传感器装置和电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本技术涉及安装有诸如振动型陀螺仪传感器等传感器元件的传感器装置，并且涉及包括这样的传感器装置的电子设备。
【背景技术】
[0002]作为角速度传感器，例如振动型陀螺仪传感器是普遍已知的。所述振动型陀螺仪传感器通过预先致使振子(vibrator)在预定频率下振动且通过利用压电元件等检测在该振子中生成的科里奥利力(Cor1lis force)，由此检测角速度。典型地，所述振动型陀螺仪传感器(下文中，称为传感器装置)作为封装部件而与集成电路(1C)并列地被安装在同一基板上，所述集成电路用于使所述振子振荡、然后检测出角速度，等等(参见专利文献1)。
[0003]顺便提及的是，为了被安装起来的电子设备的小型化，期望实现传感器装置的更小尺寸和更低成本。然而，在上述的安装方法中，必须保证有能够至少安装所述传感器和所述1C的占地面积。这在追求更小尺寸和更低成本方面是不利的。
[0004]鉴于此，专利文献2披露了一种具有如下构造的传感器装置:在该构造中，用于容纳控制器(1C)的容纳部被形成于由诸如陶瓷等制成的多层布线板中，且陀螺仪传感器被设置于该容纳部中。这个陀螺仪传感器由整体上呈矩形的三轴陀螺仪传感器(three-axisgyro sensor)形成，且被安装在所述容纳部中所容纳的所述控制器的上方。于是，所述陀螺仪传感器的安装区域与所述控制器的安装区域彼此重叠，因而能够减小占地面积。
[0005]引用文献列表
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利申请公开案第2010-230691号
[0008]专利文献2:日本专利申请公开案第2011-164091号
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题
[0010]然而，关于专利文献2中所披露的传感器装置，所述容纳部是被形成于布线板表面中的凹陷部。因此，被安装在所述容纳部上方的所述矩形陀螺仪传感器需要在垂直方向和/或水平方向上比所述容纳部更长。因此，存在着所述陀螺仪传感器不能被有效地小型化的问题。而且，在利用MEMS(微机电系统)工艺等从单个晶片获取多个陀螺仪传感器的情况下，所述陀螺仪传感器的小型化是有限的，且因此，所获得的陀螺仪传感器的数量不能增多。这样，成本的降低也是有限的。
[0011]鉴于上述情形，本技术的目的是提供能够实现更小尺寸和更低成本的传感器装置和电子设备。
[0012]解决技术问题所采取的技术手段
[0013]为了实现上述目的，根据本技术实施例的传感器装置包括传感器元件和半导体元件。所述半导体元件包括第一表面、第二表面和通路孔(via-hole)。所述第一表面是非能动性表面(inactive surface)且包括第一端子，所述传感器元件被安装在所述第一端子上。所述第二表面是能动性表面(active surface)且包括用于外部连接的第二端子。所述通路孔将所述第一表面和所述第二表面相互电连接。
[0014]根据所述传感器装置，所述传感器元件能够被直接地安装在所述半导体元件上，且因此，作为整个所述传感器装置，能够实现更小的尺寸和更低的成本。而且，所述传感器元件被安装在所述半导体元件的所述非能动性表面侧，因此，能够抑制所述传感器元件和所述半导体元件的相互干扰。由此，能够稳定地保持整个所述传感器装置的操作。
[0015]需要注意的是，“能动性表面”的意思是形成有所述半导体元件的集成电路等的元件形成表面，而“非能动性表面”的意思是处于所述半导体元件的基板侧的、且没有形成所述集成电路等的表面。
[0016]所述传感器元件可以包括:检测部，所述检测部能够检测预定物理量；以及支撑部，所述支撑部支撑着所述检测部且被连接至所述第一端子。
[0017]由此，所述传感器元件能够被接合在所述半导体元件的所述第一表面上且所述支撑部介于它们之间。
[0018]而且，所述半导体元件还可以包括凹陷部，所述凹陷部被形成于所述第一表面中且与所述检测部相对。
[0019]利用所述凹陷部的存在，能够确保所述传感器元件与所述半导体元件之间的足够的间隙，且因此，可以进一步减小所述半导体元件对所述传感器元件的操作的影响。此外，根据所述传感器装置，所述凹陷部可以被形成于作为非能动性表面的所述第一表面中，因此，所述凹陷部能够在不破坏所述半导体元件的元件结构的前提下而被形成。
[0020]而且，所述检测部可以包括活动部，并且所述传感器元件可以被构造成能够基于所述活动部的动作状态而输出依赖于所述预定物理量的信号。
[0021]例如，所述传感器元件可以被构造成基于所述活动部的振动状态的变化而输出与角速度相关的信号。
[0022]由此，所述传感器装置能够被构造为振动型陀螺仪传感器。
[0023]例如，所述活动部可以包括隔膜(diaphragm)，并且所述传感器元件可以被构造成能够基于所述隔膜的变形而输出与压力相关的信号。
[0024]由此，所述传感器装置能够被构造为隔膜型压力传感器。
[0025]在这些传感器装置中，所述半导体元件还可以包括凹陷部，所述凹陷部被形成于所述第一表面中且与所述活动部相对。
[0026]利用上述构造，所述活动部是与所述凹陷部相对的。因此，能够抑制空气阻力等对所述活动部的动作的影响，且能够稳定地保持传感器的灵敏度。
[0027]此外，所述半导体元件还可以包括振动控制构件，所述振动控制构件被形成于所述第一表面中且能够抑制基于所述活动部的动作的所述半导体元件和所述传感器元件的振动。
[0028]利用所述振动控制构件，能够抑制由于所述活动部的动作而引起的所述半导体元件的振动。因此，能够抑制被安装在所述半导体元件上的所述传感器元件本身对传感器性能的影响，且能够提尚检测精度。
[0029]或者，所述检测部可以输出基于对具有预定波长的电磁波的吸收的信号。
[0030]由此，所述传感器元件能够被构造为光电转换元件或利用由电磁波生成的热量的热电转换元件。即，所述传感器装置能够被构造为摄像元件(图像传感器)。
[0031]在所述传感器装置中，所述半导体元件还可以包括凹陷部，所述凹陷部被形成于所述第一表面中且与所述检测部相对。
[0032]由此，所述检测部和所述半导体元件能够相互分开与所述凹陷部的深度相应的预定距离，且能够提高所述检测部的热绝缘性。因此，能够提高所述传感器装置的检测精度。
[0033]而且，在所述传感器装置中，所述半导体元件还可以包括反射层，所述反射层被形成于所述第一表面中且能够反射所述具有预定波长的电磁波。
[0034]由此，透过所述检测部的所述电磁波能够被反射到所述检测部。因此，能够增强电磁波的利用效率且能够提高传感器的灵敏度。
[0035]而且，所述支撑部可以具有第一厚度，且所述半导体元件可以具有小于所述第一厚度的第二厚度。
[0036]由此，即使让所述半导体元件变得更薄，所述传感器装置在整体上的强度也能够利用所述传感器元件中的所述支撑部而增大。
[0037]此外，所述半导体元件还可以包括:第一再布线层，所述第一再布线层被设置于所述第一表面中且将所述第一端子和所述通路孔相互电连接；以及第二再布线层，所述第二再布线层被设置于所述第二表面中且将所述第二端子和所述通路孔相互电连接。
[0038]由此，所述第一端子与所述半导体元件的所述集成电路和所述第二再布线层能够通过所述第一再布线层及所述通路孔而彼此连接。由此，即使在安装于作为非能动性表面的所述第一表面这一侧上的情况下，也能够建立与所述半导体元件的适当电连接。而且，利用所述第一再布线层和所述第二再布线层，能够增大布线设计的自由度。由此，能够减小布线长度，且能够减少由于布线之间的串扰而引起的噪声等。
[0039]而且，所述传感器装置还可以包括覆盖部，所述覆盖部被设置于所述第一表面上且覆盖所述传感器元件，并且其中所述第一再布线层可以包括第三端子，所述第三端子被连接至所述覆盖部。
[0040]利用所述覆盖部，能够提高所述传感器装置的可操纵性。而且，所述覆盖部通过被连接至所述第三端子，能够起到电磁屏蔽的作用。由此，能够提高所述传感器装置的可靠性。
[0041]而且，所述传感器元件还可以包括活动部，且可以被构造成能够基于所述活动部的动作状态而输出依赖于预定物理量的信号。并且所述覆盖部还可以包括:覆盖膜，所述覆盖膜覆盖所述传感器元件；以及密封部，所述密封部在所述覆盖膜与所述活动部之间进行密封。
[0042]利用所述密封部，即使所述传感器元件包括所述活动部，所述活动部也能够遮挡所述覆盖膜。由此，所述传感器元件能够在确保所述活动部的动作空间的同时，被所述覆盖膜覆盖。
[0043]而且，所述半导体元件还可以包括:限制部，所述限制部被设置于所述第一表面与所述传感器元件之间，且所述限制部限制所述第一表面与所述传感器元件之间的间隙的大小。
[0044]由此，当所述第一端子利用焊接而被接合在所述传感器元件上时，不管焊料突起(solder bump)等的压歪量如何，都能够可靠地确保所述第一表面与所述传感器元件之间的具有预定大小的间隙。由此，能够确保所述传感器元件与所述半导体元件之间的足够的间隙，且能够进一步减小所述半导体元件对所述传感器元件的操作的影响。
[0045]需要注意的是，这里使用的术语“限制”的意思是将所述第一表面与所述传感器元件之间的所述间隙限制为大于所述预定大小。
[0046]此外，所述第一表面可以包括:第一区域，所述第一区域与所述检测部相对；以及第二区域，所述第一端子被形成于所述第二区域中，所述第二区域邻接于所述第一区域。并且所述半导体元件还可以包括:树脂层，所述树脂层被形成于所述第二区域与所述传感器元件之间；以及流入防止部，所述流入防止部被设置于所述第一表面上且防止所述树脂层流入所述第一区域中。
[0047]由此，即使所述树脂层是围绕所述第一端子而被形成的，也能够防止所述树脂层流到与所述检测部相对的一侧。因此，可以防止所述检测部的故障且可以增强操作稳定性。
[0048]根据本技术实施例的电子设备包括传感器装置。所述传感器装置包括传感器元件和半导体元件。所述半导体元件包括第一表面、第二表面和通路孔。所述第一表面是非能动性表面且包括第一端子，所述传感器元件被安装在所述第一端子上。所述第二表面是能动性表面且包括用于外部连接的第二端子。所述通路孔将所述第一表面和所述第二表面相互电连接。
[0049]本发明的效果
[0050]如上所述，根据本技术，可以提供能够实现小型化和成本降低的传感器装置和电子设备。
【附图说明】
[0051]图1是根据本技术第一实施例的传感器装置的示意性立体图。
[0052]图2是传感器装置的示意性截面图。
[0053]图3是除去了覆盖部的传感器装置的示意性截面图。
[0054]图4是除去了覆盖部的传感器装置的平面图。
[0055]图5是传感器装置中的传感器元件的整体立体图。
[0056]图6示出了传感器装置中的半导体元件的主要部分的截面图。
[0057]图7是示出了半导体元件的第一表面的构造的平面图。
[0058]图8是示出了半导体元件的第二表面的构造的平面图。
[0059]图9是用于解释传感器装置中的覆盖部的功能的图。
[0060]图10是传感器元件的主要部分的示意性平面图。
[0061]图11是用于解释传感器元件的振动模式的图。
[0062]图12是用于解释传感器元件的操作的图。
[0063]图13是用于解释传感器元件的另一操作的图。
[0064]图14是示出了传感器装置的制造方法的实施例的工艺流程图。
[0065]图15是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0066]图16是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0067]图17是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0068]图18是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0069]图19是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0070]图20是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0071]图21是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0072]图22是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0073]图23是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0074]图24是用于解释传感器装置的制造工艺的示意性截面图。
[0075]图25是根据本技术第二实施例的传感器装置的示意性截面图。
[0076]图26是根据本技术第三实施例的传感器装置的示意性立体图。
[0077]图27是示出了传感器装置的构造的示意图，其中A是平面图，且B是当沿着A中的[A]_[A]方向观看时的截面图。
[0078]图28是传感器装置的主要部分的示意性截面图。
[0079]图29是除去了传感器元件中的一部分后的传感器装置的示意性平面图。
[0080]图30是根据本技术第四实施例的传感器装置的示意性截面图。
[0081]图31是根据本技术第二实施例的变形例的传感器装置的示意性截面图。
[0082]图32是示出了传感器装置中的半导体元件的构造的示意性平面图。
【具体实施方式】
[0083]下文中，将参照附图来说明根据本技术的实施例。
[0084]第一实施例
[0085]图1和图2是示出了根据本技术实施例的传感器装置的图。图1是示意性立体图，且图2是示意性截面图。这个实施例的传感器装置1包括传感器元件100、半导体元件200和覆盖部300。需要注意的是，在图1中，用点划线仅示出了覆盖部300的轮廓。而且，图3和图4是在除去了覆盖部300的状态下所观看到的传感器装置1的图。图3是示意性截面图，且图4是平面图。需要注意的是，这些图中的X轴方向表示传感器装置1的垂直方向，Y轴方向表示水平方向，且Z轴方向表示厚度方向。这三个方向表示彼此正交的方向。
[0086]图1中所示的传感器装置1被构造成单个封装部件，该单个封装部件在整体上被形成为大致长方体形状。传感器元件100被直接地安装在半导体元件200上。S卩，传感器元件100利用例如倒装芯片法(flip chip method)而被贴面式地安装在半导体元件200的第一表面201上。在这个实施例中，传感器装置1沿垂直和水平方向都具有大约2mm的尺寸并且具有大约0.7mm的厚度。
[0087]在这个实施例中，传感器元件100被构造为能够输出与作为预定物理量的角速度相关的信号的陀螺仪传感器元件。传感器元件100的整体厚度H1是例如大约340 μ m。
[0088]半导体元件200由能够控制传感器元件100的单个集成电路(1C:IntegratedCircuit)部件形成。在这个实施例中，半导体元件200由半导体裸芯片形成。半导体元件200具有大致长方体形状，该大致长方体形状具有例如一边的边长大约为2.0mm的大致正方形形状。例如，半导体元件200具有大约100 μ m的厚度H2(参见图3)。
[0089]在这个实施例中，覆盖部300被形成于第一表面201上。覆盖部300包括覆盖膜310，覆盖膜310覆盖传感器元件100。因为覆盖膜310在它的外层部分处包括导电膜，所以覆盖膜310还能够起到传感器元件100的电磁屏蔽的作用。
[0090]传感器装置1凭借半导体元件200的第二表面202的第二端子251而被接合在控制板等(未图示)上，然后被安装在电子设备中。电子设备的例子可以包括视频摄录机、车载导航系统和游戏操控台。所述控制板可以是这类电子设备的布线板(主板(motherboard)) ο所述控制板包括其中除了安装有传感器装置1之外还安装有其他电子部件的控制板。
[0091]传感器元件的轮廓
[0092]图5是示出了传感器元件100的构造例子的整体立体图，该图示出了该元件的与布线板200相对的后表面。参照图3到图5，传感器元件100包括检测部101和框架体(支撑部)102。检测部101包括振子部(活动部)103以及检测电极51、71和72 (参见图10)，检测电极51、71和72被形成于传感器元件100的中心部分中。框架体(支撑部)102支撑着振子部103，且被形成于传感器元件100的外围部中。在这个实施例中，检测部101基于振子部103的振动状态，来检测出绕着沿ΧΥ平面内的两个预定方向的两个轴中每一者的角速度和绕着沿垂直于ΧΥ平面的方向的Ζ轴的角速度。S卩，传感器元件100被构造成能够输出依赖于这些角速度的信号。
[0093]振子部103包括多个摆部(pendulum port1n) 21a、21b、22a和22b。如稍后将说明的，所述多个摆部21a、21b、22a和22b根据绕着Z轴的角速度而在ΧΥ平面内发生位移，且根据绕着X轴或Υ轴的角速度而在Ζ轴方向上发生位移。
[0094]框架体102包括基体81和联接部82。基体81包括端子部114。基体81被形成为环绕振子部103的外部的大致矩形框架形状。联接部82使基体81联接至振子部103。联接部82具有在ΧΥ平面内可变形的形状。因此，振子部103能够在不干扰振子部103的振动的前提下被支撑着。
[0095]在这个实施例中，传感器元件100由包括娃(Si)的材料形成。例如，传感器元件100是通过如下方式而被形成的:将两个硅(Si)基板彼此接合，且使这样获得的S0I (绝缘体上娃:Silicon On Insulator)基板经受精加工。传感器元件100包括第一层111、第二层112和接合层113，接合层113使第一层111和第二层112彼此接合。第一层111和第二层112均由硅基板形成。接合层113由氧化硅膜形成。在这个实施例中，第一层111具有大约40 μm的厚度，第二层112具有大约300 μm的厚度，且接合层113具有大约Ιμπι的厚度。
[0096]第一层111被形成为其平面是正方形、或矩形等的大致矩形形状。第二层112被形成为具有与第一层111相应的尺寸的矩形环状。需要注意的是，在这个实施例中，第一层111被形成为一边的边长大约是1.7mm的正方形。第一层111形成振子部103、联接部82、和基体81的下部(图5中的上部)。第二层112被形成为沿着与第一层111的外围部中的基体81相应的区域的框架形状。第二层112形成基体81的上部(图5中的下部)。
[0097]利用上述构造，振子部103和联接部82只由第一层111形成，且具有大约40 μ m的厚度。
[0098]另一方面，基体81具有这样的构造:其中，第一层111和第二层112被层叠着且接合层1