JP2800112B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンなどの半
導体結晶のもつピエゾ抵抗効果を利用して変位を電気信
号に変換する半導体装置の特に加速度センサおよび圧力
センサに係わる。
導体結晶のもつピエゾ抵抗効果を利用して変位を電気信
号に変換する半導体装置の特に加速度センサおよび圧力
センサに係わる。
【0002】
【従来の技術】近年、マイクロマシニング技術の発展に
より、半導体ウェハー上に薄膜形成、エッチングによ
り、半導体加速度センサが作製されている。(例えば、
IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-26,
No.12, Dec 1979参照) 図3は、従来のマイクロマシニングによる半導体加速度
センサを示す図であり、図3(a)は上面図、図3
(b)は断面図である。シリコン基体1をエッチング
し、片持ち梁2と重り3を形成したものである。ここ
で、片持ち梁2の厚みは、エッチングにより他の部分よ
り薄く形成され、片持ち梁2は図3(b)の矢印方向の
加速度に対して変形する。そして、片持ち梁2の変形量
は、片持ち梁2の上面に形成された拡散抵抗4aのピエ
ゾ抵抗効果により検出され、拡散抵抗4bとの比較によ
り加速度を求める。ここで、拡散抵抗4aと4bは高濃
度拡散領域5と出力端子8に接続されている。また、片
持ち梁2の破壊を防止するために上部ストッパ6と下部
ストッパ7を配置し、さらに全体をセラミック基板10
上に配置している。
より、半導体ウェハー上に薄膜形成、エッチングによ
り、半導体加速度センサが作製されている。(例えば、
IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-26,
No.12, Dec 1979参照) 図3は、従来のマイクロマシニングによる半導体加速度
センサを示す図であり、図3(a)は上面図、図3
(b)は断面図である。シリコン基体1をエッチング
し、片持ち梁2と重り3を形成したものである。ここ
で、片持ち梁2の厚みは、エッチングにより他の部分よ
り薄く形成され、片持ち梁2は図3(b)の矢印方向の
加速度に対して変形する。そして、片持ち梁2の変形量
は、片持ち梁2の上面に形成された拡散抵抗4aのピエ
ゾ抵抗効果により検出され、拡散抵抗4bとの比較によ
り加速度を求める。ここで、拡散抵抗4aと4bは高濃
度拡散領域5と出力端子8に接続されている。また、片
持ち梁2の破壊を防止するために上部ストッパ6と下部
ストッパ7を配置し、さらに全体をセラミック基板10
上に配置している。
【0003】図4(a)は、特開平1−302167号
公報に開示されるマイクロマシニングによる半導体加速
度センサを示す図であり、片持ち梁2の支持体9近傍に
エッチングにより溝部35を形成し、薄肉部36を設け
たものである。センサの上面には拡散抵抗4c、4d、
4e、4fがあり、ブリッジ回路50を構成している。
拡散抵抗4cと4fは、参照抵抗として働き支持体9の
上部に配置される。拡散抵抗4dと4eは、薄肉部36
の変形量を検出する可変抵抗として働き、参照抵抗と直
交する位置に配置される。図4(b)は、図4(a)に
示す装置の検出回路を示す。
公報に開示されるマイクロマシニングによる半導体加速
度センサを示す図であり、片持ち梁2の支持体9近傍に
エッチングにより溝部35を形成し、薄肉部36を設け
たものである。センサの上面には拡散抵抗4c、4d、
4e、4fがあり、ブリッジ回路50を構成している。
拡散抵抗4cと4fは、参照抵抗として働き支持体9の
上部に配置される。拡散抵抗4dと4eは、薄肉部36
の変形量を検出する可変抵抗として働き、参照抵抗と直
交する位置に配置される。図4(b)は、図4(a)に
示す装置の検出回路を示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体加速度セ
ンサにおいては、検出感度向上のために図4(a)の薄
肉部36を形成する必要があり、そのため全体の機械的
強度が低下する。ここで薄肉部36の厚みは、検出感度
に関係するが、エッチングにより薄肉部36を形成する
ため、均一な厚みを得るために、エッチング液の組成、
温度、攪拌条件を厳密に管理する必要があり、マスキン
グのパターン形成など製造工程が増す。
ンサにおいては、検出感度向上のために図4(a)の薄
肉部36を形成する必要があり、そのため全体の機械的
強度が低下する。ここで薄肉部36の厚みは、検出感度
に関係するが、エッチングにより薄肉部36を形成する
ため、均一な厚みを得るために、エッチング液の組成、
温度、攪拌条件を厳密に管理する必要があり、マスキン
グのパターン形成など製造工程が増す。
【0005】また図3(a)のように加速度センサの上
面に拡散抵抗4aと4bを配置し、重り3を形成するた
めに、加速度センサの上面の面積が大きく、例えばシリ
コン基板1枚からのセンサの取り個数は限定され、製造
コストを低下させることが困難であった。また図4
(a)の加速度センサにおいても薄肉部36の強度を保
つために片持ち梁2の幅、図面の手前から奥行き方向の
幅は所定の値が必要である。従って、図3(a)の加速
度センサと同様にセンサ上面の面積を小さくすることが
出来ず、半導体ウェハーからの取り個数が限定され、コ
ストダウンが困難である。
面に拡散抵抗4aと4bを配置し、重り3を形成するた
めに、加速度センサの上面の面積が大きく、例えばシリ
コン基板1枚からのセンサの取り個数は限定され、製造
コストを低下させることが困難であった。また図4
(a)の加速度センサにおいても薄肉部36の強度を保
つために片持ち梁2の幅、図面の手前から奥行き方向の
幅は所定の値が必要である。従って、図3(a)の加速
度センサと同様にセンサ上面の面積を小さくすることが
出来ず、半導体ウェハーからの取り個数が限定され、コ
ストダウンが困難である。
【0006】さらに、加速度検出のための拡散抵抗4
が、加速度センサの加速度を受ける面にあるため、支持
体9の上部にある参照抵抗と可変抵抗の抵抗値の差が大
きくなるように拡散抵抗4の配置を行う必要があった。
本発明は、上記の問題を解決するためのものであり、製
造が容易で、1枚の半導体ウェハーから多数のセンサを
製造することができ安価な半導体加速度センサおよび圧
力センサを得ることを目的とする。
が、加速度センサの加速度を受ける面にあるため、支持
体9の上部にある参照抵抗と可変抵抗の抵抗値の差が大
きくなるように拡散抵抗4の配置を行う必要があった。
本発明は、上記の問題を解決するためのものであり、製
造が容易で、1枚の半導体ウェハーから多数のセンサを
製造することができ安価な半導体加速度センサおよび圧
力センサを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は1枚の半導体ウェハーから多数のセン
サを製造するために、センサの側面に拡散抵抗4を配置
した。そして、このようにセンサ側面に変位量の検出手
段を設けることにより、エッチング工程を使用せず、製
造工程の少ない、高精度で安価なセンサを得ることがで
きる。また、歩留りの良い半導体加速度センサを含む半
導体装置を供給することができる。また、拡散抵抗の配
置、固定方法、配線接続方法により容易に歩留まり良く
作製できるようにした。
ために、本発明は1枚の半導体ウェハーから多数のセン
サを製造するために、センサの側面に拡散抵抗4を配置
した。そして、このようにセンサ側面に変位量の検出手
段を設けることにより、エッチング工程を使用せず、製
造工程の少ない、高精度で安価なセンサを得ることがで
きる。また、歩留りの良い半導体加速度センサを含む半
導体装置を供給することができる。また、拡散抵抗の配
置、固定方法、配線接続方法により容易に歩留まり良く
作製できるようにした。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の具体的実施例を
図1に基づいて説明する。図1は、本発明の半導体加速
度センサの斜視図である。半導体基板11を直方体とし
そのひとつの面である側面100に拡散抵抗4と、拡散
抵抗4と電気的に接続された出力端子8を配置した。こ
こで、半導体基板11内の前記側面100に増幅回路や
温度補償回路やフィルタ回路を配置することも可能であ
る。また、別の素子にして配置することもできる。
図1に基づいて説明する。図1は、本発明の半導体加速
度センサの斜視図である。半導体基板11を直方体とし
そのひとつの面である側面100に拡散抵抗4と、拡散
抵抗4と電気的に接続された出力端子8を配置した。こ
こで、半導体基板11内の前記側面100に増幅回路や
温度補償回路やフィルタ回路を配置することも可能であ
る。また、別の素子にして配置することもできる。
【0009】半導体基板11は、一辺にブリッジ回路5
0で構成された拡散抵抗4を有し、直方体の構造ででき
ている。この直方体の構造は、拡散抵抗4を有する半導
体ウェハー12から切り出し作製する。切りだした素子
は、半導体ウェハー12の厚みが前記直方体の拡散抵抗
4を有する面と直交する面である。拡散抵抗4が形成さ
れた半導体ウェハー12表面が切り出し後、前記側面1
00に相当する。
0で構成された拡散抵抗4を有し、直方体の構造ででき
ている。この直方体の構造は、拡散抵抗4を有する半導
体ウェハー12から切り出し作製する。切りだした素子
は、半導体ウェハー12の厚みが前記直方体の拡散抵抗
4を有する面と直交する面である。拡散抵抗4が形成さ
れた半導体ウェハー12表面が切り出し後、前記側面1
00に相当する。
【0010】図2は上記半導体加速度センサの(a)上
面図と(b)側面図である。上記半導体基板11は、種
々の形状にすることが可能であるが、半導体ウェハー1
2から容易に取り出せるという理由により、直方体とす
ることが効果的である。さらに、半導体基板11の厚み
Zは半導体基板11の幅Wより小さくすると検出感度を
高めることができる。なお、支持体9と半導体基板11
が固着されている部分L2支持部であり、固着されず揺
動可能な部分L1をセンサ部であり以降こう呼ぶ。ま
た、図2のような、半導体基板11、支持体9、重り3
の構成を半導体加速度センサ素子と呼ぶ。
面図と(b)側面図である。上記半導体基板11は、種
々の形状にすることが可能であるが、半導体ウェハー1
2から容易に取り出せるという理由により、直方体とす
ることが効果的である。さらに、半導体基板11の厚み
Zは半導体基板11の幅Wより小さくすると検出感度を
高めることができる。なお、支持体9と半導体基板11
が固着されている部分L2支持部であり、固着されず揺
動可能な部分L1をセンサ部であり以降こう呼ぶ。ま
た、図2のような、半導体基板11、支持体9、重り3
の構成を半導体加速度センサ素子と呼ぶ。
【0011】(実施例1)直方体の構造体の感歪部を有
する面にブリッジ回路を複数個配置した構成を実施し
た。複数個配置した場合を図13に示す。感歪部とは、
歪みおよび応力により感応して、抵抗値などが変化する
拡散抵抗などを形成した部分を指す。本実施例の構成に
よれば、両端固定により圧力センサとしての機能を得る
こともできる。
する面にブリッジ回路を複数個配置した構成を実施し
た。複数個配置した場合を図13に示す。感歪部とは、
歪みおよび応力により感応して、抵抗値などが変化する
拡散抵抗などを形成した部分を指す。本実施例の構成に
よれば、両端固定により圧力センサとしての機能を得る
こともできる。
【0012】複数個の設置は、支持体9との接合の位置
を変えることにより容易に感度調整できる。自動車の衝
突の際、人命保護のためのエアバック用センサでは、高
加速度用のため、感度的には出力は小さくて良い。この
場合図示するcの位置に、支持体9の端部がくるように
接合する。
を変えることにより容易に感度調整できる。自動車の衝
突の際、人命保護のためのエアバック用センサでは、高
加速度用のため、感度的には出力は小さくて良い。この
場合図示するcの位置に、支持体9の端部がくるように
接合する。
【0013】また、自動車のアクティブサスペンション
や、アンチロックブレーキ、ロボットの姿勢制御、バア
チャルリアリティなどの低加速度用の用途には、感度を
向上させる必要があるため、図示するaに支持体9の端
部がくるようにする。センサ部のL長が長くなるため、
感度的にも増す。
や、アンチロックブレーキ、ロボットの姿勢制御、バア
チャルリアリティなどの低加速度用の用途には、感度を
向上させる必要があるため、図示するaに支持体9の端
部がくるようにする。センサ部のL長が長くなるため、
感度的にも増す。
【0014】高加速度用、低加速度用と用途に合わせ、
拡散抵抗の位置を選択する。選択後、他の拡散抵抗の配
線は不要のため、トリミングする。本実施例は、従来の
ように変位する部分を薄肉化することがないため、複数
個拡散抵抗が組まれたブリッジ回路50配置すること
で、必要なアプリケーションに合わせ、支持体9との固
定位置を変えることにより容易に感度調整できる。
拡散抵抗の位置を選択する。選択後、他の拡散抵抗の配
線は不要のため、トリミングする。本実施例は、従来の
ように変位する部分を薄肉化することがないため、複数
個拡散抵抗が組まれたブリッジ回路50配置すること
で、必要なアプリケーションに合わせ、支持体9との固
定位置を変えることにより容易に感度調整できる。
【0015】(実施例2)半導体基板から取り出した直
方体の構造体の感歪部位置が左右対称の位置に配置する
構成を図14に示す。半導体基板11の側面100の長
手方向の中心に対し、対称に拡散抵抗4のブリッジ回路
及びそれぞれの出力端子8を設けることにより、実装工
程において左右間違えがなく歩留り向上、設備の簡略化
に寄与する。また、ひとつのブリッジ回路が故障したと
しても、もうひとつのブリッジ回路が動作すれば、機能
的には成り立つため、歩留り向上には大変寄与する。
方体の構造体の感歪部位置が左右対称の位置に配置する
構成を図14に示す。半導体基板11の側面100の長
手方向の中心に対し、対称に拡散抵抗4のブリッジ回路
及びそれぞれの出力端子8を設けることにより、実装工
程において左右間違えがなく歩留り向上、設備の簡略化
に寄与する。また、ひとつのブリッジ回路が故障したと
しても、もうひとつのブリッジ回路が動作すれば、機能
的には成り立つため、歩留り向上には大変寄与する。
【0016】本実施例においても、従来のようなエッチ
ングで薄肉部を形成する場合では、本実施例のように容
易に実装はできない。たとえ実装できたとしても、不必
要な拡散抵抗を有する薄肉部があると破壊しやすい問題
がある。本発明は直方体のため、ハンドリングも容易に
でき、左右の認識も必要でないので、量産上の装置化が
容易である。
ングで薄肉部を形成する場合では、本実施例のように容
易に実装はできない。たとえ実装できたとしても、不必
要な拡散抵抗を有する薄肉部があると破壊しやすい問題
がある。本発明は直方体のため、ハンドリングも容易に
でき、左右の認識も必要でないので、量産上の装置化が
容易である。
【0017】本発明を圧力センサに用いた場合について
も有効な手段である。圧力センサは、構造体として圧力
基準室を作製し、その圧力基準室との差で検出する。本
実施例では、半導体基板11の側面100の長手方向の
中心に対し、対称に拡散抵抗4によるブリッジ回路及び
それぞれの出力端子8を設ける。この半導体基板の片側
に圧力基準室を作製することにより、拡散抵抗4で圧力
による変位を検出する。拡散抵抗4の配置は、応力が最
大となる固定端近傍が良い。
も有効な手段である。圧力センサは、構造体として圧力
基準室を作製し、その圧力基準室との差で検出する。本
実施例では、半導体基板11の側面100の長手方向の
中心に対し、対称に拡散抵抗4によるブリッジ回路及び
それぞれの出力端子8を設ける。この半導体基板の片側
に圧力基準室を作製することにより、拡散抵抗4で圧力
による変位を検出する。拡散抵抗4の配置は、応力が最
大となる固定端近傍が良い。
【0018】(実施例3)半導体基板11の中央部に拡
散抵抗を配置した図を図15に示す。中央に配置する場
合、上述と同様に、実装工程において左右間違えがなく
歩留り向上、設備の簡略化に寄与する。
散抵抗を配置した図を図15に示す。中央に配置する場
合、上述と同様に、実装工程において左右間違えがなく
歩留り向上、設備の簡略化に寄与する。
【0019】(実施例4)次に、側面100に作製した
回路について記述する。側面100の回路構成は、一番
シンプルな構成は。ブリッジ回路を構成している拡散抵
抗、出力端子および配線でよい。また、増幅回路、フィ
ルタ回路などは、別チップ構成でもよい。フィルタ回路
においては、チップ抵抗によりフィルタ回路を構成して
も良い。
回路について記述する。側面100の回路構成は、一番
シンプルな構成は。ブリッジ回路を構成している拡散抵
抗、出力端子および配線でよい。また、増幅回路、フィ
ルタ回路などは、別チップ構成でもよい。フィルタ回路
においては、チップ抵抗によりフィルタ回路を構成して
も良い。
【0020】しかし、側面100の有効活用およびノイ
ズの低減のため、本実施例では増幅回路を内蔵した。電
気回路を図16を用い説明する。電気回路としてフルブ
リッジ回路50が構成され、加速度により生じたひずみ
に応じて、ピエゾ抵抗ゲージの抵抗値が変化し、これを
ブリッジ回路50で電圧変化として検出する。センサの
差動出力は、CMOS単電源オペアンプ52をシングル
エンドで3つ揃えた差動増幅回路51で単一出力に変換
される。なお、差動増幅回路内には感度調整用抵抗5
4、またバッファを通してオフセット調整用トリミング
回路53を含んでいる。なお本実施例では、支持部をい
れた全長9mm、増幅回路内蔵で幅0.1mmで作製し
た。さらに、S/Nの向上方法として、全差動アンプ・
シングルエンドを二つ使用するかチョッパアンプを使用
すると良い。
ズの低減のため、本実施例では増幅回路を内蔵した。電
気回路を図16を用い説明する。電気回路としてフルブ
リッジ回路50が構成され、加速度により生じたひずみ
に応じて、ピエゾ抵抗ゲージの抵抗値が変化し、これを
ブリッジ回路50で電圧変化として検出する。センサの
差動出力は、CMOS単電源オペアンプ52をシングル
エンドで3つ揃えた差動増幅回路51で単一出力に変換
される。なお、差動増幅回路内には感度調整用抵抗5
4、またバッファを通してオフセット調整用トリミング
回路53を含んでいる。なお本実施例では、支持部をい
れた全長9mm、増幅回路内蔵で幅0.1mmで作製し
た。さらに、S/Nの向上方法として、全差動アンプ・
シングルエンドを二つ使用するかチョッパアンプを使用
すると良い。
【0021】図17に本発明の半導体加速度センサの電
気回路のレイアウトを示す平面図を示す。出力端子8、
ブリッジ回路(ピエゾ抵抗)50、作動増幅回路51、
バイアス回路150が内蔵されている。幅が狭い領域の
レイアウトにおいて、前記したように以下のことに留意
した。センサのセンサ部分にMOSトランジスタのソー
スドレインのw長方向をセンサのL長方向の中心線を対
称にして上下2列にMOSトランジスタを形成した。こ
のことによりチップ厚(幅)の小さい素子に電気回路を
設けることができた。また、配線に関しては、電気回路
を構成しているMOSトランジスタ間を電気的に結びつ
けているアルミ配線、又はそのMOSトランジスタと抵
抗部を形成しているポリシリコンとを電気的に結びつけ
ているアルミ配線を、MOSトランジスタおよびポリシ
リコン抵抗部の外側に形成した。以上のことにより、細
い所に配線できた。
気回路のレイアウトを示す平面図を示す。出力端子8、
ブリッジ回路(ピエゾ抵抗)50、作動増幅回路51、
バイアス回路150が内蔵されている。幅が狭い領域の
レイアウトにおいて、前記したように以下のことに留意
した。センサのセンサ部分にMOSトランジスタのソー
スドレインのw長方向をセンサのL長方向の中心線を対
称にして上下2列にMOSトランジスタを形成した。こ
のことによりチップ厚(幅)の小さい素子に電気回路を
設けることができた。また、配線に関しては、電気回路
を構成しているMOSトランジスタ間を電気的に結びつ
けているアルミ配線、又はそのMOSトランジスタと抵
抗部を形成しているポリシリコンとを電気的に結びつけ
ているアルミ配線を、MOSトランジスタおよびポリシ
リコン抵抗部の外側に形成した。以上のことにより、細
い所に配線できた。
【0022】(実施例5)本発明の特徴である拡散抵抗
の配置について説明する。本実施例の拡散抵抗4の配置
を図5(a)に示す。拡散抵抗41、42、43、44
はブリッジ回路50とすると良い。さらに、前記拡散抵
抗は、半導体基板11の上面近傍の拡散抵抗41、42
と下面近傍拡散抵抗43、44に分けて配置すると良
い。そして、上面近傍の拡散抵抗4と下面近傍の拡散抵
抗4により引っ張り応力と圧縮応力を検出すると良い。
また、拡散抵抗41、42、43、44はその長軸方向
が半導体基板11の長さ方向と平行、すなわち図5
(a)の紙面の左右方向に配置することが好ましい。
の配置について説明する。本実施例の拡散抵抗4の配置
を図5(a)に示す。拡散抵抗41、42、43、44
はブリッジ回路50とすると良い。さらに、前記拡散抵
抗は、半導体基板11の上面近傍の拡散抵抗41、42
と下面近傍拡散抵抗43、44に分けて配置すると良
い。そして、上面近傍の拡散抵抗4と下面近傍の拡散抵
抗4により引っ張り応力と圧縮応力を検出すると良い。
また、拡散抵抗41、42、43、44はその長軸方向
が半導体基板11の長さ方向と平行、すなわち図5
(a)の紙面の左右方向に配置することが好ましい。
【0023】本実施例で用いた素子のサイズ、位置関係
を、図面を参考にして説明すると、形状は図2(a)と
図2(b)に示すように長さ9mm(L1=6mm、L
2=3mm)、幅Wが0.6mm、高さZが0.1mm
のシリコンを使用する。幅Wがシリコン基板の厚みであ
る。ここで、拡散抵抗4は図5(a)に示すように半導
体基板11の側面100の上面近傍の拡散抵抗41、4
2と下面近傍の拡散抵抗43、44からなり、それぞれ
長さ0.3mm、幅0.01mmである。そして、拡散
抵抗41と42の左端は支持体9の右端と一致する。ま
た半導体基板の高さ方向について、半導体基板11の表
面と拡散抵抗4の中心の距離0.015mmである。
を、図面を参考にして説明すると、形状は図2(a)と
図2(b)に示すように長さ9mm(L1=6mm、L
2=3mm)、幅Wが0.6mm、高さZが0.1mm
のシリコンを使用する。幅Wがシリコン基板の厚みであ
る。ここで、拡散抵抗4は図5(a)に示すように半導
体基板11の側面100の上面近傍の拡散抵抗41、4
2と下面近傍の拡散抵抗43、44からなり、それぞれ
長さ0.3mm、幅0.01mmである。そして、拡散
抵抗41と42の左端は支持体9の右端と一致する。ま
た半導体基板の高さ方向について、半導体基板11の表
面と拡散抵抗4の中心の距離0.015mmである。
【0024】この配置でもわかるように、拡散抵抗4
は、より感度をだすため側面100の外周部にある。そ
のため、各配線は、ブリッジ回路50を構成する拡散抵
抗4の内側にある。この時のブリッジ回路50を図5
(b)に示す。本発明のブリッジ回路では、4つの拡散
抵抗が可変であることが最大の特徴である。
は、より感度をだすため側面100の外周部にある。そ
のため、各配線は、ブリッジ回路50を構成する拡散抵
抗4の内側にある。この時のブリッジ回路50を図5
(b)に示す。本発明のブリッジ回路では、4つの拡散
抵抗が可変であることが最大の特徴である。
【0025】本実施例の拡散抵抗の配置がより感度がで
る理由について以下記述する。図3(b)の従来の平面
に拡散抵抗4がある場合、4c、4fを参照用抵抗、4
d、4eを測定用抵抗のブリッジ回路50を形成する。
4c、4fをRとした時、4d、4eはR+△Rで表さ
れる。このときの出力VOUTとすると以下の式で示され
る。 V1=(R/2R+△R)V (1) V2=(R+△R/2R+△R)V (2) VOUT=V2−V1=(△R/2R+△R)V (3)
る理由について以下記述する。図3(b)の従来の平面
に拡散抵抗4がある場合、4c、4fを参照用抵抗、4
d、4eを測定用抵抗のブリッジ回路50を形成する。
4c、4fをRとした時、4d、4eはR+△Rで表さ
れる。このときの出力VOUTとすると以下の式で示され
る。 V1=(R/2R+△R)V (1) V2=(R+△R/2R+△R)V (2) VOUT=V2−V1=(△R/2R+△R)V (3)
【0026】また、本発明の電気回路においては、圧縮
応力による抵抗値R+△R、引っ張り応力による抵抗値
をR−△Rとすると以下の式で示される。 V1=(R−△R/2R)V (4) V2=(R+△R/2R)V (5) VOUT=V2−V1=(△R/R)V (6) (3)、(6)式より△Rが非常に小さい値とし無視す
ると、本発明の電気回路で従来の回路と比較して2倍の
出力がある。以上の理由により、本発明では、拡散抵抗
4の配置で、引っ張り応力、圧縮応力を利用し、より高
感度になるよう拡散抵抗4を配置した。
応力による抵抗値R+△R、引っ張り応力による抵抗値
をR−△Rとすると以下の式で示される。 V1=(R−△R/2R)V (4) V2=(R+△R/2R)V (5) VOUT=V2−V1=(△R/R)V (6) (3)、(6)式より△Rが非常に小さい値とし無視す
ると、本発明の電気回路で従来の回路と比較して2倍の
出力がある。以上の理由により、本発明では、拡散抵抗
4の配置で、引っ張り応力、圧縮応力を利用し、より高
感度になるよう拡散抵抗4を配置した。
【0027】本発明の半導体加速度センサの製造方法に
ついて、図7の工程図を用いて以下記述する。半導体加
速度センサの製造方法としては、半導体ウェハー12の
表面に拡散抵抗4と出力端子8をパターンニング(a)
し、拡散抵抗4と出力端子8を同一平面に有するように
半導体ウェハー12を切断し、半導体基板11を得る
(b)。最後に半導体基板11を支持体9、重り3と接
合する(c)。ここで、半導体ウェハー12の表面には
拡散抵抗4や出力端子8の他に増幅回路やフィルタ回
路、温度補償回路をパターニングしても良い。また、半
導体ウェハー12の切断にはダイシングが可能である。
ダイシングは、半導体基板11の外形部にスクライブす
るためのラインを設け、このスクライブラインを基準に
ダイシングにより切削する。加速度センサ半導体素子1
01が半導体ウェハー12内にレイアウトされている。
ついて、図7の工程図を用いて以下記述する。半導体加
速度センサの製造方法としては、半導体ウェハー12の
表面に拡散抵抗4と出力端子8をパターンニング(a)
し、拡散抵抗4と出力端子8を同一平面に有するように
半導体ウェハー12を切断し、半導体基板11を得る
(b)。最後に半導体基板11を支持体9、重り3と接
合する(c)。ここで、半導体ウェハー12の表面には
拡散抵抗4や出力端子8の他に増幅回路やフィルタ回
路、温度補償回路をパターニングしても良い。また、半
導体ウェハー12の切断にはダイシングが可能である。
ダイシングは、半導体基板11の外形部にスクライブす
るためのラインを設け、このスクライブラインを基準に
ダイシングにより切削する。加速度センサ半導体素子1
01が半導体ウェハー12内にレイアウトされている。
【0028】本実施例では、低加速度の素子を作製し
た。低加速度とは、1から2G(G=9.8m/s2)
を示す。素子全体の長さは、9mm(L1=6mm、L
2=3mm)、幅Wが0.6mm、高さZが0.1mm
とした。ちなみに、低加速度用の加速度センサは、地震
検知のためや、バーチャルリアリティなどの用途に用い
られる。また、落下衝撃を検知するショックセンサとし
ての機能をなす。
た。低加速度とは、1から2G(G=9.8m/s2)
を示す。素子全体の長さは、9mm(L1=6mm、L
2=3mm)、幅Wが0.6mm、高さZが0.1mm
とした。ちなみに、低加速度用の加速度センサは、地震
検知のためや、バーチャルリアリティなどの用途に用い
られる。また、落下衝撃を検知するショックセンサとし
ての機能をなす。
【0029】(実施例6)図7(b)の素子の切り出し
について、この後、半導体ウェハー12からダイシング
で切り出し個別の素子にする。図7(b)のような状態
にする。図7(b)に、切り出し面を示す。
について、この後、半導体ウェハー12からダイシング
で切り出し個別の素子にする。図7(b)のような状態
にする。図7(b)に、切り出し面を示す。
【0030】通常の切削水に水を用いたダイシング法に
おいては、半導体基板11を切り出すことは可能である
が、本実施例においては、より精度を向上させるため以
下の方式において行った。半導体ウェハー12の切断工
程において、素子を切り出す場合、素子への切削抵抗が
大きくなると、素子にチッピングが生じ、拡散抵抗4が
破壊してしまう課題や、所望の寸法で仕上がらない場合
がある。その課題に対処するため、超微細砥粒の電気泳
動現象を利用した。その原理を説明する。切削液に超微
細シリカ砥粒を用いる。超微細シリカ砥粒は、アルカリ
液中で負に帯電する。そのため、電場が作用すれば、シ
リカは陽極13にむけて泳動する。陰極14にはいかな
い。この現象を図8に示す。陽極13の帯電した電極
に、超微細シリカ砥粒がある。コロイダルシリカのシリ
カ粒子15は、電極表面で電気的に吸着現象を引き起こ
す。電場が作用している間は、電極表面に連続して吸着
層が形成される。つまり、ブレード16に電場を作製す
ることにより容易に、超微細シリカ砥粒の吸着層を形成
でき、切削抵抗の少ない加工ができる。
おいては、半導体基板11を切り出すことは可能である
が、本実施例においては、より精度を向上させるため以
下の方式において行った。半導体ウェハー12の切断工
程において、素子を切り出す場合、素子への切削抵抗が
大きくなると、素子にチッピングが生じ、拡散抵抗4が
破壊してしまう課題や、所望の寸法で仕上がらない場合
がある。その課題に対処するため、超微細砥粒の電気泳
動現象を利用した。その原理を説明する。切削液に超微
細シリカ砥粒を用いる。超微細シリカ砥粒は、アルカリ
液中で負に帯電する。そのため、電場が作用すれば、シ
リカは陽極13にむけて泳動する。陰極14にはいかな
い。この現象を図8に示す。陽極13の帯電した電極
に、超微細シリカ砥粒がある。コロイダルシリカのシリ
カ粒子15は、電極表面で電気的に吸着現象を引き起こ
す。電場が作用している間は、電極表面に連続して吸着
層が形成される。つまり、ブレード16に電場を作製す
ることにより容易に、超微細シリカ砥粒の吸着層を形成
でき、切削抵抗の少ない加工ができる。
【0031】本実施例で使用した装置の構成を図9に示
す。装置構成は、通常一般的に使用されているダイシン
グ装置に、研磨材をダイシングブレード16に供給する
機構、ダイシングブレード16に電解をかけるための電
源17から構成される。ブレードはフランジ19により
固定される。ブレード16に切削材のコロイダルシリカ
が供給され、ブレード16上に直流電源17により電解
をかけることによりブレード16にシリカ層を作製す
る。このような構成によりチャック18上に半導体ウェ
ハー12を設置、ダイシング装置により切削する。
す。装置構成は、通常一般的に使用されているダイシン
グ装置に、研磨材をダイシングブレード16に供給する
機構、ダイシングブレード16に電解をかけるための電
源17から構成される。ブレードはフランジ19により
固定される。ブレード16に切削材のコロイダルシリカ
が供給され、ブレード16上に直流電源17により電解
をかけることによりブレード16にシリカ層を作製す
る。このような構成によりチャック18上に半導体ウェ
ハー12を設置、ダイシング装置により切削する。
【0032】図10に本実施例を用いての加工を説明す
る。固定された半導体ウェハー12上を、ダイシングブ
レード16が降下し、半導体ウェハー12に接触する。
この時研磨材として、超微細シリカ砥粒がブレード16
に供給される。ブレード16にはシリカ粒子15が吸着
した状態にある。超微細シリカ砥粒の粒径は、10nm
から20nmであり、この粒径のシリカが陽極13に帯
電した、ダイシングブレード16上に吸着する。この吸
着層がワークである半導体ウェハー12を切ることによ
り効果を示し、非常にきれいな加工を生み出す。
る。固定された半導体ウェハー12上を、ダイシングブ
レード16が降下し、半導体ウェハー12に接触する。
この時研磨材として、超微細シリカ砥粒がブレード16
に供給される。ブレード16にはシリカ粒子15が吸着
した状態にある。超微細シリカ砥粒の粒径は、10nm
から20nmであり、この粒径のシリカが陽極13に帯
電した、ダイシングブレード16上に吸着する。この吸
着層がワークである半導体ウェハー12を切ることによ
り効果を示し、非常にきれいな加工を生み出す。
【0033】本実施例において、上述の寸法で素子を切
り出したところ、従来のダイシングでは、チッピング量
10ミクロンであったものが、本実施例によれば2ミクロンの量
に向上した。このことにより、配線切断や拡散層の破壊
を起こさず歩留まりの良い、安定した素子の供給ができ
る。
り出したところ、従来のダイシングでは、チッピング量
10ミクロンであったものが、本実施例によれば2ミクロンの量
に向上した。このことにより、配線切断や拡散層の破壊
を起こさず歩留まりの良い、安定した素子の供給ができ
る。
【0034】(実施例7)また、チッピング量を削減す
る方法として、ボンド材32に鋳鉄を用いダイヤモンド
の粒子31を有するダイシングブレード16を用い、ダ
イシングブレード16に電解をかける。ボンド材の電解
に伴い不導体被膜30が砥石面に形成され、溶出が停止
し一定の砥粒突出が得られる。工程を図12を用いて説
明する。第1ステップで、ブレード16に電解をかけ
る。ブレード16のボンド材の鋳鉄がが溶出する。鉄イ
オン33として溶出する。溶出後、酸化が始まり不導体
被膜30をブレード16面に形成する(第2ステッ
プ)。ブレード16からダイヤモンド粒子31が突出す
る。この状態で、切削を開始する。切削を続けると、ダ
イヤモンド粒子31が剥奪したり不導体被膜30が徐々
に除去していく。このため、切削環境は悪化する。ここ
で、再度電解により、ボンド材32が溶出する(第3ス
テップ)。そして、不導体被膜30を形成する(第2ス
テップに戻る)。第2、から第3、第4のステップを繰
り返し、切削が進む。この方式を電解インプロセスと呼
ぶ。この時の装置の構成を図11に説明する。装置の構
成は、ダイシングブレード16に電解をかける構成と、
ダイシングブレード16近傍に陰極アタッチメント1
4、直流電源17によりブレード16に電解をかける構
成でなりたつ。このような構成で、半導体ウェハー12
を切削する。
る方法として、ボンド材32に鋳鉄を用いダイヤモンド
の粒子31を有するダイシングブレード16を用い、ダ
イシングブレード16に電解をかける。ボンド材の電解
に伴い不導体被膜30が砥石面に形成され、溶出が停止
し一定の砥粒突出が得られる。工程を図12を用いて説
明する。第1ステップで、ブレード16に電解をかけ
る。ブレード16のボンド材の鋳鉄がが溶出する。鉄イ
オン33として溶出する。溶出後、酸化が始まり不導体
被膜30をブレード16面に形成する(第2ステッ
プ)。ブレード16からダイヤモンド粒子31が突出す
る。この状態で、切削を開始する。切削を続けると、ダ
イヤモンド粒子31が剥奪したり不導体被膜30が徐々
に除去していく。このため、切削環境は悪化する。ここ
で、再度電解により、ボンド材32が溶出する(第3ス
テップ)。そして、不導体被膜30を形成する(第2ス
テップに戻る)。第2、から第3、第4のステップを繰
り返し、切削が進む。この方式を電解インプロセスと呼
ぶ。この時の装置の構成を図11に説明する。装置の構
成は、ダイシングブレード16に電解をかける構成と、
ダイシングブレード16近傍に陰極アタッチメント1
4、直流電源17によりブレード16に電解をかける構
成でなりたつ。このような構成で、半導体ウェハー12
を切削する。
【0035】本実施例では、ワークである半導体ウェハ
ー12の固定方法として、紫外線を照射することにより
粘着力を軟化させる固定用ダイシングテープを使用した
これにより容易に離脱でき、しっかりとした固定ができ
る。上述したような方法により、ダイシング装置による
切削によりチッピング、加工変質層の少ない素子を取り
出すことができた。
ー12の固定方法として、紫外線を照射することにより
粘着力を軟化させる固定用ダイシングテープを使用した
これにより容易に離脱でき、しっかりとした固定ができ
る。上述したような方法により、ダイシング装置による
切削によりチッピング、加工変質層の少ない素子を取り
出すことができた。
【0036】本実施例では、ダイシングにおいて工夫を
しているが、半導体基板11を研磨しても同様な特性が
得られる。例えば、フロートボリシングなどの微細研磨
法によれば、加工変質層がなくよい。研磨は、両面から
の研磨によれば側面100の両側から均一に研磨でき、
拡散抵抗までの距離を均等にできよい。
しているが、半導体基板11を研磨しても同様な特性が
得られる。例えば、フロートボリシングなどの微細研磨
法によれば、加工変質層がなくよい。研磨は、両面から
の研磨によれば側面100の両側から均一に研磨でき、
拡散抵抗までの距離を均等にできよい。
【0037】(実施例8)さらに製造方法において、こ
の半導体基板11に、図7(c)に示すように加速度セ
ンサの検出感度を高めるため、半導体基板11の一端に
重り3を設ける。重り3としては、金属やシリコンが使
用できる。そして半導体基板11には重り3と支持体9
を固着する。支持基板10に支持体9をあらかじめ固着
しておいても良い。本実施例では、30mgの重り3を
固着した。ここでは、重り3の固着位置、つまり重心位
置が非常に大事なため、あらかじめ重り3の中心位置に
接着液を塗布し、センサの重心位置に重り3の中心がく
るようにする。接着液が重り3の中心にあるため、重り
3の中心位置が出しやすいセルフアライメントの方法に
よりおこなった。また、半導体基板11側の重りを載せ
たい部分に接着液や、接着液に馴染みの良い材料を塗布
または膜形成してもよい。
の半導体基板11に、図7(c)に示すように加速度セ
ンサの検出感度を高めるため、半導体基板11の一端に
重り3を設ける。重り3としては、金属やシリコンが使
用できる。そして半導体基板11には重り3と支持体9
を固着する。支持基板10に支持体9をあらかじめ固着
しておいても良い。本実施例では、30mgの重り3を
固着した。ここでは、重り3の固着位置、つまり重心位
置が非常に大事なため、あらかじめ重り3の中心位置に
接着液を塗布し、センサの重心位置に重り3の中心がく
るようにする。接着液が重り3の中心にあるため、重り
3の中心位置が出しやすいセルフアライメントの方法に
よりおこなった。また、半導体基板11側の重りを載せ
たい部分に接着液や、接着液に馴染みの良い材料を塗布
または膜形成してもよい。
【0038】(実施例9)重りは感度を得るためには重
要な構成要素である。重力を平均部分荷重でセンサ自身
に受ける場合においては、拡散抵抗の抵抗値変化がほと
んどなく出力を得ることができない。そこで、重りが必
要になる。また、センサの重心に重りをのせることが重
要である。上述したように、接着剤でガイドする方法も
あるが、あらかじめ重り自体に溝をいれ、重りの溝でセ
ンサの重心にガイドしても良い。形状は、立方体でも良
いし、円柱でも良い。円柱の場合固定の際、回転移動し
ても問題がなく。非常に便利である。本発明によれば、
側面100に拡散抵抗4を有しているため、側面100
に沿って重り3を固着すると良い。
要な構成要素である。重力を平均部分荷重でセンサ自身
に受ける場合においては、拡散抵抗の抵抗値変化がほと
んどなく出力を得ることができない。そこで、重りが必
要になる。また、センサの重心に重りをのせることが重
要である。上述したように、接着剤でガイドする方法も
あるが、あらかじめ重り自体に溝をいれ、重りの溝でセ
ンサの重心にガイドしても良い。形状は、立方体でも良
いし、円柱でも良い。円柱の場合固定の際、回転移動し
ても問題がなく。非常に便利である。本発明によれば、
側面100に拡散抵抗4を有しているため、側面100
に沿って重り3を固着すると良い。
【0039】(実施例10)また、重り3に貫通穴55
を有する構造としても良い。貫通穴55により、ダンピ
ング効果も変わり、加速度センサとしてのの周波数特性
も変化する。所望のカットオフ周波数を得るために良い
手段である。重り3に貫通穴55を有する加速度センサ
を図18に図示する。貫通穴55は、周波数特性の調整
のほかに、以下の理由で有効である。耐衝撃性向上のた
めのシリコンオイル48をパッケージに入れた時、発生
する空気だまりが加速度センサに付着する。重り3に付
着した場合、出力感度に非常に影響する。重り3に貫通
穴55があれば、付着しずらい。さらに、重り3の裏面
がテーパ状であれば、空気だまりは、テーパ形状にそっ
て容易に離脱できるため有効である。本実施例では、ひ
とつの貫通穴55の例を示したが、複数個設置してもよ
い。
を有する構造としても良い。貫通穴55により、ダンピ
ング効果も変わり、加速度センサとしてのの周波数特性
も変化する。所望のカットオフ周波数を得るために良い
手段である。重り3に貫通穴55を有する加速度センサ
を図18に図示する。貫通穴55は、周波数特性の調整
のほかに、以下の理由で有効である。耐衝撃性向上のた
めのシリコンオイル48をパッケージに入れた時、発生
する空気だまりが加速度センサに付着する。重り3に付
着した場合、出力感度に非常に影響する。重り3に貫通
穴55があれば、付着しずらい。さらに、重り3の裏面
がテーパ状であれば、空気だまりは、テーパ形状にそっ
て容易に離脱できるため有効である。本実施例では、ひ
とつの貫通穴55の例を示したが、複数個設置してもよ
い。
【0040】(実施例11)また、重り作製装置87に
半導体基板11をチャック86により溶融物85内に挿
入し引き出すことにより先端に重り3設ける方法にて行
った。この装置構成を図19(a)に示す。本方法によ
れば、容易に均一の重量の重り3を設置できる利点があ
る。図19(b)にその拡大図を示す。半導体基板11
に支持体9を有したものを、チャック86でハンドリン
グする。
半導体基板11をチャック86により溶融物85内に挿
入し引き出すことにより先端に重り3設ける方法にて行
った。この装置構成を図19(a)に示す。本方法によ
れば、容易に均一の重量の重り3を設置できる利点があ
る。図19(b)にその拡大図を示す。半導体基板11
に支持体9を有したものを、チャック86でハンドリン
グする。
【0041】また、図19(c)では、重り3の形状を
形成するため容器を用い所望の形に重りを形成した。容
器のなかに溶融物85をいれ、半導体基板11をチャッ
ク86により、重り形成型88内に挿入し、凝固後引き
出すことにより所望の形状の重りを形成できた。この時
の溶融物は、金属でも良いし、高分子系のものでも良
い。なお、半導体基板11に重り3の材料となじみの良
い材料を有することにより、所望の部分に所望の厚さの
重り3を形成できる。
形成するため容器を用い所望の形に重りを形成した。容
器のなかに溶融物85をいれ、半導体基板11をチャッ
ク86により、重り形成型88内に挿入し、凝固後引き
出すことにより所望の形状の重りを形成できた。この時
の溶融物は、金属でも良いし、高分子系のものでも良
い。なお、半導体基板11に重り3の材料となじみの良
い材料を有することにより、所望の部分に所望の厚さの
重り3を形成できる。
【0042】(実施例12)また、本方法によれば重り
が凝固し、収縮することを利用し破壊防止に利用した。
以下その内容を図20を用いて説明する。図20のよう
なパッケージケース89を用い、前記した図19のよう
な溶融物85に重り3となる部分を浸せきさせる。溶融
物85は凝固することにより収縮し、パッケージケース
89との間に隙間を生じる。この隙間は、半導体基板が
加速度を受けたとき変位でき、過剰の加速度を受けたと
きパッケージケース89により過剰変位を制止でき破壊
を防止する。
が凝固し、収縮することを利用し破壊防止に利用した。
以下その内容を図20を用いて説明する。図20のよう
なパッケージケース89を用い、前記した図19のよう
な溶融物85に重り3となる部分を浸せきさせる。溶融
物85は凝固することにより収縮し、パッケージケース
89との間に隙間を生じる。この隙間は、半導体基板が
加速度を受けたとき変位でき、過剰の加速度を受けたと
きパッケージケース89により過剰変位を制止でき破壊
を防止する。
【0043】(実施例13)重りは、上記したように、
金属の構造体やシリコンなどを固着し載せるが、重りと
しての重量の精度、設置する位置で微妙に出力感度が変
わる。重りをのせながら、出力値による制御方法であれ
ば、調整機能がいらない。重りを調整しながら作製する
方法として、蒸着などの薄膜プロセスによることが有利
であり高加速度用では良いが、低加速度用のものは感度
が必要なため、数mgから数十mgの重りが必要であ
る。そのため、重りの設置位置と重りの重量により、出
力感度を調整できるため、数回にわけ重りを設置し調整
を行う。設置の際、センサからの出力をモニタしながら
行う。また、上述した溶融物に半導体基板11の先端を
付け、溶融物の凝固により取り付ける場合、表面張力に
より付けていくので、数回重ねづけすることにより感度
調整する方法でもよい。この方式は、本発明が直方体の
構成であるため容易にでき、従来の変位部分が一部薄く
する方法では、壊れてしまうため本方法は困難である。
マイクロマシニングでは、一体加工のため困難である。
金属の構造体やシリコンなどを固着し載せるが、重りと
しての重量の精度、設置する位置で微妙に出力感度が変
わる。重りをのせながら、出力値による制御方法であれ
ば、調整機能がいらない。重りを調整しながら作製する
方法として、蒸着などの薄膜プロセスによることが有利
であり高加速度用では良いが、低加速度用のものは感度
が必要なため、数mgから数十mgの重りが必要であ
る。そのため、重りの設置位置と重りの重量により、出
力感度を調整できるため、数回にわけ重りを設置し調整
を行う。設置の際、センサからの出力をモニタしながら
行う。また、上述した溶融物に半導体基板11の先端を
付け、溶融物の凝固により取り付ける場合、表面張力に
より付けていくので、数回重ねづけすることにより感度
調整する方法でもよい。この方式は、本発明が直方体の
構成であるため容易にでき、従来の変位部分が一部薄く
する方法では、壊れてしまうため本方法は困難である。
マイクロマシニングでは、一体加工のため困難である。
【0044】(実施例14)半導体基板11の端子から
支持基板10への電気的出力の取り方からパッケージに
ついて以下記する。本実施例では、半導体基板11を支
持するための基板10に、支持基板10に直交する構成
のL字型配線基板60を設ける。図21にL字型配線基
板を有する基板10を用いた実装工程を示す。図21の
第2ステップにL字型配線基板60を有する基板10を
示す。L字型形状とした理由は、半導体基板11の位置
だしを正確に行えるためである。つまり、L字型配線基
板60をガイドとし半導体基板11を接着剤62を介し
て固定する。L字型配線基板60には、基板10面に直
交する面に配線がある。半導体基板11の金バンプ25
と前述の配線が接続し、半導体基板11と基板10が電
気的に接続される構成である。バンプは、半田でも良
い。
支持基板10への電気的出力の取り方からパッケージに
ついて以下記する。本実施例では、半導体基板11を支
持するための基板10に、支持基板10に直交する構成
のL字型配線基板60を設ける。図21にL字型配線基
板を有する基板10を用いた実装工程を示す。図21の
第2ステップにL字型配線基板60を有する基板10を
示す。L字型形状とした理由は、半導体基板11の位置
だしを正確に行えるためである。つまり、L字型配線基
板60をガイドとし半導体基板11を接着剤62を介し
て固定する。L字型配線基板60には、基板10面に直
交する面に配線がある。半導体基板11の金バンプ25
と前述の配線が接続し、半導体基板11と基板10が電
気的に接続される構成である。バンプは、半田でも良
い。
【0045】まず、第1ステップで出力端子に金バンプ
25を形成しておき、重り3も固着しておく。重り3の
固着においては、熱膨張係数の近い接着剤62を用いる
と良い。第2ステップでは、支持基板10を作製してお
く。支持基板10は、本実施例ではセラミックを用い
た。セラミックは、熱安定性、高周波の伝達性も良いこ
とから高信頼性を望むアプリケーションにおいては最適
である。なお、アプリケーションにおいては、ガラスエ
ポキシ基板でも良い。なお、支持基板10には、上述し
たようにL字型配線基板60がある。配線材料としては
金を用いた。
25を形成しておき、重り3も固着しておく。重り3の
固着においては、熱膨張係数の近い接着剤62を用いる
と良い。第2ステップでは、支持基板10を作製してお
く。支持基板10は、本実施例ではセラミックを用い
た。セラミックは、熱安定性、高周波の伝達性も良いこ
とから高信頼性を望むアプリケーションにおいては最適
である。なお、アプリケーションにおいては、ガラスエ
ポキシ基板でも良い。なお、支持基板10には、上述し
たようにL字型配線基板60がある。配線材料としては
金を用いた。
【0046】第3ステップで、半導体基板11の金バン
プ25に接着剤62に銀ペーストを供給し、半導体基板
11を支持基板10の支持部にのせ加熱圧着する。数秒
で接着は完了する。蓋を支持基板10に載せ、半田で加
熱圧着し、耐衝撃性の向上のため、シリコンオイル48
を注入する。オイル注入は加圧で行う。封止は、接着剤
で行った。ここまでの工程で、センサとしての機能を有
する。ここでは、シリコンオイル48の注入は、加圧で
おこなっているが、パッケージを真空にしておきオイル
を注入する方法もある。ここまでの工程で、センサとし
ての機能は成り立つ。
プ25に接着剤62に銀ペーストを供給し、半導体基板
11を支持基板10の支持部にのせ加熱圧着する。数秒
で接着は完了する。蓋を支持基板10に載せ、半田で加
熱圧着し、耐衝撃性の向上のため、シリコンオイル48
を注入する。オイル注入は加圧で行う。封止は、接着剤
で行った。ここまでの工程で、センサとしての機能を有
する。ここでは、シリコンオイル48の注入は、加圧で
おこなっているが、パッケージを真空にしておきオイル
を注入する方法もある。ここまでの工程で、センサとし
ての機能は成り立つ。
【0047】(実施例15)半導体基板の固定は、他軸
感度特性に影響するため大切である。また、他の支持体
との固定法について図6を用いて説明する。図6(a)
が、半導体基板11を支持基板10に直接固定し、導通
も一緒に確保する場合である。半導体基板11の出力端
子8にバンプ25を形成する。バンプ25側を支持基板
と対向させ、支持基板10の端子に半導体基板11のバ
ンプ25を接触させる。そして、リフローすることによ
り、バンプ25が溶融し、支持基板10に固定される。
より感度を得るため、拡散抵抗4近傍に固定用のバンプ
25を作り支持基板10と固定させるとなお良い。この
方式においても特性的に満足する値を得られた。支持基
板10に、バンプ25が接触し、溶融することにより図
に示す状態に固定される。拡散抵抗近傍がしっかり固定
されることが必要なため、固定用バンプ26を導通の目
的以外に用いた。
感度特性に影響するため大切である。また、他の支持体
との固定法について図6を用いて説明する。図6(a)
が、半導体基板11を支持基板10に直接固定し、導通
も一緒に確保する場合である。半導体基板11の出力端
子8にバンプ25を形成する。バンプ25側を支持基板
と対向させ、支持基板10の端子に半導体基板11のバ
ンプ25を接触させる。そして、リフローすることによ
り、バンプ25が溶融し、支持基板10に固定される。
より感度を得るため、拡散抵抗4近傍に固定用のバンプ
25を作り支持基板10と固定させるとなお良い。この
方式においても特性的に満足する値を得られた。支持基
板10に、バンプ25が接触し、溶融することにより図
に示す状態に固定される。拡散抵抗近傍がしっかり固定
されることが必要なため、固定用バンプ26を導通の目
的以外に用いた。
【0048】(実施例16)図6(b)においては、支
持体9をあらかじめ固着しておき、支持体9と支持基板
10を固着すると共に、半導体基板11のバンプ25に
より導通をとる方法を行った。この時、半導体基板11
のバンプ25にあらかじめ銀ペーストを転写しておく。
半導体基板11のバンプ25に付着した銀ペーストと支
持基板10の端子が接続することにより導通が取れる。
持体9をあらかじめ固着しておき、支持体9と支持基板
10を固着すると共に、半導体基板11のバンプ25に
より導通をとる方法を行った。この時、半導体基板11
のバンプ25にあらかじめ銀ペーストを転写しておく。
半導体基板11のバンプ25に付着した銀ペーストと支
持基板10の端子が接続することにより導通が取れる。
【0049】(実施例17)図6(c)は、異方性導電
膜40を用いた接合方法である。異方性導電膜40と
は、接着剤62中に小さな導電粒子47が分散されてい
るものである。図6(c)のように、熱圧着により電極
間は粒子が挟まれ電気的に導通され、かつ隣接電極間の
絶縁は保たれ、同時に機械的な接合も接着剤62の硬化
によって図れるものである。この方式により、バンプ2
5と出力端子8が導電粒子を介在して導通が得られる。
膜40を用いた接合方法である。異方性導電膜40と
は、接着剤62中に小さな導電粒子47が分散されてい
るものである。図6(c)のように、熱圧着により電極
間は粒子が挟まれ電気的に導通され、かつ隣接電極間の
絶縁は保たれ、同時に機械的な接合も接着剤62の硬化
によって図れるものである。この方式により、バンプ2
5と出力端子8が導電粒子を介在して導通が得られる。
【0050】この方式では、接合部に厚さを有する構成
となるため、支持基板10と半導体基板11との間に隙
間が得られるため、支持基板にあらかじめ半導体基板1
1が、印加加速度を受け揺動するための段差を設ける必
要がない。また、図6(a)、図6(b)においても支
持基板10との間にクリアランスができる。
となるため、支持基板10と半導体基板11との間に隙
間が得られるため、支持基板にあらかじめ半導体基板1
1が、印加加速度を受け揺動するための段差を設ける必
要がない。また、図6(a)、図6(b)においても支
持基板10との間にクリアランスができる。
【0051】このため、支持基板10のコスト削減が可
能となる。半導体基板11と支持体9の固定は、陽極接
合でも良い。この場合、支持体は、ガラスを用いる。な
お、この実施例においては、支持体は片側のみの設置で
あったが、両側に設置することも可能である。しっかり
固定するためには良い。
能となる。半導体基板11と支持体9の固定は、陽極接
合でも良い。この場合、支持体は、ガラスを用いる。な
お、この実施例においては、支持体は片側のみの設置で
あったが、両側に設置することも可能である。しっかり
固定するためには良い。
【0052】本実施例における半導体加速度センサにお
いては、重り3を30ミリグラム設置することにより、
電圧として5mVの出力が得られた。この値は、増幅し
ない出力電圧としては良好の特性を得た。また、多軸感
度に対しては、フルスケール値の2%であった。この良
好な多軸感度は、半導体基板11の構成に起因する。セ
ンサ部、長さ6mm、幅は半導体ウェハー12の厚み
0.6mmである。センサ部の厚みは、ダイシング装置
の送りピッチ距離であり0.1mmとした。この0.1
mmのピッチ距離は、ダイシングによる素子流出など歩
留りを考慮した値である。ここで、半導体基板11幅
0.6mmに対し、半導体基板11厚0.1mmは約1
/6である。この構成で、多軸に感度をもたない素子を
実現できた。
いては、重り3を30ミリグラム設置することにより、
電圧として5mVの出力が得られた。この値は、増幅し
ない出力電圧としては良好の特性を得た。また、多軸感
度に対しては、フルスケール値の2%であった。この良
好な多軸感度は、半導体基板11の構成に起因する。セ
ンサ部、長さ6mm、幅は半導体ウェハー12の厚み
0.6mmである。センサ部の厚みは、ダイシング装置
の送りピッチ距離であり0.1mmとした。この0.1
mmのピッチ距離は、ダイシングによる素子流出など歩
留りを考慮した値である。ここで、半導体基板11幅
0.6mmに対し、半導体基板11厚0.1mmは約1
/6である。この構成で、多軸に感度をもたない素子を
実現できた。
【0053】また、本実施例の拡散抵抗4の配置におい
ては、4つの拡散抵抗への変位量の差が小さいため多軸
感度への影響は少ない。上述の構成では、一辺のみの拡
散抵抗4の配置であるが、両側面に拡散抵抗4を配置し
ても良い。
ては、4つの拡散抵抗への変位量の差が小さいため多軸
感度への影響は少ない。上述の構成では、一辺のみの拡
散抵抗4の配置であるが、両側面に拡散抵抗4を配置し
ても良い。
【0054】(実施例18)拡散抵抗を有する半導体基
板11を支持体9に固定したのち、パッケージで覆う。
ここで、半導体基板11は非常に細いため破壊しないよ
うに保護する必要がある。本発明の加速度センサは、直
方体でできているため破壊に対しては、従来の加速度セ
ンサと比較し、耐衝撃性に強いが信頼性のために保護策
こうじた。
板11を支持体9に固定したのち、パッケージで覆う。
ここで、半導体基板11は非常に細いため破壊しないよ
うに保護する必要がある。本発明の加速度センサは、直
方体でできているため破壊に対しては、従来の加速度セ
ンサと比較し、耐衝撃性に強いが信頼性のために保護策
こうじた。
【0055】上述では、シリコンオイル48を用いて、
共振周波数を低下させ破壊を防ぐ手法を説明したが、他
の手法について説明する。半導体基板11と支持体9の
固定した接合部をゲル70状物質を注入する方法もあ
る。ゲル70状物質は、防振、衝撃緩衝効果にすぐれた
材料である。また、断熱効果に優れた素材でもある。
共振周波数を低下させ破壊を防ぐ手法を説明したが、他
の手法について説明する。半導体基板11と支持体9の
固定した接合部をゲル70状物質を注入する方法もあ
る。ゲル70状物質は、防振、衝撃緩衝効果にすぐれた
材料である。また、断熱効果に優れた素材でもある。
【0056】図22にゲル70を用いた半導体基板11
と支持体9の接合部を示す。ゲル70は、高周波成分を
取り除くため、共振点での破壊防止や周波数特性の向上
の点で効果を示す。この場合、勘合部の隙間としては、
数μm程度がよい。隙間が大きくなると、感度低下や、
周波数特性が悪化する。
と支持体9の接合部を示す。ゲル70は、高周波成分を
取り除くため、共振点での破壊防止や周波数特性の向上
の点で効果を示す。この場合、勘合部の隙間としては、
数μm程度がよい。隙間が大きくなると、感度低下や、
周波数特性が悪化する。
【0057】支持体の勘合部の数μmのスペースに、ゲ
ル70が注入されている場合、高周波数の振動を加速度
センサ素子に与えたとき、高周波数成分は除去され、周
波数特性としても良好な結果が得られる。また、高周波
を拾わないため、衝撃に強い構造が得られる。本方法は
簡便で非常によい。
ル70が注入されている場合、高周波数の振動を加速度
センサ素子に与えたとき、高周波数成分は除去され、周
波数特性としても良好な結果が得られる。また、高周波
を拾わないため、衝撃に強い構造が得られる。本方法は
簡便で非常によい。
【0058】また、勘合部にシリコンゲルを挿入する構
成と、パッケージないにオイル注入やゲルを封入しても
よい。このゲル70を勘合部に注入した時の、周波数特
性を図24に示す。dのラインがゲル70を勘合部にし
ようしない、支持体9と半導体基板11を接合した場合
である。約400Hzに共振点がある。この特性では、
共振点の周波数で破壊をしょうじてしまう。ここで本発
明の半導体基板11と支持体9の勘合部に、ゲル70を
本実施例では、シリコンゲル70を用いることによりラ
インeの特性が得られた。ラインdの特性では、伝達率
が高い部分がなくなり、破壊に強い、周波数特性を得る
ことができた。
成と、パッケージないにオイル注入やゲルを封入しても
よい。このゲル70を勘合部に注入した時の、周波数特
性を図24に示す。dのラインがゲル70を勘合部にし
ようしない、支持体9と半導体基板11を接合した場合
である。約400Hzに共振点がある。この特性では、
共振点の周波数で破壊をしょうじてしまう。ここで本発
明の半導体基板11と支持体9の勘合部に、ゲル70を
本実施例では、シリコンゲル70を用いることによりラ
インeの特性が得られた。ラインdの特性では、伝達率
が高い部分がなくなり、破壊に強い、周波数特性を得る
ことができた。
【0059】つぎに、ゲル70をセンサ全体を覆う方法
を説明する。図23にゲル70を全体に覆った緩衝方法
を示す。図23(a)が上面図、図23(b)が断面図
である。リードフレーム71の支持基板となる部分にセ
ンサを設置し、ゲル70状物質をディスペンサで供給す
る。ゲル70は滴下されてセンサを覆う。この時、全体
を覆うような粘性のものが良い。この状態のものを射出
成形することにより樹脂モールドし、パッケージする
〔図23(c)〕。ゲル70でおおわれているため、耐
衝撃性に非常に強い。また、本実施例のようなパッケー
ジはディプタイプのものであり、通常のICパッケージ
のため、ユーザとしては非常に使用しやすい。モールド
した時の側面図を図23(c)に示す。
を説明する。図23にゲル70を全体に覆った緩衝方法
を示す。図23(a)が上面図、図23(b)が断面図
である。リードフレーム71の支持基板となる部分にセ
ンサを設置し、ゲル70状物質をディスペンサで供給す
る。ゲル70は滴下されてセンサを覆う。この時、全体
を覆うような粘性のものが良い。この状態のものを射出
成形することにより樹脂モールドし、パッケージする
〔図23(c)〕。ゲル70でおおわれているため、耐
衝撃性に非常に強い。また、本実施例のようなパッケー
ジはディプタイプのものであり、通常のICパッケージ
のため、ユーザとしては非常に使用しやすい。モールド
した時の側面図を図23(c)に示す。
【0060】また、シリコンオイル48以外に、引火点
の高いアルコールを用いることでも良い。アルコール
は、オイルとは異なり、封止の際、封止する周辺部が粘
着のため封止しずらいという問題を消去できる。以上の
プロセスにより、支持基板上にセンサとなり得る半導体
基板11と重り3、支持体9を設置した構造ができた
(加速度センサ半導体素子101)。ここで、これをパ
ッケージに設置し、耐衝撃性を緩和する方式を施しセン
サとする。
の高いアルコールを用いることでも良い。アルコール
は、オイルとは異なり、封止の際、封止する周辺部が粘
着のため封止しずらいという問題を消去できる。以上の
プロセスにより、支持基板上にセンサとなり得る半導体
基板11と重り3、支持体9を設置した構造ができた
(加速度センサ半導体素子101)。ここで、これをパ
ッケージに設置し、耐衝撃性を緩和する方式を施しセン
サとする。
【0061】(実施例19)シリコンオイル48封入後
の流出防止について説明する。シリコンオイル48の封
入後、パッケージに栓をし、シリコンオイル48の漏洩
を防ぐ必要がある。本実施例を図25に示す。蓋に2個
の穴があり、オイル注入穴と排気穴がある〔図25
(a)〕。シリコンオイル48をディスペンサにより注
入しする〔図25(b)〕。このとき、温度変化により
オイルの膨張を考慮し、シリコンオイル48を満たさず
空気のこりを作ると良い。また、スポンジをパッケージ
ないに設置し、シリコンオイル48の波立ちを防ぐ方法
を取り入れてもよい。
の流出防止について説明する。シリコンオイル48の封
入後、パッケージに栓をし、シリコンオイル48の漏洩
を防ぐ必要がある。本実施例を図25に示す。蓋に2個
の穴があり、オイル注入穴と排気穴がある〔図25
(a)〕。シリコンオイル48をディスペンサにより注
入しする〔図25(b)〕。このとき、温度変化により
オイルの膨張を考慮し、シリコンオイル48を満たさず
空気のこりを作ると良い。また、スポンジをパッケージ
ないに設置し、シリコンオイル48の波立ちを防ぐ方法
を取り入れてもよい。
【0062】注入した状態を〔図25(c)〕に示す。
本実施例ではパッケージの栓をインジウムの塊を用いる
〔図25(d)〕。インジウムは、変形しやすい材料で
あり、気密性を保持させる材料であるため封止には非常
によい。また、封止に適する材料であれば他の材料でも
もちろん良い。注入穴81と排気穴82にインジウムを
のせパッケージ80の上部より加圧することにより封止
めする〔図25(e)〕。インジウムなどの材料を加圧
変形し、封止する方法は容易であり非常に便利な方法で
ある。本実施例では、パッケージの上部に貫通穴を設置
したが、支持基板10に貫通穴を設けてもよい。なお、
貫通穴は、まっすぐな形状では、封止する材料が落下し
てしまうため、図25(d)に図示するように、くびれ
部を設けることにより落下を防ぐことが必要である。ま
た、穴周辺に例えば金メッキにより金を配線する。この
穴に半田を滴下することにより、穴を封止しても良い。
本実施例ではパッケージの栓をインジウムの塊を用いる
〔図25(d)〕。インジウムは、変形しやすい材料で
あり、気密性を保持させる材料であるため封止には非常
によい。また、封止に適する材料であれば他の材料でも
もちろん良い。注入穴81と排気穴82にインジウムを
のせパッケージ80の上部より加圧することにより封止
めする〔図25(e)〕。インジウムなどの材料を加圧
変形し、封止する方法は容易であり非常に便利な方法で
ある。本実施例では、パッケージの上部に貫通穴を設置
したが、支持基板10に貫通穴を設けてもよい。なお、
貫通穴は、まっすぐな形状では、封止する材料が落下し
てしまうため、図25(d)に図示するように、くびれ
部を設けることにより落下を防ぐことが必要である。ま
た、穴周辺に例えば金メッキにより金を配線する。この
穴に半田を滴下することにより、穴を封止しても良い。
【0063】(実施例20)パッケージの蓋の接合に
は、抵抗溶接によるものが一般的であるが、超音波を用
い封止しても良い。超音波を用いると勘合部が摩擦によ
り加熱し接合するものである。この方法は、非常に便利
である。なお、パッケージには、プラスチックをもちい
ると容易に摩擦熱で接合する。なお、本実施例でははん
だを用いて接合した。
は、抵抗溶接によるものが一般的であるが、超音波を用
い封止しても良い。超音波を用いると勘合部が摩擦によ
り加熱し接合するものである。この方法は、非常に便利
である。なお、パッケージには、プラスチックをもちい
ると容易に摩擦熱で接合する。なお、本実施例でははん
だを用いて接合した。
【0064】(実施例21)パッケージは、本センサの
特性を維持するために重要な要素のひとつである。車載
に利用する場合、125℃の温度まで特性を補償しなけ
ればならない。温度補償回路を搭載することにより、通
常対応するが、本実施例においては、パッケージに断熱
効果のある材料を用いることにより、より効果的であ
る。
特性を維持するために重要な要素のひとつである。車載
に利用する場合、125℃の温度まで特性を補償しなけ
ればならない。温度補償回路を搭載することにより、通
常対応するが、本実施例においては、パッケージに断熱
効果のある材料を用いることにより、より効果的であ
る。
【0065】(実施例22)センサは、半導体基板11
の拡散抵抗4からの出力により機能をなすが、周波数特
性や、オフセット電圧調整など調整する必要がある。本
実施例においては、以下のような調整方法を行った。
の拡散抵抗4からの出力により機能をなすが、周波数特
性や、オフセット電圧調整など調整する必要がある。本
実施例においては、以下のような調整方法を行った。
【0066】本実施例では、調整機能の半導体素子をセ
ンサ機能の素子と別の素子として、センサ素子の近傍に
設置した。調整機能の半導体素子を信号処理ICと呼
ぶ。信号処理ICには、温度補償回路、オフセット調整
などのトリミング回路、また、増幅回路やフィルタ回路
を搭載してもよい。トリミング回路には、感度調整、オ
フセット調整、温特補正がある。また、フィルタ回路
は、別のチップ抵抗を用いても良い。
ンサ機能の素子と別の素子として、センサ素子の近傍に
設置した。調整機能の半導体素子を信号処理ICと呼
ぶ。信号処理ICには、温度補償回路、オフセット調整
などのトリミング回路、また、増幅回路やフィルタ回路
を搭載してもよい。トリミング回路には、感度調整、オ
フセット調整、温特補正がある。また、フィルタ回路
は、別のチップ抵抗を用いても良い。
【0067】(実施例23)トリミング回路を図26に
示す。また、図26(b)のような回路でも良い。図2
6(b)のような場合、ここの抵抗ごとにトリミングで
きるので大変便利である。トリミングは、レーザ光をも
ちい、配線を切断することにより抵抗を機能させる。
示す。また、図26(b)のような回路でも良い。図2
6(b)のような場合、ここの抵抗ごとにトリミングで
きるので大変便利である。トリミングは、レーザ光をも
ちい、配線を切断することにより抵抗を機能させる。
【0068】半導体加速度センサの場合、支持体9に半
導体基板11を固定し、重り3を設置し初めて特性を有
する。このような素子の場合、構造体作製後評価を行
い、その後評価結果に合わせトリミングする必要があ
る。そのため、完成体に近い状態でトリミングしたいた
め、パッケージがレーザ光を通過させるような構造体で
あるとさらによい。一般的には、ガラスを用いることに
より、レーザ光を通過させるため、トリミングは可能で
ある。なお、トリミング箇所は事前に、測定により決定
しておくことが必要である。
導体基板11を固定し、重り3を設置し初めて特性を有
する。このような素子の場合、構造体作製後評価を行
い、その後評価結果に合わせトリミングする必要があ
る。そのため、完成体に近い状態でトリミングしたいた
め、パッケージがレーザ光を通過させるような構造体で
あるとさらによい。一般的には、ガラスを用いることに
より、レーザ光を通過させるため、トリミングは可能で
ある。なお、トリミング箇所は事前に、測定により決定
しておくことが必要である。
【0069】(実施例24)本実施例において、マイコ
ンチップ110に付随した加速度センサの例を記する。
図27は通常のマイコンチップ110であるが、図示の
ごとくマイコンチップの中央部をダイシングなどの切削
により切り出し、フルカットせず拡散抵抗近傍で切断を
停止する。この方法により、拡散抵抗近傍が固定された
加速度センサを作製することができる。図示する上面に
拡散抵抗がある。この方式でも、また図示のように、切
削後マイコンチップとストッパ111を固定する。スト
ッパ111は、半導体基板11が揺動可能なように微小
な隙間をあけるほうが良い。
ンチップ110に付随した加速度センサの例を記する。
図27は通常のマイコンチップ110であるが、図示の
ごとくマイコンチップの中央部をダイシングなどの切削
により切り出し、フルカットせず拡散抵抗近傍で切断を
停止する。この方法により、拡散抵抗近傍が固定された
加速度センサを作製することができる。図示する上面に
拡散抵抗がある。この方式でも、また図示のように、切
削後マイコンチップとストッパ111を固定する。スト
ッパ111は、半導体基板11が揺動可能なように微小
な隙間をあけるほうが良い。
【0070】本実施例のような構成では、過大な加速度
をうけた場合でも、半導体基板11が、壁面にあたり制
止するため耐衝撃性に強い。センサ部以外はマイコンチ
ップ110で構成し、セルフトリミング機能内蔵のE2
PROM、EPROMを用いた。なお、重り3は、側面
100に構成すると良い。
をうけた場合でも、半導体基板11が、壁面にあたり制
止するため耐衝撃性に強い。センサ部以外はマイコンチ
ップ110で構成し、セルフトリミング機能内蔵のE2
PROM、EPROMを用いた。なお、重り3は、側面
100に構成すると良い。
【0071】マイコンチップ内蔵のため、加速度センサ
がプログラマブル機能を有し、プログラマブル加速度セ
ンサとなる。温度情報などをメモリしておけば、セルフ
トリミング機能により温度補償機能が成り立つ。また、
プログラマブルフィルタ(アナログ)をマイコンチップ
にいれておけば、シリコンオイルなしでも、周波数特性
を良好にする。つまり、すべての機能をオンチップ化で
き、外づけのAD変換機能が必要ない。
がプログラマブル機能を有し、プログラマブル加速度セ
ンサとなる。温度情報などをメモリしておけば、セルフ
トリミング機能により温度補償機能が成り立つ。また、
プログラマブルフィルタ(アナログ)をマイコンチップ
にいれておけば、シリコンオイルなしでも、周波数特性
を良好にする。つまり、すべての機能をオンチップ化で
き、外づけのAD変換機能が必要ない。
【0072】(実施例25)本実施例によれば、容易に
マイコンチップ内蔵の加速度センサを作製することがで
きる。なお、ダイシングによる場合、回転切削歯を用い
るため、端面を直角にすることが困難である。
マイコンチップ内蔵の加速度センサを作製することがで
きる。なお、ダイシングによる場合、回転切削歯を用い
るため、端面を直角にすることが困難である。
【0073】他の加工法として、プラズマを利用する方
法がある。図28において原理を説明する。金属ワイヤ
電極90に、高周波増幅器91、発振器92、コンピュ
ータ93が接続されている構成である。この構成で金属
ワイヤ電極90の周囲にプラズマを発生させ、被加工物
を送り制御する。この場合、除去反応はワイヤ電極の近
傍でしか起こらないため、加工の取り代が小さい。ま
た、加工変質層が起こらないので、非常に効果がある。
そのため、本発明の直方体の半導体基板11の取り出し
にプラズマを利用しても良い。
法がある。図28において原理を説明する。金属ワイヤ
電極90に、高周波増幅器91、発振器92、コンピュ
ータ93が接続されている構成である。この構成で金属
ワイヤ電極90の周囲にプラズマを発生させ、被加工物
を送り制御する。この場合、除去反応はワイヤ電極の近
傍でしか起こらないため、加工の取り代が小さい。ま
た、加工変質層が起こらないので、非常に効果がある。
そのため、本発明の直方体の半導体基板11の取り出し
にプラズマを利用しても良い。
【0074】この手法の原理は、ハロゲンなど、電気陰
性度の大きな原子を、高圧力雰囲気中で空間的に局在し
た高周波プラズマ内で励起し、より反応性の高い中性ラ
ジカルとすることによって、被加工物と反応させ、揮発
性物質に変えることによって除去を行う加工である。原
子単位の加工法であることから優れた加工面を得ること
ができる。
性度の大きな原子を、高圧力雰囲気中で空間的に局在し
た高周波プラズマ内で励起し、より反応性の高い中性ラ
ジカルとすることによって、被加工物と反応させ、揮発
性物質に変えることによって除去を行う加工である。原
子単位の加工法であることから優れた加工面を得ること
ができる。
【0075】プラズマを利用した方法としては、反応性
プラズマエッチングがあるが、10 -3Torrの低圧力で行
うため、加工速度が遅い。また、加工の空間的制御性が
ない。図28のような構成では、大気圧以上の高圧で高
周波を用いることによって空間的に極めて局在したプラ
ズマを発生させ、高密度のラジカルを生成することによ
り、非常に加工速度と加工の空間分解能が得られる。
プラズマエッチングがあるが、10 -3Torrの低圧力で行
うため、加工速度が遅い。また、加工の空間的制御性が
ない。図28のような構成では、大気圧以上の高圧で高
周波を用いることによって空間的に極めて局在したプラ
ズマを発生させ、高密度のラジカルを生成することによ
り、非常に加工速度と加工の空間分解能が得られる。
【0076】プラズマを利用する方法により、マイコン
チップ110であるが、図示のごとくマイコンチップの
端部をプラズマを利用した方法により切り出し、端部の
みを切断しないで固定する構造とした。このプラズマを
利用した方法によれば、切断部も垂直にきれ、加速度に
よる変位を良好に拡散抵抗で検出できるようになった。
また、本実施例では、二辺のみの加工で加速度センサを
作製したが、端部の一辺を加工する方法でもよい、金属
ワイヤ電極90にプラズマを生成させ1箇所加工した。
この方法においても容易に、加速度センサを作製でき
る。
チップ110であるが、図示のごとくマイコンチップの
端部をプラズマを利用した方法により切り出し、端部の
みを切断しないで固定する構造とした。このプラズマを
利用した方法によれば、切断部も垂直にきれ、加速度に
よる変位を良好に拡散抵抗で検出できるようになった。
また、本実施例では、二辺のみの加工で加速度センサを
作製したが、端部の一辺を加工する方法でもよい、金属
ワイヤ電極90にプラズマを生成させ1箇所加工した。
この方法においても容易に、加速度センサを作製でき
る。
【0077】(実施例26)また、2方向のセンシング
を数カ所切断することにより、図29、図30、図31
のような2軸センサが可能となる。図29、図30の場
合、2方向より、前述したプラズマを利用した方法によ
り容易にできる。また、図31の場合、図29、図30
に比べ大きなマイコンチップ110を用いることによ
り、4本の加工で2方向の加速度の検出ができる。本方
法の場合、加工したマイコンチップの下に、拡散抵抗4
近傍を固定するためと、加速度センサ素子101が検出
できるように支持体9を図示のごとく加工した。なお、
重りが必要であるが、重りは、図29、図30の場合、
外側に加速度センサ素子101の重心に付けると良い。
図31の場合、重りは、加速度センサ素子101の先端
に付けると良い。
を数カ所切断することにより、図29、図30、図31
のような2軸センサが可能となる。図29、図30の場
合、2方向より、前述したプラズマを利用した方法によ
り容易にできる。また、図31の場合、図29、図30
に比べ大きなマイコンチップ110を用いることによ
り、4本の加工で2方向の加速度の検出ができる。本方
法の場合、加工したマイコンチップの下に、拡散抵抗4
近傍を固定するためと、加速度センサ素子101が検出
できるように支持体9を図示のごとく加工した。なお、
重りが必要であるが、重りは、図29、図30の場合、
外側に加速度センサ素子101の重心に付けると良い。
図31の場合、重りは、加速度センサ素子101の先端
に付けると良い。
【0078】(実施例27)さらに、本発明を応用すれ
ば3軸加速度センサも可能である。図32に本発明の3
軸加速度センサを示す。前述の2軸センサにさらに、1
本加工し、図の上下の加速度に対し、変位可動する構成
とした。図示するZ軸の変位を検出する構成とした。こ
の構成で3軸加速度の検出が可能となった。
ば3軸加速度センサも可能である。図32に本発明の3
軸加速度センサを示す。前述の2軸センサにさらに、1
本加工し、図の上下の加速度に対し、変位可動する構成
とした。図示するZ軸の変位を検出する構成とした。こ
の構成で3軸加速度の検出が可能となった。
【0079】(実施例28)本発明の半導体加速度セン
サを含む半導体装置は、従来のような検出部を薄く、く
びれのある形状でないため耐衝撃性についても非常にす
ぐれた特性を示す。本発明の半導体加速度センサを含む
半導体装置を、自動車に搭載し衝突時に人命を守るため
のエアバック作動用センサとして用いたところ、所定の
特性が得られ充分使用できる範囲であった。
サを含む半導体装置は、従来のような検出部を薄く、く
びれのある形状でないため耐衝撃性についても非常にす
ぐれた特性を示す。本発明の半導体加速度センサを含む
半導体装置を、自動車に搭載し衝突時に人命を守るため
のエアバック作動用センサとして用いたところ、所定の
特性が得られ充分使用できる範囲であった。
【0080】また、本発明による半導体加速度センサ
は、低価格で作製でき多くのアプリケーションがある。
例えば、ページャ、携帯電話などの場合、着信を音で知
らせるかもしくは、振動を体感させスイッチを切るよう
知らせるのが一般的であるが、本発明の半導体加速度セ
ンサを用いることにより、ページャ、携帯電話などをた
たくことにより衝撃を与える。半導体加速度センサが衝
撃を検知して、機器のスイッチを停止する。このような
構成により、スイッチを消す手間がいらず、簡単に機器
を停止できる。また、前述のような構成によりスイッチ
を入れると言う方法でも良い。例えば、卓上電灯がたた
くことにより起動する方法でも良い。
は、低価格で作製でき多くのアプリケーションがある。
例えば、ページャ、携帯電話などの場合、着信を音で知
らせるかもしくは、振動を体感させスイッチを切るよう
知らせるのが一般的であるが、本発明の半導体加速度セ
ンサを用いることにより、ページャ、携帯電話などをた
たくことにより衝撃を与える。半導体加速度センサが衝
撃を検知して、機器のスイッチを停止する。このような
構成により、スイッチを消す手間がいらず、簡単に機器
を停止できる。また、前述のような構成によりスイッチ
を入れると言う方法でも良い。例えば、卓上電灯がたた
くことにより起動する方法でも良い。
【0081】
【発明の効果】この発明は、以上説明したような構成に
より下記の効果を有する。 拡散抵抗部を所持する半導体加速度センサが表裏とも
平面であり、拡散抵抗部が薄肉かされていないためデバ
イスが容易に作れる。煩雑なプロセスを必要としない。
さらには、耐衝撃性に強い。 拡散抵抗部に薄肉部が不要のため製造時間が少なくて
すみ、しいては低価格につながる。 精度のよいデバイスを供給できる。 半導体ウェハーから多数の加速度半導体基板を得られ
るため、低価格の加速度センサを供給できる。 複数のブリッジ回路など配置を考慮することにより、
歩留まり向上や製造工程を容易にする。 直方体の構造であるため、生産設備も容易に対応でき
る。
より下記の効果を有する。 拡散抵抗部を所持する半導体加速度センサが表裏とも
平面であり、拡散抵抗部が薄肉かされていないためデバ
イスが容易に作れる。煩雑なプロセスを必要としない。
さらには、耐衝撃性に強い。 拡散抵抗部に薄肉部が不要のため製造時間が少なくて
すみ、しいては低価格につながる。 精度のよいデバイスを供給できる。 半導体ウェハーから多数の加速度半導体基板を得られ
るため、低価格の加速度センサを供給できる。 複数のブリッジ回路など配置を考慮することにより、
歩留まり向上や製造工程を容易にする。 直方体の構造であるため、生産設備も容易に対応でき
る。
【図1】本発明の半導体加速度センサの構成を示す斜視
図である。
図である。
【図2】(a)は従来の半導体加速度センサの構成を示
す上面図で、(b)は従来の半導体加速度センサの構成
を示す側面図である。
す上面図で、(b)は従来の半導体加速度センサの構成
を示す側面図である。
【図3】(a)は従来の半導体加速度センサの構成を示
す上面図で、(b)は従来の半導体加速度センサの構成
を示す断面図である。
す上面図で、(b)は従来の半導体加速度センサの構成
を示す断面図である。
【図4】(a)は従来の半導体加速度センサの斜視図
で、(b)は従来の半導体加速度センサのブリッジ回路
である。
で、(b)は従来の半導体加速度センサのブリッジ回路
である。
【図5】(a)は本発明の半導体加速度センサの構成を
示す正面図で、(b)は本発明の半導体加速度センサの
ブリッジ回路である。
示す正面図で、(b)は本発明の半導体加速度センサの
ブリッジ回路である。
【図6】本発明の固定方法を説明するための説明図あ
る。
る。
【図7】本発明の半導体加速度センサの製造工程を示す
図である。
図である。
【図8】本発明の一実施例の電気泳動現象を説明図であ
る。
る。
【図9】本発明の一実施例のダイシング装置の説明図で
ある。
ある。
【図10】本発明の一実施例のダイシング方法の説明図
である。
である。
【図11】本発明の一実施例のダイシング方法の説明図
である。
である。
【図12】本発明の電解インプロセスを説明するための
説明図である。
説明図である。
【図13】本発明のブリッジ回路を複数設けた半導体加
速度センサの斜視図である。
速度センサの斜視図である。
【図14】本発明のブリッジ回路を左右対称に設けた半
導体加速度センサの斜視図である。
導体加速度センサの斜視図である。
【図15】本発明のブリッジ回路を中央に、出力端子を
左右対称に設けた半導体加速度センサの斜視図である。
左右対称に設けた半導体加速度センサの斜視図である。
【図16】本発明の電気回路図である。
【図17】本発明の電気回路レイアウトを示す平面図で
ある。
ある。
【図18】本発明の重りに貫通穴を有する構成の半導体
加速度センサ斜視図である。
加速度センサ斜視図である。
【図19】本発明の重りを付加する方法を説明する説明
図である。
図である。
【図20】本発明の重りを付加する方法の一実施例を説
明する説明図である。
明する説明図である。
【図21】本発明の実装方法を説明するための説明図で
ある
ある
【図22】本発明のゲルを用いた固定方法を説明するた
めの説明図である。
めの説明図である。
【図23】本発明の耐衝撃緩和にもちいるゲルを用いた
パッケージを説明するための説明図である。
パッケージを説明するための説明図である。
【図24】本発明のゲルを用いた固定方法により作製し
た半導体加速度センサの周波数特性図である。
た半導体加速度センサの周波数特性図である。
【図25】本発明のパッケージ方法を示す工程図であ
る。
る。
【図26】本発明のトリミング回路を示す電気回路図。
【図27】本発明の加速度センサの一実施例を示す斜視
図。
図。
【図28】本発明の加速度センサの加工方法の一実施例
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図29】本発明の2軸加速度センサの一実施例の斜視
図である。
図である。
【図30】本発明の2軸加速度センサの一実施例の斜視
図である。
図である。
【図31】本発明の2軸加速度センサの一実施例の斜視
図である。
図である。
【図32】本発明の3軸加速度センサの一実施例の斜視
図である。
図である。
1 シリコン基体 2 片持ち梁 3 重り 4 拡散抵抗 5 高濃度拡散領域 6 上部ストッパ 7 下部ストッパ 8 出力端子 9 支持体 10 基板 11 半導体基板 12 半導体ウェハー 13 陽極 14 陰極 15 シリカ層 16 ブレード 17 直流電源 18 チャック 19 フランジ 25 バンプ 26 固定用バンプ 30 不導体被膜 31 ダイヤモンド粒子 32 ボンド材 33 イオン 35 溝 36 薄肉部 40 異方性導電膜 47 導電粒子 48 シリコンオイル 50 ブリッジ回路 51 作動増幅回路 52 CMOS単電源オペアンプ 53 オフセット調整用トリミング回路 54 感度調整用抵抗 55 貫通穴 60 L字型配線基板 61 蓋 62 接着剤 70 ゲル 71 リードフレーム 75 ディスペンサ 76 インジウム 80 パッケージ 81 注入穴 82 排気穴 85 溶融物 86 チャック 87 重り作製装置 88 重り形成型 89 ケース 90 電極ワイヤ 91 高周波増幅器 92 発振器 93 コンピュータ 100 側面 101 加速度センサ半導体素子 110 マイコンチップ 111 ストッパ 120 モールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 健二 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 株式会社エスアイアイ・アールディセン ター内 (56)参考文献 特開 昭57−93225(JP,A) 特開 平8−50142(JP,A) 特開 平3−127854(JP,A) 特開 昭62−37950(JP,A) 特開 昭62−37949(JP,A) 特開 平8−233852(JP,A) 特開 平6−66831(JP,A) 特開 平2−305450(JP,A) 特開 平4−96280(JP,A) 特開 平1−302167(JP,A) 特開 平4−147644(JP,A) 特開 平9−232596(JP,A) 実開 平3−127264(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/84 G01L 1/18 G01L 9/04 101 G01P 15/12
Claims (22)
- 【請求項1】 感歪部を有する半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出し
た直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なくと
も前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記半
導体ウェハから取り出した直方体の構造体の感歪部を有
する面にブリッジ回路を複数有する半導体加速度センサ
を含む半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体加速度センサを含
む半導体装置であって、 前記ブリッジ回路を構成する
感歪部が拡散抵抗からなることを特徴とする半導体加速
度センサを含む半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の半導体加速度センサを含
む半導体装置であって、複数個のブリッジ回路から、所
望のブリッジ回路を選択するとともに、前記所望のブリ
ッジ回路を構成する拡散抵抗の近傍に、固定する手段を
有する構成により固定することを特徴とする半導体加速
度センサを含む半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の半導体加速度センサを含
む半導体装置であって、 前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体に重りを付加したことを特徴とする
半導体加速度センサを含む半導体装置。 - 【請求項5】 感歪部を有する半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出し
た直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なくと
も前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、半導体
ウェハから取り出した直方体の構造体の感歪部位置を感
歪を有する面の左右対称の位置に有する半導体加速度セ
ンサを含む半導体装置。 - 【請求項6】 請求項5記載の半導体加速度センサを含
む半導体装置であって、 前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体に重りを付加したことを特徴とする
半導体加速度センサを含む半導体装置。 - 【請求項7】 感歪部を有する半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出し
た直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なくと
も前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、半導体
ウェハから取り出した直方体の構造体の感歪部位置が感
歪部を有する面の中心にあり、感歪部からの出力値を出
力する端子が感歪部中心に対し左右対称の位置に複数あ
る半導体加速度センサを含む半導体装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の半導体加速度センサを含
む半導体装置であって、 前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体に重りを付加したことを特徴とする
半導体加速度センサを含む半導体装置。 - 【請求項9】 感歪部を有する半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出し
た直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なくと
も前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、感歪部
を有する面の出力端子にバンプを有することを特徴とす
る半導体加速度センサを含む半導体装置。 - 【請求項10】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記
固定する手段に異方性導電膜を使用し、電気的導通およ
び固定をすることを特徴とする半導体加速度センサを含
む半導体装置。 - 【請求項11】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記
固定する手段に共晶結合を使用し、電気的導通および固
定をすることを特徴とする半導体加速度センサを含む半
導体装置。 - 【請求項12】 請求項9項記載の半導体加速度センサ
を含む半導体装置であって、感歪部を有する面の出力端
子にバンプを有する構造体を支持基板の端子に直接固定
することを特徴とする半導体加速度センサを含む半導体
装置。 - 【請求項13】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記
半導体ウェハから取り出した直方体の構造体を支持する
基板に直交するように配置された構造体で、前記構造体
に配線および出力端子を有することを特徴とする半導体
加速度センサを含む半導体装置の支持基板。 - 【請求項14】 請求項13記載の直方体の構造体を支
持する基板に直交するように配置された構造体の配線と
半導体ウェハから取り出した直方体の構造体の出力端子
の接続を、銀ペーストにより行うことを特徴とする半導
体加速度センサおよび半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 請求項13記載の直方体の構造体を支
持する基板に直交するように配置された配線を有する構
造体が、L字状であることを特徴とする半導体加速度セ
ンサを含む半導体装置。 - 【請求項16】 請求項13記載の直方体の構造体を支
持する基板に直交するように配置された構造体の配線と
半導体ウェハから取り出した直方体の構造体の出力端子
の接続を、共晶結合により行うことを特徴とする半導体
加速度センサおよび半導体装置の製造方法。 - 【請求項17】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記
直方体の構造体の一端に重りを有し、前記重りが拡散抵
抗を有する面の中心にある半導体加速度センサを含む半
導体装置。 - 【請求項18】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記
直方体の構造体の一端に重りを有し、前記重りに少なく
ともひとつの貫通穴を有することを特徴とする半導体加
速度センサを含む半導体装置。 - 【請求項19】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、配線
がブリッジ回路を構成する拡散抵抗の内側を通り接続さ
れることを特徴とする半導体加速度センサを含む半導体
装置。 - 【請求項20】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、直方
体の構造の一端に重りを有し、前記重りを、前記ブリッ
ジ回路を構成する拡散抵抗からの出力値により付加して
いくことを特徴とする半導体加速度センサを含む半導体
装置の製造方法。 - 【請求項21】 請求項20記載の半導体加速度センサ
を含む半導体装置であって、前記重りを数回にわけ付加
していくことを特徴とする半導体加速度センサを含む半
導体装置の製造方法。 - 【請求項22】 感歪部を有する半導体ウェハから取り
出した直方体の構造体と、前記半導体ウェハから取り出
した直方体の構造体を固定し支持する支持体と、少なく
とも前記直方体の構造体の一端を固定する手段と、前記
感歪部を有する半導体ウェハから取り出した直方体の構
造体と、前記半導体ウェハから取り出した直方体の構造
体を固定し支持する支持体の勘合部にゲルを有する半導
体加速度センサを含む半導体装置。
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