(57)【要約】【課題】外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能なゲージ圧型圧力センサを提供する。【解決手段】本発明の圧力センサ１Ａは、第一基板１１に第二基板１２を重ねてなる基体１３と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域αに第一凹部１４ａを配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部１４、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部１６、該ダイアフラム部に配された感圧素子１７、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域βに配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部１８を備える。前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域βの少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部１５ａを配することで、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部１５を設けた。【選択図】図１
2010107215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板に第二基板を重ねてなる基体と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサであって、
前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を設けたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力センサと、該圧力センサを構成する基体の一面に配され、前記導電部と電気的に接続されるバンプと、から構成されたことを特徴とする圧力センサパッケージ。
【請求項３】
前記バンプは、前記基体の一面において、前記外周域に配され、かつ、前記第二空隙部と重ならない位置にあることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサパッケージ。
【請求項４】
前記基体の外周域において、一端が該基体の一面に配された前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を貫通してなる貫通配線部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記貫通配線部は、前記基体の一面において、前記外周域に配され、かつ、前記第二空隙部と重ならない位置にあることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の圧力センサと、該圧力センサの前記貫通配線部の他面に露呈された一端に配され、該一端と電気的に接続されるバンプと、から構成されたことを特徴とする圧力センサパッケージ。
【請求項７】
第一基板に第二基板を重ねてなる基体と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備え、前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を有する圧力センサの製造方法であって、
前記第一基板に前記第一凹部と前記第二凹部とを形成する工程、
前記第一基板の第一凹部と、第二凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部と前記第二空隙部を形成する工程、
前記第二基板を薄板化して前記ダイアフラム部を形成する工程、
前記ダイアフラム部に少なくとも前記感圧素子及び前記導電部を形成する工程、及び、
前記第一基板の側面に前記第二空隙部に繋がる開口部を形成する工程、
を少なくとも有することを特徴とする圧力センサの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の圧力センサの製造方法により、薄板化した後の第二基板の外面に、前記導電部と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする圧力センサパッケージの製造方法。
【請求項９】
薄板化した第二基板を第一基板と重ねてなる基体の外周域において、一端が該基体の一面に配された前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を貫通してなる貫通配線部を形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧力センサの製造方法により、前記貫通配線部の他面に露呈された一端に、該一端と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする圧力センサパッケージの製造方法。
【請求項１１】
請求項２、３、又は６のいずれかに記載の圧力センサパッケージと、該圧力センサパッケージのバンプを介して電気的に接続される実装基板と、から構成されたことを特徴とする圧力センサモジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれか１項又は請求項１１に記載の圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを少なくとも備えたことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサ、圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子部品に係り、より詳細には、ゲージ圧型の半導体圧力センサと、小型化された圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）技術を駆使した小型の圧力センサが開発されている（例えば、Transducers'０３予稿集、ｐ．２４６参照）。
従来の絶対圧型圧力センサ１１１の構造を図９に示す。この圧力センサ１１１は、シリコン等からなる半導体基板１１２の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる、基準圧力室としての空間１１３と、該空間１１３の一方側に位置する薄板化された領域によりなるダイアフラム部１１４と、圧力による該ダイアフラム部１１４の歪抵抗の変化を測定するために複数配された、感圧素子としての歪ゲージ１１５と、前記一面において、前記ダイアフラム部１１４を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ１１５ごとに電気的に接続された電極１１６等を備えている。
【０００３】
このような圧力センサ１１１は、ダイアフラム部１１４が圧力を受けて撓むと、各歪ゲージ１１５にダイアフラム部１１４の歪み量に応じた応力が発生し、この応力に応じて歪ゲージ１１５の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を電気信号として取り出すことにより、圧力センサ１１１は圧力を検出する。
【０００４】
しかしながら、上述した圧力センサは、基準圧力室を基板内に有しており、本質的に絶対圧センサとして機能するため、ゲージ圧の測定時には外圧をも測定し補正を行う必要があり、測定が困難である。そこで、図１０に示すような構造、すなわち、半導体基板の外部と連通する孔部を設けることによって、圧力基準室である空間が外部に開放され、外圧との差圧を一度で測定可能な小型の差圧型圧力センサが提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
図１０は、外圧を基準とした差圧の測定を行う差圧型圧力センサの一例を示す模式的な断面図（ａ）と、模式的な平面図（ｂ）であり、図１０（ａ）は図１０（ｂ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面を表している。図１０（ｂ）はダイアフラム部を設けた面である。
図１０に示すように、この圧力センサ２１１は、平板状の半導体基板２１２の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行して広がる、基準圧力室としての空間２１３と、該空間２１３の一方側に位置する薄板化された領域によりなるダイアフラム部２１４と、圧力による該ダイアフラム部２１４の歪抵抗の変化を測定するために複数配された、感圧素子としての歪ゲージ２１５と、前記一面において、前記ダイアフラム部２１４を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ２１５ごとに電気的に接続された電極２１６等を備え、さらに、前記空間２１３の他方側に、当該半導体基板２１２の他面に向かって開口し、前記空間２１３と前記半導体基板２１２の外部とを連通する孔部２１７を設けた構造を有する。
図１０の構造からなる圧力センサ２１１は、既に基準圧力室としての空間２１３、ダイアフラム部２１４等が形成された従来の絶対圧型センサを、基準圧を外圧とし、外圧の測定による補正を必要としないゲージ圧型センサに変更する際には特に有効な構造である。
【０００６】
しかしながら、上述の圧力センサにおいては、次のような課題があった。
（１）上述した圧力センサは、基準圧力室と半導体基板の外部とを連通する孔部をダイアフラム部直下に設けた構造となっているため、当該孔部からのダイアフラム部裏面への光の照射を防ぐことができず、センサ特性が不安定となる虞がある。
（２）従来の絶対圧型センサに対して、基板裏面からのエッチング加工により外部との連通孔部を形成し、上述したゲージ圧型圧力センサを作製する場合、基準圧力室と外部とが連通後もエッチングを進行させてしまうと、基準圧力室内壁及びダイアフラム裏面までエッチングされてしまい、センサ特性の変動、さらにはセンサ自体の破壊の虞もある。
（３）基準圧力室と外部との連通孔部を別途形成する工程が必要なため、製造工数が増加し、また基板の厚さが厚い場合、連通孔部形成のためのプロセス時間が長くなるため、製造コストの増加に繋がる。
【特許文献１】特開２００７−２４０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能な新しい構造を有するゲージ圧型圧力センサ、および製造工数を削減して低コスト化を図るとともに、簡便な工程で安定して製造可能な、ゲージ圧型圧力センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る圧力センサは、第一基板に第二基板を重ねてなる基体と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサであって、前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に係る圧力センサパッケージは、請求項１に記載の圧力センサと、該圧力センサを構成する基体の一面に配され、前記導電部と電気的に接続されるバンプと、から構成されたことを特徴とする。
本発明の請求項３に係る圧力センサパッケージは、請求項２において、前記バンプは、前記基体の一面において、前記外周域に配され、かつ、前記第二空隙部と重ならない位置にあることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に係る圧力センサは、請求項１において、前記基体の外周域において、一端が該基体の一面に配された前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を貫通してなる貫通配線部を有することを特徴とする。
本発明の請求項５に係る圧力センサは、請求項４において、前記貫通配線部は、前記基体の一面において、前記外周域に配され、かつ、前記第二空隙部と重ならない位置にあることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６に係る圧力センサパッケージは、請求項４または５に記載の圧力センサと、該圧力センサの前記貫通配線部の他面に露呈された一端に配され、該一端と電気的に接続されるバンプと、から構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７に係る圧力センサの製造方法は、第一基板に第二基板を重ねてなる基体と、該基体内の重なり面において、前記第一基板の中央域に第一凹部を配することにより、前記第二基板と略平行して広がる第一空隙部、該第一空隙部上に位置し、前記第二基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、該ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面において、該ダイアフラム部を除いた外周域に配され、該感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備え、前記基体内の重なり面において、前記第一基板の外周域の少なくとも一部に、一方が前記第一空隙部と連通し、他方が該第一基板の側面に開口部をなす第二凹部を配することにより、前記第二基板と略平行をなす第二空隙部を有する圧力センサの製造方法であって、前記第一基板に前記第一凹部と前記第二凹部とを形成する工程、前記第一基板の第一凹部と、第二凹部が形成された面に前記第二基板を貼り合わせ、前記第一空隙部と前記第二空隙部を形成する工程、前記第二基板を薄板化して前記ダイアフラム部を形成する工程、前記ダイアフラム部に少なくとも前記感圧素子及び前記導電部を形成する工程、及び、前記第一基板の側面に前記第二空隙部に繋がる開口部を形成する工程、を少なくとも有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項８に係る圧力センサパッケージの製造方法は、請求項７に記載の圧力センサの製造方法により、薄板化した後の第二基板の外面に、前記導電部と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項９に係る圧力センサの製造方法は、請求項７において、薄板化した第二基板を第一基板と重ねてなる基体の外周域において、一端が該基体の一面に配された前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に露呈するように、前記基体を貫通してなる貫通配線部を形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１０に係る圧力センサパッケージの製造方法は、請求項９に記載の圧力センサの製造方法により、前記貫通配線部の他面に露呈された一端に、該一端と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１１に係る圧力センサモジュールは、請求項２、３、又は６のいずれかに記載の圧力センサパッケージと、該圧力センサパッケージのバンプを介して電気的に接続される実装基板と、から構成されたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１２に係る電子部品は、請求項１乃至６のいずれか１項又は請求項１１に記載の圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを少なくとも備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１に係る圧力センサ（以下、「第一の圧力センサ」とも呼ぶ。）では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を、基体と略平行して広がる空間（第一空隙部、第二空隙部）として設け、該孔部（第二空隙部）を基体の側面に向かって開口させる構造とした。このような構成は、基準圧を外圧とし、外圧の測定による補正を必要としないゲージ圧センサとして機能する圧力センサにおいて、外部との連通孔部（第二空隙部）を通してダイアフラム部裏面へ直接光が照射されることを防ぐ効果をもたらす。これにより、光照射を原因とするセンサ特性の変動を防止することが可能となる。したがって、本発明によれば、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能な新しい構造を有するゲージ圧型圧力センサを提供することができる。
【００１９】
本発明の請求項２に係る圧力センサパッケージ（以下、「第一の圧力センサパッケージ」とも呼ぶ。）は、請求項１に記載の圧力センサに、該圧力センサの導電部と電気的に接続されるバンプを備えた構成とした。このような構成は、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えたチップサイズパッケージを実現できる効果をもたらす。また、バンプを用いて実装基板と直接接続することが可能なため、圧力センサを内包する筐体、及び、圧力センサと外部基板の間を電気的に繋ぐワイヤボンドやリード等の接続部材を一切不要とする。したがって、本発明によれば、筐体などを必要とせず、小型化が実現された圧力センサパッケージを提供することができる。
本発明の請求項３に係る圧力センサパッケージでは、請求項２に記載の圧力センサパッケージにおいて、前記バンプが、前記基体の外周域に、かつ、外部との連通孔部（第二空隙部）と重ならない位置に配される構成とした。これにより、該孔部と重なる位置にバンプを設けることによる前記孔部の破壊の虞をなくすとともに、小型のチップサイズパッケージを実現できる。したがって、本発明によれば、安定した構造で小型化された圧力センサパッケージを提供することができる。
【００２０】
本発明の請求項４に係る圧力センサ（以下、「第二の圧力センサ」とも呼ぶ。）では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を、基体と略平行して広がる空間（第一空隙部、第二空隙部）として設け、該孔部（第二空隙部）を基体の側面に向かって開口させるとともに、一端が基体の外周域に配された感圧素子と電気的に接続される導電部に電気的に接続し、他端が該基体の他面に露呈するように、基体を貫通してなる貫通配線部を該導電部ごとに設けた構成とした。つまり、外部との連通孔部（第二空隙部）を通してダイアフラム部裏面へ直接光が照射されることを防ぐことができるとともに、導電部が備えられた面とは異なる面に、例えばバンプ等の接続部材を配置することの自由度を向上する効果をもたらす。したがって、本発明によれば、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能なゲージ圧センサとして機能するとともに、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサを提供することができる。
【００２１】
本発明の請求項５に係る圧力センサパッケージ（以下、「第二の圧力センサパッケージ」とも呼ぶ。）では、請求項４に記載の圧力センサにおいて、前記貫通配線部が、前記基体の外周域に、かつ、外部との連通孔部（第二空隙部）と重ならない位置に配される構成とした。これにより、貫通配線部を設けることによる前記孔部の破壊の虞をなくすとともに、前記孔部と貫通配線部を、基体の面上で重ならない位置に配することができるため、小型のチップサイズパッケージを実現できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、安定した構造で小型化された圧力センサパッケージを提供することができる。
本発明の請求項６に係る圧力センサパッケージでは、請求項４または５に記載の圧力センサの貫通配線部の露呈した部分に配され、該貫通配線部と電気的に接続されるバンプを備えた構成とした。このような構成は、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能し、外部基板との接続自由度の高い圧力センサを備えたチップサイズパッケージを実現できる効果をもたらす。また、バンプを用いて実装基板と直接接続することが可能なため、圧力センサを内包する筐体、及び、圧力センサと外部基板の間を電気的に繋ぐワイヤボンドやリード等の接続部材を一切不要とする。したがって、本発明によれば、筐体などを必要とせず、小型化が実現された圧力センサパッケージを提供することができる。また、ダイアフラム面とは逆の面にバンプ等が形成されるため、ダイアフラムにかかる熱的な応力をより小さくすることができる。
【００２２】
本発明の請求項７に係る圧力センサの製造方法では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室（第一空隙部）、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部（第二空隙部）を構成するための凹部を同時に作製し、その後二枚の基板を張り合わせることにより、基体と略平行して広がる基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を形成する工程を用いた。これにより、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサの作製に際し、基準圧力室と連通孔部を同時に加工できるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れる。また、絶対圧型センサを別途エッチング加工して連通孔部を形成し、ゲージ圧センサを作製する場合に懸念される、オーバーエッチングによるダイアフラム部の損傷の虞もなくなる。したがって、本発明によれば、安定した動作が可能なゲージ圧型圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して作製できる製造方法が得られる。
【００２３】
本発明の請求項８に係る圧力センサパッケージの製造方法では、請求項７に記載の圧力センサの製造方法により、基体の外面に、前記導電部と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えた製造方法とした。これにより、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。
【００２４】
本発明の請求項９に係る圧力センサの製造方法では、二枚の基板を重ねてなる基体の重なり面において、基準圧力室（第一空隙部）、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部（第二空隙部）を構成するための凹部を同時に作製してから、二枚の基板を張り合わせることにより、基体と略平行して広がる基準圧力室、及び該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部を形成し、その後、一端が基体の外周域に配された感圧素子と電気的に接続される導電部に電気的に接続し、他端が該基体の他面に露呈するように、基体を貫通してなる貫通配線部を該導電部ごとに設ける工程を用いた。これにより、基準圧力室と連通孔部を同時に加工できるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れるとともに、導電部が備えられた面とは異なる面に、例えばバンプ等の接続部材を配置することも容易となる。したがって、本発明によれば、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法が得られる。
【００２５】
本発明の請求項１０に係る圧力センサパッケージの製造方法では、請求項９に記載の圧力センサの製造方法により、前記貫通配線部の他面に露呈された一端に、該一端と電気的に接続されるバンプを形成する工程を、さらに備えた製造方法とした。これにより、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能し、外部基板との接続自由度の高い圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。
【００２６】
本発明の請求項１１に係る圧力センサモジュールでは、請求項２、３、又は６のいずれかに記載の圧力センサパッケージのバンプを介して電気的に接続される実装基板を備えて構成した。このような構成は、実装基板によって、ゲージ圧センサとして機能し、外部基板との接続自由度を備える圧力センサを備え、小型化が実現されたチップサイズパッケージを備えた圧力センサモジュールを実現できる効果をもたらす。したがって、本発明によれば、小型化された圧力センサモジュールを提供することができる。
【００２７】
本発明の請求項１２に係る電子部品では、上述した構成を備える、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする。この圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールは、搭載した際に嵩張る筐体などが不要なことから、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを収容する容積が大幅に低減されると共に、筐体などに相当する重量も削減される。よって、本発明によれば、小型で軽量な電子部品の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る圧力センサの実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る圧力センサは、二枚の半導体基板からなる基体において、その重なり面に基準圧力室（第一空隙部）、および該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部（第二空隙部）を設けてなる構造（第一の圧力センサ）と、二枚の半導体基板の重なり面に、基準圧力室（第一空隙部）、および該基準圧力室と基体の外部とを連通する孔部（第二空隙部）を設けると共に、前記基体の一面に配された導電部と一端が電気的に接続し、他端がその他面に露呈するように、該基体を貫通してなる貫通配線部を設けてなる構造（第二の圧力センサ）とに大きく分けることができる。
【００２９】
「圧力センサ」
＜第一実施形態＞
まず、第一の圧力センサについて、図１と図２に基づき説明する。
図１は、本発明に係る圧力センサの一例を示す模式的な断面図（ａ）、（ｂ）と、模式的な平面図（ｃ）であり、図１（ａ）は図１（ｃ）に示すＡ１−Ａ１線に沿った断面を、図１（ｂ）は図１（ｃ）に示すＡ２−Ａ２線に沿った断面を表している。すなわち、図１（ｃ）はダイアフラム部を設けた面である。また、図２は、感圧素子（ゲージ抵抗）の概略配線図である。
【００３０】
図１に示すように、第一の圧力センサ１Ａは、平板状の第一基板１１に第二基板１２を重ねてなる基体１３を基材とし、該基体１３の重なり面において、前記第一基板１１の中央域αに第一凹部１４ａを配することにより、前記第二基板１２と略平行して広がる第一空隙部（基準圧力室）１４を備え、該第一空隙部１４と重なり薄板化された第二基板１２からなる領域をダイアフラム部１６とする。このダイアフラム部１６には複数の感圧素子１７が配されている。また、前記第二基板１２の外面からなる前記基体１３の一面において、前記ダイアフラム部１６を除いた外周域βには、前記感圧素子１７と電気的に接続された導電部１８が配されている。さらに、前記基体１３内の重なり面において、前記第一空隙部１４の外周域βに、一方が前記第一空隙部１４と連通し、他方が該第一基板１１の側面に開口部をなす第二凹部（例えば１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を配することにより、前記第一空隙部１４と前記基体１３の外部とを連通する孔部（連通孔）として、前記第二基板１２と略平行をなす第二空隙部１５を設けている。
なお図１では、第二空隙部１５として、第一基板１１の側面に向けて四方向への開口部を設けているが、本発明ではこれに限定されるものではなく、少なくとも一方向以上への開口部を有する構造であれば良い。
【００３１】
図１は、感圧素子１７として機能するゲージ抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）が配された例であり、各ゲージ抵抗は、不図示のリード配線を介して、ホイットストーンブリッジ（図２）を構成するように電気的に接続されている。このような感圧素子１７は、ダイアフラム部１６の周縁部に配置すると良い。この周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子１７に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１Ａが得られる。
【００３２】
したがって、第一の圧力センサ１Ａでは、圧力基準室である第一空隙部１４が、連通孔として機能する第二空隙部１５によって外部（例えば、大気）に開放され、ゲージ圧センサとして機能するとともに、第二空隙部１５の外部との開口部が基体の側面に配されているため、第二空隙部１５を通して、ダイアフラム部１６裏面に直接光が照射されることを防ぐことができる。これにより、光照射を原因とするセンサ特性の変動が抑えられ、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能な圧力センサが得られる。
【００３３】
次に、第一の圧力センサパッケージ２Ａについて、図３に基づき説明する。
図３は、本発明に係る圧力センサパッケージの一例を示す模式的な断面図であり、図１におけるＡ１−Ａ１線に沿った断面に相当する。
図３に示すように、第一の圧力センサパッケージ２Ａは、上記構造とした第一の圧力センサ１Ａの導電部１８にそれぞれ配され、該導電部１８と電気的に接続されるバンプ１９を備えることによって構成されている。
【００３４】
すなわち、本発明に係る第一の圧力センサパッケージ２Ａを構成する第一の圧力センサ１Ａは、平板状の第一基板１１に第二基板１２を重ねてなる基体１３を基材とし、該基体１３の重なり面において、前記第一基板１１の中央域αに第一凹部１４ａを配することにより、前記第二基板１２と略平行して広がる第一空隙部（基準圧力室）１４を備え、該第一空隙部１４と重なり薄板化された第二基板１２からなる領域をダイアフラム部１６とする。このダイアフラム部１６には複数の感圧素子１７が配されている。また、前記第二基板１２の外面からなる前記基体１３の一面において、前記ダイアフラム部１６を除いた外周域βには、前記感圧素子１７と電気的に接続された導電部１８が配されている。さらに、前記基体１３内の重なり面において、前記第一空隙部１４の外周域βに、一方が前記第一空隙部１４と連通し、他方が該第一基板１１の側面に開口部をなす第二凹部（例えば１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を配することにより、前記第一空隙部１４と前記基体１３の外部とを連通する孔部（連通孔）として、前記第二基板１２と略平行をなす第二空隙部１５を設けることにより構成される。
【００３５】
また、圧力センサ１Ａにおいて、図１に示すように、バンプ１９を載置するための導電部１８を除く外周域βは、絶縁部（不図示）によって覆われる形態が好ましい。絶縁部を設けることにより、感圧素子１７が絶縁層によって被覆した構成が得られる。この構成とした第一の圧力センサパッケージ２Ａでは、バンプ１９を例えば外部基板（不図示）と接続させる際に、バンプ１９以外の外周域βは全て絶縁部によって被覆されているので、外部基板に対して感圧素子１７の絶縁性が十分に確保される。また、絶縁部は、感圧素子１７の外気との接触を遮断するため感圧素子１７の耐食性を向上させると共に、感圧素子１７がダイアフラム部１６を介さずに直接、外部から受ける機械的な影響を大幅に低減する効果も有する。
【００３６】
このとき、バンプ１９は外周域βで、かつ、第二空隙部１５と重ならない位置に配されることが好ましい。これにより、バンプ１９を設けることによる第二空隙部１５の破壊の虞をなくすことができる。なお、バンプ１９は、必ずしも電極パッドのような導電部１８の上に配されることに限定されるものではなく、第二空隙部１５と重なる位置でなければ、配線層（不図示）等を介して導電部１８からずれた位置に設けても良い。
【００３７】
したがって、第一の圧力センサパッケージ２Ａでは、圧力センサを内包する筐体などが不要で、かつ、例えば外部基板と接続可能なバンプ１９も圧力センサパッケージ自体が備えているため、極めて小型化の圧力センサパッケージが得られる。また、バンプによって、外部基板にチップサイズで実装することが可能となる。
【００３８】
＜第二実施形態＞
次に、第二の圧力センサについて、図４に基づき説明する。
図４は、本発明に係る圧力センサの他の一例を示す模式的な断面図（ａ）、（ｂ）と、模式的な平面図（ｃ）であり、図４（ａ）は図４（ｃ）に示すＢ１−Ｂ１線に沿った断面を、図４（ｂ）は図４（ｃ）に示すＢ２−Ｂ２線に沿った断面を表している。すなわち、図４（ｃ）はダイアフラム部を設けた面である。
【００３９】
図４に示すように、第二の圧力センサ１Ｂは、平板状の第一基板１１に第二基板１２を重ねてなる基体１３を基材とし、該基体１３の重なり面において、前記第一基板１１の中央域αに第一凹部１４ａを配することにより、前記第二基板１２と略平行して広がる第一空隙部（基準圧力室）１４を備え、該第一空隙部１４と重なり薄板化された第二基板１２からなる領域をダイアフラム部１６とする。このダイアフラム部１６には複数の感圧素子１７が配されている。また、前記第二基板１２の外面からなる前記基体１３の一面において、前記ダイアフラム部１６を除いた外周域βには、前記感圧素子１７と電気的に接続された導電部１８が配されている。さらに、前記基体１３内の重なり面において、前記第一空隙部１４の外周域βに、一方が前記第一空隙部１４と連通し、他方が該第一基板１１の側面に開口部をなす第二凹部（例えば１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）を配することにより、前記第一空隙部１４と前記基体１３の外部とを連通する孔部（連通孔）として、前記第二基板１２と略平行をなす第二空隙部１５を備える。さらに、一端２０ａが前記導電部１８に電気的に接続し、他端２０ｂが第一基板１１の外面からなる前記基体１３の他面に露呈するように、前記基体１３を貫通してなる貫通配線部２０を該導電部１８ごとに設けている。
【００４０】
なお図４では、第二空隙部１５として、第一基板１１の側面に向けて四方向への開口部を設けているが、本発明ではこれに限定されるものではなく、少なくとも一方向以上への開口部を有する構造であれば良い。
このとき、図４（ｃ）に示すように、貫通配線部２０は外周域βで、かつ、第二空隙部１５と重ならない位置に配されることが好ましい。これにより、貫通配線部２０を設けることによる第二空隙部１５の破壊の虞をなくすことができる。
【００４１】
図４は、感圧素子１７として機能するゲージ抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）が配された例であり、各ゲージ抵抗は、不図示のリード配線を介して、ホイットストーンブリッジ（図２）を構成するように電気的に接続されている。このような感圧素子１７は、ダイアフラム部１６の周縁部に配置すると良い。この周縁部においては圧縮と引張の両応力が感圧素子１７に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１Ｂが得られる。
【００４２】
したがって、第二の圧力センサ１Ｂでは、圧力基準室である第一空隙部１４が、連通孔として機能する第二空隙部１５によって外部（例えば、大気）に開放され、ゲージ圧センサとして機能するとともに、第二空隙部１５の外部との開口部が基体の側面に配されているため、第二空隙部１５を通してダイアフラム部１６裏面に直接光が照射されることを防ぐことができる。これにより、光照射を原因とするセンサ特性の変動が抑えられ、外部からの要因に影響されにくく安定した動作が可能であるとともに、基体１３を貫通する貫通配線部２０によって、第二空隙部１５に干渉することなく、ダイアフラム部１６とは反対側の面に電気配線を引き出すことが可能な構造を備えた圧力センサが得られる。
【００４３】
次に、第二の圧力センサパッケージ２Ｂについて、図５に基づき説明する。
図５は、本発明に係る圧力センサパッケージの一例を示す模式的な断面図（ａ）、（ｂ）と、模式的な平面図（ｃ）であり、図５（ａ）は図５（ｃ）に示すＢ１−Ｂ１線に沿った断面を、図５（ｂ）は図５（ｃ）に示すＢ２−Ｂ２線に沿った断面を表している。すなわち、図５（ｃ）はダイアフラム部を設けた面である。
図５に示すように、第二の圧力センサパッケージ２Ｂは、上記構造とした第二の圧力センサ１Ｂの貫通配線部２０の露呈した他端２０ｂにそれぞれ配され、該貫通配線部２０と電気的に接続されるバンプ１９を備えることによって構成されている。
【００４４】
図５に示した第二の圧力センサパッケージ２Ｂが、上述した第一の圧力センサパッケージ２Ａ（図３）と相違する箇所は、貫通配線部２０と電気的に接続されるバンプ１９を備えている点である。その他の点においては、第二の圧力センサパッケージ２Ｂと第一の圧力センサパッケージ２Ａは同様の構成としたものである。
【００４５】
したがって、第二の圧力センサパッケージ２Ｂでは、上述した第一の圧力センサパッケージ２Ａ（図３）と同様に、圧力センサを内包する筐体などが不要で、かつ、例えば外部基板と接続可能なバンプ１９も圧力センサパッケージ自体が備えているため、極めて小型化可能な圧力センサパッケージが得られる。これに加えて、第二の圧力センサパッケージ２Ｂは、基体１３を貫通する貫通配線部２０にバンプを設けることによって、第二空隙部１５に干渉することなく、ダイアフラム部１６とは反対側の面に電気配線を引き出し、外部基板にチップサイズで実装することが可能となる利点も兼ね備えることができる。
【００４６】
「圧力センサの製造方法」
＜第三実施形態＞
図６は、図３に示す第一の圧力センサパッケージ２Ａの製造方法の一例を模式的に示した断面工程図である。
まず、図６（ａ）に示すように、例えばシリコンなどの半導体からなる第一基板１１の一面において、中央域αに第一凹部１４ａを、外周域βの少なくとも一部に、一方が前記第一凹部１４ａと連通し、他方が該第一基板１１の側面に開口部をなす第二凹部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを形成する。
【００４７】
この凹部は、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching） 法によりエッチングすることで形成することができる。ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行なうことにより（Bosch プロセス）、第一基板１１を深堀エッチングするものである。
なお、これらの凹部を形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
また、第二凹部として第一基板１１の側面に向けて四方向へ開口部を設けているが、本発明ではこれに限定されるものではなく、少なくとも一方向以上への開口部を有する構造であれば良く、その位置も各辺の中央部に限らず、その数も各辺から一本とは限らず、適宜設定することができる。
【００４８】
次に、図６（ｂ）に示すように、第一基板１１の凹部を形成した面に、例えばシリコンからなる第二基板１２を、例えば高温で熱処理することにより接合する。その後、図６（ｃ）に示すように、第二基板１２の一面を研磨等により薄化して所望の厚さとし、ダイアフラム部１６を形成する。
第二基板１２を薄化する方法については特に限定されるものではなく、研削及びポリッシング加工に加え、反応性ガスを用いたドライエッチング、薬液を用いたウェットエッチング、または電気化学エッチング等による加工も可能である。
【００４９】
次に、図６（ｄ）に示すように、薄化された第二基板１２の外面に、感圧素子１７を形成し、さらに外周部βに該感圧素子１７と電気的に接続する導電部１８を設けることで、図１に示すゲージ圧型の圧力センサ１Ａが作製される。このとき、図２に示すように、感圧素子１７がホイットストーンブリッジを構成するように配する。
【００５０】
次に、図６（ｅ）に示すように、導電部１８と電気的に接続するように、該導電部１８にそれぞれバンプ１９を形成する。これにより、図３に示す第一の圧力センサパッケージ２Ａが作製される。
バンプ１９は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、電極パッド等の導電部１８上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、導電部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また本発明では、バンプ１９はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またＣｕやＡｕなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
【００５１】
本発明の製造方法によれば、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサパッケージ２Ａの作製に際し、第一空隙部１４と第二空隙部１５を同一の工程で形成することができるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れる。また、絶対圧型センサを別途エッチング加工して連通孔部を形成し、ゲージ圧センサを作製する場合に懸念される、オーバーエッチングによるダイアフラム部の損傷の虞もなくなる。したがって、本発明によれば、安定した動作が可能なゲージ圧型圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して作製できる製造方法が得られる。
さらに、バンプによって、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製でき、圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。
【００５２】
＜第四実施形態＞
図７は、図５に示す貫通配線部２０を有する第二の圧力センサパッケージ２Ｂの製造方法の一例を模式的に示した断面工程図である。
なお、第一の圧力センサ１Ａが完成する、図６（ｄ）で示した工程までは、第一の圧力センサパッケージ２Ａと同じ工程を用いるものであり、ここでは図６（ｄ）に至る工程は省略するものとする。
【００５３】
まず、図７（ａ）に示すように、第一の圧力センサ１Ａにおける導電部１８の裏面に接続するように貫通孔２１を形成する。貫通孔２１は、例えばＤＲＩＥ法によりエッチングすることで形成することができる。なお、貫通孔２１を形成する方法はこれに限定されるものではなく、レーザ等の物理的加工も可能である。
【００５４】
次に、図７（ｂ）に示すように、貫通孔２１の内壁及び第一基板１１の外面からなる基体１３の他面に絶縁層２２を形成する。絶縁層２２としては、例えばＳｉＯ２  をプラズマＣＶＤにより１μｍ成膜することで形成できる。
この絶縁層としてはＳｉＯ２ に限定されるものではなく、ＳｉＮや樹脂等の他の絶縁材料であっても良い。また、製法もその他スパッタ、スピンコート等が利用できる。
【００５５】
次に、図７（ｃ）に示すように、導電部１８と電気的に接続するように、貫通孔２１内に導電性物質２３を充填することにより、貫通配線部２０を形成する。これにより、図４に示す第二の圧力センサ１Ｂが作製される。
この導電性物質２３としては、例えばＣｕとし、めっきにより貫通孔２１内に充填することができる。なお、導電性物質２３はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法もＣＶＤやスパッタを利用することができる。
【００５６】
さらに、図７（ｄ）に示すように、当該貫通配線部２０と電気的に接続するように、バンプ１９を形成する。これにより、図５に示す第二の圧力センサパッケージ２Ｂが作製される。
バンプ１９は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、貫通配線部２０上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、貫通配線部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また本発明では、バンプ１９はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またＣｕやＡｕなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
【００５７】
本発明の製造方法によれば、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサパッケージ２Ｂの作製に際し、第一空隙部１４と第二空隙部１５を同一の工程で形成することができるため、製造工数を大幅に削減でき、効率化が図れるとともに、導電部が備えられた面とは異なる面に、例えばバンプ等の接続部材を配置することも容易となる。したがって、本発明によれば、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法が得られる。
さらに、バンプによって、外部基板との接続自由度の高い圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを効率的に作製でき、外部基板の要求に応じた実装の自由度を備えた構造の圧力センサパッケージを、低コストで簡便に、かつ安定して形成できる製造方法を提供することができる。
【００５８】
図８は、第一の圧力センサパッケージ２Ａのウェハレベルパッケージにおける模式的な平面図であり、ダイアフラム部を設けた面を示す。
上述の第一、第二の圧力センサ、及びそのパッケージの製造方法については、通常の工程では、ウェハレベルで行うこととなる。そのため、図８に示すように圧力センサパッケージ１０１と隣り合う圧力センサパッケージ１０２とには同様のパターンが形成されることになり、ダイシングライン近辺の領域γにおいて、各々の第二空隙部１５が繋がる構造となる。一連の工程が終了後、図中破線Ｃ−Ｃからダイシングしチップに個片化することにより、同時に第二空隙部１５をチップの側面に開口させて、基準圧力室となる第一空隙部１４と基体の外部を連通させることができる。これにより、ゲージ圧センサとして機能する圧力センサを備えた小型のチップサイズパッケージを、簡易な工程で、かつ効率的に形成できる製造方法を提供することができる。
【００５９】
第一または第二の圧力センサパッケージを、バンプを介して電気的に接続するように実装基板を備えることにより、圧力センサモジュールが作製されるものとなる。したがって、本発明によれば、小型化された圧力センサモジュールを提供することができる。
また、上述した構成を備える、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを搭載したことを特徴とする電子部品は、搭載した際に嵩張る筐体などが不要なことから、圧力センサ、圧力センサパッケージ又は圧力センサモジュールを収容する容積が大幅に低減されると共に、筐体などに相当する重量も削減される。よって、本発明によれば、小型で軽量な電子部品の提供が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る圧力センサ、圧力センサパッケージ、圧力センサモジュールは、例えば空気圧や水圧、油圧等の圧力を測定する用途に使用され、特にウエハレベルチップサイズ化により筐体等を不要とした構造を備えているので、薄型化や小型化、あるいは軽量化等が求められている各種の電子部品に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る第一の圧力センサの一例を示す図。
【図２】感圧素子（ゲージ抵抗）の電気的な配線図。
【図３】本発明に係る第一の圧力センサパッケージの一例を示す図。
【図４】本発明に係る第二の圧力センサの一例を示す図。
【図５】本発明に係る第二の圧力センサパッケージの一例を示す図。
【図６】本発明に係る第一の圧力センサパッケージの製造方法の一例を示す模式的な断面工程図である。
【図７】本発明に係る第二の圧力センサパッケージの製造方法の一例を示す模式的な断面工程図である。
【図８】本発明に係るウェハレベルパッケージの一例を示す模式的な平面図である。
【図９】従来の絶対圧型圧力センサを示す図である。
【図１０】従来の差圧型圧力センサを示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
α 中央域、β 外周域、１Ａ，１Ｂ 圧力センサ、２Ａ，２Ｂ 圧力センサパッケージ、３Ａ  圧力センサモジュール、１１  第一基板、１２  第二基板、１３  基体、１４  第一空隙部（基準圧力室）、１５  第二空隙部（外部との連通孔）、１６  ダイアフラム部、１７  感圧素子、１８ 導電部、１９ バンプ、２０ 貫通配線部、２１ 貫通孔、２２  絶縁層、２３ 導電性物質、４０ 実装基板。
【図１】
2010107215.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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