CN105277172A - 物理量传感器、电子装置、高度计、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备具有优异的检测精度的传感器芯片的物理量传感器(电子装置)、具备该物理量传感器的可靠性较高的高度计、电子设备以及移动体。物理量传感器具备:物理量传感器芯片,其对物理量进行检测并产生电信号;封装件,其具有内部空间,并在所述内部空间内对所述物理量传感器芯片进行收纳;第一线,其对所述封装件与所述物理量传感器芯片进行连接,所述物理量传感器芯片通过所述第一线而被系留于所述内部空间内。

Description

物理量传感器、电子装置、高度计、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种物理量传感器、电子装置、高度计、电子设备以及移动体。
背景技术
一直以来,作为物理量传感器(电子装置),已知一种具有对压力进行检测并产生与该检测值相对应的电信号的传感器芯片和对该传感器芯片进行收纳的封装件的压力传感器(例如,参照专利文献1)。
在这样的压力传感器中,传感器芯片一般具备因受压而挠曲的隔膜(Diaphragm)和被设置于隔膜上的传感器元件,通过利用传感器元件来检测由于在隔膜上施加压力而引起的隔膜的挠曲,从而对施加在隔膜上的压力进行检测。
此外,在所涉及的结构的压力传感器中,一直以来如专利文献1所公开的那样,传感器芯片经由如氟硅氧烷类的粘合剂这样的低弹性率的材料而被接合于封装件的底面上。
然而,在这样的结构中,由于在封装件上产生的变形经由粘合剂而传递到传感器芯片上,从而会使不需要的应力施加在传感器芯片上,其结果为,存在传感器芯片的检测精度下降的问题。因此,在现有的压力传感器中,无法高精度地检测所承受的压力。
此外,例如在专利文献2所记载的电子部件(传感器芯片)中,电极焊盘经由接合线(bondingwire)而与外部端子连接。在该电子部件中,在电极焊盘的下方(正下方)具有用于缓和因接合线而产生的外部应力的空洞。然而,即使采用这样的结构,尤其在接合线的配置不均一(非对称)的情况下,会因该不均一性而产生外部应力。因此,传感器精度(特性)下降。
专利文献1:日本特开2011-153746号公报
专利文献2:日本特开2008-235487号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备使施加在传感器芯片(电子部件)上的外部应力减小并具有优异的检测精度的传感器芯片的物理量传感器、具备该物理量传感器的可靠性较高的高度计、电子设备以及移动体。
本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而完成的发明,并且能够作为以下的应用例来实现。
应用例1
本应用例的物理量传感器的特征在于,具备:物理量传感器芯片,其对物理量进行检测并产生电信号;封装件,其在内部空间内对所述物理量传感器芯片进行收纳;第一线,其对所述封装件与所述物理量传感器芯片进行连接,所述物理量传感器芯片通过所述第一线而被系留于所述内部空间内。
由此,由于能够减少封装件的变形被传递到传感器芯片上的情况,从而能够减少由封装件的变形而产生的应力施加在传感器芯片上的情况。因此,能够提高传感器芯片的检测精度,由此,能够提供具有优异的检测精度的压力传感器。
应用例2
在本应用例的物理量传感器中,优选为,所述物理量传感器被液状或凝胶状的填充材料包围。
由此,由于能够对物理量传感器芯片进行保护(防尘及防水),并且填充材料作为物理量传递介质(压力传递介质)而发挥功能,因此,能够将施加在物理量传感器上的物理量(例如,压力)高效地传递到物理量传感器芯片上。另外,由于填充材料为液状或凝胶状,从而能够进一步减少由封装件的变形而产生的应力施加在物理量传感器芯片上的情况。
应用例3
在本应用例的物理量传感器中,优选为,所述填充材料包括具有柔软性的树脂。
由此,能够更容易地获得凝胶状的填充材料。此外,当填充材料为凝胶状时,能够减少内部空间内的物理量传感器芯片的位置的变动,由此,能够在不受到物理量传感器的姿态的变化的影响的条件下高精度地进行检测。
应用例4
在本应用例的物理量传感器中,优选为,所述第一线具有导电性。
由此,能够使线具有作为电配线的功能。
应用例5
在本应用例的物理量传感器中,优选为,所述封装件具备至少一部分从所述封装件向所述内部空间突出的挠性配线基板,所述第一线在所述内部空间内与所述挠性配线基板连接。
由此,能够进一步减少由封装件的变形而产生的应力施加在物理量传感器芯片上的情况。
应用例6
在本应用例的物理量传感器中,优选为,在所述内部空间内配置有IC(Integratedcircuit,集成电路)芯片。
通过该IC芯片,并基于在传感器芯片中所产生的电信号,能够运算出施加在物理量传感器上的物理量(例如,压力)的大小。
应用例7
在本应用例的物理量传感器中,优选为,具备对所述封装件与所述IC芯片进行连接的第二线,所述IC芯片通过所述第二线而被系留于所述内部空间内。
由此,由于能够减少封装件的变形被传递到IC芯片上的情况,从而能够减少由封装件的变形而产生的应力施加在IC芯片上的情况。因此,能够更加高精度地对施加在物理量传感器上的物理量(例如,压力)的大小进行运算。
应用例8
在本应用例的物理量传感器中,优选为,所述IC芯片与所述物理量传感器芯片被一体地构成。
由此,能够实现物理量传感器的小型化和低矮化。
应用例9
在本应用例的物理量传感器中,优选为,所述物理量传感器芯片为对压力进行检测的压力传感器芯片。
由此,能够对压力进行检测。
应用例10
本应用例的电子装置的特征在于,具有:配线基板;电子部件;第一线,其对所述配线基板与所述电子部件进行电连接,并使所述电子部件产生应力;第二线,其对所述配线基板与所述电子部件进行连接,以便对所述应力进行调节。
由此,成为能够减小施加在电子部件上的外部应力(不需要的应力)的电子装置。
应用例11
在本应用例的电子装置中,优选为,具有多根所述第一线,在俯视观察时,所述第一线的配置相对于所述电子部件的中心部而为非对称。
由此,第一线的配置的自由度得以增加。
应用例12
在本应用例的电子装置中,优选为,所述第二线不与所述配线基板电连接。
由此,能够减少意外的短路、寄生电容的产生、噪声的产生等。
应用例13
在本应用例的电子装置中,优选为,所述第二线不与所述电子部件电连接。
由此,能够减少意外的短路、寄生电容的产生、噪声的产生等。
应用例14
在本应用例的电子装置中,优选为,在所述配线基板上设置有电路。
由此,能够通过配线基板而对来自电子部件的输出等进行处理。
应用例15
在本应用例的电子装置中,优选为,所述电子部件为具有隔膜(Diaphragm)的压力传感器元件。
由此,能够将电子装置用作压力传感器装置,其便利性得到提高。
应用例16
在本应用例的电子装置中,优选为,所述第一线和所述第二线包含相同的金属材料以作为主材料。
由此,能够实现第一线与第二线的共通化,从而使装置结构变得简单。
应用例17
在本应用例的电子装置中,优选为,所述配线基板和所述电子部件通过所述第一线及所述第二线而被直接连接。
由此,配线的全长缩短,从而能够减少噪声的产生。
应用例18
本应用例的电子装置的制造方法的特征在于,包括:利用多根第一线以及多根第二线而对配线基板和电子部件进行连接的工序;对所述电子部件进行测量的工序;基于所述进行测量的工序中的测量结果,根据需要而对由多根所述第二线实现的连接之中的至少一个所述连接进行解除的工序。
由此,可获得能够减小施加在电子部件上的外部应力(不需要的应力)的电子装置。
应用例19
在本应用例的电子装置的制造方法中,优选为,在所述进行测量的工序中,对所述电子部件的电特性进行测量。
由此,能够恰当地测量(推测)出施加在电子部件上的应力。
应用例20
在本应用例的电子装置的制造方法中,优选为,在所述进行解除的工序中切断所述第二线。
由此,能够简单地解除第二线的连接。
应用例21
在本应用例的电子装置的制造方法中,优选为,在所述进行解除的工序中,使用激光来切断或去除所述第二线。
由此,能够简单地切断或去除第二线。
应用例22
本应用例的电子装置的制造方法的特征在于,包括:利用多根第一线以及第二线而对配线基板和电子部件进行连接的工序;对所述电子部件进行测量的工序;基于所述进行测量的工序中的测量结果,根据需要而追加对配线基板和电子部件进行连接的所述第二线的工序。
由此,可获得能够减小施加在电子部件上的外部应力(不需要的应力)的电子装置。
应用例23
本应用例的高度计的特征在于,具备上述应用例的物理量传感器或电子装置。
由此,可获得可靠性较高的高度计。
应用例24
本应用例的电子设备的特征在于,具备上述应用例的物理量传感器或电子装置。
由此,可获得可靠性较高的电子设备。
应用例25
本应用例的移动体的特征在于,具备上述应用例的物理量传感器或电子装置。
由此,可获得可靠性较高的移动体。
附图说明
图1为表示本发明的物理量传感器的第一实施方式的剖视图。
图2为图1所示的物理量传感器的俯视图。
图3为表示图1所示的物理量传感器所具有的物理量传感器芯片的剖视图。
图4为表示图3所示的物理量传感器芯片所具有的传感器元件的俯视图。
图5为表示包括图4所示的传感器元件的桥接电路的图。
图6为表示图1所示的物理量传感器所具有的IC芯片的剖视图。
图7为表示本发明的物理量传感器的第二实施方式的剖视图。
图8为图7所示的物理量传感器的俯视图。
图9为表示本发明的物理量传感器的第三实施方式的剖视图。
图10为图9所示的物理量传感器的俯视图。
图11为图9所示的物理量传感器所具有的IC芯片以及物理量传感器芯片的剖视图。
图12为表示本发明的物理量传感器的第四实施方式的剖视图。
图13为图12所示的物理量传感器的俯视图。
图14为表示第五实施方式的物理量传感器所具备的物理量传感器芯片的剖视图。
图15为表示作为本发明的第六实施方式所涉及的电子装置的物理量传感器的剖视图。
图16为图15所示的电子装置的俯视图。
图17为表示图15所示的电子装置所具有的压力传感器元件的剖视图。
图18为表示图17所示的压力传感器元件所具有的压力传感器部的俯视图。
图19为用于对图15所示的电子装置所具备的第二线的功能进行说明的图。
图20为用于对图15所示的电子装置所具备的第二线的功能进行说明的图。
图21为用于对图15所示的电子装置的制造方法进行说明的俯视图。
图22为用于对图15所示的电子装置的制造方法进行说明的俯视图。
图23为用于对图15所示的电子装置的制造方法进行说明的俯视图。
图24为用于对图15所示的电子装置的其他制造方法进行说明的俯视图。
图25为用于对图15所示的电子装置的其他制造方法进行说明的图。
图26为表示本发明的第七实施方式所涉及的电子装置的俯视图。
图27为表示本发明的第八实施方式所涉及的电子装置的剖视图。
图28为图27所示的电子装置的俯视图。
图29为表示本发明的第九实施方式所涉及的电子装置的剖视图。
图30为图29所示的电子装置的俯视图。
图31为表示作为本发明的电子设备的一个示例的高度计的立体图。
图32为表示作为本发明的电子设备的一个示例的导航系统的主视图。
图33为表示本发明的移动体的一个示例的立体图。
具体实施方式
以下,基于附图所示的实施方式,对本发明的物理量传感器(电子装置)、高度计、电子设备以及移动体进行详细说明。
1.物理量传感器(电子装置)
第一实施方式
图1为表示本发明的物理量传感器的第一实施方式的剖视图。图2为图1所示的物理量传感器的俯视图。图3为表示图1所示的物理量传感器所具有的物理量传感器芯片的剖视图。图4为表示图3所示的物理量传感器芯片所具有的传感器元件的俯视图。图5为表示包括图4所示的传感器元件的桥接电路的图。图6为表示图1所示的物理量传感器所具有的IC芯片的剖视图。另外,在图2中,为方便说明而省略了罩壳22的图示。此外,在以下的说明中,将图1、图3、图6中的上侧称为“上”,下侧称为“下”。
图1所示的物理量传感器(电子装置)1为能够对压力进行检测的压力传感器。由此,通过将物理量传感器1设为压力传感器,从而成为能够搭载于各种各样的电子设备中的物理量传感器。
如图1所示,这样的物理量传感器1具有:作为对压力进行检测并产生电信号的电子部件的传感器芯片(物理量传感器芯片)3;IC芯片4;对传感器芯片3及IC芯片4进行收纳的封装件(容器)2;将传感器芯片3连接在封装件2上的接合线(线)81;将IC芯片4连接在封装件2上的接合线(线)82;和在封装件2内对传感器芯片3及IC芯片4进行包围(覆盖)的填充材料11。
以下,对于上述各部件依次进行说明。
封装件
封装件2具有对传感器芯片3及IC芯片4进行收纳的内部空间28,该内部空间28向罩壳22的上方开口。
如图1所示,封装件2具有基部(底部)21、罩壳(盖体)22和挠性配线基板25,并被构成为,以在基部21与罩壳22之间夹持挠性配线基板25的方式而使它们相互接合。基部21与挠性配线基板25之间的接合,以及罩壳22与挠性配线基板25之间的接合分别通过由粘合剂构成的粘合剂层26来实施。作为该粘合剂并没有特别地限定,例如,能够使用硅酮(Silicone)类、环氧类的粘合剂等。另外,基部21、挠性配线基板25以及罩壳22中的上述彼此之间的接合也可以不通过粘合剂层,根据基部21、挠性配线基板25以及罩壳22的构成材料等,通过阳极接合或直接接合等各种接合方法来实施。
基部21构成封装件2的底面,在本实施方式中,整体形状呈平板状,并且俯视观察的形状呈正方形形状。虽然作为基部21的构成材料并没有特别地限定,但可列举出例如,氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆等氧化物陶瓷,氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物陶瓷之类的各种陶瓷,或聚乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、丙烯类树脂、ABS树脂、环氧树脂之类的各种树脂材料等绝缘性材料,并且能够使用这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。这些材料之中,优选为各种陶瓷。由此,能够获得具有优异的机械强度的封装件2。另外,作为基部21的俯视观察的形状,另外还可以为例如圆形形状、长方形形状、五边形以上的多边形形状等。
罩壳22构成封装件2的盖部,在本实施方式中,整体形状呈筒状,并且其俯视观察的形状为,在其下侧呈正方形形状,在上侧为圆形形状。此外,罩壳22由外径及内径从下端朝向上端直至封装件高度的中途而递减的第一部分位,和从该中途起朝向上端而成为大致固定的第二部位构成,在第一部分位处俯视观察的形状呈正方形形状,而在第二部位处俯视观察的形状呈圆形形状。另外,作为罩壳22的形状,另外也可以为例如整体形状呈圆筒状等。此外,作为罩壳22的构成材料,能够使用与作为基部21的构成材料而列举出的材料相同的材料。
挠性配线基板25位于基部21与罩壳22之间,并具有将来自传感器芯片3和IC芯片4的电信号取出至封装件2的外部的功能。该挠性配线基板25由具有挠性的基板23和被形成在基板23的上表面侧的配线24构成。
此外,如图2所示,基板23由俯视观察的形状呈正方形的框状且在中心部处具有开口部233的框体231,和在框体231的一边以向外侧突出的方式而被一体形成的呈带状的带体232构成,框体231的内缘部以遍及整周向内部空间28内突出的方式而被配置。
作为基板23的构成材料,只要是具有挠性的材料则并没有特别地限定,例如可列举出聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)等,能够使用这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。
如图2所示,配线24具有导电性,并跨框体231和带体232而设置(绕线)。该配线24具有将传感器芯片3的电信号向封装件2的外部取出的四个配线部241,和将来自IC芯片4的电信号向封装件2的外部取出的四个配线部245。
在各配线部241的内部空间28侧,设置有经由接合线81而与传感器芯片3的下文所述的连接端子74b’电连接的端子242。另一方面,在各配线部245的内部空间28侧,设置有经由接合线82而与IC芯片4的下文所述的连接端子410电连接的246。此外,通过在这些配线部241、245的外侧的端部上电连接例如下文所述的电子设备或移动体的母板等,从而能够将来自传感器芯片3和IC芯片4的电信号向封装件2的外部取出。
另外,配线24所具有的配线部的数量并不限定于上文所述的数量,能够按照被设置于传感器芯片3上的连接端子74b’数量、被设置于IC芯片4上的连接端子410数量而适当地进行设定。
作为该配线24的构成材料,只要具有导电性则并没有特别地限定,例如可列举出Ni、Pt、Li、Mg、Sr、Ag、Cu、Co、Al等金属,包括这些金属的MgAg、AlLi、CuLi等合金,ITO、SnO2等氧化物等,能够使用这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。
传感器芯片
如图3所示,传感器芯片3具有基板5、传感器元件6、元件周围结构体7、空洞部8和半导体电路9。以下,对于上述各部件依次进行说明。
基板5呈板状,并通过在由SOI基板(以第一Si层511、SiO2层512、第二Si层513这样的顺序而进行层压的基板)构成的半导体基板51上,依次层压由硅氧化膜(SiO2膜)构成的第一绝缘膜52、由硅氮化膜(SiN膜)构成的第二绝缘膜53而构成。但是,作为半导体基板51,并不限定于SOI基板,也能够使用例如硅(Silicon)基板。
此外,在半导体基板51上设置有与周围的部分相比为薄壁且通过受压而挠曲变形的隔膜54。该隔膜54通过在半导体基板51的下表面上设置有底的凹部55而被形成,且其下表面(凹部55的底面)成为受压面541。
在该半导体基板51上以及其上方安装有半导体电路(电路)9。在该半导体电路9中包括根据需要而被形成的MOS晶体管91等有源元件、电容器、电感器、电阻、二极管以及配线等电路要素。另外,为了便于说明,在图3中,仅图示了半导体电路9的MOS晶体管91。
如图4所示,传感器元件6具有被设置于隔膜54上的四个压电电阻元件(挠曲量检测元件)61、62、63、64。该四个压电电阻元件61、62、63、64分别对应于在俯视观察时呈四边形的隔膜54的各边而被设置。
压电电阻元件61、62具有:被设置于隔膜54的外缘部处的压电电阻部611、621;和与压电电阻部611、621的两端部连接的配线613、623。另一方面,压电电阻元件63、64具有:被设置于隔膜54的外缘部处的一对压电电阻部631、641;将一对压电电阻部631、641彼此连接的连接部632、642;以及与一对压电电阻部631、641的另一个端部连结的配线633、643。
压电电阻部611、621、631、641分别例如通过向半导体基板51的第一Si层511中掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质而被构成。此外,配线613、623、633、643以及连接部632、642分别例如通过以与压电电阻部611、621、631、641相比较高的浓度向第一Si层511中掺杂(扩散或注入)磷、硼等杂质而被构成。
此外,压电电阻元件61、62、63、64以自然状态下的电阻值相等的方式而被构成。而且,该压电电阻元件61、62、63、64经由配线613、623、633、643等而相互电连接,如图5所示,构成桥接电路60(惠斯通桥接电路),且与半导体电路9连接。在该桥接电路60上连接有供给驱动电压AVDC的驱动电路(未图示)。而且,桥接电路60输出与压电电阻元件61、62、63、64的电阻值对应的信号(VOUT)。
如图3所示,元件周围结构体7以划分出空洞部8的方式而被形成。该元件周围结构体7具有:层间绝缘膜71;被形成在层间绝缘膜71上的配线层72;被形成在配线层72以及层间绝缘膜71上的层间绝缘膜73;被形成在层间绝缘膜73上的配线层74;被形成在配线层74以及层间绝缘膜73上的表面保护膜75;封闭层76。配线层74具有具备将空洞部8的内外连通的多个细孔742的覆盖层741,被配置于覆盖层741上的封闭层76封闭细孔742。另外,配线层72、74包括以包围空洞部8的方式而被形成的配线层72a、74a,和构成半导体电路9的配线的配线层72b、74b。因此,半导体电路9通过配线层72b、74b而被引出至物理量传感器1的上表面上,并且配线层74b的一部分成为连接端子74b’。
虽然作为层间绝缘膜71、73并没有进行特别限定,但是例如能够使用硅氧化膜(SiO2膜)等绝缘膜。此外,虽然作为配线层72、74没有进行特别限定,但是例如能够使用铝膜等金属膜。此外,虽然作为封闭层76没有进行特别限定,但是能够使用Al、Cu、W、Ti、TiN等金属膜。此外,虽然作为表面保护膜75没有进行特别限定,但是能够使用硅氧化膜、硅氮化膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等具有用于从水分、灰尘、损伤等中保护元件的耐性的膜。
由基板5和元件周围结构体7划分出的空洞部8为密闭的空间,并作为成为传感器芯片3所检测的压力的基准值的压力基准室而发挥功能。此外,空洞部8以与隔膜54重叠的方式而被配置,隔膜54构成了划分出空洞部8的壁部的一部分。虽然空洞部8内的状态没有进行特别限定,但是优选为真空状态(例如10Pa以下)。由此,能够将传感器芯片3用作以真空状态为基准而对压力进行检测的所谓“绝对压力传感器元件”。但是,空洞部8内的状态既可以为真空状态,例如也可以为大气压状态、与大气压相比气压较低的减压状态、与大气压相比气压较高的加压状态。此外,还可以在空洞部8内封入氮气、稀有气体等惰性气体。
如此结构的传感器芯片3中,隔膜54根据隔膜54的受压面541所受到的压力而变形,由此,压电电阻元件61、62、63、64变形,从而压电电阻元件61、62、63、64的电阻值根据其挠曲量而发生变化。伴随于此,压电电阻元件61、62、63、64所构成的桥接电路60的输出发生变化,从而能够根据其输出而求出受压面541上所受到的压力(绝对压力)的大小。
此外,由于在传感器芯片3中,空洞部8以及半导体电路9被设置于基板5的相同面侧,因此形成空洞部8的元件周围结构体7不从基板5的与半导体电路9相反的一侧伸出,从而能够实现低矮化。而且,元件周围结构体7与层间绝缘膜71、73以及配线层72、74中的至少一方通过同一成膜而被形成。由此,能够利用CMOS工艺而与半导体电路9一起形成元件周围结构体7。因此,传感器芯片3的制造工序被简化,其结果为,能够实现传感器芯片3的低成本化。此外,即使在如本实施方式这样对空洞部8进行封闭的情况下,也能够使用成膜法来对空洞部8进行密封,无需如现有技术那样以粘合基板的方式而对空腔进行封闭,通过这一点,传感器芯片3的制造工序也被简化,其结果为,能够实现传感器芯片3的低成本化。
IC芯片
IC芯片4为,例如具有根据由传感器芯片3生成的电信号而对施加于传感器芯片3上的压力的大小进行运算的功能的部件。
如图1以及图2所示,IC芯片4为板状,在俯视观察时呈与传感器芯片3相比较小的四边形形状。该IC芯片4以在传感器芯片3上方与传感器芯片3分离且与传感器芯片3重叠的方式而被设置,并以在俯视观察时使连接端子74b’露出的方式而被传感器芯片3内包。如此,由于IC芯片4以与传感器芯片3在俯视观察时重叠的方式而被配置(以上下重叠的方式而被配置),从而能够减小物理量传感器1的宽度方向上的尺寸,由此实现物理量传感器1的小型化。
如图6所示,IC芯片4为多层配线基板,并在由硅等半导体构成的半导体基板41上层压由硅氧化膜(SiO2膜)构成的绝缘膜42,并在半导体基板41上及其上方安装有例如用于根据从桥接电路60获得的信号而对所受到的压力的大小进行检测的半导体电路(电路)40。此外,为了保护半导体电路40而在绝缘膜42上层压有表面保护膜(钝化膜)43。虽然作为表面保护膜43没有进行特别限定,但是能够使用硅氧化膜、硅氮化膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等具有用于从水分、灰尘、损伤等中保护元件的耐性的膜。此外,表面保护膜43的一部分被去除,从而从该去除部分中露出半导体电路40所具有的四个连接端子(连接部)410。
另外,在半导体电路40中例如形成有用于驱动传感器芯片3的驱动电路(未图示)、用于根据由温度传感器检测出的温度而对来自桥接电路60的输出进行温度补偿的温度补偿电路(未图示)等。
线
传感器芯片3以及IC芯片4分别与挠性配线基板25所具备的配线24电连接。具体而言,如图2所示,传感器芯片3所具备的连接端子74b’经由具有导电性的接合线81而与端子242连接。由此,传感器芯片3以通过接合线81从配线部241悬吊的方式而被配置,并且经由接合线81而与配线部241电连接。另一方面,IC芯片4所具备的连接端子410经由具有导电性的接合线82而与端子246连接。由此,IC芯片4以通过接合线82从配线部245悬吊的方式而被配置,并且经由接合线82而与配线部245电连接。
如图1所示,由以这种方式被连接(配置)的传感器芯片3以及IC芯片4所形成的结构体的整体并没有被固定于封装件2的内壁上,而是通过接合线81、82被系留于内部空间28内。即,通过接合线81、82而使传感器芯片3以及IC芯片4留在内部空间28内。而且,所述结构体在内部空间28内,在不与接合线81、82以外的其他部件接触的条件下,以相对于封装件2非接触的状态,相对于基部21而被大致水平地支承。
另外,所述结构体只要没有被固定于封装件2的内壁上,则也可以接触。
如此,在物理量传感器1中,由于未如所述现有技术那样传感器芯片以及IC芯片通过粘合剂而被接合于封装件的基部上,而是系留于内部空间28内,因此能够减少由封装件2所产生的变形而引起的应力传递至传感器芯片3以及IC芯片4的情况。因此,能够减少传感器芯片3以及IC芯片4的检测性能的降低,从而能够减少物理量传感器1的检测精度的降低。
此外,在物理量传感器1中,传感器芯片3与IC芯片4彼此之间的电连接在配线部241与配线部245之间被实施,传感器芯片3与IC芯片4彼此并没有通过例如凸点等而被直接接合,而是相互独立。因此,还能够抑制在传感器芯片3与IC芯片4之间的应力的传递。
这样的接合线81、82具有某种程度的刚性,并且呈相对较细的长条状,且由于具有挠曲为弯曲状的部分因而具有适当的弹性(柔软性)。由于接合线81、82具有适当的刚性,因此例如即使振动等被施加于物理量传感器1,也能够以不产生传感器芯片3以及IC芯片4的不经意的位置偏离的方式,而对它们进行支承。而且,由于接合线81、82具有适当的弹性,因此能够通过接合线81、82来吸收由封装件2所产生的变形而引起的应力。因此,能够更加缓和传感器芯片3以及IC芯片4的检测性能的降低。
此外,在本实施方式中,如图2所示,物理量传感器1具有四根接合线81,各接合线81被设置于传感器芯片3的四个角部附近。如此由于将各接合线81以相互对称的方式而配置,因此容易地将传感器芯片3以相对于封装件2的内壁而非接触的状态,相对于基部21而大致水平地进行支承。另外,可以说对于IC芯片4也是同样的。
此外,设置有与接合线81、82连接的端子242、246的基板23如前文所述那样具有柔软性(挠性)。因此,在该基板23中,还能够吸收由封装件2的变形所产生的应力。如此,由于除了通过上述的接合线81、82以外,还能够通过基板23(挠性配线基板25)来吸收由封装件2的变形所产生的应力,因此进一步减少了所述应力被传递至传感器芯片3和IC芯片4上的情况。
另外,接合线81、82的粗细例如优选在0.1μm以上且50μm以下,更加优选在1μm以上且30μm以下。由此,接合线81、82能够具有适当的刚性和柔软性。
此外,虽然作为接合线81、82的构成材料并没有进行特别限定,但是能够使用金、铝、铜等各种金属材料。
填充材料
如图1所示,填充材料11被填充于形成在封装件2内的内部空间28内,并以包围被收纳于内部空间28内的传感器芯片3以及IC芯片4的方式而被设置。此外,填充材料11以与受压面541以及接合线81、82接触的方式而被设置。
这样的填充材料11保护传感器芯片3以及IC芯片4(防尘以及防水),并且作为将经由封装件2的开口而施加于物理量传感器1上的压力传递至传感器芯片3的受压面541上的压力传递介质而发挥功能。由于作为该压力传递介质而发挥功能的填充材料11与传感器芯片3的受压面541连接,因此施加于物理量传感器1上的压力经由罩壳22的开口以及填充材料11,而高效地作用于传感器芯片3的受压面541上。
此外,填充材料11例如由具有与传感器芯片3、IC芯片4以及封装件2相比较软的特性(柔软性)的物质构成。由此,能够吸收封装件2的变形,从而能够减少由该变形所产生的应力传递至传感器芯片3以及IC芯片4上的情况。
作为该填充材料11,例如呈液状或凝胶状。尤其通过使用凝胶状的填充材料11,能够减小内部空间28内的传感器芯片3的位置的变动,因此,能够在不受到物理量传感器1的姿态的变化的影响的条件下进行高精度的检测。在填充材料11为凝胶状的情况下,填充材料11优选为,例如,针入度在50以上且250以下的范围内,更加优选在150以上且250以下的范围内。由此,能够使填充材料11充分地柔软,从而施加于物理量传感器1上的压力能够经由罩壳22的开口以及填充材料11而高效地作用于传感器芯片3的受压面541上,并且能够更加缓和由封装件2的变形造成的对传感器芯片3以及IC芯片4的影响。此外,能够进一步减小内部空间28内的传感器芯片3的位置的变动。
此外,填充材料11包括具有柔软性(软质性)的树脂。作为填充材料11,通过包括具有柔软性(软质性)的树脂,从而能够容易地获得凝胶状的填充材料11。
此外,填充材料11由具有绝缘性的材料构成。因此,即使由该具有绝缘性的材料构成的填充材料11如上文所述那样被连接于所述接合线81、82上,也能够更进一步防止接合线81以及接合线82之间的短路。
此外,优选为,填充材料11的比重尽可能地接近于传感器芯片3以及IC芯片4的比重。由此,即使物理量传感器1的姿态发生变化也能够减小内部空间28内的传感器芯片3以及IC芯片4的位置的变动。
作为该填充材料11的具体的构成材料,例如可列举出氟类树脂以及硅酮树脂等,并且能够使用这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。由此,填充材料11变得充分柔软,从而能够更加高效地向受压面541传递施加于物理量传感器1上的压力。
第二实施方式
接下来对本发明的物理量传感器(电子装置)的第二实施方式进行说明。图7为表示本发明的物理量传感器的第二实施方式的剖视图。图8为图7所示的物理量传感器的俯视图。另外,为了便于说明,在图8中省略了罩壳22的图示。以下,虽然对物理量传感器的第二实施方式进行说明,但是以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明,并且对于相同的事项将省略其说明。
第二实施方式的物理量传感器(电子装置)1省略了IC芯片4,并且除了传感器芯片3的结构与配线24的结构不同以外,其他部分与上述的第一实施方式相同。
在图7所示的物理量传感器1中,被设置于传感器芯片3内的半导体电路(IC电路)9与上述的第一实施方式的物理量传感器1所具备的IC芯片4同样地,根据由传感器元件6生成的电信号,而对施加于传感器芯片3上的压力的大小进行运算。即,在本实施方式中,通过使传感器芯片与IC芯片成为一体而省略了IC芯片4,从而能够实现进一步的小型化、低矮化。
另外,在本实施方式的物理量传感器1中,如图8所示,配线24具有四个配线部241,与上述的第一实施方式进行比较,成为省略了配线部245的结构。另外,由于这些配线部241使端子242经由接合线81而与连接端子74b’连接,从而与传感器芯片3电连接。
即使通过该第二实施方式,也能够发挥与上述的第一实施方式同样的效果。
第三实施方式
接下来,对本发明的物理量传感器(电子装置)的第三实施方式进行说明。图9为表示本发明的物理量传感器的第三实施方式的剖视图。图10为图9所示的物理量传感器的俯视图。图11为表示图9所示的物理量传感器所具有的IC芯片以及物理量传感器芯片的剖视图。另外,为了便于说明,在图10中省略了罩壳22的图示。此外,在以下的说明中,将图9、图11中的上侧称作“上”,下侧称作“下”。以下,虽然对物理量传感器的第三实施方式进行说明,但是以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明,且对于相同的事项将省略其说明。
第三实施方式的物理量传感器(电子装置)1除了传感器芯片3的朝向,传感器芯片3、IC芯片4以及配线24的连接方式不同以外,其他部分与上述的第一实施方式相同。
在图9所示的物理量传感器1中,传感器芯片3位于封装件2的开口侧,IC芯片4位于基部21侧。如图9以及图11所示,传感器芯片3以使隔膜54的受压面541朝向上侧(即与IC芯片4相反的一侧)的方式而被配置。通过采用这种配置,从而使受压面541朝向封装件2的开口,并且由于能够接近封装件2的开口,因此施加于物理量传感器1上的压力高效地作用于受压面541上。由此,能够更加提高传感器芯片3的压力检测性能。
如图11所示,IC芯片4具有通过去除表面保护膜43的一部分从而从该去除部分露出的连接端子(连接部)420。而且,该连接端子420通过具有导电性的固定部件93而与传感器芯片3所具备的连接端子74b’连接。由此,IC芯片4与传感器芯片3电连接。通过以这种方式利用固定部件93来对传感器芯片3以及IC芯片4进行连接,从而能够对传感器芯片3以及IC芯片4的相互的相对位置关系进行限制,因此,能够防止传感器芯片3与IC芯片4的不经意的接触,或者能够通过预先组装传感器芯片3与IC芯片4,从而使物理量传感器1的制造(组装)较为容易。另外,作为固定部件93,只要具有导电性则不进行特别限定,例如,能够使用焊锡等金属钎焊材料、金凸点等金属凸点、导电性粘合剂等。
此外,如图10所示,在本实施方式的物理量传感器1中,配线24具有四个配线部245,与上述的第一实施方式进行比较,成为省略了配线部241的结构。另外,这些配线部245通过使端子246经由接合线82而与连接端子410相连接,从而与IC芯片4电连接。
即使通过该第三实施方式,也能够发挥与上述的第一实施方式同样的效果。
第四实施方式
接下来,对本发明的物理量传感器(电子装置)的第四实施方式进行说明。图12为表示本发明的物理量传感器的第四实施方式的剖视图。图13为图12所示的物理量传感器的俯视图。另外,图13(a)表示图12中的A-A线剖视图,图13(b)表示图12中B-B线剖视图。此外,在以下的说明中,将图12中的上侧称作“上”,下侧称作“下”。以下,虽然对物理量传感器的第四实施方式进行说明,但是以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明,且对于相同的事项将省略其说明。
第四实施方式的物理量传感器(电子装置)1除了封装件2的结构不同,而且传感器芯片3、IC芯片4的连接方式不同以外,其他部分与上述的第一实施方式相同。
图12所示的在物理量传感器1中,封装件2还具有挠性配线基板29,并成为基部21、挠性配线基板29、挠性配线基板25以及罩壳22依次被层压的结构。另外,基部21与挠性配线基板29的接合、挠性配线基板29与挠性配线基板25的接合、挠性配线基板25与罩壳22的接合分别通过由粘合剂构成的粘合剂层26而被实施。
挠性配线基板29具有将来自IC芯片4的电信号经由挠性配线基板25而取出至封装件2的外部的功能。如图13所示,该挠性配线基板29由具有挠性的基板291和被形成于基板291的上表面侧的配线292构成。
基板291为,俯视观察形状呈正方形的框状且在中心部处具有开口部294的框状,并且其内缘部以整周向内部空间28内突出的方式而被配置。作为基板291的构成材料,只要具有挠性则不进行特别限定,能够使用与第一实施方式中所述的基板23相同的材料。
配线292具有四个配线部293。在这些配线部293的内部空间28侧的端部处设置有经由接合线82而与IC芯片4的连接端子410电连接的端子295。在该配线部293的外侧的端部处接合有将IC芯片4与传感器芯片3电连接的导电性粘合剂95。
如图12所示,在本实施方式这种物理量传感器1中,传感器芯片3位于IC芯片4的上侧,并以使隔膜54的受压面541朝向下侧(即IC芯片4侧)的方式而与IC芯片4对置配置。通过以这种方式配置传感器芯片3,从而能够使受压面541接近于IC芯片4。因此,例如在IC芯片4中设置有未图示的温度传感器的情况下,能够通过该温度传感器而更高精度地对隔膜54的温度或者被设置于隔膜54上的压电电阻元件61~64的温度进行检测,因此,能够更高精度地实施物理量传感器1的温度控制。
此外,如图13所示,本实施方式的物理量传感器1中,挠性配线基板25所具备的配线24具有四个配线部241,与上述的第一实施方式进行比较,成为省略了配线部245的结构。另外,该配线部241通过使端子242经由接合线81而与连接端子74b’相连接,从而与传感器芯片3电连接。另一方面,挠性配线基板29所具备的配线部293经由接合线82而与连接端子410连接,从而与IC芯片4电连接。
如此,通过使对传感器芯片3进行支承的接合线81和对IC芯片4进行支承的接合线82分别被连接于不同的挠性配线基板上,从而能够更加减少传感器芯片3与IC芯片4之间的应力的传递。因此,能够进一步抑制传感器芯片3以及IC芯片4的检测性能的降低。
另外,如图12所示,配线部293与配线部241经由导电性粘合剂95和贯穿基板23的未图示的贯穿电极而被连接,由此,传感器芯片3和IC芯片4被电连接。作为导电性粘合剂95,只要具有导电性以及粘合性则不进行特别限定,例如能够使用在环氧类、丙烯类、硅类等的树脂材料中混合了银颗粒等导电性材料的导电性粘合剂,或金凸点、银凸点、铜凸点等金属凸点等。
即使通过该第四实施方式,也能够发挥与上述的第一实施方式同样的效果。
第五实施方式
接下来,对物理量传感器的第五实施方式进行说明。图14为表示物理量传感器的第五实施方式所具有的物理量传感器芯片的剖视图。以下,虽然对物理量传感器的第五实施方式进行说明,但是以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明,且对于相同的事项将省略其说明。
第五实施方式除了传感器芯片所具有的传感器元件的结构不同以外,其他部分与第一实施方式相同。
如图14所示,本实施方式的传感器元件6具有被设置于隔膜54上的固定电极66、可动电极67。此外,可动电极67具有被设置于隔膜54上的支承部671、以与固定电极66隔开空隙的方式而与固定电极66对置配置的可动部672、对支承部671与可动部672进行连结的能够弹性变形的连结部673。这种结构的传感器芯片3中,隔膜54根据隔膜54的受压面541所受到的压力而变形,由此,可动部672与固定电极66之间的间隙(间隔距离)发生变化。由于当间隙发生变化时,由固定电极66以及可动电极67构成的振动系统的共振频率将发生变化,因此能够根据该共振频率的变化而求出受压面541上所受到的压力的大小(绝对压力)。
即使通过该第五实施方式,也能够发挥与上述的第一实施方式同样的效果。
第六实施方式
接下来,对物理量传感器(电子装置)的第六实施方式进行说明。图15为表示本发明的第六实施方式所涉及的电子装置的剖视图。图16为图15所示的电子装置的俯视图。图17为表示图15所示的电子装置所具有的压力传感器元件的剖视图。图18为表示图17所示的压力传感器元件所具有的压力传感器部的俯视图。图19以及图20分别为用于对图15所示的电子装置所具备的第二线的功能进行说明的图。图21至图23分别为用于对图15所示的电子装置的制造方法进行说明的俯视图。图24以及图25分别为用于对图15所示的电子装置的其他制造方法进行说明的俯视图。另外,在以下的说明中,将图15、图17中的上侧称作“上”,下侧称作“下”
封装件
封装件1002为,具有将压力传感器元件1003收纳于在其内部所形成的内部空间1028中并且进行固定(支承)的功能的部件。
如图15所示,封装件1002具有基部1021、罩壳1022和挠性配线基板(支承基板)1025,并被构成为,以在基部1021和罩壳1022之间夹持挠性配线基板1025的方式而使它们相互接合。基部1021与挠性配线基板1025的接合,以及罩壳1022与挠性配线基板1025之间的接合分别通过由粘合剂构成的粘合剂层1026而被实施。
基部1021构成封装件1002的底面,在本实施方式中,整体形状呈平板状,且俯视观察形状呈正方形形状。虽然作为基部1021的构成材料没有进行特别限定,但可列举出例如,氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆等的化物陶瓷,氮化硅、氮化铝、氮化钛等氮化物陶瓷之类的各种陶瓷,或聚乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、丙烯类树脂、ABS树脂、环氧树脂之类的各种树脂材料等绝缘性材料,并且能够使用这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。这些材料之中,优选为各种陶瓷。由此,能够获得具有优异的机械强度的封装件1002。另外,作为基部1021的俯视观察的形状,另外还可以为例如圆形形状、长方形形状、五边形以上的多边形形状等。
罩壳1022构成封装件1002的盖部,在本实施方式中,整体形状呈筒状。此外,罩壳1022具有外径以及内径从下端起朝向上端直到封装件高度的中途而递减的部位。作为罩壳1022的构成材料,能够使用与作为基部1021的构成材料而列举出的材料相同的材料。另外,作为罩壳1022的形状没有进行特别限定。
挠性配线基板1025在封装件1002的厚度方向上位于基部1021与罩壳1022之间,并在封装件1002内对压力传感器元件1003以及IC芯片1004进行支承,且具有将来自压力传感器元件1003和IC芯片1004的电信号取出至封装件1002的外部的功能。该挠性配线基板1025由具有挠性的基材1023和被形成于基材1023的上表面侧的配线1024构成。
此外,如图16所示,基材1023由呈大致四边形并在中心部处具有开口部1233的框部1231,和在框部1231的一边以突出的方式而被一体形成的呈带状的带体1232构成。作为基材1023的构成材料,只要具有挠性则不进行特别限定,例如可列举出聚酰亚胺、聚乙烯乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)等,能够这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。
如图16所示,配线1024具有导电性,并跨框部1231和带体1232而设置(绕线)。该配线1024具有:对压力传感器元件1003与IC芯片1004进行电连接的四个配线部1241、将IC芯片1004和电子装置1001的外部进行电连接的四个配线部1245、为了对施加于压力传感器元件1003上的多余的应力进行调节、缓和而被使用的应力调节用的三个配线部1249。
四个配线部1241以沿着框部1231的一条边1231a并排的方式而被配置。而且,各配线部1241通过其一个端部(边1231a侧的端部),经由接合线(第一线)1015而与压力传感器元件1003的连接端子1743电连接。此外,通过该接合线1015,从而压力传感器元件1003与框部1231分离,并且以相对于框部1231而漂浮的状态被支承。此外,各配线部1241通过其另一个端部,经由接合线1014而与IC芯片1004的连接端子1042电连接。由此,成为经由配线部1241而使压力传感器元件1003与IC芯片1004电连接的状态。
另一方面,四个配线部1245分别将基端侧设置于带体1232上,将顶端侧设置于框部1231上。此外,四个配线部1245的顶端部沿着与边1231a对置的边1231b而被配置。而且,配线部1245分别经由接合线1016而与IC芯片1004的连接端子1042电连接。通过该接合线1016以及上述的接合线1014,从而IC芯片1004与框部1231以及压力传感器元件1003分离,并且以相对于框部1231而漂浮的状态被支承。
此外,三个配线部1249沿着边1231b而被配置。此外,配线部1249在俯视观察时,隔着压力传感器元件1003而与配线部1241对置配置。此外,配线部1249与配线部1241、1245分离配置,不与配线部1241、1245电连接。此外,配线部1249与边1231b大致正交,并以远离压力传感器元件1003的方式而延伸。
这些配线部1249分别经由接合线(第二线)1013而与压力传感器元件1003的应力补正用端子1744相连接。即,压力传感器元件1003通过利用接合线1015而被支承于一侧,并利用接合线1013而被支承于另一侧,从而成为两端支承的状态。在此,接合线1013与接合线1015不同,其与压力传感器元件1003和IC芯片1004均不电连接。即,接合线1013没有被用于与压力传感器元件1003和IC芯片1004的电连接,或IC芯片1004与外部的电连接。由此,能够防止由接合线1013引起的短路(short)、寄生电容的产生和噪声的产生等,从而成为更加优异的特性的电子装置1001。该接合线1013具有通过抵消或缓和由于压力传感器元件1003与接合线1015的连接而在压力传感器元件1003中所产生的应力(变形),从而减小(调节)压力传感器元件1003的压力检测能的降低的功能。关于该功能将在后文中进行详述。
另外,虽然作为接合线1013、1015的构成材料没有进行特别限定,但是能够使用例如金、铜、铝等各种金属材料,包含这些金属的合金等。此外,优选为,接合线1013、1015包含相同的材料以作为主材料,更加优选为相同的结构。此外,优选为线直径也相同。由此,能够使接合线1013、1015共通化,从而使装置的结构变得简单。但是,接合线1013、1015既可以相互材料材料不同,也可以线直径不同。
以上,对封装件1002进行了说明。根据这种结构的封装件1002,通过将例如后文所述的电子设备或移动体的母板等电连接于配线部1245的端部上,从而能够将来自压力传感器元件1003和IC芯片1004的电信号取出至封装件1002的外部。
另外,配线1024所具有的配线部1241、1245的数量不进行特别限定,只要按照被设置于压力传感器元件1003上的连接端子1743的数量与被设置于IC芯片1004上的连接端子1042的数量进行适当设定即可。此外,配线部1249的数量也不进行特别限定,能够根据由于压力传感器元件1003与接合线1015的连接而在压力传感器元件1003中所产生的应力的大小等进行适当设定。此外,作为该配线1024的构成材料,只要具有导电性则不进行特别限定,例如可列举出Ni、Pt、Li、Mg、Sr、Ag、Cu、Co、Al等金属,包括这些金属的MgAg、AlLi、CuLi等合金,ITO、SnO2等氧化物等,能够使用这些材料之中的一种或将两种以上组合使用。
压力传感器
如图17所示,压力传感器元件1003为能够对所受到的压力进行检测的元件,并具有基板5、压力传感器部6、元件周围结构体7、空洞部8和未图示的半导体电路。以下,依次对上述各部件进行说明。
基板5呈板状,并通过在由SOI基板(以第一Si层511、SiO2层512、第二Si层513这样的顺序进行层压的基板)构成的半导体基板51上,依次层压由硅氧化膜(SiO2膜)构成的第一绝缘膜52、由硅氮化膜(SiN膜)构成的第二绝缘膜53而构成。但是,作为半导体基板51,并不限定于SOI基板,也能够使用例如硅基板。
此外,在半导体基板51上设置有与周围的部分相比为薄壁且通过受压而挠曲变形的隔膜(Diaphragm)1054。该隔膜1054通过在半导体基板51的下表面上设置有底的凹部55而被形成,且其下表面(凹部55的底面)成为受压面1541。
在该半导体基板51上及其上方安装有未图示的半导体电路(电路)。在该半导体电路中包括根据需要而被形成的MOS晶体管等有源元件、电容器、电感器、电阻、二极管以及配线等电路要素。
如图18所示,压力传感器部(输出信号部)6具有被设置于隔膜1054上的四个压电电阻元件61、62、63、64。该四个压电电阻元件61、62、63、64分别对应于在俯视观察时呈四边形的隔膜1054的各边而被设置。
压电电阻元件61、62具有:被设置于隔膜1054的外缘部处的压电电阻部611、621;和与压电电阻部611、621的两端部连接的配线613、623。另一方面,压电电阻元件63、64具有:被设置于隔膜1054的外缘部处的一对压电电阻部631、641;将一对压电电阻部631、641彼此连接的连接部632、642;以及与一对压电电阻部631、641的另一个端部连结的配线633、643。
由于压电电阻部611、621、631、641以及压电电阻元件61、62、63、64的结构与上述的第一实施方式相同,因此省略此处的说明。此外,由于压电电阻元件61、62、63、64的结构以及电连接与上述的图5所示的第一实施方式的连接相同,因此省略此处的说明。
元件周围结构体7以划分出空洞部8的方式而被形成。该元件周围结构体7具有:层间绝缘膜71;被形成在层间绝缘膜71上的配线层72;被形成在配线层72以及层间绝缘膜71上的层间绝缘膜73;被形成在层间绝缘膜73上的配线层74;被形成在配线层74以及层间绝缘膜73上的表面保护膜75;以及封闭层76。配线层74具有具备将空洞部8的内外连通的多个细孔742的覆盖层741,被配置于覆盖层741上的封闭层76封闭细孔742。另外,配线层72、74包括以包围空洞部8的方式而被形成的配线层和构成半导体电路的配线的配线层。半导体电路通过配线层72、74而被引出至压力传感器元件1003的上表面上,并且配线层74的一部分成为连接端子1743,连接端子1743从表面保护膜75露出。而且,该连接端子1743经由接合线1015而与配线部1241电连接。
此外,如图17所示,配线层74的一部分成为应力补正用端子1744,应力补正用端子1744从表面保护膜75露出。而且,该应力补正用端子1744,经由接合线1013而与配线部1249相连接。另外,优选为,应力补正用端子1744不与所述半导体电路电连接。由此,能够防止接合线1013与所述半导体电路的电连接。
虽然作为层间绝缘膜71、73没有进行特别限定,但是例如能够使用硅氧化膜(SiO2膜)等绝缘膜。此外,虽然作为配线层72、74没有进行特别限定,但是例如能够使用铝膜等金属膜。此外,虽然作为封闭层76没有进行特别限定,但是能够使用Al、Cu、W、Ti、TiN等金属膜。此外,虽然作为表面保护膜75没有进行特别限定,但是能够使用硅氧化膜、硅氮化膜、聚酰亚胺膜、环氧树脂膜等具有用于从水分、灰尘、损伤等中保护元件的耐性的膜。
由基板5和元件周围结构体7划分出的空洞部8为密闭的空间,并作为成为压力传感器元件1003所检测的压力的基准值的压力基准室而发挥功能。该空洞部8位于隔膜1054的与受压面1541相反的一侧,而且以与隔膜1054重叠的方式而被配置。而且,隔膜1054构成了划分出空洞部8的壁部的一部分。此外,空洞部8成为真空状态(例如10Pa以下)。由此,能够将压力传感器元件1003用作以真空状态为基准而对压力进行检测的所谓“绝对压力传感器元件”。但是,空洞部8既可以为真空状态,例如也可以为大气压状态、与大气压相比气压较低的减压状态、与大气压相比气压较高的加压状态。
IC芯片
如图15以及如图16所示,在IC芯片1004上设置有半导体电路1041。该半导体电路1041根据需要而包括MOS晶体管等能动元件、电容器、电感器、电阻、二极管以及配线等电路要素。该半导体电路1041经由被配置于其上表面(压力传感器元件1003侧的面)上的连接端子1042而与配线部1241、1245电连接。
在此,在IC芯片1004内的半导体电路1041以及压力传感器元件1003内的所述半导体电路中,例如包括用于向桥接电路60(参照图5)供给电压的驱动电路、根据压力传感器的温度而对来自桥接电路60的输出进行温度补偿的温度补偿电路、将来自温度补偿电路的输出转换为预定的输出形式(CMOS、LV-PECL、LVDS等)而输出的输出电路等。另外,对驱动电路、温度补偿电路、输出电路等的配置不进行特别限定,例如,也可以在压力传感器元件1003内的半导体电路中形成驱动电路,在IC芯片1004内的半导体电路1041中形成温度补偿电路以及输出电路。如此,通过相对于压力传感器元件1003而另外设置具有半导体电路1041的IC芯片1004,从而例如与省略IC芯片1004并在压力传感器元件1003内形成半导体电路1041的情况进行比较,能够实现电子装置1001的小型化。
以上对压力传感器元件1003以及IC芯片1004进行了说明。如上所述,压力传感器元件1003经由接合线1015而被接合于配线部1241上,并经由接合线1013而被接合于配线部1249上。由此,压力传感器元件1003被支承于框部1231上,并且各连接端子1743被电连接于配线部1241上。另一方面,如上所述,IC芯片1004经由接合线1014、1016而被接合于配线部1241、1245上,由此,IC芯片1004被支承于框部1231上,并且各连接端子1042被电连接于配线部1241、1245上。由此,压力传感器元件1003与IC芯片1004经由配线部1241而被电连接,并且能够通过配线部1245而从IC芯片1004向外部进行输出。
如图15所示,以这种方式被固定的压力传感器元件1003以及IC芯片1004通过接合线1013、1014、1015、1016和填充材料1011,而成为在封装件1002的内部空间1028内漂浮的状态(不与内壁接触的状态)。由此,由于振动等难以经由封装件1002而传递至压力传感器元件1003和IC芯片1004,因此能够抑制电子装置1001的压力检测精度的降低。此外,由于在俯视观察时,压力传感器元件1003以与IC芯片1004重叠的方式而被配置(以上下重叠的方式而被配置),因此能够实现电子装置1001的小型化。
此外,在本实施方式中,在俯视观察时,四根接合线1015相对于压力传感器元件1003的中心部O(隔膜1054)而被非对称地配置。具体而言,全部接合线1015均朝向框部1231的边1231a侧延伸。如此,通过相对于中心部O而非对称地配置,从而与例如相对于中心部O而对称地配置的情况进行比较,配线1024(配线部1241)的配置的自由度增大。因此,电子装置1001的设计将变得更加容易。
接下来,对接合线1013的功能进行详细说明。如上所述,由于在本实施方式中,压力传感器元件1003于边1231a侧通过四根接合线而被支承,因此假设在没有设置接合线1013的情况下,如图19所示,存在由于接合线1015的张力A,从而使压力传感器元件1003弯曲的这种应力B施加于压力传感器元件1003上的情况。此外,当设为该结构时,存在难以对压力传感器元件1003的姿态进行控制,从而压力传感器元件1003倾斜的情况。存在姿态倾斜的应力B的产生被促进,或者压力传感器元件1003与IC芯片1004等接触,并由于该接触而进一步施加有多余的应力的可能性。由于如此产生的多余的应力,从而在隔膜1054上施加有不需要的应力(压力以外的应力),由此无法高精度地对所受到的压力进行检测。因此,为了抵消或减小这种多余的应力而设置了接合线1013。
具体而言,如图20所示,通过利用接合线1013而在与接合线1015相反的一侧对压力传感器元件1003进行支承,从而利用接合线1013的张力C而抵消或缓和(减小)上述的使压力传感器元件1003弯曲的应力B。此外,通过接合线1013还能够对压力传感器元件1003的姿态进行补正。由此,能够减小在隔膜1054上产生的应力,即,不易施加不需要的多余的应力(所受到的压力以外的应力),从而能够高精度地对所受到的压力进行检测。
尤其在本实施方式中,由于设置有多根接合线1013,因此能够高精度地且二维地实施压力传感器元件1003的姿态控制。而且,在俯视观察时,通过使多根接合线1013的延伸方向不同,从而能够进一步高精度地实施姿态控制。此外,由于配线部1249在与边1231b大致正交的方向(远离压力传感器元件1003的方向)上延伸,因此接合线1013的长度的自由度增大,从而前述的应力调节范围扩大,并且能够更高精度地实施应力调节。
另外,作为接合线1013的数量不进行特别限定,能够根据应力B的大小等而进行适当变更。即,为了使应力B变得更小,只需对接合线1013的数量进行设定即可。
填充材料
如图15所示,填充材料1011被填充于形成在封装件1002内的内部空间1028内,由此,对被收纳于内部空间1028内的压力传感器元件1003以及IC芯片1004进行覆盖。通过该填充材料1011,从而能够保护(防尘以及防水)压力传感器元件1003以及IC芯片1004,并且减小作用于电子装置1001上的外部应力。另外,施加于电子装置1001上的压力经由罩壳1022的开口以及填充材料1011而作用于压力传感器元件1003的受压面1541上。
该填充材料1011只需为具有与压力传感器元件1003、IC芯片1004以及封装件1002相比较软的特性的物质即可,例如,呈液状或凝胶状,作为具体的一个示例,能够使用硅油、氟类油、硅凝胶等。换言之,填充材料1011能够采用与压力传感器元件1003以及IC芯片1004相比杨氏模量较小的物质。此外,虽然作为填充材料1011的粘度并没有进行特别限定,但是优选为,例如针入度在50以上且250以下的范围内,更加优选在150以上且250以下的范围内。由此,能够使填充材料1011充分柔软,从而施加于电子装置1001上的压力高效地作用于受压面1541上。
以上,对电子装置1001的结构进行了详细说明。接下来,对电子装置1001的制造方法进行说明。
电子装置1001的制造方法包括:使用多根接合线1013、1015而对IC芯片1004和压力传感器元件1003进行连接的连接工序;对压力传感器元件1003的电特性进行测量的测量工序;基于测量结果并根据需要而对多根接合线1013的连接中的至少一个连接进行解除的应力调节工序;将IC芯片以及压力传感器元件1003收纳于封装件1002内的收纳工序。
连接工序
首先,准备挠性配线基板1025以及IC芯片1004,并如图21所示那样,通过接合线1014、1016而对挠性配线基板1025和IC芯片1004进行连接。该连接能够使用线键合法而实施。接下来,准备压力传感器元件1003,并如图22所示那样,通过接合线1013、1015而对挠性配线基板1025和压力传感器元件1003进行连接。该连接能够使用线键合法而实施。另外,优选为,较多地设置接合线1013,以产生在该状态下能够将由于压力传感器元件1003与接合线1015的连接而在压力传感器元件1003中所产生的应力抵消掉的程度以上的张力。此外,也可以使至少一根接合线1013的张力与其他的接合线1013的张力不同。由此,通过后文所述的应力调节工序,能够进行对哪根接合线1013进行切断的选择,从而能够实施更加恰当的应力调节。
测量工序
接下来,对压力传感器元件1003的电特性进行测量。具体而言,例如,首先,将压力传感器元件1003置于预定(已知)的气压环境下,并在该状态下对压力进行检测。然后,将所检测出的压力(输出值)与实际的压力进行比较,而获得其误差信息。另外,推测为误差越大则向压力传感器元件1003施加的多余的应力越大。
应力调节工序
接下来,根据通过测量工序而获得的误差信息,如图23所示,对多根接合线1013中的至少一根(在图23中为接合线1013’、1013”这两根)的连接进行解除。由此,使接合线1013的张力减小,相应地减小施加于压力传感器元件1003上的应力。而且,使压力传感器元件1003所检测的压力(输出值)与实际的压力的误差收敛于预定范围以内。虽然作为对接合线1013的连接进行解除的方法没有进行特别限定,但是例如可列举出通过激光而对接合线1013进行切断或去除的方法。由此,能够简单地对接合线1013的连接进行解除。此外,由于通过使用激光,只需进行对接合线1013的局部的加热即可,因此能够减少对其他部分(尤其是压力传感器元件1003和IC芯片1004)的热损伤。
另外,也可以通过重复实施测量工序和本工序而逐渐将所述误差收敛于预定范围内。此外,在通过测量工序而获得的误差信息从最初便收敛于所述预定范围内的情况下,能够省略本工序。
收纳工序
接下来,准备基部1021和罩壳1022,并以通过基部1021和罩壳1022来夹持挠性配线基板1025的方式而对它们进行相互接合。由此,成为获得了封装件1002,并将压力传感器元件1003以及IC芯片1004收纳于封装件1002内的状态。最后,通过向封装件1002内注入填充材料1011,从而获得电子装置1001。
根据以上这种制造方法,能够简单地制造出具有优异的压力检测特性,即,测量误差较小的电子装置1001。
另外,还能够通过如下的制造方法来制造电子装置1001。
电子装置1001的另外的制造方法包括:通过多根接合线1015和一根接合线1013而对IC芯片1004以及压力传感器元件1003进行连接的连接工序;对压力传感器元件1003的电特性进行测量的测量工序;基于所述测量工序中的测量结果,并根据需要而追加对IC芯片1004和压力传感器元件1003进行连接的接合线1013的应力调节工序;以及将IC芯片1004以及压力传感器元件1003收纳于封装件1002中的收纳工序。
连接工序
首先,准备挠性配线基板1025以及IC芯片1004,并通过接合线1014、1016对挠性配线基板1025与IC芯片1004进行连接。接下来,准备压力传感器元件1003,并如图24所示那样,通过多根接合线1015和一根接合线1013而对挠性配线基板1025和压力传感器元件1003进行连接。另外,作为在本工序中进行连接的接合线1013的数量并限定于一根,也可以为两根以上。
测量工序
接下来,对压力传感器元件1003的电特性进行测量。具体而言,例如,首先,将压力传感器元件1003置于预定(已知)的气压环境下,在该状态下对压力进行检测。而且,将所检测出的压力(输出值)与实际的压力进行比较,而获得其误差信息。另外,推测为,误差越大则向压力传感器元件1003施加的多余的应力越大。
应力调节工序
接下来,根据通过测量工序而获得的误差信息,并如图25所示那样,通过至少一根新的接合线1013而对挠性配线基板1025和压力传感器元件1003进行连接。即,追加接合线1013。由此,利用新的接合线1013的张力而减少施加于压力传感器元件1003上的应力,从而使压力传感器元件1003所检测的压力(输出值)与实际的压力的误差收敛于预定范围以内。
另外,也可以通过重复实施测量工序和本工序而逐渐将所述误差收敛于预定范围内。此外,在将通过测量工序而获得的误差信息从最初便收敛于所述预定范围内的情况下,能够省略本工序。
收纳工序
接下来,准备基部1021和罩壳1022,并以通过基部1021和罩壳1022来夹持挠性配线基板1025的方式,而将它们相互接合。由此,成为获得了封装件1002,并将压力传感器元件1003以及IC芯片1004收纳于封装件1002内的状态。最后,通过向封装件1002内注入填充材料1011,从而获得电子装置1001。
根据以上这种制造方法,能够简单地制造出具有优异的压力检测特性,即,测量误差较小的电子装置1001。
第七实施方式
接下来,对物理量传感器(电子装置)的第七实施方式进行说明。图26为表示本发明的第七实施方式所涉及的电子装置的俯视图。以下,虽然对电子装置的第七实施方式进行说明,但是以与上述的实施方式的不同点为中心进行说明,且对于相同的事项将省略其说明。
第七实施方式除了第二线的配置(应力补正用端子的配置)不同以外,其余部分与上述的第六实施方式相同。
如图26所示,在本实施方式的电子装置1001中,在与压力传感器元件1003的中心部O相比靠边1231a侧和与中心部O相比靠边1231b侧这两侧设置有应力补正用端子1744,各应力补正用端子1744和配线部1249通过接合线1013而被连接。如此,通过隔着中心部0而在两侧设置应力补正用端子1744,从而能够更有效地实施在前述的第六实施方式中所说明的这种应力的抵消或缓和和姿态控制。
即使通过该第七实施方式,也能够发挥与上述的第六实施方式相同的效果。
第八实施方式
接下来,对物理量传感器(电子装置)的第八实施方式进行说明。图27为表示本发明的第八实施方式所涉及的电子装置的剖视图。图28为图27所示的电子装置的俯视图。以下,虽然对电子装置的第八实施方式进行说明,但是以与上述的第六、第七实施方式的不同点为中心进行说明,且对于相同的事项将省略其说明。
第八实施方式除了IC芯片和挠性配线基板的连接方法不同以外,其他部分与上述的第六实施方式相同。
如图27以及图28所示,在本实施方式的电子装置1001中,配线部1241、1245的一端部成为向开口部1233内突出的悬空引线(flyinglead)1241A、1245A。而且,在该悬空引线1241A、1245A的顶端部通过导电性的固定部件1017而固定有IC芯片1004,并且通过固定部件1017而使连接端子1042和悬空引线1241A、1245A电连接。另外,作为固定部件1017不进行特别限定,能够使用例如焊锡等金属钎焊材料、金凸点等金属凸点、导电性粘合剂等。
即使通过该第八实施方式,也能够发挥与上述的第六实施方式相同的效果。
(第九实施方式)
接下来,对物理量传感器(电子装置)的第九实施方式进行说明。图29为表示本发明的第九实施方式所涉及的电子装置的剖视图。图30为图29所示的电子装置的俯视图。以下,虽然对电子装置的第九实施方式进行说明,但是以与上述的第六至第八实施方式的不同点为中心进行说明,且对于相同的事项将省略其说明。
第九实施方式除了IC芯片与压力传感器元件的连接方法不同以外,其余部分与上述的第六实施方式相同。
如图29以及图30所示,在本实施方式的电子装置1001中,压力传感器元件1003通过接合线1013、1015而被直接连接于IC芯片1004上。即,压力传感器元件1003在不经由挠性配线基板1025(配线部1241)的条件下被连接于IC芯片1004上。由此,能够缩短配线长度,从而能够减少噪声的产生。此外,能够实现装置的小型化。另外,由于上述的这种结构,因此在本实施方式中,相当于应力补正用的配线部1249的应力补正用端子1043以与连接端子1042分离的方式而被配置于IC芯片1004的上表面上,该应力补正用端子1043与应力补正用端子1744通过接合线1013而被连接。
即使通过该第九实施方式,也能够发挥与上述的第六实施方式相同的效果。
2.高度计
接下来,对具备本发明的物理量传感器(电子装置)的高度计的一个示例进行说明。图31为表示本发明的高度计的一个示例的立体图。
如图31所示,高度计200如手表那样,能够安装于手腕上。此外,在高度计200的内部搭载有物理量传感器(电子装置)1,并能够在显示部201上显示当前位置的海拔高度或当前位置的气压等。
另外,在该显示部201上能够显示当前时刻、使用者的心跳数以及天气等各种信息。
3.电子设备
接下来,对作为具备本发明的物理量传感器(电子装置)的电子设备的一个示例的导航系统进行说明。图32为作为本发明的电子设备的一个示例的导航系统的主视图。
如图32所示,在导航系统300中具备:未图示的地图信息;来自GPS(全球定位系统:GlobalPositioningSystem)的位置信息取得单元;基于陀螺仪传感器、加速度传感器以及车速数据的自主导航单元;物理量传感器(电子装置)1;以及表示预定的位置信息和前进道路信息的显示部301。
根据该导航系统,除了所取得的位置信息以外还能够取得高度信息。通过获得高度信息,从而例如当在与一般道路在位置信息上表示大致相同的位置的高架道路上行驶时,在没有高度信息的情况下,无法通过导航系统判断出是在一般道路上行驶还是在高架道路上行驶,并且作为优先信息而向使用者提供一般道路信息。因此,在本实施方式所涉及的导航系统300中,能够通过物理量传感器1而取得高度信息,从而能够对由于从一般道路进入到高架道路而产生的高度变化进行检测,并向使用者提供高架道路的行驶状态下的导航信息。
另外,显示部301成为例如液晶面板显示器、有机EL(OrganicElectro-Luminescence:有机电致发光)显示器等能够实现小型且薄型化的结构。
另外,具备本发明的物理量传感器的电子设备并不限定于上述的设备,例如能够应用于个人计算机、移动电话、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、各种测量设备、计量设备类(例如,车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器等中。
4.移动体
接下来,对具备本发明的物理量传感器(电子装置)的移动体进行说明。图33为表示本发明的移动体的一个示例的立体图。
如图33所示,移动体400具有车身401和四个车轮402,并被被构为通过被设置于车身401上的未图示的动力源(发动机)而使车轮402旋转。在该移动体400中内置有导航系统300(物理量传感器1)。
以上,虽然对基于图示的各实施方式而对本发明的物理量传感器(电子装置)、高度计、电子设备以及移动体进行了说明,但是本发明并不限定于此,各部分的结构能够替换为具有同样功能的任意的结构。此外,也可以附加其他任意的结构物或工序。此外,也可以将各实施方式进行适当组合。
此外,虽然在上述的实施方式中,对作为物理量传感器芯片(电子部件)所具有的传感器元件而使用了压电电阻元件的情况等进行了说明,但是作为传感器元件并不限定于此,例如,还能够使用梳齿电极等其他的MEMS振子、水晶振子等振动元件。
此外,虽然在上述的实施方式中,对IC芯片以在俯视观察时与物理量传感器芯片重叠的方式而被配置(以上下重叠的方式而被配置)的结构进行了说明,但是IC芯片也可以在物理量传感器芯片的横向上并排配置。
符号说明
1…物理量传感器(电子装置);2…封装件;11…填充材料;21…基部;22…罩壳;23…基板;231…框体;232…带体;233…开口部;24…配线;241、245…配线部;242、246…端子;25…挠性配线基板;26…粘合剂层;28…内部空间;29…挠性配线基板;291…基板;292…配线;293…配线部;294…开口部;295…端子;3…传感器芯片;5…基板;51…半导体基板;511…第一Si层;512…SiO2层;513…第二Si层;52…第一绝缘膜;53…第二绝缘膜;54…隔膜;541…受压面;55…凹部;6…传感器元件;60…桥接电路;61、62、63、64…压电电阻元件;611、621、631、641…压电电阻部;613、623、633、643…配线;632、642…连接部;7…元件周围结构体;71…层间绝缘膜;72…配线层;72a、72b…配线层;73…层间绝缘膜;74…配线层;74a、74b…配线层;74b’…连接端子;75…表面保护膜;76…封闭层;741…覆盖层;742…细孔;8…空洞部;9…半导体电路;91…MOS晶体管;4…IC芯片;40…半导体电路;41…半导体基板;42…绝缘膜;43…表面保护膜;410、420…连接端子;81、82…接合线;93…固定部件;95…导电性粘合剂;66…固定电极;67…可动电极;671…支承部;672…可动部;673…连结部;200…高度计;201…显示部;300…导航系统;301…显示部;400…移动体;401…车身;402…车轮。

Claims (20)

1.一种物理量传感器,其特征在于,具备:
物理量传感器芯片,其对物理量进行检测并产生电信号;
封装件,其在内部空间内对所述物理量传感器芯片进行收纳;
第一线,其对所述封装件与所述物理量传感器芯片进行连接,
所述物理量传感器芯片通过所述第一线而被系留于所述内部空间内。
2.如权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述物理量传感器被液状或凝胶状的填充材料包围。
3.如权利要求2所述的物理量传感器,其中,
所述填充材料包括具有柔软性的树脂。
4.如权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述第一线具有导电性。
5.如权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述封装件具备至少一部分从所述封装件向所述内部空间突出的挠性配线基板,
所述第一线在所述内部空间内与所述挠性配线基板连接。
6.如权利要求1所述的物理量传感器,其中,
在所述内部空间内配置有集成电路芯片。
7.如权利要求6所述的物理量传感器,其中,
具备对所述封装件与所述集成电路芯片进行连接的第二线,
所述集成电路芯片通过所述第二线而被系留于所述内部空间内。
8.如权利要求6或7所述的物理量传感器,其中,
所述集成电路芯片与所述物理量传感器芯片被一体地构成。
9.如权利要求1所述的物理量传感器,其中,
所述物理量传感器芯片为对压力进行检测的压力传感器芯片。
10.一种电子装置,其特征在于,具有:
配线基板;
电子部件;
第一线,其对所述配线基板与所述电子部件进行电连接,并使所述电子部件产生应力;
第二线,其对所述配线基板与所述电子部件进行连接,以便对所述应力进行调节。
11.如权利要求10所述的电子装置,其中,
具有多根所述第一线,
在俯视观察时,所述第一线的配置相对于所述电子部件的中心部而为非对称。
12.如权利要求10所述的电子装置,其中,
所述第二线不与所述配线基板电连接。
13.如权利要求10所述的电子装置,其中,
所述第二线不与所述电子部件电连接。
14.如权利要求10所述的电子装置,其中,
在所述配线基板上设置有电路。
15.如权利要求10所述的电子装置,其中,
所述电子部件为具有隔膜的压力传感器元件。
16.如权利要求10所述的电子装置,其中,
所述第一线和所述第二线包含相同的金属材料以作为主材料。
17.如权利要求10所述的电子装置,其中,
所述配线基板和所述电子部件通过所述第一线及所述第二线而被直接连接。
18.一种高度计,其特征在于,
具备权利要求1所述的物理量传感器或者权利要求10所述的电子装置。
19.一种电子设备,其特征在于,
具备权利要求1所述的物理量传感器或者权利要求10所述的电子装置。
20.一种移动体,其特征在于,
具备权利要求1所述的物理量传感器或者权利要求10所述的电子装置。
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