(57)【要約】【課題】上部基板の凹部底面が撓んだ場合にも、センサ素子が上部基板の凹部底面に衝突することを防ぎ、センサ装置の動作を安定させることを目的とする。【解決手段】本発明は、凹部を有する上部基板６と、上部基板６に接合されて凹部を気密封止する下部基板１と、下部基板１に実装されて、気密封止された凹部に収納されるセンサ素子４と、を備え、センサ素子４は、凹部底面との間の領域内で可動自在とされる可動部４ａと、下部基板１に固定されて、可動部４ａを、可動部４ａの側面を囲んで支持するフレーム４ｂと、を有し、凹部底面のフレーム４ｂに対向する部分とフレーム４ｂとの間に、凹部底面の可動部４ａ側への撓みを制限するストッパ部７ａが形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008157779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する上部基板と、
前記上部基板に接合されて前記凹部を気密封止する下部基板と、
前記下部基板に実装されて、気密封止された前記凹部に収納されるセンサ素子と、
を備え、
前記センサ素子は、前記凹部底面との間の領域内で可動自在とされる可動部と、
前記下部基板に固定されて、前記可動部を、前記可動部の側面を囲んで支持するフレームと、
を有し、
前記凹部底面の前記フレームに対向する部分と前記フレームとの間に、前記凹部底面の前記可動部側への撓みを制限するストッパ部が形成されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記接合が常温接合であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
気密封止された前記凹部内部の圧力が外部の圧力よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記ストッパ部は、前記フレームの反実装面側を延長して形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記ストッパ部は、前記凹部底面の前記フレームに対向する部分を突出させて形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記凹部底面が撓まない状態において、前記ストッパ部と前記上部基板または前記フレームとの間にギャップを有するように前記ストッパ部の高さが設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、赤外線センサなどのセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のセンサ装置として、例えば、特許文献１に記載の構造が知られている。特許文献１に記載されているセンサ装置においては、凹部を有する上部基板と下部基板とを、互いに接合して、気密封止された凹部にセンサ素子が収納されたセンサ装置とすることができる。
【特許文献１】特開２００６−２０１１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例では、上部基板の凹部底面が撓んだ場合に、センサ素子が上部基板の凹部底面に衝突する可能性があり、センサ装置の動作が不安定になる恐れがある。
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑みてなしたものであり、上部基板の凹部底面が撓んだ場合にも、センサ素子が上部基板の凹部底面に衝突することを防ぎ、センサ装置の動作を安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のセンサ装置は、凹部を有する上部基板と、上部基板に接合されて凹部を気密封止する下部基板と、下部基板に実装されて、気密封止された凹部に収納されるセンサ素子と、を備え、センサ素子は、凹部底面との間の領域内で可動自在とされる可動部と、下部基板に固定されて、可動部を、可動部の側面を囲んで支持するフレームと、を有し、凹部底面のフレームに対向する部分とフレームとの間に、凹部底面の可動部側への撓みを制限するストッパ部が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載のセンサ装置において、接合が常温接合であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載のセンサ装置において、気密封止された凹部内部の圧力が外部の圧力よりも低いことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置において、ストッパ部は、フレームの反実装面側を延長して形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置において、ストッパ部は、凹部底面のフレームに対向する部分を突出させて形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ装置において、凹部底面が撓まない状態において、ストッパ部と上部基板またはフレームとの間にギャップを有するようにストッパ部の高さが設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明においては、ストッパ部を設けることにより、上部基板の凹部底面部分がセンサ素子側へ撓むのを制限して、上部基板の凹部底面部分がセンサ素子の可動部に接触するのを防ぐことができ、可動部が凹部底面の撓んだ部分に妨げられることなく、可動自在となるので、センサ装置の動作を安定させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明においては、常温接合法を採用することにより、センサ素子の熱応力が少なくなり、結果として、センサ特性が向上する。
【００１３】
請求項３に記載の発明においては、センサ素子が気密封止されている空間の圧力を外部の圧力よりも低くすることにより、センサ素子の感度などが向上する。
【００１４】
請求項４に記載の発明においては、ストッパ部は、センサ素子のフレームの反実装面側を延長して形成されるので、別途ストッパ部になる部材を用意する必要がなく、センサ装置の製造工程を簡略化することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明においては、ストッパ部は、上部基板凹部底面のフレームに対向する部分を含む部分を突出させて形成されるので、別途ストッパ部になる部材を用意する必要がなく、センサ装置の製造工程を簡略化することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明においては、凹部底面が撓まない状態において、ストッパ部と上部基板またはフレームとの間にギャップを有するようにストッパ部の高さが設定されるので、ストッパ部により、凹部底面がセンサ素子の反対側に撓むことがなく、センサ装置の動作を安定させることができる。また、センサ装置の低背化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。以降の説明において、同一の部材に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。なお、以下の説明では具体例を挙げて本発明を説明する場合があるが、本発明は以下の具体例に限定されない。
（実施形態１）
実施形態１に係るセンサ装置の断面を図１に示す。図１に示すように、センサ装置１０Ａは、下部基板１と、下部基板１の一方の主面に配置された電極２と、下部基板１の他方の主面にバンプ３を用いて実装されたセンサ素子４と、下部基板１に形成され、電極２とバンプ３とを電気的に接続する貫通孔配線５と、センサ素子４を気密封止する上部基板６と、ストッパ部７ａと、を基本構成とする。
【００１８】
下部基板１は、例えば、Ｓｉで構成されているが、絶縁性を有し、常温での気密封止が可能な材料であればこれに限定はしない。また、下部基板1には貫通孔配線５が形成されている。下部基板１の厚さは、例えば、２００μｍとすることができる。
【００１９】
電極２は、下部基板１の一方の主面に配置されている。
【００２０】
センサ素子４は、下部基板１の他方の主面にバンプ３を用いて実装されており、可動部４ａと、当該可動部４ａを囲むフレーム４ｂとを有している。なお、下部基板１へのセンサ素子４の実装は、常温バンプ接合で行うことが好ましい。具体的には、センサ素子４に設けられたセンサ電極（図示せず）とバンプ３とを、ともにＡｕで形成し、それぞれの表面を活性化した後、所定の荷重を付加して、常温下で直接接合する。また、後述するように、センサ素子４は、凹部を有する上部基板６によって、気密封止される。ここで、可動部４ａは、上部基板６における凹部底面との間の領域内で可動自在とされる。可動部４ａの可動領域は、およそ±５μｍ以下である。また、センサ素子４を実装した後のバンプ３の高さは、例えば、１０μｍである。
【００２１】
貫通孔配線５は、下部基板１に形成され、電極２とバンプ３とを電気的に接続するものであり、配線の材料としては、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。貫通孔配線５は、下部基板１に貫通孔を形成した後、配線材料となるＣｕやＮｉを、化学蒸着法（ＣＶＤ）やめっき等の方法で充填させることによって形成される。
【００２２】
上部基板６は、凹部が形成されて、センサ素子４を気密封止するように、下部基板１に接合されるものであり、例えば、Ｓｉで構成されているが、絶縁性を有し、常温での気密封止が可能な材料であればこれに限定はしない。また、接合は、常温接合法により行うことができる。常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマまたはイオンビームまたは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面どうしを接触させ、常温下で直接接合する。上部基板６の底面部分の厚さＴ1は、例えば、７５μｍとすることができる。また、上部基板６の凹部の深さＴ2の値は、センサ素子４の厚さＴ3の値よりも大きい必要があり、センサ素子４の厚さＴ3は４００μｍ程度であるので、センサ素子４の可動部４ａの可動領域（およそ±５μｍ以下）およびバンプ３の高さ（例えば、１０μｍ）を考慮して、上部基板６の凹部の深さＴ2は４５０μｍ程度であることが好ましい。また、例えば、気密封止を減圧雰囲気下で行うことにより、センサ素子４が気密封止されている空間の圧力を、外部の圧力より低くすることが好ましい。センサ素子４が気密封止されている空間を、例えば、０〜１×１０-6Ｐａとして真空にすることができる。これにより、空気圧によるダンピング効果が軽減されるため、センサ特性が向上する。なお、センサ素子４が気密封止されている空間の圧力を、外部の圧力より低くすると、これらの圧力差により、上部基板６の凹部底面がセンサ素子４側に撓む。
【００２３】
ストッパ部７ａは、上部基板６の凹部底面のフレーム４ｂに対向する部分とセンサ素子４のフレーム４ｂとの間に形成されて、上記圧力差により、上部基板６の凹部底面がセンサ素子４側に撓んだ場合であっても、センサ素子４の可動部４ａが上部基板６の凹部底面に接触せずに、可動することができる。ストッパ部７ａの高さは、例えば、３０μｍとすることができる。なお、ストッパ部７ａにより、上部基板６の凹部底面がセンサ素子４の反対側に撓むことがないように、凹部底面が撓まない状態において、ストッパ部７ａと上部基板６またはフレーム４ｂとの間にギャップを有するように、ストッパ部７ａの高さを設定することが好ましい。
【００２４】
なお、下部基板１に凹部を設け、凹部内にセンサ素子４を実装してから、上部基板６で凹部を気密封止することもできる。ここで、上部基板６には、凹部が形成されていなくても、されていてもよい。上部基板６に凹部が形成されていない場合、下部基板１に形成された凹部の深さは、４５０μｍ程度であることが好ましい。また、上部基板６に凹部が形成されている場合、下部基板１に形成された凹部の深さと上部基板６に形成された凹部の深さとの合計は、４５０μｍ程度であることが好ましい。
【００２５】
したがって、ストッパ部７ａを設けることにより、上部基板６の凹部底面部分がセンサ素子４側へ撓むのを制限して、上部基板６の凹部底面部分がセンサ素子４の可動部４ａに接触するのを防ぐことができ、可動部４ａが凹部底面の撓んだ部分に妨げられることなく、可動自在となるので、センサ装置１０Ａの動作を安定させることができる。
【００２６】
そして、常温接合法を採用することにより、センサ素子４の熱応力が少なくなり、結果として、センサ特性が向上する。
【００２７】
また、センサ素子４が気密封止されている空間の圧力を外部の圧力よりも低くすることにより、センサ素子４の感度などが向上する。
【００２８】
さらに、上部基板６の凹部底面が撓まない状態において、ストッパ部７ａと上部基板６またはフレーム４ｂとの間にギャップを有するようにストッパ部７ａの高さを設定すれば、ストッパ部７ａにより、凹部底面がセンサ素子４の反対側に撓むことがなく、センサ装置１０Ａの動作を安定させることができる。また、センサ装置１０Ａの低背化を実現することができる。
（実施形態２）
実施形態２に係るセンサ装置の断面を図２に示す。
【００２９】
実施形態１と異なる点は、センサ素子４のフレーム４ｂの反実装面側を延長して、ストッパ部７ｂを形成している点である。
【００３０】
ストッパ部７ｂの高さは、例えば、３０μｍとすることができる。
【００３１】
したがって、別途ストッパ部となる部材を用意する必要がなく、実施形態１におけるセンサ装置１０Ａの製造工程を簡略化して、センサ装置１０Ｂとすることができる。
（実施形態３）
実施形態３に係るセンサ装置の断面を図３に示す。
【００３２】
実施形態１と異なる点は、上部基板６の凹部底面のフレーム４ｂに対向する部分を突出させて、ストッパ部７ｃまたは７ｄを形成している点である。
【００３３】
図３（ａ）においては、ストッパ部７ｃは、凹部底面をリブ状に突出させて形成されており、図３（ｂ）においては、ストッパ部７ｄは、凹部底面を凸段状にして形成されている。ストッパ部７ｃ、７ｄの高さは、例えば、３０μｍとすることができる。
【００３４】
したがって、別途ストッパ部となる部材を用意する必要がなく、センサ装置１０Ａの製造工程を簡略化して、センサ装置１０Ｃまたは１０Ｄとすることができる。
（実施形態４）
実施形態４に係るセンサ装置の断面を図４に示す。
【００３５】
実施形態１と異なる点は、センサ素子４のフレーム４ｂの反実装面側を延長して、ストッパ部７ｂを形成し、かつ、上部基板６の凹部底面のフレーム４ｂに対向する部分を突出させて、ストッパ部７ｃまたは７ｄを形成し、ストッパ部７ｅまたは７ｆとしている点である。すなわち、実施形態４においては、実施形態２におけるストッパ部７ｂと実施形態３におけるストッパ部７ｃまたは７ｄとを組み合わせている。
【００３６】
図４（ａ）においては、ストッパ部７ｃは、凹部底面をリブ状に突出させて形成されており、図４（ｂ）においては、ストッパ部７ｄは、凹部底面を凸段状にして形成されている。ストッパ部７ｂと７ｃまたは７ｄとの高さの合計、すなわち、ストッパ部７ｅ、７ｆの高さは、例えば、３０μｍとすることができる。
【００３７】
したがって、別途ストッパ部となる部材を用意する必要がなく、センサ装置１０Ａの製造工程を簡略化して、センサ装置１０Ｅまたは１０Ｆとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態１に係るセンサ装置の断面図である。
【図２】実施形態２に係るセンサ装置の断面図である。
【図３】実施形態３に係るセンサ装置の断面図である。
【図４】実施形態４に係るセンサ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１                                              下部基板
２                                              電極
３                                              バンプ
４                                              センサ素子
４ａ                                            可動部
４ｂ                                            フレーム
５                                              貫通孔配線
６                                              上部基板
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ              ストッパ部
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ  センサ装置
Ｔ1                                            上部基板の底面部分の厚さ
Ｔ2                                            凹部の深さ
Ｔ3                                            センサ素子の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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