JPH03107769A - 半導体加速度センサの製造方法 - Google Patents

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］ この発明は、半導体加速度センサの製造方法に関するも
のである。

［従来技術］ 従来、半導体加速度センサはそのセンサチップ（シリコ
ンチップ）に梁部が形成され、この梁部にＩＩ数のピエ
ゾ抵抗が配設され、このピエゾ抵抗にてブリッジ回路を
形成している。梁部は、空気中ではその形状により決ま
る共振周波数を有し、共振時の出力は共振以外の通常出
力の１０００倍程度になり容易に折れ・てしまう。そこ
で、ステム上にセンサチップを接着し、プロジェクショ
ン溶接によりセンサチップを囲むようにシェルを配設し
、その中にシリコンオイル等のダンピング液を封入する
ようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、プロジェクション溶接時に、ステムの溶接歪
みがセンサチップに伝搬して、センサデツプに形成され
たブリッジ回路のオフセラ１〜電圧変動が大ぎくなると
いう不具合があった。

この点について、詳細に説明する。第７図及び第８図（
第７図のＡ−Ａ断面）に示すプレス工程でステム９を製
造するわけであるが、この際には、まず、帯状の鋼板１
に対しステム形成部２の外周を除去すべく空間部３を形
成する。そして、プレスによりコイニングを行いステム
形成部２の外周部４を薄くする（段差をつける）。その
後、ポンチ５のステム９への往復動により６個のリード
孔６を形成するが、この際に、第８図に示すように、ス
テム９の裏面が反ってしまう。その後、縁取りされる。

そして、プロジェクション溶接よりステム９にシェルを
シリコンオイル封止した状態で溶接する。

この際に、第９図及び第１０図に示すように、上部電極
７と下部電極８の間にステム９とシェル１０を重ね第１
０図中、二点鎖線（イ）で示す位置で互いに接触さけ加
圧通電して溶接する。この時、ステム９に大きな力（１
トンの圧力）が加わり、ステム９が逆方向に反ってしま
いその歪みがセンサチップ１１にまで伝わり、この歪（
１９０μストレイン）によりセンサの特性が変動してし
まう。

この発明の目的は、溶接による外力がセンサチップに与
えるストレスを低減してセン４ノ゛の特性変動をなくし
性能を向上させることができる半導体加速度センサの製
造方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明は、リード端子にて外部と電気接続するため
のリード孔が形成された基板と、前記基板の表面に接着
剤にて接合され、ピエゾ抵抗を有する梁部が形成された
センサチップと、ダンピング液を気密封止するために前
配り板の表面にプロジェクション溶接にて接合された蓋
材とを備えた半導体加速度センサにおいて、 前記基板の裏面を平滑化する処理を行い、その侵に、プ
ロジェクション溶接を行い、この際に発生する前記基板
の溶接歪みが前記センサチップに伝搬するのを防止して
なる半導体加速度センサの製造方法をその要旨とする。

第２の発明は、上述した同様な半導体加速度センサにお
いて、前記基板とセンサチップとの間に、所定の厚みを
有し、かつ接着剤が入る空隙を右するスペーサ部材を介
在して前記基板とセンサチップを接合するとともに、前
記基板の裏面を平滑化した後に、プロジェクション溶接
を行い、この際に発生する前記基板の溶接歪みが前記セ
ンサデツプに伝搬するのを防止してなる半導体加速度セ
ンサの製造方法をその要旨とする。

第３の発明は、上述した同様な半導体加速度センサにお
いて、前記接着剤のガラス転移点付近の温度雰囲気下で
プロジェクション溶接を行い、この際に発生する前記基
板の溶接歪みが前記センサチップに伝搬するのを防止し
てなる半導体加速度センサ゛の製造方法をその要旨とす
るものである。

［作用］ 第１の発明は、基板の裏面を平滑化する処理を行い、そ
の掛に、プロジェクション溶接が行われ、この際に発生
する基板の溶接歪みがヒンリ゛チップに伝搬するのが防
止される。

第２の発明は、第１の発明の作用に加え、基板とセンサ
チップとの間に、所定の厚みを有し、かつ接着剤が入る
空隙を有するスベーリ部材を介在して基板とセンサチッ
プが接合され、プロジェクション溶接の際に発生づ゛る
基板の溶接歪みがセンサチップに伝搬するのがさらに確
実に防止される。

第３の発明は、接着剤のガラス転移点付近の温度雰囲気
下では接着剤の弾性率が低くなっているので、この状態
でプロジェクション溶接が行なわれ、この際に発生する
り板の溶接歪みがセンサチップに伝搬するのが防止され
る。

［第１実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。本実施例の半導体加速度センサは車両に組付Ｃ
プられ、車両の加速度の検出や衝突の検出等に使用され
るもので必る。

第１図には本実施例の半導体加速度センサの平面図を示
し、第２図は第１図のＢ−Ｂ断面を示す。

４２アロイ製のステム２１の上には接着剤２２により厚
膜基板２３が接合されるともに、厚膜基板２３の上には
接着剤２４によりシリコン台座２５が接合され、ざらに
、シリコン台座２５の上に接着剤２６にてセンサチップ
２７が接合されている。

接着剤２２，２４．２６としてはエポキシ系樹脂が使用
されている。

センサチップ２７は長方形状のＮ型シリ」ン単結晶基板
よりなり、その中央部に片持ち梁２８が形成されている
。この片持ら梁２８には４つのピエゾ抵抗層（Ｐ型拡散
領域）２９が形成され、各ピエゾ抵抗層（Ｐ型拡散領域
）２９はブリッジ回路となるように互いに電気的に接続
されている。

ステム２１はプロジェクション溶接により鉄等の金属よ
りなる蓋材としてのシェル３０がシールされ、その内部
にはセンリーチツブ２７の片持ち梁２８の共振を防止す
るためにダンピング液としてのシリコンオイル３１が封
入されている。又、ステム２１には６個のリード孔３２
が形成され、このリード孔３２には硬質ガラス３３にて
ハーメチックシールされた状態でリード端子３４が配設
されている。

又、厚膜基板２３には抵抗やコンデンサよりなる信号処
理回路が形成され、センサチップ２７のピエゾ抵抗層２
９にて形成されたブリッジ回路とはリード線３５、チッ
プターミナル３９、ハンダ４０を介して電気的に接続さ
れている。そして、厚膜基板２３の信号処理回路にてブ
リッジ回路の出力信号の増幅等が行なわれる。

さらに、厚膜基板２３の信号処理回路とリード端子３４
とはハンダ４０、チップターミナル３９、リード線３６
にて電気的に接続されている。そして、センサチップ２
７に加速度が加わると片持ら梁２８が変位し加速度の大
きさに応じてピエゾ抵抗層２９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、その電圧が厚膜基板２３
の信号処理回路及びリード端子３４を介して外部に取出
される。尚、シリコン台座２５にはその中央部に空間部
２５ａが形成され、センリーチツブ２７の片持ち梁２８
が加速度に応じて変位できるようになっている。

又、シェル３０の内部にはステンレス鋼よりなる隔壁３
８が配設されている。この隔壁３８は、シェル３０との
接合部３８ａと、ステム２１との接触部３８ｂと、２枚
の隔壁板３８Ｃとを有している。隔壁板３８ｃにはそれ
ぞれダンピング液出連通孔３８ｄが形成されるとともに
両板３８Ｃ間にて気体用連通孔３８ｅが形成されている
。

そして、この半導体加速度セン９を車両に数句ける際に
は第１図中の矢印Ｕ方向を車両の上方向（重力方向の逆
方向）にするとともに、紙面に垂直な方向を車両の進行
方向として取（Ｊｉプる。隔壁板３８ｃは上方向（矢印
Ｕ方向）に垂直な方向に対し３５°の角度となり、かつ
、気体用連通孔３８ｅがこの隔壁板３８Ｇの最上部に配
置される。

又、温度変化によるシリコンオイル３１の膨張、収縮を
考慮して小舟の空気が同封される。ざらに、ダンピング
液用連通孔３８ｄはシリコンオイル３１をセンサチップ
収納室側に戻すために気体用連通孔３８ｅより下部に形
成されている。

尚、この隔壁３８のシェル３０及びステム２１への接合
は、接合部３８ａをシェル３０に溶接し、隔壁板３８ｃ
の幅をシェル３０、ステム２１間の間隔より長めにして
おくことにより接触部３８ｂをステム２１に圧縮するこ
とにより行なわれる。

又、センサの取付は第１図においてステム２１に形成さ
れた取付穴２１ａを用いて固定される。

ステム２１は第７図、第８図を用いて前述したようにブ
レスエ稈で製造される。つまり、帯状の鋼板１に対しス
テム形成部２の外周を除去すべく空間部３を形成し、プ
レスによりコイニングを行いステム形成部２の外周部４
を薄クシく段差をつける）、ポンチ５のステム２１への
往復動により６個のリード孔３２を形成するが、この際
に、第８図に示すように、ステム２１の裏面が反ってし
まう。

そこで、本実施例では、ステム２１にシェル３０をプロ
ジェクション溶接する前に、ステム２１の裏面を研磨し
て平坦化する。そして、第９図及び第１０図に示すよう
に、上部電極７と下部電極８の間にステム２１とシェル
３０を重ねて配置し加圧通電して溶接する。この際に、
ステム２１に大きな力（１トンの圧力）が加わるが、そ
の裏面が平坦化されているのでステム２１が反ることな
くプロジェクション溶接できる。

又、本実施例ではプロジェクション溶接の際にステム２
１の反りに基因する溶接歪をセンサデツプ２７に伝えな
いために接着剤厚さを増加させている。即ち、第２図に
示すように、厚膜基板２３とシリコン台座２５とを接合
する接着剤２４の中には、接着厚さを確保するためにス
ペーサ部材としてのガラスピーズ３７が添加されている
。このガラスピーズ３７はＥガラスが使用され、その粒
径は１００μｍで、ビーズ添加量は５％（重量％）とし
ている。つまり、Ｅガラスは、Ａガラス（ソーダガラス
）に比べ、ＣＩ−やＮａ＋イオン等のシリコンオイル３
１への溶出が１／４〜１１５程度と少なく、センサチッ
プ（シリコンウェハ）２７に悪影響を及ぼさない。

ここで、ビーズ径は、第３図に示すように、センサチッ
プ２７の歪みの許容値である２２μストレイン以下にす
るために、接着厚みを１００μｍ以上とする必要がある
。又、第４図に示す試験、つまり、−４０℃の環境で定
振幅加振（１０Ｈｚ）させ、破壊するまでのリーイクル
数を求めると第５図のようにプロットでき、Ｕん断歪み
が大きければ少ないサイクル数で破壊することが分る。

一方、接着剤の厚さを大きくすると内部応力が増加する
ためにせん断歪み率が低下してくる。そこで、第５図に
おける車両庁命から求められる目標サイクル（１０５回
）において、プロット点の平均値μから製造上のバラツ
キをも考慮した値に対しせん断歪み率の余裕度が２倍以
ｔある接着剤厚さを有限要素法（ＦＥＭ）により求める
と、２００μｍとなり、これが接着剤厚さの最大値とす
ることとなる。

ビーズ添加量はビーズを入れたことで弾性率が上昇しな
い５％以下としている。又、ビーズ添加による接着強度
低下防止のために、ガラス表面をグラシトシランカップ
リング剤で表面処理をしてぬれ性をよくしている。さら
に、接着剤２４の中へのガラスピーズ３７の混入は、デ
イスバーリ゛−を用いて充分混練している。

そして、厚膜基板２３とシリコン台座２５との接合の際
には、ガラスピーズ３７を添加した接着剤２４を厚膜塞
板２３上に塗布し、さらに、厚膜基板２３の上方からシ
リコン台座２５を押しつけることによりビーズ径の１０
０μｍの接着厚みを確保することができる。

ここで、本実施例において、厚膜基板２３とシリコン台
座２５とを接合する接着剤２４の中にガラスピーズ３７
を添加したことについて説明する。

第６図には接着剤２２，２４．２６の厚さのうちいずれ
か１つの厚さを変化させた場合におけるセンサチップ２
７の歪みのステム平板品に対する比率を特性線１１．Ｌ
２．Ｌ３で示す。この第６図から明らかなように、特性
線Ｌ２（接着剤２４の厚さを変化させた場合の特性線）
が接着剤の厚さｔを高くしたときに最もセンサチップ２
７の歪みを小さくできる。

このように本実施例では、ステム２１（基板）の裏面を
平滑化した後に、プロジェクション溶接を行いこの際に
発生するステム２１（基板）の溶接歪みがセンサチップ
２７に伝搬するのを防止するようにした。よって、溶接
による外力がヒンナチップ２７に与えるストレスを低減
してセンサの特性変動をなくし性能を向上させることが
できることとなる。

又、ステム２１（基板）とセンサチップ２７との間に、
所定の厚みを有し、かつ接着剤２４が入る空隙を有する
ガラスピース３７（スペーサ部材）を介在してステム２
１（基板）とセンサチップ２７を接合し、ステム２１（
基板）の裏面を平滑化した後に、プロジェクション溶接
を行うことにより、この際に発生するステム２１（基板
）の溶接歪みがセンサチップ２７に伝搬するのがより確
実に防止される。

尚、本実施例の応用例としては、本実施例では３つある
接＠層のうち厚ｍ基板２３とシリコン台座２５との間の
接着剤２４にガラスピーズ３７を添加したが、他の１層
の接着層にガラスピーズ３７を添加したり、２層の接着
層にガラスピーズ３７を入れたり、さらには、３層とも
ガラスピーズ３７を入れてもよい。又、接着層に入れる
スペーサ部材としては、ガラスピーズ３７の他にも、所
定の厚み有する網材としてもよく、要は、所定の厚み有
し、かつ接着剤が入る空隙を有するものであればよい。

［第２実施例］ 次に、第３の発明に対応する第２実施例を説明する。

この第２実施例は、第１実施例に対しステム２１（基板
）の裏面の平滑化を行なわず、かつ、ガラスピーズ３７
（スペーサ部材）を使用することなく、プロジェクショ
ン溶接の際の雰囲気温度を調整することによりプロジェ
クション溶接の際に発生するステム２１（基板）の溶接
歪みがセンサチップ２７に伝搬するのを防止するもので
ある。

つまり、エポキシ系樹脂のガラス転移点前接で、弾性率
が急激に低下する特性を利用し、１００〜１５０℃の高
温状態で溶接することにより溶接歪みをセンサチップ２
７に伝えないようにする。即ち、ヒートガンやドライヤ
を用いて接着剤をそのガラス転移点付近にし、この温度
雰囲気下でプロジェクション溶接を行う。他の事項につ
いては第１実施例と同じであるので、ここではその説明
は省略する。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、溶接による外力
がセンサチップに与えるストレスを低減してセンサの特
性変動をなくし性能を向上させることができる優れた効
果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の半導、体加速度センリーの平面図、第
２図は第１図のＢ−８断面図、第３図は接着剤厚さとチ
ップ歪みの関係を示す図、第４図は試験条件を示す図、
第５図はサイクル数とせん断歪みの関係を示す図、第６
図は接着剤厚さとチップ歪みのスデム平板品に対する比
を示す図、第７図はステムのプレスエ稈を示す図、第８
図は第７図のＡ−Ａ断面図、第９図はプロジェクション
溶接を説明するための図、第１０図はプロジェクション
溶接を説明するための斜視図である。 ２１は基板としてのステム、２４は接着剤、２７はセン
サチップ、２８は片持ら梁、３０は蓋材としてのシェル
、３１はダンピング液としてのシリコンオイル、３２は
リード孔、３４はリード端子、３７はスペーサ部材とし
てのガラスピーズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リード端子にて外部と電気接続するためのリード孔
   が形成された基板と、 前記基板の表面に接着剤にて接合され、ピエゾ抵抗を有
   する梁部が形成されたセンサチップと、ダンピング液を
   気密封止するために前記基板の表面にプロジェクション
   溶接にて接合された蓋材と を備えた半導体加速度センサにおいて、 前記基板の裏面を平滑化する処理を行い、その後に、プ
   ロジェクション溶接を行い、この際に発生する前記基板
   の溶接歪みが前記センサチップに伝搬するのを防止して
   なる半導体加速度センサの製造方法。 ２、リード端子にて外部と電気接続するためのリード孔
   が形成された基板と、 前記基板の表面に接着剤にて接合され、ピエゾ抵抗を有
   する梁部が形成されたセンサチップと、ダンピング液を
   気密封止するために前記基板の表面にプロジェクション
   溶接にて接合された蓋材と を備えた半導体加速度センサにおいて、 前記基板とセンサチップとの間に、所定の厚みを有し、
   かつ接着剤が入る空隙を有するスペーサ部材を介在して
   前記基板とセンサチップを接合するとともに、前記基板
   の裏面を平滑化した後に、プロジェクション溶接を行い
   、この際に発生する前記基板の溶接歪みが前記センサチ
   ップに伝搬するのを防止してなる半導体加速度センサの
   製造方法。 ３、リード端子にて外部と電気接続するためのリード孔
   が形成された基板と、 前記基板の表面に接着剤にて接合され、ピエゾ抵抗を有
   する梁部が形成されたセンサチップと、ダンピング液を
   気密封止するために前記基板の表面にプロジェクション
   溶接にて接合された蓋材と を備えた半導体加速度センサにおいて、 前記接着剤のガラス転移点付近の温度雰囲気下でプロジ
   ェクション溶接を行い、この際に発生する前記基板の溶
   接歪みが前記センサチップに伝搬するのを防止してなる
   半導体加速度センサの製造方法。