JPH09292409A - Accelerometer - Google Patents

Accelerometer

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Publication number
JPH09292409A
JPH09292409A JP8106832A JP10683296A JPH09292409A JP H09292409 A JPH09292409 A JP H09292409A JP 8106832 A JP8106832 A JP 8106832A JP 10683296 A JP10683296 A JP 10683296A JP H09292409 A JPH09292409 A JP H09292409A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration
movable mass
mass body
acceleration sensor
semiconductor substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8106832A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Satoshi Shimada
嶋田  智
Hitoshi Onuki
仁 大貫
Akira Koide
晃 小出
Yasuhiro Mochizuki
康弘 望月
Norio Ichikawa
範男 市川
Junichi Horie
潤一 堀江
Terumi Nakazawa
照美 仲沢
Masanori Kubota
正則 久保田
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
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.)
Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Car Engineering Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP8106832A priority Critical patent/JPH09292409A/en
Publication of JPH09292409A publication Critical patent/JPH09292409A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an accelerometer which is low-cost, whose mass-productivity and reliability are enhanced and whose surface mounting operation is performed easily by a method, wherein a cap is bonded onto mumerous G microsensors formed on a silicon wafer and a detection part is arranged in an airtight space. SOLUTION: An acceleration detection part 2 and a signal processing circuit part 3 are formed on a silicon plate 1, and a cap 13 is bonded by an adhesive 4 onto the silicon plate 1, in such a way that both are arranged inside an airtight space. In the detection part 2, a movable mask 8 which comprises slits 7 is supported by four beams 6, and end parts on one side of the beams 6 are formed so as to be fixed and bonded into the silicon plate 1 by fixation ends 5. Then, in the circuit part 3, a change on sizes of gaps 14, 15 conesponsing to the magnitude of an acceleration Gz is converted into an output signal which is proportional to the acceleration. Then, since the space 43 surrounding the detection part 2 is maintained airtight, it is possible top prevent dust particles from creeping into a gap part when a G microsensor is diced on a silicon wafer. In addition, when pads 9 are formed on the silicon plate 1, the surface mounting operation of an accelerometer to various substrates can be performed easily.

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、加速度を検出する
加速度センサ、特に自動車の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 detecting acceleration, and more particularly to an acceleration sensor used in an automobile air bag system or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ビームで支持され且つ可動電極の
機能を有する可動マス、この可動マスに対向して配置さ
れた固定電極よりなる加速度検出部と加速度に応じて変
位する可動マスの動きを加速度信号に変換する信号処理
回路部とをシリコン板へ一体に集積化した加速度センサ
(以下マイクロGセンサという)がELECTRONIC DESIGNの
1991年8月号の45−56ページ他で知られてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, a movable mass supported by a beam and having a function of a movable electrode, an acceleration detecting portion composed of a fixed electrode arranged so as to face the movable mass, and a movement of the movable mass displaced in accordance with the acceleration. Acceleration sensor integrated with a signal processing circuit unit for converting into an acceleration signal on a silicon plate
(Hereinafter referred to as "micro G sensor") is known in the August 1991 issue of ELECTRONIC DESIGN, pages 45-56 and others.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述のマイクロGセン
サは、可動マスと固定電極間に微小なギャップを有する
検出部が非気密構造のため、次に示すような欠点があっ
た。即ち、ウエハプロセスが終了した後に各マイクロG
センサへダイシングするとき、空隙部にごみが入った
り、可動マスを支持するビームが破壊するなど量産性や
信頼性に問題があった。また、検出部が非気密構造のた
め、各種システムのモジュール基板へマイクロGセンサ
を直接的に表面実装することができず、メタルキャンパ
ッケージやセラミックスパッケージなどの気密封止が必
要であった。結果として、マイクロGセンサのコストを
増加させる要因になっていた。このほか、直交した2成
分以上の加速度を検出できないなどの問題点があった。
The above-described micro G sensor has the following drawbacks because the detection portion having a minute gap between the movable mass and the fixed electrode has a non-airtight structure. That is, after the wafer process is completed, each micro G
When dicing into the sensor, there were problems in mass productivity and reliability, such as dust entering the voids and the beam supporting the movable mass being destroyed. Further, since the detection unit has a non-hermetic structure, the micro G sensor cannot be directly surface-mounted on the module substrates of various systems, and it is necessary to hermetically seal the metal can package or the ceramic package. As a result, it has been a factor of increasing the cost of the micro G sensor. In addition, there is a problem that accelerations of two or more orthogonal components cannot be detected.

【0004】本発明の目的は、上記の問題点を解決し、
低コストで量産性と信頼性に優れた集積型マイクロGセ
ンサを提供することにある。また、容易に表面実装が可
能で、直交した2成分以上の加速度を同時に検出可能な
集積型マイクロGセンサを提供することである。
An object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide an integrated micro G sensor which is low in cost and excellent in mass productivity and reliability. Another object of the present invention is to provide an integrated micro G sensor that can be easily surface-mounted and can simultaneously detect accelerations of two or more orthogonal components.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】ビームで支持され且つ可
動電極の機能を有する可動マス、この可動マスに対向し
て配置した固定電極よりなる加速度検出部と加速度に応
じて変位する可動マスの動きを加速度信号に変換する信
号処理回路部とをシリコン板へ一体に集積化したマイク
ロGセンサをシリコンウエハ上に多数形成した後、少な
くとも加速度検出部を気密な空間に配置するようにシリ
コンウエハの上にキャップを接合する。キャップを接合
した後に各マイクロGセンサのセンシングデバイスへダ
イシングすることにより、空隙部にごみが入ったり、可
動マスを支持するビームが破壊するなどの量産性や信頼
性に関する問題を解決することができる。
A movable mass supported by a beam and having a function of a movable electrode, an acceleration detecting portion composed of a fixed electrode arranged facing the movable mass, and a movement of the movable mass displaced according to acceleration. After forming a large number of micro G sensors integrated on a silicon plate with a signal processing circuit section for converting the acceleration signal into an acceleration signal on the silicon wafer, at least the acceleration detection section is arranged on the silicon wafer so as to be arranged in an airtight space. Join the cap to. By dicing into the sensing device of each micro G sensor after joining the caps, it is possible to solve problems relating to mass productivity and reliability, such as dust in the voids and breakage of the beam supporting the movable mass. .

【0006】少なくとも検出部を気密構造にすることに
より、メタルキャンパッケージやセラミックスパッケー
ジなどの気密封止が不要になる。半田で実装可能なパッ
ドをシリコン板の上に形成することにより、各種システ
ムのモジュール基板へマイクロGセンサを半田ボールで
直接的に表面実装できるようにした。結果として、マイ
クロGセンサのコストを増加させる要因を削除できる。
By forming at least the detection portion in an airtight structure, it becomes unnecessary to hermetically seal a metal can package, a ceramic package or the like. By forming pads that can be mounted with solder on a silicon plate, the micro G sensor can be directly surface-mounted with solder balls on module boards of various systems. As a result, the factor that increases the cost of the micro G sensor can be eliminated.

【0007】可動マスに対向し且つ互いに直交するよう
に配置した固定電極の対を設けることにより、直交した
2成分以上の加速度を同時に検出できるようにした。
By providing a pair of fixed electrodes arranged so as to face the movable mass and be orthogonal to each other, accelerations of two or more orthogonal components can be simultaneously detected.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明によるマイクロGセンサの
実施例の平面図を図1に示す。半導体基板、例えばシリ
コン板1に加速度検出部2と信号処理回路部3が形成さ
れており、加速度検出部2と信号処理回路部3を気密空
間内に配置するように、シリコン板1の上に被覆材であ
るキャップ13を接合する接着材4で示した。なお、加
速度検出部2は4本の支持体であるビーム6で支持され
た可動質量体である可動マス8よりなり、ビーム6の一
方の端部は固定端5でシリコン板1の上に固着されてい
る。可動マス8には可動マス自身の動きを円滑にする目
的で、シリコン板1と可動マス8の間の空隙部の空気の
流動性を改善するスリット7を形成している。また、シ
リコン板1にはマイクロGセンサとしての端子であるパ
ッド9が設けられている。複数のパッド9は電源端子,
出力端子,診断端子などとして使用される。
1 is a plan view of an embodiment of a micro G sensor according to the present invention. An acceleration detection unit 2 and a signal processing circuit unit 3 are formed on a semiconductor substrate, for example, a silicon plate 1, and the acceleration detection unit 2 and the signal processing circuit unit 3 are arranged on the silicon plate 1 so as to be arranged in an airtight space. The adhesive 4 for joining the cap 13 as the covering material is shown. The acceleration detecting unit 2 is composed of a movable mass 8 which is a movable mass member supported by four beams 6 which are supports, and one end of the beam 6 is fixed on the silicon plate 1 at a fixed end 5. Has been done. For the purpose of smoothing the movement of the movable mass itself, the movable mass 8 is provided with a slit 7 for improving the fluidity of air in the gap between the silicon plate 1 and the movable mass 8. Further, the silicon plate 1 is provided with a pad 9 which is a terminal as a micro G sensor. The pads 9 are power terminals,
Used as output terminal, diagnostic terminal, etc.

【0009】本発明によるマイクロGセンサの実施例の
断面図を図2に示す。前図は本図のシリコン板1の平面
図を示したもの、本図は前図の位置A−Aにおけるマイ
クロGセンサの断面図を示したものである。なお、本図
以降で示される図において、同一の要素および同一の機
能を有する要素には同一の番号を付けて説明を行った。
素子形成用シリコン板1と支持基板用シリコン板10を
熱酸化膜11を介して接合したSOI基板を利用して加
速度検出部を製作したマイクロGセンサである。シリコ
ン板1に良く知られた半導体プロセスで信号処理回路部
3を形成した後、シリコン板1のドライエッチングや熱
酸化膜11の犠牲層エッチングにより、ビームで支持さ
れた可動マス8からなる加速度検出部を形成する。信号
処理回路部3は熱酸化膜などの絶縁層12でパッシベー
ションされている。接着材4を介してシリコン板1の上
にシリコン板よりなるキャップ13が接合されている。
熱酸化膜12とキャップ13の表面にあらかじめTi/
Niの2層薄膜を成膜しておけば、少なくともいずれか
一方のTi/Ni薄膜の上へスパッタなどで形成したA
g薄膜よりなるインサート材が接着材4として使用され
る。我々の実験によると、キャップ13をシリコン板1
の上に積層した後、200℃の温度でキャップ13へ1
平方ミリ当たり1kgの加重を15分間印加すると、キャ
ップ13とシリコン板1は気密に且つ強固に接合され
た。なお、Ag以外にAuなどの金属薄膜でも有効であ
った。この結果、ビームで支持された可動マス8よりな
る加速度検出部を囲む空間43は気密に保持されること
になる。それ故、マイクロGセンサをシリコンウエハ上
に多数形成した後、各マイクロGセンサのセンシングデ
バイスへダイサーなどでダイシングしても、空隙部にご
みが入ったり、可動マスを支持するビームが破壊するな
どの問題は発生しなかった。
A cross-sectional view of an embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. The previous figure shows a plan view of the silicon plate 1 in this figure, and this figure shows a cross-sectional view of the micro G sensor at the position AA in the previous figure. It should be noted that in the drawings shown after this figure, the same elements and elements having the same function are assigned the same reference numerals for description.
This is a micro G sensor in which an acceleration detection unit is manufactured by using an SOI substrate in which a silicon plate 1 for element formation and a silicon plate 10 for a support substrate are bonded via a thermal oxide film 11. After the signal processing circuit unit 3 is formed on the silicon plate 1 by a well-known semiconductor process, the acceleration detection including the movable mass 8 supported by the beam is performed by dry etching of the silicon plate 1 and sacrifice layer etching of the thermal oxide film 11. To form a part. The signal processing circuit unit 3 is passivated with an insulating layer 12 such as a thermal oxide film. A cap 13 made of a silicon plate is bonded onto the silicon plate 1 via an adhesive material 4.
The surface of the thermal oxide film 12 and the cap 13 is preliminarily Ti /
If a two-layer thin film of Ni is formed, at least one of the Ti / Ni thin films is formed by sputtering or the like.
An insert material composed of a thin film is used as the adhesive material 4. According to our experiment, the cap 13 is attached to the silicon plate 1
After stacking on top of the
When a load of 1 kg per square millimeter was applied for 15 minutes, the cap 13 and the silicon plate 1 were airtightly and strongly bonded. In addition to Ag, a metal thin film such as Au was also effective. As a result, the space 43 that surrounds the acceleration detecting portion composed of the movable mass 8 supported by the beam is kept airtight. Therefore, even if a large number of micro G sensors are formed on a silicon wafer and then the dicing is performed on the sensing device of each micro G sensor with a dicer or the like, dust may enter the voids or the beam that supports the movable mass may be destroyed. No problem occurred.

【0010】なお、本図に示したマイクロGセンサはシ
リコン板1の表面に垂直な方向の加速度成分Gzを検出
するものである。即ち、可動マス8とキャップ13及び
シリコン板10との間の空隙をそれぞれ14,15とす
ると、加速度Gzの大きさに応じて空隙14,15の寸
法が変わり空隙部の静電容量が変化するので、これを信
号処理回路部3で加速度に比例した出力信号に変換する
ことができる。
The micro G sensor shown in the figure detects an acceleration component Gz in a direction perpendicular to the surface of the silicon plate 1. That is, when the gaps between the movable mass 8 and the cap 13 and the silicon plate 10 are 14 and 15, respectively, the dimensions of the gaps 14 and 15 change according to the magnitude of the acceleration Gz, and the capacitance of the gap changes. Therefore, the signal processing circuit unit 3 can convert this into an output signal proportional to the acceleration.

【0011】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の平面図を図3に示す。4本のビームで支持された可
動マス8に対向して、2対の固定電極がシリコン板1の
上の熱酸化膜上に固着されている。即ち、固定電極16
と16aよりなる固定電極対と固定電極18と18aよ
りなる固定電極対である。本マイクロGセンサはシリコ
ン板1の表面に平行な方向の加速度成分GxとGyを検
出できるようにしたものである。可動マス8と固定電極
対16,16a間の空隙17,17a部の静電容量の変
化から加速度成分Gxを、可動マス8と固定電極対1
8,18a間の空隙19,19a部の静電容量の変化か
ら加速成分Gxに直交した加速度成分Gyを検出するこ
とができる。なお、可動マス8を支持するビームも可動
マス8と同様に可動できるように、次図のシリコン板1
0から浮いている。
A plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. Two pairs of fixed electrodes are fixed on the thermal oxide film on the silicon plate 1 so as to face the movable mass 8 supported by the four beams. That is, the fixed electrode 16
And 16a and a fixed electrode pair made up of fixed electrodes 18 and 18a. The present micro G sensor is capable of detecting acceleration components Gx and Gy in a direction parallel to the surface of the silicon plate 1. The acceleration component Gx is calculated from the change in the capacitance of the gaps 17 and 17a between the movable mass 8 and the fixed electrode pair 16 and 16a, and the acceleration component Gx is calculated from
The acceleration component Gy orthogonal to the acceleration component Gx can be detected from the change in the capacitance of the gaps 19 and 19a between 8 and 18a. Note that the silicon plate 1 shown in the next figure is arranged so that the beam supporting the movable mass 8 can also be moved similarly to the movable mass 8.
Floating from zero.

【0012】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の断面図を図4に示す。本図は図3の位置B−Bにお
けるマイクロGセンサの断面図を示したものである。可
動マス8と空隙17,17aを介して配置されている固
定電極16,16aは熱酸化膜11の上にしっかりと固
定されている。キャップ13がシリコン板で構成される
場合は、接着材4には図2と同様にAg薄膜よりなるイ
ンサート材が用いられる。本図の場合、可動マス8とキ
ャップ13間の空隙寸法の変化を検出する必要がないの
で、キャップ13にはガラスなどの絶縁物を用いても良
い。この場合、接着材として熱酸化膜などの絶縁層12
の上に成膜した多結晶シリコンであれば、良く知られた
陽極接合によりキャップ13をシリコン板1の上に気密
に接合することができる。
A cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. This figure shows a cross-sectional view of the micro G sensor at the position BB in FIG. The fixed electrodes 16 and 16 a arranged via the movable mass 8 and the gaps 17 and 17 a are firmly fixed on the thermal oxide film 11. When the cap 13 is made of a silicon plate, the adhesive material 4 is an insert material made of an Ag thin film as in FIG. In the case of this figure, since it is not necessary to detect the change in the gap size between the movable mass 8 and the cap 13, an insulating material such as glass may be used for the cap 13. In this case, an insulating layer 12 such as a thermal oxide film is used as an adhesive.
The cap 13 can be airtightly bonded to the silicon plate 1 by well-known anodic bonding if the polycrystalline silicon film is formed on the silicon plate 1.

【0013】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の断面図を図5に示す。本実施例は図2に示したマイ
クロGセンサと同様に、シリコン板1の表面に垂直な方
向の加速度成分Gzを検出するセンサであり、図2に示
したものとは次の点が異なる。シリコン板1に良く知ら
れた半導体プロセスで信号処理回路部3を形成した後、
シリコン板1の熱酸化膜などの絶縁層12の上に形成し
た多結晶シリコン層のドライエッチングや絶縁膜の犠牲
層エッチングにより、多結晶シリコンからなるビームで
支持され且つ多結晶シリコンからなる可動マス8を形成
している。信号処理回路部3は熱酸化膜などの絶縁層1
2でパッシベーションされ、接着材4を介してシリコン
板1の上にシリコン板よりなるキャップ13を接合して
いる。このように本実施例は、SOI基板を用いること
なくシリコン板1の上に設けた多結晶シリコン層で可動
マス8からなる加速度検出部を形成したことに特徴があ
る。
A sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. Similar to the micro G sensor shown in FIG. 2, this embodiment is a sensor for detecting an acceleration component Gz in a direction perpendicular to the surface of the silicon plate 1, and differs from that shown in FIG. 2 in the following points. After the signal processing circuit unit 3 is formed on the silicon plate 1 by a well-known semiconductor process,
The dry mass of the polycrystalline silicon layer formed on the insulating layer 12 such as the thermal oxide film of the silicon plate 1 and the sacrificial layer etching of the insulating film are supported by the beam made of polycrystalline silicon and the movable mass made of polycrystalline silicon. 8 forming. The signal processing circuit section 3 is an insulating layer 1 such as a thermal oxide film.
2 is passivated, and a cap 13 made of a silicon plate is bonded onto the silicon plate 1 via an adhesive 4. As described above, the present embodiment is characterized in that the acceleration detecting portion composed of the movable mass 8 is formed by the polycrystalline silicon layer provided on the silicon plate 1 without using the SOI substrate.

【0014】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の断面図を図6に示す。本実施例は図4に示したマイ
クロGセンサと同様に、シリコン板1の表面に平行な方
向の加速度成分Gxを検出するセンサであり、図4に示
したものとは次の点が異なる。シリコン板1に良く知ら
れた半導体プロセスで信号処理回路部3を形成した後、
シリコン板1の熱酸化膜などの絶縁層12の上に形成し
た多結晶シリコン層のドライエッチングや絶縁膜の犠牲
層エッチングにより、多結晶シリコンからなる可動マス
8と固定電極16,16aを形成している。信号処理回
路部3は熱酸化膜などの絶縁層12でパッシベーション
され、接着材4を介してシリコン板1の上にキャップ1
3を接合している。このように本実施例は、SOI基板
を用いることなくシリコン板1の上に設けた多結晶シリ
コン層で、可動マス8,固定電極16,16a及びビー
ムからなる加速度検出部を形成したことに特徴がある。
FIG. 6 shows a sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention. This embodiment is a sensor for detecting the acceleration component Gx in the direction parallel to the surface of the silicon plate 1 similarly to the micro G sensor shown in FIG. 4, and is different from the one shown in FIG. 4 in the following points. After the signal processing circuit unit 3 is formed on the silicon plate 1 by a well-known semiconductor process,
The movable mass 8 made of polycrystalline silicon and the fixed electrodes 16, 16a are formed by dry etching of the polycrystalline silicon layer formed on the insulating layer 12 such as a thermal oxide film of the silicon plate 1 or etching of the insulating film. ing. The signal processing circuit unit 3 is passivated with an insulating layer 12 such as a thermal oxide film, and the cap 1 is placed on the silicon plate 1 via an adhesive 4.
3 is joined. As described above, the present embodiment is characterized in that the acceleration detecting portion including the movable mass 8, the fixed electrodes 16 and 16a and the beam is formed by the polycrystalline silicon layer provided on the silicon plate 1 without using the SOI substrate. There is.

【0015】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の平面図を図7に示す。固定端24を有する2本のビ
ーム23で支持された可動マス22に対向して、一対の
固定電極25,25aがシリコン板1の上の熱酸化膜上
に固着されている。可動マス22と固定電極25,25
a間の空隙26,26a部の静電容量の変化からシリコ
ン板1の表面に平行な加速度成分Gyを検出することが
できる。加速度成分Gyの加速度検出部21に直交して
加速度検出部20を配置すると、加速度検出部20から
加速度成分Gyに直交した加速度成分Gxを検出するこ
とができる。このように、本実施例はシリコン板1の表
面に平行な2軸方向の加速度成分、即ちGxとGyを検
出できるようにしたものである。なお、各加速度検出部
はビームで支持された可動マスが1個であるものを示し
ているが、複数の可動マスを平行に配列して各々の可動
マスに対向して固定電極の対を設けても良い。この場
合、可動マスの数が多いほど加速度検出部の感度が増加
するのは言うまでもない。なお、加速度検出部20と2
1の可動マスを支持するビームのバネ定数が異なるよう
に製作すれば、直交した2成分以上の加速度を異なる感
度で検出でき、エアバッグシステムに適したマイクロG
センサを提供することができる。即ち、1個のマイクロ
Gセンサで、自動車の正面衝突と側面衝突を異なる感度
で同時に検出することが可能になるからである。
FIG. 7 shows a plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention. A pair of fixed electrodes 25, 25 a is fixed on the thermal oxide film on the silicon plate 1 so as to face the movable mass 22 supported by the two beams 23 having the fixed ends 24. Movable mass 22 and fixed electrodes 25, 25
The acceleration component Gy parallel to the surface of the silicon plate 1 can be detected from the change in the capacitance of the gaps 26, 26a between a. When the acceleration detecting unit 20 is arranged orthogonal to the acceleration detecting unit 21 of the acceleration component Gy, the acceleration detecting unit 20 can detect the acceleration component Gx orthogonal to the acceleration component Gy. As described above, the present embodiment is capable of detecting acceleration components in the biaxial directions parallel to the surface of the silicon plate 1, that is, Gx and Gy. Although each acceleration detection unit shows one movable mass supported by the beam, a plurality of movable masses are arranged in parallel and a pair of fixed electrodes is provided facing each movable mass. May be. In this case, it goes without saying that the greater the number of movable masses, the higher the sensitivity of the acceleration detection unit. The acceleration detection units 20 and 2
If it is manufactured so that the spring constant of the beam supporting one movable mass is different, it is possible to detect accelerations of two or more orthogonal components with different sensitivities, and a micro G suitable for an airbag system.
A sensor can be provided. That is, a single micro G sensor can simultaneously detect a frontal collision and a side collision of an automobile with different sensitivities.

【0016】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の平面図を図8に示す。固定端5を有する4本のビー
ム6で支持された可動マス8に対向して、可動マス8の
下部のシリコン板1へ固定電極を配置し、シリコン板1
の表面に平行な加速度成分Gxと加速度成分Gxに直交
した加速度成分Gyとを検出するものである。本実施例
は前図と同様に、シリコン板1の表面に平行な2軸方向
の加速度成分を検出するものである。なお、可動マス8
にはスリット27とスリット28を設けている。ここ
で、スリット27は加速度成分Gxを検出するために、
またスリット28は加速度成分Gyを検出するために設
けたものである。本図に示したマイクロGセンサのC−
C断面図の一実施例を図9及び図10に示す。
A plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. The fixed electrode is arranged on the silicon plate 1 below the movable mass 8 so as to face the movable mass 8 supported by the four beams 6 having the fixed ends 5.
The acceleration component Gx parallel to the surface of the and the acceleration component Gy orthogonal to the acceleration component Gx are detected. In this embodiment, similarly to the previous figure, the acceleration component in the biaxial directions parallel to the surface of the silicon plate 1 is detected. The movable mass 8
The slit 27 and the slit 28 are provided in the. Here, since the slit 27 detects the acceleration component Gx,
The slit 28 is provided to detect the acceleration component Gy. C- of the micro G sensor shown in this figure
An example of a C sectional view is shown in FIGS. 9 and 10.

【0017】図9は可動マス8に対向した固定電極をS
OI基板の支持基板用シリコン板10へ設けた例であ
る。即ち、支持基板用シリコン板10へスリット29を
エンチングで形成した残部の突起部30を固定電極にし
ている。図に示すように、スリット29は可動マス8に
形成したスリット27の真下にはなく、両スリットの位
置が約半分程度オーバーラップするように形成されてい
る。そして、素子形成用シリコン板1に可動マス8と信
号処理回路部3を形成したマイクロGセンサである。な
お、可動マス8と突起部30で構成される固定電極間の
空隙31は熱酸化膜11を犠牲層エッチングすることに
よって得られ、この結果として可動マス8はシリコン板
10の基板表面と平行な方向の加速度に応じて変位でき
るようになる。そして、加速度Gxの大きさに応じて可
動マス8と突起部30の対向面積が変化し、空隙31部
の静電容量が変わる。従って、この静電容量の変化を信
号処理回路3で測定することにより、加速度成分Gxの
大きさを検出できる。
FIG. 9 shows the fixed electrode facing the movable mass 8 as S
This is an example in which the OI substrate is provided on the supporting substrate silicon plate 10. That is, the remaining projections 30 formed by engraving the slits 29 on the silicon substrate 10 for supporting substrate are used as fixed electrodes. As shown in the figure, the slit 29 is not directly under the slit 27 formed in the movable mass 8 and is formed so that the positions of both slits overlap each other by about half. And it is a micro G sensor in which the movable mass 8 and the signal processing circuit section 3 are formed on the element forming silicon plate 1. The gap 31 between the fixed electrode composed of the movable mass 8 and the protrusion 30 is obtained by etching the thermal oxide film 11 as a sacrificial layer, and as a result, the movable mass 8 is parallel to the substrate surface of the silicon plate 10. It can be displaced according to the directional acceleration. Then, the facing area between the movable mass 8 and the protrusion 30 changes according to the magnitude of the acceleration Gx, and the capacitance of the gap 31 changes. Therefore, the magnitude of the acceleration component Gx can be detected by measuring the change in the capacitance with the signal processing circuit 3.

【0018】同様に、図10も可動マス8に対向した固
定電極をSOI基板の支持基板用シリコン板10へ設け
た例である。本実施例は、支持基板用シリコン板10へ
設けたpn接合分離領域32を固定電極にしたものであ
る。そして、pn接合分離領域32と可動マス8に設け
たスリット27の位置は約半分程度オーバーラップする
ように形成されている。なお、pn接合分離領域32は
シリコン板10へボロンなどの不純物を拡散したり、あ
るいはイオン打ち込みすることなどによって形成され
る。
Similarly, FIG. 10 also shows an example in which a fixed electrode facing the movable mass 8 is provided on a silicon substrate 10 for a supporting substrate of an SOI substrate. In the present embodiment, the pn junction isolation region 32 provided on the supporting substrate silicon plate 10 is used as a fixed electrode. The position of the pn junction isolation region 32 and the slit 27 provided in the movable mass 8 are formed so as to overlap each other by about half. The pn junction isolation region 32 is formed by diffusing impurities such as boron into the silicon plate 10 or by ion implantation.

【0019】図8に示したマイクロGセンサのC−C断
面図の他の実施例を図11及び図12に示す。図11と
図12に示す実施例は、図9と図10に示した実施例と
次の点が異なるものである。即ち、SOI基板を用いず
に、可動マス8をシリコン板1の表面に成膜した多結晶
シリコンから形成し、固定電極となる突起30やpn接
合分離領域32をシリコン板1へ形成した点が異なる。
Another embodiment of the CC sectional view of the micro G sensor shown in FIG. 8 is shown in FIGS. The embodiment shown in FIGS. 11 and 12 is different from the embodiment shown in FIGS. 9 and 10 in the following points. That is, the movable mass 8 is formed of polycrystalline silicon formed on the surface of the silicon plate 1 without using the SOI substrate, and the protrusions 30 and the pn junction isolation regions 32 serving as fixed electrodes are formed on the silicon plate 1. different.

【0020】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の平面図を図13に示す。本図は加速度検出部2のみ
を気密空間内に配置するように、シリコン板1の上に接
着材4でキャップを接合したものである。この場合も、
マイクロGセンサをシリコンウエハ上に多数形成した
後、各マイクロGセンサのセンシングデバイスへダイサ
ーなどでダイシングしても、空隙部にごみが入ったり、
可動マスを支持するビームが破壊するなどの問題点を解
決できる。
A plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. In this figure, a cap is bonded to the silicon plate 1 with an adhesive 4 so that only the acceleration detection unit 2 is arranged in the airtight space. Again,
After forming a large number of micro G sensors on a silicon wafer, even if dicing is performed on the sensing device of each micro G sensor with a dicer, dust may enter the voids,
Problems such as the beam supporting the movable mass being broken can be solved.

【0021】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の断面図を図14に示す。前図は本図のシリコン板1
の平面図を示したもの、本図は前図の位置D−Dにおけ
るマイクロGセンサの断面図を示したものである。接着
材4を介してシリコン板1の上にシリコン板よりなるキ
ャップ13が接合されている。前述したように、Ag薄
膜よりなるインサート材が接着材4として使用される。
FIG. 14 shows a sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention. The previous figure shows the silicon plate 1 of this figure.
2 is a plan view of the micro G sensor at the position D-D in the previous figure. A cap 13 made of a silicon plate is bonded onto the silicon plate 1 via an adhesive material 4. As described above, the insert material made of the Ag thin film is used as the adhesive material 4.

【0022】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例の断面図を図15に示す。本図は図13の位置D−D
におけるマイクロGセンサの断面図を示したものであ
る。熱酸化膜などの絶縁層12の上に成膜した多結晶シ
リコン薄膜を接着層34に用いれば、良く知られた陽極
接合によりガラスよりなるキャップ33で加速度検出部
2を気密空間内に配置することができる。パッドを9,
9aで示すように、シリコン板1の両側に配置しても良
い。また、接着層34に低溶点のガラス材を用いても良
い。なお、信号処理回路部と加速度検出部の両方を気密
空間内に配置する場合も、キャップ材料にガラスを使用
できることは言うまでもない。
A cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. This figure shows position D-D in FIG.
3 is a cross-sectional view of the micro G sensor in FIG. If a polycrystalline silicon thin film formed on the insulating layer 12 such as a thermal oxide film is used as the adhesive layer 34, the acceleration detecting unit 2 is arranged in the airtight space by the well-known anodic bonding with the cap 33 made of glass. be able to. Pad 9,
They may be arranged on both sides of the silicon plate 1 as shown by 9a. Further, a glass material having a low melting point may be used for the adhesive layer 34. Needless to say, glass can be used as the cap material even when both the signal processing circuit unit and the acceleration detection unit are arranged in the airtight space.

【0023】本発明によるマイクロGセンサの実装方法
を図16に示す。本図はマイクロGセンサ38を各種シ
ステムのモジュール基板37へ表面実装する方法を示し
たものである。マイクロGセンサ38のパッド9,9a
とモジュール基板37の表面に形成した導体部36,3
6aとをボール状の半田35,35aで接合する方法で
ある。このように、加速度検出部が気密構造であるた
め、各種システムのモジュール基板へマイクロGセンサ
を直接的に表面実装することができる。そして、メタル
キャンパッケージやセラミックスパッケージなどの気密
封止が不要になり、マイクロGセンサのコスト低減に寄
与できる。
FIG. 16 shows a method of mounting the micro G sensor according to the present invention. This figure shows a method of surface mounting the micro G sensor 38 on the module substrate 37 of various systems. Pads 9 and 9a of the micro G sensor 38
And conductor portions 36, 3 formed on the surface of the module substrate 37
6a is joined with ball-shaped solder 35, 35a. As described above, since the acceleration detection unit has the airtight structure, the micro G sensor can be directly surface-mounted on the module substrates of various systems. Further, it becomes unnecessary to hermetically seal a metal can package or a ceramic package, which can contribute to the cost reduction of the micro G sensor.

【0024】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例を図17に示す。本図の加速度検出部2には、ビーム
で支持された可動マスを除いた部分のみを示している。
即ち、加速度成分Gxを検出する固定電極39と加速度
成分Gyを検出する固定電極40をシリコン板1の表面
にpn接合分離領域で形成し、これを信号処理回路部3
と電気的に接続したものである。図には示していない
が、固定電極39と40の上には空隙を介してビームで
支持された可動マスが構成される。この場合、図7で示
したような固定電極25,25aを可動マス22の両サ
イドに配置する必要がなくなる。
Another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. In the acceleration detection unit 2 of this figure, only the portion excluding the movable mass supported by the beam is shown.
That is, the fixed electrode 39 for detecting the acceleration component Gx and the fixed electrode 40 for detecting the acceleration component Gy are formed on the surface of the silicon plate 1 in the pn junction isolation region, and the fixed electrode 39 is formed.
It is electrically connected to. Although not shown in the figure, a movable mass supported by a beam via a gap is formed on the fixed electrodes 39 and 40. In this case, it is not necessary to dispose the fixed electrodes 25 and 25a as shown in FIG. 7 on both sides of the movable mass 22.

【0025】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例を図18に示す。本図は図8と図12に示したマイク
ロGセンサのシリコン板1の平面図を模式的に示したも
のである。前図と同様、加速度検出部2にはビームで支
持された可動マスを除いた部分のみを示している。即
ち、加速度成分Gxを検出する固定電極41と加速度成
分Gyを検出する固定電極42をシリコン板1の表面に
pn接合分離領域で形成し、これを信号処理回路部3と
電気的に接続したものである。図には示していないが、
固定電極41と42の上には空隙を介してビームで支持
された可動マスが図8のように構成される。
Another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. This figure schematically shows a plan view of the silicon plate 1 of the micro G sensor shown in FIGS. 8 and 12. Similar to the previous figure, the acceleration detection unit 2 shows only the portion excluding the movable mass supported by the beam. That is, a fixed electrode 41 for detecting the acceleration component Gx and a fixed electrode 42 for detecting the acceleration component Gy are formed on the surface of the silicon plate 1 in a pn junction isolation region and electrically connected to the signal processing circuit section 3. Is. Although not shown in the figure,
On the fixed electrodes 41 and 42, a movable mass supported by a beam via a gap is constructed as shown in FIG.

【0026】本発明によるマイクロGセンサの他の実施
例を図19に示す。本図は互いに直交した三軸方向の加
速度成分Gx,Gy,Gzを検出可能な三次元マイクロ
Gセンサを示したものである。シリコン板1の表面に平
行な方向の加速度成分Gx,Gyを検出する可動マス4
3とシリコン板1の表面に垂直な方向の加速度成分Gz
を検出する可動マス44が加速度検出部2に配置されて
いる。なお、可動マス43と44にある空隙をもって対
向した固定電極は図には示されていないが、可動マス4
3と44の下部のシリコン板1の表面へpn接合分離領
域の形で形成されている。
Another embodiment of the micro G sensor according to the present invention is shown in FIG. This figure shows a three-dimensional micro G sensor capable of detecting acceleration components Gx, Gy, Gz in the directions of three axes orthogonal to each other. Movable mass 4 for detecting acceleration components Gx and Gy in a direction parallel to the surface of the silicon plate 1.
3 and the acceleration component Gz in the direction perpendicular to the surface of the silicon plate 1.
The movable mass 44 for detecting the acceleration is arranged in the acceleration detection unit 2. Although the fixed electrodes facing each other with a gap in the movable masses 43 and 44 are not shown in the figure, the movable masses 4 and
It is formed on the surface of the silicon plate 1 below 3 and 44 in the form of a pn junction isolation region.

【0027】前図の三次元マイクロGセンサの可動マス
を支持するビームの断面形状を図20に示す。図20
(A)は可動マス43を支持するビーム6aの断面形
状、図20(B)は可動マス44を支持するビーム6b
の断面形状を示している。ビーム6aとビーム6bは熱
酸化膜12を犠牲層エッチングすることにより、ビーム
の固定端部を除いてシリコン板1の表面へある空隙をも
って図のように形成されている。ビーム6aは厚さが幅
寸法より少なくとも数倍以上厚く、逆にビーム6bはそ
の幅寸法が厚さより少なくとも数倍以上厚く形成され
る。この結果、ビーム6a及び可動マス43はシリコン
板1の表面に平行な方向には動くことができるが、シリ
コン板1の表面と垂直な方向には変位できない。逆に、
ビーム6b及び可動マス44はシリコン板1の表面に垂
直な方向には動くことができるが、シリコン板1の表面
と平行な方向には変位できないようになっている。
FIG. 20 shows the cross-sectional shape of the beam supporting the movable mass of the three-dimensional micro G sensor of the previous figure. FIG.
20A is a sectional shape of the beam 6a supporting the movable mass 43, and FIG. 20B is a beam 6b supporting the movable mass 44.
The cross-sectional shape of is shown. The beams 6a and 6b are formed by etching the thermal oxide film 12 with a sacrifice layer, with a gap on the surface of the silicon plate 1 excluding the fixed ends of the beams, as shown in the figure. The beam 6a has a thickness that is at least several times thicker than its width, and the beam 6b has a width that is at least several times thicker than its thickness. As a result, the beam 6a and the movable mass 43 can move in the direction parallel to the surface of the silicon plate 1, but cannot move in the direction perpendicular to the surface of the silicon plate 1. vice versa,
The beam 6b and the movable mass 44 can move in a direction perpendicular to the surface of the silicon plate 1, but cannot move in a direction parallel to the surface of the silicon plate 1.

【0028】本発明によるマイクロGセンサの概略製造
プロセスを図21に示す。図21(A)はSOI基板あ
るいは単なるシリコン基板から出発する方法で、まず信
号処理回路部を良く知られた半導体集積回路のプロセス
で製作後、シリコン板のドライエッチや熱酸化膜などの
犠牲層エッチングを駆使して加速度検出部を形成する。
そして、回路部と検出部の電気的接続を行った後、少な
くとも加速度検出部を気密空間内に密封できるようにキ
ャップをシリコン板の上部に接合する。次に、マイクロ
Gセンサを多数作りこんだシリコンウエハをダイサーな
どを用いて各マイクロGセンサへダイシングする。そし
て、使用用途に応じてマイクロGセンサを適当な基板や
パッケージに組み込んだ後、感度やオフセットを調整し
て完成される。図21(B)は空隙部のあるSOI基板
から出発する方法で、この場合は犠牲層エッチングを行
うことなく加速度検出部を製作することが可能になる。
なお、空隙部のあるSOI基板はあらかじめ空隙部とな
る部分に熱酸化膜のない支持基板用のシリコン板と素子
形成用のシリコン板を直接接合することによって得られ
る。
FIG. 21 shows a schematic manufacturing process of the micro G sensor according to the present invention. FIG. 21A shows a method of starting from an SOI substrate or a simple silicon substrate. First, a signal processing circuit portion is manufactured by a well-known semiconductor integrated circuit process, and then a sacrifice layer such as a dry etching of a silicon plate or a thermal oxide film. The acceleration detection part is formed by making full use of etching.
Then, after electrically connecting the circuit unit and the detection unit, a cap is bonded to the upper portion of the silicon plate so that at least the acceleration detection unit can be sealed in the airtight space. Next, a silicon wafer having a large number of micro G sensors formed therein is diced into each micro G sensor using a dicer or the like. Then, after the micro G sensor is incorporated into an appropriate substrate or package according to the intended use, the sensitivity and offset are adjusted to complete the process. FIG. 21B shows a method of starting from an SOI substrate having a void portion. In this case, an acceleration detecting portion can be manufactured without performing sacrifice layer etching.
An SOI substrate having a void is obtained by directly bonding a silicon plate for a support substrate and a silicon plate for forming an element, which have no thermal oxide film, in advance to a portion to be the void.

【0029】[0029]

【発明の効果】加速度検出部が気密構造のため、低コス
トで量産性と信頼性に優れた集積型マイクロGセンサが
得られる。また、直交した2成分以上の加速度を同時に
検出できるマイクロGセンサが得られる。
Since the acceleration detecting portion has an airtight structure, it is possible to obtain an integrated micro G sensor which is low in cost and excellent in mass productivity and reliability. Further, a micro G sensor capable of simultaneously detecting accelerations of two or more orthogonal components can be obtained.

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

【図1】本発明による加速度センサ(マイクロGセン
サ)の実施例の平面図を示した図。
FIG. 1 is a diagram showing a plan view of an embodiment of an acceleration sensor (micro G sensor) according to the present invention.

【図2】前実施例の断面図を示した図。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional view of the previous embodiment.

【図3】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例の
平面図を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing a plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図4】前実施例の断面図を示した図。FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional view of the previous embodiment.

【図5】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例の
断面図を示した図。
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図6】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例の
断面図を示した図。
FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図7】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例の
平面図を示した図。
FIG. 7 is a diagram showing a plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図8】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例の
平面図を示した図。
FIG. 8 is a diagram showing a plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図9】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例の
断面図を示した図。
FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図10】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例
の断面図を示した図。
FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図11】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例
の断面図を示した図。
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図12】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例
の断面図を示した図。
FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図13】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例
の平面図を示した図。
FIG. 13 is a diagram showing a plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図14】前実施例の断面図を示した図。FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional view of the previous embodiment.

【図15】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例
の断面図を示した図。
FIG. 15 is a diagram showing a cross-sectional view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図16】本発明によるマイクロGセンサの実装方法を
示した図。
FIG. 16 is a diagram showing a mounting method of a micro G sensor according to the present invention.

【図17】本発明によるマイクロGセンサの他の実施例
の平面図を示した図。
FIG. 17 is a diagram showing a plan view of another embodiment of the micro G sensor according to the present invention.

【図18】図8,図12に示したマイクロGセンサの固
定電極部の形状を示した図。
FIG. 18 is a diagram showing the shape of a fixed electrode portion of the micro G sensor shown in FIGS. 8 and 12.

【図19】本発明による三次元マイクロGセンサの平面
図を示した図。
FIG. 19 is a diagram showing a plan view of a three-dimensional micro G sensor according to the present invention.

【図20】本発明による三次元マイクロGセンサのビー
ム形状を示した図。
FIG. 20 is a diagram showing a beam shape of a three-dimensional micro G sensor according to the present invention.

【図21】本発明によるマイクロGセンサの概略製造プ
ロセスを示した図。
FIG. 21 is a diagram showing a schematic manufacturing process of the micro G sensor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン板、2,20,21…加速度検出部、3…
信号処理回路部、4…接着材、5,24…固定端、6,
6a,6b,23…ビーム、7,27,28,29…ス
リット、8,22,43,44…可動マス、9,9a…
パッド、10…支持基板用シリコン板、11…熱酸化
膜、12…熱酸化膜などの絶縁層、13,33…キャッ
プ、14,15,17,17a,19,19a,26,
26a,31…空隙、16,16a,18,18a,2
5,25a,39,40,41,42…固定電極、30
…突起部、32…pn接合分離領域、34…接着層、3
5,35a…半田、36,36a…導体部、37…モジ
ュール基板、38…マイクロGセンサ、43…空間。
1 ... Silicon plate, 2, 20, 21 ... Acceleration detector, 3 ...
Signal processing circuit section, 4 ... Adhesive material, 5, 24 ... Fixed end, 6,
6a, 6b, 23 ... Beam, 7, 27, 28, 29 ... Slit, 8, 22, 43, 44 ... Movable mass, 9, 9a ...
Pads, 10 ... Silicon plate for supporting substrate, 11 ... Thermal oxide film, 12 ... Insulating layer such as thermal oxide film, 13, 33 ... Cap, 14, 15, 17, 17a, 19, 19a, 26,
26a, 31 ... Voids, 16, 16a, 18, 18a, 2
5, 25a, 39, 40, 41, 42 ... Fixed electrode, 30
... protrusions, 32 ... pn junction isolation region, 34 ... adhesive layer, 3
5, 35a ... Solder, 36, 36a ... Conductor part, 37 ... Module substrate, 38 ... Micro G sensor, 43 ... Space.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 大貫 仁 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 (72)発明者 望月 康弘 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 市川 範男 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 堀江 潤一 茨城県ひたちなか市大字高場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 仲沢 照美 茨城県ひたちなか市大字高場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 久保田 正則 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Satoshi Shimada, Satoshi Shimada, 7-1, 1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor, Hitoshi Onuki 7-chome, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 Incorporated company Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor, Akira Koide, 502, Jinritsucho, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture, Ltd., Institute of Mechanical Research, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor, Yasuhiro Mochizuki, 7-chome, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Norio Ichikawa 2477 Takaba, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture Hitachi Car Engineering Ltd. (72) Inventor Junichi Horie 2520 Takaba, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture (72) Inventor Terumi Nakazawa Hitachi Ltd., Hitachi, Ltd. 2520 Address Company Hitachi Automotive Systems Division (72) Inventor Masanori Kubota 2477 Takaba, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture Hitachi Car Engineering Co., Ltd. (72) Keiji Hanzawa 2477 Takaba, Hitachinaka City, Ibaraki Prefecture Stock Association Inside Hitachi Car Engineering

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】支持体で支持され且つ可動電極の機能を有
する可動質量体と、前記可動質量体に対向して配置され
た固定電極よりなる加速度検出部と、加速度に応じて変
位する前記可動質量体の動きを加速度信号に変換する信
号処理回路部と、を半導体基板へ一体に集積化した加速
度センサにおいて、 少なくとも前記加速度検出部が前記半導体基板の上に接
合した被覆材によって気密空間内に配置されていること
を特徴とする加速度センサ。
1. A movable mass body which is supported by a support body and has a function of a movable electrode, an acceleration detection section which is composed of a fixed electrode which is arranged so as to face the movable mass body, and the movable body which is displaced in accordance with acceleration. A signal processing circuit unit for converting movement of a mass body into an acceleration signal, and an acceleration sensor integrated on a semiconductor substrate, wherein at least the acceleration detection unit is placed in an airtight space by a covering material bonded onto the semiconductor substrate. An acceleration sensor characterized by being arranged.
【請求項2】請求項1において、前記半導体基板は素子
形成用シリコン板と支持基板用シリコン板を積層したS
OI基よりなり、前記素子形成用シリコン板へ前記支持
体で支持された前記可動質量体を前記信号処理回路と共
に集積化したことを特徴とする加速度センサ。
2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is formed by laminating an element forming silicon plate and a supporting substrate silicon plate.
An acceleration sensor comprising an OI group, wherein the movable mass body supported by the support body on the element forming silicon plate is integrated together with the signal processing circuit.
【請求項3】請求項1において、信号処理回路を形成し
た前記半導体基板の表面へ成膜した多結晶シリコンから
前記支持体と前記可動質量体を形成したことを特徴とす
る加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the support and the movable mass body are formed from polycrystalline silicon film formed on a surface of the semiconductor substrate on which a signal processing circuit is formed.
【請求項4】請求項2又は3において、前記支持体で支
持された前記可動質量体に対向する固定電極がSOI基
板の素子形成用シリコン板あるいはSOI基板の支持基
板用シリコン板あるいはシリコン板の表面に成膜した多
結晶シリコンあるいは回路を形成したシリコン板あるい
はシリコン板の上に接合した前記被覆材から形成される
ことを特徴とする加速度センサ。
4. The fixed electrode facing the movable mass body supported by the support according to claim 2, wherein the fixed electrode is a silicon plate for element formation of an SOI substrate, a silicon plate for a support substrate of an SOI substrate, or a silicon plate. An acceleration sensor characterized by being formed of polycrystalline silicon formed on the surface, a silicon plate having a circuit formed thereon, or the above-mentioned coating material bonded onto the silicon plate.
【請求項5】請求項1又は2において、可動質量体に対
向する前記固定電極が前記可動質量体下部の前記半導体
基板へ、前記可動質量体と前記固定電極の一部がオーバ
ーラップするように形成されていることを特徴とする加
速度センサ。
5. The fixed electrode according to claim 1 or 2, wherein the fixed electrode facing the movable mass body overlaps the semiconductor substrate under the movable mass body with a part of the movable mass body and the fixed electrode. An acceleration sensor characterized by being formed.
【請求項6】請求項1から5のいずれかにおいて、直交
した2成分の加速度を検出できるように前記可動質量体
へ対向して固定電極を設けたことを特徴とする加速度セ
ンサ。
6. An acceleration sensor according to claim 1, wherein a fixed electrode is provided facing the movable mass body so that accelerations of two orthogonal components can be detected.
【請求項7】請求項6において、前記支持体で支持され
た前記可動質量体が少なくとも一つ以上であることを特
徴とする加速度センサ。
7. The acceleration sensor according to claim 6, wherein the movable mass body supported by the support body is at least one or more.
【請求項8】請求項6において、前記固定電極が前記半
導体基板を微細加工して得られた突起物あるいは半導体
基板へ形成したpn接合分離領域で構成されることを特
徴とする加速度センサ。
8. The acceleration sensor according to claim 6, wherein the fixed electrode comprises a protrusion obtained by finely processing the semiconductor substrate or a pn junction isolation region formed on the semiconductor substrate.
【請求項9】請求項6において、半田などの手段でモジ
ュール基板へ直接的に表面実装できるように、前記信号
処理回路部を形成した半導体基板の上に端子を形成した
ことを特徴とする加速度センサ。
9. The acceleration according to claim 6, wherein terminals are formed on the semiconductor substrate on which the signal processing circuit section is formed so that the module substrate can be directly surface-mounted by means of solder or the like. Sensor.
【請求項10】請求項1において、前記可動質量体と前
記固定電極間の空隙部があらかじめ形成されているSO
I基板を用いて加速度検出部を加工することを特徴とす
る加速度センサ。
10. The SO according to claim 1, wherein a space between the movable mass body and the fixed electrode is formed in advance.
An acceleration sensor characterized by processing an acceleration detection unit using an I substrate.
【請求項11】支持体で支持され且つ可動電極の機能を
有する可動質量体と、前記可動質量体に対向して配置さ
れた固定電極よりなる加速度検出部と、加速度に応じて
変位する前記可動質量体の動きを加速度信号に変換する
信号処理回路部とを半導体基板へ一体に集積化した加速
度センサにおいて、少なくとも前記可動質量体が2個以
上あり一つの可動質量体が前記半導体基板の表面に垂直
な方向の加速度に応じ、他の可動質量体が半導体基板の
表面方向に平行な加速度に応じて変位できることを特徴
とする加速度センサ。
11. A movable mass body, which is supported by a support body and has a function of a movable electrode, an acceleration detection section composed of a fixed electrode which is arranged so as to face the movable mass body, and the movable body which is displaced in accordance with acceleration. In an acceleration sensor in which a signal processing circuit unit that converts the movement of a mass body into an acceleration signal is integrated on a semiconductor substrate, at least two or more movable mass bodies are provided, and one movable mass body is provided on the surface of the semiconductor substrate. An acceleration sensor, wherein another movable mass body can be displaced according to an acceleration parallel to a surface direction of a semiconductor substrate according to an acceleration in a vertical direction.
【請求項12】請求項11において、三次元方向の加速
度を検出できることを特徴とする加速度センサ。
12. The acceleration sensor according to claim 11, which is capable of detecting acceleration in a three-dimensional direction.
【請求項13】請求項11において、前記半導体基板の
表面に垂直な方向の加速度に応じて変位する可動質量体
を支持する支持体の厚さがその幅より小さい寸法で、前
記半導体基板の表面方向に平行な加速度に応じて変位す
る可動質量体を支持する支持体の厚さがその幅より大き
い寸法であることを特徴とする加速度センサ。
13. The surface of the semiconductor substrate according to claim 11, wherein the thickness of the support for supporting the movable mass body that is displaced according to the acceleration in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is smaller than the width thereof. An acceleration sensor, characterized in that a thickness of a support body that supports a movable mass body that is displaced according to an acceleration parallel to a direction is larger than its width.
【請求項14】請求項11から13のいずれかにおい
て、少なくとも加速度検出部が半導体基板の上に接合し
た被覆材によって気密空間内に配置されていることを特
徴とする加速度センサ。
14. An acceleration sensor according to claim 11, wherein at least the acceleration detecting portion is arranged in an airtight space by a covering material bonded on the semiconductor substrate.
【請求項15】支持体で支持され且つ可動電極の機能を
有する可動質量体と、前記可動質量体に対向して配置さ
れた固定電極よりなる加速度検出部と、加速度に応じて
変位する前記可動質量体の動きを加速度信号に変換する
信号処理回路部とを半導体基板へ一体に集積化した加速
度センサにおいて、前記可動質量体に対向する前記固定
電極が前記可動質量体下部の半導体基板へ、前記可動質
量体と前記固定電極の一部がオーバーラップするように
形成されていることを特徴とする加速度センサ。
15. A movable mass body, which is supported by a support body and has a function of a movable electrode, an acceleration detection section composed of a fixed electrode arranged to face the movable mass body, and the movable body which is displaced in accordance with acceleration. In an acceleration sensor in which a signal processing circuit unit that converts the movement of a mass body into an acceleration signal is integrated on a semiconductor substrate, the fixed electrode facing the movable mass body is connected to the semiconductor substrate below the movable mass body, An acceleration sensor, wherein a movable mass body and a part of the fixed electrode are formed to overlap each other.
【請求項16】請求項15において、直交した2成分の
加速度を検出できるように前記可動質量体へ対向して固
定電極を設けたことを特徴とする加速度センサ。
16. The acceleration sensor according to claim 15, wherein a fixed electrode is provided facing the movable mass body so as to detect accelerations of two orthogonal components.
【請求項17】請求項16において、前記支持体で支持
された前記可動質量体が少なくとも一つ以上であること
を特徴とする加速度センサ。
17. The acceleration sensor according to claim 16, wherein the movable mass body supported by the support body is at least one or more.
【請求項18】請求項15において、前記固定電極が半
導体基板を微細加工して得られた突起物あるいは前記半
導体基板へ形成したpn接合分離領域で構成されること
を特徴とする加速度センサ。
18. The acceleration sensor according to claim 15, wherein the fixed electrode comprises a protrusion obtained by finely processing a semiconductor substrate or a pn junction isolation region formed on the semiconductor substrate.
【請求項19】請求項1において、キャップがAgやA
uなどの金属薄膜よりなるインサート材で接合されるこ
とを特徴とする加速度センサ。
19. The cap according to claim 1, wherein the cap is Ag or A.
An acceleration sensor characterized by being joined by an insert material made of a metal thin film such as u.
【請求項20】支持体で支持され且つ可動電極の機能を
有する可動質量体と、前記可動質量体に対向して配置さ
れた固定電極よりなる加速度検出部と、加速度に応じて
変位する前記可動質量体の動きを加速度信号に変換する
信号処理回路部とを半導体基板へ一体に集積化した加速
度センサにおいて、少なくとも直交した2成分以上の加
速度を検出可能な加速度センサ。
20. A movable mass body, which is supported by a support body and has a function of a movable electrode, an acceleration detection section made up of a fixed electrode arranged so as to face the movable mass body, and the movable body which is displaced in accordance with acceleration. An acceleration sensor in which a signal processing circuit unit for converting movement of a mass body into an acceleration signal is integrally integrated on a semiconductor substrate, the acceleration sensor being capable of detecting acceleration of at least two orthogonal components.
【請求項21】請求項20において、直交した2成分以
上の加速度を異なる感度で検出可能な加速度センサ。
21. The acceleration sensor according to claim 20, which is capable of detecting accelerations of two or more orthogonal components with different sensitivities.
【請求項22】請求項21において、前記可動質量体及
びこれを支持する支持体が少なくとも2組以上あり、直
交した2成分以上の加速度を異なる感度で検出できるよ
うに前記支持体のバネ定数が異なることを特徴とする加
速度センサ。
22. At least two sets of the movable mass body and the support body supporting the movable mass body are provided, and the spring constant of the support body is set so that accelerations of two or more orthogonal components can be detected with different sensitivities. Acceleration sensor characterized by being different.
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