JP3846170B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加速度センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体加速度センサとして、図5および図6に示すように、矩形枠状の支持部16に一対の薄肉の撓み部4を介して揺動自在に支持された重り部5を有し、各撓み部4にそれぞれ撓み部4の変形を検出する2つのゲージ抵抗6が形成され、各ゲージ抵抗6から支持部16の所定部位にわたってp+形拡散抵抗配線11が形成されたセンシングエレメント1を備えたものが提案されている。なお、上述の撓み部4は、一般的に、ビームあるいはカンチレバーと称されている。
【0003】
ここにおいて、センシングエレメント1における重り部5と、撓み部4と、支持部16とはシリコン基板1aをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント1は、シリコン基板1aの裏面側において重り部5を全周にわたって囲む凹所10aが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板1aの主表面側において撓み部4を残して重り部5を略全周にわたって囲み且つ凹所10aに連通するスリット10が形成されている。要するに、シリコン基板1aの主表面側において、支持部16の内周面と重り部5の外周面との間には、スリット10の幅だけの隙間があることになる。なお、ゲージ抵抗6はシリコン基板1aの一部よりなる撓み部4の主表面側の適宜位置にp形不純物を拡散させることにより形成されている。
【0004】
また、センシングエレメント1の主表面側(図5における上面側)には、支持部16においてp+形拡散抵抗配線11にコンタクト部12を介して接続されたアルミニウム配線13が設けられており、さらに、支持部16の表面には、アルミニウム配線13に接続された入出力用のパッド14が設けられている。ここに、パッド14は、矩形枠状の支持部16において撓み部4を挟んで重り部5に対向する部位の表面上に形成されており、別途に設けられた導電パターン20にボンディングワイヤ7を介して電気的に接続して使用される。
【0005】
なお、この半導体加速度センサでは、上述の4つのゲージ抵抗6がブリッジ接続されており、センシングエレメント1の厚み方向(図5における上下方向)に加速度αが印加されると、その加速度αの大きさに応じて重り部5(以下、重り部5の重さをmとする)に力F=mαが発生し重り部5が揺動することで撓み部4が撓み、その結果、撓み部4に歪みによる応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって各ゲージ抵抗6の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を電圧信号として取り出すことで、印加された加速度を検出できるようになっている。言い換えれば、加速度に比例した電圧信号を取り出すことができる。
【0006】
また、センシングエレメント1の主表面側(図5における上面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる上部キャップ2が陽極接合により接合されている。ここに、上部キャップ2は、センシングエレメント1の主表面側に設けられたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜9(図6参照)を介してセンシングエレメント1に接合されているが、上記パッド14に対応する部位が開放されている。接合用薄膜9は支持部16において撓み部4の延出方向に平行な部位に当該部位の長手方向に沿って形成されている。すなわち、支持部16と撓み部4と重り部5とを結ぶ直線に平行な方向(図6における左右方向)に沿って形成されている。したがって、図5における右端部では、上部キャップ2の端面とセンシングエレメント1の端面とで囲まれた開放部15が形成されている。なお、接合用薄膜9の膜厚は1μm〜2μm程度の範囲で適宜設定されている。
【0007】
さらに、センシングエレメント1の裏面側(図5における下面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる下部キャップ3が陽極接合により接合されている。ここに、下部キャップ3は、周部が全周にわたって支持部16に接合されている。
【0008】
上部キャップ2および下部キャップ3は、それぞれ重り部5との対向面に重り部5の揺動空間(重り部5との間のエアギャップ)を確保するための凹所2a,3aがエッチングやサンドブラスト加工などにより形成されている。
【0009】
上述の半導体加速度センサでは、上記エアギャップを形成してエアダンピングを大気圧下で行わせるようにし、エアダンピング効果によって重り部5の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント1の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント1は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所2a,3aの底面と重り部5と距離などを設定してある。つまり、共振を起こさないようにエアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせてある。要するに、センシングエレメント1の撓み部4と重り部5とを上部キャップ2及び下部キャップ3にて囲まれた空間に収納しエアダンピングを大気圧下で行わせることにより、重り部5の移動を抑制して撓み部4の破壊を防止している。
【0010】
さらに、上部キャップ2および下部キャップ3は、それぞれ凹所2a,3aの底面において重り部5に対向する部位の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部5の変位範囲を規制する微小なストッパ2b,3bが突設されている。要するに、過大な加速度が印加された場合には、重り部5がストッパ2b,3bに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部5が過大に変位することによる撓み部4の破壊を防止することができるのである。
【0011】
なお、上述のボンディングワイヤ7およびパッド14は、JCR(Junction Coating Resin)19により保護されている。したがって、振動や衝撃によりボンディングワイヤ7とパッド14との接続部にかかるストレスが緩和されるので、ボンディングワイヤ7の接続信頼性が向上する。また、上部キャップ2は、JCR19が撓み部4上へ流動するのを防ぐための樹脂侵入防止突起17が凹所2aの底面からセンシングエレメント1の支持部16に向かって突設されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成の半導体加速度センサでは、エアダンピング効果を利用して減衰特性を持たせ、ストッパ2b,3bにより重り部5が一定以上変位しないようにすることができるので、主感度方向(センシングエレメント1の厚み方向、つまり、図5における上下方向)に過大な加速度が印加されたときには、重り部5の移動範囲が微小なストッパ2b,3bにより規制されるから、撓み部4にかかる応力が緩和され、撓み部4の破壊を防止することができる。
【0013】
しかしながら、上記従来構成の半導体加速度センサでは、撓み部4を支持部16側へ圧縮する向き(図7における左向き)に過大な振動や衝撃が加わると、図7や図8に示すように重り部5の撓み部4側の部位がセンシングエレメントの厚み方向に大きく変位し撓み部4が破壊されてしまうという不具合があった。
【0014】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、低コストで感度が高く且つ信頼性が高い半導体加速度センサを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、半導体基板よりなる矩形枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成され且つ支持部の表面に入出力用のパッドが形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントの主表面側において少なくともパッドを露出させた形で支持部に接合されセンシングエレメントとの対向面に重り部の揺動空間を確保するための第1の凹所が形成された矩形板状の第1のキャップと、センシングエレメントの裏面側において撓み部および重り部を覆うように支持部の全周にわたって接合されセンシングエレメントとの対向面に重り部の揺動空間を確保するための第2の凹所が形成された矩形板状の第2のキャップとを備え、センシングエレメントは、支持部において撓み部の延出方向に平行な部位に第1のキャップとの接合用薄膜が設けられ、且つ、撓み部の延出方向の両側の部位が開放され、第1のキャップは、過大な加速度が印加されたときに重り部が一定以上変位しないように規制する第1のストッパが第1の凹所の底面に形成され、且つ、第1の凹所の底面において少なくとも撓み部に対向する部位からセンシングエレメントに向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設され、第2のキャップは、過大な加速度が印加されたときに重り部が一定以上変位しないように規制する第2のストッパが第2の凹所の底面に形成され、且つ、第2の凹所内において重り部の撓み部側の部位との距離を他の部位に比べて小さくする段差部が形成されてなることを特徴とするものであり、第1のキャップおよび第2のキャップが設けられていることにより、エアダンピング効果を持たせることができ、第1のストッパおよび第2のストッパが設けられていることにより、センシングエレメントの厚み方向における重り部の変位範囲を規制することができ、また、センシングエレメントは、支持部において撓み部の延出方向に平行な部位に第1のキャップとの接合用薄膜が設けられ、且つ、撓み部の延出方向の両側の部位が開放されていることにより、センシングエレメントの外周形状を変更することなしに撓み部の延出方向における重り部の重心距離を長くすることが可能となって感度を向上させることができ、第1の凹所の底面において少なくとも撓み部に対向する部位からセンシングエレメントに向かって樹脂侵入防止突起が突設されていることにより、パッドとボンディングワイヤとの接続部とボンディングワイヤを保護する封止樹脂が第1の凹所に侵入するのを防ぐことができ、さらに、第2の凹所内において重り部の撓み部側の部位との距離を他の部位に比べて小さくする段差部が形成されていることにより、撓み部を圧縮する向きの過大な振動や衝撃が加わった場合には、重り部の撓み部側の部位の変位が段差部により規制されるとともに撓み部の変位が樹脂侵入防止突起により規制されるので、撓み部にかかる応力を抑制することができて、撓み部が破壊されるのを防止することができ、信頼性が高くなり、しかも、収率が高くなって低コスト化を図ることができる。
【0016】
また、請求項1の発明では、樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間の距離は、接合用薄膜の膜厚と同じ値に設定されているので、例えば、製造時において樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間に接合用薄膜と同時に犠牲層を形成しておき、犠牲層を除去することで樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間に隙間を形成するようにすれば、樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間の距離を制御しやすくなる。
【0018】
また、請求項1の発明では、樹脂侵入防止突起は、重り部の撓み部側の部位の上方まで延設されているので、撓み部を圧縮する向きの振動や衝撃が加わった場合には、重り部の撓み部側の部位の変位が段差部および樹脂侵入防止突起により規制されるので、撓み部にかかる応力をより抑制することができて、撓み部が破壊されるのをより確実に防止することができ、信頼性がさらに高くなり、しかも、収率がより高くなってより一層の低コスト化を図ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
(参考例1)
本参考例の半導体加速度センサは、図1および図2に示すように、図5および図6に示した従来構成と同様、矩形枠状の支持部16に一対の薄肉の撓み部4を介して揺動自在に支持された重り部5を有し、各撓み部4にそれぞれ撓み部4の変形を検出する2つのゲージ抵抗6が形成され、各ゲージ抵抗6から支持部16の所定部位にわたってp+形拡散抵抗配線11が形成されたセンシングエレメント1を備えている。
【0021】
センシングエレメント1における重り部5と、撓み部4と、支持部16とはシリコン基板1aをエッチング加工することで一体に形成されている。すなわち、センシングエレメント1は、シリコン基板1aの裏面側において重り部5を全周にわたって囲む凹所10aが異方性エッチングなどを利用して形成され、シリコン基板1aの主表面側において撓み部4を残して重り部5を略全周にわたって囲み且つ凹所10aに連通するスリット10が反応性イオンエッチングなどを利用して形成されている。要するに、シリコン基板1aの主表面側において、支持部16の内周面と重り部5の外周面との間には、スリット10の幅だけの隙間があることになる。なお、ゲージ抵抗6はシリコン基板1aの一部よりなる撓み部4の主表面側の適宜位置にp形不純物を拡散させることにより形成されている。
【0022】
また、センシングエレメント1の主表面側(図1における上面側)には、支持部16において上記p+形拡散抵抗配線11にコンタクト部12を介して接続されたアルミニウム配線13が設けられており、さらに、支持部16の表面には、アルミニウム配線13に接続された入出力用のパッド14が設けられている。ここに、パッド14は、矩形枠状の支持部16において撓み部4を挟んで重り部5に対向する部位の表面上に形成されており、別途に設けられた導電パターン20にボンディングワイヤ7を介して電気的に接続して使用される。なお、上述の4つのゲージ抵抗6は上記従来構成と同様にブリッジ接続されている。
【0023】
また、センシングエレメント1の主表面側(図1における上面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる上部キャップ2が陽極接合により接合されている。ここに、上部キャップ2は、センシングエレメント1の主表面側に設けられたアルミニウム薄膜よりなる接合用薄膜9(図2参照)を介してセンシングエレメント1に接合されているが、上記パッド14に対応する部位が開放されている。接合用薄膜9は支持部16において撓み部4の延出方向に平行な部位に当該部位の長手方向に沿って形成されている。すなわち、支持部16と撓み部4と重り部5とを結ぶ直線に平行な方向(図6における左右方向)に沿って形成されている。言い換えれば、上部キャップ2はブリッジ状の形状に形成され、接合用薄膜9は、撓み部4に平行なn形シリコン基板1aの主表面側において、重り部5を囲むように配設されている。したがって、接合用薄膜9を重り部5を囲む全周にわたって形成する場合に比べてセンシングエレメント1における接合用薄膜9の占有面積が小さくなるので、センシングエレメント1のチップ面積を変えることなしに撓み部4の延出方向における重り部5のサイズを大きくすることができて、重心距離を長くすることができ、センサの感度を向上させることができる。
【0024】
さらに、センシングエレメント1の裏面側(図1における下面側)には、シリコンと略等しい熱膨張率を有する耐熱ガラスからなる下部キャップ3が陽極接合により接合されている。ここに、下部キャップ3は、周部が全周にわたって支持部16に接合されている。
【0025】
上部キャップ2および下部キャップ3は、それぞれ重り部5との対向面に重り部5の揺動空間(重り部5との間のエアギャップ)を確保するための凹所2a,3aがエッチングやサンドブラスト加工などにより形成されている。
【0026】
また、本参考例の半導体加速度センサでも、上記エアギャップを形成してエアダンピングを大気圧下で行わせるようにし、エアダンピング効果によって重り部5の揺動範囲を抑制してセンシングエレメント1の破壊を防止している。ここに、センシングエレメント1は、エアダンピング効果によって減衰特性を持たせセンサ自体の周波数特性が最適になるように各凹所2a,3aの底面と重り部5と距離などを設定してある。
【0027】
さらに、上部キャップ2および下部キャップ3は、それぞれ凹所2a,3aの底面の適宜位置に、過大な加速度が印加された時に重り部5の変位範囲を規制するストッパ2b,3b(図1参照)が4つずつ突設されている。要するに、センシングエレメント1の厚み方向(図1における上下方向)に過大な加速度が印加された場合には、重り部5がストッパ2b,3bに当接することにより、それ以上変位することがないから、重り部5が過大に変位することによる撓み部4の破壊を防止することができるのである。ここに、本参考例では、撓み部4の延出方向に沿ったセンシングエレメント1の一端部(図1における右端部)において上部キャップ2と接合されていない部位があり、図1における上部キャップ2の右端面とセンシングエレメント1の右端面とで囲まれた開放部15が形成されているが、凹所2a,3aの深さおよびストッパ2a,3bの高さを適切に調整することにより、開放部15からの空気の流動による影響を無くすことができ、十分なエアダンピング効果を得ることができる。本参考例では、上部キャップ2に形成する凹所2aの深さ寸法を例えば数10μmに設定し、ストッパ2bの突出高さは凹所2aの深さ寸法よりも数μm〜10μm弱程度低くした寸法に設定してある。また、ストッパ2bは四角柱状の形状に形成されており、先端面の各辺の長さは約100μm程度に設定してある。なお、本参考例では、上部キャップ2が第1のキャップを構成し、下部キャップ3が第2のキャップを構成している。
【0028】
上述のセンシングエレメント1の支持部16の表面に形成されたパッド14およびボンディングワイヤ7は、振動や衝撃によりパッド14とボンディングワイヤ7との接続部にかかるストレスを緩和して接続部やボンディングワイヤ7を保護するための封止樹脂であるJCR(Junction Coating Resin)19を塗布して保護されている。
【0029】
ところで、上部キャップ2は、JCR19が上部キャップ2の凹所2a内に侵入するのを防ぐための樹脂侵入防止突起17が凹所2aの底面からセンシングエレメント1に向かって突設されている。ここにおいて、樹脂侵入防止突起17は、撓み部4との対向部位から支持部16との対向部位の一部にわたって突設されている。JCR19としては、シリコーン樹脂を用いており、シリコーン樹脂の表面張力によって上部キャップ2の凹所2a内に侵入しようとするが、樹脂侵入防止突起17がセンシングエレメント1に向かって突設されているので、シリコーン樹脂が上部キャップ2の凹所2a内に侵入するのを防ぐことができる。ここに、シリコーン樹脂の粘度は100P〜600P程度、硬度は20〜30程度である。なお、JCR19として用いる樹脂はシリコーン樹脂に限定されるものではない。
【0030】
ここにおいて、例えば、撓み部4の厚さ(図1における上下方向の厚さ)を約6〜8μm、撓み部4の延出方向の長さ(図1における左右方向の長さ)を約50〜100μmとして、重り部5の表面形状を正方形状として1辺の長さを2mmとし、重り部5の厚さ(図1における上下方向の厚さ)を約400μmとした場合、重り部5は、図1における上下方向に約1.5Gの加速度が印加されると、重り部5の先端部(撓み部4と反対側の部分)で約10〜20μmほど反り、重り部5の撓み部4との連結部位近傍では約0.5〜2μm程度反ることが実験により確認されたので、上部キャップ2の樹脂侵入防止突起17と撓み部4の間の距離は、約0.5〜2μm程度の値に設計すればよい。ここに、上述の接合用薄膜9の膜厚は従来、約1〜2μm程度に設定されているので、接合用薄膜9の膜厚を0.5μm〜1μm程度に設定し、樹脂侵入防止突起17の先端面を上部キャップ2における接合用薄膜9との対向面と同一面内に揃えておけば、上部キャップ2の樹脂侵入防止突起17と撓み部4の間の距離を接合用薄膜9の膜厚と略同等の値にすることができる。したがって、樹脂侵入防止突起17とセンシングエレメント1との間の距離を接合用薄膜9の膜厚に対応させておけば、例えば、製造時において樹脂侵入防止突起17とセンシングエレメント1との間に接合用薄膜9と同時に犠牲層を形成しておき、犠牲層を除去することで樹脂侵入防止突起17とセンシングエレメント1との間に隙間を形成するようにすれば、樹脂侵入防止突起17とセンシングエレメント1との間の距離を制御しやすくなり、樹脂侵入防止突起17と撓み部4の間の距離の製品間のばらつきを小さくすることができる。
【0031】
また、下部キャップ3は、凹所3a内において重り部5の撓み部4側の部位との距離を凹所3aの底面と重り部5との距離に比べて小さくする段差部18が形成されている。ここにおいて、段差部18と重り部5の撓み部4側の部位との距離は、例えば、約1〜3μmの範囲で適宜設定することが望ましい。なお、この範囲は、重り部5の撓み部4との連結部位近傍では上下方向に約1.5Gの加速度が印加されると約0.5〜2μm程度反ることと、図1に示す上下方向を上下方向として設置した場合、重り部5が重り部5の自重のために0.5〜1μm程度下方に下がっていることを考慮して設定してある。このように段差部18において重り部5の撓み部4側の部位に対向する面と重り部5との距離を、接合用薄膜9の膜厚に、重り部5の自重により重り部5の撓み部4側の部位が下部キャップ3側へ反る寸法を加算して設定しておけば、下部キャップ3がセンシングエレメント1の下方に位置するように配置されて使用される場合に、重り部5の揺動空間が狭くなり過ぎるのを防ぐことができる。
【0032】
しかして、本参考例の半導体加速度センサでは、センシングエレメント1との対向面に凹所2aが形成された上部キャップ2およびセンシングエレメント1との対向面に凹所3aが形成された下部キャップ3が設けられていることにより、エアダンピング効果を持たせることができ、凹所2a,3aの底面にストッパ2b,3bが設けられていることにより、センシングエレメント1の厚み方向における重り部5の変位範囲を規制することができる。
【0033】
また、センシングエレメント1は、支持部16において撓み部4の延出方向に平行な部位に上部キャップ2との接合用薄膜9(図2参照)が設けられ、且つ、撓み部4の延出方向の両側の部位において上部キャップ2が開放されていることにより、センシングエレメント1の外周形状を変更することなしに撓み部4の延出方向における重り部5の重心距離を長くすることが可能となって感度を向上させることができる。
【0034】
さらに、上部キャップ2の凹所2aの底面において撓み部4および支持部4における撓み部4周辺に対向する部位からセンシングエレメント1に向かって樹脂侵入防止突起17が突設され、下部キャップ3の凹所3a内において重り部5の撓み部4側の部位との距離を凹所3aの底面と重り部5との距離に比べて小さくする段差部18が形成されているので、撓み部4を圧縮する向きの過大な振動や衝撃が加わった場合には、重り部5の撓み部4側の部位の変位が段差部18により規制されるとともに撓み部4の変位が樹脂侵入防止突起17により規制されるので、撓み部4にかかる応力を抑制することができて、撓み部4が破壊されるのを防止することができ、信頼性が高くなり、しかも、収率が高くなって低コスト化を図ることができる。
【0035】
(実施形態)
本実施形態の半導体加速度センサの基本構成は参考例1と略同じであって、図3に示すように、樹脂侵入防止突起17が重り部5における撓み部4側の部位の上方まで延設されている点に特徴がある。すなわち、本実施形態では、樹脂侵入防止突起17が支持部16と撓み部4と重り部5とに跨って突設されており、上部キャップ2の凹所2aの底面から重り部5の撓み部4側の部位に向かって突設された部分は重り部5を挟んで下部キャップ3の段差部18とほぼ相対する位置に設けられている。なお、参考例1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0036】
しかして、本実施形態の半導体加速度センサでは、樹脂侵入防止突起17が重り部5の撓み部4側の部位の上方まで延設されているので、撓み部4を圧縮する向きの過大な振動や衝撃が加わった場合には、重り部5の撓み部4側の部位の変位が段差部18および樹脂侵入防止突起17により規制されるので、重り部5の撓み部4側の部位が図3における上下方向へ大きく振れるのを防ぐことができ、撓み部4にかかる応力をより抑制することができて、撓み部4が破壊されるのをより確実に防止することができ、信頼性がさらに高くなり、しかも、収率がより高くなってより一層の低コスト化を図ることができる。
【0037】
(参考例2)
本参考例の半導体加速度センサの基本構成は参考例1と略同じであって、図4に示すように、樹脂侵入防止突起17が撓み部4にほぼ対応する部位にのみ突設されている点に特徴がある。ところで、参考例1で説明した半導体加速度センサでは、パッド14にボンディングされるボンディングワイヤ7(図1参照)の接続信頼性を確保するためにパッド14およびボンディングワイヤ7を覆うようにJCRのような封止樹脂を塗布していたが、ワイヤボンドがそのセンサの特定の使用環境下で耐え得るのに十分な強度があれば、上述の封止樹脂を省略することができる。本参考例の半導体加速度センサは、上述の封止樹脂を省略したものであり、ワイヤボンドの強度として使用環境下において十分な強度が得られる場合に使用されるものである。なお、参考例1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0038】
しかして、本参考例の半導体加速度センサでは、樹脂侵入防止突起17が撓み部4にほぼ対向する部位からのみ突設されているので、第1のキャップたる上部キャップ2の撓み部4の延出方向に平行な方向の長さを短くすることができ、延出方向におけるセンサの小型化を図ることができる。
【0039】
【発明の効果】
請求項1の発明は、半導体基板よりなる矩形枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成され且つ支持部の表面に入出力用のパッドが形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントの主表面側において少なくともパッドを露出させた形で支持部に接合されセンシングエレメントとの対向面に重り部の揺動空間を確保するための第1の凹所が形成された矩形板状の第1のキャップと、センシングエレメントの裏面側において撓み部および重り部を覆うように支持部の全周にわたって接合されセンシングエレメントとの対向面に重り部の揺動空間を確保するための第2の凹所が形成された矩形板状の第2のキャップとを備え、センシングエレメントは、支持部において撓み部の延出方向に平行な部位に第1のキャップとの接合用薄膜が設けられ、且つ、撓み部の延出方向の両側の部位が開放され、第1のキャップは、過大な加速度が印加されたときに重り部が一定以上変位しないように規制する第1のストッパが第1の凹所の底面に形成され、且つ、第1の凹所の底面において少なくとも撓み部に対向する部位からセンシングエレメントに向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設され、第2のキャップは、過大な加速度が印加されたときに重り部が一定以上変位しないように規制する第2のストッパが第2の凹所の底面に形成され、且つ、第2の凹所内において重り部の撓み部側の部位との距離を他の部位に比べて小さくする段差部が形成されてなるものであり、第1のキャップおよび第2のキャップが設けられていることにより、エアダンピング効果を持たせることができ、第1のストッパおよび第2のストッパが設けられていることにより、センシングエレメントの厚み方向における重り部の変位範囲を規制することができ、また、センシングエレメントは、支持部において撓み部の延出方向に平行な部位に第1のキャップとの接合用薄膜が設けられ、且つ、撓み部の延出方向の両側の部位が開放されていることにより、センシングエレメントの外周形状を変更することなしに撓み部の延出方向における重り部の重心距離を長くすることが可能となって感度を向上させることができ、第1の凹所の底面において少なくとも撓み部に対向する部位からセンシングエレメントに向かって樹脂侵入防止突起が突設されていることにより、パッドとボンディングワイヤとの接続部とボンディングワイヤを保護する封止樹脂が第1の凹所に侵入するのを防ぐことができ、さらに、第2の凹所内において重り部の撓み部側の部位との距離を他の部位に比べて小さくする段差部が形成されていることにより、撓み部を圧縮する向きの過大な振動や衝撃が加わった場合には、重り部の撓み部側の部位の変位が段差部により規制されるとともに撓み部の変位が樹脂侵入防止突起により規制されるので、撓み部にかかる応力を抑制することができて、撓み部が破壊されるのを防止することができ、信頼性が高くなり、しかも、収率が高くなって低コスト化を図ることができるという効果がある。
【0040】
また、請求項1の発明では、樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間の距離は、接合用薄膜の膜厚と同じ値に設定されているので、例えば、製造時において樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間に接合用薄膜と同時に犠牲層を形成しておき、犠牲層を除去することで樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間に隙間を形成するようにすれば、樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間の距離を制御しやすくなるという効果がある。
【0042】
また、請求項1の発明では、樹脂侵入防止突起は、重り部の撓み部側の部位の上方まで延設されているので、撓み部を圧縮する向きの振動や衝撃が加わった場合には、重り部の撓み部側の部位の変位が段差部および樹脂侵入防止突起により規制されるので、撓み部にかかる応力をより抑制することができて、撓み部が破壊されるのをより確実に防止することができ、信頼性がさらに高くなり、しかも、収率がより高くなってより一層の低コスト化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1を示す概略断面図である。
【図2】 同上におけるセンシングエレメントの概略平面図である。
【図3】 実施形態を示す概略断面図である。
【図4】 参考例2を示す概略断面図である。
【図5】 従来例を示す概略断面図である。
【図6】 同上におけるセンシングエレメントの概略平面図である。
【図7】 同上における問題点の説明図である。
【図8】 同上における問題点の説明図である。
【符号の説明】
1 センシングエレメント
1a シリコン基板
2 上部キャップ
2a 凹所
2b ストッパ
3 下部キャップ
3a 凹所
3b ストッパ
4 撓み部
5 重り部
6 ゲージ抵抗
7 ボンディングワイヤ
11 p+形拡散抵抗配線
14 パッド
16 支持部
17 樹脂侵入防止突起
18 段差部
19 JCR
Claims (1)
- 半導体基板よりなる矩形枠状の支持部の内側に薄肉の撓み部を介して揺動自在に支持され支持部から離間した重り部を有し、撓み部の変形を検出するゲージ抵抗が撓み部に形成され且つ支持部の表面に入出力用のパッドが形成されたセンシングエレメントと、センシングエレメントの主表面側において少なくともパッドを露出させた形で支持部に接合されセンシングエレメントとの対向面に重り部の揺動空間を確保するための第1の凹所が形成された矩形板状の第1のキャップと、センシングエレメントの裏面側において撓み部および重り部を覆うように支持部の全周にわたって接合されセンシングエレメントとの対向面に重り部の揺動空間を確保するための第2の凹所が形成された矩形板状の第2のキャップとを備え、センシングエレメントは、支持部において撓み部の延出方向に平行な部位に第1のキャップとの接合用薄膜が設けられ、且つ、撓み部の延出方向の両側の部位が開放され、第1のキャップは、過大な加速度が印加されたときに重り部が一定以上変位しないように規制する第1のストッパが第1の凹所の底面に形成され、且つ、第1の凹所の底面において少なくとも撓み部に対向する部位からセンシングエレメントに向かって突出する樹脂侵入防止突起が突設され、第2のキャップは、過大な加速度が印加されたときに重り部が一定以上変位しないように規制する第2のストッパが第2の凹所の底面に形成され、且つ、第2の凹所内において重り部の撓み部側の部位との距離を他の部位に比べて小さくする段差部が形成されてなり、樹脂侵入防止突起とセンシングエレメントとの間の距離は、接合用薄膜の膜厚と同じ値に設定されてなり、樹脂侵入防止突起は、重り部の撓み部側の部位の上方まで延設されてなることを特徴とする半導体加速度センサ。
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