JP3247533B2 - 半導体ガスレートセンサの製造方法 - Google Patents

半導体ガスレートセンサの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基体に作用する角速度
を検出する半導体ガスレートセンサの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体ガスレートセンサの基本的構成を
図１〜図３に従って説明すると、該半導体ガスレートセ
ンサは、第１の半導体基板１と接合面に熱硬化型接着剤
層２が形成された第２の半導体基板３とを互いに接着す
ることによって形成されて内部にガス流路４と該ガス流
路４にガスを噴出するためのノズル孔５とを有するチッ
プ状の基体６と、前記ガス流路４に跨がって設けられて
基体６に角速度が作用したときのガス流の偏向の状態を
検出する感熱抵抗素子からなるヒートワイヤ対７，８
（検出部）とを備える。なお、図２において符号９及び
１０はそれぞれマイクロポンプ（図示せず。）が接続さ
れるガス流入孔及び該ガス流入孔９から流入したガスの
ポンプに起因する脈動を緩衝させてノズル孔５からガス
流路４に安定したガス流を噴出するためのガス溜室であ
る。
【０００３】ところで、かかる半導体ガスレートセンサ
は、厚さが約１２００μｍ程度、また、ノズル孔５の幅
も約８００μｍと超小型でかつ非常に精密なもので次の
ようにして製造される。
【０００４】即ち、まず、第１の半導体基板１の接合面
側に白金等のヒートワイヤ材料７，８を蒸着し（図３参
照）、次いで、ガス流路４の一部を形成する溝部１１、
第２の半導体基板３の接合面と合わせることによってノ
ズル孔５を形成する溝部１２、ガス溜室１０の一部を形
成する溝部１３を第１の半導体基板１の接合面側にそれ
ぞれエッチングによって形成する。溝部１１を形成する
に際しては、ヒートワイヤ材料が上面に配置されるブリ
ッジ部１８を溝部１１を跨がるように形成し、これによ
り一対のヒートワイヤ７，８がガス流路４を跨がるよう
に配置される。
【０００５】次に、第１の半導体基板１に形成された溝
部１１，１３と合わせることによってそれぞれガス流路
４とガス溜室１０とを形成する溝部１５，１６を第２の
半導体基板３の接合面側にエッチングによってそれぞれ
形成する。溝部１６を形成するに際しては、上述したガ
ス流入孔９を該溝部１６に貫通させて形成する。第２の
半導体基板３の接合面には、エポキシ系接着剤層２を形
成する。
【０００６】次に、図２及び図４に示すように、第１の
半導体基板１を下にした状態で該第１の半導体基板１に
第２の半導体基板３を接合した後、第１の半導体基板１
を下にした状態で加熱処理を施して接着剤２を硬化さ
せ、これにより両者が接着されて半導体ガスレートセン
サが製造される。
【０００７】ところが、かかる製造方法においては、第
１の半導体基板１を下にして加熱処理を施しているた
め、図４及び図５に示すように、ノズル孔５を形成する
溝部１２を臨む部分の接着剤２が加熱の初期段階で溶融
軟化し、軟化した接着剤２に重力が働いて溝部１２の上
縁隅部に集まりこの位置で垂れ下がって硬化してしまう
場合がある。従って、このような場合には、ノズル孔５
の形状が左右非対称となってノズル孔５からガス流路４
に噴出されるガスの流れに曲がりが生じ、この曲がりは
ガスの流量が多くなるほど顕著になる。このため、基体
６に角速度が作用していないにもかかわらず検出部７，
８によって角速度信号が検出されてガスレートセンサと
しては使用できないものとなり、製品の歩留りが悪くな
る不都合があった。
【０００８】この場合、溝部１２を臨む第２の半導体基
板３の接合面にスペーサ（図示せず。）等を入れること
により、該溝部１２を臨む部分の接着剤層２のみを取り
除いて上記不都合をなくすことが考えられるが、溝部１
２の幅は通常８００μｍ程度なのでこのようにスペーサ
を入れて溝部１２を臨む部分の接着剤層２のみを取り除
くのは極めて困難であり、実際には、図６に示すよう
に、溝部１２の上縁部両側と第２の半導体基板３の接合
面との間に左右非対称な隙間１９が発生し、該隙間１９
にもガスが流れてしまって上述したガス流の曲がりをな
くすことができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合
を解消するためになされたものであり、接合後の加熱工
程において接着剤がノズル孔に流出するのを防止して良
好なガスの流れを得ることができる半導体ガスレートセ
ンサの製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】また、本発明は、良好なガスの流れが得る
ことができる半導体ガスレートセンサを効率良く製造す
ることできる半導体ガスレートセンサの製造方法を提供
することを目的とする。
【００１１】さらに、本発明は、超小型の第２の半導体
基板の接合面に効率よく接着剤層を形成することができ
るとともに、その位置精度も良好なものとすることがで
きる半導体ガスレートセンサの製造方法を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、第１の半導体基板と接合面に熱硬化型
接着剤層が形成された第２の半導体基板とを互いに接着
することによって形成され、内部にガス流路と該ガス流
路にガスを噴出するためのノズル孔とを有する基体と、
前記ガス流路に跨がって設けられ、該基体に角速度が作
用したときのガス流の偏向の状態を検出する検出部とを
備え、前記ノズル孔は、前記第１の半導体基板の接合面
に形成された溝部と前記第２の半導体基板の接合面とを
合わせることによって形成される半導体ガスレートセン
サの製造方法において、前記第１の半導体基板と前記第
２の半導体基板とを互いに接合した後、前記第２の半導
体基板を下にした状態で加熱することにより両者を接着
することを特徴とするものである。
【００１３】また、本発明は、第１の半導体基板と第２
の半導体基板とを互いに接着することによって形成さ
れ、内部にガス流路と該ガス流路にガスを噴出するため
のノズル孔とを有する基体と、前記ガス流路に跨がって
設けられ、該基体に角速度が作用したときのガス流の偏
向の状態を検出する検出部とを備えた半導体ガスレート
センサの製造方法において、前記検出部を前記第１又は
第２の半導体基板の接合面側に形成する検出部形成工程
と、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを
互いに接合することによって前記ガス流路を形成する溝
部を前記第１，２の半導体基板の接合面側に形成するガ
ス流路形成工程と、前記第２の半導体基板の接合面を合
わせることによって前記ノズル孔を形成する溝部を前記
第１の半導体基板の接合面側に形成するノズル孔形成工
程と、前記第２の半導体基板の接合面に熱硬化型接着剤
層を形成する接着剤層形成工程と、該接着剤層形成工程
によって熱硬化型接着剤層が形成された前記第２の半導
体基板に前記第１の半導体基板を接合する接合工程と、
該接合工程によって接合されたものを該第２の半導体基
板を下にした状態で加熱して前記熱硬化型接着剤を硬化
させる加熱工程とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１４】さらに、本発明は、前記接合工程は、前記
第２の半導体基板を下にして前記第１の半導体基板を接
合することを特徴とするものである。
【００１５】さらに、本発明は、前記接着剤層形成工程
は、フィルムに設けられた熱硬化型接着剤を前記第２の
半導体基板の接合面に転写することによって前記熱硬化
型接着剤層を形成することを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】本発明によれば、熱硬化型接着剤層が形成され
た第２の半導体基板を下にした状態、すなわちノズル孔
を形成する溝部が上側に配置された状態で加熱している
ため、該溝部を臨む部分の接着剤が加熱の初期段階で溶
融軟化しても該溝部に流入することはなく、ノズル孔の
形状の対称性が確保される。
【００１７】また、第２の半導体基板を下にして第１の
半導体基板を接合するようにした場合には、反転させる
ことなくそのままの状態で加熱工程に移行することがで
きる。
【００１８】さらに、フィルムに設けられた熱硬化型接
着剤を前記第２の半導体基板に転写するようにした場合
には、超小型の該第２の半導体基板に効率良く熱硬化型
接着剤層を形成することができ、しかもその位置精度も
高いものとすることができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図を参照して説明
する。図７は本発明の実施の一例である半導体ガスレー
トセンサの製造方法を説明するための要部断面図、図８
は第２の半導体基板の接合面に接着剤層を形成する方法
を説明するための説明的概略図、図９は本実施例の製造
方法で製造された半導体ガスレートセンサと従来の製造
方法で製造された半導体ガスレートセンサとの相違を説
明するためのグラフである。なお、本実施例の製造方法
で製造された半導体ガスレートセンサは構造的には従来
例のものと全く同一であるので図には従来例と同一符号
を付し、また、製造方法については第２の半導体基板３
の接合面に熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤層２を形成す
る接着剤層形成工程、第１の半導体基板１と第２の半導
体基板３を接合する接合工程及び接合後の加熱工程が従
来例と相違するため、これらの内容についてのみ説明す
る。
【００２０】まず、図３及び図８を参照して接着剤層形
成工程から説明する。該接着剤層形成工程は、ポリイミ
ドフィルム等の素材からなるフィルム２０に設けられた
常温で非流動性の熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤層２
（約１２μｍ）を第２の半導体基板３の接合面に転写す
ることによって行う。熱硬化型エポキシ樹脂系接着剤層
２は、第２の半導体基板３の接合面に対応した形状、即
ち、図３において第２の半導体基板３に形成された溝部
１５，１６を除いた形状をなしている。従って、第１の
半導体基板１との接合の際には、第１の半導体基板１に
形成された溝部１１，１３を除いた部分に接着剤層２が
介在され、また、溝部１２を臨む部分に接着剤層２が合
わさることによってノズル孔５が形成される。そして、
このようにして接着剤層２を形成することにより、超小
型の第２の半導体基板３の接合面に効率よく接着剤層２
を形成することができ、また、その位置精度も良好なも
のとすることができる。
【００２１】次に、接合工程及び加熱工程の順に図７を
参照して説明すると、該接合工程は、接着剤層形成工程
によって接合面に接着剤層２が形成された第２の半導体
基板３を下にした状態で該第２の半導体基板３に第１の
半導体基板１を接合し、接合後に第２の半導体基板２を
下にした状態のまま所定の温度（本実施例では約１５０
°Ｃ）で加熱処理を施して接着剤を硬化させ、これによ
り両者が接着されて半導体ガスレートセンサが製造され
る。
【００２２】かかる製造方法においては、第２の半導体
基板３を下にした状態、即ちノズル孔５を形成する溝部
１２が上側に配置された状態で加熱処理を施しているた
め、該溝部１２を臨む部分の接着剤２が加熱の初期段階
で溶融軟化しても従来のように軟化した接着剤が溝部１
２に垂れ下がって硬化してしまうことはない。従って、
ノズル孔５の対称性が維持されてノズル孔５からガス流
路４に噴出されるガスの流れの曲りを良好に防止するこ
とができ、検出精度の高い半導体ガスレートセンサを提
供することができるとともに、製品の歩留りの向上を図
ることができる。
【００２３】また、接合工程において第２の半導体基板
３を下にして第１の半導体基板１を接合し、該第２の半
導体基板３を下にしたままの状態で加熱処理を行うよう
にしているので、接合後に基体６を反転させることなく
そのままの状態で加熱工程に移行することができ、半導
体ガスレートセンサを効率良く製造することできる。
【００２４】なお、図９は本実施例の製造方法によって
製造された半導体ガスレートセンサと従来の製造方法に
よって製造された半導体ガスレートセンサとを用意し、
それぞれにノズル孔５からガス流路４にガスを噴出さ
せ、この時のガスの流れの状態をヒートワイヤ対７，８
で検知した結果を表したグラフであり、検出値を縦軸に
とり、ガスの流量を横軸にとったものである。
【００２５】図９から明らかなように、従来の製造方法
で製造された半導体ガスレートセンサでは、ガス流量が
増加するにつれて検出値が不安定となり、その後、急激
にプラス（又はマイナス側：図において破線で示す。）
に変化する。この現象は加熱工程の初期段階で溶融軟化
した接着剤がノズル孔５に流入付着してノズル孔５の対
称性が阻害され、従って、ガスの流れに曲がりが発生し
てヒートワイヤ対７，８の片側だけが冷やされて抵抗値
が変化したことを意味する。これにより、従来において
は、基体６に角速度が作用していないにもかかわらずヒ
ートワイヤ対７，８によって角速度信号が検知されてガ
スレートセンサとしては使用できないものとなり、製品
の歩留りが悪くなる不都合があった。
【００２６】これに対し、本実施例の製造方法によって
製造された半導体ガスレートセンサにおいては、ガス流
量が増加しても検出値は安定した値を示しており、この
現象は加熱工程の初期段階で溶融軟化した接着剤がノズ
ル孔５に流入することなく該ノズル孔５の対称性が維持
され、従って、ガスの流れが曲がることなくヒートワイ
ヤ対７，８のほぼまん中を通ってヒートワイヤ対７，８
が均等に冷やされていることを意味する。これにより、
本実施例においては、ガス流の良好な流れが確保されて
検出精度の高い半導体ガスレートセンサを歩留り良く製
造することができる。
【００２７】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変
更可能である。例えば、上記実施例では、接合工程にお
いて第２の半導体基板３を下にした状態で第１の半導体
基板１を接合しているが、必ずしもこのようにする必要
はなく、第１の半導体基板１を下にした状態で第２の半
導体基板３を接合することも可能である。この場合は、
接合後に反転させて加熱工程に移行する。
【００２８】また、上記実施例では、第１の半導体基板
１及び第２の半導体基板３にそれぞれ形成された溝部１
１，１５によってガス流路４を形成しているが、第１あ
るいは第２のいずれかの半導体基板に溝部を形成してガ
ス流路４を形成してもよい。
【００２９】
【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、溶融軟化した接着剤がノズル孔を形成する溝
部に垂れ下がることをがないため、ノズル孔の対称性が
維持されてノズル孔からガス流路に噴出されるガスの流
れの曲りを良好に防止することができ、検出精度の高い
半導体ガスレートセンサを提供することができるととも
に、製品の歩留りの向上を図ることができる。
【００３０】また、接合工程において第２の半導体基板
を下にして第１の半導体基板を接合するようにした場合
には、接合後に基体を反転させることなくそのままの状
態で加熱工程に移行することができ、半導体ガスレート
センサを効率良く製造することできる。
【００３１】さらに、フィルムに設けられた熱硬化型接
着剤を第２の半導体基板の接合面に転写することによっ
て熱硬化型接着剤層を形成するようにした場合には、超
小型の第２の半導体基板の接合面に効率よく接着剤層を
形成することができるとともに、その位置精度も良好な
ものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ガスレートセンサの全体概略斜視図であ
る。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第１の半導体基板と第２の半導体基板の各平面
図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】従来の半導体ガスレートセンサの製造方法を説
明するための要部断面図である。
【図６】従来の他の半導体ガスレートセンサの製造方法
を説明するための要部断面図である。
【図７】本発明の実施の一例である半導体ガスレートセ
ンサの製造方法を説明するための要部断面図である。
【図８】第２の半導体基板の接合面に接着剤層を形成す
る方法を説明するための説明的概略図である。
【図９】本実施例の製造方法で製造された半導体ガスレ
ートセンサと従来の製造方法で製造された半導体ガスレ
ートセンサとの違いを説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１…第１の半導体基板、２…熱硬化型エポキシ樹脂系接
着剤層、３…第２の半導体基板、４…ガス流路、５…ノ
ズル孔、６…基体、７，８…ヒートワイヤ対、１１，１
２，１５…溝部、２０…フィルム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−288762（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370767（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 9/00 G01C 19/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の半導体基板と接合面に熱硬化型接着
    剤層が形成された第２の半導体基板とを互いに接着する
    ことによって形成され、内部にガス流路と該ガス流路に
    ガスを噴出するためのノズル孔とを有する基体と、前記
    ガス流路に跨がって設けられ、該基体に角速度が作用し
    たときのガス流の偏向の状態を検出する検出部とを備
    え、前記ノズル孔は、前記第１の半導体基板の接合面に
    形成された溝部と前記第２の半導体基板の接合面とを合
    わせることによって形成される半導体ガスレートセンサ
    の製造方法において、 前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを互い
    に接合した後、前記第２の半導体基板を下にした状態で
    加熱することにより両者を接着することを特徴とする半
    導体ガスレートセンサの製造方法。
  2. 【請求項２】第１の半導体基板と第２の半導体基板とを
    互いに接着することによって形成され、内部にガス流路
    と該ガス流路にガスを噴出するためのノズル孔とを有す
    る基体と、前記ガス流路に跨がって設けられ、該基体に
    角速度が作用したときのガス流の偏向の状態を検出する
    検出部とを備えた半導体ガスレートセンサの製造方法に
    おいて、 前記検出部を前記第１又は第２の半導体基板の接合面側
    に形成する検出部形成工程と、 前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを互い
    に接合することによって前記ガス流路を形成する溝部を
    前記第１，２の半導体基板の接合面側に形成するガス流
    路形成工程と、 前記第２の半導体基板の接合面を合わせることによって
    前記ノズル孔を形成する溝部を前記第１の半導体基板の
    接合面側に形成するノズル孔形成工程と、 前記第２の半導体基板の接合面に熱硬化型接着剤層を形
    成する接着剤層形成工程と、 該接着剤層形成工程によって熱硬化型接着剤層が形成さ
    れた前記第２の半導体基板に前記第１の半導体基板を接
    合する接合工程と、 該接合工程によって接合されたものを該第２の半導体基
    板を下にした状態で加熱して前記熱硬化型接着剤を硬化
    させる加熱工程とを備えたことを特徴とする半導体ガス
    レートセンサの製造方法。
  3. 【請求項３】前記接合工程は、前記第２の半導体基板を
    下にして前記第１の半導体基板を接合することを特徴と
    する請求項１又は２記載の半導体ガスレートセンサの製
    造方法。
  4. 【請求項４】前記接着剤層形成工程は、フィルムに設け
    られた熱硬化型接着剤を前記第２の半導体基板の接合面
    に転写することによって前記熱硬化型接着剤層を形成す
    ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半
    導体ガスレートセンサの製造方法。
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