TWI516768B - Sensor - Google Patents

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TWI516768B
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Takashi Imanaka
Takami Ishida
Satoshi Ohuchi
Hideo Ohkoshi
Katsuya Morinaka
Daisuke Nakamura
Hiroyuki Nakamura
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Panasonic Ip Man Co Ltd
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Description

感測器 發明領域
本發明係有關於一種積層電路基板與感測器元件而構成之感測器。
發明背景
近年，數位照相機、行動電話、行動式遊戲機等搭載有角速度感測器、加速度感測器等感測器之小型行動機器普及。隨之強烈要求小封裝面積及薄型且高精確度之小型感測器。專利文獻1記載有為使感測器小型化，而積層感測器晶片與電路晶片並將該等收納於陶瓷包之感測器。
第21圖係記載於專利文獻1之角速度感測器之習知感測器50的概略截面圖。感測器晶片55藉由薄膜接著劑54積層於電路晶片53上，電路晶片53以接著劑52固定於陶瓷包51之上面。感測器晶片55與電路晶片53以連結線56電性連接。又，電路晶片53與陶瓷包51以連結線57電性連接。如此，藉採用積層有感測器晶片55與電路晶片53之堆疊構造，可實現感測器50之小型化。在感測器50，因施加之角速度，將正在運動之物體旋轉時產生之柯氏力轉換成電信號，以檢測其角速度。以感測器晶片55所檢測出之柯氏力之類比檢測信號以電路晶片53施行預定之數位信號處理後，作為角速度檢測信號而輸出。搭載有角速度感測器之行動機器利用此角速度檢測信號，進行各種處理。
在習知之感測器50，由於感測器晶片55與電路晶片53之面積不同，故無法將各電極直接連接，而藉由連結線56連接。一般從感測器晶片55往電路晶片53輸出之類比檢測信號係非常微弱之信號。在電路晶片53內將從感測器晶片55所輸入之類比檢測信號轉換成數位信號，施行必要之數位信號處理而生成角速度檢測信號。角速度檢測信號作為數位信號從電路晶片53藉由連結線57與陶瓷包51連接。因此，從連結線57輻射高頻之數位雜訊，對在連結線56流動之類比檢測信號造成不良影響。當連結線56、57增長時，此數位雜訊之影響更顯著。又，亦有電路晶片53內之數位信號直接作為雜訊而闖入感測器晶片55，對感測器晶片55內之類比檢測信號造成不良影響之情形。再者，亦有在感測器50之外部所產生之雜訊對類比檢測信號直接造成影響的情形。結果，有角速度感測器之檢測精確度降低之情形。
第22A圖係記載於專利文獻2之另一習知感測器501之分解立體圖。感測器501係為感測器之一種之IC一體型加速度感測器。第22B圖係第22A圖所示之感測器501之橫截面圖。感測器501由感測器晶片502、將來自感測器晶片502之檢測信號以電性方式處理之IC晶片503、收容感測器晶片502及IC晶片503之保護殼504、密封保護殼504之內部空間之蓋504a構成。
感測器晶片502由可撓部502a、秤錘部502b、支撐體502c構成。於可撓部502a上設有將對感測器晶片502施加之加速度轉換成電性檢測信號之壓阻元件。於支撐體502c之 上面之一端形成有一列感測器晶片端子505。
於IC晶片503之主面形成有處理電路與複數晶片端子506。IC晶片503在將其主面朝上之狀態下，以含有細微之硬質塑膠珠之接著劑507a於感測器晶片502之支撐體502c之上面隔著預定間隔接著，以限制感測器晶片502之可撓部502a及秤錘部502b之可動範圍。
藉含有細微之硬質塑膠珠之接著劑507b將支撐體502c之下部於保護殼504之上面隔著預定間隔而接著，以限制感測器晶片502之秤錘部502b之搖動範圍。
複數晶片端子506之一部份藉由金屬線508a與感測器晶片端子505電性連接，複數晶片端子506之其他部份藉由金屬線508b與保護殼端子509電性連接。
在習知之感測器501中，連接晶片端子506與感測器晶片端子505之金屬線508a、及連接晶片端子506與保護殼端子509之金屬線508b突出至比IC晶片503之形成有處理電路與複數IC晶片端子506之主面還上方。因而，無法降低感測器501全體之高度。
又，感測器晶片502以接著劑507a、507b分別以機械方式直接連接於IC晶片503之下面及保護殼504之上面。因而，因接著劑507a、507b之硬化而產生之應力殘留於感測器晶片502之支撐體502c或可撓部502a。又，因保護殼504與感測器晶片502之線膨脹係數有差，故產生熱應力。又，封裝有保護殼504之印刷基板撓曲時等，直接對感測器晶片502之支撐體502c施加應力。因該等應力，感測器輸出之溫 度特性惡化，或於感測器輸出產生滯後現象，感測器501之加速度之檢測精確度降低。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本專利公開公報2005-233889號
專利文獻2 日本專利公開公報2005-169541號
發明概要
感測器包含有電路基板、配線連接層、感測器元件及導電柱。電路基板具有第1電極。於配線連接層設有連接於第1電極之第2電極、第3電極。感測器元件具有第4電極。導電柱將第3及第4電極電性連接。
此感測器可以高效率驅動。
圖式簡單說明
第1圖係本發明第1實施形態之感測器之立體圖。
第2圖係第1圖所示之感測器之線2-2之概略截面圖。
第3A圖係第1實施形態之感測器之感測器元件的立體圖。
第3B圖係第1實施形態之感測器之分解立體圖。
第4圖係第1實施形態之感測器之概略截面圖。
第5圖係第1實施形態之感測器之分解立體圖。
第6圖係本發明第2實施形態之感測器之概略截面圖。
第7圖係第2實施形態之感測器之分解立體圖。
第8圖係本發明第3實施形態之感測器之概略截面圖。
第9圖係第3實施形態之感測器之分解立體圖。
第10圖係本發明第4實施形態之感測器之概略截面圖。
第11圖係本發明第5實施形態之感測器之概略截面圖。
第12圖係本發明第6實施形態之感測器之概略截面圖。
第13圖係顯示第6實施形態之感測器之感測器元件之驅動阻抗的圖。
第14圖係顯示本發明第7實施形態之感測器之概略截面圖。
第15圖係本發明第8實施形態之感測器之分解立體圖。
第16圖係第8實施形態之感測器之橫截面圖。
第17圖係顯示第8實施形態之感測器之配線連接層的展開立體圖。
第18圖係本發明第9實施形態之感測器之橫截面圖。
第19圖係本發明第10實施形態之感測器之橫截面圖。
第20A圖係顯示第10實施形態之感測器之製造方法的示意截面圖。
第20B圖係顯示第10實施形態之感測器之製造方法的示意截面圖。
第20C圖係顯示第10實施形態之感測器之製造方法的示意截面圖。
第21圖係習知感測器之概略截面圖。
第22A圖係另一習知感測器之分解立體圖。
第22B圖係第22A圖所示之感測器之橫截面圖。
用以實施發明之形態 第1實施形態
第1圖係本發明第1實施形態之為角速度感測器之感測器1的外觀立體圖。第2圖係第1圖所示之感測器1之線2-2的截面圖。第3A圖係感測器1之感測器元件222的立體圖。第3B圖係感測器1之分解立體圖。如第1圖~第3B圖所示，感測器1包含有感測器元件222、電路基板3、用以將感測器元件222與電路基板3電性連接之配線連接層4、配置於感測器222之上面之上蓋5、作為用以搭載電路基板3之中繼基板之引線框架6。各零件以薄膜狀接著劑等接著固定而具有積層構造。在此，電路基板3與配線連接層4之面積約略相等，感測器元件222之面積小於電路基板3。又，配線連接層4與引線框架6以連結線7電性連接。又，上蓋5、感測器元件222及電路基板3形成為以環氧樹脂等樹脂8成型之構造。藉以樹脂8將感測器1成型，而於將感測器1搭載於行動機器等時，可確保對振動、撞擊之強度及電絕緣性。
感測器元件222係於矽基材上形成有壓電元件之振動器，以機械方式振動。壓電元件係於壓電薄膜之上下設有上部電極及下部電極之結構。此外，感測器元件222亦可為將壓電體加工而形成者，藉形成為於矽基材上形成有壓電元件之結構，可使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術，高精確度地加工，而可使感測器元件222小型。如第3A圖所示，感測器元件222具有具電極2g之電極面2f。電極面2f積層成與配線連接層4對向。
在此結構中，以壓電元件產生之電荷檢測施加角速度 時之柯氏力引起之振動器的變位量。然後，將此所檢測出之電荷作為類比檢測信號而往電路基板3輸出。
電路基板3於矽基材上使用半導體製程而形成有用以生成角速度信號之電路。即，電路基板3從感測器元件222藉由配線連接層4接收上述類比檢測信號，進行同步檢波處理後，以A/D轉換轉換成數位信號，施行濾波處理或補正處理等必要之數位信號處理後，將角速度檢測信號作為數位信號而輸出。
引線框架6具有作為配線連接層4與感測器1之外部電路之中繼基板的功能。引線框架6可以Cu、Al等導電性高之材料形成，與配置於配線連接層4之外周之電極以連結線7連接。又，藉由引線框架6與感測器1之外部進行信號之交換。
配線連接層4係用以將感測器元件222與電路基板3電性連接之層，電源、接地、信號線、電極等細微之配線層以Cu、Al等導電性金屬形成於聚醯亞胺樹脂等絕緣體層之表面。又，配線連接層4為以薄膜技術交互積層有複數絕緣體層與配線層之多層構造。又，為連接各層之配線層間、配線層與感測器元件222或電路基板3之電極間，乃於絕緣體層內形成有金屬製複數導孔導體。由於聚醯亞胺樹脂除了具有高耐熱性、高絕緣性還具有低介電常數之特徵，而可使配線容量小，故可抑制因配線層間之電容耦合引起之高頻雜訊對信號線之不良影響。再者，由於隔著絕緣體層之上下配線層間之電容耦合小，故可使配線連接層4薄，而 可實現感測器1之薄型化。關於配線連接層4之細節後述。
又，如前述，感測器元件222之面積小於電路基板3之面積，感測器元件222形成為配置於電路基板3之表面之約中央的結構。因而，為不易將感測器元件222與電路基板3之電極直接連接之結構。
第4圖係第1實施形態之感測器1之概略截面圖。此外，第4圖係示意顯示感測器1之概略截面圖者，實際上配線連接層4之厚度較感測器222之厚度及電路基板3之厚度薄。第4圖顯示配線連接層4以2層構成之情形。即，配線連接層4具有已積層之配線連接層4a、4b。使用第4圖，就配線連接層4之結構及感測器元件222與電路基板3間之電性連接詳細說明。於電路基板3之表面配置有電極3a、3b。於配線連接層4之表面配置有電極10a、10b。電極3a、3b分別連接於電極10a、10b。配線連接層4a具有絕緣體層13a、形成於絕緣體層13a之上面之金屬導體之配線層11a、11b及貫穿絕緣體層13a而形成之導孔導體12a、12b。配線層11a與電極10a藉由導孔導體12a連接，配線層11b與電極10b藉由導孔導體12b連接。
配線連接層4b具有絕緣體層13b、形成於絕緣體層13b之上面之電極10c、10d及貫穿絕緣體層13b而形成之導孔導體12c、12d。配線連接層4a之配線層11a與配線連接層4b之電極10c藉由導孔導體12c連接。又，配線層11b與電極10d藉由導孔導體12d連接。電極10d與感測器元件222之電極2g直接連接。又，配線連接層4b之電極10c與引線框架6藉由 連結線7連接。
舉例言之，按施加之角速度從感測器元件222之電極2g輸出之微弱的類比檢測信號經由電極10d、導孔導體12d、配線層11b、導孔導體12b、電極10b而輸入至電路基板3之電極3b。又，從電路基板3之電極3a輸出之數位信號之角速度檢測信號經由電極10a、導孔導體12a、配線層11a、導孔導體12c、電極10c、連結線7、引線框架6而往感測器1之外部輸出。信號以外，電源、接地等亦藉由配線連接層4a、4b連接。
因配線層11a、11b及導孔導體12a~12d形成為配線長度短而形成低阻抗，故從連結線7輻射之高頻之數位雜訊的影響非常小。又，因聚醯亞胺樹脂為低介電常數，故配線層間及導孔導體層之配線容量小，故在配線連接層4內可大幅減低數位信號之高頻雜訊對類比檢測信號造成之影響。又，藉增加配線連接層4之層數，配線之自由度增加，而可更減低雜訊之影響。
又，第1實施形態之感測器1藉以樹脂8將周圍成型，不需如第21圖所示之習知感測器50般，收納於陶瓷包，藉此，可較習知之感測器50更小型化。
第5圖係顯示感測器1之另一配線連接層4之分解立體圖。第5圖所示之配線連接層4以配線連接層4c、4d、4e、4f之4層構成。在電路基板3之正上方，配線連接層4c、4d、4e、4f中最靠近電路基板3之配線連接層4c的配線層區域全體形成有接地層11c。藉此，可有效率地遮蔽來自電路基板 3之電磁輻射，而可防止高頻之數位雜訊對配線連接層4c~4f各自之配線層、或者感測器元件222之內部之類比檢測信號造成不良影響。
此外，令第5圖所示之配線連接層4之配線連接層之數為4層，但不限於此。從小型化、製造成本、配線之自由度等之觀點採用最適合之層數即可。
第2實施形態
第6圖係本發明第2實施形態之感測器101之概略截面圖。在第6圖中，對與第4圖所示之第1實施形態之感測器1相同之部份附上相同之參照標號。在第2實施形態之感測器101中，與第1實施形態之感測器1不同，於配線連接層4b之絕緣體層13b設凹部14，且於凹部14之底面形成有接地層11d。
在配線連接層4a、4b中，配線連接層4b最靠近感測器元件222。凹部14形成於在配線連接層4b之未配置有電極之中央部與感測器元件222對向之面。如此，藉於感測器元件222之正下方、最靠近感測器元件222之配線連接層4b形成接地層11d，可有效率地遮蔽從電路基板3輻射之數位雜訊。特別是感測器元件222於電極面2f之中央部具有可動部2j(第3A圖)，於可動部3j設驅動電極或檢測電極時，可以接地層11d大幅地減低對驅動電極或檢測電極造成不良影響之數位雜訊。
第7圖係顯示第2實施形態之另一感測器102之配線連接層4之分解立體圖。在第7圖中，對與第6圖所示之感測器 101相同之部份附上相同之參照標號。第7圖所示之配線連接層4以積層之配線連接層4g、4h、4i之3層構成。如第7圖所示，配線連接層4g、4h、4i中配線連接層4i最靠近感測器元件222。藉於感測器222之正下方、配線連接層4i之絕緣體層之凹部形成接地層11d，較如第5圖所示之感測器1般，使用1個配線連接層作為接地層時，減少配線連接層之層數，而可小型化。又，為相同之層數之配線連接層時，可使配線之自由度更大。
第3實施形態
第8圖係本發明第3實施形態之感測器103之概略截面圖。在第8圖中，對與第4圖所示之第1實施形態之感測器1相同之部份附上相同之參照標號。第3實施形態之感測器103更包含有形成於配線連接層4b之絕緣體層13b上且覆蓋感測器元件222之外周之接地層11e。
如第8圖所示，於絕緣體層13b與感測器元件222之電極面2f(底面)間存在間隙。又，感測器元件222其周圍以樹脂8覆蓋而成型。因而，未形成有接地層11e時，樹脂8進入此間隙，有侵入感測器元件222之電極面2f之虞。當樹脂8侵入感測器元件222之電極面2f時，妨礙可動部2j之可動，而無法進行作為感測器之正常之動作。是故，藉接地層11e覆蓋感測器元件222之外周，形成保護區域15，而防止樹脂8之浸入。
再者，亦可以上蓋5及接地層11e密開保護區域15。藉密閉保護區域15，可將作用於感測器元件222之可動部2j之黏滯阻力保持均一，而可抑制感測器222之靈敏度之變化。
又，亦可令保護區域15為真空。由於藉令保護區域15為真空，可降低作用於感測器元件222之可動部2j之黏滯阻力，故可縮小感測器元件222與絕緣體層3b之間隙。再者，藉以接地層11e覆蓋感測器元件222之外周，可遮蔽來自外部之雜訊。此外，在第3實施形態之感測器103中，接地層11e形成於配線連接層4b之絕緣體層13b，亦可形成於感測器元件222。又，接地層11e亦可為連接於接地以外之部份之單純之金屬層。
第9圖係第3實施形態之另一感測器104之分解立體圖。在第9圖中，對與第7圖所示之第2實施形態之感測器102相同的部份附上相同之參照標號。第9圖所示之感測器104包含有配線連接層4j取代第7圖所示之配線連接層4i。如第9圖所示，於感測器元件222之電極面2f(底面)之正下方之第3配線連接層4j形成有覆蓋感測器元件222之外周之接地層11e。可由接地層11e及上蓋5將電極面2f形成為密閉空間，而可防止樹脂對電極面2f之侵入。
第4實施形態
第10圖係第4實施形態之感測器105之截面圖。在第10圖中，對與第2圖所示之第1實施形態之感測器1相同的部份附上相同之參照標號。第4實施形態之感測器105除了第1實實施形態之感測器1，更包含有金屬製蓋16。在第1實施形態之感測器1中，感測器105之上蓋5、感測器元件222及電極基板3以樹脂8成型。在第4實施形態之感測器105中，感測器元件222及電路基板3以蓋16覆蓋。蓋16連接於作為中 繼基板之引線框架6。引線框架6以樹脂8成型。樹脂8未將感測器105之感測器元件222及電路基板3成型。藉此結構，由於不需要在第1實施形態之感測器1之上蓋5，故感測器105可更薄型化。又，由於感測器元件222之周圍無樹脂8，故亦無樹脂8侵入感測器元件222之電極面2f之虞。
第5實施形態
第11圖係本發明第5實施形態之感測器106之概略截面圖。在第11圖中，對與第2圖所示之第1實施形態之感測器1相同之部份附上相同之參照標號。第5實施形態之感測器106收納於陶瓷包9取代以第2圖所示之樹脂8成型。
在第11圖中，電路基板3藉由接著劑搭載於陶瓷包9之基部9a(中繼基板)之上面。配線連接層4之電極與陶瓷包9之中繼基板之電極以連結線7連接，藉由陶瓷包9之基部9a(中繼基板)與外部電路連接，而進行信號之交換。陶瓷包9一般熱傳導率高，而可將在電路基板3等產生之熱以良好效率散熱。又，陶瓷包9在機械方面強，而可針對振動、撞擊來保護感測器106。
誠如以上所說明，在第1~第5實施形態之感測器1、101~106中，積層有感測器元件222與電路基板3。於感測器元件222與電路基板3間設配線連接層4，以配線連接層4將感測器元件222與電路基板3電性連接。藉此，相較於以連結線連接感測器元件222與電路基板3間之習知感測器，可實現不易受雜訊之影響且檢測精確度高之感測器。
又，在述第1~第5實施形態，絕緣體層使用了聚醯亞胺 樹脂，絕緣體層亦可使用陶瓷。由於陶瓷係與矽之線膨脹係數之差小，故藉於配線連接層使用陶瓷，因熱應力引起之畸變不易產生。再者，絕緣體層亦可使用玻璃環氧基板。由於玻璃環氧基板低價，故可實現感測器之低成本化。
又，在第1~第5實施形態中，中繼基板以引線框架6或陶瓷包9之基部9a構成，亦可以環氧樹脂基板構成。藉此，由於可降低中繼基板之成本，故可實現感測器之低成本化。
第6實施形態
第12圖係本發明第6實施形態之感測器107之概略截面圖。在第12圖中，對與第1圖至第5圖所示之第1實施形態之感測器1相同的部份附上相同之參照標號。配線連接層4具有主面4t、主面4t之相反側之背面4s。電極10d設於主面4t。電極10a、10b設於背面4s。感測器元件222之電極2g連接於配線連接層4之電極10d。電路基板3之電極3a、3b分別連接於配線連接層4之電極10a、10b。感測器107更包含有抵接第1實施形態之感測器1之感測器元件222之電極2g與配線連接層4之電極10d間而設而將電極2g與電極10d電性連接的導電柱41。在第6實施形態中，導電柱41主要由銅構成，抵接電極2g與電極10d之部份施行了鍍金。
外部電路將驅動信號輸出至感測器元件222而使可動部2j振動(第3A圖)。當感測器222在可動部2j振動之狀態下被施加角速度或加速度等慣性力時，從電極2g輸出按照該慣性力之信號。感測器元件222之電極面2f與配線連接層4對向。可以導電柱41將電極面2f於與配線連接層4間確保空 間2h。藉電極面2f面向以導電柱41確保之空間2h，可降低作用於感測器元件222之可動部2j之空氣的黏滯阻力，故不致妨礙可動部2j之振動。藉此，可減低外部電路驅動感測器元件222而使其振動之際之感測器元件222的驅動阻抗，外部電路可以高效率驅動感測器元件222。
第13圖顯示感測器元件222之驅動阻抗，特別是顯示為空間2h之高度之感測器元件222之電極面2f與配線連接層4間的距離L1與感測器元件222之驅動阻抗之關係。如第13圖所示，距離L1宜與100μm相同或較此大。藉此，感測器元件222之驅動阻抗約460kΩ以下，而可以高效率驅動感測器元件222。距離L1為100μm之感測器107之驅動阻抗較距離為60μm之感測器107低10%左右。一般電極之厚度與20μm左右相同或較此大。因而，為使距離L1與100μm相同或較此大，導電柱41之高度宜與60μm相同或較此大。
此外，在感測器107，配線連接層4亦可為第6圖至第9圖所示之第2、第3實施形態之感測器101~104之配線連接層4。又，感測器107亦可包含有第10圖、第11圖所示之第4、第5實施形態之感測器105、106之蓋16或陶瓷包9。
第7實施形態
第14圖係本發明第7實施形態之感測器108之概略截面圖。在第14圖中，對與第12圖所示之第6實施形態之感測器107相同的部份附上相同之參照標號
感測器108除了第12圖所示之感測器107之構成構件外，更包含有具有設有凹部45a之表面45s之支撐基材45。 配線連接層4更具有較電極10d更靠近配線連接層4之端部且設於主面4t之電極10e。支撐基材45具有設於表面45s之電極45b。電極10e與電極45b連接成感測器元件222進入支撐基材45之凹部45a。感測器元件222與支持基材45拉開距離。藉此構造，使感測器元件222之電極面2f與配線連接層4間之距離L1大，而可減低感測器元件222之驅動阻抗，且可使感測器108薄型化。
此外，在第1~第7實施形態中，感測器以角速度感測器為例而作了說明，感測器亦可適用於位置感測器、加速度感測器、氣壓感測器等其他感測器元件。
又，在第1~第7實施形態中，為積層有感測器元件222與電路基板3之結構，電路基板3亦可為IC晶片等積體電路晶片。
第8實施形態
第15圖及第16圖分別係本發明第8實施形態之感測器601之展開立體圖、橫截面圖。支撐基材521由多層印刷配線板或多層陶瓷基板構成。於支撐基材521之上面521t之約中央部形成有凹部521a。於支撐基材521之底面等設有外部電極。於上面521t之凹部521a之周邊部配置有與外部電極電性連接之電極521b。感測器元件522由單晶矽基板等構成，具有可動部522g，並將繞預定軸旋轉之角速度轉換為電信號。電路基板523處理來自感測器元件522之輸出信號，輸出對感測器元件522施加之對應於繞預定軸旋轉之角速度的直流電壓、數位信號等。在第8實施形態中，電路基板523 為IC晶片。於電路基板523之下面523s之周邊部設有電極523a、523b。配線連接層524具有由聚醯亞胺等彈性體構成之絕緣層524d。於配線連接層524之下面524s設有電極524a、524b。於感測器元件522之上面522t之周邊部配置有電極522a。電極524a與電極522a對向。電極523a電性連接於電極524a。於支撐基材521之上面521t且為凹部521a之周邊部設有電極521b。電極524b與電極521b對向。電路基板523之電極523b電性連接於電極524b。電極522a與電極524a以由焊料或金等導體形成之導電柱525a連接。於配線連接層524之下面524s之約中央部設有凹部524c。凹部524c防止因空氣之黏滯阻力引起之空氣阻尼作用於可動部。藉電極542b以導電柱525b與電極521b連接，感測器522可以不與支撐基材521接觸之狀態收納於支撐基材521之凹部521a內。於導電柱525b之周圍注入底部填充樹脂525c，俾填充配線連接層524與支撐基材521之間隙，以密封支撐基材521之凹部521a。
第17圖係特別顯示配線連接層524之感測器601之展開立體圖。參照第17圖，說明於電路基板523上形成配線連接層524之方法。首先將聚醯亞胺等感光性塗佈劑旋轉塗佈於電路基板523上，形成具有約2μm之厚度之樹脂層530後，施行預烘處理。接著，藉由形成有預定圖形之光罩，將紫外線照射於樹脂層530後，顯像、淋洗，接著硬化。藉此，使樹脂層530之照射了紫外線之部份光硬化而殘留，同時，溶解去除以光罩遮斷了紫外線之樹脂層530之未硬化部 份，而形成到達電路基板523之電極523a之貫穿孔630a。然後，以濺鍍法於樹脂層530之表面530s形成由鎳等構成之金屬層，同時，於貫穿孔630a之內壁面形成由鎳等構成之金屬層，而形成導孔導體530a。接著，使用光刻技術及蝕刻技術，於樹脂層530之表面530s形成電極530b與配線圖形630b。配線圖形630b將電極530b與導孔導體530a連接
然後，將聚醯亞胺等感光性塗佈劑以旋轉塗佈塗佈於樹脂層530之表面5630s上，形成具有約70μm之厚度之樹脂層531後，施行預烘處理。接著，藉由形成有預定圖形之光罩，將紫外線照射於樹脂層531後，顯像、淋洗，接著硬化。藉此，形成分別到達形成於樹脂層530之導孔導體530a及電極530b之貫穿孔631b及貫穿孔631c，同時，於約中央部形成作為凹部524c之開口部531a。然後，以濺鍍法於樹脂層531之表面形成由鎳等構成之金屬層，同時，於貫穿孔631b、631c之內壁面形成金屬層，藉此，形成導孔導體531b、531c。其次，使用光刻技術及蝕刻技術，去除導孔導體531b、531c與其周圍以外之金屬層。之後，藉施行電解電鍍處理，於樹脂層531上形成電極524a、524b。
在第8實施形態之感測器601中，使用導電柱525a，將感測器元件522及電路基板523以電性方式、機械方式連接，並將感測器元件522收納於設在支撐基材521之約中央之凹部521a內。之後，藉由導電柱525b將電路基板523與支撐基材521以電性方式、機械方式連接。因而，不需要形成為感測器之小型化之障礙的連結線。再者，由於使用底部 填充樹脂525c，密封支撐基材521之凹部521a，故可廢除保護電路基板523之能動部及感測器元件522之蓋，藉此，感測器601可小型化。
感測器元件522與支撐基材521拉開距離而收納於凹部521a。在第8實施形態中，配線連接層524具有由具有0.6Gpa~6Gpa之楊氏係數之聚醯亞胺等彈性體構成的絕緣層524d。由於電路基板523與感測器元件522藉由由彈性體構成之配線連接層524連接，故在將電路基板523與感測器元件522間之導電柱525a加熱壓著後，於感測器元件522不致殘留畸變。因而，可防止將電路基板523與支撐基材521間之導電柱525b以超音波壓著於521b、524b之際之電路基板523的破損。又，電路基板523與支撐基材521間、或電路基板523與感測器元件522間有線膨脹係數之差時，熱應力亦藉配線連接層524予以緩和。又，封裝有支撐基材521之印刷基板撓曲時，亦不對感測器元件522直接施加起因於印刷基板之撓曲之應力，感測器522之輸出之溫度特性不致惡化，或不致於感測器元件522之輸出產生滯後現象。藉此，可獲得小型化、薄型化且可正確地檢測角速度之感測器601。
第9實施形態
第18圖係本發明第9實施形態之感測器602之橫截面圖。在第18圖中，對與第15圖至第17圖所示之第8實施形態之感測器601磁部份附上相同之參照標號。
在第9實施形態之感測器602中，聯結凹部521a與支撐基材521之外部之貫穿孔540設於支撐基材521。於貫穿孔 540開口之支撐基材521之開口部540a配置有僅供氣體透過之隔膜541。隔膜541堵塞貫穿孔540。隔膜541係空氣等氣體可透過，但液體或固體無法透過，由四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚合體(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等多微孔性材料構成。
隔膜541防止液體狀或固體狀異物進入設於支撐基材521之上面521t之凹部521a。由於隔膜541具有透氣性，故得以不產生凹部521a與外部之氣壓差。藉此，將感測器602以迴焊封裝封裝於印刷基板時，可防止焊劑等流入凹部521a內，而可防止因凹部521a之內壓增大引起之感測器602之特性變動，而可獲得可正確且穩定地檢測加速度或角速度等物理量之感測器602。
此外，在第7實施形態之感測器108中，亦可於支撐基材45設與貫穿孔540相同之貫穿孔，且設與堵塞該貫穿孔之隔膜541相同之隔膜。
第10實施形態
第19圖係本發明第10實施形態之感測器603之橫截面圖。在第19圖中，對與第18圖所示之第9實施形態之感測器602相同的部份附上相同之參照標號。
第10實施形態之感測器603更包含有被覆第18圖所示之第9實施形態之感測器603的電路基板523之上面523t與側面及支撐基材521之上面521t之樹脂550。樹脂550可藉將接合有電路基板523之支撐基材521載置於模具內而閉模後，將樹脂材料注入模具而形成
在感測器603中，感測器元件522密封於凹部521a內，並且未使用連結線。因而，不致對感測器元件522或連結線直接施加樹脂成型時之應力，而可提高電路基板523之機械強度，並且可保護IC晶片等電路基板523免於靜電。藉此，由於可易將感測器603封裝於印刷基板，故感測器603可正確且穩定地檢測加速度或角速度等物理量。
第20A圖至第20C圖係顯示感測器603之製造方法之截面圖，顯示以樹脂550被覆電路基板523之上面523t與側面及支撐基材521之上面521t的另一方法。
第20A圖顯示形成樹脂550之加工裝置564。加工裝置564具有具凹部560a之加工托盤560、密封凹部560a之膜片563。如第20A圖所示，在樹脂材料550a承載於電路基板523之上面523t之狀態下，將接合有電路基板523之支撐基材521載置於加工托盤560之凹部560a內。樹脂材料550a具有樹脂561及貼合於樹脂561之下面之積層膜562。樹脂561係在常溫無黏稠之半硬化狀態之b階段。積層膜562之下面配置於電路基板523之上面523t上。膜片563具有可塑性及耐熱性。
接著，如第20B圖所示，將加工托盤560內排氣，同時，將膜片563加熱、加壓，使樹脂561軟化，而以樹脂材料550a被覆電路基板523之上面523t與側面及支撐基材521之上面521t。
然後，如第20C圖所示，將加工托盤560之凹部560a內開放為大氣，同時，停止對膜片563之加壓，冷卻樹脂561。藉此，樹脂561完全硬化。藉此，可以樹脂材料550a、即樹 脂550被覆、保護電路基板523之上面523t與側面及支撐基材521之上面521t，而可獲得可正確且穩定地檢測加速度或角速度等物理量之感測器603。
如上述，第8~第10實施形態之感測器601~603包含有支撐基材521、感測器元件522、電路基板523。於支撐基材521之約中央部設有凹部521a。感測器元件522具有可動部，且將加速度、角速度等物理量轉換成電信號。電路基板523處理來自感測器元件522之輸出信號。藉由包含彈性體之配線連接層524，將感測器元件522之上面522t之周邊部與電路基板523之下面523s以電性方式及機械方式接合。將支撐基材521之上面521t與電路基板523之下面以電性方式及機械方式接合，將感測器元件522與支撐基材521拉開距離而收納於凹部521a內，並且密封凹部521a。將感測器元件522與電路基板523間及電路基板523與支撐基材521間藉由由彈性體構成之配線連接層524以電性方式、機械方式連接，且將感測器元件522密封於設在支撐基材521之凹部521a內。再者，感測器元件522不直接接觸支撐基材521。藉此構造，不需連接各零件間之金屬線，感測器元件222得以不因來自外部之應力等受到影響，而可獲得小型化、薄型化且可正確地檢測加速度或角速度等物理量之感測器601~603。感測器601~603特別作為用於汽車或航空機等輸送機器或行動終端等，檢測作用於該等機器之加速度或角速度等物理量之感測器為有用。
此外，在第8~第10實施形態中，感測器601~603亦可適用於位置感測器、加速度感測器、氣壓感測器等其他感測 器元件522。
在上述實施形態中，指示「上面」「下面」等之方向之用語顯示僅憑藉感測器元件或配線連接層等感測器之構成構件之相對位置關係的相對方向，非顯示鉛直方向等之絕對方向。
產業上之可利用性
本發明之感測器可廣泛地適用於搭載於行動電話、數位照相機、行動型遊戲機、PDA等行動機器之感測器。
1，101-108，601-603，50，501‧‧‧感測器
2f‧‧‧電極面
2g，3a，3b，10a-10e，45b，521b，522a，523a，523b，524a，524b，530b‧‧‧電極
2h‧‧‧空間
2j，522g‧‧‧可動部
3，523‧‧‧電路基板
4，4a-4j，524‧‧‧配線連接層
4t‧‧‧主面
4s‧‧‧背面
5‧‧‧上蓋
6‧‧‧引線框架
7，56，57‧‧‧連結線
8，550，561‧‧‧樹脂
9，51‧‧‧陶瓷包
9a‧‧‧基部
11a，11b‧‧‧配線層
11c-11e‧‧‧接地層
12a-12d，530a，531b，531c‧‧‧導孔導體
13a，13b‧‧‧絕緣體層
14，45a，521a，524c‧‧‧凹部
15‧‧‧保護區域
16，504a‧‧‧蓋
41，525a，525b‧‧‧導電柱
45，521‧‧‧支撐基材
45s‧‧‧表面
52，507a，507b‧‧‧接著劑
53‧‧‧電路晶片
54‧‧‧薄膜接著劑
55，502‧‧‧感測器晶片
222，522‧‧‧感測器元件
502a‧‧‧可撓部
502b‧‧‧秤錘部
502c‧‧‧支撐體
503‧‧‧IC晶片
504‧‧‧保護殼
505‧‧‧感測器晶片端子
506‧‧‧IC晶片端子
508a，508b‧‧‧金屬線
509‧‧‧保護殼端子
521t‧‧‧支撐基材521之上面
522t‧‧‧感測器元件522之上面
523s‧‧‧電路基板523之下面
523t‧‧‧電路基板523之上面
524d‧‧‧絕緣層
524s‧‧‧配線連接層524之下面
525c‧‧‧底部填充樹脂
530，531‧‧‧樹脂層
530s‧‧‧樹脂層530之表面
531a，540a‧‧‧開口部
540，630a，631b，631c‧‧‧貫穿孔
541‧‧‧隔膜
550a‧‧‧樹脂材料
560‧‧‧加工托盤
560a‧‧‧凹部
562‧‧‧積層膜
563‧‧‧膜片
564‧‧‧加工裝置
630b‧‧‧配線圖形
L1‧‧‧距離
第1圖係本發明第1實施形態之感測器之立體圖。
第2圖係第1圖所示之感測器之線2-2之概略截面圖。
第3A圖係第1實施形態之感測器之感測器元件的立體圖。
第3B圖係第1實施形態之感測器之分解立體圖。
第4圖係第1實施形態之感測器之概略截面圖。
第5圖係第1實施形態之感測器之分解立體圖。
第6圖係本發明第2實施形態之感測器之概略截面圖。
第7圖係第2實施形態之感測器之分解立體圖。
第8圖係本發明第3實施形態之感測器之概略截面圖。
第9圖係第3實施形態之感測器之分解立體圖。
第10圖係本發明第4實施形態之感測器之概略截面圖。
第11圖係本發明第5實施形態之感測器之概略截面圖。
第12圖係本發明第6實施形態之感測器之概略截面圖。
第13圖係顯示第6實施形態之感測器之感測器元件之驅動阻抗的圖。
第14圖係顯示本發明第7實施形態之感測器之概略截面圖。
第15圖係本發明第8實施形態之感測器之分解立體圖。
第16圖係第8實施形態之感測器之橫截面圖。
第17圖係顯示第8實施形態之感測器之配線連接層的展開立體圖。
第18圖係本發明第9實施形態之感測器之橫截面圖。
第19圖係本發明第10實施形態之感測器之橫截面圖。
第20A圖係顯示第10實施形態之感測器之製造方法的示意截面圖。
第20B圖係顯示第10實施形態之感測器之製造方法的示意截面圖。
第20C圖係顯示第10實施形態之感測器之製造方法的示意截面圖。
第21圖係習知感測器之概略截面圖。
第22A圖係另一習知感測器之分解立體圖。
第22B圖係第22A圖所示之感測器之橫截面圖。
2f‧‧‧電極面
2g，3a，3b，10a，10b，10d‧‧‧電極
2h‧‧‧空間
3‧‧‧電路基板
4‧‧‧配線連接層
4s‧‧‧背面
4t‧‧‧主面
41‧‧‧導電柱
107‧‧‧感測器
222‧‧‧感測器元件
L1‧‧‧距離

Claims (23)

  1. 一種感測器，係包含有：電路基板，係具有第1電極者；配線連接層，係具有主面及前述主面之相反側之背面，並具有設於前述背面之第2電極及設於前述主面之第3電極者；感測器元件，係具有第4電極者；導電柱，係將前述第3電極與前述第4電極電性連接者；及支撐基材，具有設置有凹部的表面，又，前述第1電極與前述第2電極電性連接，前述第2電極與前述第3電極電性連接，且前述配線連接層更具有較前述第3電極靠近前述配線連接層之端部且設於前述主面之第5電極，前述支撐基材具有設於前述表面之第6電極，前述感測器元件進入前述支撐基材之前述凹部，且前述第5電極與前述第6電極連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中前述感測器元件具有具可動部且設有前述第4電極之電極面，前述感測器元件之前述電極面與前述配線連接層之前述主面對向。
  3. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中前述導電柱之高度與60μm相同或大於60μm。
  4. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中， 前述第4電極是設於前述感測器元件的電極面前述第1電極是設於前述電路基板之表面，前述感測器元件之前述電極面之面積小於前述電路基板之前述表面之面積。
  5. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中前述配線連接層具有：絕緣體層，係具有設有前述第3電極之面者；接地層，係設於前述絕緣體層上者；又，於前述絕緣體層之前述面設有與前述感測器元件對向之凹部，前述接地層設於前述凹部之底。
  6. 如申請專利範圍第5項之感測器，其中前述配線連接層之前述絕緣體層由彈性體構成。
  7. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中前述感測器元件具有具可動部且設有前述第4電極之電極面，前述配線連接層更具有覆蓋與前述感測器元件對向之區域之外周的接地層。
  8. 如申請專利範圍第1項之感測器，其中前述配線連接層具有複數絕緣體層、及與前述複數絕緣體層交互積層之複數配線層，前述複數配線層之至少1個係接地層。
  9. 如申請專利範圍第8項之感測器，其中前述複數絕緣體層由聚醯亞胺樹脂構成。
  10. 如申請專利範圍第8項之感測器，其中前述複數絕緣體 層由陶瓷構成。
  11. 如申請專利範圍第8項之感測器，其中前述複數絕緣體層由玻璃環氧基板構成。
  12. 如申請專利範圍第1項之感測器，其更包含有：中繼基板，係搭載前述電路基板者；蓋，係接合於前述中繼基板，且覆蓋前述電路基板及前述感測器元件者。
  13. 如申請專利範圍第1項之感測器，其更包含有：中繼基板，係搭載前述電路基板者；上蓋，係設於前述感測器元件之上面者；樹脂所形成之構件，係覆蓋前述上蓋、前述感測器元件及前述電路基板者。
  14. 如申請專利範圍第12或13項之感測器，其更包含有具有設有凹部之表面之支撐基材，且於前述支撐基材設有連結於前述凹部並貫穿前述支撐基材而聯通至前述凹部之外部之貫穿孔，又，該感測器更包含有堵塞前述貫穿孔且僅供氣體透過之隔膜。
  15. 如申請專利範圍第12或13項之感測器，其中前述中繼基板由引線框架構成，該感測器更包含有連接前述引線框架與前述配線層之連結線。
  16. 如申請專利範圍第12或13項之感測器，其中前述中繼基板由陶瓷基板構成， 該感測器更包含有連接前述陶瓷基板與前述配線層之連結線。
  17. 如申請專利範圍第12或13項之感測器，其中前述中繼基板由玻璃環氧基板構成，該感測器更包含有連接前述玻璃環氧基板與前述配線層之連結線。
  18. 一種感測器，係包含有：電路基板，係具有第1電極者；配線連接層，係具有主面及前述主面之相反側之背面，並具有設於前述主面之第2電極及設於前述背面之第3電極者；感測器元件，係具有第4電極者；及支撐基材，係具有設有凹部之表面者；又，前述第1電極與前述第2電極電性連接，前述第3電極與前述第4電極電性連接，前述第2電極與前述第3電極電性連接，前述感測器元件具有具可動部且設有前述第4電極之電極面，前述感測器元件之前述電極面與前述配線連接層之前述背面對向，前述配線連接層更具有較前述第3電極靠近前述配線連接層之端部且設於前述背面之第5電極，前述支撐基材具有設於前述表面之第6電極，前述第5電極與前述第6電極連接成前述感測器元 件進入前述支撐基材之前述凹部，前述支撐基材之前述凹部被密封。
  19. 如申請專利範圍第18項之感測器，其中於前述支撐基材設有連結於前述凹部並貫穿前述支撐基材而聯通至前述凹部之外部之貫穿孔，又，該感測器更包含有堵塞前述貫穿孔且僅供氣體透過之隔膜。
  20. 如申請專利範圍第18或19項之感測器，其更包含有覆蓋前述電路基板之上面與側面及支撐基材之上面的樹脂。
  21. 一種感測器，係包含有：電路基板，係具有第1電極者；配線連接層，係具有主面及前述主面之相反側之背面，並具有設於前述背面之第2電極及設於前述主面之第3電極者；感測器元件，係具有第4電極者；導電柱，係將前述第3電極與前述第4電極電性連接者；中繼基板，搭載前述電路基板者；蓋，係接合於前述中繼基板，且覆蓋前述電路基板及前述感測器元件者；支撐基材，具有設置有凹部的表面，又，前述第1電極與前述第2電極電性連接，前述第2電極與前述第3電極電性連接，且，於前述支撐基材設有連結於前述凹部並貫穿前述支撐基材而聯通至前述凹部之外部之貫穿孔， 又，該感測器更包含有堵塞前述貫穿孔且僅供氣體透過之隔膜。
  22. 如申請專利範圍第21項之感測器，其更包含有：中繼基板，係搭載前述電路基板者；上蓋，係設於前述感測器元件之上面者；樹脂所形成之構件，係覆蓋前述上蓋、前述感測器元件及前述電路基板者。
  23. 如申請專利範圍第21項之感測器，其中前述配線連接層更具有較前述第3電極靠近前述配線連接層之端部且設於前述主面之第5電極，前述支撐基材具有設於前述表面之第6電極，前述第5電極及前述第6電極連接成前述感測器元件進入前述支撐基材之前述凹部。
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