(57)【要約】【課題】電気ノイズや温度などの外乱の影響を抑制でき且つ高精度化が可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】センサチップ１の出力信号を信号処理する回路部Ｄｃが、第１のパッケージ用基板２におけるセンサチップ１との対向面側に形成されるとともに、第１のパッケージ用基板２に、センサチップ１および回路部Ｄｃと電気的に接続される貫通孔配線２４が形成されてなり、センサチップ１と第１のパッケージ用基板２とは、互いの対向面それぞれに形成されたパッド１９，２９の一方のパッド２９の表面に形成したバンプ９と他方のパッド１９とが常温バンプ接合により接合されている。回路部Ｄｃは、温度検出部、温度補償回路を含んでいる。【選択図】図１
2008209163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体基板を用いて形成されたセンサチップと、第２の半導体基板を用いて形成されセンサチップが一表面側にフリップチップ実装された第１のパッケージ用基板と、第３の半導体基板を用いて形成され第１のパッケージ用基板の前記一表面側にセンサチップを囲む形で封着された第２のパッケージ用基板とを備え、センサチップの出力信号を信号処理する回路部が、第１のパッケージ用基板におけるセンサチップとの対向面側に形成されるとともに、第１のパッケージ用基板に、センサチップおよび回路部と電気的に接続される貫通孔配線が形成されてなり、センサチップと第１のパッケージ用基板とは、互いの対向面それぞれに形成されたパッドの一方のパッドの表面に形成したバンプと他方のパッドとが常温バンプ接合により接合されてなることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサチップは、可動部にピエゾ抵抗が設けられてなる加速度センサチップであり、前記回路部は、周囲温度を検出する温度検出部および当該温度検出部の出力に基づいて前記センサチップの出力信号を補正する温度補償回路を含んでいることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記バンプの突出寸法は、前記第１のパッケージ用基板と前記可動部との距離が前記可動部に許容された変位量を規定するように設定されてなることを特徴とする請求項２記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板を用いて形成され４つのピエゾ抵抗のブリッジ回路を有する加速度センサチップと、周囲温度に応じて加速度センサチップの出力信号を補正する温度補償回路などを含む回路部が形成されたＩＣチップとを備えたセンサ装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１に開示されたセンサ装置は、加速度センサチップと、ＩＣチップとが１つのパッケージに収納されおり、加速度センサチップとＩＣチップとが別体なので、加速度センサチップとＩＣチップの回路部との間の配線長が長くなって電気ノイズの影響を受けたり、加速度センサチップに形成されているピエゾ抵抗の温度とＩＣチップに形成されている温度検出部の温度とに温度差が生じて温度の影響を受けてしまう懸念があった。
【０００４】
これに対して、上記特許文献２には、加速度センサチップからなるセンサチップと、ＩＣチップからなる第１のパッケージ用基板と、センサチップを収納する凹所が形成されたパッケージチップからなる第２のパッケージ用基板とを備え、センサチップが第１のパッケージ用基板の一表面側にフリップチップ実装され、第２のパッケージ用基板が第１のパッケージ用基板の上記一表面側にセンサチップを囲む形で封着されてなるセンサ装置が開示されている。
【０００５】
また、従来から、半田バンプの突出寸法で、加速度センサチップの可動部に許容される変位量を規定する技術が記載されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−６９６１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７７５０号公報
【特許文献３】実願昭６３−８９５８４号（実開平２−１２６６３号）のマイクロフィルム
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献２に開示されたセンサ装置では、センサチップが第１のパッケージ用基板にフリップチップ実装されているが、フリップチップ実装工程において、加速度センサチップからなるセンサチップのパッドとＩＣチップからなる第１のパッケージ用基板のパッドとの間に半田バンプを介在させて接合する接合法を採用すると、フリップチップ実装時に半田バンプが溶融するように例えば３００℃程度の温度に加熱する必要があり、センサチップおよび第１のパッケージ用基板の回路部に熱的な負荷がかかり、出力の精度が低下してしまう恐れがある。つまり、上記特許文献２に開示されたセンサ装置に、上記特許文献３に記載の技術を適用した場合には、センサチップおよび回路部に熱的な負荷がかかり、出力の精度が低下してしまう恐れがある。
【０００７】
また、半田バンプの突出寸法で、加速度センサチップからなるセンサチップの可動部に許容される変位量を規定する場合には、フリップチップ実装時に荷重を印加してセンサチップの可動部と第１のパッケージ用基板との距離を制御することが考えられるが、フリップチップ実装時の加熱温度のばらつきに起因して当該距離がばらついてしまい、信頼性が低下してしまう。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、電気ノイズや温度などの外乱の影響を抑制でき且つ高精度化が可能なセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、第１の半導体基板を用いて形成されたセンサチップと、第２の半導体基板を用いて形成されセンサチップが一表面側にフリップチップ実装された第１のパッケージ用基板と、第３の半導体基板を用いて形成され第１のパッケージ用基板の前記一表面側にセンサチップを囲む形で封着された第２のパッケージ用基板とを備え、センサチップの出力信号を信号処理する回路部が、第１のパッケージ用基板におけるセンサチップとの対向面側に形成されるとともに、第１のパッケージ用基板に、センサチップおよび回路部と電気的に接続される貫通孔配線が形成されてなり、センサチップと第１のパッケージ用基板とは、互いの対向面それぞれに形成されたパッドの一方のパッドの表面に形成したバンプと他方のパッドとが常温バンプ接合により接合されてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、センサチップが第１のパッケージ用基板と第２のパッケージ用基板とで囲まれる気密空間内に収納され、センサチップの出力信号を信号処理する回路部が、センサチップに形成されているので、電気ノイズや温度などの外乱の影響を抑制できて高精度化が可能になり、しかも、センサチップと第１のパッケージ用基板とは、互いの対向面それぞれに形成されたパッドの一方のパッドの表面に形成したバンプと他方のパッドとが常温バンプ接合により接合されているので、センサチップを第１のパッケージ用基板にフリップチップ実装する際にセンサチップおよび第１のパッケージ用基板の回路部に熱的な負荷がかかることがないから、出力の高精度化を図れる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記センサチップは、可動部にピエゾ抵抗が設けられてなる加速度センサチップであり、前記回路部は、周囲温度を検出する温度検出部および当該温度検出部の出力に基づいて前記センサチップの出力信号を補正する温度補償回路を含んでいることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記回路部が、可動部にピエゾ抵抗が設けられてなる加速度センサチップの出力信号を温度検出部の出力に基づいて補正する温度補償回路を含んでいるので、温度の影響を抑制でき高精度化が可能になる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記バンプの突出寸法は、前記第１のパッケージ用基板と前記可動部との距離が前記可動部に許容された変位量を規定するように設定されてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記センサチップを前記第１のパッケージ用基板にフリップチップ実装する際に常温下において前記バンプに印加する荷重により前記可動部と前記第１のパッケージ用基板との距離を精度良く制御することができ、前記可動部に許容される変位量の製品ごとのばらつきを少なくすることができるから、結果的に信頼性の向上を図れる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明では、電気ノイズや温度などの外乱の影響を抑制でき且つ高精度化が可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本実施形態のセンサ装置について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態のセンサ装置は、加速度センサ装置であって、加速度センサチップからなるセンサチップ１と、センサチップ１が一表面側にフリップチップ実装された第１のパッケージ用基板２と、第１のパッケージ用基板２の上記一表面側にセンサチップ１を囲む形で封着された第２のパッケージ用基板３とを備え、センサチップ１の出力信号を信号処理する回路部Ｄｃが、第１のパッケージ用基板２におけるセンサチップ１との対向面側に形成され、第１のパッケージ用基板２に、センサチップ１および回路部Ｄｃと電気的に接続された複数の貫通孔配線２４が形成されている。
【００１８】
ここにおいて、第１のパッケージ用基板２および第２のパッケージ用基板３は、外周形状が矩形状であり、且つ、同じ外形寸法に形成されている。一方、センサチップ１は、外周形状が矩形状であり、且つ、第２のパッケージ基板３において第１のパッケージ用基板２との対向面に形成されている収納凹所３２内に収まる外形寸法に形成されている。
【００１９】
センサチップ１は、シリコン基板からなる支持基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃを有するＳＯＩウェハ（ＳＯＩ基板）からなる第１のウェハを加工することにより形成してあり、第１のパッケージ用基板２はシリコンウェハからなる第２のウェハを加工することにより形成し、第２のパッケージ用基板３は、シリコンウェハからなる第３のウェハを加工することにより形成してある。なお、本実施形態では、第１のウェハが第１の半導体基板を構成し、第２のウェハが第２の半導体基板を構成し、第３のウェハが第３の半導体基板を構成している。また、本実施形態では、ＳＯＩウェハの主表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。
【００２０】
センサチップ１は、ピエゾ抵抗形の加速度センサチップであり、後述の重り部１２と各撓み部１３とで構成される可動部にピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が形成されている。
【００２１】
センサチップ１は、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサチップ１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部１１は、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、各撓み部１３は、ＳＯＩウェハにおけるシリコン層１０ｃを利用して形成してあり、フレーム部１１よりも十分に薄肉となっている。
【００２２】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサチップ１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサチップ１の上記一表面側から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成してある。しかして、センサチップ１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサチップ１の上記他表面側へ離間して位置している。なお、センサチップ１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、バルクマイクロマシニング技術を利用して形成すればよい。
【００２３】
ところで、図１および図２それぞれの右下に示したように、センサチップ１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサチップ１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。
【００２４】
重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するようにセンサチップ１に形成されている図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００２５】
また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するようにセンサチップ１に形成されている図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００２６】
また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図３における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するようにセンサチップ１に形成されている図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。
【００２７】
なお、上述の各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４および上記各拡散層配線は、シリコン層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成されている。
【００２８】
ここで、センサチップ１の動作の一例について説明する。
【００２９】
いま、センサチップ１に加速度がかかっていない状態で、センサチップ１に対してｘ軸の正方向に加速度がかかったとすると、ｘ軸の負方向に作用する重り部１２の慣性力によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的にｘ軸方向を長手方向とする撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図３に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図３に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図３に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図３に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサチップ１は、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサチップ１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。なお、センサチップ１は、上記一表面側に、シリコン層１０ｃ上のシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜とからなる絶縁膜１６が形成されており、当該絶縁膜１６上に、複数（本実施形態では、８つ）のパッド１９が形成されており、各パッド１９がそれぞれ、入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ、出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２のいずれか１つを構成している。
【００３０】
これに対して、第１のパッケージ用基板２の回路部Ｄｃは、ＣＭＯＳを用いた集積回路（ＣＭＯＳ  ＩＣ）であってセンサチップ１と協働する集積回路が形成されている。ここにおいて、回路部Ｄｃの集積回路は、センサチップ１のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力信号に対して増幅、オフセット調整、温度補償などの信号処理を行って出力する信号処理回路や、信号処理回路において用いるデータを格納したＥＥＰＲＯＭなどが集積化されている。要するに、信号処理回路は、センサチップ１の出力信号を増幅する増幅回路、出力信号のオフセット（オフセット電圧）を調整するオフセット調整回路、温度検出部の出力に基づいてセンサチップ１の出力信号の温度補償を行う温度補償回路などが集積化されている。
【００３１】
上述の第１のパッケージ用基板２は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔２２が形成されており、厚み方向の両面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成され、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内面との間に絶縁膜２３の一部が介在している。ここにおいて、第１のパッケージ用基板２の複数の貫通孔配線２４は当該第１のパッケージ用基板２の周方向に離間して形成されている。なお、貫通孔配線２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。
【００３２】
また、第１のパッケージ用基板２は、一表面側（センサチップ１との対向面側）に複数の電気接続用金属層２９が形成されており、センサチップ１と回路部Ｄｃとで構成されるセンサ回路を後述の複数の外部接続用電極２５を介して外部回路と適宜接続できるように、当該第１のパッケージ用基板２の厚み方向においてセンサチップ１のパッド１９と重なる位置に配置された電気接続用金属層２９がセンサチップ１のパッド１９と接合されて電気的に接続されるとともに、電気接続用金属層２９と貫通孔配線２４とが電気的に接続されている。
【００３３】
ここにおいて、電気接続用金属層２９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、電気接続用金属層２９は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。なお、本実施形態では、Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、第１のパッケージ用基板２は、回路部Ｄｃの形成部位に対応する部位において絶縁膜２３上に、多層配線技術により形成された多層構造部１７が形成されている。なお、多層構造部１７は、配線層、層間絶縁膜、パッシベーション膜などにより構成されている。
【００３４】
また、第１のパッケージ用基板２は、他表面側（センサチップ１側とは反対側の表面側）に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。ここで、各外部接続用電極２５は、厚み方向に積層されたＴｉ膜とＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、最上層がＡｕ膜となっている。
【００３５】
なお、外部接続用電極２５には、回路部Ｄｃを通して上述のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚと電気的に接続されるものと、回路部Ｄｃを通さずに上述のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚと電気的に接続されるものがあるが、全ての外部接続用電極２５が回路部Ｄｃを通して上述のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚと電気的に接続されるようにしてもよい。
【００３６】
ところで、第１のパッケージ用基板２は、上述のように、周囲温度を検出し周囲温度に応じた電圧値を出力する温度検出部および当該温度検出部の出力に基づいてセンサチップ１の出力信号を補正する温度補償回路を含む回路部Ｄｃが形成されており、温度検出部を、回路部ＤｃのＣＭＯＳの寄生ダイオードにより構成してある（つまり、温度検出部は、ダイオードの順方向電圧の温度依存性を利用して温度を検出する）が、当該寄生ダイオードに限らず、例えば、多結晶シリコンダイオードにより構成してもよいし、サーミスタや白金測温抵抗体などの抵抗温度素子からなる温度センサにより構成してもよい。
【００３７】
第２のパッケージ用基板３は、第１のパッケージ用基板２との対向面に、センサチップ１を収納する収納凹所３２が形成されており、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３との周部同士が全周に亘って接合されている。ここにおいて、本実施形態では、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３とが、Ｓｉ−ＳｉＯ２の組み合わせの常温接合により直接接合されているが、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせやＳｉＯ２−ＳｉＯ２の組み合わせの常温接合により直接接合してもよいし、両者の周部の互いの表面側にＡｕ膜を有する封止用金属層を形成して、Ａｕ−Ａｕの組み合わせの常温接合により直接接合するようにしてもよい。また、Ａｕ膜の代わりに、Ａｌ膜やＣｕ膜を採用して、Ａｌ−Ａｌの組み合わせやＣｕ−Ｃｕの組み合わせの常温接合により直接接合するようにしてもよい。常温接合法では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合面の清浄化・活性化を行ってから、接合面同士を接触させ、常温（例えば、２７℃）下で接合する。なお、本実施形態の加速度センサ装置の製造時には、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３とはウェハレベルで接合している。要するに、本実施形態の加速度センサ装置の製造時には、第１のパッケージ用基板２を多数形成し個片化された多数のセンサチップ１をフリップチップ実装した第２のウェハと第２のパッケージ用基板３を多数形成した第３のウェハとをウェハレベルで接合してから、個々の加速度センサ装置に切断するダイシング工程を行う。
【００３８】
本実施形態では、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３との接合方法として、常温接合法を採用しているので、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３との接合時に加熱する必要がなく、センサチップ１の残留応力を少なくすることができる。ここで、本実施形態では、センサチップ１と各パッケージ用基板２，３が同じ半導体材料であるＳｉにより形成されているので、センサチップ１と各パッケージ用基板２，３との線膨張率差に起因した応力（センサチップ１における残留応力）が各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４の抵抗値に与える影響を低減できるから、上記応力がブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力信号に与える影響を低減でき、各パッケージ用基板２，３がセンサチップ１と異なる材料により形成されている場合、両パッケージ用基板２，３が異なる材料により形成されている場合に比べて、出力特性（センサ特性）のばらつきを低減することができる。なお、センサチップ１は、ＳＯＩウェハを加工して形成してあるが、ＳＯＩウェハに限らず、例えば、シリコンウェハを加工して形成してもよい。
【００３９】
第２のパッケージ用基板３の収納凹所３２は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。ここで、本実施形態では、第２のパッケージ用基板３における収納凹所３２の内底面とセンサチップ１との間に、重り部１２の変位空間が形成されるように収納凹所３２の深さ寸法を設定してある。要するに、本実施形態の加速度センサ装置では、センサチップ１がバンプ９を介して第１のパッケージ用基板２にフリップチップ実装されており、第１のパッケージ用基板２と、第１のパッケージ用基板２の上記一表面側においてセンサチップ１を囲む形で第１のパッケージ用基板２に接合された第２のパッケージ用基板３とでパッケージが構成されている。
【００４０】
なお、本実施形態の加速度センサ装置は、例えば、図１に示すように、実装基板（例えば、ガラスエポキシ樹脂基板など）に実装して用いるものであり、図示例では、加速度センサ装置と実装基板４０との接合部５０をＡｕバンプにより形成してあるので、接合部５０を半田により形成する場合に比べて各外部接続用電極２５の大きさを小さくすることが可能となる（例えば、半田により形成する場合には２００μｍ□以上の大きさに設定するのが望ましいが、Ａｕバンプにより形成する場合には１００μｍ□以下の大きさに設定することが可能となる）。
【００４１】
ところで、本実施形態の加速度センサ装置におけるセンサチップ１と第１のパッケージ用基板２とは、センサチップ１のパッド１９と第１のパッケージ用基板２の電気接続用金属層２９とがバンプ９を介して接合されて電気的に接続されている。したがって、本実施形態のセンサ装置では、バンプ９の突出高さによりセンサチップ１の可動部と第１のパッケージ用基板２との間の距離を制御することができ、第１のパッケージ用基板２側への可動部の変位空間を確保することができる。そこで、本実施形態の加速度センサ装置では、バンプ９の突出寸法を、第１のパッケージ用基板２と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定してある。なお、本実施形態では、電気接続用金属層２９が第１のパッケージ用基板２におけるパッドを構成している。
【００４２】
ここにおいて、第１のパッケージ用基板２は、センサチップ１との対向面側に形成されたパッド２９の表面に、センサチップ１のフリップチップ実装用のバンプ９が形成され、センサチップ１のパッド１９とバンプ９とが常温バンプ接合により接合されている。
【００４３】
ここで、バンプ９は、Ａｕスタッドバンプにより構成されており、センサチップ１のパッド１９とバンプ９とをＡｕ−Ａｕの組み合わせで常温バンプ接合するにあたっては、まず、第１のパッケージ用基板２の各パッド２９上にＡｕスタッドバンプからなるバンプ９を、Ａｕワイヤを用いたスタッドバンプ法（ボールバンプ法とも呼ばれている）により形成するバンプ形成工程を行うことによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、バンプ形成工程において形成するバンプ９の突出寸法は、第１のパッケージ用基板２と上記可動部との距離が上記可動部に許容された変位量を規定するように設定する。
【００４４】
上述のバンプ形成工程の後、図４（ｃ）に示すように第１のパッケージ用基板２およびセンサチップ１をチャンバＣＨ２内に導入してから、第１のパッケージ用基板２のパッド２９上に形成したバンプ９およびセンサチップ１のパッド１９それぞれにアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して表面を清浄化・活性化する活性化工程を行う。
【００４５】
続いて、チャンバＣＨ２内でセンサチップ１のパッド１９と第１のパッケージ用基板２のパッド２９上のバンプ９とをセンサチップ１の厚み方向において重なるように位置合わせしセンサチップ１に対して常温（例えば、２７℃）下で適宜の荷重を印加することでセンサチップ１のパッド１９とバンプ９とを直接接合（圧接）する接合工程を行うことにより、図４（ｄ）に示す構造を得る。
【００４６】
上述のセンサチップ１のパッド１９とバンプ９とを上述の常温バンプ接合により接合する方法を採用することにより、接合工程においてセンサチップ１および第１のパッケージ用基板２を加熱することなくパッド１９とバンプ９とを接合できるので、センサチップ１および第１のパッケージ用基板２を加熱した条件下で荷重を印加して直接接合する場合に比べて、印加する荷重の大きさにより各バンプ９の変形量を精度良く制御できる。
【００４７】
ところで、バンプ９は、Ａｕスタッドバンプに限らず、Ａｕめっきバンプにより構成してもよい。なお、バンプ９を上述のようにＡｕスタッドバンプにより構成する場合、上述のバンプ形成工程と活性化工程との間に、第１のパッケージ用基板２の各パッド２９上の各バンプ９の先端部９ｂの硬度を低下させる（先端部９ｂを軟化させる）ために各バンプ９をアニールするアニール工程を行うようにしてもよく、接合工程よりも前のアニール工程においてそれぞれＡｕスタッドバンプからなる各バンプ９の先端部９ｂの硬度を低下させているので、接合工程においてバンプ９が変形しやすくなり、接合面積の増加により、接合信頼性が向上するとともに接合後のバンプ９の高さばらつきを低減できる。ここにおいて、上述のアニール工程では、図４（ｂ）に示すように、第１のパッケージ用基板２をチャンバＣＨ１内に導入した後、不活性ガス（例えば、Ｎ２ガス）雰囲気中においてバンプ９を所定のアニール温度、所定のアニール時間の条件でアニールするが、アニール温度およびアニール時間は第１のパッケージ用基板２の回路部Ｄｃに熱的な負荷を与えないレベル（つまり、熱的な原因により悪影響を与えないレベル）で設定すればよい。本実施形態では、上述のように各パッド２９が、密着層であるＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されているが、当該密着層は、アニール工程において各パッド２９下へのＡｕの拡散を阻止する拡散阻止膜としての機能を兼ね備えている。上述の常温バンプ接合を行うにあたって、利用するチャンバＣＨ１とチャンバＣＨ２とは別々物でもよいし、同一のチャンバでもよい。また、チャンバＣＨ１とチャンバＣＨ２とを備えたマルチチャンバを利用してもよい。また、バンプ形成工程とアニール工程との間に、各バンプ９の先端部９ｂを平坦化（レベリング）する平坦化工程（レベリング工程）を行うようにしてもよく、当該平坦化工程を行うことにより、接合信頼性が向上するとともに接合後のバンプ９の高さばらつきを低減できる。また、バンプ９は、第１のパッケージ用基板２のパッド２９上ではなく、センサチップ１のパッド１９上に形成してもよく、この場合には、センサチップ１のパッド１９の表面に形成したバンプ９と第１のパッケージ用基板２のパッド２９とを常温バンプ接合により接合すればよい。
【００４８】
以上説明した本実施形態の加速度センサ装置では、センサチップ１が第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３とで囲まれる気密空間内に収納され、センサチップ１の出力信号を信号処理する回路部Ｄｃが、センサチップ１に形成されているので、電気ノイズや温度などの外乱の影響を抑制できて高精度化が可能になり、しかも、センサチップ１と第１のパッケージ用基板２とは、互いの対向面それぞれに形成されたパッド１９，２９の一方のパッド２９の表面に形成したバンプ９と他方のパッド１９とが常温バンプ接合により接合されているので、センサチップ１を第１のパッケージ用基板２にフリップチップ実装する際にセンサチップ１および第１のパッケージ用基板２の回路部Ｄｃに熱的な負荷がかかることがないから、センサチップ１の可動部に熱応力が発生するのを抑制でき、出力の高精度化を図れる。また、本実施形態の加速度センサ装置では、回路部Ｄｃが、周囲温度を検出する温度検出部および当該温度検出部の出力に基づいてセンサチップ１の出力信号を補正する温度補償回路を含んでいるので、温度の影響を抑制でき高精度化が可能になる。
【００４９】
また、本実施形態の加速度センサ装置では、第１のパッケージ用基板２が可動部の可動範囲を制限するストッパを兼ねており、バンプ９の突出寸法は、第１のパッケージ用基板２と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定されているので、センサチップ１を第１のパッケージ用基板２にフリップチップ実装する際に常温下においてバンプ９に印加する荷重により第１のパッケージ用基板２の厚み方向におけるバンプ９の変形量を制御することができて、可動部と第１のパッケージ用基板２との距離を精度良く制御することができ、例えば３００℃程度の加熱条件下において荷重を印加する場合に比べて、可動部に許容される変位量の製品ごとのばらつきを少なくすることができる（再現性を高めることができる）から、結果的に信頼性の向上を図れる。
【００５０】
なお、上述の実施形態では、第１のパッケージ用基板２におけるセンサチップ１との対向面側に回路部Ｄｃを形成してあるが、回路部Ｄｃの一部をセンサチップ１のフレーム部１１における第１のパッケージ用基板２との対向面側に形成してもよく、このような構成を採用すれば、回路部Ｄｃの回路機能の拡張や追加が可能となり、回路部Ｄｃの多機能化を図れる。また、第１のパッケージ用基板２において回路部Ｄｃの表面レイアウトに関して、センサチップ１に過度な加速度がかかった際にセンサチップ１の可動部が衝突する可能性があるエリアを除いて回路部Ｄｃをレイアウトすることにより、回路部Ｄｃの信頼性を高めることができる。
【００５１】
ところで、上述の実施形態では、センサ部が複数のピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｚ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４を備えた加速度センサチップをセンサチップ１として用いた加速度センサ装置を例示したが、本発明の技術思想を適用するセンサ装置は加速度センサ装置のように可動部を備えたものに限らず、例えば、赤外線センサ装置でもよい。ここにおいて、本発明の技術思想を赤外線センサ装置に適用する場合には、例えば、センサチップ１のセンサ部を、赤外線を検出する赤外線検出部（例えば、サーミスタ型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、抵抗ボロメータ型のセンシングエレメントなど）により構成し、回路部Ｄｃを、赤外線検出部の出力信号を増幅する増幅回路、増幅回路の後段のウインドウコンパレータなどが集積化された集積回路からなる信号処理回路により構成し、第１のパッケージ用基板と第２のパッケージ用基板とで構成されるパッケージの適宜部位に、赤外線検出部の受光面へ外部からの赤外線を集光するレンズ部を一体に形成すればよい。このような赤外線センサ装置では、赤外線検出部と増幅回路との間の配線長を短くすることができるとともに、両者を接続する配線から入るノイズを防止でき、しかも、回路部へ外部からの光が入射するのをパッケージによって防止することができるので、回路部でのキャリアの光励起によるノイズを防止することができ、高感度化を図れる。また、センサチップ１のセンサ部は、赤外線検出部が１つのセンシングエレメントにより構成されたものに限らず、複数のセンシングエレメントがアレイ状に配置されたアレイタイプのものでもよいし、種類の異なる複数のセンシングエレメントを備えた複合タイプのものでもよく、回路部Ｄｃの回路構成もセンサ部の構成に応じて適宜変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態１の加速度センサ装置を実装基板に実装した状態の概略断面図である。
【図２】同上の加速度センサ装置におけるセンサチップの概略平面図である。
【図３】同上の加速度センサ装置におけるセンサ部の回路図である。
【図４】同上の加速度センサ装置の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  センサチップ
２  第１のパッケージ用基板
３  第２のパッケージ用基板
９  バンプ
１１  フレーム部
１２  重り部
１３  撓み部
１９  パッド
２４  貫通孔配線
２９  電気接続用金属層（パッド）
Ｄｃ  回路部
【図１】
2008209163.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008209163.tif 000005
【図４】
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