JPH10123167A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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JPH10123167A
JPH10123167A JP9194166A JP19416697A JPH10123167A JP H10123167 A JPH10123167 A JP H10123167A JP 9194166 A JP9194166 A JP 9194166A JP 19416697 A JP19416697 A JP 19416697A JP H10123167 A JPH10123167 A JP H10123167A
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稔 村田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用温度範囲内で基板側から受ける応力で発
生する感度変動を所定以下となるようにセンサチップを
形成する。 【解決手段】 センサチップ２３は、シリコン台座２２
上に接着剤２７により接着固定されるもので、外周部に
フレーム２４が形成され、これに４つの梁部２５ａ〜２
５ｄを介して重り部２６が支持される構造である。セン
サチップ２３の構造で、温度変化で発生する応力による
感度変動に対して大きく変動する要素として、梁部２５
ａ〜２５ｄの厚さ寸法であることに着目し、これを４．
２μｍ以上で５．５μｍ以下程度（好ましくは４．５μ
ｍ）に設定することで、感度の温度係数ＴＣＳを±８０
０ｐｐｍ／℃以下にすることができ、−３０℃から８０
℃の使用温度範囲で感度の変動度合を５〜６％以下に抑
制できる。±１Ｇ〜±２Ｇ程度の微小な加速度を精度良
く検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度の検出範囲
を±１Ｇから高々±２Ｇ程度としたものであって、加速
度を受けて重り部が変位するとこの重り部を支持してい
る梁部に形成した抵抗体が歪みを受けて抵抗値が変化す
るのを電気的に検出してそのとき受けている加速度の大
きさを検出するようにした半導体センサ素子を有する半
導体加速度センサに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】半導体加速度センサと
しては、加速度を受けて変位する重り部を拡散抵抗が形
成された梁部を介して外枠により支持する形状にシリコ
ン基板をエッチング等により形成したものがある。この
ものは、加速度を受けると重り部がその加速度に比例し
た力を受けて変位するので、これを支持している梁部が
歪むようになり、その歪みによる応力で拡散抵抗がピエ
ゾ抵抗効果によって変化するようになる。拡散抵抗をブ
リッジ接続した検出回路を形成しておくことにより、そ
の抵抗値の変化を電圧信号として検出することができ、
これに基づいて受けた加速度を検出することができるの
である。
【０００３】ところで、このような半導体加速度センサ
としては、従来では、例えば、自動車が衝突する場合な
どに受ける激しい衝撃を検出するためのものがあり、こ
れは、被検出部が受ける衝撃の程度を加速度の大きさと
して検出するような場合に用いるものであるので、加速
度の検出範囲は１０Ｇ（Ｇは重力の加速度で９．８ｍ／
ｓｅｃ２）を超えるような大きい加速度値が対象となっ
ていた。
【０００４】ところで、近年では自動車などにおいて、
上述のような衝撃の加速度よりもずっと小さい加速度と
して、通常の走行状態で発生する加速や減速の程度のレ
ベルの微小な加速度を検出して制動制御等を行うことに
より安全性の向上を図ることが要求されるようになって
いる。したがって、その検出対象となる加速度の範囲
は、±１Ｇ程度から精々±２Ｇ程度までの小さい範囲で
精度良く検出できるものが要求されている。
【０００５】しかしながら、このように微小な加速度を
検出するための半導体加速度センサとしては、次のよう
な技術的課題がある。すなわち、センサチップの重り部
が加速度により受ける僅かな力を梁部の歪みとして発生
させるものであるから、センサチップ自体が固定されて
いるフレーム部分から僅かでも力を受けた状態になる
と、重り部を支持している梁部にも応力が及ぶことにな
り、拡散抵抗に応力が加わった状態となり、これによっ
て検出感度が変動して検出動作に悪影響を及ぼすことが
ある。
【０００６】このような不具合に対処すべく、加速度の
検出範囲を±１Ｇから±２Ｇ程度の小さい検出範囲とし
た半導体加速度センサにおいては、下地の基板から受け
る応力を極力低減する構成を採用するようにしており、
例えば、図１０および図１１はその構成の概略を示して
いる。すなわち、シリコン製の半導体センサチップ１
は、外枠となる第１フレーム２内に、素子部３が片持梁
４によって支持された状態に形成されている。
【０００７】素子部３には内枠となる「コ」の字状をな
す第２フレーム５と、この第２フレーム５から延出され
る４つの梁部６ａ〜６ｄと、これら４つの梁部６ａ〜６
ｄにより支持された重り部７とにより構成されている。
４つの梁部６ａ〜６ｄにはあらかじめ拡散抵抗が形成さ
れており、後述するように、歪みを受けるとピエゾ抵抗
効果によりその抵抗値が変化するように設けられてい
る。そして、これら拡散抵抗はブリッジ接続状態に配線
されており、抵抗値の変化を電圧信号として取り出すこ
とができるようになっている。
【０００８】半導体センサチップ１は、第１フレーム２
をガラス製の台座８に陽極接合により固定されている。
台座８には、第１フレーム２と対向する部分よりも内側
に凹部８ａが形成されており、重り部７が変位しても接
触しないようになっている。ガラス製の台座８はセラミ
ック製の基板９に接着固定されている。この基板９には
センサ出力の信号処理を行うＩＣチップ１０がダイボン
ディングされており、このＩＣチップ１０と半導体セン
サチップ１との間にはボンディングワイヤ１１により電
気的な接続がとられている。
【０００９】半導体センサチップ１が台座８を介して接
着固定された基板９は、金属製のベース１２ａとキャッ
プ１２ｂからなるケース１２内に配設されており、この
ケース１２内部には過大な加速度が加わったときに破壊
しないようにするためのダンパ材としてオイル１３が充
填されている。また、ケース１２から外部には半導体セ
ンサチップ１やＩＣチップ１０と電気的に接続される図
示しないリード線が導出されており、検出信号が出力さ
れるようになっている。
【００１０】上記構成によれば、半導体センサチップ１
が面に垂直方向の加速度を受けると、そのときの力によ
り重り部７が加速度と反対方向に変位し、これによって
梁部６ａ〜６ｄに形成されている拡散抵抗が加速度に応
じた歪みを受けるようになる。すると、拡散抵抗のピエ
ゾ抵抗効果によってブリッジ接続した回路の出力電圧が
変化するようになるので、そのとき受けている加速度を
検出することができるようになる。
【００１１】また、上述の構成を採用することにより、
使用環境の温度変動が大きい場合でも、その熱膨張によ
る応力が発生して基板９やガラス製の台座８から半導体
センサチップ１に応力が作用したときに、第１フレーム
２でその応力を吸収することができ、この第１フレーム
２に片持梁４により１点で片持状態に支持された第２フ
レーム５には、その応力が及ぶのを極力防止することが
できるのである。
【００１２】しかしながら、加速度の検出範囲が±１Ｇ
〜±２Ｇ程度の微小な領域であることから、半導体セン
サチップ１の構成においては、その検出感度を上げるた
めには梁部の厚さ寸法を薄く形成することが必要となる
が、単に薄く形成することが必ずしも検出感度の向上に
つながるとはいえなかった。
【００１３】また、上述のような構成のものでさらに高
精度の検出能力が要求される場合例えば±１Ｇ程度まで
の加速度を高精度で検出する必要がある半導体加速度セ
ンサに適用する場合には、ダンパ材としてケース１２内
部に充填しているオイル１３に起因して安定な検出動作
が行えない場合が生じ、使用温度範囲が限定されたりあ
るいは検出誤差が大きくなる不具合がある。
【００１４】例えば、使用温度範囲が−３０℃から８５
℃程度までの広い場合に、上述の構成における感度の変
動度（加速度が０Ｇの場合と１Ｇの場合との出力電圧の
差の値を感度としたときの変動度合いを％値で示したも
の）の実測結果では、最小値で−２．５％程度、最大値
で＋１％程度までのばらつきがあることがわかった。し
たがって、上記のような使用温度範囲で±１Ｇ程度の加
速度を精度良く検出するために実用上で必要とされる変
動度合いは１〜２％程度までであるから、この条件を満
足できない場合が発生することになる。
【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的は、このように重力の加速度±１Ｇ
〜±２Ｇ程度の比較的小さい加速度を精度良く検出する
構成でありながら、基板側からの応力による悪影響を極
力防止できるようにして検出レベルによっては小形化も
図れるようにした半導体加速度センサを提供することに
ある。
【００１６】また、本発明の第２の目的は、さらに小さ
い加速度検出領域として、例えば、±１Ｇ程度の検出範
囲でしかも使用温度範囲が広い場合でも高精度の検出動
作が行えるようにした半導体加速度センサを提供するこ
とにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、使
用する温度範囲内における感度の変動量が±１Ｇ〜±２
Ｇ程度の微小な加速度の検出に支障を来さないで精度良
く検出できるようにするために、半導体センサ素子の梁
部の厚さ寸法に着目し、製作時にその値の条件を満たす
ようにすることで、確実に精度の良い検出動作を行える
ようになり、全体の小形化も図れるようになる。
【００１８】請求項２の発明では、感度の変動量の許容
値を５〜６％程度に設定しているので、これに対応して
半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を設定することによ
り、±１Ｇ〜±２Ｇの加速度を精度良く検出できるよう
になる。
【００１９】請求項３の発明では、使用温度範囲として
基準温度を中心として±６０℃程度の範囲の広い範囲で
±１Ｇ〜±２Ｇ程度の加速度を精度良く検出することが
できるようになる。
【００２０】請求項４の発明では、半導体センサ素子の
梁部の厚さ寸法を、１℃当たりの感度の変動率を示す感
度の温度係数値ＴＣＳが±８００ｐｐｍとなるときの寸
法以上に設定しているので、広い温度範囲で精度の良い
加速度の検出動作を行うことができるようになる。
【００２１】請求項５の発明では、半導体センサ素子の
梁部の厚さ寸法を４．２μｍ以上となるように設定して
いるので、±１Ｇ〜±２Ｇ程度の範囲で加速度の検出を
精度良く行うことができるようになる。
【００２２】請求項６の発明では、半導体センサ素子の
梁部の厚さ寸法を４．５μｍから５．５μｍの範囲の寸
法に設定しているので、上述のものよりも、±１Ｇ〜±
２Ｇの範囲の加速度をより安定に且つ精度の良い検出動
作を行うことができるようになる。
【００２３】請求項７の発明では、半導体センサ素子を
重り部を梁部により両持ちする構造のものに適用してい
るので、片持構造の梁部の場合に比べて他軸感度が減少
することにより、±１Ｇから±２Ｇ程度の検出範囲の加
速度を精度良く検出することができるようになる。そし
て、この場合に、両持ち構造の梁部を有することで、一
般的に梁部が連結される枠体から受ける歪みの影響が大
きくなるという構成であっても、台座側から受ける歪み
の悪影響を低減する構成を採用であることから、検出精
度の向上を図ることができるようになるのである。
【００２４】請求項８の発明では、使用する温度範囲内
における感度の変動量が±１Ｇ程度の微小な加速度の検
出に支障を来さないで精度良く検出できるようにするた
めに、半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法に着目し、製
作時にその値の条件を満たすようにすると共に、重り部
を支持する構成を内枠部と外枠部との二重構造としてさ
らにエアダンピングを行う構成を採用している。
【００２５】これにより、半導体センサ素子に作用する
加速度により受ける力で重り部が変位すると、これを内
枠部から支持している梁部が歪むことにより抵抗値が変
化して加速度を検出することができる。このとき、内枠
部は肉厚の連結部を介して外枠部により支持された状態
で台座に固定されているので、使用環境の温度変動など
により台座側から応力を受ける場合でも、内枠部に応力
が及ぶのを極力防止することができ、しかも、エアダン
ピングの構造を採用することから、オイルなどのダンピ
ング材などを介して受ける温度変動による悪影響を防止
することができるので、±１Ｇ程度の低い加速度を広い
使用温度範囲で精度良く検出することができるようにな
る。
【００２６】請求項９の発明では、感度の変動量の許容
値を１〜２％程度に設定しているので、これに対応して
半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を設定することによ
り、±１Ｇ程度の加速度を精度良く検出できるようにな
る。
【００２７】請求項１０の発明では、使用温度範囲とし
て基準温度を中心として±６０℃程度の範囲の広い範囲
で±１Ｇ程度の加速度を精度良く検出することができる
ようになる。
【００２８】請求項１１の発明では、半導体センサ素子
の梁部の厚さ寸法を、１℃当たりの感度の変動率を示す
感度の温度係数値ＴＣＳが±８００ｐｐｍとなるときの
寸法以上に設定しているので、広い温度範囲で精度の良
い加速度の検出動作を行うことができるようになり、こ
のとき±１Ｇの加速度の検出に際して変動が大きくなる
場合でも、外部の補償回路を用いることにより検出動作
を確実なものとすることができるようになるので、製造
上における許容範囲を広く取りながら精度の良い検出動
作を行うことができるようになる。
【００２９】請求項１２の発明では、半導体センサ素子
の梁部の厚さ寸法を、１℃当たりの感度の変動率を示す
感度の温度係数値ＴＣＳが±２００ｐｐｍとなるときの
寸法以上に設定しているので、±１Ｇ程度の加速度を温
度補償回路を設けることなく広い温度範囲で精度の良い
加速度の検出動作を行うことができるようになる。
【００３０】請求項１３の発明では、半導体センサ素子
の梁部の厚さ寸法を３．２μｍ以上で６．０μｍ以下と
なるように設定しているので、±１Ｇ程度の範囲で加速
度の検出を精度良く行うことができるようになる。
【００３１】請求項１４の発明では、半導体センサ素子
における検出感度を示す指標のひとつである１Ｇ当たり
の電圧出力値を支配している要因のうちの梁部の形状に
起因した値について、形状要因値Ｋとして示される式
（Ｋ＝ａ／（ｂ・ｄ２ ））の値の範囲を、次のように
して求めると共に、その範囲内の値をとるように各形状
要素の値を設定することにより、梁部の形状要因の許容
範囲を実質的に広くすることができる。
【００３２】すなわち、梁部の形状要素である厚さ寸法
ｄ，幅寸法ｂおよび長さ寸法ｓの典型値によって得られ
る形状要因値Ｋｏを式から求めてこれを中心値とし、次
に厚さ寸法ｄのみを許容された寸法の範囲（ｄ１〜ｄ
２）内で変動させたときに得られる形状要因値の上限値
Ｋ１および下限値Ｋ２とにより決まる範囲として設定す
る。この形状要因値Ｋ１〜Ｋ２の範囲内の値が得られる
ように各形状要因値を設定すれば良い。
【００３３】これにより、梁部の厚さ寸法ｄの値が形状
要因値Ｋ１，Ｋ２を算出する際に用いた許容された寸法
の範囲（ｄ１〜ｄ２）内から外れる場合でも、他の形状
要因の値である幅寸法ｂおよび長さ寸法ｓを適当に設定
することにより形状要因値Ｋ１〜Ｋ２の範囲内の値とな
るように設定することができるようになり、したがっ
て、梁部の形状要因を決める各部の寸法の設定の範囲を
実質的に広くすることができるようになる。
【００３４】請求項１５の発明では、形状要因値Ｋ１，
Ｋ２とにより決まる範囲を、形状要因値Ｋｏ（＝０．１
６９７）の値を基準として下限側に３５％程度、上限側
に１５％程度の範囲となるように設定することにより、
±１Ｇ程度あるいは±１Ｇ〜±２Ｇ程度の範囲で加速度
の検出を精度良く行うことができるようになる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）以下、本発明を±１．５Ｇ（１Ｇ
は重力の加速度で、９．８ｍ／ｓｅｃ２）程度の範囲の
加速度を検出するようにした自動車のＡＢＳ（アンチロ
ックブレーキシステム）用の半導体加速度センサに適用
した場合の第１の実施の形態について図１ないし図４を
参照しながら説明する。
【００３６】図１および図２はパッケージを除いた部分
の全体構成を概略的に示しているもので、パッケージの
一部をなすセラミック製の基板２１にシリコン台座２２
を介して半導体センサ素子であるシリコン製のセンサチ
ップ２３が接着固定されている。
【００３７】センサチップ２３は次のように構成されて
いる。半導体基板であるシリコン基板２３ａは、厚さ寸
法が３００μｍ（ミクロン）程度で上面側には拡散抵抗
を形成するための所定膜厚のｎ形の不純物が導入された
エピタキシャル層２３ｂが形成されたものである。チッ
プサイズは３．６ｍｍ×３．６ｍｍの正方形状である。
外周部には矩形枠状の外枠であるフレーム２４が形成さ
れ、このフレーム２４と４つの梁部２５ａ〜２５ｄを介
して重り部２６が連結された状態に支持するように形成
されている。
【００３８】梁部２５ａ〜２５ｄの表面側には拡散抵抗
が形成されており、これらの拡散抵抗はブリッジ接続し
た状態に配線されて、外部に導出可能に電極が形成され
ている（図示せず）。拡散抵抗は、歪みを受けるとピエ
ゾ抵抗効果によってその抵抗値が変化するようになって
おり、これをブリッジの出力により電圧信号として検出
するようになっている。
【００３９】梁部２５ａ〜２５ｄおよび重り部２６は、
後述する電気化学エッチング法を用いた異方性エッチン
グ処理により形成されるもので、上述したシリコン基板
２３ａとエピタキシャル層２３ｂとの導電形の違いを利
用して電気化学エッチング（例えば、特願平６−４２８
３９号に示される電気化学エッチング法を参照）を行う
ことにより、シリコン基板２３ａのみをエッチングで除
去し、この後、通常のエッチング処理によりエピタキシ
ャル層２３ｂ部分の厚さ寸法を調整することによって所
望の厚さ寸法の梁部２５ａ〜２５ｄを形成するものであ
る。なお、この場合におけるエッチング処理では、ＫＯ
Ｈ（水酸化カリウム）などのアルカリ溶液を用いた異方
性エッチングを行うようにしている。
【００４０】そして、梁部２５ａ〜２５ｄは、厚さ寸法
が４．５μｍ程度を中心値として４．２〜５．５μｍ程
度の範囲に形成され、幅寸法が１６０μｍを中心値とし
て１４０〜１８０μｍ程度の範囲に形成され、長さ寸法
が５５０μｍを中心値として５３０〜５７０μｍ程度の
範囲に形成されている。また、重り部２４は、１．４ｍ
ｇ（ミリグラム）程度となるように形成されている。
【００４１】上述の各寸法の設定により、全体の特性と
しての感度の温度係数ＴＣＳ（ｐｐｍ／℃）の値は、後
述するように、８００ｐｐｍ／℃以下となるように設定
されており、これによって、ＡＢＳ用の半導体加速度セ
ンサとして、使用温度範囲が−３０℃から８０℃程度の
範囲で、感度の変動度合を５〜６％以下に抑えることが
でき、±１Ｇ〜±２Ｇ程度の範囲の微小な加速度を精度
良く検出できるようになっている。
【００４２】次に、センサチップ２３とセラミック基板
２１との間に介在させるシリコン台座２２は、厚さ寸法
Ｄが１．８ｍｍ程度（１ｍｍ以上）に設定されており、
それぞれとの間を接着剤２７により接着固定されてい
る。
【００４３】接着剤２７は、ベース接着剤２７ａに樹脂
粒子としての樹脂ビーズ２７ｂが配合されたものであ
る。ベース接着剤２７ａは、可撓性樹脂の一種であるシ
リコーン樹脂を用いており、このシリコーン樹脂の弾性
率は１ＭＰａ（メガパスカル）程度である。
【００４４】なお、センサチップ２３とシリコン台座２
２との間に設けられる接着剤２７の樹脂ビーズ２７ｂ
は、例えば８μｍ程度の球状をなすポリジビニルベンゼ
ン樹脂をベース接着剤２７ａ中に０．１ｗｔ％（重量パ
ーセント）以下となるように配合したもので、この樹脂
ビーズ２７ｂの弾性率は４．８ＧＰａ（ギガパスカル）
程度である。また、シリコン台座２２とセラミック基板
２１との間に設けられる接着剤２７の樹脂ビーズ２７ｂ
は、例えば２８μｍ程度の粒径でベース接着剤２７ａ中
に０．５４ｗｔ％程度配合したものである。
【００４５】なお、樹脂ビーズ２７ｂの配合率の下限値
については、センサチップ２３を実装する際にそのセン
サチップ２３のフレーム２４下面の接着面に３個以上の
樹脂ビーズ２７ｂが散らばって存在することが条件であ
り、工程能力を考慮した経験的な値では０．０３ｗｔ％
程度以上が必要であることがわかっている。
【００４６】上記した構成を採用することにより、セン
サチップ２３はシリコン台座２２上に接着固定された状
態となり、これによって重り部２６はシリコン台座２２
との間に接着剤２７の厚さ寸法（例えば、８μｍ〜１５
μｍ程度）だけ離間した状態に配設される。この程度の
空隙を設けることによって、重り部２６が過大な加速度
を受けたときのダンパとして空気を用いたエアダンパと
することができる。上記のように構成された半導体加速
度センサは、水平方向の面内での二次元方向の加速度を
検出するために、実装基板上に立てた状態で互いに直交
する位置に配置して実装されるようになっている。
【００４７】上記構成によれば、水平方向の加速度を受
けると、２個の半導体加速度センサのそれぞれに方向に
応じた成分の加速度を受けるようになる。半導体加速度
センサにおいては、センサチップ２３の重り部２６が加
速度に応じた力を加速度と反対方向に受けることにな
る。これにより重り部２６が力を受けた方向に変位する
と、これを支持している４つの梁部２５ａ〜２５ｄは歪
むようになる。
【００４８】このとき、例えば、重り部２６がシリコン
台座２２側に変位した場合には、梁部２５ａ〜２５ｄの
表面側の重り部２６寄りの位置では圧縮応力を受け、フ
レーム２４寄りの位置では引張応力を受けるようにな
り、これによって、それぞれに形成されている拡散抵抗
がピエゾ抵抗効果によって変化するようになる。する
と、ブリッジ接続された各部の抵抗値が変化することに
応じて電圧出力が得られるようになる。
【００４９】また、過大な加速度を受けたときには、重
り部２６はシリコン台座２２との狭い空隙がエアダンパ
の効果を有することから、重り部２６と梁部２５ａ〜２
５ｄとが破壊されるのを防止することができる。
【００５０】次に、上述の構成を採用した根拠となるデ
ータを示す。すなわち、上記したように、センサチップ
２３の梁部２５ａ〜２５ｄの厚さ寸法を４．２μｍ〜
５．５μｍの範囲で好ましくは４．５μｍに設定したの
は、発明者らによる次のような新たな認識の結果に基づ
くものである。
【００５１】発明者らは、センサチップ２３の使用環境
の温度変動に対応して影響を受けるのが、梁部２５ａ〜
２５ｄの厚さ寸法であることを発見したことに基づき、
その厚さ寸法を種々のサイズについて形成し、それぞれ
の感度の温度係数ＴＣＳ（ｐｐｍ／℃）を測定した。
【００５２】この結果、図４に示すように、梁部２５ａ
〜２５ｄの厚さ寸法が４．２μｍ以上に設定されている
場合には、感度の温度変動ＴＣＳが±８００ｐｐｍ／℃
以内となることがわかった。また、実用上の点で、上限
値としては、梁部２５ａ〜２５ｄの厚さ寸法が厚くなる
ほど検出感度自体が低下してくることから、±１Ｇ〜±
２Ｇ程度の加速度を検出する場合には５．５μｍ程度が
限界であることがわかった。
【００５３】上述の場合、感度の温度係数ＴＣＳ（ｐｐ
ｍ／℃）は、次のように定義される。まず、加速度セン
サとしての出力特性を示す感度Ｓは、１Ｇ当たりの出力
電圧の値として示されるもので、実際には、この半導体
加速度センサ自体の測定範囲が±１．５Ｇ程度であるこ
とから、加速度のない状態である０Ｇのときの出力電圧
Ｖ０（Ｖ）と加速度が１Ｇのときの出力電圧Ｖ１（Ｖ）
との差の電圧値（Ｖ）として次式（１）のように定義し
ている。 Ｓ（Ｖ／Ｇ）＝Ｖ１−Ｖ０ …（１）
【００５４】そして、感度の温度係数ＴＣＳ（ｐｐｍ／
℃）は、使用環境の温度が変化する場合に、１℃あたり
の温度変化に対する感度変動の度合を示す値として定義
されるもので、使用温度範囲の基準温度（例えば室温な
ど）を中心として上限値である高温側ＨＴ程度を想定し
たときに、各温度における感度ＳRTおよびＳHTから次式
（２）のように計算される。 ＴＣＳ＝［（ＳHT−ＳRT）／ＳRT］／（ＨＴ−ＲＴ）×１０６ …（２）
【００５５】上式（２）で示される感度の温度係数ＴＣ
Ｓは、１℃当たりの感度の変動量を示しているから、使
用温度範囲内での感度の変動度合ΔＳは、次式（３）に
示すように、基準温度としている室温ＲＴからの温度の
変動量ΔＴを掛け算した値として得ることができる。す
ると、この式（３）を変形することにより、逆に使用温
度範囲内での許容される感度の変動度合ΔＳと温度の変
動量ΔＴから、次式（４）に示すように、必要となる感
度の温度係数ＴＣＳを求めることができるようになる。
【００５６】 ΔＳ＝ΔＴ×ＴＣＳ …（３） ＴＣＳ＝ΔＳ／ΔＴ …（４）
【００５７】さて、本実施の形態における使用温度範囲
が、例えば−３０℃から８０℃程度の範囲を想定した場
合に、使用環境の基準温度を室温ＲＴとして２５℃する
と、温度の変動度ΔＴは±５５℃となり、式（３）か
ら、このときの感度の変動度合ΔＳの値は、約４．４％
と計算できる。ＡＢＳ用の半導体加速度センサにおいて
は、感度の変動度合ΔＳの値は５〜６％程度以下であれ
ば、±１Ｇ〜±２Ｇ程度の微小な加速度の検出を精度良
く行うことができるので、この条件を満たしていること
になる。
【００５８】次に、上述したセンサチップ２３の重り部
２６および梁部２５ａ〜２５ｄの形成にあたって行われ
る電気化学エッチング処理およびその後の梁部２５ａ〜
２５ｄの厚さ寸法を制御するエッチング方法について図
３を参照しながら説明する。すなわち、まず、シリコン
基板２３ａに積層されたエピタキシャル層２３ｂにはあ
らかじめ拡散処理工程等を経て梁部２５ａ〜２５ｄに対
応する部分にピエゾ抵抗効果を利用する拡散抵抗が形成
される。この後、各拡散抵抗はアルミニウム配線処理を
行うことによりブリッジ接続された状態に形成され、外
部導出可能な電極部が形成される。
【００５９】上述のようにして、作込みの拡散抵抗等の
各要素が形成されると、この後、シリコン基板２３ａ側
の表面にエッチング処理におけるマスク材料としての窒
化シリコン膜２８がＣＶＤなどの方法により形成される
（図３（ａ）参照）。続いて、フォトリソグラフィ処理
などによりパターンを形成してエッチング領域に対応し
た開口部２８ａを形成する（同図（ｂ）参照）。
【００６０】次に、シリコン基板２３ａのエピタキシャ
ル層２３ｂ側を樹脂ワックスなどで覆った状態として保
護し、アルカリ異方性エッチング液を用いた電気化学エ
ッチング処理を行う。このエッチング処理においては、
アルカリ異方性エッチング液としてＫＯＨ（水酸化カリ
ウム）溶液を用い、このＫＯＨ溶液が満たされた容器に
浸漬すると共に、ｐ形のシリコン基板２３ａ側を負に、
ｎ形のエピタキシャル層２３ｂ側を正となるように電圧
を印加した状態でエッチング処理を行う。このエッチン
グ処理は、前述したように、例えば、特願平６−４２８
３９号に示される電気化学ストップエッチング法を利用
して行う。
【００６１】この後、アルカリ異方性エッチング液を用
いた電気化学ストップエッチングが終了すると、ｐ形の
シリコン基板２３ａ側において窒化シリコン膜２８が剥
離された部分にエッチング領域２９が形成される。エッ
チング領域２９の底面部２９ａは、シリコン基板２３ａ
とエピタキシャル層２３ｂとのｐｎ接合面近傍に達する
程度までエッチングされ、エッチング領域の側面部２９
ｂはエッチング速度が遅い（１１１）面が露出するた
め、傾斜面となる（同図（ｃ）参照）。
【００６２】次に、エッチング処理により形成される梁
部２５ａ〜２５ｄの厚さ寸法を次のようにして測定す
る。すなわち、エッチング液から取り出したシリコン基
板２３ａを洗浄してから、例えばＦＴ−ＩＲ（フーリエ
変換赤外分光装置）やレーザ測定器等を用いて、非接触
状態で梁部２５ａ〜２５ｄの厚さ寸法を測定する。
【００６３】この後、測定された結果に基づいて、ウエ
ハ状態で１枚毎に所定の厚さ寸法となるように追加エッ
チング処理を行う。このエッチング処理では、エッチン
グレートが正確にわかっているエッチング液を用いて時
間でエッチング量を管理しながら所定の厚さ寸法となる
ようにエピタキシャル層２３ｂのエッチング量を制御す
る。このときのエッチング液としては、アルカリ異方性
エッチング液であるＫＯＨ溶液および等方性エッチング
液であるフッ化水素ＨＦを用いる。
【００６４】エッチング量としては、アルカリ異方性エ
ッチング液を用いて５〜６μｍ程度までエッチングする
と共に、仕上げとしてフッ化水素ＨＦなどの等方性エッ
チング液を用いて４．５μｍまでエッチングする（同図
（ｄ）参照）。
【００６５】このようにして、梁部２５ａ〜２５ｄの厚
さ寸法を測定しながら、前述した厚さ寸法である４．５
μｍ程度にまでエッチングされると、エッチング処理を
終了し、この後、シリコン基板２３ａの表面に残ってい
る窒化シリコン膜２８を剥離して完成する（同図（ｅ）
参照）。
【００６６】なお、上述のエッチング処理では、エピタ
キシャル層２３ｂの厚さ寸法をある程度厚く設定してお
き、電気化学ストップエッチング処理でエピタキシャル
層３２ｂまでエッチングした後は、時間管理によって梁
部２５ａ〜２５ｄの厚さ寸法を制御するのでエピタキシ
ャル層２３ｂの厚さ寸法のばらつきを考慮しなくとも精
度良く厚さ寸法を制御することができ、しかも、等方性
エッチング液を用いることにより、梁部２５ａ〜２５ｄ
の強度も向上させることができる。
【００６７】上記のようなエッチング処理では、工程が
複雑になるという点においてはデメリットとなる。これ
に対して、上述の方法に代えて、エピタキシャル層２３
ｂの厚さ寸法そのものを最終的な梁部２５ａ〜２５ｄの
厚さ寸法と略等しくなるように形成しておくことによ
り、電気化学ストップエッチング処理を実施するだけ
で、厚さ寸法を所定の精度で形成することができるよう
になり、これによって製作工程が簡単になる。この場合
には、梁部の厚さ寸法の精度や強度の点で前述の方法に
比べて低くなる。
【００６８】このような本実施の形態によれば、±１Ｇ
〜±２Ｇ程度の微小な加速度を検出する構成において、
使用温度範囲内での感度の変動度合を所定レベル以内と
するために、センサチップ２３の梁部２５ａ〜２５ｄの
厚さ寸法を制御することに着目し、使用温度範囲−３０
℃から８０℃において感度の変動度合ΔＳを５〜６％に
するために、感度の温度係数ＴＣＳを８００ｐｐｍ／℃
となるように、梁部２５ａ〜２５ｄの厚さ寸法を４．２
μｍ以上で５．５μｍの範囲で、好ましい寸法として
４．５μｍに設定して構成することを見出だし、これに
よって、小形化を図りながら精度良く検出動作を行うこ
とができるようになる。
【００６９】（第２の実施の形態）図５ないし図９は本
発明の第２の実施の形態を示すもので、以下これについ
て説明する。なお、この実施の形態は、加速度の検出範
囲を±１Ｇ程度に設定した自動車の旋回中の横滑り防止
装置用の半導体加速度センサに適用したものであり、こ
れは自動車の安定な走行制御を行うために、走行中の横
揺れなどの小さい加速度の値を高精度で検出する場合に
使用するものである。
【００７０】図５には半導体加速度センサの要部の断面
構造を示しており、厚膜用基板であるセラミック基板３
０にシリコン台座３１を介して半導体センサ素子である
シリコン製のセンサチップ３２が接着固定されている。
【００７１】このセンサチップ３２は、図６に平面形状
を示すように、次のように構成されている。半導体基板
であるシリコン基板は、厚さ寸法が３００μｍ程度で上
面側には拡散抵抗を形成するための所定膜厚のエピタキ
シャル層が形成されている。チップサイズは、例えば、
一辺の長さが７〜８ｍｍ程度の正方形状の大きさに設定
されている。
【００７２】センサチップ３２の外周部には外枠部とし
ての外フレーム３３が形成され、その内側には肉厚の連
結部３４を介して内枠部としての内フレーム３５が形成
されている。この内フレーム３５は「コ」字状をなすよ
うに形成されており、これには４つの梁部３６ａ〜３６
ｄを介して重り部３７が両持ち状態で連結された状態に
形成されている。
【００７３】梁部３６ａ〜３６ｄの表面側のエピタキシ
ャル層にはそれぞれ２個ずつの拡散抵抗（図７および図
８中に、Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４を付して示
す）が形成されている。これらの拡散抵抗は、図７にも
示すように、ブリッジ接続された状態に形成され、加速
度に応じて重り部３７が変位すると、その応力で圧縮力
あるいは引張力を受け、ピエゾ抵抗効果によって抵抗値
が変化するのをそのブリッジ回路で検出するものであ
る。
【００７４】具体的には、各梁部３６ａ〜３６ｄにおい
て、内フレーム３５側と重り部３７側との２箇所に拡散
抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４，Ｒ２１〜Ｒ２４が形成されてお
り、重り部３７が加速度を受けて変位すると、一方が圧
縮応力を受け他方が引張応力を受けるようになり、双方
の抵抗値が逆に変化するように形成されている。
【００７５】そして、これらの拡散抵抗は、同一方向に
変形する２個ずつの直列抵抗（Ｒ１１とＲ２１，Ｒ１３
とＲ２３，Ｒ１２とＲ２２，Ｒ１４とＲ２４）を一辺と
するブリッジ回路を形成し、そのブリッジ回路の一対の
入力端子Ｔ１，Ｔ２および一対の出力端子Ｔ３，Ｔ４
は、表面に形成された配線パターンを介して４つの端子
用ボンディングパッドＶｃｃ，ＧＮＤ，−Ｖ，＋Ｖのそ
れぞれに電気的に接続されている。
【００７６】この場合、ボンディングパッドＶｃｃには
所定の電圧が印加されるようになっており、出力端子＋
Ｖおよび−Ｖとの間には、加速度を受けて重り部３７が
変位したときに電圧出力が得られるようになっている。
なお、図示はしないが、この出力端子＋Ｖ，−Ｖからの
出力電圧は増幅回路および処理回路を経て加速度検出出
力として得られるものである。
【００７７】内フレーム３５，梁部３６ａ〜３６ｄおよ
び重り部３７は、前述した電気化学エッチング法を用い
た異方性エッチング処理により形成されるもので、シリ
コン基板とエピタキシャル層との導電形の違いを利用し
て電気化学ストップエッチングおよび通常の化学エッチ
ングを併用することにより、所望の厚さ寸法の梁部３６
ａ〜３６ｄを形成するものである。
【００７８】そして、梁部３６ａ〜３６ｄは、厚さ寸法
が４．７μｍ程度を中心値として３．２〜６．０μｍ程
度の範囲に形成され、幅寸法が２５０μｍを中心値とし
て２２０〜２８０μｍ程度の範囲に形成され、長さ寸法
が５００μｍを中心値として４７０〜５３０μｍ程度の
範囲に形成されている。また、重り部３７は、６．０ｍ
ｇ程度となるように形成されている。
【００７９】上述の各寸法の設定により、全体の特性と
しての感度の温度係数ＴＣＳ（ｐｐｍ／℃）の値は、後
述するように、±８００ｐｐｍ／℃以下となるように設
定されており、その中心値では±２００ｐｐｍ／℃以下
となるように設定されている。これによって、横滑り防
止装置用の半導体加速度センサとして使用する場合に、
使用温度範囲が−３０℃から８０℃程度の広い範囲で、
感度の変動度合を所定の値以下に抑えることができ、こ
れを温度補償回路などを介して補償することにより、最
終的には感度の変動度合を１〜２％以下に抑えたものと
同等のものが得られるようになる。
【００８０】また、感度の温度係数ＴＣＳを±２００ｐ
ｐｍ／℃以下となるように設定した場合には、そのよう
な温度補償回路を設けない構成で感度の変動度合を１〜
２％以下に抑えることができる。なお、このように感度
の温度係数ＴＣＳを±２００ｐｐｍ／℃以下に設定すれ
ば、上述のように理想的な特性のものが得られるが、実
用上では、製造ばらつきを考慮すると歩留の点で±２０
０ｐｐｍ／℃以下に設定することが困難な場合が生ずる
ので、上述したように、±８００ｐｐｍ／℃以下まで許
容することでも対応することができることを根拠として
製作するものである。
【００８１】センサチップ３２とセラミック基板３０と
の間に介在させるシリコン台座３１は、厚さ寸法Ｄが
１．８ｍｍ程度（１ｍｍ以上）に設定されており、それ
ぞれとの間を接着剤３８により接着固定されている。こ
の場合、センサチップ３２は、外フレーム３３の部分で
シリコン台座３１に接着されている。
【００８２】接着剤３８は、ベース接着剤３８ａにスペ
ーサとしての複数個の樹脂ビーズ３８ｂが配合されたも
のである。ベース接着剤３８ａは、可撓性樹脂の一種で
あるシリコーン樹脂を用いており、このシリコーン樹脂
の弾性率は１ＭＰａ（メガパスカル）程度である。
【００８３】なお、センサチップ３２とシリコン台座３
１との間に設けられる接着剤３８には所定粒径の樹脂ビ
ーズ３８ｂを配合することにより、その接着状態ではセ
ンサチップ３２の重り部３７と台座３１との間のエアギ
ャップ寸法を１０〜２２μｍ程度に設定するようになっ
ており、これによってエアダンピングを行う構成とされ
ている。
【００８４】上述の場合において、ベース接着剤３８ａ
の可撓性樹脂としては、弾性率が５００ＭＰａ以下であ
ることが望ましく、上記したシリコーン樹脂の他には、
例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリイミド樹脂あるいは可撓性エポキシ樹脂等のも
のが利用できる。
【００８５】また、一般に、樹脂ビーズは弾性率が低い
ものであるが、本実施例で使用する樹脂ビーズ３８ｂ
は、弾性率が１０ＧＰａ以下のものを使用することが好
ましい。このような要求を満たすためには、ポリジビニ
ルベンゼン樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、アクリ
ル樹脂、ポリイミド樹脂、可撓性エポキシ樹脂あるいは
ビニル樹脂などを利用することができる。
【００８６】上記構成によれば、水平方向の加速度を受
けると、２個の半導体加速度センサのそれぞれに方向に
応じた成分の加速度を受けるようになる。半導体加速度
センサにおいては、センサチップ３２の重り部３７が加
速度に応じた力を加速度と反対方向に受けることにな
る。これにより重り部３７が力を受けた方向に変位する
と、これを支持している４つの梁部３６ａ〜３６ｄは歪
むようになる。
【００８７】このとき、例えば、重り部３７がシリコン
台座３１側に変位した場合には、梁部３６ａ〜３６ｄの
表面側の重り部３７寄りの位置では圧縮応力を受け、内
フレーム３５寄りの位置では引張応力を受けるようにな
り、これによって、それぞれに形成されている拡散抵抗
がピエゾ抵抗効果によって変化するようになる。する
と、ブリッジ接続された各部の抵抗値が変化することに
応じて出力端子＋Ｖ，−Ｖ間に電圧出力が得られるよう
になる。
【００８８】また、過大な加速度を受けたときには、重
り部３７はシリコン台座３１との狭い空隙がエアダンパ
の効果を有することから、重り部３７と梁部３６ａ〜３
６ｄとが破壊されるのを防止することができる。
【００８９】次に、上述の構成を採用した根拠となるデ
ータを示す。すなわち、上記したように、センサチップ
３２の梁部３５ａ〜３５ｄの厚さ寸法を３．２μｍ〜
６．０μｍの範囲に設定したのは、第１の実施の形態と
同様にして、発明者らによる次のような新たな認識の結
果に基づくものである。
【００９０】すなわち、発明者らは、センサチップ３２
の使用環境の温度変動に対応して影響を受けるのが、梁
部３６ａ〜３６ｄの厚さ寸法であることを発見したこと
に基づき、その厚さ寸法を種々のサイズについて形成
し、それぞれの感度の温度係数ＴＣＳ（ｐｐｍ／℃）を
測定した。
【００９１】この結果、図９に示すように、梁部３６ａ
〜３６ｄの厚さ寸法が３．２μｍ以上に設定されている
場合には、感度の温度係数ＴＣＳが±８００ｐｐｍ／℃
以内となることがわかった。また、実用上の点で、上限
値としては、梁部３６ａ〜３６ｄの厚さ寸法が厚くなる
ほど検出感度自体が低下してくることから、±１Ｇ程度
の加速度を検出する場合には６．０μｍ程度が限界であ
ることがわかった。
【００９２】なお、上述のように感度の温度係数ＴＣＳ
が±８００ｐｐｍ／℃以内となるように設定する場合に
は、最大の変動度が１〜２％程度以下とならない場合が
あるが、この程度の変動度の場合には、出力段に温度補
償回路などを設けることにより検出対象の温度範囲内で
の温度変動に対する誤差を補償することができるように
なる。
【００９３】そして、感度の温度係数ＴＣＳを±２００
ｐｐｍ／℃以下となるように梁部３６ａ〜３６ｄの厚さ
寸法を設定した場合（図９では、４．２〜５．２μｍ程
度の範囲）には、上述のように温度補償回路を設けるこ
となく精度の良い検出動作を行わせることができるよう
になる。なお、この場合には、式（３）に示した感度の
変動度合ΔＳの値は、約１．１％と計算され、横滑り防
止装置用の半導体加速度センサにおいては、感度の変動
度合ΔＳの値は１〜２％程度以下であれば±１Ｇ程度の
微小な加速度の検出を精度良く行うことができるので、
この条件を満たすものであることがわかる。
【００９４】このような第２の実施の形態によれば、セ
ンサチップ３２の構成を、シリコン台座３１に接着する
外フレーム３３に対して重り部３７を支持する内フレー
ム３５と肉厚の連結部３４を介して保持すると共に、重
り部３７をシリコン台座３１と近接位置に配置してエア
ダンピングを行うようにしたので、±１Ｇ程度の小さい
加速度を広い動作温度範囲に渡って精度良く検出できる
ようになる。
【００９５】（第３の実施の形態）次に、第３の実施形
態について説明する。なお、この実施形態においては、
半導体加速度センサの構造としては第１の実施形態で説
明したものと同じであり、ここではその説明を省略す
る。上記した各実施形態においては、半導体センサ素子
の感度特性に寄与する要素のひとつとして梁部２５の厚
さ寸法ｄを規定することにより特性を所定範囲内となる
ようにしたが、この第３の実施形態においては、その梁
部２５の厚さ寸法ｄの許容範囲を、他の要因も考慮する
ことにより実質的に広げようとするものである。
【００９６】すなわち、第１の実施形態においては、梁
部２５の厚さ寸法ｄとして、４．２μｍ〜５．５μｍの
範囲が許容されるとしていたが、このときの許容値を決
めた根拠は、他の形状要因として挙げられている幅寸法
ｂ，長さ寸法ａのそれぞれが、幅寸法ｂは１６０μｍを
中心として１４０μｍ〜１８０μｍの範囲に、長さ寸法
は５５０μｍを中心として５３０μｍ〜５７０μｍの範
囲に設定したときに、感度の温度変動ＴＣＳが±８００
ｐｐｍ／℃以内となるようにすると共に、加速度の検出
範囲を±１Ｇ〜±２Ｇ程度の範囲とするという条件を満
たすための厚さ寸法の値として決まる値であった。
【００９７】ところで、上述の感度特性の値を決定する
要素としては、上述の結果からもわかるように、梁部２
５の形状要因として決まる値により受ける影響が大き
い。この梁部２５の形状要因については、主として梁部
２５にかかる応力に関係する値であり、この応力が感度
特性に影響を与えるのである。そして、そのうちの厚さ
寸法ｄが最も大きな要因として寄与すると共に、幅寸法
ｂや長さ寸法ａについては値そのものが大きい値である
と共に、製作ばらつきを考えると、大きな変動要因とし
ては関与して来ないからであった。
【００９８】ここで、梁部２５の形状要因の感度特性に
及ぼす影響度を考えると、理論的な考察をすると、感度
特性つまり１Ｇあたりの出力電圧の大きさを示す値は、
梁部２５の厚さ寸法ｄの２乗の値に反比例し、幅寸法ｂ
に反比例し、さらに、長さ寸法ａに比例する。したがっ
て、これらの要因を総合すると、形状的要因から決まる
定数として次式（１）に示すような定数Ｋを考えること
ができる。 Ｋ＝ａ／（ｂ・ｄ2 ） …（５）
【００９９】そこで、上述した典型的な値として上述の
定数Ｋの値を計算すると、厚さ寸法ｄが４．５μｍ，幅
寸法ｂが１６０μｍ，長さ寸法が５５０μｍとして、定
数Ｋｏの値は０．１６９７となる。また、厚さ寸法ｄの
上限値ｄ１（ここでは５．５μｍ）および下限値ｄ２
（ここでは４．２μｍ）を代入して求めると、下限値Ｋ
１の値は０．１１３６、上限値Ｋ２の値は０．１９４９
となる。これにより得られた下限値Ｋ１から上限値Ｋ２
の範囲が梁部２５の形状要因であり、実際にはこれを満
たすように各部の寸法が設定されていれば良い。
【０１００】第１の実施形態では、梁部２５の厚さ寸法
ｄのみについて変化させたときの許容範囲として、上述
した範囲４．２μｍ〜５．５μｍを規定していたが、こ
の範囲を外れる場合でも、他の要因である幅寸法ｂや長
さ寸法ａを適当に設定することにより、形状要因の定数
Ｋの値を上述の下限値Ｋ１から上限値Ｋ２までの範囲内
の値に設定することができるようになり、実質的に梁部
２５の厚さ寸法ｄの設定範囲が広がることになる。
【０１０１】また、上述の範囲（Ｋ１〜Ｋ２の範囲）を
満たすような各部の値の設定を可能としたことで、梁部
２５の全体の大きさについても変更することが可能とな
り、加工技術の進歩に伴うスケールの変更が可能とな
り、センサ素子そのものの小形化も図れるようになる。
【０１０２】さて、上述のように計算された定数Ｋの下
限値Ｋ１および上限値Ｋ２は、典型値Ｋｏ（＝０．１６
９７）の値を中心とした場合に、下限値Ｋ１は−３３．
１％，上限値Ｋ２は＋１４．８％変化している。許容誤
差を考慮すると、中心値Ｋｏから下限側に約３５％で上
限側に約１５％の範囲で、好ましくは中心値Ｋｏから下
限側に３３．１％で上限側に１４．８％の範囲で、厚さ
寸法ｄ，幅寸法ｂおよび長さ寸法ａを設定することがで
きるようになる。
【０１０３】このような第３の実施形態によれば、梁部
２５の厚さ寸法ｄの値の設定可能な許容範囲を、定数Ｋ
について求めた許容範囲Ｋ１〜Ｋ２の範囲で満たすよう
に各部の寸法を設定することにより、第１の実施形態で
述べた許容範囲よりもさらに広げても感度特性の条件を
満たすように製作することができるので、製作上での自
由度が高くなると共に、素子の小形化への可能性も高く
なる。
【０１０４】（その他）本発明は、上記実施例にのみ限
定されるものではなく、次のように変形また拡張でき
る。梁部２５ａ〜２５ｄ，３５ａ〜３５ｄを形成するた
めのエッチング処理は、電気化学ストップエッチングに
限らず、通常のエッチング処理によっても良いし、アル
カリ異方性エッチングについても、これに代えて、等方
性エッチング処理による形成を行うこともできる。
【０１０５】接着剤２７に配合する樹脂ビーズの粒径は
８μｍの他に、８〜１５μｍ程度の範囲のものを使用す
ることができる。また、樹脂ビーズの材質としては、ボ
リジビニルベンゼン樹脂の他に、シリコーン樹脂など弾
性率が４〜６ＧＰａ程度の範囲にある樹脂ビーズを用い
ることができる。
【０１０６】接着剤２７のベース接着剤２７ａは、シリ
コーン樹脂以外に、可撓性エポキシ樹脂などを用いるこ
ともできる。梁部は重り部を４箇所から支持する両持ち
形のもの以外に、３箇所以下で支持する構成でも良く、
また５箇所以上で支持するものでも良い。さらには、片
持ちのものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断側面図
【図２】外観斜視図
【図３】センサチップのエッチング処理過程を示す作用
説明図
【図４】センサチップの梁部の厚さ寸法と感度の温度係
数との関係を示す測定結果図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図
【図６】センサチップの平面図
【図７】センサチップの拡散抵抗の模式的な配置構成図
【図８】拡散抵抗の等価回路図
【図９】梁部の厚さ寸法と感度の温度係数との相関関係
図
【図１０】従来例を示すセンサチップの平面図
【図１１】実装状態で示す縦断側面図
【符号の説明】
２１は基板、２２はシリコン台座、２３は半導体センサ
素子、２３ａはシリコン基板、２３ｂはエピタキシャル
層、２４はフレーム、２５ａ〜２５ｄは梁部、２６は重
り部、２７は接着剤、２８は窒化シリコン膜、２９はエ
ッチング領域、３０はセラミック基板、３１はシリコン
台座、３２はセンサチップ、３３は外フレーム（外枠
部）、３４は連結部、３５は内フレーム（内枠部）、３
６ａ〜３６ｄは梁部、３７は重り部、３８は接着剤であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下山 泰樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 薫田 智仁 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加速度の検出範囲を±１Ｇ〜±２Ｇ（１
    Ｇは重力の加速度）程度としたものであって、梁部を介
    して重り部が支持される構成で、加速度を受けて重り部
    が変位すると梁部に形成した抵抗体が歪みを受けて抵抗
    値が変化し、これを電気的に検出してそのとき受けてい
    る加速度の大きさを検出するようにした半導体センサ素
    子を有する半導体加速度センサにおいて、 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を、使用温度範
    囲内での感度の変動量が所定の許容値となるときの寸法
    以上に設定したことを特徴とする半導体加速度センサ。
  2. 【請求項２】 前記感度の変動量の許容値は５〜６％程
    度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。
  3. 【請求項３】 前記使用温度範囲は、平均的な環境温度
    を基準温度として±６０℃程度に設定されていることを
    特徴とする請求項１または２に記載の半導体加速度セン
    サ。
  4. 【請求項４】 加速度の検出範囲を±１Ｇ〜±２Ｇ程度
    としたものであって、梁部を介して重り部が支持される
    構成で、加速度を受けて重り部が変位すると梁部に形成
    した抵抗体が歪みを受けて抵抗値が変化し、これを電気
    的に検出してそのとき受けている加速度の大きさを検出
    するようにした半導体センサ素子を有する半導体加速度
    センサにおいて、 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を、１℃当たり
    の感度の変動率を示す感度の温度係数値ＴＣＳが±８０
    ０ｐｐｍとなるときの寸法以上に設定したことを特徴と
    する半導体加速度センサ。
  5. 【請求項５】 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法
    は、４．２μｍ以上に設定されていることを特徴とする
    請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体加速度セン
    サ。
  6. 【請求項６】 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法
    は、４．５μｍ以上で５．５μｍ以下の寸法に設定され
    ていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
    記載の半導体加速度センサ。
  7. 【請求項７】 前記半導体センサ素子は、前記重り部を
    支持する梁部が両持ち構造に構成されていることを特徴
    とする請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体加速
    度センサ。
  8. 【請求項８】 加速度の検出範囲を±１Ｇ程度としたも
    のであって、梁部を介して重り部が支持される構成で、
    加速度を受けて重り部が変位すると梁部に形成した抵抗
    体が歪みを受けて抵抗値が変化し、これを電気的に検出
    してそのとき受けている加速度の大きさを検出するよう
    にした半導体センサ素子を有する半導体加速度センサに
    おいて、 前記半導体センサ素子と同等の熱膨張係数を有する材料
    により形成され前記重り部が近接配置されてエアダンピ
    ングを行うように該半導体センサ素子を支持する台座
    と、 前記半導体センサ素子に設けられ前記重り部を前記梁部
    を介して支持する内枠部と、 前記半導体センサ素子に設けられ前記内枠部を肉厚の連
    結部を介して支持すると共に前記台座に固定される外枠
    部とを設け、 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を、使用温度範
    囲内での感度の変動量が所定の許容値となるときの寸法
    以上に設定したことを特徴とする半導体加速度センサ。
  9. 【請求項９】 前記感度の変動量の許容値は１〜２％程
    度であることを特徴とする請求項８記載の半導体加速度
    センサ。
  10. 【請求項１０】 前記使用温度範囲は、平均的な環境温
    度を基準温度として±６０℃程度に設定されていること
    を特徴とする請求項８または９に記載の半導体加速度セ
    ンサ。
  11. 【請求項１１】 加速度の検出範囲を±１Ｇ程度とした
    ものであって、梁部を介して重り部が支持される構成
    で、加速度を受けて重り部が変位すると梁部に形成した
    抵抗体が歪みを受けて抵抗値が変化し、これを電気的に
    検出してそのとき受けている加速度の大きさを検出する
    ようにした半導体センサ素子を有する半導体加速度セン
    サにおいて、 前記半導体センサ素子と同等の熱膨張係数を有する材料
    により形成され前記重り部が近接配置されてエアダンピ
    ングを行うように該半導体センサ素子を支持する台座
    と、 前記半導体センサ素子に設けられ前記重り部を前記梁部
    を介して支持する内枠部と、 前記半導体センサ素子に設けられ前記内枠部を肉厚の連
    結部を介して支持すると共に前記台座に固定される外枠
    部とを設け、 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を、１℃当たり
    の感度の変動率を示す感度の温度係数値ＴＣＳが±８０
    ０ｐｐｍとなるときの寸法以上に設定したことを特徴と
    する半導体加速度センサ。
  12. 【請求項１２】 加速度の検出範囲を±１Ｇ程度とした
    ものであって、梁部を介して重り部が支持される構成
    で、加速度を受けて重り部が変位すると梁部に形成した
    抵抗体が歪みを受けて抵抗値が変化し、これを電気的に
    検出してそのとき受けている加速度の大きさを検出する
    ようにした半導体センサ素子を有する半導体加速度セン
    サにおいて、 前記半導体センサ素子と同等の熱膨張係数を有する材料
    により形成され前記重り部が近接配置されてエアダンピ
    ングを行うように該半導体センサ素子を支持する台座
    と、 前記半導体センサ素子に設けられ前記重り部を前記梁部
    を介して支持する内枠部と、 前記半導体センサ素子に設けられ前記内枠部を肉厚の連
    結部を介して支持すると共に前記台座に固定される外枠
    部とを設け、 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸法を、１℃当たり
    の感度の変動率を示す感度の温度係数値ＴＣＳが±２０
    ０ｐｐｍとなるときの寸法以上に設定したことを特徴と
    する半導体加速度センサ。
  13. 【請求項１３】 前記半導体センサ素子の梁部の厚さ寸
    法は、３．２μｍ以上で６．０μｍ以下の寸法に設定さ
    れていることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれ
    かに記載の半導体加速度センサ。
  14. 【請求項１４】 加速度の検出範囲を±１Ｇ程度あるい
    は±１Ｇ〜±２Ｇ程度としたものであって、梁部を介し
    て重り部が支持される構成で、加速度を受けて重り部が
    変位すると梁部に形成した抵抗体が歪みを受けて抵抗値
    が変化し、これを電気的に検出してそのとき受けている
    加速度の大きさを検出するようにした半導体センサ素子
    を有する半導体加速度センサにおいて、 前記半導体センサ素子の検出感度を示す指標のひとつで
    ある１Ｇ当たりの電圧出力の値を決めている要素のうち
    の前記梁部の形状に起因した値として次式で示される形
    状要因値Ｋの値の範囲を、その梁部の形状要素である厚
    さ寸法ｄ，幅寸法ｂおよび長さ寸法ａの典型値によって
    得られる形状要因値Ｋｏの値を中心として厚さ寸法ｄの
    みを許容された寸法の範囲内で変動させたときに得られ
    る上限および下限の形状要因値Ｋ１，Ｋ２とにより決ま
    る範囲として設定し、 前記梁部の形状要素である厚さ寸法ｄ，幅寸法ｂおよび
    長さ寸法ａの値は、それらの値から決定される前記形状
    要因値Ｋの値が前記設定された形状要因値Ｋ１およびＫ
    ２により決まる範囲内の値となるように設定されている
    ことを特徴とする半導体加速度センサ。 Ｋ＝ａ／（ｂ・ｄ２ ）
  15. 【請求項１５】 前記形状要因値Ｋ１，Ｋ２とにより決
    まる範囲は、前記形状要因値Ｋｏ（＝０．１６９７）の
    値を基準として下限側に３５％程度、上限側に１５％程
    度の範囲となるように設定されることを特徴とする請求
    項１４に記載の半導体加速度センサ。
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