CN102445197B - 传感器装置、运动传感器、以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种传感器装置、运动传感器、以及电子设备,其防止了由于在传感器元件的调频时所使用的激光而导致的应力缓和层的熔融,并具有稳定的电特性。传感器装置(1)的特征在于,具有:第1电极(11),其被设置在硅基板(10)的有源面(10a)侧;外部连接端子(12),其与第1电极电连接;应力缓和层(15),其被设置在硅基板与外部连接端子之间;连接用端子(13),其被设置在硅基板的有源面侧;振动陀螺元件(20),其具有作为质量调节部的锤部(26a、26b、27a、27b、28a、28b),其中,振动陀螺元件通过连接电极与外部连接端子之间的连接而被保持在硅基板上,所述传感器装置具有被形成在应力缓和层与质量调节部在俯视观察时相重合的部分之间的熔融保护层(42)。

Description

传感器装置、运动传感器、以及电子设备
技术领域
本发明涉及一种传感器装置、使用了传感器装置的运动传感器以及使用了这些装置的电子设备。
背景技术
目前,在对加速度或角速度等进行检测的传感器装置中,已知一种使用了具有传感器元件以及电路元件的传感器装置,其中,所述电路元件具有对该传感器元件进行驱动的功能。
作为该传感器装置,公开了一种传感器装置被收纳于封装件内的角速度传感器(陀螺传感器),其中,所述传感器装置具有作为传感器元件的陀螺振动片以及作为电路元件的半导体装置(以下,称为半导体基板)(例如,参照专利文献1)。
在该结构中,半导体基板被固定于支承基板上,并与被形成在支承基板上的引线布线部电连接。并且,传感器元件(陀螺传感器元件)通过与被固定在配置于传感器元件与半导体基板之间的聚酰亚胺薄膜上的内侧引线部相连接,从而被配置成,与半导体基板之间保持空隙并在俯视观察时与该半导体基板重合。并且,内侧引线部在被固定在聚酰亚胺薄膜上的同时,被固定在支承基板上。
并且,传感器元件利用激光等,实施用于将被形成于传感器元件的主面(表面与背面)上的锤层去除的调频(频率调节:也称为F调节),从而具有高精度的功能(例如,参照专利文献1、专利文献2)。
然而,在所述的传感器装置的结构中,在传感器元件的调频时所使用的激光,有时会在除去锤层的同时透过传感器元件,而到达与传感器元件对置的聚酰亚胺薄膜。当激光到达聚酰亚胺薄膜时,将存在如下课题,即,聚酰亚胺薄膜中照射有激光的部分将会熔融,且熔融后的聚酰亚胺薄膜的一部分会激烈沸腾而附着在传感器元件的主面上。并且,所附着的聚酰亚胺薄膜的熔融颗粒具有使调频产生误差等而使传感器元件的电特性劣化的可能。
在先技术文献
专利文献1:日本特开2007-281341号公报(图1)
专利文献2:日本特开2008-151633号公报(图10)
发明内容
本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而实施的,其可以作为以下方式或者应用例而实现。
应用例1
本应用例所涉及的传感器装置的特征在于,具有:半导体基板;第1电极,其被设置在所述半导体基板的有源面侧;外部连接端子,其与所述第1电极电连接,并被设置在所述有源面侧;应力缓和层,其被设置在所述半导体基板与所述外部连接端子之间;连接用端子,其被设置在所述半导体基板的所述有源面侧;传感器元件,其具有:基部;从该基部延伸的振动部以及连接部;被形成于所述振动部上的质量调节部,其中,所述传感器元件通过所述连接部以及所述外部连接端子之间的连接,从而被保持在所述半导体基板上,并且,所述传感器装置具有熔融保护层,该熔融保护层被形成在所述应力缓和层与所述质量调节部在俯视观察时相重合的部分之间。
根据本应用例,由于在应力缓和层和质量调节部俯视观察时相重合的部分之间形成有熔融保护层,因此在对传感器元件的质量调节部进行调节时,透过传感器元件的激光将被熔融保护层遮挡而不会到达应力缓和层。因此,不会产生应力缓和层的熔融,从而能够防止应力缓和层的熔融物附着在传感器元件的主面上的情况。由此,能够防止由于所附着的聚酰亚胺薄膜的熔融颗粒而产生的调频误差等所导致的传感器元件的电特性的劣化,从而能够提供电特性稳定的传感器装置。
并且,通过设置熔融保护层,能够缩小传感器元件与应力缓和层之间的间隔,从而能够提供薄型的传感器装置。
应用例2
上述应用例所述的传感器装置的特征在于,所述第1电极与所述外部连接端子之间的电连接是通过设置在所述有源面侧的再配置布线而实现的。
根据本应用例,传感器装置能够通过再配置布线而自由(任意)地设计外部连接端子的位置及其排列。
应用例3
上述应用例所述的传感器装置的特征在于,所述外部连接端子为突起电极。
根据本应用例,由于传感器装置的外部连接端子为突起电极,因此能够在传感器元件与半导体基板之间设置间隙,从而能够避免传感器元件与半导体基板之间的接触。由此,传感器装置能够进行对传感器元件的稳定的驱动。
应用例4
上述应用例所述的传感器装置的特征在于,所述熔融保护层被形成于所述应力缓和层的所述传感器元件侧的外表面上。
根据本应用例,能够与再配置布线的形成同时进行熔融保护层的形成,从而能够在不增加形成工序的条件下较容易地形成熔融保护层。
应用例5
上述应用例所述的传感器装置的特征在于,所述熔融保护层为金属层,且被连接于接地电位(GND)。
根据本应用例,由于能够通过连接于接地(GND)电位的熔融保护层来屏蔽向电源传播的杂波,因而能够进行稳定的电源电位的供给。
应用例6
上述应用例所述的传感器装置的特征在于,所述半导体基板的有源面被所述熔融保护层覆盖。
根据本应用例,由于能够通过连接于接地(GND)电位的熔融保护层来屏蔽向形成于半导体基板的有源区域内的布线等传播的杂波,从而能够防止杂波对半导体基板的电特性的影响。并且,由于透过传感器元件的激光被熔融保护层遮挡而不会到达有源面,因此能够防止形成在有源区域内的布线等被激光损坏的情况。
应用例7
上述应用例中所述的传感器装置的特征在于,所述应力缓和层以及所述再配置布线形成有多个。
根据本应用例,由于将应力缓和层以及再配置布线设定为多个(多层结构),因此能够提高再配置布线的布线引导的自由度,从而扩大能够形成熔融保护层的范围。换而言之,能够提高熔融保护层的形成图案的自由度。
应用例8
本应用例所述的运动传感器的特征在于,具有:上述应用例中的任一例所述的传感器装置;用于收纳所述传感器装置的封装件,其中,所述传感器装置被收纳于所述封装件内。
根据本应用例所述的运动传感器,能够提供具有实现上述应用例所述的效果的传感器装置的运动传感器。并且,由于运动传感器使用被薄型化的传感器装置,因此能够实现薄型化。
应用例9
本应用例所述的运动传感器的特征在于,具有:多个所述应用例中的任一例所述的传感器装置;用于收纳多个所述传感器装置的封装件,其中,多个所述传感器装置以各个所述传感器元件的主面彼此所成的角度为大致直角的方式,被配置并收纳于所述封装件内。
根据本应用例所述的运动传感器,能够提供具有多个实现上述应用例所述效果的传感器装置的运动传感器。
并且,由于该运动传感器以各个传感器装置的各个传感器元件的主面彼此所成的角度为大致直角的方式,被设置并收纳于封装件内,因此仅由一个运动传感器便能够实现对多个轴的检测。
应用例10
上述应用例中所述的运动传感器的特征在于,至少一个所述传感器元件的主面与被连接在所述封装件的外部部件上的被连接面大致平行。
根据本应用例所述的运动传感器,仅通过一个运动传感器便能够实现对包括与封装件的被连接面大致正交的轴在内的多个轴的检测。
应用例11
本应用例所述的电子设备的特征在于,具有:所述应用例中的任一例所述的传感器装置、或上述应用例中的任一例所述的运动传感器。
根据本应用例所述的电子设备,能够提供电特性稳定、小型且薄型的电子设备。
附图说明
图1为表示第1实施方式中的传感器装置的概要结构的概要图,且为从传感器元件侧俯视时的俯视图。
图2为表示图1所示的传感器装置的概要结构的主剖视图。
图3为用于对振动陀螺元件的动作进行说明的俯视模式图。
图4为用于对振动陀螺元件的动作进行说明的俯视模式图。
图5为表示第1实施方式中的传感器装置的制造工序的流程图。
图6为用于对第1实施方式中的传感器装置的制造工序进行说明的模式图,(a)至(c)为按工序顺序对概要结构进行说明的剖视图。
图7为用于对第1实施方式中的传感器装置的制造工序进行说明的剖视模式图。
图8为用于对第1实施方式中的传感器装置的制造工序进行说明的剖视模式图。
图9为模式化地表示第2实施方式中的传感器装置的概要结构的主剖视图。
图10为表示第2实施方式中的传感器装置的制造工序的流程图。
图11模式化地图示了第3实施方式中的运动传感器的概要结构,其中,(a)为俯视图,(b)为主剖面图。
图12(a)至(c)为表示装载有传感器装置以及运动传感器的电子设备的概要的立体图。
符号说明
1、60、1a、1b、1c传感器装置
100作为运动传感器的陀螺传感器
10作为半导体基板的硅基板
10a有源面
10b无源面
11第1电极
12外部连接端子
13连接用端子
14第1绝缘层
14a开口部
14b贯穿孔
15、45应力缓和层
16作为再配置布线的布线
17第2绝缘层
17a开口部
20、201、202、203作为传感器元件的振动陀螺元件
20a一侧主面
20b另一侧主面
21基部
22a、22b作为振动部的检测用振动臂
23a、23b连接臂
24a、24b、25a、25b作为振动部的驱动用振动臂
26a、26b、27a、27b、28a、28b锤部
29作为连接电极的引出电极
30底基板
31连接面
32连接部
40导线
41锤电极
42熔融保护层
43贯穿孔
44布线
47保持臂
48导电性粘合剂
48a、48b元件连接部
49激光
50粘合剂
80封装件
81、82壁面
83底面
84盖
200显示部
230移动电话
231天线部
232声音输出部
233声音输入部
234操作部
240摄像机
241图像接收部
242操作部
243声音输入部
400信息移动终端
401多个操作按钮
402电源开关
具体实施方式
以下,根据附图对将本发明具体化了的实施方式进行说明。
第1实施方式
图1为表示第1实施方式所涉及的传感器装置的概要结构的模式图,且为从传感器元件侧俯视时的俯视图。图2为图1所示的传感器装置的主剖面图。
如图1及图2所示,传感器装置1具有:作为半导体基板的硅基板10、作为传感器元件的振动陀螺元件(陀螺振动片)20、底基板30、导线40。
在硅基板10中,于有源面10a侧形成有集成电路(未图示),该集成电路以包含晶体管、储存元件等的半导体元件的方式而构成。该集成电路中具有:驱动电路,其用于对陀螺元件20进行驱动振动;检测电路,其用于对在施加角速度时于振动陀螺元件20中产生的检测振动进行检测。
硅基板10具有:第1电极11,其被设置在有源面10a侧;外部连接端子12,其与第1电极11电连接并被设置在有源面10a侧;应力缓和层15,其被设置在有源面10a与外部连接端子12之间;连接用端子13,其被设置在有源面10a侧。
第1电极11为,以与硅基板10的集成电路直接导通的形式而形成的电极。而且,在有源面10a上,形成有作为钝化膜的第1绝缘层14,且在该第1绝缘层14上,于第1电极11的上方形成有开口部14a。
通过采用这种结构,使第1电极11处于在开口部14内露出于外侧的状态。
在第1绝缘层14上,于避开第1电极11以及其他电极的位置处,形成有由绝缘树脂构成的应力缓和层15。
而且,在应力缓和层15上形成有作为再配置布线的布线16。布线16通过以贯穿应力缓和层15的方式设置的贯穿孔14b,而在第1绝缘层14的开口部14a内与第1电极11相连接。该布线16为,用于进行集成电路的电极的再配置的构件,其被形成为,从配置在硅基板10的预定部位上的第1电极起经由贯穿孔14a而向中央部侧延伸。
由于该布线16对硅基板10的第1电极11与外部连接端子12之间进行布线,因此在一般情况下被称为再配置布线,其为用于实现如下目的的重要的结构要素,即,相对于因细微设计而导致位置的限制较大的第1电极11,任意错开配置外部连接端子12的位置,从而提高硅基板10中与振动陀螺元件20的连接位置的自由度。
并且,在应力缓和层15上形成有熔融保护层42。在如后文所述将振动陀螺元件20连接到硅基板10上时,熔融保护层42被设置在,包含与作为振动陀螺元件20的质量调节部的锤部27a、27b、28a、28b对置的位置在内的位置处的应力缓和层15上。熔融保护层42与布线16相同地作为再配置布线而形成,并经由未图示的贯穿孔而被连接于接地(GND)电位。
另外,熔融保护层42也可以被设置在,至少包含与作为振动陀螺元件20的质量调节部的锤部27a、27b、28a、28b对置的位置在内,且与硅基板10的有源面10a对置的其他位置处的应力缓和层15上。
熔融保护层42通过被设置在如上文所述的这种位置上,从而产生了对于应力缓和层15的、激光的屏蔽效果。
并且,由于所形成的熔融保护层42能够通过连接于接地(GND)电位的熔融保护层,来屏蔽向形成在电源或半导体基板的有源区域内的配线等传播的噪声,因而能够进行稳定的电源电位的供给、或防止噪声对半导体基板的电特性的影响。
另外,在硅基板10的有源面10a侧的布线16以及应力缓和层15上,形成有由树脂形成的具有耐热性的第2绝缘层17。并且,第2绝缘层17可以为阻焊剂。
在该第2绝缘层17上,于应力缓和层15上的布线16上形成有开口部17a。根据这种结构,布线16处于在开口部17a内露出于外侧的状态。
并且,在该开口部17a内露出的布线16上设置有外部连接端子12。该外部连接端子12为,例如由金球凸块形成的突起电极。另外,外部连接端子12除了金球凸块之外,还可以由铜、铝、焊接球等其他的导电性材料形成。
基于这种结构,被形成在硅基板10上的集成电路通过第1电极11、布线16、外部连接端子12,而与振动陀螺元件20电连接。
此时,由于传感器装置1中的外部连接端子12为突起电极,因而在振动陀螺元件20与硅基板10之间设置有间隙。
而且,在被形成于硅基板10上的集成电路上,除了第1电极11以外还形成有未图示的其他电极。该其他电极与第1电极的情况相同地连接有再配置布线,从而与在第2绝缘层17的开口部17b内露出于外部的连接用端子13相连接。
连接用端子13为,用于实现电气性或机械性的连接的垫片状的构件,其通过使用了金(Au)、铝(Al)等金属的导线40而与底基板30相连接。
另外,虽然本示例中对使用导线40来进行连接用端子13和底基板30的连接的结构进行了说明,但也可以使用挠性布线基板(FPC:FlexiblePrintedCircuits)以代替导线40而进行连接。
第1电极11、其他电极、连接用端子13由钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铝(Al)、铜(Cu)、或含有以上金属的合金等形成。尤其是对于连接用端子13,为了提高引线搭接时的接合性,优选为事先对其表面实施镍(Ni)、金(Au)的电镀。
通过此种方式,尤其能够防止由于锈蚀而造成的接触性、接合性的下降。另外,也可以实施电镀锡、预焊等的最外层表面处理。
并且,布线16、熔融保护层42等再配置布线由金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、钛钨合金(TiW)、氮化钛(TiN)、镍(Ni)、镍钒合金(NiV)、铬(Cr)、铝(Al)、钯(Pd)等形成。
并且,虽然在后文叙述的第2实施方式中会有详细说明,但是作为这些布线16等的再配置布线,不仅可以采用由上述材料形成的单层结构,也可以采用组合了多种上述材料的层叠结构。另外,对于这些布线16等的再配置布线,由于通常在同一工序中形成,因此彼此材料相同。
而且,作为用于形成第1绝缘层14、第2绝缘层17的树脂,可采用例如聚酰亚胺树脂、硅酮改性聚酰亚胺树脂、环氧树脂、硅酮改性环氧树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、BCB(benzocyclobutene:苯并环丁烯)以及PBO(polybenzoxazole:聚苯并噁唑)等。
另外,对于第1绝缘层14,也能够由二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)等的无机绝缘材料形成。
另外,应力缓和层15也可以被形成于,形成有连接用端子13的硅基板10的外周部上。
在硅基板10中与有源面10a对置的面一侧(无源面10b侧),通过粘合剂50接合(连接)有底基板30。
底基板30由例如陶瓷基板这种绝缘性材料形成,且在与硅基板10接合的连接面31上形成有连接部32,在该连接部32上,形成有金(Au)、银(Ag)等的金属覆膜。
而且,连接部32通过导线40而与被形成在硅基板10上的连接用端子13相连接。
另外,底基板30能够例示为,板状的基板、四周具有侧壁且中央部为凹形形状的封装件(收纳容器)。
当底基板30为板状的基板时,被连接在底基板30上的硅基板10以及振动陀螺元件20等,由与底基板30相连接的未图示的金属制盖等而以气密状态封闭。
并且,当底基板30为四周具有侧壁且中央部为凹形形状的封装件(收纳容器)时,被收纳在封装件内的硅基板10以及振动陀螺元件20等,使用在封装件的外壁上与开口面相接合的未图示的金属制盖等而以气密状态封闭。
振动陀螺元件20以作为压电材料的水晶为基材(构成主要部分的材料)而形成。水晶具有被称为电气轴的X轴、被称为机械轴的Y轴、以及被称为光学轴的Z轴。
并且,振动陀螺元件20沿着由水晶结晶轴中正交的X轴和Y轴所确定的平面被切割,从而被加工成平板状,并在与平面正交的Z轴方向上具有预定的厚度。并且,预定的厚度根据振荡频率(共振频率)、外形尺寸、加工性等而适当地进行设定。
并且,形成振动陀螺元件20的平板在X轴、Y轴以及Z轴上,分别能够在少量的范围内容许从水晶上的切割角度的误差。例如,能够使用以X轴为中心从0度到2度范围内旋转而切割成的平板。关于Y轴以及Z轴也一样。
振动陀螺元件20是通过使用了光刻技术的蚀刻(湿蚀刻或干蚀刻)而形成的。并且,振动陀螺元件20可以从一枚水晶晶片中获得多个。
如图1所示,振动陀螺元件20具有被称为双T型的结构。
振动陀螺元件20具有:位于中心部分的基部21;从基部21起沿Y轴延伸的、作为振动部的一对检测用振动臂22a、22b;以与检测用振动臂22a、22b正交的方式,从基部21起沿着X轴延伸的一对连接臂23a、23b;以与检测用振动臂22a、22b平行的方式,从各个连接臂23a、23b的顶端侧起沿着Y轴延伸的、作为振动部的各一对驱动用振动臂24a、24b、25a、25b。
而且,振动陀螺元件20还具有:从基部21起沿着Y轴延伸的多个(本示例中为4个)保持臂47;从保持臂47起延伸设置的两个元件连接部48a、48b。
并且,振动陀螺元件20中,在检测用振动臂22a、22b上形成有未图示的检测电极,而在驱动用振动臂24a、24b、25a、25b上形成有未图示的驱动电极。
振动陀螺元件20通过检测用振动臂22a、22b而构成了用于检测角速度的检测振动系统,并通过连接臂23a、23b和驱动用振动臂24a、24b、25a、25b而构成了用于驱动振动陀螺元件20的驱动振动系统。
并且,在检测用振动臂22a、22b的各个顶端部处,形成有作为质量调节部的锤部26a、26b,且在驱动用振动臂24a、24b、25a、25b的各个顶端部处,形成有作为质量调节部的锤部27a、27b、28a、28b。
并且,在呈宽幅形状的锤部26a、26b、27a、27b、28a、28b的各个表面上,形成有用于调频的锤电极41。
通过采用这些结构,从而使振动陀螺元件20实现了小型化及角速度检测灵敏度的提高。
振动陀螺元件20以在俯视观察时与硅基板10重合的方式,被配置于硅基板10的有源面a10侧。
并且,振动陀螺元件20将基部21以及各个振动臂的表面和背面作为主面。在此,将基部21中与外部电连接的面称为一侧主面20a,而将与一侧主面21a对置的面称为另一侧主面为20b。
在振动陀螺元件20的元件连接部48a、48b的一侧主面20a上,形成有从所述各个检测电极、各个驱动电极引出的、作为连接电极的引出电极29,各个引出电极29与硅基板10的外部连接端子12通过导电性粘合剂48而被电气性以及机械性地连接在一起。
由此,使振动陀螺元件20被保持在硅基板10上。
此处,对传感器装置1的振动陀螺元件20的动作进行说明。
图3以及图4为,用于对振动陀螺元件的动作进行说明的俯视模式图。其中,图3表示驱动振动状态,图4(a)、图4(b)表示施加了角速度的状态下的检测振动状态。
另外,图3以及图4中,为了简易地表现振动状态,用线来表示各个振动臂,并且省略了保持臂47以及连接部。
在图3中,对振动陀螺元件20的驱动振动状态进行说明。
首先,通过由基板10的集成电路(驱动电路)施加驱动信号,从而振动陀螺元件20在没有被施加角速度的状态下,其驱动用振动臂24a、24b、25a、25b向由箭头E所示的方向进行弯曲振动。该弯曲振动以预定的频率而反复进行由实线表示的振动姿态和由双点划线表示的振动姿态。
接下来,当于正在进行该驱动振动的状态下,向振动陀螺元件20施加围绕Z轴的角速度ω时,振动陀螺元件20将进行如图4所示的振动。
首先,如图4(a)所示,在构成驱动振动系统的驱动用振动臂24a、24b、25a、25b以及连接臂23a、23b上,作用有向箭头B方向的柯氏(Corioli)力。另外与此同时,检测用振动臂22a、22b响应向箭头B方向的柯氏力而向箭头C方向变形。
之后,如图4(b)所示,在驱动用振动臂24a、24b、25a、25b以及连接臂23a、23b上,作用有向箭头B’方向返回的力。另外与此同时,检测用振动臂22a、22b响应向箭头B’方向的力而向箭头C’方向变形。
振动陀螺元件20交替重复该一系列动作,从而激发新的振动。
另外,向箭头B、B’方向的振动为,相对于重心G在圆周方向上的振动。并且,振动陀螺元件20通过由形成在检测用振动臂22a、22b上的检测电极,对因振动而产生的水晶的歪斜进行检查,从而求出角速度。
在此,对第1实施方式中的传感器装置1的制造方法进行说明。
图5为表示传感器装置的制造工序的流程图,图6至图8为用于对各个制造工序进行说明的模式图。
图6(a)至(c)为按照工序顺序对硅基板部分的制造工序进行说明的剖视图。
图7为表示硅基板侧与底基板之间的连接部分的主剖视图。
图8为用于对连接有振动陀螺元件的状态下的工序进行说明的剖视模式图。
如图5所示,传感器装置1的制造方法包括:第1电极形成工序S1、应力缓和层形成工序S2、连接用布线形成工序S3、外部连接端子形成工序S4、底基板准备工序S5、底基板连接工序S6、连接用端子连接工序S7、振动陀螺元件准备工序S8、振动陀螺元件连接工序S9、振动陀螺元件调频工序S10。
第1电极形成工序S1
首先,准备硅基板10。
然后,如图6(a)所示,在硅基板10的有源面10a上的、成为集成电路的导电部的位置处,形成第1电极11以及未图示的其他电极。
应力缓和层形成工序S2
然后,以覆盖第1电极以及其他电极的方式而在硅基板10上形成第1绝缘层14,并且,以覆盖该第1绝缘层14的形式而形成作为应力缓和层15的基底的树脂层(未图示)。
然后,通过公知的光刻法以及蚀刻法对树脂层进行定型,从而以预定形状、即在除了第1电极11的正上方位置(贯穿孔14b)以及其他电极的正上方位置之外的、硅基板10的中央部处,形成应力缓和层15。
另外,应力缓和层15也可以形成在,形成有连接用端子13的硅基板10的外周部上。
并且,通过公知的光刻法以及蚀刻法,除去覆盖第1电极11以及其他电极的第1绝缘层14的一部分,从而形成开口部14a。由此,使得第1电极11以及其他电极在该开口部14a内露出。
连接用布线形成工序S3
然后,如图6(b)所示,形成经由贯穿孔14b而与第1电极11相连接的布线16,并形成与其他电极相连接的熔融保护层42等的再配置布线(未图示)。关于这些布线16、熔融保护层42等的再配置布线的形成,通过如下方法等来进行,即,以在开口部14a内与第1电极11、或与被设置在未图示的其他开口部内的其他电极导通的方式,将导电材料、例如钛钨合金(TiW)、铜(Cu)依次通过溅射法成膜,并定型为布线形状之后,通过电镀法在所获得的型板上层叠铜(Cu)。
并且,尤其对于再配置布线的顶端侧、即连接用端子13侧,通过事先定型为垫片状,从而将该部分作为连接用端子13。
并且,尤其对于该连接用端子13,通过对其表面实施镍(Ni)、金(Au)的镀膜,从而事先提高引线搭接时的接合性。另外,也可以实施镀锡、预焊等的最外层表面处理。
外部连接端子形成工序S4
接下来,以覆盖布线16、再配置布线以及连接用端子13的形式而形成第2绝缘层17,并且,通过公知的光刻法以及蚀刻法,除去覆盖布线16的与第1电极11侧相反一侧的、第2绝缘层17的一部分,从而形成开口部17a。
由此,在该开口部17a内使布线16露出。并且,与此同时,通过除去覆盖连接用端子13的第2绝缘层17的一部分以形成开口部17b,从而在该开口部内使连接用端子13露出。
之后,如图6(c)所示,在开口部17a内露出的布线16上,形成由金球凸块而形成的外部连接端子12。另外,外部连接端子12除了金球凸块之外,还可以由铜、铝、焊锡球、焊锡膏的印刷等其他的导电性材料形成。
并且,由于硅基板10通常是从硅晶片中获得多个,因此可以通过利用切割装置等进行切割(切断),以使其分片化而获得。
底基板准备工序S5
接下来,准备由陶瓷基板等形成的底基板30(参照图7)。在底基板30的一个面上形成有用于与硅基板10进行电连接的连接部32。
底基板连接工序S6
接下来,通过粘合剂50(参照图7),将硅基板10的无源面10b侧和作为硅基板中形成有连接部32的一个面的连接面31相连接(接合)。
连接用端子连接工序S7
接下来,如图7所示,通过引线搭接法并使用导线40而将硅基板10的连接用端子13和底基板30的连接部32连接在一起。
振动陀螺元件准备工序S8
接下来,以所述结构来准备由水晶晶片分片化而获得的振动陀螺元件20。
振动陀螺元件连接工序S9
接下来,如图8所示,将振动陀螺元件20放置于硅基板10上,并将硅基板10的外部连接端子12与被形成在振动陀螺元件20的元件连接部48a、48b的一侧主面20a上的引出电极29连接在一起。
振动陀螺元件调频工序S10
接下来,如图8所示,使用激光49来进行对振动陀螺元件20的调频。
该调频是通过向分别被形成在振动陀螺元件20的锤部26a、26b、27a、27b、28a、28b上的锤电极41照射聚光后的激光49而实施的。被照射激光49的锤电极41由于激光49的能量而熔融、蒸发。通过该锤电极41的熔融、蒸发,从而使检测用振动臂22a、22b,驱动用振动臂24a、24b、25a、25b的质量发生变化。由此,检测用振动臂22a、22b、驱动用振动臂24a、24b、25a、25b的共振频率发生变化,从而能够实施对各个振动臂的平衡调节(调频)。
此时,虽然有时使锤电极41熔融、蒸发的激光49会透过振动陀螺元件20,但由于在本示例的结构中,在分别与锤部26a、26b、27a、27b、28a、28b对置的位置处设置有熔融保护层42,因此激光49不会达到应力缓和层15。由此,能够防止由于透过振动陀螺元件20的激光49而导致应力缓和层15发生熔融的现象。
如上文所述,第1实施方式中的传感器装置1具有被设置在硅基板10的有源面10a侧的连接用端子13,并且,经由应力缓和层15而与第1电极11电连接的外部连接端子12、以及振动陀螺元件20的基部21上的引出电极29被连接在一起。
由此,传感器装置1能够通过连接用端子13而与硅基板10的底基板30相连接,且通过被设置在硅基板10与外部连接端子12之间的应力缓和层15,从而吸收并缓和了从外部施加的冲击等。
该结果为,由于在传感器装置1中,从外部施加的冲击等不易被传递至振动陀螺元件20,因此硅基板10的外部连接端子12与振动陀螺元件20可以不通过现有技术的这种引线等而直接地进行连接。
因此,由于传感器装置1不需要考虑到引线挠曲量的空隙,因此与现有技术的结构相比,能够减少厚度。
并且,由于传感器装置1的第1电极11与外部连接端子12之间的电连接,是通过被设置在硅基板10的有源面10a侧的再配置布线(布线16等)而进行的,因此能够通过再配置布线而自由(任意)地设计外部连接端子12的位置及其排列。
并且,由于传感器装置1的外部连接端子12为突起电极,因此能够在振动陀螺元件20与硅基板10之间设置间隙,从而能够避免振动陀螺元件20与硅基板10的接触。
由此,传感器装置1能够对振动陀螺元件20进行稳定的驱动。
并且,传感器装置1通过被设置在应力缓和层15表面上的熔融保护层42,能够防止由于振动陀螺元件20与应力缓和层15之间的间隔缩窄而容易产生的、由透过振动陀螺元件20的激光49所导致的应力缓和层15的熔融。由此,能够防止在应力缓和层15熔融时所产生的熔融颗粒附着在振动陀螺元件20的主面20a上的现象。由此,能够防止由于所附着的应力缓和层15的熔融颗粒的附着、脱落等而产生的调频的误差等所导致的、振动陀螺元件20的电气特性的劣化。
并且,能够防止透过振动陀螺元件20后的激光49透过应力缓和层15而到达硅基板10的有源面10a,从而破坏有源面10a上的集成电路的情况。上述结构尤其适合于要求进一步的薄型化的传感器装置。
并且,传感器装置1的制造方法能够制造并提供具有上述效果的传感器装置1。
另外,作为连接电极的引出电极29可以被形成于元件连接部48a、48b以外的部分,例如基部21的主面20a上。
并且,此方式也适用于以下的实施方式。
第2实施方式
利用图9、图10对第2实施方式中的传感器装置进行说明。图9为模式化地表示第2实施方式所涉及的传感器装置的概要结构的主剖面图,图10为表示第2实施方式中的传感器装置的制造工序的流程图。
并且,本第2实施方式所涉及的传感器装置的应力缓和层以及再配置布线的结构与所述第1实施方式的结构不同。对于与上述第1实施方式相同的部分,标注相同的符号并省略其说明,而以与上述第1实施方式不同的部分为中心进行说明。
如图9所示,第2实施方式中传感器装置60为如下的结构,即,作为第1应力缓和层的应力缓和层15与包含作为第1连接用布线的布线16在内的再配置布线、以及作为第2应力缓和层的应力缓和层45与包含作为第2连接用布线的布线44在内的再配置布线被层叠在一起。
由于硅基板10以及振动陀螺元件20的结构与第1实施方式相同,因此省略其说明。
在第1绝缘层14上,于避开第1电极11以及其他电极的位置处,形成有由绝缘树脂构成的应力缓和层15。
并且,在应力缓和层15上形成有作为再配置布线的布线16。布线16通过以贯穿应力缓和层15的方式而设置的贯穿孔14b,而在第1绝缘层14的开口部14a内与第1电极11相连接。该布线16为,用于进行集成电路的电极的再配置的构件,其从设置在硅基板10的预定部分上的第1电极11起经由贯穿孔14b而向中央部侧延伸形成。
并且,在应力缓和层15、布线16等之上,形成有另一层应力缓和层45、布线44、熔融保护层42。布线44通过被设置在应力缓和层45上的贯穿孔43等而与布线16相连接。另外,布线44的连接也可以与未图示的其他布线或端子相连接。
在如后文所述使振动陀螺元件20连接于硅基板10时,熔融保护层42至少被设置在与作为振动陀螺元件20的质量调节部的锤部27a、27b、28a、28b对置的位置上。熔融保护层42与布线44相同地作为再配置布线而形成,并通过未图示的贯穿孔、或布线等而连接于接地(GND)电位。
并且,熔融保护层42也能够与,包含与作为质量调节部的锤部27a、27b、28a、28b对置的位置在内的、硅基板10的有源面10a对置设置。
由于所形成的熔融保护层42能够通过连接于接地(GND)电位的熔融保护层,来遮蔽向设置在电源、或半导体基板的有源区域内的布线传播的噪声,因而能够进行稳定的电源电位的供给、或防止噪声对半导体基板的电气特性的影响。
而且,在布线44上配置有外部连接端子12。该外部连接端子12与第1实施方式相同地为被形成为凸状的突起电极。
基于这种结构,被形成于硅基板10上的集成电路通过第1电极11、布线16、布线44、外部连接端子12等而与振动陀螺元件20电连接。
在此,对第2实施方式中的传感器装置60的制造方法进行说明。
图10为表示传感器装置的制造工序的流程图。
如图10所示,传感器装置60的制造方法包括:第1电极形成工序S101、第1应力缓和层形成工序S102、第1连接用布线形成工序S103、第2应力缓和层形成工序S104、第2连接用布线形成工序S105、外部连接端子形成工序S106、底基板准备工序S107、底基板连接工序S108、连接用端子连接工序S109、振动陀螺元件准备工序S110、振动陀螺元件连接工序S111、振动陀螺元件调频工序S112。
在以下的说明中,对于与第1实施方式中所说明的制造工序不同的第1应力缓和层形成工序S102、第1连接用布线形成工序S103、第2应力缓和层形成工序S104、第2连接用布线形成工序S105进行说明,并省略与第1实施方式相同的其他工序的说明。
第1应力缓和层形成工序S102
在第1电极形成工序S101之后,以覆盖第1电极11以及其他电极的方式在硅基板10上形成第1绝缘层14,并且,以覆盖该第1绝缘层14的方式而形成作为第1应力缓和层的应力缓和层15的基底的树脂层(未图示)。
然后,通过公知的光刻法以及蚀刻法对树脂层进行定型,从而以预定形状、即在除了第1电极11的正上方位置(贯穿孔14b)以及其他电极的正上方位置之外的硅基板10的中央部处,形成应力缓和层15。
另外,应力缓和层15也可以形成于,形成有连接用端子13的硅基板10的外周部上。
并且,通过公知的光刻法以及蚀刻法,除去覆盖第1电极11以及其他电极的第1绝缘层14的一部分,从而形成开口部14a。由此,使第1电极11以及其他电极在该开口部14a内露出。
第1连接用布线形成工序S103
接下来,形成经由贯穿孔14b而与第1电极11相连接的布线16,并形成与其他电极相连接的再配置布线(未图示)。关于这些布线16、再配置布线的形成,通过如下方法等来进行,即,以在开口部14a内与第1电极11、或与被设置在未图示的其他开口部内的其他电极导通的方式,将导电材料、例如钛钨合金(TiW)、铜(Cu)依次通过溅射法成膜,并在定型为布线形状之后,通过电镀法在所获得的型板上层叠铜(Cu)。
另外,尤其对于再配置布线的顶端侧、即连接用端子13侧,通过事先定型为垫片状,从而将该部分作为连接用端子13。
然后,尤其对于该连接用端子13,通过对其表面实施镍(Ni)、金(Au)的镀膜,从而事先提高引线搭接时的接合性。另外,也可以施加镀锡、预焊等的最外层表面处理。
第2应力缓和层形成工序S104
接下来,在应力缓和层15上形成作为第2应力缓和层的应力缓和层45的基底的树脂层(未图示)。
然后,通过公知的光刻法以及蚀刻法对树脂层进行定型,从而以预定形状、即在除了用于连接布线16与后文叙述的布线44的贯穿孔43以及其他电极的正上方位置之外的、硅基板1的中央部处,形成应力缓和层45。
另外,应力缓和层45也可以形成于,形成有连接用端子13的硅基板10的外周部上。
第2连接用布线形成工序S105
接下来,在应力缓和层45上形成作为第2连接用布线的布线44,并形成与其他电极相连接的熔融保护层42等的再配置布线(未图示)。关于这些布线44、熔融保护层42等的再配置布线的形成,通过如下方法等来进行,即,以与开口部43、或被设置在未图示的其他开口部内的其他电极导通的方式,将导电材料、例如钛钨合金(TiW)、铜(Cu)依次通过溅射法成膜,并在定型为布线形状之后,通过电镀法在所获得的型板上层叠铜(Cu)。
接下来为外部连接端子形成工序S106,由于该外部连接端子形成工序S106以后的工序与所述第1实施方式相同,因此省略其说明。
根据上述结构的第2实施方式中的传感器装置60,除了第1实施方式的效果之外,还能够通过将应力缓和层、布线、再配置布线等设定为多层结构,从而提高再配置布线的布线卷绕的自由度,并由此扩大熔融保护层42的形成区域。换而言之,能够提高熔融保护层的形成图案的自由度,从而能够有助于传感器装置60的进一步的小型化。
虽然在上述第2实施方式中,以在作为第2应力缓和层的应力缓和层45上形成熔融保护层42为例进行了说明,但是熔融保护层42也可以被设置在作为第1应力缓和层的应力缓和层15的上表面上、即作为第1应力缓和层的应力保护层15与作为第2应力缓和层的应力缓和层45之间。在使用此种结构的情况下,也能够防止透过振动陀螺元件20后的激光49透过应力缓和层15、45到达硅基板10的有源面10a上,从而破坏有源面10a上的集成电路等的现象。
第3实施方式
图11为表示第3实施方式中的作为运动传感器的陀螺传感器的概要结构的模式图。其中,图11(a)为从封装件上表面俯视观察陀螺传感器时的俯视图,图11(b)为(a)的主剖视图。
另外,在图11(a)中,为了方便而省略了盖。并且,对于与上述第1、第2实施方式的共通部分,省略其说明。
如图11所示,作为运动传感器的陀螺传感器100具有:3个传感器装置(虽然在以下称为传感器装置1a、传感器装置1b、传感器装置1c,但与上述第1实施方式以及第2实施方式中所说明的传感器装置1、60相同);用于将各个传感器装置收纳于其内部的呈大致长方体形状的封装件80,并且,传感器装置1a、传感器装置1b、传感器装置1c被配置并收纳在封装件80的内部。
封装件80形成有凹部,该凹部具备包含底面83以及壁面81、82在内的内表面。该凹部在收纳了传感器装置1a、传感器装置1b、传感器装置1c之后,被盖(盖体)84覆盖。
在封装件80中,采用了对陶瓷印刷电路基板进行成形并层叠,且煅烧成的氧化铝质烧结体等。而且,在盖84中,采用了科瓦铁镍钴合金等金属、玻璃、陶瓷等。
传感器装置1a以如下方式被固定并连接在封装件80的底面83上,即,振动陀螺元件201的一侧主面20a(参照图2,省略以下参照的记载)或另一侧主面20b(参照图2,省略以下参照的记载),与封装件80的凹部的底面83大致平行。并且,传感器装置1a与未图示的封装件内部电极电连接。
其他两个传感器装置1b、1c以如下方式被配置并收纳在封装件80的内部,即,各个振动陀螺元件201、202、203的一侧主面20a或另一侧主面20b彼此之间所成的角度为大致直角。
传感器装置1b被固定并连接于封装件80的壁面81上,且传感器装置1c被固定并连接于封装件80的壁面82上。两个传感器装置1b、1c也与未图示的封装件内部电极电连接。
并且,封装件内部电极与被设置在封装件80的外部的外部电极(未图示)电连接。外部电极、内部电极由通过电镀等将镍(Ni)、金(Au)等的各种覆膜层叠在钨(W)等金属层上而获得的金属覆膜构成。
陀螺传感器100中,在各个传感器装置1a、1b、1c以上述方式被配置并收纳在封装件80的内部的状态下,盖84通过接缝圈、低熔点玻璃等结合部件而被接合于封装件80的上表面上。
由此,使封装件80的内部以气密状态被封闭。并且,为了避免各个传感器装置的振动陀螺元件201、202、203的振动被阻碍,优选为,封装件80的内部保被持在真空状态(真空度较高的状态)。
此处,对于陀螺传感器100的动作进行概要说明。
此处,相对于作为相互正交的3个轴的X’轴、Y’轴、Z’轴,封装件80的底面83与X’轴以及Y’轴平行,而与Z’轴正交。
由此,在陀螺传感器100的姿态由于外力等发生变化,从而被施加了角速度的情况下,传感器装置1a由于其振动陀螺元件201的一侧主面20a或另一侧主面20b与Z’轴大致正交,因此检测出相对于围绕Z’轴的角速度,其中,所述传感器装置1a以振动陀螺元件201的一侧主面20a或另一侧主面20b与封装件80的底面83大致平行的方式,被收纳于封装件80的内部。
另一方面,由于传感器装置1b、1c中,一方的振动陀螺元件202的一侧主面20a或另一侧主面20b与X’轴大致正交,因此检测出相对于围绕X’轴的角速度,而由于另一方的振动陀螺元件203的一侧主面20a或另一侧主面20b与Y’轴大致正交,因此检测出相对于围绕Y’轴的角速度,其中,所述传感器装置1b、1c以如下方式被配置在封装件80的内部,即,振动陀螺元件202、203的一侧主面20a或另一侧主面20b彼此之间所成的角度为大致直角,且各个振动陀螺元件202、203的一侧主面20a或另一侧主面20b、与传感器装置1a的振动陀螺元件201的一侧主面20a或另一侧主面20b彼此之间所成的角度为大致直角。
由此,能够利用一个陀螺传感器100,检测出相对于围绕相互正交的3个轴、即围绕X’轴、Y’轴、Z’轴的角速度。
因此,陀螺传感器100被恰当地应用于摄像设备的抖动补正、及使用了GPS(GlobalPositioningSystem:全球定位系统)卫星信号的移动体导航系统中对车辆等的姿态检测、姿态控制等。
并且,由于陀螺传感器100使用了上述第1实施方式或第2实施方式所述的传感器装置,因此具有与上述第1实施方式或第2实施方式所述的传感器装置相同的效果。即,陀螺传感器100能够实现电特性稳定的小型化、薄型化。
并且,虽然在所述第3实施方式的作为运动传感器的陀螺传感器100中,以使用了3个传感器装置1a、1b、1c的情况为例进行了说明,但传感器装置的数量并不限定于此,只需为1个以上即可。例如在使用1个传感器装置时,则能够进行对一个轴向上的角速度的检测,而例如在使用两个传感器装置时,则能够进行对不同的两个轴向上的角速度的检测。
电子设备
以下,参照图12对搭载了上述传感器装置以及运动传感器的电子设备进行说明。图12(a)至(c)为用于对搭载了传感器装置以及运动传感器的电子设备进行说明的概要图。
图12(a)为应用于移动电话的应用例。移动电话230具有:天线部231、声音输出部232、声音输入部233、操作部234以及显示部200,在未图示的控制电路部上搭载有上述传感器装置以及运动传感器。
图12(b)为应用于摄像机的应用例。摄像机240具有:图像接收部241、操作部242、声音输入部243以及显示部200,未图示的控制电路部上搭载有上述传感器装置以及运动传感器。
图12(c)为应用于信息移动终端(PDA:PersonalDigitalAssistans)的应用例。信息移动终端400具有:多个操作按钮401、电源开关402以及显示部200,在未图示的控制电路部上搭载有上述传感器装置以及运动传感器。
以此种方式被搭载的传感器装置以及运动传感器,小型且具有稳定的电特性,从而能够有助于电子设备的小型化以及特性的稳定化。
并且,作为搭载有上述传感器装置以及运动传感器的电子设备,除了图12所示的设备之外,还可列举出游戏机、游戏机终端、数码照相机、汽车导航装置、工作站、可视电话等。而且,作为实现上述各种电子设备的运动检测功能的部件是合适的。

Claims (11)

1.一种传感器装置,其特征在于,具有:
半导体基板;
第1电极,其被设置在所述半导体基板的有源面侧;
外部连接端子,其与所述第1电极电连接,并被设置在所述有源面侧;
应力缓和层,其被设置在所述半导体基板与所述外部连接端子之间;
传感器元件,其具有:基部;从该基部延伸的振动部以及连接部;被形成在所述振动部上的质量调节部,
所述传感器元件通过所述连接部以及所述外部连接端子之间的连接,从而被保持在所述半导体基板上,
所述传感器装置具有熔融保护层,该熔融保护层被形成在所述应力缓和层与所述质量调节部在俯视观察时相重合的部分之间。
2.如权利要求1所述的传感器装置,其特征在于,
所述第1电极与所述外部连接端子之间的电连接是通过设置在所述有源面侧的再配置布线而实现的。
3.如权利要求1所述的传感器装置,其特征在于,
所述外部连接端子为突起电极。
4.如权利要求1所述的传感器装置,其特征在于,
所述熔融保护层被形成于所述应力缓和层的所述传感器元件侧的外表面上。
5.如权利要求1所述的传感器装置,其特征在于,
所述熔融保护层为金属层,且被连接于接地(GND)电位。
6.如权利要求1所述的传感器装置,其特征在于,
所述半导体基板的有源面被所述熔融保护层覆盖。
7.如权利要求2所述的传感器装置,其特征在于,
所述应力缓和层以及所述再配置布线形成有多个。
8.一种运动传感器,其特征在于,具有:
权利要求1至权利要求7中任一项所述的传感器装置;
用于收纳所述传感器装置的封装件,
所述传感器装置被收纳于所述封装件内。
9.一种运动传感器,其特征在于,具有:
多个权利要求1至权利要求7中任一项所述的传感器装置;
用于收纳多个所述传感器装置的封装件,
多个所述传感器装置以各个所述传感器元件的主面彼此所成的角度为大致直角的方式,被配置并收纳于所述封装件内。
10.如权利要求9所述的运动传感器,其特征在于,
至少一个所述传感器元件的主面与被连接在所述封装件的外部部件上的被连接面大致平行。
11.一种电子设备,其特征在于,具有:
权利要求1至权利要求7中任一项所述的传感器装置、或权利要求8至权利要求10中任一项所述的运动传感器。
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