[发明专利]加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及汽车、飞机、便携终端设备、玩具等所使用的加速度 检测用的半导体加速度传感器。

背景技术

加速度传感器多用于安全气囊工作用，将汽车碰撞时的冲击作为 加速度来处理。在汽车中，具有测定X轴方向和/或Y轴方向的加速 度的单轴或双轴功能就足够了。另外，由于测定的加速度非常大，因 此检测加速度的加速度传感器元件也得制作成牢固的元件。最近，便 携终端设备、机器人等也多使用，为了检测空间动作，需求一种测定 X、Y、Z轴方向的加速度的三轴加速度传感器。另外，为了检测微小 加速度，需求一种高分解能、小型的加速度传感器。

加速度传感器用将挠性梁的动作转换为电信号的方法，与压阻型 和静电容量型、压电型大不相同，考虑传感器输出的大小或响应频率 特性、耐电磁噪音、输出的直线性、静止加速度的检测、温度特性等 来选择。从小型且高灵敏度的需求出发，需要微细加工，因此在硅基 板上利用光刻技术来形成，用半导体技术在硅中掺入杂质形成压阻的 半导体压阻元件型三轴加速度传感器正在被实用化。

关于半导体压阻元件型三轴加速度传感器，申请人正在大范围内 进行多个专利申请。在专利文献1至专利文献6中，明示有重锤的形 状、梁的形状、半导体压阻元件的配置、半导体压阻元件的连接、梁 和支承框的接合部的形状等。图15用分解立体图来表示三轴加速度传 感器，图16A表示沿图15的XVI A-XVI A线的剖面图，另外，图16B 用平面图来表示该三轴加速度传感器中使用的加速度传感器元件。在 三轴加速度传感器200中，在箱190内，加速度传感器元件100和限 制板180用树脂等粘着材料54以规定间隔进行粘着。加速度传感器元 件100的芯片端子104用引线58连接于箱端子192，传感器的信号从 外部端子194取出。在箱190上，箱盖195用例如AuSn软钎料等粘 着材料55进行粘着密封。三轴加速度传感器元件100由方形的支承框 10、重锤20及两对梁30构成，重锤20用两对梁30保持在支承框10 的中央。在梁30上形成有半导体压阻元件31x、31y、31z。在一对梁 上设有X轴半导体压阻元件31x和Z轴半导体压阻元件31z，在另一 对梁上设有Y轴半导体压阻元件31y。在一对梁的4个端部配有半导 体压阻元件，由这些元件构成电桥电路，因此能够消除温度变化等造 成的半导体压阻元件的均一的电阻变化，另外，通过改变电桥电路的 连接方式，能够分开检测X轴、Y轴和Z轴的加速度。在图16A中， 重锤20的下面和箱190的内底面的间隔g4、和重锤20的上面和限制 板180的间隔g3在冲击等过度的加速度施加于传感器时，限制重锤 20的动作，防止梁30损坏。本发明的半导体压阻元件型三轴加速度 传感器的基本结构与这些专利文献中所记述的结构相同，因此在不需 特别说明的限度内省略详细说明。以下，有时将半导体压阻元件型三 轴加速度传感器及元件只称为加速度传感器或加速度传感器元件。另 外，有时也按同义语来使用加速度传感器和加速度传感器元件。

在上述加速度传感器元件的制作中，需要高精度地加工梁的厚度， 因此通常使用用在较厚的硅层的表面上经由氧化硅膜层而层叠有较薄 的硅层的SOI(Siiicon on Insulator，绝缘体上硅)晶片。可以制作成 如下结构：将氧化硅膜层作为蚀刻停止层来使用，在较薄的硅层上加 工成梁等的形状后，在较厚的硅层上加工槽，将支承框和重锤分开， 通过由较薄的硅层构成的梁，将重锤支承于支承框。

在半导体压阻元件型三轴加速度传感器中，在重锤上设有切口部 分，将梁与该切口部分连接，由此能够兼得小型化和高灵敏度两者。 关于这种结构的加速度传感器，例如，在专利文献7至专利文献10 中有所记载。图17用立体图表示其代表结构。在加速度传感器元件 100′中，在重锤20′的连接有梁30′的部分设有切口22，在切口22的 内侧且在重锤20′上连接有梁30。因此，即使支承框10的内部全部形 成重锤20′，也只能将梁30加长切口22的长度的量，即使以较小的面 积也能够得到灵敏度高的传感器。

专利文献1：(日本)特开2003-172745号公报

专利文献2：(日本)特开2003-279592号公报

专利文献3：(日本)特开2004-184373号公报

专利文献4：(日本)特开2006-098323号公报