JP2009041962A - External force detection device and method of manufacturing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、角速度センサなどの外力検知装置およびその製造方法に関し、特に、傾斜した状態で設置される外力検知装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an external force detection device such as an angular velocity sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly to an external force detection device installed in an inclined state and a manufacturing method thereof.
振動子を内蔵する角速度センサの用途には、カーナビゲーションがある。カーナビゲーションは、自動車の運転席横のダッシュボード上に設置される場合がある。自動車のダッシュボードは、周知のように、鉛直方向に対して傾斜しているものがある。傾斜しているダッシュボード上にカーナビゲーションを設置すると、内蔵されている角速度センサも傾斜する。そのため、角速度センサの底面に対して垂直に設けられている、角速度センサの検知軸が、鉛直方向に対して傾斜する。 An application of an angular velocity sensor incorporating a vibrator is car navigation. Car navigation may be installed on a dashboard next to the driver's seat of the car. As is well known, some automobile dashboards are inclined with respect to the vertical direction. When a car navigation system is installed on a tilted dashboard, the built-in angular velocity sensor tilts. For this reason, the detection axis of the angular velocity sensor provided perpendicular to the bottom surface of the angular velocity sensor is inclined with respect to the vertical direction.
この問題を解決する為に、角速度センサを予め傾斜しておくための傾斜台を取り付ける技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。角速度センサを予め傾斜しておくことで、傾斜している自動車のダッシュボードに設置することにより、角速度センサの底面が水平となり、検知軸が鉛直となる。 In order to solve this problem, a technique for attaching a tilting table for tilting the angular velocity sensor in advance has been proposed (for example, see Patent Document 1). By inclining the angular velocity sensor in advance, the bottom surface of the angular velocity sensor becomes horizontal and the detection axis becomes vertical by being installed on the dashboard of the inclined automobile.
特許文献１では、傾斜した状態で支持基板に取り付けられた角速度センサ（振動型ジャイロスコープ）が開示されている。振動子を内蔵するセンサ用パッケージの底面と、パッケージを支持するための支持基板の表面との間に、長さの異なるリード部材を介在させる。リード部材の長さが異なる為に、パッケージは支持基板に対して傾斜している。よって、角速度センサを取り付けたカーナビゲーションを傾斜したダッシュボードに設置すると、支持基板はダッシュボードの傾斜によって傾く。これにより、角速度センサの検知軸を鉛直にすることができる。
特許文献１に開示の技術では、支持機構として、長さの異なるリード部材および傾斜面を有するスペーサ−を介在させて、パッケージを支持基板に固定させている。このような構成では、パッケージを固定するための構造が複雑となるという問題があった。また、パッケージにはそれぞれ個別に支持機構が取り付けられる必要があり、加工費用が増大するという問題もあった。
In the technique disclosed in
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構造によって、傾斜した状態で設置され得る外力検知装置を提供することである。また、この発明の他の目的は、加工費用の低減が可能な外力検知装置の製造方法を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide an external force detection device that can be installed in an inclined state with a simple structure. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an external force detection device capable of reducing processing costs.
この発明に係る外力検知装置は、半導体基板で形成された外力検知素子を備える。また、外力検知素子と電気的に接続された電子回路を備える。また、外力検知素子と電子回路とが実装され、傾斜面を有する部分を含む実装領域を備える。外力検知素子は、傾斜面上に設置されている。 An external force detection device according to the present invention includes an external force detection element formed of a semiconductor substrate. An electronic circuit electrically connected to the external force detection element is provided. In addition, the external force detection element and the electronic circuit are mounted, and a mounting region including a portion having an inclined surface is provided. The external force detection element is installed on the inclined surface.
この構成によれば、外力検知装置を構成する外力検知素子は、実装領域の傾斜面でない表面に対して、傾斜して設置されている。そのため、外力検知装置をダッシュボードなどの傾斜した面に設置することによって、外力検知素子を水平に保持することができる。実装領域の傾斜面でない表面に対して外力検知素子のみが傾斜しており、外力検知装置全体は傾斜していないため、外力検知装置の小型化が可能である。また、外力検知素子は、傾斜面に設置されることで実装領域の傾斜面でない表面に対して傾斜しており、外力検知素子を傾斜させるための支持機構を別途準備する必要はない。よって、簡単な構造によって外力検知素子を実装領域の傾斜面でない表面に対して傾斜させることができる。 According to this structure, the external force detection element which comprises an external force detection apparatus is inclined and installed with respect to the surface which is not an inclined surface of a mounting area | region. Therefore, the external force detection device can be held horizontally by installing the external force detection device on an inclined surface such as a dashboard. Since only the external force detection element is inclined with respect to the non-inclined surface of the mounting area, and the entire external force detection device is not inclined, the external force detection device can be downsized. In addition, the external force detection element is inclined with respect to the non-inclined surface of the mounting area by being installed on the inclined surface, and it is not necessary to separately prepare a support mechanism for inclining the external force detection element. Therefore, the external force detection element can be inclined with respect to the surface that is not the inclined surface of the mounting region with a simple structure.
ここで、傾斜面とは、実装領域の表面において外力検知素子が設置されている部分で、実装領域の当該表面における外力検知素子の設置されている箇所以外の部分に対して傾斜している面をいう。傾斜面は、実装領域の表面の一部を加工して形成することができる。または、樹脂などの他の材料に傾斜面を形成し、当該傾斜面を有する部材をベース部材上に設置して、当該ベース部材と傾斜面を有する部材とによって実装領域を構成することによって、実装領域に傾斜面を設けることもできる。 Here, the inclined surface is a portion where the external force detection element is installed on the surface of the mounting region, and is a surface which is inclined with respect to a portion other than the location where the external force detection element is installed on the surface of the mounting region. Say. The inclined surface can be formed by processing a part of the surface of the mounting region. Alternatively, an inclined surface is formed on another material such as a resin, a member having the inclined surface is placed on the base member, and a mounting region is configured by the base member and the member having the inclined surface. An inclined surface can be provided in the region.
上記外力検知装置において好ましくは、実装領域は、導電性の部材からなる電極部を含む。外力検知素子は、実装領域の電極部とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。この構成によれば、各種の接続パターン、形態に容易に対応できるワイヤボンディングによって、信号を入力および出力するための回路を容易に形成することができる。 Preferably, in the external force detection device, the mounting region includes an electrode portion made of a conductive member. The external force detection element is electrically connected to the electrode portion in the mounting region by wire bonding. According to this configuration, a circuit for inputting and outputting signals can be easily formed by wire bonding that can easily cope with various connection patterns and forms.
上記外力検知装置において好ましくは、実装領域はリードフレームを含み、外力検知素子は、リードフレーム上で樹脂により封止されている。この構成によれば、外力検知素子を樹脂で覆って外気から遮断し回路を保護することができる。 In the external force detection device, preferably, the mounting region includes a lead frame, and the external force detection element is sealed with resin on the lead frame. According to this configuration, it is possible to protect the circuit by covering the external force detection element with the resin and blocking it from the outside air.
上記外力検知装置において好ましくは、外力検知素子および電子回路は、ワイヤボンディングにより直接接続されている。この場合は、外力検知素子および電子回路をそれぞれ実装領域の電極部にワイヤボンディングする構成に対し、外力検知装置をより小型化することができる。 In the external force detection device, preferably, the external force detection element and the electronic circuit are directly connected by wire bonding. In this case, the external force detection device can be further downsized as compared with the configuration in which the external force detection element and the electronic circuit are each wire-bonded to the electrode portion of the mounting region.
上記外力検知装置において好ましくは、外力検知素子は、所定軸周りの回転の角速度を測定するための角速度センサ素子である。角速度センサ素子の検知軸は、鉛直方向と一致していることが望ましく、検知軸が鉛直方向からずれると、それだけ誤差拡大の原因となる。この発明の構成によれば、角速度センサの底面に対して垂直な検知軸を、鉛直方向にすることができるので、角速度センサの検知精度を高めることができる。 In the external force detection device, the external force detection element is preferably an angular velocity sensor element for measuring an angular velocity of rotation around a predetermined axis. It is desirable that the detection axis of the angular velocity sensor element coincides with the vertical direction, and if the detection axis deviates from the vertical direction, the error is increased accordingly. According to the configuration of the present invention, since the detection axis perpendicular to the bottom surface of the angular velocity sensor can be set in the vertical direction, the detection accuracy of the angular velocity sensor can be increased.
この発明に係る外力検知装置の製造方法は、複数の外力検知素子が形成された半導体基板を準備する工程を備える。また、半導体基板の、複数の外力検知素子のそれぞれの上に、上面が傾斜した樹脂層を形成する工程を備える。また、半導体基板を切断し、複数の外力検知素子を個別に分割する工程を備える。また、外力検知素子を実装領域に、樹脂層の上面が実装領域の実装面に対向するように、実装する工程を備える。 The manufacturing method of the external force detection device according to the present invention includes a step of preparing a semiconductor substrate on which a plurality of external force detection elements are formed. In addition, a step of forming a resin layer having an inclined upper surface on each of the plurality of external force detection elements of the semiconductor substrate is provided. Further, the method includes a step of cutting the semiconductor substrate and dividing the plurality of external force detection elements individually. In addition, a step of mounting the external force detection element on the mounting region and the upper surface of the resin layer facing the mounting surface of the mounting region is provided.
この製造方法によれば、外力検知素子のそれぞれと一体となるように、傾斜面を有する樹脂層を形成する。樹脂層を介在させて外力検知素子を実装領域の実装面に設置することにより、簡単な構造で外力検知素子の底面を実装領域の傾斜面でない表面（すなわち実装面）に対して傾斜させることができる。また、複数の外力検知素子がウェハーレベルで集合加工形成された半導体基板の上に、複数の樹脂層を形成し、個別に切断する。すなわち、傾斜面を有する樹脂層を形成する際に、ウェハーレベルパッケージ（ＷＬＰ）の技術を応用する。ウェハーレベルで傾斜面を形成するので、樹脂層の加工費用を大幅に低減させることができる。 According to this manufacturing method, the resin layer having the inclined surface is formed so as to be integrated with each of the external force detection elements. By installing the external force detection element on the mounting surface of the mounting area with a resin layer interposed, the bottom surface of the external force detection element can be inclined with respect to the surface that is not the inclined surface of the mounting area (ie, the mounting surface) with a simple structure. it can. In addition, a plurality of resin layers are formed on a semiconductor substrate on which a plurality of external force detection elements are assembled and formed at the wafer level, and cut individually. That is, when forming a resin layer having an inclined surface, a wafer level package (WLP) technique is applied. Since the inclined surface is formed at the wafer level, the processing cost of the resin layer can be greatly reduced.
ここで、実装面とは、外力検知素子が直接接触していない実装領域の表面である。実装領域の表面の一部に傾斜面が形成されている場合には、実装面とは、傾斜面でない実装領域の表面を示す。また、傾斜面を有する部材とベース部材とによって実装領域が構成されている場合には、実装面とは、ベース部材の表面を示す。 Here, the mounting surface is the surface of the mounting region where the external force detection element is not in direct contact. When an inclined surface is formed on a part of the surface of the mounting region, the mounting surface indicates a surface of the mounting region that is not the inclined surface. In addition, when the mounting region is configured by the member having the inclined surface and the base member, the mounting surface indicates the surface of the base member.
上記外力検知装置の製造方法において好ましくは、実装領域は、導電性の部材からなる電極部を含む。実装する工程では、外力検知素子を実装面の電極部に、ワイヤボンディングにより電気的に接続する。この製造方法によれば、各種の接続パターン、形態に容易に対応できるワイヤボンディングによって、信号を入力および出力するための回路を容易に形成することができる。 Preferably, in the method for manufacturing the external force detection device, the mounting region includes an electrode portion made of a conductive member. In the mounting process, the external force detection element is electrically connected to the electrode portion on the mounting surface by wire bonding. According to this manufacturing method, a circuit for inputting and outputting signals can be easily formed by wire bonding that can easily cope with various connection patterns and forms.
上記外力検知装置の製造方法において好ましくは、実装領域はリードフレームを含み、実装する工程では、外力検知素子をリードフレーム上に実装して樹脂で封止する。この製造方法によれば、外力検知素子を樹脂で覆って外気から遮断し回路を保護することができる。 Preferably, in the manufacturing method of the external force detection device, the mounting region includes a lead frame, and in the mounting step, the external force detection element is mounted on the lead frame and sealed with resin. According to this manufacturing method, it is possible to protect the circuit by covering the external force detection element with the resin and blocking it from the outside air.
上記外力検知装置の製造方法において好ましくは、実装する工程では、電子回路がさらに実装面に搭載され、外力検知装置と電子回路とをワイヤボンディングにより直接接続する。この製造方法によれば、外力検知素子および電子回路をそれぞれ実装領域の電極部にワイヤボンディングする構成に対し、外力検知装置をより小型化することができる。電子回路は、直接実装面に搭載されてもよく、他の部材を介在させて実装面に搭載されてもよい。 Preferably, in the manufacturing method of the external force detection device, in the mounting step, an electronic circuit is further mounted on the mounting surface, and the external force detection device and the electronic circuit are directly connected by wire bonding. According to this manufacturing method, it is possible to further reduce the size of the external force detection device as compared with the configuration in which the external force detection element and the electronic circuit are each wire-bonded to the electrode portion in the mounting region. The electronic circuit may be directly mounted on the mounting surface, or may be mounted on the mounting surface with another member interposed.
上記外力検知装置の製造方法において好ましくは、外力検知素子は、所定軸周りの回転の角速度を測定するための角速度センサ素子である。この製造方法によれば、角速度センサの底面に対して垂直な検知軸を、鉛直方向にすることができるので、角速度センサの検知精度を高めることができる。 Preferably, in the method for manufacturing the external force detection device, the external force detection element is an angular velocity sensor element for measuring an angular velocity of rotation around a predetermined axis. According to this manufacturing method, since the detection axis perpendicular to the bottom surface of the angular velocity sensor can be set in the vertical direction, the detection accuracy of the angular velocity sensor can be increased.
この発明の外力検知装置によると、簡単な構造によって、傾斜した状態で設置され得る外力検知装置を提供することができる。 According to the external force detection device of the present invention, it is possible to provide an external force detection device that can be installed in an inclined state with a simple structure.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図１は、この発明の外力検知装置としての、角速度センサの構成を示す部分断面模式図である。図１に示すように、角速度センサ（振動型ジャイロスコープ）１０は、実装基板１６上に樹脂層１１を介在させて設置された、外力検知素子としての角速度センサ素子１を備える。角速度センサ素子１は、半導体基板であるシリコン材料で形成された基板によって、形成されている。また、角速度センサ１０は、実装基板１６の実装面１６ａ上に設置された、電子回路としてのＩＣデバイス１２を備える。図１に示すように角速度センサ素子１は、樹脂層１１を介在させて実装基板１６に搭載されており、実装面１６ａに直接接触していない。なお、実装基板１６には、たとえばアルミナ基板などのセラミック材料を用いることができる。
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a configuration of an angular velocity sensor as an external force detection device of the present invention. As shown in FIG. 1, the angular velocity sensor (vibrating gyroscope) 10 includes an angular
角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２は、それぞれボンディングワイヤ１３によって、実装基板１６の実装面１６ａ上の図示しない電極部とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２とは、実装基板１６の電極部を介して電気的に接続されている。ＩＣデバイス１２は、角速度センサ素子１が検知した所定軸周りの角速度の信号を検出し、角速度センサ１０が取り付けられている自動車などの移動体の姿勢制御に用いられる制御信号を出力する。
The angular
角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２を実装した実装基板１６は、セラミックパッケージ１４の凹部の内部に、接着剤１７を介在させて、接着固定されている。上記凹部の開口部は、封止材を介在させてキャップ１５によって封止されている。セラミックパッケージ１４は、たとえば絶縁材料であるアルミナなどのセラミック材料によって作製されている。キャップ１５は、セラミックなどの絶縁材料または金属などの導電性材料によって作製することができる。実装基板１６は、樹脂やセラミックなどの絶縁体の表面に金属などの導電性の部材を備え電極部を形成してもよく、実装基板１６自体を導電性の材料によって形成してもよい。
The mounting
樹脂層１１は、実装基板１６の表面（すなわち、樹脂層１１の傾斜面１１ａでない、実装領域の実装面１６ａ）に対して傾斜している、傾斜面１１ａを有している。角速度センサ素子１は、傾斜面１１ａ上に設置されている。よって、樹脂層１１の傾斜面１１ａに接触している角速度センサ素子１の底面は、実装面１６ａに対して傾斜している。そのため、図１中に破線矢印で示すように、角速度センサ素子１の底面に対して垂直となるように設けられている検知軸は、実装面１６ａに対して傾斜している。つまり、検知軸は、実装面１６ａに対する垂線の方向と異なる方向に延びている。
The
ベース部材としての実装基板１６と、ベース部材上に設置された傾斜面１１ａを有する部材としての樹脂層１１とは、実装領域を構成する。角速度センサ素子１は、実装領域の一部である樹脂層１１の傾斜面１１ａ上において機械的に固定され、かつ、実装領域の一部である実装基板１６の実装面１６ａ上の電極部と電気的に接続されている。ＩＣデバイス１２は、実装領域の一部である実装基板１６の実装面１６ａ上において機械的に固定され、かつ、実装面１６ａ上の電極部と電気的に接続されている。すなわち、角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２とは、実装領域に実装されている。
The mounting
図２は、角速度センサの構成の変形例を示す部分断面模式図である。図２に示すように、角速度センサ２０は、図１に示す実装基板１６に相当する部材を備えていない。角速度センサ素子１は、樹脂層１１を介在させて、セラミックパッケージ２４の凹部の底面である実装面２４ａに実装されている。ＩＣデバイス１２もまた、実装面２４ａに実装されている。角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２は、セラミックパッケージ２４の実装面２４ａ上の図示しない電極部に、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a modified example of the configuration of the angular velocity sensor. As shown in FIG. 2, the
ベース部材としてのセラミックパッケージ２４と、ベース部材上に設置された傾斜面１１ａを有する部材としての樹脂層１１とは、実装領域を構成する。角速度センサ素子１は、実装領域の一部である樹脂層１１の傾斜面１１ａ上において機械的に固定され、かつ、実装領域の一部であるセラミックパッケージ２４の実装面２４ａ上の電極部と電気的に接続されている。ＩＣデバイス１２は、実装領域の一部であるセラミックパッケージ２４の実装面２４ａ上において機械的に固定され、かつ、実装面２４ａ上の電極部と電気的に接続されている。すなわち、角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２とは、実装領域に実装されている。角速度センサ２０のその他の構成は、図１に示す角速度センサ１０で説明した通りであるので、その説明は繰返さない。
The
図２に示す角速度センサ２０は、図１に示す角速度センサ１０に対し、より簡単な構造である。つまり、図２に示す構成では、角速度センサの部材数を低減でき、それに伴い角速度センサの製造コストを低減することができる。また、角速度センサをより小型化することができる。
The
図３は、角速度センサの構成の他の変形例を示す部分断面模式図である。図３に示すように、角速度センサ３０は、リードフレーム３４を備える。角速度センサ素子１は、樹脂層１１を介在させて、リードフレーム３４の実装面３４ａに実装されている。ＩＣデバイス１２もまた、実装面３４ａに実装されている。リードフレーム３４は、たとえば銅系材料や鉄系材料などの、機械的強度、電気伝導度、熱伝導度、耐食性などに優れた金属などの材料によって形成することができる。リードフレーム３４の表面には、電気抵抗を低下させるための金、銀などの貴金属めっき、半田付け性を改善するための銀、スズめっきなどを行なうことができる。
FIG. 3 is a partial cross-sectional schematic diagram showing another modification of the configuration of the angular velocity sensor. As shown in FIG. 3, the
ベース部材としてのリードフレーム３４と、ベース部材上に設置された傾斜面１１ａを有する部材としての樹脂層１１とは、実装領域を構成する。角速度センサ素子１は、実装領域の一部である樹脂層１１の傾斜面１１ａ上において機械的に固定され、かつ、実装領域の一部であるリードフレーム３４の実装面３４ａ上の電極部と電気的に接続されている。ＩＣデバイス１２は、実装領域の一部であるリードフレーム３４の実装面３４ａ上において機械的に固定され、かつ、実装面３４ａ上の電極部と電気的に接続されている。すなわち、角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２とは、実装領域に実装されている。
The
図３に示す構成では、角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２とは、ボンディングワイヤ１３によって、直接電気的に接続されている。そのため、角速度センサ３０は小型化されている。つまり、図１および図２に示す、角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２をそれぞれ実装面の電極部にワイヤボンディングする構成と比較して、図３に示す構成では、角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２との間に、ワイヤボンディングするための隙間を必要としない。図３に示す構成では角速度センサ素子１とＩＣデバイス１２とをより近接して配置することができるので、角速度センサ３０を小型化することができる。
In the configuration shown in FIG. 3, the angular
また図３に示す構成では、角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２は、リードフレーム３４上で、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの封止樹脂３８により覆われて封止されている。そのため、角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２を外気から遮断し、回路を保護することができる構成となっている。角速度センサ３０のその他の構成は、図１に示す角速度センサ１０で説明した通りであるので、その説明は繰返さない。
In the configuration shown in FIG. 3, the angular
次に、角速度センサ素子１について説明する。図４は角速度センサ素子を構成する振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。図５は角速度センサ素子に使用される振動子基板の構造を示す平面図である。
Next, the angular
図４に示す角速度センサ素子１は、静電駆動／容量検出型で、かつ非共振型のものであって、例えば単結晶または多結晶をなす低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面および裏面の両面に接合された例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料などからなる保護基板３とを有する。振動子基板２、保護基板３は、振動子基板２の可動部分を確保するためのキャビティ４形成箇所を除いて、例えば陽極接合などの接合方法により、一体的に接合されている。振動子基板２の両面側の保護基板３の、振動子基板２と対向する側の面に凹部が形成されており、角速度センサ素子１の内部にキャビティ４が形成されている。キャビティ４内は、振動ダンピングを低減するために、真空状態または低圧力状態に保たれている。保護基板３の一方には開口部が形成され、この開口部に膜状の電極５を形成することにより、振動子基板２に対して電気的信号の送受を行なっている。
An angular
図５に示すように、振動子基板２には、エッチング処理などの微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４、駆動梁８、固定部１８１、１８２が形成されている。また、第１および第２モニタ電極９１、９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、ならびに第１〜第４検出電極１６１〜１６４などが形成されている。
As shown in FIG. 5, the
ここで、図５において、振動子基板２の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向とする。第１〜第４の各質量部７１〜７４は、駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４が可動部となっており、第１および第２モニタ電極９１、９２、ならびに第１〜第４駆動電極１０１〜１０４が固定部となっている。
Here, in FIG. 5, the longitudinal direction of the
第１質量部７１には、第１モニタ電極９１ならびに第１および第２の駆動電極１０１、１０２の櫛歯状部分に対向するように、左右に突出形成された、櫛歯状の可動側電極１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが設けられている。
The
第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、その内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接した形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には、第１質量部７１に近接して上記の第１および第２駆動電極１０１、１０２の櫛歯状部分に対向した、櫛歯状の可動側電極１５１ａ、１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側には、それぞれ櫛歯状の第１および第２検出電極１６１、１６２にそれぞれ対向して、櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によって、Ｙ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
The
第４質量部７４には、第２モニタ電極９２ならびに第３および第４の駆動電極１０３、１０４の櫛歯状部分に対向するように、左右に突出形成された、櫛歯状の可動側電極１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが設けられている。
The
第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、その内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接した形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には、第４質量部７４に近接して上記の第３および第４駆動電極１０３、１０４の櫛歯状部分に対向した、櫛歯状の可動側電極１５２ａ、１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の２つの四角形部分の内側には、それぞれ櫛歯状の第３および第４検出電極１６３、１６４にそれぞれ対向して、櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によって、Ｙ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
The third mass portion 73 includes a rectangular
振動子基板２の平面に対して垂直なＺ軸が、角速度検知軸となる。振動子基板２のＹ軸方向の振動による変位により、振動子基板２に対して垂直な検知軸（Ｚ軸）まわりの角速度を検知することができる。つまり、角速度センサ素子１は、図４に示すＺ軸方向を回転中心軸とした回転角速度に応じた出力信号（容量変化）を、電極５を介して外部に出力する。
The Z axis perpendicular to the plane of the
図６は、角速度センサ素子の片面に樹脂層が形成されている状態を示す断面模式図である。図６に示すように、樹脂層１１は傾斜面１１ａを有しており、角速度センサ素子１は傾斜面１１ａ上に設置されている。そのため、図１〜図３において説明したように、角速度センサ素子１は、実装領域の傾斜面１１ａでない表面（すなわち、ベース部材の表面である実装面）に対して傾斜して設置される。つまり、角速度センサ素子１の検知軸（Ｚ軸）が、傾斜面１１ａでない実装領域の表面の垂線に対して傾斜した状態で、角速度センサ素子１は実装領域に実装されている。なお、図６に示すように、電極５は、振動子基板２への電気的信号の送受および振動子基板２の接地のために、保護基板３に形成された貫通穴である、ビアホール６に設けられている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a resin layer is formed on one surface of the angular velocity sensor element. As shown in FIG. 6, the
以上説明したように、この発明の角速度センサにおいては、角速度センサを構成する角速度センサ素子１は、実装領域の傾斜面１１ａでない表面に対して傾斜して設置されている。つまり、図１に示す構成では、角速度センサ素子１は、実装基板１６の実装面１６ａに対して傾斜している。図２に示す構成では、角速度センサ素子１はセラミックパッケージ２４の実装面２４ａに対して傾斜している。図３に示す構成では、角速度センサ素子１はリードフレーム３４の実装面３４ａに対して傾斜している。そのため、角速度センサを、たとえば自動車のダッシュボード上などの傾斜した面に設置する場合、傾斜面１１ａが実装面に対して傾斜している傾斜角度を予め調整しておくことによって、角速度センサ素子１の底面を水平に保持することができる。つまり、傾斜面１１ａと角速度センサが設置される面との、傾斜の大きさが等しくかつ傾斜の方向が逆となるように、傾斜面１１ａの傾斜角度を調整すれば、角速度センサの底面に対して垂直な検知軸を、鉛直方向にすることができる。したがって、角速度センサの検知精度を高めることができる。
As described above, in the angular velocity sensor of the present invention, the angular
角速度センサ素子１は、樹脂層１１の傾斜面１１ａ上に設置されている。そのため、角速度センサの構成の中で角速度センサ素子１のみが、実装領域の傾斜面１１ａでない表面（すなわち実装面）に対して傾斜している。よって、角速度センサ素子１を傾斜させるための支持機構を別途準備する必要はない。したがって、簡単な構造によって角速度センサ素子１を実装領域の傾斜面１１ａでない表面に対して傾斜させることができる。また、角速度センサ全体を傾斜させるための支持機構が不要であるため、角速度センサの小型化が可能である。
The angular
次に、角速度センサの製造方法について説明する。図７は、角速度センサの製造方法を示す流れ図である。図８は、半導体基板準備工程を説明するための模式図である。図９は、樹脂層形成工程を説明するための模式図である。図１０は、切断工程を説明するための模式図である。図１１は、実装された角速度センサ素子を示す模式図である。図７〜図１１を参照して、角速度センサの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the angular velocity sensor will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a method for manufacturing the angular velocity sensor. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a semiconductor substrate preparation step. FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the resin layer forming step. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the cutting process. FIG. 11 is a schematic diagram showing the mounted angular velocity sensor element. A manufacturing method of the angular velocity sensor will be described with reference to FIGS.
図７に示すように、まず工程（Ｓ１０）において、複数の外力検知素子としての角速度センサ素子が形成された半導体基板を準備する。具体的には、ガラス基板にキャビティ（図４参照）を形成し、陽極接合によって上記ガラス基板にシリコン基板を接合し、続いてシリコン基板をエッチングして振動子基板（図５参照）を形成する。そして、シリコン基板上のガラス基板が接合されていない側の面に、キャビティが形成されたガラス基板を接合し、一方のガラス基板に開口部（ビアホール６、図６参照）を形成し電極を形成する。このようにして、図８に示すように、角速度センサ素子１が集合形成された半導体基板４１が完成する。なお、図８（ａ）は半導体基板４１の斜視図、図８（ｂ）は半導体基板４１を側面から見た図である。
As shown in FIG. 7, first, in step (S10), a semiconductor substrate on which angular velocity sensor elements as a plurality of external force detection elements are formed is prepared. Specifically, a cavity (see FIG. 4) is formed in a glass substrate, a silicon substrate is joined to the glass substrate by anodic bonding, and then the silicon substrate is etched to form a vibrator substrate (see FIG. 5). . Then, the glass substrate on which the glass substrate on the silicon substrate is not bonded is bonded to the glass substrate in which the cavity is formed, and an opening (via hole 6, see FIG. 6) is formed in one glass substrate to form an electrode. To do. In this way, as shown in FIG. 8, the
次に、工程（Ｓ２０）において、角速度センサ素子１が集合形成された半導体基板４１の、角速度センサ素子１の外部電極が形成された面と反対側の面上における、複数の角速度センサ素子１のそれぞれの上に相当する位置に、上面が傾斜した樹脂層を形成する。たとえば熱硬化性樹脂を用いた樹脂成形加工を用いて、樹脂層を一体成形することができる。具体的には、図８に示す角速度センサ素子１の上に、半硬化状態のポリイミド、エポキシ樹脂などの樹脂層を形成する。そして図９に示すように、金型４２を押し当て成形し、樹脂層を硬化させることにより、上面１１ｂが半導体基板４１の表面に対して傾斜した樹脂層１１が形成される。
Next, in the step (S20), the plurality of angular
次に、工程（Ｓ３０）において、半導体基板４１を切断し、複数の角速度センサ素子１を個別に分割する。すなわち、ウェハーレベルパッケージ（ＷＬＰ）の技術を応用して、たとえばダイシングソーやワイヤソーなどを用いたダイシング加工などにより、半導体基板４１を切断することができる。そして図１０に示すように、個々の角速度センサ素子１が個別に分割され、それぞれの角速度センサ素子１には上面１１ｂが傾斜した樹脂層１１が形成されている状態となる。
Next, in the step (S30), the
次に工程（Ｓ４０）において、分割した角速度センサ素子１を実装領域に、樹脂層１１の上面１１ｂが実装領域の実装面に対向するように設置する。たとえば図１に示す実装基板１６（たとえばアルミナなどのセラミック基板）の実装面１６ａ上に、樹脂層１１の上面１１ｂが実装面１６ａに対向するように、樹脂層１１を介在させて角速度センサ素子１を設置する。続いて工程（Ｓ５０）において、ＩＣデバイス１２などの電子回路を、角速度センサ素子１が設置されている実装領域の実装面に、設置する。電子回路は、直接実装面に搭載してもよく、他の部材を介在させて実装面に搭載してもよい。続いて工程（Ｓ６０）において、角速度センサ素子１および電子回路を、実装面の、導電性の部材からなる電極部に、ワイヤボンディングにより電気的に接続する。
Next, in the step (S40), the divided angular
このようにして角速度センサ素子１および電子回路は、実装領域の実装面に実装される。そして図１１に示すように、角速度センサ素子１は、実装基板１６の実装面１６ａに対して傾斜した傾斜面１１ａを有する樹脂層１１を介在させて、実装面１６ａに対して傾斜して実装領域に実装された状態となる。なお、実装基板１６の、角速度センサ素子１および電子回路を実装していない側の面（つまり、実装面１６ａと反対側の面）である裏面に、コンデンサや抵抗を形成することも可能である。
Thus, the angular
次に、工程（Ｓ７０）において、角速度センサ素子１および電子回路が実装された実装基板１６を、セラミックパッケージ１４に接着固定し、セラミックパッケージ１４の開口部をキャップ１５によって封止する（図１参照）。なお、図２に示すように、角速度センサ素子１および電子回路が直接セラミックパッケージ２４に実装されている構成では、セラミックパッケージ２４の開口部をキャップ２５で封じることによって封止が行なわれる。また図３に示す角速度センサ素子１および電子回路がリードフレーム３４に実装されている構成では、封止樹脂３８がモールドされて封止が行なわれる。
Next, in step (S70), the mounting
以上説明した各製造工程を経て、図１〜図３に示す外力検知装置としての角速度センサが製造される。この製造方法によれば、角速度センサ素子１のそれぞれと一体となるように、傾斜面１１ａを有する樹脂層１１を形成する。樹脂層１１を介在させて角速度センサ素子１を実装領域に設置することにより、簡単な構造で角速度センサ素子１の底面を実装領域の傾斜面１１ａでない表面に対して傾斜させることができる。つまり、角速度センサの検知軸を、実装領域の傾斜面１１ａでない表面の垂線に対して傾斜させることができる。また、複数の角速度センサ素子１が形成された半導体基板４１の上に、複数の樹脂層１１を形成し、個別に切断する。すなわち、傾斜面１１ａを有する樹脂層１１を形成する際に、ウェハーレベルパッケージ（ＷＬＰ）の技術を応用する。したがって、樹脂層１１の加工費用を低減させることができる。
The angular velocity sensor as the external force detection device shown in FIGS. 1 to 3 is manufactured through the manufacturing steps described above. According to this manufacturing method, the
なお、これまでの説明においては、角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２などの電子回路をワイヤボンディングにより電気的に接続して実装する構成について述べているが、実装方法はワイヤボンディングに限られるものではない。たとえば、樹脂層１１に開口部を形成し、めっき層を形成することにより、角速度センサ素子１およびＩＣデバイス１２と実装領域とを電気的に接続することも可能である。
In the description so far, the configuration has been described in which electronic circuits such as the angular
またこれまでの説明では、傾斜面１１ａを有する樹脂層１１とベース部材とによって実装領域が構成されている例について述べているが、このような構成に限られるものではない。たとえば、予め傾斜面を有する形状に焼結され形成されたアルミナ基板を準備し、このアルミナ基板を実装領域とし、アルミナ基板の傾斜面に外力検知素子を直接固定する構成としてもよい。またたとえば、金属製のリードフレームの表面の一部に機械加工などにより傾斜面を形成し、このリードフレームを実装領域としてもよい。
In the description so far, the example in which the mounting region is configured by the
また、この発明は、角速度センサに限らず、加速度センサなどにも適用することができる。すなわち、加速度センサを予め実装領域の傾斜面でない表面に対して傾斜させておくことにより、加速度センサを傾斜面に設置した場合でも、検知軸を実際に加速度が働く方向に一致させることができる。 Further, the present invention can be applied not only to angular velocity sensors but also to acceleration sensors and the like. That is, by previously tilting the acceleration sensor with respect to the non-sloped surface of the mounting area, the detection axis can be made to coincide with the direction in which the acceleration actually acts even when the acceleration sensor is installed on the sloped surface.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 角速度センサ素子、２ 振動子基板、３ 保護基板、４ キャビティ、５ 電極、６ ビアホール、８ 駆動梁、１０，２０，３０ 角速度センサ、１１ 樹脂層、１１ａ 傾斜面、１１ｂ 上面、１２ ＩＣデバイス、１３ ボンディングワイヤ、１４，２４ セラミックパッケージ、１５，２５ キャップ、１６ 実装基板、１６ａ，２４ａ，３４ａ 実装面、１７ 接着剤、３４ リードフレーム、３８ 封止樹脂、４１ 半導体基板、４２ 金型、７１，７２，７３，７４ 質量部、９１，９２ モニタ電極、１０１，１０２，１０３，１０４ 駆動電極、１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 可動側電極、１２１，１２２ 駆動枠、１３１，１３２ 検出梁、１４１，１４２ 検出枠、１５１ａ，１５１ｂ，１５２ａ，１５２ｂ，１７１，１７２ 可動側電極、１６１，１６２，１６３，１６４ 検出電極、１８１，１８２ 固定部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記外力検知素子と電気的に接続された電子回路と、
前記外力検知素子と前記電子回路とが実装され、傾斜面を有する部分を含む実装領域とを備え、
前記外力検知素子は、前記傾斜面上に設置されている、外力検知装置。 An external force detection element formed of a semiconductor substrate;
An electronic circuit electrically connected to the external force detection element;
The external force detection element and the electronic circuit are mounted, and includes a mounting region including a portion having an inclined surface,
The external force detection device is an external force detection device installed on the inclined surface.
前記外力検知素子は、前記実装領域の前記電極部とワイヤボンディングにより電気的に接続されている、請求項１に記載の外力検知装置。 The mounting area includes an electrode portion made of a conductive member,
The external force detection device according to claim 1, wherein the external force detection element is electrically connected to the electrode portion in the mounting region by wire bonding.
前記外力検知素子は、前記リードフレーム上で樹脂により封止されている、請求項１または請求項２に記載の外力検知装置。 The mounting area includes a lead frame;
The external force detection device according to claim 1, wherein the external force detection element is sealed with resin on the lead frame.
前記半導体基板の、前記複数の外力検知素子のそれぞれの上に、上面が傾斜した樹脂層を形成する工程と、
前記半導体基板を切断し、前記複数の外力検知素子を個別に分割する工程と、
前記外力検知素子を実装領域に、前記樹脂層の前記上面が前記実装領域の実装面に対向するように、実装する工程とを備える、外力検知装置の製造方法。 Preparing a semiconductor substrate on which a plurality of external force detection elements are formed;
Forming a resin layer whose upper surface is inclined on each of the plurality of external force detection elements of the semiconductor substrate;
Cutting the semiconductor substrate and dividing the plurality of external force detection elements individually;
And mounting the external force detection element in a mounting region so that the upper surface of the resin layer faces the mounting surface of the mounting region.
前記実装する工程では、前記外力検知素子を前記実装面の前記電極部に、ワイヤボンディングにより電気的に接続する、請求項６に記載の外力検知装置の製造方法。 The mounting area includes an electrode portion made of a conductive member,
The method of manufacturing an external force detection device according to claim 6, wherein in the mounting step, the external force detection element is electrically connected to the electrode portion of the mounting surface by wire bonding.
前記実装する工程では、前記外力検知素子を前記リードフレーム上に実装して樹脂で封止する、請求項６または請求項７に記載の外力検知装置の製造方法。 The mounting area includes a lead frame;
The manufacturing method of the external force detection device according to claim 6 or 7, wherein, in the mounting step, the external force detection element is mounted on the lead frame and sealed with resin.
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