JP6775110B2 - 配線埋め込みガラス基板と、それを用いた慣性センサ素子および慣性センサ - Google Patents

Description

本開示は、配線埋め込みガラス基板と、その配線埋め込みガラス基板を用いた慣性センサ素子および慣性センサに関する。

従来、配線を埋め込んだガラス基板を用いて、配線の引き回しを行う配線埋め込みガラス基板、及びその配線埋め込みガラス基板を用いたセンサが知られている。

なお、この発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１４−１３１８３０号公報

本開示の配線埋め込みガラス基板は、ガラス基板と、第１の配線とを備える。

ガラス基板は、第１の面と、第１の面に垂直な第２の面と、第１の面の反対側の第３の面と、を有する。

第１の配線は、第１の柱部と、第１の桁部と、を有する。

第１の柱部は、ガラス基板の第１の面に垂直な、第１の方向に延伸されている。

第１の桁部は、第１の柱部の第１面と接続し、ガラス基板の第２の面と垂直な第２の方向に延伸されている。

第１の配線は、ガラス基板に埋め込まれている。

第１の桁部の第１面は、ガラス基板の第３の面から露出している。

また本開示の慣性センサ素子は、上記の配線埋め込みガラス基板と、センサ用基板とを備える。

センサ用基板は、錘部と、支持部と、錘部を支持部に支持する梁部と、を有する。

センサ用基板は、配線埋め込みガラス基板に接続されている。

さらに本開示の慣性センサは、上記の慣性センサ素子と、検出回路と、パッケージ基板と、を備える。

検出回路は、慣性センサ素子からの出力に基づいて物理量を検出する。

パッケージ基板は、慣性センサ素子と検出回路とを搭載する。

図１は、実施の形態におけるセンサの内部を示す斜視図である。 図２は、実施の形態におけるセンサ素子の分解斜視図である。 図３は、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の斜視図である。 図４は、実施の形態における貫通配線の模式図である。 図５は、実施の形態におけるセンサ素子の他の第２の基板の斜視図である。 図６は、実施の形態におけるセンサ素子の他の第２の基板の断面図である。 図７は、実施の形態におけるセンサ素子のさらに他の第２の基板の斜視図である。 図８は、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の分解斜視図である。 図９Ａは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の第２の基板の上面図である。 図９Ｂは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の第２の基板の正面図である。 図９Ｃは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の第１の基板の上面図である。 図９Ｄは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の第１の基板の正面図である。 図９Ｅは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の第３の基板の上面図である。 図９Ｆは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の第３の基板の正面図である。 図１０Ａは、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の製造工程を示す図である。 図１０Ｂは、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の製造工程を示す図である。 図１０Ｃは、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の製造工程を示す図である。 図１０Ｄは、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の製造工程を示す図である。 図１０Ｅは、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の製造工程を示す図である。 図１０Ｆは、実施の形態におけるセンサ素子の第２の基板の製造工程を示す図である。 図１１Ａは、実施の形態における、横置きにした場合のセンサ素子の側面模式図である。 図１１Ｂは、実施の形態における、縦置きにした場合のセンサ素子の側面模式図である。 図１２Ａは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の上面図である。 図１２Ｂは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の正面図である。 図１２Ｃは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の側面図である。 図１３Ａは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の上面図である。 図１３Ｂは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の正面図である。 図１３Ｃは、実施の形態におけるさらに他のセンサ素子の側面図である。 図１４Ａは、実施の形態における、横置きにした場合のさらに他のセンサ素子の側面模式図である。 図１４Ｂは、実施の形態における、縦置きにした場合のさらに他のセンサ素子の側面模式図である。 図１５は、実施の形態におけるセンサの上面図である。 図１６は、実施の形態における他のセンサの上面図である。

従来の構成は、配線埋め込みガラス基板の上面からしか電気的な引き出しができないので、配線埋め込みガラス基板を配置する方向が限られてしまう。そのため、配線埋め込みガラス基板を用いたセンサ素子の配置の方向が制限される。

以下図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。本実施の形態では、センサの一例としての加速度を検出するセンサを説明する。

図１は、実施の形態におけるセンサ１００の内部を示す斜視図である。図１に示すように、パッケージ基板１０４は外部基板１０６に実装されている。図１では説明を簡単にするために、パッケージの開口部をふさぐ蓋は図示していない。

パッケージ基板１０４の上には、センサ素子１０１と、センサ素子１０１からの出力に基づいて各種の演算を行い、物理量を検出する検出回路１０３と、が搭載される。

リード端子１０５は、パッケージ基板１０４から引き出される。パッケージ基板１０４から引き出されたリード端子１０５は外部基板１０６に接続される。

センサ１００は、静電容量型の加速度を検出するセンサである。センサ素子１０１は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術で製造される。

図２は、実施の形態におけるセンサ素子１０１の分解斜視図である。図３は、実施の形態におけるセンサ素子１０１の第２の基板１３１ａの斜視図である。ここで、第２の基板１３１ａが、配線埋め込みガラス基板である。

本開示の第２の基板１３１ａ（配線埋め込みガラス基板）は、基板７００（ガラス基板）と、貫通配線１１４ａ（第１の配線）とを備える。

基板７００は、第１の面１４１ａと、第１の面１４１ａに垂直な第２の面１４１ｂと、第１の面１４１ａの反対側の第３の面１４１ｃと、を有する。

貫通配線１１４ａは、第１の柱部３０１ａと、第１の桁部３１２ａと、を有する（図２、図４参照）。

第１の柱部３０１ａは、基板７００の第１の面１４１ａに垂直な、第１の方向（図２のＺ軸方向）に延伸されている。

第１の桁部３１２ａは、第１の柱部３０１ａの第１面と接続し、基板７００の第２の面１４１ｂと垂直な第２の方向（図２、図３のＹ軸方向）に延伸されている。

貫通配線１１４ａは、基板７００に埋め込まれている。

第１の桁部の第１面は、基板７００の第３の面１４１ｃから露出している。

以下、センサ素子１０１についてさらに詳細に説明する。図２に示すように、センサ素子１０１は、第１の基板１３０（センサ用基板）が、第２の基板１３１ａと第３の基板１３１ｂとの間に挟まれた構造を有している。すなわち、センサ素子１０１は、第３の基板１３１ｂと、第１の基板１３０と、第２の基板１３１ａと、が、順に積層された構造を有している。

第１の基板１３０は、Ｘ軸方向の加速度を検出する錘部１１１と、錘部１１１を支持部１１３に支持する梁部１１２ａ、１１２ｂと、を有している。第１の基板１３０としては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの半導体基板が用いられる。

第２の基板１３１ａは、固定電極１１５ａ、１１５ｃと、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと、を有している。貫通配線１１４ａ（第１の配線）は固定電極１１５ａに接続されており、固定電極１１５ａからの電気信号を外部に引き出す。貫通配線１１４ｃ（第３の配線）は固定電極１１５ｃに接続されており、固定電極１１５ｃからの電気信号を外部に引き出す。貫通配線１１４ｂ（第２の配線）は、貫通配線１１４ａと貫通配線１１４ｃとの間に形成されている。貫通配線１１４ｂは、第１の基板１３０に接続されている。貫通配線１１４ｂにより、第１の基板１３０の電位が取り出される。

第２の基板１３１ａを構成する基板７００は、例えば、ガラスを有している。

固定電極１１５ａ、１１５ｃは、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜である。

第３の基板１３１ｂは、パッケージ基板１０４の上に配置される。第３の基板１３１ｂは、例えば、ガラスを有している。

貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、基板７００の両端面まで延びている。いいかえれば、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの端面は、基板７００の両側面から露出している。そして、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの片方の端部から、電気信号が取り出される。

なお、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの端部は、金属ワイヤを接続するための電極パッド用として、金属メッキで覆われていても良い。

センサ素子１０１において、錘部１１１と固定電極１１５ａ、１１５ｃとの間に、加速度に応じて容量が変化するコンデンサが構成されている。錘部１１１に加速度が加わると、梁部１１２ａ、１１２ｂがねじれて、錘部１１１が変位する。これにより、固定電極１１５ａ、１１５ｃと錘部１１１とが対向する面積及び間隔が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。センサ素子１０１は、この静電容量の変化から加速度を検出する。

なお、本実施の形態ではＸ軸方向の加速度を検出するセンサ素子１０１を説明した。しかし本発明は、これに限らない。例えば、Ｙ軸方向やＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ素子であってもよい。あるいは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度を検出する角速度センサ素子であっても構わない。即ち、センサ素子１０１は、慣性センサ素子として用いられる。また、角速度を検出する角速度センサ素子を用いる場合には、角速度センサとして用いられる。さらに、センサ１００は、慣性センサとして用いられる。

図４は、実施の形態における貫通配線１１４の模式図（拡大斜視図）である。ここで、貫通配線１１４は、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃのいずれか一つを示している。すなわち、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの基本的な構造は同じであるので、貫通配線１１４を用いて、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃを説明する。説明を簡単にするため、図４の貫通配線１１４は、図２の貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの上下を反転して表示している。

貫通配線１１４は、柱部３０１（第１の部分）と、桁部３１２（第２の部分）と、を有している。柱部３０１と桁部３１２とでＴ字形状が形成されている。柱部３０１と桁部３１２とは、電気的に接続されている。すなわち、貫通配線１１４ａは、柱部３０１ａ（第１の柱部）と、桁部３１２ａ（第１の桁部）とで構成されている。貫通配線１１４ｂは、柱部３０１ｂ（第２の柱部）と、桁部３１２ｂ（第２の桁部）とで構成されている。貫通配線１１４ｃは、柱部３０１ｃ（第３の柱部）と、桁部３１２ｃ（第３の桁部）とで構成されている。貫通配線１１４の材料は、例えば、シリコンである。

貫通配線１１４ａの柱部３０１ａは、固定電極１１５ａに電気的に接続されている。貫通配線１１４ｃの柱部３０１ｃは、固定電極１１５ｃに電気的に接続されている。

図３に示すように、第２の基板１３１ａ（基板７００）は、第１の面１４１ａと、第２の面１４１ｂと、第３の面１４１ｃとを有する。第１の面１４１ａは、固定電極１１５ａ、１１５ｃが設けられる面である。いいかえれば、第１の面１４１ａは、錘部１１１と対向する面である。第２の面１４１ｂは、第１の面１４１ａと、垂直な面である。第３の面１４１ｃは、第１の面１４１ａと反対の面である。

柱部３０１は、基板７００の第１の面１４１ａに対して垂直な方向（図２のＺ軸方向、第１の方向）に延びている。いいかえれば、柱部３０１は、基板７００の第２の面１４１ｂと平行に延びている。

桁部３１２は、基板７００の第１の面１４１ａと平行な方向（図２のＸ軸方向、第２の方向）に延びている。いいかえれば、桁部３１２は、基板７００の第２の面１４１ｂに対して垂直に延びている。桁部３１２は、第３の面１４１ｃにおいて、基板７００を分断するように形成されている。

図４に示すように、第１の面１４１ａに面する桁部３１２の幅Ｗは、第２の面１４１ｂに面する桁部３１２の幅ａよりも狭く形成されている。

また、第１の面１４１ａに面する桁部３１２における傾斜θは、桁部３１２の高さｂに応じて決定される。本実施の形態において、傾斜θは、１０°以上、４５°以下の範囲である。

桁部３１２の幅ａは１００μｍ以上、２００μｍ以下の範囲である。桁部３１２の高さｂは１００μｍ以上、２００μｍ以下の範囲である。柱部３０１の幅ｄは、桁部３１２の幅ａより小さい。柱部３０１の高さｃは１００μｍ以上、２００μｍ以下の範囲である。

貫通配線１１４は、単一の部材で形成されている。すなわち、柱部３０１と桁部３１２とが連続体で形成されている。あるいは、柱部３０１と桁部３１２とが一体で形成されている。この構成により、センサ素子１０１の小型化が可能である。また、傾斜θが形成されているので、貫通配線１１４をガラスに埋め込む工程において、ガラスの流し込みが容易になる。その結果、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの配線間隔が狭い場合でも、ボイドなどの欠陥が発生しにくくなる。

更に、傾斜θが存在することにより、ガラスとシリコンが接する表面積が増加するので、ガラスとシリコンとの間の密着力が向上する。そのため、センサ素子１０１の強度が向上する。

また、図４に示すように、幅ａが幅ｄより大きくなるようにしている。言い換えれば、柱部３０１の第３の方向の幅ｄは、桁部３１２の第３の方向の幅ａよりも小さい。ここで、柱部３０１が延びる方向を第１の方向（Ｚ軸方向）、桁部３１２が延びる方向を第２の方向（Ｘ軸方向）と定義している。そして、第１の方向と第２の方向の両方に直角な方向を第３の方向（Ｙ軸方向）と定義している。

この構成により、柱部３０１は、桁部３１２との結合面において、傾斜できるようになるので、上記の効果が得られる。更に、貫通配線１１４の製造工程において、柱部３０１を形成する際に多少のアライメントのずれがある場合でも、柱部３０１と桁部３１２とにより構成されるＴ字の形状が確保できる。すなわち、アライメント精度に対するロバスト性が向上するため、貫通配線パターンの小型化が可能である。

図５は、実施の形態における他の第２の基板１３２ａの斜視図である。図６は、実施の形態における他の第２の基板１３２ａの断面図である。第２の基板１３２ａの貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの１端は、第２の面１４１ｂまで延びていないという点で、第２の基板１３２ａは第２の基板１３１ａと異なる。その他の構成は、第２の基板１３２ａと第２の基板１３１ａで同じである。

より詳細に説明すると、第３の面１４１ｃから第２の基板１３２ａを見た場合、第３の面１４１ｃは凹部１６１ｃを有しており、凹部１６１ｃの一つの面は、桁部３１２ｃの一方の端面１８１ｃにより形成されている。

別の表現では、貫通配線１１４ｃの桁部３１２ｃの一方の端面１８１ｃは、第２の面１４１ｂまで延びていない。すなわち、桁部３１２ｃの一方の端面１８１ｃ、と第２の面１４１ｂとは、面一ではない。言い換えれば、貫通配線１１４ｃの桁部３１２ｃの一方の端面１８１ｃは、第２の面１４１ｂに対して後退して設けられている。この後退した領域を凹部１６１ｃとする。

同様に、第３の面１４１ｃから第２の基板１３２ａを見た場合、第３の面１４１ｃは凹部１６１ａを有しており、凹部１６１ａの一つの面は、桁部３１２ａの一方の端面１８１ａにより形成されている。

別の表現では、貫通配線１１４ａの桁部３１２ａの一方の端面１８１ａは、第２の面１４１ｂまで延びていない。すなわち、桁部３１２ａの一方の端面１８１ａ、と第２の面１４１ｂとは、面一ではない。言い換えれば、貫通配線１１４ａの桁部３１２ａの一方の端面１８１ａは、第２の面１４１ｂに対して後退して設けられている。この後退した領域を凹部１６１ａとする。

同様に、第３の面１４１ｃから第２の基板１３２ａを見た場合、第３の面１４１ｃは凹部１６１ｂを有しており、凹部１６１ｂの一つの面は、桁部３１２ｂの一方の端面１８１ｂにより形成されている。

別の表現では、貫通配線１１４ｂの桁部３１２ｂの一方の端面１８１ｂは、第２の面１４１ｂまで延びていない。すなわち、桁部３１２ｂの一方の端面１８１ｂ、と第２の面１４１ｂとは、面一ではない。言い換えれば、貫通配線１１４ｂの桁部３１２ｂの一方の端面１８１ｂは、第２の面１４１ｂに対して後退して設けられている。この後退した領域を凹部１６１ｂとする。

凹部１６１は、基板７００からなる３つの面と、貫通配線１１４を構成する配線材料からなる１つの面と、によって囲まれる領域である。ここで、凹部１６１は、凹部１６１ａ、凹部１６１ｂ、凹部１６１ｃのいずれか一つを示している。本実施の形態では、基板７００を構成する材料はガラスである。また、貫通配線１１４を構成する配線材料はシリコンである。別の表現では、凹部１６１は、基板７００の端面付近に形成されている３つの面と、貫通配線１１４の端面１８１と、によって囲まれる領域（凹部）である。ここで、端面１８１は、端面１８１ａ、１８１ｂ、１８１ｃのいずれか一つを示している。

以上の構成により、第２の基板１３２ａの第２の面１４１ｂが上を向くように配置された場合でも、横を向くように配置された場合でも、電気信号を容易に取り出せる。

貫通配線１１４の桁部３１２の一方の端面１８１は、例えば金などの金属層が形成されているのが好ましい。さらに、凹部１６１の内面には金などの金属層が形成されているのがより好ましい。言い換えれば、凹部１６１を形成する、基板７００からなる３つの面と、貫通配線１１４からなる１つの端面１８１には、例えば金などの金属層が形成されているのが、より好ましい。

この構成により、凹部１６１を、例えばワイヤボンディング用の金属パッドとして用いることができる。そして、凹部１６１を構成する４つの内面が全て金属層で覆われる。これにより、第２の基板１３２ａにおいて、第２の面１４１ｂが上を向くように配置される場合でも、第２の面１４１ｂが横を向くように配置される場合でも、常に上面に金属の面が出現する。そのため、第２の面１４１ｂが上、横のどちらを向くように配置されても、外部への電気信号の取出しが容易となる。

更に、第２の基板１３２ａの第２の面１４１ｂが上を向くように配置される場合、金属面が凹部１６１になっているので、外部への電気信号の取り出しを行う金属ワイヤの高さを、基板７００の第２の面１４１ｂより低くできる。そのため、パッケージ基板１０４を小型化できる。

また、凹部１６１を構成する４つの内面が全て金属層で覆われているので、ワイヤボンディングの電気的接続信頼性が向上する。

本実施の形態において、凹部１６１は、基板７００からなる３つの内面と、貫通配線１１４からなる１つの内面と、によって囲まれる領域であると説明した。しかし、凹部１６１は、これに限らない。例えば、凹部１６１は、基板７００からなる４つの内面と、貫通配線１１４からなる１つの内面と、によって囲まれる領域であってもよい。この場合、凹部１６１は四方を囲まれた窪みであるので、実装の際に接合金属や導電性接着剤を流し込むために凹部１６１を利用できる。ただし、凹部１６１は、基板７００からなる３つの内面と、貫通配線１１４からなる１つの内面と、によって囲まれる領域である事が好ましい。即ち、凹部１６１は三方を囲まれた窪である方が好ましい。これにより、上述の通り、電気信号の取出しがより容易になる。

また、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、第２の基板１３２ａにおいて、互いに平行に形成されているのが好ましい。これにより、第２の基板１３２ａの対称性を向上できるので、第２の基板１３２ａを用いたセンサの温度特性が改善される。

図７は、実施の形態におけるさらに他の第２の基板１３３ａの斜視図である。第２の基板１３３ａは、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの幅が同じではないという点で、第２の基板１３２ａと異なる。その他の構成は、第２の基板１３３ａと第２の基板１３２ａで同じである。

貫通配線１１４ｂの桁部３１２ｂの端部における幅Ｗ２は、貫通配線１１４ａの桁部３１２ａの端部における幅Ｗ１よりも大きい。

また、貫通配線１１４ｂの桁部３１２ｂの端部における幅Ｗ２は、貫通配線１１４ｃの桁部３１２ｃの端部における幅Ｗ３よりも大きいことが好ましい。これにより、貫通配線１１４ｂが有する桁部３１２ｂへワイヤボンディングする際に要求されるアライメント精度が緩和される。

さらに、貫通配線１１４ａの桁部３１２ａの端部における幅Ｗ１は、貫通配線１１４ｃが有する桁部３１２ｃの端部における幅Ｗ３と等しいのが好ましい。これにより、第２の基板１３１ａの対称性を向上できるので、第２の基板１３１ａを用いたセンサの温度特性が改善される。

また、図７で説明した貫通配線１１４の構造を図３に適用してもよい。さらに図７で説明した貫通配線１１４の構造と、図３や図５で説明した貫通配線１１４の構造とを、組み合わせてもよい。

また、本実施の形態では、Ｔ字形状の貫通配線１１４を説明した。しかし、貫通配線１１４の形状はＴ字に限らない。例えば、Ｌ字の形や、Ｔ字とＬ字とを併用した貫通配線を用いてもよい。また、Ｉ字の形状でもよい。ただし、Ｔ字形状にした方が対称性が向上するので、センサ１００の温度特性が向上する。よって、貫通配線としてＴ字形状を用いるのが好ましい。

図８は、実施の形態におけるセンサ素子２０１の分解斜視図である。センサ素子２０１は、第２の基板１３１ａに、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを有する点でセンサ素子１０１と異なる。その他の構成はセンサ素子１０１と同じである。

貫通配線１１４ａは、第１の固定電極１１５ａに接続されている。貫通配線１１４ｃは、第１の固定電極１１５ｃに接続されている。貫通配線１１４ｂ、１１４ｄは第１の基板１３０に接続されている。

貫通配線１１４ｂと貫通配線１１４ｄの２箇所で第１の基板１３０と接続しているので、第１の基板１３０の電位が安定して取り出される。そのため、センサ素子２０１の信頼性が向上する。更に、第２の基板１３１ａの対称性を向上できるので、第２の基板１３１ａを用いたセンサ素子２０１の温度特性が改善される。

図９Ａは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第２の基板３３１ａの上面図である。図９Ｂは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第２の基板３３１ａの正面図である。図９Ｃは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第１の基板３３０の上面図である。図９Ｄは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第１の基板３３０の正面図である。図９Ｅは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第３の基板３３１ｂの上面図である。図９Ｆは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第３の基板３３１ｂの正面図である。図９Ａに示すように、第２の基板３３１ａの貫通配線１１４ａ、１１４ｃと、貫通配線１１４ｂは、長さが異なる。

第１の基板３３０との接合面側に設けられた、第２の基板３３１ａの固定電極１１５ａは、貫通配線１１４ａと電気的に接合されている。第１基板との接合面側に設けられた、第２の基板３３１ａの固定電極１１５ｃは、貫通配線１１４ｃと電気的に接合されている。

絶縁層２０２ａ、２０２ｂと第１の電極２０４ａ、２０４ｂは、凹部２０６の中に配置されている。第１の基板３３０の凹部２０６の外側の箇所は第２の基板３３１ａに接続される。

第１の電極２０４ａは、第１の基板３３０の凹部２０６内の絶縁層２０２ａの上に設けられている。第２の電極２０４ｂは、第１の基板３３０の凹部２０６内の絶縁層２０２ｂの上に設けられている。

第１の電極２０４ａおよび第２の電極２０４ｂの表面は、第１の基板３３０の表面からわずかに突出しているのが好ましい。それらの突出した高さは概ね１．０μｍ以下であることが好ましい。これにより、第１の電極２０４ａおよび第２の電極２０４ｂは、第１の基板３３０と第２の基板３３１ａとの間が接合される時に、より確実に圧接される。その結果、第１の基板３３０と第２の基板３３１ａとの間の接続の信頼性が向上する。

島部２０２ｃは、第１の基板３３０の凹部２０６内に設けられており、第１の基板３３０と同じ材料でできた島形状の部分である。第３の電極２０４ｃは、島部２０２ｃの上に形成されている。第１の基板３３０と第２の基板３３１ａの接合後に、第３の電極２０４ｃが貫通配線１１４ｂと接続される。すなわち、貫通配線１１４ｂにより、第１の基板３３０の電位が取り出される。

第３の電極２０４ｃの表面は第１の基板３３０の表面からわずかに突出しているのが好ましい。その突出した高さは概ね１．０μｍ以下である。この構成により、第１の基板３３０と第２の基板３３１ａの接合時に第３の電極２０４ｃが圧接されて、より確実に電気的接続がなされる。

ここで、第１の電極２０４ａ、第２の電極２０４ｂ、第３の電極２０４ｃは、上面視で三角形を構成するように配置している。これにより、第１の基板３３０の対称性が向上するので、センサ素子３００の温度特性が向上する。

図１０Ａ〜１０Ｆは、実施の形態におけるセンサ素子３００の第２の基板３３１ａの製造工程を示す図である。特に、第２の基板３３１ａの凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを形成する工程を示している。

図１０Ａのレジスト塗布工程では、ガラス６００にシリコン６０２がはめ込まれた基材１７１の上面にレジスト６０４を塗布する。この時、上面から露出する貫通配線の一部にはレジスト６０４を設けない。なお、ガラス６００は、基板７００を構成する材料である。シリコンは、貫通配線１１４を構成する材料である。

図１０Ｂのエッチング工程では、基材１７１がエッチングされる。この時、基材１７１上の、レジスト６０４を設けていない箇所がエッチングされる。これにより、基材１７１に凹部６０６が形成される。

図１０Ｃの電極スパッタ工程では、基材１７１の上面にスパッタを用いて金属層６０８を形成する。

図１０Ｄのレジスト剥離工程では、レジストを剥離する。これにより、凹部６０６以外の金属層６０８が除去される。

図１０Ｅのダイシング工程では、破線１０Ｆ−１０Ｆに沿って、すなわち、凹部６０６を通る線で、基材１７１をダイシングする。図１０Ｆはダイシング後の斜視図である。以上の工程で、第２の基板３３１ａが形成される。

図１１Ａは、実施の形態における、横置きにした場合のセンサ素子３００の側面模式図である。図１１Ｂは、実施の形態における、縦置きにした場合のセンサ素子３００の側面模式図である。

図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、センサ素子３００は、外部基板３７２に対して縦、横のいずれの方向に配置しても、金属ワイヤ３７１を引き出すことができる。この構造により、外部への電気信号の取出しが容易になるので、センサ素子３００の配置の自由度が向上する。なお、この構成は第２の基板３３１ａに限らず、第２の基板１３２ａや第２の基板１３３ａの場合でも適用できる。

図１２Ａは、実施の形態におけるセンサ素子３５０の上面図である。図１２Ｂは、実施の形態におけるセンサ素子３５０の正面図である。図１２Ｃは、実施の形態におけるセンサ素子３５０の側面図である。

図１２Ａ〜１２Ｃに示すセンサ素子３５０の第２の基板４３１ａは、図９Ａに示すセンサ素子３００の第２の基板３３１ａの上に、電極層３７４をスパッタなどにより形成している。さらに、貫通配線１１４ａと貫通配線１１４ｂとの間に、第１の溝部３０２ａを形成している。また、貫通配線１１４ｃと貫通配線１１４ｂとの間に、第２の溝部３０２ｂを形成している。なお、第１の溝部３０２ａと第２の溝部３０２ｂは、例えば、レーザーやハーフダイシングなどの技術を用いて、電極層３７４と基板７００とを切削加工することにより形成される。

センサ素子３５０は、第３の基板４３１ｂと、第１の基板４３０と、第２の基板４３１ａが、順に積層された構造を有している。凹部３６１ａ、凹部３６１ｂ、凹部３６１ｃは、基板７００を構成する材料と、貫通配線１１４を構成する材料と、からなる内面とを有する。本実施の形態では、基板材料はガラスであり、配線材料はシリコンである。言い換えれば、凹部３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃは、基板７００の端面である３つの内面と、貫通配線１１４の端面である１つの内面と、によって囲まれる領域である。

電極層３７４は、第２の基板１３１ａ（基板７００）の第３の面１４１ｃの少なくとも一部と、凹部３６１（凹部３６１ａ、凹部３６１ｂ、凹部３６１ｃ）の内面の少なくとも一部と、に設けられている。電極層３７４は、例えば、金で構成されている。

凹部３６１の第３の面１４１ｃに垂直な方向（図１２ＢのＺ軸方向）の長さＬ１は、貫通配線１１４の桁部３１２の第３の面１４１ｃに垂直な方向（図１２ＢのＺ軸方向）の長さＬ２よりも長い方が好ましい。ここで、凹部３６１は、凹部３６１ａ、凹部３６１ｂ、凹部３６１ｃのいずれか一つを示している。ただし、長さＬ１は長さＬ２より小さくても、凹部３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃが、ワイヤボンディングのための必要な面積を有していればよい。しかし、長さＬ１が短すぎると、電気的接続が不安定になるので、長さＬ１が長さＬ２よりも長い方がより好ましい。

センサ素子３５０は、第２の基板１３１ａ（基板７００）の第３の面１４１ｃに、第１の溝部３０２ａ、第２の溝部３０２ｂを有している。

第１の溝部３０２ａは、１１４ａと１１４ｂの概ね中間の位置に形成されている。第２の溝部３０２ｂは、１１４ｂと１１４ｃの概ね中間の位置に形成されている。第１の溝部３０２ａおよび第２の溝部３０２ｂの深さＤ１は凹部３６１の長さＬ１より１０μｍ以上深いのが望ましい。すなわち、第１の溝部３０２ａあるいは第２の溝部３０２ｂの第３の面１４１ｃに垂直な方向の長さ（深さＤ１）は、凹部３６１ａの第３の面１４１ｃに垂直な方向の長さＬ１よりも長いのが望ましい。さらに、第１の溝部３０２ａは、第３の面１４１ｃと第１の面１４１ａとの間を貫通していてもよい。第１の溝部３０２ａおよび第２の溝部３０２ｂの幅Ｈ１は概ね２０μｍ以上であるのが望ましい。さらに、第１の溝部３０２ａおよび第２の溝部３０２ｂと、貫通配線１１４ａ〜１１４ｃとの隙間が１０μｍ以上あるのが望ましい。これにより、貫通配線１１４ａ〜１１４ｃを互いに電気的に独立させることができ、貫通配線１１４ａと１１４ｂが一方の加速度検出容量電極となり、１１４ｂと１１４ｃが他方の加速度検出容量電極となる。

図１３Ａは、実施の形態におけるセンサ素子４００の上面図である。図１３Ｂは、実施の形態におけるセンサ素子４００の正面図である。図１３Ｃは、実施の形態におけるセンサ素子４００の側面図である。センサ素子４００とセンサ素子３５０は、貫通配線の形状が異なる。

センサ素子４００は、柱状の貫通配線４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、を有している。貫通配線４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、第２の基板１３１ａ（基板７００）を貫通している。貫通配線４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、Ｔ字形状ではなく、第１の方向（図１３ＢのＺ軸方向）に延びる柱部のみを有する。図４を用いて説明すると、貫通配線４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃは、桁部３１２を有さず、柱部３０１のみを有する構成である。貫通配線４１４ａ、４１４ｂ、４１４ｃ、のそれぞれが有する柱部３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃは、その一端が第２の基板１３１ａ（基板７００）の第３の面１４１ｃから露出している。

電極層３７４は、第２の基板１３１ａ（基板７００）の第３の面１４１ｃの少なくとも一部と、凹部３６１ａの内面の少なくとも一部と、に形成されている。ここで、電極層３７４は第３の面１４１ｃと凹部３６１ａとの間で連続して形成されている。

図１４Ａは、実施の形態における、横置きにした場合のセンサ素子４００の側面模式図である。図１４Ｂは、実施の形態における、縦置きにした場合のセンサ素子４００の側面模式図である。図１４Ａ、図１４Ｂは、金属ワイヤ３７１を実装したセンサ素子４００を示している。

図１４に示すように、センサ素子４００は、外部基板３７２に対して縦、横のいずれの方向に配置しても、金属ワイヤ３７１を引き出すことができる。その結果、外部への電気信号の取出しが容易になるので、センサ素子４００の配置の自由度を向上できる。

図１５は、実施の形態におけるセンサ１００の上面図である。図１５において、センサ素子１０１は、第２の面１４１ｂが上面視で露出するように配置されている。すなわち、図１５におけるセンサ素子１０１は、図１１Ｂ、図１４Ｂのように配置されている。上面視で露出する貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの端部には、金属ワイヤ３７１が接続されている。センサ素子１０１は、金属ワイヤ３７１を介して回路基板１０３に接続されている。

図１６は、実施の形態における他のセンサ５００の上面図である。図１６において、センサ素子１０１は、第３の面１４１ｃが上面視で露出するように配置されている。すなわち、図１６におけるセンサ素子１０１は、図１１Ａ、図１４Ａのように配置されている。上面視で露出する貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの端部には、金属ワイヤ３７１が接続されている。センサ素子１０１は、金属ワイヤ３７１を介して回路基板１０３に接続されている。図１５、図１６において、センサ素子１０１を例にとり説明したが、センサ素子２０１、３００、３５０、４００でも同様に配置できる。

図１５、図１６に示すように、本開示のセンサ素子は、縦、横のいずれの方向にも配置できる。その結果、センサにおけるセンサ素子の配置の自由度が向上する。

なお、本実施の形態では３本の貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃを用いて説明したが、貫通配線の数は３本に限らず、何本であってもよい。

本開示のセンサ素子を用いたセンサは、配置の自由度が向上するので、外部への電気信号の取出しが容易になる。

本開示は、配線埋め込みガラス基板と、それを用いた慣性センサ素子及び慣性センサとして有用である。

１００，５００ センサ
１０１，２０１，３００，３５０，４００ センサ素子
１０３ 回路基板
１０４ パッケージ基板
１０５ リード端子
１０６ 外部基板
１１１ 錘部
１１３ 支持部
１１２ａ，１１２ｂ 梁部
１１４，１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ 貫通配線
１１５ａ，１１５ｃ 固定電極
１３０，３３０，４３０ 第１の基板
１３１ａ，１３２ａ，１３３ａ，３３１ａ，４３１ａ 第２の基板
１３１ｂ，３３１ｂ，４３１ｂ 第３の基板
１４１ａ 第１の面
１４１ｂ 第２の面
１４１ｃ 第３の面
１６１，１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，３６１，３６１ａ，３６１ｂ，３６１ｃ 凹部
１７１ 基材
１８１，１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃ 端面
２０２ａ，２０２ｂ 絶縁層
２０２ｃ 島部
２０４ａ 第１の電極
２０４ｂ 第２の電極
２０４ｃ 第３の電極
２０６ 凹部
３０１，３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ 柱部
３０２ａ 第１の溝部
３０２ｂ 第２の溝部
３１２，３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃ 桁部
３７１ 金属ワイヤ
３７２ 外部基板
３７４ 電極層
４１４ａ，４１４ｂ，４１４ｃ 貫通配線
６００ ガラス
６０２ シリコン
６０４ レジスト
６０６ 凹部
６０８ 金属層
７００ 基板
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 幅
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
θ 傾斜
ａ，ｄ 幅
ｃ，ｂ 高さ
Ｈ１ 幅

Claims (11)

1. 第１の面と、
   前記第１の面に垂直な第２の面と、
   前記第１の面の反対側の第３の面と、
   を有する
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板の前記第１の面に垂直な、第１の方向に延伸された第１の柱部と、
   前記第１の柱部の第１面と接続し、前記ガラス基板の前記第２の面と垂直な第２の方向に延伸された第１の桁部と、
   を有する
   第１の配線と、
   を備え、
   前記第１の配線は、前記ガラス基板に埋め込まれており、
   前記第１の桁部の第１面は、前記ガラス基板の前記第３の面から露出しており、
   前記ガラス基板の前記第３の面は第１の凹部を有しており、
   前記第１の凹部の一つの面は、前記第１の桁部の一方の端面により形成されている
   配線埋め込みガラス基板。
2. 前記ガラス基板の前記第１の面に垂直な、前記第１の方向に延伸された第２の柱部と、
   前記第２の柱部の第１面と接続し、前記ガラス基板の前記第２の面と垂直な前記第２の方向に延伸された第２の桁部と、
   を有する
   第２の配線と、
   をさらに備え、
   前記第２の配線は、前記ガラス基板に埋め込まれており、
   前記第２の桁部の第１面は、前記ガラス基板の前記第３の面から露出しており、
   前記ガラス基板の前記第３の面は第２の凹部を有しており、
   前記第２の凹部の一つの面は、前記第２の桁部の一方の端面により形成されている
   請求項１記載の配線埋め込みガラス基板。
3. 前記ガラス基板の前記第３の面の一部と、前記第１の凹部と、前記第２の凹部とは電極層で覆われており、
   前記ガラス基板の前記第３の面の、前記第１の配線と前記第２の配線の間には、前記電極層が形成されていない溝部が形成されている
   請求項２記載の配線埋め込みガラス基板。
4. 前記溝部の前記第１の方向の長さは、前記第１の凹部の前記第１の方向の長さよりも長い請求項３記載の配線埋め込みガラス基板。
5. 前記溝部は、前記ガラス基板の前記第３の面と前記第１の面との間を貫通している
   請求項３記載の配線埋め込みガラス基板。
6. 前記第１の方向と前記第２の方向の両方に直角な方向を第３の方向とした場合、
   前記第３の方向における、前記第１の桁部と前記第２の桁部の幅は異なっている
   請求項２記載の配線埋め込みガラス基板。
7. 前記第１の凹部の前記第１の方向の長さは、前記第１の桁部の前記第１の方向の長さよりも長い
   請求項１記載の配線埋め込みガラス基板。
8. 前記ガラス基板の前記第３の面の一部と、前記第１の凹部とは電極層で覆われている
   請求項１記載の配線埋め込みガラス基板。
9. 第１の面と、
   前記第１の面に垂直な第２の面と、
   前記第１の面の反対側の第３の面と、
   を有する
   ガラス基板と、
   前記ガラス基板の前記第１の面に垂直な、第１の方向に延伸された第１の柱部を有する第１の配線と、
   を備え、
   前記第１の配線は、前記ガラス基板に埋め込まれており、
   前記第１の柱部の第１面は前記ガラス基板の前記第３の面から露出しており、
   前記ガラス基板の前記第３の面は第１の凹部を有しており、
   前記第３の面の一部と、前記第１の凹部は電極層で覆われている
   配線埋め込みガラス基板。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の配線埋め込みガラス基板と、
    錘部と、
    支持部と、
    前記錘部を前記支持部に支持する梁部と、
    を有する、
    センサ用基板と、
    を備え、
    前記センサ用基板は、前記配線埋め込みガラス基板に接続されている
    慣性センサ素子。
11. 請求項１０の慣性センサ素子と、
    前記慣性センサ素子からの出力に基づいて物理量を検出する検出回路と、
    前記慣性センサ素子と前記検出回路とを搭載するパッケージ基板と、
    を備えた
    慣性センサ。