(57)【要約】【課題】センサの可動部の保護及び製造プロセスの簡略化【解決手段】可動部１８を有するセンサ素子１０と、センサ素子１０の上面を覆うように接合された上蓋２０と、センサ素子の下面を覆うように接合された下蓋３０とを備えるセンサ。上蓋２０には可動部１８の動作範囲に対応する領域に凹状の第１可動領域２２が形成されており、下蓋３０には可動部１８の動作範囲に対応する領域に凹状の第２可動領域３２が形成されている。上蓋２０及び下蓋３０に予め可動領域２２及び３２をそれぞれ形成してからセンサ素子１０への接合を行うため、製造プロセスを簡略化することができる。【選択図】図４
2009122000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を有するセンサ素子と、
前記センサ素子の上面を覆うように接合され、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第１可動領域が形成された上蓋と、
前記センサ素子の下面を覆うように接合され、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第２可動領域が形成された下蓋と、
を具備することを特徴とする可動部を有するセンサ。
【請求項２】
前記センサ素子は上面に外部接続電極を有し、
前記上蓋は、前記外部接続電極の上方に前記上蓋を貫通して形成された貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項３】
前記上蓋は、上面における周縁部と前記貫通孔との間の領域が、上面における中心部と前記貫通孔との間の領域に比べて低く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項４】
前記上蓋は、上面に前記上蓋の中心部と前記貫通孔とを結ぶ方向に形成された溝を有することを特徴とする請求項２または３に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項５】
前記下蓋を下側にして、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋が実装された実装部と、
前記貫通孔の内部を通り、前記外部接続電極と前記実装部とを接続するワイヤと、
前記実装部の上面に形成され、前記センサ素子、前記上蓋、前記下蓋、及び前記ワイヤを封止する封止部材と、
を具備することを特徴とする請求項２から４のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項６】
前記封止部材は、
少なくとも前記ワイヤと前記接続電極との接続部を覆うように形成された第１絶縁性樹脂部と、
前記センサ素子、前記上蓋、前記下蓋、及び前記第１絶縁性樹脂部を覆うように形成された、前記第１絶縁性樹脂部より弾性率の高い第２絶縁性樹脂部と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項７】
前記第１絶縁性樹脂部は、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋を覆うように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項８】
上方から見た場合において、前記外部接続電極の面積は、前記センサ素子と前記上蓋との接合面における前記貫通孔の面積以上であることを特徴とする請求項２から７のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項９】
前記下蓋を下側にして、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋が実装された実装部と、
前記実装部の上面に形成され、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋を封止する封止部材と、
を具備することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項１０】
前記可動部は、角速度を検出するために上下方向に振動するジンバル部を含むことを特徴とする請求項１から９のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項１１】
前記センサ素子は、
下部半導体層と、
上部半導体層と、
前記下部半導体層と前記上部半導体層との間に形成され、前記下部半導体層と前記上部半導体層とを絶縁する第１絶縁層と、
からなることを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項１２】
前記センサ素子は、
前記センサ素子の上面における、前記上蓋との接合面に形成され、前記センサ素子と前記上蓋とを絶縁する第２絶縁層と、
前記センサ素子の下面における、前記下蓋との接合面に形成され、前記センサ素子と前記下蓋とを絶縁する第３絶縁層と、
を有することを特徴とする請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサ。
【請求項１３】
前記第１可動領域及び前記第２可動領域の垂直断面形状は、長方形、台形、または半楕円形のいずれかであることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１４】
可動部を有するセンサ素子の上面を覆うように、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第１可動領域が形成された上蓋を接合する工程と、
前記センサ素子の下面を覆うように、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第２可動領域が形成された下蓋を接合する工程と、
を具備することを特徴とする可動部を有するセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記上蓋を接合する工程は、上面に外部接続電極を有する前記センサ素子に、貫通孔が設けられた前記上蓋を、前記外部接続電極の上方に前記貫通孔が位置するように接合することを特徴とする請求項１４に記載の可動部を有するセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記上蓋を接合する工程は、上面に外部接続電極を有する前記センサ素子に前記上蓋を接合し、
前記上蓋を接合する工程の後、前記上蓋における前記外部接続電極の上方に、前記上蓋を貫通する貫通孔を形成する工程を具備することを特徴とする請求項１４に記載の可動部を有するセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記上蓋を接合する工程及び前記下蓋を接合する工程の後、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋を、前記下蓋を下側にして実装部の上面に実装する工程と、
前記外部接続電極と前記実装部とを、前記貫通孔の内部を通るワイヤにより接続する工程と、
少なくとも前記ワイヤと前記接続電極との接続部を覆うように、第１絶縁性樹脂部を形成する工程と、
前記センサ素子、前記上蓋、前記下蓋、前記ワイヤ、及び前記第１絶縁性樹脂を覆うように、前記第１絶縁性樹脂部より弾性率の高い第２絶縁性樹脂部を形成する工程と、
を具備することを特徴とする請求項１４から１６のうちいずれか１項に記載の可動部を有するセンサの製造方法。
【請求項１８】
前記第１絶縁性樹脂部を形成する工程は、前記上蓋の中心部にゲル状の第１絶縁性樹脂を供給し、前記上蓋の上面において前記中心部と前記貫通孔とを結ぶ方向に形成された溝に沿って、前記貫通孔内部に前記第１絶縁性樹脂を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の可動部を有するセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ及びその製造方法に関し、特にセンサ素子の一部に可動部を有するセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体に加わる回転角速度を検出するための角速度センサ、物体に加わる加速度を検出するための加速度センサ等をはじめとする各種センサは、カメラの手ぶれ検知、カーナビゲーション、自動車やロボットの姿勢制御システム等に利用されている。角速度や加速度を検出する方法としては、ピエゾ抵抗の抵抗値変化による検出方法や、検知電極間の静電容量変化による検出方法等がある。いずれの方法を用いる場合も、センサ素子の一部に、外力により動作する可動部を形成する必要がある。
【０００３】
センサ素子をパッケージングする前の状態では、センサ素子の可動部が外部に露出しているため、可動部への異物の付着や可動部の損傷により、センサの動作性能や製造歩留まりが低下するという課題があった。これらの課題を解決するために、ウェハレベルでセンサ素子のパッケージングを行うための様々な方法が開発されてきた。
【０００４】
図１は従来例に係るセンサの構成を示した断面図である。可動部を有するセンサ素子８０が、ガラス基板８２の上面に接合されている。センサ素子８０の下面の一部にはエッチング加工がされており、可動部が動作するための領域である可動領域８４が形成されている。ガラス基板８２と接合されたセンサ素子８０は、キャビティ８５を有するパッケージ８６の底面に実装されている。パッケージ８６とセンサ素子８０とは、ワイヤ８８により電気的に接続されている。パッケージ８６の上部はパッケージ蓋８９により密閉されている。この構成によれば、センサ素子８０の可動部がガラス基板８２により覆われているため、可動部を保護することができる。
【０００５】
図２は特許文献１に記載のセンサの構成を示した断面図である。可動部を有するセンサ素子９０が、ガラス基板９２及び９４により上下方向から封止されている。センサ素子９０の上面の一部は、エッチング加工により他の部分に比べ一段低く形成され、可動部が動作するための可動領域９６が形成されている。上側のガラス基板９２の下面には、外力による可動部の変位を検出するための検出電極９１が設けられている。ガラス基板９２に設けられた検出用配線９３、貫通電極９８、及び外部電極９９は、検出電極９１からの信号を外部に取り出すためのものである。センサ素子９０の上面の一部に設けられた金属パッド９５は、検出用配線９３及び貫通電極９８に接続されており、検出電極９１において検出された信号を減衰させることなく外部へと伝達する。貫通電極９８の開口付近には、ガスケット９７が設けられている。
【特許文献１】特開２００６−４６９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１及び図２に示される従来のセンサでは、センサ素子の可動部が動作するための可動領域を、センサ素子８０及び９０の一部をエッチングすることにより形成していた。また、センサ素子と外部とを電気的に接続させるために、図２のように貫通電極９８を形成していた。これらの可動領域及び貫通電極の形成には、多くの場合特殊な製造プロセスを必要とし、加工に長時間を要することから、センサの大量生産及びコスト低減が困難であった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、パッケージングの際に可動部を保護し、且つ製造プロセスを簡略化した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】
【０００８】
本発明は、可動部を有するセンサ素子と、前記センサ素子の上面を覆うように接合され、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第１可動領域が形成された上蓋と、前記センサ素子の下面を覆うように接合され、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第２可動領域が形成された下蓋と、を具備することを特徴とする可動部を有するセンサである。本発明によれば、第１可動領域を有する上蓋と第２可動領域を有する下蓋によりセンサ素子の可動部を保護することができる。また、製造時にはあらかじめ凹状の可動領域が形成された上蓋と下蓋を、それぞれセンサ素子に接合するだけでよいため、製造プロセスを簡略化することができる。
【０００９】
上記構成において、前記センサ素子は上面に外部接続電極を有し、
前記上蓋は、前記外部接続電極の上方に前記上蓋を貫通して形成された貫通孔を有する構成とすることができる。この構成によれば、貫通孔及び外部接続電極により、センサ素子を外部と電気的に接続することができる。
【００１０】
上記構成において、前記上蓋は、上面における周縁部と前記貫通孔との間の領域が、上面における中心部と前記貫通孔との間の領域に比べて低く形成されている構成とすることができる。この構成によれば、センサ素子と外部とを電気的に接続することがさらに容易となる。
【００１１】
上記構成において、前記上蓋は、上面に前記上蓋の中心部と前記貫通孔とを結ぶ方向に形成された溝を有する構成とすることができる。この構成によれば、モールド時に貫通孔に樹脂を充填することが容易となる。
【００１２】
上記構成において、前記下蓋を下側にして、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋が実装された実装部と、前記貫通孔の内部を通り、前記外部接続電極と前記実装部とを接続するワイヤと、前記実装部の上面に形成され、前記センサ素子、前記上蓋、前記下蓋、及び前記ワイヤを封止する封止部材と、を具備する構成とすることができる。この構成によれば、センサ素子を封止部材によりさらに効果的に保護することができる。また、センサ素子と実装部とをワイヤボンディングにより接続するため、製造工程を単純化することができる。
【００１３】
上記構成において、前記封止部材は、少なくとも前記ワイヤと前記接続電極との接続部を覆うように形成された第１絶縁性樹脂部と、前記センサ素子、前記上蓋、前記下蓋、及び前記第１絶縁性樹脂部を覆うように形成された、前記第１絶縁性樹脂部より弾性率の高い第２絶縁性樹脂部と、を含む構成とすることができる。この構成によれば、外部接続電極とワイヤとの接続部をより効果的に保護することができる。
【００１４】
上記構成において、前記第１絶縁性樹脂部は、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋を覆うように形成されている構成とすることができる。この構成によれば、第１絶縁性樹脂部の形成が容易となる。
【００１５】
上記構成において、上方から見た場合において、前記外部接続電極の面積は、前記センサ素子と前記上蓋との接合面における前記貫通孔の面積以上である構成とすることができる。この構成によれば、外部接続電極とワイヤとの接続信頼性を高めることができる。
【００１６】
上記構成において、前記下蓋を下側にして、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋が実装された実装部と、前記実装部の上面に形成され、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋を封止する封止部材と、を具備する構成とすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記可動部は、角速度を検出するために上下方向に振動するジンバル部を含む構成とすることができる。
【００１８】
上記構成において、前記センサ素子は、下部半導体層と、上部半導体層と、前記下部半導体層と前記上部半導体層との間に形成され、前記下部半導体層と前記上部半導体層とを絶縁する第１絶縁層と、からなる構成とすることができる。
【００１９】
上記構成において、前記センサ素子は、前記センサ素子の上面における、前記上蓋との接合面に形成され、前記センサ素子と前記上蓋とを絶縁する第２絶縁層と、前記センサ素子の下面における、前記下蓋との接合面に形成され、前記センサ素子と前記下蓋とを絶縁する第３絶縁層と、を有する構成とすることができる。
【００２０】
上記構成において、前記第１可動領域及び前記第２可動領域の垂直断面形状は、長方形、台形、または半楕円形のいずれかである構成とすることができる。
【００２１】
本発明は、可動部を有するセンサ素子の上面を覆うように、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第１可動領域が形成された上蓋を接合する工程と、前記センサ素子の下面を覆うように、前記可動部の動作範囲に対応する領域に凹状の第２可動領域が形成された下蓋を接合する工程と、を具備することを特徴とする可動部を有するセンサの製造方法である。本発明によれば、第１可動領域を有する上蓋と第２可動領域を有する下蓋によりセンサ素子の可動部を保護することができる。また、製造時にはあらかじめ凹状の可動領域が形成された上蓋と下蓋を、それぞれセンサ素子に接合するだけでよいため、製造プロセスを簡略化することができる。
【００２２】
上記構成において、前記上蓋を接合する工程は、上面に外部接続電極を有する前記センサ素子に、貫通孔が設けられた前記上蓋を、前記外部接続電極の上方に前記貫通孔が位置するように接合する構成とすることができる。この構成によれば、貫通孔及び外部接続電極により、センサ素子を外部と電気的に接続することができる。
【００２３】
上記構成において、前記上蓋を接合する工程は、上面に外部接続電極を有する前記センサ素子に前記上蓋を接合し、前記上蓋を接合する工程の後、前記上蓋における前記外部接続電極の上方に、前記上蓋を貫通する貫通孔を形成する工程を具備する構成とすることができる。この構成によれば、上蓋の接合後に外部接続電極の位置に合わせて貫通孔を形成することができる。
【００２４】
上記構成において、前記上蓋を接合する工程及び前記下蓋を接合する工程の後、前記センサ素子、前記上蓋、及び前記下蓋を、前記下蓋を下側にして実装部の上面に実装する工程と、前記外部接続電極と前記実装部とを、前記貫通孔の内部を通るワイヤにより接続する工程と、少なくとも前記ワイヤと前記接続電極との接続部を覆うように、第１絶縁性樹脂部を形成する工程と、前記センサ素子、前記上蓋、前記下蓋、前記ワイヤ、及び前記第１絶縁性樹脂を覆うように、前記第１絶縁性樹脂部より弾性率の高い第２絶縁性樹脂部を形成する工程と、を具備する構成とすることができる。この構成によれば、センサ素子を絶縁性樹脂によりさらに効果的に保護することができる。また、センサ素子と実装部とをワイヤボンディングにより接続するため、製造工程を単純化することができる。また、外部接続電極とワイヤとの接続部をより効果的に保護することができる。
【００２５】
上記構成において、前記第１絶縁性樹脂部を形成する工程は、前記上蓋の中心部にゲル状の第１絶縁性樹脂を供給し、前記上蓋の上面において前記中心部と前記貫通孔とを結ぶ方向に形成された溝に沿って、前記貫通孔内部に前記第１絶縁性樹脂を供給する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、第１絶縁性樹脂を形成する工程を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１可動領域を有する上蓋と第２可動領域を有する下蓋によりセンサ素子の可動部を保護することができる。また、製造時にはあらかじめ凹状の可動領域が形成された上蓋と下蓋を、それぞれセンサ素子に接合するだけでよいため、製造プロセスを簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００２８】
最初に、実施例１に係るセンサの製造方法について説明する。図３（ａ）から図３（ｄ）は実施例１に係るセンサ１００の製造工程を示した断面模式図である。
【００２９】
図３（ａ）は可動部を有するセンサ素子１０の構成を示した図である。センサ素子１０は、支持層である下部半導体層１２と、下部半導体層１２の上方に形成された上部半導体層１４と、下部半導体層１２及び上部半導体層１４の間に形成され、下部半導体層１２と上部半導体層１４とを絶縁する第１絶縁層１６とからなる。下部半導体層１２及び上部半導体層１４は例えばシリコンからなり、センサ素子１０は例えばシリコンと絶縁体とが積層することにより構成される、いわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）型のセンサ素子である。センサ素子の中央部は、後述する工程において可動部１８が形成されるための領域となっている。なお、後述する図５及び図６において示されるように、実施例１に係るセンサ１００は、本来は上下方向に振動する２つの独立した可動部（駆動ジンバル部６２及び検出ジンバル部６４）を備えたものであるが、図３（ａ）〜（ｄ）においては詳細な構成を省略し、可動部１８として図示している。図３（ａ）を参照に、上部半導体層１４に駆動電極、検出電極、及び配線等（後述する図６にて図示）を形成する。また、上部半導体層１４の上面に外部と電気的な接続を図るための外部接続電極１１を形成する。外部接続電極１１は、例えば上部半導体層１４の周縁部にパッド状の電極として形成される。
【００３０】
図３（ｂ）を参照に、センサ素子１０の上面を覆うように、例えばガラス基板からなる上蓋２０をセンサ素子１０に接合する。上蓋２０の下面には、センサ素子１０の可動部１８の動作範囲に対応する領域に、凹状の第１可動領域２２が形成されている。第１可動領域２２は、可動部１８が動作するために必要な領域である。例えば後述するように、センサが上下方向に振動するジンバル部を備えた角速度センサである場合には、可動部１８であるジンバル部が上蓋２０に接触しない程度の空間が必要となる。すなわち、第１可動領域２２は可動部１８の可動範囲より大きく形成されている。また、上蓋２０の上面における周縁部と貫通孔２４との間の外側領域２５は、中心部と貫通孔２４との間の内側領域２７に比べて低く形成されている（Ｔ１＜Ｔ２）。
【００３１】
上蓋２０には、外部接続電極１１に対応する位置に貫通孔２４が形成されている。図３（ｂ）を参照に、貫通孔２４が外部接続電極１１の上方に位置するように、上蓋２０をセンサ素子１０に接合する。
【００３２】
上蓋２０のセンサ素子１０への接合は、例えば常温接合、陽極接合、直接接合により行うことができる。また、接合部に金属を供給してシリコンと金属との共晶接合により接合を行うこともできる。また、センサ素子１０の上蓋２０との接合面に第２絶縁層１７（図３（ｃ）参照）を形成する。第２絶縁層１７により、センサ素子１０と上蓋２０とが電気的に絶縁される。第２絶縁層１７は、例えばシリコンからなる上部半導体層１４の表面が、接合時に加熱され酸化シリコンに変化することにより形成される。この方法によれば、第２絶縁層１７の形成を上蓋２０の接合と同時に行うことができる。
【００３３】
図３（ｃ）を参照に、下部半導体層１２及び第１絶縁層１６（図中の領域３４）をエッチングする。これにより、センサ素子１０の中央部において、下部半導体層１２ａ、上部半導体層１４ａ、及び第１絶縁層１６ａからなる可動部１８（図３（ｄ）参照）が形成される。なお、図３（ｃ）では加工のためセンサ素子１０を上下逆に固定している。また、前記の接合工程により形成された第２絶縁層１７が、センサ素子１０の上面に形成されている。
【００３４】
図３（ｄ）を参照に、センサ素子１０の下面を覆うように、例えばガラス基板からなる下蓋３０をセンサ素子１０に接合する。下蓋３０の上面には、可動部１８の動作範囲に対応する領域に凹状の第２可動領域３２が形成されている。第２可動領域３２は、可動部１８が動作するために必要な領域であり、第１可動領域２２と同じく可動部１８の可動範囲より大きく形成されている。
【００３５】
下蓋３０のセンサ素子１０への接合は、例えば常温接合、陽極接合、直接接合により行うことができる。また、接合部に金属を供給してシリコンと金属との共晶接合により接合を行うこともできる。また、上蓋２０の接合時と同様に、センサ素子１０と下蓋３０との接合面に第３絶縁層１９（図４（ａ）参照）を形成する。第３絶縁層１９により、センサ素子１０と下蓋３０とが電気的に絶縁される。以上の工程により、実施例１に係るセンサが完成する。
【００３６】
図４（ａ）は実施例１に係るセンサ１００の構成を示した断面模式図である。センサ１００におけるセンサ素子１０は、下部半導体層１２、上部半導体層１４、及び第１絶縁層１６からなるＳＯＩ型センサ素子である。センサ素子１０は中央部に可動部１８を有する。センサ素子１０の上面には、凹状の第１可動領域２２を有する上蓋が接合されている。センサ素子１０の下面には、凹状の第２可動領域３２を有する下蓋が接合されている。第１可動領域２２及び第２可動領域３２は共にセンサ素子１０の可動部１８の動作範囲に対応した領域に形成され、可動部１８が上蓋２０及び下蓋３０に接触せずに動作することを可能としている。
【００３７】
センサ素子１０の上面には外部接続電極１１が設けられ、上蓋２０には外部接続電極１１に対応した位置に貫通孔２４が設けられている。センサ素子１０は、外部接続電極１１及び貫通孔２４により、外部と電気的な接続を図ることができる。また、上蓋２０の上面における周縁部と貫通孔２４との間の外側領域２５は、中心部と貫通孔２４との間の内側領域２７に比べて低く形成されている（Ｔ１＜Ｔ２）。ここで、センサ素子１０の厚み（Ｔ３）は例えば３００μｍ、上蓋２０及び下蓋３０の厚み（Ｔ２及びＴ４）は２００μｍ〜３００μｍとすることができる。また、上蓋２０の外側領域２５の厚み（Ｔ１）は２０〜７０μｍとすることができ、これによりワイヤボンディングを容易に行うことが可能となる。
【００３８】
図４（ｂ）は図４（ａ）における貫通孔２４及び外部接続電極１１を上方向から見た上面図である。外部接続電極１１は、上蓋２０を透過して破線で示している。図示するように、外部接続電極１１の面積は、接合面における貫通孔２４の面積より大きい。
【００３９】
図５（ａ）及び（ｂ）は実施例１に係るセンサ１００の具体的な構成を示した斜視図である。図５（ａ）は接合前の構成を、図５（ｂ）は接合後の構成をそれぞれ示している。図３（ａ）及び（ｂ）と共通の部材には、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。センサ素子１０は、中央部に可動部１８である駆動ジンバル部６２及び検出ジンバル部６４（図６にて詳述）を備えた角速度センサであり、周縁部には複数の外部接続電極１１が設けられている。上蓋２０の中央部２７は周縁部２５より高く形成されている。中央部２７の反対側はエッチングにより凹状に加工され、図４（ａ）に示す第１可動領域２２が形成されている。また、上蓋２０の上面には、外部接続電極１１に対応した位置に貫通孔２４が設けられている。
【００４０】
図６はセンサ素子１０の構成を示した上面図である。ただし、センサ素子１０の上面に設けられた配線パターンは省略している。センサ素子１０は、それぞれ四角形のフレーム部６０、駆動ジンバル部６２及び検出ジンバル部６４（併せて図４（ａ）の可動部１８に相当）を有している。検出ジンバル部６４は、相対する１組の側面に設けられた第１トーションバー６６により駆動ジンバル部６２に機械的に接続されている。また、検出ジンバル部６４は、他の１組の相対する側面に設けられた各々１対の第１櫛歯電極６８を有する。各１対の第１櫛歯電極６８は、一方が検出ジンバル部６４に、他方が駆動ジンバル部６２に固定されている。
【００４１】
駆動ジンバル部６２は、相対する１組の側面に設けられた第２トーションバー７０によりフレーム部６０に機械的に接続されている。また、駆動ジンバル部６２は、他の１組の相対する側面に設けられた各々１対の第２櫛歯電極７２を有する。各１対の第２櫛歯電極７２は、一方が駆動ジンバル部６２に、他方がフレーム部６０に固定されている。また、フレーム部６０には複数の外部接続電極１１が設けられている。
【００４２】
図６を参照に、第１トーションバー６６を結ぶ方向をＹ軸、第２トーションバー７０を結ぶ方向をＸ軸と定義する。また、図示されていないがＹ軸及びＸ軸に垂直な方向、すなわちセンサ素子１０の上面に対し垂直な方向をＺ軸と定義する。第２櫛歯電極７２を用い、駆動ジンバル部６２を検出ジンバル部６４と共にＸ軸を中心に振動させる。この状態で、検知軸であるＺ軸を中心に回転角速度が加わると、Ｘ軸に直行する方向にコリオリ力が発生する。このため、駆動ジンバル部６２はＸ軸と直交するＹ軸を中心に振動しようとするが、駆動ジンバル部は第２トーションバー７０によりフレーム部６０に固定されているため、Ｙ軸を中心に振動することができない。このため、検出ジンバル部６４がＹ軸を中心に振動し、検出ジンバル部６４の振動の大きさを第１櫛歯電極６８が検出する。以上のように、検出ジンバル部６４の振動の大きさにより、検知軸（Ｚ軸）を中心とする角速度の検知を行うことができる。
【００４３】
図７を参照に、角速度の検出時には可動部１８（図６における駆動ジンバル部６２及び検出ジンバル部６４）が上下方向（図６においてＸ軸及びＹ軸を中心に振動する方向）に振動する。このため、上蓋２０及び下蓋３０に接触しないための第１可動領域２２及び第２可動領域３２が必要となる。
【００４４】
実施例１に係るセンサ１００によれば、センサ素子１０の上面及び下面が上蓋２０及び下蓋３０により覆われている。これにより、可動部１８に対する異物の付着や、外力による可動部１８の損傷を抑制することができ、センサ素子１０の可動部１８を保護することができる。
【００４５】
また、図１及び図２に示した従来のセンサ素子においては、可動部の動作範囲を確保するために、封止される側のセンサ素子の一部を加工することにより可動領域を形成していた。これに対し、実施例１ではセンサ素子１０を封止する側の上蓋２０及び下蓋３０に、あらかじめ第１可動領域２２及び第２可動領域３２を形成している。このため、従来のように可動領域を設けるためにセンサ素子を加工する必要がない。上蓋２０及び下蓋３０に凹状の可動領域を形成することは、従来から知られているエッチング等により行うことができるため、センサ素子側を加工する場合に比べて加工が容易である。以上のことから、実施例１に係るセンサ１００は、センサ素子１０の可動部１８を効果的に保護すると共に、従来例に比べ製造プロセスを簡略化することができる。
【００４６】
第１可動領域２２及び第２可動領域３２の形状は、その形成方法により異なる。図８（ａ）〜（ｃ）は上蓋２０及び下蓋３０の垂直断面図であり、第１可動領域２２及び第２可動領域３２の形状を示したものである。図８（ａ）を参照に、乾式のＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ−ｔｒｅｎｃｈ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により可動領域を形成した場合には、その断面形状は長方形となる。図８（ｂ）を参照に、例えばＫＯＨやＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を用いた湿式の異方性エッチングにより可動領域を形成した場合には、その断面形状は台形となる。図８（ｃ）を参照に、例えばＨＦ、ＨＮＯ３、及びＣＨ３ＣＯＯＨ（もしくはＨ２Ｏ）の混合液を用いて湿式の等方性エッチングを行った場合には、その断面形状は半楕円形となる。以上のように、エッチング方法を適宜選択することにより、任意形状の第１可動領域２２及び第２可動領域３２を形成することができる。
【００４７】
また、図４（ａ）を参照に上蓋２０に可動領域２２を形成する場合、可動領域２２付近における上蓋２０の厚み（Ｔ２）は必然的に大きくなってしまう。ここで、上蓋２０の外側領域２５を内側領域２７と同様の厚みに形成した場合（図９参照）、外部接続電極１１とのコンタクトには上下方向に長い貫通孔が必要となり、貫通電極の形成にも長い時間かかるため製造工程を短縮することが困難である。図４（ａ）のように、上蓋２０は外側領域２５が内側領域２７に比べて低く形成することで（Ｔ１＜Ｔ２）、貫通孔２４の上下方向の長さを小さくすることができる。また、貫通孔２４を通して外部接続電極１１を外部とワイヤにより接続することが可能となり、貫通電極を形成する場合に比べて製造工程を大幅に短縮することが可能となる。なお、内側領域２７の全面が外側領域２５より低く形成される必要はない。外側領域２５は、ワイヤボンディングを行う際のワイヤの形成領域（例えば貫通孔２４と上蓋２０の外周とを結ぶ直線領域）が、他の部分に比べて低く形成されていれば十分である。
【００４８】
図９は、外側領域２５及び内側領域２７の高さが同じになるように上蓋２０を形成した場合である。この構成によれば、外側領域をエッチング等により低く加工する工程を省略することができる。ただし、外部との電気的接続を容易に行うためには図４（ａ）の形態の方が好ましい。
【００４９】
また、図４（ｂ）に示すように、外部接続電極１１は貫通孔２４より大きいことが好ましい。すなわち、上方から見た場合において、外部接続電極１１の面積は、センサ素子１０と上蓋２０との接合面における貫通孔２４の面積以上であることが好ましい。これにより、後述する工程において外部接続電極１１にワイヤボンディングを行う際に、外部接続電極１１をワイヤと確実に接続することができる。
【００５０】
実施例１では、あらかじめ貫通孔２４が形成された上蓋２０をセンサ素子１０に接合したが、貫通孔２４の形成は上蓋２０の接合後に行ってもよい。図１０（ａ）及び（ｂ）は実施例１の変形例に係るセンサの製造方法を示した断面模式図である。図１０（ａ）を参照に、貫通孔の形成されていない上蓋２０ａを、センサ素子１０の上面に接合する。センサ素子１０は実施例１（図３（ａ））と同じである。図１０（ｂ）を参照に、センサ素子１０の上面に形成された外部接続電極１１の上方に、上蓋２０を貫通する貫通孔２４ａを形成する。貫通孔２４ａは、乾式のＤＲＩＥや、湿式の異方性エッチングにより形成することができる。また、貫通孔２４ａの面積は、実施例１と同じく外部接続電極１１より小さいことが好ましい。以後の工程は実施例１の図３（ｃ）以降と共通である。この方法によれば、上蓋２０ａの接合を行った後に、外部接続電極１１の位置及び大きさに合わせて貫通孔２４ａを形成することができる。
【００５１】
実施例１及び上記の変形例では上蓋２０に貫通孔２４を設けたが、他の方法でセンサ素子１０を外部と電気的に接続する構成とした場合には、貫通孔２４を設ける必要はない。
【００５２】
多面取りの半導体基板を用いた場合、実施例１に係るセンサ１００を一度に複数製造することが可能である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は実施例１の他の変形例に係るセンサの製造方法を示した断面模式図である。図１１（ａ）を参照に、下部半導体層１２、上部半導体層１４、及び第１絶縁層１６からなる多面取りのＳＯＩウェハ５０が、後にセンサ素子１０となるべき複数の領域５２ａ〜５２ｄに分割されている。領域５２ａ〜５２ｄのそれぞれには実施例１と同じ加工が施され、可動部１８ａ〜１８ｄが形成されている。ＳＯＩウェハ５０の上面には、複数の可動部１８ａ〜１８ｄのそれぞれの動作範囲に対応する領域に、複数の第１可動領域２２ａ〜２２ｄが設けられた上蓋２０が接合されている。ＳＯＩウェハ５０の下面には、複数の可動部１８ａ〜１８ｄのそれぞれの動作範囲に対応する領域に、複数の第２可動領域３２ａ〜３２ｄが設けられた下蓋３０が接合されている。図１２は、多面取りのＳＯＩウェハ５０に上蓋２０及び下蓋３０が接合された状態の一部を示した斜視図であり、図１１（ａ）に対応する。ダイシングライン５４は破線で示している。
【００５３】
上蓋２０には、ＳＯＩウェハ５０上に形成された複数の外部接続電極１１に対応する位置に、複数の貫通孔２４が形成されている。上蓋２０の上面における貫通孔２４の周辺部は、貫通孔２４とダイシングライン５４の間の領域５６が、可動部１８の上方の領域５８に比べて低く形成されている。図１１（ａ）及び図１２を参照に、ダイシングライン５４に沿って上蓋２０、ＳＯＩウェハ５０、及び下蓋３０を切断する。切断は、例えばウォータージェットやダイヤモンド製のダイシングブレードを用いて行うことができる。
【００５４】
図１１（ｂ）を参照に、図１１（ａ）のダイシングライン５４に沿って切断されたＳＯＩウェハ５０、上蓋２０、及び下蓋３０のそれぞれは、図４（ａ）に示したものと同じ構造の複数のセンサ１００ａ〜１００ｄとなる。以上の工程により、多面取りの半導体基板を用いて複数のセンサを一度に製造することができる。これにより、センサ１つあたりの製造時間を短縮することができる。
【００５５】
実施例１ではセンサ素子１０として、上下方向に振動するジンバル部を備えた角速度センサを例に説明したが、センサ素子１０は、可動部１８を有するものであれば他の形態であってもよい。例えば他の例として、音叉型の振動センサや検出部に圧電素子を用いたセンサ素子とすることができる。また、センサ素子１０の構成はＳＯＩ型以外の物を採用してもよい。
【実施例２】
【００５６】
実施例２は、実施例１に係るセンサ（図９参照）をさらにモールドパッケージングした例である。図１３（ａ）〜（ｄ）は実施例２に係るセンサの製造方法を示した断面模式図である。実施例１の図９と共通の部材については、一部符号及び説明を省略している。
【００５７】
図１３（ａ）を参照に、実施例１に係るセンサ１００（図４にて図示）を、下蓋３０を下側にして実装部であるパッケージ４０のキャビティ４９内に接着剤４１を介して実装する。パッケージ４０には外部に電気信号を導くためのリードフレーム４２が設けられている。
【００５８】
図１３（ｂ）を参照に、センサ素子１０の上面に設けられた接続電極１１とリードフレーム４２とを、ワイヤボンディングにより接続する。ワイヤ４４は、例えば金やアルミニウムからなり、上蓋２０に形成された貫通孔２４の内部を通ってセンサ１００の外部へと引き出される。このとき、上蓋２０の外側領域２５は低く形成されているため、ワイヤ４４を上蓋２０に接触させることなくワイヤボンディングを行うことができる。また、実施例１で述べたように外部接続電極１１の面積が貫通孔２４の断面積より大きく形成されているため、ワイヤ４４と外部接続電極１１とを確実に接着させることができる。ワイヤボンディングには、例えば熱圧着方式、超音波熱圧着方式などを用いることができる。
【００５９】
図１３（ｃ）を参照に、貫通孔２４の内部及びその周辺に、第１絶縁性樹脂４６を供給し硬化させることにより第１絶縁性樹脂部４６を形成する。第１絶縁性樹脂部４６は、ワイヤ４４と外部接続電極１１との接続部を保護するために、少なくともワイヤ４４と外部接続電極１１との接続部を覆うように形成する。第１絶縁性樹脂４６は、弾性率が低い樹脂であることが好ましい。これにより、樹脂硬化時に加わる応力によりワイヤ４４と外部接続電極１１とが乖離してしまうことを抑制することができる。また、第１絶縁性樹脂４６は硬化前の流動性が高い材質であることが好ましい。これにより、貫通孔２４の内部への充填が容易となる。第１絶縁性樹脂４６には、例えば硬化時の弾性率が１０ＭＰａ以下であり、常温でゲル状のシリコン系樹脂を用いることができる。
【００６０】
第１絶縁性樹脂４６は、複数の貫通孔２４に対し上部から樹脂を滴下するなどして個別に供給してもよいが、図１４で示すような形状の上蓋２０ｂを用いて供給を行ってもよい。図１４を参照に、上蓋２０ｂの上面には中心部２８と貫通孔２４とを結ぶ方向に溝２６が形成されている。中心部２８に設けられた樹脂供給用の凹部に、流動性のある（例えば、常温でゲル状の）第１絶縁性樹脂４６を供給する。中心部２８に供給された第１絶縁性樹脂４６は、溝２６を通って貫通孔２４の方向に流れ、貫通孔２４の内部及びその周辺へと供給される。この方法によれば、複数の貫通孔２４のそれぞれに個別に第１絶縁性樹脂４６を供給する場合に比べて、樹脂の供給回数を減らすことができるため製造工程を簡略化することができる。なお、図１４では上蓋２０ｂの中心部と貫通孔２４とを結ぶ方向に溝２６を形成したが、溝２６の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、上蓋２０ｂの中心部以外に樹脂供給用の凹部を設け、複数の貫通孔２４に向かって溝２６を形成してもよい。また、図１４を参照に、溝の深さｔ１は上蓋２０ｂの厚みｔ２の５０％以下であることが好ましい。
【００６１】
図１３（ｄ）を参照に、センサ素子１０、上蓋２０、下蓋３０、ワイヤ４４、及び第１絶縁性樹脂４６を覆うように第２絶縁性樹脂部４８を形成する。第２絶縁性樹脂４８は、第１絶縁性樹脂４６より弾性率の高い材質を用いる。例えば、弾性率が１２０ＭＰａ以上であるフィラー入りの熱硬化型エポキシ系樹脂を用いることができる。以上の工程により、センサ１００へのモールドが完了し、実施例２に係るセンサ１０２が完成する。
【００６２】
図１３（ｄ）を参照に、センサ１０２の構成を説明する。センサ素子１０、上蓋２０、及び下蓋３０を備えたセンサ１００が、実装部であるパッケージ４０に下蓋３０を下側にして実装されている。センサ素子１０に設けられた外部接続電極１１とパッケージ４０のリードフレーム４２とは、上蓋２０に設けられた貫通孔２４の内部を通るワイヤ４４により接続されている。パッケージ４０の上面には、センサ素子１０、上蓋２０、下蓋３０、及びワイヤ４４を封止する封止部材が設けられている。ここで、封止部材はワイヤ４４と外部接続電極１１との接続部を覆うように形成された第１絶縁性樹脂部４６と、センサ素子１０、上蓋２０、下蓋３０、ワイヤ４４、及び第１絶縁性樹脂４６を覆うように形成された第２絶縁性樹脂部４８とを含む。
【００６３】
実施例２に係るセンサ１０２によれば、実施例１に係るセンサ１００がパッケージ４０に実装され、第１絶縁性樹脂４６及び第２絶縁性樹脂４８により封止されている。これにより、センサ１００を外部の衝撃等からより効果的に保護することができる。
【００６４】
また、センサ素子１０とパッケージ４０とは、貫通孔２４を通るワイヤ４４により電気的に接続されている。センサ素子１０を外部と電気的に接続するための他の方法としては、例えば貫通孔２４の内部をメッキして貫通電極を設ける方法があるが、ワイヤボンディングは貫通電極の形成に比べ短時間で行うことができるため、製造工程を短縮することができる。
【００６５】
また、センサ１００を封止する封止部材は、低弾性の第１絶縁性樹脂部４６と、高弾性の第２絶縁性樹脂部４８を含んで構成される。このように、まずワイヤ４４と外部接続電極１１との接合部を低弾性の第１絶縁性樹脂部４６で覆い、ワイヤ４４と外部接続電極１１との接合部を保護した上で、その外側を高弾性の第２絶縁性樹脂部４８により覆うことで、ワイヤ４４と外部接続電極１１との乖離を抑制し、接続信頼性を向上させることができる。
【００６６】
実施例２では、図１３（ｃ）に示すように第１絶縁性樹脂部４６を貫通孔２４の周囲にのみ形成したが、図１５（ａ）を参照に、第１絶縁性樹脂部４６はセンサ素子１０、上蓋２０、及び下蓋３０を覆うように形成してもよい。その後、図１５（ｂ）を参照に、第１絶縁性樹脂４６を覆うように第２絶縁性樹脂４８を形成してもよい。この方法によれば、図１３（ｃ）及び（ｄ）の場合と同じように、ワイヤ４４と外部接続電極１１との接合部を保護しつつ、センサ１００のモールドを行うことができる。また、貫通孔２４の周囲に個別に第１絶縁性樹脂部４６を形成する場合に比べて、製造工程を簡略化することができる。
【００６７】
実施例２では、センサ素子１０をワイヤ４４により外部と電気的に接続する例について説明したが、センサ素子１０と外部とを電気的に接続する方法はこれに限られるものではない。例えば、貫通孔２４の内側にメッキにより貫通電極を形成してもよい。また、貫通孔２４及びワイヤ４４を設けずに外部と電気的な接続を行ってもよい。
【００６８】
実施例２では、センサ１００をモールドするために２種類の絶縁性樹脂（第１絶縁性樹脂４６及び第２絶縁性樹脂４８）を用いたが、モールドに使用する樹脂は１種類であってもよい。また、樹脂以外の絶縁性部材を用いてモールドを行ってもよい。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は従来例に係るセンサの構成を示した断面図である。
【図２】図２は他の従来例に係るセンサの構成を示した断面図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｄ）は実施例１に係るセンサの製造工程を示した断面模式図である。
【図４】図４（ａ）は実施例１に係るセンサの構成を示した断面模式図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の一部を拡大した上面図である。
【図５】図５（ａ）は実施例１に係るセンサの接合前の構成を示した斜視図であり、図５（ｂ）は実施例１に係るセンサの接合後の構成を示した斜視図である。
【図６】図６は実施例１に係るセンサの可動部の構成を示した上面図である。
【図７】図７は実施例１に係るセンサの動作を示した断面模式図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は実施例１に係るセンサの上蓋及び下蓋の垂直断面図である。
【図９】図９は実施例１の変形例に係るセンサの構成を示した断面模式図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は実施例１の他の変形例に係るセンサの製造工程を示した断面模式図である。
【図１１】図１１（ａ）及び（ｂ）は実施例１の他の変形例に係るセンサの製造工程を示した断面模式図である。
【図１２】図１２は実施例１の他の変形例に係るセンサの製造工程を示した斜視図である
【図１３】図１３（ａ）〜（ｄ）は実施例２に係るセンサの製造工程を示した断面模式図である。
【図１４】図１４は実施例２の変形例に係るセンサの上蓋の構成を示した斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）及び（ｂ）は実施例２の他の変形例に係るセンサの製造工程を示した断面模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    センサ素子
１１    外部接続電極
１２    下部半導体層
１４    上部半導体層
１６    第１絶縁層
１７    第２絶縁層
１９    第３絶縁層
２０    上蓋
２２    第１可動領域
２４    貫通孔
２６    溝
３０    下蓋
３２    第２可動領域
４０    パッケージ
４１    接着剤
４２    リードフレーム
４４    ワイヤ
４６    第１絶縁性樹脂
４８    第２絶縁性樹脂
５０    ＳＯＩウェハ
６０    フレーム部
６２    駆動ジンバル部
６４    検出ジンバル部
６６    第１トーションバー
６８    第１櫛歯電極
７０    第１トーションバー
７２    第２櫛歯電極
１００  センサ
１０２  センサ（モールドパッケージ後）
【図１】
2009122000.tif 000003
【図２】
2009122000.tif 000004
【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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【図１５】
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