CN1160206A - 半导体加速度传感器 - Google Patents

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齐藤丰
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Abstract

将扩散电阻设置在传感器的一个侧面上，从一块半导体晶片制造大量的传感器。采取检测传感器一个侧面上的位移量的措施，以较少的制造步骤，不用蚀刻处理过程，即能得到精确而价廉的传感器。

Description

半导体加速度传感器
具体地说，本发明涉及利用诸如硅等半导体晶体所固有的压电电阻效应，将位移转换成电信号的半导体器件中的加速度传感器和压力传感器。利用最近开发的微切削加工工艺，借助于在半导体晶片上进行的薄膜形成或蚀刻，制造了半导体加速度传感器。(例如，见IEEEtransaction on Electron Device，Vol.ED-26，No.12，Dec.1979)
图3是一个视图，表示按微切削加工方法生产的先有技术的半导体加速度传感器。其中图3A是顶视图，而图3B是剖面图。硅衬底1蚀刻形成悬臂梁2和静负荷3。这里，悬臂梁2用蚀刻做得比其他部分薄，并沿着图3B箭头所示的方向受加速度作用而变形。悬臂梁2的变形量，用在悬臂梁2上表面上形成的扩散电阻4a的压电电阻效应检测，并通过与用扩散电阻4b求出的量加以比较而获得加速度。这里，扩散电阻4a和4b与高扩散区5及输出端8连接。另外，设置了上挡块6和下挡块7来防止悬臂梁2破坏，并且整个***装在陶瓷板10上。
图4A是一个视图，表示按日本专利公开第1-302167号所公开的微切削加工方法制造的半导体加速度传感器，其中凹槽部分35用蚀刻方法在悬臂梁2的支持体9附近形成，以提供薄部36。扩散电阻4c，4c，4e和4f设置在传感器的顶面，构成桥路50。扩散电阻4c和4f起基准电阻的作用，设置在支持体9的顶面。扩散电阻4d和4e起可变电阻作用，检测薄部36的变形量，并设在与基准电阻垂直的位置上。图4B表示图4A所示器件的检测回路。
在先有技术的半导体加速度传感器上，必须形成图4A所示的薄部36，以提高检测的灵敏度，但却降低了整体的机械强度。
这里，薄部36的厚度涉及检测的灵敏度，而且蚀刻剂的成分、温度和搅拌条件必须严加管理，以便蚀刻形成薄部36时能够得到均匀的厚度，这增加了诸如掩模形成等制造步骤。
另外，加速度传感器顶面的面积变大，例如，由一个硅衬底切割出的传感器的数量受到限制，如图3A所示，由于扩散电阻4a和4b设在加速度传感器的顶面上，并要形成静负荷3，故制造成本难以降低。悬臂梁2的宽度，亦即从图中前侧到另一侧的宽度要有一个预定的值，以维持图4A中加速度传感器薄部36的强度。因此，在像图3A所示的加速度传感器中，传感器顶面的面积不能减小，从而限制了从半导体晶片切割出的传感器的数目，成本难以降低。
此外，因为用来检测加速度的扩散电阻4设置在加速度传感器施加加速度的面上，扩散电阻4必须设置得能够扩大设置在支持体9顶面上的基准电阻和可变电阻之间的阻值差。
因此，为了消除这些问题，本发明的一个目标是使制造易于进行，并能从一块半导体晶片生产出大量的传感器，从而获得廉价的半导体加速度传感器和压力传感器。
为此目的，按照本发明，扩散电阻4设置在传感器的侧面上，以便从一块半导体晶片上能够取出大量的传感器。这样，在传感器的侧面上提供检测变形量的检测手段，不必采用蚀刻过程，以较少的加工处理步骤，就可以得到高精度低成本的传感器。
可以提供高产的半导体器件和半导体加速度传感器。
另外，按照扩散电阻的布置、固定方法及引线连接方法，就可以以较高的产量容易地进行制造。
为了更充分地了解本发明详细说明中所使用的图表，现对每个图作一简要说明。
图1是说明按本发明的半导体加速度传感器结构的透视图；
图2A是说明先有技术半导体加速度传感器结构的顶视平面图，而图2B是说明传统半导体加速度传感器结构的侧视图；
图3A是说明传统半导体加速度传感器结构的顶视平面图，而图3B是说明传统半导体加速度传感器结构的剖面图；
图4A是说明传统半导体加速度传感器的透视图，而图4B是说明传统半导体加速度传感器的桥路；
图5A是正面视图，说明按本发明的半导体加速度传感器的配置，而图5B是说明按本发明的半导体加速度传感器的桥路；
图6是解释性视图，说明按本发明的固定方法；
图7是一些说明按本发明的半导体加速度传感器制造方法的视图；
图8是说明性示意图，用来解释本发明一个实施例中的电泳现象；
图9是按本发明一个实施例的切割设备的说明性视图；
图10是按本发明一个实施例的切割方法的说明性视图；
图11是按本发明一个实施例的切割方法的说明性视图；
图12是说明性示意图，用来解释本发明一个实施例的切削过程中的电蚀现象；
图13是半导体加速度传感器的透视图，其中按本发明设置多个桥路；
图14是半导体加速度传感器的透视图，其中按本发明在水平方向上对称地设置桥路；
图15是半导体加速度传感器的透视图，其中按本发明在水平方向上对称地设置输出端子，而桥路设在中心；
图16是按本发明的电路；
图17是平面视图，表示按本发明的电路配置；
图18是一个半导体加速度传感器透视图，按本发明在静负荷中有透孔；
图19是说明性视图，用来解释按本发明加静负荷的方法；
图20是说明性视图，用来解释按本发明一个实施例加静负荷的方法；
图21是说明性视图，用来解释按本发明的装配方法；
图22是说明性视图，用来解释按本发明的用胶固定的方法；
图23是说明性视图，用来解释按本发明用凝胶体来提高抗冲击力的封装方法；
图24是按本发明用凝胶体固定的方法制造的半导体加速度传感器的频率特性图；
图25是制造过程示意图，表示按本发明的封装方法；
图26是电路图，表示按本发明的微调电路；
图27是表示按本发明的半导体加速度传感器一个实施例的透视图；
图28是按本发明切削加工加速度传感器的方法一个实施例的透视图；
图29是表示按本发明的双轴半导体加速度传感器一个实施例的透视图；
图30是表示按本发明的双轴半导体加速度传感器一个实施例的透视图；
图31是表示按本发明的双轴半导体加速度传感器一个实施例的透视图；以及
图32是表示按本发明的三轴半导体加速度传感器一个实施例的透视图；
现参照图1描述本发明的一个实施例。
图1是说明按本发明的半导体加速度传感器的透视图；
半导体衬底11呈直角平行六面体，并具有扩散电阻4，与扩散电阻4电连接的输出端子8设置在半导体衬底11的侧面100上。这里，放大电路、温度补偿电路和滤波电路可以设置在半导体衬底11的这个侧面100上。它们也可以设置在其他形式的器件上。
半导体衬底11在其一侧具有构成桥路50的扩散电阻4，并形成直角平行六面体型的结构。
这种直角平行六面体型结构是由具有扩散电阻4的半导体晶片12切割出来而制造的。对于切割出来的器件，半导体晶片的厚度对应于与直角平行六面体上设有扩散电阻的表面相垂直的表面。
形成了扩散电阻4的半导体晶片12表面，对应于切割后的侧面100。
图2A是半导体加速度传感器的顶视平面图，而图2B为其侧视图。虽然半导体衬底11可以形成各种形状，但是形成直角平行六面体较为有效，因为它容易从半导体晶片12中切割出来。另外，若令半导体衬底11的厚度Z小于半导体衬底11的宽度W，则检测灵敏度可以提高。请注意，固定支持体9和半导体衬底11的部分L2是支持部分，而该部件不固定并能振动的部分L1是传感部分。这些名字将在下文中使用。
另外，图2所示的包括半导体衬底11、支持体9和静负荷3的结构称为半导体加速度传感器器件。
(实施例1)
多个桥路设置在直角平行六面体型结构具有应变检测部分的表面上。图13表示设置多个桥路的一个实例。应变检测部分是上面形成了其阻值随着应力或应变而变化的扩散电阻或类似的器件的部分。
按照本实施例的结构，将两端都固定就可以得到压力传感器的功能。
当设置了多个电路时，改变支持体9的位置很容易调整灵敏度。对于汽车发生碰撞时救生用的气囊传感器的情况，灵敏度的输出可以小，因为它们用于高加速度。在这种情况下，支持体9的一端粘结在图中C所示的位置。
在诸如车辆的活动悬挂装置或防锁刹车、机器人的姿势控制或模拟现实等低加速度应用上，支持体9的一端放在图中a所示的位置，因为需要提高灵敏度。因为传感部分的长度L变长了，因此灵敏度也就提高了。
扩散电阻的位置根据高加速度或低加速度的应用来选择。选择之后，其他扩散电阻的任何连线都不需要了，故此切除。
在这个实施例中，因为检测位移的部分不再像先有技术那样需要做得比较薄，加入多个扩散电阻来提供桥路50，改变支持体9的固定位置，就很容易调整灵敏度。
(实施例2)
图14表示从半导体衬底切割出来的直角平行六面体型结构的应变检测部分放在对称的位置上；
将包括扩散电阻4和输出端子8的桥路安置在半导体衬底11的侧面100纵向的中心位置上，有助于提高产量，简化设施，而且在装配过程中不会搞错左、右侧。另外，即使其他桥路坏了，还有一个桥路工作，器件就能运行，这有助于提高产量。
在这个实施例中，如果用传统的蚀刻方法形成薄部，装配过程就不易完成。即便装配成功，设置具有不必要的扩散电阻的薄部也会造成损坏的问题。
因为在本发明中结构作成直角平行六面体的形状，容易进行处理，而且不再需要识别左、右侧，便于对器件进行批量生产。
将本发明应用于压力传感器可能是一种有效的措施。在压力传感器的情况下，产生一个压力基准室，作为利用压力基准室检测压力差的结构。在这个实施例中，将包括扩散电阻4和输出端子8的桥路安置在半导体衬底11的侧面100纵向的中心对称的位置上。扩散电阻4可以安置在应力最大的固定端附近。
(实施例3)
图15表示一个视图，其中扩散电阻4安置在半导体衬底11中心的位置上。当扩散电阻安置在中心位置上时，在装配过程中就不会搞错左、右侧，故能提高产量，简化设施。
(实施例4)
下面描述在侧面100制造的电路。对于在侧面100上的电路配置，只做构成桥路的扩散电阻、输出端子和引线时。结构最简单。另外，作为芯片的另一种配置，可以采用放大电路或滤波电路。至于滤波电路可以用芯片电阻来构造。
在这个实施例中包括了放大电路，以便有效地利用侧面100并降低噪声。
现参照图16描述一个电路。作为一个电路构成全桥路50，压电电阻应变计的阻值随着加速度造成的应变而变化，并由桥路50作为电压的变化检测出来。传感器的差动输出用具有三个单端CMOS单电源运算放大器52的差动放大电路51转换成单端输出。请注意，差动放大电路包括一个灵敏度调整电阻54和通过缓冲器的偏移量微调电路53。该实施例制造得包括支持部分全长为9mm，而包括放大电路宽度为0.1mm。
可以采用两个单端全差动放大器或一个斩波放大器来提高信噪比S/N。
图17是一个平面图，表示按本发明的半导体加速度传感器的电路布置。
其中包括了输出端子8、桥路(压电电阻)50、差动放大电路51和偏置电路150。在宽度狭窄的面积布置中，如上所述，下述是应该注意的。垂直对齐的两个MOS晶体管在传感器的传感部分形成，使得该MOS晶体管的源漏W方向以传感器L方向的中心线为轴对称。这样做，该电路就可以设置在芯片厚度(宽度)小的器件上。另外，至于引线，电连接在构成该电路的这些MOS晶体管之间的铝引线，或电连接在MOS晶体管和形成电阻部分的多晶硅之间的铝引线在MOS晶体管和多晶硅电阻部分以外形成。采用这种电路，引线是以精细元件的形式形成的。
(实施例5)
现将描述作为本发明特征的扩散电阻的布置。图5A表示本实施例中扩散电阻4的布置。扩散电阻41，42，43和44可以构成一个桥路50。另外，扩散电阻可以单独地以这样的方式安排，使得扩散电阻41和42设置在半导体衬底11顶面附近，而扩散电阻43和44位于半导体衬底11的底面附近。拉应力和压应力可以利用顶面附近上的扩散电阻4和底面附近扩散电阻检测。最好将扩散电阻41，42，43和44安排得使它们纵向与半导体衬底11的纵向，亦即图5A自左至右的方向平行。
现参照附图解释本实施例中用的器件尺寸和位置关系，采用如图2A和2B所示的长度为9mm(L1＝6mm，L2＝3mm)，宽度W为0.6mm，高度Z为0.1mm的硅。宽度W是硅衬底的厚度。这里，如图5A所示，扩散电阻4由半导体衬底11的侧面100上部附近的扩散电阻41和42和半导体衬底11的侧面100下部附近的扩散电阻43和44组成，每个扩散电阻具有长度0.3mm和宽度0.01mm。扩散电阻41和42之中的每一个的左沿放在支持体9的右沿。至于半导体衬底11的高度方向，半导体衬底11的表面和扩散电阻4中心之间的距离为0.015mm。
正如从这种布置中可以看到的，扩散电阻4设置在侧面100周边部位，以提高灵敏度。因此每条引线设置在构成桥路50的扩散电阻4的内侧。
图5B表示这样配置的桥路50。按照本发明，该桥路的最大特点是4个扩散电阻都是可变的。
下面解释在该实施例中，为什么扩散电阻这样配置可以提高灵敏度。
在图3B所示传统平面上设置扩散电阻4时，4c和4f作为基准电阻，而4d和4e作为测量电阻来构成桥路50。若4c和4f用R表示，则4d和4e用R+ΔR表示。这里，假定输出为VOUT，则可得到下式：
V1＝(R/2R+ΔR)V       (1)
V2＝(R+ΔR/2R+ΔR)V    (2)
VOUT＝V2-V1＝(ΔR/2R+ΔR)V(3)
另外，在按本发明的电路中，假定压应力得到的阻值表达为R+ΔR，而拉应力得到的阻值表达为R-ΔR，则得到下列表达式：
V1＝(R-ΔR/2R)V          (4)
V2＝(R+ΔR/2R)V          (5)
VOUT＝V2-V1＝(ΔR/R)V    (6)
若假定表达式(3)和(6)的ΔR值极小，并忽略不计，则按本发明的电路的能力是先有技术电路的两倍。因此，在按本发明的扩散电阻4配置中，扩散电阻4的位置设置得能利用拉应力和压应力来提高灵敏度。
现参照图7的加工过程示意图来描述按本发明的半导体加速度传感器的制造方法。作为半导体加速度传感器的制造方法，在图7A中，在半导体晶片12的表面形成扩散电阻4和输出端子8的图案；并切割半导体晶片12，使扩散电阻4和输出端子8设置在同一平面上，以获得图7B所示的半导体衬底11。在图7C中半导体衬底11与支持体9及静负荷3结合。这里，在半导体晶片12表面上可以形成放大电路、滤波电路及温度补偿电路，以及扩散电阻4或输出端子8的图案。另外，可以用切刈手段来切割半导体晶片12。用这样的方式进行切割，即在半导体衬底11的外表面上划线，并以划线为基准切割半导体晶片。把加速度传感器半导体器件101设置在半导体晶片12上。
在这个实施例中，生产出低加速度器件。低加速度相当于1至2G(G＝9.8m/s2)。假定整个器件的长度为9mm(L1＝6mm，L2＝3mm)，宽度W为0.6mm，而高度Z为0.1mm。请注意，低加速度的加速度传感器用来检测地震或虚拟现实。另外，它还用作检测下落冲击的冲击传感器。
(实施例6)
切割出图7B中所示的器件。
然后，切割半导体晶片12得到各个器件。得到图7B所示的状态。图7B表示切割表面。
虽然可以用水作为普通切割液来切割半导体晶片12，但在这个实施例中，采用下述方法切割半导体衬底11，以提高精度。
当在切割半导体晶片12的过程中切出器件时，随着器件的切割阻力增大，在器件内会产生振动，这会导致扩散电阻损坏或切削不出预定的尺寸等问题。为了消除这样的问题，利用了超细磨料颗粒的电泳现象。下面描述它的原理。超细二氧化硅磨料颗粒用在切割液中。在碱液中使超细二氧化硅磨料颗粒带上负电荷。如果电场起作用，则二氧化硅就会移向阳极13。它不移向阴极14。这种现象示于图8。超细二氧化硅磨料颗粒在带电的阳极电极上析出。胶体二氧化硅的二氧化硅颗粒15在电极表面引起电吸附现象。当电场起作用时，在电极表面不断地形成吸附层。换句话说，在刮刀16上产生电场，就很容易形成超细二氧化硅磨料颗粒的吸附层，这也就可以以较小的切割阻力进行切削。
在该实施例中使用的装置的结构示于图9。该装置是通过提供一个向切割刮刀16提供磨料的机构和在通用的切割设备上使切割刮刀17受到电蚀作用的电源17而构成的。刮刀用法兰盘19固定。向刮刀16提供作为切割材料的胶体二氧化硅，直流电源17使刮刀16受到电蚀作用，以便在刮刀16上形成二氧化硅层。采用这样的配置，半导体晶片12安装在卡盘18上，并用该切割装置切割。
下面参照图10描述利用本实施例的切削加工过程。切割刮刀16从固定的半导体晶片12上面下降，与半导体晶片12接触。在这阶段上，作为磨料向刮刀提供超细二氧化硅磨料颗粒。二氧化硅颗粒15附着在刀片16上。此超细二氧化硅颗粒15粒径为10纳米到20纳米，具有这样粒径的二氧化硅在阳极13上带电，并粘附在切割刮刀16上。这个粘附层切割半导体晶片12，显示出极佳的切削效果。
在本实施例中，当器件按上述尺寸切割出来时，先有技术得到的表面缺陷修整量为10微米，但在本实施例中，改进到2微米。结果，就能以高产提供稳定的器件，不会切断引线或损坏扩散层。
(实施例7)
作为减小表面缺陷修复量的一种方法，采用铸铁作为粘结材料32，并采用具有金刚石颗粒31的切割刮刀16，使切割刮刀16受到电蚀作用。由于粘结材料的电蚀作用，砂轮表面上形成非导电层30，掏析作用停止，使磨料颗粒在预定程度上突出。现参照图12描述这一过程。第一步，刮刀16受到电蚀作用。刮刀16的粘结材料铸铁被掏析。所述粘  结材料被掏析成为铁离子33。掏析后，开始发生氧化，而在刮刀16的表面上形成非导电层30(第二步)。金刚石颗粒31从刮刀16上突出。在这种状态下，切割开始了。随着切割的继续进行，金刚石颗粒31脱落，或者非导电膜30被逐渐清除。结果，切割环境恶化。在这一阶段，粘结材料32再次被电蚀作用掏析(第三步)。然后，形成非导电层30(回到第二步)。重复第二、第三和第四步，于是切割继续进行。这个***称为切削过程中的电蚀。下面将参照图11解释基于这个***的设备的结构。该设备包括使切割刮刀16受到电蚀作用的结构、设在切割刮刀16附近的阴极附件14，以及用直流电源17使刮刀16受到电蚀作用的结构。用这样的结构对半导体晶片12进行切割。
在这个实施例中，采用切割胶带作为固定工件半导体晶片12的手段，该种胶带受紫外线照射时粘结力减弱，便于拆卸，又能可靠地固定。
按照上述方法，用切割装置进行切割时，器件能以较小的表面缺陷修复量切割出来，切削过程中的变形层亦较薄。
虽然在本实施例中，可以采用不同的装置来切割，但是，类似的特性可以通过抛光半导体衬底11来获得。例如，可以采用诸如浮法抛光等超细抛光法有利地消除切削时的变形层。按照双面抛光法，可以均匀地从侧面100的两侧对侧面100进行抛光，使到扩散电阻的距离相等。
(实施例8)
在该制造方法中，如图7C所示，静负荷3设在半导体衬底11的一端，以改善加速度传感器的检测灵敏度。可以用金属或硅作为静负荷3。静负荷3和支持体9固定在半导体衬底11上。支持体9可以预先固定在支持板10上。这里，因为固定静负荷的位置，亦即重心位置是很重要的，故预先将粘结剂涂在静负荷3的中心位置，使得静负荷3的中心可以对准重心位置。因为粘结剂加在静负荷3的中心，这个过程采用自对中方法进行，以此使静负荷3的中心位置容易得到。另外，可以将粘结剂或者容易与粘结剂匹配的材料涂在准备装静负荷3的半导体板11的某部位，或者在其上形成这种材料的薄膜。
(实施例9)
静负荷3是一个获得灵敏度的重要另件。如果传感器本身接受了平均部分负载的重力，扩散电阻的阻值很少显示出变化，因此没有输出，故此需要静负荷。另外，将静负荷装在传感器的中心位置是很重要的。如上所述，虽然可以用粘结剂来引导，但可以预先在静负荷本身形成一道凹槽，用静负荷的凹槽引导到重心位置。
形状可以是立方体或园柱体。若选用园柱体，则在进行固定时，即使旋转也不会出问题。这是非常方便的。
按照本发明，将静负荷3沿着侧面100固定是有效的，因为扩散电阻4设在侧面100上。
(实施例10)
另外，静负荷3可以有一个穿孔55。穿孔55会改变减振效果，加速度传感器的频率特性也会改变。这是获得要求的截止频率的好办法。图18表示一个在静负荷3上有穿孔55的加速度传感器。除了调整频率特性之外，穿孔55由于下列原因也是起作用的。当将硅油48装进封装内以改善抗冲击强度时，产生的气库(air bank)附着在加速度传感器上。当气库附在静负荷3上时，它对输出灵敏度的影响很大。在静负荷3上设置穿孔55，即可避免气库的附着。另外，如果静负荷3的后表面是楔形的，气库也容易沿着斜坡形滑开，因而这种形状是有效的。
虽然在本实施例中，只举了一个穿孔55的例子，但设置多个穿孔也是可以的。
(实施例11)
静负荷3用这样的方法设置在半导体衬底11的末端，即在制造静负荷的设备67上利用卡盘86将半导体衬底11浸入熔融物，再提起来。图19A表示这种设备的结构。按照这种方法，很容易挂上重量均匀的静负荷3。图19B是一个表示该设备的放大视图，具有支持体9的半导体衬底11用卡盘86处理。
在图19C中，利用使静负荷3成形用的容器使静负荷成为要求的任何形状。熔融物放入容器，半导体衬底11用卡盘86***静负荷模88内，凝固后提起，就能形成具有要求形状的静负荷。熔融物可以是金属或聚合物。请注意，与半导体衬底11用的静负荷3的材料匹配的材料的使用，涉及在任何要求的位置上形成具有要求形状的静负荷3。
(实施例12)
按照这个方法，利用静负荷3的凝固和收缩来防止损坏。下面参照图20作一详细描述。如图20所示的封装盒89用来将准备做静负荷3的一部分材料浸入图19上的上述熔融物85中。熔融物凝结收缩，于是在熔融物85与封装盒89之间形成一道缝隙。这道缝隙在半导体衬底受到加速度作用时会发生位移，当所受的加速度过大时，封装盒就会抑制过大的位移，从而防止损坏。
(实施例13)
如上所述，可装金属结构或硅作为静负荷，但是由于静负荷的精度或静负荷的装设位置，输出灵敏度会略有变化。如果利用装设静负荷时的输出值进行控制，就不需要调整功能。作为在制造器件时调整静负荷的方法，可利用诸如蒸镀等薄膜工艺来制造高加速度用的器件是有效的，但对于低加速度用的器件，则需要灵敏度，这样就要求有几mg到几十mg的静负荷。静负荷要经过多次调整才设置好，因为输出灵敏度可以用静负荷的装设位置和静负荷的重量来调整。装设静负荷时，监视传感器的输出。另外，当半导体衬底11的末端浸入上述熔融物，利用熔融物凝固而装设静负荷时，可以反复浸入熔融物来调整灵敏度，因为静负荷是利用表面张力而附着的。这个方法容易实现，因为本发明具有直角平行六面体的结构，但是它无法用于先有技术，因为其显示位移的一部分做得比较薄，会损坏。在微切削加工的情况下，因为整体切削加工的缘故，本方法也很难采用。
(实施例14)
下面描述将电输出从半导体衬底11的端子送到支持板10的封装方法。
在本实施例中，为了支持半导体衬底11，在支持板10上装设一块与支持板10垂直的L形引线板。图21表示具有L形引线板的支持板10的装配方法。图21的第二步表示具有L形引线板60的支持板10。该板作成L形是为了使半导体衬底11可以准确定位。就是说，用L形引线板60作导板，用粘结剂62固定半导体衬底11。
L形引线板60在与板10表面垂直的表面上有引线。半导体衬底11的金的凸接点25与引线连接，使半导体衬底11和板10之间实现电连接。凸接点可用焊接产生。
第一步，首先在输出端子上形成金的凸接点25和固定静负荷。固定静负荷3时，可以采用热膨胀系数相近的粘结剂62。
第二步，制造支持板10。在本实施例中，采用陶瓷做支持板10。在要求高可靠性的应用上，陶瓷是最适宜的，因为它的高频可传递性极佳。请注意，玻璃环氧树脂板亦可采用。
如上所述，支持板10上有L形引线板60。用金作引线材料。
第三步，用银浆作为粘结剂62，涂在半导体衬底11的金凸接点25上。然后将半导体衬底11装在支持板10的支持部分上，加热并粘结。粘结几秒钟即可完成。
将盖板装在支持板10上，利用焊接进行热粘结，注入硅油48增加抗冲击强度。加压注入硅油。用粘结剂进行密封。用此前叙述的方法，即能获得传感器的功能。尽管硅油48是加压注入的，封装也可以抽真空来注入硅油。
用此前叙述的方法，就能达到传感器的功能。
(实施例15)
半导体衬底的固定很重要，因为它影响其他轴向的灵敏度特性。
现参照图6描述将半导体衬底固定在另一个支持体的方法。图6A表示半导体衬底11直接固定在支持板10上同时保证导电性的情况。在半导体衬底11的输出端子8上形成凸接点25。凸接点25对着支持板，使半导体衬底11的凸接点25与支持板10的端子接触。凸接点25用软熔法(reflow process)熔化，以便固定在支持板10上。最好在扩散电阻4附近制造固定用的凸接点，并固定在支持板10上，以改善灵敏度。按照本方法可以得到能够满足特性要求的数值。凸接点25与支持板10接触，并如图所示将其熔化和固定。需要在扩散电阻的附近达到可靠的固定，固定用的凸接点25还用于导电以外的目的。
(实施例16)
在图6B中，支持体9预先固定，支持体9与支持板10固定，利用半导体衬底11的凸接点25达到导通。这里，银浆预先涂在半导体衬底11的凸接点25上。粘附在半导体衬底11的凸接点25上的银浆与支持板10上的端子彼此连接，达到导通。
(实施例17)
图6C表示利用各向异性导电膜40的粘结方法。各向异性导电膜40具有分散在粘结剂62内的细小的导电颗粒47。如图6C所示，通过热压结合使颗粒夹在两电极之间实现导电，相邻电极之间保持绝缘，通过粘结剂62的固化达到机械连接。按照本***，凸接点25与输出端子8之间通过导电颗粒实现导电。
采用这种结构，按照本***粘结部分要厚一些，以便在支持板10和半导体衬底11之间形成间隙，因此无需提供肩部，使半导体衬底11可以在其中按照预先加在支持板上的加速度而振动。另外，在图6A和6B中，在半导体衬底11和支持板10之间形成间隙。
这样，可以降低支持板10的成本。
半导体衬底11可以利用阳极结合固定在支持板10上。在这种情况下，采用玻璃作为支持板。
虽然，在本实施例中，只在一个面上装设支持板，但也可以双面都装设。为了固定得牢固这是有效的。
在这个实施例中，在半导体加速度传感器上，设置30mg的静负荷3得到5mV的电压输出。以这个值作为未经放大的输出电压，获得了优异的特性。另外，多轴灵敏度是满量程值的2％。这样好的多轴灵敏度是半导体衬底11的这种结构造成的。传感部分的长度为6mm，宽度为0.6mm，这是半导体晶片12的厚度。传感部分的厚度确定为切割设备的进给距离，亦即0.1mm。进给距离0.1mm是考虑到诸如切割引起的器件产出(outgoing)等产量的因素而得到的值。这里，半导体衬底11的厚度是0.1mm，亦即约为半导体衬底11的宽度，亦即0.6mm的1/6。由于这样的结构，实现了无多轴敏感性的器件。
按照本实施例的扩散电阻4布置，所述多轴敏感性几乎不受影响，因为相对于4个电阻的位移差小。
按照上述结构，只在一个侧面设置扩散电阻，但是，也可以两面都设置扩散电阻4。
(实施例18)
具有扩散电阻的半导体衬底11固定在支持体9上，并盖上封装。这里，因为半导体衬底11非常薄，必须防止损坏。尽管按照本发明的加速度传感器呈直角平行六面体，而且与先有技术的加速度传感器相比是抗冲击，但还是要采取保护措施，以改善可靠性。
上面描述了采用硅油48降低谐振频率，以避免损坏的措施，现在将要解释其他措施。
有一个方法，即将胶体型物质70注入将半导体衬底11固定到支持体9上的连接部分。
胶体型物质70是一种在防震上和冲击绝缘效应上性能优异的材料。另外，这是一种绝热效果优异的材料。
图22表示将半导体衬底11通过胶体70连接到支持体9上的连接部分。胶体70在防止谐振点上破坏或改善频率特性方面显示出效果，因为它消除了高频分量。在这种情况下，结合部的间隙最好是几μm。如果间隙大了，灵敏度就要降低，或者频率特性恶化。
当胶体注入支持体结合部几微未的空间，将高频振动加在加速度传感器器件上时，高频分量被去除，因此得到良好频率特性。另外，高频不能捕捉，因而得到抗冲击结构。这个***是方便和有利的。
另外，可以将硅胶注入结合部，油或者胶体都可以密封在封装中。
图24表示将胶体70注入了结合部时得到的频率特性。曲线d表示支持体9与半导体衬底11连接，而在结合部不使用胶体70的情况。约在400Hz处可以看到谐振点。这个特性是不利的，在谐振点上会引起破坏。在这个实施例中，胶体70使用在将半导体衬底11按本发明连接到支持体9的结合部，曲线e代表的特性是利用硅胶70得到的。以曲线e指出的特性，具有高可传递性的部分被消除了，得到了能达到抗冲击性能的频率特性。
现在将描述用胶体70复盖整个传感器的方法。图23表示用胶体70复盖传感器的缓冲方法。图23A是顶视图，而图23B是剖面图。传感器装在引线框架71的支持板部分，胶体型物质用配量器(dispenser)提供。胶体70下滴盖住传感器。在这一阶段，胶体会具有粘度，故能盖住整个传感器。在图23C中对这样的材料施行注模法而获得树脂模，然后封装。传感器是抗冲击的，因为它由胶体70所复盖。另外，在这个实施例中用的封装是浸涂的，和普通集成电路的封装一致，故用户很容易使用这种封装。图23C表示模压时传感器的侧视图。
除了硅胶以外，具有高闪点的酒精也可以作类似用途。与油不同，酒精能够消除诸如周边部分呈粘性，难以密封的问题。
采用上述处理方法，得到了将可以是传感器的半导体衬底11、静负荷3和支持体9安装在支持板上的结构(加速度传感器半导体器件101)。这里，该结构安装在封装内并采取防冲击措施，以获得传感器。
(实施例19)
现在描述注入硅油48后防止渗漏的方法。
注入硅油48后，封装必须塞住，以防硅油48渗漏。图25表示本实施例。在图25A中，在盖子上形成两个起注油孔和排气孔作用的孔。在图25B中利用配量器注入硅油48。这里，最好不要注满硅油，以便考虑到温度变化造成的硅油膨胀，形成气库。另外，可以将海棉置入封装以防硅油48波动。
图25C表示注油后的状态。
在图25D中，这个实施例用铟块作封装的塞子。铟是一种易于变形的材料，用来维持气密性，因而用来密封是非常出色的。只要适宜用于密封，其他任何材料都可以采用。将铟块放在注入孔81和排气孔82来达到密封，并如图25E中所示向这些铟块施加压力。向铟等材料施加压力使之变形的密封方法，容易又方便。在本实施例中，虽然一些通孔是在封装的上部形成的，但是，它们也可以在支持板10上形成。注意，如图25D所示，必须有一狭窄部分以防止密封物掉落，因为，通孔是直形的，会导致密封物掉落。
另外，用镀金的方法给孔的周围镀上金。可将焊锡滴在这些孔上，将孔密封。
(实施例20)
尽管结合封装的盖时，一般都采用电阻焊接方法，但是超声波也能用来达到密封。采用超声波时，结合部加热、结合。这个方法非常方便。请注意，若用塑料封装，利用摩擦热很容易结合。顺便指出，在这个实施例中，采用焊接实现结合。
(实施例21)
封装对于维持本传感器的特性是最重要的因素之一。将传感器安装在车辆上时，在不超过125℃的温度下，特性必须进行补偿。
这个问题一般用装设温度补偿电路来解决，但是在本实施例中，封装上利用热绝缘材料可以得到此效果。
(实施例22)
传感器响应半导体衬底11扩散电阻4的输出而起作用，但是，频率特性或偏移电压调整必须控制。在这个实施例中，采用了下列控制方法。
在这个实施例中，具有调整功能的半导体器件是作为不同于具有传感器功能的器件，在传感器器件附近提供的。具有调整功能的半导体器件称为信号处理集成电路。
信号处理集成电路可以包括温度补偿电路、偏移调整微调电路或类似电路、放大电路、滤波电路及其他电路。微调电路具有灵敏度调整、偏移量调整和温度补偿等功能。另外，其他芯片电阻可以用于滤波电路。
(实施例23)
图26表示微调电路。可以采用像图26B所示的电路。在图26B所示的电路的情况下，这是非常方便的，因为可以对应每个电阻进行微调。为了进行微调，采用激光束，切割出起电阻作用的导线。
在半导体加速度传感器的情况下，当半导体衬底11固定在支持体9上，并设置静负荷3时，第一次可以获得特性。若采用这样的器件，就需要在制造结构之后进行测试，并根据测试结果进行微调。因此，最好生产一种其封装能够透过激光束的结构，因为微调应在结构接近完成时进行。一般说来，因为采用玻璃时，激光束能够透过，故能进行微调。请注意，准备微调的部分须按测量结果预先确定。
(实施例24)
在本实施例中，将解释一个连接到微型计算机芯片110上的加速度传感器的例子。图27表示一般的微型计算机芯片110，而微型计算机芯片的中心部分用切割方法切割出来，切割在不完全切割的情况下在接近扩散电阻的地方停止。可以用这样的方法生产其中扩散电阻附近的部分是固定的的加速度传感器。扩散电阻设置在图示的顶面。用这个方法，微型计算机芯片和挡块111如图所示也是在切割后固定的。
最好在挡块111上形成小的间隙，使半导体衬底11可以振动。
采用按本实施例的结构，半导体衬底11与壁面接触，施加过量的加速度时能挡住，因而是抗冲击的。
传感部分以外的部分由微型计算机芯片110，采用具有自微调功能的E2PROM和EPROM组成。请注意，静负荷3可以设置在侧面100。
因为包括了微型计算机芯片，加速度传感器具有编程功能，并用作可编程加速度传感器。若将温度信息等等储存在存储器里，则温度补偿功能就可以用自微调功能建立。
此外，在微型计算机芯片上设置可编程滤波器(模拟)可以不用硅油而改善频率特性。
就是说，所有的功能可以在该芯片上实现，无需外部A/D转换功能。
(实施例25)
按照本实施例，可以容易地制造包括微型计算机芯片的加速度传感器。
在切割的情况下，因为采用回转刮刀，边棱难以形成直角。
作为另一个制造方法，可以采用等离子体。现联系图28描述其原理。金属线电极90连接到高频放大器91、振荡器92和计算机93。采用这样的配置，在金属线电极90周围形成等离子体，对准备切削的工件进行进给和控制。在这种情况下，清除反应只发生在线电极附近，切削的面积小。另外，因为不产生的切削过程发生变形层，这是非常有效的。因此，可以采用等离子体来切割按本发明的直角平行六面体型的半导体衬底11。
这种工艺的原理是，诸如卤素等具有大量负电荷的原子包括在高频等离子体中，等离子体局部存在高压气氛，并转变成具有较高活性的中性官能团，与准备切削的工件反应，并转变成挥发性物质，以进行清除过程。可以得到优异的切削表面，因为这是按每个原子进行切削的方法。
作为一种利用等离子体的方法，有反应等离子体蚀刻，但是切削是在10-3乇的低压下完成的，因此降低了切削速度。此外，无法得到切削的空间可控性。在图28所示的结构中，局部存在的等离子体是利用高频加上比大气压高的压力而在空间产生的，并产生高密度的官能团，因此得到切削速度，和切削的空间分辨率。
微型计算机芯片110的端部可以按如图所示的利用等离子体的方法切割，只有端部可以固定，不切割。按照这个利用等离子体的方法，准备切削的部分可以垂直切割，毫无问题，加速度引起的位移可以用扩散电阻来检测。
另外，尽管加速度传感器是采用只切削两边的方法制造的，但可以只加工一边。等离子体是在金属线电极90上产生的，并且只加工一部分。采用这个方法，可以容易地制造加速度传感器。
(实施例26)
诸如图29，30和31所示的双轴传感器可以通过在几个位置上切割两方向传感来实现。
在图29和30的情况下，双向传感器可以容易地用上述利用等离子体的方法生产。另外，参照图31，双向加速度可以通过对传感器的四边进行切割来检测，这时微型计算机芯片110比图29和30所示的大。用这样的方法，支持体9如图所示在切削出来的微型计算机芯片下面加工处理的，使得靠近扩散电阻的部分是固定的，从而使用加速度传感器器件101进行检测成为可能。请注意，静负荷是需要的，可以如图29和30所示，从外面设置在加速度传感器器件101的重心位置上。在图31的情况下，静负荷可以设置在加速度传感器器件101的末端。
(实施例27)
此外，应用本发明可以做出三轴加速度传感器。图32表示按本发明的三轴加速度传感器。在上述双轴传感器在基础上，再切削传感器的一侧，对图中垂直加速度进行位移控制。检测图中Z轴的位移。采用这种结构就可以检测三轴加速度。
(实施例28)
按本发明的含有半导体加速度传感器的半导体器件表现出优异的抗冲击特性，因为它的检测部分不薄，也不象先有技术那样具有狭窄的部分。当按本发明的含有半导体加速度传感器的半导体器件装在车辆上用作车辆碰撞时救命用的气囊工作传感器时，得到了预定的特性，因而该器件可以得到充分的利用。
此外，按本发明的半导体加速度传感器可以以低的成本制造，并具有各种用途。例如，在传呼机和移动电话的情况下，一般用声音来通知有呼叫来了，或通过向人体传递振动来通知关掉开关，但当使用本发明的半导体加速度传感器时，通过轻敲传呼机或移动电话来产生冲击。半导体加速度传感器检测出冲击，关掉装置的开关。利用这样的结构，装置可以容易地停止，不必手动去关开关。采用上述的配置，开关也可以打开。例如，轻敲桌子就可以开台灯。
本发明采用上述结构，具有下列优点。
(1)具有扩散电阻的半导体加速度传感器的正面和背面都是平的，而扩散电阻部分不做薄，因此容易制造该器件。无需复杂的处理过程。另外，该器件抗冲击。
(2)因为扩散电阻部分无需薄部，可以缩短制造时间，从而降低成本。
(3)可以供应高精度器件。
(4)可以供应廉价的加速度传感器，因为从半导体晶片可以得到大量的加速度半导体衬底。
(5)考虑到安排大量的桥路，故能提高产量，简化制造过程。
(6)因为结构呈直角平行六面体，制造设备容易处理这种结构。

Claims (26)

1.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及在设置了从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构的应变检测部分的表面上的多个桥路。
2.权利要求1提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，构成桥路的应变检测部分包括扩散电阻。
3.权利要求1提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，任何一个要求的桥路是由多个桥路选择出来的，并通过在构成桥路的扩散电阻附近提供固定装置而进行固定。
4.权利要求1提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，
静负荷加在从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构上。
5.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构的应变检测部分，应变检测部分设置在设置了该应变检测部分的表面的对称的位置上。
6.权利要求5提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，
静负荷加在从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构上。
7.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构的应变检测部分，应变检测部分设置在设置了该应变检测部分的表面中心位置上，而多个从应变检测部分输出输出值用的端子设置在对于应变检测部分是对称的位置上。
8.权利要求7提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，
静负荷加在从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构上。
9.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及在设置了应变检测部分的表面上给输出端子提供的凸接点。
10.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；以及固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；一个各向异性导电膜用在固定装置上，使电导通和固定成为可能。
11.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；以及固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；一种低共熔合金藕合用在固定装置上，使电导通和固定成为可能。
12.权利要求9提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，该结构在设置了应变检测部分的表面上输出端子处具有凸接点，该结构直接固定在支持板的端子上。
13.含有半导体加速度传感器的半导体器件的支持板，它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；以及固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；
支持板的特征在于，配置这样一种结构，使得它与支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的板垂直，该结构具有引线和输出端子。
14.一种制造半导体加速度传感器和半导体器件的方法，其特征在于，该结构的引线布置得与按权利要求13的支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的板垂直，并用银浆与从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构的输出端子连接。
15.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，一个其位置设置得与按权利要求1 3的支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的板垂直的结构呈L型。
16.一种制造半导体加速度传感器和半导体器件的方法，其特征在于，利用低共熔合金耦合，将设置得与按权利要求13的支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的板垂直的结构的引线，与从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构的输出端子连接。
17.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；以及固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及设置在直角平行六面体结构一端的静负荷，它设置在设置了扩散电阻的表面的中心。
18.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；以及固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；设置在直角平行六面体型结构一端的静负荷，此静负荷至少有一个穿孔。
19.含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；以及固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；***构成桥路的扩散电阻而连接的引线。
20.一种制造含有半导体加速度传感器的半导体器件的方法，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及设置在该直角平行六面体型结构一端的静负荷，该静负荷按照构成桥路的扩散电阻的输出值来加入。
21.权利要求20提出的制造含有半导体加速度传感器的半导体器件的方法，其特征在于静负荷分几次加上。
22.一种含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于它包括：从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构；固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构用的支持体；固定该直角平行六面体的结构至少一端的装置；以及设置在从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的直角平行六面体型结构与固定和支持从半导体晶片切割出来的直角平行六面体型结构的支持体之间的结合部的胶体。
23.一种含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，借助诸如封装物至少开有一个穿孔的配置和密封该穿孔的配置，使材料发生变形，并密封复盖从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的半导体加速度传感器和整个半导体装置的封装。
24.权利要求23提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，用铟作为该封装的金属材料。
25.一种含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，利用超声波使复盖从半导体晶片切割出来的具有应变检测部分的半导体加速度传感器和整个半导体装置的封装结合。
26.权利要求25提出的含有半导体加速度传感器的半导体器件，其特征在于，用聚合物材料复盖半导体加速度传感器和整个半导体装置的封装。
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