JPH06194377A - 半導体加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度ドリフトが小さく、自動ダイボンディン
グ時に可撓部の破損を回避できる半導体加速度センサを
得る。 【構成】 半導体チップ１は、作用部１ｃ、可撓部１ｂ
及び固定部１ａにより構成されており、作用部１ｃ上に
は重錘体２ｂが接合され、固定部１ａ上には台座２ａが
接合されている。また、可撓部１ｂには感歪抵抗が設け
られている。この半導体チップ１は、単結晶シリコンか
らなり可撓部１ｂに対応する凹部３ａが設けられた底板
３を介してパッケージ１０に搭載されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、各種
産業用ロボット及び家電製品等に取り付けられて加速度
の検出に使用される半導体加速度センサ及びその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体加速度センサは、自動車、
航空機、各種産業用ロボット、工作機械、医療機器、民
生用健康機器及び民生用ゲーム機器等の各種分野におい
て使用されるようになった。例えば、自動車分野におい
ては、エアバッグシステムにおける衝突検知、アンチロ
ックブレーキシステム、アクティブサスペンションシス
テム及びトランクションコントロールシステム等のシャ
ーシ制御における加速度の検知等に半導体加速度センサ
が使用されている。また、自動車以外の輸送機器（オー
トバイ、電車車両等）においても、姿勢制御のための加
速度の検出に半導体加速度センサが使用されている。

【０００３】図４は、従来の半導体加速度センサを示す
断面図である（特開平3-2535号，特開平3-202778号）。

【０００４】単結晶シリコンからなる半導体チップ２０
は、筒状のガラス台座２４上に固定されており、このガ
ラス台座２４はパッケージ２６に設けられた凹部２６ａ
内に固定されている。半導体チップ２０は、作用部２
１、可撓部２２及び固定部２３により構成されており、
ガラス台座２４は固定部２３の下面に接合されている。
また、可撓部２２は、半導体チップ２０の下面に選択的
に溝を設けて肉厚を薄くしたものであり、これにより作
用部２１に応力が印加された場合に可撓部２２が選択的
に撓むようになっている。更に、作用部２１の下面には
重錘体２５が接合されている。この重錘体２５は、ガラ
ス台座２４の内側に宙吊りの状態で配置されている。

【０００５】可撓部２２の表面には、例えば半導体チッ
プ２０に不純物を選択的に導入し熱拡散させて形成した
複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）が設けられており、
これらの抵抗素子により感歪抵抗ブリッジ回路が構成さ
れている。この感歪抵抗ブリッジ回路の入出力端は、半
導体チップ２０の上面縁部に設けられたパッド（図示せ
ず）に電気的に接続されており、このパッドは、パッケ
ージ２６に固定されてこのパッケージ２６の外側に導出
するリード３０の内側先端部にボンディングワイヤ２９
を介して電気的に接続されている。

【０００６】また、パッケージ２６の上部には蓋２８が
配設されており、半導体チップ２０をパッケージ２６内
に封止するようになっている。

【０００７】次に、このように構成された加速度センサ
の動作について説明する。

【０００８】加速度センサに加速度が加えられると、慣
性により、重錘体２５と半導体チップ２０との間に応力
が発生し、半導体チップ２０の可撓部２２が機械的に変
形する。これにより、可撓部２２に設けられたピエゾ抵
抗素子の電気抵抗が変化する。この抵抗値の変化を外部
の検出装置により検出することにより、加速度を検出す
ることができる。

【０００９】なお、加速度が大きい場合は、重錘体２５
に過度の外力が印加され、その結果可撓部２２が大きく
変形して半導体チップ２０が破損することが考えられ
る。しかし、重錘体２５はガラス台座２４及びパッケー
ジ２６の凹部底面により移動範囲が規制されるため、こ
のような不都合を回避することができる。

【００１０】このような半導体加速度センサは、生産性
が優れており、且つ三次元直交座標系における少なくと
も２軸方向の加速度を同時に検出できるという長所があ
る。

【００１１】図５は上述の半導体加速度センサの製造方
法を示す断面図である。

【００１２】先ず、単結晶シリコンからなる半導体ウェ
ハ３１の表面に不純物を選択的に導入して、ピエゾ抵抗
素子及びこのピエゾ抵抗素子により構成される感歪抵抗
ブリッジ回路を形成する。また、エッチング等により、
ウェハ３１の下面側に、平面視でリング状に溝３２を形
成しウェハ３１の肉厚を部分的に薄くして、可撓部３３
を設ける。

【００１３】次に、ウェハ３１の下面側に台座及び重錘
体となるガラス板３４を陽極接合法により接合する。な
お、ウェハ３１には溝３２が設けられているため、可撓
部３３はガラス板３４から浮いた状態になる。

【００１４】次に、ガラス板３４をその下面側からダイ
シングソーで切断する。これにより、ガラス板３４が、
重錘体３４ａと台座になる部分３４ｂとに分離される。

【００１５】次いで、ガラス板３４側を粘着シート（図
示せず）に貼り付け、ダイシングソーで前記粘着シート
を残してウェハ３１及びガラス板３４の積層体をセンサ
素子毎に切り離す。その後、前記粘着シートを引き伸ば
す（エキスパンドする）と、各センサ素子間の間隔が広
がる。この状態で、センサ素子を自動ダイボンダにより
パッケージにダイボンディングする。即ち、前記粘着シ
ートの下側からピンでセンサ素子を押し上げ、コレット
によりこのセンサ素子を掴んで粘着シートから分離す
る。そして、このセンサ素子をパッケージの所定部分に
ダイボンディングする。その後、ワイヤボンディング装
置によりセンサ素子のパッドとパッケージのリードとを
電気的に接続する。このようにして、図４に示す半導体
加速度センサが完成する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の加速度センサには以下に示す問題点がある。即
ち、ウェハ当たりのチップの数を多くするために、台座
と粘着シートとの接合面積は必要最小限の強度が確保で
きる程度に縮小化される。このため、自動ダイボンディ
ング時に粘着シートの下側からピンを突き上げると、ピ
ンが重錘体を押し上げて可撓部を破損してしまう虞れが
ある。

【００１７】また、例えば図７に示すように、ダイシン
グソーによりガラス板３４を格子状に切断して重錘体３
４ａを形成することが作業性の点から好ましい。しか
し、このようにして重錘体３４ａを形成すると、台座部
分３４ｂが複数に分離されてしまうため、製品とした場
合に、パッケージ、台座及び半導体チップの熱膨張係数
の差に起因して可撓部に温度変化による熱応力が加わ
り、温度ドリフトが大きくなる。

【００１８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、自動ダイボンディング時の破損を回避でき
ると共に温度ドリフトが小さい半導体加速度センサ及び
その製造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体加速
度センサは、作用部、この作用部の周囲に配設されその
表面に感歪素子が形成された可撓部及びこの可撓部を支
持する固定部を備えた半導体チップと、その上面に前記
可撓部に対応する凹部を備え前記半導体チップとパッケ
ージとの間に配設された底板と、前記作用部上に接合さ
れた重錘体と、前記固定部上に接合され前記重錘体の移
動範囲を規制する台座とを有することを特徴とする。

【００２０】本発明に係る半導体加速度センサの製造方
法は、半導体ウェハの所定領域を選択的に薄肉化して可
撓部を設ける工程と、この半導体ウェハの一方の面に前
記可撓部に整合する凹部が設けられたシリコン基板を接
合し他方の面にガラス板を接合して積層体を得る工程
と、この積層体の前記シリコン基板側の面を粘着シート
に貼り付ける工程と、前記ガラス板を所定の形状に切断
して重錘体を得る工程と、前記積層体をセンサ素子毎に
切断する工程と、各センサ素子をパッケージにダイボン
ディングする工程と、を有することを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明においては、可撓部、作用部及び固定部
を備えた半導体チップが底板を介してパッケージに固定
されている。従って、パッケージの熱膨張が半導体チッ
プに直接影響を与えることを回避できる。例えば、前記
底板を前記半導体チップと同一の材質（単結晶シリコ
ン）とすることにより、温度変化によって可撓部に応力
が印加されることを回避できて、温度ドリフトを極めて
小さくすることができる。なお、本発明においては、半
導体チップの下側に底板を設けるため、重錘体及びこの
重錘体の水平方向の移動範囲を規制する台座はいずれも
半導体チップの上側に配設する。また、前記底板には前
記半導体チップの可撓部に対応する凹部が設けられてい
るため、可撓部は加速度に応じて変形可能であると共
に、垂直方向に過度の加速度が加えられた場合には可撓
部が凹部底面に当接して可撓部の破損が回避される。

【００２２】この場合に、半導体チップの下面及び底板
の凹部底面に自己診断用電極を相互に対向して設ける
と、センサの状態が正常であるか否かを検出することが
できる。即ち、半導体加速度センサに加速度が加わって
いない状態において、前記自己診断用電極間に電圧を印
加することにより静電気で重錘体を変位させ、そのとき
のセンサ出力を調べることにより、作用部及び可撓部の
破損の有無を検出することができる。このため、半導体
チップの下面及び底板の凹部底面には相互に対向する自
己診断用電極を設けることが好ましい。

【００２３】また、本発明方法においては、先ず、半導
体ウェハに選択的に可撓部を形成し、この半導体ウェハ
の一方の面及び他方の面に夫々前記可撓部に整合する凹
部が設けられたシリコン基板及び重錘体形成用のガラス
板を接合して積層体を得る。その後、この積層体の前記
シリコン基板側の面を粘着シートに貼り付け、前記ガラ
ス板を切断して重錘体を形成する。次いで、この積層体
を各センサ素子毎に切断し、ダイボンダにより各センサ
素子をパッケージに自動的にダイボンディングする。即
ち、本発明方法においては、ダイボンディング時に、ピ
ンは粘着シートの下側から各センサ素子のシリコン基板
（底板）を押し上げてセンサ素子をシートから分離しや
すくする。従って、重錘体及び可撓部はシリコン基板
（底板）によりピンから保護され、可撓部の破損を回避
できる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【００２５】図１は本発明の実施例に係る半導体加速度
センサを示す断面図である。

【００２６】半導体チップ１は、作用部１ｃと、この作
用部１ｃの周囲を薄肉化することにより形成された可撓
部１ｂと、この可撓部１ｂ周囲に配設され可撓部１ｂを
支持する固定部１ａとを備えている。この半導体チップ
１は、底板３を介してパッケージ１０に設けられた凹部
１０ａ内に固定されている。底板３は、その上面中央部
に凹部３ａが設けられており、この凹部３ａの周縁部で
半導体チップ１の固定部１ａに接合されている。

【００２７】半導体チップ１の作用部１ｃ上には重錘体
２ｂが接合されており、固定部１ａ上には筒状の台座２
ａが固定されている。即ち、重錘体２ｂはこの台座２ａ
に囲まれた状態になっている。

【００２８】可撓部１ｂの下面には、複数のピエゾ抵抗
素子及びこれらのピエゾ抵抗素子により構成される抵抗
ブリッジ回路（図示せず）が形成されている。この抵抗
ブリッジ回路の端子は固定部１ａに設けられた電極４に
電気的に接続されており、パッケージ１０に設けられた
電極とオーミック接続されている。また、底板３及び半
導体チップ１には夫々自己診断用電極５ａ，５ｂが相互
に対向して設けられている。

【００２９】本実施例に係る半導体センサに加速度が加
えられると、慣性により、重錘体２ｂと半導体チップ１
との間に応力が発生し、可撓部１ｂが機械的に変形す
る。この可撓部１ｂの変形によりピエゾ抵抗素子の抵抗
値が変化し、この変化を外部の検出装置により検出する
ことにより加速度を検出する。

【００３０】なお、半導体加速度センサに過度の加速度
が加えられても、重錘体２ｂの横方向の移動範囲は固定
部２ａにより規制され、縦方向の移動範囲は底板３によ
り規制されるため、可撓部１ｂが大きく変形することを
回避できて、可撓部１ｂの破損を防止することができ
る。また、半導体チップ１とパッケージ１０との間には
単結晶シリコンからなる底板３が配設されているため、
温度変化による可撓部１ｂへの応力印加が回避できる。
従って、本実施例に係る加速度センサは、温度ドリフト
が小さい。

【００３１】更に、本実施例においては自己診断用電極
５ａ，５ｂが設けられているため、センサが正常である
か否かを検出することができる。即ち、センサに加速度
が加えられていない状態において電極５ａ，５ｂ間に電
圧を印加し、静電気により作用部を変位させ、そのとき
のセンサの出力を調べることにより、センサが正常であ
るか否かを検出することができる。

【００３２】図２，３は本実施例に係る半導体加速度セ
ンサの製造方法を工程順に示す断面図である。

【００３３】先ず、図２に示すように、従来と同様にし
て、半導体ウェハ１１に凹部１２を選択的に設けること
により、可撓部１３を形成する。次に、この半導体ウェ
ハ１１の凹部形成側の面にガラス板１５を接合する。

【００３４】次に、図３に示すように、底板となるシリ
コン基板１６に凹部１６ａを選択的に形成し、この凹部
１６ａを可撓部１３に整合させて半導体ウェハ１１に陽
極接合する。そして、粘着シート１９上にシリコン基板
１６、半導体ウェハ１１及びガラス板１５の積層体をシ
リコン基板１６を下側にして接合する。

【００３５】次に、ガラス板１５を切断して台座１７及
び重錘体１８を形成する。その後、粘着シート１９を残
して、ガラス板１５、半導体ウェハ１１及びシリコン基
板１６の積層体を１チップ（センサ素子）毎に切断す
る。その後、粘着シート１９を引き伸ばし、各センサ素
子の間隔を広げる。そして、自動ダイボンダにより各セ
ンサ素子をパッケージに接合する。即ち、粘着シート１
９の下方からピンによりセンサ素子を押し上げ、このセ
ンサ素子をコレットにより掴んでパッケージに搭載す
る。このとき、半田バンプ及び圧接等の技術を用いて、
半導体チップに形成された電極とパッケージの電極とが
オーミックコンタクトとなるように接続する。

【００３６】本実施例方法においては、コレットにより
センサ素子を掴むときにはピンが粘着シートの下側から
センサ素子の底板（シリコン基板）を押し上げるため、
重錘体及び可撓部がこの底板により保護され、可撓部の
破損を回避できる。また、底板となるシリコン基板と半
導体ウェハとを陽極接合により接合するため、量産時の
生産性を損なうこともない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
加速度センサは、感歪素子が設けられた半導体チップと
パッケージとの間に底板が設けられているため、パッケ
ージと半導体チップとの熱膨張係数の差に起因する温度
ドリフトを回避することができる。

【００３８】また、本発明方法においては、可撓部が設
けられた半導体ウェハの一方の面に前記可撓部に整合す
る凹部を備えたシリコン基板を接合し他方の面に重錘体
形成用のガラス板を接合して積層体を形成し、この積層
体の前記シリコン基板側の面を粘着シートに貼り付ける
から、自動ダイボンディング時に重錘体及び可撓部がシ
リコン基板により保護され、可撓部の破損を回避するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体加速度センサを示
す断面図である。

【図２】本発明の実施例に係る半導体加速度センサの製
造方法における一工程を示す断面図である。

【図３】同じくその製造方法における他の工程を示す断
面図である。

【図４】従来の半導体加速度センサを示す断面図であ
る。

【図５】従来の半導体加速度センサの製造方法を示す断
面図である。

【図６】従来の半導体加速度センサの製造方法における
重錘体の製造方法の一例を示す下面図である。

【符号の説明】

１，２０；半導体チップ １ａ，２３；固定部 １ｂ，１３，２２，３３；可撓部 １ｃ，２１；作用部 ２ａ，１７，２４；台座 ２ｂ，１８，２５；重錘体 ３；底板 ５ａ，５ｂ；自己診断用電極 １０．２６；パッケージ １１，３１；半導体ウェハ １２；凹部 １５，３４；ガラス板 １６；シリコン基板 １９；粘着シート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作用部、この作用部の周囲に配設されそ
   の表面に感歪素子が形成された可撓部及びこの可撓部を
   支持する固定部を備えた半導体チップと、その上面に前
   記可撓部に対応する凹部を備え前記半導体チップとパッ
   ケージとの間に配設された底板と、前記作用部上に接合
   された重錘体と、前記固定部上に接合され前記重錘体の
   移動範囲を規制する台座とを有することを特徴とする半
   導体加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記半導体チップの下面及び前記底板の
   凹部底面には自己診断用電極が相互に対向して設けられ
   ていることを特徴とする請求項１に記載の半導体加速度
   センサ。
3. 【請求項３】 半導体ウェハの所定領域を選択的に薄肉
   化して可撓部を設ける工程と、この半導体ウェハの一方
   の面に前記可撓部に整合する凹部が設けられたシリコン
   基板を接合し他方の面にガラス板を接合して積層体を得
   る工程と、この積層体の前記シリコン基板側の面を粘着
   シートに貼り付ける工程と、前記ガラス板を所定の形状
   に切断して重錘体を得る工程と、前記積層体をセンサ素
   子毎に切断する工程と、各センサ素子をパッケージにダ
   イボンディングする工程と、を有することを特徴とする
   半導体加速度センサの製造方法。