WO2019159837A1 - 慣性力センサ - Google Patents

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WO2019159837A1
WO2019159837A1 PCT/JP2019/004610 JP2019004610W WO2019159837A1 WO 2019159837 A1 WO2019159837 A1 WO 2019159837A1 JP 2019004610 W JP2019004610 W JP 2019004610W WO 2019159837 A1 WO2019159837 A1 WO 2019159837A1
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substrate
curved surface
sensor
electrode layer
curved
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PCT/JP2019/004610
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崇宏 篠原
江田　和夫
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond

Definitions

  • This disclosure relates to an inertial force sensor used for vehicle control and the like.
  • Patent Document 1 is known as a prior art document related to the present invention.
  • the above-described conventional configuration has a problem that the arrangement direction of the sensor is limited because electrical extraction can be performed only from the upper surface of the wiring-embedded glass substrate.
  • An object of the present disclosure is to provide an inertial force sensor that can increase the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction.
  • an inertial force sensor includes a sensor element having a stacked structure of a first substrate, a second substrate, and a sensor substrate.
  • the first substrate includes a substrate body, a first wiring, an electrode layer, and a silicon member.
  • the first wiring is provided inside the substrate body.
  • the electrode layer is provided on the substrate body and is electrically connected to the first wiring.
  • the silicon member is provided at an end of the substrate body.
  • the silicon member has a curved portion and a straight portion connected to the curved portion in a sectional view.
  • the electrode layer is provided across the curved portion and the straight portion.
  • An inertial force sensor includes a sensor element having a stacked structure of a first substrate, a second substrate, and a sensor substrate.
  • a recess is provided at the end of the first substrate.
  • the concave portion has a first curved surface and a second curved surface connected to the first curved surface.
  • the first curved surface is a cylindrical curved surface.
  • the second curved surface is a curved surface having an opening that becomes wider as the distance from the first curved surface increases.
  • the electrode layer is provided across the first curved surface and the second curved surface.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of the acceleration sensor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the same acceleration sensor.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the acceleration sensor element included in the acceleration sensor.
  • FIG. 4A is a top view of a first substrate included in the acceleration sensor element of the same.
  • FIG. 4B is a front view of the first substrate.
  • FIG. 5A is a top view of a sensor substrate provided in the acceleration sensor element of the same.
  • FIG. 5B is a front view of the sensor substrate.
  • FIG. 6A is a top view of a second substrate provided in the acceleration sensor element.
  • FIG. 6B is a front view of the second substrate.
  • 7A and 7B are diagrams showing the acceleration sensor element after mounting.
  • FIG. 8A and FIG. 8B are diagrams showing an acceleration sensor element mounted on the acceleration sensor according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is an enlarged view of a part of FIG. 8A.
  • FIG. 9B is a view of a part of FIG. 8A viewed from the A1 direction.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a process of etching a silicon member by a non-Bosch process.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating the silicon member at the time when the etching process described in FIG. 8A is completed.
  • FIG. 10C is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line R1 in FIG. 10B.
  • an acceleration sensor that detects acceleration as an example of an inertial force sensor will be described.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an internal configuration of the acceleration sensor 100.
  • the package substrate 104 is mounted on the external substrate 106.
  • the lid that closes the opening of the package is not shown for the sake of simplicity.
  • an acceleration sensor element 101 and a detection circuit 103 that performs various calculations based on an output from the acceleration sensor element 101 and detects a physical quantity are mounted.
  • the lead terminal 105 is pulled out from the package substrate 104.
  • the lead terminals 105 drawn from the package substrate 104 are connected to the external substrate 106.
  • the acceleration sensor 100 is a sensor that detects capacitance type acceleration.
  • the acceleration sensor 100 is manufactured by MEMS technology.
  • FIG. 2 is a view of the acceleration sensor 100 as viewed from above.
  • the acceleration sensor element 101 is disposed such that the electrode layer 374 is exposed in a top view as shown in FIG. A metal wire 371 is connected to the electrode layer 374. Details of the electrode layer 374 will be described later.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the acceleration sensor element 101.
  • a part of the configuration of the acceleration sensor element 101 may be omitted.
  • the acceleration sensor element 101 has a structure in which a sensor substrate 130, a substrate 131a as a first substrate, and a substrate 131b as a second substrate are stacked.
  • the sensor substrate 130 has a structure sandwiched between the substrate 131a and the substrate 131b.
  • the direction in which the sensor substrate 130 and the substrates 131a and 131b are stacked is referred to as a stacking direction. That is, in FIG. 3, the Z-axis direction is the stacking direction.
  • the sensor substrate 130 includes a weight part 111 that detects acceleration in the X-axis direction, and beam parts 112a and 112b that support the weight part 111 on a support part 113.
  • a semiconductor substrate such as an SOI substrate can be used as the sensor substrate 130.
  • the substrate 131a includes a substrate main body 116, fixed electrodes 115a and 115c, and through wirings 114a, 114b, and 114c for extracting electric signals obtained from the fixed electrodes 115a and 115c to the outside.
  • a substrate body 116 a substrate including glass can be used as the substrate body 116.
  • each fixed electrode 115a, 115c for example, a metal thin film such as an Al—Si film can be used.
  • the substrate 131b is disposed on the package substrate 104.
  • a substrate including glass can be used as the substrate 131b.
  • the through wirings 114 a, 114 b and 114 c are provided through the substrate 131 a and are electrically connected to the fixed electrodes 115 a and 115 c or the acceleration sensor element 101. Although omitted in FIG. 3, an electrode layer 374 for connecting to the metal wire 371 is provided on the end faces of the through wirings 114 a, 114 b, and 114 c. In the following description, when the through wirings 114a, 114b, and 114c are not particularly distinguished, each of the through wirings 114a, 114b, and 114c is also referred to as a “through wiring 114”.
  • the acceleration sensor element 101 a capacitor whose capacitance changes according to acceleration is formed between the weight portion 111 and the fixed electrodes 115a and 115c. More specifically, when acceleration is applied to the weight portion 111, the beam portions 112a and 112b are twisted and the weight portion 111 is displaced. Thereby, the area and interval at which the fixed electrodes 115a and 115c and the weight portion 111 face each other change, and the capacitance of the capacitor changes.
  • the acceleration sensor element 101 can detect acceleration from the change in capacitance.
  • the inertial force sensor is the acceleration sensor 100 including the acceleration sensor element 101 that detects the acceleration in the X-axis direction.
  • the inertial force sensor may be an acceleration sensor including an acceleration sensor element that detects acceleration in the Y-axis direction or the Z-axis direction, for example.
  • the inertial force sensor may be an angular velocity sensor including an angular velocity sensor element that detects angular velocities around the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • the acceleration sensor element 101 is connected to the detection circuit 103 via a metal wire 371 (see FIG. 2).
  • FIG. 4A is a top view of the substrate 131a included in the acceleration sensor element 101
  • FIG. 4B is a front view of the substrate 131a
  • FIG. 5A is a top view of the sensor substrate 130 included in the acceleration sensor element 101
  • FIG. 5B is a front view of the sensor substrate 130
  • 6A is a top view of the substrate 131b included in the acceleration sensor element 101
  • FIG. 6B is a front view of the substrate 131b.
  • the fixed electrode 115a provided on the bonding surface side of the substrate body 116 with the sensor substrate 130 is electrically bonded to the through wiring 114a.
  • the fixed electrode 115c provided on the bonding surface side of the substrate body 116 with the sensor substrate 130 is electrically bonded to the through wiring 114c.
  • the first electrode 204 a and the second electrode 204 b are provided immediately above the insulating layer 202 a and the insulating layer 202 b in the recess 206 a of the sensor substrate 130.
  • the surfaces of the first electrode 204a and the second electrode 204b protrude slightly from the surface of the sensor substrate 130. It is preferable that the protruding height is approximately 1.0 ⁇ m or less. As a result, the first electrode 204a and the second electrode 204b are more reliably pressed when the sensor substrate 130 and the substrate 131a are joined together, and the connection between the sensor substrate 130 and the substrate 131a is improved. Reliability is improved.
  • the insulating layer (island portion) 202c is an island-shaped portion made of the same material as the sensor substrate 130 provided in the recess 206a of the sensor substrate 130.
  • the third electrode 204c provided immediately above the insulating layer 202c is connected to the through wiring 114b after the sensor substrate 130 and the substrate 131a are joined. That is, the through wiring 114 b supplies the potential of the sensor substrate 130.
  • the surface of the third electrode 204c slightly protrudes from the surface of the sensor substrate 130.
  • the protruding height is approximately 1.0 ⁇ m or less.
  • the third electrode 204c is press-contacted when the sensor substrate 130 and the substrate 131a are joined, and the electrical connection is made more reliably.
  • the first electrode 204a, the second electrode 204b, and the third electrode 204c are arranged to form a triangle when viewed from above. Thereby, since the symmetry of the sensor substrate 130 is improved, the temperature characteristics of the acceleration sensor element 101 are improved.
  • the insulating layers 202a to 202c and the first to third electrodes 204a to 204c are disposed in the recess 206a.
  • the outer portion of the recess 206a of the sensor substrate 130 is connected to the substrate 131a.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing the acceleration sensor element 101 after mounting.
  • FIG. 7A shows a case where the acceleration sensor element 101 is placed vertically
  • FIG. 7B shows a case where the acceleration sensor element 101 is placed horizontally.
  • the acceleration sensor element 101 can pull out the metal wire 371 regardless of whether the acceleration sensor element 101 is disposed in the vertical or horizontal direction with respect to the external substrate 106. As a result, it is easy to take out an electrical signal to the outside, so that there is an effect that the degree of freedom with respect to the direction in which the sensor is arranged can be improved.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams showing the acceleration sensor element 201 after mounting according to the present embodiment.
  • 8A shows a case where the acceleration sensor element 201 is placed vertically
  • FIG. 8B shows a case where the acceleration sensor element 201 is placed horizontally.
  • the acceleration sensor element 201 can draw the metal wire 371 regardless of whether the acceleration sensor element 201 is arranged in the vertical or horizontal direction with respect to the external substrate 106. As a result, it is easy to take out an electrical signal to the outside, so that there is an effect that the degree of freedom with respect to the direction in which the sensor is arranged can be improved.
  • FIG. 9A is an enlarged view of a part X1 surrounded by a broken line in FIG. 8A
  • FIG. 9B is a view of the part X1 in FIG. 8A viewed from the A1 direction.
  • the substrate 131 a included in the acceleration sensor element 201 has a silicon member 376.
  • the silicon member 376 is provided at the end of the substrate 131a (the right end in FIG. 8A), and intersects the direction in which the substrates 131a and 131b and the sensor substrate 130 are stacked (the vertical direction in FIG. 8A) (the direction perpendicular to the plane of FIG. 8A). ) Has an L-shape when viewed in cross section. Further, the silicon member 376 includes a curved portion 378 and a straight portion 340 connected to the curved portion 378. As shown in FIG. 9A, the electrode layer 374 is provided across the curved portion 378 and the straight portion 340.
  • the acceleration sensor element 201 can also be described as follows.
  • the substrate 131a has a recess 382 provided at the end of the substrate body 116 (the right end in FIG. 8A).
  • the recess 382 has a first curved surface 386 and a second curved surface 384.
  • the first curved surface 386 and the second curved surface 384 are arranged in the stacking direction of the sensor substrate 130 and the substrates 131a and 131b.
  • the first curved surface 386 is a cylindrical curved surface along the stacking direction.
  • the “cylindrical curved surface” in the present disclosure refers to a part (for example, a half circumference) of the inner peripheral surface along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the cylinder.
  • the second curved surface 384 is a curved surface whose opening becomes larger as the distance from the first curved surface 386 increases.
  • the second curved surface 384 is, for example, a funnel-shaped curved surface (funnel-shaped surface).
  • the “funnel-shaped curved surface” in the present disclosure refers to a part of the inner peripheral surface of the funnel (for example, a half circumference) of the inner peripheral surface along the circumferential direction.
  • the process of manufacturing the silicon member 376 of the acceleration sensor element 201 can include an etching process using a non-Bosch process and an etching process using a Bosch process.
  • the silicon member 376 embedded in the substrate 131a is etched.
  • a curved portion 378 of the silicon member 376, or in other words, a second curved surface 384 of the recess 382 is formed.
  • the silicon member 376 processed in the etching process using the non-Bosch process is further etched.
  • a curved portion 378 of the silicon member 376, or another expression, a second curved surface 384 is formed.
  • the straight portion 340 of the silicon member 376 in other words, the first curved surface 386 of the recess 382 is formed.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a process of etching the silicon member 376 embedded in the substrate 131a by a Bosch process.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating the silicon member 376 at the time when the etching process described in FIG. 10A is completed.
  • FIG. 10C is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line R1 in FIG. 10B.
  • the resist is etched while the silicon member 376 is being etched in the etching process using the Bosch process (in other words, while the silicon member 376 is being shaved in the direction of the arrow B1).
  • the resist 388 moves backward in the direction of the arrow C1).
  • the side surface (portion indicated by Q1 in FIG. 10B) of the silicon member 376 is etched by the amount that the resist 388 has retracted (region surrounded by the broken line P1 in FIG. 10B).
  • a hollow portion region surrounded by a broken line S1 in FIG. 10C) is generated on the side surface of the silicon member 376.
  • the electrode layer 374 is torn at the void portion when the electrode layer 374 is provided thereon by sputtering or the like. As described with reference to FIGS. 8A and 8B, the electrode layer 374 needs to be electrically connected to the through wirings 114a, 114b, and 114c. However, when the electrode layer 374 is torn at the above-mentioned gap, particularly when the structure of FIG. 8B is adopted, the electrical connection between the metal wire 371 and the through-wirings 114a, 114b, 114c cannot be made, and the acceleration sensor 100 Does not function as.
  • the etching process using the non-Bosch process is performed before the etching process using the Bosch process, and the silicon member 376 is undercut so that the side surface of the silicon member 376 can be removed. Can be suppressed. As a result, tearing of the electrode layer 374 can be suppressed.
  • the straight portion 340 (or the first curved surface 386) formed by the etching process using the Bosch process has a corrugated shape that is recognized on the shell surface of a scallop called scallop. Yes.
  • the electrode layer 374 is provided on the scallop, the adhesion of the electrode is deteriorated.
  • peeling of the wire may occur. Therefore, it is preferable that the straight portion 340 (or the first curved surface 386) be subjected to a TMAH process for smoothing the surface after the etching process using the Bosch process. This improves the adhesion of the electrodes. For this reason, when a metal wire is provided on the electrode layer 374 by wire bonding, peeling of the wire or the like can be suppressed.
  • the inertial force sensor (100) includes a sensor element (including a laminated structure of the first substrate (131a), the second substrate (131b), and the sensor substrate (130)). 101; 201).
  • the first substrate (131a) includes a substrate body (116), a first wiring (114) provided in the substrate body (116), and a first wiring (114) provided in the substrate body (116).
  • the silicon member (376) includes a curved portion (378) and a straight portion (340) connected to the curved portion (378) in a cross-sectional view.
  • the electrode layer (374) is provided across the curved portion (378) and the straight portion (340).
  • the electrode layer (374) is provided across the curved portion (378) and the straight portion (340), the degree of freedom of the drawing position of the metal wire (371) is improved, thereby It is possible to increase the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction.
  • the curved portion (378) and the straight portion (340) include the first substrate (131a), the second substrate (131b), and The sensor substrates (130) are arranged in the stacking direction (for example, the Z-axis direction).
  • the electrode layer (374) is provided across the curved portion (378) and the straight portion (340), the degree of freedom of the drawing position of the metal wire (371) is improved, thereby It is possible to increase the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction.
  • the silicon member (376) forms a curved portion (378) and a straight portion (340), and is L-shaped in a cross-sectional view. It has a part.
  • the electrode layer (374) is provided across the curved portion (378) and the straight portion (340), the degree of freedom of the drawing position of the metal wire (371) is improved, thereby It is possible to increase the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction.
  • the inertial force sensor (100) includes a sensor element (101; 201) having a laminated structure of a first substrate (131a), a second substrate (131b), and a sensor substrate (130). .
  • a recess (382) is provided at the end of the first substrate (131a).
  • the recess (382) has a first curved surface (386) and a second curved surface (384) connected to the first curved surface (386).
  • the first curved surface (386) is a cylindrical curved surface.
  • the second curved surface (384) is a curved surface in which the opening increases as the distance from the first curved surface (386) increases.
  • the electrode layer (374) is provided across the first curved surface (386) and the second curved surface (384).
  • the electrode layer (374) is provided across the first curved surface (386) and the second curved surface (384), the degree of freedom of the drawing position of the metal wire (371) is improved.
  • the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction can be increased.
  • the first curved surface (386) and the second curved surface (384) are the first substrate (131a) and the second substrate. (131b) and the sensor substrate (130) are arranged in the stacking direction.
  • the electrode layer (374) is provided across the first curved surface (386) and the second curved surface (384), the degree of freedom of the drawing position of the metal wire (371) is improved.
  • the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction can be increased.
  • the second curved surface (384) has a funnel shape.
  • the electrode layer (374) is provided across the first curved surface (386) and the second curved surface (384), the degree of freedom of the drawing position of the metal wire (371) is improved.
  • the degree of freedom regarding the sensor arrangement direction can be increased.
  • the configurations according to the second, third, fifth, and sixth aspects are not essential to the inertial force sensor (100) and can be omitted as appropriate.
  • the present disclosure is useful as a wiring embedded glass substrate and an inertial force sensor using the glass substrate.
  • Acceleration sensor Inertial force sensor 101, 201 Acceleration sensor element 104 Package substrate 105 Lead terminal 106 External substrate 111 Weight portion 113 Support portions 112a, 112b Beam portions 114, 114a, 114b, 114c Through wiring (first wiring) 115a, 115c Fixed electrode 116 Substrate body 130 Sensor substrate 131a Substrate (first substrate) 131b Substrate (second substrate) 202a, 202b, 202c Insulating layer 204a First electrode 204b Second electrode 204c Third electrode 206a Recessed portion 371 Metal wire 374 Electrode layer 376 Silicon member 378 Curved portion 340 Straight portion 382 Recessed portion 384 Second curved surface 386 First curved surface 386 Curved 388 resist

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Abstract

本開示の課題は、外部への電気的信号の取出しを容易にする配線埋め込みガラス基板を用いた慣性力センサを提供することである。本開示に係る慣性力センサは、第１の基板、第２の基板及びセンサ基板の積層構造体を有するセンサ素子を備える。第１の基板は、基板本体と、第１の配線と、電極層（３７４）と、シリコン部材（３７６）と、を備える。第１の配線は、基板本体の内部に設けられる。電極層（３７４）は、基板本体に設けられ、第１の配線と電気的に接続される。シリコン部材（３７６）は、基板本体の端部に設けられる。シリコン部材（３７６）は、断面において、曲線部（３７８）と、曲線部（３７８）に接続される直線部（３４０）と、を有する。電極層（３７４）は、曲線部（３７８）と直線部（３４０）とに跨って設けられる。

Description

慣性力センサ
　本開示は、車両制御などに用いる慣性力センサに関する。
　従来、配線を埋め込んだガラス基板を用いて配線の引き回しを行う配線埋め込みガラス基板、及びその配線埋め込みガラス基板を用いたセンサが知られている。
　なお、この発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
　しかしながら、上記従来の構成は、配線埋め込みガラス基板の上面からしか電気的な引き出しができないため、センサの配置方向が制限されるという課題があった。
特開２０１４－１３１８３０号公報
　本開示の目的は、センサの配置方向に関する自由度を高めることができる慣性力センサを提供することである。
　上記目的を解決するために本開示の一態様に係る慣性力センサは、第１の基板、第２の基板及びセンサ基板の積層構造体を有するセンサ素子を備える。前記第１の基板は、基板本体と、第１の配線と、電極層と、シリコン部材と、を備える。前記第１の配線は、前記基板本体の内部に設けられる。前記電極層は、前記基板本体に設けられ前記第１の配線と電気的に接続される。前記シリコン部材は、前記基板本体の端部に設けられる。前記シリコン部材は、断面視において、曲線部と、前記曲線部に接続される直線部と、を有する。前記電極層は、前記曲線部と前記直線部とに跨って設けられる。
　本開示の一態様に係る慣性力センサは、第１の基板、第２の基板及びセンサ基板の積層構造体を有するセンサ素子を備える。前記第１の基板の端部には凹部が設けられている。前記凹部は、第１の曲面と、前記第１の曲面に接続される第２の曲面と、を有する。前記第１の曲面は、円筒状の曲面である。前記第２の曲面は、前記第１の曲面から離れるほど開口が広くなるような曲面である前記電極層は、前記第１の曲面と前記第２の曲面とに跨って設けられる。
図１は、実施の形態１の加速度センサの内部の構成を示す斜視図である。 図２は、同上の加速度センサを上面から見た図である。 図３は、同上の加速度センサが備える加速度センサ素子の概略構成を示す分解斜視図である。 図４Ａは、同上の加速度センサ素子が備える第１の基板の上面図である。図４Ｂは、同上の第１の基板の正面図である。 図５Ａは、同上の加速度センサ素子が備えるセンサ基板の上面図である。図５Ｂは、同上のセンサ基板の正面図である。 図６Ａは、同上の加速度センサ素子が備える第２の基板の上面図である。図６Ｂは、同上の第２の基板の正面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、同上の加速度センサ素子の実装後を示す図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態２の加速度センサが備える加速度センサ素子の実装後を示す図である。 図９Ａは、図８Ａの一部を拡大した図である。図９Ｂは、図８Ａの一部をＡ１方向から見た図である。 図１０Ａは、シリコン部材をノンボッシュプロセスでエッチング加工する工程を説明する図である。図１０Ｂは、図８Ａで説明したエッチング工程が完了した時点におけるシリコン部材を示す図である。図１０Ｃは、図１０Ｂの破線Ｒ１で囲まれる部分を拡大した図である。
　以下図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。
　（実施の形態１）
　図１を参照して、本実施の形態に係わる加速度センサ１００の概略構成を説明する。
　本実施の形態では、慣性力センサの一例としての加速度を検出する加速度センサを説明する。
　図１は、加速度センサ１００の内部の構成を示す斜視図である。
　図１に示すように、パッケージ基板１０４は外部基板１０６に実装されている。図１では、パッケージの開口部を塞ぐ蓋は、説明を簡単にするため図示していない。
　パッケージ基板１０４の上には、加速度センサ素子１０１と、加速度センサ素子１０１からの出力に基づいて各種の演算を行い、物理量を検出する検出回路１０３と、が搭載される。
　リード端子１０５は、パッケージ基板１０４から引き出される。パッケージ基板１０４から引き出されたリード端子１０５は外部基板１０６に接続される。
　加速度センサ１００は、静電容量型の加速度を検出するセンサである。加速度センサ１００はＭＥＭＳ技術で製造される。
　図２は、加速度センサ１００を上面から見た図である。
　加速度センサ素子１０１は、図２に示すように、電極層３７４が上面視で露出するように配置される。電極層３７４には、金属ワイヤ３７１が接続される。電極層３７４の詳細については後述する。
　図３は、加速度センサ素子１０１の概略構成を示す分解斜視図である。なお図３においては加速度センサ素子１０１の一部の構成が省略され得る。
　加速度センサ素子１０１は、図３に示すように、センサ基板１３０と、第１の基板としての基板１３１ａと、第２の基板としての基板１３１ｂと、を積層した構造を有する。別の表現では、センサ基板１３０が基板１３１ａと基板１３１ｂとの間に挟まれた構造を有する。以下の説明では、センサ基板１３０、基板１３１ａ、１３１ｂを積層する方向を積層方向という。つまり、図３では、Ｚ軸方向が積層方向になる。
　センサ基板１３０は、Ｘ軸方向の加速度を検出する錘部１１１と、錘部１１１を支持部１１３に支持する梁部１１２ａ、１１２ｂと、を有している。センサ基板１３０は、ＳＯＩ基板などの半導体基板を用いることができる。
　基板１３１ａは、基板本体１１６と、固定電極１１５ａ、１１５ｃと、固定電極１１５ａ、１１５ｃのそれぞれから得られる電気信号を外部に引き出すための貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと、を有している。基板本体１１６は、ガラスを含む基板を用いることができる。
　各固定電極１１５ａ、１１５ｃは、例えば、Ａｌ－Ｓｉ膜などの金属薄膜を用いることができる。
　基板１３１ｂは、パッケージ基板１０４の上に配置される。基板１３１ｂは、ガラスを含む基板を用いることができる。
　貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、基板１３１ａを貫通して設けられ、各固定電極１１５ａ、１１５ｃ、あるいは加速度センサ素子１０１と電気的に接続される。図３では省略されているが、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの端面には、金属ワイヤ３７１と接続するための電極層３７４が設けられている。以下の説明において、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃを特に区別しない場合には、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの各々を「貫通配線１１４」ともいう。
　加速度センサ素子１０１では、錘部１１１と固定電極１１５ａ、１１５ｃとの間に、加速度に応じて容量が変化するコンデンサが構成されている。より詳細には、錘部１１１に加速度が加わると、梁部１１２ａ、１１２ｂがねじれて、錘部１１１が変位する。これにより、固定電極１１５ａ、１１５ｃと錘部１１１とが対向する面積及び間隔が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。加速度センサ素子１０１は、この静電容量の変化から加速度を検出することができる。
　なお、本実施の形態では、慣性力センサがＸ軸方向の加速度を検出する加速度センサ素子１０１を備える加速度センサ１００である場合を説明したが、これに限らない。慣性力センサは、例えば、Ｙ軸方向やＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ素子を備える加速度センサであってもよい。あるいは、慣性力センサは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度を検出する角速度センサ素子を備える角速度センサであっても構わない。
　加速度センサ素子１０１は、金属ワイヤ３７１を介して検出回路１０３に接続されている（図２参照）。
　図４Ａは、加速度センサ素子１０１が備える基板１３１ａの上面図、図４Ｂは基板１３１ａの正面図である。図５Ａは、加速度センサ素子１０１が備えるセンサ基板１３０の上面図、図５Ｂはセンサ基板１３０の正面図である。図６Ａは、加速度センサ素子１０１が備える基板１３１ｂの上面図、図６Ｂは基板１３１ｂの正面図である。
　基板本体１１６のセンサ基板１３０との接合面側に設けられた固定電極１１５ａは、貫通配線１１４ａと電気的に接合される。基板本体１１６のセンサ基板１３０との接合面側に設けられた固定電極１１５ｃは、貫通配線１１４ｃと電気的に接合される。第１の電極２０４ａおよび第２の電極２０４ｂは、センサ基板１３０の凹部２０６ａ内の絶縁層２０２ａおよび絶縁層２０２ｂの直上に設けられる。
　第１の電極２０４ａおよび第２の電極２０４ｂの表面は、センサ基板１３０の表面からわずかに突出している高さが好ましい。その突出高さは概ね１．０ｕｍ以下であることが好ましい。これにより、第１の電極２０４ａおよび第２の電極２０４ｂは、センサ基板１３０と基板１３１ａとの間が接合される時に、より確実に圧接されて、センサ基板１３０と基板１３１ａとの間の接続の信頼性が向上する。
　絶縁層（島部）２０２ｃは、センサ基板１３０の凹部２０６ａ内に設けられた、センサ基板１３０と同材料でできた島形状の部分である。絶縁層２０２ｃの直上に設けられた第３の電極２０４ｃは、センサ基板１３０と基板１３１ａの接合後に貫通配線１１４ｂと接続される。すなわち貫通配線１１４ｂはセンサ基板１３０の電位を供給する。
　第３の電極２０４ｃの表面はセンサ基板１３０の表面からわずかに突出している高さが好ましい。その突出高さは概ね１．０ｕｍ以下である。第３の電極２０４ｃはセンサ基板１３０と基板１３１ａの接合時に圧接されて、より確実に電気的接続がなされる。
　ここで、第１の電極２０４ａ、第２の電極２０４ｂ、第３の電極２０４ｃは、上面視で三角形を構成するように配置している。これにより、センサ基板１３０の対称性が向上するので、加速度センサ素子１０１の温度特性が向上する。
　絶縁層２０２ａ～２０２ｃ、及び第１～第３の電極２０４ａ～２０４ｃは凹部２０６ａの中に配置される。センサ基板１３０の凹部２０６ａの外側の部分は基板１３１ａに接続される。
　図７Ａ及び図７Ｂは、加速度センサ素子１０１の実装後を示す図である。図７Ａは加速度センサ素子１０１を縦に置く場合、図７Ｂは加速度センサ素子１０１を横に置く場合、をそれぞれ示している。
　図７Ａ及び図７Ｂに示すように、加速度センサ素子１０１は、外部基板１０６に対して縦、横のいずれの方向に配置しても、金属ワイヤ３７１を引き出すことができる。その結果、外部への電気的信号の取出しが容易になるので、センサの配置方向に対する自由度を向上することができるという効果を有する。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係る加速度センサ１００について、図８Ａ～図１０Ｃを参照して説明する。
　図８Ａ及び図８Ｂは、本実施の形態に係る加速度センサ素子２０１の実装後を示す図である。図８Ａは加速度センサ素子２０１を縦に置く場合、図８Ｂは加速度センサ素子２０１を横に置く場合、をそれぞれ示している。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、加速度センサ素子２０１は、外部基板１０６に対して縦、横のいずれの方向に配置しても、金属ワイヤ３７１を引き出すことができる。その結果、外部への電気的信号の取出しが容易になるので、センサの配置方向に対する自由度を向上することができるという効果を有する。
　図９Ａは図８Ａの破線で囲まれた一部Ｘ１を拡大した図、図９Ｂは図８Ａの一部Ｘ１をＡ１方向から見た図である。
　加速度センサ素子２０１が備える基板１３１ａはシリコン部材３７６を有する。
　シリコン部材３７６は、基板１３１ａの端（図８Ａの右端）に設けられ、基板１３１ａ、１３１ｂ及びセンサ基板１３０の積層方向（図８Ａの上下方向）と交差する方向（図８Ａの紙面に垂直な方向）からの断面視においてＬ字状の形状を有する。さらに、シリコン部材３７６は、曲線部３７８と、曲線部３７８に接続される直線部３４０と、を有する。電極層３７４は、図９Ａに示すように、曲線部３７８と直線部３４０とに跨って設けられている。
　加速度センサ素子２０１は以下のようにも説明され得る。
　基板１３１ａは、基板本体１１６の端（図８Ａの右端）に設けられた凹部３８２を有している。凹部３８２は、第１の曲面３８６と、第２の曲面３８４と、を有する。第１の曲面３８６と第２の曲面３８４とは、センサ基板１３０及び基板１３１ａ、１３１ｂの積層方向において並んでいる。第１の曲面３８６は、上記積層方向に沿った円筒状の曲面である。本開示でいう「円筒状の曲面」とは、円筒の内周面のうち周方向に沿った一部（例えば、半周分）の内周面をいう。第２の曲面３８４は、第１の曲面３８６から離れるほど開口が大きくなるような曲面である。第２の曲面３８４は、例えばじょうご状の曲面（ｆｕｎｎｅｌ‐ｓｈａｐｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ）である。本開示でいう「じょうご状の曲面」とは、じょうごの内周面のうち周方向に沿った一部（例えば、半周分）の内周面をいう。
　加速度センサ素子２０１のシリコン部材３７６を製造する工程は、ノンボッシュプロセスを用いたエッチング工程と、ボッシュプロセスを用いたエッチング工程と、を含み得る。ノンボッシュプロセスを用いたエッチング工程では、基板１３１ａに埋めこまれたシリコン部材３７６がエッチング加工される。これにより、シリコン部材３７６の曲線部３７８、別の表現では、凹部３８２の第２の曲面３８４が形成される。
　ボッシュプロセスを用いたエッチング工程では、上記のノンボッシュプロセスを用いたエッチング工程で加工されたシリコン部材３７６が更にエッチングされる。これにより、シリコン部材３７６の曲線部３７８、別の表現では、第２の曲面３８４が形成される。また、シリコン部材３７６の直線部３４０、別の表現では、凹部３８２の第１の曲面３８６が形成される。
　ところで、シリコン部材３７６を形成する際に、上述したノンボッシュプロセスを用いたエッチング工程を省略することもできる。このようにノンボッシュプロセスを用いたエッチング工程を省略した場合の、シリコン部材３７６を製造する工程を図１０Ａ～図１０Ｃで説明する。図１０Ａは、基板１３１ａに埋めこまれたシリコン部材３７６をボッシュプロセスでエッチング加工する工程を説明する図である。図１０Ｂは、図１０Ａで説明したエッチング工程が完了した時点におけるシリコン部材３７６を示す図である。図１０Ｃは、図１０Ｂの破線Ｒ１で囲まれる部分を拡大した図である。
　図１０Ａに示すように、ボッシュプロセスを用いたエッチング工程でシリコン部材３７６をエッチングしている間（別の表現では、矢印Ｂ１の方向にシリコン部材３７６を削っている間）に、レジストがエッチングされて後退する（別の表現では、矢印Ｃ１の方向にレジスト３８８が後退する）ことが起きる場合がある。これが起きた場合、図１０Ａに示すように、レジスト３８８が後退した分（図１０Ｂの破線Ｐ１で囲まれる領域）だけ、シリコン部材３７６の側面（図１０ＢのＱ１で示す部分）がエッチングされる。この時、シリコン部材３７６の側面にえぐれた部分（図１０Ｃの破線Ｓ１で囲まれる領域）が生じる。このようなえぐれた部分が生じると、その上に電極層３７４をスパッタなどで設けた場合に、このえぐれた部分で電極層３７４が断裂する。図８Ａ及び図８Ｂで説明した様に、電極層３７４は貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃまで電気的に接続される必要がある。しかし、上記のえぐれた部分で電極層３７４が断裂すると、特に図８Ｂの構造を採用した場合、金属ワイヤ３７１と貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃとの間の電気的接続ができず、加速度センサ１００として機能しない。これに対して、ボッシュプロセスを用いたエッチング工程の前に、ノンボッシュプロセスを用いたエッチング工程を行い、シリコン部材３７６にアンダーカットを入れておくことで、シリコン部材３７６の側面がえぐれる事を抑制できる。結果、電極層３７４の断裂を抑制することができる。
　ところで、ボッシュプロセスを用いたエッチング工程で形成される直線部３４０（あるいは第１の曲面３８６）には、スカロップと呼ばれるホタテ貝の貝殻表面に認められるような波形の形状になることが知られている。このスカロップ上に電極層３７４を設けると、電極の密着性が悪化する。このため、電極層３７４の上にワイヤボンディングにより金属ワイヤを設ける際、ワイヤの剥離などが起きる事がある。そこで、直線部３４０（あるいは第１の曲面３８６）には、ボッシュプロセスを用いたエッチング加工の後に、表面を平滑にするためのＴＭＡＨ処理を実施する事が好ましい。これにより電極の密着性が向上する。このため、電極層３７４の上にワイヤボンディングにより金属ワイヤを設ける際、ワイヤの剥離などを抑制する事ができる。
　（まとめ）
　以上説明したように、第１の態様に係る慣性力センサ（１００）は、第１の基板（１３１ａ）、第２の基板（１３１ｂ）及びセンサ基板（１３０）の積層構造体を有するセンサ素子（１０１；２０１）を備える。第１の基板（１３１ａ）は、基板本体（１１６）と、基板本体（１１６）の内部に設けられる第１の配線（１１４）と、基板本体（１１６）に設けられ第１の配線（１１４）と電気的に接続される電極層（３７４）と、基板本体（１１６）の端部に設けられるシリコン部材（３７６）と、を備える。シリコン部材（３７６）は、断面視において、曲線部（３７８）と、曲線部（３７８）に接続される直線部（３４０）と、を有する。電極層（３７４）は、曲線部（３７８）と直線部（３４０）とに跨って設けられる。
　この態様によれば、電極層（３７４）が曲線部（３７８）と直線部（３４０）とに跨って設けられているので、金属ワイヤ（３７１）の引出位置の自由度が向上し、これによりセンサの配置方向に関する自由度を高めることができる。
　第２の態様に係る慣性力センサ（１００）では、第１の態様において、曲線部（３７８）と直線部（３４０）とは、第１の基板（１３１ａ）、第２の基板（１３１ｂ）及びセンサ基板（１３０）の積層方向（例えば、Ｚ軸方向）に並んでいる。
　この態様によれば、電極層（３７４）が曲線部（３７８）と直線部（３４０）とに跨って設けられているので、金属ワイヤ（３７１）の引出位置の自由度が向上し、これによりセンサの配置方向に関する自由度を高めることができる。
　第３の態様に係る慣性力センサ（１００）では、第１又は２の態様において、シリコン部材（３７６）は、曲線部（３７８）と直線部（３４０）とを形成し断面視においてＬ字状の部分を有する。
　この態様によれば、電極層（３７４）が曲線部（３７８）と直線部（３４０）とに跨って設けられているので、金属ワイヤ（３７１）の引出位置の自由度が向上し、これによりセンサの配置方向に関する自由度を高めることができる。
　第４の態様に係る慣性力センサ（１００）は、第１の基板（１３１ａ）、第２の基板（１３１ｂ）及びセンサ基板（１３０）の積層構造体を有するセンサ素子（１０１；２０１）を備える。第１の基板（１３１ａ）の端部には凹部（３８２）が設けられている。凹部（３８２）は、第１の曲面（３８６）と、第１の曲面（３８６）に接続される第２の曲面（３８４）と、を有する。第１の曲面（３８６）は、円筒状の曲面である。第２の曲面（３８４）は、第１の曲面（３８６）から離れるほど開口が大きくなるような曲面である。慣性力センサ（１００）では、第１の曲面（３８６）と第２の曲面（３８４）とに跨って電極層（３７４）が設けられる。
　この態様によれば、電極層（３７４）が第１の曲面（３８６）と第２の曲面（３８４）とに跨って設けられているので、金属ワイヤ（３７１）の引出位置の自由度が向上し、これによりセンサの配置方向に関する自由度を高めることができる。
　第５の態様に係る慣性力センサ（１００）では、第４の態様において、第１の曲面（３８６）と第２の曲面（３８４）とは、第１の基板（１３１ａ）、第２の基板（１３１ｂ）及びセンサ基板（１３０）の積層方向に並んでいる。
　この態様によれば、電極層（３７４）が第１の曲面（３８６）と第２の曲面（３８４）とに跨って設けられているので、金属ワイヤ（３７１）の引出位置の自由度が向上し、これによりセンサの配置方向に関する自由度を高めることができる。
　第６の態様に係る慣性力センサ（１００）では、第４又は５の態様において、第２の曲面（３８４）は、じょうご状である。
　この態様によれば、電極層（３７４）が第１の曲面（３８６）と第２の曲面（３８４）とに跨って設けられているので、金属ワイヤ（３７１）の引出位置の自由度が向上し、これによりセンサの配置方向に関する自由度を高めることができる。
　第２、第３、第５、及び第６の態様に係る構成については、慣性力センサ（１００）に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
　本開示は、配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いた慣性力センサとして有用である。
１００　加速度センサ（慣性力センサ）
１０１、２０１　加速度センサ素子
１０４　パッケージ基板
１０５　リード端子
１０６　外部基板
１１１　錘部
１１３　支持部
１１２ａ、１１２ｂ　梁部
１１４、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ　貫通配線（第１の配線）
１１５ａ、１１５ｃ　固定電極
１１６　基板本体
１３０　センサ基板
１３１ａ　基板（第１の基板）
１３１ｂ　基板（第２の基板）
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ　絶縁層
２０４ａ　第１の電極
２０４ｂ　第２の電極
２０４ｃ　第３の電極
２０６ａ　凹部
３７１　金属ワイヤ
３７４　電極層
３７６　シリコン部材
３７８　曲線部
３４０　直線部
３８２　凹部
３８４　第２の曲面
３８６　第１の曲面
３８８　レジスト

Claims (6)

  1. 　第１の基板、第２の基板及びセンサ基板の積層構造体を有するセンサ素子を備え、
    　前記第１の基板は、
    　　基板本体と、
    　　前記基板本体の内部に設けられる第１の配線と、
    　　前記基板本体に設けられ前記第１の配線と電気的に接続される電極層と、
    　　前記基板本体の端部に設けられるシリコン部材と、を備え、
    　前記シリコン部材は、断面視において、曲線部と、前記曲線部に接続される直線部と、を有し、
    　前記電極層は、前記曲線部と前記直線部とに跨って設けられる、
    　慣性力センサ。
  2. 　前記曲線部と前記直線部とは、前記第１の基板、前記第２の基板及び前記センサ基板の積層方向に並んでいる、
    　請求項１に記載の慣性力センサ。
  3. 　前記シリコン部材は、前記曲線部と前記直線部とを形成し断面視においてＬ字状の部分を有する、
    　請求項１又は２に記載の慣性力センサ。
  4. 　第１の基板、第２の基板及びセンサ基板の積層構造体を有するセンサ素子を備え、
    　前記第１の基板の端部には凹部が設けられており、
    　前記凹部は、第１の曲面と、前記第１の曲面に接続される第２の曲面と、を有し、
    　前記第１の曲面は、円筒状の曲面であり、
    　前記第２の曲面は、前記第１の曲面から離れるほど開口が大きくなるような曲面であり、
    　前記第１の曲面と前記第２の曲面とに跨って電極層が設けられる、
    　慣性力センサ。
  5. 　前記第１の曲面と前記第２の曲面とは、前記第１の基板、前記第２の基板及び前記センサ基板の積層方向に並んでいる、
    　請求項４に記載の慣性力センサ。
  6. 　前記第２の曲面は、じょうご状である、
    　請求項４又は５に記載の慣性力センサ。
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