JP2017092115A - 電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】配線の断線を低減することのできる電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】電子デバイス１の製造方法は、基板４を準備し、基板４の面にマスクを配置する工程と、マスクを介して基板４を第１エッチングすることで面に開放する凹部４１を形成する工程と、マスクを除去する工程と、面および凹部４１を第２エッチングする工程と、第２エッチング後の面と凹部４１との接続部を跨いで配線７４１を形成する工程と、を含んでいる。【選択図】図４
Description
本発明は、電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体に関するものである。
従来から、加速度センサーとして、特許文献１の構成が知られている。特許文献１の加速度センサーは、凹部を有する支持基板と、加速度が加わると支持基板に対して変位する可動部を備えた素子片と、凹部の底面に可動部と対向して配置された対向電極と、を有し、可動部と対向電極との間の静電容量の変化に基づいて、加速度を検出する構成となっている。また、対向電極には配線が接続されており、この配線は、凹部の底面から、凹部の側面を通って支持基板の上面まで引き回されている。
しかしながら、特許文献１の加速度センサーでは、凹部の側面が、支持基板の上面や凹部の底面に対して直交しており、凹部の底面と側面との接続部および凹部の側面と支持基板の上面との接続部がそれぞれ角になっているため、それぞれの接続部において、場合によっては不連続面が発生し、配線が断線し易いという問題がある。
本発明の目的は、配線の断線を低減することのできる電子デバイスの製造方法、電子デバイス、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。
本発明の電子デバイスの製造方法は、基体を準備し、前記基体の面にマスクを配置する工程と、
前記マスクを介して前記基体を第１エッチングすることで前記面に開放する凹部を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記面および前記凹部を第２エッチングする工程と、
前記第２エッチング後の前記面と前記凹部との接続部を跨いで導電部を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、面と凹部の側面とをなだらかな曲面で接続することができる。そのため、これらの境界部において、配線の断線や破損を低減することができる。
前記マスクを介して前記基体を第１エッチングすることで前記面に開放する凹部を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記面および前記凹部を第２エッチングする工程と、
前記第２エッチング後の前記面と前記凹部との接続部を跨いで導電部を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする。
これにより、面と凹部の側面とをなだらかな曲面で接続することができる。そのため、これらの境界部において、配線の断線や破損を低減することができる。
本発明の電子デバイスの製造方法では、前記第１エッチングは、ウェットエッチングであることが好ましい。
これにより、凹部を簡単に形成することができる。
これにより、凹部を簡単に形成することができる。
本発明の電子デバイスの製造方法では、前記基体は、非晶質であることが好ましい。
これにより、基体を等方性エッチングすることができる。そのため、凹部の側面を簡単に傾斜面とすることができる。
これにより、基体を等方性エッチングすることができる。そのため、凹部の側面を簡単に傾斜面とすることができる。
本発明の電子デバイスの製造方法では、前記第２エッチングによって、前記凹部の側面の途中に変曲点を形成し、
前記側面の前記変曲点よりも前記面側は、湾曲凸面を含み、
前記側面の前記変曲点よりも前記凹部の底面側は、湾曲凹面を含んでいることが好ましい。
これにより、面と凹部の側面とをなだらかな曲面で接続することができ、凹部の側面と凹部の底面とをなだらかな曲面で接続することができる。そのため、これらの境界部において、配線の断線や破損を低減することができる。
前記側面の前記変曲点よりも前記面側は、湾曲凸面を含み、
前記側面の前記変曲点よりも前記凹部の底面側は、湾曲凹面を含んでいることが好ましい。
これにより、面と凹部の側面とをなだらかな曲面で接続することができ、凹部の側面と凹部の底面とをなだらかな曲面で接続することができる。そのため、これらの境界部において、配線の断線や破損を低減することができる。
本発明の電子デバイスの製造方法では、前記変曲点は、前記凹部の深さ方向の中点よりも前記面側に位置することが好ましい。
これにより、第２エッチングのエッチング時間を短くすることができる。そのため、効率的に電子デバイスを製造することができる。
これにより、第２エッチングのエッチング時間を短くすることができる。そのため、効率的に電子デバイスを製造することができる。
本発明の電子デバイスの製造方法では、前記湾曲凸面の平均曲率半径は、前記湾曲凹面の平均曲率半径よりも小さいことが好ましい。
これにより、凹部の過度な大型化を防止することができる。
これにより、凹部の過度な大型化を防止することができる。
本発明の電子デバイスの製造方法では、前記導電部は、前記基体に導電膜を成膜し、前記導電膜をエッチングすることで形成することが好ましい。
これにより、導電部を簡単に形成することができる。
これにより、導電部を簡単に形成することができる。
本発明の電子デバイスは、基体と、
前記基体に配置されている導電部と、を有し、
前記基体は、面に開放する凹部を有し、
前記凹部の側面は、前記凹部の深さ方向の途中に変曲点を有し、
前記側面の前記変曲点よりも前記面側は、湾曲凸面を含み、
前記側面の前記変曲点よりも前記凹部の底面側は、湾曲凹面を含み、
前記導電部は、前記湾曲凸面、前記変曲点および前記湾曲凹面を連続して跨いで配置されていることを特徴とする。
これにより、面と凹部の側面とをなだらかな曲面で接続することができる。そのため、これらの境界部において、配線の断線や破損を低減することができる。
前記基体に配置されている導電部と、を有し、
前記基体は、面に開放する凹部を有し、
前記凹部の側面は、前記凹部の深さ方向の途中に変曲点を有し、
前記側面の前記変曲点よりも前記面側は、湾曲凸面を含み、
前記側面の前記変曲点よりも前記凹部の底面側は、湾曲凹面を含み、
前記導電部は、前記湾曲凸面、前記変曲点および前記湾曲凹面を連続して跨いで配置されていることを特徴とする。
これにより、面と凹部の側面とをなだらかな曲面で接続することができる。そのため、これらの境界部において、配線の断線や破損を低減することができる。
本発明の電子デバイスでは、前記基体に接合されている機能素子片と、
前記基体の前記機能素子片とは反対側に接合されている補助基体と、を有し、
前記機能素子片の線膨張係数をα１とし、前記基体の線膨張係数をα２とし、前記補助基体の線膨張係数をα３としたとき、
｜α１−α２｜≧｜α１−α３｜の関係を満足することが好ましい。
これにより、熱膨張時の基体の反りが低減される。
前記基体の前記機能素子片とは反対側に接合されている補助基体と、を有し、
前記機能素子片の線膨張係数をα１とし、前記基体の線膨張係数をα２とし、前記補助基体の線膨張係数をα３としたとき、
｜α１−α２｜≧｜α１−α３｜の関係を満足することが好ましい。
これにより、熱膨張時の基体の反りが低減される。
本発明の電子デバイスでは、前記機能素子片と前記補助基体とは、互いに同じ材料を含んでいることが好ましい。
これにより、機能素子片と補助基板との線膨張係数を簡単に近づけることができる。
これにより、機能素子片と補助基板との線膨張係数を簡単に近づけることができる。
本発明の電子デバイスでは、前記基体を収容する内部空間を有するパッケージを有し、
前記基体の前記凹部は、前記内部空間と繋がっていることが好ましい。
これにより、電子デバイスの低背化を図ることができる。
前記基体の前記凹部は、前記内部空間と繋がっていることが好ましい。
これにより、電子デバイスの低背化を図ることができる。
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを有す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。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本発明の移動体は、本発明の電子デバイスを有す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。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
以下、本発明の電子デバイスの製造方法、電子デバイス、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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子デバイスを示す側面図である。図２は、図１に示す電子デバイスが備えるジャイロセンサー素子の平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図５ないし図１４は、それぞれ、図１に示す電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸方向に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子デバイスを示す側面図である。図２は、図１に示す電子デバイスが備えるジャイロセンサー素子の平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２中のＢ−Ｂ線断面図である。図５ないし図１４は、それぞれ、図１に示す電子デバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸方向に沿う方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ軸方向」とも言う。
［電子デバイス］
図１に示す電子デバイス１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することのできるジャイロセンサーである。この電子デバイス１は、基板２と、基板２の上面に配置されたジャイロセンサー素子（電子デバイス素子）３と、ジャイロセンサー素子３の上面に配置されたＩＣ（電子部品）９と、ジャイロセンサー素子３とＩＣ９とを電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷ１と、基板２とＩＣ９とを電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷ２と、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９をモールドするモールド材Ｍと、を有している。以下、これら各構成要素について順次説明する。
図１に示す電子デバイス１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することのできるジャイロセンサーである。この電子デバイス１は、基板２と、基板２の上面に配置されたジャイロセンサー素子（電子デバイス素子）３と、ジャイロセンサー素子３の上面に配置されたＩＣ（電子部品）９と、ジャイロセンサー素子３とＩＣ９とを電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷ１と、基板２とＩＣ９とを電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷ２と、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９をモールドするモールド材Ｍと、を有している。以下、これら各構成要素について順次説明する。
（基板）
基板２は、ジャイロセンサー素子３を支持している。また、基板２の上面には複数の端子２１が配置されており、下面には図示しない内部配線等を介して端子２１と電気的に接続された複数の実装端子２２が配置されている。このような基板２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。
基板２は、ジャイロセンサー素子３を支持している。また、基板２の上面には複数の端子２１が配置されており、下面には図示しない内部配線等を介して端子２１と電気的に接続された複数の実装端子２２が配置されている。このような基板２としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。
（ジャイロセンサー素子）
ジャイロセンサー素子３は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する機能を有している。このようなジャイロセンサー素子３は、図２および図３に示すように、基板４と、蓋体５と、機能素子片６と、を有している。
ジャイロセンサー素子３は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出する機能を有している。このようなジャイロセンサー素子３は、図２および図３に示すように、基板４と、蓋体５と、機能素子片６と、を有している。
基板４は、上面に開放する有底の凹部４１と、凹部４１の底面から立設しているポスト４２と、を有し、上面およびポスト４２により機能素子片６を支持している。凹部４１は、基板４をウェットエッチングすることで形成され、側面４１１が板厚方向（上面の法線）に対して傾斜している。また、基板４は、上面に開放し、凹部４１よりも深さが浅い溝部４３、４４、４５、４６、４７を有している。また、溝部４３〜４７のうちの溝部４６、４７は、それぞれ、凹部４１と接続されている。これら溝部４３〜４７も凹部４１と同様に、基板２をウェットエッチングすることで形成されている。
溝部４３、４４、４５、４６、４７には配線７１１、７２１、７３１、７４１、７５１が配置されている。このうち、配線７４１、７５１は、溝部４６、４７から凹部４１の底面まで延びて配置されている（具体的には、溝部４６、４７の底面、後述する湾曲凸面４１１ａ、変曲点Ｐおよび湾曲凹面４１１ｂを連続して跨いで配置されている）。また、配線７１１、７２１、７３１、７４１、７５１の一端部は、端子７１２、７２２、７３２、７４２、７５２となっており、これら端子７１２〜７５２は、それぞれ、蓋体５の外側に配置されている。
ここで、側面４１１の形状について詳細に説明する。図４に示すように、側面４１１は、湾曲面で構成されており、凹部４１の深さ方向の途中に、湾曲方向が逆転する変曲点Ｐを有している。側面４１１の変曲点Ｐよりも上側（溝部４６側）の部分は、湾曲凸面４１１ａで構成されており、側面４１１の変曲点Ｐよりも下側（凹部４１の底面側）の部分は、湾曲凹面４１１ｂで構成されている。側面４１１をこのような構成とすると、溝部４６の底面と側面４１１とをなだらかな曲線によって連続的に接続することができ、側面４１１と凹部４１の底面とをなだらかな曲線によって連続的に接続することができる。そのため、溝部４６の底面と側面４１１との接続部（境界部）、および、側面４１１と凹部４１の底面との接続部（境界部）において、配線７４１の断線または破損（クラック等）を低減することができる。配線７５１についても同様である。そのため、信頼性の高い電子デバイス１となる。
特に、本実施形態では、変曲点Ｐが、凹部４１の深さ方向の中点（図４中の一点鎖線で示す位置）よりも上側に位置している。また、湾曲凸面４１１ａの平均曲率半径Ｒａが、湾曲凹面４１１ｂの平均曲率半径Ｒｂよりも小さくなっている。すなわち、Ｒａ＜Ｒｂの関係を満足している。このような関係を満足することで、基板４を効率的に製造することができる。なお、この理由については、後述する製造方法において説明する。
平均曲率半径Ｒａとしては、特に限定されないが、浅い溝部４６の深さに対して１倍以上、１０倍以下であることがより好ましい。また、平均曲率半径Ｒｂとしては、特に限定されないが、凹部４１の深さに対して１倍以上、１０倍以下であることが好ましい。平均曲率半径Ｒａ、Ｒｂをこのような範囲内とすることで、凹部４１の面内方向および深さ方向への過度な大型化を防ぎつつ、上述した効果をより確実に発揮することができる。
以上、溝部４６と凹部４１との接続部について詳細に説明したが、溝部４７と凹部４１との接続部についても同様の構成となっている。
このような基板４は、例えば、非晶質のガラス材料で構成されている。これにより、ウェットエッチングによって等方的なエッチングが可能となるため、前述したような形状の側面４１１を容易に形成することができる。ただし、基板４の構成材料としては、非晶質であれば、特に限定されず、例えば、アモルファスシリコンで構成されていてもよい。また、配線７１１〜７５１および端子７１２〜７５２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、アルミニウム、金、白金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、あるいはそれらの多層膜等を用いることができる。
蓋体５は、図３に示すように、下面に開放する凹部５１を有している。そして、基板４と蓋体５とが凹部４１と凹部５１とで内部空間Ｓを形成するように接合されており、この内部空間Ｓに機能素子片６が収容されている。内部空間Ｓは、気密封止され、減圧状態（好ましくは、１００Ｐａ以下）となっている。これにより、粘性抵抗が減り、機能素子片６を効率的に振動させることができる。また、蓋体５は、内部空間Ｓを真空引きするのに用いる封止孔５２を有し、封止孔５２は、封止材５３によって封止されている。封止材５３としては、特に限定されないが、例えば、Ａｕ−Ｇｅ系の合金を用いることができる。
このような蓋体５は、例えば、シリコンで構成されている。これにより、蓋体５と基板４とを陽極接合により接合することができる。ただし、蓋体５の構成材料としては、これに限定されず、例えば、ガラス材料、金属材料等で構成されていてもよい。
なお、蓋体５と基板４とを接合した状態では、溝部４３〜４７を介して内部空間Ｓの内外が連通されている。そのため、本実施形態では、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜によって溝部４３〜４７を塞ぐことで内部空間Ｓを気密封止している。
機能素子片６は、内部空間Ｓに配置されており、凹部４１と重なるようにして、基板４の上面とポスト４２とに接合されている。このような機能素子片６は、図２に示すように、Ｘ軸方向に並ぶ２つの構造体６０（６０ａ、６０ｂ）を有している。
構造体６０は、振動部６１と、駆動バネ部６２と、固定部６３と、可動駆動電極６４と、固定駆動電極６５、６６と、検出用フラップ板６７と、梁部６８と、を有している。このような構造体６０は、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチングによってパターニングすることで一体的に形成されている。
振動部６１は、矩形の枠体であり、その４隅に駆動バネ部６２の一端部が接続されている。駆動バネ部６２の他端部は、固定部６３に接続されており、固定部６３は、基板４の上面またはポスト４２に接合されている。これにより、振動部６１および駆動バネ部６２が基板４から浮いた状態で支持された状態となる。そのため、駆動バネ部６２をＸ軸方向に弾性変形させることで、振動部６１を基板４に対してＸ軸方向に振動させることができる。なお、固定部６３と基板４との接合方法としては、特に限定されないが、例えば、陽極接合を用いることができる。
また、固定部６３の少なくとも１つは、導電性バンプＢ１を介して溝部４３内の配線７１１と電気的に接続されている。
可動駆動電極６４は、振動部６１に設けられている。一方、固定駆動電極６５、６６は、基板４に接合されており、可動駆動電極６４を間に挟むようにして設けられている。また、固定駆動電極６５は、導電性バンプＢ２を介して溝部４４内の配線７２１と電気的に接続され、固定駆動電極６６は、導電性バンプＢ３を介して溝部４５内の配線７３１と電気的に接続されている。
可動駆動電極６４と固定駆動電極６５、６６との間に駆動電圧を印加すると、可動駆動電極６４と固定駆動電極６５、６６との間に静電力が発生し、これにより、駆動バネ部６２をＸ軸方向に弾性変形させつつ、振動部６１をＸ軸方向に振動させることができる。なお、構造体６０ａと構造体６０ｂとでは、固定駆動電極６５、６６の配置が逆であるため、構造体６０ａの振動部６１と、構造体６０ｂの振動部６１は、互いに接近、離間するようにＸ軸方向に逆位相で振動する。これにより、構造体６０ａ、６０ｂの振動がキャンセルされ、振動漏れを低減することができる。
検出用フラップ板６７は、振動部６１の内側に位置しており、＋Ｙ軸側の端部において梁部６８によって振動部６１に連結されている。このような検出用フラップ板６７は、振動部６１をＸ軸方向に振動させた状態の電子デバイス１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わることで、コリオリの力により、梁部６８を捩り変形させつつ、梁部６８で形成された回動軸まわりに回動（傾倒）する。
また、凹部４１の底面には、検出用フラップ板６７と対向して固定検出電極７９が設けられており、検出用フラップ板６７と固定検出電極７９との間に静電容量Ｃが形成されている。また、構造体６０ａ側の固定検出電極７９は、配線７４１と電気的に接続されており、構造体６０ｂ側の固定検出電極７９は、配線７５１と電気的に接続されている。固定検出電極７９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、アルミニウム、金、白金、ＩＴＯ等を用いることができる。
次に、機能素子片６の動作について説明する。まず、可動駆動電極６４と固定駆動電極６５、６６との間に駆動電圧を印加し、構造体６０ａの振動部６１と構造体６０ｂの振動部６１とを逆位相でかつ所定の周波数でＸ軸方向に振動させる。この状態において、電子デバイス１に角速度ωｙが加わると、コリオリ力が働き、構造体６０ａの検出用フラップ板６７と構造体６０ｂの検出用フラップ板６７とが回動軸まわりに互いに逆位相で変位する。検出用フラップ板６７が変位することで、検出用フラップ板６７と固定検出電極７９とのギャップが変化し、それに伴って静電容量Ｃが変化する。そのため、この静電容量Ｃの変化量を検出することで、角速度ωｙを求めることができる。
（ＩＣ）
ＩＣ９は、図１に示すように、ジャイロセンサー素子３の上面（蓋体５上）に固定されている。ＩＣ９には、例えば、ジャイロセンサー素子３を駆動する駆動回路や、ジャイロセンサー素子３からの出力信号に基づいて角速度ωｙを検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が含まれている。このようなＩＣ９は、ボンディングワイヤーＢＷ１を介してジャイロセンサー素子３の端子７１２〜７５２と電気的に接続されており、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して基板２の端子２１と電気的に接続されている。
ＩＣ９は、図１に示すように、ジャイロセンサー素子３の上面（蓋体５上）に固定されている。ＩＣ９には、例えば、ジャイロセンサー素子３を駆動する駆動回路や、ジャイロセンサー素子３からの出力信号に基づいて角速度ωｙを検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が含まれている。このようなＩＣ９は、ボンディングワイヤーＢＷ１を介してジャイロセンサー素子３の端子７１２〜７５２と電気的に接続されており、ボンディングワイヤーＢＷ２を介して基板２の端子２１と電気的に接続されている。
（モールド材）
モールド材Ｍは、図１に示すように、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９をモールドしている。これにより、ジャイロセンサー素子３やＩＣ９を水分、埃、衝撃等から保護することができる。モールド材Ｍとしては、特に限定されないが、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、例えば、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。
モールド材Ｍは、図１に示すように、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９をモールドしている。これにより、ジャイロセンサー素子３やＩＣ９を水分、埃、衝撃等から保護することができる。モールド材Ｍとしては、特に限定されないが、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、例えば、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。
［電子デバイスの製造方法］
電子デバイス１の製造方法は、ジャイロセンサー素子３を製造する素子製造工程と、基板２上にジャイロセンサー素子３を配置する素子配置工程と、ジャイロセンサー素子３上にＩＣ９を配置するＩＣ配置工程と、ジャイロセンサー素子３とＩＣ９とを電気的に接続すると共に、ＩＣ９と基板２とを電気的に接続する電気接続工程と、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９を封止する封止工程と、を有している。以下、これら各工程について順次説明する。なお、溝部４３〜４７については、それぞれ同じ工程で同じように製造することができるため、以下では、説明の便宜上、溝部４６について代償して説明する。
電子デバイス１の製造方法は、ジャイロセンサー素子３を製造する素子製造工程と、基板２上にジャイロセンサー素子３を配置する素子配置工程と、ジャイロセンサー素子３上にＩＣ９を配置するＩＣ配置工程と、ジャイロセンサー素子３とＩＣ９とを電気的に接続すると共に、ＩＣ９と基板２とを電気的に接続する電気接続工程と、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９を封止する封止工程と、を有している。以下、これら各工程について順次説明する。なお、溝部４３〜４７については、それぞれ同じ工程で同じように製造することができるため、以下では、説明の便宜上、溝部４６について代償して説明する。
（素子製造工程）
まず、図５に示すように、基板４の母材となるガラス基板（基体）４０を準備し、その上面に溝部４６に対応する開口を有するマスクＭ１を成膜する。次に、マスクＭ１を介してガラス基板４０をウェットエッチングすることで、ガラス基板４０に溝部４６を形成する。
まず、図５に示すように、基板４の母材となるガラス基板（基体）４０を準備し、その上面に溝部４６に対応する開口を有するマスクＭ１を成膜する。次に、マスクＭ１を介してガラス基板４０をウェットエッチングすることで、ガラス基板４０に溝部４６を形成する。
次に、マスクＭ１を除去した後、図６に示すように、凹部４１に対応する開口を有するマスクＭ２を成膜する。次に、マスクＭ２を介してガラス基板４０をウェットエッチング（第１エッチング）することで、ガラス基板４０に凹部４１およびポスト４２を形成する。ここで、非晶質であるガラス基板４０をウェットエッチングすることで、ガラス基板４０が等方的にエッチングされるため、傾斜した側面４１１を有する凹部４１を簡単に形成することができる。側面４１１を傾斜させることで、側面４１１と溝部４６の底面とをなだらかに接続することができ、側面４１１と凹部４１の底面とをなだらかに接続することができる。また、後に配線７１１〜７５１を形成する際に、配線７１１〜７５１の母材となる金属膜を側面４１１上に十分な厚さで成膜することができる（すなわち、カバレッジの低下を低減することができる）。
次に、マスクＭ２を除去し、基板４をその上面側から一様にウェットエッチング（第２エッチング）する。この際、基本的には、エッチングが等方的に進行するが、溝部４６の底面と側面４１１との接続部のような角になっている部分のエッチングレートが、他の部分よりも高くなる傾向がある。そのため、溝部４６の底面と側面４１１との接続部でエッチングがより進み、図７に示すような側面４１１を有する凹部４１が得られる。これにより、基板４が得られる。なお、本実施形態では、基板４を上面側から一様にエッチングしているが、本工程では、溝部４６の底面、側面４１１および凹部４１の底面をエッチングすることができればよいため、例えば、基板４の上面にエッチング保護用のマスクを成膜しておいてもよい。このようなマスクを成膜しておけば、基板４の薄肉化を防止することができる。
このようにして形成された側面４１１は、前述したように、凹部４１の深さ方向の途中に、湾曲方向が逆転する変曲点Ｐを有しており、側面４１１の変曲点Ｐよりも上側の部分が湾曲凸面４１１ａで構成され、側面４１１の変曲点Ｐよりも下側の部分が湾曲凹面４１１ｂで構成されている。側面４１１をこのような構成とすると、溝部４６の底面と側面４１１とをなだらかな曲線によって連続的に接続することができ、同様に、側面４１１と凹部４１の底面とをなだらかな曲線によって連続的に接続することができる。
特に、本実施形態では、変曲点Ｐが、凹部４１の深さ方向の中点（溝部４６の底面と凹部４１の底面との間の中点）よりも上側に位置しており、湾曲凸面４１１ａの平均曲率半径Ｒａが、湾曲凹面４１１ｂの平均曲率半径Ｒｂよりも小さくなっている。このような構成とすると、図７に示したウェットエッチング（第２エッチング）時間をより短くすることができる。そのため、本工程を短時間で行うことができ、効率的に基板４を形成することができる。
次に、基板４に、蒸着法やスパッタリング法等を用いて、配線７１１〜７５１、端子７１２〜７５２および固定検出電極７９の母材となる導電膜（導電部）を成膜し、この導電膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、図８に示すように、固定検出電極７９、配線７４１および端子７４２を形成する。このような方法によれば、固定検出電極７９、配線７４１および端子７４２を簡単に形成することができる。
なお、前述したように、側面４１１が傾斜面になっているため、側面４１１上にも十分に厚い導電膜を成膜することができ、配線７４１の強度が低下したり、電気抵抗が増大したりすることを低減することができる。本工程により得られた配線７４１は、凹部４１の底面から側面４１１を通って溝部４６に引き回されているが、前述したように、凹部４１の底面と側面４１１がなだらかな曲面で接続されており、側面４１１と溝部４６の底面とがなだらかな曲面で接続されているため、これらの接続部（境界部）における配線７４１の断線を低減することができる。
次に、基板４に導電性バンプＢ１〜Ｂ３を配置した後、図９に示すように、基板４の上面に機能素子片６の母材となるシリコン基板６００を接合する。基板４とシリコン基板６００の接合方法としては、例えば、陽極接合を用いることができる。次に、ＣＭＰ（化学機械研磨）等によって、シリコン基板６００を所望の厚さまで薄肉化した後、シリコン基板６００にリン、ボロン等の不純物をドープして、シリコン基板６００に導電性を付与する。次に、シリコン基板６００をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングし、図１０に示すように、シリコン基板６００から機能素子片６を形成する。
次に、蓋体５を準備し、図１１に示すように、蓋体５と基板４とを接合し、さらに、ＳｉＯ２膜によって溝部４６を塞ぐ。基板４と蓋体５の接合方法としては、例えば、陽極接合を用いることができる。次に、封止孔５２を介して内部空間Ｓを減圧状態とした後、封止材５３で封止孔５２を封止する。封止材５３による封止は、例えば、ボール状の封止材５３を封止孔５２に配置し、封止材５３をレーザー照射等によって溶融させることで行われる。以上により、ジャイロセンサー素子３が得られる。
（素子配置工程、ＩＣ配置工程）
次に、基板２を準備し、図１２に示すように、基板２の上面にジャイロセンサー素子３を固定し、ＩＣ９を準備し、ジャイロセンサー素子３の上面にＩＣ９を固定する。
次に、基板２を準備し、図１２に示すように、基板２の上面にジャイロセンサー素子３を固定し、ＩＣ９を準備し、ジャイロセンサー素子３の上面にＩＣ９を固定する。
（電気接続工程）
次に、図１３に示すように、ボンディングワイヤーＢＷ１を用いてジャイロセンサー素子３（端子７１２〜７５２）とＩＣ９とを電気的に接続すると共に、ボンディングワイヤーＢＷ２を用いてＩＣ９と基板２とを電気的に接続する。
次に、図１３に示すように、ボンディングワイヤーＢＷ１を用いてジャイロセンサー素子３（端子７１２〜７５２）とＩＣ９とを電気的に接続すると共に、ボンディングワイヤーＢＷ２を用いてＩＣ９と基板２とを電気的に接続する。
（封止工程）
次に、図１４に示すように、モールド材Ｍによって、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９を封止する。以上によって、電子デバイス１が得られる。
次に、図１４に示すように、モールド材Ｍによって、ジャイロセンサー素子３およびＩＣ９を封止する。以上によって、電子デバイス１が得られる。
＜第２実施形態＞
図１５は、本発明の第２実施形態に係る電子デバイスが有するジャイロセンサー素子の断面図である。図１６および図１７は、それぞれ、図１５に示すジャイロセンサー素子の製造方法を説明する断面図である。
図１５は、本発明の第２実施形態に係る電子デバイスが有するジャイロセンサー素子の断面図である。図１６および図１７は、それぞれ、図１５に示すジャイロセンサー素子の製造方法を説明する断面図である。
以下、第２実施形態の電子デバイスについて前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の電子デバイスは、主に、ジャイロセンサー素子が備える基板の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の電子デバイスと同様である。なお、図１５ないし図１７では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
前述した第１実施形態では、基板４がガラス材料で構成され、機能素子片６および蓋体５がシリコンで構成されていた。ここで、線膨張係数について述べると、ガラス材料の線膨張係数は、約３．２５ｐｐｍ／℃であり、温度依存性をほとんど有していない（すなわち、温度によらず線膨張係数が一定である）。一方、シリコンの線膨張係数は、約２．５〜３．５ｐｐｍ／℃であり、温度依存性を有している（すなわち、温度によって線膨張係数が変化する）。そのため、前述した第１実施形態のジャイロセンサー素子３では、熱膨張によって基板４に反りが発生し、この反りによって、機能素子片６の振動特性が悪化する場合や、機能素子片６との接合部や蓋体５との接合部にクラック等が発生してしまう場合もあり得る。そこで、本実施形態では、熱膨張に起因する基板４の反りを低減し、電子デバイス１の信頼性を向上させている。
本実施形態のジャイロセンサー素子３は、図１５に示すように、基板４の下面（機能素子片６と反対側の面）に接合された補助基板（補助基体）３０を有している。そのため、補助基板３０と蓋体５および機能素子片６との間に基板４が挟まれた構成となっている。このような補助基板３０は、シリコンで構成されている。
このような構成によれば、シリコンで構成された補助基板３０と、シリコンで構成された機能素子片６および蓋体５と、の間にガラス材料で構成された基板４が位置することになる。すなわち、基板４を線膨張係数が同じ材料で挟み込んでいるため、熱膨張による基板４の反りを低減することができる。したがって、機能素子片６の振動特性の悪化や、基板４と機能素子片６や蓋体５との接合部の破損等を効果的に低減することができる。よって、電子デバイス１の信頼性が向上する。
なお、本実施形態では、補助基板３０を、機能素子片６や蓋体５と同じシリコンで構成しているため、上述した効果がより顕著となる。ただし、補助基板３０の構成材料としては、機能素子片６や蓋体５と同じ材料に限定されず、機能素子片６（蓋体５）の線膨張係数をα１とし、基板４の線膨張係数をα２とし、補助基板３０の線膨張係数をα３としたとき、｜α１−α２｜≧｜α１−α３｜の関係を満足する材料であればよい。このような関係を満足する材料によっても、上記と同様の効果を発揮することができる。
次に、本実施形態のジャイロセンサー素子３の製造方法について簡単に説明する。
まず、前述した第１実施形態の製造方法と同様にして、配線７１１〜７５１、端子７１２〜７５２および固定検出電極７９が設けられた基板４を用意する。次に、基板４に導電性バンプＢ１〜Ｂ３を配置した後、図１６に示すように、基板４の上面にシリコン基板６００を接合する。基板４とシリコン基板６００との接合は、陽極接合を用いることができる。
まず、前述した第１実施形態の製造方法と同様にして、配線７１１〜７５１、端子７１２〜７５２および固定検出電極７９が設けられた基板４を用意する。次に、基板４に導電性バンプＢ１〜Ｂ３を配置した後、図１６に示すように、基板４の上面にシリコン基板６００を接合する。基板４とシリコン基板６００との接合は、陽極接合を用いることができる。
次に、図１７に示すように、シリコン基板からなる補助基板３０を準備し、この補助基板３０を基板４の下面に接合する。基板４と補助基板３０との接合方法は、陽極接合を用いることができる。ここで、基板４に補助基板３０を陽極接合する際の温度Ｔ２は、基板４にシリコン基板６００を陽極接合する際の温度Ｔ１よりも高いことが好ましい。初めに基板４とシリコン基板６００とを陽極接合したことで、基板４中の陽イオン（ナトリウムイオン）が補助基板３０側に移動しているため、本工程では、より多くの陽イオンを機能素子片６側へ移動させる必要がある。そのため、Ｔ１＜Ｔ２として、陽イオンを移動させ易くすることで、より短時間で、補助基板３０を基板４に接合することができる。
後は、前述した第１実施形態の製造方法と同様の工程を踏むことでジャイロセンサー素子３が得られる。
以上のような第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＞
図１８は、本発明の第３実施形態に係る電子デバイスの断面図である。図１９および図２０は、それぞれ、図１８に示す電子デバイスの変形例を示す断面図である。
図１８は、本発明の第３実施形態に係る電子デバイスの断面図である。図１９および図２０は、それぞれ、図１８に示す電子デバイスの変形例を示す断面図である。
以下、第３実施形態の電子デバイスについて前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図１８ないし図２０では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。
本実施形態の電子デバイス１は、図１８に示すように、基板２と蓋体８とを備えたパッケージ１０を有している。基板２は、上面に開放する凹部２３と、下面に開放する凹部２４と、を有している。一方、蓋体８は、凹部２３の開口を塞ぐようにして基板２の上面に接合されており、これにより、パッケージ１０内に内部空間Ｓ１が形成されている。内部空間Ｓ１は、気密封止されており、減圧状態（１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。
内部空間Ｓ１内にはジャイロセンサー素子３が収容されている。本実施形態のジャイロセンサー素子３は、前述した第１実施形態の構成から蓋体５が省略された構成となっている。そのため、凹部４１が内部空間Ｓ１と繋がっており、機能素子片６が内部空間Ｓ１に臨んでいる。前述したように、内部空間Ｓ１が減圧状態に保たれているため、ジャイロセンサー素子３から蓋体５を省略しても、機能素子片６を減圧環境下に配置することができる。そのため、蓋体５を省略することで、機能素子片６の振動特性を低下させることなく、電子デバイス１の低背化を図ることができる。また、蓋体５を省略することで、機能素子片６や配線７１１〜７５１に加わる熱履歴を少なくすることができるため、ジャイロセンサー素子３の熱ダメージを低減することができる。
一方、凹部２４内にはＩＣ９が収容されている。なお、ＩＣ９は、基板２に設けられた図示しない内部配線等を介してジャイロセンサー素子３と電気的に接続されている。また、凹部２４内にはＩＣ９をモールドするモールド材Ｍが充填されている。
以上のような第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。
なお、本実施形態の変形例として、図１９に示すように、基板２から凹部２４を省略して、凹部２３内にＩＣ９を配置してもよい。この場合は、ＩＣ９を凹部２４の底面に固定し、ＩＣ９上にジャイロセンサー素子３を固定するのが好ましい。また、本実施形態の別の変形例として、図２０に示すように、基板２から凹部２４を省略し、さらに、ＩＣ９を蓋体８として用いた構成としてもよい。このような構成によれば、電子デバイス１のさらなる低背化を図ることができる。
［電子機器］
次に、本発明の電子デバイスを備える電子機器について説明する。
次に、本発明の電子デバイスを備える電子機器について説明する。
図２１は、本発明の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、電子デバイス１が内蔵されている。
図２２は、本発明の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、アンテナ（図示せず）、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、電子デバイス１が内蔵されている。
図２３は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
この図において、デジタルスチールカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には表示部１３１０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。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、手振れ補正に用いられる電子デバイス１が内蔵されている。
このような電子機器は、電子デバイス１を備えているので、優れた信頼性を有している。
なお、本発明の電子機器は、図２１のパーソナルコンピューター、図２２の携帯電話機、図２３のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、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）、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、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）、携帯端末用の基地局、フライトシュミレーター等に適用することができる。
［移動体］
次に、本発明の移動体について説明する。
図２４は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
次に、本発明の移動体について説明する。
図２４は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
この図において、自動車１５００には電子デバイス１が内蔵されており、例えば、電子デバイス１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。電子デバイス１の検出信号は、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（ドローンを含む）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、電子デバイス１が組み込まれる。
以上、本発明の電子デバイスの製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、検出用フラップ板が回動軸まわりに回動する構成について説明したが、検出用フラップ板としては、Ｚ軸方向に変位することができれば、どのように変位してもよい。例えば、検出用フラップ板は、回動軸まわりにシーソー揺動してもよいし、姿勢を保ったままＺ軸方向に変位していてもよい。すなわち、シーソー揺動型の物理量センサーであってもよいし、平行平板型の物理量センサーであってもよい。
また、機能素子片としては、角速度を検出する素子に限定されず、例えば、加速度を検出する素子や、気圧を検出する素子であってもよい。また、機能素子片としては、角速度、加速度、気圧等の物理量を検出することができる素子に限定されず、例えば、発振器等に用いられる振動素子であってもよい。また、機能素子片を収容する内部空間の雰囲気は、減圧状態に限定されず、機能素子片の種類等に応じて適宜変更することができる。例えば、機能素子として加速度を検出する素子を用いた場合（例えば、特開２０１５−６２０４０参照）には、内部空間は、窒素、アルゴン等の不活性ガスを充填した大気圧状態とすることができる。
１…電子デバイス、１０…パッケージ、２…基板、２１…端子、２２…実装端子、２３…凹部、２４…凹部、３…ジャイロセンサー素子、３０…補助基板、４…基板、４０…ガラス基板、４１…凹部、４１１…側面、４１１ａ…湾曲凸面、４１１ｂ…湾曲凹面、４２…ポスト、４３、４４、４５、４６、４７…溝部、５…蓋体、５１…凹部、５２…封止孔、５３…封止材、６…機能素子片、６０、６０ａ、６０ｂ…構造体、６００…シリコン基板、６１…振動部、６２…駆動バネ部、６３…固定部、６４…可動駆動電極、６５、６６…固定駆動電極、６７…検出用フラップ板、６８…梁部、７１１、７２１、７３１、７４１、７５１…配線、７１２、７２２、７３２、７４２、７５２…端子、７９…固定検出電極、８…蓋体、９…ＩＣ、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…デジタルスチールカメラ、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、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…導電性バンプ、ＢＷ１、ＢＷ２…ボンディングワイヤー、Ｃ…静電容量、Ｍ…モールド材、Ｍ１、Ｍ２…マスク、Ｐ…変曲点、Ｓ、Ｓ１…内部空間、ωｙ…角速度
Claims (13)
- 基体を準備し、前記基体の面にマスクを配置する工程と、
前記マスクを介して前記基体を第１エッチングすることで前記面に開放する凹部を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記面および前記凹部を第２エッチングする工程と、
前記第２エッチング後の前記面と前記凹部との接続部を跨いで導電部を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 - 前記第１エッチングは、ウェットエッチングである請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記基体は、非晶質である請求項１または２に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記第２エッチングによって、前記凹部の側面の途中に変曲点を形成し、
前記側面の前記変曲点よりも前記面側は、湾曲凸面を含み、
前記側面の前記変曲点よりも前記凹部の底面側は、湾曲凹面を含んでいる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。 - 前記変曲点は、前記凹部の深さ方向の中点よりも前記面側に位置する請求項４に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記湾曲凸面の平均曲率半径は、前記湾曲凹面の平均曲率半径よりも小さい請求項４または５に記載の電子デバイスの製造方法。
- 前記導電部は、前記基体に導電膜を成膜し、前記導電膜をエッチングすることで形成する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子デバイスの製造方法。
- 基体と、
前記基体に配置されている導電部と、を有し、
前記基体は、面に開放する凹部を有し、
前記凹部の側面は、前記凹部の深さ方向の途中に変曲点を有し、
前記側面の前記変曲点よりも前記面側は、湾曲凸面を含み、
前記側面の前記変曲点よりも前記凹部の底面側は、湾曲凹面を含み、
前記導電部は、前記湾曲凸面、前記変曲点および前記湾曲凹面を連続して跨いで配置されていることを特徴とする電子デバイス。 - 前記基体に接合されている機能素子片と、
前記基体の前記機能素子片とは反対側に接合されている補助基体と、を有し、
前記機能素子片の線膨張係数をα１とし、前記基体の線膨張係数をα２とし、前記補助基体の線膨張係数をα３としたとき、
｜α１−α２｜≧｜α１−α３｜の関係を満足する請求項８に記載の電子デバイス。 - 前記機能素子片と前記補助基体とは、互いに同じ材料を含んでいる請求項９に記載の電子デバイス。
- 前記基体を収容する内部空間を有するパッケージを有し、
前記基体の前記凹部は、前記内部空間と繋がっている請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の電子デバイス。 - 請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の電子デバイスを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の電子デバイスを有することを特徴とする移動体。
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