JP6648530B2 - 電子デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents
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Description
[加速度センサー]
図1〜図3を用いて、本発明の実施形態に係る電子デバイスとしての加速度センサーの構造について説明する。図1および図2は、本実施形態に係る電子デバイスの一例としての加速度センサーの概略構成を模式的に示しており、図1は、平面図、図2は、図1のA−A線における正断面図である。
基体10は、ガラス(ホウ珪酸ガラス)で形成されている。基体10の材質は、ガラスに限定されることなく、例えば、シリコンであってもよい。図2に示すように、基体10は、基体10の上面(以下、第1面11と呼ぶ)と、第1面11と反対側の下面(第2面12と呼ぶ)と、を有している。第1面11には、凹部14が設けられている。
配線20は、溝部15内に設けられている。具体的には、配線20は、溝部15の底面を規定する基体10の面に設けられている。配線20は、機能素子80と外部接続端子30とを電気的に接続している。配線20は、溝部15内に設けられたコンタクト部40を介して、機能素子80の固定部81に接続されている。
蓋体50は、接合材60を介して、基体10の第1面11上に接合され、機能素子80を覆って基体10との間に内部空間56を形成している。蓋体50は、シリコンで形成されている。
基体10と蓋体50とは、接合部61において、接合材60によって接合されている。接合材60としては、例えば、低融点ガラスが挙げられる。なお、接合材60は、特に限定されず、例えば、鉛珪酸(PbO−SiO2)塩、ホウ酸(B2O3)塩、リン酸(P2O5)塩、ゲルマン酸(GeO2)塩、タリウム酸(Tl2O)塩、モリブデン酸(MoO3)塩、テルル酸(TeO2)塩、バナジウム酸(V2O5)塩などが挙げられる。
貫通孔58は、蓋体50の第3面51から第5面54まで、蓋体50をZ軸方向に貫通しており、内部空間56と連通している。貫通孔58は、第3面51から第5面54に向かうにつれて、開口径が小さくなるテーパー形状になっている。
機能素子80は、内部空間56に収容されており、基体10の第1面11に接合されている。以下では、機能素子80が、水平方向(X軸方向)の加速度を検出する加速度センサー素子(静電容量型MEMS加速度センサー素子)である場合について説明する。
次に、間隙部材90について、図2、図3を用いて説明する。図3は、図2の間隙部材および突起部を拡大した正断面図である。図2および図3に示すように、本実施形態の間隙部材90は、Z軸方向から見た平面視において、基体10の第1面11の機能素子80の外側に、機能素子80を挟んで対向する位置に配置されており、基体10の第1面11と蓋体50の第4面52とに当接して設けられている。
次に、本実施形態に係る電子デバイスとしての加速度センサー100の製造方法について、図4〜図10を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る加速度センサーの製造方法の概略を示すフローチャートである。図5〜図10は、加速度センサーの製造方法を示す工程フロー図(各工程における加速度センサーを模式的に示す正断面図)であり、図5は、工程フロー1を示し、図6は、工程フロー2,4を示し、図7は、工程フロー3を示し、図8は、工程フロー5を示し、図9は、工程フロー6を示し、図10は、工程フロー7を示している。なお、図5〜図10の各図における断面位置は、図2と同様である。
図5に示すように、基体10を準備する。基体10の第1面11に、凹部14および溝部15,16,17を形成する(図1参照)。凹部14および溝部15,16,17は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成される。基体10は、例えば、アルカリ金属イオンを有する、例えば、ホウ珪酸ガラス製で形成されている。
図6に示すように、機能素子80を形成する元基板としてのシリコン基板8を基体10上に載置して準備する。
図7に示すように、蓋体50を準備する。蓋体50の材質は、例えば、シリコン、ガラスなどを適用することができる。基体10と蓋体50との間に内部空間56を形成する凹部57や、第3面51から第5面54に貫通する貫通孔58を形成する。凹部57や貫通孔58の形成には、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を適用することができる。
また、図6に示すように、シリコン基板準備工程(ステップS102)で準備したシリコン基板8を陽極接合によって基体10に接合する。陽極接合の条件としては、例えば、300℃程度の加熱を行いながら、800Vから1kV程度の直流電圧を印加することが好ましい。
なお、陽極接合における加熱温度は、250℃から500℃程度の範囲を適用することができる。よって、基体10とシリコン基板8の接する部分の領域とが接合される。
図8に示すように、第1接合工程(ステップS104)において基体10に陽極接合されたシリコン基板8にパターニングして、機能素子80(図1および図2参照)、間隙部材90(図1および図2参照)を形成する。
図9に示すように、蓋体準備工程(ステップS103)で準備した蓋体50の突起部53の下面に接合材60としての低融点ガラスをスクリーン印刷法を用いて塗布し、蓋体50を基体10に接合する。
図10に示すように、貫通孔58によって、内部空間56の雰囲気を調整し、貫通孔58を封止部材70で塞ぐことによって内部空間56を密封する。このとき、例えば、貫通孔58を通して、内部空間56を不活性ガス(窒素ガス)雰囲気にしてもよいし、減圧状態にしてもよい。
以上の工程により、加速度センサー100を製造することができる。
(1)基体10の蓋体50側の面11と蓋体50の基体10側の第4面52とに当接された間隙部材90を含んでいるので、接合材60(低融点ガラス)を介して、基体10と蓋体50とを接合する際に、間隙部材90の高さにより、基体10と蓋体50との間隔h2が規定される。
その結果、接合部61に付与される接合材60の量によらず、基体10と蓋体50との間に接合材60を一定の高さ(量)で確実に挿入することができる。つまり、接合部61に付与される接合材60の量が規定量より多い場合であっても、基体10と蓋体50との間隔h2が大きくなることを抑制することができる。
また、接合部61に付与される接合材60の量が規定量より少ない場合でも、基体10と蓋体50との間隔h2が小さくなることを抑制することができる。その結果、基体10と蓋体50との間隔h2を一定にして確実に接合することができることから、接合強度が劣化することを低減させて信頼性の高い加速度センサー100を得ることができる。
その結果、接合部61に付与される接合材60の量によらず、機能素子80の周囲に亘って、基体10と蓋体50との間に接合材60を一定の高さ(量)で確実に挿入することができる。その結果、基体10と蓋体50とを確実に接合することができる。
図11は、変形例1に係る加速度センサーを模式的に示し、間隙部材および突起部を拡大した正断面図である。上記実施形態では、図2のように、加速度センサー100は、基体10の蓋体50側の面と蓋体50の基体10側の面とに当接された間隙部材90を含んでいる構成であるものとして説明したが、この構成に限定するものではない。
以下、変形例1に係る加速度センサー200について説明する。なお、実施形態と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
図12に示すように、上記の加速度センサーにおいて、間隙部材90は、機能素子80の少なくとも1つの角部に沿って、設けられていてもよい。図12では、間隙部材90は、機能素子80の4つの角部の各部に配置されている。
図13に示すように、上記の加速度センサーにおいて、間隙部材90は、機能素子80の対角線上の対向する位置に設けられていてもよい。図13においては、間隙部材90が、機能素子80の+X軸方向、かつ+Y軸方向の角部と、機能素子の−X軸方向、かつ−Y軸方向の角部に設けられている例を示している。
図14に示すように、上記の加速度センサーにおいて、間隙部材90は、機能素子80の周囲に沿って設けられていてもよい。
図15に示すように、上記の加速度センサーにおいて、間隙部材90は、X軸方向およびY軸方向に沿って、機能素子80の外側に設けられていてもよい。
図16に示すように、上記の加速度センサーおいて、間隙部材90は、X軸方向に沿って、機能素子80を挟み込む位置に設けられていてもよい。
次に、上記の電子デバイスを備えている電子機器について説明する。図17は、電子デバイスを備えている電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を模式的に示す斜視図である。
次に、上記の電子デバイスを備えている移動体について説明する。図20は移動体の一例としての自動車を模式的に示す斜視図である。自動車1500には、上記の電子デバイスが搭載されている。
また、電子デバイスは、機能素子が振動片である振動子、発振器、周波数フィルターなどであってもよい。
Claims (19)
- 互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
前記Z軸に直交し、互いに表裏の関係にある第1面及び第2面を含み、前記第1面に第1の凹部が設けられている基体と、
前記基体の前記第1の凹部と前記Z軸方向に空間を介して対向し、前記X軸方向に変位可能な可動部、及び前記基体の前記第1面に接合されている固定部を含み、静電容量の変化に基づいて物理量を検出する機能素子と、
前記Z軸に直交し、互いに表裏の関係にある第3面及び第4面を含み、前記基体との間に設けられる内部空間に前記機能素子を収納するように、前記第4面が接合材を介して前記基体の前記第1面に接合されている蓋体と、
前記基体の前記第1面と前記蓋体の前記第4面とに接している間隙部材と、
を含み、
前記間隙部材の前記Z軸方向の高さは、前記接合材の前記Z軸方向の厚さより大きく、
前記Z軸方向からの平面視で、前記間隙部材は、前記接合材の前記機能素子の側とは反対側の領域に、前記接合材と離間して配置されていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1において、
前記蓋体の前記第4面の外縁部に第2の凹部が設けられ、
前記間隙部材は、前記第2の凹部に接していることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1または2おいて、
前記間隙部材は、
前記Z軸方向からの平面視で、前記Y軸に沿って延び、且つ、前記X軸に沿って並んでいる一対の第1の間隙部材を含み、
前記Z軸方向からの平面視で、前記接合材と前記機能素子は、前記一対の第1の間隙部材の間に配置されていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記間隙部材は、
前記Z軸方向からの平面視で、前記X軸に沿って延び、且つ、前記Y軸に沿って並んでいる一対の第2の間隙部材を含み、
前記Z軸方向からの平面視で、前記接合材と前記機能素子は、前記一対の第2の間隙部材の間に配置されていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1または2おいて、
前記Z軸方向からの平面視で、前記間隙部材は、前記機能素子を囲み、周状に配置されていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1または2おいて、
前記Z軸方向からの平面視で、前記基体は矩形状であり、
前記間隙部材は、前記矩形状の前記基体の対角上2つの角部に、それぞれ設けられていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1または2おいて、
前記Z軸方向からの平面視で、前記基体は矩形状であり、
前記間隙部材は、前記矩形状の前記基体の4つの角部に、それぞれ設けられていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記蓋体の前記第4面の前記接合材との接合部よりも内側に第3の凹部が設けられ、
前記第3の凹部の内底面である第5面は、前記機能素子と間隙を介して対向していることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項8において、
前記蓋体の前記第3面から前記第5面に亘って、前記蓋体をZ軸方向に貫通している貫通孔が設けられ、
前記貫通孔は、封止部材により塞がれていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至9のいずれか一項において、
前記間隙部材の前記Z軸方向の高さは、前記機能素子の前記Z軸方向の厚さと略同じであることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至10のいずれか一項において、
前記間隙部材の材料は、前記機能素子の材料と同じであることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至11のいずれか一項において、
前記間隙部材の材料は、シリコンを含むことを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至12のいずれか一項において、
前記蓋体の材料は、シリコンを含むことを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至13のいずれか一項において、
前記間隙部材は、前記蓋体と一体になっていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至14のいずれか一項において、
前記基体の材料は、ガラスを含むことを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至15のいずれか一項において、
前記接合材は、低融点ガラスであることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至16のいずれか一項において、
前記機能素子は、前記基体の前記第1面に陽極接合により接合されていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1乃至17のいずれか一項に記載の電子デバイスを含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項1乃至17のいずれか一項に記載の電子デバイスを含むことを特徴とする移動体。
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