JP2017106827A

JP2017106827A - Wafer level package device

Info

Publication number: JP2017106827A
Application number: JP2015241241A
Authority: JP
Inventors: 勝昭後藤; Katsuaki Goto; 隆雄岩城; Takao Iwaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2017-06-15

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer-level package (WLP) device with which it is possible to electrically connect the reverse side of a substrate and the outside.SOLUTION: The wafer-level package device includes a TSV 10d that penetrates a sensor substrate 10 from surface to the reverse side, and a TSV 13f that also penetrates a cap layer 13 from surface to the reverse side, two of these being connected for connection to a control electrode 50a. Thus, in an angular speed sensor device having a WLP structure, the control electrode 50a arranged on the reverse side 10a of the sensor substrate 10 and the outside can be electrically connected from the cap layer 13 side. So, the reverse side 10a of the sensor substrate 10 and the outside can be electrically connected without, for example, extending an end of the sensor substrate 10 to an end of the cap layer 13, or without shifting the ends of the cap layer 13, sensor substrate 10, and support substrate 11 so as to extend an end of the support substrate 11 to an end of the sensor substrate 10.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰ（Wafer Level Package）という）構造を有するＷＬＰ装置に関し、例えば振動型角速度センサを有する角速度センサ装置に適用されて好適なものである。 The present invention relates to a WLP device having a wafer level package (hereinafter referred to as WLP (Wafer Level Package)) structure, and is suitably applied to, for example, an angular velocity sensor device having a vibration type angular velocity sensor.

従来、特許文献１において、角速度センサなどの微小電気機械システム（以下、ＭＥＭＳという）を備えたセンサ装置が提案されている。このセンサ装置は、角速度センサを構成するセンサ基板の表面側および裏面側をそれぞれ支持基板とキャップ層にて覆ったＷＬＰとされている。角速度センサを構成するセンサ基板の表面では、センサ基板の所望位置と外部との電気的接続を行うべく、キャップ層に貫通孔およびスルーホールビア（以下、ＴＳＶという）を設けている。 Conventionally, in Patent Document 1, a sensor device including a micro electro mechanical system (hereinafter referred to as MEMS) such as an angular velocity sensor has been proposed. This sensor device is a WLP in which a front surface side and a back surface side of a sensor substrate constituting an angular velocity sensor are covered with a support substrate and a cap layer, respectively. On the surface of the sensor substrate constituting the angular velocity sensor, a through hole and a through-hole via (hereinafter referred to as TSV) are provided in the cap layer in order to make electrical connection between a desired position of the sensor substrate and the outside.

特開２０１５−７７６７７号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-77777

しかしながら、上記特許文献１に記載されたセンサ装置は、センサ基板の表面側と外部との電気的接続が行える構造であるものの、支持基板を含めたセンサ基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことができない。 However, although the sensor device described in Patent Document 1 has a structure that allows electrical connection between the front side of the sensor substrate and the outside, electrical connection between the back side of the sensor substrate including the support substrate and the outside. Can not do.

一方、ＷＬＰ構造において、キャップ層よりもセンサ基板の端部を張り出させると共にセンサ基板よりも支持基板の端部を張り出させるようにキャップ層とセンサ基板および支持基板の端部をずらし、ずらされた部分に電極を備える構造とすることもできる。このようにすれば、センサ基板の表面側より支持基板と外部との電気的接続を行うことが可能となる。 On the other hand, in the WLP structure, the ends of the sensor substrate and the support substrate are shifted so that the end of the sensor substrate extends beyond the cap layer and the end of the support substrate extends beyond the sensor substrate. It can also be set as the structure provided with an electrode in the made part. If it does in this way, it will become possible to perform electrical connection with a support substrate and the exterior from the surface side of a sensor substrate.

しかしながら、キャップ層とセンサ基板および支持基板をずらすため、センサ面積が増加し、センサ装置の大型化を招くという問題がある。 However, since the cap layer is shifted from the sensor substrate and the support substrate, there is a problem that the sensor area increases and the size of the sensor device increases.

本発明は上記点に鑑みて、センサ基板などのデバイス形成基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことが可能なＷＬＰ構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a WLP structure capable of performing electrical connection between the back side of a device formation substrate such as a sensor substrate and the outside.

上記目的を達成するため、請求項１に記載のＷＬＰ装置は、支持基板（１１）と、裏面（１０ａ）および該裏面の反対面となる表面（１０ｂ）を有し、裏面側が支持基板の一面側に向けられて支持基板に接合され、デバイスが形成されたデバイス形成基板（１０）と、デバイス形成基板における表面側に接合され、デバイス形成基板を覆うキャップ層（１３）と、デバイス形成基板のうち支持基板に接合される位置に形成され、該デバイス形成基板の表裏を貫通する第１貫通孔（１０ｅ）が形成されていると共に該第１貫通孔内を含んで形成された第１ＴＳＶ（１０ｄ）と、
キャップ層のうちデバイス形成基板に接合される位置に形成され、該キャップ層の表裏を貫通する第２貫通孔（１３ｅ）が形成されていると共に該第２貫通孔内を含んで形成され、第１ＴＳＶと電気的に接続された第２ＴＳＶ（１３ｆ）と、を有し、第１ＴＳＶおよび第２ＴＳＶを通じて、キャップ層におけるデバイス形成基板の反対側の一面からデバイス形成基板の裏面側への電気的接続が行われている。 In order to achieve the above object, the WLP device according to claim 1 has a support substrate (11), a back surface (10a), and a surface (10b) opposite to the back surface, and the back surface is one surface of the support substrate. A device-forming substrate (10) on which a device is formed and directed to the support substrate; a cap layer (13) which is bonded to the surface side of the device-forming substrate and covers the device-forming substrate; A first TSV (10d) is formed at a position to be bonded to the support substrate, and has a first through hole (10e) penetrating the front and back surfaces of the device forming substrate and is formed including the inside of the first through hole. )When,
The cap layer is formed at a position to be bonded to the device formation substrate, and a second through hole (13e) penetrating the front and back surfaces of the cap layer is formed and formed including the inside of the second through hole. A second TSV (13f) electrically connected to 1TSV, and through the first TSV and the second TSV, electrical connection from one surface of the cap layer opposite to the device forming substrate to the back surface side of the device forming substrate Has been done.

このように、デバイス形成基板に対して表裏を貫通する第１ＴＳＶを備えると共にキャップ層にも表裏を貫通する第２ＴＳＶを備えた構成としている。このため、これらを接続することで、キャップ層におけるデバイス形成基板の反対側の一面からデバイス形成基板の裏面側への電気的接続を行うことが可能となる。したがって、デバイス形成基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことが可能なＷＬＰ装置とすることができる。 Thus, it is set as the structure provided with 1st TSV which penetrates front and back with respect to a device formation board | substrate, and 2nd TSV which penetrates front and back also in a cap layer. For this reason, by connecting them, it is possible to perform electrical connection from one surface of the cap layer opposite to the device forming substrate to the back surface side of the device forming substrate. Therefore, a WLP apparatus capable of electrical connection between the back side of the device formation substrate and the outside can be obtained.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第１実施形態にかかる角速度センサ装置における角速度センサについてキャップ層を省略して表した上面レイアウト図である。It is the upper surface layout figure which omitted the cap layer about the angular velocity sensor in the angular velocity sensor device concerning a 1st embodiment. 図１中のII−II断面図である。It is II-II sectional drawing in FIG. 図１中のIII−III断面図である。It is III-III sectional drawing in FIG. 図１中のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing in FIG. 図２中における角速度センサ装置における電気的接続部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the electrical connection part in the angular velocity sensor apparatus in FIG. 角速度センサ装置における電気的接続部分の製造工程の一部を示した拡大断面図である。It is the expanded sectional view which showed a part of manufacturing process of the electrical connection part in an angular velocity sensor apparatus. 図１に示す角速度センサ装置の駆動振動時の様子を示した上面図である。It is the top view which showed the mode at the time of the drive vibration of the angular velocity sensor apparatus shown in FIG. 図１に示す角速度センサ装置の角速度印加時の様子を示した上面図である。It is the top view which showed the mode at the time of the angular velocity application of the angular velocity sensor apparatus shown in FIG.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、ＷＬＰ装置の一例として角速度センサ装置を例に挙げて説明する。この角速度センサ装置は、センサ部を構成するセンサ基板の表面側および裏面側をそれぞれ支持基板とキャップ層にて覆ってＷＬＰ構造としたものである。角速度センサ装置は、例えば、車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出を行うために用いられるが、勿論、車両用以外にも適用できる。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an angular velocity sensor device will be described as an example of a WLP device. This angular velocity sensor device has a WLP structure in which a front surface side and a back surface side of a sensor substrate constituting a sensor unit are covered with a support substrate and a cap layer, respectively. The angular velocity sensor device is used, for example, to detect a rotational angular velocity around a center line parallel to the vertical direction of the vehicle, but can be applied to other than a vehicle.

以下、図１〜図８を参照して、本実施形態にかかる角速度センサ装置について説明する。 Hereinafter, the angular velocity sensor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる角速度センサ装置は、図１および図２に示すように、センサ基板１０を用いて角速度センサ１００を形成したものである。以下、図１および図２の紙面左右方向をｘ軸方向、図１の紙面上下方向および図２の紙面法線方向をｙ軸方向、図１の紙面法線方向および図２の紙面上下方向をｚ軸方向として本実施形態にかかる角速度センサ装置の詳細について説明する。 In the angular velocity sensor device according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an angular velocity sensor 100 is formed using a sensor substrate 10. 1 and 2 are the x-axis direction, the vertical direction of the paper surface of FIG. 1 and the normal direction of the paper surface of FIG. 2 are the y-axis direction, the normal direction of the paper surface of FIG. 1, and the vertical direction of the paper surface of FIG. Details of the angular velocity sensor device according to the present embodiment as the z-axis direction will be described.

角速度センサ装置は、図１中のｘｙ平面が車両水平方向に向けられ、図２のｚ軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。 The angular velocity sensor device is mounted on the vehicle such that the xy plane in FIG. 1 is oriented in the horizontal direction of the vehicle and the z-axis direction in FIG. 2 coincides with the vertical direction of the vehicle.

図１および図２に示すように、角速度センサ装置に備えられる角速度センサ１００は、板状のセンサ基板１０をエッチングして所定のレイアウトとすることで形成されている。センサ基板１０の裏面１０ａ側には、支持基板１１が配置されており、接合部１２を介して接合されている。また、センサ基板１０の表面１０ｂ側、つまり支持基板１１と反対側には、キャップ層１３が配置されており、接合部１４を介して接合されている。このように、センサ基板１０を挟んで支持基板１１とキャップ層１３とを貼り合せることでＷＬＰ構造の角速度センサ装置を構成している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the angular velocity sensor 100 included in the angular velocity sensor device is formed by etching a plate-like sensor substrate 10 into a predetermined layout. A support substrate 11 is disposed on the back surface 10 a side of the sensor substrate 10 and is bonded via a bonding portion 12. Further, a cap layer 13 is disposed on the surface 10 b side of the sensor substrate 10, that is, on the side opposite to the support substrate 11, and is bonded via a bonding portion 14. As described above, the support substrate 11 and the cap layer 13 are bonded to each other with the sensor substrate 10 interposed therebetween, thereby forming an angular velocity sensor device having a WLP structure.

本実施形態では、センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３を例えばシリコン基板によって構成しており、接合部１２、１４を例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜によって構成している。センサ基板１０の表面がｘｙ平面と平行とされ、センサ基板１０の厚み方向がｚ軸方向に向けられている。センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３については１枚１枚独立したシリコン基板によって構成されていても良いが、例えば、センサ基板１０および支持基板１１が接合部１２を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on insulatorの略）基板にて構成されていても良い。 In the present embodiment, the sensor substrate 10, the support substrate 11, and the cap layer 13 are made of, for example, a silicon substrate, and the joint portions 12 and 14 are made of, for example, an insulating film such as a silicon oxide film. The surface of the sensor substrate 10 is parallel to the xy plane, and the thickness direction of the sensor substrate 10 is oriented in the z-axis direction. The sensor substrate 10, the support substrate 11, and the cap layer 13 may be formed of individual silicon substrates. For example, the SOI (Silicon on SOI) in which the sensor substrate 10 and the support substrate 11 sandwich the bonding portion 12. (abbreviation of insulator) may be constituted by a substrate.

角速度センサ１００は、固定部２０と可動部３０および梁部４０にパターニングされている。固定部２０は、図２に示すように、接合部１２を介して支持基板１１に固定されている。可動部３０および梁部４０は、角速度センサ１００における振動子を構成するものである。可動部３０は、支持基板１１の上にリリースされた状態で配置されている。梁部４０は、可動部３０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部３０をｘ軸方向およびｙ軸方向において変位させるものである。これら固定部２０と可動部３０および梁部４０の具体的な構造を説明する。 The angular velocity sensor 100 is patterned on the fixed portion 20, the movable portion 30 and the beam portion 40. As shown in FIG. 2, the fixing portion 20 is fixed to the support substrate 11 via the joint portion 12. The movable part 30 and the beam part 40 constitute a vibrator in the angular velocity sensor 100. The movable portion 30 is disposed on the support substrate 11 in a released state. The beam portion 40 supports the movable portion 30 and displaces the movable portion 30 in the x-axis direction and the y-axis direction in order to detect angular velocity. Specific structures of the fixed portion 20, the movable portion 30, and the beam portion 40 will be described.

固定部２０は、可動部３０を支持すると共に、駆動用電圧の印加用のパッド接続部や角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッド接続部などの各種パッド接続部３００が形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を１つの固定部２０によって実現しているが、例えば可動部３０を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図１に示した固定部２０を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッド接続部や検出用固定部に検出信号取り出し用のパッド接続部などを備えればよい。 The fixed portion 20 supports the movable portion 30 and is formed with various pad connection portions 300 such as a pad connection portion for applying a driving voltage and a pad connection portion for taking out a detection signal used for angular velocity detection. It is. In the present embodiment, each of these functions is realized by a single fixed unit 20, but for example, a support fixed unit for supporting the movable unit 30, a drive fixed unit to which a drive voltage is applied, and angular velocity detection. It may be configured to be divided into detection fixing parts to be used. In this case, for example, the fixing unit 20 shown in FIG. 1 is used as a support fixing unit, and a driving fixing unit and a detection fixing unit are provided so as to be connected to the supporting fixing unit, and a driving voltage is applied to the driving fixing unit. The pad connection part or the detection fixing part may be provided with a pad connection part for extracting a detection signal.

具体的には、固定部２０は、例えば上面形状が四角形で構成されている。固定部２０のｘ軸方向およびｙ軸方向の幅については任意であるが、後述する検出梁４１の幅よりも広くしてある。 Specifically, for example, the fixed portion 20 has a quadrangular upper surface shape. The width of the fixed portion 20 in the x-axis direction and the y-axis direction is arbitrary, but is wider than the width of the detection beam 41 described later.

固定部２０と支持基板１１との間には内側接合部１２ａが配置されており、内側接合部１２ａを介して固定部２０が支持基板１１に固定されている。同様に、固定部２０とキャップ層１３との間には内側接合部１４ａが配置されており、内側接合部１４ａを介して固定部２０がキャップ層１３にも固定されている。これら内側接合部１２ａ、１４ａにより、センサ基板１０と支持基板１１もしくはキャップ層１３とが接合されている。 An inner joint portion 12a is disposed between the fixed portion 20 and the support substrate 11, and the fixed portion 20 is fixed to the support substrate 11 via the inner joint portion 12a. Similarly, an inner joint portion 14a is disposed between the fixing portion 20 and the cap layer 13, and the fixing portion 20 is also fixed to the cap layer 13 through the inner joint portion 14a. The sensor substrate 10 and the support substrate 11 or the cap layer 13 are bonded by the inner bonding portions 12a and 14a.

可動部３０は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部３０として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘３１、３２が備えられている。駆動兼検出用錘３１、３２は、ｘ軸方向において、固定部２０を挟んだ両側に配置されており、固定部２０から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、同寸法、同質量で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、それぞれ相対する二辺において梁部４０に備えられる後述する駆動梁４２に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘３１、３２の下方においては、接合部１２が除去されており、支持基板１１から各駆動兼検出用錘３１、３２がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘３１、３２は、駆動梁４２の変形によってｘ軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁４２などの変形によってｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動可能とされている。 The movable portion 30 is a portion that is displaced in response to the application of the angular velocity, and a detection weight that is vibrated according to the angular velocity when the angular velocity is applied during the driving vibration and a driving weight that is driven and vibrated by the application of the driving voltage. The configuration includes a weight. In the case of the present embodiment, as the movable portion 30, drive and detection weights 31, 32 that serve as a drive weight and a detection weight by the same weight are provided. The drive and detection weights 31 and 32 are disposed on both sides of the fixed portion 20 in the x-axis direction, and are disposed at equal intervals from the fixed portion 20. Each of the driving / detecting weights 31 and 32 is configured with the same size and the same mass, and in the case of the present embodiment, the upper surface shape is configured with a quadrangle. Each of the driving / detecting weights 31 and 32 is supported at both ends by being connected to a driving beam 42 (described later) provided in the beam portion 40 at two opposite sides. Below the drive and detection weights 31 and 32, the joint portion 12 is removed, and the drive and detection weights 31 and 32 are released from the support substrate 11. For this reason, each of the driving and detecting weights 31 and 32 can be driven to vibrate in the x-axis direction by deformation of the driving beam 42, and when the angular velocity is applied, the fixed portion including the y-axis direction by deformation of the driving beam 42 and the like. It is also possible to vibrate in the direction of rotation about 20.

梁部４０は、検出梁４１と、駆動梁４２および支持梁４３を有した構成とされている。 The beam portion 40 is configured to include a detection beam 41, a drive beam 42, and a support beam 43.

検出梁４１は、固定部２０と支持梁４３とを連結するｙ軸方向に延設された直線状の梁とされ、本実施形態では固定部２０の相対する二辺に連結されることで、支持梁４３を固定部２０に連結させている。検出梁４１のｘ軸方向の寸法は、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。 The detection beam 41 is a linear beam extending in the y-axis direction that connects the fixed portion 20 and the support beam 43. In the present embodiment, the detection beam 41 is connected to two opposite sides of the fixed portion 20, The support beam 43 is connected to the fixed portion 20. The dimension of the detection beam 41 in the x-axis direction is thinner than the dimension in the z-axis direction, and can be deformed in the x-axis direction.

駆動梁４２は、駆動兼検出用錘３１、３２と支持梁４３とを連結するｙ軸方向、つまり検出梁４１と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘３１、３２に接続された駆動梁４２から検出梁４１までは等距離とされている。駆動梁４２のｘ軸方向の寸法も、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘３１、３２をｘｙ平面上において変位可能としている。 The drive beam 42 is a linear beam extending in the y-axis direction connecting the drive and detection weights 31 and 32 and the support beam 43, that is, in a direction parallel to the detection beam 41. The drive beam 42 connected to each of the drive and detection weights 31 and 32 and the detection beam 41 are equidistant. The dimension of the drive beam 42 in the x-axis direction is also thinner than the dimension in the z-axis direction, and can be deformed in the x-axis direction. Thereby, the driving and detecting weights 31 and 32 can be displaced on the xy plane.

支持梁４３は、ｘ軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持梁４３の中心位置において検出梁４１が連結されており、両端位置において各駆動梁４２が連結されている。支持梁４３は、ｙ軸方向の寸法が検出梁４１や駆動梁４２におけるｘ軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁４２が主に変形し、角速度印加時には検出梁４１および駆動梁４２が主に変形するようになっている。 The support beam 43 is a linear member extending in the x-axis direction, and the detection beam 41 is connected at the center position of the support beam 43, and the drive beams 42 are connected at both end positions. The support beam 43 has a dimension in the y-axis direction larger than that in the x-axis direction of the detection beam 41 and the drive beam 42. For this reason, the driving beam 42 is mainly deformed during driving vibration, and the detection beam 41 and the driving beam 42 are mainly deformed when the angular velocity is applied.

このような構造により、駆動梁４２と支持梁４３および駆動兼検出用錘３１、３２によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁４１および固定部２０が配置された角速度センサ１００の基本構造が構成されている。 With such a structure, the drive beam 42, the support beam 43, and the drive / detection weights 31 and 32 form a frame having a quadrangular upper surface, and the detection beam 41 and the fixed portion 20 are disposed inside thereof. 100 basic structures are constructed.

さらに、駆動梁４２には、図１および図３に示すように駆動部５１が形成されており、検出梁４１には、図４に示すように、振動検出部５３が形成されている。これら駆動部５１および振動検出部５３が外部に備えられた図２に示す制御装置６０に電気的に接続されることで、角速度センサ装置の駆動が行われるようになっている。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the drive unit 42 is formed on the drive beam 42, and the vibration detection unit 53 is formed on the detection beam 41 as shown in FIG. 4. The drive unit 51 and the vibration detection unit 53 are electrically connected to the control device 60 shown in FIG. 2 provided outside, so that the angular velocity sensor device is driven.

駆動部５１は、図１に示すように、各駆動梁４２のうち支持梁４３との連結部近傍に備えられており、各場所に２本ずつ所定距離を空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図３に示すように、駆動部５１は、センサ基板１０のうちの駆動梁４２を構成する部分の表面に下層電極５１ａと駆動用薄膜５１ｂおよび上層電極５１ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、例えばＡｌ電極などによって構成されている。これら下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、図１に示した支持梁４３および検出梁４１を経て固定部２０まで引き出された配線部５１ｄ、５１ｅを通じて、駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに繋がるパッド接続部３００に接続されている。また、駆動用薄膜５１ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（いわゆるＰＺＴ）膜などの圧電膜によって構成されている。 As shown in FIG. 1, the drive unit 51 is provided in the vicinity of the connection portion of each drive beam 42 to the support beam 43, and two drive units 51 are arranged at a predetermined distance in each place, in the y-axis direction. It is extended. As shown in FIG. 3, the driving unit 51 has a structure in which a lower layer electrode 51a, a driving thin film 51b, and an upper layer electrode 51c are sequentially stacked on the surface of a portion of the sensor substrate 10 that constitutes the driving beam 42. . The lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c are composed of, for example, an Al electrode. The lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c are connected to a driving voltage application pad or a GND connection through the wiring portions 51d and 51e drawn to the fixing portion 20 through the support beam 43 and the detection beam 41 shown in FIG. Is connected to a pad connection unit 300 connected to the pad. The driving thin film 51b is formed of a piezoelectric film such as a lead zirconate titanate (so-called PZT) film.

このような構成において、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させ、駆動梁４２を強制振動させることで駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁４２のｘ軸方向の両端側に１本ずつ駆動部５１を備えるようにし、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させている。 In such a configuration, by generating a potential difference between the lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c, the driving thin film 51b sandwiched therebetween is displaced, and the driving beam 42 is forcibly vibrated, thereby driving and driving. The detection weights 31 and 32 are driven to vibrate along the x-axis direction. For example, one drive unit 51 is provided at each end in the x-axis direction of each drive beam 42, and the drive thin film 51b of one drive unit 51 is displaced by a compressive stress and the other drive unit 51 is driven. The thin film 51b is displaced by tensile stress. Such voltage application is alternately and repeatedly performed on each drive unit 51, thereby driving and detecting weights 31 and 32 to be driven to vibrate along the x-axis direction.

振動検出部５３は、図１および図４に示すように、検出梁４１のうちの固定部２０との連結部近傍に備えられており、検出梁４１におけるｘ軸方向の両側それぞれに設けられ、ｙ軸方向に延設されている。図４に示すように、振動検出部５３は、検出梁４１を構成する接合部１２の表面に下層電極５３ａと検出用薄膜５３ｂおよび上層電極５３ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃや検出用薄膜５３ｂは、それぞれ、駆動部５１を構成する下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃや駆動用薄膜５１ｂと同様の構成とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃは、図１に示した固定部２０まで引き出された配線部５３ｄ、５３ｅを通じて、検出信号出力用のパッドに繋がるパッド接続部３００に接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 4, the vibration detection unit 53 is provided in the vicinity of the connection portion of the detection beam 41 with the fixed unit 20, and is provided on each side of the detection beam 41 in the x-axis direction. It extends in the y-axis direction. As shown in FIG. 4, the vibration detection unit 53 has a structure in which a lower layer electrode 53 a, a detection thin film 53 b, and an upper layer electrode 53 c are sequentially stacked on the surface of the joint 12 that constitutes the detection beam 41. The lower layer electrode 53a, the upper layer electrode 53c, and the detection thin film 53b have the same configuration as the lower layer electrode 51a, the upper layer electrode 51c, and the driving thin film 51b that constitute the drive unit 51, respectively. The lower layer electrode 53a and the upper layer electrode 53c are connected to the pad connection part 300 connected to the detection signal output pad through the wiring parts 53d and 53e drawn to the fixing part 20 shown in FIG.

このような構成では、角速度の印加に伴って検出梁４１が変位すると、それに伴って検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号、例えば定電圧駆動の場合の電流値もしくは定電流駆動の場合の電圧値が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。 In such a configuration, when the detection beam 41 is displaced as the angular velocity is applied, the detection thin film 53b is deformed accordingly. Thereby, for example, an electric signal between the lower layer electrode 53a and the upper layer electrode 53c, for example, a current value in the case of constant voltage driving or a voltage value in the case of constant current driving changes, and this is used as a detection signal indicating the angular velocity. The signal is output outside through a detection signal output pad (not shown).

以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置に備えられた角速度センサ１００が構成されている。なお、図１中では、駆動部５１の配線部５１ｄ、５１ｅや振動検出部５３の配線部５３ｄ、５３ｅとの接続関係を省略してあるが、各配線部５１ｄ、５１ｅ、５３ｄ、５３ｅは、例えばそれぞれが異なるパッド接続部３００に接続されている。 As described above, the angular velocity sensor 100 provided in the angular velocity sensor device according to the present embodiment is configured. In FIG. 1, the connection relationship between the wiring units 51d and 51e of the drive unit 51 and the wiring units 53d and 53e of the vibration detection unit 53 is omitted, but the wiring units 51d, 51e, 53d, and 53e are For example, each is connected to a different pad connection unit 300.

さらに、センサ基板１０には、角速度センサ１００を囲むように配置された周辺部１０ｃが形成されている。周辺部１０ｃは、角速度センサ１００の周囲を囲む四角形の枠体形状で構成されている。そして、周辺部１０ｃは、外側接合部１２ｂを介して支持基板１１と接合され、外側接合部１４ｂを介してキャップ層１３と接合されている。この周辺部１０ｃには、図２（ｄ）に示すようにＴＳＶ１０ｄが形成されており、周辺部１０ｃの表裏での電気的接続が可能とされている。このＴＳＶ１０ｄの構造の詳細については後述する。 Further, the sensor substrate 10 is formed with a peripheral portion 10 c disposed so as to surround the angular velocity sensor 100. The peripheral portion 10 c is formed in a quadrangular frame shape that surrounds the angular velocity sensor 100. The peripheral portion 10c is bonded to the support substrate 11 via the outer bonding portion 12b, and is bonded to the cap layer 13 via the outer bonding portion 14b. The peripheral portion 10c is formed with a TSV 10d as shown in FIG. 2D, and electrical connection between the front and back of the peripheral portion 10c is possible. Details of the structure of the TSV 10d will be described later.

支持基板１１は、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１２を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、支持基板１１は、内側接合部１２ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１２ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。支持基板１１は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１２ａおよび外側接合部１２ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分については、エッチングによってキャビティ１１ａを形成している。このようなキャビティ１１ａが形成されることで、角速度センサ１００を構成する各部が支持基板１１と接触しないようにされている。 The support substrate 11 is formed of a silicon substrate as described above, and one surface side is bonded to the sensor substrate 10 via the joint portion 12. Specifically, the support substrate 11 is joined to the fixed portion 20 via the inner joint portion 12a and joined to the peripheral portion 10c via the outer joint portion 12b. The support substrate 11 may be a simple plate-like member, but in the case of the present embodiment, other than the place corresponding to the fixed portion 20 and the peripheral portion 10c joined via the inner joint portion 12a and the outer joint portion 12b. With respect to the portion, the cavity 11a is formed by etching. By forming such a cavity 11 a, each part constituting the angular velocity sensor 100 is prevented from coming into contact with the support substrate 11.

また、支持基板１１の表面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ａが形成されている。制御電極５０ａは、支持基板１１の表面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ａは、支持基板１１の表面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ａは、キャビティ１１ａ内から支持基板１１の外縁部に延設されている。そして、上記したＴＳＶ１０ｄに対して電気的に接続されている。この制御電極５０ａとＴＳＶ１０ｄとの接続構造の詳細については後述する。 A control electrode 50a is formed on the surface of the support substrate 11, that is, one surface on the sensor substrate 10 side. The control electrode 50a includes a position corresponding to the driving and detecting weights 31 and 32 on the surface of the support substrate 11, more specifically, a position where a movement locus when the driving and detecting weights 31 and 32 vibrate is projected. It is formed as follows. For example, the control electrode 50a is formed by arranging a metal layer on the surface of the support substrate 11 and then patterning, or forming a metal film in a desired pattern using a mask. In the case of this embodiment, the control electrode 50a extends from the cavity 11a to the outer edge portion of the support substrate 11. And it is electrically connected with respect to above-mentioned TSV10d. Details of the connection structure between the control electrode 50a and the TSV 10d will be described later.

なお、支持基板１１と固定部２０との間には、ダミーパッド部３０１が形成されている。ダミーパッド部３０１は、パッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成されており、パッド接続部３００と同材料（例えばアルミニウム）などで構成されている。ダミーパッド部３０１は、必須ものではないが、応力緩和を目的として配置している。すなわち、角速度センサ１００を構成する各部との電気的接続のためにパッド接続部３００を備えているが、センサ基板１０を挟んだ両側の一方のみに形成してあると、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力にズレが生じる。このため、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力の均一化を図るべく、ダミーパッド部３０１をパッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成してある。ダミーパッド部３０１については、例えば、上記した制御電極５０ａと同時に形成することができる。 A dummy pad portion 301 is formed between the support substrate 11 and the fixed portion 20. The dummy pad portion 301 is formed in the same pattern at a position corresponding to the pad connecting portion 300, and is made of the same material (for example, aluminum) as the pad connecting portion 300. The dummy pad portion 301 is not essential, but is arranged for the purpose of stress relaxation. That is, the pad connection part 300 is provided for electrical connection with each part constituting the angular velocity sensor 100. However, if the pad connection part 300 is formed only on one side on both sides of the sensor board 10, the surface 10b of the sensor board 10 is provided. The stress is displaced between the side and the back surface 10a. For this reason, the dummy pad portion 301 is formed in the same pattern at a position corresponding to the pad connecting portion 300 in order to make the stress uniform on the front surface 10 b side and the back surface 10 a side of the sensor substrate 10. The dummy pad portion 301 can be formed simultaneously with the control electrode 50a described above, for example.

キャップ層１３も、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１４を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、キャップ層１３は、内側接合部１４ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１４ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。キャップ層１３は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１４ａおよび外側接合部１４ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分についてはエッチングによってキャビティ１３ａを形成している。このようなキャビティ１３ａが形成されることで、角速度センサ１００を構成する各部がキャップ層１３と接触しないようにされている。 The cap layer 13 is also composed of a silicon substrate as described above, and one surface side is bonded to the sensor substrate 10 via the joint portion 14. Specifically, the cap layer 13 is joined to the fixed part 20 via the inner joint part 14a, and joined to the peripheral part 10c via the outer joint part 14b. The cap layer 13 may be a simple plate-like member, but in the case of this embodiment, the cap layer 13 is other than the place corresponding to the fixed portion 20 and the peripheral portion 10c joined via the inner joint portion 14a and the outer joint portion 14b. In this part, the cavity 13a is formed by etching. By forming such a cavity 13a, each part constituting the angular velocity sensor 100 is prevented from contacting the cap layer 13.

また、キャップ層１３と固定部２０との間には、パッド接続部３００が形成されている。さらに、キャップ層１３のうち、パッド接続部３００と対応する位置には、貫通孔１３ｂが形成されており、貫通孔１３ｂ内にＴＳＶ１３ｃが形成されている。そして、キャップ層１３の表面側に複数のパッド部１３ｄが形成されている。これにより、ＴＳＶ１３ｃを通じて各パッド部１３ｄが対応する各パッド接続部３００に電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｄに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。 In addition, a pad connection part 300 is formed between the cap layer 13 and the fixing part 20. Furthermore, a through hole 13b is formed in the cap layer 13 at a position corresponding to the pad connecting portion 300, and a TSV 13c is formed in the through hole 13b. A plurality of pad portions 13 d are formed on the surface side of the cap layer 13. Thereby, each pad portion 13d is electrically connected to the corresponding pad connecting portion 300 through the TSV 13c. For example, wire bonding is performed on each pad portion 13d configured in this manner, so that electrical connection with the outside is performed.

また、キャップ層１３の裏面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ｂが形成されている。制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ｂは、キャビティ１３ａ内からキャップ層１３の外縁部に延設されている。 A control electrode 50b is formed on the back surface of the cap layer 13, that is, one surface on the sensor substrate 10 side. The control electrode 50b includes a position corresponding to the driving and detecting weights 31 and 32 on the back surface of the cap layer 13, more specifically, a position where a movement locus when the driving and detecting weights 31 and 32 vibrate is projected. It is formed as follows. For example, the control electrode 50b is formed by arranging a metal layer on the back surface of the cap layer 13 and then patterning, or forming a metal film in a desired pattern using a mask. In the case of the present embodiment, the control electrode 50b extends from the cavity 13a to the outer edge portion of the cap layer 13.

また、キャップ層１３と周辺部１０ｃとの間のうちＴＳＶ１０ｄと対応する位置にもパッド接続部３０２が形成されている。パッド接続部３０２は、ＴＳＶ１０ｄと接続されている。パッド接続部３０２については、上記した制御電極５０ｂと同時に形成することができる。 Further, a pad connection portion 302 is also formed at a position corresponding to the TSV 10d between the cap layer 13 and the peripheral portion 10c. The pad connection unit 302 is connected to the TSV 10d. The pad connection portion 302 can be formed simultaneously with the control electrode 50b described above.

さらに、キャップ層１３のうち周辺部１０ｃと対応する位置には、貫通孔１３ｅが形成されており、貫通孔１３ｅ内にＴＳＶ１３ｆが形成されている。ＴＳＶ１３ｆの一部は制御電極５０ｂに接続され、残りの少なくとも一部はパッド接続部３０２やＴＳＶ１０ｄを介して制御電極５０ａに接続されている。これにより、ＴＳＶ１３ｆを通じて各パッド部１３ｇが対応する制御電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｇに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。なお、ＴＳＶ１３ｆとＴＳＶ１０ｄとの接続構造の詳細については後述する。 Furthermore, a through hole 13e is formed at a position corresponding to the peripheral portion 10c in the cap layer 13, and a TSV 13f is formed in the through hole 13e. A part of the TSV 13f is connected to the control electrode 50b, and at least a part of the remaining part is connected to the control electrode 50a via the pad connection part 302 and the TSV 10d. Thereby, each pad portion 13g is electrically connected to the corresponding control electrode 50a, 50b through the TSV 13f. For example, wire bonding is performed on each pad portion 13g configured as described above, so that electrical connection with the outside is performed. The details of the connection structure between the TSV 13f and the TSV 10d will be described later.

また、図２に示すように、制御装置６０は、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｄに電気的に接続されることで角速度センサ１００の各部と接続されている。これにより、制御装置６０が駆動部５１への電圧印加や振動検出部５３からの検出信号の入力を行えるようになっている。 As shown in FIG. 2, the control device 60 is connected to each part of the angular velocity sensor 100 by being electrically connected to the plurality of pad parts 13d via bonding wires or the like. Thus, the control device 60 can apply a voltage to the drive unit 51 and input a detection signal from the vibration detection unit 53.

調整装置７０も、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｇに電気的に接続されることで各制御電極５０ａ、５０ｂと接続されている。調整装置７０は、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間に構成される各容量に応じた検出信号を入力し、容量差に基づいて各制御電極５０ａ、５０ｂに対して印加する電圧を制御している。 The adjusting device 70 is also connected to the control electrodes 50a and 50b by being electrically connected to the plurality of pad portions 13g via bonding wires or the like. The adjusting device 70 inputs a detection signal corresponding to each capacitance configured between the control electrodes 50a, 50b and the drive / detection weights 31, 32, and applies to the control electrodes 50a, 50b based on the capacitance difference. The voltage to be applied is controlled.

以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置が構成されている。次に、図５および図６を参照して、ＴＳＶ１０ｄなどの詳細構造について説明する。 As described above, the angular velocity sensor device according to the present embodiment is configured. Next, a detailed structure of the TSV 10d and the like will be described with reference to FIGS.

図５に示すように、周辺部１０ｃには貫通孔１０ｅが形成されていると共に貫通孔１０ｅの内壁面やセンサ基板１０の裏面１０ａおよび表面１０ｂのうち貫通孔１０ｅの周囲の部分を覆うように、例えば酸化膜で構成された絶縁膜１０ｆが形成されている。そして、裏面１０ａ側にて貫通孔１０ｅを塞ぐように絶縁膜１０ｆ上に形成された底面金属膜１０ｇと、貫通孔１０ｅの内側および表面１０ｂ側において絶縁膜１０ｆ上に形成された表面金属膜１０ｈとにより、ＴＳＶ１０ｄが構成されている。底面金属膜１０ｇと制御電極５０ａとは、例えば金属接合によって接合されており、電気的および物理的に接続されている。 As shown in FIG. 5, a through hole 10 e is formed in the peripheral portion 10 c and the inner wall surface of the through hole 10 e and the back surface 10 a and the front surface 10 b of the sensor substrate 10 are covered with a portion around the through hole 10 e. For example, an insulating film 10f made of an oxide film is formed. Then, a bottom metal film 10g formed on the insulating film 10f so as to close the through hole 10e on the back surface 10a side, and a surface metal film 10h formed on the insulating film 10f on the inner side and the front surface 10b side of the through hole 10e. Thus, the TSV 10d is configured. The bottom metal film 10g and the control electrode 50a are bonded by, for example, metal bonding, and are electrically and physically connected.

このような構成のＴＳＶ１０ｄは、例えば図６の製造工程によって形成される。 The TSV 10d having such a configuration is formed by, for example, the manufacturing process of FIG.

まず、図６（ａ）に示すように、一面側にキャビティ１１ａおよび制御電極５０ａが形成された支持基板１１を用意する。また、裏面１０ａおよび表面１０ｂの所望位置に絶縁膜１０ｆが形成され、かつ、裏面１０ａ側の絶縁膜１０ｆの表面に底面金属膜１０ｇが形成されたセンサ基板１０を用意する。そして、支持基板１１の中央位置や外縁部において、内側接合部１２ａや外側接合部１２ｂを介してセンサ基板１０と接合すると共に、金属接合などによって底面金属膜１０ｇと制御電極５０ａとを接続する。 First, as shown in FIG. 6A, a support substrate 11 having a cavity 11a and a control electrode 50a formed on one side is prepared. In addition, a sensor substrate 10 is prepared in which an insulating film 10f is formed at a desired position on the back surface 10a and the front surface 10b, and a bottom metal film 10g is formed on the surface of the insulating film 10f on the back surface 10a side. And in the center position and outer edge part of the support substrate 11, while joining with the sensor board | substrate 10 via the inner side junction part 12a and the outer side junction part 12b, the bottom metal film 10g and the control electrode 50a are connected by metal joining etc.

次に、図示しないマスクを用いて選択的にエッチングを行うことで、図６（ｂ）に示すように絶縁膜１０ｆおよびセンサ基板１０の表裏を貫通する貫通孔１０ｅを形成する。続いて、図６（ｃ）に示すように、貫通孔１０ｅの内壁面にも絶縁膜１０ｆを例えば図示しないマスクを用いて選択的にデポジションすることで形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、貫通孔１０ｅにおける底面金属膜１０ｇや絶縁膜１０ｆの表面上およびセンサ基板１０の表面１０ｂ側の絶縁膜１０ｆの表面上に表面金属膜１０ｈをスパッタやメッキなどによって選択的に形成する。これにより、センサ基板１０に対してＴＳＶ１０ｄを形成することができる。 Next, by selectively etching using a mask (not shown), the insulating film 10f and the through hole 10e penetrating the front and back of the sensor substrate 10 are formed as shown in FIG. 6B. Subsequently, as shown in FIG. 6C, the insulating film 10f is also formed on the inner wall surface of the through hole 10e by selectively depositing it using a mask (not shown), for example. Then, as shown in FIG. 6D, the surface metal film 10h is sputtered on the surface of the bottom metal film 10g and the insulating film 10f in the through hole 10e and on the surface of the insulating film 10f on the surface 10b side of the sensor substrate 10. It is selectively formed by plating or the like. As a result, the TSV 10 d can be formed on the sensor substrate 10.

また、キャップ層１３についても、センサ基板１０側となる裏面およびその反対面となる表面のうち貫通孔１３ｅの周囲の部分を覆うように、例えば酸化膜で構成された絶縁膜１３ｈが形成されている。そして、キャップ層１３の裏面側にて貫通孔１３ｅを塞ぐように絶縁膜１３ｈ上に形成された底面金属膜１３ｉと、貫通孔１３ｅの内側およびキャップ層１３の表面側において絶縁膜１３ｈ上に形成された表面金属膜１３ｊとにより、ＴＳＶ１３ｆが構成されている。底面金属膜１３ｉとＴＳＶ１０ｄとは、例えば金属接合によって接合されており、電気的および物理的に接続されている。また、表面金属層１３ｊのうち、キャップ層１３の表面側に形成された部分によって、パッド部１３ｇが構成されている。 The cap layer 13 is also formed with an insulating film 13h made of, for example, an oxide film so as to cover a portion around the through hole 13e on the back surface on the sensor substrate 10 side and the surface on the opposite side. Yes. Then, a bottom metal film 13i formed on the insulating film 13h so as to close the through hole 13e on the back surface side of the cap layer 13, and formed on the insulating film 13h inside the through hole 13e and on the surface side of the cap layer 13 The surface metal film 13j thus formed constitutes a TSV 13f. The bottom metal film 13i and the TSV 10d are bonded by, for example, metal bonding, and are electrically and physically connected. Moreover, the pad part 13g is comprised by the part formed in the surface side of the cap layer 13 among the surface metal layers 13j.

なお、図５には示していないが、上記の通り、キャップ層１３には、ＴＳＶ１０ｄと接続されずに制御電極５０ｂに対して電気的に接続されるＴＳＶ１３ｆも形成されている。この制御電極５０ｂに接続させるＴＳＶ１３ｆも、ＴＳＶ１０ｆと接続されるものと同様の構造とされている。また、キャップ層１３へのＴＳＶ１３ｆの形成方法については、上記したセンサ基板１０へのＴＳＶ１０ｄの形成方法と同様である。 Although not shown in FIG. 5, as described above, the cap layer 13 is also formed with the TSV 13f that is electrically connected to the control electrode 50b without being connected to the TSV 10d. The TSV 13f connected to the control electrode 50b has the same structure as that connected to the TSV 10f. The method for forming the TSV 13 f on the cap layer 13 is the same as the method for forming the TSV 10 d on the sensor substrate 10 described above.

続いて、このように構成される角速度センサ装置の作動について、上述した図に加えて図７および図８を参照して説明する。 Next, the operation of the angular velocity sensor device configured as described above will be described with reference to FIGS. 7 and 8 in addition to the above-described drawings.

まず、図３に示すように、駆動梁４２に備えられた駆動部５１に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させる。そして、２本並んで設けられた２つの駆動部５１のうち、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図７に示すように、駆動梁４２によって両持ち支持された駆動兼検出用錘３１、３２が固定部２０を挟んでｘ軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘３１、３２が共に固定部２０が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。 First, as shown in FIG. 3, a drive voltage is applied to the drive unit 51 provided in the drive beam 42. Specifically, by generating a potential difference between the lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c, the driving thin film 51b sandwiched therebetween is displaced. Of the two driving units 51 provided side by side, the driving thin film 51b of one driving unit 51 is displaced by compressive stress and the driving thin film 51b of the other driving unit 51 is displaced by tensile stress. . Such voltage application is alternately and repeatedly performed on each drive unit 51, thereby driving and vibrating the weights 31 and 32 for driving and detection along the x-axis direction. As a result, as shown in FIG. 7, the driving and detection weights 31 and 32 supported at both ends by the driving beam 42 are moved in opposite directions in the x-axis direction with the fixed portion 20 interposed therebetween. That is, both the driving and detection weights 31 and 32 are in a mode in which the state where the fixed portion 20 approaches and the state where the fixing portion 20 moves away are repeated.

この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部２０を中心軸としたｘ軸周りの振動が印加されると、コリオリ力が発生する。このコリオリ力の働きによって、図８に示すように駆動兼検出用錘３１、３２がｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。したがって、検出梁４１も変位し、この検出梁４１の変位に伴って、振動検出部５３に備えられた検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。 When this driving vibration is performed, if an angular velocity, that is, a vibration around the x-axis with the fixed portion 20 as the central axis is applied to the vibration-type angular velocity sensor, a Coriolis force is generated. Due to the action of this Coriolis force, as shown in FIG. 8, a detection mode in which the driving and detecting weights 31 and 32 vibrate in the rotational direction around the fixed portion 20 including the y-axis direction is set. Accordingly, the detection beam 41 is also displaced, and the detection thin film 53 b provided in the vibration detection unit 53 is deformed along with the displacement of the detection beam 41. Thereby, for example, an electrical signal between the lower layer electrode 53a and the upper layer electrode 53c changes, and the generated angular velocity can be detected by inputting this electrical signal to a control device (not shown) provided outside. It becomes.

ここで、上記のような動作によって角速度を検出する際に検出精度を向上させるためには、駆動兼検出錘３１、３２がｚ軸方向において不要振動しないで一定の位置で駆動振動させられるようにするのが好ましい。ｚ軸方向の不要振動は、使用初期時の製造バラツキで発生するのに加え、経年劣化などのように製造後に発生した要因に基づいても発生し得る。 Here, in order to improve the detection accuracy when the angular velocity is detected by the operation as described above, the drive / detection weights 31 and 32 are driven to vibrate at a fixed position without unnecessary vibration in the z-axis direction. It is preferable to do this. Unnecessary vibration in the z-axis direction may occur due to manufacturing variations at the initial stage of use, and may also occur based on factors generated after manufacturing such as aging degradation.

このようなｚ軸方向の不要振動を抑制するために、制御電極５０ａ、５０ｂを用いてｚ軸方向の位置が所望位置、例えば中央位置となるように調整を行っている。具体的には、外部からの電圧印加もしくは接地電位点との接続により、例えば制御電極５０ａを０Ｖにすると共に制御電極５０ｂを０．５Ｖにする。この状態をｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の初期位置として駆動振動されるように制御する。このときに制御電極５０ｂに印加する電圧は、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動がｚ軸方向における所望位置となるように選択している。製造バラツキなどが無ければ、駆動兼検出錘３１、３２は、ほぼｚ軸方向における中央位置で駆動振動されることになる。この状態において、制御電極５０ａ、５０ｂを通じてｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出する。 In order to suppress such unnecessary vibration in the z-axis direction, adjustment is performed using the control electrodes 50a and 50b so that the position in the z-axis direction becomes a desired position, for example, the center position. Specifically, for example, the control electrode 50a is set to 0V and the control electrode 50b is set to 0.5V by external voltage application or connection to the ground potential point. This state is controlled so as to be driven and oscillated as the initial position of the drive and detection weights 31 and 32 in the z-axis direction. The voltage applied to the control electrode 50b at this time is selected so that the drive vibration of the drive / detection weights 31 and 32 is at a desired position in the z-axis direction. If there is no manufacturing variation or the like, the drive and detection weights 31 and 32 are driven and oscillated at the center position in the z-axis direction. In this state, the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction are detected through the control electrodes 50a and 50b.

例えば、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間にそれぞれ容量が構成されるため、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置に応じて、各容量に差が生じる。この容量差を求めることにより、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出できる。なお、この容量差の検出方法については、例えば容量式の加速度センサ等において周知なものであるため、詳細については説明を省略する。 For example, since capacitances are respectively formed between the control electrodes 50a and 50b and the drive / detection weights 31 and 32, there are differences in the respective capacities according to the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction. Occurs. By obtaining this capacity difference, the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction can be detected. Note that this capacitance difference detection method is well known in, for example, a capacitive acceleration sensor and the like, and thus will not be described in detail.

そして、初期位置での容量差を記憶しておき、使用後に検出される容量差と比較する。
その結果、製造バラツキや経年劣化などの要因で駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が初期位置でなければ、制御電極５０ａ、５０ｂへの印加電圧を調整する。例えば、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ａよりも制御電極５０ｂ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を小さくすることで制御電極５０ａ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。逆に、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂよりも制御電極５０ａ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を大きくすることで制御電極５０ｂ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。 Then, the capacity difference at the initial position is stored and compared with the capacity difference detected after use.
As a result, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 is not the initial position due to factors such as manufacturing variations and aging deterioration, the voltage applied to the control electrodes 50a and 50b is adjusted. For example, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction has moved to the control electrode 50b side relative to the control electrode 50a, the control electrode 50a side can be reduced by reducing the voltage applied to the control electrode 50b. The drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 is returned. Conversely, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction has moved to the control electrode 50a side relative to the control electrode 50b, the voltage applied to the control electrode 50b is increased to increase the control electrode 50b. The drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 is returned to the side.

このような調整を行うことで、製造バラツキや経年劣化などが生じたとしても、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することが可能となる。したがって、不要振動を抑制できる。 By performing such adjustment, it is possible to control the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 to a desired position in the z-axis direction even if manufacturing variation or aging deterioration occurs. Therefore, unnecessary vibration can be suppressed.

以上説明したように、本実施形態の角速度センサ装置では、センサ基板１０に対して表裏を貫通するＴＳＶ１０ｄを備えると共にキャップ層１３にも表裏を貫通するＴＳＶ１３ｆを備え、これらを接続することで制御電極５０ａに接続されるようにしている。これにより、ＷＬＰ構造を有する角速度センサ装置において、センサ基板１０の裏面１０ａ側に配置された制御電極５０ａと外部との電気的接続をキャップ層１３側から行うことが可能となる。そして、キャップ層１３の端部に対してセンサ基板１０の端部を張り出させるようにしたり、センサ基板１０の端部に対して支持基板１１の端部を張り出させるように、キャップ層１３とセンサ基板１０および支持基板１１の端部をずらさなくても、センサ基板１０の裏面１０ａ側と外部との電気的接続が行える。したがって、装置面積の増加を防げ、装置の大型化を抑制することが可能となる。 As described above, in the angular velocity sensor device according to the present embodiment, the sensor substrate 10 includes the TSV 10d penetrating the front and back, and the cap layer 13 includes the TSV 13f penetrating the front and back. 50a is connected. Thereby, in the angular velocity sensor device having the WLP structure, the control electrode 50a disposed on the back surface 10a side of the sensor substrate 10 and the outside can be electrically connected from the cap layer 13 side. Then, the end of the sensor substrate 10 projects from the end of the cap layer 13, or the end of the support substrate 11 projects from the end of the sensor substrate 10. Even without shifting the ends of the sensor substrate 10 and the support substrate 11, electrical connection between the back surface 10 a side of the sensor substrate 10 and the outside can be performed. Therefore, an increase in the device area can be prevented and an increase in the size of the device can be suppressed.

また、支持基板１１へのセンサ基板１０の貼り合わせやキャップ層１３のセンサ基板１０への貼り合わせを金属接合と併用することが可能となる。制御電極５０ａ、５０ｂとＴＳＶ１０ｄやＴＳＶ１３ｆとの電気的接続をバンプなどによって行う場合には、加熱工程などが必要とされることから、真空封止を行うのが困難である。これに対して、本実施形態のように、金属接合によって制御電極５０ａ、５０ｂとＴＳＶ１０ｄやＴＳＶ１３ｆとの電気的接続を行いつつ、支持基板１１へのセンサ基板１０の貼り合わせやキャップ層１３のセンサ基板１０への貼り合わせうことで、真空封止を容易に行うことが可能となる。 Further, the bonding of the sensor substrate 10 to the support substrate 11 and the bonding of the cap layer 13 to the sensor substrate 10 can be used together with the metal bonding. When electrical connection between the control electrodes 50a and 50b and the TSV 10d or TSV 13f is performed by bumps or the like, it is difficult to perform vacuum sealing because a heating process or the like is required. In contrast, as in this embodiment, the control electrodes 50a and 50b are electrically connected to the TSVs 10d and TSV13f by metal bonding, and the sensor substrate 10 is bonded to the support substrate 11 and the sensor of the cap layer 13 is connected. By bonding to the substrate 10, vacuum sealing can be easily performed.

また、支持基板１１の表面とキャップ層１３の裏面に制御電極５０ａ、５０ｂを形成し、制御電極５０ａ、５０ｂによってｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を調整可能としている。これにより、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することができて、不要振動を抑制できる。よって、角速度センサ装置による角速度の検出精度を向上させることが可能となる。 Control electrodes 50a and 50b are formed on the front surface of the support substrate 11 and the back surface of the cap layer 13, and the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction can be adjusted by the control electrodes 50a and 50b. Thereby, the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 can be controlled to a desired position in the z-axis direction, and unnecessary vibration can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the angular velocity detection accuracy by the angular velocity sensor device.

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記各実施形態では、駆動錘と検出錘とを兼用する駆動兼検出錘３１、３２を有する可動部３０としたが、これらが別々に構成された可動部としても良い。 For example, in each of the above-described embodiments, the movable unit 30 has the drive and detection weights 31 and 32 that serve as the drive weight and the detection weight. However, the movable unit 30 may be configured separately.

また、上記各実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂによって、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整と、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の検出の両方を行っている。これは一例を示したのであり、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整用とｚ軸方向における駆動振動位置の検出用の電極を別々に備えるようにしても良い。 In the above embodiments, the control electrodes 50a and 50b adjust the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction and the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction. Both detections are done. This is just an example, and electrodes for adjusting the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 and detecting the drive vibration position in the z-axis direction may be provided separately.

また、上記各実施形態では、振動検出部５３を検出する検出素子として、駆動部５１と同様の圧電膜を用いた構造のものを用いている。しかしながら、圧電膜を用いた構造以外にも、検出梁４１の変位を電気信号として取り出すことができる検出素子であれば、他の検出素子を用いても良い。例えば、センサ基板１０をシリコン基板などの半導体基板によって構成し、センサ基板１０のうち検出梁４１を構成する部分にピエゾ抵抗を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体基板の表層部にｐ⁺型層もしくはｎ⁺型層を形成することで、ピエゾ抵抗とすることができる。 In each of the above embodiments, a detection element that detects the vibration detection unit 53 uses a structure using a piezoelectric film similar to the drive unit 51. However, in addition to the structure using the piezoelectric film, other detection elements may be used as long as the detection element can extract the displacement of the detection beam 41 as an electric signal. For example, the sensor substrate 10 may be formed of a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and a piezoresistor may be configured in a portion of the sensor substrate 10 that configures the detection beam 41, and the piezoresistance may be used as a detection element. For example, a piezoresistor can be obtained by forming a p ⁺ -type layer or an n ⁺ -type layer in the surface layer portion of the semiconductor substrate.

また、検出梁４１に櫛歯電極を設けると共に、検出用固定部として検出梁４１に設けた櫛歯電極と対向する櫛歯電極を備えた容量センサを検出素子とし、各櫛歯電極の間に構成される容量の変化を電気信号として取り出すようにしても良い。 The detection beam 41 is provided with a comb-teeth electrode, and a capacitive sensor having a comb-teeth electrode facing the comb-teeth electrode provided on the detection beam 41 as a detection fixing portion is used as a detection element, and the interdigital electrodes are arranged between the comb-teeth electrodes. You may make it take out the change of the capacity | capacitance comprised as an electrical signal.

また、上記実施形態では、検出梁４１や駆動梁４２のうち支持部材４３の近傍にのみ、駆動部５１や振動検出部５３を備えた構造とした。これについても単なる一例を示したに過ぎず、例えば検出梁４１や駆動梁４２の全域にこれらを設けるようにしても良い。 In the above embodiment, the drive unit 51 and the vibration detection unit 53 are provided only in the vicinity of the support member 43 in the detection beam 41 and the drive beam 42. This is merely an example, and these may be provided in the entire area of the detection beam 41 and the drive beam 42, for example.

また、上記実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂを金属層によって構成する場合について説明したが、支持基板１１やキャップ層１３に対して不純物をイオン注入することなどによって形成される不純物拡散層によって構成しても良い。 In the above embodiment, the control electrodes 50a and 50b are configured by metal layers. However, the control electrodes 50a and 50b are configured by impurity diffusion layers formed by ion implantation of impurities into the support substrate 11 and the cap layer 13. You may do it.

さらに、上記実施形態では、図６に示したように、ＴＳＶ１０ｄの形成方法として、センサ基板１０を支持基板１１に貼り合わせてから貫通孔１０ｅを形成し、貫通孔１０ｅ内などに表面金属膜１０ｇを形成するという方法、つまりビアラストとする方法を適用した。しかしながら、これはＴＳＶ１０ｄの形成方法の一例を示したのであり、他の手法、すなわちセンサ基板１０を支持基板１１に貼り合せる前にＴＳＶ１０ｄを形成しておくビアファーストの方法を適用しても良い。また、ＴＳＶ１３ｆについても同様に、ビアラストの方法に限らずビアファーストの方法を適用しても良い。 Furthermore, in the above embodiment, as shown in FIG. 6, as a method for forming the TSV 10d, the through hole 10e is formed after the sensor substrate 10 is bonded to the support substrate 11, and the surface metal film 10g is formed in the through hole 10e. The method of forming, that is, the method of using via last was applied. However, this shows an example of a method for forming the TSV 10d, and another method, that is, a via first method in which the TSV 10d is formed before the sensor substrate 10 is bonded to the support substrate 11 may be applied. Similarly, for the TSV 13f, the via first method is not limited to the via last method.

なお、ビアファーストの方法を適用する場合、バンプ接続を行うのであれば、制御電極５０ａ、５０ｂとＴＳＶ１０ｄやＴＳＶ１３ｆとの電気的接続を行う前に、バンプを平坦化するためのＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程を行う必要がある。しかしながら、これらの電気的接続をバンプ無しで行っているため、ＣＭＰ工程を行わなくても良い。 In the case of applying the via first method, if bump connection is performed, CMP (Chemical Mechanical Polishing) for flattening the bump is performed before electrical connection between the control electrodes 50a and 50b and the TSV 10d and TSV 13f. ) Process is required. However, since these electrical connections are made without bumps, the CMP process need not be performed.

また、ＷＬＰ構造を有するＷＬＰ装置として角速度センサ装置を例に挙げて説明した。しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、センサ基板１０のようにデバイスが作成されたデバイス形成基板の裏面側と表面側にそれぞれ支持基板とキャップ層が配置される構造のものであれば、他のＷＬＰ装置に対しても本発明を適用できる。 Further, the angular velocity sensor device has been described as an example of the WLP device having the WLP structure. However, this is only an example, and if the structure is such that the support substrate and the cap layer are arranged on the back side and the front side of the device forming substrate on which the device is created like the sensor substrate 10, The present invention can be applied to other WLP apparatuses.

１０基板
１０ｄ、１３ｆＴＳＶ
２０固定部
３０可動部
４０梁部
４１検出梁
４２駆動梁
５０ａ、５０ｂ制御電極
５１駆動部
５３振動検出部 10 Substrate 10d, 13f TSV
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Fixed part 30 Movable part 40 Beam part 41 Detection beam 42 Drive beam 50a, 50b Control electrode 51 Drive part 53 Vibration detection part

Claims

A wafer level package apparatus having a wafer level package structure,
A support substrate (11);
A device forming substrate (10) having a back surface (10a) and a surface (10b) opposite to the back surface, the back surface side being directed to one surface side of the support substrate and bonded to the support substrate. )When,
A cap layer (13) that is bonded to the surface side of the device forming substrate and covers the device forming substrate;
A first through hole (10e) is formed at a position where the device forming substrate is bonded to the support substrate, and penetrates the front and back of the device forming substrate, and includes the inside of the first through hole. First through-hole via (10d) made,
A second through hole (13e) is formed in the cap layer at a position to be bonded to the device forming substrate, and penetrates the front and back surfaces of the cap layer. The second through hole (13e) is formed including the inside of the second through hole. A second through-hole via (13f) electrically connected to the first through-hole via,
Wafer level package apparatus in which electrical connection is made from one surface of the cap layer opposite to the device forming substrate to the back surface side of the device forming substrate through the first through hole via and the second through hole via. .

The device forming substrate includes a fixed portion (20) fixed to the support substrate, a movable portion (30) having a drive weight (31, 32) and a detection weight (31, 32), and the drive weight. A drive beam (42) that supports the fixed portion while being movable on a plane parallel to the plane of the substrate, and the fixed portion while allowing the detection weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate. The vibration-type angular velocity sensor having a beam portion (40) having a detection beam (41) that supports the vibration-type angular velocity sensor, and a peripheral portion surrounding the vibration-type angular velocity sensor and connected to the support substrate and the cap layer (10c), a sensor substrate (10),
The vibration-type angular velocity sensor drives and vibrates the drive weight in one direction on the plane of the substrate, and the detection weight vibrates in a direction perpendicular to the one direction on the plane of the substrate as the angular velocity is applied. The angular velocity detection based on
A control electrode (50a) for adjusting the driving vibration position of the driving weight in the thickness direction of the sensor substrate is provided at a position corresponding to the driving weight that is driven and vibrated on one surface of the support substrate on the sensor substrate side. And
2. The wafer level package according to claim 1, wherein the control electrode is electrically connected from one surface of the cap layer opposite to the device formation substrate through the first through-hole via and the second through-hole via. apparatus.

A first insulating film (10f) is formed around the first through hole in the inner wall, the back surface, and the front surface of the first through hole in the device forming substrate,
The first through-hole via includes a first bottom metal film (10g) that closes the first through hole formed on the back surface side, and the first bottom metal film and the first insulation in the first through hole. The wafer level package according to claim 1 or 2, further comprising a surface metal film (10h) formed on a surface of the film and formed on a surface of the first insulating film on the surface. apparatus.