JP2017146101A - 防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュール - Google Patents

防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】容易に防水性を付与することのできる防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュールを提供する。【解決手段】防水部材１は、第２シリコン層２３および第２酸化シリコン層２４を備える積層体２と、積層体２に設けられ、液体の通過を阻止すると共に気体の通過を許容する貫通孔３と、を有し、貫通孔３は、第２シリコン層２３を貫通する第１貫通孔３１と、第２酸化シリコン層２４を貫通すると共に第１貫通孔３１と連通する第２貫通孔３２と、を有し、第１貫通孔３１の幅よりも第２貫通孔３２の幅の方が小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュールに関するものである。
従来から、防水性を有する圧力センサーとして、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１の圧力センサーは、パッケージと、パッケージ内に収容された圧力センサーと、圧力センサーを覆うようにパッケージ内に充填されたゲルと、を有し、ゲルを介してパッケージ外の圧力が圧力センサーに伝わるようになっている。このような構成によれば、ゲルによって圧力センサーへの水分の付着が防止されるため、防水性を発揮することができる。
特開２０１５−１４３６３４号公報
しかしながら、特許文献１のような構成では、パッケージ内に気泡を発生させることなく密にゲルを充填することが非常に困難で、ノウハウも必要である。ゲル内に気泡（ボイド）が発生してしまうと、パッケージ外の圧力と圧力センサーに伝搬される圧力とがずれてしまい、圧力検出精度が低下するという問題がある。
本発明の目的は、容易に防水性を付与することのできる防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュール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。
本発明の防水部材は、第１層および前記第１層の一方側に配設されている第２層を備える積層体と、
前記積層体に設けられ、液体の通過を阻止すると共に気体の通過を許容する貫通孔と、を有し、
前記貫通孔は、前記第１層を貫通する第１貫通孔と、前記第２層を貫通すると共に前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔と、を有し、
前記第１貫通孔の幅よりも前記第２貫通孔の幅の方が小さいことを特徴とする。
このような構成の防水部材を用いることで、容易に防水性を付与することができる。
本発明の防水部材では、前記第２貫通孔の幅は、前記第１層側から離間する方向に向けて漸減することが好ましい。
これにより、第２貫通孔の形成が容易となると共に、十分に幅の小さい第２貫通孔が得られる。
本発明の防水部材では、前記第２貫通孔の幅の漸減率は、前記第１層側から離間する方向に向けて漸減することが好ましい。
これにより、第２貫通孔の形成が容易となると共に、十分に幅の小さい第２貫通孔が得られる。
本発明の防水部材では、前記第２層の前記第１層と反対側の面での前記第２貫通孔の幅は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、第２貫通孔の幅を十分に小さくでき、より高い防水性が得られる。
本発明の防水部材では、前記積層体は、前記第１層の前記第２層と反対側に配設されている第３層を有し、
前記第３層は、前記貫通孔よりも幅の大きい第１開口を有していることが好ましい。
これにより、防水部材の機械的強度を高めることができる。また、防水部材の製造が容易となる。
本発明の防水部材では、前記積層体は、前記第１層と前記第３層との間に配設され、前記第１貫通孔と前記第１開口との間にギャップを形成する第４層を有し、
前記第４層は、前記貫通孔よりも幅の大きい第２開口を有し、
前記第２開口を介して前記貫通孔および前記第１開口が連通していることが好ましい。
これにより、防水部材の製造が容易となる。
本発明の防水部材の製造方法は、第１貫通孔が配設されている第１層を準備する工程と、
気相成長法により、前記第１層の一方の面上に、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔を有する第２層を成膜する工程と、を有し、
前記第１貫通孔の幅よりも前記第２貫通孔の幅の方が小さいことを特徴とする。
これにより、容易に防水部材を製造することができる。
本発明の防水部材の製造方法では、前記気相成長法は、前記第１貫通孔の前記第２層を形成する側の反対側に空隙を形成した状態で行われることが好ましい。
これにより、第２貫通孔を容易に形成することができる。
本発明の圧力センサーは、ダイアフラムを有する基板と、
前記ダイアフラムの一方側に位置する圧力基準室と、
前記ダイアフラムの他方側に配設されている本発明の防水部材と、を有し、
前記ダイアフラムと前記防水部材との間が液密的に封止されていることを特徴とする。
これにより、容易な構成で、防水機能付きの圧力センサーが得られる。
本発明の電子モジュールは、凹部を有するベースと、前記凹部の開口を塞ぐように前記ベースに接合されている本発明の防水部材と、を有しているパッケージと、
前記パッケージの前記凹部内に収容されている電子部品と、を有していることを特徴とする。
これにより、容易な構成で、防水機能付きの電子モジュールが得られる。
本発明の第１実施形態に係る防水部材の断面図である。 図１に示す防水部材の平面図である。 図１に示す防水部材の拡大断面図である。 図１に示す防水部材の変形例を示す拡大断面図である。 図１に示す防水部材の変形例を示す拡大断面図である。 貫通孔の径を決定する方法を説明するための模式図である。 図１に示す防水部材の製造方法のフローチャートである。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。 第２酸化シリコン層の厚さと第２貫通孔の径との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。 図１６に示す圧力センサーが有するセンサー部を示す平面図である。 図１７に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電子モジュールの断面図である。 高度計の一例を示す斜視図である。 電子機器の一例を示す正面図である。 移動体の一例を示す斜視図である。
以下、防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュール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＞
まず、本発明の第１実施形態に係る防水部材について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る防水部材の断面図である。図２は、図１に示す防水部材の平面図である。図３は、図１に示す防水部材の拡大断面図である。図４および図５は、それぞれ、図１に示す防水部材の変形例を示す拡大断面図である。図６は、貫通孔の径を決定する方法を説明するための模式図である。図７は、図１に示す防水部材の製造方法のフローチャートである。図８ないし図１４は、それぞれ、図１に示す防水部材の製造方法を説明するための断面図である。図１５は、第２酸化シリコン層の厚さと第２貫通孔の径との関係を示すグラフである。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
図１に示す防水部材１は、４つの層が積層した積層体２と、積層体２に形成された貫通孔３および開口４と、を有している。貫通孔３は、水（液体）の通過を阻止すると共に気体Ｇの通過を許容するほどに小さい径（幅）となっている。そのため、例えば、キャビティー状のベースに蓋をするようにして防水部材１を配置すれば、ベース内への水（液体）の浸入を防ぎつつ、ベース内外への空気（気体）の移動を許容することができる。以下、このような防水部材１について詳細に説明する。
積層体２は、第１シリコン層２１（第３層）、第１酸化シリコン層２２（第４層）および第２シリコン層２３（第１層）が下側から順に積層してなるＳＯＩ基板２０と、ＳＯＩ基板２０の上面（第２シリコン層２３の一方側の面）に配置された第２酸化シリコン層２４（第２層）と、を有している。このように、積層体２として、シリコン層と酸化シリコン層とを交互に積層したものを用いることで、積層体２の構成が容易となる。また、後述する製造方法でも説明するように、貫通孔３の形成にはエッチング技術が用いられるため、エッチング選択比が大きいシリコン層と酸化シリコン層とを積層した積層体２を用いることで、エッチングを精度よく行うことができる。
ただし、積層体２の構成としては、これに限定されず、例えば、第２シリコン層２３は、後述する製造方法で説明するように第１酸化シリコン層２２をエッチングする際のエッチング耐性を有していればよく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属材料を用いることができる。また、第２酸化シリコン層２４についても、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属材料を用いることができる。
これら４つの層２１、２２、２３、２４のうち、第１シリコン（Ｓｉ）層２１は、主に、防水部材１の機械的強度を高めると共に、第２シリコン層２３の下側に空間を形成するための層である。また、第１酸化シリコン（ＳｉＯ２）層２２は、主に、第１シリコン層２１および第２シリコン層２３の間にギャップを形成するための層である。また、第２シリコン（Ｓｉ）層２３は、主に、第２酸化シリコン層２４を成膜する母材となる層である。また、第２酸化シリコン（ＳｉＯ２）層２４は、主に、貫通孔３の径を、水の通過を阻止すると共に空気の通過を許容することができる程度に絞るための層である。
第２酸化シリコン層２４の表面は、例えば、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）を持つフッ素化合物で撥水処理されていることが好ましい。このように、第２酸化シリコン層２４の表面を撥水処理することで、第２酸化シリコン層２４の表面での水の接触角を精度よく制御することができるため、貫通孔３の径を決定し易くなる。なお、トリフルオロメチル基を持つフッ素化合物で撥水処理すると、第２酸化シリコン層２４の表面での水の接触角は、理論上、１２０°程度となる。
また、４つの層２１、２２、２３、２４の厚さとしては、それぞれ、特に限定されない。第１シリコン層２１の厚さとしては、１００μｍ以上、５００μｍ以下程度であることが好ましく、１５０μｍ以上、２５０μｍ以下程度であることがより好ましい。また、第１酸化シリコン層２２の厚さとしては、０．１μｍ以上、１０μｍ以下程度であることが好ましく、０．１μｍ以上、０．５μｍ以下程度であることがより好ましい。また、第２シリコン層２３の厚さとしては、１．０μｍ以上、１０μｍ以下程度であることが好ましく、１．０μｍ程度であることがより好ましい。また、第２酸化シリコン層２４の厚さとしては、１．０μｍ以上、１０μｍ以下程度であることが好ましく、２．０μｍ以上、５．０μｍ以下程度であることがより好ましい。このような厚さとすることで、各層２１、２２、２３、２４が上述した効果をより効果的に発揮することができる。
このような積層体２は、図２に示すように、平面視で、中央部に位置し、貫通孔３が形成された第１領域Ｓ１と、外縁部に、第１領域Ｓ１を囲むように位置し、貫通孔３が形成されていない枠状の第２領域Ｓ２と、を有している。このように、外縁部に第２領域Ｓ２を設けることで、防水部材１を第２領域Ｓ２において他の部材と接合することができ、他の部材への取り付けが容易となる。ただし、第２領域Ｓ２は、省略してもよいし、その配置が異なっていてもよい。
以上、積層体２について説明した。次に、積層体２に形成された貫通孔３および開口４について詳細に説明する。
貫通孔３は、平面視で、第１領域Ｓ１の全域にほぼ均等に分散して複数形成されている。ただし、貫通孔３の配置としては、特に限定されず、第１領域Ｓ１内において疎密をもって配置されていてもよい（すなわち、第１領域Ｓ１内に、貫通孔３の配設密度が高い部分と低い部分とが存在していてもよい）。また、貫通孔３の数としても特に限定されず、１つであってもよい。
このような貫通孔３は、図３に示すように、第２シリコン層２３および第２酸化シリコン層２４を貫通して形成されている。また、貫通孔３は、第２シリコン層２３を貫通する第１貫通孔３１と、第２酸化シリコン層２４を貫通する第２貫通孔３２と、を有している。
第１貫通孔３１は、円形の横断面形状を有し、その径（幅）ｒ１が深さ方向にほぼ一定となっている。そのため、第１貫通孔３１は、略円柱状の内部空間を有しているとも言える。ただし、第１貫通孔３１の形状としては、特に限定されず、例えば、横断面形状が四角形、三角形、長円形、異形等であってもよいし、また、径が深さ方向に沿って漸減または漸増するテーパー状となっていてもよい。
第１貫通孔３１の径ｒ１としては、特に限定されないが、０．５μｍ以上、２０μｍ以下程度であることが好ましく、０．８μｍ以上、１．２μｍ以下程度であることがより好ましく、１．０μｍ程度であることがさらに好ましい。径ｒ１をこのようなサイズとすることで、後述する製造方法でも説明するように、第２貫通孔３２の形成が容易となる。
第２貫通孔３２は、円形の横断面形状を有し、その径（幅）が上側（第２シリコン層２３から離間する方向）に向けて漸減している。また、第２貫通孔３２は、その径の漸減率が上側に向けて漸減している。すなわち、上側に向けて内周面の傾斜がきつくなっており、上端部では内周面がほぼ垂直に立った状態となっている。そのため、第２貫通孔３２は、上側に向けて径が漸減する径漸減部３２Ａと、径漸減部３２Ａの上側に接続され、径が上側に向けてほぼ一定の径一定部３２Ｂと、を有し、漏斗状の内部空間を有しているとも言える。このような構成とすれば、第２貫通孔３２の径を下側から上側に向けて徐々に小さくすることができるため、積層体２の上面における径（最小径）を高精度に制御することができる。
ただし、第２貫通孔３２の形状としては、特に限定されず、例えば、横断面形状が四角形、三角形、長円形、異形等であってもよい。また、径一定部３２Ｂを有していなくてもよい。また、図４に示すように、径漸減部３２Ａでの径の漸減率が上側に向けてほぼ一定となっていてもよい。また、図５に示すように、径一定部３２Ｂを有さず、さらに、径漸減部３２Ａが、径の漸減率が上側に向けてほぼ一定の第１径漸減部３２Ａ’と、第１径漸減部３２Ａ’の上側に接続され、径の漸減率が上側に向けてほぼ一定でかつ第１径漸減部３２Ａ’の漸減率よりも小さい第２径漸減部３２Ａ”と、を有していてもよい。
第２貫通孔３２の最小の径（すなわち、第２酸化シリコン層２４の表面（積層体２の上面）側の開口の径）ｒ２は、第１貫通孔３１の径ｒ１よりも小さくなっている。このように、ｒ２＜ｒ１の関係を満足することで、ｒ２の値を十分に小さくすることができ、水の通過を阻止すると共に気体Ｇの通過を許容できる貫通孔３が得られる。このような径ｒ２としては、特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。これにより、水の通過をより確実に阻止することのできる貫通孔３となる。
また、径ｒ２としては、１０気圧防水を実現できる（すなわち、水中を１００ｍ潜った状態でも水の通過を阻止できる）程度に小さいことが好ましい。これにより、例えば、フリーダイビング等にも耐え得る防水性を発揮することでき、利便性に優れた防水部材１となる。
前述したように、第２酸化シリコン層２４の表面の水の接触角が１２０°程度であるため、１０気圧防水を実現するためには、径ｒ２の最小値を０．１４４μｍ以下程度とする必要がある。径ｒ２の決定方法について簡単に説明すると、図６に示すように、Ｄ＝径、Ｐ＝圧力、σ＝表面張力、θ＝接触角としたとき、Ｄ＝（−４σｃｏｓθ）／Ｐなる関係を満足するため、この式に、水の表面張力（σ≒７２ｄｙｎ／ｃｍ：２０℃）、圧力（Ｐ＝１０ａｔｍ）、接触角（θ＝１２０°）を代入すると、Ｄ＝０．１４４μｍを求めることができる。なお、参考として、いくつかの接触角θについて、１０気圧防水を実現でき得るＤの値を下記の表１に示す。
Figure 2017146101
開口４は、図１および図３に示すように、第１シリコン層２１に形成された第１開口４１と、第１酸化シリコン層２２に形成された第２開口４２と、を有している。第１開口４１は、第１領域Ｓ１内にほぼ均等に分散して複数形成されており、各第１開口４１の径（幅）ｒ３は、第１貫通孔３１の径ｒ１よりも大きくなっている。なお、第１開口４１としては、例えば、第１領域Ｓ１のほぼ全域と重なる１つの開口で構成されていてもよい。ただし、本実施形態のように複数の第１開口４１とした方が、第１シリコン層２１の機械的強度を高めることができる点で有効である。一方、第２開口４２は、第１領域Ｓ１のほぼ全域と重なる１つの開口で構成されており、第２開口４２を介して第１開口４１と第１貫通孔３１とが連通されている。このような開口４によって、第１貫通孔３１の下側（第２酸化シリコン層２４と反対側）に空隙が形成されるため、後述する製造方法でも説明するように、防水部材１を精度よく製造することができる。
以上、防水部材１の構成について説明した。なお、本実施形態では、積層体２が４つの層２１、２２、２３、２４を有しているが、積層体２の構成としては、少なくとも、第２シリコン層２３および第２酸化シリコン層２４を有していればよい。すなわち、第１シリコン層２１および第１酸化シリコン層２２は、省略してもよい。
次に、防水部材１の製造方法について説明する。防水部材１の製造方法は、図７に示すように、ＳＯＩ基板２０を準備する準備工程と、ＳＯＩ基板２０の上面に第２酸化シリコン層２４を成膜する成膜工程と、第２酸化シリコン層２４の表面を撥水処理する撥水処理工程と、を有している。このような製造方法について、以下、詳細に説明する。
［準備工程］
まず、図８に示すように、第１シリコン層２１、第１酸化シリコン層２２および第２シリコン層２３が下側から順に積層してなるＳＯＩ基板２０を準備する。次に、ＳＯＩ基板２０の下面（第１シリコン層２１の表面）にマスクを成膜し、このマスクを介して第１シリコン層２１をエッチングすることで、図９に示すように、第１シリコン層２１に第１開口４１を形成する。この際、第１酸化シリコン層２２は、エッチングのストップ層として機能する。次に、ＳＯＩ基板２０の上面（第２シリコン層２３の表面）にマスクを成膜し、このマスクを介して第２シリコン層２３をエッチングすることで、図１０に示すように、第２シリコン層２３に第１貫通孔３１を形成する。この際、第１酸化シリコン層２２は、エッチングのストップ層として機能する。次に、第１開口４１および第１貫通孔３１を介して第１酸化シリコン層２２をエッチングすることで、図１１に示すように、第２開口４２を形成する。これにより、第１開口４１および第１貫通孔３１が形成されたＳＯＩ基板２０が得られる。なお、上記エッチングとしては、特に限定されないが、例えば、第１シリコン層２１および第２シリコン層２３についてはドライエッチングを用い、第１酸化シリコン層２２についてはウェットエッチングを用いることが好ましい。
［成膜工程］
次に、スパッタリング（気相成長法）によって、ＳＯＩ基板２０の上面（第２シリコン層２３の表面）に酸化シリコンを成膜することで、図１２に示すように、第２貫通孔３２が形成された第２酸化シリコン層２４が得られる。これにより、貫通孔３および開口４が形成された積層体２が得られる。なお、本工程では、例えば、ターゲットとしてシリコン（Ｓｉ）を用い、反応性ガス（Ｏ２）を導入しながら行う反応性スパッタリングを用いることが好ましい。
ここで、本工程について詳しく説明すると、図１３に示すように、第２酸化シリコン層２４を成長させていくと、初めのうちは、第１貫通孔３１を塞ごうとして、急峻に第２貫通孔３２の径が狭くなっていくが、図１４に示すように、第２酸化シリコン層２４がある厚みを超えたあたりから第２貫通孔３２の径がほとんど小さくならなくなり、それ以降は、径がほぼ一定の状態が続く。これは、第１貫通孔３１の下側に開口４による空間を形成しており、この空間に第２貫通孔３２および第１貫通孔３１を通過したＳｉＯ２分子を逃がすことで、第２貫通孔３２が塞がってしまうのを抑制しているためである。このように、第１貫通孔３１の第２酸化シリコン層２４を成膜する面の反対側に、空隙を形成した状態で上記のスパッタリングを行うことで、容易かつより確実に、十分に径の小さい第２貫通孔３２を形成することができる。
なお、発明者が行った実験では、第１貫通孔３１の径ｒ１が１．０μｍであるとき、図１５のグラフにも示すように、厚さが３．０μｍを超えたあたりから第２貫通孔３２の径が変化しなくなり、その径は、０．１μｍ程度であった。このように、上記の第２貫通孔３２の形成方法によれば、より確実に、１０気圧防水を実現可能な防水部材１を製造することができる。また、第２酸化シリコン層２４の厚みを抑えることができ、防水部材１をより薄くすることができる。
［撥水処理工程］
次に、第２酸化シリコン層２４の表面を、トリフルオロメチル基（−ＣＦ３）を持つフッ素化合物で撥水処理することで、防水部材１が得られる。
このような製造方法によれば、防水部材１を容易に製造することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図１６は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図１７は、図１６に示す圧力センサーが有するセンサー部を示す平面図である。図１８は、図１７に示すセンサー部を含むブリッジ回路を示す図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１６中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
図１６に示す圧力センサー１０は、基板６と、基板６に設けられたセンサー部７と、基板６の上面に配設された周囲構造体８と、基板６および周囲構造体８で画成された空洞部Ｓと、基板６の下面に配設された防水部材１と、を有している。以下、これら各部について順に説明する。
［基板］
基板６は、図１６に示すように、ＳＯＩ基板（シリコン層６１１、酸化シリコン層６１２、シリコン層６１３の積層基板）である半導体基板６１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成された第１絶縁膜６２と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜６３と、ポリシリコン膜６４と、をこの順に積層することで構成されている。ただし、半導体基板６１としては、ＳＯＩ基板に限定されず、例えば、シリコン基板を用いることもできる。また、第１絶縁膜６２や第２絶縁膜６３についても、エッチング耐性と絶縁性とを発揮することができれば、材料は特に限定されない。また、第１絶縁膜６２、第２絶縁膜６３、ポリシリコン膜６４は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
また、半導体基板６１には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム６５が設けられている。このダイアフラム６５は、半導体基板６１の下面に開放する有底の凹部６６を設けることで凹部６６の底部に形成され、ダイアフラム６５の下面（凹部６６の底面）が受圧面６５１となっている。
また、半導体基板６１上およびその上方にはセンサー部７と電気的に接続された図示しない半導体回路（回路）が作り込まれている。この半導体回路には、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ等の能動素子、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオードおよび配線等の回路要素が含まれている。ただし、このような半導体回路は、省略してもよい。
［センサー部］
センサー部７は、図１７に示すように、ダイアフラム６５に設けられている４つのピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４を有する。また、ピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４は、配線等を介して、互いに電気的に接続され、図１８に示すブリッジ回路７０（ホイートストンブリッジ回路）を構成して半導体回路と接続されている。
ブリッジ回路７０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路７０は、ダイアフラム６５の撓みに基づくピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４の抵抗値変化に応じた信号（電圧）を出力する。そのため、この出力された信号に基づいてダイアフラム６５が受けた圧力を検出することができる。
ピエゾ抵抗素子７１、７２、７３、７４は、それぞれ、例えば、半導体基板６１（シリコン層６１３）にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、これらピエゾ抵抗素子７１〜７４を接続する配線は、例えば、半導体基板６１（シリコン層６１３）に、ピエゾ抵抗素子７１〜７４よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。
［空洞部］
空洞部Ｓは、図１６に示すように、基板６と周囲構造体８とに囲まることで画成されている。このような空洞部Ｓは、密閉された空間であり、圧力センサー１０が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。また、空洞部Ｓは、ダイアフラム６５の受圧面６５１とは反対側に位置し、ダイアフラム６５と重なって配置されている。なお、空洞部Ｓは、真空状態（例えば、１０Ｐａ以下程度）であることが好ましい。これにより、圧力センサー１０を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー」として用いることができ、利便性の高い圧力センサー１０となる。ただし、空洞部Ｓは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよい。
［周囲構造体］
基板６と共に空洞部Ｓを画成する周囲構造体８は、図１６に示すように、層間絶縁膜８１と、層間絶縁膜８１上に配置された配線層８２と、配線層８２および層間絶縁膜８１上に配置された層間絶縁膜８３と、層間絶縁膜８３上に配置された配線層８４と、配線層８４および層間絶縁膜８３上に配置された表面保護膜８５と、配線層８４および表面保護膜８５上に配置された封止層８６と、を有している。
配線層８２は、空洞部Ｓを囲んで配置された枠状の配線部８２１と、前記半導体回路の配線を構成する回路用配線部８２９と、を有している。同様に、配線層８４は、空洞部Ｓを囲んで配置された枠状の配線部８４１と、前記半導体回路の配線を構成する回路用配線部８４９と、を有している。そして、前記半導体回路は、回路用配線部８２９、８４９によって周囲構造体８の上面に引き出されている。
また、配線層８４は、空洞部Ｓの上方（天井側）に位置する被覆層８４４を有している。そして、被覆層８４４には空洞部Ｓの内外を連通する複数の貫通孔（細孔）８４５が設けられている。また、被覆層８４４上には封止層８６が配置されており、この封止層８６によって貫通孔８４５が封止されている。
表面保護膜８５は、周囲構造体８を水分、ゴミ、傷などから保護する機能を有している。このような表面保護膜は、被覆層８４４の貫通孔８４５を塞がないように、層間絶縁膜８３および配線層８４上に配置されている。
このような周囲構造体８のうち、層間絶縁膜８１、８３としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層８２、８４としては、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層８６としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。また、表面保護膜８５としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜などを用いることができる。
［防水部材］
防水部材１は、図１６に示すように、第２酸化シリコン層２４を下側（外側）にして、第２領域Ｓ２において基板６の下面に接合されている。また、第１領域Ｓ１が凹部６６と重なって配置され、貫通孔３および開口４を介して凹部６６の内外が連通している。そのため、受圧面６５１での受圧を阻害することなく、受圧面６５１への水の付着を低減することができ、高い圧力検知精度を有する圧力センサー１０となる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子モジュールについて説明する。
図１９は、本発明の第３実施形態に係る電子モジュールの断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１９中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
図１９に示す電子モジュール１００は、パッケージ５と、パッケージ５内に収容された圧力センサー（電子部品）１０ＡおよびＩＣ（電子部品）９と、を有している。
［パッケージ］
パッケージ５は、上面に開放する凹部５１１を有する箱状のベース５１と、凹部５１１の開口を塞ぐようにベース５１の上面に接合された蓋体としての防水部材１と、を有している。また、防水部材１は、第２酸化シリコン層２４を上側（外側）にして、第２領域Ｓ２においてベース５１の上面に接合されている。また、第１領域Ｓ１が凹部５１１と重なって配置され、貫通孔３および開口４を介して凹部５１１の内外が連通している。
ベース５１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
［圧力センサー］
圧力センサー１０Ａは、前述した第２実施形態の構成から防水部材１を省略した構成となっている。そして、このような圧力センサー１０Ａは、ボンディングワイヤーによって、凹部５１１の底部から浮遊して支持されている。このように、圧力センサー１０Ａを浮遊させることで、外部からの応力が圧力センサー１０Ａに伝わり難くなり、圧力検知精度の低下を低減することができる。また、圧力センサー１０Ａは、ボンディングワイヤーによって、ベース５１に配設された図示しない配線と電気的に接続されている。
［ＩＣ］
ＩＣ９は、凹部５１１の底面に固定されており、圧力センサー１０Ａと並んで配置されている。また、ＩＣ９は、ボンディングワイヤーによって、ベース５１に配設された図示しない配線と電気的に接続されており、前記配線を介して圧力センサー１０Ａやベース５１の底面に配置された図示しない外部接続端子と電気的に接続されている。
このようなＩＣ９には、例えば、ブリッジ回路７０に電圧を供給するための駆動回路や、ブリッジ回路７０からの出力を温度補償するための温度補償回路や、温度補償回路からの出力から加わった圧力を求める圧力検出回路や、圧力検出回路からの出力を所定の出力形式（ＣＭＯＳ、ＬＶ−ＰＥＣＬ、ＬＶＤＳ等）に変換して出力する出力回路等が含まれている。なお、駆動回路、温度補償回路、圧力検出回路、出力回路等のうちの一部（例えば、駆動回路）は、圧力センサー１０Ａ内の前記半導体回路に形成されていてもよい。
このような構成の電子モジュール１００によれば、防水部材１によって凹部５１１の開口が塞がれているため、圧力センサー１０Ａでの圧力検知（受圧面６５１での受圧）を阻害することなく、凹部５１１内への水の浸入を低減することができる。そのため、防水機能を備えた電子モジュール１００となる。特に、従来のように、防水性を付与するために凹部５１１内をゲル等で充填する必要がないため、構成が容易であり、かつ、製造も容易な電子モジュール１００となる。
なお、圧力センサー１０Ａの構成としては、圧力を検出することができれば、特に限定されない。また、例えば、ＩＣ９を省略してもよい。また、本実施形態では、パッケージ５に収容する電子部品として、圧力センサー１０ＡとＩＣ９とを用いた構成について説明したが、電子部品としては、特に限定されない。例えば、電子部品として、加速度センサー、角速度センサー等の物理量センサーや、発振器等に用いられる振動子等であってもよい。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る高度計について説明する。
図２０は、高度計の一例を示す斜視図である。
図２０に示すように、高度計２００は、腕時計のように手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、電子モジュール１００が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。なお、この表示部２０１には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。このような高度計２００は、電子モジュール１００を備えているため、防水性を有しており、高い信頼性を発揮することができる。
なお、高度計２００の他にも、例えば、フリーダイビング等で用いられる腕時計型の水深計に電子モジュール１００を搭載してもよい。この場合には、１０気圧防水、すなわち、水深１００ｍまで防水性を維持することができるため、優れた利便性および信頼性を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る電子機器について説明する。
図２１は、電子機器の一例を示す正面図である。
本実施形態の電子機器は、電子モジュール１００を備えたナビゲーションシステム３００である。図２１に示すように、ナビゲーションシステム３００は、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、電子モジュール１００と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。
このナビゲーションシステム３００によれば、取得した位置情報に加えて、電子モジュール１００によって高度情報を取得することができる。そのため、一般道路から高架道路へ進入する（またはこの逆）ことによる高度変化を検出することで、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかを判断でき、実際の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。このようなナビゲーションシステム３００は、電子モジュール１００を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子モジュールを備える電子機器は、上記のナビゲーションシステムに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、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）、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る移動体について説明する。
図２２は、移動体の一例を示す斜視図である。
本実施形態の移動体は、電子モジュール１００を備えた自動車４００である。図２２に示すように、自動車４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２とを有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。このような自動車４００には、ナビゲーションシステム３００（電子モジュール１００）が内蔵されている。このような自動車４００は、電子モジュール１００を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
以上、本発明の防水部材、防水部材の製造方法、圧力センサーおよび電子モジュールを図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
１…防水部材、１０…圧力センサー、１０Ａ…圧力センサー、２…積層体、２０…ＳＯＩ基板、２１…第１シリコン層、２２…第１酸化シリコン層、２３…第２シリコン層、２４…第２酸化シリコン層、３…貫通孔、３１…第１貫通孔、３２…第２貫通孔、３２Ａ…径漸減部、３２Ａ’…第１径漸減部、３２Ａ”…第２径漸減部、３２Ｂ…径一定部、４…開口、４１…第１開口、４２…第２開口、５…パッケージ、５１…ベース、５１１…凹部、６…基板、６１…半導体基板、６１１…シリコン層、６１２…酸化シリコン層、６１３…シリコン層、６２…第１絶縁膜、６３…第２絶縁膜、６４…ポリシリコン膜、６５…ダイアフラム、６５１…受圧面、６６…凹部、７…センサー部、７０…ブリッジ回路、７１、７２、７３、７４…ピエゾ抵抗素子、８…周囲構造体、８１…層間絶縁膜、８２…配線層、８２１…配線部、８２９…回路用配線部、８３…層間絶縁膜、８４…配線層、８４１…配線部、８４４…被覆層、８４５…貫通孔、８４９…回路用配線部、８５…表面保護膜、８６…封止層、９…ＩＣ、１００…電子モジュール、２００…高度計、２０１…表示部、３００…ナビゲーションシステム、３０１…表示部、４００…自動車、４０１…車体、４０２…車輪、Ｓ…空洞部、Ｓ１…第１領域、Ｓ２…第２領域、ｒ１、ｒ２、ｒ３…径、θ…接触角

Claims (10)

  1. 第１層および前記第１層の一方側に配設されている第２層を備える積層体と、
    前記積層体に設けられ、液体の通過を阻止すると共に気体の通過を許容する貫通孔と、を有し、
    前記貫通孔は、前記第１層を貫通する第１貫通孔と、前記第２層を貫通すると共に前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔と、を有し、
    前記第１貫通孔の幅よりも前記第２貫通孔の幅の方が小さいことを特徴とする防水部材。
  2. 前記第２貫通孔の幅は、前記第１層側から離間する方向に向けて漸減する請求項１に記載の防水部材。
  3. 前記第２貫通孔の幅の漸減率は、前記第１層側から離間する方向に向けて漸減する請求項２に記載の防水部材。
  4. 前記第２層の前記第１層と反対側の面での前記第２貫通孔の幅は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の防水部材。
  5. 前記積層体は、前記第１層の前記第２層と反対側に配設されている第３層を有し、
    前記第３層は、前記貫通孔よりも幅の大きい第１開口を有している請求項４に記載の防水部材。
  6. 前記積層体は、前記第１層と前記第３層との間に配設され、前記第１貫通孔と前記第１開口との間にギャップを形成する第４層を有し、
    前記第４層は、前記貫通孔よりも幅の大きい第２開口を有し、
    前記第２開口を介して前記貫通孔および前記第１開口が連通している請求項５に記載の防水部材。
  7. 第１貫通孔が配設されている第１層を準備する工程と、
    気相成長法により、前記第１層の一方の面上に、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔を有する第２層を成膜する工程と、を有し、
    前記第１貫通孔の幅よりも前記第２貫通孔の幅の方が小さいことを特徴とする防水部材の製造方法。
  8. 前記気相成長法は、前記第１貫通孔の前記第２層を形成する側の反対側に空隙を形成した状態で行われる請求項７に記載の防水部材の製造方法。
  9. ダイアフラムを有する基板と、
    前記ダイアフラムの一方側に位置する圧力基準室と、
    前記ダイアフラムの他方側に配設されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の防水部材と、を有し、
    前記ダイアフラムと前記防水部材との間が液密的に封止されていることを特徴とする圧力センサー。
  10. 凹部を有するベースと、前記凹部の開口を塞ぐように前記ベースに接合されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の防水部材と、を有しているパッケージと、
    前記パッケージの前記凹部内に収容されている電子部品と、を有していることを特徴とする電子モジュール。
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