专利名称：测力传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及将具备多个负荷测定用的压电电阻元件的传感器基板与基体基板接合而成的测力传感器及其制造方法。
背景技术：
近年来，在移动设备的触控面板和控制器等用户界面上使用负荷测定用的测力传感器。作为测力传感器，已知有如下类型的测力传感器，即，具备传感器基板，该传感器基板形成有承受来自外部的负荷的受压部、根据该受压部所承受的负荷而变位的变位部、从设置有受压部的一侧的相反侧的面将变位部支承成变位自如的支承部、检测变位部的变位量的压电电阻元件、与该压电电阻元件电连接的电连接部，所述测力传感器能够在该传感器基板与基体基板接合的状态下进行外部安装。具体而言，测力传感器的外部安装通过具备如下的封装体且将外部电路与该封装体电连接而实现，所述封装体通过引线接合使与传感器基板的电连接部导通连接的基体基板的电极焊盘部与外部电路电连接或者通过引线接合将传感器基板的电连接部和基体基板的电极焊盘部导通连接。这种现有结构的测力传感器在例如专利文献1中有所记载。在先技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10-325772号公报发明的概要发明要解决的课题在现有结构中，如例如专利文献1中所记载的那样，传感器基板和基体基板以 300 400°C、电压500 1000V的条件进行了阳极接合。然而，若在250°C以上的高温下进行基板接合，则由于传感器基板、基体基板及接合材料的热膨胀系数不同，导致在基板接合部(传感器基板的支承部及电连接部)产生残余应力，从而造成传感器基板形变。若传感器基板产生形变，则该传感器基板上具备的多个压电电阻元件所构成的桥接电路的输出零点发生较大地偏差或者输出零点的不均变大等，因此造成成品率下降。另外，在专利文献1 所记载的传感器基板与基体基板的接合面设置有焊盘电极，利用贯通电极向外部引出引线的结构中，必须同时实现传感器基板与基体基板的接合以及焊盘电极与引线的接合。
发明内容
本发明的目的在于获得在将具备多个压电电阻元件的传感器基板与基体基板接合而构成的测力传感器中能够减小因基板接合后的残余应力造成的基板形变而改善成品率的测力传感器及其制造方法。用于解决课题的手段本发明通过认识到在基板接合时产生的残余应力是使传感器基板形变而导致由设置在该传感器基板上的多个压电电阻元件构成的桥接电路产生输出零点偏差的原因，并着眼于只要将传感器基板和基体基板在小于250°C的低温下接合则能够减小因基板接合产生的残余应力而完成。S卩，本发明的特征在于，通过将传感器基板与基体基板接合而成，所述传感器基板具备多个压电电阻元件，变位部在经由受压部承受来自外部的负荷时发生变位，所述多个压电电阻元件的电阻对应于该变位量而发生变化，在所述传感器基板上，在所述受压部的相反侧的形成有所述多个压电电阻元件的面上设置有传感器侧支承部和多个传感器侧电连接部，所述传感器侧支承部定位成其至少一部分与所述多个压电电阻元件在俯视下重叠且将所述变位部支承成变位自如，所述多个传感器侧电连接部位于比该传感器侧支承部靠基板周缘的位置且与所述多个压电电阻元件分别电连接，在所述基体基板上，在与所述传感器基板接合的接合面侧设置有基体侧支承部、多个基体侧电连接部、多个电极焊盘，所述基体侧支承部与所述传感器侧支承部接合，所述多个基体侧电连接部位于比该基体侧支承部靠基板周缘的位置而与所述多个传感器侧电连接部接合，所述多个电极焊盘形成为能够与从各基体侧电连接部引出的电气配线的端部外部连接。优选所述传感器侧支承部设置成具有包围所述变位部的整周的闭合的内周边缘的俯视形状，所述多个传感器侧电连接部以包围所述传感器侧支承部的外周的方式沿所述传感器基板的周缘设置，并且在从将所述受压部和所述多个压电电阻元件以各自中心连结的假想线离开的位置被分割。根据该形态，密封树脂不会浸入由传感器侧支承部包围的变位部，并且，通过多个传感器侧电连接部将从传感器侧支承部到基板周缘的空间填埋，从而能够抑制密封树脂的浸入，因此能够降低因树脂硬化产生的残余应力。另外，不会对多个压电电阻元件带来因多个传感器侧电连接部的分割造成的影响。可以将所述传感器侧支承部与所述多个传感器侧电连接部中的任意一个兼并使用。所述多个传感器侧电连接部可以分别设置在俯视下为矩形状的传感器基板的角部。所述传感器侧支承部优选相对于所述变位部的平面中心对称设置，根据该形态能够稳定地支承变位部。更具体而言，优选所述传感器侧支承部设置成具有包围所述变位部的整周的闭合的内周边缘且沿着除了所述传感器基板的角部以外的所述传感器基板的周缘的俯视形状。另一方面，优选在基体基板上，所述基体侧支承部设置成具有与所述传感器侧支承部的内周边缘对应的闭合的内周边缘的俯视形状，通过该传感器侧支承部与基体侧支承部的接合将由所述内周边缘包围的空间密封。优选所述传感器侧支承部的内周边缘位于距所述各压电电阻元件的中心士 ΙΟμπι 以内的距离范围内。根据该形态，能够提高传感器灵敏度。优选所述传感器侧支承部与所述基体侧支承部及所述传感器侧电连接部与所述基体侧电连接部经由膜厚为300nm以下的金属接合层接合，所述金属接合层由包含Al、Ti、 Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、!^、Au中的任意一种或两种以上的合金或者双层以上的层叠膜构成。根据该形态，能够在小于250°C的低温下进行金属接合。另外，还可以具备封装体，其具有将所述基体基板粘结固定并且通过引线接合与该基体基板的多个电极焊盘电连接的多个电极焊盘和与各所述电极焊盘电连接的多个外部安装端子；密封树脂，其将该封装体上的所述基体基板及所述传感器基板的周围固定。
另外，本发明根据制造方法的形态，其特征在于包括在具有变位部的传感器基板的表背面的一方形成多个传感器结构部的工序，所述传感器结构部具有电阻对应于该变位部的变位量而变化的多个压电电阻元件、与所述多个压电电阻元件电连接的多个传感器侧电连接部、在至少一部分与所述多个压电电阻元件在俯视下重叠的位置将所述变位部支承成变位自如的传感器侧支承部；在基体基板的表背面的一方形成多个基体结构部的工序，该基体结构部具有与所述多个传感器侧电连接部对应的多个基体侧电连接部、形成为能够与从各基体侧电连接部引出的电气配线的端部引线接合的多个电极焊盘、位于由所述多个基体侧电连接部包围的区域的与所述传感器侧支承部对应的基体侧支承部；在常温至小于250°C的气氛下将所述传感器基板和所述基体基板压接，将所述多个传感器侧电连接部与基体侧电连接部以及所述传感器侧支承部与所述基体侧支承部同时接合的工序；在所述传感器基板的另一方的面上形成多个对各传感器结构部的变位部施加来自外部的负荷的受压部的工序；以由一对传感器结构部和基体结构部构成的芯片单位切断所述传感器基板及所述基体基板的工序。 优选在所述多个传感器侧电连接部和所述多个基体侧电连接部以及所述传感器侧支承部和所述基体侧支承部以300nm以下的膜厚预先形成金属接合层，该金属接合层由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一种或两种以上的合金或者双层以上的层叠膜构成，经由该金属接合层将该多个传感器侧电连接部与基体侧电连接部以及传感器侧支承部与基体侧支承部接合。发明效果根据本发明，由于传感器侧支承部和基体侧支承部及传感器侧电连接部和基体侧电连接部在小于250°C的低温下接合，从而在基板接合部产生的残余应力减小。进一步而言，由于传感器侧支承部及基体侧支承部和多个传感器侧电连接部及基体侧电连接部中的至少一个沿着基板周缘设置，从而能够抑制浸入传感器基板和基体基板之间的密封树脂。 由此，能够提供可以不对设置在传感器基板上的多个压电电阻元件带来不良影响而改善成品率的测力传感器及其制造方法。
图1是表示适用了本发明的测力传感器的第一实施方式的示意性剖视图。图2是表示从上面侧观察该测力传感器得到的俯视图。图3是表示该测力传感器的传感器基板的背面(接合面)的俯视图。图4是表示该测力传感器的基体基板的表面(接合面)的俯视图。图5是表示本发明的测力传感器的制造方法的一工序的示意性剖视图。图6是表示图5的下一工序的示意性剖视图。图7是表示图6的下一工序的示意性剖视图。图8是表示图7的下一工序的示意性剖视图。图9是表示从上面侧观察适用了本发明的测力传感器的第二实施方式得到的俯视透视图。图10是表示该测力传感器的传感器基板的背面(接合面)的俯视图。图11是表示该测力传感器的基体基板的表面(接合面)的俯视图。
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图12是表示从上面侧观察适用了本发明的测力传感器的第三实施方式得到的俯视透视图。图13是表示该测力传感器的传感器基板的背面(接合面)的俯视图。图14是表示该测力传感器的基体基板的表面(接合面)的俯视图。图15是表示从上面侧观察适用了本发明的测力传感器的第四实施方式得到的俯视透视图。图16是表示该测力传感器的传感器基板的背面(接合面)的俯视图。图17是表示该测力传感器的基体基板的表面(接合面)的俯视图。
具体实施例方式图1 图8表示适用了本发明的测力传感器的第一实施方式。图1为测力传感器 1的剖视图，图2为从上面侧观察测力传感器1得到的俯视图，图3为表示传感器基板10的背面IOb (与基体基板20的接合面)的俯视图，图4为表示基体基板20的表面20a (与传感器基板10的接合面)的俯视图。测力传感器1为压电电阻方式的测力传感器，其具备一对传感器基板10和基体基板20。传感器基板10由俯视下为矩形状且宏观观察时没有凹凸的固定厚度的硅基板构成，该基板中央部构成在承受负荷时发生变位的变位部11。在该传感器基板10的表面IOa 上如图1、图2所示那样设置有承受来自外部的负荷的受压部12。受压部12为在变位部11 上鼓起的圆柱状的凸受压部，优选在其上表面周缘实施倒角加工(R加工)。该受压部12由镍合金或硅(与传感器基板10为同一材质)构成。虽然也可以省略受压部12，但是通过在变位部11上设置受压部12能够使传感器灵敏度稳定。另一方面，如图1、图3所示那样， 在传感器基板10的背面IOb设置有作为形变检测元件的多个压电电阻元件13、将变位部 11支承成变位自如的支承部(传感器侧支承部)14、与多个压电电阻元件13电连接的多个电连接部(传感器侧电连接部)15、将压电电阻元件13与电连接部15之间连接的电路配线部16。图3是表示压电电阻元件13、支承部14、电连接部15及电路配线部16的俯视位置关系的图，全部由实线绘出。多个压电电阻元件13沿着变位部11的周缘部以相邻的元件彼此相差90°的相位 (相互正交的位置关系)配置。当变位部11因受压部12承受的负荷而变位时，多个压电电阻元件13的电阻对应于受压部12的变位量而发生变化，由所述多个压电电阻元件13构成的桥接电路的中点电位发生变化，该中点电位作为传感器输出向公知的测定装置输出。支承部14在传感器基板10的背面IOb突出形成，位于比沿变位部11的周缘部配置的多个压电电阻元件13靠基板周缘侧且至少一部分与多个压电电阻元件13在俯视下重叠的位置。本实施方式的支承部14如图3所示那样在俯视下成为环状(具有俯视下闭合的内周边缘α的形状)，相对于变位部11的平面中心具有对称的位置关系，能够将变位部 11稳定地支承。该支承部14由基底层1 和金属接合层14b构成的层叠结构形成，该金属接合层14b由包括Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一种或两种以上的合金或者双层以上的层叠膜构成。多个电连接部15与上述支承部14同样也突出形成在传感器基板10的背面IOb上，位于比该支承部14更靠基板周缘侧的位置。在本实施方式中，如图3所示，各电连接部 15为圆柱状，其分别配置在成为俯视下的矩形状的传感器基板10的背面IOb的四个角部。 对于多个电连接部15而言，由于在传感器基板10的对角线上对置的一对处于相对于变位部11的平面中心对称的位置关系，从而能够稳定地支承变位部11。各电连接部15由基底层15a与金属接合层15b的层叠结构形成，金属接合层15b由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、 Rh> Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一种或两种以上的合金或双层以上的层叠膜构成。所述多个电连接部15经由形成在传感器基板10的背面IOb上的电路配线部16与多个压电电阻元件13电连接。多个压电电阻元件13和电路配线部16由绝缘膜17覆盖而不在传感器基板10的背面IOb露出。基体基板20由俯视下为矩形状且在宏观观察时没有凹凸的具有固定厚度的硅基板构成，是接合并支承传感器基板10的支承基板。如图4所示，该基体基板20在成为与传感器基板10的接合面的表面20a上具备与传感器基板10的支承部14对应的俯视下为环状(具有闭合的内周边缘α的俯视形状)的支承部对、与传感器基板10的多个电连接部 15相对应的圆柱状的多个电连接部25、形成为能够与从各电连接部25引出的电气配线的端部引线接合的多个电极焊盘26。支承部M及多个电连接部25突出形成于基体基板20 的表面20a。支承部M与传感器基板10的支承部14同样也由基底层2 与金属接合层 24b的层叠结构形成，该金属接合层Mb由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta JeJu 中的任意一种或两种以上的合金或双层以上的层叠膜构成。多个电连接部25与传感器基板10的多个电连接部15同样也由基底层2 与金属接合层25b的层叠结构形成，该金属接合层25b由包含Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一种或两种以上的合金或双层以上的层叠膜构成。电极焊盘26由基底层、金属接合层^b、例如由Cu、 Au、Al等构成的镀敷金属层26c构成的层叠结构形成，所述金属接合层^b由包含Al、Ti、 Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、!^、Au中的任意一种或两种以上的合金或双层以上的层叠膜构成。基底层Ma、25aJ6a同时形成，金属接合层Mb、25bJ6b同时形成。上述传感器基板10和基体基板20通过将相互的支承部14J4的金属接合层14b、 24b彼此及相互的各电连接部15、25的金属接合层1恥、2恥彼此接合而一体化。金属接合层14b、15b、Mb、25b的膜厚形成为300nm以下。若为此膜厚范围，则包含Al、Ti、Cr、Ni、 Cu、Ru、Rh, Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一种或两种以上的合金或双层以上的层叠膜的表面粗糙度成为3nm以下，能够在常温至小于250°C的低温下将支承部14J4彼此及多个电连接部15、25彼此接合。金属接合层14b、15b、Mb、2^3可以为单层，也可以为层叠结构。对于金属接合的传感器基板10和基体基板20而言，基体基板20芯片焊接在封装基板40上，从而成为经由封装基板40能够进行外部安装的状态。即，设置在基体基板20 上的多个电极焊盘26通过接合引线41分别与封装基板40的多个中继电极焊盘42连接， 并经由所述多个中继电极焊盘42与设置在封装基板40的外表面上的未图示的外部安装端子电连接。封装基板40上的传感器基板10及基体基板20的周围被密封树脂43覆盖，通过密封树脂43强化传感器基板10与基体基板20的接合及基体基板20与封装基板40的接合。接下来，参照图5 图8对本发明的测力传感器的制造方法进行说明。图5 图 8为表示测力传感器的制造方法的一工序的示意性剖视图。
首先，准备传感器基板10 (图幻和基体基板20 (图4)，传感器基板10在基板背面 IOb上形成有多个由上述多个压电电阻元件13、支承部14、多个电连接部15、电路配线部16 及绝缘膜17构成的传感器结构部，基体基板20在基板表面20a上形成有多个由上述的支承部M、多个电连接部25及多个电极焊盘沈构成的基体结构部。在该传感器基板10和基体基板20上，支承部14、对及多个电连接部15、25由基底层14a、15a、Ma、2^i与金属接合层14b、15b、Mb、25b的层叠结构形成，该金属接合层14b、15b、Mb、25b的层叠结构由包含 Al、Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、佝、Au中的任意一种或两种以上的合金或双层以上的层叠膜构成。金属接合层14b、Mb、24b、2^3通过例如溅射蒸镀以300nm以下的膜厚形成。 若上述合金形成为膜厚300nm以下，则其表面粗糙度成为3nm以下，从而能够在常温至小于 250°C的低温状态下实现金属接合。另外，在传感器基板10的背面10b，在各传感器结构部中的每一个上，在与基体基板20的各电极焊盘沈俯视下重叠的位置分别预先形成有基板切割用的槽部10c。接下来，如图5所示，使传感器基板10和基体基板20以相互的支承部14J4及多个电连接部15、25在俯视下对齐的方式对置。然后，如图6所示，在常温至小于250°C的低温状态下将传感器基板10和基体基板20压接接合。支承部14J4及多个电连接部15、25 通过在中间设置金属接合层14b、Mb、24b、2^而在小于250°C的低温状态下良好地接合， 在接合时无需250°C以上的高温加热。由此，在支承部14、对及多个电连接部15、25上不易产生因接合时的加热而产生的残余应力，而且即使产生也比高温加热时有所降低，从而能够抑制传感器基板10及基体基板20的形变，能够避免设置在该传感器基板10上的多个压电电阻元件13所构成桥接电路的输出零点偏差。本实施方式的支承部14、M形成为俯视下的环状(具有闭合的内周边缘α的俯视形状)，因此通过接合将由支承部14、24的内周边缘α包围的空间密封。如图7所示，在基板接合后，在传感器基板10的表面IOa上形成用于承受来自外部的负荷的受压部12。接下来，如图8所示，在基板背面IOb与槽部IOc的台阶位置切断传感器基板10 而使基体基板20的多个电极焊盘沈露出，进而，将基体基板10切断成由一对传感器结构部和基体结构部构成的芯片单位。通过如上方式，能够同时获得多个图1 图4所示的测力传感器1。根据第一实施方式，设置有与传感器基板10和基体基板20对应的支承部14、24 及多个电连接部15、25，在小于250°C的低温状态下隔着金属接合层14b、15b、Mb、2^3将支承部14J4彼此及多个电连接部15、25彼此接合，从而在基板接合部(支承部14J4及多个电连接部15、2幻产生的残余应力比250°C以上的高温加热时有所减小，从而因接合产生的基板形变得到抑制，不会对设置在传感器基板10上的多个压电电阻元件13带来不良影响。由此，能够减小由该多个压电电阻元件13构成的桥接电路的输出零点偏差而改善成品率。在第一实施方式中，虽然具备俯视下为环状的支承部14、24，但设置在传感器基板 10及基体基板20上的支承部的俯视形状可以变形。例如，可以具备将本实施方式的俯视下为环状的支承部14、M分割成多个的结构，或具备多个四棱柱状或圆柱状的支承部。在设置有多个支承部的情况下，若其配设位置是比多个压电电阻元件13靠基板周缘侧且至少一部分与该多个压电电阻元件13在俯视下重叠的位置则具有自由度，但是为了稳定地支承变位部11，优选配置成相对于变位部11的平面中心对称。另外，在第一实施方式中虽具备能够进行外部安装的封装基板40，但是也可以不具备封装基板40，而是构成为基体基板20的多个电极焊盘沈通过引线接合而与外部电路直接连接。即使为该结构也容易进行外部安装。在以上的第一实施方式中，为了提高基板接合强度，传感器基板10及基体基板20 的周围利用密封树脂43固定。然而，若传感器基板10及基体基板20的周围利用密封树脂 43固定，则可知密封树脂43从在两基板10、20的周围形成的空隙浸入到支承部14J4的外侧，会因树脂硬化时产生的密封树脂43内部的残余应力造成传感器基板10形变，导致传感器特性(由传感器灵敏度及多个压电电阻元件13构成的桥接电路的输出零点)发生变动。 在传感器基板10的背面IOb及基体基板20的表面20a上形成有电气配线，由于存在该电气配线而使两基板10、20的空隙间隔局部不同。另一方面，在密封树脂43内部产生的残余应力的大小对应于侵入两基板10、20间的密封树脂43的体积量而增减。因此，在传感器基板10中，在密封树脂43内部产生的残余应力大的部分与残余应力小的部分混合存在而导致对称性被破坏，这成为使传感器特性变动的主要原因。以下说明的第二 第四实施方式为上述第一实施方式的改良例，通过将支承部及电连接部中的至少一方设置到基板周缘而使浸入传感器基板与基体基板之间的密封树脂减少，从而能够抑制树脂硬化时产生的残余应力导致的基板形变，进而能够抑制传感器特性的变动。图9 图11表示适用了本发明的测力传感器的第二实施方式。图9是表示从上面侧观察测力传感器2得到的俯视透视图，图10是表示传感器基板10的背面IOb的俯视图，图11是表示基体基板20的表面的俯视图。需要说明的是，在图10中省略对电路配线部16的图示。如图10所示，在传感器基板10的背面IOb突出形成有支承部14和多个电连接部 21 215d。在图10中，全部用实线绘出受压部12、压电电阻元件13、支承部14及电连接部21 215d的俯视下的位置关系。支承部14与第一实施方式的支承部同样，在俯视下为环状(具有包围变位部11的外周的闭合的内周边缘α的俯视形状)，为了多个压电电阻元件13能够以良好的灵敏度检测变位部11的变位量，使内周边缘α位于距各压电电阻元件13的中心士10 μ m以内的距离范围内。多个电连接部21 215d将俯视下为环状的支承部14的外周包围而向传感器基板10的周缘方向延伸，且沿着传感器基板10的周缘设置。所述多个电连接部21 215d在图9的假想线X1、X2以外的位置被分割。假想线XI、X2为连结受压部12的中心和各压电电阻元件13的中心的直线，在基板中心(受压部12的中心位置)正交。通过在假想线XI、X2外设置多个电连接部21 215d的分割位置，能够不对传感器基板10的对称性造成极力破坏，不会对多个压电电阻元件13带来因电连接部的分割产生的影响。在本实施方式中，利用一对电连接部215c、215d包围支承部 14的外周，将剩余的一对电连接部215a、2Mb在比该电连接部215c、215d靠基板周缘侧配置成相对于假想线X2对称。各电连接部21 215d间的空隙及电连接部215c、215d与支承部14间的空隙为0. 2 μ m左右。另一方面，如图11所示，在基体基板20的表面20a上具备以与设置在传感器基板10上的支承部14及多个电连接部21 215d对应的俯视形状及俯视位置突出形成的支承部M及多个电连接部22 225d、以能够与从各电连接部22 225d引出的电气配线的端部引线接合的方式形成的多个电极焊盘26。考虑到与传感器基板10侧的支承部14及多个电连接部21 215d对齐情况，基体基板20侧的支承部M及多个电连接部 224a 225d形成得比该支承部14及多个电连接部21 215d稍大。根据该第二实施方式，由于密封树脂43不会侵入由支承部14J4包围的变位部 11，并且多个电连接部21 215d、22fe 225d填埋从支承部14、24的外周到基板周缘的空间，所以在接合后的传感器基板10与基体基板20之间产生的空隙变得比第一实施方式狭窄，从而浸入该空隙的密封树脂43减少。由此，在树脂硬化时产生的残余应力也降低， 因该残余应力造成的传感器基板10的形变得到抑制，从而不会对设置在传感器基板10上的多个压电电阻元件13带来不良影响。即，能够抑制传感器特性的变动，从而能够改善成品率。从多个电连接部21 215d、22fe 225d到基板周缘的间隔优选为30 μ m以下。 多个电连接部21 215d、22fe 225d以外的结构均与第一实施方式相同。图12 图14表示适用了本发明的测力传感器的第三实施方式。图12为表示从上面侧观察测力传感器3得到的俯视透视图，图13为表示传感器基板10的背面IOb的俯视图，图14为表示基体基板20的表面的俯视图。需要说明的是，图13中省略对电路配线部16的图示。测力传感器3为在传感器基板10及基体基板20中将支承部与多个电连接部中的任意一个兼并使用的实施方式。在传感器基板10的背面IOb设置有将第二实施方式的支承部14和包围该支承部14的外周的一方的电连接部215d —体化的电连接支承部315，在基体基板20的表面20a设置有将第二实施方式的支承部M和包围该支承部M的外周的一方的电连接部225d—体化的电连接部325。电连接支承部315、325成为具有包围支承部14、24的外周的闭合的内周边缘α的俯视形状，为了多个压电电阻元件13以良好的灵敏度检测变位部11的变位量，使内周边缘α位于距各压电电阻元件13的中心士 ΙΟμπι以内的距离范围内。考虑到对齐情况，基体基板20侧的电连接支承部325形成得比传感器基板10侧的电连接支承部315稍大。在图13中，全部用实线绘出压电电阻元件13、电连接部 21 215c及电连接支承部315的俯视下的位置关系。在该第三实施方式中，密封树脂43不会浸入由电连接支承部315、325包围的变位部11，并且电连接支承部315、325及多个电连接部21 215c、22fe 225c填埋从变位部11的外周到基板周缘的空间，因此与第二实施方式同样，浸入到接合后的传感器基板10 与基体基板20间的空隙的密封树脂43与第一实施方式相比有所减少，从而能够抑制因树脂硬化时的残余应力导致的传感器特性的变动。电连接支承部315、325及多个电连接部 215a 215c、22fe 225c以外的结构均与第一实施方式同样。图15 图17表示适用了本发明的测力传感器的第四实施方式。图15为表示从上面侧观察测力传感器4得到的俯视透视图，图16为表示传感器基板10的背面IOb的俯视图，图17为表示基体基板20的表面20a的俯视图。需要说明的是，图16中省略对电路配线部16的图示。如图16所示，在俯视下为矩形的传感器基板10的背面IOb具备分别配置在该背面IOb的角部上的多个电连接部41 415d、具有包围变位部11的外周的闭合的内周边缘α且除了背面IOb的角部之外均沿着传感器基板10的周缘设置的支承部414。换而言之，支承部414从内周边缘α延伸设置到除了传感器基板10的角部之外的该基板周缘，其外形(轮廓)为大致八边形。为了使多个压电电阻元件13能够以良好的灵敏度检测变位部11的变位量，使该支承部414的内周边缘α位于距各压电电阻元件13的中心士 ΙΟμπι 以内的距离范围内。支承部414与各电连接部41 415d间的空隙为0.2μπι左右。在图16中，全部用实线绘出压电电阻元件13、支承部414及电连接部41 415d的俯视下的位置关系。另一方面，如图17所示，在基体基板20的表面20a上具备以与设置在传感器基板10上的支承部414及多个电连接部41 415d对应的俯视形状及俯视位置突出形成的支承部似4及多个电连接部42 425d、以能够与从各电连接部42 425d引出的电气配线的端部引线接合的方式形成的多个电极焊盘沈。考虑到对齐情况，基体基板20侧的支承部似4及多个电连接部42 425d形成得比传感器基板10侧的支承部414及多个电连接部41 415d稍大。电极焊盘沈与多个电连接部42 425d对应，以相邻的电极焊盘彼此相差90°的相位(相互正交的位置关系)的方式配置有四个，并从上下左右的四个方向引出。在该第四实施方式中，密封树脂43也不会浸入由支承部414、424的内周边缘α 包围的变位部11，并且支承部414、似4及多个电连接部41 415d、42fe 425d填埋从变位部11的外周到基板周缘的空间。因此，与第二实施方式同样，浸入到接合的传感器基板10与基体基板20之间的密封树脂43与第一实施方式相比有所减少，能够抑制因树脂硬化时的残余应力造成的传感器特性的变动。另外，在第四实施方式中，支承部414、似4及多个电连接部41 415d、42fe 425d相对于图15的假想线X1、X2成为对称。假想线XI、 X2为连结受压部12的中心和各压电电阻元件13的中心的直线，在基板中心(受压部12的中心位置)正交。通过具有该对称性，即使在树脂硬化时产生残余应力，由于该残余应力以上下左右对称的方式施加在传感器基板10及基体基板20上，所以能够减轻对传感器特性的影响。支承部414、似4及多个电连接部41 415d、42fe 425d以外的结构均与第一实施方式同样。产业上的可利用性本申请的发明可以适用于搭载于移动设备的触控面板、控制器等用户界面上的负荷测定用的测力传感器及其制造方法。符号说明1、2、3、4测力传感器10传感器基板IOa 表面IOb 背面11变位部12受压部13压电电阻元件(形变检测元件)14支承部14a基底层
14b金属接合层15电连接部1 基底层15b金属接合层16电路配线部17绝缘膜20基体基板20a 表面24支承部24a基底层24b金属接合层25电连接部25a基底层25b金属接合层26电极焊盘26a基底层2 金属接合层26c镀敷金属层40封装基板41接合引线42电极焊盘43密封树脂215a 215d电连接部225a 225d电连接部315,325电连接支承部414、似4支承部415a 415d电连接部42 425d电连接部α内周边缘
权利要求
1.一种测力传感器，其特征在于，通过将传感器基板与基体基板接合而成，所述传感器基板具备多个压电电阻元件，变位部在经由受压部承受来自外部的负荷时发生变位，所述多个压电电阻元件的电阻对应于该变位量而发生变化，在所述传感器基板上，在所述受压部的相反侧的形成有所述多个压电电阻元件的面上设置有传感器侧支承部和多个传感器侧电连接部，所述传感器侧支承部定位成其至少一部分与所述多个压电电阻元件在俯视下重叠且将所述变位部支承成变位自如，所述多个传感器侧电连接部位于比该传感器侧支承部靠基板周缘的位置且与所述多个压电电阻元件分别电连接，在所述基体基板上，在与所述传感器基板接合的接合面侧设置有基体侧支承部、多个基体侧电连接部、多个电极焊盘，所述基体侧支承部与所述传感器侧支承部接合，所述多个基体侧电连接部位于比该基体侧支承部靠基板周缘的位置而与所述多个传感器侧电连接部接合，所述多个电极焊盘形成为能够与从各基体侧电连接部引出的电气配线的端部外部连接。
2.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述传感器侧支承部设置成具有包围所述变位部的整周的闭合的内周边缘的俯视形状，所述多个传感器侧电连接部以包围所述传感器侧支承部的外周的方式沿所述传感器基板的周缘设置，并且在从将所述受压部和所述多个压电电阻元件以各自中心连结的假想线离开的位置被分割。
3.根据权利要求2所述的测力传感器，其特征在于，将所述传感器侧支承部与所述多个传感器侧电连接部中的任意一个兼并使用。
4.根据权利要求1所述的测力传感器，其特征在于，所述多个传感器侧电连接部分别设置在俯视下为矩形状的传感器基板的角部，所述传感器侧支承部设置成相对于所述变位部的平面中心对称。
5.根据权利要求4所述的测力传感器，其特征在于，所述传感器侧支承部设置成具有包围所述变位部的整周的闭合的内周边缘且沿着除了所述传感器基板的角部外的所述传感器基板的周缘的俯视形状。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的测力传感器，其特征在于，所述基体侧支承部设置成具有与所述传感器侧支承部的内周边缘对应的闭合的内周边缘的俯视形状，通过该传感器侧支承部与基体侧支承部的接合将由所述内周边缘包围的空间密封。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的测力传感器，其特征在于，所述传感器侧支承部的内周边缘位于距各所述压电电阻元件的中心士 ΙΟμπι以内的距离范围内。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的测力传感器，其特征在于，所述传感器侧支承部与所述基体侧支承部及所述传感器侧电连接部与所述基体侧电连接部经由膜厚为300nm以下的金属接合层接合，所述金属接合层由包含Al、Ti、Cr、Ni、 Cu、Ru、I h、Ir、Pt、Ta、i^、Au中的任意一种或两种以上的合金或者双层以上的层叠膜构成。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的测力传感器，其特征在于，具备封装体，其具有将所述基体基板粘结固定并且通过引线接合与该基体基板的多个电极焊盘电连接的多个电极焊盘和与各所述电极焊盘电连接的多个外部安装端子；密封树脂，其将该封装体上的所述基体基板及所述传感器基板的周围固定。
10.一种测力传感器的制造方法，其特征在于，包括在具有变位部的传感器基板的表背面的一方形成多个传感器结构部的工序，所述传感器结构部具有电阻对应于该变位部的变位量而变化的多个压电电阻元件、与所述多个压电电阻元件电连接的多个传感器侧电连接部、在至少一部分与所述多个压电电阻元件在俯视下重叠的位置将所述变位部支承成变位自如的传感器侧支承部；在基体基板的表背面的一方形成多个基体结构部的工序，该基体结构部具有与所述多个传感器侧电连接部对应的多个基体侧电连接部、形成为能够与从各基体侧电连接部引出的电气配线的端部引线接合的多个电极焊盘、位于由所述多个基体侧电连接部包围的区域的与所述传感器侧支承部对应的基体侧支承部；在常温至小于250°C的气氛下将所述传感器基板和所述基体基板压接，将所述多个传感器侧电连接部与基体侧电连接部以及所述传感器侧支承部与所述基体侧支承部同时接合的工序；在所述传感器基板的另一方的面上形成多个对各传感器结构部的变位部施加来自外部的负荷的受压部的工序；以由一对传感器结构部和基体结构部构成的芯片单位切断所述传感器基板及所述基体基板的工序。
11.根据权利要求10所述的测力传感器的制造方法，其特征在于，在所述多个传感器侧电连接部和所述多个基体侧电连接部以及所述传感器侧支承部和所述基体侧支承部以300nm以下的膜厚预先形成金属接合层，该金属接合层由包含Al、 Ti、Cr、Ni、Cu、Ru、Rh、Ir、Pt、Ta、Fe、Au中的任意一种或两种以上的合金或者双层以上的层叠膜构成，经由该金属接合层将该多个传感器侧电连接部与基体侧电连接部以及传感器侧支承部与基体侧支承部接合。
全文摘要
本发明获得一种能够减小因基板接合后的残余应力导致的基板形变且能够改善成品率的测力传感器及其制造方法。在变位部在经由受压部承受来自外部的负荷时变位且具备电阻对应于该变位量而变化的多个压电电阻元件的传感器基板及支承该传感器基板的基体基板上分别设置有将变位部支承成变位自如的支承部和与多个压电电阻元件电连接的多个电连接部，将相互的支承部彼此及多个电连接部彼此接合。进而，在传感器基板及基体基板上，支承部及多个电连接部的至少一方设置到基板周缘。
文档编号G01L1/18GK102575964SQ201080043480
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月25日
发明者平山元辉, 梅津英治, 牛肠英纪, 石曾根昌彦 申请人:阿尔卑斯电气株式会社