JP2011106841A - センサーユニットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で信頼性の高いセンサーユニットと、このようなセンサーユニットを簡便に製造するための製造方法を提供する。
【解決手段】センサーユニット１は、ピエゾ抵抗素子を用いたセンサー２と、このセンサーに接合した能動素子モジュール５とを備え、センサー２は、ピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚに電気的に接続し可動機能領域２Ａの外側に位置する端子３１を有するセンサー本体３と、センサー本体３の枠部２３に接合された保護用蓋部材４と、を有し、能動素子モジュール５は、複数の貫通電極５３と、センサー２の可動機能領域２Ａを囲むように配設された絶縁性樹脂部材５４と、所望の貫通電極５３に接続し、かつ、絶縁性樹脂部材５４上まで達しているコンタクト電極５５とを有し、コンタクト電極５５がセンサー本体３の端子３１と接触した状態で、絶縁性樹脂部材５４がセンサー２と能動素子モジュール５とを接合している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサーユニットに係り、特にセンサーと能動素子とを内蔵したセンサーユニットと、このセンサーユニットを簡便に製造する方法に関する。

従来から、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサー、加速度センサー等のセンサーと、このセンサーを制御する能動素子とを備えたセンサーユニットが種々の用途に用いられている。このようなセンサーユニットとしては、例えば、ワイヤボンディング、金属バンプ等の接続手段を用いて配線基板上にセンサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールを実装し、これらを樹脂封止して保護したものが知られている（特許文献１）。
また、センサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールとを重ね合わせて接合したセンサーユニットが開発されている（特許文献２）。
一方、物体に作用する圧力、あるいは加速度を検出するセンサーとして種々のセンサーが開発されている（特許文献３、４）。

特開２００３−２５９１６９号公報 特開２００２−１８８９７５号公報 特開２００２−２２１４６３号公報 特開２００４−０６９４０５号公報

しかしながら、上述のような配線基板上に実装された従来のセンサーユニットでは、センサー内蔵モジュールが能動素子内蔵モジュールの実装部位とは別の部位に位置するため、配線基板の面方向の広がりが必要であった。このため、センサーユニットの小型化には限界があった。また、配線基板上にセンサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールを個々に実装するため、個々のモジュールを配線基板の所定の位置に実装するための位置合せを正確に行なう必要があり、工程管理が煩雑であるとともに、実装位置のズレを生じた場合、センサーユニットの信頼性が低下するという問題があった。さらに、実装時にセンサーが高温に曝されることがあり、センサーの特性の低下や、センサーユニットの信頼性低下を引き起こすことがあった。

また、センサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールとを重ね合わせて接合した従来のセンサーユニットでは、ウエハレベルの多面付けでセンサー内蔵モジュールと能動素子内蔵モジュールを作製し、両者を対向させて各モジュールの対応した電極をウエハレベルで電気的に確実に接続し、その後、ダイシングして個々のセンサーユニットとすることが難しく、生産性に問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、小型で信頼性の高いセンサーユニットと、このようなセンサーユニットを簡便に製造するための製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明のセンサーユニットは、ピエゾ抵抗素子を用いたセンサーと、該センサーに接合した能動素子モジュールとを備えたセンサーユニットにおいて、前記センサーは、可動機能領域内に位置するピエゾ抵抗素子と、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続し前記可動機能領域の外側に位置する複数の端子を有し、前記能動素子モジュールは、複数の貫通電極と、前記センサーとの対向面に前記可動機能領域を囲むように位置する絶縁性樹脂部材と、所望の前記貫通電極に接続し、かつ、前記絶縁性樹脂部材上まで達しているコンタクト電極とを有し、前記絶縁性樹脂部材上に位置する所定の前記コンタクト電極が前記センサーの所定の端子と接触した状態で、前記絶縁性樹脂部材が前記センサーと前記能動素子モジュールとを接合しているような構成とした。

本発明の他の態様として、前記絶縁性樹脂部材は、融点が２００〜３５０℃以下の樹脂であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記絶縁性樹脂部材は、ポリイミド樹脂であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記センサーは、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩ基板からなるセンサー本体であって、枠部と、該枠部から内側方向に突出する複数の梁部と、該梁部により支持される錘部と、前記梁部に位置するピエゾ抵抗素子と、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続し前記枠部に位置する複数の前記端子と、を有するセンサー本体と、前記錘部との間に所定の間隙を形成するように前記センサー本体の枠部の前記端子が位置する面と反対側の面に接合している保護用蓋部材と、を有し、前記梁部と前記錘部が前記可動機能領域にあるような構成とした。

本発明のセンサーユニットの製造方法は、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハを多面付けに区画し、面付け毎に所望の加工を施して、可動機能領域内にピエゾ抵抗素子を備え、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続された複数の端子を前記可動機能領域の外側に有するセンサー本体を、前記ＳＯＩウエハの各面付けに作製する工程と、能動素子モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に、能動素子を作製し、複数の微細貫通孔を形成して該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、前記センサー本体の前記可動機能領域を囲めるように一方の面に絶縁性樹脂部材を配設し、前記貫通電極に接続され、かつ、前記絶縁性樹脂部材上に達するようにコンタクト電極を形成して、能動素子モジュールを多面付けで作製する工程と、前記能動素子モジュールの絶縁性樹脂部材上に位置する所定のコンタクト電極と前記センサー本体の所定の端子とを接触させた状態で、加熱圧着を施して前記絶縁性樹脂部材により前記センサー本体と前記能動素子モジュールとを接合して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有するような構成とした。

本発明の他の態様として、前記絶縁性樹脂部材として、融点が２００〜３５０℃以下の樹脂を使用するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記絶縁性樹脂部材としてポリイミド樹脂を使用し、前記センサー本体と前記能動素子モジュールとの接合時の加熱温度を２５０〜３５０℃の範囲内とするような構成とした。
本発明の他の態様として、前記センサー本体を前記ＳＯＩウエハの各面付けに作製する工程では、枠部と、該枠部から内側方向に突出する複数の梁部と、該梁部により支持される錘部と、前記梁部に配設されたピエゾ抵抗素子と、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続され前記枠部に位置する前記端子と、を有するセンサー本体を作製するような構成とした。

本発明の他の態様として、前記センサー本体と前記能動素子モジュールとを接合する工程の前に、ガラスウエハを多面付けに区画し、面付け毎に所望の加工を施して、保護用蓋部材を、前記ガラスウエハの各面付けに作製する工程と、前記ＳＯＩウエハに作製された前記センサー本体の枠部に、前記ガラスウエハに作製された保護用蓋部材を接合してセンサーを多面付けで作製する工程と、を有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記能動素子の作製は、別途作製した能動素子を前記能動素子モジュール用ウエハに埋設するような構成とした。

このような本発明のセンサーユニットは、センサー本体の端子と能動素子モジュールのコンタクト電極とが接触した状態で絶縁性樹脂部材によりセンサーと能動素子モジュールとを接合した構造であり、配線基板を備えていないので、面積、高さともに大幅な小型化が可能となり、また、センサーと能動素子モジュールとの熱挙動の違いによる応力が生じても、絶縁性樹脂部材が応力を緩和する作用をなすので、コンタクト電極を介したセンサー本体の端子と能動素子モジュールの貫通電極との接続が確実に維持されるとともに、センサー本体と能動素子モジュールとが対向しピエゾ抵抗素子が位置する空間が絶縁性樹脂部材により密封されるので、センサーユニットの実装時においてピエゾ抵抗素子が熱等の悪影響を受け難くいものとなる。

また、本発明の製造方法は、能動素子モジュールの絶縁性樹脂部材上に位置するコンタクト電極をセンサー本体の端子と接触させた状態で、加熱圧着を施して絶縁性樹脂部材によりセンサーと能動素子モジュールとを接合するので、センサー本体側に凸形状となっているコンタクト電極がセンサー本体の端子と確実に接続され、かつ、絶縁性樹脂部材が接触状態のコンタクト電極と端子との段差を吸収して、これらを包み込み、ウエハレベルでのコンタクト電極を介したセンサー本体の端子と能動素子モジュールの貫通電極との接続を確実に行うことができ、ウエハレベルでセンサーと能動素子モジュールとの接合を行う一括アッセンブリーが可能であり、工程管理が容易で製造コストの低減が可能であり、また、接合が絶縁性樹脂部材を用いたものであり、加熱圧着の温度が低く、ピエゾ抵抗素子への熱の影響を阻止することができ、信頼性の高いセンサーユニットの製造が可能となる。

本発明のセンサーユニットの一実施形態を示す概略断面図であり、図２に示されるセンサー本体のＩ−Ｉ線での縦断面図である。 図１に示されるセンサーを構成するセンサー本体のシリコン層（活性層シリコン）側からの平面図である。 図２に示されるセンサー本体のII−II線での縦断面図である。 ピエゾ抵抗素子と端子とが配線で電気的に接続されている一例を示すセンサーの平面図である。 絶縁性樹脂部材を備えている面における能動素子モジュールの平面図である。 絶縁性樹脂部材を介したセンサーと能動素子モジュールとの接合状態を説明するための図１の部分拡大断面図である。 本発明のセンサーユニットを構成する能動素子モジュールの他の態様を示す断面図である。 本発明のセンサーユニットの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。 本発明のセンサーユニットの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。 本発明のセンサーユニットの製造方法におけるセンサーの作製例を示す工程図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［センサーユニット］
図１は、本発明のセンサーユニットの一実施形態を示す概略断面図である。図１において、本発明のセンサーユニット１は、センサー２と能動素子モジュール５とが絶縁性樹脂部材５４を介して接合されたものである。
センサーユニット１を構成するセンサー２は、ピエゾ抵抗素子を用いたセンサーであり、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）型の圧力センサー、加速度センサー等の従来公知のセンサーであってよく、特に制限はない。図示例では、センサー２は、センサー本体３と、これに接合された保護用蓋部材４を備えており、センサー本体３は酸化シリコン層１３をシリコン層１２（活性層シリコン）とシリコン層１４（基板シリコン）で挟持した３層構造を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１１からなる。

図２は、図１に示されるセンサー２を構成するセンサー本体３のシリコン層１２（活性層シリコン）側からの平面図である。そして、図１に示されるセンサー本体３は、図２におけるＩ−Ｉ線での縦断面形状を示している。また、図３は、図２に示されるセンサー本体３のII−II線での縦断面形状を示している。
図１〜図３に示されるように、センサー本体３を構成するシリコン層１２（活性層シリコン）は、錘部２１を構成する錘接合部２４と、この錘接合部２４を支持するための４本の梁部２２と、枠部２３と、各梁部２２と枠部２３で囲まれた４箇所の窓部２５とを備えている。そして、錘部２１と４本の梁部２２は可動機能領域２Ａ内にあり、４本の梁部２２には、Ｘ軸方向の外力を検出する４個のピエゾ抵抗素子２９Ｘ、Ｙ軸方向の外力を検出する４個のピエゾ抵抗素子２９Ｙと、Ｚ軸方向の外力を検出する４個のピエゾ抵抗素子２９Ｚが配設されている。また、各ピエゾ抵抗素子は、配線３２を介して対応する端子３１に電気的に接続されている。上記の可動機能領域２Ａは、センサー２の機能を発現するうえで可動を確保する必要がある領域であり、図１、図３に矢印で範囲を示し、図２では鎖線で囲んで範囲を示している。尚、図１では配線３２は図示していない。

また、センサー本体３を構成するシリコン層１４（基板シリコン）は、錘部２１を構成する錘２６と、この錘２６の周囲に開口部を介して位置する枠部２７とを備えている。錘２６は、その厚みが枠部２７よりも薄いものであり、基部２６Ａと、この基部２６Ａから十字型の梁部２２の間（窓部２５）方向に突出している４個の突出部２６Ｂからなる。そして、錘２６の基部２６Ａは、酸化シリコン層１３を介してシリコン層１２（活性層シリコン）の錘接合部２４に接合され、錘部２１が構成されている。
センサー２を構成する保護用蓋部材４は、例えば、ガラス、シリコン、ＳＵＳ板、インバー（Ｆｅ−３６％Ｎｉ合金）等の金属板、絶縁性樹脂板等を用いることができ、厚みは５０〜１０００μｍ程度の範囲で適宜設定することができる。尚、本発明においてセンサー２は、センサー本体３からなり、保護用蓋部材４を備えていないものであってもよい。

このセンサー２では、４本の梁部２２で支持された錘部２１に、Ｘ軸、Ｙ軸、あるいは、Ｚ軸（図２参照）方向に外力が作用すると、可動機能領域２Ａ内に位置する錘部２１に変位が生じる。この変位により、梁部２２に撓みが生じて、錘部２１に作用した外力がピエゾ抵抗素子により検出される。
ピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚは、例えば、梁部２２（シリコン層１２（活性層シリコン））に、ボロン、リン等の不純物をイオン注入あるいは熱拡散して形成したＰ型拡散層あるいはＮ型拡散層であり、長さ、幅は適宜設定することができる。また、ピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚの形状は、図示のようなストライプ形状に限定されるものではなく、例えば、折り返し部を有するような形状であってもよい。

また、絶縁層２８は、ピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚを被覆するように、センサー本体３を構成するシリコン層１２（活性層シリコン）上に形成されている。このような絶縁層２８は、例えば、二酸化珪素膜であり、厚みは５０〜５００ｎｍ程度の範囲で適宜設定することができる。
図４は、ピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚと端子３１とが配線３２で電気的に接続されている一例を示すセンサーの平面図であり、センサー本体３を構成するシリコン層１２（活性層シリコン）のみを示している。図４では、右側の枠部２３に１１個の端子３１が設けられ、これらの端子３１とピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚとがブリッジ回路を構成するように配線３２で電気的に接続されている。端子３１、配線３２は、例えば、アルミニウム、アルミニウムを主とした合金、銅、チタン、窒化チタン、および、これらの積層膜等の金属材料を用いて形成することができる。

センサーユニット１を構成する能動素子モジュール５は、能動素子５１と、能動素子５１に穿設された複数の微細貫通孔５２と、これらの微細貫通孔５２内に配設された貫通電極５３とを備えている。微細貫通孔５２は、開口径が１〜１００μｍ、好ましくは５〜６０μｍ程度であり、開口径が１μｍ未満であると、細貫通孔５２への貫通電極５３の形成が難しく断線が生じ易く、また、１００μｍを超えると、細貫通孔５２への材料充填が難しくなり好ましくない。また、微細貫通孔５２の形状は、図示例では厚み方向で内径がほぼ一定のストレート形状であるが、これに限定されず、一方の開口径が広いテーパー形状をなすもの、厚み方向のほぼ中央で内径が狭くなっているような形状等であってもよい。

また、能動素子モジュール５は、センサー２との対向面に、センサーの可動機能領域２Ａを囲むように絶縁性樹脂部材５４を備えている。図５は、絶縁性樹脂部材５４を備えている面における能動素子モジュール５の平面図であり、方形の能動素子５１の一つの辺に沿って１１個の貫通電極５３が配設されており、二点鎖線で示される可動機能領域２Ａを囲むように絶縁性樹脂部材５４（図示例では斜線を付して示している）が回廊形状に配設されている。また、能動素子モジュール５は、所望の貫通電極５３に接続され、かつ、絶縁性樹脂部材５４上に達するように配設されたコンタクト電極５５を有している。図示例では、絶縁性樹脂部材５４は貫通電極５３の外側に位置しているが、可動機能領域２Ａと絶縁電極５３の位置関係に応じて、絶縁性樹脂部材５４が貫通電極５３よりも内側に位置してもよい。
尚、絶縁性樹脂部材５４が形成されている面と反対側の能動素子５１の面には、能動素子５１の端子や貫通電極５３にバンプが形成されていてもよい。

上記のような微細貫通孔５２内に配設された貫通電極５３は、微細貫通孔５２内に充填されたものであってもよく、また、微細貫通孔５２の内壁面に形成され、貫通電極５３の中心に貫通孔が存在するようなものであってもよい。貫通電極５３の材質は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ等の導電材料とすることができる。また、コンタクト電極５５は、例えば、Ｃｕ／Ｃｒ積層、Ｃｕ／Ｔｉ積層等とすることができる。

上記の絶縁性樹脂部材５４の厚みは、センサー本体３と能動素子モジュール５とが対向する空間に要求される間隙に応じて設定することができ、例えば、３〜３０μｍ程度の範囲で適宜設定することができる。絶縁性樹脂部材５４の厚みが３μｍ未満であると、絶縁性樹脂部材５４の形成が難しいとともに、絶縁性樹脂部材５４の応力緩和作用が不十分となったり、コンタクト電極５５と端子３１との段差の吸収が不十分となることがあり好ましくない。また、絶縁性樹脂部材５４の厚みが３０μｍを超えると、絶縁性樹脂部材の形成が難しくなり好ましくない。また、絶縁性樹脂部材５４の幅は、貫通電極５３から能動素子５１の端辺までの距離、可動機能領域２Ａと絶縁電極５３の位置関係、センサー本体３の枠部２３の幅等を考慮して設定することができ、例えば、３０〜１００μｍ程度の範囲で適宜設定することができる。このような絶縁性樹脂部材５４の材質は、例えば、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の融点が４００℃以下、好ましくは２００〜３５０℃程度の範囲にある樹脂を挙げることができる。絶縁性樹脂部材５４に用いる材質の融点が４００℃を超えると、センサー２と能動素子モジュール５との接合時の熱の悪影響がピエゾ抵抗素子に及ぶことがあり好ましくない。

図６は、絶縁性樹脂部材５４を介したセンサー２と能動素子モジュール５との接合状態を説明するための図１の部分拡大断面図である。図６に示されるように、能動素子モジュール５の所定のコンタクト電極５５が、センサー本体３の所定の端子３１と接触した状態で、絶縁性樹脂部材５４によりセンサー２と能動素子モジュール５とが接合されている。
尚、図６では、コンタクト電極５５の一方の端部５５ａが所望の貫通電極５３に接続され、他方の端部５５ｂが絶縁性樹脂部材５４上に位置するように配設されているが、これに限定されるものではない。例えば、コンタクト電極の一方の端部５５ａが貫通電極５３よりも能動素子モジュール５の内側方向へ延設されていてもよく、また、他方の端部５５ｂが絶縁性樹脂部材５４を乗り越えるように延設されていてもよい。

このような本発明のセンサーユニット１は、センサー本体３の端子３１と能動素子モジュール５の絶縁性樹脂部材５４上に位置するコンタクト電極５５とが接触した状態で絶縁性樹脂部材５４によりセンサー２と能動素子モジュール５とを接合した構造であり、配線基板を備えていないので、面積、高さともに大幅な小型化が可能となる。また、センサー２と能動素子モジュール５との熱挙動の違いによる応力が生じても、絶縁性樹脂部材５４が応力を緩和する作用をなすので、コンタクト電極５５を介したセンサー本体３の端子３１と能動素子モジュール５の貫通電極５３との接続が確実に維持される。さらに、絶縁性樹脂部材５４が可動機能領域２Ａを囲むように位置するので、センサー本体３と能動素子モジュール５とが対向しピエゾ抵抗素子が位置する空間が絶縁性樹脂部材５４により密封され、センサーユニットの実装時においてピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚが熱等の悪影響を受け難くいものとなる。

上述のセンサーユニットの実施形態は例示であり、本発明のセンサーユニットはこれらに限定されるものではない。したがって、センサー本体３に配設された端子３１の位置、個数、能動素子モジュール５に配設された貫通電極５３の位置、個数等は、上述の実施形態に限定されるものではない。また、例えば、センサーユニットを構成する能動素子モジュール５が、図７に示されるように、基板５０と、この基板５０に内蔵された能動素子５１と、この能動素子５１の外側の領域の基板５０に形成された複数の微細貫通孔５２と、これらの微細貫通孔５２内に配設された貫通電極５３とを備えているものであってもよい。そして、貫通電極５３は、配線５６を介して能動素子５１の所望の端子に接続されている。この場合も、能動素子５１を内蔵した基板５０の貫通電極５３が配設された領域の外側の一方の面には、これら貫通電極５３を囲むように絶縁性樹脂部材５４を備えている。このような態様における基板５０の材質は、例えば、シリコン、ガラス等を挙げることができる。また、このような能動素子モジュール５は、基板５０のセンサー２と対向する面に能動素子５１を内蔵するものであってもよい。

［センサーユニットの製造方法］
次に、本発明のセンサーユニットの製造方法について、上述の図１に示すセンサーユニット１を例として説明する。
図８および図９は、本発明のセンサーユニットの製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。本発明では、まず、多面付けでセンサー２を作製する。すなわち、シリコン層１２（活性層シリコン）、酸化シリコン層１３、シリコン層１４（基板シリコン）の３層構造を有するＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ１１′と、１枚のガラスウエハ４′とを多面付け（各面付け部を１Ａで示す）に区画する（図８（Ａ））。

次に、ＳＯＩウエハ１１′の面付け１Ａ毎に所望の加工を施して、枠部２３と、この枠部２３から内側方向に突出する複数の梁部２２と、梁部２２により支持される錘部２１と、梁部２２に配設されたピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚと、ピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚに電気的に接続され枠部２３（可動機能領域２Ａの外側）に位置する端子３１と、を有するセンサー本体３を、ＳＯＩウエハ１１′の各面付け１Ａに作製する。また、ガラスウエハ４′の面付け１Ａ毎に所望の加工を施して、保護用蓋部材４をガラスウエハ４′の各面付け１Ａに作製する（図８（Ｂ））。そして、ＳＯＩウエハ１１′に形成されたセンサー本体３の枠部２７に、ガラスウエハ４′に形成された保護用蓋部材４を接合して、センサー２を多面付けで作製する（図８（Ｃ））。この多面付けのセンサー２の錘部２１、梁部２２、枠部２３，２７の作製工程については、後述する。

また、本発明のセンサーユニットの製造方法では、センサー２と同様に、多面付けで能動素子モジュール５を作製する（図９（Ａ））。すなわち、能動素子モジュール用ウエハ５′を多面付け（各面付け部を１Ａで示す）に区画し、面付け１Ａ毎に能動素子５１を作製し、所定の部位に複数の微細貫通孔５２を形成し、これらの微細貫通孔５２に導電材料を配設して貫通電極５３とする。その後、可動機能領域２Ａを囲むように、能動素子５１の一方の面に絶縁性樹脂部材５４を配設し、さらにコンタクト電極５５を配設する。このコンタクト電極５５は、所望の貫通電極５３に接続され、かつ、絶縁性樹脂部材５４上に達するように形成する。これにより、能動素子モジュール５が多面付けで作製される。
上記の微細貫通孔５２の形成は、例えば、マスクパターンを介してＩＣＰ−ＲＩＥ法により行うことができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により微細貫通孔５２を形成することもできる。さらに、能動素子モジュール用ウエハ５′に、上述のいずれかの方法により、一方の面から所定の深さで微細孔を形成し、その後、能動素子モジュール用ウエハ５′の反対面を研磨して微細孔を露出させることにより、微細貫通孔５２を形成してもよい。この微細貫通孔５２の開口径は、１〜１００μｍ、好ましくは５〜６０μｍの範囲で設定することができる。

また、微細貫通孔５２内への貫通電極５３の形成は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により下地導電薄膜を微細貫通孔５２内に形成し、その後、電気フィルドめっきにより、導電金属を析出させることにより行うことができる。これにより、ボイドのない貫通電極５３を得ることができる。また、導電性ペーストを微細貫通孔５２内に充填することにより貫通電極５３を形成することもできる。
また、コンタクト電極５５の形成は、例えば、マスクパターンを介して真空成膜法により、Ｃｕ／Ｃｒ、Ｃｕ／Ｔｉ等の積層配線を形成することにより行うことができる。
尚、上述の図７で説明したように、基板５０に能動素子５１を内蔵する能動素子モジュールを作製する場合には、面付け１Ａ毎に、能動素子５１を埋設するための凹部を形成し、この凹部内に能動素子５１を埋設する。上記の凹部は、例えば、能動素子モジュール用ウエハ５′上にマスクパターンを形成し、露出している能動素子モジュール用ウエハ５′に対して、ＩＣＰ−ＲＩＥ法により形成することができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法等によっても形成することができる。凹部の形状、寸法は、埋設する能動素子の形状、寸法に応じて適宜設定することができる。また、能動素子５１の埋設は、例えば、接着剤を用いて固着する方法、凹部に能動素子を嵌合する方法等、特に制限はない。

次いで、能動素子モジュール５の所定のコンタクト電極５５とセンサー本体３の所定の端子３１とを接触させた状態で加熱圧着を施して、絶縁性樹脂部材５４により多面付けの能動素子モジュール５と多面付けのセンサー２とを接合する。これにより、多面付けのセンサーユニット１が得られる（図９（Ｂ））。この絶縁性樹脂部材５４を介したセンサー２と能動素子モジュール５との接合における加熱圧着の条件は、絶縁性樹脂部材５４に用いる樹脂部材の融点から適宜設定することができ、例えば、加熱温度を４００℃以下、好ましくは２５０〜３５０℃とすることができる。
次いで、多面付けのセンサーユニット１をダイシングすることにより、図１に示されるようなセンサーユニット１が得られる。

ここで、多面付けのセンサー２の錘部２１、梁部２２、枠部２３，２７の作製工程の一例を、上述のセンサー２のセンサー本体３の製造を例として説明する。図１０は、センサーの製造例を示す工程図であり、図３に示した断面形状に相当する部位を示している。
図１０において、シリコン層１２（活性層シリコン）、酸化シリコン層１３、シリコン層１４（基板シリコン）の３層構造を有するＳＯＩウエハ１１′に多面付けで加工が行われる。まず、各面付け１Ａに、梁部２２、枠部２３、錘接合部２４を形成する部位を設定し、梁部２２となるシリコン層１２（活性層シリコン）の所定箇所に熱拡散法あるいはイオン注入法を用いてピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚ（図示せず）を形成する。そして、ピエゾ抵抗素子を被覆するように絶縁層２８を形成し、この絶縁層２８上に配線３２（図示せず）でピエゾ抵抗素子２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚ（図示せず）に電気的に接続された端子３１を形成する（図１０（Ａ））。

次に、梁部２２、枠部２３、錘接合部２４を形成するための溝部１６をシリコン層１２（活性層シリコン）に形成し、また、錘２６の厚みを設定するための凹部１７をシリコン層１４（基板シリコン）に形成する（図１０（Ｂ））。この溝部１６、凹部１７の形成は、例えば、マスクパターンを介して、プラズマを利用したドライエッチング法であるＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法により行うことができる。また、サンドブラスト法、ウエットエッチング法、フェムト秒レーザ法により溝部１６、凹部１７を形成することもできる。
次に、面付け１Ａ毎に、ＳＯＩウエハ１１′のシリコン層１４（基板シリコン）側（凹部１７側）からマスクパターン１９を介して酸化シリコン層１３が露出するまで開口部１８を穿設して錘２６（基部２６Ａ、突出部２６Ｂ）と枠部２７を形成する（図１０（Ｃ））。その後、開口部１８と溝部１６とに露出する酸化シリコン層１３を除去する（図１０（Ｄ））。これによりセンサー本体３が得られる。開口部１８の形成は、マスクパターン１９を介してＤＲＩＥ法により行うことができる。また、酸化シリコン層１３の除去は、例えば、反応性ガスによるドライエッチングにより行うことができる。マスクパターン１９の形成方法には特に制限はなく、例えば、感光性レジストを用いてフォトリソグラフィーにより形成する方法、樹脂層や金属層を配設し、これにレーザ描画により直接パターニングする方法等を用いることができる。

このようなセンサーを構成する枠部、梁部、錘部の形成と、上述のようなピエゾ抵抗素子、配線、端子の形成の工程順序は特に制限はない。
そして、ピエゾ抵抗素子が形成されたセンサー本体３に保護用蓋部材４を接合することにより上述のセンサー２が得られる。センサー本体３と保護用蓋部材４との接合は、例えば、陽極接合、直接接合、共晶接合、接着剤を用いた接合等により行うことができる。
上述のような本発明のセンサーユニットの製造方法は、能動素子モジュール５の絶縁性樹脂部材５４上に位置するコンタクト電極５５の端部５５ｂをセンサー本体３の端子３１と接触させた状態で、加熱圧着を施して絶縁性樹脂部材５４によりセンサー２と能動素子モジュール５とを接合するので、センサー本体３側に凸形状となっているコンタクト電極５５がセンサー本体３の端子３１と確実に接続される。また、絶縁性樹脂部材５４が、接触状態のコンタクト電極５５と端子３１との段差を吸収して、これらを包み込むので、ウエハレベルでのコンタクト電極５５を介したセンサー本体３の端子３１と能動素子モジュール５の貫通電極５３との接続を確実に行うことができる。これにより、ウエハレベルでセンサーと能動素子モジュールとの接合を行う一括アッセンブリーが可能であり、工程管理が容易で製造コストの低減が可能である。また、接合が、絶縁性樹脂部材を用いたものであり、加熱圧着の温度が低く、ピエゾ抵抗素子への熱の影響を阻止することができ、信頼性の高いセンサーユニットの製造が可能となる。
尚、上述のセンサーユニットの製造方法は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

小型で高信頼性のセンサーユニットが要求される種々の分野において適用できる。

１…センサーユニット
２…センサー
２Ａ…可動機能領域
３…センサー本体
４…保護用蓋部材
５…能動素子モジュール
１１…ＳＯＩ基板
２１…錘部
２２…梁部
２３…枠部
２４…錘接合部
２６…錘
２７…枠部
２９Ｘ，２９Ｙ，２９Ｚ…ピエゾ抵抗素子
３１…端子
５３…貫通電極
５４…絶縁性樹脂部材
５５…コンタクト電極
４′…ガラスウエハ
５′…能動素子モジュール用ウエハ
１１′…ＳＯＩウエハ

Claims (10)

1. ピエゾ抵抗素子を用いたセンサーと、該センサーに接合した能動素子モジュールとを備えたセンサーユニットにおいて、
   前記センサーは、可動機能領域内に位置するピエゾ抵抗素子と、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続し前記可動機能領域の外側に位置する複数の端子を有し、
   前記能動素子モジュールは、複数の貫通電極と、前記センサーとの対向面に前記可動機能領域を囲むように位置する絶縁性樹脂部材と、所望の前記貫通電極に接続し、かつ、前記絶縁性樹脂部材上まで達しているコンタクト電極とを有し、
   前記絶縁性樹脂部材上に位置する所定の前記コンタクト電極が前記センサーの所定の端子と接触した状態で、前記絶縁性樹脂部材が前記センサーと前記能動素子モジュールとを接合していることを特徴とするセンサーユニット。
2. 前記絶縁性樹脂部材は、融点が２００〜３５０℃以下の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のセンサーユニット。
3. 前記絶縁性樹脂部材は、ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサーユニット。
4. 前記センサーは、シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩ基板からなるセンサー本体であって、枠部と、該枠部から内側方向に突出する複数の梁部と、該梁部により支持される錘部と、前記梁部に位置するピエゾ抵抗素子と、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続し前記枠部に位置する複数の前記端子と、を有するセンサー本体と、前記錘部との間に所定の間隙を形成するように前記センサー本体の枠部の前記端子が位置する面と反対側の面に接合している保護用蓋部材と、を有し、前記梁部と前記錘部が前記可動機能領域にあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセンサーユニット。
5. シリコン層／酸化シリコン層／シリコン層の３層構造を有するＳＯＩウエハを多面付けに区画し、面付け毎に所望の加工を施して、可動機能領域内にピエゾ抵抗素子を備え、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続された複数の端子を前記可動機能領域の外側に有するセンサー本体を、前記ＳＯＩウエハの各面付けに作製する工程と、
   能動素子モジュール用ウエハを多面付けに区画し、各面付け毎に、能動素子を作製し、複数の微細貫通孔を形成して該微細貫通孔に導電材料を配設して貫通電極とし、前記センサー本体の前記可動機能領域を囲めるように一方の面に絶縁性樹脂部材を配設し、前記貫通電極に接続され、かつ、前記絶縁性樹脂部材上に達するようにコンタクト電極を形成して、能動素子モジュールを多面付けで作製する工程と、
   前記能動素子モジュールの絶縁性樹脂部材上に位置する所定のコンタクト電極と前記センサー本体の所定の端子とを接触させた状態で、加熱圧着を施して前記絶縁性樹脂部材により前記センサー本体と前記能動素子モジュールとを接合して、多面付けのセンサーユニットとする工程と、
   多面付けのセンサーユニットをダイシングする工程と、を有することを特徴とするセンサーユニットの製造方法。
6. 前記絶縁性樹脂部材として、融点が２００〜３５０℃以下の樹脂を使用することを特徴とする請求項５に記載のセンサーユニットの製造方法。
7. 前記絶縁性樹脂部材としてポリイミド樹脂を使用し、前記センサー本体と前記能動素子モジュールとの接合時の加熱温度を２５０〜３５０℃の範囲内とすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のセンサーユニットの製造方法。
8. 前記センサー本体を前記ＳＯＩウエハの各面付けに作製する工程では、枠部と、該枠部から内側方向に突出する複数の梁部と、該梁部により支持される錘部と、前記梁部に配設されたピエゾ抵抗素子と、該ピエゾ抵抗素子に電気的に接続され前記枠部に位置する前記端子と、を有するセンサー本体を作製することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のセンサーユニットの製造方法。
9. 前記センサー本体と前記能動素子モジュールとを接合する工程の前に、ガラスウエハを多面付けに区画し、面付け毎に所望の加工を施して、保護用蓋部材を、前記ガラスウエハの各面付けに作製する工程と、前記ＳＯＩウエハに作製された前記センサー本体の枠部に、前記ガラスウエハに作製された保護用蓋部材を接合してセンサーを多面付けで作製する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載のセンサーユニットの製造方法。
10. 前記能動素子の作製は、別途作製した能動素子を前記能動素子モジュール用ウエハに埋設することを特徴とする請求項５乃至請求項９のいずれかに記載のセンサーユニットの製造方法。

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