JP2002323514A - 半導体式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体センサチップと回路チップとを積層し
た構造を用いた半導体式センサにおいて、温度特性のば
らつきを低減した構造を提供すること。 【解決手段】 半導体センサチップ５にエッチングを施
す際に、所望領域を残すようにエッチングを施すことに
より、半導体センサチップ５の裏面側（制御ＩＣチップ
３へ搭載される面側）に突起９ａを３箇所設けている。
上述のような構造にしたことにより、突起９ａによって
半導体センサチップ５は制御ＩＣチップ３上に突起９ａ
により支えられることとなり、それによって制御ＩＣチ
ップ３から半導体センサチップ５へ伝わる熱応力は、半
導体センサチップ５の搭載位置に関わらず、常に突起９
ａを介して伝わるようになるので、センサの温度特性の
ばらつきを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体式センサに
関するもので、特にその温度特性のばらつきを低減した
構造に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、半導体式センサとして、特開平８−
１１０３５１号公報に記載の半導体式加速度センサがあ
る。

【０００３】この半導体式加速度センサは、加速度の印
加により変位する変位部を有し、この変位部の変位量に
基づいた信号を出力する半導体センサチップと、この半
導体センサチップが搭載されて支持される台座部として
の回路チップとを備え、半導体センサチップを接着剤を
介して回路チップ上に搭載したものである。

【０００４】このように、半導体センサチップと回路チ
ップとを積層した構造を用いると、チップの配置面積を
小さくすることができるため、センサの小型化を図るこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な半導体式センサにおいて、回路チップ上に半導体セン
サチップを搭載する際に、チップ毎に半導体センサチッ
プの搭載位置にばらつきが発生する。

【０００６】その場合、センサ間でセンサの温度特性が
ばらついてしまうという問題がある。

【０００７】具体的に説明すると、センサの使用温度の
変化によって、回路チップ及び接着剤に熱応力が発生す
ると、この熱応力は、回路チップの表面に形成された回
路部における半導体センサチップと接する所で最も高い
位置から半導体センサチップへ伝わりやすい。

【０００８】この際に、上述のようにチップ毎に半導体
センサチップの搭載位置がばらついてしまうと、回路チ
ップから半導体センサチップに伝わる熱応力にセンサ間
でばらつきが生じてしまうため、センサの温度特性がば
らついてしまう。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、半導体センサチップと回路チップとを積層した構造
を用いた半導体式センサにおいて、温度特性のばらつき
を低減した構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の半導体
式センサは、半導体センサチップ（５）と台座部（３）
とを備え、半導体センサチップの一面側を台座部の一面
側に搭載した半導体式センサ（１００）において、半導
体センサチップの一面側と台座部の一面側との間に突起
（９）を設けて、半導体センサチップと台座部とが突起
を介して接触するようにしたことを特徴としている。

【００１１】上述のような構造にしたことにより、半導
体センサチップは突起により台座部上に支えられること
となる。

【００１２】従って、半導体センサチップに伝わる熱応
力の伝播を突起の配置位置に規定することができ、セン
サの温度特性のばらつきを低減することができる。

【００１３】特に請求項２に記載の半導体式センサは、
突起を半導体センサチップの一面側に設けるようにして
いるため、半導体センサチップにおける突起の配置位置
はセンサ間でばらつくことを防止でき、半導体センサチ
ップの台座部上への搭載位置がばらついても、常に突起
と半導体センサチップの位置関係はばらつくことなく、
センサ間での温度特性のばらつきを低減することができ
る。

【００１４】請求項３に記載の半導体式センサは、突起
は３箇所以上設けられていることを特徴としている。

【００１５】上述のような構造にしたことにより、突起
によって半導体センサチップを支えることができるた
め、台座上に半導体センサチップを搭載した際の半導体
センサチップの傾きを抑制することができる。

【００１６】それによって、センサの使用温度の変化に
よって発生する熱応力は、半導体センサチップへ均一に
伝わるので、センサの基準値変動を低減することができ
る。

【００１７】尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述す
る実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体式加速度セ
ンサに適用した一実施形態を、図面に従って説明する。
尚、本実施形態の半導体式加速度センサは、例えば、車
輌用のエアバックシステムやＡＢＳシステムに用いられ
る。

【００１９】図１には、本実施形態の半導体式加速度セ
ンサ１００の概略断面構造を示し、図２には、図１にお
いて蓋７を外した状態で矢印Ａ方向から見た内部構成の
概略平面構造を示す。

【００２０】まず、図１に示されるように、セラミック
よりなるパッケージ部材１には、後述する各部材を収納
する凹部１ｂが形成されている。

【００２１】この凹部１ｂの底面上には、例えばシリコ
ン系樹脂よりなる接着剤２を介して、表面に能動素子ま
たは受動素子よりなる回路部（図示せず）を有する制御
ＩＣチップ（本発明でいう台座部）３が搭載されてい
る。

【００２２】さらに、この制御ＩＣチップ３の上には、
例えばポリイミド系樹脂よりなるフィルム状接着剤４を
介して、半導体センサチップ５が搭載されている。

【００２３】また、パッケージ部材１及び制御ＩＣチッ
プ３、半導体センサチップ５には、例えばアルミよりな
るワイヤボンディング用のパッド１ａ、３ａ、５ａがそ
れぞれ形成されている。

【００２４】そして、パッケージ部材１と制御ＩＣチッ
プ３は、パッド１ａとパッド３ａとを繋ぐワイヤ６ａに
よって電気的に接続され、制御ＩＣチップ３と半導体セ
ンサチップ５は、パッド３ａとパッド５ａとを繋ぐワイ
ヤ６ｂによって電気的に接続されている。

【００２５】尚、これらワイヤ６ａ、６ｂは、金やアル
ミなどにより形成される。

【００２６】また、半導体センサチップ５は、第１のシ
リコン基板５１と第２のシリコン基板５２とを埋め込み
酸化膜５３を介して貼り合わせて形成されるＳＯＩ（シ
リコン―オン―インシュレータ）基板により構成された
ものであり、可動電極と固定電極との間の容量変化に基
づいて、印加した加速度を検出する静電容量式加速度セ
ンサチップを構成している。

【００２７】上述のような静電容量式加速度センサチッ
プは、周知のものであるため、ここではその概略を述べ
る。

【００２８】図２に示されるように、第２のシリコン基
板５２には、互いに対向する櫛歯状の可動電極５４と固
定電極５５とを備えた梁構造体５６が形成されている。

【００２９】そして、図中の矢印Ｘ方向に加速度が印加
されると、可動電極５４がこの矢印Ｘ方向へ変位する。

【００３０】この可動電極５４の変位量に基づいて、可
動電極５４と固定電極５５との間の静電容量信号が変化
し、この静電容量信号は、ワイヤ６ｂから制御ＩＣチッ
プ３へ取り出され、制御ＩＣチップ３にて電圧などの信
号に変換される。

【００３１】この変換された信号は、ワイヤ６ａからパ
ッケージ部材１へ伝達され、パッケージ部材１に備えら
れた配線（図示せず）から外部へ出力され、このように
して、センサに印加した加速度が検出されるようになっ
ている。

【００３２】また、図１に示されるように、パッケージ
部材１には、鉄系金属などにより凹部１ｂの開口部を覆
うように形成された蓋７が、パッケージ部材１にろう付
けされたコバールなどの金属部材８に対して溶接される
ことにより取付固定されている。

【００３３】この蓋７によって、パッケージ部材１の内
部に収納された制御ＩＣチップ３及び半導体センサチッ
プ５は、外部から覆われ保護される。

【００３４】尚、ここまで説明してきた半導体式加速度
センサ１００の構造は、特願２０００−１９１５３５号
に記載の加速度センサと同様の構造である。

【００３５】ここで、本実施形態では、図１及び図３
（ａ）に示されるように、半導体センサチップ５にエッ
チングを施す際に、所望領域を残すようにエッチングを
施すことにより、半導体センサチップ５の裏面側（制御
ＩＣチップ３へ搭載される面側）に突起９ａを３箇所設
けている。

【００３６】上述のような構造にしたことにより、突起
９ａによって半導体センサチップ５は制御ＩＣチップ３
上に突起９ａにより支えられることとなり、それによっ
て制御ＩＣチップ３から半導体センサチップ５へ伝わる
熱応力は、半導体センサチップ５の搭載位置に関わら
ず、常に突起９ａを介して伝わるようになるので、セン
サの温度特性のばらつきを低減することができる。

【００３７】特に、本実施形態では、半導体センサチッ
プ５の裏面側に突起９ａを設けるようにしたため、半導
体センサチップ５に設けられた梁構造体５６と突起９ａ
との位置関係は、センサ間でばらつくことが抑制され
る。

【００３８】従って、センサ間での温度特性のばらつき
を良好に低減することができる。

【００３９】尚、本実施形態では、半導体センサチップ
５の裏面に突起９ａを設けているが、制御ＩＣチップ３
の表面に、例えば窒化膜をパターニングすることにより
突起を設けた構造でも、常に突起９ａを介して伝わるよ
うになるので、センサの温度特性のばらつきを低減する
ことができる。

【００４０】また、従来では、制御ＩＣチップ３に半導
体センサチップ５を搭載する際に半導体センサチップ５
に加えられる力のばらつきやフィルム状接着剤４の粘度
ばらつきによって、センサ毎にフィルム状接着剤４の厚
さがばらついていた。

【００４１】それによって、制御ＩＣチップ３から半導
体センサチップ５へ伝わる熱応力にばらつきが生じてし
まうため、センサの温度特性がばらつくという問題もあ
った。

【００４２】そこで、上述のように、突起９ａを３箇所
設けたことにより、突起９ａによって半導体センサチッ
プ５と制御ＩＣチップ３との間隔が規定されるため、そ
れによって、フィルム状接着剤４の厚さを一定にするこ
とができる。

【００４３】従って、制御ＩＣチップ３から半導体セン
サチップ５へ伝わる熱応力を均一にすることができ、セ
ンサの温度特性のばらつきを低減することができる。

【００４４】また、従来では、制御ＩＣチップ３の表面
に形成された回路部と制御ＩＣチップ３との熱膨張係数
の差により、制御ＩＣチップ３は反ってしまうため、制
御ＩＣチップ３上に半導体センサチップ５を搭載した際
には、半導体センサチップ５は傾いた状態で搭載されて
しまう。

【００４５】その後、センサの使用温度の変化によって
熱応力が発生すると、この熱応力は半導体センサチップ
５へ不均一に伝わってしまい、それによって、センサの
基準値が変動してしまうという問題がある。

【００４６】そこで、上述のように、突起９ａを３箇所
設けたことにより、突起９ａによって半導体センサチッ
プ５を支えることができるため、制御ＩＣチップ３上に
半導体センサチップ５を搭載した際の、半導体センサチ
ップ５の傾きを抑制することができる。

【００４７】それによって、センサの使用温度の変化に
よって発生する熱応力は、半導体センサチップ５へ均一
に伝わるので、センサの基準値変動を低減することがで
きる。

【００４８】また、本実施形態のワイヤ６ｂは、超音波
振動により接合するウェッジボンディングにより形成し
ているので、半導体センサチップ５が傾いていると、ワ
イヤ６ｂを形成できない可能性がある。

【００４９】そこで、上述のように、突起９ａを３箇所
設けたことにより、制御ＩＣチップ３上に半導体センサ
チップ５を搭載した際の、半導体センサチップ５の傾き
を抑制することができるため、ワイヤ６ｂを確実に形成
することができ、ボンディング性を向上させることがで
きる。

【００５０】尚、突起９ａの形状及び個数は、図３
（ａ）に示されるような構造に限定されるものではな
く、図３（ｂ）に示されるような突起９ｂの形状及び個
数であっても、上述のようなセンサの基準値変動の低減
やボンディング性の向上などの効果を得ることができ
る。

【００５１】また、本発明は、本実施形態のように、突
起９ａ、９ｂを半導体センサチップ５の裏面または制御
ＩＣチップ３の表面に設けた構造に限られるものではな
く、半導体センサチップ５と制御ＩＣチップ３との間に
介在するように突起を設けた構造であっても、同様の効
果を得ることができる。

【００５２】次に、図４を用いて、図１に示す半導体式
加速度センサ１００の製造方法について簡単に説明す
る。尚、パッド１ａ、３ａ、５ａ、蓋７及び突起９ａは
省略する。

【００５３】まず、図４（ａ）に示されるように、接着
剤２をパッケージ部材１における凹部１ｂ底面の所定領
域に形成する。

【００５４】続いて、図４（ｂ）に示されるように、凹
部１ｂ底面の所定領域に形成した接着剤２の上から、制
御ＩＣチップ３を搭載することにより、制御ＩＣチップ
３をパッケージ部材１に接合する。尚、パッケージ部材
１には、予め金属部材８がろう付けされている。

【００５５】続いて、図４（ｃ）に示されるように、フ
ィルム状接着剤４が貼り付いた状態の半導体センサチッ
プ５を制御ＩＣチップ３の上に搭載する。尚、本実施形
態の半導体センサチップ５には、図１に示されるような
突起９ａが設けられている。

【００５６】続いて、図４（ｄ）に示されるように、ア
ルミや金などの一般的なワイヤボンディングにより、各
パッド１ａ、３ａ、５ａをワイヤ６ａ、６ｂにて結線す
る。その後、蓋７をパッケージ部材１に溶接することに
より、図１に示されるような半導体式加速度センサが完
成する。

【００５７】尚、本発明は、上記実施形態に限られるも
のではなく、様々な態様に適用可能である。

【００５８】例えば、本発明は、本実施形態のような半
導体式加速度センサに限らず、被測定媒体の圧力を検出
する半導体式圧力センサなどの他の力学量センサにも応
用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である半導体式加速度セン
サの概略断面構造を示す図である。

【図２】図１において蓋７を外した状態でのＡ矢視平面
構造である。

【図３】図１において半導体センサチップを下側から見
た概略図であり、（ａ）と（ｂ）には突起形状の実施例
をを示す。

【図４】（ａ）から（ｄ）は、図１に示される半導体式
加速度センサの製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１…パッケージ部材、 １ａ…パッド、 １ｂ…凹部、 ２…接着剤、 ３…制御ＩＣチップ、 ３ａ…パッド、 ４…フィルム状接着剤、 ５…半導体センサチップ、 ５ａ…パッド、 ６ａ、６ｂ…ワイヤ、 ７…蓋、 ８…金属部材、 ９ａ、９ｂ…突起、 ５１…第１のシリコン基板（ＳＯＩ層）、 ５２…第２のシリコン基板、 ５３…埋め込み酸化膜、 ５４…可動電極（変位部）、 ５５…固定電極、 ５６…梁構造体、 １００…半導体式加速度センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体センサチップ（５）と台座部
   （３）とを備え、前記半導体センサチップの一面側を前
   記台座部の一面側に搭載した半導体式センサ（１００）
   において、 前記半導体センサチップの一面側と前記台座部の一面側
   との間に突起（９）を設けて、前記半導体センサチップ
   と前記台座部とが前記突起を介して接触するようにした
   ことを特徴とする半導体式センサ。
2. 【請求項２】 前記突起を前記半導体センサチップの一
   面側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の半導体
   式センサ。
3. 【請求項３】 前記突起は３箇所以上設けられているこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の半導体式セン
   サ。