JPH06160417A - 半導体加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度特性を向上させ、ダイアフラムが破損す
る恐れをなくし、加速度を精度良く検出することでき
る。 【構成】 シリコンからなる半導体チップ１２が台座２
０に接合されて一体化され、半導体チップ１２の重錘体
１２ｂの慣性力によりダイアフラム１２ａに生じる歪み
から加速度を検出する半導体加速度センサおいて、半導
体チップ１２と台座２０との間に空間２６を形成し、前
記空間２６を前記半導体チップ１２および台座２０の外
部に連通する所定内径の連通孔２４を前記半導体チップ
１２及び台座２０の一体化されたものに形成し、かつ、
前記空間２６に圧力伝導体を装入した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体加速度センサに
係り、特に、ダンピング特性を向上させた半導体加速度
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップに形成されたダイアフラム
が測定媒体の圧力により歪むことを利用した半導体圧力
センサが、従来、開発、生産されている。さらに、この
半導体圧力センサを応用した加速度センサが実用化され
た。すなわち、この種の加速度センサは、半導体チップ
が台座（一般的にガラスからなる）上に設けられ、半導
体チップの重錘体（重り）の慣性力によりダイアフラム
に生じる歪みから加速度を検出するものである。この歪
みはダイヤフラムに設けられたピエゾ抵抗等の歪みゲー
ジで検出する。

【０００３】図５は、従来の半導体加速度センサの構成
例である。（ａ）は全体の断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に
沿う矢視図、（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う矢視図である。図
５（ａ）においては、１０は上部の中央に窪み１０ａが
形成された台座である。この台座１０上にシリコンチッ
プ１２が接着等により接合される。このシリコンチップ
１２は薄く形成されたダイアフラム１２ａと該ダイアフ
ラムの略中央に垂下する重錘体（ボスともいう）１２ｂ
とを有している。又、シリコンチップ１２と台座１０と
の間が密閉されており、その間は空間１６となってい
る。シリコンチップ１２を下方から望めば、（ｂ）に示
すようになり、台座１０を上方から望めば、（ｃ）に示
すようになる。（ｂ）、（ｃ）において１２ｄ、１０ｄ
は各々の接合面である。

【０００４】ここで、半導体加速度センサは、加速度が
間欠的に加わってもそれに応答して加速度を精度良く検
出しなければならない。したがって、急激な加速度の加
わった後にはただちに静止して初期状態になっていなけ
ればならず、いつまでも振動状態が続くことは検出誤差
となるため、その振動が生じないように制動する必要が
ある。すなわち、ダンピング特性が高くなければならな
い。

【０００５】半導体加速度センサのダンピング特性を向
上させる手法の一つは、図５に示すように、半導体チッ
プ上にシリコーンゲル１４を比較的厚く付着させるもの
である。これにより、シリコーンゲル１４の弾性力によ
り、シリコンチップ１２に生じる振動を減衰させて、ダ
ンピング特性を向上させていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体加速度センサにおいては、シリコンチップ１
２と台座１０との間が密閉されているため、シリコンチ
ップ１２と台座１０との間の空間１６に気体を封入した
場合は、温度変化により気体が膨張・収縮して、これに
より、ダイアフラムが変形し、温度特性が悪くなるとい
う問題点がある。

【０００７】また、前記空間が真空とされた場合は、図
６に示すように、矢印ａ方向に加速度が加わると、シリ
コーンゲルがその慣性力を矢印ｂ方向に発生する。ダイ
アフラム１２ａが薄いことから、この慣性力によりダイ
アフラム１２ａが破損する恐れがあるという問題点があ
る。

【０００８】また、前記のようにダイアフアム１２ａが
破損することを防止するため、シリコーンゲル１４の付
着量を最適量に調整することが考えられる。しかしなが
ら、シリコンチップ１２が極めて小さく、シリコーンゲ
ル１４は少量しか付着させないため、シリコーンゲル１
４の付着量を調整するのは、極めて困難である。したが
って、このシリコーンゲル１４を付着させる手法では、
検出される加速度の精度を上げることできないという問
題点がある。

【０００９】本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、温度特性を向上させ、ダイアフラム
が破損する恐れをなく、加速度を精度良く検出すること
できる半導体加速度センサを提供することを課題とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体チップ
が台座に接合されて一体化され、半導体チップの重錘体
の慣性力によりダイアフラムに生じる歪みから加速度を
検出する半導体加速度センサおいて、半導体チップと台
座との間に空間を形成し、前記空間を前記半導体チップ
および台座の外部に連通する所定内径の連通孔を前記半
導体チップ及び台座の一体化されたものに形成し、か
つ、前記空間に圧力伝導体を装入したことにより、前記
課題を解決するものである。

【００１１】

【作用】本発明においては、加速度センサに加速度が加
わった場合、半導体チップ（好適例はシリコンチップ）
はその重錘体の慣性力によりダイアフラムが変形し、半
導体チップと台座との間の空間の容積が小さくなろうと
したり、大きくなろうとしたりする。この場合、空間内
の圧力伝導体には、圧縮力・膨張力が加わるため、圧力
伝導体はこの圧縮力・膨張力により連通孔から噴出・吸
引され、すなわち、出入する。このように圧力伝導体の
前記連通孔を介した出入により、前記連通孔はオリフィ
スの作用をするため、半導体チップはその動作が緩衝す
る。すなわちダンピング特性が向上する。

【００１２】本発明によれば、前記空間が連通孔を介し
て外部に連通しているため、半導体チップと台座との間
が密閉されていない。従って、たとえ圧力伝導体に気体
を用いて温度変化により、その気体の体積に変化が生じ
ても該気体は前記連通孔を介して出入するため、ダイア
フラムが変形する恐れがない。よって、温度特性が向上
する。また、半導体チップ上にシリコーンゲルを添付す
る必要がないため、加速度が加わってもダイアフラムが
破損する恐れがない。また、連通孔の内径を任意に選択
する、すなわち、オリフィス径を任意に選択ことによ
り、ダンピング特性を任意に制御することができる。従
って、連通孔径を適切に選択することにより、ダンピン
グ特性を適切に制御し得るため、加速度を精度良く検出
することできる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。なお、図１乃至図４は、本発明の各実施例
の説明図であるが、その中では、ダイアフラム上に形成
されている歪み抵抗、及びそのリード線等は図示を省略
している。

【００１４】図１乃至図２は、第一実施例に係る半導体
加速度センサの構成説明図である。図１の（ａ）は該半
導体加速度センサの静止状態を示し、（ｂ）は作動状態
を示す、それぞれの断面図である。また、図２におい
て、（ａ）は図１（ａ）中矢視Ａ方向の断面図、（ｂ）
は図２（ａ）の矢視Ｂ方向の台座２０の平面図、（ｃ）
は該台座２０の正面図である。なお、これら図におい
て、前記図５及び図６に示した半導体加速度センサと同
様の部分には同一の番号を付してその説明を略する。

【００１５】第一実施例の半導体加速度センサは、主
に、ガラスからなる台座２０とシリコンからなるチップ
１２を有している。この場合、チップ１２は、前記図５
に示したものと同様である。一方、台座２０は、その上
部のほぼ中央部に凹み２２を有している。また、台座２
０は、この凹み２２から外部方向に向かう、溝２４を２
本有している。さらに、この溝２４のある面２０ａとチ
ップ１２の接合面１２ｄとを接合し、密に接着する。

【００１６】また、チップ１２と台座２０で囲繞される
空間２６には、圧力伝導体を装入する。圧力伝導体に
は、気体例えば非腐食性ガス、液体例えば油（好適には
シリコーン油）、ゲル（好適にはシリコーンゲル）、ゼ
リー状物、あるいは、超流動性粉体が用いられ得る。こ
れにより、前記半導体加速度センサは、その主たる部分
が形成される。

【００１７】ここで、接合された半導体加速度センサ
は、図１乃至図２に示すように、溝２４が空間２６と外
部とを連通する連通孔２４ａとなる。しかもこの連通孔
２４ａは、適宜の断面積のオリフィスを形成する。

【００１８】ダイアフラム１２ａの変形時には、図１の
（ｂ）に示すように、前記連通孔２４ａから、圧力伝導
体が出入する。該連通孔２４ａは圧力伝導体の出入を絞
るため、前記空間２６と連通孔２４ａでダンパーの作用
をする。すなわちダンピング特性が高い。

【００１９】したがって、実施例の半導体加速度センサ
は、それに強い加速度が加わって急激にダイアフラム１
２ａが変形しようとした場合に、その変形を押さえる。
なお、前記連通孔２４ａの内径のサイズを適切に選ぶこ
とにより、前記ダンパーの性能（ダンピング特性）を所
望に制御することができる。また、図示していないが、
第一実施例の半導体加速度センサは適宜のパッケージな
いに内包されており、該パッケージと半導体加速度セン
サチップ間には、圧力伝導体を満たす。

【００２０】次に本発明の第二実施例を図３に基づき説
明する。なお、図３の（ａ）は、台座２８の平面図、
（ｂ）は側面図である。この第二実施例の半導体加速度
センサは、図３に示すように、台座２８には中央の凹み
２９から外部に向かう４本の溝３０が形成されているも
のである。この台座２８が前記チップ１２に接合されて
半導体加速度センサが構成される。その他の構成・作用
は、第一実施例と同様であり、説明は略する。

【００２１】次に本発明の第三実施例を図４に基づき説
明する。図４（ａ）は第三実施例の半導体加速度センサ
の縦断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視図（チップ３４の下
面を示す）である。この半導体加速度センサは、図４に
示すように、溝３２をチップ３４の下面に重錘体３４ｂ
から外部方向に向かって形成したものである。この場
合、溝３２は、２本あるいは、溝３２ａのように２本加
えてすべてで４本とすることができる。このチップ２４
が前記図５の台座１０（必要に応じて図１の台座２０、
または、図３の台座２８）に接合されて半導体加速度セ
ンサが構成される。なお、チップ３４は、ダイアフラム
３４ａ、重錘体３４ｂを有している。その他の構成・作
用は、第一実施例と同様であり、その説明は略する。

【００２２】前記第一実施例及び第二実施例の半導体加
速度センサは、台座２０及び２８がガラスからなるもの
であるため、ダイシングソーを用いて溝２４及び３０を
容易に作成できる。また、この場合、溝２４及び３０の
幅及び深さ等を任意に設定できる。したがって、半導体
加速度センサの製造コストが上昇しない。

【００２３】また、前記第三実施例の半導体加速度セン
サは、シリコンからなるチップ３４に溝３２を形成する
ものであるため、ダイシングソーで台座に形成される溝
（誤差はほぼ±２０μｍ）に比較して、高精度な溝３２
（誤差はほぼ±２〜３μｍ）が形成できる。また、この
溝３２は、エッチング工程で形成できるため、マスク上
に形成しておけば済み、ダイシングソーの繁雑な位置合
わせの必要がない。

【００２４】なお、本発明の半導体加速度センサは、通
常の圧力センサと同様の工程で製作できる点からも特別
の製造ラインを構成する必要がなく、製造コストを低下
させることができる。

【００２５】前記実施例においては、図１乃至図４に示
したような半導体加速度センサを例示したが、これらは
本発明のいくつかの例であり、本発明の範囲であればど
のような構成とすることもできる。すなわち、連通孔の
形成箇所は、前記第一実施例乃至第三実施例に示される
ような台座またはチップの接合面に限定されず、台座及
びチップの双方の接合面に形成することができ、さら
に、台座またはチップのいずれかまたは双方にその内部
から外部に連通する連通孔を形成することができる。ま
た、連通孔の形状は、断面一定とすれば加工が容易であ
る。しかるに、連通孔の断面は適宜の形状とすることも
本発明の範囲である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、温
度特性を向上させ、ダイアフラムが破損する恐れをなく
し、加速度を精度良く検出することできるという優れた
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の半導体加速度センサの説
明図であり、（ａ）は静止状態、（ｂ）は作動状態の断
面図である。

【図２】（ａ）は図１の半導体加速度センサのＡ方向矢
視図、（ｂ）は台座の平面図、（ｃ）は台座の側面図で
ある。

【図３】本発明の第三実施例の半導体加速度センサの台
座の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図で
ある。

【図４】本発明の第三実施例の半導体加速度センサの説
明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はチップの下方か
ら見た、（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図５】従来の半導体加速度センサの構成説明図であっ
て、（ａ）は全体断面図、（ｂ）はチップ下面を示す、
（ａ）のＢ−Ｂ線矢視図、（ｃ）は台座上面を示す、
（ａ）のＣ−Ｃ線矢視図である。

【図６】従来の半導体加速度センサの作動図である。

【符号の説明】

１２、３４ チップ ２０、２８ 台座 ２２ 凹み ２４、３０、３２、３２ａ 溝 ２６ 空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップが台座に接合されて一体化
   され、半導体チップの重錘体の慣性力によりダイアフラ
   ムに生じる歪みから加速度を検出する半導体加速度セン
   サおいて、 半導体チップと台座との間に空間を形成し、 前記空間を前記半導体チップおよび台座の外部に連通す
   る所定内径の連通孔を前記半導体チップ及び台座の一体
   化されたものに形成し、かつ、 前記空間に圧力伝導体を装入したことを特徴とする半導
   体加速度センサ。