JP2013038674A - 貫通孔形成方法及び電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】少ない製造工程で電子デバイスの内部空間を気密封止するための孔封止部を形成することができる孔封止部形成方法及び電子デバイスを提供する。
【解決手段】孔封止部形成方法は、ベース層30の内部空間S側の主面に第1の凹部301を形成し、他方の主面に第2の凹部302を形成する凹部形成工程と、第1の凹部301と第2の凹部302とが連通するように貫通孔308を形成する貫通孔形成工程とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】孔封止部形成方法は、ベース層30の内部空間S側の主面に第1の凹部301を形成し、他方の主面に第2の凹部302を形成する凹部形成工程と、第1の凹部301と第2の凹部302とが連通するように貫通孔308を形成する貫通孔形成工程とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子デバイスの内部空間を気密封止するための孔封止部形成方法及び電子デバイスに関する。
従来、各種情報・通信機器、電子機器等には、圧電振動子を利用した圧力センサーや圧電デバイス等の電子デバイスが広く利用されている。
このような電子デバイスは、一般的に、2つの基板で挟まれて形成されたキャビティ内に圧電振動子が収容される。圧電振動子は、真空雰囲気で発振させることによって振動特性が安定することから、振動特性の劣化を防ぐために、キャビティの内部空間を真空にすることが行われている。
このような電子デバイスは、一般的に、2つの基板で挟まれて形成されたキャビティ内に圧電振動子が収容される。圧電振動子は、真空雰囲気で発振させることによって振動特性が安定することから、振動特性の劣化を防ぐために、キャビティの内部空間を真空にすることが行われている。
従来においては、電子デバイスの内部空間を真空にするために、1つの基板に貫通孔を形成しておき、大気中で基板同士を貼り合わせて電子デバイスを形成した後、電子デバイスの内部空間から前記貫通孔を介して空気を排出して真空とする。そして、貫通孔に配置した封止材を熱溶融させて当該貫通孔を塞ぐことにより、内部空間が真空を保った状態で気密に封止している。
電子デバイスの内部空間を真空引きして封止するための孔封止部の形成方法として、引用文献1には、内部空間側のベース用凹部をエッチングにより形成した後、ベース用凹部の形成されていない外側の面からサンドブラスト加工により第1のスルーホールを形成し、さらにベース用凹部の形成されている内側の面からウェットエッチングにより第2のスルーホールを形成することにより第1のスルーホールと貫通することが記載されている。
引用文献2、3には、外部側内壁部を形成した後に内側内壁部を形成することが記載されており、外部側内壁部はサンドブラストで形成することが好ましく、内側内壁部はサンドブラストで形成しても、ウェットエッチングやドライエッチングで形成してもよいことが記載されている。
引用文献4、5には、サンドブラストにより、外部側の面から基板の厚さ方向に該基板を掘削して外部側凹部を形成した後、内部空間側の面から該基板の厚さ方向に該基板を掘削して内部空間側凹部を形成し、外部側凹部と内部空間側凹部42とが連通することにより、封止孔を形成することが記載されている。
引用文献6には、サンドブラストで貫通孔を形成した後に、残留応力を低減するため及び金属膜の形成を容易にするために、貫通孔の内壁のライトエッチングを行うことが記載されている。
引用文献7には、サンドブラストを2回行うことで孔を貫通させ、さらにライトエッチングを行い、貫通孔の内壁面の加工変質層が除去され、なめらかな状態になることが記載されている。
引用文献7には、サンドブラストを2回行うことで孔を貫通させ、さらにライトエッチングを行い、貫通孔の内壁面の加工変質層が除去され、なめらかな状態になることが記載されている。
引用文献8には、エッチングで貫通孔を形成することが記載されている。
引用文献9には、ウェットエッチングで基板の凹部及び貫通孔を形成することが記載されている。
引用文献9には、ウェットエッチングで基板の凹部及び貫通孔を形成することが記載されている。
しかしながら、例えば、特許文献1では、内部空間側のベース用凹部と、第1のスルーホールと、第2のスルーホールとを異なる手法(機械加工(サンドブラスト)とウェットエッチング)にて別々の工程で形成しているため、製造工程が多くなるという問題点がある。他の特許文献においても、内側面の加工工程と、外側面の加工工程等が別々に行われており、製造工程が多くなるという問題がある。
また、封止材で封止される孔部の表面には、封止材の濡れ性を良くするために金属膜が形成されるが、サンドブラストで当該孔部を形成した場合には、孔部の表面が粗くなって金属膜の形成が容易ではないことと前記表面に加工歪み等の内部応力が残留しているために、さらに孔部の表面に対してライトエッチングを行う必要があり、製造工程が多くなるという問題点があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、少ない製造工程で電子デバイスの内部空間を気密封止するための孔封止部を形成することができる孔封止部形成方法及び電子デバイスを提供することを目的とする。
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]少なくとも2つの基板を有する電子デバイスの内部空間を封止するための孔封止部の形成方法において、少なくとも1つの前記基板の前記内部空間側となる一方の主面に第1の凹部を形成し、他方の主面に第2の凹部を形成する凹部形成工程と、前記第1の凹部と前記第2の凹部とが連通するように貫通孔を形成する貫通孔形成工程とを備えたことを特徴とする孔封止部形成方法。
本発明によれば、第1の凹部と第2の凹部とを別の工程で形成せずに同じ工程で形成し、その後に貫通孔を形成するため、少ない工程で孔封止部を形成することができる。
本発明によれば、第1の凹部と第2の凹部とを別の工程で形成せずに同じ工程で形成し、その後に貫通孔を形成するため、少ない工程で孔封止部を形成することができる。
[適用例2]前記凹部形成工程において、前記第1の凹部と前記第2の凹部とをウェットエッチングにより形成することを特徴とする適用例1に記載の孔封止部形成方法。
本発明によれば、第1の凹部と第2の凹部とを同じ工程で形成することができるとともに、第2の凹部の表面はサンドブラストで加工した場合のように粗くならないため、第2の凹部をライトエッチングする必要がなくなり、ライトエッチングの工程を削減することができる。
本発明によれば、第1の凹部と第2の凹部とを同じ工程で形成することができるとともに、第2の凹部の表面はサンドブラストで加工した場合のように粗くならないため、第2の凹部をライトエッチングする必要がなくなり、ライトエッチングの工程を削減することができる。
[適用例3]前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔をサンドブラストにより形成することを特徴とする適用例1又は2に記載の孔封止部形成方法。
本発明によれば、貫通孔を短時間で所望の形状に形成することができる。
本発明によれば、貫通孔を短時間で所望の形状に形成することができる。
[適用例4]前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔をケミカルエッチングにより形成することを特徴とする。
本発明によれば、貫通孔の表面の粗さを小さくすることができ、残留応力を低減することができる。
本発明によれば、貫通孔の表面の粗さを小さくすることができ、残留応力を低減することができる。
[適用例5]前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔を前記内部空間側から外側に向けて形成することを特徴とする適用例1乃至4のうち何れか1例に記載の孔封止部形成方法。
本発明によれば、前記貫通孔を前記内部空間側から形成するため、サンドブラスト加工を行ったとしても、第2の凹部の表面に凹凸が形成されるのを防ぐことができる。
本発明によれば、前記貫通孔を前記内部空間側から形成するため、サンドブラスト加工を行ったとしても、第2の凹部の表面に凹凸が形成されるのを防ぐことができる。
[適用例6]少なくとも2つの基板に挟まれた内部空間を有する電子デバイスであって、少なくとも1つの前記基板は、前記内部空間と外部とを連通する貫通孔を有し、前記貫通孔の内部空間側の端部には第1の凹部が配置され、前記貫通孔の外部側の端部には第2の凹部が配置され、前記貫通孔の内径は、前記内部空間側から外部側に向かうに従って小さくなることを特徴とする電子デバイス。
本発明によれば、貫通孔と第2の凹部との連通部の内径を小さくすることができるため、貫通孔を介して内部空間からの空気の排出を容易にし、また、第2の凹部に封止材を満遍なく充填することができ、内部空間を気密に封止することができる。また、第1の凹部と第2の凹部とを同時にエッチングで形成することができるため、少ない工程で、電子デバイスの内部空間の真空引きを行い気密封止するための孔封止部を形成することができる。
[適用例7]前記貫通孔の内径の中心と、前記第2の凹部の開口の中心とがずれていることを特徴とする適用例6に記載の電子デバイス。
本発明によれば、第2の凹部に固形の封止材を配置した場合、第2の凹部と貫通孔との連通部が封止材の真下からずれて配置されるため、第2の凹部の内壁と封止材との間に隙間を確保することができ、封止材が貫通孔から排出される空気の圧力によって第2の凹部から落下することがなくなり、また、真空引き時間を短縮することできる。
本発明によれば、第2の凹部に固形の封止材を配置した場合、第2の凹部と貫通孔との連通部が封止材の真下からずれて配置されるため、第2の凹部の内壁と封止材との間に隙間を確保することができ、封止材が貫通孔から排出される空気の圧力によって第2の凹部から落下することがなくなり、また、真空引き時間を短縮することできる。
以下、本発明に係る電子デバイスを圧力センサーに適用した場合の実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は本実施形態に係る圧力センサー1の断面図であり、図2は圧力センサー1の分解斜視図である。これらの図に示すように、圧力センサー1は、感圧素子層10と、感圧素子10の一方の主面側及び他方の主面側それぞれを気密封止するように覆うダイアフラム層20及びベース層30と、を備えている。各層10、20、30は、それぞれ水晶板で形成されている。
図1は本実施形態に係る圧力センサー1の断面図であり、図2は圧力センサー1の分解斜視図である。これらの図に示すように、圧力センサー1は、感圧素子層10と、感圧素子10の一方の主面側及び他方の主面側それぞれを気密封止するように覆うダイアフラム層20及びベース層30と、を備えている。各層10、20、30は、それぞれ水晶板で形成されている。
図3は感圧素子層10の平面図である。図2及び図3に示すように、感圧素子層10は、中央に感圧素子としての双音叉素子106と、その周囲を囲む枠型の枠部108とを有している。双音叉素子106は、振動部としての一対の平行な柱状ビーム16a,16bと、両柱状ビーム16a,16bの両端に接続される一対の基部16cとを有している。双音叉素子106は屈曲振動をする振動素子であるとともに、柱状ビーム16a,16bに引張応力又は圧縮応力が印加されると、その共振周波数が変化する周波数変化型の感圧素子であり、所謂、双音叉型の圧電振動子である。
枠部108は、各基部16cから柱状ビーム16a,16bと直交する方向に延びる一対の梁部110a,110bを介して双音叉素子106と連結されている。
枠部108は、各基部16cから柱状ビーム16a,16bと直交する方向に延びる一対の梁部110a,110bを介して双音叉素子106と連結されている。
双音叉素子106の各柱状ビーム16a,16aには、各々の表、裏面と両側面に、図3に示すように励振電極112が設けられ、双音叉素子106の基部16cには当該励振電極112と電気的に接続された第1の入出力電極114a、第2の入出力電極114bが設けられている。前記第1、第2の入出力電極114a,114bには夫々、引出電極116a,116bが接続されており、当該引出電極116a,116bは梁部110a,110bを介して枠部108に各々引き出されている。
ダイアフラム層20は、図1、2に示すように、一方の主面側に被測定圧力を受圧する受圧面204を有している。受圧面204は可撓性を有する可撓部であり、外部からの被測定圧力を受圧すると撓み変形する。受圧面204の周縁には環状の枠部206が形成されており、当該枠部206は感圧素子層10の枠部108と対向するように配置されている。
ダイアフラム層20の他方の主面側であって受圧面204の裏側となる密閉側の主面には、双音叉素子106の一対の基部16cを固定し、受圧面204の撓み変形により受圧面204で受圧した被測定圧力を力に変換して双音叉素子106に伝達するための一対の支持部210が設けられている。
ダイアフラム層20の一対の支持部210と双音叉素子106の一対の基部16c、及びダイアフラム層20における他方の主面側の枠部206と感圧素子層10における一方の主面側の枠部108とは、接合材40を介して接合される。
接合材40としては、例えば、低融点ガラス、金属材料、接着剤等を用いることができるが、本実施形態では一実施形態として低融点ガラスを用いている。
接合材40としては、例えば、低融点ガラス、金属材料、接着剤等を用いることができるが、本実施形態では一実施形態として低融点ガラスを用いている。
ベース層30は、双音叉素子106を収容する内部空間Sを密封するための基板である。ベース層30は、感圧素子層10における他方の主面側を覆うように配置されている。ベース層30の一方の主面側の主面中央には、内部空間Sを形成するための第1の凹部301が設けられている。第1の凹部301を囲んで枠部304が設けられている。当該枠部304は感圧素子層10の枠部108と対向するように配置されている。ベース層30における一方の主面側の枠部304は、感圧素子層10における他方の主面側の枠部108と接合材40を介して接合される。
ベース層30の中央部には、内部空間Sを真空状態にして気密封止するための孔封止部が設けられている。孔封止部は、ベース層30の厚さ方向に貫通する貫通孔308と、貫通孔308の外部側の端部と連通する第2の凹部302と、を有している。すなわち、貫通孔308の内部空間S側の端部には第1の凹部301が配置され、貫通孔308の外部側の端部には第2の凹部302が配置される構成となっている。
貫通孔308は、円錐台形状を有し、貫通孔308の内径は、内部空間S側から外部側に向かうに従って小さくなっている。このような形状とすることにより、貫通孔308の第2の凹部302と連通する連通部の内径を、後述する固形及び球形の封止材303Aの径よりも小さくすることができ、封止材303Aを第2の凹部302に載置したときに、封止材303Aが貫通孔308から落下するのを防止することができる。また、内部空間Sからの貫通孔308を介しての空気の排出が容易になるとともに、第2の凹部302に封止材303を満遍なく充填することができ、内部空間Sを気密に封止することができる。この貫通孔308は例えばサンドブラストにより形成することができる。
第2の凹部302は略円錐台形状を有しているが、封止材303Aが載置されたときに封止材303Aの表面が第2の凹部302の表面に接近するように、第2の凹部302の貫通孔308に近い側が曲面となるように形成するのが好ましい。第2の凹部302は、第1の凹部301と同時にウェットエッチングにより形成することができる。
本実施形態では、貫通孔308の内径の中心と、第2の凹部302の開口の中心とが、平面視して略同一の位置に配置されるように形成されている。
本実施形態では、貫通孔308の内径の中心と、第2の凹部302の開口の中心とが、平面視して略同一の位置に配置されるように形成されている。
第2の凹部302には、封止材303が充填されている。封止材303は、固形の封止材303Aが溶融することにより、第2の凹部302に充填されたものである。封止材303は、完成した圧力センサー1を実装基板に実装する際のリフロー温度よりも融点が高い方が望ましく、例えば、金と錫(Sn)との合金、あるいは、金とゲルマニウム(Ge)との合金などが用いられる。
第2の凹部302の内壁には金属膜305が設けられている。当該金属膜305は、第2の凹部302に配置された固形の封止材303Aを溶融させた際に、当該封止材303Aを第2の凹部302に濡れ広がらせ、第2の凹部302を確実に封止するために設けられるものである。金属膜305は、スパッタリングや蒸着などにより積層されたクロム、金と、その上に無電解メッキにより順次積層されたニッケル、パラジウム、金により形成される。
なお、図示されていないが、ベース層30の外部に露出した面には電極端子が設けられており、この電極端子は図示しない導電パターンを介して双音叉素子106との間で信号の入出力を行う。
なお、図示されていないが、ベース層30の外部に露出した面には電極端子が設けられており、この電極端子は図示しない導電パターンを介して双音叉素子106との間で信号の入出力を行う。
以上のように構成された圧力センサー1は、内部が気密に封止され、真空状態に保持されており、絶対圧を検出するセンサーとなっている。双音叉素子106は、図示せぬ発振回路と電気的に接続され、当該発振回路から交流電圧(電気信号)を双音叉素子106の励振電極112に供給すると、2つの柱状ビーム16a,16bが互いに近づいたり離れたりする屈曲振動が励振され、固有の共振周波数で振動する。前記発振回路は双音叉素子106の共振周波数を示す電気信号を出力し、図示せぬ演算手段が当該信号で示される共振周波数から圧力値に変換して当該圧力値を検出値として出力する。
次に、図4及び図5を参照して、上記構成における圧力センサー1の製造方法について説明する。まず、感圧素子層10、ダイアフラム層20、ベース層30形成用の3枚のマザーウェーハ(水晶素板)を用意する。
ダイアフラム層20については、ダイアフラム層20形成用のマザーウェーハ上に複数のダイアフラム層20の形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチングやサンドブラスト法により形成する(ステップS101)。具体的には、上記マザーウェーハの両主面全体に、例えばクロム及び金からなる耐蝕膜をスパッタ等により形成した後、フォトレジストを塗布する。そのフォトレジスト上に、凹部202を形成する部分が開口し且つ枠部206及び支持部210を形成する部分を覆う外形パターニング用のマスクを配置して外形パターンを露光する。次に、現像を行って当該露光により感光したフォトレジストを除去した後、エッチング液に浸して、フォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングし、上記マザーウェーハ上に耐蝕膜からなるマスクを形成する。そして、当該マスクが形成されたマザーウェーハを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬して、このマスクの開口部分をウェットエッチングする。開口部分が所定の深さまでエッチングされたらエッチングを終了し、当該マザーウェーハ上のマスクを除去する。
これにより複数のダイアフラム層20の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
これにより複数のダイアフラム層20の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
また、ベース層30については、ベース層30形成用のマザーウェーハ上に複数のベース層30の形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチングにより形成する(ステップS201)。具体的には、第1の凹部301を形成する部分が開口しているマスクを上記マザーウェーハの一方の主面に形成するとともに、第2の凹部302を形成する部分が開口しているマスクを上記マザーウェーハの他方の主面に形成する。そして、このマザーウェーハをエッチング液に浸漬して、この両主面のマスクの開口部分から露出しているウェーハを同時にウェットエッチングする。ウェットエッチングが終了した後、当該マザーウェーハ上のマスクを除去する。これにより、第1の凹部301と第2の凹部302とを同時に形成することができる(凹部形成工程、図5(a)参照)。
次に、サンドブラストを用いてベース層30の内側(すなわち、第1の凹部301側)から厚さ方向に掘削を行うことにより、貫通孔308を形成する(ステップS202)。具体的には、第1の凹部301の表面に感光性のマスキングフィルムを貼り、そのマスキングフィルムに貫通孔308の開口形状のパターニング用マスクを位置合わせして開口形状パターンを露光した後、現像を行ってマスキングフィルムの感光した部分を除去することで、サンドブラスト加工用のマスクを形成する。次に、サンドブラスト加工装置の噴射ノズルから砥粒を噴射させ、マスクされていない部分から厚さ方向に掘削する。このとき、噴射ノズルから噴射される砥粒の位置を移動させながら、砥粒の吐出圧力、吐出時間などを調整することにより、第2の凹部302側に向かうに従って内径が小さくなる円錐台形状の貫通孔308を形成する(貫通孔形成工程、図5(b)参照)。
サンドブラストは、ケミカルエッチング(ウェットエッチング、反応性の気体やイオン、レーザーによるドライエッチング)に比較して被掘削部の形状の制御性に優れている。したがって、サンドブラストを用いることにより、所望の位置に所望の形状の貫通孔308を容易に形成することができる。
次に、ベース層30の第2の凹部302に金属膜305を形成するとともに、必要な電極端子等を形成する(ステップS203)。金属膜305の形成には、例えば、スパッタリングや蒸着などの気相堆積法と、無電解メッキとを併用して形成することができる。具体的には、スパッタリングや蒸着などにより、クロム、金の順に、第2の凹部302に積層させる。次に、この積層されたクロム、金をフォトリソグラフィーによりパターニングする。そして、そのパターン上に、無電解メッキにより、ニッケル、パラジウム、金の順に積層させることで、金属膜305が形成される(図5(c)参照)。
感圧素子層10については、まず、感圧素子層10形成用のマザーウェーハ上に複数の感圧素子層10の外形を、フォトリソグラフィー技術を用いたウェットエッチングにより形成する(ステップS301)。具体的には、感圧素子層10の双音叉素子106、梁部110a,110b、枠部108を形成する部分を覆うマスクをマザーウェーハの一方又は両方の主面上に形成し、このマスクの開口部分を厚さ方向に貫通するまでエッチングする。エッチングが終了した後、マザーウェーハ上のマスクを除去する。これにより複数の感圧素子層10の形状が形成されたマザーウェーハが出来上がる。
次に、感圧素子層10の柱状ビーム16a,16b、基部16c、梁部110a,110b、枠部108上に、励振電極112、第1の入出力電極114a、第2の入出力電極114b、引出電極116a,116bをスパッタリングなどで形成する(ステップS302)。
次に、各マザーウェーハの感圧素子層10とダイアフラム層20、及び感圧素子層10とベース層30とをそれぞれ重ね合わせて接合面を接合材40で接合し、3層積層体を形成する(ステップS304)。具体的には、まず、接合面となる一対の支持部210と枠部206の部分が開口するマスクをダイアフラム層20形成用のマザーウェーハに被せて、一対の支持部210と枠部206の表面に接合材40を塗布する。このとき、接合材が低融点ガラスを用いる場合は、接合材を仮焼成する。
次に、ダイアフラム層20の他方の主面と感圧素子層10の一方の主面とを重ね合わせ、ダイアフラム層20の一対の支持部210と感圧素子層10の一対の基部16c、及びダイアフラム層20の枠部206と感圧素子層10の枠部108を、それぞれ接触させる。
次に、加熱により接合材40を溶融させた後、加熱を停止し接合材40を硬化させる。これにより、感圧素子層10とダイアフラム層20とは接合材40で接合され、2層構造となる。
感圧素子層10とベース層30についても、感圧素子層10における他の主面側の枠部108と、ベース層30における一方の主面側の枠部304とを接合面として、上述した感圧素子層10とダイアフラム層20との接合手順と同様の手順で接合することで、3枚のマザーウェーハが積層した3層積層体とすることができる。
尚、感圧素子層10の表裏の接合面に、ダイアフラム層20とベース層30とを夫々、同時に接合しても良い。
尚、感圧素子層10の表裏の接合面に、ダイアフラム層20とベース層30とを夫々、同時に接合しても良い。
次に、3層積層体の第2の凹部302が形成された主面を上方に向け、固形で球状の封止材303Aを配置する(ステップS402、図5(d)参照)。
次に、当該3層積層体を真空チャンバー内に入れて所定の真空度まで減圧し、3層積層体が有する内部空間内の空気を貫通孔308から外部に排出する(ステップS403)。
次に、当該3層積層体を真空チャンバー内に入れて所定の真空度まで減圧し、3層積層体が有する内部空間内の空気を貫通孔308から外部に排出する(ステップS403)。
次に、固形の封止材303Aに電子ビーム或いはレーザーを照射することにより、封止材303Aを溶融させる(ステップS404)。
溶解した封止材303Aは、第2の凹部302の内壁に形成された金属膜305の表面に広がり、第2の凹部302に充填される。
溶解した封止材303Aは、第2の凹部302の内壁に形成された金属膜305の表面に広がり、第2の凹部302に充填される。
そして、真空チャンバー内にて、温度を下降させて封止材303Aを硬化させる(ステップS405)。また、封止材303Aの種類によっては、融解とほぼ同時に硬化する封止材もある。
次に、孔封止された3層積層体を真空チャンバーから取り出し、ダイシングを行って複数の圧力センサー1に個片化する(ステップS406)。これにより複数の圧力センサー1が形成されることとなる。
次に、孔封止された3層積層体を真空チャンバーから取り出し、ダイシングを行って複数の圧力センサー1に個片化する(ステップS406)。これにより複数の圧力センサー1が形成されることとなる。
以上説明したように、第1の凹部301と第2の凹部302とを別の工程で形成せずに同一工程で形成し、その後に貫通孔308を形成するため、少ない工程で、孔封止部を形成し、内部空間Sを気密封止して、圧力センサー1を製造することができる。
また、第2の凹部302をウェットエッチングで形成したため、第2の凹部302をサンドブラストで形成しさらにライトエッチングを行う場合に比較して、製造工程を削減することができる。
また、2つの凹部301、302を形成した後に、貫通孔308をサンドブラストで形成することとしたため、ベース層30の異方性に依存することなく、所望の形状に制御して掘削加工を行うことができる。
また、貫通孔308を内部空間S側から形成したため、第2の凹部302側から形成する場合に比較して、第2の凹部302の表面に凹凸が形成されるのを防ぐことができる。
また、貫通孔308の横断面積を、内部空間S側から外部側に向かうに従って小さくなるようにしたため、内部空間Sからの貫通孔308を介しての空気の排出が容易になり、また、第2の凹部302に封止材303を満遍なく充填することができ、内部空間Sを気密に封止することができる。
なお、上記実施形態では、貫通孔308の横断面(内径)の中心(軸)と、第2の凹部302の開口の中心(軸)とは、平面視して同一の位置にあるとして説明したが、これに限らず、図6に示すように、貫通孔308の横断面(内径)の中心(軸)と、第2の凹部302の開口の中心(軸)とが、ずれた位置にあってもよい。
このようにずれた構成とすることで、第2の凹部302に固形の封止材303Aを配置した際に、第2の凹部302と貫通孔308との連通位置が封止材303の真下からずれて配置され、第2の凹部302の内壁と封止材303Aとの間に比較的大きな隙間が確保される。これにより、真空引き時に貫通孔308から排出される空気の圧力によって封止材303Aが吹き上げられ第2の凹部302から落下することがなくなり、また、真空引き時間が短縮でき、真空引きの効率化を図ることができる。
なお、第2の凹部302を、形状がベース層30の異方性に依存するウェットエッチングにより形成し、次に、貫通孔308を、所望の形状に制御が容易なサンドブラストにより形成するため、貫通孔308の横断面の中心と、第2の凹部302の開口の中心とをずらして形成することは容易である。
また、上述した実施形態では、サンドブラストにより貫通孔308を形成するとして説明したが、これに限定されることはなく、ケミカルエッチング(ウェットエッチング)を用いて貫通孔308を形成してもよい。この場合には、貫通孔308の表面の粗さを小さくすることができるため、残留応力を低減することができる。
このような圧力センサー1は、実装基板に実装して圧電モジュールとすることができる。この場合、ベース層30の第1の凹部301に、双音叉素子106と電気的に接続され、双音叉素子106を駆動するための発振回路を内蔵したIC(Integrated Circuit)等の回路を搭載することができる。
なお、上述した実施形態では、電子デバイスとして、気体や液体の圧力を検出する圧力センサーを例にとって説明したが、電子デバイスは圧力センサーに限定されることはない。例えば、指等により直接押圧した場合の前記指の押圧による外力を検出する力センサーであってもよいし、圧電振動子や半導体等の電子素子を密閉して収容するパッケージであってもよい。
また、圧力センサーの積層体としては、図7に示すような積層体であってもよい。図7に示す圧力センサー1Aが上述した圧力センサー1と異なる点は、感圧素子層10A及びベース層30Aの長辺がダイアフラム層20Aより長く、張出部32が形成されている点である。そして、感圧素子層10Aの一方の主面側の張出部32は外部に露出しており、当該露出した部分には、引出電極116a,116bから延びる、接続端子としてのパッド電極42a,42bが設けられている。
感圧素子層10Aの2つの長辺の側面と2つの短辺の側面、ダイアフラム層20Aの2つの長辺の側面と1つの短辺の側面、ベース層30Aの2つの長辺の側面と2つの短辺の側面には、それぞれ1つの凸部58が設けられている。これらの凸部58は、感圧素子層10A、ダイアフラム層20A、ベース層30Aの各個片を製造する際に、感圧素子層10A用のマザーウェーハに形成された複数の感圧素子層10A同士を連結する各梁部、ダイアフラム層20A用のマザーウェーハに形成された複数のダイアフラム層20A同士を連結する各梁部、ベース層30A用のマザーウェーハに形成された複数のダイアフラム層20A同士を連結する各梁部を、それぞれ切断することにより形成されたものである。これらの凸部58は、感圧素子層10A、ダイアフラム層20A、ベース層30Aを積層する際の位置合わせに用いることができる。その他の点は、圧力センサー1と同様の構成である。
また、上述した実施形態では、圧力センサー1の振動部として一対の柱状ビーム16a,16bを用いたが、例えば、図8に示すように1つの柱状ビームのみを用いてもよいし、図9に示すように、厚みすべり振動をする、ATカット水晶を用いた厚みすべり振動子(いわゆるATカット振動子)を用いてもよい。
また、上述した実施形態では、接合材40として低融点ガラスを用いた接合方法を示したが、各基板の接合方法はこれに限定されることはなく、例えば、アルコキシド、オルガノシノキシ基などを含む接合材を用い、当該接合材にプラズマや紫外線等のエネルギー線を照射することにより活性化させて接合する方法や、半田付けによる接合、金錫合金等の共晶金属材料を加圧密着し加熱溶融した後に冷却固化する共晶接合方法、エポキシ系、ポリイミド系等の接着剤を用いた接合方法、熱硬化性樹脂による接合方法等を用いてもよい。
また、上述した実施形態では、各層10、20、30の材料として水晶を用いたが、水晶以外にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、セラミック等、各種の材料を用いることができる。また、上述した実施形態では3層の積層構造について説明したが、2層であっても、4層以上であってもよい。また、孔封止部を複数の基板に設けてもよいし、1つの基板に複数の孔封止部を設けてもよい。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明は、少なくとも2層以上の構造を有しているのにも好適である。また、圧力センサーに限定されることなく、加速度センサー、ジャイロセンサー、等の物理量検出素子、全般に適用できる。更に、温度センサー、圧電振動子等の圧電デバイスに適用することができる。圧電振動基板の振動部としては、音叉振動子(図10参照)、ATカット水晶振動子(図11参照)、水晶のX軸(電気軸)を中心にして所定の角度だけ回転して得られる回転Y板を用いた水晶振動子、その他のカットで切断された水晶振動子、水晶以外の圧電材料を用いた圧電振動子、等を広く適用できる。
また、本発明の圧電デバイスは、上述した圧電モジュール以外に、例えば携帯電話機、ハードディスク、パーソナルコンピューター、BS及びCS放送用の受信チューナー、同軸ケーブルや光ケーブル中を伝搬する高周波信号や光信号用の各種処理装置、広い温度範囲で高周波・高精度クロック(低ジッタ、低位相雑音)を必要とするサーバー・ネットワーク機器、無線通信用機器等の様々な電子機器、加速度センサー、回転速度センサー等の各種センサー装置にも広く適用することができる。
このような各種センサー装置及び電子機器としては、例えば一般工業用計測機器、電子血圧計、高度・気圧・水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などが挙げられる。
そして、上述のように外力によるダイアフラムの機械的な変形を電気的信号として計測するものとして、携帯電話機やパソコン等の小型の携帯機器での高度計測に前記圧力センサーを応用してマイクロホンとして利用可能である。
そして、上述のように外力によるダイアフラムの機械的な変形を電気的信号として計測するものとして、携帯電話機やパソコン等の小型の携帯機器での高度計測に前記圧力センサーを応用してマイクロホンとして利用可能である。
更に、近年注目をされるようになった水素やメタノール等の燃料電池は、軽量化や利便性等に起因して、例えば、ビデオカメラ、ノート型パーソナルコンピューター、携帯用電話機、携帯情報端末機(Personal Digital Assistants:PDA)、オーディオプレーヤ、プロジェクタ載置台、カプセル型医療機器の通信機能を具備した電子機器といった各種情報処理装置の燃料費電池としての用途が考えられる。即ち、水素を燃料として電力を発生させる燃料電池セルと、該燃料電池セルに水素を供給する水素吸蔵合金容器筐体と、該水素吸蔵合金容器筐体と上記燃料電池セルとの間に配設された検出用圧力センサーと、圧力調整弁と安全弁とを備えた燃料電池システムに於いて、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを使用することができる。
更に、事故等のイベント発生時前後の必要な時間のみについて、デジタルタコグラフとドライブレコーダの双方が生成するデータを関連付けて記録し、その後の解析等に有用なデータを提供することが可能な車両用情報記録装置において、前記デジタルタコグラフは、前記車両の走行状況を検出する走行状況検知手段と、前記ドライブレコーダとの間で情報を送受信するデジタルタコグラフ通信手段と、情報を記録するデジタルタコグラフ記録手段と、前記走行状況検知手段から入力した走行状況および前記デジタルタコグラフ通信手段から受信した情報を受けて、前記デジタルタコグラフ記録手段に情報を記録するデジタルタコグラフ制御部と、を有しているが、前記走行状況検知手段として、高精度な圧力検出が可能な本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
更に、被測定者にかかる負荷を検出する活動量計測システムにおいて、前記負荷を圧力として検出する場合においては、検出器として、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
また、外部からの侵入または異常を検知する異常検知センサーと、前記異常検知センサーが異常を検知したときに警報を発する警報手段とを含むセキュリティシステムにおいて、警戒モード設定手段は、警戒モードに応じて、前記異常検知センサーと前記警報手段とによる警戒動作を作動させる場合に、前記異常検知センサーとして、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
また、外部からの侵入または異常を検知する異常検知センサーと、前記異常検知センサーが異常を検知したときに警報を発する警報手段とを含むセキュリティシステムにおいて、警戒モード設定手段は、警戒モードに応じて、前記異常検知センサーと前記警報手段とによる警戒動作を作動させる場合に、前記異常検知センサーとして、本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
更に、本発明に係る電子デバイスの一例として腕時計型電子機器の本体が存在し、当該本体には、本発明に係る圧力センサーが備えられており、当該圧力センサーはダイナミックレンジやリニアリティなどの特性に優れたものとすることができる。
更に、特に自動車においては、例えばインテークマニホールド圧若しくはチャージ圧、ブレーキ圧、エアサスペンション圧、タイヤ圧、ハイドロリック貯蔵圧、ショックアブソーバ圧、冷却媒体圧、自動変速機における変調圧、ブレーキ圧、タンク圧のような圧力検出に本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
また、自動車のサイドドアの内部の圧力変化により側面衝突を検出する装置においては、衝突時に圧力センサーのダイアフラムが衝撃力を受けた場合に、これを圧力変化として検出する度合いを少なくして、圧力の変化をより高精度に検出するという要求がある。この場合、車両のサイドドアの内部に配設された圧力センサーにより、車両の側面に加わる衝撃を検出する側面衝突検出装置が利用されるが、前記側面衝突検出装置の前記圧力センサーが、圧力を検出するダイアフラムを持ち、そのダイアフラムの受圧面が前記サイドドアの内部の圧力変動により歪むことを検出することによって車両の側面に加わる衝撃を検出する構成を有する場合に、前記圧力センサーに本発明に係る電子デバイスとしての圧力センサーを適用できる。
1………圧力センサー、10………感圧素子層、16a、16b………柱状ビーム、16c………基部、20………ダイアフラム層、30………ベース層、40………接合材、102a、102b………溝部、106………双音叉素子、108………枠部、110a,110b………梁部、112………励振電極、114a………第1の入出力電極、114b………第2の入出力電極、116a,116b………引出電極、202………凹部、204………受圧面、206………枠部、208………溝部、210………支持部、301………第1の凹部、302………第2の凹部、303、303A………封止材、304………枠部、305………金属膜、306………溝部、308………貫通孔。
Claims (7)
- 少なくとも2つの基板を有する電子デバイスの内部空間を封止するための孔封止部の形成方法において、
少なくとも1つの前記基板の前記内部空間側となる一方の主面に第1の凹部を形成し、他方の主面に第2の凹部を形成する凹部形成工程と、
前記第1の凹部と前記第2の凹部とが連通するように貫通孔を形成する貫通孔形成工程と
を備えたことを特徴とする孔封止部形成方法。 - 前記凹部形成工程において、
前記第1の凹部と前記第2の凹部とをウェットエッチングにより形成することを特徴とする請求項1に記載の孔封止部形成方法。 - 前記貫通孔形成工程において、
前記貫通孔をサンドブラストにより形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の孔封止部形成方法。 - 前記貫通孔形成工程において、
前記貫通孔をケミカルエッチングにより形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の孔封止部形成方法。 - 前記貫通孔形成工程において、
前記貫通孔を前記内部空間側から外側に向けて形成することを特徴とする請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の孔封止部形成方法。 - 少なくとも2つの基板に挟まれた内部空間を有する電子デバイスであって、
少なくとも1つの前記基板は、
前記内部空間と外部とを連通する貫通孔を有し、
前記貫通孔の内部空間側の端部には第1の凹部が配置され、前記貫通孔の外部側の端部には第2の凹部が配置され、
前記貫通孔の内径は、前記内部空間側から外部側に向かうに従って小さくなることを特徴とする電子デバイス。 - 前記貫通孔の内径の中心と、前記第2の凹部の開口の中心とがずれていることを特徴とする請求項6に記載の電子デバイス。
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---|---|---|---|
JP2011174644A JP2013038674A (ja) | 2011-08-10 | 2011-08-10 | 貫通孔形成方法及び電子デバイス |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109422241A (zh) * | 2017-09-05 | 2019-03-05 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于以激光熔化封闭微机械装置的方法和微机械装置 |
US10449698B2 (en) | 2014-08-22 | 2019-10-22 | Omron Corporation | Bonded structure and method for producing bonded structure |
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-
2011
- 2011-08-10 JP JP2011174644A patent/JP2013038674A/ja not_active Withdrawn
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