JP2011033558A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度で製造が容易な物理量検出装置、およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる物理量検出装置１００は、表裏の関係にある第１主面１２および第２主面１４を有する第１基板１０と、表裏の関係にある第３主面２２および第４主面２４を有し、該第４主面２４が第１基板１０の第１主面１２に対向して配置され、撓み可能に固定された第２基板２０と、第２基板２０の第３主面２２側に載置され、第２基板２０に発生した応力に応じて検出信号を発生する第１物理量検出素子３０と、表裏の関係にある第５主面４２および第６主面４４を有し、該第５主面４２が第１基板１０の第２主面１４に対向して配置され、撓み可能に固定された第３基板４０と、第３基板４０の第６主面４４側に載置され、第３基板４０に発生した応力に応じて検出信号を発生する第２物理量検出素子５０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出装置およびその製造方法に関する。

加速度センサーおよび角速度センサー（ジャイロセンサー）等の物理量検出装置は、たとえば、自動車、航空機、ロケット、カメラ、ゲーム機等の位置や姿勢を制御するために利用されている。たとえば、カーナビゲーション装置において、車両の現在位置を検出する際には、車両の移動方向および移動距離を自立的に測位するために慣性センサーが用いられている。このような物理量検出装置は、いずれも一層の高感度化、高精度化および小型化が要求されている。

加速度センサーの一例としては、加速度に基づき応力を発生する反応基板（梁と可動部材と固定部材とからなるパーツ）の表面に応力感応素子である双音叉振動片を載置した構成がある。たとえば、特開２００８−２６１８３９号公報には、片持ち梁状に支持された反応基板の変位を双音叉振動片（物理量検出素子）によって感知し、加速度を検知する加速度検知ユニット（加速度センサー）が開示されている。同公報の加速度センサーは、加速度を受けると、反応基板の錐（おもり）が加速度の方向とは逆の方向に向かう慣性力を受け、これにより、錐を支える反応基板が撓む構造を有している。また、同公報に記載の加速度センサーでは、２つの双音叉振動片を反応基板に載置して高感度化を試みている。

特開２００８−２６１８３９号公報

しかしながら、特開２００８−２６１８３９号公報に開示された加速度センサーの場合、１つの反応基板に２つの双音叉振動片を搭載しているため、たとえば２つの振動片の周波数温度特性または発振周波数などの特性の相性が悪い場合、または何れか一方の双音叉振動片に故障が有る場合は、加速度センサー全体を破棄せざるを得ない場合があった。

さらに、反応基板が水晶基板などの透明基板である場合は、レーザー光を使用した双音叉振動片の周波数調整や、反応基板の質量の調整が困難となる場合があった。たとえば、双音叉振動片の周波数調整や反応基板の質量の調整は、部材の表面に形成された金属層等の質量体にレーザー光を照射してこれを除去することで行われる。ところが、反応基板が透明基板である場合は、照射されたレーザー光の一部が反応基板の裏面側へ透過する場合がある。そうすると、透過したレーザー光が、意図していない他方の双音叉振動片に照射され、該他方の双音叉振動片の振動周波数等を狂わせてしまう場合があった。

本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、高感度で製造が容易な物理量検出装置、およびその製造方法を提供することにある。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本発明にかかる物理量検出装置の一態様は、
表裏の関係にある第１主面および第２主面を有する第１基板と、
表裏の関係にある第３主面および第４主面を有し、該第４主面が前記第１基板の前記第１主面に対向して配置され、撓み可能に固定された第２基板と、
前記第２基板の前記第３主面側に載置され、前記第２基板に発生した応力に応じて検出信号を発生する第１物理量検出素子と、
表裏の関係にある第５主面および第６主面を有し、該第５主面が前記第１基板の前記第２主面に対向して配置され、撓み可能に固定された第３基板と、
前記第３基板の前記第６主面側に載置され、前記第３基板に発生した応力に応じて検出信号を発生する第２物理量検出素子と、
を含む。

このような物理量検出装置は、高感度で製造が容易である。すなわち、第２基板および第３基板のそれぞれを、慣性質量とすることができる。そのため、加速度等の物理量に対する感度を高くすることができる。また、本適用例の物理量検出装置は、第２基板２０と第１物理量検出素子３０との組、および第３基板４０と第２物理量検出素子５０との組が第１基板を挟んで設けられている。そのため、該各組の特性の調整を独立して行うことができ、そのうえ、特性が不良な組が生じたとしても、物理量検出装置全体を破棄する必要がない。そのため、本適用例の物理量検出装置は、製造が容易であり、製造時の歩留まりも向上させることができる。

［適用例２］
適用例１において、
前記第２基板、前記第３基板、前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子の少なくとも１つは、レーザー光を照射することによって質量が変化する質量体を有し、
前記第１基板は、前記レーザー光に、散乱、反射および吸収の少なくとも一種の作用を及ぼす、物理量検出装置。

このような物理量検出装置は、第１基板の一方の主面側から他方の主面側にレーザー光が透過しにくい。そのため、第２基板、第１物理量検出素子、第３基板、および第２物理量検出素子の少なくとも１つにレーザー光を照射して振動周波数や質量を調整する場合に、第１基板に関して反対側に配置された第２基板、第１物理量検出素子、第３基板、および第２物理量検出素子のいずれかの部材に対する該レーザー光の照射の影響を抑制することができる。これにより、本適用例の物理量検出装置は、特性の調整が容易であり、さらに高感度化、高精度化されたものである。

［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記第２基板および前記第３基板は、前記第１基板に片持ち梁状に固定され、
前記第２基板の固定領域および前記第３基板の固定領域は、平面視において、離間している、物理量検出装置。

このような物理量検出装置は、第２基板の固定領域および第３基板の固定領域が第１基板に関して離間して配置される。そのため、固定部位が接近することによって生じる電気的な寄生容量や、第２基板および第３基板の間の機械的な結合を抑制することができる。したがって本適用例の物理量検出装置は、物理量を安定して検出することができ、さらに高感度化、高精度化されたものである。

［適用例４］
適用例１または適用例２において、
前記第２基板および前記第３基板は、前記第１基板に片持ち梁状に固定され、
前記第２基板の固定領域および前記第３基板の固定領域は、平面視において、重複している、物理量検出装置。

このような物理量検出装置は、加速度等の物理量が印加されたときに、第１基板に対してねじれ等の応力が発生しにくく、意図しない振動モードの発生を抑制することができる。これにより、本適用例の物理量検出装置は、物理量を安定して検出することができ、さらに高感度化、高精度化されたものである。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例において、
前記第１基板は、前記物理量検出装置を固定するための固定領域を有し、
前記物理量検出装置を平面視したときに、前記固定領域は、前記第２基板および前記第３基板の輪郭の外側にある、物理量検出装置。

このような物理量検出装置は、第１基板を第２基板および第３基板の大きさ程度まで小さく形成されている。そのため、本適用例の物理量検出装置は、より小型であり、たとえばパッケージ等に納める際に、より小型化を図ることができる。

［適用例６］
本発明にかかる物理量検出装置の製造方法の一態様は、
基板、反応基板、物理量検出素子、前記基板をはめ込むための第１開口部を有する第１スペーサー、前記反応基板をはめ込むための第２開口部を有する第２スペーサー、および前記物理量検出素子をはめ込むための第３開口部を有する第３スペーサーを準備する工程と、
前記基板を前記第１スペーサーの前記第１開口部にはめ込む工程と、
前記基板の周縁部の一部を露出させるように、該基板および前記第１スペーサーの上に第４スペーサーを敷設する工程と、
前記基板の周縁部の前記一部を露出させるとともに、平面視において、前記第２開口部が前記第１開口部の内側となるように、前記第４スペーサーの上に前記第２スペーサーを敷設する工程と、
前記反応基板を、前記第２スペーサーの前記第２開口部にはめ込むとともに、前記基板の露出した前記一部に固定する工程と、
前記反応基板の周縁部の二箇所を露出させるように、該反応基板および前記第２スペーサーの上に第５スペーサーを敷設する工程と、
前記反応基板の周縁部の前記二箇所を露出させるとともに、平面視において、前記第３開口部が前記第２開口部の内側となるように、前記第５スペーサーの上に前記第３スペーサーを敷設する工程と、
前記物理量検出素子を、前記第３スペーサーの前記第３開口部にはめ込むとともに、前記反応基板の露出した前記二箇所に固定する工程と、
前記第３スペーサー、前記第５スペーサー、前記第２スペーサー、前記第４スペーサー、および前記第１スペーサーを順次取り去る工程と、
を含み、
前記第１スペーサーの上面および前記基板の上面、並びに、前記第２スペーサーの上面および前記反応基板の上面は、いずれも互いに面一の関係にある。

このようにすれば、基板、反応基板、および物理量検出素子を精度よく互いに平行に固定することができる。これにより、加速度等の物理量が印加される方向に対してより精密に配置しやすく、高精度かつ高感度な物理量検出装置を製造することができる。

実施形態にかかる物理量検出装置１００の断面の模式図。 実施形態にかかる物理量検出装置１００を模式的に示す平面図。 変形例にかかる物理量検出装置１２０の断面の模式図。 実施形態にかかる物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図。 実施形態にかかる物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図。

以下に本発明の好適な実施形態のいくつかについて、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。

１．物理量検出装置
本実施形態の物理量検出装置１００は、第１基板１０と、第２基板２０と、第１物理量検出素子３０と、第３基板４０と、第２物理量検出素子５０と、を含む。

図１は、本実施形態の物理量検出装置１００の断面の模式図である。図２は、物理量検出装置１００を模式的に示す平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線の断面に相当する。

１．１．第１基板
第１基板１０は、表裏の関係にある第１主面１２および第２主面１４を有する。第１基板１０の形状は、板状であれば特に限定されない。たとえば、第１基板１０は、平面視において多角形、円形、およびそれらを複合した形状を有することができる。第１基板１０の厚みは、特に限定されないが、たとえば、第２基板２０および第３基板４０を支えることができる剛性を有する程度の厚みとすることができる。第１基板１０の機能としては、第２基板２０および第３基板３０を支持する基体となること、および物理量検出装置１００をパッケージ等に固定する際の固定領域を提供することなどが挙げられる。

第１基板１０は、第１主面１２および第２主面１４の少なくとも一方に配線６０を有していてもよい。第１基板１０に配線６０を形成する場合、配線６０は、第２基板２０および第３基板３０とバンプや導電性接着剤によって接続されるためのランド６２を含んでもよい。ランド６２は、第１基板１０の第１主面１２および第２主面１４の少なくとも一方に、少なくとも１つ設けられることができる。配線６０の表面は、第１基板１０の第１主面１２と面一の関係であってもよい。また、配線６０は、各主面の上に形成されてもよい。さらに、このような配線６０は、第１主面１２および第２主面１４の両方に設けられて互いに電気的に接続されていてもよい。たとえば、第１基板１０が多層配線基板であれば、第１基板１０を貫通するコンタクトホール等によって行われることができ、また、第１基板１０の側面に形成された導電部材等を介して行われてもよい。

図２に示す例では、第１基板１０は、矩形の四隅がカットされた形状を有し、該カットされた領域において、第１主面１２および第２主面１４にそれぞれ形成されたランド６２が、互いに第１基板１０の側面で接続されている。また、ランド６２は、物理量検出装置１００をパッケージ等に固定する際の固定領域とすることができる。そのため、第１基板１０の第１主面１２および第２主面１４のいずれの側からも外部との電気的接続を行うことができるため、第１基板１０によって、パッケージ等に物理量検出装置１００を固定する場合に、固定する方向において第１基板１０（物理量検出装置１００）の表裏を自由に選択することができる。

第１基板１０の材質としては、特に限定されないが、たとえば、ガラス、セラミックス、樹脂、結晶材質などが挙げられ、これらの複合材料であってもよい。たとえば、第１基板１０は、単層または多層の配線基板であってもよい。第１基板１０に多層構造を採用すれば、たとえば、第２基板２０に対して熱膨張係数がほぼ等しい配線基板と、第３基板４０に対して熱膨張係数がほぼ等しい配線基板とを積層した構造とすることもできる。

なお、第１主面１２および第２主面１４は、いずれも第１基板１０の主面であって、互いに表裏の関係にある。本明細書では、説明の便宜上、基板の各主面に対して序数を付しているが、基板の２つの主面が機能的に相違することを示すものではない。また、基板の２つの主面は、機能的に相違していてもいなくてもよい。本実施形態では、第１主面１２および第２主面１４は、実質的に同一である。本実施形態では、第１主面１２側に第２基板２０の第４主面２４が対向するように配置される。

１．２．第２基板
第２基板２０は、表裏の関係にある第３主面２２および第４主面２４を有する。また、第２基板２０は、第４主面２４が第１基板１０の第１主面１２と対向して配置される。さらに、第２基板２０は、第１基板１０に、撓み可能に固定される。

第２基板２０の形状としては、たとえば、平面視において多角形、円形、およびそれらを複合した形状を有することができる。第２基板２０と第１基板１０の平面的な大きさおよび配置は、平面視における第２基板２０の輪郭の外側に、第１基板１０の少なくとも一部が存在するかぎり任意である。図２に例示したように、本実施形態の物理量検出装置１００では、平面視における第２基板２０の輪郭は、第１基板１０の輪郭の内側にあり、第１基板１０の一部が第２基板２０の輪郭の外側に存在している。さらに、第２基板２０は、第１基板１０の一部を第２基板２０の輪郭の外側に存在させるために切り欠きを有してもよい。第２基板２０に形成される切り欠きの形状は、任意であるが、たとえば、図２に示すように、平面視において、矩形形状の４つの頂点を切り欠いた八角形の形状とすることができ、また、矩形形状の４つの頂点を曲線によって切り欠く形状としてもよい。また、第２基板２０の切り欠かかれた部分のみにおいて、平面視における第２基板２０の輪郭の外側に第１基板１０の一部が存在してもよい。このようにすれば、、平面視における第２基板２０の輪郭の外側に第１基板１０の一部を物理量検出装置１００を第１基板１０によってパッケージ等に搭載するための固定領域とすることができ、第２基板２０および該パッケージの接触を避けることができる。これにより、より小型なデバイスを提供することができる。

第２基板２０は、第１基板１０に、撓み可能に固定される。第２基板２０が撓み可能な固定とは、第２基板２０が、第１基板１０に固定される部位（固定部位２８）と、固定されない部位（撓み部位２９）を有して固定されることを指す。すなわち、撓み可能に固定とは、物理量検出装置１００に加速度等の物理量が印加された際に、第２基板２０に作用する慣性力によって、第２基板２０に応力または歪みが生じうるように固定されることをいう。より具体的には、撓み可能な固定としては、第２基板２０が第１基板１０に対して、片持ち梁状、両持ち梁状、またはダイヤフラム状等の態様で固定されることが挙げられる。

第２基板２０を第１基板１０に固定する手段としては、たとえば、バンプによる接合、接着剤による接合などが挙げられる。これにより、第２基板２０は、第１基板１０に対して機械的に固定されることができる。バンプによる接合を選択すると、電気的な接続も兼ねることができる。さらに、接着剤によって接合する場合に、導電性接着剤を使用すると、電気的な接続を兼ねることができる。図示の例では、導電性接着剤層７０によって機械的に固定され、電気的に接続されている。

第２基板２０の機能の一つとしては、物理量検出装置１００に加速度等の物理量が印加されたときに、厚み方向に撓んで該物理量を第１物理量検出素子３０によって測定可能なものにすることが挙げられる。また、第２基板２０の機能の一つとしては、物理量検出装置１００における慣性質量を提供することが挙げられる。したがって、第２基板２０は、物理量に反応する反応基板と称することができる。

第２基板２０は、第２基板２０を撓みやすくする構成を備えることができる。このような構成としては、たとえば、第２基板２０の厚み方向において、くびれ（薄肉部）を設けることが挙げられる。図１および図２の例では、第２基板２０は、くびれ部２６を有している。この例では、くびれ部２６は、撓み部位２９に形成されている。くびれ部２６は、第２基板２０に複数設けられてもよい。くびれ部２６は、板状の第２基板２０において、厚みの小さい部分（断面視における厚みの小さくなっている部分）となっている。第２基板２０がくびれ部２６を有する場合は、第２基板２０は、物理量を受けたときに、より撓みやすくなる、これにより、物理量検出装置１００の、物理量に対する感度をさらに向上させることができる。

また、第２基板２０は、第２基板２０の慣性質量を増すための構成をさらに含むことができる。図示しないが、たとえば、第２基板２０の第１基板１０に対して撓み部位２９には、該部位の質量を増大させるための質量体を設けることができる。このような質量体としては、たとえば、金属の蒸着膜等を挙げることができる。第２基板２０に質量体を形成すると、物理量検出装置１００が有する慣性質量を増大させることができる。このため、物理量検出装置１００の感度をさらに向上させることができる。また、質量体を金、白金等の蒸着膜で形成した場合は、この質量体にレーザー光を照射することによって、質量体の質量を減少させることができるため、第２基板２０の慣性質量の微調整を容易に行うことができる。ここで用いるレーザー光としては、たとえば、半導体レーザーや固体レーザーが挙げられる。

第２基板２０は、第３主面２２および第４主面２４に適宜な配線６０を有していてもよい。このような配線６０は、たとえば、第１基板１０や第１物理量検出素子３０との電気的接続、機械的接続の少なくとも一方を行うために利用されることができる。

第２基板２０の材質としては、たとえばケイ酸ガラス等のガラス類、シリコン、砒化ガリウム等の半導体材料、ステンレス鋼等の金属材料、各種のゴム、樹脂等の高分子材料、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料などとすることができる。また、物理量検出装置１００により高い検出精度を持たせるために温度特性を考慮する場合には、物理量検出素子と第２基板２０および第３基板４０とを同一の材質とすることがより望ましい。

なお、第３主面２２および第４主面２４は、いずれも第２基板２０の主面であって、互いに表裏の関係にある。本明細書では、説明の便宜上、基板の各主面に対して序数を付しているが、基板の２つの主面が機能的に相違することを示すものではない。また、基板の２つの主面は、機能的に相違していてもいなくてもよい。本実施形態では、第２基板２０の第４主面２４が第１基板１０の第１主面１２対向するように配置され、第２基板２０の第３主面２４側に第１物理量検出素子３０が載置される。

１．３．第１物理量検出素子
第１物理量検出素子３０は、第２基板２０の第３主面２２側に載置され、第２基板２０に発生した応力に応じて検出信号を発生する。第１物理量検出素子３０は、物理量検出装置１００が加速度等の物理量を受けて第２基板２０に発生した応力または歪み（撓み）を検出することができる。なお、ここでいう応力と歪みは、相互に関連する物理量であり特定の相関関係を有する。そのため、応力を検出することと歪みを検出することとは、物理量を検出する点で等価である。また、検出信号とは、たとえば、電気的な信号、磁気的な信号、機械的な信号、光学的な信号であり、第１物理量検出素子３０の態様に依存して選択される。

第１物理量検出素子３０としては、たとえば、応力を電気抵抗に変換する圧電抵抗素子、共振周波数が応力によって変化する各種の振動片などを例示することができる。

本実施形態の物理量検出装置１００では、第１物理量検出素子３０は、双音叉振動片となっている。第１物理量検出素子３０が、双音叉振動片で構成されると、第２基板２０の歪みまたは応力を非常に精度よく検出することができる。本実施形態の物理量検出装置１００の第１物理量検出素子３０は、共振周波数を有し、該周波数で振動されることができる。第１物理量検出素子３０が圧電性を有さない材質で形成される場合には、適宜第１物理量検出素子３０にさらに圧電素子等を設けることによって第１物理量検出素子３０を振動させることができる。

本実施形態では第１物理量検出素子３０は、双音叉振動片であって、第２基板２０にその両端が支持されている。図示の例では、第１物理量検出素子３０の一方の端は、片持ち梁状に支持された第２基板２０の固定部位２８に固定され、他方の端は、片持ち梁状に支持された第２基板２０の撓み部位２９に固定されており、第１物理量検出素子３０は、第２基板２０の第３主面２２と離間して平行に架橋するように設けられている。第１物理量検出素子３０は、第２基板２０と別体で形成された後、第２基板２０に接続されてもよいし、第２基板２０に一体的に形成されてもよい。物理量検出装置１００では、第１物理量検出素子３０は、第２基板２０と別体で形成され、配線６０およびバンプ７０によって固定されている。

第１物理量検出素子３０には、励振用電極や、励振用電極から引き出された配線６０を形成することができる。また、該配線には、ランド等が形成されてもよく、たとえば、第２基板２０との機械的接続、電気的接続等に利用することができる。

また、第１物理量検出素子３０は、振動周波数を調整するための構成をさらに含むことができる。図示しないが、たとえば、第１物理量検出素子３０の振動領域には、該領域の質量を変化させるための質量体を設けることができる。このような質量体としては、たとえば、金属の蒸着膜等を挙げることができる。第１物理量検出素子３０の振動領域に質量体を形成すると、該素子の振動周波数の調節のために利用することができる。このため、物理量検出装置１００が完成した後であっても、共振周波数の調整を行うことができる。このような質量体を金、白金等の蒸着膜で形成した場合は、この質量体にレーザー光を照射することによって、質量体の質量を減少させることができるため、第１物理量検出素子３０の共振周波数の微調整を容易に行うことができる。ここで用いるレーザー光としては、上述の第２基板２０に質量体を設ける場合と同様である。

第２基板２０上において、第１物理量検出素子３０が載置される平面的な位置は、第２基板２０が加速度等を受けて撓んだときに、第１物理量検出素子３０の長手方向に引張または圧縮の応力が生じるように載置されるかぎり限定されない。物理量検出装置１００においては、第１物理量検出素子３０は、第２基板２０が加速度等を受けて厚み方向に撓んだときに、長手方向に引張または圧縮の応力が生じるように配置されている。第１物理量検出素子３０に、長手方向の引張または圧縮の応力が生じると、振動の周波数が変化する。したがって、この振動の周波数変化を検出することで、第２基板２０に生じた応力を精度よく測定することができる。

このように第１物理量検出素子３０は、特定の周波数で振動し、この状態における周波数の変化によって第２基板２０に生じた応力や歪みを信号化することができる。第１物理量検出素子３０の振動の周波数の変化は、たとえば基準周波数と比較することによって、測定することができる。また、第１物理量検出素子３０の振動の周波数と基準周波数との差と、加速度等の大きさとの相関を予め算出してテーブル化しておけば、より容易に物理量検出装置１００に印加された物理量の大きさを測定することができる。

第１物理量検出素子３０の材質としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料やシリコン等の半導体材料を挙げることができる。第１物理量検出素子３０を水晶から構成する場合、第１物理量検出素子３０は、たとえば、第１物理量検出素子３０の２つの端部を結ぶ方向が水晶の結晶のＹ軸方向とすることができる。第１物理量検出素子３０を水晶から構成する場合に用いる水晶ウエハは、水晶の結晶軸に対応してＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる直交座標系をとり、Ｚ軸を中心に時計回りに０度ないし５度の範囲で回転して切り出した水晶Ｚ板を例示することができる。水晶Ｚ板は、所定の厚みに切断研磨して得ることができる。

１．４．第３基板および第２物理量検出素子
第３基板４０および第２物理量検出素子５０は、いずれも、第１基板１０の第２主面２４側に配置される以外は、それぞれ上述した第２基板２０および第１物理量検出素子３０と実質的に同様である。そのため、第３基板４０および第２物理量検出素子５０の配置を除く構成および変形の詳細については説明を省略する。

第３基板４０は、表裏の関係にある第５主面４２および第６主面４４を有する。また、第３基板４０は、第５主面２４が第１基板１０の第２主面１４と対向して配置される。第３基板４０の形状は、第２基板２０と同様である。第３基板４０の機能は、第２基板２０と同様であり、物理量検出装置１００に加速度等の物理量が印加されたときに、厚み方向に撓んで該物理量を測定可能なものにすることなどが挙げられ、また、物理量検出装置１００における慣性質量となることが挙げられる。したがって、第３基板４０は、物理量に反応する反応基板と称することができる。

第３基板４０は、第２基板２０と同様に、第１基板１０の一部を第３基板４０の輪郭の外側に存在させるために切り欠きを有してもよい。第２基板２０および第３基板４０の両方をこのようにすれば、物理量検出装置１００を第１基板１０によってパッケージ等に搭載するときに、第１基板１０（物理量検出装置１００）の表裏に固定領域を形成することができ、パッケージ等に搭載するときに第２基板２０または第３基板４０と、該パッケージとの接触を避けることができる。これにより、より小型なデバイスを提供することができるとともに、製造の自由度を高めることができる。たとえば、いくつかの部材に特性を調整するための質量体を設けた場合であって、質量体の質量をレーザー光によって減少させる場合、物理量検出装置がパッケージに搭載された後では、目的とする質量体をレーザー光を直接照射しうる位置に配置できない場合がある。このとき、第２基板２０および第３基板４０の両方が上記切り欠きを有していれば、パッケージに物理量検出装置を搭載するときに物理量検出装置の表裏を自由に選択することができる。そのため、レーザー光を直接照射すべき質量体を、レーザー光を直接照射できるように配置するという製造上の自由度を増すことができる。

第５主面４２および第６主面４４は、いずれも第３基板４０の主面であって、互いに表裏の関係にある。本実施形態の物理量検出装置１００では、第３基板４０の第５主面４４が第１基板１０の第２主面１４対向するように配置され、第３基板４０の第６主面４４側に第２物理量検出素子５０が載置される。

第２物理量検出素子５０は、第１物理量検出素子３０と実質的に同様である。第２物理量検出素子５０は、第３基板４０の第６主面４４側に載置され、第３基板４０に発生した応力に応じて検出信号を発生する。図示の例では、第２物理量検出素子５０の一方の端は、片持ち梁状に支持された第３基板４０の固定部位４８に固定され、他方の端は、片持ち梁状に支持された第３基板４０の撓み部位４９に固定されており、第２物理量検出素子５０は、第３基板４０の第６主面４４と離間して平行に架橋するように設けられている。第２物理量検出素子５０は、物理量検出装置１００が加速度等の物理量を受けて第３基板４０に発生した応力または歪み（撓み）を検出することができる。第２物理量検出素子４０の構成等は、第１物理量検出素子３０と同様である。また、検出信号とは、たとえば、電気的な信号、磁気的な信号、機械的な信号、光学的な信号であり、第２物理量検出素子５０の態様に依存して選択される。

１．５．作用効果等
本実施形態の物理量検出装置１００は、第２基板２０および第３基板４０のそれぞれが、物理量を検出するための反応基板となっている。そのため、物理量検出装置１００は、加速度等の物理量に対する感度が高い。また、物理量検出装置１００は、印加された物理量を、第２基板２０と第１物理量検出素子３０との組、および第３基板４０と第２物理量検出素子５０との組によって、独立して検出することができる。そのため、この２つの組から検出される電気信号を相互に比較参照することができる。これにより、物理量検出装置１００は、一つの反応基板に対して２つの検出素子を設ける場合と比較して、より高精度に物理量を検出することができる。

さらに、物理量検出装置１００は、第１基板１０を挟んで上述の２つの組が配置されているため、各組の振動特性の調整を独立して行うことができる。これにより、製造時に、特性が不良な組が生じたとしても、物理量検出装置１００全体を破棄する必要がない。そのため、物理量検出装置１００は、製造が容易であり、製造時の歩留まりも向上させることができる。

また、物理量検出装置１００では、平面的に見て、第１基板１０、第２基板２０、および第３基板４０は、互いに重畳して配置される。そのため、物理量検出装置１００の平面視における面積は、各基板を平面的に配列した場合よりも非常に小さくすることができる。これにより、物理量検出装置１００は小型化されており、物理量検出装置１００をたとえばパッケージ等に収容する場合においても該パッケージをより小型なものとすることができる。

１．６．変形例
第１基板１０は、第１主面１２側から入射する光に対して、散乱、反射および吸収の少なくとも一種の作用を及ぼすものであることができる。第１基板１０にこのような性質を付与する方法としては、たとえば、第１基板１０の材質にセラミックスや散乱隊を含む樹脂等の材料を用いる方法、第１基板１０の２つの主面の少なくとも一方に金属膜（蒸着膜やメッキ膜）を設ける方法、および第１基板１０の２つの主面の少なくとも一方に凹凸を形成する方法などが挙げられる。

上述したように、第２基板２０、第１物理量検出素子３０、第３基板４０、および第２物理量検出素子５０には、必要に応じて質量体を形成することができ、適宜なレーザー光を該質量体に照射することによって、質量や振動特性を微調整することができる。このとき、レーザー光が、照射しようとする質量体以外の部材に照射されると意図しない特性の変化が生じてしまう可能性がある。

このような場合において、この変形例の第１基板１０を有する物理量検出装置は、第１基板１０の一方の主面側から他方の主面側にレーザー光が透過しにくい。そのため、レーザー光を照射する際に、第１基板１０に関して反対側に配置された第２基板２０、第１物理量検出素子３０、第３基板４０、および第２物理量検出素子５０のいずれかに対する該レーザー光の影響を抑制することができる。

本実施形態の他の変形例として、第２基板２０および第３基板４０は、いずれも第１基板１０に片持ち梁状に固定され、かつ、第２基板２０の固定部位２８および第３基板４０の固定部位４８は、平面視において、離間していることができる。

たとえば、図１に示すように、第２基板２０および第３基板４０は、いずれも第１基板１０に片持ち梁状に固定され、かつ、第２基板２０の固定部位２８および第３基板４０の固定部位４８は、平面視において、離間していることができる。このような物理量検出装置は、両者の固定部位が接近することによって生じる電気的な寄生容量や、第２基板２０および第３基板４０の間の機械的な結合を抑制することができる。

他方、本実施形態の他の変形例として、第２基板２０および第３基板４０は、いずれも第１基板１０に片持ち梁状に固定され、かつ、第２基板２０の固定部位２８および第３基板４０の固定部位４８は、平面視において、重複していることができる。

図３は、変形例にかかる物理量検出装置１２０の断面を模式図である。図３に例示するように、第２基板２０および第３基板４０は、いずれも第１基板１０に片持ち梁状に固定され、かつ、第２基板２０の固定部位２８および第３基板４０の固定部位４８は、平面視において、重複していることができる。このような変形例の物理量検出装置１２０は、物理量検出装置１２０に加速度等の物理量が印加されたときに、第１基板１０に対してねじれ等の応力が発生しにくく、意図しない振動モードの発生を抑制することができる。

２．物理量検出装置の製造方法
図４ないし図１１は、本実施形態の物理量検出装置の製造工程を模式的に示す平面図である。本実施形態の物理量検出装置の製造方法は、基板３１０、反応基板３２０、物理量検出素子３３０、第１スペーサー４１０、第２スペーサー４２０、および第３スペーサー４３０を準備する工程と、基板３１０を第１スペーサー４１０にはめ込む工程と、第４スペーサー４４０を敷設する工程と、第２スペーサー４２０を敷設する工程と、反応基板３１０を固定する工程と、第５スペーサー４５０を敷設する工程と、第３スペーサー４３０を敷設する工程と、物理量検出素子３３０を固定する工程と、第３スペーサー４３０、第５スペーサー４５０、第２スペーサー４２０、第４スペーサー４４０、および第１スペーサー４２０を順次取り去る工程と、を含む。

まず、基板３１０、反応基板３２０、物理量検出素子３３０、第１スペーサー４１０、第２スペーサー４２０、および第３スペーサー４３０を準備する。

基板３１０は、上述の第１基板１０に相当するが、いずれかの主面に既に反応基板や物理量検出素子が形成されていてもよい。たとえば第１基板１０の第２主面１４に既に第３基板４０および第２物理量検出素子５０が固定されている場合は、本製造工程によって、第１主面１２側に第２基板４０および第１物理量検出素子３０を形成することができる。

反応基板３２０は、上述の第２基板２０または第３基板４０に相当する。物理量検出素子３３０は、上述の第１物理量検出素子３０または第２物理量検出素子５０に相当する。なお、基板３１０、反応基板３２０、および物理量検出素子３３０は、いずれも公知の方法で製造することができる。

第１スペーサー４１０は、図４に示すように、基板３１０をはめ込むための第１開口部４１２を有する。第１スペーサー４１０の機能としては、基板３１０をはめ込むことによって固定すること、および基板３１０を第１開口部４１２にはめ込んだ後、基板３１０の上面（反応基板３２０を固定する面）と第１スペーサーの上面とを面一の関係を有するようにすることが挙げられる。このような関係を有することにより、第４スペーサー４４０を基板３１０および第１スペーサー４１０の上に敷設する際に第４スペーサー４４０に段差を生じにくくすることができる。

なお、本明細書において、２つの面が面一の関係にあるとは、２つの面が１つの平面内にあるということを含み、製造誤差等に起因してわずかの誤差（平面外へのずれ）が生じる場合でも、同じ作用効果を得ることができるときには、そのような誤差も含むということである。

第１スペーサー４１０が有する第１開口部４１２は、基板３１０をはめ込むことができる形状および大きさを有する。第１開口部４１２の深さは、基板３１０の上面と第１スペーサー４１０の上面が面一とできる限り任意である。第１開口部４１２は、第１スペーサー４１０を貫通していてもよい。また、第１開口部４１２は、図４に示すように、基板３１０を取り外すための手掛部４１４を有してもよい。第１スペーサー４１０の材質としては、加工性が良好で、かつ、熱による変形が小さいものであれば特に限定されないが、フッ素系樹脂、セラミックス、金属などを例示することができる。また、第１スペーサー４１０の材質として、例示した材質を選択すると、均一な厚みや高い平坦度を有する第１スペーサー４１０をより容易に得ることができる。

第２スペーサー４２０は、図７に示すように、反応基板３２０をはめ込むための第２開口部４２２を有する。第２スペーサー４２０の機能としては、反応基板３２０を固定する際のずれを防止すること、および反応基板３２０を第２開口部４２２にはめ込んだ後、反応基板３２０の上面（物理量検出素子３３０を固定する面）と第２スペーサーの上面とを面一の関係を有するようにすることが挙げられる。このような関係を有することにより、第５スペーサー４５０を反応基板３２０および第２スペーサー４２０の上に敷設する際に第５スペーサー４５０に段差を生じにくくすることができる。第２スペーサー４２０の形状、材質については、第１スペーサー４１０と同様である。

第３スペーサー４３０は、図９に示すように、物理量検出素子３３０をはめ込むための第３開口部４３２を有する。第３スペーサー４３０の機能としては、物理量検出素子３３０を固定する際のずれを抑制することが挙げられる。第３開口部４３２の形状および材質については、第１開口部４１２と同様である。

次に、図４に示すように、基板３１０を第１スペーサー４２０の第１開口部４１２にはめ込む。この工程は、適宜なマニピュレーター等を用いて行うことができる。

次いで、図５に示すように、基板３１０の周縁部の一部を露出させるように、基板３１０および第１スペーサー４１０の上に第４スペーサー４４０を敷設する。第４スペーサー４４０は、平板状の形状を有し、基板３１０の一部を露出させることができる貫通部を有する。第４スペーサー４４０の平面的な形状は特に限定されない。第４スペーサー４４０の機能の一つとしては、第４スペーサー４４０の上に設けられる反応基板３２０と、基板３１０とを平行に配置させることが挙げられる。また、第４スペーサー４４０の機能の一つとしては、基板３１０および反応基板３２０の間に一定の間隔を生じさせること、すなわち、基板３１０および反応基板３２０を互いに固定するバンプや接着剤の厚みを規定することが挙げられる。

第４スペーサー４４０は、後の工程で取り去られる。その際、第４スペーサー４４０を破壊して取り去ってもよいが、破壊せずに取り去ることが可能な形状を有してもよい。第４スペーサー４４０を破壊せずに取り去ることができる形状としては、第４スペーサー４４０を、敷設された面内で移動したときに、平面視において、第４スペーサー４４０の上に設置される反応基板３２０の領域内に第４スペーサー４４０が重複しないようにできる形状とすることが挙げられる。たとえば、図５に示す例では、第４スペーサー４４０を図中に示した矢印の方向にずらすことによって、反応基板３２０が設置された後においても、反応基板３２０および第４スペーサー４４０を破壊することなく、第４スペーサー４４０を取り去ることができる。第４スペーサー４４０の材質については、第１スペーサー４１０と同様である。

次に、図６に示すように、基板３１０の周縁部の前記一部を露出させるとともに、平面視において、第２開口部４２２が第１開口部４１２の内側となるように、第４スペーサー４４０の上に第２スペーサー４２０を敷設する。

次に、図７に示すように、反応基板３２０を、第２スペーサー４２０の第２開口部４２２にはめ込むとともに、基板３１０の露出した前記一部に固定する。反応基板３２０を、第２スペーサー４２０の第２開口部４２２にはめ込むことは、適宜なマニピュレーター等を用いて行うことができる。反応基板３２０を基板３１０の露出した前記一部に固定する方法としては、たとえば、接着剤、導電性接着剤を用いることや、ハンダペーストを用いること、バンプ接合を行うことなどを例示することができる。

次に、図８に示すように、反応基板３２０の周縁部の二箇所を露出させるように、反応基板３２０および第２スペーサー４２０の上に第５スペーサー４５０を敷設する。第５スペーサー４５０は、平板状の形状を有し、反応基板３２０の周縁部の二箇所を露出させることができる貫通部を有する。第５スペーサー４５０の平面的な形状は特に限定されない。第５スペーサー４５０の機能の一つとしては、第５スペーサー４５０の上に設けられる物理量検出素子３３０と、反応基板３２０とを平行に配置させることが挙げられる。また、第５スペーサー４５０の機能の一つとしては、反応基板３２０および物理量検出素子３３０の間に一定の間隔を生じさせること、すなわち、反応基板３２０および物理量検出素子３３０を接続するバンプや接着剤の厚みを規定することが挙げられる。

第５スペーサー４５０は、後の工程で取り去られる。その際、第５スペーサー４５０を破壊して取り去ってもよいが、破壊せずに取り去ることが可能な形状を有してもよい。第５スペーサー４５０を破壊せずに取り去ることができる形状としては、第５スペーサー４５０を、敷設された面内で移動したときに、平面視において、第５スペーサー４５０の上に設置される物理量検出素子３３０の領域内に第５スペーサー４５０が重複しないようにできる形状とすることが挙げられる。たとえば、図８に示す例では、第５スペーサー４５０を図中に示した矢印の方向にずらすことによって、物理量検出素子３３０が設置された後においても、物理量検出素子３３０および第５スペーサー４５０を破壊することなく、第５スペーサー４５０を取り去ることができる。第５スペーサー４５０の材質については、第１スペーサー４１０と同様である。

次に、第５スペーサー４５０の上に反応基板３２０の周縁部の前記二箇所を露出させるとともに、平面視において、第３開口部４３２が第２開口部４２２の内側となるように第３スペーサー４３０を敷設する。

次いで、図９に示すように、物理量検出素子３３０を、第３スペーサー４３０の第３開口部４３２にはめ込むとともに、反応基板３２０の露出した前記二箇所に固定する。物理量検出素子３３０を、第３スペーサー４３０の第３開口部４３２にはめ込むことは、適宜なマニピュレーター等を用いて行うことができる。物理量検出素子３３０を反応基板３２０の露出した前記二箇所に固定する方法としては、たとえば、接着剤、導電性接着剤を用いることや、ハンダペーストを用いること、バンプ接合を行うことなどを例示することができる。

そして、第３スペーサー４３０、第５スペーサー４５０、第２スペーサー４２０、第４スペーサー４４０、および第１スペーサー４２０を順次取り去る。各スペーサーを取り去る方法は、特に限定されない。たとえば、各スペーサーは、変形、切断、燃焼されるなどにより、破壊されて除去されてもよい。また、以下のようにすれば、各スペーサーは、非破壊の状態で取り去られることができる。たとえば、第３スペーサー４３０、第２スペーサー４２０および第１スペーサーは、それぞれ開口部を有するため、スペーサーの板面外の方向に取り去ることができる。上述したように、第５スペーサー４５０および第４スペーサー４４０の形状を、スペーサーの板面内で移動させてその上に形成された部材の領域から外れるようにすれば、これらのスペーサーを板面内で移動させて、取り去ることができる。

以上の工程を経ると、基板３１０の一方の主面に反応基板３２０および物理量検出素子３３０を形成することができる。そして、基板３１０の他方の主面に対して、再度上記の工程を適用して、反応基板３２０および物理量検出素子３３０を形成することによって、本実施形態の物理量検出装置を製造することができる。

本実施形態の物理量検出装置の製造方法は、基板３１０、反応基板３２０、および物理量検出素子３３０のそれぞれの間に、各スペーサーを配置するため、基板３１０、反応基板３２０、および物理量検出素子３３０を精度よく互いに平行に固定することができる。これにより、物理量検出装置は、加速度等の物理量が印加される方向に対して、基板３１０、反応基板３２０、および物理量検出素子３３０を、より精密に配置しやすい。また、本実施形態の物理量検出装置の製造方法は、各スペーサーを非破壊で回収するようにできるため、製造コストを低く抑えることができる。以上のように、本実施形態の物理量検出装置の製造方法によれば、高精度かつ高感度な物理量検出装置を製造することができる。

以上の実施形態および変形例で述べた変形は、単独あるいは複数を互いに組み合わせて、実施形態の物理量検出装置に対して適用することができる。これにより各変形の単独の効果または各変形の組み合わせによる相乗的な効果を得ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…第１基板、１２…第１主面、１４…第２主面、２０…第２基板、２２…第３主面、
２４…第４主面、２６，４６…くびれ部、２８，４８…固定部位、
２９，４９…撓み部位、３０…第１物理量検出素子、４０…第３基板、４２…第５主面、
４４…第６主面、５０…第２物理量検出素子、６０…配線、６２…ランド、
７０…バンプ、１００，１２０…物理量検出装置、３１０…基板、３２０…反応基板、
３３０…物理量検出素子、４１０…第１スペーサー、４１２…第１開口部、
４１４…手掛部、４２０…第２スペーサー、４２２…第２開口部、
４３０…第３スペーサー、４３２…第３開口部、４４０…第４スペーサー、
４５０…第５スペーサー

Claims (6)

1. 表裏の関係にある第１主面および第２主面を有する第１基板と、
   表裏の関係にある第３主面および第４主面を有し、該第４主面が前記第１基板の前記第１主面に対向して配置され、撓み可能に固定された第２基板と、
   前記第２基板の前記第３主面側に載置され、前記第２基板に発生した応力に応じて検出信号を発生する第１物理量検出素子と、
   表裏の関係にある第５主面および第６主面を有し、該第５主面が前記第１基板の前記第２主面に対向して配置され、撓み可能に固定された第３基板と、
   前記第３基板の前記第６主面側に載置され、前記第３基板に発生した応力に応じて検出信号を発生する第２物理量検出素子と、
   を含む、物理量検出装置。
2. 請求項１において、
   前記第２基板、前記第３基板、前記第１物理量検出素子および前記第２物理量検出素子の少なくとも１つは、レーザー光を照射することによって質量が変化する質量体を有し、
   前記第１基板は、前記レーザー光に、散乱、反射および吸収の少なくとも一種の作用を及ぼす、物理量検出装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第２基板および前記第３基板は、前記第１基板に片持ち梁状に固定され、
   前記第２基板の固定領域および前記第３基板の固定領域は、平面視において、離間している、物理量検出装置。
4. 請求項１または請求項２において、
   前記第２基板および前記第３基板は、前記第１基板に片持ち梁状に固定され、
   前記第２基板の固定領域および前記第３基板の固定領域は、平面視において、重複している、物理量検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
   前記第１基板は、前記物理量検出装置を固定するための固定領域を有し、
   前記物理量検出装置を平面視したときに、前記固定領域は、前記第２基板および前記第３基板の輪郭の外側にある、物理量検出装置。
6. 基板、反応基板、物理量検出素子、前記基板をはめ込むための第１開口部を有する第１スペーサー、前記反応基板をはめ込むための第２開口部を有する第２スペーサー、および前記物理量検出素子をはめ込むための第３開口部を有する第３スペーサーを準備する工程と、
   前記基板を前記第１スペーサーの前記第１開口部にはめ込む工程と、
   前記基板の周縁部の一部を露出させるように、該基板および前記第１スペーサーの上に第４スペーサーを敷設する工程と、
   前記基板の周縁部の前記一部を露出させるとともに、平面視において、前記第２開口部が前記第１開口部の内側となるように、前記第４スペーサーの上に前記第２スペーサーを敷設する工程と、
   前記反応基板を、前記第２スペーサーの前記第２開口部にはめ込むとともに、前記基板の露出した前記一部に固定する工程と、
   前記反応基板の周縁部の二箇所を露出させるように、該反応基板および前記第２スペーサーの上に第５スペーサーを敷設する工程と、
   前記反応基板の周縁部の前記二箇所を露出させるとともに、平面視において、前記第３開口部が前記第２開口部の内側となるように、前記第５スペーサーの上に前記第３スペーサーを敷設する工程と、
   前記物理量検出素子を、前記第３スペーサーの前記第３開口部にはめ込むとともに、前記反応基板の露出した前記二箇所に固定する工程と、
   前記第３スペーサー、前記第５スペーサー、前記第２スペーサー、前記第４スペーサー、および前記第１スペーサーを順次取り去る工程と、
   を含み、
   前記第１スペーサーの上面および前記基板の上面、並びに、前記第２スペーサーの上面および前記反応基板の上面は、いずれも互いに面一の関係にある、物理量検出装置の製造方法。

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