(57)【要約】【課題】容量式加速度センサにおいて、接着剤をバネとした振動系の共振よってセンシング部の振動が増幅されることによるセンサ出力の誤差を抑制する。【解決手段】互いに検出間隔１６を有して対向する可動電極１４及び固定電極１５を形成してなるセンサチップ１０を、回路チップ３０に接合して一体化し、回路チップ３０を、樹脂製の接着剤４０を介してパッケージ５０上に搭載してなる容量式加速度センサＳ１において、接着剤４０は、樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質、例えば銀などからなるフィラーを混入させてなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに検出間隔（１６）を有して対向する可動電極（１４）及び固定電極（１５）を形成してなるセンサチップ（１０）を、回路チップ（３０）に接合して一体化し、
前記回路チップを、樹脂製の接着剤（４０）を介してパッケージ（５０）上に搭載してなる容量式加速度センサにおいて、
前記接着剤は、樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質からなるフィラーを混入させてなるものであることを特徴とする容量式加速度センサ。
【請求項２】
前記フィラーは金属又はガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の容量式加速度センサ。
【請求項３】
前記フィラーは銀からなることを特徴とする請求項２に記載の容量式加速度センサ。
【請求項４】
前記接着剤（４０）は、前記回路チップ（３０）の中心部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の容量式加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動電極と固定電極とを有するセンサチップを備える容量式の加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の一般的な容量式加速度センサは、半導体基板に互いに検出間隔を有して対向する可動電極と固定電極とを形成してなるセンサチップを備える。このセンサチップにおいては、加速度が印加されたときに可動及び固定電極が相対的に振動して両電極の対向距離が変化する。そして、この距離変化に伴う両電極間の容量変化に基づいて印加加速度を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の加速度センサにおいて、センサチップを、センサ出力を処理するなどの機能を有する回路チップに接合し、これら両チップが一体化されたアッシー構造体を、セラミックなどのパッケージ上に、樹脂製の接着剤を介して接着する構造が検討されている。
【０００４】
このような構造においては、加速度印加時に、接着剤がバネとなって接着剤よりも上の上記アッシー構造体が共振し、その振動がセンサチップにおける可動及び固定電極すなわちセンシング部の振動に影響を与えるという問題がある。この問題について図４、図５を参照して述べる。
【０００５】
図４は、この種の容量式加速度センサにおける振動周波数特性を示す概念図であり、横軸に周波数、縦軸にセンシング部および接着剤によって振動が増幅される共振倍率をとってある。また、図５は同センサにおける振動周波数と振動振幅倍率との関係を示す概念図である。
【０００６】
この種のセンサにおいては、センサチップにおけるセンシング部は、所定の共振周波数ｆａを有しており、このセンシング部の共振周波数特性が図４中に線Ａとして示されている。そして、このセンシング部の共振周波数ｆａを利用して測定に用いる周波数すなわち測定周波数の範囲が決められる。
【０００７】
また、外部Ｇは実際に外部からセンサに対して印加される外部加速度であり、この外部加速度はセンサに対して倍率が１の大きさの振動として印加される。実際に、上記した接着剤をバネとした振動系の共振が発生しない場合には、外部加速度はセンシング部の振動周波数特性に基づいて増幅され、図５に実線Ｌ１にて示すような理想的な出力特性が得られる。
【０００８】
しかし、一般的な樹脂製の接着剤を用いた場合、図４に線Ｂとして示すように、この接着剤をバネとした振動系の共振周波数ｆｂがセンシング部の共振周波数ｆａに近いものとなる。
【０００９】
そのため、実際に倍率１の大きさの振動として外部加速度を印加したとしても、そのとき生じる接着剤をバネとした振動系の共振によって、上記アッシー構造体すなわちセンサチップ及び回路チップに印加される外部加速度の振動は増幅される。
【００１０】
すると、センシング部では、実際に発生した外部加速度よりも大きな加速度が印加されたものとして検知がなされ、結果、図５に破線Ｌ２にて示すように、実際に発生した外部加速度よりも大きなセンサ出力が出てしまい、理想的な出力特性Ｌ１に対して出力の誤差が生じる。
【００１１】
そして、このような出力誤差は、接着剤をバネとした振動系の共振周波数ｆｂがセンシング部の共振周波数ｆａに近いほど大きくなることは、上記説明から明らかである。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、可動電極及び固定電極を形成してなるセンサチップを、回路チップに接合して一体化し、この回路チップを、樹脂製の接着剤を介してパッケージ上に搭載してなる容量式加速度センサにおいて、接着剤をバネとした振動系の共振よってセンシング部の振動が増幅されることによるセンサ出力の誤差を抑制することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、樹脂製の接着剤の剛性を大きくする、すなわち接着剤のヤング率を大きくすれば、それに伴い接着剤をバネとした振動系の共振周波数が大きくなり、センシング部の共振周波数から離すことができることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明では、互いに検出間隔（１６）を有して対向する可動電極（１４）及び固定電極（１５）を形成してなるセンサチップ（１０）を、回路チップ（３０）に接合して一体化し、回路チップを、樹脂製の接着剤（４０）を介してパッケージ（５０）上に搭載してなる容量式加速度センサにおいて、接着剤は、樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質からなるフィラーを混入させてなるものであることを特徴とする。
【００１５】
それによれば、接着剤を、樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質からなるフィラーを混入させてなるものとすれば、接着剤全体においてヤング率を大きくすることができる。
【００１６】
そのため、図６（ａ）に示すように、接着剤をバネとした振動系の共振周波数ｆｂを大きくして、センシング部の共振周波数ｆａから離すことができる。そして、接着剤をバネとした振動系の共振よってセンシング部の振動が増幅されることによるセンサ出力の誤差を抑制することができる。
【００１７】
つまり、図６（ｂ）に示すように、図中、破線で示される本発明のセンシング部の振動振幅倍率は、実線で示される理想的な出力特性に近いものとなり、センサ出力の誤差が抑制される。
【００１８】
ここで、フィラーとしては、金属又はガラスからなるもの、より具体的には銀からなるものを採用できる。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明では、接着剤（４０）は、回路チップ（３０）の中心部に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
それによれば、接着剤の上のセンサチップの熱応力による変形を極力抑制することができ、好ましい。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る容量式加速度センサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【００２３】
センサチップ１０は、シリコン等の半導体基板を周知の半導体プロセスを用いて形成されたものである。本例では、第１のシリコン基板１１の上に酸化膜１３を介して第２のシリコン基板１２を接合してなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板を用いている。
【００２４】
本例のセンサチップ１０は、第２のシリコン基板１２に溝を形成することにより、当該溝を介して可動電極１４と固定電極１５とが区画されている。この可動及び固定電極１４、１５は、例えば良く知られている櫛歯状の梁構造体とすることができる。
【００２５】
そして、可動電極１４と固定電極１５との間は検出間隔１６として構成されており、この検出間隔１６を介して両電極１４、１５が対向し、これら両電極１４、１５の間に検出容量が形成されている。
【００２６】
それにより、加速度が印加されたときには、両電極１４、１５が相対的に振動して両電極１４、１５の対向距離すなわち検出間隔１６の距離が変化し、この距離変化に伴う両電極１４、１５間の容量変化に基づいて印加加速度が検出可能となっている。このように、これら可動及び固定電極１４、１５はセンシング部として構成されている。
【００２７】
また、センサチップ１０においては、上記センシング部１４、１５に対応した部位にて第１のシリコン基板１１及び酸化膜１３が除去され、空洞部１７が形成されている。この空洞部１７の上部においてセンシング部１４、１５は開放され、上記した相対的な振動が可能となっている。
【００２８】
このような本例のセンサチップ１０は、例えば、第２のシリコン基板１２の表面から、センシング部１４、１５を画定するための溝をトレンチエッチングにて形成し、一方、第１のシリコン基板１１側からシリコンの異方性エッチングなどを行うことで空洞部１７を形成することにより製造可能である。
【００２９】
そして、センサチップ１０は、剛性の高い接着フィルム２０を介して回路チップ３０に接合されている。回路チップ３０は、センサチップ１０からの出力信号を処理して外部に出力するなどの機能を有するもので、シリコン等の半導体基板等からなる。また、接着フィルム２０は例えばダイシングカットに用いる樹脂製のダイシングテープのようなものを採用できる。
【００３０】
このようにセンサチップ１０が接合され一体化された回路チップ３０は、樹脂製の接着剤４０を介してパッケージ５０の上に搭載されている。ここで、接着剤４０は塗布して硬化させることで接着を行うものである。また、パッケージ５０は、例えば自動車などの被測定体に取り付けられるもので、セラミックなどからなる。
【００３１】
このような容量式加速度センサＳ１においては、センサＳ１に加速度が印加されたときに、上述したセンシング部すなわち可動及び固定電極１４、１５間の容量変化が生じ、この容量変化に基づいて印加加速度が検出される。このとき、接着剤４０をバネとし、その上の回路チップ３０及びセンサチップ１０からなるアッシー構造体を質量部とした振動が発生する。
【００３２】
このような接着剤をバネとした振動系の共振よってセンシング部１４、１５の振動が増幅されるの防止するために、本実施形態では、接着剤４０を、樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質からなるフィラーを混入させてなるものとした独自の構成を採用している。
【００３３】
この独自の構成を採用した理由は次のようである。このような接着剤４０をバネとした振動系においては、質量部であるアッシー構造体１０、３０の共振周波数ｆｂは、▲１▼接着剤４０の接着面積の１／２乗に比例する、▲２▼接着剤４０の厚さの３／２乗に比例する、▲３▼接着剤４０のヤング率の１／２乗に比例することが知られている。
【００３４】
このうち上記▲１▼、▲２▼はセンサの形状やサイズや接着強度確保等の点から比較的制約が多い。そこで、接着剤４０のヤング率を大きくすることを考えた。図２は、接着剤４０のヤング率（接着剤ヤング率）とアッシー構造体１０、３０の共振周波数ｆｂ（アッシー構造体共振周波数ｆｂ）との関係を示す概念図である。
【００３５】
図２に示すように、接着剤ヤング率を大きくすれば、アッシー構造体共振周波数は大きくなる。そこで、従来では、上記図４に示したようにアッシー構造体共振周波数がセンシング部１４、１５の共振周波数ｆａに近いことから、接着剤ヤング率を大きくしてアッシー構造体共振周波数ｆｂを大きくすることで、両共振周波数ｆａ、ｆｂを離すことを考えた。
【００３６】
上記接着剤４０に関わる独自の構成は、この知見に基づきなされたもので、接着剤４０を、樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質からなるフィラーを混入させてなるものとすれば、接着剤４０全体においてヤング率を大きくすることができる。
【００３７】
そのため、接着剤４０をバネとした振動系の共振周波数ｆｂを大きくして、センシング部１４、１５の共振周波数ｆａから離すことができるため、接着剤４０をバネとした振動系の共振よってセンシング部１４、１５の振動が増幅されるのを抑制できる。
【００３８】
そして、それにより、センサ出力の誤差を抑制することができる。つまり、本実施形態では、上記図５に実線Ｌ１にて示した理想的な出力特性により近い出力特性を得ることができる。このように両共振周波数ｆａ、ｆｂを離すことで、本実施形態におけるセンシング部の振動振幅倍率を、実線で示される理想的な出力特性に近いものにでき、センサ出力の誤差を抑制できることは、上記図６に示されている。
【００３９】
このような樹脂に対してこの樹脂よりもヤング率の高い材質からなるフィラーを混入させてなる接着剤４０において、樹脂としてはエポキシ系樹脂を用いることができ、フィラーとしては金属又はガラスからなるもの、より具体的には銀フィラーを採用できる。フィラーの重量比は例えば数十％程度にできる。
【００４０】
もちろん、接着剤４０における樹脂の重合度を変えて分子量を変える等により、接着剤４０のヤング率を大きくなるように変更することも可能である。
【００４１】
さらに、本実施形態における接着剤４０の配置パターンについて検討した。接着剤４０の配置パターンとしては、図３に示す種々のパターンが考えられる。図において（ａ）は回路チップ３０の四隅に接着剤４０を配した四隅接着、（ｂ）は十字接着、（ｃ）は回路チップ３０の中心部に接着剤４０を配した中心一点接着の各パターンを示すものである。
【００４２】
これら各パターンのうち四隅接着や十字接着では、温度変化に伴い生じる熱応力によって回路チップ３０さらにはセンサチップ１０の隅部が変位し、センサチップ１０の変形が大きくなる。それに比べて、中心一点接着では、回路チップ３０の隅部がパッケージ５０から開放されているため、上記熱応力によるセンサチップ１０の変形が少ない。
【００４３】
熱応力によってセンサチップ１０が変形すると、可動電極１４と固定電極１５との対向面積が変動してしまう等、センサの温度特性に悪影響を与える。その点を鑑みると、接着剤４０は、中心一点接着のような回路チップ３０の中心部に配置することが好ましい。
【００４４】
なお、接着剤４０の配置パターンによっては、パターン通りに接着剤４０を塗布することが困難な場合がある。そのような場合、回路チップ３０やパッケージ５０における接着面に凹凸を形成することにより、任意の接着パターンを実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る容量式加速度センサの概略断面構成を示す図である。
【図２】接着剤ヤング率とアッシー構造体共振周波数との関係を示す概念図である。
【図３】接着剤４０の種々の配置パターンを示す図である。
【図４】容量式加速度センサにおける振動周波数特性を示す概念図である。
【図５】容量式加速度センサにおける振動周波数と振動振幅倍率との関係を示す概念図である。
【図６】本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…センサチップ、１４…可動電極、１５…固定電極、１６…検出間隔、
３０…回路チップ、４０…接着剤、５０…パッケージ。
【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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