KR100730285B1 - 센서칩과 회로칩을 구비하는 용량식 물리량 센서 - Google Patents
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Abstract
용량식 물리량 센서는 센서칩과 회로칩을 포함한다. 상기 센서칩은 지지기판; 반도체층; 가동전극; 및 고정전극을 포함한다. 상기 센서칩은 상기 가동전극과 고정전극이 상기 회로칩에 대향하는 것과 같이 상기 회로칩 상에 적층된다. 상기 가동전극은 적층방향으로 두께를 갖는다. 상기 센서칩은 상기 가동전극과 상기 회로칩 사이에 제1거리를 갖고 상기 가동전극과 상기 지지기판 사이에 제2거리를 갖는다. 상기 가동전극의 두께는 제1거리 및 제2거리보다 더 크다.
물리량 센서, 센서칩, 회로칩, 고정전극, 가동전극
Description
도1은 본 발명의 제1실시예에 의한 용량식 가속도 센서장치의 센서칩을 나타낸 평면도.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 센서칩을 나타낸 단면도.
도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 센서칩을 나타낸 단면도.
도4는 제1실시예에 따른 용량식 가속도 센서장치를 나타낸 단면도.
도5는 제1실시예에 따른 장치의 검출회로를 나타낸 회로도.
도6은 본 발명의 제2실시예에 따른 용량식 가속도 센서장치를 나타낸 단면도.
도7은 본 발명의 제3실시예에 따른 용량식 가속도 센서장치를 나타낸 단면도.
도8은 제1실시예 내지 제3실시예의 비교에 의한 배면처리식 물리량센서를 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 지지기판 12 : 반도체층
12a : 오목부 13 : 절연층
24 : 가동전극 31, 41 : 고정전극
100 : 센서칩 200 : 회로칩
210 : 보호막 300 : 범프전극
본 발명은 용량식 물리량 센서에 관한 것이다.
용량식 물리량 센서장치는 예를 들어 가속도센서, 각속도센서 등과 같은 상기 물리량이 상기 용량식 물리량 센서장치에 인가되는 동안에 가동전극(movable electrode)과 고정전극(fixed electrode) 사이의 용량변화에 기초로 해서 물리량을 검출하기 위해 회로칩과 센서칩을 적층함으로써 제작된다.
상기 센서칩은 가동전극과 고정전극이 반도체층(semiconductor layer)에 형성되는 것과 같은 방법으로 제작된다. 상기 반도체층는 지지기판의 일면측 절연층을 통해 제공된다. 상기 가동전극은 적용된 물리량에 대응하여 상기 지지기판의 평면과 평행한 방향을 따라 변위될 수 있다.
또한, 상기 센서칩에서, 가속도와 같은 물리량이 상기 기판 평면에 평행하는 방향을 따라 적용될 경우, 가동전극과 고정전극 사이의 거리는 상기 물리량의 인가에 대응되어 변화하고, 이에 따라 상기 거리변화에 의해 발생되는 상기 가동전극과 고정전극 사이의 용량변화에 기초해서 상기 물리량이 검출된다.
이 경우, 상기 센서칩은 상기 반도체층가 SOI(실리콘 온 절연체 : silicon-on insulator)기판 등의 상기 지지기판의 절연층을 통해 적층되어 이루어지는 적층기판에 사용함으로써 제작된다.
예를들면, 트렌치(trenches)가 형성되도록 포토에칭처리공정(photo-etching process step)은 상기 반도체층의 전면으로부터 실행된다. 이와 같이 형성된 트렌치는 상기 가동전극과 고정전극의 패턴을 형성하기 위하여 사용된다. 그후, 에칭고정은 지지기판으로부터 실행되어 상기 절연층에 도달하는 개구부(opening portion)를 형성한다.
결과적으로, 상기 가동전극에 접촉되는 절연층는 제거되도록 에칭되고, 이에 따라 상기 가동전극은 릴리즈 상태(release condition)가 된다. 이와 같이, 상기 센서칩은 상기 방법에 따라 제작될 수 있다.
또한, 상기 센서칩은 지지기판 일측의 회로칩에 적층되고, 상기 센서칩과 회로칩은 접착막 등을 통해 서로 고정된다. 또한, 상기 센서칩은 본딩와이어(bonding wire) 방식으로 상기 회로칩에 전기적으로 접속된다.
상기 가동전극을 구비한 센서칩과 같이, 상기 가동전극의 과도한 변위를 제한하기 위해 글래스 캡이 센서칩에 커버되는 구조를 갖는 용량식 가속도센서는 종래 ,예를들면, 일본 공개공보 특허출원 제2002-151703호에서 제안되어 있다.
그러나, 종래 용량식 물리량 센서장치에서, 상기 센서칩의 두께방향을 따라 즉, 상기 센서칩과 회로칩의 적층방향을 따라 과도하게 큰 충격이 가해질 경우, 상기 가동전극은 상술한 방향을 따라 변위되어 상기 두께의 범위를 초과할 가능성이 있고, 상기 가동전극은 상기 인접 고정전극 상에서 작동한다.
특히, 일반적으로 상기 센서칩을 구성하는 상기 지지기판의 두께는 상기 가동전극의 두께, 즉, 상기 반도체층의 두께보다 상당히 두껍다.
그리고, 상기 센서칩에서 상기 개구부는 상기 가동전극 아래에 위치되는 상기 지지기판 내에 형성되므로, 상기 가동전극은 주로 상방향 및 하방향, 즉, 상기 센서칩의 두께방향을 따라 용이하게 디스플레이될 수 있고, 따라서, 앞서 설명한 바와 같이 상기 가동전극은 고정전극 상에서 용이하게 작동될 수 있다.
이러한 기술적 곤란에 대해 해결책을 생각할 수 있다. 즉, 가동전극(질량체:mass body)의 큰 변위를 제한하도록 센서칩에 켑이 커버된다. 이 경우, 상기 캡부재를 분리해야 할 문제가 있고 이러한 캡이 형성되기 때문에 상기 센서장치의 구조는 복잡하고 어려운 제작공정이 요구되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 회로칩과 센서칩을 구비하는 용량식 물리량 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 용량식 물리량 센서는 물리량을 검출하기 위한 센서칩; 및 상기 센서칩으로부터 출력되는 신호를 처리하기 위한 회로칩을 포함한다. 상기 센서칩은 지지기판; 상기 기판 일측에 배치되는 반도체층; 상기 반도체층에 배치되고, 상기 물리량에 따라서 상기 기판에 평행하는 방향으로 변위될 수 있는 가동전극; 및 상기 반도체층에 배치되고 상기 가동전극에 대향하는 고정전극을 포함한다. 상기 센서칩은 상기 가동전극과 상기 고정전극 사이에 제공되는 커패시터의 용량변화에 기초해서 물리량을 검출할 수 있다. 상기 용량변화는 상기 물리량에 따른 상기 가동전극의 변위에 의해 제공된다. 상기 가동전극과 상기 고정전극이 상기 회로칩과 대향하는 것과 같은 방법으로 상기 센서칩이 상기 회로칩에 적층된다. 상기 센서칩은 상기 회로칩에 전기적으로 접속된다. 상기 가동전극은 상기 센서칩의 적층방향으로 두께를 갖는다. 상기 센서칩은 상기 가동전극과 상기 회로칩 사이의 제1거리 및 상기 가동전극과 상기 지지기판 사이의 제2거리를 갖는다. 상기 가동전극의 두께는 상기 제1거리 및 제2거리보다 크다.
상기 센서에서, 상기 가동전극이 상기 센서칩의 적층방향으로 변위될 경우, 상기 지지기판과 상기 회로칩은 상기 가동전극의 변위를 제한하기 위한 스토퍼로 작동한다. 따라서, 상기 가동전극의 변위 범위는 상기 가동전극의 두께 범위로 제한된다. 그러므로, 상기 가동전극이 작동, 즉 상기 고정전극 상에서의 충돌이 방지된다.
상기 센서칩이 범프전극(bump electrode)을 통해 상기 회로칩과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 범프전극이 상기 칩의 적층방향으로 두께를 갖고, 상기 범프 전극의 두께는 상기 제1거리와 동일하다. 더 바람직하게는, 상기 센서칩이 그 일부분 상에 배치되는 오목부(concavity)를 더 포함한다. 상기 범프전극은 상기 오목부 내로 삽입되는 부분을 갖는다. 상기 범프전극의 다른 부분은 상기 오복부로부터 돌출된다. 상기 범프전극의 다른 부분은 상기 센서칩의 적층방향으로 두께를 갖고, 상기 범프전극의 다른 부분의 두께는 상기 제1거리와 동일하다.
바람직하게는, 상기 회로칩은 그 일측에 배치되는 보호막(protection film)을 포함하고, 상기 보호막이 상기 가동전극과 대향되도록 상기 보호막의 표면과 상기 가동전극 사이의 거리는 상기 제1거리로 제공된다. 더 바람직하게는, 상기 보호막은 상기 회로칩의 일측을 보호할 수 있다.
상기 센서칩은 상기 지지기판과 상기 반도체층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함하고, 상기 제2거리는 상기 가동전극과 상기 절연층 사이에 제공되는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 가동전극이 상기 제2거리에 의해 상기 기판과 분리되는 것과 같이 상기 가동전극은 상기 절연층을 통해 상기 기판 상에서 지지되고, 상기 가동전극은 상기 절연층과 상기 회로칩의 일측 사이를 제한하기 위한 변위범위를 갖는다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도1내지 도8을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
(제1실시예)
도8은 본 발명의 제1실시예와 비교하기 위해 제작된 일반적인 용량식 물리량 센서장치(capacitance type physical quantity sensor apparatus)의 부분구성을 나타낸 개략도이다.
도8에 나타낸 센서칩(J100)은, 가동전극(24)과 상기 가동전극(24)에 반대편에 배열된 고정전극(31)이 반도체층(12)에 형성되는 방식으로 제작된다. 상기 반도체층(12)는 절연층(13)를 통해 지지기판(11)의 일측면에 구비된다. 상기 가동전극(24)은 작용된 물리량에 대응하여 상기 지지기판(11)의 상기 면에 평행한 방향을 따라 변위될 수 있다.
그리고, 상기 센서칩(J100)에서, 가속도와 같은 물리량이 상기 지지기판에 평행한 방향을 따라 작용될 경우, 예를 들면, 도8에 나타낸 좌우방향을 따라, 상기 가동전극(24)과 고정전극(31) 사이의 거리는 상기 적용된 물리량에 대응하여 변화되므로, 상기 물리량은 상기 거리변화에 의한 가동전극(24)과 고정전극(31) 사이의 용량변화를 기초로 하여 검출된다.
이 경우, 도8에 나타낸 상기 센서칩(J100)은 SOI(실리콘 온 절연체 : silicon-on insulator)기판 등의 지지기판(11) 상의 절연층(13)를 통해 상기 반도체층(12)가 적층되는 것과 같이 적층기판을 사용하여 제작된다.
예를들면, 포토에칭처리공정(photo-etching process step)은 트렌치(trenches)가 형성되도록 상기 반도체층(12)의 전면으로부터 실행된다. 상기 형성된 트렌치는 상기 가동전극(24)과 고정전극(31)의 패턴을 정하는데 사용된다. 따라 서, 에칭처리는 지지기판(11)에 실행되어 상기 절연층(13)에 도달하는 개구부(opening portion)(11a)를 형성한다.
결과적으로, 상기 가동전극(24)에 접촉되는 절연층(13)는 에칭되어 제거되고, 상기 가동전극(24)은 릴리즈 상태(release condition)가 된다. 이와 같이, 상기 센서칩(J100)은 상기 방법에 따라 제작될 수 있다.
또한, 상기 센서칩(J100)은 지지기판(11) 일측의 회로칩(200) 상에 적층되고, 상기 센서칩(J100)과 회로칩(200)은 접착막(250) 등을 통해 서로 고정된다. 또한, 상기 센서칩(J100)은 본딩와이어(260) 방식으로 상기 회로칩(200)과 전기적으로 접속된다.
상기 가동전극의 과도한 변위를 제한하기 위해 글래스 캡(glass cap)(미도시)이 센서칩(J100)에 커버된다.
그러나, 도8에 나타낸 용량식 물리량 센서장치에서, 상기 센서칩(J100)의 두께방향을 따라 즉, 상기 센서칩(J100)과 회로칩(200)의 적층방향을 따라 과도하게 큰 충격이 가해질 때, 상기 가동전극(24)은 상술한 방향을 따라 변위되어 상기 두께의 범위를 초과할 가능성이 있고, 상기 가동전극(24)은 인접한 고정전극(31)에서 작동한다.
특히, 도8에 나타낸 바와 같이, 상기 센서칩(J100)을 구성하는 지지기판(11)의 두께 "d"는 상기 가동전극(24)의 두께 "a", 즉, 상기 반도체층(12)의 두께 "a" 보다 상당히 두껍다.
그리고, 도8에 나타낸 상기 센서칩(J100)에서, 상기 개구부(11a)는 상기 가 동전극(24) 아래에 위치되는 지지기판(11) 내에 형성되므로, 상기 가동전극(24)은 도면에 나타낸 바와 같이 주로 상하방향, 즉, 상기 센서칩(J100)의 두께방향을 따라 용이하게 디스플레이될 수 있고, 이미 설명한 바와 같이 상기 가동전극(24)은 고정전극(31)에서 용이하게 작동될 수 있다.
이러한 기술적 곤란에 대해 가동전극(질량체:mass body)의 큰 변위를 제한하도록 캡(미도시)이 센서칩(J100)을 커버한다. 이 경우, 상기 캡의 분리가 필요한 타입으로 형성되므로, 상기 센서장치의 구조는 복잡하고 어려운 제작공정이 요구된다.
본 발명의 제1실시예는 본 발명이 용량식 물리량 센서장치로서 차동용량식 (differential capacitance type) 반도체 가속도 센서장치(용량식 가속도 센서장치)에 적용됨으로써 이루어진다.
상기 용량식 가속도 센서장치는 예를들면, 에어백, ABS(anti-lock brake system), VSC에 대한 제어작동에 사용되는 자동차용 가속도 센서 및 지로센서(gyro-sensors) 등과 같은 다양한 종류의 센서에 적용될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 용량식 가속도 센서장치 "S1"에서 사용되는 센서칩(100)을 개략적으로 나타낸 평면도이다. 또한, 도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 센서칩(100)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 센서칩(100)을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
또한, 도4는 도1에 나타낸 센서칩(100)이 회로칩(200)에 장착된 상태를 나타낸 개략도, 즉, 상기 제1실시예에 의한 용량식 가속도 센서장치(S1)을 나타낸 개략 도이다.
먼저, 상기 센서칩(100)은 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다. 상기 센서칩(100)은 반도체 기판(10)에 대해 공지의 마이크로 가공처리(micro-machining precess)를 행함으로써 제작될 수 있다.
그 일예로, 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이, 상기 센서칩(100)을 구성하는 반도체 기판(10)은, 제1반도체층으로 기능하는 제1실리콘 기판(11)과 제2반도체층으로 기능하는 제2실리콘 기판(12) 사이에, 절연층으로서 기능하는 산화막(oxide film)(13)을 갖는 직사각형의 SOI(실리콘 온 절연체)에 대응한다. 여기에, 상기 제1실리콘 기판(11)은 지지기판으로 제공된다.
상기 제1실시예에서, 상기 산화막(13)을 포함하는 제1실리콘 기판(11)은 지지기판으로 구성된다. 즉, 제1실리콘 기판(11)의 일면은 상기 산화막(13)으로 구성되고, 상기 반도체층으로 기능하는 상기 제2실리콘 기판(12)은 상기 지지기판에 대응하는 제1실리콘 기판(11)의 일면측에 제공된다.
상기 제2실리콘 기판(12) 내에는 두께방향을 따라 상기 실리콘 기판(12)을 관통하는 방식으로 트렌치(14)가 형성되고, 상기 트렌치(14)에 의해 구획된 패턴은 상기 제2실리콘 기판(12)에 형성된다. 즉, 이동유닛(20)과 고정유닛(30, 40) 에 의해 배열된 코움티스(comb teeth) 형태를 갖는 빔 구조체(beam structural body)는 상기 제2실리콘 기판(12) 내에 형성된다.
또한, 상술한 빔 구조체(20, 30, 40)의 형성 영역에 대응하는 상기 제2실리콘 기판(12) 내의 부분(portion), 즉, 도1에 나타낸 파선(broken line)의 직사각 부(15)에 의해 나타낸 부분(protion)은 상기 직사각형부(15)가 상기 산화막(13)(도2 및 도3에 도시)으로부터 이격되어 위치되도록 하기 위해 얇게 이루어진다.
상기 직사각형부(15)의 부분이 상기 제2실리콘 기판(12) 내에 형성된 얇은 벽의 직사각형부(15)에 대응하는 것으로 한다. 즉, 상기 얇은 벽의 직사각형부(15)는 상기 지지기판 즉, 산화막(13)으로 기능하는 상기 제1실리콘 기판(11)의 일면에 대한 갭(gap)을 통해 배열된다.
센서칩(100)은 후술할 방법에 따라 제작된다. 포토리쏘그래드 기술(photolithographic technique)이 사용되어, 빔구조체에 대응되는 형상을 갖는 마스크가 상기 SOI기판(10)의 제2실리콘 기판(12)에 형성된다.
이에따라, 트렌치 에칭처리는 상기 트렌치(14)를 형성하도록 CF4(carbon tetrafluoride : 사불화탄소) 또는 SF6(sulfur Hexafluoride :핵사플루오린화황)가스 등이 사용되어 건조에칭처리의 방법에 의해 이루어지고, 상기 빔구조체(20, 30, 40)의 패턴이 일괄처리(batch process)로 형성된다.
결과적으로, 상기 트렌치 에칭처리는 더 증대되고, 또한 상술한 얇은 벽의 직사각형부(15)가 형성되도록 상기 제2실리콘 기판(12)의 하부는 사이드 에칭처리(side etching process)의 방법에 의해 제거된다. 이와 같이 상기 이동유닛(20)이 릴리즈(release)되어 상기 센서칩(100)이 상술한 제작방법으로 제작될 수 있다.
상기 센서칩(100)에서, 상기 얇은 벽의 직사각형부(15)로 기능하는 상기 이동유닛(20)은 인장된 직사각형의 웨이트 유닛(weight unit)(21)의 양 모서리 부위 가 앵커유닛(anchor unit)(23a)와 다른 앵커유닛(23b)를 통해 완전체 내에 결합되는 방법으로 배치된다.
도3에 나타낸 바와 같이, 상기 앵커유닛(23a, 23b)은 산화막(13)에 고정ㄷ되, 상기 산화막(13)을 통해 상기 지지기판으로 기능하는 제1실리콘 기판(11)에 지지된다. 결과적으로, 상기 얇은 벽의 직사각형부(15)에 대응되는 상기 웨이트 유닛(21)과 스프링유닛(22)은 상기 산화막(13)으로부터 분리된다.
일예로, 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 스프링 유닛(22)은 아래와 같이 형성된다. 즉, 평행 빔의 두 세트는 양 모서리가 서로 결합됨으로써 직사각 프레임형태를 이루고, 상기 스프링 유닛(22)은 상기 두 빔의 종방향에 수직한 방향을 따라 배치됨으로써 스프링 기능을 갖는다.
상세히 설명하면, 상기 스프링 유닛(22)에 도1에 나타낸 화살표 "X"방향을 따르는 가속도 성분을 포함한 가속도가 작용될 경우, 상기 스프링 유닛(22)은 기판평면의 횡방향으로 화살표 "X"방향을 따라 웨이트 유닛(21)을 변위시키고, 상기 스프링 유닛(22)은 작용된 가속도의 소멸에 의해 본래의 상태로 복원된다.
결과적으로, 스프링 유닛(22)을 통해 SOI기판(10)과 결합되는 상기 이동유닛(20)은 산화막(13), 즉, 상기 지지기판에 대응하는 상기 제1실리콘 기판(11),의 상측으로 기판평면의 횡방향으로 상기 화살표 "X"를 따라 변위될 수 있다.
또한, 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 이동유닛(20)은 얇은 벽의 직사각형부(15)로 기능하는 코움티스 형태의 가동전극(24)을 갖는다. 상기 가동전극(24)은 복수의 빔형상 가동전극이 상기 웨이트 유닛(21)의 종방향(화살표 "X"방향)에 수직되 는 방향을 따르는 상기 웨이트 유닛(21)의 측면으로부터 반대방향을 따라 인장되는 방식으로 형성된다.
다시 말해서, 상기 웨이트 유닛(21)의 종방향이 정렬방향으로 형성된다고 가정할 경우, 복수 세트의 상기 가동전극(24)은 정렬방향을 따라 코움티스 형태로 정렬된다. 상기 종방향은 상기 스프링유닛(22)의 방향, 즉, 상기 화살표 "X"방향 변위에 대응한다.
도1에서, 상기 8세트의 가동전극(24)은 4세트의 상기 가동전극(24) 모두는 상기 웨이트 유닛(21)의 우측 및 좌측 상에 각각 돌출되는 방식으로 형성된다. 상기 각 가동전극(24)은 단면의 평면에서 바라볼 때 직사각 빔형상으로 형성되고, 상기 가동전극이 상기 산화막(13)으로부터 분리된 상태가 된다.
상기 각 가동전극(24)은 상기 스프링 유닛(22)과 웨이트 유닛(21)과 일체형으로 형성되기 때문에, 상기 각 가동전극(24)은 상기 기판 평면의 횡방향 내에서 상기 화살표 "X"방향을 따라 변위된다.
또한, 도1 내지 도3에 나타낸 바와 같이, 상기 고정유닛(30, 40)은, 앵커 유닛(23a, 23b)이 지지되지 않음으로써 얇은 벽의 직사각형부(15)의 외주연부 내에서 대향하는 한 세트의 가장자리부의 외주연부에서 산화막(13) 상에 고정된다. 그리고, 상기 각 고정유닛(30, 40)은 산화막(13)을 통해 제1실리콘 기판(11)에 지지된다.
도1과 같이, 상기 웨이트 유닛(21)의 좌측에 위치된 상기 고정유닛(20)은 좌측 고정전극(31)과 좌측 고정전극용 배선유닛(wiring unit)(32)에 의해 구성된다. 도1에서, 상기 웨이트 유닛(21)의 우측에 위치한 상기 고정유닛(40)은 우측 고정전극(41)과 우측 고정전극용 배선유닛(42)에 의해 구성된다.
일예로, 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 각 좌측 고정전극(31)과 우측 고정전극(41)이 상기 얇은 벽의 직사각형부(15)에 대응하고, 복수의 우측 및 좌측 고정전극(31, 41)은 상기 가동전극(24)에 형성된 코움티스 간의 갭과 결합되는 방식으로 코움티스 형태로 배치된다.
이 경우, 도1에서, 상기 좌측 고정전극(31)은 상기 웨이트 유닛(21)의 좌측에 상기 가동전극(24)에 대해 화살표 "X"방향을 따라 상측에 구비된다. 반면, 상기 우측 고정전극(41)은 상기 웨이트 유닛(21) 우측의 각 가동전극(24)에 대해 상기 화살표 "X"를 따라 하측에 구비된다.
상기 각 고정전극(31, 41)은 기판 평면의 횡방향으로 각 가동전극(24)에 대해 서로 대향되게 배열되고, 용량을 검출하는데 사용되는 검출 거리는 상기 가동전극(24)의 측평면(즉, 검출평면) 사이에 형성되고, 상기 고정전극(31, 41)의 측평면(즉, 검출평면)은 대향되는 거리 각각에 형성된다.
또한, 상기 좌측 고정전극(31)과 우측 고정전극(41)은 서로 전기적으로 독립된다. 그리고, 상기 각 고정전극(31, 41)은 가동전극(24)에 실질적으로 평행하게 연장되는 직사각 빔 형태(그 단면평면으로 보면)으로 형성된다.
상기 좌측 고정전극(31)과 상기 우측 고정전극(41)은 모두 상기 산화막(13)을 통해 상기 제1실리콘 기판(11)에 고정되는 각 고정전극용 배선유닛(32, 42)에 대해 외팔보와 같이 이루어지는 상태가 된다. 그런다음 상기 각 고정전극(31, 41) 은 상기 산화막(13)으로부터 분리되는 상태로 된다.
상기 좌측 고정전극(31)과 상기 우측 고정전극(41)에 대해, 공통적이고 전기적으로 제공되는 각 배선유닛(32, 42)에서 복수 전극들이 서로 결합된다.
또한, 좌측 고정전극용 패드(30a)와 우측 고정전극용 패드(40a)는 상기 좌측 고정 전극용 배선유닛(32)와 상기 우측 고정전극용 배선유닛(42)의 소정 위치에 각각 형성된다.
또한, 가동전극용 배선유닛(25)은 하나의 앵커유닛(23b)에 일체형으로 결합되는 상태 하에서 형성되고, 가동전극 패드(25a)는 상기 배선유닛(25)의 소정위치에 형성된다. 상기 전극용 패드(25a, 30a, 40a)는 스퍼터링(sputtering), 또는 증착(vapor-dipositing)에 의해 형성되고, 예를들면, 알루미늄으로 이루어진다.
도4에 나타낸 바와 같이, 상기 센서칩(100)에서 상기 제1실리콘 기판(11) 측 일측 평면(13)의 대향하게 위치되는 상태 하에서 상기 구성을 갖는 상기 센서칩(100)이 상기 회로칩(200)에 배치된다.
즉, 상기 센서칩(100)에서 상기 제1실리콘 기판(11)의 일측 평면(13)의 일측에 형성되는 상기 가동전극(24)과 상기 고정전극(31, 41)은 상기 회로칩(200)의 대향하게 위치되는 상태 하에서 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)이 패키지되도록 적층된다.
상기 회로칩(200)은 상기 센서칩(100)으로부터의 출력신호를 처리하기 위한 검출회로(후술할 도5참조) 및 조사(investigation)를 위한 회로가 형성된 회로칩에 대응한다. 예를들면, 상기 회로칩(200)은 회로를 구성하기 위해 반도체 프로세스를 채용함으로써 실리콘 기판과 같은 반도체 기판 상에 MOS트랜지스터 소자 등이 형성되는 반도체 칩에 대응한다.
그리고, 상기 센서칩(100)은 그의 대향하는 평면을 통해 상기 회로칩(200)과 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 센서칩(100)에 사용된 상기 제2실리콘 기판(12)의 전방면은 상기 회로칩(200)의 평면에 전기적으로 접속되고, 상기 전방면에 대향하게 위치된다.
상기 각 고정전극(31, 41), 가동전극 패드(25a) 및 회로칩(200) 상의 전극(미도시)이 연결된 상기 고정전극 패드(30a, 40a)는 범프전극(300)을 통해 서로 전기적으로 접속된다. 상기 범프전극(300)으로서, 솔더 범프와 같은 일반적인 범프가 사용된다.
상기 이동유닛(20)에 형성된 평면측을 형성하는 상기 센서칩(100)은 뒤집힌 상태에서 상기 회로칩(200) 상에 장착되고, 상기 고정전극(31, 41), 가동전극(25) 및 회로칩(200)은 상기 범프전극(300)을 통해 서로 전기적으로 접속된다.
이러한 용량식 가속도 센서장치(S1)에서, 도4에 나타낸 바와 같이, 상기 가동전극(24)의 두께는 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)의 적층방향을 따라 "a"와 동일하고, 상기 가동전극(24)과 상기 회로칩(200) 사이의 갭 거리는 "b"와 동일하고, 상기 가동전극(24)과 상기 지지기판(11)의 일측 평면(13) 사이의 갭 거리는 "c"와 동일하며, 거리"b"와 거리"c"는 상기 두께 "a"보다 작게 이루어진다.
특히, 상기 센서칩(100)이 상기 범프전극(300)을 통해 상기 회로칩(200)과 전기적으로 접속되고, 상기 범프전극(300)의 두께는 거리"b"와 동일하게 이루어지 기 위하여 얇게 되므로, 상기 거리"b"는 두께 "a"보다 더 작게 될 수 있다.
상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)을 조립함으로써 배치되는 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)는 예를들면, 솔더범프(solder bump)가 상기 회로칩(200)의 전극에 제공되는 식으로 조립될 수 있고, 그에 따라 상기 센서칩(100)은 상기 회로칩(200) 상에 장착되고, 솔더 리플로우(solder reflow) 처리가 실행된다.
다음으로, 상기 제1실시예에 의해 용량식 가속도 센서장치(S1)에 대해 검출작동을 설명한다. 가속도는 가속도 작용에 대응하는 상기 가동전극(24)과 상기 고정전극(31, 41) 사이의 정전용량 변화를 기초하여 검출된다.
상기 센서칩(100)에서, 상기 각 고정전극(31, 41) 측 평면(즉, 검출평면)은 상기 각 가동전극(24) 측 평면(즉, 검출평면)과 대향되게 구비된다. 이와같이, 상기 가동전극(24)와 고정전극(31, 41) 측 평면의 대향하는 거리에서, 정전용량을 검출하는데 사용되는 검출거리가 형성된다.
이 경우에서, 제1용량 "CS1"이 상기 좌측 고정전극(31)과 상기 가동전극(24) 사이의 거리에서의 검출용량으로 형성되는 것으로 가정할 경우, 제2용량 "CS2"는 상기 우측 고정전극(41)과 가동전극(24) 사이의 거리에서의 검출용량으로 형성된다.
그리고, 가속도가 도1에 나타낸 상기 센서칩(100)의 기판평면의 횡방향 내 화살표 "X"방향을 따라 적용될 경우, 상기 앵커유닛(23a, 23b)을 제외한 상기 가동전극(20)의 전체부분은 상기 스프링 유닛(22)의 스프링기능으로 인해 화살표"X" 방향을 따라 변위되고, 이와 같이 상기 제1 및 제2용량(CS1, CS2)는 상기 화살표 "X" 방향을 따라 상기 가동전극(24)의 변위에 대응하여 변화된다.
예를 들면, 도1에서, 다음의 검출작동이 고려된다. 즉, 상기 이동유닛(20)이 상기 화살표"X"방향을 따라 하측으로 변위될 경우, 다음 검출작동이 실행된다. 이때, 상기 좌측 고정전극(31)과 상기 가동전극(24) 사이의 거리가 넓어지고, 상기 우측 고정전극(41)과 상기 가동전극(24) 사이의 거리는 좁아진다.
결과적으로, 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)는 상기 가동전극(24)와 상기 고정전극(31, 41)에 의해 발생되는 용량차(CS1-CS2)의 변화에 기초를 두고 상기 화살표 "X"방향을 따라 가속도를 검출할 수 있다. 상기 용량차(CS1-CS2)에 기초를 두고 발생된 신호는 상기 센서칩(100)으로부터 센서출력신호로 출력된다. 그리고, 상기 센서출력신호는 마지막으로 출력되도록 상기 회로칩(200)에 의해 처리된다.
도5는 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)에서 가속도를 검출하는데 사용되는 검출회로(400)의 일예를 나타낸 회로도이다.
상기 검출회로(400)에서, 전환 커패시터회로(SC회로)(switched capacitor circuit)(410)는 용량"Cf", 스위치(412), 및 다른 증폭회로(amplifying circuit)(413)를 갖는 커패시터(411)를 구비한다. 상기 전환 커패시터회로(410)는 유입되는 용량차(CS1-CS2)를 전압으로 전환한다.
그리고, 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)에서, 예를들면, 진폭(Vcc)을 갖는 캐리어 웨이브(carrier wave)(WAVE-Ⅰ)는 좌측 고정전극용 패드(30a)로부터 입력되고, 위상(phase)이 상기 캐리어 웨이브(WAVE-Ⅰ)의 위상으로부터 180도 이동된 다른 캐리어 웨이브(WAVE-Ⅱ)는 상기 우측 고정전극용 패드(40a)로부터 입력되고, 상 기 SC회로(410)의 스위치(412)는 소정 시각에서 전환된다.
그리고, 상기 화살표 "X"방향을 따라 가해지는 가속도는 후술되는 식1에 대응하는 전압치 "Vout"로 출력된다.
이와 같이, 상기 가속도는 검출될 수 있다.
한편, 후술할 용량식 가속도 센서장치(S1)에 대하여 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)을 장착하고, 후술할 특징들을 갖는 상기 센서장치(S1)가 제공될 수 있다. 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)의 상기 센서칩(100)에서, 상기 가동전극(24)과 상기 가동전극(24)에 반대로 배치되는 상기 고정전극(31, 41)은 상기 지지기판(11)의 일측 평면(13) 측, 즉 상기 제1실리콘 기판(11)의 산화막(13) 측에 에 구비되어 상기 반도체층으로 기능하는 제2실리콘 기판(12)에 형성되고, 상기 가동전극(24)은 적용 가속도에 대응하여 상기 기판평면에 평행한 방향을 따라 변위될 수 있다. 그리고, 상기 센서칩(100)은 적용 가속도에 대응하여 상기 가동전극(24)과 고정전극(31, 41) 사이의 용량변화에 기초를 둔 가속도를 검출한다. 상기 회로칩(200)은 상기 센서칩(100)으로부터의 출력신호를 처리한다.
상기 센서장치(S1)의 특징은 다음과 같다.
상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)은, 상기 센서칩(100)에서 사용되는 상기 가동전극(24) 및 상기 고정전극(31, 41)이 회로칩(200)에 반대되게 위치되는 상태 하에서 적층된다. 상기 센서칩(100)은 상기 회로칩(200)과 반대되게 위치되는 반대평면 상에서 상기 센서칩(100)은 상기 회로칩(200)과 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)의 적층방향을 따른 상기 가동전극(24)의 두께가 "a"와 동일할 경우, 상기 가동전극(24)와 상기 회로칩(200) 사이의 갭 거리는 "b"와 동일하고, 상기 가동전극(24)와 상기 지지기판(11)의 일 평면(13) 사이의 갭 거리는 "c"와 동일하며, 상기 거리 "b" 및 거리"c"는 상술한 두께 "a"보다 더 작게 이루어진다. 상기 제1실시예의 용량식 가속도 센서장치(S1)는 이러한 특징을 가진다.
결과적으로, 상기 가동전극(24)가 그 두께방향(도2 및 도3에서 나타낸 "z"방향)을 따라, 즉 상기 센서칩(100)의 두께방향을 따라, 즉 상기 센서칩(100)과 회로칩(200)의 상기 적층방향(도4에 나타낸 상/하 방향)을 따라 변위될 경우, 상기 제1실리콘 기판(11)의 일측 평면(13)과 상기 회로칩(200)은 스토퍼로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 칩 적층방향에 대한 상기 가동전극(24)의 이동은 상기 제1실리콘 기판(11)의 일측 평면(13)과 상기 회로칩(200)에 의해 제한되고, 이와 같이 상기 가동전극(24)의 두께 "a"의 범위 내에서 형성될 수 있다. 그 결과, 상기 가동전극(24)이 고정전극(31, 41) 상에서 작동되는 것을 방지할 수 있다.
결과적으로, 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)는 가동전극(24)와 고정전극(31, 41) 사이의 용량변화에 기초를 둔 가속도를 검출하기 위해 상기 회로칩(200)과 센서칩(100)을 적층함으로써 배치되고, 상기 가동전극(24)은 상기 센서칩(100)과 회로칩(200)의 적층방향을 따라 변위되는 것과 상기 고정전극(31, 41) 상에서 작동되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우에서, 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)는 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)이 납(solder), 금(gold) 등으로 이루어진 범프전극(300)을 통해 서로 전기적으로 접속되는 특징을 갖는다.
또한, 상기 센서칩(100)이 상기 범프전극(200)을 통해 상기 회로칩(200)과 전기적으로 접속되는 상기 용량식 가속도 센서장치(S1)에서, 상기 범프전극(200)의 두께가 상기 거리"b"와 동일하게 얇게 이루어지기 때문에, 상기 거리"b"는 두께 "a"보다 더 작게 되는 특징을 갖는다.
상기 범프전극(200)의 두께(즉, 높이) 제어는 솔더의 공급량을 제어함으로써, 상기 솔더가 리플로우될 때 그 높이를 제어함하거나 상기 범프의 형태를 제어함으로써 용이하게 실행될 수 있다.
(제2실시예)
도6은 본 발명의 제2실시예에 의한 용량식 가속도 센서장치 "S2"를 개략적으로 나타내는 부분도이고, 상기 센서칩(100)이 상기 회로칩(200) 상에 장착된 상태를 나타낸다.
제1실시예에 따르면, 상기 센서칩(100) 내에 배치된 센서는 상기 범프전극(300)을 통해 상기 회로칩(200)과 전기적으로 접속되고, 상기 범프전극(300)의 두께는 상기 거리 "b"와 동일하게 얇게 이루어져, 상기 거리 "b"는 두께 "a"보다 더 작게 된다.
제1실시예와 대비하여, 도6에 나타낸 바와 같이, 상기 제2실시예의 용량식 가속도 센서장치(S2)에서, 막(210)은 상기 회로칩(200) 내 일부분(portion)에 형성되고, 상기 센서칩(100)의 대향측 평면 내에서 가동전극(24)에 반대되도록 위치된다. 상기 막(210)은 상기 회로칩(200)의 전면에 구성된다.
그리고, 상기 막(210)과 상기 가동전극(24) 사이의 거리는 상기 가동전극(24)과 상기 회로칩(200) 사이의 캡의 거리"b"와 동일하게 이루어지므로, 상기 거리"b"는 상기 가동전극(24)의 두께 "a"보다 더 작게 이루어진다.
이 경우, 상기 회로핍(200)의 전면에 구성되는 상기 막(210)은 회로칩(200)의 전면을 보호할 수 있는 보호막(210)으로서 배치될 수 있다. 상기 보호막(210)은 일반적인 회로칩(200)의 최전면(frontmost plane) 상에 구비되고, 예를들면, 폴리이미드(polyimide) 막으로 만들어질 수 있다.
그리고, 상기 제1실시예에서 설명한 바와 같이 상기 범프전극(300)의 두께의 사용에서 차이가 있는 것으로, 상기 제2실시예의 센서장치(S2)는 가동전극(24)이 상기 보호막(210)의 두께를 사용함으로써 고정전극(31, 41) 상에서 작동되는 것을 방지할 수 있다. 상기 보호막(210)의 두께 제어는 보호막(210)이 스핀코트방법(spin coat method) 등의 방법에 의해 형성될 경우 용이하게 실행할 수 있다.
용량식 가속도 센서장치(S2)에 따라, 상기 제1실리콘 기판(11)의 일측 평면(13)과 상기 회로칩(200)의 막(210)은 스토퍼로 구성될 수 있고, 상기 칩 적층방향을 따라(즉, 도2 및 도3에 나타낸 "z"방향을 따라, 그리고 도4에 나타낸 상/하 방향을 따라) 상기 가동전극(24)의 변위가 그 두께 "a"의 범위 내에 제한될 수 있다.
결과적으로, 상기 회로칩(200)과 상기 센서칩(100)이 상기 가동전극(24)과 상기 고정전극(31, 41) 사이의 용량변화에 기초를 둔 가속도를 검출하기 위해 적층됨으로써 배치된 상기 용량식 가속도 센서장치(S2)에서, 상기 가동전극(24)이 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)의 적층방향을 따라 변위되는 것과 상기 고정전극(31, 31) 상에서 작동되는 것을 방지할 수 있다.
(제3실시예)
도7은 본 발명의 제3실시예에 의한 용량식 가속도 센서장치 "S3"를 개략적으로 나타낸 부분도이고, 상기 센서칩(100)이 상기 회로칩(200) 상에 장착된 상태를 나타낸다.
상기 제1실시예에서, 상기 범프전극(300)의 두께가 상기 가동전극(24)과 상기 회로칩(200) 사이의 갭의 거리 "b"와 동일하게 되어 얇게 이루어지므로, 상기 거리"b"는 상기 가동전극(24)의 두께"a"보다 더 작게 이루어진다.
도7에 나타낸 바와 같이, 상기 제1실시예와 대비하여, 상기 제3실시예의 용량식 가속도 센서장치(S3)에서, 오목부(concave portion)(12a)는 상기 센서칩(100)의 일부분 내에 구비되고, 상기 범프전극(300) 내에 구비된다. 상기 범프전극(300)의 일부분은 상기 오목부(12a) 내로 삽입된다.
그리고, 상기 오목부(12a)로부터 돌출되는 상기 범프전극(300) 부분의 두께는 상기 가동전극(24)과 상기 회로칩(200) 사이 갭의 거리 "b"와 동일하게 이루어지고, 상기 거리 "b"는 상기 가동전극(24)의 두께 "a"보다 더 작게 만들어진다.
이경우에서 상기 오목부(12a)는 센서칩(100) 내에서 반도체층으로 기능하는 제2실리콘 기판(12)의 전면 내에 구비된다. 상기 오목부(12a)는 드라이 에칭처리 등의 방법에 의해 상기 제2실리콘 기판(12)을 에칭함으로써 용이하게 형성된다.
그리고, 용량식 가속도 센서장치(S3)에 따르면, 상기 제1실리콘 기판(11)의 일측 평면(13)과 상기 회로칩(200)은 스토퍼를 구성할 수 있고, 상기 가동전극(24)의 변위는 상기 칩 적층방향(즉, 도2 및 도3에 나타낸 "z"방향을 따라 그리고 도4에 나타낸 상/하 방향을 따라) 상기 가동전극(24)의 두께 "a"의 범위 내에 제한될 수 있다.
결과적으로, 상기 가동전극(24)과 상기 고정전극(31, 41) 사이의 용량변화에 기초를 둔 가속도를 검출하기 위해 상기 회로칩(200)과 상기 센서칩(100)을 적층함으로써 배치되는 상기 용량식 가속도 센서장치(S3)에서, 상기 가동전극(24)은 센서칩(100)과 회로칩(200)의 적층방향을 따라 변위되는 것과, 상기 고정전극(31, 41) 상에서 작동하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 오목부(12a)의 깊이가 제어되고, 상기 범프전극(300)이 상기 오목부(12a) 내에 삽입되므로, 상기 거리 "b"은 상기 가동전극(24)의 두께 "a"보다 더 작게 이루어질 수 있다. 특히, 상기 범프전극(300)의 형태는 변화될 필요가 없지만, 반드시 얇게 이루어질 필요도 없는 장점이 있다.
반면, 도7에 나타낸 예에서, 상기 오목부(12a)는 상기 센서칩(100)의 일측에 형성된다. 결과적으로, 상기 오목부(12a)는 상기 회로칩(200) 내 부분에 선택적으로 구비될 수 있고, 상기 범프전극(300)이 배치된다. 또한, 오목부(12a)는 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)의 일측에 선택적으로 구비될 수 있다.
(변경예)
상술한 실시예에서, 상기 센서칩(100)과 상기 회로칩(200)은 서로 반대되는 평면에서 상기 범프전극(300)을 통해 연결된다. 상기 센서칩(100)과 회로칩(200) 사이의 상기 전기적 연결은 단지 서로 반대되는 평면에서 실행된다. 선택적으로, 이러한 전기적 접속은 상술한 범프전극(200)과 다르게 예를들면, 전기적 전도성 접착제, 크림핑(crimping) 방법 등의 방식에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 산화막(13)이 SOI기판 전체 부위에 배치되는 반면에, 상기 얇은 벽의 직사각형부(15)는 상기 제2실리콘 기판(12) 내에 형성되도록 상기 이동유닛(20)이 릴리스된다. 선택적으로 공지 기술분야와 같이, 에칭처리가 희생층(sacrifice layer)로 산화막(13)을 사용함으로써 상기 SOI기판내에서 이루어질 수 있고, 상기 이동유닛이 릴리즈될 수 있다.
상기 희생층 에칭처리가 사용될 경우, 상기 제2실리콘 기판(12)의 두께에 대해 전체 부위가 대체적으로 균일할 수 있다. 그리고, 도1에 나타낸 직사각 형상(15) 부분이 제거된 상기 산화막(13)이 제거되도록 상기 이동유닛(20)은 상기 지지기판(11)으로부터 릴리즈될 수 있다.
또한, 이 경우에서, 상기 제1실리콘 기판(11)은 상기 지지기판으로 이루어진다. 이 경우에서, 상기 이동유닛(20) 하측에 위치하는 상기 산화막(13)이 제거되고, 상기 제2실리콘 기판(12)의 반대편에 위치되는 상기 제1실리콘 기판(11) 내의 평면은 상기 지지기판의 일측 평면에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 가동전극(24)과 상기지지기판(11)의 일측 평면 사이의 갭의 거리 "c"는 상기 산화막(13)의 두께 와 거의 동일할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서, 상기 SOI기판(10)은 상기 센서칩(100)을 이루는 기판으로 사용된다. 기판이 지지기판 측 일측 평면에 반도체층을 구비하고, 가동전극과 고정전극이 이 반도체층 상에 형성될 경우, SOI기판(100) 이외의 다른 기판은 상기 센서칩(100)을 구성하기 위해 기판으로서 선택적으로 사용될 수 있다.
상기 실시예에서 앞서 설명한 바와 같이, 센서칩으로서 전면 처리형 물리량 센서의 사용이 요구되고, 도8에 나타낸 인접면 처리형 물리량 센서는 제거된다.
한편, 상기 센서칩으로서, 후술할 센서칩이 요구된다. 즉, 가동전극이 지지기판에 형성되면, 상기 지지기판은 상기 가동전극 하에서 상기 가동전극에 대한 갭을 갖는다.
또한, 본 발명의 용량식 물리량 센서장치는 상술한 가속도센서에만 반드시 국한되는 것은 아니고, 본 발명은 예를들면, 가속도 센서에 부가하여 물리량으로서 각속도를 검출할 수 있는 각속도 센서 등의 다른 물리량 센서들이 적용될 수 있다.
요약하면, 상기 용량식 물리량 센서장치는 다음의 주요특징을 갖는다. 즉, 상기 용량식 물리량 센서장치는 상기 가동전극과 상기 고정전극 사이의 용량변화를 기초로 한 가속도를 검출하기 위해 회로칩과 센서칩을 적층함으로써 배치되고, 상기 지지기판의 일측 평면에 형성되고, 상기 센서칩에 사용되는 상기 가동전극과 상기 고정전극이 상기 회로핍 반대측에 위치되는 상태 하에서 상기 센서칩과 회로칩이 서로 적층된다. 또한, 상기 센서와 회로칩이 그 반대평면에서 서로 전기적으로 접속되고, 상기 가동전극과 회로칩 사이의 갭의 거리 "b"와 상기 가동전극과 상기 지지기판의 일측 평면 사이의 갭의 거리 "c"는 상기 회로칩과 상기 센서칩의 적층방향을 따르는 상기 가동전극의 두께"a"보다 작게 이루어진다. 상기 용량식 물리량 센서장치의 다른 상세부분은 더 설명할 수 있다.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 칩 적층방향에 대한 가동전극의 이동이 제1실리콘 기판의 일측 평면과 상기 회로칩에 의해 제한되고, 상기 가동전극의 두께범위 내에서 정의되고,가동전극이 고정전극 상에서 작동되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
Claims (8)
- 물리량을 검출하기 위한 센서칩; 및상기 센서칩과 전기적으로 연결되어 상기 센서칩으로부터 출력된 신호를 처리하기 위한 회로칩을 포함하고,상기 센서칩은, 지지기판; 상기 지지기판의 일측에 배치된 반도체층; 상기 반도체층에 배치되고, 상기 센서칩의 적층방향으로 두께를 가지고, 상기 물리량에 따라 상기 기판에 평행한 방향으로 변위될 수 있고, 상기 회로칩과 사이의 갭 거리 및 상기 지지기판과 사이의 갭 거리 보다 큰 두께를 갖는 가동전극; 상기 반도체층에 배치되고 상기 가동전극에 향하는 고정전극을 포함하고,상기 센서칩은 상기 가동전극과 고정전극이 회로칩을 향하는 방식으로 상기 회로칩에 적층되고, 물리량에 따라 상기 가동전극의 변위에 의해 제공되고 상기 가동전극과 상기 고정전극 사이에 구비되는 커패시터의 용량변화에 기초를 둔 물리량을 검출할 수 있는용량식 물리량 센서.
- 제1항에 있어서,상기 센서칩은 범프전극을 통해 상기 회로칩과 전기적으로 접속되는용량식 물리량 센서.
- 제2항에 있어서,상기 범프전극은 상기 센서칩의 적층방향으로 상기 가동전극과 회로칩 사이의 갭 거리와 동일한 두께를 갖는용량식 물리량 센서.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 센서칩은 그 일부에 배치되는 오목부를 더 포함하고,상기 범프전극은 상기 오목부 내로 삽입되는 부분을 구비하고, 상기 범프전극의 다른 부분은 상기 오목부로부터 돌출되고, 상기 센서칩의 적층방향으로 상기 가동전극과 회로칩 사이의 갭 거리와 동일한 두께를 갖는용량식 물리량 센서.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 회로칩은 그 일측에 배치되는 보호막을 포함하고,상기 보호막은 상기 가동전극을 향하도록 상기 보호막의 표면과 상기 가동전극 사이의 거리는 가동전극과 회로칩 사이의 갭 거리로 제공되는용량식 물리량 센서.
- 제5항에 있어서,상기 보호막은 상기 회로칩의 일측을 보호할 수 있는용량식 물리량 센서.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 센서칩은 상기 지지기판과 상기 반도체층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함하고,상기 가동전극과 지지기판 사이의 갭 거리는 상기 가동전극과 상기 절연층 사이에 제공되는용량식 물리량 센서.
- 제7항에 있어서,상기 가동전극은, 가동전극과 지지기판 사이의 갭 거리로 가동전극이 상기 기판으로부터 분리되는 방식으로, 상기 절연층을 통해 상기 기판상에 지지되고,상기 가동전극은 상기 절연층과 회로칩의 일측 사이를 제한하는 변위 범위를 갖는용량식 물리량 센서.
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