の外周よりも小さい方形位
   置を切断位置とすることを特徴とする物理量を検出する
   センサの製造方法。
6. 【請求項６】請求項３〜５のいずれかに記載のセンサの
   製造方法において、 第１の基板および第２の基板上に、それぞれ縦横に並ん
   だ複数の単位領域を定義し、各単位領域ごとにそれぞれ
   独立したセンサが製造できるように構成し、前記第１の
   基板上でダイシングブレードを一直線に移動させること
   により、複数の単位領域に跨がった直線状の溝を形成す
   るようにし、この直線状の溝を利用して前記第１の基板
   上の個々の単位領域内に井桁状の溝を形成することを特
   徴とする物理量を検出するセンサの製造方法。