JP4333425B2 - Sensor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも、センサ素子を有する複数の基板を組み合わせてなるセンサ装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a sensor device including at least a plurality of substrates having sensor elements, and a method for manufacturing the same.
従来、少なくとも、センサ素子を有する複数の基板を組み合わせてなるセンサ装置として、例えば非特許文献1が開示されている。 Conventionally, for example, Non-Patent Document 1 is disclosed as a sensor device formed by combining at least a plurality of substrates having sensor elements.
非特許文献1に示される磁気センサは、3軸磁界を検出するための3つのホール素子を有する磁気センサであり、2つの基板により構成される。第1の基板(n−Siウエハ)は、イオン注入により形成された3つのホール素子を有しており、2つのホール素子(例えばx,y検出用)を含む所定領域が、基板表面にポリイミドを有するカンチレバー状に加工されている。そして、2つのカンチレバーは、ホール素子の形成面が基板表面に対して垂直となるように、ポリイミドの熱収縮により折曲されている。尚、2つのカンチレバーは、ホール素子の形成面同士のなす角が略90度となるように、基板に対して所定位置に形成されている。また、第2の基板(n−Siウエハ)は、カンチレバーを収納・固定するための、異方性エッチングにより形成されたキャビティ部を有している。 The magnetic sensor shown in Non-Patent Document 1 is a magnetic sensor having three Hall elements for detecting a three-axis magnetic field, and is constituted by two substrates. The first substrate (n-Si wafer) has three Hall elements formed by ion implantation, and a predetermined region including two Hall elements (for example, x, y detection) is polyimide on the substrate surface. It is processed into a cantilever shape having The two cantilevers are bent by thermal contraction of polyimide so that the Hall element formation surface is perpendicular to the substrate surface. The two cantilevers are formed at predetermined positions with respect to the substrate so that the angle formed by the Hall element formation surfaces is approximately 90 degrees. Further, the second substrate (n-Si wafer) has a cavity portion formed by anisotropic etching for housing and fixing the cantilever.
そして、キャビティ部にカンチレバーの折曲部位を挿入した状態で、第2の基板を第1の基板上に固定し、静電力によりキャビティ部の内壁面にカンチレバーを密着させ、さらに加熱する。これにより、ポリイミドを接着層(中間層)として2つの基板を組み合わせてなる磁気センサが形成される。
上述の磁気センサの場合、第1の基板のカンチレバーを折曲させ、第2の基板のキャビティ部内壁面にカンチレバーを固定することにより、ホール素子の形成面同士(第1の基板表面と第2の基板のキャビティ部内壁面に固定されたカンチレバーの折曲面)のなす角を所定角度に保持している。 In the case of the magnetic sensor described above, the cantilever of the first substrate is bent, and the cantilever is fixed to the inner wall surface of the cavity portion of the second substrate, so that the Hall element formation surfaces (the first substrate surface and the second substrate surface) The angle formed by the folding surface of the cantilever fixed to the inner wall surface of the cavity portion of the substrate is held at a predetermined angle.
しかしながら、このようにカンチレバーを折曲させるためには、折曲部位を薄肉化する必要があり、折曲により当該折曲部位にクラックが生じ、場合によっては折曲部位が切断される恐れがある。また、ホール素子の形成面同士のなす角を所定角度とするためには、第1の基板に対して第2の基板を高精度に位置決めして固定する必要がある。 However, in order to bend the cantilever in this way, it is necessary to thin the bent portion, and the bent portion may cause a crack in the bent portion, and in some cases, the bent portion may be cut. . Further, in order to set the angle formed by the Hall element formation surfaces to a predetermined angle, it is necessary to position and fix the second substrate with respect to the first substrate with high accuracy.
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、基板の折曲が不要で、基板同士の位置決めが容易な複数の基板からなるセンサ装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sensor device including a plurality of substrates that do not require bending of the substrates and allows easy positioning of the substrates, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成する為に請求項1に記載のセンサ装置は、少なくとも、センサ素子を有する複数の基板を組み合わせてなるセンサ装置であって、基板表面に対して所定深さをもつ除去領域を少なくとも1箇所有する母基板と、少なくとも一部が除去領域に挿入される挿入基板とを備え、挿入基板が除去領域に挿入され、母基板に固定された状態で、センサ素子の形成面同士が、互いに所定の角度をなしていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the sensor device according to claim 1 is a sensor device comprising a combination of at least a plurality of substrates having sensor elements, and at least a removal region having a predetermined depth with respect to the substrate surface. The sensor element forming surface includes a mother substrate having one location and an insertion substrate into which at least a part is inserted into the removal region, and the insertion substrate is inserted into the removal region and fixed to the mother substrate. It is characterized by having a predetermined angle.
このように、本発明のセンサ装置によると、母基板に設けられた除去領域に挿入基板を挿入することにより、母基板と挿入基板の位置決めがなされる。従って、両基板の相対的な位置を決定する位置決めが従来よりも容易である。 Thus, according to the sensor device of the present invention, the mother board and the insertion board are positioned by inserting the insertion board into the removal region provided in the mother board. Therefore, positioning for determining the relative positions of the two substrates is easier than before.
また、センサ素子が形成された別個の基板表面同士のなす角が、センサ素子の形成面同士のなす角となる。従って、従来のように基板を折曲しなくとも、基板同士のなす角を調整することで、センサ素子の形成面同士のなす角を所定の角度とすることができる。従って、本発明のセンサ装置は、異なる位相(多軸)を検出することができる。 In addition, the angle formed between the separate substrate surfaces on which the sensor elements are formed is the angle formed between the formation surfaces of the sensor elements. Therefore, even if the substrates are not bent as in the prior art, by adjusting the angle formed between the substrates, the angle formed between the formation surfaces of the sensor elements can be set to a predetermined angle. Therefore, the sensor device of the present invention can detect different phases (multi-axis).
尚、少なくとも、センサ素子を有する複数の基板を組み合わせてなるセンサ装置とは、センサ素子を有する複数の基板だけを組みあせて構成されても良いし、センサ素子を有する複数の基板とともに、センサ素子を有さない基板を組み合わせて構成されても良い。 It should be noted that at least a sensor device formed by combining a plurality of substrates having sensor elements may be configured by combining only a plurality of substrates having sensor elements, or together with a plurality of substrates having sensor elements. It may be configured by combining substrates that do not have.
ここで、センサ素子の形成面同士がなす所定の角度とは、少なくともセンサ素子の形成面同士が同一平面にない状態にあれば良いが、略90度の角度をなしていると、各センサ素子からの出力に基づいた角度演算が容易となるため好ましい。 Here, the predetermined angle formed by the sensor element forming surfaces may be at least in a state where the sensor element forming surfaces are not in the same plane. This is preferable because the angle calculation based on the output from becomes easy.
センサ素子の形成面同士が、互いに略90度の角度をなす構成としては、例えば請求項2に記載のように、母基板が除去領域を2箇所有し、除去領域に挿入されるそれぞれの挿入基板がセンサ素子を有している場合、挿入基板が除去領域に挿入された状態で、挿入基板におけるセンサ素子の形成面同士が、互いに略90度の角度をなす構成とすることができる。 As a configuration in which the sensor element formation surfaces form an angle of approximately 90 degrees with each other, for example, as described in claim 2, each of the mother substrates has two removal regions and is inserted into the removal region. In the case where the substrate has a sensor element, the sensor element forming surfaces of the insertion substrate may be at an angle of approximately 90 degrees with the insertion substrate inserted in the removal region.
この場合、除去領域に挿入基板を挿入・固定した状態で、センサ素子を備える2つの挿入基板の表面同士のなす角が略90度となるように、母基板に2つの除去領域が形成されれば、除去領域に挿入基板を挿入・固定した状態で、挿入基板に設けられたセンサ素子の形成面同士のなす角を略90度とすることができる。 In this case, in the state where the insertion substrate is inserted and fixed in the removal region, the two removal regions are formed on the mother substrate so that the angle formed by the surfaces of the two insertion substrates provided with the sensor elements is approximately 90 degrees. For example, in a state where the insertion substrate is inserted and fixed in the removal region, the angle formed by the formation surfaces of the sensor elements provided on the insertion substrate can be set to approximately 90 degrees.
また、請求項3に記載のように、母基板及び挿入基板がそれぞれセンサ素子を有し、除去領域が母基板の表面に対して略垂直な側面を有する場合も、挿入基板が除去領域に挿入され、母基板に固定された状態で、センサ素子の形成面同士が、互いに略90度の角度をなす構成とすることができる。 Further, as described in claim 3, when the mother board and the insertion board each have a sensor element and the removal area has a side surface substantially perpendicular to the surface of the mother board, the insertion board is inserted into the removal area. In a state where the sensor element is fixed to the mother board, the sensor element forming surfaces can form an angle of approximately 90 degrees with each other.
このように、除去領域が母基板の表面に対して略垂直な側面を有していると、除去領域に挿入基板を挿入・固定した状態で、母基板及び挿入基板の表面同士が、互いに略90度の角度をなすこととなる。従って、母基板及び挿入基板にそれぞれ形成されたセンサ素子の形成面同士のなす角を略90度とすることができる。 As described above, when the removal region has a side surface substantially perpendicular to the surface of the mother substrate, the surfaces of the mother substrate and the insertion substrate are substantially the same with each other in a state where the insertion substrate is inserted and fixed in the removal region. An angle of 90 degrees is formed. Therefore, the angle formed by the formation surfaces of the sensor elements respectively formed on the mother board and the insertion board can be approximately 90 degrees.
母基板に対する挿入基板の固定は、例えば挿入基板の挿入部位と略同等に設けられた除去領域に対して、挿入基板を挿入することによりなされても良い。それ以外にも、例えば請求項4に記載のように、挿入基板が基板表面から突出する突出部を有し、挿入基板が除去領域に挿入された状態で、突出部が母基板における除去領域の周囲部位に固定されても良い。この場合、突出部が母基板における除去領域の周囲部位に係止して位置決めされた状態で、突出部と周囲部が固定される。固定方法としては、接着剤による接着や、突出部と周囲部位に設けられた突出部に対応する溝部との嵌合等を適用することができる。 The insertion board may be fixed to the mother board, for example, by inserting the insertion board into a removal region provided substantially equal to the insertion site of the insertion board. In addition, for example, as described in claim 4, the insertion substrate has a protruding portion that protrudes from the substrate surface, and the protruding portion is a portion of the removal region in the mother substrate in a state where the insertion substrate is inserted into the removal region. It may be fixed to the surrounding site. In this case, the protruding portion and the peripheral portion are fixed in a state where the protruding portion is locked and positioned at the peripheral portion of the removal region on the mother substrate. As a fixing method, adhesion by an adhesive, fitting between a protruding portion and a groove portion corresponding to the protruding portion provided in the surrounding portion, or the like can be applied.
具体的には、請求項5に記載のように、挿入基板が、突出部としてセンサ素子に電気的に接続された複数の接続端子を有し、母基板が除去領域を除く基板表面に挿入基板に設けられたセンサ素子の配線部を有しており、接続端子が母基板における除去領域の周囲部位に固定された状態で、接続端子と配線部が電気的に接続していると良い。 Specifically, as described in claim 5, the insertion board has a plurality of connection terminals electrically connected to the sensor element as protrusions, and the mother board is inserted on the substrate surface excluding the removal region. It is preferable that the connection terminal and the wiring part are electrically connected in a state where the connection terminal is fixed to the peripheral portion of the removal region in the mother substrate.
ここで、除去領域の内壁に所定パターンの配線部を設けるのは困難である。しかしながら、本発明によると、接続端子が母基板における除去領域の周囲部位に固定されるので、当該周囲部位を含む基板表面に配線部を有していれば、接続端子と配線部の電気的な接続を容易に確保することができる。また、母基板の同一平面上に、各センサ素子の出力検出用の電極等を設けることができる。 Here, it is difficult to provide a wiring portion having a predetermined pattern on the inner wall of the removal region. However, according to the present invention, since the connection terminal is fixed to the peripheral part of the removal region in the mother board, if the wiring part is provided on the substrate surface including the peripheral part, the electrical connection between the connection terminal and the wiring part Connection can be easily secured. In addition, an electrode for detecting the output of each sensor element can be provided on the same plane of the mother board.
尚、請求項5においては、接続端子が溶融されて配線部と接合していることが好ましい。この場合、挿入基板に設けられたセンサ素子と母基板に設けられた配線部とが安定して電気的に接続される。また、母基板に対して挿入基板が安定して固定される。 In the fifth aspect, it is preferable that the connection terminal is melted and joined to the wiring portion. In this case, the sensor element provided on the insertion board and the wiring part provided on the mother board are stably electrically connected. Further, the insertion board is stably fixed to the mother board.
ここで、除去領域は非貫通孔である溝部であっても良いし、請求項7に記載のように、母基板の対向する両表面を貫通する貫通孔であっても良い。貫通孔の場合、液体内に母基板と挿入基板を配置し、除去領域である貫通孔を通過する液体の流れにより、自動的に挿入基板を母基板の貫通孔に位置決めすることも可能である。 Here, the removal region may be a groove portion that is a non-through hole, or may be a through hole that penetrates both opposing surfaces of the mother substrate as described in claim 7. In the case of a through hole, the mother board and the insertion board can be arranged in the liquid, and the insertion board can be automatically positioned in the through hole of the mother board by the flow of the liquid passing through the through hole as the removal region. .
具体的には、請求項8に記載のように、挿入基板が略正方形の表面を有し、当該表面を構成する4辺に対して、複数を1組とする接続端子がそれぞれ平行に設けられていると、どの辺を挿入先端として貫通孔に挿入されても、挿入基板のセンサ素子と母基板の配線部との電気的な接続を確保することができる。 Specifically, as described in claim 8, the insertion board has a substantially square surface, and a plurality of sets of connection terminals are provided in parallel to the four sides constituting the surface. In this case, the electrical connection between the sensor element of the insertion board and the wiring part of the mother board can be ensured regardless of which side is inserted into the through hole as the insertion tip.
また、請求項9に記載のように、挿入基板の表面は矩形状を有し、接続端子は、矩形状の角部を構成する2辺における角部頂点からの距離が等しい点を結んだ直線上に設けられていると、角部を挿入先端として挿入基板が貫通孔に挿入される場合に、挿入基板のセンサ素子と母基板の配線部との電気的な接続を確保することができる。 In addition, as described in claim 9, the surface of the insertion board has a rectangular shape, and the connection terminal is a straight line connecting points having equal distances from the corner vertices on the two sides constituting the rectangular corner. When provided above, when the insertion board is inserted into the through-hole with the corner portion as an insertion tip, electrical connection between the sensor element of the insertion board and the wiring part of the mother board can be ensured.
また、請求項10に記載のように、挿入基板がその挿入先端に、当該基板よりも比重の大きな材料からなる重り部を有していると、挿入基板は重り部を挿入先端として貫通孔に挿入される。従って、重り部に対して基板の所定位置に接続端子が形成されていれば、挿入基板のセンサ素子と母基板の配線部との電気的な接続を確保することができる。
Further, as described in
また、請求項11に記載のように、挿入基板の対向する両表面に、同一の大きさ及び形状を有するセンサ素子が、それぞれ設けられていると、貫通孔を挟んだ貫通孔の周囲部位の一方のみに配線部が形成されていても、挿入基板の表裏面に関係なく、接続端子と配線部との電気的な接続を確保することができる。
In addition, as described in
また、請求項12に記載のように、母基板の除去領域を挟んで対向する両周辺部位に、配線部がそれぞれ設けられていると、請求項11とは逆に、挿入基板の対向する両表面の一方のみにセンサ素子及び接続端子が形成されていても、挿入基板の表裏面に関係なく、接続端子と配線部との電気的な接続を確保することができる。 Further, as described in claim 12, when wiring portions are respectively provided in both peripheral portions facing each other with the removal region of the mother board interposed therebetween, both of the opposing substrates of the insertion board are opposite to claim 11. Even if the sensor element and the connection terminal are formed on only one of the front surfaces, the electrical connection between the connection terminal and the wiring portion can be ensured regardless of the front and back surfaces of the insertion board.
尚、請求項1〜12のセンサ素子としては、請求項13に記載のようにホール素子を適用することができる。 In addition, as a sensor element of Claims 1-12, a Hall element can be applied as described in Claim 13.
次に、少なくともセンサ素子を有する複数の基板を組み合わせてなるセンサ装置の製造方法は、請求項14に記載のように、複数の基板の少なくとも一部にセンサ素子を形成する工程と、複数の基板の1つを母基板とし、当該母基板に所定深さの除去領域を少なくとも1箇所形成する工程と、残りの基板を挿入基板とし、当該挿入基板の少なくとも一部を除去領域に挿入し、挿入基板を母基板に固定する工程とを備え、挿入基板を母基板に固定した状態で、センサ素子の形成面同士が、互いに所定の角度をなすことを特徴とする。 Next, a method for manufacturing a sensor device comprising a combination of a plurality of substrates having at least sensor elements includes a step of forming sensor elements on at least a part of the plurality of substrates, and a plurality of substrates as claimed in claim 14. One of the substrate is used as a mother substrate, a step of forming at least one removal region of a predetermined depth on the mother substrate, and the remaining substrate is used as an insertion substrate, and at least a part of the insertion substrate is inserted into the removal region and inserted. And a step of fixing the substrate to the mother board, wherein the formation surfaces of the sensor elements form a predetermined angle with each other in a state where the insertion board is fixed to the mother board.
本発明の作用効果は、請求項1に記載の発明の作用効果と同一であるので、その記載を省略する。 Since the operational effects of the present invention are the same as the operational effects of the invention described in claim 1, the description thereof is omitted.
尚、除去領域は、例えば請求項15に記載のように、母基板をエッチングすることにより形成しても良い。また、母基板が複数層からなる場合には、請求項16に記載のように、予め所定形状に加工された各層を積層することにより形成しても良い。 The removal region may be formed by etching the mother substrate as described in claim 15, for example. Further, when the mother substrate is composed of a plurality of layers, as described in claim 16, the mother substrate may be formed by stacking layers that have been processed into a predetermined shape in advance.
請求項17〜22に記載の発明の作用効果は、請求項2〜7に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。 Since the operational effects of the inventions according to claims 17 to 22 are the same as the operational effects of the inventions according to claims 2 to 7, the description thereof is omitted.
除去領域が貫通孔である場合、請求項23に記載のように、挿入基板及び母基板を液体中に配置し、母基板の除去領域を通過する液体の流れにより、除去領域に挿入基板の少なくとも一部を挿入しても良い。この場合、例えば、挿入基板が小さく、人手等による取り扱いが困難な場合であっても、上述の方法によれば、自動で除去領域に挿入基板を挿入させることができる。 When the removal region is a through hole, the insertion substrate and the mother substrate are disposed in the liquid as in claim 23, and the flow of the liquid passing through the removal region of the mother substrate causes at least the insertion substrate to be in the removal region. A part may be inserted. In this case, for example, even if the insertion substrate is small and difficult to handle manually, the insertion substrate can be automatically inserted into the removal region according to the above-described method.
請求項24〜29に記載の発明の作用効果は、請求項8〜13に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。 Since the operational effects of the inventions according to claims 24 to 29 are the same as the operational effects of the inventions according to claims 8 to 13, the description thereof is omitted.
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。尚、本実施形態においては、複数のセンサ素子を有し、複数の基板を組み合わせてなるセンサ装置として、磁気センサを例にとり以下に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a magnetic sensor will be described as an example of a sensor device having a plurality of sensor elements and combining a plurality of substrates.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態における磁気センサの概略構成を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A断面における断面図である。尚、図1(b)においては、便宜上、配線部等を省略し、基板と接続端子のみを図示している。
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of a magnetic sensor according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG. In FIG. 1B, for convenience, the wiring portion and the like are omitted, and only the substrate and the connection terminals are shown.
図1(a),(b)に示すように、本実施形態における磁気センサ100は、複数の基板として、母基板10及び挿入基板20の2枚の基板により構成される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
母基板10は、半導体基板であるp型シリコン基板であり、挿入基板20の挿入部位の形状に対応し、基板表面に対して略垂直な側面を有する四角柱状の除去領域11を1箇所有している。このように、母基板10が半導体基板であると、公知のトレンチ形成技術(トレンチエッチング)により、基板表面に対して略垂直な側面を有する除去領域11を形成することができる。尚、除去領域11の形状は及び個数は、上記例に限定されるものではない。しかしながら、除去領域11の形状及び大きさは、除去領域11にて挿入基板20を位置決めするために、挿入基板20の挿入部位の形状と略同一であり、挿入基板20の挿入部位と略同等か挿入しやすいように若干大きめの大きさを有していることが好ましい。
The
また、母基板10は、除去領域11が開口している表面に、1つのホール素子30aを有している。本実施形態において、ホール素子30aは、上面側から母基板10に燐等のn型不純物を注入し、熱拡散させることにより形成されている。それ以外にも、インジウムアンチモンやガリウム砒素等の材料を用い、スパッタや蒸着等によりホール素子30aを形成することもできる。尚、図1(a)において、便宜上、ホール素子30aを簡略化して図示している。
Further, the
さらに、母基板10は、除去領域11の周囲部位を含む所定の領域に、挿入基板20に設けられているホール素子の配線部31を有している。本実施形態において、配線部31はAlからなり、後述するそれぞれの接続端子に接続するように4本形成されている。
Further, the
挿入基板20は、母基板10に設けられている除去領域11に挿入されつつ母基板10に対して固定されており、固定状態で母基板10の表面と挿入基板20の表面が、互いに略90度の角度をなしている。
The
また、挿入基板20は、その表面に母基板10同様、1つのホール素子30bを有している。ホール素子30bは、繋ぎ配線32を介して基板表面から突出した突出部としての接続端子33と電気的に接続されている。本実施形態における挿入基板20は、母基板10同様、p型のシリコン基板であり、イオン注入によりホール素子30bが形成されている。それ以外にも、インジウムアンチモンやガリウム砒素等の材料を用い、スパッタや蒸着等によりホール素子30bを形成することもできる。尚、図1(a)において、便宜上、ホール素子30bを簡略化して図示している。
Further, the
接続端子33ははんだバンプであり、ホール素子30bにバイアス電流を流すための一対のバンプと、ホール素子30bに生じたホール起電力を検出するための一対のバンプとの計4個から構成されている。そして、挿入基板20を除去領域11に挿入した状態で、接続端子33が除去領域11の周囲部位に係止し、接続端子33自体が溶融されて母基板10の周囲部位に設けられた配線部31と接合している。従って、挿入基板20に設けられたホール素子30bは、母基板10に設けられた配線部31と接続端子33を介して電気的に接続されている。また、母基板10表面に、全てのホール素子30a,30bに対するバイアス電流を流すための印加電極や、ホール起電力の検出電極が設けられている。従って、印加電極や検出電極に対する配線が容易である。
The
このように、本実施形態における磁気センサ100は、挿入基板20が除去領域11に挿入された状態で、挿入基板20に設けられた接続端子33が母基板10に設けられた配線部31と接合しているので、母基板10に挿入基板20が安定して固定されている。そして、当該固定状態において、2つのホール素子30a,30bの形成面が互いに略90度の角度をなしている。従って、ホール素子30a,30bの出力電圧が略90度位相のずれた正弦波となるので、角度演算が容易となる。このように、本実施形態における磁気センサ100は、2次元の磁界変化を検出する回転角センサとして適用することができる。
As described above, in the
尚、上述の磁気センサ100は、例えば以下に示す製造工程にて製造することができる。先ず、母基板10を準備する工程を説明する。母基板10としてp型シリコン基板を準備し、除去領域11の形成領域以外の部位にホール素子30aを形成する。本実施形態においては、母基板10の所定領域に、燐(P)等のn型不純物をイオン注入し、イオン注入後、活性化のための熱処理を行って、n型の低濃度不純物拡散領域を形成し、ホール素子30aとした。
In addition, the above-mentioned
ホール素子30aの形成後、図1(a),(b)に示すように、母基板10に所定深さの除去領域11を形成する。ホール素子30aを含む母基板10の表面に、例えば酸化シリコン膜を積層し、除去領域11の形成領域が開口するようにパターニングしてエッチングマスク(図示せず)とする。尚、除去領域11の形成領域は挿入基板20の挿入部位に応じて決定される。そして、エッチングマスクを介して、母基板10の所定領域をプラズマによりトレンチエッチングする。これにより、母基板10表面に対して略垂直な側面を有する四角柱状の除去領域11が形成される。
After the formation of the
そして、図1(a)に示すように、除去領域11の周囲部位において、挿入基板20の各接続端子33と接触するように母基板10の表面にAlを成膜し、パターニングして配線部31を形成する。以上の工程により母基板10が準備される。
Then, as shown in FIG. 1A, an Al film is formed on the surface of the
次に、挿入基板20を準備する工程を説明する。挿入基板20としてp型シリコン基板を準備し、基板表面にホール素子30bを形成する。本実施形態においては、挿入基板20の所定領域に、燐(P)等のn型不純物をイオン注入し、イオン注入後、活性化のための熱処理を行って、n型の低濃度不純物拡散領域を形成し、ホール素子30bとした。
Next, a process for preparing the
また、ホール素子30bと一部が接続するように、燐(P)等のn型不純物をイオン注入し、活性化のための熱処理を行って、繋ぎ配線32である高濃度不純物拡散領域を形成する。
In addition, an n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted so as to be partially connected to the
さらに、挿入基板20表面に、例えば窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜(図示せず)を堆積させる。そして、ホトリソグラフィとドライエッチングにより、ホール素子30bに接続されない繋ぎ配線32の端部位置にコンタクトホール(図示せず)を形成し、図1(a),(b)に示すように、接続端子33であるはんだバンプを形成する。このとき、接続端子33は、挿入基板20の突出部形成部位が除去領域11内に挿入されないような高さをもって形成される。従って、後述する挿入工程において、接続端子33が母基板10の表面に係止することにより、母基板10に対して挿入基板20を位置決めすることができる。以上の工程により挿入基板20が準備される。
Further, an interlayer insulating film (not shown) made of, for example, a silicon nitride film is deposited on the surface of the
尚、接続端子33の高さは、接続端子33が母基板10の表面に係止し、母基板10に対して挿入基板20が位置決め可能な高さであれば、上記例に限定されるものではない。例えば、突出部が母基板10に設けられた凹部に嵌合することにより、位置決めと固定が同時になされるような場合には、突出部の高さは上記例に限定されない。
The height of the
次いで、挿入基板20を母基板10の除去領域11に挿入する。これにより、接続端子33が、配線部31と接するように母基板10の表面に係止し、母基板10に対して挿入基板20が位置決めされる。尚、本実施形態における除去領域11は、挿入基板20の挿入部位(接続端子33までの部位)と同一形状を持って略同等の大きさに設けられている。従って、挿入基板20の挿入部位自体も除去領域11の内壁に少なくとも一部が接した状態となり、母基板10に対して挿入基板20が安定して位置決めされる。
Next, the
そして、位置決め状態において、加熱により接続端子33を溶融し、接続端子33と配線部31とを接合させる。以上の工程により磁気センサ100が形成される。
In the positioning state, the
このように、本実施形形態においては、母基板10に設けられた除去領域11に挿入基板20を挿入することにより、接続端子33が除去領域11の周囲部位に係止して、母基板10と挿入基板20の位置決めがなされる。従って、両基板10,20の相対的な位置を決定する位置決めが従来よりも容易である。
As described above, in the present embodiment, by inserting the
また、各基板10,20にホール素子30a,30bが形成されており、基板表面同士のなす角がホール素子30a,30bの形成面同士のなす角となる。従って、従来のように基板を折曲しなくとも、母基板10の表面に対して垂直な側面を有する除去領域11に挿入基板20を挿入することにより、ホール素子30a,30bの形成面同士のなす角を略90度とすることができる。
In addition,
尚、母基板10上に全てのホール素子30a,30bの電極(バイアス電流印加用及びホール起電力検出用)を形成しようとする場合、挿入基板20が突出部としての接続端子33を有していないと、母基板10の表面にてホール素子30bと配線部31との電気的な接続を確保することができないので、除去領域11の側面内壁に所定パターンの配線部31を設ける必要がある。しかしながら、除去領域11の側面内壁にパターン化された配線部31を設けるのは困難である。
Note that when the electrodes of all the
それに対し、本実施形態においては、挿入基板20に接続端子33を形成し、母基板10の除去領域11の周囲部位を含む所定領域に配線部31を形成する。従って、挿入基板20を母基板10の除去領域11に挿入した際に、母基板10の表面にて、接続端子33が配線部31と接することができる。すなわち、配線部31の形成が容易である。
On the other hand, in the present embodiment, the
尚、上述した磁気センサ100の製造工程において、除去領域11に挿入基板20を挿入した後に、除去領域11に樹脂を充填し、除去領域11と挿入基板20との隙間を埋めても良い。これにより、母基板10に対する挿入基板20の固定状態を安定化させることができる。
In the above-described manufacturing process of the
また、母基板10及び挿入基板20におけるホール素子30a,30bの形成は別工程としても良いが、同一工程として実施すると、製造工程を短縮することができる。
The formation of the
また、本実施形態において、エッチングにより除去領域11を形成する例を示した。しかしながら、母基板10が複数層を積層してなる積層基板の場合には、予め加工された各層を積層することにより、母基板10に除去領域11を形成することができる。
Moreover, in this embodiment, the example which forms the removal area |
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を図2及び図3に基づいて説明する。図2及び図3は、本実施形態における磁気センサ100の製造方法の概略を示す図であり、図2は挿入前、図3は挿入後を示す図である。尚、図2及び図3において、(a)は挿入基板20の表面側から見た平面図であり、(b)は挿入基板20の側面側から見た断面図である。また、図2及び図3においては、便宜上、挿入基板20の接続端子33のみを図示しており、母基板10における除去領域の形成部位を破線で示している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are diagrams showing an outline of the manufacturing method of the
第2の実施形態における磁気センサ100は、第1の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
Since the
第2の実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、除去領域が貫通孔である点である。 The second embodiment is different from the first embodiment in that the removal region is a through hole.
図2(a),(b)に示すように、本実施形態における母基板10は、基板表面に対して垂直な側面を有し、貫通孔である四角柱状の除去領域11aを有している。また、図示されないが、母基板10及び挿入基板20にそれぞれホール素子30a,30bが形成されている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
このように、除去領域11aが貫通孔であっても、第1の実施形態同様、挿入基板20に形成された接続端子33を、母基板10の除去領域11aの周囲部位に係止させて位置決めし、配線部31と接合することにより、挿入基板20を母基板10に固定することができる。従って、形成された磁気センサ100において、ホール素子30a,30bの形成面同士は略90度の角度をなすこととなり、本実施形態に示す磁気センサ100も、2次元の磁界変化を検出する回転角センサとして適用することができる。
As described above, even if the
ここで、第1の実施形態に示したように除去領域11が非貫通孔であると、例えば挿入基板20が非常に小さい場合には、人手や機械等により除去領域11に挿入するのが困難である。しかしながら、本実施形態に示すように、除去領域11aが貫通孔であると、除去領域11aを通過する液体の流れにより、挿入基板20を除去領域11aに自動的に挿入させることができる。
Here, if the
具体的には、ホール素子30a,30b等が形成された(第1実施形態における挿入工程前までの状態の)母基板10及び挿入基板20を、純水等の液体40が充填された装置(図示せず)内に配置する。そして、母基板10を固定装置(図示せず)に固定した状態で、図2(a),(b)に示すように、母基板10において、配線部31の形成された面側から、対向する面側へ除去領域11aを通過する液体40の流れ(図2(a),(b)における白抜き矢印)を作る。
Specifically, the
これにより、図3(a),(b)に示すように、液体40の流れに沿って除去領域11aに挿入基板20が挿入され、挿入基板20に設けられた接続端子33が母基板10の表面に係止する。そして係止した状態で、液体40を排出するか、液体40中から両基板10,20を取り出し、加熱により接続端子33を溶融させて配線部31と接合させる。以上により、本実施形態における磁気センサ100を形成することができる。
As a result, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
尚、上述のように、自動で挿入基板20を母基板10に挿入させる場合、挿入基板20の接続端子33が除去領域11a内に挿入されないように所定高さに形成する必要がある。
As described above, when the
尚、図2及び図3においては、第1の実施形態同様、挿入基板20に4個の接続端子33が設けられている例を示した。しかしながら、液体40の流れにより、挿入基板20を除去領域11aに挿入する場合、必ずしも一定の位置から挿入基板20が除去領域11aに挿入されるとは限らない。そこで、例えば図4に示すように、挿入基板20が略正方形の表面を有し、当該表面を構成する4辺に対して、4個を1組とする接続端子33を各辺に平行に設けても良い。この場合、挿入基板20がどの辺を挿入先端として除去領域11aに挿入されても、接続端子33を介して、挿入基板20のホール素子30bと配線部31との電気的な接続を確保することができる。尚、図4は、挿入基板20の概略平面図であり、接続端子33のみを図示している。
2 and 3, the example in which the four
また、挿入基板20は基板の角部から除去領域11aに挿入されることも考えられる。従って、挿入基板20の表面が矩形状を有し、矩形状の角部を構成する2辺における角部頂点からの距離が等しい点を結んだ直線上に、4個を1組とする接続端子33を設けても良い。この場合、角部を挿入先端として挿入基板20が除去領域11aに挿入されても、接続端子33を介して、挿入基板20のホール素子30bと配線部31との電気的な接続を確保することができる。特に、図5に示すように、挿入基板20が略正方形の表面を有し、4個を1組とする接続端子33が各角部に対して設けられていると、どの角部が挿入先端として除去領域11aに挿入されても、接続端子33を介して、挿入基板20のホール素子30bと配線部31との電気的な接続を確保することができるので好ましい。尚、図5も、挿入基板20の概略平面図であり、接続端子33のみを図示している。
It is also conceivable that the
また、図6に示すように、挿入基板20の挿入先端に、当該基板20よりも比重の大きな材料(例えばガラス)からなる重り部50を設けても良い。この場合、挿入基板20は重り部50を挿入先端として除去領域11aに挿入されるので、重り部50に対して挿入基板20の所定位置に接続端子33が形成されていれば、接続端子33を介して、挿入基板20のホール素子30bと配線部31との電気的な接続を確保することができる。尚、図6は、挿入基板20の概略平面図であり、便宜上、ホール素子30b及び繋ぎ配線32を省略して図示している。
As shown in FIG. 6, a
ここで、挿入基板20の一方の表面のみにホール素子30b等が形成され、母基板10の除去領域11aを挟んだ対向する一方の周囲部位のみに配線部31が形成される場合、液体40中での挿入では、ホール素子30bの形成面と配線部31の形成位置とが一致しない場合がある。従って、例えば図7に示すように、挿入基板20の対向する両表面に、同一の大きさ及び形状を有するホール素子30bを形成すれば、母基板10の除去領域11aを挟んだ周囲部位の一方のみに配線部31が形成されていても、挿入基板20の表裏面に関係なく、接続端子33と配線部31との電気的な接続を確保することができる。尚、図7は、挿入基板20の概略側面図であり、便宜上、接続端子33のみを図示している。
Here, in the case where the
また、図8に示すように、母基板10の除去領域11aを挟んで対向する両周辺部位に、配線部31をそれぞれ形成しても良い。この場合、上述した図7とは逆に、挿入基板20の対向する両表面の一方のみにホール素子30b等が形成されていても、挿入基板20の表裏面に関係なく、接続端子33と配線部31との接続を確保することができる。尚、図8は、母基板10の概略平面図であり、便宜上、除去領域11a及びその周囲部位における配線部31のみを図示している。
In addition, as shown in FIG. 8, the
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
本実施形態において、センサ素子がホール素子30a,30bである例を示した。しかしながら、センサ素子は上記例に限定されるものではない。
In the present embodiment, an example in which the sensor elements are
また、本実施形態において、磁気センサ100がホール素子30a,30bを2個備える例を示した。しかしながら、ホール素子の形成個数は2個に限定されるものではない。例えば、図9に示すように、母基板10に2箇所の除去領域11が形成され、それぞれの除去領域11に挿入基板20が挿入・固定される構成の場合、各基板10,20にホール素子30a,30b,30cを形成することで、ホール素子30a,30b,30cの形成面同士のなす角を略90度とすることができる。この場合、3次元の磁界変化を検出することができるので、磁気センサ100を位置センサとして適用することができる。
Further, in the present embodiment, an example in which the
また、本実施形態においては、各基板10,20がそれぞれホール素子30a,30bを有している例を示した。しかしながら、磁気センサは、ホール素子を有する複数の基板だけを組みあせて構成されても良いし、ホール素子を有する複数の基板とともに、ホール素子を有さない基板を組み合わせて構成されても良い。例えば、上述した図9において、母基板10がホール素子30aを有さない構成としても良い。この場合、挿入基板20に形成されたホール素子30b,30cの形成面同士が互いに略90度であるので、磁気センサ100は2次元の磁界変化を検出することができる。
In the present embodiment, an example in which the
尚、センサ素子の形成面同士のなす角は略90度に限定されるものではない。センサ素子の形成面同士がなす所定の角度とは、少なくともセンサ素子の形成面同士が同一平面にない状態にあれば良い。所定の角度とは、母基板10の基板表面に対する除去領域11の側面の角度、及び/又は、挿入基板20から突出する突出部(接続端子33)の基板表面に対する角度によって決定される。しかしながら、本実施形態で示したように、センサ素子の形成面同士が互いに略90度の角度をなしていると、各センサ素子からの出力に基づいた角度演算を容易とすることができる。
The angle formed by the sensor element forming surfaces is not limited to approximately 90 degrees. The predetermined angle formed by the sensor element forming surfaces may be in a state where at least the sensor element forming surfaces are not in the same plane. The predetermined angle is determined by the angle of the side surface of the
また、本実施形態において、挿入基板20が基板表面から突出する突出部として接続端子33を有し、当該接続端子33自体が加熱により溶融されて配線部31と接合する例を示した。しかしながら、突出部は上記例に限定されるものではない。例えば、突出部が母基板10における除去領域11(11a)の周囲部位に係止して位置決めされた状態で、接着等により突出部を周囲部位に固定しても良い。また、母基板10の周囲部位に、突出部に対応する凹部を形成し、当該凹部に突出部を嵌合させることにより固定しても良い。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態において、挿入基板20が接続端子33を有し、当該接続端子33を溶融して、挿入基板20を母基板10に固定する例を示した。しかしながら、挿入基板20は必ずしも接続端子33(突出部)を有していなくとも良い。例えば、図10(a),(b)に示すように、エッチング等により挿入基板20自体に凹凸が設けられ、当該凹凸に対応して形成された除去領域11(11a)に挿入基板20を挿入し、嵌合により挿入基板20を母基板10に固定することもできる。尚、図10(a)は上面側から見た平面図、図10(b)は(a)のB−B断面における断面図である。
In the present embodiment, the
10・・・母基板
11・・・除去領域
11a・・・除去領域(貫通孔)
20・・・挿入基板
30a,30b,30c・・・ホール素子
31・・・配線部
33・・・接続端子
40・・・液体
100・・・磁気センサ
10 ...
20 ...
Claims (29)
基板表面に対して所定深さをもつ除去領域を少なくとも1箇所有する母基板と、
少なくとも一部が前記除去領域に挿入される挿入基板とを備え、
前記挿入基板が前記除去領域に挿入され、前記母基板に固定された状態で、前記センサ素子の形成面同士が、互いに所定の角度をなしていることを特徴とするセンサ装置。 At least a sensor device formed by combining a plurality of substrates having sensor elements,
A mother substrate having at least one removal region having a predetermined depth with respect to the substrate surface;
An insertion substrate at least partially inserted into the removal region,
The sensor device, wherein the insertion surfaces of the sensor elements form a predetermined angle with each other in a state where the insertion substrate is inserted into the removal region and fixed to the mother substrate.
前記除去領域に挿入されるそれぞれの前記挿入基板が前記センサ素子を有しており、
前記挿入基板が前記除去領域に挿入された状態で、前記挿入基板における前記センサ素子の形成面が、互いに略90度の角度をなしていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 The mother substrate has the two removal regions,
Each of the insertion substrates inserted into the removal region has the sensor element,
2. The sensor device according to claim 1, wherein in the state where the insertion substrate is inserted into the removal region, the formation surfaces of the sensor elements on the insertion substrate form an angle of approximately 90 degrees with each other.
前記除去領域が前記母基板の表面に対して略垂直な側面を有しており、
前記挿入基板が前記除去領域に挿入され、前記母基板に固定された状態で、前記センサ素子の形成面同士が、互いに略90度の角度をなしていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセンサ装置。 Each of the mother board and the insertion board has the sensor element,
The removal region has a side surface substantially perpendicular to the surface of the mother substrate;
2. The sensor element forming surfaces are formed at an angle of approximately 90 degrees with each other in a state where the insertion substrate is inserted into the removal region and fixed to the mother substrate. Item 3. The sensor device according to Item 2.
前記挿入基板が前記除去領域に挿入された状態で、前記突出部が前記母基板における前記除去領域の周囲部位に固定されていることを特徴とする請求項3に記載のセンサ装置。 The insertion substrate has a protruding portion protruding from the substrate surface,
4. The sensor device according to claim 3, wherein the protrusion is fixed to a peripheral portion of the removal region on the mother substrate in a state where the insertion substrate is inserted into the removal region.
前記母基板が、前記除去領域を除く基板表面に、前記挿入基板に設けられたセンサ素子の配線部を有しており、
前記接続端子が前記母基板における前記除去領域の周囲部位に固定された状態で、前記接続端子と前記配線部とが電気的に接続していることを特徴とする請求項4に記載のセンサ装置。 The insertion board has a plurality of connection terminals electrically connected to the sensor element as the protrusions,
The mother board has a wiring portion of a sensor element provided on the insertion board on the substrate surface excluding the removal region,
5. The sensor device according to claim 4, wherein the connection terminal and the wiring portion are electrically connected in a state where the connection terminal is fixed to a portion around the removal region in the mother board. .
複数の前記基板の少なくとも一部に前記センサ素子を形成する工程と、
複数の前記基板の1つを母基板とし、当該母基板に所定深さの除去領域を少なくとも1箇所形成する工程と、
残りの前記基板を挿入基板とし、当該挿入基板の少なくとも一部を前記除去領域に挿入し、前記挿入基板を前記母基板に固定する工程とを備え、
前記挿入基板を前記母基板に固定した状態で、前記センサ素子の形成面同士が、互いに所定の角度をなすことを特徴とするセンサ装置の製造方法。 At least a method for manufacturing a sensor device by combining a plurality of substrates having sensor elements,
Forming the sensor element on at least a part of the plurality of substrates;
Forming one of the plurality of substrates as a mother substrate and forming at least one removal region of a predetermined depth on the mother substrate;
The remaining substrate is an insertion substrate, and at least a part of the insertion substrate is inserted into the removal region, and the insertion substrate is fixed to the mother substrate.
A method for manufacturing a sensor device, wherein the insertion surfaces of the sensor elements form a predetermined angle with the insertion substrate fixed to the mother substrate.
前記除去領域に挿入されるそれぞれの前記挿入基板に前記センサ素子を形成することにより、
前記挿入基板を前記母基板に固定した状態で、それぞれの前記挿入基板における前記センサ素子の形成面が、互いに略90度の角度をなすことを特徴とする請求項14〜16いずれか1項に記載のセンサ装置の製造方法。 Forming the two removal regions on the mother substrate;
By forming the sensor element on each of the insertion substrates inserted into the removal region,
17. The method according to claim 14, wherein the insertion surfaces of the sensor elements on the respective insertion substrates form an angle of approximately 90 degrees with each other in a state where the insertion substrate is fixed to the mother substrate. The manufacturing method of the sensor apparatus of description.
前記母基板の表面に対して、略垂直な側面を有するように前記除去領域を形成することにより、
前記挿入基板を前記母基板に固定した状態で、前記センサ素子の形成面同士が、互いに略90度の角度をなすことを特徴とする請求項14〜17いずれか1項に記載のセンサ装置の製造方法。 Forming the sensor elements on the mother substrate and the insertion substrate,
By forming the removal region so as to have a side surface substantially perpendicular to the surface of the mother substrate,
18. The sensor device according to claim 14, wherein the insertion surfaces of the sensor elements form an angle of approximately 90 degrees with each other in a state where the insertion substrate is fixed to the mother substrate. Production method.
前記挿入基板を前記除去領域に挿入した状態で、前記突出部が前記母基板における前記除去領域の周囲部位に固定されることを特徴とする請求項18に記載のセンサ装置の製造方法。 The insertion substrate further includes a step of forming a protrusion protruding from the substrate surface,
19. The method of manufacturing a sensor device according to claim 18, wherein the protruding portion is fixed to a portion of the mother substrate around the removal region in a state where the insertion substrate is inserted into the removal region.
前記センサ素子の形成された前記挿入基板の表面に、前記突出部として、前記センサ素子に電気的に接続されつつ基板表面から突出する複数の接続端子を形成し、前記挿入基板を前記除去領域に挿入した状態で、前記接続端子が前記母基板における前記除去領域の周囲部位に固定され、前記接続端子が前記配線部と電気的に接続されることを特徴とする請求項19に記載のセンサ装置の製造方法。 Further comprising a step of forming a wiring portion of the sensor element formed on the insertion substrate on the substrate surface excluding the removal region of the mother substrate,
A plurality of connection terminals protruding from the surface of the substrate while being electrically connected to the sensor element are formed on the surface of the insertion substrate on which the sensor element is formed as the protruding portion, and the insertion substrate is formed in the removal region. The sensor device according to claim 19, wherein in the inserted state, the connection terminal is fixed to a portion around the removal region of the mother board, and the connection terminal is electrically connected to the wiring portion. Manufacturing method.
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