JP2006173280A - 半導体センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体センサチップの特性不良の発生を抑制することができる半導体センサを提供すること。
【解決手段】 半導体センサ１００は、パッケージ部材１０、ＩＣチップ３０、半導体センサチップ５０、蓋７０などを備える。ＩＣチップ３０は、パッケージ部材１０内の底面におけるチップ搭載部に、接着フィルム２０を介して搭載される。そして、ＩＣチップ３０の上に、接着フィルム４０を介して半導体センサチップ５０が搭載される。また、ワイヤ６０ａ、ワイヤ６０ｂによってパッケージ部材１０とＩＣチップ３０、ＩＣチップ３０と半導体センサチップ５０とが電気的に接続される。そして、蓋７０は、半導体センサチップ５０の梁構造体５１を囲う仕切部材９０を備え、パッケージ部材１０の接続部材８０と溶接によって接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体センサに関するものである。

従来、パッケージと蓋とによって封止される半導体センサとして特許文献１に示すものがあった。図６は、特許文献１に示す半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。

図６に示すように、特許文献１における半導体センサ１００は、パッケージ部材１、接着フィルム２、ＩＣチップ３、接着フィルム４、半導体センサチップ５、ワイヤ６ａ、６ｂ、蓋７、金属部材８、パッド１ａ、３ａ、５ａなどを備える。

パッケージ部材１は、各部材を収納する凹部１ｂが形成されており、この凹部１ｂの底面上には、接着フィルム２を介してＩＣチップ３が搭載される。そして、ＩＣチップ３の上には、接着フィルム４を介して梁構造体からなるセンシング部５６を備える半導体センサチップ５が搭載される。

また、パッケージ部材１、ＩＣチップ３及び半導体センサチップ５にはそれぞれ、アルミ等よりなるワイヤボンディング用のパッド１ａ、３ａ、５ａが形成される。そして、パッケージ部材１とＩＣチップ３は、パッド１ａと３ａをつなぐワイヤ６ａによって電気的に接続され、ＩＣチップ３と半導体センサチップ５は、パッド３ａと５ａをつなぐワイヤ６ｂによって電気的に接続される。そして、パッケージ部材１は、パッケージ部材１にろう付けされた金属部材８に対して蓋７を溶接することによって、パッケージ部材１の開口部を覆うように蓋７が取付固定される。
特開２００３−２７０２６４号公報

上記特許文献１に示す半導体センサにおいては、半導体センサチップ５をパッケージ部材１と蓋７とによって封止することで外部からの異物の進入を遮断することは可能である。

しかしながら、パッケージ部材１内に異物が存在している状態でパッケージ部材１の開口部に蓋７を固定すると、パッケージ部材１と蓋７とによって異物を閉じ込めてしまうこととなる。そのため、閉じ込められた異物が移動し、半導体センサチップ５のセンシング部５６に付着することによって、半導体センサチップ５の特性不良が発生する可能性があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体センサチップの特性不良の発生を抑制することができる半導体センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の半導体センサは、センシング部を備える半導体センサチップと、半導体センサチップを搭載する搭載面を有するパッケージ部材と、パッケージ部材と接合することによって半導体センサチップを封止する蓋部材と、パッケージ部材と蓋部材とによって形成される空間において、半導体センサチップの上部空間とその上部空間の周辺空間とを仕切る仕切部材とを備えることを特徴とするものである。

このように、半導体センサチップの上部空間とその上部空間の周辺空間とを仕切る仕切部材を備えることによって、パッケージ部材と蓋部材とによって閉じ込められた異物がセンシング部に付着することを低減し、半導体センサチップの特性不良の発生を抑制することができる。

また、センシング部としては、請求項２に示すように、可動電極と固定電極とを備え、可動電極と固定電極との間の静電容量を検出信号として出力するものとすることができる。このように可動電極と固定電極との間の静電容量の変化によって検出する場合、異物が可動電極と固定電極との間に入り込むことによって生じる静電容量の変化を抑制することができる。

また、請求項３に示すように、仕切部材は蓋部材に設けることができる。さらに、請求項４に示すように、仕切部材は、半導体センサチップにおけるセンシング部周囲に対向する領域に形成されることを特徴とするものである。このように、仕切部材を半導体センサチップにおけるセンシング部周囲に対向する領域に設けることによって、半導体センサチップと仕切部材との隙間を小さくすることができるため、異物がセンシング部に付着することをより一層抑制することがきる。

また、請求項５に記載の半導体センサでは、仕切部材は、半導体センサチップにおけるセンシング部周囲に達することを特徴とするものである。このように、仕切部材が半導体センサチップにおけるセンシング部周囲に達することによって、半導体センサチップと仕切部材との隙間を略なくすことができるため、異物がセンシング部に付着することをより一層抑制することがきる。

また、請求項６に示すように、仕切部材と半導体センサチップとを接続する接着剤を備えることによっても半導体センサチップと仕切部材との隙間を略なくすことができる。

また、請求項７に示すように、半導体センサでは、半導体センサチップから出力される検出信号を処理するための処理回路が形成された処理回路チップを、パッケージ部材と蓋部材とによって封止される空間内に収容することができる。また、半導体センサチップは、請求項８に示すように処理回路チップ上に搭載することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に示す半導体センサ１００は、静電容量式の加速度センサに適用した例を用いて説明する。

図１に示すように、半導体センサ１００は、パッケージ部材１０、ＩＣチップ３０（本発明でいう処理回路チップ）、半導体センサチップ５０、蓋７０などを備える。

パッケージ部材１０は、ＩＣチップ３０、半導体センサチップ５０などを収納するものであり、セラミックなどからなる。パッケージ部材１０は、アルミなどからなるワイヤボンディング用のパッド１０ａ、開口部周辺に鉄系金属等よりなる蓋７０を溶接するための金属からなる接続部材８０などを備える。この接続部材８０と蓋７０とを溶接することによって、パッケージ部材１０は封止され、外部からパッケージ部材１０内に異物が進入することを防止している。なお、パッド１０ａは、図示しない配線などによってパッケージ部材１０の外部と電気的に接続可能となっている。

上記蓋７０は、半導体センサチップ５０の梁構造体５１（本発明でいうセンシング部）を囲う仕切部材９０を備える。この仕切部材９０は、パッケージ部材１０に付着している異物Ｄが移動することによって、梁構造体５１に付着するのを抑制するためのものである。なお、蓋７０は、金型内に鉄系金属等の溶湯を射出するなどによって成形されるものである。

ＩＣチップ３０は、半導体センサチップ５０から出力される検出信号（容量信号）を電圧等の信号に変換するなどの処理を行うための処理回路である。また、ＩＣチップ３０は、アルミなどからなるワイヤボンディング用のパッド３０ａ、３０ｂを備える。

半導体センサチップ５０は、容量変化に基づいて加速度を検出する静電容量式加速度センサチップである。この半導体センサチップ５０は、第１シリコン基板と第２シリコン基板とを酸化膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板により構成される。そして、半導体センサチップ５０は、一方のシリコン基板に形成される可動電極と固定電極とからなる梁構造体５１を備える。

この半導体センサチップ５０は、半導体センサチップ５０に印加される加速度によって可動電極が変位し、この可動電極の変位量に基づいて可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。そして、半導体センサチップ５０は、静電容量の変化を検出信号（容量信号）として出力する。

ＩＣチップ３０、半導体センサチップ５０をパッケージ部材１０内に収納する場合、ＩＣチップ３０は、パッケージ部材１０内の底面におけるチップ搭載部に、フィルム状接着材（以下、接着フィルムとも称する）２０を介して搭載（接合）される。そして、ＩＣチップ３０の上に、フィルム状接着材４０を介して半導体センサチップ５０が搭載（接合）される。なお、接着フィルム４０は、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂よりなるフィルムを採用することができる。例えば、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂が採用できる。

また、パッケージ部材１０とＩＣチップ３０は、パッド１０ａと３０ａをつなぐワイヤ６０ａによって電気的に接続され、ＩＣチップ３０と半導体センサチップ５０は、パッド３０ｂと５０ａをつなぐワイヤ６０ｂによって電気的に接続されている。なお、これらワイヤ６０ａ、６０ｂは金やアルミ等により形成される。

このように蓋７０に梁構造体５１を囲う仕切部材９０を設けることによって、パッケージ部材１０の表面などに異物Ｄが存在していた場合でも、異物Ｄの移動を仕切部材９０で抑制することができる。したがって、異物Ｄが内部に残った状態で蓋７０にてパッケージ部材１０の開口を塞いだとしても、パッケージ部材１０内における異物Ｄの移動を低減することができ、梁構造体５１に異物Ｄが付着することによって生じる半導体センサチップ１０の特性不良を抑制することができる。

ここで、半導体センサ１００の製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態における半導体センサ１００の製造方法を示す工程別断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、裏面（パッケージ部材１０に対向する面）に接着フィルム２０が貼り付いた状態のＩＣチップ３０をパッケージ部材１０におけるチップ搭載部上に搭載する。このＩＣチップ３０をパッケージ部材１０に搭載する場合、ＩＣチップ３０が実装されたパッケージ部材１０を所定の温度（約２３０℃）に加熱されたステージ（図示せず）上に置く。次に、接着フィルム２０が貼り付いた状態のＩＣチップ３０を、パッケージ部材１０上に加熱圧着する。その後、オーブン等を用いて接着フィルム２０を本硬化する（約１９０℃、１時間）。このようにして、ＩＣチップ３０が接着フィルム２０を介してパッケージ部材１０と接合される。なお、パッケージ部材１０には、予めワイヤボンディング用のパッド１０ａ、接続部材８０が形成されている。

次に、図２（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング用のパッド５０ａが形成され、裏面（梁構造体５１の反対面）に接着フィルム４０が貼り付いた状態の半導体センサチップ５０を、ＩＣチップ３０の上に搭載する。この半導体センサチップ５０をＩＣチップ３０の上に搭載する場合、ＩＣチップ３０が実装されたパッケージ部材１０を所定の温度（約２３０℃）に加熱されたステージ（図示せず）上に置く。次に、接着フィルム４０が貼り付いた状態の半導体センサチップ５０を、ＩＣチップ３０上に加熱圧着する。その後、オーブン等を用いて接着フィルム４０を本硬化する（約１９０℃、１時間）。このようにして、半導体センサチップ５０が接着フィルム４０を介してＩＣチップ３０と接合される。

続いて、ワイヤボンダ（図示せず）によってワイヤ６０ａをパッド１０ａと３０ａ、ワイヤ６０ｂをパッド３０ｂと５０ａとにワイヤボンディングする。このようにして、パッド１０ａとパッド３０ａ、パッド３０ｂとパッド５０ａとが電気的に接続され、パッケージ部材１０とＩＣチップ３０、ＩＣチップ３０と半導体センサチップ５０とが電気的に接続される。

次に、図２（ｃ）に示すように、ＩＣチップ３０、半導体センサチップ５０などが搭載されたパッケージ部材１０及び蓋７０をクリーンな状態に維持しつつ、接続部材８０と仕切部材９０を備える蓋７０とを溶接することによって、パッケージ部材１０を封止する。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。

第２の実施の形態における半導体センサ１００は、上述の第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態と異なる点は、仕切部材９０の形成位置を変更する点である。

図３に示すように、仕切部材９０を半導体センサチップ３０に対向する位置に設ける。このように、仕切部材９０を半導体センサチップ３０に対向する位置に設けることによって、仕切部材９０と半導体センサチップ３０との間隔を小さくすることができ、異物Ｄが梁構造体５１に付着することをより一層抑制することができる。

また、仕切部材９０は、半導体センサチップ３０に対向する位置において、梁構造体５１に近い領域に設けるとさらに好ましい。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。

第３の実施の形態における半導体センサ１００は、上述の第１及び第２の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第３の実施の形態において、上述の第１及び第２の実施の形態と異なる点は、仕切部材９０の長さを変更する点である。

図４に示すように、仕切部材９０を半導体センサチップ３０に達するように設ける。このように、仕切部材９０を半導体センサチップ３０に達するように設けることによって、仕切部材９０と半導体センサチップ３０との間隔を略なくすことができ、異物Ｄが梁構造体５１に付着することをより一層抑制することができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５は、本発明の第４の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。

第４の実施の形態における半導体センサ１００の製造方法は、上述の第１乃至第３の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第４の実施の形態において、上述の第１乃至第３の実施の形態と異なる点は、接着剤９１を用いる点である。

図５に示すように、仕切部材９０と半導体センサチップ３０とを接着剤９１にて接続する。このように、仕切部材９０と半導体センサチップ３０とを接着剤９１にて接続することによっても、仕切部材９０と半導体センサチップ３０との間隔を略なくすことができ、異物Ｄが梁構造体５１に付着することをより一層抑制することができる。

なお、上述の第１乃至第４の実施の形態においては、半導体センサ１００を加速度センサに適用した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体センサ１００は、圧力センサ、ヨーレイトセンサ、赤外線センサなどであってもよい。

また、上述の第１乃至第４実施の形態においては、半導体センサチップ５０をＩＣチップ３０上に搭載する例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。半導体センサチップ５０とＩＣチップ３０とを並列に搭載してもよい。さらに、パッケージ部材１０内には、半導体センサチップ５０のみを搭載するようにしてもよい。

また、上述の第１乃至第４実施の形態においては、パッケージ部材１０内に半導体センサチップ５０などを収容する例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。半導体センサチップ５０などが搭載された略平面形状のパッケージ部材１０に箱状の蓋７０を被せるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態における半導体センサ１００の製造方法を示す工程別断面図である。 本発明の第２の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。 従来技術における半導体センサ１００の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ パッケージ部材、１０ａ パッド、２０ 接着フィルム、３０ ＩＣチップ、３０ａ、３０ｂ パッド、４０ 接着フィルム、５０ 半導体センサチップ、５１ 梁構造体、５０ａ パッド、６０ａ、６０ｂ ワイヤ、７０ 蓋、８０ 接続部材、９０ 仕切部材、９１ 接着剤、１００ 半導体センサ

Claims (8)

1. センシング部を備える半導体センサチップと、
   前記半導体センサチップを搭載する搭載面を有するパッケージ部材と、
   前記パッケージ部材と接合することによって前記半導体センサチップを封止する蓋部材と、
   前記パッケージ部材と前記蓋部材とによって形成される空間において、前記半導体センサチップの上部空間と当該上部空間の周辺空間とを仕切る仕切部材と、
   を備えることを特徴とする半導体センサ。
2. 前記センシング部は、可動電極と固定電極とを備え、当該可動電極と固定電極との間の静電容量を検出信号として出力することを特徴とする請求項１に記載の半導体センサ。
3. 前記仕切部材は、前記蓋部材に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体センサ。
4. 前記仕切部材は、前記半導体センサチップにおける前記センシング部周囲に対向する領域に形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体センサ。
5. 前記仕切部材は、前記半導体センサチップにおける前記センシング部周囲に達することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の半導体センサ。
6. 前記仕切部材と前記半導体センサチップとを接続する第１の接着剤を備えることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の半導体センサ。
7. 前記半導体センサチップから出力される検出信号を処理するための処理回路が形成された処理回路チップを備え、当該処理回路チップは、前記パッケージ部材と前記蓋部材とによって封止される空間内に収容されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体センサ。
8. 前記半導体センサチップは、前記処理回路チップ上に搭載されることを特徴とする請求項７に記載の半導体センサ。

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