(57)【要約】【課題】パッケージングの溶接時に生じるステムの歪みがセンサチップに伝達されにくいセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置１０は、ステム１４上に台座１８を備え、台座１８上にセンサチップ２０と回路チップ２２を備えている。これらの部材はキャップ１２で覆われ、キャップ１２の下面１２ａがステム１４の上面にシール溶接されて気密封止されている。センサチップ２０を実装する台座１８に、ステム１４側とセンサチップ２０側を貫通する貫通孔１８ａが形成されている。貫通孔１８ａ内に接着材１６ｃが充填されている。貫通孔１８ａの開口面積の分だけ、センサチップ２０と台座１８との接触面積を減らすことができるため、ステム１４の歪みがセンサチップ２０に伝達されにくくなり、歪み応力を緩和することができる。【選択図】  図１
2004363441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステムと、ステムに接着された台座と、台座に接着されたセンサチップと、台座とセンサチップを覆った状態でステムに溶接されたキャップとを備えたセンサ装置であり、
台座にステム側からセンサチップ側に貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔に接着材が充填されていることを特徴とするパッケージ化されたセンサ装置。
【請求項２】
前記貫通孔が台座に分散配置されており、貫通孔群に充填された接着材層がステムと台座間の接着材層と台座とセンサチップ間の接着材層を一体化していることを特徴とする請求項１のパッケージ化されたセンサ装置。
【請求項３】
ステムと、ステムに接着された台座と、台座に接着されたセンサチップと、台座とセンサチップを覆った状態でステムに溶接されたキャップとを備えたセンサ装置であり、
ステムに接着された台座は、ステムに直接に接着された第１台座と、第１台座を介してステムに接着された第２台座からなり、
積層方向からみたときに、第２台座は第１台座より小さくセンサチップより大きいことを特徴とするパッケージ化されたセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサチップがパッケージ内に気密に封止されたセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヨーレート（旋回速度）を検出するセンサや加速度を検出するセンサ等は、センサチップを保護したり、センサ出力を安定させたり、あるいはセンサ感度を向上させるために、パッケージ内に気密に封止して用いることが多い。例えば特許文献１、２に開示されているように、ステムに台座を接着し、その台座にセンサチップを接着し、台座とセンサチップを覆うようにキャップを被せ、そのキャップをステムに固定することによって、ステムとキャップで形成される気密パッケージ内にセンサチップを収容する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２６３６７号公報
【特許文献２】
特開平６−１２０２７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ステムとキャップで形成されるパッケージの気密性を長期に亘って確保するためには、ステムとキャップを溶接することが好ましい。しかしながらステムとキャップを溶接すると、ステムが歪むことは避けられない。ステムの歪みが台座を介してセンサチップに伝達されると、センサチップで測定する物理量とセンサ出力の関係がずれることがある。例えばヨーレート（旋回速度）センサの場合、ヨーレートがゼロのときにセンサチップから出力される電圧値が予定した値からずれることがある。
そこで、ステムとキャップを溶接することによって、封止能力に優れた「パッケージ化されたセンサ装置」を実現するためには、溶接によってステムが歪んでも、その歪みがセンサチップに伝達されないようにする対策が必要とされる。
従来のパッケージ技術では、上記問題の存在を認識しておらず、格別の対策を講じていない。
本発明では、溶接時に生じるステムの歪みがセンサチップに伝達されにくい構造を持つ「パッケージ化されたセンサ装置」を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】本発明のパッケージ化されたセンサ装置は、ステムと、ステムに接着された台座と、台座に接着されたセンサチップと、台座とセンサチップを覆った状態でステムに溶接されたキャップとを備えている。
台座には、ステム側からセンサチップ側に貫通する貫通孔が設けられており、その貫通孔に接着材が充填されている。
【０００６】
本発明のセンサ装置は、センサチップを接着する台座に、貫通孔が形成されており、貫通孔の開口面積の分だけ、ステムと台座の接触面積と、台座とセンサチップの接触面積を減らすことができる。このために、ステムの歪みがセンサチップに伝達されにくい構造となっている。
さらに、貫通孔内に接着材層が充填されており、センサチップとステムは台座にほぼ等しい厚みを持つ接着材層で接着されているといえる。厚い接着材層がステムの歪みをセンサチップに伝達しにくくする。
その反面、ステムと台座間の接着材層と台座とセンサチップ間の接着材層を充分に薄くすることができ、ステムが広がっている面内ではステムとセンサチップの相対位置関係を安定させることができ、センサチップとステム間にワイヤボンディングするときのボンダビリティを悪化させない。
【０００７】
特に、貫通孔が台座に分散配置されており、貫通孔群に充填された接着材層がステムと台座間の接着材層と台座とセンサチップ間の接着材層を一体化していることが好ましい。
貫通孔群における厚い（台座の厚みにほぼ等しい）接着材層がステムの歪みがセンサチップに伝達されるのを抑制し、ステムと台座間ならびに台座とセンサチップ間の薄い接着材層がステムとセンサチップの相対位置関係（ステムに平行な面内での位置関係）を安定させる。
【０００８】
貫通孔を設けるのに代えて、あるいは貫通孔を設けるのに加えて、台座を複数枚に分割するのも有効である。
即ち、ステムとセンサチップ間に設けられる台座を、ステムに直接に（薄い接着材層は介在する）接着された第１台座と、第１台座を介してステムに接着された第２台座で構成する。その第２台座にセンサチップが接着される。
ステムと台座とセンサチップの積層方向からみたときに、第２台座は第１台座より小さく、センサチップよりは大きい。
【０００９】
キャップの溶接時にステムに歪みが発生すると、その歪みはステムから第１台座に伝達される。第１台座と第２台座の接触面積は、ステムと第１台座の接触面積より小さいため、第１台座から第２台座へ伝達される歪みは小さくなる。第２台座に伝達された歪みはセンサチップへ伝達されるが、ステムに生じた歪みがセンサチップに伝達されるまでに２つの台座を経由し、しかも第１台座から第２台座へ伝達されるときに小さくなるために、ステムの歪みがセンサチップに伝達されにくい。第１台座と第２台座の一方または双方に貫通孔を設けてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）  台座に設けられた貫通口群は、少なくともセンサチップが接着される範囲に分散配置されていればよく、センサチップが接着されない範囲では貫通口群が設けられていてもよいし設けられていなくてもよい。
（形態２）  センサチップと台座がともにシリコンで形成されている。
（形態３）  シリコン製の台座にエッチング加工が施されて貫通孔群が形成されている。
【００１１】
【実施例】本発明を具現化した第１実施例を図１と図２を用いて説明する。図１は本実施例の「パッケージ化されたセンサ装置」（以下ではセンサ装置１０）の断面図であり、図２は台座１８の模式的斜視図である。
図１に示すセンサ装置１０は、車両等に搭載されて車両の旋回角速度（ヨーレート）を検出するのに利用される。
センサ装置１０は、ステム（金属板）１４上に接着材層１６ａを介して台座１８が接着されており、台座１８上に接着材層１６ｂを介してセンサチップ２０が接着されている。台座１８上には接着材層を介して駆動検出用の回路チップ２２も接着されている。回路チップ２２は、センサチップ２０に駆動電力を供給し、センサ出力を処理する。
センサチップ２０と回路チップ２２は近接して配設され、ワイヤ２３によって接続されている。台座１８が接着されていない範囲においてステム１４を貫通するリードピン２６がステム１４に固定されている。センサチップ２０とリードピン２６はワイヤ２５によって接続されており、回路チップ２２とリードピン２６はワイヤ２４によって接続されている。
台座１８、センサチップ２０、回路チップ２２、リードピン２６、ワイヤ２３、２４、２５を覆うようにキャップ１２が被せられている。キャップ１２の周縁の下面１２ａがステム１４の上面にシール溶接されてキャップ１２内が気密に封止されている。キャップ１２内に窒素等の不活性な低圧ガスが封入されている。ステム１４の下面からパッケージ外に伸びるリードピン２６によって、センサ装置１０に駆動電力が供給され、センサ出力が取り出される。
【００１２】
台座１８はシリコン基板からなる。センサチップ２０が実装される範囲には、ステム１４との接着面（下面）からセンサチップ２０との接着面（上面）まで伸びて台座１８を貫通する貫通孔１８ａ群が分散して配置されている。貫通孔１８ａ群（図２参照）は、シリコン基板をエッチングすることによって形成されている。
貫通孔１８ａ内には接着材１６ｃが充填されている。ステム１４の上面と台座１８の下面間に介在している接着材層１６ａと、台座１８の上面とセンサチップ２０の下面間に介在している接着材層１６ｂは、貫通孔１８ａ内に充填されている接着材層１６ｃを介して一体化されている。接着材層１６ａ，１６ｂ，１６ｃは気泡を含まない。接着材層１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、シリコン基板製の台座１８よりも若干柔軟である。
【００１３】
上述のように、キャップ１２をステム１４にシール溶接することによって、パッケージ内が気密に封止されている。溶接時にステム１４に掛る熱や応力によってステム１４が歪んでしまうことがある。ステム１４の歪みがセンサチップ２０に伝達してしまうと、センサ装置１０の０点特性（ヨーレートがゼロであるときのセンサ出力電圧）が変動してしまい、センサ装置１０の信頼性が低下してしまう。
【００１４】
本実施例のセンサ装置１０は、台座１８に貫通孔１８ａが形成されていることから、ステム１４と台座１８の接触面積と、台座１８とセンサチップ２０の接触面積（接着材層１６ａによってステム１４と台座１８が直接接触することはなく、接着材層１６ｂによって台座１８とセンサチップ２０が直接接触することはないが、ここでは簡単に接触面積という）は小さい。このため、ステム１４に発生した歪みがセンサチップ２０に伝達されにくい。センサチップ２０に加わる応力を緩和し、センサ装置１０の０点特性の変動を抑制することができる。
【００１５】
本実施例のセンサ装置１０では、ステム１４と台座１８を接着する接着材層１６ａと、台座１８とセンサチップ２０を接着する接着材層１６ｂは、貫通孔１８ａ内に充填されている接着材層１６ｃを介して一体化されている。貫通孔１８ａの存在部位では、台座１８の厚みを超える厚みの接着材層（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）で接着されている。厚い接着材層は、ステム１４に発生した歪みがセンサチップ２０に伝達されるのを抑制する。
【００１６】
貫通孔１８ａが存在しない部位では、ステム１４と台座１８は薄い接着材層１６ａで接着され、台座１８とセンサチップ２０は薄い接着材層１６ｂで接着されている。このために、ステム１４とセンサチップ２０のステム１４の上面に平行な面内における相対位置関係（図１の左右方向における相対位置関係）は、安定し、センサチップ２０に形成されているボンディングパッドとリードピン２６の相対位置関係が安定する。このために、ワイヤボンディング時のボンダビリティが悪化することもない。
【００１７】
本実施例のセンサ装置１０は、接着材１６ａ，１６ｂが接着材１６ｃを介して連続している。ステム１４の上面と台座１８の下面は、直接接触していない箇所（貫通孔１８ａの存在部位）においても強固に接着している。ステム１４と台座１８の接触面積が小さくても、接着材１６ａの膜厚を薄くすることができる。また、台座１８の上面とセンサチップ２０の下面は、直接接触していない箇所（貫通孔１８ａの存在部位）においても強固に接着している。台座１８とセンサチップ２０の接触面積が小さくても、接着材１６ｂの膜厚を薄くすることができる。ステム１４とセンサチップ２０の面内における相対位置関係を正確に位置決めして接着することができる。
【００１８】
センサの０点特性変動を小さくする（一般的な規格は０．０３Ｇ以下）ためには、センサチップとステム間の接着材層の厚みを所定厚さ以上（一般的には８０μｍ以上）確保する必要があるとされている。従来の技術では、センサチップと台座間の接着材層の厚みや、台座とステム間の接着材層の厚みを所定厚さ以上にしてセンサチップとステム間の接着材層の厚みを確保し、センサの０点特性変動を規格内に抑えていた。
この方式によると、ステム１４とセンサチップ２０の面内における相対位置関係を正確に位置決めして接着することが困難であり、センサチップ２０のボンディングパッドとリードピン２６の相対位置関係が不安定となり、ワイヤボンディング時のボンダビリティが悪化する。
本実施例のセンサ装置１０には、その問題がない。
【００１９】
本発明を具現化した第２実施例を図３を用いて説明する。図３は、第２実施例のセンサ装置５０の断面図である。なお、第１実施例と同様な部分についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。また、第１実施例と同一な部材については同一符号を用いる。
センサ装置５０は、ステム１４上に接着材層５６ａを介して接着された第１台座５８と、第１台座５８上に接着材層５６ｂを介して接着された第２台座６０を備えている。センサチップ２０は接着材層５６ｄを介して第２台座６０の上面に接着されている。駆動検出用回路チップ２２は、接着材層を介して第１台座５８の上面に接着されている。この場合、台座が第１台座５８と第２台座６０に分割され、第２台座６０の面積は第１台座５８の面積よりも小さく、センサチップ２０よりもわずかに大きい。第１台座５８と第２台座６０はシリコン基板で形成されている。接着材５６ａ，５６ｂ，５６ｄは気泡を含むことなく強固に接着している。
【００２０】
本実施例のセンサ装置５０は、ステム１４上に配設される第１台座５８上に、センサチップ２０と同等の大きさの第２台座６０が配設され、第２台座６０上にセンサチップ２０が実装されている。キャップ１２の溶接時にステム１４に歪みが発生すると、歪みはステム１４から第１台座５８に伝達される。第１台座５８と第２台座６０の接触面積は、ステム１４と第１台座５８の接触面積より小さいため、第１台座５８から第２台座６０へ伝達される歪みは小さくなる。第２台座６０に伝達された歪みはセンサチップ２０へ伝達されが、センサチップ２０に伝達されるまでに２つの台座５８，６０を経由し、しかも第１台座５８から第２台座６０へ伝達されるときに小さくなってから伝達されるために、ステム１４の歪みはセンサチップ２０に伝達されにくい。センサ装置５０の０点特性の変動を抑制し、センサ装置の信頼性を確保することができる。
【００２１】
本実施例のセンサ装置５０は、センサチップ２０の下面全面が接着材層５６ｄを介して第２台座６０に接着されており、センサチップ２０と第２台座６０は強固に接着される。また、第２台座６０の下面全面が接着材層５６ｂを介して第１台座５８に接着されており、第２台座６０と第１台座５８は強固に接着される。第１台座５８と第２台座６０に分割すると、ステム１４の歪みがセンサチップ２０に伝達されにくい反面、ステム１４とセンサチップ２０の水平面内における相対位置関係を正確に位置決めして接着することができ、ワイヤボンディング時のボンダビリティを悪化させることはない。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のパッケージ化されたセンサ装置の断面図。
【図２】上記台座の模式的斜視図。
【図３】第２実施例のパッケージ化されたセンサ装置の断面図。
【符号の説明】
１０：パッケージ化されたセンサ装置
１２：キャップ
１４：ステム
１６：接着材層
１８：台座
１８ａ：貫通孔
２０：センサチップ
２２：回路チップ
２６：リードピン
５０：パッケージ化されたセンサ装置
５６：接着材層
５８：第１台座
６０：第２台座
【図１】
2004363441.tif 000003
【図２】
2004363441.tif 000004
【図３】
2004363441.tif 000005