JP2012073233A - センサ装置及び半導体センサ素子の実装方法 - Google Patents

センサ装置及び半導体センサ素子の実装方法 Download PDF

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真也 山口
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智仁 瀧
Takashi Usui
孝志 臼井
Soichiro Suzu
宗一郎 鈴
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Abstract

【課題】ダイボンド樹脂にビーズを混ぜ込まなくても、ワイヤボンディング強度を向上させることができる、センサ装置を提供すること。
【解決手段】半導体圧力センサ素子１１と、実装基板１２と、半導体圧力センサ１１と実装基板１２との間に挟まれたレジストスペーサ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄとを備え、半導体圧力センサ素子１１と実装基板１２がワイヤボンディングされる、圧力センサ装置であって、レジストスペーサ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、半導体圧力センサ素子１１の取り付け面１１ａ１とダイボンド樹脂１５によって接着される被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１を有し、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１の総面積が、取り付け面１１ａ１の総面積よりも小さいことを特徴とする、センサ装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、半導体センサ素子を備えるセンサ装置、及び半導体センサ素子の実装方法に関する。
図１（ａ）は、関連技術の例に係る半導体圧力センサ素子１１１が実装された実装基板１１２の平面図である。図１（ｂ）は、関連技術の例に係る実装基板１１２及び実装基板１１２に実装された半導体圧力センサ素子１１１の断面図である。応力を感知する半導体圧力センサ素子１１１を実装基板１２に固定する場合、外部から実装基板１１２に加えられる応力や半導体圧力センサ素子１１１と実装基板１１２との熱膨張率の差によって生ずる応力を吸収・緩和するために、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、低弾性率の（すなわち、柔らかい）ダイボンド樹脂１１５が接着剤として用いられることが多い。
しかしながら、低弾性率のダイボンド樹脂１１５によって固定（ダイボンディング）された半導体圧力センサ素子１１１に、実装基板１１２と電気的に接続するためのボンディングワイヤ１１３をボールボンディングすると、そのダイボンド樹脂１１５が緩衝材となるために、ワイヤボンダビリティ（ワイヤボンディング強度）が低下してしまう。例えば、半導体圧力センサ素子１１１へのボンディングワイヤ１１３の接着は、図２に示されるように、キャピラリ１００から供給されるボンディングワイヤ１１３の先端のワイヤボール１１３ａに、超音波と荷重と熱を伝えることによって行われる。この際、半導体圧力センサ素子１１１が低弾性率のダイボンド樹脂１１５によって実装基板１１２に固定されていると、ワイヤボンディング時の荷重によって半導体圧力センサ素子１１１が傾いて沈み込み、超音波や荷重の伝達が不十分になるため、ワイヤボンディング強度が低下するなどの不具合が発生してしまう。
このようなワイヤボンダビリティの低下を抑制するため、図３に示されるように、低弾性率のダイボンド樹脂１１５にビーズ（フィラー）１１５ａを混ぜ込むことによって、ワイヤボンダビリティの向上を図った行技術文献として、例えば特許文献１，２が知られている。
特開平７−４５６４２号公報 特開昭６３−２３３３４２号公報
しかしながら、ビーズを混ぜ込んだダイボンド樹脂は、ダイボンド樹脂を供給するディスペンサのニードルをつまりやすくするおそれがある。また、ビーズをダイボンド樹脂に混ぜ込むことにより、ダイボンド樹脂の塗布性が低下する。更に、管理の困難性（例えば、ダイボンド樹脂の保存の困難性やビーズの分散の制御の困難性）及びビーズをダイボンド樹脂に混ぜ込むことによるコストの増加により、作業性や生産性が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、ダイボンド樹脂にビーズを混ぜ込まなくても、ワイヤボンディング強度を向上させることができる、センサ装置及び半導体センサ素子の実装方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るセンサ装置は、
第１の取り付け面を有する半導体センサ素子と、
第２の取り付け面を有する基部と、
前記第１の取り付け面と前記第２の取り付け面との間に挟まれたスペーサとを備え、
前記半導体センサ素子と前記基部がワイヤボンディングされる、センサ装置であって、
前記スペーサは、前記第１の取り付け面と前記第２の取り付け面の少なくとも一方とダイボンド樹脂によって接着される被取り付け面を有し、
前記被取り付け面の総面積が、前記第１の取り付け面の総面積よりも小さい、ことを特徴とするものである。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る半導体センサ素子の実装方法は、
半導体センサ素子を基部に実装する方法であって、
前記半導体センサ素子の第１の取り付け面と前記基部の第２の取り付け面との間に挟まれるスペーサは、前記第１の取り付け面の総面積よりも小さい総面積を有する被取り付け面を有していて、
前記被取り付け面にダイボンド樹脂を塗布する工程と、
前記第１の取り付け面と前記第２の取り付け面の少なくとも一方と前記被取り付け面とを前記ダイボンド樹脂によってダイボンディングする工程と、
前記半導体センサ素子と前記基部とをワイヤボンディングする工程とを有することを特徴とするものである。
本発明によれば、ダイボンド樹脂にビーズを混ぜ込まなくても、ワイヤボンディング強度を向上させることができる。
従来の圧力センサ装置の平面図及び断面図である。 半導体圧力センサ素子１１１の従来の実装方法を示した図である。 従来の圧力センサ装置の断面図である。 回路基板２１及び回路基板２１に実装された圧力センサ装置２の断面図である。 実装基板１２の具体例を示した外形図である。 半導体圧力センサ素子１１の実装方法を示したフローチャートである。 図６のステップＳ１０のダイボンド樹脂１５の塗布工程を表す図である。 図６のステップＳ２０のダイボンディング工程とステップＳ３０のワイヤボンディング工程を表す図である。 ワイヤボンディング強度の測定結果を示したグラフである。 方形環状に形成されたレジストスペーサ５３を示した図である。 枠部１１ａの取り付け面１１ａ１の四隅に対向する位置に形成されたレジストスペーサ５４を示した図である。 １個当たりの被取り付け面の面積が小さいレジストスペーサ５５を示した図である。 圧力導入口１８から放射状に伸びたレジストスペーサ５６を示した図である。 円環状に形成されたレジストスペーサ５７を示した図である。 メタルスペーサ５８を示した図である。 本発明の一実施形態である圧力センサ装置３の断面図である。 本発明の一実施形態である圧力センサ装置４の断面図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。以下の実施例では半導体圧力センサ素子を例に説明するが、本発明は、これに限定されないことは言うまでもない。例えば、加速度センサ、半導体マイクなどの半導体技術を使って形成されるセンサ素子であれば良い。
図４は、回路基板２１及び回路基板２１に実装された圧力センサ装置２の断面図である。本発明の一実施形態である圧力センサ装置２は、実装基板１２の搭載面１２Ａにシリコン樹脂等のダイボンド樹脂１５を接着剤として接着された半導体圧力センサ素子１１がハウジング１６によってパッケージされた構造を有している。圧力センサ装置２は、実装基板１２の取り付け面１２Ｂに設けられた端子１９と回路基板２１の被取り付け面２１Ａに設けられた不図示のランドとがはんだ３２ではんだ付けされることによって、回路基板２１の被取り付け面２１Ａに固定されている。回路基板２１は、圧力センサ装置２によって検出された圧力情報を使用する圧力計等の電子機器の基板である。回路基板２１は、被取り付け面２１Ａと被取り付け面２１Ａの反対側にある裏面２１Ｂとを有する。
実装基板１２は、半導体圧力センサ素子１１を固定するための、圧力センサ装置２の基部である。実装基板１２は、半導体圧力センサ素子１１が実装される搭載面１２Ａを有する。半導体圧力センサ素子１１は、ボンディングワイヤ１３によって、搭載面１２Ａに形成されたワイヤボンディングパッド１４に、ワイヤボンディングされている。半導体圧力センサ素子１１は、実装基板１２の搭載面１２Ａにエポキシ樹脂等の接着剤３１で接着されたハウジング１６に収容されている。
半導体圧力センサ素子１１は、ハウジング１６に筒状に形成された圧力供給口１７から供給される気体等の流体の圧力を被測定圧として検出する。半導体圧力センサ素子１１は、圧力を検出するダイヤフラム１１ｂが形成された素子であり、ダイヤフラム１１ｂの歪みを抵抗値の変化として検出する半導体歪みゲージ方式の素子でもよいし、ダイヤフラム１１ｂの変位を静電容量の変化として検出する静電容量方式の素子でもよいし、他の検出方式で被測定圧を検出する素子でもよい。半導体圧力センサ素子１１は、ダイヤフラム１１ｂがハウジング１６の圧力供給口１７と実装基板１２の圧力導入口１８との間に挟まれるように、圧力供給口１７の下方且つ圧力導入口１８の上方に設置される。ダイヤフラム１１ｂの歪み（又は、変位）は、圧力供給口１７から印加される被測定圧と圧力導入口１８から印加される大気圧との圧力差に応じて変化するので、その歪み量（又は、変位量）を抵抗値（又は、静電容量値）の変化量として検出することによって、被測定圧を測定することができる。
半導体圧力センサ素子１１は、ダイヤフラム１１ｂと、ダイヤフラム１１ｂを下方から支持する枠部１１ａとを備える。枠部１１ａは、ダイヤフラム１１ｂの圧力導入口１８側の下面を四方取り囲むように、該下面の周縁に搭載面１２Ａの方向に伸びて形成される。半導体圧力センサ素子１１は、方形環状の枠部１１ａがダイボンド樹脂１５によって実装基板１２の搭載面１２Ａにダイボンディングされることによって、実装される。半導体圧力センサ素子１１の実装基板１２への実装についての詳細説明は、後述する。
圧力導入口１８は、実装基板１２の搭載面１２Ａと取り付け面１２Ｂとの間に形成された第１の貫通孔であり、圧力導入口２２は、回路基板２１の被取り付け面２１Ａと裏面２１Ｂとの間に形成された第２の貫通孔である。圧力導入口２２の口径は、圧力導入口１８の口径よりも大きい。圧力センサ装置２は、実装基板１２の圧力導入口１８と回路基板２１の圧力導入口２２とが連通するように、実装基板１２の取り付け面１２Ｂと回路基板２１の被取り付け面２１Ａとが対向した状態で、端子１９にはんだ３２が付くことによって回路基板２１に表面実装される。これにより、ハウジング１６外部の大気圧を半導体圧力センサ素子１１のダイヤフラム１１ｂに導くことができる。
圧力導入口１８は、実装基板１２の搭載面１２Ａと取り付け面１２Ｂとを貫通するように、半導体圧力センサ素子１１のダイヤフラム１１ｂの下方に形成されている。１８Ａは、圧力導入口１８の搭載面１２Ａ側の開口部であり、１８Ｂは、圧力導入口１８の取り付け面１２Ｂ側の開口部である。
図４、図５（ｃ）に示されているように、実装基板１２は、円環凹状の段部４１を有する。段部４１は、取り付け面１２Ｂに形成されたレジスト膜１２Ｂ１の一部を除去することによって、レジスト膜除去部４２（圧力導入口１８に接する部位）と端子１９との間に形成される。図５には、端子１９として、複数の端子１９ａ〜１９ｎが例示されている。このように形成された段部４１によって、圧力センサ装置２が回路基板２１にはんだ付けされるときに、取り付け面１２Ｂの端子１９に付いたはんだ内の液状化したフラックスが、レジスト膜１２Ｂ１の表面上を伝わって圧力導入口１８の開口部１８Ｂを塞ぐことを防止できる。
図５は、実装基板１２の具体例を示した外形図である。図５（ａ）は、実装基板１２の搭載面１２Ａ側から見た平面図である。図５（ｂ）は、実装基板１２の側面１２Ｃ側から見た側面図である。図５（ｃ）は、実装基板１２の取り付け面１２Ｂ側から見た下面図である。この実装基板１２の材質は、ＦＲ４である。図５において、梨地模様部は、レジスト膜が無く、金めっき処理を施した電極部位である。また、格子部は、レジスト膜が無く、銅箔も無い、実装基板１２の基材１２Ｄ（図７（ｂ）参照）の部位である。１２Ａ１，１２Ｂ１，１２Ｂ２は、基材１２Ｄの表面に形成されたレジスト膜である。実装基板１２の周縁部に形成された複数の端子１９（１９ａ〜１９ｎ）は、不図示の配線パターンを介して、ワイヤボンディングパッド１４に電気的に接続されている。各端子１９は、側面１２Ｃを介して搭載面１２Ａと取り付け面１２Ｂにわたって形成されている。
レジストスペーサ５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ）は、半導体圧力センサ素子１１の枠部１１ａを載せるための台座である。レジストスペーサ５２は、搭載面１２Ａ側のレジスト膜１２Ａ１を除去することによって、圧力導入口１８の開口部１８Ａと端子１９との間に形成された凸部である。５１は、レジスト膜１２Ａ１を除去することによって露出したレジスト膜除去面である。つまり、レジストスペーサ５２は、レジスト膜除去面５１に対して突き出ていて、圧力導入口１８の開口部１８Ａの周りに、開口部１８Ａと間隔を空けて形成されている。開口部１８Ａと間隔を空けてレジストスペーサ５２を設けることによって、半導体圧力センサ素子１１をレジストスペーサ５２に接着させるためにレジストスペーサ５２に塗布されたダイボンド樹脂が、開口部１８Ａに流れて到達しにくくなる。その結果、圧力導入口１８がそのダイボンド樹脂によって塞がりにくくすることができる。また、各レジストスペーサ５２を圧力導入口１８の開口部１８Ａの円周方向に等間隔に配置することで、半導体圧力センサ素子１１を各レジストスペーサ５２に安定して接着できる。
レジストスペーサ５２の高さ（厚み）は、ダイボンド樹脂の粘度等を考慮すると、通常のダイボンディング時の樹脂層厚み（例えば、２０μｍ以上３０μｍ以下の厚み）以下であると好適であるが、使用するダイボンド樹脂の粘度や濡れ性、ダイボンド荷重によって変わり得る。
次に、レジストスペーサ５２が設けられた実装基板１２に半導体圧力センサ素子１１を実装する方法について、図６，７，８に従って説明する。図６は、半導体圧力センサ素子１１の実装方法を示したフローチャートである。図７は、図６のステップＳ１０のダイボンド樹脂塗布工程を表す図である。図８は、図６のステップＳ２０のダイボンディング工程とステップＳ３０のワイヤボンディング工程を表す図である。図７（ａ）と図８（ａ）は、実装基板１２の平面図を表す。図７（ｂ）と図８（ｂ）は、実装基板１２の断面図を表す。
ダイボンド樹脂塗布工程（図６のステップＳ１０）において、図７に示されるように、レジストスペーサ５２の全体が覆われるようにダイボンド樹脂１５をレジストスペーサ５２の上方から塗布する。この場合、通常の塗布条件と同じ条件で塗布できる。図７（ａ）の斜線部は、ダイボンド樹脂１５が塗布された範囲を表している。このようにダイボンド樹脂１５を塗布することによって、レジストスペーサ５２それぞれの上側平面である被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１上に、ダイボンド樹脂１５が盛られる。
次に、ダイボンディング工程（図６のステップＳ２０）において、図８に示されるように、半導体圧力センサ素子１１の枠部１１ａの下側平面である取り付け面１１ａ１を、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄにダイボンド樹脂１５を挟んで接着する。
次に、ワイヤボンディング工程（図６のステップＳ３０）において、図８に示されるように、半導体圧力センサ素子１１の上面に形成されたワイヤボンディングパッド１１ｃと実装基板１２の搭載面１２Ａに形成されたワイヤボンディングパッド１４とを、ボンディングワイヤ１３でワイヤボンディングする。
最初に、キャピラリから供給されるボンディングワイヤ１３の先端のワイヤボール１３ａをワイヤボンディングパッド１１ｃに接触させた状態で、超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えることによって、ワイヤボール１３ａとワイヤボンディングパッド１１ｃがボンディングされる。そして、キャピラリをワイヤボンディングパッド１４上に移動させて、ボンディングワイヤ１３に超音波と荷重と熱を伝えることによって、ボンディングワイヤ１３とワイヤボンディングパッド１４がボンディングされる。
ワイヤボンディングパッド１１ｃは、半導体圧力センサ素子１１の上面のダイヤフラム１１ｂの周縁部に形成されている。ワイヤボンディングパッド１１ｃは、その外形を半導体圧力センサ素子１１の上面から投影すると、レジストスペーサ５２の被取り付け面５２ａ１等がその投影範囲に重複するような位置に配置されている。すなわち、ワイヤボンディングパッド１１ｃは、半導体圧力センサ素子１１が実装基板１２に実装された状態で、レジストスペーサ５２の被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１のうちの少なくとも一つの被取り付け面の法線上に位置するように、ダイヤフラム１１ｂの周縁部に形成されている。ダイボンド強度向上の点で、レジストスペーサ５２の被取り付け面５２ａ１等がその投影範囲に単に一部だけ重複するよりも、完全に含まれた方が好ましい。
ここで、取り付け面１１ａ１と被取り付け面５２ａ１等との間の低弾性率（例えば、１ＭＰａ以下）のダイボンド樹脂１５が厚すぎると、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝える際に、半導体圧力センサ素子１１が傾いて沈み込み、ワイヤボンディング強度が低下するなどの不具合が発生してしまう。
これに対し、本実施例では、レジストスペーサ５２の台座の形状（構成）によって、ダイボンド樹脂塗布工程で、レジストスペーサ５２の被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１に過剰なダイボンド樹脂１５が供給されても、余分なダイボンド樹脂１５は、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１よりも低位のレジスト膜除去面５１に流れ落ち、レジストスペーサ５２の脇に逃がすことができる。その結果、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１に盛られたダイボンド樹脂１５の厚みが必要以上に厚くならないため、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えても、半導体圧力センサ素子１１の沈み込みとワイヤボンディング強度の低下を抑えることができる。
また、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１は、取り付け面１１ａ１の面積Ｓ１が、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１の総面積Ｓ２（即ち、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１の面積の総和）よりも大きくなるように、形成されている。換言すると、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１の総面積Ｓ２は、取り付け面１１ａ１の総面積Ｓ１よりも小さい。取り付け面１１ａ１は、方形環状であって、均一な平面を有する。図７（ａ）に示された一点鎖線に囲まれた方形環状領域Ｓ1は、取り付け面１１ａ１の面積を表す。被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１の総面積Ｓ２が取り付け面１１ａ１の面積Ｓ１よりも小さくなるように、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１を形成することで、取り付け面１１ａ１の下方に空間を形成できる。つまり、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１の総面積Ｓ２が取り付け面１１ａ１の面積Ｓ１よりも小さいので、ダイボンディング工程で、取り付け面１１ａ１が被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１にダイボンド樹脂１５を挟んで接する際に、ダイボンド樹脂１５を、レジスト膜除去面５１に流れ落としてレジストスペーサ５２の脇（すなわち、取り付け面１１ａ１の下方の空間）に逃がしやすくすることができる。その結果、取り付け面１１ａ１と被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１との間に挟まれたダイボンド樹脂１５の厚みが必要以上に厚くならない。よって、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えても、半導体圧力センサ素子１１の沈み込みとワイヤボンディング強度の低下を抑えることができる。
また、ダイボンディング工程で、取り付け面１１ａ１と被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１との間に挟まれたダイボンド樹脂１５に加わる荷重は、総面積Ｓ２が総面積Ｓ１よりも小さい場合、総面積Ｓ２が総面積Ｓ１よりも大きい場合に比べて大きくなる。ダイボンディング工程で半導体圧力センサ素子１１の実装基板１２への実装時の実装荷重が、総面積Ｓ２が総面積Ｓ1よりも小さい場合と総面積Ｓ２が総面積Ｓ１よりも大きい場合と同じであれば、被取り付け面５２ａ１等に加えられる応力は増加するからである。したがって、総面積Ｓ２を総面積Ｓ１よりも小さくすることによって、取り付け面１１ａ１と被取り付け面５２ａ１等との間に挟まれたダイボンド樹脂１５の厚みを薄くすることができるため、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えても、半導体圧力センサ素子１１の沈み込みとワイヤボンディング強度の低下を抑えることができる。
図９は、ワイヤボンディング強度の測定結果を示したグラフである。レジストスペーサ５２が有る場合（図７，８参照）とレジストスペーサ５２が無い場合（図１参照）の２種類の実装基板１２に、半導体圧力センサ素子１１を互いに同じ条件で実装し、半導体センサ素子１１と実装基板１２との接着強度（ダイシェア強度）、及び半導体圧力センサ素子１１とワイヤボール１３ａとの接合強度（ボールシェア強度）を測定した。図９に示した測定結果は、レジストスペーサ５２が無い場合のダイシェア強度及びボールシェア強度を１としたときの、レジストスペーサ５２が有る場合のダイシェア強度及びボールシェア強度を示している。図９に示されるように、レジストスペーサ５２が有る場合、レジストスペーサ５２が無い場合に比べて、ダイシェア強度が約８倍に向上し、ボールシェア強度が約４倍に向上した。
また、被取り付け面５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄの総面積Ｓ１を、取り付け面１１ａ１の総面積Ｓ２よりも小さくすることによって、文字通り、半導体圧力センサ素子１１の取り付け面１１ａ１と実装基板１２の搭載面１２Ａとの接面の面積が小さくなる。したがって、その接面の面積が小さくなるので、外部から実装基板１２に加えられる応力や半導体圧力センサ素子１１と実装基板１２との熱膨張率の差によって生ずる応力を吸収・緩和する効果が大きくなり、半導体圧力センサ素子１１の検出精度を高めることができる。
また、ダイボンド樹脂１５にビーズを混ぜる必要が無く、余分なコストがかからない。ビーズを混ぜないため、ダイボンド樹脂の塗布条件を従来の通常の塗布条件から変える必要もない。また、ビーズ入り樹脂の場合、基板に塗布された樹脂の中に存在するビーズが不確定なため、ビーズ入り樹脂の場合に比べて、スペーサ（台座）としての効果が安定且つ確実に得られる。また、ビーズ入り樹脂の場合に比べて、接合強度が確保しやすい。また、ビーズの潰れや破砕を考慮する必要が無いため、ダイボンディング時の荷重制御の要求精度を低くすることができる。
また、実装基板１２のレジスト膜を除去することによって台座を生成しているので、ガラススペーサのような別部品を必要としない。よって、半導体圧力センサ素子１１をシンプルな構造で製造できる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、半導体圧力センサ素子１１の枠部１１ａの取り付け面１１ａ１にダイボンド樹脂１５を介して接着される被取り付け面を有する台座の形状として、図１０〜図１５のような変形例が考えられる。図１０〜図１５に示したいずれの台座に関しても、台座の被取り付け面の総面積は、半導体圧力センサ素子１１の枠部１１ａの取り付け面１１ａ１の総面積よりも小さい。
図１０は、方形環状に形成されたレジストスペーサ５３を示した図である。図１０の形状にすることによって、ワイヤボンディング強度を向上させることができる。また、ダイボンド樹脂１５がレジストスペーサ５３に沿って付着するので、大気導入口１８へのダイボンド樹脂１５の流れを調整しやすい。図１１は、枠部１１ａの取り付け面１１ａ１の四隅に対向する位置に形成されたレジストスペーサ５４を示した図である。図１２は、１個当たりの被取り付け面の面積が、例えば、上述のレジストスペーサ５２の被取り付け面の面積よりも、小さいレジストスペーサ５５を示した図である。図１３は、圧力導入口１８から放射状に伸びたレジストスペーサ５６を示した図である。図１３の形状にすることによって、半導体圧力センサ素子１１が予定されている実装位置よりずれた場合における許容誤差を大きくとることができる。図１４は、円環状に形成されたレジストスペーサ５７を示した図である。図１４の形状にすることによって、ダイボンド樹脂１５がレジストスペーサ５７に沿って付着するので、大気導入口１８へのダイボンド樹脂１５の流れを調整しやすい。図１５は、メタルスペーサ５８を示した図である。メタルスペーサ５８は、レジスト膜によって形成されたものではなく、実装基板１２の内層の銅箔で形成することもできる。或いは、メタルスペーサ５８は、実装基板１２に金メッキなどの金属を塗布することで形成することもできる。
図１６は、本発明の一実施形態である圧力センサ装置３の断面図である。上述の実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。圧力センサ装置３は、半導体圧力センサ素子１０と半導体回路素子基板８１との積層構造（スタック構造）が、実装基板１２にダイボンド樹脂１５で接着される構造を有する。
半導体圧力センサ素子１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサチップ６０と、ガラス基板６１とを有している。ＭＥＭＳセンサ６０の枠部６１ａの底面とガラス基板６１の上面とが陽極接合されることによって、ＭＥＭＳセンサチップ６０の枠部６１ａで囲まれた空間は、ガラス基板６１で封止される。ＭＥＭＳセンサチップ６０は、上述の半導体圧力センサ素子１１と同一の構成を有する圧力センサ部である。
ガラス基板６１の取り付け面６１ａ１と半導体回路素子基板８１の搭載面８１Ａとの間には、上述のレジストスペーサ５２等と同様に、ガラススペーサ６２が挟まれている。ガラススペーサ６２は、レジストスペーサ５２等と同一の構成を有しているとよく、例えば、Ｘ軸方向に互いに対向して配置された２つのガラススペーサ６２ａ，６２ｃと、Ｙ軸方向に互いに対向して配置された２つのガラススペーサ６２ｂ，６２ｄ（不図示）とから構成されている。
ガラススペーサ６２は、例えば、ＭＥＭＳセンサチップ６０の枠部６１ａの底面とガラス基板６１との接合工程の前に、ガラス基板６１の取り付け面６１ａ１に一体的に形成される。具体的には、ガラススペーサ６２は、エッチング、サンドブラストなどの方法によって、取り付け面６１ａ１に直接形成されるとよい。
ガラススペーサ６２は、搭載面８１Ａとダイボンド樹脂１５によって接着される被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１を有する。図１６には、ガラススペーサ６２ａの被取り付け面６２ａ１と、ガラススペーサ６２ｃの被取り付け面６２ｃ１が図示され、ガラススペーサ６２ｂの被取り付け面６２ｂ１とガラススペーサ６２ｄの被取り付け面６２ｄ１については省略されている。
また、被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１は、取り付け面６１ａ１の面積Ｓ３が、被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１の総面積Ｓ４（即ち、被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１の面積の総和）よりも大きくなるように、形成されている。換言すると、被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１の総面積Ｓ４は、取り付け面６１ａ１の総面積Ｓ３よりも小さい。取り付け面６１ａ１は、方形であって、均一な平面を有する。被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１の総面積Ｓ４が取り付け面６１ａ１の面積Ｓ３よりも小さくなるように、被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１を形成することで、取り付け面６１ａ１の下方に空間を形成できる。つまり、被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１の総面積Ｓ４が取り付け面６１ａ１の面積Ｓ３よりも小さいので、ダイボンディング工程で、搭載面８１Ａが被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１にダイボンド樹脂１５を挟んで接する際に、ダイボンド樹脂１５を、ガラススペーサ６２の脇（すなわち、取り付け面６１ａ１の下方の空間）に逃がしやすくすることができる。その結果、取り付け面６１ａ１と被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１との間に挟まれたダイボンド樹脂１５の厚みが必要以上に厚くならない。よって、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えても、半導体圧力センサ素子１０の沈み込みとワイヤボンディング強度の低下を抑えることができる。
また、ダイボンディング工程で、取り付け面６１ａ１と被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１との間に挟まれたダイボンド樹脂１５に加わる荷重は、総面積Ｓ４が総面積Ｓ３よりも小さい場合、総面積Ｓ４が総面積Ｓ３よりも大きい場合に比べて大きくなる。ダイボンディング工程で半導体圧力センサ素子１０の半導体回路素子基板８１への実装時の実装荷重が、総面積Ｓ４が総面積Ｓ３よりも小さい場合と総面積Ｓ４が総面積Ｓ３よりも大きい場合と同じであれば、被取り付け面６２ａ１等に加えられる応力は増加するからである。したがって、総面積Ｓ４を総面積Ｓ３よりも小さくすることによって、取り付け面６１ａ１と被取り付け面６２ａ１等との間に挟まれたダイボンド樹脂１５の厚みを薄くすることができるため、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えても、半導体圧力センサ素子１０の沈み込みとワイヤボンディング強度の低下を抑えることができる。
なお、ガラススペーサ６２は、ガラス基板６１と一体的に形成された部位ではなく、ガラス基板６１とは別のガラス部品であってもよい。また、ガラススペーサ６２は、ガラス以外の材質で形成されたスペーサ（例えば、半導体回路素子基板８１の搭載面８１Ａに凸状に形成されたレジストスペーサ）に置き換えてもよい。この場合のスペーサの被取り付け面は、ダイボンド樹脂を介してガラス基板６１の取り付け面６１ａ１に接着されるとよい。
このように、ガラススペーサ６２によって、半導体回路素子基板８１のワイヤボンディングパッド８３と圧力センサ素子１０のワイヤボンディングパッド６１ｃとを結ぶボンディングワイヤ７３Ａのボンダビリティを確保できる。また、ワイヤボンディングパッド６１ｃは、半導体圧力センサ素子１０が半導体回路素子基板８１に実装された状態で、ガラススペーサ６２の被取り付け面６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１のうち少なくとも一つの被取り付け面の法線上に位置するように、ダイヤフラム６１ｂの周縁部に形成されている。これにより、ボンディングワイヤ７３Ａのワイヤボンディング強度を更に上げることができる。
また、レジストスペーサ５２の被取り付け面の総面積は、半導体回路素子基板８１の下側の取り付け面８１Ｂの面積よりも小さくしているため、半導体回路素子基板８１のワイヤボンディングパッド８２と実装基板１２のワイヤボンディングパッド１４とを結ぶボンディングワイヤ７３Ｂのボンダビリティについては、レジストスペーサ５２によってボンダビリティを確保できる。また、ワイヤボンディングパッド６１ｃは、半導体回路素子基板８１が実装基板１２に実装された状態で、レジストスペーサ５２の被取り付け面のうち少なくとも一つの被取り付け面の法線上に位置するように、ダイヤフラム６１ｂの周縁部に形成されている。これにより、ボンディングワイヤ７３Ａのワイヤボンディング強度を更に上げることができる。
図１７は、本発明の一実施形態である圧力センサ装置４の断面図である。上述の実施形態と同様の構成についてはその説明を省略する。圧力センサ装置４は、半導体圧力センサ素子１０と半導体回路素子基板８１との積層構造（スタック構造）が、セラミックパッケージ９１に接着される構造を有する。
半導体圧力センサ素子１０と半導体回路素子基板８１とのワイヤボンディング、半導体回路素子基板８１とセラミックパッケージ９１とのワイヤボンディングについても、図１６の場合と同様である。半導体回路素子基板８１とセラミックパッケージ９１とのワイヤボンディングについては、セラミックパッケージ９１の内部に一体形成されたセラミックスペーサ９２（９２ａ，９２ｃ）によって、半導体回路素子基板８１とセラミックパッケージ９１とのワイヤボンダビリティを確保できる。
セラミックスペーサの場合もレジストスペーサやガラススペーサと同様に、セラミックスペーサの被取り付け面に盛られたダイボンド樹脂１５の厚みが必要以上に厚くならないため、ワイヤボンディング工程で超音波と荷重と熱をワイヤボール１３ａに伝えても、半導体圧力センサ素子１０の沈み込みとワイヤボンディング強度の低下を抑えることができる。
２，３，４ 圧力センサ装置
１０，１１，１１１ 半導体圧力センサ素子
１１ａ，１１１ａ 枠部
１１ａ１ 取り付け面
１１ｂ，１１１ｂ ダイヤフラム
１１ｃ，１１１ｃ ワイヤボンディングパッド
１２，１１２ 実装基板
１２Ａ，１１２Ａ 搭載面
１２Ｂ，１１２Ｂ 取り付け面
１２Ａ１，１２Ｂ１，１２Ｂ２，１１２Ａ１ レジスト膜
１２Ｄ，１１２Ｄ 基材（基板）
１３，１１３ ボンディングワイヤ
１３ａ，１１３ａ ワイヤボール
１４，１１４ ワイヤボンディングパッド
１５，１１５ ダイボンド樹脂
１５ａ ビーズ（フィラー）
１６ ハウジング
１７ 圧力供給口
１８，１１８ 圧力導入口
１９ 端子
２１ 回路基板
２１Ａ 被取り付け面
２１Ｂ 裏面
２２ 圧力導入口
３１ 接着剤
３２ はんだ
５１，１５１ レジスト膜除去面
５２〜５７，５２ａ〜５２ｄ レジストスペーサ
５８ メタルスペーサ
５２ａ１，５２ｂ１，５２ｃ１，５２ｄ１ 被取り付け面
６０ ＭＥＭＳセンサチップ
６１ ガラス基板
６１ａ 枠部
６１ａ１ 取り付け面
６１ｂ ダイヤフラム
６１ｃ ワイヤボンディングパッド
６２，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ ガラススペーサ
６２ａ１，６２ｂ１，６２ｃ１，６２ｄ１ 被取り付け面
７３Ａ，７３Ｂ ボンディングワイヤ
８１ 半導体回路素子基板
８１Ａ 搭載面
８１Ｂ 取り付け面
８２，８３ ワイヤボンディングパッド
９１ セラミックパッケージ
９２，９２ａ，９２ｃ セラミックスペーサ
１００ キャピラリ

Claims (8)

  1. 第１の取り付け面を有する半導体センサ素子と、
    第２の取り付け面を有する基部と、
    前記第１の取り付け面と前記第２の取り付け面との間に挟まれたスペーサとを備え、
    前記半導体センサ素子と前記基部がワイヤボンディングされる、センサ装置であって、
    前記スペーサは、前記第１の取り付け面と前記第２の取り付け面の少なくとも一方とダイボンド樹脂によって接着される被取り付け面を有し、
    前記被取り付け面の総面積が、前記第１の取り付け面の総面積よりも小さい、ことを特徴とする、センサ装置。
  2. 前記半導体センサ素子は、前記基部とワイヤボンディングされるボンディング領域を有し、
    該ボンディング領域は、前記被取り付け面の法線方向に位置する、請求項１に記載のセンサ装置。
  3. 前記半導体センサ素子は、ガラス基板と、該ガラス基板に接合するセンサ部とを有し、
    前記ガラス基板が、前記第１の取り付け面を有し、
    前記センサ部が、前記ボンディング領域を有する、請求項２に記載のセンサ装置。
  4. 前記スペーサは、前記基部に形成された部位である、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  5. 前記スペーサは、前記基部に塗布されたレジスト膜によって形成された部位である、請求項４に記載のセンサ装置。
  6. 前記スペーサが、前記半導体センサ素子に形成された部位である、請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  7. 前記半導体センサ素子は、半導体圧力センサ素子であって、
    前記基部は、前記半導体圧力センサ素子に圧力を導入する圧力導入口を有し、
    前記スペーサは、前記圧力導入口の周りに設けられた、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  8. 半導体センサ素子を基部に実装する方法であって、
    前記半導体センサ素子の第１の取り付け面と前記基部の第２の取り付け面との間に挟まれるスペーサは、前記第１の取り付け面の総面積よりも小さい総面積を有する被取り付け面を有していて、
    前記被取り付け面にダイボンド樹脂を塗布する工程と、
    前記第１の取り付け面と前記第２の取り付け面の少なくとも一方と前記被取り付け面とを前記ダイボンド樹脂によってダイボンディングする工程と、
    前記半導体センサ素子と前記基部とをワイヤボンディングする工程とを有することを特徴とする方法。
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