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JP2008008673A - Acceleration sensor - Google Patents

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JP2008008673A
JP2008008673A JP2006177060A JP2006177060A JP2008008673A JP 2008008673 A JP2008008673 A JP 2008008673A JP 2006177060 A JP2006177060 A JP 2006177060A JP 2006177060 A JP2006177060 A JP 2006177060A JP 2008008673 A JP2008008673 A JP 2008008673A
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substrate
sensor
magnetic coupling
acceleration
sensor substrate
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Withdrawn
Application number
JP2006177060A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisatoku Shiroishi
久徳 城石
Kazushi Kataoka
万士 片岡
Takashi Saijo
隆司 西條
Takashi Okuto
崇史 奥戸
Masanao Kamakura
將有 鎌倉
Toru Baba
徹 馬場
Takumi Taura
巧 田浦
Akira Tomoida
亮 友井田
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor capable of easily recognizing operation in each of a plurality of directions where the acceleration can be detected. <P>SOLUTION: The acceleration sensor comprises a sensor substrate 1 that has gauge resistors Rx1-Rx4, Ry1-Ry4 and Rz1-Rz4 disposed in a movable section formed of a weight section 12 and four bending sections 13 and can detect accelerations in three directions, a first cover substrate 2 joined to one surface side of the sensor substrate 1, and a second cover substrate 3 joined to the other surface side of the sensor substrate 1. A package is constituted by the cover substrates 2 and 3 and a frame section 11 of the sensor substrate 1. The acceleration sensor has, as a driving means for operation recognition for forcibly moving the movable section with an electromagnetic force, a plurality of pairs of excitation sections 26 formed of coils and disposed on the first cover substrate 2 and magnetic coupling sections 15 that are disposed in the weight section 12 and can magnetically couple to the excitation sections 26, and can generate the electromagnetic force for operation recognition independently every pair of excitation section 26 and magnetic coupling section 15. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、自動車や携帯電話などに用いられ加速度を検出する加速度センサに関するものである。   The present invention relates to an acceleration sensor for detecting acceleration used in, for example, automobiles and mobile phones.

従来から、加速度センサとして、加速度が作用したときのピエゾ抵抗からなるゲージ抵抗のひずみによる抵抗値の変化により加速度を検出するピエゾ抵抗形の加速度センサが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an acceleration sensor, a piezoresistive acceleration sensor that detects acceleration based on a change in resistance value due to strain of a gauge resistor formed by piezoresistance when acceleration is applied is known.

ここで、ピエゾ抵抗形の加速度センサとしては、半導体基板を用いて形成され矩形枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が一方向へ延長された撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持されたセンサ基板と、当該センサ基板の厚み方向の両側それぞれに接合された2つのガラス製のカバーとを備えたもの(例えば、特許文献1参照)や、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が四方へ延長された4つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され、複数方向(例えば、互いに直交する3方向であって、それぞれ、x軸方向、y軸方向、z軸方向と呼んでいる)の加速度を各別に検出可能なセンサ基板と、当該センサ基板を収納したパッケージとを備えたもの(例えば、特許文献2参照)などが提案されている。また、複数方向それぞれの加速度を各別に検出可能なセンサ基板(加速度センサエレメント)としては、上記特許文献2に記載のものに比べてセンサ基板のサイズを大きくすることなく重り部の質量を重くできて感度を高めることができるものも提案されている(例えば、特許文献3参照)。なお、上述のピエゾ抵抗形の加速度センサでは、重り部と撓み部とで可動部を構成している。また、上記特許文献2,3に開示された加速度センサにおけるセンサ基板では、各軸方向の加速度を検出する3つのブリッジ回路それぞれが、可動部の適宜位置に配置された4つのゲージ抵抗を配線により接続することによって構成されている。   Here, as a piezoresistive acceleration sensor, a weight portion disposed inside a rectangular frame-shaped frame portion formed using a semiconductor substrate swings to the frame portion via a bending portion extended in one direction. A sensor substrate that is freely supported and two glass covers that are joined to both sides in the thickness direction of the sensor substrate (see, for example, Patent Document 1), or the inside of a frame-shaped frame portion The weight portion disposed on the frame portion is swingably supported by the frame portion via four flexure portions extending in all directions, and is provided in a plurality of directions (for example, three directions orthogonal to each other in the x-axis direction, y-direction, respectively). A sensor board (refer to, for example, Patent Document 2) that includes a sensor board capable of separately detecting acceleration in the axial direction and the z-axis direction and a package that houses the sensor board has been proposed. Further, as a sensor substrate (acceleration sensor element) capable of separately detecting accelerations in a plurality of directions, the weight of the weight portion can be increased without increasing the size of the sensor substrate as compared with the one described in Patent Document 2. Some have been proposed that can increase sensitivity (see, for example, Patent Document 3). In the piezoresistive acceleration sensor described above, the weight portion and the bending portion constitute a movable portion. Moreover, in the sensor substrate in the acceleration sensor disclosed in Patent Documents 2 and 3, each of the three bridge circuits that detect acceleration in each axial direction has four gauge resistors arranged at appropriate positions of the movable portion by wiring. It is configured by connecting.

また、上記特許文献1に開示された加速度センサは、重り部を静電気力により強制的に動かすための固定電極をカバーに設け、固定電極と重り部との間に電圧を印加して静電気力により重り部を動かして感度などのセンサ特性が適正であるか否かなどの自己診断を行えるように構成されている。
特開平3−134552号公報 特開2006−133123号公報 特開2002−296293号公報
In addition, the acceleration sensor disclosed in Patent Document 1 is provided with a fixed electrode for forcibly moving the weight portion by electrostatic force on the cover, and a voltage is applied between the fixed electrode and the weight portion by electrostatic force. It is configured to perform self-diagnosis such as whether or not the sensor characteristics such as sensitivity are appropriate by moving the weight part.
JP-A-3-134552 JP 2006-133123 A JP 2002-296293 A

ところで、上記特許文献2に開示された加速度センサのように複数方向の加速度を各別に検出可能な多軸加速度センサでは、対象機器に組み込んだ後の出荷前の動作確認を行うにあたって、対象機器全体に加速度を作用させて動作確認を行っているのが現状であり、動作確認の検査に非常に手間がかかっている。   By the way, in a multi-axis acceleration sensor that can detect accelerations in a plurality of directions, such as the acceleration sensor disclosed in Patent Document 2, the entire target device is used for checking the operation before shipment after being incorporated in the target device. The current situation is that the operation is confirmed by applying an acceleration to the operation, and it takes a lot of time to check the operation.

そこで、上記特許文献2に開示された多軸加速度センサに対して、上記特許文献1に記載の加速度センサと同様の自己診断機能を付加するために、パッケージにおける重り部との対向部位に固定電極を設けることが考えられるが、センサ基板の厚み方向(z軸方向)についてのみしか動作確認を行うことができず、他の方向(x軸方向、y軸方向)についての動作確認を行うことができない。   Therefore, in order to add a self-diagnosis function similar to that of the acceleration sensor described in Patent Document 1 to the multi-axis acceleration sensor disclosed in Patent Document 2, a fixed electrode is provided at a portion facing the weight portion in the package. However, the operation can be confirmed only in the thickness direction (z-axis direction) of the sensor substrate, and the operation can be confirmed in other directions (x-axis direction, y-axis direction). Can not.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、加速度を検出可能な複数方向それぞれについて容易に動作確認を行うことが可能な加速度センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide an acceleration sensor capable of easily confirming an operation in each of a plurality of directions in which acceleration can be detected.

請求項1の発明は、半導体基板を用いて形成され加速度の作用により可動部に生じる応力を検出する複数のゲージ抵抗が可動部に設けられ複数方向の加速度をそれぞれ検出可能なセンサ基板と、センサ基板の厚み方向への可動部の変位空間を有するパッケージとを備えた加速度センサであって、可動部を電磁力により強制的に動かす動作確認用の駆動手段を備え、当該駆動手段は、センサ基板の一表面側において可動部とパッケージとの互いの対向面の一方に設けられたコイルからなる励磁部と他方に設けられ励磁部に磁気結合可能な磁気結合部との対を複数有し、励磁部と磁気結合部との対ごとに動作確認用の電磁力を発生可能としてあることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor substrate formed of a semiconductor substrate and provided with a plurality of gauge resistors for detecting stress generated in the movable portion by the action of acceleration and capable of detecting accelerations in a plurality of directions, respectively, and a sensor An acceleration sensor comprising a package having a displacement space of a movable part in the thickness direction of the substrate, comprising an operation confirmation drive means for forcibly moving the movable part by electromagnetic force, the drive means comprising a sensor substrate A plurality of pairs of excitation parts consisting of coils provided on one of the opposing surfaces of the movable part and the package on one surface side and a magnetic coupling part provided on the other side that can be magnetically coupled to the excitation part. An electromagnetic force for confirming the operation can be generated for each pair of the magnetic part and the magnetic coupling part.

この発明によれば、複数のゲージ抵抗が可動部に設けられ複数方向の加速度をそれぞれ検出可能なセンサ基板における可動部を電磁力により強制的に動かす動作確認用の駆動手段が、センサ基板の一表面側において可動部とパッケージとの互いの対向面の一方に設けられたコイルからなる励磁部と他方に設けられ励磁部に磁気結合可能な磁気結合部との対を複数有し、励磁部と磁気結合部との対ごとに動作確認用の電磁力を発生可能としてあるので、動作確認用の電磁力を発生させる励磁部と磁気結合部との対を適宜選択することにより、可動部の変形状態を変えることが可能となり、加速度を検出可能な複数方向それぞれについて容易に動作確認を行うことが可能になる。   According to the present invention, the driving means for confirming the operation for forcibly moving the movable part by the electromagnetic force in the sensor board capable of detecting accelerations in a plurality of directions provided with a plurality of gauge resistors on the movable part is provided on the sensor board. There are a plurality of pairs of an excitation part composed of a coil provided on one of the opposing surfaces of the movable part and the package on the surface side and a magnetic coupling part provided on the other side and magnetically coupled to the excitation part, Since it is possible to generate an electromagnetic force for operation confirmation for each pair with the magnetic coupling unit, the deformation of the movable unit can be performed by appropriately selecting the pair of the excitation unit and the magnetic coupling unit that generates the electromagnetic force for operation confirmation. It becomes possible to change the state, and it is possible to easily check the operation in each of a plurality of directions in which acceleration can be detected.

請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記センサ基板は、重り部を囲むフレーム部を有し重り部が十字状に配置された4つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持されてなり、前記可動部が、重り部と各撓み部とで構成され、互いに直交する3方向それぞれの加速度を検出可能とするように前記ゲージ抵抗が配置されてなり、重り部が、各撓み部の一端部が連結されたコア部と、コア部と一体に形成され平面視においてコア部とフレーム部とフレーム部の周方向において隣り合う各一対の撓み部の間の空間にそれぞれ配置された4つの付随部とを有し、各付随部それぞれに前記励磁部と前記磁気結合部とのいずれか一方が設けられてなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the sensor substrate is swingable to the frame portion through four flexure portions having a frame portion surrounding the weight portion and the weight portions arranged in a cross shape. The movable part is composed of a weight part and each bending part, and the gauge resistance is arranged so that acceleration in each of three directions orthogonal to each other can be detected. A core portion to which one end portion of each bending portion is connected, and a space formed between each pair of bending portions formed integrally with the core portion and adjacent to each other in the circumferential direction of the core portion, the frame portion, and the frame portion in plan view. The four accompanying parts are provided, and each of the accompanying parts is provided with either one of the excitation part and the magnetic coupling part.

この発明によれば、加速度を検出可能な3方向それぞれについて容易に動作確認を行うことが可能になる。   According to the present invention, it is possible to easily check the operation in each of the three directions in which acceleration can be detected.

請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記パッケージは、前記センサ基板の前記一表面側に接合された第1のカバー基板と、前記センサ基板の前記他表面側に接合された第2のカバー基板と、前記センサ基板の前記フレーム部とで構成されてなり、第1のカバー基板が半導体基板を用いて形成され、第1のカバー基板に前記駆動手段への通電用の貫通孔配線が形成されてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the package includes a first cover substrate bonded to the one surface side of the sensor substrate and a first cover substrate bonded to the other surface side of the sensor substrate. And the frame portion of the sensor substrate, the first cover substrate is formed using a semiconductor substrate, and a through-hole for energizing the driving means is formed in the first cover substrate. A wiring is formed.

この発明によれば、マイクロマシニング技術を利用することで前記励磁部と前記磁気結合部との間隔を精度良く制御することができ、前記駆動手段により前記可動部を強制的に動かす際の前記重り部の変位量のばらつきを小さくすることができる。   According to the present invention, the distance between the excitation unit and the magnetic coupling unit can be accurately controlled by using micromachining technology, and the weight when the movable unit is forcibly moved by the driving unit. The variation in the amount of displacement of the part can be reduced.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、前記センサ基板と前記パッケージとの少なくとも一方に、前記励磁部と前記磁気結合部との接触を防止するストッパが設けられてなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, at least one of the sensor substrate and the package is provided with a stopper for preventing contact between the exciting portion and the magnetic coupling portion. It is characterized by that.

この発明によれば、前記重り部を強制的に動かした際に前記励磁部と前記磁気結合部とが付着するスティッキング現象の発生を防止することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of a sticking phenomenon in which the excitation portion and the magnetic coupling portion adhere when the weight portion is forcibly moved.

請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記磁気結合部は、磁性体膜からなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the magnetic coupling portion is made of a magnetic film.

この発明によれば、前記励磁部へ流す電流の向きに応じて前記励磁部と前記磁気結合部との間に吸引力や反発力を発生させることが可能となるので、より高精度な動作確認が可能となる。   According to the present invention, it is possible to generate an attractive force or a repulsive force between the excitation unit and the magnetic coupling unit according to the direction of the current flowing to the excitation unit, so that a more accurate operation check can be performed. Is possible.

請求項6の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記磁気結合部は、コイルからなることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the magnetic coupling portion comprises a coil.

この発明によれば、前記励磁部と前記磁気結合部とで同じ材料を採用することができるので、請求項5の発明のように前記磁気結合部を磁性体膜により構成する場合に比べて、低コスト化を図れる。   According to this invention, since the same material can be adopted for the excitation part and the magnetic coupling part, as compared with the case where the magnetic coupling part is constituted by a magnetic film as in the invention of claim 5, Cost reduction can be achieved.

請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6の発明において、前記センサ基板は、前記電磁力を発生させる前記励磁部と前記磁気結合部との対を選択する制御回路が集積化されてなることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects of the present invention, the sensor substrate is integrated with a control circuit that selects a pair of the excitation unit and the magnetic coupling unit that generates the electromagnetic force. It is characterized by becoming.

この発明によれば、動作確認を行うにあたっては制御回路によって前記電磁力を発生させる前記励磁部と前記磁気結合部との対が選択されるので、動作確認を容易に行うことが可能となる。   According to the present invention, since the pair of the excitation unit and the magnetic coupling unit that generates the electromagnetic force is selected by the control circuit when performing the operation check, the operation check can be easily performed.

請求項1の発明では、加速度を検出可能な複数方向それぞれについて容易に動作確認を行うことが可能になるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to easily confirm the operation in each of a plurality of directions in which acceleration can be detected.

(実施形態1)
以下、本実施形態の加速度センサについて図1〜図5を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the acceleration sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態の加速度センサは、ピエゾ抵抗からなるゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が形成されたセンサ基板(加速度センサ本体)1と、センサ基板1の一表面側(図1(b)の上面側)に接合された第1のカバー基板2と、センサ基板1の他表面側(図1(b)の下面側)に接合された第2のカバー基板3とを備えている。ここにおいて、センサ基板1および各カバー基板2,3の外周形状は矩形状であり、各カバー基板2,3はセンサ基板1と同じ外形寸法に形成されている。   The acceleration sensor of this embodiment includes a sensor substrate (acceleration sensor main body) 1 on which gauge resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 made of piezoresistors are formed, and one surface side of the sensor substrate 1 (FIG. 1 ( a first cover substrate 2 bonded to the upper surface side of b) and a second cover substrate 3 bonded to the other surface side of the sensor substrate 1 (lower surface side of FIG. 1B). . Here, the outer peripheral shape of the sensor substrate 1 and each cover substrate 2, 3 is rectangular, and each cover substrate 2, 3 is formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate 1.

上述のセンサ基板1は、シリコン基板からなる支持基板10a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)10b上にn形のシリコン層(活性層)10cを有するSOIウェハを加工することにより形成してあり、第1のカバー基板2は第1のシリコンウェハを加工することにより形成し、第2のカバー基板3は第2のシリコンウェハを加工することにより形成してある。ここで、本実施形態では、SOIウェハにおける支持基板10aの厚さを300μm〜500μm程度、絶縁層10bの厚さを0.3μm〜1.5μm程度、シリコン層10cの厚さを4μm〜10μm程度とし、また、第1のシリコンウェハの厚さを200μm〜300μm程度、第2のシリコンウェハの厚さを100〜300μm程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、SOIウェハの主表面であるシリコン層10cの表面は(100)面としてある。なお、本実施形態では、上述のSOIウェハがセンサ基板1の基礎となる半導体基板を構成し、第1のシリコンウェハが第1のカバー基板2の基礎となる半導体基板を構成し、第2のシリコンウェハが第2のカバー基板3の基礎となる半導体基板を構成している。   The sensor substrate 1 described above processes an SOI wafer having an n-type silicon layer (active layer) 10c on an insulating layer (buried oxide film) 10b made of a silicon oxide film on a support substrate 10a made of a silicon substrate. The first cover substrate 2 is formed by processing the first silicon wafer, and the second cover substrate 3 is formed by processing the second silicon wafer. Here, in the present embodiment, the thickness of the support substrate 10a in the SOI wafer is about 300 μm to 500 μm, the thickness of the insulating layer 10b is about 0.3 μm to 1.5 μm, and the thickness of the silicon layer 10c is about 4 μm to 10 μm. In addition, although the thickness of the first silicon wafer is about 200 μm to 300 μm and the thickness of the second silicon wafer is about 100 to 300 μm, these numerical values are not particularly limited. The surface of the silicon layer 10c, which is the main surface of the SOI wafer, is a (100) plane. In the present embodiment, the above-described SOI wafer constitutes the semiconductor substrate serving as the basis of the sensor substrate 1, the first silicon wafer constitutes the semiconductor substrate serving as the basis of the first cover substrate 2, and the second The silicon wafer constitutes a semiconductor substrate that is the basis of the second cover substrate 3.

センサ基板1は、図3に示すように、枠状(本実施形態では、矩形枠状)のフレーム部11を備え、フレーム部11の内側に配置される重り部12が一表面側(図1(b)および図3(b)の上面側)において可撓性を有する4つの短冊状の撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板1は、枠状のフレーム部11の内側に配置される重り部12が重り部12から四方へ延長された4つの撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部11は、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部13は、上述のSOIウェハにおけるシリコン層10cを利用して形成してあり、フレーム部11よりも十分に薄肉となっている。   As shown in FIG. 3, the sensor substrate 1 includes a frame portion 11 (a rectangular frame shape in the present embodiment), and a weight portion 12 arranged inside the frame portion 11 is on one surface side (FIG. 1). In (b) and the upper surface side of FIG. 3B), the frame portion 11 is supported so as to be swingable via four flexible strip-like bent portions 13 having flexibility. In other words, the sensor substrate 1 is swingably supported by the frame portion 11 via the four flexure portions 13 in which the weight portion 12 disposed inside the frame-shaped frame portion 11 extends from the weight portion 12 in four directions. Has been. Here, the frame portion 11 is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, insulating layer 10b, and silicon layer 10c. On the other hand, the bending part 13 is formed using the silicon layer 10c in the above-described SOI wafer, and is sufficiently thinner than the frame part 11.

重り部12は、上述の4つの撓み部13を介してフレーム部11に支持された直方体状のコア部12aと、センサ基板1の上記一表面側から見てコア部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付随部12bとを有している。言い換えれば、重り部12は、フレーム部11の内側面に一端部が連結された各撓み部13の他端部が外側面に連結されたコア部12aと、コア部12aと一体に形成されコア部12aとフレーム部11との間の空間に配置される4つの付随部12bとを有している。つまり、各付随部12bは、センサ基板1の上記一表面側から見た平面視において、フレーム部11とコア部12aと互いに直交する方向に延長された2つの撓み部13,13とで囲まれる空間に配置されており、各付随部12bそれぞれとフレーム部11との間にはスリット14が形成され、撓み部13を挟んで隣り合う付随部12b間の間隔が撓み部13の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部12aは、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成し、各付随部12bは、SOIウェハの支持基板10aを利用して形成してある。しかして、センサ基板1の上記一表面側において各付随部12bの表面は、コア部12aの表面を含む平面からセンサ基板1の上記他表面側(図1(b)および図3(b)の下面側)へ離間して位置している。なお、センサ基板1の上述のフレーム部11、重り部12、各撓み部13は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。   The weight part 12 is continuously integrated with each of the rectangular parallelepiped core part 12a supported by the frame part 11 via the four flexure parts 13 and the four corners of the core part 12a when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. And four accompanying portions 12b having a rectangular parallelepiped shape connected to each other. In other words, the weight portion 12 is formed integrally with the core portion 12a and the core portion 12a in which the other end portion of each bending portion 13 whose one end portion is connected to the inner side surface of the frame portion 11 is connected to the outer surface. It has four accompanying parts 12b arranged in the space between the part 12a and the frame part 11. In other words, each associated portion 12b is surrounded by the frame portion 11 and the core portion 12a and the two bent portions 13 and 13 extending in a direction orthogonal to each other in a plan view as viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. The slits 14 are formed between each of the accompanying portions 12 b and the frame portion 11, and the interval between the adjacent accompanying portions 12 b across the bending portion 13 is larger than the width dimension of the bending portion 13. It is getting longer. Here, the core portion 12a is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c, and each accompanying portion 12b is formed using the SOI wafer support substrate 10a. It is. Thus, the surface of each associated portion 12b on the one surface side of the sensor substrate 1 is from the plane including the surface of the core portion 12a to the other surface side of the sensor substrate 1 (FIGS. 1B and 3B). (Lower surface side). Note that the above-described frame portion 11, weight portion 12, and each bending portion 13 of the sensor substrate 1 may be formed using a lithography technique and an etching technique.

ところで、図3(a),(b)それぞれの右下に示したように、センサ基板1の上記一表面に平行な面内でフレーム部11の一辺に沿った一方向をx軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をy軸の正方向、センサ基板1の厚み方向の一方向をz軸の正方向と規定すれば、重り部12は、x軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13と、y軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13とを介してフレーム部11に支持されていることになる。なお、上述のx軸、y軸、z軸の3軸により規定した直交座標では、センサ基板1において上述のシリコン層10cにより形成された部分の表面における重り部12の中心位置を原点としている。   By the way, as shown in the lower right of each of FIGS. 3A and 3B, one direction along one side of the frame portion 11 in the plane parallel to the one surface of the sensor substrate 1 is the positive direction of the x axis. If one direction along the side orthogonal to the one side is defined as the positive direction of the y-axis and one direction of the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as the positive direction of the z-axis, the weight portion 12 is extended in the x-axis direction. The pair of flexible portions 13 and 13 sandwiching the core portion 12a and the pair of flexible portions 13 and 13 extending in the y-axis direction and sandwiching the core portion 12a are supported by the frame portion 11. Will be. In the orthogonal coordinates defined by the three axes of the above-described x axis, y axis, and z axis, the center position of the weight portion 12 on the surface of the portion of the sensor substrate 1 formed by the silicon layer 10c is the origin.

重り部12のコア部12aからx軸の正方向に延長された撓み部13(図3(a)の右側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Rx2,Rx4が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz2が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからx軸の負方向に延長された撓み部13(図3(a)の左側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Rx1,Rx3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz3が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのゲージ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、x軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図4における左側のブリッジ回路Bxを構成するように図示しない配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4は、x軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   The bending portion 13 (the bending portion 13 on the right side of FIG. 3A) extending from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the x axis is a pair of gauge resistances Rx2 and Rx4 in the vicinity of the core portion 12a. And one gauge resistor Rz2 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the bending portion 13 on the left side of FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the x-axis is a pair of gauge resistances Rx1 in the vicinity of the core portion 12a. , Rx3, and one gauge resistor Rz3 is formed in the vicinity of the frame portion 11. Here, the four gauge resistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the x-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. 4 is formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13 and wiring (not shown) (diffuse layer wiring formed on the sensor substrate 1, metal) so as to constitute the left bridge circuit Bx in FIG. Connected by wiring). The gauge resistances Rx1 to Rx4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the bending portion 13 when acceleration in the x-axis direction is applied.

また、重り部12のコア部12aからy軸の正方向に延長された撓み部13(図3(a)の上側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Ry1,Ry3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz1が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからy軸の負方向に延長された撓み部13(図3(a)の下側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Ry2,Ry4が形成されるとともに、フレーム部11側の端部に1つのゲージ抵抗Rz4が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのゲージ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、y軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図4における中央のブリッジ回路Byを構成するように図示しない配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Ry1〜Ry4は、y軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   Further, the bending portion 13 (the upper bending portion 13 in FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the y-axis is a pair of gauge resistors Ry1, in the vicinity of the core portion 12a. Ry3 is formed, and one gauge resistor Rz1 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the lower bending portion 13 in FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the y-axis is a pair of gauge resistances Ry2 in the vicinity of the core portion 12a. , Ry4 are formed, and one gauge resistor Rz4 is formed at the end on the frame part 11 side. Here, the four gauge resistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the y-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. 4 is formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13 and wiring (not shown) (diffuse layer wiring formed on the sensor substrate 1, metal) so as to constitute the central bridge circuit By in FIG. Connected by wiring). Note that the gauge resistors Ry1 to Ry4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the flexure 13 when acceleration in the y-axis direction is applied.

また、フレーム部11近傍に形成された4つのゲージ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、z軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図4における右側のブリッジ回路Bzを構成するように図示しない配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。ただし、2つ1組となる撓み部13,13のうち一方の組の撓み部13,13に形成したゲージ抵抗Rz1,Rz4は長手方向が撓み部13,13の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部13,13に形成したゲージ抵抗Rz2,Rz3は長手方向が撓み部13,13の幅方向(短手方向)と一致するように形成されている。   Further, the four gauge resistors Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 formed in the vicinity of the frame portion 11 are formed to detect acceleration in the z-axis direction, and constitute the right bridge circuit Bz in FIG. Thus, they are connected by a wiring (not shown) (a diffusion layer wiring, a metal wiring, etc. formed on the sensor substrate 1). However, the gauge resistances Rz1 and Rz4 formed in one set of the bending portions 13 and 13 of the pair of bending portions 13 and 13 are formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bending portions 13 and 13. On the other hand, the gauge resistances Rz2 and Rz3 formed on the other set of flexures 13 and 13 are formed such that the longitudinal direction coincides with the width direction (short direction) of the flexures 13 and 13. Yes.

また、センサ基板1は、当該センサ基板1の上記一表面側において重り部12の各付随部12bそれぞれの表面側に磁性体膜からなる磁気結合部15が形成されている。要するに、センサ基板1には、重り部12と各撓み部13とで構成される可動部に4個の磁気結合部15が形成されている。磁気結合部15を構成する磁性体膜の材料としては、例えば、電磁軟鉄(純鉄)、電磁ステンレス(Fe−Cr合金)、パーマロイ(Ni−Fe合金)などの軟質磁性材料を採用すればよい。なお、各磁気結合部15については後述する。   In the sensor substrate 1, a magnetic coupling portion 15 made of a magnetic film is formed on each surface side of each associated portion 12 b of the weight portion 12 on the one surface side of the sensor substrate 1. In short, on the sensor substrate 1, four magnetic coupling portions 15 are formed in a movable portion constituted by the weight portion 12 and each bending portion 13. As a material of the magnetic film constituting the magnetic coupling portion 15, for example, a soft magnetic material such as electromagnetic soft iron (pure iron), electromagnetic stainless steel (Fe—Cr alloy), permalloy (Ni—Fe alloy) may be employed. . Each magnetic coupling unit 15 will be described later.

ここで、センサ基板1の基本的な動作の一例について説明する。   Here, an example of a basic operation of the sensor substrate 1 will be described.

いま、センサ基板1に加速度がかかっていない状態で、センサ基板1に対してx軸の正方向に加速度がかかったとすると、x軸の負方向に作用する重り部12の慣性力によってフレーム部11に対して重り部12が変位し、結果的にx軸方向を長手方向とする撓み部13,13が撓んで当該撓み部13,13に形成されているゲージ抵抗Rx1〜Rx4の抵抗値が変化することになる。この場合、ゲージ抵抗Rx1,Rx3は引張応力を受け、ゲージ抵抗Rx2,Rx4は圧縮応力を受ける。一般的にゲージ抵抗は引張応力を受けると抵抗値(抵抗率)が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値(抵抗率)が減少する特性を有しているので、ゲージ抵抗Rx1,Rx3は抵抗値が増大し、ゲージ抵抗Rx2,Rx4は抵抗値が減少することになる。したがって、図4に示した一対の入力端子VDD,GND間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図4に示した左側のブリッジ回路Bxの出力端子X1,X2間の電位差がx軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、y軸方向の加速度がかかった場合には図4に示した中央のブリッジ回路Byの出力端子Y1,Y2間の電位差がy軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、z軸方向の加速度がかかった場合には図4に示した右側のブリッジ回路Bzの出力端子Z1,Z2間の電位差がz軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ基板1は、各ブリッジ回路Bx〜Bzそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板1に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、重り部12と各撓み部13とで可動部を構成している。   Now, assuming that acceleration is applied to the sensor substrate 1 in the positive x-axis direction while no acceleration is applied to the sensor substrate 1, the frame portion 11 is caused by the inertial force of the weight 12 acting in the negative x-axis direction. Accordingly, the weight 12 is displaced, and as a result, the bending portions 13 and 13 whose longitudinal direction is the x-axis direction are bent, and the resistance values of the gauge resistors Rx1 to Rx4 formed in the bending portions 13 and 13 change. Will do. In this case, the gauge resistances Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the gauge resistances Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, gauge resistance has a characteristic that resistance value (resistivity) increases when subjected to tensile stress, and resistance value (resistivity) decreases when subjected to compressive stress. As the value increases, the resistance values of the gauge resistors Rx2 and Rx4 decrease. Therefore, if a constant DC voltage is applied from the external power source between the pair of input terminals VDD and GND shown in FIG. 4, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the left bridge circuit Bx shown in FIG. It changes according to the magnitude of the acceleration in the x-axis direction. Similarly, when acceleration in the y-axis direction is applied, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the central bridge circuit By shown in FIG. 4 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the z-axis When the acceleration in the direction is applied, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the right bridge circuit Bz shown in FIG. 4 changes according to the magnitude of the acceleration in the z-axis direction. Thus, the above-described sensor substrate 1 detects the change in the output voltage of each of the bridge circuits Bx to Bz, so that the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction that acted on the sensor substrate 1 is detected. Can be detected. In this embodiment, the weight part 12 and each bending part 13 comprise the movable part.

ところで、センサ基板1は、上述の3つのブリッジ回路Bx,By,Bzに共通の2個の入力端子VDD,GNDと、ブリッジ回路Bxの2個の出力端子X1,X2と、ブリッジ回路Byの2個の出力端子Y1,Y2(図4参照)と、ブリッジ回路Bzの2個の出力端子Z1,Z2(図4参照)とを備えており、これらの各入力端子VDD,GNDおよび各出力端子X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2が、上記一表面側(つまり、第1のカバー基板2側)に第1の接続用接合金属層19として設けられており、第1のカバー基板2に形成された通電用の貫通孔配線24と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板1には、8個の第1の接続用接合金属層19が形成され、第1のカバー基板2には、第1の接続用接合金属層19に電気的に接続される貫通孔配線24が8箇所に形成されている。なお、8個の第1の接続用接合金属層19は、外周形状が矩形状(本実施形態では、正方形状)であり、フレーム部11の周方向に離間して配置されている。   By the way, the sensor substrate 1 includes two input terminals VDD and GND common to the above-described three bridge circuits Bx, By, and Bz, two output terminals X1 and X2 of the bridge circuit Bx, and two of the bridge circuit By. Output terminals Y1 and Y2 (see FIG. 4) and two output terminals Z1 and Z2 (see FIG. 4) of the bridge circuit Bz. These input terminals VDD and GND and output terminals X1. , X2, Y1, Y2, Z1, and Z2 are provided as the first connection bonding metal layer 19 on the one surface side (that is, the first cover substrate 2 side). It is electrically connected to the formed through-hole wiring 24 for energization. That is, eight first connection bonding metal layers 19 are formed on the sensor substrate 1, and the first cover substrate 2 is electrically connected to the first connection bonding metal layer 19. Hole wiring 24 is formed at eight locations. The eight first connecting metal layers 19 for connection have an outer peripheral shape of a rectangle (in this embodiment, a square shape), and are spaced apart from each other in the circumferential direction of the frame portion 11.

また、センサ基板1のフレーム部11上には、フレーム部11よりも開口面積が大きな枠状(矩形枠状)の第1の封止用接合金属層18が形成されており、上述の8個の第1の接続用接合金属層19は、フレーム部11において第1の封止用接合金属層18よりも内側に配置されている。要するに、センサ基板1は、第1の封止用接合金属層18の幅寸法をフレーム部11の幅寸法に比べて小さく設定し、第1の封止用接合金属層18と各接続用接合金属層19とを同一平面上に形成してある。   In addition, a frame-shaped (rectangular frame-shaped) first sealing bonding metal layer 18 having a larger opening area than the frame portion 11 is formed on the frame portion 11 of the sensor substrate 1. The first connecting bonding metal layer 19 is disposed inward of the first sealing bonding metal layer 18 in the frame portion 11. In short, the sensor substrate 1 is set so that the width dimension of the first sealing bonding metal layer 18 is smaller than the width dimension of the frame portion 11, and the first sealing bonding metal layer 18 and each connecting bonding metal. The layer 19 is formed on the same plane.

ここにおいて、センサ基板1は、上記一表面側において上記シリコン層10c上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜16が形成されており、第1の接続用接合金属層19および第1の封止用接合金属層18および上記金属配線は絶縁膜16上に形成されている。   Here, in the sensor substrate 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the silicon layer 10c on the one surface side, and a first connecting bonding metal layer 19 is formed. The first sealing bonding metal layer 18 and the metal wiring are formed on the insulating film 16.

また、第1の封止用接合金属層18および第1の接続用接合金属層19は、接合用のAu膜と絶縁膜16との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第1の封止用接合金属層18および第1の接続用接合金属層19は、絶縁膜16上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。要するに、第1の接続用接合金属層19と第1の封止用接合金属層18とは同一の金属材料により形成されているので、第1の接続用接合金属層19と第1の封止用接合金属層18とを同時に形成することができるとともに、第1の接続用接合金属層19と第1の封止用接合金属層18とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第1の封止用接合金属層18および第1の接続用接合金属層19は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあり、金属配線の膜厚は1μmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Au膜と絶縁膜16との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   In addition, the first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 have an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 16. In other words, the first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the first connecting bonding metal layer 19 and the first sealing bonding metal layer 18 are formed of the same metal material, the first connecting bonding metal layer 19 and the first sealing metal layer 19 are formed. The bonding metal layer 18 can be formed at the same time, and the first bonding metal layer 19 for connection and the first bonding metal layer 18 for sealing can be formed to have substantially the same thickness. The first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The film thickness is set to 1 μm, but these numerical values are merely examples and are not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In this embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion layer for improving adhesion between each Au film and the insulating film 16. However, the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and, for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

上述の各ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4および上記各拡散層配線は、上記シリコン層10cにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のp形不純物をドーピングすることにより形成されており、上記金属配線は、絶縁膜16上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜(例えば、Al膜、Al合金膜など)をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、上記金属配線は絶縁膜16に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。また、上述の各磁気結合部15は、重り部12の各付随部12b上にスパッタ法やCVD法などにより成膜した磁性体膜をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されている。また、第1の接続用接合金属層19と上記金属配線とは、第1の接続用接合金属層19における上記金属配線との接続部位が、第1のカバー基板2におけるセンサ基板1との対向面に形成された後述の変位空間形成用凹部21内に位置する形で電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態では、第1のカバー基板2における変位空間形成用凹部21が、センサ基板1の第1の接続用接合金属層における上記金属配線との接続部位が配置される凹所を兼ねている。   Each of the gauge resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and the diffusion layer wirings described above are formed by doping p-type impurities with appropriate concentrations at respective formation sites in the silicon layer 10c. The metal wiring is formed by patterning a metal film (for example, an Al film, an Al alloy film, etc.) formed on the insulating film 16 by sputtering or vapor deposition using a lithography technique and an etching technique. The metal wiring is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16. Each magnetic coupling portion 15 described above is formed by patterning a magnetic film formed on each associated portion 12b of the weight portion 12 by a sputtering method or a CVD method using a lithography technique and an etching technique. ing. In addition, the first connecting metal layer 19 for connection and the metal wiring are such that the connection portion of the first connecting metal metal layer 19 for connection with the metal wiring is opposed to the sensor substrate 1 in the first cover substrate 2. It is electrically connected so as to be positioned in a later-described displacement space forming recess 21 formed on the surface. Here, in the present embodiment, the displacement space forming recess 21 in the first cover substrate 2 is a recess in which the connection portion with the metal wiring in the first connection bonding metal layer of the sensor substrate 1 is disposed. Also serves as.

第1のカバー基板2は、図1に示すように、センサ基板1側(図1(b)における下面側)の表面に、センサ基板1の重り部12と各撓み部13とで構成される可動部の変位空間を確保する上述の変位空間形成用凹部21が形成されるとともに、変位空間形成用凹部21の周部に厚み方向に貫通する複数(本実施形態では、8つ)の貫通孔22が形成されており、厚み方向の両面および貫通孔22の内面とに跨って熱絶縁膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成され、貫通孔配線24と貫通孔22の内面との間に絶縁膜23の一部が介在している。ここにおいて、変位空間形成用凹部21は、リソグラフィ技術およびエッチング技術などのマイクロマシニング技術を利用して形成してある。また、第1のカバー基板2の8つ貫通孔配線24は、当該第1のカバー基板2の周方向に離間して形成されている。また、貫通孔配線24の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。   As shown in FIG. 1, the first cover substrate 2 is composed of a weight portion 12 and each bending portion 13 of the sensor substrate 1 on the surface of the sensor substrate 1 side (the lower surface side in FIG. 1B). A plurality of (eight in the present embodiment) through-holes that penetrate the circumferential portion of the displacement space forming recess 21 in the thickness direction are formed while the above-described displacement space forming recess 21 that secures the displacement space of the movable portion is formed. 22 is formed, and an insulating film 23 made of a thermal insulating film (silicon oxide film) is formed across both surfaces in the thickness direction and the inner surface of the through hole 22, and the through hole wiring 24 and the inner surface of the through hole 22 are formed. A part of the insulating film 23 is interposed therebetween. Here, the displacement space forming recess 21 is formed by utilizing a micromachining technique such as a lithography technique and an etching technique. Further, the eight through-hole wirings 24 of the first cover substrate 2 are formed apart from each other in the circumferential direction of the first cover substrate 2. Moreover, although Cu is adopted as the material of the through-hole wiring 24, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be adopted.

また、第1のカバー基板2は、センサ基板1側の表面において変位空間形成用凹部21の周部に、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数個(本実施形態では、8個)の第2の接続用接合金属層29が形成されている。第1のカバー基板2は、センサ基板1側の表面の周部には、全周に亘って枠状(矩形枠状)の第2の封止用接合金属層28が形成されており、上述の8個の第2の接続用接合金属層29は、外周形状が細長の長方形状であり、第2の封止用接合金属層28よりも内側に配置されている。ここにおいて、第2の接続用接合金属層29は、長手方向の一端部が貫通孔配線24と接合されており、他端側の部位がセンサ基板1の上記金属配線よりも外側でセンサ基板1の第1の接続用接合金属層19と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、カバー基板2の周方向において貫通孔配線24と当該貫通孔配線24に対応する第1の接続用接合金属層19との位置をずらしてあり、第2の接続用接合金属層29を、長手方向が第2の封止用接合金属層28の周方向に一致し且つ貫通孔配線24と第1の接続用接合金属層19とに跨る形で配置してある。   In addition, a plurality of first cover substrates 2 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 on the peripheral portion of the displacement space forming concave portion 21 on the surface on the sensor substrate 1 side (in this embodiment, 8 ) Second connecting bonding metal layers 29 are formed. The first cover substrate 2 has a frame-shaped (rectangular frame-shaped) second sealing bonding metal layer 28 formed around the entire periphery of the surface on the sensor substrate 1 side. The eight second bonding metal layers 29 for connection have a rectangular shape whose outer peripheral shape is an elongated shape, and are disposed on the inner side of the second bonding metal layer 28 for sealing. Here, one end of the second connection bonding metal layer 29 is bonded to the through-hole wiring 24, and the other end side is outside the metal wiring of the sensor substrate 1 and the sensor substrate 1. The first connecting bonding metal layer 19 is bonded and electrically connected. In short, the positions of the through hole wiring 24 and the first connection bonding metal layer 19 corresponding to the through hole wiring 24 in the circumferential direction of the cover substrate 2 are shifted, and the second connection bonding metal layer 29 is The longitudinal direction coincides with the circumferential direction of the second sealing bonding metal layer 28 and is disposed so as to straddle the through-hole wiring 24 and the first connecting bonding metal layer 19.

また、第2の封止用接合金属層28および第2の接続用接合金属層29は、接合用のAu膜と絶縁膜23との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第2の封止用接合金属層28および第2の接続用接合金属層29は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。要するに、第2の接続用接合金属層29と第2の封止用接合金属層28とは同一の金属材料により形成されているので、第2の接続用接合金属層29と第2の封止用接合金属層28とを同時に形成することができるとともに、第2の接続用接合金属層29と第2の封止用接合金属層28とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第2の封止用接合金属層28および第2の接続用接合金属層29は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Au膜と絶縁膜23との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   The second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 have a Ti film for improving adhesion between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the second connecting bonding metal layer 29 and the second sealing bonding metal layer 28 are formed of the same metal material, the second connecting bonding metal layer 29 and the second sealing metal layer 29 are formed. The joint metal layer 28 can be formed at the same time, and the second joint metal layer 29 for connection and the second joint metal layer 28 for sealing can be formed to have substantially the same thickness. The second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The numerical value is an example and is not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In the present embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesive layer between each Au film and the insulating film 23. However, the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and, for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、第1のカバー基板2におけるセンサ基板1側とは反対側の表面には、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極25が形成されている。なお、各外部接続用電極25の外周形状は矩形状となっている。   A plurality of external connection electrodes 25 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed on the surface of the first cover substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular.

これに対して、第2のカバー基板3は、図1(b)および図5に示すように、センサ基板1との対向面に、重り部12の変位空間を形成する所定深さ(例えば、5μm〜10μm程度)の凹部31を形成してある。ここにおいて、凹部31は、リソグラフィ技術およびエッチング技術などのマイクロマシニング技術を利用して形成してある。なお、本実施形態では、カバー基板3におけるセンサ基板1との対向面に、重り部12の変位空間を形成する凹部31を形成してあるが、重り部12のコア部12aおよび各付随部12bのうち支持基板10aを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部11において支持基板10aを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板1の厚み方向への重り部12の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、カバー基板3に凹部31を形成しなくても、センサ基板1の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部12の変位を可能とする隙間が重り部12とカバー基板3との間に形成される。   In contrast, as shown in FIGS. 1B and 5, the second cover substrate 3 has a predetermined depth (for example, forming a displacement space of the weight portion 12 on the surface facing the sensor substrate 1). A recess 31 of about 5 μm to 10 μm is formed. Here, the recess 31 is formed using a micromachining technique such as a lithography technique and an etching technique. In the present embodiment, the concave portion 31 that forms the displacement space of the weight portion 12 is formed on the surface of the cover substrate 3 that faces the sensor substrate 1, but the core portion 12a and each associated portion 12b of the weight portion 12 are formed. The thickness of the portion formed using the support substrate 10a of the sensor substrate 1 is compared with the thickness of the portion formed using the support substrate 10a in the frame portion 11 in the thickness direction of the sensor substrate 1. If the weight 12 is made thinner by the allowable displacement amount, the weight portion in the direction intersecting the other surface is formed on the other surface side of the sensor substrate 1 without forming the recess 31 in the cover substrate 3. A gap that enables the displacement of 12 is formed between the weight portion 12 and the cover substrate 3.

ところで、本実施形態の加速度センサは、センサ基板1の上記一表面側に接合された第1のカバー基板2と、センサ基板1の上記他表面側に接合された第2のカバー基板3と、センサ基板1のフレーム部11とで、センサ基板1の厚み方向への可動部の変位空間を有するパッケージを構成しており、重り部12と各撓み部13とからなる可動部を電磁力により強制的に動かす動作確認用の駆動手段として、センサ基板1の上記一表面側において可動部に設けられた磁気結合部15と第1のカバー基板2に設けられ磁気結合部15に対向した渦巻状のコイルからなる励磁部26との対を複数有し、磁気結合部15と励磁部26との対ごとに独立して動作確認用の電磁力を発生可能としてある。すなわち、第1のカバー基板2の中央部には、厚み方向に貫通する複数(本実施形態では、8つ)の貫通孔22が形成されており、各貫通孔22の内側に絶縁膜23の一部が介在する形で励磁部26への通電用の貫通孔配線24が形成されている。各励磁部26は、第1のカバー基板2における変位空間形成用凹部21の内底面に形成されている。ここで、各励磁部26は、第1のカバー基板2における変位空間形成用凹部21の内底面側に形成した金属膜(例えば、Au膜、Cu膜、Al膜など)をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して渦巻状にパターニングすることにより形成されている。なお、各励磁部26は、第2の接続用接合金属層29および第2の封止用接合金属層28と同じ材料を採用して同時に形成するようにしてもよい。   By the way, the acceleration sensor of the present embodiment includes a first cover substrate 2 bonded to the one surface side of the sensor substrate 1, a second cover substrate 3 bonded to the other surface side of the sensor substrate 1, The frame portion 11 of the sensor substrate 1 constitutes a package having a displacement space of the movable portion in the thickness direction of the sensor substrate 1, and the movable portion composed of the weight portion 12 and each bending portion 13 is forced by electromagnetic force. As a driving means for confirming the movement, the magnetic coupling part 15 provided on the movable part on the one surface side of the sensor substrate 1 and a spiral shape provided on the first cover substrate 2 and facing the magnetic coupling part 15 are provided. There are a plurality of pairs with the excitation unit 26 made of a coil, and an electromagnetic force for operation confirmation can be generated independently for each pair of the magnetic coupling unit 15 and the excitation unit 26. That is, a plurality (eight in this embodiment) of through-holes 22 penetrating in the thickness direction are formed in the central portion of the first cover substrate 2, and the insulating film 23 is formed inside each through-hole 22. A through-hole wiring 24 for energization to the excitation part 26 is formed in a partly interposed manner. Each excitation portion 26 is formed on the inner bottom surface of the displacement space forming recess 21 in the first cover substrate 2. Here, each excitation unit 26 uses a lithography technique and an etching technique for a metal film (for example, an Au film, a Cu film, an Al film, etc.) formed on the inner bottom surface side of the displacement space forming recess 21 in the first cover substrate 2. It is formed by patterning in a spiral shape using the above. In addition, each excitation part 26 may employ | adopt the same material as the 2nd junction metal layer 29 for a connection, and the 2nd junction metal layer 28 for sealing, and you may make it form simultaneously.

また、上述の加速度センサにおけるセンサ基板1と第1のカバー基板2とは、第1の封止用接合金属層18と第2の封止用接合金属層28とが接合される(第1のカバー基板2はセンサ基板1のフレーム部11の全周に亘って周部が封着される)とともに、第1の接続用接合金属層19と第2の接続用接合金属層29とが接合されて電気的に接続され、センサ基板1と第2のカバー基板3とは、互いの対向面の周部同士が接合されている(第2のカバー基板3はセンサ基板1のフレーム部11の全周に亘って周部が封着されている)。また、本実施形態の加速度センサは、上述のSOIウェハにセンサ基板1を複数形成したセンサウェハと、上述の第1のシリコンウェハに第1のカバー基板2を複数形成した第1のパッケージウェハと、上述の第2のシリコンウェハに第2のカバー基板3を複数形成した第2のパッケージウェハとをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、センサ基板1のサイズにダイシング工程により分割されている。したがって、第1のカバー基板2と第2のカバー基板3とがセンサ基板1と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。   In addition, the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 in the acceleration sensor described above are bonded to the first sealing bonding metal layer 18 and the second sealing bonding metal layer 28 (first The cover substrate 2 is sealed around the entire periphery of the frame portion 11 of the sensor substrate 1), and the first connection bonding metal layer 19 and the second connection bonding metal layer 29 are bonded together. The sensor substrate 1 and the second cover substrate 3 are joined to each other at the peripheral portions of the opposing surfaces (the second cover substrate 3 is the entire frame portion 11 of the sensor substrate 1). The circumference is sealed over the circumference). The acceleration sensor of the present embodiment includes a sensor wafer in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on the above-described SOI wafer, a first package wafer in which a plurality of first cover substrates 2 are formed on the above-described first silicon wafer, A wafer level package structure is formed by bonding at a wafer level a second package wafer in which a plurality of second cover substrates 3 are formed on the second silicon wafer described above, and then dicing to the size of the sensor substrate 1 It is divided according to the process. Therefore, the first cover substrate 2 and the second cover substrate 3 have the same outer size as the sensor substrate 1, and a small chip size package can be realized, and the manufacturing is facilitated.

ここにおいて、本実施形態では、センサウェハと第1のパッケージウェハおよび第2のパッケージウェハとの接合方法として、センサ基板1の残留応力を少なくするためにより低温での直接接合が可能な常温接合法を採用している。常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。本実施形態では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第1の封止用接合金属層18と第2の封止用接合金属層28とを直接接合するのと同時に、第1の接続用接合金属層19と第2の接続用接合金属層29とを直接接合しており、また、上述の常温接合法により、常温下でセンサ基板1のフレーム部11と第2のカバー基板3の周部とを直接接合している。   Here, in the present embodiment, as a bonding method of the sensor wafer, the first package wafer, and the second package wafer, a room temperature bonding method that enables direct bonding at a lower temperature to reduce the residual stress of the sensor substrate 1 is used. Adopted. In the room temperature bonding method, each bonding surface is irradiated with argon plasma or ion beam or atomic beam in vacuum before bonding to clean and activate each bonding surface, and then the bonding surfaces are brought into contact with each other. Join directly at room temperature. In the present embodiment, the first sealing bonding metal layer 18 and the second sealing bonding metal layer 28 are directly bonded by applying an appropriate load at room temperature by the above-described normal temperature bonding method. At the same time, the first connection bonding metal layer 19 and the second connection bonding metal layer 29 are directly bonded, and the frame portion 11 of the sensor substrate 1 is bonded to the sensor substrate 1 at room temperature by the above-described room temperature bonding method. The peripheral portion of the second cover substrate 3 is directly joined.

しかして、本実施形態におけるウェハレベルパッケージ100では、センサウェハと第1のパッケージウェハとの封止用接合金属層18,28同士および接続用接合金属層19,29同士が直接接合され、センサウェハと第2のパッケージウェハとが常温接合法のような低温プロセスで直接接合されており、センサウェハと第1のパッケージウェハおよび第2のパッケージウェハとを半田リフローのような熱処理を必要とする方法により接合する場合に比べて、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が熱応力の影響を受けにくくなるという利点があり、また、プロセス温度の低温化を図れるとともに、製造プロセスの簡略化を図れるという利点がある。また、センサウェハがSOIウェハを用いて形成され、第1のパッケージウェハおよび第2のパッケージウェハがそれぞれシリコンウェハを用いて形成されているので、センサ基板1と各カバー基板2,3との線膨張率差に起因して各撓み部13に発生する応力を低減でき、線膨張率差に起因した応力が上記ブリッジ回路Bx,By,Bzの出力信号に与える影響を低減できるから、センサ特性の温度依存性を小さくすることが可能となる。なお、本実施形態では、センサ基板1がSOIウェハを加工して形成してあるが、SOIウェハに限らず、例えば、シリコンウェハを加工して形成してもよい。   Thus, in the wafer level package 100 according to the present embodiment, the sealing bonding metal layers 18 and 28 and the connecting bonding metal layers 19 and 29 of the sensor wafer and the first package wafer are directly bonded to each other. The two package wafers are directly bonded by a low-temperature process such as a room temperature bonding method, and the sensor wafer, the first package wafer, and the second package wafer are bonded by a method that requires heat treatment such as solder reflow. Compared to the case, there is an advantage that the gauge resistances Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are not easily affected by thermal stress, and the process temperature can be lowered and the manufacturing process can be simplified. There is an advantage. Further, since the sensor wafer is formed using an SOI wafer, and the first package wafer and the second package wafer are formed using a silicon wafer, the linear expansion of the sensor substrate 1 and the cover substrates 2 and 3 is performed. It is possible to reduce the stress generated in each bent portion 13 due to the difference in rate, and to reduce the influence of the stress due to the difference in linear expansion rate on the output signals of the bridge circuits Bx, By, Bz. It becomes possible to reduce the dependency. In the present embodiment, the sensor substrate 1 is formed by processing an SOI wafer. However, the sensor substrate 1 is not limited to the SOI wafer, and may be formed by processing a silicon wafer, for example.

以上説明した本実施形態の加速度センサでは、複数のゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が可動部に設けられ複数方向の加速度をそれぞれ検出可能なセンサ基板1における可動部を電磁力により強制的に動かす動作確認用の駆動手段が、センサ基板1の上記一表面側において可動部とパッケージとの互いの対向面の一方に設けられたコイルからなる励磁部26と他方に設けられ励磁部26に磁気結合可能な磁気結合部15との対を複数有し、励磁部26と磁気結合部15との対ごとに独立して動作確認用の電磁力を発生可能としてあるので、動作確認用の電磁力を発生させる励磁部26と磁気結合部15との対を適宜選択することにより、可動部の変形状態を変える(x軸方向のみ加速度が作用したときの可動部の変形状態、y軸方向のみ加速度が作用したときの可動部の変形状態、z軸方向のみ加速度が作用したときの可動部の変形状態などを再現する)ことが可能となり、各ブリッジ回路Bx,By,Bzそれぞれの出力を対応する外部接続用電極25,25の対を通して確認することにより、対象機器に組み込んだ後の出荷前の状態でも加速度を検出可能な複数方向それぞれについて適正なセンサ特性が得られるか否の動作確認を容易に行うことが可能になる。   In the acceleration sensor of the present embodiment described above, a plurality of gauge resistances Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are provided on the movable part, and the movable part in the sensor substrate 1 capable of detecting accelerations in a plurality of directions is used as an electromagnetic force. The driving means for confirming the operation that is forcibly moved by the motor is provided on the one surface side of the sensor substrate 1 with the excitation part 26 formed of a coil provided on one of the opposing surfaces of the movable part and the package, and on the other side. Since there are a plurality of pairs of magnetic coupling portions 15 that can be magnetically coupled to the portion 26 and each pair of the excitation portion 26 and the magnetic coupling portion 15 can independently generate an electromagnetic force for operation confirmation. The deformation state of the movable portion is changed by appropriately selecting a pair of the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15 that generate the electromagnetic force for use (the movable portion when the acceleration is applied only in the x-axis direction). Shape state, deformation state of the movable part when acceleration is applied only in the y-axis direction, and deformation state of the movable part when acceleration is applied only in the z-axis direction). , Bz output is confirmed through the corresponding pair of external connection electrodes 25, 25, so that appropriate sensor characteristics can be obtained in each of a plurality of directions in which acceleration can be detected even in a state before shipment after incorporation into the target device. It is possible to easily check the operation of whether or not

ここで、説明を簡単にするために、4個の磁気結合部15について、図1(a)における左上の磁気結合部15の符号を15a、右上の磁気結合部15の符号を15b、左下の磁気結合部15の符号を15c、右下の磁気結合部15の符号を15dとし、各磁気結合部15a,15b,15c,15dそれぞれに対向する励磁部26の符号を26a,26b,26c,26dとして説明する。   Here, in order to simplify the description, for the four magnetic coupling portions 15, the upper left magnetic coupling portion 15 in FIG. 1A is denoted by 15 a, the upper right magnetic coupling portion 15 is denoted by 15 b, and the lower left The code of the magnetic coupling unit 15 is 15c, the code of the lower right magnetic coupling unit 15 is 15d, and the code of the excitation unit 26 facing each of the magnetic coupling units 15a, 15b, 15c, 15d is 26a, 26b, 26c, 26d. Will be described.

本実施形態の加速度センサでは、例えば、励磁部26bと励磁部26dとに同時に駆動電圧を印加して励磁電流を流すか、あるいは、励磁部26aと励磁部26cとに同時に駆動電圧を印加して励磁電流を流すと、ブリッジ回路Bxの出力電圧が変化する。また、励磁部26dと励磁部26cとに同時に駆動電圧を印加して励磁電流を流すとブリッジ回路Byの出力電圧が変化する。また、全ての励磁部26a〜26dに同時に駆動電圧を印加して励磁電流を流すと、ブリッジ回路Bzの出力電圧が変化する。したがって、x軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの動作を確認することができる。また、上述の励磁部26a〜26dに印加する駆動電圧の電圧値を適宜変化させることにより、付随部12bの変位量を制御することができるが、付随部12bの変位量は加速度が作用したときの加速度の大きさに依存するから、上記電圧値を変化させることによって、付随部12bの変位量(つまり、加速度)と出力電圧との関係を検査することができ、センサ特性が適正であるか否かをより詳細に確認することができる。また、磁気結合部15が磁性体膜により構成されているので、励磁部26へ流す電流の向きに応じて励磁部26と磁気結合部15との間に吸引力や反発力を発生させることが可能となるので、より高精度な動作確認が可能となる。ここにおいて、センサ基板1と第1のカバー基板2とはそれぞれマイクロマシニング技術を利用して形成されており、磁気結合部15と励磁部26との間隔を精度良く制御することができるとともに短くすることができ、駆動手段により可動部を強制的に動かす際の重り部12の変位量のばらつきを小さくすることができる。また、上述のようにセンサ基板1と第1のカバー基板2とを常温接合法により接合しており、センサ基板1の残留応力を低減できるので、磁気結合部15と励磁部26との間の距離の高精度化を図れ、駆動手段により可動部を強制的に動かす際の重り部12の変位量のばらつきを小さくすることができる。   In the acceleration sensor of the present embodiment, for example, a driving voltage is applied to the exciting unit 26b and the exciting unit 26d at the same time to cause an exciting current to flow, or a driving voltage is applied to the exciting unit 26a and the exciting unit 26c simultaneously. When an exciting current is passed, the output voltage of the bridge circuit Bx changes. In addition, when a driving voltage is applied to the exciting unit 26d and the exciting unit 26c at the same time to cause an exciting current to flow, the output voltage of the bridge circuit By changes. Moreover, if a drive voltage is simultaneously applied to all the excitation parts 26a-26d and excitation current is sent, the output voltage of the bridge circuit Bz will change. Therefore, it is possible to confirm the operations in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. Further, the displacement amount of the accompanying portion 12b can be controlled by appropriately changing the voltage value of the driving voltage applied to the above-described exciting portions 26a to 26d. However, the displacement amount of the accompanying portion 12b is determined when acceleration is applied. Therefore, by changing the voltage value, the relationship between the displacement amount (that is, acceleration) of the associated portion 12b and the output voltage can be inspected, and whether the sensor characteristics are appropriate. It can be confirmed in more detail whether or not. In addition, since the magnetic coupling unit 15 is formed of a magnetic film, an attractive force or a repulsive force can be generated between the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15 according to the direction of the current flowing to the excitation unit 26. Therefore, it is possible to check the operation with higher accuracy. Here, each of the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 is formed using a micromachining technique, and the distance between the magnetic coupling unit 15 and the excitation unit 26 can be accurately controlled and shortened. It is possible to reduce variation in the displacement amount of the weight portion 12 when the movable portion is forcibly moved by the driving means. Further, as described above, the sensor substrate 1 and the first cover substrate 2 are bonded by the room temperature bonding method, and the residual stress of the sensor substrate 1 can be reduced, so that the gap between the magnetic coupling portion 15 and the excitation portion 26 is reduced. The distance can be highly accurate, and variation in the amount of displacement of the weight portion 12 when the movable portion is forcibly moved by the driving means can be reduced.

(実施形態2)
以下、本実施形態の加速度センサについて図6および図7を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the acceleration sensor of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

本実施形態の加速度センサの基本構成は実施形態1と略同じであり、センサ基板1に、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4と協働する集積回路4が形成されている点などが実施形態1と相違する。ここにおいて、集積回路4は、CMOSを用いた集積回路(CMOS IC)であり、実施形態1にて説明したブリッジ回路Bx,By,Bzの出力信号に対して増幅、オフセット調整、温度補償などの信号処理を行って出力する信号処理回路や、信号処理回路において用いるデータを格納したEEPROMなどが集積化されている。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。   The basic configuration of the acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and an integrated circuit 4 that cooperates with the gauge resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 is formed on the sensor substrate 1. These are different from the first embodiment. Here, the integrated circuit 4 is an integrated circuit (CMOS IC) using CMOS, and the output signals of the bridge circuits Bx, By, Bz described in the first embodiment are amplified, offset adjusted, temperature compensated, etc. A signal processing circuit that performs signal processing and outputs it, an EEPROM that stores data used in the signal processing circuit, and the like are integrated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本実施形態におけるセンサ基板1は、実施形態1にて説明したフレーム部11の一部、重り部12、各撓み部13、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4などが形成されたセンサ領域部E1と、上述の集積回路4が形成されたIC領域部E2と、実施形態1にて説明した第1の封止用接合金属層18、第1の接続用接合金属層19などが形成された接合領域部E3とを備え、平面視において中央部に位置するセンサ領域部E1をIC領域部E2が囲み、IC領域部E2を接合領域部E3が囲むように各領域部E1〜E3のレイアウトが設計されている。ここで、本実施形態では、実施形態1におけるセンサ基板1のフレーム部11の外形寸法を大きくしてあり(言い換えれば、フレーム部11の幅寸法を大きくしてあり)、フレーム部11に集積回路4を形成してある。なお、センサ基板1は、実施形態1と同様にSOIウェハを用いて形成されており、IC領域部E2では、多層配線技術を利用してセンサ基板1における当該IC領域部E2の占有面積の縮小化を図っている。   The sensor substrate 1 in the present embodiment is formed with a part of the frame portion 11 described in the first embodiment, the weight portion 12, each bending portion 13, the gauge resistances Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and the like. The sensor region E1, the IC region E2 in which the integrated circuit 4 is formed, the first sealing bonding metal layer 18 described in the first embodiment, the first connecting bonding metal layer 19, and the like. Each of the region portions E1 to E3 so that the IC region portion E2 surrounds the sensor region portion E1 located at the center portion in plan view and the junction region portion E3 surrounds the IC region portion E2. The layout is designed. Here, in the present embodiment, the outer dimension of the frame portion 11 of the sensor substrate 1 in the first embodiment is increased (in other words, the width dimension of the frame portion 11 is increased), and the integrated circuit is included in the frame portion 11. 4 is formed. The sensor substrate 1 is formed using an SOI wafer in the same manner as in the first embodiment. In the IC region portion E2, the occupied area of the IC region portion E2 in the sensor substrate 1 is reduced using a multilayer wiring technique. We are trying to make it.

また、本実施形態では、実施形態1と同様に、第1のシリコンウェハを用いて形成された第1のカバー基板2および第2のシリコンウェハを用いて形成された第2のカバー基板3がセンサ基板1と同じ外形寸法に形成されており、本実施形態における第1のカバー基板2は、実施形態1にて説明した変位空間形成用凹部21の開口面の投影領域内にセンサ領域部E1およびIC領域部E2が収まるように変位空間形成用凹部21の開口面積を実施形態1に比べて大きくしてあり、IC領域部E2の多層構造部が変位空間形成用凹部21内に配置されるようになっている。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the first cover substrate 2 formed using the first silicon wafer and the second cover substrate 3 formed using the second silicon wafer are provided. The first cover substrate 2 in the present embodiment is formed in the same outer dimensions as the sensor substrate 1, and the sensor region portion E <b> 1 is within the projection region of the opening surface of the displacement space forming recess 21 described in the first embodiment. In addition, the opening area of the displacement space forming recess 21 is made larger than that of the first embodiment so that the IC region E2 can be accommodated, and the multilayer structure portion of the IC region E2 is arranged in the displacement space forming recess 21. It is like that.

以上説明した本実施形態の加速度センサでは、実施形態1の加速度センサと、実施形態1の加速度センサのゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4と協働する集積回路を形成したICチップとを1つのパッケージに収納したセンサモジュールに比べて小型化および低コスト化を図れ、また、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4と集積回路4との間の配線長を短くすることができ、センサ性能の向上を図れる。   In the acceleration sensor of the present embodiment described above, an IC chip in which an integrated circuit that cooperates with the acceleration sensor of the first embodiment and the gauge resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 of the acceleration sensor of the first embodiment is formed. Can be reduced in size and cost compared to a sensor module housed in one package, and the wiring length between the gauge resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 and the integrated circuit 4 is shortened. Therefore, the sensor performance can be improved.

ところで、上述の集積回路4に、電磁力を発生させる励磁部26と磁気結合部15との対を選択して励磁部26に適宜の駆動電圧を印加させる制御回路を集積化してもよく、当該制御回路を集積化しておくことにより、動作確認を行うにあたっては制御回路によって電磁力を発生させる励磁部26と磁気結合部15との対が選択され適宜駆動電圧が印加されることとなるので、動作確認を容易に行うことが可能となる。ここで、上記制御回路により励磁部26と磁気結合部15との対を選択して励磁部26に駆動電圧を印加させたときのブリッジ回路Bx,By,Bzの出力電圧を信号処理回路で信号処理して得られた出力値がEEPROMに予め記憶させた適正値の範囲内にあるか否かで正常に動作しているか否かを自己診断することが可能となる。   By the way, a control circuit that selects a pair of the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15 that generates electromagnetic force and applies an appropriate drive voltage to the excitation unit 26 may be integrated in the integrated circuit 4. By integrating the control circuit, when the operation is confirmed, a pair of the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15 that generate electromagnetic force is selected by the control circuit, and a driving voltage is appropriately applied. It is possible to easily check the operation. Here, the output voltage of the bridge circuits Bx, By, Bz when the drive circuit is applied to the excitation unit 26 by selecting the pair of the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15 by the control circuit is signaled by the signal processing circuit. It is possible to make a self-diagnosis as to whether or not the output value obtained by the processing is operating normally depending on whether or not the output value is within the range of the appropriate value stored in advance in the EEPROM.

(実施形態3)
本実施形態の加速度センサの基本構成は実施形態1と略同じであり、図8に示すように、第1のカバー基板2における各磁気結合部15が各励磁部26と同様に渦巻状のコイルにより構成されており、重り部12の各付随部12bの表面側にそれぞれ磁気結合部15を覆うシリコン酸化膜からなる絶縁保護膜12cが形成されている点などが相違し、各磁気結合部15の両端部が絶縁保護膜12c上の金属材料からなる配線(図示せず)と絶縁保護膜12cに形成されたコンタクトホール(図示せず)を通して電気的に接続されている。ここで、各磁気結合部15に接続された上記配線は、付随部12b表面の絶縁保護膜12c上と絶縁膜16上とに跨って形成され、絶縁膜16上には、上記各配線それぞれが接続される第1の接続用接合金属層19が8個追加されている。ここにおいて、図示していないが、第1のカバー基板2におけるセンサ基板1側とは反対の表面側には、各磁気結合部15の両端部それぞれに接続された上記配線と貫通孔配線24を介して電気的に接続される8つの外部接続電極25が形成されている。なお、他の構成は実施形態1と同じなので説明を省略する。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the acceleration sensor of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 8, each magnetic coupling portion 15 in the first cover substrate 2 is a spiral coil like each excitation portion 26. Each of the magnetic coupling portions 15 is different in that an insulating protective film 12c made of a silicon oxide film covering the magnetic coupling portion 15 is formed on the surface side of each associated portion 12b of the weight portion 12. Are electrically connected to a wiring (not shown) made of a metal material on the insulating protective film 12c through a contact hole (not shown) formed in the insulating protective film 12c. Here, the wiring connected to each magnetic coupling portion 15 is formed across the insulating protective film 12c on the surface of the associated portion 12b and the insulating film 16, and each of the wirings is formed on the insulating film 16. Eight first connecting bonding metal layers 19 to be connected are added. Here, although not shown, on the surface side of the first cover substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side, the wiring and the through-hole wiring 24 connected to both ends of each magnetic coupling portion 15 are provided. Eight external connection electrodes 25 that are electrically connected to each other are formed. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

しかして、本実施形態の加速度センサでは、励磁部26と磁気結合部15とで同じ材料を採用することができるので、実施形態1のように磁気結合部15を磁性体膜により構成する場合に比べて、低コスト化を図れる。また、本実施形態では、絶縁保護膜12cが、励磁部26と磁気結合部15との接触を防止するストッパを構成しており、重り部12を電磁力により強制的に動かした際に励磁部26と磁気結合部15とが付着するスティッキング現象の発生を防止することができる。なお、実施形態2の加速度センサにおいて本実施形態の技術思想を適用して、各磁気結合部15を図9に示すように渦巻状のコイルにより構成してもよい。   Therefore, in the acceleration sensor of the present embodiment, the same material can be used for the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15, and therefore when the magnetic coupling unit 15 is formed of a magnetic film as in the first embodiment. Compared with this, the cost can be reduced. In the present embodiment, the insulating protective film 12c constitutes a stopper that prevents contact between the excitation portion 26 and the magnetic coupling portion 15, and when the weight portion 12 is forcibly moved by electromagnetic force, the excitation portion It is possible to prevent the occurrence of a sticking phenomenon in which the magnetic layer 26 and the magnetic coupling portion 15 are attached. Note that, in the acceleration sensor of the second embodiment, the technical idea of the present embodiment may be applied, and each magnetic coupling unit 15 may be configured by a spiral coil as shown in FIG.

(実施形態4)
本実施形態の加速度センサの基本構成は実施形態1と略同じであり、図10に示すように、第1のカバー基板2における変位空間形成用凹部21の内底面に、励磁部26と磁気結合部15との接触を防止するストッパ5を突設してある点が相違する。なお、他の構成は実施形態1と同じなので説明を省略する。
(Embodiment 4)
The basic configuration of the acceleration sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 10, the excitation unit 26 and the magnetic coupling are formed on the inner bottom surface of the displacement space forming recess 21 in the first cover substrate 2. The difference is that a stopper 5 that prevents contact with the portion 15 is provided. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

しかして、本実施形態の加速度センサでは、重り部12を電磁力により強制的に動かした際に励磁部26と磁気結合部15とが付着するスティッキング現象の発生を防止することができる。   Therefore, in the acceleration sensor of the present embodiment, it is possible to prevent the occurrence of sticking phenomenon in which the excitation unit 26 and the magnetic coupling unit 15 adhere when the weight unit 12 is forcibly moved by electromagnetic force.

なお、本実施形態では、励磁部26と磁気結合部15との接触を防止するストッパ5をパッケージに設けてあるが、ストッパ5はパッケージに限らずセンサ基板1に設けてもよく、パッケージとセンサ基板1との少なくとも一方に設ければ、重り部12を電磁力により強制的に動かした際に励磁部26と磁気結合部15とが付着するスティッキング現象の発生を防止することができる。また、実施形態2〜4の加速度センサにおいて、本実施形態の技術思想を適用してもよい。   In the present embodiment, the stopper 5 for preventing contact between the excitation portion 26 and the magnetic coupling portion 15 is provided in the package. However, the stopper 5 is not limited to the package and may be provided on the sensor substrate 1. If it is provided on at least one of the substrates 1, it is possible to prevent the occurrence of a sticking phenomenon in which the excitation portion 26 and the magnetic coupling portion 15 adhere when the weight portion 12 is forcibly moved by electromagnetic force. Further, the technical idea of the present embodiment may be applied to the acceleration sensors of the second to fourth embodiments.

ところで、上記各実施形態では、センサ基板1の重り部12における各付随部12bがコア部12aよりも薄く形成されているが、各付随部12bとコア部12aとの厚みを揃え、センサ基板1の上記一表面側における各付随部12bの表面とコア部12aの表面とを面一としてもよい。また、上記各実施形態では、重り部12に磁気結合部15を設けてあるが、磁気結合部15は重り部12に限らず、撓み部13に設けるようにしてもよい。また、重り部12に励磁部26を設け、パッケージに磁気結合部15を設けるようにしてもよい。   By the way, in each said embodiment, although each accompanying part 12b in the weight part 12 of the sensor board | substrate 1 is formed thinner than the core part 12a, the thickness of each accompanying part 12b and the core part 12a is arrange | equalized, and the sensor board 1 is provided. The surface of each associated portion 12b and the surface of the core portion 12a on the one surface side may be flush with each other. In each of the above embodiments, the magnetic coupling portion 15 is provided in the weight portion 12, but the magnetic coupling portion 15 is not limited to the weight portion 12 and may be provided in the bending portion 13. Further, the excitation unit 26 may be provided in the weight 12 and the magnetic coupling unit 15 may be provided in the package.

実施形態1の加速度センサを示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A’概略断面図である。The acceleration sensor of Embodiment 1 is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is A-A 'schematic sectional drawing of (a). 同上を示し、(a)は要部断面図、(b)は他の要部断面図である。The same as the above, (a) is a fragmentary sectional view, and (b) is another fragmentary sectional view. 同上におけるセンサ基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A’概概略断面図である。The sensor board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is A-A 'schematic schematic sectional drawing of (a). 同上におけるセンサ基板の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor board | substrate in the same as the above. 同上における第2のカバー基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。The 2nd cover board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. 実施形態2の加速度センサを示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。The acceleration sensor of Embodiment 2 is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. 同上におけるセンサ基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。The sensor board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional view. 実施形態3の加速度センサにおけるセンサ基板を示す概略平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing a sensor substrate in the acceleration sensor according to the third embodiment. 同上の他の構成例におけるセンサ基板を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the sensor board | substrate in the other structural example same as the above. 実施形態4の加速度センサを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the acceleration sensor of Embodiment 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサ基板
2 第1のカバー基板
3 第2のカバー基板
4 集積回路
5 ストッパ
11 フレーム部
12 重り部
12a コア部
12b 付随部
12c 絶縁保護膜(ストッパ)
13 撓み部
15 磁気結合部
24 貫通孔配線
25 外部接続用電極
26 励磁部
Rx1〜Rx4 ゲージ抵抗
Ry1〜Ry4 ゲージ抵抗
Rz1〜Rz4 ゲージ抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor substrate 2 1st cover substrate 3 2nd cover substrate 4 Integrated circuit 5 Stopper 11 Frame part 12 Weight part 12a Core part 12b Associated part 12c Insulation protective film (stopper)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Bending part 15 Magnetic coupling part 24 Through-hole wiring 25 External connection electrode 26 Excitation part Rx1-Rx4 Gauge resistance Ry1-Ry4 Gauge resistance Rz1-Rz4 Gauge resistance

Claims (7)

半導体基板を用いて形成され加速度の作用により可動部に生じる応力を検出する複数のゲージ抵抗が可動部に設けられ複数方向の加速度をそれぞれ検出可能なセンサ基板と、センサ基板の厚み方向への可動部の変位空間を有するパッケージとを備えた加速度センサであって、可動部を電磁力により強制的に動かす動作確認用の駆動手段を備え、当該駆動手段は、センサ基板の一表面側において可動部とパッケージとの互いの対向面の一方に設けられたコイルからなる励磁部と他方に設けられ励磁部に磁気結合可能な磁気結合部との対を複数有し、励磁部と磁気結合部との対ごとに動作確認用の電磁力を発生可能としてあることを特徴とする加速度センサ。   A sensor substrate that is formed using a semiconductor substrate and that is provided with a plurality of gauge resistors that detect stress generated in the movable part due to the action of acceleration, and that can detect acceleration in a plurality of directions, respectively. An acceleration sensor comprising a package having a displacement space of a part, comprising an operation confirmation driving means for forcibly moving the movable part by electromagnetic force, and the driving means is movable on one surface side of the sensor substrate. There are a plurality of pairs of an excitation part made of a coil provided on one of the opposing surfaces of the package and a magnetic coupling part provided on the other and magnetically coupled to the excitation part. An acceleration sensor characterized in that an electromagnetic force for operation confirmation can be generated for each pair. 前記センサ基板は、重り部を囲むフレーム部を有し重り部が十字状に配置された4つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持されてなり、前記可動部が、重り部と各撓み部とで構成され、互いに直交する3方向それぞれの加速度を検出可能とするように前記ゲージ抵抗が配置されてなり、重り部が、各撓み部の一端部が連結されたコア部と、コア部と一体に形成され平面視においてコア部とフレーム部とフレーム部の周方向において隣り合う各一対の撓み部の間の空間にそれぞれ配置された4つの付随部とを有し、各付随部それぞれに前記励磁部と前記磁気結合部とのいずれか一方が設けられてなることを特徴とする請求項1記載の加速度センサ。   The sensor substrate has a frame portion surrounding a weight portion, and is supported by the frame portion so as to be swingable through four bending portions arranged in a cross shape. Each of the bending portions, and the gauge resistor is arranged so as to be able to detect accelerations in three directions orthogonal to each other, and the weight portion is a core portion to which one end portion of each bending portion is connected, and Each of the accompanying parts, which is formed integrally with the core part and arranged in a space between each of the pair of bending parts adjacent to each other in the circumferential direction of the core part, the frame part, and the frame part in a plan view. 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein either one of the excitation part and the magnetic coupling part is provided. 前記パッケージは、前記センサ基板の前記一表面側に接合された第1のカバー基板と、前記センサ基板の前記他表面側に接合された第2のカバー基板と、前記センサ基板の前記フレーム部とで構成されてなり、第1のカバー基板が半導体基板を用いて形成され、第1のカバー基板に前記駆動手段への通電用の貫通孔配線が形成されてなることを特徴とする請求項2記載の加速度センサ。   The package includes a first cover substrate bonded to the one surface side of the sensor substrate, a second cover substrate bonded to the other surface side of the sensor substrate, and the frame portion of the sensor substrate. The first cover substrate is formed using a semiconductor substrate, and a through-hole wiring for energizing the driving means is formed on the first cover substrate. The acceleration sensor described. 前記センサ基板と前記パッケージとの少なくとも一方に、前記励磁部と前記磁気結合部との接触を防止するストッパが設けられてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の加速度センサ。   4. The stopper according to claim 1, wherein at least one of the sensor substrate and the package is provided with a stopper that prevents contact between the excitation unit and the magnetic coupling unit. 5. The acceleration sensor described. 前記磁気結合部は、磁性体膜からなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to claim 1, wherein the magnetic coupling portion is made of a magnetic film. 前記磁気結合部は、コイルからなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の加速度センサ。   The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic coupling portion includes a coil. 前記センサ基板は、前記電磁力を発生させる前記励磁部と前記磁気結合部との対を選択する制御回路が集積化されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の加速度センサ。
7. The sensor board according to claim 1, wherein a control circuit for selecting a pair of the excitation unit and the magnetic coupling unit that generates the electromagnetic force is integrated. The acceleration sensor described in 1.
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