物理量センサ
【課題】 特に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる物理量センサを提供することを目的としている。
【解決手段】 シリコン基板２，３と、シリコン基板３に形成されたダイアフラムと、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅと、シリコン基板３と接合されるインターポーザ１５と、を有する。インターポーザ１５は、支持基板１７と、支持基板１７の上面から下面にかけて形成される導通部１８と、を有する。インターポーザ１５とシリコン基板３間の接続領域４７には、第１有機絶縁膜４８と接続経路５０が設けられる。接続経路５０は平面方向に延びる延出部４３と、延出部４３と配線層１０間を高さ方向に繋ぐ第１接続端部５２と、延出部４３と導通部１８間を高さ方向に繋ぐ第２接続端部４６とを有する。延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとが、平面方向にずらされている。
【解決手段】 シリコン基板２，３と、シリコン基板３に形成されたダイアフラムと、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅと、シリコン基板３と接合されるインターポーザ１５と、を有する。インターポーザ１５は、支持基板１７と、支持基板１７の上面から下面にかけて形成される導通部１８と、を有する。インターポーザ１５とシリコン基板３間の接続領域４７には、第１有機絶縁膜４８と接続経路５０が設けられる。接続経路５０は平面方向に延びる延出部４３と、延出部４３と配線層１０間を高さ方向に繋ぐ第１接続端部５２と、延出部４３と導通部１８間を高さ方向に繋ぐ第２接続端部４６とを有する。延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとが、平面方向にずらされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された物理量センサ関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro Electro Mechanical System）技術を用いて形成された圧力センサＳは、図１２に示すようにシリコン基板１００に形成されたダイアフラム１０１と、ダイアフラム１０１の変位量を検出するための検出素子１０２等を有して構成される。図１２（ａ）は圧力センサの断面図、（ｂ）はシリコン基板の平面図である。
【０００３】
検出素子１０２に電気的に接続される接続パッド１０３はシリコン基板表面１００ａに形成されている。
【０００４】
図１２に示す構造では、シリコン基板１００の接続パッド１０３側にインターポーザ１０５が取り付けられている。
【０００５】
インターポーザ１０５は、支持基板１０６と、支持基板１０６の厚さ（高さ）方向に貫通する導通部１０７と、回路基板に接続する導通パッド１０８とを備えて構成される。
【０００６】
図１２（ａ）に示すように、接続パッド１０３と導通部１０７とが接続されることで、インターポーザ１０５がシリコン基板１００と接合される。
【特許文献１】特開２００７−１９８８２０号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２に示す構造のようにインターポーザ１０５を備えた構造では、インターポーザ１０５とシリコン基板１００との材質の違いから、熱膨張差により、シリコン基板１００に応力が作用する問題があった。
【０００８】
このため、図１２に示す従来構造では、圧力センサの検出精度が低下したり、ばらつきが生じた。
【０００９】
特許文献１，２に記載された発明には上記した従来の課題についての認識はなく、当然に、上記課題を解決する手段が示されていない。
【００１０】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる物理量センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における物理量センサは、
シリコン基板と、前記シリコン基板に形成され、物理量の変化に応じて変位する変位部と、前記変位部の変位量を検出するための検出素子と、前記シリコン基板と接合されるインターポーザと、を有し、
前記インターポーザは、支持基板と、前記支持基板の上面から下面にかけて形成される導通部と、を有し、
前記検出素子側と、前記導通部との間が前記インターポーザと前記シリコン基板間の接続領域にて電気的に接続されており、
前記接続領域には、少なくとも、前記接続領域内を平面方向に向けて延出する延出部と、前記延出部と前記検出素子側間を高さ方向に繋ぐ第１接続端部とを有する接続経路と、前記接続経路に接する第１有機絶縁膜とが設けられ、前記延出部の導通部側接続位置αと、前記第１接続端部の素子側接続位置βとが、平面方向にずらされていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記のように、接続領域には軟質な第１有機絶縁膜が設けられている。そして、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとが平面方向にずらされているため、効果的に、シリコン基板とインターポーザとの熱膨張差に起因した、シリコン基板に作用する応力を従来に比べて緩和できる。これにより、シリコン基板に設けられた検出素子に作用する応力が低減され、特性低下を抑制することが出来る。
【００１３】
本発明では、前記接続経路は、前記延出部と、前記第１接続端部と、前記延出部と前記導通部間とを高さ方向に繋ぐ第２接続端部と、を有して形成され、前記導通部側接続位置αが、前記延出部と前記第２接続端部との接続位置で規定されることが好ましい。これにより、より効果的に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる。
【００１４】
または本発明では、前記接続経路は、前記第１接続端部と、前記導通部から高さ方向に形成された第２接続端部と、前記第１接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第１延出部と、前記第２接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第２延出部と、を有し、前記導通部側接続位置αが、前記第１延出部と前記第２延出部との接続位置で規定される形態を提示できる。これにより、従来に比べて、より効果的に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる。
【００１５】
また本発明では、前記変位部は、前記シリコン基板の中央領域に形成され、前記検出素子は、前記変位部の側縁部の略中央に配置されており、前記第１有機絶縁膜は、前記シリコン基板の隅領域にのみ設けられていることが好ましい。第１有機絶縁膜とシリコン基板との間でも熱膨張差により、多少、応力を生じる。よって、上記のように配置することで、第１有機絶縁膜を検出素子から効果的に離すことができ、検出素子に作用する応力を効果的に低減できる。
【００１６】
また本発明では、前記導通部側接続位置αは、前記素子側接続位置βよりも、前記シリコン基板の外周側に位置しており、前記導通部が、前記インターポーザの隅部に形成されていることが好ましい。これにより、より簡単且つ適切に導通部側接続位置αと素子側接続位置βとを、ずらして配置できる。
【００１７】
また本発明では、前記インターポーザの前記シリコン基板との反対面側に第２有機絶縁膜及び、前記導通部と前記第２有機絶縁膜の表面に現れて回路基板との間を電気的に接続するための接続経路が設けられており、導通部側接続位置Ｘと、回路側接続位置Ｙとが平面方向に、ずらされていることが好ましい。上記構成により、インターポーザを回路基板と電気的に接続したときに、インターポーザと回路基板間での熱膨張差に起因した応力を緩和でき、ひいては、シリコン基板に作用する応力を、より効果的に低減することができる。
【００１８】
また本発明では、前記有機絶縁膜は、ポリイミド樹脂であることが好ましい。ポリイミド樹脂を用いることで、より効果的に応力緩和を図ることが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の物理量センサによれば、シリコン基板とインターポーザとの熱膨張差等に起因した、シリコン基板に作用する応力を従来に比べて効果的に緩和できる。これにより、シリコン基板に設けられた検出素子に作用する応力を低減でき、特性低下を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本実施形態における圧力センサ（物理量センサ）の斜視図、図２は、図１に示す圧力センサをＡ−Ａ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す断面図、図３は、本実施形態の圧力センサと回路基板との実装構造を示す断面図、図４、図６、図７は、図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、図５は、図２とは異なる接続構造を示す部分拡大断面図、図８（ａ）及び図９（ａ）はシリコン基板表面の平面図、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、Ｆ−Ｆ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す部分断面図、である。
【００２１】
図１，図２に示すピエゾ抵抗型圧力センサ１は、例えば、絶対圧検知用（すなわちキャビティ内が真空である）である。
【００２２】
図１，図２に示すピエゾ抵抗型圧力センサ１は、第１シリコン基板２と、第２シリコン基板３とを有して構成される。例えば第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３の間には、酸化絶縁層（ＳｉＯ2層）が介在し、３層のＳＯＩ基板を構成している。
【００２３】
図２に示すように、第１シリコン基板２の上面には、キャビティ（凹部）７が形成される。図２及び図８（ａ）に示すように、キャビティ７の上側に位置する第２シリコン基板３によりダイアフラム８が形成されている。図８（ａ）に示すように、キャビティ７及びダイアフラム８は平面視にてピエゾ抵抗型圧力センサ１の略中央位置に形成され、キャビティ７及びダイアフラム８の平面視形状は略矩形状である。
【００２４】
図８（ａ）に示すように、ダイアフラム８の周囲は第２シリコン基板３に圧力が作用しても歪みが生じない固定領域９である。
【００２５】
図８（ａ）に示すように、ダイアフラム８の４辺の各側縁部の略中央には、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅが夫々形成される。第１ピエゾ素子Ｂと第２ピエゾ素子Ｃとが第１の出力パッド１１を介して直列接続される。また、第３ピエゾ素子Ｄと第４ピエゾ素子Ｅとが第２の出力パッド１２を介して直列接続される。
【００２６】
第１ピエゾ素子Ｂと第３ピエゾ素子Ｄは入力パッド１３を介して、及び、第２ピエゾ素子Ｃと第４ピエゾ素子Ｅはグランドパッド１４を介して、夫々接続される。以下、出力パッド１１，１２、入力パッド１３及びグランドパッド１４をまとめて、接続パッド１１〜１４と記載する。各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに接続される配線層１０（図８（ｂ）参照）は固定領域９上に延出形成され、各接続パッド１１〜１４は固定領域９の四隅近傍に設けられている。配線層１０や各接続パッド１１〜１４はスパッタやメッキによりＡｕやＡｌ等の良導体で形成される。
【００２７】
ダイアフラム８が圧力を受けて歪んだときに、第２ピエゾ素子Ｃ及び前記第３ピエゾ素子Ｄの抵抗値の増減傾向と、第１ピエゾ素子Ｂ及び前記第４ピエゾ素子Ｅの抵抗値の増減傾向とが逆傾向となるように、各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅが配置されている。図８（ａ）では各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅの平面視形状が略矩形状となっているが実際には、ミアンダ形状で形成される。
【００２８】
図１，図２に示すように、第２シリコン基板３側に、インターポーザ１５が接合されている。例えば、インターポーザ１５の略中央部には、上面から下面に向けて貫通する通気口（図示せず）が形成されている。
【００２９】
インターポーザ１５は、支持基板１７と、支持基板１７に支持された導通部１８とを有して構成される。支持基板１７は例えばガラス（例えばパイレックス（登録商標））で形成される、また導通部１８は例えばシリコンで形成される。
【００３０】
図１に示すように支持基板１７は、所定の厚みがあり、平面が略矩形状の（直方体状の）基板の四隅を上面１７ｅから下面１７ｆに向けて凹形状に切り欠いた形状である。
【００３１】
支持基板１７に形成された凹部２６内にそれぞれ、導通部１８が設けられる。
よって、各導通部１８は、支持基板１７の上面１７ｅから下面１７ｆにかけて形成され、上面１７ｅ及び下面１７ｆで露出している。またこの実施形態では、インターポーザ１５の四隅に形成された各凹部２６内に各導通部１８が設けられるため、各導通部１８の側面の一部も外周に露出している。この実施形態では、各導通部１８は直方体状であり、各導通部１８の露出した側面は、支持基板１７の側面１７ｇと同一面で形成されている。ただし導通部１８の形状は直方体に限定されない。例えば、導通部１８は、円柱形状を１／４にカットした形状であってもよい。
【００３２】
ここで、導通部１８の形成位置は、後述する変形例にも示すようにインターポーザ１５の隅部に限定されない。例えば、支持基板１７の側面１７ｇの略中央位置に凹形状に切欠いて、その凹部内に導通部１８が形成される形態でもよい。特に、インターポーザ１５が円形等の多角形状でない場合、インターポーザ１５の任意の側面位置に導通部１８を設けるようにすることが好適である。ただしインターポーザ１５が多角形状である場合、導通部１８をインターポーザ１５の隅部に形成することが好適である。
【００３３】
図２、図８（ｂ）に示すように、第２シリコン基板３の上面３ａに各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅと接続される配線層１０が形成され、配線層１０上から第２シリコン基板３の上面３ａにかけて無機絶縁材料による保護膜３６が形成される。保護膜３６はＴｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等で形成される。保護膜３６の平均膜厚は、０．８〜１．８μｍ程度である。
【００３４】
図２に示すように、インターポーザ１５と、第２シリコン基板３の間には、ダイアフラム８やピエゾ素子Ｂ〜Ｅを除く位置に、接続領域４７が設けられる。接続領域４７は、第１有機絶縁膜４８と第１有機絶縁膜４８に埋設された接続経路５０を備えて構成される。
【００３５】
以下、接続領域４７の構造について説明する。この実施形態では、第１有機絶縁膜４８は、下側有機絶縁膜３７と上側有機絶縁膜４４の積層構造である。
【００３６】
図２に示すように、保護膜３６上には下側有機絶縁膜３７が形成されている。下側有機絶縁膜３７の平均膜厚は、４．０〜１０．０μｍ程度である。この下側有機絶縁膜３７は、ダイアフラム８やピエゾ素子Ｂ〜Ｅと重ならないように第２シリコン基板３の固定領域９の上方に形成されている。図８（ａ）に示すように、下側有機絶縁膜３７は、第２シリコン基板３の四隅のみに形成されることが好適である。
【００３７】
図２、図８（ａ）に示すように、下側有機絶縁膜３７及び保護膜３６には貫通孔３８が形成され、この貫通孔３８の底面に配線層１０の表面が露出している。
【００３８】
図２、図８（ａ）に示すように、貫通孔３８から下側有機絶縁膜３７の表面３７ａにかけて各接続パッド１１〜１４が形成される。各接続パッド１１〜１４は、下側有機絶縁膜３７の表面に延出する延出部４３を備える。
【００３９】
図２に示すようにインターポーザ１５と、下側有機絶縁膜３７及び各接続パッド１１〜１４の間には上側有機絶縁膜４４が設けられる。上側有機絶縁膜４４は下側有機絶縁膜３７と同領域に形成される。よって上側有機絶縁膜４４は、インターポーザ１５の下面１７ｆの四隅領域のみに設けられることが好適である。
【００４０】
図２に示すように、各上側有機絶縁膜４４には貫通孔４５が形成され、接続部（第２接続端部）４６が、各貫通孔４５内に形成される。各第２接続端部４６は各導通部１８及び各接続パッド１１〜１４の延出部４３と電気的に接続されている。
【００４１】
図２に示すように、各接続パッド１１〜１４から第２接続端部４６に至る接続経路５０は、平面方向に向けて延出する延出部４３と、延出部４３の内周側の端部にて配線層１０に至る第１接続端部５２と、延出部４３の外周側の端部にて導通部１８に至る第２接続端部４６とを有して形成される。
【００４２】
したがって図２に示すように、第１有機絶縁膜４８内に埋設された延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとは、面方向にずれて配置されている。
【００４３】
図１，図２に示すようにインターポーザ１５の上面１７ｅには、第２有機絶縁膜４９が設けられる。第２有機絶縁膜４９は次に説明する貫通孔６５の形成位置や上記した通気口を形成する場合には、その部分も除いて、インターポーザ１５の上面１７ｅ全域に形成できる。
【００４４】
図２に示すように、第２有機絶縁膜４９には各導通部１８と対向する位置に夫々、貫通孔６５が形成される。そして、各導通部１８が各貫通孔６５の底面に露出している。図２に示すように、各導通パッド（接続経路）６６が各貫通孔６５から第２有機絶縁膜４９の表面４９ａにかけて形成される。図２に示すように、各導通パッド６６は第２有機絶縁膜４９の表面４９ａに延出した延出部６７を備える。導通パッド６６は、半田濡れ性に優れたＮｉ，Ｃｕ等を有する材質で形成されることが好適である。
【００４５】
図１，図２に示すように、各半田ボール２０が各延出部６７上に設けられる。ここで、図２に示すように、導通パッド（接続経路）６６の導通部側接続位置Ｘと、回路基板（図３に図示する）との接続位置（回路側接続位置）Ｙとが、平面（Ｘ−Ｙ面）方向に、ずれて配置されている。ここで回路側接続位置Ｙは、延出部６７、あるいは半田ボール２０の設置位置である。
【００４６】
図１，図２に示す圧力センサ１を回路基板３０上に実装した図が図３である。図３に示すように圧力センサ１を図１，図２の状態から反転させて、インターポーザ１５を回路基板３０上に対向させる。そして、インターポーザ１５に形成された各導通パッド６６（の延出部６７）と回路基板３０の各半田ランド部３１との間が半田層２１にて接合される。
【００４７】
本実施形態の圧力センサ１では、図２を用いて説明したように、第２シリコン基板３とインターポーザ１５との間の接続領域４７には軟質な第１有機絶縁膜４８が介在している。また配線層１０と導通部１８の間を電気的に接続する接続経路５０が第１有機絶縁膜４８に埋設される。そして本実施形態では、延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとが、平面方向に、ずれて配置されている。このため応力が作用したときに接続経路５０が変形し、またこのとき、第１有機絶縁膜４８がクッション的役割を果している。したがって、シリコン基板２，３とインターポーザ１５との熱膨張差等に起因した、シリコン基板２，３に作用する応力を第１有機絶縁膜４８と接続位置をずらした接続経路５０を備える接続領域４７の部分で、効果的に緩和できる。これにより、第２シリコン基板３に設けられたピエゾ素子Ｂ〜Ｅに作用する応力が低減され、特性低下を抑制することが出来る。
【００４８】
本実施形態では、第１有機絶縁膜４８は接続経路５０に接していることが必要であるが、好ましくは図２等に示すように、接続経路５０が第１有機絶縁膜４８に埋設された形態である。ただし埋設される形態であっても、接続経路５０の一部が第１有機絶縁膜４８から露出した状態であってもよい。
【００４９】
次に、図８に示すように、ダイアフラム（変位部）８は、第２シリコン基板３の中央領域に形成され、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅは、ダイアフラム８の側縁部の略中央に設けられる。そして、各接続パッド１１〜１４及び各下側有機絶縁膜３７は、第２シリコン基板３の四隅領域にのみ設けられる。なお上側有機絶縁膜４４は、下側有機絶縁膜３７とほぼ同じ領域に形成されるので、上側有機絶縁膜４４も四隅領域にのみ設けられる。これに対して図９に示す形態では、下側有機絶縁膜３７が第２シリコン基板３の四隅領域のみならず、各隅領域から第２シリコン基板３の側部領域に沿って延出して形成される。図９では下側有機絶縁膜３７が第２シリコン基板３の固定領域９のほぼ全域に形成されている。また下側有機絶縁膜３７上に形成される各接続パッド１１〜１４には、下側有機絶縁膜３７上に長く延出する２本の腕部（メタル接合部）７０が形成されている。腕部７０は、その下側に形成されている配線層１０とほぼ同様のパターンで形成されている。
【００５０】
図９に示す構造では、腕部７０の部分をインターポーザ１５とのメタル接合領域に使用でき、インターポーザ１５と第２シリコン基板３間の接合強度を向上できるといった利点がある。その一方で、各下側有機絶縁膜３７が各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに近接配置される。下側有機絶縁膜３７とシリコン基板３の間でも熱膨張差により多少、応力が生じるので、図９の配置であると、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに対する応力の影響が大きくなってしまう。したがって、図８に示すように、下側有機絶縁膜３７を第２シリコン基板３の四隅領域のみに設けることで、下側有機絶縁膜３７を、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅから遠ざけることができ、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに対する応力の影響を小さくできる。したがって、より効果的に、特性劣化を抑制することが出来る。
【００５１】
本実施形態では、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとを、平面方向に、ずらして配置するが、このとき、中央領域に形成されたダイアフラム８を避けるように第１有機絶縁膜４８及び接続経路５０を設けないといけない。
【００５２】
そこで、図２に示すように、導通部側接続位置αを、素子側接続位置βよりもシリコン基板２，３の外周側に位置させ、しかも、図１，図２に示すように、導通部１８を、インターポーザ１５の四隅に形成した。導通部１８をインターポーザ１５の隅部に形成することで、各導通部１８をインターポーザ１５の２つの側面に露出する位置まで最大限に大きく形成できる。これにより、ダイアフラム８の周囲の固定領域９（図８参照）の幅が狭くても、ダイアフラム８を避けた位置で、より簡単且つ適切に、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとをずらして配置できる。また、導通部１８の平面方向での断面を大きくでき、導通部１８の電気抵抗値を低減できる。
【００５３】
導通部１８を、インターポーザ１５の四隅に形成するには、例えば図１０に示すように、１つの基板から多数の圧力センサに切り出す際、縦横方向（Ｘ方向及びＹ方向）に所定間隔で並んだ各導通部５１の中央位置で、ダイシング方向を直交させて導通部５１を分断する。これにより、インターポーザ１５の４隅に導通部１８が形成された図１に示す圧力センサを複数個、同じ基板から得ることが出来る。図１０に示す導通部５１を円柱状で形成して図１０に示すように切断すれば、圧力センサのインターポーザ１５の四隅に円柱を１／４にカットした導通部１８を形成することができる。
【００５４】
本実施形態では、接続経路５０は、第１有機絶縁膜４８の内部にて、平面方向に向けて延出する延出部４３と、延出部４３の一方の端部側と、導通部１８との間を高さ方向（厚さ方向）に向けて繋ぐ第２接続端部４６と、延出部４３の他方の端部側と、配線層１０間を高さ方向（厚さ方向）に向けて繋ぐ第１接続端部５２とを有して構成される。このような構成により、応力が作用したときに接続経路５０をより変形させやすく、シリコン基板２，３に作用する応力を、より効果的に緩和することが出来る。
【００５５】
また接続領域４７の構造としては、図２の形態に限定されない。例えば図２に示す上側有機絶縁膜４４及び第２接続端部４６を除き、第１有機絶縁膜４８を下側有機絶縁膜３７の１層で構成し、接続経路を接続パッド１１〜１４のみで構成し、接続パッド１１〜１４と導通部１８とを直接接続した構造であってもよい。このとき、導通部側接続位置αは、導通部１８と延出部４３との接続位置で規定される。
【００５６】
次に、図１，図２に示す実施形態では、インターポーザ１５の上面１７ｅに第２有機絶縁膜４９が形成されている。そして導通パッド（接続経路）６６が第２有機絶縁膜４９の表面４９ａにまで延出しており、導通パッド６６の導通部側接続位置Ｘと、回路基板３０との回路側接続位置Ｙとが、平面方向に、ずれて配置されている。これにより、図３のように、インターポーザ１５の導通パッド６６（の延出部６７）と、回路基板３０の半田ランド部３１間を半田層２１にて半田接合したとき、インターポーザ１５と回路基板３０との間での熱膨張差に起因する応力を効果的に緩和でき、ひいては、シリコン基板２，３に作用する応力をより効果的に緩和できる。したがって、より効果的に特性劣化を抑えることが出来る。
【００５７】
本実施形態では、下側有機絶縁膜３７、上側有機絶縁膜４４、及び第２有機絶縁膜４９は、夫々、ポリイミド樹脂で形成されることが好適である。ポリイミド樹脂を用いることで、より効果的に、応力緩和を図ることが可能になる。
【００５８】
図４に示す実施形態では、導通部１８が、支持基板１７の四隅に形成されず、支持基板１７の内部位置に形成される。よって導通部１８は、上面と下面だけが支持基板１７から露出している。
【００５９】
図５に示す実施形態では、導通部１８と、検出側接続位置βとが膜厚方向に対向している。図５では、配線層１０に電気的に接続される第１接続端部７０から屈曲して第１延出部７１が平面方向に延出して形成される。また導通部１８に電気的に接続される第２接続端部７２から屈曲して第２延出部７３が平面方向に延出して形成される。そして第１延出部７１と第２延出部７３とが接続されている。
【００６０】
導通部側接続位置αは、第１延出部７１と第２延出部７３との接続位置で規定される。
この実施形態でも、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとが平面方向にずれている。
【００６１】
特に、この実施形態では、第１延出部７１と第２延出部７３との接続位置（導通部側接続位置α）が、第１接続端部７０及び第２接続端部７２の双方に対して平面方向にずれているので、より効果的に、シリコン基板２，３に作用するインターポーザ１５との熱膨張差等に起因した応力を緩和できる。
【００６２】
上記したようにインターポーザ１５を構成する支持基板１７はガラス、導通部１８はシリコンで形成されるが、本実施形態では、他の材質でも適用できる。例えば支持基板１７はガラス以外の絶縁材料で形成できる。また導通部１８は、ＡｕやＣｕといった金属材料で形成できる。
【００６３】
また図６のように、導通部１８と支持基板１７の間が絶縁層３３により絶縁された形態でもよい。
【００６４】
次に図７に示す実施形態では、図２等と異なって、インターポーザ１５の上面（第２面）１７ｅに第２有機絶縁膜４９が形成されていない。しかしながら図７の形態でも、インターポーザ１５と第２シリコン基板３の接続領域４７には、第１有機絶縁膜４８と、第１有機絶縁膜４８に埋設された接続経路５０とが設けられる。そして接続経路５０の導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとが、平面方向に、ずれて配置されている。これにより、シリコン基板２，３とインターポーザ１５との熱膨張差に起因した、シリコン基板２，３に作用する応力を従来に比べて効果的に緩和できる。したがって、第２シリコン基板３に設けられたピエゾ素子Ｂ〜Ｅに作用する応力を低減でき、特性低下を抑制することが出来る。
【００６５】
本実施形態では、圧力センサを用いて説明したが、圧力センサに限定されるものではない。本実施形態は、加速度センサや角速度センサ等の「物理量センサ」に適用できる。
【実施例】
【００６６】
次の圧力センサを作製した。
（サンプル１）
図１２の形態
（サンプル２）
図７の形態
（サンプル３）
図２の形態
【００６７】
有機絶縁膜をポリイミドで形成した。またインターポーザ１５を構成する支持基板１７をガラスで形成し、導通部１８をシリコンで形成した。また、接続経路５０及び接続パッド１０３をＡｌで形成し、導通パッド６６，１０８をＡｕで形成した。
【００６８】
実験では図３のように圧力センサを回路基板上に半田付けし、各試料における２５℃の時の出力を基準にして、温度を変化させたときの出力変化を調べた。その実験結果が図１１に示されている。
【００６９】
図１１に示すように、サンプル１、すなわち従来構造では、温度変化による出力変化が他のサンプルに比して大きくなった。
【００７０】
この実験結果により、シリコン基板３とインターポーザ１５の間の接続領域４７に、第１有機絶縁膜（ポリイミド樹脂）４８と、接続経路５０を設け、接続経路５０を構成する延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとを平面方向にずらして配置した、サンプル２，サンプル３を本実施例とした。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態における圧力センサ（物理量センサ）の斜視図、
【図２】図１に示す圧力センサをＡ−Ａ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す断面図、
【図３】本実施形態の圧力センサと回路基板との実装構造を示す断面図、
【図４】図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、
【図５】図２とは異なる接続構造を示す部分拡大断面図、
【図６】図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、
【図７】図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、
【図８】（ａ）はシリコン基板表面の平面図、（ｂ）は、Ｆ−Ｆ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す部分断面図、
【図９】図８と異なる形態であり、（ａ）はシリコン基板表面の平面図、（ｂ）は、Ｆ−Ｆ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す部分断面図、
【図１０】圧力センサの製造工程を示す一工程図（部分斜視図）、
【図１１】図２、図７及び図１２の各形態の圧力センサを用いて行った温度と出力との関係を示すグラフ、
【図１２】従来例における圧力センサ（物理量センサ）の斜視図、
【符号の説明】
【００７２】
Ｂ〜Ｅ ピエゾ素子
１ 圧力センサ
２、３ シリコン基板
８ ダイアフラム
９ 固定領域
１０ 配線層
１１〜１４ 接続パッド
１５ インターポーザ
１７ 支持基板
１８、５１ 導通部
３０ 回路基板
３６ 保護膜
３７ 下側有機絶縁膜
４３、６７、７１、７３ 延出部
４４ 上側有機絶縁膜
４６、７２ 第２接続端部
４７ 接続領域
４８ 第１有機絶縁膜
４９ 第２有機絶縁膜
５０ 接続経路
５２、７０ 第１接続端部
６６ 導通パッド（接続経路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された物理量センサ関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro Electro Mechanical System）技術を用いて形成された圧力センサＳは、図１２に示すようにシリコン基板１００に形成されたダイアフラム１０１と、ダイアフラム１０１の変位量を検出するための検出素子１０２等を有して構成される。図１２（ａ）は圧力センサの断面図、（ｂ）はシリコン基板の平面図である。
【０００３】
検出素子１０２に電気的に接続される接続パッド１０３はシリコン基板表面１００ａに形成されている。
【０００４】
図１２に示す構造では、シリコン基板１００の接続パッド１０３側にインターポーザ１０５が取り付けられている。
【０００５】
インターポーザ１０５は、支持基板１０６と、支持基板１０６の厚さ（高さ）方向に貫通する導通部１０７と、回路基板に接続する導通パッド１０８とを備えて構成される。
【０００６】
図１２（ａ）に示すように、接続パッド１０３と導通部１０７とが接続されることで、インターポーザ１０５がシリコン基板１００と接合される。
【特許文献１】特開２００７−１９８８２０号公報
【特許文献２】特開２００７−１９４５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２に示す構造のようにインターポーザ１０５を備えた構造では、インターポーザ１０５とシリコン基板１００との材質の違いから、熱膨張差により、シリコン基板１００に応力が作用する問題があった。
【０００８】
このため、図１２に示す従来構造では、圧力センサの検出精度が低下したり、ばらつきが生じた。
【０００９】
特許文献１，２に記載された発明には上記した従来の課題についての認識はなく、当然に、上記課題を解決する手段が示されていない。
【００１０】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる物理量センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における物理量センサは、
シリコン基板と、前記シリコン基板に形成され、物理量の変化に応じて変位する変位部と、前記変位部の変位量を検出するための検出素子と、前記シリコン基板と接合されるインターポーザと、を有し、
前記インターポーザは、支持基板と、前記支持基板の上面から下面にかけて形成される導通部と、を有し、
前記検出素子側と、前記導通部との間が前記インターポーザと前記シリコン基板間の接続領域にて電気的に接続されており、
前記接続領域には、少なくとも、前記接続領域内を平面方向に向けて延出する延出部と、前記延出部と前記検出素子側間を高さ方向に繋ぐ第１接続端部とを有する接続経路と、前記接続経路に接する第１有機絶縁膜とが設けられ、前記延出部の導通部側接続位置αと、前記第１接続端部の素子側接続位置βとが、平面方向にずらされていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記のように、接続領域には軟質な第１有機絶縁膜が設けられている。そして、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとが平面方向にずらされているため、効果的に、シリコン基板とインターポーザとの熱膨張差に起因した、シリコン基板に作用する応力を従来に比べて緩和できる。これにより、シリコン基板に設けられた検出素子に作用する応力が低減され、特性低下を抑制することが出来る。
【００１３】
本発明では、前記接続経路は、前記延出部と、前記第１接続端部と、前記延出部と前記導通部間とを高さ方向に繋ぐ第２接続端部と、を有して形成され、前記導通部側接続位置αが、前記延出部と前記第２接続端部との接続位置で規定されることが好ましい。これにより、より効果的に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる。
【００１４】
または本発明では、前記接続経路は、前記第１接続端部と、前記導通部から高さ方向に形成された第２接続端部と、前記第１接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第１延出部と、前記第２接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第２延出部と、を有し、前記導通部側接続位置αが、前記第１延出部と前記第２延出部との接続位置で規定される形態を提示できる。これにより、従来に比べて、より効果的に、シリコン基板に作用する応力を緩和できる。
【００１５】
また本発明では、前記変位部は、前記シリコン基板の中央領域に形成され、前記検出素子は、前記変位部の側縁部の略中央に配置されており、前記第１有機絶縁膜は、前記シリコン基板の隅領域にのみ設けられていることが好ましい。第１有機絶縁膜とシリコン基板との間でも熱膨張差により、多少、応力を生じる。よって、上記のように配置することで、第１有機絶縁膜を検出素子から効果的に離すことができ、検出素子に作用する応力を効果的に低減できる。
【００１６】
また本発明では、前記導通部側接続位置αは、前記素子側接続位置βよりも、前記シリコン基板の外周側に位置しており、前記導通部が、前記インターポーザの隅部に形成されていることが好ましい。これにより、より簡単且つ適切に導通部側接続位置αと素子側接続位置βとを、ずらして配置できる。
【００１７】
また本発明では、前記インターポーザの前記シリコン基板との反対面側に第２有機絶縁膜及び、前記導通部と前記第２有機絶縁膜の表面に現れて回路基板との間を電気的に接続するための接続経路が設けられており、導通部側接続位置Ｘと、回路側接続位置Ｙとが平面方向に、ずらされていることが好ましい。上記構成により、インターポーザを回路基板と電気的に接続したときに、インターポーザと回路基板間での熱膨張差に起因した応力を緩和でき、ひいては、シリコン基板に作用する応力を、より効果的に低減することができる。
【００１８】
また本発明では、前記有機絶縁膜は、ポリイミド樹脂であることが好ましい。ポリイミド樹脂を用いることで、より効果的に応力緩和を図ることが出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の物理量センサによれば、シリコン基板とインターポーザとの熱膨張差等に起因した、シリコン基板に作用する応力を従来に比べて効果的に緩和できる。これにより、シリコン基板に設けられた検出素子に作用する応力を低減でき、特性低下を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本実施形態における圧力センサ（物理量センサ）の斜視図、図２は、図１に示す圧力センサをＡ−Ａ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す断面図、図３は、本実施形態の圧力センサと回路基板との実装構造を示す断面図、図４、図６、図７は、図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、図５は、図２とは異なる接続構造を示す部分拡大断面図、図８（ａ）及び図９（ａ）はシリコン基板表面の平面図、図８（ｂ）及び図９（ｂ）は、Ｆ−Ｆ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す部分断面図、である。
【００２１】
図１，図２に示すピエゾ抵抗型圧力センサ１は、例えば、絶対圧検知用（すなわちキャビティ内が真空である）である。
【００２２】
図１，図２に示すピエゾ抵抗型圧力センサ１は、第１シリコン基板２と、第２シリコン基板３とを有して構成される。例えば第１シリコン基板２及び第２シリコン基板３の間には、酸化絶縁層（ＳｉＯ2層）が介在し、３層のＳＯＩ基板を構成している。
【００２３】
図２に示すように、第１シリコン基板２の上面には、キャビティ（凹部）７が形成される。図２及び図８（ａ）に示すように、キャビティ７の上側に位置する第２シリコン基板３によりダイアフラム８が形成されている。図８（ａ）に示すように、キャビティ７及びダイアフラム８は平面視にてピエゾ抵抗型圧力センサ１の略中央位置に形成され、キャビティ７及びダイアフラム８の平面視形状は略矩形状である。
【００２４】
図８（ａ）に示すように、ダイアフラム８の周囲は第２シリコン基板３に圧力が作用しても歪みが生じない固定領域９である。
【００２５】
図８（ａ）に示すように、ダイアフラム８の４辺の各側縁部の略中央には、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅが夫々形成される。第１ピエゾ素子Ｂと第２ピエゾ素子Ｃとが第１の出力パッド１１を介して直列接続される。また、第３ピエゾ素子Ｄと第４ピエゾ素子Ｅとが第２の出力パッド１２を介して直列接続される。
【００２６】
第１ピエゾ素子Ｂと第３ピエゾ素子Ｄは入力パッド１３を介して、及び、第２ピエゾ素子Ｃと第４ピエゾ素子Ｅはグランドパッド１４を介して、夫々接続される。以下、出力パッド１１，１２、入力パッド１３及びグランドパッド１４をまとめて、接続パッド１１〜１４と記載する。各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに接続される配線層１０（図８（ｂ）参照）は固定領域９上に延出形成され、各接続パッド１１〜１４は固定領域９の四隅近傍に設けられている。配線層１０や各接続パッド１１〜１４はスパッタやメッキによりＡｕやＡｌ等の良導体で形成される。
【００２７】
ダイアフラム８が圧力を受けて歪んだときに、第２ピエゾ素子Ｃ及び前記第３ピエゾ素子Ｄの抵抗値の増減傾向と、第１ピエゾ素子Ｂ及び前記第４ピエゾ素子Ｅの抵抗値の増減傾向とが逆傾向となるように、各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅが配置されている。図８（ａ）では各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅの平面視形状が略矩形状となっているが実際には、ミアンダ形状で形成される。
【００２８】
図１，図２に示すように、第２シリコン基板３側に、インターポーザ１５が接合されている。例えば、インターポーザ１５の略中央部には、上面から下面に向けて貫通する通気口（図示せず）が形成されている。
【００２９】
インターポーザ１５は、支持基板１７と、支持基板１７に支持された導通部１８とを有して構成される。支持基板１７は例えばガラス（例えばパイレックス（登録商標））で形成される、また導通部１８は例えばシリコンで形成される。
【００３０】
図１に示すように支持基板１７は、所定の厚みがあり、平面が略矩形状の（直方体状の）基板の四隅を上面１７ｅから下面１７ｆに向けて凹形状に切り欠いた形状である。
【００３１】
支持基板１７に形成された凹部２６内にそれぞれ、導通部１８が設けられる。
よって、各導通部１８は、支持基板１７の上面１７ｅから下面１７ｆにかけて形成され、上面１７ｅ及び下面１７ｆで露出している。またこの実施形態では、インターポーザ１５の四隅に形成された各凹部２６内に各導通部１８が設けられるため、各導通部１８の側面の一部も外周に露出している。この実施形態では、各導通部１８は直方体状であり、各導通部１８の露出した側面は、支持基板１７の側面１７ｇと同一面で形成されている。ただし導通部１８の形状は直方体に限定されない。例えば、導通部１８は、円柱形状を１／４にカットした形状であってもよい。
【００３２】
ここで、導通部１８の形成位置は、後述する変形例にも示すようにインターポーザ１５の隅部に限定されない。例えば、支持基板１７の側面１７ｇの略中央位置に凹形状に切欠いて、その凹部内に導通部１８が形成される形態でもよい。特に、インターポーザ１５が円形等の多角形状でない場合、インターポーザ１５の任意の側面位置に導通部１８を設けるようにすることが好適である。ただしインターポーザ１５が多角形状である場合、導通部１８をインターポーザ１５の隅部に形成することが好適である。
【００３３】
図２、図８（ｂ）に示すように、第２シリコン基板３の上面３ａに各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅと接続される配線層１０が形成され、配線層１０上から第２シリコン基板３の上面３ａにかけて無機絶縁材料による保護膜３６が形成される。保護膜３６はＴｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2等で形成される。保護膜３６の平均膜厚は、０．８〜１．８μｍ程度である。
【００３４】
図２に示すように、インターポーザ１５と、第２シリコン基板３の間には、ダイアフラム８やピエゾ素子Ｂ〜Ｅを除く位置に、接続領域４７が設けられる。接続領域４７は、第１有機絶縁膜４８と第１有機絶縁膜４８に埋設された接続経路５０を備えて構成される。
【００３５】
以下、接続領域４７の構造について説明する。この実施形態では、第１有機絶縁膜４８は、下側有機絶縁膜３７と上側有機絶縁膜４４の積層構造である。
【００３６】
図２に示すように、保護膜３６上には下側有機絶縁膜３７が形成されている。下側有機絶縁膜３７の平均膜厚は、４．０〜１０．０μｍ程度である。この下側有機絶縁膜３７は、ダイアフラム８やピエゾ素子Ｂ〜Ｅと重ならないように第２シリコン基板３の固定領域９の上方に形成されている。図８（ａ）に示すように、下側有機絶縁膜３７は、第２シリコン基板３の四隅のみに形成されることが好適である。
【００３７】
図２、図８（ａ）に示すように、下側有機絶縁膜３７及び保護膜３６には貫通孔３８が形成され、この貫通孔３８の底面に配線層１０の表面が露出している。
【００３８】
図２、図８（ａ）に示すように、貫通孔３８から下側有機絶縁膜３７の表面３７ａにかけて各接続パッド１１〜１４が形成される。各接続パッド１１〜１４は、下側有機絶縁膜３７の表面に延出する延出部４３を備える。
【００３９】
図２に示すようにインターポーザ１５と、下側有機絶縁膜３７及び各接続パッド１１〜１４の間には上側有機絶縁膜４４が設けられる。上側有機絶縁膜４４は下側有機絶縁膜３７と同領域に形成される。よって上側有機絶縁膜４４は、インターポーザ１５の下面１７ｆの四隅領域のみに設けられることが好適である。
【００４０】
図２に示すように、各上側有機絶縁膜４４には貫通孔４５が形成され、接続部（第２接続端部）４６が、各貫通孔４５内に形成される。各第２接続端部４６は各導通部１８及び各接続パッド１１〜１４の延出部４３と電気的に接続されている。
【００４１】
図２に示すように、各接続パッド１１〜１４から第２接続端部４６に至る接続経路５０は、平面方向に向けて延出する延出部４３と、延出部４３の内周側の端部にて配線層１０に至る第１接続端部５２と、延出部４３の外周側の端部にて導通部１８に至る第２接続端部４６とを有して形成される。
【００４２】
したがって図２に示すように、第１有機絶縁膜４８内に埋設された延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとは、面方向にずれて配置されている。
【００４３】
図１，図２に示すようにインターポーザ１５の上面１７ｅには、第２有機絶縁膜４９が設けられる。第２有機絶縁膜４９は次に説明する貫通孔６５の形成位置や上記した通気口を形成する場合には、その部分も除いて、インターポーザ１５の上面１７ｅ全域に形成できる。
【００４４】
図２に示すように、第２有機絶縁膜４９には各導通部１８と対向する位置に夫々、貫通孔６５が形成される。そして、各導通部１８が各貫通孔６５の底面に露出している。図２に示すように、各導通パッド（接続経路）６６が各貫通孔６５から第２有機絶縁膜４９の表面４９ａにかけて形成される。図２に示すように、各導通パッド６６は第２有機絶縁膜４９の表面４９ａに延出した延出部６７を備える。導通パッド６６は、半田濡れ性に優れたＮｉ，Ｃｕ等を有する材質で形成されることが好適である。
【００４５】
図１，図２に示すように、各半田ボール２０が各延出部６７上に設けられる。ここで、図２に示すように、導通パッド（接続経路）６６の導通部側接続位置Ｘと、回路基板（図３に図示する）との接続位置（回路側接続位置）Ｙとが、平面（Ｘ−Ｙ面）方向に、ずれて配置されている。ここで回路側接続位置Ｙは、延出部６７、あるいは半田ボール２０の設置位置である。
【００４６】
図１，図２に示す圧力センサ１を回路基板３０上に実装した図が図３である。図３に示すように圧力センサ１を図１，図２の状態から反転させて、インターポーザ１５を回路基板３０上に対向させる。そして、インターポーザ１５に形成された各導通パッド６６（の延出部６７）と回路基板３０の各半田ランド部３１との間が半田層２１にて接合される。
【００４７】
本実施形態の圧力センサ１では、図２を用いて説明したように、第２シリコン基板３とインターポーザ１５との間の接続領域４７には軟質な第１有機絶縁膜４８が介在している。また配線層１０と導通部１８の間を電気的に接続する接続経路５０が第１有機絶縁膜４８に埋設される。そして本実施形態では、延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとが、平面方向に、ずれて配置されている。このため応力が作用したときに接続経路５０が変形し、またこのとき、第１有機絶縁膜４８がクッション的役割を果している。したがって、シリコン基板２，３とインターポーザ１５との熱膨張差等に起因した、シリコン基板２，３に作用する応力を第１有機絶縁膜４８と接続位置をずらした接続経路５０を備える接続領域４７の部分で、効果的に緩和できる。これにより、第２シリコン基板３に設けられたピエゾ素子Ｂ〜Ｅに作用する応力が低減され、特性低下を抑制することが出来る。
【００４８】
本実施形態では、第１有機絶縁膜４８は接続経路５０に接していることが必要であるが、好ましくは図２等に示すように、接続経路５０が第１有機絶縁膜４８に埋設された形態である。ただし埋設される形態であっても、接続経路５０の一部が第１有機絶縁膜４８から露出した状態であってもよい。
【００４９】
次に、図８に示すように、ダイアフラム（変位部）８は、第２シリコン基板３の中央領域に形成され、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅは、ダイアフラム８の側縁部の略中央に設けられる。そして、各接続パッド１１〜１４及び各下側有機絶縁膜３７は、第２シリコン基板３の四隅領域にのみ設けられる。なお上側有機絶縁膜４４は、下側有機絶縁膜３７とほぼ同じ領域に形成されるので、上側有機絶縁膜４４も四隅領域にのみ設けられる。これに対して図９に示す形態では、下側有機絶縁膜３７が第２シリコン基板３の四隅領域のみならず、各隅領域から第２シリコン基板３の側部領域に沿って延出して形成される。図９では下側有機絶縁膜３７が第２シリコン基板３の固定領域９のほぼ全域に形成されている。また下側有機絶縁膜３７上に形成される各接続パッド１１〜１４には、下側有機絶縁膜３７上に長く延出する２本の腕部（メタル接合部）７０が形成されている。腕部７０は、その下側に形成されている配線層１０とほぼ同様のパターンで形成されている。
【００５０】
図９に示す構造では、腕部７０の部分をインターポーザ１５とのメタル接合領域に使用でき、インターポーザ１５と第２シリコン基板３間の接合強度を向上できるといった利点がある。その一方で、各下側有機絶縁膜３７が各ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに近接配置される。下側有機絶縁膜３７とシリコン基板３の間でも熱膨張差により多少、応力が生じるので、図９の配置であると、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに対する応力の影響が大きくなってしまう。したがって、図８に示すように、下側有機絶縁膜３７を第２シリコン基板３の四隅領域のみに設けることで、下側有機絶縁膜３７を、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅから遠ざけることができ、ピエゾ素子Ｂ〜Ｅに対する応力の影響を小さくできる。したがって、より効果的に、特性劣化を抑制することが出来る。
【００５１】
本実施形態では、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとを、平面方向に、ずらして配置するが、このとき、中央領域に形成されたダイアフラム８を避けるように第１有機絶縁膜４８及び接続経路５０を設けないといけない。
【００５２】
そこで、図２に示すように、導通部側接続位置αを、素子側接続位置βよりもシリコン基板２，３の外周側に位置させ、しかも、図１，図２に示すように、導通部１８を、インターポーザ１５の四隅に形成した。導通部１８をインターポーザ１５の隅部に形成することで、各導通部１８をインターポーザ１５の２つの側面に露出する位置まで最大限に大きく形成できる。これにより、ダイアフラム８の周囲の固定領域９（図８参照）の幅が狭くても、ダイアフラム８を避けた位置で、より簡単且つ適切に、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとをずらして配置できる。また、導通部１８の平面方向での断面を大きくでき、導通部１８の電気抵抗値を低減できる。
【００５３】
導通部１８を、インターポーザ１５の四隅に形成するには、例えば図１０に示すように、１つの基板から多数の圧力センサに切り出す際、縦横方向（Ｘ方向及びＹ方向）に所定間隔で並んだ各導通部５１の中央位置で、ダイシング方向を直交させて導通部５１を分断する。これにより、インターポーザ１５の４隅に導通部１８が形成された図１に示す圧力センサを複数個、同じ基板から得ることが出来る。図１０に示す導通部５１を円柱状で形成して図１０に示すように切断すれば、圧力センサのインターポーザ１５の四隅に円柱を１／４にカットした導通部１８を形成することができる。
【００５４】
本実施形態では、接続経路５０は、第１有機絶縁膜４８の内部にて、平面方向に向けて延出する延出部４３と、延出部４３の一方の端部側と、導通部１８との間を高さ方向（厚さ方向）に向けて繋ぐ第２接続端部４６と、延出部４３の他方の端部側と、配線層１０間を高さ方向（厚さ方向）に向けて繋ぐ第１接続端部５２とを有して構成される。このような構成により、応力が作用したときに接続経路５０をより変形させやすく、シリコン基板２，３に作用する応力を、より効果的に緩和することが出来る。
【００５５】
また接続領域４７の構造としては、図２の形態に限定されない。例えば図２に示す上側有機絶縁膜４４及び第２接続端部４６を除き、第１有機絶縁膜４８を下側有機絶縁膜３７の１層で構成し、接続経路を接続パッド１１〜１４のみで構成し、接続パッド１１〜１４と導通部１８とを直接接続した構造であってもよい。このとき、導通部側接続位置αは、導通部１８と延出部４３との接続位置で規定される。
【００５６】
次に、図１，図２に示す実施形態では、インターポーザ１５の上面１７ｅに第２有機絶縁膜４９が形成されている。そして導通パッド（接続経路）６６が第２有機絶縁膜４９の表面４９ａにまで延出しており、導通パッド６６の導通部側接続位置Ｘと、回路基板３０との回路側接続位置Ｙとが、平面方向に、ずれて配置されている。これにより、図３のように、インターポーザ１５の導通パッド６６（の延出部６７）と、回路基板３０の半田ランド部３１間を半田層２１にて半田接合したとき、インターポーザ１５と回路基板３０との間での熱膨張差に起因する応力を効果的に緩和でき、ひいては、シリコン基板２，３に作用する応力をより効果的に緩和できる。したがって、より効果的に特性劣化を抑えることが出来る。
【００５７】
本実施形態では、下側有機絶縁膜３７、上側有機絶縁膜４４、及び第２有機絶縁膜４９は、夫々、ポリイミド樹脂で形成されることが好適である。ポリイミド樹脂を用いることで、より効果的に、応力緩和を図ることが可能になる。
【００５８】
図４に示す実施形態では、導通部１８が、支持基板１７の四隅に形成されず、支持基板１７の内部位置に形成される。よって導通部１８は、上面と下面だけが支持基板１７から露出している。
【００５９】
図５に示す実施形態では、導通部１８と、検出側接続位置βとが膜厚方向に対向している。図５では、配線層１０に電気的に接続される第１接続端部７０から屈曲して第１延出部７１が平面方向に延出して形成される。また導通部１８に電気的に接続される第２接続端部７２から屈曲して第２延出部７３が平面方向に延出して形成される。そして第１延出部７１と第２延出部７３とが接続されている。
【００６０】
導通部側接続位置αは、第１延出部７１と第２延出部７３との接続位置で規定される。
この実施形態でも、導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとが平面方向にずれている。
【００６１】
特に、この実施形態では、第１延出部７１と第２延出部７３との接続位置（導通部側接続位置α）が、第１接続端部７０及び第２接続端部７２の双方に対して平面方向にずれているので、より効果的に、シリコン基板２，３に作用するインターポーザ１５との熱膨張差等に起因した応力を緩和できる。
【００６２】
上記したようにインターポーザ１５を構成する支持基板１７はガラス、導通部１８はシリコンで形成されるが、本実施形態では、他の材質でも適用できる。例えば支持基板１７はガラス以外の絶縁材料で形成できる。また導通部１８は、ＡｕやＣｕといった金属材料で形成できる。
【００６３】
また図６のように、導通部１８と支持基板１７の間が絶縁層３３により絶縁された形態でもよい。
【００６４】
次に図７に示す実施形態では、図２等と異なって、インターポーザ１５の上面（第２面）１７ｅに第２有機絶縁膜４９が形成されていない。しかしながら図７の形態でも、インターポーザ１５と第２シリコン基板３の接続領域４７には、第１有機絶縁膜４８と、第１有機絶縁膜４８に埋設された接続経路５０とが設けられる。そして接続経路５０の導通部側接続位置αと、素子側接続位置βとが、平面方向に、ずれて配置されている。これにより、シリコン基板２，３とインターポーザ１５との熱膨張差に起因した、シリコン基板２，３に作用する応力を従来に比べて効果的に緩和できる。したがって、第２シリコン基板３に設けられたピエゾ素子Ｂ〜Ｅに作用する応力を低減でき、特性低下を抑制することが出来る。
【００６５】
本実施形態では、圧力センサを用いて説明したが、圧力センサに限定されるものではない。本実施形態は、加速度センサや角速度センサ等の「物理量センサ」に適用できる。
【実施例】
【００６６】
次の圧力センサを作製した。
（サンプル１）
図１２の形態
（サンプル２）
図７の形態
（サンプル３）
図２の形態
【００６７】
有機絶縁膜をポリイミドで形成した。またインターポーザ１５を構成する支持基板１７をガラスで形成し、導通部１８をシリコンで形成した。また、接続経路５０及び接続パッド１０３をＡｌで形成し、導通パッド６６，１０８をＡｕで形成した。
【００６８】
実験では図３のように圧力センサを回路基板上に半田付けし、各試料における２５℃の時の出力を基準にして、温度を変化させたときの出力変化を調べた。その実験結果が図１１に示されている。
【００６９】
図１１に示すように、サンプル１、すなわち従来構造では、温度変化による出力変化が他のサンプルに比して大きくなった。
【００７０】
この実験結果により、シリコン基板３とインターポーザ１５の間の接続領域４７に、第１有機絶縁膜（ポリイミド樹脂）４８と、接続経路５０を設け、接続経路５０を構成する延出部４３の導通部側接続位置αと、第１接続端部５２の素子側接続位置βとを平面方向にずらして配置した、サンプル２，サンプル３を本実施例とした。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本実施形態における圧力センサ（物理量センサ）の斜視図、
【図２】図１に示す圧力センサをＡ−Ａ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す断面図、
【図３】本実施形態の圧力センサと回路基板との実装構造を示す断面図、
【図４】図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、
【図５】図２とは異なる接続構造を示す部分拡大断面図、
【図６】図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、
【図７】図２とは異なる本実施形態の圧力センサの断面図、
【図８】（ａ）はシリコン基板表面の平面図、（ｂ）は、Ｆ−Ｆ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す部分断面図、
【図９】図８と異なる形態であり、（ａ）はシリコン基板表面の平面図、（ｂ）は、Ｆ−Ｆ線に沿って高さ方向（厚さ方向）から切断した切断面を示す部分断面図、
【図１０】圧力センサの製造工程を示す一工程図（部分斜視図）、
【図１１】図２、図７及び図１２の各形態の圧力センサを用いて行った温度と出力との関係を示すグラフ、
【図１２】従来例における圧力センサ（物理量センサ）の斜視図、
【符号の説明】
【００７２】
Ｂ〜Ｅ ピエゾ素子
１ 圧力センサ
２、３ シリコン基板
８ ダイアフラム
９ 固定領域
１０ 配線層
１１〜１４ 接続パッド
１５ インターポーザ
１７ 支持基板
１８、５１ 導通部
３０ 回路基板
３６ 保護膜
３７ 下側有機絶縁膜
４３、６７、７１、７３ 延出部
４４ 上側有機絶縁膜
４６、７２ 第２接続端部
４７ 接続領域
４８ 第１有機絶縁膜
４９ 第２有機絶縁膜
５０ 接続経路
５２、７０ 第１接続端部
６６ 導通パッド（接続経路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板と、前記シリコン基板に形成され、物理量の変化に応じて変位する変位部と、前記変位部の変位量を検出するための検出素子と、前記シリコン基板と接合されるインターポーザと、を有し、
前記インターポーザは、支持基板と、前記支持基板の上面から下面にかけて形成される導通部と、を有し、
前記検出素子側と、前記導通部との間が前記インターポーザと前記シリコン基板間の接続領域にて電気的に接続されており、
前記接続領域には、少なくとも、前記接続領域内を平面方向に向けて延出する延出部と、前記延出部と前記検出素子側間を高さ方向に繋ぐ第１接続端部とを有する接続経路と、前記接続経路に接する第１有機絶縁膜とが設けられ、前記延出部の導通部側接続位置αと、前記第１接続端部の素子側接続位置βとが、平面方向にずらされていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記接続経路は、前記延出部と、前記第１接続端部と、前記延出部と前記導通部間とを高さ方向に繋ぐ第２接続端部と、を有して形成され、前記導通部側接続位置αが、前記延出部と前記第２接続端部との接続位置で規定される請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記接続経路は、前記第１接続端部と、前記導通部から高さ方向に形成された第２接続端部と、前記第１接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第１延出部と、前記第２接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第２延出部と、を有し、前記導通部側接続位置αが、前記第１延出部と前記第２延出部との接続位置で規定される請求項１記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記変位部は、前記シリコン基板の中央領域に形成され、前記検出素子は、前記変位部の側縁部の略中央に配置されており、前記第１有機絶縁膜は前記シリコン基板の隅領域にのみ設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記導通部側接続位置αは、前記素子側接続位置βよりも、前記シリコン基板の外周側に位置しており、前記導通部が、前記インターポーザの隅部に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記インターポーザの前記シリコン基板との反対面側に第２有機絶縁膜及び、前記導通部と前記第２有機絶縁膜の表面に現れて回路基板との間を電気的に接続するための接続経路が設けられており、導通部側接続位置Ｘと、回路側接続位置Ｙとが平面方向に、ずらされている請求項１ないし５のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記有機絶縁膜は、ポリイミド樹脂である請求項１ないし６のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項１】
シリコン基板と、前記シリコン基板に形成され、物理量の変化に応じて変位する変位部と、前記変位部の変位量を検出するための検出素子と、前記シリコン基板と接合されるインターポーザと、を有し、
前記インターポーザは、支持基板と、前記支持基板の上面から下面にかけて形成される導通部と、を有し、
前記検出素子側と、前記導通部との間が前記インターポーザと前記シリコン基板間の接続領域にて電気的に接続されており、
前記接続領域には、少なくとも、前記接続領域内を平面方向に向けて延出する延出部と、前記延出部と前記検出素子側間を高さ方向に繋ぐ第１接続端部とを有する接続経路と、前記接続経路に接する第１有機絶縁膜とが設けられ、前記延出部の導通部側接続位置αと、前記第１接続端部の素子側接続位置βとが、平面方向にずらされていることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記接続経路は、前記延出部と、前記第１接続端部と、前記延出部と前記導通部間とを高さ方向に繋ぐ第２接続端部と、を有して形成され、前記導通部側接続位置αが、前記延出部と前記第２接続端部との接続位置で規定される請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記接続経路は、前記第１接続端部と、前記導通部から高さ方向に形成された第２接続端部と、前記第１接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第１延出部と、前記第２接続端部から屈曲して前記接続領域内を平面方向に向けて延出する第２延出部と、を有し、前記導通部側接続位置αが、前記第１延出部と前記第２延出部との接続位置で規定される請求項１記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記変位部は、前記シリコン基板の中央領域に形成され、前記検出素子は、前記変位部の側縁部の略中央に配置されており、前記第１有機絶縁膜は前記シリコン基板の隅領域にのみ設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記導通部側接続位置αは、前記素子側接続位置βよりも、前記シリコン基板の外周側に位置しており、前記導通部が、前記インターポーザの隅部に形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記インターポーザの前記シリコン基板との反対面側に第２有機絶縁膜及び、前記導通部と前記第２有機絶縁膜の表面に現れて回路基板との間を電気的に接続するための接続経路が設けられており、導通部側接続位置Ｘと、回路側接続位置Ｙとが平面方向に、ずらされている請求項１ないし５のいずれかに記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記有機絶縁膜は、ポリイミド樹脂である請求項１ないし６のいずれかに記載の物理量センサ。
【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２０１０−６０４６４（Ｐ２０１０−６０４６４Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２７４４１（Ｐ２００８−２２７４４１）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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