JP2015206636A - 物理量センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査工程を簡略化する。【解決手段】センサチップ１０と回路チップ２０との間に、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続する第１接続部材４１を配置する。そして、センサチップ１０と回路チップ２０とをボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続する。これによれば、ボンディングワイヤ５１とセンサチップ１０および回路チップ２０との接続箇所を外観検査することにより、センサチップ１０と回路チップ２０とが電気的に接続されているか否かを検査でき、検査工程を簡略化できる。【選択図】図１

Description

本発明は、物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサチップが回路チップに搭載された物理量センサおよびその製造方法に関するものである。

従来より、この種の物理量センサとして次のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この物理量センサでは、センサチップと回路チップとの間に接続部材としてのバンプが配置されている。そして、センサチップと回路チップとは、バンプを介して機械的および電気的に接続されている。

特開２００８−７６１５３号公報

しかしながら、このような物理量センサでは、バンプがセンサチップと回路チップとの間に配置されているため、外観検査でバンプの状態（亀裂があるか等）を認識することが困難である。このため、センサチップと回路チップとがバンプを介して電気的に接続されているか否かを検査する場合には、実際にセンサチップおよび回路チップの作動を確認しなければならず、検査工程が複雑になるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、検査工程を簡略化できる物理量センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（１０）と、センサチップを搭載すると共にセンサチップと電気的に接続される回路チップ（２０）と、センサチップと回路チップとの間に配置され、センサチップと回路チップとを接続する第１接続部材（４１）とを備え、以下の点を特徴としている。

すなわち、第１接続部材は、センサチップと回路チップとを機械的にのみ接続し、センサチップと回路チップとは、ボンディングワイヤ（５１）を介して電気的に接続されていることを特徴としている。

これによれば、ボンディングワイヤとセンサチップおよび回路チップとの接続箇所を外観検査することによってセンサチップと回路チップとが電気的に接続されているか否かを検査できる。このため、検査工程を簡略化にできる。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物理量センサの製造方法において、回路チップ上に第１接続部材を介してセンサチップを搭載する工程と、センサチップと回路チップとの間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤを介してセンサチップと回路チップとを電気的に接続する工程と、ボンディングワイヤとセンサチップおよび回路チップとの接続箇所を外観検査することにより、センサチップと回路チップとが電気的に接続されているか否かを検査する外観検査工程と、を行うことを特徴としている。

これによれば、ボンディングワイヤとセンサチップおよび回路チップとの接続箇所を外観検査することによってセンサチップと回路チップとが電気的に接続されているか否かを検査している。このため、検査工程を簡略化できる。

なお、この欄および特許請求の範囲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ものである。

本発明の第１実施形態における物理量センサの断面図である。 図１に示す物理量センサの製造工程を示す断面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、本発明の物理量センサを角速度センサに適用した例について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の角速度センサは、センサチップ１０と、回路チップ２０と、これらセンサチップ１０および回路チップ２０を収容するパッケージ３０とを備えている。

センサチップ１０は、角速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部１１が形成された一般的な半導体チップである。本実施形態では、センサチップ１０として、一面１０ａ側に駆動電極および検出電極を有するセンシング部１１が形成され、センシング部１１から角速度に応じたセンサ信号が出力されるものが用いられる。また、センサチップ１０には、一面１０ａ側にセンシング部１１と電気的に接続されるパッド１２が形成されている。

そして、このセンサチップ１０は、他面１０ｂが回路チップ２０と対向するように、第１接続部材４１を介して回路チップ２０に搭載されている。ここで、第１接続部材４１は、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続している。つまり、センサチップ１０と回路チップ２０とは、第１接続部材４１を介して電気的に接続されていない。本実施形態では、第１接続部材４１は、はんだ等の金属が用いられ、グランド電位またはフローティング電位とされている。

なお、第１接続部材４１は、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続するものであるため、センサチップ１０と回路チップ２０とが機械的に接続されるのであれば配置場所は適宜変更可能である。例えば、図１では、第１接続部材４１がセンサチップ１０と回路チップ２０との間に複数配置されているものを図示しているが、第１接続部材４１が１箇所のみに配置されていてもよい。また、第１接続部材４１は、センサチップ１０と回路チップ２０との間の全領域に配置されていてもよい。

回路チップ２０は、駆動回路や検出回路等の各種の回路素子を有し、センサチップ１０へ駆動信号を印加したり、センサチップ１０から出力されたセンサ信号を処理する機能等を有するものである。

また、回路チップ２０は、平面の大きさがセンサチップ１０の平面の大きさより大きくされている。そして、センサチップ１０の一面１０ａ側から視たとき（センサチップ１０と回路チップ２０の積層方向から視たとき）、回路チップ２０のうちのセンサチップ１０から突出する部分には、回路素子と電気的に接続された複数のパッド２１が形成されている。

そして、センサチップ１０に形成されたパッド１２は、回路チップ２０に形成された複数のパッド２１の一部とボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続されている。つまり、センサチップ１０と回路チップ２０とは、外観検査で容易に視認できる箇所において、電気的に接続されている。

パッケージ３０は、ケース３１とリッド３２とを有する構成とされている。ケース３１は、アルミナ等のセラミック層が複数積層された積層基板を用いて構成されており、一面３１ａに凹部３１ｂが形成された箱形状とされている。そして、ケース３１には、内部および凹部３１ｂの壁面等に配線層３１ｃ（図１では壁面の配線層３１ｃのみ図示）が形成されている。

リッド３２は、金属等を用いて構成されており、ケース３１の一面３１ａと溶接等されて接合されている。これにより、凹部３１ｂが閉塞され、パッケージ３０内が気密封止されている。本実施形態では、パッケージ３０内は、真空圧とされている。

そして、このようなパッケージ３０の内部に、センサチップ１０および回路チップ２０が収容されている。具体的には、センサチップ１０および回路チップ２０は、回路チップ２０の他面２０ｂが凹部３１ｂの底面と対向する状態で第２接続部材４２を介して凹部３１ｂの底面に配置されている。

ここで、第２接続部材４２は、回路チップ２０とケース３１とを機械的にのみ接続している。つまり、回路チップ２０とケース３１（配線層３１ｃ）とは、第２接続部材４２を介して電気的に接続されていない。本実施形態では、第２接続部材４２は、はんだ等の金属が用いられ、グランド電位またはフローティング電位とされている。

そして、回路チップ２０に形成された複数のパッド２１の残部（ボンディングワイヤ５１が接続されていないパッド２１）は、ボンディングワイヤ５２を介して配線層３１ｃと電気的に接続されている。

以上が本実施形態における角速度センサの構成である。次に、このような角速度センサの製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示されるように、一面３１ａに凹部３１ｂが形成されたケース３１を用意する。次に、凹部３１ｂの底面に第２接続部材４２を介して回路チップ２０を搭載する。そして、回路チップ２０上に第１接続部材４１を配置する。このとき、第１接続部材４１は、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続するものであり、配置場所は適宜変更可能である。

続いて、図２（ｂ）に示されるように、回路チップ２０上に第１接続部材４１を介してセンサチップ１０を搭載し、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続する。

次に、図２（ｃ）に示されるように、センサチップ１０の一面１０ａに形成されたパッド１２と回路チップ２０の一面２０ａに形成されたパッド２１との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ５１を介して各パッド１２、２１間を電気的に接続する。また、回路チップ２０と凹部３１ｂの壁面に形成された配線層３１ｃとの間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ５２を介してパッド２１と配線層３１ｃとの間を電気的に接続する。続いて、ボンディングワイヤ５１とパッド１２、２１との接続箇所、およびボンディングワイヤ５２とパッド２１および配線層３１ｃとの接続箇所を外観検査することにより、センサチップ１０、回路チップ２０、配線層３１ｃが電気的に接続されているか否かを検査する。

このとき、パッド１２はセンサチップ１０の一面１０ａに形成され、パッド２１は、回路チップ２０のうちのセンサチップ１０から突出する部分に形成されている。このため、ボンディングワイヤ５１とパッド１２、２１との接続箇所を外観検査する際に障害物がないため、外観検査を容易に行うことができる。同様に、配線層３１ｃは、凹部３１ｂの壁面のうちの回路チップ２０が搭載される部分と異なる部分に形成されている。このため、ボンディングワイヤ５２とパッド２１および配線層３１ｃとの接続箇所を外観検査する際に障害物がないため、外観検査を容易に行うことができる。したがって、このような外観検査を行うことにより、センサチップ１０と回路チップ２０、回路チップ２０と配線層３１ｃとが電気的に接続されているか否かの検査を容易に行うことができる。

その後、図２（ｄ）に示されるように、パッケージ３０内が真空圧となるように、真空条件下でケース３１の一面３１ａにリッド３２を溶接等して接合することにより、上記加速度センサが製造される。

以上説明したように、本実施形態では、センサチップ１０と回路チップ２０との間に配置されている第１接続部材４１は、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続している。そして、センサチップ１０と回路チップ２０とは、ボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続されている。

このため、ボンディングワイヤ５１とパッド１２、２１との接続箇所の外観検査を行うことにより、センサチップ１０と回路チップ２０とが電気的に接続されているか否かの検査を行うことができる。したがって、実際にセンサチップ１０および回路チップ２０の作動を確認することによってセンサチップ１０と回路チップ２０とが電気的に接続されているか否かを検査する場合と比較して、検査工程を簡略化できる。

同様に、回路チップ２０と配線層３１ｃとの接続箇所の外観検査を行うことにより、回路チップ２０と配線層３１ｃとが電気的に接続されているか否かの検査を行うことができ、検査工程を簡略化できる。

また、第１接続部材４１は、センサチップ１０と回路チップ２０とを機械的にのみ接続している。このため、センサチップ１０と回路チップ２０とが機械的に接続されるのであれば第１接続部材４１の配置場所は適宜変更可能であり、設計の自由度を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１接続部材４１として金属を用いている。このため、第１接続部材４１としてシリコーン系等の樹脂からなる接着剤を用いた場合と比較して、第１接続部材４１からデガスが発生することを抑制できる。したがって、パッケージ３０内の圧力がデガスによって変動することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。同様に、第２接続部材４２として金属を用いているため、パッケージ３０内の圧力がデガスによって変動することを抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、本発明の物理量センサを角速度センサに適用した例について説明したが、センサチップ１０として加速度に応じたセンサ信号を出力するものを用いた加速度センサに本発明を適用することもできる。

また、上記第１、第２実施形態において、第１接続部材４１として、例えば、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系等の樹脂からなる接着剤等を用いてもよい。第１接続部材４１としてこのような接着剤を用いても、センサチップ１０と回路チップ２０とを第１接続部材４１を介して機械的にのみ接続し、センサチップ１０と回路チップ２０とをボンディングワイヤ５１を介して電気的に接続することにより、本発明の効果を得ることができる。同様に、第２接続部材４２として、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系等の樹脂からなる接着剤等を用いてもよい。

さらに、上記第１実施形態において、センサチップ１０および回路チップ２０は、パッケージ３０に収容されていなくてもよい。

１０ センサチップ
２０ 回路チップ
４１ 第１接続部材
５１ ボンディングワイヤ

Claims (6)

1. 物理量に応じたセンサ信号を出力するセンサチップ（１０）と、
   前記センサチップを搭載すると共に、前記センサチップと電気的に接続される回路チップ（２０）と、
   前記センサチップと前記回路チップとの間に配置され、前記センサチップと前記回路チップとを接続する第１接続部材（４１）と、を備え、
   前記第１接続部材は、前記センサチップと前記回路チップとを機械的にのみ接続し、
   前記センサチップと前記回路チップとは、ボンディングワイヤ（５１）を介して電気的に接続されていることを特徴とする物理量センサ。
2. 前記センサチップは、前記回路チップ側と反対側の面（１０ａ）に形成されたパッド（１２）を有し、
   前記回路チップは、平面の大きさが前記センサチップの平面の大きさより大きくされ、前記回路チップと前記センサチップとの積層方向から視たとき、前記センサチップから突出する部分にパッド（２１）が形成され、
   前記ボンディングワイヤは、前記センサチップに形成されたパッドと前記回路チップに形成されたパッドとの間を電気的に接続していることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
3. 前記第１接続部材は、金属であることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサ。
4. 一面（３１ａ）に凹部（３１ｂ）が形成されたケース（３１）と、
   前記ケースの凹部を閉塞して当該凹部を気密封止するリッド（３２）と、を有し、
   前記センサチップおよび前記回路チップは、前記ケースの凹部内に収容されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ。
5. 前記回路チップは、前記ケースの凹部の底面と対向する状態で当該凹部内に配置され、
   前記回路チップと前記ケースの凹部の底面との間に配置され、前記回路チップと前記ケースの凹部の底面とを機械的にのみ接続し、金属で構成される第２接続部材（４２）を有していることを特徴とする請求項４に記載の物理量センサ。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物理量センサの製造方法において、
   前記回路チップ上に前記第１接続部材を介して前記センサチップを搭載する工程と、
   前記センサチップと前記回路チップとの間でワイヤボンディングを行い、前記ボンディングワイヤを介して前記センサチップと前記回路チップとを電気的に接続する工程と、
   前記ボンディングワイヤと前記センサチップおよび前記回路チップとの接続箇所を外観検査することにより、前記センサチップと前記回路チップとが電気的に接続されているか否かを検査する外観検査工程と、を行うことを特徴とする物理量センサの製造方法。
   

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