(57)【要約】【課題】本発明は、半導体センサに係り、複数のセンサ基板を精度良く位置決めしつつセンサ基板全体の面積をできるだけ抑制することにある。【解決手段】センサ面に溝又は突部が形成された第１のセンサ基板と、センサ面に溝又は突部が形成された第２のセンサ基板と、一方の面に第１のセンサ基板の溝又は突部に嵌合可能な第１の突部又は溝が形成され、かつ、他方の面に第２のセンサ基板の溝又は突部に嵌合可能な第２の突部又は溝が形成されたキャップ基板を備え、第１のセンサ基板を、溝又は突部が第１の突部又は溝に嵌合した状態でキャップ基板の一方の面側に接合し、かつ、第２のセンサ基板を、溝又は突部が第２の突部又は溝に嵌合した状態でキャップ基板の他方の面側に接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ面に溝又は突部が形成された第１のセンサ基板と、
センサ面に溝又は突部が形成された第２のセンサ基板と、
一方の面に前記第１のセンサ基板の溝又は突部に嵌合可能な第１の突部又は溝が形成され、かつ、他方の面に前記第２のセンサ基板の溝又は突部に嵌合可能な第２の突部又は溝が形成されたキャップ基板を備え、
前記第１のセンサ基板は、溝又は突部が前記第１の突部又は溝に嵌合した状態で前記キャップ基板の前記一方の面側に接合され、かつ、前記第２のセンサ基板は、溝又は突部が前記第２の突部又は溝に嵌合した状態で前記キャップ基板の前記他方の面側に接合されていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項２】
前記第１のセンサ基板と前記キャップ基板との接合面、及び、前記第２のセンサ基板と前記キャップ基板との接合面は、共に前記第１のセンサ基板及び前記第２のセンサ基板のセンサ面並びに前記キャップ基板の表面に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体センサ。
【請求項３】
前記キャップ基板の前記一方の面及び前記他方の面、又は、前記第１のセンサ基板のセンサ面及び前記第２のセンサ基板のセンサ面に形成され、前記第１のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第１のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記一方の面との間に形成される第１のキャビティ、及び、前記第２のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第２のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記他方の面との間に形成される第２のキャビティを拡大する凹部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体センサ。
【請求項４】
前記第１のセンサ基板と前記第２のセンサ基板とは、互いに異なる物理量を検出するためのセンサ基板、又は、同一の物理量を検出するためのセンサ基板であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体センサ。
【請求項５】
前記キャップ基板の少なくとも一部に形成され、前記第１のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第１のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記一方の面との間に形成される第１のキャビティと、前記第２のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第２のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記他方の面との間に形成される第２のキャビティと、を連通させる開口穴を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体センサに係り、複数個のセンサを組み合わせたセンサ装置を構成するうえで好適な半導体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ基板にキャップを接合してセンサ基板のセンサ面全体をキャップで覆った半導体センサが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。この特許文献１記載の半導体センサでは、キャップとセラミックパッケージとの間のガラスシール部が斜面形状とされているので、セラミックパッケージのガラス封着時における位置精度が向上する。また、上記した特許文献２記載の半導体センサでは、複数のセンサ基板が並列に配置され、各センサ基板へのキャッピングが一括して実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１０３９５５号公報
【特許文献２】特開平５−０８２７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した特許文献１記載の半導体センサでは、セラミックパッケージのガラス封着時における位置精度を向上させることはできるが、複数のセンサを組み合わせて多軸センサを構成する場合、両センサの基板を精度良く配置することは困難である。
また、上記した特許文献２記載の半導体センサでは、複数のセンサ基板が並列に配置されるため、基板個数分だけセンサ基板全体が占める面積が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、複数のセンサ基板を精度良く位置決めしつつセンサ基板全体の面積をできるだけ抑制することが可能な半導体センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、センサ面に溝又は突部が形成された第１のセンサ基板と、センサ面に溝又は突部が形成された第２のセンサ基板と、一方の面に前記第１のセンサ基板の溝又は突部に嵌合可能な第１の突部又は溝が形成され、かつ、他方の面に前記第２のセンサ基板の溝又は突部に嵌合可能な第２の突部又は溝が形成されたキャップ基板を備え、前記第１のセンサ基板は、溝又は突部が前記第１の突部又は溝に嵌合した状態で前記キャップ基板の前記一方の面側に接合され、かつ、前記第２のセンサ基板は、溝又は突部が前記第２の突部又は溝に嵌合した状態で前記キャップ基板の前記他方の面側に接合されている半導体センサにより達成される。
【０００７】
この態様の発明において、第１のセンサ基板及び第２のセンサ基板には共に、センサ面に溝又は突起が形成されている。また、キャップ基板には、一方の面に第１のセンサ基板の溝又は突起が嵌合可能な第１の突起又は溝が形成され、かつ、他方の面に第２のセンサ基板の溝又は突起が嵌合可能な第２の突起又は溝が形成されている。第１のセンサ基板は、溝又は突起がキャップ基板の第１の突起又は溝に嵌合した状態でキャップ基板の一方の面側に接合され、また、第２のセンサ基板は、溝又は突起がキャップ基板の第１の突起又は溝に嵌合した状態でキャップ基板の一方の面側に接合されている。かかる構造においては、２つのセンサ基板がそれぞれ同一のキャップ基板に接合されるので、両センサ基板が精度良く位置決めされると共に、２つのセンサ基板が一つのキャップ基板を挟んで積層されるので、センサ基板全体の面積が抑制される。
【０００８】
尚、上記した半導体センサにおいて、前記第１のセンサ基板と前記キャップ基板との接合面、及び、前記第２のセンサ基板と前記キャップ基板との接合面は、共に前記第１のセンサ基板及び前記第２のセンサ基板のセンサ面並びに前記キャップ基板の表面に対して斜めに形成されていることとしてもよい。
【０００９】
この態様の発明において、各接合面の幅は、各接合面が水平や垂直に形成されている構造のものに比べて長くなる。このため、突部の壁面厚を薄くしつつ、半導体センサとしての強度性や気密性を確保することができるので、各接合面が水平や垂直に形成されている構造に比べて、半導体センサ全体のコンパクト化を図り或いは強度性や気密性の向上を図ることができる。
【００１０】
また、上記した半導体センサにおいて、前記キャップ基板の前記一方の面及び前記他方の面、又は、前記第１のセンサ基板のセンサ面及び前記第２のセンサ基板のセンサ面に形成され、前記第１のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第１のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記一方の面との間に形成される第１のキャビティ、及び、前記第２のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第２のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記他方の面との間に形成される第２のキャビティを拡大する凹部を備えることとしてもよい。
【００１１】
この態様の発明において、キャップ基板の一方の面及び他方の面、又は、第１のセンサ基板のセンサ面及び第２のセンサ基板のセンサ面には、第１のセンサ基板のセンサ面とキャップ基板の一方の面との間の第１のキャビティ、及び、第２のセンサ基板のセンサ面とキャップ基板の他方の面との間の第２のキャビティを拡大する凹部が形成されている。かかる構造においては、凹部の存在により第１のキャビティ及び第２のキャビティが拡大されるため、各キャビティが拡大されない構造に比べて、各センサ基板のセンサ面上での駆動により生じた風などが更なる駆動に与える影響を小さく抑えることができる。
【００１２】
また、上記した半導体センサにおいて、前記第１のセンサ基板と前記第２のセンサ基板とは、互いに異なる物理量を検出するためのセンサ基板、又は、同一の物理量を検出するためのセンサ基板であることとしてもよい。
【００１３】
更に、上記した半導体センサにおいて、前記キャップ基板の少なくとも一部に形成され、前記第１のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第１のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記一方の面との間に形成される第１のキャビティと、前記第２のセンサ基板と前記キャップ基板との接合後に該第２のセンサ基板のセンサ面と該キャップ基板の前記他方の面との間に形成される第２のキャビティと、を連通させる開口穴を備えることとしてもよい。
【００１４】
この態様の発明において、キャップ基板の少なくとも一部には、第１のキャビティと第２のキャビティとを連通させる開口穴が形成されている。かかる構造においては、キャップ基板を挟んで第１のセンサ基板側の第１のキャビティと第２のセンサ基板側の第２のキャビティとが開口穴を介して連通される。このため、第１のキャビティ又は第２のキャビティに気密リークが生じた場合に、その気密リークの判別を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数のセンサ基板を精度良く位置決めしつつセンサ基板全体の面積をできるだけ抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例である半導体センサの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施例の半導体センサの要部断面図である。
【図３】本発明の一実施例の半導体センサが備えるセンサ基板及びキャップ基板の分解外観図である。
【図４】本発明の一実施例の半導体センサの製造プロセスの一例のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例である半導体センサと、対比例である半導体センサと、の構成の違いを表した図である。
【図６】本発明の一実施例である半導体センサと、対比例である半導体センサと、の効果の違いを表した図である。
【図７】本発明の変形例である半導体センサの要部構造図である。
【図８】本発明の変形例である半導体センサの要部構造図である。
【図９】本発明の変形例である半導体センサの要部構造図である。
【図１０】本発明の変形例である半導体センサの要部構造図である。
【図１１】本発明の変形例である半導体センサの要部構造図である。
【図１２】本発明の変形例である半導体センサの要部構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて、本発明に係る半導体センサの具体的な実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例である半導体センサ１０の全体構成図を示す。図２は、本実施例の半導体センサ１０の要部断面図を示す。また、図３は、本実施例の半導体センサ１０が備えるセンサ基板１２，１４及びキャップ基板１６の分解外観図を示す。
【００１９】
本実施例において、半導体センサ１０は、二つの方形状のセンサ基板１２，１４と、一つのキャップ基板１６と、を備えている。２つのセンサ基板１２，１４はそれぞれ、物理量を検出するためのセンサ基板であって、例えば、センサ基板１２は、図１及び図２に示すＸ方向に生じる加速度を検出するためのセンサ基板であり、また、センサ基板１４は、図１及び図２に示すＹ方向に生じる加速度を検出するためのセンサ基板である。以下、半導体センサ１０は、Ｘ方向に生じる加速度及びＹ方向に生じる加速度をそれぞれ検出するための多軸センサであるとする。半導体センサ１０は、例えば車両に搭載され、その半導体センサ１０を用いて検出された物理量は、例えば車両の衝突判定や旋回制御等に用いられる。
【００２０】
半導体センサ１０は、アルミナなどのセラミック材料からなるセラミックパッケージ１８内に収納されており、リッド２０により覆われている。セラミックパッケージ１８のセラミック基板上には、シリコーン樹脂などの絶縁性を有する接着剤２２を介して、Ｓｉからなる制御ＩＣ２４が固定されている。制御ＩＣ２４は、半導体センサ１０の駆動などを制御する集積回路である。制御ＩＣ２４の表面上には、シリコーン樹脂などの絶縁性を有する接着剤２６を介して、Ｓｉからなるフレキシブル基板２８が配設されている。フレキシブル基板２８の裏面（図１において下面）に設けられた端子と制御ＩＣ２４の表面（図１において上面）に設けられた端子とは、半田付けされている。
【００２１】
フレキシブル基板２８の表面上には、Ｓｉからなるセンサ基板１２が配設されている。センサ基板１２の表面（図１において上面）には、ＭＥＭＳ構造体からなる櫛歯電極などが露出したセンサ部３０が設けられている。センサ基板１２のセンサ部３０は、Ｘ方向に生じる加速度に応じて駆動し、その加速度に応じた電気信号を出力する。センサ部３０は、センサ基板１２を貫通する貫通配線３２を介して、裏面（図１において下面）に設けられた端子に電気接続されている。センサ基板１２の裏面に設けられた端子とフレキシブル基板２８の表面（図１において上面）に設けられた端子とは、半田付けされている。センサ部３０の出力した電気信号は、貫通配線３２及びフレキシブル基板２８を介して制御ＩＣ２４へ供給される。
【００２２】
センサ基板１２の表面側には、そのセンサ基板１２の表面側を覆うキャップ基板１６が封着されている。キャップ基板１６は、例えばセンサ基板１２，１４と熱膨張係数が同等である材料（例えばＳｉなど）からなっている。キャップ基板１６は、センサ基板１２に接合されている。センサ基板１２の表面とキャップ基板１６との間には、気密封止されたキャビティ３４が形成されている。センサ基板１２のセンサ部３０は、キャビティ３４内で駆動する。
【００２３】
キャップ基板１６の上方には、Ｓｉからなるセンサ基板１４が配設されている。キャップ基板１６とセンサ基板１４とは、互いに接合されている。センサ基板１４の表面（図１において下面）には、ＭＥＭＳ構造体からなる櫛歯電極などが露出したセンサ部３６が設けられている。センサ基板１４の表面とキャップ基板１６との間には、気密封止されたキャビティ３８が形成されている。センサ基板１４のセンサ部３６は、キャビティ３８内で駆動する。
【００２４】
センサ基板１４は、上記のセンサ基板１２と共通する部材であるが、両センサ基板１２，１４は、例えば検出すべき加速度の方向が互いに直交するように配置されている。センサ基板１４のセンサ部３６は、Ｙ方向に生じる加速度に応じて駆動し、その加速度に応じた電気信号を出力する。センサ部３６は、センサ基板１４を貫通する貫通配線４０を介して、裏面（図１において上面）に設けられた端子に電気接続されている。センサ基板１４の裏面に設けられた端子と制御ＩＣ２４の表面に設けられた端子とは、ボンディングワイヤ４２を介して接続されている。センサ部３６の出力した電気信号は、ボンディングワイヤ４２を介して制御ＩＣ２４へ供給される。
【００２５】
制御ＩＣ２４の表面に設けられた端子は、ボンディングワイヤ４４を介してセラミックパッケージ１８に設けられた内挿配線４６に接続されている。内挿配線４６は、セラミックパッケージ１８の外部に設けられた電子制御ユニットなどに接続されている。制御ＩＣ２４は、ボンディングワイヤ４４及び内挿配線４６を介して、外部からの信号（例えば、電源）を受信し、また、外部へ向けて信号（例えば、センサ信号）を送信する。
【００２６】
次に、本実施例における半導体センサ１０の構造について説明する。
【００２７】
本実施例において、半導体センサ１０は、上記の如く、二つのセンサ基板１２，１４と、一つのキャップ基板１６と、を備えている。センサ基板１２，１４の表面（センサ面）には、裏面側へ向けて窪んだ溝５０，５２が形成されている。溝５０，５２は、センサ基板１２，１４の表面に設けられたセンサ部３０，３６を取り囲むようにセンサ基板１２，１４の端部にわたって設けられている。溝５０，５２は、センサ基板１２，１４の表面に対して斜めに形成された面（斜面）を有している。この溝５０，５２の斜面は、センサ基板１２，１４の表面に対して所定角度となるように形成されている。
【００２８】
一方、キャップ基板１６の両面には、外側へ向けて突出した突部５４，５６が形成されている。突部５４，５６は、キャップ基板１６の端部に全周にわたって設けられている。突部５４，５６はそれぞれ、キャップ基板１６の表面に対して斜めに形成された面（斜面）を有している。この突部５４，５６の斜面は、キャップ基板１６の主面に対して所定角度となるように形成されている。尚、この突部５４，５６の斜面がキャップ基板１６の主面に対して形成される角度は、溝５０，５２の斜面がセンサ基板１２，１４の表面に対して形成される角度と同じである。センサ基板１２の溝５０はキャップ基板１６の突部５４に嵌合し、かつ、センサ基板１４の溝５２はキャップ基板１６の突部５６に嵌合する。
【００２９】
突部５４，５６は、溝５０，５２の容量に比べて大きな容量を有している。キャップ基板１６の主面からの突部５４，５６の高さは、センサ基板１２，１４の表面からの溝５０，５２の高さに比して高い。このため、センサ基板１２の溝５０がキャップ基板１６の突部５４に嵌合すると、センサ基板１２のセンサ部３０が設けられた表面とキャップ基板１６の一方の面（図１において下面）との間にキャビティ３４が形成される。また、センサ基板１４の溝５２がキャップ基板１６の突部５６に嵌合すると、センサ基板１４のセンサ部３６が設けられた表面とキャップ基板１６の他方の面（図１において上面）との間にキャビティ３８が形成される。
【００３０】
センサ基板１２は、溝５０がキャップ基板１６の突部５４に嵌合した状態でキャップ基板１６の一方の面側に接合される。また、センサ基板１４は、溝５２がキャップ基板１６の突部５６に嵌合した状態でキャップ基板１６の他方の面側に接合される。センサ基板１２とキャップ基板１６との接合は、溝５０及び突部５４が嵌合する斜面において行われる。また、センサ基板１４とキャップ基板１６との接合は、溝５２及び突部５６が嵌合する斜面において行われる。すなわち、センサ基板１２とキャップ基板１６との接合面及びセンサ基板１４とキャップ基板１６との接合面は、共にセンサ基板１２，１４の表面並びにキャップ基板１６の主面に対して斜めに形成された面である。
【００３１】
次に、図４を参照して、本実施例における半導体センサ１０の製造プロセスについて説明する。図４は、本実施例の半導体センサ１０の製造プロセスの一例のフローチャートを示す。
【００３２】
本実施例において、半導体センサ１０は、ウェハを用いて複数個のチップ単位で製造される。まず、各半導体センサ１０のキャップ基板１６が形成されるべきウェハ７０を準備する（図４（Ａ））。このキャップ基板１６が形成されるべきウェハ７０としては、キャップ基板１６とセンサ基板１２，１４との接合後に生じる応力を軽減するため、例えばセンサ基板１２，１４の材料と熱膨張係数が同等の材料（例えばＳｉ）が用いられる。
【００３３】
次に、上記のキャップ基板１６が形成されるべきウェハ７０の両面それぞれに傾斜を有する断面Ｕ字状の溝７２，７４を形成することにより、各キャップ基板１６の突部５４，５６を形成する（図４（Ｂ））。具体的には例えば、キャップ基板１６が形成されるべきウェハ７０の両面それぞれにマスクを用いてエッチングパターンを形成し、その後、そのウェハ７０をアルカリ水溶液（例えば、ＫＯＨやＴＭＡＨ）に浸して異方性エッチングを行うことにより、面方位により角度を決めることができ、ウェハ７０の両面それぞれに断面が傾斜する形状である断面Ｕ字状の溝７２，７４を形成し、各キャップ基板１６の突部５４，５６を形成する。尚、ウェハ７０上のキャップ基板１６の突部５４，５６の頂点となるべき先端部位はそれぞれ、チッピングが生じないように水平にカットされることとしてもよく、また、湾曲状に形成されることとしてもよい。これらの場合は、接合後、キャップ基板１６の突部５４，５６の最上部とセンサ基板１２，１４の溝５０，５２の最深点との間に隙間が形成されることとなる。また、キャップ基板１６の突部５４，５６を形成する手法はこれに限定されることなく、ブラスト加工等などを用いることとしてもよい。
【００３４】
また、各半導体センサ１０のセンサ基板１２，１４が形成されるべきウェハ８０，８２を準備する。尚、センサ基板１２が形成されるべきウェハ８０とセンサ基板１４が形成されるべきウェハ８２とを別々に準備する。このセンサ基板１２，１４が形成されるべきウェハ８０，８２としては、Ｓｉが用いられる。
【００３５】
次に、上記のセンサ基板１２，１４が形成されるべきウェハ８０，８２の片面（具体的には、センサ部３０，３６が形成されるべき表面）に傾斜を有する断面Ｖ字状の溝８４，８６を形成することにより、各センサ基板１２，１４の溝５０，５２を形成する（図４（Ｃ））。具体的には例えば、センサ基板１２，１４が形成されるべきウェハ８０，８２の一方の面（表面）にマスクを用いてエッチングパターンを形成し、その後、そのウェハ８０，８２をアルカリ水溶液（例えば、ＫＯＨやＴＭＡＨ）に浸して異方性エッチングを行うことにより、ウェハ８０，８２の表面に断面が傾斜する形状である断面Ｖ字状の溝８４，８６を形成し、各センサ基板１２，１４の溝５０，５２を形成する。尚、センサ基板１２，１４の溝５０，５２を形成する手法はこれに限定されることなく、ブラスト加工等などを用いることとしてもよい。
【００３６】
また尚、センサ基板１２，１４の表面にセンサ部３０，３６を設けるうえでのＭＥＭＳ構造体のパターニングと、センサ基板１２，１４の表面に溝５０，５２を形成するうえでの斜面パターニングと、の順序は、プロセス工程での容易性やセンサ部３０，３６への異物混入防止などを考慮して適宜選択されることとすればよい。
【００３７】
そして次に、センサ基板１２の溝５０が形成されたウェハ８０を、キャップ基板１６の突部５４が形成されたウェハ７０の一方の面側に接合すると共に、センサ基板１４の溝５２が形成されたウェハ８２を、キャップ基板１６の突部５６が形成されたウェハ７０の他方の面側に接合する（図４（Ｄ）；キャッピング工程）。具体的には、センサ基板１２の溝５０が形成されたウェハ８０の接合を、その溝５０とキャップ基板１６の突部５４とを嵌合させて行い、また、センサ基板１４の溝５２が形成されたウェハ８２の接合を、その溝５２とキャップ基板１６の突部５６とを嵌合させて行う。
【００３８】
尚、上記の接合は、ガラスフリット接合や金属共晶接合，常温接合などの手法で行われる。また、センサ基板１２の溝５０が形成されたウェハ８０の接合とセンサ基板１４の溝５２が形成されたウェハ８２の接合とは、センサ基板１２，１４の配置がセンサ基板１２で検出すべき加速度の方向（Ｘ方向）とセンサ基板１４で検出すべき加速度の方向（Ｙ方向）とが互いに直交した配置となるように行われる。
【００３９】
そして最後に、上記の如くウェハ７０，８０，８２の接合を行った後、その接合された積層ウェハを溝５０，５２及び突部５４，５６の頂点を通る面に沿ってダイシングカットし、各半導体センサ１０のチップを個片化する（図４（Ｅ））。かかる処理によれば、キャップ基板１６を挟んで積層されたセンサ基板１２，１４からなる半導体センサ１０を製造することができると共に、一つのウェハからチップ単位で複数個の半導体センサ１０を製造することができる。
【００４０】
上記した半導体センサ１０の構造においては、セラミックパッケージ１８内で２つのセンサ基板１２，１４が一つのキャップ基板１６を挟んで縦（図１において上下方向）に積層されて配置される。このため、本実施例の半導体センサ１０によれば、セラミックパッケージ１８内で２つのセンサ基板が横（例えば図１において左右方向）に並列に配置される半導体センサの構造に比べて、センサ基板全体が占める面積（より具体的には、センサ基板の表面側から垂直方向（図１において上下方向）に見た際にセンサ基板が占める面積）を小さく抑制することができ、これにより、半導体センサ１０自体の小型化・コンパクト化を図ることができる。
【００４１】
また、上記した半導体センサ１０の構造においては、同一のキャップ基板１６に対して２つのセンサ基板１２，１４がそれぞれ接合されるので、一つのキャップ基板１６に対する２つのセンサ基板１２，１４の位置決めが行われ、２つのセンサ基板１２，１４の相対的な位置を固定することが可能である。このため、本実施例によれば、Ｘ方向の加速度を検出するためのセンサ基板１２とＹ方向の加速度を検出するためのセンサ基板１４とを両者が直交するように配置させることができ、すなわち、両センサ基板１２，１４を精度良く位置決めさせることができ、その結果として、Ｘ方向及びＹ方向の加速度の検出精度を向上させることが可能である。
【００４２】
また、上記した半導体センサ１０の構造においては、キャップ基板１６とセンサ基板１２との接合が、上記の如く、溝５０と突部５４とが嵌合する斜面において行われ、かつ、キャップ基板１６とセンサ基板１４との接合は、溝５２と突部５６とが嵌合する斜面において行われる。このため、プロセスのキャッピング工程においてキャップ基板１６とセンサ基板１２，１４との間でセルフアライメント機能を実現することができ、これにより、半導体センサ１０の製造の容易化とセンサ基板１２，１４の精度良い位置決めとを両立させることが可能である。
【００４３】
また、上記した半導体センサ１０の構造においては、キャップ基板１６とセンサ基板１２との接合面及びキャップ基板１６とセンサ基板１４との接合面は、共にセンサ基板１２，１４のセンサ面並びにキャップ基板１６の主面に対して斜めに形成された斜面である。この場合、キャップ基板１６とセンサ基板１２との接合面及びキャップ基板１６とセンサ基板１４との接合面の幅は、各接合面がセンサ基板１２，１４のセンサ面並びにキャップ基板１６の主面に対して水平に或いは垂直に形成される対比構造のものと比べて、長くなる。このため、本実施例の半導体センサ１０によれば、上記した接合面の幅を気密性及び強度性を確保できる幅以上に設定することで、突部５４，５６の壁面厚を薄くしかつ溝５０，５２の大きさを小さくしつつ、半導体センサ１０としての強度性及び気密性を確保することが可能である。この点、本実施例によれば、上記の対比構造に比べて、半導体センサ１０全体のコンパクト化を図り或いは半導体センサ１０の強度性及び気密性の向上を図ることができる。
【００４４】
また、上記した半導体センサ１０の構造においては、２つのセンサ基板１２，１４が一つの同一のキャップ基板１６に接合されるので、２つのセンサ基板１２，１４がそれぞれ別個のプロセスでキャップ基板に接合されるものと異なり、両センサ基板１２，１４のセンサ面のキャビティ３４，３８への封止を同時に行うことができ、製造プロセスの簡素化・容易化を実現することができる。
【００４５】
図５は、本発明の一実施例である半導体センサ１０と、対比例である半導体センサ９０と、の構成の違いを表した図を示す。尚、図５（Ａ）には本実施例の半導体センサ１０の斜視図を、また、図５（Ｂ）には対比例の半導体センサ９０の斜視図を、それぞれ示す。また、図６は、本発明の一実施例である半導体センサ１０と、対比例である半導体センサ９０と、の効果の違いを表した図を示す。
【００４６】
また、上記した半導体センサ１０の構造においては、一つのセラミック基板１８上で２つのセンサ基板１２，１４がキャップ基板１６を挟んで積層されたものとなる（図１、図２、及び図５（Ａ）参照）。一方、２つのセンサ基板１２，１４を一つのセラミック基板１８上に配置しようとする場合、図５（Ａ）に示す如き半導体センサ１０に代えて、図５（Ｂ）に示す如く、２つのセンサ基板１２，１４が一つのセラミック基板１８上でそれぞれ別個に並んで配置され、各センサ基板１２，１４がそれぞれ別個に制御ＩＣ２４の表面上において接着剤９２，９４を介して固定され、各センサ基板１２，１４それぞれに対して別個にキャップ基板９６，９８が封着される半導体センサ９０を用いることが考えられる。
【００４７】
本実施例の半導体センサ１０と対比例の半導体センサ９０とを比較すると、本実施例の半導体センサ１０における基板上の２つのセンサ基板１２，１４が積層された構造物の質量が、対比例の半導体センサ９０における基板上の各センサ基板１２，１４それぞれの質量に比べて大きくなる。
【００４８】
センサチップの構造共振周波数は、センサチップの質量に応じたものとなり、次式（１）に示す如きになる。具体的には、センサチップの構造共振周波数は、センサチップの質量が大きいほど下がり、センサチップの質量が小さいほど上がる。但し、構造共振周波数はｆであり、センサチップの質量はｍであり、チップ下のバネ定数はｋである。
【００４９】
ｆ∝√（ｋ／ｍ）                                                ・・・（１）
従って、本実施例の半導体センサ１０によれば、対比例の半導体センサ９０に比べて、センサチップの不要な振動モードの構造共振周波数を下げることができる（図６参照）。このため、センサの使用周波数帯域がこの構造共振周波数よりも高い場合、本実施例の半導体センサ１０においては、対比例の半導体センサ９０に比べて、振動の変位増幅率を下げることができるので、半導体センサ１０の防振性を向上させることが可能である。
【００５０】
更に、上記した半導体センサ１０の構造においては、センサ基板１２のセンサ部３０がキャップ基板１６に覆われており、センサ基板１２の表面とキャップ基板１６との間に内部でセンサ部３０が駆動するキャビティ３４が設けられている。また、センサ基板１４のセンサ部３６がキャップ基板１６に覆われており、センサ基板１４の表面とキャップ基板１６との間に内部でセンサ部３６が駆動するキャビティ３８が設けられている。これらのキャビティ３４，３８は共に、センサ部３０，３６を内包する閉塞空間である。このため、本実施例によれば、各センサ基板１２，１４でのセンサ部３０，３６がそれぞれ独立のキャビティ３４，３８内で駆動するので、各センサ部３０，３６の駆動時に生じる風や異物が他方のセンサ部３６，３０の駆動に影響を与えることは無く、各センサ部３０，３６の駆動が他方の駆動に影響されるのを回避することが可能である。
【００５１】
また、本実施例によれば、上記のキャビティ３４及び３８の何れか一方に気密リークが発生しても、その気密リークが他方のキャビティ内３８，３４にあるセンサ部３６，３０の駆動に影響を与えることは無いので、何れか一方のキャビティ３４，３８に発生した気密リークに起因して他方のキャビティ３８，３４内のセンサ部３６，３０の駆動が影響されるのを回避することが可能である。尚、この点、キャップ基板１６を挟んで積層させる２つのセンサ基板１２，１４が、互いに異なる物理量（具体的には、Ｘ方向の加速度及びＹ方向の加速度）を検出するためのものではなく、同じ物理量（例えば、共にＸ方向の加速度）を検出するためのものとすれば、冗長性を持たせることが可能となるので、例え何れか一方のキャビティ３４，３８に気密リークが発生したとしても、他方のキャビティ３８，３４内にあるセンサ部３６，３０の出力を利用して所望の物理量を検出することが可能となる。
【００５２】
ところで、上記の実施例においては、センサ基板１２，１４が特許請求の範囲に記載した「第１のセンサ基板」及び「第２のセンサ基板」に、キャビティ３４，３８が特許請求の範囲に記載した「第１のキャビティ」及び「第２のキャビティ」に、それぞれ相当している。
【００５３】
尚、上記の実施例においては、二つのセンサ基板１２，１４の表面に裏面側へ向けて窪んだ溝５０，５２を形成し、かつ、一つのキャップ基板１６の両面に外側へ向けて突出した突部５４，５６を形成することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示す如く、逆に、二つのセンサ基板１２，１４の表面に外側へ向けて突出した突部１００，１０２を形成し、かつ、一つのキャップ基板１６の両面に裏面側へ向けて窪んだ溝１０４，１０６を形成することとしもよい。かかる変形例においても、上記の実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【００５４】
また、上記の変形例においては、二つのセンサ基板１２，１４の表面に外側へ向けて突出した突部１００，１０２を形成し、かつ、一つのキャップ基板１６の両面にそれらセンサ基板１２，１４の突部１００，１０２の形状に合致した裏面側へ向けて窪んだ溝１０４，１０６を形成したうえで、更に、図８に示す如く、そのキャップ基板１６の両面にキャビティ３４，３８の大きさ（容積）を広げる凹部１１０，１１２を形成することとしてもよい。かかる変形例においては、上記の実施例と同様の効果を得ることが可能であると共に、更に、内部でセンサ基板１２，１４のセンサ部３０，３６が駆動するキャビティ３４，３８の容量が拡大されるので、キャビティ３４，３８の容量が拡大されない構造に比べて、センサ部３０，３６の駆動により生じた風などが更なる駆動に与える影響を小さく抑制することが可能である。
【００５５】
また、上記の変形例においては、二つのセンサ基板１２，１４の表面に外側へ向けて突出した突部１００，１０２を形成し、一つのキャップ基板１６の両面にそれらセンサ基板１２，１４の突部１００，１０２の形状に合致した裏面側へ向けて窪んだ溝１０４，１０６を形成し、かつ、そのキャップ基板１６の両面にキャビティ３４，３８の容積を大きくする凹部１１０，１１２を形成したうえで、更に、図９に示す如く、キャップ基板１６の一部にキャビティ３４とキャビティ３８とを連通させる開口穴１２０を形成することとしてもよい。尚、かかる開口穴１２０は、異物として許容される最大のサイズ以下の開口径を有するものとすればよく、また、そのキャップ基板１６上での形成箇所や形成数は適宜選択されるものとすればよい。かかる変形例においては、一方のキャビティ３４，３８から他方のキャビティ３８，３４への異物の混入をできるだけ避けつつ、また、センサ部３０，３６の駆動により生じる風が他方のセンサ部３６，３０の駆動に影響を与えるのをできるだけ回避することができると共に、更に、一方のキャビティ３４，３８に気密リークが発生したときに、その気密リークの影響を、その気密リークが発生したキャビティ３４，３８内のセンサ部３０，３６だけでなく、他方のキャビティ３８，３４内のセンサ部３６，３０にも与えることができるので、センサ部３０，３６の故障が気密リークで生じたのか或いは混入異物に起因したのかを容易に区別させることができ、センサ部３０，３６の故障時における工程対策等を迅速に行うことが可能である。
【００５６】
また、上記の実施例においては、センサ基板１２の表面とキャップ基板１６との間のキャビティ３４と、センサ基板１４の表面とキャップ基板１６との間のキャビティ３８と、をキャップ基板１６を挟んでそれぞれ独立した閉塞空間としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０に示す如く、キャップ基板１６の一部にキャビティ３４とキャビティ３８とを連通させる開口穴１３０を形成することとしてもよい。尚、かかる開口穴１３０は、異物として許容される最大のサイズ以下の開口径を有するものとすればよく、また、そのキャップ基板１６上での形成箇所や形成数は適宜選択されるものとすればよい。かかる変形例においても、一方のキャビティ３４，３８から他方のキャビティ３８，３４への異物の混入をできるだけ避けつつ、また、センサ部３０，３６の駆動により生じる風が他方のセンサ部３６，３０の駆動に影響を与えるのをできるだけ回避することができると共に、更に、一方のキャビティ３４，３８に気密リークが発生したときに、その気密リークの影響を、その気密リークが発生したキャビティ３４，３８内のセンサ部３０，３６だけでなく、他方のキャビティ３８，３４内のセンサ部３６，３０にも与えることができるので、センサ部３０，３６の故障が気密リークで生じたのか或いは混入異物に起因したのかを容易に区別させることができ、センサ部３０，３６の故障時における工程対策等を迅速に行うことが可能である。
【００５７】
また、上記の変形例においては、キャップ基板１６の一部にキャビティ３４とキャビティ３８とを連通させる開口穴１３０を形成することとしたが、異物混入やセンサ部３０，３６の駆動により生じる風の影響を無視できる場合は、図１１に示す如く、キャップ基板１６のセンサ部３０，３６に対向する面全体を、キャビティ３４とキャビティ３８とを連通させる開口穴１４０としてもよい。尚、かかる変形例においては、センサ部３０，３６が共にセンサ基板１２，１４及びキャップ基板１６にて囲まれて封止されつつ、センサ部３０とセンサ部３６との間にキャビティ３４とキャビティ３８とを隔てるキャップ基板１６が存在しないので、センサ部３０とセンサ部３６との間の距離をある程度保つことができ、センサ部３０，３６の駆動により生じる風の影響をある程度抑制することが可能である。
【００５８】
また、上記の実施例においては、センサ基板１２とセンサ基板１４との間に両者に接合するキャップ基板１６を設けることとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、異物混入やセンサ部３０，３６の駆動により生じる風の影響を無視できる場合は、図１２に示す如く、キャップ基板を設けることなく、センサ基板１２に裏面側へ向けて窪んだ斜面を有する溝１５０を形成し、かつ、センサ基板１４の表面に外側へ向けて突出したセンサ基板１２の溝１５０の形状に合致する突部１５２を形成することにより、センサ基板１２とセンサ基板１４とを、溝１５０と突部１５２とが嵌合する斜面において直接に接合させることとしてもよい。かかる変形例においては、センサ部３０，３６をセンサ基板１２，１４の接合により封止することが可能である。
【００５９】
更に、上記の実施例においては、二つのセンサ基板１２，１４を、互いに異なる物理量であるＸ方向に生じる加速度及びＹ方向に生じる加速度をそれぞれ検出するためのものとしたが、同じ物理量である所定方向の加速度をそれぞれ検出するためのものとしてもよいし、また、加速度に限らず、角速度を検出するためのものとしてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０  半導体センサ
１２，１４  センサ基板
１６  キャップ基板
１８  セラミックパッケージ
３０，３６  センサ部
３４，３８  キャビティ
５０，５２，１０４，１０６  溝
５４，５６，１００，１０２  突部
１１０，１１２  凹部
１２０，１３０，１４０  開口穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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