DE102005041577A1

DE102005041577A1 - Sensor für eine physikalische Grösse

Info

Publication number: DE102005041577A1
Application number: DE102005041577A
Authority: DE
Inventors: Tameharu Kariya Ohta
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2006-03-09
Also published as: JP4831949B2; JP2006078248A; US20060049497A1; US7468552B2

Abstract

Ein Sensor für eine physikalische Größe enthält ein Gehäuse (100), einen Schaltkreischip (300), der im Gehäuse (100) angeordnet und gehalten wird, einen Sensorchip (200), der auf dem Schaltkreischip (300) gestapelt und fixiert ist, und ein Verdrahtungselement (400), das eine Flexibilität aufweist und durch das der Schaltkreischip (300) und das Gehäuse (100) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Im Sensor für eine physikalische Größe werden ungewollte externe Vibrationen, die auf den Sensorchip (200) übertragen werden, ohne externes Vibrationsdämpfungssystem, wie etwa ein Gummi-Kissen, reduziert, da das Verdrahtungselement (400) die Vibrationen abschwächt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für eine physikalische Größe.

Ein Sensor für eine physikalische Größe, wie etwa ein Beschleunigungssensor und ein Winkelgeschwindigkeitssensor, der mit einem Sensorchip mit der Oberseite nach unten auf einem Substrat montiert ist, ist z. B. aus der JP-A-9-219423 bekannt.

Durch das Verfahren der Oberseite-nach-unten-Montage kann die Montagefläche des Chips reduziert und korrespondierend die Sensorgröße verringert werden.

Der Erfinder hat die Entwicklung eines Sensors für eine physikalische Größe, bestehend aus einem Sensorchip und einem Schaltungschip, der die Signale vom Sensorchip verarbeitet, verbessert. Im Sensor für eine physikalische Größe sind der Sensorchip und der Schaltungschip gestapelt, um die Montagefläche zu reduzieren, was wiederum die Produktionskosten verringert.

Auf der Basis einer Idee, die in JP-A-9-219423 offen gelegt wurde, hat der Erfinder die Oberseite-nach-unten-Montage adoptiert, um einen Sensorchip zu entwickeln, der gestapelte Chips aufweist, und einen Prototypen des Sensors hergestellt.

6A zeigt eine schematische Darstellung des Prototyps, und 6B ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Prototyps.

Ein Gehäuse 100 besteht aus mehreren Schichten aus Aluminiumoxid oder Ähnlichem. Eine Verdrahtung (nicht dargestellt) ist auf der Oberfläche und im Innern des Gehäuses 100 angebracht. Durch die Verdrahtung kann der Sensor elektrisch mit einem externen Schaltkreis verbunden werden.

Ein Sensorchip 200 erfasst eine physikalische Größe (mechanische Größen), wie etwa eine Beschleunigung, eine Winkelgeschwindigkeit und einen Druck. Der Sensorchip 200 kann beispielsweise durch Ausbilden einer Membran und von beweglichen Teilen auf einem Halbleitersubstrat konstruiert werden. Ein Schaltkreischip 300 ist ein Signalprozessorchip für den Sensorchip 200. Der Schaltkreischip 300 ist typischerweise als ein integrierter Schaltkreischip (IC) ausgeführt.

Wie in 6B dargestellt, sind der Sensorchip 200 und der Schaltkreischip 300 gestapelt und durch Bumps 500 verbunden (gebondet). Der gestapelte Körper des Chips 200 und des Chips 300 ist mit der Oberseite nach unten auf dem Gehäuse 100 durch Bumps 500, die an der Peripherie des Schaltkreischips 300 angebracht sind, montiert.

Da die Bumps 500 eine hohe Steifigkeit haben, können ungewollte externe Vibrationen auf den Sensorchip 200 durch die Bumps 500 ohne Abschwächung übertragen werden. Daher benötigt das Gehäuse 100 eine externe Vorrichtung, wie etwa ein Gummipolster, um die Vibrationen zu dämpfen.

Obgleich, wie oben beschrieben, das Gehäuse 100 minimiert werden kann, ist im praktischen Einsatz als Sensor ein Gummipolster zur Vibrationsdämpfung um das Gehäuse 100 montiert. Deshalb nimmt die Gesamtgröße des Sensors, d. h. inklusive des Gummipolsters, zu. Die Größenvorteile des Gehäuses 100 können so nicht ausgenutzt werden.

Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Sensor für eine physikalische Größe zu erzeugen, der in der Lage ist die externen Vibrationen zu verringern, ohne dass die Größe des Sensors zunimmt.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Der Sensor für eine physikalische Größe beinhaltet ein Gehäuse, einen Schaltkreischip, der im Gehäuse eingeschlossen ist, und einen Sensorchip, der auf den Schaltkreischip gestapelt und auf diesem befestigt ist. Das Gehäuse und der Schaltkreischip sind elektrisch und mechanisch über eine flexible Verdrahtungselement in Bandform verbunden.

Im Sensor ist der Bondbereich zwischen dem Schaltkreischip und dem Gehäuse flexibel. Deshalb können, selbst wenn ungewollte externe Vibrationen auf den Sensor einwirken, diese Vibrationen durch die Schnittstelle abgeschwächt werden. Weniger Vibrationen werden auf den Schaltkreischip übertragen, und das ohne den Einsatz eines externen Systems zur Reduktion der Vibrationen. Dadurch ist der Sensor vor ungewollten externen Vibrationen geschützt.

Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch deutlicher durch die nachfolgende, detaillierte Beschreibung, die sich an die mitgelieferten Zeichnungen anlehnt. Es zeigen:
1A eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B einen Querschnitt des Sensors gemäß der ersten Ausführungsform,
2 eine Draufsicht, die den Sensorchip zeigt wie er gemäß der ersten Ausführungsform im Sensor benutzt wird,
3 eine Draufsicht, die eine Modifikation des Sensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der überhängende Abschnitte und Schlitze modifiziert sind,
4 eine Draufsicht, die eine andere Modifikation des Sensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, in der überhängende Abschnitte und Schlitze modifiziert sind,
5 eine Draufsicht, die einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
6A eine Draufsicht, die einen Sensor für eine physikalische Größe zeigt, der als Prototyp vom Erfinder aufbereitet wurde, sowie 6B einen Querschnitt des Prototyps.
(Erste Ausführungsform)
In den 1A und 1B ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor S1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor S1 beinhaltet ein Gehäuse 100, einen Schaltkreischip 300, der im Gehäuse 100 enthalten ist und dort gehalten wird, und einen Sensorchip 200 für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit. Der Sensor 200 ist auf dem Schaltkreischip 300 gestapelt und befestigt. Das Gehäuse 100 und der Schaltkreischip 200 sind elektrisch und mechanisch durch ein Verdrahtungselement 400 verbunden, das über eine Flexibilität verfügt. Das Verdrahtungselement 400 liegt in einer Bandform vor.
Das Gehäuse 100 beherbergt den Sensorchip 200 und den Schaltkreischip 300. Außerdem liefert das Gehäuse 100 eine Basis für den Sensor S1. Weiterhin dient das Gehäuse 100 als Halterung um den Sensor S1 an ein Objekt zu montieren.
Das Gehäuse 100 ist aus einem mehrschichtigen Substrat bestehend aus einem Keramikfilm 110 wie etwa einem Aluminiumoxidfilm konstruiert. Im Gehäuse 110 sind Durchgangslöcher ausgeformt, die alle Schichten des Keramikfilms durchdringen. Das Gehäuse 100 hat Verdrahtungsabschnitte (nicht gezeigt) auf jeder Schicht des Keramikfilms 110 und in den Durchgangslöchern. Der Sensor S1 kann über die Verdrahtungsabschnitte mit einem externen Schaltkreis verbunden werden.
Das Gehäuse 100 hat einen Hohlraum 120 im Boden um den Schaltkreischip 300 aufzunehmen. Eine Stufe 130 ist um den Hohlraum 120 ausgebildet. Die Stufe 130 bietet einen Bereich zum Installieren des Verdrahtungsabschnitts 400 an dem Gehäuse 100. Ein Deckel 140 ist über einer Öffnung des Gehäuses 100 durch ein Schweiß- oder Lötverfahren befestigt, so dass das Innere des Gehäuses 100 versiegelt ist.
2 zeigt den Sensorchip 200. Der Sensorchip 200 hat ein Substrat (z. B. ein Halbleitersubstrat) und ist durch MikroMaterialbearbeitung aus dem Substrat 10 ausgeformt. Ein Silizium-auf-Isolierung-Substrat (SOI) in rechteckiger Form kann als Substrat 10 verwendet werden. Das SOI-Substrat besteht aus der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht die auf die erste Siliziumschicht aufgetragen ist und einer Oxidschicht die als Isolier schicht zwischen den beiden Siliziumschichten angeordnet ist.
Wie in 2 dargestellt, sind die Balkenstrukturen aus Vibrierelementen 20, Ansteuerungsbalken 23, Erfassungsbalken 40 und Elektroden 50, 60 zusammengesetzt. Die Balkenstrukturen sind durch Gräben getrennt und können durch das Ausführen von Grabenätzprozessen und Freisetzungsätzprozessen oder ähnlichen Verfahren auf der obersten Schicht des Substrats 10, beispielsweise auf der zweiten Siliziumschicht des SOI-Substrats ausgebildet werden.
In der Mitte des Substrats 10 kann das Vibrierelement 20 in der Richtung parallel zum Substrat 10 vibrieren. Das Vibrierelement 20 enthält den ersten Vibrierabschnitt 21, den zweiten Vibrierabschnitt 22 und Ansteuerungsbalken 23. Der erste Vibrierabschnitt 21 hat eine fast rechteckige Form und ist im Zentrum des Substrats 10 angesiedelt. Der zweite Vibrierabschnitt 22 liefert einen rechteckigen Rahmen und schließt den ersten Vibrierabschnitt 21 ein. Der erste und der zweite Vibrierabschnitt werden durch die Ansteuerungsbalken 23 verbunden.
Das Vibrierelement 20 ist mit den Ankern 30 über die Erfassungsbalken 40 verbunden. Die Anker 30 sind auf der Basis des Substrats 10, beispielsweise der ersten Siliziumschicht auf dem Silizium-auf-Isolierung-Substrat (SOI), fixiert und werden von ihr getragen. Daher ist das Vibrierelement 20 von der Basis des Substrats 10 getrennt.
Wenn, wie in 2 dargestellt, die Ansteuerungsbalken 23 sich in Y-Richtung erstrecken, dann sind die Ansteuerungsbalken 23 fast ausschließlich nur in der X-Richtung elastisch verformbar. Ebenso gilt, wenn die Sensorbalken 40 eine Form aufweisen, die sich in der X-Richtung er streckt, dann können sich die Sensorbalken 40 fast ausschließlich nur in der Y-Richtung elastisch verformen.
Die Ansteuerungsbalken 23 erlauben dem ersten Vibrierabschnitt 21 des Vibrierelements 20 in der X-Richtung zu vibrieren (z. B. die Richtung der Ansteuerungsvibration), welche parallel zum Substrat 10 ist. Ebenso gilt, dass die Erfassungsbalken 40 dem ganzen Vibrierelement 20 erlauben in der Y-Richtung zu vibrieren (z. B. die Richtung der Erfassungsvibration), welche parallel zum Substrat 10 ist.
Ein Paar Ansteuerungselektroden 50 ist zwischen dem ersten Vibrierabschnitt 21 und dem zweiten Vibrierabschnitt 22 ausgebildet. Die Ansteuerungselektroden 50 bringen den ersten Vibrierabschnitt 21 in der X-Richtung zum Vibrieren. Wie die Anker 30 sind die Ansteuerungselektroden fest mit der Basis des Substrats 10 verbunden. Das erste Vibrierabschnitt 21 und die Ansteuerungselektroden liegen sich gegenüber. Der erste Vibrierabschnitt 21 hat einen kammzahnartigen Abschnitt 21a, der sich zu den Ansteuerungselektroden 50 hin erstreckt. Die Ansteuerungselektroden 50 haben einen kammzahnartigen Abschnitt der sich zu dem ersten Vibrierabschnitt 21 hin erstreckt. Die kammzahnartigen Abschnitte der Ansteuerungselektroden 50 sind mit den kammzahnartigen Abschnitten 21a des ersten Vibrierabschnitts 21 verzahnt.
Erfassungselektroden 60 sind außerhalb des zweiten Vibrierabschnitts ausgebildet. Die Erfassungselektroden 60 erfassen die Winkelgeschwindigkeit entlang der Z-Achse senkrecht zum Substrat 10 unter Verwendung der Vibrationen des Vibrierelements 20. Ähnlich wie der Anker 30 sind die Erfassungselektroden 60 auf der Basis des Substrats 10 befestigt. Der zweite Vibrierabschnitt 22 und die Erfassungselektroden 60 liegen sich gegenüber. Der zweite Vibrierabschnitt 22 hat kammzahnartige Abschnitte 22a, die sich zu den Sensorelektroden 60 hin erstrecken. Die Erfassungselektroden 60 haben kamm-zahnartige Abschnitte, die sich zu dem zweiten Vibrierabschnitt 22 hin erstrecken. Die kammzahnartigen Abschnitte der Erfassungselektroden 60 sind mit den kammzahnartigen Abschnitten 22a des zweiten Vibrierabschnitts verzahnt.
Im Sensorchip 200 sind zahlreiche Anschlussflächen 70 an vorbestimmten Abschnitten des Substrats 10. ausgebildet. Durch die Anschlussflächen 70 wird eine Spannung an die Vibrierelemente 20, die Ansteuerungselektroden 50 und die Erfassungselektroden 60 angelegt. Des weiteren werden Signale von den Vibrierelementen 20, den Ansteuerungselektroden 50 und den Erfassungselektroden 60 durch die Anschlussflächen 70 ausgegeben.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Anschlussflächen 70, wie in 1A dargestellt, an der Peripherie des Substrats 10 ausgebildet. Die Anschlussflächen 70 sind mit den Bumps 500 verbunden, die aus Gold (Au), Lötzinn oder Ähnlichem bestehen.
Der Sensorchip 200 und der Schaltkreischip 300 sind gestapelt. Speziell der Sensorchip 200 ist mit der Oberseite nach unten auf dem Schaltkreischip 300 montiert. Der Sensorchip 200 und der Schaltkreischip 300 sind durch die Bumps 500 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden.
Der Schaltkreischip 300 ist ein integrierter Schaltkreischip (IC) der typischerweise durch Ausbildung eines Metalloxidhalbleiter-Transistors (MOS) oder eines Bipolartransistors auf einem Siliziumsubstrat durch ein übliches Halbleiterherstellungsverfahren produziert wird. Der Schaltkreischip 300 kann die Funktion der Übertragung e lektrischer Energie auf den Sensorchip 200, der Verarbeitung elektrischer Signale vom Sensorchip 200 und der Erzeugung von Ausgangssignalen für externe Schaltkreise aufweisen.
Der Schaltkreischip 300 und das Gehäuse 100 sind elektrisch und mechanisch über das Verdrahtungselement 400 verbunden, das flexibel gestaltet ist. Das Verdrahtungselement 400 liegt in Bandform vor.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verdrahtungselement 400 aus einem Trägerband für ein TAB-Verfahren ausgebildet.
Das Verdrahtungselement 400 beinhaltet ein flexibles Band 410 und zahlreiche Leitungen 420 die auf dem flexiblen Band 410 gebondet sind.
Das flexible Band 410 ist aus flexiblem Material, wie etwa Polyimid, gemacht. Das flexible Band 410 liefert einen recht-eckigen Rahmen, so dass der Schaltkreischip 300 im flexiblen Band 410 eingeschlossen ist.
Die Leitungen 420 sind aus einem leitenden Material, wie etwa Kupferblech. Die Leitungen 420 sind auf der Oberfläche des flexiblen Bands 410 gebondet und fixiert.
Ein Ende jeder Leitung 420 schaut aus der inneren Kante des Bands 410 heraus. Das andere Ende jeder Leitung 420 ist durch Durchgangslöcher 411, die in dem flexiblen Band 410 ausgebildet sind, von der einen Oberfläche zur anderen Oberfläche des flexiblen Bands 410 freigelegt.
Das Verdrahtungselement 400 ist auf der Stufe 130 des Gehäuses 100 durch Bondelemente 510 um den äußeren Rand des Bandes 410 gebondet und fixiert. Das Band 410 hat einen überhängenden Abschnitt 412, das von der inneren Kante des Bandes 410 in Richtung des Schaltkreischips 300 hervorsteht.
Das Band 410 und der Schaltkreischip 300 sind am überhängenden Abschnitt 412 durch ein Haftmaterial (nicht gezeigt) oder Ähnliches gebondet. Jeder überhängende Abschnitt 412 hat einen Schlitz 413, so dass die Oberfläche des überhängenden Abschnitts 412 reduziert wird.
Ein Ende jeder Leitung 420 ist elektrisch mit einer Anschlussfläche 310 durch ein Druckbond-Verfahren verbunden. Die Anschlussfläche 310 kann durch ein Bump oder Ähnliches ausgebildet werden. Folglich sind jeweils mehrere Leitungen 420 und mehrere Anschlussflächen 310 elektrisch gebondet.
Das andere Ende jeder Leitung 420 ist mit einem Verdrahtungsabschnitt (nicht gezeigt) durch ein Druckbond-Verfahren verbunden. Die Verdrahtungsabschnitte sind auf der Stufe 130 des Gehäuses 100 ausgebildet.
Folglich sind der Schaltkreischip 300 und das Gehäuse 100 mechanisch durch das Band 410 und elektrisch durch die Leitungen 420 verbunden.
Speziell der Schaltkreischip 300 und das Gehäuse 100 sind elektrisch und mechanisch durch das Verdrahtungselement 400 gebondet. Ausgangssignale des Schaltkreischips 300 werden durch die Verdrahtungsabschnitte des Gehäuses 100 und das Verdrahtungselement 400 an einen externen Schaltkreis übertragen.
Wie in 1A dargestellt beinhaltet der überhängende Abschnitt 412 einen rechteckigen Körper und ein Paar Balken. Der rechteckige Körper ist mit der inneren Kante des Bands 410 durch die Balken verbunden. Die Form des überhängenden Abschnitts 412 kann geeignet verändert werden.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor S1 kann wie folgt hergestellt werden.
Erstens wird der Sensorchip 200 mit der Oberseite nach unten auf den Schaltkreischip 300 mit einem Flip-Chip-Bond-Verfahren montiert. Dann wird der Schaltkreischip 300 auf das Verdrahtungselement 400 mit dem TAB-Verfahren montiert.
Zweitens wird das Verdrahtungselement 400 auf eine passende Größe zurechtgeschnitten, so dass das Gehäuse 100 das Verdrahtungselement 400 aufnehmen kann. Dann wird das Verdrahtungselement 400 innerhalb des Gehäuses 100 fixiert.
Schließlich wird das Gehäuse 100 mit dem Deckel 140 versiegelt und der Sensor S1 ist fertig.
Der Erfassungsbetrieb des Sensors S1 wird nun anhand der 2 beschrieben.
Ansteuersignale (z. B. Sinus-Spannungen) vom Schaltkreischip 300 werden durch die Bumps 500 zu den Ansteuerungselektroden 50 des Sensorchips 200 weitergeleitet. Daher wird eine elektrostatische Kraft zwischen den kammzahnartigen Abschnitten 21a des ersten Vibrierabschnitts 21 und den kammzahnartigen Elektroden der Ansteuerungselektroden 50 erzeugt. Dann vibriert der erste Vibrierabschnitt 21 durch die elastische Kraft der Ansteuerbalken 23 in X-Richtung.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit Ω um die Z-Achse ausgeübt wird, während der erste Vibrierabschnitt 21 vibriert, wirkt die Korioliskraft auf den ersten Vibrierabschnitt 21 in der Y-Richtung. Dann vibriert das gesamte Vibrierelement 20 durch die elastische Kraft des Erfassungsbalkens 40 in Y-Richtung.
Daraus folgend ändert sich die Kapazität zwischen den kammzahnartigen Abschnitten 22a des zweiten Vibrierabschnitts 22 und den kammzahnartigen Elektrodenabschnitten der Erfassungselektroden 60. Durch Erfassen der Kapazitätsänderung kann der Sensor S1 die Winkelgeschwindigkeit Ω erfassen.
Speziell wenn sich das Vibrierelement 20 in einer Richtung entlang der Y-Achse bewegt, ändert sich die Kapazität in der linken Elektrode der Erfassungselektroden 60 umgekehrt zur Kapazität in der rechten Elektrode der Erfassungselektroden 60. Wenn z. B. die Kapazität in der rechten Elektrode zunimmt, dann nimmt die Kapazität in der linken Elektrode ab. Die Kapazitätsänderungen in der rechten und linken Elektrode werden in Spannungen umgewandelt. Dann wird die Differenz zwischen den Spannungen verstärkt und ausgegeben. Durch Erfassen der Differenz kann der Sensor S1 die Winkelgeschwindigkeit Ω erfassen.
Wie oben beschrieben, enthält der Winkelgeschwindigkeitssensor S1 das Gehäuse 100, wobei der Schaltkreischip 300 in dem Gehäuse 100 eingeschlossen ist und gehalten wird. Der Sensorchip 200 ist auf dem Schaltkreischip 300 gestapelt und befestigt. Der Schaltkreischip 300 und das Gehäuse 100 sind im Sensor S1 elektrisch und mechanisch über das Verdrahtungselement 400 verbunden.
Selbst wenn ungewollte externe Vibrationen auf den Sensor S1 ausgeübt werden, können diese Vibrationen durch das Verdrahtungselement 400, das sich zwischen dem Schaltkreischip 300 und dem Gehäuse 100 befindet, abgeschwächt werden. Der Grund: das Verdrahtungselement 400 ist flexibel. Logischerweise werden weniger Vibrationen auf den Schaltkreischip 300 übertragen, ohne dass dazu ein externes System wie beispielsweise ein Gummikissen zum Schutz gegen Vibrationen für das Gehäuse 100 notwendig wäre. Die Vibrationen, die auf den Sensorchip 200 übertragen werden, werden dementsprechend verringert.
Dadurch kann der Sensor S1 ungewollte externe Vibrationen, die auf den Sensorchip 200 übertragen werden, stark reduzieren, und das ohne in der Größe zuzunehmen und ohne Hinzufügung eines externen Systems.
Zusätzlich umschließt das Verdrahtungselement 400 den Schaltkreischip 300 und hat überhängende Abschnitte 412, die von der inneren Kante des Verdrahtungselements 400 in Richtung des Schaltkreischips 300 vorstehen. Das Verdrahtungselement 400 und der Schaltkreischip 300 sind durch die überhängenden Abschnitte 412 verbunden.
Das Verdrahtungselement 400 und der Schaltkreischip 300 sind teilweise gebondet, daher kann die Größe der Bondfläche reduziert werden. Die Steifigkeit der Bondfläche kann reduziert werden und die Flexibilität der Bondfläche kann entsprechend zunehmen.
Des Weiteren haben die überhängenden Abschnitte 412 des Verdrahtungselements 400 die Schlitze 413. Die Schlitze 413 reduzieren den Bondbereich zweckmäßigerweise, und deshalb kann die Flexibilität der Bondfläche geeignet verbessert werden.
Wenn der Schaltkreischip 300 durch die überhängenden Abschnitte 412 mit den Schlitzen 413 mit dem Verdrahtungselement 400 gebondet ist, dann kann die Steifigkeit des Bondbereichs auf Grund des kleinen Bondbereichs reduziert werden. Weiterhin kann die Größe des Bondbereichs einfach verringert werden nachdem der Schaltkreischip 300 und das Verdrahtungselement 400 zusammen gebondet sind. Des Weiteren können Federeigenschaften wie z. B. eine Elastizität in dem Bondbereich zwischen dem Verdrahtungselement 400 und dem Schaltkreischip 300 erzeugt werden.
Die Federeigenschaften hängen von der Form der überhängenden Abschnitte 412 und der Position, der Breite und der Tiefe der Schlitze 413 ab. Deshalb können die Federeigenschaften entsprechend gesteuert werden. Beispiele für Modifikationen der überhängenden Abschnitte 412 und der Schlitze 413 sind in den 3 und 4 dargestellt. Durch die Änderung der Federeigenschaften des Bondbereichs kann die strukturelle Resonanzfrequenz, die durch die Massen des Sensorchips 200 und des Schaltkreischips 300 bestimmt wird, eingestellt werden. Speziell die Resonanzfrequenz im Feder-Masse-System, die durch die Masse des Sensorchips 200 und des Schaltkreischips 300 und der Federkonstante des Verdrahtungselements 400 bestimmt wird, kann eingestellt werden.
In dieser Ausführungsform ist der Sensorchip 200 ein Vibrationssensor. In diesem Fall können in der Ansteuerungsfrequenz externe Vibrationen, die zum Sensorchip 200 übertragen werden, durch die Verringerung der strukturellen Resonanzfrequenz vermindert werden, statt die Ansteuerungsfrequenz des Vibrierelements 20 zu verringern.
(Zweite Ausführungsform)
5 zeigt einen Winkelgeschwindigkeitssensor S2 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Sensor S1 in der 1A ist ein Trägerband für ein TAB-Verfahren für das Verdrahtungselement 400, welches ein flexibles Band 410 und mehrere Leitungen 420, die auf dem flexiblen Band 410 gebondet sind, enthält, benutzt worden.
Im Sensor S2 wird eine flexible gedruckte Schaltung als Verdrahtungselement 400 benutzt. Die flexible gedruckte Schaltung ist bekannt und wird durch Ausbilden von Verdrahtungsmustern 430 auf einem flexiblen Substrat hergestellt. Die Verdrahtungsmuster 430 und das flexible Substrat werden typischerweise aus Kupferfolie (Cu) und Polyimid hergestellt. Die flexible gedruckte Schaltung ist als Ganzes flexibel.
Das Verdrahtungselement 400 ist aus einer flexiblen gedruckten Schaltung ausgebildet und wird nach dem Zurechtschneiden auf die Form wie in 5 dargestellt verwendet. Eine gestrichelte Linie in 5 repräsentiert einen Teil des Verdrahtungsmusters 430 des Verdrahtungselements 400. Das Verdrahtungsmuster 430 besteht aus Kupferfolie.
Ähnlich wie beim Sensor S1 sind ein Schaltkreischip 300 und ein Gehäuse 100 elektrisch und mechanisch über das Verdrahtungselement 400 gebondet. Dadurch kann der Sensor S1 dieselben Aktionen und Effekte haben wie der Sensor S1.
(Modifikationen)
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind der Sensorchip 200 und der Schaltkreischip 300 durch Bumps 500 über ein Flip-Chip-Bonden miteinander verbunden. Alternativ können der Sensorchip 200 und der Schaltkreischip 300, nachdem sie gestapelt wurden, über Bond-Drähte verbunden werden.
Die vorliegende Erfindung kann für einen anderen Sensor für eine physikalische Größe als für einen Winkelgeschwindigkeitssensor, beispielsweise einen Beschleunigungssensor oder einen Drucksensor, verwendet werden. In diesem Fall kann der Sensorchip 200 zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit durch einen Beschleunigungssensorchip oder einen Drucksensorchip ersetzt werden.
Derartige Änderungen und Modifikationen liegen innerhalb des Bereichs der Erfindung, der durch die zugehörigen Ansprüche definiert ist.

Claims

Sensor für eine physikalische Größe, der aufweist: ein Gehäuse (100), einen Schaltkreischip (300), der in dem Gehäuse (100) angeordnet ist, ein Sensorchip (200), der auf dem Schaltkreischip (300) gestapelt ist, und ein Verdrahtungselement (400), das eine Flexibilität aufweist und durch das der Schaltkreischip (300) und das Gehäuse (100) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind, wobei das Verdrahtungselement (400) in Bandform vorliegt.
Sensor nach Anspruch 1, wobei das Verdrahtungselement (400) derart angeordnet ist, dass es den Schaltkreischip (300) einschließt, das Verdrahtungselement (400) einen überhängenden Abschnitt (412) hat, der von einer inneren Kante des Verdrahtungselements (400) in Richtung des Schaltkreischips (300) vorsteht, und das Verdrahtungselement (400) und der Schaltkreischip (300) am überhängenden Abschnitt (412) zusammen gebondet sind.
Sensor nach Anspruch 2, wobei der überhängende Abschnitt (412) des Verdrahtungselements (400) einen Schlitz (413) hat.
Sensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verdrahtungselement (400) ein flexibles Band (410) und eine Leitung (420), die auf dem flexiblen Band (410) gebondet ist, enthält, das flexible Band (410) den überhängende Abschnitt (412) hat, und der Schaltkreischip (300) und das Gehäuse (100) durch den überhängenden Abschnitt (412) mechanisch und durch die Leitung (420) elektrisch miteinander verbunden sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der überhängende Abschnitt (412) einen rechteckigen Körper und ein Paar Balken enthält, und der rechteckige Körper mit der inneren Kante des Verdrahtungsbauteils (400) über die Balken verbunden ist.
Sensor nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse (100) einen Hohlraum (120) und eine Stufe (130), die den Hohlraum (120) definiert, hat, der Schaltkreischip (300) im Loch (120) angeordnet ist, und das Verdrahtungselement (400) an der Stufe (130) angeordnet ist.