JP6187658B2 - センサーデバイス及びセンサー - Google Patents
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例えば、特許文献1には、センサー素子としてのジャイロ振動片と回路素子としての半導体装置(以下、半導体基板という)とを備えたセンサーデバイスがパッケージに収納されたジャイロセンサー(圧電発振器)が開示されている。
この構成では、半導体基板が支持基板に固着され、支持基板に形成されたリード配線部と電気的に接続されている。また、センサー素子(ジャイロ振動片)は、支持基板に固着されたリード線に接続されることによって、半導体基板と空隙を保ち該半導体基板と平面視で重なるように配置されている。
このことから、ジャイロセンサーは、外部から加わる衝撃によりリード線が撓んだ場合でも、半導体基板と、センサー素子とが互いに干渉しないように、両者間にリード線の撓み量を超える空隙を設ける必要がある。
この結果、上記ジャイロセンサーは、センサーデバイスの厚さが増加し、総厚が厚くなってしまうという課題を有している。
本発明のある形態は、接続用端子を有するセンサーであって、
ベースと、
能動面を含み、前記能動面と反対の面が前記ベースに固定された半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極と再配置配線を介して電気的に接続された外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
基部、振動部および接続電極を備えたセンサー素子と、
を含み、
前記接続用端子は、前記半導体基板の前記能動面側に設けられ、
前記応力緩和層は、前記半導体基板と前記接続用端子との間にも設けられており、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた前記応力緩和層と、前記半導体基板と前記接続用端子との間に設けられた前記応力緩和層とは、離間しており、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記応力緩和層の上方に設けられた前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とする。
本発明のある形態は、接続用端子を有するセンサーデバイスであって、
リードと、
能動面を含み、前記能動面と反対の面が前記リードに固定された半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極と再配置配線を介して電気的に接続された外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
前記リードと電気的に接続され、前記半導体基板の前記能動面側に設けられた接続用端子と、
基部、振動部および接続電極を備えたセンサー素子と、
を含み、
前記接続用端子は、前記半導体基板の前記能動面側に設けられ、
前記応力緩和層は、前記半導体基板と前記接続用端子との間にも設けられており、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた前記応力緩和層と、前記半導体基板と前記接続用端子との間に設けられた前記応力緩和層とは、離間しており、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記応力緩和層の上方に設けられた前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とする。
本発明のある形態は、ベースと、
能動面を含み、前記能動面と反対の面が前記ベースに固定された半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極と再配置配線を介して電気的に接続された外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
基部、振動部および接続電極を備えたセンサー素子と、
を含むセンサーであって、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記応力緩和層の上方に設けられた前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とする。
本発明のある形態は、前記応力緩和層は、絶縁樹脂であることが好ましい。
本発明のある形態は、リードと、
能動面を含み、前記能動面と反対の面が前記リードに固定された半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極と再配置配線を介して電気的に接続された外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
前記リードと電気的に接続され、前記半導体基板の前記能動面側に設けられた接続用端子と、
基部、振動部および接続電極を備えたセンサー素子と、
を含むセンサーデバイスであって、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記応力緩和層の上方に設けられた前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とする。
本発明のある形態は、能動面を含み、前記能動面と反対の面が固定面である半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極に電気的に接続されて前記能動面側に設けられた外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
前記能動面側に設けられ、前記第1の電極と前記外部接続端子との間を電気的に接続する再配置配線と、
基部と該基部から延伸された振動部と接続電極とを備えたセンサー素子と、を有し、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とする。
本発明のある形態は、能動面を含む半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極に電気的に接続されて前記能動面側に設けられた外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
前記能動面側に設けられ、前記第1の電極と前記外部接続端子との間を電気的に接続する再配置配線と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた接続用端子と、
基部と該基部から延伸された振動部と接続電極とを備えたセンサー素子と、
前記半導体基板の前記能動面と反対の面側に接合された複数のリードと、を有し、
前記接続用端子は、前記リードと電気的に接続されており、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とする。
これらにより、センサーデバイスは、接続用端子による半導体基板の外部部材への接続が可能であるとともに、半導体基板と外部接続端子との間に設けられている応力緩和層によって、外部から加わる衝撃などが吸収され緩和される。
この結果、センサーデバイスは、外部から加わる衝撃などがセンサー素子に伝達され難くなることから、半導体基板の外部接続端子とセンサー素子とがリード線などを介さず直接的に接続することが可能となる。
したがって、センサーデバイスは、リード線の撓み量を考慮した空隙が不要となることから、従来の構成と比較して、厚さを低減することが可能となる。
これにより、センサーデバイスは、センサー素子の安定的な駆動を行うことが可能となる。
このことから、センサーデバイスは、リードの板厚が比較的薄い場合であっても、外力によるリードの折れ曲がりを回避できる。
したがって、センサーデバイスは、リードの板厚を厚くしてリードの剛性を高める必要がないことから、リード幅の拡大、リード間ピッチの拡大、コーナーアールの曲率拡大などが不要となる。
この結果、センサーデバイスは、リードの大型化が不要となることから、センサーデバイスのサイズの大型化を回避することができる。
また、センサーデバイスは、半導体基板が複数のリードに跨って接合されるので、各リードがばらばらにならないように、各リードを所定の位置に固定する役割を果たすことができる。
これにより、センサーデバイスは、センサー素子の安定的な駆動を行うことが可能となる。
このことから、センサーデバイスは、折り曲げられたリードを、例えば、センサーデバイスが収納されるパッケージの底面と略平行なパッケージ内部の面に実装することで、上記底面とセンサー素子の主面との成す角度が略直角となるようにすることができる。
つまり、センサーデバイスは、パッケージの底面との成す角度が略直角であるパッケージ内部の側面に配置されなくても、上記底面とセンサー素子の主面との成す角度が略直角となるようにすることができる。
したがって、センサーデバイスは、パッケージにおける各面同士の成す角度の加工精度の向上が不要となり、後述する複数軸(多軸)に対応したモーションセンサーを容易に提供できる。
加えて、モーションセンサーは、薄型化されたセンサーデバイスを用いることから、薄型化を実現することが可能となる。
加えて、モーションセンサーは、薄型化されたセンサーデバイスを用いることから、薄型化を実現することが可能となる。
また、モーションセンサーは、各センサーデバイスが各センサー素子の主面同士の成す角度が略直角となるようにパッケージ内に配置され、収納されていることから、1つで、複数軸に対応したセンシングが可能となる。
また、センサーデバイスの製造方法は、半導体基板を複数のリードに跨って接続することから、折り曲げの際の各リード間における曲げ角度のばらつきを抑制できる。
図1は、第1の実施形態のセンサーデバイスの概略構成を示す模式図である。図1(a)は、半導体基板としてのシリコン基板側から俯瞰した平面図であり、図1(b)は、リード側から俯瞰した平面図である。
また、図2は、図1(a)のA−A線での断面図である。
シリコン基板10は、能動面10a側に設けられた第1の電極11と、第1の電極11に電気的に接続されて能動面10a側に設けられた外部接続端子12と、能動面10aと外部接続端子12との間に設けられた応力緩和層15と、能動面10a側に設けられた接続用端子13とを備えている。
このような構成によって第1の電極11は、開口部14a内にて外側に露出した状態となっている。
また、第1の電極11には、第1絶縁層14の開口部14a内にて再配置配線としての配線16が接続されている。この配線16は、集積回路の電極の再配置を行うためのもので、シリコン基板10の所定部に配置された第1の電極11から中央部側に延びて形成され、さらに応力緩和層15上にまで引き回されて形成されたものである。
この配線16は、シリコン基板10の第1の電極11と外部接続端子12との間を配線することから、一般的には再配置配線とよばれ、微細設計によって位置の制約が大きい第1の電極11に対して、外部接続端子12の位置を任意にずらして配置し、シリコン基板10における振動ジャイロ素子20との接続位置の自由度を高めるための重要な構成要素である。
この第2絶縁層17には、応力緩和層15上にて配線16上に開口部17aが形成されている。このような構成によって配線16は、開口部17a内にて外側に露出した状態となっている。
このような構成のもとに、シリコン基板10に形成された集積回路は、第1の電極11、配線16、外部接続端子12を介して振動ジャイロ素子20と電気的に接続されるようになっている。
この際、センサーデバイス1は、外部接続端子12が突起電極となっていることから、振動ジャイロ素子20とシリコン基板10との間に隙間が設けられる。
接続用端子13は、電気的、あるいは機械的な接続を成すためのパッド状のものであって、金(Au)、アルミニウム(Al)などの金属が用いられたワイヤー40によって、リード30と接続されている。
このようにすることで、特にさびによる接触性、接合性の低下を防止することができる。また、ハンダメッキ、ハンダプリコートなどの最表面処理を施したものとしてもよい。
なお、これら配線16などの再配置配線としては、上記材料による単層構造のみならず、複数種類の上記材料を組み合わせた積層構造としてもよい。なお、これら配線16などの再配置配線については、通常は同一工程で形成するため、互いに同じ材料となる。
なお、第1絶縁層14については、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)などの無機絶縁材料によって形成することもできる。
なお、応力緩和層15は、接続用端子13が形成されるシリコン基板10の外周部にも形成されていてもよい。
つまり、シリコン基板10は、平面視において、複数のリード30に跨って接続されている。なお、リード30は、絶縁板を介してシリコン基板10に接続されていてもよい。
各リード30のシリコン基板10との接続面31には接続部32が形成され、この接続部32には、金(Au)、銀(Ag)などの金属被膜が形成されている。
上述したように、リード30は、ワイヤー40によって、接続部32がシリコン基板10の接続用端子13と接続されている。
なお、リード30は、リードフレーム状態で製造され、後にフレーム部分が切り離されることで、センサーデバイス1の一構成要素を成している。
そして、振動ジャイロ素子20は、水晶結晶軸において直交するX軸及びY軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するZ軸方向に所定の厚みを有している。なお、所定の厚みは、発振周波数(共振周波数)、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
振動ジャイロ素子20は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング(ウエットエッチングまたはドライエッチング)により形成されている。なお、振動ジャイロ素子20は、1枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
振動ジャイロ素子20は、中心部分に位置する基部21と、基部21からY軸に沿って延伸された振動部としての1対の検出用振動腕22a,22bと、検出用振動腕22a,22bと直交するように、基部21からX軸に沿って延伸された1対の連結腕23a,23bと、検出用振動腕22a,22bと平行になるように、各連結腕23a,23bの先端側からY軸に沿って延伸された振動部としての各1対の駆動用振動腕24a,24b,25a,25bとを備えている。
振動ジャイロ素子20は、検出用振動腕22a,22bで、角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕23a,23bと駆動用振動腕24a,24b,25a,25bとで、振動ジャイロ素子20を駆動する駆動振動系を構成している。
これにより、振動ジャイロ素子20は、小型化および角速度の検出感度の向上が図られている。
なお、振動ジャイロ素子20は、基部21及び各振動腕の表裏面を主面とする。ここでは、基部21において外部と電気的に接続する面を一方の主面20aといい、一方の主面20aと対向する面を他方の主面20bという。
これにより、振動ジャイロ素子20は、シリコン基板10に保持されている。
図3及び図4は、振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。図3は駆動振動状態を示し、図4(a)、図4(b)は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示している。
なお、図3及び図4において、振動状態を簡易に表現するために、各振動腕は線で表してある。
まず、シリコン基板10の集積回路(駆動回路)から駆動信号が印加されることにより、振動ジャイロ素子20は角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕24a,24b,25a,25bが矢印Eで示す方向に屈曲振動を行う。この屈曲振動は、実線で示す振動姿態と2点鎖線で示す振動姿態とを所定の周波数で繰り返している。
まず、図4(a)に示すように、駆動振動系を構成する駆動用振動腕24a,24b,25a,25b及び連結腕23a,23bには、矢印B方向のコリオリ力が働く。また同時に、検出用振動腕22a,22bは、矢印B方向のコリオリ力に呼応して、矢印C方向に変形する。
振動ジャイロ素子20は、この一連の動作を交互に繰り返して新たな振動が励起される。
なお、矢印B,B’方向の振動は、重心Gに対して周方向の振動である。そして、振動ジャイロ素子20は、検出用振動腕22a,22bに形成された検出電極が、振動により発生した水晶の歪を検出することで角速度が求められる。
図5は、センサーデバイスの製造工程を示すフローチャートであり、図6〜図9は、各製造工程を説明する模式図である。
図6(a)〜(c)は、シリコン基板部分の製造工程を工程順に説明する断面図である。
図7は、シリコン基板側から俯瞰した平面図である。
図8(a)は、シリコン基板側から俯瞰した平面図であり、図8(b)は、図8(a)のH−H線での断面図である。
図9は、要部断面図である。
まず、シリコン基板10を用意する。
ついで、図6(a)に示すように、シリコン基板10の能動面10a上の、集積回路の導電部となる位置に、第1の電極11及び図示しない他の電極を形成する。
ついで、第1の電極11及び他の電極を覆ってシリコン基板10上に第1絶縁層14を形成し、さらに、この第1絶縁層14を覆って応力緩和層15のベースとなる樹脂層(図示せず)を形成する。
ついで、周知のフォトリソグラフィー法及びエッチング法によって樹脂層をパターニングし、所定の形状、すなわち第1の電極11や他の電極の直上位置を除いたシリコン基板10の中央部に、応力緩和層15を形成する。
なお、応力緩和層15は、接続用端子13が形成されるシリコン基板10の外周部にも形成してもよい。
さらに、周知のフォトリソグラフィー法及びエッチング法によって第1の電極11及び他の電極を覆う第1絶縁層14の一部を除去し、開口部14aを形成する。これにより、これら開口部14a内に第1の電極11及び他の電極を露出させる。
ついで、図6(b)に示すように、第1の電極11に接続する配線16を形成するとともに、他の電極に接続する再配置配線(図示せず)を形成する。これら配線16、再配置配線の形成については、開口部14a内にて第1の電極11、他の電極に導通するようにして導電材料、例えばチタンタングステン(TiW)、銅(Cu)をこの順にスパッタ法で成膜し、配線形状にパターニングした後、得られたパターン上に銅(Cu)をメッキ法で積層することなどによって行う。
また、特に再配置配線の先端側、すなわち接続用端子13側は、パッド形状にパターニングしておくことにより、この部分を接続用端子13とする。
そして、特にこの接続用端子13については、その表面にニッケル(Ni)、金(Au)のメッキを施すことにより、ワイヤーボンディングの際の接合性を高めておく。なお、ハンダメッキ、ハンダプリコートなどの最表面処理を施したものとしてもよい。
ついで、配線16、再配置配線、及び接続用端子13を覆って第2絶縁層17を形成し、さらに、周知のフォトリソグラフィー法及びエッチング法によって配線16の、第1の電極11側とは反対の側を覆う第2絶縁層17の一部を除去し、開口部17aを形成する。
これにより、該開口部17a内に配線16を露出させる。また、これと一緒に、接続用端子13を覆う第2絶縁層17の一部も除去し、開口部17bを形成することにより、該開口部17b内に接続用端子13を露出させる。
その後、図6(c)に示すように、開口部17a内に露出する配線16上に、例えば鉛フリーハンダからなるハンダボールを配設し、外部接続端子12を形成する。なお、この外部接続端子12については、ハンダボールを配設して形成するのに代えて、ハンダペーストを配線16上に印刷することで形成するようにしてもよい。
なお、シリコン基板10は、通常、シリコンウエハーに複数個取りされるので、ダイシング装置などによってダイシング(切断)し、個片化することにより得られる。
ついで、図7に示すように、複数のリード30を含むリードフレーム35を用意する。
なお、リードフレーム35は、複数のリード30を取り囲むようにフレーム36が形成され、リード30がフレーム36の辺36a,36bと接続されている。なお、通常、リードフレーム35は、例えば、紙面上下方向に連続して帯状に形成され、複数セットのリード30が連なるように形成されている。
なお、リードフレーム35は、帯状ではなく個別に形成されてもよい。
ついで、シリコン基板10の非能動面10b側を、複数のリード30に跨るように、絶縁性接着剤50(図8参照)により絶縁された状態で、接続面31に接続(接合)する。なお、シリコン基板10とリード30との間に絶縁板を介して両者を接続してもよい。
ついで、図8に示すように、シリコン基板10の接続用端子13とリード30の接続部32とを、ワイヤーボンディング法によりワイヤー40を用いて接続する。
ついで、前述した構成で水晶ウエハーから個片化した振動ジャイロ素子20を用意する。
ついで、図9に示すように、振動ジャイロ素子20をシリコン基板10に載置し、シリコン基板10の外部接続端子12と振動ジャイロ素子20の基部21の一方の主面20aの引き出し電極29とを接続する。
ついで、リードフレーム35の辺36a,36b(図7参照)から各リード30を切断し、図1に示すような、センサーデバイス1を得る。
また、振動ジャイロ素子準備工程S8は、振動ジャイロ素子接続工程S9の前までに行っておけばよいので、振動ジャイロ素子接続工程S9前の各工程間で行ってもよく、最初に行ってもよい。
また、振動ジャイロ素子接続工程S9は、リード接続工程S6の前に行ってもよい。
これらにより、センサーデバイス1は、接続用端子13によるシリコン基板10のリード30(外部部材)との接続が可能であるとともに、シリコン基板10と外部接続端子12との間に設けられている応力緩和層15によって、外部から加わる衝撃などが吸収され緩和される。
したがって、センサーデバイス1は、リード線の撓み量を考慮した空隙が不要となることから、従来の構成と比較して、厚さを低減することが可能となる。
これにより、センサーデバイス1は、振動ジャイロ素子20の安定的な駆動を行うことが可能となる。
このことから、センサーデバイス1は、リード30の板厚が比較的薄い場合であっても、外力によるリード30の折れ曲がりを回避できる。
したがって、センサーデバイス1は、リード30の板厚を厚くしてリード30の剛性を高める必要がないことから、リード30幅の拡大、リード30間ピッチの拡大、コーナーアールの曲率拡大などが不要となる。
また、センサーデバイス1は、シリコン基板10が複数のリード30に跨って接合されるので、各リード30がばらばらにならないように、各リード30を所定の位置に固定する役割を果たすことができる。
これによれば、センサーデバイス1は、リード30の長さを短くできることから、センサーデバイス1の紙面左右方向(リード30が延伸する方向)の長さを短くできる。なお、この形態は、以降の実施形態にも適用される。
なお、後述するように、センサーデバイス1は、シリコン基板10にリード30が接続されていなくてもよい。これによれば、センサーデバイス1は、シリコン基板10と外部部材とを、リード30を介さずに接続することができる。
例えば、振動ジャイロ素子20は、基部21から延伸された図示しない支持部を備え、この支持部に上記各検出電極、各駆動電極から引き出された引き出し電極29が形成されていてもよい。
そして、振動ジャイロ素子20は、支持部の各引き出し電極29とシリコン基板10の外部接続端子12とが電気的及び機械的に接続され、シリコン基板10に保持される構成としてもよい。
なお、この形態は、以降の実施形態にも適用される。
図10は、第2の実施形態のセンサーデバイスの概略構成を示す模式図である。図10(a)は、シリコン基板側から俯瞰した平面図であり、図10(b)は、図10(a)の矢印J視図である。なお、上記第1の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、図10では、煩雑さを避けるために一部を省略及び簡略化してある。
図11は、第2の実施形態のセンサーデバイスの製造工程を示すフローチャートであり、図12は、主要工程を説明する模式断面図である。なお、図12は、センサーデバイスの紙面手前側のフレーム部分を切断した断面図である。また、図12では、煩雑さを避けるために一部を省略及び簡略化してある。
図11に示すように、センサーデバイス2の製造方法は、センサーデバイス1の製造工程に、リード曲げ工程S110が加わるとともに、リード切断工程S111の内容が若干異なる。
リード接続工程S6後の、例えば、振動ジャイロ素子接続工程S9後に、各リード30の辺36b側(図7参照)を切断する。
ついで、図12に示すように、各リード30のシリコン基板10が接続された接続面31と、振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bとの成す角度θが、略直角となるように各リード30を接続面31側に折り曲げる。
ついで、各リード30の辺36a側(図12参照)を切断し、図10に示すような、センサーデバイス2を得る。
つまり、センサーデバイス2は、パッケージの底面との成す角度が略直角であるパッケージ内部の側面に、例えば、センサーデバイス1のようなセンサーデバイスを配置しなくても、上記底面と振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bとの成す角度が略直角となるようにすることができる。
したがって、センサーデバイス2は、パッケージにおける各面同士の成す角度の加工精度の向上が不要となり、後述する複数軸(多軸)に対応したモーションセンサーを容易に提供できる。
また、センサーデバイス2の製造方法は、シリコン基板10を複数のリード30に跨って接続することから、折り曲げの際の各リード30間における曲げ角度のばらつきを抑制できる。
なお、センサーデバイス2は、リード30が接続面31側に折り曲げられているが、この反対側に折り曲げられてもよい。
図13は、第3の実施形態のモーションセンサーとしてのジャイロセンサーの概略構成を示す模式図である。図13(a)は、リッド(蓋)側から俯瞰した平面図であり、図13(b)は、図13(a)のK−K線での断面図である。
なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。また、断面図では、煩雑さを避けるために一部を省略及び簡略化してある。
また、上記第1、第2の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第1、第2の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
パッケージベース72には、セラミックグリーンシートを成形して積層し、焼成した酸化アルミニウム質焼結体などが用いられている。また、リッド73には、コバールなどの金属、ガラス、セラミックなどが用いられている。
詳述すると、センサーデバイス1は、各リード30の両端部が導電性接着剤、ハンダなどの導電性を有する接合部材51により、パッケージベース72の凹部71の、パッケージベース72の底面74と略平行な内底面75に形成された内部電極76aに固定されている。
これにより、センサーデバイス1は、内部電極76aと電気的に接続されている。
これにより、2つのセンサーデバイス2は、センサーデバイス1と同様にパッケージベース72の内底面75に配置され、内部電極76b,76cと電気的に接続されている。
また、各センサーデバイスは、各振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20b同士の成す角度θ1,θ2が略直角となっている。
内部電極76a,76b,76cは、図示しない内部配線によって、外部端子74aなどと接続されている。
これにより、ジャイロセンサー3は、外部端子74aと各内部電極と各センサーデバイスとが互いに電気的に接続されている。
なお、外部端子74a、各内部電極は、タングステン(W)などのメタライズ層に、ニッケル(Ni)、金(Au)などの各被膜をメッキなどにより積層した金属被膜からなる。
これにより、パッケージ70の内部は、気密に封止される。なお、パッケージ70の内部は、各センサーデバイスの振動ジャイロ素子20の振動が阻害されないように、真空状態(真空度が高い状態)に保持されていることが好ましい。
ここでは、パッケージ70(パッケージベース72)の底面74が、互いに直交する3軸であるX’軸、Y’軸、Z’軸に対して、X’軸及びY’軸と平行で、Z’軸と直交しているものとする。
これにより、外力などによってジャイロセンサー3の姿勢が変化し、角速度が加わった場合、振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bとパッケージ70の底面74とが、略平行になるようにパッケージ70の内部に収納されているセンサーデバイス1は、振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bとZ’軸とが略直交していることから、Z’軸に対する角速度を検出する。
このことから、ジャイロセンサー3は、撮像機器の手ぶれ補正や、GPS(Global Positioning System)衛星信号を用いた移動体ナビゲーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御などに用いられる。
図14は、ジャイロセンサーの製造工程を示すフローチャートであり、図15、図16は、各製造工程を説明する模式図である。
図15は、断面図であり、断面位置は図13(b)と同様である。
図16(a)は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図16(b)は、図16(a)のL−L線での断面図である。
まず、図15に示すように、各センサーデバイスを収納するパッケージ70のパッケージベース72を用意する。なお、リッド73は、この工程で用意してもよいが、後述するリッド接合工程S43までに用意しておけばよい。
ついで、センサーデバイス1を1つ及びセンサーデバイス2を2つ用意する。
ついで、図16に示すように、センサーデバイス1を、振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bと、パッケージベース72の底面74とが略平行になるように、リード30の両端部を接合部材51によってパッケージベース72の内底面75の内部電極76aに固定する。
換言すれば、各振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bと、パッケージベース72の底面74との成す角度θ3が略直角となるように、リード30の一端部34を、一方のセンサーデバイス2については、パッケージベース72の内部電極76bに固定し、他方のセンサーデバイス2については、内部電極76cに固定する。
これらにより、各センサーデバイスをパッケージベース72(パッケージ70)の内部に配置し収納する。
ついで、図13に戻って、真空状態(真空度の高い状態)でリッド73を接合部材52によってパッケージベース72に接合し、パッケージ70の内部を気密に封止する。これにより、パッケージ70の内部を真空状態に保持する。
なお、パッケージ準備工程S40とセンサーデバイス準備工程S41とは、順番を入れ換えてもよい。
このことから、ジャイロセンサー3は、互いに直交する3軸に対応したセンシングが、1つで可能なジャイロセンサーを提供できる。
加えて、ジャイロセンサー3は、この3軸を、パッケージ70の底面74と略直交するZ’軸と、パッケージ70の底面74と略平行で、且つ互いに直交するX’軸及びY’軸とからなるようにできる。
この結果、ジャイロセンサー3は、3つのセンサーデバイス1をパッケージ70内部の各面に配置して固定する場合と比較して、各センサーデバイスの実装に際して、センサーデバイスごとに都度パッケージ70の姿勢を変えるなどの作業を廃止できることから、実装工数を削減できる。
したがって、ジャイロセンサー3は、パッケージ70における各面同士の成す角度などの加工精度の向上が不要となり、3軸に対応したジャイロセンサーを容易に提供できる。
図17は、第4の実施形態のモーションセンサーとしてのジャイロセンサーの概略構成を示す模式図である。図17(a)は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図17(b)は、図17(a)のM−M線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。
また、上記第3の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第3の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
これにより、ジャイロセンサー4は、パッケージ70の内部電極76aなどのセンサーデバイス1に係わる構成要素が不要となる。
また、2つのセンサーデバイス2は、各振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20bと、パッケージベース72の底面74との成す角度θ3が略直角となるように、リード30の一端部34が、一方のセンサーデバイス2については、パッケージベース72の内底面75の内部電極76bに固定され、他方のセンサーデバイス2については、内底面75の内部電極76cに固定されている。
また、第4の実施形態のジャイロセンサー4は、各センサーデバイス2の振動ジャイロ素子20の一方の主面20aまたは他方の主面20b同士の成す角度θ1が略直角となることから、互いに直交する2軸に対応したセンシングが、1つで可能なジャイロセンサーを提供できる。
このことから、ジャイロセンサー4は、各センサーデバイス2の実装に際して、第3の実施形態と同様の効果を奏することができる。
このことから、ジャイロセンサー4は、パッケージ70の底面74と略平行で、且つ互いに直交するX’軸及びY’軸の2軸に対応したセンシングが、1つで可能なジャイロセンサーを提供できる。
そして、ジャイロセンサー4の製造方法は、センサーデバイス準備工程S41及びセンサーデバイス実装工程S42において、センサーデバイス2を2つ用意し、パッケージベース72(パッケージ70)の内部に上記の位置関係で配置し収納する。
これによれば、ジャイロセンサー4の製造方法は、上記の効果を奏するジャイロセンサー4を製造し、提供することができる。
図18は、第5の実施形態のモーションセンサーとしてのジャイロセンサーの概略構成を示す模式図である。図18(a)は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図18(b)は、図18(a)のN−N線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。
また、上記第3の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第3の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
これにより、ジャイロセンサー5は、2つのセンサーデバイス2の配置スペース、内部電極76b,76cなど、2つのセンサーデバイス2に係わる構成要素が不要となる。
この分、ジャイロセンサー5は、パッケージ170のパッケージベース172、リッド173の平面サイズを小さくでき、厚さを薄くできる。
このパッケージ170の厚さについて、ジャイロセンサー5は、センサーデバイス1が従来のセンサーデバイスと比較して薄型化されていることから、従来のセンサーデバイスを用いた場合より薄くできる。
また、第5の実施形態のジャイロセンサー5は、第1の実施形態のセンサーデバイス1を備えていることから、第1の実施形態と同様の効果を奏するセンサーデバイスを備えたジャイロセンサーを提供できる。
そして、ジャイロセンサー5の製造方法は、センサーデバイス準備工程S41及びセンサーデバイス実装工程S42において、センサーデバイス1を1つ用意し、パッケージベース172(パッケージ170)の内部に配置し収納する。
これによれば、ジャイロセンサー5の製造方法は、上記の効果を奏するジャイロセンサー5を製造し、提供することができる。
ここで、第5の実施形態の変形例について説明する。
図19は、第5の実施形態の変形例のモーションセンサーとしてのジャイロセンサーの概略構成を示す模式図である。図19(a)は、リッド側から俯瞰した平面図であり、図19(b)は、図19(a)のP−P線での断面図である。なお、平面図では、便宜的にリッドを省略してある。
また、上記第5の実施形態との共通部分については、同一符号を付して説明を省略し、上記第5の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
なお、センサーデバイス101の構成の詳細については、リード30の有無以外、センサーデバイス1の構成と同様なので説明を省略する(第1の実施形態参照)。
ジャイロセンサー6は、センサーデバイス101のシリコン基板10の非能動面10bが、図示しない絶縁性接着剤などの接合部材により、パッケージベース272の内底面75に絶縁された状態で接合されている。
そして、ジャイロセンサー6は、シリコン基板10の接続用端子13と、パッケージベース272の内部電極76aとが、ワイヤー40によって接続されている。
この結果、ジャイロセンサー6は、第5の実施形態と比較して、平面サイズがさらに小さく、総厚がさらに薄くなったジャイロセンサーを提供できる。
また、センサーデバイス101は、リード30に係わる部分を除き、センサーデバイス1と同様の効果を奏することができる。
そして、ジャイロセンサー6の製造方法は、センサーデバイス準備工程S41及びセンサーデバイス実装工程S42において、センサーデバイス101を1つ用意し、パッケージベース272(パッケージ270)の内部に配置し収納する。
これによれば、ジャイロセンサー6の製造方法は、上記の効果を奏するジャイロセンサー6を製造し、提供することができる。
これによれば、ジャイロセンサー3は、センサーデバイス101にリード30がないことから、パッケージ70の小型化を図ることができる。
また、上記第3〜第5の実施形態及び変形例では、モーションセンサーとしてジャイロセンサーを例に挙げたが、これに限定するものではなく、例えば、上記加速度感知素子を備えたセンサーデバイスを用いた加速度センサー、圧力感知素子を備えたセンサーデバイスを用いた圧力センサー、重量感知素子を備えたセンサーデバイスを用いた重量センサーなどでもよい。
Claims (14)
- ベースと、
能動面を含み、前記能動面と反対の面が前記ベースに固定された半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極と配線を介して電気的に接続された外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
基部、該基部から延在している振動部および接続電極を備えたセンサー素子と、
を含み、
前記応力緩和層は、前記半導体基板の厚み方向からの平面視で、前記第1の電極と重ならない位置に設けられ、前記半導体基板の厚み方向に沿った断面視で前記外部接続端子側の面である上面が前記半導体基板側の面である下面と略平行である凸形状を有し、
前記振動部は、前記平面視で前記応力緩和層と重ならない位置に配置されており、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とするセンサー。 - 請求項1に記載のセンサーであって、
前記応力緩和層は、前記断面視で、前記下面から前記上面との間の斜面部を有する台形形状であることを特徴とするセンサー。 - 請求項1または2に記載のセンサーであって、
前記応力緩和層は、前記平面視で前記半導体基板の中央部に配置されていることを特徴とするセンサー。 - 請求項1ないし3のいずれか一項に記載のセンサーであって、
前記外部接続端子は、突起電極であることを特徴とするセンサー。 - 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のセンサーであって、
前記応力緩和層は、絶縁樹脂であることを特徴とするセンサー。 - リードと、
能動面を含み、前記能動面と反対の面が前記リードに固定された半導体基板と、
前記半導体基板の前記能動面側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極と配線を介して電気的に接続された外部接続端子と、
前記半導体基板と前記外部接続端子との間に設けられた応力緩和層と、
前記リードと電気的に接続され、前記半導体基板の前記能動面側に設けられた接続用端子と、
基部、該基部から延在している振動部および接続電極を備えたセンサー素子と、
を含み、
前記応力緩和層は、前記半導体基板の厚み方向からの平面視で、前記第1の電極と重ならない位置に設けられ、前記半導体基板の厚み方向に沿った断面視で前記外部接続端子側の面である上面が前記半導体基板側の面である下面と略平行である凸形状を有し、
前記振動部は、前記平面視で前記応力緩和層と重ならない位置に配置されており、
前記センサー素子は、前記接続電極と前記外部接続端子との接続によって前記半導体基板に保持されていることを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項6に記載のセンサーデバイスであって、
前記応力緩和層は、前記断面視で、前記下面から前記上面との間の斜面部を有する台形形状であることを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項6または7に記載のセンサーデバイスであって、
前記応力緩和層は、前記平面視で前記半導体基板の中央部に配置されていることを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項6ないし8のいずれか一項に記載のセンサーデバイスであって、
前記外部接続端子は、突起電極であることを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項6ないし9のいずれか一項に記載のセンサーデバイスであって、
前記応力緩和層は、絶縁樹脂であることを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項6ないし10のいずれか一項に記載のセンサーデバイスであって、
前記リードは、前記センサー素子の主面との成す角度が、略直角となるように折り曲げられていることを特徴とするセンサーデバイス。 - 請求項6ないし11のいずれか一項に記載のセンサーデバイスと、
前記センサーデバイスを収納するパッケージと、を有し、
前記センサーデバイスが、前記パッケージに収納されていることを特徴とするセンサー。 - 請求項6ないし11のいずれか一項に記載の複数のセンサーデバイスと、
前記複数のセンサーデバイスを収納するパッケージと、を有し、
前記複数のセンサーデバイスは、前記各センサー素子の主面同士の成す角度が略直角となるように前記パッケージ内に配置され、収納されていることを特徴とするセンサー。 - 請求項13に記載のセンサーであって、
少なくとも1つの前記センサー素子の主面は、前記パッケージの外部部材に接続される被接続面と略平行であることを特徴とするセンサー。
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