半導体センサ装置
【課題】経時による特性の変化が生じ難く、熱や電源電圧などの外部環境の変化による特性の変化が生じ難い、半導体センサ装置を提供する。
【解決手段】可動部を有する半導体センサが形成されている半導体基板２の片面にケース板３が積層されており、半導体基板２の上面に外部接続用電極７１〜７８が形成されており、ケース板３において、上面に複数の突起３ｂと、突起３ｂの外側に設けられた複数の貫通孔３ｅが形成されており、突起３ｂに設けられた端子電極５１〜５８が、外部接続用電極７１〜７８に、突起３ｂの側面から貫通孔３ｅ内に至る接続電極により電気的に接続されており、外部接続用電極７１〜７８の外側端部が半導体センサ装置１の側面に至らず、ケース板３により被覆されている、半導体センサ装置。
【解決手段】可動部を有する半導体センサが形成されている半導体基板２の片面にケース板３が積層されており、半導体基板２の上面に外部接続用電極７１〜７８が形成されており、ケース板３において、上面に複数の突起３ｂと、突起３ｂの外側に設けられた複数の貫通孔３ｅが形成されており、突起３ｂに設けられた端子電極５１〜５８が、外部接続用電極７１〜７８に、突起３ｂの側面から貫通孔３ｅ内に至る接続電極により電気的に接続されており、外部接続用電極７１〜７８の外側端部が半導体センサ装置１の側面に至らず、ケース板３により被覆されている、半導体センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加速度センサなどとして用いられている半導体センサ装置に関し、より詳細には、半導体基板に、実装用の端子電極が設けられたケース板が積層されている、半導体センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板に三次元構造体からなるセンサが形成されている半導体センサ装置が種々提案されている。例えば下記の特許文献１には、加速度センサとして用いられる半導体センサ装置が開示されている。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載の半導体センサ装置の外観を示す斜視図であり、図１２は、該半導体センサ装置の分解斜視図である。
【０００４】
半導体センサ装置１０１では、半導体基板１０２の上面に第１のケース板１０３が積層されており、下面に第２のケース板１０４が積層されている。半導体基板１０２の中央には可動部１０２ａが設けられており、該可動部１０２ａに電極を形成することにより加速度センサが構成されている。
【０００５】
加速度センサを外部と電気的に接続するために、半導体基板１０２の上面には、複数の外部接続用電極１０９が形成されている。複数の外部接続用電極１０９は、半導体基板１０２の上面において、長手方向に延びる端縁に沿って整列形成されている。
【０００６】
他方、第１のケース板１０３の上面１０３ａ上には、複数の突起１０３ｂが形成されている。複数の突起１０３ｂは、下方に位置している複数の外部接続用電極１０９に応じて設けられている。各突起１０３ｂの側方には、側面１０３ｃまたは側面１０３ｄに向かって開いた凹部１０３ｅが設けられている。１つの突起１０３ｂの側方に１つの凹部１０３ｅが設けられている。そして、突起１０３ｂの上面に、半導体センサ装置１０１を実装基板に表面実装するための端子電極１０７が形成されている。また、端子電極１０７と、外部接続用電極１０９とを電気的に接続するための接続電極１０８が、突起１０３ｂの側面から凹部１０３ｅ内を経て下方に延ばされている。
【０００７】
図１に示されているように、上記接続電極１０８の下端が、凹部１０３ｅに露出している外部接続用電極１０９にＴ字接続されている。
【０００８】
また、下記の特許文献２や３にも、同様に半導体センサが構成された半導体基板にベース基板が積層されてなるセンサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−０４３０１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５４７３号公報
【特許文献３】特開２００５−２９７１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の半導体センサ装置１０１では、第１のケース板１０３の上面１０３ａを下面とするように上下逆転させて、実装基板上に半導体センサ装置１０１を表面実装することができる。
【００１０】
しかしながら、半導体センサ装置１０１を使用しているうちに、経時により特性のばらつきが生じることのあることがわかった。また、周囲の温度が変化した場合に特性が変動したり、電源電圧の変動によって特性が変動することがあった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、経時による特性の変化が生じ難く、熱や電源電圧等の外部環境の変化による特性の変動が生じ難い、信頼性に優れた半導体センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、可動部を有する半導体センサが形成されている半導体基板と、前記半導体基板の片面に積層されたケース板とを備え、前記ケース板の前記半導体基板に貼り合わされている側とは反対側の面に、該ケース板と同じ材料で一体的に複数の突起が形成されており、前記複数の突起の外表面にそれぞれ設けられた複数の端子電極と、前記半導体基板の上面において該半導体基板の端部には至らないように、かつ前記半導体センサを外部と電気的に接続されるように設けられている複数の外部接続用電極と、前記複数の端子電極と、前記複数の外部接続用電極とをそれぞれ電気的に接続するように前記ケース板に設けられている複数の接続電極とをさらに備え、前記ケース板において、前記複数の突起の外側においてケース板の端縁と隔てられて複数の貫通孔がそれぞれ形成されており、前記各外部接続用電極が前記各貫通孔に露出しており、該露出している部分において前記接続電極に電気的に接続されており、かつ前記外部接続用電極の前記ケース板の端縁側の端部が前記ケース板により被覆されている、半導体センサ装置が提供される。
【００１３】
本発明に係る半導体センサのある特定の局面では、前記接続電極の端部が、前記ケース板の前記貫通孔に露出している前記外部接続用電極の上面に重ねられて、前記接続電極が前記外部接続用電極に電気的に接続されている。この場合には、接続電極と外部接続電極用電極とが面接触的に接続されているので、接続電極と外部接続用電極との接続の信頼性を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る半導体センサ装置のさらに別の特定の局面によれば、前記貫通孔は、対応する前記突起と、該貫通孔の外側に位置するケース板の端縁とを結ぶ方向の寸法に比べて、該端縁に沿う方向の寸法が長くされている平面形状を有する。この場合には、外部との接続部分の数、すなわち、端子電極の数を少なくすることができる。従って、小型化を進めることができる。
【００１５】
本発明に係る半導体センサ装置のさらに他の特定の局面によれば、前記半導体センサが加速度センサである。
【００１６】
本発明に係る半導体センサ装置のさらに別の特定の局面によれば、前記可動部が加速度が与えられたときに動く部分であり、前記加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出するＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向の変位を検出するＹ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向の変位を検出するためのＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路を有し、各変位検出用ブリッジ回路は、一端が電源端子に接続される第１，第３のピエゾ抵抗部と、一端がグラウンド電位に接続される第２，第４のピエゾ抵抗部とを有し、第１のピエゾ抵抗部及び第２のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第１の出力端子に接続されており、前記第３及び第４のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第２の出力端子に接続されているブリッジ回路を有する。この場合には、外部との接続部分の数、すなわち、端子電極の数を少なくすることができる。従って、小型化を進めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体センサ装置では、複数の突起の外側に複数の貫通孔がそれぞれ形成されており、外部接続用電極が貫通孔に露出しており、該露出している部分において上記接続電極に電気的に接続されており、さらに外部接続用電極の端部がケース板で被覆されているため、経時による特性の変動が生じ難く、かつ熱や電源電圧の変動などの外部環境の変動によっても特性の変動が生じ難い。従って、特性が安定であり、信頼性に優れた半導体センサ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体センサ装置の外観を示す斜視図及び図１のＡ−Ａ線に沿う部分の要部を示す部分切欠正面断面図である。
【００２０】
本実施形態の半導体センサ装置１は、半導体基板２と、半導体基板の上面に積層された第１のケース板３と、下面に積層された第２のケース板４とを有する。図２は、半導体基板２の平面図であり、図３は、その要部を示す部分切欠平面断面図である。
【００２１】
特許文献１に記載の半導体センサ装置１０１と同様に、本実施形態においても、半導体基板２の中央に、可動部２ａが形成されている。すなわち、半導体基板２は正面２ｂと背面２ｃとを結ぶ方向が長さ方向となる矩形の平面形状を有する。
【００２２】
図２に示すように、半導体基板２内には、枠状の梁部２１が浮いた状態で配置されている。この梁部２１が設けられている部分及び後述の錘部分が設けられている部分の拡大平面図を図３に示す。図３において、Ｘ軸方向を半導体基板２の正面２ｂ及び背面２ｃと平行な方向とし、正面２ｂ及び背面２ｃを結ぶ方向をＹ軸方向とする。後述のＺ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向である。梁部２１は、平面視した場合、角環状の形状を有する。梁部２１の前述したＸ軸方向両端から、それぞれＸ軸方向に沿って外側に延びるように支持部２２ａ，２２ｂが連ねられている。支持部２２ａ，２２ｂの梁部２１に連ねられている側とは反対側の端部が半導体基板２の本体部分に連ねられている。すなわち、支持部２２ａ，２２ｂにより、梁部２１が浮かされた状態とされている。
【００２３】
また、梁部２１のＹ軸方向両側に、錘部２３ａ，２３ｂが配置されている。錘部２３ａ，２３ｂは、梁部２１に対してＹ軸方向両側からＹ軸方向外側に連ねられた連結部２４ａ，２４ｂにより梁部２１に連結されている。従って、錘部２３ａ，２３ｂは、梁部２１と同様に半導体基板２の本体部に対して浮かされた状態で配置されている。梁部２１がたわみ変形することにより、錘部２３ａ，２３ｂが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸方向に変位可能とされている。
【００２４】
本実施形態では、上記半導体基板２は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をマイクロマシニング技術を用いて加工することにより形成されている。なお、ＳＯＩ基板とは、Ｓｉ層と、ＳｉＯ層と、Ｓｉ層とがこの順序で積層されている多層基板であり、もっとも、本発明で用いられる半導体基板は上記ＳＯＩ基板に限定されるものではない。
【００２５】
また、上記梁部２１において、図２及び図３に略図的に示すように、例えばＸ軸方向の加速度を検出するために、４つのピエゾ抵抗部ＲＸ１〜ＲＸ４が配置されている。これら４つのピエゾ抵抗部ＲＸ１〜ＲＸ４がＸ軸方向の加速度を検出するＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路を構成している。そして、半導体基板２に形成されている配線パターンにより、ピエゾ抵抗部ＲＸ１〜ＲＸ４が図４に示すブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路における出力変化によりＸ方向の加速度が検出される。
【００２６】
なお、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出するために、同様のブリッジ回路が半導体基板２に形成されている配線パターンにより４つのピエゾ抵抗部を接続することにより構成されている。
【００２７】
半導体基板２においては、Ｘ軸方向の加速度が発生すると、加速度に起因したＸ軸方向の力が可動部２ａである錘部２３ａ，２３ｂに作用する。錘部２３ａ，２３ｂでのＸ軸方向への作用力により、錘部２３ａ，２３ｂが、基準状態から、Ｘ軸方向に変位する。錘部２３ａ，２３ｂのＸ軸方向への変位により、連結部を介して梁部２１はたわみ変形し、それによって梁部２１に応力が発生する。この梁部２１に生じた応力により、上述したＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路におけるピエゾ抵抗部の抵抗値が変化する。そのため、Ｘ軸方向への加速度が発生している場合に、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路を構成しているブリッジ回路の出力が変化し、Ｘ軸方向の加速度が検出される。この場合、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に加速度が作用しない場合には、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路を構成している各ブリッジ回路の出力には変化がみられないことになる。このようにして、Ｘ軸方向の加速度が検出される。
【００２８】
Ｙ軸方向に変位が発生した場合、あるいはＺ軸方向に変位が発生した場合にも、同様にして、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位が検出される。
【００２９】
なお、本実施形態では、図４に示されているように、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＹ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路が図示のように配線パターンにより接続されている。
【００３０】
すなわち、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路では、第１，第３のピエゾ抵抗部ＲＸ１，ＲＸ３が接続点３１において共通接続されている。また、第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＸ２及びＲＸ４が接続点３２において共通接続されている。第１，第２のピエゾ抵抗部ＲＸ１，ＲＸ２の他端が、第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＸ２，ＲＸ４の各他端と共通接続され、上記ブリッジ回路が形成されている。
【００３１】
同様に、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路においても、接続点３３に第１，第３のピエゾ抵抗部ＲＹ１，ＲＹ３の各一端が共通接続されており、接続点３４に第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＹ２，ＲＹ４の各一端が共通接続されている。そして、ピエゾ抵抗部ＲＹ１，ＲＹ３の各他端と、ピエゾ抵抗部ＲＹ２，ＲＹ４の各他端が接続され、図示のブリッジ回路が形成されている。
【００３２】
Ｚ軸方向変位検出用ブリッジ回路においても、接続点３５に第１，第３のピエゾ抵抗部ＲＺ１，ＲＺ３の各一端が共通接続されており、接続点３６に第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＺ２，ＲＺ４の各一端が共通接続されている。そして、ピエゾ抵抗部ＲＺ１，ＲＺ３の各他端と、ピエゾ抵抗部ＲＺ２，ＲＺ４の各他端が接続され、図示のブリッジ回路が形成されている。
【００３３】
そして、上記接続点３１，３３，３５が電源端子ＶＤＤに共通接続されている。また、接続点３２，３４，３６がグラウンド端子Ｇに共通接続されている。
【００３４】
他方、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路の各第１，第２のピエゾ抵抗部間の接続点３７，３９，４１が、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出する各第１の出力端子４３〜４５に接続されている。他方、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路における各第３，第４のピエゾ抵抗部間の接続点３８，４０，４２は、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出する出力端子４６〜４８に電気的に接続されている。従って、本実施形態の半導体センサ装置１は、上記出力端子４３〜４５，４６〜４８と、電源端子４９とをグラウンド電位に接続されるグラウンド端子５０との８個の端子を有する。
【００３５】
図１に戻り、第１のケース板３及び第２のケース板４は、それぞれ、アルミナなどの絶縁セラミックスまたは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料からなる。
【００３６】
本実施形態では、第１のケース板３及び第２のケース板４は、ガラスからなる。
【００３７】
第２のケース板４の上面には、前述した可動部２ａの駆動を妨げないための凹部が上面に形成されている。このような凹部は、特許文献１に記載の下方のケース板の上面に形成されている凹部と同様に形成され得る。
【００３８】
他方、第１のケース板３の下面にも、同様の凹部が形成され、可動部２ａの変位が妨げられないように形成されている。
【００３９】
図５は、第１のケース板３の平面図であり、図６及び図７は、それぞれ、本実施形態の半導体センサ装置１１の部分切欠正面図及び右側面図である。図１、図５並びに図６及び図７に示すように、第１のケース板３の上面３ａ上には、複数の突起３ｂが形成されている。突起３ｂの平面形状は特に限定されないが、本実施形態では上記半導体基板２の長さ方向と直交する方向が長さ方向である矩形の平面形状を有する。
【００４０】
突起３ｂの上面に、端子電極５１〜５８がそれぞれ形成されている。端子電極５１〜５８は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌなどの金属もしくはこれらの適宜の合金により形成することができる。端子電極５１〜５８は、半導体センサ装置１を第１のケース板３の上面３ａ側から表面実装する際に、実装基板上の電極ランドに電気的に接続されかつ半導体センサ装置１を機械的に固定する部分に相当する。すなわち、端子電極５１〜５８は、半導体センサ装置１を外部と電気的に接続するために設けられている。
【００４１】
第１のケース板３の上面３ａは平坦ではなく、上記突起３ｂが設けられている。また、半導体基板２の長さ方向と直交する方向に延びる複数本の第１の溝３ｃと、該長さ方向に延びる複数本の第２の溝３ｄと、長さ方向に延び、かつ第１のケース板３の長さ方向端縁に沿うように形成された複数本の第３の溝３ｆとが形成されている。ここで、上記第１，第２の溝３ｃ，３ｄは各突起３ｂを囲むように形成されている。従って、長さ方向に隣り合う突起３ｂ，３ｂ間においては、２本の第１の溝３ｃ，３ｃが配置されることになる。また、前記長さ方向と直交する方向において隣り合う突起３ｂ，３ｂ間においても、２本の第２の溝３ｄ，３ｄが位置することになる。
【００４２】
従って、半導体センサ装置１を実装基板に第１のケース板３側から表面実装するに際し、導電性接着剤などの流動性を有する材料を用いて接合する場合、該導電性接着剤などの接合剤が隣り合う突起３ｂ，３ｂ間に行き渡り難い。例えば、端子電極５１に付与された導電性接着剤などの接合剤は、隣り合う端子電極５２や端子電極５５に至り難い。従って、隣り合う端子電極同士の短絡を確実に防止することができる。
【００４３】
他方、第３の溝３ｆが設けられているため、実装時に、半導体センサ装置１の浮き上がりを防止することができる。第３の溝３ｆが設けられていない場合には、第１のケース板３の長さ方向に沿う端縁に沿う部分は、突起３ｂと同じ高さを有することとなる。そのため、突起３ｂ，３ｂに形成された端子電極５１や端子電極５６と実装基板の電極ランドとの間において浮きが生じたりするおそれがある。これに対して、図１に示すように、本実施形態では、上記第３の溝３ｆの形成により、突起３ｂの上面に設けられた端子電極５１〜５８が確実に、実装基板の表面の電極ランドの表面に当接される。従って、半導体センサ装置１を確実に実装基板上に実装することができ、半導体センサ装置１の部分的な浮き上がりを防止することができる。
【００４４】
他方、上記端子電極５１〜５８に電気的に接続されるように接続電極６１〜６８が突起３ｂの外側の側面に形成されている。そして、突起３ｂの外側には、貫通孔３ｅが形成されている。接続電極６１〜６８は、各貫通孔３ｅ内に至り、第１のケース板３の下面に至り、上記貫通孔に露出している外部接続用電極７１〜７８に接続されている。
【００４５】
すなわち、上記半導体基板２の上面には、各貫通孔３ｅが形成されている位置において、外部接続用電極７１〜７８が露出している。この外部接続用電極７１〜７８は、図４に示した各端子に半導体基板２の上面の配線パターンにより接続されている。すなわち、電源端子ＶＤＤが外部接続用電極７１に、出力端子４５，４４，４３が、それぞれ、外部接続用電極７２〜７４に電気的に接続されている。また、外部接続用電極７５〜７７が出力端子４６〜４８に、外部接続用電極７８がグラウンド端子Ｇに電気的に接続されている。
【００４６】
半導体基板２の上面において、上記外部接続用電極７１〜７８が形成されており、外部接続用電極７１〜７８が貫通孔３ｅにそれぞれ露出しているため、上記接続電極６１〜６８が、外部接続用電極７１〜７８の露出部分の上面に積層されて、接続電極６１〜６８が外部接続用電極７１〜７８に面接触されて電気的に接続されている。従って、接続電極６１〜６８と、外部接続用電極７１〜７８とが確実に電気的に接続される。
【００４７】
もっとも、接続電極６１〜６８と、外部接続用電極７１〜７８との電気的接続は、上記のように面接触的に行われる必要は必ずしもなく、Ｔ字接続であってもよい。
【００４８】
本実施形態の半導体センサ装置１では、上記半導体基板２の貫通孔３ｅに外部接続用電極７１〜７８が露出しており、外部接続用電極７１〜７８の外側端縁は、半導体基板２の端縁２ｇ，２ｈに至っていない。貫通孔３ｅは該端縁２ｇ，２ｈとは隔てられて設けられている。例えば、図１（ｂ）において、外部接続用電極７１，７５を例にとると、外部接続用電極７１，７５の外側端縁７１ａ，７５ａは、半導体基板２の端縁２ｇ，２ｈよりも内側に位置している。従って、該外側端縁７１ａ，７５ａは、第１のケース板３により被覆され、密閉されている。
【００４９】
半導体センサ装置１のセンサに際しては、量産性を高めるために、マザーの積層体を得た後に、マザーの積層体を厚み方向にダイシングし、複数の半導体センサ装置１を得る。この場合、特許文献１に記載の半導体センサ装置１０１では、ダイシングに際し、外部接続用電極の浮きが生じたり、削りカスが付着し、電気的接続の安定性が損なわれることがあった。
【００５０】
これに対して、本実施形態の半導体センサ装置１では、外部接続用電極７１〜７８の外側端縁が露出しないため、外部接続用電極７１〜７８と上記接続電極６１〜６８との電気的接続の信頼性が高められる。
【００５１】
従って、経時による特性の変動が生じ難く、温度や湿度などの外部環境が変化したとしても、特性の変動が生じ難い。
【００５２】
図８は、本実施形態の半導体センサ装置の経時による抵抗値変化と、比較のために用意した半導体センサ装置１００の経時による抵抗値変化を示す。図８から明らかなように、従来の半導体センサ装置１００では、経時による抵抗値の変化が比較的大きいのに対し、本実施形態の半導体センサ装置１では、比較的早い時間に抵抗値変化が安定化し、しかも安定期における抵抗値のばらつきが非常に小さいことがわかる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、貫通孔３ｅは、一応楕円形状を有し、その長径方向が半導体基板２の長さ方向と一致するように設けられていた。このように、長さ方向を有する貫通孔３ｅを設けることが好ましく、それによって、接続抵抗を低くすることができる。
【００５４】
本実施形態では、図４に示す回路構成を有するため、外部との接続端子は８個でよい。従って、ケース板３の上面に設けられた突起３ｂが８個設けられることになるため、特許文献１に記載の１２個の端子電極を設けた従来例に比べ、端子電極間の距離すなわち突起３ｂ間の距離を広げることができる。それによっても、隣り合う端子電極間において短絡が生じ難い。
【００５５】
なお、上記実施形態では、第１，第２の溝３ｃ，３ｄと第３の溝３ｆとの深さを全て同一としたが、これらの深さは同一である必要は必ずしもない。深さの異なる溝を形成する場合には、第１回目のダイシングにより第１〜第３の溝を形成し、より深い溝とすべき溝にのみ第２回目のダイシングをさらに行えばよい。あるいは、各溝を個別にダイシングにより形成してもよい。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１のケース板３において、長さ方向と直交する端縁、すなわち正面側及び背面側の端縁に沿うようには第３の溝は形成されていないが、この部分にも第３の溝を形成してもよい。
【００５７】
上記のように、第１，第２の溝３ｃ，３ｄが設けられているため、実装に際し、導電性接着剤の広がりが溝３ｃ，３ｄで塞き止められている状態を図１０に模式的断面図で示す。図１０では、実装基板９１の上面の電極ランド９２，９２に半導体センサ装置１の端子電極５１，５５が導電性接着剤９０により接合されている。比較のために、図９に、溝３ｃ，３ｄが形成されていないことを除いては上記実施形態と同じとされている場合の導電性接着剤９０の広がり状態を模式的断面図で示す。図９と図１０とを比較すれば明らかなように、溝３ｃの形成により、導電性接着剤９０の広がりが抑制されていることがわかる。
【００５８】
すなわち、溝３ｃ，３ｃ間及び溝３ｄ，３ｄ間において、溝３ｃ，３ｄよりも高い部分が堰となり、導電性接着剤９０が塞き止められる。堰となっている部分は、浅いダイシング加工後に残っている部分に相当する。
【００５９】
なお、本実施形態では、上記のような加速度センサが半導体基板に可動部を有する半導体センサとして構成されているが、本発明はこのような加速度センサを用いた半導体センサに限らず、可動部を有する適宜の半導体センサが形成されている半導体基板を用いることができる。半導体センサとしては、加速度センサの他、角速度センサ、角加速度センサ、圧電ジャイロセンサなどの様々な半導体を用いた可動部を有するセンサを挙げることができる。
【００６０】
上記のように、第１，第２の実施形態では、半導体基板２の下面に第２のケース板４が積層されていたが、本発明においては、第２のケース板４は必ずしも用いられずともよい。すなわち、第２のケース板４を用いずに、実装後に上面を解放状態としてもよい。もっとも、第２のケース板４を積層することにより、半導体基板２に設けられている半導体センサを確実に気密封止することができ、かつ半導体センサ装置１の機械的強度も高められる。従って、第２のケース板４を積層することが望ましい。
【００６１】
また、第２のケース板４側にも、上記複数の突起３ｂ及び端子電極７を形成してもよい。その場合には、第２のケース板４側から実装基板に搭載することができ、半導体センサ装置１の上下の方向性をなくすことができる。
【００６２】
もっとも、第２のケース板４が上記実施形態のように、突起を有しない平板状の部材で構成されている場合、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る半導体センサ装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う部分の要部を示す正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の半導体基板を示す模式的平面図である。
【図３】本発明の一実施形態で用いられる半導体基板の可動部を説明するための部分切欠平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体センサ装置の第１のケース板の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の部分切欠正面図である。
【図７】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の右側面図である。
【図８】本発明の一実施形態及び従来例の各半導体センサ装置の電源投入後の抵抗値変化を示す図である。
【図９】比較のために用意した半導体センサ装置を実装した際の導電性接着剤の広がり状態を示す模式的正面断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体センサ装置を実装した際の導電性接着剤の広がり状態を示す模式的正面断面図である。
【図１１】従来の半導体センサ装置を示す斜視図である。
【図１２】従来の半導体センサ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…半導体センサ装置
２…半導体基板
２ａ…可動部
２ｂ…正面
２ｃ…背面
２ｇ，２ｈ…端縁
３…第１のケース板
３ａ…上面
３ｂ…突起
３ｃ…第１の溝
３ｄ…第２の溝
３ｅ…貫通孔
３ｆ…第３の溝
４…第２のケース板
７…端子電極
２１…梁部
２２ａ，２２ｂ…支持部
２３ａ，２３ｂ…錘部
２４ａ，２４ｂ…連結部
３１〜４２…接続点
４３〜４８…出力端子
４９…電源端子
５０…グラウンド端子
５１〜５８…端子電極
６１〜６８…接続電極
７１〜７８…外部接続用電極
７１ａ，７５ａ…外側端縁
９０…導電性接着剤
９１…実装基板
９２…電極ランド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加速度センサなどとして用いられている半導体センサ装置に関し、より詳細には、半導体基板に、実装用の端子電極が設けられたケース板が積層されている、半導体センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板に三次元構造体からなるセンサが形成されている半導体センサ装置が種々提案されている。例えば下記の特許文献１には、加速度センサとして用いられる半導体センサ装置が開示されている。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載の半導体センサ装置の外観を示す斜視図であり、図１２は、該半導体センサ装置の分解斜視図である。
【０００４】
半導体センサ装置１０１では、半導体基板１０２の上面に第１のケース板１０３が積層されており、下面に第２のケース板１０４が積層されている。半導体基板１０２の中央には可動部１０２ａが設けられており、該可動部１０２ａに電極を形成することにより加速度センサが構成されている。
【０００５】
加速度センサを外部と電気的に接続するために、半導体基板１０２の上面には、複数の外部接続用電極１０９が形成されている。複数の外部接続用電極１０９は、半導体基板１０２の上面において、長手方向に延びる端縁に沿って整列形成されている。
【０００６】
他方、第１のケース板１０３の上面１０３ａ上には、複数の突起１０３ｂが形成されている。複数の突起１０３ｂは、下方に位置している複数の外部接続用電極１０９に応じて設けられている。各突起１０３ｂの側方には、側面１０３ｃまたは側面１０３ｄに向かって開いた凹部１０３ｅが設けられている。１つの突起１０３ｂの側方に１つの凹部１０３ｅが設けられている。そして、突起１０３ｂの上面に、半導体センサ装置１０１を実装基板に表面実装するための端子電極１０７が形成されている。また、端子電極１０７と、外部接続用電極１０９とを電気的に接続するための接続電極１０８が、突起１０３ｂの側面から凹部１０３ｅ内を経て下方に延ばされている。
【０００７】
図１に示されているように、上記接続電極１０８の下端が、凹部１０３ｅに露出している外部接続用電極１０９にＴ字接続されている。
【０００８】
また、下記の特許文献２や３にも、同様に半導体センサが構成された半導体基板にベース基板が積層されてなるセンサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−０４３０１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５４７３号公報
【特許文献３】特開２００５−２９７１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の半導体センサ装置１０１では、第１のケース板１０３の上面１０３ａを下面とするように上下逆転させて、実装基板上に半導体センサ装置１０１を表面実装することができる。
【００１０】
しかしながら、半導体センサ装置１０１を使用しているうちに、経時により特性のばらつきが生じることのあることがわかった。また、周囲の温度が変化した場合に特性が変動したり、電源電圧の変動によって特性が変動することがあった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、経時による特性の変化が生じ難く、熱や電源電圧等の外部環境の変化による特性の変動が生じ難い、信頼性に優れた半導体センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、可動部を有する半導体センサが形成されている半導体基板と、前記半導体基板の片面に積層されたケース板とを備え、前記ケース板の前記半導体基板に貼り合わされている側とは反対側の面に、該ケース板と同じ材料で一体的に複数の突起が形成されており、前記複数の突起の外表面にそれぞれ設けられた複数の端子電極と、前記半導体基板の上面において該半導体基板の端部には至らないように、かつ前記半導体センサを外部と電気的に接続されるように設けられている複数の外部接続用電極と、前記複数の端子電極と、前記複数の外部接続用電極とをそれぞれ電気的に接続するように前記ケース板に設けられている複数の接続電極とをさらに備え、前記ケース板において、前記複数の突起の外側においてケース板の端縁と隔てられて複数の貫通孔がそれぞれ形成されており、前記各外部接続用電極が前記各貫通孔に露出しており、該露出している部分において前記接続電極に電気的に接続されており、かつ前記外部接続用電極の前記ケース板の端縁側の端部が前記ケース板により被覆されている、半導体センサ装置が提供される。
【００１３】
本発明に係る半導体センサのある特定の局面では、前記接続電極の端部が、前記ケース板の前記貫通孔に露出している前記外部接続用電極の上面に重ねられて、前記接続電極が前記外部接続用電極に電気的に接続されている。この場合には、接続電極と外部接続電極用電極とが面接触的に接続されているので、接続電極と外部接続用電極との接続の信頼性を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る半導体センサ装置のさらに別の特定の局面によれば、前記貫通孔は、対応する前記突起と、該貫通孔の外側に位置するケース板の端縁とを結ぶ方向の寸法に比べて、該端縁に沿う方向の寸法が長くされている平面形状を有する。この場合には、外部との接続部分の数、すなわち、端子電極の数を少なくすることができる。従って、小型化を進めることができる。
【００１５】
本発明に係る半導体センサ装置のさらに他の特定の局面によれば、前記半導体センサが加速度センサである。
【００１６】
本発明に係る半導体センサ装置のさらに別の特定の局面によれば、前記可動部が加速度が与えられたときに動く部分であり、前記加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出するＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向の変位を検出するＹ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向の変位を検出するためのＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路を有し、各変位検出用ブリッジ回路は、一端が電源端子に接続される第１，第３のピエゾ抵抗部と、一端がグラウンド電位に接続される第２，第４のピエゾ抵抗部とを有し、第１のピエゾ抵抗部及び第２のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第１の出力端子に接続されており、前記第３及び第４のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第２の出力端子に接続されているブリッジ回路を有する。この場合には、外部との接続部分の数、すなわち、端子電極の数を少なくすることができる。従って、小型化を進めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体センサ装置では、複数の突起の外側に複数の貫通孔がそれぞれ形成されており、外部接続用電極が貫通孔に露出しており、該露出している部分において上記接続電極に電気的に接続されており、さらに外部接続用電極の端部がケース板で被覆されているため、経時による特性の変動が生じ難く、かつ熱や電源電圧の変動などの外部環境の変動によっても特性の変動が生じ難い。従って、特性が安定であり、信頼性に優れた半導体センサ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体センサ装置の外観を示す斜視図及び図１のＡ−Ａ線に沿う部分の要部を示す部分切欠正面断面図である。
【００２０】
本実施形態の半導体センサ装置１は、半導体基板２と、半導体基板の上面に積層された第１のケース板３と、下面に積層された第２のケース板４とを有する。図２は、半導体基板２の平面図であり、図３は、その要部を示す部分切欠平面断面図である。
【００２１】
特許文献１に記載の半導体センサ装置１０１と同様に、本実施形態においても、半導体基板２の中央に、可動部２ａが形成されている。すなわち、半導体基板２は正面２ｂと背面２ｃとを結ぶ方向が長さ方向となる矩形の平面形状を有する。
【００２２】
図２に示すように、半導体基板２内には、枠状の梁部２１が浮いた状態で配置されている。この梁部２１が設けられている部分及び後述の錘部分が設けられている部分の拡大平面図を図３に示す。図３において、Ｘ軸方向を半導体基板２の正面２ｂ及び背面２ｃと平行な方向とし、正面２ｂ及び背面２ｃを結ぶ方向をＹ軸方向とする。後述のＺ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向である。梁部２１は、平面視した場合、角環状の形状を有する。梁部２１の前述したＸ軸方向両端から、それぞれＸ軸方向に沿って外側に延びるように支持部２２ａ，２２ｂが連ねられている。支持部２２ａ，２２ｂの梁部２１に連ねられている側とは反対側の端部が半導体基板２の本体部分に連ねられている。すなわち、支持部２２ａ，２２ｂにより、梁部２１が浮かされた状態とされている。
【００２３】
また、梁部２１のＹ軸方向両側に、錘部２３ａ，２３ｂが配置されている。錘部２３ａ，２３ｂは、梁部２１に対してＹ軸方向両側からＹ軸方向外側に連ねられた連結部２４ａ，２４ｂにより梁部２１に連結されている。従って、錘部２３ａ，２３ｂは、梁部２１と同様に半導体基板２の本体部に対して浮かされた状態で配置されている。梁部２１がたわみ変形することにより、錘部２３ａ，２３ｂが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸方向に変位可能とされている。
【００２４】
本実施形態では、上記半導体基板２は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をマイクロマシニング技術を用いて加工することにより形成されている。なお、ＳＯＩ基板とは、Ｓｉ層と、ＳｉＯ層と、Ｓｉ層とがこの順序で積層されている多層基板であり、もっとも、本発明で用いられる半導体基板は上記ＳＯＩ基板に限定されるものではない。
【００２５】
また、上記梁部２１において、図２及び図３に略図的に示すように、例えばＸ軸方向の加速度を検出するために、４つのピエゾ抵抗部ＲＸ１〜ＲＸ４が配置されている。これら４つのピエゾ抵抗部ＲＸ１〜ＲＸ４がＸ軸方向の加速度を検出するＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路を構成している。そして、半導体基板２に形成されている配線パターンにより、ピエゾ抵抗部ＲＸ１〜ＲＸ４が図４に示すブリッジ回路を構成している。このブリッジ回路における出力変化によりＸ方向の加速度が検出される。
【００２６】
なお、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出するために、同様のブリッジ回路が半導体基板２に形成されている配線パターンにより４つのピエゾ抵抗部を接続することにより構成されている。
【００２７】
半導体基板２においては、Ｘ軸方向の加速度が発生すると、加速度に起因したＸ軸方向の力が可動部２ａである錘部２３ａ，２３ｂに作用する。錘部２３ａ，２３ｂでのＸ軸方向への作用力により、錘部２３ａ，２３ｂが、基準状態から、Ｘ軸方向に変位する。錘部２３ａ，２３ｂのＸ軸方向への変位により、連結部を介して梁部２１はたわみ変形し、それによって梁部２１に応力が発生する。この梁部２１に生じた応力により、上述したＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路におけるピエゾ抵抗部の抵抗値が変化する。そのため、Ｘ軸方向への加速度が発生している場合に、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路を構成しているブリッジ回路の出力が変化し、Ｘ軸方向の加速度が検出される。この場合、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に加速度が作用しない場合には、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路を構成している各ブリッジ回路の出力には変化がみられないことになる。このようにして、Ｘ軸方向の加速度が検出される。
【００２８】
Ｙ軸方向に変位が発生した場合、あるいはＺ軸方向に変位が発生した場合にも、同様にして、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位が検出される。
【００２９】
なお、本実施形態では、図４に示されているように、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＹ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路が図示のように配線パターンにより接続されている。
【００３０】
すなわち、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路では、第１，第３のピエゾ抵抗部ＲＸ１，ＲＸ３が接続点３１において共通接続されている。また、第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＸ２及びＲＸ４が接続点３２において共通接続されている。第１，第２のピエゾ抵抗部ＲＸ１，ＲＸ２の他端が、第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＸ２，ＲＸ４の各他端と共通接続され、上記ブリッジ回路が形成されている。
【００３１】
同様に、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路においても、接続点３３に第１，第３のピエゾ抵抗部ＲＹ１，ＲＹ３の各一端が共通接続されており、接続点３４に第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＹ２，ＲＹ４の各一端が共通接続されている。そして、ピエゾ抵抗部ＲＹ１，ＲＹ３の各他端と、ピエゾ抵抗部ＲＹ２，ＲＹ４の各他端が接続され、図示のブリッジ回路が形成されている。
【００３２】
Ｚ軸方向変位検出用ブリッジ回路においても、接続点３５に第１，第３のピエゾ抵抗部ＲＺ１，ＲＺ３の各一端が共通接続されており、接続点３６に第２，第４のピエゾ抵抗部ＲＺ２，ＲＺ４の各一端が共通接続されている。そして、ピエゾ抵抗部ＲＺ１，ＲＺ３の各他端と、ピエゾ抵抗部ＲＺ２，ＲＺ４の各他端が接続され、図示のブリッジ回路が形成されている。
【００３３】
そして、上記接続点３１，３３，３５が電源端子ＶＤＤに共通接続されている。また、接続点３２，３４，３６がグラウンド端子Ｇに共通接続されている。
【００３４】
他方、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路の各第１，第２のピエゾ抵抗部間の接続点３７，３９，４１が、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出する各第１の出力端子４３〜４５に接続されている。他方、Ｘ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路における各第３，第４のピエゾ抵抗部間の接続点３８，４０，４２は、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出する出力端子４６〜４８に電気的に接続されている。従って、本実施形態の半導体センサ装置１は、上記出力端子４３〜４５，４６〜４８と、電源端子４９とをグラウンド電位に接続されるグラウンド端子５０との８個の端子を有する。
【００３５】
図１に戻り、第１のケース板３及び第２のケース板４は、それぞれ、アルミナなどの絶縁セラミックスまたは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料からなる。
【００３６】
本実施形態では、第１のケース板３及び第２のケース板４は、ガラスからなる。
【００３７】
第２のケース板４の上面には、前述した可動部２ａの駆動を妨げないための凹部が上面に形成されている。このような凹部は、特許文献１に記載の下方のケース板の上面に形成されている凹部と同様に形成され得る。
【００３８】
他方、第１のケース板３の下面にも、同様の凹部が形成され、可動部２ａの変位が妨げられないように形成されている。
【００３９】
図５は、第１のケース板３の平面図であり、図６及び図７は、それぞれ、本実施形態の半導体センサ装置１１の部分切欠正面図及び右側面図である。図１、図５並びに図６及び図７に示すように、第１のケース板３の上面３ａ上には、複数の突起３ｂが形成されている。突起３ｂの平面形状は特に限定されないが、本実施形態では上記半導体基板２の長さ方向と直交する方向が長さ方向である矩形の平面形状を有する。
【００４０】
突起３ｂの上面に、端子電極５１〜５８がそれぞれ形成されている。端子電極５１〜５８は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌなどの金属もしくはこれらの適宜の合金により形成することができる。端子電極５１〜５８は、半導体センサ装置１を第１のケース板３の上面３ａ側から表面実装する際に、実装基板上の電極ランドに電気的に接続されかつ半導体センサ装置１を機械的に固定する部分に相当する。すなわち、端子電極５１〜５８は、半導体センサ装置１を外部と電気的に接続するために設けられている。
【００４１】
第１のケース板３の上面３ａは平坦ではなく、上記突起３ｂが設けられている。また、半導体基板２の長さ方向と直交する方向に延びる複数本の第１の溝３ｃと、該長さ方向に延びる複数本の第２の溝３ｄと、長さ方向に延び、かつ第１のケース板３の長さ方向端縁に沿うように形成された複数本の第３の溝３ｆとが形成されている。ここで、上記第１，第２の溝３ｃ，３ｄは各突起３ｂを囲むように形成されている。従って、長さ方向に隣り合う突起３ｂ，３ｂ間においては、２本の第１の溝３ｃ，３ｃが配置されることになる。また、前記長さ方向と直交する方向において隣り合う突起３ｂ，３ｂ間においても、２本の第２の溝３ｄ，３ｄが位置することになる。
【００４２】
従って、半導体センサ装置１を実装基板に第１のケース板３側から表面実装するに際し、導電性接着剤などの流動性を有する材料を用いて接合する場合、該導電性接着剤などの接合剤が隣り合う突起３ｂ，３ｂ間に行き渡り難い。例えば、端子電極５１に付与された導電性接着剤などの接合剤は、隣り合う端子電極５２や端子電極５５に至り難い。従って、隣り合う端子電極同士の短絡を確実に防止することができる。
【００４３】
他方、第３の溝３ｆが設けられているため、実装時に、半導体センサ装置１の浮き上がりを防止することができる。第３の溝３ｆが設けられていない場合には、第１のケース板３の長さ方向に沿う端縁に沿う部分は、突起３ｂと同じ高さを有することとなる。そのため、突起３ｂ，３ｂに形成された端子電極５１や端子電極５６と実装基板の電極ランドとの間において浮きが生じたりするおそれがある。これに対して、図１に示すように、本実施形態では、上記第３の溝３ｆの形成により、突起３ｂの上面に設けられた端子電極５１〜５８が確実に、実装基板の表面の電極ランドの表面に当接される。従って、半導体センサ装置１を確実に実装基板上に実装することができ、半導体センサ装置１の部分的な浮き上がりを防止することができる。
【００４４】
他方、上記端子電極５１〜５８に電気的に接続されるように接続電極６１〜６８が突起３ｂの外側の側面に形成されている。そして、突起３ｂの外側には、貫通孔３ｅが形成されている。接続電極６１〜６８は、各貫通孔３ｅ内に至り、第１のケース板３の下面に至り、上記貫通孔に露出している外部接続用電極７１〜７８に接続されている。
【００４５】
すなわち、上記半導体基板２の上面には、各貫通孔３ｅが形成されている位置において、外部接続用電極７１〜７８が露出している。この外部接続用電極７１〜７８は、図４に示した各端子に半導体基板２の上面の配線パターンにより接続されている。すなわち、電源端子ＶＤＤが外部接続用電極７１に、出力端子４５，４４，４３が、それぞれ、外部接続用電極７２〜７４に電気的に接続されている。また、外部接続用電極７５〜７７が出力端子４６〜４８に、外部接続用電極７８がグラウンド端子Ｇに電気的に接続されている。
【００４６】
半導体基板２の上面において、上記外部接続用電極７１〜７８が形成されており、外部接続用電極７１〜７８が貫通孔３ｅにそれぞれ露出しているため、上記接続電極６１〜６８が、外部接続用電極７１〜７８の露出部分の上面に積層されて、接続電極６１〜６８が外部接続用電極７１〜７８に面接触されて電気的に接続されている。従って、接続電極６１〜６８と、外部接続用電極７１〜７８とが確実に電気的に接続される。
【００４７】
もっとも、接続電極６１〜６８と、外部接続用電極７１〜７８との電気的接続は、上記のように面接触的に行われる必要は必ずしもなく、Ｔ字接続であってもよい。
【００４８】
本実施形態の半導体センサ装置１では、上記半導体基板２の貫通孔３ｅに外部接続用電極７１〜７８が露出しており、外部接続用電極７１〜７８の外側端縁は、半導体基板２の端縁２ｇ，２ｈに至っていない。貫通孔３ｅは該端縁２ｇ，２ｈとは隔てられて設けられている。例えば、図１（ｂ）において、外部接続用電極７１，７５を例にとると、外部接続用電極７１，７５の外側端縁７１ａ，７５ａは、半導体基板２の端縁２ｇ，２ｈよりも内側に位置している。従って、該外側端縁７１ａ，７５ａは、第１のケース板３により被覆され、密閉されている。
【００４９】
半導体センサ装置１のセンサに際しては、量産性を高めるために、マザーの積層体を得た後に、マザーの積層体を厚み方向にダイシングし、複数の半導体センサ装置１を得る。この場合、特許文献１に記載の半導体センサ装置１０１では、ダイシングに際し、外部接続用電極の浮きが生じたり、削りカスが付着し、電気的接続の安定性が損なわれることがあった。
【００５０】
これに対して、本実施形態の半導体センサ装置１では、外部接続用電極７１〜７８の外側端縁が露出しないため、外部接続用電極７１〜７８と上記接続電極６１〜６８との電気的接続の信頼性が高められる。
【００５１】
従って、経時による特性の変動が生じ難く、温度や湿度などの外部環境が変化したとしても、特性の変動が生じ難い。
【００５２】
図８は、本実施形態の半導体センサ装置の経時による抵抗値変化と、比較のために用意した半導体センサ装置１００の経時による抵抗値変化を示す。図８から明らかなように、従来の半導体センサ装置１００では、経時による抵抗値の変化が比較的大きいのに対し、本実施形態の半導体センサ装置１では、比較的早い時間に抵抗値変化が安定化し、しかも安定期における抵抗値のばらつきが非常に小さいことがわかる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、貫通孔３ｅは、一応楕円形状を有し、その長径方向が半導体基板２の長さ方向と一致するように設けられていた。このように、長さ方向を有する貫通孔３ｅを設けることが好ましく、それによって、接続抵抗を低くすることができる。
【００５４】
本実施形態では、図４に示す回路構成を有するため、外部との接続端子は８個でよい。従って、ケース板３の上面に設けられた突起３ｂが８個設けられることになるため、特許文献１に記載の１２個の端子電極を設けた従来例に比べ、端子電極間の距離すなわち突起３ｂ間の距離を広げることができる。それによっても、隣り合う端子電極間において短絡が生じ難い。
【００５５】
なお、上記実施形態では、第１，第２の溝３ｃ，３ｄと第３の溝３ｆとの深さを全て同一としたが、これらの深さは同一である必要は必ずしもない。深さの異なる溝を形成する場合には、第１回目のダイシングにより第１〜第３の溝を形成し、より深い溝とすべき溝にのみ第２回目のダイシングをさらに行えばよい。あるいは、各溝を個別にダイシングにより形成してもよい。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１のケース板３において、長さ方向と直交する端縁、すなわち正面側及び背面側の端縁に沿うようには第３の溝は形成されていないが、この部分にも第３の溝を形成してもよい。
【００５７】
上記のように、第１，第２の溝３ｃ，３ｄが設けられているため、実装に際し、導電性接着剤の広がりが溝３ｃ，３ｄで塞き止められている状態を図１０に模式的断面図で示す。図１０では、実装基板９１の上面の電極ランド９２，９２に半導体センサ装置１の端子電極５１，５５が導電性接着剤９０により接合されている。比較のために、図９に、溝３ｃ，３ｄが形成されていないことを除いては上記実施形態と同じとされている場合の導電性接着剤９０の広がり状態を模式的断面図で示す。図９と図１０とを比較すれば明らかなように、溝３ｃの形成により、導電性接着剤９０の広がりが抑制されていることがわかる。
【００５８】
すなわち、溝３ｃ，３ｃ間及び溝３ｄ，３ｄ間において、溝３ｃ，３ｄよりも高い部分が堰となり、導電性接着剤９０が塞き止められる。堰となっている部分は、浅いダイシング加工後に残っている部分に相当する。
【００５９】
なお、本実施形態では、上記のような加速度センサが半導体基板に可動部を有する半導体センサとして構成されているが、本発明はこのような加速度センサを用いた半導体センサに限らず、可動部を有する適宜の半導体センサが形成されている半導体基板を用いることができる。半導体センサとしては、加速度センサの他、角速度センサ、角加速度センサ、圧電ジャイロセンサなどの様々な半導体を用いた可動部を有するセンサを挙げることができる。
【００６０】
上記のように、第１，第２の実施形態では、半導体基板２の下面に第２のケース板４が積層されていたが、本発明においては、第２のケース板４は必ずしも用いられずともよい。すなわち、第２のケース板４を用いずに、実装後に上面を解放状態としてもよい。もっとも、第２のケース板４を積層することにより、半導体基板２に設けられている半導体センサを確実に気密封止することができ、かつ半導体センサ装置１の機械的強度も高められる。従って、第２のケース板４を積層することが望ましい。
【００６１】
また、第２のケース板４側にも、上記複数の突起３ｂ及び端子電極７を形成してもよい。その場合には、第２のケース板４側から実装基板に搭載することができ、半導体センサ装置１の上下の方向性をなくすことができる。
【００６２】
もっとも、第２のケース板４が上記実施形態のように、突起を有しない平板状の部材で構成されている場合、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る半導体センサ装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う部分の要部を示す正面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の半導体基板を示す模式的平面図である。
【図３】本発明の一実施形態で用いられる半導体基板の可動部を説明するための部分切欠平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の等価回路を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体センサ装置の第１のケース板の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の部分切欠正面図である。
【図７】本発明の一実施形態の半導体センサ装置の右側面図である。
【図８】本発明の一実施形態及び従来例の各半導体センサ装置の電源投入後の抵抗値変化を示す図である。
【図９】比較のために用意した半導体センサ装置を実装した際の導電性接着剤の広がり状態を示す模式的正面断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る半導体センサ装置を実装した際の導電性接着剤の広がり状態を示す模式的正面断面図である。
【図１１】従来の半導体センサ装置を示す斜視図である。
【図１２】従来の半導体センサ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…半導体センサ装置
２…半導体基板
２ａ…可動部
２ｂ…正面
２ｃ…背面
２ｇ，２ｈ…端縁
３…第１のケース板
３ａ…上面
３ｂ…突起
３ｃ…第１の溝
３ｄ…第２の溝
３ｅ…貫通孔
３ｆ…第３の溝
４…第２のケース板
７…端子電極
２１…梁部
２２ａ，２２ｂ…支持部
２３ａ，２３ｂ…錘部
２４ａ，２４ｂ…連結部
３１〜４２…接続点
４３〜４８…出力端子
４９…電源端子
５０…グラウンド端子
５１〜５８…端子電極
６１〜６８…接続電極
７１〜７８…外部接続用電極
７１ａ，７５ａ…外側端縁
９０…導電性接着剤
９１…実装基板
９２…電極ランド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を有する半導体センサが形成されている半導体基板と、
前記半導体基板の片面に積層されたケース板とを備え、
前記ケース板の前記半導体基板に貼り合わされている側とは反対側の面に、該ケース板と同じ材料で一体的に複数の突起が形成されており、
前記複数の突起の外表面にそれぞれ設けられた複数の端子電極と、
前記半導体基板の上面において該半導体基板の端部には至らないように、かつ前記半導体センサを外部と電気的に接続されるように設けられている複数の外部接続用電極と、
前記複数の端子電極と、前記複数の外部接続用電極とをそれぞれ電気的に接続するように前記ケース板に設けられている複数の接続電極とをさらに備え、
前記ケース板において、前記複数の突起の外側においてケース板の端縁と隔てられて複数の貫通孔がそれぞれ形成されており、
前記各外部接続用電極が前記各貫通孔に露出しており、該露出している部分において前記接続電極に電気的に接続されており、かつ前記外部接続用電極の前記ケース板の端縁側の端部が前記ケース板により被覆されている、半導体センサ装置。
【請求項２】
前記接続電極の端部が、前記ケース板の前記貫通孔に露出している前記外部接続用電極の上面に重ねられて、前記接続電極が前記外部接続用電極に電気的に接続されている、請求項１に記載の半導体センサ装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、対応する前記突起と、該貫通孔の外側に位置するケース板の上面の端縁とを結ぶ方向の寸法に比べて、該端縁に沿う方向の寸法が長くされている平面形状を有する、請求項１または２に記載の半導体センサ装置。
【請求項４】
前記半導体センサが加速度センサである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体センサ装置。
【請求項５】
前記可動部が加速度が与えられたときに動く部分であり、
前記加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出するＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向の変位を検出するＹ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向の変位を検出するためのＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路を有し、
各変位検出用ブリッジ回路は、一端が電源端子に接続される第１，第３のピエゾ抵抗部と、一端がグラウンド電位に接続される第２，第４のピエゾ抵抗部とを有し、第１のピエゾ抵抗部及び第２のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第１の出力端子に接続されており、前記第３及び第４のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第２の出力端子に接続されているブリッジ回路を有する、請求項４に記載の半導体センサ装置。
【請求項１】
可動部を有する半導体センサが形成されている半導体基板と、
前記半導体基板の片面に積層されたケース板とを備え、
前記ケース板の前記半導体基板に貼り合わされている側とは反対側の面に、該ケース板と同じ材料で一体的に複数の突起が形成されており、
前記複数の突起の外表面にそれぞれ設けられた複数の端子電極と、
前記半導体基板の上面において該半導体基板の端部には至らないように、かつ前記半導体センサを外部と電気的に接続されるように設けられている複数の外部接続用電極と、
前記複数の端子電極と、前記複数の外部接続用電極とをそれぞれ電気的に接続するように前記ケース板に設けられている複数の接続電極とをさらに備え、
前記ケース板において、前記複数の突起の外側においてケース板の端縁と隔てられて複数の貫通孔がそれぞれ形成されており、
前記各外部接続用電極が前記各貫通孔に露出しており、該露出している部分において前記接続電極に電気的に接続されており、かつ前記外部接続用電極の前記ケース板の端縁側の端部が前記ケース板により被覆されている、半導体センサ装置。
【請求項２】
前記接続電極の端部が、前記ケース板の前記貫通孔に露出している前記外部接続用電極の上面に重ねられて、前記接続電極が前記外部接続用電極に電気的に接続されている、請求項１に記載の半導体センサ装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、対応する前記突起と、該貫通孔の外側に位置するケース板の上面の端縁とを結ぶ方向の寸法に比べて、該端縁に沿う方向の寸法が長くされている平面形状を有する、請求項１または２に記載の半導体センサ装置。
【請求項４】
前記半導体センサが加速度センサである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体センサ装置。
【請求項５】
前記可動部が加速度が与えられたときに動く部分であり、
前記加速度センサは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を検出するＸ軸方向変位検出用ブリッジ回路、Ｙ軸方向の変位を検出するＹ軸方向変位検出用ブリッジ回路及びＺ軸方向の変位を検出するためのＺ軸方向変位検出用ブリッジ回路を有し、
各変位検出用ブリッジ回路は、一端が電源端子に接続される第１，第３のピエゾ抵抗部と、一端がグラウンド電位に接続される第２，第４のピエゾ抵抗部とを有し、第１のピエゾ抵抗部及び第２のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第１の出力端子に接続されており、前記第３及び第４のピエゾ抵抗部の他端同士が共通接続され、かつ第２の出力端子に接続されているブリッジ回路を有する、請求項４に記載の半導体センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−４８６６９（Ｐ２０１０−４８６６９Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１３０１３（Ｐ２００８−２１３０１３）
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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