JP2010281641A - 力学量センサ、及び該力学量センサの製造方法 - Google Patents

力学量センサ、及び該力学量センサの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】接続不良が生じたか否かを判定することができる力学量センサ、及び該力学量センサの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板、該半導体基板の一面側に形成された力学量を検出するセンサ部、及び該センサ部と電気的に接続された第１パッドを備えるセンサチップと、基板、及び第１パッドに対応して基板の一面に形成された第２パッドを備える基材と、第１パッドと第２パッドとを、機械的及び電気的に接続するバンプと、を備える力学量センサであって、第１パッドは、センサ部の信号を外部に出力するための第１出力パッドを含み、第１出力パッドの少なくとも１つは、半導体基板の第１パッド形成面における中央領域を取り囲む縁領域に配置され、半導体基板は、中央領域が縁領域に対して、基材側に凸となるように湾曲している。
【選択図】図６

Description

本発明は、センサチップと基材とが、バンプを介して機械的及び電気的に接続された力学量センサ、及び該力学量センサの製造方法に関するものである。
従来、例えば特許文献１に示されるように、複数のパッドが一面に形成されたセンサチップと複数のパッドが一面に形成された基板とが、バンプを介して機械的及び電気的に接続された力学量センサが提案されている。
特開２００８−７６１５３号公報
ところで、センサチップと基板とを、バンプによって機械的及び電気的に接続する場合、接続時の荷重のためにセンサチップが湾曲し、この湾曲した状態でセンサチップと基板とが接続される。センサチップの中央領域が基板側に凸となるように湾曲した場合、センサチップにおける中央領域を取り囲む縁領域に設けられたパッドに接続されたバンプに応力集中が生じる。これによって、バンプに亀裂が生じたり、バンプとパッドとが剥離し易くなったりする。これとは反対に、センサチップの中央領域が基板側に凹となるように湾曲した場合、センサチップの中央領域に設けられたパッドに接続されたバンプに応力集中が生じる。これによって、バンプに亀裂が生じたり、バンプとパッドとが剥離し易くなったりする。このように、センサチップと基板とに機械的及び電気的な接続不良が生じた場合、センサチップの出力信号にノイズが生じる虞がある。
これに対して、特許文献１に示される力学量センサでは、上記したような、センサチップと基板とに接続不良が生じたか否かを判定する構成とはなっていない。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、接続不良が生じたか否かを判定することができる力学量センサ、及び該力学量センサの製造方法を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体基板、該半導体基板の一面側に形成された力学量を検出するセンサ部、及び該センサ部と電気的に接続された第１パッドを備えるセンサチップと、基板、及び第１パッドに対応して基板の一面に形成された第２パッドを備える基材と、第１パッドと第２パッドとを、機械的及び電気的に接続するバンプと、を備える力学量センサであって、第１パッドは、センサ部の信号を外部に出力するための第１出力パッドを含み、第１出力パッドの少なくとも１つは、半導体基板の第１パッド形成面における中央領域を取り囲む縁領域に配置され、半導体基板は、中央領域が縁領域に対して、基材側に凸となるように湾曲していることを特徴する。
このように本発明によれば、半導体基板は、自身の中央領域が凸となるように、基材側に湾曲しており、半導体基板の中央から縁に向かうにしたがって、半導体基板と基板との対向距離が長くなっている。したがって、半導体基板の縁領域に形成された第１パッドと、対応する第２パッドとを接続するバンプ（以下、縁バンプと示す）には、応力の作用方向が半導体基板と基板とが互いに離反する方向である引張応力が作用する。これにより、縁バンプに亀裂が生じたり、縁バンプとパッドとが剥離したりし易い構成、すなわち、縁バンプにて接続不良が生じ易い構成となっている。
また、本発明では、第１出力パッドの少なくとも１つが、縁領域に配置された構成となっており、縁領域に配置された第１出力パッドと縁バンプとが接続されている。このように、第１出力パッドから出力される出力信号に、縁バンプの接続不良の影響が生じる構成となっているので、縁バンプと接続された第１出力パッドの出力信号の変動を検査することで、縁バンプに接続不良が生じているか否かを判定することができる。
なお、縁バンプに接続不良が生じている場合、第１出力パッドと、該第１出力パッドに対応する第２パッドとの接続抵抗が上昇するので、出力信号の振幅が期待値よりも減少する。したがって、出力信号の振幅が期待値よりも減少したか否かを判定することで、センサチップと基材とに接続不良が生じているか否かを判定することができる。
請求項２に記載のように、第１出力パッドの全てが、縁領域に配置された構成が好ましい。これによれば、出力信号の変動の全てを検査することができる。これにより、第１出力パッドの一部が縁領域に配置された構成と比べて、センサチップと基材とに接続不良が生じているか否かを精度良く判定することができる。
請求項３に記載のように、第１出力パッドを除く、第１パッドの全てが、中央領域に配置された構成が好ましい。入力信号に接続不良の影響が生じると、出力信号の振幅ではなく、出力信号の波形が変動するために、出力信号と期待値とを比べることが困難となる。請求項３に記載の発明によれば、入力信号に縁バンプの接続不良の影響が生じ難くなっているので、センサチップと基材とに接続不良が生じているか否かを精度良く判定することができる。
上記した目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、半導体基板、該半導体基板の一面側に形成された力学量を検出するセンサ部、及び該センサ部と電気的に接続された第１パッドを備えるセンサチップと、基板、及び第１パッドに対応して基板の一面に形成された第２パッドを備える基材と、第１パッドと第２パッドとを、機械的及び電気的に接続するバンプと、を備える力学量センサであって、第１パッドは、センサ部の信号を外部に出力するための第１出力パッドを含み、第１出力パッドの少なくとも１つは、半導体基板の第１パッド形成面における縁領域によって囲まれた中央領域に配置され、半導体基板は、中央領域が縁領域に対して、基材側に凹となるように湾曲していることを特徴する。
このように本発明によれば、半導体基板は、自身の中央領域が凹となるように、基材側に湾曲しており、半導体基板の中央から縁に向かうにしたがって、半導体基板と基板との対向距離が短くなっている。したがって、半導体基板の中央領域に形成された第１パッドと、対応する第２パッドとを接続するバンプ（以下、中央バンプと示す）には、応力の作用方向が半導体基板と基板とが互いに離反する方向である引張応力が作用する。これにより、中央バンプに亀裂が生じたり、中央バンプとパッドとが剥離したりし易い構成、すなわち、中央バンプにて接続不良が生じ易い構成となっている。
また、本発明では、第１出力パッドの少なくとも１つが、中央領域に配置された構成となっており、中央領域に配置された第１出力パッドと中央バンプとが接続されている。このように、第１出力パッドから出力される出力信号に、中央バンプの接続不良の影響が生じる構成となっているので、中央バンプと接続された第１出力パッドの出力信号の変動を検査することで、中央バンプに接続不良が生じているか否かを判定することができる。
請求項５に記載のように、第１出力パッドの全てが、中央領域に配置された構成が好ましい。これによれば、請求項２に記載の発明と同様に、出力信号の変動の全てを検査することができる。これにより、第１出力パッドの一部が中央領域に配置された構成と比べて、センサチップと基材とに接続不良が生じているか否かを精度良く判定することができる。
請求項６に記載のように、第１出力パッドを除く、第１パッドの全てが、縁領域に配置された構成が好ましい。これによれば、入力信号に中央バンプの接続不良の影響が生じ難くなっているので、センサチップと基材とに接続不良が生じているか否かを精度良く判定することができる。
第１パッドの配置位置としては、例えば請求項７に記載のように、中央領域内にて交差する十字線上を採用することができる。
請求項４〜６いずれか１項に係る発明において、中央領域に配置された第１出力パッドを除く他の第１パッドの配置位置としては、例えば請求項８に記載のように、縁領域を採用することができる。
請求項９に記載のように、センサ部は、力学量として角速度を検出する構成を採用することができる。
請求項９に記載のセンサ部の具体的な構成としては、請求項１０に記載のように、センサ部は、対をなす検出部を有し、該検出部は、アンカーと、該アンカーと第１駆動梁を介して連結された駆動フレームと、該駆動フレームと検出梁を介して連結された検出フレームと、該検出フレームに設けられた第１検出電極と、該第１検出電極と対向する第２検出電極と、該第２検出電極の出力信号に基づいて、検出フレームの変位を抑制するサーボ電極と、駆動フレームに設けられた第１駆動電極と、該第１駆動電極と対向する第２駆動電極と、該第２駆動電極が設けられた第２駆動梁と、を有し、第１出力パッドに、第２検出電極に設けられたパッドが含まれ、第１出力パッドを除く他の第１パッドに、アンカーに設けられたパッド、サーボ電極に設けられたパッド、及び第２駆動梁に設けられたパッドが含まれる構成を採用することができる。また、請求項１０に記載の発明の具体的な構成としては、請求項１１に記載のように、検出部は、駆動フレームに設けられた第１モニター電極と、該第１モニター電極と対向する第２モニター電極と、該第２モニター電極が設けられたモニター梁と、を有し、第１出力パッドに、モニター梁に設けられたパッドが含まれる構成を採用することができる。
請求項１２に記載のように、センサ部は、力学量として加速度を検出する構成を採用することができる。
請求項１３に記載のように、力学量センサの具体的な構成としては、内部空間を有する、センサチップと基材とを収納するパッケージを備え、パッケージの内面に内部端子が形成され、該内部端子と電気的に接続された内部配線がパッケージの内部に形成され、該内部配線と電気的に接続された外部端子がパッケージの外面に形成されており、基材は、基板の一面に、センサチップの出力信号を処理する回路部が形成された回路チップであり、基板の一面には、第２パッドの他に、内部端子と配線を介して電気的に接続される外部パッドが設けられており、基板の一面の裏面に接着剤が設けられ、該接着剤を介して、基板はパッケージの底部内面に固定された構成を採用することができる。
半導体基板と基板との構成としては、例えば請求項１４に記載のように、第１パッド形成面が半導体基板の一面に相当し、半導体基板の一面と基板の一面とが対向している構成を採用することができる。または、請求項１５に記載のように、第１パッド形成面が半導体基板の一面の裏面に相当し、第１パッドが、半導体基板の一面とその裏面とを貫通する貫通電極における裏面側に露出された部位に相当し、半導体基板の裏面と基板の一面とが対向している構成を採用することができる。
なお、請求項１６に記載の発明の作用効果は、請求項１〜３いずれか１項に記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。
また、請求項１７に記載の発明の作用効果は、請求項４〜６いずれか１項に記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。
力学量センサの概略構成を示す断面図である。 センサチップの概略構成を示す平面図である。 図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 パッドの配置状態を説明するための平面図である。 バンプの配置状態を説明するための平面図である。 センサチップの湾曲状態を説明するための断面図であり、（ａ）はセンサチップの中央領域が回路チップ側に凸の状態、（ｂ）はセンサチップの中央領域が回路チップ側に凹の状態を示す。 出力パッドが縁領域に配置された状態を示す平面図であり、（ａ）はセンサパッドの配置が十字状、（ｂ）はセンサパッドの配置が斜め十字状を示す。 出力パッドが中央領域に配置された状態を示す平面図であり、（ａ）は出力パッドを除く他のセンサパッドの配置が棒状、（ｂ）は出力パッドを除く他のセンサパッドの配置が枠状、（ｃ）は出力パッドを除く他のセンサパッドの配置が円状を示す。
以下、本発明を、特許請求の範囲に記載のセンサ部が力学量として角速度を検出する部位であり、特許請求の範囲に記載の基材が回路チップである場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、力学量センサの概略構成を示す断面図である。図２は、センサチップの概略構成を示す平面図である。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、パッドの配置状態を説明するための平面図である。図５は、バンプの配置状態を説明するための平面図である。図６は、センサチップの湾曲状態を説明するための断面図であり、（ａ）はセンサチップの中央領域が回路チップ側に凸の状態、（ｂ）はセンサチップの中央領域が回路チップ側に凹の状態を示す。なお、以下においては、半導体基板１１の一面１１ａに沿う方向であり、後述する駆動フレーム２４ａ，２４ｂの振動方向をＸ方向と示し、一面１１ａに沿う方向であり、Ｘ方向に対して垂直な方向をＹ方向と示し、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向をＺ方向と示す。また、センサチップ１０をＹ方向において２等分する、Ｘ方向に沿う第１仮想直線ｓを一点鎖線で示し、センサチップ１０をＸ方向において２等分する、Ｙ方向に沿う第２仮想直線ｔを二点鎖線で示す。これら２つの仮想直線ｓ，ｔは、半導体基板１１の中央領域内にて交差するようになっており、仮想直線ｓ，ｔによって構成される十字線が、特許請求の範囲に記載の十字線に相当する。
力学量センサ１００は、図１に示すように、センサチップ１０と、回路チップ５０と、バンプ７０と、パッケージ９０と、を有する。センサチップ１０と回路チップ５０とが、パッケージ９０によって構成される内部空間に収納され、センサチップ１０と回路チップ５０とが、バンプ７０を介して機械的及び電気的に接続されている。そして、回路チップ５０とパッケージ９０とが、接着剤９１を介して機械的に接続され、回路チップ５０とパッケージ９０とが、配線９２を介して電気的に接続されている。
センサチップ１０は、図２及び図３に示すように、半導体基板１１と、該半導体基板１１の一面１１ａ側に形成されたセンサ部２０と、該センサ部２０と電気的に接続されたセンサパッド４０と、を有する。半導体基板１１は、第１半導体層１２と、絶縁層１３と、第２半導体層１４とが順次積層されてなるＳＯＩ基板であり、センサ部２０は、周知の露光技術を用いて、一面１１ａ側、すなわち第２半導体層１４側に形成されている。なお、一面１１ａは特許請求の範囲に記載の第１パッド形成面に相当し、センサパッド４０は特許請求の範囲に記載の第１パッドに相当する。
センサ部２０は、角速度を検出するものであり、図２及び図３に示すように、要部として、対をなす検出部２１ａ，２１ｂを有する。検出部２１ａは、センサ部２０における第２仮想直線ｔによって分断された紙面左側の部位に相当し、検出部２１ｂは、センサ部２０における第２仮想直線ｔによって分断された紙面右側の部位に相当する。以下、検出部２１ａを詳説するが、検出部２１ａと検出部２１ｂとは同等の構造を有しているために、検出部２１ｂについては、検出部２１ａと検出部２１ｂとの対応関係を説明するにとどめることとする。
検出部２１ａは、角速度を検出する主な部位として、アンカー２２ａと、該アンカー２２ａと第１駆動梁２３ａを介して連結された駆動フレーム２４ａと、該駆動フレーム２４ａと検出梁２５ａを介して連結された検出フレーム２６ａと、該検出フレーム２６ａに設けられた第１検出電極２７ａと、該第１検出電極２７ａと対向する第２検出電極２８ａと、該第２検出電極２８ａの出力信号に基づいて、検出フレーム２６ａのＹ方向への変位を抑制するサーボ電極２９ａと、を有する。
また、検出部２１ａは、駆動フレーム２４ａを駆動する主な部位として、駆動フレーム２４ａに設けられた第１駆動電極３０ａと、該第１駆動電極３０ａと対向する第２駆動電極３１ａと、該第２駆動電極３１ａが設けられた第２駆動梁３２ａと、を有する。
更に、検出部２１ａは、駆動フレーム２４ａの駆動状態（振動状態）を監視する部位として、駆動フレーム２４ａに設けられた第１モニター電極３３ａと、該第１モニター電極３３ａと対向する第２モニター電極３４ａと、該第２モニター電極３４ａが設けられたモニター梁３５ａと、を有する。
上記した、検出部２１ａの構成要素２２ａ〜３５ａは、半導体基板１１の第２半導体層１４と絶縁層１３とをパターンエッチングすることで形成される。そして、これら構成要素２２ａ〜３５ａのうち、アンカー２２ａ，第２検出電極２８ａ、サーボ電極２９ａ、第２駆動電極３１ａ、第２駆動梁３２ａ、第２モニター電極３４ａ、及びモニター梁３５ａは、絶縁層１３を介して第１半導体層１２に固定されている。したがって、上記した第１半導体層１２に固定された検出部２１ａの構成要素は、第１半導体層１２に対して変位不可能となっている。
これに対して、検出部２１ａの構成要素２２ａ〜３５ａのうち、第１駆動梁２３ａ、駆動フレーム２４ａ、検出梁２５ａ、検出フレーム２６ａ、第１検出電極２７ａ、第１駆動電極３０ａ、及び第１モニター電極３３ａは、第２半導体層１４の下部に位置する絶縁層１３が犠牲相エッチングによって除去されて、浮遊状態となっている。したがって、上記した浮遊状態となった検出部２１ａの構成要素は、第１半導体層１２に対してＸ方向及びＹ方向に変位可能となっている。
次に、検出部２１ａの構成要素２２ａ〜３５ａの代表的な部位を説明する。アンカー２２ａは、第１駆動梁２３ａを介して、駆動フレーム２４ａを支持する機能を果たす。図２に示すように、紙面の中央に配置されたアンカー２２ａの１つには第１センサパッド４１が設けられており、該第１センサパッド４１に、ＤＣ電圧が入力されるようになっている。該ＤＣ電圧は、第１駆動梁２３ａを介して駆動フレーム２４ａに入力されるとともに、第１駆動梁２３ａ、駆動フレーム２４ａ、及び検出梁２５ａを介して検出フレーム２６ａに入力される。これにより、駆動フレーム２４ａ及び検出フレーム２６ａが、ＤＣ電圧と等電位となっている。
駆動フレーム２４ａは、後述する静電気力によって、Ｘ方向へ振動するものである。駆動フレーム２４ａは枠形状をなし、その外環部に第１駆動梁２３ａが連結され、第１駆動電極３０ａと、第１モニター電極３３ａとが設けられている。上記したように、駆動フレーム２４ａはＤＣ電圧と等電位となっているので、駆動フレーム２４ａに設けられた電極３０ａ，３３ａの電位も、ＤＣ電圧と等電位となっている。また、駆動フレーム２４ａの内環部には、検出梁２５ａが連結され、該検出梁２５ａを介して検出フレーム２６ａと連結されている。これにより、駆動フレーム２４ａのＸ方向の振動に伴って、検出フレーム２６ａもＸ方向に振動可能となっている。
検出フレーム２６ａは、駆動フレーム２４ａのＸ方向への振動にともなって、Ｘ方向へ振動するものである。検出フレーム２６ａは、駆動フレーム２４ａの内環部によって構成された領域内に配置され、枠形状をなす。検出フレーム２６ａの外環部には検出梁２５ａが連結され、その内環部には第１検出電極２７ａが設けられている。上記したように、検出フレーム２６ａはＤＣ電圧と等電位となっているので、検出フレーム２６ａに設けられた第１検出電極２７ａの電位も、ＤＣ電圧と等電位となっている。
第２検出電極２８ａ、及びサーボ電極２９ａは、検出フレーム２６ａの内環部によって構成された領域内に配置され、それぞれ、第１検出電極２７ａと、Ｙ方向にて対向している。第２検出電極２８ａには第２センサパッド４２が設けられており、該第２センサパッド４２から、第１検出電極２７ａと第２検出電極２８ａとによって構成される第１コンデンサの静電容量変化が出力されるようになっている。また、サーボ電極２９ａには第３センサパッド４３が設けられており、該第３センサパッド４３に、検出フレーム２６ａのＹ方向への変位を抑制するサーボ電圧が入力されるようになっている。本実施形態では、上記した第２センサパッド４２の出力信号に基づいて決定されるサーボ電圧を、角速度を決定する物理量として検出している。
第１駆動電極３０ａと第２駆動電極３１ａは、駆動フレーム２４ａを加振するものである。第２駆動電極３１ａが設けられた第２駆動梁３２ａには、第４センサパッド４４が設けられており、第２駆動梁３２ａを介して第４センサパッド４４から第２駆動電極３１ａに、極性が一定周期で変動する駆動電圧が入力されるようになっている。上記したように、第１駆動電極３０ａはＤＣ電圧と等電位になっているので、第１駆動電極３０ａと第２駆動電極３１ａとによって構成される第２コンデンサに、ＤＣ電圧と駆動電圧とによって決定される電圧に比例する静電気力が生じる。この静電気力におけるＸ方向に沿う力によって、第１駆動電極３０ａが設けられた駆動フレーム２４ａがＸ方向に変位する。駆動電圧は一定周期で極性が変動するので、第１駆動電極３０ａに作用する静電気力の作用方向もＸ方向にて一定周期で変動する。これにより、第１駆動電極３０ａが設けられた駆動フレーム２４ａがＸ方向にて一定周期で振動する。
第１モニター電極３３ａと第２モニター電極３４ａは、駆動フレーム２４ａの駆動状態（振動状態）を監視するものである。第２モニター電極３４ａが設けられたモニター梁３５ａには、第５センサパッド４５が設けられており、該第５センサパッド４５から、第１モニター電極３３ａと第２モニター電極３４ａとによって構成される第３コンデンサの静電容量変化が出力されるようになっている。上記したように、第１モニター電極３３ａはＤＣ電圧と等電位となっているので、第２モニター電極３４ａには、ＤＣ電圧に依存する電圧が生じることが期待される。本実施形態では、第２モニター電極３４ａの出力信号を監視することで、駆動フレーム２４ａの振動状態を監視している。
次に、検出部２１ｂと検出部２１ａとの対応関係を説明する。検出部２１ｂの構成要素２２ｂ〜３５ｂと、検出部２１ａの構成要素２２ａ〜３５ａとは、以下の対応関係となっている。アンカー２２ｂはアンカー２２ａに、第１駆動梁２３ｂは第１駆動梁２３ａに、駆動フレーム２４ｂは駆動フレーム２４ａに、検出梁２５ｂは検出梁２５ａに、検出フレーム２６ｂは検出フレーム２６ａに、第１検出電極２７ｂは第１検出電極２７ａに、第２検出電極２８ｂは第２検出電極２８ａに、サーボ電極２９ｂはサーボ電極２９ａに対応する。また、第１駆動電極３０ｂは第１駆動電極３０ａに、第２駆動電極３１ｂは第２駆動電極３１ａに、第２駆動梁３２ｂは第２駆動梁３２ａに対応する。更に、第１モニター電極３３ｂは第１モニター電極３３ａに、第２モニター電極３４ｂは第２モニター電極３４ａに、モニター梁３５ｂはモニター梁３５ａに対応する。
なお、図２に示すように、紙面の中央に配置された第２駆動梁３２ａと第２駆動梁３２ｂとは一体となっている。また、紙面の中央に配置されたアンカー２２ｂの１つにも第１センサパッド４１が設けられ、第２検出電極２８ｂにも第２センサパッド４２が設けられ、サーボ電極２９ｂにも第３センサパッド４３が設けられ、第２駆動梁３２ｂにも第４センサパッド４４が設けられ、モニター梁３５ｂにも第５センサパッド４５が設けられている。
次に、検出部２１ａと検出部２１ｂの駆動について説明する。図１に示すように、検出部２１ａの主な構成要素である駆動フレーム２４ａと、検出部２１ｂの主な構成要素である駆動フレーム２４ｂとは、連結梁１５を介して連結されている。そして、上記した第４センサパッド４４には、駆動フレーム２４ａと駆動フレーム２４ｂとが、Ｘ方向にて逆位相で練成振動するように駆動電圧が印加される。図２における、紙面の中央に配置された第２駆動梁３２ａ，３２ｂに設けられた第４センサパッド４４に印加される駆動電圧の極性と、紙面の左右に配置された第２駆動梁３２ａ，３２ｂに設けられた第４センサパッド４４に印加される駆動電圧の極性とを反転することで、駆動フレーム２４ａに作用する静電気力と駆動フレーム２４ｂに作用する静電気力の作用方向とをＸ方向にて逆向きにしている。これにより、駆動フレーム２４ａと駆動フレーム２４ｂとをＸ方向にて逆位相で練成振動している。
駆動フレーム２４ａと駆動フレーム２４ｂ（検出フレーム２６ａと検出フレーム２６ｂ）がＸ方向にて逆位相で振動している状態で、Ｚ方向に角速度が印加されると、検出フレーム２６ａ，２６ｂに、コリオリ力がＹ方向に作用する。検出フレーム２６ａ，２６ｂがコリオリ力によってＹ方向に変位すると、それに伴って、検出フレーム２６ａ，２６ｂに設けられた第１検出電極２７ａ，２７ｂもＹ方向に変位する。これにより、第１検出電極２７ａ（２７ｂ）と第２検出電極２８ａ（２８ｂ）間の電極間隔が変位し、第２コンデンサの静電容量が変化する。この静電容量変化は、第２検出電極２８ａ（２８ｂ）に設けられた第２センサパッド４２、バンプ７０、及び回路チップ５０の回路パッド５４を介して、回路チップ５０に入力される。そして、回路チップ５０では、上記した静電容量変化に基づいて、検出フレーム２６ａ，２６ｂがＹ方向に変位することを抑制するサージ電圧が算出される。算出されたサージ電圧は、回路パッド５４、バンプ７０、及び第３センサパッド４３を介してサージ電極２９ａ，２９ｂに入力される。
ところで、コリオリ力の作用方向は、振動方向に依存する性質を有している。上記したように、検出フレーム２６ａと検出フレーム２６ｂはＸ方向にて逆位相で練成振動しているので、検出フレーム２６ａに印加されるコリオリ力と、検出フレーム２６ｂに印加されるコリオリ力の作用方向は逆向きとなる。これにより、第１検出電極２７ａと第２検出電極２８ａとによって構成される第２コンデンサの静電容量の増減と、第１検出電極２７ｂと第２検出電極２８ｂとによって構成される第２コンデンサの静電容量の増減とが、逆向きとなる。すなわち、一方の第２コンデンサの静電容量が増大した場合、他方の第２コンデンサの静電容量が減少する。したがって、上記した２つの第２コンデンサの差分を算出することで、角速度に依存する静電容量を検出することができる。上記した差分は、回路チップ５０にて行われる。
回路チップ５０は、半導体基板５１と、該半導体基板５１の一面５１ａに構成された、センサチップ１０の出力信号を処理する回路部５２と、該回路部５２と電気的に接続されたパッド５３と、を有する。パッド５３は、センサパッド４０と対応する回路パッド５４と、配線９２と電気的に接続される外部パッド５５と、を有する。本実施形態に係る回路部５２は、上記した機能のほかに、センサチップ１０に制御信号を入力する機能も果たす。制御信号は、上記したＤＣ電圧と、駆動電圧と、サージ電圧と、後述する一定電圧である。なお、半導体基板５１の一面５１ａは特許請求の範囲に記載の基板の一面に相当し、回路パッド５４は特許請求の範囲に記載の第２パッドに相当する。本実施形態では、半導体基板１１の一面１１ａと、半導体基板５１の一面５１ａとが対向している。
パッケージ９０は、図１に示すように、箱状の収納部９３と、該収納部９３の開口部９３ａを閉塞する蓋部９４と、を有する。収納部９３の底部内面には接着剤９１が設けられており、該接着剤９１を介して収納部９３と回路チップ５０とが機械的に接続されている。収納部９３は、側部内面に設けられた内部端子９５と、側部内部に設けられた内部配線９６と、底部外面に設けられた外部端子９７と、を有する。上記した内部端子９５と、回路チップ５０の外部パッド５５とが配線９２を介して電気的に接続され、これによって、回路チップ５０と外部装置（図示略）とが、外部パッド５５、配線９２、内部端子９５、内部配線９６、及び外部端子９７を介して、電気的に接続可能となっている。なお、収納部９３と蓋部９４とは、ろう付けによって、機械的に接続されている。
力学量センサ１００の特徴点を説明する前に、先ず、センサパッド４０を説明する。センサパッド４０は、上記した、アンカー２２ａ，２２ｂに設けられた第１センサパッド４１、第２検出電極２８ａ，２８ｂに設けられた第２センサパッド４２、サージ電極２９ａ，２９ｂに設けられた第３センサパッド４３、第２駆動梁３２ａ，３２ｂに設けられた第４センサパッド４４、及びモニター梁３５ａ，３５ｂに設けられた第５センサパッド４５の他に、パターンエッチング加工されていない第２半導体層１４に設けられた第６センサパッド４６を有する。該第６センサパッド４６には、回路チップ５０から一定電圧が入力されるようになっており、該一定電圧によってセンサチップ１０の電位が一定に保たれるようになっている。
次に、本実施形態に係る力学量センサ１００の２つの特徴点を説明する。第１の特徴点は、半導体基板１１の一面１１ａに形成されたセンサパッド４０の配置である。第２の特徴点は、センサチップ１０の湾曲である。
以下、第１の特徴点を説明する。センサパッド４１〜４６それぞれは、図４に示すように、仮想直線ｓ，ｔ上、すなわち、特許請求の範囲に示される十字線上に配置されている。そして、センサチップ１０の信号を出力する第２センサパッド４２、及び第５センサパッド４５の一部が、半導体基板１１の一面１１ａにおける中央領域Ｐ（図４において破線で囲まれた領域）を取り囲む領域である縁領域Ｑに配置されている。上記したセンサパッド４２，４５はセンサチップ１０の信号を外部に出力する機能を果たすので、センサパッド４２，４５はセンサチップ１０の出力パッド、とみなすことができる。したがって、上記した配置を別の言葉で表現すれば、出力パッドの一部が縁領域Ｑに配置されている、と表現することができる。以上が、第１の特徴点である。センサパッド４２，４５は、特許請求の範囲に記載の第１出力パッドに相当する。
なお、バンプ７０はセンサパッド４０と接続されるので、図５に示すように、バンプ７０もセンサパッド４０と同様に、仮想直線ｓ，ｔ上に配置される。したがって、バンプ７０も、中央領域Ｐと縁領域Ｑとに配置されることとなる。したがって、バンプ７０は、中央領域Ｐに配置された中央バンプ７１と、縁領域Ｑに配置された縁バンプ７２と、に分類することができる。図４及び図５においては、便宜上、センサパッド４２，４５、及び縁バンプ７２を黒く塗りつぶしている。
次に、第２の特徴点を説明する。図６（ａ）に示すように、センサチップ１０（半導体基板１１）は、回路チップ５０（半導体基板５１）側に、自身の中央領域Ｐが凸となるように湾曲した状態で、バンプ７０を介して回路チップ５０と接続されている。これにより、半導体基板１１の中央領域Ｐから縁領域Ｑに向かうにしたがって、半導体基板１１と半導体基板５１との対向距離が長くなっている。したがって、半導体基板１１の縁領域Ｑに形成されたセンサパッド４０と、該センサパッド４０と対応する回路パッド５４とを接続する縁バンプ７２に、応力の作用方向が半導体基板１１と半導体基板５１とが互いに離反する方向である引張応力が作用する。これにより、縁バンプ７２に亀裂が生じたり、縁バンプ７２とパッド４０，５３とが剥離したりし易い構成となっている。すなわち、縁バンプ７２にて接続不良が生じ易い構成となっている。以上が、第２の特徴点である。
なお、上記した湾曲状態は、センサチップ１０と回路チップ５０とをバンプ７０を介して機械的及び電気的に接続する工程において、センサチップ１０に印加する圧力を、縁領域Ｑよりも中央領域Ｐの方を強くすることで実現している。このセンサチップ１０と回路チップ５０とを接続する工程が、特許請求の範囲に記載の接続工程に相当する。
次に、本実施形態に係る力学量センサ１００、及び力学量センサ１００の製造方法の作用効果を説明する。第１の特徴点で説明したように、センサチップ１０の信号を外部に出力するセンサパッド４２，４５の一部が縁領域Ｑに配置されているので、縁領域Ｑに配置されたセンサパッド４２，４５と縁バンプ７２とが接続された構成となっている。また、第２の特徴点で説明したように、縁バンプ７２に亀裂が生じたり、縁バンプ７２とパッド４０，５３とが剥離したりし易い構成となっているので、センサパッド４２，４５から出力される出力信号に、縁バンプ７２の接続不良の影響が生じる構成となっている。これにより、縁バンプ７２と接続されたセンサパッド４２，４５の出力信号の変動を検査することで、縁バンプ７２に接続不良が生じているか否かを判定することができる。縁バンプ７２に接続不良が生じている場合、センサパッド４０と、該センサパッド４０と対応する回路パッド５３との接続抵抗が上昇するので、出力信号の振幅が期待値よりも減少する。したがって、出力信号の振幅が期待値よりも減少したか否かを判定することで、センサチップ１０と回路チップ５０とに接続不良が生じているか否かを判定することができる。
なお、本実施形態では、第２センサパッド４２の出力信号に基づいて決定されるサーボ電圧を、角速度を決定する物理量として検出している。このように、常に振動している第１検出電極２７ａと第２検出電極２８ａとによって構成される第１コンデンサの静電容量変化ではなく、常に振動を抑制しようと働いているサーボ電極２９ａに入力されるサーボ電圧によって角速度を検出しているので、振動による角速度の検出精度の低下を抑制することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
本実施形態では、特許請求の範囲に記載のセンサ部が、力学量として角速度を検出する部位である場合を示した。しかしながら、センサ部としては上記例に限定されず、例えば、力学量として加速度を検出する部位を採用することができる。
本実施形態では、基材が回路チップである場合を示した。しかしながら、基材としては上記例に限定されず、例えば、端子ピッチが異なる基板間を電気的に中継するインターポーザを採用することができる。
本実施形態では、図１及び図４に示すように、センサパッド４２，４５の一部が縁領域Ｑに配置された例を示した。しかしながら、センサパッド４２，４５の全てが縁領域Ｑに配置された構成を採用することもできる。これによれば、接続不良による出力信号の変動の全てを検査することができるので、センサパッド４２，４５の一部が縁領域Ｑに配置された構成と比べて、センサチップ１０と回路チップ５０とに接続不良が生じているか否かを精度良く判定することができる。
本実施形態では、図１及び図４に示すように、センサパッド４０における、センサパッド４２，４５を除くセンサパッド４１，４３，４４，４６が中央領域Ｐと縁領域Ｑに配置される例を示した。しかしながら、センサパッド４１，４３，４４，４６の全てが中央領域に配置された構成を採用することもできる。入力信号に接続不良の影響が生じた場合、出力信号の振幅ではなく、出力信号の波形が変動するために、出力信号と期待値とを比べることが困難となる。例えば、センサパッド４４と接続されたバンプ７０に接続不良が生じた場合、センサパッド４４から出力される駆動信号が変動し、検出フレーム２６ａ，２６ｂの振動状態が変化する。これによって、センサパッド４２，４５から出力される信号の波形が変動する虞がある。これに対して、上記構成は、入力信号にバンプ７０の接続不良の影響が生じ難くなっているので、センサチップ１０と回路チップ５０とに接続不良が生じているか否かを精度良く判定することができる。
本実施形態では、図１及び図６（ａ）に示すように、半導体基板１１の一面１１ａと、半導体基板５１の一面５１ａとが対向する例を示した。しかしながら、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１１の裏面１１ｂと、半導体基板５１の一面５１ａとが対向する構成を採用することもできる。この場合、図示しないが、半導体基板１１には、一面１１ａと裏面１１ｂとを貫通する貫通電極が形成され、センサパッド４０は、貫通電極における裏面１１ｂ側に露出された部位に相当する。また、この場合、裏面１１ｂが、特許請求の範囲に記載の第１パッド形成面に相当する。
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、半導体基板１１は、半導体基板５１側に、自身の中央領域Ｐが凸となるように湾曲した状態で、バンプ７０を介して回路チップ５０と接続される例を示した。しかしながら、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１１を、半導体基板５１側に、自身の中央領域Ｐが凹となるように湾曲した状態で、バンプ７０を介して回路チップ５０と接続しても良い。なお、この場合、図８に示すように、センサチップ１０の信号を外部に出力する機能を果たすセンサパッド４２，４５は、中央領域Ｐに配置される。また、上記した湾曲状態は、センサチップ１０と回路チップ５０とをバンプ７０を介して接続する際に、センサチップ１０に印加する圧力を、中央領域Ｐよりも縁領域Ｑの方を強くすることで実現される。このセンサチップ１０と回路チップ５０とを接続する工程が、特許請求の範囲に記載の接続工程に相当する。
上記した半導体基板１１と半導体基板５１との接続状態の場合、半導体基板１１の中央領域Ｐから縁領域Ｑに向かうにしたがって、半導体基板１１と半導体基板５１との対向距離が短くなる。したがって、半導体基板１１の中央領域Ｐに形成されたセンサパッド４０と、該センサパッド４０と対応する回路パッド５４とを接続する中央バンプ７１に、応力の作用方向が半導体基板１１と半導体基板５１とが互いに離反する方向である引張応力が作用する。これにより、中央バンプ７１に亀裂が生じたり、中央バンプ７１とパッド４０，５３とが剥離したりし易い構成となっている。すなわち、中央バンプ７１にて接続不良が生じ易い構成となっている。上記したように、中央領域Ｐにセンサパッド４２，４５が配置されているので、センサパッド４２，４５から出力される出力信号に、中央バンプ７１の接続不良の影響が生じる構成となっている。これにより、中央バンプ７１と接続されたセンサパッド４２，４５の出力信号の変動を検査することで、中央バンプ７１に接続不良が生じているか否かを判定することができる。なお、図６（ｂ）においては、半導体基板１１の裏面１１ｂと、半導体基板５１の一面５１ａとが対向する構成となっている。しかしながら、本変形例は上記例に限定されず、半導体基板１１の一面１１ａと、半導体基板５１の一面５１ａとが対向する構成を採用することもできる。
本実施形態では、図４及び図７（ａ）に示すように、センサパッド４０が、仮想直線ｓ，ｔ上に配置される例を示した。しかしながら、センサパッド４０の配置は、上記例に限定されず、例えば図７（ｂ）及び図８に示す配置を採用することができる。図７（ｂ）においては、センサパッド４０が、紙面の左右上下方向に対して斜めに配置されており、センサパッド４２，４５が、縁領域Ｑに配置されている。図８（ａ）においては、センサパッド４２，４５が中央領域Ｐに配置され、センサパッド４２，４５を除くセンサパッド４０が縁領域Ｑにおいて棒状に配置されている。図８（ｂ）においては、センサパッド４２，４５が中央領域Ｐに配置され、センサパッド４２，４５を除くセンサパッド４０が縁領域Ｑにおいて枠状に配置されている。図８（ｃ）においては、センサパッド４２，４５が中央領域Ｐに配置され、センサパッド４２，４５を除くセンサパッド４０が縁領域Ｑにおいて円状に配置されている。もちろん、図８（ｃ）に示すように、センサパッド４２，４５を除くセンサパッド４０の一部が、中央領域Ｐ内に配置されても良い。なお、図７及び図８においては、便宜上、センサパッド４２，４５を黒く塗りつぶしている。図７は、出力パッドが縁領域に配置された状態を示す平面図であり、（ａ）はセンサパッドの配置が十字状、（ｂ）はセンサパッドの配置が斜め十字状を示す。図８は、出力パッドが中央領域に配置された状態を示す平面図であり、（ａ）は出力パッドを除く他のセンサパッドの配置が棒状、（ｂ）は出力パッドを除く他のセンサパッドの配置が枠状、（ｃ）は出力パッドを除く他のセンサパッドの配置が円状を示す。
１０・・・センサチップ
２０・・・センサ部
４０・・・センサパッド
５０・・・回路チップ
７０・・・バンプ
９０・・・パッケージ
１００・・・力学量センサ

Claims (17)

  1. 半導体基板、該半導体基板の一面側に形成された力学量を検出するセンサ部、及び該センサ部と電気的に接続された第１パッドを備えるセンサチップと、
    基板、及び前記第１パッドに対応して前記基板の一面に形成された第２パッドを備える基材と、
    前記第１パッドと前記第２パッドとを、機械的及び電気的に接続するバンプと、を備える力学量センサであって、
    前記第１パッドは、前記センサ部の信号を外部に出力するための第１出力パッドを含み、
    前記第１出力パッドの少なくとも１つは、前記半導体基板の第１パッド形成面における中央領域を取り囲む縁領域に配置され、
    前記半導体基板は、前記中央領域が前記縁領域に対して、前記基材側に凸となるように湾曲していることを特徴とする力学量センサ。
  2. 前記第１出力パッドの全てが、前記縁領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
  3. 前記第１出力パッドを除く、前記第１パッドの全てが、前記中央領域に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の力学量センサ。
  4. 半導体基板、該半導体基板の一面側に形成された力学量を検出するセンサ部、及び該センサ部と電気的に接続された第１パッドを備えるセンサチップと、
    基板、及び前記第１パッドに対応して前記基板の一面に形成された第２パッドを備える基材と、
    前記第１パッドと前記第２パッドとを、機械的及び電気的に接続するバンプと、を備える力学量センサであって、
    前記第１パッドは、前記センサ部の信号を外部に出力するための第１出力パッドを含み、
    前記第１出力パッドの少なくとも１つは、前記半導体基板の第１パッド形成面における縁領域によって囲まれた中央領域に配置され、
    前記半導体基板は、前記中央領域が前記縁領域に対して、前記基材側に凹となるように湾曲していることを特徴とする力学量センサ。
  5. 前記第１出力パッドの全てが、前記中央領域に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の力学量センサ。
  6. 前記第１出力パッドを除く、前記第１パッドの全てが、前記縁領域に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の力学量センサ。
  7. 前記第１パッドは、前記中央領域内にて交差する十字線上に配置されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の力学量センサ。
  8. 前記中央領域に配置された第１出力パッドを除く他の第１パッドは、前記縁領域に配置されていることを特徴とする請求項４〜６いずれか１項に記載の力学量センサ。
  9. 前記センサ部は、力学量として角速度を検出することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の力学量センサ。
  10. 前記センサ部は、対をなす検出部を有し、
    該検出部は、アンカーと、該アンカーと第１駆動梁を介して連結された駆動フレームと、該駆動フレームと検出梁を介して連結された検出フレームと、該検出フレームに設けられた第１検出電極と、該第１検出電極と対向する第２検出電極と、該第２検出電極の出力信号に基づいて、前記検出フレームの変位を抑制するサーボ電極と、前記駆動フレームに設けられた第１駆動電極と、該第１駆動電極と対向する第２駆動電極と、該第２駆動電極が設けられた第２駆動梁と、を有し、
    前記第１出力パッドに、前記第２検出電極に設けられたパッドが含まれ、
    前記第１出力パッドを除く他の第１パッドに、前記アンカーに設けられたパッド、前記サーボ電極に設けられたパッド、及び前記第２駆動梁に設けられたパッドが含まれることを特徴とする請求項９に記載の力学量センサ。
  11. 前記検出部は、前記駆動フレームに設けられた第１モニター電極と、該第１モニター電極と対向する第２モニター電極と、該第２モニター電極が設けられたモニター梁と、を有し、
    前記第１出力パッドに、前記モニター梁に設けられたパッドが含まれることを特徴とする請求項１０に記載の力学量センサ。
  12. 前記センサ部は、力学量として加速度を検出することを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の力学量センサ。
  13. 内部空間を有する、前記センサチップと前記基材とを収納するパッケージを備え、
    前記パッケージの内面に内部端子が形成され、該内部端子と電気的に接続された内部配線が前記パッケージの内部に形成され、該内部配線と電気的に接続された外部端子が前記パッケージの外面に形成されており、
    前記基材は、前記基板の一面に、前記センサチップの出力信号を処理する回路部が形成された回路チップであり、
    前記基板の一面には、前記第２パッドの他に、前記内部端子と配線を介して電気的に接続される外部パッドが設けられており、
    前記基板の一面の裏面に接着剤が設けられ、該接着剤を介して、前記基板は前記パッケージの底部内面に固定されていることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の力学量センサ。
  14. 前記第１パッド形成面は、前記半導体基板の一面に相当し、
    前記半導体基板の一面と前記基板の一面とが対向していることを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項に記載の力学量センサ。
  15. 前記第１パッド形成面は、前記半導体基板の一面の裏面に相当し、
    前記第１パッドは、前記半導体基板の一面とその裏面とを貫通する貫通電極における、裏面側に露出された部位に相当し、
    前記半導体基板の裏面と前記基板の一面とが対向していることを特徴とする請求項１〜１３いずれか１項に記載の力学量センサ。
  16. 請求項１〜３いずれか１項に記載の力学量センサの製造方法であって、
    前記センサチップと、前記基材とを、バンプを介して機械的及び電気的に接続する接続工程を有し、
    該接続工程において、前記センサチップの中央領域に印加する圧力を、前記センサチップの縁領域に印加する圧力よりも強くすることで、前記中央領域を前記縁領域に対して、前記基材側に凸となった状態で、前記センサチップと前記基材とをバンプを介して機械的及び電気的に接続することを特徴とする力学量センサの製造方法。
  17. 請求項４〜６いずれか１項に記載の力学量センサの製造方法であって、
    前記センサチップと、前記基材とを、バンプを介して機械的及び電気的に接続する接続工程を有し、
    該接続工程において、前記センサチップの中央領域に印加する圧力を、前記センサチップの縁領域に印加する圧力よりも弱くすることで、前記中央領域を前記縁領域に対して、前記基材側に凹となった状態で、前記センサチップと前記基材とをバンプを介して機械的及び電気的に接続することを特徴とする力学量センサの製造方法。
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