JPH1019924A - 小型電子部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構造で、工程が簡略となり、歩留まりが
よく、低コストで簡単なパッケージ構造を有する小型電
子部品を提供する。 【解決手段】基板１に固定電極３ａが形成され、この固
定電極３ａから少なくとも一つの支持梁を介して自由振
動する振動部５が振動部空間９に形成され、この振動部
空間９はポリイミド樹脂層７によりその側壁が囲われる
と共に、ポリイミド樹脂フィルム８によりその天面が蓋
被され、ポリイミド樹脂フィルム８およびポリイミド樹
脂層７には固定電極３ａに至るバイアホール１１が形成
されている小型電子部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ポリイミド樹脂
層により振動部を蓋被ないし保護した小型電子部品に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパッケージ構造を有する小型電子
部品として、特開平２−１４８７６８号公報に記載され
ているものについて、図１６を参照して説明する。この
小型電子部品３０は、小型圧力センサに関するもので、
シリコン基板３１をその表面と裏面からエッチングして
ダイヤフラム３２を形成し、このダイヤフラム３２にス
トレインゲージ３３を形成する。このストレインゲージ
３３の形成されている凹部３４を基準圧室として密閉す
るために、シリコン基板３１とパイレックスガラス基板
３５とを陽極接合する。パイレックスガラス基板３５
に、ストレインゲージ３３の引出電極３６に至るコンタ
クトホール３７を形成し、ストレインゲージ３３の出力
を引出電極３６から取り出すようにしたものである。

【０００３】また、他の従来のパッケージ構造を有する
小型電子部品として、Sensors AndActuators A45(1994)
57-66に記載されているものについて、図１７を参照し
て説明する。この小型電子部品４０は、メカニカル振動
子に関するもので、振動板４１が両端を支柱４２に支持
されて、上下に振動するようになっている。そして、こ
の振動板４１は堆積膜４３により被覆されている。振動
板４１の周囲の振動部空間４６は、エッチング孔４４か
らエッチング液を入れて犠牲層（振動部空間４６に相当
する）をエッチングすることにより形成している。そし
て、エッチング終了後、エッチング孔４４を封止用堆積
膜４５で埋めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１６
に示す従来の小型電子部品３０は、シリコン基板３１と
パイレックスガラス基板３５を陽極接合により接合する
ので、ダイヤフラム３２がパイレックスガラス基板３５
に接着する懸念がある。また、サンドブラスト、レーザ
加工などでパイレックスガラス基板３５に、引出電極３
６に至るコンタクトホール３７を形成するため、引出電
極３６のコンタクト表面が粗くなり、引出電極３６の接
続の信頼性に問題があった。

【０００５】また、図１７に示す従来の小型電子部品４
０は、堆積膜４３に設けた犠牲層のエッチング孔４４が
数μｍと小さいため、完全に犠牲層を取り除くことがで
きない。また、このエッチング孔４４を埋めるのに封止
用堆積膜４５を用いているが、エッチング孔４４の段差
が大きいため、完全に封止することが困難である。

【０００６】従来のパッケージ構造を有する小型電子部
品は、以上のような課題を抱えており、歩留まりが悪
く、コスト高となっていた。

【０００７】そこで、本発明は、簡単な構造で、工程が
簡略となり、かつ、歩留まりがよく、しかも低コストで
簡単なパッケージ構造を有する小型電子部品を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、下記の解決手段を採ることを特徴とす
る。

【０００９】請求項１記載の発明は、基板に固定電極が
形成され、この固定電極から少なくとも一つの支持梁を
介して自由振動する振動部が振動部空間に形成され、こ
の振動部空間はポリイミド樹脂層によりその側壁が囲わ
れると共に、ポリイミド樹脂フィルムによりその天面が
蓋被され、前記ポリイミド樹脂フィルムおよび前記ポリ
イミド樹脂層には前記固定電極に至るバイアホールが形
成されている。

【００１０】この発明は、振動部が加速度により水平方
向に動くように構成されている。しかし、加速度センサ
の加工時の振動や取り付け時の衝撃で可動電極が垂直方
向に動くことがある。この場合には、振動部が設けられ
ている振動部空間がポリイミド樹脂フィルムで覆われて
いるので、該ポリイミド樹脂フィルムが振動部を保護す
るストッパの作用を行う。また、ポリイミド樹脂フィル
ムは振動部空間を封止するパッケージの機能を果たす。
この場合、振動部空間の高さはポリイミド樹脂層の厚み
で調整する。

【００１１】また、振動部が形成されている振動部空間
は気密封止されているので、ウエハ状態の加工工程にお
いて、水、ゴミなどが侵入する懸念がなくダイシングが
可能となる。

【００１２】請求項２記載の発明は、基板に固定電極が
形成され、この固定電極から少なくとも一つの支持梁を
介して自由振動する振動部が振動部空間に形成され、こ
の振動部空間はポリイミド樹脂層によりその側壁が囲わ
れると共に、該ポリイミド樹脂層の側壁からひさしがの
びて開口（天窓）を形成し、このひさしにより前記振動
部の周辺部が蓋被され、前記ポリイミド樹脂層には前記
固定電極に至るバイアホールが形成されている。

【００１３】この発明は、開口（天窓）を形成するひさ
しにより振動部の周辺部が保護されているので、このひ
さしが振動衝撃のストッパの作用を行う。また、この発
明は、ポリイミド樹脂層に開口（天窓）が開いている
が、取り付けに当たっては、取り付け基板に対しこの開
口側を下にして取り付けるので、振動部空間が密閉され
て、振動部は外部の塵埃から保護されることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施例１）以下に、本発明の実施例について図面を参
照して説明する。図１および図２は、本発明の小型電子
部品の第１実施例としての加速度センサ１０を示し、特
に、図１はこの実施例の断面形態を示すものであり、ま
た図２は図１における上層部パッケージ部材を除外した
電極構造部材の平面形態を示すものである。

【００１５】両図において、１はシリコン基板で、この
シリコン基板１の中央部を除いた周辺部には、酸化膜２
が形成されている。この酸化膜２の一つの対向する内辺
には、合計６個の固定電極３ａ、３ｂが４隅部と中辺部
に３個ずつ向き合って配置されている。この６個の固定
電極３ａ、３ｂの周囲には間隔をおいて封止用枠４が設
けられている。

【００１６】基板１の中央部には、この基板１と非接触
に矩形状の可動電極５が配置されている。この可動電極
５の４隅は、基板１とは非接触の支持梁６を介して前記
４隅部に形成されている固定電極３ｂに結合されてい
る。また、可動電極５の中辺部と固定電極３ａ間には、
基板１とは非接触のくし歯電極１５が形成され、可動電
極５側のくし歯電極１５ａと固定電極３ａ側のくし歯電
極１５ｂとの間に静電容量が生じるようになっている。
可動電極５、支持梁６およびくし歯電極７は、振動部を
構成することになる。

【００１７】可動電極５などの振動部が形成されている
振動部空間９を除いて、固定電極３ａ、３ｂ、封止用枠
４および露出している酸化膜２上に感光性のポリイミド
樹脂層７を形成する。このポリイミド樹脂層７は振動部
が収納されている振動部空間９の周囲を囲う壁を形成す
ることになる。

【００１８】ポリイミド樹脂層７上に、裏面に熱可塑性
樹脂、例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂８ａを有するポ
リイミド樹脂フィルム８を貼り付けて熱可塑性ポリイミ
ド樹脂８ａを加熱圧接して、ポリイミド樹脂フィルム８
をポリイミド樹脂層７に接着させて、可動電極５などの
振動部を保護する振動部空間９を形成する。これらのポ
リイミド樹脂層７とポリイミド樹脂フィルム８は、上層
部パッケージ部材として可動電極５などの振動部を保護
するパッケージの機能を果たすと同時に、落下などの振
動衝撃から振動部を保護するストッパの機能も果たすこ
とになる。

【００１９】ポリイミド樹脂フィルム８とポリイミド樹
脂層７が重なっている部分には、固定電極３ａ（３ｂ）
に至るバイアホール１１を形成して、静電容量の変化が
取り出される。

【００２０】つぎに、この加速度センサの動作について
説明する。図１および図２において、可動電極５は、４
個の固定電極３ｂ間に４個の支持梁６を介して矢印方向
に振動可能に支持されているので、この振動の強弱によ
りくし歯電極１５（１５ａと１５ｂ間）に形成される静
電容量が変化する。この静電容量の変化を電圧あるいは
電流の変化として取り出し、本実施例の加速度センサを
搭載している、例えば、自動車の加速度を検知すること
ができる。

【００２１】つぎに、図１に示す第１実施例の加速度セ
ンサ１０の製造方法について説明する。図３に示すよう
に、厚みが３００〜５００μｍのシリコン基板１上に、
シリコン酸化膜２を形成し、更にその上に、厚みが１０
μｍのシリコン基板１ａの形成された多層シリコン基板
を用意する。

【００２２】図４に示すように、シリコン基板１ａ上に
ウエット酸化によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）ｓ１を
形成する。

【００２３】つぎに、図５に示すように、フォトリソグ
ラフィ技術を用い、酸化膜ｓ１のメタルマスクを形成す
る。

【００２４】つぎに、図６に示すように、酸化膜ｓ１を
マスクにし、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い
て、シリコン基板１ａをエッチングし、図２に示す電極
構造部材、即ち、可動電極５、支持梁６（図６には現れ
ない）、くし歯電極７（図６には現れない）、固定電極
３ａ（３ｂ）および封止用枠４を形成する。その後、マ
スク用の酸化膜ｓ１をエッチング除去する。

【００２５】つぎに、図７に示すように、電極構造部材
の表面およりシリコン酸化膜２の露出表面に感光性のポ
リイミド樹脂層７を１０μｍの厚みに塗布する。

【００２６】つぎに、図８に示すように、可動電極５な
どの振動部を設けている振動部領域５ａのポリイミド樹
脂層７をフォトリソグラフィ技術を用いて除去する。

【００２７】つぎに、図９に示すように、振動部領域５
ａのシリコン酸化膜２を、ＢＨＦ（バファフッ酸）のエ
ッチング液を用い、選択エッチングして除去する。な
お、図示していないが、可動電極５にはエッチング液を
流入流出させる無数の貫通孔が設けられている。

【００２８】つぎに、図１０に示すように、裏面に熱可
塑性ポリイミド樹脂８ａを塗布したポリイミド樹脂フィ
ルム８をポリイミド樹脂層７に重ねて、熱可塑性ポリイ
ミド樹脂８ａを加熱圧接して、ポリイミド樹脂フィルム
８をポリイミド樹脂層７に接着する。この工程により、
可動電極５、支持梁６およびくし歯電極７からなる振動
部（図２参照）を保護する振動部空間９を形成する。こ
の振動部空間９のうち、可動電極５の上側の空隙はポリ
イミド樹脂層７の厚みにより形成され、可動電極５の下
側の空隙はシリコン酸化膜２の厚みにより形成されてい
る。

【００２９】つぎに、図１に示すように、ポリイミド樹
脂フィルム８とポリイミド樹脂層７の重なっている部分
に、アルカリエッチング液を用いたエッチング工程によ
り、固定電極３ａ（３ｂ）に至るコンタクトホールを形
成する。そして、このコンタクトホール内に蒸着、スパ
ッタリングなどにより金属層を形成してバイアホール１
１を作り本実施例の加速度センサ１０が完成する。

【００３０】（実施例２）つぎに、図１１を参照して、
本発明の小型電子部品の第２実施例としての加速度セン
サ２０について説明する。この第２実施例は、図２に示
す基板、電極構造部材は第１実施例と同一なので、第１
実施例と同一番号を付して、その構造および機能説明を
省略する。第１実施例がポリイミド樹脂層７とポリイミ
ド樹脂フィルム８により、上層部パッケージング部材を
構成したのに対し、この第２実施例は、ポリイミド樹脂
の一層でパッケージング部材を構成するものである。即
ち、封止用枠４、露出している酸化膜２および固定電極
３ａ（３ｂ）上に塗布されたポリイミド樹脂層１２は、
可動電極５の周辺部の上部まで非接触にひさし１２ａを
延ばして開口（天窓）１２ｂを形成して、可動電極５な
どの振動部を保護する振動部空間９を形成したものであ
る。そして、このポリイミド樹脂層１２に固定電極３ａ
（３ｂ）に接続するバイアホール１３を形成し、静電容
量の変化を取り出す端子とする。このポリイミド樹脂層
１２は、可動電極５などの振動部の保護機能と同時に過
大な振動衝撃によるストッパとしての機能も備えてい
る。

【００３１】なお、この第２実施例の動作については、
第１実施例において説明したところと同様である。

【００３２】つぎに、この第２実施例に係る加速度セン
サ２０の製造方法について説明する。第１実施例の図６
の工程までは同じである。つぎの工程において、図１２
に示すように、振動部領域５ａに、フォトリソグラフィ
技術を用いて可動電極５からの厚みが５〜１０μｍのレ
ジスト１４を形成する。

【００３３】つぎに、図１３に示すように、レジスト１
４、固定電極３ａ（３ｂ）、露出している酸化膜２およ
び封止用枠４の上に、感光性のポリイミド樹脂層１２を
塗布する。

【００３４】つぎに、図１４に示すように、フォトレジ
ストマスクを形成し、ポリイミド用現像液でエッチング
して、可動電極５の中央部上方のポリイミド樹脂層１２
に開口（天窓）１２ｂを形成する。

【００３５】つぎに、図１５に示すように、ポリイミド
樹脂層１２の開口（天窓）１２ｂを通して、レジスト１
４をレジスト剥離液でエッチング除去し、レジスト１４
のあった後に振動部空間９を形成する。ついで、可動電
極５の下部およびその下部周囲のシリコン酸化膜２を、
ＢＨＦ（バファフッ酸）のエッチング液を用い、エッチ
ング除去する。ついで、図１１に示すように、ポリイミ
ド樹脂層１２に、固定電極３ａ（３ｂ）に至るバイアホ
ール１３を形成して本実施例の加速度センサ２０を得
る。

【００３６】この加速度センサ２０は、ポリイミド樹脂
層１２に開口（天窓）１２ｂが形成されて密閉されてい
ないので、これを使用するときには、ポリイミド樹脂層
１２側を取り付け基板に密着して取り付け、振動部空間
の封止を行う。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、ポリイミド樹脂
フィルムのパッケージ機能により振動部空間が形成さ
れ、この振動部空間内に振動部が自由振動可能に収納さ
れる。また、この振動部空間を形成するポリイミド樹脂
フィルムは、ダイシング、落下などの振動衝撃に対する
ストッパの機能も果たし、振動部を破壊から防止でき、
また、加工時には基より、使用時にも水、ゴミなどの侵
入から振動部を保護し、電子部品の信頼性を維持するこ
とができる。この発明は、構造簡単で、工程も簡略とな
り、歩留まりが向上する。請求項２記載の発明は、ポリ
イミド樹脂層のひさしが振動部（可動電極）の周辺上ま
で伸びて該振動部を保護しているので、このポリイミド
樹脂層が振動部のストッパとなり、振動衝撃から振動部
を保護することになる。また、この発明は、ポリイミド
樹脂層側を取り付け基板に接触させて取り付けられるの
で、振動部空間の開口（天窓）は取り付け基板により封
鎖され、振動部は外部の塵埃から保護されることにな
る。この発明は、特に構造簡単で、工程も簡略となり、
歩留まりが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の小型電子部品の第１実施例の断面形
態図

【図２】 図１に示す第１実施例のパッケージ部材を除
去した電極構造部材の平面図

【図３】 第１実施例の製造工程を示すもので、シリコ
ン酸化膜を介在する多層シリコン基板を用意する工程図

【図４】 同じく、多層シリコン基板にシリコン酸化膜
を形成する工程図

【図５】 同じく、シリコン酸化膜をパターニングする
工程図

【図６】 同じく、上層のシリコン基板をエッチングし
て可動電極、支持梁、くし歯電極、固定電極、および封
止用枠を形成する工程図

【図７】 同じく、図６に示す加工された基板の表面に
感光性のポリイミド樹脂層を塗布する工程図

【図８】 同じく、可動電極などの振動部上のポリイミ
ド樹脂層をエッチング除去する工程図

【図９】 同じく、可動電極の下部およびその下部周辺
の酸化膜をエッチング除去する工程図

【図１０】 同じく、裏面に熱可塑性ポリイミド樹脂を
有するポリイミド樹脂フィルムをポリイミド樹脂層に貼
り付ける工程図

【図１１】 本発明の小型電子部品の第２実施例の断面
形態図

【図１２】 第２実施例の製造工程を示すもので、図６
に示す加工された基板の振動部にレジストを塗布する工
程図

【図１３】 同じく、図１２に示す加工された基板の表
面に感光性のポリイミド樹脂層を塗布する工程図

【図１４】 同じく、可動電極の中央部上の感光性のポ
リイミド樹脂層に開口を形成する工程図

【図１５】 同じく、レジストをエッチング除去する工
程図

【図１６】 従来のパッケージ構造を有する小型電子部
品の断面形態図

【図１７】 他の従来のパッケージ構造を有する小型電
子部品の断面形態図

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ａ、３ｂ 固定電極 ４ 封止用枠 ５ 可動電極 ６ 支持梁 ７、１２ ポリイミド樹脂層 ８ ポリイミド樹脂フィルム ８ａ 熱可塑性ポリイミド樹脂 ９ 振動部空間 １０、２０ 加速度センサ １１、１３ バイアホール １２ａ ひさし １２ｂ 開口（天窓） １３、１３ａ、１３ｂ くし歯電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に固定電極が形成され、この固定電
   極から少なくとも一つの支持梁を介して自由振動する振
   動部が振動部空間に形成され、この振動部空間はポリイ
   ミド樹脂層によりその側壁が囲われると共に、ポリイミ
   ド樹脂フィルムによりその天面が蓋被され、前記ポリイ
   ミド樹脂フィルムおよび前記ポリイミド樹脂層には前記
   固定電極に至るバイアホールが形成されていることを特
   徴とする小型電子部品。
2. 【請求項２】 基板に固定電極が形成され、この固定電
   極から少なくとも一つの支持梁を介して自由振動する振
   動部が振動部空間に形成され、この振動部空間はポリイ
   ミド樹脂層によりその側壁が囲われると共に、該ポリイ
   ミド樹脂層の側壁からひさしがのびて開口を形成し、こ
   のひさしにより前記振動部の周辺部が蓋被され、前記ポ
   リイミド樹脂層には前記固定電極に至るバイアホールが
   形成されていることを特徴とする小型電子部品。