JP2022048545A - 物理量センサー、慣性計測ユニット及び物理量センサーの製造方法 - Google Patents

物理量センサー、慣性計測ユニット及び物理量センサーの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】封止用の貫通穴の溶融部にクラックが入り難い物理量センサーを提供する。【解決手段】角速度センサー１は角速度検出素子３と、基体２と、蓋体４と、を備え、角速度検出素子３は、基体２と蓋体４との間の空間６に収納され、蓋体４に設けられた貫通穴４ｂを溶融した溶融部４ｃにより空間６を密封し、蓋体４及び溶融部４ｃはシリコンを含み、溶融部４ｃは凹凸を含む連続する曲面４ｄを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサー、慣性計測ユニット及び物理量センサーの製造方法に関するものである。
加速度センサー、角速度センサー等がＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）にて実現されている。ＭＥＭＳでは可動体がパッケージ内の密閉空間に収納される。密閉空間の気圧は可動体が機能し易い圧力になっている。
パッケージの封止方法が特許文献１に開示されている。それによると、パッケージはシリコンの蓋体としてのキャップウエハーを備える。蓋体には貫通穴が設けられており、封止工程では貫通穴にレーザー光が照射され、貫通穴周辺が溶融されて、貫通穴を塞ぐとしている。
米国特許出願公開第２０１３／００７４５９６号明細書
しかしながら、特許文献１の封止方法では、蓋部に設けられた貫通穴にクラックが入る虞があった。詳しくは、レーザー光が照射されると、封止材と貫通穴周辺では温度が急激に上昇して封止材が溶融し、照射が止まると封止材が固化するが、封止材と蓋部の熱膨張係数が異なるため、封止材に近接する貫通穴付近において熱応力が残留する。この残留応力による歪が生じ、クラックを誘発する虞がある。
物理量センサーは、可動体と、基体と、蓋体と、を備え、前記可動体は、前記基体と前記蓋体との間の空間に収納され、前記蓋体に設けられた貫通穴を溶融した溶融部により前記空間を密封し、前記蓋体及び前記溶融部はシリコンを含み、前記溶融部は凹凸を含む連続する曲面を備える。
慣性計測ユニットは上記に記載の物理量センサーを備える。
物理量センサーの製造方法は、シリコンを含む蓋体に貫通穴及び凹部を形成し、前記蓋体と基体との間の空間に可動体を収納するように構成し、前記貫通穴及び前記凹部にレーザー光を照射して、前記貫通穴及び前記凹部を溶融し前記空間を封止する。
第１実施形態にかかわる角速度センサーの構成を示す模式側断面図。 角速度検出素子を示す模式平面図。 角速度検出素子の動作を説明するための模式図。 角速度検出素子の動作を説明するための模式図。 角速度検出素子の動作を説明するための模式図。 角速度検出素子の動作を説明するための模式図。 溶融部の要部模式平面図。 溶融部の要部模式側断面図。 角速度センサーの製造方法を説明するための模式図。 角速度センサーの製造方法を説明するための模式図。 第２凹部の形状を示す模式平面図。 第２凹部の形状を示す模式側断面図。 角速度センサーの製造方法を説明するための模式図。 角速度センサーの製造方法を説明するための模式図。 角速度センサーの製造方法を説明するための模式図。 角速度センサーの製造方法を説明するための模式図。 第２実施形態にかかわる加速度センサーの構成を示す模式側断面図。 加速度検出素子を示す模式平面図。 溶融部の要部模式側断面図。 第３実施形態にかかわる慣性センサーの構成を示す模式側断面図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 レーザー封止装置の構成を示すブロック図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 慣性センサーの製造方法を説明するための模式図。 第４実施形態にかかわる慣性計測ユニットの構成を示す概略斜視図。 基板の構成を示す概略斜視図。 第５実施形態にかかわる貫通穴及び凹部の配置を示す要部模式平面図。 貫通穴及び凹部の配置を示す要部模式平面図。
第１実施形態
本実施形態では、物理量センサーと特徴的な物理量センサーの製造方法の例について説明する。図１に示すように、物理量センサーとしての角速度センサー１は基体２を備える。基体２には可動体としての角速度検出素子３が設けられる。基体２の材質は、シリコン、ガラス、石英、等であって良い。
基体２上には蓋体４が設置される。蓋体４の材質はシリコンである。接合層５により蓋体４は基体２に接合される。但し、蓋体４は基体２へ直接接合しても良い。基体２から蓋体４に向く方向をＺ方向とする。Ｚ方向から見て基体２及び蓋体４の平面形状は四角形である。基体２の平面形状の一辺が延在する方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。
蓋体４は基体２側に第１凹部４ａを備える。角速度検出素子３は第１凹部４ａに配置される。このように、角速度センサー１は基体２とともに角速度検出素子３を収納する蓋体４を備える。角速度検出素子３は、基体２と蓋体４との間の空間６に収納される。角速度検出素子３は空間６に収納されればよく、後述するように蓋体の基体２側に第１凹部４ａを備えなくても良い。蓋体４には貫通穴４ｂが設けられる。蓋体４は貫通穴４ｂを溶融した溶融部４ｃを備える。溶融部４ｃが貫通穴４ｂを塞ぐことにより溶融部４ｃは空間６を密封する。溶融部４ｃは蓋体４の一部であり、シリコンを含む。基体２上には角速度検出素子３と電気的に接続する電極パッド１９が配置される。
角速度センサー１の製造工程中では貫通穴４ｂは貫通しているが、溶融部４ｃにより塞がれた後では袋穴の形態になっている。貫通穴４ｂの呼称は製造の途中まで貫通している意味を有している。
次に、角速度検出素子３について説明する。
図２に示すように、角速度検出素子３は、振動系構造体１０４と、駆動用固定電極１３０と、検出用固定電極１４０と、固定部１５０と、を有する。
振動系構造体１０４は、例えば、基体２に接合されたシリコン基板を加工することにより、一体的に形成されている。これにより、シリコン半導体デバイスの製造に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、振動系構造体１０４の小型化を図ることができる。
振動系構造体１０４は、基体２に固定された固定部１５０によって、支持されており、基体２と離間して配置されている。振動系構造体１０４は、第１振動体１０６と、第２振動体１０８と、を有する。第１振動体１０６及び第２振動体１０８は、Ｘ軸に沿って互いに連結されている。
第１振動体１０６及び第２振動体１０８は、両者の境界線Ｂに対して、対称となる形状を有する。境界線ＢはＹ軸に沿った直線である。第１振動体１０６の構成について説明し、第２振動体１０８の構成の説明を省略する。
第１振動体１０６は、駆動部１１０と、検出部１２０と、を有する。駆動部１１０は、駆動用支持部１１２と、駆動用バネ部１１４と、駆動用可動電極１１６と、を有する。
駆動用支持部１１２は、例えば、フレーム状の形状を有し、駆動用支持部１１２の内側には、検出部１２０が配置されている。駆動用支持部１１２は、Ｘ軸に沿って延在する第１延在部１１２ａと、Ｙ軸に沿って延在する第２延在部１１２ｂと、により構成される。
駆動用バネ部１１４は、駆動用支持部１１２の外側に配置される。駆動用バネ部１１４の一端は、駆動用支持部１１２の角部の近傍に接続される。駆動用支持部１１２の角部は第１延在部１１２ａと第２延在部１１２ｂとの接続部である。駆動用バネ部１１４の他端は固定部１５０に接続される。
第１振動体１０６において、駆動用バネ部１１４は４つ設けられている。第１振動体１０６は４つの固定部１５０によって支持されている。尚、第１振動体１０６と第２振動体１０８との境界線Ｂ上の固定部１５０は、設けられていなくてもよい。また、第１振動体１０６と第２振動体１０８は弾性変形可能な連結部を用いて直接連結されていても良い。
駆動用バネ部１１４は、Ｙ軸に沿って往復しながらＸ軸に沿って延在する形状を有している。複数の駆動用バネ部１１４は、駆動用支持部１１２の中心を通るＸ軸に沿った図示しない仮想線、及び駆動用支持部１１２の中心を通るＹ軸に沿った図示しない仮想線に対して、対称に設けられている。駆動用バネ部１１４を上記のような形状とすることにより、駆動用バネ部１１４が、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に変形することを抑制し、駆動用バネ部１１４を、駆動部１１０の振動方向であるＸ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そして、駆動用バネ部１１４の伸縮に伴い、駆動用支持部１１２をＸ軸に沿って振動させることができる。
駆動用支持部１１２の外側では駆動用可動電極１１６は駆動用支持部１１２に接続されて配置される。駆動用可動電極１１６は駆動用支持部１１２の第１延在部１１２ａに接続されている。
駆動用固定電極１３０は駆動用支持部１１２の外側に配置される。駆動用固定電極１３０は基体２上に固定される。駆動用固定電極１３０は複数設けられ、駆動用可動電極１１６と対向配置される。駆動用固定電極１３０は、櫛歯状の形状を有している。駆動用可動電極１１６は駆動用固定電極１３０の櫛歯の間に挿入可能な突出部１１６ａを有している。駆動用固定電極１３０と突出部１１６ａとの距離を小さくすることにより、駆動用固定電極１３０と駆動用可動電極１１６との間に作用する静電力を大きくすることができる。
駆動用固定電極１３０及び駆動用可動電極１１６に電圧を印加すると、駆動用固定電極１３０と駆動用可動電極１１６との間に静電力を発生させることができる。これにより、駆動用バネ部１１４がＸ軸に沿って伸縮し、駆動部１１０の駆動用支持部１１２をＸ軸に沿って振動させることができる。
検出部１２０は、駆動部１１０に連結されている。図示の例では、検出部１２０は、駆動用支持部１１２の内側に配置されている。検出部１２０は、検出用支持部１２２と、検出用バネ部１２４と、検出用可動電極１２６と、を有することができる。尚、図示はしないが、検出部１２０は、駆動部１１０に連結されていれば、駆動用支持部１１２の外側に配置されていてもよい。
検出用支持部１２２は、例えば、フレーム状の形状を有している。図示の例では、検出用支持部１２２は、Ｘ軸に沿って延在する第３延在部１２２ａと、Ｙ軸に沿って延在する第４延在部１２２ｂと、によって構成されている。
検出用バネ部１２４は、検出用支持部１２２の外側に配置されている。検出用バネ部１２４は、検出用支持部１２２と駆動用支持部１１２とを接続している。より具体的には、検出用バネ部１２４の一端は、検出用支持部１２２の角部の近傍に接続されている。検出用支持部１２２の角部は第３延在部１２２ａと第４延在部１２２ｂとの接続部である。検出用バネ部１２４の他端は、駆動用支持部１１２の第１延在部１１２ａに接続されている。
検出用バネ部１２４は、Ｘ軸に沿って往復しながらＹ軸に沿って延在する形状を有している。図示の例では、検出用バネ部１２４は、第１振動体１０６において、４つ設けられている。複数の検出用バネ部１２４は、検出用支持部１２２の中心を通るＸ軸に沿った図示しない仮想線、及び検出用支持部１２２の中心を通るＹ軸に沿った図示しない仮想線に対して、対称に設けられている。検出用バネ部１２４を上記のような形状とすることにより、検出用バネ部１２４が、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に変形することを抑制し、検出用バネ部１２４を、検出部１２０の振動方向であるＹ軸方向にスムーズに伸縮させることができる。そして、検出用バネ部１２４の伸縮に伴い、検出部１２０の検出用支持部１２２をＹ軸に沿って振動させることができる。尚、検出用バネ部１２４は検出用支持部１２２をＹ軸に沿って振動させることができれば、検出用バネ部１２４の数は特に限定されない。
検出用可動電極１２６は、検出用支持部１２２の内側に、検出用支持部１２２に接続されて配置されている。図示の例では、検出用可動電極１２６は、Ｘ軸に沿って延在しており、検出用支持部１２２の２つの第４延在部１２２ｂに、接続されている。
検出用固定電極１４０は、検出用支持部１２２の内側に配置されている。検出用固定電極１４０は、基体２上に固定されている。図示の例では、検出用固定電極１４０は、複数設けられ、検出用可動電極１２６を介して、対向配置されている。
検出用可動電極１２６及び検出用固定電極１４０の数及び形状は、検出用可動電極１２６と検出用固定電極１４０との間の静電容量の変化を検出することができれば、特に限定されない。
次に、角速度検出素子３の動作について説明する。図３～図６は、本実施形態にかかる角速度センサー１の角速度検出素子３の動作を説明するための模式図である。尚、便宜上、図３～図６では、角速度検出素子３の各部分を、簡略化して図示している。
駆動用固定電極１３０及び駆動用可動電極１１６に、電圧を印加すると、駆動用固定電極１３０と駆動用可動電極１１６との間に静電力を発生させることができる。これにより、図３及び図４に示すように、駆動用バネ部１１４をＸ軸に沿って伸縮させることができ、駆動部１１０をＸ軸に沿って振動させることができる。
より具体的には、第１振動体１０６の駆動用可動電極１１６と駆動用固定電極１３０との間に第１交番電圧を印加し、第２振動体１０８の駆動用可動電極１１６と駆動用固定電極１３０との間に第１交番電圧と位相が１８０度ずれた第２交番電圧を印加する。これにより、第１振動体１０６の第１駆動部１１０ａ、及び第２振動体１０８の第２駆動部１１０ｂを、互いに逆位相でかつ所定の周波数で、Ｘ軸に沿って振動させることができる。すなわち、Ｘ軸に沿って互いに連結された第１駆動部１１０ａ及び第２駆動部１１０ｂは、Ｘ軸に沿って、互いに逆位相で振動する。この振動を第１振動という。例えば、まず、図３に示すように、第１駆動部１１０ａはα１方向に変位し、第２駆動部１１０ｂはα１方向と反対方向のα２方向に変位する。次に、図４に示すように、第１駆動部１１０ａはα２方向に変位し、第２駆動部１１０ｂはα１方向に変位する。第１駆動部１１０ａ及び第２駆動部１１０ｂは、この動作を繰り返す。このようにして、第１駆動部１１０ａ及び第２駆動部１１０ｂは、互いに逆位相で振動する。
尚、検出部１２０は、駆動部１１０に連結されているため、検出部１２０も駆動部１１０の振動に伴い、Ｘ軸に沿って振動する。すなわち、第１振動体１０６及び第２振動体１０８は、Ｘ軸に沿って、互いに逆位相で振動する。この振動を第１振動とする。
図５及び図６に示すように、第１駆動部１１０ａ，第２駆動部１１０ｂが第１振動を行っている状態で、角速度検出素子３にＺ軸回りの角速度ωが加わると、コリオリの力が働き、検出部１２０は、Ｙ軸に沿って変位する。すなわち、第１駆動部１１０ａに連結された第１検出部１２０ａ、及び第２駆動部１１０ｂに連結された第２検出部１２０ｂは、第１振動及びコリオリ力によって、Ｙ軸に沿って、互いに反対方向に変位する。例えば、まず、図５に示すように、第１検出部１２０ａはβ１方向に変位し、第２検出部１２０ｂはβ１方向と反対方向のβ２方向に変位する。次に、図６に示すように、第１検出部１２０ａはβ２方向に変位し、第２検出部１２０ｂはβ１方向に変位する。第１検出部１２０ａ及び第２検出部１２０ｂは、コリオリ力を受けている間、この動作を繰り返す。
第１検出部１２０ａ，第２検出部１２０ｂがＹ軸に沿って変位することにより、検出用可動電極１２６と検出用固定電極１４０との間の距離Ｌは、変化する。そのため、検出用可動電極１２６と検出用固定電極１４０との間の静電容量は、変化する。角速度検出素子３では、検出用可動電極１２６及び検出用固定電極１４０に電圧を印加することにより、検出用可動電極１２６と検出用固定電極１４０との間の静電容量の変化量を検出し、Ｚ軸回りの角速度ωを求めることができる。
次に、蓋体４の溶融部４ｃについて説明する。図７及び図８に示すように、Ｚ方向から見たとき、溶融部４ｃは略円形であり、貫通穴４ｂと重なる。溶融部４ｃは凹凸を含む連続する曲面４ｄを備える。
この構成によれば、貫通穴４ｂが封止されているので、蓋体４により空間６が密封される。レーザー光を照射されて溶融部４ｃが形成される。溶融部４ｃは多結晶であり、溶融部４ｃの周辺は単結晶である。溶融部４ｃと溶融部４ｃの周辺とでは結晶構造が異なる。結晶構造の変化が急激に変化する場所では残留応力の変化が大きく、クラックが発生し易い。溶融部４ｃが凹凸を有する連続な曲面４ｄを備えるとき、結晶構造の変化が緩やかに変化している。従って、残留応力の変化が緩やかな為、クラックの発生を抑制できる。
蓋体４は単結晶であり、溶融部４ｃは多結晶である。詳しくは、蓋体４は溶融部４ｃ以外が単結晶である。この構成によれば、単結晶である蓋体４にレーザー光を照射して加熱することにより、容易に多結晶の溶融部４ｃを形成することができる。
蓋体４の寸法は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、蓋体４の厚みは１８０μｍである。第１凹部４ａの深さは５０μｍである。従って、第１凹部４ａにおける蓋体４の厚みは１３０μｍである。
貫通穴４ｂの直径は１０μｍ～３０μｍである。溶融部４ｃの深さである溶融部凹凸深さ７は１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。溶融部凹凸深さ７は溶融部４ｃのへこんだ部分の底から突出する部分までの長さを示す。レーザー光のビーム集光径を２００μｍとした場合、溶融部４ｃの直径である溶融部直径８は１４０μｍ～２２０μｍである。即ち、ビーム集光径の７０～１１０％の大きさである。第２面４ｆから貫通穴４ｂの端面までの長さを溶融部深さ１７とする。溶融部深さ１７をＤとし、溶融部直径８をＬとする。溶融部深さ１７を溶融部直径８で除算した深さ直径比であるＤ／Ｌ比は０．５以上３．０以下であることが好ましい。
角速度検出素子３は常時一定の周波数で振動しており、振動時の抵抗を減らすために空間６の気圧は減圧されている。振動のＱ値が高い状態にて安定して振動するために、空間６の気圧は０．１Ｐａ～１０Ｐａになっている。
蓋体４にクラックができると、空間６と外気との間にリークパスができる。空間６の気圧が大気圧になる。このとき、角速度検出素子３の振動が減衰状態となり、角速度検出素子３の検出感度が低下する。
次に、角速度センサー１の製造方法について説明する。図９において、絶縁性基体である基体２に凹部２ａが形成され、図示しない金属配線が形成される。基体２はガラス、石英、等であっても良い。本実施形態では、例えば、テンパックス（登録商標）ガラスを用いた。基体２にガラスを用いた場合、凹部２ａはＨＦによるウェットエッチで形成される。ＨＦはフッ化水素を示す。角速度検出素子３はシリコン基板を陽極接合した後、Ｂｏｓｃｈプロセスで垂直加工を施して形成される。図示しない金属配線上のバンプとシリコンを熱処理により合金化させることにより、良好な電気接続が得られる。金属配線の最表面を白金とすると良好なシリサイド合金が形成されて良い。角速度検出素子３の形成方法は公知であり詳細な説明を省略する。
図１０に示すように、蓋体４の材料となる基板を用意する。蓋体４の基板はシリコンの（１００）面を有する。第１面４ｅにＢｏｓｃｈプロセスで３０μｍ～５０μｍ程度の第１凹部４ａが形成される。蓋体４において、第１面４ｅと反対側の面を第２面４ｆとする。蓋体４の第２面４ｆに、更に、Ｂｏｓｃｈプロセスで貫通穴４ｂと凹部としての第２凹部４ｇが形成される。第２凹部４ｇはダミーパターンともいう。貫通穴４ｂと第２凹部４ｇのエッチング深さはマイクロローディング効果を利用しても良いし、マスクの厚みを調整して制御しても良い。次に、接合層５が蓋体４に形成される。接合層５は蓋体４側にスクリーン印刷技術を用いてウエハー全体に印刷する。接合層５は基体２に配置しても良い。このように、シリコンを含む蓋体４に第２面４ｆから貫通穴４ｂ及び第２凹部４ｇが形成される。
図１１に示すように、Ｚ方向から見た平面視で第２凹部４ｇは貫通穴４ｂと同心円の第１溝９及び第２溝１０により構成される。第１溝９及び第２溝１０の溝幅１１は１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。第１溝９と第２溝１０との溝間距離１２は１０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
図１２に示すように、第１溝９及び第２溝１０の溝深さ１３は２０μｍ以上４０μｍ以下である。貫通穴４ｂ及び第２凹部４ｇは公知のＢｏｓｃｈプロセス法を用いて形成される。Ｂｏｓｃｈプロセス法はアスペクト比の高いエッチングが可能である。
貫通穴４ｂと第２凹部４ｇとのエッチング回数を変えて溝深さ１３を制御しても良い。例えば、貫通穴４ｂの長さが１３０μｍであり、溝深さ１３が３０μｍとする。１回のエッチングサイクルで掘られる深さを１μｍとする。まず、エッチング１００サイクルを施すことにより貫通穴４ｂが１００μｍ掘さられる。次に、エッチング３０サイクルを追加することにより貫通穴４ｂ及び第２凹部４ｇが並行して３０μｍ掘られる。この方法により、貫通穴４ｂが貫通し、溝深さ１３が３０μｍになる。
図１３に示すように、蓋体４と基体２とが接合される。接合は加圧及び加熱して行われる。加圧は１０～１０００ｋＰａ、加熱は２５０～５００℃の範囲で行われる。雰囲気は窒素やアルゴン等の不活性ガスで良く、気圧は真空、大気圧、陽圧でも良い。蓋体４は接合層５となるガラスフリット材を用いて、基体２へ接合される。本実施形態ではガラスフリットによるフリット接合を用いたが、陽極接合、直接接合、金属共晶接合、プラズマ活性化接合であっても良い。尚、貫通穴４ｂ及び第２凹部４ｇは接合層５を接合した後に形成しても良い。角速度検出素子３が設けられた基体２と蓋体４との間の空間６に角速度検出素子３を収納するように構成される。
図１４に示すように、真空加熱処理により脱ガス処理が行われる。具体的には３００℃以上、１００Ｐａ以下で数時間加熱する。空間６のガスが貫通穴４ｂから外部へ取り出される。本実施形態では、例えば、１Ｐａまで減圧チャンバー内が減圧される。チャンバー内は減圧雰囲気になる。次に、空間６に水分が付着しないように疎水処理を行う。疎水処理はシランカップリング材であるＨＭＤＳを用いた。ＨＭＤＳはヘキサメチルジシラザンを示す。このような疎水処理により空間６の水分含有率を１００ｐｐｍ以下にすることが出来る。水分の侵入を防ぐことで、空間６を高真空の状態に保つことが可能となる。従って、角速度検出素子３を、振動のＱ値が高い状態にて安定して振動させることが出来る。
次に、図１５に示すように、第２凹部４ｇ及び貫通穴４ｂにレーザー光１４が照射される。基体２及び蓋体４を加熱し、蓋体４の温度を上昇させた状態で、貫通穴４ｂと第２凹部４ｇとにレーザー光１４が同時に照射される。レーザー光１４はレーザー光源１５から発光され集光光学系１６により集光される。レーザー光１４が集光された集光部１４ａの直径は１００μｍ～２００μｍである。第２凹部４ｇではレーザー光１４の回折を促し、より低いエネルギーで溶融させることが出来る。従ってドロス、デブリ等が少なく、クラックも発生し難い。蓋体４の温度を上昇させたので、更に低エネルギーで溶融させ得ることが出来る。レーザー光１４のパワーは平坦な第２面４ｆが溶け出すパワーの０．５～１．０倍で良い。第２凹部４ｇ及び貫通穴４ｂにレーザー光１４が照射され第２凹部４ｇ及び貫通穴４ｂが溶融し空間６が封止される。レーザー光１４の照射はレーザー光１４に対して透明な窓部を含むチャンバー内で減圧雰囲気下で行われる。レーザー光１４が照射されるとき蓋体４は基体２を介して加熱されている。
レーザー光１４の波長はシリコンバンドギャップに近い１０７０ｎｍ～１１００ｎｍである。蓋体４の材質をシリコンとしたためレーザー照射過程でアブレーション現象が起きないように光吸収係数が小さい波長のレーザーを選択した。光吸収係数が小さい波長とはシリコンのバンドギャップ波長近傍、もしくはそれよりも長波長のレーザーである。波長８００ｎｍ以上であれば光吸収係数を３００ｃｍ-1以下とすることが出来る。この様な波長のレーザーを選択すれば、熱加工によりシリコンを溶融させることができる。本実施形態では、例えば、ＹＡＧレーザー（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）を用いてレーザー光１４の波長は約１０６４ｎｍとした。
図１２に示すように、第２凹部４ｇにてレーザー光１４が回折し、より効率的にレーザー溶融を行うことができる。例えば、フラットな面を溶融させることができるレーザー照射エネルギーをＥ０とするとき、０．１～０．５×Ｅ０のエネルギー量で良好な溶融が行える。従ってデブリやドロスを抑制した孔封止が実施できる。
この方法によれば、蓋体４には貫通穴４ｂ及び第２凹部４ｇが形成される。貫通穴４ｂはレーザー光１４の照射を受ける。蓋体４が溶融して貫通穴４ｂが塞がれる。第２凹部４ｇではレーザー光１４の一部が回折するので貫通穴４ｂの周辺ではレーザー光１４が多方向に向かって進行する。レーザー光１４は蓋体４の表面に近い浅い場所でシリコンに吸収される。貫通穴４ｂでは蓋体４の表面近くの温度が高く、表面から離れるにつれて緩やかに温度が低下する。また、貫通穴４ｂから離れるにつれて緩やかに温度が低下する。
溶融部４ｃは多結晶であり、溶融部４ｃの周辺は単結晶である。溶融部４ｃと溶融部４ｃの周辺とでは結晶構造が異なるが、熱膨張係数はほぼ等しい。貫通穴４ｂでは蓋体４の表面から離れるにつれて、結晶構造が緩やかに変化する。また、貫通穴４ｂから離れるにつれて、結晶構造が緩やかに変化する。従って、残留応力の変化が緩やかな為、クラックの発生を抑制できる。
レーザー光１４を照射するとき、角速度センサー１はレーザー光１４に対して透明な窓部を含むチャンバー内で減圧雰囲気下にあり、蓋体４は基体２を介して加熱されている。この方法によれば、減圧雰囲気にて貫通穴４ｂが封止されるので、角速度検出素子３を収納する空間６は減圧状態で密閉される。減圧雰囲気では雰囲気ガスの熱伝導率が低いため、蓋体４の温度が低下する。一般に、ガス気体は１００～１，０００Ｐａを境界に熱伝導率が大きく変化する。従って、角速度検出素子３が動作し易い空間６の圧力は０．１～１０Ｐａであるから、基体２を介して蓋体４を加熱すると効率が大幅に低下する。蓋体４の温度が低下すると、蓋体４が溶融し難くなり、より強いレーザー照射エネルギーが必要となる。これはデブリやドロスを発生させる要因となる。本方法では蓋体４を３００℃以上と、十分に加熱されるので確実に蓋体４は溶融して貫通穴４ｂを封止できる。
次に、図１６に示すように、少なくとも蓋体４の１辺がダイシングブレード１８で切り落とされる。こうすることで基体２上に配置される電極パッド１９を晒すことが可能となる。つまり、ワイヤーボンディングが可能となる。また、この時には基体２や接合層５は切断しない。従って、空間６は良好な気密性を維持できる。最終的に基体２の４辺が分割され、角速度センサー１が取り出される。以上のステップにて角速度センサー１が完成する。
第２実施形態
本実施形態が第１実施形態と異なるところは、角速度検出素子３の代わりに加速度検出素子が設置されている点にある。尚、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図１７に示すように、物理量センサーとしての加速度センサー２１は基体２を備える。基体２には可動体としての加速度検出素子２２が設けられる。
基体２上には蓋体２３が設置される。接合層５により蓋体２３は基体２に接合される。蓋体２３は基体２側に第１凹部２３ａを備える。加速度検出素子２２は第１凹部２３ａに配置される。このように、加速度センサー２１は基体２とともに加速度検出素子２２を収納する蓋体２３を備える。加速度検出素子２２は、基体２と蓋体２３との間の空間６に収納される。蓋体２３には貫通穴２３ｂが設けられる。蓋体２３は貫通穴２３ｂを溶融した溶融部２３ｃを備える。溶融部２３ｃが貫通穴２３ｂを塞ぐことにより溶融部２３ｃは空間６を密封する。溶融部２３ｃは凹凸を含む連続する曲面２３ｄを備える。
次に、加速度検出素子２２について説明する。
図１８に示す加速度検出素子２２は、Ｘ方向の加速度Ａｘを検出する加速度センサー素子である。基体２には第１マウント部７６、第２マウント部７７が設けられており、加速度検出素子２２を支持している。加速度検出素子２２は、可動部７１と、バネ部７２と、固定部７３と、第１固定検出電極７４と、第２固定検出電極７５と、を備える。
可動部７１は、Ｘ方向に延在する基部７１ａと、基部７１ａからＹ方向両側に突出した複数の可動電極である可動検出電極７１ｂと、を有する。可動部７１は、基部７１ａの両端部においてバネ部７２を介して固定部７３に接続されている。また、固定部７３は、基体２から突出した第１マウント部７６に固定されている。これにより、可動部７１は、固定部７３に対してＸ方向に変位可能となる。また、固定電極である第１固定検出電極７４，第２固定検出電極７５は、基体２から突出した第２マウント部７７に固定されており、可動検出電極７１ｂを間に挟んで設けられている。
２つの可動検出電極７１ｂの間に第１固定検出電極７４及び第２固定検出電極７５が配置される。可動部７１がＸ正方向に変位するとき、可動検出電極７１ｂは第１固定検出電極７４と接近し、第２固定検出電極７５から離れる。可動部７１がＸ負方向に変位するとき、可動検出電極７１ｂは第２固定検出電極７５と接近し、第１固定検出電極７４から離れる。
基体２に設けられた配線と接点６８とを介して可動部７１の可動検出電極７１ｂと第１端子とが電気的に接続される。配線を介して第１固定検出電極７４と第２端子とが電気的に接続される。配線を介して第２固定検出電極７５と第３端子とが電気的に接続されている。また、可動部７の可動検出電極７１ｂ、第１固定検出電極７４、及び第２固定検出電極７５には、第１端子，第２端子，第３端子を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極７１ｂと第１固定検出電極７４、第２固定検出電極７５との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。第１端子，第２端子及び第３端子はそれぞれ電極パッド１９の１つである。
このような加速度検出素子２２は、次のようにして加速度Ａｘを検出することができる。加速度検出素子２２に加速度Ａｘが加わると、加速度Ａｘの大きさに基づいて、可動部７１が、バネ部７２を弾性変形させながら、Ｘ方向に変位する。可動部７１が変位することで、可動検出電極７１ｂと第１固定検出電極７４とのギャップ及び可動検出電極７１ｂと第２固定検出電極７５とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、この静電容量の変化量に基づいて加速度Ａｘを検出することができる。
図１７において、蓋体２３には貫通穴２３ｂが設けられており、加速度検出素子２２を収容する空間６の雰囲気圧力が調整できる。空間６の雰囲気圧力を調整することにより加速度検出素子２２の不要な振動の振幅を収束させるダンピング効果が得られる。ダンピング効果は製品寿命に渡って十分確保しなければならない。具体的には封止圧力は窒素やアルゴン等の不活性ガスを用いて１０，０００～１５０，０００Ｐａにするのが好ましい。このように空間６の圧力を加速度検出素子２２が動作し易い圧力に調整した後に、レーザー光１４を用いて貫通穴２３ｂが密封される。フラットな面を溶融させることができるレーザー照射エネルギーをＥ０とするとき、０．１～０．５×Ｅ０のエネルギー量で良好な溶融が行える。
加速度検出素子２２を封止する封止工程でもヒーターにより基体２及び蓋体２３が加熱される。蓋体２３の加熱温度は角速度検出素子３のときより低い温度にするのが好ましい。この温度は第１実施形態より低い２００℃～３００℃が好ましい。加速度検出素子２２の封止工程では、前述した通り１０，０００～１５０，０００Ｐａと、角速度検出素子３を封止したときより空間６の圧力を高い圧力にして封止するため、雰囲気ガスの熱伝導率は比較的良好である。従って、角速度検出素子３より低い温度設定でも貫通穴２３ｂの溶融を良好に行うことが出来る。更に、レーザー溶融で蓋体２３がより高温になっているため、少し低めの設定にした方が良い。すべてのレーザー溶融の工程が終了した後に加速度センサー２１を室温に戻してから加速度センサー２１をチャンバーから取り出す。
加速度センサー２１のときも角速度センサー１と同様に貫通穴２３ｂにクラックが発生することを抑制できる。従って、信頼性の高い加速度センサー２１を製造することができる。
次に、蓋体２３の溶融部２３ｃについて説明する。図１９に示すように、Ｚ方向から見たとき、溶融部２３ｃは略円形であり、貫通穴２３ｂと重なる。溶融部２３ｃは凹凸を含む連続する曲面２３ｄを備える。
蓋体２３の寸法は特に限定されないが、本実施形態では、例えば、蓋体２３の厚みは１８０μｍである。第１凹部２３ａの深さは５０μｍである。従って、第１凹部２３ａにおける蓋体２３の厚みは１３０μｍである。
貫通穴２３ｂの直径は１０μｍ～３０μｍであることが好ましい。溶融部２３ｃの深さである溶融部凹凸深さ７は１０μｍ以上５０μｍ以下である。溶融部凹凸深さ７は溶融部２３ｃのへこんだ部分の底から突出する部分までの長さを示す。レーザー光のビーム集光径を２００μｍとした場合、溶融部２３ｃの直径である溶融部直径８は１４０μｍ～２２０μｍである。即ち、ビーム集光径の７０～１１０％の大きさである。第２面２３ｆから貫通穴２３ｂの端面までの長さを溶融部深さ１７とする。溶融部深さ１７をＤとし、溶融部直径８をＬとする。溶融部深さ１７を溶融部直径８で除算した深さ直径比であるＤ／Ｌ比は０．０１以上０．５以下であることが好ましい。
第３実施形態
本実施形態が第１実施形態及び第２実施形態と異なるところは、物理量センサーに角速度検出素子３及び加速度検出素子２２が設置されている点にある。尚、第１実施形態及び第２実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図２０に示すように、物理量センサーとしての慣性センサー８１は基体８２を備える。基体８２はシリコン基板８２ａ、酸化シリコン層８２ｂ及び多結晶シリコン層８２ｃを備える。シリコン基板８２ａ上に酸化シリコン層８２ｂが積層される。酸化シリコン層８２ｂ上に多結晶シリコン層８２ｃが積層される。酸化シリコン層８２ｂ上には角速度検出素子３及び加速度検出素子２２が設けられる。
慣性センサー８１は基体８２とともに角速度検出素子３及び加速度検出素子２２を収納する蓋体８３を備える。蓋体８３は接合層８６を介して基体８２に接合されている。角速度検出素子３は基体８２と蓋体８３との間の空間としての第１空間８４に収納される。加速度検出素子２２は、基体８２と蓋体８３との間の空間としての第２空間８５に収納される。この時、蓋体８３の角速度検出素子３及び加速度検出素子２２に対向する面には凹部が設けられていない。
蓋体８３には貫通穴としての第１貫通穴８３ａ及び貫通穴としての第２貫通穴８３ｂが設けられる。蓋体８３は第１貫通穴８３ａを溶融した溶融部としての第１溶融部８３ｃを備える。第１溶融部８３ｃが第１貫通穴８３ａを塞ぐことにより第１溶融部８３ｃは第１空間８４を密封する。蓋体８３は第２貫通穴８３ｂを溶融した溶融部としての第２溶融部８３ｄを備える。第２溶融部８３ｄが第２貫通穴８３ｂを塞ぐことにより第２貫通穴８３ｂは第２空間８５を密封する。第１空間８４と第２空間８５との間には隔壁８７が配置される。
第１貫通穴８３ａ及び第１溶融部８３ｃはそれぞれ第１実施形態の貫通穴４ｂ及び溶融部４ｃに相当する。第１溶融部８３ｃの形状は溶融部４ｃと略同じである。第１空間８４及び角速度検出素子３はそれぞれ第１実施形態の空間６及び角速度検出素子３と略同じである。第１空間８４内の気圧は第１実施形態における空間６の気圧と略同じである。
第２貫通穴８３ｂ及び第２溶融部８３ｄはそれぞれ第２実施形態の貫通穴２３ｂ及び溶融部２３ｃに相当する。第２溶融部８３ｄの形状は溶融部２３ｃと略同じである。第２空間８５及び加速度検出素子２２はそれぞれ第２実施形態の空間６及び加速度検出素子２２と略同じである。第２空間８５の気圧は第２実施形態における空間６の気圧と略同じである。尚、第１溶融部８３ｃ及び第２溶融部８３ｄの深さが異なっているのは、レーザー照射エネルギーが異なっているからである。
次に、慣性センサー８１の製造方法について説明する。
図２１において、シリコン基板８２ａが用意される。犠牲層となる酸化シリコン層８２ｂと素子層となる多結晶シリコン層８２ｃがシリコン基板８２ａ上に形成される。酸化シリコン層８２ｂの下には図示しない下部電極層を作成しても良い。その際にはエッチングストップ層となる窒化シリコンを下面に形成しておく。酸化シリコン層８２ｂの厚みは２μｍ以下であり、多結晶シリコン層８２ｃの厚みは１５μｍ～３０μｍ程度である。各層の成膜にはスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法が用いられる。フォトリソグラフィー法によりパターニングが施され、Ｂｏｓｃｈ法を用いて角速度検出素子３及び加速度検出素子２２が形成される。この時、素子間に隔壁の一部となるシリコン基板８２ａに固定された多結晶シリコン層８２ｃを残し、第１空間８４と第２空間８５とが連通しないようにする。そして、ＨＦベーパーにより酸化シリコン層８２ｂがリリースされる。基体８２には、角速度検出素子３及び加速度検出素子２２などの物理量センサーが複数設けられている。
図２２において、蓋体８３の材料となる基板８３ｍが用意される。基板８３ｍはシリコン（１００）面を有する。基板８３ｍにおいて基体８２と反対側の面を第２面８３ｆとする。第２面８３ｆにＢｏｓｃｈプロセスで第１貫通穴８３ａ、第２貫通穴８３ｂ、第３凹部８３ｇ、第４凹部８３ｈが形成される。第３凹部８３ｇ及び第４凹部８３ｈは第１実施形態の第２凹部４ｇに相当する。
第１貫通穴８３ａ、第２貫通穴８３ｂ、第３凹部８３ｇ、第４凹部８３ｈのエッチング深さはマイクロローディング効果を利用しても良いし、マスクの厚みを調整して制御しても良い。次に、接合層８６が基板８３ｍに形成される。接合層８６は基板８３ｍ側にスクリーン印刷技術を用いてウエハー全体に印刷するが、基体８２の多結晶シリコン層８２ｃ側に形成しても良い。また、接合層８６はＡｌＧｅ等の低融点合金であっても良い。第１空間８４と第２空間８５との間の封止雰囲気を分離するために、隔壁８７部分にも接合層８６が形成される。
基体８２と基板８３ｍとの間には、複数の第１空間８４及び複数の第２空間８５が設けられる。第１空間８４は、少なくとも１つの角速度検出素子３に対応して設けられる。第１貫通穴８３ａ及び第３凹部８３ｇは、１つの第１空間８４に対応してそれぞれ設けられる。第２空間８５は、少なくとも１つの加速度検出素子２２に対応して設けられる。第２貫通穴８３ｂ及び第４凹部８３ｈは、１つの第２空間８５に対応してそれぞれ設けられる。したがって、基板８３ｍには、図２８に示すように、複数の第１貫通穴８３ａが設けられる。また、基板８３ｍには、図２８に示すように、複数の第２貫通穴８３ｂが設けられる。
図２３において、基板８３ｍと基体８２とが加圧・加熱されて接合される。接合時の加圧は１０ｋＰａ～１０００ｋＰａである。接合時の加熱は２５０～５００℃の範囲で行う。接合時の雰囲気は窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気下で良く、真空、大気圧、陽圧でも良い。基板８３ｍは接合層８６となるＡｌＧｅ材を用いて、多結晶シリコン層８２ｃへ接合される。本実施形態ではＡｌＧｅ材による金属共晶接合を用いたが、陽極接合、直接接合、ガラスフリット接合、プラズマ活性化接合であっても良い。尚、第１貫通穴８３ａ、第２貫通穴８３ｂ、第３凹部８３ｇ、第４凹部８３ｈは基板８３ｍと基体８２とを接合した後に形成されても良い。基体８２及び基板８３ｍが接合された基板を接合基板９８とする。
図２４において、真空加熱処理により脱ガス処理が行われる。具体的には２５０～３００℃の温度で、１００Ｐａ以下の気圧で数時間加熱する。第１空間８４のガスが第１貫通穴８３ａから外部へ取り出される。第２空間８５のガスが第２貫通穴８３ｂから外部へ取り出される。
次に第１空間８４と第２空間８５の疎水処理を行う。疎水処理はシランカップリング材であるＨＭＤＳを用いた。このような疎水処理により第１空間８４及び第２空間８５の水分含有率を１００ｐｐｍ以下にすることが出来る。従って、角速度検出素子３及び加速度検出素子２２を、水分による雰囲気ガス圧力の変動を受けずに良好に動作させることが出来る。
図２５に示すようなレーザー封止装置８８を用意する。レーザー封止装置８８はチャンバー８９を備える。レーザー封止装置８８はチャンバー８９内を減圧するロータリーポンプ９０及びターボ分子ポンプ９１を備える。チャンバー８９の内部には被加工物９２を移動するＸＹステージ９３が配置される。ＸＹステージ９３は被加工物９２を移動させ、レーザー光源１５から照射されるレーザー光１４の照射位置を適正な位置に合致させる役割を持つ。ＸＹステージ９３の替わりにレーザー光源１５を移動させても良い。さらに、チャンバー８９の内部には被加工物９２を加熱するシースヒーター９４が配置される。被加工物９２は接合基板９８に相当する。シースヒーター９４は接合基板９８に於ける基体８２を介して基板８３ｍを加熱している。この時シースヒーターは接合基板９８を加熱できればよく、シースヒーターの替わりにハロゲンヒーターであっても良い。更に基板８３ｍが加熱されれば良いため、接合基板９８に於ける基板８３ｍ側から加熱しても良い。
チャンバー８９の１つの面に窓部９５が設置される。窓部９５はサファイアガラスを備える。サファイアガラスの表面にはＡＲ（ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）コートが施されている。チャンバー８９の外側にはレーザー光源１５が設置され、レーザー光源１５は集光されたレーザー光１４を被加工物９２に照射する。尚、窓部９５は、レーザー光源１５に対して透明である材料が好適であるため、サファイアガラスを選択してある。
図２６において、接合基板９８がチャンバー８９に内に設置され、真空引きが行われ、シースヒーター９４で所定の温度Ｔ１まで接合基板９８が加熱される。真空度が１００Ｐａ以下になり、１０ｍｉｎ以上待機し基板８３ｍまで温度がＴ１に達したら、角速度検出素子３側の第１貫通穴８３ａ及び第３凹部８３ｇにレーザー光１４が照射されて溶融される。真空状態では温度が伝わり難い為、温度Ｔ１は比較的高い３００℃～４００℃が良好であった。第１貫通穴８３ａ及び第３凹部８３ｇは第１溶融部８３ｃになる。
図２７に示すように、次に、接合基板９８をチャンバー８９に入れたまま、チャンバー８９に窒素ガス等の不活性ガスが導入され、接合基板９８の温度をＴ２に制御する。窒素ガスの熱伝導率はチャンバー８９内の気圧が１００Ｐａ以上で良好になるため、加熱温度は３００℃以下で良い。
加速度検出素子２２側の第２貫通穴８３ｂ及び第４凹部８３ｈにレーザー光１４が照射されて溶融される。角速度検出素子３側の第１貫通穴８３ａのときに比べて、照射エネルギーも低くて良い。従って、ドロスやデブリ、クラック等も発生し難くなる。第２貫通穴８３ｂ及び第４凹部８３ｈは第２溶融部８３ｄになる。
ウエハー上のすべての第２貫通穴８３ｂについて溶融完了後、チャンバー８９内の温度が室温に戻される。接合基板９８がチャンバー８９から取り出される。
図２８はレーザー光１４が通過する軌跡を示す。基板８３ｍには第１貫通穴８３ａ及び第３凹部８３ｇが複数の平行な線上に並んでいる。第１軌跡９６は第１貫通穴８３ａ及び第３凹部８３ｇが並ぶ複数の配列に沿っている。図２６に示す第１溶融部８３ｃが形成される工程では、接合基板９８の温度がＴ１に保たれ、レーザー光１４が第１軌跡９６に沿って移動する。レーザー光１４は第１軌跡９６に於いて、連続的に照射しても良いし、第１貫通穴８３ａ及び第３凹部８３ｇの領域を通過する時のみに照射しても良い。すななち、レーザー光１４は第１軌跡９６に於いてパルス状に不連続で照射してもよい。
同様に、基板８３ｍには第２貫通穴８３ｂ及び第４凹部８３ｈが複数の平行な線上に並んでいる。第２軌跡９７は第２貫通穴８３ｂ及び第４凹部８３ｈが並ぶ複数の配列に沿っている。図２７に示す第２溶融部８３ｄが形成される工程では、接合基板９８の温度がＴ２に保たれ、レーザー光１４が第２軌跡９７に沿って移動する。レーザー光１４は第２軌跡９７に於いて、連続的に照射しても良いし、第２貫通穴８３ｂ及び第４凹部８３ｈの領域を通過する時のみに照射しても良い。すななち、レーザー光１４は第２軌跡９７に於いてパルス状に不連続で照射してもよい。
第１溶融部８３ｃが形成される工程及び第２溶融部８３ｄが形成される工程ではともに基体８２が同一のチャンバー８９内に設置されている。そして、気圧、温度、ガスの種類が変更されている。チャンバー８９内を大気圧、常温、空気から所定の気圧、温度、ガスの種類に変更するには時間がかかる。従って、第１溶融部８３ｃが形成された後に、接合基板９８をチャンバー８９から取り出して、別のチャンバー８９に入れて第２溶融部８３ｄを形成する方法に比べて、生産性良く、第１溶融部８３ｃ及び第２溶融部８３ｄを形成できる。
図２９に示すように、チャンバー８９から接合基板９８が取り出され、ダイシングブレード１８を用いたハーフダイシングによりの接合基板９８の少なくとも１辺が切り出される。こうすることで電極パッド１９を露出させ、ワイヤーボンディングが可能となる。その後、接合基板９８の４辺を切断し、角速度検出素子３と加速度検出素子２２とが混載する慣性センサー８１が完成する。尚、第１溶融部８３ｃ及び第２溶融部８３ｄの深さが異なっているのは、レーザー照射エネルギーが異なっているからである。
第４実施形態
本実施形態では上記の角速度センサー１、加速度センサー２１または慣性センサー８１が搭載された慣性計測ユニット２０００の例を説明する。
図３０に示す慣性計測ユニット２０００は、自動車や、ロボット等の運動体の姿勢や、挙動等の慣性運動量を検出する装置である。慣性計測ユニット２０００はＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）ともいう。慣性計測ユニット２０００は、３軸に沿った方向の加速度Ａｘ，Ａｙ，Ａｚを検出する加速度センサー２１と、３軸周りの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出する角速度センサー１と、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーとして機能する。
慣性計測ユニット２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。また、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、ネジ穴２１１０が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２１１０に２本のネジを通して、自動車等の被装着体の被装着面に慣性計測ユニット２０００を固定することができる。尚、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンやデジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。
慣性計測ユニット２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００と、を有し、アウターケース２１００の内部に、接合部材２２００を介在させて、センサーモジュール２３００を挿入した構成となっている。また、センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と、基板２３２０と、を有している。
アウターケース２１００の外形は、慣性計測ユニット２０００の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれネジ穴２１１０が形成されている。また、アウターケース２１００は箱状であり、その内部にセンサーモジュール２３００が収納されている。
インナーケース２３１０は、基板２３２０を支持する部材であり、アウターケース２１００の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース２３１０には、基板２３２０との接触を防止するための凹部２３１１やコネクター２３３０を露出させるための開口２３１２が形成されている。このようなインナーケース２３１０は、接合部材２２００を介してアウターケース２１００に接合されている。また、インナーケース２３１０の下面には接着剤を介して基板２３２０が接合されている。
図３１に示すように、基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸周りの角速度を検出す角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサーユニット２３５０等が実装されている。また、基板２３２０の側面には、Ｘ軸周りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘ及びＹ軸周りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｙが実装されている。
加速度センサーユニット２３５０は、必要に応じて、一軸方向の加速度を検出したり、二軸方向や三軸方向の加速度を検出したりすることができる。
また、基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。各センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーター等を内蔵しており、慣性計測ユニット２０００の各部を制御する。記憶部には、加速度、及び角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータ等が記憶されている。尚、基板２３２０には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
角速度センサー２３４０ｚ、角速度センサー２３４０ｘ、角速度センサー２３４０ｙには上記の角速度センサー１または慣性センサー８１が用いられている。加速度センサーユニット２３５０には加速度センサー２１または慣性センサー８１が用いられている。
従って、慣性計測ユニット２０００は上記の角速度センサー１、加速度センサー２１または慣性センサー８１を備える。この構成によれば、慣性計測ユニット２０００は上記の角速度センサー１、加速度センサー２１または慣性センサー８１を備える。上記の角速度センサー１、加速度センサー２１または慣性センサー８１は蓋体４、蓋体２３または蓋体８３にクラックが入り難い構造になっている。従って、慣性計測ユニット２０００は蓋体４、蓋体２３または蓋体８３にクラックが入り難い物理量センサーを備える慣性計測ユニット２０００とすることができる。
第５実施形態
第１実施形態では、Ｚ方向から見た平面視で第２凹部４ｇは貫通穴４ｂと同心円の第１溝９及び第２溝１０により構成された。
図３２に示すように、Ｚ方向から見た平面視において貫通穴４ｂに相当する貫通穴２００は四角形でも良い。Ｚ方向から見た平面視において第２凹部４ｇに相当する凹部２０１も四角形でも良い。凹部２０１は貫通穴２００の周りに配置される。このときにも、凹部２０１ではレーザー光１４の一部が回折するので貫通穴２００の周辺ではレーザー光１４が多方向に向かって進行する。従って、溶融部４ｃでは残留応力の変化が緩やかな為、クラックの発生を抑制できる。他にも、Ｚ方向から見た平面視で貫通穴２００及び凹部２０１の形状はひし形、三角形、市松模様でも良い。
図３３に示すように、Ｚ方向から見た平面視において貫通穴４ｂに相当する貫通穴２１０は円形である。Ｚ方向から見た平面視において第２凹部４ｇに相当する凹部２１１は貫通穴２１０から延びる放射状の長方形でも良い。凹部２１１は貫通穴２１０の周りに配置される。このときにも、凹部２１１ではレーザー光１４の一部が回折するので貫通穴２１０の周辺ではレーザー光１４が多方向に向かって進行する。従って、溶融部４ｃでは残留応力の変化が緩やかな為、クラックの発生を抑制できる。他にも、Ｚ方向から見た平面視で第２凹部４ｇに相当する凹部は螺旋形状でも良い。
１…物理量センサーとしての角速度センサー、２…基体、３…可動体としての角速度検出素子、４…蓋体、４ｂ，２３ｂ，２００，２１０…貫通穴、４ｃ，２３ｃ…溶融部、４ｇ…凹部としての第２凹部、６…空間、１４…レーザー光、２１…物理量センサーとしての加速度センサー、２２…可動体としての加速度検出素子、８１…物理量センサーとしての慣性センサー、８３ａ…貫通穴としての第１貫通穴、８３ｂ…貫通穴としての第２貫通穴、８３ｃ…溶融部としての第１溶融部、８３ｄ…溶融部としての第２溶融部、８４…空間としての第１空間、８５…空間としての第２空間、２０００…慣性計測ユニット。

Claims (5)

  1. 可動体と、基体と、蓋体と、を備え、
    前記可動体は、前記基体と前記蓋体との間の空間に収納され、
    前記蓋体に設けられた貫通穴を溶融した溶融部により前記空間を密封し、
    前記蓋体及び前記溶融部はシリコンを含み、
    前記溶融部は凹凸を含む連続する曲面を備えることを特徴とする物理量センサー。
  2. 請求項１に記載の物理量センサーであって、
    前記蓋体は単結晶であり、
    前記溶融部は多結晶であることを特徴とする物理量センサー。
  3. 請求項１または請求項２に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする慣性計測ユニット。
  4. シリコンを含む蓋体に貫通穴及び凹部を形成し、
    前記蓋体と基体との間の空間に可動体を収納するように構成し、
    前記貫通穴及び前記凹部にレーザー光を照射して、前記貫通穴及び前記凹部を溶融し前記空間を封止することを特徴とする物理量センサーの製造方法。
  5. 請求項４に記載の物理量センサーの製造方法であって、
    前記レーザー光を照射するとき、前記物理量センサーは透明な窓部を含むチャンバー内で減圧雰囲気下にあり、前記蓋体は前記基体を介して加熱されていることを特徴とする物理量センサーの製造方法。
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