JP5544762B2 - Method for manufacturing mechanical quantity sensor - Google Patents
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Description
本発明は、力学量を検出する力学量センサ、力学量センサの製造方法及び力学量センサを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity, a method for manufacturing the mechanical quantity sensor, and an electronic apparatus using the mechanical quantity sensor.
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に力学量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位がピエゾ抵抗素子を利用して検出されるタイプの力学量センサ（いわゆるピエゾ抵抗型センサ）等が実用化されている。 In recent years, various electronic devices have been reduced in size, weight, functionality, and functionality, and electronic components to be mounted have been required to have higher density. In response to such demands, an increasing number of electronic components are manufactured as semiconductor devices. For this reason, in addition to the semiconductor device manufactured as a circuit element, a sensor for detecting a mechanical quantity is also manufactured using the semiconductor device, and a reduction in size and weight is achieved. For example, in an acceleration sensor or an angular velocity sensor having a small and simple structure using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, a movable part that is displaced according to an external force is formed on a semiconductor substrate, and the displacement of the movable part is caused by piezoresistance. A mechanical quantity sensor (so-called piezoresistive sensor) of a type that is detected using an element has been put into practical use.
上述の力学量センサの具体例を図１０に示す。図１０は、ピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサ１００のセンサ部分の概略構成を示す断面図である。図１０において、加速度センサ１００は、フレーム部１０１内に配置された錘部１０２を可撓部１０３で支持する構成を備える。フレーム部１０１、錘部１０２及び可撓部１０３は、半導体基板を加工して形成される。この加速度センサ１００は、加えられる外力に応じて錘部１０２が変位し、この変位情報から加速度を検出する。このような構成の加速度センサは、例えば、特許文献１に開示されている。 A specific example of the above-described mechanical quantity sensor is shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a sensor portion of a triaxial acceleration sensor 100 using a piezoresistive element. In FIG. 10, the acceleration sensor 100 has a configuration in which a weight portion 102 disposed in a frame portion 101 is supported by a flexible portion 103. The frame part 101, the weight part 102, and the flexible part 103 are formed by processing a semiconductor substrate. In the acceleration sensor 100, the weight portion 102 is displaced according to the applied external force, and the acceleration is detected from the displacement information. An acceleration sensor having such a configuration is disclosed in Patent Document 1, for example.
この加速度センサでは、錘部１０２は４本の可撓部１０３によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に変位可能に支持されている。各可撓部１０３の上面には錘部１０２の変位を検出するため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する複数のピエゾ素子（図示せず）が形成される。複数のピエゾ素子は複数の接続端子と金属配線（図示せず）により接続される。金属配線は、ピエゾ素子を用いてブリッジ回路を構成するように配線される。すなわち、ピエゾ抵抗型加速度センサは、外力に応じた錘部１０２の変位を、ブリッジ回路内のピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化で検出するように構成されている。このため、各ピエゾ抵抗素子を接続する金属配線の抵抗値も均等になるように配線する必要があり、特許文献１では、各金属配線の抵抗値を略等価にする構成を提案している。また、ピエゾ抵抗型加速度センサは、出荷前にブリッジ回路の各アーム（ピエゾ抵抗素子と金属配線を含む）のオフセットを補正してバランスを取り、その補正値をメモリに記憶している。 In this acceleration sensor, the weight portion 102 is supported by four flexible portions 103 so as to be displaceable in three axial directions of the X axis, the Y axis, and the Z axis. A plurality of piezoelectric elements (not shown) corresponding to the X axis, the Y axis, and the Z axis are formed on the upper surface of each flexible portion 103 in order to detect the displacement of the weight portion 102. The plurality of piezo elements are connected to a plurality of connection terminals by metal wiring (not shown). The metal wiring is wired so as to form a bridge circuit using a piezoelectric element. That is, the piezoresistive acceleration sensor is configured to detect the displacement of the weight portion 102 according to the external force by the change in the resistance value of the piezoresistive element in the bridge circuit. For this reason, it is necessary to perform wiring so that the resistance values of the metal wirings connecting the piezoresistive elements are also equal, and Patent Document 1 proposes a configuration in which the resistance values of the respective metal wirings are substantially equivalent. Further, the piezoresistive acceleration sensor corrects the offset of each arm (including the piezoresistive element and the metal wiring) of the bridge circuit before shipment, and stores the correction value in the memory.
また、図１０に示した構成の加速度センサ１００では、以下のような課題もある。
・加速度センサ１００を製造中に可動部（錘部１０２と可撓部１０３を含む）に異物が付着する。
・加速度センサ１００全体をプラスチックパッケージで封止する場合、その樹脂が上記可動部の動きを妨げる。
・錘部１０２の過剰変位により可撓部１０３が破損する。
Further, the acceleration sensor 100 having the configuration shown in FIG. 10 has the following problems.
Foreign matter adheres to the movable part (including the weight part 102 and the flexible part 103) during manufacture of the acceleration sensor 100.
When the entire acceleration sensor 100 is sealed with a plastic package, the resin hinders the movement of the movable part.
The flexible portion 103 is damaged due to excessive displacement of the weight portion 102.
上述の加速度センサ１００における課題を解決するため、図１１に示す錘部１０２と可撓部１０３の上部を覆うキャップ基板１０４を設けることが提案されている。このようなキャップ基板１０４を設ける加速度センサは、例えば、特許文献２及び特許文献３に開示されている。キャップ基板１０４は、シリコンＳｉやガラス等を用いて形成され、キャップ基板１０４のハンドリング等を考慮して、その厚さが２００μｍ〜６００μｍのものが用いられている。 In order to solve the problem in the acceleration sensor 100 described above, it has been proposed to provide a cap substrate 104 that covers the weight part 102 and the upper part of the flexible part 103 shown in FIG. An acceleration sensor provided with such a cap substrate 104 is disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, for example. The cap substrate 104 is formed using silicon Si, glass, or the like, and has a thickness of 200 μm to 600 μm in consideration of handling of the cap substrate 104 and the like.
しかしながら、上述のようなピエゾ抵抗型加速度センサでは、過剰な外力が加えられて錘部が過剰に変位すると、図１２に示すように、錘部１０２がキャップ基板１０４側に衝突して、以下のような問題が発生する。図１２に示すように、錘部１０２の上面には、金属配線１０５が形成されており、錘部１０２がキャップ基板１０４に衝突すると、金属配線１０５に変形が発生する。この加速度センサ１００を継続して使用すると、徐々に金属配線１０５の変形が進行し、ブリッジ回路のバランスが出荷前に記憶した補正値からずれていき、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出できなくなり、加速度センサの信頼性を低下させる。このため、加速度センサは、物理的な使用限界に至る前に、検出信号の信頼性の低下により使用不可になる。 However, in the piezoresistive acceleration sensor as described above, when excessive external force is applied and the weight portion is excessively displaced, the weight portion 102 collides with the cap substrate 104 as shown in FIG. Such a problem occurs. As shown in FIG. 12, metal wiring 105 is formed on the upper surface of the weight portion 102, and when the weight portion 102 collides with the cap substrate 104, the metal wiring 105 is deformed. If the acceleration sensor 100 is continuously used, the deformation of the metal wiring 105 gradually progresses, the balance of the bridge circuit deviates from the correction value stored before shipment, and the change in the resistance value of the piezoresistive element is accurately determined. It becomes impossible to detect, reducing the reliability of the acceleration sensor. For this reason, the acceleration sensor becomes unusable due to a decrease in reliability of the detection signal before reaching the physical use limit.
この問題に対して、例えば、特許文献４に記載されたピエゾ抵抗型加速度センサでは、可撓部である梁に溝を形成し、この溝内に金属配線を形成して、錘部がキャップ基板に衝突する際に、金属配線が変形することを防止している。 To solve this problem, for example, in the piezoresistive acceleration sensor described in Patent Document 4, a groove is formed in a beam that is a flexible portion, a metal wiring is formed in the groove, and a weight portion is a cap substrate. The metal wiring is prevented from being deformed when it collides with.
しかし、梁に溝を形成すると、可撓部の強度が脆弱になり、溝を形成する際の加工バラツキにより他軸感度（一方の軸方向に印加された加速度が他方の軸方向の加速度として検出される割合）の発生を助長することになる。 However, if a groove is formed in the beam, the strength of the flexible part becomes fragile, and other axis sensitivity (acceleration applied in one axial direction is detected as acceleration in the other axial direction due to processing variations when forming the groove) Occurrence).
本発明は上記の課題に鑑み、錘部の過剰な変位による衝突時の衝撃を緩和して可撓部の破損を防止するとともに金属配線の変形を防止して、検出信号の信頼性低下を防止する力学量センサ、力学量センサの製造方法及び力学量センサを用いた電子機器を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention mitigates impact at the time of collision due to excessive displacement of the weight part to prevent damage to the flexible part and prevent deformation of the metal wiring, thereby preventing deterioration in the reliability of the detection signal. An object of the present invention is to provide a mechanical quantity sensor, a manufacturing method of the mechanical quantity sensor, and an electronic apparatus using the mechanical quantity sensor.
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記可撓部に形成された複数のセンサ素子と、前記可撓部及び前記錘部の上側に形成され、前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線と、前記複数のセンサ素子と前記複数の配線が形成された前記可撓部及び前記錘部の上方を覆うキャップ基板と、を備え、前記キャップ基板は、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和する緩衝部材であって、可撓性を有する厚さに形成されたシリコン基板であることを特徴とする。 A mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes a frame portion, a weight portion disposed inside the frame portion, and a flexible portion that connects the weight portion and the frame portion. A plurality of sensor elements formed on the flexible part, and a plurality of sensor elements formed on the flexible part and the weight part and electrically connecting the plurality of sensor elements and the plurality of connection terminals; A wiring board, and a cap substrate covering the flexible part and the weight part on which the plurality of sensor elements and the plurality of wirings are formed, and the cap board has an impact caused by excessive displacement of the weight part. It is a shock absorbing member that relieves heat, and is a silicon substrate formed to have a flexible thickness .
本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、前記可撓部に複数のセンサ素子を形成し、前記可撓部及び前記錘部の上側に前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線を形成し、キャップ基板を薄肉化した後、前記キャップ基板を支持体に貼り合わせ、前記支持体から前記フレーム部に前記キャップ基板を写し取り、圧着することにより、接着剤により前記キャップ基板を前記フレーム部に固定することによって、前記複数のセンサ素子と前記複数の配線と緩衝部材の上方を覆い、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和し、かつ可撓性を有する厚さに形成されたシリコン基板を用いて前記キャップ基板を前記フレーム部の上部に形成することを特徴とする。 In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a frame part, a weight part disposed inside the frame part, and the flexible part for connecting the weight part and the frame part to a semiconductor substrate. A plurality of sensor elements are formed on the flexible part, and the plurality of sensor elements and a plurality of connection terminals are electrically connected to the flexible part and the weight part. After forming the wiring and reducing the thickness of the cap substrate , the cap substrate is bonded to a support, and the cap substrate is copied from the support to the frame portion, and is bonded to the frame by an adhesive. By fixing to the frame part, the upper part of the plurality of sensor elements, the plurality of wirings, and the buffer member is covered, the impact due to excessive displacement of the weight part is reduced, and the thickness is flexible. Siri And forming the cap substrate to the upper portion of the frame portion with the down substrate.
本発明によれば、錘部の過剰な変位による衝突時の衝撃を緩和して可撓部の破損を防止するとともに金属配線の変形を防止して、検出信号の信頼性低下を防止する力学量センサ、力学量センサの製造方法及び力学量センサを用いた電子機器を提供することができる。 According to the present invention, the mechanical quantity that reduces the impact at the time of collision due to excessive displacement of the weight portion and prevents the flexible portion from being damaged, and prevents the metal wiring from being deformed, thereby preventing the reliability of the detection signal from being lowered. A sensor, a method for manufacturing a mechanical quantity sensor, and an electronic device using the mechanical quantity sensor can be provided.
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、加速度センサに適用した場合について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a case where the present invention is applied to an acceleration sensor will be described.
（加速度センサの構成）
図１は、本実施の形態に係る加速度センサ２００の全体構成を示す平面図である。図１では加速度センサ２００の面内に直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸と定めている。
(Configuration of acceleration sensor)
FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of the acceleration sensor 200 according to the present embodiment. In FIG. 1, two axes (X axis and Y axis) perpendicular to the plane of the acceleration sensor 200 are set, and a direction perpendicular to the two axes is defined as a Z axis.
図１において、２０１は半導体基板であり、２０２は可動部を構成する錘部２３０（図２参照）を接合する錘接合部であり、２１１〜２１４は錘接合部２０２を変位可能に支持する可撓部である。２１５は可撓部２１１〜２１４を支持するフレーム部である。可撓部２１１〜２１４上の４箇所には、可動部の変位をＸ（図１の横方向），Ｙ（図１の縦方向），Ｚ（図１の紙面に対する奥行き方向）の３軸方向で検出する１２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が形成されている。本実施の形態では、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４はＸ軸方向、ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４はＹ軸方向、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４はＺ軸方向をそれぞれ検出するものとする。但し、これらピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４に設定した各軸方向は限定するものではない。 In FIG. 1, 201 is a semiconductor substrate, 202 is a weight joint for joining a weight 230 (see FIG. 2) constituting the movable part, and 211 to 214 are capable of supporting the weight joint 202 in a displaceable manner. It is a flexible part. Reference numeral 215 denotes a frame portion that supports the flexible portions 211 to 214. At four locations on the flexible portions 211 to 214, the displacement of the movable portion is three axial directions of X (horizontal direction in FIG. 1), Y (vertical direction in FIG. 1), and Z (depth direction with respect to the paper surface in FIG. 1). Twelve piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are formed. In the present embodiment, the piezoresistive elements Rx1 to Rx4 detect the X-axis direction, the piezoresistive elements Ry1 to Ry4 detect the Y-axis direction, and the piezoresistive elements Rz1 to Rz4 detect the Z-axis direction, respectively. However, each axial direction set to these piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 is not limited.
また、フレーム部２１５には、複数の接続パッド２２１が形成されている。可撓部２１１〜２１４の上面とフレーム部２１５の上面には、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と複数の接続パッド２２１とを電気的に接続する複数の金属配線２２２が形成されている。金属配線２２２は、ピエゾ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４を用いてブリッジ回路を構成するように配線されている。本実施の形態のピエゾ抵抗型加速度センサ２００は、外力に応じて錘部２３０（図２参照）が変位する際に可撓部２１１〜２１４が変位し、その変位方向に応じて各可撓部２１１〜２１４に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化をブリッジ回路により検出して、加速度検出信号を出力するように構成されている。 A plurality of connection pads 221 are formed on the frame portion 215. A plurality of metal wirings 222 that electrically connect the piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 and the plurality of connection pads 221 are provided on the upper surfaces of the flexible portions 211 to 214 and the frame portion 215. Is formed. The metal wiring 222 is wired so as to form a bridge circuit using the piezoelectric elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4. In the piezoresistive acceleration sensor 200 of the present embodiment, the flexible portions 211 to 214 are displaced when the weight portion 230 (see FIG. 2) is displaced according to an external force, and each flexible portion is varied according to the displacement direction. Resistance values of the piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 arranged at 211 to 214 change. This change in resistance value is detected by a bridge circuit, and an acceleration detection signal is output.
次に、図１のＡ−Ａ線から見た加速度センサ２００の断面図を図２に示す。図２において、２３０は錘部であり、２４０はキャップ基板である。キャップ基板２４０は、図１に示したピエゾ素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と金属配線２２２が形成された可撓部２１１〜２１４と錘接合部２０２の上部を覆うように形成されている。キャップ基板２４０は、接着剤２５０により半導体基板２０１のフレーム部２１５に接着される。キャップ基板２４０は、上述したように、加速度センサ２００の製造中に可動部（錘部２３０と可撓部２１１〜２１４を含む）に異物が付着することを防止し、加速度センサ２００全体を封止する樹脂が可動部の動きを妨げることを防止し、錘部２３０の過剰変位により可撓部２１１〜２１４が破損することを防止するために設けられる。 Next, FIG. 2 shows a cross-sectional view of the acceleration sensor 200 viewed from the line AA in FIG. In FIG. 2, 230 is a weight part and 240 is a cap substrate. The cap substrate 240 is formed so as to cover the piezoelectric elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 shown in FIG. ing. The cap substrate 240 is bonded to the frame portion 215 of the semiconductor substrate 201 with an adhesive 250. As described above, the cap substrate 240 prevents foreign matter from adhering to the movable part (including the weight part 230 and the flexible parts 211 to 214) during the manufacture of the acceleration sensor 200, and seals the entire acceleration sensor 200. It is provided in order to prevent the resin to interfere with the movement of the movable portion and to prevent the flexible portions 211 to 214 from being damaged due to excessive displacement of the weight portion 230.
また、本実施の形態のキャップ基板２４０は、錘部２３０の過剰変位により錘部２３０がキャップ基板２４０に衝突する際に変形して、衝突時の衝撃を緩和するように可撓性を持たせて緩衝部材として用いることに特徴がある。このため、キャップ基板２４０として、シリコン基板を用いる場合は、その厚さを２０〜１００μｍの範囲に研磨して薄板状に形成して可撓性を持たせる。このキャップ基板２４０の厚さは、加速度センサ２００全体の厚さ（図１の半導体基板２０１の厚さ）に応じて、可撓性が発揮される厚さであり、かつ可撓部２１１〜２１４の厚さより厚くする必要がある。例えば、半導体基板２０１の厚さが０．６ｍｍであり、可撓部２１１〜２１４の厚さが５〜１０μｍである場合、キャップ基板２４０の厚さは、２０μｍとなる。すなわち、キャップ基板２４０を緩衝部材として用いる場合、その厚さは、錘部２３０がキャップ基板２４０に衝突する際の衝撃を緩和するとともに、可撓部２１１〜２１４の破損を防止する厚さに調整することが望ましい。 Further, the cap substrate 240 of the present embodiment is deformed when the weight portion 230 collides with the cap substrate 240 due to excessive displacement of the weight portion 230, and is flexible so as to reduce the impact at the time of collision. It is characterized by being used as a buffer member. For this reason, when a silicon substrate is used as the cap substrate 240, the thickness thereof is polished in the range of 20 to 100 μm and formed into a thin plate shape so as to have flexibility. The thickness of the cap substrate 240 is a thickness that exhibits flexibility according to the thickness of the entire acceleration sensor 200 (the thickness of the semiconductor substrate 201 in FIG. 1), and the flexible portions 211 to 214. It is necessary to make it thicker than. For example, when the thickness of the semiconductor substrate 201 is 0.6 mm and the thickness of the flexible portions 211 to 214 is 5 to 10 μm, the thickness of the cap substrate 240 is 20 μm. That is, when the cap substrate 240 is used as a buffer member, the thickness is adjusted to a thickness that reduces the impact when the weight portion 230 collides with the cap substrate 240 and prevents the flexible portions 211 to 214 from being damaged. It is desirable to do.
なお、キャップ基板２４０に使用する材料は、シリコン基板に限らず、他の可撓性を有する樹脂材料でもよく、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等を使用することができる。樹脂材料の厚さは、例えば、２〜２０μｍの範囲である。さらに、樹脂材料としてポリイミドを使用することができ、その厚さは３０μｍ程度である。 The material used for the cap substrate 240 is not limited to a silicon substrate, but may be other flexible resin materials such as polyester, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, and polyamide. Can be used. The thickness of the resin material is, for example, in the range of 2 to 20 μm. Furthermore, polyimide can be used as the resin material, and its thickness is about 30 μm.
また、加速度センサ２００は、様々な電子機器に搭載されているが、携帯電話機等の小型の電子機器に搭載される例も増えている。特に、携帯電話機等の小型の電子機器に搭載される加速度センサ２００は、電子機器内の部品を収納するスペースが非常に狭く、他の部品と収納スペースを競合する例が多く、小型化に対する要求が強い。このため、加速度センサ２００の外形寸法をより小型化する必要があり、実装面積の縮小と低背化に対する要求が多い。 Further, although the acceleration sensor 200 is mounted on various electronic devices, an example of mounting on a small electronic device such as a mobile phone is increasing. In particular, the acceleration sensor 200 mounted on a small electronic device such as a cellular phone has a very small space for storing components in the electronic device, and there are many examples of competing storage spaces with other components, and there is a demand for downsizing. Is strong. For this reason, it is necessary to further reduce the outer dimensions of the acceleration sensor 200, and there are many demands for a reduction in mounting area and a reduction in height.
従来のキャップ基板を備えた加速度センサでは、低背化に対する要求に反するものであり、この点で改善が必要であった。そこで、本実施の形態の加速度センサ２００では、キャップ基板２４０に可撓性を持たせるために２０〜１００μｍの範囲に研磨して、従来のキャップ基板の厚さ２００μｍ〜６００μｍよりも薄肉化しているため、低背化に対する要求にも応えることが可能である。 The conventional acceleration sensor provided with the cap substrate is contrary to the demand for a reduction in height, and an improvement is necessary in this respect. Therefore, in the acceleration sensor 200 of the present embodiment, the cap substrate 240 is polished in a range of 20 to 100 μm in order to make the cap substrate 240 flexible, and is thinner than the conventional cap substrate thickness of 200 μm to 600 μm. Therefore, it is possible to meet the demand for low profile.
（加速度センサ２００の製造方法）
次に、図１〜図２に示した加速度センサ２００の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing acceleration sensor 200)
Next, a method for manufacturing the acceleration sensor 200 shown in FIGS. 1 to 2 will be described.
フレーム部２１５、錘接合部２０２、可撓部２１１〜２１４、錘部２３０を加工するためのマスクを形成し、該マスクを介して半導体基板２０１をエッチングすることにより、フレーム部２１５、錘接合部２０２、可撓部２１１〜２１４、錘部２３０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。加速度センサ２００の大きさは、例えば、２ｍｍ×２ｍｍ×０．６２５ｍｍ（縦×横×高さ）であるものとし、錘部２３０の大きさは、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ×０．６ｍｍ（縦×横×高さ）であるものとする。なお、これらの寸法は限定されない。 By forming a mask for processing the frame portion 215, the weight joint portion 202, the flexible portions 211 to 214, and the weight portion 230, and etching the semiconductor substrate 201 through the mask, the frame portion 215 and the weight joint portion are formed. 202, flexible portions 211 to 214, and weight portion 230 are formed. As an etching method, a RIE (Reactive Ion Etching) method can be used. The size of the acceleration sensor 200 is, for example, 2 mm × 2 mm × 0.625 mm (length × width × height), and the weight 230 is, for example, 1 mm × 1 mm × 0.6 mm (length × length). Horizontal x height). These dimensions are not limited.
次に、可撓部２１１〜２１４を形成した半導体基板２０１の上面にピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４に対応する不純物を拡散させるための拡散用マスクを形成する。拡散用マスクの材料としては、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などを用いることができる。ここでは、シリコン酸化膜をシリコン膜全面に熱酸化あるいはプラズマＣＶＤ法により成膜した後、シリコン窒化膜を成膜し、シリコン窒化膜上に、ピエゾ抵抗素子に対応するレジストパターン（図示せず）を形成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜にピエゾ抵抗素子に対応する開口をＲＩＥ及び熱リン酸などのウェットエッチングにより形成する。次に、拡散用マスクを用いてピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４をイオン注入法により形成する。この結果、図１に示すように、表面の不純物の拡散濃度を所定の拡散濃度（例えば、１×１０17〜１×１０19ａｔｍｓ／ｃｍ3、好ましくは１×１０18ａｔｍｓ／ｃｍ3）に調整したピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４を形成することができる。 Next, a diffusion mask for diffusing impurities corresponding to the piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 201 on which the flexible portions 211 to 214 are formed. As a material for the diffusion mask, for example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a silicon oxide film (SiO 2 ), or the like can be used. Here, after a silicon oxide film is formed on the entire surface of the silicon film by thermal oxidation or plasma CVD, a silicon nitride film is formed, and a resist pattern (not shown) corresponding to the piezoresistive element is formed on the silicon nitride film. Then, openings corresponding to the piezoresistive elements are formed in the silicon nitride film and the silicon oxide film by wet etching such as RIE and hot phosphoric acid. Next, the piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are formed by ion implantation using a diffusion mask. As a result, as shown in FIG. 1, the diffusion concentration of impurities on the surface is set to a predetermined diffusion concentration (for example, 1 × 10 17 to 1 × 10 19 atms / cm 3 , preferably 1 × 10 18 atms / cm 3 ). The adjusted piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 can be formed.
次に、ピエゾ抵抗素子拡散用マスクをエッチング等により除去した後、可撓部２１１〜２１４及びフレーム部２１５の上面に接続パッド２２１と金属配線２２２を形成する。接続パッド２２１と金属配線２２２は、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｎｄなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることで得られる。 Next, after the piezoresistive element diffusion mask is removed by etching or the like, connection pads 221 and metal wirings 222 are formed on the upper surfaces of the flexible portions 211 to 214 and the frame portion 215. The connection pads 221 and the metal wiring 222 can be obtained by forming a metal material such as Al, Al—Si, or Al—Nd by sputtering or the like and patterning it.
次に、薄肉化する前のキャップ基板２４０を用意し、フレーム部２１５の所定位置（接続パッド２２１と金属配線２２２が形成されていない部分）に接着剤２５０により接着する。次に、キャップ基板２４０を研磨して、２０〜１００μｍの範囲に薄肉化する。また、キャップ基板２４０は、２０〜１００μｍの範囲に研磨して薄肉化した後、支持体（図示せず）に貼り合わせ、この支持体からフレーム部２１５の所定位置（接着剤２５０の塗布位置）に薄肉化したキャップ基板２４０を写し取り、圧着して固定するようにしてもよい。 Next, the cap substrate 240 before being thinned is prepared, and adhered to a predetermined position (a portion where the connection pad 221 and the metal wiring 222 are not formed) of the frame portion 215 with an adhesive 250. Next, the cap substrate 240 is polished and thinned to a range of 20 to 100 μm. The cap substrate 240 is polished to a thickness of 20 to 100 μm and thinned, and then bonded to a support (not shown), and a predetermined position of the frame portion 215 (application position of the adhesive 250) from the support. Alternatively, the thinned cap substrate 240 may be copied and pressed and fixed.
加速度センサ２００では、キャップ基板２４０を薄板状に形成して可撓性を持たせたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板２４０に衝突した際に、キャップ基板２４０が撓んで（変形して）衝撃を緩和する。キャップ基板２４０の撓み量について、以下のような試験を行った。キャップ基板２４０は、シリコン基板により形成され、厚さが９０〜１００μｍの円板形状であり、キャップ基板２４０に対するセンサ開口部（可撓部２１１〜２１４及び錘部２３０を含む）の大きさが直径１ｍｍ程度の円形であり、錘部２３０が衝突する際の衝撃力が１００００Ｇとした。この場合、キャップ基板２４０の固定端（接着剤２５０による固定端部）から離れた中央部のたわみ量は、約１μｍであった。このことから、錘部２３０の衝突時にキャップ基板２４０が変形する割合は、その厚さの１％程度であった。この錘部２３０の衝突時にキャップ基板２４０が変形することにより、衝撃力を緩和し、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形が防止されることを確認した。 In the acceleration sensor 200, the cap substrate 240 is formed in a thin plate shape so as to have flexibility, so that when the upper surface of the weight joint portion 202 collides with the cap substrate 240 due to excessive displacement of the weight portion 230, the cap substrate. 240 bends (deforms) to mitigate the impact. The following tests were performed on the amount of bending of the cap substrate 240. The cap substrate 240 is formed of a silicon substrate and has a disk shape with a thickness of 90 to 100 μm. The size of the sensor opening (including the flexible portions 211 to 214 and the weight portion 230) with respect to the cap substrate 240 is a diameter. It is a circle of about 1 mm, and the impact force when the weight 230 collides is 10000G. In this case, the amount of deflection at the center portion away from the fixed end of the cap substrate 240 (fixed end portion by the adhesive 250) was about 1 μm. From this, the rate of deformation of the cap substrate 240 at the time of collision of the weight part 230 was about 1% of the thickness. It was confirmed that deformation of the cap substrate 240 at the time of the collision of the weight portion 230 alleviates the impact force and prevents deformation of the metal wiring 222 formed on the upper surface of the weight joint portion 202.
以上のように、第１の実施の形態に示した加速度センサ２００では、キャップ基板２４０を薄板状に形成して可撓性を持たせたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板２４０に衝突した際に、キャップ基板２４０が撓んで（変形して）衝撃を緩和することにより、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形を防止することが可能になった。このため、衝突による金属配線２２２の経時変形に伴う抵抗値のずれを防止することができ、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出することを維持でき、加速度センサ２００の信頼性が低下することを防止できる。 As described above, in the acceleration sensor 200 shown in the first embodiment, since the cap substrate 240 is formed in a thin plate shape to have flexibility, the weight joint portion 202 is caused by excessive displacement of the weight portion 230. When the upper surface of the metal substrate collides with the cap substrate 240, the cap substrate 240 bends (deforms) to relieve the impact, thereby preventing deformation of the metal wiring 222 formed on the upper surface of the weight joint portion 202. It became possible. For this reason, it is possible to prevent a shift in the resistance value due to the time-dependent deformation of the metal wiring 222 due to a collision, to maintain accurate detection of a change in the resistance value of the piezoresistive element, and to reduce the reliability of the acceleration sensor 200. Can be prevented.
また、第１の実施の形態に示した加速度センサ２００では、キャップ基板２４０を薄板状に形成したため、加速度センサ２００の低背化も可能になり、電子機器に搭載される際の実装体積を縮小できる。このため、特に実装面積の縮小と低背化に対する要求が厳しい携帯電話機等の小型の電子機器への搭載が容易になる。 In the acceleration sensor 200 shown in the first embodiment, since the cap substrate 240 is formed in a thin plate shape, the acceleration sensor 200 can be reduced in height, and the mounting volume when mounted on an electronic device is reduced. it can. For this reason, it becomes easy to mount on a small electronic device such as a cellular phone, which is particularly demanding for a reduction in mounting area and a reduction in height.
（第２の実施の形態）
本第２の実施の形態では、キャップ基板の錘接合部と対向する面に緩衝部材を設ける例について説明する。なお、第２の実施の形態において例示する加速度センサは、キャップ基板部分の構成を除いて、上記図１に示した加速度センサ２００と同一の構成を有するため、その平面図の図示及び構成説明は省略する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an example in which a buffer member is provided on the surface of the cap substrate that faces the weight joint portion will be described. The acceleration sensor exemplified in the second embodiment has the same configuration as the acceleration sensor 200 shown in FIG. 1 except for the configuration of the cap substrate portion. Omitted.
図３は、第２の実施の形態に係る加速度センサ３００の要部構成を示す断面図である。図３において、上記図２に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付している。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main configuration of the acceleration sensor 300 according to the second embodiment. In FIG. 3, the same components as those shown in FIG.
図３において、加速度センサ３００は、キャップ基板３１０の錘接合部２０２と対向する面３１０Ａに緩衝部材３２０を設けている。キャップ基板３１０は、シリコン基板を用いるものとする。また、キャップ基板３１０には、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を用いても良い。 In FIG. 3, the acceleration sensor 300 includes a buffer member 320 on a surface 310 </ b> A that faces the weight joint portion 202 of the cap substrate 310. The cap substrate 310 is a silicon substrate. The cap substrate 310 may be a glass substrate, a metal substrate, a resin substrate, or the like.
緩衝部材３２０は、可撓性を有する弾性ゴム材料を用いるものとする。弾性ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等を使用することができる。緩衝部材３２０として弾性ゴム材料を使用する場合は、印刷法、液滴吐出法等により形成可能である。弾性ゴム材料の硬度は、液滴吐出法により形成する場合は２０〜７０の範囲とすることが好ましい。なお、この硬度の測定方法は、ＪＩＳＫ６３０１スプリング式硬さ試験Ａ形に準拠している。また、緩衝部材３２０の大きさは、錘部２３０の大きさや配置するスペースの大きさ等に応じて適宜設計すればよい。 The buffer member 320 is made of a flexible elastic rubber material. As the elastic rubber material, for example, silicone rubber, fluorine rubber, urethane rubber or the like can be used. When an elastic rubber material is used as the buffer member 320, it can be formed by a printing method, a droplet discharge method, or the like. The hardness of the elastic rubber material is preferably in the range of 20 to 70 when formed by a droplet discharge method. This hardness measurement method is based on JISK6301 spring type hardness test A type. Further, the size of the buffer member 320 may be appropriately designed according to the size of the weight portion 230, the size of the space to be arranged, and the like.
加速度センサ３００では、キャップ基板３１０の錘接合部２０２と対向する面３１０Ａに可撓性を有する緩衝部材３２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板３１０の面３１０Ａに衝突する際に、緩衝部材３２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和する。 In the acceleration sensor 300, the flexible buffer member 320 is provided on the surface 310 A of the cap substrate 310 that faces the weight joint portion 202, so that the upper surface of the weight joint portion 202 is caused by the excessive displacement of the weight portion 230. When colliding with the surface 310A, the buffer member 320 is bent (deformed) to reduce the impact.
以上のように、第２の実施の形態に示した加速度センサ３００では、キャップ基板３１０の錘接合部２０２と対向する面３１０Ａに可撓性を有する緩衝部材３２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板３１０に衝突する際に、緩衝部材３２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和することにより、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形を防止することが可能になった。このため、衝突による金属配線２２２の経時変形に伴う抵抗値のずれを防止することができ、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出することを維持でき、加速度センサ３００の信頼性が低下することを防止できる。 As described above, in the acceleration sensor 300 shown in the second embodiment, the weight member 230 is provided by providing the flexible buffer member 320 on the surface 310A of the cap substrate 310 facing the weight joint portion 202. When the upper surface of the weight joint portion 202 collides with the cap substrate 310 due to excessive displacement, the buffer member 320 is bent (deformed) to relieve the impact, thereby reducing the impact of the metal wiring formed on the upper surface of the weight joint portion 202. The deformation of 222 can be prevented. For this reason, it is possible to prevent the shift of the resistance value due to the temporal deformation of the metal wiring 222 due to the collision, it is possible to maintain the accurate detection of the change in the resistance value of the piezoresistive element, and the reliability of the acceleration sensor 300 is lowered. Can be prevented.
また、第２の実施の形態に示した加速度センサ３００では、キャップ基板３１０の厚さを上記第１の実施の形態に示したように薄肉化して、低背化するようにしてもよい。これにより、加速度センサ３００の低背化も可能になり、電子機器に搭載される際の実装体積を縮小できる。このため、特に実装面積の縮小と低背化に対する要求が厳しい携帯電話機等の小型の電子機器への搭載が容易になる。 In the acceleration sensor 300 shown in the second embodiment, the thickness of the cap substrate 310 may be reduced as shown in the first embodiment to reduce the height. Accordingly, the height of the acceleration sensor 300 can be reduced, and the mounting volume when mounted on the electronic device can be reduced. For this reason, it becomes easy to mount on a small electronic device such as a cellular phone, which is particularly demanding for a reduction in mounting area and a reduction in height.
なお、キャップ基板３１０は、加速度センサ３００の製造中に可動部（錘部２３０と可撓部２１１〜２１４を含む）に異物が付着することを防止し、加速度センサ２００全体を封止する樹脂が可動部の動きを妨げることを防止し、錘部２３０の過剰変位により可撓部２１１〜２１４が破損することを防止することが可能であることは勿論である。また、緩衝部材３２０は、錘部２３０と対向するキャップ基板３１０側の面に配置すれば良く、その配置位置の精度を要求するものではないため、キャップ基板３１０側に緩衝部材３２０を配置することは容易である。 The cap substrate 310 is made of a resin that prevents foreign matter from adhering to the movable part (including the weight part 230 and the flexible parts 211 to 214) during the manufacture of the acceleration sensor 300 and seals the entire acceleration sensor 200. Of course, it is possible to prevent the movement of the movable part and to prevent the flexible parts 211 to 214 from being damaged by the excessive displacement of the weight part 230. Further, the buffer member 320 may be disposed on the surface of the cap substrate 310 facing the weight portion 230, and does not require accuracy of the position of the buffer member 320. Therefore, the buffer member 320 is disposed on the cap substrate 310 side. Is easy.
（第３の実施の形態）
本第３の実施の形態では、錘接合部の上面に緩衝部材を設ける例について説明する。なお、第３の実施の形態において例示する加速度センサは、錘接合部部分の構成を除いて、上記図１に示した加速度センサ２００と同一の構成を有するため、その平面図の図示及び構成説明は省略する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, an example in which a buffer member is provided on the upper surface of the weight joint portion will be described. Note that the acceleration sensor exemplified in the third embodiment has the same configuration as the acceleration sensor 200 shown in FIG. 1 except for the configuration of the weight joint portion, so that the plan view is shown and the configuration is described. Is omitted.
図４は、第３の実施の形態に係る加速度センサ４００の要部構成を示す断面図である。図４において、上記図２に示した構成と同一の構成部分には同一符号を付している。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main configuration of an acceleration sensor 400 according to the third embodiment. 4, the same components as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals.
図４において、加速度センサ４００は、錘接合部２０２の上面に複数の緩衝部材４２０を設けている。キャップ基板４１０は、シリコン基板を用いるものとする。また、キャップ基板３１０には、ガラス基板、金属基板、樹脂基板等を用いても良い。 In FIG. 4, the acceleration sensor 400 includes a plurality of buffer members 420 on the upper surface of the weight joint portion 202. The cap substrate 410 is a silicon substrate. The cap substrate 310 may be a glass substrate, a metal substrate, a resin substrate, or the like.
緩衝部材４２０は、可撓性を有する弾性ゴム材料を用いるものとする。弾性ゴム材料としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等を使用することができる。緩衝部材４２０として弾性ゴム材料を使用する場合は、印刷法、液滴吐出法等により形成可能である。弾性ゴム材料の硬度は、液滴吐出法により形成する場合は２０〜７０の範囲とすることが好ましい。なお、この硬度の測定方法は、ＪＩＳＫ６３０１スプリング式硬さ試験Ａ形に準拠している。 The buffer member 420 is made of a flexible elastic rubber material. As the elastic rubber material, for example, silicone rubber, fluorine rubber, urethane rubber or the like can be used. When an elastic rubber material is used as the buffer member 420, it can be formed by a printing method, a droplet discharge method, or the like. The hardness of the elastic rubber material is preferably in the range of 20 to 70 when formed by a droplet discharge method. This hardness measurement method is based on JISK6301 spring type hardness test A type.
なお、複数の緩衝部材４２０は、同一の大きさ、同一の重量のものを用い、その接着位置は、錘部２３０の変位に影響を及ぼさないように重量バランスを考慮して決定される。 The plurality of buffer members 420 have the same size and the same weight, and their bonding positions are determined in consideration of the weight balance so as not to affect the displacement of the weight portion 230.
加速度センサ４００では、錘接合部２０２の上面に可撓性を有する緩衝部材４２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板４１０に衝突する際に、緩衝部材４２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和する。 In the acceleration sensor 400, the flexible buffer member 420 is provided on the upper surface of the weight joint portion 202, so that when the upper surface of the weight joint portion 202 collides with the cap substrate 410 due to excessive displacement of the weight portion 230, a buffer is provided. The member 420 is bent (deformed) to reduce the impact.
以上のように、第３の実施の形態に示した加速度センサ４００では、錘接合部２０２の上面に可撓性を有する緩衝部材４２０を設けたことにより、錘部２３０の過剰変位により錘接合部２０２の上面がキャップ基板４１０に衝突する際に、緩衝部材４２０が撓んで（変形して）衝撃を緩和することにより、錘接合部２０２の上面に形成された金属配線２２２の変形を防止することが可能になった。このため、衝突による金属配線２２２の経時変形に伴う抵抗値のずれを防止することができ、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を正確に検出することを維持でき、加速度センサ４００の信頼性が低下することを防止できる。 As described above, in the acceleration sensor 400 shown in the third embodiment, by providing the flexible buffer member 420 on the upper surface of the weight joint portion 202, the weight joint portion is caused by excessive displacement of the weight portion 230. When the upper surface of 202 collides with the cap substrate 410, the shock-absorbing member 420 bends (deforms) to mitigate the impact, thereby preventing deformation of the metal wiring 222 formed on the upper surface of the weight joint portion 202. Became possible. For this reason, it is possible to prevent the shift of the resistance value due to the temporal deformation of the metal wiring 222 due to the collision, it is possible to maintain the accurate detection of the change in the resistance value of the piezoresistive element, and the reliability of the acceleration sensor 400 decreases. Can be prevented.
また、第３の実施の形態に示した加速度センサ４００では、キャップ基板４１０の厚さを上記第１の実施の形態に示したように薄肉化して、低背化するようにしてもよい。これにより、加速度センサ４００の低背化も可能になり、電子機器に搭載される際の実装体積を縮小できる。このため、特に実装面積の縮小と低背化に対する要求が厳しい携帯電話機等の小型の電子機器への搭載が容易になる。また、緩衝部材４２０の個数は、限定するものではなく、例えば、１個でもよい。 In the acceleration sensor 400 shown in the third embodiment, the thickness of the cap substrate 410 may be reduced as shown in the first embodiment to reduce the height. Accordingly, the height of the acceleration sensor 400 can be reduced, and the mounting volume when mounted on the electronic device can be reduced. For this reason, it becomes easy to mount on a small electronic device such as a cellular phone, which is particularly demanding for a reduction in mounting area and a reduction in height. Further, the number of the buffer members 420 is not limited and may be one, for example.
なお、キャップ基板４１０は、加速度センサ４００の製造中に可動部（錘部２３０と可撓部２１１〜２１４を含む）に異物が付着することを防止し、加速度センサ２００全体を封止する樹脂が可動部の動きを妨げることを防止し、錘部２３０の過剰変位により可撓部２１１〜２１４が破損することを防止することが可能であることは勿論である。 The cap substrate 410 is made of a resin that prevents foreign matter from adhering to the movable part (including the weight part 230 and the flexible parts 211 to 214) during the manufacture of the acceleration sensor 400 and seals the entire acceleration sensor 200. Of course, it is possible to prevent the movement of the movable part and to prevent the flexible parts 211 to 214 from being damaged by the excessive displacement of the weight part 230.
（第４の実施の形態）
本第４の実施の形態では、図２に示した加速度センサ２００をセンサパッケージに収納した例について説明する。第４の実施の形態において例示する加速度センサ２００は、図２に示した加速度センサ２００と構成が同一であるため、その図示及び構成説明は省略する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, an example in which the acceleration sensor 200 shown in FIG. 2 is housed in a sensor package will be described. The acceleration sensor 200 illustrated in the fourth embodiment has the same configuration as that of the acceleration sensor 200 shown in FIG.
図５において、（Ａ）は第４の実施の形態に係る加速度センサ２００を収容したセンサパッケージ５００の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）の加速度センサ２００の外観を示す平面図である。 5A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a sensor package 500 that accommodates the acceleration sensor 200 according to the fourth embodiment, and FIG. 5B is a plan view illustrating the appearance of the acceleration sensor 200 of FIG. It is.
図５（Ａ）において、センサパッケージ５００は、保護ケース５０１と保護ケース蓋５０２により構成される。保護ケース５０１の内部には、加速度センサ２００を収容するための凹部５０１Ａが形成されている。加速度センサ２００は、フレーム部２１５の底面が凹部５０１Ａの底面に接着剤５０３により固定される。また、保護ケース５０１の上面５０１Ｂには、加速度センサ２００の接続パッド２２１（図１参照）と電気的に接続するための電極（図示せず）が形成されている。この保護ケース５０１側の電極と加速度センサ２００の接続パッド２２１は、ボンディングワイヤ５０４により電気的に接続されている。保護ケース蓋５０２は、保護ケース５０１の上面５０１Ｂに接着剤５０３により接着される。保護ケース５０１と保護ケース蓋５０２は、金属やセラミック等を用いて形成される。 In FIG. 5A, the sensor package 500 includes a protective case 501 and a protective case lid 502. A recess 501 </ b> A for accommodating the acceleration sensor 200 is formed inside the protective case 501. In the acceleration sensor 200, the bottom surface of the frame portion 215 is fixed to the bottom surface of the recess 501A by an adhesive 503. Further, an electrode (not shown) for electrical connection with the connection pad 221 (see FIG. 1) of the acceleration sensor 200 is formed on the upper surface 501B of the protective case 501. The electrode on the protective case 501 side and the connection pad 221 of the acceleration sensor 200 are electrically connected by a bonding wire 504. The protective case lid 502 is adhered to the upper surface 501B of the protective case 501 with an adhesive 503. The protective case 501 and the protective case lid 502 are formed using metal, ceramic, or the like.
図５（Ｂ）において、加速度センサ２００は、半導体基板２０１の外形寸法が２ｍｍ×２ｍｍ（横×縦）であり、上記錘接合部２０２、可撓部２１１〜２１４、錘部２３０を形成する領域に開口２０１Ａが形成されている。この開口２０１Ａを除く半導体基板２０１のフレーム部２１５の幅は、３００〜５００μｍの範囲である。なお、これらの寸法は、限定されない。 In FIG. 5B, the acceleration sensor 200 has a semiconductor substrate 201 having an external dimension of 2 mm × 2 mm (horizontal × vertical), and a region in which the weight joint portion 202, the flexible portions 211 to 214, and the weight portion 230 are formed. An opening 201A is formed in the opening. The width of the frame portion 215 of the semiconductor substrate 201 excluding the opening 201A is in the range of 300 to 500 μm. These dimensions are not limited.
図５（Ａ）に示すセンサパッケージ５００は、加速度センサ２００の天地方向を維持して収容する構成例である。 A sensor package 500 illustrated in FIG. 5A is a configuration example that accommodates the acceleration sensor 200 while maintaining the top-to-bottom direction.
センサパッケージ５００は、加速度センサ２００を収容し、保護ケース蓋５０２により加速度センサ２００上方に空間が確保されているため、可撓性を持たせたキャップ基板２４０を錘部２３０の衝突時に変形させることが可能である。 Since the sensor package 500 accommodates the acceleration sensor 200 and a space is secured above the acceleration sensor 200 by the protective case lid 502, the flexible cap substrate 240 is deformed when the weight portion 230 collides. Is possible.
次に、加速度センサ２００の天地方向を反転して収容するセンサパッケージ６００の構成例を図６に示す。図６はセンサパッケージ６００の概略構成を示す断面図である。 Next, FIG. 6 shows a configuration example of a sensor package 600 that accommodates the acceleration sensor 200 by inverting the top-and-bottom direction. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the sensor package 600.
図６において、センサパッケージ６００は、加速度センサ２００を支持する配線基板６０１を備える。配線基板６０１は、段差を有する形状であり、その下段部の周縁部と上段部の周縁部に接続端子６０２が形成されている。上段部の接続端子６０２の一方の端部には、バンプ６０３が形成されている。このバンプ６０３の形成位置に合わせて、天地方向が反転された加速度センサ２００のフレーム部２１５上に形成された接続パッド２２１（図１参照）が固定される。したがって、加速度センサ２００の接続パッド２２１は、バンプ６０３により配線基板６０１の上段部の接続端子６０２と電気的に接続される。また、配線基板６０１の上段部の接続端子６０２と下段部の接続端子６０２は、ボンディングワイヤ６０４により電気的に接続される。 In FIG. 6, the sensor package 600 includes a wiring board 601 that supports the acceleration sensor 200. The wiring board 601 has a stepped shape, and connection terminals 602 are formed on the peripheral edge of the lower step and the peripheral portion of the upper step. A bump 603 is formed on one end of the connection terminal 602 in the upper stage. The connection pads 221 (see FIG. 1) formed on the frame portion 215 of the acceleration sensor 200 whose top-to-bottom direction is reversed are fixed in accordance with the formation positions of the bumps 603. Therefore, the connection pads 221 of the acceleration sensor 200 are electrically connected to the connection terminals 602 in the upper part of the wiring board 601 by the bumps 603. Further, the upper connection terminal 602 and the lower connection terminal 602 of the wiring substrate 601 are electrically connected by a bonding wire 604.
加速度センサ２００の底面部（図中の上面側）には、センサパッケージ６００内を封止樹脂６０６で封止する際に、加速度センサ２００内に封止樹脂６０６が浸入することを防止する規制板６０５が接着されている。この規制板６０５の上方には、封止樹脂６０６により封止されたセンサパッケージ６００の上面側全体を覆う天板６０７が接着されている。封止樹脂６０６としては、エポキシ系の材料を用いる。 A restriction plate that prevents the sealing resin 606 from entering the acceleration sensor 200 when the sensor package 600 is sealed with the sealing resin 606 on the bottom surface portion (the upper surface side in the drawing) of the acceleration sensor 200. 605 is bonded. A top plate 607 covering the entire upper surface side of the sensor package 600 sealed with the sealing resin 606 is bonded to the upper side of the regulation plate 605. As the sealing resin 606, an epoxy material is used.
センサパッケージ６００は、封止樹脂６０６を用いたため、加速度センサ２００の天地方向を反転させて固定することが可能である。 Since the sensor package 600 uses the sealing resin 606, the acceleration sensor 200 can be fixed by inverting the top-and-bottom direction.
なお、本第４の実施の形態では、センサパッケージ５００，６００に加速度センサ２００を収容する例を示したが、これに限るものではなく、上記第２の実施の形態に示した加速度センサ３００又は第３の実施の形態に示した加速度センサ４００も同様に収容可能である。 In the fourth embodiment, the example in which the acceleration sensor 200 is accommodated in the sensor packages 500 and 600 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the acceleration sensor 300 or the acceleration sensor 300 described in the second embodiment may be used. The acceleration sensor 400 shown in the third embodiment can also be accommodated.
（第５の実施の形態）
本第５の実施の形態では、上記第１〜３の実施の形態に示した加速度センサ２００，３００，４００又は上記第４の実施の形態に示したセンサパッケージ５００，６００を搭載する電子機器の例について説明する。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, the acceleration sensor 200, 300, 400 shown in the first to third embodiments or the sensor package 500, 600 shown in the fourth embodiment is mounted. An example will be described.
加速度センサ２００，３００，４００又はセンサパッケージ５００，６００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって接続パッド２２１と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、加速度センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通することが可能である。 The acceleration sensors 200, 300, 400 or the sensor packages 500, 600 are mounted on a circuit board on which an active element such as an IC is mounted, for example, and are connected to the connection pads 221 and electronic circuits by a known method and material such as wire bonding connection. By connecting an active element such as a substrate or an IC, the acceleration sensor and the electronic circuit can be provided as one electronic component. This electronic component can be distributed in the market by being mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone.
以下に、加速度センサ２００により検出される加速度検出信号を処理する処理回路の例について説明する。なお、加速度センサ３００，４００又はセンサパッケージ５００，６００を適用する場合も以下の処理回路が適用可能である。 Hereinafter, an example of a processing circuit that processes an acceleration detection signal detected by the acceleration sensor 200 will be described. Note that the following processing circuit can also be applied when the acceleration sensors 300 and 400 or the sensor packages 500 and 600 are applied.
＜処理回路＞
上記加速度センサ２００により検出される加速度検出信号を処理する各処理回路の構成例について図７を参照して説明する。
<Processing circuit>
A configuration example of each processing circuit that processes an acceleration detection signal detected by the acceleration sensor 200 will be described with reference to FIG.
図７は、加速度センサ２００により検出される加速度検出信号を処理する処理回路７００の回路構成を示す図である。図７において、処理回路７００は、アンプ回路（Ａｍｐ）７０１と、フィルタ回路７０２と、から構成される。 FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration of a processing circuit 700 that processes an acceleration detection signal detected by the acceleration sensor 200. In FIG. 7, the processing circuit 700 includes an amplifier circuit (Amp) 701 and a filter circuit 702.
アンプ回路７０１は、印加される加速度に応じて加速度センサ２００から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各加速度検出信号（抵抗値変化）を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路７０２に出力する。フィルタ回路７０２は、抵抗とキャパシタ等を含む回路であり、信号に含まれたノイズ成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路７０２は、低周波数の信号成分をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度検出信号として出力する。 The amplifier circuit 701 amplifies each acceleration detection signal (change in resistance value) in the X, Y, and Z-axis directions output from the acceleration sensor 200 according to the applied acceleration, and outputs the amplified signal to the filter circuit 702. To do. The filter circuit 702 is a circuit including a resistor, a capacitor, and the like, and has a filter function of allowing a noise component included in the signal to pass therethrough. The filter circuit 702 outputs low-frequency signal components as acceleration detection signals in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
次に、上記加速度センサ２００と処理回７００を実装した電子機器とした例について説明する。なお、本明細書において電子機器とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子部品を実装した基板も電子機器の範囲に含まれるものとする。 Next, an example in which the acceleration sensor 200 and the processing time 700 are mounted on an electronic device will be described. Note that in this specification, an electronic device refers to all devices that can function using semiconductor technology, and a substrate on which an electronic component is mounted is also included in the scope of the electronic device.
図８は、上記加速度センサ２００と処理回路７００を実装した電子機器として、例えば、センサモジュール８００の一例を示す図である。図８において、センサモジュール８００は、上記処理回路７００を含む信号処理チップ８０１と、メモリチップ８０２と、上記加速度センサ２００を含むセンサチップ８０３と、が基板８０４上に実装されている。各チップ８０１，８０２，８０３は、ボンディングワイヤ８０５により接続されている。メモリチップ８０２は、上述の加速度センサ２００を出荷前の補正値や信号処理チップ８０１の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶するメモリである。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a sensor module 800 as an electronic device in which the acceleration sensor 200 and the processing circuit 700 are mounted. In the sensor module 800, a signal processing chip 801 including the processing circuit 700, a memory chip 802, and a sensor chip 803 including the acceleration sensor 200 are mounted on a substrate 804. The chips 801, 802, and 803 are connected by bonding wires 805. The memory chip 802 is a memory that stores a correction value before shipping the acceleration sensor 200 described above, a program for controlling the signal processing chip 801, parameters, and the like.
上記のようなセンサモジュール８００を提供することにより、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機への実装が容易になる。 Providing the sensor module 800 as described above facilitates mounting on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone.
次に、図８に示したセンサモジュール８００を電子機器として、例えば、モバイル端末機に実装した例について説明する。 Next, an example in which the sensor module 800 shown in FIG. 8 is mounted on a mobile terminal as an electronic device will be described.
図９は、センサモジュール８００を実装した電子機器として携帯型情報端末９００の一例を示す図である。図９において、携帯型情報端末９００は、ディスプレイ部９０１と、キーボード部９０２と、から構成される。センサモジュール８００は、キーボード部９０２の内部に実装されている。携帯型情報端末９００は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末９００では、センサモジュール８００により検出される加速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a portable information terminal 900 as an electronic device in which the sensor module 800 is mounted. In FIG. 9, the portable information terminal 900 includes a display unit 901 and a keyboard unit 902. The sensor module 800 is mounted inside the keyboard unit 902. The portable information terminal 900 has a function of storing various programs therein and executing communication processing, information processing, and the like using the various programs. In this portable information terminal 900, by using the acceleration detected by the sensor module 800 in the application program, for example, it is possible to add a function such as detecting the acceleration at the time of dropping and turning off the power. .
上記のようにセンサモジュール８００をモバイル端末機に実装することにより、新たな機能を実現することができ、モバイル端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。 By mounting the sensor module 800 on the mobile terminal as described above, new functions can be realized, and the convenience and reliability of the mobile terminal can be improved.
２００，３００，４００…加速度センサ、２０１…半導体基板、２０２…錘接合部、２１１〜２１４…可撓部、２１５…フレーム部、２２１…接続パッド、２２２…金属配線、２３０…錘部、２４０，３１０，４１０…キャップ基板、２５０…接着剤、３２０，４２０…緩衝部材、９００…携帯型情報端末、Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４…ピエゾ抵抗素子。 200, 300, 400 ... acceleration sensor, 201 ... semiconductor substrate, 202 ... weight junction, 211-214 ... flexible part, 215 ... frame part, 221 ... connection pad, 222 ... metal wiring, 230 ... weight part, 240, 310, 410 ... cap substrate, 250 ... adhesive, 320,420 ... buffer member, 900 ... portable information terminal, Rx1-Rx4, Ry1-Ry4, Rz1-Rz4 ... piezoresistive element.
Claims (2)
前記可撓部に複数のセンサ素子を形成し、
前記可撓部及び前記錘部の上側に前記複数のセンサ素子と複数の接続端子とを電気的に接続する複数の配線を形成し、
キャップ基板を薄肉化した後、前記キャップ基板を支持体に貼り合わせ、
前記支持体から前記フレーム部に前記キャップ基板を写し取り、圧着し、接着剤により前記キャップ基板を前記フレーム部に固定することによって、前記複数のセンサ素子と前記複数の配線と緩衝部材の上方を覆い、前記錘部の過剰変位に伴う衝撃を緩和し、かつ可撓性を有する厚さに形成されたシリコン基板を用いて前記キャップ基板を前記フレーム部の上部に形成することを特徴とする力学量センサの製造方法。 A semiconductor substrate is formed with a frame portion, a weight portion disposed inside the frame portion, and a flexible portion connecting the weight portion and the frame portion,
Forming a plurality of sensor elements on the flexible portion;
Forming a plurality of wires electrically connecting the plurality of sensor elements and the plurality of connection terminals on the flexible portion and the weight portion;
After thinning the cap substrate, the cap substrate is bonded to a support,
The cap substrate is copied from the support to the frame portion, and is crimped, and the cap substrate is fixed to the frame portion with an adhesive, so that the plurality of sensor elements, the plurality of wirings, and the buffer member are disposed above. covering, mechanics, characterized in that the shock relaxed due to excessive displacement of the weight portion, and the cap substrate is formed on top of the frame portion with the silicon substrate which is formed to a thickness of a flexible Manufacturing method of quantity sensor.
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