JPH05281250A - 多次元半導体加速度センサ - Google Patents

多次元半導体加速度センサ

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Publication number
JPH05281250A
JPH05281250A JP4074780A JP7478092A JPH05281250A JP H05281250 A JPH05281250 A JP H05281250A JP 4074780 A JP4074780 A JP 4074780A JP 7478092 A JP7478092 A JP 7478092A JP H05281250 A JPH05281250 A JP H05281250A
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JP
Japan
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weight body
semiconductor chip
acceleration sensor
pedestal
metal stem
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Pending
Application number
JP4074780A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Ito
達也 伊藤
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP4074780A priority Critical patent/JPH05281250A/ja
Publication of JPH05281250A publication Critical patent/JPH05281250A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/084Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン単結晶からなる制御基板を必要とせ
ず、製造が容易であると共に製品コストを低減できる多
次元半導体加速度センサを提供することを目的とする。 【構成】 シリコンからなる半導体チップ1にはその可
撓部の表面にピエゾ抵抗素子が設けられている。この半
導体チップ1の中央の作用部には重錘体3が接合されて
いる。また、この半導体チップ1はガラス台座2により
支持されている。このガラス台座2は金属ステム4上に
固定されている。この金属ステム4は、所謂ハーメチッ
クステムであり、重錘体3に整合する位置に凹部5が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、その一部に重錘体が接
合された半導体ダイヤフラムの加速度による変形を感歪
抵抗ブリッジ回路で検出することにより加速度を検出す
る多次元半導体加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の多次元半導体加速度センサ
を示す断面図、図4は同じくその半導体チップを示す平
面図である(特開平3-2535号)。
【0003】半導体チップ10は、パッケージ14の凹
部内に固定された筒状のガラス台座12上に固定されて
いる。この半導体チップ10は、作用部11a、可撓部
11b及び固定部11cにより構成されており、ガラス
台座12は固定部11cに接合されている。また、可撓
部11bは、半導体チップ10の上面及び下面に選択的
に溝を設けて肉厚を薄くしたものであり、これにより作
用部11aに応力が印加された場合に、可撓部11bが
選択的に撓むようになっている。更に、作用部11aの
下面には、重錘体13が接合されている。この重錘体1
3は、ガラス台座12の内側空間に宙吊りの状態で配置
されている。なお、ガラス台座12の内面及びパッケー
ジ14の重錘体13に対向する面には、重錘体13の移
動を規制するための制御部材18が設けられている。
【0004】可撓部11bには、例えば半導体チップに
不純物を選択的に導入し熱拡散させて形成したピエゾ抵
抗素子Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が設けられ
ており、これらの抵抗素子により感歪抵抗ブリッジ回路
が構成されている。この感歪抵抗ブリッジ回路の入出力
端は、半導体チップ10の上面縁部に設けられたボンデ
ィングパッド17に電気的に接続されており、このボン
ディングパッド17は、パッケージ14に固定されこの
パッケージ14の外部に導出するリード15の内側先端
部にボンディングワイヤ19を介して電気的に接続され
ている。
【0005】そして、パッケージ14の上部には蓋16
が配設され、半導体チップ10をパッケージ14の内部
空間に封止するようになっている。
【0006】次に、このように構成された加速度センサ
の動作について説明する。
【0007】加速度センサに加速度が加えられると、慣
性により、重錘体13と半導体チップ10との間に応力
が発生し、半導体チップ10の可撓部11bが機械的に
変形する。これにより、可撓部11bに設けられたピエ
ゾ抵抗素子の電気的抵抗が変化する。この抵抗の変化を
外部の検出装置により検出することにより、加速度を検
出することができる。この場合に、X方向、Y方向及び
Z方向の各加速度成分を、夫々抵抗素子Rx1〜Rx4、R
y1〜Ry4及びRz1〜Rz4により個別的に検出することが
できる。
【0008】なお、加速度が大きい場合は、重錘体13
に過度の外力が印加され、その結果可撓部11bが大き
く変形して半導体チップ10が破損することが考えられ
る。このような不都合を防止するために、上述の如く、
重錘体13の周囲には制御部材18が配設されており、
重錘体13の移動範囲を規制するようになっている。
【0009】ところで、図3,4に示す加速度センサ
は、ガラス台座12及び重錘体13を個別的に形成する
必要があると共に、ガラス台座12及びパッケージ14
に制御部材18を接合する必要があり、製造工程が極め
て煩雑である。このため、特開平3-2535号には、以下に
示す方法により加速度センサを製造することが提案され
ている。
【0010】図5乃至図8は、多次元半導体加速度セン
サの製造方法を工程順に示す断面図である。
【0011】先ず、図5に示すように、シリコンウエハ
20の表面に不純物を選択的に導入して、ピエゾ抵抗素
子R及びこのピエゾ抵抗素子Rにより構成される感歪抵
抗ブリッジ回路を形成する。また、エッチング等によ
り、シリコンウエハ20の下面側に、平面視でリング状
に溝21を形成しシリコンウエハ20の肉厚を部分的に
薄くして、可撓部22を設ける。
【0012】次に、図6に示すように、シリコンウエハ
20の下面側に台座及び重錘体となるガラス板23を陽
極接合法により接合する。このガラス板23には、溝2
1に対応する溝24が平面視で格子状に形成されてい
る。なお、シリコンウエハ20には溝21が設けられて
いるため、可撓部22はガラス板23から浮いた状態に
なる。
【0013】次に、図7に示すように、ガラス板23を
その下面側から溝24に沿ってダイシングプレートで切
断する。これにより、ガラス板23が、重錘体となる部
分25と台座になる部分26とに分離される。
【0014】次に、図8に示すように、ガラス板23の
下面側に制御基板(支持台)27を接合する。この制御
基板27には、重錘体となる部分25に対応する位置に
凹部28が設けられている。従って、ガラス板23は、
台座となる部分26で制御基板27に接合される。な
お、凹部28は静止状態において重錘体の下面が制御基
板27に接触しないようにするものであり、この凹部2
8の深さにより、重錘体の下方向の移動範囲が決定され
る。
【0015】次いで、シリコンウエハ20、ガラス板2
3及び制御基板27からなる積層体を所定の形状に切断
することにより、各センサ部を相互に分離する。その
後、例えばこのセンサ部をパッケージ等に接合し、半導
体チップのパッドとパッケージのリードとを電気的に接
続することにより、加速度センサが完成する。
【0016】このようにして形成された加速度センサに
おいて、台座はシリコンチップの固定部を支持するだけ
でなく、重錘体の横方向の変位が許容範囲を超えないよ
うに規制する制御部材としても作用する。重錘体の横方
向の移動範囲は、図7に示す工程におけるガラス板23
切断時の切断路の幅により決定される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の加速度センサの製造方法においては、陽極接合
法により制御基板27をガラス台座に接合する必要上、
制御基板27としてシリコン単結晶基板が使用される。
また、フォトリソグラフィ法を使用し、このシリコン単
結晶基板をエッチング加工して凹部28を形成する。し
かし、シリコン単結晶基板は高価であると共に、エッチ
ング加工作業が煩雑であるため、上述の方法により製造
された加速度センサには製品コストが高いという欠点が
ある。
【0018】また、重錘体の形状は例えば1辺が2mm
の正方形であり小型であるため、制御基板27の重錘体
制御用凹部28の寸法精度は、少なくとも0.05mm
程度は必要であり、組み立て時の位置合わせが煩雑であ
る。このため、従来の多次元半導体加速度センサは、量
産した場合の製造歩留りが低く、製品コストがより一層
上昇するという欠点もある。
【0019】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、シリコン単結晶からなる制御基板を必要と
せず、製造が容易であると共に、製品コストを低減でき
る多次元半導体加速度センサを提供することを目的とす
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明に係る多次元半導
体加速度センサは、作用部、この作用部の周囲に設けら
れその表面にピエゾ抵抗素子が形成された可撓部及びこ
の可撓部の周囲に設けられた固定部を備えた半導体チッ
プと、この半導体チップの前記作用部に接合された重錘
体と、前記半導体チップの前記固定部に接合されその内
側に前記重錘体が配置された筒状の台座と、この台座を
固定すると共に前記重錘体に整合する位置に凹部が設け
られた金属ステムとを有することを特徴とする。
【0021】
【作用】本発明においては、半導体チップは筒状の台座
に接合されており、この台座は金属ステムに直接接合さ
れている。この金属ステムには、重錘体に整合する位置
に凹部が設けられているため、静止状態では重錘体と金
属ステムとが離隔しており、加速度が加えられることに
よる重錘体の移動を可能にしている。なお、重錘体の横
方向の移動範囲は、従来と同様に、重錘体と台座の内面
との間隔により決定され、縦方向の移動範囲は前記金属
ステムに設けられた凹部の深さにより決定される。この
金属ステムの凹部は、例えば精密プレス加工により容易
に形成することができる。
【0022】本発明においては、上述の如く、台座を直
接金属ステムに接合する構造であり、シリコン単結晶等
からなる制御基板を必要としないため、製造が容易であ
ると共に、製品コストを低減することができる。
【0023】なお、金属ステムに、予め台座配設位置に
対応して段差(突起又はへこみ)を設けておくことによ
り、組み立て時における金属ステムの凹部と重錘体との
位置合わせを容易にすることができる。このため、金属
ステムには、予め台座配設位置に対応して段差が設けら
れていることが好ましい。
【0024】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
【0025】図1は、本発明の第1の実施例に係る多次
元半導体加速度センサを示す断面図である。
【0026】シリコンからなる半導体チップ1は、従来
と同様に、作用部、可撓部及び固定部により構成されて
おり、可撓部には複数個のピエゾ抵抗素子が形成されて
いる。そして、これらのピエゾ抵抗素子により感歪抵抗
ブリッジ回路が構成されている。
【0027】この半導体チップ1はその固定部が筒状の
台座2の上端部に接合されている。また、半導体チップ
1の作用部の下面側には、重錘体3が接合されている。
この台座2及び重錘体3は、例えば半導体チップ1にガ
ラス板を接合し、このガラス板をダイシングすることに
より同時に形成されたものである。
【0028】台座3は、金属ステム4に固定されてい
る。この金属ステム4には、重錘体3に整合する位置に
凹部5が設けられている。この金属ステム4は、所謂ハ
ーメチックステムであり、ステム4の上面から下面に挿
通するリード6がガラスハーメチック7により固定され
ている。なお、このガラスハーメチック7により、ステ
ム4とリード6とは電気的に絶縁されている。
【0029】そして、リード6は、ボンディングワイヤ
8により、半導体チップ1の上面に設けられたパッドと
電気的に接続されている。また、金属ステム4にはキャ
ップ9が設けられており、半導体チップ1を封止するよ
うになっている。
【0030】なお、ステム4は、熱膨張係数がガラス台
座2及び半導体チップ1と略等しいコバール合金等から
なる。また、このハーメチックステム4には、精密プレ
ス加工等により、重錘体3に対応する位置に凹部5が形
成されている。
【0031】このように構成された本実施例に係る多次
元半導体加速度センサにおいて、加速度が加えられる
と、慣性により、重錘体3と半導体チップ1との間に応
力が発生し、半導体チップ1の可撓部が変形して、ピエ
ゾ抵抗素子の抵抗値が変化する。この変化を検出器で検
出することにより、加速度を検出することができる。こ
の場合に、重錘体3の横方向の移動範囲は、重錘体3と
ガラス台座2の内面との間隔により決定される。また、
重錘体3の縦方向の移動範囲は、金属ステム4に設けら
れた凹部5の深さにより決定される。
【0032】本実施例においては、ガラス台座2が金属
ステム4に直接接合されており、ステム4の重錘体3に
対応する位置には凹部5が設けられているため、従来必
要であったシリコン単結晶からなる制御基板が不要であ
り、製品コストを低減することができる。また、制御基
板をウエハに接合する工程(例えば、陽極接合法による
接合工程)も不要になり、製造が容易であるという利点
もある。
【0033】図2は、本発明の第2の実施例に係る多次
元半導体加速度センサを示す断面図である。
【0034】本実施例が第1の実施例と異なる点は金属
ステム4の台座配設位置にへこみ部5aが設けられてい
ることにあり、その他の構成は基本的には第1の実施例
と同様であるので、図2において図1と同一物には同一
符号を付してその詳しい説明は省略する。
【0035】本実施例においては、金属ステム4に、台
座2の配設位置に対応してへこみ部5aが設けられてい
る。即ち、金属ステム4には、凹部5の周囲にこの凹部
5よりも深さが浅いへこみ部5aが設けられている。
【0036】本実施例においては、組み立て時にガラス
台座2をへこみ部5aに整合させて配置することによ
り、重錘体3と凹部5との位置合わせが完了する。従っ
て、本実施例においては、第1の実施例と同様の効果を
得ることができるのに加えて、重錘体3と凹部5との位
置合わせ作業が極めて容易であるという効果がある。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る多次元
半導体加速度センサにおいては、台座が金属ステムに固
定されており、この金属ステムには重錘体に整合する位
置に凹部が設けられているから、従来必要とされていた
シリコン単結晶からなる制御基板が不要となり、製造が
容易になると共に、製品コストを低減することができる
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の実施例に係る多次元半導体加速
度センサを示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係る多次元半導体加速
度センサを示す断面図である。
【図3】従来の多次元半導体加速度センサを示す断面図
である。
【図4】同じくその半導体チップを示す平面図である。
【図5】従来の半導体加速度センサの製造方法の一工程
を示す断面図である。
【図6】同じくその一工程を示す断面図である。
【図7】同じくその一工程を示す断面図である。
【図8】同じくその一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1,10;半導体チップ 2,12;台座 3,13;重錘体 4;金属ステム 5;凹部 6,15;リード 7;ガラスハーメチック 8,19;ボンディングワイヤ 9;キャップ 11a;作用部 11b;可撓部 11c;固定部 14;パッケージ 16;キャップ 17;パッド 20;ウエハ 23;ガラス板 27;制御基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作用部、この作用部の周囲に設けられそ
    の表面にピエゾ抵抗素子が形成された可撓部及びこの可
    撓部の周囲に設けられた固定部を備えた半導体チップ
    と、この半導体チップの前記作用部に接合された重錘体
    と、前記半導体チップの前記固定部に接合されその内側
    に前記重錘体が配置された筒状の台座と、この台座を固
    定すると共に前記重錘体に整合する位置に凹部が設けら
    れた金属ステムとを有することを特徴とする多次元半導
    体加速度センサ。
  2. 【請求項2】 前記金属ステムには、前記台座の配設位
    置に対応して段差が設けられていることを特徴とする請
    求項1に記載の多次元半導体加速度センサ。
JP4074780A 1992-03-30 1992-03-30 多次元半導体加速度センサ Pending JPH05281250A (ja)

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JP4074780A JPH05281250A (ja) 1992-03-30 1992-03-30 多次元半導体加速度センサ

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JP4074780A JPH05281250A (ja) 1992-03-30 1992-03-30 多次元半導体加速度センサ

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JP4074780A Pending JPH05281250A (ja) 1992-03-30 1992-03-30 多次元半導体加速度センサ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009175113A (ja) * 2007-11-14 2009-08-06 Kyocera Corp センサモジュール、センサ付ホイール、およびタイヤ組立体

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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