JPH11311630A - 半導体加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体加速度センサチップとガラスストッパ
とのズレを軽減し、温度特性の良い半導体加速度センサ
を提供する。 【解決手段】 中央部１ａと中央部１ａの外周縁から四
方に延在して成る梁部１ｂとから成る撓み部１と、中央
部１ａにネック部２ａを介して懸架支持される重り部２
ｂと、内周側面に梁部１ｂが連結されて成る枠状のフレ
ーム３と、フレーム３の下面を支持し、重り部２ｂの外
周縁を切り込み部４を介して包囲する支持部材５とを有
して構成されている。また、梁部１ｂの所定の箇所には
ピエゾ抵抗６が形成され、ピエゾ抵抗６と電気的に接続
されるように配線１０が形成されている。また、梁部１
ｂと重り部２ｂとの間には、重り部２ｂの外周縁からネ
ック部２ａまで延在する切り込み溝７が形成されて半導
体加速度センサチップを構成している。そして、重り部
２ｂに対応する箇所に凹部８ａが形成された下部ストッ
パ８が支持部材５に接合されている。ここで、支持部材
５と下部ストッパ８との間には応力緩衝層９が設けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車，航空機又
は家電製品等に用いられる両持ち梁構造の半導体加速度
センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に加速度センサとしては、片持ち梁
方式と両持ち梁方式とが提案されている。検出方法とし
ては、機械的な歪みを電気抵抗の変化として検出する方
法と、静電容量の変化による検出方法とがある。例え
ば、特開平6-109755号公報には機械的な歪みを電気抵抗
の変化として検出する両持ち梁方式の加速度センサが開
示されている。

【０００３】図２は、従来例に係る半導体加速度センサ
を示す概略斜視図である。この半導体加速度センサは、
中央部１ａと中央部１ａの外周縁から四方に延在して成
る梁部１ｂとから成る撓み部１と、中央部１ａにネック
部２ａを介して懸架支持される重り部２ｂと、内周側面
に梁部１ｂが連結されて成る枠状のフレーム３と、フレ
ーム３の下面を支持し、重り部２ｂの外周縁を切り込み
部４を介して包囲する支持部材５とを有して構成されて
いる。

【０００４】また、梁部１ｂの所定の箇所にはピエゾ抵
抗６が形成され、ピエゾ抵抗６と電気的に接続されるよ
うに配線１０が形成されている。また、梁部１ｂと重り
部２ｂとの間には、重り部２ｂの外周縁からネック部２
ａまで延在する切り込み溝７が形成されて半導体加速度
センサチップを構成している。

【０００５】そして、重り部２ｂに対応する箇所に凹部
８ａが形成されたガラスストッパである下部ストッパ８
が、半導体加速度センサチップの下面、即ち、支持部材
５に接合されている。この下部ストッパ８により、必要
以上に大きな加速度が重り部２ｂに印加された場合（下
方向）に重り部２ｂの変位を制限することによりセンサ
チップの破壊を防ぐことができる。また、重り部２ｂと
下部ストッパ８との間に凹部８ａによる隙間を設けるこ
とにより、この部分にある空気のダンピング効果を利用
して良好な周波数特性を実現することができる。

【０００６】なお、一般に半導体チップはシリコン、下
部ストッパ８はガラスで構成され、シリコンとガラスは
約400℃に加熱され、陽極接合により接合される。

【０００７】この半導体加速度センサでは、重り部２ｂ
に加速度が加わると、重り部２ｂと連動する撓み部１が
撓み、この撓みによりピエゾ抵抗６の抵抗値が変化し、
この抵抗値の変化を電気信号に変換することにより加速
度を検出する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような構造をもつ
半導体加速度センサは、一定の半導体チップ体積内で重
り部２ｂの体積を最大限に確保することができ、かつ、
梁部１ｂの有効長さを長くとることができるため、小型
で高感度な半導体加速度センサを実現することができ
る。

【０００９】しかし、その反面、梁部１ｂの有効長さが
長いため、周囲温度の変化に非常に敏感となる。

【００１０】ここで、図３はシリコンとパイレックスガ
ラス（アメリカ・コーニング社の商標）の熱膨張率を示
したものであり、400℃を基準としている。図３よりわ
かるように、シリコンとパイレックスガラスの熱膨張率
は異なり、シリコンの方がよく縮む。

【００１１】また、図４は、シリコンとパイレックスガ
ラスの膨張率の差を各温度にプロットしたものである。
ここで、チップの一辺を5mmとした場合には、50℃で約
0.5μmのズレ、0℃で約0.375μmのズレ、-40℃で約0.25
μmのズレが発生する。

【００１２】図５は、シリコンとパイレックスガラスと
のズレが半導体加速度センサに与える影響について示す
概略模式図である。図５より、パイレックスガラスとシ
リコンとが接合されている部分（下部ストッパ８と支持
部材５とが接合されている部分）は、400℃（陽極接合
される温度）においては同じ長さであるが、温度が下が
るに従い、パイレックスガラスとシリコンとの間で上記
のズレが発生する。

【００１３】ところが、パイレックスガラスとシリコン
とは陽極接合により強固に接合されているため、応力は
構造的に柔軟性のある撓み部１に集中することになり、
撓み部１は図５に示すような引っ張り応力を受ける。

【００１４】また、撓み部１にはピエゾ抵抗６が形成さ
れており、この応力変化を感度として検出してしまい、
この応力（ズレ）は温度により変化するため、温度の温
度特性に大きく影響するという問題があった。

【００１５】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、半導体加速度センサ
チップとガラスストッパとのズレを軽減し、温度特性の
良い半導体加速度センサを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
重り部と該重り部を懸架支持する撓み部と該撓み部を支
持する支持部と前記撓み部に形成された撓みによる抵抗
変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗と前記重り部と前
記撓み部との間に形成された切り込み溝とを有して成る
半導体加速度センサチップと、該半導体加速度センサチ
ップに接合されたガラスストッパとを有して成る半導体
加速度センサにおいて、前記半導体加速度センサチップ
と前記ガラスストッパとを応力緩衝層を介して接合した
ことを特徴とするものである。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサにおいて、前記応力緩衝層がアルミニ
ウム層であることを特徴とするものである。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の半
導体加速度センサにおいて、前記応力緩衝層が有機系接
着剤であることを特徴とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施の形
態に係る半導体加速度センサを示す概略断面図である。
本実施の形態に係る半導体加速度センサは、従来例とし
て図２，図５に示す半導体加速度センサにおいて、支持
部材５と下部ストッパ８との間に応力緩衝層９を介在さ
せた構成である。

【００２０】ここで、応力緩衝層９の材料としては、シ
リコンとガラス（本実施の形態においてはパイレックス
ガラスを用いた）とを接合でき、シリコン，ガラスより
も柔らかく、塑性変形し、かつ、粘性に富む材料が望ま
しい。これは、温度変化による熱膨張のズレを、この応
力緩衝層９により吸収するためである。

【００２１】上記特性を満たす応力緩衝層９の材料とし
ては、例えばアルミニウム（Ａｌ）層があり、支持部材
５の下面（下部ストッパ８との接合面側）または下部ス
トッパ８の上面（支持部材５との接合面側）にスパッタ
リング等により1μm〜10μm程度のアルミニウム層を形
成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によ
り所定形状にパターニングすることにより形成できる。

【００２２】また、上記特性を満たす別の応力緩衝層９
の材料としては、有機系接着剤があり、支持部材５の下
面または下部ストッパ８の上面に有機系接着剤を塗布す
ることにより応力緩衝層９を形成する。支持部材５と下
部ストッパ８との接合は、加熱等により有機系接着剤を
固化させることにより行われる。

【００２３】本実施の形態においては、応力緩衝層９を
支持部材５と下部ストッパ８との間に介在させることに
より、シリコンとガラスとの間で生じるズレにより発生
する応力を吸収または軽減することができ、温度特性を
良くすることができる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１乃至請求項３記載の発明は、重
り部と該重り部を懸架支持する撓み部と該撓み部を支持
する支持部と前記撓み部に形成された撓みによる抵抗変
化を電気信号に変換するピエゾ抵抗と前記重り部と前記
撓み部との間に形成された切り込み溝とを有して成る半
導体加速度センサチップと、該半導体加速度センサチッ
プに接合されたガラスストッパとを有して成る半導体加
速度センサにおいて、前記半導体加速度センサチップと
前記ガラスストッパとを応力緩衝層を介して接合したの
で、この応力緩衝層により半導体加速度センサチップと
ガラスストッパとの間で生じるズレにより発生する応力
を吸収または軽減することができ、温度特性を良くする
ことができ、半導体加速度センサチップとガラスストッ
パとのズレを軽減し、温度特性の良い半導体加速度セン
サを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体加速度セン
サを示す概略断面図である。

【図２】従来例に係る半導体加速度センサを示す概略斜
視図である。

【図３】シリコンとパイレックスガラスの温度に対する
熱膨張率を示す特性図である。

【図４】シリコンとパイレックスガラスの温度に対する
熱収縮差を示す特性図である。

【図５】シリコンとパイレックスガラスとのズレが半導
体加速度センサに与える影響について示す概略模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 撓み部 １ａ 中央部 １ｂ 梁部 ２ａ ネック部 ２ｂ 重り部 ３ フレーム ４ 切り込み部 ５ 支持部材 ６ ピエゾ抵抗 ７ 切り込み溝 ８ 下部ストッパ ８ａ 凹部 ９ 応力緩衝層 １０ 配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 拓郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 吉田 仁 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重り部と該重り部を懸架支持する撓み部
   と該撓み部を支持する支持部と前記撓み部に形成された
   撓みによる抵抗変化を電気信号に変換するピエゾ抵抗と
   前記重り部と前記撓み部との間に形成された切り込み溝
   とを有して成る半導体加速度センサチップと、該半導体
   加速度センサチップに接合されたガラスストッパとを有
   して成る半導体加速度センサにおいて、前記半導体加速
   度センサチップと前記ガラスストッパとを応力緩衝層を
   介して接合したことを特徴とする半導体加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記応力緩衝層がアルミニウム層である
   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】 前記応力緩衝層が有機系接着剤であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体加速度センサ。