JPH09243654A - Accelerometer - Google Patents

Accelerometer

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Publication number
JPH09243654A
JPH09243654A JP8079373A JP7937396A JPH09243654A JP H09243654 A JPH09243654 A JP H09243654A JP 8079373 A JP8079373 A JP 8079373A JP 7937396 A JP7937396 A JP 7937396A JP H09243654 A JPH09243654 A JP H09243654A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor chip
package
sensor
acceleration
base plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8079373A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Hosoya
克己 細谷
Masatoshi Oba
正利 大場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP8079373A priority Critical patent/JPH09243654A/en
Publication of JPH09243654A publication Critical patent/JPH09243654A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an accelerometer whose frequency responsivity is good and whose reliability is high. SOLUTION: In a sensor chip 11, glass substrates 2, 3 which comprise fixed electrodes are bonded to both sides of a silicon substrate 1 comprising a weight part equipped with a moving electrode which is displaced due to an acceleration. The sensor chip is fixed onto a base plate 13, a cover 14 is put on the upper part of the base plate, and both the base plate 13 and the cover 14 are sealed hermetically and sealed up. When the sealing-up treatment is executed inside a reduced-pressure space, the inside of a package can be set to a reduced- pressure state. The circumference and the inside of the sensor chip 11 are set to conduction via a through hole 9 formed in the sensor chip 11. However, the interior of the sensor chip 11 is set to the reduced-pressure state inside the package 12. As a result, when the weight part is displaced, it is hardly subjected to the viscosity of a gas, and the frequency responsivity of an accelerometer becomes good. In addition, an inner space is stable irrespective of the state of an atmosphere at the outside of the package 12, and it is possible to obtain a stable characteristic over a long period.

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、加速度センサに関する
もので、例えば自動車等の加速度や振動を検知するため
に用いられる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 an acceleration sensor, and more particularly to an acceleration sensor used for detecting acceleration and vibration of an automobile or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の加速度センサとしては、例えば、
図6に示すような構造のものがある。図示のものは容量
型の加速度センサで、シリコン基板1の下面に、第1の
ガラス基板2が接合され、シリコン基板1の上面に第2
のガラス基板3が接合されている。第1のガラス基板2
はシリコン基板1と略同一の平面形状を有し、第2のガ
ラス基板3は、シリコン基板1よりも長辺方向が短くな
っている。これにより、シリコン基板1の上面の一部が
露出する。
2. Description of the Related Art As a conventional acceleration sensor, for example,
There is a structure as shown in FIG. The one shown in the figure is a capacitive acceleration sensor, in which a first glass substrate 2 is bonded to the lower surface of a silicon substrate 1 and a second glass substrate 2
The glass substrate 3 is bonded. First glass substrate 2
Has a substantially same planar shape as the silicon substrate 1, and the second glass substrate 3 is shorter than the silicon substrate 1 in the long side direction. As a result, a part of the upper surface of the silicon substrate 1 is exposed.

【0003】そして、同図(B)に示すように、シリコ
ン基板1は、エッチング加工により平面がロ字状に形成
された支持枠1aに重り部1bが梁部1cを介して片持
ち支持状に連結された構造に形成されている。さらに、
重り部1bの上下両面と、対向する両ガラス基板2,3
の対向面との間には、所定の隙間を形成している。これ
により、加速度を受けると梁部1cが撓み、重り部1b
が変位し、前記隙間の距離が変化するようにしている。
Then, as shown in FIG. 1B, the silicon substrate 1 has a support frame 1a whose plane is formed in a square shape by an etching process, and a weight portion 1b supported by a cantilever through a beam portion 1c. Are connected to each other. further,
Both upper and lower surfaces of the weight portion 1b and both glass substrates 2 and 3 facing each other
A predetermined gap is formed between the surface and the opposing surface. As a result, when acceleration is applied, the beam portion 1c bends and the weight portion 1b
Is displaced, and the distance of the gap is changed.

【0004】そして、重り部1bの両表面が可動電極5
となっている。この可動電極5と対向するように、第1
のガラス基板2と第2のガラス基板3の内側面にそれぞ
れ第1の固定電極6と第2の固定電極7が形成されてい
る。従って、上記したように、重り部1bが変位して隙
間の距離が変化すると、可動電極5と第1の固定電極6
間の距離並びに可動電極5と第2の固定電極7間の距離
が変化し、両者間の静電容量も変化する。よって、その
静電容量の変化を検出することにより、重り部1bの変
位量、すなわち、加速度を検出することができるように
なる。
Both surfaces of the weight portion 1b are movable electrodes 5
It has become. First, so as to face the movable electrode 5,
The first fixed electrode 6 and the second fixed electrode 7 are formed on the inner surfaces of the glass substrate 2 and the second glass substrate 3, respectively. Therefore, as described above, when the weight portion 1b is displaced and the distance of the gap is changed, the movable electrode 5 and the first fixed electrode 6 are
The distance between them and the distance between the movable electrode 5 and the second fixed electrode 7 change, and the capacitance between them also changes. Therefore, by detecting the change in the capacitance, the displacement amount of the weight portion 1b, that is, the acceleration can be detected.

【0005】そして、各電極間の静電容量の変化に基づ
く信号を外部に取り出すための構造としては、まず、可
動電極5は一体となったシリコン基板1に接続されたボ
ンディングワイヤ8aに導通され、そのボンディングワ
イヤ8aを介して外部回路(信号処理回路等)に接続可
能となる。また、第1の固定電極6は、第1のガラス基
板2に形成されたスルーホール9を介して第1のガラス
基板2の下面に成膜された電極薄膜10aに導通され、
その第1のガラス基板2の下面を基板上に面実装するこ
とにより外部回路と接続可能となる。さらに、第2の固
定電極7は、第2のガラス基板3に形成されたスルーホ
ール9を介して第1のガラス基板3の上面に成膜された
電極薄膜10bに導通され、その第2のガラス基板3の
電極薄膜10bに接続されたボンディングワイヤ8bを
介して外部回路に接続可能となっている。そして、この
構成のセンサでは、スルーホール9を介してセンサ内部
が大気開放している。
As a structure for extracting a signal based on a change in electrostatic capacitance between the electrodes to the outside, first, the movable electrode 5 is electrically connected to the bonding wire 8a connected to the integrated silicon substrate 1. , And can be connected to an external circuit (such as a signal processing circuit) via the bonding wire 8a. Further, the first fixed electrode 6 is electrically connected to the electrode thin film 10a formed on the lower surface of the first glass substrate 2 through the through hole 9 formed in the first glass substrate 2,
By mounting the lower surface of the first glass substrate 2 on the substrate, it becomes possible to connect to an external circuit. Further, the second fixed electrode 7 is electrically connected to the electrode thin film 10b formed on the upper surface of the first glass substrate 3 through the through hole 9 formed in the second glass substrate 3, and its second It can be connected to an external circuit via a bonding wire 8b connected to the electrode thin film 10b of the glass substrate 3. In the sensor having this structure, the inside of the sensor is open to the atmosphere through the through hole 9.

【0006】また、容量型加速度センサの別の構造の1
例としては、図7に示すようなものもある。この図示の
センサは、上記した図6のタイプと相違して、センサ内
部が外気と遮断された密閉型のものである。
In addition, another structure of the capacitive acceleration sensor is
An example is also shown in FIG. Unlike the type shown in FIG. 6 described above, the sensor shown in the figure is a sealed type whose inside is shielded from the outside air.

【0007】すなわち、同図に示すように、シリコン基
板1の両面に第1のガラス基板2,第2のガラス基板3
を陽極接合して一体化する点では、共通する。そして、
可動電極5及び両固定電極6,7は、ガラス基板に形成
されたスルーホール9a,9b,…を介して第2のガラ
ス基板3の上面に形成された電極薄膜10に接続され、
その電極薄膜10に接続されたボンディングワイヤ8
a,8b等を介して外部回路と導通するようになってい
る。
That is, as shown in the figure, the first glass substrate 2 and the second glass substrate 3 are formed on both sides of the silicon substrate 1.
Are common in that they are integrated by anodic bonding. And
The movable electrode 5 and both fixed electrodes 6 and 7 are connected to the electrode thin film 10 formed on the upper surface of the second glass substrate 3 through the through holes 9a, 9b, ... Formed in the glass substrate,
Bonding wire 8 connected to the electrode thin film 10
It is adapted to be electrically connected to an external circuit via a, 8b and the like.

【0008】具体的には、可動電極5は、一体となった
支持枠1aに接続されたスルーホール9aを介してボン
ディングワイヤ8aに接続される。そして、スルーホー
ル9aの底面は、支持枠1aにより塞がれる。また、第
2の固定電極7は、スルーホール9bを介してボンディ
ングワイヤ8bに接続される。そして、スルーホール9
bの底面は、シリコン基板1を加工する際に同時に形成
された封止ブロック1dにより塞がれる。さらに、図示
省略するが、第1の固定電極6は、例えば図6に示すも
のと同様にスルーホール9bと対向しない第1のガラス
基板2の所定位置に形成されたスルーホールを介して第
1のガラス基板2の下面の電極薄膜に接続させるととも
に、そのスルーホールを封止ブロックで塞ぐように構成
する。
Specifically, the movable electrode 5 is connected to the bonding wire 8a through a through hole 9a connected to the integrated support frame 1a. Then, the bottom surface of the through hole 9a is closed by the support frame 1a. Further, the second fixed electrode 7 is connected to the bonding wire 8b via the through hole 9b. And through hole 9
The bottom surface of b is closed by the sealing block 1d formed at the same time when the silicon substrate 1 is processed. Further, although not shown in the drawings, the first fixed electrode 6 has the first fixed electrode 6 through the through hole formed at a predetermined position of the first glass substrate 2 which does not face the through hole 9b like the first fixed electrode 6 as shown in FIG. The glass substrate 2 is connected to the electrode thin film on the lower surface thereof, and the through hole is closed with a sealing block.

【0009】なお、封止ブロックはシリコンで形成され
導電性を有するので、固定電極とスルーホールとの電気
的接続は、封止ブロックの接触面を介してより確実に行
われる。さらに、封止ブロックが固定電極とスルーホー
ルとの接続経路の一部の機能を有するため、第1の固定
電極6を外部に接続するためのスルーホールを第2のガ
ラス基板側に設けることもできる。これにより、各電極
の取出し面を第2のガラス基板3の上面に統一できるよ
うにすることもできる。
Since the sealing block is made of silicon and has conductivity, the electrical connection between the fixed electrode and the through hole is more reliably performed through the contact surface of the sealing block. Furthermore, since the sealing block has a function of a part of the connection path between the fixed electrode and the through hole, a through hole for connecting the first fixed electrode 6 to the outside may be provided on the second glass substrate side. it can. Thereby, the extraction surface of each electrode can be unified with the upper surface of the second glass substrate 3.

【0010】そして、いずれの構成をとった場合でも、
上記したようにセンサ内部と外部をつなぐスルーホール
が支持枠1a,封止ブロック1dによって閉塞している
ので、センサ内部は密閉されている。よって、センサを
組み立てる際に減圧された室内で行うことによりセンサ
内部も減圧状態にすることが可能となる。
And, whichever configuration is adopted,
As described above, the through hole that connects the inside and the outside of the sensor is closed by the support frame 1a and the sealing block 1d, so the inside of the sensor is sealed. Therefore, it is possible to bring the inside of the sensor into a depressurized state by performing it in a depressurized room when assembling the sensor.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の容量型加速度センサでは、以下に示す問題があ
る。すなわち、図6に示す容量型加速度センサでは、セ
ンサ内部が解放されており、センサ内部には空気等の気
体が存在する。そのため、加速度を受けて重り部1bが
変位しようとした際に、その気体の粘性によりその変位
が遅れるので、周波数応答特性は劣化してしまう。ま
た、粘性は気体の状態、すなわち、周囲の雰囲気により
左右されるので、同一の加速度が加わっても周囲の雰囲
気の状態によって出力が変動するおそれもある。
However, the above-mentioned conventional capacitive acceleration sensor has the following problems. That is, in the capacitive acceleration sensor shown in FIG. 6, the inside of the sensor is open, and gas such as air exists inside the sensor. Therefore, when the weight portion 1b is displaced due to acceleration, the displacement is delayed due to the viscosity of the gas, and the frequency response characteristic is deteriorated. Further, since the viscosity depends on the state of the gas, that is, the surrounding atmosphere, the output may vary depending on the state of the surrounding atmosphere even if the same acceleration is applied.

【0012】一方、図7に示す密閉型の容量型加速度セ
ンサでは、センサの周囲の雰囲気の影響を受けにくいた
め、特性は図6に示す構造のものに比べると安定する。
そして、センサ内部を減圧すると、気体の粘性の影響も
受けにくくなり、応答特性も良好となる。
On the other hand, the closed capacitive acceleration sensor shown in FIG. 7 is less affected by the atmosphere around the sensor, and therefore the characteristics are more stable than those of the structure shown in FIG.
When the pressure inside the sensor is reduced, the effect of gas viscosity is reduced and the response characteristics are improved.

【0013】しかし、シリコン基板1とガラス基板2,
3の陽極接合を行う場合、対向する基板の接合面全面に
均一に電圧が印加されず(電流が流れず)、接合不良部
分が存在することがある。すると、時間の経過ととも
に、接合不良の部分からセンサ内部に徐々にセンサ周囲
の気体が侵入してしまう。すると、開放状態となり上記
したのと同様の問題を生じる。
However, the silicon substrate 1 and the glass substrate 2,
When the anodic bonding of No. 3 is performed, a voltage may not be uniformly applied (current does not flow) to the entire bonding surface of the opposing substrate, and a defective bonding portion may exist. Then, with the passage of time, the gas around the sensor gradually enters the inside of the sensor from the defective joint. Then, the state becomes an open state, and the same problem as described above occurs.

【0014】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、センサ内部を減圧状態にして周波数応答特性を良
好にするとともに、係る減圧状態を保持して、長期にわ
たって加速度センサの信頼性を高めることができる容量
型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 background, and an object of the present invention is to solve the above problems and reduce the pressure inside the sensor to improve the frequency response characteristics. An object of the present invention is to provide a capacitive acceleration sensor that can maintain the reduced pressure state and increase the reliability of the acceleration sensor for a long period of time.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る加速度センサでは、加速度を受けて
変位する重り部を有し、その重り部の変位量に応じた信
号を出力可能としたセンサチップを、密閉されたパッケ
ージの内部に封入し、前記パッケージの内部が減圧状態
に保持するように構成した(請求項1)。
In order to achieve the above object, an acceleration sensor according to the present invention has a weight portion that is displaced by receiving acceleration, and can output a signal according to the amount of displacement of the weight portion. The sensor chip is sealed in a sealed package, and the inside of the package is held in a reduced pressure state (claim 1).

【0016】センサチップとしては、重り部の変位に基
づいて加速度が検出できるものであれば、その構造は問
わず、空気抵抗(粘性)により変位量が影響されやすい
容量型の半導体加速度センサ,ピエゾ抵抗型の半導体加
速度センサ等の半導体センサが特に好ましい。また、第
3の実施の形態で一例を例示したように、部品を組み立
てるタイプのものでも、全体的に小型で板バネが変形し
やすいような場合にも本発明が有効に機能する。
The sensor chip may have any structure as long as it can detect the acceleration based on the displacement of the weight portion, and the displacement amount is easily influenced by the air resistance (viscosity). A semiconductor sensor such as a resistance type semiconductor acceleration sensor is particularly preferable. Further, as illustrated in the third embodiment as an example, the present invention effectively functions even in the case where the parts are assembled and the size is small and the leaf spring is easily deformed.

【0017】また、検出対象の加速度は、文字通り物体
が移動などしたときに生じる加速度はもちろんのこと、
振動のように連続的に発生する加速度を時系列的に検出
するようなものや、傾きのように重力加速度を検出する
ものなど多種のものを含む。
The acceleration to be detected is, of course, not only the acceleration that occurs when an object literally moves,
Various types are included, such as one that detects continuously generated acceleration such as vibration in time series, and one that detects gravitational acceleration such as inclination.

【0018】そして、好ましくは、前記センサチップ
が、前記重り部を密閉状態で内蔵した構造からなり、前
記センサチップの内部も所定の減圧状態に保持するよう
に構成することである(請求項2)。なお、センサチッ
プ内部の減圧の程度とパッケージ内部の減圧の程度は同
じにしていてもよく、或いは異ならせていてもよい。
Further, preferably, the sensor chip has a structure in which the weight portion is enclosed in a sealed state, and the inside of the sensor chip is also kept in a predetermined depressurized state (claim 2). ). The degree of pressure reduction inside the sensor chip and the degree of pressure reduction inside the package may be the same or different.

【0019】加速度を検出する機能を持つセンサチップ
を、内部が減圧状態にされたパッケージに封入すると、
たとえセンサチップが開放しており、センサチップの周
囲の期待がセンサ内部に侵入可能としたタイプであって
も、そのセンサチップの内部の状態は、パッケージ内部
の同様の減圧状態になる。
When a sensor chip having a function of detecting acceleration is enclosed in a package whose inside is in a reduced pressure state,
Even if the sensor chip is open and expectations around the sensor chip allow it to enter the inside of the sensor, the internal state of the sensor chip becomes the same reduced pressure state inside the package.

【0020】従って、大気に開放されることはなく、空
気の粘性は減少する。そのため、重り部は与えられた加
速度に対して敏速に反応(移動)することができ、加速
度センサの周波数応答特性は良好となる。
Therefore, the viscosity of the air is reduced without being exposed to the atmosphere. Therefore, the weight portion can quickly react (move) to a given acceleration, and the frequency response characteristic of the acceleration sensor becomes good.

【0021】また、センサチップ自体を密閉するものに
比べ、パッケージを密封することは容易かつ確実に行う
ことができる。従って、従来の密閉型タイプの加速度セ
ンサよりも長期にわたる信頼性が確保できる。
Further, the package can be easily and surely sealed as compared with the case where the sensor chip itself is sealed. Therefore, long-term reliability can be secured as compared with the conventional closed type acceleration sensor.

【0022】また、請求項2に記載したように構成する
と、センサチップ自体でも減圧状態にあるので、請求項
1と同様に周波数応答性がよくなる。さらに、センサチ
ップとパッケージで二重の減圧状態の密閉空間を構成し
ているので、減圧状態の保持の確実性が増す。そして、
仮にセンサチップの気密状態が解除されたとしても、そ
のセンサチップの周囲には、パッケージで形成された減
圧状態となっているので、従来のようにすぐに大気開放
することはない。
Further, according to the second aspect, the sensor chip itself is in a depressurized state, so that the frequency response is improved similarly to the first aspect. Further, since the sensor chip and the package form a double decompressed closed space, the reliability of the decompressed state is increased. And
Even if the airtight state of the sensor chip is released, it is not immediately opened to the atmosphere as in the conventional case because the reduced pressure state formed by the package is formed around the sensor chip.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図1,図2は、本発明に係る加速
度センサの第1の実施の形態を示している。本実施の形
態では、センサチップ11をパッケージ12により封入
するようにしている。
1 and 2 show a first embodiment of an acceleration sensor according to the present invention. In this embodiment, the sensor chip 11 is enclosed by the package 12.

【0024】センサチップ11は、可動電極5付きの重
り部1cが形成されたシリコン基板1の上下に固定電極
6,7を設けたガラス基板2,3を接合して一体化した
もので、図6に示した従来のセンサチップと同様の構成
である。そして、このセンサチップ11は、内部がスル
ーホール9を介して外部に開放されたタイプのものであ
る。なお、具体的なセンサチップの詳細な構造は、上記
した従来ものと同様であるので、同一符号を付して説明
を省略する。
The sensor chip 11 is formed by bonding and integrating glass substrates 2 and 3 having fixed electrodes 6 and 7 above and below a silicon substrate 1 on which a weight portion 1c with a movable electrode 5 is formed. The structure is similar to that of the conventional sensor chip shown in FIG. The sensor chip 11 is of a type in which the inside is opened to the outside through the through hole 9. Since the detailed structure of the specific sensor chip is the same as the conventional one described above, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

【0025】パッケージ12は、センサチップ11を設
置するベースプレート13と、そのベースプレート13
に取り付けられ、ベースプレート13の上方空間を閉塞
するカバー14とを有している。
The package 12 includes a base plate 13 on which the sensor chip 11 is installed, and the base plate 13
And a cover 14 that closes the upper space of the base plate 13.

【0026】ベースプレート13は、平面が略正方形状
の扁平な板体からなり、その上面の外周縁13aは、1
段低くなっている。そしてこのベースプレートの4隅の
近傍に上下に貫通するようにリードピン15を取り付け
ている。なお、リードピン15とベースプレート13と
の間に形成されるわずかな隙間は、例えば樹脂封入した
り、両者を固定する接着剤或いはハンダ等により封止さ
れ、気密性が確保されている。
The base plate 13 is a flat plate having a substantially square plane, and the outer peripheral edge 13a of the upper surface is 1
It is getting lower. Then, lead pins 15 are attached in the vicinity of the four corners of the base plate so as to penetrate vertically. The slight gap formed between the lead pin 15 and the base plate 13 is sealed with, for example, resin or sealed with an adhesive or solder for fixing the two to ensure airtightness.

【0027】センサチップ11は、ベースプレート13
の上面中央に導電性接着剤などを用いて固定されてい
る。そして第1のガラス基板2の下面が面実装され、ベ
ースプレート13の上面に形成されたプリント配線パタ
ーンと直接導通されるようになっており、そのプリント
範囲線パターンを介して所定のリードピンに導通するよ
うになっている。また、センサチップ11の所定位置に
接続されるボンディングワイヤ8a,8bの他端は、そ
れぞれ所定のリードピン15の上端にボンディングされ
ている。これにより、センサチップ11の可動電極5と
第1,第2の固定電極6,7間の静電容量の変化が、リ
ードピン15を介して、外部に取り出すことができるよ
うになっている。
The sensor chip 11 has a base plate 13
Is fixed to the center of the upper surface of the device using a conductive adhesive or the like. The lower surface of the first glass substrate 2 is surface-mounted, and is directly connected to a printed wiring pattern formed on the upper surface of the base plate 13, and is electrically connected to a predetermined lead pin through the printed range line pattern. It is like this. The other ends of the bonding wires 8a and 8b connected to predetermined positions of the sensor chip 11 are bonded to the upper ends of predetermined lead pins 15, respectively. As a result, the change in capacitance between the movable electrode 5 of the sensor chip 11 and the first and second fixed electrodes 6 and 7 can be taken out to the outside via the lead pin 15.

【0028】一方、カバー14は、下方が開口した矩形
の箱状からなり、その底面が全周にわたって外側に突出
するフランジ部14aが形成されている。そして、その
フランジ部14aが、ベースプレート13の外周縁13
aと符合して面接触するように形成されている。
On the other hand, the cover 14 is in the form of a rectangular box having an open bottom, and a bottom surface thereof is formed with a flange portion 14a projecting outward over the entire circumference. Then, the flange portion 14 a is the outer peripheral edge 13 of the base plate 13.
It is formed so as to be in surface contact with a.

【0029】そして、上記した構造のベースプレート1
3とカバー14を一体化する際に、センサチップ11を
設置したベースプレート13を減圧された作業空間に配
置し、係るカバー14をベースプレート13の上面に被
せる。このとき、フランジ部14aとベースプレート1
3の外周縁13bとを面接触させる。そしてその接合部
分をハーメチックシールすることにより、密着状態で接
合一体化する。これにより、ベースプレート13及びカ
バー14内を完全に密閉し、センサチップ11の配置空
間を完全に密封するパッケージ12を形成する。
The base plate 1 having the above structure
When integrating 3 and the cover 14, the base plate 13 on which the sensor chip 11 is installed is placed in a depressurized work space, and the cover 14 is covered on the upper surface of the base plate 13. At this time, the flange portion 14a and the base plate 1
The outer peripheral edge 13b of 3 is brought into surface contact. Then, by hermetically sealing the joint portion, they are joined and integrated in a close contact state. As a result, the package 12 that completely seals the base plate 13 and the cover 14 and completely seals the arrangement space of the sensor chip 11 is formed.

【0030】なお、ベースプレート13とカバー14と
を気密に一体化する手法は、上記以外に例えば、接着剤
を用いたり、所定の圧力で両者13a,14aを挟持し
た状態で加熱して接触面を溶融させた後冷却して一体化
したり、ハンダ付けを行ったり、溶接したりするなどの
他種々の方式をとることができる。そして、ベースプレ
ート13とカバー14の材質等を考慮し、簡単かつ確実
に長期にわたって気密状態を保持することができるもの
を適宜選択することになる。
The method of airtightly integrating the base plate 13 and the cover 14 is not limited to the above, but for example, an adhesive is used, or the both surfaces 13a and 14a are heated with a predetermined pressure to heat the contact surface. Various methods such as melting and then cooling to be integrated, soldering, and welding can be adopted. Then, in consideration of the materials of the base plate 13 and the cover 14, etc., a material that can easily and surely maintain the airtight state for a long period of time is appropriately selected.

【0031】そして、上記した作業は減圧された空間で
行われるので、パッケージ12内部は減圧状態のまま密
閉される。そのため、スルーホール9によりセンサチッ
プ11内部も減圧状態であるので、可動電極5が形成さ
れた重り部1bは空気の粘性による影響を受けにくくな
る。よって、本加速度センサが加速度や振動を受ける
と、瞬時に位置が変化されるので、周波数応答特性は良
好となる。
Since the above-mentioned work is performed in a depressurized space, the inside of the package 12 is hermetically sealed in a depressurized state. Therefore, the inside of the sensor chip 11 is also in a depressurized state due to the through hole 9, so that the weight portion 1b on which the movable electrode 5 is formed is unlikely to be affected by the viscosity of air. Therefore, when the acceleration sensor is subjected to acceleration or vibration, the position is instantly changed, and the frequency response characteristic is improved.

【0032】また、パッケージ12には未接着箇所が存
在しないので、時間の経過によって、パッケージ12の
外部の空気がパッケージ12内部に侵入することはな
く、係る容量型加速度センサは信頼性が高くなる。
Further, since there is no unbonded portion in the package 12, air outside the package 12 does not enter the inside of the package 12 with the passage of time, and the capacitance type acceleration sensor has high reliability. .

【0033】図3は、本発明に係る加速度センサの第2
の実施の形態を示している。本形態では、図7に示した
従来の加速度センサ(センサ内部を密閉した型)を構成
するセンサチップ11′を、第1の実施の形態で用いら
れたパッケージ12で内包している。
FIG. 3 shows a second acceleration sensor according to the present invention.
The embodiment of is shown. In the present embodiment, the sensor chip 11 'constituting the conventional acceleration sensor (a type in which the inside of the sensor is hermetically sealed) shown in FIG. 7 is included in the package 12 used in the first embodiment.

【0034】本実施の形態では、センサチップ11′自
身で減圧状態を有するものの、各種の原因によりその減
圧状態が、解除されてしまっても、上記した第1の実施
の形態と同様の動作原理に従い、パッケージ12により
減圧状態が保持される。従って、より確実に長期にわた
ってセンサチップ11′内の減圧状態が保持されるの
で、信頼性が向上する。
In the present embodiment, although the sensor chip 11 'itself has a depressurized state, even if the depressurized state is released due to various causes, the same operation principle as that of the first embodiment described above is used. Accordingly, the package 12 holds the reduced pressure state. Therefore, the reduced pressure state in the sensor chip 11 'is more reliably maintained for a long period of time, and the reliability is improved.

【0035】さらに、センサチップ11′の内部の減圧
状態の方を高く(気圧が低い)すると、当初は、センサ
チップ11′自体が保持する高い減圧状態で、高性能な
センシングが可能となり、その後何らかの原因により、
センサチップ11′の気密性がなくなっても、パッケー
ジ12内で形成される減圧状態になるので、従来のよう
にすぐに大気開放されることはなく、比較的高性能なセ
ンシングができる。
Further, if the depressurized state inside the sensor chip 11 'is made higher (atmospheric pressure is lower), high-performance sensing is possible at first in the high depressurized state held by the sensor chip 11' itself, and thereafter. For some reason,
Even if the airtightness of the sensor chip 11 'is lost, the decompressed state is formed in the package 12, so that the sensor chip 11' is not immediately exposed to the atmosphere as in the conventional case, and relatively high-performance sensing is possible.

【0036】図4は、本発明に係る加速度センサの第3
の実施の形態を示している。上記した各実施の形態は、
半導体プロセスを用いてシリコン基板を加工し、加速度
により重り部を変位させる機構を一体的に形成するよう
にしたが、本実施の形態では、各種部品を機械的に組み
立てることにより、センサチップ20を構成するように
している。
FIG. 4 shows a third acceleration sensor according to the present invention.
The embodiment of is shown. The above-mentioned respective embodiments are
Although the silicon substrate is processed using the semiconductor process and the mechanism for displacing the weight portion by acceleration is integrally formed, in the present embodiment, the sensor chip 20 is formed by mechanically assembling various parts. I am trying to configure it.

【0037】具体的には、センサチップ20は、2枚の
固定基板21,22の間に、絶縁体からなる支持部材2
3を介して弾力性を有する板バネ24をサンドイッチ状
に支持する。そして、板バネ24の上面及び下面の中央
にそれぞれ重り部25を溶接して一体化する。また、固
定基板21,22及び重り部25を、ともに所定の厚さ
を有する金属板で構成する。
Specifically, the sensor chip 20 includes a support member 2 made of an insulator between two fixed substrates 21 and 22.
A leaf spring 24 having elasticity is supported via 3 via a sandwich. Then, the weight portions 25 are welded to the centers of the upper surface and the lower surface of the leaf spring 24 to be integrated. Further, the fixed substrates 21 and 22 and the weight portion 25 are both made of a metal plate having a predetermined thickness.

【0038】係る構成にすると、センサチップ20が加
速度を受けると、重り部25が所定方向に移動しようと
し、それに伴い板バネ24が弾性変形し、重り部25の
変位が許容される。すると、重り部25と、上下に配置
された固定基板21,22の間隔が変化する。
With this structure, when the sensor chip 20 receives an acceleration, the weight portion 25 tries to move in a predetermined direction, and the leaf spring 24 elastically deforms accordingly, and the displacement of the weight portion 25 is allowed. Then, the interval between the weight portion 25 and the fixed substrates 21 and 22 arranged above and below changes.

【0039】この時、固定基板21,22並びに重り部
25が金属で構成されているので、両基板21,22の
表面が固定電極26,27として機能し、重り部25の
表面が可動電極28として機能する。従って、上記した
重り部25の変位に基づき、両電極間の静電容量が変化
するので、上記した各センサチップ11,11′と同様
の原理に従い、加速度を検出できる。
At this time, since the fixed substrates 21 and 22 and the weight portion 25 are made of metal, the surfaces of both the substrates 21 and 22 function as fixed electrodes 26 and 27, and the surface of the weight portion 25 is the movable electrode 28. Function as. Therefore, the capacitance between the two electrodes changes based on the displacement of the weight portion 25, and the acceleration can be detected according to the same principle as that of the sensor chips 11 and 11 '.

【0040】さらに第2の固定基板22の上面には、ワ
ッシャー30を介して信号処理回路31が実装された回
路基板32が取り付けられる。そして、その信号処理回
路31と、各電極26〜28との接続は板バネ24及び
第1の固定基板25に接続されたリード線33を介し
て、並びに第2の固定基板26の上面から直接行われる
ようになり、さらに信号処理回路31は、2本の電源線
35aと、1本の信号線35bを介して外部回路と接続
されるようになっている。
Further, on the upper surface of the second fixed board 22, a circuit board 32 on which a signal processing circuit 31 is mounted is attached via a washer 30. The signal processing circuit 31 and each of the electrodes 26 to 28 are directly connected to each other via the lead wire 33 connected to the leaf spring 24 and the first fixed substrate 25 and from the upper surface of the second fixed substrate 26. Further, the signal processing circuit 31 is connected to an external circuit through two power supply lines 35a and one signal line 35b.

【0041】ここで本形態では、上記センサチップ20
を、減圧状態で密閉されたパッケージ40内に収納する
ようにしている。本例で用いるパッケージ40は、上部
開放したカップ状の容器本体41と、下方開口されたカ
ップ状の蓋体42とを有し、容器本体41の上端縁及び
蓋体42の下端縁は、それぞれ外側に突出する同一形状
のフランジ部41a,42aが形成されている。さら
に、容器本体41の底面には、絶縁性の台座43が固定
されている。また、蓋体42の天面中央には、透孔42
bが形成されている。
Here, in this embodiment, the sensor chip 20 is used.
Are housed in a sealed package 40 under a reduced pressure. The package 40 used in this example has a cup-shaped container body 41 that is open at the top and a cup-shaped lid body 42 that is opened downward, and the upper edge of the container body 41 and the lower edge of the lid body 42 are respectively Flange portions 41a and 42a having the same shape and protruding outward are formed. Further, an insulating pedestal 43 is fixed to the bottom surface of the container body 41. Further, the through hole 42 is provided at the center of the top surface of the lid 42.
b is formed.

【0042】そして、センサチップ20をパッケージ4
0内に収納するには、まずセンサチップ20を容器本体
21の台座43の上に固定する。また、電源線35a,
信号線35bを蓋体42に形成された透孔42bに通
し、その先端を蓋体42の外部に引き出すとともに透孔
42bに樹脂44等を充填し密閉する。そして、上記し
た各実施の形態と同様に、減圧状態にされた作業空間内
で、容器本体41の上側に蓋体42を被せるとともに、
両フランジ部41a,42aを面接触させる。そして、
ハーメチックシールを行い、フランジ部41a,42a
の面接触した部分を隙間なく接着させ、完全に密閉した
パッケージ40を形成する。
Then, the sensor chip 20 is packaged in the package 4.
In order to store the sensor chip in 0, the sensor chip 20 is first fixed on the pedestal 43 of the container body 21. In addition, the power line 35a,
The signal line 35b is passed through the through hole 42b formed in the lid 42, the tip of the signal wire 35b is pulled out of the lid 42, and the through hole 42b is filled with a resin 44 or the like to be hermetically sealed. Then, similarly to each of the above-described embodiments, while covering the upper side of the container body 41 with the lid body 42 in the working space in a reduced pressure state,
The two flange portions 41a, 42a are brought into surface contact with each other. And
Hermetically seals and flanges 41a, 42a
The surface-contacted portions of are bonded without any gap to form a completely sealed package 40.

【0043】上記した作業は減圧状態で行われるためパ
ッケージ40の内部は減圧状態となる。よって第1の形
態と同様にセンサチップ20内部も減圧状態となり、重
り部25は空気の粘性による影響を受けず、加速度セン
サの周波数応答特性は良好となる。
Since the above-mentioned work is performed under reduced pressure, the inside of the package 40 is reduced in pressure. Therefore, as in the first embodiment, the inside of the sensor chip 20 is also in a depressurized state, the weight portion 25 is not affected by the viscosity of air, and the frequency response characteristic of the acceleration sensor becomes good.

【0044】図5は、本発明の第4の実施の形態を示し
ている。本実施の形態では、第2の実施の形態において
用いられたパッケージ12を構成するベースプレート1
3の上面に、所定回路が印刷された基板45を配置す
る。そして、係る基板45の上面に、密閉型のセンサチ
ップ11′及び信号処理回路46を配置する。そして、
センサチップ11′及び信号処理部46を構成する各回
路素子は、ボンディングワイヤ47或いは基板45上に
形成されたプリント配線により接続されている。さら
に、ボンディングワイヤ47によりリードピン15にも
接続されており、係る信号処理部46で処理された信号
を外部に送出したり、外部から電源の供給を受けたりす
るようになっている。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the base plate 1 that constitutes the package 12 used in the second embodiment
A substrate 45 on which a predetermined circuit is printed is arranged on the upper surface of 3. Then, the closed sensor chip 11 ′ and the signal processing circuit 46 are arranged on the upper surface of the substrate 45. And
The circuit elements forming the sensor chip 11 ′ and the signal processing unit 46 are connected by bonding wires 47 or printed wiring formed on the substrate 45. Further, it is also connected to the lead pin 15 by a bonding wire 47 so that the signal processed by the signal processing unit 46 is sent to the outside and the power is supplied from the outside.

【0045】本実施の形態でも、パッケージ12内部は
減圧状態が保持されているので、長期にわたって応答性
の良好な状態が維持される。なお、センサチップ11′
並びにパッケージ12の構成並びに作用効果は、上記し
た各実施の形態と同様であるのでその詳細な説明を省略
する。
Also in this embodiment, since the reduced pressure state is maintained inside the package 12, the state of good responsiveness is maintained for a long period of time. The sensor chip 11 '
In addition, the configuration, operation, and effect of the package 12 are the same as those in the above-described respective embodiments, and thus detailed description thereof will be omitted.

【0046】また、このように信号処理回路を同封する
ためのセンサチップの構造としては、図示した密封型に
限ることはなく、図6に示した開放型のものでももちろ
んよい。また、第3の実施の形態では、センサチップ2
0と信号処理回路31をパッケージ40内に同封した
が、センサチップ20のみを密封するようにしてももち
ろんよい。
Further, the structure of the sensor chip for enclosing the signal processing circuit in this way is not limited to the sealed type shown in the figure, but may be the open type shown in FIG. Further, in the third embodiment, the sensor chip 2
Although 0 and the signal processing circuit 31 are enclosed in the package 40, only the sensor chip 20 may be sealed.

【0047】さらにまた、半導体型の加速度センサとし
ては、上記した容量型のものに限らず、梁部等の変形す
る箇所にピエゾ素子を設置し、そのピエゾ素子の抵抗の
変化から加速度を検出するようにしたタイプのものでも
よく、その他各種の構造のものを用いることができる。
Furthermore, the semiconductor type acceleration sensor is not limited to the capacitance type sensor described above, but a piezo element is installed at a deformed portion such as a beam portion and the acceleration is detected from a change in resistance of the piezo element. Such a type may be used, and other types of structures may be used.

【0048】なおまた、上記した各実施の形態では、い
ずれも可動電極と固定電極を2組有する静電容量型のセ
ンサを示したが、一対の可動電極と固定電極を有したセ
ンサチップでもよいのはもちろんである。
In each of the above-mentioned embodiments, the capacitance type sensor having two sets of movable electrodes and fixed electrodes is shown, but a sensor chip having a pair of movable electrodes and fixed electrodes may be used. Of course.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように、本発明に係る容量型加速
度センサでは、加速度を検出するセンサをパッケージで
内包するとともに、係るパッケージ内部を減圧状態にし
ているので、センサチップの内部(可動電極の配置され
た空間)も減圧状態となり、可動電極の位置は敏速に変
化するので、周波数応答特性を良好にすることができ
る。
As described above, in the capacitive acceleration sensor according to the present invention, the sensor for detecting acceleration is included in the package, and the inside of the package is in a depressurized state. The space in which the movable electrode is placed is also in a reduced pressure state, and the position of the movable electrode changes rapidly, so that the frequency response characteristic can be improved.

【0050】また、センサチップの内部が密閉されると
ともに減圧状態にされているものを用いる場合(請求項
2)には、たとえセンサチップの気密性がなくなり、開
放状態となっても、センサチップの周囲はパッケージで
形成された減圧状態になっているので、センサ内部にパ
ッケージ外部の空気が侵入することはなくなり、長期に
わたって信頼性が確保される。
When a sensor chip whose inside is hermetically sealed and depressurized is used (Claim 2), even if the sensor chip loses its airtightness and becomes open, the sensor chip Since the periphery of the package is in a reduced pressure state formed by the package, air outside the package does not enter the inside of the sensor, and reliability is ensured for a long period of time.

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

【図1】本発明に係る容量型加速度センサの第1の実施
の形態を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図2】図1の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of FIG.

【図3】本発明に係る容量型加速度センサの第2実施例
を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図4】本発明に係る容量型加速度センサの第3実施例
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図5】本発明に係る容量型加速度センサの一例を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図6】(A)は従来の容量型加速度センサの1形態を
示す図である。(B)はその断面図である。
FIG. 6A is a diagram showing one form of a conventional capacitive acceleration sensor. (B) is a sectional view thereof.

【図7】従来の容量型加速度センサの1形態を示す図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing one form of a conventional capacitive acceleration sensor.

【符号の説明】 1b,25 重り部 11,11′ センサチップ 12,40 パッケージ[Explanation of reference numerals] 1b, 25 Weight portion 11, 11 'Sensor chip 12, 40 Package

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 加速度を受けて変位する重り部を有し、
その重り部の変位量に応じた信号を出力可能としたセン
サチップを、密閉されたパッケージの内部に封入し、 前記パッケージの内部が減圧状態に保持されていること
を特徴とする加速度センサ。
1. A weight portion that is displaced in response to acceleration,
An acceleration sensor characterized in that a sensor chip capable of outputting a signal according to the amount of displacement of the weight portion is enclosed in a sealed package, and the package is held in a reduced pressure state.
【請求項2】 前記センサチップが、前記重り部を密閉
状態で内蔵した構造からなり、 前記センサチップの内部も所定の減圧状態に保持されて
いることを特徴とする請求項1に記載の加速度センサ。
2. The acceleration according to claim 1, wherein the sensor chip has a structure in which the weight portion is enclosed in a sealed state, and the inside of the sensor chip is also kept in a predetermined depressurized state. Sensor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007513321A (en) * 2003-05-22 2007-05-24 ファールプール・ソシエダッド・アノニマ Sensor assembly, fluid pump and cooler
WO2013073163A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-23 富士電機株式会社 Acceleration sensor
JP2015210115A (en) * 2014-04-24 2015-11-24 ローム株式会社 Semiconductor device
WO2018092572A1 (en) * 2016-11-16 2018-05-24 株式会社大真空 Quartz oscillation device

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