JP2010286407A - 圧力センサアレイ、圧力センサアレイ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 - Google Patents

Abstract

【課題】配線による熱的影響に左右されず、安定した動作が可能な構造を有する小型の圧力センサアレイを提供する。
【解決手段】圧力センサアレイは、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、第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、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、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、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素子を複数個、二次元的に配置してなる。前記圧力センサ素子は各々の外周域において、一端が前記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。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサアレイ、圧力センサアレイ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、小型化された半導体圧力センサアレイ、圧力センサアレイ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。

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、非特許文献１参照）。
従来の圧力センサ１１１の構造を図１１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を除いた外周域に配され、前記歪ゲージ１１５ごとに電気的に接続された導電部１１６等を備え、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。

このような圧力センサ１１１は、パッケージ化された状態で使用されるため、外部基板に実装されたときに小型化が図れることが重要となる。そこで、図１２に示すような構造、すなわち、一端が導電部１１６と電気的に接続し、他端が導電部の備えられた面とは異なる面に露呈するように、基板を貫通してなる貫通電極１１７を備えることにより、貫通電極１１７を介して圧力センサと外部基板の間を電気的に接続することが可能となり、小型のチップサイズパッケージを実現できる圧力センサの提案もなされている（例えば、特許文献１参照）。
また、微小な圧力変化を感知する必要があるため、ダイアフラム部１１４に余分な応力が加わらないように、例えば線膨張係数がシリコンに近いガラスの台座を使用したり、圧力センサを保護する樹脂をゲル状にしたり等、様々な工夫がなされている。

一方で、圧力センサをアレイ状に配置することにより、面状での圧力情報を得ようとする提案もなされている（例えば、特許文献２、３参照）。
図１３は、圧力センサアレイの代表的な構造を示す模式図である。
圧力センサアレイ２１１は、上述の圧力センサ１１１と同様、圧力変化を感知するダイアフラム部２１４、該ダイアフラム部２１４の歪抵抗の変化を測定するために配された、感圧素子としての歪ゲージ２１５、前記歪ゲージ２１５ごとに電気的に接続された電極２１６などを備えた圧力センサ素子が複数個、アレイ状に配置されている。
ダイアフラム部２１４で感知された圧力を電気信号として検出するためには、通常、図１３に示すように、各センサ素子からリード線等の配線を外部まで引き回し、外周部に設けられた外部電極パッド２１８を介してパッケージ筐体とワイヤボンディング２１９がなされる。

しかしながら、上述のように圧力センサ素子をアレイ状に配置した場合においては、ダイアフラム部からの信号を検出するための配線がアレイの外周部で特に密な状態となるため、その部分で配線の発熱による熱的な応力が大きくなってしまう。これにより、アレイの中心部に配置した圧力センサ素子と外周部に配置した圧力センサ素子とで、熱応力のかかり方に差が出るため、結果的に圧力センサ素子の位置により検出される圧力信号が異なり、動作が不安定となる虞があった。

特開２００７−２６３６７７号公報 特表２００８−５２３３８５号公報 特開平０６−０１１４０３号公報

Transducers’０３予稿集、ｐ．２４６

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、配線による熱的影響に左右されず、安定した動作が可能な構造を有する小型の圧力センサアレイ、および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圧力センサアレイの製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る圧力センサアレイは、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素子を複数個、二次元的に配置してなる圧力センサアレイであって、前記圧力センサ素子は各々の外周域において、一端が前記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２に係る圧力センサアレイは、請求項１において、前記圧力センサ素子の各々に対して、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、他方が隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部と連通するか、あるいは前記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。

本発明の請求項３に係る圧力センサアレイは、請求項２において、前記圧力センサ素子の各々において、前記貫通配線部と前記第二空隙部とは、互いに重ならない位置にあることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る圧力センサアレイパッケージは、請求項１乃至３に記載の圧力センサアレイと、該圧力センサアレイを構成する圧力センサ素子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。

本発明の請求項５に係る圧力センサアレイの製造方法は、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、前記外周域において、一端が前記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圧力センサ素子を複数個、二次元的に配置してなる圧力センサアレイの製造方法であって、前記第一基板に、前記圧力センサ素子の各々に対し前記第一凹部を形成する第一工程、前記第一基板の第一凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部を形成する第二工程、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第三工程、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第四工程、及び、前記圧力センサ素子の各々に対して、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第五工程、を少なくとも有することを特徴とする。

本発明の請求項６に係る圧力センサアレイの製造方法は、請求項５において、前記第一工程は、前記第一凹部と共に第二凹部を形成し、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ることにより、一方が該第一空隙部と連通し、他方が隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部と連通するか、あるいは前記第一基板の側面に開口部をなす第二空隙部を形成する工程を含むことを特徴とする。

本発明の請求項７に係る圧力センサアレイパッケージの製造方法は、請求項５または６に記載の圧力センサアレイの製造方法により、該圧力センサアレイを構成する圧力センサ素子の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。

本発明の請求項８に係る圧力センサモジュールは、請求項４に記載の圧力センサアレイパッケージと、該圧力センサアレイ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。

本発明の請求項９に係る電子部品は、請求項１乃至４のいずれか１項又は請求項８に記載の圧力センサアレイ、圧力センサアレイ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。

本発明の請求項１に係る圧力センサアレイでは、該圧力センサアレイを構成する圧力センサ素子各々に対し、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）を設け、圧力変化を感知するダイアフラム部、該ダイアフラム部の歪抵抗の変化を測定するために配された、感圧素子としての歪ゲージ、前記歪ゲージごとに電気的に接続された電極とともに、前記圧力センサ素子各々の外周域において、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設ける構造とした。これにより、外部へ信号を取り出すための配線として貫通配線部を用いることが可能となるので、圧力センサアレイの外周部において、特定の圧力センサ素子と他の圧力センサ素子とから各々延びる配線どうしが密となる問題が解消される。ゆえに、本発明の圧力センサアレイは、この問題に起因する熱応力の発生を著しく抑制できる。したがって、本発明は、配線の熱的な影響を回避できるとともに、小型でかつ安定した動作が可能な構造を有する絶対圧型の圧力センサアレイの提供に寄与する。

本発明の請求項２に係る圧力センサアレイでは、請求項１に記載の圧力センサアレイにおいて、前記圧力センサ素子各々に対し、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室とともに、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）を隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部と連通するか、あるいは基体の側面に向かって開口させる構造とした。このような構成とすることにより、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差圧型の圧力センサが得られる。また、この構成は、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、本発明は、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構造を有する差圧型の圧力センサアレイの提供に寄与する。

本発明の請求項３に係る圧力センサアレイは、請求項２に記載の圧力センサアレイにおいて、前記貫通配線部と前記孔部（第二空隙部）とが、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、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アレイパッケージを提供することができる。

本発明の請求項４に係る圧力センサアレイパッケージでは、請求項１乃至３に記載の圧力センサアレイにおいて、前記圧力センサ素子各々に対し、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、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、小型化と低コスト化を同時に図れる圧力センサアレイパッケージを提供することができる。

本発明の請求項５に係る圧力センサアレイの製造方法では、第一基板上に、前記圧力センサ素子の各々に対し、基準圧力室（第一空隙部）を構成するための凹部を形成する工程、第二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を形成する工程、前記第二基板を薄板化してダイアフラム部を形成する工程、前記ダイアフラム部に感圧素子及び導電部を形成する工程、及び、前記圧力センサ素子の各々に対し、その外周域において、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、により作製出来る。したがって、本発明によれば、小型でかつ安定した動作が可能な絶対圧型の圧力センサアレイを、低コストで簡便に、かつ効率よく作製できる製造方法が得られる。

本発明の請求項６に係る圧力センサアレイの製造方法では、請求項５に記載の圧力センサアレイの製造方法において、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面に、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、及び隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部と連通するか、あるいは基体の側面に向かって開口させる構造の連通孔部を形成する工程を含む。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、製造工数を簡略化でき、効率化が図れる。また、絶対圧型の圧力センサ素子を別途エッチング加工して連通孔部を形成し、差圧型の圧力センサ素子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すくうなくなる。したがって、本発明によれば、安定した動作が可能な差圧型の圧力センサアレイを、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。

本発明の請求項７に係る圧力センサアレイパッケージの製造方法では、請求項５または６に記載の圧力センサアレイの製造方法により、前記圧力センサ素子の各々に対し、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、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アレイパッケージを、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。

本発明の請求項８に係る圧力センサモジュールでは、請求項４に記載の圧力センサアレイ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、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。

本発明の請求項９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。

本発明に係る絶対圧型の圧力センサアレイの一例を示す図。 感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図。 本発明に係る差圧型の圧力センサアレイの一例を示す図。 本発明に係る絶対圧型の圧力センサアレイパッケージの一例を示す図。 本発明に係る絶対圧型の圧力センサアレイパッケージの製造方法の一例を示す模式的な断面工程図。 本発明に係る差圧型の圧力センサアレイパッケージの製造方法の一例を示す図。 本発明に係るウェハレベルパッケージの一例を示す模式的な平面図。 本発明に係る絶対圧型の圧力センサアレイの他の一例を示す図。 本発明に係る絶対圧型の圧力センサアレイパッケージの他の一例を示す図。 本発明に係る絶対圧型の圧力センサアレイパッケージの製造方法の他の一例を示す模式的な断面工程図。 従来の絶対圧型の圧力センサを示す図。 貫通配線部を備えた絶対圧型の圧力センサを示す図。 従来の絶対圧型の圧力センサアレイを示す図。

以下、本発明に係る圧力センサアレイ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アレイは、圧力センサ素子を複数個、二次元的に配置してなるものであり、以下の図において、アレイを構成する圧力センサ素子の個数としては必要最小限のものを示すが、本発明では、素子の数はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係る圧力センサアレイ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）の電気的な配線図である。

図１に示すように、圧力センサアレイ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、該圧力センサアレイ１Ａを構成する圧力センサ素子各々に対し、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を除いた圧力センサ素子各々の外周域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、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。

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。

これにより、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、外部へ信号を取り出すための配線として貫通配線部２０を用いることが可能となるため、圧力センサアレイの外周部において、特定の圧力センサ素子と他の圧力センサ素子とから各々延びる配線どうしが密となる問題が解消され、この問題に起因する熱応力の発生を著しく抑制できる。したがって、本発明によれば、配線の熱的な影響を回避できるとともに、小型でかつ安定した動作が可能な構造を有する絶対圧型の圧力センサアレイを提供することが出来る。

この時、上述した圧力センサアレイ１Ａを構成する圧力センサ素子は、絶対圧型の圧力センサとして機能する構成であるが、本発明では、基準圧力室と基体の外部とを繋ぐ連通孔を設ける構成とすることにより、差圧型の圧力センサとして機能する圧力センサ素子を用いることもできる。
図３は、本発明に係る圧力センサアレイ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３（ａ）は図３（ｃ）に示すＢ１−Ｂ１線に沿った断面を、図３（ｂ）は図３（ｃ）に示すＢ２−Ｂ２線に沿った断面を表している。すなわち、図３（ｃ）はダイアフラム部を設けた面である。

図３に示すように、圧力センサアレイ１Ｂを構成する圧力センサ素子各々に対し、平板状の第一基板１１に第二基板１２を重ねてなる基体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、該第一空隙部１４の外周域βに、一方が該第一空隙部１４と連通し、他方が隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部１４と連通するか、あるいは該第一基板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を設けた構造とした。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。

なお図３では、第二空隙部１５として、隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部、あるいは第一基板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３（ｃ）に示すように、貫通配線部２０と第二空隙部１５とは、外周域βにおいて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。

これにより、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）に開放されるため、外圧の測定による補正を必要としない差圧型の圧力センサが得られる。また、この構成は、第二空隙部１５の外部との開口部が基体の側面方向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差圧型の圧力センサアレイが得られる。

次に、圧力センサアレイパッケージ２Ａ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アレイ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４に示すように、圧力センサアレイパッケージ２Ａは、上記構造とした圧力センサアレイ１Ａ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。

なお、圧力センサアレイ１Ａにおいて、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。この構成とした圧力センサアレイパッケージ２Ａでは、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。
また、バンプ１９は、必ずしも貫通配線部２０の露呈した他端２０ｂ上に直接配されることに限定されるものではなく、金属等からなるパッドや再配線層（不図示）等を介して貫通配線部２０からずれた位置に設けても良い。

したがって、圧力センサアレイパッケージ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、極めて小型化可能な圧力センサアレイパッケージが得られる。また、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、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、外部基板に直接実装できるため、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。これにより、配線による熱応力の影響を回避できるとともに、低コスト化が図れ、小型でかつ安定した動作が可能な絶対圧型の圧力センサアレイパッケージを得ることが出来る。
また、図３に示した差圧型の圧力センサアレイ１Ｂの構成を用いても同様の効果が得られる。

図５は、図４に示す圧力センサアレイパッケージ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５（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を形成する（第一工程）。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（ＳＦ_６ ）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。

次に、図５（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（第二工程）。その後、図５（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（第三工程）。
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。

次に、図５（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（第四工程）。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。

次に、図５（ｅ）に示すように、圧力センサアレイ１Ａにおける圧力センサ素子各々の導電部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。

次に、図５（ｆ）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ＳｉＯ_２ 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ＳｉＯ_２ 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。

次に、図５（ｇ）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１に示す絶対圧型の圧力センサアレイ１Ａが作製される（第五工程）。
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、他の金属材料やはんだ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。

さらに、図５（ｈ）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４に示す絶対圧型の圧力センサアレイパッケージ２Ａが完成する。
バンプ１９は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなるはんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだボールは、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、他の組成のはんだや、他の金属からなるはんだ、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、はんだ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。

本発明の製造方法（図５）によれば、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であり、配線による熱的影響に左右されず安定した動作が可能で、かつ、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アレイを、低コストで簡便に、かつ効率よく作製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アレイパッケージを、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。

また、上述した圧力センサアレイパッケージ２Ａの製造方法を用いて、圧力センサアレイパッケージを構成する圧力センサ素子が、基準圧力室と基体の外部とを繋ぐ連通孔を備えた差圧型の圧力センサとして機能する圧力センサアレイも簡便に作製できる。
なお、その場合、図５（ａ）で示した第一工程で凹部形成のパターンを変更することが大きな特徴であり、第二工程以降は、絶対圧型の圧力センサアレイパッケージ２Ａと同じ工程を用いるものであり、ここでは図５（ｂ）以降の工程は省略するものとする。
図６は、図３に示す差圧型の圧力センサアレイ１Ｂの製造方法の第一工程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６（ａ）は図６（ｂ）に示すＢ１−Ｂ１線に沿った断面を表している。すなわち、図６（ｂ）は第一基板１１の表面である。

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、他方が隣接する位置にある圧力センサ素子の第一凹部１４ａと連通するか、あるいは前記第一基板１１の側面に開口部をなす第二凹部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを形成する。
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（ＳＦ_６ ）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。

また図６では、第二凹部として、隣接する位置にある圧力センサ素子の第一凹部、あるいは第一基板１１の側面に向けて、圧力センサ素子各々におい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。
これらの第一凹部、第二凹部が、以下第二工程以降のプロセスを経て、それぞれ、基準圧力室となる第一空隙部、外部との連通孔となる第二空隙部を形成し、差圧型の圧力センサアレイパッケージが完成する。

本発明の製造方法によれば、差圧型の圧力センサとして機能する圧力センサアレイパッケージの作製に際し、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、絶対圧型の圧力センサを別途エッチング加工して連通孔部を形成し、差圧型の圧力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すくうなくなる。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を有し、安定した動作が可能な差圧型の圧力センサアレイを、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、差圧型の圧力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、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の差圧型の圧力センサアレイパッケージを、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。

図７は、差圧型の圧力センサアレイパッケージ１Ｂ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。
上述の圧力センサアレイ、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７に示すように圧力センサアレイパッケージ１０１と隣り合う圧力センサアレイパッケージ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、差圧型の圧力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。

上述した圧力センサアレイ１Ａを構成する圧力センサ素子（図１）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を基材として用いた構成であるが、平板状の１枚の第三基材３１を基体とした構成（図８）に置き換えることもできる。
図８は、本発明に係る圧力センサアレイ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８（ａ）は図８（ｃ）に示すＤ１−Ｄ１線に沿った断面を、図８（ｂ）は図８（ｃ）に示すＤ２−Ｄ２線に沿った断面を表している。すなわち、図８（ｃ）はダイアフラム部を設けた面である。なお、図８においても、感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図は図２と同様である。

図８に示すように、圧力センサアレイ３Ａは、シリコン等からなる平板状の１枚の第三基材を基体３１としている。該圧力センサアレイ３Ａを構成する圧力センサ素子各々に対し、第三基材からなる基体３１の一面において、各圧力センサ素子の中央域αの内部に該一面と略平行して広がる、第一空隙部（基準圧力室）３４を備え、該第一空隙部１４と重なり薄板化された基体３１からなる領域をダイアフラム部３６とする。このダイアフラム部３６には複数の感圧素子３７が配されている。また、第三基材からなる基体３１の一面において、前記ダイアフラム部３６を除いた圧力センサ素子各々の外周域βには、前記感圧素子３７と電気的に接続された導電部３８が配されている。さらに、前記導電部３８に一端が電気的に接続し、他端が第三基材からなる基体３１の他面に露呈するように、前記基体３１を貫通してなる貫通配線部４０を該導電部３８ごとに設けている。

図８に示す圧力センサアレイ３Ａは、感圧素子３７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３７は、ダイアフラム部３６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３７に加わり易いので、図８に示す圧力センサアレイ３Ａを構成する個々の圧力センサは、感度の良いものとなる。

これにより、ダイアフラム部３６とは反対側の面に電気配線を引き出し、外部へ信号を取り出すための配線として貫通配線部４０を用いることが可能となるため、圧力センサアレイの外周部において、特定の圧力センサ素子と他の圧力センサ素子とから各々延びる配線どうしが密となる問題が解消され、この問題に起因する熱応力の発生を著しく抑制できる。したがって、本発明によれば、配線の熱的な影響を回避できるとともに、小型でかつ安定した動作が可能な構造を有する絶対圧型の圧力センサアレイを提供することができる。

次に、圧力センサアレイパッケージ４Ａについて、図９に基づき説明する。
図９は、本発明に係る圧力センサアレイパッケージの他の一例を示す模式的な断面図であり、図８におけるＤ１−Ｄ１線に沿った断面に相当する。
図９に示すように、圧力センサアレイパッケージ４Ａは、上記構造とした圧力センサアレイ３Ａの貫通配線部４０の露呈した他端にそれぞれ配され、該貫通配線部４０と電気的に接続されるバンプ３９を備えることによって構成されている。

なお、圧力センサアレイ４Ａにおいて、導電部３８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３７が絶縁層によって被覆した構成が得られる。この構成とした圧力センサアレイパッケージ４Ａでは、絶縁部は、感圧素子３７の外気との接触を遮断するため感圧素子３７の耐食性を向上させると共に、感圧素子３７がダイアフラム部３６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。
また、バンプ３９は、必ずしも貫通配線部４０の露呈した他端上に直接配されることに限定されるものではなく、金属等からなるパッドや再配線層（不図示）等を介して貫通配線部４０からずれた位置に設けても良い。

したがって、圧力センサアレイパッケージ４Ａ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３９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アレイパッケージが得られる。また、平板状の１枚の第三基材からなる基体３１を貫通する貫通配線部４０にバンプを設けることによって、ダイアフラム部３６とは反対側の面に電気配線を引き出し、外部基板に直接実装できるため、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。これにより、配線による熱応力の影響を回避できるとともに、低コスト化が図れ、小型でかつ安定した動作が可能な絶対圧型の圧力センサアレイパッケージを得ることが出来る。

図１０は、図９に示す圧力センサアレイパッケージ４Ａの製造方法の他の一例を模式的に示した断面工程図である。
まず、図１０（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる基体３１の一面において、中央域αに第一空隙部（基準圧力室）３４を形成する（第一工程）。このような半導体からなる基体の内部に第一空隙部（基準圧力室）３４を備えてなる構造の圧力センサは、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 MONOCRYSTALINE SI-MEMBRANES USING POROUS SILICON", Digest of Technical Papers Transducer '03, 2003, pp246.）により作製される。これにより、該第一空隙部３４と重なり薄化された基体３１からなる領域をダイアフラム部３６が得られる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、薄化された基体３１の外面すなわちダイアフラム部３６上に感圧素子３７を形成し、さらに外周部βに該感圧素子３７と電気的に接続する導電部３８を設ける（第二工程）。このとき、図２に示すように、感圧素子３７がホイットストーンブリッジを構成するように配する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、圧力センサアレイ３Ａにおける圧力センサ素子各々の導電部３８の裏面に接続するように貫通孔４１を形成する（第三工程）。貫通孔４１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４１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。

次に、図１０（ｄ）に示すように、貫通孔４１の内壁及び基体３１の他面に絶縁層４２を形成する（第四工程）。絶縁層４２としては、例えばＳｉＯ_２ 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ＳｉＯ_２ 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。

次に、図１０（ｅ）に示すように、導電部３８と電気的に接続するように、貫通孔４１内に導電性物質４３を充填することにより、貫通配線部４０を形成する。これにより、図８に示す絶対圧型の圧力センサアレイ３Ａが作製される（第五工程）。
この導電性物質４３としては、例えばＣｕとし、めっきにより貫通孔４１内に充填することができる。なお、導電性物質４３はこれに限定されず、他の金属材料やはんだ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。

さらに、図１０（ｆ）に示すように、当該貫通配線部４０と電気的に接続するように、バンプ３９を形成する。これにより、図９に示す絶対圧型の圧力センサアレイパッケージ４Ａが完成する。
バンプ３９は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなるはんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだボールは、貫通配線部４０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３９はこれに限定されるものではなく、他の組成のはんだや、他の金属からなるはんだ、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、はんだ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。

本発明の製造方法（図１０）によれば、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であり、配線による熱的影響に左右されず安定した動作が可能で、かつ、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アレイを、低コストで簡便に、かつ効率よく作製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アレイパッケージを、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。

本発明における圧力センサアレイパッケージを、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。

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。

α 中央域、β 外周域、１Ａ、１Ｂ、３Ａ 圧力センサアレイ、２Ａ、４Ａ 圧力センサアレイパッケージ、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、３１ 基体（第三基板）、３４ 第一空隙部（基準圧力室）、３６ ダイアフラム部、３７ 感圧素子、３８ 導電部、３９ バンプ、４０ 貫通配線部、４１ 貫通孔、４２ 絶縁層、４３ 導電性物質。

Claims (9)

1. 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素子を複数個、二次元的に配置してなる圧力センサアレイであって、
   前記圧力センサ素子は各々の外周域において、一端が前記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圧力センサアレイ。
2. 前記圧力センサ素子の各々に対して、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、他方が隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部と連通するか、あるいは前記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請求項１に記載の圧力センサアレイ。
3. 前記圧力センサ素子の各々において、前記貫通配線部と前記第二空隙部とは、互いに重ならない位置にあることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサアレイ。
4. 請求項１乃至３に記載の圧力センサアレイと、該圧力センサアレイを構成する圧力センサ素子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圧力センサアレイパッケージ。
5. 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、前記外周域において、一端が前記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圧力センサ素子を複数個、二次元的に配置してなる圧力センサアレイの製造方法であって、
   前記第一基板に、前記圧力センサ素子の各々に対し前記第一凹部を形成する第一工程、
   前記第一基板の第一凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部を形成する第二工程、
   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第三工程、
   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第四工程、
   及び、前記圧力センサ素子の各々に対して、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第五工程、を少なくとも有することを特徴とする圧力センサアレイの製造方法。
6. 前記第一工程は、前記第一凹部と共に第二凹部を形成し、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ることにより、一方が該第一空隙部と連通し、他方が隣接する位置にある圧力センサ素子の第一空隙部と連通するか、あるいは前記第一基板の側面に開口部をなす第二空隙部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の圧力センサアレイの製造方法。
7. 請求項５または６に記載の圧力センサアレイの製造方法により、該圧力センサアレイを構成する圧力センサ素子の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圧力センサアレイパッケージの製造方法。
8. 請求項４に記載の圧力センサアレイパッケージと、該圧力センサアレイ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圧力センサモジュール。
9. 請求項１乃至４のいずれか１項又は請求項８に記載の圧力センサアレイ、圧力センサアレイ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電子部品。

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