CN101237720A

CN101237720A - 半导体装置

Info

Publication number: CN101237720A
Application number: CNA2008100049046A
Authority: CN
Inventors: 铃木利尚
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2008-08-06
Also published as: US20080203560A1; JP2008187607A

Abstract

本发明提供一种半导体装置，使用一具有容纳检测压力变化的半导体传感器芯片(例如传声器芯片)和驱动所述半导体传感器芯片的LSI芯片的空腔的壳体，所述两种芯片都被安装在一个芯片安装表面上。在所述壳体内的芯片安装表面的预定位置上形成允许所述空腔与外部连通的开口，其中所述LSI芯片被布置在所述开口上面以覆盖至少一部分所述壳体的开口。因此能够在不使用环境屏蔽的情况下减少环境因素施加给所述半导体传感器芯片的不良影响，并且能够减小所述半导体装置的尺寸。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及引入例如传声器(microphone)芯片和压力传感器芯片的半导体芯片的半导体装置。

背景技术

公知的例如便携式电话(或蜂窝电话)的便携式电子装置都装有半导体装置，例如传声器模块，其用于检测压力的变化，例如声压的变化。美国专利申请2006/0116180公开了一种包括一个硅电容传声器的声学换能器模块。在这种类型的半导体装置中，在具有空腔的壳体内设置用于检测压力变化的半导体传感器芯片(例如传声器芯片)和用于放大所述半导体传感器芯片输出信号的放大器，其中所述壳体具有允许所述空腔与外部空间连通的开口。某些半导体装置被设计成例如使所述壳体的开口位于与被设置在基板表面上的所述半导体传感器芯片及放大器相对的位置。

其中所述壳体的开口与形成所述半导体传感器芯片的基板的表面相对设置的半导体装置的典型示例是被设计，使得用于检测压力变化的半导体传感器芯片的隔膜直接与所述壳体开口相对。由于这样的结构，能够减少所述基板表面的总面积，因此减少了半导体装置的尺寸。

在所述半导体传感器芯片被布置与所述壳体开口相对的半导体装置中，作为半导体传感器芯片的组成元件的隔膜被暴露于外部并且因此容易受到例如电磁噪声、日光、水滴和灰尘等环境因素的影响。

某些常规已知的半导体装置被配备有环境屏蔽(或保护性屏蔽)，用于阻挡环境因素给半导体传感器芯片带来的不良影响，从而保护半导体传感器芯片不受环境因素的影响。但是生产这种带有环境屏蔽的半导体装置是麻烦的。

发明内容

本发明目的在于提供一种半导体装置，其能够减少由于施加到半导体传感器芯片环境因素造成的负面影响而不使用作为环境屏蔽的单独构件。

本发明的另一个目的在于减小所述半导体装置的尺寸。

本发明的半导体装置包括用于检测压力变化的半导体传感器芯片、用于驱动所述半导体传感器芯片的半导体芯片、具有空腔的壳体，该空腔容纳所述半导体传感器芯片和半导体芯片，其中在安装所述半导体传感器芯片和半导体芯片的芯片安装表面的预定位置形成开口，并且其中所述半导体芯片被布置在所述开口上方以部分地覆盖所述开口。这使得可以减小安装所述半导体传感器芯片和半导体芯片的芯片安装表面(对应于所述壳体的底部)的总面积，因此减小了半导体装置的尺寸。由于例如隔膜的半导体传感器芯片的组成元件不直接经由壳体的开口暴露于外部空间，可以相对于半导体传感器芯片，减少例如电磁噪生、日光、水滴和灰尘等的负面影响，而不使用单独的构件，例如常规上使用的环境屏蔽。

由于所述壳体的开口部分地由所述半导体芯片覆盖，可以阻挡电磁噪声通过所述半导体芯片进入所述壳体的开口。也就是，可以可靠地防止电磁噪声借助所述开口和空腔到达所述半导体传感器芯片。因此可以减少所述半导体装置输出中的噪声。

在上面，台阶状部分从芯片安装表面向上突起，以在其上安装半导体芯片，因此台阶状部分形成芯片安装表面的一部分。即使当半导体芯片被布置在所述壳体的开口上方，从而完全地覆盖所述壳体的开口时，在所述半导体芯片和用于安装半导体传感器芯片的芯片安装表面之间借助台阶状部分形成间隙。这允许壳体的开口经由所述间隙与空腔连通。其进一步减小了半导体装置的尺寸。

而且，台阶状部分形成以覆盖至少部分的开口，在台阶状部分和开孔之间具有间隙。这增加了安装半导体芯片的安装面积；因此，可以在所述壳体内以稳定的方式安装半导体芯片。

另外，所述壳体由具有矩形形状的基板和具有凹形的盖构件构成，当所述基板被该盖构件覆盖时，所述凹形限定该空腔，其中在所述基板的预定位置形成音孔以在基板的厚度方向上穿过所述基板，因此形成与所述空腔的连通的开口。这里，所述音孔能够形成为穿过所述基板的曲折的形状。即，所述音孔不必形成为在基板的厚度方向上线性地穿过所述基板，其中所述音孔可以包括在所述基板内部的弯折部分及在所述基板内部沿平行于芯片安装表面延伸的水平部分。由于音孔的这样的曲折的形状，可以进一步地减少环境因素对于所述半导体传感器芯片的负面影响。

附图说明

本发明的这些和其它目的、方面和实施例将在下面参考附图进行更详细的说明，在附图中：

图1显示根据本发明的一个优选实施例的半导体装置的纵向剖面图；

图2显示根据所述实施例的变体的半导体装置的纵向剖面图；

图3显示根据所述实施例的另一个变体的半导体装置的纵向剖面图；

图4显示根据所述实施例的再一个变体的半导体装置的纵向剖面图；及

图5显示根据所述实施例的又一个变体的半导体装置的纵向剖面图。

具体实施方式

下面将参考附图以示例的方式对本发明进行更详细的说明。

参考图1描述根据本发明的一个优选实施例的半导体装置1。用作传声器模块以检测声音的图1中的半导体装置1被安装在例如便携电话的便携电子装置内的壳体中。

该半导体装置1被安装在结合于便携电子装置(未显示)内的线路板(或基板)3的表面3a上，其中半导体装置1由传声器芯片(或半导体传感器芯片)7和LSI芯片(或半导体芯片)9构成，它们被布置在壳体5的空腔S内。

传声器模块7包括隔膜13，其覆盖支撑件11的内孔11a。隔膜13通过施加在其上的振动来检测例如声压变化的压力变化。因此，该传声器芯片7形成将振动转化为电信号的声压传感器。

LSI芯片9驱动和控制该传声器芯片7，并且例如由用于放大来自该传声器芯片7的电子信号的放大器、用于将电信号转换为数字信号的A/D转换器，以及数字信号处理器(DSP)构成。

壳体5包括基板15和盖构件16，其中盖构件16设置在基板15的表面15a上以限定空腔S。基板15利用在平面图上具有矩形形状的厚板来形成以形成多层布线基板。因此，凹形17从基板15的表面15a凹进以限定空腔S。

将传声器模块7经由管芯键合材料安装在凹形17的底部17a上，使得隔膜13布置与底部17a通过内孔11a相对。

音孔(或带有开口的通孔)19在基板的厚度方向穿过基板15，使得空腔S通过其与外部空间连通。音孔19在凹形17的底部17a的预定位置开口。在音孔19的周边中形成台阶状部分21，其从在凹形17的底部17a向上朝着盖构件16稍微突起。沿着在凹形17的底部17a，具有板形形状的台阶状部分21水平地延伸使得其覆盖音孔19的预定区域。

LSI芯片9经由前述的管芯键合材料安装在台阶状部分21的表面21a上。在此，LSI芯片部分地从台阶状部分21的表面21a的边缘延伸，使得LSI芯片9的延伸部分布置在没有被台阶状部分21覆盖的音孔19的其它区域上(而不是预定区域)。

在上面，在LSI芯片9和凹形17的底部17a之间形成实质上对应于台阶状部分21的厚度方向的间隙；因此，壳体5的空腔S通过间隙和音孔19与外部空间连通。

传声器芯片7和LSI芯片9相对于凹形17的底部17a设置，且经由第一导线23电连接。而且，LSI芯片9经由第二导线25电连接到电极垫(未显示)上，该电极垫暴露于凹形17的底部17a。

具有导电性能的下屏蔽层27被嵌入基板15的内部以覆盖凹形17的底部17a的总面积，除了音孔19的开口区域之外。多个外连接端子29电连接到电路板3，且形成在基板15的背面15a上。外连接端子29经由形成在基板15内部的导线(未显示)电连接到前述的电极垫及下屏蔽层27上。

上述结构允许传声器芯片7、LSI芯片9和下屏蔽层27电连接到电路板3上。下屏蔽层27连接到形成在电路板3上的接地图案。也就是，当半导体装置1安装在电路板3上时，下屏蔽层27用作电磁屏蔽以阻挡电磁噪声由凹形17的底部17a进入空腔S，除了音孔19的开口区域外。

具有矩形形状的盖构件16固定在基板15的表面15a以完全覆盖凹形17的开口，因此形成包围传声器芯片7和LSI芯片9的空腔S。

盖构件16可以利用例如铜材料的导电材料来形成；或者可以利用具有矩形形状的非导电材料来形成，在其表面上形成由导电材料组成的的薄膜。盖构件16电连接到基板15的下屏蔽层27及连接到下屏蔽层27的外连接端子29；因此，类似于下屏蔽层27，盖构件16用作电磁屏蔽以阻挡电磁噪声由凹形17上部开口进入空腔S。

多个连接垫31经由焊料接合外连接端子29，且形成在其上安装有半导体装置1的电路板3的表面3a上。下屏蔽层27和连接到盖构件16的至少一个连接垫31连接到接地图案。在电路板3的厚度方向形成通孔33以穿过该电路板。当半导体装置1被安装在电路板3的表面3a上时，壳体5的音孔19被布置与通孔33相对。当声音由电路板3的背面3b通过通孔33向半导体装置1传播时，声音通过基板15的音孔19及在基板15底部17a和LSI芯片9之间的间隙传入空腔S，其中例如经由LSI芯片9的上部，声音可以到达传声器芯片7的隔膜13。

该半导体装置1被设计，使得LSI芯片9被布置在音孔19的上方，使得LSI芯片9覆盖音孔19，在其间具有间隙。这样就能够减小用于安装传声器芯片7和LSI芯片9的凹形17的底部17a的总面积，因此减小了半导体装置1的尺寸。

特别地，本实施例的半导体装置1被设计成使得LSI芯片9安装在台阶状部分21的表面21a上以在凹形17的底部17a和LSI芯片9之间形成间隙；因此，即使LSI芯片被布置成完全覆盖音孔且在其间具有间隙，也可以明显地减少半导体装置1的尺寸而同时允许空腔S与外部空间连通。

在上述实施例中，例如传声器芯片7的隔膜13的组成元件并不经由音孔19而直接暴露于外部空间。因此，可以减小由于例如电磁噪声、日光、水滴和灰尘的环境因素相对于传声器芯片7的负面影响，而不使用常规已知技术所需的用作环境屏蔽的单独构件。

由于LSI芯片9被布置在音孔19的上方，可以阻挡电磁噪声经由音孔19进入到空腔S内从而到达传声器芯片7。也就是，通过LSI芯片9、盖构件16和下屏蔽层27，半导体装置1能够可靠地防止电磁噪声到达传声器芯片7。这样实现了来自半导体装置1的噪声输出的明显减小。

由于台阶状部分21布置成部分地覆盖音孔19，可以增加用于安装位于音孔19上方的LSI芯片19的安装区域。这样可以以稳定的方式布置LSI芯片19。

本实施例并不需限于适于半导体装置1的上述结构，半导体装置1可以各种形式被进一步修改。下面将描述本实施例的变体。

在本实施例中，台阶状部分21形成为矩形板形状；但是这不是限制。如图2所示，可以布置L形的台阶状部分41，其由垂直部分43和水平部分45构成，垂直部分43从在音孔19的周边的凹形17的底部17a垂直直立，而水平部分45由垂直部分43的上端沿凹形17的底部17a水平地延伸以覆盖音孔19的开口，且在其间具有间隙。在此，LSI芯片9被安置在L形的台阶状部分41的水平部分45的表面45a上。

图2的半导体装置被设计成，通过L形的台阶状部分41的垂直部分43，在用于安装LSI芯片的水平部分45和凹形17的底部17a之间形成间隙。因此，水平部分45可以进一步延长以整个覆盖音孔19的开口，且在其间具有间隙。这可使空腔S经由间隙和音孔19与外部空间连通。

上述台阶状部分21和41每个与于基板15一体形成；但是这不是一个限制。也就是，台阶状部分可以由独立于基板15的构件构成。例如可以引入单独的台阶状部分53，其由与基板15的音孔19接合的圆柱51构成。特别地，台阶状部分53由垂直部分55及水平部分57构成，垂直部分55为由凹形17的底部17a部分地向上突起的圆柱51垂直壁的一部分，水平部分57自垂直部分55的上端在圆柱51的径向水平延伸并且与圆柱51一起一体形成。

而且，圆柱51部分地自基板15的背面15b向下突起，以形成用作抗漏音的衬垫的突起部分。圆柱51的突起部分59与电路板3的通孔33接合，允许空腔S经由该圆柱51直接与电路板3的通孔33连通。在该结构中，由于圆柱51的突起部分59，自电路板33的背面3b传播到通孔33的声音在电路板3的表面3a和基板15的背面15b之间的空间内不会发散。这使得可以将声音高效地引入空腔S。

本实施例的半导体装置1被设计成使台阶状部分21自音孔19的周边延伸从而部分地覆盖音孔19，且在其间具有间隙；但是这也不是限制。仅要求将LSI芯片的至少一部分布置在音孔19的上方。也就是，可以引入图4所示的台阶状部分61，其不实质地覆盖音孔19，但是形成在音孔19的周边。在此，LSI芯片9的预定部分被安装在位于音孔19周边中的台阶状部分61的表面61a上，使得LSI芯片9的其他部分部分地覆盖音孔19，且在其间具有间隙。

台阶状部分61可与基板15一体地形成。或者，其可以由另一个构件构成，例如具有预定厚度的管芯贴附材料，其用作将LSI芯片9固定在凹形17的底部17a上的管芯键合材料。而且，可以在基板15的背面15b中形成一开口63，使得位于基板15的背面15b中的音孔19的开口面积变得大于位于凹形17的底部17a的音孔19的开口面积。

本实施例的半导体装置1被设计成使得LSI芯片9安装在台阶状部分21的表面21a上；但是这不是限制。也就是，LSI芯片9可以直接安装在凹形17的底部17a而没有台阶状部分21的干扰，台阶状部分21不再要求。在该情况下，LSI芯片9的预定部分排列于音孔19的周边中的凹形17的底部17a上，使得LSI芯片9的其它部分部分地覆盖音孔19。

本实施例的半导体装置1被设计，使得音孔19在基板15的厚度方向从凹形17的底部17a线形地穿过基板15；但是这不是限制。仅要求音孔19形成为在基板15的厚度方向从凹形17的底部17a穿过基板15到达基板15的背面15b。如图5所示，音孔19形成为穿过基板15的曲折形状。该结构是有利的，因为可以进一步减少适于传声器芯片7的环境因素的负面影响。

本实施例的半导体装置1被设计，使得壳体5由具有凹形17的基板15和具有矩形板形状的盖构件16构成；但这不是限制。或者，壳体5可以形成，使得具有简单板状形状的基板用具有圆柱形的盖构件覆盖，该圆柱形的底部被布置成与用于安装半导体芯片的基板表面相对。

最后，本发明不需限于本实施例及其各个变体，其可以在由所附的权利要求书所限定的本发明的范围内以各种方式被进一步修改。

本申请要求日本专利申请第2007-20979的优先权，该申请的内容以引用的方式引入于此。

Claims

1.一种半导体装置，包括：

用于检测压力变化的半导体传感器芯片；

用于驱动所述半导体传感器芯片的半导体芯片；

具有空腔的壳体，该空腔容纳所述半导体传感器芯片和半导体芯片，其中在用于安装所述半导体传感器芯片和半导体芯片的芯片安装表面上的预定位置形成开口，

其中所述半导体芯片被布置在所述开口上方以部分地覆盖所述开口。

2.如权利要求1所述半导体装置，其中所述芯片安装表面对应于所述壳体的底部。

3.如权利要求1所述半导体装置，还包括从所述芯片安装表面向上突出的台阶状部分以在其上安装所述半导体芯片，使得所述台阶状部分形成所述芯片安装表面的一部分。

4.如权利要求3所述半导体装置，其中所述台阶状部分被形成以覆盖至少部分的所述开口，在台阶状部分和开口之间具有间隙。

5.如权利要求1所述半导体装置，其中所述壳体由具有矩形形状的基板和具有凹形的盖构件，当所述基板被所述盖构件覆盖时所述凹形限定所述空腔，并且其中在所述基板的预定位置形成音孔以在其厚度方向穿过所述基板，因此形成与所述空腔连通的开口。

6.如权利要求5所述半导体装置，其中所述音孔形成为穿过所述基板的曲折形状。