JP2012078258A - 磁気センサモジュール及び磁気センサモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の主面が実装面に対して垂直となるように、半導体基板（素子基板）を容易かつ確実に実装面上に実装することが可能な磁気センサモジュール、及び、当該磁気センサモジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】一対の主面５１，５２に対して平行な磁場を検出する感磁部５４が形成された半導体基板５０と、該半導体基板５０が実装される実装面２１を有するモジュール基板２０とを備える磁気センサモジュールに１０おいて、半導体基板５０を一対の主面５１，５２がそれぞれ実装面２１に対して垂直をなす状態で該実装面２１上に配置し、これら一対の主面５１，５２の双方を実装面２１に対し金属バンプ６０を介して接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサモジュール、及び、該磁気センサモジュールの製造方法に関する。

近年、地磁気を検出する磁気センサモジュールを電子機器に搭載する需要が高まっており、当該磁気センサモジュールは例えばナビゲーションシステムにおいて方位情報を取得するための電子コンパスにも搭載されている。
この磁気センサモジュールは例えばＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の磁場をそれぞれ測定可能な素子基板（半導体基板）がモジュール基板上に実装された構成をなしており、当該素子基板により測定される三軸方向の地磁気の測定値に基づいて、地磁気の伏角の影響を受けることなく方位情報を正確に取得することができるようになっている。

ここで、一般に磁場を検出する素子基板は、一対の主面に平行な一方向の磁場を検出可能なＭＲセンサ等の感磁部が該主面に形成された構造をなしている。したがって、三軸方向の磁場を検出するためには、モジュール基板に対する垂直方向（Ｚ軸方向）の磁場を検出すべく、少なくとも一つの素子基板をその一対の主面がモジュール基板の実装面に対して垂直となるように、該実装面上に立設させて実装する必要がある。

素子基板をモジュール基板に対して垂直に立設する実装方法としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この方法によれば、素子基板をモジュール基板上に垂直に立設させた状態において、素子基板の一方の主面に配置されたはんだバンプとモジュール基板上の電極パッドとをリフロー処理（加熱処理）によって溶融接合することで、素子基板をモジュール基板に対して実装する。

さらに、素子基板をモジュール基板上に垂直に立設する方法としては、例えば特許文献２及び３に開示されたものが知られている。
特許文献２に記載の技術によれば、複数の素子基板を互いに当接させた状態でこれら素子基板をモジュール基板上に垂直に配置する。また、特許文献３に記載の技術によれば、モジュール基板に溝を形成して該溝に素子基板を立設状態で嵌め込むことで素子基板をモジュール基板に垂直に配置する。

特開２００９−２２９２９６号公報 米国特許第７０９５２２６号明細書 米国特許第７２７１５８６号明細書

ところで、上記特許文献１に開示された実装方法によりモジュール基板上に素子基板を実装した場合、素子基板がモジュール基板の垂直方向に対して傾斜して固定されてしまうという問題があった。
即ち、素子基板の一方の主面のはんだバンプとモジュール基板の電極パッドとをリフロー処理によって溶融接合する際には、加熱溶融したはんだバンプに表面張力が発生する。そして、この表面張力によって素子基板がモジュール基板側に引き寄せられる結果、素子基板がモジュール基板の垂直方向から傾斜する虞があった。この様に、素子基板がモジュール基板の垂直方向に対して傾斜して配置された場合、素子基板とモジュール基板とが構造的に不安定な状態で配置されるため、素子基板とモジュール基板との接続信頼性が低いという問題があった。

これに対して、特許文献２に開示されているように、複数の素子基板を互いに接触させた状態でモジュール基板上に配置し、これらモジュール基板同士が互い支え合うことにより傾斜を回避する手法が考えられる。
しかしながら、複数の半導体素子を互いに支持し合えるようにモジュール基板上に実装するには高度な実装精度が必要であるため、技術的に困難であるという問題がある。さらに、溶融したはんだバンプの表面張力が大きい場合には、当該表面張力に抗して素子基板同士が互いに支持し合うことができず、やはり素子基板が傾斜状態で実装される虞があった。

一方、特許文献３に示すように、半導体基板をモジュール基板に形成した溝に嵌合させることによりモジュール基板に対して垂直に立設する方法も考えられるが、当該溝の加工精度、半導体チップと溝とのクリアランス又は半導体の垂直度の最適化等、検討すべき課題が多く残るため、技術的に困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、一対の主面が実装面に対して垂直となるように、素子基板を容易に実装することが可能な磁気センサモジュール、及び、当該磁気センサモジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る磁気センサモジュールは、一対の主面に対して平行な磁場を検出する感磁部が形成された素子基板と、該素子基板が実装される実装面を有するモジュール基板とを備える磁気センサモジュールであって、前記素子基板は、前記一対の主面がそれぞれ前記実装面に対して垂直をなす状態で該実装面上に配置され、これら一対の主面の双方が前記実装面に対し金属バンプを介して接合されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に係る磁気センサモジュールは、請求項１において、前記金属バンプが、前記一対の主面において互いに対称な位置に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る磁気センサモジュールは、請求項１又は２において前記感磁部は、一方の前記主面に形成された第一感磁部と、他方の前記主面に形成された第二感磁部とを有していることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る磁気センサモジュールは、請求項３において、前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに直交していることを特徴とする。
本発明の請求項５に係る磁気センサモジュールは、請求項３において、前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに平行をなしていることを特徴とする。
本発明の請求項６に係る磁気センサモジュールの製造方法は、一対の主面に対して平行な磁場を検出する感磁部が形成された素子基板を、モジュール基板の実装面上に実装してなる磁気センサモジュールの製造方法であって、前記素子基板における前記一対の主面の双方に金属バンプを形成する工程と、前記一対の主面がモジュール基板の実装面に対して垂直をなすように、前記素子基板を前記実装面上に載置する工程と、前記金属バンプを加熱溶融させて、前記一対の主面を前記金属バンプを介して前記実装面に接合する工程とを備えることを特徴とする。
本発明の請求項７に係る磁気センサモジュールの製造方法は、請求項６において、前記金属バンプを、前記一対の主面において互いに対称な位置となるように前記一対の主面の双方に形成することを特徴とする。
本発明の請求項８に係る磁気センサモジュールは、一対の主面を有する第一素子基板及び第二素子基板と、これら第一素子基板及び第二素子基板が実装される実装面を有するモジュール基板とを備え、前記第一素子基板に前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第一感磁部が形成された磁気センサモジュールであって、前記第一素子基板及び前記第二素子基板は、それぞれの一方の前記主面同士を当接させた状態で、前記一対の主面が前記実装面に対して垂直をなすように、前記実装面上に配置され、前記第一素子基板及び前記第二素子基板の双方の他方の前記主面が、前記実装面に対し金属バンプを介して接合されていることを特徴とする。
本発明の請求項９に係る磁気センサモジュールは、請求項８において、前記金属バンプが、前記第一素子基板における他方の前記主面と、前記第二素子基板における他方の前記主面とにおいて、互いに対称な位置に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項１０に係る磁気センサモジュールは、請求項８又は９において、前記第一感磁部が、前記第一素子基板の一方の前記主面に形成され、該第一素子基板の一方の前記主面が、前記第一感磁部を介して前記第二素子基板の一方の前記主面に当接していることを特徴とする。
本発明の請求項１１に係る磁気センサモジュールは、請求項８乃至１０において、前記第一素子基板に、該第一素子基板の前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第二感磁部が形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項１２に係る磁気センサモジュールは、請求項８又は９において、前記第二素子基板に、該第二素子基板の前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第二感磁部が形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項１３に係る磁気センサモジュールは、請求項１２において、前記第一感磁部と前記第二感磁部との少なくとも一方が、前記第一素子基板又は前記第二素子基板の一方の前記主面に形成され、前記第一素子基板の一方の前記主面と前記第二素子基板の他方の前記主面とが、前記第一感磁部と前記第二感磁部との少なくとも一方を介して当接していることを特徴とする。
本発明の請求項１４に係る磁気センサモジュールは、請求項１１乃至１３において、前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに直交していることを特徴とする。
本発明の請求項１５に係る磁気センサモジュールは、請求項１１乃至１３において、前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに平行をなしていることを特徴とする。
本発明の請求項１６に係る磁気センサモジュールは、請求項８乃至１５において、前記第一素子基板の一方の前記主面と前記第二素子基板の一方の前記主面とが、スペーサを介して当接していることを特徴とする。
本発明の請求項１７に係る磁気センサモジュールの製造方法は、一対の主面を有する第一素子基板と第二素子基板と、これら第一素子基板及び第二素子基板が実装される実装面を有するモジュール基板とを備え、前記第一素子基板に該第一素子基板の前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第一感磁部が形成された磁気センサモジュールの製造方法であって、第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの一方の主面を互いに当接させる工程と、第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの他方の主面に金属バンプを形成する工程と、第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの前記一対の主面がモジュール基板の実装面に対して垂直をなすように、これら第一素子基板及び第二素子基板を前記実装面上に載置する工程と、前記金属バンプを加熱溶融させて、第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの他方の主面を前記金属バンプを介して前記実装面に接合する工程とを備えることを特徴とする。
本発明の請求項１８に係る磁気センサモジュールの製造方法は、請求項１７において、前記金属バンプが、前記第一素子基板における他方の前記主面と、前記第二素子基板における他方の主面とにおいて、互いに対称な位置に配されていることを特徴とする。

本発明の磁気センサモジュールによれば、はんだバンプ溶融時の表面張力によって生じる素子基板を実装面に引き寄せる力が相殺されるため、一対の主面を実装面に対して垂直となるように容易かつ低コストに実装することができる。また、素子基板とモジュール基板とを構造的に安定した状態で配置できるため、素子基板とモジュール基板との実装信頼性を向上させることができる。
本発明の磁気センサモジュールの製造方法によれば、素子基板を実装する際において、はんだバンプ溶融時の表面張力による該素子基板を実装面に引き寄せる力を相殺することができる。したがって、一対の主面が実装面に対して垂直となるように素子基板を容易に実装することが可能となる。

第一実施形態に係る磁気センサモジュールの斜視図である。 第一実施形態に係る磁気センサモジュールの平面図である。 第一実施形態に係る磁気センサモジュールの半導体基板の断面図である。 第一実施形態に係る磁気センサモジュールにおける半導体基板の実装方法を説明する図である。 第一実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部及び第二感磁部が互いに平行をなす構成の斜視図である。 第一実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部及び第二感磁部が互いに直交する構成の斜視図である。 図６に示す磁気センサモジュールにおける半導体基板の製造方法を説明する図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールの半導体基板の断面図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおける半導体基板の実装方法を説明する図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、感磁部が第一半導体基板の一方の主面に形成された構成の断面図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部が第一半導体基板の一方の主面に形成されるとともに第二感磁部が第一半導体基板の他方の主面に形成された構成の断面図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部が第一半導体基板の一方の主面に形成されるとともに第二感磁部が第二半導体基板の他方の主面に形成された構成の断面図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部が第一半導体基板の他方の主面に形成されるとともに第二感磁部が第二半導体基板の他方の主面に形成された構成の断面図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部及び第二感磁部が互いに平行をなす構成の斜視図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一感磁部及び第二感磁部が互いに直交する構成の斜視図である。 図１５に示す磁気センサモジュールにおける半導体基板の製造方法を説明する図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第一半導体基板及び第二半導体基板の一方の主面の間にスペーサが介在された構成を示す断面図である。 第二実施形態に係る磁気センサモジュールにおいて、第二半導体基板が実装面に対して平行に配置された構成を示す断面図である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態に係る磁気センサモジュールについて図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る磁気センサモジュール１０は、ベースとなるモジュール基板２０と、該モジュール基板２０の実装面２１上にそれぞれ実装されたＩＣチップ３０、センサ基板４０及び半導体基板（素子基板）５０とから構成されている。

モジュール基板２０は絶縁体から形成された矩形板状をなす部材であって、例えば、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、セラミックス基板、フレキシブルプリント基板等の公知のプリント基板が適用される。このモジュール基板２０を水平に配置した状態における該モジュール基板２０の上面が、上記ＩＣチップ３０、センサ基板４０及び半導体基板５０が実装される実装面２１とされている。なお、この実装面２１には、例えば印刷技術を用いて形成された回路（図示省略）が形成されている。

ＩＣチップ３０は矩形平板状をなすチップであって、例えば上記センサ基板４０及び半導体基板５０に対する制御信号の処理や、センサ基板４０及び半導体基板５０の出力の処理を行う機能を有している。このＩＣチップ３０は、上記モジュール基板２０の実装面２１上に配置され、例えばボンディングワイヤやはんだ等を介して、実装面２１上の回路に電気的に接合されている。

センサ基板４０は矩形平板状の基板であって、モジュール基板２０の実装面２１と平行に延在するように該実装面２１上に配置されている。このセンサ基板４０もＩＣチップ３０と同様、例えばボンディングワイヤやはんだ等を介して、実装面２１の回路に電気的に接合されている。

このセンサ基板４０が実装面２１上に配置された状態における該センサ基板４０の上面には、二つの感磁部（図示省略）が形成されている。または、一つの感磁部が形成されたセンサ基板を、２つ組み合わせることによってセンサ基板４０と同等な機能をもつようにしてもよい。これら感磁部は、それぞれ実装面に平行かつ互いに直交する方向の磁場をそれぞれ検出可能とされており、これによって、センサ基板４０は実装面２１に平行な二軸方向の磁場を検出可能とされている。なお、感磁部としてはホールセンサ、ＭＲセンサ、ＭＩセンサ又はフラックスゲート等の種々の磁場検出手段を適用することができる。

半導体基板５０は矩形平板状をなす基板であって、図１〜図３に示すように、モジュール基板２０の実装面２１に対して垂直に延在するように該実装面２１上に立設されている。
即ち、この半導体基板５０は互いに平行をなして表裏の関係を有する一対の主面５１，５２を備えており、これら一対の主面５１，５２に直交する端面を底面５３として、該底面５３が実装面２１に接触するように該実装面２１上に配置されている。これにより、一対の主面５１，５２はそれぞれ実装面２１に対して垂直をなすように配置され、半導体基板５０の延在方向が実装面２１に対して直交する。

上記一対の主面５１，５２のうちの一方の主面５１には、単一の感磁部５４が形成されている。この感磁部５４は一方の主面５１に沿った方向の磁場を検出可能とされている。特に本実施形態においては、感磁部５４における磁場を検出可能な方向である感磁方向が、底面５３に対して垂直をなすように、該感磁部５４が一方の主面５１に形成されている。したがって、上記のように底面５３を実装面２１に接触させて半導体基板５０が実装面２１に配置された状態においては、感磁部５４の感磁方向は実装面２１に垂直な方向に一致する。これにより、実装面２１上に配置された半導体基板５０によって、実装面２１に垂直な一軸方向の磁場が検出可能とされている。

そして、本実施形態においては、上記のような半導体基板５０における一対の主面５１，５２の双方が金属バンプ６０を介して実装面２１に接合されている。即ち、半導体基板５０は金属バンプ６０によって半導体基板５０の実装面２１に対する固定、及び、実装面２１の回路に対する電気的な接続が施されている。

この金属バンプ６０としては、はんだ、銅、金等の金属を適用することができるが、溶融接合が容易であるとともに長期信頼性に優れるといった利点からはんだを採用することが好適である。このはんだとしては、有鉛タイプ、無鉛タイプを問わず採用することができる。

上記金属バンプ６０は一対の主面５１，５２におけるそれぞれ複数（本実施形態においては４つずつ）箇所を実装面２１に対して接合している。本実施形態においては、一方の主面５１と他方の主面５２とでそれぞれ互いに対称となる箇所に各金属バンプ６０が配置されている。即ち、各主面５１，５２における金属バンプ６０は、一方の主面５１と他方の主面５２とのちょうど中間に位置する仮想平面を基準として、互いに鏡像対称となるように配置されているのである。
なお、上記複数の金属バンプ６０は主面５１，５２における実装面２１に沿った幅方向に互いに離間して配置されている。

このような金属バンプ６０は、半導体基板５０における一対の主面５１、５２にそれぞれ形成されたセンサ側金属パッド６１と、モジュール基板２０の実装面２１に形成された実装面側金属パッド６２との間を接続するとともに、半導体基板５０をモジュール基板２０に固定する役割を有している。なお、センサ側金属パッド６１及び実装面側金属パッド６２は、半導体基板５０、モジュール基板２０それぞれにおける電極パッドとしての役割を有している。
なお、半導体基板５０とモジュール基板２０とを接続する金属バンプ６０は、溶融処理によって形成される。この際、溶融によって金属が液状化するため、金属バンプ６０の外形は丸みを帯びた形状となる。

次に、上記のような磁気センサモジュール１０の製造方法について説明する。
まず、モジュール基板２０を用意して実装面２１が上方を向くように作業面上に載置する。そして、当該モジュール基板２０の実装面２１に対してＩＣチップ３０及びセンサ基板４０をボンディングワイヤやはんだ等を介して実装する。なお、これらＩＣチップ３０及びセンサ基板４０をはんだにより実装する場合には、後述する半導体基板５０を実装する際のリフロー処理をＩＣチップ３０及びセンサ基板４０にも同時に施すことによって、これらＩＣチップ３０及びセンサ基板４０を実装することとしてもよい。

次いで、半導体基板５０の実装面２１への実装を行なう。まず、一方の主面５１に感磁部５４が形成された半導体基板５０を用意する。半導体基板５０においては、この時点で主面５１，５２のセンサ側金属パッド６１上に金属バンプ６０が一体に形成されている。即ち、事前に半導体基板５０の主面５１，５２に対して金属バンプ６０を形成する工程が行われている。
次いで、実装面２１における金属バンプ６０を形成すべき箇所に複数の実装面側金属パッド６２を形成する。なお、当初から実装面側金属パッド６２が形成されたモジュール基板２０を用意してもよい。また、実装面側金属パッド６２上に、はんだペーストを塗布してもよい。

上記センサ側金属パッド６１及び金属バンプ６０は、半導体基板５０の一対の主面５１，５２において互いに対称となるように形成され、これに応じて実装面側金属パッド６２も一対の主面５１，５２が配置される箇所において互いに対称となるように形成される。

その後、図４（ｂ）に示すように、一対の主面５１，５２がそれぞれ実装面２１に対して垂直をなすように底面５３を実装面２１と接触させることで、該実装面２１上に半導体基板５０を垂直に載置する。この際、実装面２１における各実装面側金属パッド６２上には、半導体基板５０の金属バンプ６０が一対一の関係で配置される。

次いで、上記のように実装面２１上に半導体基板５０を配置した状態において、モジュール基板２０及び半導体基板５０を加熱することでリフロー処理を行い、金属バンプ６０を加熱溶融する。これによって、実装面側金属パッド６２に対して金属バンプ６０が溶融一体化され、その後冷却されることによって半導体基板５０とモジュール基板２０とが互いに接合される。これにより、本実施形態の磁気センサモジュール１０を得ることができる。

上記構成の磁気センサモジュール１０においては、ＩＣチップ３０からの信号に基づきセンサ基板４０が実装面２１に平行な二軸方向の磁場を測定するとともに、半導体基板５０が実装面２１に垂直な一軸方向の磁場を測定する。これにより、互いに直交する三軸方向の磁場を測定することができる。また、上記センサ基板４０及び半導体基板５０の出力をＩＣチップ３０によって処理することで、地磁気の伏角の影響を受けることなく方位情報を正確に取得することができる。

ここで、半導体基板５０をモジュール基板２０に実装する際にリフロー処理によって金属バンプ６０を加熱溶融すると、当該金属バンプ６０に表面張力が発生する。すると、この表面張力に基づいて、金属バンプ６０が接続された半導体基板５０の主面５１，５２とモジュール基板２０の実装面とをそれぞれ互いに引き寄せる力が発生する。

この際、仮に半導体基板５０における一対の主面５１，５２のうち一方の主面５１のみに金属バンプ６０が配置されているとすると、実装面２１上に垂直に立設されたことで重心の不安定な半導体基板５０が、上記金属バンプ６０の表面張力によって実装面２１側に引き寄せられる結果、半導体基板５０が実装面２１の垂直方向から傾斜する事態が生じてしまう。

これに対して、本実施形態の磁気センサモジュール１０においては、半導体基板５０における一対の主面５１，５２の双方に金属バンプ６０が配置されているため、各主面５１，５２を実装面２１に対して引き寄せる力が互いに相殺される。これによって、半導体基板５０が実装面２１に対して傾斜してしまうことを回避することができる。

即ち、一方の主面５１と実装面２１との間、及び、他方の主面５２と実装面２１との間には、それぞれ一方の主面５１又は他方の主面５２を実装面２１側に引き寄せる力が発生するが、この際、この引き寄せる力が互いに反対側を向く一方の主面５１及び他方の主面５２に作用しているため、これら力の向きが互いに逆向きとなり、半導体基板５０を傾斜させようとする力が相殺されるのである。

これによって、半導体基板５０の一対の主面５１，５２を実装面２１に垂直に配置したことで重心が不安定の場合であっても、半導体基板５０を垂直方向から傾斜することなく実装面２１に対して実装することができる。また、半導体基板５０とモジュール基板２０とを構造的に安定した状態で配置できるため、これら半導体基板５０とモジュール基板２０との実装信頼性を向上させることができる。
さらに、半導体基板５０の一対の主面５１，５２双方に金属バンプ６０を形成することのみをもって上記効果を実現することができるため、実装面２１への特別な加工や高度な実装技術を必要とすることはなく、当該半導体基板５０の実装作業を容易に行うことができる。

また、特に本実施形態においては、半導体基板５０の一対の主面５１，５２において互いに対称に金属バンプ６０が形成されているため、各主面５１，５２に作用する金属バンプ６０の表面張力を同一の大きさとすることができる。これによって、一対の主面５１，５２双方に作用する実装面２１に向かって引き寄せる力を完全に相殺することができるため、半導体基板５０が実装面２１に対して傾斜してしまうことをより確実に回避することができる。

なお、第一実施形態においては、半導体基板５０における一対の主面５１，５２のうち、一方の主面５１のみに感磁部５４が形成された構成を説明したが、変形例として例えば図５に示すように、一方の主面５１に第一感磁部５５が設けられるとともに、他方の主面５２に第二感磁部５６が設けられた構成であってもよい。

この変形例においては、第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向は、互いに平行かつ実装面２１に対して垂直な方向とされている。このように第一感磁部５５及び第二感磁部５６の二つが設けられることにより、実装面２１に垂直な一軸方向の磁場をより確実に測定することができる。この際、第一感磁部５５及び第二感磁部５６を磁気的あるいは電気的に接続することにより、一の感磁部として使用してもよい。

また、図６に示すように、変形例として、半導体基板５０の一方の主面５１に第一感磁部５５が設けられるとともに、他方の主面５２に第二感磁部５６が設けられ、これら第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向が互いに直交する構成であってもよい。

ここで、このように第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向が互いに直交する半導体基板５０の製造方法について、図７を参照して説明する。
まず、平板状をなすシリコン基板５７を用意し（図７（ａ））、その一方の面に複数の第一感磁部５５を形成する（図７（ｂ））。次いで、シリコン基板５７を裏返し（図７（ｃ））、該シリコン基板５７の他方の面に複数の第二感磁部５６を形成する（図７（ｄ））。この際、これら複数の第二感磁部５６は、その感磁方向が上記第一感磁部５５とは直交する方向に一致した状態とされる。その後、主面５１，５２の双方にセンサ側金属バンプ６０を形成した後、シリコン基板５７を、第一感磁部５５及び第二感磁部５６が各片に一つずつ存在するように複数に切断する（図７（ｅ））。これにより、当該切断により得られた複数の各片を半導体基板５０として取得することができる（図７（ｆ））。
なお、シリコン基板５７を複数に切断する工程と、金属バンプ６０を形成する工程とを、前後に反転して行っても良い。すなわち、シリコン基板５７を複数に切断して半導体基板５０とした後に、金属バンプ６０を形成しても良い。
そして、これら半導体基板５０は、モジュール基板２０の実装面２１に実装される。

この変形例によれば、単一の半導体基板５０によって、小さいスペースに２軸分の磁気センサを実装できることが可能になり、また２軸間の角度を正確に制御することが出来るので、正確な方位角を求めることができる。
なお、このように半導体基板５０における第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向が互いに直交する場合には、センサ基板４０の感磁部の感磁方向を第一感磁部５５及び第二感磁部５６にそれぞれ直交する一方向とすることが好ましい。これにより、互いに直交する三軸方向の磁場を測定することができる。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態の磁気センサモジュールについて説明する。なお、この第二実施形態においては、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

第二実施形態の磁気センサモジュール１１０においては、第一実施形態において単一の半導体基板５０が実装面に配置されていたのに対して、図８に示すように、第一半導体基板（第一素子基板）７０及び第二半導体基板（第二素子基板）８０とが互いに当接した状態で実装面２１に配置され、これら第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０それぞれが金属バンプ６０によって実装面２１上に接合された構成をなしている。

第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０は、半導体基板５０と同様、それぞれ矩形平板状をなす基板であって、モジュール基板２０の実装面２１に対して垂直に延在するように該実装面２１上に立設されている。
即ち、これら第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０は、互いに平行をなして表裏の関係を有する一対の主面７１，７２，８１，８２をそれぞれ備えており、これら一対の主面７１，７２，８１，８２に直交する端面を底面７３，８３として、該底面７３，８３が実装面２１に接触するように該実装面２１上に配置されている。これにより、一対の主面７１，７２，８１，８２は、それぞれ実装面２１に対して垂直をなすように配置され、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の延在方向が実装面２１に対して直交する。

そして、本実施形態においては、上記第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０は、それぞれの一方の主面７１，８１同士を互いに当接させた状態で実装面２１上に配置されている。即ち、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０は、それぞれ実装面２１に対して垂直をなす一方の主面７１，８１がその全域において互いに当接しており、これによって実装面２１上に一体をなして配置されている。第一半導体基板７０と第二半導体基板８０とは、接着樹脂（不図示）を介して当接させる構成としてもよい。

また、第一半導体基板７０の他方の主面７２には単一の感磁部５４が形成されている。この感磁部５４の感磁方向は実装面２１に対して垂直な方向とされており、即ち、第一半導体基板７０は、実装面２１に対して垂直な方向の磁場を検出する磁気センサとして機能する。これに対して本実施形態の第二半導体基板８０には、例えば加速度センサ等の種々の物理量センサが形成されている。

そして、上記のように実装面２１上に一体に配置された第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０においては、これらの双方の他方の主面７２，８２が金属バンプ６０を介して実装面２１に接合されている。この金属バンプ６０によって、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の実装面２１に対する固定、及び、実装面２１の回路に対する電気的な接続が施されている。

また、この第二実施形態においては、第一半導体基板７０の他方の主面７２と第二半導体基板８０の他方の主面８２とにおいて互いに対称となる箇所に金属バンプ６０が配置されている。即ち、第一半導体基板７０の他方の主面７２と第二半導体基板８０の他方の主面８２における金属バンプ６０は、第一半導体基板７０の他方の主面７２と第二半導体基板８０の他方の主面８２とのちょうど中間に位置する仮想面を基準として、互いに鏡像対称となるように配置されているのである。
なお、このような金属バンプ６０は、第一半導体基板７０と第二半導体基板との他方の主面７２，８２の幅方向に間隔をあけて複数が形成されている。

次に、上記のような構成の磁気センサモジュール１１０の製造方法について説明する。
まず、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０を実装面２１に実装するに先立って、これら第一半導体基板７０と第二半導体基板８０とのそれぞれの一方の主面５１，８１同士とを互いに当接させる。この際、これら一方の主面７１，８１を互いに接合することで第一半導体基板７０と第二半導体基板８０とを一体に固定してもよい。例えば、第一半導体基板７０と第二半導体基板８０とを陽極接合技術を用いて接合することができる。または、接着樹脂を用いて接合することができる。
第一半導体基板７０と第二半導体基板８０との接合は、大面積、円形の半導体基板（半導体ウエハ）の状態で行っても良いし、半導体ウエハから切り出して個片化した半導体基板（半導体チップ）の状態で行っても良い。
なお、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０は、この時点で他方の主面７２，８２に形成されたセンサ側金属パッド６１上に金属バンプ６０が一体に形成されている。即ち、事前に第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の他方の主面７２，８２に対して金属バンプ６０を形成する工程が行われている。

そして、図９（ａ）に示すように、実装面２１における金属バンプ６０を形成すべき箇所に実装面側金属パッド６２を形成する。なお、当初から実装面側金属パッド６２が形成されたモジュール基板２０を用意してもよい。また、実装面側金属パッド６２上に、はんだペーストを塗布してもよい。

その後、図９（ｂ）に示すように、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の主面７１，７２，８１，８２がそれぞれ実装面２１に対して垂直をなすように、それぞれの底面７３，８３を実装面２１と接触させて該実装面２１上に第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０を載置する。この際、実装面２１における各実装面側金属パッド６２上には、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０に固定された金属バンプ６０が一対一の関係で配置される。

次いで、上記のように実装面２１上に第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０を配置した状態で、モジュール基板２０、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０を加熱することによりリフロー処理を行い、金属バンプ６０を加熱溶融させる。これによって、金属バンプ６０と実装面側金属パッド６２とが溶融一体化され、その後冷却されることにより、第一半導体基板７０とモジュール基板２０、及び、第二半導体基板８０とモジュール基板２０とが互いに接合される。このようにして、本実施形態の磁気センサモジュール１１０を得ることができる。

以上説明した磁気センサモジュール１１０によれば、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の双方の他方の主面７２，８２に金属バンプ６０がそれぞれ形成されているため、これら他方の主面７２，８２を実装面に対して引き寄せる力を互いに相殺することができ、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０が実装面２１に対して傾斜してしまうことを回避できる。

即ち、溶融状態の金属バンプ６０の表面張力によって、第一半導体基板７０の他方の主面７２と実装面２１との間、及び、第二半導体基板８０の他方の主面８２と実装面２１との間には、それぞれ他方の主面７２，８２を実装面２１側に引き寄せて傾斜させようとする力が発生するが、この際、この引き寄せる力が互いに反対側を向く他方の主面７２及び８２に作用しているため、力の向きが互いに逆向きとなり、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０を傾斜させようとする力が相殺されるのである。

さらに、本実施形態においては、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一方の主面７１，８１同士が当接することで、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０が互いに支持し合い、これら第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の重心が安定する。したがって、第一半導体基板７０又は第二半導体基板８０が単独で実装面２１上に配置された場合に比べて、これら第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０が傾斜してしまうことをより効果的に防止することができる。また、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０とモジュール基板２０とを構造的に安定した状態で配置できるため、これら第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０とモジュール基板２０との実装信頼性を向上させることができる。

さらに、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の他方の主面７２，８２双方に金属バンプ６０を形成することのみをもって上記効果を実現することができるため、実装面２１への特別の加工や高度な実装技術を必要とすることはなく、これら第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の実装作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態においては、第一半導体基板７０の他方の主面７２と第二半導体基板８０の他方の主面８２とにおいて互いに対称となるように金属バンプ６０が形成されているため、双方の他方の主面７２，８２に作用する金属バンプ６０の表面張力を同一の大きさとすることができる。これによって、他方の主面７２，８２双方に作用する実装面２１に向かって引き寄せる力を完全に相殺することができるため、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０が実装面２１に対して傾斜してしまうことをより確実に回避することができる。

なお、上記第二実施形態においては、感磁部５４が第一半導体基板７０の他方の主面７２に形成された構成について説明したが、これに代えて、例えば図１０に示すように、当該感磁部５４が第一半導体基板７０の一方の主面７１に形成された構成であってもよい。この場合、感磁部５４が第一半導体基板７０の一方の主面７１と第二第二半導体基板８０の一方の主面８１とに挟み込まれた構成をなす。また、第一半導体基板７０の一方の主面７１と第二半導体基板８０の一方の主面８１とは感磁部５４を介して当接することになる。

このように感磁部５４を第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一方の主面７１，８１により挟み込むことにより、該感磁部５４が第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の外部に露呈することなくこれらの間に封止された構成とすることができる。したがって、感磁部５４を第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０によって保護することができるため、該感磁部５４が外力によって損傷を受けてしまうことを回避することができ、故障等のリスクを低減させることが可能となる。

なお、例えば図１１に示すように、第一半導体基板７０の一方の主面７１に上記の第一感磁部５５を形成するとともに、該第一半導体基板７０の他方の主面８２に第二感磁部５６を形成してもよい。この場合も、上記同様、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０により第一感磁部５５を保護することができる。

また、例えば図１２に示すように、第一半導体基板７０の一方の主面７１に上記の第一感磁部５５を形成するとともに、第二半導体基板８０の他方の主面８２に第二感磁部５６を形成してもよい。この場合も、上記同様、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一方の主面７１，８１により第一感磁部５５を保護することができる。

さらに、例えば図１３に示すように、第一半導体基板７０の他方の主面７２に第一感磁部５５を形成するとともに、第二半導体基板８０の他方の主面８２に第二感磁部５６を形成してもよい。

なお、図１１〜図１３に示すように、第一感磁部５５及び第二感磁部５６の二つを形成した場合には、これら第一感磁部５５と第二感磁部５６とのそれぞれの感磁方向を互いに平行としてもよいし、互いに直交させてもよい。

図１４に、他方の主面７２，８２に第一感磁部５５、第二感磁部５６が形成された第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０において、第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向が互いに平行、かつ、実装面２１に対して垂直をなしている磁気センサモジュール１１０を示す。
このように、第一感磁部５５と第二感磁部５６とが互いに平行をなす場合、実装面２１に垂直な一軸方向の磁場をより確実に測定することが可能となる。なお、第一感磁部５５及び第二感磁部５６を磁気的あるいは電気的に接続することにより、一の感磁部として使用してもよい。

図１５に、他方の主面７２，８２に第一感磁部５５、第二感磁部５６が形成された第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０において、第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向が互いに直交する磁気センサモジュール１１０を示す。
このように、第一感磁部５５と第二感磁部５６とが直交する場合には、２軸間の角度を正確に制御することができるので、正確な方位角を求めることができる。

ここで、図１５に示す磁気センサモジュール１１０において、実装面２１に実装される第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一体物の製造方法について図１６を参照して説明する。
まず、平板状をなす一対のシリコン基板７４，８４を用意する。（図１６（ａ））そして、一方のシリコン基板７４の表面に複数の第一感磁部５５を形成するとともに、他方のシリコン基板８４の表面に複数の第二感磁部５６を形成する（図１６（ｂ））。次いで、第一感磁部５５と第二感磁部５６との感磁方向が互いに直交するようにシリコン基板７４，８４の裏面同士を接合する（図１６（ｃ））。これにより、第一感磁部５５と第二感磁部５６とは互いに直交した状態でシリコン基板７４，８４の一体物の表裏面に存在することになる。その後、このシリコン基板７４及びシリコン基板８４の一体物における、シリコン基板７４及びシリコン基板８４の他方の主面７２，８２の双方にセンサ側金属バンプ６０が形成される。

その後、各片に第一感磁部５５及び第二感磁部５６がそれぞれ一つずつ存在するようにシリコン基板７４，８４の一体物を複数に切断する（図１６（ｄ））。これにより、各片を第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一体物として取得することができる（図１６（ｅ））。
なお、シリコン基板７４，８４の一体物を複数に切断する工程と、金属バンプ６０を形成する工程とを、前後逆転して行っても良い。すなわち、シリコン基板７４及びシリコン基板８４の一体物を複数に切断し、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一体物とした後に、金属バンプ６０を形成してもよい。
以上により、第一感磁部５５及び第二感磁部５６が互いに直交する第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一体物を容易かつ確実に製造することができる。

また、例えば図１７に示すように、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の双方の一方の主面７１，８１の間にスペーサ１０５が介在され、即ち、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の一方の主面７１，８１が当該スペーサ１０５を介して当接されている構成であってもよい。スペーサ１０５は、シリコン、ガラス、セラミックス、ＦＰＣ、ガラスエポキシ基板などからなり、第一半導体基板７０と第二半導体基板８０とを一定間隔で離間させるとともに、両方の半導体基板を接合する機能を有する。
この場合、第一半導体基板７０と第二半導体基板８０とを、所望の間隔だけあけて配置することが可能となるとともに、これら第一半導体基板７０と第二半導体基板８０との間に所望のクリアランスを容易に形成することができ、設計の幅を広げることが可能となる。

さらに、例えば図１８に示すように、第一半導体基板７０が実装面２１に対して垂直に配置される一方、第二半導体基板８０が実装面２１に対して平行に配置され、第二半導体基板８０の上面８５が第一半導体基板７０に当接する構成であってもよい。この場合、第一半導体基板７０の他方の主面７２及び第二半導体基板８０の底面８３がそれぞれ金属バンプ６０によって実装面２１に対して接合された構成となる。即ち、第二半導体基板８０の上面８５が一方の主面とされ、底面８３が他方の主面とされて、当該一方の主面が第一半導体基板７０の一方の主面７１と当接する構成とされているのである。この場合も実施形態と同様の作用により、第一半導体基板７０が実装面２１に対して垂直な方向から傾斜してしまうことを回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

なお、第一実施形態においては、一対の主面５１，５２の双方に金属バンプ６０がそれぞれ複数設けられた構成として説明したが、一対の主面５１，５２それぞれに金属バンプ６０が一のみ設けられた構成であってもよい。この場合であっても、上記同様の作用により、半導体基板５０の実装面２１に対する傾斜を防止することができる。
同様に、第二実施形態においても、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の他方の主面７２，８２の双方に金属バンプ６０が複数設けられていてもよいし、一のみが設けられていてもよい。

また、第一実施形態において、金属バンプ６０は、一対の主面５１，５２で必ずしも対称に設けられていなくともよく、例えば一対の主面５１，５２それぞれにおける金属バンプ６０の数又は配置箇所が異なるものであってもよい。この場合も、半導体基板５０の実装面２１に対する傾斜防止効果を得ることができる。
同様に、第二実施形態においても、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０の他方の主面７２，８２で金属バンプ６０が必ずしも対称に設けられていなくともよい。

さらに、第一実施形態及び第二実施形態において、感磁部５４、第一感磁部５５及び第二感磁部５６の感磁方向は、設計に応じて適宜設定することが可能である。

また、実施形態においては、素子基板、第一素子基板及び第二素子基板としてそれぞれ半導体基板５０、第一半導体基板７０及び第二半導体基板８０を用いた例について説明したが、これら素子基板、第一素子基板及び第二素子基板としては、半導体からなる基板のみならず、例えばガラスやセラミックス等の他の部材からなる基板を採用してもよい。

１０…磁気センサモジュール、２０…モジュール基板、２１…実装面、３０…ＩＣチップ、４０…センサ基板、５０…半導体基板（素子基板）、５１…主面、５２…主面、５３…底面、５４…感磁部、５５…第一感磁部、５６…第二感磁部、５７…シリコン基板、６０…金属バンプ、６１…センサ側金属パッド、６２…実装面側金属パッド、７０…第一半導体基板（第一素子基板）、７１…主面、７２…主面、７３…底面、７４…シリコン基板、８０…第二半導体基板（第二素子基板）、８１…主面、８２…主面、８３…底面、８４…シリコン基板、８５…上面、１０５…スペーサ、１１０…磁気センサモジュール

Claims (18)

1. 一対の主面に対して平行な磁場を検出する感磁部が形成された素子基板と、該素子基板が実装される実装面を有するモジュール基板とを備える磁気センサモジュールであって、
   前記素子基板は、前記一対の主面がそれぞれ前記実装面に対して垂直をなす状態で該実装面上に配置され、
   これら一対の主面の双方が前記実装面に対し金属バンプを介して接合されていることを特徴とする磁気センサモジュール。
2. 前記金属バンプが、前記一対の主面において互いに対称な位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサモジュール。
3. 前記感磁部は、
   一方の前記主面に形成された第一感磁部と、
   他方の前記主面に形成された第二感磁部とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサモジュール。
4. 前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに直交していることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサモジュール。
5. 前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに平行をなしていることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサモジュール。
6. 一対の主面に対して平行な磁場を検出する感磁部が形成された素子基板を、モジュール基板の実装面上に実装してなる磁気センサモジュールの製造方法であって、
   前記素子基板における前記一対の主面の双方に金属バンプを形成する工程と、
   前記一対の主面がモジュール基板の実装面に対して垂直をなすように、前記素子基板を前記実装面上に載置する工程と、
   前記金属バンプを加熱溶融させて、前記一対の主面を前記金属バンプを介して前記実装面に接合する工程とを備えることを特徴とする磁気センサモジュールの製造方法。
7. 前記金属バンプを、前記一対の主面において互いに対称な位置となるように前記一対の主面の双方に形成することを特徴とする請求項６に記載の磁気センサモジュールの製造方法。
8. 一対の主面を有する第一素子基板及び第二素子基板と、これら第一素子基板及び第二素子基板が実装される実装面を有するモジュール基板とを備え、前記第一素子基板に前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第一感磁部が形成された磁気センサモジュールであって、
   前記第一素子基板及び前記第二素子基板は、それぞれの一方の前記主面同士を当接させた状態で、前記一対の主面が前記実装面に対して垂直をなすように、前記実装面上に配置され、
   前記第一素子基板及び前記第二素子基板の双方の他方の前記主面が、前記実装面に対し金属バンプを介して接合されていることを特徴とする磁気センサモジュール。
9. 前記金属バンプが、前記第一素子基板における他方の前記主面と、前記第二素子基板における他方の前記主面とにおいて、互いに対称な位置に配されていることを特徴とする請求項８に記載の磁気センサモジュール。
10. 前記第一感磁部が、前記第一素子基板の一方の前記主面に形成され、
    該第一素子基板の一方の前記主面が、前記第一感磁部を介して前記第二素子基板の一方の前記主面に当接していることを特徴とする請求項８又は９に記載の磁気センサモジュール。
11. 前記第一素子基板に、該第一素子基板の前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第二感磁部が形成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の磁気センサモジュール。
12. 前記第二素子基板に、該第二素子基板の前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第二感磁部が形成されていることを特徴とする請求項８又は９のいずれか一項に記載の磁気センサモジュール。
13. 前記第一感磁部と前記第二感磁部との少なくとも一方が、前記第一素子基板又は前記第二素子基板の一方の前記主面に形成され、
    前記第一素子基板の一方の前記主面と前記第二素子基板の他方の前記主面とが、前記第一感磁部と前記第二感磁部との少なくとも一方を介して当接していることを特徴とする請求項１２に記載の磁気センサモジュール。
14. 前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに直交していることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の磁気センサモジュール。
15. 前記第一感磁部と前記第二感磁部との検出可能な磁場の方向が互いに平行をなしていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の磁気センサモジュール。
16. 前記第一素子基板の一方の前記主面と前記第二素子基板の一方の前記主面とが、スペーサを介して当接していることを特徴とする請求項８から１５のいずれか一項に記載の磁気センサモジュール。
17. 一対の主面を有する第一素子基板と第二素子基板と、これら第一素子基板及び第二素子基板が実装される実装面を有するモジュール基板とを備え、前記第一素子基板に該第一素子基板の前記一対の主面に対して平行な磁場を検出する第一感磁部が形成された磁気センサモジュールの製造方法であって、
    第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの一方の主面を互いに当接させる工程と、
    第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの他方の主面に金属バンプを形成する工程と、
    第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの前記一対の主面がモジュール基板の実装面に対して垂直をなすように、これら第一素子基板及び第二素子基板を前記実装面上に載置する工程と、
    前記金属バンプを加熱溶融させて、第一素子基板及び第二素子基板のそれぞれの他方の主面を前記金属バンプを介して前記実装面に接合する工程とを備えることを特徴とする磁気センサモジュールの製造方法。
18. 前記金属バンプが、前記第一素子基板における他方の前記主面と、前記第二素子基板における他方の主面とにおいて、互いに対称な位置に配されていることを特徴とする請求項１７に記載の磁気センサモジュールの製造方法。

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