JPS6388408A - 半導体式加速度センサ - Google Patents

半導体式加速度センサ

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JPS6388408A
JPS6388408A JP61235069A JP23506986A JPS6388408A JP S6388408 A JPS6388408 A JP S6388408A JP 61235069 A JP61235069 A JP 61235069A JP 23506986 A JP23506986 A JP 23506986A JP S6388408 A JPS6388408 A JP S6388408A
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damping liquid
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Toshitaka Yamada
山田 利貴
Hirohito Shiotani
塩谷 博仁
Chiaki Mizuno
千昭 水野
Masato Imai
正人 今井
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NipponDenso Co Ltd
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16152Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体式加速度センサに係り、特に、振動子
およびダンピング液を封入したパッケージに関する。
〔従来の技術〕
従来、振動や加速度等を検知するのに一般的に用いられ
ている構造としては、半4体基板に半導体歪ゲージの形
成される薄肉状のダイヤフラム部を形成し、一方の厚肉
部である支持体を固定し、他方の厚肉部を自由端として
、半導体歪ゲージの抵抗値変化に応じて被測定力を検知
するカンチレバー型の半導体式加速度センサ等が知られ
ている。
そして、その様な半導体式加速度センサにおいては、そ
のカンチレバーの形状で特性がほぼ決定′されており、
カンチレバー自身の共振周波数域(通常、350〜40
01(z程度)ではその他の周波数域における出力の数
十倍の出力が出てしまう。
そこで、例えば自動車の加速度等を検出しようとする場
合には低周波数域(通常、10 fiz程度以下)しか
必要としないので、共振周波数域を含む比較的高い周波
数域をカットする為に、シリコンオイル等のダンピング
液中にカンチレバーを配置する事で粘性抵抗力による減
衰作用を利用してダンピング液を機械的なハイカットフ
ィルタとして用いていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の様なダンピング液中に配置したカ
ンチレバーをパッケージングする場合、従来では、例え
ば凹部の形成された容器にカンチレバーの支持体を固定
し、又、ダイビング液を封入して、蓋体をネジ化めする
事により行っていた。
その為、この様にパンケージングされた半導体式加速度
センサを例えば自動車用等の使用環境条件の厳しい所で
採用する場合、広範囲な温度条件(およそ−40〜11
0℃)、又、それによるダンピング液の膨張・収縮等が
原因で、流動性の高いダンピング液は容器と蓋体との間
隙から外部に漏れてしまうという可能性が生じていた。
そこで本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、厳し
い使用環境条件下でもダンピング液が漏れる事のないよ
うに気密性高くパフケージングする事を目的としている
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成する為に、本発明は、その−部を固定
し、他部を自由端とした振動子と、ダンピング液とを、 金属キャップと金属ベースとから成るハーメチックパッ
ケージ内に備え、 前記金属キャップと前記金属ベースとを電気抵抗溶接す
る事により気密封止した事を特徴とする半導体式加速度
センサを採用している。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に示す実施例を用いて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例の全体の斜視図であり、
気宝封止前を表している。図において、100はコバー
ル等の金属より成るステムであり、本発明のいう金属ベ
ースである。ステム100はその外周である溶接部10
1をのぞいて、後述する台座6、ストッパー200等を
搭載する凸部がプレス加工等により形成されており、又
、外部との電気接続をする為に例えば4つの貫通孔が存
在しており、その貫通孔に硬質ガラス500を溶着する
事により介在してリード端子400が固定されている。
リード端子400とステム100とは硬質ガラス500
により電気的に絶縁されており、又、硬質ガラス500
は気密性良(介在している。
次に、ステム100上に搭載され、カンチレバー4aお
よび台座6により成るセンサエレメントについて第2図
を用いて詳細に説明する。第2図(a)に示す上面図、
及びそのA−A線断面図である同図(b)において、4
aは例えばN型シリコン単結晶基板から成るカンチレバ
ーであり、薄肉状のダイヤフラム部7、自由端1、自由
端1を保護する為に自由端1の周りに配置するガード部
4a、、支持体8とから成る。尚、自由端1とガード部
4a。
との間r44azを形成する為のスクライブはカンチレ
バー4aを両面エツチングする事により行われ、例えば
、カンチレバー4aのスクライブする箇所の表面(第2
図(blにおける上面)で予め溝堀りエツチングしてお
き、その後のダイヤフラム部7の形成時に裏面より工・
ノチングを行う事でダイヤフラム部7の形成とスクライ
ブとを同時に行う。
支持体8及びガード部4a、の所定領域の表面にはNi
N等をめっき又は蒸着した下地1i3bが形成されてお
り、同じく下地層3bの形成されている台座6と半田1
5bを介して接着している。
尚、台座6にはカンチレバー4aが被測定加速度に応じ
て変位できるように所定の深さの凹部が形成されている
。この凹部の深さは自由$1の変位の最大値を決定する
ものであり、強い衝撃が加わ。
った場合に、自由端1の第2図(bl中下方向の変位に
おける機械的ストッパーとして働きカンチレバー4aの
破壊を防止している。又、台座6の材質としてはカンチ
レバー4aとの熱膨張係数をあわせる為にシリコンが望
ましく、その形状は同図(C1に示すように、凹部6a
は一方の端面6bから他方の端面6Cにわたって形成さ
れている。このような形状に台座を形成する事により、
ダンピング液は台座6の凹部6aを通って自由に出入り
する事ができ、カンチレバー4aの周波数応答を改善で
きる。
自由端1の一生面(接着面)2には複数箇所(図では7
箇所)に下地N3 aが形成されており、その下地N 
3 aを介して負荷としての半田層5aを接着している
。ここで、本例のように半田J’ff15aを複数箇所
に形成する事により半田の垂れ、片寄りを極力抑える事
ができる。面、下地N3 a及び半田層5aは、支持体
8又はガード部4a+の表面上に形成される下地N3b
及び半田層5bとそれぞれ同時に同じ工程で形成可能で
ある。
又、ダイヤフラム部7内あるいはダイヤフラム部7上(
図は前者)に公知の半導体加工技術、例えば、ボロン等
のP型不純物を熱拡散又はイオン注入する事によりダイ
ヤフラム部7内に導入し、形成した4個の半導体歪ゲー
ジ9が存在しており、P型不純物を高濃度で等大して形
成した配線層11a、及びAI蒸着膜等から成る配線部
材11bにより各々の半導体歪ゲージ9は互いに電気的
接続されておりフルブリッジを構成している。尚、1(
lはシリコン酸化膜等の保護膜であり、又、配線部材1
1bのパッド部とリード端子400とはワイヤvA30
0をワイヤボンディングする事により電気接続している
そして、上記のセンサエレメントは、自由端1に加速度
を加えるとダイヤフラム部7に歪を生じ、加速度の大き
さに応じて半導体歪ゲージ9の抵抗値が変化し、ブリッ
ジ回路に予め電圧を印加しておくことによりブリッジ出
力として不平衡電圧を生じ、その電圧値に応じて被検出
加速度を検知するものであり、半田によりステム100
に台座6を接着する事により固定される。
第1図において200はストッパーであり、台座6がカ
ンチレバー43の自由端1の下方向の変位における機械
的ストッパーであるのに対し、上方向への変位における
ストッパーをなす。すなわち、ストッパー200とカン
チレバー4aとは所定の間隙を存するように形成されて
いる。尚、その材質は例えばコバール等から成り、又、
半田によりステム100に接着している。
次に、600はコバール等の金属より成るシェルであり
、本発明の言う金属キャップである。シェル600はス
テム100の溶接部101に相対する位置に同じく溶接
部601を有し、その他の部分はプレス加工により凹部
が形成され箱形となっている。又、シェル600には気
田封止後にダンピング液を注入する為の穴602及びそ
の際に空気を逃がす為の穴603が形成されている。
次に、本実施例の要部に関する気密封止を行う工程につ
いて説明する。第1図では図示していないが、第3図の
部分的断面図に示すように、ステム100の溶接部10
1におけるシェル600側表面には、例えばその断面が
三角形状をなす突部101aが全周にわたって存在して
おり、溶接部601と溶接部101とを接触させて図中
矢印方向に機械的な圧力を加えつつ、シェル600とス
テム100間に通電する事により、通電電流は突部Io
taから局部的に短時間に流れ、その時に発生するジュ
ール熱により両者の溶接を行う。尚、以上の説明はプロ
ジェクション抵抗溶接についてのものであるが、本発明
のいう電気抵抗溶接とはこれに限定される事なく、例え
ばコンデンサ溶接等であってもよい。
そして、シェル600とステム100の溶接の後は、第
4図の第1図における溶接後のB−B線断面図に示すよ
うに、穴602に例えば吐出先が針状の注入器900を
差し込み例えばシリコンオイル等のダンピング液700
を一定量、例えば全容積の70〜80%程度注入する。
その際、シェル600内に存在した空気は第1図を用い
て説明した穴603より外部に逃げる事になるが、残っ
た空気800はそのままダンピング液700と同封され
る事となる。そして、ダンピング液700の注入後は注
入器900を取りのぞき、六602及び603を半田に
より封止する。尚、図に示すように六602の部分は凹
部が形成されており、(図示はしないが穴603にも形
成されている)その凹部に半田が溜まる。又、シェル6
00にはダンピング液700の波立ちを抑制する為の隔
壁604が形成されている。そして気密封止された半導
体式加速度センサは図中矢印方向を上方向として組付け
られる。
そこで本実施例によると、通常パワートランジスタ等の
パッケージングに用いられる金属製のハーメチックパッ
ケージを改良したものを用いて、シェル600とステム
100を電気抵抗溶接する事により気密封止しており、
この電気抵抗溶接は短時間で行われセンサエレメント近
傍をほとんど加熱する事がないのでセンサエレメントに
何ら悪影響を与える事なく、又、溶接部の歪が小さく、
シーリング強度も強いので、ダンピング液700が漏れ
る事のない気密性高くパッケージソゲされる事になる。
尚、電気抵抗溶接としてプロジェクション抵抗溶接を行
った場合、パフケージは6気圧程度の内圧に耐える事が
でき、又、少量の空気800を同封しているので広範囲
な温度変化によるダンピング液700の膨張、収縮にも
十分耐えうる。
次に、ダンピング液のパッケージ内への注入量が確認可
能な本発明の第2の実施例を説明する。
第5図(a)はその全体の斜視図であり、同図(ト))
はその要部断面図である。図においてシェル600には
貫通孔である窓部605が形成されており、その窓部6
05全体を覆うようにして例えば石英ガラス等から成る
透明部材606が溶着等により気密性良く内側から接着
している。ここで、ダンピング液700のパンケージ内
に注入する量は、通常は吐出装置等により制御して一定
量注入しているが、何らかの原因でダンピング液700
の量がafflでなかった場合、又は、センサエレメン
ト近傍に気泡が残っていた場合には、半導体式加速度セ
ンサの特性に重大な影響を及ぼしてしまうが、本実施例
によると、窓部605を通してパッケージ内をのぞく事
により、そのような事態を予め確認でき、対処できると
いう効果がある。尚、第5図は簡単の為にストッパー2
00、リード端子400等は図示していないが、第1図
と同様のものが適用可能である。又、本例において第4
図を用いて説明したような隔壁604を形成しようとす
ると透明部材606が邪魔になるが、シェル600の側
壁を利用する、ステム100側に形成する等の手法によ
り形成可能である。又、透明部材606には量の確認を
容易にする為に目盛り等を形成してもよい。
次に、温度に対する安定性、耐EMI(電磁障害)性の
向上を目的とした本発明の第3の実施例を説明する。本
実施例の特徴は第6図の模式的断面図に示すように、パ
ッケージ内にセンサ出力の増幅回路900を設置する事
である。通常、カンチレバー43から出力される電気信
号は数mV以下と非常に微弱であり、又、その信号を増
幅処理する回路はパッケージ外部に配置されている為、
カンチレバー4aと増幅、処理回路間に熱勾配が生じ易
く、より正確に検出しようとする場合には温度に応じて
熱勾配の分を補正してやらなければならないが、本実施
例によると、パッケージ内に増幅回路900が配置して
いるのでカンチレバー4aとの熱勾配はほとんど生じる
事なく、温度に対して安定的となる。又、パンケージは
金属製であるので耐EMI性に優れており、パッケージ
内にて増幅した信号をパッケージ外部に出力しているの
でEMIの影響をほとんど受ける事がないという効果が
ある。尚、出力処理回路としては少なくとも増幅回路が
あればよいのであって、他の処理回路もパフケージ内に
配置してもよい。又、第6図において図に示すものと同
一構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
尚、本発明は上記3つの実施例に限定される事なく、そ
の主旨を逸脱しない限り種々変形可能である。
例えば、上記実施例では自由端lの変位を制限。
する為、台座6に凹部6aが形成され、又、ストッパー
200が設けられているが、それらがない構成としても
よい。又、半田JEJ 5 aには慣性を増加してより
積電感度を高める為に半田以外の負倚を接着してもよい
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によると、金属キャップと金属
ベースとを電気抵抗溶接して気密封止した事により、厳
しい使用環境条件下でもダンピング液が漏れる事のない
ような気密性の高いパンケージを有する半導体式加速度
センサを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の気密封止前における全
体の斜視図、第2図(alは第1図におけるセンサエレ
メントの上面図、第2図(1))は同図(a)における
A−A線断面図、第2図(C)は第1図における台座の
斜視図、第3図は第1図における実施例の部分的断面図
、第4図は第1図における溶接後のB−B線断面図、第
5図(a)は本発明の第2の実施例の全体の斜視図、第
5図(blは同図(alにおける要部断面図、第6図は
本発明の第3の実施例の模式的断面図である。 1・・・自由端+4a・・・カンチレバー、6・・・台
座。 8・・・支持体、  100・・・ステム、600・・
・シェル。 700・・・ダンピング液。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)その一部を固定し、他部を自由端とした振動子と
    、ダンピング液とを、 金属キャップと金属ベースとから成るハーメチックパッ
    ケージ内に備え、 前記金属キャップと前記金属ベースとを電気抵抗溶接す
    る事により気密封止した事を特徴とする半導体式加速度
    センサ。
  2. (2)上記金属キャップは、上記ダンピング液注入用の
    穴、及び、注入の際に上記ハーメチックパッケージ内の
    空気を逃がす為の穴を備えているものである特許請求の
    範囲第1項記載の半導体式加速度センサ。
  3. (3)上記金属キャップは、上記ダンピング液の波立ち
    を抑制する為の隔壁を備えているものである特許請求の
    範囲第1項又は第2項に記載の半導体式加速度センサ。
  4. (4)上記金属キャップは、その一部に窓部を有し、少
    なくとも該窓部を覆うように透明な部材が接着している
    特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれかに記載の半
    導体式加速度センサ。
  5. (5)上記ハーメチックパッケージ内には、上記振動子
    から出力される信号値を増幅する増幅回路を少なくとも
    有する出力処理回路をも備える特許請求の範囲第1項乃
    至第4項のいずれかに記載の半導体式加速度センサ。
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