ＭＥＭＳデバイス及びその製造方法
【課題】本発明は、ＭＥＭＳ素子をパッケージ化する際、パッケージ全体の厚さを小さくし、ＭＥＭＳ素子に及ぼされる基板とＩＣとの熱膨張係数の違いによる反りによって生じる応力の影響を緩和するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供する。
【手段】本発明のＭＥＭＳデバイスは、開口を有する配線基板と、配線基板の前記開口内に配置された制御素子と、制御素子の一方の面上に配置された少なくとも１つのＭＥＭＳ素子と、を具備し、制御素子は、他方の面が露出するとともに、樹脂を介して配線基板に固定されていることを特徴とする。
【手段】本発明のＭＥＭＳデバイスは、開口を有する配線基板と、配線基板の前記開口内に配置された制御素子と、制御素子の一方の面上に配置された少なくとも１つのＭＥＭＳ素子と、を具備し、制御素子は、他方の面が露出するとともに、樹脂を介して配線基板に固定されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関し、特に樹脂を介して基板に固定されるＭＥＭＳ素子を有するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品に高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。また、回路素子として製造される半導体デバイス以外に各種センサも半導体デバイスとして製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位が電気信号の変化として検出されるタイプの力学量センサ等が実用化されている。
【０００３】
上述の力学量センサの一例として、ピエゾ抵抗型加速度センサが挙げられる。ピエゾ抵抗型加速度センサは、保護ケースを用いたパッケージ（特許文献１）や、モールド樹脂で封止した樹脂パッケージ（特許文献２）などによりパッケージングされている。
【０００４】
特許文献１によるセンサパッケージでは、保護ケースの厚みによりパッケージを低背化することが困難である。また、特許文献２によるセンサパッケージでは、基板上にＩＣが配置されるため、パッケージを低背化することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３３１２３号公報
【特許文献２】特開２００８−９１８４５号公報
【０００６】
基板上にＩＣが配置され、ＩＣ上にＭＥＭＳ素子としてセンサが配置される場合、パッケージ全体の厚さを低背化するために、基板を薄型化すると、基板が変形し易くなり、その変形による応力や基板とＩＣとの熱膨張係数の差による反りの応力の影響がセンサに及び、且つ基板の強度が下がることにより、自動機によるハンドリングが困難になるという問題がある。また、基板に凹状の収納空間（キャビティ）を形成することによってパッケージ全体の厚さの低背化を図る場合も、キャビティが深くなると、基板の強度が下がり、上述の基板を薄型化した場合と同様の問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑み、ＭＥＭＳ素子をパッケージ化する際、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなくパッケージ全体の厚さを小さくし、ＭＥＭＳ素子に及ぼされる基板とＩＣとの熱膨張係数の違いによる反りによって生じる応力の影響を緩和するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、開口を有する配線基板と、配線基板の前記開口内に配置された制御素子と、制御素子の一方の面上に配置された少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を具備し、制御素子は、他方の面が露出するとともに、樹脂を介して配線基板に固定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、配線基板に開口を形成し、前記開口を塞ぐように支持部材を配線基板の片側に配置し、前記開口内における支持部材上に制御素子を配置し、制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、制御素子及びＭＥＭＳ素子と配線基板とを電気的に接続し、前記開口内における配線基板と制御素子との間の空間を樹脂で充填し、支持部材を配線基板、制御素子及び樹脂から剥離することを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、配線基板に開口を形成し、前記開口を塞ぐように支持部材を配線基板の片側に配置し、前記開口内における支持部材上に制御素子を配置し、制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、制御素子及びＭＥＭＳ素子と配線基板とを電気的に接続し、配線基板と制御素子と少なくとも１つのＭＥＭＳ素子とを樹脂で封止し、支持部材を配線基板及び制御素子から剥離すること含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＥＭＳ素子をパッケージ化する際、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなくパッケージ全体の厚さを小さくし、ＭＥＭＳ素子に及ぼされる基板とＩＣとの熱膨張係数の違いによる反りによって生じる応力の影響を緩和するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの別の一例を上から見た透過図である。
【図２Ａ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図３Ａ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図３Ｂ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｂ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｃ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｄ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｅ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｆ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｇ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｈ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｉ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｊ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【図６Ａ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図６Ｂ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図７Ａ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図７Ｂ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ＭＥＭＳ素子とはＭＥＭＳ技術を用いた素子であり、以下に説明する実施形態では、ＭＥＭＳ素子として主にピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサを用いる場合のＭＥＭＳデバイスについて説明する。
【００１４】
（実施形態１）
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００の一例を上から見た透過図である。図１Ｂは、本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの別の一例である加速度センサデバイス１００´を上から見た透過図である。。図２Ａ及び図２Ｂはセンサを覆うパッケージキャップを使用した場合の加速度センサデバイス１００ａの全体構成を示す断面図であり、図３Ａ及び図３Ｂはセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂの全体構成を示す断面図である。図２Ａ及び図３Ａは、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２Ｂ及び図３Ｂは、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施形態の加速度センサデバイス１００を上から見た透過図であり、図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの別の一例である加速度センサデバイス１００´を上から見た透過図である。尚、図１Ａ及び図１Ｂに示す加速度センサデバイス１００、１００´において、センサのパッケージキャップ或いはモールド樹脂、貫通電極など一部の構成はその図示が省略されている。
【００１６】
図１Ａを参照すると、加速度センサデバイス１００は、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、電極１０５、１１２、１２２、１３５、１３７及び配線１２６、１２８、１３９を含む。センサ１１４はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。センサ１１４からの信号は、電極１２２、配線１２８、電極１０５、配線１２６、及び電極１１２を通じてＩＣ１１０に伝達される。ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、及び電極１３７を通じて配線基板１０２に伝達される。
【００１７】
図１Ｂを参照すると、加速度センサデバイス１００´は、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、電極１１２、１２２、１３５、１３７及び配線１４１、１３９を含む。センサ１１４はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。センサ１１４からの信号は、電極１２２、配線１４１、及び電極１１２を通じてＩＣ１１０に伝達される。ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、及び電極１３７を通じて配線基板１０２に伝達される。
【００１８】
本発明の実施形態１について、図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。図２Ａ及び図３Ａは、図１Ａに示した本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００をＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。図２Ｂ及び図３Ｂは、図１Ａに示した本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００をＢ−Ｂ線に沿って見た断面図である。実施形態１の加速度センサデバイスとして、図１Ａに示した本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００の構成を有する加速度センサデバイスを例として説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１Ｂに示した加速度センサデバイス１００´の構成を有してもよい。尚、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００と同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図２Ａ及び図２Ｂは、パッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａを示す。図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、パッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａは、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００と同一の構成を有し、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、及びパッケージキャップ１３０を含む。
【００２０】
配線基板１０２は、開口１０３を有する。配線基板１０２は、導電物質を含む部分１０４ｂ（以下、導電部分１０４ｂともいう）及び絶縁物質を含む部分１０４ａ（以下、絶縁部分１０４ａともいう）を有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。導電物質とは、金属などであり、例えば、銅、銀、金、ニッケル、パラジウムなどを用いることができる。絶縁物質には、絶縁性樹脂を用いる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタラート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。上記樹脂は、単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナなどの無機フィラーを併用して用いてもよい。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。本実施形態では、配線基板１０２が３層からなる例を説明するが、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。配線基板１０２には、ＩＣ１１０及びセンサ１１４からの信号を外部に伝達するための貫通電極１０９、１４１が形成される。
【００２１】
ＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定される。ＩＣ１１０は、電極１１２を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定する樹脂１１３は、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、樹脂１１３の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、樹脂１１３は、配線基板１０２を構成する絶縁性樹脂よりも曲げ弾性率が低いことが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ素子に樹脂が及ぼす影響を小さくすることができる。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２やセンサ１１４の電極１２２まで覆うように充填されてもよい。
【００２２】
センサ１１４は、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出するための複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２とを含む。センサ１１４に加速度が加わると、錘部１１６が変位し、この変位に伴って可撓部１１８が撓む。可撓部１１８が撓むと、可撓部１１８に配置されたピエゾ抵抗素子に力が加わり、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を検出して、センサ１１４に加えられた加速度の大きさ、方向などを検出する。図１Ａに示す加速度センサ１００と同様に、センサ１１４からの信号は、電極１２２から配線１２８、電極１０５、配線１２６及び電極１１２を通してＩＣ１１０に伝達される。同時に配線１２８からの信号は、電極１０５を通じて配線基板１０２に伝達され、貫通電極１０９を通して配線基板１０２の第１基板１０４から外部に伝達されてもよい。なおセンサ上部キャップ１２４は、錘部１１６と可撓部１１８の上方向への過大な変位を制限し、破損を防止する。センサ上部キャップ１２４は省略されてもよく、センサ上部キャップ１２４が省略される場合は、パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たしてもよい。パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たす場合、パッケージキャップ１３０のセンサ１１４に対応する部分に凸形状のストッパーが形成されてもよい。センサ１１４は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されているが、ＩＣ１１０とセンサ１１４との間に中継基板を配置してもよい。
【００２３】
加速度センサデバイス１００ａのパッケージキャップ１３０は、有機材料を含む絶縁性樹脂又はガラス、シリコン、金属などであってもよく、配線基板１０２が有機材料を含む場合、熱膨張係数の差を考慮すると、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが好ましい。センサ１１４は、パッケージキャップ１３０、配線基板１０２、及び樹脂１１３により中空封止されている。
【００２４】
上述したように、図２Ａ及び図２Ｂに図示された本実施形態に係るセンサ１１４、ＩＣ１１０、及び配線基板１０２は、有機材料を含むパッケージキャップ１３０により覆われてパッケージ化されており、ＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。本実施形態に係る配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス１００ａのパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４との線膨張率が揃い、センサ１１４にかかる応力が緩和される。また、図２Ａ及び図２Ｂに図示された加速度センサデバイス１００ａのパッケージキャップ１３０の内側は中空であるため、パッケージキャップ１３０からの応力はセンサ１１４にかからない。センサ１１４にかかる応力が低減すると、センサ１１４のオフセット電圧値のずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス１００ａの性能や信頼性が向上する。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、センサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂを説明する。尚、図１Ａに加速度センサデバイス１００と同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、センサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂは、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されていることを除いて、図２に示された加速度センサデバイス１００ａと同様の構成を有する。図３に示された加速度センサデバイス１００ｂは、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、及びモールド樹脂１３３を含む。加速度センサデバイス１００ｂの配線基板１０２は、開口１０３を有し、導電物質を含む部分１０４ｂ及び絶縁物質を含む部分１０４ａを有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。但し、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる絶縁物質又は導電物質は、図２に示された加速度センサデバイス１００ａの第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる導電物質又は絶縁物質と同様である。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１０２には、図２に示された加速度センサデバイス１００ａと同様に貫通電極１０９が形成される。加速度センサデバイス１００ｂのＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して多層基板１０２に固定される。図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に、ＩＣ１１０は、電極１１２、１３５を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７、及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。樹脂１１３に用いられる樹脂材料は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａの樹脂１１３と同様である。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２やセンサ１１４の電極１２２まで覆うように充填されてもよい。加速度センサデバイス１００ｂのセンサ１１４は、図２に示された加速度センサデバイス１００ａと同様に、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出する複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２とを含む。センサ１１４からの信号は、電極１２２から配線１２８、電極１０５、配線１２６及び電極１１２を通してＩＣ１１０に伝達される。同時に配線１２８からの信号は、電極１０５を通じて配線基板１０２に伝達され、貫通電極１０９を通して配線基板１０２の第１基板１０４から外部に伝達されてもよい。電極１２２から配線１２８、電極１０５及び貫通電極１０９を通して配線基板１０２に伝達され、配線基板１０２から外部に伝達される。センサ１１４は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されているが、ＩＣ１１０とセンサ１１４との間に中継基板を配置してもよい。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂに示された加速度センサデバイス１００ｂにおいて、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されている。モールド樹脂１３３は、樹脂１１３と同様に、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、モールド樹脂１３３の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、モールド樹脂１３３は、配線基板１０２を構成する絶縁性樹脂よりも曲げ弾性率が低いことが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ素子に樹脂が及ぼす影響を小さくすることができる。モールド樹脂１３３は、樹脂１３３と同一の樹脂であってもよい。
【００２８】
上述したように、図３Ａ及び図３Ｂに図示された本実施形態に係るＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。本実施形態に係る配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス１００ｂのパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４との線膨張率が揃い、センサ１１４にかかる応力が緩和される。センサ１１４はモールド樹脂１３３によって封止されるが、モールド樹脂１３３として曲げ弾性率が５ＧＰａ以下の樹脂を使用すれば、モールド樹脂１３３が硬化した際の応力を緩和することが可能である。センサ１１４にかかる応力が低減すると、センサ１１４のオフセット電圧値がずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス１００ｂの性能や信頼性が向上する。
【００２９】
（加速度センサデバイスの製造方法）
図２Ａ及び図２Ｂに示した加速度センサデバイス１００ａ及び図３Ａ及び図３Ｂに示した加速度センサデバイス１００ｂの製造方法について図４Ａ乃至図４Ｊを参照して説明する。図４Ａ乃至図４Ｊにおいて、図２Ａ及び図２Ｂに示した加速度センサデバイス１００ａ、図３Ａ及び図３Ｂに示した加速度センサデバイス１００ｂと同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００３０】
先ず、図４Ａに示されるように、第１基板１０４と第２基板１０６と第３基板１０８とを含み、貫通電極１０９が形成された配線基板１０２を準備し、この配線基板１０２をパターニングして開口１０３を形成する。配線基板１０２のパターニング方法は、レーザや、ルーターなどで行ってもよく、エッチングであってもよい。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、配線基板１０２に形成された開口１０３を塞ぐように、配線基板１０２の一面に支持部材であるフィルム２０２を配置する。このフィルム２０２は、図２及び図３に図示されている加速度センサデバイス１００ａ、１００ｂの配線基板１０２とＩＣ１１０と樹脂１１３とを一時的に支持するためのものである。フィルム２０２は、配線基板１０２及びＩＣ１１０に使用されるシリコンに対して接着性を備え、配線基板１０２、シリコン、及び樹脂１１３に対して剥離性を備え、後述するワイヤボンディングの際の加熱温度（１５０℃程度）に対する耐熱性を備えるものであればよく、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂などであってもよい。また、上述の接着性、剥離性、及び耐熱性を有するものであれば、フィルム以外のもの、例えば、金属板、或いは樹脂バルクであってもよい。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、配線基板１０２に形成された開口１０３内において、フィルム上にＩＣ１１０を配置し、センサ１１４をダイアタッチ材などによってＩＣ１１０上に配置する。次に、図４Ｄに示すように、ワイヤボンディングを行い、電極１０５、配線１２６、１２８などによって、配線基板１０２とＩＣ１１０及びセンサ１１４とを電気的に接続する。次に、図４Ｅに示すように、配線基板１０２の開口１０３内に配置されたＩＣ１１０と配線基板１０２との間の空間を樹脂１１３で充填する。尚、樹脂１１３をＩＣ１１０の電極１１２まで覆うように充填して、水分等による電極１１２の劣化を防止してもよい。樹脂１１３を硬化させ、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定された後、図４Ｆに示すようにフィルム２０２を配線基板１０２、ＩＣ１１０、及び樹脂１１３から剥離する。尚、フィルム２０２は、パッケージキャップ装着後に剥離してもよい。
【００３３】
図２Ａ及び図２Ｂに図示されたパッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａを製造する場合は、フィルム２０２を剥離した後、図４Ｇに示すように、センサ１１４を覆うように、パッケージキャップ１３０を配線基板１０２上に接着剤等を用いて接着させて封止する。これにより、図２Ａ及び図２Ｂに図示されたような加速度センサデバイス１００ａが得られる。以上のように、配線基板１０２を用いることで、パッケージキャップ１３０を配線基板１０２に固定でき、センサ１１４を中空パッケージすることができる。
【００３４】
図３Ａ及び図３Ｂに図示されたセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂを製造する場合は、フィルム２０２を剥離した後、図４Ｈに示すように、配線基板１０２、ＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、配線１２６及び配線１２８をモールド樹脂１３３で封止する。これにより、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたような加速度センサデバイス１００ｂが得られる。
【００３５】
また、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂを製造する場合、上述の製造方法に他に、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定する樹脂１１３と配線基板１０２、ＩＣ１１０及びセンサ１１４を封止するモールド樹脂１３３とを一括で形成する方法もある。樹脂１３３とモールド樹脂１３３を一括で形成する場合、図４Ｄに示すように、電極１０５、配線１２６、１２８などによって、配線基板１０２とＩＣ１１０及びセンサ１１４とを電気的に接続した後、図４Ｉに図示するように、配線基板１０２、ＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、配線１２６及び配線１２８をモールド樹脂１３３´で封止する。このとき、モールド樹脂１３３´によって配線基板１０２とＩＣ１１０と間の空間も充填される。このため、モールド樹脂１３３´は、配線基板１０２、ＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、配線１２６及び配線１２８を封止すると同時に、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定する、即ち、モールド樹脂１３３´は図３Ａ及び図３Ｂに図示された加速度センサデバイス１００ｂの樹脂１３３と同じ機能を果たす。モールド樹脂１３３´は、樹脂１１３及びモールド樹脂１３０と同様に、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、モールド樹脂１３３´の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。モールド樹脂１３３´によって、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定すると共に、配線基板１０２、ＩＣ１１０、センサ１１４、配線１２６及び１２８を封止したモールド樹脂１３３´が硬化した後、図４Ｊに示すようにフィルム２０２を配線基板１０２、ＩＣ１１０及びモールド樹脂１３３´から剥離する。これにより、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたような加速度センサデバイス１００ｂが得られる。この場合、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定するための樹脂と配線基板１０２、ＩＣ１１０、センサ１１４、配線１２６及び１２８を封止するための樹脂と一括して成形することが可能となり、製造工程数を削減し、コストを削減することができる。尚、フィルム２０２は、樹脂モールド後に剥離してもよい。
【００３６】
ここでは、図２Ａ及び図２Ｂ、図３及び図３Ｂに示した加速度センサデバイス１００ａ、１００ｂの製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されずに、個々のデバイスの実装方法や配置などに応じて、適宜変更されてもよい。
【００３７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る加速度センサデバイス３００を説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る加速度センサデバイス３００の一例を上から見た透過図である。加速度センサデバイス３００は、センサを覆うパッケージキャップを使用した場合のフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスである。図６Ａ及び図６Ｂは、センサを覆うパッケージキャップを使用した場合の加速度センサデバイス３００ａの全体構成を示す断面図であり、図７Ａ及び図７Ｂはセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス３００ｂの全体構成を示す断面図である。図６Ａ及び図７Ａは、図５に示した加速度センサデバイス３００のＡ´−Ａ´線に沿った断面図であり、図６Ｂ及び図７Ｂは、図５に示した加速度センサデバイス３００のＢ´−Ｂ´線に沿った断面図である。
【００３８】
図５を参照すると、加速度センサデバイス３００は、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４´、センサ上部キャップ１２４、電極１０５、１１２、１２２´、１３５、１３７及び配線１２６、１３９を含む。センサ１１４´はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。センサ１１４´からの信号は、電極１２２´及びバンプ３０２を通じてＩＣ１１０に伝達される。ＩＣ１１０からの信号は、電極１１２、配線１２６、及び電極１０５を通して配線基板１０２に伝達されてもよく、電極１３５、配線１３９、及び電極１３７を通じて配線基板１０２に伝達されてもよい。図５に示される加速度センサデバイス３００において、センサ１１４´とＩＣ１１０とはフリップチップ実装されており、バンプ３０２を介して接続される。そのため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなる。配線がセンサ１１４´とＩＣ１１０との接続に使用されない場合、実装面積を小さくでき、加速度センサデバイス３００のパッケージ全体を小型化することが可能となる。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、センサを覆うパッケージキャップを使用した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ａを説明する。尚、図２Ａ及び図２Ｂに示したパッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａと同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、パッケージキャップを使用するフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ａは、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４´、バンプ３０２、センサ上部キャップ１２４、及びパッケージキャップ１３０を含む。センサ１１４´はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。
【００４１】
図６Ａ及び図６Ｂに示す加速度センサデバイス３００ａは、センサ１１４´がＩＣ１１０上にバンプ３０２を介してフリップチップ実装されていることを除いて、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様の構成を有する。加速度センサデバイス３００の配線基板１０２は、開口１０３を有し、導電物質を含む部分１０４ｂ（以下、導電部分１０４ｂともいう）及び絶縁物質を含む部分１０４ａ（以下、絶縁部分１０４ａともいう）を有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。但し、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる絶縁物質又は導電物質は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａの第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる導電物質又は絶縁物質と同様である。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１０２には、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に貫通電極１０９、１４１が形成される。加速度センサデバイス３００ａのＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定される。ＩＣ１１０は、電極１１２を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１１２から配線１２６、電極１０５及び貫通電極１０９を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。また、ＩＣからの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７、及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。樹脂１１３に用いられる樹脂材料は、図２Ａ及び図２Ｂに示される加速度センサデバイス１００ａの樹脂１１３と同様である。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２まで覆うように充填されてもよい。加速度センサデバイス３００ａのセンサ１１４´は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出する複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２´とを含む。センサ１１４からの信号は、電極１２２´からバンプ３０２を介してＩＣ１１０に伝達される。センサ１１４´は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されている。
【００４２】
図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、加速度センサデバイス３００ａにおいて、センサ１１４´とＩＣ１１０とはフリップチップ実装されており、バンプ３０２を介して接続されている。そのため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなる。配線がセンサ１１４´とＩＣ１１０との接続に使用されない場合、実装面積を小さくでき、加速度センサデバイス３００ａのパッケージ全体を小型化することが可能となる。なお、センサ上部キャップ１２４は、錘部１１６と可撓部１１８の上方向への過大な変位を制限し、破損を防止する。センサ上部キャップ１２４は省略されてもよく、センサ上部キャップ１２４が省略される場合は、パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たしてもよい。パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たす場合、パッケージキャップ１３０のセンサ１１４に対応する部分に凸形状のストッパーが形成されてもよい。
【００４３】
図６Ａ及び図６Ｂに示される加速度センサデバイス３００ａのセンサ１１４´は、パッケージキャップ１３０、配線基板１０２、及び樹脂１１３により中空封止されている。
【００４４】
上述したように、図６Ａ及び図６Ｂに図示された本実施形態に係る加速度センサデバイス３００ａにおいて、センサ１１４´、ＩＣ１１０、及び配線基板１０２は、有機材料を含むパッケージキャップ１３０により覆われてパッケージ化されており、且つＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。本実施形態に係る配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス３００のパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。さらに、上述したように、センサ１１４´とＩＣ１１０とがフリップチップ実装されているため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなり、加速度センサデバイス３００ａのパッケージ全体を小型化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４´との線膨張率が揃い、センサ１１４´にかかる応力が緩和される。また、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサデバイス３００ａのパッケージキャップ１３０の内側は中空であるため、パッケージキャップ１３０からの応力はセンサ１１４´にかからない。センサ１１４´にかかる応力が低減すると、センサ１１４´のオフセット値のずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス３００ａの性能がや信頼性が向上する。
【００４５】
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、センサを樹脂封止した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ｂを説明する。尚、図３Ａ及び図３Ｂに示したセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに示したセンサを覆うパッケージキャップを使用した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ａと同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、センサを樹脂封止した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ｂは、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４´と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されていることを除いて、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサデバイス３００ａと同様の構成を有する。図７Ａ及び図７Ｂに示された加速度センサデバイス３００ｂは、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４´、バンプ３０２、センサ上部キャップ１２４、及びモールド樹脂１３３を含む。加速度センサデバイス３００ｂの配線基板１０２は、開口１０３を有し、導電物質を含む部分１０４ｂ及び絶縁物質を含む部分１０４ａを有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。但し、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる絶縁物質又は導電物質は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａの第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる導電物質又は絶縁物質と同様である。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１０２には、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に貫通電極１０９、１４１が形成される。加速度センサデバイス３００ｂのＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定される。ＩＣ１１０は、電極１１２を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１１２、配線１２６、電極１０５及び貫通電極１０９を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。また、ＩＣからの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７、及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。樹脂１１３に用いられる樹脂材料は、図２に示される加速度センサデバイス１００ａの樹脂１１３と同様である。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２まで覆うように充填されてもよい。加速度センサデバイス３００ｂのセンサ１１４´は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａ、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサ３００ａと同様に、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出する複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２´とを含む。センサ１１４´からの信号は、電極１２２´からバンプ３０２を介してＩＣ１１０に伝達される。センサ１１４は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されているが、ＩＣ１１０とセンサ１１４との間に中継基板を配置してもよい。
【００４７】
図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、加速度センサデバイス３００ｂにおいて、センサ１１４´とＩＣ１１０とはフリップチップ実装されており、バンプ３０２を介して接続されている。そのため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなる。配線がセンサ１１４´とＩＣ１１０との接続に使用されない場合、実装面積を小さくでき、加速度センサデバイス３００ｂのパッケージ全体を小型化することが可能となる。なお、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサデバイス３００ａとは異なり、図７Ａ及び図７Ｂに示された加速度センサデバイス３００ｂにおいて、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４´と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されている。モールド樹脂１３３は、図３Ａ及び図３Ｂに示される加速度センサデバイス１００ｂのモールド樹脂１３３と同様、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、モールド樹脂１３３の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、モールド樹脂１３３は、配線基板１０２を構成する絶縁性樹脂よりも曲げ弾性率が低いことが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ素子に樹脂が及ぼす影響を小さくすることができる。モールド樹脂１３３は、樹脂１３３と同一の樹脂であってもよい。加速度センサデバイス３００ｂにおいて、センサ１１４の錘部１１６、及び錘部１１６に接続された可撓部１１８とＩＣ１１０との間にモールド樹脂１３３が入り込まないように、センサ１１４の支持部１２０とＩＣ１１０との間を予め樹脂３０４を充填しておく。しかし、本願発明はこれに限定されず、モールド樹脂１３３が入り込まないように、センサ１１４の錘部１１６と錘部１１６に接続された可撓部１１８とを覆うキャップがセンサ１１４に備えられていてもよい。
【００４８】
上述したように、図７Ａ及び図７Ｂに示された加速度センサデバイス３００ｂにおいて、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４´と樹脂１１３とは、モールド樹脂１３３で封止されており、且つＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス３００ｂのパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。さらに、上述したように、センサ１１４´とＩＣ１１０とがフリップチップ実装されているため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなり、加速度センサデバイス３００ｂのパッケージ全体を小型化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４´との線膨張率が揃い、センサ１１４´にかかる応力が緩和される。センサ１１４´はモールド樹脂１３３によって封止されるが、モールド樹脂１３３として曲げ弾性率が５ＧＰａ以下の樹脂を使用すれば、モールド樹脂１３３が硬化した際の応力を緩和することが可能である。センサ１１４´にかかる応力が低減すると、センサ１１４´のオフセット値がずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス３００ｂの性能や信頼性が向上する。
【００４９】
以上図１Ａ乃至図７Ｂを参照して、本発明の実施形態に係る加速度センサデバイスについて説明したが、本願発明はこれに限定されない。図１Ａ乃至図７Ｂに示した加速度センサデバイスは、ＩＣ１１０が配線基板１０２に接しないように配線基板１０２の開口に配置されて樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されていたが、図８及び図９に示すように、ＩＣ１１０は、ＩＣ１１０の少なくとも一辺が配線基板１０２に接するように配置されてもよい。図８は、ＩＣ１１０の一辺が配線基板１０２に接するように配置された加速度センサデバイス７００の上から見た透過図であり、図９は、ＩＣ１１０の二辺が配線基板１０２に接するように配置された加速度センサデバイス８００の上から見た透過図である。図８及び図９において、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００と同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。また、図８及び図９において、便宜上、各電極や配線などいくつかの構成の図示を省略している。
【００５０】
以上、図１Ａ乃至図９を参照して、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳ素子として主にピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサを用いる場合のＭＥＭＳデバイスについて説明した。ただし、本発明は、ＭＥＭＳ素子としてピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサを用いる場合だけではなく、外力に応じて変位する変位部を有する静電容量型、圧電型、熱検知型、ＦＥＴ型加速度センサやジャイロセンサ、地磁気センサ、圧力センサなどの種々の力学量センサや、ＭＥＭＳ技術を用いた他の素子、例えば、ＭＥＭＳマイクロホン、マイクロミラー、ＲＦスイッチなどを用いる場合にも適用することができ、さらに種々の変形が可能である。また、ＭＥＭＳ素子を１つ搭載する例を示したが、これに限定されずＭＥＭＳ素子を複数搭載してもよい。その場合、測定対象の異なるセンサの組合せ、測定レンジに異なるセンサの組合せ、機能の異なるＭＥＭＳ素子の組合せ、等の種々のバリエーションを採用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００ 加速度センサデバイス
１０２ 配線基板
１１０ ＩＣ
１１４ センサ
１１３ 樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関し、特に樹脂を介して基板に固定されるＭＥＭＳ素子を有するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品に高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。また、回路素子として製造される半導体デバイス以外に各種センサも半導体デバイスとして製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位が電気信号の変化として検出されるタイプの力学量センサ等が実用化されている。
【０００３】
上述の力学量センサの一例として、ピエゾ抵抗型加速度センサが挙げられる。ピエゾ抵抗型加速度センサは、保護ケースを用いたパッケージ（特許文献１）や、モールド樹脂で封止した樹脂パッケージ（特許文献２）などによりパッケージングされている。
【０００４】
特許文献１によるセンサパッケージでは、保護ケースの厚みによりパッケージを低背化することが困難である。また、特許文献２によるセンサパッケージでは、基板上にＩＣが配置されるため、パッケージを低背化することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３３１２３号公報
【特許文献２】特開２００８−９１８４５号公報
【０００６】
基板上にＩＣが配置され、ＩＣ上にＭＥＭＳ素子としてセンサが配置される場合、パッケージ全体の厚さを低背化するために、基板を薄型化すると、基板が変形し易くなり、その変形による応力や基板とＩＣとの熱膨張係数の差による反りの応力の影響がセンサに及び、且つ基板の強度が下がることにより、自動機によるハンドリングが困難になるという問題がある。また、基板に凹状の収納空間（キャビティ）を形成することによってパッケージ全体の厚さの低背化を図る場合も、キャビティが深くなると、基板の強度が下がり、上述の基板を薄型化した場合と同様の問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑み、ＭＥＭＳ素子をパッケージ化する際、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなくパッケージ全体の厚さを小さくし、ＭＥＭＳ素子に及ぼされる基板とＩＣとの熱膨張係数の違いによる反りによって生じる応力の影響を緩和するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、開口を有する配線基板と、配線基板の前記開口内に配置された制御素子と、制御素子の一方の面上に配置された少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を具備し、制御素子は、他方の面が露出するとともに、樹脂を介して配線基板に固定されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、配線基板に開口を形成し、前記開口を塞ぐように支持部材を配線基板の片側に配置し、前記開口内における支持部材上に制御素子を配置し、制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、制御素子及びＭＥＭＳ素子と配線基板とを電気的に接続し、前記開口内における配線基板と制御素子との間の空間を樹脂で充填し、支持部材を配線基板、制御素子及び樹脂から剥離することを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、配線基板に開口を形成し、前記開口を塞ぐように支持部材を配線基板の片側に配置し、前記開口内における支持部材上に制御素子を配置し、制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、制御素子及びＭＥＭＳ素子と配線基板とを電気的に接続し、配線基板と制御素子と少なくとも１つのＭＥＭＳ素子とを樹脂で封止し、支持部材を配線基板及び制御素子から剥離すること含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＥＭＳ素子をパッケージ化する際、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなくパッケージ全体の厚さを小さくし、ＭＥＭＳ素子に及ぼされる基板とＩＣとの熱膨張係数の違いによる反りによって生じる応力の影響を緩和するＭＥＭＳデバイス及びその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの別の一例を上から見た透過図である。
【図２Ａ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図３Ａ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図３Ｂ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｂ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｃ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｄ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｅ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｆ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｇ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｈ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｉ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図４Ｊ】本発明に係る加速度センサデバイスの製造の一工程図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【図６Ａ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図６Ｂ】センサを覆うパッケージキャップを用いた場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図７Ａ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図７Ｂ】センサを樹脂モールドした場合の本発明の実施形態２に係るフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスの全体構成を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの一例を上から見た透過図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ＭＥＭＳ素子とはＭＥＭＳ技術を用いた素子であり、以下に説明する実施形態では、ＭＥＭＳ素子として主にピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサを用いる場合のＭＥＭＳデバイスについて説明する。
【００１４】
（実施形態１）
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００の一例を上から見た透過図である。図１Ｂは、本発明の実施形態１に係る加速度センサデバイスの別の一例である加速度センサデバイス１００´を上から見た透過図である。。図２Ａ及び図２Ｂはセンサを覆うパッケージキャップを使用した場合の加速度センサデバイス１００ａの全体構成を示す断面図であり、図３Ａ及び図３Ｂはセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂの全体構成を示す断面図である。図２Ａ及び図３Ａは、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２Ｂ及び図３Ｂは、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１５】
図１Ａは、本発明の一実施形態の加速度センサデバイス１００を上から見た透過図であり、図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイスの別の一例である加速度センサデバイス１００´を上から見た透過図である。尚、図１Ａ及び図１Ｂに示す加速度センサデバイス１００、１００´において、センサのパッケージキャップ或いはモールド樹脂、貫通電極など一部の構成はその図示が省略されている。
【００１６】
図１Ａを参照すると、加速度センサデバイス１００は、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、電極１０５、１１２、１２２、１３５、１３７及び配線１２６、１２８、１３９を含む。センサ１１４はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。センサ１１４からの信号は、電極１２２、配線１２８、電極１０５、配線１２６、及び電極１１２を通じてＩＣ１１０に伝達される。ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、及び電極１３７を通じて配線基板１０２に伝達される。
【００１７】
図１Ｂを参照すると、加速度センサデバイス１００´は、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、電極１１２、１２２、１３５、１３７及び配線１４１、１３９を含む。センサ１１４はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。センサ１１４からの信号は、電極１２２、配線１４１、及び電極１１２を通じてＩＣ１１０に伝達される。ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、及び電極１３７を通じて配線基板１０２に伝達される。
【００１８】
本発明の実施形態１について、図２Ａ、図２Ｂ及び図３Ａ、図３Ｂを参照して説明する。図２Ａ及び図３Ａは、図１Ａに示した本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００をＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。図２Ｂ及び図３Ｂは、図１Ａに示した本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００をＢ−Ｂ線に沿って見た断面図である。実施形態１の加速度センサデバイスとして、図１Ａに示した本発明の一実施形態に係る加速度センサデバイス１００の構成を有する加速度センサデバイスを例として説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１Ｂに示した加速度センサデバイス１００´の構成を有してもよい。尚、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００と同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図２Ａ及び図２Ｂは、パッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａを示す。図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、パッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａは、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００と同一の構成を有し、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、及びパッケージキャップ１３０を含む。
【００２０】
配線基板１０２は、開口１０３を有する。配線基板１０２は、導電物質を含む部分１０４ｂ（以下、導電部分１０４ｂともいう）及び絶縁物質を含む部分１０４ａ（以下、絶縁部分１０４ａともいう）を有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。導電物質とは、金属などであり、例えば、銅、銀、金、ニッケル、パラジウムなどを用いることができる。絶縁物質には、絶縁性樹脂を用いる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタラート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。上記樹脂は、単体で用いられてもよく、２種類以上の樹脂を組み合わせて用いられてもよい。また、上記樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナなどの無機フィラーを併用して用いてもよい。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。本実施形態では、配線基板１０２が３層からなる例を説明するが、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。配線基板１０２には、ＩＣ１１０及びセンサ１１４からの信号を外部に伝達するための貫通電極１０９、１４１が形成される。
【００２１】
ＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定される。ＩＣ１１０は、電極１１２を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定する樹脂１１３は、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、樹脂１１３の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、樹脂１１３は、配線基板１０２を構成する絶縁性樹脂よりも曲げ弾性率が低いことが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ素子に樹脂が及ぼす影響を小さくすることができる。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２やセンサ１１４の電極１２２まで覆うように充填されてもよい。
【００２２】
センサ１１４は、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出するための複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２とを含む。センサ１１４に加速度が加わると、錘部１１６が変位し、この変位に伴って可撓部１１８が撓む。可撓部１１８が撓むと、可撓部１１８に配置されたピエゾ抵抗素子に力が加わり、ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を検出して、センサ１１４に加えられた加速度の大きさ、方向などを検出する。図１Ａに示す加速度センサ１００と同様に、センサ１１４からの信号は、電極１２２から配線１２８、電極１０５、配線１２６及び電極１１２を通してＩＣ１１０に伝達される。同時に配線１２８からの信号は、電極１０５を通じて配線基板１０２に伝達され、貫通電極１０９を通して配線基板１０２の第１基板１０４から外部に伝達されてもよい。なおセンサ上部キャップ１２４は、錘部１１６と可撓部１１８の上方向への過大な変位を制限し、破損を防止する。センサ上部キャップ１２４は省略されてもよく、センサ上部キャップ１２４が省略される場合は、パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たしてもよい。パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たす場合、パッケージキャップ１３０のセンサ１１４に対応する部分に凸形状のストッパーが形成されてもよい。センサ１１４は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されているが、ＩＣ１１０とセンサ１１４との間に中継基板を配置してもよい。
【００２３】
加速度センサデバイス１００ａのパッケージキャップ１３０は、有機材料を含む絶縁性樹脂又はガラス、シリコン、金属などであってもよく、配線基板１０２が有機材料を含む場合、熱膨張係数の差を考慮すると、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが好ましい。センサ１１４は、パッケージキャップ１３０、配線基板１０２、及び樹脂１１３により中空封止されている。
【００２４】
上述したように、図２Ａ及び図２Ｂに図示された本実施形態に係るセンサ１１４、ＩＣ１１０、及び配線基板１０２は、有機材料を含むパッケージキャップ１３０により覆われてパッケージ化されており、ＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。本実施形態に係る配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス１００ａのパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４との線膨張率が揃い、センサ１１４にかかる応力が緩和される。また、図２Ａ及び図２Ｂに図示された加速度センサデバイス１００ａのパッケージキャップ１３０の内側は中空であるため、パッケージキャップ１３０からの応力はセンサ１１４にかからない。センサ１１４にかかる応力が低減すると、センサ１１４のオフセット電圧値のずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス１００ａの性能や信頼性が向上する。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、センサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂを説明する。尚、図１Ａに加速度センサデバイス１００と同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、センサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂは、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されていることを除いて、図２に示された加速度センサデバイス１００ａと同様の構成を有する。図３に示された加速度センサデバイス１００ｂは、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、センサ上部キャップ１２４、及びモールド樹脂１３３を含む。加速度センサデバイス１００ｂの配線基板１０２は、開口１０３を有し、導電物質を含む部分１０４ｂ及び絶縁物質を含む部分１０４ａを有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。但し、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる絶縁物質又は導電物質は、図２に示された加速度センサデバイス１００ａの第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる導電物質又は絶縁物質と同様である。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１０２には、図２に示された加速度センサデバイス１００ａと同様に貫通電極１０９が形成される。加速度センサデバイス１００ｂのＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して多層基板１０２に固定される。図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に、ＩＣ１１０は、電極１１２、１３５を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７、及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。樹脂１１３に用いられる樹脂材料は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａの樹脂１１３と同様である。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２やセンサ１１４の電極１２２まで覆うように充填されてもよい。加速度センサデバイス１００ｂのセンサ１１４は、図２に示された加速度センサデバイス１００ａと同様に、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出する複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２とを含む。センサ１１４からの信号は、電極１２２から配線１２８、電極１０５、配線１２６及び電極１１２を通してＩＣ１１０に伝達される。同時に配線１２８からの信号は、電極１０５を通じて配線基板１０２に伝達され、貫通電極１０９を通して配線基板１０２の第１基板１０４から外部に伝達されてもよい。電極１２２から配線１２８、電極１０５及び貫通電極１０９を通して配線基板１０２に伝達され、配線基板１０２から外部に伝達される。センサ１１４は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されているが、ＩＣ１１０とセンサ１１４との間に中継基板を配置してもよい。
【００２７】
図３Ａ及び図３Ｂに示された加速度センサデバイス１００ｂにおいて、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されている。モールド樹脂１３３は、樹脂１１３と同様に、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、モールド樹脂１３３の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、モールド樹脂１３３は、配線基板１０２を構成する絶縁性樹脂よりも曲げ弾性率が低いことが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ素子に樹脂が及ぼす影響を小さくすることができる。モールド樹脂１３３は、樹脂１３３と同一の樹脂であってもよい。
【００２８】
上述したように、図３Ａ及び図３Ｂに図示された本実施形態に係るＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。本実施形態に係る配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス１００ｂのパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４との線膨張率が揃い、センサ１１４にかかる応力が緩和される。センサ１１４はモールド樹脂１３３によって封止されるが、モールド樹脂１３３として曲げ弾性率が５ＧＰａ以下の樹脂を使用すれば、モールド樹脂１３３が硬化した際の応力を緩和することが可能である。センサ１１４にかかる応力が低減すると、センサ１１４のオフセット電圧値がずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス１００ｂの性能や信頼性が向上する。
【００２９】
（加速度センサデバイスの製造方法）
図２Ａ及び図２Ｂに示した加速度センサデバイス１００ａ及び図３Ａ及び図３Ｂに示した加速度センサデバイス１００ｂの製造方法について図４Ａ乃至図４Ｊを参照して説明する。図４Ａ乃至図４Ｊにおいて、図２Ａ及び図２Ｂに示した加速度センサデバイス１００ａ、図３Ａ及び図３Ｂに示した加速度センサデバイス１００ｂと同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００３０】
先ず、図４Ａに示されるように、第１基板１０４と第２基板１０６と第３基板１０８とを含み、貫通電極１０９が形成された配線基板１０２を準備し、この配線基板１０２をパターニングして開口１０３を形成する。配線基板１０２のパターニング方法は、レーザや、ルーターなどで行ってもよく、エッチングであってもよい。
【００３１】
次に、図４Ｂに示すように、配線基板１０２に形成された開口１０３を塞ぐように、配線基板１０２の一面に支持部材であるフィルム２０２を配置する。このフィルム２０２は、図２及び図３に図示されている加速度センサデバイス１００ａ、１００ｂの配線基板１０２とＩＣ１１０と樹脂１１３とを一時的に支持するためのものである。フィルム２０２は、配線基板１０２及びＩＣ１１０に使用されるシリコンに対して接着性を備え、配線基板１０２、シリコン、及び樹脂１１３に対して剥離性を備え、後述するワイヤボンディングの際の加熱温度（１５０℃程度）に対する耐熱性を備えるものであればよく、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ樹脂などであってもよい。また、上述の接着性、剥離性、及び耐熱性を有するものであれば、フィルム以外のもの、例えば、金属板、或いは樹脂バルクであってもよい。
【００３２】
次に、図４Ｃに示すように、配線基板１０２に形成された開口１０３内において、フィルム上にＩＣ１１０を配置し、センサ１１４をダイアタッチ材などによってＩＣ１１０上に配置する。次に、図４Ｄに示すように、ワイヤボンディングを行い、電極１０５、配線１２６、１２８などによって、配線基板１０２とＩＣ１１０及びセンサ１１４とを電気的に接続する。次に、図４Ｅに示すように、配線基板１０２の開口１０３内に配置されたＩＣ１１０と配線基板１０２との間の空間を樹脂１１３で充填する。尚、樹脂１１３をＩＣ１１０の電極１１２まで覆うように充填して、水分等による電極１１２の劣化を防止してもよい。樹脂１１３を硬化させ、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定された後、図４Ｆに示すようにフィルム２０２を配線基板１０２、ＩＣ１１０、及び樹脂１１３から剥離する。尚、フィルム２０２は、パッケージキャップ装着後に剥離してもよい。
【００３３】
図２Ａ及び図２Ｂに図示されたパッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａを製造する場合は、フィルム２０２を剥離した後、図４Ｇに示すように、センサ１１４を覆うように、パッケージキャップ１３０を配線基板１０２上に接着剤等を用いて接着させて封止する。これにより、図２Ａ及び図２Ｂに図示されたような加速度センサデバイス１００ａが得られる。以上のように、配線基板１０２を用いることで、パッケージキャップ１３０を配線基板１０２に固定でき、センサ１１４を中空パッケージすることができる。
【００３４】
図３Ａ及び図３Ｂに図示されたセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂを製造する場合は、フィルム２０２を剥離した後、図４Ｈに示すように、配線基板１０２、ＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、配線１２６及び配線１２８をモールド樹脂１３３で封止する。これにより、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたような加速度センサデバイス１００ｂが得られる。
【００３５】
また、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂを製造する場合、上述の製造方法に他に、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定する樹脂１１３と配線基板１０２、ＩＣ１１０及びセンサ１１４を封止するモールド樹脂１３３とを一括で形成する方法もある。樹脂１３３とモールド樹脂１３３を一括で形成する場合、図４Ｄに示すように、電極１０５、配線１２６、１２８などによって、配線基板１０２とＩＣ１１０及びセンサ１１４とを電気的に接続した後、図４Ｉに図示するように、配線基板１０２、ＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、配線１２６及び配線１２８をモールド樹脂１３３´で封止する。このとき、モールド樹脂１３３´によって配線基板１０２とＩＣ１１０と間の空間も充填される。このため、モールド樹脂１３３´は、配線基板１０２、ＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４、配線１２６及び配線１２８を封止すると同時に、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定する、即ち、モールド樹脂１３３´は図３Ａ及び図３Ｂに図示された加速度センサデバイス１００ｂの樹脂１３３と同じ機能を果たす。モールド樹脂１３３´は、樹脂１１３及びモールド樹脂１３０と同様に、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、モールド樹脂１３３´の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。モールド樹脂１３３´によって、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定すると共に、配線基板１０２、ＩＣ１１０、センサ１１４、配線１２６及び１２８を封止したモールド樹脂１３３´が硬化した後、図４Ｊに示すようにフィルム２０２を配線基板１０２、ＩＣ１１０及びモールド樹脂１３３´から剥離する。これにより、図３Ａ及び図３Ｂに図示されたような加速度センサデバイス１００ｂが得られる。この場合、ＩＣ１１０を配線基板１０２に固定するための樹脂と配線基板１０２、ＩＣ１１０、センサ１１４、配線１２６及び１２８を封止するための樹脂と一括して成形することが可能となり、製造工程数を削減し、コストを削減することができる。尚、フィルム２０２は、樹脂モールド後に剥離してもよい。
【００３６】
ここでは、図２Ａ及び図２Ｂ、図３及び図３Ｂに示した加速度センサデバイス１００ａ、１００ｂの製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されずに、個々のデバイスの実装方法や配置などに応じて、適宜変更されてもよい。
【００３７】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る加速度センサデバイス３００を説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る加速度センサデバイス３００の一例を上から見た透過図である。加速度センサデバイス３００は、センサを覆うパッケージキャップを使用した場合のフリップチップ（Flip Chip）実装の加速度センサデバイスである。図６Ａ及び図６Ｂは、センサを覆うパッケージキャップを使用した場合の加速度センサデバイス３００ａの全体構成を示す断面図であり、図７Ａ及び図７Ｂはセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス３００ｂの全体構成を示す断面図である。図６Ａ及び図７Ａは、図５に示した加速度センサデバイス３００のＡ´−Ａ´線に沿った断面図であり、図６Ｂ及び図７Ｂは、図５に示した加速度センサデバイス３００のＢ´−Ｂ´線に沿った断面図である。
【００３８】
図５を参照すると、加速度センサデバイス３００は、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４´、センサ上部キャップ１２４、電極１０５、１１２、１２２´、１３５、１３７及び配線１２６、１３９を含む。センサ１１４´はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。センサ１１４´からの信号は、電極１２２´及びバンプ３０２を通じてＩＣ１１０に伝達される。ＩＣ１１０からの信号は、電極１１２、配線１２６、及び電極１０５を通して配線基板１０２に伝達されてもよく、電極１３５、配線１３９、及び電極１３７を通じて配線基板１０２に伝達されてもよい。図５に示される加速度センサデバイス３００において、センサ１１４´とＩＣ１１０とはフリップチップ実装されており、バンプ３０２を介して接続される。そのため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなる。配線がセンサ１１４´とＩＣ１１０との接続に使用されない場合、実装面積を小さくでき、加速度センサデバイス３００のパッケージ全体を小型化することが可能となる。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、センサを覆うパッケージキャップを使用した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ａを説明する。尚、図２Ａ及び図２Ｂに示したパッケージキャップを使用する加速度センサデバイス１００ａと同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４０】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、パッケージキャップを使用するフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ａは、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４´、バンプ３０２、センサ上部キャップ１２４、及びパッケージキャップ１３０を含む。センサ１１４´はＩＣ１１０上に配置されており、ＩＣ１１０は、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されている。
【００４１】
図６Ａ及び図６Ｂに示す加速度センサデバイス３００ａは、センサ１１４´がＩＣ１１０上にバンプ３０２を介してフリップチップ実装されていることを除いて、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様の構成を有する。加速度センサデバイス３００の配線基板１０２は、開口１０３を有し、導電物質を含む部分１０４ｂ（以下、導電部分１０４ｂともいう）及び絶縁物質を含む部分１０４ａ（以下、絶縁部分１０４ａともいう）を有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。但し、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる絶縁物質又は導電物質は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａの第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる導電物質又は絶縁物質と同様である。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１０２には、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に貫通電極１０９、１４１が形成される。加速度センサデバイス３００ａのＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定される。ＩＣ１１０は、電極１１２を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１１２から配線１２６、電極１０５及び貫通電極１０９を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。また、ＩＣからの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７、及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。樹脂１１３に用いられる樹脂材料は、図２Ａ及び図２Ｂに示される加速度センサデバイス１００ａの樹脂１１３と同様である。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２まで覆うように充填されてもよい。加速度センサデバイス３００ａのセンサ１１４´は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出する複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２´とを含む。センサ１１４からの信号は、電極１２２´からバンプ３０２を介してＩＣ１１０に伝達される。センサ１１４´は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されている。
【００４２】
図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、加速度センサデバイス３００ａにおいて、センサ１１４´とＩＣ１１０とはフリップチップ実装されており、バンプ３０２を介して接続されている。そのため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなる。配線がセンサ１１４´とＩＣ１１０との接続に使用されない場合、実装面積を小さくでき、加速度センサデバイス３００ａのパッケージ全体を小型化することが可能となる。なお、センサ上部キャップ１２４は、錘部１１６と可撓部１１８の上方向への過大な変位を制限し、破損を防止する。センサ上部キャップ１２４は省略されてもよく、センサ上部キャップ１２４が省略される場合は、パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たしてもよい。パッケージキャップ１３０がセンサ上部キャップ１２４と同一の役割を果たす場合、パッケージキャップ１３０のセンサ１１４に対応する部分に凸形状のストッパーが形成されてもよい。
【００４３】
図６Ａ及び図６Ｂに示される加速度センサデバイス３００ａのセンサ１１４´は、パッケージキャップ１３０、配線基板１０２、及び樹脂１１３により中空封止されている。
【００４４】
上述したように、図６Ａ及び図６Ｂに図示された本実施形態に係る加速度センサデバイス３００ａにおいて、センサ１１４´、ＩＣ１１０、及び配線基板１０２は、有機材料を含むパッケージキャップ１３０により覆われてパッケージ化されており、且つＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。本実施形態に係る配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス３００のパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。さらに、上述したように、センサ１１４´とＩＣ１１０とがフリップチップ実装されているため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなり、加速度センサデバイス３００ａのパッケージ全体を小型化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４´との線膨張率が揃い、センサ１１４´にかかる応力が緩和される。また、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサデバイス３００ａのパッケージキャップ１３０の内側は中空であるため、パッケージキャップ１３０からの応力はセンサ１１４´にかからない。センサ１１４´にかかる応力が低減すると、センサ１１４´のオフセット値のずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス３００ａの性能がや信頼性が向上する。
【００４５】
図７Ａ及び図７Ｂを参照して、センサを樹脂封止した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ｂを説明する。尚、図３Ａ及び図３Ｂに示したセンサを樹脂封止した場合の加速度センサデバイス１００ｂ、図６Ａ及び図６Ｂに示したセンサを覆うパッケージキャップを使用した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ａと同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、センサを樹脂封止した場合のフリップチップ実装の加速度センサデバイス３００ｂは、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４´と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されていることを除いて、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサデバイス３００ａと同様の構成を有する。図７Ａ及び図７Ｂに示された加速度センサデバイス３００ｂは、配線基板１０２、制御素子であるＩＣ１１０、樹脂１１３、センサ１１４´、バンプ３０２、センサ上部キャップ１２４、及びモールド樹脂１３３を含む。加速度センサデバイス３００ｂの配線基板１０２は、開口１０３を有し、導電物質を含む部分１０４ｂ及び絶縁物質を含む部分１０４ａを有する第１基板１０４と、絶縁物質を含み第１基板１０４上に配置された第２基板１０６と、絶縁物質を含み第２基板１０６上に配置された第３基板１０８とを含む３つの層により形成される。但し、本発明はこれに限定されず、配線基板１０２の層は３層以下であってもよく、３層以上であってもよい。第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる絶縁物質又は導電物質は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａの第１基板１０４、第２基板１０６、及び第３基板１０８に用いられる導電物質又は絶縁物質と同様である。第１基板１０４の導電物質を含む部分１０４ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１０２には、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａと同様に貫通電極１０９、１４１が形成される。加速度センサデバイス３００ｂのＩＣ１１０は、配線基板１０２の開口１０３内に配置され、樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定される。ＩＣ１１０は、電極１１２を有しており、ＩＣ１１０からの信号は、電極１１２、配線１２６、電極１０５及び貫通電極１０９を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。また、ＩＣからの信号は、電極１３５、配線１３９、電極１３７、及び貫通電極１４１を通して第１基板１０４の導電部分１０４ｂに伝達され、第１基板１０４の導電部分１０４ｂから外部に伝達される。ＩＣ１１０は、一面が外部に露出される。樹脂１１３に用いられる樹脂材料は、図２に示される加速度センサデバイス１００ａの樹脂１１３と同様である。尚、樹脂１１３は、ＩＣ１１０の電極１１２まで覆うように充填されてもよい。加速度センサデバイス３００ｂのセンサ１１４´は、図２Ａ及び図２Ｂに示された加速度センサデバイス１００ａ、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサ３００ａと同様に、錘部１１６と、錘部１１６に接続された可撓部１１８と、可撓部１１８に接続された支持部１２０と、可撓部１１８に配置されて可撓部１１８の変位をＸＹＺの３軸方向で検出する複数のピエゾ抵抗素子（図示せず）と、電極１２２´とを含む。センサ１１４´からの信号は、電極１２２´からバンプ３０２を介してＩＣ１１０に伝達される。センサ１１４は、ＩＣ１１０の外部に露出する面と対向する面上に配置されているが、ＩＣ１１０とセンサ１１４との間に中継基板を配置してもよい。
【００４７】
図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、加速度センサデバイス３００ｂにおいて、センサ１１４´とＩＣ１１０とはフリップチップ実装されており、バンプ３０２を介して接続されている。そのため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなる。配線がセンサ１１４´とＩＣ１１０との接続に使用されない場合、実装面積を小さくでき、加速度センサデバイス３００ｂのパッケージ全体を小型化することが可能となる。なお、図６Ａ及び図６Ｂに示された加速度センサデバイス３００ａとは異なり、図７Ａ及び図７Ｂに示された加速度センサデバイス３００ｂにおいて、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４´と樹脂１１３とがモールド樹脂１３３で封止されている。モールド樹脂１３３は、図３Ａ及び図３Ｂに示される加速度センサデバイス１００ｂのモールド樹脂１３３と同様、熱硬化性又は熱可塑性樹脂であればよく、例えば、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂などであってもよい。樹脂が硬化した際の応力を考慮して、モールド樹脂１３３の曲げ弾性率は、５ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、モールド樹脂１３３は、配線基板１０２を構成する絶縁性樹脂よりも曲げ弾性率が低いことが好ましい。これにより、ＭＥＭＳ素子に樹脂が及ぼす影響を小さくすることができる。モールド樹脂１３３は、樹脂１３３と同一の樹脂であってもよい。加速度センサデバイス３００ｂにおいて、センサ１１４の錘部１１６、及び錘部１１６に接続された可撓部１１８とＩＣ１１０との間にモールド樹脂１３３が入り込まないように、センサ１１４の支持部１２０とＩＣ１１０との間を予め樹脂３０４を充填しておく。しかし、本願発明はこれに限定されず、モールド樹脂１３３が入り込まないように、センサ１１４の錘部１１６と錘部１１６に接続された可撓部１１８とを覆うキャップがセンサ１１４に備えられていてもよい。
【００４８】
上述したように、図７Ａ及び図７Ｂに示された加速度センサデバイス３００ｂにおいて、配線基板１０２とＩＣ１１０とセンサ１１４´と樹脂１１３とは、モールド樹脂１３３で封止されており、且つＩＣ１１０は、配線基板１０２に設けられた開口１０３内に配置されて樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されている。配線基板１０２には開口１０３が形成され、ＩＣ１１０がこの開口１０３内に配置されているため、必要以上に薄型の基板や深いキャビティ基板を採用することなく、配線基板１０２の強度を維持したまま、加速度センサデバイス３００ｂのパッケージ全体の厚さを低背化することが可能となる。さらに、上述したように、センサ１１４´とＩＣ１１０とがフリップチップ実装されているため、センサ１１４´とＩＣ１１０との接続に配線を使用する必要がなくなり、加速度センサデバイス３００ｂのパッケージ全体を小型化することが可能となる。また、ＩＣ１１０が樹脂１１３によって配線基板１０２に固定されており、ＩＣ１１０の一面が外部に露出しているため、ＩＣ１１０で発生する熱を放熱することができる。さらに放熱効率を上げるために、ＩＣ１１０の外部に露出している面に放熱シートを取り付けることも可能である。また、ＩＣ１１０の一面が露出されるため、ＩＣ１１０のダイに電源、若しくはＧＮＤの端子を直接接続することが可能となる。さらに、ＩＣ１１０が配線基板１０２に樹脂１１３を介して固定されるため、ＩＣ１１０と配線基板１０２との熱膨張率の差によって生じる反りによる応力が緩和され、且つＩＣ１１０とセンサ１１４´との線膨張率が揃い、センサ１１４´にかかる応力が緩和される。センサ１１４´はモールド樹脂１３３によって封止されるが、モールド樹脂１３３として曲げ弾性率が５ＧＰａ以下の樹脂を使用すれば、モールド樹脂１３３が硬化した際の応力を緩和することが可能である。センサ１１４´にかかる応力が低減すると、センサ１１４´のオフセット値がずれる量は低減されるため、加速度センサデバイス３００ｂの性能や信頼性が向上する。
【００４９】
以上図１Ａ乃至図７Ｂを参照して、本発明の実施形態に係る加速度センサデバイスについて説明したが、本願発明はこれに限定されない。図１Ａ乃至図７Ｂに示した加速度センサデバイスは、ＩＣ１１０が配線基板１０２に接しないように配線基板１０２の開口に配置されて樹脂１１３を介して配線基板１０２に固定されていたが、図８及び図９に示すように、ＩＣ１１０は、ＩＣ１１０の少なくとも一辺が配線基板１０２に接するように配置されてもよい。図８は、ＩＣ１１０の一辺が配線基板１０２に接するように配置された加速度センサデバイス７００の上から見た透過図であり、図９は、ＩＣ１１０の二辺が配線基板１０２に接するように配置された加速度センサデバイス８００の上から見た透過図である。図８及び図９において、図１Ａに示した加速度センサデバイス１００と同一又は類似の構成要素には同一の参照番号を付与し、重複する説明は省略する。また、図８及び図９において、便宜上、各電極や配線などいくつかの構成の図示を省略している。
【００５０】
以上、図１Ａ乃至図９を参照して、本発明の実施形態に係るＭＥＭＳ素子として主にピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサを用いる場合のＭＥＭＳデバイスについて説明した。ただし、本発明は、ＭＥＭＳ素子としてピエゾ抵抗素子を用いた３軸の加速度センサを用いる場合だけではなく、外力に応じて変位する変位部を有する静電容量型、圧電型、熱検知型、ＦＥＴ型加速度センサやジャイロセンサ、地磁気センサ、圧力センサなどの種々の力学量センサや、ＭＥＭＳ技術を用いた他の素子、例えば、ＭＥＭＳマイクロホン、マイクロミラー、ＲＦスイッチなどを用いる場合にも適用することができ、さらに種々の変形が可能である。また、ＭＥＭＳ素子を１つ搭載する例を示したが、これに限定されずＭＥＭＳ素子を複数搭載してもよい。その場合、測定対象の異なるセンサの組合せ、測定レンジに異なるセンサの組合せ、機能の異なるＭＥＭＳ素子の組合せ、等の種々のバリエーションを採用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００ 加速度センサデバイス
１０２ 配線基板
１１０ ＩＣ
１１４ センサ
１１３ 樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する配線基板と、
前記配線基板の前記開口内に配置された制御素子と、
前記制御素子の一方の面上に配置された少なくとも１つのＭＥＭＳ素子と、を具備し、
前記制御素子は、他方の面が露出するとともに、樹脂を介して前記配線基板に固定されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記配線基板上に配置され、前記ＭＥＭＳ素子を覆うパッケージキャップをさらに具備し、
前記パッケージキャップの内側は、中空であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳ素子は、前記パッケージキャップ、前記配線基板、前記制御素子、及び前記樹脂によって囲まれた空間内で中空封止されていることを特徴とする請求項２記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記配線基板は、絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂層と、導電材料からなる導電層とを含み、
前記樹脂は、前記絶縁性樹脂層の絶縁性材料よりも曲げ弾性率が低いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子とを電気的に接続するバンプをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子は、樹脂封止されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳ素子は、外力に応じて変位する変位部を有する力学量センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
配線基板に開口を形成し、
前記開口を塞ぐように支持部材を前記配線基板の片側に配置し、
前記開口内における前記支持部材上に制御素子を配置し、
前記制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、
前記制御素子及び前記ＭＥＭＳ素子と前記配線基板とを電気的に接続し、
前記開口内における前記配線基板と前記制御素子との間の空間に樹脂を充填し、
前記支持部材を前記配線基板、前記制御素子及び前記樹脂から剥離すること、
を含むＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項９】
前記配線基板上に前記ＭＥＭＳ素子を覆うパッケージキャップを配置することをさらに含み、
前記パッケージキャップの内側は、中空であることを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子とは、バンプを介して電気的に接続することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記配線基板と前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子と前記樹脂とを樹脂封止することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１２】
配線基板に開口を形成し、
前記開口を塞ぐように支持部材を前記配線基板の片側に配置し、
前記開口内における前記支持部材上に制御素子を配置し、
前記制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、
前記制御素子及び前記ＭＥＭＳ素子と前記配線基板とを電気的に接続し、
前記配線基板と前記制御素子と前記少なくとも１つのＭＥＭＳ素子とを樹脂で封止し、
前記支持部材を前記配線基板及び前記制御素子から剥離すること、
を含むＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子とは、バンプを介して電気的に接続することを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１】
開口を有する配線基板と、
前記配線基板の前記開口内に配置された制御素子と、
前記制御素子の一方の面上に配置された少なくとも１つのＭＥＭＳ素子と、を具備し、
前記制御素子は、他方の面が露出するとともに、樹脂を介して前記配線基板に固定されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記配線基板上に配置され、前記ＭＥＭＳ素子を覆うパッケージキャップをさらに具備し、
前記パッケージキャップの内側は、中空であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記ＭＥＭＳ素子は、前記パッケージキャップ、前記配線基板、前記制御素子、及び前記樹脂によって囲まれた空間内で中空封止されていることを特徴とする請求項２記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記配線基板は、絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂層と、導電材料からなる導電層とを含み、
前記樹脂は、前記絶縁性樹脂層の絶縁性材料よりも曲げ弾性率が低いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子とを電気的に接続するバンプをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子は、樹脂封止されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳ素子は、外力に応じて変位する変位部を有する力学量センサであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
配線基板に開口を形成し、
前記開口を塞ぐように支持部材を前記配線基板の片側に配置し、
前記開口内における前記支持部材上に制御素子を配置し、
前記制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、
前記制御素子及び前記ＭＥＭＳ素子と前記配線基板とを電気的に接続し、
前記開口内における前記配線基板と前記制御素子との間の空間に樹脂を充填し、
前記支持部材を前記配線基板、前記制御素子及び前記樹脂から剥離すること、
を含むＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項９】
前記配線基板上に前記ＭＥＭＳ素子を覆うパッケージキャップを配置することをさらに含み、
前記パッケージキャップの内側は、中空であることを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子とは、バンプを介して電気的に接続することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記配線基板と前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子と前記樹脂とを樹脂封止することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１２】
配線基板に開口を形成し、
前記開口を塞ぐように支持部材を前記配線基板の片側に配置し、
前記開口内における前記支持部材上に制御素子を配置し、
前記制御素子上に少なくとも１つのＭＥＭＳ素子を配置し、
前記制御素子及び前記ＭＥＭＳ素子と前記配線基板とを電気的に接続し、
前記配線基板と前記制御素子と前記少なくとも１つのＭＥＭＳ素子とを樹脂で封止し、
前記支持部材を前記配線基板及び前記制御素子から剥離すること、
を含むＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記制御素子と前記ＭＥＭＳ素子とは、バンプを介して電気的に接続することを特徴とする請求項１２に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−９１２４３（Ｐ２０１２−９１２４３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８３７９（Ｐ２０１０−２３８３７９）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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