专利名称：加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及加速度传感器，更具体地，涉及一种改善了抗冲击性的半导体加速度传感器。
背景技术：
为了实现例如移动的物体(如汽车、轮船)以及机器人、机械制造装置或由用户控制和使用的移动装置如笔记本个人电脑、便携电话、PDA(个人数字助理)、DVC(数码摄像机)、DSC(数码照相机)中的各种控制，与控制目标相一致地检测作用在对象体(target body)的整体或局部上的压力是必须的。通过感测基于作用在对象整体或局部上的加速度的应力，可以感测加速度。
已开发出了多种用于检测该压力或加速度的常规装置，其中的一种装置是已知的，在该装置内部，在半导体基板上形成计量电阻(gaugeresistor)，作为检测元件，其利用压阻效应，将外部提供的作用于其上的力产生的机械应变(mechanical strain)转换为电信号(参见inventionsociety于2003年9月发行的《invention》期刊第52页至63页的“development of three-weight sensor”)。
另外，在invention society于2003年9月发行的《invention》期刊第52页至63页的“development of three-weight sensor”中还解释了这样的事实可以使用与应变对应的静电电容的变化代替计量电阻的压阻效应。
具体地，在invention society于2003年9月发行的《invention》期刊第52页至63页的“development of three-weight sensor”中所描述的发明的特征是这样的事实可以利用一种装置，借助于在半导体基板上形成的用于多个轴向的压力传感器来组成多种类型的传感器(也就是，四种类型的传感器)，即，三轴压力传感器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器和六轴运动传感器。
针对与采用invention society于2003年9月发行的《invention》期刊第52页至63页的“development of three-weight sensor”中所说明的原理的半导体加速度传感器相关的多种问题中的各个问题，已经已经提出许多建议。这些不同问题中的一个是由于使用加速度传感器的环境(取决于加速度传感器被用于哪种装置)，其有时会被施加大量的无法预料的冲击。在这种情况下，存在重物位移非常大、计量电阻因此被损坏的风险。
为了消除这种不便，已经提出了一种结构，在该结构中提供了限制重物位移的制动器(日本专利申请特开第2000-304762号)。
此处，如invention society于2003年9月发行的《invention》期刊第52页至63页的“development of three-weight sensor”和日本专利公报H8-7228中所指出的，已知一种加速度传感器，其具有这样的结构，在该结构中，重物和支撑部分之间的关系是相反的，即，在该结构中，支撑部分被放置在加速度传感器的中心，而利用支撑部分周围的梁部分来悬挂重物。为了方便，在下面的描述中，将具有这种结构的加速度传感器称为伞型加速度传感器。
在invention society于2003年9月发行的《invention》期刊第52页至63页的“development of three-weight sensor”、日本专利申请特开第2000-304762号和日本专利公报H8-7228中说明了具有伞型加速度传感器结构(其中这种支座被放置在中心)的加速度传感器。然而，没有提出将日本专利申请特开第2000-304762号中示出的限制加速度传感器的冲击的结构应用于伞型加速度传感器。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种使支撑部分被放置在中心的加速度传感器(即伞型加速度传感器)具有较好抗冲击性的结构，从而即使在安装了该加速度传感器的产品跌落或受到了强烈的冲击，也不会损坏该加速度传感器。
根据本发明的目的的第一方面的加速度传感器包括支撑部分，其下端固定到基板上；梁部分，在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号，梁部分的一端与支撑部分的顶部相连接；被悬起的重物，其与所述梁部分的另一端相连接；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到围绕支撑部分上端面的焊盘的区域，并利用该制动器基板限制重物向上过度摆动。
根据本发明的目的的第二方面的加速度传感器包括支撑部分，其下端固定到基板上，其上端面包括焊盘；四个梁部分，其各自的一端在与中心的支撑部分相垂直的方向上与该支撑部分的上端部相连接，并在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号；被悬起的重物，其与该四个梁部分的另一端相连接；支撑部分的延伸部分，其布置在四个梁部分中的两个相邻的梁部分之间；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到支撑部分的延伸部分，制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
根据本发明目的的第三方面的加速度传感器包括支撑部分，其下端固定到基板上，其上端面包括焊盘；四个梁部分，其各自的一端在与中心的支撑部分相垂直的方向上与该支撑部分的上端部相连接，并在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号；被悬起的重物，其与该四个梁部分的另一端相连接；支撑部分的延伸，其布置在四个梁部分中的两个相邻的梁部分之间；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分的延伸上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到支撑部分的上端面，制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
根据本发明目的的第四方面的加速度传感器包括支撑部分，其下端固定到基板上；梁部分，在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号，梁部分的一端与支撑部分的顶部相连接；被悬起的重物，其与所述梁部分的另一端相连接；制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，和框架部分，其围绕所述重物，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到所述框架部分的上端面，所述制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
根据本发明目的的第五方面的加速度传感器是根据第一到第三方面中任何一项的加速度传感器，其中利用半导体基板一体地形成所述支撑部分、梁部分和重物。
根据本发明目的的第六方面的加速度传感器是根据第四方面的加速度传感器，其中利用半导体基板一体地形成所述支撑部分、梁部分和重物，利用连接部分将重物和框架连接在一起，并通过在安装到封装中之后，切掉连接部分，而使框架部分与重物分离。
根据本发明目的的第七方面的加速度传感器是根据第二方面的加速度传感器，还包括在支撑部分的延伸部分和形成在支撑部分上端面上的焊盘之间形成的凹槽。
根据本发明目的的第八方面的加速度传感器是根据第一到第七方面的加速度传感器，其中，重物和制动器基板之间的间隙是2～12um。
通过以下参照
的本发明的实施例，本发明的特征将变得更清楚。
根据本发明的特征，可以提供一种加速度传感器，可以低成本地提高抗冲击性，并表现出了高的连接可靠性。
图1示出了伞型加速度传感器芯片；图2示出了本发明的第一实施例的结构；
图3示出了本发明的第二实施例的结构；图4示出了本发明的第三实施例的结构；图5示出了本发明的第四实施例的结构；图6示出了在图5的实施例中的加速度传感器芯片2和框架19的制作工艺的构成；图7是图3所示的实施例的变型例；和图8示出了各实施例通用的加速度传感器的上制动器基板15和重物11之间的间隙G。
具体实施例方式
以下将参照附图描述本发明的各实施例。
图1示出了伞型加速度传感器芯片。
图1A是截面图，图1B是俯视图。更进一步说，图1A的截面图是沿图1B中A-B线的截面图。
在图1中，加速度传感器芯片包括支撑部分10，其被固定在基板16的中心；和重物11，其被布置在支撑部分10的周围。
梁部分(检测梁)12的一端与支撑部分10的顶部相连接，重物11悬起地与其另一端相连接。梁部分12是柔性的，在被施加了压力或加速度时，梁部分12会产生应变。通过显微机械加工技术，利用半导体基板一体地形成支撑部分10、重物11和梁部分12。
检测元件13形成在梁部分12的顶部，其与作用在重物11上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号。
在此处，基板16起到了阻止重物11向下运动的制动器的作用。
在图1B的俯视图中，在支撑部分10的上端面上提供了多个连接焊盘14。连接焊盘14通过导线(未示出)与检测元件13电连接。连接焊盘14通过金属线5或类似的材料连接到形成在封装侧的外部引出端子(未示出)。
在图1示出的加速度传感器芯片的情况下，重物11的向下运动被基板16所限制，但重物11的向上运动是不受限制的。因而，当加速度传感器被施加了剧烈的冲击时，如前面所描述的，梁部分12有被损坏的风险。
因而，本发明提出了解决此问题的结构。
图2示出了本发明的加速度传感器的第一实施例的结构。在图2中，图2A是第一实施例的截面图；图2B是去掉了上制动器基板15(图2C)的俯视图，在图中示出了封闭在封装中的加速度传感器芯片(图2A中虚线部分2包围的部分)；图2D是上制动器基板15被盖上时的俯视图。而且，图2A是沿图2B中的虚线A-B的截面图。
在图2A中，用陶瓷材料以多层(在此实施例中有三层)形成封装。
加速度传感器芯片2被封闭在封装中，加速度传感器芯片2包括被固定到基板16中心的支撑部分10和布置在支撑部分10周围的重物11。梁部分(检测梁)12的一端与支撑部分10的顶部相连接，重物11悬起连接到其另一端。通过显微机械加工技术，利用半导体基板一体地形成支撑部分10、重物11和梁部分12。
检测元件13形成在梁部分12的顶部，与作用在重物11上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号。
在此处，基板16起到了阻止重物11向下运动的制动器的作用。还利用粘合剂17将基板16固定到封装的内底面上。
在图2B的俯视图中，在支撑部分10的上端面上提供了多个连接焊盘14。连接焊盘14通过导线(未示出)与检测元件13电连接。
另外，连接焊盘14通过金属线5或类似的材料连接到形成在封装侧的外部引出线端子4(未示出)。
外部引出线端子4还与电极端子18相连接，电极端子18通过沿封装壁形成的导电薄膜形成在封装底面上。当在电路基板上安装加速度传感器时，电极端子18被焊接到该基板所要求的电路部分上。
此处，本发明的特征是还包括上制动器基板15，其起到了阻止重物11的向上运动的制动器的作用。利用形成在该多个连接焊盘14周围的粘合剂15b，将上制动器基板15连接到支撑部分10的上端面。
图2C是起到了阻止重物11向上的过度摆动的制动器作用的上制动器基板15的平面图。上制动器基板15包括在其中心的窗孔部分15a。因而，连接线5能够经过上制动器基板15的窗孔部分15a连接连接焊盘14和外部引出线端子4。
图3示出了本发明的第二实施例的结构。在图3中，图3A是第二实施例的截面图；图3B是去掉了上制动器基板15(图2C)的俯视图，在图中示出了封闭在封装中的加速度传感器芯片(图2A中虚线部分2包围的部分)；图3D是上制动器基板15被盖上时的俯视图。而且，图3A是沿图3B中的虚线A-B的截面图。
在图3A中，与图2中的例子类似，利用陶瓷材料三层地形成封装。
加速度传感器芯片2被封闭在封装中，加速度传感器芯片2包括被固定到基板16中心的支撑部分10和排列在支撑部分10周围的重物11。梁部分(检测梁)12的一端与支撑部分10的顶部相连接，重物11悬起连接到其另一端。通过显微机械加工技术，利用半导体基板一体地形成支撑部分10、重物11和梁部分12。
检测元件13形成在梁部分12的顶部，与作用在重物11上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号。
基板16起到了阻止重物11向下运动的制动器的作用。还利用粘合剂17将基板16固定到封装空间的内底面上。
在图3B的俯视图中，在支撑部分10的上端面上提供了多个连接焊盘14。连接焊盘14通过导线(未示出)与检测元件13电连接。
连接焊盘14通过金属线5或类似的材料连接到形成在封装侧上的外部引出线端子4。
外部引出线端子4也被连接到电极端子18，电极端子18利用沿封装壁形成的导电薄膜形成在封装底面。当在电路基板上安装加速度传感器时，电极端子18被连接在基板所要求的电路部分上。
此处，也适合第二实施例，本发明的特征是还包括上制动器基板15，其起到了阻止重物11向上运动制动器的作用。在第二实施例中，重物11形成具有四个侧面的基本上为正方形的框架形，四个侧面的各个侧面的中央连接到梁部分(检测梁)12的另一端从而连接到中间的支撑部分10。另外，与图2中的第一实施例相比较，在第三实施例的情况下，中间的支撑部分10包括支撑部分的延伸部分11a到11d，其在与梁部分(检测梁)12成夹角的倾斜方向延伸。
此外，该实施例的特征是上制动器基板15通过粘合剂15b连接到支撑部分10的延伸部分11a到11d。图3C图是用作阻止重物11向上运动的制动器的上制动器基板15的平面图。与第一实施例相似，上制动器基板15包括在其中心的窗孔部分15a。因而，连接线5能够通过上制动器基板15的窗孔部分15a连接连接焊盘14和外部引出线端子4。
与第一实施例比较，图3中示出的第二实施例有如下结构上制动基板15在与该多个连接焊盘14隔开的四个点连接，由此加强了连接强度，并能防止粘合剂15b向连接焊盘14流动，因而能防止电连接的损坏。
图4示出了本发明的第三实施例的结构。在图4中，图4A是第三实施例的截面图；图4B是去掉了上制动器基板15(图4C)的俯视图，在图中示出了封闭在封装中的加速度传感器芯片(图4A中虚线2包围的部分)；图4D是上制动器基板15被盖上时的俯视图。此外，图4A是沿图4B中的虚线A-B的截面图。
在图4A中，与前面图2和图3中的实施例类似，利用陶瓷材料三层地形成封装。
加速度传感器芯片2被封闭在封装中，加速度传感器芯片2包括被固定在基板16的中心的支撑部分10和排列在支撑部分10周围的重物11。梁部分(检测梁)12的一端连接到支撑部分10的顶部，重物11被悬起连接到其另一端。利用显微机械加工技术，通过半导体基板一体地形成支撑部分10、重物11和梁部分12。
检测元件13形成在梁部分12的顶部，其与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号。
基板16起到了阻止重物11向下过度摆动的制动器的作用。还利用粘合剂17将基板16固定到封装的内底面上。
此处，也适合第三实施例，与上面的实施例类似，本发明的特征是还包括上制动器基板15，其起到了阻止重物11向上运动的制动器的作用。类似于图3的第二实施例，重物11形成具有四个侧面的基本上为正方形的框架形，四个侧面的各个侧面的中央连接到梁部分(检测梁)12的另一端从而连接到中间的支撑部分10。另外，中间的支撑部分10包括支撑部分的延伸部分11a到11d，其在与梁部分(检测梁)12成夹角的倾斜方向延伸。
第三实施例与图3所示的第二实施例的不同在于该多个连接焊盘14的位置。即，在图4所示的实施例中，该多个连接焊盘14排列在延伸的支撑部分的延伸部分11a到11d上。因而，上制动器基板15包括四个窗孔部分15a，用于将引出线(如金属线5)连接到分别与四个延伸部分11a到11d相对应的连接焊盘14。
此外，利用在支撑部分10的上端形成的粘合剂15b，将上制动器基板15连接到支撑部分10。
在第三实施例中，连接焊盘14处于与中心隔开的位置，因而，用于连接外部引出线端子4的引出线(如金属线5)的长度可以被做得比第一和第二实施例中的短，由此能提高可靠性。
图5还示出了本发明的第四实施例。在图5中，图5A是第四实施例的截面图；图5B是去掉了上制动器基板15(图5C)的俯视图，在图中示出了封闭在封装中的加速度传感器芯片(图5A中虚线2包围的部分)；图5D是上制动器基板15被盖上时的俯视图。此外，图5A是沿图5B中的虚线A-B的截面图。
该实施例有如下结构在其中，提供了独立于加速度传感器芯片2的用于支撑上制动器基板15的框架19。如图5C所示，上制动器基板15包括窗孔部分15a，与其它实施例一样，用于连接连接焊盘14和外部引出端子4的引出线(如金属线5)穿过窗口部分15a。
在本实施例中，窗口部分15a形成为正方形，当也可以形成为其他的形状，例如圆形。此外，类似于第二和第三实施例，在图5中，在支撑部分10的端面上形成多个焊盘14。然而，连接焊盘14也可根据第四实施例形成在四个延伸部分11a到11d中的各个延伸部分上。
图6示出了在图5的实施例中的加速度传感器芯片2和框架19的制作工序的构成。利用显微机械加工技术切割半导体基板，能够制造加速度传感器芯片2和框架19。因此，机械加工完成，留下连接框架19和加速度传感器芯片2部分的部分20a到20d。
其后，框架19被提供了这样的结构，通过焊接(bonding)将框架19固定到上制动器基板15或基板16上，然后利用激光从加速度传感器芯片体上切割框架19而制成该结构。因此，可以集总地模制焊接(die-bonding)封装1的外部引出线端子4和传感器芯片的焊盘14，并且可以提供易制造的抗冲击性较好的传感器。
图7是图3所示实施例的变型例。该变型例的特征是在粘合剂15b和连接焊盘14之间形成凹槽21。粘合剂15b形成在四个延伸部分11a到11d上，用于固定上制动器基板15。形成这些凹槽21的结果是避免了粘合剂15b流到连接焊盘14的部分的风险。因而，能提供抗冲击性较好、电连接可靠性高的加速度传感器。
图8示出了各个实施例中通用的加速度传感器的上制动器基板15和重物11之间的间隙G。通过利用粘合剂15b或插入间隔体(spacer)制作大约2到12微米的间隙G，可以限制重物11的向上运动。因此，可以提高抗冲击性的可靠性。
本发明可以借助简单的结构提供具有较好抗冲击性的加速度传感器。因而，通过安装根据本发明的加速度传感器，可以提供高可靠性的电设备。
权利要求
1.一种加速度传感器，包括支撑部分，其下端固定到基板上；梁部分，在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号，梁部分的一端与支撑部分的顶部相连接；被悬起的重物，其与所述梁部分的另一端相连接；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到围绕支撑部分上端面的焊盘的区域，并利用该制动器基板限制重物向上的过度摆动。
2.一种加速度传感器，包括支撑部分，其下端固定到基板上，其上端面包括焊盘；四个梁部分，其各自的一端在与中心的支撑部分相垂直的方向上与该支撑部分的上端部相连接，并在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号；被悬起的重物，其与该四个梁部分的另一端相连接；支撑部分的延伸部分，其布置在四个梁部分中的两个相邻的梁部分之间；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到支撑部分的延伸部分，制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
3.一种加速度传感器，包括支撑部分，其下端固定到基板上；四个梁部分，其各自的一端在与中心的支撑部分相垂直的方向上与该支撑部分的上端部相连接，并在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号；被悬起的重物，其与该四个梁部分的另一端相连接；支撑部分的延伸部分，其布置在四个梁部分中的两个相邻的梁部分之间；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分的延伸上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到支撑部分的上端面，制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
4.一种加速度传感器，包括支撑部分，其下端固定到基板上；梁部分，在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号，梁部分的一端与支撑部分的顶部相连接；被悬起的重物，其与所述梁部分的另一端相连接；制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分，和框架部分，其围绕所述重物，其中，利用粘合剂将制动器基板固定到所述框架部分的上端面，所述制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
5.根据权利要求1到3任一项所述的加速度传感器，其中，利用半导体基板一体地形成所述支撑部分、梁部分和重物。
6.根据权利要求4所述的加速度传感器，其中，利用半导体基板一体地形成所述支撑部分、梁部分和重物，利用连接部分将重物和框架连接在一起，并通过在安装到封装中之后，切掉连接部分，而使框架部分与重物分离。
7.根据权利要求2所述的加速度传感器，还包括在支撑部分的延伸和形成在支撑部分上端面上的焊盘之间的凹槽。
8.根据权利要求1到7任一项所述的加速度传感器，其中，重物和制动器基板之间的间隙是2～12μm。
全文摘要
加速度传感器。具有较好抗冲击性的结构被提出用于伞型加速度传感器。该加速度传感器，包括支撑部分，其下端固定到基板上；梁部分，在其上形成检测元件，检测元件与作用在检测元件上的加速度导致的应变相一致地将变化施加到输出信号，梁部分的一端与支撑部分的顶部相连接；被悬起的重物，其与所述梁部分的另一端相连接；和制动器基板，其带有窗孔部分，为了引导检测元件的输出信号通过形成在支撑部分上端面上的焊盘，与焊盘连接的导线经过该窗孔部分。该制动器基板限制了重物向上的过度摆动。
文档编号G01P15/02GK1790029SQ200510102738
公开日2006年6月21日 申请日期2005年9月9日 优先权日2004年12月16日
发明者小野正明, 石川宽, 田中浩, 山田澄夫 申请人:富士通媒体部品株式会社, 富士通株式会社