JP2003270068A - 半導体式力学量センサの製造方法 - Google Patents

半導体式力学量センサの製造方法

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JP2003270068A JP2002076195A JP2002076195A JP2003270068A JP 2003270068 A JP2003270068 A JP 2003270068A JP 2002076195 A JP2002076195 A JP 2002076195A JP 2002076195 A JP2002076195 A JP 2002076195A JP 2003270068 A JP2003270068 A JP 2003270068A
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昌明 田中
Toshiya Ikezawa
敏哉 池澤
Takashige Saito
隆重 斉藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサチップが接着材を介して基台上に搭載
された半導体式力学量センサの製造方法において、ビー
ズを用いることなく接着剤の厚みを確保し、基台からセ
ンサチップに伝達される熱応力を緩和すること。 【解決手段】 本発明の半導体式力学量センサの製造方
法では、液状の接着剤16に熱を加えて半硬化させた後
に、接着剤16上にセンサチップ11及びガラス台座1
3を搭載しているため、センサチップ11及びガラス台
座13の自重による接着剤16の変形を防止することが
できる。よって、接着剤16の厚みを大きくするに従っ
て接着剤16の体積を大きくすることができるため、温
度変化によりセンサに熱応力が発生した際には、この厚
みを大きくした接着剤16により、パッケージ材15か
らセンサチップ11に伝達される熱応力を緩和すること
ができ、センサ特性の変動を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、センサチップが接
着材を介して基台上に搭載された半導体式力学量センサ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、この種の半導体式力学量センサとし
て、特開平10−170367号公報に開示されている
ような半導体式圧力センサがある。ここで、この半導体
式圧力センサについて、図5を用いて説明する。
【0003】図5に示されるように、この半導体式圧力
センサは、印加圧力によって変位可能なダイヤフラム1
aが形成されたセンサチップ1と、このセンサチップ1
に接着固定されたガラス台座3とを備えている。尚、セ
ンサチップ1とガラス台座3との間には真空室4が形成
されている。
【0004】また、ダイヤフラム1aには、圧力を受け
たことによって生じるダイヤフラム1aの歪みを検出す
る拡散ゲージ2が複数形成されており、この拡散ゲージ
2により半導体式圧力センサに印加された圧力を検出し
ている。
【0005】さらに、センサチップ1が接着固定された
ガラス台座3は、接着剤6を介してパッケージ材5上に
接着されている。この接着剤6には、接着剤6の厚みを
確保するために、ミクロビーズ7が多数混入されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記半
導体式圧力センサに温度変化が生じると、センサチップ
1やガラス台座3、パッケージ材5は熱膨張するが、こ
れら各部材の熱膨張率は相違しているため、温度上昇と
ともにセンサには熱応力が発生し、この熱応力がセンサ
チップ1に伝達されると、センサ特性が変動してしま
う。
【0007】そこで、センサチップ1に伝達する熱応力
を緩和する方法として、接着剤6の厚みを大きくしてパ
ッケージ材5からの熱応力を緩和することが考えられる
が、上記従来技術では、接着剤6にはその厚みを確保す
るためのミクロビーズが混入されているため、接着剤6
の厚みを大きくするに従ってミクロビーズ7も大きくす
る必要がある。
【0008】その結果、接着剤6の厚みを大きくしたと
しても、それ程接着剤6の体積を大きくすることはでき
ず、センサチップ1に伝達する熱応力を抑制することは
できない。尚、ミクロビーズ7は、接着剤6の厚さを確
保する目的で混入されているため、弾性率の高い材質で
形成されているので、ミクロビーズ7自体は熱応力の抑
制に作用しない。
【0009】そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑
み、センサチップが接着材を介して基台上に搭載された
半導体式力学量センサの製造方法において、ビーズを用
いることなく接着剤の厚みを確保し、基台からセンサチ
ップに伝達される熱応力を緩和することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の半導体
式力学量センサの製造方法は、センサチップと基台とを
備え、センサチップが接着材を介して基台上に搭載され
た半導体式力学量センサにおいて、液状の接着剤を容器
に充填し、この液状の接着剤に熱を加えて半硬化させる
第1工程と、半硬化した接着剤を基台上に配設する第2
工程と、センサチップを接着剤上に搭載する第3工程
と、接着剤に再び熱を加えて本硬化し、接着剤を介して
センサチップを基台に固着させる第4工程とを備えたこ
とを特徴としている。
【0011】請求項1に記載の発明によれば、液状の接
着剤に熱を加えて半硬化させる第1工程を実行した後
に、センサチップを接着剤上に搭載する第3工程を実行
しているため、センサチップの自重による接着剤の変形
を防止することができるので、ビーズを用いることな
く、接着剤の厚みを確保することができる。
【0012】それによって、接着剤の厚みを大きくする
に従って接着剤の体積を大きくすることができるため、
温度変化によりセンサに熱応力が発生した際には、この
厚みを大きくした接着剤により、基台からセンサチップ
に伝達される熱応力を緩和することができ、センサ特性
の変動を防止することができる。
【0013】尚、接着剤としては、請求項2に記載の発
明のように、シリコン系の接着剤を用いることができ
る。
【0014】請求項3に記載の半導体式力学量センサの
製造方法は、液状の接着剤に熱を加えて半硬化させる第
1工程を実行した後の接着剤の弾性率は、接着剤に再び
熱を加えて本硬化させる第4工程を実行した後の接着剤
の弾性率の1/100から1/2の範囲であることを特
徴としている。
【0015】請求項3に記載の発明によれば、第1工程
を実行した後の接着剤の弾性率を、第4工程を実行した
後の接着剤の弾性率の1/100から1/2の範囲にな
るまで硬化すると、センサチップを接着剤上に搭載する
第3工程を実行した際に、センサチップの自重により接
着剤が変形しない状態であるとともに、接着剤が完全に
固まらず接着力を残した状態に硬化させることができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体式力学量セ
ンサを半導体式圧力センサに適用した一実施形態を、図
面に従って説明する。図1には、本発明の一実施形態に
係る半導体式圧力センサの断面構造を示す。
【0017】まず、図1に示されるように、センサチッ
プ11の裏面側には、異方性エッチングによりダイヤフ
ラム11aが形成されており、このダイヤフラム11a
の表面には、ダイヤフラム11aの変位を検出する拡散
ゲージ12が複数形成されている。
【0018】この拡散ゲージ12は、図1には3個図示
されているが、実際には、ダイヤフラム11aの表面に
4個形成されており、これら4個の拡散ゲージ12にて
フルブリッジ回路が構成されている。尚、図示しない
が、拡散ゲージ12は、センサチップ11上に形成され
たAl薄膜による配線パターン及びボンディングワイヤ
により、外部の信号処理回路に電気的に接続されてい
る。
【0019】また、センサチップ11はガラス台座13
と陽極接合されており、それにより、センサチップ11
とガラス台座13との間には真空室4が形成されてい
る。
【0020】そして、センサチップ11に圧力が印加さ
れると、この印加圧力と真空室14の圧力との差圧に応
じてダイヤフラム11aが変位し、各々の拡散ゲージ1
2は、ダイヤフラム11aへの印加圧力の変化に応じて
各々の抵抗値が増減変化し、この抵抗値の増減変化によ
って発生する電位差を信号処理回路にて増幅することに
より、センサ出力を得ている。
【0021】さらに、センサチップ11及びガラス台座
13は、シリコン系の熱硬化性接着剤16を介してパッ
ケージ材(基台)15上に搭載されている。
【0022】ここで、本実施形態の半導体式圧力センサ
の製造工程について、図2及び図3を用いて説明する。
【0023】まず、図2(a)に示されるように、開口
部18cを備えたスクリーン18aと周囲に接着剤16
が塗布されたロール18bとで構成されたスクリーン印
刷装置(容器)18を用意する。
【0024】続いて、図2(a)におけるA―A断面図
である図2(b)に示されるように、予めその周囲に接
着剤16が塗布されたロール18bを、図中の矢印方向
へ進行させつつ反時計回りに回転させることによって、
図2(c)に示されるように、スクリーン18aの開口
部18cの深さTだけ、接着剤16を均一の厚さで充填
する。
【0025】続いて、スクリーン18aの開口部18c
に接着剤16が充填された状態で、例えば、熱板(図示
せず)上にスクリーン18aを配設することにより、接
着剤16に熱を加えて半硬化させる。
【0026】この半硬化とは、センサチップ11及びガ
ラス台座13を接着剤16を介してパッケージ材15上
に搭載した際に、センサチップ11及びガラス台座13
の自重により接着剤16が変形しない状態であるととも
に、接着剤16が完全に固まらず接着力を残した状態に
硬化させることである。
【0027】ここで、接着剤16を半硬化させるために
必要な温度や時間は接着剤の種類に応じて異なるが、例
えば、本実施形態のように、接着剤16としてシリコン
系の熱硬化性接着剤を用いた場合、120℃程度の温度
で約60秒間熱を加えるのが適当である。尚、接着剤1
6を半硬化させるために120℃程度の温度で約60秒
間熱を加えた理由については、後に詳しく述べる。
【0028】続いて、図2(d)に示されるように、半
硬化した接着剤16をスクリーン18aの開口部18c
の内部から取り外し、所望の形状に分割切断する。
【0029】続いて、図3(a)に示されるように、予
めガラス台座13が陽極接合された半導体ウェハ17を
用意し、この半導体ウェハ17を複数のセンサチップ1
1に分割切断する。尚、図示しないが、センサチップ1
1に形成されるダイヤフラム11a及び拡散ゲージ12
は、半導体ウェハ17の状態で形成されている。
【0030】続いて、図3(b)に示されるように、ダ
イマウント装置19を用いて、図2(d)において所望
の形状に分割切断された接着剤16を、パッケージ材1
5の所定領域に配設する。
【0031】続いて、図3(c)に示されるように、ダ
イマウント装置19を用いて、分割切断されたセンサチ
ップ11及びガラス台座13を、パッケージ材15の所
定領域に配設された接着剤16上に搭載する。
【0032】その後、例えばオーブンを用いて接着剤1
6に再び熱を加えて本硬化させ、それにより、接着剤1
6を介してセンサチップ11及びガラス台座13をパッ
ケージ材15に固着させる。
【0033】この本硬化とは、接着剤16を介してセン
サチップ11及びガラス台座13がパッケージ材15に
固着する状態まで硬化することである。
【0034】ここで、上記半硬化と同様に、接着剤16
を本硬化させるために必要な温度や時間は接着剤の種類
に応じて異なるが、例えば、本実施形態のように、接着
剤16としてシリコン系の熱硬化性接着剤を用いた場
合、150℃程度の温度で約30分間熱を加えるのが適
当である。
【0035】このように、本実施形態では、液状の接着
剤16に熱を加えて半硬化させた後に、接着剤16上に
センサチップ11及びガラス台座13を搭載しているた
め、センサチップ11及びガラス台座13の自重による
接着剤16の変形を防止することができる。
【0036】その結果、従来技術において、接着剤16
の厚さを確保する目的で接着剤16に混入させていたビ
ーズを用いることなく、接着剤16の厚みを確保するこ
とができる。
【0037】よって、接着剤16の厚みを大きくするに
従って接着剤16の体積を大きくすることができるた
め、温度変化によりセンサに熱応力が発生した際には、
この厚みを大きくした接着剤16により、パッケージ材
15からセンサチップ11に伝達される熱応力を緩和す
ることができ、センサ特性の変動を防止することができ
る。
【0038】さらに、上述のように、接着剤16の厚さ
を確保する目的で接着剤16に混入させていたビーズが
不要となるため、それによって、コストの低減や製造工
程の簡略化を図ることができる。
【0039】ここで、シリコン系の熱硬化性接着材16
に熱を加えて半硬化させる時間を可変したときの接着強
度の変化を示す図4を用いて、先に定義した半硬化に必
要な接着剤16の弾性率について説明する。尚、この図
4に示すグラフにおいて、接着剤16を半硬化させるた
めに加える熱の温度を120℃とし、接着剤16を本硬
化させるためには150℃の温度で30分間熱を加えて
いる。
【0040】また、縦軸に示す接着強度とは、接着剤1
6を本硬化させた後に、センサチップ11及びガラス台
座13と同じの厚みを有した冶具を用いて、センサチッ
プ11及びガラス台座13の側面から徐々に圧力を加え
ていき、接着剤16からセンサチップ11が剥離したと
きの圧力のことである。
【0041】この図4に示されるように、接着剤16を
半硬化させる時間を90秒にした場合、接着剤16を半
硬化させる時間を60秒にした場合と比較すると、大幅
に接着強度が低下しているが、これは、接着剤16を半
硬化させる時間が長くなることにより接着剤16の接着
力が低下してしまい、センサチップ11及びガラス台座
13との接着強度が弱まったと考えられる。
【0042】よって、接着剤16を半硬化させるために
加える熱の温度を120℃とした場合、接着剤16が完
全に固まらず接着力を残した状態に硬化させるために必
要な時間は60秒以内が好ましく、この場合の接着剤1
6の弾性率は、接着剤16が完全に固まった状態の弾性
率の1/2以下になっている。尚、本実施形態では、シ
リコン系の熱硬化性接着剤16を半硬化させるために1
20℃程度の温度で約60秒間熱を加えているため、半
硬化した接着剤16の弾性率は、接着剤16が完全に固
まった状態の弾性率の1/2になっている。
【0043】また、本発明者等の検討によれば、シリコ
ン系の熱硬化性接着材16において、センサチップ11
及びガラス台座13を接着剤16を介してパッケージ材
15上に搭載した際に、センサチップ11及びガラス台
座13の自重により接着剤16が変形しない状態の接着
剤16の弾性率は、接着剤16が完全に固まった状態の
弾性率の1/100以上であることがわかっている。
【0044】これらのことから、半硬化した接着剤16
の弾性率を、接着剤16が完全に固まった状態の弾性率
の1/100から1/2の範囲にすると、センサチップ
11及びガラス台座13を接着剤16を介してパッケー
ジ材15上に搭載した際に、センサチップ11及びガラ
ス台座13の自重により接着剤16が変形しない状態で
あるとともに、接着剤16が完全に固まらず接着力を残
した状態に硬化させることができる。
【0045】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。
【0046】例えば、上記実施形態では、半導体式力学
量センサとして半導体式圧力センサについて説明した
が、これに限られるものではなく、加速度センサなどの
ような他の半導体式力学量センサにも適用可能である。
【0047】また、上記実施形態では、接着剤16とし
て、シリコン系の熱硬化性接着剤を用いたが、これに限
られるものではなく、エポキシ系やポリイミド系の熱硬
化性接着剤を用いてもよい。
【0048】また、半導体式圧力センサとしては、ガラ
ス台座13を貫通してダイヤフラム11aに測定媒体の
圧力を導入するタイプのものでもよく、また、台座とし
てはガラス台座に限らずシリコン台座でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサ
の断面構造を示す図である。
【図2】(a)から(d)は、図1に示す半導体式圧力
センサの製造工程を示す図である。
【図3】(a)から(c)は、図1に示す半導体式圧力
センサの製造工程を示す図である。
【図4】半硬化に必要な時間と接着強度との関係を示す
グラフである。
【図5】従来技術の半導体式圧力センサの断面構造を示
す図である。
【符号の説明】 11…センサチップ、 11a…ダイヤフラム、 12…拡散ゲージ、 13…ガラス台座、 14…真空室、 15…パッケージ材 16…熱硬化性接着剤、 17…半導体ウェハ、 18…スクリーン印刷装置、 18a…スクリーン、 18b…ロール、 18c…スクリーンの開口部、 19…ダイマウント装置、 T…スクリーンの開口部の深さ。
───────────────────────────────────────────────────── 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) 2F055 AA40 BB20 CC02 DD04 EE14 FF01 FF15 FF43 GG12 4M112 AA01 AA02 BA01 CA01 CA08 CA15 DA16 DA18 EA02 EA11 EA13 EA14 FA05 FA09 5F047 BA23 BA33 BB13

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 センサチップと基台とを備え、前記セン
    サチップが接着材を介して前記基台上に搭載された半導
    体式力学量センサにおいて、 液状の接着剤を容器に充填し、前記液状の接着剤に熱を
    加えて半硬化させる第1工程と、 前記半硬化した接着剤を前記基台上に配設する第2工程
    と、 前記センサチップを前記接着剤上に搭載する第3工程
    と、 前記接着剤に再び熱を加えて本硬化し、前記接着剤を介
    して前記センサチップを前記基台に固着させる第4工程
    とを備えたことを特徴とする半導体式力学量センサの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記接着剤は、シリコン系の接着剤であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体式力学量セ
    ンサの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記液状の接着剤に熱を加えて半硬化さ
    せる第1工程を実行した後の前記接着剤の弾性率は、前
    記接着剤に再び熱を加えて本硬化させる第4工程を実行
    した後の前記接着剤の弾性率の1/100から1/2の
    範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の
    半導体式力学量センサの製造方法。
JP2002076195A 2002-03-19 2002-03-19 半導体式力学量センサの製造方法 Withdrawn JP2003270068A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10955305B2 (en) * 2017-06-23 2021-03-23 Saginomiya Seisakusho, Inc. Sensor chip junction structure and pressure sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10955305B2 (en) * 2017-06-23 2021-03-23 Saginomiya Seisakusho, Inc. Sensor chip junction structure and pressure sensor

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