JP3608455B2

JP3608455B2 - 半導体加速度センサ

Info

Publication number: JP3608455B2
Application number: JP34149199A
Authority: JP
Inventors: 宏齊藤; 澄夫赤井; 一功葛原; 隆司西條; 茂成高見
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001160626A

Description

【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１４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、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。
【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、前記突起部となる金属線以外の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、該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前記リード線となる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前記リード線となる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。
【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乃至図３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及び図３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１９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１の実施の形態の半導体加速度センサの別の部位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は高硬度であるため、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１９ａ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２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、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するようにしたので、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、前記突起部となる金属線以外の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、該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前記リード線となる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前記リード線となる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４】本発明の第２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。

Claims

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、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半導体加速度センサ。
前記金属線入りガラス基板において、前記突起部となる金属線以外の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、該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。
前記金属線入りガラス基板の前記リード線となる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。
前記金属線入りガラス基板の前記リード線となる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。