WO2007020700A1 - 加速度センサ装置およびセンサ装置 - Google Patents

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Yasuhiro Tamura
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C & N Inc
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    • G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

Definitions

  • the present invention relates to an acceleration sensor device that detects acceleration and a sensor device that includes a plurality of sensors.
  • acceleration sensor has been used in an airbag system or the like mounted on an automobile.
  • accelerometers have come to be installed in small information terminals such as mobile phones due to miniaturization and power saving of accelerometers!
  • Piezoresistive acceleration sensors using the piezoresistive effect are known as one of the forces for which various methods have been proposed as the operating principle of the acceleration sensor.
  • a piezoresistive-type calorie velocity sensor a silicon substrate is processed by etching to form a structure including a weight part, a beam part that supports the weight part, and a frame that supports the beam part.
  • a piezoresistor whose resistance value changes when stress is applied is formed.
  • the acceleration sensor element is integrally joined to the upper surface of the pedestal formed of glass to constitute an acceleration sensor chip. When acceleration is applied to the acceleration sensor chip, the beam portion is squeezed by the inertial force of the weight portion, and the resistance value of the piezoresistor changes, so that an electrical signal corresponding to the acceleration can be taken out.
  • Such an acceleration sensor chip has a larger thermal expansion coefficient difference than silicon, and when mounted on a substrate made of a material such as glass epoxy, thermal stress is caused by thermal expansion or contraction due to temperature changes in the external environment. Occurs, the acceleration sensor chip is distorted, and the output characteristics deteriorate.
  • Patent Document 1 discloses an example in which an acceleration sensor chip is mounted on a ceramic substrate having a thermal expansion coefficient close to that of silicon.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-12805
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an acceleration sensor device and a sensor device that can suppress deterioration of output characteristics due to thermal expansion or thermal contraction. .
  • an acceleration sensor device supports a substrate, an acceleration sensor element including a weight portion that swings according to applied acceleration, and the acceleration sensor element.
  • An acceleration sensor device comprising an acceleration sensor chip having a pedestal portion, and a buffer that absorbs thermal stress generated when the pedestal portion and the substrate are thermally expanded or contracted between the pedestal portion and the substrate. A member is provided.
  • the buffer member provided between the pedestal portion and the substrate absorbs thermal stress generated when the thermal expansion or thermal contraction occurs. Even if there is a difference in the thermal expansion coefficient between the base part of the acceleration sensor chip and the substrate, the buffer member can suppress the distortion of the acceleration sensor chip and suppress the deterioration of the output characteristics. Get higher.
  • the thermal expansion coefficient of the buffer member may be substantially the same as the thermal expansion coefficient of the pedestal! By making the thermal expansion coefficients of the buffer member and the pedestal portion substantially the same, it is possible to suitably absorb thermal stress and prevent deterioration of output characteristics.
  • the substrate is a glass epoxy substrate
  • the pedestal portion is formed using silicon or glass having a thermal expansion coefficient close to that of silicon or silicon
  • the buffer member is made of glass having a thermal expansion coefficient close to that of silicon or silicon. It may be formed! Even when using a glass substrate whose thermal expansion coefficient is more than 10 times that of silicon, the buffer material using glass absorbs thermal stress and prevents deterioration of output characteristics near the thermal expansion coefficient of silicon or silicon. Can do. Since the glass epoxy substrate is cheaper than the ceramic substrate, the manufacturing cost of the acceleration sensor device can be reduced.
  • the pedestal portion and the buffer member are fixed using a silicon-based adhesive, and the buffer member, the substrate, May be fixed using a silicon-based adhesive.
  • generation of thermal stress due to thermal expansion or contraction of the adhesive can be suppressed, and deterioration of output characteristics can be more preferably suppressed.
  • the sensor device includes the acceleration sensor device described above, a magnetic sensor that detects magnetism, and a pressure sensor that detects pressure.
  • a sensor device in which a plurality of sensors are integrated can be configured. Since the degree of freedom in selecting the substrate is increased, a cheaper substrate can be selected, and the manufacturing cost of the sensor device can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an acceleration sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an acceleration sensor chip.
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a sensor device in which a plurality of types of sensors are packaged in one package, and (b) is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of the sensor device shown in (a). .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an acceleration sensor device 10 that works according to an embodiment of the present invention.
  • the acceleration sensor device 10 is a BGA (Ball Grid Array) type acceleration sensor device.
  • the acceleration sensor device 10 is mounted on a small information terminal such as a mobile phone, and is used for applications such as detecting the inclination of the small information terminal by detecting acceleration in three axis directions.
  • an acceleration sensor chip 20 and a signal processing chip 40 are mounted on a package 15 including a substrate 12 and a cap 14.
  • the substrate 12 has circuit wiring (not shown) formed on the upper surface and inside the substrate.
  • a plurality of solder balls 38 functioning as external terminals for inputting / outputting acceleration signals and power supply voltages are formed on the lower surface of the substrate 12.
  • the substrate 12 may be a glass epoxy substrate.
  • FIG. 2 is a perspective view of the acceleration sensor chip 20.
  • the acceleration sensor chip 20 shown in FIG. 1 is a cross section taken along the line AA ′ of FIG.
  • the acceleration sensor chip 20 includes an acceleration sensor element 16 that is an element that detects acceleration, and a pedestal 18 that supports the acceleration sensor element 16.
  • the acceleration sensor element 16 is formed by dry etching using silicon as a base material to form a structure body including a frame body 30, a beam part 26, and a weight part 28, and a piezoresistive element 42 is formed on the beam part 26. ing.
  • the frame 30 is a base of the acceleration sensor chip 20, and is formed in a quadrangular shape.
  • the beam portions 26 extend from the four inner surfaces of the frame body 30 toward the inner side of the frame body 30, and intersect each other near the center of the opening of the frame body 30.
  • the thickness of the frame 30 is about 250 ⁇ m.
  • the beam portion 26 is formed so that its upper surface is flush with the upper surface of the frame 30.
  • the beam portion 26 may be formed such that the upper surface thereof also separates the upper surface force of the frame body 30. That is, the beam portion 26 may extend from a position between the upper surface and the lower surface of the inner side surface of the frame 30.
  • the thickness of the beam portion 26 is formed to be thin so as to have elasticity, and is preferably formed to about 5 ⁇ m.
  • the weight portion 28 swings in accordance with the magnitude of the applied acceleration, and changes the amount of stagnation of the beam portion 26.
  • the weight portion 28 is formed at a portion where the four beam portions 26 intersect so as to extend downward from the lower surface of the beam portion 26.
  • the weight portion 28 is a quadrangular prism-shaped lump.
  • the piezoresistive element 42 converts the amount of sag when the beam portion 26 is deformed into an electrical signal.
  • the piezoresistive element 42 is formed on the surface of the beam portion 26, and four elements per axis are arranged at a position where the stress is most concentrated on the beam portion 26, and a total of 12 elements are arranged on three axes.
  • the signal proportional to the acceleration rate forms a Wheatstone bridge circuit with four elements on each axis, and detects resistance changes due to stress as voltage changes.
  • the detected acceleration signal is output by 32 bonding pads.
  • the pedestal 18 is formed of silicon or glass having a thermal expansion coefficient close to that of silicon.
  • the coefficient of thermal expansion of silicon is about 3 X 10 _6 Z ° C, and the coefficient of thermal expansion is 2.5 to 4.5 X 10 _6 Z ° between glass and silicon that has a similar coefficient of thermal expansion. It is about C glass.
  • the pedestal portion 18 is a rectangular flat plate, and as shown in FIG. 1, a part of the upper surface is dug to secure a space in which the weight portion 28 swings.
  • the pedestal 18 is joined to the acceleration sensor element 16 by anodic bonding at the peripheral edge of the opening of the frame 30.
  • the thickness of the pedestal 18 is about 250 ⁇ m.
  • the signal processing chip 40 shown in FIG. 1 is integrated with a Wheatstone / bridge circuit force of the piezoresistive element 42 and a processing circuit for arithmetically processing an acceleration signal obtained for each axial direction. Further, although not shown in the figure, a storage element chip such as an EEPROM for storing data necessary for arithmetic processing may be provided.
  • the acceleration sensor chip 20 and the signal processing chip 40 are mounted on the substrate 12 and are electrically connected via wires 34 and wiring (not shown) provided on the substrate 12.
  • the acceleration sensor chip 20 and the signal processing chip 40 are sealed with a cap 14.
  • the signal processing chip 40 is directly fixed to the substrate 12 via the adhesive 64.
  • the acceleration sensor chip 20 has a gap between the pedestal 18 and the substrate 12.
  • a buffer member 46 is provided for absorbing thermal stress generated when thermal expansion or contraction occurs.
  • the buffer member 46 is a rectangular flat plate.
  • the upper surface of the buffer member 46 is preferably formed to be at least the same size as the lower surface of the pedestal portion 18, and more preferably larger than the lower surface of the pedestal portion 18.
  • the thickness of the buffer member 46 is about 100 m.
  • the substrate 12 and the buffer member 46 are fixed via an adhesive 44, and the buffer member 46 and the pedestal 18 are fixed via an adhesive 48.
  • the substrate 12 and the pedestal portion 18 thermally expand or contract due to a temperature change in the external environment.
  • the substrate 12 for example, when using a glass epoxy substrate, Garasue epoxy because the thermal expansion coefficient is in 50 ⁇ 70 X 10 _6 Z ° C approximately and silicon 10 times or more, between the base plate 12 and the pedestal portion 18 Thermal stress is generated.
  • the acceleration sensor element 16 joined to the pedestal 18 16 will bend and the resistance value of the piezoresistive element 42 will change. Output characteristics will deteriorate.
  • the buffer member 46 provided between the pedestal portion 18 and the substrate 12 absorbs thermal stress and suppresses distortion of the pedestal portion 18. As a result, the stagnation of the beam portion 26 is suppressed and the change in the resistance value of the piezoresistive element 42 can be suppressed, so that the output characteristics of the acceleration sensor device 10 can be prevented from deteriorating.
  • the acceleration sensor device 10 it was necessary to select a substrate having a thermal expansion coefficient close to that of the acceleration sensor chip 20 in order to prevent deterioration of output characteristics due to thermal stress.
  • a substrate having a thermal expansion coefficient close to that of the acceleration sensor chip 20 when the acceleration sensor chip 20 is made of silicon and glass, a ceramic substrate having a thermal expansion coefficient close to that of silicon was used.
  • the buffer member 46 by providing the buffer member 46, even if there is a difference in the thermal expansion coefficient between the acceleration sensor chip 20 and the substrate 12, the distortion of the acceleration sensor chip 20 is suppressed. Therefore, the degree of freedom in selecting the substrate 12 is increased. For example, since the glass epoxy substrate is less expensive than the ceramic substrate, the manufacturing cost of the acceleration sensor device 10 can be reduced.
  • the thermal expansion coefficient of the buffer member 46 is substantially the same as the thermal expansion coefficient of the pedestal 18.
  • the buffer member 46 is also preferably formed using glass or glass having a thermal expansion coefficient close to that of silicon.
  • the thermal expansion coefficients of the buffer member 46 and the pedestal portion 18 are substantially the same, the thermal stress can be suitably absorbed and the deterioration of the output characteristics can be prevented.
  • silicon is used as the buffer member 46, a silicon mirror wafer is used.
  • the buffer member 46 can be formed by dicing into the following shape.
  • the pedestal 18 and the buffer member 46 are fixed using a silicon-based adhesive, and the buffer member 46 and the substrate 12 are fixed using a silicon-based adhesive.
  • a silicon-based adhesive it is possible to suppress deterioration of output characteristics due to the influence of the adhesive. Since the signal processing chip 40 does not have a mechanically varying portion, it is not necessary to provide a buffer member, and the type of the adhesive 64 is not limited.
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a hybrid sensor device 100 in which a plurality of types of sensors are packaged.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the hybrid sensor device 100 shown in FIG.
  • the hybrid sensor device 100 includes an acceleration sensor chip 20, a magnetic sensor chip 50 that detects geomagnetism, a pressure sensor chip 60 that detects pressure, and a signal processing chip 40 that processes signals output from these sensors. .
  • the hybrid sensor device 100 is mounted on a small information terminal, for example, and the azimuth angle measured by the magnetic sensor chip 50 is corrected by the signal processing chip 40 using the inclination angle measured by the acceleration sensor chip 20, respectively.
  • the sensors can cooperate to perform sensing. Since the hybrid sensor device 100 has a plurality of sensors in one package, a small sensor device 100 can be realized. In FIGS. 3A and 3B, illustration of wires for electrically connecting the chips is omitted.
  • the buffer member 46 is provided between the substrate 12 and the acceleration sensor chip 20 in order to suppress deterioration of output characteristics due to temperature changes in the external environment.
  • the signal processing chip 40, the magnetic sensor chip 50, and the like do not have a mechanically changing portion, they are directly fixed to the substrate 12 via an adhesive.
  • the substrate of the entire sensor device is close to the thermal expansion coefficient of silicon, for example, a material such as ceramic.
  • the degree of freedom of board selection is low.
  • the buffer member 46 absorbs thermal stress generated between the substrate 12 and the base portion of the calorie velocity sensor chip 20. Even if it is a substrate made of a material such as glass epoxy having a thermal expansion coefficient larger than that of silicon, it can be used. As described above, since the glass epoxy substrate is less expensive than the ceramic substrate, the manufacturing cost of the hybrid sensor device 100 can be reduced.
  • the present invention can be applied to the field related to acceleration sensor devices and sensor devices.

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Abstract

　加速度センサ装置１０は、基板１２上に、印加された加速度に応じて揺動する錘部２８を含む加速度センサ素子１６と、加速度センサ素子１６を支持する台座部１８と、を有する加速度センサチップが実装された加速度センサ装置である。台座部１８と、基板１２との間には、両者が熱膨張または熱収縮したときに発生する熱応力を吸収する緩衝部材４６が設けられる。

Description

明 細 書
加速度センサ装置およびセンサ装置
技術分野
[0001] 本発明は、加速度を検出する加速度センサ装置および複数のセンサを備えたセン サ装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、自動車に搭載されるエアバッグシステムなどにおいて、加速度センサが用い られている。また、近年では加速度センサの小型化や省電力化によって、携帯電話 などの小型情報端末にも加速度センサが搭載されるようになってきて!/、る。
[0003] 加速度センサの動作原理としては種々の方法が提案されている力 その 1つにピエ ゾ抵抗効果を利用したピエゾ抵抗型加速度センサが知られて ヽる。ピエゾ抵抗型カロ 速度センサでは、シリコン基板をエッチングによって加工することで、錘部と、その錘 部を支持する梁部と、梁部を支持する枠体とからなる構造体を形成し、梁部に、応力 が加わるとその抵抗値が変化するピエゾ抵抗を形成する。加速度センサ素子は、ガ ラスによって形成された台座の上面に一体に接合され、加速度センサチップを構成 する。加速度センサチップに加速度が印加されると、錘部の慣性力により梁部が橈み 、ピエゾ抵抗の抵抗値が変化するので、加速度に応じた電気信号を取り出すことが できる。
[0004] このような加速度センサチップは、シリコンよりも熱膨張係数差が大き 、、ガラスェポ キシなどの材質の基板に実装された場合、外部環境の温度変化による熱膨張または 熱収縮により熱応力が発生し、加速度センサチップが歪み、出力特性が劣化する。 特許文献 1では、熱膨張係数がシリコンに近いセラミックの基板に加速度センサチッ プを実装する例が開示されている。
特許文献 1 :特開平 10— 12805号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかしながら、熱膨張係数がシリコンに近い材質の基板に限定されてしまうと、基板 選択の自由度が低ぐより安価な基板が選択できない場合がある。特に近年では、加 速度センサ、磁気センサ、温度センサなどの複数のセンサを一体ィ匕したノヽイブリツド センサ装置が提案されているが、加速度センサのためだけに基板の種類が制限され てしま 、、センサ装置の低価格ィ匕の妨げになると 、う問題があった。
[0006] 本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、熱膨張または熱収 縮による出力特性の劣化を抑制することのできる加速度センサ装置およびセンサ装 置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 上記課題を解決するために、本発明のある態様の加速度センサ装置は、基板と、 印加された加速度に応じて揺動する錘部を含む加速度センサ素子と、加速度センサ 素子を支持する台座部とを有する加速度センサチップと、を備えた加速度センサ装 置であって、台座部と、基板との間に、両者が熱膨張または熱収縮したときに発生す る熱応力を吸収する緩衝部材が設けられる。
[0008] この態様によると、台座部と基板との間に設けられた緩衝部材が、熱膨張または熱 収縮したときに発生する熱応力を吸収する。加速度センサチップの台座部と基板との 熱膨張係数に差がある場合でも、緩衝部材が加速度センサチップの歪みを抑制し、 出力特性の劣化を抑制することができるので、基板の選択自由度が高くなる。
[0009] 緩衝部材の熱膨張係数は、台座部の熱膨張係数と略同一であってもよ!ヽ。緩衝部 材と台座部の熱膨張係数を略同一にすることによって、好適に熱応力を吸収し、出 力特性の劣化を防止することができる。
[0010] 基板は、ガラスエポキシ基板であり、台座部は、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数 の近いガラスを用いて形成され、緩衝部材は、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数の 近 、ガラスを用いて形成されてもよ!、。熱膨張係数がシリコンの 10倍以上であるガラ スポキシ基板を用いた場合でも、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数の近 、ガラスを 用いた緩衝部材が熱応力を吸収し、出力特性の劣化を防ぐことができる。ガラスェポ キシ基板は、セラミック基板よりも安価なので、加速度センサ装置の製造コストを低減 することができる。
[0011] 台座部と、緩衝部材とは、シリコン系接着剤を用いて固定され、緩衝部材と、基板と は、シリコン系接着剤を用いて固定されてもよい。この場合、接着剤の熱膨張または 熱収縮による熱応力の発生を抑制し、さらに好適に出力特性の劣化を抑制すること ができる。
[0012] 本発明の別の態様は、センサ装置である。このセンサ装置は、上述の加速度セン サ装置と、磁気を検出する磁気センサと、圧力を検出する圧力センサと、を備える。こ の場合、複数のセンサを一体にしたセンサ装置を構成することができる。基板の選択 自由度が高くなるので、より安価な基板を選択することができ、センサ装置の製造コス トを削減することができる。
[0013] なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、システムなどの間 で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、熱膨張または熱収縮による出力特性の劣化を低減した加速度セ ンサ装置およびセンサ装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の実施の形態に力かる加速度センサ装置の断面図である。
[図 2]加速度センサチップの斜視図である。
[図 3] (a)は、複数の種類のセンサを 1パッケージィ匕したセンサ装置を示す図であり、 ( b)は、（a)に示すセンサ装置の B—B'線断面図である。
符号の説明
[0016] 10 加速度センサ装置、 12 基板、 14 キャップ、 15 パッケージ、 16 カロ 速度センサ素子、 18 台座部、 20 加速度センサチップ、 26 梁部、 28 錘 部、 30 枠体、 32 ボンディングパッド、 34 ワイヤ、 38 半田ボール、 40 信号処理チップ、 42 ピエゾ抵抗素子、 44、 48、 64 接着剤、 46 緩衝部材、 50 磁気センサチップ、 60 圧力センサチップ、 100 ハイブリッドセンサ装置。 発明を実施するための最良の形態
[0017] 図 1は、本発明の実施の形態に力かる加速度センサ装置 10の断面図である。加速 度センサ装置 10は、 BGA (Ball Grid Array)タイプの加速度センサ装置である。 加速度センサ装置 10は、たとえば、携帯電話などの小型情報端末に搭載され、 3軸 方向の加速度を検出することによって、小型情報端末の傾きを検出するなどの用途 に利用される。
[0018] 加速度センサ装置 10は、図 1に示すように、基板 12と、キャップ 14とで構成される パッケージ 15に、加速度センサチップ 20、信号処理チップ 40が実装されている。
[0019] 基板 12は、その上面および基板内部には図示しない回路配線が形成されている。
基板 12の下面には、加速度信号や、電源電圧を入出力するための外部端子として 機能する複数の半田ボール 38が形成されている。基板 12は、ガラスエポキシ基板で あってよい。
[0020] 図 2は、加速度センサチップ 20の斜視図である。図 1に示す加速度センサチップ 2 0は、図 2の A—A'線に沿った断面である。加速度センサチップ 20は、加速度を検 出する素子である加速度センサ素子 16と、加速度センサ素子 16を支持する台座部 18と、を備える。
[0021] 加速度センサ素子 16は、シリコンを母材としてドライエッチングにて、枠体 30、梁部 26、錘部 28からなる構造体を形成し、梁部 26上にピエゾ抵抗素子 42を形成してい る。
[0022] 枠体 30は、加速度センサチップ 20の基体となるものであり、四角形状に形成されて いる。梁部 26は、枠体 30の 4つの内側面から、それぞれ枠体 30の内側方向に向か つて延設されており、枠体 30の開口部の中央付近で交差している。枠体 30の厚み は、 250 μ m程度である。
[0023] 図 2に示すように、梁部 26は、その上面が枠体 30の上面と同一平面上になるように 形成されている。梁部 26は、その上面が枠体 30の上面力も離間するように形成され ていてもよい。すなわち、梁部 26が枠体 30の内側面の上面と下面の間の位置から 延設されていてもよい。梁部 26の厚みは、弾性を有するように薄肉状に形成されて おり、 5 μ m程度に形成することが好ましい。
[0024] 錘部 28は、印加された加速度の大きさに応じて揺動し、梁部 26の橈み量を変化さ せるものである。錘部 28は、 4つの梁部 26が交差する部分に、梁部 26の下面から下 方に延びるように形成される。錘部 28は、四角柱状の塊体である。 [0025] ピエゾ抵抗素子 42は、梁部 26が変形した際の橈み量を電気信号に変換するもの である。ピエゾ抵抗素子 42は、梁部 26の表面に形成されており、梁部 26の最も応力 集中する位置に 1軸あたり 4素子、 3軸で計 12素子がそれぞれ配置されている。加速 度に比例した信号は、各軸とも 4素子でホイートストン ·ブリッジ回路を構成し、応力に よる抵抗変化を電圧変化として検出する。検出された加速度信号は、ボンディングパ ッド 32力ら出力される。
[0026] 台座部 18は、シリコン、またはシリコンと熱膨張係数の近いガラスにて形成される。
ここで、シリコンの熱膨張係数は、 3 X 10_6Z°C程度であり、また、シリコンと熱膨張 係数の近いガラスとは、熱膨張係数が 2. 5〜4. 5 X 10_6Z°C程度のガラスである。 台座部 18は、四角形状の平板であり、図 1に示すように、錘部 28が揺動する空間を 確保するために上面の一部が堀り込まれている。台座部 18は、加速度センサ素子 1 6と、枠体 30の開口周縁部において陽極接合により接合されている。台座部 18の厚 みは 250 μ m程度である。
[0027] 図 1に示す信号処理チップ 40は、ピエゾ抵抗素子 42のホイートストン.ブリッジ回路 力 各軸方向ごとに得られる加速度信号を演算処理する処理回路等が集積されてい る。さらに、図示は省略しているが、演算処理に必要なデータを格納する EEPROM 等のような記憶素子チップを備えて 、てもよ 、。
[0028] 加速度センサチップ 20および信号処理チップ 40は、基板 12に実装され、ワイヤ 34 および基板 12に設けられた図示しない配線を介して電気的に接続される。加速度セ ンサチップ 20および信号処理チップ 40は、キャップ 14によって封止される。
[0029] 図 1に示すように、信号処理チップ 40は接着剤 64を介して直接基板 12に固定され る力 加速度センサチップ 20は、その台座部 18と、基板 12との間に、両者が熱膨張 または熱収縮したときに発生する熱応力を吸収する緩衝部材 46が設けられる。緩衝 部材 46は、四角形状の平板である。緩衝部材 46の上面は、少なくとも台座部 18の 下面と同一の大きさに形成され、さらには台座部 18の下面よりも大きく形成されること が好ましい。緩衝部材 46の厚みは、 100 m程度である。基板 12と緩衝部材 46は、 接着剤 44を介して固定され、緩衝部材 46と台座部 18は、接着剤 48を介して固定さ れる。 [0030] 緩衝部材 46を設けずに、加速度センサチップ 20の台座部 18を基板 12に直接固 定させた場合、外部環境の温度変化によって基板 12および台座部 18は熱膨張また は熱収縮する。基板 12として、たとえばガラスエポキシ基板を用いた場合、ガラスェ ポキシは熱膨張係数が 50〜70 X 10_6Z°C程度とシリコンの 10倍以上あるため、基 板 12と台座部 18との間に熱応力が発生する。この熱応力によって台座部 18が歪ん だ場合、台座部 18に接合されている加速度センサ素子 16梁部 26が橈み、ピエゾ抵 抗素子 42の抵抗値が変化してしまうので、加速度センサ装置 10の出力特性が劣化 してしまう。
[0031] 本実施の形態に係る加速度センサ装置 10では、台座部 18と、基板 12との間に設 けられた緩衝部材 46が熱応力を吸収し、台座部 18の歪みを抑制する。その結果、 梁部 26の橈みが抑制され、ピエゾ抵抗素子 42の抵抗値変化を抑えることができるの で、加速度センサ装置 10の出力特性の劣化を防止することができる。
[0032] 従来では、熱応力による出力特性の劣化を防ぐために、加速度センサチップ 20と 熱膨張係数の近い基板を選択する必要があった。たとえば、加速度センサチップ 20 をシリコンとガラスで構成した場合は、熱膨張係数がシリコンに近いセラミック基板を 使用していた。本実施の形態に係る加速度センサ装置 10によれば、緩衝部材 46を 設けることによって、加速度センサチップ 20と基板 12の熱膨張係数に差がある場合 でも、加速度センサチップ 20の歪みを抑制することができるので、基板 12の選択自 由度が高くなる。たとえば、ガラスエポキシ基板は、セラミック基板よりも安価なため、 加速度センサ装置 10の製造コストを低減することができる。
[0033] 緩衝部材 46の熱膨張係数は、台座部 18の熱膨張係数と略同一であることが好ま しい。たとえば、台座部 18を、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数の近いガラスを用 いて形成した場合、緩衝部材 46も、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数の近いガラ スを用いて形成することが好ましい。緩衝部材 46と台座部 18との間に熱膨張係数の 差がある場合、緩衝部材 46自身が熱膨張または熱収縮をすることによって台座部 1 8に歪みを生じさせてしまう可能性がある。緩衝部材 46と台座部 18の熱膨張係数を 略同一にすることによって、好適に熱応力を吸収し、出力特性の劣化を防止すること ができる。緩衝部材 46としてシリコンを用いる場合、シリコンのミラーウェハーを所定 の形状にダイシングすることによって緩衝部材 46を形成することができる。
[0034] また、台座部 18と、緩衝部材 46とは、シリコン系接着剤を用いて固定され、緩衝部 材 46と、基板 12とは、シリコン系接着剤を用いて固定されることが好ましい。たとえば 、接着剤 44、 48としてエポキシ系の接着剤を用いた場合には、接着剤の熱膨張また は熱収縮の影響により、加速度センサ装置 10の出力特性を劣化させてしまう可能性 がある。シリコン系の接着剤を用いることによって、接着剤の影響による出力特性の 劣化を抑制することができる。なお、信号処理チップ 40は、機械的に変動する部分を 持たないため、緩衝部材を設ける必要はなぐまた、接着剤 64の種類は限定されな い。
[0035] 図 3 (a)は、複数の種類のセンサを 1パッケージ化したハイブリッドセンサ装置 100を 示す図である。図 3 (b)は、図 3 (a)に示すハイブリッドセンサ装置 100の B— B'線断 面図である。ノ、イブリツドセンサ装置 100は、加速度センサチップ 20と、地磁気を検 出する磁気センサチップ 50と、圧力を検出する圧力センサチップ 60と、これらのセン サが出力する信号を処理する信号処理チップ 40と、を備える。
[0036] ハイブリッドセンサ装置 100は、たとえば小型情報端末に搭載され、磁気センサチッ プ 50で計測した方位角を、加速度センサチップ 20で計測した傾斜角を用いて信号 処理チップ 40で補正するなど、それぞれのセンサが協同してセンシングを行うことが できる。ハイブリッドセンサ装置 100では、複数のセンサが 1パッケージ化されている ので、小型のノ、イブリツドセンサ装置 100を実現することができる。なお、図 3 (a)、 (b )では、各チップを電気的に接続するワイヤの図示を省略している。
[0037] ノ、イブリツドセンサ装置 100においても、外部環境の温度変化による出力特性の劣 化を抑制するために、基板 12と、加速度センサチップ 20との間に緩衝部材 46が設 けられている。一方、信号処理チップ 40、磁気センサチップ 50などは、機械的な変 動部分を持たないため、接着剤を介して直接基板 12に固定されている。
[0038] 従来、加速度センサ装置を含んだセンサ装置では、加速度センサ装置の出力特性 の劣化を防止するために、センサ装置全体の基板として、シリコンの熱膨張係数に近 い、たとえばセラミックなどの材質の基板を使用しており、基板選択の自由度が低か [0039] 図 3 (a)、 (b)に示すハイブリッドセンサ装置 100では、緩衝部材 46が、基板 12とカロ 速度センサチップ 20の台座部との間に生ずる熱応力を吸収するので、基板 12の選 択自由度が高くなり、シリコンよりも熱膨張係数が大きいガラスエポキシなどの材質の 基板であっても、使用することができる。上述したように、ガラスエポキシ基板は、セラ ミック基板よりも安価なため、ハイブリッドセンサ装置 100の製造コストを低減すること ができる。
[0040] 以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの 各構成要素や各処理プロセスの組合せに 、ろ 、ろな変形例が可能なこと、またそうし た変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
産業上の利用可能性
[0041] 本発明は、加速度センサ装置およびセンサ装置に関する分野に適用することがで きる。

Claims

請求の範囲
[1] 基板と、
印加された加速度に応じて揺動する錘部を含む加速度センサ素子と、前記加速度 センサ素子を支持する台座部と、を有する加速度センサチップと、
を備えた加速度センサ装置であって、
前記台座部と、前記基板との間に、両者が熱膨張または熱収縮したときに発生する 熱応力を吸収する緩衝部材が設けられることを特徴とする加速度センサ装置。
[2] 前記緩衝部材の熱膨張係数は、前記台座部の熱膨張係数と略同一であることを特 徴とする請求項 1に記載の加速度センサ装置。
[3] 前記基板は、ガラスエポキシ基板であり、
前記台座部は、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数の近いガラスを用いて形成され 前記緩衝部材は、シリコンまたはシリコンと熱膨張係数の近 、ガラスを用いて形成さ れることを特徴とする請求項 1または 2に記載の加速度センサ装置。
[4] 前記台座部と、前記緩衝部材とは、シリコン系接着剤を用いて固定され、
前記緩衝部材と、前記基板とは、シリコン系接着剤を用いて固定されることを特徴と することを特徴とする請求項 3に記載の加速度センサ装置。
[5] 請求項 1から 4の 、ずれかに記載の加速度センサ装置と、
磁気を検出する磁気センサと、
圧力を検出する圧力センサと、
を備えることを特徴とするセンサ装置。
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