JP4165360B2 - 力学量センサ - Google Patents

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Description

本発明は、力学量の印加に伴い変位する可動部が設けられたセンサ基板と、該センサ基板と電気信号のやり取りを行う回路基板とを備える力学量センサに関し、例えば加速度センサや角速度センサ等に適用可能である。
従来では、加速度センサ等の力学量センサにおいて、可動部を有するセンサ基板における可動部を保護するために、樹脂やセラミック、シリコン等からなる保護キャップをセンサ基板上に設け、この保護キャップによって可動部を覆い保護するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、このようなセンサ基板に加えて、該センサ基板と電気信号のやり取りを行う回路基板を組み合わせ、これらを樹脂等のモールド材にてパッケージングする場合、一般に、図１９に示すように、リードフレーム５０上に、保護キャップＣＰが取り付けられたセンサ基板１０と回路基板２０とを搭載する構成が採用される。
しかし、この場合、複数の基板１０、２０が平面上に設置されるため、パッケージ体格の大型化を招くとともに、保護キャップＣＰが必要となるため、コストの増加を招いていた。
一方、従来より、可動部を有するセンサ基板と回路基板とを積層し、回路基板によって可動部を覆い保護キャップを省略した構成として、回路基板に電極バンプを形成し、この電極バンプを介して回路基板とセンサ基板とを接続するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−２５３６５２号公報 特開２００１−２２７９０２号公報
しかしながら、上述した電極バンプを介したセンサ基板と回路基板との積層構成では、平面上に両基板を設置する場合に比べて、センサ体格の小型化は図れるものの、回路基板に電極バンプを形成する必要があるため、やはりコスト高は避けられない。
そこで、本発明は上記問題に鑑み、可動部が設けられたセンサ基板と回路基板とを備える力学量センサにおいて、保護キャップを省略し且つ安価に小型化を実現できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面側に力学量の印加に伴い変位する可動部（１３）が設けられ、他面側には可動部と絶縁体（１５）で分離されたシリコン層（１４）が設けられたセンサ基板（１０）と、センサ基板と電気信号のやり取りを行う回路基板（２０）とを備え、回路基板は、センサ基板の一面と対向して可動部を覆いつつ可動部とは空隙部（３０）を介して配置されており、空隙部の周囲にてセンサ基板と回路基板とが接合され、この接合部（４０）は空隙部を取り囲んだ形に形成されている力学量センサであって、センサ基板（１０）と回路基板（２０）とはボンディングワイヤ（７０）を介して電気的に接続されており、回路基板は、第１のシリコン層（２６）、酸化シリコン層（２７）、第２のシリコン層（２８）が積層されてなるＳＯＩ構造のものであり、第１のシリコン層に回路素子が形成され、第２のシリコン層とセンサ基板とが導電性接着剤を用いた接合部により電気的に接合されており、センサ基板における接合部によって接合された領域を定電圧にするために、センサ基板にボンディングパッドが設けられ、このボンディングパッドにワイヤボンディングが行われていることを特徴とする。
それによれば、回路基板とセンサ基板との間に接合部材を配するだけで安価に両基板の接合がなされ、両基板が積層される。そして、回路基板によってセンサ基板の可動部が空隙部を介して覆われるとともに、その空隙部の周囲が接合部で取り囲まれるため、可動部は適切に外部から保護され、保護キャップは不要になる。
また、センサ基板は、一面側に力学量の印加に伴い変位する可動部が設けられ、他面側には可動部と絶縁体で分離されたシリコン層が設けられたものであるため、可動部を含むセンシング部の電気的、磁気的なシールドを適切に行うことができる。
よって、本発明によれば、可動部が設けられたセンサ基板と回路基板とを備える力学量センサにおいて、保護キャップを省略し且つ安価に小型化を実現することができる。
また、請求項２に記載の発明では、前記電気信号を外部に伝達するためのリードフレーム（５０）が備えられており、センサ基板におけるシリコン層がリードフレームに電気的に接合されて、センサ基板におけるシリコン層を定電圧にするように構成されていることを特徴とする。
また、請求項１および請求項２に記載の力学量センサにおいて、請求項３に記載の発明のように、センサ基板（１０）および回路基板（２０）をモールド材（８０）にて包み込むように封止した場合でも、回路基板および接合部によって可動部が保護されているので、可動部へのモールド材の侵入防止が適切になされる。
また、請求項３に記載の発明では、センサ基板（１０）および回路基板（２０）は、モールド材（８０）よりも軟らかい軟質材（８５）にて封止されており、この軟質材の外側がモールド材にて包み込まれていることを特徴とする。
モールド材によりセンサ基板および回路基板を封止した場合、使用時の温度変化等による応力がこれら被封止部に対して印加されることとなるが、軟質材を介在させることにより、この応力の緩和がなされ、有効である。
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を示す一例である。
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において同一部分には、図中、同一符号を付して説明の簡略化を図ることとする。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ１の概略断面構成を示す図である。また、図２（ａ）は、図１中において積層され一体化されたセンサ基板１０および回路基板２０の拡大図である。
このセンサＳ１は、一面１１側に加速度（力学量）の印加に伴い変位する可動部１３が設けられたセンサ基板１０と、センサ基板１０と電気信号のやり取りを行う回路基板２０とを備える。なお、本例のセンサ基板１０および回路基板２０は、ウェハ状態のものをダイシングカット等にてチップとしたものである。
本例では、回路基板２０はシリコン半導体等からなるＩＣチップであり、表面２１が回路素子が形成されている面すなわち回路形成面である。そして、回路基板２０は、その表面２１と反対側の裏面２２においてセンサ基板１０の一面１１と対向して可動部１３を覆いつつ可動部１３とは空隙部３０を介して配置されている。
そして、空隙部３０の周囲にてセンサ基板１０の一面１１と回路基板２０の裏面２２とが接合部材を介して接合されており、接合部材による接合部４０が形成されている。この接合部４０は空隙部３０の周囲を環状に取り囲んだ形に形成されており、それにより、空隙部３０は封止されている。
図１では、接合部４０を構成する接合部材は、センサ基板１０の可動部１３と回路基板２０の裏面２２とが接触しないように空隙部３０を形成するため、スペーサとして機能する。このような接合部材としては、低融点ガラスやビーズ等が含有された接着剤、さらには接着シート等のスペーサとしての厚みを有することが可能なものが採用される。
ここで、センサ基板１０を限定するものではないが、本例のセンサ基板１０の詳細構成は図２（ａ）に示される。図２（ａ）に示すように、センサ基板１０は、シリコン層や酸化シリコン膜等が複数積層された構成を採用している。このようなセンサ基板１０の構成の詳細は、例えば、特開平９−１２９８９８号公報の第７図等に示されている。
センサ基板１０において、第１のシリコン層１４の上に熱酸化等により第１の酸化シリコン膜１５が形成され、その上に、ＣＶＤ法等によりポリシリコンからなる導電層１６が形成され、その上にＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法等により第２の酸化シリコン膜１７が形成されている。
そして、第２の酸化シリコン膜１７の上に、ＣＶＤ法等により第２のシリコン層１８を形成した積層構成としている。なお、導電層１６は、ポリシリコン以外にも、高融点金属であるタングステンやモリブデン等およびそれら金属とシリコンの化合物であるシリサイド等で形成することもできる。
そして、第２のシリコン層１８には、可動部１３や固定部等のパターンに応じた溝１８ａを形成し、この溝１８ａを介して第２の酸化シリコン膜１７を適切な領域においてエッチングして除去する。これにより、第２の酸化シリコン膜１７が除去された領域において第２のシリコン層１８が、可動部１３や固定部である固定電極等として形成されている。
例えば、図２（ａ）では、片持ち支持された部分である可動部１３は可動電極として構成され、図中の紙面垂直方向において図示しない固定電極と離間して対向している。そして、加速度が印加されたとき、可動部１３は、図２（ａ）中の紙面垂直方向へ変位し、それにより、可動部１３と上記固定電極との間隔が変化する。そして、それに伴う両電極間の容量変化に基づく電気信号によって印加加速度が検出されるようになっている。
なお、図２（ａ）では、可動部は片持ち支持として説明したが、両持ち支持、さらに多くの複数持ち支持としても良い。
ここにおいて、図２（ａ）に示すように、センサ基板１０においては、可動部１３および上記固定電極すなわちセンシング部が、回路基板２０によって被覆されているが、このセンシング部からの電気信号の取り出しは、回路基板２０直下から回路基板２０の外側まで延びる導電層１６によって行われる。
この導電層１６は、回路基板２０直下からはみ出した部位にて第２のシリコン層１８に導通しており、その部分における第２のシリコン層１８の表面（センサ基板１０の表面１１）には、アルミ等からなるパッド１９が形成されている。そして、このパッド１９にワイヤボンディング等を行うことにより、センサ基板１０と回路基板２０またはリードフレーム５０との電気的接続がなされる。
ここで、図２（ｂ）に、センサ基板１０のセンシング部をシールドするための好ましい構成例を示しておく。
この例では、図２（ｂ）に示すように、回路基板２０として、第１のシリコン層２６、酸化シリコン層２７、第２のシリコン層２８が積層されてなるものいわゆるＳＯＩ構造を用い、第１のシリコン層２６に回路素子を形成し、第２のシリコン層２８をセンシング部に対するシールド層として用いている。
この場合、第２のシリコン層２８とセンサ基板１０との接合部４０としては、導電性接着剤を用い、両者を電気的にも接合する。このとき、センシング部における接合部４０によって接合した領域を、例えば図示しない領域に設けたボンディングパッドにワイヤボンディングを行うことで０Ｖ（グランド）等の定電圧にする。
また、センサ基板１０における支持部としての第１のシリコン層１４を、後述するリードフレーム５０に導電性接着剤等により接合し、上記のように０Ｖにすれば、本例で示した容量型の加速度センサのセンシング部（電極部）をシールドすることができる。このことは、容量型のセンサは微少の容量変化を扱うため好ましい。このようにすることにより、樹脂モールドしてもさらに安定した出力を得ることができる。
つまり、本実施形態では、図２に示されるように、センサ基板１０は、一面側に力学量の印加に伴い変位する可動部１３が設けられ、他面側には可動部１３と第１の酸化シリコン膜（絶縁体）１５で分離された第１のシリコン層（シリコン層）１４が設けられたものであるため、含むセンシング部の電気的、磁気的なシールドを適切に行うことができる。
本例において、このようなセンサ基板１０と外部との電気的接続は、次の通りである。図１に示すように、センサ基板１０からの電気信号を外部に伝達するための銅等の金属、ほかにはシリコン基板と熱膨張係数を合わせた金属、たとえば４−２アロイ、コバール等からなるリードフレーム５０が備えられている。
そして、センサ基板１０は、回路基板２０の裏面２２に対向する一面１１とは反対側の他面１２にて、接着剤や接着シート等の接着部材６０を介して上記リードフレーム５０に接合されている。
本例におけるセンサ基板１０、回路基板２０およびリードフレーム５０の間の電気的接続は、図１、図２に示すように、センサ基板１０のパッド１９や回路基板２０の表面２１に形成されたパッド２３を介して、ワイヤボンディングにより形成された金やアルミ等のボンディングワイヤ７０を介して行われている。
そして、本例では、図１に示すように、センサ基板１０、回路基板２０およびボンディングワイヤ７０、さらにリードフレーム５０の一部は、モールド材８０にて包み込むように封止されている。このモールド材８０は一般に用いられるエポキシ樹脂等のモールド用樹脂等を採用できる。
このような加速度センサＳ１は、次のようにして簡単に製造することができる。接合部材を介して一体化された回路基板２０とセンサ基板１０とをリードフレーム５０上に接着部材６０を介して搭載、固定する。または、センサ基板１０をリードフレーム５０上に接着部材６０を介して搭載、固定した後、センサ基板１０の上に回路基板２０を接合部材を介して搭載、固定する。
その後、ワイヤボンディングを行うことでセンサ基板１０、回路基板２０およびリードフレーム５０の間の電気的接続を行い、続いて、金型を用いてモールド材８０による成形を行う。その後、リードフレーム５０の分断等を行うことにより、図１に示す加速度センサＳ１ができあがる。
そして、この加速度センサＳ１においては、加速度が印加されたとき、上述した可動部１３の作用により印加加速度に応じた電気信号がセンサ基板１０から出力され、この電気信号を回路基板２０にて増幅したり、調整する等の信号処理に供し、ボンディングワイヤ７０を介してリードフレーム５０から外部に伝達されるようになっている。
ところで、上記図１に示す加速度センサＳ１によれば、回路基板２０とセンサ基板１０との間に接合部材を配するだけで安価に両基板１０、２０の接合がなされ、積層される。そして、回路基板２０によってセンサ基板１０の可動部１３が空隙部３０を介して覆われるとともに、その空隙部３０の周囲が接合部４０で取り囲まれて封止されるため、可動部１３は適切に外部から保護され、保護キャップは不要になる。
なお、別の方法では、この両基板１０、２０の接合は接合部材を用いずに、いわゆる両基板１０、２０を直接接合で行うこともできる。
また、上述したように、センサ基板１０は、一面側に力学量の印加に伴い変位する可動部１３が設けられ、他面側には可動部１３と絶縁体１５で分離されたシリコン層１４が設けられたものであるため、可動部１３を含むセンシング部の電気的、磁気的なシールドを適切に行うことができる。
そのため、図１に示す加速度センサＳ１においては、保護キャップを省略し且つ安価に小型化を実現することのできる力学量センサを実現することができる。
また、このセンサＳ１では、センサ基板１０と回路基板２０とはボンディングワイヤ７０を介して電気的に接続しており、両基板１０、２０の電気的接続において安価な構成とすることができる。
なお、センサ基板１０と回路基板２０との電気的接続は、これら両基板を直接ボンディングワイヤにて結線するもの以外でも良い。例えば、ボンディングワイヤ等によって回路基板２０と電気的に接続されたリードフレーム５０に対して、センサ基板１０との間にワイヤボンディングを行うことで、リードフレームを介して両基板１０、２０の電気的接続を行うようにしても良い。
また、図１に示す加速度センサＳ１においては、センサ基板１０、回路基板２０およびボンディングワイヤ７０をモールド材８０にて包み込むように封止しているが、この場合、回路基板２０および接合部４０によって可動部１３が保護されているので、可動部１３へのモールド材８０の侵入防止が適切になされる。
なお、図３は、本実施形態におけるセンサ基板１０の他の例を示す概略断面図である。センサ基板１０において、導電層１６回りの電気絶縁性を確保するために、導電層１６の周囲およびパッド１９が形成されている第２のシリコン層１８の周囲に、ＣＶＤ法等にて酸化シリコン等からなる絶縁物１８ｂを埋め込み形成しても良い。
また、上記図１に示す例では、回路基板２０は、その表面（回路形成面）２１とは反対側の裏面２２にてセンサ基板１０の一面１１に対向して配置されていたが、それ以外にも、図４に示すように、回路基板２０の表面２１とセンサ基板１０の一面１１とを対向させても良い。ここでは、回路基板２０の裏面２２がリードフレーム５０に接着固定されている。
そして、図４では、センサ基板１０の一面１１側において上記可動部１３および固定電極が形成されている領域をセンシング部１３ａとして示してあり、このセンシング部１３ａを外部から区画する空隙部３０は、回路基板２０の表面２１および接合部４０により形成されている。
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ２の概略断面構成を示す図である。
本実施形態では、センサ基板１０、回路基板２０およびボンディングワイヤ７０を、モールド材８０よりも軟らかい軟質材８５にて封止し、この軟質材８５の外側をモールド材８０にて包み込んだ構成としている。
つまり、本加速度センサＳ２は、上記図１に示した加速度センサＳ１において、センサ基板１０、回路基板２０およびボンディングワイヤ７０とモールド材８０との間に軟質材８５を介在させたものである。
この軟質材８５としては、モールド材８０よりも軟らかいシリコーンゲル、軟質樹脂、ゴム等が挙げられる。そして、この軟質材８５にて予め上記被封止部１０、２０、７０を被覆した後、モールド材８０による成形を行うことで、図５に示す加速度センサＳ２ができあがる。
モールド材８０によりセンサ基板１０、回路基板２０およびボンディングワイヤ７０を封止した場合、使用時の温度変化等による応力がこれら被封止部１０、２０、７０に対して印加されることとなるが、本実施形態では、軟質材８５を介在させることにより、この応力の緩和がなされ、有効である。
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ３の概略断面構成を示す図である。本加速度センサＳ３は、上記図１に示す加速度センサＳ１において、回路基板２０に凹部２４を設けたものである。
なお、センサ基板１０は、回路基板２０の裏面２２に対向する一面１１とは反対側の他面１２にて、図６では示さない接着剤や接着シート等の接着部材を介してリードフレーム５０に接合されている。
本実施形態では、図６に示すように、回路基板２０におけるセンサ基板１０との対向面（裏面）２２に凹部２４が形成されており、この凹部２４によって空隙部３０が構成されている。そして、回路基板２０における凹部２４以外の部位に接合部４０が形成されている。
図６に示す例では、回路基板２０の裏面２２に、シリコンのウェットエッチングやドライエッチング等により、部分的に薄肉部を形成することで凹部２４を形成している。なお、この凹部形成のエッチングは、ウェハ単位で一括して形成することができる。
そして、回路基板２０における凹部２４以外の厚肉部を、接着剤等を用いてセンサ基板１０の一面に接合することで、この接合された部分が環状の接合部４０となる。こうして、凹部２４内の空隙部３０が封止され、センサ基板１０におけるセンシング部１３ａが外部から保護されている。すなわち可動部１３が外部から保護されている。
この場合、回路基板２０に設けた凹部２４によって適切に空隙部３０を形成することができる。そのため、上記第１実施形態のように、接合部４０を構成する接合部材をスペーサとして機能させる程度に厚みを持って配置するという必要がなくなる。
また、図７は、本第３実施形態の変形例を示す概略断面図である。本例では、センサ基板１０として、可動部１３を含むセンシング部１３ａがセンサ基板１０の一面１１よりも引っ込んだ位置に形成されているものを用いる。このようなセンサ基板１０は、例えばセンシング部１３ａとなる領域の表面を予めエッチングして窪ませ、その後センシング部１３ａを形成する等により作られる。
このようなセンサ基板１０では、この一面１１から引っ込んだセンシング部１３ａにより、空隙部３０が形成されるため、回路基板２０に凹部２４を形成しなくても、適切に空隙部３０が形成される。
このように、本実施形態では、空隙部３０を形成するにあたって、回路基板２０またはセンサ基板１０のどちらかの対向面を凹部形状とすることにより、適切な空隙部形成が可能となる。
（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ４の概略断面構成を示す図であり、図９は、図８中の回路基板２０の上視図である。なお、図９中、識別のため便宜上ハッチングを施してある。本実施形態は、センサ基板１０の一面１１に可動部１３が複数個設けられているものである。
図８、図９に示すように、センサ基板１０の一面１１に、可動部１３を含むセンシング部１３ａが２個形成されている。なお、ここでもセンサ基板１０は、回路基板２０の裏面２２に対向する一面１１とは反対側の他面１２にて、図示しない接着剤や接着シート等の接着部材を介してリードフレーム５０に接合されている。
このように、２個のセンシング部１３ａが形成されている場合、例えば、一方のセンシング部１３ａは、図９中のＸ軸方向への加速度を検出するものとし、他方のセンシング部１３ａはＹ軸方向への加速度を検出するものとできる。つまり、多軸センサを実現できる。３個以上のセンシング部を有するものであれば、さらに多軸方向への検出も可能となる。なお、このことは、角速度センサ等の場合も同様である。
ここにおいて、回路基板２０は、センサ基板１０の一面１１と対向する裏面２２に凹部２４が形成されており、この凹部２４によって空隙部３０を介して各々のセンシング部１３ａを覆っている。
そして、回路基板２０における凹部２４以外の厚肉部を、接着剤等を用いてセンサ基板１０の一面に接合することで、この接合された部分が接合部４０となる。こうして、この接合部４０は空隙部３０を取り囲んだ形に形成され、空隙部３０は封止されている。
また、本実施形態のように、センサ基板１０に複数個の可動部１３を設けた場合、これら複数個の可動部１３を覆うために回路基板２０とセンサ基板１０との間の空隙部３０の面積が大きくなる。
この場合、本実施形態の他の例として図１０に示すように、回路基板２０において、センサ基板１０の複数個の可動部１３が形成された領域以外の領域と対向する部位に、凹部２４の底部から突出しセンサ基板１０に当接するリム部２５を形成しても良い。
このリム部２５は回路基板２０の一部により形成しても良いし、上記した低融点ガラスや接着剤等のスペーサとして形成しても良い。それによれば、面積の広い凹部２４であっても、このリム部２５にて両基板１０、２０を支持することができ強度的に有効である。
（第５実施形態）
図１１は、本発明の第５実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ５の概略断面構成を示す図であり、図１２は、図１１中のセンサ基板１０、回路基板２０およびリードフレーム５０の上視図である。なお、図１２中、識別のため便宜上ハッチングを施してある。
本実施形態は、回路基板２０の方がセンサ基板１０よりも大きいかほぼ等しい大きさであり、回路基板２０がセンサ基板１０からはみ出す場合に有効な構成である。
図１１、図１２に示すように、回路基板２０におけるセンサ基板１０と対向する裏面２２には、センサ基板１０の一面１１とは対向せずセンサ基板１０からはみ出したはみ出し領域２０ａがある。そして、この回路基板２０におけるはみ出し領域２０ａにリードフレーム５０が接合されている。
ここでは、図１１、図１２に示すように、基板搭載部（チップ搭載部）としてのリードフレーム５０に開口部５１が形成されており、この開口部５１内にセンサ基板１０が収まっている。
このような構成は、一体化された回路基板２０とセンサ基板１０とをリードフレーム５０上に接着部材を介して搭載、固定することで作製できる。または、回路基板２０をリードフレーム５０上に接着部材を介して搭載、固定した後、回路基板２０にセンサ基板１０を接合部材を介して固定する。
本実施形態によれば、シリコン等からなるセンサ基板１０が金属製のリードフレーム５０に直接固定されないので、両者の熱膨張係数の差により生じる温度変化等による熱応力の影響を、センサ基板１０が受けにくい構成となる。このことは、可動部１３特性等のセンサ特性の安定化につながる。
さらに、図１１に示す加速度センサＳ５では、好ましい形態として、センサ基板１０および回路基板２０が上記軟質材８５にて被覆されているので、センサ基板１０に対するモールド材８０からの熱応力の緩和もなされる。
（第６実施形態）
図１３は、本発明の第６実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ６の概略断面構成を示す図である。本実施形態は上記第５実施形態を変形したものである。
回路基板２０の方がセンサ基板１０よりも大きいかほぼ等しい大きさであり、回路基板２０がセンサ基板１０からはみ出す場合には、図１３に示すように、センサ基板１０における回路基板２０に対向する一面１１とは反対側の他面１２を、リードフレーム５０に接合した構成としても良い。
（第７実施形態）
図１４は、本発明の第７実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ７の概略断面構成を示す図である。
本実施形態は上記第６実施形態を変形したものであり、回路基板２０におけるはみ出し領域２０ａに、センサ基板１０とは別体の別体基板９０を設け、この別体基板９０によって回路基板２０を支持させるようにしている。
この別体基板９０は、例えば回路基板２０とは別体のＩＣチップである第２の回路基板でも良いし、板状のシリコン材等からなるダミーチップでも良い。そして、この別体基板９０はリードフレーム５０に対しては接着固定されるが、回路基板２０とは必ずしも接合されていなくても良い。
本実施形態によれば、別体基板９０によって回路基板２０のはみ出し領域２０ａが支持されるため、回路基板２０の支持が安定し、例えば回路基板２０のはみ出し領域２０ａに対応する部位にてワイヤボンディングするときなどに、ボンディング性が確保しやすい。
なお、図１４では、センサ基板１０と別体基板９０とが接していたが、図１５に示すように、センサ基板１０と別体基板９０とが離間部９１を介して離間して配置されていても良い。
（第８実施形態）
図１６は、本発明の第８実施形態に係る力学量センサとしての加速度センサＳ８の概略断面構成を示す図である。
本実施形態は上記第７実施形態を変形したものであり、回路基板２０におけるはみ出し領域２０ａに、別体基板の代わりに第２の、第３の、……センサ基板１０を設けて、回路基板２０と接合することで回路基板２０を支持させるようにしている。
つまり、本実施形態は、一つの回路基板２０に対して、一面側に可動部１３が設けられ且つこの可動部１３が回路基板２０とは空隙部３０を介しつつ回路基板２０および接合部４０にて封止されてなるセンサ基板１０を、複数個組み付け、一体化させたものである。
一つのセンサ基板１０よりも回路基板２０の方が大きく、且つセンサ基板１０が複数個ある場合、回路基板２０においては、一つのセンサ基板１０に対してはみ出し領域が存在する。そのような場合、本実施形態によれば、他のセンサ基板１０が上記した別体基板９０と同様の効果を発揮する。
さらに、本実施形態では、一つの回路基板２０によって複数個のセンサ基板１０の配置が可能となるとともに、各々別体のセンサ基板１０を用いて、多軸方向の検出が可能な多軸センサを形成することができる。
（他の実施形態）
なお、上記第２実施形態以降の各実施形態においても、回路基板２０の表面２１とセンサ基板１０の一面１１とを対向させた構成を適宜採用するようにしても良い。
また、上記各実施形態に述べたような積層固定されたセンサ基板１０および回路基板２０は、両基板が一体化したベアチップとして、プリント基板やセラミック基板上、またはセラミックパッケージ内に実装することもできる。
なお、樹脂モールドせずに、当該ベアチップをセラミック基板上やプリント基板上に乗せ、これを別のパッケージに入れて気密封止した場合や、当該ベアチップをセラミックパッケージに入れた場合は、回路基板２０とセンサ基板１０の接合部４０は、空隙部３０を取り囲んで気密構造にする必要はなく、空隙部３０および接合強度が確保されればよい。
そのような例を図１７に示しておく。図１７において（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。接合部４０は回路基板２０のコーナー部に部分的に設けられ、空隙部３０の周囲にてセンサ基板１０と回路基板２０とが部分的に接合されている。この場合も、回路基板２０によってセンサ基板１０の可動部１３が空隙部３０を介して覆われるため、可動部１３は適切に外部から保護され、保護キャップは不要になる。
また、図１８は、本発明のもう１つの他の実施形態に係る加速度センサの概略断面構成を示す図である。
図１８に示される実施例では、回路基板２０は、その裏面２２にてセンサ基板１０の一面１１と対向してセンシング部１３ａを覆いつつセンシング部１３ａとは空隙部３０を介して配置されている。そして、空隙部３０を取り囲む接合部４０は、センサ基板１０の一面１１に形成されたガラス層１００を介して陽極接合により形成されている。
この実施例に示されるものは、たとえば、次のようにして形成することができる。Ａｌの配線部（図示せず）を形成した後に、たとえばガラス層１００を、加速度センサ（力学量センサ）を多数形成するウェハの全面に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成する。本例では、一例として、硼珪酸ガラスを形成し、ＣＭＰ等で表面を研磨し、鏡面状態となるように仕上げる。
次に、将来、可動部を含むセンシング部となる部位と、ワイヤボンディングを行うＡｌパッドの形成部位１０１とにおいて、ガラス層１００をホトリソエッチングで部分的に除去する。次に、センシング部１３ａの部分にて可動部１３等をドライエッチング等により形成する。
そして、回路を形成した回路基板２０の鏡面研磨された裏面２２と、上記センサ基板１０に形成され鏡面研磨されたガラス層１００の上面とを、陽極接合する。こうして、両基板１０、２０は、接着剤や金属障壁層による接続を行わず、直接接合にて接合することができる。
また、おたがいの鏡面が高精度に平滑になっていれば、陽極接合を行わなくても、接触させるだけで直接接合により、強固に接合することができる。この場合、温度を４００℃〜５００℃とすることで、より確実に直接接合が進行する。
そして、この例は、上記図７や図８に示されるような例にも適用することができる。すなはわち、図７では、可動部１３をセンサ基板１０の一面１１から下げた構造であり、図８では、回路基板２０の裏面２２に凹部２４を形成した構造である。
これらの場合は、センサ基板１０の接合面としてシリコン面を直接出すことができるので、回路基板２０の裏面２２のシリコン面と、シリコン−シリコンの直接接合も可能である。また、両基板１０、２０のシリコン面の少なくとも一方に熱酸化膜を形成して直接接合することも可能である。
また、本発明は加速度センサ以外にも、角速度センサ、圧力センサ等の力学量センサに適用することができる。
本発明の第１実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 図１中におけるセンサ基板および回路基板の拡大図である。 第１実施形態におけるセンサ基板の他の例を示す概略断面図である。 第１実施形態における変形例を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 第３実施形態の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 図８中の回路基板の上視図である。 第４実施形態の他の例を示す概略断面図である。 本発明の第５実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 図１１中の加速度センサの上視概略図である。 本発明の第６実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 本発明の第７実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 第７実施形態の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第８実施形態に係る加速度センサの概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る加速度センサの要部構成図である。 本発明のもう１つの他の実施形態に係る加速度センサの要部構成図である。 センサ基板と回路基板とを備える力学量センサの従来の一般的な構成を示す斜視図である。
符号の説明
１０…センサ基板、１３…可動部、１４…シリコン層としての第１のシリコン層、
１５…絶縁体としての第１の酸化シリコン膜、２０…回路基板、
２０ａ…はみ出し領域、２５…リム部、３０…空隙部、４０…接合部、
５０…リードフレーム、７０…ボンディングワイヤ、８０…モールド材、
８５…軟質材、９０…別体基板。

Claims (3)

  1. 一面側に力学量の印加に伴い変位する可動部（１３）が設けられ、他面側には前記可動部と絶縁体（１５）で分離されたシリコン層（１４）が設けられたセンサ基板（１０）と、
    前記センサ基板と電気信号のやり取りを行う回路基板（２０）とを備え、
    前記回路基板は、前記センサ基板の一面と対向して前記可動部を覆いつつ前記可動部とは空隙部（３０）を介して配置されており、
    前記空隙部の周囲にて前記センサ基板と前記回路基板とが接合され、この接合部（４０）は前記空隙部を取り囲んだ形に形成されている力学量センサであって、
    前記センサ基板（１０）と前記回路基板（２０）とはボンディングワイヤ（７０）を介して電気的に接続されており、
    前記回路基板は、第１のシリコン層（２６）、酸化シリコン層（２７）、第２のシリコン層（２８）が積層されてなるＳＯＩ構造のものであり、
    前記第１のシリコン層に回路素子が形成され、前記第２のシリコン層と前記センサ基板とが導電性接着剤を用いた前記接合部により電気的に接合されており、
    前記センサ基板における前記接合部によって接合された領域を定電圧にするために、前記センサ基板にボンディングパッドが設けられ、このボンディングパッドにワイヤボンディングが行われていることを特徴とする力学量センサ。
  2. 前記電気信号を外部に伝達するためのリードフレーム（５０）が備えられており、前記センサ基板におけるシリコン層が前記リードフレームに電気的に接合されて、前記センサ基板におけるシリコン層を定電圧にするように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
  3. 前記センサ基板、前記回路基板、前記ボンディングワイヤおよび前記リードフレームは、モールド材（８０）よりも軟らかい軟質材（８５）にて封止され、この軟質材の外側が前記モールド材にて包み込まれていることを特徴とする請求項２に記載の力学量センサ。
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