JP2007115964A - センサ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】角速度検出用のセンサチップと回路チップとが積層されバンプ接続されてなるセンサ装置において、センサチップのセンシング部を樹脂フィルムで覆いつつ回路チップに対向させた場合に、センサチップと樹脂フィルムとの線膨張係数の差によるセンサチップの変形を抑制する。
【解決手段】半導体チップとしてのセンサチップ１０を、センシング部としての振動体１１を回路チップ２０の一面に対向させた状態でバンプ４０を介して回路チップ２０に積層し、センサチップ１０の一面に、振動体１１を被覆する樹脂よりなる第１のフィルム５１を接合し、センサチップ１０における一面とは反対側の他面に、樹脂よりなる第２のフィルム５２を接合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体よりなるセンサチップと回路チップとを積層し、バンプ接合してなるセンサ装置に関する。
従来より、角速度や加速度、圧力などの力学量を検出するセンシング部を一面に有する半導体チップを回路チップに対して電気的に接続する場合、当該半導体チップと回路チップとを積層し、これら両チップの間にバンプを介在させ、このバンプにより電気的な接続を行うものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１７２８０号公報
本発明者は、半導体チップの一面すなわちセンシング部を有する面と回路チップの一面とを対向させた状態で、バンプを介して両チップを積層する構成を採用することとし、この構成について検討を行った。
力学量を検出するセンシング部においては、可動部を有するものが多く、センシング部に対してバンプ接続時などに異物が付着すると大幅な特性変動が懸念される。そこで、このセンシング部を保護すべく、半導体チップの一面に、センシング部を覆う樹脂フィルムを接合することを考えた。
しかしながら、シリコンなどの半導体からなる半導体チップと、樹脂からなるフィルムとでは、線膨張係数の差が大きいため、温度サイクルなどによって、この線膨張係数差による応力（歪み）が発生し、半導体チップが湾曲してしまうことがわかった。
このような湾曲が発生した場合、半導体チップにおけるセンシング部が変形することになる。上述したように、力学量を検出するセンシング部としては、可動部を有するものが多く、センシング部の変形は、センサ特性の変動につながる。つまり、温度サイクルによるセンサの温度特性が悪化することになる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、力学量を検出するセンシング部を一面に有する半導体チップと回路チップとが積層されバンプ接続されてなるセンサ装置において、半導体チップのセンシング部を樹脂フィルムで覆いつつ回路チップに対向させた場合に、半導体チップと樹脂フィルムとの線膨張係数の差による半導体チップの変形を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、半導体チップ（１０）を、センシング部（１１）を回路チップ（２０）の一面に対向させた状態でバンプ（４０）を介して回路チップ（２０）に積層し、半導体チップ（１０）の一面に、センシング部（１１）を被覆する樹脂よりなる第１のフィルム（５１）を接合し、半導体チップ（１０）における一面とは反対側の他面に、樹脂よりなる第２のフィルム（５２）を接合したことを第１の特徴とする。
それによれば、半導体チップ（１０）において、その一面だけでなく、それとは反対側の他面にも樹脂よりなるフィルム（５２）が接合されており、半導体チップ（１０）の両面にて、半導体チップ（１０）と樹脂フィルム（５１、５２）との線膨張係数の差による応力を持つため、当該線膨張係数の差による半導体チップ（１０）の変形を抑制することができる。
また、本発明は、上記第１の特徴を有するセンサ装置において、第１のフィルム（５１）と第２のフィルム（５２）とで、フィルムを構成する樹脂が同一材料であることを第２の特徴とする。
このように両フィルム（５１、５２）が同一材料であれば、両フィルム（５１、５２）の線膨張係数を同じにしやすくなる。
また、センシング部（１１）を覆う第１のフィルム（５１）が、センシング部（１１）と接触している場合、センシング部（１１）の特性が阻害される可能性がある。その点を考慮して、本発明は、上記第１または第２の特徴を有するセンサ装置において、第１のフィルム（５１）を、センシング部（１１）と離間した状態で半導体チップ（１０）の一面に接合したことを第３の特徴とする。
また、本発明は、上記第１〜第３の特徴を有するセンサ装置において、第２のフィルム（５２）を、半導体チップ（１０）の他面のうちセンシング部（１１）に対応する部位から離間した状態で、半導体チップ（１０）の他面に接合したことを第４の特徴とする。
それによれば、センシング部（１１）の部分において半導体チップ（１０）の一面と他面との両面が、樹脂よりなる第１、第２のフィルム（５１、５２）とは離間しているため、温度サイクルによるセンシング部（１１）の歪みを抑制するうえで、有利な構成とすることができる。
また、本発明は、上記第１〜第４の特徴を有するセンサ装置において、第１のフィルム（５１）と第２のフィルム（５２）とで、半導体チップ（１０）に接合されている部分の面積を同一としたことを第５の特徴とする。
さらに、この第５の特徴を有するセンサ装置において、第１のフィルム（５１）と第２のフィルム（５２）とで、半導体チップ（１０）に接合されている部分の平面パターンを同一としたことを第６の特徴とする。
これら第５および第６の特徴を有するものによれば、半導体チップ（１０）の両面にて、半導体チップ（１０）とフィルム（５１、５２）との間の線膨張係数差による応力を極力同じにしやすくなる。
また、本発明は、上記第１〜第６の特徴を有するセンサ装置において、第１のフィルム（５１）を、半導体チップ（１０）の一面と回路チップ（２０）の一面との間を埋めるように配置し、回路チップ（２０）の一面にも接合したことを第７の特徴とする。
それによれば、両チップ（１０、２０）の機械的な接続および支持が第１のフィルム（５１）によってなされるため、接続強度の向上が図れる。
また、本発明は、上記第７の特徴を有するセンサ装置において、回路チップ（２０）における一面とは反対側の他面には、樹脂よりなる第３のフィルム（５３）が接合されていることを第８の特徴とする。
回路チップ（２０）の一面にも樹脂よりなる第１のフィルムが接合されている場合、回路チップ（２０）の他面に樹脂よりなる第３のフィルム（５３）を接合すれば、回路チップ（２０）の両面に樹脂フィルム（５１、５３）が接合された形となるため、半導体チップ（１０）の場合と同様に、温度サイクルによる回路チップ（２０）の変形を抑制することができる。
そして、このように第３のフィルム（５３）を設けた場合には、上記した半導体チップ（１０）の場合と同様に、回路チップ（２０）の両面のフィルム（５１、５３）同士において、これら両フィルム（５１、５３）を同一材料としたり、回路チップ（２０）に接合されている部分の面積や平面パターンを同一にすることが好ましい。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての角速度センサ装置１００の全体概略断面構成を示す図である。また、図２は、図１に示される角速度センサ装置１００の回路チップ２０における一面すなわち半導体チップ１０の搭載面側の面構成を半導体チップ１０とともに示す概略平面図である。
本実施形態の角速度センサ装置１００は、大きくは、図１に示されるように、半導体チップとしてのセンサチップ１０と回路チップ２０とこれらを収納するパッケージ３０とを備えて構成されている。
センサチップ１０は、本実施形態では、力学量としての角速度を検出する半導体チップとして構成されたものであり、その一面側には、センシング部であり可動部である振動体１１を備えている。
このようなセンサチップ１０は、たとえばＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板などの半導体基板に対して周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成され、本例では、図２に示されるように矩形板状のものである。
具体的に、センサチップ１０における振動体１１は、一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体とすることができ、弾性を有する梁により支持されて角速度の印加により可動となっている。
そして、図１において、振動体１１がｘ軸方向に駆動振動しているときにｚ軸回りの角速度Ωが印加されると、ｘ軸と直交するｙ軸の方向へコリオリ力により振動体１１が検出振動するようになっている。
そして、センサチップ１０には、図示しない検出用電極が設けられ、振動体１１の検出振動による振動体１１と当該検出用電極との間の静電容量変化を検出することにより、角速度Ωの検出が可能となっている。このように、センサチップ１０は振動体１１の振動に基づいて、角速度Ωを検出するものである。
また、センサチップ１０においては、その一面の適所に、上記振動体１１に電圧を印加したり、信号を取り出したりするためのパッド１２が設けられている。
そして、このパッド１２には、金バンプやはんだバンプなどからなるバンプ４０が接続されている。具体的には、図１に示されるように、このパッド１２はセンサチップ１０の周辺部に設けられており、このようなパッド１２は、たとえばアルミニウムなどからなる。
このバンプ４０は、一般的なスタッドバンプの形成方法やはんだバンプの形成方法、または、金などの導体ペーストを用いたスクリーン印刷、あるいは、金などのペーストを用いたインクジェット法による印刷など、各種の方法を採用することにより、形成することができる。
そして、センサチップ１０の一面と回路チップ２０の一面とが対向してバンプ４０を介して積層されている。すなわち、センサチップ１０は、振動体１１を回路チップ２０の一面に対向させた状態で回路チップ２０に積層され、これら両チップ１０、２０はバンプ４０を介して電気的に接続されている。
また、回路チップ２０は、センサチップ１０へ駆動や検出用の信号を送ったり、センサチップ１０からの電気信号を処理して外部へ出力する等の機能を有する信号処理チップとして構成されたものである。
ここでは、図１に示されるように、センサチップ１０のパッド１２と回路チップ２０のパッド２１とがバンプ４０を介して接続されている。また、本角速度センサ装置１００では、バンプ４０によって両チップ１０、２０の間隔が確保され、振動体１１と回路チップ２０とは離間している。
このような回路チップ２０は、たとえば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いるＩＣチップなどにより構成され、本例では矩形板状のもの（図２参照）である。
こうして、センサチップ１０からの電気信号は、バンプ４０を介して回路チップ２０へ送られ、たとえば、回路チップ２０に備えられたＣ／Ｖ変換回路などにより電圧信号に変換されて、角速度信号として出力されるようになっている。
ここで、本実施形態では、回路チップ２０と対向するセンサチップ１０の一面には、センシング部としての振動体１１を被覆する樹脂よりなる第１のフィルム５１が接合されている。また、センサチップ１０における一面とは反対側の他面には、樹脂よりなる第２のフィルム５２が接合されている。
これら第１のフィルム５１および第２のフィルム５２、角速度検出素子１０は、矩形板状のシート形状をなすものであり、図１に示されるように、両チップ１０、２０の積層方向において、３部材１０、５１、５２の外側の端部は、ほぼ一致している。
つまり、第１のフィルム５１および第２のフィルム５２の外周形状は、センサチップ１０の外周形状と実質的に同一の形状且つ同一の大きさを持つ矩形状である。しかし、図２では、便宜上、これら３部材１０、５１、５２の外側の端部を、わざとずらすことで、３部材１０、５１、５２の識別化を図っている。
これら第１のフィルム５１および第２のフィルム５２は、非導電性の樹脂フィルムであり、一般にＮＣＦ（Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）といわれるものを採用している。
このようなフィルム５１、５２としては、圧着や加熱圧着、あるいは接着などにより接合されたフィルム材でもよいし、スクリーン印刷やインクジェットなどの印刷法により形成されたフィルムなどでもよい。
具体的には、これらフィルム５１、５２は、電気絶縁性を有する樹脂、たとえばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などからなるものを採用する。このような樹脂のフィルム５１、５２は、熱を与えることによって軟化し、この軟化した状態で熱を与え続けることにより硬化するものである。
ここで、第１のフィルム５１がポリイミド系樹脂フィルムで、第２のフィルム５２がエポキシ系樹脂フィルムであるというように、両フィルム５１、５２でフィルムを構成する樹脂が異なっていてもよいが、本例では、両フィルム５１、５２でフィルムを構成する樹脂が同一材料であるものとしている。
両フィルム５１、５２でフィルムを構成する樹脂が同一材料であるとは、たとえば、両フィルム５１、５２がエポキシ系樹脂であって、その化学構造式や組成が同一であることを意味する。本例では、両フィルム５１、５２を同一のエポキシ系樹脂フィルムからなるものとしている。
そして、本例では、図１に示されるように、第１のフィルム５１は、互いに対向するセンサチップ１０の一面と回路チップ２０の一面との間を埋めるように配置され、回路チップ２０の一面にも接合されている。
ここでは、図１、図２に示されるように、センサチップ１０と回路チップ２０との間にて、第１のフィルム５１はバンプ４０の周囲にも設けられ、この第１のフィルム５１によってバンプ４０が封止された形となっている。
こうして、第１のフィルム５１がバンプ４０の周囲にて両チップ１０、２０間に充填され、両チップ１０、２０に接合した状態となることによって、両チップ１０、２０の機械的な接続および支持が、バンプ４０だけでなく、第１のフィルム５１によってもなされている。
また、第１のフィルム５１は、振動体１１と離間した状態でセンサチップ１０の一面に接合されている。ここでは、図１、図２に示されるように、第１のフィルム５１のうち振動体１１に対応する部位に凹部５１ａが形成されている。
第１のフィルム５１において、この凹部５１ａの部分は、当該凹部５１ａの周囲部よりも薄肉となっている。この凹部５１ａによって第１のフィルム５１は振動体１１と離間しており、両者１１、５１は非接触状態にある。
そして、第１のフィルム５１は、この凹部５１ａ以外の部位すなわち凹部５１ａの周囲部にて、センサチップ１０に対して接合されている。それによって、振動体１１が第１のフィルム５１に被覆され、異物の侵入が防止されている。
また、図１に示されるように、回路チップ２０は、パッケージ３０に対してバンプ４１を介して電気的および機械的に接続されている。このバンプ４１は上記両チップ１０、２０を接続するバンプ４０と同様のものである。
本実施形態のパッケージ３０は、内部もしくは表面などに導体材料からなる配線３１を有するものであり、特に限定するものではないが、セラミックや樹脂などからなるものにできる。このパッケージ３０は、たとえばアルミナなどのセラミック層が複数積層されたセラミック積層配線基板として構成することができる。
このような積層配線基板は、各層の間に上記配線３１が形成され、スルーホールなどにより各配線３１が導通されているものである。そして、図１に示されるように、回路基板２０のパッド２１とパッケージ３０の表面に位置する上記配線３１とが、バンプ４１により電気的・機械的に接続されている。
図１に示される例では、パッケージ３０の内部に設けられた段差部に配線３１が露出しており、回路チップ２０の一面の周辺部が、当該段差部に支持された形となっている。そして、この段差部にて回路チップ２０のパッド２１とパッケージ３０の配線３１とがバンプ４１を介して接続されている。
本例では、センサチップ１０は回路チップ２０よりも平面サイズが小さく、回路チップ２０はセンサチップ１０よりも一回り大きいものであり、センサチップ１０の外周端部を回路チップ２０の外周端部の内側に位置させることで、回路チップ２０を、その一面の周辺部にてパッケージ３０に接続可能としている。
このように、センサチップ１０および回路チップ２０と外部とは、上記バンプ４１やパッケージ３０の配線３１を介して電気的に接続されており、たとえば、回路チップ２０からの出力信号は、バンプ４１を介してパッケージ３０の配線３１から外部へ送られるようになっている。
また、図１に示されるように、パッケージ３０の開口部には蓋部３２が取り付けられて固定されており、この蓋部３２によってパッケージ３０の内部が封止されている。この蓋部３２は、セラミック、樹脂、金属などからなり、接着や溶接、ロウ付けなどによりパッケージ３０に接合されている。
次に、本角速度センサ装置１００の製造方法について述べる。図３は、本製造方法におけるセンサチップ１０と回路チップ２０とのバンプ４０を介した接続方法を示す工程図である。
まず、図３（ａ）に示されるように、それぞれ一面にバンプ４０ａ、４０ｂが設けられたセンサチップ１０、回路チップ２０を用意する。
ここでは、両チップ１０、２０にそれぞれバンプ４０ａ、４０ｂを設けており、センサチップ１０側のバンプ４０ａと回路チップ２０側のバンプ４０ｂとが接合されて、上記両チップ１０、２０を接合するバンプ４０となるものである。
本例では、各チップ１０、２０側のバンプ４０ａ、４０ｂはワイヤボンディング装置などを用いて形成された金バンプである。そして、本例では、図３（ａ）に示されるように、センサチップ１０の一面に第１のフィルム５１を貼り付ける。
ここで、第１のフィルム５１には、プレス加工やスタンプ加工などにより上記凹部５１ａを形成しておき、この凹部５１ａがセンサチップ１０の一面における振動体１１と一致するように、位置あわせした状態で、第１のフィルム５１の貼り付けを行う。
この第１のフィルム５１の貼り付けは、当該フィルムを加熱した状態で行う。上述したように、第１のフィルム５１は、いったん熱を与えることによって軟化するため、この軟化した状態で貼り付けを行う。たとえば、第１のフィルム５１を、８０℃程度に加熱して貼り付けを行う。
それにより、第１のフィルム５１の貼り付けにおいては、図３（ａ）に示されるように、軟化した第１のフィルム５１に対して、センサチップ１０側のバンプ４０ａがめり込んだ状態を実現する。
この貼り付け工程の後、図３（ａ）に示されるように、両チップ１０、２０の一面を対向させるとともに、両チップ１０、２０のバンプ４０ａ、４０ｂの位置あわせを行い、接続工程を行う。
接続工程では、図３（ｂ）に示されるように、センサチップ１０上の第１のフィルム５１に対して、回路チップ２０側のバンプ４０ｂを押しつける。すると、回路チップ２０側のバンプ４０ｂが第１のフィルム５１を突き破ることにより、センサチップ１０側のバンプ４０ａと回路チップ２０側のバンプ４０ｂとが接触する。
ここでは、第１のフィルム５１に熱を与えて軟化させた状態とし、この状態にて回路チップ２０側のバンプ４０ｂによる第１のフィルム５１の突き破りおよび両バンプ４０ａ、４０ｂの電気的な接続を行う。具体的には、上記貼り付け工程よりも加熱温度を高くし、たとえば１５０℃で数秒間、加熱した状態で、接続工程を行う。
すると、この接続工程では、熱によって軟化した第１のフィルム５１が、回路チップ２０側のバンプ４０ｂから荷重を受けて変形し、当該バンプ４０ｂによって突き破られる。そして、両バンプ４０ａ、４０ｂが接触した状態で、超音波接合を行う。すると、両バンプ４０ａ、４０ｂが金属接合して一体化することで両チップ１０、２０を接合するバンプ４０が形成され、それにより、電気的な接続が完了する。
次に、このものを室温に戻した後、封止工程を行う。この封止工程では、第１のフィルム５１にさらに熱を与えて第１のフィルム５１を硬化させることにより、形成されたバンプ４０の周囲を第１のフィルム５１により封止する。たとえば、上記接続工程と同程度の温度、たとえば１５０℃で１時間、加熱する。
それにより、第１のフィルム５１は、図３（ｂ）に示される状態で硬化する。そして、この硬化により、第１のフィルム５１はセンサチップ１０の一面および回路チップ２０の一面に接着し、バンプ４０が封止される。こうして、センサチップ１０と回路チップ２０とのバンプ４０を介した接続が完了する。
この両チップ１０、２０のバンプ接合後、第２のフィルム５２を、センサチップ１０の他面に接合する。この接合は、上記した第１のフィルム５１の貼り付けと同様に行えばよい。
その後、回路チップ２０におけるセンサチップ１０の外側の周辺部に位置するバンプ４１を介して、これら一体化された両チップ１０、２０をパッケージ３０に接合する。なお、このバンプ４１は、回路チップ２０において上記図３（ａ）に示されるバンプ４０ｂを形成するのと同時に、回路チップ２０に形成しておいてもよいし、または、両チップ１０、２０の接合後に形成してもよい。そして、回路チップ２０とパッケージ３０とのバンプ４１による接合は、上記した超音波接合にて可能である。
その後は、たとえば窒素ガスなどをパッケージ３０の内部に封入した状態で、パッケージ３０に対して上記蓋部３２を取り付ける。こうして、上記図１に示される角速度センサ装置１００ができあがる。
なお、上記図３に示される製造方法では、センサチップ１０の一面側に第１のフィルム５１を設けてバンプ接合を行ったが、本例では、両チップ１０、２０に第１のフィルム５１が接着されるものであるため、これとは逆に、回路基板２０の一面側に第１のフィルム５１を設けてバンプ接合を行ってもよい。
さらには、上記製造方法では、両チップ１０、２０の一面にそれぞれバンプ４０ａ、４０ｂを設けて、バンプ接合を行ったが、センサチップ１０側のみにバンプを設けるか、あるいは、回路チップ２０側のみにバンプを設けて、バンプ接合を行ってもよい。この場合、当該バンプと当該バンプが設けられない側のパッド１２、２１とが、上記と同様に、超音波接合などにより接合される。
また、第２のフィルム５２の接合は、両チップ１０、２０の接合後でなくてもよい。たとえば、バンプ４０による接合に差し支えがなければ、両チップ１０、２０の接合前において、センサチップ１０に第１のフィルム５１を貼り付けるのと同時に、第２のフィルム５２の貼り付けを行ってもよい。
ところで、本実施形態の角速度センサ装置１００においては、一面に角速度を検出するセンシング部としての振動体１１を有する半導体チップとしてのセンサチップ１０と回路チップ２０とが積層され、これら両チップ１０、２０がバンプを介して電気的に接続されている。
そして、このようなセンサ装置１００において、センサチップ１０を、その振動体１１を回路チップ２０の一面に対向させつつバンプ４０を介して回路チップ２０に積層し、センサチップ１０の一面に、振動体１１を被覆する樹脂よりなる第１のフィルム５１を接合し、センサチップ１０の他面に、樹脂よりなる第２のフィルム５２を接合している。
センサチップ１０は半導体からなり、たとえばシリコン（Ｓｉ）である。また、本例では、両フィルム５１、５２はエポキシ系樹脂からなり、パッケージ３０はセラミックからなる。
ここで、Ｓｉの線膨張係数はα＝２．３ｐｐｍ／℃、ヤング率はＥ＝１７０Ｇｐａ、フィルム５１、５２の線膨張係数はα＝ ３０ｐｐｍ／℃、ヤング率はＥ＝８Ｇｐａ、パッケージ３０の線膨張係数はα＝７ｐｐｍ／℃、ヤング率はＥ＝３１０Ｇｐａであるため、フィルム５１、５２とセンサチップ１０との間にて、最も熱膨張係数の差による歪が発生しやすい。
しかし、本実施形態では、センサチップ１０に樹脂よりなる第１のフィルム５１が接合されているだけでなく、それとは反対側のセンサチップ１０の他面にも樹脂よりなる第２のフィルム５２が接合されているため、センサチップ１０の一面と他面との両面にて、センサチップ１０とフィルム５１、５２との間の線膨張係数差による応力（歪み）を極力同じにすることができる。
特に、本例では、センサチップ１０の一面と他面とでフィルム５１、５２が同一材料であるため、両フィルム５１、５２の線膨張係数を同じにしやすく、センサチップ１０の両面にて上記応力を同じにしやすい。
こうして、本実施形態によれば、センサチップ１０の両面にて、センサチップ１０と樹脂フィルム５１、５２との線膨張係数の差による応力を持たせることができるため、温度サイクルなどの発生時に当該線膨張係数の差によるセンサチップ１０の変形を抑制することができる。
また、本実施形態では、第１のフィルム５１を、センシング部である振動体１１と離間した状態でセンサチップ１０の一面に接合しているため、この第１のフィルム５１が振動体１１に干渉して振動体１１の特性（たとえば振動特性など）が阻害されるのを防止することができる。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての角速度センサ装置２００の全体概略断面構成を示す図である。本実施形態では、上記実施形態に対して、センサチップ１０の他面に接合された第２のフィルム５２を変形したものである。
上記実施形態では、第２のフィルム５２は、センサチップ１０の他面の全体に接触して接合されたものであったが、本実施形態では、図４に示されるように、第２のフィルム５２は、センサチップ１０の他面のうち振動体１１に対応する部位から離間した状態で、センサチップ１０の他面に接合されている。
本例では、第２のフィルム５２において、センサチップ１０の他面のうち振動体１１に対応する部位に凹部５２ａが形成されており、この凹部５２ａにて、第２のフィルム５２はセンサチップ１０の他面と離間している。
具体的に、本例では、第２のフィルム５２は、第１のフィルム５１と同じ凹部形状をもつものとしている。つまり、本例の第２のフィルム５２の平面形状は、上記図２に示される第１のフィルム５１の平面形状と同一である。
それによれば、振動体１１の部分においてセンサチップ１０の一面と他面との両面が、樹脂よりなる第１、第２のフィルム５１、５２と離間しているため、温度サイクルによる振動体１１の歪みを抑制するうえで、より有利な構成を実現できる。
また、第１のフィルム５１と第２のフィルム５２とで、センサチップ１０に接合されている部分の面積すなわち接合面積を同一とすれば、センサチップ１０の両面にて、センサチップ１０とフィルム５１、５２との間の線膨張係数差による応力を極力同じにしやすくなる。
さらに、接合面積を同一としたうえで、センサチップ１０に接合されている部分の平面パターン、すなわち接合領域のパターンを同一にしてやれば、上記線膨張係数差による応力を、より同じにしやすくできる。
本実施形態のように、第２のフィルム５２を、第１のフィルム５１と同じ部位にてセンサチップ１０から離間させることにより、これら両フィルム５１、５２の接合面積や接合領域のパターンを極力似たものにできる。
特に、本例のように、第１のフィルム５１と第２のフィルム５２とを同じ凹部形状をもつものとすることにより、互いのフィルム５１、５２において、接合面積、接合領域のパターンが同一のものとなる。
また、両フィルム５１、５２の接合面積や接合領域のパターンを同一とすることは、両フィルム５１、５２のフィルム形状が同一でなくてもよく、異なっていてもよいし、フィルムのサイズも異なっていてもよい。このように形状やサイズが異なっていても、たとえば、フィルム５１、５２における一部の領域の接着性を無くすことなどにより、接合面積や接合領域のパターンの調整は容易に行える。
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置としての角速度センサ装置３００の全体概略断面構成を示す図である。
本実施形態は、上記第１および第２の各実施形態に適用可能であり、上記各実施形態に対して、さらに、回路チップ２０における一面すなわちセンサチップ１０と対向する面とは反対側の他面に、樹脂よりなる第３のフィルム５３を接合したものである。この第３のフィルム５３は、上記第１および第２のフィルム５１、５２と同様の樹脂から選択されたものからなる。
上記実施形態では、回路チップ２０の一面に第１のフィルム５１が接合されているため、回路チップ２０においても、温度サイクルによって回路チップ２０と第１のフィルム５１との線膨張係数差による湾曲が発生する可能性がある。回路チップ２０が湾曲した場合、この回路チップ２０とバンプ４０を介して接合されているセンサチップ１０も、湾曲する恐れがある。
その点、本実施形態のように、回路チップ２０において、その一面だけでなく、それとは反対側の他面にも樹脂よりなる第３のフィルム５３を接合することにより、回路チップ２０は、その両面にて、回路チップ２０と第１のフィルム５１との線膨張係数の差による応力を持つ。
そのため、本実施形態によれば、当該線膨張係数の差による回路チップ２０の変形を抑制することができる。そして、回路チップ２０の変形を抑制することは、ひいては、センサチップ１０の変形を防止することにもつながる。
また、本実施形態のように、回路チップ２０の両面に樹脂よりなるフィルム５１、５３を接合した場合には、上記図４に示されるセンサチップ１０の場合と同様に、回路チップ２０の両面のフィルム５１、５３同士において、これら両フィルム５１、５３を同一材料としたり、接合面積や接合領域のパターンを同一にしてもよい。
また、図６は、本第３実施形態に係るもう一つの例としての角速度センサ装置３１０の全体概略断面構成を示す図である。
この例では、第１のフィルム５１、第２のフィルム５２および第３のフィルム５３の３枚のフィルム５１〜５３を、互いに同一の形状およびサイズを有するものとし、センサチップ１０と回路チップ２０との積層方向（図６中の上下方向）からみて、ほぼ全体が互いに重なるように同じ位置に設けたものである。
この例では、３枚のフィルム５１〜５３を、センサチップ１０と同一の外周形状を有するものとし、第３のフィルム５３を、回路チップ２０の他面のうちセンサチップ１０に対応する部位に配置している。
それにより、図６中の上方すなわち回路チップ２０の他面から、本角速度センサ装置３１０を眺めた場合、３枚のフィルム５１〜５３は、実質的に位置ずれすることなく、互いに重なった状態となっている。
また、この図６に示される例では、３枚のフィルム５１〜５３は、いずれも凹部５１ａ〜５３ａを持つものであり、材料も同一のものからなる。つまり、本例においては、実質的にまったく同じフィルムを３枚用意すれば、そのうちの一枚を第１、第２、第３のフィルム５１〜５３のうちのいずれに用いてもよいことになる。このことは、生産性の点で有利である。
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係るセンサ装置としての角速度センサ装置４００の要部概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第１実施形態において、両チップ１０、２０間に介在する第１のフィルム５１を変形したものである。
上記第１実施形態では、第１のフィルム５１は、センサチップ１０と回路チップ２０との間を埋める程度に厚みを持ったものであり、それによって、センサチップ１０の一面だけでなく回路チップ２０の一面にも接合されていた。
それに対して、図７に示されるように、本実施形態では、第１のフィルム５１の厚さを、バンプ４０により確保される両チップ１０、２０間の間隔よりも小さいものとし、第１のフィルム５１は、センサチップ１０の一面のみに接合され、回路チップ２０の一面とは離れたものとしている。
ここで、本実施形態においても、、第１のフィルム５１は、振動体１１と離間した状態でセンサチップ１０の一面に接合されている。具体的には、第１のフィルム５１は、振動体１１に対応する部位が振動体１１から離れる方向へ凸となった凸部５１ｂを構成している。
それにより、この凸部５１ｂによって振動体１１と第１のフィルム５１とを適切に離間させることができるとともに、上記実施形態における第１のフィルム５１と同様に、振動体１１が覆われるため、振動体１１への異物の侵入が防止される。
なお、このような凸部５１ｂは、たとえば、第１のフィルム５１を湾曲させてセンサチップ１０へ接合したり、熱プレスなどで塑性変形することにより形成できる。そして、本実施形態の角速度センサ装置４００は、このような凸部５１ｂを設けた第１のフィルム５１を用いて、上記実施形態と同様に、製造できる。また、本実施形態は、上記第２実施形態および第３実施形態にも適用が可能である。
（他の実施形態）
なお、第１のフィルム５１を、センシング部である振動体１１と離間させるためには、上記した凹部５１ａや凸部５１ｂ以外のものでもよい。また、センシング部が半導体チップの一面から凹んで配置されている場合などには、第１のフィルムは平板形状であっても、センシング部と離間させることが可能になる。
さらに、センシング部が第１のフィルムと接触していても、そのセンシング特性等に実質的に影響が無い場合には、第１のフィルムはセンシング部に接触していてもよいし、さらには、接合されていてもよい。
また、上記実施形態では、センサチップ１０と回路チップ２０とのバンプ４０による接続は、超音波接合を採用して行ったものであったが、それ以外に、種々のバンプ接続法を用いてもよい。
また、上記実施形態では、回路チップ２０は、その一面すなわちセンサチップ１０とのバンプ接続面にて、パッケージ３０とバンプ４１により接続されていたが、たとえば、上記図１において、回路チップ２０およびセンサチップ１０からなる積層体を、上下方向に反転させた状態とし、回路チップ２０の他面にて、回路チップ２０とパッケージ３０とをバンプ４１によって接続してもよい。
さらには、回路チップ２０とパッケージ３０とは、バンプ４１による接続以外のものでもよく、たとえば、ボンディングワイヤによる接続でもよい。
また、本発明は、上記した角速度センサ装置に限定されるものではなく、力学量を検出するセンシング部を一面に有する半導体チップと回路チップとが積層され、これら両チップがバンプを介して電気的に接続されてなるセンサ装置であれば、適用可能である。
たとえば、一面に可動電極や可動錘などのセンシング部を有する半導体チップを備える加速度センサや、ダイアフラムなどのセンシング部を有する半導体チップを備える圧力センサなどであってもよい。
本発明の第１実施形態に係る角速度センサ装置の概略断面図である。 図１に示される角速度センサ装置の回路チップにおける一面側の面構成を示す概略平面図である。 上記第１実施形態に係る角速度センサ装置の製造方法におけるセンサチップと回路チップとの接続方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る角速度センサ装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る角速度センサ装置の概略断面図である。 上記第３実施形態に係る角速度センサ装置のもう１つの例を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る角速度センサ装置の要部を示す概略断面図である。
符号の説明
１０…半導体チップとしてのセンサチップ、１１…センシング部としての振動体、
２０…回路チップ、４０…バンプ、
５１…第１のフィルム、５１ａ…第１のフィルムの凹部、
５２…第２のフィルム、５２ａ…第２のフィルムの凹部、
５３…第３のフィルム。

Claims (14)

  1. 一面側に力学量を検出するセンシング部（１１）を有する半導体チップ（１０）と回路チップ（２０）とが積層され、これら両チップ（１０、２０）がバンプ（４０）を介して電気的に接続されてなるセンサ装置において、
    前記半導体チップ（１０）は、前記センシング部（１１）を前記回路チップ（２０）の一面に対向させた状態で前記バンプ（４０）を介して前記回路チップ（２０）に積層されており、
    前記半導体チップ（１０）の前記一面には、前記センシング部（１１）を被覆する樹脂よりなる第１のフィルム（５１）が接合されており、
    前記半導体チップ（１０）における前記一面とは反対側の他面には、樹脂よりなる第２のフィルム（５２）が接合されていることを特徴とするセンサ装置。
  2. 前記第１のフィルム（５１）と前記第２のフィルム（５２）とで、フィルムを構成する樹脂が同一材料であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
  3. 前記第１のフィルム（５１）は、前記センシング部（１１）と離間した状態で前記半導体チップ（１０）の前記一面に接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
  4. 前記第１のフィルム（５１）のうち前記センシング部（１１）に対応する部位に凹部（５１ａ）が形成されており、この凹部（５１ａ）によって前記第１のフィルム（５１）は前記センシング部（１１）と離間していることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
  5. 前記第２のフィルム（５２）は、前記半導体チップ（１０）の前記他面のうち前記センシング部（１１）に対応する部位から離間した状態で、前記半導体チップ（１０）の前記他面に接合されていることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ装置。
  6. 前記第２のフィルム（５２）において、前記半導体チップ（１０）の前記他面のうち前記センシング部（１１）に対応する部位に凹部（５２ａ）が形成されており、この凹部（５２ａ）にて、前記第２のフィルム（５２）は前記半導体チップ（１０）の前記他面と離間していることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
  7. 前記第１のフィルム（５１）と前記第２のフィルム（５２）とで、前記半導体チップ（１０）に接合されている部分の面積が同一であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のセンサ装置。
  8. 前記第１のフィルム（５１）と前記第２のフィルム（５２）とで、前記半導体チップ（１０）に接合されている部分の平面パターンが同一であることを特徴とする請求項７に記載のセンサ装置。
  9. 前記第１のフィルム（５１）は、前記半導体チップ（１０）の前記一面と前記回路チップ（２０）の前記一面との間を埋めるように配置され、前記回路チップ（２０）の前記一面にも接合されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のセンサ装置。
  10. 前記回路チップ（２０）における前記一面とは反対側の他面には、樹脂よりなる第３のフィルム（５３）が接合されていることを特徴とする請求項９に記載のセンサ装置。
  11. 前記第１のフィルム（５１）と前記第３のフィルム（５３）とで、フィルムを構成する樹脂が同一材料であることを特徴とする請求項１０に記載のセンサ装置。
  12. 前記第１のフィルム（５１）と前記第３のフィルム（５３）とで、前記回路チップ（２０）に接合されている部分の面積が同一であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のセンサ装置。
  13. 前記第１のフィルム（５１）と前記第３のフィルム（５３）とで、前記回路チップ（２０）に接合されている部分の平面パターンが同一であることを特徴とする請求項１２に記載のセンサ装置。
  14. 前記第１のフィルム（５１）、前記第２のフィルム（５２）および前記第３のフィルム（５３）は、互いに同一の形状およびサイズを有するものであり、これら３個のフィルム（５１〜５３）は、前記半導体チップ（１０）と前記回路チップ（２０）との積層方向からみて互いに重なるように同じ位置に設けられていることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載のセンサ装置。
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