JP2004309306A - 加速度センサとその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、基板にひずみが生じない加速度センサを提供する。
【解決手段】ガラス板等の四角形の絶縁基板１２と、中空部２５を有し中心に重り２６を備え、絶縁基板１２とほぼ同形状のシリコンウエハ等の半導体の本体部２２とを備える。本体部２２の各辺には、四辺ともにそのほぼ中央部分の一部分が切除された切除部２４が形成されている。絶縁基板１２に本体部２２を接合した状態で、切除部２４に絶縁基板１２上の引出用電極２０が露出する。切除部２４の内側の角は、面取りされまたはアール状に形成されていてもよい。
【選択図】 図１
【解決手段】ガラス板等の四角形の絶縁基板１２と、中空部２５を有し中心に重り２６を備え、絶縁基板１２とほぼ同形状のシリコンウエハ等の半導体の本体部２２とを備える。本体部２２の各辺には、四辺ともにそのほぼ中央部分の一部分が切除された切除部２４が形成されている。絶縁基板１２に本体部２２を接合した状態で、切除部２４に絶縁基板１２上の引出用電極２０が露出する。切除部２４の内側の角は、面取りされまたはアール状に形成されていてもよい。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電容量等の変化を検出して加速度を検知する加速度センサとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−３５１８７６号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４６５９号公報
従来、静電容量型の半導体加速度センサを形成する基板は、図６に示すように、ガラス基板４の表面に図示しないセンサ用電極等と外部の回路基板の電極とを結ぶための引出用電極２や、その他の図示しない電極や配線パターンがアルミニウム薄膜等により形成され、このガラス基板４の表面に、所定の重り１や中空部３及び電極等が縦横に多数形成されたシリコンウエハ６を、陽極接合により一体化したものがある。このシリコンウエハ６から切り出される個々のセンサチップ５は、シリコンウエハ６による本体部７やガラス基板４に設けられた図示しないセンサ用電極と、外部の回路基板の電極とを結ぶための引出用電極２が、各センサチップ５の本体部７の一対の端縁部に露出したガラス基板４表面に位置して設けられている。
【０００３】
この加速度センサ用基板は、シリコンウエハ６に予めエッチング等により、ガラス基板４に接合した際に引出用電極２が露出するような溝状長穴８を形成し、引出用電極２がこの溝状長穴８から露出するようにして、ガラス基板４の表面にシリコンウエハ６を陽極接合する。この後、個々のセンサチップ５毎に図６の２点鎖線で示すように分割していた。
【０００４】
なお、この引出用電極２は、特許文献１，２に開示されているように、ガラス基板４の厚み方向に、表面側の電極に接した透孔を介して他の回路基板に接合可能としたものも本願出願人より提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の図５、図６に示す加速度センサの場合、シリコンウエハ６とガラス基板４を陽極接合した状態で、接合面に内部応力が存在し、基板内の平面方向に不均一な応力が発生する。この内部応力は個々のセンサチップに分割した後も残るものであり、センサチップに微妙なひずみを生じさせていた。すなわち、上記従来例の場合、溝状長穴８が一方向に形成されているので、この溝状長穴８の方向とそれと直交する方向とで各部の膨張・収縮に面方向の異方性が生じ、個々のセンサチップ５に分割後もひずみが残るものであった。
【０００６】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構造で、基板にひずみが生じない加速度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ガラス板等の四角形の絶縁基板と、中空部を有しその中心に重りが設けられ上記絶縁基板とほぼ同形状の半導体の本体部とを有し、この本体部の各辺には、四辺ともにそのほぼ中央部分の一部分が切除されて切除部が形成され、上記絶縁基板に上記本体部を接合した状態で、上記切除部に上記絶縁基板上の引出用電極が露出して成る加速度センサである。
【０００８】
上記切除部の内側の角は、面取りされまたはアール状に形成されている。また、上記本体部の中空部は、その開口部がガラス板やシリコン板等の覆い蓋で密閉され、上記本体部内は真空の気密状態に形成されている。
【０００９】
またこの発明は、個々のセンサチップの本体部や重りが縦横に多数形成されたシリコンウエハを設け、このシリコンウエハの上記個々のセンサチップの本体部を形成する部分の四辺を囲むように透孔を形成し、このシリコンウエハを絶縁性の大型基板に陽極接合し、上記大型基板表面に設けられた引出用電極が上記透孔内に露出するようにし、その後上記透孔を横断するように上記シリコンウエハ及び大型基板を分割し、個々のセンサチップとする加速度センサの製造方法である。また、真空中で上記本体部と絶縁基板との通気部を密封して、上記本体部内を真空にするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の加速度センサ１０は、ガラス板等の絶縁基板１２と、この絶縁基板１２の表面中央部に形成され静電容量を形成する正方形電極１４と、その四方に各々形成された同じく静電容量を形成する台形電極１６とを備えている。絶縁基板１２の表面にはさらに、正方形電極１４と台形電極１６に接続した図示しない配線パターンと、この配線パターンが接続した引出用電極２０とを備えている。引出用電極２０は、絶縁基板１２の四方の各辺のほぼ中央部端縁近傍に位置している。各電極１４，１６，２０や配線パターンは、アルミニウムや金等の金属薄膜により形成されている。
【００１１】
絶縁基板１２の表面には、シリコンによる本体部２２が接合されている。本体部２２は、図１、図２に示すように、薄い四角筒状に形成され、四方の各辺の一部が各々矩形状に切除された形状に形成されている。この四方の切除部２４は、絶縁基板１２に本体部２２を接合した状態で、引出用電極２０が各々露出する程度の大きさに形成されている。
【００１２】
本体部２２の中空部２５内には、本体部２２の四方の各内壁２２ａの下面近傍から梁３０が一体に延出し、この梁３０の先端部に重り２６が一体に設けられている。この重り２６の周囲には、四方に台形状の電極部２８が一体に突出している。重り２６、電極部２８及び梁３０は、本体部２２の構成材料であるシリコン半導体により一体に形成されている。梁３０は、本体部２２の内壁２２ａの下面近傍から一辺の側壁２２ａに沿って延出し、直交する他の内壁２２ａにぶつかる前に４５°屈曲してレ字状に形成され、屈曲した部分は中央部に向かい、その先端は、一体に重り２６の下部に繋がっている。梁３０は、本体部２２の内壁２２ａの四方の面から同様にして４本延出し、重り２６に繋がっている。
【００１３】
本体部２２は、シリコンウエハ基板に、所定の不純物をドープしてｐ型またはｎ型半導体に形成されている。本体部２２の上面開口部はガラス板やシリコン板等の覆い蓋３２が低融点ガラス等により気密状態で密着して固定され、絶縁基板１２とともに本体部２２の中空部２５内を密封している。
【００１４】
そして、重り２６の下面と正方形電極１４が互いに所定の間隔を空けて対面して静電容量を形性し、絶縁基板１２に対して垂直方向の加速度を検知する。また、重り２６の四方の各電極部２８は、台形電極１６と所定の間隔を空けて対面して静電容量を形成し、絶縁基板１２の面に対して平行な方向の加速度を検知する。
【００１５】
この実施形態の加速度センサ１０の製造方法は、先ず図２、図３に示すように、シリコンウエハ３６をガラス板の絶縁基板１２に接合した際に引出用電極２０が露出するような透孔である矩形孔３８や、中空部２５及び重り２６を、予めエッチング等により形成し、引出用電極２０がこの矩形孔３８から露出するように形成する。矩形孔３８は中空部２５の四方の側方に位置するように形成する。
【００１６】
次に、シリコンウエハ３６の裏面側にガラス板の絶縁基板１２を、陽極接合により一体的に密着させる。陽極接合は、約４００℃の温度で１ｋＶ程度の電圧を印加して行う。このとき、本体部２２と絶縁基板１２の間は、図示しないフィードスルー部分の配線パターンが挟まれ、通気部の隙間が残される。この通気部の隙間は、後述するように、後に接着剤で埋められる。
【００１７】
また、本体部２２の上面開口部端面に低融点ガラス板やシリコン板の覆い蓋３２を載せて真空中で密着し固定する。さらに、絶縁基板１２と本体部２２の間の配線パターンによるフィードスルー部分の通気部の隙間を真空中で接着剤で埋め、中空部２５内を真空状態に密封する。このとき使用する接着剤は揮発成分の少ない熱硬化性樹脂の接着剤や紫外線硬化樹脂の接着剤を用いる。
【００１８】
この後、絶縁基板１２及びシリコンウエハ３６を、個々のセンサチップ４０毎に図３の２点鎖線で示すように分割する。このとき、矩形孔３８は長手方向にその中心で分割され、個々のセンサチップ４０の四方に形成される切除部２４となる。
【００１９】
この発明の加速度センサ１０は、本体部２２を形成するシリコンウエハ３６に、本体部２２や重り２６の四方を囲むように、本体部２２の中空部２５とともにその四方に矩形孔３８を形成したので、絶縁基板１２とシリコンウエハ３６を陽極接合した後のシリコンウエハ３６に生じる応力が極めて小さい。また、矩形の本体部２２の四方に各々矩形孔３８による切除部２４が形成され、図２に示すように上下左右とも対称な形状に形成されるので、絶縁基板１２とシリコンウエハ３６の熱膨張係数の違いや接合具合等によっても、本体部２２には均一な力が作用し全体としてひずみが生じ難い。
【００２０】
なお、この矩形孔３８の形状は、図４に示すように角を落とした形状にしても良い。これにより、さらに、角部への応力集中を緩和し、ひずみの原因を抑える。従って、矩形孔３８の角部をアール状にしても良く、矩形孔３８を長円や楕円状に変えても良い。また、覆い蓋は、本体部に対して真空中で接合する他、大気中で接合しても良く、少なくともフィードスルー部分の通気部の隙間を真空中で塞ぎ、本体部内を真空に形成すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
この発明の加速度センサの基板とその製造方法は、四方に切除部が対称に形成され、ひずみが少なく、個々のセンサチップの基板においても偏った方向性のひずみや内部応力も生じないもので、より精密な測定が可能となる。また、センサチップの形状をほぼ正方形にするこができ、その投影面積を小さくすることができ、体積も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の加速度センサを示す分解斜視図である。
【図２】この発明の一実施形態の加速度センサの平面図である。
【図３】この発明の一実施形態の加速度センサのシリコンウエハの平面図である。
【図４】この発明の他の実施形態の加速度センサのシリコンウエハの平面図である。
【図５】従来の技術の加速度センサのシリコンウエハ全体の平面図である。
【図６】従来の技術の加速度センサのシリコンウエハの平面図である。
【符号の説明】
１０ 加速度センサ
１２ 絶縁基板
１４ 正方形電極
１６ 台形電極
２０ 引出用電極
２２ 本体部
２４ 切除部
２６ 重り
２８ 電極部
３０ 梁
３２ 覆い蓋
３６ シリコンウエハ
３８ 矩形孔
４０ センサチップ
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電容量等の変化を検出して加速度を検知する加速度センサとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１１−３５１８７６号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４６５９号公報
従来、静電容量型の半導体加速度センサを形成する基板は、図６に示すように、ガラス基板４の表面に図示しないセンサ用電極等と外部の回路基板の電極とを結ぶための引出用電極２や、その他の図示しない電極や配線パターンがアルミニウム薄膜等により形成され、このガラス基板４の表面に、所定の重り１や中空部３及び電極等が縦横に多数形成されたシリコンウエハ６を、陽極接合により一体化したものがある。このシリコンウエハ６から切り出される個々のセンサチップ５は、シリコンウエハ６による本体部７やガラス基板４に設けられた図示しないセンサ用電極と、外部の回路基板の電極とを結ぶための引出用電極２が、各センサチップ５の本体部７の一対の端縁部に露出したガラス基板４表面に位置して設けられている。
【０００３】
この加速度センサ用基板は、シリコンウエハ６に予めエッチング等により、ガラス基板４に接合した際に引出用電極２が露出するような溝状長穴８を形成し、引出用電極２がこの溝状長穴８から露出するようにして、ガラス基板４の表面にシリコンウエハ６を陽極接合する。この後、個々のセンサチップ５毎に図６の２点鎖線で示すように分割していた。
【０００４】
なお、この引出用電極２は、特許文献１，２に開示されているように、ガラス基板４の厚み方向に、表面側の電極に接した透孔を介して他の回路基板に接合可能としたものも本願出願人より提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の図５、図６に示す加速度センサの場合、シリコンウエハ６とガラス基板４を陽極接合した状態で、接合面に内部応力が存在し、基板内の平面方向に不均一な応力が発生する。この内部応力は個々のセンサチップに分割した後も残るものであり、センサチップに微妙なひずみを生じさせていた。すなわち、上記従来例の場合、溝状長穴８が一方向に形成されているので、この溝状長穴８の方向とそれと直交する方向とで各部の膨張・収縮に面方向の異方性が生じ、個々のセンサチップ５に分割後もひずみが残るものであった。
【０００６】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構造で、基板にひずみが生じない加速度センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ガラス板等の四角形の絶縁基板と、中空部を有しその中心に重りが設けられ上記絶縁基板とほぼ同形状の半導体の本体部とを有し、この本体部の各辺には、四辺ともにそのほぼ中央部分の一部分が切除されて切除部が形成され、上記絶縁基板に上記本体部を接合した状態で、上記切除部に上記絶縁基板上の引出用電極が露出して成る加速度センサである。
【０００８】
上記切除部の内側の角は、面取りされまたはアール状に形成されている。また、上記本体部の中空部は、その開口部がガラス板やシリコン板等の覆い蓋で密閉され、上記本体部内は真空の気密状態に形成されている。
【０００９】
またこの発明は、個々のセンサチップの本体部や重りが縦横に多数形成されたシリコンウエハを設け、このシリコンウエハの上記個々のセンサチップの本体部を形成する部分の四辺を囲むように透孔を形成し、このシリコンウエハを絶縁性の大型基板に陽極接合し、上記大型基板表面に設けられた引出用電極が上記透孔内に露出するようにし、その後上記透孔を横断するように上記シリコンウエハ及び大型基板を分割し、個々のセンサチップとする加速度センサの製造方法である。また、真空中で上記本体部と絶縁基板との通気部を密封して、上記本体部内を真空にするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の加速度センサ１０は、ガラス板等の絶縁基板１２と、この絶縁基板１２の表面中央部に形成され静電容量を形成する正方形電極１４と、その四方に各々形成された同じく静電容量を形成する台形電極１６とを備えている。絶縁基板１２の表面にはさらに、正方形電極１４と台形電極１６に接続した図示しない配線パターンと、この配線パターンが接続した引出用電極２０とを備えている。引出用電極２０は、絶縁基板１２の四方の各辺のほぼ中央部端縁近傍に位置している。各電極１４，１６，２０や配線パターンは、アルミニウムや金等の金属薄膜により形成されている。
【００１１】
絶縁基板１２の表面には、シリコンによる本体部２２が接合されている。本体部２２は、図１、図２に示すように、薄い四角筒状に形成され、四方の各辺の一部が各々矩形状に切除された形状に形成されている。この四方の切除部２４は、絶縁基板１２に本体部２２を接合した状態で、引出用電極２０が各々露出する程度の大きさに形成されている。
【００１２】
本体部２２の中空部２５内には、本体部２２の四方の各内壁２２ａの下面近傍から梁３０が一体に延出し、この梁３０の先端部に重り２６が一体に設けられている。この重り２６の周囲には、四方に台形状の電極部２８が一体に突出している。重り２６、電極部２８及び梁３０は、本体部２２の構成材料であるシリコン半導体により一体に形成されている。梁３０は、本体部２２の内壁２２ａの下面近傍から一辺の側壁２２ａに沿って延出し、直交する他の内壁２２ａにぶつかる前に４５°屈曲してレ字状に形成され、屈曲した部分は中央部に向かい、その先端は、一体に重り２６の下部に繋がっている。梁３０は、本体部２２の内壁２２ａの四方の面から同様にして４本延出し、重り２６に繋がっている。
【００１３】
本体部２２は、シリコンウエハ基板に、所定の不純物をドープしてｐ型またはｎ型半導体に形成されている。本体部２２の上面開口部はガラス板やシリコン板等の覆い蓋３２が低融点ガラス等により気密状態で密着して固定され、絶縁基板１２とともに本体部２２の中空部２５内を密封している。
【００１４】
そして、重り２６の下面と正方形電極１４が互いに所定の間隔を空けて対面して静電容量を形性し、絶縁基板１２に対して垂直方向の加速度を検知する。また、重り２６の四方の各電極部２８は、台形電極１６と所定の間隔を空けて対面して静電容量を形成し、絶縁基板１２の面に対して平行な方向の加速度を検知する。
【００１５】
この実施形態の加速度センサ１０の製造方法は、先ず図２、図３に示すように、シリコンウエハ３６をガラス板の絶縁基板１２に接合した際に引出用電極２０が露出するような透孔である矩形孔３８や、中空部２５及び重り２６を、予めエッチング等により形成し、引出用電極２０がこの矩形孔３８から露出するように形成する。矩形孔３８は中空部２５の四方の側方に位置するように形成する。
【００１６】
次に、シリコンウエハ３６の裏面側にガラス板の絶縁基板１２を、陽極接合により一体的に密着させる。陽極接合は、約４００℃の温度で１ｋＶ程度の電圧を印加して行う。このとき、本体部２２と絶縁基板１２の間は、図示しないフィードスルー部分の配線パターンが挟まれ、通気部の隙間が残される。この通気部の隙間は、後述するように、後に接着剤で埋められる。
【００１７】
また、本体部２２の上面開口部端面に低融点ガラス板やシリコン板の覆い蓋３２を載せて真空中で密着し固定する。さらに、絶縁基板１２と本体部２２の間の配線パターンによるフィードスルー部分の通気部の隙間を真空中で接着剤で埋め、中空部２５内を真空状態に密封する。このとき使用する接着剤は揮発成分の少ない熱硬化性樹脂の接着剤や紫外線硬化樹脂の接着剤を用いる。
【００１８】
この後、絶縁基板１２及びシリコンウエハ３６を、個々のセンサチップ４０毎に図３の２点鎖線で示すように分割する。このとき、矩形孔３８は長手方向にその中心で分割され、個々のセンサチップ４０の四方に形成される切除部２４となる。
【００１９】
この発明の加速度センサ１０は、本体部２２を形成するシリコンウエハ３６に、本体部２２や重り２６の四方を囲むように、本体部２２の中空部２５とともにその四方に矩形孔３８を形成したので、絶縁基板１２とシリコンウエハ３６を陽極接合した後のシリコンウエハ３６に生じる応力が極めて小さい。また、矩形の本体部２２の四方に各々矩形孔３８による切除部２４が形成され、図２に示すように上下左右とも対称な形状に形成されるので、絶縁基板１２とシリコンウエハ３６の熱膨張係数の違いや接合具合等によっても、本体部２２には均一な力が作用し全体としてひずみが生じ難い。
【００２０】
なお、この矩形孔３８の形状は、図４に示すように角を落とした形状にしても良い。これにより、さらに、角部への応力集中を緩和し、ひずみの原因を抑える。従って、矩形孔３８の角部をアール状にしても良く、矩形孔３８を長円や楕円状に変えても良い。また、覆い蓋は、本体部に対して真空中で接合する他、大気中で接合しても良く、少なくともフィードスルー部分の通気部の隙間を真空中で塞ぎ、本体部内を真空に形成すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
この発明の加速度センサの基板とその製造方法は、四方に切除部が対称に形成され、ひずみが少なく、個々のセンサチップの基板においても偏った方向性のひずみや内部応力も生じないもので、より精密な測定が可能となる。また、センサチップの形状をほぼ正方形にするこができ、その投影面積を小さくすることができ、体積も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の加速度センサを示す分解斜視図である。
【図２】この発明の一実施形態の加速度センサの平面図である。
【図３】この発明の一実施形態の加速度センサのシリコンウエハの平面図である。
【図４】この発明の他の実施形態の加速度センサのシリコンウエハの平面図である。
【図５】従来の技術の加速度センサのシリコンウエハ全体の平面図である。
【図６】従来の技術の加速度センサのシリコンウエハの平面図である。
【符号の説明】
１０ 加速度センサ
１２ 絶縁基板
１４ 正方形電極
１６ 台形電極
２０ 引出用電極
２２ 本体部
２４ 切除部
２６ 重り
２８ 電極部
３０ 梁
３２ 覆い蓋
３６ シリコンウエハ
３８ 矩形孔
４０ センサチップ
Claims (5)
- 四角形の絶縁基板と、中空部を有しその中心に重りが設けられ上記絶縁基板とほぼ同形状の半導体の本体部とを有し、この本体部の各辺には、四辺ともにその一部分が切除されて切除部が形成され、上記絶縁基板に上記本体部を接合した状態で、上記切除部に上記絶縁基板上の引出用電極が露出して成ることを特徴とする加速度センサ。
- 上記切除部の内側の角は、面取りされまたはアール状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
- 上記本体部の中空部は、その開口部が覆い蓋で密閉され、上記本体部内は真空の気密状態に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の加速度センサ。
- 個々のセンサチップの本体部や重りが縦横に多数形成されたシリコンウエハを設け、このシリコンウエハの上記個々のセンサチップの本体部を形成する部分の四辺を囲むように透孔を形成し、このシリコンウエハを絶縁性の大型基板に陽極接合し、上記大型基板表面に設けられた引出用電極が上記透孔内に露出するようにし、その後上記透孔を横断するように上記シリコンウエハ及び大型基板を分割し、個々のセンサチップとすることを特徴とする加速度センサの製造方法。
- 真空中で上記本体部と絶縁基板との通気部を密封することを特徴とする請求項４記載の加速度センサの製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003103120A JP4426202B2 (ja) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | 加速度センサとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003103120A JP4426202B2 (ja) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | 加速度センサとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004309306A true JP2004309306A (ja) | 2004-11-04 |
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ID=33466367
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003103120A Expired - Fee Related JP4426202B2 (ja) | 2003-04-07 | 2003-04-07 | 加速度センサとその製造方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006197686A (ja) * | 2005-01-12 | 2006-07-27 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置の製造方法及びデバイスの製造方法 |
| JP2006308353A (ja) * | 2005-04-27 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 加速度センサおよびその製造方法 |
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