JPH05249057A - センサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度補償用の検出器を薄い平板を用いて密封
可能とし、もって、構造が簡単で、製作が容易かつ安価
にでき、しかも、周囲温度の変化に速応する温度補償用
検出部を一体的に有するセンサーを提供する。 【構成】 基板１０と、該基板１０上に設けられた少な
くとも２個の空洞６，７と、各空洞上に橋架された検出
部１３ａ，１３ｂを有し、一方の検出部１３ａを雰囲気
中に開放して該雰囲気の状態を検出する第１の検出器と
し、他方の検出部１３ｂをカバー部材２０にて密封して
温度補償する第２の検出器とする。前記カバー部材２０
が薄い平板で構成され、該カバー部材２０と前記基板１
０とが、前記第２の検出器１３ｂの周囲に連続して形成
された接着剤３０によって密着接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、センサー、より詳細には、周囲
の雰囲気を検出するセンサー、例えば、ガスセンサー、
湿度センサー、気圧センサー等に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ガス検出装置として、金属酸化物半
導体の内部に電極と、電極を兼ねたヒータを内蔵し、該
金属酸化物半導体をヒータにより加熱した時に該金属酸
化物半導体の抵抗値が該金属酸化物半導体の表面でのガ
ス吸着によって下がることを利用したものが提案されて
いるが、消費電力が大きく、乾電池駆動には適さないと
いう問題があった。この点を改良すべく、架橋構造や片
持梁構造等、空気中に張り出させた張り出し部を設け、
この張り出し部の上に金属酸化物半導体を形成するよう
にし、もって、熱容量を可及的に小さくして応答特性を
上げ、且つ消費電力を低下させる試みが成されている。

【０００３】一方、ガスセンサーにおいては、同様の構
造をもつ検出器を２個設け、一方の検出器を周囲雰囲気
に接触させてガス検出用として用い、他方の検出器を周
囲雰囲気に接触させない密封構造とし、この密封構造の
検出器にて周囲の温度を検出して温度補償をすることが
行なわれている。

【０００４】図８（ａ）,（ｂ）は、特開平３−９２７
５４号公報に開示された絶対湿度センサーの一例を示す
平面図及び断面図で、図示のように、第１のシリコンか
らなる基板１に、薄膜抵抗発熱体３を設置する凹部６，
７を形成し、基板１の表面に絶縁保護膜を形成した上、
薄膜抵抗発熱体３を前記凹部に架橋支持するよう設置す
る。上記の構成により、熱容量を小さくした薄膜発熱体
３の熱が直接基板に熱伝導するのを抑えて、基板で構成
した空間の気体の熱伝導により熱平衝を保ち、小電力化
と応答の高速化を図ることができるようにしている。ま
た、第２の基板２にも基板１に対応する位置に前記素子
用の空間を作るための凹部６，７と、薄膜発熱体３のパ
ッド部９を露出させるための切欠き部を形成しておき、
更に基板２に接合用の低融点ガラスペースト５を図に斜
線で示すパターンにスクリーン印刷した上、前記ペース
ト中の溶剤を仮焼成で蒸発させ、続いて参照素子の空間
に封入する乾燥空気か一定の既知の湿度の空気雰囲気中
で、基板の１と２を対向させ、図示のようにそれぞれの
凹部で薄膜発熱体を囲む空間を作る配置にした上、加熱
で低融点ガラスを融解して基板を接合させる。以上の接
合により、参照側の空間６は外気と遮断され常に一定の
雰囲気に保たれる。この気密封止される雰囲気は必ずし
も大気圧でなくてもよい。このとき同時に形成される検
出側の空間７は対向する位置に接合部の隙間で形成した
通気孔８が構成される。

【０００５】以上の構成にした湿度センサーは、２つの
薄膜発熱体に電力によって一定のエネルギーを供給して
自己加熱させると、それぞれ参照用空間６と検出用空間
７の水蒸気量、即ち、絶対湿度に対応する空間の熱伝導
度によって放熱し、一定の温度になって、それぞれ一定
の抵抗値をもつので、その差をブリッジ回路の非平衝電
位の出力として検出して絶対湿度を計測することができ
る。

【０００６】しかし、上記従来技術においては、参照用
の空間６を形成する場合、低融点ガラスペースト５を融
解して基板１と２を接合させているため、参照用空間６
に乾燥空気ないし一定の湿度の空気雰囲気を封入する際
に加熱されるため、空気の密度が小さくなり、封着後に
おいて希薄な封入雰囲気になる。その結果、薄膜発熱体
３は希薄封入雰囲気へ熱伝導しにくくなるので発熱体の
平衝温度が上昇し検出側とバランスがとれにくくなる。
さらに、外部環境温度が封入空気を通して伝達するのに
時間を要し応答の高速化に難点が出る。応答時間につい
ても検出側とのバランスがとれにくいといった欠点があ
る。

【０００７】更に、上記従来技術においては、チップの
切断時にダイシングソーの水洗により検出部、補償部を
保護する目的で封止カバー（基板２）をとりつけている
が、電極パッド部９が露出しているため完全に保護され
ているとは言い難い。

【０００８】

【目的】本発明は、上述のごとき従来技術を更に改良し
て、特に、温度補償用の検出器を薄い平板を用いて密封
可能とし、もって、構造が簡単で、製作が容易かつ安価
にでき、しかも、周囲温度の変化に速応する温度補償用
検出部を一体的に有するセンサーを提供することを目的
としてなされたものであり、更には、該センサーの効果
的な製作方法を提供することを目的としてなされたもの
である。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
基板と、該基板上に設けられた少なくとも２個の空洞
と、各空洞上に橋架された検出部を有し、一方の検出部
を雰囲気中に開放して該雰囲気の状態を検出する第１の
検出器とし、他方の検出部をカバー部材にて密封して温
度補償する第２の検出器とするセンサーにおいて、前記
カバー部材が薄い平板で構成され、該カバー部材と前記
基板とが、前記第２の検出器の周囲に連続して形成され
た接着剤によって密着接合されていること、或いは、
（２）前記カバー部材の前記第１の検出器に対向する部
分が開口されていること、或いは、（３）前記基板の表
面に位置合せマークを有し、前記カバー部材の前記位置
合せマークに対向する部分に位置合せ用の孔を有するこ
と、或いは、（４）前記基板の少なくとも前記第２の検
出器を形成する空洞の周囲に堀溝を有すること、或い
は、（５）前記カバー部材の前記第２の検出器に対向す
る部分が内側が凹になるように形成されていること、或
いは、（６）前記カバー部材が柔軟性の材料であるこ
と、或いは、（７）基板と、該基板上に設けられた多数
個の空洞と、各空洞上に橋架された検出部を有し、該検
出部の２個を１組とし、その一方の検出部を雰囲気中に
開放して該雰囲気の状態を検出する第１の検出器とし、
他方の検出部をカバー部材にて密封して温度補償する第
２の検出器とするセンサーの製造方法において、前記基
板の上に前記カバー部材を前記第２の検出器の周囲に連
続して形成された接着剤によって密着接合し、次いで、
該カバー部材の上にダイシング用粘着剤付テープを貼付
し、その後、前記１組の検出部を１チップとして前記基
板側よりダイシングを行うことを特徴としたものであ
る。以下、本発明の実施例に基いて説明する。

【００１０】図１は、本発明によるセンサーの基板１０
の平面構成図、図２は、図１に示した基板１０の上にカ
バー部材２０を設けた時の平面図、図３は、図２のIII
−III線断面図、図４は、図２のIV−IV線断面図で、図
示のように、センサー基板１０には、ガス検出部Ａと温
度補償部Ｂが設けられており、それぞれに対応して、空
洞１１ａ，１１ｂ、これら空洞１１ａ，１１ｂのまわり
に設けられた堀溝１２ａ，１２ｂ、空洞１１ａ，１１ｂ
の上に架橋されて設けられた検知素子１３ａ，１３ｂ、
これら検知素子に接続された電極１４ａ，１４ｂ、及び
これら両検出素子に共通の共通電極１４ｃ、各電極の端
部に該電極を露出して設けたボンディング電極パッド部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、これら各ボンディングパッド
部に接続されたボンディングワイヤー１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ（図２参照）及び表面の一部に設けられた位置合
せマーク１７より成っている。

【００１１】図２は、上述のごときセンサー基板１０の
上にカバー部材２０を接合した時の平面図で、このカバ
ー部材は、薄い平板から成り、前記ボンディングワイヤ
ー１６ａ，１６ｂ，１６ｃ部に対向した部分２１ａ，２
１ｂ，２１ｃ及び前記検知素子部Ａに対向した部分２１
ｄが切り欠かれており、また、センサー基板１０に設け
られた位置合せマーク１７に対応した位置に位置合せ用
の孔２２が設けられており、この位置合せマーク１７と
位置合せ孔２２を合せてセンサー基板１０の上にカバー
部材２０を接着剤３０によって接着する。而して、本発
明においては、このカバー部材２０をセンサー基板１０
に接着するに当り、接着剤３０を温度補償センサー部の
空洞１１ｂのまわりに連続して設け、これによって、温
度補償部Ｂの検出素子をセンサー基板１０、カバー部材
２０及び接着剤３０によって完全に密封し、一方、検出
部Ａのガス検出素子を外部の雰囲気に接触可能にしてい
る。

【００１２】次に、上記カバー部材２０の材料について
説明する。 （１）カバー部材２０の材料： ｉ）熱伝導率が良いものを用いる。 ii）ボンディング（ワイヤーボンド）時に電極付近でボ
ンダーのツール先端が接触しない様電極周囲が低い方が
良い。周囲が高いとボンディング時にツールが当り、ボ
ンディングできないし別の次に電極へボンディングツー
ルが移動する際ひっかかってしまう。一般のデバイスの
様にチップを含めた全体を樹脂モールドすることはでき
ないオープンパッケージなのでボンディングワイヤーは
露出する。 iii）Ｓｉウエハーを加工したカバーでは厚みが高々０.
５〜０.３ｍｍ程度までで、これ以上薄くすると強度が
保てない。電極近傍のみ低くする方法でも良いが工程が
追加されめんどうである。 iv）はじめから薄い素材を用いれば都合良い。 ｖ）さらに基板と熱膨張率が近い方が接着した後周囲温
度の変化によるズレなどの不都合が発生しない。 vi）以上によりコバール薄板などは特にすぐれた材料と
いえるが、コバール材と同様に低熱膨張率の素材として
アンバー、インコネル等も有効である。コバールであれ
ば厚みは０.０５ｍｍ程度のものでも加工せず市販品が
入手容易であるし薄いため周囲雰囲気温度を高速度で伝
えることができるので、加工によって薄くしたＳｉ板よ
りもはるかに安定した応答特性が得られる。熱容量が大
きいと周囲温度になじむのに時間遅れを生じ、温度補償
としての基準の役目をはたさない。 vii）コバール以外にステンレス、ニッケル（Ｎｉ）、
ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）あるいはコーニング社のフォト
フォーム（登録商標）、フォトセラム（登録商標）のよ
うな微細加工自在な特殊ガラス、セラミックを用いても
良い。柔軟なアルミニウム（Ａｌ）、鉛（Ｐｂ）、スズ
（Ｓｎ）、金（Ａｕ）などでも良い。 viii）センサー基板は絶縁材料や発熱体材料の膜が配置
されているため平面度において多少のたわみなどがあ
る。この基板にカバーを合せた場合、同程度のたわみが
なければ完全に補償側の封止ができない。Ｓｉ材料のカ
バーで、同じたわみを作るのは難しいし、センサー基板
と同一工程を経ねばならないのでめんどうである。コバ
ールの薄板０.３〜０.０５ｍｍにおいてはＳｉより柔軟
性に富むため密着性に優れている。

【００１３】ix）コバール薄板材は、柔軟性にすぐれて
いるため封止による減圧分を封止後のたわみにより自動
的に調整するため、温度の伝達特性等が変わらず高速応
答が可能となる。すなわち、図８に示した従来技術にお
いて、参照用空間６を形成する場合、低融点ガラスペー
スト５を融解して基板１と２を接合させているため、該
参照用空間６に乾燥空気ないし一定の湿度の空気雰囲気
を封入する際に加熱されるため、空気の密度が小さくな
り、封着後において希薄な封入雰囲気になる。その結
果、薄膜発熱体３は希薄封入雰囲気へ熱伝導しにくくな
り、発熱体の平衝温度が上昇して検出側とバランスがと
れにくくなる。さらに、外部環境温度が封入空気を通し
て伝達するのに時間を要し応答の高速化に難点が出る。
検出側との応答時間についてもバランスがとれにくいと
いった欠点がある。しかし、ここで、コバールの薄板材
によるカバーを用いれば、適当な柔軟性があるため、封
着後に封止空間の圧力と外部の圧力差から、封止空間が
狭くなるようにカバー材にへこみを生じ、その結果、封
入空気の密度が外部と同一になる作用がある。密度が同
一であれば発熱体の平衝温度も熱伝達速度も同一である
のでバランスがとれにくいといった難点がない。へこみ
によって封止空間が狭まれば、外部からの温度の伝達が
一層はやくなり、より効果が大きい。これに対して、Ｓ
ｉ材のカバーでは柔軟性は得られず、薄くして強度を保
つことができないため、封入空気の密度は小さく、封止
空間の内容積が小さくなり難い。

【００１４】（２）カバーの形成される（カバーに覆わ
れる）範囲： ｉ）ボンディング電極パッド、検出側の上部は除く。 ii）カバーとセンサー基板の接着においては接着剤の塗
布範囲として、センサー基板の空洞部のさらに外周部に
堀を形成した上で、堀の外側の領域に対向するカバー面
に設定する。 iii）センサー基板の空洞部のさらに外周部に堀を形成
しておくことによって接着剤が空洞部に侵入しないよう
な液ダマリの余地を設ける必要がある。この外周部の堀
は空洞部を形成する方法、すなわち、センサー基板がＳ
ｉ（１,０,０）であると空洞部の横壁が（１,１,１）と
なる形状配置で、アルカリ性水溶液による異方性エッチ
ングによって同時に形成することができる。 iv）なお、この堀は補償側だけでなく検出側にも設定
し、全体の温度バランスを均等にした方が安定した特性
が得られやすい。 ｖ）接着剤の材料としては、フリットガラスを用いても
良いが、４００℃以上に加熱して接着するので扱いが難
しい上、室温にもどした場合歪が発生しやすいのでなる
べく低温で接着したい。エポキシ系樹脂でも可能である
が、エポキシ樹脂に含まれるガスが補償側内部に残留し
たままになり、雰囲気成分以外の物質を含むことによっ
て基準となるべき温度特性を示さない難点がある。Ａｕ
−Ｓｎ、Ｓｉ−ＳｎやＰｂ−Ｓｎなどのロウ材、ハンダ
などは融点も低く好都合である。 vi）センサー基板にあらかじめ整合位置合せマークをつ
けておき、カバーには対向する部分に孔を開口する。こ
れによってセンサー基板とカバーの接着位置合せが容易
にできる。

【００１５】（３）カバーの作製方法： ｉ）コバールの薄板厚さ０.３〜０.０５ｍｍの所定位置
に接着剤を塗布する。 ii）不要部をフォトエッチングにより除去する。 iii）センサー基板に加熱圧着し組立完成する。 iv）なお、カバーはセンサー基板１チップでもウエハー
１枚分でもどちらでも取付けることができる。そのため
に位置合せ孔と外ワクを設定する。 ｖ）カバーで覆われる補償部の内容積はできるだけ小さ
い方がカバー外の温度にすばやくなじみやすい（温度補
償の役割上必要不可決）ので、カバーは平板を用いるの
が良いが内側がセンサーの補償部と接触してはいけない
ので接着層の厚みを１０μｍ程度以上にすると良い。そ
れでも接触するおそれがある場合は内側をエッチングで
削るか、プレスで曲げるか、エレクトロフォーミングに
よりドーム型状のカバーを作製すると良い。図５の
（ａ）に、カバー部材２０の内側をエッチングにて削っ
た例、（ｂ）にプレスにて曲げた例、（ｃ）にエレクト
フォーミング（メッキ）によってドーム型状に形成した
場合の例を示す。而して、図５（ａ）に示すように、カ
バー部材の封止部分に相当する領域が薄くなっている
と、柔軟性が増し、前述のへこみが生じやすく、封入空
気の密度を外部の空気密度とより効果的に同一にするこ
とができる。

【００１６】図６及び図７は、本発明によるセンサー製
造方法の一実施例を説明するための図で、図中、４０は
ダイシング用粘着剤付テープ、５０はダイシングライン
すなわちチップ切放し用ダイシングソー切り代位置及び
幅で、その他、図１乃至図４に示した実施例と同様の作
用をする部分には同一の参照番号が付してある。而し
て、図６は、ダイシング用粘着剤付テープ４０に、前述
のようにして作成した、センサー基板１０及びカバー部
材２０から成る部材のカバー部材２０の側を装填した時
の要部断面図（図７のVI−VI線断面図）、図７は、ダイ
シング用粘着剤付テープ４０を前記カバー部材２０に貼
り付ける直前の、つまり、センサー基板１０にカバー部
材２０をシールした時の平面図で、製作時、センサー基
板１０上には、前述のように、多数の検出部が同時に作
成され、そのうち、Ａにて示したガス検出部とＢにて示
した温度補償部とを１組として切り出し、これを１つの
検出チップとして使用する。前記特開平３−９２７５４
号公報に開示された発明においては、チップの切断時に
ダイシングソーの水洗より検出部、補償部を保護する目
的で封止カバーをとりつけているが、電極パッド部９が
露出しているため完全に保護されているとは言い難い。
これに対して、本発明によると、電極パッド部もダイシ
ング用粘着剤付テープ４０で囲まれているため水洗によ
る影響を全く受けない効果がある。すなわち、図６で、
カバー部材２０に、電極パッドの周辺領域と雰囲気（湿
度）検出器に対向する領域に切り欠き２１ｅ，２１ｆを
設け、カバー部材２０で基板１０をシールした後、図７
に示す様にダイシングテープ４０とはりあわせ、指定の
ダイシングライン５０に沿って切放せば一連の効果を利
用した工程を完了させることができる。ダイシングソー
による切放し作業においてもカバー部材とダイシングテ
ープで封着されているため水洗による影響がない利点が
ある。

【００１７】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、構造が簡単で、製作が容易かつ安価にでき、しかも
温度補償用検出部の内容積をできる限り小さくすること
ができ、かつ、応答速度の速いセンサーを提供すること
ができる。また、ダイシングソーによる切り放し作業に
おいて、カバー部材全体がダイシング用粘着剤付テープ
で封着されているため、水洗による影響を受けない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるセンサーの基板の一例を示す平
面図である。

【図２】 本発明によるセンサーの一例を示す表面図で
ある。

【図３】 図２のIII−III線断面図である。

【図４】 図２のIV−IV線断面図である。

【図５】 カバー部材の変形実施例を示す側断面図であ
る。

【図６】 本発明によるセンサーの製造方法の一例を説
明するための要部（図７のVI−VI線）断面図である。

【図７】 図６のダイシング用粘着剤付テープを貼り付
ける前の平面図である。

【図８】 従来のセンサーの一例を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１０…センサー基板、１１ａ，１１ｂ…空洞、１２ａ，
１２ｂ…堀溝、１３ａ，１３ｂ…検出器、１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ…電極、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…電極パッ
ド部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…ボンディングワイヤ
ー、１７…位置合せマーク、２０…カバー部材、２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…切り欠き部、２２…位置
合せ孔、３０…接着剤、４０…ダイシング用粘着剤付テ
ープ、５０…ダイシングライン。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に設けられた少なくと
   も２個の空洞と、各空洞上に橋架された検出部を有し、
   一方の検出部を雰囲気中に開放して該雰囲気の状態を検
   出する第１の検出器とし、他方の検出部をカバー部材に
   て密封して温度補償する第２の検出器とするセンサーに
   おいて、前記カバー部材が薄い平板で構成され、該カバ
   ー部材と前記基板とが、前記第２の検出器の周囲に連続
   して形成された接着剤によって密着接合されていること
   を特徴とするセンサー。
2. 【請求項２】 前記カバー部材の前記第１の検出器に対
   向する部分が開口されていることを特徴とする請求項１
   に記載のセンサー。
3. 【請求項３】 前記基板の表面に位置合せマークを有
   し、前記カバー部材の前記位置合せマークに対向する部
   分に位置合せ用の孔を有することを特徴とする請求項１
   又は２に記載のセンサー。
4. 【請求項４】 前記基板の少なくとも前記第２の検出器
   を形成する空洞の周囲に堀溝を有することを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか１に記載のセンサー。
5. 【請求項５】 前記カバー部材の前記第２の検出器に対
   向する部分が内側が凹になるように形成されていること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のセン
   サー。
6. 【請求項６】 前記カバー部材が柔軟性の材料であるこ
   とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のセ
   ンサー。
7. 【請求項７】 基板と、該基板上に設けられた多数個の
   空洞と、各空洞上に橋架された検出部を有し、該検出部
   の２個を１組とし、その一方の検出部を雰囲気中に開放
   して該雰囲気の状態を検出する第１の検出器とし、他方
   の検出部をカバー部材にて密封して温度補償する第２の
   検出器とするセンサーの製造方法において、前記基板の
   上に前記カバー部材を前記第２の検出器の周囲に連続し
   て形成された接着剤によって密着接合し、次いで、該カ
   バー部材の上にダイシング用粘着剤付テープを貼付し、
   その後、前記１組の検出部を１チップとして前記基板側
   よりダイシングを行うことを特徴とするセンサーの製造
   方法。