JP2003021647A - 電子装置 - Google Patents

電子装置

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JP2003021647A
JP2003021647A JP2001206684A JP2001206684A JP2003021647A JP 2003021647 A JP2003021647 A JP 2003021647A JP 2001206684 A JP2001206684 A JP 2001206684A JP 2001206684 A JP2001206684 A JP 2001206684A JP 2003021647 A JP2003021647 A JP 2003021647A
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JP
Japan
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chip
adhesive film
sensor
acceleration
electronic device
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Pending
Application number
JP2001206684A
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English (en)
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Toshiya Ikezawa
敏哉 池澤
Masaaki Tanaka
昌明 田中
Takashige Saito
隆重 斉藤
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路チップ上に接着フィルムを介してセンサ
チップを積層してなる加速度センサにおいて、接着フィ
ルムの弾性率変化によるチップ特性の変動を極力抑制す
る。 【解決手段】 回路チップ３のボンディング部３ａと加
速度検出用のセンサチップ５とは、−４０℃〜１２０℃
の間にてガラス転移点を持たないシリコーン系樹脂等よ
りなる接着フィルム４を介して接着されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサチップや回
路チップを少なくとも２層、積層してなる電子装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の電子装置としては、例えば、シ
リコン等の半導体基板に加速度や角速度を検出するセン
シング部が形成されたセンサチップ（第２のチップ）
を、回路チップ（第１のチップ）におけるボンディング
部（チップ搭載部）に搭載し、この回路チップを更にセ
ラミックパッケージ上に搭載してなる加速度センサや角
速度センサが知られている。
【０００３】このように、センサチップを回路チップ上
に積層してなるスタック構造を採用するに当たっては、
センサチップと回路チップとの接合として、従来では、
ポリイミド系接着フィルムが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の検討によれば、センサチップと回路チップとをポ
リイミド系接着フィルムを用いて接着した従来のスタッ
ク構造においては、次に示す様な問題が生じることがわ
かった。
【０００５】図５は、従来のポリイミド系接着フィルム
の弾性率の温度特性（温度依存性）を調べた結果を示す
図である。図５に示す様に、ポリイミド系接着フィルム
の弾性率は、高温側から１１０℃付近で急激に（非直線
的に）増大し、低温側では高弾性なものとなっている。
【０００６】このように、接着フィルムの弾性率が急激
に変化すると、この変化の前後にて、上記スタック構造
におけるセンサチップの特性が大きく変動し、結果、セ
ンサチップの温度特性が大きく変動してしまう。
【０００７】例えば、現在、加速度センサでは、各種加
速度レンジ（０．３Ｇ〜２５０Ｇ）のバリエーション展
開が進められており、このような加速度レンジ（測定可
能範囲）のバリエーション化は、センサ感度（単位加速
度当たりの出力）と回路ゲインとの組合せにより可能で
ある。
【０００８】ここで、例えば、印加加速度の検出範囲
（ダイナミックレンジ）にて最大５Ｖの出力を持つ加速
度センサにおいて、出力の変動量をαとすると、ダイナ
ミックレンジ上限が５０Ｇである場合、１Ｇ当たりの出
力は（０．１Ｖ＋０．０２α）となるのに対し、ダイナ
ミックレンジ上限が１．５Ｇである場合、１Ｇ当たりの
出力は（３．３Ｖ＋０．６７α）となる。
【０００９】このように、特に、センサ感度が高い場合
（例えば、ダイナミックレンジの上限が０．３Ｇ〜１．
５Ｇ程度の場合）には、上記した接着フィルムの弾性率
の急激な変化によるセンサチップ特性の変動の問題は顕
著となる。
【００１０】なお、このような問題は、加速度センサや
角速度センサ以外にも、第１のチップ上に接着フィルム
を介して第２のチップを積層接着してなる電子装置にお
いては、そのチップ特性（センサチップや回路チップの
特性）に共通して発生するものと考えられる。
【００１１】また、自動車用等の過酷な温度環境にて電
子装置を用いる場合、ユーザー側から要望される使用温
度範囲を鑑みると、−４０℃〜１２０℃の温度範囲に
て、上記した接着フィルムの弾性率変化によるチップ特
性の変動を、抑制することが実用上必要となる。
【００１２】そこで、本発明は上記問題に鑑み、ボンデ
ィング部を有する第１のチップと、この第１のチップに
おけるボンディング部上に積層された第２のチップと、
これら両チップ間を接着する接着フィルムとを備える電
子装置において、接着フィルムの弾性率変化によるチッ
プ特性の変動を極力抑制することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記した
接着フィルムの弾性率の急激な変化が、接着フィルムを
構成する樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）にて起こることに
着目した。ちなみに、上記図５に示すポリイミド系接着
フィルムのガラス転移点（Ｔｇ）は１１０℃近傍であ
る。
【００１４】すなわち、請求項１に記載の発明では、ボ
ンディング部（３ａ）を有する第１のチップ（３）と、
この第１のチップにおけるボンディング部の上に積層さ
れた第２のチップ（５）とを備える電子装置において、
第１のチップと第２のチップとは、−４０℃〜１２０℃
の間にてガラス転移点を持たない樹脂よりなる接着フィ
ルム（４）を介して接着されていることを特徴としてい
る。
【００１５】本発明によれば、−４０℃〜１２０℃の間
にてガラス転移点を持たない樹脂よりなる接着フィルム
を採用しているため、接着フィルムの弾性率は、−４０
℃〜１２０℃の間にて急激に変化しない。
【００１６】従って、本発明によれば、−４０℃〜１２
０℃の温度範囲にて、接着フィルムの弾性率変化による
チップ特性の変動を極力抑制することができ、結果、チ
ップの温度特性を実用上良好なものにできる。
【００１７】ここで、請求項２に記載の発明のように、
接着フィルム（４）としては、シリコーン系接着フィル
ムを採用することができ、それにより、請求項１の発明
の効果を適切に実現することができる。
【００１８】また、請求項３に記載の発明では、第２の
チップ（５）が、印加された加速度に応じた電気信号を
出力するものであり、この第２のチップからの電気信号
により印加加速度が検出されるようになっており、その
印加加速度の検出範囲の上限が、０．３Ｇ〜１．５Ｇで
あることを特徴としている。
【００１９】本発明は、請求項３の発明のように、電子
装置が加速度センサとして構成されており、その印加加
速度の検出範囲の上限すなわちダイナミックレンジの上
限が、０．３Ｇ〜１．５Ｇであるような高感度の加速度
センサである場合に、適用しても、上記した効果を十分
に発揮することができる。
【００２０】なお、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。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明の実施形態に係る電子
装置としての加速度センサＳ１を示す概略断面図であ
る。この加速度センサＳ１は、例えば自動車に搭載され
て運転制御用のものとして用いることができ、その使用
温度範囲は−４０℃〜１２０℃が要求されるものであ
る。
【００２２】図１において、１はセラミックパッケージ
であり、センサＳ１の基部となるとともに、センサＳ１
を被測定体の適所に取り付けるためのものである。セラ
ミックパッケージ１の上には、シリコーン系樹脂よりな
る接着剤２を介して、回路チップ（第１のチップ）３が
搭載され固定されている。
【００２３】この回路チップ３の上面には、センサチッ
プ（第２のチップ）５を搭載するための領域であるボン
ディング部３ａが設けられており、このボンディング部
３ａには、接着フィルム４を介してセンサチップ５が積
層されている。
【００２４】センサチップ５は、加速度検出を行う検出
素子として構成されており、例えば、シリコン基板等に
対して一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体を
形成し、印加された加速度に応じた可動電極と固定電極
間の静電容量変化（電気信号）を検出するものにするこ
とができる。
【００２５】また、回路チップ３としては、シリコン基
板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジ
スタ等が、周知の半導体プロセスを用いて形成されてお
り、センサチップ５の電気信号を処理して出力する等の
機能を有するものを採用することができる。
【００２６】そして、センサチップ５と回路チップ３、
および、回路チップ３とセラミックパッケージ１は、そ
れぞれボンディングワイヤ６、７を介して電気的に接続
されている。こうして、センサチップ５からの電気信号
（容量変化）は、回路チップ３へ送られて回路チップ３
に備えられたＣ／Ｖ変換回路により電圧信号に変換され
て、加速度信号として出力されるようになっている。
【００２７】ここで、センサチップ５を回路チップ３へ
接着する接着フィルム４は、−４０℃〜１２０℃の間に
てガラス転移点（Ｔｇ）を持たない樹脂よりなるもので
ある。また、接着フィルム４の弾性率は、−４０℃〜１
２０℃の間にて１〜１０ＭＰａ程度の低弾性なものが好
ましい。
【００２８】そのような樹脂としては、シリコーン系、
エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系、ウレタン系、
ゴム系、液晶ポリマー等が挙げられる。本例では、シリ
コーン系樹脂よりなるシリコーン系接着フィルム４を採
用しており、そのシリコーン系接着フィルム４の弾性率
の温度特性を図２に示す。
【００２９】このシリコーン系接着フィルム４は、ガラ
ス転移点Ｔｇが約−１００℃であるため、少なくとも−
４０℃〜１２０℃（図２では２００℃）までの温度範囲
にて弾性率の温度依存性がフラットであり、弾性率が約
１ＭＰａと低く非常に柔らかい性質を持っている。
【００３０】このようなセンサＳ１は、次のようにして
製造することができる。まず、セラミックパッケージ１
に接着剤２を塗布し、この接着剤２介して回路チップ３
を組み付け、接着剤２を硬化させる。なお、接着剤２に
は、接着剤２の厚みを均一にして回路チップ３の高さを
均一にするためのビーズ等を、予め混合することが好ま
しい。
【００３１】次に、センサチップ５の組み付けを行う
が、これには２通りの方法が挙げられる。１つには、セ
ンサチップとなるウェハに接着フィルム４を貼り付けた
後、フィルム４が付いた状態でダイシングカットを行
い、分断されたセンサチップ５を拾い上げて回路チップ
３上にマウントする方法である。
【００３２】もう１つは、センサチップとなるウェハを
ダイシングカットしてセンサチップ５に分断する一方、
接着フィルム４をセンサチップ５のサイズにカットす
る。そして、接着フィルム４、センサチップ５の順に回
路チップ３上にマウントする方法である。
【００３３】なお、本実施形態では、液状接着剤ではな
く、接着フィルム４を用いて回路チップ３のボンディン
グ部３ａ上にセンサチップ３を搭載するようにしている
ため、液状接着剤を用いた場合に懸念される低分子量成
分の染みだし（ブリード）による回路チップ３の汚染
（当該低分子量成分がボンディング部３ａ周辺のボンデ
ィングパッド部を汚染することによるワイヤボンディン
グ接合性の悪化等）を防止することができる。
【００３４】上記したどちらかの方法で回路チップ３上
に接着フィルム４を介してセンサチップ５を組み付けた
後、本硬化（キュア）を行い、接着フィルム４の接着力
を安定させ、耐久性の高いものにする。その後、金やア
ルミ等のワイヤボンディングを行うことにより、各ワイ
ヤ６、７を形成する。こうして、上記加速度センサＳ１
ができあがる。
【００３５】ところで、本実施形態によれば、接着フィ
ルム４として、ガラス転移点が−４０℃〜１２０℃の間
に無い樹脂よりなるもの（本例では、ガラス転移点Ｔｇ
が約−１００℃のシリコーン系接着フィルム）を用いて
いるため、接着フィルム４は、−４０℃〜１２０℃の間
にて上記図５に示したような急激な弾性率変化を起こさ
ない。
【００３６】そのため、本実施形態の接着フィルム４に
おいては、−４０℃〜１２０℃の使用温度範囲における
弾性率の温度特性は、ほぼフラットなものにできる（図
２参照）。そして、使用温度範囲にて、接着フィルムの
弾性率変化によるセンサチップ特性の変動を極力抑制す
ることができ、結果、センサチップ５の温度特性を実用
上良好なものにできる。
【００３７】さらに、本例のシリコーン系接着フィルム
４の様に、その弾性率が約１ＭＰａと低く非常に柔らか
い性質を持っている場合、セラミックパッケージ１、接
着剤２および回路チップ（第１のチップ）３からの熱応
力は、両チップ３、５間に介在する低弾性な接着フィル
ム４によって十分に緩和される。そのため、−４０℃〜
１２０℃の間にて、下側の回路チップ３からの熱応力に
よるセンサチップ（第２のチップ）５の特性変動を極力
抑制することができ、好ましい。
【００３８】例えば、センサチップ５に形成されている
可動電極は、加速度印加に応じて変位するが、もし、接
着フィルム４の弾性率が急激に変化したり、下側の回路
チップ３から大きな熱応力がセンサチップ５に加わる
と、加速度が印加されていない（加速度が０Ｇ）にも関
わらず、可動電極が変位して、あたかも加速度が発生し
たかのように出力が行われてしまう（０Ｇ誤差）。ま
た、出力感度の誤差も大きくなってしまう。
【００３９】その点、本実施形態によれば、そのような
０Ｇ誤差や感度誤差といったセンサチップの特性変動
を、−４０℃〜１２０℃の間にて実用レベルにて十分に
小さいものにすることが可能である。
【００４０】具体的に、上記図２に示す弾性率の温度特
性を有するシリコーン系接着フィルム４を用いた本例の
加速度センサＳ１として、印加加速度の検出範囲（ダイ
ナミックレンジ）が０〜１．５Ｇのものとした場合の０
Ｇ誤差の温度特性、感度誤差の温度特性をそれぞれ、図
６、図７に示す。
【００４１】また、比較例として、本例の加速度センサ
Ｓ１において接着フィルム４の代わりに、上記図５に示
すような弾性率の温度依存性を有するポリイミド系接着
フィルムを用いた場合の０Ｇ誤差の温度特性、感度誤差
の温度特性を、図３、図４に示す。
【００４２】ダイナミックレンジ上限が１．５Ｇである
ような加速度センサ（１Ｇ当たりの出力が（３．３Ｖ＋
０．６７α）のもの、α：変動量）の場合、例えば、−
４０〜１２０℃の範囲での温度特性として、０Ｇ誤差
（単位：Ｇ）における変動量αの規格は±５０ｍＶ以下
であり、感度誤差の規格は±１．４％以下である。図
３、図４、図６、図７には、この実用上の規格に基づい
た規格線が示されている。
【００４３】本例のセンサＳ１、比較例のセンサとも
に、複数個作成し、それぞれについて−３０℃〜８５℃
における上記特性を調べた。本例のセンサＳ１について
は、図６、図７に示すように、０Ｇ誤差の温度特性、感
度誤差の温度特性ともに規格を満足していることがわか
る。
【００４４】一方、比較例のセンサについては、図３、
図４に示すように、上記規格を安定して満足することは
困難であることがわかる。これは、図５に示すように、
ポリイミド系接着フィルムの弾性率が室温で約２．７Ｇ
Ｐａと高いため、セラミックパッケージ１や回路チップ
３等の下地から入力される熱応力を十分緩和できていな
いことによる。
【００４５】（他の実施形態）以上、本発明の電子装置
として加速度センサを例にとって説明してきたが、本発
明は、加速度センサに限定されるものではなく、角速度
センサ、圧力センサ、温度センサ、光センサにも適用可
能である。つまり、上記実施形態において、上記センサ
チップ５が角速度検出素子であったり、圧力検出素子で
あったり、温度検出素子であったり、光検出素子であっ
ても良い。
【００４６】また、回路チップとしては、ＭＯＳトラン
ジスタやバイポーラトランジスタ等を用いた回路、メモ
リ回路等何でも良い。
【００４７】また、本発明は、第１のチップ上に接着フ
ィルムを介して第２のチップを積層接着したものである
が、第１のチップがセンサチップで第２のチップが回路
チップでも良く、第１、第２のチップ共にセンサチップ
であるか、または、回路チップであっても良い。更に
は、３層以上のチップ積層構造であっても良い。
【００４８】要するに、本発明は、ボンディング部を有
する第１のチップのボンディング部上に接着フィルムを
介して第２のチップを積層してなる電子装置において、
第１のチップと第２のチップとの間に、−４０℃〜１２
０℃の間にてガラス転移点を持たない樹脂よりなる接着
フィルムを介在させ、この接着フィルムにより両チップ
を接着したことを要部としており、他の部位は適宜設計
変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電子装置としての加速
度センサを示す概略断面図である。
【図２】シリコーン系接着フィルムの弾性率の温度特性
を示す図である。
【図３】比較例としての加速度センサの０Ｇ誤差の温度
特性を調べた結果を示す図である。
【図４】比較例としての加速度センサの感度誤差の温度
特性を調べた結果を示す図である。
【図５】従来のポリイミド系接着フィルムの弾性率の温
度特性を調べた結果を示す図である。
【図６】上記実施形態に係る加速度センサの０Ｇ誤差の
温度特性を調べた結果を示す図である。
【図７】上記実施形態に係る加速度センサの感度誤差の
温度特性を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
３…回路チップ、３ａ…回路チップのボンディング部、
４…接着フィルム、５…センサチップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 隆重 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F105 AA02 BB14 CC04 CD03 CD05 4M112 AA02 BA07 CA21 DA18 EA14 FA08 GA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボンディング部（３ａ）を有する第１の
    チップ（３）と、 この第１のチップにおける前記ボンディング部の上に積
    層された第２のチップ（５）とを備える電子装置におい
    て、 前記第１のチップと前記第２のチップとは、−４０℃〜
    １２０℃の間にてガラス転移点を持たない樹脂よりなる
    接着フィルム（４）を介して接着されていることを特徴
    とする電子装置。
  2. 【請求項２】 前記接着フィルム（４）は、シリコーン
    系接着フィルムであることを特徴とする請求項１に記載
    の電子装置。
  3. 【請求項３】 前記第２のチップ（５）は、印加された
    加速度に応じた電気信号を出力するものであり、 この第２のチップからの電気信号により印加加速度が検
    出されるようになっており、その印加加速度の検出範囲
    の上限が、０．３Ｇ〜１．５Ｇであることを特徴とする
    請求項１または２に記載の電子装置。
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