(57)【要約】【課題】本発明は、良好な検知精度を有すると共に、熱応力耐性および小型化に優れる物理量センサと物理量センサ装置を提供することを目的とする。【解決手段】センサ基材２と、配線基材３と、センサ基材２と配線基材３とを接合する接合部４と、センサ基材２を被覆する被覆部６とを有し、センサ基材２が配線基材３の上側に配置され、センサ基材２は上面と側面を備え、接合部４が、断面視において、センサ基材２および配線基材３より小さい幅寸法を有する物理量センサ装置１０であって、センサ基材２に、断面視において、上面の延長線２ｑおよび側面の延長線２ｒから形成される仮想輪郭線２ｓより内側に輪郭線２ｔを有する面取り部２ｏが形成されていると共に、被覆部６の弾性率がセンサ基材２の弾性率より小さいことを特徴とする物理量センサ装置。【選択図】図３
2014112038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を検知するセンサ基材と、
前記センサ基材に接合される配線基材と、
前記センサ基材と前記配線基材を接合する接合部と、
を有し、
前記センサ基材が、前記配線基材の上側に配置されると共に、上面と側面を備え、前記接合部が、断面視において、前記センサ基材および前記配線基材より小さい幅寸法を有する物理量センサであって、
前記センサ基材に、断面視において、前記上面の延長線および前記側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部が形成されていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
物理量を検知するセンサ基材と、
前記センサ基材に接合される配線基材と、
前記センサ基材と前記配線基材を接合する接合部と、
前記センサ基材を被覆する被覆部と、
を有し、
前記センサ基材が、前記配線基材の上側に配置されると共に、上面と側面を備え、前記接合部が、断面視において、前記センサ基材および前記配線基材より小さい幅寸法を有する物理量センサ装置であって、
前記センサ基材に、断面視において、前記上面の延長線および前記側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部が形成されていると共に、前記被覆部の弾性率が前記センサ基材の弾性率より小さいことを特徴とする物理量センサ装置。
【請求項３】
前記面取り部が、前記上面から前記側面にわたって傾斜する傾斜面であることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ装置。
【請求項４】
前記側面の延長線から傾斜する前記傾斜面の角度が、３５°〜５５°であることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ装置。
【請求項５】
前記傾斜面が、傾斜角度の異なる複数の面からなることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ装置。
【請求項６】
前記面取り部の輪郭線が、断面視において、前記上面の延長線に平行な少なくとも１つの線分、および前記側面の延長線に平行な少なくとも１つの線分からなることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ装置。
【請求項７】
前記面取り部が曲面からなることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ装置。
【請求項８】
前記側面が、前記面取り部と、前記面取り部の下側に連設される垂直面とからなることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の物理量センサ装置。
【請求項９】
前記面取り部が、前記接合部と平面視で重なっていることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の物理量センサ装置。
【請求項１０】
前記センサ基材が、物理量を検知する感応基材と、前記感応基材を支持する支持基材と、からなり、
前記支持基材の上下方向寸法が、前記感応基材の上下方向寸法より大きいことを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の物理量センサ装置。
【請求項１１】
前記被覆部が、シリコーン樹脂またはフッ素系樹脂からなることを特徴とする請求項２から請求項１０のいずれか１項に記載の物理量センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検知するセンサ基材を備える物理量センサと、物理量センサが被覆部で被覆される物理量センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量センサおよび物理量センサ装置においては、低背化や小型化が進められている。そのため、物理量センサおよび物理量センサ装置の厚さ寸法や平面寸法は、年々小さくなっている。
【０００３】
図１０は、特許文献１に開示される物理量センサの断面略図である。特許文献１に開示される物理量センサ１０１は、図１０に示すように、物理量を検知する感応基材（ＳＯＩ層）１０２ｂと、感応基材１０２ｂを支持する支持基材１０２ａと、を有している。
【０００４】
支持基材１０２ａと感応基材１０２ｂとは、酸化絶縁層１０２ｃ、１０２ｄを介して接合されている。支持基材１０２ａ、酸化絶縁層１０２ｃ、１０２ｄ、および感応基材１０２ｂからセンサ基材１０２が構成されている。センサ基材１０２は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を微細加工することにより形成される。そして、感応基材１０２ｂは、固定電極１０２ｅ、可動電極１０２ｆ、および枠体層１０２ｈなどを有して構成されている。
【０００５】
センサ基材１０２に対向して、配線基材（配線基板）１０３が設けられている。配線基材１０３は、シリコン基板１０３ａの上面に絶縁層や、第２の封止金属層１０３ｊなどを有して構成されている。
【０００６】
センサ基材１０２と配線基材１０３は、接合部１０４により接合されている。接合部１０４は、以下のように形成される。まず、感応基材１０２ｂを四角い枠状に切り出して、枠体層１０２ｈを形成する。次に、枠体層１０２ｈの下面に形成された第１の封止金属層１０２ｊとシリコン基板１０３ａの上面に形成された第２の封止金属層１０３ｊを加熱しながら加圧して、共晶接合あるいは拡散接合させる。共晶接合あるいは拡散接合された層が、接合層１０４ａである。
【０００７】
このようにして、接合部１０４は、第１の封止金属層１０２ｊと第２の封止金属層１０３ｊが接合層１０４ａを介して接合されて一体的に形成される。そして、接合部１０４は、その上面側で、枠体層１０２ｈおよび酸化絶縁層１０２ｃと連結されている。そのため、接合部１０４と、枠体層１０２ｈおよび酸化絶縁層１０２ｃとが連結して、上下方向に積層されることとなり、この部分が上下方向に長軸な構造を形成することとなる。
【０００８】
図１１は、特許文献１に開示される物理量センサ装置の断面略図である。物理量センサ装置１１０は、図１１に示すように、物理量センサ１０１が樹脂などからなるパッケージ１０７に収納されている。そして、物理量センサ装置１１０は、物理量センサ１０１を機械的な損傷、湿気、汚染物質などから保護するために、物理量センサ１０１の表面を樹脂などからなる被覆部１０６により被覆されて構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０３２８２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
物理量センサ装置１１０の使用時に、図１０と図１１を用いて説明するが、周囲温度や物理量センサ１０１の発熱などにより、物理量センサ装置１１０の温度が変動することがある。そのため、被覆部１０６と物理量センサ１０１の熱膨張係数差により生じる熱応力が、物理量センサ１０１に加重されることがある。
【００１１】
この熱応力により感応基材１０２ｂが変形すると、感応基材１０２ｂにより検知される物理量の出力が変動することがある。そのため、この熱応力を緩和するように、被覆部１０６には、低弾性率の素材が用いられている。すなわち、被覆部１０６は、低弾性率であるので、熱応力により弾性変形し、熱応力を緩和する。
【００１２】
ところが、接合部１０４と、枠体層１０２ｈおよび酸化絶縁層１０２ｃとが積層し連結して長軸な構造を形成しているため、熱応力が集中的に加重され易い。そのため、接合部１０４は、変形し易く、剥離やクラックなどの不具合が発生し易い。また、物理量センサ１０１の低背化により感応基材１０２ｂの厚さは薄くなり、感応基材１０２ｂは変形し易い。そのため、接合部１０４が変形すると、接合部１０４に連結される枠体層１０２ｈを介して、感応基材１０２ｂが変形し、物理量の出力が変動することがある。
【００１３】
物理量センサ１０１を小型化するために、接合部１０４の平面寸法を小さくすると、接合部１０４は強度的に弱くなる。そのため、熱応力が集中的に加重され易い接合部１０４は、更に、変形し易く、剥離やクラックなどの不具合が発生し易くなる。その結果、感応基材１０２ｂが変形し易くなり、物理量の出力が更に変動することになる。
【００１４】
以上により、特許文献１に開示される物理量センサ１０１および物理量センサ装置１１０においては、被覆部１０６に低弾性率の樹脂を用いるだけでは、熱応力を十分に緩和することができなかった。そのため、接合部１０４に、熱応力が集中的に加重され、接合部１０４が変形し、場合においては剥離やクラックなどの不具合が発生することがあった。また、熱応力に応じて感応基材１０２ｂが変形し、感応基材１０２ｂの出力が変動することがあった。さらに、物理量センサ１０１および物理量センサ装置１１０の小型化を進めることも難しかった。
【００１５】
本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、良好な検知精度を有すると共に、熱応力耐性および小型化に優れる物理量センサと物理量センサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の物理量センサは、物理量を検知するセンサ基材と、前記センサ基材に接合される配線基材と、前記センサ基材と前記配線基材を接合する接合部とを有し、前記センサ基材が前記配線基材の上側に配置されると共に、上面と側面を備え、前記接合部が、断面視において、前記センサ基材および前記配線基材より小さい幅寸法を有する物理量センサであって、前記センサ基材に、断面視において、前記上面の延長線および前記側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の物理量センサは、機械的な損傷、湿気、汚染物質などから保護されるために、その表面を樹脂などからなる被覆部により被覆して用いられる。そのため、物理量センサを使用時に、周囲温度やセンサ基材の発熱などにより、物理量センサおよび被覆部の温度が変動することがある。そのため、被覆部とセンサ基材の熱膨張係数差により生じる熱応力が、センサ基材に加重されることがある。
【００１８】
以上のような課題を解決するために、本発明においては、センサ基材に、断面視において、センサ基材上面の延長線およびセンサ基材側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部を形成している。
【００１９】
このような構造とすることで、接合部に対する熱応力の集中的な加重が抑制される。その結果、接合部が変形することや、剥離やクラックなどが接合部に発生することが抑制される。その結果、センサ基材が変形することも抑制される。
【００２０】
よって、本発明によれば、良好な検知精度を有すると共に、熱応力耐性および小型化に優れる物理量センサを提供することができる。
【００２１】
本発明の物理量センサ装置は、物理量を検知するセンサ基材と、前記センサ基材に接合される配線基材と、前記センサ基材と前記配線基材を接合する接合部と、前記センサ基材を被覆する被覆部とを有し、前記センサ基材が前記配線基材の上側に配置されると共に、上面と側面を備え、前記接合部が、断面視において、前記センサ基材および前記配線基材より小さい幅寸法を有する物理量センサ装置であって、前記センサ基材に、断面視において、前記上面の延長線および前記側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部が形成されていると共に、前記被覆部の弾性率が前記センサ基材の弾性率より小さいことを特徴とする。
【００２２】
本発明の物理量センサ装置においては、物理量センサを機械的な損傷、湿気、汚染物質などから保護するために、物理量センサの表面を樹脂などからなる被覆部により被覆している。そのため、物理量センサ装置を使用時に、周囲温度や物理量センサの発熱などにより、物理量センサ装置の温度が変動することがあり、被覆部とセンサ基材の熱膨張係数差により生じる熱応力が、センサ基材に加重されることがある。
【００２３】
そのため、本発明においては、センサ基材に、断面視において、センサ基材上面の延長線およびセンサ基材側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部を形成している。
【００２４】
このような構造とすることにより、接合部に対する熱応力の集中的な加重が抑制される。その結果、接合部が変形することや、剥離やクラックなどが接合部に発生することが抑制される。その結果、センサ基材が変形することも抑制される。
【００２５】
よって、本発明によれば、良好な検知精度を有すると共に、熱応力耐性および小型化に優れる物理量センサ装置を提供することができる。
【００２６】
前記面取り部が、前記上面から前記側面にわたって傾斜する傾斜面であることが好ましい。このような態様であれば、断面視において、センサ基材上面の延長線およびセンサ基材側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部を形成することができる。
【００２７】
前記側面の延長線から傾斜する前記傾斜面の角度が、３５°〜５５°であることが好ましい。このような態様であれば、支持基材が、熱応力などの外力により感応基材が変形することを抑制するので、物理量を高精度に検知することが可能である。
【００２８】
前記傾斜面が、傾斜角度の異なる複数の面からなることが好ましい。このような態様であれば、断面視において、センサ基材上面の延長線およびセンサ基材側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部を形成することができる。
【００２９】
前記面取り部の輪郭線が、断面視において、前記上面の延長線に平行な少なくとも１つの線分、および前記側面の延長線に平行な少なくとも１つの線分からなることが好ましい。このような態様であれば、断面視において、センサ基材上面の延長線およびセンサ基材側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部を形成することができる。
【００３０】
前記面取り部が曲面からなることが好ましい。このような態様であれば、断面視において、センサ基材上面の延長線およびセンサ基材側面の延長線から形成される仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する面取り部を形成することができる。
【００３１】
前記側面が、前記面取り部と、前記面取り部の下側に連設される垂直面とからなることが好ましい。このような態様であれば、センサ基材が形成された基材を切断してセンサ基材を切り出す際に、ダイシングブレードの回転軸方向の寸法精度を向上させることができるので、高精度にセンサ基材を切り出すことが可能である。
【００３２】
前記面取り部が、前記接合部と平面視で重なっていることが好ましい。このような態様であれば、接合部に加重される熱応力を、有効的に抑制することが可能である。
【００３３】
前記センサ基材が、物理量を検知する感応基材と、前記感応基材を支持する支持基材とからなり、前記支持基材の上下方向寸法が、前記感応基材の上下方向寸法より大きいことが好ましい。このような態様であれば、支持基材が、熱応力などの外力による感応基材の変形を抑制するので、物理量を高精度に検知することが可能である。
【００３４】
前記被覆部が、シリコーン樹脂またはフッ素系樹脂からなることが好ましい。このような態様でれば、被覆部の弾性率を、センサ基材の弾性率より小さくすることが可能である。
【発明の効果】
【００３５】
よって、本発明によれば、良好な検知精度を有すると共に、熱応力耐性および小型化に優れる物理量センサと物理量センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示す物理量センサの平面略図である。
【図２】第１図に示すＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。
【図３】本発明の実施形態を示す物理量センサ装置の断面略図である。
【図４】面取り部の説明図である。
【図５】結合体の内側下端部に作用する力のモーメントの説明図である。
【図６】結合体の内側下端部に集中的に作用する力の説明図である。
【図７】第１の変形例である物理量センサ装置の断面略図である。
【図８】第２の変形例である物理量センサ装置の断面略図である。
【図９】第３の変形例である物理量センサ装置の断面略図である。
【図１０】特許文献１に開示される物理量センサの断面略図である。
【図１１】特許文献１に開示される物理量センサ装置の断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態の物理量センサおよび物理量センサ装置について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。
【００３８】
図１は、本発明の実施形態を示す物理量センサの平面略図である。図２は、第１図に示すＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向から視る断面略図である。図３は、本発明の実施形態を示す物理量センサ装置の断面略図である。図４は、面取り部の説明図である。
【００３９】
センサ基材２は、図２に示すように、支持基材２ａ、感応基材２ｂ、および酸化絶縁層２ｃ、２ｄを有して構成されており、本実施形態においては、ＳＯＩ基板を半導体プロセスの微細加工技術を用いて形成したものである。感応基材２ｂは、ＳＯＩ層を微細加工して形成されており、感応基材２ｂには、固定電極２ｅ、可動電極２ｆ、導通層２ｇ、および枠体層２ｈが分離され形成されている。さらに酸化絶縁層の一部が除去され、互いに分離されて酸化絶縁層２ｃ、２ｄが形成されている。
【００４０】
センサ基材２が備える支持基材２ａには、図４に示すように、面取り部２ｏが形成されている。面取り部２ｏは、断面視において、支持基材２ａの上面２ｎの延長線２ｑおよび支持基材２ａの側面２ｐの延長線２ｒから形成される仮想輪郭線２ｓより内側に輪郭線２ｔを有している。
【００４１】
本実施形態においては、面取り部２ｏは、センサ基材２が備える支持基材２ａの上面２ｎから側面２ｐにわたって傾斜する傾斜面２ｏである。そして、傾斜面２ｏは、図１に示すように、支持基材２ａの外周に枠状に形成されている。
【００４２】
配線基材３は、図２に示すように、シリコン基板３ａ、絶縁層３ｃ、配線層３ｋ、およびパッド電極３ｍを有して構成されている。絶縁層３ｃは、酸化シリコン、シリコンナイトライド、または酸化アルミニウムなどの無機絶縁層であり、シリコン基板３ａの表面にスパッタ法や化学気相成長法などで形成される。絶縁層３ｃには配線層３ｋが埋設されており、配線層３ｋの端部が、検知信号を外部に出力するためのパッド電極３ｍに接続されている。配線層３ｋおよびパッド電極３ｍは、アルミニウム、アルミニウム合金、または金などで形成される。
【００４３】
センサ基材２と配線基材３は対向して設けられており、センサ基材２と配線基材３には、互いに対面するように、第１の接続金属層２ｉと第２の接続金属層３ｉ、および第１の封止金属層２ｊと第２の封止金属層３ｊが形成されている。そして、第１の接続金属層２ｉと第２の接続金属層３ｉ、および第１の封止金属層２ｊと第２の封止金属層３ｊを対面させて、加熱しながらセンサ基材２と配線基材３を加圧し、第１の接続金属層２ｉと第２の接続金属層３ｉ、および第１の封止金属層２ｊと第２の封止金属層３ｊを共晶接合あるいは拡散接合させる。第１の封止金属層２ｊと第２の封止金属層３ｊ、および第１の接続金属層２ｉと第２の接続金属層３ｉの間の共晶接合あるいは拡散接合された層が、それぞれ接合層４ａ、または接合層４ｂである。
【００４４】
本実施形態においては、第２の接続金属層３ｉおよび第２の封止金属層３ｊは、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金で形成されている。そして、第１の接続金属層２ｉおよび第１の封止金属層２ｊは、アルミニウム、あるいはアルミニウム合金と共晶接合あるいは拡散接合が可能なゲルマニウムで形成されている。
【００４５】
枠体層２ｈは、図１、図２に示すように、感応基材２ｂを四角い枠状に切り出して、感応基材２ｂの外周に枠状に形成されている。枠体層２ｈと支持基材２ａの間には、酸化絶縁層２ｃが残されおり、枠体層２ｈの下面には、第１の封止金属層２ｊが形成されている。そして、配線基材３には、絶縁層３ｃを介して、第１の封止金属層２ｊに接合される第２の封止金属層３ｊが形成されている。
【００４６】
そのため、四角い枠状の枠体層２ｈの上面には、四角い枠状の酸化絶縁層２ｃが接合され、四角い枠状の枠体層２ｈの下面には、四角い枠状の第１の封止金属層２ｊ、続いて接合層４ａを介して四角い枠状の第２の封止金属層３ｊが接合されている。
【００４７】
本実施形態においては、第１の封止金属層２ｊおよび第２の封止金属層３ｊが、接合層４ａを介して四角い枠状に一体的に形成されて、接合部４を形成している。そして、接合部４は、その上面側で、枠体層２ｈおよび酸化絶縁層２ｃと連結されている。そのため、接合部４と、枠体層２ｈおよび酸化絶縁層２ｃとが連結して、上下方向に積層されることとなり、この部分が上下方向に長軸な構造を形成している。
【００４８】
センサ基材２と配線基材３とは、接合部４によって接合され、支持基材２ａと配線基材３の間には、酸化絶縁層２ｃ、枠体層２ｈ、および接合部４で囲まれて気密封止された空洞状のギャップ５が形成されている。
【００４９】
このギャップ５内に、可動電極２ｆと固定電極２ｅが、間隔を空けて並設されている。物理量センサ１に加速度が印加されると、可動電極２ｆと固定電極２ｅの間隔が変化して、可動電極２ｆと固定電極２ｅの静電容量が変動する。そのため、本実施形態の物理量センサ１は、静電容量の変動により加速度を検知する静電容量型加速度センサである。このように、可動電極２ｆ、固定電極２ｅを有する感応基材２ｂが、加速度（物理量）を検知する。
【００５０】
本実施形態の物理量センサ１の厚さ（上下方向）寸法について、図２を用いて説明する。支持基材２ａの厚さ寸法は０．２〜０．７ｍｍ程度、感応基材２ｂの厚さ寸法は１０〜２０μｍ程度、酸化絶縁層２ｃ、２ｄの厚さ寸法は１〜３μｍ程度である。
【００５１】
本実施形態の物理量センサ１の平面寸法について、図１を用いて説明する。支持基材２ａおよび感応基材２ｂの平面寸法は、０．５〜１．５ｍｍ×０．７〜２．０ｍｍ程度、シリコン基板３ａの平面寸法は、０．７〜２．０ｍｍ×０．７〜２．０ｍｍ程度である。接合部４の幅が狭い方向の平面寸法は、２０〜６０μｍ程度である。
【００５２】
本実施形態においては、物理量センサ１を静電容量型加速度センサとしたが、これに限定されるものではない。物理量センサ１を、圧力センサや、振動型ジャイロなどとして構成することも可能である。
【００５３】
本実施形態においては、接合部４は、枠体層２ｈおよび酸化絶縁層２ｃと連結して、上下方向に長軸な構造を形成しているとしたが、これに限定されるものではない。他の層と連結して、上下方向に長軸な構造を形成することも可能である。
【００５４】
以下、図１、図２、および図３を用いて、本実施形態の物理量センサ装置１０について説明する。物理量センサ装置１０は、物理量センサ１が樹脂などからなるパッケ−ジ７に収納されて構成されている。物理量センサ１の裏面１ａが、図示していないが、ダイボンド材などを用いてパッケ−ジ７の底面７ａに固着されている。
【００５５】
物理量センサ１は、機械的な損傷、湿気、汚染物質などから保護されるために、樹脂などからなる被覆部６により被覆されている。図３には図示していないが、パッケ−ジ７には、物理量センサ１とともに、物理量センサ１を制御するＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が収納されることもある。
【００５６】
物理量センサ１に加速度が印加されると、感応基材２ｂが動作する。この動作や、この動作に連動した支持基材２ａの動作などにより、物理量センサ１と被覆部６の間には力が作用する。本実施形態においては、被覆部６には、センサ基材２より弾性率の小さい素材が用いられている。そのため、物理量センサ１と被覆部６の間に生じた力は、被覆部６が弾性変形することにより、緩和される。そのため、感応基材２ｂの動作が、被覆部６により制限されることが抑制され、物理量センサ１は、高精度に加速度を検知することができる
【００５７】
本実施形態においては、低弾性率の素材として、シリコーン樹脂、あるいはフッ素系樹脂などを用いられる。本実施形態で用いられるシリコーン樹脂のヤング率（Ｍｐａ）および熱膨張率（／℃）は、それぞれ０．５〜２００程度であり、１５×１０−５〜４０×１０−５程度である。また、本実施形態で用いているフッソ系樹脂のヤング率（Ｍｐａ）および熱膨張率（／℃）は、それぞれ１〜２００程度であり、１５×１０−５〜４０×１０−５程度である。
【００５８】
物理量センサ装置１０の使用時に、室温や、周囲機器の発熱などにより周囲温度が変動することがある。また、可動電極２ｆの運動により生じるセンサ基材２の発熱や、配線層３ｋや接合層４ａのジュール熱による発熱などにより、また、ＩＣがパッケ−ジ７に収容されている際はＩＣの発熱も加わり、物理量センサ１の温度は変動する。
【００５９】
周囲温度の変動や、物理量センサ１の温度変動に起因して、物理量センサ１と被覆部６の熱膨張係数差により熱応力が生じ、この熱応力が物理量センサ１に加重される。この熱応力が、支持基材２ａを介して、あるいは直接に感応基材２ｂに加重されると、感応基材２ｂは変形する。そのため、この熱応力により、可動電極２ｆと固定電極２ｅの間隔が変化して、出力が変動することがある。
【００６０】
本実施形態においては、被覆部６には、センサ基材２より弾性率の小さい素材が用いられている。そのため、物理量センサ１と被覆部６の間に熱応力が生じた際、被覆部６が弾性変形することにより、感応基材２ｂの変形が抑えられる。すなわち、被覆部６に低弾性率の素材を用いることにより、熱応力を緩和し、出力の変動を抑制している。
【００６１】
ところが、図２、図３に示すように、センサ基材２と配線基材３が、幅寸法の小さい接合部４により接合される構造の物理量センサ１や、物理量センサ１を備える物理量センサ装置１０においては、被覆部６に低弾性率の素材を用いることだけでは、熱応力の緩和は不十分であった。また、物理量センサ１の低背化が進められており、物理量センサ１の高さ方向の寸法は小さい。そのため、感応基材２ｂの厚さ（高さ方向の寸法）も薄く、被覆部６に低弾性率の素材を用いることだけでは、感応基材２ｂの変形を十分に抑制することができなかった。
【００６２】
そのため、本実施形態においては、図１から図４に示すように、面取り部２ｏとして、支持基材２ａに、その上面２ｎから側面２ｐにわたって傾斜する傾斜面２ｏを設けている。この傾斜面２ｏは、図４に示すように、断面視において、支持基材２ａの上面２ｎの延長線２ｑおよび支持基材２ａの側面２ｐの延長線２ｒにより形成される仮想輪郭線２ｓより内側に輪郭線２ｔを有している。
【００６３】
温度上昇により生じる熱応力が、図３に示す構成の物理量センサ１の周囲から作用するとして、有限要素法を用いてシミュレーションした結果、接合部４と連結される酸化絶縁層２ｃの外側上端部３ｕ（図４に図示）および接合部４の内側下端部３ｗ（図４に図示）に集中的に熱応力が加重されることが分かった。なお、外側上端部３ｕと内側下端部３ｗは、図４に示すように、接合部４が枠体層２ｈおよび酸化絶縁層２ｃと形成する上下方向に長軸な構造の両端部に位置する。
【００６４】
図５は、シミュレーションによる、接合部４の内側下端部３ｗに集中的に加重される熱応力の計算結果である。表１に、計算に用いた構成部材の物理定数を示す。本シュミュレーションは、温度上昇前には熱応力は無いとして、温度が７５℃上昇したと仮定している。
【００６５】
【表１】
2014112038.tif 000003
【００６６】
接合部４の内側下端部３ｗに集中的に加重される熱応力は、図５に示すように、図４を参照して説明するが、上面２ｎの延長線２ｑ寸法および側面２ｐの延長線２ｒ寸法が大きくなるに従い、すなわち面取り量を大きくするに従い、抑制されることがわかる。
【００６７】
また、上面２ｎの延長線２ｑ寸法および側面２ｐの延長線２ｒ寸法が０である場合は、傾斜面２ｏが形成されてない場合であり、支持基材２ａに傾斜面２ｏを設けることにより、接合部４の内側下端部３ｗに集中的に加重する熱応力が抑制されることが分かる。
【００６８】
前記シュミュレーションの結果は、次のように解釈することもできる。本実施形態においては、図４に示すように、断面視において、傾斜面２ｏと仮想輪郭線２ｓの間の部分が切削されて、傾斜面２ｏが形成されている。よって、本実施形態によれば、仮想輪郭線２ｓの延長線２ｑおよび延長線２ｒに加重される熱応力に起因する力（第１の力とする）に替わって、傾斜面２ｏに加重される熱応力に起因する力（第２の力とする）が生まれる。
【００６９】
第１の力および第２の力は、強度的に弱い箇所や、構造的に力が集中し易い箇所に集中して作用し易い。そして、物理量センサ１においては、接合部４と、枠体層２ｈおよび酸化絶縁層２ｃとが積層し連結して、上下方向に長軸な構造を形成している。また、接合部４には、断面視において、センサ基材２および配線基材３より小さい幅寸法の箇所がある。そのため、狭い幅寸法の接合部４に、枠体層２ｈおよび酸化絶縁２ｃが積層し連結して、高さ方向に出延している構造を形成しているので、第１の力および第２の力は、接合部４を支点とする力のモーメントとして作用し易い。前記シュミュレーションの結果から、前記支点は、図４に示す内側下端部３ｗである。
【００７０】
第１の力に起因する力のモーメントは、仮想輪郭線２ｓの各点で、仮想輪郭線２ｓの各点から接合部４に向く方向と直交する熱応力の成分と、仮想輪郭線２ｓの各点と接合部４の距離との積を算出し、この積を仮想輪郭線２ｓ上で積分したものである。第２の力に起因する力のモーメントは、傾斜面２ｏの各点で、傾斜面２ｏの各点から接合部４に向く方向と直交する熱応力の成分と、傾斜面２ｏの各点と接合部４の距離との積を算出し、この積を傾斜面２ｏ上で積分したものである。傾斜面２ｏの長さは、仮想輪郭線２ｓの長さより短く、傾斜面２ｏと接合部４の間の距離は、仮想輪郭線２ｓと接合部４の間の距離より小さい。よって、第２の力に起因する力のモーメントは、第１の力に起因する力のモーメントより小さい。
【００７１】
本実施形態においては、低弾性率の被覆部６を用いると共に、支持基材２ａに、その上面２ｎから側面２ｐにわたって傾斜する傾斜面２ｏを設けている。
【００７２】
そのため、図２、図３に示すように、センサ基材２と配線基材３が、幅寸法の小さい接合部４により接合される構造の物理量センサ１や、物理量センサ１を備える物理量センサ装置１０においても、温度変動で生じる熱応力が接合部４に集中加重されることが抑制される。その結果、接合部４が変形することや、接合部４での剥離やクラックなどの発生が抑制される。そのため、本実施形態の物理量センサ１および物理量センサ装置１０は、熱応力耐性に優れる。
【００７３】
その結果、接合部４の変形に起因する感応基材２ｂの変形が抑制されるので、物理量センサ１の低背化により、感応基材２ｂの厚さが薄いにも関わらず、温度変動により生じる熱応力に対して、感応基材２ｂの変形を十分に抑制することが可能である。そのため、本実施形態の物理量センサ１および物理量センサ装置１０によれば、良好な検知精度が可能である。
【００７４】
よって、本実施形態によれば、良好な検知精度を有すると共に、熱応力耐性に優れる物理量センサと物理量センサ装置を提供することができる。
【００７５】
接合部４に剥離やクラックなどが発生すると、接合部４で囲まれた空洞状のギャップ５の気密封止が損なわれる。その結果、湿気を含む空気がギャップ５に侵入し、ギャップ５内の誘電率が変化し、出力が変動することがある。本実施形態によれば、誘電率変化に起因する出力変動を抑制することができるので、良好な検知精度を可能にする。
【００７６】
また、傾斜面２ｏが、図２、図３に示すように、接合部４と平面視で重なっている。そのため、温度変動により生じる熱応力を、接合部４の頭上から加重させる支持基材２ａの上面２ｎが切削されているので、接合部４に加重される熱応力を、有効的に抑制することが可能である。
【００７７】
また、支持基材２ａの厚さ（上下方向）寸法は、図２、図３に示すように、感応基材２ｂの厚さ寸法より大きい。そのため、加速度を高感度に検知する感応基材２ｂを形成できると共に、熱応力などの外力から感応基材２ｂを保護する支持基材２ａを形成することが可能である。
【００７８】
また、傾斜面２ｏは、図４に示すように、側面の延長線２ｒから傾斜する角度２ｙが３５°〜５５°になるように形成されている。傾斜する角度２ｙが３５°未満であると、上面の延長線２ｑの寸法が、側面の延長線２ｒの寸法よりも相対的に小さくなり、接合部４に集中的に加重される熱応力を十分に抑制できない。傾斜する角度２ｙが５５°よりも大きいと、支持基材２ａが薄くなるために、熱応力などの外力により感応基材が変形することを抑制することが難しくなる。よって、角度２ｙが３５°〜５５°であれば、支持基材２ａが、熱応力などの外力により感応基材が変形することを抑制するので、物理量を高精度に検知することを可能にする。
【００７９】
シリコーン樹脂やフッソ系樹脂は、低弾性率の素材であるが、熱膨張率が大きいものもある。そのため、熱膨張率が大きい樹脂を用いる場合、このような樹脂は温度変動によって大きく変形するので、熱応力による弾性変形によっては熱応力を十分に緩和することはできないという特徴がある。
【００８０】
そのため、被覆部にこのような熱膨張率が大きい樹脂を用いる場合には、接合部に剥離やクラックなどの不具合が発生し易いことや、感応基材の出力にオフセットが生じ易いことや、感応基材の出力が変動し易いことがある。
【００８１】
よって、本実施形態においては、図２、図３に示すように、支持基材２ａに傾斜面２ｏを形成している。その結果、温度変動により生じる熱応力が、接合部４に集中加重することを抑制できるので、被覆部１０６に熱膨張率が大きい樹脂を用いることを可能にしている。
【００８２】
物理量センサ、および物理量センサ装置の小型化に関して、図１０および図１１を用いて説明する。物理量センサ１０１は、ＳＯＩ基板、およびシリコン基板を半導体プロセスの微細加工技術により加工することで、製作される。そのため、ＳＯＩ基板、およびシリコン基板のハンドリング時の破損を防止するために、物理量センサ１０１においては、平面的な小型化に比べて、高さ方向の小型化が難しい。
【００８３】
また、支持基材１０２ａ、および感応基材１０２ｂを薄くすると、外部から加重される力によって支持基材１０２ａ、および感応基材１０２ｂが容易に変形し歪みが生じ易くなる。その結果、物理量センサ１０１の出力が変動し易くなる。最悪の場合には、物理量センサ１０１は、外部から加重される力によって破損することがある。このことによっても、物理量センサ１０１は、平面的な小型化に比べて、高さ方向の小型化が難しい。
【００８４】
また、ギャップ１０５を狭くして高さ方向の小型化を図ろうとすると、可動電極１０２ｆおよび固定電極１０２ｅと、支持基材１０２ａおよび配線基材１０３との間隔が狭くなり、印加される加速度により変化しない静電容量、すなわち寄生容量が大きくなる。その結果、出力のオフセットが大きくなることで、検知精度が劣化することがある。このことによっても、物理量センサ１０１は、平面的な小型化に比べて、高さ方向の小型化が難しい。
【００８５】
ところが、物理量センサ１０１において、小型化のために平面寸法を小さくする際には、検知感度に影響する可動電極１０２ｆや固定電極１０２ｅの占める平面視の面積と、寄生容量として寄与する接合部１０４の占める平面視の面積は、相似的に小さくする必要がある。そのため、物理量センサ１０１の平面寸法を小さくする際には、接合部１０４の占める平面視の面積も小さくすることが必要である。
【００８６】
そのため、物理量センサ１０１の平面寸法を小さくするためには、これに応じて高さ方向の寸法も小さくしないと、接合部１０４は熱応力に起因して集中加重される力に対して相対的に強度が弱くなる。そのため、物理量センサ１０１の高さ方向の寸法が小さくできない際には、接合部１０４に変形や、剥離、クラックなどの不具合が発生し易くなる。
【００８７】
また、接合部１０４に変形や、剥離、クラックなどが発生し、接合部１０４が変位すると、物理量センサ１０１も変形する。そのため、感応基材１０２ｂが変形し、可動電極１０２ｆと固定電極１０２ｅの間隔が変化する。その結果、感応基材１０２ｂの出力にオフセットが生じることや、感応基材１０２ｂの出力が変動することがある。そのため、特許文献１に開示される物理量センサ１０１および物理量センサ装置１１０では、小型化が難しいという課題があった。
【００８８】
そのため、本実施形態においては、図１から図４に示すように、物理量センサ１および物理量センサ装置１０の平面寸法を小さくする際に、物理量センサ１の高さ方向の寸法を小さくする替わりに、支持基材２ａに傾斜面２ｏを形成している。その結果、温度変動により生じる熱応力が、接合部４に集中加重することを抑制している。よって、物理量センサ１の高さ方向寸法を小さくすることなく、物理量センサ１の平面寸法を小さくすることを可能にしている。
【００８９】
よって、本実施形態によれば、小型化に優れる物理量センサと物理量センサ装置を提供することができる。
【００９０】
図６は、接合部に作用する力のモーメントの説明図である。図６は、図４を参照して説明するが、支持基材２ａを面取りして、面取り部２ｏを形成した際において、接合部４の内側下端部３ｗに作用する力のモーメントと、切削された上面２ｎの延長線２ｑ寸法、または切削された支持基材２ａの側面２ｐの延長線２ｒ寸法との関係を示している。図６（ａ）中のｈ１は側面２ｐの延長線２ｒ寸法であり、図６（ｂ）中のｗ２は上面２ｎの延長線２ｑ寸法である。図６に示す力のモーメントは、相対的な量であり、単位は記していない。
【００９１】
図６は、面取り部２ｏを形成した際に、図４を参照して説明するが、上面２ｎの延長線２ｑおよび側面２ｐの延長線２ｒにより生じる力のモーメントが消失し、面取り部２ｏにより生じる力のモーメントが生じる。そして、上面２ｎの延長線２ｑ寸法を０にした際に、面取り部２ｏにより生じる力のモーメントは、側面２ｐの延長線２ｒに生じる力のモーメントと等しいという連続条件で概略的に計算したものである。
【００９２】
図６（ａ）、図６（ｂ）が示すように、上面２ｎの延長線２ｑ寸法および側面２ｐの延長線２ｒ寸法が大きくなるに従い、すなわち面取り量を大きくするに従い、接合部４の内側下端部３ｗに作用する力のモーメントは抑制されることがわかる。図６の概略は、図５に一致している。
【００９３】
本実施形態の支持基材２ａの側面は、図１および図２に示すように、傾斜面２ｏと垂直面２ｚから形成されている。そのため、ブレード先端が細くなるように傾斜する先端部を有する第１のダイシングブレードと、厚さが一様な円盤状である第２のダイシングブレードを用いて、ＳＯＩ基板を切断して、センサ基材２は切り出される。なお、第１のダイシングブレードは、耐磨耗のために、最先端部に平坦な面を形成することも可能である。
【００９４】
そして、傾斜面２ｏが垂直面２ｚに対して傾斜して形成されているので、第１のダイシングブレードの先端部以外の厚さは、第２のダイシングブレードの厚さに比べて大きく設けられる。そのため、第１のダイシングブレードの方が強度的に強いので、第１のダイシングブレードは、第２のダイシングブレードに比べて、ダイシング中に回転軸方向にぶれることが抑制される。よって、第１のダイシングブレードの方が、第２のダイシングブレードに比べて、寸法精度よくダイシングすることが可能である。
【００９５】
そのため、本実施形態においては、ＳＯＩ基板は、はじめに第１のダイシングブレードによって、支持基材２ａの厚さ方向の途中まで、寸法精度よくダイシングされる。次に、第２のダイシングブレードによって、支持基材２ａを切断して、センサ基材２は切り出される。その際、第２のダイシングブレードは、第１のダイシングブレードにより形成された傾斜した溝に導かれるように、ＳＯＩ基板をダイシングするので、センサ基材２は寸法精度よく切り出される。
【００９６】
よって、本実施形態によれば、支持基材２ａの側面が、図２に示すように、傾斜面２ｏと、傾斜面２ｏの下側に連設される垂直面２ｚからなるので、センサ基材２を寸法精度よく切り出すことが可能である。
【００９７】
＜第１の変形例＞
図７は、第１の変形例である物理量センサ装置の断面略図である。本変形例の物理量センサ装置１０においては、図７に示すように、傾斜面２ｏが、傾斜角度の異なる２つの面から形成されている。本変形例の傾斜面２ｏは、断面視において、センサ基材２上面の延長線およびセンサ基材２側面の延長線から形成されるセンサ基材２の仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する。
【００９８】
よって、本変形例の傾斜面２ｏを形成することにより、温度変動により生じる熱応力に対して、接合部が変形することや、接合部での剥離やクラックなどの発生が抑制される。その結果、接合部の変形に起因する感応基材の変形が抑制される。
【００９９】
なお、本変形例においては、傾斜面２ｏが、傾斜角度の異なる２つの面から形成されているとしたが、これに限定されるものではない。傾斜面２ｏが、２つ以上の面から形成されることも可能である。
【０１００】
＜第２の変形例＞
図８は、第２の変形例である物理量センサ装置の断面略図である。本変形例の物理量センサ装置１０においては、図８に示すように、傾斜面２ｏの輪郭が、断面視において、センサ基材２上面の延長線に平行な２つの線分、およびセンサ基材２側面の延長線に平行な２つの線分からなる。
【０１０１】
このような態様であれば、本変形例の傾斜面２ｏは、断面視において、センサ基材２上面の延長線およびセンサ基材２側面の延長線により形成されるセンサ基材２の仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する。
【０１０２】
よって、本変形例の傾斜面２ｏを形成することにより、温度変動により生じる熱応力に対して、接合部が変形することや、接合部での剥離やクラックなどの発生が抑制される。その結果、接合部の変形に起因する感応基材の変形が抑制される。
【０１０３】
なお、本変形例においては、傾斜面２ｏの輪郭が、断面視において、センサ基材２上面の延長線に平行な２つの線分、およびセンサ基材２側面の延長線に平行な２つの線分からなるとしたが、これに限定されるものではない。傾斜面２ｏの輪郭が、断面視において、センサ基材２上面の延長線に平行な１つあるいは２つ以上の線分、およびセンサ基材２側面の延長線に平行な１つあるいは２つ以上の線分からなることも可能である。
【０１０４】
＜第３の変形例＞
図９は、第３の変形例である物理量センサ装置の断面略図である。本変形例の物理量センサ装置１０においては、傾斜面２ｏは曲面である。よって、傾斜面２ｏの輪郭線は、図９に示すように、断面視において、曲線である。
【０１０５】
このような態様であれば、本変形例の傾斜面２ｏは、断面視において、センサ基材２上面の延長線およびセンサ基材２側面の延長線により形成されるセンサ基材２の仮想輪郭線より内側に輪郭線を有する。
【０１０６】
よって、本変形例の傾斜面２ｏを形成することにより、温度変動により生じる熱応力に対して、接合部が変形することや、接合部での剥離やクラックなどの発生が抑制される。その結果、接合部の変形に起因する感応基材の変形が抑制される。
【符号の説明】
【０１０７】
１  物理量センサ
２  センサ基材
２ａ  支持基材
２ｂ  感応基材
２ｃ、２ｄ  酸化絶縁層
２ｅ  固定電極
２ｆ  可動電極
２ｇ  導通層
２ｈ  枠体層
２ｉ  第１の接続金属層
２ｊ  第１の封止金属層
２ｏ  面取り部、傾斜面
３  配線基材
３ａ  シリコン基板
３ｃ  絶縁層
３ｉ  第２の接続金属層
３ｊ  第２の封止金属層
３ｋ  配線層
３ｍ  パッド電極
４  接合部
４ａ  接合層
５  ギャップ
６  被覆部
７  パッケージ
１０  物理量センサ装置
【図１】
2014112038.tif 000004
【図２】
2014112038.tif 000005
【図３】
2014112038.tif 000006
【図４】
2014112038.tif 000007
【図５】
2014112038.tif 000008
【図６】
2014112038.tif 000009
【図７】
2014112038.tif 000010
【図８】
2014112038.tif 000011
【図９】
2014112038.tif 000012
【図１０】
2014112038.tif 000013
【図１１】
2014112038.tif 000014