JPH09311138A - シリコン加速度センサ - Google Patents

シリコン加速度センサ

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JPH09311138A
JPH09311138A JP8129991A JP12999196A JPH09311138A JP H09311138 A JPH09311138 A JP H09311138A JP 8129991 A JP8129991 A JP 8129991A JP 12999196 A JP12999196 A JP 12999196A JP H09311138 A JPH09311138 A JP H09311138A
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JP
Japan
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silicon
acceleration sensor
spacer
package member
shaped structure
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Withdrawn
Application number
JP8129991A
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English (en)
Inventor
Akihiro Tomioka
昭浩 富岡
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09311138A publication Critical patent/JPH09311138A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0822Measuring 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
    • G01P2015/0825Measuring 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
    • G01P2015/0828Measuring 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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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パッケージ部材10とシリコン加速度センサ
との間の熱膨張係数の差に起因する応力による加速度セ
ンサの特性の悪化、絶縁性を改善する。 【解決手段】 シリコン基板1に形成した質量部2とこ
れを取り囲む枠部3とが梁状構造部4を介して結合し、
質量部2の変位を規制するシリコンより成る上側ストッ
パ81および下側ストッパ83を枠部3に接合し、下側
ストッパ83をパッケージ部材10に接合固定し、梁状
構造部4の一部の領域に形成したピエゾ抵抗部Rの抵抗
値の変化により入力加速度を検出するシリコン加速度セ
ンサにおいて、下側ストッパ83下面とパッケージ部材
10との間に熱膨張係数がシリコンと同等の絶縁材料よ
り成るスペーサ90を介挿して下側ストッパ83をパッ
ケージ部材10に接合固定したシリコン加速度センサ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリコン加速度
センサに関し、特に、シリコン基板に形状した梁状構造
にピエゾ抵抗を設けて加速度を検出するシリコン加速度
センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来例を図2を参照して説明する。図2
(a)はシリコン加速度センサの従来例を上から視たと
ころを示す図である。図2(b)は断面を示す図であ
る。1はシリコン加速度センサが構成される基になった
長方形のシリコン基板を示す。2はシリコン基板1に形
成した質量部である。3は質量部2を取り囲む枠部であ
る。質量部2と枠部3とは4により示される梁状構造部
により接続されている。これら質量部2および枠部3は
長方形のシリコン基板1にコ字状貫通溝5を形成するこ
とにより構成されると共に、質量部2の枠部3との間の
境界領域中央に貫通孔6を形成することにより梁状構造
部4が構成される。梁状構造部4は、図2(b)に示さ
れる如く、更に、下側を加工して切除部7を形成し厚さ
を薄くして完成する。梁状構造部4はこの様に構成する
ことにより、質量部2に作用する慣性力に起因して枠部
3を基準として上下に容易に屈曲することができる。R
1 ないしR4 はピエゾ抵抗部である。ピエゾ抵抗部R1
は梁状構造部41 表面と枠部3表面に跨って結合領域4
3に形成されている。ピエゾ抵抗部R4 も同様に梁状構
造部42 表面と枠部3表面に跨って結合領域43に形成
されている。ピエゾ抵抗部R2 およびR3 は全体が枠部
3表面に形成されている。ピエゾ抵抗部R 1 の梁状構造
部41 側に形成された部分は、配線121 を介して端子
部14SHに接続している。配線122 はピエゾ抵抗部R
1 の枠部3側に形成された部分を端子部14G に接続し
ている。ピエゾ抵抗部R2 は枠部3表面に形成されてお
り、端子部14SHに接続すると共に配線123 により端
子部14V に接続している。ピエゾ抵抗部R4 の梁状構
造部41 側に形成された部分は配線124 を介して端子
部14SLに接続している。配線125 はピエゾ抵抗部R
4 の枠部3側に形成された部分を端子部14V に接続し
ている。ピエゾ抵抗部R3 は端子部14SLに接続すると
共に、端子部14G に接続している。
【0003】以上の加速度センサは、ピエゾ抵抗部Rお
よび配線12は図3に示される通りのブリッジ回路を形
成している。このブリッジ回路は、その端子部14V
端子部14G との間に電圧V+を印加して加速度が入力
されていない状態において、端子部14SHと端子部14
SLとの間の出力が0の平衡状態に調整されている。ここ
で、図2(b)を参照するに、加速度センサに矢印の向
きの加速度が入力されると、これに起因して質量部2に
矢印の向きの慣性力が作用する結果、質量部2は矢印の
向きに変位して梁状構造部4は下向きに屈曲せしめられ
る。梁状構造部4が下向きに屈曲せしめられると、上面
に形成されているピエゾ抵抗部R1 およびR4 に引張力
が加わる。ピエゾ抵抗部R1 およびR4 に引張力が加わ
ったことによりこれら抵抗部の抵抗値は変化し、その結
果、ブリッジ回路の平衡はくずれて端子部14SHと端子
部14SLとの間には抵抗値の変化に比例する出力電圧が
得られる。この抵抗値の変化は入力加速度に比例する。
【0004】ところで、シリコン加速度センサは、時に
は質量部2に過大な慣性力が作用する場合がある。質量
部2は、過大な慣性力が作用すると、梁状構造部4を支
点として振幅を大きく変位する結果、梁状構造部4はや
がて損傷するに到る。この梁状構造部4の損傷を防止す
るために、シリコン加速度センサの枠部3の上面に上側
ストッパ81を接合すると共に枠部3の下面に下側スト
ッパ83を接合する。これらストッパは、シリコン加速
度センサと同様にシリコンにより構成される。上側スト
ッパ81には下面に質量部2に対向して凹部82が形成
されており、下側ストッパ83には上面に質量部2に対
向して凹部84が形成されている。この様にして、質量
部2に過大な慣性力が作用して質量部2の変位が一定限
度を越えると、質量部2の変位は上側ストッパ81およ
び下側ストッパ83により規制され、一定限度を越える
ことはなくなり、梁状構造部4の損傷は防止される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のシリコン加速度
センサの従来例は、枠部3の下面に接合固定されるシリ
コンより成る下側ストッパ83を介してシリコン加速度
センサを固定支持するパッケージ部材10に対して直接
に接合固定されている。ここで、一般に採用されるパッ
ケージ部材10の熱膨張係数は下側ストッパ83を構成
するシリコンの熱膨張係数と比較して大きく、下側スト
ッパ83とパッケージとの間の接合面におけるパッケー
ジ部材10の伸び量は下側ストッパ83の伸び量より大
きい。従って、シリコン加速度センサのシリコンより成
る下側ストッパ83には、温度が上昇した時に、この伸
び量の差に起因する応力がパッケージ部材10から直接
に作用することになる。この応力によりシリコン加速度
センサの特性を悪化させていた。
【0006】そして、このシリコン加速度センサは、1
枚のシリコン基板1上に多数個一括して形成され、パッ
ケージング時にダイシングを使用して各個に分離構成さ
れるものであるところから、その切断端面には絶縁膜と
なるSiO2 膜が形成されてはいない状態となる。ま
た、ダイシング時に発生するチッピングにより加速度セ
ンサの枠部3と下側ストッパ83下面にもSiO2 膜が
ない領域が存在するに到り、パッケージ部材10とシリ
コン加速度センサの絶縁を確保することが困難であっ
た。
【0007】この発明は、パッケージ部材10とシリコ
ンより成る下側ストッパ83との間の熱膨張係数の差に
起因する応力による加速度センサの特性の悪化を改善
し、シリコン加速度センサとパッケージ部材10との間
の絶縁を確保するシリコン加速度センサを提供するもの
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】シリコン基板1に形成し
た質量部2とこれを取り囲む枠部3とが梁状構造部4を
介して結合し、質量部2の変位を規制するシリコンより
成る上側ストッパ81および下側ストッパ83を枠部3
に接合し、下側ストッパ83をパッケージ部材10に接
合固定し、梁状構造部4の一部の領域に形成したピエゾ
抵抗部Rの抵抗値の変化により入力加速度を検出するシ
リコン加速度センサにおいて、下側ストッパ83下面と
パッケージ部材10との間に熱膨張係数がシリコンと同
等の絶縁材料より成るスペーサ90を介挿して下側スト
ッパ83をパッケージ部材10に接合固定したシリコン
加速度センサを構成した。
【0009】そして、下側ストッパ83は梁状構造部4
から水平方向に離隔したスペーサ90上面領域において
スペーサ90に対して接合固定されるシリコン加速度セ
ンサを構成した。また、スペーサ90には梁状構造部4
より質量部2側の位置において梁状構造部4の延伸方向
に直交する方向の溝部91を形成し、下側ストッパ83
はスペーサ90の溝部91の梁状構造部4の反対側領域
においてスペーサ90に対して接合固定されるシリコン
加速度センサを構成した。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図に示さ
れる実施例を参照して説明する。この発明のシリコン加
速度センサのパッケージ部材10に対する接合固定の仕
方以外の構成は、図2および図4により図示説明される
ものと同様である。この発明の実施例を図1を参照して
説明するに、シリコン加速度センサのシリコンより成る
枠部3の上面にはシリコンより成る上側ストッパ81が
接合固定されており、枠部3の下面にはシリコンより成
る下側ストッパ83が接合固定されている。この発明に
おいては、シリコン加速度センサを固定支持するパッケ
ージ部材10とシリコン加速度センサの下側ストッパ8
3との間にはスペーサ90が介挿接合される。このスペ
ーサ90は熱膨張係数がシリコンと同等の絶縁材料であ
る例えばパイレックスガラスにより構成される。スペー
サ90には梁状構造部4より左側である質量部2側に梁
状構造部4の延伸方向に直交する溝部91が形成されて
いる。このスペーサ91は、その上面は溝部91の左側
Aにおいて下側ストッパ83に対して接合固定せしめら
れる一方、その下面は全面Bにおいてパッケージ部材1
0に対して接合固定せしめられている。
【0011】
【発明の効果】以上の通りであって、シリコン基板1に
形成した質量部2とこれを取り囲む枠部3とが梁状構造
部4を介して結合し、質量部2の変位を規制するシリコ
ンより成る上側ストッパ81および下側ストッパ83を
枠部3に接合し、下側ストッパ83をパッケージ部材1
0に接合固定し、梁状構造部4の一部の領域に形成した
ピエゾ抵抗部Rの抵抗値の変化により入力加速度を検出
するシリコン加速度センサにおいて、下側ストッパ83
下面とパッケージ部材10との間に熱膨張係数がシリコ
ンと同等の絶縁材料より成るスペーサ90を介挿して下
側ストッパ83をパッケージ部材10に接合固定した。
この様に、スペーサ90がシリコンと同等の熱膨張係数
を有することにより、スペーサ90と加速度センサの下
側ストッパ83との間の応力は緩和され、シリコン加速
度センサの下側ストッパ83とパッケージ部材10との
間の接合固定部においてパッケージ部材10から下側ス
トッパ83に加えられる応力はスペーサにより吸収さ
れ、その影響を緩和することができる。
【0012】そして、下側ストッパ83は梁状構造部4
から水平方向に離隔したスペーサ90上面領域Aにおい
てスペーサ90に対して接合固定したことにより、パッ
ケージ部材10からスペーサ90を介して下側ストッパ
83に伝達される応力は梁状構造部4から離隔したこの
一部の領域Aのみに加わることになる。この一部領域A
に加わった応力は、ここから梁状構造部4に伝達される
中に減衰され、梁状構造部4に対する機械的影響は殆ど
なくなる。
【0013】また、スペーサ90には梁状構造部4より
質量部2側の位置において梁状構造部4の延伸方向に直
交する方向の溝部91を形成し、下側ストッパ83はス
ペーサ90の溝部91の梁状構造部4の反対側領域にお
いてスペーサ90に対して接合固定することにより、加
速度センサの下側ストッパ83とスペーサ90の接合固
定面積を一定に保つことができ、製品の特性を均一にす
ることができる。
【0014】更に、スペーサ90は絶縁材料より成ると
ころから、パッケージ部材10と加速度センサの下側ス
トッパ83との間が短絡することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例を説明する図。
【図2】シリコン加速度センサを説明する図。
【図3】加速度センサのブリッジ回路を示す図。
【図4】パッケージ部材に対するシリコン加速度センサ
の取り付け方の従来例を説明する図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 質量部 3 枠部 4 梁状構造部 10 パッケージ部材 81 上側ストッパ 83 下側ストッパ 90 スペーサ R ピエゾ抵抗部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板に形成した質量部とこれを
    取り囲む枠部とが梁状構造部を介して結合し、質量部の
    変位を規制するシリコンより成る上側ストッパおよび下
    側ストッパを枠部に接合し、下側ストッパをパッケージ
    部材に接合固定し、梁状構造部の一部の領域に形成した
    ピエゾ抵抗部の抵抗値の変化により入力加速度を検出す
    るシリコン加速度センサにおいて、 下側ストッパ下面とパッケージ部材との間に熱膨張係数
    がシリコンと同等の絶縁材料より成るスペーサを介挿し
    て下側ストッパをパッケージ部材に接合固定したことを
    特徴とするシリコン加速度センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されるシリコン加速度セ
    ンサにおいて、 下側ストッパは梁状構造部から水平方向に離隔したスペ
    ーサ上面領域においてスペーサに対して接合固定される
    ことを特徴とするシリコン加速度センサ。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載されるシリコン加速度セ
    ンサにおいて、 スペーサには梁状構造部より質量部側の位置において梁
    状構造部の延伸方向に直交する方向の溝部を形成し、 下側ストッパはスペーサの溝部の梁状構造部の反対側領
    域においてスペーサに対して接合固定されることを特徴
    とするシリコン加速度センサ。
JP8129991A 1996-05-24 1996-05-24 シリコン加速度センサ Withdrawn JPH09311138A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013525747A (ja) * 2010-03-18 2013-06-20 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング ピエゾ抵抗型マイクロメカニカルセンサ構成素子および相応の測定方法
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Effective date: 20030805