JP2009099822A - 物理量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波ボンディング時のワイヤーの接合不良およびセンサの破損を防ぐとともに、耐衝撃性に優れた物理量検出装置を提供する。
【解決手段】物理量検出装置２０は基板７上に搭載されたセンサ部１９を備える。センサ部１９は、錘部１が一対の梁部２を介して枠部３と接合し、枠部３の開口部に懸架される。また下蓋４が枠部３の下部と接合する。枠部３の上部にはパッド電極５が設けられ、基板７上に設けられた基板電極８と接続ワイヤー６を介して電気的に接続する。さらにセンサ部１９は、支持部材９により下蓋４の下側から基板７上で支持される。支持部材９はセンサ部１９または基板７のいずれか一方に固着された状態で、センサ部１９を基板７上で支持する。支持部材９に支持されたセンサ部１９は、弾性接着剤１０により基板７に対して固着されている。支持部材９は弾性接着剤１０より硬度の高い部材により構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定体に加わる加速度や傾斜角などの物理量を検出しこれを電気的信号に変換する物理量検出装置に関する。

物理量検出装置とは、機械的な物理量を電気的な信号に変換する変換器の総称であり、傾斜角度に応じた電気信号を出力する傾斜センサや、加速度に応じた電気信号を出力する加速度センサが知られている。傾斜センサでは、傾斜角に応じて異なる情報を入力するための入力手段などにも使われており、加速度センサは、自動車のエアバッグ作動手段の検出手段などにも使われている。

このような物理量検出装置として多くの種類が提案されている。中でも、梁等により懸架された錘部を有し、印加される物理量に応じた錘部の変位を検出するものとして、ゲージ抵抗の歪みによる抵抗値の変化により物理量を検出する抵抗型物理量検出装置が知られており、多くの提案を見るものである（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された従来技術の構成と機能について図面を用いて説明する。図３は特許文献１に記載された従来技術を説明しやすいようにその趣旨を逸脱しない範囲で書き直した断面図である。

特許文献１に記載された従来の物理量検出装置１２０は、枠部１０３と、薄肉で可撓性である一対の梁部１０２を介して枠部１０３中央の開口部に懸架された錘部１０１とを有する。枠部１０３は低弾性接着剤１１０を用いて基板１０７に接着されている。また従来の物理量検出装置１２０は、枠部１０３上面にパッド電極１０５を設けるとともに、基板１０７上面には基板電極１０８を設け、パット電極１０５と基板電極１０８とを接続ワイヤー１０６を介して電気的に接続している。

このように構成すると、固定された物理量検出装置１２０が加速度等の物理量を受けた際に、枠部１０３の開口部に懸架された錘部１０１は慣性運動するため、印加された加速度の大きさと方向に応じて梁部１０２に撓みを生じることとなる。
知られているように、前述の梁部１０２上に例えばピエゾ抵抗素子を形成して、そのピエゾ抵抗素子を含んだホイートストン・ブリッジを構成すれば、ブリッジ平衡電圧の変動から物理量検出装置１２０に加わった加速度等の物理量を検出することができる。

また特許文献１に示す物理量検出装置１２０においては、耐衝撃性を向上させる目的で、シリコン樹脂等からなる低弾性接着剤１１０を用いて枠部１０３を基板１０７に固着している。さらに低弾性接着剤１１０の熱膨張を抑えるため、低弾性接着剤１１０に粒子を含有させている。

特開２００７−３５９６５号公報（第７〜１０頁、図２）

しかし、従来技術の物理量検出装置では次のような問題がある。一般に、接続ワイヤーの電極への接合方法としては、超音波振動と加熱を併用する超音波ボンディング手段が広く用いられている。
従来技術の物理量検出装置１２０においては、枠部１０３が低弾性接着剤１１０で基板
１０７に固着されている。このため、超音波接合する際にパッド電極１０５と接続ワイヤー１０６とに加えられる圧力が、低弾性接着剤１１０によって緩和されてパッド電極１０５と接続ワイヤー１０６との界面に有効に作用しない。この結果、接続ワイヤー１０６とパッド電極１０５とが正しく接合されない問題があった。

また、従来技術の物理量検出装置１２０においては、枠部１０３が低弾性接着剤１１０を介して基板１０７に接着されているため、ワイヤーボンディング時の超音波振動により、枠部１０３が共振して梁部１０２を損傷するという問題を生じていた。

そこで本発明の目的は、上記の課題を解決して、超音波ボンディング時のワイヤーの接合不良およびセンサの破損を防ぐとともに、耐衝撃性に優れた物理量検出装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の物理量検出装置は、下記記載の構成を採用するものである。

本発明の物理量検出装置は、印加される物理量を検出するセンサが基板上に搭載され、ワイヤーボンディングするためのパッド電極がセンサに設けられた物理量検出装置において、センサを、パッド電極の反対側から基板上で支持する支持部材と、支持部材により基板上で支持されたセンサを、基板に対して固着する接着剤とを備え、支持部材は接着剤より高い硬度を有することを特徴とするものである。

また本発明の物理量検出装置は、上記記載の構成に加えて、センサまたは基板の、支持部材と当接する箇所に凹部を設けることを特徴とするものである。

さらに本発明の物理量検出装置は、上記記載の構成に加えて、支持部材は、センサまたは基板と一体に形成されることを特徴とするものである。

本発明の物理量検出装置では、センサは、支持部材より硬度の低い接着剤で基板に対して固着される。このため、外部からの衝撃を接着剤により緩和することにより、センサの破損を防ぐことができる。
また本発明の物理量検出装置では、センサが、パッド電極の反対側から支持部材により支持されている。このため、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、接続ワイヤーとパッド電極との界面に有効な圧力が印加される。これにより、接続ワイヤーとパッド電極との接合を良好に行うことができる。
さらに本発明の物理量検出装置では、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、超音波振動が支持部材を介して基板側に伝わるので、センサの共振による破損を防ぐことができる。

以下図面を参照しながら本発明の最適な実施の形態における物理量検出装置について詳細に説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１における物理量検出装置の構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、実施例１における物理量検出装置２０は、センサ部１９が基板７上に搭載された構成を備える。センサ部１９は、略立方形の錘部１と、薄肉で可撓性の梁部２と、中央に開口部を有する枠部３と、下蓋４とからなる。錘部１は一対の梁部２を介し
て枠部３と接合しており、枠部３の開口部のほぼ中央に懸架されている。下蓋４は略四角形の平面形状を有し、端部において枠部３の下部と接合している。

錘部１と梁部２と枠部３と下蓋４の材料としては、例えば、シリコン単結晶やガラス板を用いることができる。このような材料を用いると、フォトリソグラフィ技術や異方性ドライエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）等の知られている加工手段により小型の物理量検出装置２０を形成することができる。
また、梁部２の部材としては、シリコン単結晶やガラスの他、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の可撓性材料を用いることができる。

また物理量測定装置２０では、センサ部１９の枠部３の上部にパッド電極５が設けられる。このパッド電極５は、基板７上に設けられた基板電極８と接続ワイヤー６を介して電気的に接続している。

さらに物理量測定装置２０では、センサ部１９は、略立方体形状の支持部材９により下蓋４の下側から基板７上で支持される。ここで支持部材９は、パッド電極５の真下からセンサ部１９を支持することが望ましい。支持部材９はセンサ部１９または基板７のいずれか一方に固着された状態で、センサ部１９を基板７上で支持する。
支持部材９に支持されたセンサ部１９は、弾性接着剤１０により基板７に対して固着されている。ここで、支持部材９は弾性接着剤１０より硬度の高い部材により構成される。
支持部材９は、例えば、半導体集積回路チップの突起電極を形成する方法により、Ａｕ、Ｃｕ、ハンダ等の金属材料を用いて形成される。弾性接着剤１０の材料としては、例えば、弾性率の低いシリコン樹脂等を用いることができる。

物理量検出装置２０は、上述した構成を備えることにより、固定された物理量検出装置２０が加速度等の物理量を受けた際に、内部に懸架された錘部１は慣性運動するため、印加された加速度の大きさと方向に対応する撓みが梁部２に生じることとなる。知られているように、前述の梁部２上に例えばピエゾ抵抗素子を形成して、そのピエゾ抵抗素子を含んだホイートストン・ブリッジを構成すれば、ブリッジ平衡電圧の変動から物理量検出装置２０に加わった加速度等の物理量を検出することができる。
また、図１に示す梁部２とは別に、例えば一対の梁を梁部２に対して垂直方向に設けることにより、２軸・３軸の物理量検出装置を構成することができる。

また、本発明の実施例１の物理量検出装置２０においては、センサ部１９は、弾性接着剤１０より硬度の高い支持部材９により下蓋４の下側から基板７上で支持される。望ましくは、パッド電極５の真下から、支持部材９によりセンサ部１９は支持される。
このため、パッド電極５上に接続ワイヤー６を超音波接合する際のパッド電極５と接続ワイヤー６とに加えられる圧力が、弾性接着剤１０によって緩和されることなく、パッド電極５と接続ワイヤー６との界面に有効に印加される。また、超音波振動も、パッド電極５と接続ワイヤー６との界面に有効に作用する。これにより、本発明の第１実施例の物理量検出装置２０においては、接続ワイヤー６とパッド電極５との接合を良好に行うことができる。

さらに、本発明の実施例１の物理量検出装置２０においては、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、超音波振動が枠部３と支持部材９とを介して基板７側に伝わる。このため、枠部３の共振による梁部２の破損を防ぐことができる。

さらに、本発明の実施例１の物理量検出装置２０においては、センサ部１９は、支持部材９より硬度の低い弾性接着剤１０で基板７に対して固着される。このため、外部からの衝撃を弾性接着剤１０により緩和することにより、センサ部１９の破損を防ぐことができ
る。

図１においては、支持部材９が略立方体形状を有してセンサ部１９を支持する構成例を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、支持部材９が、例えば球形状、半球形状を有してセンサ部１９を支持する構成であっても良い。

また、図１においては、支持部材９が、下蓋４および基板７と別体で形成された構成例を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、下蓋４または基板７と一体に形成されていても良い。
支持部材９と下蓋４とを一体に形成する場合は、例えば、エッチング手段により下蓋４と一体となる突起形状を設けて、これを支持部材９とすることができる。また、基板７と下蓋４とを一体に形成する場合は、例えば、配線パターン・レジストパターンを形成するエッチング手段などにより突起形状を設けて、これを支持部材９とすることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２の物理量検出装置について、図面を用いて説明する。すでに説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その説明は省略する。実施例２の物理量検出装置は、支持部材および基板の構成が、実施例１の物理量検出装置と異なることを特徴とするものである。図２は、本発明の第２の実施例における物理量検出装置の構造を説明するために模式的に示す断面図である。

図２に示すように、本発明の実施例２の物理量検出装置２１は、支持部材９が略球形状に形成される。この略球状の支持部材９は、基板７に設けられた凹部１１内で固定される。この略球状の支持部材９として、例えば、市販の球状材料であるシリカ粒子やエポキシ、ウレタン、アクリル、ポリイミド等の樹脂粒子を用いることができる。さらに、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、ハンダ等の金属粒子を支持部材９として用いることができる。基板７上の凹部１１は、例えば、エッチング手段により形成される。

実施例２の物理量検出装置２１においても、実施例１の物理量検出装置２０と同様に、パッド電極５の真下から、支持部材９によりセンサ部１９が支持されることが望ましい。

実施例２の物理量検出装置２１は、例えば、基板７上の所定の位置に凹部１１が形成され、略球状の支持部材９が内部に分散された弾性接着剤１０により、センサ部１９と基板７とが固着される。これにより、実施例２の物理量検出装置２１は、実施例１の物理量検出装置２０と比較して、センサ部１９が支持部材９により基板７上で支持された構成を、容易に作製することが可能となる。

実施例２の物理量検出装置２１は、実施例１の物理量検出装置２０と同様に、センサ部１９が、弾性接着剤１０より硬度の高い支持部材９により下蓋４の下側から基板７上で支持される。このため、パッド電極５上に接続ワイヤー６を超音波接合する際のパッド電極５と接続ワイヤー６とに加えられる圧力が、パッド電極５と接続ワイヤー６の界面に有効に印加され、接続ワイヤー６とパッド電極５との接合を良好に行うことができる。

さらに、本発明の実施例２の物理量検出装置２１においては、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、超音波振動が枠部３と支持部材９とを介して基板７側に伝わる。このため、枠部３の共振による梁部２の破損を防ぐことができる。
さらに、本発明の実施例２の物理量検出装置２１においては、センサ部１９は、支持部材９より硬度の低い弾性接着剤１０で基板７に対して固着されため、外部からの衝撃を弾性接着剤１０により緩和して、センサ部１９の破損を防ぐことができる。

上述した実施例１および実施例２においては、梁部にピエゾ抵抗素子などの検出素子を設け、錘部の変位による梁部の撓みを検出する抵抗型のセンサが、支持部材により基板上で支持されるとともに弾性接着剤で固着される例を示した。
しかし、本発明は抵抗型のセンサを備える物理量検出装置に限定されるものではなく、例えば、錘部に第１の電極を設けるとともに枠部に第２の電極を設け、錘部の変位による電極間の電気的容量を検出する容量型センサなど、他の方式のセンサを備える物理量検出装置に対しても適用可能である。

センサの種類、方式を問わず、ワイヤーボンディングするためのパッド電極を備えるセンサを、支持部材により基板上で支持するとともに弾性接着剤で固着することにより、超音波ボンディング時のワイヤーの接合不良およびセンサの破損を防ぐとともに、耐衝撃性に優れた物理量検出装置を提供することが可能となる。

本発明の実施例１における物理量検出装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施例２における物理量検出装置の構造を示す断面図である。 従来技術の物理量検出装置の構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 錘部
２ 梁部
３ 枠部
４ 下蓋
５ パッド電極
６ 接続ワイヤー
７ 基板
８ 基板電極
９ 支持部材
１０ 弾性接着剤
１１ 凹部
１９ センサ部
２０、２１ 物理量検出装置

Claims (3)

1. 印加される物理量を検出するセンサが基板上に搭載され、ワイヤーボンディングするためのパッド電極が前記センサ上に設けられた物理量検出装置において、
   前記センサを、前記パッド電極の反対側から前記基板上で支持する支持部材と、
   前記支持部材により前記基板上で支持された前記センサを、前記基板に対して固着する接着剤とを備え、
   前記支持部材は前記接着剤より高い硬度を有する
   ことを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記センサまたは前記基板の、前記支持部材と当接する箇所に凹部を設ける
   ことを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 前記支持部材は、前記センサまたは前記基板と一体に形成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の物理量検出装置。

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