JPH11311632A - Semiconductor accelerometer - Google Patents

Semiconductor accelerometer

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Publication number
JPH11311632A
JPH11311632A JP11770098A JP11770098A JPH11311632A JP H11311632 A JPH11311632 A JP H11311632A JP 11770098 A JP11770098 A JP 11770098A JP 11770098 A JP11770098 A JP 11770098A JP H11311632 A JPH11311632 A JP H11311632A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
semiconductor acceleration
flexure
stopper
semiconductor accelerometer
Prior art date
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Pending
Application number
JP11770098A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeaki Tomonari
恵昭 友成
Takuro Nakamura
卓郎 中邑
Hisakazu Miyajima
久和 宮島
Takuo Ishida
拓郎 石田
Hitoshi Yoshida
仁 吉田
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.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP11770098A priority Critical patent/JPH11311632A/en
Publication of JPH11311632A publication Critical patent/JPH11311632A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor accelerometer, in which the deviation between a semiconductor accelerometer chip and a stopper is reduced and whose temperature characteristic is good. SOLUTION: In a semiconductor accelerometer constituted of a flexure part 1 which is composed of the central part 1a and a beam part 1b which is formed to extend in all the directions from the outer peripheral edge of the central part 1a, a plumb hob part 2b which is suspended from, and supported by the central part 1a via a neck part 2a is provided, a frame 3 which is formed in such a way that the beam part 1b is connected to the inner peripheral side face, and a support member 5 which supports the rear surface of the frame 3 and which surrounds the outer peripheral edge of the plumb hob part 2a via a cutout part 4 are provided. In addition, a piezoresistance 6 is formed at a prescribed place on the beam part 1b, and an interconnection 10 is formed so as to be connected electrically to the piezoresistance 6. In addition, a cut-out groove 7, which extends to the neck part 2a from the outer peripheral edge of the plumb hob part 2b, is formed between the beam part 1b and the plumb hob part 2b. Thereby, a semiconductor accelerometer chip is constituted. Then, a lower-part stopper 8 in which a recessed part 8a is formed in a place corresponding to the plumb hob part 2b is bonded to the rear surface of the semiconductor accelerometer chip, i.e., the support member 5. At this time, a cross-shaped groove part 9 is formed on the rear face of the lower-part stopper 8.

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、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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor having a double-supported beam structure used for automobiles, aircrafts, home electric appliances and the like.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In general, a cantilever type and a doubly supported type have been proposed as acceleration sensors. As a detection method, there are a method of detecting mechanical strain as a change in electric resistance and a method of detecting a change in capacitance. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-109755 discloses a double-supported beam acceleration sensor that detects mechanical strain as a change in electric resistance.

【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。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a conventional semiconductor acceleration sensor. This semiconductor acceleration sensor
A bending portion 1 comprising a central portion 1a and a beam portion 1b extending in all directions from the outer peripheral edge of the central portion 1a; a weight portion 2b suspended and supported by the central portion 1a via a neck portion 2a; A frame-shaped frame 3 having a beam portion 1b connected to a side surface, and a support member 5 that supports the lower surface of the frame 3 and surrounds the outer peripheral edge of the weight portion 2b via a cutout 4 is provided. ing.

【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。
A piezoresistor 6 is formed at a predetermined position of the beam portion 1b, and a wiring 10 is formed so as to be electrically connected to the piezoresistor 6. In addition, between the beam portion 1b and the weight portion 2b, the neck portion 2 extends from the outer peripheral edge of the weight portion 2b.
A notch 7 extending to a is formed to constitute a semiconductor acceleration sensor chip.

【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。
[0005] A lower stopper 8, which is a stopper having a recess 8a formed at a position corresponding to the weight 2b, is joined to the lower surface of the semiconductor acceleration sensor chip, that is, to the support member 5. When an unnecessarily large acceleration is applied to the weight 2b by the lower stopper 8 (downward)
By limiting the displacement of the weight 2b, the destruction of the sensor chip can be prevented. Further, by providing a gap between the weight portion 2b and the lower stopper 8 by the concave portion 8a, it is possible to realize good frequency characteristics by utilizing the damping effect of air in this portion.

【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。
Generally, the semiconductor chip is made of silicon, and the lower stopper 8 is made of glass. The silicon and glass are heated to about 400 ° C. and joined by anodic bonding.

【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。
In this semiconductor acceleration sensor, the weight 2b
When the acceleration is applied, the bending portion 1 interlocked with the weight portion 2b bends, and the bending changes the resistance value of the piezoresistor 6,
The acceleration is detected by converting the change in the resistance value into an electric signal.

【0008】[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。
The semiconductor acceleration sensor having such a structure can ensure the maximum volume of the weight portion 2b within a fixed semiconductor chip volume, and
Since the effective length of the beam portion 1b can be increased, a small and highly sensitive semiconductor acceleration sensor can be realized.

【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。
However, on the other hand, since the effective length of the beam portion 1b is long, the beam portion 1b is very sensitive to a change in ambient temperature.

【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。
FIG. 3 shows the thermal expansion coefficients of silicon and Pyrex glass (trademark of Corning Incorporated, USA) based on 400 ° C. As can be seen from FIG. 3, the thermal expansion coefficients of silicon and Pyrex glass are different, and silicon shrinks better.

【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。
FIG. 4 is a graph in which the difference between the expansion coefficients of silicon and Pyrex glass is plotted at each temperature.
Here, when one side of the chip is 5 mm, at 50 ° C.
0.5μm deviation, 0 ° C about 0.375μm deviation, -40 ° C about 0.25
μm displacement occurs.

【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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the effect of a shift between silicon and Pyrex glass on a semiconductor acceleration sensor. As shown in FIG. 5, the portion where Pyrex glass and silicon are bonded (the portion where the lower stopper 8 and the support member 5 are bonded) has the same length at 400 ° C. (the temperature at which anodic bonding is performed). As the temperature lowers, the above-described shift occurs between Pyrex glass and silicon.

【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。
However, since Pyrex glass and silicon are firmly bonded by anodic bonding, stress concentrates on the flexural portion 1 which is structurally flexible.
The bending portion 1 receives a tensile stress as shown in FIG.

【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。
Further, a piezoresistor 6 is formed in the bending portion 1, and this change in stress is detected as sensitivity.
Since this stress (deviation) changes depending on the temperature, there is a problem that the temperature characteristic is greatly affected.

【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。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor having good temperature characteristics by reducing a deviation between a semiconductor acceleration sensor chip and a stopper. It is in.

【0016】[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、前記ストッパの前記半導体加速度セン
サチップとの接合面と異なる面側に、同心に対して放射
状の溝部が設けられていることを特徴とするものであ
る。
According to the first aspect of the present invention,
A weight, a flexure for suspending and supporting the weight, a support for supporting the flexure, a piezoresistor for converting a resistance change due to flexure formed in the flexure into an electrical signal, the weight, and the flexure; A semiconductor acceleration sensor chip having a notch groove formed between the semiconductor acceleration sensor chip and a stopper joined to the semiconductor acceleration sensor chip. A radial groove is provided concentrically on a surface side different from the joint surface of the above.

【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、前記同心に対して放射状の
溝部が、十字形状であることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor acceleration sensor according to the first aspect, the groove which is radial with respect to the concentric shape has a cross shape.

【0018】[0018]

【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構成図であり、
(a)は概略断面図であり、(b)は下部ストッパ8の
溝部9の形状を示す概略平面図である。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、下部ストッパ8の裏
面(支持部材5との接合面と異なる面側)に同心に対し
て放射状である十字形状の溝部9を形成した構成であ
る。ここで、溝部9は下部ストッパ8の途中で止められ
(貫通しておらず)、可撓性を有する薄い部分9aが形
成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor acceleration sensor according to one embodiment of the present invention,
(A) is a schematic sectional view, (b) is a schematic plan view showing the shape of the groove 9 of the lower stopper 8. The semiconductor acceleration sensor according to the present embodiment differs from the conventional semiconductor acceleration sensor shown in FIGS. The cross-shaped groove 9 is formed. Here, the groove portion 9 is stopped (not penetrated) in the middle of the lower stopper 8, and a thin portion 9a having flexibility is formed.

【0019】なお、溝部9は、化学エッチング,ブラス
ト加工,ダイシング加工等により形成される。また、本
実施の形態においては、十字形状の溝部9を形成した
が、これに限定されるものではなく、同心に対して放射
状に複数の溝部9を形成しても良い。
The groove 9 is formed by chemical etching, blasting, dicing, or the like. Further, in the present embodiment, the cross-shaped groove portion 9 is formed, but the present invention is not limited to this, and a plurality of groove portions 9 may be radially formed concentrically.

【0020】本実施の形態においては、十字形状の溝部
9を形成することにより、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、薄い部分9aが吸収ま
たは軽減するように作用し、これにより温度特性を良く
することができる。
In the present embodiment, by forming the cross-shaped groove 9, the thin portion 9a acts to absorb or reduce the stress generated by the displacement between silicon and glass. Thereby, the temperature characteristics can be improved.

【0021】[0021]

【発明の効果】請求項1または請求項2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、前記ストッパの前記半導体加速度セン
サチップとの接合面と異なる面側に、同心に対して放射
状の溝部が設けられているので、この溝部により半導体
加速度センサチップと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、これ
により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。
According to the first or second aspect of the present invention,
A weight, a flexure for suspending and supporting the weight, a support for supporting the flexure, a piezoresistor for converting a resistance change due to flexure formed in the flexure into an electrical signal, the weight, and the flexure; A semiconductor acceleration sensor chip having a notch groove formed between the semiconductor acceleration sensor chip and a stopper joined to the semiconductor acceleration sensor chip. Since a radial groove is provided concentrically on a surface side different from the bonding surface of the semiconductor chip, the groove can absorb or reduce a stress generated due to a displacement generated between the semiconductor acceleration sensor chip and the stopper. As a result, the temperature characteristics can be improved, the displacement between the semiconductor acceleration sensor chip and the stopper can be reduced, and the semiconductor acceleration sensor having a good temperature characteristic can be obtained. It is possible to provide the difference.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係る半導体加速度セン
サを示す概略構成図であり、(a)は概略断面図であ
り、(b)は下部ストッパの溝部の形状を示す概略平面
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a schematic sectional view, and (b) is a schematic plan view showing a shape of a groove of a lower stopper. is there.

【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。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a semiconductor acceleration sensor according to a conventional example.

【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。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a coefficient of thermal expansion with respect to a temperature of silicon and Pyrex glass.

【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。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a difference in heat shrinkage with respect to temperature between silicon and Pyrex glass.

【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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the effect of a shift between silicon and Pyrex glass on a semiconductor acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 溝部 9a 薄い部分 10 配線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deflection part 1a Central part 1b Beam part 2a Neck part 2b Weight part 3 Frame 4 Notch part 5 Support member 6 Piezoresistance 7 Notch groove 8 Lower stopper 8a Depression 9 Groove part 9a Thin part 10 Wiring

───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Takuro Ishida 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、前記ストッパの前記半
導体加速度センサチップとの接合面と異なる面側に、同
心に対して放射状の溝部が設けられていることを特徴と
する半導体加速度センサ。
1. A weight, a flexure for suspending and supporting the weight, a support for supporting the flexure, a piezoresistor for converting a resistance change caused by flexure formed in the flexure into an electric signal, and the weight. A semiconductor acceleration sensor chip having a notch groove formed between the semiconductor acceleration sensor chip and the bending portion, and a stopper joined to the semiconductor acceleration sensor chip. A semiconductor acceleration sensor, wherein a radial groove is provided concentrically on a surface side different from a bonding surface with a semiconductor acceleration sensor chip.
【請求項2】 前記同心に対して放射状の溝部が、十字
形状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。
2. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein the radial groove portion has a cross shape with respect to the concentric shape.
JP11770098A 1998-04-28 1998-04-28 Semiconductor accelerometer Pending JPH11311632A (en)

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