JPH0575176A - マイクロメカニツクセンサの組立て法 - Google Patents

マイクロメカニツクセンサの組立て法

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JPH0575176A
JPH0575176A JP4050357A JP5035792A JPH0575176A JP H0575176 A JPH0575176 A JP H0575176A JP 4050357 A JP4050357 A JP 4050357A JP 5035792 A JP5035792 A JP 5035792A JP H0575176 A JPH0575176 A JP H0575176A
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sensor element
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silicon
silicon sensor
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Rolf Becker
ベツカー ロルフ
Klaus Jaeckel
イエツケル クラウス
Jiri Marek
マレク イーリ
Frank Bantien
バンテイエン フランク
Helmut Baumann
バウマン ヘルムート
Kurt Weiblen
ヴアイプレン クルト
Martin Willmann
ヴイルマン マルテイン
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Robert Bosch GmbH
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    • B81B7/0045—Packages or encapsulation for reducing stress inside of the package structure
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロメカニックセンサにかかる、組立て
に起因する応力を減少させること。 【構成】 マイクロメカニックセンサ、特にホールセン
サ、圧力又は加速センサの組立て法であって、少なくと
も１つの珪素センサエレメントが担体に取付けられる形
式のものにおいて、少なくとも１つの珪素センサエレメ
ント（１０）を、載着面が珪素センサエレメント（１
０）の表面に対して小さい少なくとも１つの組立て台座
（１１，１２，１３）を介して担体（２０）と結合し
て、担体（２０）と珪素センサエレメント（１０）との
間に少なくとも１つの組立て台座（１１，１２，１３）
の範囲以外においてギャップ（５０）を形成すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は請求項１に記載した形式
のマイクロメカニックセンサを組立てる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、Ａ．Ｈｅｕｂｅｒｇｅｒ，Ｓｐ
ｒｉｎｇｅｒ社１９８９、「マイクロメカニック」４７
５〜４７６ページには圧力センサ及び加速センサのため
のマイクロメカニックセンサエレメントの組立が記述さ
れている。センサエレメントはアノードボンディングに
より、珪素又はガラスから成る中間担体もしくは珪素−
チップ−キャリヤと結合されかつ中間担体を介して台座
に取付けられている。アノードボンディングの結合技術
によってセンサエレメントと中間担体との間には信頼性
の高い結合が達成される。しかしながらここに記載され
ている構造では、センサエレメントと中間担体との間に
全面的な結合が形成される。この場合にはしばしば組立
に起因する応力が生じる。この組立に起因する応力及び
これに伴う温度伝達は各センサの評価装置を個別に適合
させることにより補償されなければならない。
【０００３】アノードボンディングの他にセンサエレメ
ントを担体の上に接着するかセンサエレメント及び評価
装置をハイブリッドとして構成することが公知である。
【０００４】
【発明の課題】本発明の課題は組立に起因するセンサの
応力及びそれに伴う温度伝達を減少させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の課題はマイクロ
メカニックセンサ、特にホールセンサ、圧力又は加速セ
ンサの組立て法であって、少なくとも１つの珪素センサ
エレメントが担体に取付けられる形式のものにおいて、
少なくとも１つの珪素センサエレメントを、載着面が珪
素センサエレメントの表面に対して小さい少なくとも１
つの組立て台座を介して担体と結合して、担体と珪素セ
ンサエレメントとの間に少なくとも１つの組立て台座の
範囲以外においてギャップを形成することによって解決
された。
【０００６】
【発明の効果】本発明の効果は珪素センサエレメントと
担体との間の結合面が組立て台座の形成により減少さ
れ、この結果、組立に起因するセンサの応力及びこれに
伴う温度伝達が減少させられることにある。これによっ
てセンサの評価技術も簡易化される。
【０００７】請求項２以下に記載した構成によっては請
求項１に記載した方法の有利な実施例が可能である。組
立て台座を珪素センサエレメントの下面に組織的な模様
を施して形成することは、このためにマイクロメカニッ
ク組織模様加工法、例えば等方性又は異方性の珪素エッ
チングを使用できるので特に有利である。この方法は十
分に公知であり、きわめて実施しやすい。さらに有利で
あることは、センサエレメントのマイクロメカニック機
能部材の組織模様加工に際してすでに、組立て台座に組
織模様加工を施すことである。これは両方の組織模様を
同じ方法で付けることができるので簡単に可能である。
本発明の方法の特別な利点は、珪素センサエレメントと
担体との結合がウエーハ平面の上で、ひいてはバッチプ
ロセスでコスト的に有利に行なわれることである。すな
わち、まだ個別化されていない、組織模様を施した複数
のセンサエレメントを１つの担体の上にもたらし、珪素
センサエレメントを担体と結合したあとで、例えば鋸断
により個別化することができる。組立て台座の高さによ
り珪素センサエレメントと担体との間に生じる間隔は、
ウエーハ鋸断に際して鋸断スラッジを洗い出すことがで
きるように選ばれている。組立て台座を実現するための
別の有利な可能性は、組立て台座を担体の表面から組織
模様加工で形成するか又は珪素担体の場合には珪素セン
サエレメントの下面又は担体の上面にガラスウエーハ
を、例えばアノードボンディングにより施し、このガラ
スウエーハを例えば研磨及びエッチングにより、組立て
台座を残して再び除去することである。この場合には担
体材料に応じて有利な結合技術が選ばれる。珪素担体を
使用した場合にはセンサエレメント／担体の結合は珪素
／珪素ボンディングにより行なわれる。ガラス担体を使
用した場合にはアノードボンディングが有利である。い
ずれの方法もマイクロメカニックのスタンダードな方法
である。他の担体材料のためには有利な結合技術、例え
ば接着又はろう接が使用される。珪素保持体を使用し、
組立て台座を組織模様加工で珪素センサエレメント又は
担体から形成する場合には、ガラス層を組立て台座に例
えば蒸着又はスパッタリングで施し、次いでこれ組織模
様加工を施し、これを介してアノードボンディングによ
り、珪素センサエレメントと担体との間の結合を形成す
ることが有利である。本発明の方法の特別な利点は、組
立の形式、すなわちセンサエレメントの載着点の数がセ
ンサの機能に応じて選択できることである。３角形に配
置された３つの組立て台座の上に支持することは、この
３つの組立て台座により一義的な載着面が規定されるた
めに有利である。これは特にホールセンサにとって有利
である。センサエレメントを１つの組立て台座の上に取
付けること、すなわち組立て台座の上にセンサエレメン
トをきのこ状に構成することは同様にホールセンサに適
している。しかしながらセンサエレメントは１つの組立
て台座の上に片側に固定することもできる。これは特に
容量的な加速センサにとって有利である。本発明の方法
は評価装置とセンサエレメントの補償装置とが担体の上
に統合されている特にコンパクトなセンサ構造を可能に
する。このセンサ構造の場合には担体の上には組立て台
座の範囲だけに、小さな回路部材が統合できる面が空け
られていなければならない。
【０００８】
【実施例】以下の実施例においては担体の上におけるセ
ンサエレメントの載着面は組立て台座により形成された
３つ又はそれよりも少ない点に減少されている。図１、
図２においては符号１０で珪素センサエレメントが示さ
れている。該珪素センサエレメントは概略的に加速セン
サとして図示されているが、その機能に応じて任意のマ
イクロメカニック組織を有していることができる。セン
サエレメント１０の表面、この場合には下面には組立て
台座１１，１２，１３が組織模様加工により形成されて
いる。図１にはセンサエレメント１０の元の下面が一点
鎖線で示されている。この場合には組立て台座１１，１
２，１３は表面に３つの島を残して異方性のエッチング
を施すことにより形成されている。この場合には珪素セ
ンサエレメント１０の結晶配列と使用されるエッチング
溶解液の異方性特性とに相応して組立て台座１１，１
２，１３はピラミッド形に形成される。エッチングマス
クを適当に形成した場合には等方性のエッチング方法を
用いることもできる。図２にはセンサエレメント１０の
表面が組立て台座を備えている状態が平面図で示されて
いる。組立て台座１１，１２，１３はこの場合には３角
形の角隅点として配置されている。したがって組立て台
座１１，１２，１３の高さによりセンサエレメントの載
着面、ひいてはセンサエレメント１０と担体との間の間
隔が決められる。
【０００９】図３、図４、図５、図６にはセンサエレメ
ント／担体構造における組立て台座の種々異なる構成の
可能性と配置の可能性とが示されている。これらの実施
例では概略的に示されたセンサエレメント１０の下面に
組立て台座１１，１２が組織模様加工で形成されてい
る。この場合には担体２０には組織模様加工は施されて
いない。図３には図１と図２とに相応する２点支持もし
くは３点支持が断面図で示されている。この組立形態に
おいてはセンサエレメント１０は一平面内で固定され
る。センサエレメント１０と担体２０との間に発生する
ギャップ５０によってこの構造体の組立に起因する応力
はきわめて小さく保たれる。図４においてはきのこ状の
構造が示されている。この場合にはセンサエレメント１
０は唯一の組立て台座１１の上で担体２０と結合されて
いる。図３と図４に示された組立方法は特にホールセン
サに適している。図５と図６とにおいてはセンサエレメ
ント１０は同様にそれぞれ唯一の組立て台座１１の上で
担体２０と結合されている。しかし、この構造は非対称
的である。すなわち、センサエレメント１０は片側で担
体２０と結合されている。この組立方法は特に加速セン
サに適している。
【００１０】図５においては、担体２０とセンサエレメ
ント１０とが同心的に相上下して配置されている。これ
とは異って図６において示された構造体では担体２０と
センサエレメント１０とは互いにずらされて配置されて
いる。
【００１１】図７、図８、図９、図１０においてはセン
サエレメント／担体構造は図３、図４、図５、図６に示
された実施例と類似して示されている。これらの実施例
においては担体２０の表面に組立て台座２１，２２が組
織模様加工されている。この場合には概略的に示したセ
ンサエレメントには組織模様加工は施されていない。
【００１２】担体２０は例えば珪素ウエーハ又はガラス
ウエーハにより構成することができる。しかしながらセ
ンサに課される要求に応じて他の材料を使用することも
できる。珪素又はガラス担体の組織模様加工は珪素セン
サエレメントの組織模様加工と同じように等方性又は異
方性のエッチングのようなマイクロメカニック式の組織
模様加工法で行なうことができる。結合技術としては珪
素担体の場合には珪素／珪素ボンディングが適し、ガラ
ス担体の場合にはアノードボンディングが適している。
他の材料から成る担体の場合には結合は接着又はろう接
で行なうことができる。
【００１３】担体の上にセンサエレメントを本発明の方
法で組立てる場合には、複数のセンサエレメントを担体
と結合し、そのあとで担体と結合されたセンサエレメン
トの個別化を行なうことができる。これは通常は鋸断で
行なわれる。図３、図４、図５、図６と図７、図８、図
９、図１０とに示された組立方法においてはセンサエレ
メントは担体と同じ個所で分離される。組立て台座１
１，１２，２１，２２の高さを介して決められるギャッ
プ５０の幅は、鋸断に際して発生する鋸断スラッジが洗
い出されるように選ばれている。図６と図１０とに示さ
れた変化実施例においてはセンサエレメントと担体を切
離す鋸断線は互いにずらされている。この変化実施例に
おいては鋸断スラッジは特に簡単に除くことができる。
【００１４】図１１及び図１２と図１３及び図１４には
加速センサエレメント１０を担体２０に取付ける本発明
による別の可能性が示されている。この場合には保持体
２０は珪素チップであり、この珪素チップの上にセンサ
エレメント１０の補償手段を有する評価装置２５の部分
が統合されている。組立て台座と結合されるチップ２０
の表面範囲は切欠かれている。すなわち、そこには回路
部材は統合されていない。この場合にはチップ２０の上
に統合された評価装置２５の部分とセンサエレメント１
０との電気的な接触２６は概略的に、ボンドパッドを結
合するボンドシームにより示されている。
【００１５】図１１においては組立て台座１１，１２は
センサエレメントの下面から組織模様加工によって形成
されている。１つの組立て台座１１は珪素／珪素ボンデ
ィングでチップ２０と固定的に結合されている。他の組
立て台座１２はチップ２０と固定的に結合されていて
も、チップ２０の上に固定されずに載着させられていて
もよい。これによって組立に起因する応力はさらに減少
できる。
【００１６】図１２と図１３にはセンサエレメント１０
とチップ２０との間の結合がアノードボンディングによ
り形成されている実施例が示されている。組立て台座１
１，１２は、図１１に示された実施例と同様にセンサエ
レメント１０の下面に組織模様加工により形成されてい
る。この組立て台座の上にはガラス層４３が施されてい
る。このガラス層４３は例えば蒸着又はスパッタリング
されていることができる。図１４の実施例のガラス層４
３は図１３の実施例とは異って組織模様加工されていな
い。この場合にはガラス層４３は組立て台座の支持面の
範囲外で再び除去されている。図１２に示された実施例
のようにセンサエレメント１０はそれぞれ少なくとも１
つの組立て台座１１を介してチップ２０と固定的に結合
され、他の組立て台座１２の上には単に載着させられて
いるに過ぎない。したがって組立てに起因する応力はさ
らに減少させられている。
【００１７】図１４に示された実施例においては組立て
台座４１，４２はガラスから成っている。このためには
センサエレメント１０がチップ２０と結合されるセンサ
エレメント１０の表面には、ガラスウエーハが例えばア
ノードボンディングで施されており、エッチングにより
組立て台座４１，４２の範囲外で再び除かれている。チ
ップ２０に対する結合は同様にアノードボンディングに
より行なうことができる。
【００１８】担体２０がパッシーブな珪素ウエーハ、す
なわち珪素センサエレメントに面した表面に回路部材が
統合されていない珪素ウエーハにより実現されている
と、珪素センサエレメント／担体結合は図１１、図１
２、図１３、図１４に示された実施例のように担体２０
に設けられた、組織模様加工されているか又はされてい
ないガラス層又は担体２０にボンディングされた、組織
模様加工されたガラスウエーハを介して行なうことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】組立て台座を有するセンサエレメントの第１実
施例の断面図。
【図２】組立て台座を備えたンサエレメントの表面の平
面図。
【図３】組立て台座を有するセンサエレメントの第２実
施例の断面図。
【図４】図３のセンサエレメントの変化実施例を示した
図。
【図５】図３のセンサエレメントの変化実施例を示した
図。
【図６】図３のセンサエレメントの変化実施例を示した
図。
【図７】組立て台座を有するセンサエレメントの第３実
施例の断面図。
【図８】図７のセンサエレメントの変化実施例を示した
図。
【図９】図７のセンサエレメントの変化実施例を示した
図。
【図１０】図７のセンサエレメントの変化実施例を示し
た図。
【図１１】組立て台座を有するセンサエレメントの第４
実施例の断面図。
【図１２】組立て台座を有するセンサエレメントの第５
実施例の断面図。
【図１３】図１２のセンサエレメントの変化実施例を示
した図。
【図１４】組立て台座を有するセンサエレメントの第６
実施例の断面図。
【符号の説明】
１０ 珪素センサエレメント １１，１２，１３ 組立て台座 ２０ 担体 ２５ 評価装置 ２６ 接触部 ４１，４２ 組立て台座 ４３ ガラス層 ５０ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス イエツケル ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン 28 アム ローゼンバツハ ８ (72)発明者 イーリ マレク ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン 22 ライプルシユトラーセ 10−１ (72)発明者 フランク バンテイエン ドイツ連邦共和国 デイツツインゲン ク ニールシユトラーセ 44 (72)発明者 ヘルムート バウマン ドイツ連邦共和国 ゴマリンゲン エンゲ ルハークシユトラーセ 16 (72)発明者 クルト ヴアイプレン ドイツ連邦共和国 メツツインゲン ２ メツツインガー シユトラーセ 14 (72)発明者 マルテイン ヴイルマン ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン アー ヘナー シユトラーセ 146

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロメカニックセンサ、特にホール
    センサ、圧力又は加速センサの組立て法であって、少な
    くとも１つの珪素センサエレメントが担体に取付けられ
    る形式のものにおいて、少なくとも１つの珪素センサエ
    レメント（１０）を、載着面が珪素センサエレメント
    （１０）の表面に対して小さい少なくとも１つの組立て
    台座（１１，１２，１３）を介して担体（２０）と結合
    して、担体（２０）と珪素センサエレメント（１０）と
    の間に少なくとも１つの組立て台座（１１，１２，１
    ３）の範囲以外においてギャップ（５０）を形成する、
    マイクロメカニックセンサの組立て法。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つの組立て台座（１１，１
    ２，１３）を等方性又は異方性のエッチングにより、担
    体（２０）と結合しようとする珪素センサエレメント
    （１０）の表面からの組織模様加工で形成する、請求項
    １記載の組立て法。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの組立て台座（１１，１
    ２，１３）を、珪素センサエレメント（１０）と結合し
    ようとする担体の表面からの組織模様加工で形成する、
    請求項１記載の組立て法。
  4. 【請求項４】 担体（２０）が珪素ウエーハであって、
    珪素センサエレメント（１０）と担体（２０）との間の
    結合が直接的な珪素／珪素ボンディングによって行なわ
    れている、請求項１から３までのいずれか１項記載の組
    立て法。
  5. 【請求項５】 担体（２０）がガラス体であって、珪素
    センサエレメント（１０）と担体（２０）との間の結合
    がアノードボンディングによって行なわれている、請求
    項１から３までのいずれか１項記載の組立て法。
  6. 【請求項６】 珪素センサエレメント（１０）と担体
    （２０）との間の結合が接着又はろう接によって行なわ
    れている、請求項１から３までのいずれか１項記載の組
    立て法。
  7. 【請求項７】 担体（２０）が珪素ウエーハであって、
    担体（２０）と結合しようとする珪素センサエレメント
    （１０）の表面の上又は珪素センサエレメント（１０）
    と結合しようとする担体（２０）の表面の上にガラス層
    （４３）が有利には蒸着又はスパッタリングにより形成
    される、請求項１から３までのいずれか１項記載の組立
    て法。
  8. 【請求項８】 ガラス層（４３）に組織模様加工が施さ
    れ、ガラス組織（４３）が少なくとも組立て台座の載着
    面の範囲において保たれるようにする、請求項７記載の
    組立て法。
  9. 【請求項９】 担体（２０）と結合しようとする珪素セ
    ンサエレメント（１０）の表面の上又は珪素センサエレ
    メント（１０）と結合しようとする担体（２０）の上に
    ガラスエウエーハが施されており、ガラスウエーハが有
    利には研磨又はエッチングによって、少なくとも１つの
    組立て台座（４１，４２）を形成する範囲を除いて、再
    び除去される、請求項１記載の組立て法。
  10. 【請求項１０】 珪素センサエレメント（１０）と担体
    （２０）との間の結合がアノードボンディングにより行
    なわれる、請求項７から９までのいずれか１項記載の組
    立て法。
  11. 【請求項１１】 複数の珪素センサエレメント（１０）
    が担体（２０）の上に施されており、珪素センサエレメ
    ント（１０）を担体（２０）と結合したあとで、有利に
    は珪素センサエレメント（１０）を鋸断により切出しか
    つ担体（２０）を鋸断により切離して個別化する、請求
    項１から１０までのいずれか１項記載の組立て法。
  12. 【請求項１２】 ３つの組立て台座（１１，１２，１
    ３）が存在し、３つの組立て台座（１１，１２，１３）
    が３角形の角隅点のように配置され、組立て台座（１
    １，１２，１３）が珪素センサエレメント（１０）の載
    着面を決定している、請求項１から１１までのいずれか
    に記載した方法によるセンサ。
  13. 【請求項１３】 １つの組立て台座(２１)が存在し、珪
    素センサエレメント（１０）が１つの組立て台座（２
    １）に対し、珪素センサエレメント（１０）が組立て台
    座（２１）と共にきのこ状に担体（２０）に配置される
    ように配置されている、請求項１から９までのいずれか
    １項に記載した方法によるセンサ。
  14. 【請求項１４】 １つの組立て台座（２１）が存在し、
    珪素センサエレメント（１０）が少なくとも１つの組立
    て台座（２１）に対し、珪素センサエレメント（１０）
    が非対称的に、片側で担体（２０）と結合されるように
    配置されている、請求項１から９までのいずれか１項に
    記載した方法によるセンサ。
  15. 【請求項１５】 担体（２０）が統合された回路部材
    （２５）を有するチップであって、少なくとも１つの組
    立て台座（１１，１２，４１，４２）が配置されている
    チップ範囲においては回路部材が統合されていない、請
    求項１０から１２までのいずれか１項記載のセンサ。
  16. 【請求項１６】 チップ（２０）の上にセンサの評価装
    置（２５）及び（又は）センサを補償する回路部材が統
    合されている、請求項１３記載のセンサ。
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