(57)【要約】【課題】小型化可能で耐衝撃性に優れるととともに、製造効率の低下を抑制した実装構造体を有する物理量センサー、及びこれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】キャビティ部（凹部２２）を有する実装基板１２と、平面視で前記キャビティ部に重複して配置されている支持基板２４と、前記実装基板１２に対向する前記支持基板１２の第１面（下面２８）であり且つ平面視で前記キャビティ部に重複する位置に配置され、前記支持基板２４を介して前記実装基板１２に電気的に接続されている物理量センサー素子４２と、前記物理量センサー素子４２及び前記支持基板２４を封止する封止材３４と、を有し、前記支持基板２４は、前記封止材３４より弾性係数の高い接合部材により前記実装基板１２に片持ち支持されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ部を有する実装基板と、
平面視で前記キャビティ部に重複して配置されている支持基板と、
前記実装基板に対向する前記支持基板の第１面であり且つ平面視で前記キャビティ部に重複する位置に配置され、前記支持基板を介して前記実装基板に電気的に接続されている物理量センサー素子と、
前記物理量センサー素子及び前記支持基板を封止する封止材と、を有し、
前記支持基板は、
前記封止材より弾性係数の高い接合部材により前記実装基板に片持ち支持されていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項２】
前記支持基板は、前記第１面と反対側の第２面に端子電極を有し、
前記実装基板は、前記支持基板が支持された面側に接続電極を有し、
前記端子電極と前記接続電極とは、ワイヤーで接続され、
前記接合部材は、前記実装基板と前記支持基板との間であって前記端子電極に平面視で重複する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサー。
【請求項３】
前記実装基板上には、前記封止材を覆うキャップが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の物理量センサーにおいて、
前記支持基板の前記第２面側には前記物理量センサーに接続される集積回路が配置されていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の物理量センサーにおいて、
前記支持基板の前記第２面側には第２の物理量センサー素子が配置されていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物理量センサーが搭載されていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサー、及びそれを用いた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加速度、角速度等の物理量を検出する物理量センサーが知られている。このような物理量センサーとしては、支持基板上に固定配置された固定電極と、固定電極に対して間隔を隔てて対向するとともに慣性の力により固定電極との相対位置が変位可能な可動電極とを有し、固定電極と可動電極との間の静電容量に基づいて、加速度、角速度等の物理量を検出するものがある（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
加速度センサーとして用いる物理量センサーでは、不活性ガス雰囲気下において、ウエハー表面に一括形成された蓋材により気密封止され、またジャイロセンサーとして用いる物理量センサーでは、可動電極駆動時のガスの粘性抵抗の影響を避けるため蓋材にて真空気密封止されている。
【０００４】
固定電極が表面に形成される物理量センサー用の支持基板としては、ガラス基板や半導体基板が一般的に使用され、上述の蓋材による気密封止後にダイシング等により支持基板を切断して物理量センサー素子を個片化するウエハーバッチプロセスが主流となっている。
【０００５】
支持基板としてガラス基板を用いる場合は、半導体基板に比べメタライズ配線によって発生する寄生容量対策としての絶縁多層膜構造を施す必要がない、という利点がある。またシリコンとの熱膨張係数が整合された硼珪酸ガラスを用いる場合は、陽極接合にて半導体材料の固定電極と可動電極との接合において熱歪みを低減することができるという利点を有する。
【０００６】
そして、このような物理量センサーを電子機器等に搭載する場合は、物理量センサーを支持するとともに電子機器側の回路に接続可能な実装基板を備えた構成が必要となる。また物理量センサーを集積回路等とともに実装基板に実装することにより、加速度等の物理量を検知可能な物理量センサーを構築することができる。
【０００７】
図１４に、特許文献３に記載の加速度センサーを示し、図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ′線断面図を示す。図１４に示すように、特許文献３の加速度センサー１００は、キャップにて気密封止された加速度センサー本体１０２と集積回路１０４とを実装基板１０６に横置き固定し、加速度センサー本体１０２の電極端子と集積回路１０４の電極端子、及び加速度センサー本体１０２の電極端子と実装基板１０６の埋め込み配線１１０、集積回路１０４の電極端子と埋め込み配線１１０とがボンディング用のワイヤー１１２によりそれぞれ電気的に導通された構成を有している。そして加速度センサー本体１０２及び集積回路１０４は、実装基板１０６の側面に配置された外部リード端子１０８に電気的に接続したものとなっている。
【０００８】
一方、近年では、複雑なモーションセンシングを可能とするため、多軸角速度検出が可能なジャイロセンサーや同じく多軸加速度検出が可能な加速度センサーを同一パッケージ化させた複合センサーが提案されている。そして、特にモバイル機器にこのような複合センサーを搭載するために、物理量センサーと実装基板との実装構造体の小型薄型化の要求がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４２３８４３７号公報
【特許文献２】特表２００２−５１０１３９号公報
【特許文献３】特開平９−１８４８５１号公報
【特許文献４】特許第２９７４５３１号公報
【特許文献５】特許第３９８５７９６号公報
【特許文献６】特許第３０３７７７４号公報
【特許文献７】特開２０１０−１６４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献３のような構成の場合、物理量センサーと集積回路とを実装基板上で横置きする形となるので実装基板の面積の小型化が困難である。また物理量センサーの支持基板としてガラス基板を用いる場合は、加工上若しくはハンドリングの観点から半導体基板よりも薄型化を行なうことが困難である。特に、集積回路を物理量センサー上に積層スタックして小型化を図る場合や、物理量センサーとして上述の複合センサーを構築する場合は薄型化が不利となる。
さらに、上述のモバイル機器に搭載する場合には、耐衝撃性を高めた構成が不可欠となる。
【００１１】
そこで、特許文献４乃至６においては、物理量センサーを実装基板に実装した実装構造体において、実装基板側の共振周波数を、物理量センサーを構成するパッケージの共振周波数よりも低くした構成としている。これにより実装基板側が受けた衝撃や振動が物理量センサーに伝達することを低減できるとしている。
【００１２】
しかしながら、特許文献４また５においては、物理量センサーが実装基板にリジッドに接合しているため、実装基板が受けた衝撃や振動の物理量センサーへの伝達を低減させる効果には限界がある。また特許文献６においては、物理量センサーと実装基板との間を複数個所で弾性係数の低い材料を介して接続した構成を有している。このような構成であれば、実装基板で受けた衝撃や振動が物理量センサーに及ぶことを低減することはできるが、物理量センサーと実装基板との接合強度が低下する問題がある。
【００１３】
よって特許文献７に示すように、実装基板上に配置された物理量センサーを樹脂等の封止材を用いて封止する形で実装基板上に固定する方法が考えられる。このような実装構造においては、上述の耐衝撃性の観点から、物理量センサーと実装基板とのリジッドな接続を回避するため、物理量センサーと実装基板とをボンディング用のワイヤーにより電気的に接続した構成を採用している。
【００１４】
ここで封止材としてシリコン系樹脂を用いる場合は、シリコン系樹脂の弾性係数が小さいので、物理量センサーと実装基板との接合強度を確保することが困難となる。また封止材としてシリカ粒子とエポキシ樹脂から構成されるトランスファーモールド樹脂を用いる場合は、物理量センサーと実装基板との実装構造に対して１００ｋｇ程度の荷重を印加してモールド成型するため、物理量センサーに過剰な応力が印加され、物理量センサーに悪影響を及ぼす虞がある。またトランスファーモールド樹脂によるモールド成型時の粘性流動のためボンディング用のワイヤーが断線する虞がある。
【００１５】
そこで、本発明は、上記問題点に着目し、小型化可能で耐衝撃性に優れるととともに、製造効率の低下を抑制した物理量センサー、及びこれを搭載した電子機器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】
【００１６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］キャビティ部を有する実装基板と、平面視で前記キャビティ部に重複して配置されている支持基板と、前記実装基板に対向する前記支持基板の第１面であり且つ平面視で前記キャビティ部に重複する位置に配置され、前記支持基板を介して前記実装基板に電気的に接続されている物理量センサー素子と、前記物理量センサー素子及び前記支持基板を封止する封止材と、を有し、前記支持基板は、前記封止材より弾性係数の高い接合部材により前記実装基板に片持ち支持されていることを特徴とする物理量センサー。
【００１７】
上記構成により、物理量センサー素子及びそれを支持する支持基板は封止材により封止されているので、実装基板側から物理量センサー素子への衝撃や振動が伝達することを抑制することができる。また支持基板は、封止材より弾性係数の高い接合部材により実装基板に接続されるので、支持基板と実装基板との接合強度、すなわち物理量センサー素子と実装基板との接合強度を高めることができる。
【００１８】
さらに支持基板は、接合部材により片持ち支持状態で実装基板に支持されているので、接合部材を介して実装基板側から物理量センサー素子へ衝撃や振動が伝達することを抑制することができる。物理量センサー素子及びそれを支持する支持基板の全体を硬い樹脂で封止すると、外部から衝撃が入ったときに、物理量センサー素子に衝撃が伝わり易いが、本願発明のように、物理量センサー素子及びそれを支持する支持基板の全体を柔らかい樹脂等の封止材で封止し、且つ、実装基板と支持基板とを封止材よりも硬い材質の接合部材で接合することにより、実装基板と支持基板とを強固に接合できる。
【００１９】
また、物理量センサー素子は実装基板に形成されたキャビティ部に一部が収容されるため、物理量センサー素子の高さが実装構造体の高さ寸法の一部を形成しない。以上のことから、耐衝撃性に優れるとともに機械的信頼性が高く小型化・低背化に優れた物理量センサーの実装構造体となる。
【００２０】
［適用例２］前記支持基板は、前記第１面と反対側の第２面に端子電極を有し、前記実装基板は、前記支持基板が支持された面側に接続電極を有し、前記端子電極と前記接続電極とは、ワイヤーで接続され、前記接合部材は、前記実装基板と前記支持基板との間であって前記端子電極に平面視で重複する位置に配置されていることを特徴とする適用例１に記載の物理量センサー。
これにより、ワイヤーを接続する端子電極の真下の位置に弾性係数の高い接合部材が配置されることになるので、ワイヤーの接続を容易に行うことができる。
【００２１】
［適用例３］前記実装基板上には、前記封止材を覆うキャップが配置されていることを特徴とする適用例１または２に記載の物理量センサー。
上記構成により、弾性係数の低い封止材が、外部からの衝撃により実装基板に対して大きな相対変位を起こすことを抑制し、物理量センサーの物理量の検出誤差を抑制することができる。
【００２２】
［適用例４］適用例１乃至３のいずれか１例に記載の物理量センサーにおいて、前記支持基板の前記第２面側には前記物理量センサーに接続される集積回路が配置されていることを特徴とする物理量センサー。
上記構成により、物理量センサー素子と集積回路とを実装基板上で横置きする従来構造よりも小型化に優れた物理量センサーとなる。
【００２３】
［適用例５］適用例１乃至４のいずれか１例に記載の物理量センサーにおいて、前記支持基板の前記第２面側には第２の物理量センサー素子が配置されていることを特徴とする物理量センサー。
上記構成により、物理量センサー素子と集積回路とを実装基板上で横置きする従来構造よりも小型化に優れた複合センサーとして機能する物理量センサーとなる。
【００２４】
［適用例６］適用例１乃至５のいずれか１例に記載の物理量センサーが搭載されていることを特徴とする電子機器。
上記構成により、耐衝撃性に優れるとともに機械的信頼性が高く小型化に優れた物理量センサーを搭載した電子機器となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る物理量センサーの実装構造体の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る物理量センサーの実装構造体の分解斜視図である。
【図３】本実施形態の物理量センサー素子と支持基板の模式図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【図４】本実施形態の物理量センサー素子の模式図である。
【図５】第１実施形態の物理量センサーの実装構造体の変形例の側面図である。
【図６】第２実施形態に係る物理量センサーの側面図である。
【図７】第２実施形態に係る物理量センサーの分解斜視図である。
【図８】第２実施形態に係る物理量センサーの製造工程（半導体基板のエッチング工程前まで）を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る物理量センサーの製造工程（支持基板の実装基板への実装前まで）を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係る物理量センサーの製造工程（支持基板の実装基板への実装後）を示す図である。
【図１１】第３実施形態の物理量センサーの側面図である。
【図１２】第３実施形態の物理量センサーの分解斜視図である。
【図１３】第３実施形態の物理量センサーを構成する支持基板、物理量センサー素子、第２の物理量センサーの模式図であり、図１３（ａ）は斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【図１４】特許文献３に記載の加速度センサーの模式図であり、図１４（ａ）は斜視図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２７】
図１に、第１実施形態に係る物理量センサーの実装構造体の側面図を示す。また、図２に、第１実施形態に係る物理量センサーの実装構造体の分解斜視図を示す。図１に示すように、第１実施形態に係る実装構造体１０は、実装基板１２上に支持基板２４、物理量センサー素子４２を有し、支持基板２４及び物理量センサー素子４２が封止材３４により封止された構造を有している。なお、物理量センサー素子４２は、例えば図４に示すような櫛歯型のセンサー素子をキャップ等で覆った構造となっている。
【００２８】
実装基板１２は、例えばガラスエポキシ樹脂等の絶縁材料で形成され、実装先の電子機器（不図示）の基板（不図示）に配置される。実装基板１２の下面（実装面）には外部電極１４が配置され、実装基板１２の上面には接続電極１６が配置されている。外部電極１４は、実装先の電子機器（不図示）の電極（不図示）の配置に対応して形成されている。そして外部電極１４と接続電極１６とは貫通電極１８により接続されている。また実装基板１２の側面には切欠き２０（図２）が形成され、切欠き２０の壁面にはメタライズが施されている。本実施形態においては、切欠き２０を外部電極１４に対応させて形成し、メタライズを実装面に引き出して外部電極１４に接続させても良い。これにより、この切欠き２０に半田付けを行なって外部電極１４と実装先の電子機器（不図示）の電極（不図示）に電気的に接続するとともに、実装基板１２と電気機器（不図示）の基板（不図示）との接続の接続強度を高めることができる。
【００２９】
一方、実装基板１２の上面には、物理量センサー素子４２を収容可能なキャビティ部としての凹部２２が形成されている。この凹部２２には物理量センサー素子４２が収容されるとともに、凹部２２の壁面と物理量センサー素子４２の壁面との間は封止材３４により充填される。なお、図１において、物理量センサー素子４２のほぼ全体が凹部２２に収容されているが、物理量センサー素子４２の一部が凹部２２に収容されるようにしてもよい。すなわち、物理量センサー素子４２は、平面視で凹部２２に重複する位置に配置され、その一部または全体が凹部２２に収容される配置となる。
【００３０】
支持基板２４の一方の主面となる下面（第１面）２８には、端子電極３０と電気的に接続する物理量センサー素子４２が配置され、他方の主面となる上面（第２面）２６には、物理量センサー素子４２と電気的に接続される端子電極３０が配置される。端子電極３０は、支持基板２４に配置される物理量センサー素子４２の電極数等に応じてその個数が設計変更される。また端子電極３０は、支持基板２４を貫通する貫通電極３２（図３（ｂ））を介して物理量センサー素子４２と電気的に接続される。
【００３１】
そして端子電極３０は、Ａｕ等で形成されたボンディング用のワイヤー４０により実装基板１２上の接続電極１６に電気的に接続される。これにより物理量センサー素子４２は、貫通電極３２（図３（ｂ））、端子電極３０、ワイヤー４０、接続電極１６、貫通電極１８、外部電極１４を介して実装先の電子機器（不図示）と電気的に接続することができる。
【００３２】
図１に示すように、封止材３４は、支持基板２４、物理量センサー素子４２、ワイヤー４０等を封止するものである。また封止材３４は、実装基板１２と支持基板２４の間、凹部２２と物理量センサー素子４２との間に充填される。これにより支持基板２４及び物理量センサー素子４２は実装基板１２と直接接触することはない。また本実施形態において、封止材３４としてシリコン系樹脂等の弾性係数の低い材料を用いることが好適である。これにより、実装基板１２と物理量センサー素子４２との間の衝撃及び振動の伝播を低減して物理量センサー素子４２への負担を低減することができる。また、封止材３４の封止時における物理量センサー素子４２や支持基板２４に対する負荷を軽減するとともに、ワイヤー４０の断線を防止して製造効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
また実装基板１２の周縁において、封止材３４を収容する凹部を有するキャップ３８が接続される。これにより弾性係数の低い封止材３４が、外部からの衝撃により実装基板１２に対して大きな相対変位を起こすことを抑制し物理量センサー素子４２の物理量の検出誤差を抑制することができる。
【００３４】
さらに支持基板２４の下面２８の凹部２２の外周となる位置に接合部材３６が配置され、支持基板２４は、この接合部材３６により片持ち支持状態で実装基板１２に支持される。接合部材３６は、少なくとも封止材３４よりも弾性係数の高い材料であり、例えばエポキシ系樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化型樹脂が好適である。
【００３５】
本実施形態では、支持基板２４及び物理量センサー素子４２が封止材３４により封止されているので、実装基板１２側から物理量センサー素子４２への衝撃や振動が伝達することを抑制することができる。また支持基板２４は、封止材３４より弾性係数の高い接合部材３６により実装基板１２に接続されるので、支持基板２４と実装基板１２との接合強度、すなわち物理量センサー素子４２と実装基板１２との接合強度を高めることができる。さらに支持基板２４は、接合部材３６により片持ち支持状態で実装基板に支持されているので、接合部材３６を介して実装基板１２側から物理量センサー素子４２へ衝撃や振動が伝達することを抑制することができる。また物理量センサー素子４２は実装基板１２に形成された凹部２２に収容されるため、物理量センサー素子４２の高さが実装構造体１０の高さ寸法の一部を形成しない。また、物理量センサー素子４２及びそれを支持する支持基板２４の全体を硬い樹脂で封止すると、外部から衝撃が入ったときに、物理量センサー素子４２に衝撃が伝わり易い。しかし、本願発明のように、物理量センサー素子４２及びそれを支持する支持基板２４の全体を柔らかい樹脂等の封止材３４で封止し、且つ、実装基板１２と支持基板２４とを封止材３４よりも硬い材質の接合部材３６で接合することにより、実装基板１２と支持基板２４とを強固に接合でき、耐衝撃性に優れるとともに機械的信頼性が高く小型化・低背化に優れた実装構造体１０となる。
【００３６】
また、接合部材３６は、実装基板１２と支持基板２４との間であって端子電極３０に対向する位置（平面視で重複する位置）に配置することが好適である。これにより、ワイヤー４０を接続する端子電極の真下の位置に弾性係数の高い接合部材が配置されることになるので、ワイヤー４０の接続を容易に行うことができる。
【００３７】
図３に、本実施形態の物理量センサー素子と支持基板を示し、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ′線断面図を示す。支持基板２４は、上面２６に複数の端子電極３０が配置され、下面２８には物理量センサー素子４２が配置されている。物理量センサー素子４２は、後述のように、支持基板２４に対して相対位置が不変となる部材（第１の固定電極指７２、第２の固定電極指７４）と外力を受けて支持基板１２に対して相対位置が変化する部材（可動電極指６４）との間の静電容量の変化により加速度等の物理量を検出可能なものである。そして、物理量センサー素子４２は、後述のように、支持基板２４の下面２８に貫通電極３２と接続する配線（第１の配線５２、第２の配線５４、第３の配線５６）を複数配置し、対応する配線に接続するように上述の部材を配置している。
【００３８】
図４に本実施形態の物理量センサー素子の模式図を示す。本実施形態の物理量センサー素子４２は、配線等が配置された支持基板２４の下面２８に半導体基板７６（図８参照）を積層し、この積層された半導体基板７６から、可動部６０と、第１の固定電極指７２と、第２の固定電極指７４と、をエッチングにより型抜きしたのち、型抜きされた部材をリッド７８で封止した構成を有している。
【００３９】
支持基板２４の下面２８の物理量センサー素子４２が配置される位置には凹部４４が配置されている。また凹部４４の外周に沿って第１の溝部４６が配置され、第１の溝部４６の外周に沿って離間した位置には第２の溝部４８が配置されている。また第１の溝部４６及び第２の溝部４８から離間した位置には、第３の溝部５０が配置されている。図４において、第１の溝部４６、第２の溝部４８は、全体としてＵ字型に配置されているが、各溝は互いに離間した形状であれば他の形状であってもよい。
【００４０】
また、第１の溝部４６の底面には、第１の溝部４６に沿って第１の配線５２が配置され、第２の溝部４８の底面には、第２の溝部４８に沿って第２の配線５４が配置され、第３の溝部５０の底面には、第３の溝部５０に沿って第３の配線５６が配置されている。
【００４１】
第１の配線５２は、第１の固定電極指７２と電気的に接続する配線である。第２の配線５４は、第２の固定電極指７４と電気的に接続する配線である。第３の配線５６は、後述の固定部６８と電気的に接続する配線である。
【００４２】
また各溝部のリッド７８の外部となる位置には支持基板２４の下面２８から上面２６に貫通し端子電極３０に到達する貫通孔５８が形成され、この貫通孔５８に端子電極３０に接続する貫通電極３２が配置される。
【００４３】
可動部６０は、アーム６２、可動電極指６４、可撓部６６、固定部６８により構成されている。このうち、アーム６２、可動電極指６４、可撓部６６は、支持基板２４の凹部４４に対向する位置、すなわちＺ軸方向から見て凹部４４に囲まれる位置に配置される。図４に示すように、アーム６２は、Ｘ軸方向に長手方向を有するものであり、その長手方向の両端に可撓部６６が配置されている。可動電極指６４は、アーム６２の長手方向（Ｘ軸方向）の側面において、アーム６２の長手方向に一定の間隔でアーム６２の長手方向に垂直な方向（Ｙ軸方向）に延出するように櫛歯状に複数配置されたものである。可撓部６６はＸ軸方向からの力を受けてＸ軸方向に撓み変形するものである。固定部６８は、可撓部６６の端部に接続されるとともに支持基板２４の下面２８に接合するものである。
【００４４】
また固定部６８の一方は、支持基板２４上の第３の溝部５０を跨ぐ位置に配置されている。そして固定部６８は、第３の配線５６と電気的に接続される。この固定部６８と第３の配線５６との接続方法は、例えば、第３の配線５６の固定部６８に対向する位置に、Ａｕ等で形成され第３の溝部５０からはみ出る寸法のバンプ７０を配置し、半導体基板７６を支持基板２４に接合させるとともにバンプ７０を半導体基板７６と支持基板２４との間に挟んで両者に圧接させる。これにより、固定部６８と第３の配線５６とを電気的に接続することができる。よって、第３の配線５６は、固定部６８、可撓部６６、アーム６２を介して可動電極指６４と電気的に接続する。
【００４５】
第１の固定電極指７２は、支持基板２４上の第１の溝部４６及び第２の溝部４８を跨ぐ位置に配置される。また第１の固定電極指７２は、Ｚ軸方向から見て凹部４４と一部が重なるように配置される。そして第１の固定電極指７２は、第１の配線５２と電気的に接続される。また第２の固定電極指７４は、第１の固定電極指７２と平行に配置され、支持基板２４上の第１の溝部４６及び第２の溝部４８を跨ぐ位置に配置される。また第２の固定電極指７４は、第１の固定電極指７２と同様に、Ｚ軸方向から見て凹部４４と一部が重なるように配置される。そして第２の固定電極指７４は第２の配線５４と電気的に接続される。
【００４６】
この第１の配線５２と第１の固定電極指７２との接続方法は、例えば、第１の配線５２の第１の固定電極指７２に対向する位置に、Ａｕ等で形成され第１の溝部４６からはみ出る寸法のバンプ７０を配置し、半導体基板７６を支持基板２４に接合させるとともにバンプ７０を半導体基板７６と支持基板２４との間に挟んで両者に圧接させる。これにより、第１の配線５２は、第１の固定電極指７２（半導体基板７６）と電気的に接続される。
【００４７】
同様に、第２の配線５４と第２の固定電極指７４との接続方法は、第２の配線５４の第２の固定電極指７４に対向する位置に、第２の溝部４８からはみ出る寸法の前述のバンプ７０を配置し、半導体基板７６を支持基板２４に接合させるとともにバンプ７０を半導体基板７６と支持基板２４との間に挟んで両者に圧接させる。これにより、第２の配線５４は、第２の固定電極指７４（半導体基板７６）と電気的に接続される。
【００４８】
なお、各配線の厚み寸法は、各溝部の深さ寸法より小さいため、各配線が支持基板２４の下面２８から露出することはない。よって、第１の溝部４６、第２の溝部４８、第３の溝部５０の配置及び形状を変更しても、第１の配線５２は第２の固定電極指７４及び固定部６８には接続しない。同様に、第２の配線５４は第１の固定電極指７２及び固定部６８には接続せず、第３の配線５６は第１の固定電極指７２及び第２の固定電極指７４には接続しない。
【００４９】
そして第１の固定電極指７２、第２の固定電極指７４は、櫛歯状に配置された可動電極指６４の間に挟まれる位置ごとに配置される。よって、上記構成において、第１の固定電極指７２と、第１の固定電極指７２に−Ｘ軸方向から対向する可動電極指６４と、の間で第１のコンデンサーを形成し、第２の固定電極指７４と、第２の固定電極指７４に＋Ｘ軸方向から対向する可動電極指６４との間で第２のコンデンサーを形成する。この状態で物理量センサー素子４２が、例えば−Ｘ軸方向に加速度を受けると、アーム６２及び可動電極指６４は慣性の力を受けて物理量センサー素子４２を基準として＋Ｘ軸方向に相対変位する。このとき第１の固定電極指７２と、第１の固定電極指７２に−Ｘ軸方向から対向する可動電極指６４との間隔は狭くなるので第１のコンデンサーの静電容量は増加する。また第２の固定電極指７４と、第２の固定電極指７４に＋Ｘ軸方向から対向する可動電極指６４との間隔は広くなるので第２のコンデンサーの静電容量は減少する。一方、アーム６２及び可動電極指６４が物理量センサー素子４２を基準として−Ｘ軸方向に変位すると、第１のコンデンサーの静電容量は減少し、第２のコンデンサーの静電容量は増加する。
【００５０】
したがって、第１の配線５２に接続する端子電極３０と第３の配線５６に接続する端子電極３０との間で検出される第１のコンデンサーの静電容量の変化と、第２の配線５４に接続する端子電極３０と第３の配線５６に接続する端子電極３０との間で検出される第２のコンデンサーの静電容量の変化と、の差分をモニターすることにより物理量センサー素子４２に印加される加速度等の物理量の大きさとその向きを検知することができる。そして本実施形態のように２つのコンデンサーの静電容量の変化の差分をモニターするので、高い感度で加速度等の物理量を検知することができる。
【００５１】
支持基板２４の構成材料としては、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、特に、上述の可動部６０、第１の固定電極指７２、第２の固定電極指７４の材料となる半導体基板７６がシリコン材料を主材料として構成されている場合、アルカリ金属イオン（可動イオン）を含むガラス材料（例えば、パイレックス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）を用いるのが好ましい。これにより、半導体基板７６がシリコンを主原料として構成されている場合、支持基板２４と半導体基板７６とを陽極接合することができる。
【００５２】
また、支持基板２４の構成材料は、半導体基板７６の構成材料との熱膨張係数差ができるだけ小さいのが好ましく、具体的には、支持基板２４の構成材料と半導体基板７６の構成材料との熱膨張係数差が３ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。これにより、支持基板２４と半導体基板７６との間の残留応力を低減することができる。
【００５３】
また各配線、貫通電極３２、端子電極３０の構成材料としては、それぞれ導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができる。よって、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物（透明電極材料）、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５４】
中でも、前述の各配線の構成材料としては、透明電極材料（特にＩＴＯ）を用いることが好適である。各配線がそれぞれ透明電極材料で構成されていると、支持基板２４が透明である場合、半導体基板７６から型抜きされる固定電極指（第１の固定電極指７２、第２の固定電極指７４）の面上に存在する異物等を支持基板２４の固定電極指とは反対の面から容易に視認することができ、物理量センサー素子４２の検査を容易に行うことができる。
【００５５】
図５に第１実施形態の物理量センサーの実装構造体の変形例を示す。図５に示すように、実装構造体１０を構成する実装基板１２において、凹部２２の代わりに貫通孔２３を配置することができる。これにより実装基板１２を薄型化することができるので、実装構造体１０の低背化を図ることができる。なお、外部電極１４は十分に薄く形成されているので、実装基板１２の下面は、実装構造体の製造プロセス時に用いる作業台に当接し、実装基板１２の下面から封止材３４が漏れ出ることはない。
【００５６】
図６に、第２実施形態の物理量センサーの側面図を示し、図７に第２実施形態の物理量センサーの分解斜視図を示す。
第２実施形態の物理量センサー８０は、上述の実装構造体１０において、支持基板２４の上面２６に集積回路８２を搭載したものである。集積回路８２は、物理量センサー素子４２に所定の電圧を印加したり、上述の２つのコンデンサーの静電容量の差分に基づいて加速度等の物理量を算出して出力するものである。よって集積回路８２の上面には複数のパッド電極８４が配置され、一部のパッド電極８４は実装基板１２上の接続電極１６とワイヤー４０を介して接続され、他のパッド電極８４は端子電極３０とワイヤー４０を介して電気的に接続される。
【００５７】
図８に、図６、図７に示す第２実施形態に係る物理量センサーの製造工程（半導体基板のエッチング工程前まで）を示し、図９に第２実施形態に係る物理量センサーの製造工程（支持基板の実装基板への実装前まで）を示し、図１０に第２実施形態に係る物理量センサーの製造工程（支持基板の実装基板への実装後）を示す。
【００５８】
まず図８（ａ）に示すように、支持基板２４をアレイ状に形成可能な母基板２５を用意する。そして、図８（ｂ）に示すように、母基板２５の支持基板２４に形成する貫通電極３２に対応する位置に支持基板２４の下面２８となる面からサンドブラスト等により貫通孔５８を形成し、導電性ペーストや金属半田を用いて貫通電極３２を充填形成する。そして母基板２５において、支持基板２４に配置される第１の溝部４６、第２の溝部４８、第３の溝部５０、凹部４４（不図示、図４参照）に対応する位置にフォリソフラフィー法とウェットエッチング法を用いてハーフエッチングを行う。そしてフォトリソグラフィー法により、第１の溝部４６に第１の配線５２、第２の溝部４８に第２の配線５４、第３の溝部５０に第３の配線５６を形成する。そして第１の配線５２の第１の固定電極指７２（半導体基板７６）に対向する位置、第２の配線５４の第２の固定電極指７４（半導体基板７６）に対向する位置、第３の配線５６の固定部６８（半導体基板７６）に対向する位置にそれぞれバンプ７０を配置する。ここで、配線材料としては上述のＩＴＯ以外にも、Ｔｉ／ＣｕやＡｌ、Ｃｒ／Ａｕでも良い。
【００５９】
次に、図８（ｃ）に示すように、半導体基板７６の一面と母基板２５の各配線が形成された面（支持基板２４の下面２８）とを陽極接合法により接合する。そして図８（ｄ）に示すように、第１の固定電極指７２、第２の固定電極指７４、可動部６０が必要とする厚みとなるまで半導体基板７６の研削研磨加工を行なう。
【００６０】
そして、図９（ａ）に示すように、半導体基板７６にドライエッチングを行い、半導体基板７６から第１の固定電極指７２、第２の固定電極指７４、可動部６０を型抜きする（図４参照）。
【００６１】
そして、図９（ｂ）に示すように、この型抜きされた半導体材料の構造体の全てを収容可能なリッド７８（例えばシリコン製）がアレイ状に配置された部材を母基板２５の各配線が形成された面に（支持基板２４の下面２８）に接合する。この場合、図９（ｂ）に示すように、真空チャンバー内にてリッド７８と母基板２５（支持基板２４）をガラスフリットの接着剤７９を用いて接合しても良いし、リッド７８がシリコンで形成されているのであれば陽極接合法を用いてリッド７８と母基板２５（支持基板２４）を接合しても良い。これにより支持基板２４をベースとする物理量センサー素子４２がアレイ状に形成される。そして、図９（ｃ）に示すように、母基板２５の各配線が形成された面の反対面（支持基板２４の上面２６）に集積回路８２を接着剤８３を用いて接合し、貫通電極３２の貫通先となる位置に端子電極３０を配置する。そして図９（ｄ）に示すように、ダイシングにより支持基板２４（物理量センサー素子４２）を個片化する。
【００６２】
次に図１０（ａ）に示すように、上述の外部電極１４、接続電極１６、貫通電極１８、貫通孔２３（または凹部２２）が形成された実装基板１２に支持基板２４を搭載する。このとき物理量センサー素子４２を貫通孔２３（または凹部２２）内に収容するとともに、支持基板２４を接合部材３６により一点支持状態で実装基板１２に固着させる。そして、図１０（ｂ）に示すように、接続電極１６と端子電極３０、接続電極１６と集積回路８２のパッド電極８４、端子電極３０とパッド電極８４とをワイヤー４０により接続する。次に、図１０（ｃ）に示すように、貫通孔２３（凹部２２）と物理量センサー素子４２（リッド７８）との隙間、支持基板２４と実装基板１２との隙間であって接合部材３６が接着した領域を除く領域を封止材３４により充填するとともに、支持基板２４、集積回路８２、ワイヤー４０を覆うように封止材３４により充填して封止する。最後に図１０（ｄ）に示すようにキャップ３８を実装基板１２の周縁に接続させることにより第２実施形態の物理量センサー８０が形成される。なお、上述の実装構造体１０は物理量センサー８０において集積回路８２が搭載されないだけであり、基本的には物理量センサー１０の製造方法と同様の製造方法である。
【００６３】
なお、図１０（ａ）において、凹部２２及び実装基板１２上の支持基板２４と接続する領域であって接合部材３６が配置される領域以外の領域に、予め封止材３４を充填してもよい。これにより、支持基板２４はワイヤー４０を接続する前に、封止材３４及び接合部材３６により支持されることになるので、ワイヤー４０を容易に接続することができる。また図１０（ｄ）に示すようなキャップ３８を用いる代わりに、トランスファーモールド樹脂で封止材３４の周囲を覆うようにモールド成型しても良い。
【００６４】
図１１に、第３実施形態の物理量センサーの側面図を示し、図１２に第３実施形態の物理量センサーの分解斜視図を示す。また図１３に、第３実施形態の物理量センサーを構成する支持基板、物理量センサー素子、第２の物理量センサー素子を示し、図１３（ａ）は斜視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ′線断面図を示す。第３実施形態の物理量センサー９０は、第２実施形態の物理量センサー８０において支持基板２４の上面２６に第２の物理量センサー素子９２を配置し、第２の物理量センサー素子９２上に集積回路８２を配置している。第２の物理量センサー素子９２は支持基板２４の上面２６に配置した配線９４を有し、この配線９４が端子電極３０と接続している。第２の物理量センサー素子９２としては、例えば物理量センサー素子４２と同じ構成を有するとともに、可動部６０の角度が互いに直交するように配置したものが挙げられる。これにより第３の物理量センサー９０は２つの互いに直交する加速度等を検出することができる。また第２の物理量センサー素子９２としてはジャイロセンサーを適用することができる。ジャイロセンサーは、例えば集積回路８２から交流電圧を受けて一定の周期で振動する可動部（不図示）と、支持基板２４に対して固定された固定部（不図示）とを有する。この場合、可動部（不図示）は、角速度に起因するコリオリ力を受けて変位し、可動部（不図示）と固定部（不図示）との相対変位が変化する。よって、集積回路８２は、可動部（不図示）と固定部（不図示）との間の静電容量の変化を検知することにより、前記静電容量の変化に対応する角速度の方向と大きさを算出することができる。
【００６５】
上述同様に本実施形態においても、支持基板２４は、接合部材３６により片持ち支持状態で実装基板１２に支持されるとともに弾性係数の低い封止材３４により封止されている。よって、実装基板１２による振動系と、支持基板２４、物理量センサー素子４２、第２の物理量センサー素子９２による振動系は、エネルギー的に互いにほぼ孤立した状態となっている。よって、第２の物理量センサー素子９２としてジャイロセンサーを適用した場合は、ジャイロセンサーから発せられる振動が実装基板１２に伝達されることを防ぎ、ジャイロセンサーの振動効率の低下を抑制することができる。第３実施形態の物理量センサー９０の製造工程は、第２の物理量センサー素子９２を製造するために、図８（ａ）〜図８（ｄ）、図９（ａ）、図９（ｂ）と同様の工程を支持基板２４の上面２６に行い、第２の物理量センサー素子９２上に集積回路８２を配置すればよい。この場合、第２の物理量センサー素子９２は端子電極３０と同じ面（上面２６）に配置されるので、第２の物理量センサー素子９２と端子電極３０を接続するための貫通電極を支持基板２４に形成する必要はない。
【００６６】
本実施形態の物理量センサー８０、９０は、物理量センサー素子４２が支持基板２４の下面２８に配置され、集積回路８２が支持基板２４の上面２６に配置された構成を有している。よって、これらの構成要素を実装基板１２上で横置きする従来構造よりも小型化に優れたものとなる。特に物理量センサー９０においては、物理量センサー素子４２のみならず第２の物理量センサー素子９２を搭載し、小型化に優れた複合センサーとして機能させることができる。
【００６７】
またいずれの実施形態に係る物理量センサー８０、９０を、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、医療機器、各種測定機器等に搭載して電子機器を構築することができる。なお、物理量センサーの実装構造体１０、物理量センサー８０、９０において、支持基板２４は、接合部材３６により実装基板１２に片持ち支持状態で支持されるが、接合部材３６は、支持基板２４の一辺に偏った位置に一点で配置してもよいし、前記一辺において二点またはそれ以上の位置に配置してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１０………実装構造体、１２………実装基板、１４………外部電極、１６………接続電極、１８………貫通電極、２０………切欠き、２２………凹部、２３………貫通孔、２４………支持基板、２５………母基板、２６………上面、２８………下面、３０………端子電極、３２………貫通電極、３４………封止材、３６………接合部材、３８………キャップ、４０………ワイヤー、４２………物理量センサー素子、４４………凹部、４６………第１の溝部、４８………第２の溝部、５０………第３の溝部、５２………第１の配線、５４………第２の配線、５６………第３の配線、５８………貫通孔、６０………可動部、６２………アーム、６４………可動電極指、６６………可撓部、６８………固定部、７０………バンプ、７２………第１の固定電極指、７４………第２の固定電極指、７６………半導体基板、７８………リッド、７９………接着剤、８０………物理量センサー、８２………集積回路、８３………接着剤、８４………パッド電極、９０………物理量センサー、９２………第２の物理量センサー素子、９４………配線、１００………加速度センサー、１０２………加速度センサー本体、１０４………集積回路、１０６………実装基板、１０８………外部リード端子、１１０………埋め込み配線、１１２………ワイヤー。
【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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【図１３】
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【図１４】
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