JPH0660906B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents

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。

［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^３ 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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

［実施例］ 以下この発明を図面に基づいて説明する。

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。

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。

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。

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。。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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。