物理量传感器及其制造方法、电子设备及移动体的制作方法_3

文档序号:9563421阅读:来源:国知局
7a配置在贯穿孔53、54内(以下,将该状态称为“配置状态”)。
[0187]此外,如前文所述那样,贯穿孔53、54的孔径分别随着趋向于下侧而逐渐减小。由此,在配置状态下,密封材料6a在与贯穿孔53的孔径一致的部分处滞留。因此,密封材料6a在贯穿孔53内于Z轴方向上的移动被限制。而且,通过密封材料6a在与贯穿孔53的孔径一致的部分处滞留,从而密封材料6a在XY平面方向上的移动也被限制。由此,能够将密封材料6a更稳定地配置在贯穿孔53内。该情况在密封材料7a中也同样如此。
[0188]这样的密封材料6a、7a的外径优选为大于等于100 μ m且小于等于500 μ m,更优选为大于等于150 μ m且小于等于300 μ m。
[0189](4)第一压力调节工序
[0190]接下来,如图5(a)所示,使支承基板2以及密封基板5的气氛成为真空状态(第一气氛)。在此,在本说明书中,“真空状态”是指气压小于等于10Pa的状态。
[0191]另外,在本实施方式中,在配置工序后,将支承基板2以及密封基板5配置于腔室(未图示)内,并通过真空栗等将该腔室内抽成真空。
[0192]通过使支承基板2以及密封基板5的气氛成为真空状态,从而凹部51的空气经由密封材料6a与贯穿孔53的内侧面之间的微小的间隙,而被排出至凹部51的外侧。由此,凹部51内成为真空状态(对于凹部52也同样如此)。
[0193](5)第一密封工序
[0194]接下来,如图5(b)所示,对腔室内进行加热,并使腔室内的温度大于等于密封材料6a的熔点T6,从而使贯穿孔53内的密封材料6a熔融。由此,通过熔融而成为液状的密封材料6a(以下,将该液状的密封材料6a称为“密封材料6b”)在整周上紧贴在贯穿孔53的内侧面上。因此,凹部51内与凹部51的外侧的空间成为通过密封材料6b而被分离的状态。其结果为,凹部51以真空状态被气密密封。通过以真空状态对凹部51内进行密封,从而能够防止在驱动时阻尼(振动的衰减力)作用于陀螺传感器元件3。其结果为,能够以恰当的振幅进行振动,从而能够提高陀螺传感器元件3的检测灵敏度。
[0195]另外,通过使用金属材料以作为密封材料6,从而密封材料6b的表面张力变得较高,由此易于滞留在贯穿孔53内。因此,能够防止密封材料6b从贯穿孔53的下表面开口流入到凹部51内的情况。
[0196]此外,密封材料6b的粘度优选为某一较高的程度,具体而言,优选为大于等于1 X 10_3Pa.s,更优选为大于等于3X 10_3Pa.s。由此,能够更加有效地防止密封材料6b从贯穿孔53的下表面开口流入到凹部51内的情况。
[0197]而且,如前文所述那样,贯穿孔53的下表面开口的开口直径非常小。由此,与上述相结合,能够更加有效地防止密封材料6b流入到凹部51内的情况。
[0198]此外,在本工序中,腔室内的温度被设为低于密封材料7的熔点1\的温度。
[0199](6)第二压力调节工序
[0200]接下来,如图5(c)所示,将腔室内的圧力设为与真空状态相比压力较高的大气压状态(第二状态)。作为从真空状态到大气压状态的方法,例如可列举出向腔室内注入空气,氮气、氩气、氦气、氖气等惰性气体等的方法。
[0201]此外,此时,与前文所述同样地,空气(惰性气体)经由球状的密封材料7a与贯穿孔54的内侧面之间的微小的间隙而流入凹部52内。由此,凹部52内从真空状态成为大气压状态。
[0202]另外,在本发明中,作为“第二气氛”,只需压力高于真空状态即可,除了大气压状态,还包含与大气压相比压力较低的减压状态。作为该减压状态,优选为气压大于等于0.3 X 105Pa且小于等于1 X 105Pa,更优选为大于等于0.5 X 104Pa且小于等于0.8 X 104Pa。当以这样的减压状态对凹部52进行了密封时,在驱动时适度的阻尼(振动的衰减力)作用于加速度传感器元件4,其结果为,能够防止不必要的振动的产生。因此,能够提高加速度传感器元件4的检测灵敏度。
[0203](7)第二密封工序
[0204]然后,如图6所示,对腔室内进行加热,并使腔室内的温度成为大于等于密封材料7a的熔点T7且小于等于各个基板的熔点的温度,从而使贯穿孔54内的密封材料7a熔融。由此,通过熔融而成为液状的密封材料7b紧贴在贯穿孔54的内侧面的整周上。因此,凹部52内与凹部52的外侧的空间成为通过密封材料7b而被分离的状态。其结果为,凹部52以大气压状态被气密密封。
[0205]最后,通过返回到例如常温从而使密封材料6b、7b凝固。由此,凹部51通过密封材料6而被密封,凹部52通过密封材料7而被密封。
[0206]如此,通过经由工序(1)?(7),从而能够以压力互不相同的状态对凹部51和凹部52分别进行气密密封。尤其是,根据本发明,能够省略如“日本特开2010-107325(专利文献1)”那样的以压溃槽的方式使基板变形的工序。因此,能够在不使支承基板2变形的条件下,对凹部51和凹部52进行密封。因此,通过本制造方法而获得的物理量传感器1的尺寸精度优异,且可靠性较高。
[0207]而且,由于密封材料6、7的熔点T6、T7低于支承基板2的熔点Τ 2以及密封基板5的熔点Τ5,因此能够防止在上述第一密封工序以及第二密封工序中支承基板2以及密封基板5发生热变形的情况。因此,物理量传感器1的尺寸精度更优异,且可靠性更高。
[0208]第二实施方式
[0209]接下来,以与第一实施方式所涉及的物理量传感器1的不同点为中心,对第二实施方式所涉及的物理量传感器1Α进行说明。此外,对与第一实施方式相同的结构部位,标记相同的符号,并省略重复的说明。
[0210]首先,对本实施方式所涉及的物理量传感器1Α进行说明。
[0211]1.物理量传感器
[0212]图7为表示本实施方式所涉及的物理量传感器的剖视图。
[0213]如图7所示,物理量传感器1Α具有:支承基板2 ;接合并支承于该支承基板2上的陀螺传感器元件(第一传感器元件)3以及加速度传感器元件(第二传感器元件)4 ;和以覆盖各传感器元件3、4的方式而被设置的密封基板5。
[0214]支承基板2、陀螺传感器元件3以及加速度传感器元件4与第一实施方式相同(参照图2、图3),从而省略详细的说明。
[0215]密封基板
[0216]密封基板5具有对前文所述的陀螺传感器元件(第一传感器元件)3以及加速度传感器元件(第二传感器元件)4进行密封并保护的功能。该密封基板5呈板状,并与支承基板2的上表面接合。此外,密封基板5具有在一个面(下表面)上开放的凹部(第一凹部)51以及凹部(第二凹部)52。
[0217]凹部51 (第一凹部)作为第一收纳部而对陀螺传感器元件(第一传感器元件)3进行收纳,凹部52 (第二凹部)作为第二收纳部而对加速度传感器元件(第二传感器元件)4进行收纳。此外,各凹部51、52分别具有能够充分收纳各个传感器元件3、4的程度的大小。
[0218]此外,虽然在图示的结构中,凹部51、52以分别凹陷成大致长方体的方式而形成,但是并未限定于此,例如也可以凹陷成半球状、三角锥等形状。
[0219]在密封基板5上设置有在其厚度方向上贯穿的贯穿孔53、54。贯穿孔53与凹部51连通,贯穿孔54与凹部52连通。由于贯穿孔53、54除了下表面开口的直径不同以外,均为大致相同的结构,因此,以下,对贯穿孔53进行代表性说明。
[0220]贯穿孔53的孔径(宽度)随着趋向于凹部51侧而逐渐减小。S卩,贯穿孔53的横截面面积随着趋向于凹部51侧而逐渐减小。贯穿孔53的上表面开口的直径D1与贯穿孔53的下表面开口的直径D2之比D1/D2优选为4?100,更优选为8?35。由此,如后文所述那样,能够将球状的密封材料6a稳定地配置于贯穿孔53中。
[0221]此外,贯穿孔53的上表面开口的直径D1未被特别限定,例如,优选为大于等于200 μ m且小于等于500 μ m,更优选为大于等于250 μ m且小于等于350 μ m。
[0222]在这样的贯穿孔53、54中,贯穿孔53的直径D2小于贯穿孔54的下表面开口的直径D3。由此,如后文所述那样,能够有效地防止粘度较低的液状的密封材料6b流入到凹部51内的情况。
[0223]另外,贯穿孔53的下表面开口的直径D2优选在贯穿孔54的下表面开口的直径D3的10%以上且90%以下,更优选在30%以上70%以下。由此,能够更加有效地防止液状的密封材料6b流入到凹部51内的情况。
[0224]当贯穿孔53的下表面开口的直径D2过小时,在后文所述的第一压力调节工序中,存在凹部51内的空气的排出变得不充分的可能性。另一方面,当贯穿孔53的下表面开口的直径D2过大时,存在无法充分地获得上述效果的可能性。
[0225]贯穿孔53的下表面开口的直径D2未被特别限定,例如优选为大于等于3 μ m且小于等于45 μ m,更优选为大于等于5 μ m且小于等于25 μ m。
[0226]另一方面,贯穿孔54的下表面开口的直径D3未被特别限定,例如优选为大于等于5 μ m且小于等于50 μ m,更优选为大于等于10 μ m且小于等于30 μ m。
[0227]此外,虽然作为密封基板5的构成材料,只要为能够发挥前文所述那样的功能的材料,则不特别限定,但是例如能够优选使用硅材料、玻璃材料等。
[0228]此外,密封基板5的熔点(软化点)T5未被特别限定,例如优选为大于等于1000°C,更优选为大于等于1200°C。因此,作为密封基板5,非常优选使用单晶硅。
[0229]另外,作为密封基板5与支承基板2的接合方法,未被特别限定,例如可使用利用了粘合剂的接合方法、阳极接合法等直接接合法等。
[0230]如图7所示,在贯穿孔53中填充有密封材料6,在贯穿孔54中填充有密封材料7。由此,凹部51、52分别被气密密封。
[0231]此外,密封材料6的熔点T6与密封材料7的熔点Τ 7相互不同,具体而言,满足Τ 6<Τ7的这一关系。由此,在后文所述的第一密封工序中,将腔室内的温度设为大于等于Τ6且小于Τ7,从而能够仅使密封材料6熔融而仅对凹部51进行密封。因此,能够使对凹部51进行密封的时机和对凹部52进行密封的时机不同。因此,通过令使密封材料6熔融时的凹部51内的压力和使密封材料7熔融时的压力不同,从而能够以不同的压力对凹部51和凹部52进行密封。
[0232]此外,密封材料6的熔点Τ6与密封材料7的熔点Τ7之差ΔΤ1优选为大于等于30°C且小于等于150°C,更优选为大于等于50°C且小于等于130°C。由此,能够获得生产率以及可靠性较高的物理量传感器1A。
[0233]当差ΛΤ1过小时,根据后文所述的第一密封工序中的腔室内的温度,存在当密封材料6熔融时,密封材料7也软化或熔融而发生变形,从而凹部52不经意地被密封的可能。另一方面,当差△ T1过大时,显示出如下的倾向,S卩,从密封材料6熔融起到密封材料7熔融为止,比较花费时间,从而生产率降低的倾向。而且,存在当密封材料7熔融时,密封材料6的温度与熔点T6相比变得过高,从而密封材料6的粘度过于降低的可能性。此时,密封材料6容易经由贯穿孔53而进入凹部51内。
[0234]此外,密封材料6的熔点Τ6以及密封材料7的熔点Τ 7低于支承基板2的熔点Τ 2或密封基板5的熔点Τ5。密封材料6的熔点Τ6与支承基板2的熔点Τ 2或密封基板5的熔点T5之差△ Τ2例如优选为大于等于20°C,更加优选为大于等于100°c。由此,能够有效地对凹部51进行密封。
[0235]当差ΔΤ2过小时,存在如下的可能性,S卩,在后文所述的接合工序中,加热时间(接合时间)变得较长,从而密封材料6被熔融的可能性。另一方面,当差ΛΤ2过大时,密封材料6、支承基板2以及密封基板5的构成材料的选定变得困难。
[0236]此外,对于密封材料7的熔点T7与支承基板2的熔点Τ 2或密封基板5的熔点Τ 5之差的关系,也认为与上述相同。
[0237]这样的密封材料6的熔点Τ6未被特别限定,例如优选为大于等于270°C且小于等于400°C,更加优选为大于等于290°C且小于等于380°C。此外,密封材料7的熔点T7未被特别限定,例如优选为大于等于320°C且小于等于450°C,更加优选为大于等于340°C且小于等于430 °C。
[0238]作为该密封材料6、7的构成材料,只要为满足上述那样的熔点的关系的材料,则不被特别限定,例如可使用Au-Ge系合金、Au-Sn系合金等金属材料,铅玻璃、祕系玻璃、隹凡系玻璃等低熔点玻璃材料等。由此,满足熔点与支承基板2的熔点T2以及密封基板5的熔点1~5相比较低这一条件的密封材料6、7的构成材料的选定分别变得容易。
[0239]此外,当密封材料6、7由上述那样的金属材料构成时,能够确保密封后的凹部51、52的气密性,因此,物理量传感器1Α的可靠性优异。
[0240]另一方面,当密封材料6、7由上述那样的低熔点玻璃材料构成,且密封基板5由玻璃材料构成时,能够提高密封材料6、7相对于密封基板5的亲和性。因此,物理量传感器1Α的可靠性优异。
[0241]物理量传感器的制造方法
[0242]接下来,对本实施方式所涉及的物理量传感器的制造方法进行说明。
[0243]图8为用于对本实施方式所涉及的物理量传感器的制造方法进行说明的剖视图,且(a)为表示准备工序的图,(b)为表示配置工序的图,(c)为表示接合工序的图。图9为用于对本实施方式所涉及的物理量传感器的制造方法(第二实施方式)进行说明的剖视图,且(a)为表示第一压力调节工序的图,(b)为表示第一密封工序的图,(c)为表示第二压力调节工序的图。图10为表示本实施方式所涉及的物理量传感器的制造方法中的第二密封工序的剖视图。
[0244]本实施方式所涉及的物理量传感器的制造方法具有(1)准备工序、(2)配置工序、(3)接合工序、(4)第一压力调节工序、(5)第一密封工序、(6)第二压力调节工序、(7)第二密封工序。
[0245]另外,虽然仅在图8(c)中图示了腔室100,并在图9(a)?(c)以及图10中,省略了腔室100的图示,但是在本实施方式中,从(3)接合工序到(7)第二密封工序完成为止,均在腔室100内被实施。
[0246]此外,在下文中,以支承基板2由含有碱金属离子的玻璃材料构成,密封基板5由硅材料构成的情况为一个示例进行说明。
[0247]此外,由于陀螺传感器元件3以及加速度传感器元件4能够通过公知的方法而形成,因此省略其说明。
[0248](1)准备工序
[0249]首先,如图8(a)所示,准备在上表面上设置有陀螺传感器元件3以及加速度传感器元件4的支承基板2,和密封基板5。
[0250]准备工序与第一实施方式相同,省略详细的说明。
[0251]⑵配置工序
[0252]接下来,如图8 (b)所示,将成为密封材料6的球状的密封材料6a配置在贯穿孔53内,将成为密封材料7的球状的密封材料7a配置在贯穿孔54内。
[0253]配置工序与第一实施方式相同,省略详细的说明。
[0254](3)接合工序
[0255]接下来,如图8(c)所示,以陀螺传感器元件3被收纳于凹部51中,加速度传感器元件4被收纳于凹部52中的方式,将密封基板5配置在支承基板2的上表面上(以下,也将该状态称为“物理量传感器1A’”)。然后,将物理量传感器1A’放入腔室100中。另外,也可以在将密封基板5配置在支承基板2的上表面之后,将密封材料6a、7a配置在贯穿孔53、54 中。
[0256]然后,通过阳极接合而对支承基板2的上表面和密封基板5的下表面进行接合。由此,能够以较高的强度以及气密性对支承基板2和密封基板5进行接合。
[0257]只要该阳极接合中的腔室100内的温度,即,阳极接合时的物理量传感器1A’的温度Ta低于密封材料6a的熔点T6,则不被特别限定,优选为大于等于150°C且小于等于380°C,更优选为大于等于250°C且小于等于360°C。由此,即使在配置状态下实施阳极接合,也能够防止密封材料6a、7a熔融而使凹部51、52被密封的情况。
[0258]另外,在接合工序中,当温度Ta过低时,存在支承基板2与密封基板5的接合强度变得不充分的可能性。此外,当温度Ta过高时,存在密封材料6a软化,从而凹部51被密封的可能性。
[0259]另外,在完成了接合工序的状态下,凹部51经由贯穿孔53而与外侧连通,凹部52经由贯穿孔54而与外侧连通。
[0260](4)第一压力调节工序
[0261]接下来,如图9(a)所示,使支承基板2以及密封基板5的气氛成为第一压力状态(真空状态)。在此,在本说明书中,“真空状态”是指气压小于等于10Pa的状态。
[0262]另外,在本实施方式中,在配置工序后,将支承基板2以及密封基板5配置于腔室100内,并通过真空栗等将该腔室100内抽成真空。
[0263]通过使支承基板2以及密封基板5的气氛成为第一压力状态,从而凹部51的空气经由密封材料6a与贯穿孔53的内侧面之间的微小的间隙,而被排出至凹部51的外侧。由此,凹部51内成为第一压力状态(对于凹部52也同样如此)。
[0264](5)第一密封工序
[0265]接下来,如图9(b)所示,对腔室100内进行加热,并使腔室100内的温度成为大于等于密封材料6a的熔点^且小于密封材料7a的熔点T 7的温度Tb,从而使贯穿孔53内的密封材料6a熔融。由此,通过熔融而成为液状的密封材料6a (以下,将该液状的密封材料6a称为“密封材料6b”)在整周上紧贴在贯穿孔53的内侧面上。因此,凹部51内与凹部51的外侧的空间成为通过密封材料6b而被分离的状态。其结果为,凹部51以第一压力状态而被气密密封。通过以第一压力状态对凹部51内进行密封,从而能够防止在驱动时阻尼(振动的衰减力)作用于陀螺传感器元件3。其结果为,能够以恰当的振幅进行振动,从而能够提高陀螺传感器元件3的检测灵敏度。
[0266]另外,当使用金属材料以及低熔点玻璃材料以作为密封材料6时,密封材料6b的表面张力变得较高,从而易于滞留于贯穿
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