JPH0660906B2 - Semiconductor acceleration sensor - Google Patents

Semiconductor acceleration sensor

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JPH0660906B2
JPH0660906B2 JP59265184A JP26518484A JPH0660906B2 JP H0660906 B2 JPH0660906 B2 JP H0660906B2 JP 59265184 A JP59265184 A JP 59265184A JP 26518484 A JP26518484 A JP 26518484A JP H0660906 B2 JPH0660906 B2 JP H0660906B2
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JP
Japan
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semiconductor
acceleration sensor
cantilever
piezoresistor
semiconductor chip
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浩一 村上
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体片持ちばりを有し、ピエゾ効果を利用
して加速度を測定する半導体加速度センサに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor having a semiconductor cantilever and measuring acceleration by utilizing a piezo effect.

[従来の技術] 従来の半導体加速度センサとしては例えば第2図に示す
ようなものがある。これは文献エル.エム.ローランス
・およびジェイ.ビー.アンジェルの「バッチ式シリコ
ン加速度センサ」IEEE規格、エレクトロンデバイ
ス.1979年第ED26巻、第12号、第1911〜
1917頁「L.M.Loylance .and .J.B.Ang
ell ,“A Batch−Fabricated Silicon Accel
erometer ,“IE Electron Devices.vol .
ED−26,No.12,PP.1911〜1917,
1979」に詳しい説明があるが、ここで第2図に基づ
いてその概略を説明する。
[Prior Art] An example of a conventional semiconductor acceleration sensor is shown in FIG. This is the reference El. M. Laurence and Jay. Bee. Angel's "batch type silicon acceleration sensor" IEEE standard, electron device. ED 26, 1979, No. 12, 1911
1917 "LM Loylance. And JB Ang.
ell, “A Batch-Fabricated Silicon Accel
erometer, "IE 3 Electron Devices. vol.
ED-26, No. 12, PP. 1911-1917,
1979 ”, the outline will be described here with reference to FIG.

第2図(a)は半導体加速度センサの平面図、同図(b)は側
面図であり、同図に示されるように、半導体チップ(以
下シリコンチップと称する)1上に空隙3が形成される
ことによって端部に半導体おもり(以下シリコンおもり
と称する)5を有する半導体片持ちばり(シリコン片持
ちばりと称する)7がシリコンチップ1に形成される。
シリコン片持ちばり7表面には不純物拡散によりピエゾ
抵抗9が形成され、又シリコンチップ1上にはピエゾ抵
抗9に隣接して高濃度拡散領域11が形成される。
2 (a) is a plan view of the semiconductor acceleration sensor, and FIG. 2 (b) is a side view thereof. As shown in FIG. 2, a void 3 is formed on a semiconductor chip (hereinafter referred to as a silicon chip) 1. As a result, a semiconductor cantilever beam (hereinafter referred to as a silicon cantilever beam) 7 having a semiconductor weight (hereinafter referred to as a silicon weight) 5 is formed on the silicon chip 1 at the end.
A piezoresistor 9 is formed on the surface of the silicon cantilever 7 by impurity diffusion, and a high-concentration diffusion region 11 is formed on the silicon chip 1 adjacent to the piezoresistor 9.

過大な加速度が加わった時にシリコン片持ちばり7の過
度の変形を防止する為に、シリコンチップ1の上下にそ
れぞれ上部ストッパ13及び下部ストッパ15が設けら
れる。該上部ストッパ13及び下部ストッパ15にはシ
リコン片持ちばり7が変形できるように夫々凹部13
a,15aが形成される。
In order to prevent the silicon cantilever beam 7 from being excessively deformed when an excessive acceleration is applied, an upper stopper 13 and a lower stopper 15 are provided above and below the silicon chip 1, respectively. The upper stopper 13 and the lower stopper 15 are each provided with a recess 13 so that the silicon cantilever 7 can be deformed.
a and 15a are formed.

上部ストッパ13の下面には高濃度拡散領域11に隣接
してアルミニウムボンディングパット19が形成され、
該アルミニウムボンディングパット19に取り出し線2
1が接続される。
An aluminum bonding pad 19 is formed on the lower surface of the upper stopper 13 adjacent to the high concentration diffusion region 11,
The lead wire 2 is attached to the aluminum bonding pad 19.
1 is connected.

このような半導体加速度センサを用いて加速度を測定す
るには次のようにして行なう。即ち加速度を受けるとシ
リコン片持ちばり7がたわみ、これによりシリコン片持
ちばり7表面に形成されたピエゾ抵抗9の抵抗値が変化
する。該ピエゾ抵抗9は高濃度拡散領域11、アルミニ
ウムボンディングパット19を介して取り出し線21に
より外部と電気的に接続されており、ピエゾ抵抗9の抵
抗値が変化し、出力電圧がかわることにより加速度が測
定される。
The acceleration is measured using such a semiconductor acceleration sensor as follows. That is, when receiving acceleration, the silicon cantilever beam 7 bends, and thereby the resistance value of the piezoresistor 9 formed on the surface of the silicon cantilever beam 7 changes. The piezoresistor 9 is electrically connected to the outside by a lead-out wire 21 via a high-concentration diffusion region 11 and an aluminum bonding pad 19, and the resistance value of the piezoresistor 9 changes to change the output voltage, thereby increasing the acceleration. To be measured.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、このようなピエゾ抵抗効果を用いた半導
体加速度センサは、一般に感度が低くまた感度の温度抵
抗依存性が大きいので増幅回路及び温度補償回路等の外
付け回路を要する。そして、信頼性を向上し、コトスを
低廉にするにはこのような外付け回路を一体的に形成す
る必要がある。しかし、調整用の抵抗等も必要な為、通
常このために厚膜抵抗の形成が可能なHIC基板23上
に実装されている。
[Problems to be Solved by the Invention] However, a semiconductor acceleration sensor using such a piezoresistive effect generally has low sensitivity and its sensitivity is highly dependent on temperature resistance. Requires a circuit. In order to improve reliability and reduce cost, it is necessary to integrally form such an external circuit. However, since a resistor for adjustment and the like are also required, it is usually mounted on the HIC substrate 23 capable of forming a thick film resistor for this purpose.

而して、このようなHIC基板23上に半導体加速度セ
ンサを実装する場合には以下に示されるような問題点が
あった。
Therefore, when the semiconductor acceleration sensor is mounted on the HIC substrate 23, there are the following problems.

シリコンチップ1に下部ストッパ15の片面を接着し
た後、更にこの下部ストッパの他面をHIC基板23に
接着する必要があり、作業工程が多い。
It is necessary to bond one surface of the lower stopper 15 to the silicon chip 1 and then further bond the other surface of the lower stopper to the HIC substrate 23, which requires many working steps.

半導体加速度センサをHIC基板23で配線する場
合、電源・出力調整抵抗用等の端子数が多くなり、第2
図のような構成ではボンディングワイアを使うことが困
難である。
When the semiconductor acceleration sensor is wired on the HIC board 23, the number of terminals for power supply / output adjustment resistors increases, and
It is difficult to use the bonding wire in the configuration shown in the figure.

高濃度拡散領域11を形成してあり、ピエゾ抵抗9を
ブリッジとして使用する時には温度変化及びひずみによ
り誤差がでやすい。
The high-concentration diffusion region 11 is formed, and when the piezoresistor 9 is used as a bridge, an error easily occurs due to temperature change and strain.

上部ストッパ13との間での熱ひずみによりピエゾ抵
抗9の抵抗変化を招き易い。
Due to thermal strain with the upper stopper 13, the resistance change of the piezoresistor 9 is easily caused.

[問題点を解決するための手段] この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、半導体チップの一端で支持された半導体片持ち
ばりにピエゾ抵抗を設け、加速度による半導体片持ちば
りの振動に伴うピエゾ抵抗の抵抗値変化に基づいて加速
度を検出する半導体加速度センサにおいて、前記半導体
チップに形成され、前記ピエゾ抵抗に電気的に接続され
た増幅回路及び温度補償回路を具備する集積回路と、前
記半導体チップを実装し、かつ前記半導体片持ちばりの
下方の所定位置に配置されて下部ストッパとなり、さら
に出力調整用の厚膜抵抗が形成される基板と、前記半導
体チップに形成され、集積回路に電気的に接続されたボ
ンディングパットと、前記半導体チップ上で、前記ボン
ディングパット及び前記半導体片持ちばりから離れた位
置で支持された前記半導体片持ちばりの上部ストッパ
と、 を有することにより、上記問題点を解決するものであ
る。
[Means for Solving Problems] The present invention has been made in view of such conventional problems. A semiconductor cantilever beam supported at one end of a semiconductor chip is provided with a piezoresistor, and a semiconductor due to acceleration is used. A semiconductor acceleration sensor for detecting acceleration based on a change in resistance value of a piezoresistor caused by vibration of a cantilever, comprising an amplifier circuit and a temperature compensation circuit formed on the semiconductor chip and electrically connected to the piezoresistor. Integrated circuit and a substrate on which the semiconductor chip is mounted and which is disposed at a predetermined position below the semiconductor cantilever to serve as a lower stopper, and a thick film resistor for output adjustment is formed, and the semiconductor chip. A bonding pad formed and electrically connected to the integrated circuit, and the bonding pad and the semiconductor cantilever on the semiconductor chip. The above problem is solved by having an upper stopper of the semiconductor cantilever beam which is supported at a position away from the semiconductor.

[実施例] 以下この発明を図面に基づいて説明する。Embodiments The present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の一実施例を示す図であり、同図
(a)、(b)は夫々半導体加速度センサの平面図及び側面図
である。同図において第2図に示した従来の半導体加速
度センサと同一の機能を果たす要素には同一の番号を付
している。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
(a), (b) is the top view and side view of a semiconductor acceleration sensor, respectively. In the figure, elements having the same functions as those of the conventional semiconductor acceleration sensor shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.

この実施例では第2図に示す従来の半導体加速度センサ
の下部ストッパ15を設けず、これに代えてHIC基板
23上に凹部15bを形成して、これをシリコン片持ち
ばり7及びシリコンおもり5の下部ストッパとするとと
もに、上部ストッパ13bは、シリコンチップ1上のア
ルミニウムボンディングパット19側で支持することな
く、シリコンチップ1上に形成された空隙3の外周部に
コの字形に形成している。
In this embodiment, the lower stopper 15 of the conventional semiconductor acceleration sensor shown in FIG. 2 is not provided, but instead of this, a recess 15b is formed on the HIC substrate 23, and the recess 15b is formed on the silicon cantilever beam 7 and the silicon weight 5. In addition to being a lower stopper, the upper stopper 13b is formed in a U shape on the outer peripheral portion of the void 3 formed on the silicon chip 1 without being supported by the aluminum bonding pad 19 side on the silicon chip 1.

シリコンチップ1のHIC基板23への取付け方法とし
ては金(Au)のダイボンディング、はんだづけ、エポ
シキ等による接着を行う等の方法がある。
As a method of attaching the silicon chip 1 to the HIC substrate 23, there are methods such as die bonding of gold (Au), soldering, and adhesion by epoxy or the like.

この実施例ではピエゾ抵抗9がシリコンチップ1上に形
成された集積回路25部に接続されるとともに、該集積
回路25周辺にアルミニウムボンディングパット19が
自由に設けられ、HIC基板23上に設けられたHIC
基板ボンディングパット27と前記アルミニウムボンデ
ィングパット19とがボンディングワイヤ29によって
接続される。前記集積回路25は増幅及び温度補償等の
機能を有するものであり、シリコンチップ1に形成され
ている。。
In this embodiment, the piezoresistor 9 is connected to the integrated circuit 25 portion formed on the silicon chip 1, and the aluminum bonding pad 19 is freely provided around the integrated circuit 25 and provided on the HIC substrate 23. HIC
The substrate bonding pad 27 and the aluminum bonding pad 19 are connected by a bonding wire 29. The integrated circuit 25 has functions such as amplification and temperature compensation, and is formed on the silicon chip 1. .

上記構成により、シリコンおもりの下部ストッパとして
HIC基板の凹部を用いる為、下部ストッパを単体とし
て形成する必要がなく、部品点数を減らせるとともに取
り付け回数も減らすことができる。
With the above configuration, since the concave portion of the HIC substrate is used as the lower stopper of the silicon weight, it is not necessary to form the lower stopper as a single unit, and it is possible to reduce the number of parts and the number of attachments.

さらに、シリコンチップ1のうち、HIC基板23への
取付部の厚さよりシリコンおもり5の厚さを薄くする事
によりHIC基板23に凹部15bを設けなくてもよ
い。
Further, in the silicon chip 1, the recess 15b may not be provided in the HIC substrate 23 by making the thickness of the silicon weight 5 thinner than the thickness of the attachment portion to the HIC substrate 23.

又、上部ストッパはアルミニウムボンディングパット上
に形成されていない為、アルミニウムボンディングパッ
トをボンディングワイヤによって簡単に接続できるの
で、配線が容易となり又配線工程も簡単となる。
Further, since the upper stopper is not formed on the aluminum bonding pad, the aluminum bonding pad can be easily connected by the bonding wire, which facilitates the wiring and the wiring process.

更に、高濃度拡散領域を用いてピエゾ抵抗と外部の電気
的接続を行なう必要がないので、ピエゾ抵抗をブリッジ
として用いる場合の出力誤差及び温度変化を低減でき
る。
Further, since it is not necessary to electrically connect the piezoresistor to the outside by using the high concentration diffusion region, it is possible to reduce the output error and the temperature change when the piezoresistor is used as the bridge.

又、更に、上部ストッパへの支持部はシリコンチップの
空隙外周部に形成されている為上部ストッパに熱等によ
るひずみが加わったとしてもシリコン片持ちばりへのひ
ずみの影響を緩和でき、ピエゾ抵抗の抵抗変化を防止で
きる。
Furthermore, since the support part for the upper stopper is formed on the outer periphery of the void of the silicon chip, even if strain is applied to the upper stopper due to heat, etc., the effect of strain on the silicon cantilever can be mitigated, and the piezo resistance Resistance change can be prevented.

[発明の効果] 以上説明したこの発明によれば、製作工程が簡略化さ
れ、自由にボンデングワイヤを使うことができ、ピエゾ
抵抗による温度変化やひずみが少なく、ピエゾ抵抗の抵
抗変化を招くことのない半導体加速度センサを提供する
ことができる。
[Effects of the Invention] According to the invention described above, the manufacturing process is simplified, the bonding wire can be used freely, the temperature change and strain due to the piezoresistance are small, and the resistance change of the piezoresistance is caused. It is possible to provide a semiconductor acceleration sensor that does not have the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)、(b)はこの実施例に係る半導体加速度センサ
の平面図及び側面図、第2図(a)、(b)は従来の半導体加
速度センサの正面図及び側面図である。 1……半導体チップ、7……半導体片持ちばり 9……ピエゾ抵抗、13a……上部ストッパ 15b……下部ストッパ(凹部) 19……アルミニウムボンディングパット 23……HIC基板、25……集積回路
1 (a) and 1 (b) are a plan view and a side view of a semiconductor acceleration sensor according to this embodiment, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are a front view and a side view of a conventional semiconductor acceleration sensor. . 1 ... semiconductor chip, 7 ... semiconductor cantilever 9 ... piezoresistor, 13a ... upper stopper 15b ... lower stopper (recess) 19 ... aluminum bonding pad 23 ... HIC substrate, 25 ... integrated circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体チップの一端で支持された半導体片
持ちばりにピエゾ抵抗を設け、加速度による半導体片持
ちばりの振動に伴うピエゾ抵抗の抵抗値変化に基づいて
加速度を検出する半導体加速度センサにおいて、 前記半導体チップに形成され、前記ピエゾ抵抗に電気的
に接続された増幅回路及び温度補償回路を具備する集積
回路と、 前記半導体チップを実装し、かつ前記半導体片持ちばり
の下方の所定位置に配置されて下部ストッパとなり、さ
らに出力調整用の厚膜抵抗が形成される基板と、 前記半導体チップに形成され、集積回路に電気的に接続
されたボンディングパットと、 前記半導体チップ上で、前記ボンディングパット及び前
記半導体片持ちばりから離れた位置で支持された前記半
導体片持ちばりの上部ストッパと、を有することを特徴
とする半導体加速度センサ。
1. A semiconductor acceleration sensor in which a semiconductor cantilever beam supported at one end of a semiconductor chip is provided with a piezoresistor, and the acceleration is detected based on a change in resistance value of the piezoresistive force caused by vibration of the semiconductor cantilever beam due to acceleration. An integrated circuit that is formed on the semiconductor chip and that includes an amplifier circuit and a temperature compensation circuit that are electrically connected to the piezoresistor; and the semiconductor chip is mounted at a predetermined position below the semiconductor cantilever. A substrate that is disposed and serves as a lower stopper, and a thick film resistor for output adjustment is further formed; a bonding pad that is formed on the semiconductor chip and is electrically connected to an integrated circuit; and the bonding on the semiconductor chip. A pad and an upper stopper of the semiconductor cantilever supported at a position remote from the semiconductor cantilever. A semiconductor acceleration sensor characterized by the above.
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