專利名稱：加速度傳感器裝置及傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測加速度的加速度傳感器裝置及具有多個傳感器的 傳感器裝置。
背景技術(shù)：
目前，在汽車上裝載的安全氣嚢系統(tǒng)等中使用了加速度傳感器。 此外，隨著近年來加速度傳感器的小型化和省電化，在移動電話等小 型信息終端上也裝栽了加速度傳感器。作為加速度傳感器的工作原理提出了各種各樣的方法，其中一種 為人們所知的是利用了壓電電阻效應(yīng)的壓電電阻型加速度傳感器。在 壓電電阻型加速度傳感器中，通過對硅基板進行蝕刻加工，形成由錘 部、支撐該錘部的梁部、和支撐梁部的框架構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體，在梁部形 成施加應(yīng)力時其電阻值產(chǎn)生變化的壓電電阻。加速度傳感器元件一體 地接合到由玻璃形成的基座的上面從而構(gòu)成加速度傳感器芯片。當(dāng)在 加速度傳感器芯片上施加加速度時，梁部由于錘部的慣性而彎曲，從 而壓電電阻的電阻值發(fā)生變化，因此可以獲取與加速度對應(yīng)的電信號。這樣的加速度傳感器芯片與硅相比熱膨脹系數(shù)差大，當(dāng)安裝在環(huán) 氧玻璃等材質(zhì)的基板上時，由于外部環(huán)境的溫度變化引起的熱膨脹或 者熱收縮將產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而加速度傳感器芯片將扭曲變形、輸出特 性劣化。專利文獻l中公開了將加速度傳感器芯片安裝在熱膨脹系數(shù) 與硅相近的陶資基板上的例子。專利文獻1:特開平10-12805號公報 發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的課題但是，如果將基板限定為熱膨脹系數(shù)與硅相近材質(zhì)的基板，則基板的選擇空間變小，可能無法選擇更便宜的基板。特別是近年來，提 出了將加速度傳感器、磁傳感器和溫度傳感器等多個傳感器一體化的 混合傳感器裝置，但存在的問題是，正因為加速度傳感器的原因，限 制了基板的種類從而妨礙了傳感器裝置的廉價化。本發(fā)明是鑒于這樣的狀況而做出，其目的在于提供一種能夠抑制 因熱膨脹或者熱收縮而使輸出特性劣化的加速度傳感器裝置及傳感器 裝置。解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明某一方式的加速度傳感器裝置包括基板和加速度傳感器芯片，加速度傳感器芯片包括具有根據(jù)所施加的 加速度而搖動的錘部的加速度傳感器元件、以及支撐加速度傳感器元 件的基座部，其中，在基座部和基板之間設(shè)有吸收兩者熱膨脹或者熱 收縮時產(chǎn)生的熱應(yīng)力的緩沖材料。根據(jù)上述方式，設(shè)置在基座部與基板間的緩沖材料吸收熱膨脹或 者熱收縮時所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。即使在加速度傳感器芯片的基座部與基 板的熱膨脹系數(shù)存在差異的情況下，緩沖材料也可以抑制加速度傳感 器芯片的扭曲變形從而抑制輸出特性的劣化，因此增大了基板的選擇 空間。緩沖材料的熱膨脹系數(shù)可以與基座部的熱膨脹系數(shù)大致相同。通 過使緩沖材料和基座部的熱膨脹系數(shù)大致相同，可以適當(dāng)?shù)匚諢釕?yīng) 力和防止輸出特性劣化?；鍨榄h(huán)氧玻璃，基座部可以用硅、或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的 玻璃形成，緩沖材料可以用硅、或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃形成。 即使在使用熱膨脹系數(shù)為硅的IO倍以上的環(huán)氧玻璃基板的情況下，由 于使用了硅或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃的緩沖材料吸收熱應(yīng)力， 從而可以防止輸出特性劣化。由于環(huán)氧玻璃基板比陶瓷基板的價格低， 所以可以降低加速度傳感器裝置的制造成本?；亢途彌_材料可以使用硅系粘結(jié)劑固定，緩沖材料和基板也可以使用硅系粘結(jié)劑固定。在此情況下，可以抑制因粘結(jié)劑的熱膨脹或者熱收縮引起的熱應(yīng)力的產(chǎn)生，能夠更適當(dāng)?shù)匾种戚敵鎏匦粤踊１景l(fā)明的另外的實施方式為傳感器裝置。該傳感器裝置包括上 述的加速度傳感器裝置、檢測磁場的磁傳感器和檢測壓力的壓力傳感 器。在此情況下，可以構(gòu)成使多個傳感器一體化的傳感器裝置。由于 提高了基板的選擇空間，可以選擇更低廉的基板，從而可以削減傳感 器裝置的制造成本。此外，上述構(gòu)成要素的任意組合、將本發(fā)明的表現(xiàn)方式在方法、 系統(tǒng)等之間變換的內(nèi)容作為本發(fā)明的方式也是有效的。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種降低因熱膨脹或者熱收縮引起的輸出 特性劣化的加速度傳感器裝置及傳感器裝置。


圖l是本發(fā)明的實施方式涉及的加速度傳感器裝置的剖視圖。 圖2是加速度傳感器芯片的立體圖。圖3 (a)是表示將多種傳感器封裝在一起的傳感器裝置的圖。 圖3 (b)是圖3 (a)所示傳感器裝置的B-B剖視圖。附圖標(biāo)記i兌明10加速度傳感器裝置，12基板，14蓋，15封裝，16加速 度傳感器元件，18基座部，20加速度傳感器芯片，26梁部，28錘 部，30框架，32焊盤，34導(dǎo)線，38焊球，40信號處理芯片， 42壓電電阻元件，44、 48、 64粘結(jié)劑，46緩沖材料，50磁傳感器 芯片，60壓力傳感器芯片，100混合傳感器裝置。
具體實施方式
圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的加速度傳感器裝置IO的剖視圖。 加速度傳感器裝置10為BGA ( Ball Grid Array:球狀柵極陣列)型的 加速度傳感器裝置。加速度傳感器裝置10例如用于安裝在移動電話等小型信息終端上通過檢測3軸方向的加速度來檢測小型信息終端的斜 率等的用途中。加速度傳感器裝置10如圖1所示，在由基板12和蓋14構(gòu)成的封 裝15中安裝有加速度傳感器芯片20和信號處理芯片40。在基板12的上面及基板內(nèi)部形成有圖中未示出的電路布線。在基 板12的下面形成有起到用于輸入輸出加速度信號或者電源電壓的外 部端子作用的多個焊球38?；?2可以是環(huán)氧玻璃基板。圖2是加速度傳感器芯片20的立體圖。圖l所示的加速度傳感器 芯片20是沿圖2的A-A線的剖面。加速度傳感器芯片20包括作為 檢測加速度的元件的加速度傳感器元件16、和支撐加速度傳感器元件 16的基座部18。加速度傳感器元件16以硅作為母材使用干蝕刻法形成由框架30、 梁部26和錘部28構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體，在梁部26上形成有壓電電阻元件 42。框架30為加速度傳感器芯片20的基體，呈四角形。梁部26從框 架30的4個內(nèi)側(cè)面分別向框架30的內(nèi)側(cè)方向延伸設(shè)置，并在框架30 開口部的中央附近交叉?？蚣?0的厚度為250nm的程度。如圖2所示，梁部26被形成以使其上面與框架30的上面處于同 一平面上。梁部26也可以被形成以使其上面與框架30的上面分離開。 也就是說，梁部26也可以從框架30內(nèi)側(cè)面的上面和下面之間的位置 延伸設(shè)置。梁部26的厚度被形成為薄壁以具有彈性，優(yōu)選地形成為5 jam程度。錘部28根據(jù)施加的加速度的大小而搖動從而使梁部26的彎曲量 變化。錘部28在4個梁部26的交叉部分從梁部26的下面向下延伸地 形成。錘部28為四角柱狀的塊體。壓電電阻元件42是將梁部26變形時的彎曲量變換為電信號的部 件。壓電電阻元件42形成于梁部26的表面，在梁部26應(yīng)力最集中的 位置上每軸分別配置有4個元件，3軸合計12個元件。各軸都以4個 元件構(gòu)成惠斯登電橋電路，與加速度成比例的信號將與應(yīng)力相應(yīng)的電 阻變化作為電壓變化來檢測。檢測到的加速度信號從焊盤32輸出。基座部18由硅、或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃形成。在此，硅 的熱膨脹系數(shù)為3xl(t"。c的程度，而熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃的熱 膨脹系數(shù)為2.5 4.5x1(tVc的程度。基座部18為四角形的平板，如 圖1所示，為了確保錘部28搖動的空間，基座部18上面的一部分被 挖去。基座部18在框架30的開口周緣部通過陽極接合與加速度傳感 器元件16接合?；?8的厚度為250 n m的程度。圖1所示的信號處理芯片40中集成有對從壓電電阻元件42的惠 斯登電橋電路在每軸方向上獲得的加速度信號進行運算處理的運算處 理電路等。而且，雖然在圖中省略了，但還可以包括用于貯存運算處 理所需數(shù)據(jù)的EEPROM等存儲元件芯片。加速度傳感器芯片20及信號處理芯片40安裝在基板12上，通過 導(dǎo)線34以及設(shè)于基板12的圖中未示出的布線進行電連接。加速度傳 感器芯片20及信號處理芯片40通過蓋14密封。如圖1所示，信號處理芯片40通過粘結(jié)劑64直接固定在基板12 上，而在加速度傳感器芯片20的基座部18與基板12之間設(shè)有吸收兩 者熱膨脹或者熱收縮時產(chǎn)生的熱應(yīng)力的緩沖材料46。緩沖材料46為 四角形的平板。緩沖材料46的上面形成為至少與基座部18的下面大 小相同，而且優(yōu)選地形成得比基座部18的下面大。緩沖材料46的厚 度為100nm的程度。基板12與緩沖材料46通過粘結(jié)劑44固定，緩 沖材料46與基座部18通過粘結(jié)劑48固定。在不設(shè)置緩沖材料46而將加速度傳感器芯片20的基座部18直接 固定在基板12上時，基板12及基座部18將因外部環(huán)境的變化而熱膨 脹或者熱收縮。例如在使用環(huán)氧玻璃基板作為基板12的情況下，由于 環(huán)氧玻璃的熱膨脹系數(shù)是50-70xl(TVc的程度，為硅的IO倍以上， 因此基板12和基座部18之間將產(chǎn)生熱應(yīng)力。在基座部18由于該熱應(yīng) 力而變形的情況下，由于與基座部18接合的加速度傳感器元件16的 梁部26將彎曲，壓電電阻元件42的電阻值將發(fā)生變化，因此導(dǎo)致加 速度傳感器裝置10的輸出特性劣化。在本實施方式涉及的加速度傳感器裝置10中，在基座部18與基 板12之間設(shè)置的緩沖材料46吸收熱應(yīng)力并抑制基座部18的變形。結(jié)果，由于能夠抑制梁部26的彎曲，能夠抑制壓電電阻元件42的電阻 值變化，因此能夠防止加速度傳感器裝置IO的輸出特性劣化。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了防止因熱應(yīng)力造成的輸出特性劣化，必須選 擇熱膨脹系數(shù)與加速度傳感器芯片20相近的基板。例如，在加速度傳 感器芯片20由硅和玻璃構(gòu)成的情況下，使用熱膨脹系數(shù)與硅相近的陶 瓷基板。根據(jù)本實施方式涉及的加速度傳感器裝置10，由于設(shè)置了緩 沖材料46,即使在加速度傳感器芯片20與基板12的熱膨脹系數(shù)存在 差異的情況下，也能夠抑制加速度傳感器芯片20的扭曲變形，因此基 板12的選擇空間增大。例如，由于環(huán)氧玻璃基板比陶瓷基板價格低， 因此可以降低加速度傳感器裝置10的制造成本。優(yōu)選地，緩沖材料46的熱膨脹系數(shù)與基座部18的熱膨脹系數(shù)大 致相同。例如，在使用硅或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃形成基座部 18的情況下，優(yōu)選地緩沖材料46也使用硅或者熱膨脹系數(shù)與硅相近 的玻璃形成。在緩沖材料46與基座部18之間熱膨脹系數(shù)存在差異的 情況下，由于緩沖材料46本身的熱膨脹或者熱收縮也可能使基座部 18產(chǎn)生變形。通過使緩沖材料46與基座部18的熱膨脹系數(shù)大致相同， 可以適當(dāng)?shù)匚諢釕?yīng)力，防止輸出特性的劣化。當(dāng)使用硅作為緩沖材 料46的情況下，可以通過將硅的鏡面狀晶片切成預(yù)定的形狀來制成緩 沖材料46。此外，優(yōu)選地，基座部18與緩沖材料46使用硅系粘結(jié)劑來固定、 緩沖材料46與基板12使用硅系粘結(jié)劑來固定。例如，在使用環(huán)氧系 粘結(jié)劑作為粘結(jié)劑44、 48的情況下，由于粘結(jié)劑的熱膨脹或者熱收縮 的影響，可能會使加速度傳感器裝置IO的輸出特性劣化。而使用硅系 粘結(jié)劑，能夠抑制因粘結(jié)劑的影響造成的輸出特性的劣化。另外，由 于信號處理芯片40不具有機械變動的部分，因此無須設(shè)置緩沖材料， 而且，不限制粘結(jié)劑64的種類。圖3 (a)是表示將多種傳感器封裝在一起的混合傳感器裝置100 的圖。圖3(b)是圖3(a)所示的混合傳感器裝置100的B-B剖視 圖?；旌蟼鞲衅餮b置100包括加速度傳感器芯片20、檢測地磁場的 ^f茲傳感器芯片50、 ^r測壓力的壓力傳感器芯片60、以及對這些傳感器輸出的信號進行處理的信號處理芯片40?；旌蟼鞲衅餮b置100的各傳感器能夠協(xié)同地進行感測，例如搭載 在小型信息終端上，可以使用加速度傳感器芯片20測量的傾斜角通過 信號處理芯片40對磁性傳感器芯片50測量的方位角進行修正等。在 混合傳感器裝置100中，由于將多個傳感器封裝在一起，因而能夠?qū)?現(xiàn)小型的混合傳感器裝置100。此外，在圖3 (a)、 (b)中省略了電連 接各芯片的導(dǎo)線。即使在混合傳感器裝置100中，為了抑制因外部環(huán)境的溫度變化 引起的輸出特性的劣化，在基板12與加速度傳感器芯片20之間也設(shè) 置了緩沖材料46。另一方面，由于信號處理芯片40、磁傳感器芯片 50等不具有機械變動的部分，因此可以通過粘結(jié)劑直接固定到基板12 上。以往，在包括加速度傳感器裝置的傳感器裝置中，為了防止加速 度傳感器裝置的輸出特性劣化，使用熱膨脹系數(shù)與硅相近例如陶資等 材質(zhì)的基板作為傳感器裝置整體的基板，基板的選擇空間小。在圖3 (a)、 (b)所示的混合傳感器裝置100中，由于緩沖材料 46吸收了基板12與加速度傳感器芯片20的基座部之間產(chǎn)生的熱應(yīng) 力，因此基板12的選擇空間變大，即使是熱膨脹系數(shù)比硅大的環(huán)氧玻 璃等材質(zhì)的基板，也可以使用。如上所述，由于環(huán)氧玻璃基板比陶瓷 基板的價格低，因此，可以降低混合傳感器裝置IOO的制造成本。以上，通過具體實施方式
對本發(fā)明進行了說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)該理解，實施方式僅為示例，這些各構(gòu)成元素、各處理過程的組 合有各種各樣的變形實施例，這些變形實施例也包含在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。產(chǎn)業(yè)上的利用可行性本發(fā)明可以適用于與加速度傳感器裝置以及傳感器裝置有關(guān)的領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器裝置，包括基板；以及加速度傳感器芯片，其包括具有根據(jù)所施加的加速度而搖動的錘部的加速度傳感器元件、以及支撐所述加速度傳感器元件的基座部，其特征在于，在所述基座部和基板之間設(shè)置有吸收兩者熱膨脹或者熱收縮時產(chǎn)生的熱應(yīng)力的緩沖材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度傳感器裝置，其特征在于，所述 緩沖材料的熱膨脹系數(shù)與所述基座部的熱膨脹系數(shù)大致相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器裝置，其特征在于， 所述基板為環(huán)氧玻璃基板，所述基座部用硅或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃形成， 所述緩沖材料用硅或者熱膨脹系數(shù)與硅相近的玻璃形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的加速度傳感器裝置，其特征在于，所述 基座部與所述緩沖材料使用硅系粘結(jié)劑固定，所述緩沖材料與所述基 板使用硅系粘結(jié)劑固定。
5. —種傳感器裝置，其特征在于，包括 權(quán)利要求1至4的任一項所述的加速度傳感器裝置； 檢測》茲場的》茲傳感器；以及 檢測壓力的壓力傳感器。
全文摘要
加速度傳感器裝置(10)是在基板(12)上安裝有加速度傳感器芯片的裝置，所述加速度傳感器芯片包括具有根據(jù)所施加的加速度而搖動的錘部(28)的加速度傳感器元件(16)、以及支撐加速度傳感器元件(16)的基座部(18)。在基座部(18)和基板(12)之間設(shè)有吸收兩者熱膨脹或者熱收縮時產(chǎn)生的熱應(yīng)力的緩沖材料(46)。
文檔編號G01P15/08GK101253411SQ20058005133
公開日2008年8月27日 申請日期2005年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日
發(fā)明者田村泰弘 申請人:C&N株式會社