JP2016033464A - 物理量センサーの製造方法、物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度に優れ、信頼性の高い物理量センサーの製造方法および物理量センサーを提供すること。【解決手段】本発明の物理量センサーの製造方法は、ジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４が設けられた支持基板２と、同一面上に開放する凹部５１および凹部５２が設けられているとともに、凹部５１に連通する貫通孔５３と、凹部５２に連通する貫通孔５４を有する封止基板５と、を用意する用意工程と、凹部５１にジャイロセンサー素子３を収納するとともに、凹部５２に加速度センサー素子４を収納するように支持基板２に封止基板５を接合する接合工程と、貫通孔５３、５４に、支持基板２および封止基板５の融点または軟化点よりも融点が低い封止材６Ａ、６Ｂを充填して凹部５１、５２を封止する封止工程と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、物理量センサーの製造方法、物理量センサー、電子機器および移動体に関するものである。

例えば、角速度センサーと加速度センサーとを備える複合センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示されている複合センサーは、２つのセンサーと、各センサーが配置されたセンサー基板と、センサー基板に接合され、各センサーをそれぞれ収納する２つの凹部を有するキャップ基板とを備えている。また、各センサーが収納された凹部は、気密封止されており、互いに圧力が異なっている。

特許文献１において、このような複合センサーを製造するには、溝を有するセンサー基板用母材に各センサー素子を配置し、次いで各センサー素子が各凹部に収納されるようにキャップ基板用母材をセンサー基板に接合する。この接合を大気圧よりも圧力が低い第１の圧力状態で行うことで、各凹部内が第１の圧力状態のまま各センサー素子を封止することができる。なお、２つの凹部のうちの一方の凹部は、溝を介して外部と連通している。

そして、各母材が接合された接合体の雰囲気を第１の圧力状態よりも圧力が高い第２の圧力状態とする。これにより、溝を介して外部と連通する一方の凹部内は第２の圧力状態となる。最後に、その第２の圧力状態で加熱および加圧を行うことにより、溝を潰すように各母材を変形させる。これにより、第２の凹部が第２の圧力状態で気密封止される。このようにして互いに異なる圧力で各センサー素子を気密封止することができる。

しかしながら、第２の凹部を封止する際、溝を潰すようにして封止するため、その程度によっては、複合センサーの寸法精度が低下し、信頼性が低くなる。

特開２０１０−１０７３２５号公報

本発明の目的は、寸法精度に優れ、信頼性の高い物理量センサーの製造方法および物理量センサー、電子機器および移動体を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
［適用例１］
本発明の物理量センサーは、第１のセンサー素子および第２のセンサー素子が設けられた支持基板と、第１の凹部および第２の凹部が前記支持基板側に設けられているとともに、前記第１の凹部と連通する貫通孔を有する封止基板と、を用意する用意工程と、
前記第１の凹部に前記第１のセンサー素子を収納するとともに、前記第２の凹部に前記第２のセンサー素子を収納するように前記支持基板に前記封止基板を接合する接合工程と、
前記貫通孔に、前記支持基板および前記封止基板の融点または軟化点よりも融点が低い封止材を充填して前記第１の凹部を封止する封止工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、第２の凹部を、支持基板と封止基板との接合により封止した後に、封止後の第２の凹部内の圧力と異なる雰囲気で封止工程を行うことによって、封止後の第１の凹部内の圧力と、第２の凹部内の圧力とを異ならせることができる。

また、第１の貫通孔に封止材を充填するという方法で第１の凹部を封止するため、「特開２０１０−１０７３２５（特許文献１）」のような、溝を潰すように基板を変形させる工程を省略することができる。よって、支持基板を変形させることなく、第１の凹部を封止することができる。したがって、本製造方法により得られた物理量センサーは、寸法精度に優れ、信頼性が高いものとなる。

さらに、封止材の融点は、支持基板および封止基板の融点または軟化点よりも低い。これにより、例えば、封止材、支持基板および封止基板を、封止材の融点以上で、かつ、支持基板および封止基板の融点または軟化点よりも低い温度に加熱することにより、各基板が熱変形するのを防止しつつ、封止材を溶融して第１の凹部を封止することができる。

［適用例２］
本発明の物理量センサーでは、前記接合工程では、前記第２の凹部を、前記支持基板と前記封止基板との接合によって封止するのが好ましい。

これにより、接合工程と同時に第２の凹部の封止を行うことができる。よって、第２の凹部を封止する工程を別途行うのを省略することができる分、本製造方法は、簡素になる。

また、接合工程後には、第２の凹部が封止されているため、各基板の雰囲気の圧力を変化させることにより、第１の凹部の圧力を第２の凹部内の圧力と異ならせることができる。したがって、第１の凹部と第２の凹部とを異なる圧力状態で封止することができる。

［適用例３］
本発明の物理量センサーでは、前記貫通孔を第１の貫通孔とし、前記封止材を第１の封止材としたとき、
前記封止基板は、前記第２の凹部と連通する第２の貫通孔を有し、
前記接合工程後に、前記第２の貫通孔に第２の封止材を充填して前記第２の凹部を封止する第２の封止工程を有しているのが好ましい。

これにより、各凹部を封止するタイミングを容易にずらすことができる。よって、一方の凹部を先に封止し、その後に各基板の雰囲気の圧力を変化させ、他方の凹部を封止することができる。したがって、第１の凹部と第２の凹部とを異なる圧力で封止することができる。

［適用例４］
本発明の物理量センサーでは、前記封止材は、金属材料を含み、
前記封止工程では、前記封止材を溶融させることにより、前記第１の凹部を封止するのが好ましい。

これにより、溶融した封止材を貫通孔の内側面に密着させることができる。よって、第１の凹部を容易かつ効果的に封止することができる。

［適用例５］
本発明の物理量センサーでは、前記第１の凹部の封止と前記第２の凹部の封止とは、互いに圧力が異なる雰囲気下で行われるのが好ましい。

これにより、封止工程後の、第１の凹部内の圧力と第２の凹部内の圧力とを異ならせることができる。

［適用例６］
本発明の物理量センサーでは、前記第１のセンサー素子は、ジャイロセンサー素子であり、前記第２のセンサー素子は、加速度センサー素子であり、
前記第１の凹部の封止は、大気圧よりも低い圧力の第１の雰囲気下で行われ、前記第２の凹部の封止は、前記第１の雰囲気下よりも圧力が高い第２の雰囲気下で行われるのが好ましい。
これにより、各センサーは、それぞれ、優れた検出精度を発揮することができる。

［適用例７］
本発明の物理量センサーは、支持基板と、
前記支持基板の一方の面上に設けられた第１のセンサー素子と、
前記支持基板の前記一方の面上で、かつ、前記第１のセンサー素子とは異なる位置に設けられた第２のセンサー素子と、
前記第１のセンサー素子を収納する第１の凹部と、前記第２のセンサー素子を収納する第２の凹部と、前記第１の凹部に連通する貫通孔とを有し、前記支持基板に接合された封止基板と、
前記貫通孔に充填され、前記第１の凹部を封止する封止材と、を備え、
前記封止材の融点は、前記支持基板および前記封止基板の融点または軟化点よりも低いことを特徴とする。

このような本発明では、例えば、第２の凹部を、支持基板と封止基板との接合により封止した後に、封止後の第２の凹部内の圧力と異なる雰囲気で封止工程を行うことによって、第１の凹部を封止することができる。

また、第１の貫通孔に封止材を充填するという方法で第１の凹部を封止するため、「特開２０１０−１０７３２５（特許文献１）」のような、溝を潰すように基板を変形させる工程を省略することができる。よって、支持基板を変形させることなく、第１の凹部を封止することができる。したがって、本製造方法により得られた物理量センサーは、寸法精度に優れ、信頼性が高いものとなる。

さらに、封止材の融点は、支持基板および封止基板の融点または軟化点よりも低い。これにより、例えば、封止材、支持基板および封止基板を、封止材の融点以上で、かつ、支持基板および封止基板の融点または軟化点よりも低い温度に加熱することにより、各基板が熱変形するのを防止しつつ、封止材を溶融して第１の凹部を封止することができる。

［適用例８］
本発明の物理量センサーでは、前記貫通孔は、前記第１の凹部に向って横断面積が減少している部分を有しているのが好ましい。

これにより、封止材を溶融して貫通孔に充填するに際し、溶融する以前の封止材を安定的に配置することができる。

［適用例９］
本発明の電子機器は、本発明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を得ることができる。

［適用例１０］
本発明の移動体は、本発明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を得ることができる。

本発明の物理量センサーを示す断面図である。 図１に示す物理量センサーが備えるジャイロセンサー素子を示す平面図である。 図１に示す物理量センサーが備える加速度センサー素子を示す平面図である。 本発明の物理量センサーの製造方法（第１実施形態）を説明するための断面図であって、（ａ）が用意工程を示す図、（ｂ）が接合工程を示す図、（ｃ）が配置工程を示す図である。 本発明の物理量センサーの製造方法（第１実施形態）を説明するための断面図であって、（ａ）が第１の圧力調節工程を示す図、（ｂ）が第１の封止工程を示す図、（ｃ）が第２の圧力調節工程を示す図である。 本発明の物理量センサーの製造方法（第１実施形態）における第２の封止工程を示す断面図である。 本発明の物理量センサーの製造方法（第２実施形態）を説明するための断面図であって、（ａ）が第１の圧力調節工程を示す図、（ｂ）が接合工程を示す図、（ｃ）が第２の封止工程を示す図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の物理量センサーを備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサーの製造方法、物理量センサー、電子機器および移動体を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

まず、本発明の物理量センサーについて説明する。
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を示す断面図である。図２は、図１に示す物理量センサーが備えるジャイロセンサー素子を示す平面図である。図３は、図１に示す物理量センサーが備える加速度センサー素子を示す平面図である。

なお、以下では、説明の便宜上、図２、図３中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。また、図１〜図７では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図示されている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向（左右方向）を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向（上下方向）を「Ｚ軸方向」と言う。

図１に示す物理量センサー１は、支持基板２と、この支持基板２に接合・支持されたジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４と、各センサー素子３、４を覆うように設けられた封止基板５とを有する。

以下、物理量センサー１を構成する各部について説明する。
（支持基板）
支持基板２は、ジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４を支持する機能を有する。

この支持基板２は、板状をなし、その上面（一方の面）には、空洞部（凹部）２１、２２が設けられている。空洞部２１は、支持基板２を平面視したときに、後述するジャイロセンサー素子３の可動体３１と、振動体３２と、４つの可動駆動電極部３６とを包含するように形成されていて、内底を有する。このような空洞部２１は、可動体３１と、振動体３２と、４つの可動駆動電極部３６とが支持基板２に接触するのを防止する逃げ部を構成する。これにより、ジャイロセンサー素子３の変位を許容することができる。

一方、空洞部２２は、支持基板２を平面視したときに、後述する加速度センサー素子４の可動部４３とを包含するように形成されていて、内底を有する。このような空洞部２２は、加速度センサー素子４の可動部４３が支持基板２に接触するのを防止する逃げ部を構成する。これにより、加速度センサー素子４の変位を許容することができる。

このような支持基板２の構成材料としては、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、特に、ジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４がシリコン材料を主材料として構成されている場合、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス材料（例えば、パイレックスガラス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）を用いるのが好ましい。これにより、各センサー素子３、４がシリコンを主材料として構成されている場合、支持基板２と各センサー素子３、４とをそれぞれ陽極接合することができる。

また、支持基板２の融点または軟化点（以下、単に「融点」と言う）Ｔ_２は、特に限定されないが、例えば、５００℃以上１０００℃以下であるのが好ましく、６００℃以上９００℃以下であるのがより好ましい。

また、支持基板２の構成材料は、ジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４の構成材料との熱膨張係数差ができるだけ小さいのが好ましく、具体的には、支持基板２の構成材料と各センサー素子３、４の構成材料との熱膨張係数差が３ｐｐｍ／℃以下であるのが好ましい。これにより、支持基板２と各センサー素子との接合時等に高温下にさらされても、支持基板２と各センサー素子との間の残留応力を低減することができる。

（ジャイロセンサー素子）
図２に示すように、ジャイロセンサー素子３は、可動体３１と、振動体３２と、梁部３３と、４つの固定部３４と、４つの駆動バネ部３５と、４つの可動駆動電極部３６と、４対の固定駆動電極部３８ａ、３８ｂと、可動検出電極部３７と、固定検出電極部３９と、を有する。

また、固定部３４、駆動バネ部３５、振動体３２、可動駆動電極部３６、可動体３１、梁部３３および可動検出電極部３７は、例えばシリコン基板をパターニングすることによって一体的に形成されている。また、このシリコン基板には、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されている。

可動体３１は、長方形の板状をなしている。この可動体３１の外側には、四角形の枠状をなす振動体３２が設けられている。可動体３１と振動体３２とは、一対の梁部３３によって連結されている。

各梁部３３は、可動体３１の４つの角部のうちの＋Ｙ軸側の２つの角部に連結されている。梁部３３は、ねじり変形可能に構成され、このねじり変形により、可動体３１をＺ軸方向に変位させることができる。

振動体３２の４つの角部には、それぞれ、駆動バネ部３５の一端部がそれぞれ連結されている。また、各駆動バネ部３５は、複数回蛇行した形状をなしており、他端部がそれぞれ４つの固定部３４に連結されている。
各固定部３４は、例えば陽極接合によって支持基板２に固定されている。

可動駆動電極部３６は、振動体３２の＋Ｙ軸側の辺に２つ設けられ、−Ｙ軸側の辺に２つ設けられている。各可動駆動電極部３６は、振動体３２からＹ軸方向に延出している幹部と、該幹部からＸ軸方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状の電極である。

固定駆動電極部３８ａ、３８ｂは、各可動駆動電極部３６を介して対向するように設けられている。

可動駆動電極部３６および固定駆動電極部３８ａ、３８ｂによって、振動体３２は、Ｘ軸方向に（Ｘ軸に沿って）振動することができる。

可動検出電極部３７は、可動体３１に設けられている。可動体３１は、不純物をドープすることによって形成されていてもよく、可動体３１の表面に形成された金属層によって構成されていてもよい。

固定検出電極部３９は、支持基板２の空洞部２１の底部に設けられた金属層で構成されている。この固定検出電極部３９は、可動検出電極部３７と対向して設けられている。
次に、ジャイロセンサー素子３の動作について説明する。

可動駆動電極部３６と固定駆動電極部３８ａ、３８ｂとの間に電圧を印加すると、可動駆動電極部３６と固定駆動電極部３８ａ、３８ｂとの間に静電力を発生させることができる。これにより、駆動バネ部３５をＸ軸方向に伸縮させつつ、振動体３２をＸ軸方向に振動させることができる。また、可動体３１は、振動体３２の振動に伴い、Ｘ軸方向に振動する。

振動体３２がＸ軸方向に振動を行っている状態で、ジャイロセンサー素子３にＹ軸まわりの角速度（Ｙ軸を軸とする角速度）ωｙが加わると、コリオリ力が働き、可動体３１は、Ｚ軸方向に変位する。可動体３１がＺ軸方向に変位することにより、可動検出電極部３７は、固定検出電極部３９に接近または離間する。そのため、可動検出電極部３７と固定検出電極部３９との間の静電容量は、変化する。この可動検出電極部３７と固定検出電極部３９との間の静電容量の変化量を検出することにより、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを求めることができる。

（加速度センサー素子）
加速度センサー素子４は、Ｙ軸方向の加速度を検出するものである。加速度センサー素子４は、支持部４１、４２と、可動部４３と、連結部４４、４５と、複数の第１固定電極指４８と、複数の第２固定電極指４９と、を有している。また、可動部４３は、基部４３１と、基部４３１からＸ軸方向両側に突出している複数の可動電極指４３２と、を有している。

支持部４１、４２は、それぞれ、支持基板２の上面に接合されており、導電性バンプ（図示せず）を介して配線（図示せず）と電気的に接続されている。そして、これら支持部４１、４２の間に可動部４３が設けられている。可動部４３は、−Ｙ軸側において連結部４４を介して支持部４１に連結されると共に、＋Ｙ軸側において連結部４５を介して支持部４２に連結されている。これにより、可動部４３が支持部４１、４２に対して矢印ｂで示すようにＹ軸方向に変位可能となる。

複数の第１固定電極指４８は、可動電極指４３２のＹ軸方向一方側に配置され、対応する可動電極指４３２に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並んでいる。このような複数の第１固定電極指４８は、その基端部にて支持基板２の上面に接合され、導電性バンプを介して配線に電気的に接続されている。

これに対して、複数の第２固定電極指４９は、可動電極指４３２のＹ軸方向他方側に配置され、対応する可動電極指４３２に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並んでいる。このような複数の第２固定電極指４９は、その基端部にて、支持基板２の上面に接合され、導電性バンプを介して配線に電気的に接続されている。

このような加速度センサー素子４は、次のようにしてＹ軸方向の加速度を検出する。すなわち、Ｙ軸方向の加速度が物理量センサー１に加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部４３が、連結部４４、４５を弾性変形させながら、Ｙ軸方向に変位する。このような変位に伴って、可動電極指４３２と第１固定電極指４８との間の静電容量および可動電極指４３２と第２固定電極指４９との間の静電容量の大きさがそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の変化（差動信号）に基づいて加速度を検出することができる。

（封止基板）
封止基板５は、前述したジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４を封止して保護する機能を有する。この封止基板５は、板状をなし、支持基板２の上面に接合されている。また、封止基板５は、一方の面（下面）に開放する凹部（第１の凹部）５１および凹部（第２の凹部）５２を有している。

凹部５１は、ジャイロセンサー素子３を収納し、凹部５２は、加速度センサー素子４を収納している。また、各凹部５１、５２は、各センサー素子３、４をそれぞれ十分に収納し得る程度の大きさを有している。

また、図示の構成では、凹部５１、５２は、それぞれ略直方体に凹没して形成されているが、これに限定されず、例えば、半球状、三角錐等の形状に凹没していてもよい。

図１に示すように、封止基板５には、その厚さ方向に貫通する貫通孔５３、５４が設けられている。貫通孔５３は、凹部５１と連通し、貫通孔５４は、凹部５２と連通している。

各貫通孔５３、５４は、それぞれ同様の構成であるため、以下、貫通孔５３について代表的に説明する。

貫通孔５３は、Ｚ軸方向の全長にわたって横断面形状が円形をなしている。また、貫通孔５３の孔径は、凹部５１側にいくに従って漸減している。すなわち、貫通孔５３の横断面積は、凹部５１側にいくに従って漸減している。貫通孔５３の上面開口の直径Ｄ１と、貫通孔５３の下面開口の直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２は、４〜１００であるのが好ましく、８〜３５であるのがより好ましい。これにより、後述するように、貫通孔５３に球状の封止材６ａを安定的に配置することができる。

また、貫通孔５３の上面開口の直径Ｄ１は、特に限定されず、例えば、２００μｍ以上、５００μｍ以下であるのが好ましく、２５０μｍ以上、３５０μｍ以下であるのがより好ましい。一方、貫通孔５３の下面開口の直径Ｄ２は、特に限定されず、例えば、５μｍ以上、５０μｍ以下であるのが好ましく、１０μｍ以上、３０μｍ以下であるのがより好ましい。

また、封止基板５の構成材料としては、前述したような機能を発揮し得るものであれば、特に限定されないが、例えば、シリコン材料、ガラス材料等を好適に用いることができる。

また、封止基板５の融点（軟化点）Ｔ_５は、特に限定されず、例えば、１０００℃以上、１６００℃以下であるのが好ましく、１１００℃以上、１５００℃以下であるのがより好ましい。

なお、封止基板５と支持基板２との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤を用いた接合方法、陽極接合法等の直接接合法等を用いることができる。

図１に示すように、貫通孔５３には、封止材６が充填され、貫通孔５４には、封止材７が充填されている。これにより、凹部５１、５２は、それぞれ、気密封止されている。

封止材６の融点Ｔ_６は、支持基板２の融点Ｔ_２および封止基板５の融点Ｔ_５よりも低く、例えば、２７０℃以上、３６０℃以下となっている。

また、封止材６の融点Ｔ_６と、支持基板２の融点Ｔ_２または封止基板５の融点Ｔ_５との差Ｔｘは、２０℃以上、７００℃以下であるのが好ましく、５０℃以上、６６０℃以下であるのがより好ましい。これにより、凹部５１を効果的に封止することができる。

差Ｔｘが上記下限値を下回った場合、後述の接合工程において、加熱時間（接合時間）が比較的長くなると、封止材６が溶融される可能性がある。一方、差Ｔｘが上記上限値を上回った場合、封止材６、封止基板２および封止基板５の構成材料の選定が難しくなる。

封止材７の融点Ｔ_７は、支持基板２の融点Ｔ_２および封止基板５の融点Ｔ_５よりも低く、例えば、３２０℃以上、３８０℃以下となっている。また、封止材７の融点Ｔ_７と、支持基板２の融点Ｔ_２または封止基板５の融点Ｔ_５との差の関係についても、上記と同様のことが言える。

また、封止材６の融点Ｔ_６と封止材７の融点Ｔ_７とは、Ｔ_６＜Ｔ_７なる関係を満足している。なお、封止材６の融点Ｔ_６と封止材７の融点Ｔ_７とは、Ｔ_６＞Ｔ_７、であってもよく、Ｔ_６＝Ｔ_７であってもよい。

この封止材６、７の構成材料としては、上記のような融点の関係を満足するものであれば特に限定されず、例えば、Ａｕ−Ｇｅ系合金や、Ａｕ−Ｓｎ系合金等の金属材料や、低融点ガラス材料等を用いることができる。

（物理量センサーの製造方法）
次に、本発明の物理量センサーの製造方法について説明する。

図４は、本発明の物理量センサーの製造方法（第１実施形態）を説明するための断面図であって、（ａ）が用意工程を示す図、（ｂ）が接合工程を示す図、（ｃ）が配置工程を示す図である。図５は、本発明の物理量センサーの製造方法（第１実施形態）を説明するための断面図であって、（ａ）が第１の圧力調節工程を示す図、（ｂ）が第１の封止工程を示す図、（ｃ）が第２の圧力調節工程を示す図である。図６は、本発明の物理量センサーの製造方法（第１実施形態）における第２の封止工程を示す断面図である。

本発明の物理量センサーの製造方法は、［１］用意工程と、［２］接合工程と、［３］配置工程と、［４］第１の圧力調節工程と、［５］第１の封止工程と、［６］第２の圧力調節工程と、［７］第２の封止工程とを有している。

なお、以下では、支持基板２がアルカリ金属イオンを含むガラス材料で構成され、封止基板５がシリコン材料で構成されている場合を一例として説明する。

また、ジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４は、公知の方法によって形成することができるため、その説明を省略する。

［１］用意工程
まず、図４（ａ）に示すように、上面にジャイロセンサー素子３および加速度センサー素子４が設けられた支持基板２と、封止基板５とを用意する。

なお、支持基板２の空洞部２１、２２、封止基板５の凹部５１、５２、貫通孔５３、５４は、エッチングすることにより形成されている。

このエッチング方法としては、特に限定されないが、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの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。

［２］接合工程
次いで、図４（ｂ）に示すように、凹部５１にジャイロセンサー素子３が収納され、凹部５２に加速度センサー素子４が収納されるように、支持基板２の上面に封止基板５を配置する。そして陽極接合によって支持基板２の上面と封止基板５の下面とを接合する。これにより、支持基板２と封止基板５とを高い強度および気密性で接合することができる。

なお、接合工程が完了した状態では、凹部５１は貫通孔５３を介して外側と連通しており、凹部５２は、貫通孔５４を介して外側と連通している。

［３］配置工程
次いで、図４（ｃ）に示すように、貫通孔５３内に、封止材６となる球状の封止材６ａを配置し、貫通孔５４内に封止材７となる球状の封止材７ａを配置する。これら封止材６ａ、７ａの外径（最大外径）は、貫通孔５４の下面開口の直径Ｄ２よりも大きく、かつ、貫通孔５４の上面開口の直径Ｄ１よりも小さい。これにより、封止材６ａ、７ａを、貫通孔５３、５４内に配置することができる（以下、この状態を「配置状態」と言う）。

また、前述したように、貫通孔５３、５４は、それぞれ、孔径が下側にいくに従って漸減している。これにより、配置状態では、封止材６ａは、貫通孔５３の孔径と一致した部分で留まることとなる。よって、封止材６ａは、貫通孔５３内をＺ軸方向に移動するのが規制されている。さらに、封止材６ａが貫通孔５３の孔径と一致した部分で留まることにより、封止材６ａがＸＹ平面方向に移動するのも規制することができる。これにより、封止材６ａをさらに安定的に貫通孔５３内に配置することができる。このことは、封止材７ａについても同様である。

このような封止材６ａ、７ａの外径は、１００μｍ以上、５００μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以上、３００μｍ以下であるのがより好ましい。

［４］第１の圧力調節工程
次いで、図５（ａ）に示すように、支持基板２および封止基板５の雰囲気を真空状態（第１の雰囲気）にする。ここで、本明細書中では、「真空状態」とは、気圧が１０Ｐａ以下の状態のことを言う。

なお、本実施形態では、配置工程後に、支持基板２および封止基板５をチャンバー（図示せず）に配置し、該チャンバー内を真空ポンプ等によって真空引きする。

支持基板２および封止基板５の雰囲気を真空状態とすることで、凹部５１の空気は、封止材６ａと貫通孔５３の内側面との間の微小な隙間を介して、凹部５１の外側に排出される。これにより、凹部５１内は真空状態となる（凹部５２についても同様）。

［５］第１の封止工程
次いで、図５（ｂ）に示すように、チャンバー内を加熱し、チャンバー内の温度を封止材６ａの融点Ｔ_６以上として、貫通孔５３内の封止材６ａを溶融する。これにより、溶融により液状となった封止材６ａ（以下、この液状の封止材６ａを「封止材６ｂ」と言う）は、貫通孔５３の内側面に全周にわたって密着する。よって、凹部５１内と凹部５１の外側の空間とは、封止材６ｂによって分離された状態となる。その結果、凹部５１は、真空状態のまま気密封止される。凹部５１内を真空状態で封止することにより、ジャイロセンサー素子３には、駆動時にダンピング（振動の減衰力）が作用するのを防止することができる。その結果、適切な振幅で振動することができ、ジャイロセンサー素子３の検出感度を高めることができる。

なお、封止材６として金属材料を用いることにより、封止材６ｂは、比較的表面張力が高く、貫通孔５３内に留まり易くなる。したがって、封止材６ｂが貫通孔５３の下面開口から凹部５１内に流入するのを防止することができる。

また、封止材６ｂの粘度は、ある程度高いのが好ましく、具体的には、１×１０^−３Ｐａ・ｓ以上であるのが好ましく、３×１０^−３Ｐａ・ｓ以上であるのがより好ましい。これにより、封止材６ｂが貫通孔５３の下面開口から凹部５１内に流入するのをより効果的に防止することができる。

さらに、前述したように、貫通孔５３の下面開口の開口径が十分に小さい。これにより、上記と相まって、封止材６ｂが凹部５１内に流入するのをさらに効果的に防止することができる。

また、本工程では、チャンバー内の温度は、封止材７の融点Ｔ_７よりも低い温度とされる。

［６］第２の圧力調節工程
次いで、図５（ｃ）に示すように、チャンバー内の圧力を真空状態よりも圧力が高い大気圧状態（第２の状態）とする。真空状態から大気圧状態とする方法としては、例えば、チャンバー内に空気や、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガス等注入する方法が挙げられる。

また、このとき、前記と同様に、球状の封止材７ａと、貫通孔５４の内側面との間の微小な隙間を介して、凹部５２内には空気（不活性ガス）が流入する。これにより、凹部５２内は、真空状態から大気圧状態となる。

なお、本発明では、「第２の雰囲気」としては、真空状態よりも圧力が高ければよく、大気圧状態の他、大気圧よりも圧力が低い減圧状態も含まれる。この減圧状態としては、気圧が０．３×１０^５Ｐａ以上、１×１０^５Ｐａ以下であるのが好ましく、０．５×１０^４Ｐａ以上、０．８×１０^４Ｐａ以下であるのがより好ましい。このような減圧状態で第２の凹部５２を封止した場合、加速度センサー素子４には、駆動時に適度なダンピング（振動の減衰力）が作用し、その結果、不要振動が生じるのを防止することができる。よって、加速度センサー素子４の検出感度を高めることができる。

［７］第２の封止工程
そして、図６に示すように、チャンバー内を加熱し、チャンバー内の温度を封止材７ａの融点Ｔ_７以上で、かつ、各基板の融点以下の温度とし、貫通孔５４内の封止材７ａを溶融する。これにより、溶融により液状となった封止材７ｂが、貫通孔５４の内側面の全周にわたって密着する。よって、凹部５２内と凹部５２の外側の空間とは、封止材７ｂによって分離された状態となる。その結果、凹部５１は、真空状態のまま気密封止される。

最後に、封止材６ｂ、７ｂを、例えば常温に戻すことにより凝固させる。これにより、凹部５１は、封止材６によって封止され、凹部５２は、封止材７によって封止される。

このように、工程［１］〜［７］を経ることによって、凹部５１と凹部５２とを、互いに圧力が異なる状態で、それぞれ気密封止することができる。特に、本発明によれば、「特開２０１０−１０７３２５（特許文献１）」のように、溝を潰すように基板を変形させる工程を省略することができる。よって、支持基板２を変形させることなく、凹部５１と凹部５２とを封止することができる。よって、本製造方法により得られた物理量センサー１は、寸法精度に優れ、信頼性が高いものとなる。

さらに、封止材６、７の融点Ｔ_６、Ｔ_７が、支持基板２の融点Ｔ_２および封止基板５の融点Ｔ_５よりも低いため、上記第１の封止工程および第２の封止工程において支持基板２および封止基板５に熱変形が生じるのを防止することができる。よって、物理量センサー１は、さらに寸法精度に優れ、さらに信頼性が高いものとなる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の物理量センサーの製造方法および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製造方法（第２実施形態）を説明するための断面図であって、（ａ）が第１の圧力調節工程を示す図、（ｂ）が接合工程を示す図、（ｃ）が第２の封止工程を示す図である。

以下、この図を参照して物理量センサーの製造方法および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実施形態では、封止基板の構成が異なること以外は前記第１実施形態と略同様である。

図７に示すように、物理量センサー１Ａでは、封止基板５の貫通孔５３が省略されており、貫通孔５４のみが設けられている。以下、この物理量センサー１Ａの製造方法について説明する。本実施形態の物理量センサー１Ａの製造方法は、［１’］用意工程と、［２’］第１の圧力調節工程と、［３’］接合工程と、［４’］第２の圧力調節工程と、［５’］封止工程とを有している。

［１’］用意工程
まず、上面に、各センサー素子３、４が設けられた支持基板２と、貫通孔５４のみが形成された封止基板５とを用意する。本実施形態では、予め貫通孔５４に球状の封止材７ａが配置されている。

［２’］第１の圧力調節工程
次いで、図７（ａ）に示すように、本実施形態では、支持基板２と封止基板５とを接合するのに先立って、支持基板２および封止基板５の雰囲気を真空状態とする。これにより、凹部５１内は、真空状態となる。

［３’］接合工程
次いで、図７（ｂ）に示すように、凹部５１内が真空状態のまま、第１実施形態での接合工程と同様に支持基板２と封止基板５とを接合する。これにより、凹部５１は、真空状態のまま気密封止された状態となる。

なお、接合工程において、チャンバー内を加熱するが、チャンバー内の温度（支持基板２および封止基板の温度）は、封止材７ａの融点よりも低い。これにより、接合工程において、封止材７ａが溶融されるのを防止することができる。よって、接合工程において不本意に凹部５２が封止されるのを防止することができる。

［４’］第２の圧力調節工程
次いで、図７（ｃ）に示すように、第１実施形態での第２の圧力調節工程と同様に、支持基板２および封止基板５の雰囲気を真空状態から大気圧状態とする。

［５’］封止工程
そして、図７（ｃ）に示すように、貫通孔５４内の球状の封止材７ａを第１実施形態での第２の封止工程と同様に溶融させて封止材７ｂとする。その後、封止材７ｂを凝固させて貫通孔５４内に封止材７を充填する。これにより、凹部５２が大気圧状態で封止される。

このように本実施形態では、接合工程と同時に一方の凹部を省略することができる。よって、第１実施形態での第１の封止工程および第２の封止工程のうちの一方を省略することができる。よって、より容易に物理量センサー１Ａを製造することができる。

なお、本実施形態では、用意工程において予め球状の封止材７ａが貫通孔５４に配置されているが、本発明では、これに限定されず、封止工程を行う以前であれば、どの工程で封止材７ａを貫通孔５４に配置してもよい。

２．電子機器
次いで、物理量センサー１を適用した電子機器について、図８〜図１０に基づき、詳細に説明する。

図８は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段として機能する物理量センサー１が内蔵されている。

図９は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段として機能する物理量センサー１が内蔵されている。

図１０は、本発明の物理量センサーを備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。

また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。

撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。

また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。

このようなディジタルスチルカメラ１３００には、角速度検知手段として機能する物理量センサー１が内蔵されている。

なお、本発明の物理量センサーを備える電子機器は、図８のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図９の携帯電話機、図１０のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、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）、魚群探知機、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。

３．移動体
次いで、図１に示す物理量センサーを適用した移動体について、図１１に基づき、詳細に説明する。

図１１は、本発明の物理量センサーを備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。自動車１５００には、角速度検知手段として機能する物理量センサー１が内蔵されており、物理量センサー１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１からの信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量センサー１が組み込まれる。

以上、本発明の物理量センサーの製造方法、物理量センサー、電子機器および移動体を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、物理量センサーを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の物理量センサーの製造方法、物理量センサー、電子機器および移動体は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

なお、前記第１実施形態では、各貫通孔に配置される封止材は、同じ材料でそれぞれ構成されているが本発明では、これに限定されず、互いに異なる材料で構成されていてもよい。

なお、配置工程もチャンバー内で行ってもよく、接合工程もチャンバー内で行ってもよい。

また、前記各実施形態では、貫通孔は、その深さ方向の全長にわたって幅（孔径）が漸減しているが、本発明ではこれに限定されず、段階的に減少していてもよく、幅（孔径）が一定の部分を有していてもよい。

また、前記各実施形態では、凹部は、１つ、または、２つ設けられているが、本発明ではこれに限定されず、凹部は３つ以上形成されており、各凹部にセンサー素子をそれぞれ配置してもよい。

また、前記実施形態では、チャンバー内の温度を上げることによって封止材を溶融しているが、本発明ではこれに限定されず、例えば、レーザーを封止材に照射して封止材を溶融してもよい。

また、前記各実施形態では、第１の凹部を第２の凹部よりも先に封止しているが、本発明ではこれに限定されず、第２の凹部を先に封止してもよい。

１……物理量センサー
１Ａ……物理量センサー
２……支持基板
２１……空洞部
２２……空洞部
３……ジャイロセンサー素子
３１……可動体
３２……振動体
３３……梁部
３４……固定部
３５……駆動バネ部
３６……可動駆動電極部
３７……可動検出電極部
３８ａ……固定駆動電極部
３８ｂ……固定駆動電極部
３９……固定検出電極部
４……加速度センサー素子
４１……支持部
４２……支持部
４３……可動部
４３１……基部
４３２……可動電極指
４４……連結部
４５……連結部
４８……第１固定電極指
４９……第２固定電極指
５……封止基板
５１……凹部
５２……凹部
５３……貫通孔
５４……貫通孔
６、６ａ、６ｂ……封止材
７、７ａ、７ｂ……封止材
１１００……パーソナルコンピューター
１１０２……キーボード
１１０４……本体部
１１０６……表示ユニット
１１０８……表示部
１２００……携帯電話機
１２０２……操作ボタン
１２０４……受話口
１２０６……送話口
１２０８……表示部
１３００……ディジタルスチルカメラ
１３０２……ケース
１３０４……受光ユニット
１３０６……シャッターボタン
１３０８……メモリー
１３１０……表示部
１３１２……ビデオ信号出力端子
１３１４……入出力端子
１４３０……テレビモニター
１４４０……パーソナルコンピューター
１５００……自動車
１５０１……車体
１５０２……車体姿勢制御装置
１５０３……車輪
Ｔ_２……融点
Ｔ_５……融点
Ｔ_６ａ……融点
Ｔ_６ｂ……融点

Claims (10)

1. 第１のセンサー素子および第２のセンサー素子が設けられた支持基板と、第１の凹部および第２の凹部が前記支持基板側に設けられているとともに、前記第１の凹部と連通する貫通孔を有する封止基板と、を用意する用意工程と、
   前記第１の凹部に前記第１のセンサー素子を収納するとともに、前記第２の凹部に前記第２のセンサー素子を収納するように前記支持基板に前記封止基板を接合する接合工程と、
   前記貫通孔に、前記支持基板および前記封止基板の融点または軟化点よりも融点が低い封止材を充填して前記第１の凹部を封止する封止工程と、を有することを特徴とする物理量センサーの製造方法。
2. 前記接合工程では、前記第２の凹部を、前記支持基板と前記封止基板との接合によって封止する請求項１に記載の物理量センサーの製造方法。
3. 前記貫通孔を第１の貫通孔とし、前記封止材を第１の封止材とし、前記封止工程を第１の封止工程としたとき、
   前記封止基板は、前記第２の凹部と連通する第２の貫通孔を有し、
   前記第２の貫通孔に充填された第２の封止材により前記第２の凹部を封止する第２の封止工程を有している請求項１に記載の物理量センサーの製造方法。
4. 前記封止材は、金属材料を含み、
   前記封止工程では、前記封止材を溶融させることにより、前記第１の凹部を封止する請求項３に記載の物理量センサーの製造方法。
5. 前記第１の凹部の封止と前記第２の凹部の封止とは、互いに圧力が異なる雰囲気下で行われる請求項２ないし４のいずれか１項に記載の物理量センサーの製造方法。
6. 前記第１のセンサー素子は、ジャイロセンサー素子であり、前記第２のセンサー素子は、加速度センサー素子であり、
   前記第１の凹部の封止は、大気圧よりも低い圧力の第１の雰囲気下で行われ、前記第２の凹部の封止は、前記第１の雰囲気下よりも圧力が高い第２の雰囲気下で行われる請求項２ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサーの製造方法。
7. 支持基板と、
   前記支持基板の一方の面上に設けられた第１のセンサー素子と、
   前記支持基板の前記一方の面上で、かつ、前記第１のセンサー素子とは異なる位置に設けられた第２のセンサー素子と、
   前記第１のセンサー素子を収納する第１の凹部と、前記第２のセンサー素子を収納する第２の凹部と、前記第１の凹部と連通する貫通孔とを有し、前記支持基板に接合された封止基板と、
   前記貫通孔に充填され、前記第１の凹部を封止する封止材と、を備え、
   前記封止材の融点は、前記支持基板および前記封止基板の融点または軟化点よりも低いことを特徴とする物理量センサー。
8. 前記貫通孔は、前記第１の凹部に向って横断面積が減少している部分を有している請求項７に記載の物理量センサー。
9. 請求項７または８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。
10. 請求項７または８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。

Images