JP2007127607A - センサブロック - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化及び高精度化を実現するセンサを提供する。
【解決手段】ガラス基板からなるベースブロック1に、検出部が形成された半導体基板3とガラス基板4からなるセンサチップ2を陽極接合などにより複数接合し、多軸センサを製造する。ベースブロック1は、各センサチップ2に対して共有である。このセンサチップは、加速度センサチップ、力センサチップ、角速度センサチップ、モーションセンサチップ、温度センサチップ、圧力センサチップ、光センサチップ、バイオセンサチップのいずれか1つであり、何種類かのセンサチップを組み合わせて構成してもよい。
【選択図】図2
Description
本発明は、センサチップ(加速度センサチップ、力センサチップ、温度センサチップ、バイオセンサチップ等)を実装したセンサブロックに関するものである。
従来より、検出部を備えた半導体基板の両面をガラス基板で接合した3層構造からなる1軸センサチップを、基準ブロックとなるベースブロックに接着剤などを用いて貼り付けたセンサブロックが広く用いられている。
特許文献1に開示されているセンサブロックは、センサチップを接着剤を用いずに、陽極接合によって基準ブロックとなるガラス基板に接合したもので、これにより、接着剤とそれに接着される要素間の熱膨張係数の差による精度悪化を改善し、接合時に加わる熱応力や、接合する各要素の変形量を低減することができる。
特開2001−183389、図1
しかしながら、このように構成されるセンサブロックは、センサ全体のサイズが大きくなり、センサチップの貼り付け作業に時間と手間を要する。また、複数のセンサチップで構成されるセンサブロックでは、要素間の熱膨張率の差などによる信頼性の低下や幾何誤差累積による計測精度の低下が生じる。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、センササイズの小型化を図ると共に、組み立て工数の削減及び計測の高精度化を実現するセンサブロックを提供することを目的とする。
本発明によるセンサブロックは、検出部が形成された半導体基板と該半導体基板の両面に接合された2つのガラス基板を有するセンサチップが複数組み合わされたセンサブロックであって、前記一方のガラス基板は、前記複数のセンサチップと共有であり、複数の前記センサチップを支持するベースブロックであることを特徴とする。
本発明によれば、センサチップを構成する半導体基板の一方の面をベースブロックに直接接合し、複数のセンサチップと共有することによって、組み立て工数を減らし、センサのサイズ小型化を図ることが可能となる。また、組み立て要素が減ることにより、要素を組み合わせる際に生じる幾何誤差による計測精度の悪化を軽減し、計測精度を向上させることができる。更に、センササイズの小型化に伴う固有振動数の増大により、センサブロックの応答速度を早め計測時間の短縮を図ることができる。
以下、添付した図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るセンサの斜視図であり、図2は、その分解斜視図である。
センサブロック10は、ガラス基板に電極1aが多面パタニングされたベースブロック1のXYZ面上に、加速度を測定する静電容量式加速度センサであるセンサチップ2がそれぞれ設置されている。センサチップ2は、加速度に応じて変位する錘3aと電極3bを有する半導体基板3と、半導体基板3と対向する面にこの錘3aの相対変位を検出する電極4aが配されたガラス基板4とからなり、半導体基板3及びガラス基板4は陽極接合により接合されている。また、半導体基板3には、絶縁体3cによって周囲が囲まれたコンタクトホール3dが設置され、ガラス基板4には、コンタクトホール4b,c,dが設置されており、電極1aはコンタクトホール3d及び4b、電極3bはコンタクトホール4c,電極4aはコンタクトホール4dに導電性樹脂などの導電性物質を埋め込むことにより外部品と電気的に接合することができる。ここで、ベースブロック1やガラス基板4に形成された電極1a,4bは、フォトリソグラフィを用いることも可能であるが、導電性インクの印刷や直接描画法を用いると多面パタニングの工程をより容易に実施することができる。
次にこのように構成されたセンサの効果について説明する。
複数のセンサチップ2の一方の面を1つのベースブロックに共有で接合することにより、従来、半導体基板3とベースブロック1の間に介していたガラス基板を省略することができる。これにより、センサブロックの小型化を実現し、組み立て工数を削減することができる。また、ガラス基板の要素を削減することにより、要素を組み合わせる際に生じる幾何誤差による計測精度の悪化を軽減し、計測精度を向上させることができる。更に、センササイズの小型化に伴う固有振動数の増大により、センサブロックの応答速度を早め計測時間の短縮を図ることができる。
本実施例において、ベースブロック1と半導体基板3とを接合する手段として陽極接合を用いているが、ベースブロック1と半導体基板3との間にフリットガラス等の低融点ガラスを介してガラス−ガラス接合を行ったり、また、Au−Ge又はAu−Sn薄膜を介したSi−Si共晶結合や、SiO2層を介したSi−Si接合を用いても本発明を実施することができる。
本実施形態では、六面体のXYZ面にそれぞれセンサチップ2を設置して多軸センサを構成したが、図3のように、両面に電極1Aaが形成されたベースブロック1Aの対向する面にセンサチップ2Aを配して両面センサブロック20を構成したり、図4のように、ガラス基板1Bの1つの面に複数のセンサチップを配置し複合センサブロック30を構成することでも本発明を実施することができる。
本実施形態では、センサチップを静電容量式加速度センサチップとしたが、検出部が形成された半導体基板の一方と接合する基板が同材料で形成できるものならば、加速度センサチップ、力センサチップ、角速度センサチップ、モーションセンサチップ、温度センサチップ、圧力センサチップ、光センサチップ、バイオセンサチップ等の異なる物理量を検出するセンサチップを複数組み合わせて用いることができ、用途に応じて、センサチップの数や種類を任意に選択し、本発明を実施することができる。
1…ベースブロック、2…センサチップ、3…半導体基板、4…ガラス基板、10,20,30…センサブロック。
Claims (6)
- 検出部が形成された半導体基板を有するセンサチップを複数備えたセンサブロックであって、前記各センサチップの半導体基板は共通のベースブロックに電気的に接合されると共に支持されていることを特徴とするセンサブロック。
- 前記複数のセンサチップは、加速度センサチップ、力センサチップ、角速度センサチップ、モーションセンサチップ、温度センサチップ、圧力センサチップ、光センサチップ、バイオセンサチップのいずれか1つ以上のセンサチップであることを特徴とする請求項1記載のセンサブロック。
- 前記ベースブロックはガラスで構成されると共に前記各センサチップの半導体基板と陽極接合されていることを特徴とする請求項1記載のセンサブロック。
- 前記ベースブロックと前記半導体基板は、低融点ガラスを介してガラス−ガラス接合されていることを特徴とする請求項1記載のセンサブロック。
- 前記ベースブロックと前記半導体基板は、Au−Ge又はAu−Sn薄膜を介してSi−Si共晶結合により接合されていることを特徴とする請求項1記載のセンサブロック。
- 前記ベースブロックと前記半導体基板は、SiO2を介してSi−Si接合されていることを特徴とする請求項1記載のセンサブロック。
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