(57)【要約】【課題】加速度検知精度の低下や検知精度の安定性の低下を招くことなく、加速度検知感度を向上した半導体加速度センサ及びその製造方法の提供。【解決手段】パッケージ基台部100と、ガラス製の台座110と、シリコン基板101と、重錘体104aと、複数のリード100aと、複数のボンディングワイヤ103とを有してなる。符号110aは、台座110がシリコン基板101より外側に広がっており、上面に電極パッドが形成してある領域を示す。台座110における電極バッドとリード100aとをボンディングワイヤ103で接続する工程は、重錘体104aをシリコン基板101に固着する工程より前に行い得るので、重錘体104aとして、台座110より外側に張り出し、パッケージ基台部100における搭載面（上面）とほぼ同程度まで延伸した形のものを採用できる。そこで、重錘体104aは、従来のものより質量を増大でき、ひいては加速度センサの感度を向上できる。【選択図】   図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス等の絶縁体製基板でなる台座に半導体基板を固着してなる加速度センサチップと、該半導体基板に固着される質量物体と、該質量物体付きの前記加速度センサチップを搭載するパッケージとを有してなり、前記台座には平面状の電極が設けてあり、前記半導体基板は膜状部を有し、該膜状部は微小な間隙で該電極に対面しており、前記膜状部の中央部に前記質量物体を固着するための重り台座部が設けてあり、前記質量物体は前記重り台座部に接着剤などの固着手段で固着されており、パッケージのリードと前記電極とがボンディングワイヤで電気的に接続されている半導体加速度センサにおいて、
前記平面状の電極に垂直な方向から見た前記質量物体の外縁は同方向から見た前記台座の外縁より外側に広がっていることを特徴とする半導体加速度センサ。
【請求項２】
ガラス等の絶縁体製基板でなる台座に半導体基板を固着してなる加速度センサチップと、該半導体基板に固着される質量物体と、該質量物体付きの前記加速度センサチップを搭載するパッケージとを有してなり、前記台座には平面状の電極が設けてあり、前記半導体基板は膜状部を有し、該膜状部は微小な間隙で該電極に対面しており、前記膜状部の中央部に前記質量物体を固着するための重り台座部が設けてあり、前記質量物体は前記重り台座部に接着剤などの固着手段で固着されており、パッケージのリードと前記電極とがボンディングワイヤで電気的に接続され、前記平面状の電極に垂直な方向から見た前記質量物体の外縁は同方向から見た前記台座の外縁より外側に広がっている半導体加速度センサの製造方法において、
前記台座に前記半導体基板を固着し、半導体基板付き台座を形成する第１の工程と、
前記半導体基板付き台座を前記パッケージの基台部に固着する第２の工程と、
前記電極と前記リードとを前記ボンディングワイヤで接続する第３の工程と、
前記重り台座部に前記質量物体を固着する第４の工程と
を含むことを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度が質量物体に力を及ぼし、かかる力によって質量物体が取り付けられた膜状部が変位し、かかる変位によって膜状部と対向する電極との間の静電容量が変化し、かかる静電容量の変化によって加速度を検知する半導体加速度センサ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体加速度センサは、半導体ウエハ上に積層構造で構成物を予め複数個形成し、後の工程で分離切断することで製造されるセンサである。小型でかつ大量安価に製造できるため、種々の産業機械の部品として利用されている。図５は従来の半導体加速度センサの概略斜視図である。図５にあるように概ね３層の積層構造で構成される。即ち、下層に位置する第１層は固定電極用台座１０であり、陽極接合が可能なガラス材質からなり、静電容量を持たせるための空間を形成する凹部を有する。固定電極用台座１０の厚さは一般的に０．５〜１ｍｍ程度であるが、この厚さはコンパクトさを備えるためのものであり、負荷等により剛性を増やす必要がある場合、より厚くすることは差し支えない。中層に位置する第２層は凹凸を有するシリコン基板１aであり、周囲に剛性をもたすための枠形状と中央に重錘体４を固定支持する重り台座部５を有し、重り台座部５の周囲はエッチング処理で形成した凹部をなし、この凹部の底面は極薄の膜状部２をなしている。シリコン基板１aの一般的な厚さは０.２５〜０.５ｍｍであり、膜状部２の一般的な厚さは数１０μｍ程度に設計される。上層に位置する第３層は重錘体４並びに重錘体４と重り台座部５を接着する接着剤１３から構成される。
【０００３】
図６乃至図８に基づいて図５の半導体加速度センサの内部構造を説明する。図６は半導体加速度センサを上方から見た図である。第１層、第２層を透過して見た場合、これらの層の下方に固定電極板１１（図中では破線の外縁と斜線で表記）が配置されている。固定電極板１１は、第２層であるシリコン基板１aに覆われているが、一部を上方に露出している（図中では実線の外縁と斜線で表記）。シリコン基板１aの左上にはシリコン基板１aと外部回路（図示せず）との電気的導通をとるためのコンタクト電極６を備えている。図６の中央水平の断面XXで破断した断面図が図７である。固定電極板１１は上方への露出部に電極パッド７を有し、上方からの接続に備えてある。また、重り台座部５の下方と固定電極板１１の間の空間はいわゆるキャビティ９と言われる空間でコンデンサの原理により静電容量を持つ。ここで加速度を特定する原理を説明する。膜状部２は弾性限界内での変形が可能であり、重錘体４に加速度による力が作用したとき、膜状部２が変位し、キャビティ９が変形する。この変形に応じて、固定電極板１１とシリコン基板１aとの間の静電容量が変動し、この静電容量に対応する加速度が特定されるのである。図８は第１層と第２層の接着面を表す図であり、斜線の範囲がシリコン基板１aと固定電極用台座１０とが陽極接合される範囲である。固定電極用台座１０の中央の略正方形は図５の凹部であり、キャビティ９を形成する。キャビティ９の両側に引き出された様に形成されている凹部は、固定電極板１１の電極パッド７を露出させるよう固定電極板１１を配置するための引出し孔１４である。
【０００４】
図９に基づいて固定電極用台座１０の凹部内に配置されている固定電極板１１について説明する。（ａ）は固定電極用台座１０を上方から見た図であり、（ｂ）、（ｃ）は固定電極板１１のみを取り出した図である。（ｂ）、（ｃ）に示すように固定電極板１１は対向電極部１１ａと、引出し部１２と、電極パッド７とから成る。固定電極板１１の断面構成は、下地がチタンで、金を上部に備える２層構造である。（ａ）に示すように、対向電極部１１ａが膜状部２の直下領域において４方から囲むように固定電極板１１が配置されている。
【０００５】
図３は、従来の半導体加速度センサの製造方法を示す工程図である。この半導体加速度センサは、パッケージ基台部100と、ガラス製の絶縁体基板でなる台座110と、シリコン基板101と、重錘体104bと、パッケージ基台部100に設けられている複数のリード100aと、ボンディングワイヤ103とを有してなる。台座110は図５の固定電極用台座１０に相当する。シリコン基板101は図５のシリコン基板１aに相当する。重錘体104bは、図５の重錘体４と同じく、シリコン製である。台座110には、図６における固定電極板１１に相当する平面状の電極が設けてある。ガラス製の絶縁体基板でなる台座110にシリコン基板101が固着され、加速度センサチップを構成している。この加速度センサチップに重錘体104bが接着剤で固着されている。このように図３の半導体加速度センサは、図５の半導体加速度センサと同様な構成を加速度検知のための要部とし、この加速度検知要部をパッケージ基台部100に搭載してなる。なお、図３において符号110aで示す領域は、台座110がシリコン基板101より外側に広がっている部分であり、上面に電極パッドが形成してある領域である。
【０００６】
この図３の従来の半導体加速度センサは、同図に（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）で示す順に製造される。この工程図から明らかなように、従来の半導体加速度センサの製造方法では、台座110における電極バッドとリード100aとをボンディングワイヤ１０３で接続する工程は、重錘体104bをシリコン基板101に固着する工程より後に行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３の工程で加速度センサを製造する従来の方法では、台座110における電極バッドとリード100aとをボンディングワイヤ１０３で接続する工程が、重錘体104bをシリコン基板101に固着する工程より後に行わる。そこで、重錘体104bは、台座110の外側に張り出す程に横方向に拡大した形状を採ることができない。重錘体の質量が大きいほど加速度センサの感度が向上する。従来の方法で製造される半導体加速度センサにおいて重錘体の質量を増大するには、図４（Ａ）に示すように、台座110に対し垂直な方向に厚みを増大した重錘体104cを採用するか、或いは同図（Ｂ）に示すようにシリコンより質量の大きい鉛等の金属製の重錘体104dを採用することが考えられる。
【０００８】
しかしながら、図４（Ａ）の如くに厚みを増大した重錘体104cを採用すると、パッケージの高さの増大を要し、半導体加速度センサの小型化の要請に反することとなる。また同図（Ｂ）の如くに、金属製の重錘体104dを採用すると、金属製の重錘体104dとシリコン製のシリコン基板101との熱膨張率の相違により、膜状部にあるシリコン基板１０１が環境温度によって変動する応力を受けるから、加速度の検知精度の低下およびその検知精度の安定性の低下を招く。
【０００９】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、台座の外側に張り出す程に横方向に拡大した形状の質量物体（重錘体）を備えた半導体加速度センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
【００１１】
［１］ガラス等の絶縁体製基板でなる台座に半導体基板を固着してなる加速度センサチップと、該半導体基板に固着される質量物体と、該質量物体付きの前記加速度センサチップを搭載するパッケージとを有してなり、前記台座には平面状の電極が設けてあり、前記半導体基板は膜状部を有し、該膜状部は微小な間隙で該電極に対面しており、前記膜状部の中央部に前記質量物体を固着するための重り台座部が設けてあり、前記質量物体は前記重り台座部に接着剤などの固着手段で固着されており、パッケージのリードと前記電極とがボンディングワイヤで電気的に接続されている半導体加速度センサにおいて、
前記平面状の電極に垂直な方向から見た前記質量物体の外縁は同方向から見た前記台座の外縁より外側に広がっていることを特徴とする半導体加速度センサ。
【００１２】
［２］ガラス等の絶縁体製基板でなる台座に半導体基板を固着してなる加速度センサチップと、該半導体基板に固着される質量物体と、該質量物体付きの前記加速度センサチップを搭載するパッケージとを有してなり、前記台座には平面状の電極が設けてあり、前記半導体基板は膜状部を有し、該膜状部は微小な間隙で該電極に対面しており、前記膜状部の中央部に前記質量物体を固着するための重り台座部が設けてあり、前記質量物体は前記重り台座部に接着剤などの固着手段で固着されており、パッケージのリードと前記電極とがボンディングワイヤで電気的に接続され、前記平面状の電極に垂直な方向から見た前記質量物体の外縁は同方向から見た前記台座の外縁より外側に広がっている半導体加速度センサの製造方法において、
前記台座に前記半導体基板を固着し、半導体基板付き台座を形成する第１の工程と、
前記半導体基板付き台座を前記パッケージの基台部に固着する第２の工程と、
前記電極と前記リードとを前記ボンディングワイヤで接続する第３の工程と、
前記重り台座部に前記質量物体を固着する第４の工程と
を含むことを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１及び２に記載した本発明は、台座の外側に張り出す程に横方向に拡大した形状の質量物体（重錘体）を備えた半導体加速度センサ及びその製造方法を提供する。この半導体加速度センサの採用により、加速度検知精度の低下や検知精度の安定性の低下を招くことなく、加速度検知感度を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に請求項１及び２に記載した本発明の実施の形態を説明する。図１はその実施の形態の半導体加速度センサを示す図であり、図２は図１の半導体加速度センサの製造方法を示す工程図である。この半導体センサは、パッケージ基台部100と、ガラス製の絶縁体基板でなる台座110と、シリコン基板101と、重錘体104aと、パッケージ基台部100に設けられている複数のリード100aと、複数のボンディングワイヤ103とを有してなる。重錘体104aは、シリコン製である。台座110には、平面状の電極が設けてある。ガラス製の絶縁体基板でなる台座110にシリコン基板101が固着され、加速度センサチップを構成している。この加速度センサチップに重錘体104aが接着剤で固着されている。このように図１の半導体加速度センサは、加速度検知要部をパッケージ基台部100に搭載してなる。なお、図１及び図２において符号110aで示す領域は、台座110がシリコン基板101より外側に広がっている部分であり、上面に電極パッドが形成してある領域である。
【００１５】
この図１の半導体加速度センサは、図２に（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）で示す順に製造される。この工程図から明らかなように、この半導体加速度センサの製造方法では、台座110における電極バッドとリード100aとをボンディングワイヤ103で接続する工程（Ｃ）は、重錘体104aをシリコン基板101に固着する工程（Ｄ）より前に行われる。そこで、重錘体104aとして、台座110より外側に張り出し、パッケージ基台部100における搭載面（上面）とほぼ同程度まで延伸した形のものを採用しても、図１の半導体加速度センサは製造できる。
【００１６】
そこで、重錘体104aは、厚みは従来と同じであっても、台座110の外側に張り出す程に横方向に拡大した形状を採り得るので、従来のものより質量を増大でき、ひいては加速度センサの感度を向上できる。このように、横方向に拡大した重錘体104aの採用では、重心Ｇの位置が高くなったり、パッケージの高さの増大を要したり、重錘体104aとシリコン基板101との熱膨張率が相違したりすることはない。したがって、この図１の半導体加速度センサは、加速度検知精度の低下や検知精度の安定性の低下を招くことなく、加速度検知感度を向上でき、図４に例示した従来構造の欠点を解決した。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体加速度センサの構成を示す図である。
【図２】図１の半導体加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図３】従来の半導体加速度センサの製造方法を示す工程図である。
【図４】従来の半導体加速度センサの構成を例示する図である。
【図５】従来の半導体加速度センサの概略斜視図である。
【図６】図５の半導体加速度センサを上方から見た図である。
【図７】図６の中央水平の断面XXで破断した断面図である。
【図８】図５の第１層と第２層の接着面を表す図である。
【図９】図５の半導体加速度センサにおける固定電極用台座１０の凹部内に配置されている固定電極板１１について説明する図であり、（ａ）は固定電極用台座１０を上方から見た図であり、（ｂ）、（ｃ）は固定電極板１１のみを取り出した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…シリコン基板
１a…シリコン基板
２…膜状部
４…重錘体
５…重り台座部
６…コンタクト電極
７…電極パッド
９…キャビティ
１０…固定電極用台座
１１…固定電極板
１１ａ…対向電極部
１２…引出し部
１３…接着剤
１４…引出し孔
１００…パッケージ基台部
１００ａ…パッケージ基台部100に設けられているリード
１０３…ボンディングワイヤ
１１０…台座
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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