JP4925275B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロマシニング技術を利用して半導体基板の一部からなる可動部を形成した半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device in which a movable part formed of a part of a semiconductor substrate is formed using a micromachining technique.

従来から、マイクロマシニング技術を利用して半導体基板の一部からなる可動部を形成した半導体装置として、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、圧力センサ、マイクロアクチュエータ、マイクロリレー、マイクロバルブなどが知られている。   Conventionally, acceleration sensors, gyro sensors, pressure sensors, micro actuators, micro relays, micro valves, and the like are known as semiconductor devices in which a movable part formed of a part of a semiconductor substrate is formed using micro machining technology. Yes.

この種の半導体装置としては、例えば、図7に示すように、半導体基板を用いて形成され厚み方向に変位可能な可動部を有するセンサチップ(センサ基板)からなる機能基板1’と、一面が開放された箱状であって内底面に機能基板1’の一部が固着された第1のカバー基板(パッケージ本体)200と、第1のカバー基板200の上記一面を閉塞する矩形板状の第2のカバー基板(パッケージ蓋)300とを備え、第1のカバー基板200の周部において実装基板(例えば、ガラスエポキシ樹脂基板など)40との対向面および側面とに跨って形成された外部接続用電極(図示せず)と実装基板40の導体パターン(図示せず)との半田による接合に伴い可動部に発生する応力を緩和する溝部204を、第1のカバー基板200における機能基板1’の固着部位の近傍に形成したものが提案されている(特許文献1)。ここにおいて、図7に示した半導体装置では、第2のカバー基板300が、機能基板1’の厚み方向への可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねている。   As this type of semiconductor device, for example, as shown in FIG. 7, a functional substrate 1 ′ composed of a sensor chip (sensor substrate) formed using a semiconductor substrate and having a movable portion that can be displaced in the thickness direction, A first cover substrate (package main body) 200 that is an open box shape and a part of the functional substrate 1 ′ is fixed to the inner bottom surface, and a rectangular plate shape that closes the one surface of the first cover substrate 200. The second cover substrate (package lid) 300 is provided, and an external portion formed across the opposing surface and side surface of the mounting substrate (for example, a glass epoxy resin substrate) 40 in the peripheral portion of the first cover substrate 200 The groove 204 in the first cover substrate 200 is provided in the first cover substrate 200 to relieve the stress generated in the movable portion when the connection electrode (not shown) and the conductor pattern (not shown) of the mounting substrate 40 are joined by solder. Those formed in the vicinity of the anchor site of the substrate 1 'has been proposed (Patent Document 1). Here, in the semiconductor device illustrated in FIG. 7, the second cover substrate 300 also serves as a stopper that restricts excessive displacement of the movable portion in the thickness direction of the functional substrate 1 ′.

なお、図7に示した構成の半導体装置では、第1のカバー基板200と第2のカバー基板300とでパッケージPが構成されており、当該パッケージPと実装基板40とが半田からなる接合部250を介して接合されている。また、第1のカバー基板200は、溝部204を形成することにより薄肉部203が形成されている。
特開2004−3886号公報(段落〔0030〕−〔0037〕、図1)
In the semiconductor device having the configuration shown in FIG. 7, the first cover substrate 200 and the second cover substrate 300 constitute a package P, and the package P and the mounting substrate 40 are joined by solder. 250 is joined. Further, the first cover substrate 200 is formed with the thin portion 203 by forming the groove portion 204.
JP 2004-3886 (paragraphs [0030]-[0037], FIG. 1)

ところで、図7に示した構成の半導体装置では、実装基板40との線膨張率差に起因して機能基板1’の可動部に生じる応力を緩和することが考慮されている一方で、応力に起因した第2のカバー基板300の変形による機能基板1’の可動部と第2のカバー基板300との相対的な距離の変化が考慮されていないので、第2のカバー基板300がストッパとしての役割を果たせない場合が起こることも考えられ、より信頼性の高い構造の半導体装置の開発が望まれている。   By the way, in the semiconductor device having the configuration shown in FIG. 7, it is considered that the stress generated in the movable portion of the functional substrate 1 ′ due to the difference in linear expansion coefficient from the mounting substrate 40 is considered. Since the change in the relative distance between the movable portion of the functional substrate 1 ′ and the second cover substrate 300 due to the deformation of the second cover substrate 300 due to the deformation is not taken into consideration, the second cover substrate 300 serves as a stopper. There are cases where the role cannot be fulfilled, and development of a semiconductor device having a more reliable structure is desired.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、実装基板との線膨張率差に起因して機能基板の可動部に生じる応力を緩和でき、且つ、機能基板の厚み方向への可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねる第2のカバー基板の変形を抑制できる半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and the object thereof is to relieve stress generated in the movable part of the functional board due to the difference in linear expansion coefficient from the mounting board, and in the thickness direction of the functional board. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing deformation of a second cover substrate that also serves as a stopper that restricts excessive displacement of the movable portion.

請求項1の発明は、半導体基板を用いて形成され厚み方向に変位可能な可動部を有する機能基板と、一表面側に機能基板の複数の第1の電気接続用金属層と接合された複数の第2の電気接続用金属層を有するとともに他表面側に複数の第2の電気接続用金属層それぞれと貫通孔配線を介して電気的に接続された複数の外部接続用電極を有する第1のカバー基板と、第1のカバー基板との間に機能基板を囲む形で第1のカバー基板の前記一表面側に接合され機能基板の厚み方向への可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねる第2のカバー基板とを備え、第1のカバー基板は、第2の電気接続用金属層よりも当該第2の電気接続用金属層と電気的に接続される外部接続用電極が内側に位置するように両者の形成位置をずらしてあり、第2の電気接続用金属層と当該第2の電気接続用金属層に電気的に接続された外部接続用電極との間の領域に、外部接続用電極と実装基板の導体パターンとの接合に伴い可動部に発生する応力を緩和する溝部が形成されてなり、第1のカバー基板は、前記領域において前記一表面側および前記他表面側それぞれに、前記溝部が形成され、第2の電気接続用金属層と外部接続用電極との間に蛇腹状構造部が形成されるように前記溝部の形成位置を前記一表面側と前記他表面側とでずらしてあることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a functional substrate having a movable portion formed using a semiconductor substrate and displaceable in a thickness direction, and a plurality of first electrical connection metal layers of the functional substrate bonded to one surface side. And a plurality of external connection electrodes electrically connected to each of the plurality of second electrical connection metal layers on the other surface side through through-hole wirings. A stopper that restricts excessive displacement of the movable portion in the thickness direction of the functional substrate that is joined to the one surface side of the first cover substrate so as to surround the functional substrate between the cover substrate and the first cover substrate A second cover substrate also serving as an external connection electrode, and the first cover substrate has an external connection electrode electrically connected to the second electrical connection metal layer rather than the second electrical connection metal layer. The positions where both are formed are shifted so as to be located at In a region between the air connection metal layer and the external connection electrode electrically connected to the second electric connection metal layer, a movable portion is formed along with the bonding of the external connection electrode and the conductor pattern of the mounting substrate. The first cover substrate is formed with a groove portion on each of the one surface side and the other surface side in the region, and a second metal layer for electrical connection is formed. The position of the groove is shifted between the one surface side and the other surface side so that a bellows-like structure portion is formed between the electrode and the external connection electrode .

この発明によれば、第1のカバー基板では、機能基板の第1の電気接続用金属層と接合される第2の電気接続用金属層よりも当該第2の電気接続用金属層と電気的に接続される外部接続用電極が内側に位置するように、第2の電気接続用金属層の形成位置と外部接続用電極と形成位置とがずれており、第2の電気接続用金属層と当該第2の電気接続用金属層に電気的に接続された外部接続用電極との間の領域に、外部接続用電極と実装基板の導体パターンとの接合に伴い可動部に発生する応力を緩和する溝部が形成されているので、実装基板との線膨張率差に起因して機能基板の可動部に生じる応力を緩和でき、且つ、機能基板の厚み方向への可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねる第2のカバー基板の変形を抑制できる。   According to the present invention, in the first cover substrate, the second electrical connection metal layer is more electrically connected than the second electrical connection metal layer joined to the first electrical connection metal layer of the functional substrate. The formation position of the second electrical connection metal layer is shifted from the formation position of the external connection electrode so that the external connection electrode connected to the inside is positioned, and the second electrical connection metal layer and Relieves the stress generated in the movable part due to the bonding between the external connection electrode and the conductor pattern of the mounting board in the region between the external connection electrode electrically connected to the second electrical connection metal layer. Since the groove part to be formed is formed, the stress generated in the movable part of the functional board due to the difference in linear expansion coefficient from the mounting board can be relieved, and excessive displacement of the movable part in the thickness direction of the functional board is restricted. The deformation of the second cover substrate that also serves as a stopper can be suppressed.

また、この発明によれば、第1のカバー基板は、前記領域において前記一表面側および前記他表面側それぞれに、前記溝部が形成され、第2の電気接続用金属層と外部接続用電極との間に蛇腹状構造部が形成されるように前記溝部の形成位置を前記一表面側と前記他表面側とでずらしてあるので、第1のカバー基板の外部接続用電極と機能基板の可動部との間に蛇腹状構造部が存在することとなり、実装基板から可動部までの応力伝達距離が長くなるから、実装基板との線膨張率差に起因して可動部に生じる応力をより緩和することが可能となる。 Further, according to this invention, the first cover substrate, the respective first surface side and the other surface side in the region, the groove is formed, the second electrical connection metal layer and the external connection electrodes the so formed position of the groove are offset in with the other surface side of said one surface, electrodes and functions for external connection of the first cover substrate as bellows structure portion is formed between the It becomes the bellows structure between the moving parts of the substrate is present, since stress transmission distance to the implementation substrate or al-friendly dynamic portion is long, due to the difference in linear expansion coefficient between the implementation substrate stress can be more relaxed the generated moving parts.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第1のカバー基板は、前記外部接続用電極が半田リフロー用パッドであり、半田リフロー用パッドの周辺に当該半田リフロー用パッドの材料に比べて半田濡れ性の低い材料からなる半田広がり防止部が形成されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first cover substrate of the first aspect, the external connection electrode is a solder reflow pad, and the solder reflow pad is formed around the solder reflow pad. A solder spread prevention portion made of a material having lower solder wettability is formed.

この発明によれば、前記実装基板へ半田リフローにより実装する際に半田が前記外部接続用電極の周辺まで流出するのを防止することができて接合面積の増大による応力の増大を抑制することができる。   According to this invention, when mounting on the mounting substrate by solder reflow, it is possible to prevent the solder from flowing out to the periphery of the external connection electrode, and to suppress an increase in stress due to an increase in the bonding area. it can.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記第1のカバー基板の前記他表面側で前記外部接続用電極と前記貫通孔配線とを電気的に接続する配線が前記溝部を避けて形成されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the wiring for electrically connecting the external connection electrode and the through-hole wiring on the other surface side of the first cover substrate is the It is formed by avoiding the groove.

この発明によれば、前記第1のカバー基板の前記他表面側の配線の形成が容易になる。   According to this invention, the formation of the wiring on the other surface side of the first cover substrate is facilitated.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記第1のカバー基板は、前記溝部の周辺部位の材料よりも弾性率の低い低弾性材料が前記溝部に充実されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the first cover substrate is enriched in the groove portion with a low elastic material having a lower elastic modulus than the material in the peripheral portion of the groove portion. It is characterized by that.

この発明によれば、機械的強度を高めることができるとともに前記溝部への異物の侵入を防止することができ、信頼性を高めることができる。   According to this invention, it is possible to increase the mechanical strength and to prevent foreign matter from entering the groove, thereby improving the reliability.

請求項1の発明では、実装基板との線膨張率差に起因して機能基板の可動部に生じる応力を緩和でき、且つ、機能基板の厚み方向への可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねる第2のカバー基板の変形を抑制できるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, the stopper that can relieve the stress generated in the movable part of the functional board due to the difference in linear expansion coefficient from the mounting board and regulates the excessive displacement of the movable part in the thickness direction of the functional board. There is an effect that it is possible to suppress the deformation of the second cover substrate that also serves as the above.

(実施形態1)
本実施形態の半導体装置について図1〜図4を参照しながら説明するが、本実施形態では半導体装置として、図1に示すように実装基板(例えば、ガラスエポキシ樹脂基板など)40に実装して用いる加速度センサAを例示する。
(Embodiment 1)
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In this embodiment, the semiconductor device is mounted on a mounting substrate (for example, a glass epoxy resin substrate) 40 as shown in FIG. The acceleration sensor A to be used is exemplified.

加速度センサAは、第1の半導体基板を用いて形成され後述のセンシング部を有するセンサ基板1と、第2の半導体基板を用いて形成されセンサ基板1のセンシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線24を有しセンサ基板1の一表面側(図1における下面側)に接合された第1のカバー基板2と、第3の半導体基板を用いて形成され第1のカバー基板2との間にセンサ基板1を囲む形で第1のカバー基板2の一表面側(図1における上面側)に接合された第2のカバー基板3とを備えている。ここにおいて、センサ基板1および各カバー基板2,3の外周形状は矩形状であり、各カバー基板2,3はセンサ基板1よりも大きな外形寸法に形成されている。   The acceleration sensor A is formed by using a first semiconductor substrate and has a sensor substrate 1 having a sensing unit described later, and a plurality of acceleration sensors A are formed by using a second semiconductor substrate and are electrically connected to the sensing unit of the sensor substrate 1. The first cover substrate 2 is formed using a first cover substrate 2 having a through-hole wiring 24 and bonded to one surface side (the lower surface side in FIG. 1) of the sensor substrate 1 and a third semiconductor substrate. And a second cover substrate 3 joined to one surface side (upper surface side in FIG. 1) of the first cover substrate 2 so as to surround the sensor substrate 1. Here, the outer peripheral shape of the sensor substrate 1 and each of the cover substrates 2 and 3 is a rectangular shape, and each of the cover substrates 2 and 3 is formed to have a larger outer dimension than the sensor substrate 1.

また、センサ基板1は、シリコン基板からなる支持基板10a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)10b上にn形のシリコン層(活性層)10cを有するSOIウェハを加工することにより形成してあり、第1のカバー基板2は第1のシリコンウェハを加工することにより形成し、第2のカバー基板3は第2のシリコンウェハを加工することにより形成してある。ここにおいて、本実施形態では、SOIウェハが第1の半導体基板を構成し、第1のシリコンウェハが第2の半導体基板を構成し、第2のシリコンウェハが第3の半導体基板を構成している。なお、本実施形態では、SOIウェハの主表面であるシリコン層10cの表面は(100)面としてある。   Further, the sensor substrate 1 processes an SOI wafer having an n-type silicon layer (active layer) 10c on an insulating layer (buried oxide film) 10b made of a silicon oxide film on a support substrate 10a made of a silicon substrate. The first cover substrate 2 is formed by processing the first silicon wafer, and the second cover substrate 3 is formed by processing the second silicon wafer. In this embodiment, the SOI wafer constitutes the first semiconductor substrate, the first silicon wafer constitutes the second semiconductor substrate, and the second silicon wafer constitutes the third semiconductor substrate. Yes. In the present embodiment, the surface of the silicon layer 10c that is the main surface of the SOI wafer is the (100) plane.

センサ基板1は、図1および図3に示すように、枠状(本実施形態では、矩形枠状)のフレーム部11を備え、フレーム部11の内側に配置される重り部12が一表面側(図3(b)における上面側)において可撓性を有する4つの短冊状の撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板1は、枠状のフレーム部11の内側に配置される重り部12が重り部12から四方へ延長された4つの撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部11は、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部13は、上述のSOIウェハにおけるシリコン層10cを利用して形成してあり、フレーム部11よりも十分に薄肉となっている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the sensor substrate 1 includes a frame portion 11 (a rectangular frame shape in the present embodiment), and a weight portion 12 arranged inside the frame portion 11 is on one surface side. (On the upper surface side in FIG. 3B), the frame portion 11 is swingably supported via four flexible strip-shaped bending portions 13. In other words, the sensor substrate 1 is swingably supported by the frame portion 11 via the four flexure portions 13 in which the weight portion 12 disposed inside the frame-shaped frame portion 11 extends from the weight portion 12 in four directions. Has been. Here, the frame portion 11 is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, insulating layer 10b, and silicon layer 10c. On the other hand, the bending part 13 is formed using the silicon layer 10c in the above-described SOI wafer, and is sufficiently thinner than the frame part 11.

重り部12は、上述の4つの撓み部13を介してフレーム部11に支持された直方体状のコア部12aと、センサ基板1の上記一表面側から見てコア部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付随部12bとを有している。言い換えれば、重り部12は、フレーム部11の内側面に一端部が連結された各撓み部13の他端部が外側面に連結されたコア部12aと、コア部12aと一体に形成されコア部12aとフレーム部11との間の空間に配置される4つの付随部12bとを有している。つまり、各付随部12bは、センサ基板1の上記一表面側から見た平面視において、フレーム部11とコア部12aと互いに直交する方向に延長された2つの撓み部13,13とで囲まれる空間に配置されており、各付随部12bそれぞれとフレーム部11との間にはスリット14が形成され、撓み部13を挟んで隣り合う付随部12b間の間隔が撓み部13の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部12aは、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成し、各付随部12bは、SOIウェハの支持基板10aを利用して形成してある。しかして、センサ基板1の上記一表面側において各付随部12bの表面は、コア部12aの表面を含む平面からセンサ基板1の上記他表面側(図3(b)における下面側)へ離間して位置している。なお、センサ基板1の上述のフレーム部11、重り部12、各撓み部13は、マイクロマシニング技術を利用して形成すればよい。   The weight part 12 is continuously integrated with each of the rectangular parallelepiped core part 12a supported by the frame part 11 via the four flexure parts 13 and the four corners of the core part 12a when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. And four accompanying portions 12b having a rectangular parallelepiped shape connected to each other. In other words, the weight portion 12 is formed integrally with the core portion 12a and the core portion 12a in which the other end portion of each bending portion 13 whose one end portion is connected to the inner side surface of the frame portion 11 is connected to the outer surface. It has four accompanying parts 12b arranged in the space between the part 12a and the frame part 11. In other words, each associated portion 12b is surrounded by the frame portion 11 and the core portion 12a and the two bent portions 13 and 13 extending in a direction orthogonal to each other in a plan view as viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. The slits 14 are formed between each of the accompanying portions 12 b and the frame portion 11, and the interval between the adjacent accompanying portions 12 b across the bending portion 13 is larger than the width dimension of the bending portion 13. It is getting longer. Here, the core portion 12a is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c, and each accompanying portion 12b is formed using the SOI wafer support substrate 10a. It is. Thus, the surface of each associated portion 12b on the one surface side of the sensor substrate 1 is separated from the plane including the surface of the core portion 12a to the other surface side (the lower surface side in FIG. 3B) of the sensor substrate 1. Is located. In addition, what is necessary is just to form the above-mentioned frame part 11, the weight part 12, and each bending part 13 of the sensor board | substrate 1 using a micromachining technique.

ところで、図3(a),(b)それぞれの右下に示したように、センサ基板1の上記一表面に平行な面内でフレーム部11の一辺に沿った一方向をx軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をy軸の正方向、センサ基板1の厚み方向の一方向をz軸の正方向と規定すれば、重り部12は、x軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13と、y軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13とを介してフレーム部11に支持されていることになる。なお、上述のx軸、y軸、z軸の3軸により規定した直交座標では、センサ基板1において上述のシリコン層10cにより形成された部分の表面における重り部12の中心位置を原点としている。   By the way, as shown in the lower right of each of FIGS. 3A and 3B, one direction along one side of the frame portion 11 in the plane parallel to the one surface of the sensor substrate 1 is the positive direction of the x axis. If one direction along the side orthogonal to the one side is defined as the positive direction of the y-axis and one direction of the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as the positive direction of the z-axis, the weight portion 12 is extended in the x-axis direction. The pair of flexible portions 13 and 13 sandwiching the core portion 12a and the pair of flexible portions 13 and 13 extending in the y-axis direction and sandwiching the core portion 12a are supported by the frame portion 11. Will be. In the orthogonal coordinates defined by the three axes of the above-described x axis, y axis, and z axis, the center position of the weight portion 12 on the surface of the portion of the sensor substrate 1 formed by the silicon layer 10c is the origin.

重り部12のコア部12aからx軸の正方向に延長された撓み部13(図3(a)の右側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Rx2,Rx4が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz2が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからx軸の負方向に延長された撓み部13(図3(a)の左側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Rx1,Rx3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz3が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのゲージ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、x軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図4における左側のブリッジ回路Bxを構成するように図示しない配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4は、x軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   The bending portion 13 (the bending portion 13 on the right side of FIG. 3A) extending from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the x axis is a pair of gauge resistances Rx2 and Rx4 in the vicinity of the core portion 12a. And one gauge resistor Rz2 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the bending portion 13 on the left side of FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the x-axis is a pair of gauge resistances Rx1 in the vicinity of the core portion 12a. , Rx3, and one gauge resistor Rz3 is formed in the vicinity of the frame portion 11. Here, the four gauge resistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the x-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. 4 is formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13 and wiring (not shown) (diffuse layer wiring formed on the sensor substrate 1, metal) so as to constitute the left bridge circuit Bx in FIG. Connected by wiring). The gauge resistances Rx1 to Rx4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the bending portion 13 when acceleration in the x-axis direction is applied.

また、重り部12のコア部12aからy軸の正方向に延長された撓み部13(図3(a)の上側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Ry1,Ry3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz1が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからy軸の負方向に延長された撓み部13(図3(a)の下側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Ry2,Ry4が形成されるとともに、フレーム部11側の端部に1つのゲージ抵抗Rz4が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのゲージ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、y軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図4における中央のブリッジ回路Byを構成するように図示しない配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Ry1〜Ry4は、y軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   Further, the bending portion 13 (the upper bending portion 13 in FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the y-axis is a pair of gauge resistors Ry1, in the vicinity of the core portion 12a. Ry3 is formed, and one gauge resistor Rz1 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the lower bending portion 13 in FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the y-axis is a pair of gauge resistances Ry2 in the vicinity of the core portion 12a. , Ry4 are formed, and one gauge resistor Rz4 is formed at the end on the frame part 11 side. Here, the four gauge resistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the y-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. 4 is formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13 and wiring (not shown) (diffuse layer wiring formed on the sensor substrate 1, metal) so as to constitute the central bridge circuit By in FIG. Connected by wiring). Note that the gauge resistors Ry1 to Ry4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the flexure 13 when acceleration in the y-axis direction is applied.

また、フレーム部11近傍に形成された4つのゲージ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、z軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図4における右側のブリッジ回路Bzを構成するように図示しない配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。ただし、2つ1組となる撓み部13,13のうち一方の組の撓み部13,13に形成したゲージ抵抗Rz1,Rz4は長手方向が撓み部13,13の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部13,13に形成したゲージ抵抗Rz2,Rz3は長手方向が撓み部13,13の幅方向(短手方向)と一致するように形成されている。   Further, the four gauge resistors Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 formed in the vicinity of the frame portion 11 are formed to detect acceleration in the z-axis direction, and constitute the right bridge circuit Bz in FIG. Thus, they are connected by a wiring (not shown) (a diffusion layer wiring, a metal wiring, etc. formed on the sensor substrate 1). However, the gauge resistances Rz1 and Rz4 formed in one set of the bending portions 13 and 13 of the pair of bending portions 13 and 13 are formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bending portions 13 and 13. On the other hand, the gauge resistances Rz2 and Rz3 formed on the other set of flexures 13 and 13 are formed such that the longitudinal direction coincides with the width direction (short direction) of the flexures 13 and 13. Yes.

ここで、センサ基板1の基本的な動作の一例について説明する。   Here, an example of a basic operation of the sensor substrate 1 will be described.

いま、センサ基板1に加速度がかかっていない状態で、センサ基板1に対してx軸の正方向に加速度がかかったとすると、x軸の負方向に作用する重り部12の慣性力によってフレーム部11に対して重り部12が変位し、結果的にx軸方向を長手方向とする撓み部13,13が撓んで当該撓み部13,13に形成されているゲージ抵抗Rx1〜Rx4の抵抗値が変化することになる。この場合、ゲージ抵抗Rx1,Rx3は引張応力を受け、ゲージ抵抗Rx2,Rx4は圧縮応力を受ける。一般的にゲージ抵抗は引張応力を受けると抵抗値(抵抗率)が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値(抵抗率)が減少する特性を有しているので、ゲージ抵抗Rx1,Rx3は抵抗値が増大し、ゲージ抵抗Rx2,Rx4は抵抗値が減少することになる。したがって、図4に示した一対の入力端子VDD,GND間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図4に示した左側のブリッジ回路Bxの出力端子X1,X2間の電位差がx軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、y軸方向の加速度がかかった場合には図4に示した中央のブリッジ回路Byの出力端子Y1,Y2間の電位差がy軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、z軸方向の加速度がかかった場合には図4に示した右側のブリッジ回路Bzの出力端子Z1,Z2間の電位差がz軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ基板1は、各ブリッジ回路Bx〜Bzそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板1に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、各撓み部13が可撓性要素部を構成し、センサ基板1が機能基板を構成している。また、重り部12と各撓み部13とで可動部を構成し、各ゲージ抵抗(ピエゾ抵抗)Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4それぞれが、センサ基板1におけるセンシング部を構成している。   Now, assuming that acceleration is applied to the sensor substrate 1 in the positive x-axis direction while no acceleration is applied to the sensor substrate 1, the frame portion 11 is caused by the inertial force of the weight 12 acting in the negative x-axis direction. Accordingly, the weight 12 is displaced, and as a result, the bending portions 13 and 13 whose longitudinal direction is the x-axis direction are bent, and the resistance values of the gauge resistors Rx1 to Rx4 formed in the bending portions 13 and 13 change. Will do. In this case, the gauge resistances Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the gauge resistances Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, gauge resistance has a characteristic that resistance value (resistivity) increases when subjected to tensile stress, and resistance value (resistivity) decreases when subjected to compressive stress. As the value increases, the resistance values of the gauge resistors Rx2 and Rx4 decrease. Therefore, if a constant DC voltage is applied from the external power source between the pair of input terminals VDD and GND shown in FIG. 4, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the left bridge circuit Bx shown in FIG. It changes according to the magnitude of the acceleration in the x-axis direction. Similarly, when acceleration in the y-axis direction is applied, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the central bridge circuit By shown in FIG. 4 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the z-axis When the acceleration in the direction is applied, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the right bridge circuit Bz shown in FIG. 4 changes according to the magnitude of the acceleration in the z-axis direction. Thus, the above-described sensor substrate 1 detects the change in the output voltage of each of the bridge circuits Bx to Bz, so that the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction that acted on the sensor substrate 1 is detected. Can be detected. In the present embodiment, each bending portion 13 constitutes a flexible element portion, and the sensor substrate 1 constitutes a functional substrate. Moreover, the weight part 12 and each bending part 13 comprise a movable part, and each gauge resistance (piezoresistor) Rx1-Rx4, Ry1-Ry4, Rz1-Rz4 each comprises the sensing part in the sensor board | substrate 1. FIG. .

ところで、センサ基板1は、上述の3つのブリッジ回路Bx,By,Bzに共通の2つの入力端子VDD,GNDと、ブリッジ回路Bxの2つの出力端子X1,X2と、ブリッジ回路Byの2つの出力端子Y1,Y2と、ブリッジ回路Bzの2つの出力端子Z1,Z2とを備えており、これらの各入力端子VDD,GNDおよび各出力端子X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2が、上記一表面側(つまり、第1のカバー基板2側)に第1の電気接続用金属層19として設けられており、第1のカバー基板2に形成された貫通孔配線24と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板1には、8つの電気接続用金属層19が形成され、第1のカバー基板2には、8つの貫通孔配線24が形成されている。なお、8つの第1の電気接続用金属層19は、外周形状が矩形状(本実施形態では、正方形状)であり、フレーム部11の周方向に離間して配置されている(矩形枠状のフレーム部11の4辺それぞれに2つずつ配置されている)。   By the way, the sensor substrate 1 has two input terminals VDD and GND common to the above-described three bridge circuits Bx, By, and Bz, two output terminals X1 and X2 of the bridge circuit Bx, and two outputs of the bridge circuit By. Terminals Y1 and Y2 and two output terminals Z1 and Z2 of the bridge circuit Bz are provided. These input terminals VDD and GND and output terminals X1, X2, Y1, Y2, Z1 and Z2 The first metal layer 19 for electrical connection is provided on the front surface side (that is, the first cover substrate 2 side), and is electrically connected to the through-hole wiring 24 formed in the first cover substrate 2. Yes. That is, eight metal layers 19 for electrical connection are formed on the sensor substrate 1, and eight through-hole wirings 24 are formed on the first cover substrate 2. The eight first electrical connection metal layers 19 have a rectangular outer periphery shape (in this embodiment, a square shape), and are arranged apart from each other in the circumferential direction of the frame portion 11 (rectangular frame shape). 2 are arranged on each of the four sides of the frame part 11).

ここにおいて、センサ基板1は、上記一表面側において上記シリコン層10c上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜16が形成されており、第1の電気接続用金属層19および上記金属配線は絶縁膜16上に形成されている。   Here, in the sensor substrate 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the silicon layer 10c on the one surface side, and the first metal layer 19 for electrical connection. The metal wiring is formed on the insulating film 16.

また、第1の電気接続用金属層19は、接合用のAu膜と絶縁膜16との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第1の電気接続用金属層19は、絶縁膜16上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。なお、第1の電気接続用金属層19は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、Au膜と絶縁膜16との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   The first electrical connection metal layer 19 has an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 16. In other words, the first metal layer 19 for electrical connection is composed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film. The first electrical connection metal layer 19 has a Ti film thickness set to 15 to 50 nm and an Au film thickness set to 500 nm. However, these values are only examples and are not particularly limited. Absent. Here, the material of the Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In the present embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesion layer between the Au film and the insulating film 16, but the material of the adhesion layer is not limited to Ti. For example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

上述の各ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4および上記各拡散層配線は、上記シリコン層10cにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のp形不純物をドーピングすることにより形成され、上記金属配線は、絶縁膜16上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜(例えば、Al膜、Al合金膜など)をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されている。なお、上記金属配線は絶縁膜16に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。   The gauge resistances Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 and the diffusion layer wirings described above are formed by doping p-type impurities with appropriate concentrations at the respective formation sites in the silicon layer 10c. The wiring is formed by patterning a metal film (for example, an Al film, an Al alloy film, etc.) formed on the insulating film 16 by sputtering or vapor deposition using lithography technology and etching technology. The metal wiring is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16.

第1のカバー基板2は、厚み方向に貫通する複数(本実施形態では、8つ)の貫通孔22が形成されており、厚み方向の両面と各貫通孔22の内面とに跨って熱絶縁膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成され、貫通孔配線24と貫通孔22の内面との間に絶縁膜23の一部が介在している。ここにおいて、第1のカバー基板2の8つの貫通孔配線24は当該第1のカバー基板2の周方向に離間して形成されている。なお、貫通孔配線24の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。   The first cover substrate 2 has a plurality of (in this embodiment, eight) through holes 22 penetrating in the thickness direction, and is thermally insulated across both surfaces in the thickness direction and the inner surface of each through hole 22. An insulating film 23 made of a film (silicon oxide film) is formed, and a part of the insulating film 23 is interposed between the through hole wiring 24 and the inner surface of the through hole 22. Here, the eight through-hole wirings 24 of the first cover substrate 2 are formed apart from each other in the circumferential direction of the first cover substrate 2. In addition, although Cu is employ | adopted as a material of the through-hole wiring 24, not only Cu but Ni etc. may be employ | adopted, for example.

また、第1のカバー基板2は、一表面側(センサ基板1側の表面側)に、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数(本実施形態では、8つ)の第2の電気接続用金属層29が形成されている。ここで、第1のカバー基板2は、第2の電気接続用金属層29の外周形状が矩形状(本実施形態では、正方形状)であり、センサ基板1の第1の電気接続用金属層19と接合されて電気的に接続されるように配置してある。   The first cover substrate 2 has a plurality (eight in this embodiment) of second electrodes electrically connected to each through-hole wiring 24 on one surface side (surface side on the sensor substrate 1 side). The metal layer 29 for electrical connection is formed. Here, in the first cover substrate 2, the outer peripheral shape of the second electrical connection metal layer 29 is rectangular (in this embodiment, a square shape), and the first electrical connection metal layer of the sensor substrate 1. 19 is arranged so as to be joined to and electrically connected.

ここにおいて、第2の電気接続用金属層29は、接合用のAu膜と絶縁膜23との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第2の電気接続用金属層29は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。なお、第2の電気接続用金属層29は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、Au膜と絶縁膜23との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   Here, in the second metal layer 29 for electrical connection, an adhesion improving Ti film is interposed between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second electrical connection metal layer 29 is composed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. In the second electrical connection metal layer 29, the thickness of the Ti film is set to 15 to 50 nm and the thickness of the Au film is set to 500 nm. However, these numerical values are only examples and are not particularly limited. Absent. Further, the material of the Au film is not limited to pure gold and may be added with impurities. In this embodiment, a Ti film is interposed between the Au film and the insulating film 23 as an adhesive layer for improving adhesiveness. However, the material of the adhesive layer is not limited to Ti. For example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、第1のカバー基板2は、他表面側(センサ基板1側とは反対側の表面側)に、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極25が形成されている。ここで、各外部接続用電極25は、厚み方向に積層されたTi膜とCu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されており、最上層がAu膜となっている。本実施形態では、各外部接続用電極25の外周形状が矩形状となっており、第1のカバー基板2の上記他表面側に、各外部接続用電極25と各貫通孔配線24とを電気的に接続する複数(本実施形態では、8つ)の配線26が形成されている。なお、各配線26は、各外部接続用電極25と同様に厚み方向に積層されたTi膜とCu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されており、各外部接続用電極25と連続一体に形成されている。また、本実施形態では、各外部接続用電極25が半田リフロー用パッドを構成しており、各外部接続用電極25の大きさを、半田リフローに適した大きさ(200μm□以上)を下回らないように設計してあり、隣り合う外部接続用電極25間の距離を、半田リフローに適した距離を下回らないように設計してある。   The first cover substrate 2 has a plurality of external connection electrodes 25 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 on the other surface side (surface side opposite to the sensor substrate 1 side). Has been. Here, each external connection electrode 25 is constituted by a laminated film of a Ti film, a Cu film, a Ni film, and an Au film laminated in the thickness direction, and the uppermost layer is an Au film. In the present embodiment, the outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular, and each external connection electrode 25 and each through-hole wiring 24 are electrically connected to the other surface side of the first cover substrate 2. A plurality of (eight in the present embodiment) wirings 26 are connected. Each wiring 26 is composed of a laminated film of a Ti film, a Cu film, a Ni film, and an Au film laminated in the thickness direction in the same manner as each external connection electrode 25. It is formed continuously. In the present embodiment, each external connection electrode 25 constitutes a solder reflow pad, and the size of each external connection electrode 25 does not fall below the size suitable for solder reflow (200 μm □ or more). The distance between adjacent external connection electrodes 25 is designed so as not to fall below a distance suitable for solder reflow.

ところで、本実施形態の加速度センサAにおけるセンサ基板1と第1のカバー基板2とは、センサ基板1の第1の電気接続用金属層19と第1のカバー基板2の第2の電気接続用金属層29とがAuバンプからなる接合部9を介して接合されて電気的に接続されている。なお、本実施形態では、上述のようにセンサ基板1と第1のカバー基板2との接合部9をAuバンプにより形成してあり、30℃〜400℃の温度範囲内でセンサ基板1と第1のカバー基板2とを接合しているが、接合部9を半田により形成して270℃程度の温度で半田リフローにより接合するようにしてもよい。   By the way, the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 in the acceleration sensor A of the present embodiment are the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1 and the second electrical connection of the first cover substrate 2. The metal layer 29 is joined and electrically connected via a joint 9 made of Au bumps. In the present embodiment, the joint portion 9 between the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 is formed by Au bumps as described above, and the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 are in the temperature range of 30 ° C. to 400 ° C. However, the joining portion 9 may be formed by soldering and may be joined by solder reflow at a temperature of about 270 ° C.

本実施形態では、接合部9の突出高さによりセンサ基板1の可動部と第1のカバー基板2との間の間隔を制御することができ、第1のカバー基板2側への上記可動部の変位空間を確保することができるとともに、第1のカバー基板2をセンサ基板1の厚み方向(ここでは、図1における下方向)への上記可動部の過度な変位を規制する第1のストッパとして兼用することができる。また、本実施形態の加速度センサAは、各カバー基板2,3の平面サイズがセンサ基板1の平面サイズよりも大きくなっており、第1のカバー基板2の外部接続用電極25をセンサ基板1側とは反対側の表面においてセンサ基板1とは重ならない領域に形成してある。具体的には、本実施形態の加速度センサAは、互いに電気的に接続される第2の電気接続用金属層29と外部接続用電極25とが第1のカバー基板2の一面内方向(図1の左右方向)において第2の電気接続用金属層29よりも外部接続用電極25が内側に位置するように両者の形成位置をずらしてある。   In the present embodiment, the distance between the movable portion of the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 can be controlled by the protruding height of the joint portion 9, and the movable portion toward the first cover substrate 2 side. A first stopper that restricts excessive displacement of the movable portion in the thickness direction of the sensor substrate 1 (here, the downward direction in FIG. 1). Can be used as well. Further, in the acceleration sensor A of the present embodiment, the planar size of each of the cover substrates 2 and 3 is larger than the planar size of the sensor substrate 1, and the external connection electrode 25 of the first cover substrate 2 is connected to the sensor substrate 1. It is formed in a region that does not overlap the sensor substrate 1 on the surface opposite to the side. Specifically, in the acceleration sensor A of the present embodiment, the second electrical connection metal layer 29 and the external connection electrode 25 that are electrically connected to each other are in the in-plane direction of the first cover substrate 2 (see FIG. 1 in the left-right direction), the formation positions of the two are shifted so that the external connection electrode 25 is positioned inside the second electrical connection metal layer 29.

第2のカバー基板3は、第1のカバー基板2との対向面に、センサ基板1を収納する収納凹所32が形成されており、第1のカバー基板2と第2のカバー基板3との周部同士が全周に亘って接合されている。ここにおいて、本実施形態では、第1のカバー基板2と第2のカバー基板3とが、Si−SiOの組み合わせの常温接合法により常温(例えば、30℃)下で直接接合されているが、両者の周部の互いの表面側にAu膜を有する封止用金属層を形成して、Au−Auの組み合わせの常温接合により直接接合するようにしてもよい。常温接合法では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合面の清浄化・活性化を行ってから、接合面同士を接触させ、常温下で接合する。なお、本実施形態の加速度センサAの製造時には、第1のカバー基板2と第2のカバー基板3とはウェハレベルで接合している。要するに、本実施形態の加速度センサAの製造時には、第1のカバー基板2を多数形成し多数のチップ状のセンサ基板1を接合した第1のシリコンウェハと第2のカバー基板3を多数形成した第2のシリコンウェハとをウェハレベルで接合してから、個々の加速度センサAに切断するダイシング工程を行う。 The second cover substrate 3 is formed with an accommodation recess 32 for accommodating the sensor substrate 1 on the surface facing the first cover substrate 2, and the first cover substrate 2, the second cover substrate 3, The peripheral portions are joined over the entire circumference. Here, in the present embodiment, the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 are directly bonded at room temperature (for example, 30 ° C.) by a room temperature bonding method of a combination of Si—SiO 2 . Alternatively, a sealing metal layer having an Au film may be formed on the surface sides of the peripheral portions of the two, and may be directly bonded by room temperature bonding using a combination of Au—Au. In the room temperature bonding method, before bonding, each bonding surface is irradiated with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum to clean and activate each bonding surface, and then the bonding surfaces are brought into contact with each other. Join at room temperature. Note that when the acceleration sensor A of the present embodiment is manufactured, the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 are bonded at the wafer level. In short, at the time of manufacturing the acceleration sensor A of the present embodiment, a large number of first cover substrates 2 are formed, and a large number of first silicon wafers and a large number of second cover substrates 3 formed by bonding a large number of chip-shaped sensor substrates 1 are formed. After the second silicon wafer is bonded to the wafer level, a dicing process of cutting into individual acceleration sensors A is performed.

本実施形態では、第1のカバー基板2と第2のカバー基板3との接合方法として、常温接合法を採用しているので、センサ基板1の残留応力を少なくすることができる。ここで、本実施形態では、センサ基板1と各カバー基板2,3が同じ半導体材料であるSiにより形成されているので、センサ基板1と各カバー基板2,3との線膨張率差に起因した応力(センサ基板1における残留応力)が各ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4の抵抗値に与える影響を低減できるから、上記応力がブリッジ回路Bx,By,Bzの出力信号に与える影響を低減でき、各カバー基板2,3がセンサ基板1と異なる材料により形成されている場合、両カバー基板2,3が異なる材料により形成されている場合に比べて、センサ特性のばらつきを低減することができる。なお、センサ基板1は、SOIウェハを加工して形成してあるが、SOIウェハに限らず、例えば、シリコンウェハを加工して形成してもよい。   In the present embodiment, since the room temperature bonding method is employed as the bonding method between the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3, the residual stress of the sensor substrate 1 can be reduced. Here, in the present embodiment, the sensor substrate 1 and the cover substrates 2 and 3 are made of Si, which is the same semiconductor material, so that the sensor substrate 1 and the cover substrates 2 and 3 are caused by a difference in linear expansion coefficient. Since the effect of the applied stress (residual stress in the sensor substrate 1) on the resistance values of the gauge resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 can be reduced, When the cover substrates 2 and 3 are made of a material different from that of the sensor substrate 1, the variation in sensor characteristics can be reduced as compared with the case where the cover substrates 2 and 3 are made of different materials. Can be reduced. The sensor substrate 1 is formed by processing an SOI wafer. However, the sensor substrate 1 is not limited to an SOI wafer, and may be formed by processing a silicon wafer, for example.

第2のカバー基板3の収納凹所32は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。ここで、本実施形態では、第2のカバー基板3における収納凹所32の内底面とセンサ基板1との間に、重り部12の変位空間が形成され且つ第2のカバー基板3がセンサ基板1の厚み方向(ここでは、図1における上方向)への上記可動部の過度な変位を規制する第2のストッパとして機能するように収納凹所32の深さ寸法を設定してある。要するに、本実施形態の加速度センサAでは、センサ基板1がAuバンプからなる接合部9を介して第1のカバー基板2にフリップチップ実装されており、第1のカバー基板2と、第1のカバー基板2の上記一表面側においてセンサ基板1を囲む形で第1のカバー基板2に接合された第2のカバー基板3とでパッケージが構成されている。   The storage recess 32 of the second cover substrate 3 is formed by using a lithography technique and an etching technique. Here, in the present embodiment, a displacement space of the weight portion 12 is formed between the inner bottom surface of the housing recess 32 in the second cover substrate 3 and the sensor substrate 1, and the second cover substrate 3 is the sensor substrate. The depth dimension of the storage recess 32 is set so as to function as a second stopper that restricts excessive displacement of the movable part in the thickness direction of 1 (here, the upward direction in FIG. 1). In short, in the acceleration sensor A of the present embodiment, the sensor substrate 1 is flip-chip mounted on the first cover substrate 2 via the joint portion 9 made of Au bumps, and the first cover substrate 2 and the first cover substrate 2 A package is constituted by the second cover substrate 3 joined to the first cover substrate 2 so as to surround the sensor substrate 1 on the one surface side of the cover substrate 2.

ところで、上述の第1のカバー基板2は、上述のように第2の電気接続用金属層29と当該第2の電気接続用金属層29に電気的に接続された外部接続用電極25とを機能基板であるセンサ基板1の厚み方向において重ならないようにずらしてあり、第2の電気接続用金属層29と当該第2の電気接続用金属層29に電気的に接続された外部接続用電極25との間の領域において上記一表面側および上記他表面側それぞれに、外部接続用電極25と実装基板40の導体パターン43とを半田からなる接合部50により接合することに伴い上記可動部に発生する応力を緩和する溝部20bが形成されている。ここにおいて、第1のカバー基板2は、第2の電気接続用金属層29と当該第2の電気接続用金属層29に電気的に接続された外部接続用電極25との間に蛇腹状構造部28が形成されるように上記一表面側の溝部20bの形成位置と上記他表面側の溝部20bの形成位置とを上記一面内方向にずらしてある。   By the way, the first cover substrate 2 described above includes the second electrical connection metal layer 29 and the external connection electrode 25 electrically connected to the second electrical connection metal layer 29 as described above. The second electrical connection metal layer 29 and the external connection electrode electrically connected to the second electrical connection metal layer 29 are shifted so as not to overlap in the thickness direction of the sensor substrate 1 which is a functional substrate. 25, the external connection electrode 25 and the conductor pattern 43 of the mounting substrate 40 are joined to the movable part by joining the joint part 50 made of solder to the one surface side and the other surface side, respectively. A groove portion 20b is formed to relieve the generated stress. Here, the first cover substrate 2 has a bellows-like structure between the second electrical connection metal layer 29 and the external connection electrode 25 electrically connected to the second electrical connection metal layer 29. The formation position of the groove portion 20b on the one surface side and the formation position of the groove portion 20b on the other surface side are shifted in the in-plane direction so that the portion 28 is formed.

上述の各溝部20bの深さ寸法は、第1のカバー基板2の厚み寸法の半分よりもやや大きな寸法に設定してあるが、第1のカバー基板2の上記一表面側に形成する溝部20bの深さ寸法と上記他表面側に形成する溝部20bの深さ寸法とは必ずしも同じ値に設定する必要はなく、第1のカバー基板2の厚み寸法をT1、第1のカバー基板2の上記一表面に形成する溝部20bの深さ寸法をD1、第1のカバー基板2の上記他表面に形成する溝部20bの深さ寸法をD2とすれば、T1≦(D1+D2)の条件を満たすように適宜設定すればよい。ここにおいて、第1のカバー基板2の溝部20bは、例えば誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、本実施形態では、溝部20bを形成した後に上述の絶縁膜23を形成するようにしているので、溝部20bの内面にも絶縁膜23の一部が形成されている。   The depth dimension of each of the groove portions 20b described above is set to be slightly larger than half the thickness dimension of the first cover substrate 2, but the groove portion 20b formed on the one surface side of the first cover substrate 2 is used. The depth dimension of the first cover substrate 2 is not necessarily set to the same value as the depth dimension of the groove portion 20b formed on the other surface side, and the thickness dimension of the first cover substrate 2 is T1. If the depth dimension of the groove 20b formed on one surface is D1, and the depth dimension of the groove 20b formed on the other surface of the first cover substrate 2 is D2, the condition of T1 ≦ (D1 + D2) is satisfied. What is necessary is just to set suitably. Here, the groove 20b of the first cover substrate 2 may be formed using an anisotropic etching technique using, for example, an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus. In the present embodiment, since the insulating film 23 is formed after the groove 20b is formed, a part of the insulating film 23 is also formed on the inner surface of the groove 20b.

なお、本実施形態の加速度センサAでは、第1のカバー基板2の上記他表面側において外部接続用電極25と貫通孔配線24とを電気的に接続する配線26の一部が溝部20bの内面に沿って形成されており、配線26の一部を溝部20bの内面に沿って形成する場合には、配線26の材料として、貫通孔配線24と同様にCuを採用することが望ましい。   In the acceleration sensor A of the present embodiment, a part of the wiring 26 that electrically connects the external connection electrode 25 and the through-hole wiring 24 on the other surface side of the first cover substrate 2 is formed on the inner surface of the groove 20b. In the case where a part of the wiring 26 is formed along the inner surface of the groove portion 20b, it is desirable to adopt Cu as the material of the wiring 26 in the same manner as the through-hole wiring 24.

以上説明した本実施形態の加速度センサAは、第1のカバー基板2では、機能基板であるセンサ基板1の第1の電気接続用金属層19と接合される第2の電気接続用金属層29よりも当該第2の電気接続用金属層29と電気的に接続される外部接続用電極25が内側に位置するように、第2の電気接続用金属層29の形成位置と外部接続用電極25の形成位置とがずれており、第2の電気接続用金属層29と当該第2の電気接続用金属層29に電気的に接続された外部接続用電極25との間の領域に、外部接続用電極25と実装基板40の導体パターン43との接合に伴い上記可動部に発生する応力を緩和する溝部20bが形成されているので、実装基板40との線膨張率差に起因してセンサ基板1の上記可動部に生じる応力を緩和でき、且つ、センサ基板1の厚み方向への上記可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねる第2のカバー基板3の変形を抑制できる。   In the acceleration sensor A of the present embodiment described above, in the first cover substrate 2, the second electrical connection metal layer 29 joined to the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1 which is a functional substrate. The position of the second electrical connection metal layer 29 and the external connection electrode 25 so that the external connection electrode 25 electrically connected to the second electrical connection metal layer 29 is located on the inner side. The position of the external connection is shifted, and an external connection is made in a region between the second electrical connection metal layer 29 and the external connection electrode 25 electrically connected to the second electrical connection metal layer 29. Since the groove portion 20b is formed to relieve the stress generated in the movable portion in accordance with the joining of the electrode for mounting 25 and the conductor pattern 43 of the mounting substrate 40, the sensor substrate is caused by the difference in linear expansion coefficient from the mounting substrate 40. 1 can relieve the stress generated in the movable part, and It can suppress deformation of the second cover substrate 3 serving also as a stopper for restricting excessive displacement of the movable portion in the thickness direction of the sensor substrate 1.

ここにおいて、本実施形態の加速度センサAでは、第1のカバー基板2に上述の溝部20bが形成されていることにより、実装基板40との線膨張率差に起因して上記可動部の各撓み部13に生じる応力を緩和することが可能となり、特性劣化(本実施形態では、センサ特性の劣化)を抑制できる。また、本実施形態の加速度センサAでは、センサ基板1の第1の電気接続用金属層19と接合される第2の電気接続用金属層29よりも当該第2の電気接続用金属層29と電気的に接続される外部接続用電極25が内側に位置するように、第2の電気接続用金属層29の形成位置と外部接続用電極25の形成位置とがずれていることにより、外部接続用電極25が第2の電気接続用金属層29よりも外側に位置するようにずらしてある場合に比べて、実装基板40との線膨張率差に起因した応力による第2のカバー基板3の変形を抑制することができる(実装基板40との線膨張率差に起因して第2のカバー基板3に生じる応力を低減することができる)。   Here, in the acceleration sensor A of the present embodiment, since the groove 20b is formed in the first cover substrate 2, each bending of the movable portion due to a difference in linear expansion coefficient from the mounting substrate 40 is achieved. The stress generated in the portion 13 can be relaxed, and characteristic deterioration (deterioration of sensor characteristics in this embodiment) can be suppressed. Further, in the acceleration sensor A of the present embodiment, the second electrical connection metal layer 29 and the second electrical connection metal layer 29 joined to the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1 Since the position where the second electrical connection metal layer 29 is formed and the position where the external connection electrode 25 is formed are shifted so that the electrically connected external connection electrode 25 is located inside, the external connection Compared to the case where the electrode 25 is shifted so as to be positioned outside the second electrical connection metal layer 29, the second cover substrate 3 of the second cover substrate 3 due to the stress caused by the difference in linear expansion coefficient with the mounting substrate 40. Deformation can be suppressed (stress generated in the second cover substrate 3 due to a difference in linear expansion coefficient from the mounting substrate 40 can be reduced).

また、本実施形態の加速度センサAでは、第1のカバー基板2の外部接続用電極25とセンサ基板1の上記可動部との間に第1のカバー基板2の蛇腹状構造部28が存在しており、実装基板40から上記可動部までの応力伝達距離が長くなるから、実装基板40との線膨張率差に起因して上記可動部に生じる応力をより緩和することが可能となる。   Further, in the acceleration sensor A of the present embodiment, the bellows-like structure portion 28 of the first cover substrate 2 exists between the external connection electrode 25 of the first cover substrate 2 and the movable portion of the sensor substrate 1. In addition, since the stress transmission distance from the mounting substrate 40 to the movable portion becomes longer, the stress generated in the movable portion due to the difference in linear expansion coefficient from the mounting substrate 40 can be further relaxed.

また、本実施形態の加速度センサAは、外部接続用電極25の周辺に外部接続用電極25の材料に比べて半田濡れ性の低い材料(例えば、SiO、レジストなどの絶縁材料)により形成された絶縁膜からなる半田広がり防止部27が形成されているので、実装基板40へ半田リフローにより実装する際に半田が外部接続用電極25の周辺まで流出するのを防止することができて接合面積の増大による応力の増大を抑制することができる。 Further, the acceleration sensor A of the present embodiment is formed around the external connection electrode 25 by a material having lower solder wettability than the material of the external connection electrode 25 (for example, an insulating material such as SiO 2 or resist). Since the solder spread prevention portion 27 made of an insulating film is formed, it is possible to prevent the solder from flowing out to the periphery of the external connection electrode 25 when mounting on the mounting substrate 40 by solder reflow. It is possible to suppress an increase in stress due to an increase in.

なお、本実施形態では、加速度センサAと実装基板40との接合部50を半田により形成しているが、接合部50は半田に限らず、Auバンプなどのバンプにより形成してもよく、接合部50をAuバンプにより形成する場合には、接合部50を半田により形成する場合に比べて各外部接続用電極25の大きさを小さくすることが可能となる(例えば、半田により形成する場合には200μm□以上の大きさに設定するのが望ましいが、Auバンプにより形成する場合には100μm□以下の大きさに設定することが可能となる)。ここにおいて、接合部50を半田により形成する場合の接合温度は270℃程度、接合部50をAuバンプにより形成する場合の接合温度は100〜400℃程度に設定すればよい。   In this embodiment, the joint portion 50 between the acceleration sensor A and the mounting substrate 40 is formed by solder. However, the joint portion 50 is not limited to solder, and may be formed by bumps such as Au bumps. When the portion 50 is formed of Au bumps, the size of each external connection electrode 25 can be reduced as compared with the case where the bonding portion 50 is formed of solder (for example, when formed by solder). Is preferably set to a size of 200 μm □ or more, but when formed by Au bumps, it can be set to a size of 100 μm □ or less). Here, the bonding temperature when the bonding portion 50 is formed of solder may be set to about 270 ° C., and the bonding temperature when the bonding portion 50 is formed of Au bumps may be set to about 100 to 400 ° C.

また、本実施形態では、第1のカバー基板2を第1のシリコンウェハを加工して形成するとともに、第2のカバー基板3を第2のシリコンウェハを加工して形成してあるが、各カバー基板2,3は、シリコンウェハに限らず、センサ基板1の基礎となるSOIウェハとの線膨張率差が小さな基板であればよく、例えば、パイレックス(登録商標)などのガラス基板やセラミック基板(例えば、アルミナセラミック基板)などを採用してもよい。   In the present embodiment, the first cover substrate 2 is formed by processing the first silicon wafer, and the second cover substrate 3 is formed by processing the second silicon wafer. The cover substrates 2 and 3 are not limited to silicon wafers, and may be any substrate that has a small difference in linear expansion coefficient from the SOI wafer that is the basis of the sensor substrate 1. For example, a glass substrate such as Pyrex (registered trademark) or a ceramic substrate. (For example, an alumina ceramic substrate) may be employed.

なお、第1のカバー基板2の各溝部20bを、内底面から離れるほど開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成してもよく、各溝部20bを当該テーパ状の形状とすることにより、第1のカバー基板2の上記他表面側の溝部20bに沿って一部が形成される配線26の形成が容易になり、配線26の断線が起こりにくくなる。   In addition, each groove 20b of the first cover substrate 2 may be formed in a tapered shape in which the opening area gradually increases as the distance from the inner bottom surface increases. It is easy to form the wiring 26 that is partially formed along the groove 20b on the other surface side of one cover substrate 2, and the wiring 26 is less likely to break.

(実施形態2)
本実施形態の加速度センサAの基本構成は実施形態1と略同じであって、図5に示すように、外部接続用電極25と電気的に接続される配線26が溝部20bを避けて形成されている点が相違し、他の構成は実施形態1と同様なので説明を省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the acceleration sensor A of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and as shown in FIG. 5, the wiring 26 electrically connected to the external connection electrode 25 is formed avoiding the groove 20b. Since the other structure is the same as that of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted.

しかして、本実施形態の加速度センサAでは、外部接続用電極25と電気的に接続される配線26が溝部20bを避けて形成されているので、配線26の形成が容易になり、溝部20bでの段差に起因した配線26の断線を防止することができる。   Therefore, in the acceleration sensor A of the present embodiment, the wiring 26 that is electrically connected to the external connection electrode 25 is formed so as to avoid the groove 20b, so that the formation of the wiring 26 is facilitated. The disconnection of the wiring 26 due to the difference in level can be prevented.

(実施形態3)
本実施形態の加速度センサAの基本構成は実施形態2と略同じであって、図6に示すように、溝部20b内に、溝部20bの周辺部位の材料(つまり、第1のカバー基板2の材料であるSi)よりも弾性率(ヤング率)の低い低弾性材料を充実させることで低弾性材料部20dを形成してある点が相違し、他の構成は実施形態2と同様なので説明を省略する。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the acceleration sensor A of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment. As shown in FIG. 6, the material of the peripheral portion of the groove 20b (that is, the first cover substrate 2) is formed in the groove 20b. The low elastic material portion 20d is formed by enriching a low elastic material having a lower elastic modulus (Young's modulus) than Si (material), and the other structure is the same as that of the second embodiment. Omitted.

しかして、本実施形態の加速度センサAでは、溝部20bの周辺部位の材料よりも弾性率の低い低弾性材料が溝部20bに充実されているので、機械的強度を高めることができるとともに溝部20bへの異物の侵入を防止することができる。なお、実施形態1において溝部20bに低弾性材料を充実させてもよい。   Therefore, in the acceleration sensor A of this embodiment, since the groove 20b is filled with a low elastic material having a lower elastic modulus than the material around the groove 20b, the mechanical strength can be increased and the groove 20b can be increased. Intrusion of foreign matter can be prevented. In the first embodiment, the groove 20b may be enriched with a low elastic material.

上述の低弾性材料としては、樹脂(例えば、ポリエチレンなど)や金属(例えば、Au、Ag、Al、Znなど)を採用すればよく、樹脂を採用する場合には、ポッティング技術やスピンコート技術などを利用して溝部20bに充実させればよく、金属を採用する場合には、めっき法やスパッタ法などを利用して溝部20bに充実させればよい。ここにおいて、低弾性材料として、樹脂を採用すれば、金属を採用する場合に比べて溝部20bへ容易に充実させることができる。また、溝部20bが上述のテーパ状に形成されている場合の方が溝部20bへ容易に充実させることができる。なお、第1のカバー基板2の材料であるSiのヤング率は130GPaであるのに対して、上述の低弾性材料として採用可能なポリエチレン、Au、Ag、Al、Znのヤング率は、それぞれ、7.6×10−1GPa、78GPa、82.7GPa、70.3GPa、108GPaである。また、第1のカバー基板2の材料としてアルミナセラミックを採用する場合には、上述の低弾性材料として、アルミナセラミックよりも弾性率の低い材料を採用すればよく、アルミナセラミックのヤング率が355GPaであってSiのヤング率よりも大きいので、例えば、Cu、Ni、Pt、鋼鉄などの金属の採用も可能となり、低弾性材料の選択肢が増える。Cu、Ni、Pt、鋼鉄のヤング率は、それぞれ、130GPa、199GPa〜220GPa、206GPaである。 As the above-mentioned low-elasticity material, a resin (for example, polyethylene) or a metal (for example, Au, Ag, Al, Zn, etc.) may be employed. When the resin is employed, a potting technique, a spin coating technique, etc. The groove portion 20b may be enriched by using a metal, and when a metal is used, the groove portion 20b may be enriched by using a plating method or a sputtering method. Here, if a resin is used as the low-elasticity material, the groove 20b can be easily enriched as compared with the case where a metal is used. Further, when the groove 20b is formed in the above-described tapered shape, the groove 20b can be easily enriched. The Young's modulus of Si that is the material of the first cover substrate 2 is 130 GPa, whereas the Young's modulus of polyethylene, Au, Ag, Al, and Zn that can be used as the low-elasticity material is as follows. 7.6 × 10 −1 GPa, 78 GPa, 82.7 GPa, 70.3 GPa, and 108 GPa. Further, when alumina ceramic is employed as the material of the first cover substrate 2, a material having a lower elastic modulus than alumina ceramic may be employed as the above-described low elastic material, and the Young's modulus of alumina ceramic is 355 GPa. Since it is larger than the Young's modulus of Si, for example, it is possible to adopt metals such as Cu, Ni, Pt, and steel, and the choice of low-elasticity materials increases. The Young's modulus of Cu, Ni, Pt, and steel is 130 GPa, 199 GPa to 220 GPa, and 206 GPa, respectively.

上述の各実施形態では、半導体装置として、ピエゾ抵抗形の加速度センサを例示したが、本発明の技術思想は、ピエゾ抵抗形の加速度センサに限らず、例えば、容量形の加速度センサやジャイロセンサ、圧力センサ、マイクロアクチュエータ、マイクロリレー、マイクロバルブなどにも適用できる。   In each of the above-described embodiments, the piezoresistive acceleration sensor is exemplified as the semiconductor device. However, the technical idea of the present invention is not limited to the piezoresistive acceleration sensor, for example, a capacitive acceleration sensor or a gyro sensor, It can also be applied to pressure sensors, microactuators, microrelays, microvalves, etc.

実施形態1の加速度センサを実装基板に実装した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state which mounted the acceleration sensor of Embodiment 1 on the mounting board | substrate. 同上の加速度センサを実装基板に実装した状態を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the state which mounted the acceleration sensor same as the above on the mounting substrate. 同上の加速度センサにおけるセンサ基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。The sensor board | substrate in an acceleration sensor same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. 同上の加速度センサにおけるセンサ基板の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor board | substrate in the acceleration sensor same as the above. 実施形態2の加速度センサを実装基板に実装した状態を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the state which mounted the acceleration sensor of Embodiment 2 on the mounting board | substrate. 実施形態3の加速度センサを実装基板に実装した状態を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the state which mounted the acceleration sensor of Embodiment 3 on the mounting board | substrate. 従来例を示す半導体装置を実装基板に実装した状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state which mounted the semiconductor device which shows a prior art example in the mounting board | substrate.

符号の説明Explanation of symbols

A 加速度センサ(半導体装置)
1 センサ基板(機能基板)
2 第1のカバー基板
3 第2のカバー基板
9 接合部
11 フレーム部
12 重り部
13 撓み部
19 第1の電気接続用金属層
20b 溝部
23 絶縁膜
24 貫通孔配線
25 外部接続用電極(半田リフロー用パッド)
26 配線
27 半田広がり防止部
28 蛇腹状構造部
29 第2の電気接続用金属層
40 実装基板
43 導体パターン
50 接合部
A Acceleration sensor (semiconductor device)
1 Sensor board (functional board)
2 First cover substrate 3 Second cover substrate 9 Joint portion 11 Frame portion 12 Weight portion 13 Deflection portion 19 First metal layer for electrical connection 20b Groove portion 23 Insulating film 24 Through-hole wiring 25 External connection electrode (solder reflow) Pad)
26 Wiring 27 Solder spreading preventing portion 28 Bellows-like structure portion 29 Second metal layer for electrical connection 40 Mounting substrate 43 Conductor pattern 50 Joint portion

Claims (4)

半導体基板を用いて形成され厚み方向に変位可能な可動部を有する機能基板と、一表面側に機能基板の複数の第1の電気接続用金属層と接合された複数の第2の電気接続用金属層を有するとともに他表面側に複数の第2の電気接続用金属層それぞれと貫通孔配線を介して電気的に接続された複数の外部接続用電極を有する第1のカバー基板と、第1のカバー基板との間に機能基板を囲む形で第1のカバー基板の前記一表面側に接合され機能基板の厚み方向への可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねる第2のカバー基板とを備え、第1のカバー基板は、第2の電気接続用金属層よりも当該第2の電気接続用金属層と電気的に接続される外部接続用電極が内側に位置するように両者の形成位置をずらしてあり、第2の電気接続用金属層と当該第2の電気接続用金属層に電気的に接続された外部接続用電極との間の領域に、外部接続用電極と実装基板の導体パターンとの接合に伴い可動部に発生する応力を緩和する溝部が形成されてなり、第1のカバー基板は、前記領域において前記一表面側および前記他表面側それぞれに、前記溝部が形成され、第2の電気接続用金属層と外部接続用電極との間に蛇腹状構造部が形成されるように前記溝部の形成位置を前記一表面側と前記他表面側とでずらしてあることを特徴とする半導体装置。 A functional substrate formed using a semiconductor substrate and having a movable part displaceable in the thickness direction, and a plurality of second electrical connection members joined to a plurality of first electrical connection metal layers of the functional substrate on one surface side A first cover substrate having a metal layer and a plurality of external connection electrodes electrically connected to each of a plurality of second electrical connection metal layers on the other surface side through through-hole wirings; A second cover substrate that also serves as a stopper that restricts excessive displacement of the movable portion in the thickness direction of the functional substrate, which is bonded to the one surface side of the first cover substrate so as to surround the functional substrate with the cover substrate And the first cover substrate is arranged so that the external connection electrode electrically connected to the second electrical connection metal layer is located on the inner side of the second electrical connection metal layer. The formation position is shifted, and the second metal layer for electrical connection Relieve the stress generated in the movable part in the region between the external connection electrode electrically connected to the second electrical connection metal layer and joining the external connection electrode and the conductor pattern of the mounting substrate. The first cover substrate has the groove formed on each of the one surface side and the other surface side in the region, and a second metal layer for electrical connection, an electrode for external connection, The semiconductor device is characterized in that the formation position of the groove portion is shifted between the one surface side and the other surface side so that a bellows-like structure portion is formed therebetween. 前記第1のカバー基板は、前記外部接続用電極が半田リフロー用パッドであり、半田リフロー用パッドの周辺に当該半田リフロー用パッドの材料に比べて半田濡れ性の低い材料からなる半田広がり防止部が形成されてなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The first cover substrate, prior Kigaibu a connection electrode pads for solder reflow, consists material of low solder wettability than the material of the solder reflow pad around the pad for solder reflow soldering spread prevention The semiconductor device according to claim 1, wherein a portion is formed . 前記第1のカバー基板の前記他表面側で前記外部接続用電極と前記貫通孔配線とを電気的に接続する配線が前記溝部を避けて形成されてなることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。 Claim 1, wherein the first of said cover board is connected to other surface side to the external connection electrode and said through-hole interconnection electrically wiring becomes been made form to avoid the groove Alternatively, the semiconductor device according to claim 2. 前記第1のカバー基板は、前記溝部の周辺部位の材料よりも弾性率の低い低弾性材料が前記溝部に充実されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置 The first cover board is any one of claims 1 to 3 low-elastic material with low elasticity modulus than the material of the peripheral portion of the groove is characterized by comprising been enriched in the groove 1 The semiconductor device according to item .
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