傳感器裝置和電子設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本技術涉及安裝有諸如振動型陀螺儀傳感器等傳感器元件的傳感器裝置，并且涉及包括這樣的傳感器裝置的電子設備。
【背景技術】
[0002]作為角速度傳感器，例如振動型陀螺儀傳感器是普遍已知的。所述振動型陀螺儀傳感器通過預先致使振子(vibrator)在預定頻率下振動且通過利用壓電元件等檢測在該振子中生成的科里奧利力(Cor1lis force)，由此檢測角速度。典型地，所述振動型陀螺儀傳感器(下文中，稱為傳感器裝置)作為封裝部件而與集成電路(1C)并列地被安裝在同一基板上，所述集成電路用于使所述振子振蕩、然后檢測出角速度，等等(參見專利文獻1)。
[0003]順便提及的是，為了被安裝起來的電子設備的小型化，期望實現(xiàn)傳感器裝置的更小尺寸和更低成本。然而，在上述的安裝方法中，必須保證有能夠至少安裝所述傳感器和所述1C的占地面積。這在追求更小尺寸和更低成本方面是不利的。
[0004]鑒于此，專利文獻2披露了一種具有如下構造的傳感器裝置:在該構造中，用于容納控制器(1C)的容納部被形成于由諸如陶瓷等制成的多層布線板中，且陀螺儀傳感器被設置于該容納部中。這個陀螺儀傳感器由整體上呈矩形的三軸陀螺儀傳感器(three-axisgyro sensor)形成，且被安裝在所述容納部中所容納的所述控制器的上方。于是，所述陀螺儀傳感器的安裝區(qū)域與所述控制器的安裝區(qū)域彼此重疊，因而能夠減小占地面積。
[0005]引用文獻列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利申請公開案第2010-230691號
[0008]專利文獻2:日本專利申請公開案第2011-164091號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術問題
[0010]然而，關于專利文獻2中所披露的傳感器裝置，所述容納部是被形成于布線板表面中的凹陷部。因此，被安裝在所述容納部上方的所述矩形陀螺儀傳感器需要在垂直方向和/或水平方向上比所述容納部更長。因此，存在著所述陀螺儀傳感器不能被有效地小型化的問題。而且，在利用MEMS(微機電系統(tǒng))工藝等從單個晶片獲取多個陀螺儀傳感器的情況下，所述陀螺儀傳感器的小型化是有限的，且因此，所獲得的陀螺儀傳感器的數(shù)量不能增多。這樣，成本的降低也是有限的。
[0011]鑒于上述情形，本技術的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)更小尺寸和更低成本的傳感器裝置和電子設備。
[0012]解決技術問題所采取的技術手段
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本技術實施例的傳感器裝置包括傳感器元件和半導體元件。所述半導體元件包括第一表面、第二表面和通路孔(via-hole)。所述第一表面是非能動性表面(inactive surface)且包括第一端子，所述傳感器元件被安裝在所述第一端子上。所述第二表面是能動性表面(active surface)且包括用于外部連接的第二端子。所述通路孔將所述第一表面和所述第二表面相互電連接。
[0014]根據(jù)所述傳感器裝置，所述傳感器元件能夠被直接地安裝在所述半導體元件上，且因此，作為整個所述傳感器裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)更小的尺寸和更低的成本。而且，所述傳感器元件被安裝在所述半導體元件的所述非能動性表面?zhèn)?，因此，能夠抑制所述傳感器元件和所述半導體元件的相互干擾。由此，能夠穩(wěn)定地保持整個所述傳感器裝置的操作。
[0015]需要注意的是，“能動性表面”的意思是形成有所述半導體元件的集成電路等的元件形成表面，而“非能動性表面”的意思是處于所述半導體元件的基板側(cè)的、且沒有形成所述集成電路等的表面。
[0016]所述傳感器元件可以包括:檢測部，所述檢測部能夠檢測預定物理量；以及支撐部，所述支撐部支撐著所述檢測部且被連接至所述第一端子。
[0017]由此，所述傳感器元件能夠被接合在所述半導體元件的所述第一表面上且所述支撐部介于它們之間。
[0018]而且，所述半導體元件還可以包括凹陷部，所述凹陷部被形成于所述第一表面中且與所述檢測部相對。
[0019]利用所述凹陷部的存在，能夠確保所述傳感器元件與所述半導體元件之間的足夠的間隙，且因此，可以進一步減小所述半導體元件對所述傳感器元件的操作的影響。此外，根據(jù)所述傳感器裝置，所述凹陷部可以被形成于作為非能動性表面的所述第一表面中，因此，所述凹陷部能夠在不破壞所述半導體元件的元件結(jié)構的前提下而被形成。
[0020]而且，所述檢測部可以包括活動部，并且所述傳感器元件可以被構造成能夠基于所述活動部的動作狀態(tài)而輸出依賴于所述預定物理量的信號。
[0021]例如，所述傳感器元件可以被構造成基于所述活動部的振動狀態(tài)的變化而輸出與角速度相關的信號。
[0022]由此，所述傳感器裝置能夠被構造為振動型陀螺儀傳感器。
[0023]例如，所述活動部可以包括隔膜(diaphragm)，并且所述傳感器元件可以被構造成能夠基于所述隔膜的變形而輸出與壓力相關的信號。
[0024]由此，所述傳感器裝置能夠被構造為隔膜型壓力傳感器。
[0025]在這些傳感器裝置中，所述半導體元件還可以包括凹陷部，所述凹陷部被形成于所述第一表面中且與所述活動部相對。
[0026]利用上述構造，所述活動部是與所述凹陷部相對的。因此，能夠抑制空氣阻力等對所述活動部的動作的影響，且能夠穩(wěn)定地保持傳感器的靈敏度。
[0027]此外，所述半導體元件還可以包括振動控制構件，所述振動控制構件被形成于所述第一表面中且能夠抑制基于所述活動部的動作的所述半導體元件和所述傳感器元件的振動。
[0028]利用所述振動控制構件，能夠抑制由于所述活動部的動作而引起的所述半導體元件的振動。因此，能夠抑制被安裝在所述半導體元件上的所述傳感器元件本身對傳感器性能的影響，且能夠提尚檢測精度。
[0029]或者，所述檢測部可以輸出基于對具有預定波長的電磁波的吸收的信號。
[0030]由此，所述傳感器元件能夠被構造為光電轉(zhuǎn)換元件或利用由電磁波生成的熱量的熱電轉(zhuǎn)換元件。即，所述傳感器裝置能夠被構造為攝像元件(圖像傳感器)。
[0031]在所述傳感器裝置中，所述半導體元件還可以包括凹陷部，所述凹陷部被形成于所述第一表面中且與所述檢測部相對。
[0032]由此，所述檢測部和所述半導體元件能夠相互分開與所述凹陷部的深度相應的預定距離，且能夠提高所述檢測部的熱絕緣性。因此，能夠提高所述傳感器裝置的檢測精度。
[0033]而且，在所述傳感器裝置中，所述半導體元件還可以包括反射層，所述反射層被形成于所述第一表面中且能夠反射所述具有預定波長的電磁波。
[0034]由此，透過所述檢測部的所述電磁波能夠被反射到所述檢測部。因此，能夠增強電磁波的利用效率且能夠提高傳感器的靈敏度。
[0035]而且，所述支撐部可以具有第一厚度，且所述半導體元件可以具有小于所述第一厚度的第二厚度。
[0036]由此，即使讓所述半導體元件變得更薄，所述傳感器裝置在整體上的強度也能夠利用所述傳感器元件中的所述支撐部而增大。
[0037]此外，所述半導體元件還可以包括:第一再布線層，所述第一再布線層被設置于所述第一表面中且將所述第一端子和所述通路孔相互電連接；以及第二再布線層，所述第二再布線層被設置于所述第二表面中且將所述第二端子和所述通路孔相互電連接。
[0038]由此，所述第一端子與所述半導體元件的所述集成電路和所述第二再布線層能夠通過所述第一再布線層及所述通路孔而彼此連接。由此，即使在安裝于作為非能動性表面的所述第一表面這一側(cè)上的情況下，也能夠建立與所述半導體元件的適當電連接。而且，利用所述第一再布線層和所述第二再布線層，能夠增大布線設計的自由度。由此，能夠減小布線長度，且能夠減少由于布線之間的串擾而引起的噪聲等。
[0039]而且，所述傳感器裝置還可以包括覆蓋部，所述覆蓋部被設置于所述第一表面上且覆蓋所述傳感器元件，并且其中所述第一再布線層可以包括第三端子，所述第三端子被連接至所述覆蓋部。
[0040]利用所述覆蓋部，能夠提高所述傳感器裝置的可操縱性。而且，所述覆蓋部通過被連接至所述第三端子，能夠起到電磁屏蔽的作用。由此，能夠提高所述傳感器裝置的可靠性。
[0041]而且，所述傳感器元件還可以包括活動部，且可以被構造成能夠基于所述活動部的動作狀態(tài)而輸出依賴于預定物理量的信號。并且所述覆蓋部還可以包括:覆蓋膜，所述覆蓋膜覆蓋所述傳感器元件；以及密封部，所述密封部在所述覆蓋膜與所述活動部之間進行密封。
[0042]利用所述密封部，即使所述傳感器元件包括所述活動部，所述活動部也能夠遮擋所述覆蓋膜。由此，所述傳感器元件能夠在確保所述活動部的動作空間的同時，被所述覆蓋膜覆蓋。
[0043]而且，所述半導體元件還可以包括:限制部，所述限制部被設置于所述第一表面與所述傳感器元件之間，且所述限制部限制所述第一表面與所述傳感器元件之間的間隙的大小。
[0044]由此，當所述第一端子利用焊接而被接合在所述傳感器元件上時，不管焊料突起(solder bump)等的壓歪量如何，都能夠可靠地確保所述第一表面與所述傳感器元件之間的具有預定大小的間隙。由此，能夠確保所述傳感器元件與所述半導體元件之間的足夠的間隙，且能夠進一步減小所述半導體元件對所述傳感器元件的操作的影響。
[0045]需要注意的是，這里使用的術語“限制”的意思是將所述第一表面與所述傳感器元件之間的所述間隙限制為大于所述預定大小。
[0046]此外，所述第一表面可以包括:第一區(qū)域，所述第一區(qū)域與所述檢測部相對；以及第二區(qū)域，所述第一端子被形成于所述第二區(qū)域中，所述第二區(qū)域鄰接于所述第一區(qū)域。并且所述半導體元件還可以包括:樹脂層，所述樹脂層被形成于所述第二區(qū)域與所述傳感器元件之間；以及流入防止部，所述流入防止部被設置于所述第一表面上且防止所述樹脂層流入所述第一區(qū)域中。
[0047]由此，即使所述樹脂層是圍繞所述第一端子而被形成的，也能夠防止所述樹脂層流到與所述檢測部相對的一側(cè)。因此，可以防止所述檢測部的故障且可以增強操作穩(wěn)定性。
[0048]根據(jù)本技術實施例的電子設備包括傳感器裝置。所述傳感器裝置包括傳感器元件和半導體元件。所述半導體元件包括第一表面、第二表面和通路孔。所述第一表面是非能動性表面且包括第一端子，所述傳感器元件被安裝在所述第一端子上。所述第二表面是能動性表面且包括用于外部連接的第二端子。所述通路孔將所述第一表面和所述第二表面相互電連接。
[0049]本發(fā)明的效果
[0050]如上所述，根據(jù)本技術，可以提供能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和成本降低的傳感器裝置和電子設備。
【附圖說明】
[0051]圖1是根據(jù)本技術第一實施例的傳感器裝置的示意性立體圖。
[0052]圖2是傳感器裝置的示意性截面圖。
[0053]圖3是除去了覆蓋部的傳感器裝置的示意性截面圖。
[0054]圖4是除去了覆蓋部的傳感器裝置的平面圖。
[0055]圖5是傳感器裝置中的傳感器元件的整體立體圖。
[0056]圖6示出了傳感器裝置中的半導體元件的主要部分的截面圖。
[0057]圖7是示出了半導體元件的第一表面的構造的平面圖。
[0058]圖8是示出了半導體元件的第二表面的構造的平面圖。
[0059]圖9是用于解釋傳感器裝置中的覆蓋部的功能的圖。
[0060]圖10是傳感器元件的主要部分的示意性平面圖。
[0061]圖11是用于解釋傳感器元件的振動模式的圖。
[0062]圖12是用于解釋傳感器元件的操作的圖。
[0063]圖13是用于解釋傳感器元件的另一操作的圖。
[0064]圖14是示出了傳感器裝置的制造方法的實施例的工藝流程圖。
[0065]圖15是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0066]圖16是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0067]圖17是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0068]圖18是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0069]圖19是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0070]圖20是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0071]圖21是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0072]圖22是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0073]圖23是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0074]圖24是用于解釋傳感器裝置的制造工藝的示意性截面圖。
[0075]圖25是根據(jù)本技術第二實施例的傳感器裝置的示意性截面圖。
[0076]圖26是根據(jù)本技術第三實施例的傳感器裝置的示意性立體圖。
[0077]圖27是示出了傳感器裝置的構造的示意圖，其中A是平面圖，且B是當沿著A中的[A]_[A]方向觀看時的截面圖。
[0078]圖28是傳感器裝置的主要部分的示意性截面圖。
[0079]圖29是除去了傳感器元件中的一部分后的傳感器裝置的示意性平面圖。
[0080]圖30是根據(jù)本技術第四實施例的傳感器裝置的示意性截面圖。
[0081]圖31是根據(jù)本技術第二實施例的變形例的傳感器裝置的示意性截面圖。
[0082]圖32是示出了傳感器裝置中的半導體元件的構造的示意性平面圖。
【具體實施方式】
[0083]下文中，將參照附圖來說明根據(jù)本技術的實施例。
[0084]第一實施例
[0085]圖1和圖2是示出了根據(jù)本技術實施例的傳感器裝置的圖。圖1是示意性立體圖，且圖2是示意性截面圖。這個實施例的傳感器裝置1包括傳感器元件100、半導體元件200和覆蓋部300。需要注意的是，在圖1中，用點劃線僅示出了覆蓋部300的輪廓。而且，圖3和圖4是在除去了覆蓋部300的狀態(tài)下所觀看到的傳感器裝置1的圖。圖3是示意性截面圖，且圖4是平面圖。需要注意的是，這些圖中的X軸方向表示傳感器裝置1的垂直方向，Y軸方向表示水平方向，且Z軸方向表示厚度方向。這三個方向表示彼此正交的方向。
[0086]圖1中所示的傳感器裝置1被構造成單個封裝部件，該單個封裝部件在整體上被形成為大致長方體形狀。傳感器元件100被直接地安裝在半導體元件200上。S卩，傳感器元件100利用例如倒裝芯片法(flip chip method)而被貼面式地安裝在半導體元件200的第一表面201上。在這個實施例中，傳感器裝置1沿垂直和水平方向都具有大約2mm的尺寸并且具有大約0.7mm的厚度。
[0087]在這個實施例中，傳感器元件100被構造為能夠輸出與作為預定物理量的角速度相關的信號的陀螺儀傳感器元件。傳感器元件100的整體厚度H1是例如大約340 μ m。
[0088]半導體元件200由能夠控制傳感器元件100的單個集成電路(1C:IntegratedCircuit)部件形成。在這個實施例中，半導體元件200由半導體裸芯片形成。半導體元件200具有大致長方體形狀，該大致長方體形狀具有例如一邊的邊長大約為2.0mm的大致正方形形狀。例如，半導體元件200具有大約100 μ m的厚度H2(參見圖3)。
[0089]在這個實施例中，覆蓋部300被形成于第一表面201上。覆蓋部300包括覆蓋膜310，覆蓋膜310覆蓋傳感器元件100。因為覆蓋膜310在它的外層部分處包括導電膜，所以覆蓋膜310還能夠起到傳感器元件100的電磁屏蔽的作用。
[0090]傳感器裝置1憑借半導體元件200的第二表面202的第二端子251而被接合在控制板等(未圖示)上，然后被安裝在電子設備中。電子設備的例子可以包括視頻攝錄機、車載導航系統(tǒng)和游戲操控臺。所述控制板可以是這類電子設備的布線板(主板(motherboard)) ο所述控制板包括其中除了安裝有傳感器裝置1之外還安裝有其他電子部件的控制板。
[0091]傳感器元件的輪廓
[0092]圖5是示出了傳感器元件100的構造例子的整體立體圖，該圖示出了該元件的與布線板200相對的后表面。參照圖3到圖5，傳感器元件100包括檢測部101和框架體(支撐部)102。檢測部101包括振子部(活動部)103以及檢測電極51、71和72 (參見圖10)，檢測電極51、71和72被形成于傳感器元件100的中心部分中。框架體(支撐部)102支撐著振子部103，且被形成于傳感器元件100的外圍部中。在這個實施例中，檢測部101基于振子部103的振動狀態(tài)，來檢測出繞著沿ΧΥ平面內(nèi)的兩個預定方向的兩個軸中每一者的角速度和繞著沿垂直于ΧΥ平面的方向的Ζ軸的角速度。S卩，傳感器元件100被構造成能夠輸出依賴于這些角速度的信號。
[0093]振子部103包括多個擺部(pendulum port1n) 21a、21b、22a和22b。如稍后將說明的，所述多個擺部21a、21b、22a和22b根據(jù)繞著Z軸的角速度而在ΧΥ平面內(nèi)發(fā)生位移，且根據(jù)繞著X軸或Υ軸的角速度而在Ζ軸方向上發(fā)生位移。
[0094]框架體102包括基體81和聯(lián)接部82。基體81包括端子部114。基體81被形成為環(huán)繞振子部103的外部的大致矩形框架形狀。聯(lián)接部82使基體81聯(lián)接至振子部103。聯(lián)接部82具有在ΧΥ平面內(nèi)可變形的形狀。因此，振子部103能夠在不干擾振子部103的振動的前提下被支撐著。
[0095]在這個實施例中，傳感器元件100由包括娃(Si)的材料形成。例如，傳感器元件100是通過如下方式而被形成的:將兩個硅(Si)基板彼此接合，且使這樣獲得的S0I (絕緣體上娃:Silicon On Insulator)基板經(jīng)受精加工。傳感器元件100包括第一層111、第二層112和接合層113，接合層113使第一層111和第二層112彼此接合。第一層111和第二層112均由硅基板形成。接合層113由氧化硅膜形成。在這個實施例中，第一層111具有大約40 μm的厚度，第二層112具有大約300 μm的厚度，且接合層113具有大約Ιμπι的厚度。
[0096]第一層111被形成為其平面是正方形、或矩形等的大致矩形形狀。第二層112被形成為具有與第一層111相應的尺寸的矩形環(huán)狀。需要注意的是，在這個實施例中，第一層111被形成為一邊的邊長大約是1.7mm的正方形。第一層111形成振子部103、聯(lián)接部82、和基體81的下部(圖5中的上部)。第二層112被形成為沿著與第一層111的外圍部中的基體81相應的區(qū)域的框架形狀。第二層112形成基體81的上部(圖5中的下部)。
[0097]利用上述構造，振子部103和聯(lián)接部82只由第一層111形成，且具有大約40 μ m的厚度。
[0098]另一方面，基體81具有這樣的構造:其中，第一層111和第二層112被層疊著且接合層1