(57)【要約】  センサは、回路基板と配線接続層とセンサ素子と導電性ポストとを備える。回路基板は第１の電極を有する。配線接続層には、第１の電極に接続された第２の電極と、第３の電極とが設けられている。センサ素子は第４の電極を有する。導電性ポストは第３と第４の電極を電気的に接続する。このセンサは高効率で駆動できる。
2012124282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有する回路基板と、
主面と前記主面の反対側の裏面とを有しており、前記裏面に設けられた第２の電極と、前記主面に設けられた第３の電極とを有する配線接続層と、
第４の電極を有するセンサ素子と、
前記第３の電極と前記第４の電極とを電気的に接続する導電性ポストと、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は電気的に接続され、
前記第２の電極と前記第３の電極は電気的に接続されている、センサ。
【請求項２】
前記センサ素子は、可動部を有しかつ前記第４の電極が設けられている電極面を有し、
前記センサ素子の前記電極面は前記配線接続層の前記主面に対向する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
凹部が設けられた表面を有する支持基材をさらに備え、
前記配線接続層は、前記第３の電極に比べて前記配線接続層の端部に近くかつ前記主面に設けられた第５の電極をさらに有し、
前記支持基材は前記表面に設けられた第６の電極を有し、
前記センサ素子が前記支持基材の前記凹部に入るように前記第５の電極と前記第６の電極が接続されている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記導電性ポストの高さは６０μｍと同じかそれより大きい、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記センサ素子の面積は前記回路基板の面積より小さい、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記配線接続層は、
前記第３の電極が設けられた面を有する絶縁体層と、
前記絶縁体層上に設けられたグランド層と、
を有し、
前記絶縁体層の前記面には前記センサ素子に対向する凹部が設けられており、
前記グランド層は前記凹部の底に設けられている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記配線接続層の前記絶縁体層は弾性体よりなる、請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記センサ素子は、可動部を有しかつ前記第４の電極が設けられている電極面を有し、
前記配線接続層は前記センサ素子と対向する領域の外周を覆うグランド層をさらに有している、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記配線接続層は、
複数の絶縁体層と、
前記複数の絶縁体層と交互に積層された複数の配線層と、
を有し、
前記複数の配線層の少なくとも１つはグランド層である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記複数の絶縁体層はポリイミド樹脂よりなる、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記複数の絶縁体層はセラミックよりなる、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記複数の絶縁体層はガラスエポキシ基板よりなる、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記回路基板を搭載する中継基板と、
前記中継基板に接合され、前記回路基板及び前記センサ素子を覆うキャップと、
をさらに備えた、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記回路基板を搭載する中継基板と、
前記センサ素子の上面に設けられた上蓋と、
前記上蓋と前記センサ素子と前記回路基板を覆う樹脂と、
をさらに備えた、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１５】
凹部が設けられた表面を有する支持基材をさらに備え、
前記支持基材には、前記凹部に繋がり前記支持基材を貫通して前記凹部の外部に連絡する貫通孔が設けられており、
前記貫通孔を塞ぎかつ気体のみを透過する隔膜をさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記配線接続層は、前記第３の電極に比べて前記配線接続層の端部に近くかつ前記主面に設けられた第５の電極をさらに有し、
前記支持基材は前記表面に設けられた第６の電極を有し、
前記センサ素子が前記支持基材の前記凹部に入るように前記第５の電極と前記第６の電極が接続されている、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記中継基板はリードフレームからなり、
前記リードフレームと前記配線層を接続するボンディングワイヤをさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記中継基板はセラミック基板からなり、
前記セラミック基板と前記配線層を接続するボンディングワイヤをさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記中継基板はガラスエポキシ基板からなり、
前記ガラスエポキシ基板と前記配線層を接続するボンディングワイヤをさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項２０】
第１の電極を有する回路基板と、
主面と前記主面の反対側の裏面とを有しており、前記主面に設けられた第２の電極と、前記裏面に設けられた第３の電極とを有する配線接続層と、
第４の電極を有するセンサ素子と、
凹部が設けられた表面を有する支持基材と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は電気的に接続され、
前記第３の電極と前記第４の電極とは電気的に接続され、
前記第２の電極と前記第３の電極は電気的に接続され、
前記センサ素子は、可動部を有しかつ前記第４の電極が設けられている電極面を有し、
前記センサ素子の前記電極面は前記配線接続層の前記裏面に対向し、
前記配線接続層は、前記第３の電極に比べて前記配線接続層の端部により近くかつ前記裏面に設けられた第５の電極をさらに有し、
前記支持基材は前記表面に設けられた第６の電極を有し、
前記センサ素子が前記支持基材の前記凹部に入るように前記第５の電極と前記第６の電極が接続され、
前記支持基材の前記凹部は封止されている、センサ。
【請求項２１】
前記支持基材には、前記凹部に繋がり前記支持基材を貫通して前記凹部の外部に連絡する貫通孔が設けられており、
前記貫通孔を塞ぎかつ気体のみを透過する隔膜をさらに備えた、請求項２０記載のセンサ。
【請求項２２】
前記回路基板の上面と側面および前記支持基材の上面とを覆う樹脂をさらに備えた、請求項２０または２１記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板とセンサ素子を積層して構成したセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、携帯電話、携帯型ゲーム機など角速度センサ、加速度センサ等のセンサを搭載した小型の携帯機器が普及している。これに伴い、小実装面積及び薄型で高精度な小型センサが強く要望されている。特許文献１は、センサを小型にするために、センサチップと回路チップを積層しセラミックパッケージに収納したセンサを記載している。【０００３】
図２１は特許文献１に記載されている角速度センサである従来のセンサ５０の概略断面図である。センサチップ５５はフィルム接着剤５４を介して回路チップ５３の上に積層され、回路チップ５３は接着剤５２でセラミックパッケージ５１の上面に固定されている。センサチップ５５と回路チップ５３は、ボンディングワイヤ５６で電気的に接続されている。また、回路チップ５３とセラミックパッケージ５１は、ボンディングワイヤ５７で電気的に接続されている。このように、センサチップ５５と回路チップ５３を積層したスタック構造を採用することでセンサ５０の小型化を実現する。センサ５０では、印加された角速度に起因して、運動している物体が回転するときに生じるコリオリ力を電気信号に変換してその角速度を検出する。センサチップ５５で検出されたコリオリ力のアナログ検出信号は、回路チップ５３で所定のデジタル信号処理が施されて角速度検出信号として出力される。角速度センサを搭載した携帯機器はこの角速度検出信号を利用して各種の処理を行う。【０００４】
従来のセンサ５０では、センサチップ５５と回路チップ５３の面積が異なるのでそれぞれの電極同士を直接接続することができず、ボンディングワイヤ５６を介して接続している。一般に、センサチップ５５から回路チップ５３へ出力されるアナログ検出信号は非常に微弱な信号である。回路チップ５３内ではセンサチップ５５から入力されたアナログ検出信号がデジタル信号に変換され、必要なデジタル信号処理が施されて角速度検出信号が生成される。回路チップ５３からは角速度検出信号がデジタル信号としてボンディングワイヤ５７を介してセラミックパッケージ５１と接続される。このために、ボンディングワイヤ５７から高周波のデジタルノイズが輻射され、ボンディングワイヤ５６を流れるアナログ検出信号に悪影響を与える。ボンディングワイヤ５６、５７が長くなると、このデジタルノイズの影響はより顕著となる。また、回路チップ５３内のデジタル信号が直接、センサチップ５５へノイズとして飛び込みセンサチップ５５内のアナログ検出信号に悪影響を与える場合もある。さらには、センサ５０の外部で発生したノイズがアナログ検出信号に直接影響を与える場合もある。この結果、角速度センサの検出精度が低下する場合がある。【０００５】
図２２Ａは特許文献２に記載されている他の従来のセンサ５０１の分解斜視図である。センサ５０１はセンサの一種であるＩＣ一体型加速度センサである。図２２Ｂは図２２Ａに示すセンサ５０１の横断面図である。センサ５０１は、センサチップ５０２と、センサチップ５０２からの検出信号を電気的に処理するＩＣチップ５０３と、センサチップ５０２およびＩＣチップ５０３を収容する保護ケース５０４と、保護ケース５０４の内部空間を密封する蓋５０４ａとから構成されている。【０００６】
センサチップ５０２は、可撓部５０２ａと、錘部５０２ｂと、支持体５０２ｃとから構成されている。可撓部５０２ａ上にはセンサチップ５０２に加えられた加速度を電気的な検出信号に変換するピエゾ抵抗素子が設けられている。支持体５０２ｃの上面の一端にはセンサチップ端子５０５が一列に形成されている。【０００７】
ＩＣチップ５０３の主面には処理回路と複数のチップ端子５０６が形成されている。ＩＣチップ５０３はその主面を上に向けた状態で、微細な硬質プラスチック球を含有する接着剤５０７ａにより、センサチップ５０２の支持体５０２ｃの上面に所定の間隔を隔てて接着され、センサチップ５０２の可撓部５０２ａおよび錘部５０２ｂの可動範囲を規制する。【０００８】
微細な硬質プラスチック球を含有する接着剤５０７ｂにより、支持体５０２ｃの下部が保護ケース５０４の上面に所定の間隔を隔てて接着され、センサチップ５０２の錘部５０２ｂの揺動範囲を規制する。【０００９】
複数のチップ端子５０６の一部はワイヤ５０８ａを介してセンサチップ端子５０５と電気的に接続され、複数のチップ端子５０６の他部はワイヤ５０８ｂを介して保護ケース端子５０９と電気的に接続されている。【００１０】
従来のセンサ５０１においては、チップ端子５０６とセンサチップ端子５０５とを接続するワイヤ５０８ａ、およびチップ端子５０６と保護ケース端子５０９とを接続するワイヤ５０８ｂがＩＣチップ５０３の処理回路と複数のＩＣチップ端子５０６が形成された主面よりも上方に突出している。したがって、センサ５０１の全体の高さを低くできない。【００１１】
また、センサチップ５０２が接着剤５０７ａ、５０７ｂにてＩＣチップ５０３の下面および保護ケース５０４の上面にそれぞれ機械的に直接、接続されている。したがって、接着剤５０７ａ、５０７ｂの硬化により発生する応力がセンサチップ５０２の支持体５０２ｃや可撓部５０２ａに残留する。また、保護ケース５０４とセンサチップ５０２との線膨張係数に差があるために熱応力が発生する。また、保護ケース５０４が実装されたプリント基板が撓んだ場合などに、センサチップ５０２の支持体５０２ｃに直接、応力が加わる。これらの応力により、センサ出力の温度特性が悪化したり、センサ出力にヒステリシスが発生したりして、センサ５０１の加速度の検出精度が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２３３８８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６９５４１号公報
【発明の概要】
【００１３】
センサは、回路基板と配線接続層とセンサ素子と導電性ポストとを備える。回路基板は第１の電極を有する。配線接続層には、第１の電極に接続された第２の電極と、第３の電極とが設けられている。センサ素子は第４の電極を有する。導電性ポストは第３と第４の電極を電気的に接続する。
【００１４】
このセンサは高効率で駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の実施の形態１におけるセンサの斜視図である。
【図２】図２は図１に示すセンサの線２−２における概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは実施の形態１におけるセンサのセンサ素子の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは実施の形態１におけるセンサの分解斜視図である。
【図４】図４は実施の形態１におけるセンサの概略断面図である。
【図５】図５は実施の形態１におけるセンサの分解斜視図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態２におけるセンサの概略断面図である。
【図７】図７は実施の形態２におけるセンサの分解斜視図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態３におけるセンサの概略断面図である。
【図９】図９は実施の形態３におけるセンサの分解斜視図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態４におけるセンサの概略断面図である。
【図１１】図１１は本発明の実施の形態５におけるセンサの概略断面図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態６におけるセンサの概略断面図である。
【図１３】図１３は実施の形態６におけるセンサのセンサ素子の駆動インピーダンスを示す図である。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態７におけるセンサの概略断面図である。
【図１５】図１５は本発明の実施の形態８におけるセンサの分解斜視図である。
【図１６】図１６は実施の形態８におけるセンサの横断面図である。
【図１７】図１７は実施の形態８におけるセンサの配線接続層を示す展開斜視図である。
【図１８】図１８は本発明の実施の形態９におけるセンサの横断面図である。
【図１９】図１９は本発明の実施の形態１０におけるセンサの横断面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは実施の形態１０におけるセンサの製造方法を示す模式断面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは実施の形態１０におけるセンサの製造方法を示す模式断面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは実施の形態１０におけるセンサの製造方法を示す模式断面図である。
【図２１】図２１は従来のセンサの概略断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは他の従来のセンサの分解斜視図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは図２２Ａに示すセンサの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における角速度センサであるセンサ１の外観斜視図である。図２は図１に示すセンサ１の線２−２における断面図である。図３Ａはセンサ１のセンサ素子２２２の斜視図である。図３Ｂはセンサ１の分解斜視図である。図１〜図３Ｂに示すように、センサ１はセンサ素子２２２と、回路基板３と、センサ素子２２２と回路基板３を電気的に接続するための配線接続層４と、センサ素子２２２の上面に配置された上蓋５と、回路基板３を搭載するための中継基板としてのリードフレーム６とを備えている。それぞれの部品はフィルム状の接着剤等で接着固定されて積層構造を有している。ここで、回路基板３と配線接続層４の面積は略等しく、センサ素子２２２の面積は回路基板３よりも小さい。また、配線接続層４とリードフレーム６はボンディングワイヤ７で電気的に接続されている。そして上蓋５、センサ素子２２２及び回路基板３がエポキシ樹脂などの樹脂８でモールドされた構造となっている。センサ１を樹脂８でモールドすることにより、センサ１が携帯機器等に搭載された場合に、振動・衝撃に対する強度及び電気的絶縁性を確保することができる。
【００１７】
センサ素子２２２は、シリコン基材上に圧電素子を形成した振動子であり、機械的に振動する。圧電素子は圧電薄膜の上下に上部電極および下部電極を設けた構成である。なお、センサ素子２２２は、圧電体を加工して形成したものでもよいが、シリコン基材上に圧電素子を形成した構成とすることにより、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を使って高精度に加工することができ、センサ素子２２２を小型にすることができる。図３Ａに示すように、センサ素子２２２は電極２ｇを有する電極面２ｆを有する。電極面２ｆが配線接続層４と対向するように積層されている。
【００１８】
この構成において、角速度が加わったときのコリオリ力による振動子の変位量を圧電素子が発生する電荷で検出する。そして、この検出した電荷をアナログ検出信号として回路基板３へ出力する。
【００１９】
回路基板３は、シリコン基材上に半導体プロセスを用いて角速度信号を生成するための回路を形成している。すなわち、回路基板３は、センサ素子２２２から配線接続層４を介して上記アナログ検出信号を受け取り、同期検波処理を行った後、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換し、フィルタ処理や補正処理などの必要なデジタル信号処理を施した後、角速度検出信号をデジタル信号として出力する。
【００２０】
リードフレーム６は、配線接続層４とセンサ１の外部回路との中継基板として機能する。リードフレーム６は、Ｃｕ、Ａｌなどの導電性の高い材料でできており、配線接続層４の外周に配置された電極とボンディングワイヤ７で接続されている。そして、リードフレーム６を介してセンサ１の外部と信号のやり取りを行う。
【００２１】
配線接続層４は、センサ素子２２２と回路基板３を電気的に接続するための層であり、ポリイミド樹脂等の絶縁体層の表面に電源、グランド、信号線、電極などの微細な配線層がＣｕ、Ａｌなどの導電性金属で形成されている。また、配線接続層４は、薄膜技術によって複数の絶縁体層と配線層が交互に積層された多層構造となっている。また、各層の配線層間、配線層とセンサ素子２２２または回路基板３の電極間を接続するために絶縁体層内に金属製の複数のビア導体が形成されている。ポリイミド樹脂は高耐熱性、高絶縁性に加えて低誘電率の特徴を備えており、配線容量を小さくできるので配線層間の容量結合による高周波ノイズの信号線への悪影響を抑制できる。さらに、絶縁体層を挟んだ上下の配線層間の容量結合が小さいので、配線接続層４を薄くすることができ、センサ１の低背化を実現できる。配線接続層４の詳細については後述する。
【００２２】
また、前述したようにセンサ素子２２２の面積は、回路基板３の面積よりも小さく、センサ素子２２２は回路基板３の表面の略中央に配置される構成となっている。したがって、センサ素子２２２と回路基板３の電極を直接接続することは難しい構成である。
【００２３】
図４は、実施の形態１におけるセンサ１の概略断面図である。なお、図４はセンサ１の概略断面図を模式的に示したものであり、実際には配線接続層４の厚さはセンサ素子２２２の厚さおよび回路基板３の厚さよりも薄い。図４は、配線接続層４が２層で構成される場合を示している。すなわち、配線接続層４は、積層された配線接続層４ａ、４ｂを有する。図４を用いて、配線接続層４の構成及びセンサ素子２２２と回路基板３との間の電気接続について詳しく説明する。回路基板３の表面には電極３ａ、３ｂが配置されている。配線接続層４の表面には電極１０ａ、１０ｂが配置されている。電極３ａ、３ｂは電極１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続されている。配線接続層４ａは絶縁体層１３ａ、絶縁体層１３ａの上面に形成された金属導体の配線層１１ａ、１１ｂ及び絶縁体層１３ａを貫通して形成されたビア導体１２ａ、１２ｂを備えている。配線層１１ａと電極１０ａとはビア導体１２ａを介して接続されており、配線層１１ｂと電極１０ｂとはビア導体１２ｂを介して接続されている。
【００２４】
配線接続層４ｂは絶縁体層１３ｂ、絶縁体層１３ｂの上面に形成された電極１０ｃ、１０ｄ及び絶縁体層１３ｂを貫通して形成されたビア導体１２ｃ、１２ｄを備えている。配線接続層４ａの配線層１１ａと配線接続層４ｂの電極１０ｃはビア導体１２ｃを介して接続されている。また配線層１１ｂと電極１０ｄはビア導体１２ｄを介して接続されている。電極１０ｄはセンサ素子２２２の電極２ｇと直接接続されている。また、配線接続層４ｂの電極１０ｃとリードフレーム６とはボンディングワイヤ７を介して接続されている。
【００２５】
例えば、印加された角速度に応じてセンサ素子２２２の電極２ｇから出力された微弱なアナログ検出信号は、電極１０ｄ、ビア導体１２ｄ、配線層１１ｂ、ビア導体１２ｂ、電極１０ｂを経由して回路基板３の電極３ｂに入力される。また、回路基板３の電極３ａから出力されるデジタル信号の角速度検出信号は、電極１０ａ、ビア導体１２ａ、配線層１１ａ、ビア導体１２ｃ、電極１０ｃ、ボンディングワイヤ７、リードフレーム６を経由してセンサ１の外部へ出力される。信号以外に電源、グランドなども配線接続層４ａ、４ｂを介して接続される。
【００２６】
配線層１１ａ、１１ｂ及びビア導体１２ａ〜１２ｄは、配線長が短く低インピーダンスになるように形成されているために、ボンディングワイヤ７から輻射される高周波のデジタルノイズの影響が非常に小さい。また、ポリイミド樹脂は低誘電率であるために配線層間及びビア導体間の配線容量は小さいので、配線接続層４内でデジタル信号の高周波ノイズがアナログ検出信号に与える影響を大幅に低減することができる。また、配線接続層４の層数を増やすことにより、配線の自由度が増し、ノイズの影響をさらに低減することができる。
【００２７】
また、実施の形態１におけるセンサ１は、周囲を樹脂８でモールドすることにより、図２１に示す従来のセンサ５０のようにセラミックパッケージに収納する必要がなく、これにより、従来のセンサ５０と比較してより小型化が可能となる。
【００２８】
図５はセンサ１の他の配線接続層４を示す分解斜視図である。図５に示す配線接続層４は、配線接続層４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの４層で構成されている。回路基板３のすぐ上で配線接続層４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆのうち回路基板３に最も近い配線接続層４ｃの配線層領域全体にグランド層１１ｃを形成している。これにより、回路基板３からの電磁輻射を効率的に遮蔽し、高周波のデジタルノイズが配線接続層４ｃ〜４ｆのそれぞれの配線層、あるいはセンサ素子２２２の内部のアナログ検出信号に悪影響を与えることを防止することができる。
【００２９】
なお、図５に示す配線接続層４の配線接続層の数を４層としているがこれに限定されるものではない。小型化、製造コスト、配線の自由度等の観点から最適な層数を採用すればよい。
【００３０】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２におけるセンサ１０１の概略断面図である。図６において、図４に示す実施の形態１におけるセンサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２におけるセンサ１０１では、実施の形態１におけるセンサ１と異なり、配線接続層４ｂの絶縁体層１３ｂに凹部１４を設け、凹部１４の底面にグランド層１１ｄを形成している。
【００３１】
配線接続層４ｂは配線接続層４ａ、４ｂのうちセンサ素子２２２に最も近い。凹部１４は、配線接続層４ｂの電極が配置されていない中央部でセンサ素子２２２に対向する面に形成されている。このようにセンサ素子２２２の直下で、センサ素子２２２に最も近い配線接続層４ｂにグランド層１１ｄを形成することで回路基板３から輻射されるデジタルノイズを効率的に遮蔽することができる。特に、センサ素子２２２が電極面２ｆの中央部に可動部２ｊ（図３Ａ）を有し、可動部３ｊに駆動電極または検出電極を設けた場合には、駆動電極または検出電極に悪影響を与えるデジタルノイズをグランド層１１ｄにより大幅に低減することができる。
【００３２】
図７は実施の形態２における他のセンサ１０２の配線接続層４を示す分解斜視図である。図７において、図６に示すセンサ１０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図７に示す配線接続層４は、積層された配線接続層４ｇ、４ｈ、４ｉの３層で構成されている。図７に示すように、配線接続層４ｇ、４ｈ、４ｉのうち配線接続層４ｉがセンサ素子２２２に最も近い。センサ素子２２２の直下で配線接続層４ｉの絶縁体層の凹部にグランド層１１ｄを形成することで、図５に示すセンサ１のように１つの配線接続層をグランド層として使用する場合に較べ配線接続層の層数を減らし、小型化することができる。また、同じ層数の配線接続層の場合には、より配線の自由度を大きくすることができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３におけるセンサ１０３の概略断面図である。図８において、図４に示す実施の形態１におけるセンサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態３におけるセンサ１０３は、配線接続層４ｂの絶縁体層１３ｂ上に形成されてかつセンサ素子２２２の外周を覆うグランド層１１ｅをさらに備える。
【００３４】
図８に示すように、絶縁体層１３ｂとセンサ素子２２２の電極面２ｆ（底面）との間にはギャップが存在する。また、センサ素子２２２はその周囲が樹脂８で覆われてモールドされている。従って、グランド層１１ｅが形成されていない場合には、このギャップに樹脂８が入り込み、センサ素子２２２の電極面２ｆに侵入する恐れがある。センサ素子２２２の電極面２ｆに樹脂８が侵入すると可動部２ｊの可動が妨げられ、センサとしての正常な動作ができなくなる。そこで、グランド層１１ｅがセンサ素子２２２の外周を覆うことで保護領域１５を形成し、樹脂８の浸入を防いでいる。
【００３５】
さらに、上蓋５およびグランド層１１ｅにより保護領域１５を密閉してもよい。保護領域１５を密閉することで、センサ素子２２２の可動部２ｊに作用する粘性抵抗を均一に保つことができ、センサ素子２２２の感度の変化を抑制できる。
【００３６】
さらに、保護領域１５を真空にしてもよい。保護領域１５を真空にすることで、センサ素子２２２の可動部２ｊに作用する粘性抵抗を下げられるので、センサ素子２２２と絶縁体層１３ｂとのギャップを小さくすることができる。さらに、グランド層１１ｅでセンサ素子２２２の外周を覆うことにより、外部からのノイズを遮蔽することができる。なお、実施の形態３におけるセンサ１０３では、グランド層１１ｅは、配線接続層４ｂの絶縁体層１３ｂに形成されるが、センサ素子２２２に形成されてもよい。また、グランド層１１ｅはグランド以外の部分に接続された単なる金属層であってもよい。
【００３７】
図９は実施の形態３における他のセンサ１０４の分解斜視図である。図９において、図７に示す実施の形態２におけるセンサ１０２と同じ部分には同じ参照番号を付す。図９に示すセンサ１０４は、図７に示す配線接続層４ｉの代りに配線接続層４ｊを備える。図９に示すように、センサ素子２２２の電極面２ｆ（底面）の直下の第３配線接続層４ｊに、センサ素子２２２の外周を覆うグランド層１１ｅが形成されている。グランド層１１ｅと上蓋５より、電極面２ｆを密閉空間とすることができ電極面２ｆへの樹脂の侵入を防ぐことができる。
【００３８】
（実施の形態４）
図１０は実施の形態４におけるセンサ１０５の断面図である。図１０において、図２に示す実施の形態１におけるセンサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態４におけるセンサ１０５は実施の形態１におけるセンサ１に加えて金属製のキャップ１６をさらに備える。実施の形態１におけるセンサ１では、センサ１０５の上蓋５、センサ素子２２２及び回路基板３が樹脂８でモールドされている。実施の形態４におけるセンサ１０５では、センサ素子２２２及び回路基板３はキャップ１６で覆われている。キャップ１６は中継基板としてのリードフレーム６に接続されている。リードフレーム６が樹脂８でモールドされている。樹脂８はセンサ１０５のセンサ素子２２２及び回路基板３をモールドしていない。この構成により、実施の形態１におけるセンサ１での上蓋５が不要となるので、センサ１０５のより低背化が可能となる。また、センサ素子２２２の周囲に樹脂８がないので、センサ素子２２２の電極面２ｆに樹脂８が侵入する恐れも無い。
【００３９】
（実施の形態５）
図１１は本発明の実施の形態５におけるセンサ１０６の概略断面図である。図１１において、図２に示す実施の形態１におけるセンサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態５におけるセンサ１０６は、図２に示す樹脂８でモールドする代わりに、セラミックパッケージ９に収納されている。
【００４０】
図１１において、セラミックパッケージ９の基部９ａ（中継基板）の上面に接着剤を介して回路基板３が搭載されている。配線接続層４の電極とセラミックパッケージ９の中継基板の電極とがボンディングワイヤ７で接続され、セラミックパッケージ９の基部９ａ（中継基板）を介して外部回路と接続され、信号のやり取りが行われている。セラミックパッケージ９は一般に熱伝導率が高く、回路基板３等で発生した熱を効率よく放熱することができる。また、セラミックパッケージ９は機械的に強く、振動・衝撃に対してセンサ１０６を保護することができる。
【００４１】
以上説明した通り、実施の形態１〜５におけるセンサ１、１０１〜１０６では、センサ素子２２２と回路基板３が積層されている。センサ素子２２２と回路基板３との間に配線接続層４が設けられ、センサ素子２２２と回路基板３とを配線接続層４で電気的に接続する。これにより、センサ素子２２２と回路基板３間をボンディングワイヤで接続する従来のセンサと比較して、ノイズの影響を受けにくく検出精度の高いセンサを実現することができる。
【００４２】
また、記実施の形態１〜５では、絶縁体層はポリイミド樹脂を用いるとしたが、絶縁体層はセラミックを用いてもよい。セラミックはシリコンの線膨張係数との差が小さいので、配線接続層にセラミックを用いることにより、熱応力による歪が生じにくくなる。さらに、絶縁体層は、ガラスエポキシ基板を用いてもよい。ガラスエポキシ基板は安価なので、センサの低コスト化を実現できる。
【００４３】
また、実施の形態１〜５では、中継基板はリードフレーム６またはセラミックパッケージ９の基部９ａで構成されるが、エポキシ樹脂基板で構成してもよい。これにより、中継基板のコストを下げることができるので、センサの低コスト化を実現できる。
【００４４】
（実施の形態６）
図１２は本発明の実施の形態６におけるセンサ１０７の概略断面図である。図１２において、図１から図５に示す実施の形態１におけるセンサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。配線接続層４は主面４ｔと、主面４ｔの反対側の裏面４ｓとを有する。電極１０ｄは主面４ｔに設けられている。電極１０ａ、１０ｂは裏面４ｓに設けられている。センサ素子２２２の電極２ｇは配線接続層４の電極１０ｄに接続されている。回路基板３の電極３ａ、３ｂは配線接続層４の電極１０ａ、１０ｂにそれぞれ接続されている。センサ１０７は実施の形態１におけるセンサ１のセンサ素子２２２の電極２ｇと配線接続層４の電極１０ｄの間に当接して設けられて電極２ｇと電極１０ｄとを電気的に接続する導電性ポスト４１をさらに備える。実施の形態６において、導電性ポスト４１は主に銅よりなり、電極２ｇと電極１０ｄとに当接する部分には金メッキが施されている。
【００４５】
外部回路がセンサ素子２２２に駆動信号を出力して可動部２ｊを振動させる（図３Ａ）。センサ素子２２２は可動部２ｊが振動した状態で角速度や加速度等の慣性力が印加されると、その慣性力に応じた信号を電極２ｇから出力する。センサ素子２２２の電極面２ｆは配線接続層４に対向する。導電性ポスト４１により電極面２ｆを配線接続層４との間に空間２ｈを確保することができる。電極面２ｆが導電性ポスト４１により確保された空間２ｈに面することで、センサ素子２２２の可動部２ｊに作用する空気の粘性抵抗を下げられるので、可動部２ｊの振動が妨げられない。これにより外部回路がセンサ素子２２２を駆動して振動させる際のセンサ素子２２２の駆動インピーダンスを低くすることができ、外部回路はセンサ素子２２２を高効率で駆動することができる。
【００４６】
図１３はセンサ素子２２２の駆動インピーダンスを示し、特に空間２ｈの高さであるセンサ素子２２２の電極面２ｆと配線接続層４との間の距離Ｌ１とセンサ素子２２２の駆動インピーダンスとの関係を示す。図１３に示すように、距離Ｌ１は１００μｍと同じかそれより大きいことが好ましい。これにより、センサ素子２２２の駆動インピーダンスは約４６０ｋΩ以下となり、高効率でセンサ素子２２２を駆動することができる。距離Ｌ１が１００μｍであるセンサ１０７の駆動インピーダンスは距離Ｌ１が６０μｍであるセンサ１０７より１０％程度だけ低くなる。一般に、電極の厚みは２０μｍ程度と同じかそれより大きい。したがって、距離Ｌ１を１００μｍと同じかそれより大きくするために、導電性ポスト４１の高さは６０μｍと同じかそれより大きいことが好ましい。
【００４７】
なお、センサ１０７において、配線接続層４は図６から図９に示す実施の形態２、３におけるセンサ１０１〜１０４の配線接続層４であってもよい。また、センサ１０７は図１０、図１１に示す実施の形態４、５におけるセンサ１０５、１０６のキャップ１６またはセラミックパッケージ９を備えていてもよい。
【００４８】
（実施の形態７）
図１４は本発明の実施の形態７におけるセンサ１０８の概略断面図である。図１４において、図１２に示す実施の形態６におけるセンサ１０７と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００４９】
センサ１０８は、図１２に示すセンサ１０７の構成部材に加えて、凹部４５ａが設けられた表面４５ｓを有する支持基材４５をさらに備える。配線接続層４は、電極１０ｄに比べて配線接続層４の端部により近くかつ主面４ｔに設けられた電極１０ｅをさらに有する。支持基材４５は表面４５ｓに設けられた電極４５ｂを有する。センサ素子２２２が支持基材４５の凹部４５ａに入るように電極１０ｅと電極４５ｂが接続されている。センサ素子２２２は支持基材４５から離間している。この構造により、センサ素子２２２の電極面２ｆと配線接続層４との間の距離Ｌ１を大きくしてセンサ素子２２２の駆動インピーダンスを低くでき、かつセンサ１０８を低背化することができる。
【００５０】
なお、実施の形態１〜７では、センサとして角速度センサを例に説明したが、センサとしては位置センサ、加速度センサ、気圧センサ等、他のセンサ素子にも適用可能である。
【００５１】
また、実施の形態１〜７では、センサ素子２２２と回路基板３を積層した構成としたが、回路基板３はＩＣチップなどの集積回路チップでもよい。
【００５２】
（実施の形態８）
図１５と図１６はそれぞれ本発明の実施の形態８におけるセンサ６０１の展開斜視図、横断面図である。支持基材５２１は多層プリント配線板や多層セラミック基板からなる。支持基材５２１の上面５２１ｔの略中央部には凹部５２１ａが形成されている。支持基材５２１の底面等には外部電極が設けられている。上面５２１ｔにおける凹部５２１ａの周辺部には外部電極と電気的に接続された電極５２１ｂが配置されている。センサ素子５２２はシリコン単結晶基板等からなり、可動部５２２ｇを有して、所定の軸周りの角速度を電気信号に変換する。回路基板５２３はセンサ素子５２２からの出力信号を処理して、センサ素子５２２に印加された所定の軸周りの角速度に対応する直流電圧、デジタル信号等を出力する。実施の形態８において、回路基板５２３はＩＣチップである。回路基板５２３の下面５２３ｓの周辺部には電極５２３ａ、５２３ｂが設けられている。配線接続層５２４はポリイミド等の弾性体よりなる絶縁層５２４ｄを有する。配線接続層５２４の下面５２４ｓには電極５２４ａ、５２４ｂが設けられている。センサ素子５２２の上面５２２ｔの周辺部には電極５２２ａが配置されている。電極５２４ａは電極５２２ａに対向する。電極５２３ａは電極５２４ａに電気的に接続されている。支持基材５２１の上面５２１ｔで凹部５２１ａの周辺部には電極５２１ｂが設けられている。電極５２４ｂは電極５２１ｂに対向する。回路基板５２３の電極５２３ｂは電極５２４ｂに電気的に接続されている。電極５２２ａと電極５２４ａは半田や金等の導体よりなる導電性ポスト５２５ａで接続されている。配線接続層５２４の下面５２４ｓの略中央部には凹部５２４ｃが設けられている。凹部５２４ｃは空気の粘性抵抗によるエアーダンピングが可動部に作用するのを防止している。電極５２４ｂが電極５２１ｂと導電性ポスト５２５ｂで接続されることにより、センサ素子５２２は支持基材５２１の凹部５２１ａ内に支持基材５２１と接触しない状態で収納される。導電性ポスト５２５ｂの周囲には配線接続層５２４と支持基材５２１との隙間を充填するようにアンダーフィル樹脂５２５ｃが注入されて、支持基材５２１の凹部５２１ａを封止する。
【００５３】
図１７は配線接続層５２４を特に示すセンサ６０１の展開斜視図である。図１７を参照して回路基板５２３上に配線接続層５２４を形成する方法を説明する。最初に、回路基板５２３上にポリイミド等の感光性コーティング剤をスピンコートし、約２μｍの厚さを持つ樹脂層５３０を形成した後、プリベーク処理を施す。次に、所定のパターンが形成されたフォトマスクを介して樹脂層５３０に紫外線を照射した後、現像、リンスし、続いてキュアする。これによって、樹脂層５３０の紫外線を照射した部分を光硬化して残存させるとともに、紫外線がフォトマスクで遮断された樹脂層５３０の未硬化部分を溶解除去し、回路基板５２３の電極５２３ａに達する貫通孔６３０ａを形成する。次に、スパッタリング法により樹脂層５３０の表面５３０ｓにニッケル等からなる金属層を形成し、同時に、貫通孔６３０ａの内壁面にニッケル等からなる金属層を形成してビア導体５３０ａを形成する。次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、樹脂層５３０の表面５３０ｓに電極５３０ｂと配線パターン６３０ｂとを形成する。配線パターン６３０ｂは電極５３０ｂとビア導体５３０ａとを接続する。
【００５４】
次に、樹脂層５３０の表面５３０ｓ上にポリイミド等の感光性コーティング剤をスピンコートでコーティングし、約７０μｍの厚さを持つ樹脂層５３１を形成した後、プリベーク処理を施す。次に、樹脂層５３１に所定のパターンが形成されたフォトマスクを介して紫外線を照射した後、現像、リンスし、続いてキュアする。これによって、樹脂層５３０に形成したビア導体５３０ａおよび電極５３０ｂにそれぞれ達する貫通孔６３１ｂと貫通孔６３１ｃを形成するとともに、略中央部に凹部５２４ｃとなる開口部５３１ａを形成する。次に、スパッタリング法により樹脂層５３１の表面にニッケル等からなる金属層を形成し、同時に、貫通孔６３１ｂ、６３１ｃの内壁面に金属層を形成することによりビア導体５３１ｂ、５３１ｃを形成する。次に、のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ビア導体５３１ｂ、５３１ｃとその周囲以外の金属層を除去する。次に、電解メッキ処理を施すことにより、樹脂層５３１上に電極５２４ａ、５２４ｂを形成する。
【００５５】
実施の形態８におけるセンサ６０１においては、センサ素子５２２と回路基板５２３とを導電性ポスト５２５ａを用いて電気的、機械的に接続し、センサ素子５２２を支持基材５２１の略中央に設けた凹部５２１ａ内に収納する。その後、回路基板５２３と支持基材５２１とを導電性ポスト５２５ｂを介して電気的、機械的に接続する。したがって、センサの小形化の障害となっていたボンディングワイヤが不要となる。さらには、アンダーフィル樹脂５２５ｃを用いて支持基材５２１の凹部５２１ａを封止しているため、回路基板５２３の能動部とセンサ素子５２２を保護するキャップを廃することができ、これにより、センサ６０１の小形化が可能となる。
【００５６】
センサ素子５２２は支持基材５２１から離間して凹部５２１ａに収納される。実施の形態８では配線接続層５２４は０．６ＧＰａ〜６ＧＰａのヤング率を有するポリイミド等の弾性体よりなる絶縁層５２４ｄを有する。回路基板５２３とセンサ素子５２２とは弾性体よりなる配線接続層５２４を介して接続されているので、回路基板５２３とセンサ素子５２２との間の導電性ポスト５２５ａを加熱圧着した後でセンサ素子５２２に歪が残留しない。したがって、回路基板５２３と支持基材５２１との間の導電性ポスト５２５ｂを電極５２１ｂ、５２４ｂに超音波圧着する際での回路基板５２３の破損を防止できる。また、回路基板５２３と支持基材５２１との間、あるいは回路基板５２３とセンサ素子５２２との間に線膨張係数の差がある場合においても、熱応力が配線接続層５２４により緩和される。また、支持基材５２１が実装されたプリント基板が撓んだ場合でも、センサ素子５２２に直接、プリント基板の撓みに起因する応力が加わることがなく、センサ素子５２２の出力の温度特性が悪化したり、センサ素子５２２の出力にヒステリシスが発生したりすることがない。これにより、小形化、低背化が可能で、角速度を正確に検出できるセンサ６０１が得られる。
【００５７】
（実施の形態９）
図１８は本発明の実施の形態９におけるセンサ６０２の横断面図である。図１８において、図１５から図１７に示す実施の形態８におけるセンサ６０１と磁部分には同じ参照符号を付す。
【００５８】
実施の形態９におけるセンサ６０２では、凹部５２１ａと支持基材５２１の外部とを連絡する貫通孔５４０が支持基材５２１に設けられている。貫通孔５４０が開口する支持基材５２１の開口部５４０ａに気体のみを透過する隔膜５４１が配置されている。隔膜５４１は貫通孔５４０を塞ぐ。隔膜５４１は空気等の気体は透過するが液体や固体は透過させず、ポリ四弗化エチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリ四弗化エチレン−六弗化プロピレン（ＦＥＰ）等の多微孔性の材料よりなる。
【００５９】
隔膜５４１は、支持基材５２１の上面５２１ｔに設けた凹部５２１ａに液体状または固体状の異物が入り込むことを防止する。隔膜５４１は通気性を有するので、凹部５２１ａと外部との気圧差が発生しないようにできる。これにより、センサ６０２をプリント基板にリフロー実装で実装する時にフラックス等が凹部５２１ａ内に流入するのを防止でき、凹部５２１ａの内圧の増大によるセンサ６０２の特性が変動することを防止でき、加速度や角速度等の物理量を正確かつ安定に検出できるセンサ６０２が得られる。
【００６０】
なお、実施の形態７におけるセンサ１０８において、支持基材４５に貫通孔５４０と同様の貫通孔を設け、その貫通孔を塞ぐ隔膜５４１と同様の隔膜が設けられていてもよい。
【００６１】
（実施の形態１０）
図１９は本発明の実施の形態１０におけるセンサ６０３の横断面図である。図１９において、図１８に示す実施の形態９におけるセンサ６０２と同じ部分には同じ参照符号を付す。
【００６２】
実施の形態１０におけるセンサ６０３は、図１８に示す実施の形態９におけるセンサ６０３の回路基板５２３の上面５２３ｔと側面および支持基材５２１の上面５２１ｔとを被覆する樹脂５５０をさらに備える。樹脂５５０は、回路基板５２３が接合された支持基材５２１を金型内に載置して型締した後、樹脂材料を金型に注入することにより形成することができる。
【００６３】
センサ６０３においては、センサ素子５２２が凹部５２１ａ内に封止されるとともにボンディングワイヤを使用していない。したがって、センサ素子５２２やボンディングワイヤに樹脂モールド時の応力を直接かけることなく、回路基板５２３の機械的強度を高めることができるとともに、ＩＣチップ等の回路基板５２３を静電気から守ることができる。これにより、センサ６０３をプリント基板へ容易に実装できるので、センサ６０３は加速度や角速度等の物理量を正確かつ安定に検出できる。
【００６４】
図２０Ａから図２０Ｃはセンサ６０３の製造方法を示す断面図であり、回路基板５２３の上面５２３ｔと側面および支持基材５２１の上面５２１ｔとを樹脂５５０で被覆する他の方法を示す。
【００６５】
図２０Ａは樹脂５５０を形成する加工装置５６４を示す。加工装置５６４は、凹部５６０ａを有する加工トレー５６０と、凹部５６０ａを封止するダイヤフラム５６３とを備える。図２０Ａに示すように、回路基板５２３の上面５２３ｔに樹脂材料５５０ａが載せられた状態で回路基板５２３が接合された支持基材５２１を加工トレー５６０の凹部５６０ａ内に載置する。樹脂材料５５０ａは樹脂５６１と、樹脂５６１の下面に貼りあわされたラミネートフィルム５６２とを有する。樹脂５６１は常温ではべたつきのない半硬化状態のＢステージである。ラミネートフィルム５６２の下面が回路基板５２３の上面５２３ｔ上に配置されている。ダイヤフラム５６３は可塑性と耐熱性を有する。
【００６６】
次に、図２０Ｂに示すように、加工トレー５６０内を排気するとともに、ダイヤフラム５６３を加熱、加圧して樹脂５６１を軟化させ、回路基板５２３の上面５２３ｔと側面および支持基材５２１の上面５２１ｔとを樹脂材料５５０ａで被覆する。
【００６７】
次に、図２０Ｃに示すように、加工トレー５６０の凹部５６０ａ内を大気に開放するとともに、ダイヤフラム５６３への加圧を停止し、樹脂５６１を冷却する。これにより樹脂５６１が完全硬化する。これにより、回路基板５２３の上面５２３ｔと側面および支持基材５２１の上面５２１ｔとを樹脂材料５５０ａすなわち樹脂５５０で被覆、保護することができ、加速度や角速度等の物理量を正確かつ安定に検出できるセンサ６０３が得られる。
【００６８】
上述のように、実施の形態８〜１０におけるセンサ６０１〜６０３は支持基材５２１とセンサ素子５２２と回路基板５２３とを備える。支持基材５２１の略中央部には凹部５２１ａが設けられている。センサ素子５２２は可動部を有し、加速度、角速度等の物理量を電気信号に変換する。回路基板５２３はセンサ素子５２２からの出力信号を処理する。弾性体を含む配線接続層５２４を介してセンサ素子５２２の上面５２２ｔの周辺部と回路基板５２３の下面５２３ｓとを電気的および機械的に接合する。支持基材５２１の上面５２１ｔと回路基板５２３の下面とを電気的および機械的に接合して、センサ素子５２２を支持基材５２１から離間して凹部５２１ａ内に収納するとともに、凹部５２１ａを封止する。センサ素子５２２と回路基板５２３との間および回路基板５２３と支持基材５２１との間を弾性体からなる配線接続層５２４を介して電気的、機械的に接続して、センサ素子５２２を支持基材５２１に設けた凹部５２１ａ内に封止する。さらに、センサ素子５２２が直接、支持基材５２１に接触しない。この構造により、各部品間を接続するワイヤが不要になり、外部からの応力等によりセンサ素子５２２が影響を受けることがないようにでき、小形化、低背化が可能で、加速度や角速度等の物理量を正確に検出できるセンサ６０１〜６０３が得られる。センサ６０１〜６０３は、特に、自動車や航空機等の輸送機器や携帯端末等に用いてこれらの機器に働く加速度や角速度等の物理量を検出するセンサとして有用である。
【００６９】
なお、実施の形態８〜１０では、センサ６０１〜６０３として位置センサ、加速度センサ、気圧センサ等、他のセンサ素子５２２にも適用可能である。
【００７０】
上記実施の形態において、「上面」「下面」等の方向を示唆する用語はセンサ素子や配線接続層等のセンサの構成部材の相対的な位置関係のみに依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明におけるセンサは、携帯電話、デジタルカメラ、携帯型ゲーム機、ＰＤＡなどの携帯機器に搭載するセンサに広く適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
２ｇ    電極（第４の電極）
２ｆ    電極面
２ｊ    可動部
３    回路基板
３ａ，３ｂ    電極（第１の電極）
４    配線接続層
４ｔ    主面
４ｓ    裏面
５    上蓋
６    リードフレーム（中継基板）
７    ボンディングワイヤ
８    樹脂
１０ａ，１０ｂ    電極（第２の電極）
１０ｄ    電極（第３の電極）
１０ｅ    電極（第５の電極）
１１ａ，１１ｂ    配線層
１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ    グランド層
１３ａ，１３ｂ    絶縁体層
１４    凹部
１５    保護領域
１６    キャップ
４１    導電性ポスト
４５    支持基材
４５ａ    凹部
４５ｂ    電極（第６の電極）
２２２    センサ素子
５２１    支持基材
５２１ａ    凹部
５２２    センサ素子
５２２ｇ    可動部
５２３    回路基板
５２４    配線接続層
５４０    貫通孔
５４１    隔膜
５５０    樹脂
【図１】
2012124282.tif 000003
【図２】
2012124282.tif 000004
【図３Ａ】
2012124282.tif 000005
【図３Ｂ】
2012124282.tif 000006
【図４】
2012124282.tif 000007
【図５】
2012124282.tif 000008
【図６】
2012124282.tif 000009
【図７】
2012124282.tif 000010
【図８】
2012124282.tif 000011
【図９】
2012124282.tif 000012
【図１０】
2012124282.tif 000013
【図１１】
2012124282.tif 000014
【図１２】
2012124282.tif 000015
【図１３】
2012124282.tif 000016
【図１４】
2012124282.tif 000017
【図１５】
2012124282.tif 000018
【図１６】
2012124282.tif 000019
【図１７】
2012124282.tif 000020
【図１８】
2012124282.tif 000021
【図１９】
2012124282.tif 000022
【図２０Ａ】
2012124282.tif 000023
【図２０Ｂ】
2012124282.tif 000024
【図２０Ｃ】
2012124282.tif 000025
【図２１】
2012124282.tif 000026
【図２２Ａ】
2012124282.tif 000027
【図２２Ｂ】
2012124282.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月10日(2012.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を有する回路基板と、
主面と前記主面の反対側の裏面とを有しており、前記裏面に設けられた第２の電極と、前記主面に設けられた第３の電極と、前記第３の電極に比べて前記配線接続層の端部に近くかつ前記主面に設けられた第５の電極と、を有する配線接続層と、
第４の電極を有するセンサ素子と、
凹部が設けられた表面および前記表面に設けられた第６の電極を有する支持基材と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は電気的に接続され、
前記第２の電極と前記第３の電極は電気的に接続され、
前記第３の電極と前記第４の電極は導電性ポストを介して電気的に接続され、
前記センサ素子が前記支持基材の前記凹部に入るように前記第５の電極と前記第６の電極が接続されているセンサ。
【請求項２】
前記センサ素子は、可動部を有しかつ前記第４の電極が設けられている電極面を有し、
前記センサ素子の前記電極面は前記配線接続層の前記主面に対向する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記導電性ポストの高さは６０μｍと同じかそれより大きい、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記センサ素子の面積は前記回路基板の面積より小さい、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記配線接続層は、
前記第３の電極が設けられた面を有する絶縁体層と、
前記絶縁体層上に設けられたグランド層と、
を有し、
前記絶縁体層の前記面には前記センサ素子に対向する凹部が設けられており、
前記グランド層は前記凹部の底に設けられている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記配線接続層の前記絶縁体層は弾性体よりなる、請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
前記センサ素子は、可動部を有しかつ前記第４の電極が設けられている電極面を有し、
前記配線接続層は前記センサ素子と対向する領域の外周を覆うグランド層をさらに有している、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記配線接続層は、
複数の絶縁体層と、
前記複数の絶縁体層と交互に積層された複数の配線層と、
を有し、
前記複数の配線層の少なくとも１つはグランド層である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記複数の絶縁体層はポリイミド樹脂よりなる、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記複数の絶縁体層はセラミックよりなる、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記複数の絶縁体層はガラスエポキシ基板よりなる、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記回路基板を搭載する中継基板と、
前記中継基板に接合され、前記回路基板及び前記センサ素子を覆うキャップと、
をさらに備えた、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記回路基板を搭載する中継基板と、
前記センサ素子の上面に設けられた上蓋と、
前記上蓋と前記センサ素子と前記回路基板を覆う樹脂と、
をさらに備えた、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１５】
凹部が設けられた表面を有する支持基材をさらに備え、
前記支持基材には、前記凹部に繋がり前記支持基材を貫通して前記凹部の外部に連絡する貫通孔が設けられており、
前記貫通孔を塞ぎかつ気体のみを透過する隔膜をさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
前記中継基板はリードフレームからなり、
前記リードフレームと前記配線層を接続するボンディングワイヤをさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記中継基板はセラミック基板からなり、
前記セラミック基板上前記配線層を接続するボンディングワイヤをさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記中継基板はガラスエポキシ基板からなり、
前記ガラスエポキシ基板上前記配線層を接続するボンディングワイヤをさらに備えた、請求項１３または１４に記載のセンサ。
【請求項２０】
第１の電極を有する回路基板と、
主面と前記主面の反対側の裏面とを有しており、前記主面に設けられた第２の電極と、前記裏面に設けられた第３の電極とを有する配線接続層と、
第４の電極を有するセンサ素子と、
凹部が設けられた表面を有する支持基材と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は電気的に接続され、
前記第３の電極と前記第４の電極とは電気的に接続され、
前記第２の電極と前記第３の電極は電気的に接続され、
前記センサ素子は、可動部を有しかつ前記第４の電極が設けられている電極面を有し、
前記センサ素子の前記電極面は前記配線接続層の前記裏面に対向し、前記配線接続層は、前記第３の電極に比べて前記配線接続層の端部により近くかつ前記裏面に設けられた第５の電極をさらに有し、
前記支持基材は前記表面に設けられた第６の電極を有し、
前記センサ素子が前記支持基材の前記凹部に入るように前記第５の電極と前記第６の電極が接続され、
前記支持基材の前記凹部は封止されている、センサ。
【請求項２１】
前記支持基材には、前記凹部に繋がり前記支持基材を貫通して前記凹部の外部に連絡する貫通孔が設けられており、
前記貫通孔を塞ぎかつ気体のみを透過する隔膜をさらに備えた、請求項２０記載のセンサ。
【請求項２２】
前記回路基板の上面と側面および前記支持基材の上面とを覆う樹脂をさらに備えた、請求項１記載のセンサ。
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月8日(2013.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
配線接続層４ｂは配線接続層４ａ、４ｂのうちセンサ素子２２２に最も近い。凹部１４は、配線接続層４ｂの電極が配置されていない中央部でセンサ素子２２２に対向する面に形成されている。このようにセンサ素子２２２の直下で、センサ素子２２２に最も近い配線接続層４ｂにグランド層１１ｄを形成することで回路基板３から輻射されるデジタルノイズを効率的に遮蔽することができる。特に、センサ素子２２２が電極面２ｆの中央部に可動部２ｊ（図３Ａ）を有し、可動部２ｊに駆動電極または検出電極を設けた場合には、駆動電極または検出電極に悪影響を与えるデジタルノイズをグランド層１１ｄにより大幅に低減することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
図１０は実施の形態４におけるセンサ１０５の断面図である。図１０において、図２に示す実施の形態１におけるセンサ１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態４におけるセンサ１０５は実施の形態１におけるセンサ１に加えて金属製のキャップ１６をさらに備える。実施の形態１におけるセンサ１では、センサ１の上蓋５、センサ素子２２２及び回路基板３が樹脂８でモールドされている。実施の形態４におけるセンサ１０５では、センサ素子２２２及び回路基板３はキャップ１６で覆われている。キャップ１６は中継基板としてのリードフレーム６に接続されている。リードフレーム６が樹脂８でモールドされている。樹脂８はセンサ１０５のセンサ素子２２２及び回路基板３をモールドしていない。この構成により、実施の形態１におけるセンサ１での上蓋５が不要となるので、センサ１０５のより低背化が可能となる。また、センサ素子２２２の周囲に樹脂８がないので、センサ素子２２２の電極面２ｆに樹脂８が侵入する恐れも無い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
また、実施の形態１〜５では、絶縁体層はポリイミド樹脂を用いるとしたが、絶縁体層はセラミックを用いてもよい。セラミックはシリコンの線膨張係数との差が小さいので、配線接続層にセラミックを用いることにより、熱応力による歪が生じにくくなる。さらに、絶縁体層は、ガラスエポキシ基板を用いてもよい。ガラスエポキシ基板は安価なので、センサの低コスト化を実現できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図１５と図１６はそれぞれ本発明の実施の形態８におけるセンサ６０１の展開斜視図、横断面図である。支持基材５２１は多層プリント配線板や多層セラミック基板からなる。支持基材５２１の上面５２１ｔの略中央部には凹部５２１ａが形成されている。支持基材５２１の底面等には外部電極が設けられている。上面５２１ｔにおける凹部５２１ａの周辺部には外部電極と電気的に接続された電極５２１ｂが配置されている。センサ素子５２２はシリコン単結晶基板等からなり、可動部５２２ｇを有して、所定の軸周りの角速度を電気信号に変換する。回路基板５２３はセンサ素子５２２からの出力信号を処理して、センサ素子５２２に印加された所定の軸周りの角速度に対応する直流電圧、デジタル信号等を出力する。実施の形態８において、回路基板５２３はＩＣチップである。回路基板５２３の下面５２３ｓの周辺部には電極５２３ａ、５２３ｂが設けられている。配線接続層５２４はポリイミド等の弾性体よりなる絶縁体層５２４ｄを有する。配線接続層５２４の下面５２４ｓには電極５２４ａ、５２４ｂが設けられている。センサ素子５２２の上面５２２ｔの周辺部には電極５２２ａが配置されている。電極５２４ａは電極５２２ａに対向する。電極５２３ａは電極５２４ａに電気的に接続されている。支持基材５２１の上面５２１ｔで凹部５２１ａの周辺部には電極５２１ｂが設けられている。電極５２４ｂは電極５２１ｂに対向する。回路基板５２３の電極５２３ｂは電極５２４ｂに電気的に接続されている。電極５２２ａと電極５２４ａは半田や金等の導体よりなる導電性ポスト５２５ａで接続されている。配線接続層５２４の下面５２４ｓの略中央部には凹部５２４ｃが設けられている。凹部５２４ｃは空気の粘性抵抗によるエアーダンピングが可動部に作用するのを防止している。電極５２４ｂが電極５２１ｂと導電性ポスト５２５ｂで接続されることにより、センサ素子５２２は支持基材５２１の凹部５２１ａ内に支持基材５２１と接触しない状態で収納される。導電性ポスト５２５ｂの周囲には配線接続層５２４と支持基材５２１との隙間を充填するようにアンダーフィル樹脂５２５ｃが注入されて、支持基材５２１の凹部５２１ａを封止する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
センサ素子５２２は支持基材５２１から離間して凹部５２１ａに収納される。実施の形態８では配線接続層５２４は０．６ＧＰａ〜６ＧＰａのヤング率を有するポリイミド等の弾性体よりなる絶縁体層５２４ｄを有する。回路基板５２３とセンサ素子５２２とは弾性体よりなる配線接続層５２４を介して接続されているので、回路基板５２３とセンサ素子５２２との間の導電性ポスト５２５ａを加熱圧着した後でセンサ素子５２２に歪が残留しない。したがって、回路基板５２３と支持基材５２１との間の導電性ポスト５２５ｂを電極５２１ｂ、５２４ｂに超音波圧着する際での回路基板５２３の破損を防止できる。また、回路基板５２３と支持基材５２１との間、あるいは回路基板５２３とセンサ素子５２２との間に線膨張係数の差がある場合においても、熱応力が配線接続層５２４により緩和される。また、支持基材５２１が実装されたプリント基板が撓んだ場合でも、センサ素子５２２に直接、プリント基板の撓みに起因する応力が加わることがなく、センサ素子５２２の出力の温度特性が悪化したり、センサ素子５２２の出力にヒステリシスが発生したりすることがない。これにより、小形化、低背化が可能で、角速度を正確に検出できるセンサ６０１が得られる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
実施の形態１０におけるセンサ６０３は、図１８に示す実施の形態９におけるセンサ６０２の回路基板５２３の上面５２３ｔと側面および支持基材５２１の上面５２１ｔとを被覆する樹脂５５０をさらに備える。樹脂５５０は、回路基板５２３が接合された支持基材５２１を金型内に載置して型締した後、樹脂材料を金型に注入することにより形成することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
第１の電極を有する回路基板と、
主面と前記主面の反対側の裏面とを有する配線接続層と、
センサ素子と、
凹部が設けられた表面を有する支持基材と、
導電性ポストと、
を備え、
前記配線接続層は、前記裏面に設けられた第２の電極と、前記主面に設けられた第３の電極とを有し、
前記センサ素子は第４の電極を有し、
前記配線接続層は、前記第３の電極に比べて前記配線接続層の端部に近くかつ前記主面に設けられた第５の電極をさらに有し、
前記支持基材は前記表面に設けられた第６の電極を有し、
前記第１の電極と前記第２の電極は電気的に接続され、
前記第２の電極と前記第３の電極は電気的に接続され、
前記第３の電極と前記第４の電極は前記導電性ポストを介して電気的に接続され、
前記センサ素子が前記支持基材の前記凹部に入るように前記第５の電極と前記第６の電極が接続されているセンサ。
【国際調査報告】
2012124282.tif 000029
2012124282.tif 000030
2012124282.tif 000031
2012124282.tif 000032
2012124282.tif 000033
2012124282.tif 000034
2012124282.tif 000035