JP5328479B2 - Pressure sensor module, pressure sensor package, and manufacturing method thereof - Google Patents

Pressure sensor module, pressure sensor package, and manufacturing method thereof Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressure sensor module whose size can be reduced to a chip size, and which has an integrated circuit for controlling a pressure sensor. <P>SOLUTION: The pressure sensor module 20A (20) includes at least: a pressure sensor 10A (10) including at least a base 2 made by stacking a first substrate 3 and a second substrate 4, a space part 5 disposed at the inside of a central region of a stacking surface in the base, a diaphragm part 6 located on the space part and comprising a region obtained by thinning down the first substrate, a pressure sensitive element 7 disposed at the diaphragm part, and a conductive part 8 disposed at a peripheral region excluding the diaphragm part of the first substrate and electrically connected to the pressure sensitive element; and the integrated circuit disposed at the second substrate, for controlling the pressure sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。詳しくは、半導体基板に形成した半導体圧力センサと、該半導体圧力センサの制御用の集積回路のチップサイズでの実装を目的とした圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a pressure sensor module, a pressure sensor package, and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a semiconductor pressure sensor formed on a semiconductor substrate, a pressure sensor module and a pressure sensor package for mounting in a chip size of an integrated circuit for controlling the semiconductor pressure sensor, and a manufacturing method thereof.

半導体圧力センサ(以下、「圧力センサ」と呼称)は、ピエゾ抵抗効果などを利用して、シリコンなどの半導体基板上に生ずる圧力変化を電圧信号に変換する機能を有するセンサである。   A semiconductor pressure sensor (hereinafter referred to as “pressure sensor”) is a sensor having a function of converting a pressure change generated on a semiconductor substrate such as silicon into a voltage signal by utilizing a piezoresistance effect or the like.

その一例としては、例えば図9に示すようなものが挙げられる。この圧力センサ100は、シリコン等からなる半導体基板102と、その中央域に形成された空間部103と、該空間部103により薄板化された領域からなるダイアフラム部104(感圧部)と、該ダイアフラム部104に複数配された、感圧素子としての歪ゲージ105と、前記ダイアフラム部104を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ105ごとに電気的に接続された電極(パッド部)106等を備えている。   As an example, for example, the one shown in FIG. The pressure sensor 100 includes a semiconductor substrate 102 made of silicon or the like, a space portion 103 formed in the central region thereof, a diaphragm portion 104 (pressure-sensitive portion) formed of a region thinned by the space portion 103, A plurality of strain gauges 105 as pressure-sensitive elements disposed in the diaphragm section 104 and electrodes (pad sections) 106 disposed in the outer edge area excluding the diaphragm section 104 and electrically connected to each strain gauge 105. Etc.

このような圧力センサ100は、主に樹脂からなるパッケージに配することにより、圧力センサの電子部品として用いられる(以下、「圧力センサパッケージ」と呼称)。
図10は、樹脂による圧力センサパッケージ110の構造例である。この例では、樹脂板等からなり、圧力導入孔111aを有する筐体111を備え、該筐体111内部に形成される空間の中に、前記圧力センサ100が絶縁材料からなる支持基板112上に配され、金線などを用いたワイヤーボンド113により、圧力センサ100の電極部106と筐体111に設けられた金属リード114とが電気的に接続される。図10(a)は絶対圧型圧力センサの構成例であり、図10(b)は相対圧型圧力センサの構成例である。
Such a pressure sensor 100 is used as an electronic component of a pressure sensor by being disposed in a package mainly made of resin (hereinafter referred to as “pressure sensor package”).
FIG. 10 is a structural example of the pressure sensor package 110 made of resin. In this example, a housing 111 made of a resin plate or the like and having a pressure introducing hole 111a is provided, and the pressure sensor 100 is placed on a support substrate 112 made of an insulating material in a space formed inside the housing 111. The electrode part 106 of the pressure sensor 100 and the metal lead 114 provided in the housing 111 are electrically connected by a wire bond 113 using a gold wire or the like. FIG. 10A is a configuration example of an absolute pressure type pressure sensor, and FIG. 10B is a configuration example of a relative pressure type pressure sensor.

ただし、このような圧力センサパッケージの筐体を小型化するには、リードフレームのサイズや筐体内部の空間を縮小する必要がある。樹脂やリードフレームの加工精度などにより圧力センサパッケージのサイズ縮小が困難であるため、圧力センサを高密度に実装するためには、感圧素子を形成した半導体基板を樹脂や金属などで構成された筐体で覆う形態の、従来の圧力センサパッケージの構成をとることは困難であるという問題がある。   However, in order to reduce the size of the housing of such a pressure sensor package, it is necessary to reduce the size of the lead frame and the space inside the housing. Since it is difficult to reduce the size of the pressure sensor package due to the processing accuracy of the resin and lead frame, the semiconductor substrate on which the pressure-sensitive elements are formed is made of resin or metal in order to mount the pressure sensor at high density. There is a problem that it is difficult to adopt a configuration of a conventional pressure sensor package in a form of covering with a housing.

電子部品の実装用基板に対する、圧力センサの高密度実装を目的とした、従来よりも小型の圧力センサを実現する方法として、半導体基板上に電極となるバンプを形成する技術(以下、「バンプ形成技術」と呼称)が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Technology for forming bumps that serve as electrodes on a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “bump formation”) Technology (referred to as “technology”) is known (see, for example, Patent Document 1).

図11にバンプ形成技術を用いて作製された圧力センサパッケージを示す。バンプ形成技術により作製した圧力センサパッケージは、圧力センサの半導体基板と同程度の大きさで電子部品の実装用基板に実装することが可能である。また、図12に示すように、半導体基板面上のダイアフラム部104の外周領域に、感圧素子105形成面から対向面に対して半導体基板102に貫通孔121を形成し、貫通孔121内面にスパッタ法などにより金属膜122を堆積させ、該対向面に形成したバンプ120と、感圧素子とを電気的に接続する(以下、「貫通配線形成技術」と呼称)。このように、バンプ形成技術と貫通配線形成技術を用いることにより、小型の圧力センサパッケージを作製することが可能である。   FIG. 11 shows a pressure sensor package manufactured using a bump forming technique. The pressure sensor package manufactured by the bump formation technology can be mounted on a mounting substrate for electronic components in the same size as the semiconductor substrate of the pressure sensor. In addition, as shown in FIG. 12, a through hole 121 is formed in the semiconductor substrate 102 from the pressure sensing element 105 formation surface to the opposing surface in the outer peripheral region of the diaphragm portion 104 on the semiconductor substrate surface. A metal film 122 is deposited by sputtering or the like, and the bump 120 formed on the facing surface is electrically connected to the pressure-sensitive element (hereinafter referred to as “penetration wiring forming technique”). As described above, a small pressure sensor package can be manufactured by using the bump forming technique and the through wiring forming technique.

このような圧力センサにおいて高精度の圧力分解能を実現するためには、出力の電気信号の温度依存性を小さくすることが効果的であり、加えて、所望の出力値になるような電気信号の増幅や補正が必要になる。
そこで、前記の特徴をもつ感圧素子を形成した半導体基板(以下、「圧力センサ本体」と呼称)に加えて、該感圧素子からの電気信号を補償するために、半導体の集積回路が接続されることがある。
In order to achieve high-precision pressure resolution in such a pressure sensor, it is effective to reduce the temperature dependence of the electrical signal of the output, and in addition, the electrical signal of a desired output value is obtained. Amplification and correction are required.
Therefore, in addition to a semiconductor substrate (hereinafter referred to as “pressure sensor body”) on which a pressure-sensitive element having the above characteristics is formed, a semiconductor integrated circuit is connected to compensate for an electric signal from the pressure-sensitive element. May be.

圧力センサ本体の感圧素子の形成面と同一面で、感圧素子の外周部に、当該集積回路を形成した圧力センサモジュール(以下、「集積化圧力センサ」と呼称)が知られている。集積化圧力センサにより、感圧素子からの電気信号の補償が可能であるが、感圧素子と同一面に該集積回路が形成されるため、圧力センサ本体の面積より、集積化圧力センサの面積が、少なからず増加するという問題がある。   A pressure sensor module (hereinafter referred to as “integrated pressure sensor”) in which the integrated circuit is formed on the outer surface of the pressure sensitive element on the same surface as the pressure sensitive element forming surface of the pressure sensor body is known. The integrated pressure sensor can compensate the electric signal from the pressure sensitive element. However, since the integrated circuit is formed on the same surface as the pressure sensitive element, the area of the integrated pressure sensor is larger than the area of the pressure sensor body. However, there is a problem that it increases not a little.

圧力センサ本体と圧力センサ制御用の集積回路(以下、「ASIC」と呼称)を、他の電子部品と電気的に接続するために、圧力センサ本体とASICを、それぞれ樹脂などで構成されたパッケージ内に設置した状態で樹脂基板等に実装する場合、圧力センサ本体とASICのパッケージに相当する実装面積と、パッケージ間を電気的に接続する配線部の面積が必要になる。特に小型の携帯端末などに圧力センサパッケージを実装する場合には、実装面積が大きいという問題がある。   In order to electrically connect the pressure sensor main body and the integrated circuit for controlling the pressure sensor (hereinafter referred to as “ASIC”) to other electronic components, the pressure sensor main body and the ASIC are each made of a resin or the like. When mounting on a resin substrate or the like in a state of being installed inside, a mounting area corresponding to the pressure sensor main body and the ASIC package and an area of a wiring portion for electrically connecting the packages are required. In particular, when the pressure sensor package is mounted on a small portable terminal or the like, there is a problem that the mounting area is large.

また、圧力センサ本体とASICを積層した場合は、圧力センサ単体のパッケージと同等のパッケージ面積を実現できるが、パッケージの高さが増加するという問題がある。実装後の圧力センサパッケージの高さは、該パッケージの高さに依存するため、薄型化の実装が困難であるという問題がある。   Further, when the pressure sensor main body and the ASIC are stacked, a package area equivalent to the package of the pressure sensor alone can be realized, but there is a problem that the height of the package increases. Since the height of the pressure sensor package after mounting depends on the height of the package, there is a problem that it is difficult to reduce the thickness of the package.

一方、圧力センサ本体に対する小型かつ薄型の実装を目的として、バンプを用いたチップサイズのパッケージ(以下、「CSP」と呼称)による実装技術が検討されている。この方法により、樹脂等で構成されたパッケージに圧力センサを設置する従来のパッケージより、実装面積が小さく薄型の実装が可能になる。ただし、温度特性が補償された高精度の圧力センサを実現するためには、ASICと組み合わせた圧力センサモジュールが必要になる。   On the other hand, a mounting technique using a chip size package (hereinafter referred to as “CSP”) using bumps has been studied for the purpose of small and thin mounting on the pressure sensor body. By this method, the mounting area is smaller and thinner than the conventional package in which the pressure sensor is installed in a package made of resin or the like. However, in order to realize a highly accurate pressure sensor with compensated temperature characteristics, a pressure sensor module combined with an ASIC is required.

感圧素子を形成した半導体基板とASICを、他の電子部品との接続を目的とした基板上に実装する場合、ASICも圧力センサ本体と同様にCSPで実装することにより、圧力センサ単体のCSPによる実装と比べて、実装面積が増加するという問題がある。また、バンプを形成したセンサチップ面上に、バンプを形成したASICを実装する方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この方法により小型の実装は可能であるが、バンプやASICチップの厚さを精密に制御しなければならないという問題がある。   When mounting a semiconductor substrate on which a pressure-sensitive element is formed and an ASIC on a substrate intended for connection to other electronic components, the ASIC is also mounted on the CSP in the same manner as the pressure sensor body, so that the CSP of the pressure sensor alone is mounted. There is a problem that the mounting area is increased as compared with mounting by. In addition, a method of mounting an ASIC with bumps formed on a sensor chip surface with bumps is known (see, for example, Non-Patent Document 1). Although this method allows a small mounting, there is a problem that the thickness of the bump and the ASIC chip must be precisely controlled.

特開2002−82009号公報JP 2002-82009 A

プレスリリース(2007年10月31日)、VTIテクノロジ(株)ホームページPress release (October 31, 2007), VTI Technology Corporation homepage

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサモジュールにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを提供することを第一の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサパッケージにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサパッケージを提供することを第二の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサモジュールの製造方法を提供することを第三の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することを第四の目的とする。
The present invention has been devised in view of such a conventional situation, and provides a pressure sensor module that can be miniaturized to a chip size in a pressure sensor module including an integrated circuit for pressure sensor control. The primary purpose is to do.
A second object of the present invention is to provide a pressure sensor package that can be miniaturized to a chip size in a pressure sensor package having an integrated circuit for controlling the pressure sensor.
The present invention provides a manufacturing method of a pressure sensor module that can be obtained in a simple manner, a pressure sensor module that includes an integrated circuit for controlling the pressure sensor and can be reduced to a chip size. Three purposes.
The present invention provides a method for manufacturing a pressure sensor package, which includes a pressure sensor control integrated circuit and can be reduced to a chip size by a simple method. Four purposes.

本発明の請求項1に記載の圧力センサモジュールは、第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、その中央域の内部に配された空間部、前記空間部上に位置し、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第一基板の前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、前記基体の外周域において、一端が該基体の導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の圧力センサモジュールは、請求項1において、前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に、前記圧力センサの制御用集積回路が配されたことを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の圧力センサモジュールは、請求項1において、前記第二基板の内面からなる前記空間部に接する面に、前記圧力センサの制御用集積回路が配されたことを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の圧力センサモジュールは、請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、前記第一基板の中央域に配された凹部により、前記空間部が構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の圧力センサパッケージは、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールと前記貫通配線部の他端と電気的に接続されたバンプと、を少なくとも備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor module according to the first aspect of the present invention, wherein the first substrate and the second substrate are superposed on each other, a space portion disposed inside the central region on the overlapping surface in the base, and the space A diaphragm portion formed of a thinned region of the first substrate, a pressure-sensitive element disposed in the diaphragm portion, and an outer peripheral region excluding the diaphragm portion of the first substrate. the pressure-sensitive element and electrically connected to the conductive portion, a pressure sensor having at least, the disposed on the second substrate, and a control integrated circuit of the pressure sensor, at the peripheral region of the substrate, one end The first substrate and the second substrate constituting the base are aligned so that the conductive portion of the base is electrically connected and the other end is exposed to the other surface of the base made of the outer surface of the second substrate. a through wiring section made through Te, and Characterized by comprising even without.
The pressure sensor module according to claim 2 of the present invention is characterized in that, in claim 1, an integrated circuit for controlling the pressure sensor is arranged on the other surface of the base body formed of the outer surface of the second substrate. To do.
A pressure sensor module according to a third aspect of the present invention is the pressure sensor module according to the first aspect, characterized in that an integrated circuit for controlling the pressure sensor is disposed on a surface that is in contact with the space formed by the inner surface of the second substrate. And
The pressure sensor module according to a fourth aspect of the present invention is the pressure sensor module according to any one of the first to third aspects, wherein the space portion is constituted by a concave portion arranged in a central region of the first substrate. It is characterized by that.
The pressure sensor package according to claim 5 of the present invention, a pressure sensor module according to any one of claims 1 to 4, the other end of the through-wiring portion electrically connected to the bump , At least.

本発明の請求項6に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、前記空間部上に位置し、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第一基板の前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、前記基体の外周域において、一端が該基体の導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に、前記制御用集積回路が形成されてなる第二基板を用いることを特徴とする。
本発明の請求項7に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、前記空間部上に位置し、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第一基板の前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、前記基体の外周域において、一端が該基体の導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、前記第二基板の内面からなる前記空間部に接する面に、前記制御用集積回路が形成されてなる第二基板を用いることを特徴とする。
本発明の請求項8に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、請求項6又は7において、外面に前記感圧素子が形成された前記第一基板に、内面側から凹部を形成する工程Aと、前記制御用集積回路が形成された前記第二基板を、内面側を前記凹部と対向させて前記第一基板に張り合わせる工程Bと、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続する工程Cと、を順に有することを特徴とする。
本発明の請求項9に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、請求項8において、前記工程Bにおいて張り合わせた前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通する前記貫通配線部を形成することによって、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続することを特徴とする。
本発明の請求項10に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、請求項6乃至請求項のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールの製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプを形成する工程Gを、さらに有することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a pressure sensor module, comprising: a base body formed by stacking a first substrate and a second substrate; and an overlapping surface in the base body, A space portion disposed substantially in parallel; a diaphragm portion located on the space portion and formed of a thinned region of the first substrate; a pressure-sensitive element disposed in the diaphragm portion; and the first substrate A pressure sensor disposed at an outer peripheral area excluding the diaphragm portion and having at least a conductive portion electrically connected to the pressure sensitive element; an integrated circuit for controlling the pressure sensor disposed on the second substrate; The base is configured such that, in the outer peripheral area of the base, one end is electrically connected to the conductive portion of the base and the other end is exposed to the other surface of the base made of the outer surface of the second substrate. Combine the first substrate and the second substrate And penetrating formed by penetrating wiring portion, and at least comprising a pressure sensor module manufacturing method of the, on the other surface of the substrate made of an outer surface of the second substrate, the second made is the control integrated circuit form A substrate is used.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a pressure sensor module, comprising: a base body formed by stacking a first substrate and a second substrate; and an overlapping surface in the base body, A space portion disposed substantially in parallel; a diaphragm portion located on the space portion and formed of a thinned region of the first substrate; a pressure-sensitive element disposed in the diaphragm portion; and the first substrate A pressure sensor disposed at an outer peripheral area excluding the diaphragm portion and having at least a conductive portion electrically connected to the pressure sensitive element; an integrated circuit for controlling the pressure sensor disposed on the second substrate; The base is configured such that, in the outer peripheral area of the base, one end is electrically connected to the conductive portion of the base and the other end is exposed to the other surface of the base made of the outer surface of the second substrate. Combine the first substrate and the second substrate And penetrating formed by penetrating wiring portion, and at least comprising a pressure sensor module manufacturing method and a surface in contact with the space portion formed of an inner surface of the second substrate, the said control integrated circuit is formed Two substrates are used.
A method for manufacturing a pressure sensor module according to an eighth aspect of the present invention is the method according to the sixth or seventh aspect, wherein the first substrate having the pressure-sensitive element formed on the outer surface is formed with a recess from the inner surface side. Electrically bonding the second substrate on which the control integrated circuit is formed to the first substrate with the inner surface facing the concave portion, the pressure sensor, and the control integrated circuit. And a step C of connecting to the substrate in order.
The method of manufacturing a pressure sensor package according to claim 9 of the present invention is the method of manufacturing the pressure sensor package according to claim 8, wherein the through wiring portion penetrating the first substrate and the second substrate bonded together in the step B is formed. Thus, the pressure sensor and the control integrated circuit are electrically connected.
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a pressure sensor package manufacturing method, wherein the pressure sensor module manufacturing process according to any one of the sixth to ninth aspects and the control integrated circuit are electrically connected separately. The method further includes a step G of forming a bump connected to the substrate.

本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて圧力センサを構成し、該基体を構成する第二基板に前記圧力センサの制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサのチップサイズで構成することができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサモジュールを提供することができる。
また、本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて圧力センサを構成し、該基体を構成する第二基板に前記圧力センサの制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサのチップサイズで構成された圧力センサモジュールを備えている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサパッケージを提供することができる。
また本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて構成された圧力センサと、該基体を構成する第二基板に前記圧力センサの制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュールの製造方法において、前記基体を構成する第二基板に、制御用集積回路が形成されてなる第二基板を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサモジュールを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサモジュールの製造方法を提供することができる。
また本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて構成された圧力センサと、該基体を構成する第二基板に前記圧力センサの制御用集積回路とを備えた圧力センサパッケージの製造方法において、前記基体を構成する第二基板に、制御用集積回路が形成されてなる第二基板を用いている。さらに、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することができる。
In the present invention, a pressure sensor is arranged on the first substrate constituting the base to constitute a pressure sensor, and the integrated circuit for controlling the pressure sensor is arranged on the second substrate constituting the base. Compared to a conventional integrated pressure sensor in which the sensor and the integrated circuit are formed on the same surface of the substrate, the sensor can be configured with a chip area of a pressure sensor with a small area. Accordingly, the present invention can provide a pressure sensor module that is smaller and has a compensation function than the conventional one.
In the present invention, the pressure sensor is arranged on the first substrate constituting the base to constitute a pressure sensor, and the integrated circuit for controlling the pressure sensor is arranged on the second substrate constituting the base. A pressure sensor module configured with a chip area of a small area pressure sensor is provided. Accordingly, the present invention can provide a pressure sensor package that is smaller and has a compensation function than the conventional one.
Further, in the present invention, a pressure sensor comprising a pressure sensor in which a pressure sensitive element is arranged on a first substrate constituting a base, and a control circuit for controlling the pressure sensor on a second substrate constituting the base. In the module manufacturing method, a second substrate on which a control integrated circuit is formed is used as the second substrate constituting the substrate. Thus, the present invention can provide a method of manufacturing a pressure sensor module that can provide a pressure sensor module that includes an integrated circuit for controlling the pressure sensor and is miniaturized to a chip size by a simple method.
Further, in the present invention, a pressure sensor comprising a pressure sensor in which a pressure sensitive element is arranged on a first substrate constituting a base, and a control circuit for controlling the pressure sensor on a second substrate constituting the base. In the package manufacturing method, a second substrate on which a control integrated circuit is formed is used as the second substrate constituting the substrate. Furthermore, it is packaged by combining bump formation techniques. Thus, the present invention can provide a method for manufacturing a pressure sensor package that can provide a pressure sensor package that includes an integrated circuit for controlling the pressure sensor and is miniaturized to a chip size by a simple method.

本発明の圧力センサパッケージの一例(第一実施形態)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example (1st embodiment) of the pressure sensor package of this invention. 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a pressure sensor package in order of a process. 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a pressure sensor package in order of a process. 本発明の圧力センサパッケージの一例(第一実施形態)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example (1st embodiment) of the pressure sensor package of this invention. 本発明の圧力センサパッケージの一例(第二実施形態)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example (2nd embodiment) of the pressure sensor package of this invention. 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a pressure sensor package in order of a process. 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a pressure sensor package in order of a process. 本発明の圧力センサパッケージの一例(第二実施形態)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example (2nd embodiment) of the pressure sensor package of this invention. 従来の圧力センサの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional pressure sensor typically. 従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional pressure sensor package typically. 従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional pressure sensor package typically. 従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional pressure sensor package typically.

以下、本発明に係る圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージの実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of a pressure sensor module and a pressure sensor package according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<第一実施形態>
図1は、本発明の圧力センサパッケージの一構成例を模式的に示す断面図である。
この圧力センサパッケージ1A(1)は圧力センサモジュール20A(20)を備え、該圧力センサモジュール20A(20)は、第一基板3と第二基板4とを重ねてなる基体2、該基体2内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板3に配された空間部5、前記空間部5上に位置し、前記第一基板3の薄板化された領域からなるダイアフラム部6(「感圧部」とも呼ぶ)、前記ダイアフラム部6に配された感圧素子7である4つのp型抵抗体(ピエゾ抵抗素子)R〜R(図ではR,Rの2つのみ記載)、及び、前記第一基板3の外面3bからなる前記基体2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部6を除いた外周域に配され、前記感圧素子7と電気的に接続された導電部8、を少なくとも有する圧力センサ10A(10)と、前記第二基板4の外面4bからなる前記基体2の他面2bに配された、前記圧力センサ10A(10)の制御用集積回路と、を少なくとも備えてなる。
<First embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one configuration example of the pressure sensor package of the present invention.
The pressure sensor package 1A (1) includes a pressure sensor module 20A (20). The pressure sensor module 20A (20) includes a base 2 formed by stacking a first substrate 3 and a second substrate 4, and the base 2 Of the first substrate 3, a diaphragm portion 6 (which is located on the space portion 5 and is formed of a thinned region of the first substrate 3). Four pressure resistors (piezoresistive elements) R 1 to R 4 (in the figure, R 1 and R 2 ) that are pressure sensitive elements 7 arranged in the diaphragm part 6. Only, and on the one surface 2a of the base 2 composed of the outer surface 3b of the first substrate 3, the conductive material is arranged in the outer peripheral area excluding the diaphragm portion 6 and is electrically connected to the pressure sensitive element 7. Pressure sensor 10 having at least part 8 A (10) and at least an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10A (10) disposed on the other surface 2b of the base 2 composed of the outer surface 4b of the second substrate 4.

そして、この圧力センサパッケージ1A(1)は、前記圧力センサモジュール20A(20)と、前記基体2の外周域において、一端が該基体2に配された導電部8と電気的に接続し、他端が前記第二基板4の外面4bからなる前記基体2の他面2bに露呈するように、前記基体2を貫通してなる貫通配線部11と、前記貫通配線部11の他端と電気的に接続されたバンプ21と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
この圧力センサモジュール20A(20)を構成する圧力センサ10A(10)において、前記第一基板3の中央域に配された凹部3aにより、前記空間部5が構成されている。
The pressure sensor package 1A (1) is electrically connected to the pressure sensor module 20A (20) and one end of the outer periphery of the base body 2 with the conductive portion 8 disposed on the base body 2. The through wiring portion 11 penetrating the base 2 and the other end of the through wiring portion 11 are electrically connected so that the end is exposed to the other surface 2b of the base 2 formed of the outer surface 4b of the second substrate 4. And at least a bump 21 connected to.
In the pressure sensor 10 </ b> A (10) constituting the pressure sensor module 20 </ b> A (20), the space portion 5 is configured by the recess 3 a disposed in the central region of the first substrate 3.

本発明は、第一基板3の感圧素子7を形成した面とは反対の面に、圧力センサ10の制御用の集積回路(ASIC)を形成した第二基板4を張り合わせることにより、圧力センサ10と同等のチップサイズの圧力センサモジュール20を形成し、さらに、貫通配線形成技術とバンプ21形成技術により、圧力センサ10と同等のチップサイズの圧力センサパッケージ1を形成するものである。   In the present invention, the second substrate 4 on which an integrated circuit (ASIC) for controlling the pressure sensor 10 is bonded to the surface opposite to the surface on which the pressure-sensitive element 7 is formed on the first substrate 3, thereby A pressure sensor module 20 having a chip size equivalent to that of the sensor 10 is formed, and further, a pressure sensor package 1 having a chip size equivalent to that of the pressure sensor 10 is formed by a through wiring forming technique and a bump 21 forming technique.

すなわち、本発明では、基体2の一面2aに感圧素子7が配されて圧力センサ10を構成し、該基体2の他面2bに前記圧力センサ10の制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサ10のチップサイズで構成することができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサモジュール20を提供することができる。   That is, in the present invention, the pressure sensor 7 is arranged on the one surface 2a of the base 2 to constitute the pressure sensor 10, and the control integrated circuit for the pressure sensor 10 is arranged on the other surface 2b of the base 2. Compared with the conventional integrated pressure sensor in which the pressure sensor and the integrated circuit are formed on the same surface of the substrate, the pressure sensor 10 can be configured with a chip size of a small area. Thereby, in this invention, the pressure sensor module 20 provided with the compensation function smaller than before can be provided.

また、本発明では、基体2の一面2aに感圧素子7が配されて圧力センサ10を構成し、該基体2の他面2bに前記圧力センサ10の制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサ10のチップサイズで構成された圧力センサモジュール20を備えている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサパッケージ1を提供することができる。   Further, in the present invention, the pressure sensitive element 7 is arranged on the one surface 2a of the base 2 to constitute the pressure sensor 10, and the control integrated circuit for the pressure sensor 10 is arranged on the other surface 2b of the base 2. The pressure sensor module 20 is configured with a chip size of the pressure sensor 10 having a small area. Thus, the present invention can provide a pressure sensor package 1 that is smaller and has a compensation function than the conventional one.

図1に示すように、この圧力センサ10A(10)は、平板状の第一基板3及び第二基板4を基体2とし、この第一基板3の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる空間部5(基準圧力室)を備える。本実施形態では、圧力センサ10A(10)において、前記第一基板3の中央域に配された凹部3aにより、前記空間部5が構成されている。そして、該空間部5の一方側(第一基板3側)に位置する薄板化された領域をダイアフラム部6(感圧部とも言う。)とする。この感圧部には感圧素子7である抵抗体R〜Rが配されている(図ではR,Rのみ表示)。 As shown in FIG. 1, the pressure sensor 10 </ b> A (10) has a flat plate-like first substrate 3 and second substrate 4 as a base 2, and one surface of the first substrate 3 has the one surface inside the central region. And a space portion 5 (reference pressure chamber) that extends substantially in parallel with each other. In the present embodiment, in the pressure sensor 10 </ b> A (10), the space portion 5 is configured by the concave portion 3 a disposed in the central region of the first substrate 3. A thinned region located on one side (the first substrate 3 side) of the space 5 is referred to as a diaphragm portion 6 (also referred to as a pressure sensitive portion). Resistors R 1 to R 4 that are pressure-sensitive elements 7 are arranged in the pressure-sensitive portion (only R 1 and R 2 are shown in the figure).

感圧素子7として機能するp型抵抗体(ピエゾ抵抗素子)R〜Rは、ダイアフラム部6の圧力変動を検出する検出回路(ストレンゲージ)を構成するものであり、リード配線を介して、いわゆるホイットストーンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗体R〜Rは圧力センサ外周部のパッド部までを導電部8によって電気配線接続されている。 The p-type resistors (piezoresistive elements) R 1 to R 4 that function as the pressure-sensitive element 7 constitute a detection circuit (strain gauge) that detects pressure fluctuations in the diaphragm section 6, and are connected via lead wires. Are connected to form a so-called Whitstone bridge circuit. Each of the resistors R 1 to R 4 is electrically connected to the pad portion on the outer periphery of the pressure sensor by the conductive portion 8.

また、前記一面において、前記ダイアフラム部6を除いた外縁域には、前記抵抗体R〜Rごとに電気的に接続された導電部8が配されている。したがって、圧力センサ10は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。
これにより、基体2を外から見た場合に、その外縁域と中央域とがほぼ同じ厚さをもつ構成とすることができる。
In the one surface, a conductive portion 8 electrically connected to each of the resistors R 1 to R 4 is disposed in an outer edge area excluding the diaphragm portion 6. Therefore, the pressure sensor 10 has a structure that functions as an absolute pressure sensor.
Thereby, when the base | substrate 2 is seen from the outside, it can be set as the structure in which the outer edge area | region and the center area | region have substantially the same thickness.

このような抵抗体R〜Rは、ダイアフラム部6の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗体R〜Rに加わり易いので、感度の良い圧力センサ10が得られる。また、各抵抗体R〜Rは、ダイアフラム部6の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。 Such resistors R 1 to R 4 are preferably arranged at the peripheral edge of the diaphragm portion 6. Since both compressive and tensile stresses are likely to be applied to the resistors R 1 to R 4 at the peripheral edge, the pressure sensor 10 with good sensitivity can be obtained. The resistors R 1 to R 4 are arranged on the surface of the diaphragm portion 6 and can be formed, for example, by injecting a diffusion source such as boron into a silicon substrate.

また、第一基板3には、導電部8が設けられている。この導電部8は、例えば金属薄膜などを第一基板3の外面3b面上に形成して、さらにフォトリソグラフィーによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部8の一端部は、p型抵抗体R〜Rと電気的に接続され、他端部は、基体2を貫通して配された貫通配線部11と電気的に接続されている。また、この導電部8は、P型抵抗体R〜Rよりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、P型抵抗体R〜Rと電気的に接続してもよい。 The first substrate 3 is provided with a conductive portion 8. The conductive portion 8 can be formed, for example, by forming a metal thin film or the like on the outer surface 3b surface of the first substrate 3, and further patterning by photolithography. One end portion of the conductive portion 8 is electrically connected to the p-type resistors R 1 to R 4, and the other end portion is electrically connected to the through wiring portion 11 disposed through the base 2. Has been. Further, the conductive portion 8, via the line obtained by injecting a high concentration diffusion source than P-type resistor R 1 to R 4, electrically connected to the P-type resistor R 1 to R 4 May be.

導電部8を除く第一基板3の外面3b面上には、絶縁材料によって絶縁部(図示略)を形成することが望ましい。絶縁部を設けることにより、感圧素子7が該絶縁部によって被覆した構造が得られる。
絶縁部は、感圧素子7の外気との接触を遮断するため、感圧素子7の耐食性を向上させるとともに、感圧素子7が空間部5(圧力基準室)を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ10の特性変動を抑制する効果も奏する。
It is desirable to form an insulating part (not shown) with an insulating material on the outer surface 3b surface of the first substrate 3 excluding the conductive part 8. By providing the insulating part, a structure in which the pressure sensitive element 7 is covered with the insulating part is obtained.
The insulating part blocks the contact of the pressure sensitive element 7 with the outside air, so that the corrosion resistance of the pressure sensitive element 7 is improved and the pressure sensitive element 7 is directly connected to the outside without going through the space part 5 (pressure reference chamber). There is also an effect of suppressing the characteristic fluctuation of the pressure sensor 10 due to the mechanical influence received from the pressure sensor 10.

貫通配線部11は、空間部5を避けるとともに基体2を貫通して設けられた貫通孔12と、該貫通孔12に充填された導電性物質13とからなる。この導電性物質13としては、例えばCu等が挙げられる。
貫通配線部11の一端部は、基体2の一面2aにおいて導電部8と電気的に接続し、他端部は、他面2bにおいて、前記圧力センサ10の制御用集積回路の電極部14と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ10と前記圧力センサ10の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
The through wiring portion 11 includes a through hole 12 provided so as to avoid the space portion 5 and penetrate the base body 2, and a conductive substance 13 filled in the through hole 12. Examples of the conductive material 13 include Cu.
One end portion of the through wiring portion 11 is electrically connected to the conductive portion 8 on the one surface 2a of the base 2, and the other end portion is electrically connected to the electrode portion 14 of the control integrated circuit of the pressure sensor 10 on the other surface 2b. Connected. Thereby, the pressure sensor 10 and the control integrated circuit of the pressure sensor 10 are electrically connected.

はんだバンプ21は、例えばはんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだバンプ21は、必ずしもパッド部上に直接搭載されるもののみを示すものではなく、一度再配線層を形成しておき、該再配線層を介してパッド部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するようにはんだボールを搭載することもできる。これにより、実装基板やパッケージとの接続位置について高い自由度を有することができる。   The solder bump 21 can be formed, for example, by mounting a solder ball. Note that the solder bumps 21 do not necessarily indicate only those directly mounted on the pad portion, but a rewiring layer is formed once, and the solder bump 21 is located at a place different from the pad portion via the rewiring layer. Solder balls can also be mounted so as to be electrically connected to the rewiring layer. Thereby, it can have a high freedom degree about a connection position with a mounting substrate or a package.

次に、上述したような圧力センサモジュール20、及び圧力センサパッケージ1の製造方法について説明する。
本発明の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板3と第二基板4とを重ねてなる基体2、該基体2内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板3と略平行に配された空間部5、前記空間部5上に位置し、前記第一基板3の薄板化された領域からなるダイアフラム部6、前記ダイアフラム部6に配された感圧素子7、及び、前記第一基板3の外面3bからなる前記基体2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部6を除いた外周域に配され、前記感圧素子7と電気的に接続された導電部8、を少なくとも有する圧力センサ10と、前記第二基板4に配された前記圧力センサ10の制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュール20の製造方法であって、前記第二基板4の外面4bからなる前記基体の他面2bに、前記制御用集積回路が形成されてなる第二基板4を用いることを特徴とする。
Next, a manufacturing method of the pressure sensor module 20 and the pressure sensor package 1 as described above will be described.
The manufacturing method of the pressure sensor module according to the present invention includes a base 2 in which the first substrate 3 and the second substrate 4 are overlapped, and the overlapping surface in the base 2 is substantially the same as the first substrate 3 inside the central region. A space portion 5 arranged in parallel; a diaphragm portion 6 located on the space portion 5 and made of a thinned region of the first substrate 3; a pressure-sensitive element 7 arranged in the diaphragm portion 6; and On one surface 2a of the base body 2 composed of the outer surface 3b of the first substrate 3, it has at least a conductive portion 8 that is arranged in an outer peripheral area excluding the diaphragm portion 6 and is electrically connected to the pressure sensitive element 7. A method for manufacturing a pressure sensor module 20 comprising at least a pressure sensor 10 and an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10 disposed on the second substrate 4, comprising the outer surface 4 b of the second substrate 4. The other surface 2b of the base body Characterized by using the second substrate 4 to the control integrated circuit is formed.

本発明では、基体2の一面2aに感圧素子7が配されて構成された圧力センサ10と、該基体2の他面2bに前記圧力センサ10の制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュール20の製造方法において、前記基体2の他面2bをなす外面4bに、制御用集積回路が形成されてなる第二基板4を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサモジュール20を、簡便な方法で得ることができる。   In the present invention, a pressure sensor module comprising a pressure sensor 10 having a pressure-sensitive element 7 arranged on one surface 2a of the base 2, and an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10 on the other surface 2b of the base 2. In the manufacturing method 20, the second substrate 4 in which the control integrated circuit is formed on the outer surface 4 b forming the other surface 2 b of the base 2 is used. Thus, in the present invention, the pressure sensor module 20 having an integrated circuit for controlling the pressure sensor and reduced in size to a chip size can be obtained by a simple method.

さらに、本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記圧力センサモジュール20の製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ21を形成する工程Gを、さらに有することを特徴とする。
本発明では、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることができる。
以下、工程順に図を用いて詳しく説明する。
Furthermore, the manufacturing method of the pressure sensor package of the present invention further includes a manufacturing process of the pressure sensor module 20 and a process G of forming bumps 21 that are individually electrically connected to the control integrated circuit. Features.
In the present invention, the bump forming technology is combined and packaged. Accordingly, in the present invention, a pressure sensor package that includes an integrated circuit for controlling the pressure sensor and is miniaturized to a chip size can be obtained by a simple method.
Hereafter, it demonstrates in detail using a figure in order of a process.

図2は、圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
(1)まず、図2(a)に示すように、外面3bに前記感圧素子7が形成された前記第一基板3を用意し、第一基板3の内面3cにおいて、中央域に第一凹部3aを形成する(工程A)。
この第一基板3は、例えばシリコンなどの半導体からなり、基体2の一面2aをなす外面3bにおいて中央域には、感圧素子7、さらに外周部には該感圧素子7と電気的に接続する導電部8が予め形成されている。このとき、感圧素子7がホイットストーンブリッジを構成するように形成される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the pressure sensor package in the order of steps.
(1) First, as shown in FIG. 2 (a), the first substrate 3 having the pressure sensitive element 7 formed on the outer surface 3b is prepared, and the inner surface 3c of the first substrate 3 is first in the central region. A recess 3a is formed (step A).
The first substrate 3 is made of, for example, a semiconductor such as silicon, and is electrically connected to the pressure-sensitive element 7 in the central region and the pressure-sensitive element 7 in the outer peripheral portion of the outer surface 3b that forms one surface 2a of the base 2. A conductive portion 8 is formed in advance. At this time, the pressure-sensitive element 7 is formed to constitute a Whitstone bridge.

本実施形態では、まず、感圧素子7を形成した第一基板3の、感圧素子7形成面(外面3b)の反対側の面(内面3c)から、該第一基板3を侵食することにより凹部3aを形成する。当該凹部3aの形成方法は、水酸化カリウム水溶液(以下、KOH水溶液と示す。)などを用いたウエットエッチング法でもよいし、フッ素系のガスとプラズマを用いたドライエッチングでもよい。ドライエッチングの場合、例えばDRIE(Deep-Reactive Ion Etching)法によりエッチングすることで形成することができる。   In the present embodiment, first, the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed is eroded from the surface (inner surface 3c) opposite to the pressure sensitive element 7 forming surface (outer surface 3b). Thus, the recess 3a is formed. The method of forming the recess 3a may be a wet etching method using a potassium hydroxide aqueous solution (hereinafter referred to as a KOH aqueous solution) or the like, or dry etching using a fluorine-based gas and plasma. In the case of dry etching, it can be formed by etching, for example, by DRIE (Deep-Reactive Ion Etching) method.

DRIE法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄(SF)を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行なうことにより(Boschプロセス)、第一基板3を採掘エッチングするものである。
なお、これらの凹部3aを形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
The DRIE method uses sulfur hexafluoride (SF 6 ) as an etching gas, and alternately etches with high-density plasma and forms a passivation film on the sidewall (Bosch process), thereby mining and etching the first substrate 3. To do.
The method for forming these recesses 3a is not limited to this, and physical processing such as wet etching using a solution of acid or alkali, sandblasting, laser, or the like is also possible.

(2)そして、図2(b)に示すように、外面4bに前記制御用集積回路が形成された前記第二基板4を、内面4c側を前記凹部3aと対向させて前記第一基板3に張り合わせる(工程B)。この張り合わせ法としては、第一基板3の凹部3aを形成した内面3c側に、例えばシリコンからなる第二基板4を、例えば高温で熱処理することにより接合する方法等が挙げられる。
この第二基板4には、基体2の他面2bをなす外面4bに、前記圧力センサ10の制御用集積回路が、予め形成されている。
(2) Then, as shown in FIG. 2B, the second substrate 4 having the control integrated circuit formed on the outer surface 4b is opposed to the recess 3a on the inner surface 4c side, and the first substrate 3 is disposed. (Step B). Examples of the bonding method include a method in which the second substrate 4 made of, for example, silicon is bonded to the inner surface 3c side of the first substrate 3 where the concave portion 3a is formed by, for example, heat treatment at a high temperature.
On the second substrate 4, an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10 is formed in advance on the outer surface 4 b forming the other surface 2 b of the base 2.

本実施形態では、基板張り合わせ技術を用いた場合について説明する。感圧素子7を形成した第一基板3の対向面(内面3c)に、制御用集積回路を形成した第二基板4を張り合わせる。
当該第一基板3及び第二基板4にシリコン単結晶を用いる場合、第一基板3と第二基板4の表面を熱酸化法などにより酸化した後、第一基板3と第二基板4の酸化膜を形成した面同士を接触させて熱処理することにより、基板を接合する方法が知られている。また、第一基板3と第二基板4の自然酸化膜を除去し疎水性にするために水素終端化処理を施し、水素終端化処理を施した第一基板3と第二基板4の表面を接触させて、分子間力による結合後に酸素を含む雰囲気で熱処理し、水素を基板表面から脱離させると同時にシリコン間の結合を形成することにより、半導体基板を接合する方法が知られる。
In this embodiment, a case where a substrate bonding technique is used will be described. The second substrate 4 on which the integrated circuit for control is formed is bonded to the opposing surface (the inner surface 3c) of the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed.
When silicon single crystals are used for the first substrate 3 and the second substrate 4, the surfaces of the first substrate 3 and the second substrate 4 are oxidized by a thermal oxidation method or the like, and then the first substrate 3 and the second substrate 4 are oxidized. There is known a method of bonding substrates by bringing the surfaces on which the films are formed into contact with each other and performing heat treatment. Moreover, in order to remove the natural oxide film of the 1st board | substrate 3 and the 2nd board | substrate 4, and to make it hydrophobic, the hydrogen termination process is performed, and the surface of the 1st board | substrate 3 and the 2nd board | substrate 4 which performed the hydrogen termination process is applied. There is known a method for bonding semiconductor substrates by bringing them into contact and then heat-treating them in an atmosphere containing oxygen after bonding by intermolecular force to desorb hydrogen from the substrate surface and simultaneously form bonds between silicon.

さらに、第一基板3を陽極化成することにより多孔質シリコン層を基板上に成長させ、さらに熱処理を施し、当該多孔質シリコン層上にシリコンのエピタキシャル成長層を形成した後表面を酸化させ、表面が酸化した第二基板4と分子間力により張り合わせ、熱処理による脱水縮合反応により、シリコン同士の結合を形成する方法などが知られている。
本実施形態では、前記のどの手法の基板張り合わせ技術を利用しても、密閉空間を作製することは可能である。
このように、凹部3aを形成した第一基板3と、制御用集積回路を形成した第二基板4を当該基板張り合わせ技術を利用して張り合わせることにより、感圧素子7と制御用集積回路が対向する面に形成された圧力センサモジュール20が得られる。
Further, the first substrate 3 is anodized to grow a porous silicon layer on the substrate, and further subjected to heat treatment to form an epitaxial growth layer of silicon on the porous silicon layer, and then the surface is oxidized. A method is known in which silicon is bonded to the oxidized second substrate 4 by intermolecular force and a dehydration condensation reaction is performed by heat treatment.
In this embodiment, it is possible to produce a sealed space using any of the above-described substrate bonding techniques.
In this way, the first substrate 3 having the recesses 3a and the second substrate 4 having the control integrated circuit are bonded using the substrate bonding technique, whereby the pressure sensitive element 7 and the control integrated circuit are formed. The pressure sensor module 20 formed on the opposing surface is obtained.

続いて、このような圧力センサモジュール20に対して、貫通配線形成技術及びバンプ形成技術を用いて、チップサイズの圧力センサパッケージ1を作製する方法を示す。
(3)まず、図2(c)に示すように、圧力センサ10における導電部8の裏面に接続するように貫通孔12を形成する。
詳しくは、図2(c)に示すように、第一基板3のダイアフラム部6の外周部で、感圧素子7に通電するための導電部8の近傍であり、かつ、制御用集積回路の電流導入部の近傍に、圧力センサ本体と制御用集積回路を電気的に接続するための貫通孔12を形成する。
貫通孔12は、例えばDRIE法(Boschプロセス)によりエッチングすることで形成することができる。なお、貫通孔12を形成する方法はこれに限定されるものではなく、レーザ等の物理的加工も可能である。
Next, a method of manufacturing the chip-sized pressure sensor package 1 using such a through wiring formation technique and a bump formation technique will be described for such a pressure sensor module 20.
(3) First, as shown in FIG. 2 (c), the through hole 12 is formed so as to be connected to the back surface of the conductive portion 8 in the pressure sensor 10.
Specifically, as shown in FIG. 2 (c), the outer peripheral portion of the diaphragm portion 6 of the first substrate 3 is in the vicinity of the conductive portion 8 for energizing the pressure sensitive element 7, and of the control integrated circuit. A through hole 12 for electrically connecting the pressure sensor main body and the control integrated circuit is formed in the vicinity of the current introduction portion.
The through hole 12 can be formed by etching, for example, by the DRIE method (Bosch process). In addition, the method of forming the through-hole 12 is not limited to this, and physical processing, such as a laser, is also possible.

(4)次に、貫通孔12の内壁及び第二基板4の外面4bからなる基体2の他面2bに絶縁部(図示略)を形成する。絶縁部を形成することにより、後に示す、貫通配線部11を形成する際に基体2の表面を保護することができる。
絶縁部としては、例えばSiOをプラズマCVDにより1μm成膜することで形成できる。この絶縁部としてはSiOに限定されるものではなく、SiNや樹脂等の他の絶縁材料であっても良い。また、製法もその他スパッタ、スピンコート等が利用できる。
(4) Next, an insulating portion (not shown) is formed on the other surface 2 b of the base 2 composed of the inner wall of the through hole 12 and the outer surface 4 b of the second substrate 4. By forming the insulating portion, the surface of the base 2 can be protected when the through wiring portion 11 to be described later is formed.
The insulating part can be formed, for example, by depositing SiO 2 with a thickness of 1 μm by plasma CVD. This insulating part is not limited to SiO 2 but may be other insulating material such as SiN or resin. In addition, sputtering, spin coating, etc. can be used for the manufacturing method.

(5)次に、図2(d)に示すように、導電部8と電気的に接続するように、貫通孔12内に導電性物質13を充填することにより、貫通配線部11を形成する。
この導電性物質13としては、例えばCuとし、めっきにより貫通孔12内に充填することができる。なお、導電性物質13はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法もCVDやスパッタを利用することができる。さらに、貫通孔12に充填する導電性物質13は、基体2の両面における電気的な接続を形成することが目的なので、当該貫通孔12内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
(5) Next, as shown in FIG. 2D, the through wiring portion 11 is formed by filling the through hole 12 with a conductive substance 13 so as to be electrically connected to the conductive portion 8. .
As the conductive substance 13, for example, Cu can be filled in the through hole 12 by plating. Note that the conductive substance 13 is not limited to this, and may be other metal materials or alloys such as solder. Also, the filling method can use CVD or sputtering. Furthermore, since the conductive substance 13 filling the through hole 12 is intended to form an electrical connection on both sides of the base body 2, it is not necessary to completely fill the through hole 12 so that there is no space.

(6)次に、図3(a)に示すように、前記圧力センサ10と、前記制御用集積回路とを電気的に接続する(工程C)。
第二基板4の外面4bからなる基体2の他面2bにおいて、貫通配線部11と電気的に接続するように、制御用集積回路の電極部14を形成する。
貫通配線部11の一端部は、導電部8と電気的に接続し、他端部は、他面2bにおいて、制御用集積回路の電極部14と電気的に接続され、これにより圧力センサ10と制御用集積回路とが、電気的に接続される。
(6) Next, as shown in FIG. 3A, the pressure sensor 10 and the control integrated circuit are electrically connected (step C).
On the other surface 2b of the base 2 made of the outer surface 4b of the second substrate 4, the electrode portion 14 of the control integrated circuit is formed so as to be electrically connected to the through wiring portion 11.
One end of the through wiring portion 11 is electrically connected to the conductive portion 8, and the other end is electrically connected to the electrode portion 14 of the control integrated circuit on the other surface 2b. The control integrated circuit is electrically connected.

(7)次に、図3(b)に示すように、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ21を形成する(工程G)。
制御用集積回路と個別に電気的に接続するように、それぞれバンプ21を形成する。
バンプ21は、例えばSn−Ag−Cu系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、電極パッド等の導電部上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、導電部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また、本発明では、バンプ21はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またCuやAuなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
(7) Next, as shown in FIG. 3B, bumps 21 that are individually electrically connected to the control integrated circuit are formed (step G).
Bumps 21 are formed so as to be individually electrically connected to the control integrated circuit.
The bump 21 can be formed by mounting a solder ball made of, for example, Sn—Ag—Cu. The solder ball can be directly mounted on a conductive portion such as an electrode pad, or a rewiring layer is formed once and electrically connected to the rewiring layer at a location different from the conductive portion. It can also be mounted.
In the present invention, the bumps 21 are not limited to this, and solders of other compositions, solders made of other metals, bumps made of Cu, Au, etc. can be used. A printing method or a plating method using a solder paste, a stud bump using a wire, or the like is applicable.

なお、バンプ21は、貫通配線部11上に、直接形成することもできるし、第二基板上のバンプ形成面上に、バンプ21形成以前に、貫通配線部11と電気的に接合するように導電部(再配線)を形成し、貫通配線部11と異なる位置に該再配線と電気的に接続するようにはんだボールを形成することもできる。
これにより、図1に示す圧力センサパッケージ1A(1)が作製される。
The bumps 21 can be formed directly on the through wiring portion 11 or can be electrically joined to the through wiring portion 11 on the bump forming surface on the second substrate before the bump 21 is formed. A conductive part (rewiring) may be formed, and a solder ball may be formed at a position different from the through wiring part 11 so as to be electrically connected to the rewiring.
Thereby, the pressure sensor package 1A (1) shown in FIG. 1 is manufactured.

以上の工程により、圧力センサモジュールに対して、圧力センサ10の導電部8と制御用集積回路の電極を、貫通配線部11を用いて接続した圧力センサパッケージ1A(1)が作製される。
基体2の内部を貫通する貫通配線部11を利用してバンプ21を形成することによって、ダイアフラム部6の対向面側に電気配線を引き出すことにより、バンプ21のみで、圧力センサ10と電子部品の実装用基板に電気的に接合することができるため、高密度の実装が可能になる。
Through the above steps, the pressure sensor package 1A (1) in which the conductive portion 8 of the pressure sensor 10 and the electrode of the control integrated circuit are connected to the pressure sensor module using the through wiring portion 11 is manufactured.
By forming the bump 21 using the through wiring portion 11 penetrating through the inside of the base body 2, the electric wiring is drawn out to the opposite surface side of the diaphragm portion 6, so that the pressure sensor 10 and the electronic component can be formed only by the bump 21. Since it can be electrically bonded to the mounting substrate, high-density mounting is possible.

なお、図1に示した圧力センサパッケージでは、バンプ21は基体2の他面2bに配された前記制御用集積回路と同一面に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図4に示すように、基体2を貫通して配され、貫通配線部11とは別に設けられた貫通配線部を介して、前記制御用集積回路と電気的に接続されるように、基体2の一面2aにバンプ21が設けられてもよい。この場合、バンプ21を介して接続される電子部品の実装用基板等が、基体2の一面2aに配された感圧素子7を保護することができる。   In the pressure sensor package shown in FIG. 1, the bumps 21 are provided on the same surface as the control integrated circuit disposed on the other surface 2b of the substrate 2, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, the control circuit is electrically connected to the control integrated circuit through a through wiring portion that is provided through the base 2 and provided separately from the through wiring portion 11. The bump 21 may be provided on the one surface 2a of the base 2. In this case, the mounting substrate of the electronic component connected via the bumps 21 can protect the pressure sensitive element 7 disposed on the one surface 2a of the base 2.

また、図1、図4に示す構造では、空間部5(圧力基準室)が密閉されているため、絶対圧型の圧力センサモジュールを作製できるが、空間部5が圧力センサモジュール外部に連通する貫通孔を、制御用集積回路を形成した第二基板4、あるいは、ダイアフラム部6以外で感圧素子7を形成した第一基板3上に形成することにより、ゲージ圧型の圧力センサモジュールを作製することができる。   In the structure shown in FIGS. 1 and 4, since the space portion 5 (pressure reference chamber) is hermetically sealed, an absolute pressure type pressure sensor module can be manufactured, but the space portion 5 communicates with the outside of the pressure sensor module. A gauge pressure type pressure sensor module is manufactured by forming holes on the second substrate 4 on which the integrated circuit for control is formed or on the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed other than the diaphragm portion 6. Can do.

<第二実施形態>
図5は、本発明の圧力センサパッケージの一構成例を模式的に示す断面図である。
この圧力センサパッケージ1C(1)は圧力センサモジュール20C(20)を備え、該圧力センサモジュール20C(20)は、第一基板3と第二基板4とを重ねてなる基体2、該基体2内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板3に配された空間部5、前記空間部5上に位置し、前記第一基板3の薄板化された領域からなるダイアフラム部6(「感圧部」とも呼ぶ)、前記ダイアフラム部6に配された感圧素子7である4つのp型抵抗体(ピエゾ抵抗素子)R〜R(図ではR,Rの2つのみ記載)、及び、前記第一基板3の外面3bからなる前記基体2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部6を除いた外周域に配され、前記感圧素子7と電気的に接続された導電部8、を少なくとも有する圧力センサ10C(10)と、前記第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に配された、前記圧力センサ10C(10)の制御用集積回路と、を少なくとも備えてなる。
<Second embodiment>
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the pressure sensor package of the present invention.
The pressure sensor package 1C (1) includes a pressure sensor module 20C (20). The pressure sensor module 20C (20) includes a base body 2 in which a first substrate 3 and a second substrate 4 are stacked, Of the first substrate 3, a diaphragm portion 6 (which is located on the space portion 5 and is formed of a thinned region of the first substrate 3). Four pressure resistors (piezoresistive elements) R 1 to R 4 (in the figure, R 1 and R 2 ) that are pressure sensitive elements 7 arranged in the diaphragm part 6. Only, and on the one surface 2a of the base 2 composed of the outer surface 3b of the first substrate 3, the conductive material is arranged in the outer peripheral area excluding the diaphragm portion 6 and is electrically connected to the pressure sensitive element 7. Pressure sensor 10 having at least part 8 C (10) and at least a control integrated circuit for controlling the pressure sensor 10C (10) disposed on the surface of the second substrate 4 that is in contact with the space 5 formed by the inner surface 4c.

そして、この圧力センサパッケージ1C(1)は、前記圧力センサモジュール20C(20)と、前記基体2の外周域において、一端が該基体2に配された導電部8と電気的に接続し、他端が前記第二基板4の外面4bからなる前記基体2の他面2bに露呈するように、前記基体2を貫通してなる貫通配線部11と、前記第二基板4において、一端が前記貫通配線部11と電気的に接続し、他端が前記空間部5に接する面4cに露呈するように、前記第二基板4を貫通してなる第一貫通配線部24と、前記第二基板4において、一端が前記空間部5に接する面4cに露呈し、他端が前記外面4bに露呈するように、前記第二基板4を貫通してなる第二貫通配線部27と、前記第二貫通配線部27の他端と電気的に接続されたバンプ21と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
この圧力センサモジュール20C(20)を構成する圧力センサ10C(10)において、前記第一基板3の中央域に配された凹部3aにより、前記空間部5が構成されている。
The pressure sensor package 1C (1) is electrically connected to the pressure sensor module 20C (20) and the conductive portion 8 disposed on the base body 2 at the outer peripheral area of the base body 2. In the through wiring portion 11 penetrating the base 2 and the second substrate 4, one end is the penetrating hole so that the end is exposed to the other surface 2 b of the base 2 made of the outer surface 4 b of the second substrate 4. A first through-wiring portion 24 penetrating through the second substrate 4 so as to be electrically connected to the wiring portion 11 and exposed at the other end to the surface 4c in contact with the space portion 5; and the second substrate 4 The second through-wiring portion 27 penetrating the second substrate 4 such that one end is exposed to the surface 4c in contact with the space portion 5 and the other end is exposed to the outer surface 4b, and the second penetration A bump 21 electrically connected to the other end of the wiring portion 27; Characterized by comprising even without.
In the pressure sensor 10C (10) constituting the pressure sensor module 20C (20), the space portion 5 is configured by the recess 3a disposed in the central region of the first substrate 3.

本発明は、第二基板4に形成された圧力センサ10の制御用の集積回路(ASIC)が、基体2の内部に配された空間部5に面するように張り合わされることにより、圧力センサ10と同等のチップサイズの圧力センサモジュール20を形成し、さらに、貫通配線形成技術とバンプ21形成技術により、圧力センサ10と同等のチップサイズの圧力センサパッケージ1を形成するものである。   In the present invention, an integrated circuit (ASIC) for controlling the pressure sensor 10 formed on the second substrate 4 is bonded so as to face the space portion 5 disposed inside the base body 2. The pressure sensor module 20 having a chip size equivalent to 10 is formed, and further, the pressure sensor package 1 having a chip size equivalent to that of the pressure sensor 10 is formed by the through wiring formation technology and the bump 21 formation technology.

すなわち、本発明では、基体2の一面2aに感圧素子7が配されて圧力センサ10を構成し、該基体2を構成する第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に前記圧力センサ10の制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサ10のチップサイズで構成することができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサモジュール20を提供することができる。   That is, in the present invention, the pressure sensor 7 is arranged on the one surface 2 a of the base 2 to constitute the pressure sensor 10, and the surface that is in contact with the space portion 5 formed by the inner surface 4 c of the second substrate 4 constituting the base 2. Since the control integrated circuit for the pressure sensor 10 is disposed, the chip size of the pressure sensor 10 with a small area is obtained as compared with the conventional integrated pressure sensor in which the pressure sensor and the integrated circuit are formed on the same surface of the substrate. Can be configured. Thereby, in this invention, the pressure sensor module 20 provided with the compensation function smaller than before can be provided.

また、本発明では、基体2の一面2aに感圧素子7が配されて圧力センサ10を構成し、該基体2を構成する第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に前記圧力センサ10の制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサ10のチップサイズで構成された圧力センサモジュール20を備えている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサパッケージ1を提供することができる。   Further, in the present invention, the pressure sensor 7 is arranged on the one surface 2 a of the base 2 to constitute the pressure sensor 10, and the surface that is in contact with the space portion 5 formed by the inner surface 4 c of the second substrate 4 constituting the base 2. By providing an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10, a pressure sensor module 20 having a chip size of the pressure sensor 10 having a small area is provided. Thus, the present invention can provide a pressure sensor package 1 that is smaller and has a compensation function than the conventional one.

図5に示すように、この圧力センサ10C(10)は、平板状の第一基板3及び第二基板4を基体2とし、この第一基板3の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる空間部5(基準圧力室)を備える。本実施形態では、圧力センサ10C(10)において、前記第一基板3の中央域に配された凹部3aにより、前記空間部5が構成されている。そして、該空間部5の一方側(第一基板3側)に位置する薄板化された領域をダイアフラム部6(感圧部とも言う。)とする。この感圧部には感圧素子7である抵抗体R〜Rが配されている(図ではR,Rのみ表示)。 As shown in FIG. 5, this pressure sensor 10C (10) has a flat plate-like first substrate 3 and second substrate 4 as a base 2, and one surface of the first substrate 3 has the one surface inside the central region. And a space portion 5 (reference pressure chamber) that extends substantially in parallel with each other. In the present embodiment, in the pressure sensor 10 </ b> C (10), the space portion 5 is configured by the concave portion 3 a disposed in the central region of the first substrate 3. A thinned region located on one side (the first substrate 3 side) of the space 5 is referred to as a diaphragm portion 6 (also referred to as a pressure sensitive portion). Resistors R 1 to R 4 that are pressure-sensitive elements 7 are arranged in the pressure-sensitive portion (only R 1 and R 2 are shown in the figure).

感圧素子7として機能するp型抵抗体(ピエゾ抵抗素子)R〜Rは、ダイアフラム部6の圧力変動を検出する検出回路(ストレンゲージ)を構成するものであり、リード配線を介して、いわゆるホイットストーンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗体R〜Rは圧力センサ外周部のパッド部までを導電部8によって電気配線接続されている。 The p-type resistors (piezoresistive elements) R 1 to R 4 that function as the pressure-sensitive element 7 constitute a detection circuit (strain gauge) that detects pressure fluctuations in the diaphragm section 6, and are connected via lead wires. Are connected to form a so-called Whitstone bridge circuit. Each of the resistors R 1 to R 4 is electrically connected to the pad portion on the outer periphery of the pressure sensor by the conductive portion 8.

また、前記一面において、前記ダイアフラム部6を除いた外縁域には、前記抵抗体R〜Rごとに電気的に接続された導電部8が配されている。したがって、圧力センサ10は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。
これにより、基体2を外から見た場合に、その外縁域と中央域とがほぼ同じ厚さをもつ構成とすることができる。
In the one surface, a conductive portion 8 electrically connected to each of the resistors R 1 to R 4 is disposed in an outer edge area excluding the diaphragm portion 6. Therefore, the pressure sensor 10 has a structure that functions as an absolute pressure sensor.
Thereby, when the base | substrate 2 is seen from the outside, it can be set as the structure in which the outer edge area | region and the center area | region have substantially the same thickness.

このような抵抗体R〜Rは、ダイアフラム部6の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗体R〜Rに加わり易いので、感度の良い圧力センサ10が得られる。また、各抵抗体R〜Rは、ダイアフラム部6の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。 Such resistors R 1 to R 4 are preferably arranged at the peripheral edge of the diaphragm portion 6. Since both compressive and tensile stresses are likely to be applied to the resistors R 1 to R 4 at the peripheral edge, the pressure sensor 10 with good sensitivity can be obtained. The resistors R 1 to R 4 are arranged on the surface of the diaphragm portion 6 and can be formed, for example, by injecting a diffusion source such as boron into a silicon substrate.

また、第一基板3には、導電部8が設けられている。この導電部8は、例えば金属薄膜などを第一基板3の外面3b面上に形成して、さらにフォトリソグラフィーによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部8の一端部は、p型抵抗体R〜Rと電気的に接続され、他端部は、基体2を貫通して配された貫通配線部11と電気的に接続されている。また、この導電部8は、P型抵抗体R〜Rよりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、P型抵抗体R〜Rと電気的に接続してもよい。 The first substrate 3 is provided with a conductive portion 8. The conductive portion 8 can be formed, for example, by forming a metal thin film or the like on the outer surface 3b surface of the first substrate 3, and further patterning by photolithography. One end portion of the conductive portion 8 is electrically connected to the p-type resistors R 1 to R 4, and the other end portion is electrically connected to the through wiring portion 11 disposed through the base 2. Has been. Further, the conductive portion 8, via the line obtained by injecting a high concentration diffusion source than P-type resistor R 1 to R 4, electrically connected to the P-type resistor R 1 to R 4 May be.

導電部8を除く第一基板3の外面3b面上には、絶縁材料によって絶縁部(図示略)を形成することが望ましい。絶縁部を設けることにより、感圧素子7が該絶縁部によって被覆した構造が得られる。
絶縁部は、感圧素子7の外気との接触を遮断するため、感圧素子7の耐食性を向上させるとともに、感圧素子7が空間部5(圧力基準室)を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ10の特性変動を抑制する効果も奏する。
It is desirable to form an insulating part (not shown) with an insulating material on the outer surface 3b surface of the first substrate 3 excluding the conductive part 8. By providing the insulating part, a structure in which the pressure sensitive element 7 is covered with the insulating part is obtained.
The insulating part blocks the contact of the pressure sensitive element 7 with the outside air, so that the corrosion resistance of the pressure sensitive element 7 is improved and the pressure sensitive element 7 is directly connected to the outside without going through the space part 5 (pressure reference chamber). There is also an effect of suppressing the characteristic fluctuation of the pressure sensor 10 due to the mechanical influence received from the pressure sensor 10.

貫通配線部11は、空間部5を避けるとともに基体2を貫通して設けられた貫通孔12と、該貫通孔12に充填された導電性物質13とからなる。この導電性物質13としては、例えばCu等が挙げられる。
貫通配線部11の一端部は、基体2の一面2aにおいて導電部8と電気的に接続し、他端部は、他面2bにおいて導電部14と電気的に接続されている。
また、貫通配線部11とは異なる第一貫通配線部24、第二貫通配線部27は、それぞれ第二基板4の空間部5と重なる領域を貫通して、空間部5に通じるように設けられている。このとき、該第二貫通配線部27は、該貫通配線部11に対して該第一貫通配線部24よりも離れて設けられている。
導電部14は、第二基板4を貫通して配された第一貫通配線部24の一端と電気的に接続されており、第一貫通配線部24の他端は、第二基板4の内面4cからなる空間部5に接する面において、前記圧力センサ10の制御用集積回路の電極部28と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ10と前記圧力センサ10の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
The through wiring portion 11 includes a through hole 12 provided so as to avoid the space portion 5 and penetrate the base body 2, and a conductive substance 13 filled in the through hole 12. Examples of the conductive material 13 include Cu.
One end portion of the through wiring portion 11 is electrically connected to the conductive portion 8 on the one surface 2a of the base 2, and the other end portion is electrically connected to the conductive portion 14 on the other surface 2b.
Further, the first through wiring part 24 and the second through wiring part 27 different from the through wiring part 11 are provided so as to penetrate the space overlapping the space part 5 of the second substrate 4 and communicate with the space part 5. ing. At this time, the second through wiring portion 27 is provided farther from the first through wiring portion 24 with respect to the through wiring portion 11.
The conductive portion 14 is electrically connected to one end of the first through wiring portion 24 arranged through the second substrate 4, and the other end of the first through wiring portion 24 is connected to the inner surface of the second substrate 4. The surface in contact with the space portion 5 made of 4c is electrically connected to the electrode portion 28 of the control integrated circuit of the pressure sensor 10. Thereby, the pressure sensor 10 and the control integrated circuit of the pressure sensor 10 are electrically connected.

さらに、第二基板4の内面4cからなる空間部5に接する面において、制御用集積回路の電極部29は、第二基板4を貫通して配された第二貫通配線部27の一端と電気的に接続されており、第二貫通配線部27の他端は、基体2の他面2bにおいて、はんだバンプ21と電気的に接続されている。   Further, the electrode part 29 of the control integrated circuit is electrically connected to one end of the second through wiring part 27 arranged through the second substrate 4 on the surface in contact with the space part 5 formed by the inner surface 4 c of the second substrate 4. The other end of the second through wiring portion 27 is electrically connected to the solder bump 21 on the other surface 2 b of the base 2.

はんだバンプ21は、例えばはんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだバンプ21は、必ずしも空間部5上の基体2の他面2bに直接搭載されるもののみを示すものではなく、一度再配線層を形成しておき、該再配線層を介して、例えばパッド部で当該再配線層と電気的に接続するようにはんだボールを搭載することもできる。これにより、実装基板やパッケージとの接続位置について高い自由度を有することができる。   The solder bump 21 can be formed, for example, by mounting a solder ball. Note that the solder bumps 21 do not necessarily indicate only those directly mounted on the other surface 2b of the base body 2 in the space 5, but once the rewiring layer is formed, For example, solder balls can be mounted so as to be electrically connected to the rewiring layer at the pad portion. Thereby, it can have a high freedom degree about a connection position with a mounting substrate or a package.

次に、上述したような圧力センサモジュール20、及び圧力センサパッケージ1の製造方法について説明する。
本発明の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板3と第二基板4とを重ねてなる基体2、該基体2内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板3と略平行に配された空間部5、前記空間部5上に位置し、前記第一基板3の薄板化された領域からなるダイアフラム部6、前記ダイアフラム部6に配された感圧素子7、及び、前記第一基板3の外面3bからなる前記基体2の一面2aにおいて、前記ダイアフラム部6を除いた外周域に配され、前記感圧素子7と電気的に接続された導電部8、を少なくとも有する圧力センサ10と、前記第二基板4に配された前記圧力センサ10の制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュール20の製造方法であって、前記第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に、前記制御用集積回路が形成されてなる第二基板4を用いることを特徴とする。
Next, a manufacturing method of the pressure sensor module 20 and the pressure sensor package 1 as described above will be described.
The manufacturing method of the pressure sensor module according to the present invention includes a base 2 in which the first substrate 3 and the second substrate 4 are overlapped, and the overlapping surface in the base 2 is substantially the same as the first substrate 3 inside the central region. A space portion 5 arranged in parallel; a diaphragm portion 6 located on the space portion 5 and made of a thinned region of the first substrate 3; a pressure-sensitive element 7 arranged in the diaphragm portion 6; and On one surface 2a of the base body 2 composed of the outer surface 3b of the first substrate 3, it has at least a conductive portion 8 that is arranged in an outer peripheral area excluding the diaphragm portion 6 and is electrically connected to the pressure sensitive element 7. A method of manufacturing a pressure sensor module 20 comprising at least a pressure sensor 10 and an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10 disposed on the second substrate 4, comprising the inner surface 4 c of the second substrate 4. In contact with the space 5 The surface, which comprises using the second substrate 4 to the control integrated circuit is formed.

本発明では、基体2の一面2aに感圧素子7が配されて構成された圧力センサ10と、該基体2を構成する第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に前記圧力センサ10の制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュール20の製造方法において、前記基体2を構成する第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に、前記圧力センサ10の制御用集積回路が形成されてなる第二基板4を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサモジュール20を、簡便な方法で得ることができる。   In the present invention, the pressure sensor 10 formed by arranging the pressure sensitive element 7 on the one surface 2a of the base 2 and the surface in contact with the space portion 5 formed by the inner surface 4c of the second substrate 4 constituting the base 2 are described above. In the manufacturing method of the pressure sensor module 20 including the control integrated circuit of the pressure sensor 10, the surface of the pressure sensor 10 is arranged on the surface that is in contact with the space portion 5 formed by the inner surface 4 c of the second substrate 4 constituting the base 2. A second substrate 4 on which a control integrated circuit is formed is used. Thus, in the present invention, the pressure sensor module 20 having an integrated circuit for controlling the pressure sensor and reduced in size to a chip size can be obtained by a simple method.

さらに、本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記圧力センサモジュール20の製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ21を形成する工程Gを、さらに有することを特徴とする。
本発明では、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることができる。
以下、工程順に図を用いて詳しく説明する。
Furthermore, the manufacturing method of the pressure sensor package of the present invention further includes a manufacturing process of the pressure sensor module 20 and a process G of forming bumps 21 that are individually electrically connected to the control integrated circuit. Features.
In the present invention, the bump forming technology is combined and packaged. Accordingly, in the present invention, a pressure sensor package that includes an integrated circuit for controlling the pressure sensor and is miniaturized to a chip size can be obtained by a simple method.
Hereafter, it demonstrates in detail using a figure in order of a process.

図6は、圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
(1)まず、図6(a)に示すように、外面3bに前記感圧素子7が形成された前記第一基板3を用意し、第一基板3の内面3cにおいて、中央域に第一凹部3aを形成する(工程A)。
この第一基板3は、例えばシリコンなどの半導体からなり、基体2の一面2aをなす外面3bにおいて中央域には、感圧素子7、さらに外周部には該感圧素子7と電気的に接続する導電部8が予め形成されている。このとき、感圧素子7がホイットストーンブリッジを構成するように形成される。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the pressure sensor package in the order of steps.
(1) First, as shown in FIG. 6A, the first substrate 3 having the pressure sensitive element 7 formed on the outer surface 3 b is prepared, and the first region 3 c of the first substrate 3 is first in the central region. A recess 3a is formed (step A).
The first substrate 3 is made of, for example, a semiconductor such as silicon, and is electrically connected to the pressure-sensitive element 7 in the central region and the pressure-sensitive element 7 in the outer peripheral portion of the outer surface 3b that forms one surface 2a of the base 2. A conductive portion 8 is formed in advance. At this time, the pressure-sensitive element 7 is formed to constitute a Whitstone bridge.

本実施形態では、まず、感圧素子7を形成した第一基板3の、感圧素子7形成面(外面3b)の反対側の面(内面3c)から、該第一基板3を侵食することにより凹部3aを形成する。当該凹部3aの形成方法は、水酸化カリウム水溶液(以下、KOH水溶液と示す。)などを用いたウエットエッチング法でもよいし、フッ素系のガスとプラズマを用いたドライエッチングでもよい。ドライエッチングの場合、例えばDRIE(Deep-Reactive Ion Etching)法によりエッチングすることで形成することができる。   In the present embodiment, first, the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed is eroded from the surface (inner surface 3c) opposite to the pressure sensitive element 7 forming surface (outer surface 3b). Thus, the recess 3a is formed. The method of forming the recess 3a may be a wet etching method using a potassium hydroxide aqueous solution (hereinafter referred to as a KOH aqueous solution) or the like, or dry etching using a fluorine-based gas and plasma. In the case of dry etching, it can be formed by etching, for example, by DRIE (Deep-Reactive Ion Etching) method.

DRIE法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄(SF)を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行なうことにより(Boschプロセス)、第一基板3を採掘エッチングするものである。
なお、これらの凹部3aを形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
The DRIE method uses sulfur hexafluoride (SF 6 ) as an etching gas, and alternately etches with high-density plasma and forms a passivation film on the sidewall (Bosch process), thereby mining and etching the first substrate 3. To do.
The method for forming these recesses 3a is not limited to this, and physical processing such as wet etching using a solution of acid or alkali, sandblasting, laser, or the like is also possible.

(2)そして、図6(b)に示すように、内面4cの中央域に前記制御用集積回路、前記制御用集積回路の電極部28及び29が形成された前記第二基板4を、内面4c側を前記凹部3aと対向させて前記第一基板3に張り合わせる(工程B)。この張り合わせ法としては、第一基板3の凹部3aを形成した内面3c側に、例えばシリコンからなる第二基板4を、例えば高温で熱処理することにより接合する方法等が挙げられる。
この第二基板4には、基体2を構成する第二基板4の内面4cからなる前記空間部5に接する面に、前記圧力センサ10の制御用集積回路が、予め形成されている。また、電極部28及び29は、それぞれ第一貫通配線部24及び第二貫通配線部27が形成される位置に、予め形成されている。
(2) Then, as shown in FIG. 6B, the second substrate 4 on which the control integrated circuit and the electrode portions 28 and 29 of the control integrated circuit are formed in the central region of the inner surface 4c is formed on the inner surface. 4c side is made to oppose the said recessed part 3a, and it bonds together to said 1st board | substrate 3 (process B). Examples of the bonding method include a method in which the second substrate 4 made of, for example, silicon is bonded to the inner surface 3c side of the first substrate 3 where the concave portion 3a is formed by, for example, heat treatment at a high temperature.
On the second substrate 4, an integrated circuit for controlling the pressure sensor 10 is formed in advance on the surface in contact with the space portion 5 formed by the inner surface 4 c of the second substrate 4 constituting the base 2. The electrode portions 28 and 29 are formed in advance at positions where the first through wiring portion 24 and the second through wiring portion 27 are formed, respectively.

本実施形態では、基板張り合わせ技術を用いた場合について説明する。感圧素子7を形成した第一基板3の対向面(内面3c)に、制御用集積回路を形成した第二基板4を張り合わせる。
当該第一基板3及び第二基板4にシリコン単結晶を用いる場合、第一基板3と第二基板4の表面を熱酸化法などにより酸化した後、第一基板3と第二基板4の酸化膜を形成した面同士を接触させて熱処理することにより、基板を接合する方法が知られている。また、第一基板3と第二基板4の自然酸化膜を除去し疎水性にするために水素終端化処理を施し、水素終端化処理を施した第一基板3と第二基板4の表面を接触させて、分子間力による結合後に酸素を含む雰囲気で熱処理し、水素を基板表面から脱離させると同時にシリコン間の結合を形成することにより、半導体基板を接合する方法が知られる。
In this embodiment, a case where a substrate bonding technique is used will be described. The second substrate 4 on which the integrated circuit for control is formed is bonded to the opposing surface (the inner surface 3c) of the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed.
When silicon single crystals are used for the first substrate 3 and the second substrate 4, the surfaces of the first substrate 3 and the second substrate 4 are oxidized by a thermal oxidation method or the like, and then the first substrate 3 and the second substrate 4 are oxidized. There is known a method of bonding substrates by bringing the surfaces on which the films are formed into contact with each other and performing heat treatment. Moreover, in order to remove the natural oxide film of the 1st board | substrate 3 and the 2nd board | substrate 4, and to make it hydrophobic, the hydrogen termination process is performed, and the surface of the 1st board | substrate 3 and the 2nd board | substrate 4 which performed the hydrogen termination process is applied. There is known a method for bonding semiconductor substrates by bringing them into contact and then heat-treating them in an atmosphere containing oxygen after bonding by intermolecular force to desorb hydrogen from the substrate surface and simultaneously form bonds between silicon.

さらに、第一基板3を陽極化成することにより多孔質シリコン層を基板上に成長させ、さらに熱処理を施し、当該多孔質シリコン層上にシリコンのエピタキシャル成長層を形成した後表面を酸化させ、表面が酸化した第二基板4と分子間力により張り合わせ、熱処理による脱水縮合反応により、シリコン同士の結合を形成する方法などが知られている。
本実施形態では、前記のどの手法の基板張り合わせ技術を利用しても、密閉空間を作製することは可能である。
このように、凹部3aを形成した第一基板3と、制御用集積回路を形成した第二基板4を当該基板張り合わせ技術を利用して張り合わせることにより、制御用集積回路が、圧力センサ10の内部に形成された圧力センサモジュール20が得られる。
Further, the first substrate 3 is anodized to grow a porous silicon layer on the substrate, and further subjected to heat treatment to form an epitaxial growth layer of silicon on the porous silicon layer, and then the surface is oxidized. A method is known in which silicon is bonded to the oxidized second substrate 4 by intermolecular force and a dehydration condensation reaction is performed by heat treatment.
In this embodiment, it is possible to produce a sealed space using any of the above-described substrate bonding techniques.
In this way, the first integrated circuit board 3 in which the recess 3a is formed and the second integrated circuit board 4 in which the control integrated circuit is formed are bonded using the substrate bonding technique, so that the control integrated circuit is The pressure sensor module 20 formed inside is obtained.

続いて、このような圧力センサモジュール20に対して、貫通配線形成技術及びバンプ形成技術を用いて、チップサイズの圧力センサパッケージ1を作製する方法を示す。
(3)まず、図6(c)に示すように、圧力センサ10における導電部8の裏面に接続するように貫通孔12を形成する。また、前記内面4cの電極部28及び29の裏面に接続するように貫通孔22及び25をそれぞれ形成する。
詳しくは、図6(c)に示すように、第一基板3のダイアフラム部6の外周部で、感圧素子7に通電するための導電部8の近傍に貫通孔12を形成する。また、圧力センサの制御用集積回路の電流導入部に形成された電極部28、及び圧力センサの制御用集積回路の電流導出部に形成された電極部29の近傍に、ぞれぞれ貫通孔22及び25を形成する。
貫通孔12、22、及び25は、例えばDRIE法(Boschプロセス)によりエッチングすることで形成することができる。なお、貫通孔12、22、及び25を形成する方法はこれに限定されるものではなく、レーザ等の物理的加工も可能である。
Next, a method of manufacturing the chip-sized pressure sensor package 1 using such a through wiring formation technique and a bump formation technique will be described for such a pressure sensor module 20.
(3) First, as shown in FIG. 6C, the through hole 12 is formed so as to be connected to the back surface of the conductive portion 8 in the pressure sensor 10. Further, through holes 22 and 25 are formed so as to be connected to the back surfaces of the electrode portions 28 and 29 of the inner surface 4c.
Specifically, as shown in FIG. 6C, a through hole 12 is formed in the vicinity of the conductive portion 8 for energizing the pressure sensitive element 7 on the outer peripheral portion of the diaphragm portion 6 of the first substrate 3. Further, there are through-holes in the vicinity of the electrode portion 28 formed in the current introduction portion of the pressure sensor control integrated circuit and the electrode portion 29 formed in the current lead-out portion of the pressure sensor control integrated circuit. 22 and 25 are formed.
The through holes 12, 22, and 25 can be formed by etching, for example, by the DRIE method (Bosch process). Note that the method of forming the through holes 12, 22, and 25 is not limited to this, and physical processing such as laser is also possible.

(4)次に、貫通孔12、22、及び25の内壁、並びに第二基板4の外面4bからなる基体2の他面2bに絶縁部(図示略)を形成する。絶縁部を形成することにより、後に示す、貫通配線部11、24、及び27を形成する際に基体2の表面を保護することができる。
絶縁部としては、例えばSiOをプラズマCVDにより1μm成膜することで形成できる。この絶縁部としてはSiOに限定されるものではなく、SiNや樹脂等の他の絶縁材料であっても良い。また、製法もその他スパッタ、スピンコート等が利用できる。
(4) Next, an insulating portion (not shown) is formed on the inner surface of the through holes 12, 22, and 25 and the other surface 2 b of the base 2 including the outer surface 4 b of the second substrate 4. By forming the insulating portion, the surface of the substrate 2 can be protected when the through wiring portions 11, 24, and 27, which will be described later, are formed.
The insulating part can be formed, for example, by depositing SiO 2 with a thickness of 1 μm by plasma CVD. This insulating part is not limited to SiO 2 but may be other insulating material such as SiN or resin. In addition, sputtering, spin coating, etc. can be used for the manufacturing method.

(5)次に、図6(d)に示すように、導電部8と電気的に接続するように、貫通孔12内に導電性物質13を充填することにより、貫通配線部11を形成する。また、電極部28及び29と電気的に接続するように、貫通孔22及び25内に導電性物質23及び26を充填することにより、貫通配線部24及び27を形成する。
この導電性物質13、23、及び26としては、例えばCuとし、めっきにより貫通孔12、22、及び25内に充填することができる。なお、導電性物質13、23、及び26はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法もCVDやスパッタを利用することができる。さらに、貫通孔12、22、及び25に充填する導電性物質13、23、及び26は、基体2の両面における電気的な接続、及び第二基板4の両面における電気的な接続を形成することが目的なので、当該貫通孔12、22、及び25内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
(5) Next, as shown in FIG. 6D, the through wiring portion 11 is formed by filling the through hole 12 with a conductive substance 13 so as to be electrically connected to the conductive portion 8. . Further, the through wiring portions 24 and 27 are formed by filling the through holes 22 and 25 with the conductive materials 23 and 26 so as to be electrically connected to the electrode portions 28 and 29.
The conductive materials 13, 23, and 26 may be Cu, for example, and may be filled in the through holes 12, 22, and 25 by plating. Note that the conductive substances 13, 23, and 26 are not limited to this, and may be other metal materials or alloys such as solder. Also, the filling method can use CVD or sputtering. Furthermore, the conductive materials 13, 23 and 26 filling the through holes 12, 22 and 25 form an electrical connection on both sides of the base 2 and an electrical connection on both sides of the second substrate 4. Therefore, it is not necessary to completely fill the through holes 12, 22, and 25 so that there is no space.

(6)次に、図7(a)に示すように、前記圧力センサ10と、前記制御用集積回路とを電気的に接続する(工程C)。
第二基板4の外面4bからなる基体2の他面2bにおいて、貫通配線部11と第一貫通配線部24とが電気的に接続するように、導電部14を形成する。
貫通配線部11の一端部は、導電部8と電気的に接続し、他端部は、他面2bにおいて、導電部14と電気的に接続される。また、第一貫通配線部24の一端部は、他面2bにおいて導電部14と電気的に接続し、他端部は、内面4cにおいて電極部28と電気的に接続される。これにより圧力センサ10と制御用集積回路とが、電気的に接続される。
(6) Next, as shown in FIG. 7A, the pressure sensor 10 and the control integrated circuit are electrically connected (step C).
The conductive portion 14 is formed so that the through wiring portion 11 and the first through wiring portion 24 are electrically connected to each other on the other surface 2b of the base body 2 including the outer surface 4b of the second substrate 4.
One end of the through wiring portion 11 is electrically connected to the conductive portion 8, and the other end is electrically connected to the conductive portion 14 on the other surface 2b. Further, one end portion of the first through wiring portion 24 is electrically connected to the conductive portion 14 on the other surface 2b, and the other end portion is electrically connected to the electrode portion 28 on the inner surface 4c. Thereby, the pressure sensor 10 and the control integrated circuit are electrically connected.

(7)次に、図7(b)に示すように、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ21を形成する(工程G)。
制御用集積回路と個別に電気的に接続するように、それぞれバンプ21を形成する。
バンプ21は、例えばSn−Ag−Cu系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、外面4bにおいて、第二貫通配線部27上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、第二貫通配線部27とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また、本発明では、バンプ21はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またCuやAuなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
(7) Next, as shown in FIG. 7B, bumps 21 that are individually electrically connected to the control integrated circuit are formed (step G).
Bumps 21 are formed so as to be individually electrically connected to the control integrated circuit.
The bump 21 can be formed by mounting a solder ball made of, for example, Sn—Ag—Cu. Note that the solder ball can be directly mounted on the second through wiring portion 27 on the outer surface 4b, or a rewiring layer is formed once and the solder ball is re-installed at a place different from the second through wiring portion 27. It can also be mounted so as to be electrically connected to the wiring layer.
In the present invention, the bumps 21 are not limited to this, and solders of other compositions, solders made of other metals, bumps made of Cu, Au, etc. can be used. A printing method or a plating method using a solder paste, a stud bump using a wire, or the like is applicable.

なお、バンプ21は、外面4bにおいて、第二貫通配線部27上に、直接形成することもできるし、第二基板上のバンプ形成面上に、バンプ21形成以前に、第二貫通配線部27と電気的に接合するように導電部(再配線)を形成し、第二貫通配線部27と異なる位置に該再配線と電気的に接続するようにはんだボールを形成することもできる。
これにより、図5に示す圧力センサパッケージ1C(1)が作製される。
The bumps 21 can be formed directly on the second through wiring part 27 on the outer surface 4b, or on the bump forming surface on the second substrate before the bump 21 is formed. It is also possible to form a conductive portion (redistribution) so as to be electrically connected to the solder, and to form a solder ball so as to be electrically connected to the redistribution at a position different from the second through wiring portion 27.
Thereby, the pressure sensor package 1C (1) shown in FIG. 5 is manufactured.

以上の工程により、圧力センサモジュールに対して、圧力センサ10の導電部8と制御用集積回路の電極を、貫通配線部11及び第一貫通配線部24を用いて接続した圧力センサパッケージ1C(1)が作製される。
基体2の内部を貫通する貫通配線部11、並びに第二基板を貫通する第一貫通配線部24及び第二貫通配線部27を利用してバンプ21を形成することによって、ダイアフラム部6の対向面側に電気配線を引き出すことにより、バンプ21のみで、圧力センサ10と電子部品の実装用基板に電気的に接合することができるため、高密度の実装が可能になる
Through the above steps, the pressure sensor package 1C (1) in which the conductive portion 8 of the pressure sensor 10 and the electrode of the control integrated circuit are connected to the pressure sensor module using the through wiring portion 11 and the first through wiring portion 24. ) Is produced.
The bump 21 is formed by using the through wiring portion 11 penetrating the inside of the base body 2 and the first through wiring portion 24 and the second through wiring portion 27 penetrating the second substrate, so that the opposing surface of the diaphragm portion 6 is formed. By drawing out the electrical wiring to the side, the bumps 21 alone can be electrically joined to the pressure sensor 10 and the electronic component mounting substrate, so that high-density mounting is possible.

なお、図5に示した圧力センサパッケージでは、バンプ21は基体2の他面2bに設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図8に示すように、基体2を貫通して配され、貫通配線部11とは別に設けられた貫通配線部を介して、前記制御用集積回路と電気的に接続されるように、基体2の一面2aにバンプ21が設けられてもよい。この場合、バンプ21を介して接続される電子部品の実装用基板等が、基体2の一面2aに配された感圧素子7を保護することができる。   In the pressure sensor package shown in FIG. 5, the bumps 21 are provided on the other surface 2b of the base 2. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. Bumps 21 are provided on one surface 2a of the base 2 so as to be electrically connected to the control integrated circuit through a through wiring portion provided separately from the through wiring portion 11. May be. In this case, the mounting substrate of the electronic component connected via the bumps 21 can protect the pressure sensitive element 7 disposed on the one surface 2a of the base 2.

また、図5、図8に示す構造では、空間部5(圧力基準室)が密閉されているため、絶対圧型の圧力センサモジュールを作製できるが、空間部5が圧力センサモジュール外部に連通する貫通孔を、制御用集積回路を形成した第二基板4、あるいは、ダイアフラム部6以外で感圧素子7を形成した第一基板3上に形成することにより、ゲージ圧型の圧力センサモジュールを作製することができる。   In the structure shown in FIGS. 5 and 8, since the space portion 5 (pressure reference chamber) is sealed, an absolute pressure type pressure sensor module can be manufactured. However, the space portion 5 communicates with the outside of the pressure sensor module. A gauge pressure type pressure sensor module is manufactured by forming holes on the second substrate 4 on which the integrated circuit for control is formed or on the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed other than the diaphragm portion 6. Can do.

ところで、前述の図1、図4、図5、及び図8に示す構成では、感圧素子を保護するための基板が、感圧素子上などに設置されていないため、導電部をワイヤボンドで電気的に接続し、樹脂などで構成された空間内に圧力センサを密閉する従来の圧力センサパッケージと比較して、外乱による圧力センサの機械的強度などの維持が困難になり、センサ特性が変動するという問題が生ずる。そこで、続いて、感圧素子7上に、圧力センサの保護基板を形成してもよい(図示略)。   By the way, in the structure shown in FIG. 1, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 8, the substrate for protecting the pressure sensitive element is not installed on the pressure sensitive element. Compared to a conventional pressure sensor package that is electrically connected and the pressure sensor is sealed in a space composed of resin, etc., it becomes difficult to maintain the mechanical strength of the pressure sensor due to disturbance, and the sensor characteristics fluctuate. Problem arises. Therefore, subsequently, a protective substrate for the pressure sensor may be formed on the pressure-sensitive element 7 (not shown).

まず、感圧素子7が形成された第一基板3面上でダイアフラム部6の外部の領域に、圧力センサを形成した半導体基板と保護基板の接着剤を設置する。当該接着剤としては、アクリル系やエポキシ系やポリイミド系などで、熱硬化性でも室温硬化性でもよい。ただし、接着時に導電部8に含まれる金属材料が融解し、凝集などにより電気的に断線すると、感圧素子7の電気抵抗変化による電圧変化を観測するための電流を、感圧素子7に印加することができないので、当該金属材料の融点よりも低温で硬化できる接着剤を用いることが望ましい。   First, an adhesive between a semiconductor substrate on which a pressure sensor is formed and a protective substrate is placed on a region outside the diaphragm portion 6 on the surface of the first substrate 3 on which the pressure sensitive element 7 is formed. The adhesive may be acrylic, epoxy, polyimide, etc., and may be thermosetting or room temperature curable. However, when the metal material contained in the conductive portion 8 is melted at the time of bonding and is electrically disconnected due to aggregation or the like, a current for observing a voltage change due to a change in electric resistance of the pressure sensitive element 7 is applied to the pressure sensitive element 7. Therefore, it is desirable to use an adhesive that can be cured at a temperature lower than the melting point of the metal material.

続いて、接着剤が設置された感圧素子7を形成した第一基板3上に保護基板を設置し、前記第一基板3と前記保護基板を接着する。本実施例では、圧力基準室が密閉されている絶対圧型圧力センサの構造であるため、感圧素子7の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、保護基板と感圧素子7を形成した第一基板3の間に空隙があり、接着剤により密閉されないことが必要である。接着する際、接着剤の種類により前記第一基板3と前記保護基板を加熱してもよい。第一基板3と保護基板の間に空隙が形成されるように配置しても、熱処理により保護基板が変形し、空隙が消失する場合がある。したがって、第一基板3と保護基板を加熱処理により接着する際、加熱温度以下で変形しない材料が主成分の保護基板を用いることが望ましい。   Subsequently, a protective substrate is installed on the first substrate 3 on which the pressure-sensitive element 7 on which the adhesive is installed is formed, and the first substrate 3 and the protective substrate are bonded. In this embodiment, since the pressure reference chamber has a sealed absolute pressure type pressure sensor, it is necessary to apply an external gas pressure on the formation surface of the pressure sensitive element 7. Therefore, it is necessary that there is a gap between the protective substrate and the first substrate 3 on which the pressure-sensitive element 7 is formed, and it is not sealed with an adhesive. When bonding, the first substrate 3 and the protective substrate may be heated depending on the type of adhesive. Even if it arrange | positions so that a space | gap may be formed between the 1st board | substrate 3 and a protective substrate, a protective substrate may deform | transform by heat processing and a space | gap may lose | disappear. Therefore, when the first substrate 3 and the protective substrate are bonded by heat treatment, it is desirable to use a protective substrate whose main component is a material that does not deform below the heating temperature.

また、保護基板や接着用の樹脂が導電性をもつ場合、感圧素子7に導電部8を介して電流の一部が、樹脂や保護基板から印加される場合があるので、樹脂と保護基板は絶縁性をもつことが望ましい。   Further, when the protective substrate or the adhesive resin has conductivity, a part of the current may be applied to the pressure sensitive element 7 through the conductive portion 8 from the resin or the protective substrate. It is desirable to have an insulating property.

一方、保護基板は、従来の圧力センサパッケージの樹脂材料と同程度以上の機械的強度を有していることが望ましい。また、樹脂材料を介して、圧力センサを形成した半導体基板と保護基板が接続されているために、保護基板と圧力センサを形成した半導体基板の熱膨張係数の差が緩和される。したがって、感圧素子が形成された半導体基板面上にバンプを形成する場合より、圧力センサのセンサ特性の変動を抑制することができるという効果がある。さらには望ましくは、圧力センサを形成した半導体基板と保護基板が同程度の熱膨張係数を有することが望ましい。例えば、半導体基板がシリコンである場合、ガラス等の絶縁性を有しシリコンと同程度の熱膨張係数をもつ材料を用いることが望ましい。   On the other hand, it is desirable that the protective substrate has a mechanical strength equal to or higher than that of the resin material of the conventional pressure sensor package. Further, since the semiconductor substrate on which the pressure sensor is formed and the protective substrate are connected via the resin material, the difference in thermal expansion coefficient between the protective substrate and the semiconductor substrate on which the pressure sensor is formed is reduced. Therefore, there is an effect that fluctuations in sensor characteristics of the pressure sensor can be suppressed as compared with the case where bumps are formed on the surface of the semiconductor substrate on which the pressure sensitive elements are formed. More preferably, it is desirable that the semiconductor substrate on which the pressure sensor is formed and the protective substrate have the same thermal expansion coefficient. For example, when the semiconductor substrate is silicon, it is desirable to use a material having an insulating property such as glass and having a thermal expansion coefficient comparable to that of silicon.

本実施例で示した保護基板は、圧力センサモジュール20形成後の感圧素子7の保護を目的として形成したが、貫通配線部11等を形成する際の、感圧素子7の保護基板として用いることも可能である。したがって、貫通配線部11等を形成する前に当該保護基板を感圧素子7上に形成してもよい。   The protective substrate shown in the present embodiment is formed for the purpose of protecting the pressure sensitive element 7 after the pressure sensor module 20 is formed, but is used as a protective substrate for the pressure sensitive element 7 when forming the through wiring portion 11 and the like. It is also possible. Therefore, the protective substrate may be formed on the pressure sensitive element 7 before forming the through wiring portion 11 and the like.

また、電子部品の実装用基板に圧力センサモジュール20を実装した場合の、実装後の圧力センサモジュール20の高さは、保護基板と半導体基板の厚さの和に依存するため、薄く高密度に実装する場合に不利になるという問題がある。そこで、保護基板を当該半導体基板に張りつけた後に、ラッピングなどの研磨により保護基板を薄くすることは、実装時の厚さを薄くするためには効果的である。   In addition, when the pressure sensor module 20 is mounted on a mounting board for electronic components, the height of the pressure sensor module 20 after mounting depends on the sum of the thicknesses of the protective substrate and the semiconductor substrate. There is a problem that it becomes disadvantageous when implementing. Thus, after the protective substrate is attached to the semiconductor substrate, thinning the protective substrate by lapping or the like is effective for reducing the thickness at the time of mounting.

なお、上述した実施形態では、外面3bに予め感圧素子7が形成された第一基板3に対し、内面3c側から凹部3aを形成した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該凹部3aを形成する時、まず、ダイアフラム部6が適切な厚さになるまで凹部3aを形成し、半導体基板を張り合わせた後に、当該凹部3aを形成した半導体基板表面を研削や研磨することでダイアフラム部6を適切な厚さに加工したのち、感圧素子7を形成する方法でもよい。これにより、センサ特性が安定した圧力センサを得ることができる。   In the above-described embodiment, the case where the concave portion 3a is formed from the inner surface 3c side with respect to the first substrate 3 on which the pressure-sensitive element 7 has been previously formed on the outer surface 3b has been described as an example. When forming the concave portion 3a, the concave portion 3a is first formed until the diaphragm portion 6 has an appropriate thickness, and the semiconductor substrate is bonded to the semiconductor substrate. Alternatively, the pressure-sensitive element 7 may be formed after the diaphragm portion 6 is processed to an appropriate thickness by grinding or polishing the surface. Thereby, a pressure sensor with stable sensor characteristics can be obtained.

以上、本発明の圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、ストレンゲージとして機能するp型抵抗体の配置および数に関しては、種々の変形例が考えられ、要は、ダイアフラム部(感圧部)の圧力歪を検出できれば、その配置や数はいかなるものでも構わない。
As described above, the pressure sensor module and the pressure sensor package of the present invention and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention. is there.
For example, regarding the arrangement and number of p-type resistors that function as a strain gauge, various modifications can be considered. In short, as long as the pressure strain of the diaphragm portion (pressure-sensitive portion) can be detected, any arrangement or number can be used. It doesn't matter.

本発明は、圧力センサ及び圧力センサパッケージ、ならびにこれらの製造方法に広く適用可能である。   The present invention is widely applicable to pressure sensors and pressure sensor packages, and methods for manufacturing these.

1A、1B、1C、1D(1) 圧力センサパッケージ、2 基体、3 第一基板、3a 凹部、4 第二基板、5 空間部、6 ダイアフラム部(感圧部)、7 感圧素子、8 導電部、10A、10B、10C、10D(10) 圧力センサ、11 貫通配線部、12 貫通孔、13 導電性物質、14 制御用集積回路用電極、20A、20B、20C、20D(20) 圧力センサモジュール、21 バンプ、22 貫通孔、23 導電性物質、24 貫通配線部、25 貫通孔、26 導電性物質、27 貫通配線部、28 制御用集積回路用電極、29 制御用集積回路用電極。   1A, 1B, 1C, 1D (1) Pressure sensor package, 2 base, 3 first substrate, 3a recess, 4 second substrate, 5 space, 6 diaphragm portion (pressure sensitive portion), 7 pressure sensitive element, 8 conductive Part, 10A, 10B, 10C, 10D (10) Pressure sensor, 11 Through wiring part, 12 Through hole, 13 Conductive substance, 14 Electrode for control integrated circuit, 20A, 20B, 20C, 20D (20) Pressure sensor module , 21 Bump, 22 Through-hole, 23 Conductive material, 24 Through-wiring part, 25 Through-hole, 26 Conductive substance, 27 Through-wiring part, 28 Control integrated circuit electrode, 29 Control integrated circuit electrode

Claims (10)

第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、
該基体内の重なり面において、その中央域の内部に配された空間部、
前記空間部上に位置し、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
前記第一基板の前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、
前記第二基板に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、
前記基体の外周域において、一端が該基体の導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、
を少なくとも備えたことを特徴とする圧力センサモジュール。
A substrate formed by stacking a first substrate and a second substrate;
In the overlapping surface in the base body, a space portion arranged inside the central area,
A diaphragm portion that is located on the space portion and includes a thinned region of the first substrate,
A pressure-sensitive element disposed in the diaphragm, and
A pressure sensor disposed at an outer peripheral area excluding the diaphragm portion of the first substrate and having at least a conductive portion electrically connected to the pressure sensitive element;
An integrated circuit for controlling the pressure sensor, disposed on the second substrate;
In the outer peripheral area of the base body, the first base that constitutes the base body is configured such that one end is electrically connected to the conductive portion of the base body and the other end is exposed to the other surface of the base body that is the outer surface of the second substrate. A through-wiring portion formed by penetrating through one substrate and the second substrate;
A pressure sensor module comprising at least
前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に、前記圧力センサの制御用集積回路が配されたことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサモジュール。 2. The pressure sensor module according to claim 1, wherein an integrated circuit for controlling the pressure sensor is disposed on the other surface of the base body formed of the outer surface of the second substrate. 前記第二基板の内面からなる前記空間部に接する面に、前記圧力センサの制御用集積回路が配されたことを特徴とする請求項1に記載の圧力センサモジュール。 2. The pressure sensor module according to claim 1, wherein an integrated circuit for controlling the pressure sensor is disposed on a surface of the second substrate that contacts the space portion. 前記第一基板の中央域に配された凹部により、前記空間部が構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の圧力センサモジュール。 The pressure sensor module according to any one of claims 1 to 3, wherein the space portion is configured by a concave portion disposed in a central region of the first substrate. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールと
前記貫通配線部の他端と電気的に接続されたバンプと、を少なくとも備えたことを特徴とする圧力センサパッケージ。
The pressure sensor module according to any one of claims 1 to 4 ,
A pressure sensor package comprising at least a bump electrically connected to the other end of the through wiring portion.
第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、
該基体内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、
前記空間部上に位置し、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
前記第一基板の前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、
前記第二基板に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、
前記基体の外周域において、一端が該基体の導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、
を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、
前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に、前記制御用集積回路が形成されてなる第二基板を用いることを特徴とする圧力センサモジュールの製造方法。
A substrate formed by stacking a first substrate and a second substrate;
In the overlapping surface in the base body, a space portion arranged substantially parallel to the first substrate inside the central region,
A diaphragm portion that is located on the space portion and includes a thinned region of the first substrate,
A pressure-sensitive element disposed in the diaphragm, and
A pressure sensor disposed at an outer peripheral area excluding the diaphragm portion of the first substrate and having at least a conductive portion electrically connected to the pressure sensitive element;
An integrated circuit for controlling the pressure sensor disposed on the second substrate;
In the outer peripheral area of the base body, the first base that constitutes the base body is configured such that one end is electrically connected to the conductive portion of the base body and the other end is exposed to the other surface of the base body that is the outer surface of the second substrate. A through-wiring portion formed by penetrating through one substrate and the second substrate;
A method of manufacturing a pressure sensor module comprising at least
A method of manufacturing a pressure sensor module, comprising using a second substrate in which the control integrated circuit is formed on the other surface of the base body, which is an outer surface of the second substrate.
第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、
該基体内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、
前記空間部上に位置し、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
前記第一基板の前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、
前記第二基板に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、
前記基体の外周域において、一端が該基体の導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、
を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、
前記第二基板の内面からなる前記空間部に接する面に、前記制御用集積回路が形成されてなる第二基板を用いることを特徴とする圧力センサモジュールの製造方法。
A substrate formed by stacking a first substrate and a second substrate;
In the overlapping surface in the base body, a space portion arranged substantially parallel to the first substrate inside the central region,
A diaphragm portion that is located on the space portion and includes a thinned region of the first substrate,
A pressure-sensitive element disposed in the diaphragm, and
A pressure sensor disposed at an outer peripheral area excluding the diaphragm portion of the first substrate and having at least a conductive portion electrically connected to the pressure sensitive element;
An integrated circuit for controlling the pressure sensor disposed on the second substrate;
In the outer peripheral area of the base body, the first base that constitutes the base body is configured such that one end is electrically connected to the conductive portion of the base body and the other end is exposed to the other surface of the base body that is the outer surface of the second substrate. A through-wiring portion formed by penetrating through one substrate and the second substrate;
A method of manufacturing a pressure sensor module comprising at least
A method for manufacturing a pressure sensor module, comprising: using a second substrate in which the control integrated circuit is formed on a surface of the second substrate in contact with the space portion.
外面に前記感圧素子が形成された前記第一基板に、内面側から凹部を形成する工程Aと、
前記制御用集積回路が形成された前記第二基板を、内面側を前記凹部と対向させて前記第一基板に張り合わせる工程Bと、
前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続する工程Cと、を順に有することを特徴とする請求項6又は7に記載の圧力センサモジュールの製造方法。
Forming a recess from the inner surface side on the first substrate having the pressure-sensitive element formed on the outer surface; and
Bonding the second substrate on which the control integrated circuit is formed to the first substrate with the inner surface facing the concave portion; and
8. The method of manufacturing a pressure sensor module according to claim 6, further comprising a step C of electrically connecting the pressure sensor and the control integrated circuit.
前記工程Bにおいて張り合わせた前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通する前記貫通配線部を形成することによって、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続することを特徴とする請求項8に記載の圧力センサモジュールの製造方法。The pressure sensor and the control integrated circuit are electrically connected by forming the through wiring portion penetrating through the first substrate and the second substrate bonded together in the step B. A method for manufacturing a pressure sensor module according to claim 8. 前記請求項6乃至請求項のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールの製造工程と、
前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプを形成する工程Gを、さらに有することを特徴とする圧力センサパッケージの製造方法。
A manufacturing process of the pressure sensor module according to any one of claims 6 to 9 ,
A method of manufacturing a pressure sensor package, further comprising a step G of forming a bump electrically connected to the control integrated circuit individually.
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