JP4570912B2 - 真空封止された慣性力センサ - Google Patents

Description

この発明は、真空封止するためにゲッター剤を挿入する慣性力センサにおいて、ゲッター剤を確実、簡単に挿入することが可能な慣性力センサに関する。

ゲッター剤を挿入する慣性力センサは、図７に示されるような構造が知られていた。

即ち、慣性力を検出するために加工された半導体基板Ａ（例えばSi）と、第一の絶縁体基板１１（例えばガラス基板）と第二の絶縁体基板１０（例えばガラス基板）が陽極接合されている。半導体基板Aには、慣性力を検出するための構造体１が形成され、かつ、構造体１を真空に封止するため、構造体１を囲むように半導体の壁２、３が形成され、かつ、ゲッター剤２０を挿入するための壁４が形成されている。ゲッター剤２０を挿入するための壁４には、横方向に溝５が設けられ、溝５を通して、慣性力を検出するための構造体１の空間と、ゲッター剤２０の挿入されている空間が接続されている。

慣性力を検出するセンサは、慣性力によってセンサの変位を検出するのが一般的であり、センサの変位を大きくするためには、大気中よりもセンサを真空中に配置する方が望ましい。

真空中で図７の半導体基板Aと絶縁体基板１０、１１を陽極接合しても、陽極接合時に、ガスが発生し、センサを真空に封止することができないため、ゲッター剤２０を挿入して、陽極接合時に発生するガスを吸収する事で、センサを真空に封止している。

また、センサを駆動したり、センサからの信号を外部へ取り出すための電極等は必要になるが、ここでは割愛している（例えば、非特許文献１参照。）。
江刺 正喜著 「マイクロセンサの真空パッケージング技術」 電学論Ｅ、１２０巻６号、平成1２年、ｐ．３１０−３１４

従来の真空封止しる慣性力センサでは、ゲッター剤を狭い空間に配置する必要があり、さらに、ゲッター剤の粉が接合部分に入りこみ、接合時の歩留まりを低下させるという課題があった。

そこで、この発明の目的は従来のこのような課題を解決するために、生産性が高い真空封止する慣性力センサを得ることを目的としている。

本願発明にかかる真空封止する慣性力センサは、第一の絶縁体基板と、
前記第一の絶縁体基板上に接合され、かつ、慣性力を検出するための加工とゲッター剤を挿入するための加工が施された第一の半導体基板と、前記第一の半導体基板に形成された空間の一部にゲッター剤が配置され、かつ、前記第一の半導体基板上に接合された、第二の絶縁体基板とを有し、前記第一の絶縁体基板と、前記第二の絶縁体基板に挟まれた、慣性力を検出するための加工が施された前記第一の半導体基板の空間が真空に保たれるように、真空封止された慣性力センサにおいて、前記第一の半導体基板のゲッター剤を挿入するための加工は、テーパーが施されている慣性力センサ。

さらに、本願発明にかかる真空封止する慣性力センサは、前記第一の半導体基板のゲッター剤を挿入するための加工は、上下両側面からテーパーが施されている。

またさらに、本願発明にかかる真空封止する慣性力センサは、前記第一の半導体基板のゲッター剤を挿入するための加工は、片面からテーパーが施され、かつ、他方の面からは、ほぼ垂直に削られている。

さらに、本願発明にかかる真空封止する慣性力センサは、前記第一の絶縁体基板にゲッター剤を挿入するための窪みが形成されている。

またさらに、本願発明にかかる真空封止する慣性力センサは、第一の絶縁体基板と、前記第一の絶縁体基板上に接合され、かつ、慣性力を検出するための加工が施された第一の半導体基板と、前記第一の半導体基板上に接合された、第二の絶縁体基板と、前記第一の絶縁体基板の下に、接合されたゲッター剤を挿入する空間を有する第二の半導体基板と、前記第二の半導体基板に形成された空間の一部にゲッター剤が配置され、前記第二の半導体基板の下に接合された第三の絶縁体基板を有する慣性力センサにおいて、前記第一の半導体基板の空間と、前記ゲッター剤が配置された前記第二の半導体基板の空間の一部が、前記第一の絶縁体基板に設けられた少なくとも一つの貫通孔によって、接続され、かつ、その空間が真空であることを特徴とする。

本願発明にかかる真空封止する慣性力センサは、ゲッター剤を確実、簡単に挿入することで、ゲッター剤から発生される砂塵の影響を極力抑えることが可能で、生産性高く真空封止する慣性力センサを作製できるという効果がある。

上記課題を解決するために、この発明では真空封止する慣性力センサにおいて、ゲッター剤の挿入部分の半導体にテーパー加工を施し、ゲッター剤を簡単かつ確実に配置できるようにした。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一の実施例を示す真空封止する慣性力センサである。従来の図７との違いは、半導体基板Ａの加工において、構造体１を囲むように形成されている半導体の壁３及び、ゲッター剤２０を挿入するための壁４に、テーパー加工が施され、それぞれ、１０３及び１０４となっている。

半導体基板Ａと第一の絶縁体基板１１が陽極接合されたのち、ゲッター剤２０を、半導体の壁１０３と１０４で囲まれた空間に配置する（落とし込む）。その際、図１に示すように、半導体基板をテーパー加工する事で、スムーズにゲッター剤２０を、配置することが可能である。

仮に、ゲッター剤を挿入する時に、ゲッター剤から砂塵が発生したとしても、その砂塵は、下に落ち、半導体基板と第二の絶縁体基板１０の接合面に砂塵が残り、接合不良が発生するのを防ぐ事が出きる。

半導体基板のテーパー加工は、下からＲＩＥ等の異方性ドライ・エッチングを行い、上から、ＴＭＡＨやＫＯＨ等の異方性ウエット・エッチングを行う事で、簡単に加工する事ができる。

図２は、本発明の第二の実施例を示す真空封止する慣性力センサである。図１との違いは、半導体基板Ａの加工において、構造体１を囲むように形成されている半導体の壁１０３及び、ゲッター剤２０を挿入するための壁１０４に、上下からテーパー加工が施され、それぞれ、１１３及び１１４となっている。これによって、ゲッター剤２０を挿入する空間が広がり、より多くのゲッター剤を配置することが可能となっている。

ゲッターの効果を上げるには、より多くのゲッター剤とともに、封止するのが望ましいが、多くのゲッター剤を挿入するためには、より多くの空間を必要とし、即ち、センサのサイズが大きくなり、センサのコストが上がる。そこで、本発明の第二の実施例では、上下からテーパー加工を施す事で、実施例１と同様に、ゲッター剤を挿入しやすくし、かつ、ゲッター剤を配置するための空間を増やしたので、センサのサイズはそのままで、より多くのゲッターの効果を得る事が出きる。

また、図３に示すように、図１に対して構造体１を囲むように形成されている半導体の壁１０３及び、ゲッター剤２０を挿入するための壁１０４に対して、下からのエッチング領域を拡大する事で、それぞれ、１２３及び１２４となっている。これによって、ゲッター剤２０を挿入する空間が広がり、より多くのゲッター剤を配置することが可能となっている。

図４は、本発明の第三の実施例を示す真空封止する慣性力センサである。図３との違いは、絶縁体基板１１に対して、窪みを形成したことで、より多くのゲッター剤を配置することが可能となっている。

図５は、本発明の第四の実施例を示す真空封止する慣性力センサである。図６との違いは、絶縁体基板１１に対して、少なくとも１つの貫通孔８を形成している。さらに、第一の半導体基板Aと第一の絶縁体基板１１と第二の絶縁体基板１０は、先に陽極接合し、その後、第二の半導体基板Ｂと第一の絶縁体基板１１を陽極接合する。第二の半導体基板Ｂは、四角く囲むように壁６、７を形成し、その後、ゲッター剤２０を配置（挿入）して、真空中で第三の絶縁体基板１２と第二の半導体基板Ｂを陽極接合する。

作製方法としては、第一の半導体基板Aと、第一及び、第二の絶縁体基板１１、１０を陽極接合後、先に、第二の半導体基板Bと、第三の絶縁体基板１２を接合し、ゲッター剤２０を配置後に、第二の半導体基板Bと、第一の絶縁体基板１０を接合しても良い。その場合は、半導体基板Bに施してあるテーパーは、上側に形成したほうが良い。

ゲッター剤２０の空間と、慣性力を検出するための構造体１の周囲の空間は、溝５と貫通孔８によって、つながっているため、構造体１の周囲の空間を真空にすることが可能である。

このような構造にすることで、ゲッター剤２０を簡単にかつ、大量に配置することが可能となる。

また、図５の構造体では、図１と同様に、ゲッター剤２０を配置しやすいように、半導体基板Ｂの壁６、７にテーパー加工を施しているが、図５の場合、ゲッター剤２０を配置する領域が広いので、テーパー加工の有無によらず、簡単、確実にゲッター剤を配置することが可能となる。

また、図６に示すように、貫通孔８で、直接構造体１の周囲の空間と、ゲッター剤２０の配置してある空間をつないでも構わない。その場合、ゲッター剤２０が、構造体１の空間に入りこまないように、貫通孔８の大きさは、ゲッター剤２０の大きさよりも、小さくする。

また、実施例１〜４において、ゲッター剤を配置する空間は一つとして、説明してきたが、複数存在しても構わない。

以上説明したように、本発明によれば真空封止する慣性力センサにおいて、ゲッター剤を挿入しやすくするためのテーパー加工を施す事で、簡単かつ確実に、生産性が高い真空封止する慣性力センサを得ることが可能となる。

本発明の第一の実施例の真空封止する慣性力センサの断面図である。 本発明の第２の実施例の真空封止する慣性力センサの断面図である。 本発明の第２の他の実施例の真空封止する慣性力センサの断面図である。 本発明の第３の実施例の真空封止する慣性力センサの断面図である。 本発明の第４の実施例の真空封止する慣性力センサの断面図である。 本発明の第４の他の実施例の真空封止する慣性力センサの断面図である。 従来の真空封止する慣性力センサの断面図である。

符号の説明

１ 慣性力を検出するための構造体
５，８ 貫通孔
１０、１１，１２ 絶縁体基板
２０ ゲッター剤
A、B 半導体

Claims (3)

1. 第一の絶縁体基板と、
   慣性力を検出するための構造体と、前記構造体及びゲッター剤との周囲を取り囲む第１の壁と、前記構造体と前記ゲッター剤とを分離するための第２の壁とを有する、前記第一の絶縁体基板上に接合された半導体基板と、
   前記半導体基板の上に接合された、第二の絶縁体基板と、
   を有し、前記第一の絶縁体基板と、前記第二の絶縁体基板に挟まれた、前記構造体が配置された第１の空間と前記ゲッター剤が配置された第２の空間とが真空に保たれるように、真空封止された慣性力センサにおいて、
   前記第２の空間を取り囲む、前記第１の壁および前記第２の壁の、前記第二の絶縁体基板と接する部分にはテーパーが施され、前記第１の壁及び前記第２の壁の、前記第一の絶縁体基板と接する部分には、テーパーが施されておらず前記第一の絶縁体基板に対しほぼ垂直となっていることを特徴とする真空封止された慣性力センサ。
2. 前記第一の絶縁体基板に前記ゲッター剤を挿入するための窪みが形成されている請求項１に記載の真空封止された慣性力センサ。
3. 第一の絶縁体基板と、
   前記第一の絶縁体基板上に接合され、かつ、慣性力を検出するための加工が施された第一の半導体基板と、
   前記第一の半導体基板上に接合された、第二の絶縁体基板と、
   前記第一の絶縁体基板の下に接合された、ゲッター剤を挿入する空間を有する第二の半導体基板と、
   前記第二の半導体基板に形成された空間の一部に配置されたゲッター剤と、
   前記第二の半導体基板の下に接合された第三の絶縁体基板を有する慣性力センサにおいて、
   前記第一の半導体基板の空間と、前記ゲッター剤が配置された前記第二の半導体基板の空間の一部が、前記第一の絶縁体基板に設けられた少なくとも一つの貫通孔によって、接続され、かつ、その空間が真空であり、前記第二の半導体基板が前記第三の絶縁体基板と接する部分にはテーパーが施され、前記第１の壁及び前記第２の壁の、前記第一の絶縁体基板と接する部分には、テーパーが施されておらず前記第一の絶縁体基板に対しほぼ垂直となっていることを特徴とする真空封止された慣性力センサ。

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