(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板に加速度検知用の所定の電極形状の半導体薄板が積層され、上記基板の上記半導体薄板の積層面とは反対側から上記半導体薄板に達する透孔が形成され、上記基板の裏面側に上記透孔内及び上記半導体薄板に接する裏面電極が形成された電子素子用基板を備え、この電子素子用基板表面側の上記半導体薄板に対面して加速度センサが設けられ、この加速度センサは、上記半導体薄板に対面して、重り部と、上記重り部が一体に形成され内側に収容した枠状のケース部と、上記重り部の四方に設けられ上記半導体薄板と対面した電極部と、上記重り部を支持して一体に形成され上記ケースの四方の角部に向かって各々延び、さらに前記角部から見てレ字状に屈曲するとともに、上記ケース部に沿って隣の角部に延びて、上記ケース部の前記隣の角部に繋がったレ字状の梁部とを備え、上記加速度センサの電極も上記透孔の裏面電極に接続され、上記基板の裏面側で上記透孔の裏面電極により外部の回路基板に接続可能としたことを特徴とする加速度センサ素子。
【請求項２】
上記加速度センサは、上記基板に設けられたケース部内で、真空状態で気密状態に形成されていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ素子。
【請求項３】
絶縁性の基板に所定の電極形状の半導体薄板が陽極接合により密着積層され、上記基板の上記半導体薄板の積層面とは反対側から上記半導体薄板が露出するように透孔が形成され、上記基板及び半導体薄板の周縁部を囲むように上記ケース部が気密状態で接合され、上記透孔内及び上記露出した半導体薄板に接する裏面電極を備え、上記ケース部の上面開口部にガラス板が接合され、上記ケース部内を気密状態で密閉して上記加速度センサの重り部と電極部が真空状態に封止されたことを特徴とする請求項２記載の加速度センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電容量により加速度を検出する半導体加速度センサ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばガラス基板の厚み方向に導電性を有した配線を設けた基板として、図５に示す導電性樹脂を用いたものがあった。この基板は、ガラス基板１の所定個所に空けた透孔２に、アルミニウム等を蒸着して金属薄膜層３を形成し、図５（ａ）に示すようにその透孔２内に導電性樹脂ペースト４を充填し、図５（ｂ）に示すように導電性樹脂ペースト４を焼成して、導電性樹脂４ａによる厚み方向配線５を形成した基板があった。また、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス基板１の所定個所に、金属薄膜３が形成された透孔２を設け、この透孔２にハンダ６のボールを載せ加熱し、透孔２内にハンダ６を溶融充填し、厚み方向配線７を形成したものもあった。
【０００３】
さらに、ガラス基板用のガラスブロック８を形成する際に、図７（ａ）に示すようにその中に等間隔でタングステンワイヤ等の金属配線９を設け、このガラスブロック８が固まった後、図７（ｂ）に示すように、ガラスブロック８を金属配線９ごと薄いガラス基板１にスライスし、厚み方向に配線を有した基板を形成したものもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の図５に示す導電性樹脂を用いたものの場合、焼成した後の導電性樹脂４ａは、収縮し金属薄膜３との間に隙間が生じてしまうものであった。従って、ガラス基板１の表裏間で気密性が要求される加速度センサなどの電子素子の基板には適さないものであった。
【０００５】
また、図６に示すガラス基板１の透孔内にハンダ６を充填するものの場合、ガラス基板１に設けられる電子素子の製造工程や使用環境において、ハンダ６の融点以上の環境になる場合には使用できず、特に製造工程上高温になる場合に制限があった。
【０００６】
さらに、図７に示すガラス基板１の場合、図７（ｃ）に示すように、薄いガラス基板１にスライスした後、その表面を研磨して仕上げるものであるが、研磨時にガラスと金属配線９との摩耗の仕方が異なり、ガラス基板１表面に金属配線９が突出した状態となるという問題があった。従ってこの場合、電子素子を搭載するガラス基板１の表面性が悪く、このガラス基板１に他の電子部品を取り付ける場合やこのガラス基板１を回路基板表面に取り付ける場合の実装性にも問題があった。
【０００７】
また、特開平１１−３５１８７６号公報に開示されているように、内部を真空に保持した角速度センサの製造方法において、センサを構成する基板の一方に排気用の穴を設け、センサ内部の真空排気後この穴を金属薄膜やハンダ、低融点ガラス等で封止するものも提案されている。しかしこの場合、排気用穴はセンサ内部に連通しているものであり、真空にした後で排気用穴を塞ぐ際に封止用材料の不純物やガスがセンサ内に侵入する恐れがあり、また、密閉封止の信頼性も高いものではない。
【０００８】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な工程で基板の厚み方向の導電性を得ることができ、熱歪みも少なく、基板表裏間の気密性も確保することができ、小型で正確な加速度の検知が可能な半導体加速度センサ素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、絶縁性の基板に加速度検知用の所定の電極形状の半導体薄板が積層され、上記基板の上記半導体薄板の積層面とは反対側から上記半導体薄板に達する透孔が形成され、上記基板の裏面側に上記透孔内及び上記半導体薄板に接する裏面電極が形成された電子素子用基板を備え、この電子素子用基板表面側の上記半導体薄板に対面して加速度センサが設けられ、この加速度センサは、上記半導体薄板に対面して、重り部と、上記重り部が一体に形成され内側に収容した枠状のケース部と、上記重り部の四方に設けられ上記半導体薄板と対面した電極部と、上記重り部を支持して一体に形成され上記ケースの四方の角部に向かって各々延び、さらに前記角部から見てレ字状に屈曲するとともに、上記ケース部に沿って隣の角部に延びて、上記ケース部の前記隣の角部に繋がったレ字状の梁部とを備え、上記加速度センサの電極も上記透孔の裏面電極に接続され、上記基板の裏面側で上記透孔の裏面電極により外部の回路基板に接続可能とした加速度センサ素子である。
【００１０】
上記加速度センサは、上記基板に設けられたケース部内で真空状態で気密状態に形成されている。さらに、絶縁性の基板に所定の電極形状の半導体薄板が陽極接合により密着積層され、上記基板の上記半導体薄板の積層面とは反対側から上記半導体薄板が露出するように透孔が形成され、上記基板及び半導体薄板の周縁部を囲むように上記ケース部が気密状態で接合され、上記透孔内及び上記露出した半導体薄板に接する裏面電極を備え、上記ケース部の上面開口部にガラス板が接合され、上記ケース部内を気密状態で密閉して上記加速度センサの重り部と電極部が真空状態に封止されたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の電子素子用基板１０は、ガラス板等の絶縁性基板１１の所定の電極引き出し位置に、絶縁性基板１１の厚み方向に形成された透孔１２が形成されている。この透孔１２の内表面には、導電性薄膜である金属薄膜１４が設けられ、金属薄膜１４は、絶縁性基板１１の裏面側で配線パターンを含む裏面電極１６に繋がっている。金属薄膜１４は、ＡｌやＣｒ、Ａｕ等の金属から成る。
【００１２】
絶縁性基板１１の表面側には、その中央部に、基板に対して垂直方向の加速度を検知する正方形電極２０ａが形成され、その四方に基板面に対して平行な方向の加速度を検知する各台形電極２０ｂを備え、さらにその周囲の四角形の枠部２０ｃとに分かれて設けられた半導体薄板２０が積層されている。半導体薄板２０は、約２００μｍ程度の厚さのシリコンウエハ基板から成り、所定の不純物をドープしてｐ型またはｎ型半導体に形成されている。絶縁性基板１１と半導体薄板２０の各部は、各々陽極接合により密着されている。
【００１３】
この実施形態の加速度センサ２２は、絶縁性基板１１の半導体薄板２０に対面して、加速度センサ２２の重り部２４と、重り部２４が一体に形成され内側に収容した枠状のケース部２６が設けられている。ケース部２６も、５００μｍ程度の厚さのシリコンウエハ基板に、所定の不純物をドープしてｐ型またはｎ型半導体に形成されている。重り部２４は、半導体薄板２０の中央の正方形電極２０ａに対向し、重り部２４の四方に電極部２８が形成されている。電極部２８は、台形電極２０ｂに平行に対面している。重り部２４からは、重り部２４を支持した梁部３０が一体に形成されてレ字状に延び、ケース部２６の四方の角部に繋がっている。ケース部２６の底面は重り部２４の底面よりも下方に位置し、半導体薄板２０の枠部２０ｃとＡｕロウや高温ハンダ等により、気密状態で密着されている。
【００１４】
ケース部２６の上面には、上面開口部を塞いでガラス板３２が密着されている。ガラス板３２は、ケース部２６と低融点ガラス等により気密状態で接合されている。また、加速度センサ２２の電極部２８も、ケース部２６を介して透孔１２の裏面電極１６に接続している。
【００１５】
この実施形態の加速度センサ２２の製造方法は、先ず図４（ａ）に示すように、例えばｐ型シリコン基板の半導体薄板２０をエッチングして、正方形電極２０ａ、台形電極２０ｂ及び枠部２０ｃを形成する。このとき、エッチングにより各部を分割する溝状部３４を形成し、各部がバラバラにならないように、溝状部３４が貫通しないように表面側を一部残しておく。次に、図４（ｂ）に示すように、裏面側のガラス等の絶縁性基板１１を、陽極接合により一体的に密着させる。陽極接合は、約４００℃の温度で１ｋＶ程度の電圧を印加して行う。次に、図１（ｃ）に示すように、半導体薄板２０の表面側の残った部分をエッチングし、溝状部３４により、正方形電極２０ａ、台形電極２０ｂ及び枠部２０ｃが各々分離された状態にする。
【００１６】
この後、絶縁性基板１１の裏面側から、図３（ｂ）、図４（ｄ）に示すように、サンドブラストにより、透孔１２を形成する。透孔１２は、絶縁性基板１１を貫通し、半導体薄板２０を貫通させずにわずかに削って、透孔１２内に半導体薄板２０が露出した状態にする。
【００１７】
また、ケース部２６を形成するシリコン基板をエッチングして、重り部２４，電極部２８，梁部３０を一体に形成する。このケース部２６に予めガラス板３２を密着する場合は、ガラス板３２は陽極接合により一体に密着させることができる。そして、図４（ｅ）に示すように、ケース部２６を電子素子用基板１０に真空中で、Ａｕロウまたは高温ハンダにより密着させ、ケース部２６内を真空状態に形成する。また、ケース部２６を形成した後、ケース部２６を電子素子用基板１０にＡｕロウまたは高温ハンダにより密着させ、この後、ガラス板３２をケース部２６の開口部に密着させても良い。この場合、低融点ガラスにより接合する。
【００１８】
なお、透孔１２の形成は、ケース部２６を絶縁性基板１１に接合した後に行っても良い。そして、透孔１２を形成した後、配線を含む裏面電極１６を、マスク蒸着やスパッタリング等により形成する。
【００１９】
この発明の電子素子用基板１０を用いた加速度センサ２２は、センサ内の気密封止を容易且つ確実に行うことができ、製造工程が簡単であり、製造コストも削減することができる。加速度センサ２２内の各電極２０ａ,２０ｂを、絶縁性基板１１に密着させた半導体薄板２０により形成しているので、この半導体薄板２０に接合する半導体のケース部２６との間で熱膨張係数の差がなく、両者間の応力歪みを大幅に減少させることができる。また、重り部２４を支持した梁部３０がレ字状に延び、腕の長さが長く、加速度検知感度が高く、しかも外形は小さいものとすることができる。さらに、この電子素子用基板１０は、内部を真空状態に維持したまま簡単に各電極２０ａ，２０ｂの反対側に、直に裏面電極１６を形成することができ、この点も加速度センサ２２小型化に大いに寄与する。
【００２０】
なお、この発明の加速度センサの絶縁性基板はガラス系の材料の他、用途によりシリコンやセラミックス等を用いても良い。また、裏面電極は金属薄膜以外の導電体で構成しても良い。
【００２１】
【発明の効果】
この発明の加速度センサ素子によれば、基板の表裏の電気的導通を図ることができるとともに、基板の表面に設けられる加速度センサ内部を容易に気密状態で設けることができ、その気密状態を確実に維持することができる。しかも、重り部に対して梁の長さを長くすることができ、外形を小さくすることと検知感度を上げるという相反する課題を解決して、感度の良い加速度センサを形成することができる。また、表面実装も容易に可能な加速度センサを提供することができる。これにより、加速度センサの小型化及び回路基板の実装密度の向上に大きく寄与する。さらに、小型化が容易であり、１ウエハからの取ることができる基板数を増加することができ、これによってもコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施形態の半導体加速度センサ素子を示す分解斜視図である。
【図２】  この発明の一実施形態の半導体加速度センサ素子を示す概略縦断面図である。
【図３】  この発明の一実施形態の電子素子用基板の平面図（ａ）と底面図（ｂ）である。
【図４】  この発明の一実施形態の半導体加速度センサの概略製造工程を示す縦断面図である。
【図５】  従来の技術の電子素子用基板を示す縦断面図である。
【図６】  従来の技術の他の電子素子用基板を示す縦断面図である。
【図７】  従来の技術のさらに他の電子素子用基板の製造工程を示す概略図である。
【符号の説明】
１０    電子素子用基板
１１    絶縁性基板
１２    透孔
１４    金属薄膜
１６    裏面電極
２０    半導体薄板
２０ａ    正方形電極
２０ｂ    台形電極
２０ｃ    枠部
２２    加速度センサ
２４    重り部
２８    電極部
３０    梁部
３２    ガラス板
【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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