(57)【要約】【課題】感度を維持しつつ小型化が可能な加速度センサ素子を提供する。【解決手段】下方に開口した凹部２１を有する重り部１１と、重り部１１を囲繞する枠状の固定部１３と、一方端が固定部１３に連結され、且つ他方端が重り部１１に連結される梁部１２と、梁部１２に設けられ、梁部１２の撓みに伴い抵抗値が変わる抵抗素子１５と、重り部１１の材料より比重の大きい材料からなり、且つ凹部２１に埋入される重り部材１１と、凹部２１の開口部を塞いだ状態で重り部１１に固着される蓋部材１６と、を有したセンサ素子２０とする。【選択図】図３
2010151631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方に開口した凹部を有する重り部と、
前記重り部を囲繞する枠状の固定部と、
一方端が前記固定部に連結され、且つ他方端が前記重り部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、該梁部の撓みに伴い抵抗値が変わる抵抗素子と、
前記重り部の材料より比重の大きい材料からなり、且つ前記凹部に埋入される重り部材と、
前記凹部の開口部を塞いだ状態で前記重り部に固着される蓋部材と、
を有する加速度センサ素子。
【請求項２】
前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部および前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部から構成され、
前記凹部は、前記主部に設けられた第１凹部と前記付属部に設けられた第２凹部とを含み、
前記蓋部材が前記第１凹部および前記第２凹部を塞いでいる請求項１に記載の加速度センサ素子。
【請求項３】
前記蓋部材が金属からなり、前記蓋部材は前記重り部との間に合金層を形成することにより前記重り部に固着されている請求項１に記載の加速度センサ素子。
【請求項４】
前記蓋部材は接着剤により前記重り部に固着されている請求項１に記載の加速度センサ素子。
【請求項５】
前記蓋部材には、貫通孔が設けられている請求項１に記載の加速度センサ素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加速度センサ素子と、
前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理するＩＣチップと
を有する加速度センサ装置。
【請求項７】
抵抗素子が配置された梁部、前記梁部の一方端が連結され且つ下方に開口した凹部を有する重り部、および前記梁部の他方端が連結され且つ前記重り部を囲繞する固定部を備えた基板を準備する工程Ａと、
前記凹部に前記基板の材料より比重の大きい材料から成る重り部材を充填する工程Ｂと、
前記凹部の開口部を塞ぐようにして前記重り部に蓋部材を固着する工程Ｃと、
を含む加速度センサ素子の製造方法。
【請求項８】
前記重り部材の充填は、印刷により行われる
請求項７に記載の加速度センサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出する加速度センサ装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の加速度センサ装置は、重り部と、重り部を支持する梁部と、梁部を支持する固定部と、梁部に設けられたピエゾ抵抗素子とを有している。加速度センサ装置に加速度に比例した外力が加えられると、重り部が固定部に対して変位するとともに梁部に曲げ変形が生じる。そして、梁部とともに曲げ変形が生じたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより、加速度が検出される。
【特許文献１】特開２００３−１７２７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の加速度センサ装置では、重り部を大きくするほど、重り部が重くなって加速度に対する梁部の撓みが大きくなり、加速度の検出感度が高くなる。しかし、この場合、重り部が大きくなることにより、加速度センサ装置の小型化が困難になる。
【０００４】
本発明の目的は、感度を維持しつつ小型化が可能な加速度センサ素子及び加速度センサ装置、並びに、そのような加速度センサ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の加速度センサ素子は、下方に開口した凹部を有する重り部と、前記重り部を囲繞する枠状の固定部と、一方端が前記固定部に連結され、且つ他方端が前記重り部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、該梁部の撓みに伴い抵抗値が変わる抵抗素子と、前記重り部の材料より比重の大きい材料からなり、且つ前記凹部に埋入される重り部材と、前記凹部の開口部を塞いだ状態で前記重り部に固着される蓋部材と、を有する。
【０００６】
本発明の加速度センサ装置は、上記の加速度センサ素子と、前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理するＩＣチップとを有する。
【０００７】
本発明の加速度センサ素子の製造方法は、抵抗素子が配置された梁部、前記梁部の一方端が連結され且つ下方に開口した凹部を有する重り部、および前記梁部の他方端が連結され且つ前記重り部を囲繞する固定部を備えた基板を準備する工程Ａと、前記凹部に前記基板の材料より比重の大きい材料から成る重り部材を充填する工程Ｂと、前記凹部の開口部を塞ぐようにして前記重り部に蓋部材を固着する工程Ｃと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の加速度センサ素子によれば、重り部が凹部を有し、凹部内に重り部の材料より比重の大きい材料からなる重り部材が埋入されていることから、重り部の大きさが同じ従来のものと比較した場合には、本発明の加速度センサ素子の重り部の方が重くなるため、加速度センサ素子を大型化することなく検出感度を向上させることができる。また重り部には、凹部の開口部を塞ぐ蓋部材が固着されていることから凹部内に埋入された重り部材の抜け落ち等を防止することができる。重り部材の抜け落ちを防止できることから、重り部と密着力の低い材料も使用可能となり、重り部材として使用できる材料の種類が増えることから、加速度センサ素子の利用態様に応じた材料を選択することができる。
【０００９】
あるいは重り部の大きさに応じた検出感度が同じである従来のものと比較した場合には、本発明の加速度センサ素子は、重り部を小さくできるため、検出感度を維持しつつ小型化が可能な加速度センサ素子を提供することができる。
【００１０】
このような本発明の加速度センサ素子を用いた本発明の加速度センサ装置によれば、検出感度を維持しつつ装置の全体構造を小型化することができる。
【００１１】
また本発明の加速度センサ素子の製造方法によれば、大型化することなく検出感度が向上した加速度センサ素子、あるいは検出感度を維持しつつ小型化された加速度センサ素子を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に図面を参照して、本発明にかかる加速度センサ素子、加速度センサ装置、および加速度センサ素子の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。本実施形態ではピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサ装置を例に説明する。
【００１３】
図１は本実施形態にかかる加速度センサ装置の斜視図、図２は図１の加速度センサ装置の封止蓋１０を外した状態の平面図、図３は図１に示す加速度センサ装置の断面図であり、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ’線で切断したときの断面に相当し、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’線で切断したときの断面に相当する。これらの図に示すように本実施形態にかかる加速度センサ装置は、配線基板１と加速度センサ素子２０（以下、センサ素子２０ともいう）とから主に構成されている。
【００１４】
まずセンサ素子２０について説明する。図４はセンサ素子２０の斜視図である。図４に示すようにセンサ素子２０は、重り部１１と、重り部１１を囲繞する枠状の固定部１３と、一方端が固定部１３に連結され、他方端が重り部１１に連結される梁部１２と、固定部１３に形成される素子側電極パッド１４と、梁部１２に形成される抵抗素子１５と、を有している。
【００１５】
センサ素子２０に加速度が加わると、加速度に応じた力がこの重り部１１に作用し、重り部１１が動くことで梁部１２が撓むようになっている。本実施形態における重り部１１は、中央に配された主部１１ａと、主部１１ａの四隅に連結された４個の付属部１１ｂとから構成されている。付属部１１ｂは、重り部１１と一体形成されるものであり、付属部１１ｂを設けることによって加速度に対する梁部１２の撓みが大きくなり、加速度の検出感度を向上させることができる。また、主部１１及び付属部１１ｂの構成、機能及び形成方法は、同一又は類似することから、以下では、付属部１１ｂの説明を省略することがある。
【００１６】
主部１１ａは、平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍに設定される。また主部１１ａの厚みは例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。付属部１１ｂは、主部１１と同様に平面形状が、略正方形をなし、その一辺の長さは例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍに設定される。また付属部１１ｂの厚みは、重り部１１と同じ厚みを有するように例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。なお、付属部１１ｂの厚みは主部１１ａの厚みより薄くしてもよく、例えば主部１１ａの厚みより５〜１０μｍ薄くしてもよい。主部１１ａおよび付属部１１ｂの平面形状は正方形に限られず、円や長方形など任意の形状が可能である。主部１１ａと付属部１１ｂは、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２７を加工することにより一体的に形成されている。
【００１７】
このような重り部１１を囲繞するようにして枠状の固定部１３が形成されている。固定部１３は、平面形状が略正方形をなし、中央部に重り部１１より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部１３は、その一辺が例えば０．８ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、幅（図５のｗ）は例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍに設定される。また固定部１３の厚み（図５のｔ）は、例えば０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍに設定される。この固定部１３の下面が接着剤８（図３（ｂ））によって配線基板１の主面１Ａに接合されることによりセンサ素子２０が配線基板１に固定されることとなる。
【００１８】
図５は、センサ素子２０を下面側から見たときの斜視図であり、図５（ａ）は、蓋部材１６を外した状態の斜視図、図５（ｂ）は蓋部材１６が取り付けられた状態の斜視図である。
【００１９】
図５（ａ）に示すように、重り部１１には凹部２１が設けられている。凹部２１は、重り部１１の主部１１ａに設けられた第１凹部２１ａと、重り部１１の付属部１１ｂに設けられた第２凹部２１ｂとからなる。凹部２１の内部には、重り部材２２が設けられている（図３（ａ）も参照）。重り部材２２は、重り部１１よりも比重の大きい材料からなる。例えば、重り部１１がシリコンによって形成されているのに対し、重り部材２２は、イリジウム、オスミウム、白金、レニウム、金、タングステン、ウラン、タンタル、パラジウム、ルテニウム、タリウム、鉛、銀、モリブデン、ルテチウム、ビスマスにより形成されている。このような重り部材２２を凹部２１に埋入させることによって、同サイズの従来のセンサ素子と比較して感度を向上させることができる。あるいは重り部１１の大きさに応じた検出感度が同じである従来のものと比較した場合には、本実施形態のセンサ素子２０は、重り部１１を小さくできるため、検出感度を維持しつつ、センサ素子２０を小型化することができる。
【００２０】
また、凹部２１ａの内周面は粗面になっている（図７（ｃ））。これによって重り部材２２が、センサ素子２０の製造工程中などに凹部２１から抜け落ちるのを抑制することができる。
【００２１】
図５では第１凹部２１ａと第２凹部２１ｂとを区切るようにして設け、各凹部に重り部部材２２を埋入しているが、第１凹部２１ａと第２凹部２１ｂとを連通させ、重り部材２２を一体的に形成するようにしてもよい。
【００２２】
図５（ｂ）に示すように、重り部材２２が埋入された凹部２１の開口部を塞ぐようにして蓋部材１６が設けられている。蓋部材１６は、重り部１１の下面に強固に固着されている。このように凹部２１を塞ぐ蓋部材１６を設けることによって、センサ素子２０の使用環境において大きな衝撃を受けた場合であっても重り部材２２が凹部２１から抜け落ちることが殆どない。したがってセンサ素子２０の特性が安定し、信頼性の高いセンサ素子を提供することができる。また、重り部材２２の抜け落ちを防止できることから、重り部１１と密着力の低い材料も使用可能となり、重り部材２２として使用できる材料の種類が増えることから、センサ素子２０の利用態様に応じた材料の選択肢が増える。これにより要求スペックに応じたセンサ素子２０の感度調整が容易となる。さらに、重り部１１がシリコンからなる場合、上記で例示した重り部１１より比重の大きい材料は、重り部１１との密着力が弱いことが多い。この場合、重り部１１と重り部材２２との間にエポキシ樹脂などの接着剤を介在させておくことで重り部材２２の抜け落ちを抑制することも可能であるが、接着剤が入る分、凹部２１内に充填される重り部材２２の量が減ってしまう。これに対し蓋部材１６を設けることによって接着剤を用いずに重り部材２２の抜け落ちを抑制することができるため、より多くの重り部材２２を凹部２１内に充填することができる。さらに蓋部材１６の重さも追加されるため、これらを含めた重り部１１の重さが大きくなりよりいっそう検出感度を向上させることができる。
【００２３】
蓋部材１６は全凹部を覆う１枚の板状の部材であり、その平面形状が略矩形状をなしている。なお、蓋部材１６の形状はこれに限られず、例えば、各凹部と１対１に対応するように複数枚設けるようにしてもよい。
【００２４】
蓋部材１６と重り部１１の下面との接触部分には合金層が形成され、これによって蓋部材１６が重り部１１に対し強固に固着されている。重り部１１がシリコンからなる場合、蓋部材１６は、例えば、シリコンより融点の低い白金、金、モリブデン、鉛、鉄などの金属材料からなる。このような金属材料からなる蓋部材１６を重り部１１の下面に接触させた状態で、シリコンの融点より低く且つ蓋部材１６を構成する材料の融点より高い温度で加熱することにより、蓋部材１６と重り部１１の下面との接触部分に合金層を形成することができる。蓋部材１６の重り部１１への固着手段は、エポキシ樹脂などの接着剤を利用してもよい。すなわち、蓋部材１６と重り部１１の下面との接触部分に接着剤を介在させることにより蓋部材１６を重り部１１に対し固着するようにしてもよい。この場合、合金層を形成する場合に比べ接着力は劣るものの、合金層のように高温処理を行う必要がないため、センサ素子への熱によるダメージを低減することができるという利点がある。
【００２５】
蓋部材１６には蓋部材１６を厚み方向に貫く貫通孔１７が設けられている。このように蓋部材１６に貫通孔１７を設けておくことによって、蓋部材１６を固着した後に凹部２１内に形成され得る空気溜りを外部に逃がすことができる。これによって、空気溜りの膨張によるセンサ素子２０の破損を抑制することができる。貫通孔１７は、凹部２１の開口部と厚み方向に重なる位置に配されており、例えば開口径が１０〜８０μｍの円筒状をなしている。なお貫通孔１７の形状はこれに限らず、三角柱や四角柱などのものでもよい。
【００２６】
このような重り部１１と固定部１３との間には図４に示すように梁部１２が設けられている。梁部１２は、一方端が重り部１１の各辺の上面側中央部に連結され、他方端が固定部１３の内周における各辺の上面側中央部に連結されており、本実施形態におけるセンサ素子２０では、４本の梁部１２が設けられている。
【００２７】
梁部１２は可撓性を有し、センサ素子２０に加速度が加わると重り部１１が動き、重り部１１の動きに伴って梁部１２が撓むようになっている。梁部１２は、例えば長手方向の長さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍに設定され、幅（長手方向と直交する方向の長さ）が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、厚みが５μｍ〜２０μｍに設定されている。このように梁部１２を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。
【００２８】
このような梁部１２の上面には複数の抵抗素子１５が形成されている。抵抗素子１５は、より具体的には、ｎ型のＳＯＩ基板２７にボロンを打ち込むことにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、３軸方向（図４に示した３次元直交座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の加速度を検出できるように梁部１２の所定の位置にこれらの抵抗素子１５が形成されている。例えば、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１２には、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が設けられており、それぞれの梁部１２に２個ずつ配置されている。これら４個の抵抗素子１５のうち、固定部１３側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、重り部１１側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、これらを並列に接続することでブリッジ回路を構成している。またＹ軸方向に伸びる２つの梁部１２には、Ｙ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が設けられており、これらの抵抗素子１５を、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。また、図示していないがＺ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５が、Ｘ軸方向に伸びる２つの梁部１２に、Ｘ軸方向の加速度を検出するための４個の抵抗素子１５それぞれと並ぶようにして形成されている。このＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５は、Ｘ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、Ｘ軸方向に伸びる２本の梁部１２のうち一方の梁部１２に設けられた固定部１３側の抵抗素子１５と、他方の梁部１２に設けられた重り部１１側の抵抗素子１５とを直列接続してブリッジ回路を構成している。このようなブリッジ回路が組まれたセンサ素子２０に加速度が加わると、上述したように梁部１２が撓み、この撓みに応じて抵抗素子１５が変形するため、ブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、これを外部のＩＣで演算処理することによって印加された加速度の方向並びに大きさを検知することができる。なおＺ軸方向の加速度検出用の抵抗素子１５は、Ｘ軸方向に伸びる梁部１２に設けたのと同様にして、Ｙ軸方向に伸びる２つの梁部１２に設けるようにしてもよい。
【００２９】
固定部１３の上面には、抵抗素子１５と電気的に接続される素子側電極パッド１４が設けられており、この素子側電極パッド１４を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子１５からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
【００３０】
かかるセンサ素子２０は、図３に示すように配線基板１に実装されている。配線基板１はセンサ素子２０を保護する機能を有し、内部にはセンサ素子２０を収容するキャビティ５が設けられている。配線基板１は、セラミック材料などからなる絶縁層を複数積層することにより形成され、本実施形態では３枚の絶縁層１a〜１ｃにより構成されている。絶縁層１ａは平板状の部材からなり、その主面１Ａにセンサ素子２０が載置される。絶縁層１ｂはセンサ素子２０より若干大きい開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層１ａと接合されている。絶縁層１ｃは、絶縁層１ｂの開口部より広い開口部を有する枠状の部材であり、絶縁層１ｂの主面の一部が露出するようにして絶縁層１ｂと接合されている。絶縁層１ｃの開口部から露出する絶縁層１ｂの主面には、複数の基板側電極パッド４が形成されている。基板側電極パッド４は金属細線６によってセンサ素子２０の固定部上面に設けた素子側電極パッド１４と電気的に接続されている。また基板１の下面には、複数の外部端子２が設けられており、外部端子２は配線基板１の内部に設けたビアホール導体３を介して基板側電極パッド４と接続されている。すなわち、センサ素子２０の電気信号は、素子側電極パッド１４、金属細線６、基板側電極パッド４、ビアホール導体３、外部端子２などを介して外部へ取り出されることとなる。
【００３１】
このような配線基板１の主面１Ａに載置されるセンサ素子２０は接着剤８により配線基板１に接合されている。接着剤８は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを使用することができる。なかでも接着時の残留応力を緩和する観点からシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
【００３２】
接着剤８には、重り部１１の下面と配線基板１の主面１Ａとの間に所定の大きさのギャップが形成されるように、所定の径を有する球状のスペーサ部材１７が混合されている。すなわち、重り部１１の下面と配線基板１の主面１Ａとの間のギャップの大きさをスペーサ部材１７によって制御することができる。スペーサ部材１７は、例えばシリカ、シリコン、ジビニルベンゼンなど所定の硬さを有する球状の部材であり、その直径は例えば２〜２０μｍである。
【００３３】
本実施形態のように梁部１２が重り部１１の上面四辺の中央部に連結されている場合、センサ素子２０と配線基板１との接合は、固定部１３の四隅部において行うことが好ましい。これによりセンサ素子２０の配線基板１への接合箇所と梁部１２との間の距離が離れるため、接着剤８による接合に起因して発生し得る残留応力が梁部１２に与える影響を小さくすることができ、加速度センサ装置の電気的な特性が劣化するのを抑えることができる。
【００３４】
このようにしてセンサ素子２０が接合された配線基板１のキャビティの開口部を塞ぐようにして蓋１０が基板１の上面に固着されており、センサ素子２０がキャビティ５内に気密封止されている。蓋１０は、例えば４２アロイやステンレスなどの金属板からなり、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂９により配線基板１に接合されている。
【００３５】
＜センサ素子の製造方法＞
図６は、センサ素子２０の製造方法を説明する断面図である。
【００３６】
（工程Ａ；基板の準備工程）
まず図６（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板２７に対して表面加工を行う。ＳＯＩ基板２７は、絶縁層２４と、絶縁層２４の一方側に積層された半導体層２５と、絶縁層２４の他方側に積層された支持層２６とを有するものである。絶縁層２４は、例えばＳｉＯ２により形成されている。半導体層２５および支持層２６は、例えばシリコンなどの半導体により形成されている。表面加工は、半導体層２５に対する加工である。
【００３７】
具体的には、半導体層２５にイオン注入法により不純物を注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子１５を形成する。不純物としては、ｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、ｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが例示できる。抵抗素子１５を形成した後、ピエゾ抵抗素子に連結する配線を形成する。配線は、金属スパッター、ＣＶＤ、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。
【００３８】
次に、図６（ｂ）に示すように、従来周知の半導体微細加工技術、例えばフォトリソグラフィ法や誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:ICP-RIE）などによりＳＯＩ基板２７の半導体層２５側と支持層２
６側から加工を施すことにより、重り部１１、梁部１２及び固定部１３を形成する。
【００３９】
具体的には、まず、重り部１１と固定部１３とを区切る溝部に対応する領域において半導体層２５を除去する。次に、上記の溝部及び凹部２１に対応する領域において支持層２６を除去する。さらに、上記の溝部に対応する領域において絶縁層２４を除去する。以上のようにして、半導体層２５、絶縁層２４及び支持層２６を貫通する溝部が形成され、当該溝部によりＳＯＩ基板２７が内周側と外周側とに区切られ、重り部１１と固定部１３とが形成される。また、溝部の間欠部分（溝部が途切れる部分）における半導体層２５により梁部１２が形成される。さらに、底面が絶縁層２４により構成され、内周面が支持層２６により構成される凹部２１が形成される。
【００４０】
（工程Ｂ；重り部材２２の充填工程）
次に、図６（ｃ）に示すように、凹部２１に重り部材２２となる材料２２′を充填して重り部材２２を形成する。材料２２′は、重り部材２２となる金属等の材料に溶剤を加えてスラリー状としたものである。材料２２′の凹部２１への充填は印刷により行われる。具体的には、スクリーン５０１をＳＯＩ基板２７の支持層２６側に対向配置し、スクリーン５０１の開口５０１ａから材料２２′を凹部２１に流し込む。開口５０１ａは、凹部２１の支持層２６表面における開口形状と同一の形状及び大きさである。ただし、開口５０１は、凹部２１の開口形状と異なる形状や凹部２１の開口形状よりも小さいものであってもよい。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＳＯＩ基板２７を焼成し、重り部材２２となる材料を固化するとともに、ＳＯＩ基板２７と重り部材２２とを焼結させる。
【００４２】
（工程Ｃ；蓋部材１６の形成工程）
次に図６（ｅ）に示すように凹部２１の開口部を塞ぐ蓋部材１６を形成する。蓋部材１６を作製するには、まずシリコンより融点の低い白金、金、モリブデン、鉛、鉄などの金属材料を蒸着、スパッタリング、印刷などの方法により、凹部２１の開口部を塞ぐように所定形状にパターニングする。次にシリコンの融点より低く且つ蓋部材１６を構成する材料の融点より高い温度で加熱することで蓋部材１６が形成される。このとき重り部１１と蓋部材１６とが合金化され、蓋部材１６が重り部１１の下面に強固に固着される。
以上のとおり、工程Ａ〜Ｃにより、センサ素子２０は形成される。
【００４３】
なお、重り部材２２となる材料を焼成すると、溶剤が蒸発することから、重り部材２２となる材料は充填時よりも収縮する。その結果、重り部材２２の表面は凹状となり、また、凹部２１の開口よりも低い位置となる。そこで、重り部材２２となる材料の凹部２１への充填と、焼成とを複数回繰り返し、重り部材２２の表面と重り部１１の開口面とを精度よく一致させてもよい。
【００４４】
ＳＯＩ基板２７は、複数のセンサ素子２０よりも広い面積を有しており、工程Ａ〜Ｃにおいては、１枚のＳＯＩ基板２７から複数のセンサ素子２０が形成される。工程Ａ〜Ｃは、基本的には１枚のＳＯＩ基板２７の複数のセンサ素子２０に対して並行的に行われる。例えば、スクリーン５０１は、複数のセンサ素子２０に亘る大きさを有しており、複数のセンサ素子２０は、同時に印刷が行われる。そして、工程Ｃの後、ＳＯＩ基板２７は複数のセンサ素子２０に分割される。
【００４５】
図７は、工程Ｂにおける凹部２１の形成を説明する断面図である。凹部２１ａは、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥにより形成される。より具体的には、ボッシュプロセスにより形成される。
【００４６】
ボッシュプロセスでは、図７（ａ）に示すように、まず、エッチングにより、凹部２１の深さよりも浅い凹部２８Ａが形成される。凹部２８Ａの形状は、エッチングの精度誤差により、開口側の面積が大きい台形状となる。次に、凹部２８Ａの側面を保護する保護膜が形成される。
【００４７】
次に、図７（ｂ）に示すように、凹部２８Ａと同等の径及び深さの凹部２８Ｂが凹部２８Ａの底面に形成される。凹部２８Ｂも、凹部２８Ａと同様に、エッチングの精度誤差により、開口側の面積が大きい台形状となる。そして、凹部２８Ｂの側面を保護する保護膜が形成される。
【００４８】
ここで、凹部２８Ａの側面は、保護膜によって保護されていることから、凹部２８Ｂのエッチングによって凹部２８Ａの底面側の面積は拡大せず、凹部２８Ａ及び凹部２８Ｂの境界には、段差が生じる。
【００４９】
その後、凹部２８Ａ及び凹部２８Ｂの形成と同様に、エッチングと保護膜の形成とが繰り返され、凹部２１が形成される。絶縁層２４は、エッチングストッパとして機能する。凹部２１の内周面は、各エッチングの境界に生じた段差によって粗面となる。
【００５０】
なお、ボッシュプロセスによって形成される段差の大きさは、おおよそ、０．０１μｍ〜１０μｍである。ここで粗面とは、保護膜を形成せずに、エッチングのみを行った場合における穴部の側面よりも凹凸が大きくなっている面をいう。従って、ボッシュプロセスが行われた場合には、穴部の側面は粗面である。また、穴部の形成方法が特定されなくても、０．０１μｍ以上の段差があれば、粗面であるということができる。
【００５１】
＜加速度センサ装置の製造方法＞
上述のようにセンサ素子２０を準備するとともに、センサ素子２０が載置される主面１Ａを有する配線基板１を準備する。
【００５２】
配線基板１はアルミナなどのセラミック材料からなる複数の絶縁層を積層することにより形成される。具体的には、平板状の絶縁層１ａ、矩形状の開口部を有する絶縁層１ｂ、絶縁層１ｂの開口部より大きな開口部を有する絶縁層１ｃを順次積層することよりキャビティ５を有する基板１が作製される。
【００５３】
次に配線基板１の主面１Ａで且つセンサ素子２０を載置したときに開口部７ａと対応する位置に接着剤８を塗布する。次にセンサ素子２０を配線基板１の主面１Ａに載置させ、接着剤８を硬化させることによりセンサ素子２０と配線基板１とを接合する。
【００５４】
センサ素子２０を配線基板１に接合した後、金、銅、アルミニウムなどからなる金属細線６によりセンサ素子２０に設けた素子側電極パッド１４と基板１に設けた基板側電極パッド４とを接続する。最後に４２アロイなどからなる金属製の蓋１０をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂９により配線基板１の上面（絶縁層１ｄの上面）に接合することより製品としての加速度センサ装置が完成する。
【００５５】
（変形例）
図８は上述した実施形態にかかる加速度センサ装置の変形例を示す断面図である。なお、図８の断面図は図２におけるＡ−Ａ’線における断面に相当するものである。この変形例にかかる加速度センサ装置は、センサ素子２０の出力信号を演算処理するＩＣチップ３０をさらに含んでいる。図８に示す加速度センサ装置では、配線基板１の下面側に設けたキャビティにＩＣチップ３０が収容されており、配線基板１に設けたビアホール導体３や配線導体などを介してセンサ素子２０及び外部端子２と電気的に接続されている。ＩＣチップ３０は、例えば、センサ素子２０の出力信号を増幅する増幅回路、センサ素子２０の温度特性を補正する温度補償回路、ノイズを除去するノイズ除去回路などが集積化されたものである。このようなＩＣチップ３０を備えることによって加速度を高精度に検知することができる。
【００５６】
本発明は、以上の実施形態や変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００５７】
加速度センサ素子は、３軸方向の加速度を計測するものに限定されない。例えば、加速度センサ素子は、１軸方向の加速度を計測するものであってもよい。重り部は、付属部を有しないものであってもよい。
【００５８】
重り部材は、凹部に充填された液状の材料が凝固して形成されるものに限定されない。例えば、固体状の重り部材が凹部に嵌合されたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態に係る加速度センサ装置の斜視図。
【図２】図１に示す加速度センサ装置の蓋を外した状態の平面図。
【図３】図１に示す加速度センサ装置の断面図。
【図４】図１に示す加速度センサ装置に搭載されているセンサ素子の斜視図。
【図５】図４に示すセンサ素子を下面側から見たときの斜視図。
【図６】図４の示すセンサ素子の製造方法を説明する断面図。
【図７】図６の製造方法における重り部の凹部の形成方法を説明する断面図。
【図８】本発明の実施の形態に係る加速度センサ装置の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・配線基板
２・・・外部端子
３・・・ビアホール導体
４・・・基板側電極パッド
５・・・キャビティ
６・・・金属細線
８・・・接着剤
１１・・・重り部
１２・・・梁部
１３・・・固定部
１４・・・素子側電極パッド
１５・・・抵抗素子
１６・・・蓋部材
１７・・・貫通孔
２０・・・センサ素子
２１・・・凹部
２２・・・重り部材
【図１】
2010151631.tif 000003
【図２】
2010151631.tif 000004
【図３】
2010151631.tif 000005
【図４】
2010151631.tif 000006
【図５】
2010151631.tif 000007
【図６】
2010151631.tif 000008
【図７】
2010151631.tif 000009
【図８】
2010151631.tif 000010