JPH0989925A - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
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- JPH0989925A JPH0989925A JP24270495A JP24270495A JPH0989925A JP H0989925 A JPH0989925 A JP H0989925A JP 24270495 A JP24270495 A JP 24270495A JP 24270495 A JP24270495 A JP 24270495A JP H0989925 A JPH0989925 A JP H0989925A
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Abstract
に加速度の感度特性の測定ができ、安価で均一な特性の
センサチップを得ることと、実機搭載後においても、電
気的に故障の有無を検出し信頼性および安全性の高いセ
ンサチップを得る。 【解決手段】リードフレーム4上に絶縁樹脂5を介して
センサチップ1を固着し、リードフレーム4を樹脂ケー
ス6に固着し、樹脂ケース6と樹脂キャップ7を固着す
る。センサチップ1はシリコン基板30に重り部19、
支持部20および薄肉の梁部21とを形成し、梁部21
に複数個のピエゾ抵抗体14を形成する。この重り部1
9とリードフレーム4間に交流電圧を印加可能とする。
Description
検出する加速度センサに関する。
プの要部断面図を示す。半導体の微細加工技術により、
シリコン基板30に可動部である重り部19、連結部で
ある薄肉の梁部21および不動部である支持部20を設
け、梁部21表面に加速度を検出するピエゾ抵抗体14
を形成し、シリコン基板30上側を凹型に加工された上
部ガラス板17で被覆し、シリコン基板30の下側の支
持部20を凹型に加工された下部ガラス板18に固着す
る。上部ガラス板17および下部ガラス板18は重り部
19が加速度で上下に移動したとき、移動量を抑え、梁
部21に過大な力が加わり、この部分で破損することを
防止するための重り部19の上下の振れを止めるストッ
パーの役割をしている。つまり、過大な加速度でも梁部
21が破損しないようにするための保護用のガラス板で
ある。これら全体をセンサチップ1と呼ぶこととする。
み込んだ加速度センサの要部断面図を示す。金属ステム
8上にセラミック製の厚膜基板9を固着し、金属配線で
パターンニングされた厚膜基板9上にセンサチップ1と
信号処理用IC2を搭載し、厚膜基板9上の金属配線と
センサチップ1や信号処理用IC2とをアルミ線等のワ
イヤ3で接続し、また金属配線は外部導出端子24とワ
イヤ3で接続され、金属ステム8に金属キャップ9を固
着して加速度センサが完成する。
センサチップ1は重り部19を薄肉の梁部21で支持
し、それを保護するために、前記のように、上部ガラス
板17および下部ガラス板18を付ける構造とする。し
かし、この上部ガラス板17および下部ガラス板18を
付ける構造は非常に高価である。また加速度に対する感
度や振動特性の測定は図5のように組み立てた後の完成
品で行うため、工程途中での測定や自動車等の実機に搭
載した後での特性測定は出来ず、また完成品の特性測定
は振動試験機に搭載して行うため、大がかりで手間がか
かるという問題点があった。
センサチップの製造工程途中において、電気的に加速度
の感度特性の測定ができ、安価で均一な特性のセンサチ
ップを得ることがてき、また実機搭載後においても、電
気的に故障の有無を検出することが可能となり、信頼性
および安全性の高い半導体加速度センサを提供すること
にある。
めに、基体上の半導体基板上にピエゾ抵抗体を形成する
加速度センサにおいて、加速度により変位する可動部
と、可動部と梁部で連結され、可動部の周囲に配置され
る不動部と、梁部に形成されたピエゾ抵抗体とを備える
半導体基板の可動部が所定の距離だけ離れて対向する導
電体を有する構成とする。
形電極と実装時の共振防止のための固定部とを有すると
よい。可動部と導電体との間に静電引力が働くように、
可動部と連結する不動部と導電体との間に交流電圧を印
加するとよい。絶縁膜の材質がポリイミド樹脂、シリコ
ーンゴム又はエポキシ樹脂のいずれかであると効果的で
ある。また可動部に対向する基体の表面側にを凹部を有
するとよい。また前記可動部と導電体との所定の距離が
10μmないし50μmであると効果的である。
極との隙間を重り部の可動範囲の2〜4倍とし、不動部
上の電極と下部電極との間に50V〜100V程度の交
流電圧を印加することで、重り部と下部電極間に静電引
力を働らかせ、重り部を振動させる。この振動をピエゾ
抵抗体で構成されたブリッジ回路の出力電圧として計測
することで、加速度の感度を評価することができる。自
動車などに搭載された所謂実機状態では、バッテリー電
圧は12V程度と低いが、この低い電圧でも、加速度が
9.8m/s2 相当の出力電圧の変化が得られるため、
自動車に搭載した後でも十分機能チェックが行える。
同図(a)は加速度センサの要部断面図、同図(b)は
センサチップの拡大断面図を示す。センサチップ1(加
速度をセンシングする素子)はシリコン基板30に重り
部19、支持部20および薄肉の梁部21とを形成し、
支持部20をエポキシ樹脂、シリコーンゴム、ポリイミ
ドなどの絶縁樹脂5を介してリードフレーム4上に固着
する。シリコン基板30の表面を汚染等から保護するた
めにパッシベーション膜16を被覆する。また梁部21
に複数個のピエゾ抵抗体14を形成する。同図ではこの
ピエゾ抵抗体14はその内の一個のみ示されている。ま
た信号処理用IC2も絶縁樹脂5を介してリードフレー
ム4上に固着する。センサチップ1、信号処理用IC2
およびリードフレーム4間の配線をアルミ線等のワイヤ
3で行う。リードフレーム4を樹脂ケース6に固着し、
樹脂ケース6と樹脂キャップ7を固着する。絶縁樹脂5
を1層または多層にして厚みを調整し、重り部19とリ
ードフレーム4の隙間25を所定の間隔とする。その間
隔は5〜20μmであり、望ましくは10〜16μm程
度がよい。またセンサチップ1の大きさは従来のチップ
の大きさである約20×40mm2 から約15×20m
m2 に縮小され、そのため重り部19の大きさも小さく
なり、同じ加速度が加わっても梁部21に加わる力は小
さく、そのため、従来のように保護用のガラス板は不要
となり、低価格となる。
(a)は加速度センサの要部断面図、同図(b)はセン
サチップに交流電圧を印加した場合の状態図を示す。第
1実施例と主に異なる点は、重り部19に対向するリー
ドフレーム表面に凹部を設けた凹形リードフレーム8を
用いている点である。凹形リードフレーム8にすること
で、支持部20とリードフレームを固着する絶縁樹脂5
の一部が凹部まで滲みでたとしても、重り部19がリー
ドフレームに当たらないようにできる。図1および図2
の加速度センサへの交流電圧の印加について図1(b)
を用いて説明する。図2(b)において、センサチップ
1の支持部20に交流電圧印加用の第1電極15aとピ
エゾ抵抗体14に電圧を供給する第2電極15bを設
け、凹形リードフレーム8と第1電極15aとの間に5
0V〜100V程度の交流電圧を印加する。重り部19
と凹形リードフレーム8との間に印加する交流電圧によ
って働く静電気による引力(以下、静電引力と呼ぶ)に
より、重り部19はμmオーダーの振動をする。この振
動が梁部21に伝達され、梁部21に形成されたピエゾ
抵抗体14の抵抗値を変化させる。4本以上のピエゾ抵
抗体14でブリッジ回路が構成されており、その出力電
圧が出力端子22から取り出される。この出力電圧は重
り部19の変位に比例する。この時、絶縁樹脂5の膜厚
を均一に制御することが、適正な静電引力を与え、絶縁
耐圧を確保するのに重要である。そのために、前記の絶
縁樹脂5を多層にして膜厚を制御すると効果的である。
サの要部断面図を示す。センサチップ1、信号処理用I
C2および厚膜部品であるコンデンサ11、抵抗体12
などをセラミック製の厚膜基板9に実装した実施例であ
る。厚膜基板9上に形成する配線用の導電膜23は電極
10と接続し、電極10は外部回路と配線される。この
配線用の導電膜23上にセンサチップ1の支持部が絶縁
樹脂5を介して固着される。そして、重り部19に対向
する部分にも導電膜23が設けられている。また配線用
の導電膜23の配線パターンや絶縁ガラスパターン等の
線幅や膜厚は、印刷スクリーンのメッシュ粗さで、容易
に制御できる。そのため、重り部19と厚膜基板9との
隙間の選択が容易にでき、また厚膜基板9は絶縁板のた
め必要な回路部品がすべて搭載でき、組み立てが容易
で、低価格化が図れる。尚、この隙間の調整は、配線用
の導電膜23を多層に形成しても、絶縁樹脂5を多層に
しても、さらにこれらの組み合わせでもできる。また加
速度センサを構成するセンサチップ1、信号処理用IC
2や厚膜部品を収納するパッケージには表面実装形電極
(突起電極)が設けられ、且つ、自動車等に実装したと
きの振動で重り部19が共振を起さないように固定部が
設けられる。さらに前記のコンデンサ11や抵抗体12
などの増幅・温度補償の信号処理回路を構成する部品な
どを複合実装できる利点もある。
サチップの重り部と下部電極であるリードフレームまた
は厚膜基板上に形成した金属膜との間に静電引力を働か
せることで電気的に加速度を与え、加速度の感度測定が
可能となり、実機搭載時の安全性が確認でき、かつ低価
格化が図れる。またセラミック製の厚膜基板を用いるこ
とで必要部品の実装が低コストで容易にできる。
サの要部断面図、(b)はセンサチップの拡大断面図
サの要部断面図、(b)はセンサチップに交流電圧を印
加した場合の状態図
面図
図
速度センサの要部断面図
Claims (6)
- 【請求項1】基体上の半導体基板上にピエゾ抵抗体が形
成される加速度センサにおいて、加速度により変位する
可動部と、可動部と梁部で連結され、可動部の周囲に配
置される不動部と、梁部に形成されるピエゾ抵抗体とを
備える半導体基板の可動部が所定の距離だけ離れて対向
する導電体を有することを特徴とする半導体加速度セン
サ。 - 【請求項2】可動部と導電体との間に静電引力が働くよ
うに、可動部と連結する不動部と導電体との間に交流電
圧を印加することを特徴とする請求項1記載の半導体加
速度センサ。 - 【請求項3】絶縁膜の材質がポリイミド膜、シリコーン
ゴム又はエポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とす
る請求項1記載の半導体加速度センサ。 - 【請求項4】可動部に対向する基体の表面側に凹部を有
することを特徴とする請求項1記載の半導体加速度セン
サ。 - 【請求項5】可動部と導体部との所定の距離が5ないし
20μmであることを特徴とする請求項1記載の半導体
加速度センサ。 - 【請求項6】導電体が多層膜で形成され、パッケージが
表面実装形電極と実装での共振防止のための固定部とを
有することを特徴とする請求項1記載の半導体加速度セ
ンサ。
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-
1995
- 1995-09-21 JP JP24270495A patent/JP3346118B2/ja not_active Expired - Fee Related
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