JPH08114622A - Full-mode packaging-type acceleration sensor - Google Patents

Full-mode packaging-type acceleration sensor

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JPH08114622A
JPH08114622A JP6249033A JP24903394A JPH08114622A JP H08114622 A JPH08114622 A JP H08114622A JP 6249033 A JP6249033 A JP 6249033A JP 24903394 A JP24903394 A JP 24903394A JP H08114622 A JPH08114622 A JP H08114622A
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acceleration sensor
mass
silicon
plates
sensor according
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Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Norio Ichikawa
範男 市川
Akio Yasukawa
彰夫 保川
Masayuki Sato
雅之 佐藤
Shigemasa Umemura
茂正 梅村
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
Masayoshi Suzuki
政善 鈴木
Satoshi Shimada
嶋田  智
Masayuki Miki
政之 三木
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Akira Koide
晃 小出
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    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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    • 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
    • G01P2015/0825Measuring 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 for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring 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 for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

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Abstract

PURPOSE: To obtain an inexpensive, compact, light, high-performance, and surface-mount-type acceleration sensor by providing a thermal stress relaxation mechanism at a detection part structure body and a full-mold plastic part. CONSTITUTION: An acceleration detection part structure body 2 with a mass (weight) supported by a beam and a signal processing circuit 1 for outputting a signal corresponding to acceleration due to the displacement of the mass are fixed to a lead frame 3 with an adhesive. Then, the processing circuit 1 and the structure body 2 are connected by a conductor 7, the processing circuit 1 and an output adjustment terminal 5 are connected by a conductor 200, and the processing circuit 1 and an output terminal 4 are connected by wire bonding using a conductor 6. After that, a plastic material 8 is completely molded around the structure body 2 and the processing circuit 1. As a thermal stress relaxation mechanism, a thickness Tpa of the plastic material 8 on the upper part of the lead frame 3 is set to nearly equal to a thickness Tpb of the plastic material at the lower part, thus minimizing the bending deformation due to the temperature change of the plastic material 8 with the lead frame 3 as the center.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の安全システム
用加速度センサ、特にアンチロック・ブレーキ制御シス
テムやエアバッグシステムなどに使用される加速度セン
サに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for a vehicle safety system, and more particularly to an acceleration sensor used in an antilock / brake control system, an airbag system and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の加速度センサとして半導
体歪ゲージ式,静電容量式,圧電式など数多くのものが
知られている。例えば、特開平1−152369 号公報に記載
されているように、これらの加速度センサの検出部構造
体は金属パッケージ内に収納されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, many types of acceleration sensors such as a semiconductor strain gauge type, an electrostatic capacitance type, and a piezoelectric type are known. For example, as described in JP-A-1-152369, the detection section structure of these acceleration sensors is housed in a metal package.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】検出部構造体は金属パ
ッケージ内に実装されるため、加速度センサの実装コス
トが高くなると共に、パッケージ前にセンサの出力特性
を調整しなければならなかった。また、加速度センサの
寸法が大きく、重量もおもくなるので、自動車応用シス
テムのコントロールユニットへ表面実装したとき共振な
どの問題が生じる。一方、プラスチック材料のフルモー
ルド実装は汎用ICの低コストな実装方法の一つとして
広く知られている。本実装方法を適用したとき、従来型
加速度センサの検出部構造体は汎用ICとは異なり、一
般的に熱応力の影響を受けやすい構造になっているの
で、加速度センサの温度特性が極端に悪くなるという問
題点があった。さらに、プラスチック材料の吸湿による
変形によって、加速度センサの出力特性が変化するとい
う問題点もあった。また、金属パッケージでないため、
外部からの電気的ノイズの影響を受け易いという問題点
もあった。
Since the detector structure is mounted in the metal package, the mounting cost of the acceleration sensor is high and the output characteristics of the sensor must be adjusted before the package. Also, since the acceleration sensor is large in size and heavy in weight, problems such as resonance occur when it is surface-mounted on a control unit of an automobile application system. On the other hand, full-mold mounting of plastic materials is widely known as one of low-cost mounting methods for general-purpose ICs. When this mounting method is applied, the detection section structure of the conventional acceleration sensor is generally susceptible to thermal stress, unlike a general-purpose IC, so the temperature characteristics of the acceleration sensor are extremely poor. There was a problem that Further, there is a problem that the output characteristics of the acceleration sensor change due to the deformation of the plastic material due to moisture absorption. Also, because it is not a metal package,
There is also a problem that it is easily affected by electrical noise from the outside.

【0004】本発明の目的は、低コストでパッケージ後
に出力特性が調整でき、また表面実装が可能な小型,軽
量で高性能な加速度センサを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a small-sized, lightweight and high-performance acceleration sensor that can adjust output characteristics after packaging at low cost and can be surface-mounted.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】加速度センサの気密型検
出部構造体とディジタル調整機能付き信号処理回路をリ
ードフレーム上に固定し、検出部構造体,信号処理回路
およびリードフレーム間のワイヤボンディングを行った
後、その周囲へプラスチック材料を完全にモールドす
る。このとき、検出部構造体とモールドプラスチック部
に種々の熱応力緩和機構を設ける。そして、モールド終
了後にプラスチック部の表面を半導電性の材料や疎水性
の材料でコーティングする。
An airtight detector structure of an acceleration sensor and a signal processing circuit with a digital adjusting function are fixed on a lead frame, and wire bonding between the detector structure, the signal processing circuit and the lead frame is performed. Once done, the plastic material is completely molded around it. At this time, various thermal stress relaxation mechanisms are provided in the detection part structure and the molded plastic part. After the molding is completed, the surface of the plastic part is coated with a semiconductive material or a hydrophobic material.

【0006】[0006]

【作用】加速度センサの気密型検出部構造体とディジタ
ル調整機能付き信号処理回路をリードフレーム上に固定
した後、その周囲をプラスチック材料でフルモールドす
る実装方法により低コスト化を図る。フルモールド実装
により加速度センサの小型,軽量化が図れ、加速度セン
サの表面実装が可能になる。モールドプラスチック部の
外表面を半導電性の材料でコーティングすることによ
り、電気的ノイズに強い加速度センサが得られる。検出
部構造体とフルモールドプラスチック部に熱応力緩和機
構を設けることにより、検出部構造体とプラスチック材
料との間の熱膨張係数の差による熱応力によって引き起
こされる検出部構造体自体の変形を極少化し、加速度セ
ンサの温度特性を改善する。この熱応力緩和機構は、プ
ラスチック材料の吸湿変形によって引き起こされる出力
特性の変化を防止することに対しても効果がある。モー
ルドプラスチックの表面を疎水性の材料でコーティング
すればプラスチックの吸湿による変形を極少化でき、加
速度センサの出力変化を防止できる。信号処理回路に結
線されたリード端子をフルモールドプラスチック部の外
部に引出すことにより、この端子を利用して加速度セン
サの出力特性の調整をフルモールド終了後にできるよう
にする。
The airtight detection part structure of the acceleration sensor and the signal processing circuit with digital adjustment function are fixed on the lead frame, and then the periphery thereof is fully molded with a plastic material to reduce the cost. The full-mold mounting makes it possible to reduce the size and weight of the acceleration sensor, enabling surface mounting of the acceleration sensor. By coating the outer surface of the molded plastic part with a semiconductive material, an acceleration sensor resistant to electrical noise can be obtained. By providing a thermal stress relaxation mechanism in the detector structure and the full-molded plastic part, deformation of the detector structure itself caused by thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the detector structure and the plastic material is minimized. To improve the temperature characteristics of the acceleration sensor. This thermal stress relaxation mechanism is also effective in preventing a change in output characteristics caused by the deformation of the plastic material due to moisture absorption. If the surface of the molded plastic is coated with a hydrophobic material, the deformation of the plastic due to moisture absorption can be minimized and the output change of the acceleration sensor can be prevented. By pulling out the lead terminal connected to the signal processing circuit to the outside of the full-molded plastic part, the output characteristics of the acceleration sensor can be adjusted using this terminal after the completion of full-molding.

【0007】[0007]

【実施例】本発明によるフルモールド実装型加速度セン
サの実施例を図1に示す。ビームで支持されたマス
(錘)を有する加速度検出部構造体2と前記マスの変位
を静電容量の変化あるいは歪ゲージの抵抗値変化から検
出して加速度に対応した信号を外部に出力する信号処理
回路1をFe−Niなどの金属材料よりなるリードフレ
ーム3へ接着剤(図には示していない)を介して固定し
た後、信号処理回路1と検出部構造体2間を金線などの
導線7,信号処理回路1と出力調整端子5間を導線20
0,信号処理回路1と電源および出力端子4間を導線6
を介してワイヤボンディング作業により電気的に結線し
ている。なお、加速度検出部構造体2の詳細構造につい
ては後述する。ワイヤボンディング作業が終わった後、
検出部構造体2と信号処理回路1の周囲へ図に示すよう
にプラスチック材料8を完全にフルモールドする。な
お、プラスチック材料8のモールド作業は70気圧,1
70℃の条件下で行われた。プラスチック材料8の熱膨
張係数はビームとマスの材料であるシリコンと同じであ
ることが望ましいが、モールド作業時のプラスチック材
料8の流動性から適用できる熱膨張係数の下限値は8pp
m/℃ であった。なお、シリコンの熱膨張係数は約3pp
m/℃ である。このように、検出部構造体2を構成する
材料とプラスチック材料8間の熱膨張係数の差は約5pp
m/℃ と大きく、この熱膨張係数の差によって検出部構
造体2は大きな熱応力である圧縮と曲げ作用を受けて変
形する。この変形によって、加速度センサのゼロ点や感
度が温度によって大きく変化する。この温度影響を改善
する種々の熱応力緩和機構を本図および以下に示す図で
説明する。プラスチック材料8が吸湿で変形したときの
影響は、見かけ上プラスチック材料8の熱膨張係数が部
分的に変化したものと等価である故、この熱応力緩和機
構はプラスチック材料8の吸湿変形の影響をなくすこと
に対しても有効な結果をもたらす。出力調整端子5,電
源および出力端子4はリードフレーム3と同じ材料で構
成され、これらはプラスチック材料8をモールドする前
は外部の外枠で機械的に連結している。プラスチック材
料8をフルモールドした後、外枠を切断しこれらの機械
的および電気的な連結をなくする。本加速度センサは孔
9を介してネジなどにより、自動車システムのコントロ
ールユニットヘ固定される。あるいは、プラスチック材
料8の下部10でコントロールユニットへ表面実装され
る。本図における熱応力緩和機構は、リードフレーム3
の上部におけるプラスチック材料8の厚さTpaを下部に
おけるプラスチック材料8の厚さTpbにほぼ等しくした
ことである。こうすることによって、リードフレーム3
を中心とするプラスチック材料8の温度変化による曲げ
変形は極少になり、加速度センサの温度影響の改善に大
きく寄与できた。なお、以下に示す図において、同一の
番号は同一の要素を示すものとする。
1 shows an embodiment of a full-mold mounting type acceleration sensor according to the present invention. A signal that outputs the signal corresponding to the acceleration by detecting the displacement of the acceleration detection unit structure 2 having a mass (weight) supported by the beam and the displacement of the mass from the change of the capacitance or the resistance value of the strain gauge. After the processing circuit 1 is fixed to the lead frame 3 made of a metal material such as Fe-Ni with an adhesive (not shown), the signal processing circuit 1 and the detection unit structure 2 are connected to each other with a gold wire or the like. Conductor 7, between signal processing circuit 1 and output adjusting terminal 5
0, the conductor 6 between the signal processing circuit 1 and the power supply / output terminal 4
The wires are electrically connected through the wire bonding work. The detailed structure of the acceleration detector structure 2 will be described later. After the wire bonding work is completed,
As shown in the figure, the plastic material 8 is completely fully molded around the detector structure 2 and the signal processing circuit 1. The molding work of the plastic material 8 is 70 atm, 1
It was carried out under the conditions of 70 ° C. The thermal expansion coefficient of the plastic material 8 is preferably the same as that of silicon, which is the material of the beam and the mass, but the lower limit of the thermal expansion coefficient that can be applied is 8 pp due to the fluidity of the plastic material 8 during the molding operation.
It was m / ° C. The coefficient of thermal expansion of silicon is about 3 pp.
m / ° C. Thus, the difference in the coefficient of thermal expansion between the material forming the detector structure 2 and the plastic material 8 is about 5 pp.
It is as large as m / ° C., and due to this difference in thermal expansion coefficient, the detection unit structure 2 is deformed by being subjected to large thermal stresses such as compression and bending. Due to this deformation, the zero point and the sensitivity of the acceleration sensor greatly change depending on the temperature. Various thermal stress relaxation mechanisms for improving this temperature effect will be described with reference to this figure and the figures shown below. Since the effect of the plastic material 8 deformed by moisture absorption is apparently equivalent to a partial change in the thermal expansion coefficient of the plastic material 8, this thermal stress relaxation mechanism reduces the effect of the plastic material 8 due to moisture absorption deformation. It also has effective results in eliminating it. The output adjusting terminal 5, the power supply and the output terminal 4 are made of the same material as the lead frame 3, and these are mechanically connected by an external outer frame before the plastic material 8 is molded. After the plastic material 8 is fully molded, the outer frame is cut to eliminate these mechanical and electrical connections. The acceleration sensor is fixed to the control unit of the automobile system through the hole 9 with a screw or the like. Alternatively, the lower part 10 of the plastic material 8 is surface-mounted on the control unit. The thermal stress relaxation mechanism in this figure is based on the lead frame 3
That is, the thickness Tpa of the plastic material 8 at the upper part of the table is approximately equal to the thickness Tpb of the plastic material 8 at the lower part. By doing this, the lead frame 3
Bending deformation due to temperature change of the plastic material 8 centered on was minimized, and it was able to greatly contribute to the improvement of the temperature effect of the acceleration sensor. In the drawings shown below, the same numbers indicate the same elements.

【0008】本発明による検出部構造体のフルモールド
時における熱応力緩和機構を図2に示す。検出部構造体
はシリコン板11,ガラス板12,シリコン板13およ
びガラス板14の4層積層構造よりなり、これらの4枚
の板はウエハ状態で積層された後、良く知られた陽極接
合方法で接着され各検出部構造体にダイサーなどの方法
によってダイシングされる。シリコン板13にはエッチ
ング加工によって、ビーム15に支持されたマス16を
形成している。(なお、シリコン板13の平面構造を参
考までに図8に示している。)マス16に対向したガラ
ス板12の表面へ金属膜よりなる固定電極17をスパッ
タや蒸着などの方法で形成している。この固定電極17
はガラス板12にあけたスルーホール19の内面とガラ
ス板12の上部表面に設けたリード部20によってシリ
コン板11と電気的に接続されている。リード部20の
一部はシリコン板11とガラス板12の間に、図に示す
ように挾みこまれている。本検出部構造体に加速度が作
用すると、ビーム15で支持されたマス16は錘の機能
を有し、加速度の大きさに応じて上下に変位する。シリ
コン板13は導電性の材料であり、マス16は可動電極
となる。マス16と固定電極17間のギャップ18の寸
法変化を静電容量の変化から計測して、加速度に応じた
マス16の変位を検出することができる。即ち、本図に
示した加速度検出部構造体は静電容量式の検出部構造体
である。シリコン板11の上にパッド21,シリコン板
13の上にパッド22が形成され、これらのパッドを介
して検出部構造体は前述したワイヤボンディング作業に
より信号処理回路と電気的に結線される。本図に示した
検出部構造体のチップサイズは約数ミリ角で、各4枚の
板の厚さは約数百ミクロン(但し、後述するようにガラ
ス板14の厚さは厚いほど良い)、マス16とビーム1
5の厚さは約数十ミクロン,ギャップ18は約数ミクロ
ンである。次に、本検出部構造体における熱応力緩和機
構について述べる。静電容量式加速度センサにおけるゼ
ロ点や感度の温度特性はマス16と固定電極18間のギ
ャップ18によって決まる故、熱応力緩和機構の目的は
温度が変化してもギャップ18の寸法が変化しないよう
にすることにある。このためには、ガラス板12とマス
16を支持するビーム15の熱応力による変形を極少化
すれば良い。シリコン板11に空所21を形成すること
により、検出部構造体が周囲のプラスチック材料から圧
縮,引っ張り,曲げなどの熱応力を受けても、加速度セ
ンサの温度特性に問題を起こさない程度までガラス板1
2の変形を小さくすることができた。なお、空所21は
シリコン板11の表面にエッチングによって加工された
凹みである。また、ガラス板12とシリコン板11の接
合部のダイシング面からの距離Laをガラス板12とシ
リコン板13の接合部のダイシング面からの距離Lbよ
り小さくすることにより、ガラス板12とビ−ム15の
曲げ変形を小さくすることができた。前述したように、
シリコン板11の厚さTsa,ガラス板12の厚さTga,
シリコン板13の厚さTsbは約数百ミクロンと似たよう
な厚さである。これに対して、検出部構造体自体が熱膨
張係数の異なるリードフレームに接着される面となるガ
ラス板14の厚さTgbを前記3枚の板より約2倍程度以
上に厚くすることが、熱応力緩和機構として有効であっ
た。
FIG. 2 shows a thermal stress relaxation mechanism during full molding of the detector structure according to the present invention. The detector structure has a four-layer laminated structure of a silicon plate 11, a glass plate 12, a silicon plate 13 and a glass plate 14, and these four plates are laminated in a wafer state, and then a well-known anodic bonding method is used. And is diced to each detection unit structure by a method such as a dicer. A mass 16 supported by the beam 15 is formed on the silicon plate 13 by etching. (Note that the planar structure of the silicon plate 13 is shown in FIG. 8 for reference.) A fixed electrode 17 made of a metal film is formed on the surface of the glass plate 12 facing the mass 16 by a method such as sputtering or vapor deposition. There is. This fixed electrode 17
Is electrically connected to the silicon plate 11 by the inner surface of the through hole 19 formed in the glass plate 12 and the lead portion 20 provided on the upper surface of the glass plate 12. A part of the lead portion 20 is sandwiched between the silicon plate 11 and the glass plate 12 as shown in the figure. When acceleration acts on the detection unit structure, the mass 16 supported by the beam 15 has a function of a weight and is vertically displaced according to the magnitude of acceleration. The silicon plate 13 is a conductive material, and the mass 16 serves as a movable electrode. The dimensional change of the gap 18 between the mass 16 and the fixed electrode 17 can be measured from the change of the electrostatic capacitance to detect the displacement of the mass 16 according to the acceleration. That is, the acceleration detection unit structure shown in this figure is a capacitance type detection unit structure. Pads 21 are formed on the silicon plate 11 and pads 22 are formed on the silicon plate 13, and the detection unit structure is electrically connected to the signal processing circuit by the above-described wire bonding work via these pads. The chip size of the detection unit structure shown in this figure is about several millimeters square, and the thickness of each of the four plates is about several hundreds of microns (however, the thicker the glass plate 14 is, the better as will be described later). , Trout 16 and beam 1
The thickness of 5 is about several tens of microns, and the gap 18 is about several microns. Next, the thermal stress relaxation mechanism in this detector structure will be described. The temperature characteristics of the zero point and sensitivity in the capacitance type acceleration sensor are determined by the gap 18 between the mass 16 and the fixed electrode 18, so the purpose of the thermal stress relaxation mechanism is to prevent the size of the gap 18 from changing even if the temperature changes. Is to For this purpose, the deformation of the beam 15 supporting the glass plate 12 and the mass 16 due to thermal stress may be minimized. By forming the void 21 in the silicon plate 11, even if the detecting portion structure receives thermal stress such as compression, pulling, bending, etc. from the surrounding plastic material, it does not cause a problem in the temperature characteristics of the acceleration sensor. Board 1
The deformation of No. 2 could be reduced. The void 21 is a recess formed by etching the surface of the silicon plate 11. Further, the distance La from the dicing surface of the joint between the glass plate 12 and the silicon plate 11 is made smaller than the distance Lb from the dicing surface of the joint between the glass plate 12 and the silicon plate 13, whereby the glass plate 12 and the beam. Bending deformation of No. 15 could be reduced. As previously mentioned,
The thickness Tsa of the silicon plate 11, the thickness Tga of the glass plate 12,
The thickness Tsb of the silicon plate 13 is similar to about several hundreds of microns. On the other hand, the thickness Tgb of the glass plate 14 serving as the surface on which the detection unit structure itself is bonded to the lead frame having a different thermal expansion coefficient is about twice or more thicker than the three plates, It was effective as a thermal stress relaxation mechanism.

【0009】本発明による検出部構造体のフルモールド
時における熱応力緩和機構の他の実施例を図3に示す。
検出部構造体はシリコン板23,ガラス板24,シリコ
ン板25,ガラス板26,シリコン板27の5層構造よ
りなり、陽極接合によって接合されている。中央のシリ
コン板25には、ビーム28で支持されたマス29がエ
ッチングによって形成されている。このマス29に対向
して、上下のガラス板24,26には固定電極32,3
4が形成されている。これらの固定電極32,34はそ
れぞれスルーホール30,31の内面およびガラス板2
4,26の表面に形成したリード部33,35を介して
シリコン板23,27と電気的に結線されている。本検
出部構造体は前図と同様、静電容量式であり、可動電極
であるマス29の両面に固定電極を形成し、マス29の
厚さがビーム28の厚さより厚くなっていることが特徴
である。次に、本検出部構造体における熱応力緩和機構
を説明する。熱応力緩和機構として、(1)シリコン板
23と27に空所36,37を設けること、(2)ビー
ム28の固定端側におけるシリコン板25とガラス板2
4,26との接合部のダイシング面からの距離をガラス
板24,26とシリコン板23,27との接合部のダイ
シング面から空所36,37までの距離より大きくする
こと、(3)シリコン板27の厚さを他の4枚の板の厚
さより約2倍以上厚くすることが有効であった。なお、
空所36,37はシリコン板23,27の表面をエッチ
ングすることによって得られる凹みであり、その深さは
前図と同様に約10ミクロンである。
FIG. 3 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism during full molding of the detector structure according to the present invention.
The detector structure has a five-layer structure including a silicon plate 23, a glass plate 24, a silicon plate 25, a glass plate 26, and a silicon plate 27, and they are joined by anodic bonding. A mass 29 supported by a beam 28 is formed on the central silicon plate 25 by etching. The fixed electrodes 32, 3 are provided on the upper and lower glass plates 24, 26 so as to face the mass 29.
4 are formed. These fixed electrodes 32 and 34 are provided on the inner surfaces of the through holes 30 and 31 and the glass plate 2, respectively.
It is electrically connected to the silicon plates 23 and 27 through the lead portions 33 and 35 formed on the surfaces of the plates 4 and 26. This detection unit structure is of the electrostatic capacitance type as in the previous figure, in which fixed electrodes are formed on both sides of the mass 29 which is a movable electrode, and the thickness of the mass 29 is thicker than the thickness of the beam 28. It is a feature. Next, the thermal stress relaxation mechanism in the present detector structure will be described. As a thermal stress relaxation mechanism, (1) cavities 36 and 37 are provided in the silicon plates 23 and 27, and (2) the silicon plate 25 and the glass plate 2 on the fixed end side of the beam 28.
The distance from the dicing surface at the joint between the glass plates 24 and 26 and the silicon plates 23 and 27 is set to be larger than the distance from the dicing surface at the joint between the glass plates 24 and 26 and the cavities 36 and 37. (3) Silicon It was effective to make the thickness of the plate 27 about twice or more than the thickness of the other four plates. In addition,
The cavities 36 and 37 are dents obtained by etching the surfaces of the silicon plates 23 and 27, and the depth thereof is about 10 μm as in the previous figure.

【0010】本発明による検出部構造体のフルモールド
時における熱応力緩和機構の他の実施例を図4に示す。
検出部構造体はシリコン板38,39,40,41およ
び42の5層構造よりなり、熱酸化膜43,44,45
および46を介して良く知られたシリコン板の直接接合
技術によって気密に接合されている。本検出部構造体も
静電容量式であり、中央のシリコン板40にはビーム4
8に支持されたマス47がエッチングにより形成されて
いる。可動電極であるマス47に対向したシリコン板3
9,41は導電性の材料であり、このまま固定電極とし
て使用される。なお、固定電極用のパッドは図には示し
ていないものの、これらのシリコン板39,41上に設
けられる。この場合も前図と同様、熱応力緩和機構とし
て、(1)シリコン板38,42へ空所49,50を設
けること、(2)ビーム48の固定端側におけるシリコ
ン板40の接合寸法をダイシング面から空所49,50
までの距離より大きくすること、(3)シリコン板42
の厚さを他の4枚のシリコン板の厚さの約2倍以上にす
ることが有効であった。
FIG. 4 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism during full molding of the detector structure according to the present invention.
The detection part structure is composed of a five-layer structure of silicon plates 38, 39, 40, 41 and 42, and has a thermal oxide film 43, 44, 45.
And 46 are hermetically bonded by a well-known direct bonding technique for silicon plates. This detection unit structure is also of a capacitance type, and the beam 4 is placed on the central silicon plate 40.
The mass 47 supported by 8 is formed by etching. Silicon plate 3 facing the mass 47 which is the movable electrode
Reference numerals 9 and 41 are conductive materials and are used as they are as fixed electrodes. Although not shown in the figure, the fixed electrode pads are provided on these silicon plates 39 and 41. Also in this case, as in the previous figure, as the thermal stress relaxation mechanism, (1) the voids 49, 50 are provided in the silicon plates 38, 42, and (2) the bonding dimension of the silicon plate 40 on the fixed end side of the beam 48 is diced. Empty space 49,50
Greater than the distance to (3) Silicon plate 42
It was effective to make the thickness of the above-mentioned about two times or more the thickness of the other four silicon plates.

【0011】本発明による検出部構造体のフルモールド
時における熱応力緩和機構の他の実施例を図5に示す。
検出部構造体はシリコン板51,52および53の3層
構造よりなり、熱酸化膜54及び55を介して気密に接
合されている。本検出部構造体は静電容量式であり、中
央のシリコン板52にはビーム57に支持されたマス5
6がエッチング加工により形成されている。あらかじ
め、シリコン板51と53の表面にボロンを高濃度にド
ーピングし、この高濃度部が他の部分よりエッチング速
度が極端に遅いことを利用して、シリコン板51および
53の表面に両端支持構造の薄板58および59を形成
している。この薄板部分58,59がボロンの高濃度部
である。あらかじめドライエッチであけた孔60及び6
1を介して、異方性エッチングによりシリコン板51お
よび53に空所62及び63をそれぞれ形成している。
可動電極であるマス56に対向した薄板58および59
は固定電極となる。この場合の熱応力緩和機構として
は、(1)両端支持構造の薄板58および59を固定電
極とし、空所62および63をそれぞれシリコン板51
および53に設けること、(2)ビーム57の固定端側
のみならず、全周囲におけるシリコン板52とシリコン
板51および53の接合部のダイシング面からの距離が
ダイシング面から凹み62および63までの寸法より大
きいこと、(3)シリコン板53の厚さを他のシリコン
板の厚さの約2倍以上にすることが有効である。
FIG. 5 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism during full molding of the detector structure according to the present invention.
The detection unit structure has a three-layer structure of silicon plates 51, 52 and 53, and is hermetically bonded via thermal oxide films 54 and 55. This detector structure is of a capacitance type, and the silicon plate 52 at the center has a mass 5 supported by a beam 57.
6 is formed by etching. Since the surfaces of the silicon plates 51 and 53 are doped with boron at a high concentration in advance, and the etching rate of this high concentration part is extremely slower than that of the other parts, the both ends supporting structure is formed on the surfaces of the silicon plates 51 and 53. Thin plates 58 and 59 are formed. The thin plate portions 58 and 59 are high boron concentration portions. Holes 60 and 6 that were previously dry-etched
Via 1, the voids 62 and 63 are formed in the silicon plates 51 and 53 by anisotropic etching, respectively.
Thin plates 58 and 59 facing the mass 56 which is the movable electrode
Serves as a fixed electrode. The thermal stress relaxation mechanism in this case is as follows:
(2) The distance from the dicing surface of the joint between the silicon plate 52 and the silicon plates 51 and 53 not only to the fixed end side of the beam 57 but to the dicing surface from the dicing surface to the recesses 62 and 63. It is effective to be larger than the size, and (3) it is effective to make the thickness of the silicon plate 53 about twice or more the thickness of other silicon plates.

【0012】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機
構の他の実施例を図6に示す。検出部構造体はシリコン
板64,65および66の3層構造よりなり、熱酸化膜
67および68を介して気密に接合されている。中央の
シリコン板65には、ビーム70で支持されたマス69
をエッチング加工により形成している。シリコン板64
および66にはそれぞれ、固定電極となる片側支持構造
の薄板71および72,空所73および74がエッチン
グにより形成されている。熱応力緩和機構として、
(1)固定電極を片側支持構造の薄板とし、空所を設け
たこと、(2)中央シリコン板のビーム固定端側の接合
寸法をダイシング面から凹みまでの距離より大きくした
こと、(3)最下部のシリコン板の厚さを他のシリコン
板の厚さの約2倍以上にしたことが有効である。プラス
チック材料から検出部構造体が熱応力を受けて変形して
も、ビーム70および片側支持構造の薄板71,72の
変形は極少化される。ビーム70と薄板71,72が変
形しても、同じビーム形状である故、マス69と薄板7
1,72間のギャップの変化は極めて小さいものにな
る。
FIG. 6 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detector structure according to the present invention. The detection portion structure has a three-layer structure of silicon plates 64, 65 and 66, and is hermetically bonded via thermal oxide films 67 and 68. The central silicon plate 65 has a mass 69 supported by a beam 70.
Are formed by etching. Silicon plate 64
Thin plates 71 and 72 having a one-sided support structure, which serve as fixed electrodes, and cavities 73 and 74 are formed by etching in and 66, respectively. As a thermal stress relaxation mechanism,
(1) The fixed electrode is a thin plate with one-sided support structure and a space is provided, (2) The bonding dimension of the central silicon plate on the beam fixed end side is larger than the distance from the dicing surface to the recess, (3) It is effective to make the thickness of the bottom silicon plate about twice or more the thickness of other silicon plates. Even if the detector structure is deformed by the thermal stress from the plastic material, the deformation of the beam 70 and the thin plates 71, 72 of the one-sided support structure is minimized. Even if the beam 70 and the thin plates 71 and 72 are deformed, the beam 69 and the thin plates 71 and 72 have the same beam shape.
The change in the gap between 1 and 72 is extremely small.

【0013】本発明による検出部構造体のフルモールド
時における熱応力緩和機構の他の実施例を図7に示す。
検出部構造体はガラス板75,シリコン板76およびガ
ラス板77の3層構造よりなり、陽極接合によって気密
に接合されている。中央のシリコン板76には、ビーム
79で支持されたマス78がエッチングにより形成され
ている。ビーム79の固定端近傍に、歪ゲージ80が拡
散によって形成され、熱酸化膜82で保護されている。
本検出部構造体は、加速度によるマス78の変位を歪ゲ
ージの抵抗値変化から検出する歪ゲージ式である。熱酸
化膜82の上にはポリシリコン層83が形成されてお
り、このポリシリコン層83を利用して空所81を有す
るガラス板75がシリコン板76へ陽極接合により気密
に接着されている。なお、空所81はガラス板75にエ
ッチングその他の方法で形成された深さ約10ミクロン
の凹みである。歪ゲージ80はシリコン板76上に形成
したパッド84を介して、信号処理回路と電気的に結線
される。図に示すように、ダイシング面から空所81ま
での距離をLa、ビーム79の上部固定端までの距離を
Lb、下部固定端までの距離をLcとする。寸法Laが
寸法LbおよびLcに対して小さくなるように空所81
のサイズを決めることが、熱応力緩和機構として有効で
あった。また、静電容量式の場合と同様、リードフレー
ムへ接着されるガラス板77の厚さが他の2枚の板の厚
さの約2倍以上であることも有効であった。
FIG. 7 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism during full molding of the detector structure according to the present invention.
The detector structure has a three-layer structure of a glass plate 75, a silicon plate 76, and a glass plate 77, and is airtightly bonded by anodic bonding. A mass 78 supported by a beam 79 is formed on the central silicon plate 76 by etching. A strain gauge 80 is formed near the fixed end of the beam 79 by diffusion and is protected by a thermal oxide film 82.
The detection unit structure is a strain gauge type that detects displacement of the mass 78 due to acceleration from a change in resistance value of the strain gauge. A polysilicon layer 83 is formed on the thermal oxide film 82, and a glass plate 75 having a void 81 is airtightly bonded to the silicon plate 76 by anodic bonding using the polysilicon layer 83. The void 81 is a recess having a depth of about 10 microns formed on the glass plate 75 by etching or another method. The strain gauge 80 is electrically connected to the signal processing circuit via the pad 84 formed on the silicon plate 76. As shown in the figure, the distance from the dicing surface to the void 81 is La, the distance to the upper fixed end of the beam 79 is Lb, and the distance to the lower fixed end is Lc. A space 81 is formed so that the dimension La becomes smaller than the dimensions Lb and Lc.
Determining the size of was effective as a thermal stress relaxation mechanism. Further, as in the case of the capacitance type, it was also effective that the thickness of the glass plate 77 adhered to the lead frame was about twice or more the thickness of the other two plates.

【0014】図2に示した検出部構造体のシリコン板1
3の平面図を図8に示す。図8に示すように、マス16
は2本のビーム15で支持されている。領域85はガラ
ス板12と接合される部分およびそれと同一平面の部
分、領域86はパッド22の形成される部分、領域87
はエッチング深さが約100ミクロンの部分、領域88
はビーム15およびマス16と同一のエッチング深さ
(数ミクロンのエッチング量でギャップ寸法を決める)
の部分である。
Silicon plate 1 of the detector structure shown in FIG.
A plan view of No. 3 is shown in FIG. As shown in FIG.
Are supported by two beams 15. A region 85 is a part joined to the glass plate 12 and a part flush with it, and a region 86 is a part where the pad 22 is formed, a region 87.
Is a region where the etching depth is about 100 microns, and the region 88
Is the same etching depth as the beam 15 and the mass 16 (gap size is determined by etching amount of several microns)
Part of.

【0015】本発明による検出部構造体のフルモールド
時における熱応力緩和機構の他の実施例を図9に示す。
SOI基板の犠牲層エッチング技術を利用して、シリコ
ン基板90の表面にビーム・マス系93を形成してい
る。ビーム・マス系93の下部のギャップ94は熱酸化
膜91を犠牲層エッチングによって除去した部分であ
る。熱酸化膜91の上に形成したポリシリコン層92を
介して、空所95を有するガラス板89をシリコン板9
0へ陽極接合により気密に接着している。空所95はガ
ラス板89にエッチングなどによって加工した凹みであ
る。シリコン板90はパッド97を介して、ビーム・マ
ス系93はポリシリコン層92,パッド96を介して信
号処理回路と電気的に結線される。本検出部構造体はY
−Y軸方向の加速度を検出するものである。プラスチッ
ク材料からの熱応力によってビーム・マス系93および
シリコン板90が変形しないように、シリコン板90の
厚さをビーム・マス系93の厚さの少なくとも約100
倍以上に厚くすることが熱応力緩和機構として有効であ
った。なお、ビーム・マス系93の厚さは数ないし数十
ミクロンの値である。ビーム・マス系93の平面図を図
10に示す。ビーム・マス系は4本のビーム99で支持
されたマス100よりなり、各ビーム99は固定端98
部で熱酸化膜91の上に固着されている。本検出部構造
体はマス100を可動電極、シリコン板90を固定電極
として使用すれば静電容量式に、ビーム99に歪ゲージ
を形成してこれを利用すれば歪ゲージ式の検出部にな
る。
FIG. 9 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism during full molding of the detector structure according to the present invention.
The beam mass system 93 is formed on the surface of the silicon substrate 90 by utilizing the sacrifice layer etching technique of the SOI substrate. The gap 94 below the beam / mass system 93 is a portion where the thermal oxide film 91 is removed by sacrificial layer etching. A glass plate 89 having a void 95 is formed on the silicon plate 9 through a polysilicon layer 92 formed on the thermal oxide film 91.
It is airtightly bonded to 0 by anodic bonding. The void 95 is a recess formed in the glass plate 89 by etching or the like. The silicon plate 90 is electrically connected to the signal processing circuit via the pad 97, and the beam mass system 93 is electrically connected to the signal processing circuit via the polysilicon layer 92 and the pad 96. This detector structure is Y
The acceleration in the Y-axis direction is detected. The thickness of the silicon plate 90 is at least about 100 times the thickness of the beam mass system 93 so that the beam mass system 93 and the silicon plate 90 are not deformed by thermal stress from the plastic material.
It was effective as a thermal stress relaxation mechanism to make the thickness more than double. The beam / mass system 93 has a thickness of several to several tens of microns. A plan view of the beam mass system 93 is shown in FIG. The beam-mass system consists of a mass 100 supported by four beams 99, each beam 99 having a fixed end 98.
The part is fixed on the thermal oxide film 91. This detection unit structure becomes a capacitance type detection unit if the mass 100 is used as a movable electrode and the silicon plate 90 is used as a fixed electrode, and a strain gauge is formed in the beam 99 and used. .

【0016】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機
構の他の実施例を図11に示す。本検出部構造体は図9
に示した構造体と同様な手法で製作され、図9とはビー
ム・マス系の形状が異なり、X−X方向の加速度を検出
するところに特徴がある。可動電極であるマス102と
固定電極101間のギャップ103の寸法変化を静電容
量の変化から検出して加速度を計測するものである。熱
応力緩和機構の内容は、図9に示した検出部構造体の場
合と同じである。ビーム・マス系の平面図を図12に示
した。ビーム105で支持されたマス102と固定電極
101は櫛歯形状になっている。櫛歯形状にしているの
は、ギャップ103の対向面積を大きくして感度を増加
させるためである。ビーム105および固定電極101
は固定端104部で熱酸化膜91の上に固着されてい
る。
Another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detector structure according to the present invention is shown in FIG. This detector structure is shown in FIG.
It is manufactured by the same method as that of the structure shown in FIG. 9, and is different in the shape of the beam / mass system from FIG. 9, and is characterized in that the acceleration in the XX direction is detected. The acceleration is measured by detecting the dimensional change of the gap 103 between the mass 102 which is the movable electrode and the fixed electrode 101 from the change of the electrostatic capacitance. The contents of the thermal stress relaxation mechanism are the same as in the case of the detection unit structure shown in FIG. A plan view of the beam / mass system is shown in FIG. The mass 102 supported by the beam 105 and the fixed electrode 101 are comb-shaped. The comb-like shape is used to increase the facing area of the gap 103 and increase the sensitivity. Beam 105 and fixed electrode 101
Is fixed on the thermal oxide film 91 at the fixed end 104.

【0017】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機
構の他の実施例を図13に示す。シリコン板108,シ
リコン板109およびシリコン板110が熱酸化膜11
1および112を介して気密に接合された3層構造より
なり、中央のシリコン板109にビーム107で支持され
たマス106がエッチング加工によって形成されてい
る。マス106を可動電極、これに対向した上下のシリ
コン板108と110を固定電極とする静電容量式の検
出部構造体である。プラスチック材料からの熱応力によ
るビーム107と上下のシリコン基板108および11
0の変形を極少化できれば、加速度センサの温度特性を
改善することができる。このためには、上下のシリコン
板を厚くして検出部構造体の全体形状をサイコロのよう
に立方体に近い形にし、ビーム固定端の接合寸法を十分
に大きくすれば良い。検出部構造体の横幅、即ち中央シ
リコン板109の横幅寸法をLとすると、熱応力緩和機
構としてシリコン板108の厚さTuおよびシリコン板
110の厚さTdを少なくとも横幅寸法Lの半分以上に
することが有効であった。また、ビーム107の固定端
側における中央のシリコン板109と上下のシリコン板
108および110との間の接合寸法Wは少なくとも横
幅寸法Lの10%以上にすることも極めて有効であっ
た。
Another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detector structure according to the present invention is shown in FIG. The silicon plate 108, the silicon plate 109, and the silicon plate 110 are the thermal oxide film 11.
A mass 106, which has a three-layer structure that is airtightly bonded via 1 and 112 and is supported by a beam 107, is formed on a central silicon plate 109 by etching. This is a capacitance type detection unit structure in which the mass 106 is a movable electrode, and the upper and lower silicon plates 108 and 110 facing the mass 106 are fixed electrodes. Beam 107 and upper and lower silicon substrates 108 and 11 due to thermal stress from the plastic material
If the deformation of 0 can be minimized, the temperature characteristic of the acceleration sensor can be improved. For this purpose, the upper and lower silicon plates may be thickened so that the overall shape of the detection unit structure is close to a cube like a dice, and the joining size at the beam fixed end may be made sufficiently large. Assuming that the lateral width of the detection unit structure, that is, the lateral width dimension of the central silicon plate 109 is L, the thickness Tu of the silicon plate 108 and the thickness Td of the silicon plate 110 are at least half the lateral width dimension L or more as a thermal stress relaxation mechanism. Was effective. It was also extremely effective to set the joint dimension W between the central silicon plate 109 and the upper and lower silicon plates 108 and 110 on the fixed end side of the beam 107 to at least 10% or more of the lateral width dimension L.

【0018】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機
構の他の実施例を図14に示す。シリコン板108,1
09および110が厚さ約数十ミクロンのガラス層11
3および114を介して陽極接合で気密に接合された3
層構造よりなり、中央のシリコン板109にビーム10
7で支持されたマス106をエッチング加工で形成した
静電容量式の検出部構造体である。マス106に対向し
たガラス層113および114の表面にはそれぞれ金属
薄膜よりなる固定電極115および116が形成されて
おり、それぞれシリコン板108および110と電気的
に接続されている。本検出部構造体は前図に示したもの
に対して接合方法が異なるだけであり、前図と同じ熱応
力緩和機構を適用できた。
Another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detector structure according to the present invention is shown in FIG. Silicon plate 108,1
09 and 110 are glass layers 11 having a thickness of about several tens of microns
Anodically bonded via 3 and 114 3
The beam 10 has a layered structure and is formed on the central silicon plate 109.
7 is a capacitance type detection unit structure formed by etching the mass 106 supported by 7. Fixed electrodes 115 and 116 made of metal thin films are formed on the surfaces of the glass layers 113 and 114 facing the mass 106, and are electrically connected to the silicon plates 108 and 110, respectively. This detector structure is different from the one shown in the previous figure only in the joining method, and the same thermal stress relaxation mechanism as in the previous figure was applicable.

【0019】本発明によるモールドプラスチック部の熱
応力緩和機構の実施例を図15に示す。プラスチック材
料部8が検出部構造体2に及ぼす熱応力を低減させるた
めには、図に示すようにプラスチック材料部8に溝ある
いは凹み117,118を設ければ良い。これらの溝は
温度特性を向上させるための熱応力緩和機構として有効
であった。
FIG. 15 shows an embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the molded plastic part according to the present invention. In order to reduce the thermal stress exerted by the plastic material portion 8 on the detection portion structure 2, it is sufficient to provide the plastic material portion 8 with grooves or recesses 117 and 118 as shown in the figure. These grooves were effective as a thermal stress relaxation mechanism for improving temperature characteristics.

【0020】本発明によるモールドプラスチック部の熱
応力緩和機構の他の実施例を図16に示す。信号処理回
路1の厚さ(高さ)は約数百ミクロンであるのに対し
て、検出部構造体2は1ミリ以上と厚い場合が多い。こ
の場合の熱応力緩和機構としては、検出部構造体2の上
部のプラスチック材料8を凸型部119とするのが有効
である。信号処理回路1と検出部構造体2の上部のプラ
スチック材料の厚さが同じになり、フルモールド時のプ
ラスチック材料の流動性を確保できる。結果として、プ
ラスチック材料8の局所的な熱膨張係数の差異はなくな
り、プラスチック材料部8が検出部構造体2に及ぼす熱
応力を全体的に均一化することができる。本発明による
モールドプラスチック部の熱応力緩和機構の他の実施例
を図17に示す。加速度センサを使用するシステムの装
着方法によっては、プラスチック材料部8の下部に金属
板120を設けて同時にフルモールドするほうが都合が
良い場合がある。このとき、プラスチック材料部8がバ
イメタル効果によって全体的にそらないようにする必要
がある。この場合の熱応力緩和機構として、プラスチッ
ク材料部8のリードフレーム下部の厚さTpbをリードフ
レーム上部の厚さTpaより厚くすることが有効である。
FIG. 16 shows another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the molded plastic part according to the present invention. The thickness (height) of the signal processing circuit 1 is about several hundreds of microns, whereas the detection unit structure 2 is often as thick as 1 mm or more. As a thermal stress relaxation mechanism in this case, it is effective to use the plastic material 8 on the upper part of the detection part structure 2 as the convex part 119. The thickness of the plastic material above the signal processing circuit 1 and the upper portion of the detection unit structure 2 becomes the same, and the fluidity of the plastic material during full molding can be secured. As a result, the difference in the local thermal expansion coefficient of the plastic material 8 disappears, and the thermal stress exerted on the detection portion structure 2 by the plastic material portion 8 can be made uniform overall. Another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the molded plastic part according to the present invention is shown in FIG. Depending on the mounting method of the system using the acceleration sensor, it may be more convenient to provide the metal plate 120 under the plastic material portion 8 and perform full molding at the same time. At this time, it is necessary to prevent the plastic material portion 8 from being entirely warped by the bimetal effect. As a thermal stress relaxation mechanism in this case, it is effective to make the thickness Tpb of the plastic material portion 8 below the lead frame thicker than the thickness Tpa of the lead frame upper portion.

【0021】本発明によるモールドプラスチック部の熱
応力緩和機構の他の実施例を図18に示す。本図は信号
処理回路1と検出部構造体2の相対位置関係を示したも
のである。信号処理回路1はシリコン基板よりなるIC
であり、プラスチック材料8より剛性の高い材料であ
る。この剛性の高い材料によって検出部構造体2の内部
構造が曲げなどの変形を受けないように、マス121を
支持するビーム122の固定端側を信号処理回路1の反
対側にくるように検出部構造体2を配置するのが熱応力
緩和機構として有効であった。
Another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the molded plastic part according to the present invention is shown in FIG. This figure shows the relative positional relationship between the signal processing circuit 1 and the detection unit structure 2. The signal processing circuit 1 is an IC made of a silicon substrate.
And has a higher rigidity than the plastic material 8. The fixed end side of the beam 122 supporting the mass 121 is placed on the opposite side of the signal processing circuit 1 so that the internal structure of the detection unit structure 2 is not deformed by bending due to the material having high rigidity. Arranging the structure 2 was effective as a thermal stress relaxation mechanism.

【0022】本発明によるモールドプラスチック部の熱
応力緩和機構の他の実施例を図19に示す。プラスチッ
ク材料部8の周囲に疎水性の材料123をコーティング
したものである。これによって、プラスチック材料部8
の吸湿による変形を防止できる故、熱応力緩和機構とし
て有効である。また、コーティング膜123が導電性も
しくは半導電性の材料であれば、加速度センサは外部か
らの電気的なノイズの影響を受けにくくなる。
Another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the molded plastic part according to the present invention is shown in FIG. The periphery of the plastic material portion 8 is coated with a hydrophobic material 123. As a result, the plastic material part 8
Since it is possible to prevent deformation due to moisture absorption, it is effective as a thermal stress relaxation mechanism. Further, if the coating film 123 is a conductive or semi-conductive material, the acceleration sensor is less susceptible to external electrical noise.

【0023】本発明によるフルモールド型加速度センサ
の実装方法の他の実施例を図20に示す。本図は信号処
理回路と検出部構造体を一体に集積化したもので、12
4は集積化検出部構造体を示している。このような場合
でも、これまでに述べてきた検出部構造体およびプラス
チック材料部の熱応力緩和機構の手法がそのまま適用で
きる。
FIG. 20 shows another embodiment of the mounting method of the full mold type acceleration sensor according to the present invention. This figure shows an integrated signal processing circuit and detector structure.
Reference numeral 4 denotes an integrated detector structure. Even in such a case, the method of the thermal stress relaxation mechanism of the detection part structure and the plastic material part described so far can be applied as it is.

【0024】本発明によるフルモールド型加速度センサ
の実装方法の他の実施例を図21に示す。電源や出力端
子であるリードフレーム4を厚く、例えば0.5 ミリ以
上にしてリードフレームの剛性を上げれば、このリード
フレーム4を介して加速度センサを各種自動車応用シス
テムのコントロールユニットへ直接的に表面実装するこ
とができる。
FIG. 21 shows another embodiment of the mounting method of the full mold type acceleration sensor according to the present invention. If the lead frame 4 which is a power source or an output terminal is made thicker, for example, 0.5 mm or more to increase the rigidity of the lead frame, the acceleration sensor can be directly connected to the control unit of various automobile application systems through the lead frame 4. Can be implemented.

【0025】本発明によるフルモールド型加速度センサ
の実装方法の他の実施例を図22に示す。良く知られた
汎用ICと同じ実装方法であり、信号処理回路部1と検
出部構造体2をプラスチック材料8内に封入した後、電
源および出力端子であるリードフレーム4と出力調整端
子であるリードフレーム5を図に示すように直角に曲げ
ている。
FIG. 22 shows another embodiment of the mounting method of the full mold type acceleration sensor according to the present invention. It is the same mounting method as a well-known general-purpose IC, and after the signal processing circuit unit 1 and the detection unit structure 2 are enclosed in a plastic material 8, a lead frame 4 which is a power supply and output terminal and a lead which is an output adjustment terminal. The frame 5 is bent at a right angle as shown in the figure.

【0026】本発明によるフルモールド実装型加速度セ
ンサの製造工程図を図23に示す。検出部構造体と信号
処理回路を厚さが約数十ミクロンのエポキシ接着剤でリ
ードフレームの上に接着する。検出部構造体,信号処理
回路およびリードフレーム間をワイヤボンディングで電
気的に結線した後、これらをモールド治具内に装着し、
170℃,70気圧の雰囲気下でプラスチックをモール
ドする。次に、本モールド品のリードフレームの外枠を
切断によって除去し、電源,出力端子および調整端子を
各々電気的に分離する。調整端子を利用して、加速度セ
ンサの出力特性をディジタル的に調整する。最後に、製
品としての検査を行う。
FIG. 23 is a manufacturing process diagram of the full-mold mounting type acceleration sensor according to the present invention. The detector structure and the signal processing circuit are bonded onto the lead frame with an epoxy adhesive having a thickness of about several tens of microns. After electrically connecting the detection unit structure, the signal processing circuit and the lead frame by wire bonding, these are mounted in a molding jig,
Plastic is molded in an atmosphere of 170 ° C. and 70 atm. Next, the outer frame of the lead frame of this molded product is removed by cutting, and the power supply, the output terminal and the adjustment terminal are electrically separated from each other. The output characteristic of the acceleration sensor is digitally adjusted using the adjustment terminal. Finally, the product is inspected.

【0027】信号処理回路の概略構成を図24に示す。
信号処理回路1は検出部構造体2における静電容量の変
化(あるいは歪ゲージの抵抗値変化)を検出する部分1
25,前記検出部の信号を増幅する部分126およびゼ
ロ点や感度などの特性を調整して出力信号Voを出力す
る部分127よりなる。
FIG. 24 shows a schematic configuration of the signal processing circuit.
The signal processing circuit 1 is a portion 1 that detects a change in capacitance (or a change in resistance value of a strain gauge) in the detection unit structure 2.
25, a portion 126 that amplifies the signal of the detection unit and a portion 127 that adjusts characteristics such as zero point and sensitivity and outputs the output signal Vo.

【0028】本発明によるフルモールド実装型加速度セ
ンサの温度特性の評価結果の一例を図25に示す。本図
は測定範囲が0〜±50G用の加速度センサの感度誤差
を示したものである。ここで、1G=9.8m/s2であ
る。図2に示した検出部構造体を図18に述べた手法で
モールドしたときの温度特性を対策後として記載した。
−40℃〜+85℃の広い温度範囲で、感度誤差は±1
%以下と高精度であった。対策前と記載したものは本発
明による熱応力緩和機構を何ら適用しなかった場合であ
り、感度誤差は約±25%と大きかった。なお、測定範
囲が0〜±1Gと小さい加速度センサについても、本発
明による熱応力緩和機構の効果を確認した。マスを支持
するビーム系の最適なバネ定数を測定範囲に合致させる
ことにより、測定範囲にあまり係り無く温度特性を図2
5のように改善することができた。
FIG. 25 shows an example of the evaluation result of the temperature characteristics of the full-mold mounting type acceleration sensor according to the present invention. This figure shows the sensitivity error of the acceleration sensor for the measurement range of 0 to ± 50G. Here, 1G = 9.8 m / s 2 . The temperature characteristics when the detector structure shown in FIG. 2 is molded by the method described in FIG.
Within a wide temperature range of -40 ℃ to + 85 ℃, the sensitivity error is ± 1.
The accuracy was less than%. What was described as "before countermeasures" was when the thermal stress relaxation mechanism according to the present invention was not applied at all, and the sensitivity error was as large as about ± 25%. The effect of the thermal stress relaxation mechanism according to the present invention was confirmed even for an acceleration sensor having a small measurement range of 0 to ± 1 G. By matching the optimum spring constant of the beam system that supports the mass to the measurement range, the temperature characteristics can be measured regardless of the measurement range.
It was possible to improve as in No. 5.

【0029】[0029]

【発明の効果】前述したように、本発明により小型,低
コストで表面実装に適した高性能な加速度センサが得ら
れる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a small-sized, low-cost, high-performance acceleration sensor suitable for surface mounting.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるフルモールド実装型加速度センサ
の実施例を示した図。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a full-mold mounting type acceleration sensor according to the present invention.

【図2】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
実施例を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a thermal stress relaxation mechanism of a detection unit structure according to the present invention.

【図3】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
他の実施例を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図4】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
他の実施例を示した図。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図5】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
他の実施例を示した図。
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図6】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
他の実施例を示した図。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図7】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
他の実施例を示した図。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図8】図2に示した検出部構造体の中央シリコン板の
平面図。
8 is a plan view of a central silicon plate of the detection unit structure shown in FIG.

【図9】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構の
他の実施例を示した図。
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図10】図9に示した検出部構造体のビーム・マス系
の平面図。
10 is a plan view of a beam-mass system of the detection unit structure shown in FIG.

【図11】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構
の他の実施例を示した図。
FIG. 11 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図12】図11に示した検出部構造体のビーム・マス
系の平面図。
12 is a plan view of a beam / mass system of the detection unit structure shown in FIG.

【図13】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構
の他の実施例を示した図。
FIG. 13 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図14】本発明による検出部構造体の熱応力緩和機構
の他の実施例を示した図。
FIG. 14 is a diagram showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the detection unit structure according to the present invention.

【図15】本発明によるプラスチック部の熱応力緩和機
構の実施例を示した図。
FIG. 15 is a view showing an example of a thermal stress relaxation mechanism of a plastic part according to the present invention.

【図16】本発明によるプラスチック部の熱応力緩和機
構の他の実施例図。
FIG. 16 is a view showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the plastic part according to the present invention.

【図17】本発明によるプラスチック部の熱応力緩和機
構の他の実施例図。
FIG. 17 is a view showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the plastic part according to the present invention.

【図18】本発明によるプラスチック部の熱応力緩和機
構の他の実施例図。
FIG. 18 is a view showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the plastic part according to the present invention.

【図19】本発明によるプラスチック部の熱応力緩和機
構の他の実施例図。
FIG. 19 is a view showing another embodiment of the thermal stress relaxation mechanism of the plastic part according to the present invention.

【図20】本発明によるフルモールド型加速度センサの
実装方法の他の実施例図。
FIG. 20 is a diagram showing another embodiment of a mounting method for a full-mold type acceleration sensor according to the present invention.

【図21】本発明によるフルモールド型加速度センサの
実装方法の他の実施例図。
FIG. 21 is a view showing another embodiment of the mounting method of the full-mold type acceleration sensor according to the present invention.

【図22】本発明によるフルモールド型加速度センサの
実装方法の他の実施例図。
FIG. 22 is a view showing another embodiment of the mounting method of the full-mold type acceleration sensor according to the present invention.

【図23】本発明によるフルモールド実装型加速度セン
サの製造工程図。
FIG. 23 is a manufacturing process diagram of a full-mold mounting type acceleration sensor according to the present invention.

【図24】信号処理回路の概略構成図。FIG. 24 is a schematic configuration diagram of a signal processing circuit.

【図25】本発明によるフルモールド実装型加速度セン
サの温度特性を示した図。
FIG. 25 is a diagram showing temperature characteristics of a full-mold mounting type acceleration sensor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…信号処理回路、2…検出部構造体、3…リードフレ
ーム、4…電源,出力端子、5…出力調整端子、6,
7,200…導線、8…プラスチック材料部、9,6
0,61…孔、10…下部、11,13,23,25,
27,38,39,40,41,42,51,52,5
3,64,65,66,76,90,108,109,
110…シリコン板、12,14,24,26,75,
77,89…ガラス板、15,28,48,57,7
0,79,99,105,107,122…ビーム、1
6,29,47,56,69,78,100,102,
106,121…マス、17,32,34,101,1
15,116…固定電極、18,94,103…ギャッ
プ、19,30,31…スルーホール、20,33,3
5…リード部、21,36,37,49,50,62,
63,73,74,81,95…空所、22,84,9
6,97…パッド、43,44,45,46,54,5
5,67,68,82,91,111,112…熱酸化
膜、58,59,71,72…薄板、80…歪ゲージ、
83,92…ポリシリコン層、85,86,87,88
…領域、93…ビーム・マス系、98,104…固定
端、113,114…ガラス層、117,118…溝,
凹み、119…凸型部、120…金属板、123…コー
ティング材、124…集積化検出部構造体、125…静
電容量の変化検出部、126…増幅部、127…調整
部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Signal processing circuit, 2 ... Detection part structure, 3 ... Lead frame, 4 ... Power supply, output terminal, 5 ... Output adjustment terminal, 6,
7,200 ... Lead wire, 8 ... Plastic material part, 9, 6
0, 61 ... Hole, 10 ... Lower part, 11, 13, 23, 25,
27, 38, 39, 40, 41, 42, 51, 52, 5
3, 64, 65, 66, 76, 90, 108, 109,
110 ... Silicon plate, 12, 14, 24, 26, 75,
77, 89 ... Glass plate, 15, 28, 48, 57, 7
0, 79, 99, 105, 107, 122 ... Beam, 1
6, 29, 47, 56, 69, 78, 100, 102,
106, 121 ... Trout 17, 32, 34, 101, 1
15, 116 ... Fixed electrode, 18, 94, 103 ... Gap, 19, 30, 31 ... Through hole, 20, 33, 3
5 ... Lead portion, 21, 36, 37, 49, 50, 62,
63, 73, 74, 81, 95 ... voids, 22, 84, 9
6,97 ... Pads, 43, 44, 45, 46, 54, 5
5, 67, 68, 82, 91, 111, 112 ... Thermal oxide film, 58, 59, 71, 72 ... Thin plate, 80 ... Strain gauge,
83, 92 ... Polysilicon layer, 85, 86, 87, 88
... Area, 93 ... Beam-mass system, 98, 104 ... Fixed end, 113, 114 ... Glass layer, 117, 118 ... Groove,
Recesses 119 ... Convex part, 120 ... Metal plate, 123 ... Coating material, 124 ... Integrated detection unit structure, 125 ... Capacitance change detection unit, 126 ... Amplification unit, 127 ... Adjustment unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 範男 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 保川 彰夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐藤 雅之 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 梅村 茂正 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 3 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 鈴木 政善 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 嶋田 智 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三木 政之 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小出 晃 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Norio Ichikawa 2477 Kashima Yatsu, Katsuta-shi, Ibaraki Pref. 3 Hitachi Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Akio Hokawa 502 Kintachi-cho, Tsuchiura, Ibaraki Mechanical Research Laboratory, Hiritsu Factory (72) Masayuki Sato, 2520 Takaba, Takata, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd., Automotive Equipment Division, Hitachi, Ltd. (72) Shigemasa Umemura 2520, Takaba, Katsuta, Ibaraki Hitachi, Ltd. Automotive Equipment Division (72) Inventor Keiji Hanzawa 2477 Kashima Yatsu, Katsuta City, Ibaraki Pref. 3 Hitachi Automotive Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Masayoshi Suzuki, Katsuta City, Ibaraki 2520 Takata Co., Ltd. Hitachi, Ltd. From the Automotive Equipment Division (72) Satoshi Shimada 7-1-1 Omika-cho, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Masayuki Miki 7-1-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Company Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Masahiro Matsumoto 7-1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Akira Koide 502 Kintate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Seisakusho Co., Ltd. In the laboratory

Claims (33)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン板をエッチング加工してビームで
支持されたマスを形成し、前記マスの変位をマスに対向
して配置した固定電極とマスとの間の静電容量の変化あ
るいはビームに配置した歪ゲージの抵抗値変化から加速
度を検出できる加速度検出部構造体と有し、前記検出部
構造体をプラスチック材料で完全にモールド実装する方
式の加速度センサにおいて、前記マスとビームからなる
検出部構造体自体が完全に気密構造であり、検出部構造
体とプラスチック材料との間の熱膨張係数の差による熱
応力によって引き起こされる検出部構造体自体の変形を
極小化するように検出部構造体あるいは検出部構造体を
囲むプラスチック構造体に熱応力緩和機構を設けたこと
を特徴とするフルモールド実装型加速度センサ。
1. A silicon plate is etched to form a mass supported by a beam, and the displacement of the mass is caused by a change in electrostatic capacitance between a fixed electrode and a mass arranged facing the mass or by a beam. An acceleration sensor having an acceleration detection unit structure capable of detecting acceleration from a change in resistance value of a strain gauge arranged, and a detection unit composed of the mass and the beam in an acceleration sensor of a type in which the detection unit structure is completely molded and mounted with a plastic material. The structure itself is a completely airtight structure, so that the deformation of the detection part structure itself caused by thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the detection part structure and the plastic material is minimized. Alternatively, a full-mold mounting type acceleration sensor, characterized in that a thermal stress relaxation mechanism is provided in a plastic structure surrounding the detection unit structure.
【請求項2】請求項1記載の加速度センサにおいて、検
出部構造体はリードフレーム上に固定され、静電容量の
変化あるいは抵抗値変化を検出して加速度に対応した信
号を外部に出力する信号処理回路を有し、前記信号処理
回路は前記検出部構造体に一体に集積化されるかあるい
は前記検出部構造体とは別体で前記検出部構造体近傍の
リードフレーム上に固定されていることを特徴とする加
速度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the detection section structure is fixed on a lead frame, and detects a change in capacitance or a change in resistance value and outputs a signal corresponding to acceleration to the outside. A processing circuit, the signal processing circuit is integrally integrated with the detection unit structure or is fixed to a lead frame in the vicinity of the detection unit structure separately from the detection unit structure. An acceleration sensor characterized by the above.
【請求項3】請求項2記載の加速度センサにおいて、熱
応力緩和機構として検出部構造体におけるビームの固定
端が相対的に信号処理回路の反対側の位置にくるよう
に、検出部構造体と信号処理回路をリードフレーム上に
固定したことを特徴とする加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 2, wherein the thermal stress relaxation mechanism is such that the fixed end of the beam in the detection unit structure is relatively located on the opposite side of the signal processing circuit. An acceleration sensor having a signal processing circuit fixed on a lead frame.
【請求項4】請求項2記載の加速度センサにおいて、リ
ードフレームからなる電源,入出力端子及び調整用端子
が外部に引き出されており、信号処理回路部に設けたデ
ィジタルメモリの内容を前記調整用端子を利用してディ
ジタル的に変更することにより、ゼロ点や感度などの出
力特性をプラスチック材料をモールドした後に調整でき
るようにしたことを特徴とする加速度センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 2, wherein a power source composed of a lead frame, an input / output terminal and an adjustment terminal are pulled out to the outside, and the contents of a digital memory provided in a signal processing circuit section are used for the adjustment. An acceleration sensor characterized in that output characteristics such as zero point and sensitivity can be adjusted after molding a plastic material by digitally changing it using terminals.
【請求項5】請求項2記載の加速度センサにおいて、熱
応力緩和機構としてリードフレーム上,下のプラスチッ
クの厚さをほぼ等しくしたことを特徴とする加速度セン
サ。
5. The acceleration sensor according to claim 2, wherein the thermal stress relaxation mechanism is characterized in that the plastics above and below the lead frame have substantially the same thickness.
【請求項6】請求項2記載の加速度センサにおいて、リ
ードフレーム下部のプラスチック表面に金属製の板を装
着したとき、熱応力緩和機構としてリードフレーム下部
のプラスチックの厚さをリードフレーム上部のプラスチ
ックの厚さより厚くしたことを特徴とする加速度セン
サ。
6. The acceleration sensor according to claim 2, wherein when a metal plate is mounted on the plastic surface of the lower part of the lead frame, the thickness of the plastic of the lower part of the lead frame is changed to the thickness of the plastic of the upper part of the lead frame as a thermal stress relaxation mechanism. An acceleration sensor characterized by being made thicker than the thickness.
【請求項7】請求項1記載の加速度センサにおいて、熱
応力緩和機構としてプラスチック部に少なくとも1個以
上の溝もしくは凹みを設けたことを特徴とする加速度セ
ンサ。
7. The acceleration sensor according to claim 1, wherein at least one groove or recess is provided in the plastic portion as a thermal stress relaxation mechanism.
【請求項8】請求項1記載の加速度センサにおいて、プ
ラスチック表面の一部を半導電性の材料あるいは疎水性
の材料でコーティングしたことを特徴とする加速度セン
サ。
8. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a part of the plastic surface is coated with a semiconductive material or a hydrophobic material.
【請求項9】請求項2記載の加速度センサにおいて、電
源,入出力端子などのリードフレームを介して加速度セ
ンサを使用するシステムのコントロールユニットへ加速
度センサ自身を直接的に表面実装できることを特徴とす
る加速度センサ。
9. The acceleration sensor according to claim 2, wherein the acceleration sensor itself can be directly surface-mounted on a control unit of a system using the acceleration sensor via lead frames such as a power supply and an input / output terminal. Acceleration sensor.
【請求項10】請求項9記載の加速度センサにおいて、
リードフレームは水平あるいは途中でほぼ直角に曲げら
れていることを特徴とする加速度センサ。
10. The acceleration sensor according to claim 9, wherein
Accelerometer characterized in that the lead frame is bent horizontally or almost at a right angle midway.
【請求項11】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスの変位を静電容
量の変化から検出する方式のものであり、ビームとマス
を形成した第1のシリコン板の上面と下面にそれぞれ第
1と第2のガラス板を接合し、さらに上部の第1のガラ
ス板に第2のシリコン板を接合した4層構造よりなり、
可動電極であるマスに対向した第1のガラス板の表面部
分に固定電極を配置した構造体よりなり、熱応力緩和機
構として第2のシリコン板と第1のガラス板の間に空所
を設けたことを特徴とする加速度センサ。
11. The acceleration sensor according to claim 1, wherein
The detection unit structure is of a type that detects displacement of a mass supported by a beam from a change in capacitance, and a first silicon plate and a second silicon plate on which the beam and the mass are formed, respectively. Which has a four-layer structure in which a second silicon plate is bonded to the first glass plate on the upper side,
A structure in which a fixed electrode is arranged on the surface portion of the first glass plate facing the mass which is the movable electrode, and a space is provided between the second silicon plate and the first glass plate as a thermal stress relaxation mechanism. Acceleration sensor characterized by.
【請求項12】請求項11記載の加速度センサにおい
て、空所は第1のガラス板あるいは第2のシリコン板の
表面の少なくとも一方に加工した凹みであることを特徴
とする加速度センサ。
12. The acceleration sensor according to claim 11, wherein the void is a recess formed on at least one of the surfaces of the first glass plate and the second silicon plate.
【請求項13】請求項12記載の加速度センサにおい
て、第2のシリコン板と第1のガラス板のダイシング面
からの接合寸法が第1のシリコン板と第1のガラス板の
ダイシング面からの接合寸法より小さくなるように空所
の大きさを決めたことを特徴とする加速度センサ。
13. The acceleration sensor according to claim 12, wherein the bonding dimension of the second silicon plate and the first glass plate from the dicing surface is the bonding dimension of the first silicon plate and the first glass plate from the dicing surface. An acceleration sensor characterized in that the size of the void is determined so as to be smaller than the size.
【請求項14】請求項11記載の加速度センサにおい
て、リードフレームと直接的に固定される第2のガラス
板の厚さが検出部構造体を構成する4枚の板の中で最も
厚いことを特徴とする加速度センサ。
14. The acceleration sensor according to claim 11, wherein the thickness of the second glass plate directly fixed to the lead frame is the thickest among the four plates forming the detection part structure. Characteristic acceleration sensor.
【請求項15】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスの変位を静電容
量の変化から検出する方式のものであり、ビームとマス
を形成した第1のシリコン板の上面と下面にそれぞれ第
2と第3の板を接合、前記第2と第3の板の逆側の面に
それぞれ第4と第5の板を接合した5層構造よりなり、
熱応力緩和機構として前記第2と第4の板の間および前
記第3と第5の板の間に空所をそれぞれ設けたことを特
徴とする加速度センサ。
15. The acceleration sensor according to claim 1,
The detection unit structure is of a type that detects displacement of a mass supported by a beam from a change in electrostatic capacity, and includes a second and a third surface on the upper surface and the lower surface of the first silicon plate on which the beam and the mass are formed, respectively. And a fifth layer structure in which fourth and fifth plates are bonded to the opposite surfaces of the second and third plates, respectively.
An acceleration sensor, wherein a space is provided between the second and fourth plates and between the third and fifth plates as a thermal stress relaxation mechanism.
【請求項16】請求項15記載の加速度センサにおい
て、空所は第2と第4の板および第3と第5の板の表面
の少なくとも一方に加工した凹みであることを特徴とす
る加速度センサ。
16. The acceleration sensor according to claim 15, wherein the void is a recess formed on at least one of the surfaces of the second and fourth plates and the third and fifth plates. .
【請求項17】請求項16記載の加速度センサにおい
て、第4および第5の板のダイシング面からの接合寸法
が第1の板のダイシング面からの接合寸法より小さくな
るように空所の大きさを決めたことを特徴とする加速度
センサ。
17. The acceleration sensor according to claim 16, wherein the size of the void is set so that the joint dimension of the fourth and fifth plates from the dicing surface is smaller than the joint dimension of the first plate from the dicing surface. Acceleration sensor characterized in that
【請求項18】請求項15記載の加速度センサにおい
て、リードフレームと直接的に固定される第5の板の厚
さが検出部構造体を構成する5枚の板の中で最も厚いこ
とを特徴とする加速度センサ。
18. The acceleration sensor according to claim 15, wherein the thickness of the fifth plate directly fixed to the lead frame is the thickest among the five plates forming the detection part structure. And an acceleration sensor.
【請求項19】請求項15記載の加速度センサにおい
て、第2および第3の板はガラス板,第4および第5の
板はシリコン板で構成され、5枚の板を積層した検出部
構造体は前記5枚の板を同時に陽極接合することによっ
て組み立てられ、可動電極であるマスの両面に対向した
前記第2および第3の板の表面部分にそれぞれ固定電極
を配置したことを特徴とする加速度センサ。
19. An acceleration sensor according to claim 15, wherein the second and third plates are glass plates, and the fourth and fifth plates are silicon plates, and the detection part structure is formed by stacking five plates. Is assembled by anodic bonding the five plates at the same time, and fixed electrodes are arranged on the surface portions of the second and third plates facing both sides of the mass which is the movable electrode. Sensor.
【請求項20】請求項15記載の加速度センサにおい
て、第1,第2,第3,第4および第5の板は全てシリ
コン板で構成され、これらのシリコン板を積層した検出
部構造体はシリコンを酸化させた熱酸化膜によって高温
で接合することによって組み立てられ、可動電極である
マスと対向した前記第2と第3の板は導電性の材料であ
るためそのまま固定電極として使用することができるこ
とを特徴とする加速度センサ。
20. The acceleration sensor according to claim 15, wherein the first, second, third, fourth and fifth plates are all made of silicon plates, and the detection part structure in which these silicon plates are laminated is The second and third plates, which are assembled by joining at a high temperature with a thermal oxide film obtained by oxidizing silicon, and which face the mass that is the movable electrode, are conductive materials and therefore can be used as they are as fixed electrodes. An acceleration sensor characterized by being capable.
【請求項21】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスの変位を静電容
量の変化から検出する方式のものであり、ビームとマス
を形成した第1のシリコン板の上面と下面にそれぞれ第
2と第3のシリコン板を熱酸化膜を介して接合した3層
構造よりなり、可動電極である前記マスの両面に対向し
た前記第2,第3のシリコン板の少なくとも一方に、熱
応力緩和機構として両端支持あるいは片側支持のシリコ
ン薄板よりなる固定電極をエッチング加工により形成し
たことを特徴とする加速度センサ。
21. The acceleration sensor according to claim 1, wherein
The detection unit structure is of a type that detects displacement of a mass supported by a beam from a change in electrostatic capacity, and includes a second and a third surface on the upper surface and the lower surface of the first silicon plate on which the beam and the mass are formed, respectively. Both sides are supported by at least one of the second and third silicon plates facing each other on both sides of the mass, which is a movable electrode, as a thermal stress relaxation mechanism. Alternatively, the acceleration sensor is characterized in that a fixed electrode made of a silicon thin plate supported on one side is formed by etching.
【請求項22】請求項21記載の加速度センサにおい
て、エッチング加工前に第2,第3のシリコン板の少な
くとも一方の表面にボロンを高濃度にドープし、このド
ーピング部分によってシリコン薄板よりなる固定電極が
形成され、この薄板形状の固定電極によって前記第2,
第3のシリコン板の少なくとも一方に空所が構成されて
いることを特徴とする加速度センサ。
22. The acceleration sensor according to claim 21, wherein the surface of at least one of the second and third silicon plates is heavily doped with boron before etching, and the fixed electrode is made of a silicon thin plate by the doped portion. Is formed, and by the thin plate-shaped fixed electrode,
An acceleration sensor characterized in that a void is formed in at least one of the third silicon plates.
【請求項23】請求項22記載の加速度センサにおい
て、ダイシング面から空所までの距離が第1のシリコン
板のダイシング面からの接合寸法より小さくなるように
空所の大きさを決めたことを特徴とする加速度センサ。
23. The acceleration sensor according to claim 22, wherein the size of the void is determined such that the distance from the dicing surface to the void is smaller than the bonding dimension of the first silicon plate from the dicing surface. Characteristic acceleration sensor.
【請求項24】請求項21記載の加速度センサにおい
て、3枚のシリコン板を積層した検出部構造体の中で熱
応力緩和機構として、リードフレームと固定される第3
のシリコン板の厚さが最も厚いことを特徴とする加速度
センサ。
24. The acceleration sensor according to claim 21, wherein a third structure fixed to the lead frame is used as a thermal stress relaxation mechanism in the detection part structure in which three silicon plates are laminated.
The acceleration sensor characterized in that the silicon plate of is the thickest.
【請求項25】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスの変位を静電容
量の変化から検出する方式のものであり、前記ビームと
マスはシリコン板の表面を犠牲層を利用したエッチング
加工によって製作され、且つ前記シリコン板とは熱酸化
膜を介して電気的に絶縁されており、熱応力緩和機構と
して前記シリコン板の厚さを前記ビームとマスの厚さよ
り約100倍以上厚くし、前記ビームとマスを空所内に
囲むように前記熱酸化膜の上に形成したポリシリコン層
へガラス板よりなるキャップを気密に接合したことを特
徴とする加速度センサ。
25. The acceleration sensor according to claim 1, wherein
The detector structure is of a type that detects displacement of a mass supported by a beam from a change in capacitance, and the beam and the mass are manufactured by etching a surface of a silicon plate using a sacrificial layer, and The silicon plate is electrically insulated from the silicon plate by a thermal oxide film. As a thermal stress relaxation mechanism, the thickness of the silicon plate is made 100 times or more thicker than the thickness of the beam and the mass, and the beam and the mass are separated from each other. An acceleration sensor characterized in that a cap made of a glass plate is hermetically bonded to a polysilicon layer formed on the thermal oxide film so as to surround the void.
【請求項26】請求項25記載の加速度センサにおい
て、シリコン板自体が固定電極材料になっていることを
特徴とする加速度センサ。
26. The acceleration sensor according to claim 25, wherein the silicon plate itself is a fixed electrode material.
【請求項27】請求項25記載の加速度センサにおい
て、可動電極であるマスに対向した固定電極を前記マス
と同様、犠牲層を利用したエッチング加工によって前記
シリコン板の表面に形成したことを特徴とする加速度セ
ンサ。
27. The acceleration sensor according to claim 25, wherein a fixed electrode facing a mass that is a movable electrode is formed on the surface of the silicon plate by etching using a sacrificial layer, similarly to the mass. Acceleration sensor.
【請求項28】請求項27記載の加速度センサにおい
て、可動電極であるマスおよび固定電極は共に櫛歯の形
状を有していることを特徴とする加速度センサ。
28. The acceleration sensor according to claim 27, wherein both the mass and the fixed electrode, which are movable electrodes, have a comb tooth shape.
【請求項29】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスの変位をビーム
に形成された歪ゲージの抵抗値変化から検出する方式の
ものであり、前記ビームとマスを形成した第1のシリコ
ン板の上面と下面にそれぞれ第1,第2のガラス板を陽
極接合した3層構造よりなり、熱応力緩和機構として前
記シリコン板表面の熱酸化膜上に形成したポリシリコン
層を介して陽極接合される前記第1のガラス板の表面に
空所となる凹みを設けたことを特徴とする加速度セン
サ。
29. The acceleration sensor according to claim 1, wherein
The detector structure is of a type that detects displacement of a mass supported by the beam from a change in resistance value of a strain gauge formed on the beam, and the upper and lower surfaces of the first silicon plate on which the beam and the mass are formed. The first and second glass plates are anodically bonded to each other to form a three-layer structure, and as a thermal stress relaxation mechanism, the first plate is anodically bonded via a polysilicon layer formed on a thermal oxide film on the surface of the silicon plate. An acceleration sensor, characterized in that a recess is provided on the surface of the glass plate of 1.
【請求項30】請求項29記載の加速度センサにおい
て、歪ゲージを形成したビーム固定端における第1のシ
リコン板と第2のガラス板間のダイシング面からの接合
距離が第1のシリコン板と第1のガラス板間のダイシン
グ面からの接合距離より大きいことを特徴とする加速度
センサ。
30. The acceleration sensor according to claim 29, wherein the bonding distance from the dicing surface between the first silicon plate and the second glass plate at the beam fixed end where the strain gauge is formed is the first silicon plate and the second silicon plate. An acceleration sensor having a bonding distance from the dicing surface between the first glass plate and the second glass plate.
【請求項31】請求項29記載の加速度センサにおい
て、3層積層構造の検出部構造体において、第2のガラ
ス板の厚さが最も厚いことを特徴とする加速度センサ。
31. The acceleration sensor according to claim 29, wherein in the detection part structure having a three-layer laminated structure, the second glass plate has the largest thickness.
【請求項32】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスの変位をビーム
に形成された歪ゲージの抵抗値変化から検出する方式の
ものであり、前記ビームとマスはシリコン板の表面を犠
牲層を利用したエッチング加工によって製作され、熱応
力緩和機構として前記シリコン板自体の厚さを前記ビー
ムとマスの厚さより約100倍以上厚くし、前記ビーム
とマスを空所内に囲むように前記シリコン板の表面に形
成したポリシリコン層へガラス板よりなるキャップを気
密に接合したことを特徴とする加速度センサ。
32. The acceleration sensor according to claim 1, wherein
The detector structure is of a type that detects displacement of a mass supported by a beam from a change in resistance value of a strain gauge formed in the beam, and the beam and the mass are formed by etching a surface of a silicon plate using a sacrificial layer. The thickness of the silicon plate itself is made 100 times thicker than the thickness of the beam and the mass as a thermal stress relaxation mechanism, and is formed on the surface of the silicon plate so as to surround the beam and the mass in the cavity. An acceleration sensor characterized in that a cap made of a glass plate is hermetically bonded to the polysilicon layer.
【請求項33】請求項1記載の加速度センサにおいて、
検出部構造体はビームで支持されたマスを有する第1の
シリコン板の上下にそれぞれ第2のシリコン板と第3の
シリコン板を気密に積層したものよりなり、熱応力緩和
機構として前記第2及び第3のシリコン板の厚さを前記
第1のシリコン板の横幅寸法の少なくとも半分以上に、
また前記第1のシリコン板と前記第2及び第3のシリコ
ン板との接合しろを前記第1のシリコン板の横幅寸法の
少なくとも10%以上にしたことを特徴とする加速度セ
ンサ。
33. The acceleration sensor according to claim 1, wherein
The detector structure is formed by airtightly stacking a second silicon plate and a third silicon plate above and below a first silicon plate having a mass supported by a beam. And the thickness of the third silicon plate is at least half or more of the width dimension of the first silicon plate,
An acceleration sensor, characterized in that the joint margin between the first silicon plate and the second and third silicon plates is at least 10% or more of the lateral width dimension of the first silicon plate.
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