本發明涉及電子裝置、電子裝置的制造方法以及物理量傳感器。
背景技術:
一直以來,已知在傳感器芯片經由粘合劑而被固定于封裝件的內底面上的電子裝置中,因封裝件與傳感器芯片的熱膨脹系數的不同而產生的熱應力被傳遞至傳感器芯片從而使溫度特性劣化的情況。
因此,例如,在專利文獻1中提出了一種壓力傳感器,其通過將由第一層和第二層構成的基座設置于封裝件與傳感器芯片之間,從而可抑制從封裝件向傳感器芯片傳遞的熱應力,其中,所述第一層具有與傳感器芯片同等的熱膨脹系數并被接合在傳感器芯片上,所述第二層具有與傳感器芯片同等的熱膨脹系數,且具有高于第一層的彈性系數。
另外,一直以來,已知一種靜電電容型的物理量傳感器,其具備傳感器元件,所述傳感器元件具有:被固定配置于傳感器基板上的固定電極;相對于固定電極而隔開間隔并與固定電極對置,且被設置為能夠位移的可動電極;和被支承于基板上的支承部,所述靜電電容型的物理量傳感器根據固定電極與可動電極之間的靜電電容,而對加速度、角速度等物理量進行檢測。
例如,專利文獻2所涉及的物理量傳感器的傳感器元件具有一對固定電極部和以被夾持于該一對固定電極部之間的方式而配置的可動電極部。在該物理量傳感器中,各固定電極部具有一端被固定于基板表面上并通過連結部而相連的梳齒狀的多個固定電極。另一方面,可動電極部在與各固定電極部對置的一側具有梳齒狀的多個可動電極,并且可動電極部的兩端經由梁部而被固定于基板表面上的兩個支承部分別支承。
例如,在對傳感器元件進行支承的基板經由粘合劑而被固定于封裝件上的物理量傳感器中,當封裝件由于外部應力而發生變形時,基板也會經由粘合劑而發生變形。另外,當周邊溫度發生變化時,基板會因基板與粘合劑的熱膨脹系數差而發生變形,從而使物理量傳感器的溫度特性發生劣化。其結果為,存在物理量傳感器的測量精度下降的問題。因此,在專利文獻2所涉及的物理量傳感器中,通過在基板(玻璃基板)上設置埋頭孔而使在封裝件與基板之間涂布有粘合劑的面積減少,從而抑制了由外部應力或熱膨脹系數差引起的基板的變形,由此實現了對檢測精度下降的改善。
但是,在如專利文獻1所記載的壓力傳感器的電子裝置中,為了抑制在傳感器芯片與封裝件之間產生的熱應力被傳遞至傳感器芯片的情況以使電子裝置具有良好的溫度特性,在傳感器芯片與封裝件之間配置有雙層結構的基座。其結果為,由于雙層結構的基座的厚度而需要加厚封裝件,因此,存在難以使具有良好的溫度特性的電子裝置扁平化的問題。
另外,在專利文獻2所記載的物理量傳感器中,傳感器元件的固定電極部和對可動電極部進行支承的支承部處于在平面上與涂布有用于將基板固定于封裝件上的粘合劑的區域重疊的位置處。因此,在封裝件因外部應力而發生了變形的情況,或周邊溫度發生變化從而玻璃基板因基板與粘合劑的熱膨脹系數差而發生了變形的情況下,玻璃基板中的固定有固定電極部和支承部的部分也發生變形,因此,傳感器元件的精度下降。因此,謀求一種能夠相對于外部應力或周邊溫度的變化而更高精度地對物理量進行檢測的物理量傳感器。
專利文獻1:日本特開2002-214057號公報
專利文獻2:日本特開2006-250702號公報
技術實現要素:
本發明是為了解決上述問題的至少一部分而完成的發明,能夠作為以下的方式或應用例而實現。
應用例1
本應用例所涉及的電子裝置的特征在于,具備封裝件和功能元件,所述功能元件的側面經由粘合劑而被固定于所述封裝件的內側的側壁上。
根據該結構,與對封裝件的內底面和功能元件的下表面進行固定的情況相比,通過對相對于彎曲的剛性較高的側面進行固定,從而能夠減少由在用粘合劑對功能元件和封裝件進行固定時產生的熱應力引起的變形被傳遞至功能元件的情況。因此,由于無需將插入基座等緩和應力的材料的空間考慮在內而加厚封裝件,因此,能夠獲得一種可使封裝件扁平化且具有良好的溫度特性的電子裝置。
應用例2
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述功能元件通過所述功能元件的一個側面而被固定于所述側壁上。
根據該結構,由于與通過功能元件的多個側面而被固定的情況相比,能夠限定從封裝件傳遞至功能元件的應力的范圍,因此,能夠緩和由從封裝件傳遞至功能元件的熱應力引起的變形,由此減少功能元件的變形。其結果為,能夠獲得具有更加良好的溫度特性的電子裝置。
應用例3
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述功能元件通過所述功能元件的一個側面一部分而被固定于所述側壁上。
根據該結構,與功能元件被固定于側面的整個區域的情況相比,能夠減少從封裝件傳遞至功能元件的熱應力。其結果為,能夠獲得具有更加良好的溫度特性的電子裝置。
應用例4
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述功能元件抵接于所述封裝件的內底面上。
根據該結構,除了能夠在被固定于封裝件的內側的側壁上的功能元件的側面中進行熱傳遞之外,還能夠在功能元件與封裝件接觸的內底面中進行熱傳遞。由此,與功能元件未抵接于封裝件的內底面上的情況相比,能夠迅速緩和封裝件與功能元件的熱梯度。因此,能夠獲得具有良好的溫度特性的電子裝置。
應用例5
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述封裝件由包含陶瓷的材料形成。
根據該結構,與封裝件由包含樹脂類的材料形成的情況相比,由于耐熱性優異且吸濕性較少,因此,能夠使封裝件的熱膨脹動作穩定。其結果為,能夠獲得具有良好的溫度特性的電子裝置。
應用例6
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述功能元件具有基板,所述基板由包含硼硅酸玻璃的材料形成。
根據該結構,與功能元件的基板以硅等半導體材料為主要材料而被構成的情況相比,能夠提高彈性率。其結果為,能夠減少由在用粘合劑對功能元件和封裝件進行固定時產生的熱應力引起的變形,從而獲得具有良好的溫度特性的電子裝置。
應用例7
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述粘合劑的主劑由樹脂類的材料形成。
根據該結構,即使是陶瓷或玻璃等不同種類的材料之間的粘合,也能夠獲得穩定的粘合強度。另外,由于樹脂與無機類的材料相比為軟質材料,因此,粘合劑作為應力緩和層而發揮功能。其結果為,能夠緩和因功能元件以及封裝件的熱膨脹系數的不同而產生的熱應力,從而獲得具有良好的溫度特性的電子裝置。
應用例8
在上述應用例所涉及的電子裝置中,其特征在于,所述粘合劑的主劑由無機類的材料形成。
根據該結構,能夠使粘合劑的熱膨脹系數接近于陶瓷或玻璃。其結果為,與由樹脂類的材料形成的粘合劑相比,能夠緩和因功能元件以及封裝件的熱膨脹系數的不同而產生的熱應力,因此能夠獲得具有良好的溫度特性的電子裝置。
應用例9
本應用例所涉及的電子裝置的制造方法的特征在于,包括:在功能元件的側面上涂布粘合劑的工序;在封裝件的內側的側壁上固定所述功能元件的所述側面的工序;使所述粘合劑固化的工序;在所述功能元件上固定集成電路的工序;對所述功能元件和所述集成電路進行電連接的工序;對所述封裝件和所述集成電路進行電連接的工序;在所述封裝件上放置蓋體從而進行密封的工序。
根據該方法,在用粘合劑對封裝件和功能元件進行固定時,與對封裝件的內底面和功能元件的下表面進行固定的情況相比,能夠緩和在封裝件與功能元件之間因熱膨脹系數的不同而產生的熱應力,從而抑制該熱應力被傳遞至功能元件的情況。因此,由于無需將插入基座等使應力被緩沖的材料的空間考慮在內而加厚封裝件,因此,能夠提供一種能夠使封裝件扁平化且具有良好的溫度特性的電子裝置的制造方法。
應用例10
本應用例所涉及的物理量傳感器的特征在于,具備:第一基板;第二基板,其經由粘合劑而被固定于所述第一基板上;傳感器元件,其被配置于所述第二基板上,所述傳感器元件具有被固定于所述第二基板上的固定電極部和以能夠使可動電極部移動的方式對所述可動電極部進行支承并被固定于所述第二基板上的支承部,在俯視觀察所述第二基板時,所述粘合劑以不與所述固定電極部以及所述支承部重疊的方式被配置于所述第二基板的外周部的一邊部處。
根據本應用例,由于將第二基板固定于第一基板上的粘合劑被配置于第二基板的外周部的一邊部處,因此,在由外部應力引起的第一基板的變形經由粘合劑而被傳遞至第二基板的情況,或第二基板因粘合劑和第二基板的熱膨脹系數的不同而發生了變形的情況下,第二基板的變形在外周部的一邊部以外的部分被緩和。而且,由于在俯視觀察第二基板時,粘合劑以不與被配置于第二基板上的傳感器元件的固定電極部以及支承部重疊的方式而配置,因此,即使第二基板發生變形,傳感器元件的固定電極部以及支承部也不易受到變形的影響。因此,能夠提供一種能夠相對于外部應力或周邊溫度的變化而更高精度地對物理量進行檢測的物理量傳感器。
應用例11
在上述應用例所記載的物理量傳感器中,優選為,在所述第二基板的所述一邊部處,設置有用于與外部連接的端子部,在俯視觀察所述第二基板時,所述端子部以與所述粘合劑重疊的方式被配置。
根據本應用例,在俯視觀察第二基板時,被設置于第二基板的一邊部處的端子部以與粘合劑重疊的方式被配置。由于端子部對傳感器元件的測量精度的影響較少,因此,即使第二基板的一邊部發生變形,也幾乎不會對傳感器元件的測量精度造成影響。另外,由于端子部被配置于第二基板的外周部的一邊部處,從而能夠將傳感器元件的固定電極部以及支承部配置于從涂布有粘合劑的區域進一步離開的位置處。由此,能夠提高物理量傳感器的精度。
應用例12
在上述應用例所記載的物理量傳感器中,優選為,作為所述傳感器元件,具有以沿著所述第二基板的主面的第一方向為檢測方向的第一傳感器元件、以沿著所述第二基板的所述主面并與所述第一方向交叉的第二方向為檢測方向的第二傳感器元件和以與所述第一方向以及所述第二方向交叉的第三方向為檢測方向的第三傳感器元件,所述第三傳感器元件被配置于與所述第一傳感器元件以及所述第二傳感器元件相比從所述一個邊部離開的區域。
根據本應用例,物理量傳感器具有對相互不同的三個方向進行檢測的三個傳感器元件,對與第二基板的主面交叉的第三方向進行檢測的第三傳感器元件被配置于,與以沿著第二基板的主面的方向為檢測方向的第一傳感器元件以及第二傳感器元件相比從第二基板的一邊部離開的區域。第三傳感器元件以與固定有固定電極部的第二基板的主面交叉的第三方向,即第二基板的厚度方向為檢測方向。在由外部應力引起的第一基板的變形經由粘合劑而被傳遞至第二基板的情況,或第二基板因粘合劑與第二基板的熱膨脹系數的不同而發生了變形的情況下,第二基板在其厚度方向上發生變形。因此,以第二基板的厚度方向為檢測方向的第三傳感器元件與以沿著第二基板的主面的方向為檢測方向的第一傳感器元件以及第二傳感器元件相比,容易因第二基板的變形而招致傳感器的精度下降。因此,通過使第三傳感器元件與其他傳感器元件相比從配置有粘合劑的第二基板的一邊部離開,從而可抑制由第二基板的變形引起的第三傳感器元件的精度下降。其結果為,能夠提高物理量傳感器的精度。
應用例13
本應用例的電子設備的特征在于,具備上述應用例所記載的電子裝置或物理量傳感器。
根據本應用例,由于具備高精度的電子裝置或物理量傳感器,因此能夠一種可靠性較高的電子設備。
應用例14
本應用例的移動體的特征在于,具備上述應用例所記載的電子裝置或物理量傳感器。
根據本應用例,由于具備高精度的電子裝置或物理量傳感器,因此能夠一種可靠性較高的移動體。
附圖說明
圖1為表示實施方式1所涉及的加速度傳感器的概要結構的俯視圖。
圖2為表示加速度傳感器的概要結構的剖視圖。
圖3為表示傳感器元件的概要的俯視圖。
圖4為示意性地表示傳感器元件以及封裝件的固定狀態的立體圖。
圖5為對加速度傳感器的制造方法進行說明的工序流程圖。
圖6為用于示意性地對準備傳感器元件的工序進行說明的工序圖。
圖7為用于示意性地對涂布粘合劑的工序進行說明的工序圖。
圖8為用于示意性地對固定傳感器元件的工序進行說明的工序圖。
圖9為用于示意性地對固定ic(integratedcircuit,集成電路)的工序進行說明的工序圖。
圖10為用于示意性地對引線接合的工序進行說明的工序圖。
圖11為用于示意性地對密封的工序進行說明的工序圖。
圖12為改變例1所涉及的封裝件的內部的俯視圖。
圖13為對改變例2所涉及的封裝件的內側的側壁進行說明的俯視圖。
圖14為實施方式2所涉及的物理量傳感器的概要剖視圖。
圖15為實施方式2所涉及的物理量傳感器的俯視圖。
圖16為沿著圖15的a-a’線的剖視圖。
圖17為沿著圖15的b-b’線的剖視圖。
圖18為第一傳感器元件的俯視圖。
圖19為第三傳感器元件的俯視圖。
圖20為實施方式3所涉及的物理量傳感器的俯視圖。
圖21為示意性地表示實施方式4所涉及的電子設備的立體圖。
圖22為示意性地表示實施方式4所涉及的電子設備的立體圖。
圖23為示意性地表示實施方式4所涉及的電子設備的立體圖。
圖24為示意性地表示實施方式5所涉及的移動體的立體圖。
具體實施方式
以下,參照附圖對將本發明具體化的實施方式進行說明。并且,在以下的各圖中,將各結構要素設為在附圖上可識別的程度的大小,為了使說明易于理解,有時會以與實際不同的比例記載各結構要素的比例。
實施方式1
加速度傳感器的結構
利用圖1、圖2,對本發明的實施方式1所涉及的作為電子裝置的加速度傳感器的結構進行說明。圖1為表示實施方式1所涉及的加速度傳感器的概要的俯視圖。圖2為表示加速度傳感器的概要的剖視圖。圖1為省略(透視)了蓋部(蓋體)的俯視圖。
在各圖中,以如下方式進行說明,即,以作為功能元件的傳感器元件為基準,而將配置有作為蓋體的蓋部的方向設為上方向,將配置有封裝件的底板的方向設為下方向,在傳感器元件、底板、側壁、ic等各部件中,將被配置于上方向上的面稱為上表面,將被配置于下方向上的面設為下表面。
另外,將端子電極103排列的方向設為y軸方向,在俯視觀察傳感器元件(功能元件)101時,將與y軸方向正交的方向設為x軸方向,將與x軸方向以及y軸方向正交的方向設為z軸方向。
如圖1以及圖2所示,加速度傳感器100具有傳感器元件101、封裝件10、ic(integratedcircuit,集成電路)20、蓋部30。傳感器元件101被收納于封裝件10中,并且在固定部13處,經由粘合劑40而被固定于封裝件10的內側的側壁11上。
以下,依次對封裝件10、ic20、蓋部30、傳感器元件101的結構、加速度傳感器100的動作以及傳感器元件101的固定部13進行詳細的說明。
封裝件
如圖1以及圖2所示,封裝件10具有板狀的底板14、框狀的側壁15密封圈16。
封裝件10由具備與傳感器元件101或蓋部30的熱膨脹系數一致或者極度接近的熱膨脹系數的材料形成,在本實施方式中,使用了陶瓷。封裝件10通過對被成形為預定的形狀的生片進行層壓、燒結而被形成。生片例如為使如下的捏合物被形成為薄片狀而得到的材料,所述捏合物通過使陶瓷的粉末分散在預定的溶液中并添加粘合劑而生成。
封裝件10對傳感器元件101、ic20等進行收納,并具有在上表面上開放的凹部17。被蓋部30封堵的凹部17成為對傳感器元件101、ic20等進行收納的被密封的內部空間18,其中,蓋布30經由密封圈16而被接合在側壁15上。
被密封的內部空間18能夠將其內部壓力設定為所需的氣壓。例如,通過設為將氮氣填充于內部空間18的大氣壓,或設為真空(被低于通常的大氣壓的壓力(1×105pa~1×10-10pa以下(jisz8126-1∶1999))的氣體填滿的空間的狀態),從而能夠更加穩定地對加速度進行檢測。
側壁15以大致矩形形狀的周狀而被設置于底板14的上表面的外周緣部處。在側壁15的上表面上,設置有例如由科伐鐵鎳鈷合金等合金形成的密封圈16。密封圈16具有作為側壁15和蓋部30的接合材料的功能,并沿著側壁15的上表面而被設置為框狀(大致矩形狀的周狀)。
在被形成于側壁15的上表面上的凹部15a上,形成有襯墊15b。襯墊15b例如通過使用銀或鈀等的導電膏或者鎢金屬化等而形成所需的形狀之后實施燒成,之后,電鍍鎳以及金或銀等而被形成。
襯墊15b以與后文敘述的ic20對應的方式被配置。在底板14的下表面14b上,配置有作為金屬層的外部端子電極19。外部端子電極19例如能夠通過在燒成的銀或鈀等的層上電鍍鎳以及金或銀等而形成。襯墊15b與外部端子電極19電連接。
ic
如圖2所示,ic20經由粘合劑40而被固定于傳感器元件101的蓋102上。另外,ic20包括對傳感器元件101進行驅動的電路以及對加速度進行檢測的電路。
在ic20的上表面上,設置有電連接用的接合襯墊21。接合襯墊21例如通過作為連接部件的使用了引線接合法等的導線12,而與被設置于封裝件10上的襯墊15b電連接,而且,經由后文敘述的端子電極103等而與傳感器元件101的各部位電連接。
并且,作為連接部件,也可代替導線12而使用例如金凸塊等,并通過直接接合而實施電連接。
蓋部
如圖2所示,蓋部30為板狀的部件,并封堵封裝件10的在上表面側開放的凹部17的開口,且通過使用例如縫焊法等而被接合在凹部17的開口的周圍。由于本實施方式的蓋部30為板狀,因此易于形成,并且形狀的穩定性也較為優異。
蓋部30使用了科伐鐵鎳鈷合金的板材。通過蓋部30使用科伐鐵鎳鈷合金的板材,從而在密封時,由科伐鐵鎳鈷合金形成的密封圈16和蓋部30以相同的熔融狀態而熔融,而且,也易于被合金化,因此能夠容易且可靠地實施密封。
另外,蓋部30也可以代替科伐鐵鎳鈷合金而使用其他材料的板材,例如,能夠使用42合金、不銹鋼等金屬材料,或與封裝件10的側壁15相同的材料等。
傳感器元件的結構
接下來,對本實施方式的傳感器元件101的結構進行說明。
圖3為表示傳感器元件101的概要結構的示意俯視圖。圖3為對單軸的加速度進行檢測的傳感器元件的示意圖,為了便于說明,省略了一部分的結構要素。另外,圖中的x軸、y軸、z軸為相互正交的坐標軸,箭頭標記的方向為+(正)方向。
如圖3所示,傳感器元件101具有蓋102、基板104、可動部105、第一固定電極指106、第二固定電極指107。以下,有時會將可動部105、第一固定電極指106、第二固定電極指107統稱為半導體基板108。
基板104為與z軸方向正交的大致矩形的平板,且具有與多個第一固定電極指106以及第二固定電極指107等接合的上表面104a。在上表面104a上,在-(負)x軸方向的端部處設置有端子部109,除端子部109之外的區域通過在上表面104a側具有凹部的蓋102而被覆蓋。
蓋102的構成材料例如優選為如低電阻硅這種具有導電性的材料。通過對具有導電性的蓋102進行接地連接,從而實施靜電遮蔽,并能夠遮擋從蓋102的外部向傳感器元件101的內部傳輸的電磁波。通過這種方式,能夠減少由電磁波產生的信號噪聲。
蓋102例如能夠通過陽極接合法、直接接合法以及粘合劑而固定于基板104的上表面104a上。尤其是在基板104的構成材料為包含堿金屬離子的玻璃,并且構成蓋102的材料以硅等半導體材料為主要材料而構成的情況下,能夠使用陽極接合法而對蓋102和基板104的上表面104a進行固定。
由于陽極接合法與直接接合法相比,能夠以低溫進行接合,因此,在將蓋102固定于基板104的上表面104a上時,能夠減少所產生的殘留應力。另外,由于陽極接合法與通過粘合劑來進行固定的方法相比,能夠減小粘合寬度,因此,能夠實現加速度傳感器100的小型化。
另外,在基板104的上表面104a的大致中央部處,為了避免基板104與可動部105的干涉而設置有平面形狀為大致矩形形狀的凹部104b(參照圖2)。由此,可動部105的可動區域能夠在俯視觀察時被收斂于凹部104b內。
在基板104的上表面104a上,沿著凹部104b的外周而設置有第一槽部110,沿著第一槽部110的外周而設置有第二槽部111。另外,在基板104的上表面104a的端子部109側,隔著第一槽部110而在第二槽部111的相反側設置有第三槽部112。
第一槽部110以及第二槽部111從凹部104b的-y軸方向側起向逆時針方向以包圍凹部104b的方式而延伸,并被設置到凹部104b的-x軸方向側的端子部109為止。第三槽部112從凹部104b的-x軸方向側起,沿著第一槽部110、第二槽部111而被設置到端子部109為止。
作為基板104的構成材料,優選為,使用玻璃、高電阻硅等絕緣材料。尤其是在半導體基板108以硅等半導體材料為主要材料而構成的情況下,作為基板104的構成材料,優選為使用包含堿金屬離子(可動離子)的玻璃,例如,使用pyrex(注冊商標)之類的硼硅酸玻璃。
由此,傳感器元件101能夠對基板104和半導體基板108進行陽極接合。另外,傳感器元件101通過將包含堿金屬離子的玻璃用于基板104,從而能夠容易地對基板104和半導體基板108進行絕緣分離。
另外,基板104可以不必具有絕緣性,例如可以為由低電阻硅構成的導電性基板。在該情況下,在基板104與半導體基板108之間夾持絕緣膜而對兩者進行絕緣分離。
優選為,基板104的構成材料與半導體基板108的構成材料之間的熱膨脹系數差盡可能地小,具體而言,優選為,基板104的構成材料與半導體基板108的構成材料之間的熱膨脹系數差在3ppm/℃以下。由此,傳感器元件101能夠減少基板104與半導體基板108之間的殘留應力。
在第一槽部110的底面(底部)上,沿著第一槽部110而設置有第一配線114,在第二槽部111的底面上,沿著第二槽部111而設置有第二配線115,在第三槽部112的底面上,沿著第三槽部112而設置有第三配線116。
第一配線114為與第一固定電極指106電連接的配線,第二配線115為與第二固定電極指107電連接的配線,第三配線116為與后文敘述的錨固部117電連接的配線。
另外,第一配線114、第二配線115以及第三配線116的各端部(被配置于端子部109處的端部)分別成為第一端子電極118、第二端子電極119、第三端子電極120。以下,有時會將第一端子電極118、第二端子電極119、第三端子電極120統稱為端子電極103。
作為第一配線114、第二配線115以及第三配線116的構成材料,只要分別具有導電性,則不被特別地限定,能夠使用各種電極材料。作為第一配線114、第二配線115以及第三配線116的構成材料,例如,能夠列舉出ito(indimtinoxide,銦錫氧化物)、izo(indiumzincoxide,銦鋅氧化物)、in3o3、sno2、含有sb的sno2、含有al的zno等氧化物(透明電極材料),au、pt、ag、cu、以及al或包括這些金屬的合金等,能夠使用其中的一種或者組其中的兩種種以上來使用。
在本實施方式中,作為第一配線114、第二配線115以及第三配線116的構成材料,例如,使用了pt。在使用pt的情況下,為了提高與基板104的緊貼性,優選使用ti以作為基底材料。
另外,在傳感器元件101中,如果各配線的構成材料為透明電極材料,尤其是ito,則在基板104為透明的情況下,能夠容易地從基板104的下表面104c側的面對存在于第一固定電極指106以及第二固定電極指107的面上的異物等進行目視確認,由此能夠效率地進行檢查。
可動部105由臂部121、可動電極指122、可撓部123、錨固部117構成。其中,臂部121、可動電極指122以及可撓部123被配置于與基板104的凹部104b對置的位置處,換言之,被配置于從z軸方向觀察時收斂于凹部104b內的位置處。
如圖3所示,臂部121沿著x軸方向而以梁狀(柱狀)延伸,并且在x軸方向上的兩端配置有可撓部123。多個可動電極指122沿著臂部121的延伸方向而以固定的間隔,在與臂部121的延伸方向正交的方向(y軸方向)上以梳齒狀延伸設置。
可撓部123被形成為,在y軸方向上折返且在x軸方向上延伸,并通過從x軸方向施加的外力而在x軸方向上撓曲(變形)。
錨固部117與可撓部123的兩端部連接,并且與基板104接合。位于與凹部104b相比靠-x軸方向側的錨固部117被配置于跨越基板104的第三槽部112的位置處。
第一固定電極指106被配置于跨越基板104的第一槽部110以及第二槽部111的位置處。另外,第一固定電極指106被配置為,在從z軸方向進行的俯視觀察時,一部分與凹部104b重疊。
第二固定電極指107以與第一固定電極指106平行的方式被配置,并被配置于跨越基板104的第一槽部110以及第二槽部111的位置處。另外,第二固定電極指107與第一固定電極指106相同,被配置為在從z軸方向進行觀察時一部分與凹部104b重疊。
第一固定電極指106以及第二固定電極指107以被夾持于被配置為梳齒狀的各可動電極指122之間的方式而配置。
在直接接合法中,有一種為了實現低溫化而向需要進行接合的基板的表面照射等離子體從而進行接合的低溫等離子體活化接合法。由此,由于與陽極接合法相同,能夠將接合的溫度設為低溫,因此,能夠減少在將蓋102固定于基板104的上表面104a上時所產生的殘留應力。而且,由于能夠減小粘合寬度,因此,能夠使加速度傳感器100小型化。
傳感器元件101并不局限于加速度傳感器100,例如,能夠通過在ic20中設置角速度檢測電路或壓力檢測電路等,從而構成陀螺傳感器或壓力傳感器等。
加速度傳感器的動作
接下來,對加速度傳感器100的動作進行說明。
如圖3所示,在傳感器元件101中,在第一固定電極指106和從-x軸方向側與第一固定電極指106對置的可動電極指122之間形成有第一電容器,在第二固定電極指107和從+x軸方向側與第二固定電極指107對置的可動電極指122之間形成有第二電容器。
在該狀態下,例如當加速度沿-x軸方向被施加于傳感器元件101上時,臂部121以及可動電極指122將由于慣性而向+x軸方向位移。此時,由于第一固定電極指106與可動電極指122的間隔變窄,因此,第一電容器的靜電電容增加。另外,由于第二固定電極指107與可動電極指122的間隔變寬,因此,第二電容器的靜電電容減少。
相反,當加速度沿+x軸方向被施加,從而臂部121以及可動電極指122向-x軸方向位移時,第一電容器的靜電電容將減少,第二電容器的靜電電容將增加。
因此,傳感器元件101通過對在第一端子電極118與第三端子電極120之間檢測出的第一電容器的靜電電容的變化同在第二端子電極119與第三端子電極120之間檢測出的第二電容器的靜電電容的變化的差分進行檢測,從而能夠對被施加于傳感器元件101上的加速度等物理量的大小及其方向進行檢測。
傳感器元件101由于對兩個電容器(第一電容器、第二電容器)的靜電電容的變化的差分進行檢測,因此,能夠以較高的靈敏度對加速度等物理量進行檢測。
傳感器元件的固定部
圖4為示意性表示傳感器元件以及封裝件的固定狀態的立體圖。為了便于說明,在圖4中,圖示了封裝件10的內側的側壁11中的固定有傳感器元件101的側壁11、傳感器元件101、封裝件10的內底面14c。
如圖4所示,傳感器元件101通過粘合劑40而使基板104的一個側面124被固定于封裝件10的內側的側壁11上。粘合劑40被涂布于基板104的一個側面124的整個面上。
粘合劑40為以環氧類樹脂為主劑的粘合劑。但是,粘合劑40并不限定為環氧類樹脂,例如,能夠使用硅酮類、聚酰亞胺類、聚氨酯類樹脂。在粘合劑40中,除了主劑之外,還包含填料顆粒、固化劑等。
填料顆粒在后文敘述的對傳感器元件101和封裝件10進行固定的工序中,能夠對粘合劑40的膜厚進行控制,以使粘合劑40不會在按壓時被過度壓扁。填料顆粒例如能夠使用氧化鋁、二氧化硅、銀等。
將涂布有該粘合劑40而使傳感器元件101被固定于基板104上的部分設為固定部13。對封裝件10和基板104進行固定的基板104的側面124為配置有端子部109的一側的側面。
根據該結構,同對與配置有端子部109的一側相反的一側的側面進行固定的情況相比,固定部13遠離傳感器元件101的半導體基板108的位置而配置。其結果為,能夠減小由被傳遞至半導體基板108的熱應力引起的變形。
雖然傳感器元件101抵接于封裝件10的內底面14c上,但可以不被粘合。根據該結構,除了能夠在傳感器元件101的被固定的面中進行熱傳遞之外,還能夠在傳感器元件101與封裝件10接觸的面中進行熱傳遞。因此,能夠迅速地緩和傳感器元件101與封裝件10的熱梯度。
傳感器元件101以在y軸方向上傳感器元件101的大致中央被配置于封裝件10的內側的側壁11的中央的方式而被固定。根據該結構,因傳感器元件101與封裝件10之間的熱膨脹系數的不同而產生的熱應力被更加均勻地傳遞至被固定的傳感器元件101。其結果為,能夠進一步減輕加速度傳感器100的溫度特性的劣化。
另外,當將傳感器元件101固定于封裝件10的內側的側壁11上時,粘合劑40通過后文敘述的按壓而使被壓扁,從而存在粘合劑40從側面124溢出的可能性。因此,可以考慮粘合劑40溢出的情況,而在封裝件10的內底面14c與側壁11之間的邊界處的內底面14c或者側壁11上形成用于貯藏粘合劑的凹部。
加速度傳感器的制造方法
圖5為對加速度傳感器100的制造方法進行說明的工序流程圖。如圖5所示,加速度傳感器100的制造方法包括:準備傳感器元件101的工序(步驟s01);在傳感器元件101的基板104的側面124上涂布粘合劑40的工序(步驟s02);將傳感器元件101的基板104的側面124固定于封裝件10的內側的側壁11上的工序(步驟s03);在傳感器元件101的蓋102上固定ic20的工序(步驟s04);引線接合的工序(步驟s05);密封的工序(步驟s06)。
(1)步驟s01
準備傳感器元件的工序
圖6為用于示意性對準備傳感器元件的工序進行說明的工序圖。如圖6所示,準備傳感器元件101,該傳感器元件101具備:設置有凹部104b的基板104;以跨越凹部104b的方式而形成的半導體基板108;以覆蓋半導體基板108的方式而設置的蓋102。
(2)步驟s02
涂布粘合劑的工序
圖7為用于示意性地對涂布粘合劑的工序進行說明的工序圖。如圖7所示,在基板104的側面124上涂布以環氧類樹脂為主劑的粘合劑40。涂布例如通過如下方式而實施,即,使基板104的側面124附著在較薄且均勻地涂布有粘合劑40的薄膜上。
(3)步驟s03
固定傳感器元件的工序
圖8為用于示意性地對固定傳感器元件的工序進行的說明的工序圖。如圖8所示,通過所涂布的粘合劑40而將傳感器元件101的基板104的側面124固定于封裝件10的內側的側壁11上。
當將基板104的側面124固定于封裝件10的內側的側壁11上時,在向-x軸方向按壓基板104的同時進行固定。由此,能夠將所涂布的粘合劑40壓扁,從而以粘合劑40中所包含的填料的粒徑程度的厚度均勻地固定于固定部13的整個區域上。
另外,當將基板104的側面124固定于封裝件10的內側的側壁11上時,傳感器元件101的基板104的下表面104c以與封裝件10的內底面14c抵接的方式,而在向-z軸方向按壓基板104的同時進行固定。由此,能夠防止在粘合劑40固化時,且在粘合劑40固化收縮時,基板104的下表面104c從封裝件10的內底面14c浮起的情況。其結果為,能夠限制固定于封裝件10上的傳感器元件101的移動,從而提高耐沖擊性。
(4)步驟s04
固定ic的工序
圖9為用于示意性地對固定ic的工序進行說明的工序圖。如圖9所示,在傳感器元件101的蓋102的上表面上,使用未圖示的點膠機等涂布裝置來涂布粘合劑40。
接下來,使被涂布在蓋102的上表面上的粘合劑40與ic20緊貼,并向-z軸方向按壓ic20,從而在按壓粘合劑40的同時將ic20固定于蓋102上。
(5)步驟s05
引線接合的工序
圖10為用于示意性地對引線接合的工序進行說明的工序圖。如圖10所示,利用導線12對ic20的接合襯墊21與傳感器元件101的基板104的端子電極103進行電連接。
接下來,利用導線12對ic20的接合襯墊21與封裝件10的襯墊15b進行電連接。
(6)步驟s06
密封的工序
圖11為用于示意性地對密封的工序進行說明的工序圖。如圖11所示,使用縫焊機等將蓋部30焊接于封裝件10的密封圈16上。
通過這樣的方式,能夠獲得加速度傳感器100。
從以上的內容來看,根據本實施方式,能夠獲得以下的效果。
(1)在加速度傳感器100中,由于傳感器元件101的側面124經由粘合劑40而被固定在封裝件10的內側的側壁11上,因此,與對封裝件10的內底面14c和傳感器元件101的下表面進行固定的情況相比,對相對于彎曲的剛性較高的側面進行固定,從而減少由在通過粘合劑40對傳感器元件101和封裝件10進行固定時所產生的熱應力引起的變形被傳遞至傳感器元件101的情況。因此,由于無需將插入基座等緩和應力的材料的空間考慮在內而增厚封裝件10,因此,能夠獲得使封裝件10扁平化且具有良好的溫度特性的電子裝置。
(2)在加速度傳感器100中,由于傳感器元件101通過傳感器元件101的一個側面124而被固定于封裝件10的內側的側壁11上,因此,與通過傳感器元件101的多個側面而被固定的情況相比,能夠限定從封裝件10向傳感器元件101傳遞的應力的范圍,因此,能夠緩和由從封裝件10傳遞至傳感器元件101的熱應力引起的變形,從而減少傳感器元件101的變形。其結果為,能夠獲得具有更加良好的溫度特性的電子裝置。
(3)在加速度傳感器100中,由于傳感器元件101抵接于封裝件10的內底面14c上,因此,除了能夠在被固定于封裝件10的內側的側壁11上的傳感器元件101的側面124中進行熱傳遞之外,還能夠在傳感器元件101與封裝件10接觸的內底面14c中進行熱傳遞。由此,與傳感器元件101未被抵接于封裝件10的內底面14c上的情況相比,能夠迅速地緩和封裝件10與傳感器元件101之間的熱梯度。因此,能夠獲得具有良好的溫度特性的電子裝置。
本發明并不限定于上述的實施方式,能夠對上述的實施方式加以各種變更、改良等。以下,對改變例進行敘述。并且,對于與上述實施方式相同的結構部位,標記相同的編號,并省略重復的說明。
改變例1
圖12為封裝件的內部的俯視圖。如圖12所示,本改變例所涉及的加速度傳感器200的對傳感器元件101進行固定的固定部213的長度a短于傳感器元件101的側面124的長度b。也就是說,傳感器元件101通過傳感器元件101的一個側面124的一部分而被固定在封裝件210的內側的側壁11上。
根據該結構,與如上述實施方式那樣,傳感器元件101被固定于側面的整個區域的情況相比,能夠減少粘合面積。其結果為,由于能夠減少在傳感器元件101與封裝件210之間產生并被傳遞至傳感器元件101的熱應力,因此,能夠獲得具有更加良好的溫度特性的電子裝置。
改變例2
圖13為表示封裝件的內側的側壁的俯視圖。如圖13所示,本改變例所涉及的加速度傳感器300的封裝件310和傳感器元件101既可以在兩處被固定,也可以不限定于兩處而在三處以上被固定。
根據該結構,與上述實施方式相比,能夠進一步減少粘合面積。其結果為,能夠獲得使在傳感器元件101與封裝件310之間產生的熱應力減少從而具有更加良好的溫度特性的電子裝置。
改變例3
在上述實施方式中,對傳感器元件101以及ic20經由以環氧類樹脂為主劑的粘合劑40而被固定的結構進行了說明,但并不被限定于該結構。粘合劑40也可以為無機類粘合劑。例如,作為無機類粘合劑,可列舉出以氮化鋁、氧化鋁、鋯石、二氧化硅、氮化硅、氧化鎂以及以對這些物質進行混合所得到的混合物為主劑的粘合劑。
實施方式2
物理量傳感器的結構
首先,對實施方式2所涉及的物理量傳感器的概要結構進行說明。圖14為實施方式2所涉及的物理量傳感器的概要剖視圖。圖15為實施方式2所涉及的物理量傳感器的俯視圖。圖14相當于沿著圖15的a-a’線的剖視圖。在圖15中,省略了第一基板(封裝件70)的圖示,另外,對蓋部件60進行了透視。
并且,在各圖中,為了便于說明,用箭頭標記圖示了作為相互正交的三個軸的x軸、y軸以及z軸,將該箭頭標記的頂端側設為“+”,將基端側設為“-”。另外,以下,將與x軸平行的方向(第一方向)稱為“x軸方向”,將平行于與x軸正交的y軸的方向(第二方向)稱為“y軸方向”,將平行于與x軸以及y軸正交的z軸的方向(第三方向)稱為“z軸方向”。
如圖14所示,實施方式2所涉及的物理量傳感器400具備作為第一基板的封裝件70、第二基板440、第一傳感器元件410、第二傳感器元件420(參照圖15)、兩個第三傳感器元件430、蓋部件60、粘合劑50。第一傳感器元件410以x軸方向為檢測方向,第二傳感器元件420以y軸方向為檢測方向,第三傳感器元件430以z軸方向為檢測方向。
第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、兩個第三傳感器元件430被配置于第二基板440的主面41上。蓋部件60以覆蓋第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、兩個第三傳感器元件430的方式被接合在第二基板440的主面41上。第二基板440使用粘合劑50而與作為第一基板的封裝件70接合。
封裝件
封裝件70具有對配置有第一傳感器元件410、第二傳感器元件420和第三傳感器元件430的第二基板440與覆蓋這些傳感器元件的蓋部件60進行收納的功能。封裝件70呈凹型的形狀,其底部沿著xy平面而配置。雖然作為該封裝件70的構成材料,并不被特別地限定,但優選為,具有較強的抗外部應力的材料,例如,陶瓷等。
粘合劑
粘合劑50被涂布于封裝件70與第二基板440之間,并具有對封裝件70與第二基板440進行接合,從而對第二基板440進行固定的功能。粘合劑50以在俯視觀察時與端子部80重疊的方式被配置。作為粘合劑50的構成材料,并不被特別地限定,例如具有環氧樹脂等。
蓋部件
蓋部件60具有對第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430進行保護的功能。蓋部件60與第二基板440的主面41接合,在蓋部件60與第二基板440之間形成對第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430進行收納的空間s。
蓋部件60呈板狀,并在與第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430對置的面上設置有凹部。該凹部以容許第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430的可動部分的位移的方式而形成。而且,蓋部件60中的與凹部相比靠外側的下表面的部分與前文所述的第二基板440的主面41接合。
作為蓋部件60與第二基板440的接合方法,例如,能夠使用利用了粘合劑的接合方法、陽極接合方法、直接接合方法等。另外,作為蓋部件60的構成材料,只要能夠發揮如前文所述的功能,則不被特別地限定,能夠優選使用硅材料、玻璃材料等。
第二基板
如圖15所示,第二基板440呈板狀,并具有作為包含x軸方向(第一方向)以及y軸方向(第二方向)的平面的主面41。第二基板440的厚度方向為z軸方向(第三方向)。在圖15中,對第二基板440的主面41上的與蓋部件60接合的區域61標記斜線。
作為第二基板440的構成材料,優選為,使用具有絕緣性的基板材料,具體而言,優選為,使用石英基板、藍寶石基板、玻璃基板,尤其優選為,使用包含堿金屬離子的玻璃材料。由此,在第一傳感器元件410或蓋部件60以硅為主要材料而構成的情況下,能夠使這些部件與第二基板440陽極接合。
在第二基板440的主面41上,配置有第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430,在第二基板440的-x軸方向側,配置有第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420,在第二基板440的+x軸方向側,配置有第三傳感器元件430。另外,關于第一傳感器元件410和第二傳感器元件420的配置,在第二基板的+y軸方向側配置有第二傳感器元件420,在-y軸方向側配置有第一傳感器元件410。
第一傳感器元件410、第二傳感器元件420和兩個第三傳感器元件430被配置于,第二基板440的主面41上的與接合有蓋部件60的區域61相比靠內側。第一傳感器元件410和第二傳感器元件420以沿著y軸方向并排的方式而配置。兩個第三傳感器元件430也以沿著y軸方向并排的方式而配置。
在第二基板440中,在表示作為接合有蓋部件60的區域61的外側的-x軸方向側的部分的一邊部處,沿著y軸方向而配置有用于與外部連接的多個端子部80。多個端子部80經由被設置于第二基板440的主面41上的配線圖案(未圖示)而與第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、兩個第三傳感器元件430電連接。
多個端子部80以在俯視觀察時與涂布有粘合劑50的區域51重疊的方式而配置。兩個第三傳感器元件430被配置于,相對于多個端子部80,與第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比向+x軸方向側離開的位置處。即,兩個第三傳感器元件430被配置于,與第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比從配置有粘合劑50的一邊部離開的區域。
圖16為沿著圖15的a-a’線的剖視圖。圖17為沿著圖15的b-b’線的剖視圖。如圖16以及圖17所示,第二基板440對第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430、蓋部件60進行支承。在該第二基板440的主面41上,設置有多個凹部42。凹部42具有防止第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430的可動部分與第二基板440接觸的功能。
另外,在第二基板440的主面41上,設置有多個從凹部42的底面突出的突起部43。這些突起部43具有對第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、第三傳感器元件430進行支承的功能。第二基板440的凹部42以及突起部43例如能夠使用光刻法以及蝕刻法等而形成。
并且,如圖17所示,本實施方式所涉及的物理量傳感器400具備兩個以z軸方向為檢測方向的第三傳感器元件430。這是為了抑制不為第三傳感器元件430的檢測方向的x軸方向以及y軸方向上的靈敏度,以提高作為本來的檢測方向的z軸方向上的檢測精度。并且,物理量傳感器400所具備的第三傳感器元件430的數量并不被限定于此,也可以為物理量傳感器400具備一個第三傳感器元件430的結構。
以下,依次對本實施方式所涉及的物理量傳感器400所具備的各傳感器元件的結構進行說明。
第一傳感器元件
對第一傳感器元件410的結構進行說明。圖18為第一傳感器元件410的俯視圖。第一傳感器元件410為以x軸方向為檢測方向的傳感器元件。如圖18所示,第一傳感器元件410具有第一固定電極側支承部140、第二固定電極側支承部160、第一可動電極側支承部130、第二可動電極側支承部150、可動質量部170、一對第一彈性部125以及一對第二彈性部126。
第一固定電極側支承部140、第二固定電極側支承部160、第一可動電極側支承部130以及第二可動電極側支承部150被固定于第二基板440的主面41(參照圖15)上。可動質量部170以在俯視觀察時包圍第一固定電極側支承部140和第二固定電極側支承部160的方式而配置。一對第一彈性部125以及一對第二彈性部126對第一可動電極側支承部130以及第二可動電極側支承部150與可動質量部170進行連接。在本實施方式中,第一可動電極側支承部130、第二可動電極側支承部150、可動質量部170、一對第一彈性部125以及一對第二彈性部126被一體地形成,并構成了可動電極部127。
第一固定電極側支承部140以及第二固定電極側支承部160沿著x軸方向延伸,并沿著y軸方向并排配置。第一固定電極側支承部140被配置于第一傳感器元件410的+y軸方向側,另一方面,第二固定電極側支承部160被配置于第一傳感器元件410的-y軸方向側。
第一固定電極側支承部140具有:與第二基板440的突起部43連接的支承部144;從支承部144起沿著+x軸方向以及-x軸方向中的各個方向延伸的第一延伸部141;與第一延伸部141連接的第一固定電極部142。第一固定電極部142由一端被第一延伸部141支承的多個第一固定電極指143構成。多個第一固定電極指143從第一延伸部141起向+y軸方向延伸,并且沿著x軸方向以隔開間隔的方式而并排配置,從而構成了形呈梳齒狀的第一固定電極部142。
同樣,第二固定電極側支承部160具有:與第二基板440的突起部43連接的支承部164;從支承部164起沿著+x軸方向以及-x軸方向中的各個方向延伸的第二延伸部161;與第二延伸部161連接的第二固定電極部162。第二固定電極部162由一端被第二延伸部161支承的多個第二固定電極指163構成。多個第二固定電極指163從第二延伸部161起向-y軸方向延伸,并且沿著x軸方向以隔開間隔的方式而并排配置,從而構成了呈梳齒狀的第二固定電極部162。
另一方面,第一可動電極側支承部130以及第二可動電極側支承部150以沿著y軸方向延伸并沿著x軸方向夾持可動質量部170的方式而配置。第一可動電極側支承部130被配置于第一傳感器元件410的+x軸方向側,另一方面,第二可動電極側支承部150被配置于第一傳感器元件410的-x軸方向側。可動質量部170具有在俯視觀察時呈框狀的框部和與框部連接的第一可動電極部131以及第二可動電極部151。
第一可動電極部131具有與前文所述的第一固定電極部142對置的部分。具體而言,第一可動電極部131由多個第一可動電極指132構成,多個第一可動電極指132被配置為,一端被可動質量部170的框部支承,并且,以相對于前文所述的第一固定電極部142的多個第一固定電極指143而隔開間隔g并嚙合的方式向框部的內側延伸。多個第一可動電極指132從框部起向-y軸方向延伸,并且沿著x軸方向以隔開間隔的方式而并排配置,從而構成了呈梳齒狀的第一可動電極部131。
同樣,第二可動電極部151具有與前文所述的第二固定電極部162對置的部分。具體而言,第二可動電極部151多個第二可動電極指152構成,多個第二可動電極指152被構成為,一端被可動質量部170的框部支承,并且,以相對于前文所述的第二固定電極部162的多個第二固定電極指163而隔開間隔g并嚙合的方式向框部的內側延伸。多個第二可動電極指152從框部起向+y軸方向延伸,并且沿著x軸方向以隔開間隔的方式而并排配置,從而構成了呈梳齒狀的第二可動電極部151。
可動質量部170經由兩個第一彈性部125而被前文所述的第一可動電極側支承部130支承,并且經由一對第二彈性部126而被前文所述的第二可動電極側支承部150支承。
一對第一彈性部125分別以能夠使可動質量部170在x軸方向上位移的方式而對第一可動電極側支承部130和可動質量部170進行連接。同樣,一對第二彈性部126分別以能夠使可動質量部170在x軸方向上位移的方式而對第二可動電極側支承部150和可動質量部170進行連接。更加具體而言,一對第一彈性部125以及一對第二彈性部126由沿著y軸方向延伸的梁構成。
并且,第一彈性部125以及第二彈性部126的形狀只要被設為能夠使可動質量部170在x軸方向上位移,便不被限定于前文所述的形狀,例如,可以由三根以上的梁和對這些梁進行連結的兩個以上的連結部構成。另外,一對第一彈性部125可以呈如下的形狀,既,在從第一可動電極側支承部130的-x軸方向側的端部起以在y軸方向上反復相互接近和分離的方式而蜿蜒的同時向-x軸方向延伸的形狀,一對第二彈性部126可以呈如下的形狀,即,在從第二可動電極側支承部150的+x軸方向側的端部起以在y軸方向上反復相互接近和分離的方式而蜿蜒的同時向+x軸方向延伸的形狀。
作為第一固定電極側支承部140、第二固定電極側支承部160以及可動質量部170的構成材料,分別未被特別地限定,例如,優選為,使用通過摻雜磷、硼等雜質從而被賦予了導電性的硅材料(單結硅、多晶硅等)。
接下來,對第一傳感器元件410的動作進行說明。當第一傳感器元件410受到作為檢測方向的x軸方向的加速度時,伴隨著第一彈性部125以及第二彈性部126的彈性變形,可動質量部170將在x軸方向上位移。于是,第一固定電極部142的第一固定電極指143與第一可動電極部131的第一可動電極指132之間的間隔,以及第二固定電極部162的第二固定電極指163與第二可動電極部151的第二可動電極指152之間的間隔分別發生變化。由于這些部件之間的靜電電容伴隨著該距離的變化而發生變化,因此,能夠根據靜電電容的變化而對第一傳感器元件410所受到的加速度的大小進行檢測。
在本實施方式中,在第一固定電極指143的-x軸方向側配置有第一可動電極指132,在第二固定電極指163的+x軸方向側配置有第二可動電極指152,因此,第一固定電極指143與第一可動電極指132之間的距離以及第二固定電極指163與第二可動電極指152之間的距離在一方的距離變大時,另一方的距離變小。因此,第一固定電極指143與第一可動電極指132之間的靜電電容以及第二固定電極指163與第二可動電極指152之間的靜電電容也是在一方的靜電電容變大時,另一方的靜電電容變小。
因此,對基于第一固定電極部142的第一固定電極指143與第一可動電極部131的第一可動電極指132之間的靜電電容而產生的信號同基于第二固定電極部162的第二固定電極指163與第二可動電極部151的第二可動電極指152之間的靜電電容而產生的信號進行差分運算。由此,能夠在除去伴隨著檢測方向以外的可動質量部170的位移而產生的信號成分從而降低噪聲的同時,輸出與第一傳感器元件410所受到的加速度相對應的信號。
第二傳感器元件
第二傳感器元件420為以y軸方向為檢測方向的傳感器元件。第一傳感器元件410和第二傳感器元件420具有相同的結構,由于當使圖18所示的第一傳感器元件410以z軸為中心旋轉90°時將成為第二傳感器元件420,因此,省略第二傳感器元件420的結構的說明。
第三傳感器元件
圖19為第三傳感器元件的俯視圖。第三傳感器元件430為以z軸方向為檢測方向的傳感器元件。如圖19所示,第三傳感器元件430具有可動體315、第一固定電極部340、第二固定電極部360。第一固定電極部340和第二固定電極部360以在俯視觀察時至少一部份與可動體315重疊的方式而被設置于第二基板440的凹部42的底面上(參照圖17)。
可動體315具有第一可動電極部330、第二可動電極部350、第一彈性部321、第二彈性部322、與第二基板440的突起部43(參照圖17)連接的支承部320。可動體315被形成為平板狀,并在xy平面上且沿著支承軸q的位置處,形成有在厚度方向(z軸方向)上貫穿的開口部370,在開口部370的內側具備第一彈性部321、第二彈性部322、支承部320。
第一彈性部321和第二彈性部322沿著作為沿y軸方向的假想線的支承軸q而被形成。第一彈性部321從支承部320起向+y軸方向延伸,第二彈性部322從支承部320起向-y軸方向延伸。支承部320以被第一彈性部321和第二彈性部322夾持的方式而設置。支承部320沿著支承軸q而以成為線對稱的方式被形成。
支承部320被固定并支承于第二基板440的突起部43上。可動體315與第一固定電極部340以及第二固定電極部360以在z軸方向上具有間隙并對置的方式而設置,由于第一彈性部321和第二彈性部322能夠向以支承軸q為中心軸而進行旋轉的旋轉方向扭轉,因此,可動體315能夠以支承軸q為中心軸而像蹺蹺板那樣進行旋轉。
可動體315具有作為在俯視觀察時相對于支承軸q靠-x軸方向的區域的第一可動電極部330和作為在俯視觀察時相對于支承軸q靠+x軸方向的區域的第二可動電極部350,第一可動電極部330和第二可動電極部350以支承軸q為基準被設置成非對稱。第一固定電極部340以在俯視觀察時與可動體315的第一可動電極部330重疊的方式而被設置于第二基板440的凹部42(參照圖17)上,第二固定電極部360以在俯視觀察時與可動體315的第二可動電極部350重疊的方式而被設置于第二基板440的凹部42上。
接下來,對第三傳感器元件430的動作進行說明。在作為檢測方向的z軸方向的加速度被施加到本實施方式的第三傳感器元件430上的情況下,伴隨著第一彈性部321和第二彈性部322的變形,在可動體315的第一可動電極部330和第二可動電極部350上將產生以支承軸q為中心軸的旋轉力矩,可動體315將對應于旋轉力矩而傾倒。由于第一可動電極部330和第二可動電極部350為非對稱,因此,在產生了旋轉力矩時可動體315傾倒的方向被規定。
當可動體315傾倒時,被設置于凹部42的底面上的第一固定電極部340與第一可動電極部330之間的z軸方向上的距離,以及第二固定電極部360與第二可動電極部350之間的z軸方向上的距離分別發生變化。伴隨著該距離的變化,這些部件之間的靜電電容將發生變化,因此,能夠根據這些部件之間的靜電電容而對第三傳感器元件430所受到的加速度的大小進行檢測。
在本實施方式中,第一固定電極部340與第一可動電極部330之間的距離以及第二固定電極部360與第二可動電極部350之間的距離在一方的距離變大時,另一方的距離變小。因此,第一固定電極部340與第一可動電極部330之間的靜電電容以及第二固定電極部360與第二可動電極部350之間的靜電電容也是在一方的靜電電容變大時,另一方的靜電電容變小。
因此,對基于第一固定電極部340與第一可動電極部330之間的靜電電容而產生的信號同基于第二固定電極部360與第二可動電極部350之間的靜電電容而產生的信號進行差分運算。由此,能夠在去除伴隨著作為檢測方向的z軸方向以外的可動體315的位移而產生的信號成分從而降低噪聲的同時,輸出與第一傳感器元件410所受到的加速度相應的信號。
在此,設想在圖14所示的物理量傳感器400中,粘合劑50被涂布于第二基板440的整個區域(與封裝件70對置的整個面)的情況。在采用這樣的結構的情況下,在例如封裝件70由于被施加外部應力等而發生變形時,第二基板440也會經由粘合劑50而發生變形。另外,當物理量傳感器400的周邊溫度發生變化時,第二基板440會由于第二基板440與粘合劑50的熱膨脹系數差而發生變形。第二基板440例如變形為凸狀或凹狀,即在第二基板440的厚度方向上變形。
當第二基板440變形時,在第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420中,第一固定電極指143與第一可動電極指132之間的距離以及第二固定電極指163與第二可動電極指152之間的距離將發生變化,因此,x軸方向或y軸方向上的加速度的檢測精度下降。
另外,在第三傳感器元件430中,由于第一固定電極部340與第一可動電極部330之間的距離以及第二固定電極部360與第二可動電極部350之間的距離發生變化,因此,z軸方向上的加速度的檢測精度下降。在第三傳感器元件430中,由于第一固定電極部340和第二固定電極部360被形成于第二基板440的凹部42的底面上,因此,與第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比,容易受到第二基板440的變形的影響。
在專利文獻2所涉及的物理量傳感器中,通過在基板上設置埋頭孔,而使在封裝件與基板之間涂布有粘合劑的面積減少,從而抑制由外部應力或熱膨脹系數差引起的基板的變形,由此實現了對由基板的變形引起的檢測精度下降的改善。但是,由于基板的外周(四邊)、兩邊或四個角通過粘合劑而被固定于封裝件上,因此,在基板的對邊彼此之間或對角彼此之間會因外部應力或熱膨脹系數差而產生某種程度的變形。
另外,在專利文獻2所記載的物理量傳感器中,傳感器元件的固定電極部和對可動電極部進行支承的支承部位于,在平面上與涂布有用于將基板固定于封裝件上的粘合劑的區域重疊的位置處。因此,在封裝件由于外部應力而發生了變形的情況,或周邊溫度發生變化從而玻璃基板由于基板與粘合劑之間的熱膨脹系數差而發生了變形的情況下,由于玻璃基板中的固定有固定電極和支承部的部分也發生變形,因此,招致傳感器元件的精度的下降。
與此相對,在本實施方式所涉及的物理量傳感器400中,粘合劑50以在俯視觀察時與多個端子部80重疊的方式而配置。換言之,涂布有粘合劑50的區域51為,在俯視觀察時不與被配置于第二基板440上的第一傳感器元件410、第二傳感器元件420和第三傳感器元件430重疊的區域,并位于第二基板440上從第三傳感器元件430離開的-x軸方向的一邊部處。
因此,在封裝件70由于外部應力而發生了變形的情況下,即使經由粘合劑50而傳遞至第二基板440,封裝件70的變形也不易傳遞至第二基板440中的配置有第一傳感器元件410、第二傳感器元件420和第三傳感器元件430的區域。另外,在通過周邊溫度的變化從而第二基板440因粘合劑50與第二基板440的熱膨脹系數的不同而發生變形的情況下,即使第二基板440中的涂布有粘合劑50的區域51發生變形,配置有第一傳感器元件410、第二傳感器元件420和第三傳感器元件430的區域也不易發生變形。
而且,在第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420中,由于第一固定電極部142的第一固定電極指143以及第二固定電極部162的第二固定電極指163和對可動電極部127進行支承的第一可動電極側支承部130以及第二可動電極側支承部150,在俯視觀察時不與涂布有粘合劑50的區域51重疊,因此,不易受到第二基板440的變形的影響。另外,在第三傳感器元件430中,也由于第一固定電極部340以及第二固定電極部360和對包括第一可動電極部330以及第二可動電極部350在內的可動體315進行支承的支承部320,在俯視觀察時不與涂布有粘合劑50的區域51重疊,因此,不易受到第二基板440的變形的影響。
而且,與第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比易于受到第二基板440的變形的影響的第三傳感器元件430以與第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比,從配置有粘合劑50的區域51離開的方式而配置,因此,第二基板440的變形不易傳遞至兩個第三傳感器元件430。其結果為,在本實施方式所涉及的物理量傳感器400中,能夠更高精度地對物理量進行檢測。
如上所述,根據本實施方式所涉及的物理量傳感器400,能夠獲得以下的效果。
(1)在本實施方式所涉及的物理量傳感器400中,將第二基板440固定于封裝件70上的粘合劑50被配置于第二基板440的外周部的一邊部處。因此,在由外部應力引起的封裝件70的變形經由粘合劑50而被傳遞至第二基板440的情況,或第二基板440因粘合劑50和第二基板440的熱膨脹系數的不同而發生了變形的情況下,第二基板440的變形在外周部的一邊部以外被緩和。而且,粘合劑50以在平面上不與被配置在第二基板440上的第一傳感器元件410、第二傳感器元件420以及第三傳感器元件430重疊的方式而配置。因此,即使第二基板440發生變形,第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420的第一固定電極指143以及第二固定電極指163、第一可動電極側支承部130以及第二可動電極側支承部150、第三傳感器元件430的第一固定電極部340以及第二固定電極部360和支承部320也不易受到變形的影響。因此,能夠提供可相對于外部應力或周邊溫度的變化而更高精度地對物理量進行檢測的物理量傳感器400。
(2)在本實施方式所涉及的物理量傳感器400中,被設置于第二基板440的一邊部處的端子部80以在平面上與粘合劑50重疊的方式而配置。由于端子部80并非為對第一傳感器元件410、第二傳感器元件420以及第三傳感器元件430的測量精度產生影響的部分,因此,即使第二基板440中的與粘合劑50重疊的一邊部發生變形,也幾乎不對第一傳感器元件410、第二傳感器元件420以及第三傳感器元件430的測量精度造成影響。另外,通過端子部80被配置于第二基板440的外周部的一邊部處,從而能夠將第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420的第一固定電極指143以及第二固定電極指163、第一可動電極側支承部130以及第二可動電極側支承部150、第三傳感器元件430的第一固定電極部340以及第二固定電極部360和支承部320配置于從涂布有粘合劑50的區域51進一步離開的位置處。由此,能夠提高物理量傳感器400的精度。
(3)本實施方式所涉及的物理量傳感器400具有對相互不同的三個方向進行檢測的第一傳感器元件410、第二傳感器元件420以及第三傳感器元件430,對與第二基板440的主面41交叉的z軸方向進行檢測的第三傳感器元件430被配置于,與以平行于第二基板440的主面41的x軸方向為檢測方向的第一傳感器元件410以及以y軸方向為檢測方向的第二傳感器元件420相比從第二基板440的一邊部離開的區域。第三傳感器元件430將與固定有第一固定電極部340以及第二固定電極部360的第二基板440的主面41(凹部42)交叉的z軸方向,即第二基板440的厚度方向作為檢測方向。在由外部應力引起的封裝件70的變形經由粘合劑50而被傳遞至第二基板440的情況,或第二基板440因粘合劑50和第二基板440的熱膨脹系數的不同而發生變形的情況下,第二基板440在其厚度方向上發生變形。因此,以第二基板440的厚度方向為檢測方向的第三傳感器元件430與以平行于第二基板440的主面41的方向為檢測方向的第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比,容易因第二基板440的變形而招致傳感器的精度下降。因此,通過使第三傳感器元件430與第一傳感器元件410以及第二傳感器元件420相比從配置有粘合劑50的第二基板440的一邊部離開,從而可抑制由第二基板440的變形引起的第三傳感器元件430的精度下降。其結果為,能夠提高物理量傳感器400的精度。
實施方式3
接下來,對實施方式3所涉及的物理量傳感器500進行說明。圖20為實施方式3所涉及的物理量傳感器的俯視圖。實施方式3所涉及的物理量傳感器500相對于實施方式2的結構,在粘合劑50不在y軸方向上連續而以被分割為至少兩處以上的方式被涂布這一點上不同。關于除此以外的結構,與實施方式2相同。并且,關于與實施方式2相同的結構部位,使用相同的符號,并省略重復的說明。
如圖20所示,實施方式3所涉及的物理量傳感器500與實施方式2所涉及的物理量傳感器400相同,具備第一傳感器元件410、第二傳感器元件420、兩個第三傳感器元件430、第二基板440、蓋部件60(參照圖14)、封裝件70(參照圖14)、粘合劑50(參照圖14)。
在實施方式3所涉及的物理量傳感器500中,雖然在第二基板440中,粘合劑50被涂布于與實施方式2所涉及的物理量傳感器400相同的一邊部處,但涂布有粘合劑50的區域52被分隔為至少兩處以上。因此,在實施方式3所涉及的物理量傳感器500中,涂布有粘合劑50的區域52的總面積小于實施方式2中涂布有粘合劑50的區域51的面積。
因此,在封裝件70由于外部應力而發生了變形的情況下,由于封裝件70的變形經由粘合劑50而向第二基板440被傳遞的面積變小,并且通過粘合劑50被分隔而使變形的傳遞被緩和,因此,與實施方式2相比,能夠抑制第二基板440的變形。另外,即使在由于周邊溫度的變化從而第二基板440因粘合劑50和第二基板440的熱膨脹系數的不同而發生變形的情況下,也由于粘合劑50的涂布面積較小且被分割,因此,與實施方式2相比,能夠抑制第二基板440的變形。
根據實施方式3所涉及的物理量傳感器500的結構,能夠獲得與實施方式2相同的效果。而且,由于與實施方式2相比,粘合劑50的涂布面積變小,因此,在由外部應力引起的封裝件70的變形經由粘合劑50而被傳遞至第二基板440傳遞的情況,或第二基板440因粘合劑50與第二基板440的熱膨脹系數的不同而發生了變形的情況下,第二基板440的變形不易被傳遞至第一傳感器元件410、第二傳感器元件420以及第三傳感器元件430。因此,能夠提供可相對于外部應力或周邊溫度的變化而進一步高精度地對物理量進行檢測的物理量傳感器500。
實施方式4
電子設備
接下來,參照圖21、圖22以及圖23,對實施方式4所涉及的電子設備進行說明。在實施方式4所涉及的電子設備中具備上述實施方式的加速度傳感器100、200、300和物理量傳感器400、500中的任意一個。并且,在以下的說明中,例示了應用加速度傳感器100的結構。
圖21表示作為實施方式4所涉及的電子設備的一個示例的便攜式(或筆記本式)的個人計算機的結構的概要。如圖21所示,個人計算機1100具備主體部1104和顯示單元1106,主體部1104具備鍵盤1102,顯示單元1106具備顯示部1108。顯示單元1106經由鉸鏈結構部而以能夠相對于主體部1104進行轉動的方式被支承。在個人計算機1100中內置有上述實施方式的加速度傳感器100。
圖22表示作為實施方式4所涉及的電子設備的一個示例的移動電話(也包括phs:personalhandy-phonesystem,個人手持式電話系統)的結構的概要。如圖22所示,移動電話1200具備多個操作按鈕1202、聽筒1204以及話筒1206,在操作按鈕1202和聽筒1204之間,配置有顯示部1208。在移動電話1200中內置有上述實施方式的加速度傳感器100。
圖23表示作為實施方式4所涉及的電子設備的一個示例的數碼照相機的結構的概要。并且,在該圖中,還簡易地圖示了與外部設備之間的連接。在此,通常的照相機通過被攝物體的光學圖像而使銀鹽感光膠片感光,與此相對,數碼照相機1300則通過ccd(chargecoupleddevice,電荷耦合元件)等攝像元件而對被攝物體的光學圖像進行光電轉換,從而生成攝像信號(圖像信號)。
如圖23所示,在數碼照相機1300的殼體(主體)1302的背面設有顯示部1310,并成為基于由ccd形成的攝像信號來進行顯示的結構。顯示部1310作為將被攝物體顯示為電子圖像的取景器而發揮功能。另外,在殼體1302的正面側(圖中背面側),設置有包括光學透鏡(攝像光學系統)或ccd等在內的受光單元1304。
在拍攝者確認被顯示在顯示部1310上的被攝物體圖像,并按下快門按鈕1306時,該時間點的ccd的攝像信號將被傳送并存儲至存儲器1308中。另外,在該數碼照相機1300中,在殼體1302的側面上設置有影像信號輸出端子1312和數據通信用的輸入輸出端子1314。
根據需要,在影像信號輸出端子1312上連接影像監視器1330,在數據通信用的輸入輸出端子1314上連接個人計算機1340。而且,成為如下的結構,即,通過預定的操作,從而使被存儲于存儲器1308中的攝像信號向影像監視器1330或個人計算機1340輸出。在數碼照相機1300中內置有上述實施方式的加速度傳感器100。
并且,上述實施方式的加速度傳感器100、200、300和物理量傳感器400、500除了應用于實施方式4所涉及的個人計算機1100、移動電話1200、數碼照相機1300中之外,還能夠應用于如下電子設備中,例如,噴墨式噴出裝置(例如噴墨打印機)、膝上型個人計算機、電視機、攝像機、錄像機、汽車導航裝置、尋呼機、電子記事本(也包括附帶通信功能的產品)、電子辭典、電子計算器、電子游戲設備、文字處理器、工作站、可視電話、防盜用視頻監視器、電子雙筒望遠鏡、pos(pointofsale,銷售點)終端、醫療設備(例如電子體溫計、血壓計、血糖計、心電圖測量裝置、超聲波診斷裝置、電子內窺鏡)、魚群探測器、各種測量設備、計量儀器類(例如,車輛、飛機、船舶的計量儀器類)、飛行模擬器等。
實施方式5
移動體
接下來,參照圖24,對實施方式5所涉及的移動體進行說明。在實施方式5所涉及的移動體中具備上述實施方式的加速度傳感器100、200、300和物理量傳感器400、500中的任意一個。并且,在以下的說明中,例示了應用加速度傳感器100的結構。圖24為示意性地表示實施方式5所涉及的移動體的立體圖。
圖24表示作為實施方式5所涉及的移動體的一個示例的汽車的結構的概要。如圖24所示,汽車1400具備車身1402和輪胎1406,對輪胎1406等進行控制的電子控制單元1404被搭載于車身1402上。在電子控制單元1404中內置有上述實施方式的加速度傳感器100。
并且,除此之外,上述實施方式的加速度傳感器100、200、300和物理量傳感器400、500還能夠應用于無鑰匙進入系統、防盜鎖止系統、汽車導航系統、汽車空調、防抱死制動系統(abs)、安全氣囊、輪胎壓力監控系統(tpms:tirepressuremonitoringsystem)、發動機控制、混合動力汽車或電動汽車的電池監控器、車身姿態控制系統等的電子控制單元(ecu:electroniccontrolunit)中。
上述的實施方式只不過是表示本發明的一個方式的實施方式,在本發明的范圍內能夠任意地進行改變以及應用。作為改變例,例如,考慮了如下的實施方式。
上述的實施方式1所涉及的加速度傳感器100并不限定于上述汽車1400,還能夠理想地用作包括自推進式機器人、自推進式輸送設備、火車、船舶、飛機、人造衛星等在內的移動體的姿態檢測傳感器等,在任意一種情況下,均能夠提供可反映在上述實施方式中所說明的效果,并發揮優異的性能的移動體。
另外,加速度傳感器100并不限定于如上所述的物理量傳感器所使用的加速度傳感器,例如,也可以為具備梳齒狀的mems振動片的振子。
另外,雖然實施方式2所涉及的物理量傳感器400以及實施方式3所涉及的物理量傳感器500為具有第一傳感器元件410、第二傳感器元件420以及兩個第三傳感器元件430這四個傳感器元件的復合傳感器,但本發明并不限定于這樣的方式。例如,既可以為作為傳感器元件而具有上述的四個傳感器元件中的三個以下的傳感器元件的復合傳感器,也可以為具有四個傳感器元件中的任意一個的物理量傳感器。即使是這樣的結構,只要粘合劑50以在平面上至少不與傳感器元件的固定電極部和對可動電極部進行支承的支承部重疊的方式而配置,便能夠獲得與上述實施方式相同的效果。
符號說明
10…封裝件、11…側壁、12…導線、13…固定部、14…底板、14b…下表面、14c…內底面、15…側壁、15a…凹部、15b…襯墊、16…密封圈、17…凹部、18…內部空間、19…外部端子電極、20…ic、21…接合襯墊、30…蓋部、40…粘合劑、100…加速度傳感器、101…傳感器元件、102…蓋、103…端子電極、104…基板、104a…上表面、104b…凹部、104c…下表面、105…可動部、106…第一固定電極指、107…第二固定電極指、108…半導體基板、109…端子部、110…第一槽部、111…第二槽部、112…第三槽部、114…第一配線、115…第二配線、116…第三配線、117…錨固部、118…第一端子電極、119…第二端子電極、120…第三端子電極、121…臂部、122…可動電極指、123…可撓部、124…側面、200…加速度傳感器、210…封裝件、213…固定部、300…加速度傳感器、310…封裝件。