JP3193497U - センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】後続の製造プロセスにおいて損傷してしまうことがなく、かつ、回路支持体との接続に適した導電構造体を有するセンサモジュールを提供する。【解決手段】センサモジュール１はセンサチップ２を有しており、このセンサチップは、測定素子２１と、センサチップの上側面の導電構造体とを有している。このセンサモジュールはさらに、センサチップの下側面の１つまたは複数の接続箇所２４と、上側面における導電構造体と、下側面における１つまたは複数の接続箇所とを電気接続するための、センサチップを通る１つまたは複数の電気的なスルーコンタクト２３と、センサチップの上側面に載置されかつ基板の形態をしたカバー３と、センサチップの測定素子に至る、カバーにおけるアクセス部とを有しており、上記のセンサモジュールは平行六面体の形状を有する。【選択図】図１

Description

本考案は、センサモジュールに関する。

今日、センサモジュールにはセンサチップが含まれることが多く、実際のセンサ機能は、このセンサチップの基板上に、測定感度を有する素子の形態で取り付けられているかまたはこのセンサチップに組み込まれている。この際に上記の基板は、電子評価回路のような回路機能も同時に組み込まれている例えばシリコン製の半導体基板とすることが可能である。

このようなセンサチップの例は、本出願人の欧州特許第1 236 038 B1に記載されている。

保護されていないセンサチップは、後続の処理プロセスにおいて損傷してしまうおそれがある。センサチップの導電構造体の大部分も、従来のプリント基板のような回路支持体と接続するのに適していない。

EP 1 236 038 B1

後続の製造プロセスにおいて損傷してしまうことがなく、かつ、回路支持体との接続に適した導電構造体を有するセンサチップを提供するである。

上記の課題は、本考案の請求項１に記載したセンサモジュールによって解決され、このセンサモジュールは、センサチップを有しており、このセンサチップは、測定素子と、センサチップの上側面の導電構造体とを有している。このセンサモジュールはさらに、センサチップの下側面の１つまたは複数の接続箇所と、上側面における導電構造体と、下側面における１つまたは複数の接続箇所とを電気接続するための、センサチップを通る１つまたは複数の電気的なスルーコンタクトと、センサチップの上側面に載置されかつ基板の形態をしたカバーと、センサチップの測定素子に至る、カバーにおけるアクセス部とを有しており、上記のセンサモジュールは平行六面体の形状を有する。

本考案の１つの実施例によるセンサモジュールの斜視図（ａ）ならびに上側面（ｂ）、下側面（ｃ）、長手方向断面（ｄ）および横断面（ｅ）を示す図である。 本考案の別の実施例によるセンサモジュールの斜視図（ａ）ならびに上側面（ｂ）、下側面（ｃ）、長手方向断面（ｄ）および横断面（ｅ）を示す図である。

本考案は、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有するセンサモジュールに関する。このセンサモジュールには、測定素子と、センサチップの上側面の導電構造体とを有するセンサチップが含まれている。センサチップの下側面には１つまたは複数の接続箇所が設けられており、これらの接続箇所は、センサチップを通る１つまたは複数の電気的なスルーコンタクトを介して、その上側面の導電構造体に接続されている。このセンサチップの上側面には、基板の形態をしたカバーが被着されており、このカバーは、センサチップの測定素子に至るアクセス部を有する。上記のセンサモジュールは、平行六面体形に構成される。

このようなセンサモジュールは、例えば上記のセンサチップの接続箇所に対する補完物としての金属化領域を有する回路支持体に容易に配置することができる。ここで上記の回路支持体側の領域は、例えばはんだペーストまたははんだボールのような導電手段を介して、上記のセンサモジュールの接続箇所に接続することができる。すなわち上記のスルーホール部により、上記のセンサモジュール用の接続箇所は、センサチップの背面に配置されるため、ボンディングワイヤおよびこのようなボンディングワイヤに対するポッティングは不要であり、それにもかかわらず、上記のセンサモジュールは、測定素子を有する上側面が周囲環境に向かって配向され、フリップチップ技術を使用する場合のように例えば回路支持体に向かって配向されないのである。

上記のセンサモジュールの下側面における上記の接続箇所の幾何学形状は、サイズの小さなコンパクトな構造を達成するのに有利であり、また同時に上記の接続箇所を互いに良好にデカップリングすることができる。さらにセンサモジュールの上側面において有利には中央に配置されるアクセス部により、センサモジュールの周囲環境からセンサチップの測定素子への最短の接続が得られる。後続の加工処理には、上記のカバーによって損傷から保護される極めてコンパクトかつ耐性のあるセンサモジュールが得られる。有利な発展形態では光学的または機械的な配向補助部を設けることができ、これによって回路支持体における配置の際に、センサモジュールの正しい配向をサポートすることができる。

上記のセンサモジュールは有利には長さが幅よりも大きいため、このセンサモジュールは長方形の基本面を有する。上記のカバーにおけるアクセス部は有利には、上記の長さおよび幅から得られる長方形の２つの対角線の交点に配置することができ、すなわち中央に配置することができる。上記のセンサモジュールは有利には長さが１．５ｍｍ未満であり、幅が１ｍｍ未満である。このセンサモジュールは有利には高さが０．７ｍｍ未満である。

有利には上記のセンサチップの下側面に少なくとも４つの接続箇所が設けられており、このセンサチップの下側面の各４分の１区画は少なくとも１つの接続箇所を有する。これにより、最良の面積利用度が得られる。有利には少なくとも４つのスルーコンタクトも設けられ、上記のセンサチップの下側面の各４分の１区画は、少なくとも１つのスルーコンタクトを有し、有利な発展形態において上記の複数のスルーコンタクトの端部は、対応する接続箇所と近くなり、有利には０．２ｍｍよりも短い間隔になるため、上記のスルーコンタクトの端部と接続箇所との間の接続は最短になる。有利にはスルーコンタクトと接触接続部とが１対１に対応付けられ、すなわち、各スルーコンタクトはちょうど、ただ１つの接続箇所に接続されるのである。この点において有利な発展形態では、スルーコンタクトの個数は、接続箇所の個数に等しい。

本考案の有利な発展形態は、従属する請求項に記載されている。

本考案の別の実施形態、利点および応用例は、従属請求項および図面に基づく以下の説明から得られる。

同じエレメントは、図をまたがって同じ参照符号によって示されている。

図１ａ）には本考案の１つの実施例によるセンサモジュール１の、上側から見た斜視図が示されている。センサモジュール１は、基本的に平行六面体の形状を有する。このセンサモジュール１には、接着層４を介してセンサチップ２に接続されているカバー３が含まれている。カバー３は、この実施例において基板であり、例えばシリコン基板のような半導体基板であり、この基板はセンサチップ２の保護に使用される。このカバー３は有利には、センサチップの上側面において測定素子が配置されている領域を除き、センサチップ２の表面全体を覆っている。この領域には、カバー３におけるアクセス部を通してアクセス可能であり、このアクセス部は、この実施例において、カバー３における円筒形の開口部３１として構成されており、この開口部３１は、測定素子のすぐ上に配置されているため、上記の測定素子は、開口部３１を通して外界にアクセスし、また殊にセンサモジュールの周囲環境のパラメタを測定することができる。この測定素子は、例えば、湿度センサの場合にポリマ層またはセラミック層として構成され、かつ、このセンサモジュールの周囲環境から水分子を取り入れることの可能な測定層とすることができる。この点において有利にはカバー３におけるアクセス部を介して上記の測定素子と、センサモジュールの周囲環境とを接続して、例えば気体または液体のようなこのセンサモジュールを包囲する流体が、センサチップ２のこの表面区画に到達できるようにする。開口部３１は、この実施例において円形の断面および円筒形の形状を有しているが、別の実施形態においては、例えば、センサチップ２の方向に先細りした、すなわち円錐形の形状も有し得る。このような凹みは、カバー３の基板内にあらかじめ作製することができる。センサモジュールの側面７においてセンサチップ２およびカバー３は露出している。

図１ｂ）には、図１ａ）に示したセンサモジュールの上側面の平面図が示されている。すなわち、ここでは例えば中央の開口部３１を有するカバー３が見える。センサモジュール１の幅Ｂよりも長さＬが大きい場合、開口部３１は、これによって定められる長方形の２本の対角線の交点に中央に配置される。ここでは、例えば長さＬ＝１．３１ｍｍおよび幅Ｂ＝０．７４ｍｍである。開口部３１は、この実施形態において円形をしており、かつ、例えば感知層とすることの可能な測定素子２１が見えるようにする。ここで上記のカバーにおける同様に円形の開口部３１は、測定素子２１よりも大きな直径を有しているため、カバー３は、測定素子２１を囲むが、測定素子２１とカバー３との間では所定の間隔が保たれる。この中間空間において、センサチップ２の基板２２ないしは基板２２をカバーする層が露出している。

図１ｄ）には、図１ｂ）の垂直方向の破線に沿った、図１ａ）のセンサモジュールの長手方向断面が示されている。ここからわかるのは、開口部３１を有するカバー３が、測定素子２１の上に配置されており、測定素子２１にアクセスできることである。カバー３は、接着層４によってセンサチップ２に接着されており、殊にその上側面２６に接着されている。ここでは測定素子２１は、接着層４によって覆われていないため、測定特性が損なわれることがない。測定素子２１もセンサチップ２の上側面２６に載置されており、この上側面２６には導電構造体も設けられている。センサチップ２は有利には、例えばシリコン基板のような半導体基板であり、このシリコン基板には有利には、測定素子２１の信号を処理および／または評価するために電子回路２８も組み込まれているため、これらの図において明示的に書き込んでいない導電構造体は、例えばセンサチップ２の上側面２６に集積回路２８を作製するためにも使用されるＣＭＯＳプロセスの金属層になり得る。ここで集積回路２８は、非透光性のカバー３によってこの集積回路が保護されている箇所において上記の半導体基板に組み込むことができる。上記の導電構造体は、測定素子２１と集積回路２８とを電気接続することができ、また集積回路２８および／または測定素子２１を、センサチップ２の上側面２６とその下側面２７との間のスルーコンタクト２３に接続することができる。このようなスルーコンタクト２３の２つの例は図１ｄ）に示されている。これにより、センサモジュールの電気接続は、センサチップ２の上側面２６を介して行う必要がないため、ボンディングワイヤを省略することができる。その代わりにセンサチップ２の下側面２７に複数の導電性接続箇所２４が設けられており、これらの導電性接続箇所それ自体は、導電接続部２５を介してスルーコンタクト２３に接続される。これについては図１ｃ）の下側面２７の平面図を参照されたい。各接続箇所は、有利にははんだボール５を有しており、この場合にはこのはんだボールを介してセンサモジュールと、回路支持体とを導電的ならびに機械的に接続することができる。導電性接続部２５も、センサチップ２の下側面のその他の導電構造体も共に有利には、保護のため、塗料が塗られているが、少なくともはんだボール５は露出している。この実施例では、例えば、６つの接続箇所２４が設けられており、このセンサモジュールの長手延在方向に沿って３つずつが１つの列になって並んでいる。ここではセンサチップ２のコーナに４つのスルーコンタクト２３が見えており、これらのスルーコンタクトは、短い導電性接続部２５を介してそれぞれ、対応する接続箇所２４に電気接続されている。この実施例において接続箇所２４のうちの２つは、センサモジュールに電気エネルギを供給するために設けられており、これに対して接続箇所２４のうちの別の２つは、集積回路２８および／または測定素子２１から信号を、および／または、集積回路２８および／または測定素子２１への信号を伝送することができる。

はんだボールを除いたセンサモジュールの高さＨは（図１ｄ）を参照されたい）は、有利には０．４２５ｍｍであり、カバー３の高さＨ３は、約０．３ｍｍであり、センサチップの高さは約０．１ｍｍである。開口部３１の直径Ｄは、約０．３０ｍｍであるかまたは有利には０．２５ｍｍと０．５５ｍｍとの間とすることが可能である。接着層４もほぼ円形の切り抜き部を有している。開口部３１の領域におけるこの切り抜き部の直径は有利には、開口部３１の直径Ｄよりも大きく、例えば０．３０ｍｍの開口部の上記の直径Ｄに対して０．３１ｍｍである。これについては図１ｄ）の略図を参照されたい。隣接するはんだボール５の（中心点と中心点との間の）間隔は有利には０．４ｍｍである。

有利には複数のセンサモジュールが共通の１つの製造プロセスにおいて同時に作製される。このためにセンサモジュール用の半導体ウェハとカバーウェハとを接続する、例えば接着することができ、最終的には、このようにした接続したウェハ装置をのこぎりによって複数のセンサモジュールに個別化し、これによって個々のセンサモジュールの側面７においてカバー３およびセンサチップ２が露出する。これについては図１ａ）を参照されたい。

図２では本考案の別の実施例によるセンサモジュールの斜視図が図ａ）に、その上側面が図ｂ）に、その下側面が図ｃ）に、長手方向断面が図ｄ）に、また横断面が図ｅ）に示されている。図２のセンサモジュールは、実質的につぎのような点においてのみ、図１のセンサモジュールと異なる。すなわち、ここではカバー３とセンサチップ２との間に保護層６が設けられているのである。保護層６は、センサチップ２にカバー３を接着する際にセンサチップ２を保護するために使用される。この保護層は、例えば、フォト構造化可能な積層式の塗料（ドライレジスト）とすることができ、または有利にはセンサチップ２の上側面２６全体が、測定素子２１およびこの測定素子を取り囲む領域を除いて覆われるように構造化することができる。すなわち、保護層６は測定素子２１を囲み、（丸い構造を前提とすると）有利には保護層６におけるこの開口部の直径は、測定素子２１の直径よりも大きい。有利には保護層６におけるこの開口部の直径は、カバー３における開口部３１の直径よりも小さいため、図２ｂ）に示したこのセンサモジュールの上側面２６の平面図において、カバー３における開口部３１を通して保護層６のリングを見ることができる。このようにすることの利点は、カバー３と、保護層６を有するセンサチップ２とが一緒に接着される場合に余った接着材が、測定素子２１にまで直接拡がらないようにすることである。接着剤の拡がりがそれ自体で止まらない場合、この拡がりは遅くとも、半導体基板に向かって下がる保護層６のエッジにおいてこの接着剤の表面張力によって停止する。それでもなおこの接着剤が基板２２にまで流れると、この接着剤は、保護層６の垂直に立ち上がっているエッジと、水平方向の基板２２との間の毛管力によって引き留められる。図２において接着層は、わかりやすくするために示していないが、カバー３と保護層６との間に配置され、これによってカバー３とのセンサチップ２との間の解除不能の接続が行われる。

この明細書において本考案の有利な複数の実施形態を説明したが、本考案がこれらに限定されないことであり、添付の請求の範囲内において別の仕方で実施できることを指摘しておきたい。

１ センサモジュール、 ２ センサチップ、 ３ カバー、 ４ 接着層、 ５ はんだボール、 ６ 保護層、 ７ 側面、 ２１ 測定素子、 ２２ 基板、 ２３ スルーコンタクト、 ２４ 接続箇所、 ２５ 導電構造体、 ２６ 上側面、 ２７ 下側面、 ２８ 電子回路、 ３１ 開口部、 Ｂ センサモジュールの幅、 Ｌ センサモジュールの長さ、 Ｄ 開口部３１の直径、 Ｈ センサモジュールの高さ、 Ｈ３ カバー３の高さ

Claims (24)

1. センサモジュールにおいて、
   該センサモジュールは、
   − センサチップ（２）を有しており、前記センサチップ（２）は、測定素子（２１）と、前記センサチップ（２）の上側面（２６）の導電構造体（２５）とを有しており、
   前記センサモジュールはさらに、
   − 前記センサチップ（２）の下側面（２７）の１つまたは複数の接続箇所（２４）と、
   − 前記上側面（２６）における前記導電構造体（２５）と、前記下側面（２７）における１つまたは複数の接続箇所（２４）とを電気接続するための、前記センサチップ（２）を通る１つまたは複数の電気的なスルーコンタクト（２３）と、
   − 前記センサチップ（２）の前記上側面（２６）に載置されかつ基板の形態をしたカバー（３）と、
   − 前記センサチップ（２）の前記測定素子（２１）に至る、前記カバー（３）におけるアクセス部とを有しており、
   前記センサモジュールは平行六面体の形状を有する、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
2. 請求項１に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記アクセス部は、前記カバー（３）における開口部（３１）として構成されており、
   前記開口部（３１）は、前記測定素子（２１）の上に、前記カバー（３）を通って円筒形に延在している、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
3. 請求項２に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記開口部（３１）の断面積は、前記測定素子（２１）の断面積よりも大きい、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記センサモジュールは、幅（Ｂ）よりも長さ（Ｌ）が大きく、
   前記アクセス部は、前記長さ（Ｌ）および前記幅（Ｂ）によって得られる長方形の２本の対角線の交点に配置されている、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記センサモジュールは、長さ（Ｌ）が１．５ｍｍより短く、かつ、幅（Ｂ）が１ｍｍよりも短い、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
6. 請求項１から５までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記センサモジュールは、高さ（Ｈ）が０．７ｍｍよりも低い、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記センサチップ（２）と前記カバー（３）との間に接着層（４）を有する、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記センサチップ（２）と前記カバー（３）との間に保護層（６）を有する、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
9. 請求項８を引用する請求項７に記載のセンサモジュールにおいて、
   前記保護層（６）は、前記センサチップ（２）と前記接着層（４）との間に配置されている、
   ことを特徴とするセンサモジュール。
10. 請求項８または９に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記測定素子（２１）は、前記保護層（６）によって覆われておらず、
    前記保護層（６）は、前記測定素子（２１）を囲み、かつ、当該測定素子（２１）から離隔している、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
11. 請求項１０に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記測定素子（２１）は、前記センサチップ（２）の残りの表面から持ち上がっており、
    前記測定素子（２１）と、前記測定素子（２１）を囲む前記保護層（６）との間に溝が構成されている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記センサチップ（２）にはシリコン基板が含まれており、
    該シリコン基板には電子回路（２８）が集積されており、
    前記電子回路（２８）および／または前記測定素子（２１）は、前記導電構造体（２５）を介して、１つまたは複数の前記スルーコンタクト（２３）に電気接続されている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記カバー（３）にはシリコン基板が含まれている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    各接続箇所（２４）に導電手段が設けられている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    少なくとも４つの接続箇所（２４）を有しており、
    前記センサチップ（２）の前記下側面（２７）の各４分の１区画は、少なくとも１つの接続箇所（２４）を有する、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
16. 請求項１から１５までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    少なくとも４つのスルーコンタクト（２３）を有しており、
    前記センサチップ（２）の前記下側面（２７）の各４分の１区画は、少なくとも１つのスルーコンタクト（２３）を有する、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
17. 請求項１から１６までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記スルーコンタクト（２３）の個数は、前記接続箇所（２４）の個数に等しい、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
18. 請求項１から１７までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    各スルーコンタクト（２３）はちょうど１つの接続箇所（２４）と導電接続されている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
19. 請求項１から１８までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    ６つの接続箇所（２４）を有しており、
    前記接続箇所（２４）は、前記センサチップ（２）の前記下側面（２７）の長手延在方向に沿い、３つの接続箇所からなる２つの列で並んで配置されている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
20. 請求項１から１９までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    ちょうど４つのスルーコンタクト（２３）を有しており、
    前記センサチップ（２）の前記下側面（２７）の各４分の１区画は、少なくとも１つのスルーコンタクト（２３）を有する、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
21. 請求項１から２０までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記スルーコンタクト（２３）と前記接続箇所（２４）とを電気接続するために前記センサチップ（２）の前記下側面（２７）に導電構造体（２５）を有する、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
22. 請求項２１に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記導電構造体（２５）は、前記センサチップ（２）の前記下側面（２７）において塗料によって塗装されている、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
23. 請求項１から２２までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記平行六面体形センサモジュールは、平坦な４つの側面（７）を有しており、
    各側面（７）において前記カバー（３）の少なくとも１つの区画および前記センサチップ（２）の少なくとも１つ区画が露出している、
    ことを特徴とするセンサモジュール。
24. 請求項１から２３までのいずれか１項に記載のセンサモジュールにおいて、
    前記センサモジュールは湿度センサである、
    ことを特徴とするセンサモジュール。

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