JP2010107215A - Pressure sensor, pressure sensor package and method for manufacturing the same, pressure sensor module, and electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力センサ、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部品に係り、より詳細には、ゲージ圧型の半導体圧力センサと、小型化された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部品に関する。 The present invention relates to a pressure sensor, a pressure sensor package and a manufacturing method thereof, and a pressure sensor module and an electronic component, and more specifically, a gauge pressure type semiconductor pressure sensor, a miniaturized pressure sensor package and a manufacturing method thereof, And a pressure sensor module and an electronic component.
近年、MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)技術を駆使した小型の圧力センサが開発されている(例えば、Transducers'03予稿集、p.246参照)。
従来の絶対圧型圧力センサ111の構造を図9に示す。この圧力センサ111は、シリコン等からなる半導体基板112の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる、基準圧力室としての空間113と、該空間113の一方側に位置する薄板化された領域によりなるダイアフラム部114と、圧力による該ダイアフラム部114の歪抵抗の変化を測定するために複数配された、感圧素子としての歪ゲージ115と、前記一面において、前記ダイアフラム部114を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ115ごとに電気的に接続された電極116等を備えている。
In recent years, small pressure sensors that make full use of MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) technology have been developed (see, for example, Transducers '03 Proceedings, p. 246).
The structure of a conventional
このような圧力センサ111は、ダイアフラム部114が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージ115にダイアフラム部114の歪み量に応じた応力が発生し、この応力に応じて歪ゲージ115の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を電気信号として取り出すことにより、圧力センサ111は圧力を検出する。
In such a
しかしながら、上述した圧力センサは、基準圧力室を基板内に有しており、本質的に絶対圧センサとして機能するため、ゲージ圧の測定時には外圧をも測定し補正を行う必要があり、測定が困難である。そこで、図10に示すような構造、すなわち、半導体基板の外部と連通する孔部を設けることによって、圧力基準室である空間が外部に開放され、外圧との差圧を一度で測定可能な小型の差圧型圧力センサが提案されている。(例えば、特許文献1参照) However, since the pressure sensor described above has a reference pressure chamber in the substrate and essentially functions as an absolute pressure sensor, it is necessary to measure and correct the external pressure when measuring the gauge pressure. Have difficulty. Therefore, by providing a structure as shown in FIG. 10, that is, a hole communicating with the outside of the semiconductor substrate, a space that is a pressure reference chamber is opened to the outside, and a small size capable of measuring a differential pressure from the external pressure at a time. A differential pressure type pressure sensor has been proposed. (For example, see Patent Document 1)
図10は、外圧を基準とした差圧の測定を行う差圧型圧力センサの一例を示す模式的な断面図(a)と、模式的な平面図(b)であり、図10(a)は図10(b)に示すA−A線に沿った断面を表している。図10(b)はダイアフラム部を設けた面である。
図10に示すように、この圧力センサ211は、平板状の半導体基板212の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる、基準圧力室としての空間213と、該空間213の一方側に位置する薄板化された領域によりなるダイアフラム部214と、圧力による該ダイアフラム部214の歪抵抗の変化を測定するために複数配された、感圧素子としての歪ゲージ215と、前記一面において、前記ダイアフラム部214を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ215ごとに電気的に接続された電極216等を備え、さらに、前記空間213の他方側に、当該半導体基板212の他面に向かって開口し、前記空間213と前記半導体基板212の外部とを連通する孔部217を設けた構造を有する。
図10の構造からなる圧力センサ211は、既に基準圧力室としての空間213、ダイアフラム部214等が形成された従来の絶対圧型センサを、基準圧を外圧とし、外圧の測定による補正を必要としないゲージ圧型センサに変更する際には特に有効な構造である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view (a) and a schematic plan view (b) showing an example of a differential pressure sensor that measures a differential pressure with reference to an external pressure. FIG. The cross section along the AA line shown in FIG.10 (b) is represented. FIG. 10B shows a surface provided with a diaphragm portion.
As shown in FIG. 10, the
The
しかしながら、上述の圧力センサにおいては、次のような課題があった。
(1)上述した圧力センサは、基準圧力室と半導体基板の外部とを連通する孔部をダイアフラム部直下に設けた構造となっているため、当該孔部からのダイアフラム部裏面への光の照射を防ぐことができず、センサ特性が不安定となる虞がある。
(2)従来の絶対圧型センサに対して、基板裏面からのエッチング加工により外部との連通孔部を形成し、上述したゲージ圧型圧力センサを作製する場合、基準圧力室と外部とが連通後もエッチングを進行させてしまうと、基準圧力室内壁及びダイアフラム裏面までエッチングされてしまい、センサ特性の変動、さらにはセンサ自体の破壊の虞もある。
(3)基準圧力室と外部との連通孔部を別途形成する工程が必要なため、製造工数が増加し、また基板の厚さが厚い場合、連通孔部形成のためのプロセス時間が長くなるため、製造コストの増加に繋がる。
(1) Since the pressure sensor described above has a structure in which a hole communicating with the reference pressure chamber and the outside of the semiconductor substrate is provided immediately below the diaphragm, light irradiation from the hole to the rear surface of the diaphragm is performed. Cannot be prevented, and sensor characteristics may become unstable.
(2) In contrast to the conventional absolute pressure type sensor, when the above-described gauge pressure type pressure sensor is manufactured by forming a communicating hole portion with the outside by etching from the back surface of the substrate, the reference pressure chamber and the outside are also in communication. If the etching is advanced, the etching is performed up to the inner wall of the reference pressure and the rear surface of the diaphragm, and there is a possibility that the sensor characteristics fluctuate and further the sensor itself is destroyed.
(3) Since a step of separately forming a communication hole portion between the reference pressure chamber and the outside is necessary, the number of manufacturing steps increases, and when the substrate is thick, the process time for forming the communication hole portion becomes long. Therefore, it leads to an increase in manufacturing cost.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能な新しい構造を有するゲージ圧型圧力センサ、および製造工数を削減して低コスト化を図るとともに、簡便な工程で安定して製造可能な、ゲージ圧型圧力センサの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, is less affected by external factors, has a new structure capable of stable operation, and a gauge pressure type pressure sensor that reduces the number of manufacturing steps and reduces costs. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a gauge pressure sensor that can be stably manufactured in a simple process.
前記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る圧力センサは、第一基板に第二基板を重ねてなる基体と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該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であって、前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a pressure sensor according to a first aspect of the present invention includes a base formed by stacking a second substrate on a first substrate, and a central surface of the first substrate in an overlapping surface in the base. By arranging one concave portion, a first gap portion that extends substantially parallel to the second substrate, a diaphragm portion that is located on the first gap portion and includes a thinned region of the second substrate, the diaphragm A pressure-sensitive element disposed in a portion, and a conductive portion disposed on an outer peripheral area excluding the diaphragm portion and electrically connected to the pressure-sensitive element on one surface of the base body formed of the outer surface of the second substrate , Wherein at least one part of the outer peripheral area of the first substrate communicates with the first gap, and the other of the first substrate has an overlapping surface in the base. By arranging a second recess that forms an opening on the side It characterized in that a second cavity portion forming said second substrate substantially parallel.
本発明の請求項2に係る圧力センサパッケージは、請求項1に記載の圧力センサと、該圧力センサを構成する基体の一面に配され、前記導電部と電気的に接続されるバンプと、から構成されたことを特徴とする。
本発明の請求項3に係る圧力センサパッケージは、請求項2において、前記バンプは、前記基体の一面において、前記外周域に配され、かつ、前記第二空隙部と重ならない位置にあることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor package comprising: the pressure sensor according to the first aspect; and a bump which is disposed on one surface of the base constituting the pressure sensor and electrically connected to the conductive portion. It is structured.
A pressure sensor package according to a third aspect of the present invention is the pressure sensor package according to the second aspect, wherein the bump is disposed on the outer peripheral area of the one surface of the base body and does not overlap the second gap portion. Features.
本発明の請求項4に係る圧力センサは、請求項1において、前記基体の外周域において、一端が該基体の一面に配された前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を貫通してなる貫通配線部を有することを特徴とする。
本発明の請求項5に係る圧力センサは、請求項4において、前記貫通配線部は、前記基体の一面において、前記外周域に配され、かつ、前記第二空隙部と重ならない位置にあることを特徴とする。
A pressure sensor according to a fourth aspect of the present invention is the pressure sensor according to the first aspect, wherein one end of the pressure sensor is electrically connected to the conductive portion disposed on one surface of the base and the other end is the first in the outer peripheral region of the base. It has a through-wiring portion that penetrates the base so as to be exposed to the other surface of the base that is formed on the outer surface of the substrate.
A pressure sensor according to a fifth aspect of the present invention is the pressure sensor according to the fourth aspect, wherein the through-wiring portion is disposed in the outer peripheral area on one surface of the base and does not overlap the second gap portion. It is characterized by.
本発明の請求項6に係る圧力センサパッケージは、請求項4または5に記載の圧力センサと、該圧力センサの前記貫通配線部の他面に露呈された一端に配され、該一端と電気的に接続されるバンプと、から構成されたことを特徴とする。 A pressure sensor package according to a sixth aspect of the present invention is disposed on the pressure sensor according to the fourth or fifth aspect and one end exposed on the other surface of the through wiring portion of the pressure sensor, and electrically connected to the one end. And bumps connected to each other.
本発明の請求項7に係る圧力センサの製造方法は、第一基板に第二基板を重ねてなる基体と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該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、前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を有する圧力センサの製造方法であって、前記第一基板に前記第一凹部と前記第二凹部とを形成する工程、前記第一基板の第一凹部と、第二凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部と前記第二空隙部を形成する工程、前記第二基板を薄板化して前記ダイアフラム部を形成する工程、前記ダイアフラム部に少なくとも前記感圧素子及び前記導電部を形成する工程、及び、前記第一基板の側面に前記第二空隙部に繋がる開口部を形成する工程、を少なくとも有することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor manufacturing method comprising: a base body in which a second substrate is stacked on a first substrate; and a first recess is disposed in a central area of the first substrate on an overlapping surface in the base body. A first gap portion extending substantially parallel to the second substrate, a diaphragm portion located on the first gap portion and formed of a thinned region of the second substrate, and disposed on the diaphragm portion. A pressure-sensitive element, and a conductive portion disposed on an outer peripheral area excluding the diaphragm portion and electrically connected to the pressure-sensitive element on one surface of the base body formed of the outer surface of the second substrate. In the overlapping surface in the base body, at least a part of the outer peripheral area of the first substrate has a second recess that communicates with the first gap and the other forms an opening on the side surface of the first substrate. A second space that is substantially parallel to the second substrate. A method of manufacturing a pressure sensor having a portion, the step of forming the first recess and the second recess on the first substrate, the first recess and the second recess of the first substrate Bonding the second substrate together to form the first gap portion and the second gap portion, thinning the second substrate to form the diaphragm portion, and at least the pressure-sensitive element in the diaphragm portion And a step of forming the conductive portion, and a step of forming an opening connected to the second gap on the side surface of the first substrate.
本発明の請求項8に係る圧力センサパッケージの製造方法は、請求項7に記載の圧力センサの製造方法により、薄板化した後の第二基板の外面に、前記導電部と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする。 The pressure sensor package manufacturing method according to claim 8 of the present invention is electrically connected to the conductive portion on the outer surface of the second substrate after being thinned by the pressure sensor manufacturing method according to claim 7. The method further includes the step of forming a bump.
本発明の請求項9に係る圧力センサの製造方法は、請求項7において、薄板化した第二基板を第一基板と重ねてなる基体の外周域において、一端が該基体の一面に配された前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を貫通してなる貫通配線部を形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor manufacturing method according to the seventh aspect, wherein one end is disposed on one surface of the base body in the outer peripheral region of the base body formed by superimposing the thinned second substrate on the first substrate. A step of forming a through-wiring portion that penetrates the base so that the other end is exposed to the other surface of the base that is electrically connected to the conductive portion and the other end of the first substrate; It is characterized by that.
本発明の請求項10に係る圧力センサパッケージの製造方法は、請求項9に記載の圧力センサの製造方法により、前記貫通配線部の他面に露呈された一端に、該一端と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする。 The pressure sensor package manufacturing method according to claim 10 of the present invention is electrically connected to one end exposed on the other surface of the through wiring portion by the pressure sensor manufacturing method according to claim 9. The method further includes the step of forming a bump to be formed.
本発明の請求項11に係る圧力センサモジュールは、請求項2、3、又は6のいずれかに記載の圧力センサパッケージと、該圧力センサパッケージのバンプを介して電気的に接続される実装基板と、から構成されたことを特徴とする。 A pressure sensor module according to an eleventh aspect of the present invention is a pressure sensor package according to any one of the second, third, and sixth aspects, and a mounting substrate electrically connected via bumps of the pressure sensor package. It is characterized by comprising.
本発明の請求項12に係る電子部品は、請求項1乃至6のいずれか1項又は請求項11に記載の圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを少なくとも備えたことを特徴とする。 An electronic component according to a twelfth aspect of the present invention includes at least the pressure sensor, the pressure sensor package, or the pressure sensor module according to any one of the first to sixth aspects or the eleventh aspect.
本発明の請求項1に係る圧力センサ(以下、「第一の圧力センサ」とも呼ぶ。)では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を、基体と略平行して広がる空間(第一空隙部、第二空隙部)として設け、該孔部(第二空隙部)を基体の側面に向かって開口させる構造とした。このような構成は、基準圧を外圧とし、外圧の測定による補正を必要としないゲージ圧センサとして機能する圧力センサにおいて、外部との連通孔部(第二空隙部)を通してダイアフラム部裏面へ直接光が照射されることを防ぐ効果をもたらす。これにより、光照射を原因とするセンサ特性の変動を防止することが可能となる。したがって、本発明によれば、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能な新しい構造を有するゲージ圧型圧力センサを提供することができる。 In the pressure sensor according to claim 1 of the present invention (hereinafter, also referred to as “first pressure sensor”), a reference pressure chamber, a reference pressure chamber, A hole communicating with the outside of the base is provided as a space (first gap and second gap) extending substantially parallel to the base, and the hole (second gap) is opened toward the side of the base. The structure to be made. In such a configuration, in a pressure sensor that functions as a gauge pressure sensor that uses a reference pressure as an external pressure and does not require correction by measurement of the external pressure, light is directly transmitted to the rear surface of the diaphragm portion through a communication hole portion (second gap portion) with the outside. This has the effect of preventing irradiation. Thereby, it is possible to prevent fluctuations in sensor characteristics due to light irradiation. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a gauge pressure type pressure sensor that has a new structure that is not easily influenced by external factors and that can operate stably.
本発明の請求項2に係る圧力センサパッケージ(以下、「第一の圧力センサパッケージ」とも呼ぶ。)は、請求項1に記載の圧力センサに、該圧力センサの導電部と電気的に接続されるバンプを備えた構成とした。このような構成は、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えたチップサイズパッケージを実現できる効果をもたらす。また、バンプを用いて実装基板と直接接続することが可能なため、圧力センサを内包する筐体、及び、圧力センサと外部基板の間を電気的に繋ぐワイヤボンドやリード等の接続部材を一切不要とする。したがって、本発明によれば、筐体などを必要とせず、小型化が実現された圧力センサパッケージを提供することができる。
本発明の請求項3に係る圧力センサパッケージでは、請求項2に記載の圧力センサパッケージにおいて、前記バンプが、前記基体の外周域に、かつ、外部との連通孔部(第二空隙部)と重ならない位置に配される構成とした。これにより、該孔部と重なる位置にバンプを設けることによる前記孔部の破壊の虞をなくすとともに、小型のチップサイズパッケージを実現できる。したがって、本発明によれば、安定した構造で小型化された圧力センサパッケージを提供することができる。
A pressure sensor package according to claim 2 of the present invention (hereinafter also referred to as “first pressure sensor package”) is electrically connected to the pressure sensor according to claim 1 with a conductive portion of the pressure sensor. It was set as the structure provided with the bump. Such a configuration brings about an effect of realizing a chip size package having a pressure sensor functioning as a gauge pressure sensor by the bump. In addition, since it can be directly connected to the mounting board using bumps, there are no housings that contain the pressure sensor and no connection members such as wire bonds or leads that electrically connect the pressure sensor and the external board. Make it unnecessary. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor package that does not require a housing or the like and is downsized.
In a pressure sensor package according to a third aspect of the present invention, in the pressure sensor package according to the second aspect, the bumps are formed in the outer peripheral area of the base body and a communication hole (second gap) with the outside. The configuration is such that it does not overlap. As a result, there is no risk of destruction of the hole by providing bumps at positions overlapping the hole, and a small chip size package can be realized. Therefore, according to the present invention, a compact pressure sensor package with a stable structure can be provided.
本発明の請求項4に係る圧力センサ(以下、「第二の圧力センサ」とも呼ぶ。)では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を、基体と略平行して広がる空間(第一空隙部、第二空隙部)として設け、該孔部(第二空隙部)を基体の側面に向かって開口させるとともに、一端が基体の外周域に配された感圧素子と電気的に接続される導電部に電気的に接続し、他端が該基体の他面に露呈するように、基体を貫通してなる貫通配線部を該導電部ごとに設けた構成とした。つまり、外部との連通孔部(第二空隙部)を通してダイアフラム部裏面へ直接光が照射されることを防ぐことができるとともに、導電部が備えられた面とは異なる面に、例えばバンプ等の接続部材を配置することの自由度を向上する効果をもたらす。したがって、本発明によれば、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能なゲージ圧センサとして機能するとともに、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサを提供することができる。 In the pressure sensor according to claim 4 of the present invention (hereinafter also referred to as “second pressure sensor”), the reference pressure chamber and the reference pressure chamber are formed on the overlapping surface of the base body formed by overlapping two substrates. A hole communicating with the outside of the base is provided as a space (first gap and second gap) extending substantially parallel to the base, and the hole (second gap) is opened toward the side of the base. And one end is electrically connected to a conductive part electrically connected to the pressure sensitive element disposed in the outer peripheral area of the base, and the other end is exposed to the other surface of the base so as to penetrate the base. A through-wiring portion is provided for each conductive portion. That is, it is possible to prevent light from being directly irradiated to the rear surface of the diaphragm portion through the communication hole portion (second gap portion) with the outside, and to a surface different from the surface provided with the conductive portion, for example, a bump or the like. This brings about an effect of improving the degree of freedom of arranging the connecting member. Therefore, according to the present invention, there is provided a pressure sensor having a structure that functions as a gauge pressure sensor that is not easily affected by external factors and that can perform a stable operation, and that has a degree of freedom of mounting according to the requirements of an external substrate. Can be provided.
本発明の請求項5に係る圧力センサパッケージ(以下、「第二の圧力センサパッケージ」とも呼ぶ。)では、請求項4に記載の圧力センサにおいて、前記貫通配線部が、前記基体の外周域に、かつ、外部との連通孔部(第二空隙部)と重ならない位置に配される構成とした。これにより、貫通配線部を設けることによる前記孔部の破壊の虞をなくすとともに、前記孔部と貫通配線部を、基体の面上で重ならない位置に配することができるため、小型のチップサイズパッケージを実現できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、安定した構造で小型化された圧力センサパッケージを提供することができる。
本発明の請求項6に係る圧力センサパッケージでは、請求項4または5に記載の圧力センサの貫通配線部の露呈した部分に配され、該貫通配線部と電気的に接続されるバンプを備えた構成とした。このような構成は、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能し、外部基板との接続自由度の高い圧力センサを備えたチップサイズパッケージを実現できる効果をもたらす。また、バンプを用いて実装基板と直接接続することが可能なため、圧力センサを内包する筐体、及び、圧力センサと外部基板の間を電気的に繋ぐワイヤボンドやリード等の接続部材を一切不要とする。したがって、本発明によれば、筐体などを必要とせず、小型化が実現された圧力センサパッケージを提供することができる。また、ダイアフラム面とは逆の面にバンプ等が形成されるため、ダイアフラムにかかる熱的な応力をより小さくすることができる。
In a pressure sensor package according to claim 5 of the present invention (hereinafter also referred to as “second pressure sensor package”), in the pressure sensor according to claim 4, the through wiring portion is provided in an outer peripheral region of the base body. And it was set as the structure distribute | arranged to the position which does not overlap with the communicating hole part (2nd space | gap part) with the exterior. This eliminates the possibility of breakage of the hole due to the provision of the through-wiring portion, and the hole and the through-wiring portion can be arranged at a position where they do not overlap on the surface of the base. The effect that a package is realizable is brought about. Therefore, according to the present invention, a compact pressure sensor package with a stable structure can be provided.
In a pressure sensor package according to a sixth aspect of the present invention, the pressure sensor package includes a bump that is disposed on an exposed portion of the through wiring portion of the pressure sensor according to the fourth or fifth aspect and is electrically connected to the through wiring portion. The configuration. Such a configuration brings about an effect of realizing a chip size package including a pressure sensor that functions as a gauge pressure sensor and has a high degree of freedom in connection to an external substrate by the bumps. In addition, since it can be directly connected to the mounting board using bumps, there are no housings that contain the pressure sensor and no connection members such as wire bonds or leads that electrically connect the pressure sensor and the external board. Make it unnecessary. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a pressure sensor package that does not require a housing or the like and is downsized. Further, since bumps and the like are formed on the surface opposite to the diaphragm surface, the thermal stress applied to the diaphragm can be further reduced.
本発明の請求項7に係る圧力センサの製造方法では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室(第一空隙部)、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部(第二空隙部)を構成するための凹部を同時に作製し、その後二枚の基板を張り合わせることにより、基体と略平行して広がる基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を形成する工程を用いた。これにより、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサの作製に際し、基準圧力室と連通孔部を同時に加工できるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れる。また、絶対圧型センサを別途エッチング加工して連通孔部を形成し、ゲージ圧センサを作製する場合に懸念される、オーバーエッチングによるダイアフラム部の損傷の虞もなくなる。したがって、本発明によれば、安定した動作が可能なゲージ圧型圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して作製できる製造方法が得られる。 In the pressure sensor manufacturing method according to claim 7 of the present invention, the reference pressure chamber (first gap) and the reference pressure chamber and the outside of the substrate are provided on the overlapping surface of the substrate formed by stacking two substrates. A recess for forming a communicating hole (second gap) is formed at the same time, and then the two substrates are bonded to each other, so that the reference pressure chamber extends substantially parallel to the base, and the reference pressure chamber and the base The step of forming a hole that communicates with the outside is used. Thereby, when manufacturing the pressure sensor that functions as a gauge pressure sensor, the reference pressure chamber and the communication hole can be processed at the same time, so that the number of manufacturing steps can be significantly reduced and the efficiency can be improved. Further, there is no possibility of damaging the diaphragm portion due to over-etching, which is a concern when an absolute pressure type sensor is separately etched to form a communicating hole portion to produce a gauge pressure sensor. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a manufacturing method that can easily and stably produce a gauge pressure sensor capable of stable operation at low cost.
本発明の請求項8に係る圧力センサパッケージの製造方法では、請求項7に記載の圧力センサの製造方法により、基体の外面に、前記導電部と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えた製造方法とした。これにより、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。 In the method for manufacturing a pressure sensor package according to claim 8 of the present invention, the step of forming a bump electrically connected to the conductive portion on the outer surface of the substrate by the method for manufacturing a pressure sensor according to claim 7. Further, a manufacturing method further provided. Thereby, the effect of being able to efficiently produce a small chip size package having a pressure sensor functioning as a gauge pressure sensor is provided by the bump. Therefore, according to this invention, the manufacturing method which can form a pressure sensor package simply and stably at low cost can be provided.
本発明の請求項9に係る圧力センサの製造方法では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室(第一空隙部)、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部(第二空隙部)を構成するための凹部を同時に作製してから、二枚の基板を張り合わせることにより、基体と略平行して広がる基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を形成し、その後、一端が基体の外周域に配された感圧素子と電気的に接続される導電部に電気的に接続し、他端が該基体の他面に露呈するように、基体を貫通してなる貫通配線部を該導電部ごとに設ける工程を用いた。これにより、基準圧力室と連通孔部を同時に加工できるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れるとともに、導電部が備えられた面とは異なる面に、例えばバンプ等の接続部材を配置することも容易となる。したがって、本発明によれば、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法が得られる。 In the pressure sensor manufacturing method according to claim 9 of the present invention, the reference pressure chamber (first gap) and the reference pressure chamber and the outside of the substrate are provided on the overlapping surface of the substrate formed by stacking two substrates. A concave portion for forming a communicating hole (second gap) is formed at the same time, and then a reference pressure chamber that extends substantially parallel to the base by bonding two substrates together, and the reference pressure chamber A hole communicating with the outside of the base is formed, and then one end is electrically connected to a conductive portion electrically connected to a pressure-sensitive element disposed in the outer peripheral area of the base, and the other end is connected to the base. A step of providing a through-wiring portion penetrating the base for each conductive portion so as to be exposed on the other surface was used. As a result, since the reference pressure chamber and the communication hole can be processed simultaneously, the number of manufacturing steps can be greatly reduced, efficiency can be improved, and a connecting member such as a bump is provided on a surface different from the surface provided with the conductive portion. It is also easy to arrange. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a manufacturing method capable of easily and stably forming a pressure sensor having a structure having a degree of freedom of mounting according to the requirements of the external substrate at low cost.
本発明の請求項10に係る圧力センサパッケージの製造方法では、請求項9に記載の圧力センサの製造方法により、前記貫通配線部の他面に露呈された一端に、該一端と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えた製造方法とした。これにより、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能し、外部基板との接続自由度の高い圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。 In the pressure sensor package manufacturing method according to claim 10 of the present invention, the pressure sensor manufacturing method according to claim 9 is electrically connected to the one end exposed on the other surface of the through wiring portion. The manufacturing method further comprising the step of forming a bump to be formed. Thus, the bumps have an effect of efficiently producing a small chip size package having a pressure sensor that functions as a gauge pressure sensor and has a high degree of freedom in connection with an external substrate. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a manufacturing method capable of easily and stably forming a pressure sensor package having a structure with a degree of freedom of mounting according to the requirements of the external substrate at low cost.
本発明の請求項11に係る圧力センサモジュールでは、請求項2、3、又は6のいずれかに記載の圧力センサパッケージのバンプを介して電気的に接続される実装基板を備えて構成した。このような構成は、実装基板によって、ゲージ圧センサとして機能し、外部基板との接続自由度を備える圧力センサを備え、小型化が実現されたチップサイズパッケージを備えた圧力センサモジュールを実現できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、小型化された圧力センサモジュールを提供することができる。 A pressure sensor module according to an eleventh aspect of the present invention includes a mounting substrate that is electrically connected via bumps of the pressure sensor package according to any one of the second, third, and sixth aspects. Such a configuration has the effect of realizing a pressure sensor module having a chip size package that functions as a gauge pressure sensor and has a degree of freedom of connection to an external substrate, and a miniaturized chip size package, depending on the mounting substrate. Bring. Therefore, according to the present invention, a miniaturized pressure sensor module can be provided.
本発明の請求項12に係る電子部品では、上述した構成を備える、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする。この圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールは、搭載した際に嵩張る筐体などが不要なことから、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを収容する容積が大幅に低減されると共に、筐体などに相当する重量も削減される。よって、本発明によれば、小型で軽量な電子部品の提供が可能となる。 In an electronic component according to claim 12 of the present invention, a pressure sensor, a pressure sensor package, or a pressure sensor module having the above-described configuration is mounted. Since this pressure sensor, pressure sensor package, or pressure sensor module does not require a bulky casing when mounted, the volume for housing the pressure sensor, pressure sensor package, or pressure sensor module is greatly reduced, and the casing Weight corresponding to the body is also reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small and lightweight electronic component.
以下、本発明に係る圧力センサの実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る圧力センサは、二枚の半導体基板からなる基体において、その重なり面に基準圧力室(第一空隙部)、および該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部(第二空隙部)を設けてなる構造(第一の圧力センサ)と、二枚の半導体基板の重なり面に、基準圧力室(第一空隙部)、および該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部(第二空隙部)を設けると共に、前記基体の一面に配された導電部と一端が電気的に接続し、他端がその他面に露呈するように、該基体を貫通してなる貫通配線部を設けてなる構造(第二の圧力センサ)とに大きく分けることができる。
Hereinafter, embodiments of a pressure sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The pressure sensor according to the present invention includes a reference pressure chamber (first gap portion) formed on an overlapping surface of a base body composed of two semiconductor substrates, and a hole (second second) communicating the reference pressure chamber and the outside of the base body. The reference pressure chamber (first gap) and the reference pressure chamber communicate with the outside of the base body on the overlapping surface of the two semiconductor substrates with the structure (first pressure sensor) provided with the gap. A hole (second gap) is provided, and the conductive portion arranged on one surface of the base is electrically connected to one end and the other end is exposed to the other side. It can be broadly divided into a structure (second pressure sensor) provided with a wiring portion.
「圧力センサ」
<第一実施形態>
まず、第一の圧力センサについて、図1と図2に基づき説明する。
図1は、本発明に係る圧力センサの一例を示す模式的な断面図(a)、(b)と、模式的な平面図(c)であり、図1(a)は図1(c)に示すA1−A1線に沿った断面を、図1(b)は図1(c)に示すA2−A2線に沿った断面を表している。すなわち、図1(c)はダイアフラム部を設けた面である。また、図2は、感圧素子(ゲージ抵抗)の概略配線図である。
"Pressure sensor"
<First embodiment>
First, a 1st pressure sensor is demonstrated based on FIG. 1 and FIG.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view (a) and (b) showing an example of a pressure sensor according to the present invention, and a schematic plan view (c). FIG. 1B shows a cross section taken along the line A1-A1, and FIG. 1B shows a cross section taken along the line A2-A2 shown in FIG. That is, FIG. 1C is a surface provided with a diaphragm portion. FIG. 2 is a schematic wiring diagram of the pressure sensitive element (gauge resistance).
図1に示すように、第一の圧力センサ1Aは、平板状の第一基板11に第二基板12を重ねてなる基体13を基材とし、該基体13の重なり面において、前記第一基板11の中央域αに第一凹部14aを配することにより、前記第二基板12と略平行して広がる第一空隙部(基準圧力室)14を備え、該第一空隙部14と重なり薄板化された第二基板12からなる領域をダイアフラム部16とする。このダイアフラム部16には複数の感圧素子17が配されている。また、前記第二基板12の外面からなる前記基体13の一面において、前記ダイアフラム部16を除いた外周域βには、前記感圧素子17と電気的に接続された導電部18が配されている。さらに、前記基体13内の重なり面において、前記第一空隙部14の外周域βに、一方が前記第一空隙部14と連通し、他方が該第一基板11の側面に開口部をなす第二凹部(例えば15a、15b、15c、15d)を配することにより、前記第一空隙部14と前記基体13の外部とを連通する孔部(連通孔)として、前記第二基板12と略平行をなす第二空隙部15を設けている。
なお図1では、第二空隙部15として、第一基板11の側面に向けて四方向への開口部を設けているが、本発明ではこれに限定されるものではなく、少なくとも一方向以上への開口部を有する構造であれば良い。
As shown in FIG. 1, the first pressure sensor 1 </ b> A has a base 13 formed by superimposing a
In FIG. 1, openings in four directions are provided as the
図1は、感圧素子17として機能するゲージ抵抗(R1〜R4)が配された例であり、各ゲージ抵抗は、不図示のリード配線を介して、ホイットストーンブリッジ(図2)を構成するように電気的に接続されている。このような感圧素子17は、ダイアフラム部16の周縁部に配置すると良い。この周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子17に加わり易いので、感度の良い圧力センサ1Aが得られる。
FIG. 1 is an example in which gauge resistors (R1 to R4) functioning as pressure-
したがって、第一の圧力センサ1Aでは、圧力基準室である第一空隙部14が、連通孔として機能する第二空隙部15によって外部(例えば、大気)に開放され、ゲージ圧センサとして機能するとともに、第二空隙部15の外部との開口部が基体の側面に配されているため、第二空隙部15を通して、ダイアフラム部16裏面に直接光が照射されることを防ぐことができる。これにより、光照射を原因とするセンサ特性の変動が抑えられ、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能な圧力センサが得られる。
Accordingly, in the
次に、第一の圧力センサパッケージ2Aについて、図3に基づき説明する。
図3は、本発明に係る圧力センサパッケージの一例を示す模式的な断面図であり、図1におけるA1−A1線に沿った断面に相当する。
図3に示すように、第一の圧力センサパッケージ2Aは、上記構造とした第一の圧力センサ1Aの導電部18にそれぞれ配され、該導電部18と電気的に接続されるバンプ19を備えることによって構成されている。
Next, the first
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a pressure sensor package according to the present invention, and corresponds to a cross section taken along line A1-A1 in FIG.
As shown in FIG. 3, the first pressure sensor package 2 </ b> A includes
すなわち、本発明に係る第一の圧力センサパッケージ2Aを構成する第一の圧力センサ1Aは、平板状の第一基板11に第二基板12を重ねてなる基体13を基材とし、該基体13の重なり面において、前記第一基板11の中央域αに第一凹部14aを配することにより、前記第二基板12と略平行して広がる第一空隙部(基準圧力室)14を備え、該第一空隙部14と重なり薄板化された第二基板12からなる領域をダイアフラム部16とする。このダイアフラム部16には複数の感圧素子17が配されている。また、前記第二基板12の外面からなる前記基体13の一面において、前記ダイアフラム部16を除いた外周域βには、前記感圧素子17と電気的に接続された導電部18が配されている。さらに、前記基体13内の重なり面において、前記第一空隙部14の外周域βに、一方が前記第一空隙部14と連通し、他方が該第一基板11の側面に開口部をなす第二凹部(例えば15a、15b、15c、15d)を配することにより、前記第一空隙部14と前記基体13の外部とを連通する孔部(連通孔)として、前記第二基板12と略平行をなす第二空隙部15を設けることにより構成される。
That is, the
また、圧力センサ1Aにおいて、図1に示すように、バンプ19を載置するための導電部18を除く外周域βは、絶縁部(不図示)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、感圧素子17が絶縁層によって被覆した構成が得られる。この構成とした第一の圧力センサパッケージ2Aでは、バンプ19を例えば外部基板(不図示)と接続させる際に、バンプ19以外の外周域βは全て絶縁部によって被覆されているので、外部基板に対して感圧素子17の絶縁性が十分に確保される。また、絶縁部は、感圧素子17の外気との接触を遮断するため感圧素子17の耐食性を向上させると共に、感圧素子17がダイアフラム部16を介さずに直接、外部から受ける機械的な影響を大幅に低減する効果も有する。
Further, in the
このとき、バンプ19は外周域βで、かつ、第二空隙部15と重ならない位置に配されることが好ましい。これにより、バンプ19を設けることによる第二空隙部15の破壊の虞をなくすことができる。なお、バンプ19は、必ずしも電極パッドのような導電部18の上に配されることに限定されるものではなく、第二空隙部15と重なる位置でなければ、配線層(不図示)等を介して導電部18からずれた位置に設けても良い。
At this time, it is preferable that the
したがって、第一の圧力センサパッケージ2Aでは、圧力センサを内包する筐体などが不要で、かつ、例えば外部基板と接続可能なバンプ19も圧力センサパッケージ自体が備えているため、極めて小型化の圧力センサパッケージが得られる。また、バンプによって、外部基板にチップサイズで実装することが可能となる。
Therefore, the first
<第二実施形態>
次に、第二の圧力センサについて、図4に基づき説明する。
図4は、本発明に係る圧力センサの他の一例を示す模式的な断面図(a)、(b)と、模式的な平面図(c)であり、図4(a)は図4(c)に示すB1−B1線に沿った断面を、図4(b)は図4(c)に示すB2−B2線に沿った断面を表している。すなわち、図4(c)はダイアフラム部を設けた面である。
<Second embodiment>
Next, the second pressure sensor will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view (a), (b) showing another example of the pressure sensor according to the present invention, and a schematic plan view (c). FIG. 4B shows a cross section taken along line B1-B1 shown in FIG. 4C, and FIG. 4B shows a cross section taken along line B2-B2 shown in FIG. 4C. That is, FIG. 4C shows a surface provided with a diaphragm portion.
図4に示すように、第二の圧力センサ1Bは、平板状の第一基板11に第二基板12を重ねてなる基体13を基材とし、該基体13の重なり面において、前記第一基板11の中央域αに第一凹部14aを配することにより、前記第二基板12と略平行して広がる第一空隙部(基準圧力室)14を備え、該第一空隙部14と重なり薄板化された第二基板12からなる領域をダイアフラム部16とする。このダイアフラム部16には複数の感圧素子17が配されている。また、前記第二基板12の外面からなる前記基体13の一面において、前記ダイアフラム部16を除いた外周域βには、前記感圧素子17と電気的に接続された導電部18が配されている。さらに、前記基体13内の重なり面において、前記第一空隙部14の外周域βに、一方が前記第一空隙部14と連通し、他方が該第一基板11の側面に開口部をなす第二凹部(例えば15a、15b、15c、15d)を配することにより、前記第一空隙部14と前記基体13の外部とを連通する孔部(連通孔)として、前記第二基板12と略平行をなす第二空隙部15を備える。さらに、一端20aが前記導電部18に電気的に接続し、他端20bが第一基板11の外面からなる前記基体13の他面に露呈するように、前記基体13を貫通してなる貫通配線部20を該導電部18ごとに設けている。
As shown in FIG. 4, the second pressure sensor 1 </ b> B has a base 13 formed by superposing a
なお図4では、第二空隙部15として、第一基板11の側面に向けて四方向への開口部を設けているが、本発明ではこれに限定されるものではなく、少なくとも一方向以上への開口部を有する構造であれば良い。
このとき、図4(c)に示すように、貫通配線部20は外周域βで、かつ、第二空隙部15と重ならない位置に配されることが好ましい。これにより、貫通配線部20を設けることによる第二空隙部15の破壊の虞をなくすことができる。
In FIG. 4, as the
At this time, as shown in FIG. 4C, the through
図4は、感圧素子17として機能するゲージ抵抗(R1〜R4)が配された例であり、各ゲージ抵抗は、不図示のリード配線を介して、ホイットストーンブリッジ(図2)を構成するように電気的に接続されている。このような感圧素子17は、ダイアフラム部16の周縁部に配置すると良い。この周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子17に加わり易いので、感度の良い圧力センサ1Bが得られる。
FIG. 4 is an example in which gauge resistors (R1 to R4) functioning as the pressure
したがって、第二の圧力センサ1Bでは、圧力基準室である第一空隙部14が、連通孔として機能する第二空隙部15によって外部(例えば、大気)に開放され、ゲージ圧センサとして機能するとともに、第二空隙部15の外部との開口部が基体の側面に配されているため、第二空隙部15を通してダイアフラム部16裏面に直接光が照射されることを防ぐことができる。これにより、光照射を原因とするセンサ特性の変動が抑えられ、外部からの要因に影響されにくく安定した動作が可能であるとともに、基体13を貫通する貫通配線部20によって、第二空隙部15に干渉することなく、ダイアフラム部16とは反対側の面に電気配線を引き出すことが可能な構造を備えた圧力センサが得られる。
Accordingly, in the
次に、第二の圧力センサパッケージ2Bについて、図5に基づき説明する。
図5は、本発明に係る圧力センサパッケージの一例を示す模式的な断面図(a)、(b)と、模式的な平面図(c)であり、図5(a)は図5(c)に示すB1−B1線に沿った断面を、図5(b)は図5(c)に示すB2−B2線に沿った断面を表している。すなわち、図5(c)はダイアフラム部を設けた面である。
図5に示すように、第二の圧力センサパッケージ2Bは、上記構造とした第二の圧力センサ1Bの貫通配線部20の露呈した他端20bにそれぞれ配され、該貫通配線部20と電気的に接続されるバンプ19を備えることによって構成されている。
Next, the second
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view (a), (b) showing an example of the pressure sensor package according to the present invention, and a schematic plan view (c). FIG. 5B shows a cross section taken along line B1-B1, and FIG. 5B shows a cross section taken along line B2-B2 shown in FIG. That is, FIG. 5C is a surface provided with a diaphragm portion.
As shown in FIG. 5, the second pressure sensor package 2 </ b> B is disposed on the exposed other end 20 b of the through
図5に示した第二の圧力センサパッケージ2Bが、上述した第一の圧力センサパッケージ2A(図3)と相違する箇所は、貫通配線部20と電気的に接続されるバンプ19を備えている点である。その他の点においては、第二の圧力センサパッケージ2Bと第一の圧力センサパッケージ2Aは同様の構成としたものである。
The second
したがって、第二の圧力センサパッケージ2Bでは、上述した第一の圧力センサパッケージ2A(図3)と同様に、圧力センサを内包する筐体などが不要で、かつ、例えば外部基板と接続可能なバンプ19も圧力センサパッケージ自体が備えているため、極めて小型化可能な圧力センサパッケージが得られる。これに加えて、第二の圧力センサパッケージ2Bは、基体13を貫通する貫通配線部20にバンプを設けることによって、第二空隙部15に干渉することなく、ダイアフラム部16とは反対側の面に電気配線を引き出し、外部基板にチップサイズで実装することが可能となる利点も兼ね備えることができる。
Therefore, in the second
「圧力センサの製造方法」
<第三実施形態>
図6は、図3に示す第一の圧力センサパッケージ2Aの製造方法の一例を模式的に示した断面工程図である。
まず、図6(a)に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる第一基板11の一面において、中央域αに第一凹部14aを、外周域βの少なくとも一部に、一方が前記第一凹部14aと連通し、他方が該第一基板11の側面に開口部をなす第二凹部15a、15b、15c、15dを形成する。
"Manufacturing method of pressure sensor"
<Third embodiment>
FIG. 6 is a cross-sectional process diagram schematically showing an example of a manufacturing method of the first
First, as shown in FIG. 6 (a), on one surface of the
この凹部は、例えばDRIE(Deep-Reactive Ion Etching) 法によりエッチングすることで形成することができる。DRIE法とは、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エッチングと、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)、第一基板11を深堀エッチングするものである。
なお、これらの凹部を形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
また、第二凹部として第一基板11の側面に向けて四方向へ開口部を設けているが、本発明ではこれに限定されるものではなく、少なくとも一方向以上への開口部を有する構造であれば良く、その位置も各辺の中央部に限らず、その数も各辺から一本とは限らず、適宜設定することができる。
This concave portion can be formed by etching, for example, by DRIE (Deep-Reactive Ion Etching) method. In the DRIE method, sulfur hexafluoride (SF6) is used as an etching gas, and high-density plasma etching and passivation film formation on the sidewalls are alternately performed (Bosch process) to deep-etch the
Note that the method of forming these recesses is not limited to this, and physical processing such as wet etching using a solution of acid or alkali, sandblasting, laser, or the like is also possible.
Moreover, although the opening part is provided in four directions toward the side surface of the 1st board |
次に、図6(b)に示すように、第一基板11の凹部を形成した面に、例えばシリコンからなる第二基板12を、例えば高温で熱処理することにより接合する。その後、図6(c)に示すように、第二基板12の一面を研磨等により薄化して所望の厚さとし、ダイアフラム部16を形成する。
第二基板12を薄化する方法については特に限定されるものではなく、研削及びポリッシング加工に加え、反応性ガスを用いたドライエッチング、薬液を用いたウェットエッチング、または電気化学エッチング等による加工も可能である。
Next, as shown in FIG. 6B, the
The method for thinning the
次に、図6(d)に示すように、薄化された第二基板12の外面に、感圧素子17を形成し、さらに外周部βに該感圧素子17と電気的に接続する導電部18を設けることで、図1に示すゲージ圧型の圧力センサ1Aが作製される。このとき、図2に示すように、感圧素子17がホイットストーンブリッジを構成するように配する。
Next, as shown in FIG. 6 (d), a pressure
次に、図6(e)に示すように、導電部18と電気的に接続するように、該導電部18にそれぞれバンプ19を形成する。これにより、図3に示す第一の圧力センサパッケージ2Aが作製される。
バンプ19は、例えばSn−Ag−Cu系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、電極パッド等の導電部18上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、導電部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また本発明では、バンプ19はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またCuやAuなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
Next, as shown in FIG. 6E, bumps 19 are formed on the
The
In the present invention, the
本発明の製造方法によれば、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサパッケージ2Aの作製に際し、第一空隙部14と第二空隙部15を同一の工程で形成することができるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れる。また、絶対圧型センサを別途エッチング加工して連通孔部を形成し、ゲージ圧センサを作製する場合に懸念される、オーバーエッチングによるダイアフラム部の損傷の虞もなくなる。したがって、本発明によれば、安定した動作が可能なゲージ圧型圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して作製できる製造方法が得られる。
さらに、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製でき、圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, when the
Furthermore, a small chip size package having a pressure sensor functioning as a gauge pressure sensor can be efficiently produced by bumps, and a manufacturing method capable of easily and stably forming a pressure sensor package at low cost is provided. be able to.
<第四実施形態>
図7は、図5に示す貫通配線部20を有する第二の圧力センサパッケージ2Bの製造方法の一例を模式的に示した断面工程図である。
なお、第一の圧力センサ1Aが完成する、図6(d)で示した工程までは、第一の圧力センサパッケージ2Aと同じ工程を用いるものであり、ここでは図6(d)に至る工程は省略するものとする。
<Fourth embodiment>
FIG. 7 is a cross-sectional process diagram schematically showing an example of a method for manufacturing the second
Note that the same process as that of the first
まず、図7(a)に示すように、第一の圧力センサ1Aにおける導電部18の裏面に接続するように貫通孔21を形成する。貫通孔21は、例えばDRIE法によりエッチングすることで形成することができる。なお、貫通孔21を形成する方法はこれに限定されるものではなく、レーザ等の物理的加工も可能である。
First, as shown to Fig.7 (a), the through-
次に、図7(b)に示すように、貫通孔21の内壁及び第一基板11の外面からなる基体13の他面に絶縁層22を形成する。絶縁層22としては、例えばSiO2 をプラズマCVDにより1μm成膜することで形成できる。
この絶縁層としては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、製法もその他スパッタ、スピンコート等が利用できる。
Next, as shown in FIG. 7 (b), an insulating
The insulating layer is not limited to SiO2, but may be other insulating materials such as SiN and resin. In addition, sputtering, spin coating, etc. can be used for the manufacturing method.
次に、図7(c)に示すように、導電部18と電気的に接続するように、貫通孔21内に導電性物質23を充填することにより、貫通配線部20を形成する。これにより、図4に示す第二の圧力センサ1Bが作製される。
この導電性物質23としては、例えばCuとし、めっきにより貫通孔21内に充填することができる。なお、導電性物質23はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法もCVDやスパッタを利用することができる。
Next, as illustrated in FIG. 7C, the through
The
さらに、図7(d)に示すように、当該貫通配線部20と電気的に接続するように、バンプ19を形成する。これにより、図5に示す第二の圧力センサパッケージ2Bが作製される。
バンプ19は、例えばSn−Ag−Cu系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、貫通配線部20上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、貫通配線部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また本発明では、バンプ19はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またCuやAuなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
Further, as shown in FIG. 7D, bumps 19 are formed so as to be electrically connected to the through
The
In the present invention, the
本発明の製造方法によれば、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサパッケージ2Bの作製に際し、第一空隙部14と第二空隙部15を同一の工程で形成することができるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れるとともに、導電部が備えられた面とは異なる面に、例えばバンプ等の接続部材を配置することも容易となる。したがって、本発明によれば、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法が得られる。
さらに、バンプによって、外部基板との接続自由度の高い圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製でき、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。
According to the manufacturing method of the present invention, when the
In addition, the bump sensor can efficiently produce a small chip size package equipped with a pressure sensor with a high degree of freedom of connection to an external board, and the pressure sensor package has a structure with the degree of freedom of mounting according to the requirements of the external board. Can be provided at low cost in a simple and stable manner.
図8は、第一の圧力センサパッケージ2Aのウェハレベルパッケージにおける模式的な平面図であり、ダイアフラム部を設けた面を示す。
上述の第一、第二の圧力センサ、及びそのパッケージの製造方法については、通常の工程では、ウェハレベルで行うこととなる。そのため、図8に示すように圧力センサパッケージ101と隣り合う圧力センサパッケージ102とには同様のパターンが形成されることになり、ダイシングライン近辺の領域γにおいて、各々の第二空隙部15が繋がる構造となる。一連の工程が終了後、図中破線C−Cからダイシングしチップに個片化することにより、同時に第二空隙部15をチップの側面に開口させて、基準圧力室となる第一空隙部14と基体の外部を連通させることができる。これにより、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを、簡易な工程で、かつ効率的に形成できる製造方法を提供することができる。
FIG. 8 is a schematic plan view of the wafer level package of the first
The first and second pressure sensors and the method for manufacturing the package are performed at the wafer level in the normal process. Therefore, as shown in FIG. 8, the same pattern is formed in the
第一または第二の圧力センサパッケージを、バンプを介して電気的に接続するように実装基板を備えることにより、圧力センサモジュールが作製されるものとなる。したがって、本発明によれば、小型化された圧力センサモジュールを提供することができる。
また、上述した構成を備える、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする電子部品は、搭載した際に嵩張る筐体などが不要なことから、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを収容する容積が大幅に低減されると共に、筐体などに相当する重量も削減される。よって、本発明によれば、小型で軽量な電子部品の提供が可能となる。
A pressure sensor module is manufactured by providing the mounting substrate so that the first or second pressure sensor package is electrically connected through the bumps. Therefore, according to the present invention, a miniaturized pressure sensor module can be provided.
In addition, an electronic component having the above-described configuration and equipped with a pressure sensor, a pressure sensor package, or a pressure sensor module does not require a bulky casing when mounted, so that the pressure sensor, the pressure sensor package Or the volume which accommodates a pressure sensor module is reduced significantly, and the weight equivalent to a housing | casing etc. is also reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small and lightweight electronic component.
本発明に係る圧力センサ、圧力センサパッケージ、圧力センサモジュールは、例えば空気圧や水圧、油圧等の圧力を測定する用途に使用され、特にウエハレベルチップサイズ化により筐体等を不要とした構造を備えているので、薄型化や小型化、あるいは軽量化等が求められている各種の電子部品に好適である。 The pressure sensor, the pressure sensor package, and the pressure sensor module according to the present invention are used for measuring pressure such as air pressure, water pressure, and hydraulic pressure, and have a structure that eliminates the need for a housing and the like due to the wafer level chip size. Therefore, it is suitable for various electronic components that are required to be thin, small, or light.
α 中央域、β 外周域、1A,1B 圧力センサ、2A,2B 圧力センサパッケージ、3A 圧力センサモジュール、11 第一基板、12 第二基板、13 基体、14 第一空隙部(基準圧力室)、15 第二空隙部(外部との連通孔)、16 ダイアフラム部、17 感圧素子、18 導電部、19 バンプ、20 貫通配線部、21 貫通孔、22 絶縁層、23 導電性物質、40 実装基板。 α central region, β outer peripheral region, 1A, 1B pressure sensor, 2A, 2B pressure sensor package, 3A pressure sensor module, 11 first substrate, 12 second substrate, 13 base, 14 first gap (reference pressure chamber), 15 Second gap portion (communication hole with outside), 16 Diaphragm portion, 17 Pressure sensitive element, 18 Conductive portion, 19 Bump, 20 Through wiring portion, 21 Through hole, 22 Insulating layer, 23 Conductive substance, 40 Mounting substrate .
Claims (12)
前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を設けたことを特徴とする圧力センサ。 A base formed by superimposing the second substrate on the first substrate, and a first recess formed in a central area of the first substrate on the overlapping surface in the base, so that the first substrate extends substantially parallel to the second substrate. One gap portion, located on the first gap portion, comprising a diaphragm portion made of a thinned region of the second substrate, a pressure-sensitive element disposed on the diaphragm portion, and an outer surface of the second substrate A pressure sensor including at least a conductive portion disposed on an outer peripheral area excluding the diaphragm portion and electrically connected to the pressure sensitive element on one surface of the base;
In the overlapping surface in the base body, at least a part of the outer peripheral area of the first substrate is provided with a second recess that communicates with the first gap and the other forms an opening on the side surface of the first substrate. Thus, a pressure sensor is provided, which is provided with a second gap that is substantially parallel to the second substrate.
前記第一基板に前記第一凹部と前記第二凹部とを形成する工程、
前記第一基板の第一凹部と、第二凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部と前記第二空隙部を形成する工程、
前記第二基板を薄板化して前記ダイアフラム部を形成する工程、
前記ダイアフラム部に少なくとも前記感圧素子及び前記導電部を形成する工程、及び、
前記第一基板の側面に前記第二空隙部に繋がる開口部を形成する工程、
を少なくとも有することを特徴とする圧力センサの製造方法。 A base formed by superimposing the second substrate on the first substrate, and a first recess formed in a central area of the first substrate on the overlapping surface in the base, so that the first substrate extends substantially parallel to the second substrate. One gap portion, located on the first gap portion, comprising a diaphragm portion made of a thinned region of the second substrate, a pressure-sensitive element disposed on the diaphragm portion, and an outer surface of the second substrate One surface of the base includes at least a conductive portion disposed in an outer peripheral area excluding the diaphragm portion and electrically connected to the pressure sensitive element, and the outer periphery of the first substrate is overlapped in the base. The second substrate is substantially parallel to the second substrate by disposing at least a part of the region, a second recess that is in communication with the first gap and the other has an opening on the side surface of the first substrate. A method of manufacturing a pressure sensor having two voids,
Forming the first recess and the second recess on the first substrate;
Bonding the second substrate to the first concave portion of the first substrate and the surface on which the second concave portion is formed, and forming the first gap portion and the second gap portion;
Forming the diaphragm portion by thinning the second substrate;
Forming at least the pressure-sensitive element and the conductive portion in the diaphragm portion; and
Forming an opening connected to the second gap on the side surface of the first substrate;
A method for manufacturing a pressure sensor, comprising:
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