JP2016170100A - シリコン配線埋め込みガラス基板およびそれを用いたセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】外部への電気的信号の取出しを容易にするシリコン配線埋め込みガラス基板の提供を目的とする。
小型化したシリコン配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いたセンサの提供を目的とする。
【解決手段】第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有するガラス基板と、前記ガラス基板の内部に埋設される第１のシリコン配線と、を備える。前記第１のシリコン配線は、前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、前記第１の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有し、前記第２の部分の端部は、前記第２の面に対して後退して設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリコン配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いたセンサに関するものである。

従来、シリコン配線を埋め込んだガラス基板用いて配線の引き回しを行うシリコン配線埋め込みガラス基板、及びそのシリコン配線埋め込みガラス基板を用いたセンサが知られている。

なお、この発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１４−１３１８３０号公報

しかしながら、上記従来の構成は、シリコン配線埋め込みガラス基板の上面からしか電気的な引き出しができないため、センサの配置方向が制限されるという課題があった。

そこで本発明は、センサの配置方向に関する自由度を高めることができるシリコン配線埋め込みガラス基板を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために本発明は、第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有するガラス基板と、前記ガラス基板の内部に埋設されるシリコン配線と、を備える。ここで、前記シリコン配線は、前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、前記第１の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有する。そして、前記第２の部分の端部は、前記第２の面に対して後退して設けられている構成とする。

本発明のシリコン配線埋め込みガラス基板は、外部への電気的信号の取出しが容易になるので、センサの配置方向に対する自由度を向上することができるという効果を有する。

実施の形態１の加速度センサの内部の構成示す斜視図 同センサが備える加速度センサ素子の概略構成を示す分解斜視図 （ａ）第２の基板を拡大した斜視図、（ｂ）図１のＡＡ線における第１の基板の断面を拡大した図 第２の基板の別の例を示す斜視図 センサ素子の別の例を示す斜視図 加速度センサを上面から見た図 加速度センサの製造工程のうち凹部を形成する工程を示した図

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

図１を参照して、本実施の形態に係わる加速度センサ１００の概略構成を説明する。

本実施の形態では、センサの一例としての加速度を検出するセンサを説明する。

図１は、加速度センサ１００の内部の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、パッケージ基板１０４は外部基板１０６に実装されている。図１では、パッケージの開口部をふさぐ蓋は、説明を簡単にするため図示していない。

パッケージ基板１０４の上には、センサ素子１０１と、センサ素子１０１からの出力に基づいて各種の演算を行い、物理量を検出する検出回路１０３と、が搭載される。

リード端子１０５は、パッケージ基板１０４から引き出される。パッケージ基板１０４から引き出されたリード端子１０５は外部基板１０６に接続される。

加速度センサ１００は、静電容量型の加速度を検出するセンサである。加速度センサ１００はＭＥＭＳ技術で製造される。

図２は、センサ素子１０１の概略構成を示す分解斜視図である。

センサ素子１０１は、第１の基板１３０と、第２の基板１３１ａと、第３の基板１３１ｂと、を積層した構造を有している。別の表現では、第１の基板１３０が第２の基板１３１ａと第３の基板１３１ｂとの間に挟まれた構造を有している。

第１の基板１３０は、Ｘ軸方向の加速度を検出する錘部１１１と、錘部１１１を支持部１１３に支持する梁部１１２ａ、梁部１１２ｂと、を有している。第１の基板１３０は、ＳＯＩ基板などの半導体基板を用いることができる。

第２の基板１３１ａは、固定電極１１５ａ、固定電極１１５ｃと、固定電極１１５ａ、１１５ｃのそれぞれから得られる電信号を外部に引き出すための貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと、を有している。

第２の基板１３１ａは、ガラスを含む基板を用いることができる。

各固定電極は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜を用いることができる。

第３の基板１３１ｂは、パッケージ基板１０４の上に配置される。第３の基板１３１ｂは、ガラスを含む基板を用いることができる。

貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、センサ素子１０１を横にした際に、電気的取出しを容易にするため、第２の基板１３１ａの端面まで延びている。別の表現では、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、第２の基板１３１ａの側面からその端部が露出する。

なお、貫通配線の端面には、金属ワイヤ接続するための電極パッドとしての金属メッキで覆われていても良い。

センサ素子１０１は、錘部１１１と固定電極１１５ａ、１１５ｃとの間に、加速度に応じて容量が変化するコンデンサが構成されている。より詳細には、錘部１１１に加速度が加わると、梁部１１２ａ、１１２ｂがねじれて、錘部１１１が変位する。これにより、固定電極１１５ａ、１１５ｃと錘部１１１とが対向する面積及び間隔が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。センサ素子１０１は、この静電容量の変化から加速度を検出することができる。

なお、本実施の形態ではＸ軸方向の加速度を検出するセンサ素子１０１を説明したが、これに限らない。例えば、Ｙ軸方向やＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ素子であってもよい。あるいは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度を検出する角速度センサ素子であっても構わない。

図３（ａ）は、第２の基板１３１ａを拡大した斜視図、図３（ｂ）は、図２のＡＡ線における第２の基板１３１ａの断面を拡大した図、である。

貫通配線１１４ｃが有する第１の部分３０１が延びる方向を第１の方向（図３のＺ軸方向）、貫通配線１１４ｃが有する第２の部分３０２が延びる方向を第２の方向（図３のＸ軸方向）、第１の方向と第２の方向とに垂直な方向を第３の方向（図３のＹ軸方向）とする。

第２の基板１３１ａは、固定電極１１５ａ、１１５ｃが設けられる面である第１の面１４１ａを有する。別の表現では、第２の基板１３１ａは、錘部１１１と対向する面である第１の面１４１ａを有する。

第２の基板１３１ａは、第１の面１４１ａと垂直な面である第２の面１４１ｂを有する。

貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃはそれぞれ、第１の部分３０１と、第２の部分３０２と、を有し、第１の部分３０１と第２の部分３０２とがＴ字の形状を構成している。

第１の部分３０１は、第２の基板１３１ａと垂直に延びる部分である。別の表現では、図３（ｂ）中のＺ軸方向に伸び部分である。

第２の部分３０２は、第２の基板１３１ａと水平に延びる部分である。別の表現では、図３（ｂ）中のＸ軸方向に伸び部分である。

貫通配線１１４ｃが有する第１の部分３０１は、固定電極１１５ｃと電気的に接続される。

貫通配線１１４ｃが有する第２の部分３０２は、第２の面１４１ｂまで延びる。別の表現では、貫通配線１１４ｃが有する第２の部分３０２の端部は、第２の面１４１ｂに対して後退して設けられる。この後退した領域を凹部１６１ｃとする。別の表現では、貫通配線１１４ａが有する第２の部分３０２は、第１の面１４１ａと反対の面である第３の面１４１ｃにおいて、第２の基板１３１ａを分断するように設けられる。

貫通配線１１４ａが有する第１の部分３０１は、固定電極１１５ａと電気的に接続される。

貫通配線１１４ａが有する第２の部分３０２は、第２の面１４１ｂまで延びる。別の表現では。貫通配線１１４ａが有する第２の部分３０２の端部は、第２の面１４１ｂに対して後退して設けられる。この後退した領域を凹部１６１ａとする。別の表現では、貫通配線１１４ａが有する第２の部分３０２は、第１の面１４１ａと反対の面である第３の１４１ｃにおいて、第２の基板１３１ａを分断するように設けられる。

貫通配線１１４ｂが有する第１の部分３０１は、第１の基板１３０と電気的に接続される。

貫通配線１１４ｂが有する第２の部分３０２は、第２の面１４１ｂまで延びる。別の表現では。貫通配線１１４ｂが有する第２の部分３０２の端部は、第２の面１４１ｂに対して後退して設けられる。この後退した領域を凹部１６１ｂとする。別の表現では、貫通配線１１４ｂが有する第２の部分３０２は、第１の面１４１ａと反対の面である第３の面１４１ｃにおいて、第２の基板１３１ａを分断するように設けられる。

凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃは、第２の基板１３１ａを構成する基板材料（本実施の形態では、基板材料はガラスである。）からなる３つの内面と、貫通配線を構成する配線材料（本実施の形態では、配線材料はシリコン。）からなる１つの内面と、によって囲まれる領域（凹部）である。別の表現では、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃは、第２の基板１３１ａの端面である３つの内面と、貫通配線の端面である１つの内面と、によって囲まれる領域（凹部）である。

第２の基板１３１ａを構成する基板材料（本実施の形態では、基板材料はガラスである。）からなる３つの面と、各貫通配線を構成する配線材料（本実施の形態では、配線材料はシリコン。）からなる１つの面とは、その表面に、例えば金からなる金属膜を有していることが好ましい。

これにより、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを、例えばワイヤボンディングの金属パッドとして用いる際に、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを構成する４つの内面が全て金属膜で覆われる。これにより、第２の基板１３１ａの第２の面１４１ｂが上を向くように配置される場合でも、第２の面１４１ｂが横を向くように配置される場合でも、常に上面に露出する金属の面が出現するので、第２の面１４１ｂが上、横のどちらを向くように配置しても、外部への電気的信号の取出しが容易となる。

更に、第２の基板１３１ａの第２の面１４１ｂが上を向くように配置される場合、金属面が凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃになっていることで、外部への電気的信号の取り出しを行うワイヤの高さが第２の基板１３１ａの第２の面１４１ｂより低くすることが可能となり、パッケージ基板１０４を小型化することができる。

また、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを、例えばワイヤボンディングの金属パッドとして用いる際に、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを構成する４つの内面が全て金属膜で覆われているので、ワイヤボンディングの電気的接続信頼性を向上することができる。

また、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃが第２の基板１３１ａを構成する基板材料（本実施の形態では、基板材料はガラスである。）からなる３つの内面と、貫通配線を構成する配線材料（本実施の形態では、配線材料はシリコン。）からなる１つの内面と、によって囲まれる領域（凹部）であると説明したが、これに限らない。例えば、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃが第２の基板１３１ａを構成する基板材料（本実施の形態では、基板材料はガラスである。）からなる４つの内面と、貫通配線を構成する配線材料（本実施の形態では、配線材料はシリコン。）からなる１つの内面と、によって囲まれる領域（凹部）であってもよい。この場合、凹部は四方を囲まれた窪みとなり、実装の際に接合金属や導電性接着剤を流し込むために利用することができる。ただし、凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃが第２の基板１３１ａを構成する基板材料（本実施の形態では、基板材料はガラスである。）からなる３つの内面と、貫通配線を構成する配線材料（本実施の形態では、配線材料はシリコン。）からなる１つの内面と、のみによって囲まれる領域（凹部）である事が好ましい。即ち、これは、凹部は三方を囲まれた窪であることが好ましい。これにより、上述の通り、電気的信号の取出しが容易になる。

また、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは、第２の基板１３１ａの中を互いに平行に延びることが好ましい。これにより、第２の基板１３１ａの対称性を向上できるので、第２の基板１３１ａを用いたセンサの温度特性を改善できる。

また、貫通配線１１４ｂは、貫通配線１１４ａと貫通配線１１４ｃとの間に挟まれる。

図４は、第２の基板１３１ａの別の例を示す斜視図である。

図４では図示しないが、図４の貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと、図３の貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃとは、第２の基板１３１ａの中で同じ方向に伸びる。
貫通配線１１４ｃが有する第１の部分３０１が延びる方向を第１の方向（図４のＺ軸方向）、貫通配線１１４ｃが有する第２の部分３０２が延びる方向を第２の方向（図４のＸ軸方向）、第１の方向と第２の方向とに垂直な方向を第３の方向（図４のＹ軸方向）とする。この時、貫通配線１１４ｂが有する第２の部分の端部の第３の方向の幅（図４中のＷ２）は、貫通配線１１４ａが有する第２の部分の端部の第３の方向の幅（図４中のＷ１）よりも大きい。

貫通配線１１４ｂが有する第２の部分の端部の第３の方向の幅（図４中のＷ２）は、貫通配線１１４ｃが有する第２の部分の端部の第３の方向の幅（図４中のＷ３）よりも大きいことが好ましい。これにより、貫通配線１１４ｂが有する第２の部分へワイヤボンディングする際に要求されるアライメント精度が緩和される。

貫通配線１１４ａが有する第２の部分の端部の第３の方向の幅（図４中のＷ１）は、貫通配線１１４ｃが有する第２の部分の端部の第３の方向の幅（図４中のＷ３）と等しいことが好ましい。これにより、第２の基板１３１ａの対称性を向上できるので、第２の基板１３１ａを用いたセンサの温度特性を改善できる。

また、図３で説明した各貫通配線の構造と、図４で説明した各貫通配線の構造とは、組み合わせて用いることができる。

また、各貫通配線の構造は、Ｔ字の形状で図示されているが、これに限らない。例えば、各貫通配線の構造は、Ｌ字の形でもよいし、Ｔ字とＬ字とを併用してもよい。

図５は、本実施の形態の加速度センサが備えるセンサ素子の別の例を示す斜視図である。

センサ素子２０１は、第２の基板に、貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄを有する点でセンサ素子１０１と異なる。その他の構成はセンサ素子１０１と同じである。

貫通配線１１４ａは、第１の固定電極１１５ａに接続する。

貫通配線１１４ｃは、第１の固定電極１１５ｃに接続する。

貫通配線１１４ｂ、１１４ｄは第１の基板１３０に接続する。

このように、貫通配線１１４ｂと貫通配線１１４ｄとを用いて、２箇所で第１の基板１３０と接続しているので、第１の基板１３０の電位が安定して取り出される。これにより、第２の基板１３１ａを用いたセンサの信頼性を向上できる。更に、第２の基板１３１ａの対称性を向上できるので、第２の基板１３１ａを用いたセンサの温度特性を改善できる。

図６は、加速度センサ１００を上面から見た図である。

センサ素子１０１は、第２の面１４１ｂが上面視で露出するように配置される。

上面視で露出する貫通配線１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃの端部には、金属のワイヤが接続されている。

センサ素子１０１は、金属のワイヤを介して回路基板１０３に接続されている。

このように、
図７は、加速度センサ１００の製造工程のうち、第２の基板１３１ａの凹部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを形成する工程を示した図である。

工程（ａ）では、ガラス（基板材料）にシリコン（貫通配線材料）がはめ込まれた基板１７１の上面にレジストを塗布する。この時、上面から露出する貫通配線の一部にはレジストを設けない。

工程（ｂ）では、基板１７１がエッチングされる。この時、貫通配線材料のレジストを設けない一部がエッチングされる。これにより、基板１７１に凹部が形成される。

工程（ｃ）では、基板１７１の上面にスパッタを用いて金属膜を形成する。

工程（ｄ）では、レジストを剥離する。これにより、凹部に形成された金属膜以外の金属膜が除去される。

工程（ｅ）では、図７の点線に沿って、すなわち、凹部を通る線で、基板１７１をダイシングする。図７（ｆ）はダイシング後の斜視図である。

以上の工程で、第２の基板１３１ａが形成される。

本発明は、シリコン配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いたセンサとして有用である。

１００ 加速度センサ
１０１、２０１ センサ素子
１０４ パッケージ基板
１０５ リード端子
１０６ 外部基板
１１１ 錘部
１１３ 支持部
１１２ａ、１１２ｂ 梁部
１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄ 貫通配線
１１５ａ、１１５ｃ 固定電極
１３０ 第１の基板
１３１ａ 第２の基板
１３１ｂ 第３の基板
１４１ａ 第１の面
１４１ｂ 第２の面
１４１ｃ 第３の面
１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ 凹部
１７１ 基板

Claims (14)

1. 第１の面と前記第１の面に垂直な第２の面とを有するガラス基板と、
   前記ガラス基板の内部に埋設される第１のシリコン配線と、を備え、
   前記第１のシリコン配線は、
   前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、
   前記第１の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有し、
   前記第２の部分の端部は、前記第２の面に対して後退して設けられているシリコン配線埋め込みガラス基板。
2. 前記ガラス基板の内部に埋設される第２のシリコン配線と、を更に備え、
   前記第２のシリコン配線は、
   前記第１の面に対して垂直に延びる第３の部分と、
   前記第３の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第４の部分と、を有し、
   前記第４の部分の端部は、前記第２の面に対して後退して設けられている請求項１に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
3. 前記ガラス基板の内部に埋設される第３のシリコン配線と、を更に備え、
   前記第３のシリコン配線は、
   前記第１の面に対して垂直に延びる第５の部分と、
   前記第５の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第６の部分と、を有し、
   前記第６の部分の端部は、前記第２の面に対して後退して設けられている請求項１または２に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
4. 第２の部分は、前記第１の面と反対の面において、前記ガラス基板を分断する請求項１から３のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
5. 前記第４の部分は、前記第１の面と反対の面において、前記ガラス基板を分断する請求項２から４のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
6. 前記第６の部分は、前記第１の面と反対の面において、前記ガラスの基板を分断する請求項２から５のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
7. 前記第１の部分が延びる方向を第１の方向、前記第２の部分が延びる方向を第２の方向、前記第１の方向と前記第２の方向とに垂直な方向を第３の方向とした時、前記第６の部分の端部の前記第３の方向の幅は、前記第２の部分の端部の前記第３の方向の幅はよりも大きい請求項３から６のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
8. 第１のシリコン配線と前記第２のシリコン配線とが互いに平行である請求項２から請求項７のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
9. 前記第１の貫通配線は、前記第１の面に設けた第１の電極に接続し、
   前記第２の貫通配線は、前記第１の面に設けた第２の電極に接続し、
   前記第３の貫通配線は、前記第１の貫通配線と前記第２の貫通配線との間に設けられる請求項３から８のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
10. 前記後退して設けられている部分に金属メッキを設けた請求項１から８のいずれかに記載の配線埋め込みガラス基板。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板を備えたセンサ。
12. 第１の面と前記第１の面に垂直な第２の面とを有するガラス基板と、
    前記ガラス基板の内部に埋設される第１のシリコン配線と、を備え、
    前記第１のシリコン配線は、
    前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、
    前記第１の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有し、
    前記ガラス基板の端面である第１、第２、第３の内面と、
    前記第２の部分の端面である第４の内面と、を有する凹部を設けたシリコン配線埋め込みガラス基板。
13. 前記凹部は、前記第１、第２、第３の内面と、前記第４の内面と、のみでその内面が構成されるシリコン配線埋め込みガラス基板。
14. 請求項１２または１３に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板を備えたセンサ。

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