TWI535997B - A sensor device, an action sensor, and an electronic device - Google Patents

A sensor device, an action sensor, and an electronic device Download PDF

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Shuji Kojima
Toshiyuki Enta
Akinori Shindo
Terunao Hanaoka
Yasuo Yamasaki
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Description

感測器裝置、動作感測器及電子機器
本發明係關於一種感測器裝置、使用感測器裝置之動作感測器及使用其等之電子機器。
先前，於感測加速度或角速度等之感測器裝置中，已知有包含感測器元件與具有驅動該感測器元件之功能之電路元件的感測器裝置。
作為該感測器裝置，揭示有將包含作為感測器元件之陀螺振動片與作為電路元件之半導體裝置(以下，稱為半導體基板)的感測器裝置收納於封裝中的角速度感測器(陀螺感測器)(例如，參照專利文獻1)。
於該構成中，半導體基板係固定於支撐基板上，且與形成於支撐基板上之配線部電性連接。又，感測器元件(陀螺感測器元件)係以藉由與固定於配置在感測器元件與半導體基板之間的聚醯亞胺膜上之內引線部連接，而與半導體基板保持空隙且俯視時與該半導體基板重疊之方式而配置。再者，內引線部係固定於聚醯亞胺膜上，並且固定於支撐基板上。
並且，感測器元件係進行使用雷射光等除去感測器元件之主表面(表背面)上所形成之重錘層的調諧(頻率調整：亦稱為F調)，具有高精度之功能(例如，參照專利文獻1、專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-281341號公報(圖1)
專利文獻2：日本專利特開2008-151633號公報(圖10)
然而，於上述之感測器裝置之構成中，有時，感測器元件之調諧時所使用之雷射光不僅除去重錘層並且透過感測器元件，到達與感測器元件相向之聚醯亞胺膜。存在如下之問題：若雷射光到達聚醯亞胺膜，則經雷射光照射之部分之聚醯亞胺膜將熔融，熔融後之聚醯亞胺膜之一部分會爆沸且附著於感測器元件之主表面上。再者，有附著之聚醯亞胺膜之熔融粒會導致調諧不均等感測器元件之電氣特性劣化之虞。
本發明係為了解決上述課題之至少一部分而成者，可實現以下之形態或應用例。
[應用例1]　本應用例之感測器裝置之特徵在於包含：半導體基板、設置於上述半導體基板之主動面側之第1電極、電性連接於上述第1電極且設置於上述主動面側之外部連接端子、設置於上述半導體基板與上述外部連接端子之間的應力緩和層、設置於上述半導體基板之上述主動面側之連接用端子、以及感測器元件，該感測器元件包含基部、自該基部延伸之振動部及連接部、以及形成於上述振動部上之質量調整部，上述感測器元件係藉由上述連接部與上述外部連接端子之連接而保持於上述半導體基板上，且包含形成於俯視時重疊之上述應力緩和層與上述質量調整部之間的熔融保護層。
根據本應用例，因於俯視時重疊之應力緩和層與質量調整部之間形成有熔融保護層，故而當調整感測器元件之質量調整部時，透過感測器元件之雷射光被熔融保護層遮斷而未到達應力緩和層。因此，未產生應力緩和層之熔融，從而可防止應力緩和層之熔融物附著於感測器元件之主表面。藉此，可提供一種能防止由附著之聚醯亞胺膜之熔融粒引起的調諧不均等感測器元件之電氣特性之劣化，且電氣特性穩定之感測器裝置。
又，藉由設置熔融保護層，可縮小感測器元件與應力緩和層之間隔，從而可提供一種薄型之感測器裝置。
[應用例2]　上述應用例之感測器裝置之特徵在於：上述第1電極與上述外部連接端子之電性連接係藉由設置於上述主動面側之再配置配線而實現。
根據本應用例，感測器裝置可藉由再配置配線而自由(任意)地設計外部連接端子之位置或其排列。
[應用例3]　上述應用例之感測器裝置之特徵在於：上述外部連接端子為突起電極。
根據本應用例，感測器裝置中，因外部連接端子為突起電極，故而可於感測器元件與半導體基板之間設置間隙，從而可避免感測器元件與半導體基板之接觸。藉此，感測器裝置可進行感測器元件之穩定之驅動。
[應用例4]　上述應用例之感測器裝置之特徵在於：上述熔融保護層形成於上述應力緩和層之上述感測器元件側之外表面。
根據本應用例，可同時進行熔融保護層之形成與再配置配線之形成，從而可容易地形成而無需增加形成步驟。
[應用例5]　上述應用例之感測器裝置之特徵在於：上述熔融保護層為金屬層，且連接於接地(GND)電位。
根據本應用例，可藉由連接於接地(GND)電位之熔融保護層來遮斷傳播至電源之雜訊，因而可進行穩定之電源電位之供給。
[應用例6]　上述應用例之感測器裝置之特徵在於：上述半導體基板之主動面被上述熔融保護層覆蓋。
根據本應用例，可藉由連接於接地(GND)電位之熔融保護層來遮斷對於半導體基板之主動區域內所形成之配線等傳播之雜訊，因而可防止雜訊對半導體基板之電氣特性的影響。又，透過感測器元件之雷射光被熔融保護層遮斷而未到達主動面，因而可防止形成於主動區域之配線等因雷射光而破損。
[應用例7]　上述應用例之感測器裝置之特徵在於：形成有複數個上述應力緩和層及上述再配置配線。
根據本應用例，藉由使應力緩和層及再配置配線為複數個(多層結構)，再配置配線之配線環繞之自由度變高，從而可擴大可形成熔融保護層之區域。換而言之，可提高熔融保護層之形成圖案之自由度。
[應用例8]　本應用例之動作感測器之特徵在於：其包含上述應用例中之任一項之感測器裝置、及收納上述感測器裝置之封裝，且上述感測器裝置係收納於上述封裝中。
根據本應用例之動作感測器，可提供一種包含發揮上述應用例中所揭示之效果之感測器裝置的動作感測器。並且，動作感測器係使用經薄型化之感測器裝置，故而可實現薄型化。
[應用例9]　本應用例之動作感測器之特徵在於：其包含複數個上述應用例中之任一項之感測器裝置、及收納上述複數個感測器裝置之封裝，且上述複數個感測器裝置係以上述各感測器元件之主表面彼此所成之角度大致為直角之方式而配置並收納於上述封裝內。
根據本應用例之動作感測器，可提供一種包含複數個發揮上述應用例中所揭示之效果之感測器裝置的動作感測器。
又，因各感測器裝置係以各感測器元件之主表面彼此所成之角度大致為直角之方式而配置並收納於封裝內，故而可以1個動作感測器進行與複數個軸對應之感測。
[應用例10]　上述應用例之動作感測器之特徵在於：至少1個上述感測器元件之主表面係與連接於上述封裝之外部構件之被連接面大致平行。
根據本應用例之動作感測器，可以1個動作感測器進行與包含與封裝之被連接面大致正交之軸的複數個軸對應之感測。
[應用例11]　本應用例之電子機器之特徵在於：其包含上述應用例中之任一項之感測器裝置或上述應用例中之任一項之動作感測器。
根據本應用例之電子機器，可提供一種電氣特性穩定，且小型、薄型之電子機器。
以下，按照圖式對將本發明具體化之實施形態進行說明。
(第1實施形態)
圖1係表示第1實施形態之感測器裝置之概略構成之示意圖，且係自感測器元件側俯瞰所見之俯視圖。圖2係圖1所示之感測器裝置之正剖面圖。
如圖1及圖2所示，感測器裝置1包含作為半導體基板之矽基板10、作為感測器元件之振動陀螺元件(陀螺振動片)20、基底基板30、及導線40。
於矽基板10上形成有在主動面10a側包含電晶體或記憶元件等半導體元件而構成之積體電路(未圖示)。該積體電路包含用於驅動振動陀螺元件20並使其振動之驅動電路、與檢測角速度加快時振動陀螺元件20上產生之檢測振動的檢測電路。
矽基板10包含：設置於主動面10a側之第1電極11、電性連接於第1電極11且設置於主動面10a側之外部連接端子12、設置於主動面10a與外部連接端子12之間的應力緩和層15、以及設置於主動面10a側之連接用端子13。
第1電極11係直接導通於矽基板10之積體電路而形成者。又，於主動面10a上形成有成為純化膜之第1絕緣層14，於該第1絕緣層14上、且於第1電極11上形成有開口部14a。
藉由上述之構成，第1電極11成為於開口部14a內露出於外側之狀態。
於第1絕緣層14上，在避開第1電極11或其他電極之位置上，形成有包含絕緣樹脂之應力緩和層15。
又，於應力緩和層15上形成有作為再配置配線之配線16。配線16係藉由貫通於應力緩和層15而設之導孔14b，於第1絕緣層14之開口部14a內與第1電極11連接。該配線16係用於進行積體電路之電極之再配置者，自配置於矽基板10之特定部位之第1電極11經由導孔14b延伸至中央部側而形成。
該配線16係配線於矽基板10之第1電極11與外部連接端子12之間，故而一般被稱為再配置配線，其係用於相對於因微設計而位置之限制較大的第1電極11而任意移動外部連接端子12之位置來進行配置，提高矽基板10與振動陀螺元件20之連接位置之自由度的重要構成要素。
進而，於應力緩和層15上形成有熔融保護層42。熔融保護層42係設置於包括如後所述將振動陀螺元件20連接於矽基板10上時，與作為振動陀螺元件20之質量調整部之重錘部27a、27b、28a、28b相向的位置之應力緩和層15上。熔融保護層42係與配線16同樣地形成為再配置配線，且經由未圖示之導孔等而連接於接地(GND)電位。
再者，熔融保護層42亦可設置於至少包括與作為質量調整部之重錘部27a、27b、28a、28b相向之位置，且位於與其他之矽基板10之主動面10a相向之位置上的應力緩和層15上。
熔融保護層42設置於如上所述之位置，藉此，對於應力緩和層15可產生雷射光之遮斷效果。
又，所形成之熔融保護層42係因可藉由連接於接地(GND)電位之熔融保護層來遮斷對電源或形成於導體基板之主動區域內之配線等傳播的雜訊，故而可進行穩定之電源電位之供給，或可防止雜訊對半導體基板之電氣特性產生影響。
又，於矽基板10之主動面10a側，在配線16或應力緩和層15上形成有包含樹脂之耐熱性之第2絕緣層17。再者，第2絕緣層17亦可為阻焊層。
於該第2絕緣層17上，在應力緩和層15上且在配線16上形成有開口部17a。藉由上述之構成，配線16成為在開口部17a內露出於外側之狀態。
並且，在露出於該開口部17a內之配線16上，配設有外部連接端子12。該外部連接端子12係例如成為由柱形金凸塊而形成之突起電極。再者，作為外部連接端子12，除柱形金凸塊以外，亦可由銅、鋁或焊接球等其他導電性材料形成。
於上述之構成中，形成於矽基板10上之積體電路經由第1電極11、配線16、外部連接端子12而與振動陀螺元件20電性連接。
此時，感測器裝置1中，因外部連接端子12變成突起電極，故而於振動陀螺元件20與矽基板10之間設置間隙。
又，在形成於矽基板10上之積體電路上，形成有除第1電極11以外之未圖示的其他電極。上述其他電極係與第1電極11之情形同樣，連接有再配置配線，且與在第2絕緣層17之開口部17b內露出於外部之連接用端子13連接。
連接用端子13係用於形成電性或機械連接之墊狀者，藉由使用有金(Au)、鋁(Al)等金屬之導線40而與基底基板30連接。
再者，於本例中，說明了使用導線40來將連接用端子13與基底基板30連接之構成，但亦可代替導線40而使用可撓性配線基板(FPC：Flexible Printed Circuits)進行連接。
第1電極11、其他電極、連接用端子13係藉由鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鋁(Al)、銅(Cu)或含有其等之合金等而形成。尤其關於連接用端子13，為了提高打線結合時之接合性，較佳為預先於其表面實施鎳(Ni)、金(Au)之鍍敷。
藉此，尤其可防止由鏽引起之接觸性、接合性之降低。又，亦可實施鍍錫鉛、預塗佈焊錫等最表面處理。
進而，配線16、熔融保護層42等再配置配線係藉由金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎢(W)、鈦鎢(TiW)、氮化鈦(TiN)、鎳(Ni)、鎳釩(NiV)、鉻(Cr)、鋁(Al)、鈀(Pd)等而形成。
再者，將在後段中揭示之第2實施形態中進行詳述，作為該等配線16等再配置配線，不僅可為使用上述材料之單層結構，亦可為複數種類之上述材料組合而成之積層結構。再者，關於該等配線16等再配置配線，因通常於同一步驟中形成，故而為相互相同之材料。
又，作為用於形成第1絕緣層14、第2絕緣層17之樹脂，例如使用聚醯亞胺樹脂、聚矽氧變性聚醯亞胺樹脂、環氧樹脂、聚矽氧變性環氧樹脂、丙烯酸樹脂、苯酚樹脂、BCB(benzocyclobutene，苯并環丁烯)及PBO(polybenzoxazole，聚苯并噁唑)等。
再者，關於第1絕緣層14，亦可藉由氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)等無機絕緣材料而形成。
再者，應力緩和層15亦可形成於形成有連接用端子13之矽基板10之外周部。
於與矽基板10之主動面10a相向之面側(非主動面10b側)，藉由接著劑50接合(連接)有基底基板30。
基底基板30係例如由如陶瓷基板般之絕緣性材料而形成，於與矽基板10接合之連接面31上形成有連接部32，於該連接部32形成有金(Au)、銀(Ag)等金屬被膜。
並且，連接部32與於矽基板10上所形成之連接用端子13係藉由導線40而連接。
再者，關於基底基板30，可舉例板狀之基板、或周圍具有側壁且中央部為凹狀之封裝(收納容器)。
於基底基板30為板狀之基板之情形時，連接於基底基板30上之矽基板10或振動陀螺元件20等係藉由連接於基底基板30之未圖示之金屬製蓋等而氣密性地密封。
又，於基底基板30為周圍具有側壁且中央部為凹狀之封裝(收納容器)之情形時，收納於封裝內之矽基板10或振動陀螺元件20等係使用在封裝之外壁接合於開口面之未圖示之金屬製蓋等而氣密性地密封。
振動陀螺元件20係以作為壓電材料之水晶為基材(構成主要部分之材料)而形成。水晶包含被稱為電性軸之X軸、被稱為機械軸之Y軸及被稱為光學軸之Z軸。
並且，振動陀螺元件20係沿著由水晶晶軸中正交之X軸及Y軸所規定之平面經切割而加工為平板狀，且於與平面正交之Z軸方向上具有特定之厚度。再者，特定之厚度係根據振盪頻率(共振頻率)、外形大小、加工性等而恰當地設定。
又，關於形成振動陀螺元件20之平板，允許水晶之切割角度在X軸、Y軸及Z軸之各個上於較小之範圍內存在誤差。例如，可使用以X軸為中心於0度至2度之範圍內旋轉切割而成者。關於Y軸及Z軸亦同樣。
振動陀螺元件20係藉由使用光微影技術之蝕刻(濕式蝕刻或幹式蝕刻)而形成。再者，可自1塊水晶晶圓獲取複數個振動陀螺元件20。
如圖1所示，振動陀螺元件20係被稱為雙T型之構成。
振動陀螺元件20包含：位於中心部分之基部21，自基部21沿著Y軸延伸之作為振動部之1對檢測用振動臂22a、22b，以與檢測用振動臂22a、22b正交之方式自基部21沿著X軸延伸之1對連結臂23a、23b，以及以與檢測用振動臂22a、22b平行之方式自各連結臂23a、23b之前端側沿著Y軸延伸之作為振動部的各1對驅動用振動臂24a、24b、25a、25b。
進而，振動陀螺元件20包含自基部21沿著Y軸延伸之複數根(本例中為4根)保持臂47與自保持臂47延設之2個元件連接部48a、48b。
又，關於振動陀螺元件20，於檢測用振動臂22a、22b上形成有未圖示之檢測電極，於驅動用振動臂24a、24b、25a、25b上形成有未圖示之驅動電極。
振動陀螺元件20係藉由檢測用振動臂22a、22b構成檢測角速度之檢測振動系統，藉由連結臂23a、23b與驅動用振動臂24a、24b、25a、25b構成驅動振動陀螺元件20之驅動振動系統。
又，於檢測用振動臂22a、22b之各自之前端部，形成有重錘部26a、26b作為質量調整部，於驅動用振動臂24a、24b、25a、25b之各自之前端部形成有作為質量調整部之重錘部27a、27b、28a、28b。
並且，於形成為寬幅形狀之重錘部26a、26b、27a、27b、28a、28b之各自之面上，形成有調諧用之重錘電極41。
藉由使用該等構成，振動陀螺元件20可實現小型化及角速度之檢測感度之提高。
振動陀螺元件20係以俯視時與矽基板10重疊之方式配置於矽基板10之主動面10a側。
再者，振動陀螺元件20係將基部21及各振動臂之表背面作為主表面。此處，將於基部21與外部電性連接之面稱為一主表面20a，將與一主表面20a相向之面稱為另一主表面20b。
於振動陀螺元件20之元件連接部48a、48b之一主表面20a上，形成有自上述各檢測電極、各驅動電極獲得之作為連接電極之汲取電極29，各汲取電極29與矽基板10之外部連接端子12係藉由導電性接著劑48而電性及機械地連接。
藉此，將振動陀螺元件20保持於矽基板10上。
此處，對感測器裝置1之振動陀螺元件20之動作進行說明。
圖3及圖4係說明振動陀螺元件之動作之俯視示意圖。圖3係表示驅動振動狀態，圖4(a)、圖4(b)係表示角速度加快之狀態時之檢測振動狀態。
再者，於圖3及圖4中，為了簡易地表現振動狀態，以線表示各振動臂，省略保持臂47及連接部。
於圖3中，說明振動陀螺元件20之驅動振動狀態。
首先，藉由自矽基板10之積體電路(驅動電路)施加驅動信號，於振動陀螺元件20未加快角速度之狀態下，驅動用振動臂24a、24b、25a、25b係向箭頭E所示之方向進行彎曲振動。該彎曲振動係以特定之頻率重複實線所示之振動姿態與2點鏈線所示之振動姿態。
進而，於進行該驅動振動之狀態下，若對振動陀螺元件20施加圍繞Z軸之角速度ω，則振動陀螺元件20進行如圖4所示之振動。
首先，如圖4(a)所示，於構成驅動振動系統之驅動用振動臂24a、24b、25a、25b及連結臂23a、23b上，受到箭頭B方向之科裏奧利力之作用。且同時，檢測用振動臂22a、22b係與箭頭B方向之科裏奧利力呼應，向箭頭C方向變形。
其後，如圖4(b)所示，於驅動用振動臂24a、24b、25a、25b及連結臂23a、23b上，受到向箭頭B'方向返回之力之作用。且同時，檢測用振動臂22a、22b係與箭頭B'方向之力呼應，向箭頭C'方向變形。
振動陀螺元件20係交替重複該一連串動作而激發新振動。
再者，箭頭B、B'方向之振動係相對於重心G之圓周方向之振動。並且，振動陀螺元件20係藉由形成於檢測用振動臂22a、22b上之檢測電極檢測出因振動而產生的水晶之應變而求出角速度。
此處，對第1實施形態之感測器裝置1之製造方法進行說明。
圖5係表示感測器裝置之製造步驟之流程圖，圖6~圖8係說明各製造步驟之示意圖。
圖6(a)~(c)係按步驟說明矽基板部分之製造步驟之剖面圖。
圖7係表示矽基板側與基底基板之連接部分之正剖面圖。
圖8係說明連接有振動陀螺元件之狀態時之步驟的剖面示意圖。
如圖5所示，感測器裝置1之製造方法包含如下之步驟：第1電極形成步驟S1、應力緩和層形成步驟S2、連接用配線形成步驟S3、外部連接端子形成步驟S4、基底基板準備步驟S5、基底基板連接步驟S6、連接用端子連接步驟S7、振動陀螺元件準備步驟S8、振動陀螺元件連接步驟S9與振動陀螺元件調諧步驟S10。
[第1電極形成步驟S1]
首先，準備矽基板10。
繼而，如圖6(a)所示，於矽基板10之主動面10a上之成為積體電路之導電部之位置上，形成第1電極11及未圖示之其他電極。
[應力緩和層形成步驟S2]
繼而，覆蓋第1電極11及其他電極而於矽基板10上形成第1絕緣層14，進而，覆蓋該第1絕緣層14而形成成為應力緩和層15之基底的樹脂層(未圖示)。
繼而，藉由眾所周知之光微影法及蝕刻法使樹脂層圖案化，以特定之形狀，即，於除去第1電極11之正上方位置(導孔14b)或其他電極之正上方位置的矽基板10之中央部，形成應力緩和層15。
再者，應力緩和層15亦可形成於形成有連接用端子13之矽基板10之外周部。
進而，藉由眾所周知之光微影法及蝕刻法除去覆蓋第1電極11及其他電極之第1絕緣層14之一部分，形成開口部14a。藉此，使該等開口部14a內露出第1電極11及其他之電極。
[連接用配線形成步驟S3]
繼而，如圖6(b)所示，形成經由導孔14b而連接於第1電極11之配線16，並且形成連接於其他電極之熔融保護層42等再配置配線(未圖示)。該等配線16、熔融保護層42等再配置配線之形成係以如下之方式而進行：以於開口部14a內導通於第1電極11或設置於未圖示之其他開口部之其他電極的方式按照該順序以濺鍍法使例如鈦鎢(TiW)、銅(Cu)等導電材料成膜，且以配線形狀圖案化後，於所獲得之圖案上以鍍敷法積層銅(Cu)等。
又，尤其是再配置配線之前端側，即連接用端子13側，係預先以墊狀圖案化，故而將該部分作為連接用端子13。
並且，尤其對於該連接用端子13，藉由於其表面實施鎳(Ni)、金(Au)之鍍敷，從而提高了打線結合時之接合性。再者，亦可實施鍍錫鉛、預塗佈焊錫等最表面處理。
[外部連接端子形成步驟S4]
繼而，覆蓋配線16、再配置配線及連接用端子13而形成第2絕緣層17，進而，藉由眾所周知之光微影法及蝕刻法除去覆蓋於配線16上之、與第1電極11側相反之側的第2絕緣層17之一部分，從而形成開口部17a。
藉此，於該開口部17a內露出配線16。又，與此同時，亦除去覆蓋連接用端子13之第2絕緣層17之一部分，從而形成開口部17b，藉此於該開口部17b內露出連接用端子13。
其後，如圖6(c)所示，在露出於開口部17a內之配線16上，形成由柱形金凸塊形成之外部連接端子12。再者，作為外部連接端子12，除柱形金凸塊以外，亦可由銅、鋁或焊接球、焊錫膏之印刷等其他導電性材料而形成。
再者，矽基板10係通常以矽晶圓獲取複數個，故而可藉由切割裝置等進行切割(切斷)及分離而獲得。
[基底基板準備步驟S5]
繼而，準備由陶瓷基板等所形成之基底基板30(參照圖7)。於基底基板30之一面上，形成有用於進行與矽基板10之電性連接之連接部32。
[基底基板連接步驟S6]
繼而，藉由接著劑50(參照圖7)將矽基板10之非主動面10b側連接(接合)於基底基板30之形成有連接部32之一面即連接面31。
[連接用端子連接步驟S7]
繼而，如圖7所示，藉由打線結合法使用導線40將矽基板10之連接用端子13與基底基板30之連接部32連接。
[振動陀螺元件準備步驟S8]
繼而，以上述之構成準備自水晶晶圓分離之振動陀螺元件20。
[振動陀螺元件連接步驟S9]
繼而，如圖8所示，將振動陀螺元件20載置於矽基板10上，將矽基板10之外部連接端子12與形成於振動陀螺元件20之元件連接部48a、48b之一主表面20a上之汲取電極29連接。
[振動陀螺元件調諧步驟S10]
繼而，如圖8所示，使用雷射光49進行振動陀螺元件20之調諧。
調諧係對於振動陀螺元件20之重錘部26a、26b、27a、27b、28a、28b之各個上所形成之重錘電極41照射經聚光之雷射光49而進行。經雷射光49照射之重錘電極41因雷射光49之能量而熔融、蒸發。因該重錘電極41之熔融、蒸發，使得檢測用振動臂22a、22b、驅動用振動臂24a、24b、25a、25b之質量發生變化。藉此，檢測用振動臂22a、22b、驅動用振動臂24a、24b、25a、25b之共振頻率發生變化，從而可進行各振動臂之平衡調整(調諧)。
此時，使重錘電極41熔融、蒸發之雷射光49有時會透過振動陀螺元件20，但於本例之構成中，因於與重錘部26a、26b、27a、27b、28a、28b之各個相向之位置上設置有熔融保護層42，故而雷射光49不會到達應力緩和層15。藉此，可防止由透過振動陀螺元件20之雷射光49引起應力緩和層15熔融之情況產生。
如上所述，第1實施形態之感測器裝置1包含設置於矽基板10之主動面10a側之連接用端子13，經由應力緩和層15而與第1電極11電性連接之外部連接端子12係與振動陀螺元件20之基部21之汲取電極29連接。
藉此，感測器裝置1可藉由連接用端子13將矽基板10與基底基板30連接，並且藉由設置於矽基板10與外部連接端子12之間的應力緩和層15來吸收、緩和自外部施加之衝擊等。
其結果，就感測器裝置1而言，因外部施加之衝擊等很難傳遞至振動陀螺元件20，故而可不經由如先前般之引線等而直接將矽基板10之外部連接端子12與振動陀螺元件20連接。
因此，感測器裝置1中無需考慮到引線之彎曲量而設之空隙，故而與先前之構成相比，可減小厚度。
又，感測器裝置1中，因第1電極11與外部連接端子12之電性連接係藉由設置於矽基板10之主動面10a側之再配置配線(配線16等)而形成，故而可藉由再配置配線而自由(任意)地設計外部連接端子12之位置或其排列。
又，感測器裝置1中，因外部連接端子12為突起電極，故而可於振動陀螺元件20與矽基板10之間設置間隙，從而可避免振動陀螺元件20與矽基板10之接觸。
藉此，感測器裝置1可進行振動陀螺元件20之穩定之驅動。
又，感測器裝置1可藉由設置於應力緩和層15面上之熔融保護層42，來防止因振動陀螺元件20與應力緩和層15之間隔變小而容易產生之、由透過振動陀螺元件20之雷射光49引起的應力緩和層15之熔融。藉此，可防止應力緩和層15熔融時產生之熔融粒附著於振動陀螺元件20之主表面20a上。藉此，可防止由附著之應力緩和層15之熔融粒之附著、脫落等引起之調諧不均等振動陀螺元件20的電氣特性之劣化。
又，亦可防止透過振動陀螺元件20之雷射光49透過應力緩和層15，到達矽基板10之主動面10a上，而使主動面10a上之積體電路等破損。上述構成尤其適合於要求更薄型之感測器裝置。
又，感測器裝置1之製造方法可製造並提供發揮上述之效果之感測器裝置1。
再者，作為連接電極之汲取電極29，亦可形成於除元件連接部48a、48b以外之部分上，例如形成於基部21之主表面20a上。
再者，該形態亦適用於以下之實施形態。
(第2實施形態)
利用圖9、圖10對第2實施形態之感測器裝置進行說明。圖9係示意性地表示第2實施形態之感測器裝置之概略構成之正剖面圖，圖10係表示第2實施形態之感測器裝置之製造步驟之流程圖。
再者，本第2實施形態之感測器裝置係與上述第1實施形態之構成相比應力緩和層及再配置配線之構成不同者。對與上述第1實施形態共通之部分附加同一符號並省略說明，以與上述第1實施形態不同之部分為中心進行說明。
如圖9所示，第2實施形態之感測器裝置60係構成為：將包含作為第1應力緩和層之應力緩和層15及作為第1連接用配線之配線16之再配置配線、與包含作為第2應力緩和層之應力緩和層45及作為第2連接用配線之配線44之再配置配線積層。
矽基板10及振動陀螺元件20之構成係與第1實施形態相同，故而省略說明。
於第1絕緣層14上，在避開第1電極11或其他電極之位置上，形成有包含絕緣樹脂之應力緩和層15。
又，於應力緩和層15上，形成有作為再配置配線之配線16。配線16係藉由貫通於應力緩和層15而設置之導孔14b，且於第1絕緣層14之開口部14a內與第1電極11連接。該配線16係用於進行積體電路之電極之再配置者，其係自配置於矽基板10之特定部位之第1電極11經由導孔14b向中央部側延伸而形成。
進而，於應力緩和層15、配線16等之上，形成有另一層應力緩和層45、配線44、熔融保護層42。配線44係藉由設置於應力緩和層45上之導孔43等而與配線16連接。再者，配線44之連接亦可與未圖示之其他配線或端子連接。
熔融保護層42係至少設置於，如後所述於矽基板10上連接有振動陀螺元件20時，與作為振動陀螺元件20之質量調整部之重錘部27a、27b、28a、28b相向之位置上。熔融保護層42係與配線44同樣地形成為再配置配線，經由未圖示之導孔或配線等連接於接地(GND)電位。
又，熔融保護層42亦可與包括與作為質量調整部之重錘部27a、27b、28a、28b相向之位置的矽基板10之主動面10a相向而設置。
所形成之熔融保護層42可藉由連接於接地(GND)電位之熔融保護層來遮斷對電源或形成於導體基板之主動區域內之配線等傳播之雜訊，故而可進行穩定之電源電位之供給，或者可防止雜訊對半導體基板之電氣特性之影響。
並且，於配線44上配設有外部連接端子12。該外部連接端子12係與第1實施形態同樣地成為形成為凸狀之突起電極。
於上述之構成中，形成於矽基板10上之積體電路係經由第1電極11、配線16、配線44、外部連接端子12等而與振動陀螺元件20電性連接。
此處，對第2實施形態之感測器裝置60之製造方法進行說明。
圖10係表示感測器裝置之製造步驟之流程圖。
如圖10所示，感測器裝置60之製造方法包含如下之步驟：第1電極形成步驟S101、第1應力緩和層形成步驟S102、第1連接用配線形成步驟S103、第2應力緩和層形成步驟S104、第2連接用配線形成步驟S105、外部連接端子形成步驟S106、基底基板準備步驟S107、基底基板連接步驟S108、連接用端子連接步驟S109、振動陀螺元件準備步驟S110、振動陀螺元件連接步驟S111、及振動陀螺元件調諧步驟S112。
於以下之說明中，對與第1實施形態中說明之製造步驟不同之第1應力緩和層形成步驟S102、第1連接用配線形成步驟S103、第2應力緩和層形成步驟S104及第2連接用配線形成步驟S105進行說明，省略與第1實施形態同樣之其他步驟之說明。
[第1應力緩和層形成步驟S102]
繼第1電極形成步驟S101之後，覆蓋第1電極11及其他電極而於矽基板10上形成第1絕緣層14，進而，覆蓋該第1絕緣層14而形成成為作為第1應力緩和層之應力緩和層15之基底的樹脂層(未圖示)。
繼而，藉由眾所周知之光微影法及蝕刻法使樹脂層圖案化，以特定之形狀，即，於除去第1電極11之正上方位置(導孔14b)或其他電極之正上方位置的矽基板10之中央部，形成應力緩和層15。
再者，應力緩和層15亦可形成於形成有連接用端子13之矽基板10之外周部。
進而，藉由眾所周知之光微影法及蝕刻法除去覆蓋第1電極11及其他電極之第1絕緣層14之一部分，從而形成開口部14a。藉此，於該等開口部14a內露出第1電極11及其他電極。
[第1連接用配線形成步驟S103]
繼而，形成經由導孔14b而連接於第1電極11之配線16，並且形成連接於其他電極之再配置配線(未圖示)。該等配線16、再配置配線之形成係以如下之方式而進行：以於開口部14a內導通於第1電極11或者未圖示之設置於其他開口部之其他電極的方式按照該順序以濺鍍法使例如鈦鎢(TiW)、銅(Cu)等導電材料成膜，且以配線形狀圖案化後，於所獲得之圖案上以鍍敷法積層銅(Cu)等。
又，尤其是再配置配線之前端側，即連接用端子13側預先以墊狀圖案化，故而將該部分作為連接用端子13。
並且，尤其是對於該連接用端子13，藉由於其表面實施鎳(Ni)、金(Au)之鍍敷，提高了打線結合時之接合性。再者，亦可實施鍍錫鉛、預塗佈焊錫等最表面處理。
[第2應力緩和層形成步驟S104]
繼而，於應力緩和層15上形成成為作為第2應力緩和層之應力緩和層45之基底的樹脂層(未圖示)。
繼而，藉由眾所周知之光微影法及蝕刻法使樹脂層圖案化，以特定之形狀，即，於除去用於連接配線16與後述之配線44之導孔43或其他電極之正上方位置的矽基板10之中央部，形成應力緩和層45。
再者，應力緩和層45亦可形成於形成有連接用端子13之矽基板10之外周部。
[第2連接用配線形成步驟S105]
繼而，於應力緩和層45上形成作為第2連接用配線之配線44，並且形成連接於其他電極之熔融保護層42等再配置配線(未圖示)。該等配線44、熔融保護層42等再配置配線之形成係以如下之方式而進行：以導通於導孔43或者設置於未圖示之其他開口部之其他電極的方式，按照該順序以濺鍍法使例如鈦鎢(TiW)、銅(Cu)等導電材料成膜，且以配線形狀圖案化後，於所獲得之圖案上以鍍敷法積層銅(Cu)。
繼而，進行外部連接端子形成步驟S106，該外部連接端子形成步驟S106之後的步驟係與上述之第1實施形態同樣，故而省略說明。
根據上述構成之第2實施形態之感測器裝置60，除第1實施形態之效果以外，藉由將應力緩和層、配線、再配置配線等形成多層結構，再配置配線之配線環繞之自由度變高，從而可擴大熔融保護層42之形成區域。換而言之，可提高熔融保護層42之形成圖案之自由度，從而可有助於感測器裝置60之進一步小型化。
於上述第2實施形態中，對於在作為第2應力緩和層之應力緩和層45上形成熔融保護層42之例進行了說明，但熔融保護層42亦可設置於作為第1應力緩和層之應力緩和層15之上表面，換而言之亦可設置於作為第1應力緩和層之應力緩和層15與作為第2應力緩和層之應力緩和層45之間。即便使用上述之構成，亦可防止透過振動陀螺元件20之雷射光49透過應力緩和層15、45，到達矽基板10之主動面10a上，而使主動面10a上之積體電路等破損。
(第3實施形態)
圖11係表示作為第3實施形態之動作感測器的陀螺感測器之概略構成之示意圖。圖11(a)係自封裝上表面俯視陀螺感測器所見之俯視圖，圖11(b)係(a)之正剖面圖。
再者，於圖11(a)中，方便起見，省略了蓋。又，對於與上述第1、第2實施形態共通之部分，省略其說明。
如圖11所示，作為動作感測器之陀螺感測器100包含3個感測器裝置(以下，稱為感測器裝置1a、感測器裝置1b、感測器裝置1c，與上述第1實施形態及第2實施形態中說明之感測器裝置1、60相同)、及將各感測器裝置收納於內部之大致長方體形狀之封裝80，感測器裝置1a、感測器裝置1b、感測器裝置1c配置、收納於封裝80之內部。
封裝80形成有具有包含底面83與壁面81、82之內面之凹部。該凹部係於收納感測器裝置1a、感測器裝置1b、感測器裝置1c後，被蓋(蓋體)84覆蓋。
封裝80之基底係使用成形並積層陶瓷生片且經煅燒而成之氧化鋁質燒結體。又，蓋84係使用科伐合金等金屬、玻璃、陶瓷等。
感測器裝置1a係以振動陀螺元件201之一主表面20a(參照圖2，以下省略參照之揭示)或另一主表面20b(參照圖2，以下省略參照之揭示)與封裝80之凹部之底面83大致平行的方式固定並連接於封裝80之底面83。並且，感測器裝置1a係與未圖示之封裝內部電極電性連接。
另外2個感測器裝置1b、1c係以各自之振動陀螺元件201、202、203之一主表面20a或另一主表面20b彼此所成之角度大致為直角的方式而配置、收納於封裝80之內部。
感測器裝置1b係固定並連接於封裝80之壁面81，感測器裝置1c係固定並連接於封裝80之壁面82。2個感測器裝置1b、1c均與未圖示之封裝內部電極電性連接。
再者，封裝內部電極係與設置於封裝80之外部之外部電極(未圖示)電性連接。外部電極、內部電極包含藉由對鎢(W)等金屬化層鍍敷鎳(Ni)、金(Au)等各被膜而積層而成之金屬被膜。
關於陀螺感測器100，於各感測器裝置1a、1b、1c如上所述配置、收納於封裝80之內部之狀態時，蓋84係藉由接縫環、低融點玻璃等接合構件接合於封裝80之上面。
藉此，封裝80之內部被氣密性地密封。再者，較佳為， 封裝80之內部係振動陀螺元件保持於真空狀態(真空度較高之狀態)，以免阻礙各感測器裝置之振動陀螺元件201、202、203之振動。
此處，說明陀螺感測器100之動作之概略。
此處，封裝80之底面83相對於相互正交之3軸之X'軸、Y'軸、Z'軸而言，與X'軸及Y'軸平行，與Z'軸正交。
藉此，於因外力等而使陀螺感測器100之姿勢發生變化，角速度加快之情形時，以振動陀螺元件201之一主表面20a或另一主表面20b與封裝80之底面83大致平行之方式而收納於封裝80之內部之感測器裝置1a係根據振動陀螺元件201之一主表面20a或另一主表面20b與Z'軸大致正交，而檢測出圍繞Z'軸之角速度。
另一方面，關於以振動陀螺元件202、203之一主表面20a或另一主表面20b彼此所成之角度大致為直角、並且各振動陀螺元件202、203之一主表面20a或另一主表面20b與感測器裝置1a之振動陀螺元件201之一主表面20a或另一主表面20b所成之角度大致為直角之方式，收納於封裝80內部之2個感測器裝置1b、1c，一方面，根據振動陀螺元件202之一主表面20a或另一主表面20b與X'軸大致正交，檢測出圍繞X'軸之角速度；另一方面，根據振動陀螺元件203之一主表面20a或另一主表面20b與Y'軸大致正交，檢測出圍繞Y'軸之角速度。
藉此，關於陀螺感測器100，可藉由1個陀螺感測器100檢測出圍繞相互正交之3軸之X'軸、Y'軸、Z'軸的角速度。
因此，陀螺感測器100適合使用於使用攝像機器之手振修正或GPS(Global Positioning System，全球定位系統)衛星信號之動態導航系統中的車輛等之姿勢檢測、姿勢控制等。
又，陀螺感測器100係使用上述第1實施形態或第2實施形態之感測器裝置，故而具有與上述第1實施形態或第2實施形態之感測器裝置同等之效果。即，陀螺感測器100可實現電氣特性穩定之小型、薄型化。
再者，對於作為上述第3實施形態之動作感測器的陀螺感測器100中，使用3個感測器裝置1a、1b、1c之例進行了說明，但感測器裝置之數量並不限定於此，1個以上即可。例如，若使用1個感測器裝置，則可檢測出1個軸方向上之角速度，若使用例如2個感測器裝置，則可檢測不同之2個軸方向之角速度。
(電子機器)
以下，參照圖12對裝載有上述感測器裝置及動作感測器之電子機器進行說明。圖12(a)~(c)係用於說明裝載有感測器裝置及動作感測器之電子機器之概略圖。
圖12(a)係對於行動電話之應用例。行動電話230包含天線部231、音頻輸出部232、音頻輸入部233、操作部234及顯示部200，於未圖示之控制電路部上裝載有上述感測器裝置及動作感測器。
圖12(b)係對於攝像機之應用例。攝像機240包含顯像部241、操作部242、音頻輸入部243及顯示部200，於未圖示之控制電路部上裝載有上述感測器裝置及動作感測器。
圖12(c)係對於個人數位助理器(PDA：PersonaI DigitaI Assistants)之應用例。個人數位助理器400包含複數個操作按鈕401、電源開關402及顯示部200，於未圖示之控制電路部上裝載有上述感測器裝置及動作感測器。
如上所述所裝載之感測器裝置及動作感測器係小型者且具有穩定之電性特性，從而可有助於電子機器之小型化、特性之穩定化。
再者，作為裝載有上述感測器裝置及動作感測器之電子機器，除圖12所示者以外，可列舉：遊戲機、遊戲機終端、數位相機、汽車導航裝置、工作站、可視電話等。並且，可較佳地作為發揮該等之各種電子機器之動作感測功能之構件。
1、60、1a、1b、1c．．．感測器裝置
10．．．作為半導體基板之矽基板
10a．．．主動面
10b．．．非主動面
11．．．第1電極
12．．．外部連接端子
13．．．連接用端子
14．．．第1絕緣層
14a、17a、17b．．．開口部
14b、43．．．導孔
15、45．．．應力緩和層
16．．．作為再配置配線之配線
17．．．第2絕緣層
20、201、202、203．．．作為感測器元件之振動陀螺元件
20a．．．一主表面
20b．．．另一主表面
21．．．基部
22a、22b．．．作為振動部之檢測用振動臂
23a、23b．．．連結臂
24a、24b、25a、25b．．．作為振動部之驅動用振動臂
26a、26b、27a、27b、28a、28b．．．重錘部
29．．．作為連接電極之汲取電極
30．．．基底基板
31．．．連接面
32．．．連接部
40．．．導線
41．．．重錘電極
42．．．熔融保護層
44．．．配線
47．．．保持臂
48．．．導電性接著劑
48a、48b．．．元件連接部
49．．．雷射光
50．．．接著劑
80．．．封裝
81、82．．．壁面
83．．．底面
84．．．蓋
100．．．作為動作感測器之陀螺感測器
200．．．顯示部
230．．．行動電話
231．．．天線部
232．．．音頻輸出部
233．．．音頻輸入部
234、242．．．操作部
240．．．攝像機
241．．．顯像部
243．．．音頻輸入部
400．．．個人數位助理器
401．．．複數個操作按鈕
402．．．電源開關
B、B'、C、C'、D、D'、E．．．箭頭
G．．．重心
X．．．電性軸
X'、Y'、Z'．．．相互正交之軸
Y．．．機械軸
Z．．．光學軸
ω．．．角速度
圖1係表示第1實施形態之感測器裝置之概略構成之示意圖，且係自感測器元件側俯瞰所見之俯視圖；
圖2係表示圖1所示之感測器裝置之概略構成之正剖面圖；
圖3係說明振動陀螺元件之動作之俯視示意圖；
圖4(a)、(b)係說明振動陀螺元件之動作之俯視示意圖；
圖5係表示第1實施形態之感測器裝置之製造步驟之流程圖；
圖6係說明第1實施形態之感測器裝置之製造步驟之示意圖，(a)~(c)係按步驟說明概略構成之剖面圖；
圖7係說明第1實施形態之感測器裝置之製造步驟之剖面示意圖；
圖8係說明第1實施形態之感測器裝置之製造步驟之剖面示意圖；
圖9係示意性地表示第2實施形態之感測器裝置之概略構成的正剖面圖；
圖10係表示第2實施形態之感測器裝置之製造步驟之流程圖；
圖11係示意性地表示第3實施形態之動作感測器之概略構成，(a)為俯視圖，(b)為正剖面圖；及
圖12(a)~(c)係表示裝載有感測器裝置及動作感測器之電子機器之概略的立體圖。
1．．．感測器裝置
10．．．矽基板
10a．．．主動面
10b．．．非主動面
11．．．第1電極
12．．．外部連接端子
13．．．連接用端子
14．．．第1絕緣層
14a、17a、17b．．．開口部
14b．．．導孔
15．．．應力緩和層
16．．．配線
17．．．第2絕緣層
20．．．作為感測器元件之振動陀螺元件
20a．．．一主表面
20b．．．另一主表面
21．．．基部
29．．．作為連接電極之汲取電極
30．．．基底基板
31．．．連接面
32．．．連接部
40．．．導線
41．．．重錘電極
42．．．熔融保護層
48．．．導電性接著劑
50．．．接著劑
X．．．電性軸
Y．．．機械軸
Z．．．光學軸

Claims (14)

  1. 一種感測器裝置，其特徵在於包含：半導體基板，其包含電路；第1電極，其電性連接於上述電路而設置於上述半導體基板之主動面之側；外部連接端子，其電性連接於上述第1電極且設置於上述主動面之側；應力緩和層，其設置於上述半導體基板與上述外部連接端子之間；連接用端子，其設置於上述半導體基板之上述主動面之側；及感測器元件，其包含基部、自該基部延伸之振動部及連接部、以及形成於上述振動部之質量調整部；上述感測器元件係藉由上述連接部與上述外部連接端子之連接而保持於上述半導體基板上，且包含形成於俯視時重疊之上述應力緩和層與上述質量調整部之間的熔融保護層。
  2. 如請求項1之感測器裝置，其中上述第1電極與上述外部連接端子之電性連接係藉由設置於上述主動面之側之再配置配線而實現。
  3. 如請求項1之感測器裝置，其中上述外部連接端子係突起電極。
  4. 如請求項1之感測器裝置，其中上述熔融保護層係形成於上述應力緩和層之上述感測器元件側之外表面。
  5. 如請求項1至4中任一項之感測器裝置，其中上述熔融保護層係金屬層，且連接於接地(GND)電位。
  6. 如請求項1至4中任一項之感測器裝置，其中上述半導體基板之主動面被上述熔融保護層覆蓋。
  7. 如請求項2之感測器裝置，其中形成有複數個上述應力緩和層及上述再配置配線。
  8. 如請求項1至4中任一項之感測器裝置，其中於上述半導體基板之主動面之側設有上述應力緩和層；於上述應力緩和層之與上述半導體基板相反之面側設有上述熔融保護層。
  9. 如請求項1至4中任一項之感測器裝置，其中上述應力緩和層係包含絕緣樹脂；上述熔融保護層係包含導電材料。
  10. 如請求項1至4中任一項之感測器裝置，其中上述熔融保護層係具有對於上述應力緩和層之雷射光的遮斷效果。
  11. 一種動作感測器，其特徵在於包含：如請求項1至10中任一項之感測器裝置；及收納上述感測器裝置之封裝；上述感測器裝置係收納於上述封裝中。
  12. 一種動作感測器，其特徵在於包含：複數個如請求項1至10中任一項之感測器裝置；及收納上述複數個感測器裝置之封裝； 上述複數個感測器裝置係以檢測相對於上述各感測器裝置彼此正交之軸的物理量之方式而配置、收納於上述封裝內。
  13. 如請求項12之動作感測器，其中至少1個上述感測器裝置係以檢測相對於與連接於上述封裝之外部構件之被連接面平行之軸的物理量之方式而配置於上述封裝內。
  14. 一種電子機器，其特徵在於：包含如請求項1至10中任一項之感測器裝置或如請求項11至13中任一項之動作感測器。
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