(57)【要約】【課題】不要振動の伝達を低減し、圧力検知精度の低下を低減することのできる圧力センサー素子、この圧力センサー素子を備えた圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】圧力センサー素子１は、撓み変形可能なダイアフラム２４を底部に配置している凹部２５を有する基板２を備え、基板２の側面には凹凸を有する段差部２６が配置されている。また、段差部２６は、第１の側面２６１と、第１の側面２６１から厚さ方向にずれた位置に配置され、第１の側面２６１よりも基板２の内周側に位置する第２の側面２６２と、第１の側面２６１と第２の側面２６２とを接続する第３の側面２６３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撓み変形可能なダイアフラムを底部に配置している凹部を有する基板を備え、
前記基板の側面には凹凸を有する段差部が配置されていることを特徴とする圧力センサー素子。
【請求項２】
前記段差部は、前記基板の厚さ方向に沿って前記凹凸を有している請求項１に記載の圧力センサー素子。
【請求項３】
前記段差部は、第１の側面と、
前記第１の側面から前記厚さ方向にずれた位置に配置され、前記基板の平面視で前記第１の側面よりも前記基板の中心側に位置する第２の側面と、
前記第１の側面と前記第２の側面とを接続する第３の側面と、を有する請求項２に記載の圧力センサー素子。
【請求項４】
前記段差部の表面の少なくとも一部は、切削面である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサー素子。
【請求項５】
前記第３の側面は、切削面である請求項３に記載の圧力センサー素子。
【請求項６】
前記基板の平面視で、２つの前記段差部の間に前記ダイアフラムが配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力センサー素子。
【請求項７】
前記基板の平面視で、前記ダイアフラムを囲むように前記段差部が配置されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧力センサー素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を収容している内部空間を有するパッケージと、を有することを特徴とする圧力センサー。
【請求項９】
前記パッケージ内で前記圧力センサー素子を囲んで配置される樹脂材料を有し、
前記樹脂材料は、前記圧力センサー素子の前記凹凸の並び方向に沿って、少なくとも第１の樹脂と、前記第１の樹脂と異なる第２の樹脂と、を有している請求項８に記載の圧力センサー。
【請求項１０】
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂との境界が前記段差部に位置する請求項９に記載の圧力センサー。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー素子を備えることを特徴とする高度計。
【請求項１２】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー素子を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１３】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の圧力センサー素子を備えることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサー素子、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力センサーとして、圧力を検出してその検出値に応じた電気信号を発生するセンサーチップと、センサーチップを収納するパッケージと、パッケージ内でセンサーチップを囲み、センサーチップに圧力を伝搬する不活性液体と、を備えた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような圧力センサーでは、センサーチップが受圧によって撓むダイアフラムとダイアフラム上に設けられた圧力基準室とを備えており、パッケージ外の圧力は、不活性液体を介してダイアフラムに作用する。そして、ダイアフラムに圧力が加わることに起因するダイアフラムの撓み量から圧力センサーに加わった圧力が検出される。
【０００３】
しかしながら、このような構成の圧力センサーでは、センサーチップの側面がほぼ垂直な平坦面であるため、パッケージに加わる不要振動がダイアフラムに伝達され易い。そのため、ダイアフラムが圧力以外の応力によって撓んでしまい、圧力検知精度が低下してしまう。特に、近年では、このような圧力センサーが携帯電話（スマートフォンを含む）や眼鏡型、時計型等のウェアラブル端末に搭載されることが多い。このような端末では装着者の歩行等によって振動が発生し易いため、上記問題が特に顕著となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２６９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、不要振動の伝達を低減し、圧力検知精度の低下を低減することのできる圧力センサー素子、この圧力センサー素子を備えた圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
［適用例１］
本適用例の圧力センサー素子は、撓み変形可能なダイアフラムを底部に配置している凹部を有する基板を備え、
前記基板の側面には凹凸を有する段差部が配置されていることを特徴とする。
これにより、段差部によって不要振動等の応力（圧力以外の外力）を減衰することができ、不要振動がダイアフラムに伝達され難くなる。そのため、圧力検知精度の低下を低減することのできる圧力センサー素子が得られる。
【０００８】
［適用例２］
本適用例の圧力センサー素子では、前記段差部は、前記基板の厚さ方向に沿って前記凹凸を有していることが好ましい。
これにより、不要振動がダイアフラムにより伝達され難くなる。
【０００９】
［適用例３］
本適用例の圧力センサー素子では、前記段差部は、第１の側面と、
前記第１の側面から前記厚さ方向にずれた位置に配置され、前記基板の平面視で前記第１の側面よりも前記基板の中心側に位置する第２の側面と、
前記第１の側面と前記第２の側面とを接続する第３の側面と、を有することが好ましい。
これにより、段差部の構成が簡単なものとなる。
【００１０】
［適用例４］
本適用例の圧力センサー素子では、前記段差部の表面の少なくとも一部は、切削面であることが好ましい。
切削面には、微小な凹凸が形成されるため、段差部において不要振動をより効果的に吸収・緩和することができる。
【００１１】
［適用例５］
本適用例の圧力センサー素子では、前記第３の側面は、切削面であることが好ましい。
切削面には、微小な凹凸が形成されるため、段差部において不要振動をより効果的に吸収・緩和することができる。
【００１２】
［適用例６］
本適用例の圧力センサー素子では、前記基板の平面視で、２つの前記段差部の間に前記ダイアフラムが配置されていることが好ましい。
このように、ダイアフラムを挟んで段差部を配置することで、不要振動がダイアフラムにより伝達され難くなる。
【００１３】
［適用例７］
本適用例の圧力センサー素子では、前記基板の平面視で、前記ダイアフラムを囲むように前記段差部が配置されていることが好ましい。
これにより、不要振動がダイアフラムにより伝達され難くなる。
【００１４】
［適用例８］
本適用例の圧力センサーは、上記適用例の圧力センサー素子と、
前記圧力センサー素子を収容している内部空間を有するパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い圧力センサーが得られる。
【００１５】
［適用例９］
本適用例の圧力センサーでは、前記パッケージ内で前記圧力センサー素子を囲んで配置される樹脂材料を有し、
前記樹脂材料は、前記圧力センサー素子の前記凹凸の並び方向に沿って、少なくとも第１の樹脂と、前記第１の樹脂と異なる第２の樹脂と、を有していることが好ましい。
これにより、樹脂材料によって圧力センサー素子を保護することができると共に、圧力をダイアフラムに効率よく伝達させることができる。また、少なくとも２種類の樹脂材料を用いることで、例えば、優れた保護機能と優れた圧力伝達機能の両立を図ることが容易となる。
【００１６】
［適用例１０］
本適用例の圧力センサーでは、前記第１の樹脂と前記第２の樹脂との境界が前記段差部に位置することが好ましい。
これにより、例えば、優れた保護機能と優れた圧力伝達機能の両立を図ることが容易となる。
【００１７】
［適用例１１］
本適用例の高度計は、上記適用例の圧力センサー素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い高度計が得られる。
【００１８】
［適用例１２］
本適用例の電子機器は、上記適用例の圧力センサー素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【００１９】
［適用例１３］
本適用例の移動体は、上記適用例の圧力センサー素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサー素子の断面図である。
【図２】図１に示す圧力センサー素子の変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示す圧力センサー素子が有する圧力センサー部を示す平面図である。
【図４】図３に圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。
【図５】図１に示す圧力センサー素子の製造方法を説明する断面図である。
【図６】図１に示す圧力センサー素子の製造方法を説明する断面図である。
【図７】図１に示す圧力センサー素子の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る圧力センサー素子の断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図１０】図９に示す圧力センサーの拡大図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【図１３】本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【図１５】本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の圧力センサー素子、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る圧力センサー素子について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサー素子の断面図である。図２は、図１に示す圧力センサー素子の変形例を示す断面図である。図３は、図１に示す圧力センサー素子が有する圧力センサー部を示す平面図である。図４は、図３に圧力センサー部を含むブリッジ回路を示す図である。図５ないし図７は、それぞれ、図１に示す圧力センサー素子の製造方法を説明する断面図である。なお、以下の説明では、図１中の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
【００２４】
図１に示す圧力センサー素子１は、受けた圧力を検知することのできる素子である。圧力センサー素子１は、基板２と、圧力センサー部３と、素子周囲構造体４と、空洞部Ｓと、図示しない半導体回路と、を有する。
【００２５】
以下、これら各部について順に説明する。
基板２は、Ｓｉ（シリコン）基板である半導体基板２１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成された第１絶縁膜２２と、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）で構成された第２絶縁膜２３と、をこの順に積層することで構成されている。ただし、半導体基板２１としては、Ｓｉ基板に限定されず、例えば、ＳＯＩ基板（第１のＳｉ層、ＳｉＯ２層、第２のＳｉ層がこの順で積層している基板）を用いることもできる。また、第１絶縁膜２２や第２絶縁膜２３についても、エッチング耐性と絶縁性とを発揮することができれば、材料は特に限定されない。また、第１絶縁膜２２や第２絶縁膜２３は、必要に応じて配置すればよく、省略してもよい。
【００２６】
また、半導体基板２１には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム２４が設けられている。このダイアフラム２４は、半導体基板２１の下面に開放する有底の凹部２５を設けることで凹部２５の底部に形成され、ダイアフラム２４の下面（凹部２５の底面）が受圧面２４１となっている。
【００２７】
また、半導体基板２１の側面には凹凸２６０を有する段差部２６が設けられている。このような段差部２６によって半導体基板２１の縁部の厚みが不連続となり、圧力センサー素子１に加わる不要振動（圧力以外の応力）を効果的に減衰することができる。そのため、不要振動等の圧力以外の応力によってダイアフラム２４が撓んでしまう（または振動してしまう）ことを低減することができ、その結果、圧力センサー素子１の圧力検知精度を高めることができる。
【００２８】
この段差部２６について詳細に説明する。図１に示すように、段差部２６では、半導体基板２１の厚さ方向に沿って凹凸２６０が形成されている。このように、半導体基板２１の厚さ方向に沿って凹凸２６０を形成することで、不要振動をより効果的に吸収・緩和することができる。また、後述する製造方法によって、段差部２６をより簡単に形成することができる。また、後述する圧力センサー１０でも説明するように、段差部２６を第１の樹脂材料８１のダイアフラム２４への回り込みを防止する回り込み防止部としても機能させることができる。
【００２９】
また、段差部２６は、半導体基板２１の下端側に位置する第１の側面２６１と、第１の側面２６１よりも上端側に位置し、第１の側面２６１よりも内周側に位置する第２の側面２６２と、第１の側面２６１と第２の側面２６２とを接続する第３の側面２６３とを有している。なお、第１の側面２６１および第２の側面２６２は、半導体基板２１の主面とほぼ平行な面であり、第３の側面２６３は、半導体基板２１の主面に対して垂直な面である。このような構成とすることで、段差部２６の構成が簡単なものとなり、その形成が容易となる。
【００３０】
また、段差部２６の少なくとも第３の側面２６３は、切削面であることが好ましい。切削面とは例えばダイシングソーなどの切削機器で切削して形成される面をいい、これにより、第３の側面２６３に微小な凹凸を形成することができる。このように、第３の側面２６３に微小な凹凸を形成することで、不要振動をより効果的に吸収・緩和することができる。また、前述した回り込み防止部としての機能をより効果的に発揮することができるようになる。なお、第３の側面２６３の他にも、第１の側面２６１および第２の側面２６２についても、切削面とすることが好ましい。これにより、上記効果がより顕著なものとなる。
【００３１】
ここで、第１の側面２６１の高さ（厚さ方向の長さ）ｔ１としては、特に限定されないが、例えば、半導体基板２１の厚さＴが１００μｍ〜３００μｍ程度のとき、０．１Ｔ≦ｔ１≦０．９Ｔの関係を満足することが好ましく、０．４Ｔ≦ｔ１≦０．６Ｔの関係を満足することが好ましい。これにより、段差部２６の強度（凸部の強度）を十分に確保することができる。また、第１の側面２６１と第２の側面２６２の離間距離（第３の側面２６３の長さ）としては、特に限定されないが、１０μｍ以上、１００μｍ以下程度であることが好ましい。これにより、段差部２６で不要振動を効果的に吸収・緩和することができると共に、段差部２６（凸部）の過度な突出を防止することができる。
【００３２】
なお、段差部２６の形状としては、本実施形態の形状に限定されず、例えば、図２に示すように、第３の側面２６３が湾曲面となっていてもよい。これにより、第２の側面２６２と第３の側面２６３との境界に角部が形成されないため、上述する圧力センサー１０の構成において、当該部分での気泡残りが低減される。
【００３３】
また、段差部２６は、半導体基板２１の側面の全周にわたって設けられている。言い換えると、半導体基板２１の平面視で、段差部２６は、ダイアフラム２４の周囲（全周）を囲むように設けられている。これにより、不要振動がどこから伝わろうが、その不要振動をより効果的に吸収・緩和することができる。なお、段差部２６は、半導体基板２１の側面の全周に設けられていなくてもよい。例えば、半導体基板２１の平面視で、ダイアフラム２４を挟んで対向する位置に１対設けられていてもよい。このように、一対の段差部２６でダイアフラム２４を挟むことでも、不要振動をより効果的に吸収・緩和することができる。
【００３４】
このような半導体基板２１上およびその上方には図示しない半導体回路（回路）が作り込まれている。この半導体回路には、必要に応じて形成されたＭＯＳトランジスタ等の能動素子、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオードおよび配線等の回路要素が含まれている。
【００３５】
圧力センサー部３は、図３に示すように、ダイアフラム２４に設けられている４つのピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４を有している。また、ピエゾ抵抗素子３１〜３４は、配線等を介して、互いに電気的に接続され、図４に示すブリッジ回路３０（ホイートストンブリッジ回路）を構成して半導体回路と接続されている。ブリッジ回路３０には駆動電圧ＡＶＤＣを供給する駆動回路（図示せず）が接続されている。そして、ブリッジ回路３０は、ダイアフラム２４の撓みに基づくピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４の抵抗値変化に応じた信号（電圧）を出力する。なお、ピエゾ抵抗素子３１、３２、３３、３４は、それぞれ、例えば、半導体基板２１にリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。また、これらピエゾ抵抗素子３１〜３４を接続する配線は、例えば、半導体基板２１に、ピエゾ抵抗素子３１〜３４よりも高濃度でリン、ボロン等の不純物をドープ（拡散または注入）することで構成されている。
【００３６】
素子周囲構造体４は、図１に示すように、基板２との間に空洞部Ｓを画成する。素子周囲構造体４は、層間絶縁膜４１と、層間絶縁膜４１上に形成された配線層４２と、配線層４２および層間絶縁膜４１上に形成された層間絶縁膜４３と、層間絶縁膜４３上に形成された配線層４４と、配線層４４および層間絶縁膜４３上に形成された表面保護膜４５と、封止層４６と、を有している。配線層４４は、空洞部Ｓの内外を連通する複数の細孔４４２を備えた被覆層４４１を有しており、被覆層４４１上に配置されている封止層４６が細孔４４２を封止している。なお、配線層４２、４４は、空洞部Ｓを囲むように形成されている配線層と、図示しない半導体回路の配線を構成する配線層と、を含んでいる。半導体回路は、配線層４２、４４によって上面に引き出され、配線層４４の一部が接続端子４４３となって表面保護膜４５から露出している。
【００３７】
層間絶縁膜４１、４３としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等の絶縁膜を用いることができる。また、配線層４２、４４としては、例えば、アルミニウム膜等の金属膜を用いることができる。また、封止層４６としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜を用いることができる。また、表面保護膜４５としは、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するものを用いることができる。
【００３８】
基板２と素子周囲構造体４とで画成された空洞部Ｓは、密閉された空間であり、圧力センサー素子１が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。このような空洞部Ｓは、ダイアフラム２４の受圧面２４１とは反対側に位置し、また、ダイアフラム２４と重なるように配置されている。なお、空洞部Ｓは、真空状態（例えば１０Ｐａ以下）であることが好ましい。これにより、圧力センサー素子１を、真空を基準として圧力を検出する所謂「絶対圧センサー素子」として用いることができる。ただし、空洞部Ｓは、一定の圧力に保たれていれば、真空状態でなくてもよく、例えば、大気圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよい。
以上、圧力センサー素子１について説明した。
【００３９】
次に、圧力センサー素子１の製造方法について説明する。
圧力センサー素子１の製造方法は、１枚のシリコンウエハ２０に複数の圧力センサー素子１Ａ（段差部２６を有さない圧力センサー素子１）を一体形成する第１工程と、これら複数の圧力センサー素子１Ａをダイシングする第２工程と、を有している。
【００４０】
［第１工程］
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウエハ２０を用意する。次に、図５（ｂ）に示すように、圧力センサー部３、第１の絶縁膜２２および第２の絶縁膜２３を形成した後、基板２上に層間絶縁膜４１、配線層４２、層間絶縁膜４３および配線層４４、表面保護膜４５を順に形成する。次に、図６（ａ）に示すように、ウェットエッチングにより空洞部Ｓを形成した後、空洞部Ｓを真空状態とし、封止層４６で空洞部Ｓを封止する。最後に、ウェットエッチング等によって凹部２５を形成しダイアフラム２４を形成する。以上によって、シリコンウエハ２０に、複数の圧力センサー素子１Ａ（段差部２６を有さない圧力センサー素子１）が一体形成された状態となる。
【００４１】
［第２工程］
次に、複数の圧力センサー素子１Ａを個片化する。個片化する工程は、第１の切断工程と第２の切断工程とを有している。第１の切断工程では、図６（ｂ）に示すように、第１のダイシングソーＤＳ１を用いて上面側からシリコンウエハ２０の途中まで切断する（すなわち、ハーフダイシングする）ことで、上面に開放する凹部５１を形成する。なお、凹部５１の幅Ｗ１としては、特に限定さないが、例えば、３０μｍ以上、１００μｍ以下とすることができる。第２の切断工程では、図７（ａ）に示すように、第１のダイシングソーＤＳ１よりも細い幅の第２のダイシングソーＤＳ２を用いて凹部５１の底面の幅方向の中央部から下面まで貫通するように切断する。これにより、複数の圧力センサー素子１Ａが個片化されると共に、各圧力センサー素子１Ａに段差部２６が形成される。
以上によって、圧力センサー素子１が得られる。
【００４２】
なお、第１の切断工程において、先端の丸い第１のダイシングソーＤＳ１を用いることで、図７（ｂ）に示すような凹部５１を形成することができるため、図２に示す段差部２６も上記方法によって簡単に形成することができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る圧力センサー素子について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサー素子の断面図である。
【００４４】
以下、第２実施形態の圧力センサー素子について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００４５】
図８に示す圧力センサー素子１’は、板状の台座６１と、台座６１に接合された板状の基板６２と、圧力センサー部３と、空洞部Ｓと、を有している。台座６１は、例えば、ガラス基板で構成され、基板６２は、例えば、単結晶シリコン基板で構成されている。そして、台座６１と基板６２は、例えば、陽極接合によって接合されている。
【００４６】
また、基板６２には、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイアフラム６２１が設けられている。このダイアフラム６２１は、基板６２の上面に開放する有底の凹部６２２を設けることで凹部６２２の底部に形成され、ダイアフラム６２１の下面が受圧面６２１ａとなっている。また、ダイアフラム６２１には前述した第１実施形態と同様の圧力センサー部３（ピエゾ抵抗素子３１〜３４）が設けられている。また、凹部６２２は、台座６１によって気密封止され、これにより、空洞部Ｓが形成されている。また、基板６２の側面には段差部６３が形成されている。段差部６３の構成は、例えば、前述した第１実施形態の段差部２６と同様である。
【００４７】
このような構成の圧力センサー素子１では、受圧面６２１ａが受ける圧力に応じて、ダイアフラム６２１が撓み変形する。そして、ダイアフラム６２１の変形に伴って、ピエゾ抵抗素子３１〜３４の抵抗値が変化することに基づき、受圧面６２１ａで受けた圧力の大きさを求めることができる。
【００４８】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４９】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
【００５０】
図９は、本発明の第３実施形態に係る圧力センサーの断面図である。図１０は、図９に示す圧力センサーの拡大図である。
【００５１】
図９に示す圧力センサー１０は、圧力センサー素子１と、圧力センサー素子１を収納するパッケージ（容器）７と、パッケージ７内に圧力センサー素子１を囲むように配置された樹脂材料８と、を有している。なお、圧力センサー素子１は、前述した第１実施形態と同様の構成である。
【００５２】
パッケージ７は、箱状（枡状）をなしており、上面に開放する凹部（内部空間）７１が形成されている。また、凹部７１の内側には段差部７２が設けられている。この段差部７２の上面には端子７３が設けられている。なお、端子７３の数は、圧力センサー素子１が有する接続端子４４３の数に対応している。また、各端子７３は、段差部７２に形成された図示しない貫通電極を介してパッケージ７の底面に配置された外部接続端子７４に電気的に接続されている。外部接続端子７４には、例えば、圧力センサー素子１を駆動するための駆動回路や、ブリッジ回路３０からの出力を温度センサーで検知した温度に基づいて温度補償するための温度補償回路や、補償後の出力から圧力を求める圧力検知回路等を有するＩＣチップが接続される。
【００５３】
パッケージ７の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックスのような各種セラミックスや、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂のような各種樹脂材料等の絶縁性材料が挙げられ、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。これらの中でも、各種セラミックスであることが好ましい。これにより、優れた機械的強度を有するパッケージ７を得ることができる。
【００５４】
このようなパッケージ７内には、圧力センサー素子１がダイアフラム２４の受圧面２４１を開口に向けた姿勢で収容されている。このような配置することで、受圧面２４１をパッケージ７の開口に向けると共に、パッケージ７の開口に近づけることができるので、圧力センサー１０に加わった圧力は、より効率的に受圧面２４１に作用する。
【００５５】
また、圧力センサー素子１の接続端子４４３とパッケージの端子７３とがボンディングワイヤー７５を介して電気的に接続されている。なお、接続端子４４３と端子７３の接続方法としては、ボンディングワイヤーを用いる方法に限定されず、例えば、接続端子４４３と端子７３とをフライングリード（タブテープ）を介して接続してもよいし、バンプ（金属バンプや導電性樹脂）を介して接続してもよい。
【００５６】
また、図９および図１０に示すように、パッケージ７内には、圧力センサー素子１を囲むようにして樹脂材料８が充填されている。このような樹脂材料８は、第１の樹脂材料８１と、第２の樹脂材料８２とを有している。第１の樹脂材料８１は、凹部７１の底部から途中の深さまで充填され、第２の樹脂材料８２は、第１の樹脂材料８１上に充填されている。すなわち、第１の樹脂材料８１と第２の樹脂材料８２がパッケージ７の厚さ方向に並んで充填されている。また、第１の樹脂材料８１と第２の樹脂材料８２は密着している。そのため、第１の樹脂材料８１と第２の樹脂材料８２との間に気泡（ボイド）が発生することを低減することができ、前記気泡の発生により受圧面２４１への圧力の伝搬が阻害されたり、前記気泡が受圧面２４１上へ移動したりすることを抑えることができる。
【００５７】
そして、このような樹脂材料８中に圧力センサー素子１が埋まっている。より具体的には、第１の樹脂材料８１には圧力センサー素子１の第３の側面２６３までが埋まっており、第２の樹脂材料８２には圧力センサー素子１の第３の側面２６３から上側が埋まっている。言い換えると、第１の樹脂材料８１と第２の樹脂材料８２の境界８０が段差部２６の途中に位置している。そのため、第１の樹脂材料８１は、素子周囲構造体４の外周面に接触し、素子周囲構造体４を覆うように配置され、第２の樹脂材料８２は、ダイアフラム２４（受圧面２４１）と接触し、ダイアフラム２４を覆うように配置されている。なお、境界８０は、段差部２６の途中に位置していれば、第３の側面２６３に位置していなくてもよい。
【００５８】
第１の樹脂材料８１は、圧力センサー素子１をパッケージ７に支持（固定）する支持部材として機能している。これにより、圧力センサー素子１をパッケージ７に安定して支持することができ、凹部７１内での圧力センサー素子１の位置の変動を低減することができる。一方、第２の樹脂材料８２は、圧力センサー素子１を保護（防塵および防水）するとともに、圧力センサー１０に加わった圧力をパッケージ７の開口を介して圧力センサー素子１の受圧面２４１に伝搬する。
【００５９】
第１の樹脂材料８１は、第２の樹脂材料８２よりも硬い材料で構成され、圧力センサー素子１の素子周囲構造体４、特に封止層４６の剛性を補う機能を有している。このような第１の樹脂材料８１の存在によって、第２の樹脂材料８２から伝搬された圧力が素子周囲構造体４、特に封止層４６に伝搬されること低減することができる。そのため、封止層４６が受圧により空洞部Ｓ側に向かって撓むことを低減することができる。これにより、圧力センサー１０の基準圧力が変化することを阻止または低減することができる。
【００６０】
このような第１の樹脂材料８１は、例えばゲル状または固体状をなしている。このような状態であると、封止層４６が空洞部Ｓ側に向かって撓むことがより確実に低減される。特に、第１の樹脂材料８１が固体状である場合には、第１の樹脂材料８１は、例えば、ヤング率（縦弾性係数）が０．１ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下であることが好ましく、１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下であることがより好ましい。また、第１の樹脂材料８１がゲル状である場合には、第１の樹脂材料８１は、第２の樹脂材料８２よりも針入度が小さければよいが、例えば、針入度が１以上２００以下であることが好ましく、１０以上１００以下であることがより好ましい。なお、前記針入度は、ＪＩＳ  Ｋ  ２２０７に規定の試験方法に準拠した方法で測定することによって求めることができる。ヤング率または針入度が前記範囲内であると、第１の樹脂材料８１は、必要な剛性（硬度）を確保することができ、封止層４６の剛性を補う機能をより顕著に発揮することができる。
【００６１】
また、第１の樹脂材料８１は、絶縁性を有する。これにより、第１の樹脂材料８１がボンディングワイヤー７５や端子７３に接触していても、複数のボンディングワイヤー７５間や、複数の端子７３間での短絡を防ぐことができる。
【００６２】
このような第１の樹脂材料８１の構成材料としては、例えば、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂およびポリイミド系樹脂等が挙げられ、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。これにより、第１の樹脂材料８１は、必要な剛性（硬度）をより容易に確保することができる。またシリコン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂およびポリイミド樹脂は、熱収縮率が比較的小さい。このため、第１の樹脂材料８１の熱収縮に起因する応力よって封止層４６が変形する（撓む）ことを低減することができる。
【００６３】
また、第１の樹脂材料８１は、前記樹脂に加え、フィラーを含んでいることが好ましい。フィラーとしては、例えば、金属や金属酸化物、セラミック等の無機物を含む無機フィラーや、グラファイト、カーボンブラックや、樹脂等の有機物を含む有機フィラー等が挙げられる。これらの中でも特に、無機フィラーを含むことが好ましい。これにより、第１の樹脂材料８１の剛性を高めることができ、受圧による封止層４６の変形をより一層低減することができる。また、フィラーとしては、無機フィラーの中でも特に、セラミック等の絶縁性を有するものがより好ましい。これにより、複数のボンディングワイヤー７５間や複数の端子７３間での短絡をより確実に防ぐことができる。
【００６４】
一方、第２の樹脂材料８２は、例えば、圧力センサー素子１およびパッケージ７よりも軟らかい特性（柔軟性）を有する。第２の樹脂材料８２は、例えば液状またはゲル状をなしている。特に、ゲル状の第２の樹脂材料８２は、流動性が低いため、凹部７１内での圧力センサー素子１の位置の変動を低減することができる。そのため、圧力センサー１０は、その姿勢の変化の影響を受けずに高精度な検出が可能となる。第２の樹脂材料８２がゲル状である場合には、第２の樹脂材料８２は、例えば、針入度が５０以上２５０以下であることが好ましく、１５０以上２５０以下であることがより好ましい。これにより、第２の樹脂材料８２を十分に柔らかくすることができ、圧力センサー１０に加わった圧力が受圧面２４１に効率的に作用する。また、凹部７１内での圧力センサー素子１の位置の変動をより的確に抑制することができる。
【００６５】
このような第２の樹脂材料８２の構成材料としては、例えば、フッ素系樹脂およびシリコーン樹脂等が挙げられ、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。これにより、第２の樹脂材料８２が十分に柔らかくなり、圧力センサー１０に加わった圧力を受圧面２４１により効率よく伝搬することができる。
【００６６】
以上説明したような樹脂材料８を有することで、圧力センサー１０に加えられた圧力を受圧面２４１に効率よく伝搬することができるとともに、受圧により封止層４６が撓むことで空洞部Ｓの圧力が変化することを回避することができる。このため、圧力センサー１０の圧力検知精度を高めることができる。
【００６７】
また、このような構成の圧力センサー１０においては、圧力センサー素子１の段差部２６は、次のような効果を発揮する。すなわち、圧力センサー１０は、パッケージ７内に圧力センサー素子１を配置し、圧力センサー素子１とパッケージ７とをボンディングワイヤー７５で接続した後に、凹部７１内に樹脂材料８を充填することで得られる。
【００６８】
凹部７１内への樹脂材料８の充填は、凹部７１の底から第１の樹脂材料８１を充填する第１の充填工程と、第２の樹脂材料８２を第１の樹脂材料８１の上から充填する第２の充填工程と、を有している。第１の充填工程では、素子周囲構造体４を覆い、かつ、ダイアフラム２４の受圧面２４１に接触しないように第１の樹脂材料８１を充填しなければならない。この点において、圧力センサー素子１には段差部２６が設けられており、凹部７１に第１の樹脂材料８１を充填する際に、段差部２６（特に第３の側面２６３）が第１の樹脂材料８１のストッパーとして機能する。そのため、第１の樹脂材料８１の充填量が多少多くなってしまっても、第１の樹脂材料８１の受圧面２４１への回り込みを防ぐことができる。特に、図４に示す形状の段差部２６の場合には、第２の側面２６２と第３の側面２６３との境界部に角部が無いため、段差部２６での気泡の残存をより効果的に低減することができる。
【００６９】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７０】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図１１は、本発明の第４実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【００７１】
以下、第４実施形態の圧力センサーについて説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００７２】
第４実施形態の圧力センサーでは、ＩＣチップをさらに有する以外は、前述した第３実施形態と同様である。
【００７３】
図１１に示すように、本実施形態の圧力センサー１０は、圧力センサー素子１と、ＩＣチップ９と、圧力センサー素子１およびＩＣチップ９を収納するパッケージ７と、パッケージ７内に圧力センサー素子１およびＩＣチップ９を囲むように配置された樹脂材料８と、を有している。
【００７４】
ＩＣチップ９は、圧力センサー素子１の下側に配置されている。また、ＩＣチップ９と圧力センサー素子１は、接続部材９１によって電気的に接続されていると共に、機械的に固定されている。そして、ＩＣチップ９がボンディングワイヤー７５を介して端子７３に接続される。ＩＣチップ９には、例えば、圧力センサー素子１を駆動するための駆動回路や、ブリッジ回路３０からの出力を温度センサーで検知した温度に基づいて温度補償するための温度補償回路や、補償後の出力から圧力を求める圧力検知回路等が設けられている。
【００７５】
なお、ＩＣチップ９の配置としては、特に限定されず、例えば、圧力センサー素子１の上側に位置してもよいし、横に並んでいてもよい。
【００７６】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００７７】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る圧力センサーについて説明する。
図１２は、本発明の第５実施形態に係る圧力センサーの断面図である。
【００７８】
以下、第５実施形態の圧力センサーについて説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
【００７９】
第５実施形態の圧力センサーでは、第１の樹脂材料の配置が異なる以外は、前述した第４実施形態と同様である。
【００８０】
図１２に示すように、本実施形態の圧力センサー１０では、第１の樹脂材料８１が、圧力センサー素子１とＩＣチップ９の間に設けられている。また、圧力センサー素子１およびＩＣチップ９からなる構造体全体の周りに第２の樹脂材料８２が設けられている。このような構造とすることで、受圧面２４１とＩＣチップ９とが、共に、第２の樹脂材料８２に接続する。すなわち、前述した第４実施形態とは異なり、受圧面２４１とＩＣチップ９とが同一材料で覆われた状態となっている。このため、本実施形態の圧力センサー１０では、受圧面２４１とＩＣチップ９とでの熱伝導に違いが生じ難く、温度ヒステリシス等の問題が生じ難い。
【００８１】
また、第２の樹脂材料８２が、前記構造体の上方側だけでなく側方側と下方側に設けられていることにより、パッケージ７の歪みに起因する応力を吸収することができ、前記応力が構造体に作用することにより、圧力センサー素子１およびＩＣチップ９の検出性能の低下を低減することができる。
【００８２】
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００８３】
［高度計］
次に、本発明の圧力センサー（圧力センサー素子）を備える高度計の一例について説明する。図１３は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
【００８４】
図１３に示すように、高度計２００は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計２００の内部には、圧力センサー１０（圧力センサー素子１）が搭載されており、表示部２０１に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。なお、この表示部２０１には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。
【００８５】
［電子機器］
次に、本発明の圧力センサー（圧力センサー素子）を備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図１４は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
【００８６】
図１４に示すように、ナビゲーションシステム３００には、図示しない地図情報と、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、圧力センサー１０（圧力センサー素子１）と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部３０１とを備えている。
【００８７】
このナビゲーションシステムによれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。高度情報を得ることにより、例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム３００では、高度情報を圧力センサー１０によって取得することができ、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出し、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。
【００８８】
なお、本発明の圧力センサー（圧力センサー素子）を備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
【００８９】
［移動体］
次いで、圧力センサー（圧力センサー素子）を備える移動体について説明する。図１５は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
【００９０】
図１５に示すように、移動体４００は、車体４０１と、４つの車輪４０２とを有しており、車体４０１に設けられた図示しない動力源（エンジン）によって車輪４０２を回転させるように構成されている。このような移動体４００には、ナビゲーションシステム３００（圧力センサー素子１）が内蔵されている。
【００９１】
以上、本発明の圧力センサー素子、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や、工程が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００９２】
また、前述した実施形態では、センサーチップが有するセンサー素子としてピエゾ抵抗素子を用いたものについて説明したが、圧力センサーとしては、これに限定されず、例えば、フラップ型の振動子を用いた構成や、櫛歯電極等の他のＭＥＭＳ振動子や、水晶振動子等の振動素子を用いることもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１、１’、１Ａ……圧力センサー素子
１０……圧力センサー
２……基板
２０……シリコンウエハ
２１……半導体基板
２２……第１絶縁膜
２３……第２絶縁膜
２４……ダイアフラム
２４１……受圧面
２５……凹部
２６……段差部
２６０……凹凸
２６１……第１の側面
２６２……第２の側面
２６３……第３の側面
３……圧力センサー部
３０……ブリッジ回路
３１、３２、３３、３４……ピエゾ抵抗素子
４……素子周囲構造体
４１……層間絶縁膜
４２……配線層
４３……層間絶縁膜
４４……配線層
４４１……被覆層
４４２……細孔
４４３……接続端子
４５……表面保護膜
４６……封止層
５１……凹部
６１……台座
６２……基板
６２１……ダイアフラム
６２１ａ……受圧面
６２２……凹部
６３……段差部
７……パッケージ
７１……凹部
７２……段差部
７３……端子
７４……外部接続端子
７５……ボンディングワイヤー
８……樹脂材料
８０……境界
８１……第１の樹脂材料
８２……第２の樹脂材料
９……ＩＣチップ
９１……接続部材
２００……高度計
２０１……表示部
３００……ナビゲーションシステム
３０１……表示部
４００……移動体
４０１……車体
４０２……車輪
ＤＳ１……第１のダイシングソー
ＤＳ２……第２のダイシングソー
Ｓ……空洞部
ｔ１……高さ
Ｔ……厚さ
Ｗ１……幅
【図１】
2016138872.tif 000003
【図２】
2016138872.tif 000004
【図３】
2016138872.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016138872.tif 000007
【図６】
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【図７】
2016138872.tif 000009
【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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【図１５】
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