專利名稱：測力傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將具備多個(gè)負(fù)荷測定用的壓電電阻元件的傳感器基板與基體基板接合而成的測力傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在移動設(shè)備的觸控面板和控制器等用戶界面上使用負(fù)荷測定用的測力傳感器。作為測力傳感器，已知有如下類型的測力傳感器，即，具備傳感器基板，該傳感器基板形成有承受來自外部的負(fù)荷的受壓部、根據(jù)該受壓部所承受的負(fù)荷而變位的變位部、從設(shè)置有受壓部的一側(cè)的相反側(cè)的面將變位部支承成變位自如的支承部、檢測變位部的變位量的壓電電阻元件、與該壓電電阻元件電連接的電連接部，所述測力傳感器能夠在該傳感器基板與基體基板接合的狀態(tài)下進(jìn)行外部安裝。具體而言，測力傳感器的外部安裝通過具備如下的封裝體且將外部電路與該封裝體電連接而實(shí)現(xiàn)，所述封裝體通過引線接合使與傳感器基板的電連接部導(dǎo)通連接的基體基板的電極焊盤部與外部電路電連接或者通過引線接合將傳感器基板的電連接部和基體基板的電極焊盤部導(dǎo)通連接。這種現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的測力傳感器在例如專利文獻(xiàn)1中有所記載。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-325772號公報(bào)發(fā)明的概要發(fā)明要解決的課題在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，如例如專利文獻(xiàn)1中所記載的那樣，傳感器基板和基體基板以 300 400°C、電壓500 1000V的條件進(jìn)行了陽極接合。然而，若在250°C以上的高溫下進(jìn)行基板接合，則由于傳感器基板、基體基板及接合材料的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致在基板接合部(傳感器基板的支承部及電連接部)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而造成傳感器基板形變。若傳感器基板產(chǎn)生形變，則該傳感器基板上具備的多個(gè)壓電電阻元件所構(gòu)成的橋接電路的輸出零點(diǎn)發(fā)生較大地偏差或者輸出零點(diǎn)的不均變大等，因此造成成品率下降。另外，在專利文獻(xiàn)1 所記載的傳感器基板與基體基板的接合面設(shè)置有焊盤電極，利用貫通電極向外部引出引線的結(jié)構(gòu)中，必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感器基板與基體基板的接合以及焊盤電極與引線的接合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于獲得在將具備多個(gè)壓電電阻元件的傳感器基板與基體基板接合而構(gòu)成的測力傳感器中能夠減小因基板接合后的殘余應(yīng)力造成的基板形變而改善成品率的測力傳感器及其制造方法。用于解決課題的手段本發(fā)明通過認(rèn)識到在基板接合時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是使傳感器基板形變而導(dǎo)致由設(shè)置在該傳感器基板上的多個(gè)壓電電阻元件構(gòu)成的橋接電路產(chǎn)生輸出零點(diǎn)偏差的原因，并著眼于只要將傳感器基板和基體基板在小于250°C的低溫下接合則能夠減小因基板接合產(chǎn)生的殘余應(yīng)力而完成。S卩，本發(fā)明的特征在于，通過將傳感器基板與基體基板接合而成，所述傳感器基板具備多個(gè)壓電電阻元件，變位部在經(jīng)由受壓部承受來自外部的負(fù)荷時(shí)發(fā)生變位，所述多個(gè)壓電電阻元件的電阻對應(yīng)于該變位量而發(fā)生變化，在所述傳感器基板上，在所述受壓部的相反側(cè)的形成有所述多個(gè)壓電電阻元件的面上設(shè)置有傳感器側(cè)支承部和多個(gè)傳感器側(cè)電連接部，所述傳感器側(cè)支承部定位成其至少一部分與所述多個(gè)壓電電阻元件在俯視下重疊且將所述變位部支承成變位自如，所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部位于比該傳感器側(cè)支承部靠基板周緣的位置且與所述多個(gè)壓電電阻元件分別電連接，在所述基體基板上，在與所述傳感器基板接合的接合面?zhèn)仍O(shè)置有基體側(cè)支承部、多個(gè)基體側(cè)電連接部、多個(gè)電極焊盤，所述基體側(cè)支承部與所述傳感器側(cè)支承部接合，所述多個(gè)基體側(cè)電連接部位于比該基體側(cè)支承部靠基板周緣的位置而與所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部接合，所述多個(gè)電極焊盤形成為能夠與從各基體側(cè)電連接部引出的電氣配線的端部外部連接。優(yōu)選所述傳感器側(cè)支承部設(shè)置成具有包圍所述變位部的整周的閉合的內(nèi)周邊緣的俯視形狀，所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部以包圍所述傳感器側(cè)支承部的外周的方式沿所述傳感器基板的周緣設(shè)置，并且在從將所述受壓部和所述多個(gè)壓電電阻元件以各自中心連結(jié)的假想線離開的位置被分割。根據(jù)該形態(tài)，密封樹脂不會浸入由傳感器側(cè)支承部包圍的變位部，并且，通過多個(gè)傳感器側(cè)電連接部將從傳感器側(cè)支承部到基板周緣的空間填埋，從而能夠抑制密封樹脂的浸入，因此能夠降低因樹脂硬化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。另外，不會對多個(gè)壓電電阻元件帶來因多個(gè)傳感器側(cè)電連接部的分割造成的影響?？梢詫⑺鰝鞲衅鱾?cè)支承部與所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部中的任意一個(gè)兼并使用。所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部可以分別設(shè)置在俯視下為矩形狀的傳感器基板的角部。所述傳感器側(cè)支承部優(yōu)選相對于所述變位部的平面中心對稱設(shè)置，根據(jù)該形態(tài)能夠穩(wěn)定地支承變位部。更具體而言，優(yōu)選所述傳感器側(cè)支承部設(shè)置成具有包圍所述變位部的整周的閉合的內(nèi)周邊緣且沿著除了所述傳感器基板的角部以外的所述傳感器基板的周緣的俯視形狀。另一方面，優(yōu)選在基體基板上，所述基體側(cè)支承部設(shè)置成具有與所述傳感器側(cè)支承部的內(nèi)周邊緣對應(yīng)的閉合的內(nèi)周邊緣的俯視形狀，通過該傳感器側(cè)支承部與基體側(cè)支承部的接合將由所述內(nèi)周邊緣包圍的空間密封。優(yōu)選所述傳感器側(cè)支承部的內(nèi)周邊緣位于距所述各壓電電阻元件的中心士 ΙΟμπι 以內(nèi)的距離范圍內(nèi)。根據(jù)該形態(tài)，能夠提高傳感器靈敏度。優(yōu)選所述傳感器側(cè)支承部與所述基體側(cè)支承部及所述傳感器側(cè)電連接部與所述基體側(cè)電連接部經(jīng)由膜厚為300nm以下的金屬接合層接合，所述金屬接合層由包含Al、Ti、 Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、!^、Au中的任意一種或兩種以上的合金或者雙層以上的層疊膜構(gòu)成。根據(jù)該形態(tài)，能夠在小于250°C的低溫下進(jìn)行金屬接合。另外，還可以具備封裝體，其具有將所述基體基板粘結(jié)固定并且通過引線接合與該基體基板的多個(gè)電極焊盤電連接的多個(gè)電極焊盤和與各所述電極焊盤電連接的多個(gè)外部安裝端子；密封樹脂，其將該封裝體上的所述基體基板及所述傳感器基板的周圍固定。
另外，本發(fā)明根據(jù)制造方法的形態(tài)，其特征在于包括在具有變位部的傳感器基板的表背面的一方形成多個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)部的工序，所述傳感器結(jié)構(gòu)部具有電阻對應(yīng)于該變位部的變位量而變化的多個(gè)壓電電阻元件、與所述多個(gè)壓電電阻元件電連接的多個(gè)傳感器側(cè)電連接部、在至少一部分與所述多個(gè)壓電電阻元件在俯視下重疊的位置將所述變位部支承成變位自如的傳感器側(cè)支承部；在基體基板的表背面的一方形成多個(gè)基體結(jié)構(gòu)部的工序，該基體結(jié)構(gòu)部具有與所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部對應(yīng)的多個(gè)基體側(cè)電連接部、形成為能夠與從各基體側(cè)電連接部引出的電氣配線的端部引線接合的多個(gè)電極焊盤、位于由所述多個(gè)基體側(cè)電連接部包圍的區(qū)域的與所述傳感器側(cè)支承部對應(yīng)的基體側(cè)支承部；在常溫至小于250°C的氣氛下將所述傳感器基板和所述基體基板壓接，將所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部與基體側(cè)電連接部以及所述傳感器側(cè)支承部與所述基體側(cè)支承部同時(shí)接合的工序；在所述傳感器基板的另一方的面上形成多個(gè)對各傳感器結(jié)構(gòu)部的變位部施加來自外部的負(fù)荷的受壓部的工序；以由一對傳感器結(jié)構(gòu)部和基體結(jié)構(gòu)部構(gòu)成的芯片單位切斷所述傳感器基板及所述基體基板的工序。 優(yōu)選在所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部和所述多個(gè)基體側(cè)電連接部以及所述傳感器側(cè)支承部和所述基體側(cè)支承部以300nm以下的膜厚預(yù)先形成金屬接合層，該金屬接合層由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一種或兩種以上的合金或者雙層以上的層疊膜構(gòu)成，經(jīng)由該金屬接合層將該多個(gè)傳感器側(cè)電連接部與基體側(cè)電連接部以及傳感器側(cè)支承部與基體側(cè)支承部接合。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，由于傳感器側(cè)支承部和基體側(cè)支承部及傳感器側(cè)電連接部和基體側(cè)電連接部在小于250°C的低溫下接合，從而在基板接合部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力減小。進(jìn)一步而言，由于傳感器側(cè)支承部及基體側(cè)支承部和多個(gè)傳感器側(cè)電連接部及基體側(cè)電連接部中的至少一個(gè)沿著基板周緣設(shè)置，從而能夠抑制浸入傳感器基板和基體基板之間的密封樹脂。 由此，能夠提供可以不對設(shè)置在傳感器基板上的多個(gè)壓電電阻元件帶來不良影響而改善成品率的測力傳感器及其制造方法。


圖1是表示適用了本發(fā)明的測力傳感器的第一實(shí)施方式的示意性剖視圖。圖2是表示從上面?zhèn)扔^察該測力傳感器得到的俯視圖。圖3是表示該測力傳感器的傳感器基板的背面(接合面)的俯視圖。圖4是表示該測力傳感器的基體基板的表面(接合面)的俯視圖。圖5是表示本發(fā)明的測力傳感器的制造方法的一工序的示意性剖視圖。圖6是表示圖5的下一工序的示意性剖視圖。圖7是表示圖6的下一工序的示意性剖視圖。圖8是表示圖7的下一工序的示意性剖視圖。圖9是表示從上面?zhèn)扔^察適用了本發(fā)明的測力傳感器的第二實(shí)施方式得到的俯視透視圖。圖10是表示該測力傳感器的傳感器基板的背面(接合面)的俯視圖。圖11是表示該測力傳感器的基體基板的表面(接合面)的俯視圖。
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圖12是表示從上面?zhèn)扔^察適用了本發(fā)明的測力傳感器的第三實(shí)施方式得到的俯視透視圖。圖13是表示該測力傳感器的傳感器基板的背面(接合面)的俯視圖。圖14是表示該測力傳感器的基體基板的表面(接合面)的俯視圖。圖15是表示從上面?zhèn)扔^察適用了本發(fā)明的測力傳感器的第四實(shí)施方式得到的俯視透視圖。圖16是表示該測力傳感器的傳感器基板的背面(接合面)的俯視圖。圖17是表示該測力傳感器的基體基板的表面(接合面)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式圖1 圖8表示適用了本發(fā)明的測力傳感器的第一實(shí)施方式。圖1為測力傳感器 1的剖視圖，圖2為從上面?zhèn)扔^察測力傳感器1得到的俯視圖，圖3為表示傳感器基板10的背面IOb (與基體基板20的接合面)的俯視圖，圖4為表示基體基板20的表面20a (與傳感器基板10的接合面)的俯視圖。測力傳感器1為壓電電阻方式的測力傳感器，其具備一對傳感器基板10和基體基板20。傳感器基板10由俯視下為矩形狀且宏觀觀察時(shí)沒有凹凸的固定厚度的硅基板構(gòu)成，該基板中央部構(gòu)成在承受負(fù)荷時(shí)發(fā)生變位的變位部11。在該傳感器基板10的表面IOa 上如圖1、圖2所示那樣設(shè)置有承受來自外部的負(fù)荷的受壓部12。受壓部12為在變位部11 上鼓起的圓柱狀的凸受壓部，優(yōu)選在其上表面周緣實(shí)施倒角加工(R加工)。該受壓部12由鎳合金或硅(與傳感器基板10為同一材質(zhì))構(gòu)成。雖然也可以省略受壓部12，但是通過在變位部11上設(shè)置受壓部12能夠使傳感器靈敏度穩(wěn)定。另一方面，如圖1、圖3所示那樣， 在傳感器基板10的背面IOb設(shè)置有作為形變檢測元件的多個(gè)壓電電阻元件13、將變位部 11支承成變位自如的支承部(傳感器側(cè)支承部)14、與多個(gè)壓電電阻元件13電連接的多個(gè)電連接部(傳感器側(cè)電連接部)15、將壓電電阻元件13與電連接部15之間連接的電路配線部16。圖3是表示壓電電阻元件13、支承部14、電連接部15及電路配線部16的俯視位置關(guān)系的圖，全部由實(shí)線繪出。多個(gè)壓電電阻元件13沿著變位部11的周緣部以相鄰的元件彼此相差90°的相位 (相互正交的位置關(guān)系)配置。當(dāng)變位部11因受壓部12承受的負(fù)荷而變位時(shí)，多個(gè)壓電電阻元件13的電阻對應(yīng)于受壓部12的變位量而發(fā)生變化，由所述多個(gè)壓電電阻元件13構(gòu)成的橋接電路的中點(diǎn)電位發(fā)生變化，該中點(diǎn)電位作為傳感器輸出向公知的測定裝置輸出。支承部14在傳感器基板10的背面IOb突出形成，位于比沿變位部11的周緣部配置的多個(gè)壓電電阻元件13靠基板周緣側(cè)且至少一部分與多個(gè)壓電電阻元件13在俯視下重疊的位置。本實(shí)施方式的支承部14如圖3所示那樣在俯視下成為環(huán)狀(具有俯視下閉合的內(nèi)周邊緣α的形狀)，相對于變位部11的平面中心具有對稱的位置關(guān)系，能夠?qū)⒆兾徊?11穩(wěn)定地支承。該支承部14由基底層1 和金屬接合層14b構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)形成，該金屬接合層14b由包括Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一種或兩種以上的合金或者雙層以上的層疊膜構(gòu)成。多個(gè)電連接部15與上述支承部14同樣也突出形成在傳感器基板10的背面IOb上，位于比該支承部14更靠基板周緣側(cè)的位置。在本實(shí)施方式中，如圖3所示，各電連接部 15為圓柱狀，其分別配置在成為俯視下的矩形狀的傳感器基板10的背面IOb的四個(gè)角部。 對于多個(gè)電連接部15而言，由于在傳感器基板10的對角線上對置的一對處于相對于變位部11的平面中心對稱的位置關(guān)系，從而能夠穩(wěn)定地支承變位部11。各電連接部15由基底層15a與金屬接合層15b的層疊結(jié)構(gòu)形成，金屬接合層15b由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、 Rh> Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一種或兩種以上的合金或雙層以上的層疊膜構(gòu)成。所述多個(gè)電連接部15經(jīng)由形成在傳感器基板10的背面IOb上的電路配線部16與多個(gè)壓電電阻元件13電連接。多個(gè)壓電電阻元件13和電路配線部16由絕緣膜17覆蓋而不在傳感器基板10的背面IOb露出。基體基板20由俯視下為矩形狀且在宏觀觀察時(shí)沒有凹凸的具有固定厚度的硅基板構(gòu)成，是接合并支承傳感器基板10的支承基板。如圖4所示，該基體基板20在成為與傳感器基板10的接合面的表面20a上具備與傳感器基板10的支承部14對應(yīng)的俯視下為環(huán)狀(具有閉合的內(nèi)周邊緣α的俯視形狀)的支承部對、與傳感器基板10的多個(gè)電連接部 15相對應(yīng)的圓柱狀的多個(gè)電連接部25、形成為能夠與從各電連接部25引出的電氣配線的端部引線接合的多個(gè)電極焊盤26。支承部M及多個(gè)電連接部25突出形成于基體基板20 的表面20a。支承部M與傳感器基板10的支承部14同樣也由基底層2 與金屬接合層 24b的層疊結(jié)構(gòu)形成，該金屬接合層Mb由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta JeJu 中的任意一種或兩種以上的合金或雙層以上的層疊膜構(gòu)成。多個(gè)電連接部25與傳感器基板10的多個(gè)電連接部15同樣也由基底層2 與金屬接合層25b的層疊結(jié)構(gòu)形成，該金屬接合層25b由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一種或兩種以上的合金或雙層以上的層疊膜構(gòu)成。電極焊盤26由基底層、金屬接合層^b、例如由Cu、 Au、Al等構(gòu)成的鍍敷金屬層26c構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)形成，所述金屬接合層^b由包含Al、Ti、 Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、!^、Au中的任意一種或兩種以上的合金或雙層以上的層疊膜構(gòu)成?；讓覯a、25aJ6a同時(shí)形成，金屬接合層Mb、25bJ6b同時(shí)形成。上述傳感器基板10和基體基板20通過將相互的支承部14J4的金屬接合層14b、 24b彼此及相互的各電連接部15、25的金屬接合層1恥、2恥彼此接合而一體化。金屬接合層14b、15b、Mb、25b的膜厚形成為300nm以下。若為此膜厚范圍，則包含Al、Ti、Cr、Ni、 Cu、Ru、Rh, Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一種或兩種以上的合金或雙層以上的層疊膜的表面粗糙度成為3nm以下，能夠在常溫至小于250°C的低溫下將支承部14J4彼此及多個(gè)電連接部15、25彼此接合。金屬接合層14b、15b、Mb、2^3可以為單層，也可以為層疊結(jié)構(gòu)。對于金屬接合的傳感器基板10和基體基板20而言，基體基板20芯片焊接在封裝基板40上，從而成為經(jīng)由封裝基板40能夠進(jìn)行外部安裝的狀態(tài)。即，設(shè)置在基體基板20 上的多個(gè)電極焊盤26通過接合引線41分別與封裝基板40的多個(gè)中繼電極焊盤42連接， 并經(jīng)由所述多個(gè)中繼電極焊盤42與設(shè)置在封裝基板40的外表面上的未圖示的外部安裝端子電連接。封裝基板40上的傳感器基板10及基體基板20的周圍被密封樹脂43覆蓋，通過密封樹脂43強(qiáng)化傳感器基板10與基體基板20的接合及基體基板20與封裝基板40的接合。接下來，參照圖5 圖8對本發(fā)明的測力傳感器的制造方法進(jìn)行說明。圖5 圖 8為表示測力傳感器的制造方法的一工序的示意性剖視圖。
首先，準(zhǔn)備傳感器基板10 (圖幻和基體基板20 (圖4)，傳感器基板10在基板背面 IOb上形成有多個(gè)由上述多個(gè)壓電電阻元件13、支承部14、多個(gè)電連接部15、電路配線部16 及絕緣膜17構(gòu)成的傳感器結(jié)構(gòu)部，基體基板20在基板表面20a上形成有多個(gè)由上述的支承部M、多個(gè)電連接部25及多個(gè)電極焊盤沈構(gòu)成的基體結(jié)構(gòu)部。在該傳感器基板10和基體基板20上，支承部14、對及多個(gè)電連接部15、25由基底層14a、15a、Ma、2^i與金屬接合層14b、15b、Mb、25b的層疊結(jié)構(gòu)形成，該金屬接合層14b、15b、Mb、25b的層疊結(jié)構(gòu)由包含 Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、佝、Au中的任意一種或兩種以上的合金或雙層以上的層疊膜構(gòu)成。金屬接合層14b、Mb、24b、2^3通過例如濺射蒸鍍以300nm以下的膜厚形成。 若上述合金形成為膜厚300nm以下，則其表面粗糙度成為3nm以下，從而能夠在常溫至小于 250°C的低溫狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)金屬接合。另外，在傳感器基板10的背面10b，在各傳感器結(jié)構(gòu)部中的每一個(gè)上，在與基體基板20的各電極焊盤沈俯視下重疊的位置分別預(yù)先形成有基板切割用的槽部10c。接下來，如圖5所示，使傳感器基板10和基體基板20以相互的支承部14J4及多個(gè)電連接部15、25在俯視下對齊的方式對置。然后，如圖6所示，在常溫至小于250°C的低溫狀態(tài)下將傳感器基板10和基體基板20壓接接合。支承部14J4及多個(gè)電連接部15、25 通過在中間設(shè)置金屬接合層14b、Mb、24b、2^而在小于250°C的低溫狀態(tài)下良好地接合， 在接合時(shí)無需250°C以上的高溫加熱。由此，在支承部14、對及多個(gè)電連接部15、25上不易產(chǎn)生因接合時(shí)的加熱而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，而且即使產(chǎn)生也比高溫加熱時(shí)有所降低，從而能夠抑制傳感器基板10及基體基板20的形變，能夠避免設(shè)置在該傳感器基板10上的多個(gè)壓電電阻元件13所構(gòu)成橋接電路的輸出零點(diǎn)偏差。本實(shí)施方式的支承部14、M形成為俯視下的環(huán)狀(具有閉合的內(nèi)周邊緣α的俯視形狀)，因此通過接合將由支承部14、24的內(nèi)周邊緣α包圍的空間密封。如圖7所示，在基板接合后，在傳感器基板10的表面IOa上形成用于承受來自外部的負(fù)荷的受壓部12。接下來，如圖8所示，在基板背面IOb與槽部IOc的臺階位置切斷傳感器基板10 而使基體基板20的多個(gè)電極焊盤沈露出，進(jìn)而，將基體基板10切斷成由一對傳感器結(jié)構(gòu)部和基體結(jié)構(gòu)部構(gòu)成的芯片單位。通過如上方式，能夠同時(shí)獲得多個(gè)圖1 圖4所示的測力傳感器1。根據(jù)第一實(shí)施方式，設(shè)置有與傳感器基板10和基體基板20對應(yīng)的支承部14、24 及多個(gè)電連接部15、25，在小于250°C的低溫狀態(tài)下隔著金屬接合層14b、15b、Mb、2^3將支承部14J4彼此及多個(gè)電連接部15、25彼此接合，從而在基板接合部(支承部14J4及多個(gè)電連接部15、2幻產(chǎn)生的殘余應(yīng)力比250°C以上的高溫加熱時(shí)有所減小，從而因接合產(chǎn)生的基板形變得到抑制，不會對設(shè)置在傳感器基板10上的多個(gè)壓電電阻元件13帶來不良影響。由此，能夠減小由該多個(gè)壓電電阻元件13構(gòu)成的橋接電路的輸出零點(diǎn)偏差而改善成品率。在第一實(shí)施方式中，雖然具備俯視下為環(huán)狀的支承部14、24，但設(shè)置在傳感器基板 10及基體基板20上的支承部的俯視形狀可以變形。例如，可以具備將本實(shí)施方式的俯視下為環(huán)狀的支承部14、M分割成多個(gè)的結(jié)構(gòu)，或具備多個(gè)四棱柱狀或圓柱狀的支承部。在設(shè)置有多個(gè)支承部的情況下，若其配設(shè)位置是比多個(gè)壓電電阻元件13靠基板周緣側(cè)且至少一部分與該多個(gè)壓電電阻元件13在俯視下重疊的位置則具有自由度，但是為了穩(wěn)定地支承變位部11，優(yōu)選配置成相對于變位部11的平面中心對稱。另外，在第一實(shí)施方式中雖具備能夠進(jìn)行外部安裝的封裝基板40，但是也可以不具備封裝基板40，而是構(gòu)成為基體基板20的多個(gè)電極焊盤沈通過引線接合而與外部電路直接連接。即使為該結(jié)構(gòu)也容易進(jìn)行外部安裝。在以上的第一實(shí)施方式中，為了提高基板接合強(qiáng)度，傳感器基板10及基體基板20 的周圍利用密封樹脂43固定。然而，若傳感器基板10及基體基板20的周圍利用密封樹脂 43固定，則可知密封樹脂43從在兩基板10、20的周圍形成的空隙浸入到支承部14J4的外側(cè)，會因樹脂硬化時(shí)產(chǎn)生的密封樹脂43內(nèi)部的殘余應(yīng)力造成傳感器基板10形變，導(dǎo)致傳感器特性(由傳感器靈敏度及多個(gè)壓電電阻元件13構(gòu)成的橋接電路的輸出零點(diǎn))發(fā)生變動。 在傳感器基板10的背面IOb及基體基板20的表面20a上形成有電氣配線，由于存在該電氣配線而使兩基板10、20的空隙間隔局部不同。另一方面，在密封樹脂43內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力的大小對應(yīng)于侵入兩基板10、20間的密封樹脂43的體積量而增減。因此，在傳感器基板10中，在密封樹脂43內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力大的部分與殘余應(yīng)力小的部分混合存在而導(dǎo)致對稱性被破壞，這成為使傳感器特性變動的主要原因。以下說明的第二 第四實(shí)施方式為上述第一實(shí)施方式的改良例，通過將支承部及電連接部中的至少一方設(shè)置到基板周緣而使浸入傳感器基板與基體基板之間的密封樹脂減少，從而能夠抑制樹脂硬化時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的基板形變，進(jìn)而能夠抑制傳感器特性的變動。圖9 圖11表示適用了本發(fā)明的測力傳感器的第二實(shí)施方式。圖9是表示從上面?zhèn)扔^察測力傳感器2得到的俯視透視圖，圖10是表示傳感器基板10的背面IOb的俯視圖，圖11是表示基體基板20的表面的俯視圖。需要說明的是，在圖10中省略對電路配線部16的圖示。如圖10所示，在傳感器基板10的背面IOb突出形成有支承部14和多個(gè)電連接部 21 215d。在圖10中，全部用實(shí)線繪出受壓部12、壓電電阻元件13、支承部14及電連接部21 215d的俯視下的位置關(guān)系。支承部14與第一實(shí)施方式的支承部同樣，在俯視下為環(huán)狀(具有包圍變位部11的外周的閉合的內(nèi)周邊緣α的俯視形狀)，為了多個(gè)壓電電阻元件13能夠以良好的靈敏度檢測變位部11的變位量，使內(nèi)周邊緣α位于距各壓電電阻元件13的中心士10 μ m以內(nèi)的距離范圍內(nèi)。多個(gè)電連接部21 215d將俯視下為環(huán)狀的支承部14的外周包圍而向傳感器基板10的周緣方向延伸，且沿著傳感器基板10的周緣設(shè)置。所述多個(gè)電連接部21 215d在圖9的假想線X1、X2以外的位置被分割。假想線XI、X2為連結(jié)受壓部12的中心和各壓電電阻元件13的中心的直線，在基板中心(受壓部12的中心位置)正交。通過在假想線XI、X2外設(shè)置多個(gè)電連接部21 215d的分割位置，能夠不對傳感器基板10的對稱性造成極力破壞，不會對多個(gè)壓電電阻元件13帶來因電連接部的分割產(chǎn)生的影響。在本實(shí)施方式中，利用一對電連接部215c、215d包圍支承部 14的外周，將剩余的一對電連接部215a、2Mb在比該電連接部215c、215d靠基板周緣側(cè)配置成相對于假想線X2對稱。各電連接部21 215d間的空隙及電連接部215c、215d與支承部14間的空隙為0. 2 μ m左右。另一方面，如圖11所示，在基體基板20的表面20a上具備以與設(shè)置在傳感器基板10上的支承部14及多個(gè)電連接部21 215d對應(yīng)的俯視形狀及俯視位置突出形成的支承部M及多個(gè)電連接部22 225d、以能夠與從各電連接部22 225d引出的電氣配線的端部引線接合的方式形成的多個(gè)電極焊盤26?？紤]到與傳感器基板10側(cè)的支承部14及多個(gè)電連接部21 215d對齊情況，基體基板20側(cè)的支承部M及多個(gè)電連接部 224a 225d形成得比該支承部14及多個(gè)電連接部21 215d稍大。根據(jù)該第二實(shí)施方式，由于密封樹脂43不會侵入由支承部14J4包圍的變位部 11，并且多個(gè)電連接部21 215d、22fe 225d填埋從支承部14、24的外周到基板周緣的空間，所以在接合后的傳感器基板10與基體基板20之間產(chǎn)生的空隙變得比第一實(shí)施方式狹窄，從而浸入該空隙的密封樹脂43減少。由此，在樹脂硬化時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也降低， 因該殘余應(yīng)力造成的傳感器基板10的形變得到抑制，從而不會對設(shè)置在傳感器基板10上的多個(gè)壓電電阻元件13帶來不良影響。即，能夠抑制傳感器特性的變動，從而能夠改善成品率。從多個(gè)電連接部21 215d、22fe 225d到基板周緣的間隔優(yōu)選為30 μ m以下。 多個(gè)電連接部21 215d、22fe 225d以外的結(jié)構(gòu)均與第一實(shí)施方式相同。圖12 圖14表示適用了本發(fā)明的測力傳感器的第三實(shí)施方式。圖12為表示從上面?zhèn)扔^察測力傳感器3得到的俯視透視圖，圖13為表示傳感器基板10的背面IOb的俯視圖，圖14為表示基體基板20的表面的俯視圖。需要說明的是，圖13中省略對電路配線部16的圖示。測力傳感器3為在傳感器基板10及基體基板20中將支承部與多個(gè)電連接部中的任意一個(gè)兼并使用的實(shí)施方式。在傳感器基板10的背面IOb設(shè)置有將第二實(shí)施方式的支承部14和包圍該支承部14的外周的一方的電連接部215d —體化的電連接支承部315，在基體基板20的表面20a設(shè)置有將第二實(shí)施方式的支承部M和包圍該支承部M的外周的一方的電連接部225d—體化的電連接部325。電連接支承部315、325成為具有包圍支承部14、24的外周的閉合的內(nèi)周邊緣α的俯視形狀，為了多個(gè)壓電電阻元件13以良好的靈敏度檢測變位部11的變位量，使內(nèi)周邊緣α位于距各壓電電阻元件13的中心士 ΙΟμπι以內(nèi)的距離范圍內(nèi)。考慮到對齊情況，基體基板20側(cè)的電連接支承部325形成得比傳感器基板10側(cè)的電連接支承部315稍大。在圖13中，全部用實(shí)線繪出壓電電阻元件13、電連接部 21 215c及電連接支承部315的俯視下的位置關(guān)系。在該第三實(shí)施方式中，密封樹脂43不會浸入由電連接支承部315、325包圍的變位部11，并且電連接支承部315、325及多個(gè)電連接部21 215c、22fe 225c填埋從變位部11的外周到基板周緣的空間，因此與第二實(shí)施方式同樣，浸入到接合后的傳感器基板10 與基體基板20間的空隙的密封樹脂43與第一實(shí)施方式相比有所減少，從而能夠抑制因樹脂硬化時(shí)的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的傳感器特性的變動。電連接支承部315、325及多個(gè)電連接部 215a 215c、22fe 225c以外的結(jié)構(gòu)均與第一實(shí)施方式同樣。圖15 圖17表示適用了本發(fā)明的測力傳感器的第四實(shí)施方式。圖15為表示從上面?zhèn)扔^察測力傳感器4得到的俯視透視圖，圖16為表示傳感器基板10的背面IOb的俯視圖，圖17為表示基體基板20的表面20a的俯視圖。需要說明的是，圖16中省略對電路配線部16的圖示。如圖16所示，在俯視下為矩形的傳感器基板10的背面IOb具備分別配置在該背面IOb的角部上的多個(gè)電連接部41 415d、具有包圍變位部11的外周的閉合的內(nèi)周邊緣α且除了背面IOb的角部之外均沿著傳感器基板10的周緣設(shè)置的支承部414。換而言之，支承部414從內(nèi)周邊緣α延伸設(shè)置到除了傳感器基板10的角部之外的該基板周緣，其外形(輪廓)為大致八邊形。為了使多個(gè)壓電電阻元件13能夠以良好的靈敏度檢測變位部11的變位量，使該支承部414的內(nèi)周邊緣α位于距各壓電電阻元件13的中心士 ΙΟμπι 以內(nèi)的距離范圍內(nèi)。支承部414與各電連接部41 415d間的空隙為0.2μπι左右。在圖16中，全部用實(shí)線繪出壓電電阻元件13、支承部414及電連接部41 415d的俯視下的位置關(guān)系。另一方面，如圖17所示，在基體基板20的表面20a上具備以與設(shè)置在傳感器基板10上的支承部414及多個(gè)電連接部41 415d對應(yīng)的俯視形狀及俯視位置突出形成的支承部似4及多個(gè)電連接部42 425d、以能夠與從各電連接部42 425d引出的電氣配線的端部引線接合的方式形成的多個(gè)電極焊盤沈?？紤]到對齊情況，基體基板20側(cè)的支承部似4及多個(gè)電連接部42 425d形成得比傳感器基板10側(cè)的支承部414及多個(gè)電連接部41 415d稍大。電極焊盤沈與多個(gè)電連接部42 425d對應(yīng)，以相鄰的電極焊盤彼此相差90°的相位(相互正交的位置關(guān)系)的方式配置有四個(gè)，并從上下左右的四個(gè)方向引出。在該第四實(shí)施方式中，密封樹脂43也不會浸入由支承部414、424的內(nèi)周邊緣α 包圍的變位部11，并且支承部414、似4及多個(gè)電連接部41 415d、42fe 425d填埋從變位部11的外周到基板周緣的空間。因此，與第二實(shí)施方式同樣，浸入到接合的傳感器基板10與基體基板20之間的密封樹脂43與第一實(shí)施方式相比有所減少，能夠抑制因樹脂硬化時(shí)的殘余應(yīng)力造成的傳感器特性的變動。另外，在第四實(shí)施方式中，支承部414、似4及多個(gè)電連接部41 415d、42fe 425d相對于圖15的假想線X1、X2成為對稱。假想線XI、 X2為連結(jié)受壓部12的中心和各壓電電阻元件13的中心的直線，在基板中心(受壓部12的中心位置)正交。通過具有該對稱性，即使在樹脂硬化時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，由于該殘余應(yīng)力以上下左右對稱的方式施加在傳感器基板10及基體基板20上，所以能夠減輕對傳感器特性的影響。支承部414、似4及多個(gè)電連接部41 415d、42fe 425d以外的結(jié)構(gòu)均與第一實(shí)施方式同樣。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本申請的發(fā)明可以適用于搭載于移動設(shè)備的觸控面板、控制器等用戶界面上的負(fù)荷測定用的測力傳感器及其制造方法。符號說明1、2、3、4測力傳感器10傳感器基板IOa 表面IOb 背面11變位部12受壓部13壓電電阻元件(形變檢測元件)14支承部14a基底層
14b金屬接合層15電連接部1 基底層15b金屬接合層16電路配線部17絕緣膜20基體基板20a 表面24支承部24a基底層24b金屬接合層25電連接部25a基底層25b金屬接合層26電極焊盤26a基底層2 金屬接合層26c鍍敷金屬層40封裝基板41接合引線42電極焊盤43密封樹脂215a 215d電連接部225a 225d電連接部315,325電連接支承部414、似4支承部415a 415d電連接部42 425d電連接部α內(nèi)周邊緣
權(quán)利要求
1.一種測力傳感器，其特征在于，通過將傳感器基板與基體基板接合而成，所述傳感器基板具備多個(gè)壓電電阻元件，變位部在經(jīng)由受壓部承受來自外部的負(fù)荷時(shí)發(fā)生變位，所述多個(gè)壓電電阻元件的電阻對應(yīng)于該變位量而發(fā)生變化，在所述傳感器基板上，在所述受壓部的相反側(cè)的形成有所述多個(gè)壓電電阻元件的面上設(shè)置有傳感器側(cè)支承部和多個(gè)傳感器側(cè)電連接部，所述傳感器側(cè)支承部定位成其至少一部分與所述多個(gè)壓電電阻元件在俯視下重疊且將所述變位部支承成變位自如，所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部位于比該傳感器側(cè)支承部靠基板周緣的位置且與所述多個(gè)壓電電阻元件分別電連接，在所述基體基板上，在與所述傳感器基板接合的接合面?zhèn)仍O(shè)置有基體側(cè)支承部、多個(gè)基體側(cè)電連接部、多個(gè)電極焊盤，所述基體側(cè)支承部與所述傳感器側(cè)支承部接合，所述多個(gè)基體側(cè)電連接部位于比該基體側(cè)支承部靠基板周緣的位置而與所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部接合，所述多個(gè)電極焊盤形成為能夠與從各基體側(cè)電連接部引出的電氣配線的端部外部連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測力傳感器，其特征在于，所述傳感器側(cè)支承部設(shè)置成具有包圍所述變位部的整周的閉合的內(nèi)周邊緣的俯視形狀，所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部以包圍所述傳感器側(cè)支承部的外周的方式沿所述傳感器基板的周緣設(shè)置，并且在從將所述受壓部和所述多個(gè)壓電電阻元件以各自中心連結(jié)的假想線離開的位置被分割。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測力傳感器，其特征在于，將所述傳感器側(cè)支承部與所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部中的任意一個(gè)兼并使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測力傳感器，其特征在于，所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部分別設(shè)置在俯視下為矩形狀的傳感器基板的角部，所述傳感器側(cè)支承部設(shè)置成相對于所述變位部的平面中心對稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測力傳感器，其特征在于，所述傳感器側(cè)支承部設(shè)置成具有包圍所述變位部的整周的閉合的內(nèi)周邊緣且沿著除了所述傳感器基板的角部外的所述傳感器基板的周緣的俯視形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任意一項(xiàng)所述的測力傳感器，其特征在于，所述基體側(cè)支承部設(shè)置成具有與所述傳感器側(cè)支承部的內(nèi)周邊緣對應(yīng)的閉合的內(nèi)周邊緣的俯視形狀，通過該傳感器側(cè)支承部與基體側(cè)支承部的接合將由所述內(nèi)周邊緣包圍的空間密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一項(xiàng)所述的測力傳感器，其特征在于，所述傳感器側(cè)支承部的內(nèi)周邊緣位于距各所述壓電電阻元件的中心士 ΙΟμπι以內(nèi)的距離范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的測力傳感器，其特征在于，所述傳感器側(cè)支承部與所述基體側(cè)支承部及所述傳感器側(cè)電連接部與所述基體側(cè)電連接部經(jīng)由膜厚為300nm以下的金屬接合層接合，所述金屬接合層由包含Al、Ti、Cr、Ni、 Cu、Ru、I h、Ir、Pt、Ta、i^、Au中的任意一種或兩種以上的合金或者雙層以上的層疊膜構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的測力傳感器，其特征在于，具備封裝體，其具有將所述基體基板粘結(jié)固定并且通過引線接合與該基體基板的多個(gè)電極焊盤電連接的多個(gè)電極焊盤和與各所述電極焊盤電連接的多個(gè)外部安裝端子；密封樹脂，其將該封裝體上的所述基體基板及所述傳感器基板的周圍固定。
10.一種測力傳感器的制造方法，其特征在于，包括在具有變位部的傳感器基板的表背面的一方形成多個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)部的工序，所述傳感器結(jié)構(gòu)部具有電阻對應(yīng)于該變位部的變位量而變化的多個(gè)壓電電阻元件、與所述多個(gè)壓電電阻元件電連接的多個(gè)傳感器側(cè)電連接部、在至少一部分與所述多個(gè)壓電電阻元件在俯視下重疊的位置將所述變位部支承成變位自如的傳感器側(cè)支承部；在基體基板的表背面的一方形成多個(gè)基體結(jié)構(gòu)部的工序，該基體結(jié)構(gòu)部具有與所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部對應(yīng)的多個(gè)基體側(cè)電連接部、形成為能夠與從各基體側(cè)電連接部引出的電氣配線的端部引線接合的多個(gè)電極焊盤、位于由所述多個(gè)基體側(cè)電連接部包圍的區(qū)域的與所述傳感器側(cè)支承部對應(yīng)的基體側(cè)支承部；在常溫至小于250°C的氣氛下將所述傳感器基板和所述基體基板壓接，將所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部與基體側(cè)電連接部以及所述傳感器側(cè)支承部與所述基體側(cè)支承部同時(shí)接合的工序；在所述傳感器基板的另一方的面上形成多個(gè)對各傳感器結(jié)構(gòu)部的變位部施加來自外部的負(fù)荷的受壓部的工序；以由一對傳感器結(jié)構(gòu)部和基體結(jié)構(gòu)部構(gòu)成的芯片單位切斷所述傳感器基板及所述基體基板的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測力傳感器的制造方法，其特征在于，在所述多個(gè)傳感器側(cè)電連接部和所述多個(gè)基體側(cè)電連接部以及所述傳感器側(cè)支承部和所述基體側(cè)支承部以300nm以下的膜厚預(yù)先形成金屬接合層，該金屬接合層由包含Al、 Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一種或兩種以上的合金或者雙層以上的層疊膜構(gòu)成，經(jīng)由該金屬接合層將該多個(gè)傳感器側(cè)電連接部與基體側(cè)電連接部以及傳感器側(cè)支承部與基體側(cè)支承部接合。
全文摘要
本發(fā)明獲得一種能夠減小因基板接合后的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的基板形變且能夠改善成品率的測力傳感器及其制造方法。在變位部在經(jīng)由受壓部承受來自外部的負(fù)荷時(shí)變位且具備電阻對應(yīng)于該變位量而變化的多個(gè)壓電電阻元件的傳感器基板及支承該傳感器基板的基體基板上分別設(shè)置有將變位部支承成變位自如的支承部和與多個(gè)壓電電阻元件電連接的多個(gè)電連接部，將相互的支承部彼此及多個(gè)電連接部彼此接合。進(jìn)而，在傳感器基板及基體基板上，支承部及多個(gè)電連接部的至少一方設(shè)置到基板周緣。
文檔編號G01L1/18GK102575964SQ201080043480
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者平山元輝, 梅津英治, 牛腸英紀(jì), 石曾根昌彥 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社