JP2016003994A - 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた検出精度を有するセンサーチップを備えた物理量センサー、この物理量センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】物理量センサー１は、物理量を検出して電気信号を発生する物理量センサーチップ３と、物理量センサーチップ３を収容している内部空間２８を有するパッケージ２と、パッケージ２と物理量センサーチップ３とを接続しているボンディングワイヤー８１と、を備え、物理量センサーチップ３は、ボンディングワイヤー８１によって内部空間２８に係留されている。【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、物理量センサーとして、圧力を検出し、その検出値に応じた電気信号を発生するセンサーチップと、このセンサーチップを収納するパッケージとを有する圧力センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような圧力センサーでは、一般に、センサーチップが、受圧によって撓むダイヤフラムと、ダイヤフラム上に設けられたセンサー素子とを備えており、ダイヤフラムに圧力が加わることに起因するダイヤフラムの撓みをセンサー素子で検出することにより、ダイヤフラムに加わった圧力を検出する。

また、かかる構成の圧力センサーでは、従来、特許文献１に開示されているように、センサーチップが、パッケージの底面に、フロロシリコーン系の接着剤のような低弾性率な材料を介して接合されている。

しかしながら、このような構成では、パッケージに発生した歪みが接着剤を介してセンサーチップに伝わることで、センサーチップに不要な応力が加わってしまい、その結果、センサーチップの検出精度が低下してしまうという問題があった。そのため、従来の圧力センサーでは、受けた圧力を精度よく検出することができなかった。

特開２００１−１５３７４６号公報

本発明の目的は、優れた検出精度を有するセンサーチップを備えた物理量センサー、この物理量センサーを備えた信頼性の高い高度計、電子機器および移動体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、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例の物理量センサーは、物理量を検出して電気信号を発生する物理量センサーチップと、
前記物理量センサーチップを収容している内部空間を有するパッケージと、
前記パッケージと前記物理量センサーチップとを接続している第１のワイヤーと、を備え、
前記物理量センサーチップは、前記第１のワイヤーによって前記内部空間に係留されていることを特徴とする。

これにより、パッケージの歪みがセンサーチップに伝搬されることを低減することができるため、パッケージの歪みによる応力がセンサーチップに加わることを低減することができる。そのため、センサーチップの検出精度を高めることができ、よって、優れた検出精度を有する圧力センサーを提供することができる。

［適用例２］
本適用例の物理量センサーでは、液状またはゲル状の充填材に囲まれていることが好ましい。

これにより、物理量センサーチップを保護（防塵および防水）することができるとともに、充填材が物理量伝達媒体（圧力伝達媒体）として機能するため、物理量センサーに加わった物理量（例えば、圧力）を物理量センサーチップに効率よく伝達することができる。さらに、充填材が液状またはゲル状であることで、物理量センサーチップにパッケージの歪みに起因する応力が加わってしまうことをより低減することができる。

［適用例３］
本適用例の物理量センサーでは、前記充填材は、柔軟性を有する樹脂を含むことが好ましい。

これにより、ゲル状の充填材をより容易に得ることができる。また、充填材がゲル状であると、内部空間内での物理量センサーチップの位置の変動を低減することができ、よって、物理量センサーの姿勢の変化の影響を受けずに高精度な検出が可能となる。

［適用例４］
本適用例の物理量センサーでは、前記第１のワイヤーは、導電性を有していることが好ましい。
これにより、ワイヤーに電気配線としての機能を持たせることができる。

［適用例５］
本適用例の物理量センサーでは、前記パッケージは、前記内部空間に前記パッケージから少なくとも一部が突出している可撓性配線基板を備え、
前記第１のワイヤーは、前記内部空間内において前記可撓性配線基板に接続されていることが好ましい。

これにより、パッケージの歪みに起因する応力が物理量センサーチップに加わってしまうことをより低減することができる。

［適用例６］
本適用例の物理量センサーでは、前記内部空間にＩＣチップを配置していることが好ましい。

このＩＣチップにより、センサーチップで発生した電気信号に基づいて、物理量センサーに加わった物理量（例えば、圧力）の大きさを演算することができる。

［適用例７］
本適用例の物理量センサーでは、前記パッケージと前記ＩＣチップとを接続している第２のワイヤーを備え、
前記ＩＣチップは、前記第２のワイヤーによって前記内部空間に係留されていることが好ましい。

これにより、パッケージの歪みがＩＣチップに伝搬されることで、パッケージの歪みによる応力がＩＣチップに加わってしまうことをより低減することができる。そのため、物理量センサーに加わった物理量（例えば、圧力）の大きさをより精度よく演算することができる。

［適用例８］
本適用例の物理量センサーでは、前記ＩＣチップは、前記物理量センサーチップと一体で構成されていることが好ましい。
これにより、物理量センサーの小型化、低背化を図ることができる。

［適用例９］
本適用例の物理量センサーでは、前記物理量センサーチップは、圧力を検出する圧力センサーチップであることが好ましい。
これにより、圧力を検出することができる。

［適用例１０］
本適用例の高度計は、上記適用例の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。

［適用例１１］
本適用例の電子機器は、上記適用例の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

［適用例１２］
本適用例の移動体は、上記適用例の物理量センサーを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す断面図である。 図１に示す物理量センサーの平面図である。 図１に示す物理量センサーが有する物理量センサーチップを示す断面図である。 図３に示す物理量センサーチップが有するセンサー素子を示す平面図である。 図４に示すセンサー素子を含むブリッジ回路を示す図である。 図１に示す物理量センサーが有するＩＣチップを示す断面図である。 本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す断面図である。 図７に示す物理量センサーの平面図である。 本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す断面図である。 図９に示す物理量センサーの平面図である。 図９に示す物理量センサーが有するＩＣチップおよび物理量センサーチップを示す断面図である。 本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す断面図である。 図１２に示す物理量センサーの平面図である。 第５実施形態の物理量センサーが備える物理量センサーチップを示す断面図である。 本発明の高度計の一例を示す斜視図である。 本発明の電子機器の一例を示す正面図である。 本発明の移動体の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサー、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．物理量センサー
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の物理量センサーの第１実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示す物理量センサーの平面図である。図３は、図１に示す物理量センサーが有する物理量センサーチップを示す断面図である。図４は、図３に示す物理量センサーチップが有するセンサー素子を示す平面図である。図５は、図４に示すセンサー素子を含むブリッジ回路を示す図である。図６は、図１に示す物理量センサーが有すＩＣチップを示す断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、ハウジング２２の図示を省略している。また、以下の説明では、図１、図３、図６中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

図１に示す物理量センサー１は、圧力を検出することのできる圧力センサーである。このように、物理量センサー１を圧力センサーとすることで、種々の電子機器に搭載することのできる物理量センサーとなる。

このような物理量センサー１は、図１に示すように、圧力を検出して電気信号を発生するセンサーチップ（物理量センサーチップ）３と、ＩＣチップ４と、センサーチップ３およびＩＣチップ４を収納するパッケージ（容器）２と、センサーチップ３をパッケージ２に接続するボンディングワイヤー（ワイヤー）８１と、ＩＣチップ４をパッケージ２に接続するボンディングワイヤー（ワイヤー）８２と、パッケージ２内でセンサーチップ３およびＩＣチップ４を囲っている（覆っている）充填材１１とを有している。

以下、これら各部について順に説明する。
≪パッケージ≫
パッケージ２は、センサーチップ３およびＩＣチップ４を収容する内部空間２８を有し、その内部空間２８はハウジング２２の上方に開口している。

図１に示すように、パッケージ２は、ベース（底部）２１と、ハウジング（蓋体）２２と、可撓性配線基板２５と、を有し、ベース２１とハウジング２２とで可撓性配線基板２５を挟み込むようにして、これらを互いに接合して構成されている。ベース２１と可撓性配線基板２５との接合、および、ハウジング２２と可撓性配線基板２５との接合は、それぞれ、接着剤で構成される接着剤層２６を介して行われている。この接着剤としては、特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系の接着剤等を用いることができる。なお、ベース２１、可撓性配線基板２５およびハウジング２２における、これら同士間の接合は、接着剤層を介することなく、ベース２１、可撓性配線基板２５およびハウジング２２の構成材料等によっては、陽極接合や、直接接合等の各種接合方法により行われていてもよい。

ベース２１は、パッケージ２の底面を構成し、本実施形態では、全体形状が平板状をなし、その平面視形状は、正方形状となっている。ベース２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、各種セラミックスであることが好ましい。これにより、優れた機械的強度を有するパッケージ２を得ることができる。なお、ベース２１の平面視形状としては、その他、例えば、円形状、長方形状、五角形以上の多角形状等をなすものであってもよい。

ハウジング２２は、パッケージ２の蓋部を構成し、本実施形態では、全体形状が筒状をなし、その平面視形状は、その下側おいて正方形状となり、上側において円形状となっている。また、ハウジング２２は、その外径および内径が、下端から上端に向かってパッケージ高さの途中まで漸減する第１の部位と、この途中から上端に向かってほぼ一定となる第２の部位とで構成され、第１の部位において平面視形状が正方形状をなし、第２の部位において平面視形状が円形状をなしている。なお、ハウジング２２の形状としては、その他、例えば、その全体形状が、円筒状をなすもの等であってもよい。また、ハウジング２２の構成材料としては、ベース２１の構成材料として挙げたのと同様のものを用いることができる。

可撓性配線基板２５は、ベース２１とハウジング２２との間に位置し、センサーチップ３やＩＣチップ４からの電気信号をパッケージ２の外部に取り出す機能を有している。この可撓性配線基板２５は、可撓性を有する基板２３と、基板２３の上面側に形成された配線２４とで構成される。

また、図２に示すように、基板２３は、その平面視形状が正方形の枠状をなし中心部に開口部２３３を有する枠体２３１と、枠体２３１の一辺において外側へ突出するように一体的に形成された帯状をなす帯体２３２と、で構成されており、枠体２３１の内縁部が全周にわたって内部空間２８内に突出するように配置されている。

基板２３の構成材料としては、可撓性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

配線２４は、導電性を有し、図２に示すように、枠体２３１と帯体２３２にかけて設けられ（引き回され）ている。このような配線２４は、センサーチップ３の電気信号をパッケージ２の外部に取り出す４つの配線部２４１と、ＩＣチップ４からの電気信号をパッケージ２の外部に取り出す４つの配線部２４５と、を有している。

各配線部２４１の内部空間２８側には、センサーチップ３の後述する接続端子７４ｂ’を、ボンディングワイヤー８１を介して電気的に接続する端子２４２が設けられている。一方、各配線部２４５の内部空間２８側には、ＩＣチップ４の後述する接続端子４１０を、ボンディングワイヤー８２を介して電気的に接続する端子２４６が設けられている。また、これら配線部２４１、２４５の外側の端部に、例えば、後述する電子機器または移動体のマザーボード等を電気的に接続することで、センサーチップ３やＩＣチップ４からの電気信号をパッケージ２の外部に取り出すことができる。

なお、配線２４が有する配線部の数は、上述したものに限定されず、センサーチップ３に設けられている接続端子７４ｂ’の数や、ＩＣチップ４に設けられている接続端子４１０の数に合わせて適宜設定することができる。

このような配線２４の構成材料としては、導電性を有していれば特に限定されず、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｌ等の金属、これらを含むＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＣｕＬｉ等の合金、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂等の酸化物等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

≪センサーチップ≫
図３に示すように、センサーチップ３は、基板５と、センサー素子６と、素子周囲構造体７と、空洞部８と、半導体回路９と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。

基板５は、板状をなし、ＳＯＩ基板（第１のＳｉ層５１１、ＳｉＯ_２層５１２、第２のＳｉ層５１３がこの順で積層している基板）で構成された半導体基板５１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成された第１絶縁膜５２と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜５３と、をこの順に積層することで構成されている。ただし、半導体基板５１としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、シリコン基板を用いることができる。

また、半導体基板５１には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイヤフラム５４が設けられている。このダイヤフラム５４は、半導体基板５１の下面に有底の凹部５５を設けることで形成され、その下面（凹部５５の底面）が受圧面５４１となっている。

このような半導体基板５１上およびその上方には半導体回路（回路）９が作り込まれている。この半導体回路９には、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ９１等の能動素子、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオードおよび配線等の回路要素が含まれている。なお、図３では、説明の便宜上、半導体回路９のＭＯＳトランジスタ９１のみを図示している。

センサー素子６は、図４に示すように、ダイヤフラム５４に設けられている４つのピエゾ抵抗素子（撓み量検出素子）６１、６２、６３、６４を有している。これら４つのピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、それぞれ、平面視で四角形をなすダイヤフラム５４の各辺に対応して設けられている。

ピエゾ抵抗素子６１、６２は、ダイヤフラム５４の外縁部に設けられているピエゾ抵抗部６１１、６２１と、ピエゾ抵抗部６１１、６２１の両端部に接続されている配線６１３、６２３と、を有している。一方、ピエゾ抵抗素子６３、６４は、ダイヤフラム５４の外縁部に設けられている１対のピエゾ抵抗部６３１、６４１と、１対のピエゾ抵抗部６３１、６４１同士を接続している接続部６３２、６４２と、１対のピエゾ抵抗部６３１、６４１の他端部に連結されている配線６３３、６４３と、を有している。

ピエゾ抵抗部６１１、６２１、６３１、６４１は、それぞれ、例えば、半導体基板５１の第１のＳｉ層５１１にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、配線６１３、６２３、６３３、６４３および接続部６３２、６４２は、それぞれ、例えば、第１のＳｉ層５１１に、ピエゾ抵抗部６１１、６２１、６３１、６４１よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。

また、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、自然状態における抵抗値が互いに等しくなるように構成されている。そして、これらのピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４は、配線６１３、６２３、６３３、６４３等を介して、互いに電気的に接続され、図５に示すように、ブリッジ回路６０（ホイートストンブリッジ回路）を構成し、半導体回路９と接続されている。このブリッジ回路６０には、駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路６０は、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の抵抗値に応じた信号（電圧）を出力する。

図３に示すように、素子周囲構造体７は、空洞部８を画成するように形成されている。この素子周囲構造体７は、層間絶縁膜７１と、層間絶縁膜７１上に形成された配線層７２と、配線層７２および層間絶縁膜７１上に形成された層間絶縁膜７３と、層間絶縁膜７３上に形成された配線層７４と、配線層７４および層間絶縁膜７３上に形成された表面保護膜７５と、封止層７６とを有している。配線層７４は、空洞部８の内外を連通する複数の細孔７４２を備えた被覆層７４１を有しており、被覆層７４１上に配置されている封止層７６が細孔７４２を封止している。なお、配線層７２、７４は、空洞部８を囲むように形成されている配線層７２ａ、７４ａと、半導体回路９の配線を構成する配線層７２ｂ、７４ｂと、を含んでいる。したがって、半導体回路９は、配線層７２ｂ、７４ｂによって物理量センサー１の上面に引き出され、配線層７４ｂの一部が接続端子７４ｂ’となっている。

層間絶縁膜７１、７３としては、特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層７２、７４としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層７６としては、特に限定されないが、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜を用いることができる。また、表面保護膜７５としは、特に限定されないが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するものを用いることができる。

基板５と素子周囲構造体７とで画成された空洞部８は、密閉された空間であり、センサーチップ３が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。また、空洞部８は、ダイヤフラム５４と重なるように配置されており、ダイヤフラム５４が空洞部８を画成する壁部の一部を構成している。空洞部８内の状態は、特に限定されないが、真空状態（例えば１０Ｐａ以下）であることが好ましい。これにより、センサーチップ３を、真空状態を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー素子」として用いることができる。ただし、空洞部８内の状態は、真空状態でなくてもよく、例えば、大気圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよい。また、空洞部８内には窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。

このような構成のセンサーチップ３は、ダイヤフラム５４の受圧面５４１が受ける圧力に応じてダイヤフラム５４が変形し、これにより、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４が歪み、その撓み量に応じてピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４の抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗素子６１、６２、６３、６４が構成するブリッジ回路６０の出力が変化し、その出力に基づいて、受圧面５４１で受けた圧力（絶対圧）の大きさを求めることができる。

また、センサーチップ３では、空洞部８および半導体回路９が基板５の同じ面側に設けられているため、空洞部８を形成している素子周囲構造体７が基板５の半導体回路９とは反対側から張り出すことがなく、低背化を図ることができる。その上で、素子周囲構造体７は、層間絶縁膜７１、７３および配線層７２、７４のうちの少なくとも一方と同一の成膜により形成されている。これにより、ＣＭＯＳプロセスを利用して、素子周囲構造体７を半導体回路９と一括して形成することができる。そのため、センサーチップ３の製造工程が簡略化され、その結果、センサーチップ３の低コスト化を図ることができる。また、本実施形態のように空洞部８を封止する場合であっても、成膜法を用いて空洞部８を封止することができ、従来のような基板を貼り合わせてキャビティを封止する必要がなく、この点でも、センサーチップ３の製造工程が簡略化され、その結果、センサーチップ３の低コスト化を図ることができる。

≪ＩＣチップ≫
ＩＣチップ４は、例えば、センサーチップ３で生成された電気信号に基づいて、センサーチップ３に加わった圧力の大きさを演算する機能を有するものである。

図１および図２に示すように、ＩＣチップ４は、板状であり、平面視においてセンサーチップ３よりも小さい四角形状をなしている。このＩＣチップ４は、センサーチップ３上にセンサーチップ３と離間してセンサーチップ３と重なるように設けられており、平面視において接続端子７４ｂ’が露出するようにセンサーチップ３に内包されている。このようにＩＣチップ４が、センサーチップ３と平面視で重なるように配置（上下に重なって配置）されていることにより、物理量センサー１の幅方向での寸法を小さくし、物理量センサー１の小型化を図ることができる。

図６に示すように、ＩＣチップ４は、多層配線基板であり、シリコン等の半導体で構成された半導体基板４１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）で構成されている絶縁膜４２を積層してなり、半導体基板４１上およびその上方に、例えばブリッジ回路６０から得られる信号に基づいて受けた圧力の大きさを検出するための半導体回路（回路）４０が作り込まれている。また、半導体回路４０を保護するため、絶縁膜４２上に、表面保護膜（パッシベーション膜）４３が積層されている。表面保護膜４３としては、特に限定されないが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するものを用いることができる。また、表面保護膜４３の一部は除去されており、当該除去部分から、半導体回路４０が有する４つの接続端子（接続部）４１０が露出している。

なお、半導体回路４０には、例えば、センサーチップ３を駆動するための駆動回路（図示せず）や、ブリッジ回路６０からの出力を温度センサーで検知した温度に基づいて温度補償するための温度補償回路（図示せず）等が形成されている。

≪ワイヤー≫
センサーチップ３およびＩＣチップ４は、それぞれ、可撓性配線基板２５が備える配線２４に電気的に接続されている。具体的には、図２に示すように、センサーチップ３が備える接続端子７４ｂ’が、導電性を有するボンディングワイヤー８１を介して端子２４２に接続される。これにより、センサーチップ３は、ボンディングワイヤー８１によって配線部２４１から吊り下げるようにして配置されるとともに、ボンディングワイヤー８１を介して配線部２４１に電気的に接続される。一方、ＩＣチップ４が備える接続端子４１０が、導電性を有するボンディングワイヤー８２を介して端子２４６に接続される。これにより、ＩＣチップ４は、ボンディングワイヤー８２によって配線部２４５から吊り下げるようにして配置されるとともに、ボンディングワイヤー８２を介して配線部２４５に電気的に接続される。

このようにして接続（配置）されたセンサーチップ３およびＩＣチップ４からなる構造体の全体は、図１に示すように、パッケージ２の内壁に対して固定されておらず、ボンディングワイヤー８１、８２により内部空間２８内に係留されている。すなわち、ボンディングワイヤー８１、８２により、センサーチップ３およびＩＣチップ４が内部空間２８内に留まっている。さらに、前記構造体は、内部空間２８内に、ボンディングワイヤー８１、８２の他に接触することなく、パッケージ２に対して非接触な状態で、ベース２１に対してほぼ水平に支持されている。

なお、前記構造体は、パッケージ２の内壁に対して固定されていなければ、接触していてもよい。

このように、物理量センサー１では、前記従来技術のように、センサーチップおよびＩＣチップがパッケージのベースに接着剤を介して接合されることなく、内部空間２８内に係留されているため、パッケージ２に生じた歪みに起因する応力がセンサーチップ３およびＩＣチップ４に伝搬されることを低減することができる。そのため、センサーチップ３およびＩＣチップ４の検出性能の低下を低減することができ、物理量センサー１の検出精度の低下を低減することができる。

また、物理量センサー１では、センサーチップ３とＩＣチップ４同士は、その電気的な接続が、配線部２４１と配線部２４５との間で行われており、センサーチップ３とＩＣチップ４同士は、例えばバンプ等で直接的に接合されておらず、互いに独立している。このため、センサーチップ３とＩＣチップ４との間での応力の伝達をも抑制することができる。

このようなボンディングワイヤー８１、８２は、ある程度の剛性を有するとともに、比較的細い長尺状をなし、かつ、湾曲状に撓んでいる部分を有していることで、適度な弾性（柔軟性）を有する。ボンディングワイヤー８１、８２が適度な剛性を有することで、例えば、物理量センサー１に振動等が加わっても、センサーチップ３およびＩＣチップ４の不本意な位置ズレが生じないように、これらを支持することができる。さらに、ボンディングワイヤー８１、８２が適度な弾性を有することで、パッケージ２に生じた歪みに起因する応力をボンディングワイヤー８１、８２にて吸収することができる。そのため、センサーチップ３およびＩＣチップ４の検出性能の低下をより緩和することができる。

また、本実施形態では、物理量センサー１は、図２に示すように、ボンディングワイヤー８１を４つ有しており、各ボンディングワイヤー８１は、センサーチップ３の４つの角部近傍に設けられている。このように各ボンディングワイヤー８１を互いに対照的に配置することで、センサーチップ３をパッケージ２の内壁に対して非接触な状態で、ベース２１に対してほぼ水平に支持することが容易となる。なお、ＩＣチップ４についても同様のことがいえる。

また、ボンディングワイヤー８１、８２が接続されている端子２４２、２４６が設けられている基板２３は、前述したように柔軟性（可撓性）を有している。そのため、この基板２３において、パッケージ２の歪みにより生じた応力をさらに吸収することができる。このように、パッケージ２の歪みにより生じた応力を、前述したボンディングワイヤー８１、８２に加えて、基板２３（可撓性配線基板２５）で吸収することができるため、前記応力がセンサーチップ３やＩＣチップ４に伝搬されることがより一層低減される。

なお、ボンディングワイヤー８１、８２は、その太さが、例えば、０．１μｍ以上、５０μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上、３０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、ボンディングワイヤー８１、８２は、適度な剛性と柔軟性とを有することができる。

また、ボンディングワイヤー８１、８２の構成材料としては、特に限定されず、金、アルミニウム、銅等の各種金属材料を用いることができる。

≪充填材≫
図１に示すように、充填材１１は、パッケージ２内に形成された内部空間２８内に充填され、内部空間２８内に収納されたセンサーチップ３およびＩＣチップ４を囲うように設けられている。また、充填材１１は、受圧面５４１およびボンディングワイヤー８１、８２に接触して設けられている。

このような充填材１１は、センサーチップ３およびＩＣチップ４を保護（防塵および防水）するとともに、パッケージ２の開口を介して物理量センサー１に加わった圧力をセンサーチップ３の受圧面５４１に伝搬する圧力伝搬媒体として機能する。この圧力伝搬媒体として機能する充填材１１がセンサーチップ３の受圧面５４１に接続されていることで、物理量センサー１に加わった圧力は、ハウジング２２の開口および充填材１１を介して、センサーチップ３の受圧面５４１に効率よく作用する。

また、充填材１１は、例えば、センサーチップ３、ＩＣチップ４、およびパッケージ２よりも軟らかい特性（柔軟性）を有する物質で構成されている。これにより、パッケージ２の歪みを吸収することができ、その歪みによる応力がセンサーチップ３およびＩＣチップ４に伝搬することをより低減することができる。

このような充填材１１としては、例えば液状またはゲル状をなしている。特に、ゲル状の充填材１１を用いることで、内部空間２８内でのセンサーチップ３の位置の変動を低減することができ、よって、物理量センサー１の姿勢の変化の影響を受けずに高精度な検出が可能となる。充填材１１がゲル状である場合には、充填材１１は、例えば、針入度が５０以上、２５０以下の範囲内であることが好ましく、１５０以上、２５０以下の範囲内であることがより好ましい。これにより、充填材１１を十分に柔らかくすることができ、物理量センサー１に加わった圧力は、ハウジング２２の開口および充填材１１を介して、センサーチップ３の受圧面５４１に効率よく作用させることができるとともに、センサーチップ３およびＩＣチップ４へのパッケージ２の歪みに起因する影響をより緩和することができる。また、内部空間２８内でのセンサーチップ３の位置の変動をより低減することができる。

また、充填材１１は、柔軟性（軟質性）を有する樹脂を含んでいる。充填材１１として、柔軟性（軟質性）を有する樹脂を含むことで、ゲル状の充填材１１を容易に得ることができる。

また、充填材１１は、絶縁性を有する材料で構成されている。そのため、この絶縁性を有する材料で構成された充填材１１が前述したようにボンディングワイヤー８１、８２に接続されていても、ボンディングワイヤー８１およびボンディングワイヤー８２間での短絡をより一層防ぐことができる。

また、充填材１１の比重は、センサーチップ３およびＩＣチップ４の比重と出来る限り近いことが好ましい。これにより、物理量センサー１の姿勢が変化しても内部空間２８内でのセンサーチップ３およびＩＣチップ４の位置の変動を低減することができる。

このような充填材１１の具体的な構成材料としては、例えば、フッ素系樹脂およびシリコーン樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これにより、充填材１１が十分に柔らかくなり、物理量センサー１に加わった圧力を受圧面５４１により効率よく伝搬することができる。

＜第２実施形態＞
次に本発明の物理量センサーの第２実施形態について説明する。

図７は、本発明の物理量センサーの第２実施形態を示す断面図である。図８は、図７に示す物理量センサーの平面図である。なお、図８では、説明の便宜上、ハウジング２２の図示を省略している。

以下、物理量センサーの第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第２実施形態の物理量センサー１は、ＩＣチップ４が省略されており、センサーチップ３の構成と配線２４の構成とが異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図７に示す物理量センサー１では、センサーチップ３内に設けられた半導体回路（ＩＣ回路）９が、前述した第１実施形態の物理量センサー１が備えるＩＣチップ４と同様に、センサー素子６で生成された電気信号に基づいて、センサーチップ３に加わった圧力の大きさを演算する。すなわち、本実施形態では、センサーチップとＩＣチップが一体となっており、ＩＣチップ４が省略されていることで、更なる小型化、低背化を図ることができる。

なお、本実施形態の物理量センサー１では、図８に示すように、配線２４は、４つの配線部２４１を有しており、前述した第１実施形態と比較して、配線部２４５が省略された構成となっている。なお、これら配線部２４１は、端子２４２にボンディングワイヤー８１を介して接続端子７４ｂ’が接続されることで、センサーチップ３と電気的に接続されている。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に本発明の物理量センサーの第３実施形態について説明する。

図９は、本発明の物理量センサーの第３実施形態を示す断面図である。図１０は、図９に示す物理量センサーの平面図である。図１１は、図９に示す物理量センサーが有するＩＣチップおよび物理量センサーチップを示す断面図である。なお、図１０では、説明の便宜上、ハウジング２２の図示を省略している。また、以下の説明では、図９、図１１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

以下、物理量センサーの第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第３実施形態の物理量センサー１は、センサーチップ３の向きと、センサーチップ３、ＩＣチップ４および配線２４の接続形態とが異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図９に示す物理量センサー１では、センサーチップ３がパッケージ２の開口側に、ＩＣチップ４がベース２１側に位置している。センサーチップ３は、図９および図１１に示すように、ダイヤフラム５４の受圧面５４１が上側（すなわちＩＣチップ４と反対側）に向くように配置されている。このような配置とすることで、受圧面５４１をパッケージ２の開口に向けるとともに、パッケージ２の開口に近づけることができるので、物理量センサー１に加わった圧力は、受圧面５４１に効率よく作用する。これにより、センサーチップ３の圧力検出性能をより向上させることができる。

図１１に示すように、ＩＣチップ４は、表面保護膜４３の一部が除去されることで当該除去部分から露出した接続端子（接続部）４２０を有している。そして、この接続端子４２０が、センサーチップ３が備える接続端子７４ｂ’と、導電性を有する固定部材９３によって接続されている。これにより、ＩＣチップ４は、センサーチップ３と電気的に接続されている。このようにセンサーチップ３およびＩＣチップ４を固定部材９３により接続することで、センサーチップ３およびＩＣチップ４の互いの相対的な位置関係を規制することができ、よって、センサーチップ３とＩＣチップ４の不本意な接触を防止したり、予めセンサーチップ３とＩＣチップ４を組み立てて置くことで、物理量センサー１の製造（組立て）を容易にしたりすることができる。なお、固定部材９３としては、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、半田等の金属ろう材、金バンプ等の金属バンプ、導電性接着剤等を用いることができる。

また、図１０に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、配線２４は、４つの配線部２４５を有しており、前述した第１実施形態と比較して、配線部２４１が省略された構成となっている。なお、これら配線部２４５は、端子２４６にボンディングワイヤー８２を介して接続端子４１０が接続されることで、ＩＣチップ４と電気的に接続されている。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に本発明の物理量センサーの第４実施形態について説明する。

図１２は、本発明の物理量センサーの第４実施形態を示す断面図である。図１３は、図１２に示す物理量センサーの平面図である。なお、図１３（ａ）は、図１２中のＡ−Ａ線断面図を示しており、図１３（ｂ）は、図１２中Ｂ−Ｂ線断面図を示している。また、以下の説明では、図１２中の上側を「上」、下側を「下」と言う。

以下、物理量センサーの第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第４実施形態の物理量センサー１は、パッケージ２の構成が異なり、さらにセンサーチップ３、ＩＣチップ４の接続形態が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図１２に示す物理量センサー１では、パッケージ２は、さらに可撓性配線基板２９を有しており、ベース２１、可撓性配線基板２９、可撓性配線基板２５およびハウジング２２が、この順で積層された構成となっている。なお、ベース２１と可撓性配線基板２９との接合、可撓性配線基板２９と可撓性配線基板２５との接合、および、可撓性配線基板２５とハウジング２２との接合は、それぞれ、接着剤で構成される接着剤層２６を介して行われている。

可撓性配線基板２９は、ＩＣチップ４からの電気信号を可撓性配線基板２５を介してパッケージ２の外部に取り出す機能を有している。この可撓性配線基板２９は、図１３に示すように、可撓性を有する基板２９１と、基板２９１の上面側に形成された配線２９２とで構成される。

基板２９１は、その平面視形状が正方形の枠状をなし中心部に開口部２９４を有する枠状であり、その内縁部が全周にわたって内部空間２８内に突出するように配置されている。基板２９１の構成材料としては、可撓性を有するものであれば、特に限定されず、第１実施形態にて述べた基板２３と同様の材料を用いることができる。

配線２９２は、４つの配線部２９３を有している。これら配線部２９３の内部空間２８側の端部には、ＩＣチップ４の接続端子４１０をボンディングワイヤー８２を介して電気的に接続する端子２９５が設けられている。これら配線部２９３の外側の端部には、ＩＣチップ４とセンサーチップ３とを電気的に接続する導電性接着剤９５が接合されている。

このような本実施形態の物理量センサー１では、図１２に示すように、センサーチップ３は、ＩＣチップ４の上側に位置し、ダイヤフラム５４の受圧面５４１が下側（すなわちＩＣチップ４側）を向くようにＩＣチップ４に対向配置されている。センサーチップ３をこのように配置することで、受圧面５４１をＩＣチップ４に接近させることができる。そのため、例えばＩＣチップ４に図示しない温度センサーが設けられている場合には、その温度センサーによって、ダイヤフラム５４の温度、如いてはダイヤフラム５４に設けられたピエゾ抵抗素子６１〜６４の温度をより精度よく検知することができ、よって、物理量センサー１の温度制御をより精度よく行うことができる。

また、図１３に示すように、本実施形態の物理量センサー１では、可撓性配線基板２５が備える配線２４は、４つの配線部２４１を有しており、前述した第１実施形態と比較して、配線部２４５が省略された構成となっている。なお、これら配線部２４１は、端子２４２にボンディングワイヤー８１を介して接続端子７４ｂ’が接続されることで、センサーチップ３と電気的に接続されている。一方、可撓性配線基板２９が備える配線部２９３には、接続端子４１０がボンディングワイヤー８２を介して接続されることで、ＩＣチップ４が電気的に接続されている。

このように、センサーチップ３を支持するボンディングワイヤー８１と、ＩＣチップ４を支持するボンディングワイヤー８２とが、それぞれ、異なる可撓性配線基板に接続されていることで、センサーチップ３とＩＣチップ４との間での応力の伝達もより低減することができる。そのため、センサーチップ３およびＩＣチップ４の検出性能の低下をより抑制することができる。

なお、図１２に示すように、配線部２９３と配線部２４１とは、導電性接着剤９５と基板２３を貫通する図示しない貫通電極とを介して接続されており、これにより、センサーチップ３とＩＣチップ４とは、電気的に接続されている。導電性接着剤９５としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系等の樹脂材料に銀粒子等の導電性材料を混合した導電性接着剤や、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ等の金属バンプ等を用いることができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に物理量センサーの第５実施形態について説明する。

図１４は、物理量センサーの第５実施形態が有する物理量センサーチップを示す断面図である。

以下、物理量センサーの第５実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

第５実施形態は、センサーチップが有するセンサー素子の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。

図１４に示すように、本実施形態のセンサー素子６は、ダイヤフラム５４上に設けられている固定電極６６と、可動電極６７とを有している。また、可動電極６７は、ダイヤフラム５４上に設けられている支持部６７１と、固定電極６６と空隙を隔てて対向配置された可動部６７２と、支持部６７１と可動部６７２とを連結する弾性変形可能な連結部６７３とを有している。このような構成のセンサーチップ３は、ダイヤフラム５４の受圧面５４１が受ける圧力に応じて、ダイヤフラム５４が変形し、これにより、可動部６７２と固定電極６６とのギャップ（離間距離）が変化する。ギャップが変化すると、固定電極６６および可動電極６７で構成される振動系の共振周波数が変化するため、この共振周波数の変化から、受圧面５４１で受けた圧力の大きさ（絶対圧）を求めることができる。

このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

２．高度計
次に、本発明の物理量センサーを備える高度計の一例について説明する。図１５は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。

図１５に示すように、高度計２００は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、物理量センサー１が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。

なお、この表示部２０１には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。

３．電子機器
次に、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図１６は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。

図１６に示すように、ナビゲーションシステム３００には、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、物理量センサー１と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。

このナビゲーションシステムによれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。高度情報を得ることにより、例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム３００では、高度情報を物理量センサー１によって取得することができ、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出し、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。

なお、表示部３０１は、例えば液晶パネルディスプレイや、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）ディスプレイなど、小型かつ薄型化が可能な構成となっている。

なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

４．移動体
次いで、本発明の物理量センサーを備える移動体について説明する。図１７は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。

図１７に示すように、移動体４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２とを有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。このような移動体４００には、ナビゲーションシステム３００（物理量センサー１）が内蔵されている。

以上、本発明の物理量センサー、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

また、前述した実施形態では、物理量センサーチップが有するセンサー素子としてピエゾ抵抗素子を用いたもの等について説明したが、センサー素子としては、これに限定されず、例えば、櫛歯電極等の他のＭＥＭＳ振動子や、水晶振動子等の振動素子を用いることもできる。

また、前述した実施形態では、ＩＣチップが、物理量センサーチップと平面視で重なるように配置（上下に重なって配置）されている構成について説明したが、ＩＣチップは、物理量センサーチップの横方向に並んで配置されていてもよい。

１……物理量センサー
２……パッケージ
１１……充填材
２１……ベース
２２……ハウジング
２３……基板
２３１……枠体
２３２……帯体
２３３……開口部
２４……配線
２４１、２４５……配線部
２４２、２４６……端子
２５……可撓性配線基板
２６……接着剤層
２８……内部空間
２９……可撓性配線基板
２９１……基板
２９２……配線
２９３……配線部
２９４……開口部
２９５……端子
３……センサーチップ
５……基板
５１……半導体基板
５１１……第１のＳｉ層
５１２……ＳｉＯ_２層
５１３……第２のＳｉ層
５２……第１絶縁膜
５３……第２絶縁膜
５４……ダイヤフラム
５４１……受圧面
５５……凹部
６……センサー素子
６０……ブリッジ回路
６１、６２、６３、６４……ピエゾ抵抗素子
６１１、６２１、６３１、６４１……ピエゾ抵抗部
６１３、６２３、６３３、６４３……配線
６３２、６４２……接続部
７……素子周囲構造体
７１……層間絶縁膜
７２……配線層
７２ａ、７２ｂ……配線層
７３……層間絶縁膜
７４……配線層
７４ａ、７４ｂ……配線層
７４ｂ’……接続端子
７５……表面保護膜
７６……封止層
７４１……被覆層
７４２……細孔
８……空洞部
９……半導体回路
９１……ＭＯＳトランジスタ
４……ＩＣチップ
４０……半導体回路
４１……半導体基板
４２……絶縁膜
４３……表面保護膜
４１０、４２０……接続端子
８１、８２……ボンディングワイヤー
９３……固定部材
９５……導電性接着剤
６６……固定電極
６７……可動電極
６７１……支持部
６７２……可動部
６７３……連結部
２００……高度計
２０１……表示部
３００ ：ナビゲーションシステム
３０１ ：表示部
４００ ：移動体
４０１ ：車体
４０２ ：車輪

Claims (12)

1. 物理量を検出して電気信号を発生する物理量センサーチップと、
   前記物理量センサーチップを収容している内部空間を有するパッケージと、
   前記パッケージと前記物理量センサーチップとを接続している第１のワイヤーと、を備え、
   前記物理量センサーチップは、前記第１のワイヤーによって前記内部空間に係留されていることを特徴とする物理量センサー。
2. 液状またはゲル状の充填材に囲まれている請求項１に記載の物理量センサー。
3. 前記充填材は、柔軟性を有する樹脂を含む請求項２に記載の物理量センサー。
4. 前記第１のワイヤーは、導電性を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサー。
5. 前記パッケージは、前記内部空間に前記パッケージから少なくとも一部が突出している可撓性配線基板を備え、
   前記第１のワイヤーは、前記内部空間内において前記可撓性配線基板に接続されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサー。
6. 前記内部空間にＩＣチップを配置している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
7. 前記パッケージと前記ＩＣチップとを接続している第２のワイヤーを備え、
   前記ＩＣチップは、前記第２のワイヤーによって前記内部空間に係留されている請求項６に記載の物理量センサー。
8. 前記ＩＣチップは、前記物理量センサーチップと一体で構成されている請求項６または７に記載の物理量センサー。
9. 前記物理量センサーチップは、圧力を検出する圧力センサーチップである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量センサー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする高度計。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。
12. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする移動体。

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