JP2010096525A - 圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス - Google Patents
圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010096525A JP2010096525A JP2008265231A JP2008265231A JP2010096525A JP 2010096525 A JP2010096525 A JP 2010096525A JP 2008265231 A JP2008265231 A JP 2008265231A JP 2008265231 A JP2008265231 A JP 2008265231A JP 2010096525 A JP2010096525 A JP 2010096525A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor substrate
- pressure sensor
- pressure
- sensitive element
- sensor package
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
【課題】外圧や外光などのセンサ特性の変動要目を抑制し、安定したセンサ特性を実現すると同時に、感圧素子を形成した半導体基板を従来と同程度の機械的強度で保護することを可能とした圧力センサパッケージを提供する。
【解決手段】本発明に係る圧力センサパッケージ30A(30)は、半導体基板2の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部4、ダイアフラム部に配された感圧素子5、及び半導体基板の一面において、ダイアフラム部を除いた外周域に配され、感圧素子と電気的に接続された導電部7、を少なくとも備えた圧力センサ1と、半導体基板の外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が導電部と電気的に接続された貫通配線部10と、半導体基板の他面側において、貫通配線部と電気的に接続されたバンプ11と、半導体基板の一面側に感圧素子を覆うように配された保護基板20と、を少なくとも有する。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る圧力センサパッケージ30A(30)は、半導体基板2の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部4、ダイアフラム部に配された感圧素子5、及び半導体基板の一面において、ダイアフラム部を除いた外周域に配され、感圧素子と電気的に接続された導電部7、を少なくとも備えた圧力センサ1と、半導体基板の外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が導電部と電気的に接続された貫通配線部10と、半導体基板の他面側において、貫通配線部と電気的に接続されたバンプ11と、半導体基板の一面側に感圧素子を覆うように配された保護基板20と、を少なくとも有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイスに関する。
半導体圧力センサ(以下、圧力センサと示す。)は、ピエゾ抵抗効果などを利用して、シリコンなどの半導体基板上に生ずる圧力変化を電圧信号に変換する機能を有するセンサである。
従来の圧力センサ100の構造を図12に示す。シリコンなどからなる半導体基板101の一面101a側より、エッチングなどで基板を侵食する方法などにより半導体基板101の中央域に形成した凹部からなる圧力基準室102と、該圧力基準室102により半導体基板101が薄肉化されてなる領域(以下、ダイアフラム部103と示す。)と、該ダイアフラム部103に配され、圧力変化を電気信号に変換させるための感圧素子104と、半導体基板101の他面101b上でダイアフラム部103を除く外周域に配され、感圧素子104の圧力による変化を測定するための電極部105と、から構成される。なお、電極部105以外の半導体基板101の他面101b上には、感圧素子の保護を目的とした絶縁部が形成される場合がある。
従来の圧力センサ100の構造を図12に示す。シリコンなどからなる半導体基板101の一面101a側より、エッチングなどで基板を侵食する方法などにより半導体基板101の中央域に形成した凹部からなる圧力基準室102と、該圧力基準室102により半導体基板101が薄肉化されてなる領域(以下、ダイアフラム部103と示す。)と、該ダイアフラム部103に配され、圧力変化を電気信号に変換させるための感圧素子104と、半導体基板101の他面101b上でダイアフラム部103を除く外周域に配され、感圧素子104の圧力による変化を測定するための電極部105と、から構成される。なお、電極部105以外の半導体基板101の他面101b上には、感圧素子の保護を目的とした絶縁部が形成される場合がある。
このような圧力センサ100は、主に樹脂からなるパッケージに封止することにより、圧力センサの電子部品として用いられる(以下、圧力センサパッケージと示す。)。
図13に、樹脂による圧力センサパッケージ110の構造を示す。
樹脂等からなり、圧力導入孔111aを有する箇体111を備え、該箇体111内部に形成される空間の中に、前記圧力センサ100が絶縁材料からなる支持基板112上に配され、金線などを用いたワイヤーボンド113により、圧力センサ100の電極部105と箇体111に設けられた金属リード114とが電気的に接続される。
図13に、樹脂による圧力センサパッケージ110の構造を示す。
樹脂等からなり、圧力導入孔111aを有する箇体111を備え、該箇体111内部に形成される空間の中に、前記圧力センサ100が絶縁材料からなる支持基板112上に配され、金線などを用いたワイヤーボンド113により、圧力センサ100の電極部105と箇体111に設けられた金属リード114とが電気的に接続される。
図13(a)に示すように、該支持基板112が、ガラスを主成分とする板材などで構成され、該支持基板112と、圧力基準室102を有する半導体基板101とを陽極接合法などにより張り合わせた構造を有する圧力センサ(以下、絶対圧型圧力センサと示す。)は、密閉された圧力基準室内の圧力を基準として、圧力センサ外部に印加される気体もしくは液体圧力を測定することができる。
一方、図13(b)に示すように、支持基板112に形成された圧力導入孔115を有することで圧力基準室102を密閉せず、圧力導入孔115により外部に造通する圧力センサ(以下、相対圧型圧力センサと示す。)では、半導体基板101の一面101a側と半導体基板101の他面101b側に印加される気体圧力もしくは液体圧力の差を測定することができる。
一方、図13(b)に示すように、支持基板112に形成された圧力導入孔115を有することで圧力基準室102を密閉せず、圧力導入孔115により外部に造通する圧力センサ(以下、相対圧型圧力センサと示す。)では、半導体基板101の一面101a側と半導体基板101の他面101b側に印加される気体圧力もしくは液体圧力の差を測定することができる。
このような圧力センサパッケージでは、圧力センサを、樹脂などで構成された筐体内に封止することにより、圧力センサがパッケージ外からの物理的衝撃などの外乱などから保護されると同時に、外部からの可視光を遮断することができるので、半導体基板に対する光励起による伝導キャリアの発生を抑制することができるという効果がある。
ただし、圧力センサパッケージの箇体を小型化するには、リードフレームのサイズや筐体内部の空間を縮小する必要がある。樹脂やリードフレームの加工精度などにより圧力センサパッケージのサイズ縮小が困難であるため、圧力センサを高密度に実装するためには、従来の圧力センサパッケージの構成をとることは困難であるという問題がある。
ところで、電子部品の実装基板に対する、圧力センサの高密度実装を目的とした、従来よりも小型の圧力センサを実現する方法として、半導体基板上に、外部との接続部となるバンプを形成する技術(以下、バンプ形成技術と示す)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
図14に、バンブ形成技術を用いて作製された圧力センサパッケージ120を示す。バンプ形成技術により作製した圧力センサパッケージは、圧力センサの半導体基板121と同程度の大きさで電子部品の実装基板に実装することが可能であるが、半導体基板121上に形成するバンプ130を、半導体基板121において感圧素子124形成面と同一面に形成するため、感圧素子124に、バンプ形成時の残留応力や動作時の温度変化による熱応力が影響し、センサ特性が変動しやすくなるという問題がある。
バンプ形成技術により、感圧素子に発生する応力を緩和することを目的として、感圧素子を配した半導体基板の反対側の面にバンプを形成することは効果的である。図15に示すように、半導体基板121上のダイアフラム部123の外周領域に、感圧素子124が配された他面121bから一面121aに向けて、半導体基板121の内部に貫通孔126を形成し、該貫通孔126内面にスパッタ法などにより金属膜127を堆積させ、他面121b側に形成したバンプ130と、感圧素子124とを電気的に接続する貫通配線部128を形成する技術が知られている(以下、貫通配線形成技術と示す。)。
しかし、貫通配線形成技術とバンプ形成技術を用いて実装基板に実装することにより、感圧素子の形成面が露出してしまうという問題がある。図13に示した圧力センサパッケージのように、樹脂などにより圧力センサが封止されていないために、感圧素子の保護が困難になると同時に、図13の圧力センサパッケージの構造と比較して、感圧素子が外光に直接晒される可能性が高<、光による半導体基板内の伝導キャリアの励起による圧力センサのセンサ特性が変動するという問題が生ずる。
特開2002−82009号公報
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、圧力センサが貫通配線部を有し、バンプによりパッケージ化されてなる圧力センサパッケージにおいて、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制し、安定したセンサ特性を実現すると同時に、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することを可能とした圧力センサパッケージを提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備え、優れた特性を有する圧力センサモジュールを提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備え、優れた特性を有する電子デバイスを提供することを第三の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを容易に製造することが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することを第四の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備え、優れた特性を有する圧力センサモジュールを提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備え、優れた特性を有する電子デバイスを提供することを第三の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを容易に製造することが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することを第四の目的とする。
本発明の請求項1に記載の圧力センサパッケージは、半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサと、前記半導体基板の前記外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が前記導電部と電気的に接続された貫通配線部と、前記半導体基板の他面側において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように配された保護基板と、を少なくとも有することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の圧力センサパッケージは、請求項1において、前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の圧力センサパッケージは、請求項1又は2において、前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の圧力センサパッケージは、請求項1乃至3いずれかにおいて、前記保護基板が、前記半導体基板と同レベルの線熱膨張係数を有することを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の圧力センサモジュールは、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の電子デバイスは、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサを用い、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように前記保護基板を張り合わせる工程Aと、前記半導体基板の他面側から、前記導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Bと、前記半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Cと、前記貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Dと、を少なくとも順に有することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の圧力センサパッケージは、請求項1において、前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の圧力センサパッケージは、請求項1又は2において、前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の圧力センサパッケージは、請求項1乃至3いずれかにおいて、前記保護基板が、前記半導体基板と同レベルの線熱膨張係数を有することを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の圧力センサモジュールは、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする。
本発明の請求項6に記載の電子デバイスは、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサを用い、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように前記保護基板を張り合わせる工程Aと、前記半導体基板の他面側から、前記導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Bと、前記半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Cと、前記貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Dと、を少なくとも順に有することを特徴とする。
本発明の圧力センサパッケージでは、圧力センサを構成する半導体基板の前記外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が導電部と電気的に接続された貫通配線部と、前記半導体基板の他面側において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように配された保護基板と、を少なくとも有する。
これにより本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子を覆うように配された保護基板を有することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の樹脂等を用いた圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを提供することができる。
これにより本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子を覆うように配された保護基板を有することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の樹脂等を用いた圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを提供することができる。
本発明の圧力センサモジュールは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有する圧力センサモジュールを提供することができる。
また、本発明の電子デバイスは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有する電子デバイスを提供することができる。
また、本発明の電子デバイスは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有する電子デバイスを提供することができる。
また、本発明の圧力センサパッケージの製造方法では、圧力センサを構成する半導体基板の一面側に感圧素子を覆うように保護基板を張り合わせる工程Aと、前記半導体基板の他面側から、導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Bと、半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Cと、貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Dと、を少なくとも順に有する。
これにより本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を有する圧力センサパッケージを作製することができる。また、感圧素子を覆うように保護基板を配することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを容易に製造することが可能な製造方法を提供することができる。
これにより本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を有する圧力センサパッケージを作製することができる。また、感圧素子を覆うように保護基板を配することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを容易に製造することが可能な製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る圧力センサパッケージの実施形態を図面に基づいて説明する。
<第一実施形態>
図1は、本発明の圧力センサパッケージの一構成例を模式的に示す断面図である。図1に示す圧力センサパッケージは、絶対圧型であり、半導体基板内に設けた空間(空間部3)が圧力基準室として機能する構成例である。
本発明の圧力センサパッケージ30A(30)は、半導体基板2の一面2aにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部4、前記ダイアフラム部4に配された感圧素子5、及び前記半導体基板2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部4を除いた外周域に配され、前記感圧素子5と電気的に接続された導電部7、を少なくとも備えた圧力センサ1と、前記半導体基板2の前記外周域において、一面2aと他面2bとを貫通して配され、一端が前記導電部7と電気的に接続された貫通配線部10と、前記半導体基板2の他面2b側において、前記貫通配線部10と電気的に接続されたバンプ11と、前記半導体基板2の一面2a側に前記感圧素子5を覆うように配された保護基板20と、を少なくとも有することを特徴とする。
上記半導体基板2の他面2bから一面2aに向かう貫通孔8が形成され、この貫通孔8に導体9が充填されることより貫通配線部10が形成されている。
図1は、本発明の圧力センサパッケージの一構成例を模式的に示す断面図である。図1に示す圧力センサパッケージは、絶対圧型であり、半導体基板内に設けた空間(空間部3)が圧力基準室として機能する構成例である。
本発明の圧力センサパッケージ30A(30)は、半導体基板2の一面2aにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部4、前記ダイアフラム部4に配された感圧素子5、及び前記半導体基板2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部4を除いた外周域に配され、前記感圧素子5と電気的に接続された導電部7、を少なくとも備えた圧力センサ1と、前記半導体基板2の前記外周域において、一面2aと他面2bとを貫通して配され、一端が前記導電部7と電気的に接続された貫通配線部10と、前記半導体基板2の他面2b側において、前記貫通配線部10と電気的に接続されたバンプ11と、前記半導体基板2の一面2a側に前記感圧素子5を覆うように配された保護基板20と、を少なくとも有することを特徴とする。
上記半導体基板2の他面2bから一面2aに向かう貫通孔8が形成され、この貫通孔8に導体9が充填されることより貫通配線部10が形成されている。
本発明の圧力センサパッケージ30A(30)では、圧力センサ1を構成する半導体基板2の前記外周域において、他面2bと一面2aとを貫通して配され、一端が導電部7と電気的に接続された貫通配線部10と、前記半導体基板2の他面2b側において、前記貫通配線部10と電気的に接続されたバンプ11と、前記半導体基板2の一面2a側に前記感圧素子5を覆うように配された保護基板20と、を少なくとも有する。
これにより本発明では、外圧や外光など、センサ外部から圧力センサ1に対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子5を覆うように配された保護基板20を有することで、感圧素子5を形成した半導体基板2を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサ1が十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ30A(30)を提供することができる。
これにより本発明では、外圧や外光など、センサ外部から圧力センサ1に対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子5を覆うように配された保護基板20を有することで、感圧素子5を形成した半導体基板2を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサ1が十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ30A(30)を提供することができる。
図1に示すように、この圧力センサ1は、平板状の半導体基板2を基材とし、この半導体基板2の一面2aにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部4を有する。この圧力センサ1では、前記半導体基板2の一面2aにおいて、その中央域の内部に該一面2aと略平行に配された空間部3(圧力基準室)を有する。そして、前記空間部3の存在により前記薄板化された領域をダイアフラム部4(感圧部)とする。このダイアフラム部4には感圧素子5として例えば4つの抵抗体R1〜R4が(図ではR1、R2のみ記載)配されている。
また、前記半導体基板2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部4を除いた外縁域には、前記抵抗体R1〜R4ごとに電気的に接続された導電部7が配されている。
また、圧力センサ1において、導電部7を除く外縁域は、絶縁部(図示せず)によって覆われる形態が好ましい。絶縁部を設けることにより、抵抗体R1〜R4が絶縁部によって被覆した構成が得られる。また、絶縁部は、抵抗体R1〜R4の外気との接触を遮断するため抵抗体R1〜R4の耐食性を向上させると共に、抵抗体R1〜R4がダイアフラム部4を介さずに直接、外部から受ける機械的な影響を大幅に削減する効果も有する。
感圧素子5として機能するp型抵抗体(ピエゾ抵抗素子)R1〜R4は、ダイアフラム部4の圧力変動を検出する検出回路(ストレンゲージ)を構成するものであり、リード配線を介して、いわゆるホイットストーンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗体R1〜R4は外周部の導電部7まで電気的に接続されている。
このような抵抗体R1〜R4は、ダイアフラム部4の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗体R1〜R4に加わり易いので、感度の良い圧力センサ1が得られる。また、各抵抗体R1〜R4は、ダイアフラム部4の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。
保護基板20は、従来の圧力センサパッケージの樹脂材料と同程度以上の機械的強度を有していることが望ましい。接着剤21に含まれる樹脂材料を介して、半導体基板2と保護基板20とが張り合わせられた場合は、保護基板20と半導体基板2との熱膨張係数の差が緩和されるという効果がある。これにより、感圧素子5が形成された半導体基板2上にバンプ11を形成する場合より、圧力センサ1のセンサ特性の変動を抑制することができる。
さらに、保護基板20が半導体基板2と同レベルの線熱膨張係数を有することが好ましい。例えば、半導体基板2がシリコンからなる場合、保護基板20は、絶縁性を有しシリコンと同程度の線熱膨張係数(3ppm/K程度)をもつ材料からなる材料、例えばガラス等を用いることが望ましい。
さらに、保護基板20が半導体基板2と同レベルの線熱膨張係数を有することが好ましい。例えば、半導体基板2がシリコンからなる場合、保護基板20は、絶縁性を有しシリコンと同程度の線熱膨張係数(3ppm/K程度)をもつ材料からなる材料、例えばガラス等を用いることが望ましい。
また、保護基板20が、半導体基板2からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することが好ましい。これにより、センサ外部からの光が圧力センサ1にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ1のセンサ特性の変動を抑制することができる。
保護基板20に光吸収性を具備させる場合は、例えば、保護基板の母材として透明なガラスや樹脂を主成分として用い、これにカーボンブラック、べんがら、黒色のアニリンブラックなどの光吸収性顔料や染料を適当量、添加したものを保護基板20とすればよい。
保護基板20に光吸収性を具備させる場合は、例えば、保護基板の母材として透明なガラスや樹脂を主成分として用い、これにカーボンブラック、べんがら、黒色のアニリンブラックなどの光吸収性顔料や染料を適当量、添加したものを保護基板20とすればよい。
また、保護基板20が、前記半導体基板2からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することが好ましい。これにより、センサ外部からの光が圧力センサ1にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ1のセンサ特性の変動を抑制することができる。
保護基板20に光反射特性を具備させる場合は、例えば、保護基板の母材として透明なガラスや樹脂を主成分として用い、これにガラス質粉末や酸化亜鉛などの光輝性のある無機質粉末を適当量、添加したものを保護基板20とすればよい。これらの無機質粉末は、光の反射効率が高く、センサ外部からの光が圧力センサ1にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ1のセンサ特性の変動を抑制することができる。
保護基板20に光反射特性を具備させる場合は、例えば、保護基板の母材として透明なガラスや樹脂を主成分として用い、これにガラス質粉末や酸化亜鉛などの光輝性のある無機質粉末を適当量、添加したものを保護基板20とすればよい。これらの無機質粉末は、光の反射効率が高く、センサ外部からの光が圧力センサ1にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ1のセンサ特性の変動を抑制することができる。
保護基板20と半導体基板2とは、それらの間に空隙部22を有するように張り合わせられていることが好ましい。
本実施形態では、圧力基準室としての空間部3が密閉されている構造の絶対圧型圧力センサであるため、感圧素子5の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、半導体基板2と保護基板20との間に空隙があり、接着剤21等により密閉されないことが必要である。この接着剤21としては、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系のものが好ましく、熱硬化性、室温硬化性の何れでも構わない。特に、ヤング率がシリコンと同程度(1.7×1011程度)のものが望ましいが、接着剤の硬度が低い場合は、その限りではない。
本実施形態では、圧力基準室としての空間部3が密閉されている構造の絶対圧型圧力センサであるため、感圧素子5の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、半導体基板2と保護基板20との間に空隙があり、接着剤21等により密閉されないことが必要である。この接着剤21としては、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系のものが好ましく、熱硬化性、室温硬化性の何れでも構わない。特に、ヤング率がシリコンと同程度(1.7×1011程度)のものが望ましいが、接着剤の硬度が低い場合は、その限りではない。
次に、このような圧力センサパッケージ30A(30)の製造方法について説明する。
図2及び図3は、本発明の圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記半導体基板2の一面2a側に前記感圧素子5を覆うように前記保護基板20を張り合わせる工程Aと、前記半導体基板2の他面2b側から、前記導電部7が露出するように前記半導体基板2内に貫通孔8を形成する工程Bと、前記半導体基板2の他面2b側から、前記貫通孔8内に導体を充填して貫通配線部10を形成する工程Cと、前記貫通配線部10のうち、前記半導体基板2の他面2b側に露出した部位にバンプ11を形成する工程Dと、を少なくとも順に有することを特徴とする。
図2及び図3は、本発明の圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記半導体基板2の一面2a側に前記感圧素子5を覆うように前記保護基板20を張り合わせる工程Aと、前記半導体基板2の他面2b側から、前記導電部7が露出するように前記半導体基板2内に貫通孔8を形成する工程Bと、前記半導体基板2の他面2b側から、前記貫通孔8内に導体を充填して貫通配線部10を形成する工程Cと、前記貫通配線部10のうち、前記半導体基板2の他面2b側に露出した部位にバンプ11を形成する工程Dと、を少なくとも順に有することを特徴とする。
これにより本発明では、センサ外部から圧力センサ1に対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を有する圧力センサパッケージ30を作製することができる。また、感圧素子5を覆うように保護基板20を配することで、感圧素子5を形成した半導体基板2を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサ1が十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ30A(30)を容易に製造することが可能となる。
以下、工程ごとに順に説明する。
以下、工程ごとに順に説明する。
(1)まず、図2(a)に示すように、本発明では、上述したような、半導体基板2の一面2aにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部4、前記ダイアフラム部4に配された感圧素子5、及び前記半導体基板2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部4を除いた外周域に配され、前記感圧素子5と電気的に接続された導電部7、を少なくとも備えた圧力センサ1を用いる。
特に、本実施形態では、前記圧力センサ1を構成する前記半導体基板2として、その中央域の内部に該一面2aと略平行に配された空間部3(圧力基準室)を有するものを用いる。
従来の圧力センサの圧力基準室の製造方法として、例えば、半導体基板2がシリコン単結晶で構成される場合、感圧素子5が配された半導体基板2の反対側の面を水酸化カリウム(KOH)水溶液などを用いてエッチングする方法が知られている。
従来の圧力センサの圧力基準室の製造方法として、例えば、半導体基板2がシリコン単結晶で構成される場合、感圧素子5が配された半導体基板2の反対側の面を水酸化カリウム(KOH)水溶液などを用いてエッチングする方法が知られている。
本発明は、KOH水溶液などを用いて半導体基板2をエッチングすることにより作製した圧力基準室を用いた圧力センサにも適用することができるが、圧力センサの小型化を実現するために、半導体基板2をKOH水溶液でエッチングする方法ではなく、半導体基板2内に密閉空間を形成する方法が、近年、盛んに検討されている。
半導体基板2内に圧力基準室として用いる密閉空間の形成方法としては、例えば S.Armbruster等により開示された方法(S.Armbruster et al.,“A NOVEL MICROMACHINING PROCESS FOR THE FABRICATION OF MONOCRYSTALLINE SI-MEMBRANES USING POROUS SILICON" Digest of Technical Papers Transducers '03, 2003,pp.246.)や、半導体基板2に凹部を形成した後に、別の基板と張り合わせる方法などが挙げられる。
(2)次に、図2(b)に示すように、前記半導体基板2の一面2a側に前記感圧素子5を覆うように前記保護基板20を張り合わせる(工程A)。
このとき、前記半導体基板2と前記保護基板20との間に空隙部22を有し、かつ該空隙部22を密閉しないように張り合わせる。
このとき、前記半導体基板2と前記保護基板20との間に空隙部22を有し、かつ該空隙部22を密閉しないように張り合わせる。
従来の圧力センサでは、感圧素子5を保護するための基板が、感圧素子5上に配されていない場合、導電部7をワイヤボンドで圧力センサパッケージのリードと電気的に接続し、樹脂などで構成された空間内に圧力センサを密閉する従来の圧力センサパッケージと比較して、外乱による圧力センサ1の機械的強度などの維持が困難になり、センサ特性が変動するという問題が生ずる。そこで、本発明では、感圧素子5を覆うように保護基板20を配する。
具体的には、まず、感圧素子5が形成された半導体基板2の一面2aにおいて、ダイアフラム部4を除いた外周域に、接着剤21を付与する。
接着剤21としては、例えばアクリル系やエポキシ系やポリイミド系等の接着剤21が用いられ、熱硬化性でも室温硬化性でも構わない。ただし、接着時に導電部7に含まれる金属材料が融解し、凝集などにより電気的に断線すると、感圧素子5の電気抵抗変化による電圧変化を観測するための電流を、感圧素子5に印加することができないので、該金属材料の融点よりも低温で硬化できる接着剤21を用いることが望ましい。
接着剤21としては、例えばアクリル系やエポキシ系やポリイミド系等の接着剤21が用いられ、熱硬化性でも室温硬化性でも構わない。ただし、接着時に導電部7に含まれる金属材料が融解し、凝集などにより電気的に断線すると、感圧素子5の電気抵抗変化による電圧変化を観測するための電流を、感圧素子5に印加することができないので、該金属材料の融点よりも低温で硬化できる接着剤21を用いることが望ましい。
続いて、接着剤21が付与された半導体基板2上に保護基板20を配し、半導体基板2と前記保護基板20とを張り合わせる。
ここで、前記半導体基板2と前記保護基板20との間に空隙部22を有するように張り合わせる。本実施形態では、圧力基準室としての空間部3が密閉されている構造の絶対圧型圧力センサであるため、感圧素子5の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、半導体基板2と保護基板20との間に空隙があり、接着剤21などにより密閉されないことが必要である。この接着剤21としては、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系のものが好ましく、熱硬化性、室温硬化性の何れでも構わない。
ここで、前記半導体基板2と前記保護基板20との間に空隙部22を有するように張り合わせる。本実施形態では、圧力基準室としての空間部3が密閉されている構造の絶対圧型圧力センサであるため、感圧素子5の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、半導体基板2と保護基板20との間に空隙があり、接着剤21などにより密閉されないことが必要である。この接着剤21としては、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系のものが好ましく、熱硬化性、室温硬化性の何れでも構わない。
半導体基板2と保護基板20とを張り合わせる際、接着剤21の種類によっては、必要に応じて半導体基板2と保護基板20を加熱してもよい。半導体基板2と保護基板20の間に空隙部22が形成されるように配置しても、熱処理により保護基板20が変形し、また接着剤21が流動して、空隙部22が消失する場合がある。したがって、半導体基板2と保護基板20とを加熱処理により接着する際、加熱温度以下で変形しない材料が主成分の保護基板20及び接着剤21を用いることが望ましい。
また、接着剤21と保護基板20は絶縁性を有することが望ましい。
また、接着剤21と保護基板20は絶縁性を有することが望ましい。
(3)次に、図2(c)に示すように、前記半導体基板2の他面2b側から、前記導電部7が露出するように前記半導体基板2内に貫通孔8を形成する(工程B)。
貫通孔8は、例えば直径数十μm程度の円形とし、半導体基板2をDRIE(Deep-Reactive IonEtching)法などにより侵食することで形成することができる。DRIE法は、エッチングガスに六フッ化硫黄(SF6 )を用い、高密度プラズマによる侵食と、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行なうことにより(Bosch プロセス)、半導体基板2をエッチングするものである。なお、該貫通孔8を形成する方法は、DRIE法に限定されず、レーザ等による物理的加工も可能である。
(4)次に、図3(a)に示すように、前記半導体基板2の他面2b側から、前記貫通孔8内に導体9を充填して貫通配線部10を形成する(工程C)。
具体的には、まず、貫通孔8の内壁および半導体基板2面の他面2b上に絶縁層(図示せず)を形成する。半導体基板2の他面2b上に絶縁層を形成することにより、後に示す、貫通配線部10を形成する際に半導体基板2表面を保護し、半導体基板と導電部の絶縁性を維持することができる。絶縁層は、例えばSiO2 をプラズマCVD法などにより1μm程度成膜することで形成できる。絶縁層の構成材料はSiO2 に限定されるものではなく、SiNや樹脂等の他の絶縁材料であっても良い。また、成膜方法は、スパッタ法や溶剤を用いたスピンコート法などを用いることができる。
具体的には、まず、貫通孔8の内壁および半導体基板2面の他面2b上に絶縁層(図示せず)を形成する。半導体基板2の他面2b上に絶縁層を形成することにより、後に示す、貫通配線部10を形成する際に半導体基板2表面を保護し、半導体基板と導電部の絶縁性を維持することができる。絶縁層は、例えばSiO2 をプラズマCVD法などにより1μm程度成膜することで形成できる。絶縁層の構成材料はSiO2 に限定されるものではなく、SiNや樹脂等の他の絶縁材料であっても良い。また、成膜方法は、スパッタ法や溶剤を用いたスピンコート法などを用いることができる。
続いて、導電部7と電気的に接続するように、貫通孔8の内部に導体9を充填し、貫通配線部10を形成する。導体9は、例えば銅(Cu)等の導電性材料が用いられ、めっき法などにより該導体9を貫通孔8に充填する方法でよい。なお、導体9はCuに限定されず、他の金属材料やはんだ等の合金でもよい。また、充填方法は、CVD法やスパッタ法などを利用することができる。さらに、貫通孔8に充填する導体9は、バンプ11と感圧素子5との電気的な接続を形成することが目的なので、電気的接続が十分であれば該貫通孔8内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
(5)次に、図3(b)に示すように、前記貫通配線部10のうち、前記半導体基板2の他面2b側に露出した部位に、貫通配線部10と電気的に接続するようにバンプ11を形成する(工程D)。
バンプ11は、例えばはんだボールを用いて形成することができる。なお、バンプ11は、貫通配線部10上に、直接形成することもできるし、半導体基板2の他面2b上に、予め導電部(以下、再配線部と示す。)を形成しておき、貫通配線部10の貫通孔直上と異なる位置に該再配線部と電気的に接続するようにバンプ11を形成することもできる。
バンプ11は、例えばはんだボールを用いて形成することができる。なお、バンプ11は、貫通配線部10上に、直接形成することもできるし、半導体基板2の他面2b上に、予め導電部(以下、再配線部と示す。)を形成しておき、貫通配線部10の貫通孔直上と異なる位置に該再配線部と電気的に接続するようにバンプ11を形成することもできる。
前記バンプ11が、半導体基板2において、感圧素子5が配された面(一面2a)と同じ側の面に配されている場合、バンプ11形成時の熱履歴により生ずる残留応力や、圧力センサ動作時の熱履歴や圧力履歴により生ずる応力が大きく、圧力センサ1の特性の変動や不安定性が生ずる場合がある。バンプ11を、感圧素子5とは反対側の面(他面2b)に配することにより、前記応力の影響が緩和され、センサ特性を安定させることができる。
また、本発明では、複数の電気的な接続個所が生じてしまう従来のワイヤボンドやリード等を用いずに、半導体基板2内部を貫通する貫通配線部10を利用してダイアフラム部4の反対側の面に電気配線を引き出し、バンプ11を形成することにより、バンプ11のみで、圧力センサ1と電子部品の実装基板に電気的に張り合わせることができるため、高密度の実装が可能になる。
以上の工程により、図1に示すような圧力センサモジュール30A(30)を作製することができる。
以上の工程により、図1に示すような圧力センサモジュール30A(30)を作製することができる。
なお、半導体基板2と保護基板20とを張り合わせた(工程A)後に、前記保護基板20を薄板化する工程(工程F)、又は、半導体基板2を薄板化する工程(工程G)をさらに有してもよい。
電子部品の実装基板に圧力センサモジュールを実装した場合の、実装後の圧力センサモジュールの高さは、保護基板20と半導体基板2の厚さの和に依存するため、薄く高密度に実装する場合に不利になるという問題がある。そこで、保護基板20と半導体基板2とを張り合わせた後に、ラッピングなどの研磨により、保護基板20を薄くする、もしくは、保護基板20を張り合わせた半導体基板2の他面2b側から半導体基板2を薄くすることは、実装時の厚さを薄くするためには効果的である。工程FまたはGにおいて、ウェハ状の半導体基板にウェハ状の保護基板を張り合わせた後に、研磨する方法が望ましい。
電子部品の実装基板に圧力センサモジュールを実装した場合の、実装後の圧力センサモジュールの高さは、保護基板20と半導体基板2の厚さの和に依存するため、薄く高密度に実装する場合に不利になるという問題がある。そこで、保護基板20と半導体基板2とを張り合わせた後に、ラッピングなどの研磨により、保護基板20を薄くする、もしくは、保護基板20を張り合わせた半導体基板2の他面2b側から半導体基板2を薄くすることは、実装時の厚さを薄くするためには効果的である。工程FまたはGにおいて、ウェハ状の半導体基板にウェハ状の保護基板を張り合わせた後に、研磨する方法が望ましい。
また、保護基板20を張り合わせる前に、感圧素子5を形成した半導体基板2全面に絶縁体の保護膜を形成してもよい。
また、本実施形態で示した保護基板20は、圧力センサモジュール形成後の感圧素子5の保護を目的としているが、貫通配線部10を形成する際の、感圧素子5の保護基板20として用いることも可能である。
また、本実施形態で示した保護基板20は、圧力センサモジュール形成後の感圧素子5の保護を目的としているが、貫通配線部10を形成する際の、感圧素子5の保護基板20として用いることも可能である。
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態の圧力センサパッケージ30B(30)の一構成例を模式的に示す断面図である。図4に示す圧力センサパッケージは、差圧型であり、半導体基板内に設けた空間(空間部3)が孔部3aにより外部空間と連通する構成例である。
なお、以下の説明では、上述した第一実施形態との相違点について主に説明し、同様の部分については、その説明を省略する。
次に、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態の圧力センサパッケージ30B(30)の一構成例を模式的に示す断面図である。図4に示す圧力センサパッケージは、差圧型であり、半導体基板内に設けた空間(空間部3)が孔部3aにより外部空間と連通する構成例である。
なお、以下の説明では、上述した第一実施形態との相違点について主に説明し、同様の部分については、その説明を省略する。
上述した圧力センサパッケージ30Aでは、圧力基準室としての空間部3が半導体基板2内に密閉された構造とされていたが、この圧力センサパッケージ30Bでは、圧力センサ1において、前記空間部3が、前記半導体基板2の他面2b側に向かって開口する孔部3aを有することを特徴とする。
これにより、この圧力センサ1は、相対圧型圧力センサとしてはたらき、半導体基板2の一面2a側と半導体基板2の他面2b側に印加される気体圧力の差を測定することができる。本発明は、このような、相対圧型の圧力センサパッケージ30B(30)についても適用可能である。
これにより、この圧力センサ1は、相対圧型圧力センサとしてはたらき、半導体基板2の一面2a側と半導体基板2の他面2b側に印加される気体圧力の差を測定することができる。本発明は、このような、相対圧型の圧力センサパッケージ30B(30)についても適用可能である。
次に、このような圧力センサパッケージ30B(30)の製造方法について説明する。
図5及び図6は、圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
まず、上述した方法と同様にして、半導体基板2内に密閉空間として空間部3(圧力基準室)を形成する。
図5及び図6は、圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
まず、上述した方法と同様にして、半導体基板2内に密閉空間として空間部3(圧力基準室)を形成する。
そして、図5(a)に示すように、前記圧力センサ1の前記空間部3に、前記半導体基板2の他面2b側に向かって開口し、空間部3と半導体基板2の外部とを連通させる孔部3aを形成する(工程E)。
前記空間部3に外気を導入するための孔部3a(圧力導入孔)を形成する。孔部3aは、貫通孔8の形成と同様に、Boschプロセス、レーザ等の物理的加工などにより形成することができる。なお、この孔部3aの形成は、貫通孔8の形成と同時に行ってもよい。
前記空間部3に外気を導入するための孔部3a(圧力導入孔)を形成する。孔部3aは、貫通孔8の形成と同様に、Boschプロセス、レーザ等の物理的加工などにより形成することができる。なお、この孔部3aの形成は、貫通孔8の形成と同時に行ってもよい。
続いて、図5(b)に示すように、感圧素子5が配された半導体基板2上に保護基板20を配し、半導体基板2と保護基板20と接着剤21等により張り合わせる。本実施形態では、空間部3に孔部3aが形成された構造であるため、相対圧型圧力センサとして機能させるためには、半導体基板2の感圧素子5の形成面上に、外部の気体もしくは液体圧力を印加する必要がある。したがって、保護基板20と感圧素子5を配した半導体基板2との間に空隙部22があり、接着剤21により密閉されない状態が必要である。
なお、第一実施形態の場合と同様に、接着剤21の種類により半導体基板2と保護基板20を加熱してもよい。半導体基板2と保護基板20の間に空隙部22が形成されるように配置しても、熱処理により保護基板20が変形し、空隙部22が消失する場合がある。したがって、半導体基板2と保護基板20を加熱処理により接着する際、加熱温度以下で変形しない材料が主成分の保護基板20を用いることが望ましい。ただし、保護基板20が気体あるいは液体に対して透過性をもつ場合は、半導体基板2と保護基板20の間に空隙部22がない場合でも、半導体基板2外部の圧力が感圧素子5に伝達されるため、該空隙部22がある必要はない。
その後、図5(c)及び図6に示すように、第一実施形態の場合と同様にして、貫通電極部10、はんだバンプ11を形成する。
以上の工程により、図4に示すような、相対圧型の圧力センサモジュール30B(30)を作製することができる。
以上の工程により、図4に示すような、相対圧型の圧力センサモジュール30B(30)を作製することができる。
<第三実施形態>
次に、本発明の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図7は、本実施形態の圧力センサパッケージ30C(30)の一構成例を模式的に示す断面図である。図7に示す圧力センサパッケージは、図1の圧力センサパッケージと同様に絶対圧型であるが、半導体基板と保護基板の間に設けた密閉空間(空隙部22を密閉構造としてなる空間)が圧力基準室として機能する構成例である。
なお、以下の説明では、上述した実施形態との相違点について主に説明し、同様の部分については、その説明を省略する。
次に、本発明の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図7は、本実施形態の圧力センサパッケージ30C(30)の一構成例を模式的に示す断面図である。図7に示す圧力センサパッケージは、図1の圧力センサパッケージと同様に絶対圧型であるが、半導体基板と保護基板の間に設けた密閉空間(空隙部22を密閉構造としてなる空間)が圧力基準室として機能する構成例である。
なお、以下の説明では、上述した実施形態との相違点について主に説明し、同様の部分については、その説明を省略する。
上述した圧力センサパッケージ30A、30Bでは、半導体基板2と保護基板20とは、それらの間に空隙部22を有するように張り合わせられていたが、この圧力センサパッケージ30C(30)では、保護基板20と半導体基板2との間に空隙部22を有するとともに、該空隙部22が密閉されていることを特徴とする。
本実施形態では、圧力センサパッケージ30C(30)において、半導体基板2外部と連通するように空間部3(圧力基準室)に孔部3a(圧力導入孔)を形成する場合に、圧力センサ1の保護と光励起キャリアの生成の抑制を目的として、樹脂などを用いて保護基板20を感圧素子5が配された半導体基板2と張り合わせる際、該保護基板20と半導体基板2との間に空隙部22を形成し、かつ、該空隙部22が密閉構造を有するように張り合わせることにより、保護基板20と半導体基板2の間に形成された密閉空間である空隙部22を新たな圧力基準室とすることができる。
次に、このような圧力センサパッケージ30C(30)の製造方法について説明する。
図8及び図9は、圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
まず、図8(a)に示すように、上述した方法と同様にして、半導体基板2内に密閉空間として空間部33(圧力基準室)、及び前記空間部3に孔部3a(圧力導入孔)を形成する。
図8及び図9は、圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
まず、図8(a)に示すように、上述した方法と同様にして、半導体基板2内に密閉空間として空間部33(圧力基準室)、及び前記空間部3に孔部3a(圧力導入孔)を形成する。
続いて、図8(b)に示すように、感圧素子5が配された半導体基板2上に保護基板20を配し、半導体基板2と保護基板20とを接着剤21により接着する。なお、保護基板20を配する前に、感圧素子5が配された半導体基板2の全面に絶縁膜を形成し、感圧素子5を保護してもよい。
本実施形態では、圧力基準室(空間部3)に対して圧力導入孔(孔部3a)が形成された構造で、絶対圧型の圧力センサ1を構成するために、感圧素子5が配された半導体基板2上を密閉し、外気を導入しないようにする必要がある。したがって、保護基板20と半導体基板2との間に空隙部22があり、さらに該空隙部22を接着剤21などにより密閉することが必要である。
本実施形態では、圧力基準室(空間部3)に対して圧力導入孔(孔部3a)が形成された構造で、絶対圧型の圧力センサ1を構成するために、感圧素子5が配された半導体基板2上を密閉し、外気を導入しないようにする必要がある。したがって、保護基板20と半導体基板2との間に空隙部22があり、さらに該空隙部22を接着剤21などにより密閉することが必要である。
従来のように、樹脂パッケージに配されたリードに対してワイヤボンドにより圧力センサの導電部とリードの電気的接続を形成し、樹脂パッケージに圧力センサを封止する場合、導電部7から半導体基板2外部にワイヤーが接続されるため、半導体基板2の感圧素子5形成面上を密閉することはできない。本実施形態では、上述したようなワイヤーを用いずに、貫通配線部10及びバンプ11を用いて実装基板に圧力センサ1を電気的に接続することで、半導体基板2の感圧素子5形成面上に密閉空間を形成することができる。
ところで、接着剤21が、圧力センサ1の使用温度範囲内で変形した場合、空隙部22の密閉性が低下する可能性がある。したがって、接着剤21は、圧力センサ1の使用温度範囲内で変形しないことが望ましい。また、保護基板20にガラス板などを用いる場合は、接着剤21を用いず、陽極接合法などにより半導体基板2と保護基板20とを接合してもよい。
その後、図8(c)及び図9に示すように、第一実施形態の場合と同様にして、貫通電極部10、はんだバンプ11を形成する。
以上の工程により、図7に示すような、保護基板20と半導体基板2の間に形成した密閉空間を圧力基準室とした、絶対圧型の圧力センサモジュール30C(30)を作製することができる。
以上の工程により、図7に示すような、保護基板20と半導体基板2の間に形成した密閉空間を圧力基準室とした、絶対圧型の圧力センサモジュール30C(30)を作製することができる。
なお、上述してきた実施形態では、圧力センサが、半導体基板の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行に配された空間部を有し、該空間部の存在により薄板化された領域(ダイアフラム部)が設けられている場合を例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図10に示すように、半導体基板2の他面2b側を、溶剤などで基板をエッチングする方法などにより、該半導体基板2の中央域に形成された凹部25を有し、該凹部25により半導体基板2が薄肉化された領域(ダイアフラム部4) が設けられている場合(差圧型)であっても、本発明は適用可能である。
また、図11に示すように、図10の凹部25を例えばガラス等からなる絶縁性基板26で塞ぎ、該凹部25が密閉空間をなす構成とした場合(絶対圧型)であっても、本発明が適用可能である。この場合は、半導体基板2とともに絶縁性基板26も貫通するように貫通電極部10を設けることにより、バンプ11が絶縁性基板26の外面側に配置される。なお、絶縁性基板26とバンプ11との間には、導電部27を設けるとより好ましい。例えば、導電部27はバンプ11を配する位置を調整する等の利点をもたらす。
以上、説明してきたように、本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子を覆うように配された保護基板を有することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ及びその製造方法を提供することができる。
また、本発明は、上述したような圧力センサパッケージを搭載した圧力センサモジュール及び電子デバイスにも及ぶ。本発明の圧力センサモジュール及び電子デバイスは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有するものとなる。このような電子デバイスとしては、例えば一般工業用計測機器、電子血圧計、高度、気圧、水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などが挙げられる。
以上、本発明の圧力センサパッケージ及びその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、ストレンゲージとして機能するp型抵抗体の配置および数に関しては、種々の変形例が考えられ、要は、ダイアフラム部(感圧部)の圧力歪を検出できれば、その配置や数はいかなるものでも構わない。
例えば、ストレンゲージとして機能するp型抵抗体の配置および数に関しては、種々の変形例が考えられ、要は、ダイアフラム部(感圧部)の圧力歪を検出できれば、その配置や数はいかなるものでも構わない。
本発明は、圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに、圧力センサパッケージを搭載した電子デバイス及び電子機器に広く適用可能である。
1 圧力センサ、2 半導体基板、3 空間部、3a 孔部、4 ダイアフラム部、5 感圧素子、7 導電部、8 貫通孔、9 導体、10 貫通配線部、11 バンプ、20 保護基板、21 接着剤、22 空隙部、30(30A、30B、30C、30D) 圧力センサパッケージ。
Claims (7)
- 半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサと、
前記半導体基板の前記外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が前記導電部と電気的に接続された貫通配線部と、
前記半導体基板の他面側において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、
前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように配された保護基板と、を少なくとも有することを特徴とする圧力センサパッケージ。 - 前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することを特徴とする請求項1に記載の圧力センサパッケージ。
- 前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の圧力センサパッケージ。
- 前記保護基板が、前記半導体基板と同レベルの線熱膨張係数を有することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の圧力センサパッケージ。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする圧力センサモジュール。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする電子デバイス。
- 半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサを用い、
前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように前記保護基板を張り合わせる工程Aと、
前記半導体基板の他面側から、前記導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Bと、
前記半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Cと、
前記貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Dと、を少なくとも順に有することを特徴とする圧力センサパッケージの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008265231A JP2010096525A (ja) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008265231A JP2010096525A (ja) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010096525A true JP2010096525A (ja) | 2010-04-30 |
Family
ID=42258326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008265231A Pending JP2010096525A (ja) | 2008-10-14 | 2008-10-14 | 圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010096525A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9127996B2 (en) | 2012-03-09 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Sensor module, force detecting device, and robot |
JP2018066581A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
-
2008
- 2008-10-14 JP JP2008265231A patent/JP2010096525A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9127996B2 (en) | 2012-03-09 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Sensor module, force detecting device, and robot |
JP2018066581A (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5763682B2 (ja) | Mems及びasicを備える小型化した電気的デバイス及びその製造方法 | |
US6405592B1 (en) | Hermetically-sealed sensor with a movable microstructure | |
JP5486271B2 (ja) | 加速度センサ、及び加速度センサの製造方法 | |
CN105776122B (zh) | 具多重气密空腔的微机电装置及其制作方法 | |
US8300857B2 (en) | Acoustic sensor | |
KR20080031969A (ko) | 압력 센서 및 그 제작 방법 | |
JP2006275660A (ja) | 半導体センサおよびその製造方法 | |
KR20130018857A (ko) | 실리콘 압력센서의 패키지구조 | |
JP2007248212A (ja) | 圧力センサパッケージ及び電子部品 | |
JP2007240250A (ja) | 圧力センサ、圧力センサパッケージ、圧力センサモジュール、及び電子部品 | |
CN211373906U (zh) | 一种压力传感器 | |
JP2012247192A (ja) | 感知基板およびそれを用いた加速度センサ | |
TW201435320A (zh) | 具有電磁防護件的微機電系統壓力感測器組件 | |
JP2009241164A (ja) | 半導体センサー装置およびその製造方法 | |
JP5771915B2 (ja) | Memsデバイス及びその製造方法 | |
TW201336774A (zh) | 微機械測量元件及用以製造微機械測量元件之方法 | |
KR20090124011A (ko) | 패키징 기판과 이를 포함하는 가스 센싱 장치 및 그 제조방법 | |
JP2010096525A (ja) | 圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス | |
CN111024213B (zh) | 柔性电容式振动传感器及其制作方法 | |
JP2012013528A (ja) | センサデバイスの製造方法及びセンサデバイス | |
JP5843302B1 (ja) | 複合センサデバイスの製造方法 | |
JP5331584B2 (ja) | 圧力センサアレイ、圧力センサアレイパッケージ、並びに圧力センサモジュール及び電子部品 | |
CN111141431A (zh) | 一种基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器 | |
JP5771916B2 (ja) | Memsデバイス及びその製造方法 | |
CN110631688B (zh) | 矢量水声传感器 |