JP3107337B2 - 半導体加速度センサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検出すべき加速度に応
じて半導体の抵抗素子部に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半導体加速度センサーに関
するものであり、特に自動車等に用いられる自己診断機
能を有した半導体加速度センサーの構造の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体を用いた加速度センサーとして
は、半導体基板に形成されたダイヤフラム部に抵抗素子
部を形成し、検出すべき加速度により抵抗素子部に機械
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ーが提案されている。このような半
導体加速度センサーは、例えば、特開平３−２５３５号
公報等に開示されている。

【０００３】図４は、従来の半導体加速度センサーの一
例を示す部分切欠斜視図である。図４を参照して、ｎ型
シリコン基板からなるシリコンセンサチップ１は、シリ
コン台座８上に載せられている。また自己診断用キャッ
プ１１は、シリコンセンサチップ１の上に設けられてい
る。自己診断用キャップ１１はガラスから形成されてい
る。

【０００４】シリコンセンサチップ１には、環状にエッ
チングすることにより、厚さ数十μｍのダイヤフラム部
２が形成されている。シリコンセンサチップ１の中央部
にはシリコンマス部３が形成されており、シリコンマス
部３は円錐台の形状を有している。またシリコン台座８
の中央部には、エッチングによりギャップ部７が形成さ
れている。センサチップ１とシリコン台座８とは、ダイ
ヤフラム部２の周囲部分とギャップ部７の周囲部分とが
重ね合わされ、共晶結合により接着されている。

【０００５】シリコンセンサチップ１のダイヤフラム部
２には、ドーパントを拡散することによりｐ型のピエゾ
抵抗の抵抗素子部４が形成されている。図５は、シリコ
ンセンサチップ１の上面を示す平面図である。図５に示
されるように、４本の抵抗素子部４が形成されている。
これらの抵抗素子部４には、アルミ配線６が接続されて
いる。図４に示すように、抵抗素子部４及びアルミ配線
６が形成されたシリコンセンサチップ１の表面には、保
護膜としての二酸化シリコン膜５が形成されている。

【０００６】図６は、自己診断用キャップを示す斜視図
であり、シリコンセンサチップと接着される面を上側に
した状態を示している。図６に示されるように、自己診
断用キャップ１１の中央部には、エッチングによりギャ
ップ部９が形成されている。このギャップ部９には、ク
ロム−金の蒸着等により対向電極１０が形成されてい
る。この対向電極１０は、ギャップ部９の両側の台座部
分にも連続して形成されており、電極接続部１０ａを形
成している。ギャップ部９の深さは、例えば１０μｍ程
度になるよう形成される。またギャップ部９の両側の台
座部分の電極接続部１０ａ以外の部分は、シリコンセン
サチップと静電圧着（陽極接合）される接着面１３とな
る。

【０００７】図４を参照して、このような自己診断用キ
ャップ１１がシリコンセンサチップ１上に載せられ、静
電圧着により接着される。この際、図５に示すようにシ
リコンセンサチップ１上に形成された取り出し電極１２
上に、自己診断用キャップ１１の電極接続部１０ａが重
ねられ電気的に接続されると共に、自己診断用キャップ
１１の接着面１３が図５にハッチングで示す部分に接着
される。

【０００８】以上のようにして構成された半導体加速度
センサーにおいて、加速度が加わると、その方向にシリ
コンマス部３が移動し、これによってダイヤフラム部２
の変形が生じる。このダイヤフラム部２の変形の度合い
に応じて、ダイヤフラム部２に形成された抵抗素子部４
の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を、アルミ配線
６を介して検出することにより、加速度を検知すること
ができる。

【０００９】また自己診断する際には、取り出し電極１
２に電圧を印加し、自己診断用キャップ１１の対向電極
１０に電位を加えることにより、シリコンマス部３の上
面との間に静電気によるクーロン力が働き、シリコンマ
ス部３を移動させることができる。このシリコンマス部
３の移動により、ダイヤフラム部２が変形し、これによ
って抵抗素子部４の抵抗値が変化し自己診断を行うこと
ができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の半
導体加速度センサーにおいては、シリコンセンサチップ
の上面から所定距離隔てて対向電極を配置する必要があ
り、このため自己診断用キャップに凹形状のギャップ部
を形成する必要がある。ギャップ部の深さは精度よく設
定される必要があるため、精度のよいエッチングによっ
てギャップ部を形成する必要がある。また、自己診断用
キャップをシリコンセンサチップ上に静電圧着により接
着しているため、静電圧着が可能なように、接着部分の
対向電極をエッチング等により除去する必要があり、図
６に示すようにＴ字形状に対向電極を形成する必要があ
る。

【００１１】さらに、静電圧着は高温において高電圧を
印加する必要があるため、絶縁破壊によるセンサチップ
の特性劣化を生じ易く、歩留まりの低下を引き起こし易
い。このため、生産性が低下し、コストが高くなるとい
う問題があった。

【００１２】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、簡易な製造工程で、歩留まりよく製造するこ
とのできる半導体加速度センサーを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体加速度セ
ンサーは、センサチップ上に自己診断用キャップが設け
られた半導体加速度センサーであり、センサチップは、
ダイヤフラム部と、抵抗素子部と、マス部と、電極部と
を備えており、自己診断用キャップは、対向電極を備え
ている。

【００１４】センサチップの抵抗素子部は、ダイヤフラ
ム部の変形に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗部であ
り、マス部は、検出すべき加速度に応じてダイヤフラム
部に変形を与えるためのものであり、電極部は、自己診
断用キャップに電気的に接続される。

【００１５】また自己診断用キャップに設けられる対向
電極は、センサチップの上面から所定距離隔てて設けら
れるものであり、センサチップの電極部と電気的に接続
される。自己診断用キャップの対向電極に、自己診断の
ため電位が加えられると、マス部の上面との静電気によ
るクーロン力によって、マス部が移動し、ダイヤフラム
部が変形して、抵抗素子部の抵抗値に変化が与えられ
る。

【００１６】本発明の半導体加速度センサーでは、セン
サチップの電極部と自己診断用キャップの対向電極が、
スペーサ粒子を含有した導電接着層により電気的な接続
を保った状態で接着され、導電接着層中のスペーサ粒子
の存在により対向電極がセンサチップの上面から所定距
離隔てられていることを特徴としている。

【００１７】本発明において導電接着層中に含有される
スペーサ粒子の材質は、特に限定されるものではない
が、耐熱性を有し固い粒子であることが好ましい。この
ような材質としては、ガラス、アルミナ、その他のセラ
ミック及び金属等を挙げることができる。本発明におい
ては、スペーサ粒子の存在により自己診断用キャップの
対向電極がセンサチップの上面から所定距離隔てられ
る。従って、含有させるスペーサ粒子の粒径を調整する
ことにより、センサチップの上面からの距離を調整する
ことができる。スペーサ粒子の好ましい粒径は、５〜１
０μｍであり、さらに好ましくは５μｍ程度である。粒
径分布の幅はできるだけ狭いことが好ましく、平均粒径
の±１μｍの範囲内に９０重量％以上が含まれるような
粒径分布であることが好ましい。また、導電接着層中に
含有されるスペーサ粒子の量は、５重量％以下が好まし
い。スペーサ粒子の含有量が５重量％を超えると、セン
サチップと自己診断用キャップの間の接着性が悪くなる
場合がある。

【００１８】本発明において導電接着層を形成する成分
としては、例えば導電ペーストや、ソルダーペースト等
を用いることができる。導電ペーストは、液状の硬化性
樹脂と導電性粒子とを混合した一般的なものを用いるこ
とができ、例えば、エポキシ樹脂と金又は銀等の導電性
粒子とを混合したペーストを用いることができる。この
ような導電ペーストは、塗布後加熱や紫外線照射等によ
って硬化させて導電接着層とすることができる。

【００１９】また、導電接着層としては、上述のように
Ｓｎ−Ｐｂ等のソルダー合金を含んだソルダーペースト
を用いることができる。このようなソルダーペースト
は、加熱により溶融させ、センサチップと自己診断用キ
ャップをハンダ付けすることによって接着させ、導電接
着層とすることができる。

【００２０】本発明では、このような導電ペーストやソ
ルダーペースト等にガラス粒子等のスペーサ粒子を含有
させ、センサチップと自己診断用キャップの接着に用い
る。本発明に用いる自己診断用キャップの材質として
は、特に限定されるものではないが、ガラス、セラミッ
クス、シリコン等の半導体、又は金属等を用いることが
できる。自己診断用キャップが金属等の導電性材料から
形成される場合には、自己診断用キャップ自身を対向電
極として用いることができるので、別体の対向電極を形
成させる必要はない。

【００２１】本発明において、センサチップを形成する
半導体は、特に限定されるものではなく、ダイヤフラム
部を形成することができ、このダイヤフラム部にピエゾ
抵抗の抵抗素子部を形成し得るものであればよい。一般
的にはシリコン等の半導体が用いられる。

【００２２】

【作用】本発明では、センサチップの電極部と自己診断
用キャップの対向電極とをスペーサ粒子を含有した導電
接着層によって接着している。センサチップと自己診断
用キャップの対向電極の距離は、この導電接着層中のス
ペーサ粒子の粒径により規定されるため、所定の距離に
設定することができる。このため、従来のように自己診
断用キャップに凹形状のギャップ部を形成する必要はな
くなり、また対向電極をＴ字形状に形成する必要もなく
なる。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明に従う一実施例の半導体加速
度センサーを示す部分切欠斜視図である。図１を参照し
て、ｎ型シリコン基板からなるシリコンセンサチップ２
１は、シリコン台座２８の上に載せられている。シリコ
ンセンサチップ２１には、図４に示す従来の半導体加速
度センサーと同様に、環状にエッチングが施されること
によって、厚さ数十μｍのダイヤフラム部２２が形成さ
れている。ダイヤフラム部２２がエッチングで環状に形
成されることにより、ダイヤフラム部２２により囲まれ
る中央部にはシリコンマス部２３が形成されている。ダ
イヤフラム部２２には、図２の平面図に示すようなピエ
ゾ抵抗の抵抗素子部２４が４本形成されている。この抵
抗素子部２４は、ドーパントを拡散することによりｐ型
のピエゾ抵抗として形成されている。この抵抗素子部２
４には、図２に示すようにアルミ配線２６が電気的に接
続されている。このような抵抗素子部２４及びアルミ配
線２６が形成されたシリコンセンサチップ２１の表面に
は、保護膜としての二酸化シリコン膜２５が形成されて
いる。

【００２４】図１を参照して、シリコン台座２８の中央
部には、エッチングによりギャップ部２７が形成されて
いる。シリコン台座２８のギャップ部２７の周囲部分と
シリコンセンサチップ２１のダイヤフラム部２２の周囲
部分とが、従来の半導体加速度センサーと同様に、共晶
結合により接着されている。

【００２５】シリコンセンサチップ２１の上には、自己
診断用キャップ３１が載せられている。自己診断用キャ
ップ３１は、導電接着層３４によりシリコンセンサチッ
プ２１と接着されている。図３は、自己診断用キャップ
３１の接着面を上側にした状態の斜視図である。図３に
示すように、自己診断用キャップ３１の下面全体には対
向電極３０が形成されている。この実施例の自己診断用
キャップ３１は、ガラスから形成されており、対向電極
３０は、このガラスの面の上にクロム−金を蒸着するこ
とにより形成されている。

【００２６】図２を参照して、導電接着層３４は、取り
出し電極３２の電極部の上に形成されており、これによ
って自己診断用キャップ３１の対向電極３０と取り出し
電極３２が電気的に接続されている。図２において、導
電接着層３４及び自己診断用キャップ３１は一点鎖線で
示されている。

【００２７】このような対向電極３０は、図１に示すよ
うに、スペーサ粒子３５を含有した導電接着層３４によ
りシリコンセンサチップ２１の上に接着されている。導
電接着層３４は、スペーサ粒子３５として平均粒径５μ
ｍのガラス粒子を含有した導電ペーストにより形成され
ている。この実施例では、エポキシ樹脂に銀粉を含有さ
せた導電ペーストに、このようなスペーサ粒子を混入し
た後、シリコンセンサチップ１上に塗布し、この上に自
己診断用キャップ３１を載せた後、１５０℃で２０分程
度加熱することにより硬化させている。

【００２８】このような導電接着層３４の形成により、
自己診断用キャップ３１がシリコンセンサチップ２１の
上に接着される。またこの際、導電接着層３４内には、
スペーサ粒子３５が含有されており、スペーサ粒子３５
の存在により、自己診断用キャップ３１の対向電極３０
は、シリコンセンサチップ２１の上面からスペーサ粒子
３５の粒径に相当する距離だけ隔てられた状態で接着さ
れる。このため、自己診断用キャップ３１の対向電極３
０を、シリコンセンサチップ２１の上面から所定距離隔
てた状態で配置させることができる。

【００２９】従って、従来のように、自己診断用キャッ
プの対向電極を形成する面にギャップ部を形成させて対
向電極を所定距離隔てさせる構造を採用せずともよく、
簡易な工程で対向電極を所定距離隔てた構造にすること
ができる。

【００３０】また従来のように自己診断用キャップを静
電圧着により接着させたものではないため、絶縁破壊に
よりセンサチップの特性劣化を引き起こすことがなく、
歩留まりの向上を図ることができる。

【００３１】また、従来の半導体加速度センサーでは、
静電圧着により圧着する面積を確保する必要から、対向
電極の取り出し電極と接触する部分の面積が限定され、
この限定された電極間で電気的に接続する必要があっ
た。このため、電極の接続位置を正確に合わせて圧着す
る必要があった。本発明では、このような制限がなく、
また導電接着層を広い面積で形成することが可能である
ため、組み立ての際の位置合わせが容易になり、より製
造工程を簡易にすることができる。

【００３２】上記実施例では、自己診断用キャップとし
て、ガラスから形成されたものを例にして説明したが、
本発明において自己診断用キャップはこのような材質に
限定されるものではなく、セラミックス、シリコン又は
金属等から形成させることができる。また自己診断用キ
ャップとしてシリコンや金属等を材質とする場合には、
自己診断用キャップ自体を対向電極として機能させるこ
とができる場合があり、このような場合、別体の対向電
極を形成させる必要はない。

【００３３】本発明の半導体加速度センサーは、上記実
施例の構造に限定されるものではなく、その他の構造の
半導体加速度センサーにも適用され得るものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明に従う半導体加速度センサーで
は、センサチップの電極部と自己診断用キャップの対向
電極とを、スペーサ粒子を含有した導電接着層により接
着しており、スペーサ粒子の存在により、自己診断用キ
ャップの対向電極がセンサチップの上面から所定距離隔
てられて配置される。このため、従来のように対向電極
が形成される自己診断用キャップにギャップ部を形成す
る必要がない。また導電接着層によりセンサチップと自
己診断用キャップとを接着するため、従来のように静電
圧着のための接着面を確保する必要がなくなり、対向電
極のエッチング等の工程も不要になる。さらに、静電圧
着を用いないため、特性不良を引き起こすことなく、歩
留まりを向上させることができるようになる。

【００３５】さらに、自己診断用キャップとセンサチッ
プを接着させる際の位置合わせが容易になり、製造工程
を簡易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う一実施例の半導体加速度センサー
を示す部分切欠斜視図。

【図２】図１示す実施例におけるシリコンセンサチップ
の上面を示す平面図。

【図３】図１に示す実施例において用いられる自己診断
用キャップの接着面を上側にした状態を示す斜視図。

【図４】従来の半導体加速度センサーの一例を示す部分
切欠斜視図。

【図５】従来の半導体加速度センサーにおけるシリコン
センサチップの上面を示す平面図。

【図６】従来の半導体加速度センサーにおいて用いられ
る自己診断用キャップの接着面を上側した状態を示す斜
視図。

【符号の説明】

２１…シリコンセンサチップ ２２…ダイヤフラム部 ２３…シリコンマス部 ２４…抵抗素子部 ２５…二酸化シリコン膜 ２６…アルミ配線 ２７…ギャップ部 ２８…シリコン台座 ３０…対向電極 ３１…自己診断用キャップ ３２…取り出し電極 ３４…導電接着層 ３５…スペーサ粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国見 敬 埼玉県羽生市東５丁目４番71号 曙ブレ ーキ工業株式会社開発本部内 (72)発明者 小林 忠 埼玉県羽生市東５丁目４番71号 株式会 社曙ブレーキ中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−274005（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102283（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−278462（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/12 - 15/125 G01P 21/00 G01L 9/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサチップ上に自己診断用キャップが
   設けられた半導体加速度センサーであって：ダイヤフラ
   ム部と、該ダイヤフラム部の変形に応じて抵抗値が変化
   する抵抗素子部と、検出すべき加速度に応じてダイヤフ
   ラム部に変形を与えるマス部と、前記自己診断用キャッ
   プに電気的に接続される電極部とを前記センサチップが
   備え；前記センサチップの上面から所定距離隔てて設け
   られ、かつ前記センサチップの電極部と電気的に接続さ
   れ、自己診断のため電位が加えられた際前記マス部を移
   動させて前記ダイヤフラム部を変形させ前記抵抗素子部
   の抵抗値に変化を与えるための対向電極を前記自己診断
   キャップが備え；前記センサチップの電極部と前記自己
   診断用キャップの対向電極が、スペーサ粒子を含有した
   導電接着層によって電気的な接続を保った状態で接着さ
   れ、前記導電接着層中のスペーサ粒子の存在により前記
   対向電極が前記センサチップの上面から所定距離隔てら
   れていることを特徴とする、半導体加速度センサー。