JP2010021210A - 微小電気機械システムの実装方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワイヤボンディングの信頼性を向上するための支持部11と、振動外乱を遮断するための弾性支持部13により可動部を備える半導体チップCHP1を外枠体10に固定する。そして、ワイヤボンディングを行なった後、最終的に、支持部11は熱により変形して分離するため、半導体チップCHP1は外枠体10の内部で柔らかい弾性支持部13のみで接続され、宙吊り構造が実現できる。そのため、自発振動や振動外乱の伝達を防ぐことができる。
【選択図】図5
Description
本実施の形態1におけるMEMSについて図面を参照しながら説明する。本実施の形態1では、MEMSの一例として、加速度センサを例に挙げて説明する。図1は、半導体チップCHP1に形成された加速度センサを構成する構造体を示す平面図である。図1に示すように、半導体チップCHP1には、固定部1が設けられており、この固定部1には、梁2が接続されている。そして、梁2は、加速度センサの錘となる可動部3と接続されている。つまり、固定部1と可動部3は弾性変形可能な梁2で接続されており、可動部3は、図1のx方向に変位できるようになっている。そして、可動部3を挟むように固定電極4が設けられている。このように構成された加速度センサの構造体は、シリコンなどの半導体材料から構成されている。したがって、互いに梁2を介して接続されている固定部1と可動部3とは電気的に接続されており、可動部3に印加される電位は、固定部1に形成されている端子1aから供給されるように構成されている。一方、固定電極4にも固定電極4に接続されている端子4aから電位が供給されるようになっている。
本実施の形態2におけるMEMSの実装構成について図面を参照しながら説明する。前記実施の形態1では、外枠体10の底部全体を加熱することにより、支持部11の接続・分離を行なっていたが、本実施の形態2では、外枠体10の底部全体ではなく、支持部11の近傍にマイクロヒータを設けて、支持部11だけを主に加熱する例について説明する。
本実施の形態3におけるMEMSの実装構成について図面を参照しながら説明する。前記実施の形態2では、外枠体10の上部に配置されるキャップ14と半導体チップCHP1とを弾性支持部13で支持することにより宙吊り構造を実現する例について説明したが、本実施の形態3では、外枠体10の底部(台座部)と半導体チップCHP2とを弾性支持部13で支持する実装構成について説明する。
本実施の形態4におけるMEMSの実装構成について図面を参照しながら説明する。前記実施の形態2では、外枠体10の上部に配置されるキャップ14と半導体チップCHP1とを弾性支持部13で支持することにより宙吊り構造を実現する例について説明したが、本実施の形態4では、外枠体10の側面と半導体チップCHP2の側面とを弾性支持部13で支持する実装構成について説明する。
1a 端子
2 梁
3 可動部
4 固定電極
4a 端子
5 埋め込み絶縁層
6 検出用容量部
7 容量電圧変換部
8 信号処理部
10 外枠体
11 支持部
11a 接点
11b 接触領域
12 接着材
13 弾性支持部
14 キャップ
15 基板層
16 埋め込み絶縁層
17 シリコン層
18 空洞部
19 可動部
19a 固定部
20 キャップ層
100 パッケージ
101 半導体チップ
102 弾性支持部材
103 ワイヤ
104 間隔
105 リッド
CHP 半導体チップ
CHP1 半導体チップ
CHP2 半導体チップ
E1 電極
E2 電極
H1 マイクロヒータ
L 配線
L1 配線
L2 配線
L3 配線
Pa パッケージ
PD1 パッド
PD2 パッド
PD3 パッド
PD4 パッド
S 基板層
V ビア
W1 ワイヤ
W2 ワイヤ
Claims (21)
- (a)空洞部と前記空洞部内に設けられた変位可能な可動体とを含む構造体を形成した第1半導体チップを用意する工程と、
(b)前記第1半導体チップに形成されている前記構造体からの出力を電気信号として処理する集積回路を形成し、かつ、前記第1半導体チップよりも平面形状が大きな第2半導体チップを用意する工程と、
(c)凹形状をし、かつ、上部が開口している外枠体を用意する工程と、
(d)前記外枠体の底部と前記第2半導体チップとを離散的に配置された複数の支持部材を介して接続する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第2半導体チップ上に前記第1半導体チップを搭載する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1半導体チップに形成されている第1端子と前記第2半導体チップに形成されている第2端子とを第1ワイヤで接続し、前記第2半導体チップに形成されている第3端子と前記外枠体に形成されている第4端子とを第2ワイヤで接続する工程と、
(g)前記(f)工程後、弾性支持部材を形成したキャップを、前記弾性支持部材が前記第1半導体チップと接着するように配置し、かつ、前記キャップにより前記外枠体の内部を密閉する工程と、
(h)前記(g)工程後、前記複数の支持部材を加熱することにより、前記複数の支持部材を溶融させ、溶融した前記複数の支持部材に働く表面張力を利用して、前記第2半導体チップと前記外枠体の底部とを分離する工程とを備えることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記(h)工程は、前記外枠体の底部を加熱することにより、前記複数の支持部材を加熱することを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記外枠体の底部にある前記複数の支持部材の直下に、前記外枠体の底部内に埋め込まれた複数のマイクロヒータが形成されており、
前記(h)工程は、前記複数のマイクロヒータにより前記複数の支持部材を加熱することを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記弾性支持部材は、前記複数の支持部材よりも柔らかいことを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記複数の支持部材は、導電性材料から構成され、かつ、加熱することにより溶融する材料から形成されていることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項5記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記複数の支持部材は、半田材料から形成されていることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項5記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記複数の支持部材は、それぞれ、前記第2半導体チップの裏面に形成されている第1電極と前記外枠体の底面に形成されている第2電極とを接続するように構成され、かつ、前記第1電極、前記複数の支持部材および前記第2電極は、閉ループ回路を形成しており、
前記(h)工程は、前記第2半導体チップと前記外枠体が結合状態にあるのか、あるいは、分離状態にあるのかを、前記複数の支持部材の電気抵抗を測定することにより検出する工程を含んでいることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記弾性支持部材の前記第1半導体チップの表面に垂直な方向のバネ定数をkz、前記弾性支持部材により支えられている前記第1半導体チップと前記第2半導体チップを合わせた質量をm、前記外枠体の外部から印加される許容加速度の最大値をAmaxとする場合、前記(h)工程により分離された前記第2半導体チップと前記外枠体との間の距離hは、h>(m/kz)・Amaxの条件を満足することを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記(g)工程は、前記第1ワイヤおよび前記第2ワイヤを前記弾性支持部材で覆うようにすることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記弾性支持部材は、シリコンゲルから形成されていることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項1記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記第1半導体チップに形成されている前記構造体には、前記可動体の変位に応じて静電容量が変化する検出用容量部が含まれており、
前記第1半導体チップには、さらに、前記検出用容量部で検出する静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する容量電圧変換部を有していることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項11記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記第2半導体チップに形成されている集積回路は、前記容量電圧変換部で変換された電圧信号を処理することを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - (a)空洞部と前記空洞部内に設けられた変位可能な可動体とを含む構造体を形成した第1半導体チップを用意する工程と、
(b)前記第1半導体チップに形成されている前記構造体からの出力を電気信号として処理する集積回路を形成し、かつ、前記第1半導体チップよりも平面形状が大きな第2半導体チップを用意する工程と、
(c)凹形状をし、かつ、上部が開口している外枠体を用意する工程と、
(d)前記外枠体の底部と前記第2半導体チップとを、弾性支持部材と離散的に配置された複数の支持部材の両方で接続する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第2半導体チップ上に前記第1半導体チップを搭載する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第1半導体チップに形成されている第1端子と前記第2半導体チップに形成されている第2端子とを第1ワイヤで接続し、前記第2半導体チップに形成されている第3端子と前記外枠体に形成されている第4端子とを第2ワイヤで接続する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記複数の支持部材を加熱することにより、前記複数の支持部材を溶融させ、溶融した前記複数の支持部材に働く表面張力を利用して、前記第2半導体チップと前記外枠体を接続している前記複数の支持部材のそれぞれを切り離す一方、前記第2半導体チップと前記外枠体の底部とを前記弾性支持部材だけで支えるようにする工程とを備えることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項13記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記外枠体の底部にある前記複数の支持部材の直下に、前記外枠体の底部内に埋め込まれた複数のマイクロヒータが形成されており、
前記(g)工程は、前記複数のマイクロヒータにより前記複数の支持部材を加熱することを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項14記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記複数の支持部材は、それぞれ、前記第2半導体チップの裏面に形成されている第1電極と前記外枠体の底面に形成されている第2電極とを接続するように構成され、かつ、前記第1電極、前記複数の支持部材および前記第2電極は、閉ループ回路を形成しており、
前記(g)工程は、前記第2半導体チップと前記外枠体が結合状態にあるのか、あるいは、分離状態にあるのかを、前記複数の支持部材の電気抵抗を測定することにより検出する工程を含んでいることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - (a)空洞部と前記空洞部内に設けられた変位可能な可動体とを含む構造体を形成した第1半導体チップを用意する工程と、
(b)前記第1半導体チップに形成されている前記構造体からの出力を電気信号として処理する集積回路を形成し、かつ、前記第1半導体チップよりも平面形状が大きな第2半導体チップを用意する工程と、
(c)凹形状をし、かつ、上部が開口している外枠体を用意する工程と、
(d)前記外枠体の底部と前記第2半導体チップとを離散的に配置された複数の支持部材で接続する工程と、
(e)前記(d)工程後、前記第2半導体チップ上に前記第1半導体チップを搭載する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記第2半導体チップの側面と前記外枠体の側面にある隙間を埋め込むように弾性支持部材を形成する工程と、
(g)前記(f)工程後、前記第1半導体チップに形成されている第1端子と前記第2半導体チップに形成されている第2端子とを第1ワイヤで接続し、前記第2半導体チップに形成されている第3端子と前記外枠体に形成されている第4端子とを第2ワイヤで接続する工程と、
(h)前記(g)工程後、前記複数の支持部材を加熱することにより、前記複数の支持部材を溶融させ、溶融した前記複数の支持部材に働く表面張力を利用して、前記第2半導体チップと前記外枠体の底部とを分離する工程とを備えることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項16記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記外枠体の底部にある前記複数の支持部材の直下に、前記外枠体の底部内に埋め込まれた複数のマイクロヒータが形成されており、
前記(h)工程は、前記複数のマイクロヒータにより前記複数の支持部材を加熱することを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項17記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記複数の支持部材は、それぞれ、前記第2半導体チップの裏面に形成されている第1電極と前記外枠体の底面に形成されている第2電極とを接続するように構成され、かつ、前記第1電極、前記複数の支持部材および前記第2電極は、閉ループ回路を形成しており、
前記(h)工程は、前記第2半導体チップと前記外枠体が結合状態にあるのか、あるいは、分離状態にあるのかを、前記複数の支持部材の電気抵抗を測定することにより検出する工程を含んでいることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - (a)空洞部と前記空洞部内に設けられた変位可能な可動体とを含む構造体を形成した第1半導体チップを用意する工程と、
(b)凹形状をし、かつ、上部が開口している外枠体を用意する工程と、
(c)前記外枠体の底部と前記第1半導体チップとを離散的に配置された複数の支持部材を介して接続する工程と、
(d)前記(c)工程後、前記第1半導体チップに形成されている第1端子と前記外枠体に形成されている第4端子とを第3ワイヤで接続する工程と、
(e)前記(d)工程後、弾性支持部材を形成したキャップを、前記弾性支持部材が前記第1半導体チップと接着するように配置し、かつ、前記キャップにより前記外枠体の内部を密閉する工程と、
(f)前記(e)工程後、前記複数の支持部材を加熱することにより、前記複数の支持部材を溶融させ、溶融した前記複数の支持部材に働く表面張力を利用して、前記第1半導体チップと前記外枠体の底部とを分離する工程とを備えることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項19記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記第1半導体チップに形成されている前記構造体には、前記可動体の変位に応じて静電容量が変化する検出用容量部が含まれており、
前記第1半導体チップには、さらに、前記検出用容量部で検出する静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する容量電圧変換部を有していることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。 - 請求項20記載の微小電気機械システムの実装方法であって、
前記第1半導体チップは、さらに、前記容量電圧変換部で変換された電圧信号を処理する集積回路が形成されていることを特徴とする微小電気機械システムの実装方法。
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