JP2004028913A - センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出物理量または検出範囲の異なる２つのセンサを使用してもその実装面積を小さくでき、さらにコストも抑えられるセンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】このセンサＡは、第１のシリコンウエハ上に形成された圧力センサ２と第２のシリコンウエハ上に形成された加速度センサ３との間に電気的な干渉を分離するガラス基板１を陽極接合し、樹脂成形品のボディ５内に加速度センサ３が上側になるように載置し、圧力センサ２とボディ５の内底面とを接合して形成される。２つのセンサのセンサ出力端子４はガラス基板１の上面の露出部に設けられ、センサ出力はセンサ出力端子４からボンディングワイヤ７を通って、一端の上面をボディ５の内部に露出させ他端をボディ５の外部に突出させた端子６へと伝達される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出物理量または検出範囲が異なる２つのセンサからなるセンサ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウエハ上にマイクロマシニング技術を用いて形成された圧力センサや加速度センサ、回転角速度センサ等の各種センサが提供されている。これら各種センサのうち検出物理量または検出範囲の異なる２つのセンサが必要となる場合には、別々にパッケージングされた２つのセンサを使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２つの別々にパッケージングされたセンサを使用すると、その実装面積が大きくなり、コストも割高になるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、検出物理量または検出範囲の異なる２つのセンサを使用してもその実装面積を小さくでき、さらにコストも抑えられるセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、第１のシリコンウエハ上に形成された第１のセンサと、第２のシリコンウエハ上に形成され前記第１のセンサとは検出物理量または検出範囲が異なる第２のセンサと、電気的な干渉を分離するガラス基板とからなり、前記第１のセンサと第２のセンサとの間に前記ガラス基板を接合してなるものとした。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサの出力端子を、前記ガラス基板の上面に設けたものとした。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１のセンサは圧力センサであり、前記第２のセンサは加速度センサとした。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３記載の発明において、前記圧力センサは静電容量型圧力センサであり、前記加速度センサは静電容量型加速度センサとした。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１のセンサは加速度センサであり、前記第２のセンサは回転角速度センサとした。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサは、検出圧力範囲の異なる２つの圧力センサとした。
【００１１】
請求項７の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサは、検出加速度範囲の異なる２つの加速度センサとした。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサは、検出軸の異なる２つの加速度センサとした。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサの信号処理回路を、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハのうち何れか一方のシリコンウエハ上に形成したものとした。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサの信号処理用ＩＣのベアチップを、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハのうち何れか一方のシリコンウエハ上に重ねて実装したものとした。
【００１５】
請求項１１の発明は、第１のシリコンウエハ上に第１のセンサを形成し、第２のシリコンウエハ上に第２のセンサを形成し、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハとを陽極接合によりガラス基板の両面に同時に接合するものとした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態１から実施形態６によって説明する。
（実施形態１）
図１に、本実施形態のセンサＡの、一部を切欠いた斜視図を示す。このセンサＡは、第１のシリコンウエハ上に形成された圧力センサ２と第２のシリコンウエハ上に形成された加速度センサ３との間にガラス基板１を接合し、樹脂成形品のボディ５内に加速度センサ３が上側になるように載置し、圧力センサ２とボディ５の内底面とを接合して形成される。
【００１７】
圧力センサ２は、従来周知の静電容量型圧力センサであり、第１のシリコンウエハの一主表面にエッチングなどにより薄肉構造のダイアフラム（図示せず）が形成されており、圧力によるダイアフラムの歪みを、ダイヤフラムの上面に設けられた可動電極（図示せず）とガラス基板１の下面に設けられた固定電極（図示せず）との間の静電容量の変化として検出し、該静電容量の変化から圧力を検出する。
【００１８】
加速度センサ３は、従来周知の静電容量型加速度センサであり、第２のシリコンウエハの一主表面にエッチングなどにより２本のビーム３ｂによってフレーム３ｃに支持された可動電極３ａが形成されており、加速度による可動電極３ａの変位を、ガラス基板１の上面に設けられた固定電極（図示せず）と可動電極３ａとの間の静電容量の変化として検出し、該静電容量の変化から加速度を検出する。
【００１９】
圧力センサ２と加速度センサ３はシリコンウエハ上に形成された後、シリコンウエハの状態でガラス基板１の両面に陽極接合により同時に接合され、その後個片にダイシングされる。これにより２つのセンサを一度に多数接合することが可能となり、また２枚のシリコンウエハを同時にガラスに陽極接合することによって工程の省略が可能となる。
【００２０】
また、ガラス基板１を間に挟んで圧力センサ２と加速度センサ３とを配置することにより、圧力センサ２と加速度センサ３の互いの電気的な干渉が抑えられ、信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の良い出力を得ることができる。
【００２１】
圧力センサ２と加速度センサ３のセンサ出力を取り出すためのセンサ出力端子４は、ガラス基板１の上面の露出部に設けられている。
【００２２】
ボディ５は、底部に略円筒形の圧力導入管５ａが形成された略箱形の形状であり、圧力導入管５ａの内部に形成された圧力導入孔（図示せず）と圧力センサ２のダイアフラムとが連通するようにして箱形のボディの内底面に圧力センサ２を固定している。
【００２３】
また、ボディ５の一対の側面には、端子６が、一端の上面６ａをボディ５の内部に露出させ、他端６ｂをボディ５の外部に突出させるようにしてボディ５と一体で形成されている。突出した他端６ｂは、表面実装用に折曲された後外側に水平に引き延ばされている。
【００２４】
ガラス基板１の上面に設けられたセンサ出力端子４と、ボディ５の内部に露出した端子６の一端６ａとは、ワイヤーボンディング工程によりボンディングワイヤ７で接続され、圧力センサ２及び加速度センサ３のセンサ出力は、センサ出力端子４からボンディングワイヤ７を通って端子６へと伝達される。圧力センサ２と加速度センサ３のセンサ出力端子４をガラス基板１の上面に形成したことにより、ワイヤーボンディング工程が容易となる。
【００２５】
かかるセンサにおいては、圧力センサ２と加速度センサ３とがガラス基板１を間に挟んで配置されているので実装面積を小さくできると共に、ガラス基板１により互いの電気的な干渉が抑えられ、Ｓ／Ｎ比の良い出力を得ることができる。また、圧力センサ２と加速度センサ３とが応力緩和のために必要なガラス基板を共有することができるため、コストも抑えることができる。
【００２６】
尚、本実施形態では、圧力センサと加速度センサは共に静電容量型のセンサであったが、静電容量型に限定されるわけではなく、例えばピエゾ抵抗型の圧力センサと加速度センサであってもよい。
【００２７】
（実施形態２）
本実施形態における基本構成は実施形態１と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２８】
則ち実施形態１では、第１のセンサとして圧力センサを第２のセンサとして加速度センサを用いたのに対して、本実施形態では第１のセンサとして加速度センサを第２のセンサとして回転角速度センサを用いた点に特徴がある。
【００２９】
図２に、本実施形態のセンサＢの、一部を切欠いた斜視図を示す。このセンサＢは、シリコンウエハ上に形成された加速度センサ３とシリコンウエハ上に形成された回転角速度センサ８との間にガラス基板１を陽極接合により接合し、樹脂成形品のボディ９内に回転角速度センサ８が上側になるように載置し、加速度センサ３とボディ９の内底面とを接合して形成される。
【００３０】
回転角速度センサ８は、従来周知の回転角速度センサであり、シリコンウエハの一主表面にエッチングなどにより、適当な形状の支持梁によって支持され静電駆動される振動体が形成されており、回転により生じたコリオリ力による振動体の変位を、櫛歯状可動電極を用いて静電容量の変化として検出し、該静電容量の変化からコリオリ力を測定し角速度を検出する。
【００３１】
ボディ９は、実施形態１のボディの底部に設けられていた圧力導入管を取り除いた略箱形の形状である。
【００３２】
加速度センサ３と回転角速度センサ８のセンサ出力端子４は、実施形態１と同様に、ガラス基板１の上面の露出部に設けられており、加速度センサ３と回転角速度センサ８のセンサ出力は、センサ出力端子４からボンディングワイヤ７を通って端子６へと伝達される。
【００３３】
かかるセンサにおいては、加速度センサ３と回転角速度センサ８のセンサ出力を同時に且つ省スペースで検出でき、さらにガラス基板１により互いの電気的な干渉が抑えられ、Ｓ／Ｎ比の良い出力を得ることができる。
【００３４】
（実施形態３）
本実施形態における基本構成は実施形態１又は２と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【００３５】
則ち本実施形態は、第１及び第２のセンサとして検出圧力範囲の異なる２つの圧力センサを用いた点に特徴がある。
【００３６】
図３に、本実施形態のセンサＣの断面図を示す。このセンサＣは、シリコンウエハ上に形成された第１の圧力センサ２と、シリコンウエハ上に形成され圧力センサ２とは検出圧力範囲の異なる第２の圧力センサ２’との間にガラス基板１を陽極接合により接合し、ボディ１０内のセンサ収容部１０ｃに第２の圧力センサ２’が上側になるように載置し、第１の圧力センサ２とボディ１０のセンサ収用部１０ｃの底面とを接合して形成される。
【００３７】
圧力センサ２，２’の構成は実施形態１と同じ従来周知の静電容量型圧力センサであり、圧力センサ２，２’は検出する圧力の検出範囲が夫々異なっている。
【００３８】
圧力センサ２，２’のセンサ出力端子４は、実施形態１と同様に、ガラス基板１の上面の露出部に設けられており、圧力センサ２，２’のセンサ出力は、センサ出力端子４からボンディングワイヤ７を通って、一端が内部に露出し他端がボディ１０の外部に突出した端子１１へと伝達される。
【００３９】
ボディ１０は、内部にセンサ収用部１０ｃを有した略箱形のボディで、上部に略円筒形の圧力導入管１０ａが、底部に略円筒形の圧力導入管１０ａ’が夫々形成されている。圧力導入管１０ａ，１０ａ’の内部には、センサ収用部１０ｃと連通した圧力導入孔１０ｂ，１０ｂ’が夫々形成されている。
【００４０】
かかるセンサにおいては、２つの圧力導入管１０ａ，１０ａ’に圧力範囲の異なる２つの圧力を導入することで、圧力範囲の異なる２つの圧力を同時に且つ省スペースで検出できる。
【００４１】
また、例えば第１の圧力センサ２を狭い圧力範囲を高精度に検出する圧力センサとし、第２の圧力センサ２’を広い圧力範囲をラフに検出する圧力センサとすると、特定の範囲のみ高い検出精度が要求されるような１つの圧力を検出する場合でも、まず第２の圧力センサ２’で広い圧力範囲をラフに検出し、特定の範囲の圧力のみ第１の圧力センサ２で高精度に検出していくといった使い方もできる。
【００４２】
（実施形態４）
本実施形態における基本構成は実施形態１又は２又は３と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【００４３】
則ち本実施形態は、第１及び第２のセンサとして検出加速度範囲の異なる２つの加速度センサを用いた点に特徴がある。
【００４４】
図４に、本実施形態のセンサＤの、一部を切欠いた斜視図を示す。このセンサＤは、シリコンウエハ上に形成された第１の加速度センサ３と、シリコンウエハ上に形成され第１の加速度センサ３とは検出加速度範囲の異なる第２の加速度センサ３’との間にガラス基板１を陽極接合により接合し、ボディ９内に第２の加速度センサ３’が上側になるように載置し、第１の加速度センサ３とボディ９の内底面とを接合して形成される。
【００４５】
加速度センサ３，３’は、実施形態１と同じ従来周知の静電容量型加速度センサであり、加速度センサ３，３’は検出する加速度の範囲が夫々異なっている。
【００４６】
加速度センサ３，３’のセンサ出力端子４は、実施形態１と同様に、ガラス基板１の上面の露出部に設けられており、加速度センサ３，３’のセンサ出力は、センサ出力端子４からボンディングワイヤ７を通って端子６へと伝達される。
【００４７】
かかるセンサにおいては、加速度範囲の異なる２つの加速度を同時に且つ省スペースで検出できる。
【００４８】
また、例えば第１の加速度センサ３を狭い加速度範囲を高精度に検出する加速度センサとし、第２の加速度センサ３’を広い加速度範囲をラフに検出する加速度センサとすると、特定の範囲のみ高い検出精度が要求されるような場合でも、まず第２の加速度センサ３’で広い加速度範囲をラフに検出していき、特定の範囲の加速度のみ第１の加速度センサ３で高精度に検出していくといった使い方もできる。
【００４９】
尚、加速度センサ３と加速度センサ３’は、検出軸の方向が異なる２つの加速度センサとしても良い。則ち、例えば第１の加速度センサ３をある特定の水平方向（Ｘ方向とする）の加速度を検出する加速度センサとし、第２の加速度センサ３’を垂直方向（Ｚ方向とする）の加速度を検出する加速度センサとする。この場合、Ｘ方向とＺ方向という異なる軸方向の加速度を１つのセンサＤで検出することができる。
【００５０】
（実施形態５）
本実施形態における基本構成は実施形態１と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【００５１】
則ち本実施形態のセンサＥは、図５に示すように実施形態１において加速度センサ３を形成した第２のシリコンウエハ上に、圧力センサ２と加速度センサ３の信号処理回路１２を形成した点に特徴がある。
【００５２】
圧力センサ２のセンサ出力は、実施形態１同様にガラス基板１の上面の露出部に設けられたセンサ出力端子４から取り出された後、ボンディングワイヤ７を通って第２のシリコンウエハ上に形成された信号処理回路１２の入力端子１２ａへと入力される。
【００５３】
加速度センサ３のセンサ出力は、第２のシリコンウエハを介して直接信号処理回路１２へと入力される。
【００５４】
信号処理回路１２で信号処理されたセンサ出力は、第２のシリコンウエハ上面に設けられた出力端子１３からボンディングワイヤ７を通ってボディ５の端子６へと伝達される。
【００５５】
かかるセンサにおいては、一方のシリコンウエハ上にのみ信号処理回路を形成すればよいので、信号処理回路を形成するプロセスの数が減り低コスト化が可能となる。
【００５６】
（実施形態６）
本実施形態における基本構成は実施形態１と共通するために共通する部分については同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる部分についてのみ詳細に説明する。
【００５７】
則ち本実施形態のセンサＦは、図６に示すように実施形態１において加速度センサ３を形成した第２のシリコンウエハ上に、圧力センサ２と加速度センサ３の信号処理用ＩＣのベアチップ１４を重ねて実装した点に特徴がある。
【００５８】
圧力センサ２と加速度センサ３のセンサ出力は、実施形態１同様にガラス基板１の上面の露出部に設けられたセンサ出力端子４から取り出され、ボンディングワイヤ７を通って第２のシリコンウエハ上に重ねて実装された信号処理用ＩＣのベアチップ１４の入力端子１４ａへと入力される。
【００５９】
信号処理回路１４で信号処理されたセンサ出力は、信号処理用ＩＣのベアチップ１４の出力端子１４ｂからボンディングワイヤ７を通ってボディ５の端子６へと伝達される。
【００６０】
かかるセンサにおいては、信号処理用ＩＣのベアチップとセンサとを重ねて実装するので、信号処理用ＩＣのベアチップの実装に必要な実装面積を削減できる。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、第１のシリコンウエハ上に形成された第１のセンサと、第２のシリコンウエハ上に形成され前記第１のセンサとは検出物理量または検出範囲が異なる第２のセンサと、電気的な干渉を分離するガラス基板とからなり、前記第１のセンサと第２のセンサとの間に前記ガラス基板を接合してなるので、２つのセンサを重ね合わせて配置することで実装面積を小さくできると共に、中央にガラス基板を挟んでいるため互いの電気的な干渉が抑えられ信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の良い出力を得ることができ、また、２つのセンサがガラス基板を共有して使用することでコストも抑えることができるという効果がある。
【００６２】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサの出力端子を、前記ガラス基板の上面に設けたので、ワイヤーボンディング工程が容易となるという効果がある。
【００６３】
請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１のセンサは圧力センサであり、前記第２のセンサは加速度センサであるので、圧力と加速度という２つの異なる物理量を同時に且つ省スペースで検出できるという効果がある。
【００６４】
請求項４の発明は、請求項３記載の発明において、前記圧力センサは静電容量型圧力センサであり、前記加速度センサは静電容量型加速度センサであるので、２つのセンサの出力を静電容量出力型に揃えることで信号処理回路が簡単になるという効果がある。
【００６５】
請求項５の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１のセンサは加速度センサであり、前記第２のセンサは回転角速度センサであるので、加速度と回転角速度という２つの異なる物理量を同時に且つ省スペースで検出できるという効果がある。
【００６６】
請求項６の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサは、検出圧力範囲の異なる２つの圧力センサであるので、圧力範囲の異なる２つの圧力を同時に且つ省スペースで検出できるという効果がある。
【００６７】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサは、検出加速度範囲の異なる２つの加速度センサであるので、加速度範囲の異なる２つの加速度を同時に且つ省スペースで検出できるという効果がある。
【００６８】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサは、検出軸の異なる２つの加速度センサであるので、異なる軸方向の加速度を同時に且つ省スペースで検出できるという効果がある。
【００６９】
請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサの信号処理回路を、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハのうち何れか一方のシリコンウエハ上に形成したので、一方のシリコンウエハ上にのみ信号処理回路を形成すればよいので、信号処理回路を形成するプロセスの数が減りコストを削減することができるという効果がある。
【００７０】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１及び前記第２のセンサの信号処理用ＩＣのベアチップを、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハのうち何れか一方のシリコンウエハ上に重ねて実装したので、信号処理用ＩＣのベアチップの実装に必要な実装面積を削減できるという効果がある。
【００７１】
請求項１１記載の発明は、第１のシリコンウエハ上に第１のセンサを形成し、第２のシリコンウエハ上に第２のセンサを形成し、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハとを陽極接合によりガラス基板の両面に同時に接合するので、２つのセンサをウエハの状態でガラス基板の両面に陽極接合することにより、一度に多数の接合が可能となり、さらに２枚のウエハを同時にガラス基板に陽極接合することによって工程の省略が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のセンサの一部を切欠いた斜視図である。
【図２】実施形態２のセンサの一部を切欠いた斜視図である。
【図３】実施形態３のセンサの断面図である。
【図４】実施形態４のセンサの一部を切欠いた斜視図である。
【図５】実施形態５のセンサの一部を切欠いた斜視図である。
【図６】実施形態６のセンサの一部を切欠いた斜視図である。
【符号の説明】
１　ガラス基板
２　圧力センサ
３　加速度センサ
４　センサ出力端子
５　ボディ
６　端子
７　ボンディングワイヤ
Ａ　センサ

Claims (11)

1. 第１のシリコンウエハ上に形成された第１のセンサと、第２のシリコンウエハ上に形成され前記第１のセンサとは検出物理量または検出範囲が異なる第２のセンサと、電気的な干渉を分離するガラス基板とからなり、前記第１のセンサと第２のセンサとの間に前記ガラス基板を接合してなることを特徴とするセンサ。
2. 前記第１及び前記第２のセンサの出力端子を、前記ガラス基板の上面に設けたことを特徴とする請求項１記載のセンサ。
3. 前記第１のセンサは圧力センサであり、前記第２のセンサは加速度センサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
4. 前記圧力センサは静電容量型圧力センサであり、前記加速度センサは静電容量型加速度センサであることを特徴とする請求項３記載のセンサ。
5. 前記第１のセンサは加速度センサであり、前記第２のセンサは回転角速度センサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
6. 前記第１及び前記第２のセンサは、検出圧力範囲の異なる２つの圧力センサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
7. 前記第１及び前記第２のセンサは、検出加速度範囲の異なる２つの加速度センサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
8. 前記第１及び前記第２のセンサは、検出軸の異なる２つの加速度センサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ。
9. 前記第１及び前記第２のセンサの信号処理回路を、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハのうち何れか一方のシリコンウエハ上に形成したことを特徴とする請求項１記載のセンサ。
10. 前記第１及び前記第２のセンサの信号処理用ＩＣのベアチップを、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハのうち何れか一方のシリコンウエハ上に重ねて実装したことを特徴とする請求項１記載のセンサ。
11. 第１のシリコンウエハ上に第１のセンサを形成し、第２のシリコンウエハ上に第２のセンサを形成し、前記第１のシリコンウエハと前記第２のシリコンウエハとを陽極接合によりガラス基板の両面に同時に接合することを特徴とするセンサの製造方法。

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