JP2004271312A - 容量型半導体センサ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサチップ12を回路チップ13に対しフェースダウン状態とし、各電極パッド12aと各電極パッドとの間をバンプ15により接続する。このとき、4個のバンプ15(各電極パッド12a)を、センサチップ12の各辺の中央部に配置する。そのマルチチップモジュールの状態で、回路チップ13をパッケージ14に対しフェースダウン状態として、各電極パッド13aと各電極リードとの間をバンプ16により接続する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば加速度センサやヨーレートセンサ等の、力学量を静電容量の変化として検出する容量型半導体センサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の容量型半導体センサ装置、例えば自動車のエアバッグ用の半導体加速度センサとして、図10及び図11に示すような、半導体チップを積層したスタック構造を備えたものが知られている(例えば特許文献1参照)。このものでは、図11に示すように、加速度検出部を有するセンサチップ1が、信号処理回路を有する回路チップ2上に接着により搭載され、さらに、前記回路チップ2が、セラミック基板からなるパッケージ3内に接着により取付けられるようになっている。
【0003】
このとき、図10に示すように、センサチップ1の一辺部に形成された例えば4個の電極パッド1aと、それらに対応して形成された回路チップ2の電極パッド2aとが、ボンディングワイヤ4により夫々電気的に接続されるようになっている。また、回路チップ2とパッケージ3の電極リードとの間も、ボンディングワイヤ5(図11参照)により電気的に接続されるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−227439号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の構成では、センサチップ1と回路チップ2とを電気的に接続するボンディングワイヤ4同士の間隔が比較的狭くなっているため、隣り合うボンディングワイヤ4間に発生する寄生容量が比較的大きくなる事情がある。また、これと共に、ボンディングワイヤ4は変形しやすいものであるため、外部からの衝撃などによって容易に変形してしまい、寄生容量の変動を招いて特性(検出精度)向上の妨げとなる欠点があった。この場合、例えば電極パッド1aをセンサチップ1の各辺部に配置してボンディングワイヤ4相互間を離すようにすることが考えられるが、それでは、ボンディングエリアを確保するために回路チップ2の面積ひいては全体が大型化してしまう不具合がある。
【0006】
さらには、ボンディングワイヤ4,5をボンディングするために、ボンディングツールの軌跡などを考慮した実装設計としなければならず、各チップ1,2やパッケージの形状や大きさに制約を受け、設計自由度が低くなる不具合もあった。尚、上記のようなスタック構造を備えるセンサ装置では、全体の高さ方向の大型化を抑えて実装性を確保するため、センサチップ1を極力薄形とすることが行われるが、これでは、センサチップ1の剛性が低下して歪などが発生しやすく、検出部がその歪の影響を受けて誤差要因となる虞があった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、センサチップを回路チップに実装したスタック構造を備えるものにあって、それらチップ間の電気的接続部における寄生容量による悪影響を防止して特性の向上を図ることができ、しかも設計の自由度を高めることができる容量型半導体センサ装置を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の容量型半導体センサ装置は、センサチップを回路チップに実装したスタック構造を備えるものにあって、前記センサチップを回路チップに対してバンプ接続により実装すると共に、前記回路チップをパッケージに対してバンプ接続により実装するように構成したものである(請求項1の発明)。
【0009】
これによれば、センサチップと回路チップとはバンプにより接続され、ボンディングエリアを確保するといった必要はないので、回路チップの面積が大きくなるなどの不都合を招くことなく、それらバンプ相互間の間隔を離すことができ、この結果、バンプ相互間に発生する寄生容量を小さくすることが可能となる。しかも、バンプはボンディングワイヤに比べてリジッドであるから、外部からの衝撃などによる変形を抑えることができ、寄生容量が変動してしまうことを未然に防止することができる。
【0010】
そして、センサチップと回路チップとの間がバンプ接続されることに加えて、回路チップとパッケージとの間もバンプ接続されるので、実装作業性が向上し、これと共に、ボンディングツールの軌跡などを考慮する必要がなくなり、チップの設計自由度を高めることができる。
【0011】
この場合、より具体的には、センサチップと回路チップとを接続する複数のバンプを、センサチップの周縁部全体に渡って、ほぼ均等な間隔をもって配置することができる(請求項2の発明)。これにより、バンプ相互間の間隔を広くとることができ、それらの間に発生する寄生容量を小さくすることができ、また、センサチップの回路チップに対する機械的な接合性もバランスの良いものとすることができる。
【0012】
ところで、このようなスタック構造を備えるものにおいては、パッケージからの熱応力などがセンサチップに伝達され、センサチップ(力学量検出部)に歪などが生じ、誤差要因となることが懸念される。そこで、更に以下のような構成を採用することにより、パッケージからの応力に起因するセンサチップ(力学量検出部)の歪の発生を防止することができる。
【0013】
即ち、まず、上述のようにセンサチップの設計自由度を高めることができることに伴い、センサチップを、パッケージからの応力に抗することが可能な厚みを備えるものとすることができる(請求項3の発明)。
【0014】
また、センサチップと回路チップとを接続するバンプの高さを、回路チップとパッケージとを接続するバンプの高さよりも大きく構成することができ(請求項4の発明)、これにより、パッケージからの応力をセンサチップと回路チップとを接続するバンプ部分で吸収することができる。
【0015】
回路チップとパッケージとを接続するバンプ部分に、導電性樹脂や導電性エラストマ等の導電性接着剤を用いる構成とすることもでき(請求項5の発明)、これにより、パッケージからの応力をその導電性接着剤の弾性により吸収することができる。
【0016】
回路チップ全体を、パッケージからの応力を吸収することが可能な程度に薄く構成したり(請求項6の発明)、回路チップの一部を、パッケージからの応力を吸収することが可能な程度に薄く構成したり(請求項7の発明)することもできる。いずれも、パッケージからの応力を回路チップ部分で吸収してセンサチップに伝達されないようにすることができる。
【0017】
センサチップと回路チップとを接続する複数のバンプを、センサチップの中央部に配置するように構成しても良い(請求項8の発明)。これによっても、パッケージからの応力を、回路チップからセンサチップに伝達しにくくすることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したいくつかの実施例について、図1ないし図9を参照しながら説明する。尚、以下に述べる各実施例では、本発明を、例えば自動車のエアバッグ(衝突検出)用の容量型の半導体加速度センサに本発明を適用したものである。
【0019】
(1)第1の実施例
まず、図1及び図2を参照して、本発明の第1の実施例(請求項1、2に対応)について述べる。図1は、本実施例に係る容量型半導体センサ装置たる半導体加速度センサ11の全体構成を概略的に示す平面図(蓋を取外した状態)であり、図2は、その半導体加速度センサ11の概略的な縦断正面図である。ここで、この半導体加速度センサ11は、センサチップ12を回路チップ13に実装したスタック構造を備え、それらをパッケージ14内に収容して構成される。
【0020】
前記センサチップ12は、詳しい図示は省略するが、半導体(シリコン)基板に、マイクロマシニング技術によって、その表面の中央部に位置して力学量検出部としての加速度検出部を形成して構成されている。周知のように、前記加速度検出部は、いわゆる櫛歯状の固定電極と可動電極とを相互間に隙間をもって対向配置し、加速度を、それら固定電極と可動電極との間の静電容量の変化として検出するようになっている。
【0021】
この場合、センサチップ12の表面部(図で上面)には、回路チップ13との間の電気的接続を行うための、例えば4個の電極パッド12aが形成されている。図1に示すように、本実施例では、これら4個の電極パッド12aは、センサチップ12の各辺部の中央部に位置して設けられており、以て、電極パッド12aは、センサチップ12の周縁部全体に渡って、ほぼ均等な間隔をもって設けられている。
【0022】
前記回路チップ13は、前記センサチップ12よりも大きい矩形状に構成され、前記センサチップ12からの信号を処理するための信号処理回路を有して構成されている。この回路チップ13の表面(図で下面)の中央部が、前記センサチップ12が搭載されるチップマウント領域とされており、このチップマウント領域に、前記センサチップ12の4個の電極パッド12aに対応した4個の電極パッドが形成されている。また、この回路チップ13の表面の左右の両辺部には、パッケージ14との接続のための複数個(図1では左右各5個)の電極パッド13aが夫々形成されている。
【0023】
前記パッケージ14は、例えばセラミック基板から、薄型の矩形容器状に構成され、その底部中央部には、前記センサチップ12を収容するための凹部14aが形成されている。そして、図示はしないが、このパッケージ14内の底部には、前記回路チップ13の電極パッド13aに対応した複数本の電極リードが設けられていると共に、外面部に位置して外部接続用の端子が設けられている。
【0024】
さて、前記センサチップ12は回路チップ13に対し、フェースダウン状態(フリップチップ方式)で、各電極パッド12aと各電極パッドとの間がバンプ15により接続されるようになっている。これにて、センサチップ12は回路チップ13に対しバンプ接続により実装(電気的及び機械的な接続)され、いわばマルチチップモジュールの状態となる。
【0025】
そして、これと共に、そのマルチチップモジュールの状態で、回路チップ13はパッケージ14に対し、フェースダウン状態(フリップチップ方式)で、各電極パッド13aと各電極リードとの間がバンプ16により接続され、電気的及び機械的な接続がなされるようになっている。尚、前記バンプ15、16としては、半田、金などを用いることができる。また、前記パッケージ14の上面開口部は、蓋17により気密に塞がれるようになっている。
【0026】
このとき、上記バンプ15、16は、予め回路チップ13の各電極パッド13aに、例えばメッキ法を用いて、或いはフリップチップボンダによるスタッドバンプとして同時に形成しておくことができる。この場合、ウエハ状態でバンプ15、16を形成しても良く、チップ状態でバンプ15、16を形成しても良いことは勿論である。回路チップ13にセンサチップ12を接合する方法としては、超音波圧着を用いることができ、その他、熱圧着やリフロー法も用いることができる。パッケージ14に回路チップ13を接合する場合も同様の方法を採用することができる。
【0027】
上記構成においては、センサチップ12と回路チップ13とはバンプ15により接続されているので、ボンディングワイヤにより接続を行う従来のものと異なり、ボンディングエリアを確保する必要がなくなり、回路チップ13の面積が大きくなるなどの不都合を招くことなく、それらバンプ15相互間の間隔を離すことが可能となった。これにより、バンプ15相互間に発生する寄生容量を小さくすることができる。
【0028】
しかも、バンプ15はボンディングワイヤに比べてリジッドであるから、外部からの衝撃などによる変形を抑えることができ、寄生容量が変動してしまうことを未然に防止することができる。このとき、本実施例では、4個のバンプ15を、センサチップ12の各辺の中央部に配置したことにより、バンプ15相互間の間隔を十分に広くとることができて寄生容量を小さくすることができることに加え、センサチップ12の回路チップ13に対する機械的な接合性もバランスの良いものとすることができる。
【0029】
そして、バンプ接続を採用したことにより、回路チップ13に対するセンサチップ12の複数箇所の接続を一括して行うことができ、また、回路チップ13とパッケージ14との間もバンプ接続されるので、パッケージ14に対する回路チップ13の複数箇所の接続も一括して行うことができ、実装作業性を向上させることができる。これと共に、ボンディングワイヤを用いる場合のようにボンディングツールの軌跡などを考慮する必要がなくなり、チップの設計自由度を高めることができる。
【0030】
このように本実施例によれば、センサチップ12を回路チップ13に実装したスタック構造を備えるものにあって、センサチップ12と回路チップ13との間、及び、回路チップ13とパッケージ14との間を夫々バンプ接続する構成としたので、センサチップ12と回路チップ13との間の電気的接続部における寄生容量による悪影響を防止して特性の向上を図ることができ、しかも設計の自由度を高めることができるという優れた効果を奏する。
【0031】
(2)第2〜第7の実施例
次に、本発明の第2〜第7の実施例について、図3〜図9を参照しながら順に述べる。尚、以下に述べる各実施例においては、やはり、本発明を上記第1の実施例と同様の半導体加速度センサに適用したものであり、上記第1の実施例と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、相違する点を中心に述べることとする。
【0032】
図3は、本発明の第2の実施例(請求項3に対応)に係る半導体加速度センサ21の構成を示しており、この第2の実施例では、センサチップ22の厚みを、パッケージ23からの応力に抗することができるように厚く構成している。また、上記第1の実施例と同様に、センサチップ22と回路チップ13との間、及び、回路チップ13とパッケージ23との間は、夫々バンプ15及び16により接続されている。尚、パッケージ23の凹部23aは、前記センサチップ22の厚みに応じて深く形成されている。
【0033】
ここで、車両に組付けられる半導体加速度センサ21においては、熱サイクルを受ける環境で使用され、また、パッケージ23と、センサチップ22及び回路チップ13及びセンサチップ22の熱膨張係数が相違する事情がある。このため、パッケージ23からの熱応力などがセンサチップ22に伝達され、センサチップ22(加速度検出部)に歪などが生じ、誤差要因となることが懸念される。
【0034】
そこで、この第2の実施例では、上述のようにセンサチップ22の設計自由度を高めることができることに伴い、センサチップ22の厚みを十分に確保する構成としたことにより、パッケージ23からの応力に起因するセンサチップ22の歪の発生を防止することができるものである。
【0035】
図4は、本発明の第3の実施例(請求項4に対応)に係る半導体加速度センサ31の構成を示しており、この第3の実施例では、センサチップ12と回路チップ13とを接続するバンプ32の高さを、回路チップ13とパッケージ14とを接続するバンプ16の高さよりも大きく構成している。これによれば、パッケージ14からの応力をバンプ32部分で吸収することができ、パッケージ14からの応力に起因するセンサチップ22の歪の発生を防止することができる。
【0036】
図5は、本発明の第4の実施例(請求項5に対応)に係る半導体加速度センサ41の構成を示しており、この第4の実施例では、回路チップ13の電極パッドに設けられたバンプ16と、パッケージ14の電極リードとの間を、導電性エラストマからなる導電性接着剤42により接続する構成としている。これにより、パッケージ14からの応力をその導電性接着剤42の弾性により吸収することができ、パッケージ14からの応力に起因するセンサチップ12の歪の発生を防止することができる。
【0037】
図6は、本発明の第5の実施例(請求項6に対応)に係る半導体加速度センサ51の構成を示しており、この第5の実施例では、回路チップ52全体を、パッケージ14からの応力を吸収することが可能な程度に薄く構成している。これにより、パッケージ14からの応力を回路チップ52部分で吸収してセンサチップ12に伝達されないようにすることができ、パッケージ14からの応力に起因するセンサチップ12の歪の発生を防止することができる。
【0038】
図7は、本発明の第6の実施例(請求項7に対応)に係る半導体加速度センサ61の構成を示しており、この第6の実施例では、回路チップ62の一部(中央部)に、パッケージ14からの応力を吸収することが可能な程度に薄いダイアフラム部62aを形成するようにしている。これによっても、パッケージ14からの応力を回路チップ62のダイアフラム部62aで吸収してセンサチップ12に伝達されないようにすることができ、パッケージ14からの応力に起因するセンサチップ12の歪の発生を防止することができる。
【0039】
図8及び図9は、本発明の第7の実施例(請求項8に対応)に係る半導体加速度センサ71の構成を示しており、この第7の実施例では、センサチップ72と回路チップ73とを接続する4個のバンプ74(センサチップ72の4個の電極パッド72a)を、センサチップ72の中央部に配置する構成としている。これにより、パッケージ14からの応力を、回路チップ73からセンサチップ72に伝達しにくく(伝達される応力を小さく)することができ、パッケージ14からの応力に起因するセンサチップ72の歪の発生を防止することができる。
【0040】
尚、上記実施例では、本発明を半導体加速度センサに適用するようにしたが、例えばヨーレートセンサなど、他の容量型の半導体センサ装置にも適用することができる。その他、本発明は上記し図面に示した各実施例に限定されるものではなく、例えば、1個の回路チップに複数個のセンサチップを実装したり、パッケージ内に複数個の回路チップを実装したりする構成とすることも可能であり、また、上記した複数の実施例を組合せた如き構成とすることもでき、更には、パッケージの形状や、バンプ(各電極)の位置や個数についても種々の変形が可能である等、要旨を逸脱しない範囲内で、適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すもので、半導体加速度センサの概略的な平面図
【図2】半導体加速度センサの縦断正面図
【図3】本発明の第2の実施例を示す図2相当図
【図4】本発明の第3の実施例を示す図2相当図
【図5】本発明の第4の実施例を示す図2相当図
【図6】本発明の第5の実施例を示す図2相当図
【図7】本発明の第6の実施例を示す図2相当図
【図8】本発明の第7の実施例を示すもので、図1相当図
【図9】図2相当図
【図10】従来例を示すもので、図1相当図
【図11】図2相当図
【符号の説明】
図面中、11,21,31,41,51,61,71は半導体加速度センサ(容量型半導体センサ装置)、12,22,72はセンサチップ、13,52,62,73は回路チップ、14,23はパッケージ、15,16,32,74はバンプ、42は導電性接着剤、62はダイアフラム部を示す。
Claims (8)
- 力学量検出部を有するセンサチップを、信号処理回路を有する回路チップに実装してなるスタック構造を備えると共に、それらをパッケージ内に収容してなる容量型半導体センサ装置であって、
前記センサチップは前記回路チップに対してバンプ接続により実装されていると共に、
前記回路チップは前記パッケージに対してバンプ接続により実装されていることを特徴とする容量型半導体センサ装置。 - 前記センサチップと回路チップとを接続する複数のバンプは、前記センサチップの周縁部全体に渡って、ほぼ均等な間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項1記載の容量型半導体センサ装置。
- 前記センサチップは、前記パッケージからの応力に抗することが可能な厚みとされていることを特徴とする請求項1または2記載の容量型半導体センサ装置。
- 前記センサチップと回路チップとを接続するバンプは、前記回路チップとパッケージとを接続するバンプよりも高さが大きく形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の容量型半導体センサ装置。
- 前記回路チップとパッケージとのバンプ接続には導電性接着剤が用いられていることを特徴とする請求項1または2記載の容量型半導体センサ装置。
- 前記回路チップは、前記パッケージからの応力を吸収することが可能な薄さとされていることを特徴とする請求項1または2記載の容量型半導体センサ装置。
- 前記回路チップは、その一部が前記パッケージからの応力を吸収することが可能な薄さに形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の容量型半導体センサ装置。
- 前記センサチップと回路チップとを接続する複数のバンプは、前記センサチップの中央部に配置されていることを特徴とする請求項1記載の容量型半導体センサ装置。
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