JP2006162628A - Sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ装置と該センサ装置を駆動するための集積回路とを備えるセンサシステムに関し、特に、センサ特性における温度ドリフトを低減することができるセンサシステムに関する。 The present invention relates to a sensor system including a sensor device and an integrated circuit for driving the sensor device, and more particularly to a sensor system capable of reducing temperature drift in sensor characteristics.
半導体プロセスを基盤としたマイクロマシン技術を用いたマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ等、及び、それらの駆動回路(制御回路を含む)を集積化した微細システムは、MEMS(Micro Electro Mechanical System)と称される。 A micro system in which micro-sized sensors, actuators, and the like using micro-machine technology based on semiconductor processes and their drive circuits (including control circuits) are integrated is called MEMS (Micro Electro Mechanical System). .
図4は、MEMSとして形成された従来のセンサシステムの側面断面図である。このセンサシステム150は、セラミクス基板70、センサ装置74、集積回路75、実装用外部電極77、及び封止材78を備えている。セラミクス基板70は、配線パターン76を有している。
FIG. 4 is a side cross-sectional view of a conventional sensor system formed as a MEMS. The
センサ装置74は、角速度センサであり、シリコンを基材とするセンサ本体部71、ガラスを材料とする上部封止体72、及び、同じくガラスを材料とする下部封止体73を備えている。上部封止体72と下部封止体73とは、センサ本体部71を気密に収納する部材である。集積回路75は、センサ装置74を駆動(制御を含む)する駆動回路であり、ベアチップの形態でバンプを通じてセラミクス基板70の上の配線パターン76に接続されている。即ち、集積回路75はセラミクス基板70にフリップチップ実装されている。センサ装置74もフリップチップ実装と同様の形態でセラミクス基板70に実装されている。また、センサ装置74及び集積回路75は、樹脂の封止材78によって封止されている。センサシステム150は、配線パターン76に接続された実装用外部電極77を通じて、外部の回路基板等に実装することができる。このように、センサシステム150は、あたかも一つの集積回路と同様に取り扱うことが可能となっている。
The
センサ装置74に関して、シリコンを基材とするセンサ本体部71を、ガラス製の上部封止体72及び下部封止体73で封止する技術は、特許文献1にも開示されているように、当分野では一般的に用いられる技術である。しかしながら、シリコンとガラスとの間では、熱膨張係数の差が大きく、温度変化に伴ってセンサ本体部71に歪が生じるという問題点があった。この歪は、センサ本体部71の共振周波数を変化させる等により、センサとしての特性に温度ドリフトを生じる要因となっていた。更に、センサシステム150は、センサ装置74と集積回路75とを互いに横に並ぶように実装するので、システムの小型化に限界を有していた。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、センサ特性における温度ドリフトを低減したセンサシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a sensor system in which temperature drift in sensor characteristics is reduced.
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第1の態様に係るセンサシステムは、一つのウェハから形成される下部封止体と、前記一つのウェハとは別のウェハから形成されるセンサ本体部と、前記一つのウェハ及び前記別のウェハとは更に別のウェハから形成される上部封止体とを備え、前記3枚のウェハを接合した後に個々に切り出されることによって得られた、前記下部封止体、前記センサ本体部及び前記上部封止体が同一の材料であるセンサ装置と、前記センサ装置と接続されて積層体を形成する、前記センサ装置を駆動するための集積回路と、前記センサ装置と前記集積回路との間に介在することなく前記積層体を支持するMID基板と、前記MID基板に設けられ前記MID基板を通じて前記センサ装置と前記集積回路との少なくとも一方に電気的に接続された実装用外部電極とを備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems and achieve the above object, a sensor system according to a first aspect of the present invention includes a lower sealing body formed from one wafer and a wafer different from the one wafer. A sensor main body to be formed; and an upper sealing body formed from another wafer different from the one wafer and the other wafer; and by cutting the individual wafers after joining the three wafers In order to drive the obtained sensor device in which the lower sealing body, the sensor main body and the upper sealing body are made of the same material, and the sensor device connected to the sensor device to form a laminated body An integrated circuit, an MID substrate that supports the stacked body without being interposed between the sensor device and the integrated circuit, and the sensor device and the integrated circuit provided on the MID substrate through the MID substrate. It is characterized in further comprising at least one electrically connected to have been implemented for the external electrodes of the circuit.
本発明のうち第2の態様に係るものは、第1の態様に係るセンサシステムであって、前記材料が半導体であることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a sensor system according to the first aspect, wherein the material is a semiconductor.
本発明のうち第3の態様に係るものは、第1又は第2の態様に係るセンサシステムであって、前記実装用外部電極が階段状に屈曲したピンであることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor system according to the first or second aspect, wherein the mounting external electrode is a pin bent in a step shape. .
本発明のセンサシステムは、センサ装置における下部封止体、センサ本体部及び上部封止体が同一の材料であるので、それらの部材の間で熱膨張係数に差違がない。このため、センサシステムは、それら部材の間の熱膨張係数の差違に起因する温度ドリフトが抑制される。また、センサシステムは、センサ装置と集積回路とが積層状態にあるので、小型化を図ることができる。 In the sensor system of the present invention, since the lower sealing body, the sensor main body, and the upper sealing body in the sensor device are made of the same material, there is no difference in thermal expansion coefficient between these members. For this reason, the temperature drift resulting from the difference in the thermal expansion coefficient between these members is suppressed in the sensor system. In addition, the sensor system can be miniaturized because the sensor device and the integrated circuit are in a stacked state.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態によるセンサシステムの構成を示す断面図である。図1(a)は、同センサシステムの縦断面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A切断線に沿った断面図である。このセンサシステム101は、MEMSとして形成されており、センサ装置10、集積回路20、MID(Molded Interconnect Device)基板30、実装用外部電極31、及び封止材32を備えている。センサ装置10は、例えば角速度センサであり、シリコンを基材とするセンサ本体部1、同じくシリコンを基材とする上部封止体2、及び同じくシリコンを基材とする下部封止体3を備えている。「シリコンを基材とする」とは、不純物がドープされたシリコンをも含める趣旨である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a sensor system according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a vertical cross-sectional view of the sensor system, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The
上部封止体2と下部封止体3とは、互いに接合されることにより、その内部に形成する空洞にセンサ本体部1を気密に収納している。上部封止体2と下部封止体3とは、周知のシリコン基板の貼り合わせ技術を用いて接合することができる。上部封止体2の外側表面には、センサ装置10を実装するための実装用電極5が設けられている。実装用電極5は、例えばバンプ電極であり、上部封止体2を貫通する導電体である貫通電路4によって、センサ本体部1に電気的に接続されている。
The
下部封止体3は、基板状部材35とこれに接合した枠状部材36とを含んでいる。基板状部材35を一つのウェハから形成し、センサ本体部1と枠状部材36とを別のウェハから形成し、上部封止体2を更に別のウェハから形成することができる。各ウェハに貫通電路4を形成するための処理等を行った後に、3枚のウェハを例えば貼り合わせにより接合し、その後に個々のチップに切り出すことにより、センサ装置10を得ることができる。図1以下の各図では、枠状部材36は下部封止体3に含めているが、上部封止体2に含めても良い。
The
集積回路20は、センサ装置10を駆動(制御を含む)する駆動回路であり、ベアチップの形態で、実装用電極5を通じてセンサ装置10と接続されて2層の積層体を形成している。集積回路20は、集積回路基板であるチップ本体11と、その一主面に形成された配線パターン12とを有しており、実装用電極5は配線パターン12に接続されている。センサ装置10と集積回路20との積層体は、MID基板30に設けられた凹部に挿入された状態で、MID基板30に支持されている。更に、積層体は、樹脂等の封止材32で封止されている。
The
MID基板(立体回路形成用基板)30は、樹脂等を成型することにより形成された絶縁体を材料とする基板本体部21と、その表面に配設された配線パターン22とを有している。配線パターン22には、センサシステム101を外部の回路基板に実装するための実装用外部電極31が接続されている。集積回路20の配線パターン12は、集積回路20を実装するための実装用電極23を通じて配線パターン22に接続されている。それにより、積層体と実装用外部電極31とが電気的に接続されている。実装用電極23は、例えばバンプ電極である。このように、センサシステム101は、あたかも一つの集積回路と同様に取り扱うことが可能となっている。
The MID substrate (three-dimensional circuit forming substrate) 30 includes a
以上のように、センサシステム101は、センサ本体部1が、自身と材料を同一にする上部封止体2及び下部封止体3によって収納され且つ固定されているので、それらの部材の間に熱膨張係数の差違がない。このため、センサ装置10の構成部材の間での熱膨張係数の差違に起因するセンサ特性の温度ドリフトが解消される。センサ本体部1とMID基板30との間には集積回路20及び上部封止体2が介在するので、MID基板30とセンサ装置10との間の熱膨張係数の相違に起因する温度ドリフトも低く抑えられる。それにより、高精度のセンサ特性が得られる。
As described above, in the
また、上部封止体2を貫通する貫通電路4によりセンサ本体部1と実装用電極5とが接続されることにより、センサ装置10について、集積回路のフリップチップと同様の形態を実現するので、センサ装置10が横に広がらず小型化される。上部封止体2がシリコンを基材とすることから、センサ本体部1と同様に微細加工が可能であり、そのことが貫通電路4の形成を容易にしている。
Moreover, since the sensor
更に、センサ装置10と集積回路20とが積層体を形成するので、センサシステム101を小型に形成することができる。また、集積回路20は、フリップチップの形態でMID基板30に実装されており、このこともセンサシステム101の小型化に寄与している。
Furthermore, since the
また、MID基板30が用いられるので、実装用外部電極31を容易に形成することができる。更に、図1に示すように実装用外部電極31は、階段状に屈曲したピンとして形成されているので、センサシステム101が実装される回路基板(例えば、マザーボード)とセンサシステム101との間の熱膨張係数の差違によりセンサシステム101の内部に発生する熱歪が低減される。それにより、センサ特性への熱歪の影響が更に抑制される。
Further, since the
図2は、上部封止体2に貫通電路4を形成する工程を示す製造工程図である。上部封止体2に貫通電路4を形成するには、まず、例えばICPを用いることにより上部封止体2に貫通孔42を形成し、その後、例えば熱酸化により二酸化シリコンの絶縁膜41を上部封止体2の表面に形成する(図2(a))。次に、CVD(化学気相成長)を用いることにより、例えば銅などの導電体43を上部封止体2の表面に堆積させる(図2(b))。導電体43は、銅以外の金属であっても良く、不純物をドープした多結晶シリコンであってもよい。その後、例えば銅メッキを実行して導電体44を堆積させることにより、貫通孔42を導電体44で埋め込む(図2(c))。銅メッキの代わりに、CVDを用いても良い。次に、例えばマスクパターンを用いてメタルRIE(反応性イオンエッチング)を実行し、導電体44を選択的に除去することにより配線パターン(パッドを含む)46,47を形成する(図2(d))。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram illustrating a process of forming the through-
このように、周知の半導体プロセスを組み合わせることにより、上部封止体2に貫通電路4を容易に形成することができる。また、図2(c)の工程により、貫通孔42を導電体44により容易に埋め込むことができるので、センサ本体部1を収納するために上部封止体2と下部封止体3とが内部に形成する収納室を容易に気密に保つことができ、特に、高真空に保つことも可能となる。それにより品質の良いセンサ装置10を得ることができる。更に、上部封止体2の表面に絶縁膜41が形成されるので、シリコンを基材とする上部封止体2と貫通電路4との間が良好に電気的に絶縁される。それにより、高精度のセンサ装置10が得られる。
Thus, the through-
更に、図2(d)に示すように、上部封止体2の下面を平坦に形成することにより、下部封止体3との貼り合わせを容易化することができる。なお、上部封止体2の代わりに、或いは、それと併せて、下部封止体3に貫通電路4を形成することも可能である。
Further, as shown in FIG. 2D, the
また、センサ本体部1、上部封止体2及び下部封止体3は、シリコンを基材とする材料以外の半導体であってもよい。しかしながら、数多くの半導体の中で、シリコンについては微細加工を行うための技術が幅広く確立されており、且つ材料も低コストであることから、特に、シリコンを基材とする材料が望ましい。また、センサ本体部1、上部封止体2及び下部封止体3は、半導体を材料としなくても、材料が互いに同一であれば、熱膨張係数の差違に起因する温度ドリフトの問題は解消される。しかしながら、半導体を材料とすることで、半導体プロセスを用いて微細加工を容易に行うことができ、高精度且つ小型のセンサ装置10及びセンサシステム101を容易に得ることができる。
In addition, the sensor
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態によるセンサシステムの構成を示す縦断面図である。このセンサシステム103は、実装用外部電極31の基端部が、MID基板30の基板本体部21に埋設されている点において、図1に示したセンサシステム101とは主として異なっている。センサシステム103においても、センサシステム101と同様に、実装用外部電極31は階段状に屈曲したピンとして形成されているので、センサシステム103が実装される回路基板とセンサシステム103との間の熱膨張係数の差違によりセンサシステム103の内部に発生する熱歪が低減され、熱歪に起因するセンサ特性の劣化が抑制される。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a sensor system according to the second embodiment of the present invention. This
実装用外部電極31を基板本体部21に埋設するには、実装用外部電極31を多数連結するリードフレーム(不図示)を準備し、このリードフレームとともに樹脂等の基板本体部21の材料を成型(モールド)するとよい。基板本体部21の成型が終了した後に、実装用外部電極31をリードフレームから切り離し、更に階段状にフォーミングすることにより、図3の形状の実装用外部電極31が容易に得られる。
In order to embed the mounting
1 センサ本体部
2 上部封止体
3 下部封止体
4 貫通電路
5、23 実装用電極
10 センサ装置
11 チップ本体(集積回路基板)
12 配線パターン
20 集積回路
30 MID基板
31 実装用外部電極
41 絶縁膜
42 貫通孔
43、44 導電体
101〜103 センサシステム
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記センサ装置と接続されて積層体を形成する、前記センサ装置を駆動するための集積回路と、
前記センサ装置と前記集積回路との間に介在することなく前記積層体を支持するMID基板と、
前記MID基板に設けられ前記MID基板を通じて前記センサ装置と前記集積回路との少なくとも一方に電気的に接続された実装用外部電極とを備えること
を特徴とするセンサシステム。 A lower sealing body formed from one wafer, a sensor body formed from a wafer different from the one wafer, and a wafer further formed from the one wafer and the other wafer. A sensor having the same material as the lower sealing body, the sensor main body, and the upper sealing body, which are obtained by individually cutting the three wafers after joining the three wafers. Equipment,
An integrated circuit for driving the sensor device, connected to the sensor device to form a laminate;
An MID substrate that supports the stacked body without being interposed between the sensor device and the integrated circuit;
A sensor system comprising: a mounting external electrode provided on the MID substrate and electrically connected to at least one of the sensor device and the integrated circuit through the MID substrate.
を特徴とする請求項1に記載のセンサシステム。 The sensor system according to claim 1, wherein the material is a semiconductor.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセンサシステム。 The sensor system according to claim 1, wherein the external electrode for mounting is a pin bent in a step shape.
Priority Applications (1)
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JP2005365736A JP2006162628A (en) | 2003-10-03 | 2005-12-20 | Sensor system |
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Cited By (1)
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JP2009294077A (en) * | 2008-06-05 | 2009-12-17 | Denso Corp | Semiconductor package |
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2005
- 2005-12-20 JP JP2005365736A patent/JP2006162628A/en active Pending
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