JPH09166618A - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents

Semiconductor acceleration sensor

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Publication number
JPH09166618A
JPH09166618A JP32771295A JP32771295A JPH09166618A JP H09166618 A JPH09166618 A JP H09166618A JP 32771295 A JP32771295 A JP 32771295A JP 32771295 A JP32771295 A JP 32771295A JP H09166618 A JPH09166618 A JP H09166618A
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JP
Japan
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weight portion
sensing element
acceleration sensor
bending
bending portion
Prior art date
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Pending
Application number
JP32771295A
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Japanese (ja)
Inventor
Naohiro Taniguchi
直博 谷口
Fumihiro Kasano
文宏 笠野
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP32771295A priority Critical patent/JPH09166618A/en
Publication of JPH09166618A publication Critical patent/JPH09166618A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable semiconductor acceleration sensor. SOLUTION: The sensing element 1 of a semiconductor acceleration sensor is provided with a weight section 2, a pair of thin flexible sections 3 one ends of which are integrally connected to the weight section 2, and a supporting section 4 to which the other ends of the sections 3 are integrally connected and which supports the weight section 2 in a swingable state by means of the sections 3. An upper cap section 10 and a lower cap section 20 which respectively seal at least the weight section 2 and flexible sections 3 are anode-connected to the top and bottom faces of the element 1. In the caps 10 and 20, recessed sections 10a and 20a having very small recessing and projecting sections are formed on the entire inner peripheral surface at parts facing the weight section 2.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板を加工
して形成される半導体加速度センサに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor formed by processing a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体加速度センサは、従来より半導体
エッチング技術を利用して製造されており、小型、高感
度、高信頼性という特徴を有している。図6は従来の半
導体加速度センサの一例を示しており、Lynn Michell R
oylance "A Batch-Fabricated Silicon Accekerometer"
(IEEE Transaction on Electron Devices,Vol1.ED-26,
No.12,December 1979)において提案されているものであ
る。
2. Description of the Related Art A semiconductor acceleration sensor has been conventionally manufactured by utilizing a semiconductor etching technique, and has features of small size, high sensitivity and high reliability. FIG. 6 shows an example of a conventional semiconductor acceleration sensor, Lynn Michell R
oylance "A Batch-Fabricated Silicon Accekerometer"
(IEEE Transaction on Electron Devices, Vol1.ED-26,
No. 12, December 1979).

【0003】この半導体加速度センサは、重り部2と、
一端が重り部2と一体連結された薄肉の撓み部3と、撓
み部3の他端と一体連結され撓み部3により重り部2を
揺動自在に支持する支持部4とをシリコン基板をエッチ
ング加工することで一体に形成したセンシングエレメン
ト1と、支持部4の上下に陽極接合により固定された上
部キャップ10及び下部キャップ20とを有し、撓み部
3の表面には歪に応じて抵抗値が変化するピエゾ抵抗R
1 〜R4 (図7参照)がシリコン基板への拡散技術によ
り形成してある。なお、上部キャップ10及び下部キャ
ップ20夫々のセンシングエレメント1に対向する面に
は、重り部2の揺動空間を確保しエアダンピング効果を
得るための凹所10a、20a夫々がエッチングにより
形成してある。また、上部キャップ10及び下部キャッ
プ20はセンシングエレメント1を封止するためのもの
であって、シリコン基板と略等しい熱膨脹率を有するガ
ラス(耐熱ガラス)で形成してある。
This semiconductor acceleration sensor has a weight portion 2,
A thin flexible portion 3 having one end integrally connected to the weight portion 2 and a support portion 4 integrally connected to the other end of the flexible portion 3 for supporting the weight portion 2 swingably by etching the silicon substrate. It has a sensing element 1 integrally formed by processing, and an upper cap 10 and a lower cap 20 fixed by anodic bonding above and below a supporting portion 4, and the surface of the bending portion 3 has a resistance value according to strain. Piezoresistance R that changes
1 to R 4 (see FIG. 7) are formed by a diffusion technique into a silicon substrate. It should be noted that recesses 10a and 20a are formed by etching on the surfaces of the upper cap 10 and the lower cap 20 facing the sensing element 1 to secure a swing space for the weight portion 2 and to obtain an air damping effect. is there. The upper cap 10 and the lower cap 20 are for sealing the sensing element 1, and are formed of glass (heat-resistant glass) having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the silicon substrate.

【0004】そして、上記半導体加速度センサに対し
て、例えば図6(b)における矢印方向の加速度Gが印
加されると、その加速度Gの大きさに応じて重り部2が
揺動することで撓み部3が撓み、その結果、撓み部3に
歪による応力が生じ、ピエゾ効果によって撓み部3表面
のピエゾ抵抗Rの抵抗値が変化する。そして、この抵抗
値変化を電圧出力として取り出すことで、印加された加
速度を検出することができるようになっている。
When, for example, an acceleration G in the direction of the arrow in FIG. 6 (b) is applied to the semiconductor acceleration sensor, the weight portion 2 swings in accordance with the magnitude of the acceleration G, so that the semiconductor acceleration sensor bends. The portion 3 bends, and as a result, stress due to strain is generated in the bending portion 3, and the resistance value of the piezo resistance R on the surface of the bending portion 3 changes due to the piezo effect. Then, the applied acceleration can be detected by extracting the change in the resistance value as a voltage output.

【0005】また、上記半導体加速度センサにおいて
は、図7に示すように、一対の撓み部3を設け、一対の
撓み部3の各表面近傍に拡散によってそれぞれ一対のピ
エゾ抵抗(R1 とR4 及びR2 とR3 )を形成し図8の
ようなブリッジ回路BCを構成することにより、検出感
度を高めているものもある。このような半導体加速度セ
ンサでは、ブリッジ回路BCの端子T14, 23に、図9
に示すように、定電流源Iまたは定電圧源Eを接続し、
加速度によるピエゾ抵抗R1 〜R4 の抵抗値の変化を端
子T12,T34間の電圧変化として検出するのである。
Further, in the above semiconductor acceleration sensor, as shown in FIG. 7, a pair of bending portions 3 are provided, and a pair of piezoresistors (R 1 and R 4) are diffused near the respective surfaces of the pair of bending portions 3 by diffusion. And R 2 and R 3 ) to form a bridge circuit BC as shown in FIG. 8 to increase the detection sensitivity. In such a semiconductor acceleration sensor, to the terminal T 14, T 23 of the bridge circuit BC, 9
Connect a constant current source I or a constant voltage source E as shown in
Than is detected as a voltage change between the piezoresistive R 1 to R terminal T 12 changes in the resistance value of 4, T 34 by acceleration.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記半導体
加速度センサにおいて、上部キャップ10及び下部キャ
ップ20それぞれは陽極接合によってセンシングエレメ
ント1に固定されるが、陽極接合時には、センシングエ
レメント1・上部キャップ10間及びセンシングエレメ
ント1・下部キャップ20間それぞれに数百ボルトの電
圧が印加される。このため、重り部2と上部キャップ1
0及び下部キャップ20との間に静電吸引力が発生す
る。
In the above semiconductor acceleration sensor, the upper cap 10 and the lower cap 20 are fixed to the sensing element 1 by anodic bonding. At the time of anodic bonding, the space between the sensing element 1 and the upper cap 10 is increased. Also, a voltage of several hundreds of volts is applied between the sensing element 1 and the lower cap 20. Therefore, the weight portion 2 and the upper cap 1
0 and the lower cap 20 generate an electrostatic attraction force.

【0007】ここで、重り部2と上部キャップ10ある
いは下部キャップ20との間の距離をd、印加電圧を
V、電圧が印加されている電極の面積をS、真空誘電率
をε0、発生する静電吸引力をFとすると、静電吸引力
Fは F=(1/2)×ε0 ×S×(V/d)2 で求められる。
Here, the distance between the weight portion 2 and the upper cap 10 or the lower cap 20 is d, the applied voltage is V, the area of the electrode to which the voltage is applied is S, and the vacuum dielectric constant is ε 0 . The electrostatic attraction force F is given by F = (1/2) × ε 0 × S × (V / d) 2 .

【0008】つまり、静電吸引力Fの大きさは、電圧V
が印加されている電極の面積Sに比例し距離dの二乗に
反比例する。上記半導体加速度センサでは、重り部2と
上部キャップ10及び下部キャップ20との間の両方に
静電吸引力が発生するため、重り部2に発生する静電吸
引力はある程度キャンセルされるが、静電吸引力Fは距
離dの二乗に反比例するから、一旦、上部キャップ10
又は下部キャップ20の片方に引きつけられると他方に
は静電吸引力が発生しない。このため、陽極接合時に、
重り部2が例えば上部キャップ10側へ引き寄せられ、
重り部2の一部が上部キャップ10の凹所10aの底面
に当たることがある。
That is, the magnitude of the electrostatic attraction force F is the voltage V
Is proportional to the area S of the applied electrode and inversely proportional to the square of the distance d. In the semiconductor acceleration sensor described above, an electrostatic attraction force is generated both between the weight portion 2 and the upper cap 10 and the lower cap 20, so that the electrostatic attraction force generated in the weight portion 2 is canceled to some extent. Since the electric attraction force F is inversely proportional to the square of the distance d, once the upper cap 10
Alternatively, when attracted to one of the lower caps 20, no electrostatic attraction force is generated on the other. Therefore, during anodic bonding,
The weight 2 is pulled toward the upper cap 10 side,
A part of the weight portion 2 may hit the bottom surface of the recess 10a of the upper cap 10.

【0009】凹所10a,20aは、内周面が滑らかな
表面となるようなエッチング液を用いたウェットエッチ
ングにより形成されている。このため、凹所10a,2
0aの内周面は極めて滑らかであり、陽極接合され易い
状態となっている。つまり、重り部2の一部が凹所10
aに当たると、その接触した部分が陽極接合されてしま
い、重り部2が凹所10aの底面に保持されたままにな
ってしまうという問題がある。
The recesses 10a and 20a are formed by wet etching using an etching solution such that the inner peripheral surface becomes a smooth surface. Therefore, the recesses 10a, 2
The inner peripheral surface of 0a is extremely smooth and is in a state of being easily anodically bonded. That is, a part of the weight portion 2 is a recess 10
When it hits a, there is a problem that the contacted portion is anodically bonded and the weight portion 2 remains held on the bottom surface of the recess 10a.

【0010】なお、陽極接合時に発生する静電吸引力を
小さくするために、凹所10a,20aの深さ大きくし
て重り部2と凹所10a,20aの底面との距離を大き
くして、重り部2の一部が凹所10a,20aの底面に
当たらなくすることもできるが、この場合には、エアダ
ンピング効果が得られなくなり、重り部2が共振点で大
きく振れてしまう。撓み部3は、一般的に数ミクロン又
は数十ミクロンの厚さに形成されているため、他の部分
と比べて破損しやすく、前記共振点での振れが大きいと
破損してしまうという問題がある。したがって、重り部
2と凹所10a,20aの底面との距離には制限があ
る。
In order to reduce the electrostatic attraction force generated during anodic bonding, the depths of the recesses 10a and 20a are increased to increase the distance between the weight portion 2 and the bottoms of the recesses 10a and 20a. It is possible to prevent a part of the weight portion 2 from touching the bottom surfaces of the recesses 10a and 20a, but in this case, the air damping effect cannot be obtained, and the weight portion 2 largely shakes at the resonance point. Since the bending portion 3 is generally formed to have a thickness of several microns or several tens of microns, it is more likely to be damaged than other portions, and there is a problem that the bending portion is damaged if the vibration at the resonance point is large. is there. Therefore, the distance between the weight portion 2 and the bottom surfaces of the recesses 10a and 20a is limited.

【0011】ところで、上記半導体加速度センサは、自
動車のエアバック等用の加速度検出に使用されることか
ら、高信頼性が要求される。このため、センサの故障モ
ードを明確にできる故障診断機能が必要となる。しかし
ながら、上記半導体加速度センサでは、例えば撓み部3
が重り部2に連結される端部、つまり、図8(a)Dの
箇所で破損した場合、ブリッジ回路BCを構成する各ピ
エゾ抵抗R1 〜R4 及び各ピエゾ抵抗R1 〜R4 間を接
続する配線は正常なままなので、ブリッジ回路BC自体
は正常に動作する。つまり、加速度が印加されていない
状態では、ブリッジ回路BCの出力が略零となるので、
正常状態と何らかわりなく、故障を容易に検出できない
とともに故障モードがはっきりしないという問題があっ
た。
By the way, the semiconductor acceleration sensor is required to have high reliability because it is used for acceleration detection for an air bag of an automobile or the like. For this reason, a failure diagnosis function that can clarify the failure mode of the sensor is required. However, in the semiconductor acceleration sensor, for example, the bending portion 3
Is broken at the end connected to the weight portion 2, that is, at the position shown in FIG. 8A, between the piezoresistors R 1 to R 4 and the piezoresistors R 1 to R 4 forming the bridge circuit BC. Since the wiring connecting the lines remains normal, the bridge circuit BC itself operates normally. That is, since the output of the bridge circuit BC is substantially zero in a state where no acceleration is applied,
There is a problem that the failure mode cannot be easily detected and the failure mode is unclear regardless of the normal state.

【0012】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、信頼性が高い半導体加速度センサを
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a highly reliable semiconductor acceleration sensor.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、重り部、一端が前記重り部に一
体連結された撓み部、前記撓み部の他端が一体連結され
前記撓み部により重り部を揺動自在に支持する支持部を
半導体基板を加工して形成し、前記撓み部の表面近傍に
ピエゾ抵抗が形成されたセンシングエレメントと、前記
センシングエレメントの上下にそれぞれ陽極接合により
固定され少なくとも前記重り部と前記撓み部とを封止す
る上部キャップ及び下部キャップとで構成される半導体
加速度センサにおいて、前記上部キャップ及び前記下部
キャップは、それぞれ、ガラスよりなり且つ少なくとも
前記重り部と対向する部位に内周面の全面に亘って微小
の凹凸を有する凹所が形成されてなることを特徴とする
ものであり、前記内周面の全面に亘って微小の凹凸があ
ることにより、陽極接合時に前記重り部が前記内周面に
当たっても前記重り部が前記内周面に接合されないの
で、正常動作することができる。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is such that a weight portion, a bending portion whose one end is integrally connected to the weight portion, and the other end of the bending portion are integrally connected. A supporting portion for swingably supporting the weight portion by the bending portion is formed by processing a semiconductor substrate, and a sensing element having a piezoresistor formed in the vicinity of the surface of the bending portion, and an anode above and below the sensing element, respectively. In a semiconductor acceleration sensor, which is fixed by bonding and includes an upper cap and a lower cap that seal at least the weight portion and the flexible portion, the upper cap and the lower cap are each made of glass and at least the weight. Characterized in that a concave portion having minute irregularities is formed over the entire inner peripheral surface in a portion facing the portion, The presence of the fine irregularities over the entire surface of the peripheral surface, since the weight portion during anodic bonding the weight portion also hit the inner circumferential surface is not joined to the inner peripheral surface, it is possible to operate normally.

【0014】請求項2の発明は、重り部、一端が前記重
り部に一体連結された撓み部、前記撓み部の他端が一体
連結され前記撓み部により重り部を揺動自在に支持する
支持部を半導体基板を加工して形成し、前記撓み部の表
面近傍にピエゾ抵抗が形成されたセンシングエレメント
と、前記センシングエレメントの上下にそれぞれ陽極接
合により固定され少なくとも前記重り部と前記撓み部と
を封止する上部キャップ及び下部キャップとで構成され
る半導体加速度センサにおいて、前記上部キャップ及び
前記下部キャップは、それぞれ、ガラスよりなり且つ少
なくとも前記重り部と対向する部位に凹所が形成され、
前記凹所の内周面と前記センシングエレメントに当接す
る面との間に亘って前記センシングエレメントを構成す
る前記半導体基板に電気的に接続される金属膜が被着さ
れて成ることを特徴とするものであり、陽極接合時に、
前記センシングエレメントと前記金属膜とが同電位にな
り、前記金属膜は前記凹所の前記内周面にも被着されて
いるので、前記重り部と前記内周面との間に静電吸引力
が発生せず、その結果、前記重り部が前記内周面に接合
されずに正常動作することができる。
According to a second aspect of the present invention, the weight portion, the bending portion whose one end is integrally connected to the weight portion, the other end of the bending portion which is integrally connected, and the support for swingably supporting the weight portion by the bending portion. A portion formed by processing a semiconductor substrate, a sensing element having a piezoresistor formed in the vicinity of the surface of the bending portion, and at least the weight portion and the bending portion fixed by anodic bonding above and below the sensing element, respectively. In a semiconductor acceleration sensor including an upper cap and a lower cap to be sealed, each of the upper cap and the lower cap is made of glass, and a recess is formed at least in a portion facing the weight portion,
A metal film, which is electrically connected to the semiconductor substrate forming the sensing element, is deposited between an inner peripheral surface of the recess and a surface in contact with the sensing element. It is one of the
Since the sensing element and the metal film have the same potential, and the metal film is also adhered to the inner peripheral surface of the recess, electrostatic attraction between the weight portion and the inner peripheral surface. No force is generated, and as a result, the weight portion can be normally operated without being joined to the inner peripheral surface.

【0015】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、金属膜の厚さを数百オングストローム以下としてい
るので、センシングエレメントと上部キャップ及び下部
キャップとの接合面で接合・封止を妨げるような段差を
生じることなく、重り部が凹所の内周面に陽極接合され
るのを防止でき、その結果、正常動作することができ
る。
According to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, since the thickness of the metal film is set to several hundred angstroms or less, the joining / sealing is hindered at the joining surface of the sensing element and the upper cap and the lower cap. It is possible to prevent the weight portion from being anodically bonded to the inner peripheral surface of the recess without causing such a step, and as a result, it is possible to operate normally.

【0016】請求項4の発明は、請求項1又は請求項2
の発明において、一対の撓み部と前記各撓み部に一対ず
つ形成されたピエゾ抵抗で構成されるブリッジ回路とを
有し、前記各撓み部に形成された各一対のピエゾ抵抗か
ら延長される少なくとも1本の配線が支持部と重り部と
に跨がるように引き回されていることにより、加速度が
印加されている状態で、前記撓み部が破損したら前記配
線が切断されるので、前記ブリッジ回路が切断され、故
障したことがわかる。
The invention of claim 4 is claim 1 or claim 2.
In the invention, there is provided a pair of bending portions and a bridge circuit formed of a pair of piezoresistors in each of the bending portions, and at least extended from each pair of piezoresistors formed in each of the bending portions. Since one wire is routed so as to straddle the supporting portion and the weight portion, the wiring is cut if the bending portion is damaged in a state where acceleration is applied, so that the bridge You can see that the circuit has been disconnected and has failed.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態により
説明する。 (実施の形態1)本発明の第1の実施の形態における半
導体加速度センサを図1乃至図3により説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments. (First Embodiment) A semiconductor acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0018】本実施の形態の加速度センサは、図1に示
すように、重り部2と、一端が重り部2に一体連結され
た薄肉の一対の撓み部3と、両撓み部3の他端が一体連
結され撓み部3により重り部2を揺動自在に支持する支
持部4とを矩形板状のシリコン基板を例えば水酸化カリ
ウム(KOH)を含むアルカリ性のエッチング液等によ
って異方性エッチングして形成したセンシングエレメン
ト1を有するとともに、このセンシングエレメント1の
上下にそれぞれ陽極接合され、少なくとも重り部2と撓
み部3を封止する上部キャップ10、下部キャップ20
を有している。
As shown in FIG. 1, the acceleration sensor of the present embodiment has a weight portion 2, a pair of thin-walled bending portions 3 whose one end is integrally connected to the weight portion 2, and the other ends of both the bending portions 3. And a supporting portion 4 which is integrally connected to each other and supports the weight portion 2 swingably by the bending portion 3 by anisotropically etching a rectangular plate-like silicon substrate with an alkaline etching solution containing potassium hydroxide (KOH) or the like. An upper cap 10 and a lower cap 20 that have the sensing element 1 formed by the above-mentioned method and are anodically bonded to the upper and lower sides of the sensing element 1 and seal at least the weight portion 2 and the bending portion 3.
have.

【0019】また、上部キャップ10及び下部キャップ
20は、所謂パイレックスガラスと呼ばれる耐熱ガラス
により矩形板状に形成されており、その周縁部において
センシングエレメント1の支持部4の上下面に陽極接合
され、センシングエレメント1を封止している。ここ
で、上部キャップ10及び下部キャップ20それぞれ
は、重り部2と対向する面に例えばサンドブラストによ
り形成された凹所10a,20aそれぞれを有する。な
お、重り部2は、凹所10a,20a内で揺動する。
The upper cap 10 and the lower cap 20 are made of heat-resistant glass, so-called Pyrex glass, in the shape of a rectangular plate, and are anodically bonded to the upper and lower surfaces of the support portion 4 of the sensing element 1 at their peripheral portions. The sensing element 1 is sealed. Here, each of the upper cap 10 and the lower cap 20 has recesses 10a and 20a formed by, for example, sandblasting on the surface facing the weight portion 2. The weight 2 swings in the recesses 10a and 20a.

【0020】本半導体加速度センサでは、凹所10a,
20aがサンドブラストにより形成されることにより凹
所10a,20aの内周面の全面に亘って微小の凹凸が
形成されているので、陽極接合時に、重り部2が凹所1
0a,20aの内周面に当たっても、重り部2が凹所1
0a,20aの内周面に陽極接合されることがないので
ある。
In this semiconductor acceleration sensor, the recess 10a,
Since 20a is formed by sandblasting, minute irregularities are formed on the entire inner peripheral surfaces of the recesses 10a and 20a.
Even if it hits the inner peripheral surface of 0a, 20a, the weight portion 2 will have a recess 1
Therefore, the inner peripheral surfaces of 0a and 20a are not anodically bonded.

【0021】上述のように、本実施の形態の構成では、
上部キャップ10及び下部キャップ20に耐熱ガラスを
用いた場合においても、陽極接合に重り部2が上部キャ
ップ10及び下部キャップ20に接合されるのを防止す
ることができる。ところで、一対の撓み部3の各表面に
は拡散技術によってそれぞれ一対のピエゾ抵抗(R1
4 及びR2 とR3 )が形成してある。これらのピエゾ
抵抗R1〜R4 は短冊形に形成され、図2(a)に示す
ように、同一の撓み部3に形成されたピエゾ抵抗(R1
とR4 及びR2 とR3 )のうちの一方をその長手方向を
撓み部3の長手方向と一致させ、他方のピエゾ抵抗はそ
の長手方向を撓み部3の長手方向に略直交させるように
形成されている。また、これらのピエゾ抵抗R1 〜R4
でブリッジ回路BC(図2(b)参照)を構成し、ピエ
ゾ抵抗R1 〜R4 の抵抗値変化を電圧として検出するた
めの配線が図2(a)のように延長されている。つま
り、本半導体加速度センサでは、各撓み部3に形成され
た各一対のピエゾ抵抗R1 とR4 及びR2 とR3 の接続
点N14,N23から延長される配線が支持部4と重り部2
とに跨がるように引き回されているこのため、加速度が
印加された状態で、撓み部3が例えば、図3(a)〜
(c)に示すように、どこの端部で破損しても前記配線
が断線されるので、ブリッジ回路BCへの入力がなくな
り、故障したことがわかる。
As described above, in the configuration of this embodiment,
Even when heat-resistant glass is used for the upper cap 10 and the lower cap 20, it is possible to prevent the weight portion 2 from being bonded to the upper cap 10 and the lower cap 20 during anodic bonding. By the way, a pair of piezoresistors (R 1 and R 4 and R 2 and R 3 ) are formed on each surface of the pair of flexible portions 3 by a diffusion technique. These piezoresistors R 1 to R 4 are formed in a strip shape, and as shown in FIG. 2A, the piezoresistors (R 1
And R 4 and R 2 and R 3 ) so that their longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 3, and the other piezoresistor makes its longitudinal direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the bending portion 3. Has been formed. In addition, these piezoresistors R 1 to R 4
The bridge circuit BC (see FIG. 2 (b)) is constituted by the wiring, and the wiring for detecting the resistance value changes of the piezoresistors R 1 to R 4 as voltage is extended as shown in FIG. 2 (a). That is, in the present semiconductor acceleration sensor, the wiring extending from the connection points N 14 and N 23 of each pair of piezoresistors R 1 and R 4 and R 2 and R 3 formed in each bending portion 3 is connected to the support portion 4. Weight part 2
Therefore, in the state where the acceleration is applied, the flexible portion 3 is, for example, as shown in FIG.
As shown in (c), the wiring is disconnected no matter which end is damaged, so that it can be seen that there is no input to the bridge circuit BC and there is a failure.

【0022】(実施の形態2)本発明の第2の実施の形
態における半導体加速度センサを図4及び図5により説
明する。本実施の形態の半導体加速度センサの基本構成
は従来例と略同じであり、本半導体加速度は、図4に示
すように、ガラスよりなる上部キャップ10及び下部キ
ャップ20が、重り部2と対向する凹所10a、20a
を有し、重り部2と対向する凹所10a,20aとセン
シングエレメント1と当接する面との間にセンシングエ
レメント1を構成するシリコン基板に導通する例えばア
ルミニウムから成る金属膜30が被着され、センシング
エレメント1に陽極接合されている点に特徴がある。
(Second Embodiment) A semiconductor acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The basic configuration of the semiconductor acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the conventional example, and in this semiconductor acceleration, as shown in FIG. 4, the upper cap 10 and the lower cap 20 made of glass face the weight portion 2. Recesses 10a, 20a
And a metal film 30 made of, for example, aluminum, which is electrically connected to the silicon substrate forming the sensing element 1, is deposited between the recesses 10a and 20a facing the weight portion 2 and the surface contacting the sensing element 1. It is characterized in that it is anodically bonded to the sensing element 1.

【0023】本半導体加速度センサでは、図5に示すよ
うに、上部キャップ10及び下部キャップ20をマイナ
ス、センシングエレメント1をプラスとしてセンシング
エレメント1・上部キャップ10間及びセンシングエレ
メント1・下部キャップ20間に数百ボルトの電圧を印
加することで金属膜30及び上部キャップ10とがセン
シングエレメント1に陽極接合され固定される。このと
き、センシングエレメント1を構成するシリコン基板と
金属膜30とは同電位となるので、重り部2と金属膜3
0間に静電吸引力が働かない。したがって、重り部2が
凹所10a,20aの底面に陽極接合されることはな
い。
In this semiconductor acceleration sensor, as shown in FIG. 5, the upper cap 10 and the lower cap 20 are set to be minus, and the sensing element 1 is set to be positive, between the sensing element 1 and the upper cap 10 and between the sensing element 1 and the lower cap 20. The metal film 30 and the upper cap 10 are anodically bonded and fixed to the sensing element 1 by applying a voltage of several hundred volts. At this time, since the silicon substrate forming the sensing element 1 and the metal film 30 have the same potential, the weight portion 2 and the metal film 3 are formed.
The electrostatic attraction does not work between 0. Therefore, the weight portion 2 is not anodically bonded to the bottom surfaces of the recesses 10a and 20a.

【0024】ところで、通常の半導体加速度センサは2
〜4mm角程度の寸法であって、センシングエレメント
1や上部キャップ及び下部キャップの陽極接合される部
分での厚さは数百μmである。したがって、金属膜30
の厚さが数百オングストローム以下であれば、センシン
グエレメント1と上部キャップ10及び下部キャップ2
0の接合面で、金属膜30により生じる段差が、接合・
封止を妨げることはない。
By the way, a normal semiconductor acceleration sensor has two
The size is about 4 mm square, and the thickness of the sensing element 1, the upper cap, and the lower cap at the portions to be anodically bonded is several hundred μm. Therefore, the metal film 30
If the thickness is less than several hundred angstroms, the sensing element 1, the upper cap 10 and the lower cap 2
At the joint surface of 0, the step caused by the metal film 30 is
It does not interfere with the sealing.

【0025】また、本加速度センサには、実施の形態1
と同様の配線のブリッジ回路BCを形成してあるので、
実施の形態1と同様に、撓み部3が破損した時、センサ
が故障したことがわかる。
The acceleration sensor according to the first embodiment is also used.
Since the bridge circuit BC of the same wiring as is formed,
As in the first embodiment, when the bending portion 3 is damaged, it can be seen that the sensor has failed.

【0026】[0026]

【発明の効果】請求項1の発明は、上部キャップ及び下
部キャップにおける少なくとも重り部と対向する部位に
内周面の全面に亘って微小の凹凸を有する凹所が形成さ
れていることにより、陽極接合時に前記重り部が前記内
周面に当たっても、前記重り部が前記内周面に接合され
ないので、正常動作することができるという効果があ
る。
According to the first aspect of the present invention, the anode having the minute concave and convex portions is formed over the entire inner peripheral surface at least in the portions of the upper cap and the lower cap facing the weight portion. Even if the weight portion contacts the inner peripheral surface at the time of joining, the weight portion is not joined to the inner peripheral surface, so that there is an effect that a normal operation can be performed.

【0027】請求項2の発明は、上部キャップ及び下部
キャップにおける少なくとも重り部と対向する部位に凹
所が形成され、前記凹所の内周面とセンシングエレメン
トに当接する面との間に亘って前記センシングエレメン
トを構成する半導体基板に導通する金属膜が被着されて
いることにより、陽極接合時に、前記センシングエレメ
ントと前記金属膜とが同電位になり、前記金属膜は前記
凹所の前記内周面にも被着されているので、前記重り部
と前記内周面との間に静電吸引力が発生せず、その結
果、前記重り部が前記内周面に接合されずに正常動作す
ることができるという効果がある。
According to a second aspect of the present invention, a recess is formed in at least a portion of the upper cap and the lower cap facing the weight portion, and the recess is formed between the inner peripheral surface of the recess and the surface contacting the sensing element. Since the metal film that is conductive to the semiconductor substrate forming the sensing element is deposited, the sensing element and the metal film have the same potential at the time of anodic bonding, and the metal film is the inner portion of the recess. Since it is also adhered to the peripheral surface, no electrostatic attraction force is generated between the weight portion and the inner peripheral surface, and as a result, the weight portion does not bond to the inner peripheral surface and operates normally. There is an effect that can be done.

【0028】請求項3の発明は、請求項2の発明におい
て、金属膜の厚さが数百オングストローム以下なので、
センシングエレメントと上部キャップ及び下部キャップ
との接合面で接合・封止を妨げるような段差を生じるこ
となく、重り部が凹所の内周面に陽極接合されるのを防
止でき、その結果、正常動作することができるという効
果がある。
According to the invention of claim 3, in the invention of claim 2, since the thickness of the metal film is several hundred angstroms or less,
It is possible to prevent the weight part from being anodically bonded to the inner peripheral surface of the recess without forming a step that hinders bonding and sealing at the bonding surface of the sensing element and the upper cap and the lower cap, and as a result, normal It has the effect of being able to operate.

【0029】請求項4の発明は、請求項1又は請求項2
の発明において、一対の撓み部と前記各撓み部に一対ず
つ形成されたピエゾ抵抗で構成されるブリッジ回路とを
有し、前記各撓み部に形成された各一対のピエゾ抵抗か
ら延長される少なくとも1本の配線が支持部と重り部と
に跨がるように引き回されていることにより、加速度が
印加されている状態で、前記撓み部が破損したら前記配
線が切断されるので、前記ブリッジ回路への入力がなく
なり、故障したことがわかるという効果がある。
The invention according to claim 4 is claim 1 or claim 2.
In the invention, there is provided a pair of bending portions and a bridge circuit formed of a pair of piezoresistors in each of the bending portions, and at least extended from each pair of piezoresistors formed in each of the bending portions. Since one wire is routed so as to straddle the supporting portion and the weight portion, the wiring is cut if the bending portion is damaged in a state where acceleration is applied, so that the bridge The effect is that there is no input to the circuit and it can be seen that there is a failure.

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

【図1】実施の形態1を示す側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a first embodiment.

【図2】(a)は実施の形態1の要部を示す平面図であ
る。(b)は同上の等価回路図である。
FIG. 2A is a plan view showing a main part of the first embodiment. (B) is an equivalent circuit diagram of the above.

【図3】実施の形態1の要部の破損モードを説明するた
めの平面図である。
FIG. 3 is a plan view for explaining a damage mode of a main part of the first embodiment.

【図4】実施の形態2を示す側断面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a second embodiment.

【図5】同上の主要製造工程の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a main manufacturing process of the above.

【図6】(a)は従来例を示す平面図である。(b)は
同上のA−A’断面図である。
FIG. 6A is a plan view showing a conventional example. (B) is AA 'sectional drawing same as the above.

【図7】(a)は他の従来例の要部を示す平面図であ
る。(b)は同上のB−B’断面図である。
FIG. 7A is a plan view showing a main part of another conventional example. (B) is a BB 'sectional view same as the above.

【図8】(a)は図7(a)の領域Cの拡大図である。
(b)は同上の等価回路図である。
8A is an enlarged view of a region C of FIG. 7A.
(B) is an equivalent circuit diagram of the above.

【図9】同上の動作説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory view of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センシングエレメント 2 重り部 3 撓み部 4 支持部 R ピエゾ抵抗 10 上部キャップ 10a,20a 凹所 20 下部キャップ 1 Sensing Element 2 Weight Part 3 Bending Part 4 Support Part R Piezoresistor 10 Upper Cap 10a, 20a Recess 20 Lower Cap

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重り部、一端が前記重り部に一体連結さ
れた撓み部、前記撓み部の他端が一体連結され前記撓み
部により重り部を揺動自在に支持する支持部を半導体基
板を加工して形成し、前記撓み部の表面近傍にピエゾ抵
抗が形成されたセンシングエレメントと、前記センシン
グエレメントの上下にそれぞれ陽極接合により固定され
少なくとも前記重り部と前記撓み部とを封止する上部キ
ャップ及び下部キャップとで構成される半導体加速度セ
ンサにおいて、前記上部キャップ及び前記下部キャップ
は、それぞれ、ガラスよりなり且つ少なくとも前記重り
部と対向する部位に内周面の全面に亘って微小の凹凸を
有する凹所が形成されてなることを特徴とする半導体加
速度センサ。
1. A semiconductor substrate comprising: a weight portion; a bending portion whose one end is integrally connected to the weight portion; and a support portion which is integrally connected to the other end of the bending portion and supports the weight portion swingably by the bending portion. A sensing element having a piezoresistor formed in the vicinity of the surface of the bending portion by processing, and an upper cap fixed to the upper and lower sides of the sensing element by anodic bonding and sealing at least the weight portion and the bending portion. And a lower cap, the upper cap and the lower cap are each made of glass and have minute irregularities over at least a portion facing the weight portion over the entire inner peripheral surface. A semiconductor acceleration sensor having a recess formed therein.
【請求項2】 重り部、一端が前記重り部に一体連結さ
れた撓み部、前記撓み部の他端が一体連結され前記撓み
部により重り部を揺動自在に支持する支持部を半導体基
板を加工して形成し、前記撓み部の表面近傍にピエゾ抵
抗が形成されたセンシングエレメントと、前記センシン
グエレメントの上下にそれぞれ陽極接合により固定され
少なくとも前記重り部と前記撓み部とを封止する上部キ
ャップ及び下部キャップとで構成される半導体加速度セ
ンサにおいて、前記上部キャップ及び前記下部キャップ
は、それぞれ、ガラスよりなり且つ少なくとも前記重り
部と対向する部位に凹所が形成され、前記凹所の内周面
と前記センシングエレメントに当接する面との間に亘っ
て前記センシングエレメントを構成する前記半導体基板
に電気的に接続される金属膜が被着されて成ることを特
徴とする半導体加速度センサ。
2. A semiconductor substrate comprising: a weight portion; a bending portion whose one end is integrally connected to the weight portion; and a support portion which is integrally connected to the other end of the bending portion and swingably supports the weight portion by a semiconductor substrate. A sensing element having a piezoresistor formed in the vicinity of the surface of the bending portion by processing, and an upper cap fixed to the upper and lower sides of the sensing element by anodic bonding and sealing at least the weight portion and the bending portion. And a lower cap, the upper cap and the lower cap are made of glass, and a recess is formed in at least a portion facing the weight portion, and an inner peripheral surface of the recess is formed. And a surface abutting the sensing element are electrically connected to the semiconductor substrate forming the sensing element. A semiconductor acceleration sensor, which is formed by depositing a metal film.
【請求項3】 金属膜の厚さが数百オングストローム以
下であることを特徴とする請求項2記載の半導体加速度
センサ。
3. The semiconductor acceleration sensor according to claim 2, wherein the metal film has a thickness of several hundred angstroms or less.
【請求項4】 一対の撓み部と前記各撓み部に一対ずつ
形成されたピエゾ抵抗で構成されるブリッジ回路とを有
し、前記各撓み部に形成された各一対のピエゾ抵抗から
延長される少なくとも1本の配線が支持部と重り部とに
跨がるように引き回して成ることを特徴とする請求項1
または請求項2記載の半導体加速度センサ。
4. A pair of flexures and a bridge circuit composed of a pair of piezoresistors formed in each flexure, and extending from each pair of piezoresistors formed in each flexure. The at least one wire is laid out so as to extend over the support portion and the weight portion.
Alternatively, the semiconductor acceleration sensor according to claim 2.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1312482C (en) * 2003-07-09 2007-04-25 友达光电股份有限公司 Semiconductor acceleration sensing equipment
JP2008089497A (en) * 2006-10-04 2008-04-17 Dainippon Printing Co Ltd Mechanical quantity detection sensor and its manufacturing method
WO2020246115A1 (en) * 2019-06-06 2020-12-10 国立大学法人 東京大学 Electrostatic device and method for manufacturing electrostatic device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1312482C (en) * 2003-07-09 2007-04-25 友达光电股份有限公司 Semiconductor acceleration sensing equipment
JP2008089497A (en) * 2006-10-04 2008-04-17 Dainippon Printing Co Ltd Mechanical quantity detection sensor and its manufacturing method
WO2020246115A1 (en) * 2019-06-06 2020-12-10 国立大学法人 東京大学 Electrostatic device and method for manufacturing electrostatic device
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