(57)【要約】【課題】圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサモジュールにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを提供する。【解決手段】本発明に係る圧力センサモジュール２０は、第一基板３と第二基板４との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板３０を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体２、前記第三基板３０の貫通部が、前記第一基板３及び前記第二基板４によって挟まれ、該基体２の内部に形成された空間部５、前記空間部５と重なる位置にあって、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６、前記ダイアフラム部６の前記空間部５に接する面に配された感圧素子７、及び、前記ダイアフラム部６の周囲に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部９、を少なくとも有する圧力センサ１０と、前記第二基板４の前記空間部５に接する面に配された、前記圧力センサ１０の制御用集積回路と、を備える。【選択図】図１
2010281611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板と第二基板との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体、
前記第三基板の貫通部が、前記第一基板及び前記第二基板によって挟まれ、該基体の内部に形成された空間部、
前記空間部と重なる位置にあって、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部の前記空間部に接する面に配された感圧素子、及び、
前記ダイアフラム部の周囲に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、
前記第二基板の前記空間部に接する面に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、を少なくとも備えたことを特徴とする圧力センサモジュール。
【請求項２】
前記空間部を除いた領域にあって、前記基体を構成する前記第一基板、前記第三基板、及び前記第二基板を貫くように配される貫通配線部を有し、
該貫通配線部が、前記感圧素子と前記圧力センサの制御用集積回路とを、電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力センサモジュールと、
前記第二基板において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、を少なくとも備えたことを特徴とする圧力センサパッケージ。
【請求項４】
第一基板と第二基板との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体、
前記第三基板の貫通部が、前記第一基板及び前記第二基板によって挟まれ、該基体の内部に形成された空間部、
前記空間部と重なる位置にあって、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、
前記ダイアフラム部の前記空間部に接する面に配された感圧素子、及び、
前記ダイアフラム部の周囲に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、
前記第二基板の前記空間部に接する面に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、
前記感圧素子が、前記第一基板の内面に配置されてなる第一基板、及び
前記圧力センサの制御用集積回路が、前記第二基板の内面に配置されてなる第二基板を用いることを特徴とする圧力センサモジュールの製造方法。
【請求項５】
前記感圧素子が形成された前記第一基板の内面と、
前記制御用集積回路が形成された前記第二基板の内面とを向かい合わせて、
前記第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねて前記基体を形成し、且つ、
前記基体の内部に、前記第一基板、前記第二基板、及び前記第三基板で囲まれた空間部を形成するように、
前記第一基板、前記第二基板、及び前記第三基板を張り合わせる工程Ａと、
前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続する工程Ｂと、を順に有することを特徴とする請求項４に記載の圧力センサモジュールの製造方法。
【請求項６】
前記請求項４又は５に記載の圧力センサモジュールの製造工程と、
前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプを形成する工程Ｃを、さらに有することを特徴とする圧力センサパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。詳しくは、半導体基板に形成した半導体圧力センサと、該半導体圧力センサの制御用の集積回路のチップサイズでの実装を目的とした圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体圧力センサ（以下、「圧力センサ」と呼称）は、ピエゾ抵抗効果などを利用して、シリコンなどの半導体基板上に生ずる圧力変化を電圧信号に変換する機能を有するセンサである。
【０００３】
その一例としては、例えば図６に示すようなものが挙げられる。この圧力センサ１００は、シリコン等からなる半導体基板１０２と、その中央域に形成された空間部１０３と、該空間部１０３により薄板化された領域からなるダイアフラム部１０４（感圧部）と、該ダイアフラム部１０４に複数配された、感圧素子としての歪ゲージ１０５と、前記ダイアフラム部１０４を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ１０５ごとに電気的に接続された電極（パッド部）１０６等を備えている。
【０００４】
このような圧力センサ１００は、主に樹脂からなるパッケージに配することにより、圧力センサの電子部品として用いられる(以下、「圧力センサパッケージ」と呼称)。
図７は、樹脂による圧力センサパッケージ１１０の構造例である。この例では、樹脂板等からなり、圧力導入孔１１１ａを有する筐体１１１を備え、該筐体１１１内部に形成される空間の中に、前記圧力センサ１００が絶縁材料からなる支持基板１１２上に配され、金線などを用いたワイヤーボンド１１３により、圧力センサ１００の電極部１０６と筐体１１１に設けられた金属リード１１４とが電気的に接続される。図７（ａ）は絶対圧型圧力センサの構成例であり、図７（ｂ）は相対圧型圧力センサの構成例である。
【０００５】
ただし、このような圧力センサパッケージの筐体を小型化するには、リードフレームのサイズや筐体内部の空間を縮小する必要がある。樹脂やリードフレームの加工精度などにより圧力センサパッケージのサイズ縮小が困難であるため、圧力センサを高密度に実装するためには、感圧素子を形成した半導体基板を樹脂や金属などで構成された筐体で覆う形態の、従来の圧力センサパッケージの構成をとることは困難であるという問題がある。
【０００６】
電子部品の実装用基板に対する、圧力センサの高密度実装を目的とした、従来よりも小型の圧力センサを実現する方法として、半導体基板上に電極となるバンプを形成する技術（以下、「バンプ形成技術」と呼称）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図８にバンプ形成技術を用いて作製された圧力センサパッケージを示す。バンプ形成技術により作製した圧力センサパッケージは、圧力センサの半導体基板と同程度の大きさで電子部品の実装用基板に実装することが可能である。また、図９に示すように、半導体基板面上のダイアフラム部１０４の外周領域に、感圧素子１０５形成面から対向面に対して半導体基板１０２に貫通孔１２１を形成し、貫通孔１２１内面にスパッタ法などにより金属膜１２２を堆積させ、該対向面に形成したバンプ１２０と、感圧素子とを電気的に接続する（以下、「貫通配線形成技術」と呼称）。このように、バンプ形成技術と貫通配線形成技術を用いることにより、小型の圧力センサパッケージを作製することが可能である。
【０００８】
このような圧力センサにおいて高精度の圧力分解能を実現するためには、出力の電気信号の温度依存性を小さくすることが効果的であり、加えて、所望の出力値になるような電気信号の増幅や補正が必要になる。
そこで、前記の特徴をもつ感圧素子を形成した半導体基板（以下、「圧力センサ本体」と呼称）に加えて、該感圧素子からの電気信号を補償するために、半導体の集積回路が接続されることがある。
【０００９】
圧力センサ本体の感圧素子の形成面と同一面で、感圧素子の外周部に、当該集積回路を形成した圧力センサモジュール（以下、「集積化圧力センサ」と呼称）が知られている。集積化圧力センサにより、感圧素子からの電気信号の補償が可能であるが、感圧素子と同一面に該集積回路が形成されるため、圧力センサ本体の面積より、集積化圧力センサの面積が、少なからず増加するという問題がある。
【００１０】
圧力センサ本体と圧力センサ制御用の集積回路（以下、「ＡＳＩＣ」と呼称）を、他の電子部品と電気的に接続するために、圧力センサ本体とＡＳＩＣを、それぞれ樹脂などで構成されたパッケージ内に設置した状態で樹脂基板等に実装する場合、圧力センサ本体とＡＳＩＣのパッケージに相当する実装面積と、パッケージ間を電気的に接続する配線部の面積が必要になる。特に小型の携帯端末などに圧力センサパッケージを実装する場合には、実装面積が大きいという問題がある。
【００１１】
また、圧力センサ本体とＡＳＩＣを積層した場合は、圧力センサ単体のパッケージと同等のパッケージ面積を実現できるが、パッケージの高さが増加するという問題がある。実装後の圧力センサパッケージの高さは、該パッケージの高さに依存するため、薄型化の実装が困難であるという問題がある。
【００１２】
一方、圧力センサ本体に対する小型かつ薄型の実装を目的として、バンプを用いたチップサイズのパッケージ（以下、「ＣＳＰ」と呼称）による実装技術が検討されている。この方法により、樹脂等で構成されたパッケージに圧力センサを設置する従来のパッケージより、実装面積が小さく薄型の実装が可能になる。ただし、温度特性が補償された高精度の圧力センサを実現するためには、ＡＳＩＣと組み合わせた圧力センサモジュールが必要になる。
【００１３】
感圧素子を形成した半導体基板とＡＳＩＣを、他の電子部品との接続を目的とした基板上に実装する場合、ＡＳＩＣも圧力センサ本体と同様にＣＳＰで実装することにより、圧力センサ単体のＣＳＰによる実装と比べて、実装面積が増加するという問題がある。また、バンプを形成したセンサチップ面上に、バンプを形成したＡＳＩＣを実装する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方法により小型の実装は可能であるが、バンプやＡＳＩＣチップの厚さを精密に制御しなければならないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−８２００９号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】プレスリリース（2007年10月31日）、ＶＴＩテクノロジ（株）ホームページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサモジュールにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを提供することを第一の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサパッケージにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサパッケージを提供することを第二の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサモジュールの製造方法を提供することを第三の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することを第四の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の圧力センサモジュールは、第一基板と第二基板との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体、前記第三基板の貫通部が、前記第一基板及び前記第二基板によって挟まれ、該基体の内部に形成された空間部、前記空間部と重なる位置にあって、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部の前記空間部に接する面に配された感圧素子、及び、前記ダイアフラム部の周囲に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板の前記空間部に接する面に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の圧力センサモジュールは、請求項１において、前記空間部を除いた領域にあって、前記基体を構成する前記第一基板、前記第三基板、及び前記第二基板を貫くように配される貫通配線部を有し、該貫通配線部が、前記感圧素子と前記圧力センサの制御用集積回路とを、電気的に接続することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の圧力センサパッケージは、請求項２に記載の圧力センサモジュールと、前記第二基板において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板と第二基板との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体、前記第三基板の貫通部が、前記第一基板及び前記第二基板によって挟まれ、該基体の内部に形成された空間部、前記空間部と重なる位置にあって、前記第一基板の薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部の前記空間部に接する面に配された感圧素子、及び、前記ダイアフラム部の周囲に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板の前記空間部に接する面に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、前記感圧素子が、前記第一基板の内面に配置されてなる第一基板、及び前記圧力センサの制御用集積回路が、前記第二基板の内面に配置されてなる第二基板を用いることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、請求項４において、前記感圧素子が形成された前記第一基板の内面と、前記制御用集積回路が形成された前記第二基板の内面とを向かい合わせて、前記第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねて前記基体を形成し、且つ、前記基体の内部に、前記第一基板、前記第二基板、及び前記第三基板で囲まれた空間部を形成するように、前記第一基板、前記第二基板、及び前記第三基板を張り合わせる工程Ａと、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続する工程Ｂと、を順に有することを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、請求項４又は５に記載の圧力センサモジュールの製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプを形成する工程Ｃを、さらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、基体の内部に空間部が形成され、該基体を構成する第一基板の前記空間部に接する面に感圧素子が配されて圧力センサを構成し、該基体を構成する第二基板の前記空間部に接する面に前記圧力センサの制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサのチップサイズで構成することができる。さらに、該感圧素子及び該制御用集積回路が、該基体内部に形成された空間部に面して、互いに向き合う２つの面にそれぞれ配され、モジュールの内部で保護されているため、該感圧素子及び該制御用集積回路の、外気に接触することによる腐食や汚損を防ぐことができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備え、さらに耐腐食及び耐汚損に優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、本発明では、基体の内部に空間部が形成され、該基体を構成する第一基板の前記空間部に接する面に感圧素子が配されて圧力センサを構成し、該基体を構成する第二基板の前記空間部に接する面に前記圧力センサの制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサのチップサイズで構成された圧力センサモジュールを備え、さらに、該感圧素子及び該制御用集積回路がモジュールの内部で保護されている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備え、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサパッケージを提供することができる。
また本発明では、基体の内部に空間部が形成され、該基体を構成する第一基板の前記空間部に接する面に感圧素子が配されて構成された圧力センサと、該基体を構成する第二基板の前記空間部に接する面に前記圧力センサの制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュールの製造方法において、前記感圧素子が、前記第一基板の内面に配置されてなる第一基板、及び前記圧力センサの制御用集積回路が、前記第二基板の内面に配置されてなる第二基板を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備えながらもチップサイズに小型化され、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサモジュールを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサモジュールの製造方法を提供することができる。
また本発明では、基体の内部に空間部が形成され、該基体を構成する第一基板の前記空間部に接する面に感圧素子が配されて構成された圧力センサと、該基体を構成する第二基板の前記空間部に接する面に前記圧力センサの制御用集積回路とを備えた圧力センサパッケージの製造方法において、前記感圧素子が、前記第一基板の内面に配置されてなる第一基板、及び前記圧力センサの制御用集積回路が、前記第二基板の内面に配置されてなる第二基板を用いている。さらに、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備えながらもチップサイズに小型化され、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。
【図２】圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。
【図６】従来の圧力センサの一例を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。
【図８】従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。
【図９】従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージの実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の圧力センサパッケージの一構成例を模式的に示す断面図である。
この圧力センサパッケージ１Ａ（１）は圧力センサモジュール２０Ａ（２０）を備え、該圧力センサモジュール２０Ａ（２０）は、第一基板３と第二基板４との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板３０を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体２、前記第三基板３０の貫通部が、前記第一基板３及び前記第二基板４によって挟まれ、該基体２の内部に形成された空間部５、前記空間部５と重なる位置にあって、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６（「感圧部」とも呼ぶ）、前記ダイアフラム部６の前記空間部５に接する面に配された感圧素子７、及び、前記ダイアフラム部６の周囲に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部９、を少なくとも有する圧力センサ１０Ａ（１０）と、前記第二基板４の前記空間部５に接する面に配された、前記圧力センサ１０Ａ（１０）の制御用集積回路と、を少なくとも備えてなる。
この圧力センサモジュール２０Ａ（２０）を構成する圧力センサ１０Ａ（１０）において、前記第一基板３の内面３ｃ、前記第二基板４の内面４ｃ、及び前記第三基板３０の貫通部をなす内面３０ｃによって囲まれて前記基体２の内部に形成された空間により、前記空間部５が構成されている。
【００２３】
前記圧力センサモジュール２０Ａ（２０）は、また、前記空間部５を除いた領域にあって、前記基体２を構成する前記第一基板３、前記第三基板３０、及び前記第二基板４を貫くように配される貫通配線部１１を有し、該貫通配線部１１が、前記感圧素子７と前記圧力センサ１０Ａ（１０）の制御用集積回路とを、電気的に接続する構成とされる。
【００２４】
前記圧力センサモジュール２０Ａ（２０）は、さらに、一端が前記第一基板３の内面３ｃに配された導電部９と電気的に接続し、他端が前記第一基板３の外面３ｂからなる前記基体２の一面２ａに露呈するように、前記第一基板３を貫通してなる貫通配線部１５と、該貫通配線部１５の他端と電気的に接続する、前記基体２の一面２ａに配された導電部８と、一端が該導電部８と電気的に接続し、他端が前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の他面２ｂに露呈するように、前記基体２を貫通してなる貫通配線部１１と、該貫通配線部１１の他端と電気的に接続する、前記基体２の他面２ｂに配された導電部１４と、一端が該導電部１４と電気的に接続し、他端が前記第二基板４の内面４ｃに露呈するように、前記第二基板４を貫通してなる貫通配線部１８と、該貫通配線部１８の他端と電気的に接続する、前記第二基板４の内面４ｃに配された前記制御用集積回路の電極部２５と、該電極部２５と電気的に接続する前記制御用集積回路の電極部２６と、一端が該電極部２６と電気的に接続し、他端が前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の他面２ｂに露呈するように、前記第二基板４を貫通してなる貫通配線部２２と、該貫通配線部２２の他端と電気的に接続されたパッド部２８と、を備える構成とされる。
【００２５】
そして、前記圧力センサパッケージ１Ａ（１）は、前記圧力センサモジュール２０Ａ（２０）と、前記第二基板において、前記貫通配線部１１と電気的に接続されたバンプ２１と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明は、基体２内部の空間部５を形成する際、第一基板３の感圧素子７を形成した内面３ｃと向かい合わせで、圧力センサ１０の制御用の集積回路（ＡＳＩＣ）を形成した第二基板４の内面４ｃを、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板３０を間に挟み、各基板の厚み方向で重ねて、張り合わせることにより、圧力センサ１０と同等のチップサイズの圧力センサモジュール２０を形成し、さらに、貫通配線形成技術とバンプ２１形成技術により、圧力センサ１０と同等のチップサイズの圧力センサパッケージ１を形成するものである。
【００２７】
すなわち、本発明では、第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部に接する面に感圧素子７が配されて圧力センサ１０を構成し、第二基板４の内面４ｃからなる前記空間部に接する面に前記圧力センサ１０の制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサ１０のチップサイズで構成することができる。さらに、該感圧素子７が前記空間部５に接する面に配され、モジュールの内部で保護されているため、該感圧素子７の腐食や汚損を防ぐことができる。これにより本発明では、圧力センサ１０と制御用集積回路１１を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小型、薄型で補償機能を備え、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサモジュール２０を提供することができる。
これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサモジュール２０を提供することができる。
【００２８】
また、本発明では、第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部に接する面に感圧素子７が配されて圧力センサ１０を構成し、第二基板４の内面４ｃからなる前記空間部に接する面に前記圧力センサ１０の制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサ１０のチップサイズで構成された圧力センサモジュール２０を備えている。さらに、該圧力センサモジュールでは、該感圧素子７が前記空間部５に接する面に配され、モジュールの内部で保護されているため、該感圧素子７の腐食や汚損が防がれている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備え、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサパッケージ１を提供することができる。
【００２９】
図１に示すように、この圧力センサ１０Ａ（１０）は、平板状の第一基板３と第二基板４との間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板を挟み、各基板の厚み方向で重ねて基体２とし、この基体２の内部に第一基板３と略平行して広がる空間部５（基準圧力室）を備える。本実施形態では、圧力センサ１０Ａ（１０）において、前記第一基板３の内面３ｃ、前記第二基板４の内面４ｃ、及び前記第三基板３０の貫通部をなす内面３０ｃによって囲まれて、前記基体２の内部に形成された空間により、前記空間部５が構成されている。そして、該空間部５の一方側（第一基板３側）に位置する薄板化された領域をダイアフラム部６（感圧部とも言う。）とする。この感圧部をなす前記第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面には感圧素子７である抵抗体Ｒ１〜Ｒ４が配されている（図ではＲ１，Ｒ２のみ表示）。
【００３０】
感圧素子７として機能するｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６の圧力変動を検出する検出回路（ストレンゲージ）を構成するものであり、リード配線を介して、いわゆるホイットストーンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は圧力センサ外周部のパッド部までを、導電部９、貫通配線部１５、及び導電部８によって電気配線接続されている。
【００３１】
また、前記第一基板３の内面３ｃにおいて、前記感圧素子７の周囲には、前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ４ごとに電気的に接続された導電部９が配されている。したがって、圧力センサ１０は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。
これにより、基体２を外から見た場合に、その外縁域と中央域とがほぼ同じ厚さをもつ構成とすることができる。
【００３２】
このような抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗体Ｒ１〜Ｒ４に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１０が得られる。また、各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。
【００３３】
また、前記第一基板３の内面３ｃに配されている導電部９は、例えば金属薄膜などを第一基板３の内面３ｃ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部９の一端部は、ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続され、他端部は、第一基板３を貫通して配された貫通配線部１５と電気的に接続されている。また、この導電部９は、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４よりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続してもよい。
【００３４】
導電部９を除く第一基板３の内面３ｃ面上には、絶縁材料によって絶縁部（図示略）を形成することが望ましい。絶縁部を設けることにより、感圧素子７が該絶縁部によって被覆した構造が得られる。
絶縁部は、感圧素子７の外気との接触を遮断するため、感圧素子７の耐食性を向上させるとともに、感圧素子７が空間部５（圧力基準室）を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ１０の特性変動を抑制する効果も奏する。
【００３５】
貫通配線部１５は、第一基板３の空間部５と重なる領域を貫通して空間部５に通じて設けられた貫通孔１６と、該貫通孔１６に充填された導電性物質１７とからなる。この導電性物質１７としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部１５の一端は、第一基板３の内面３ｃにおいて導電部９と電気的に接続し、他端は、第一基板３の外面３ｂからなる基体２の一面２ａに配された導電部８と電気的に接続されている。
【００３６】
導電部８の一端部は、基体２の一面２ａにおいて、貫通配線部１５の他端と電気的に接続され、他端部は、基体２を貫通して配された貫通配線部１１と電気的に接続されている。
【００３７】
貫通配線部１１は、空間部５を避けるとともに、第一基板３、第三基板３０、及び第二基板４を重ねてなる基体２を貫通して設けられた貫通孔１２と、該貫通孔１２に充填された導電性物質１３とからなる。この導電性物質１３としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部１１の一端は、基体２の一面２ａにおいて導電部８と電気的に接続し、他端は、基体２の他面２ｂにおいて、導電部１４と電気的に接続されている。
【００３８】
導電部１４の一端部は、基体２の他面２ｂにおいて、貫通配線部１１の他端と電気的に接続され、他端部は、第二基板４を貫通して配された貫通配線部１８と電気的に接続されている。
【００３９】
貫通配線部１８は、第二基板４の空間部５と重なる領域を貫通して空間部５に通じて設けられた貫通孔１９と、該貫通孔１９に充填された導電性物質２７とからなる。この導電性物質２７としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部１８の一端は、第二基板４の外面４ｂからなる基体２の他面２ｂにおいて導電部１４と電気的に接続し、他端は、第二基板４の内面４ｃに配された前記制御用集積回路の電極部２５と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ１０と前記圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
【００４０】
前記制御用集積回路に、電極部２５とは別に設けられた電極部２６は、第二基板４を貫通して配された貫通電極部２２の一端と電気的に接続されている。
貫通配線部２２は、第二基板４の空間部５と重なる領域を貫通して空間部５に通じて設けられた貫通孔２３と、該貫通孔２３に充填された導電性物質２４とからなる。この導電性物質２４としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部２２の一端は、電極部２６と電気的に接続し、他端は、第二基板４の外面４ｂからなる基体２の他面２ｂに設けられたパッド部２８及びはんだバンプ２１と電気的に接続されている。
なお、貫通配線部１８と貫通配線部２２は互いに独立して異なる貫通配線であり、該貫通配線部２２は、該貫通配線部１１に対して該貫通配線部１８よりも離れて設けられている。
【００４１】
はんだバンプ２１は、例えばパッド部２８上に、はんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだバンプ２１は、必ずしもパッド部上に直接搭載されるもののみを示すものではなく、一度再配線層を形成しておき、該再配線層を介してパッド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はんだボールを搭載することもできる。これにより、実装基板やパッケージとの接続位置について高い自由度を有することができる。
【００４２】
次に、上述したような圧力センサモジュール２０、及び圧力センサパッケージ１の製造方法について説明する。
本発明の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板３と第二基板４との間に、基板２の厚み方向に貫通部を有する第三基板３０を挟み、各基板の厚み方向で重ねてなる基体２、前記第三基板３０の貫通部が、前記第一基板３及び前記第二基板４によって挟まれ、該基体２の内部に形成された空間部５、前記空間部５と重なる位置にあって、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６、前記ダイアフラム部６の前記空間部５に接する面に配された感圧素子７、及び、前記ダイアフラム部６の周囲に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部９、を少なくとも有する圧力センサ１０と、前記第二基板４の前記空間部５に接する面に配された、前記圧力センサ１０の制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュール２０の製造方法であって、前記感圧素子７が、前記第一基板３の内面３ｃに配置されてなる第一基板３、及び前記圧力センサ１０の制御用集積回路が、前記第二基板４の内面４ｃに配置されてなる第二基板４を用いることを特徴とする。
【００４３】
本発明では、第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面に感圧素子７が配されて構成された圧力センサ１０と、第二基板４の内面４ｃからなる前記空間部５に接する面に前記圧力センサ１０の制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュール２０の製造方法において、前記感圧素子７が、前記第一基板３の内面３ｃに配置されてなる第一基板３、及び前記圧力センサ１０の制御用集積回路が、前記第二基板４の内面４ｃに配置されてなる第二基板４を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備えながらもチップサイズに小型化され、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサモジュール２０を、簡便な方法で得ることができる。
【００４４】
さらに、本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記圧力センサモジュール２０の製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ２１を形成する工程Ｃを、さらに有することを特徴とする。
本発明では、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備えながらもチップサイズに小型化され、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることができる。
以下、工程順に図を用いて詳しく説明する。
【００４５】
図２は、圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
（１）まず、第一基板３の内面３ｃにおいて、後で基体２を組み立てた際に形成されるダイアフラム部６の外周域に、感圧素子７及び該感圧素子７に電気的に接続された導電部９が予め配された第一基板３を用意する。該内面３ｃの面上には、絶縁材料からなる絶縁部が設けられ、該導電部９を除いて、被覆されている。
また、第二基板４の内面４ｃにおいて、後で基体２を組み立てた際に形成される空間部５に接する面に、圧力センサ１０の制御用集積回路、並びに該制御用集積回路の電極部２５及び２６が予め配された第二基板４を用意する。
さらに、第三基板３０の内面３０ｃがなす貫通部を有する第三基板３０を用意する。
【００４６】
つぎに、図２（ａ）に示すように、第一基板３の内面３ｃと、第二基板４の内面４ｃとを向かい合わせて、それらの間に、基板の厚み方向に貫通部を有する第三基板３０を挟み、各基板の厚み方向で重ね、それぞれの基板を張り合わせて、基体２を組み立てる（工程Ａ）。このとき、第三基板３０の貫通部を、内面３ｃ及び内面４ｃで閉じることによって、内面３ｃ、内面３０ｃ、及び内面４ｃで囲まれた空間部５が、基体２の内部に形成される。
なお、前記基体２は、上述の図２（ａ）に示した第一基板３、第二基板４よりも厚い基板をそれぞれ用いて、後述の方法で張り合わせることによって組み立てられる。その後、第一基板３の外面及び第二基板４の外面を研削や研磨することによって、所望の厚さに加工される。このように薄板化された第一基板３の中央の領域がダイアフラム部６となる。
【００４７】
第一基板３と第三基板３０との張り合わせは、第一基板３の内面３ｃ側で、第三基板３０を例えば高温で熱処理することにより行われる。
第一基板３は、例えばシリコンなどの半導体からなり、内面３ｃからなる空間部５に接する面において中央域には、感圧素子７、さらにその周囲には該感圧素子７と電気的に接続する導電部９が予め形成されている。このとき、感圧素子７がホイットストーンブリッジを構成するように形成される。
【００４８】
該導電部９は、例えば金属薄膜などを第一基板３の内面３ｃ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部９の一端部は、ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続され、他端部は、第一基板３を貫通して配された貫通配線部１５と電気的に接続されている。また、この導電部９は、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４よりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続してもよい。
【００４９】
第二基板４と第三基板３０との張り合わせは、第二基板４の内面４ｃ側で、第三基板３０を例えば高温で熱処理することにより行われる。第二基板４は、例えばシリコンなどの半導体からなり、、内面４ｃからなる空間部５に接する面には、圧力センサ１０の制御用集積回路、並びに該制御用集積回路の電極部２５及び２６が予め形成されている。
【００５０】
本実施形態では、基板張り合わせ技術を用いた場合について説明する。感圧素子７を形成した第一基板３の内面３ｃに、貫通部を有する第三基板３０を張り合わせる。
当該第一基板３及び第三基板３０にシリコン単結晶を用いる場合、第一基板３と第三基板３０の表面を熱酸化法などにより酸化した後、第一基板３と第三基板３０の酸化膜を形成した面同士を接触させて熱処理することにより、基板を接合する方法が知られている。また、第一基板３と第三基板３０の自然酸化膜を除去し疎水性にするために水素終端化処理を施し、水素終端化処理を施した第一基板３と第三基板３０の表面を接触させて、分子間力による結合後に酸素を含む雰囲気で熱処理し、水素を基板表面から脱離させると同時にシリコン間の結合を形成することにより、半導体基板を接合する方法が知られる。
【００５１】
さらに、第三基板３０を陽極化成することにより多孔質シリコン層を基板上に成長させ、さらに熱処理を施し、当該多孔質シリコン層上にシリコンのエピタキシャル成長層を形成した後表面を酸化させ、表面が酸化した第一基板３と分子間力により張り合わせ、熱処理による脱水縮合反応により、シリコン同士の結合を形成する方法などが知られている。
本実施形態では、前記のどの手法の基板張り合わせ技術を利用しても、密閉空間を作製することは可能である。
また、圧力センサ１０の制御用集積回路を形成した第二基板４の内面４ｃに、貫通部を有する第三基板３０を張り合わせる場合も、前述のように、第一基板３に第三基板３０を張り合わせる場合と同様の方法で行うことができる。
【００５２】
このように、感圧素子７を形成した第一基板３、貫通部を有する第三基板３０、及び該制御用集積回路を形成した第二基板４を、当該基板張り合わせ技術を利用して張り合わせることにより、感圧素子７と制御用集積回路が基体２の内部で保護された圧力センサモジュール２０が得られる。さらに、第一基板３、第三基板３０、及び第二基板４を張り合わせることにより、基体２の内部に空間部５を形成することが可能であり、第一基板３または第二基板４の内面に、ウェットエッチングやドライエッチング等によって凹部を設ける工程を必要としないので、当該圧力センサモジュール２０の製造工程歩留を向上することができる。
【００５３】
続いて、このような圧力センサモジュール２０に対して、貫通配線形成技術及びバンプ形成技術を用いて、チップサイズの圧力センサパッケージ１を作製する方法を示す。
（２）まず、図２（ｂ）に示すように、前記第一基板３の内面３ｃの導電部９の近傍に、圧力センサ１０と該圧力センサ１０の制御用集積回路を電気的に接続するための貫通孔１６を形成する。
貫通孔１６は、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching）法（Boschプロセス）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１６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】
前記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３を採掘エッチングするものである。
【００５５】
（３）次に、貫通孔１６の内壁及び第一基板３の外面３ｂからなる基体２の一面２ａに絶縁部（図示略）を形成する。絶縁部を形成することにより、後に示す、貫通配線部１５を形成する際に基体２の表面を保護することができる。
絶縁部としては、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。この絶縁部としては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。
【００５６】
（４）次に、図２（ｃ）に示すように、導電部９と電気的に接続するように、貫通孔１６内に導電性物質１７を充填することにより、貫通配線部１５を形成する。
この導電性物質１７としては、例えばＣｕとし、めっきにより貫通孔１６内に充填することができる。なお、導電性物質１７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。さらに、貫通孔１６に充填する導電性物質１７は、第一基板３の両面における電気的な接続を形成することが目的なので、当該貫通孔１６内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
【００５７】
（５）次に、図３（ａ）に示すように、第一基板３の外面３ｂからなる基体２の一面２ａにおいて、貫通配線部１５と電気的に接続し、さらに、後で形成する貫通配線部１１とも電気的に接続するように、導電部８を形成する。
【００５８】
（６）次に、図３（ｂ）に示すように、前記基体２の一面２ａの導電部８の近傍に、圧力センサ１０と該圧力センサ１０の制御用集積回路を電気的に接続するための貫通孔１２を形成し、また前記第二基板４の内面４ｃの電極部２５の近傍に貫通孔１９を形成し、さらに前記第二基板４の内面４ｃの電極部２６の近傍に貫通孔２３を形成する。
これらの貫通孔は、例えばＤＲＩＥ法（Boschプロセス）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１２、貫通孔１９、及び貫通孔２３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。
【００５９】
（７）次に、貫通孔１２、貫通孔１９、及び貫通孔２３の内壁及び第二基板４の外面４ｂからなる基体２の他面２ｂに絶縁部（図示略）を形成する。絶縁部を形成することにより、後に示す、貫通配線部１１、貫通配線部１８、及び貫通配線部２２を形成する際に基体２の表面を保護することができる。
絶縁部としては、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。この絶縁部としては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。
【００６０】
（８）次に、図３（ｃ）に示すように、導電部８、電極部２５、電極部２６と電気的に接続するように、貫通孔１２、貫通孔１９、貫通孔２３内に導電性物質１３、導電性物質２７、導電性物質２４を、それぞれ充填することにより、貫通配線部１１、貫通配線部１８、貫通配線部２２を、それぞれ形成する。
これらの導電性物質１３、導電性物質２７、導電性物質２４としては、例えばＣｕとし、めっきにより貫通孔１２、貫通孔１９、貫通孔２３内に充填することができる。なお、導電性物質１３、導電性物質２７、導電性物質２４はこれらに限定されず、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。さらに、貫通孔１２は、基体２の両面における電気的な接続を形成することが目的なので、当該貫通孔１２内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。同様に、貫通孔１９及び貫通孔２３は、第二基板４の両面における電気的な接続を形成することが目的なので、当該貫通孔１９及び貫通孔２３内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
【００６１】
（９）次に、図４（ａ）に示すように、前記圧力センサ１０と、前記制御用集積回路とを電気的に接続する（工程Ｂ）。
第二基板４の外面４ｂからなる基体２の他面２ｂにおいて、貫通配線部１１と貫通配線部１８とを電気的に接続する導電部１４を形成する。すなわち、該導電部１４の一端部は、他面２ｂに露呈する貫通配線部１１の他端と電気的に接続し、該導電部１４の他端部は、他面２ｂに露呈する貫通配線部１８の一端と電気的に接続する。これにより圧力センサ１０と圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
また、該導電部１４とは異なるパッド部２８を、他面２ｂに露呈する貫通配線部２２の他端と電気的に接続するように設ける。
【００６２】
（１０）次に、図４（ｂ）に示すように、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ２１を形成する（工程Ｃ）。
制御用集積回路と個別に電気的に接続するように、バンプ２１を形成する。
バンプ２１は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなる半田ボールを、パッド部２８に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（パッド部２８）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２１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。
【００６３】
なお、バンプ２１は、貫通配線部２２上に、直接形成することもできるし、第二基板上のバンプ形成面上に、バンプ２１形成以前に、貫通配線部２２と電気的に接合するように導電部（再配線）を形成し、貫通配線部２２と異なる位置に該再配線と電気的に接続するようにはんだボールを形成することもできる。
これにより、図１に示す圧力センサパッケージ１Ａ（１）が作製される。
【００６４】
以上の工程により、圧力センサモジュールに対して、圧力センサ１０の導電部８と制御用集積回路の電極部２５を、貫通配線部１１を用いて接続した圧力センサパッケージ１Ａ（１）が作製される。
基体２の内部を貫通する貫通配線部１１を利用してバンプ２１を形成することによって、ダイアフラム部６の対向面側に電気配線を引き出すことにより、バンプ２１のみで、圧力センサ１０と電子部品の実装用基板に電気的に接合することができるため、高密度の実装が可能になる。
【００６５】
なお、図５に示すように、バンプ２１が感圧素子７の形成された第一基板３の外面（一面２ａ）に形成されている場合、実装用基板に対して第一基板３の外面が対向するため、第一基板３を該実装用基板によって外乱から保護することができ、当該圧力センサ１０のセンサ特性を安定させることができる。
【００６６】
また、図１、図５に示す構造では、空間部５（圧力基準室）が密閉されているため、絶対圧型の圧力センサモジュールを作製できるが、空間部５が圧力センサモジュール外部に連通する貫通孔を、第三基板３０、制御用集積回路を形成した第二基板４、あるいは、ダイアフラム部６以外で感圧素子７を形成した第一基板３上に形成することにより、ゲージ圧型の圧力センサモジュールを作製することができる。
【００６７】
以上、本発明の圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、ストレンゲージとして機能するｐ型抵抗体の配置および数に関しては、種々の変形例が考えられ、要は、ダイアフラム部（感圧部）の圧力歪を検出できれば、その配置や数はいかなるものでも構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、圧力センサ及び圧力センサパッケージ、ならびにこれらの製造方法に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ、１Ｂ（１）  圧力センサパッケージ、２  基体、３  第一基板、４  第二基板、５  空間部、６  ダイアフラム部（感圧部）、７  感圧素子、８  導電部、９  導電部、１０Ａ、１０Ｂ（１０）  圧力センサ、１１  貫通配線部、１２  貫通孔、１３  導電性物質、１４  導電部、１５  貫通配線部、１６  貫通孔、１７  導電性物質、１８  貫通配線部、１９  貫通孔、２０Ａ、２０Ｂ（２０）  圧力センサモジュール、２１  バンプ、２２  貫通配線部、２３  貫通孔、２４  導電性物質、２５  制御用集積回路の電極部、２６  制御用集積回路の電極部、２７  導電性物質、２８  パッド部、３０  第三基板。
【図１】
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【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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