JP3391123B2 - センサ装置のパッケージ方法 - Google Patents
センサ装置のパッケージ方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度（Ｇ）センサ装
置等のセンサ装置をパッケージする方法に関し、特にセ
ンサ素子を搭載する基板にキャップを取り付けて中空パ
ッケージ構造とするもののパッケージ方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、センサ装置として、例えばＧセン
サ装置をパッケージする場合、図２に示すような工程を
用いて行っている。まず、配線が表面上に形成されたセ
ラミック基板１に、Ｇセンサ５を、ダイボンド材６を用
いて接合する。このダイボンド材６は、セラミック基板
１とＧセンサ５の熱膨張差を吸収し、かつ後工程で行わ
れるワイヤボンディング時の荷重等に耐え得る樹脂を用
いている。 【０００３】この後、ＡｕもしくはＡｌワイヤでワイヤ
ボンディングを行い、Ｇセンサ５上のパッドとセラミッ
ク基板１上の配線を結線する。次に、所望の接続部分に
予めはんだ４がリフローされたセラミック製のキャップ
３を、セラミック基板１上の配線２（表面Ａｕめっき）
に位置合わせし、キャップ３の上に重り１０を載せて圧
力をかける。 【０００４】ここで、キャップ３のサイズは約１ｃｍ2
であり、重り１０ではせいぜい数１０ｋｇｆ／ｃｍ2 程
度の圧力しかかけられない。そのため、Ｎ2 リフロー炉
１１にてＮ2 など還元雰囲気でのリフローを行ってい
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記リ
フローを行った場合、セラミック基板１とキャップ３の
接合はできるものの、ところどころに濡れ不良によるボ
イドが残り、十分な気密性が確保できない場合がある。
このように気密性が悪いと、パッケージ外部より水蒸気
が侵入し、Ｇセンサ５表面上の保護膜が吸湿することに
よって、膜応力が発生し、その応力によってセンサが誤
動作してしまう。また、侵入水蒸気量が多くなるとセン
サ表面に結露が発生し、パッド間でのリーク、Ａｌ腐食
等の不具合が発生してしまう。 【０００６】また、はんだ４は、最終的にプリント板に
はんだで組付ける都合上、必然的に融点２７０°Ｃ以上
の高温はんだとなる。そのため、リフロー炉１１内の温
度は最大で約３２０°Ｃ、炉に入っている時間は３０分
以上であり、この間パッケージを構成する材料が高温に
さらされ続けることになる。この場合、ダイボンド材６
の耐熱性（接続強度劣化、アウトガス等）が問題とな
り、上記した要求の厳しいダイボンド材の選択の自由度
をさらに狭めることになる。 【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、パッケージ内に気密封止されるセンサ装置の気密性
を向上させることを第１の目的とする。また、センサ素
子が基板にダイボンド材を介して接合される構造におい
て、そのダイボンド材の選定の自由度を狭めないように
することを第２の目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、センサ素子
（５）を搭載した基板（１）上に、接合部材（４）を介
してキャップ（３）を取り付け、内部を中空に気密封止
してなるセンサ装置のパッケージ方法において、前記セ
ンサ素子（５）はダイボンド材（６）を用いて前記基板
（１）上に設置されるとともに、前記キャップ（３）は
前記接合部材としてのはんだ（４）を介し前記基板
（１）上に形成された配線（２）上に取り付けられ、パ
ルスヒート方式の熱圧着装置のヒータツール（８）を前
記キャップ（３）上にあて、加圧した状態で通電し加熱
を行うことにより、熱圧着法にて前記基板（１）と前記
キャップ（３）との間を接合するものであって、前記ヒ
ータツール（８）による加圧力は、前記はんだ（４）と
前記配線（２）上に存在する酸化膜を突き破る程度の圧
力であることを特徴としている。 【０００９】 【００１０】 【００１１】なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。 【００１２】 【発明の作用効果】請求項１に記載の発明によれば、接
合部材としてはんだを用い、熱圧着法により基板とキャ
ップとの間を接合し、センサ装置のパッケージを行うよ
うにしているから、熱圧着法によりパッケージ内の気密
性を向上させることができる。また、請求項１に記載の
発明によれば、センサ素子がダイボンド材を用いて基板
上に設置されており、パルスヒート方式の熱圧着装置の
ヒータツールをキャップ上にあて、加圧した状態で通電
し加熱を行うことにより、基板とキャップとの間を接合
している。このパルスヒート方式の熱圧着により、加熱
時間を短くすることができるため、パッケージ内部には
ほとんど熱は伝わらない。従って、ダイボンド材の耐熱
性を気にする必要がなく、ダイボンド材の選定の自由度
を狭めないようにすることができる。 【００１３】さらに、請求項１に記載の発明によれば、
キャップがはんだを介し基板上に形成された配線上に取
り付けられるものであり、ここにおいてヒータツールに
よる加圧力を、はんだと配線上に存在する酸化膜を突き
破る程度の圧力としている。このような大きな加圧力を
加えることにより、パッケージ内の気密性を一層向上さ
せることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１に、本発明の一実施例を示すＧセンサ装置の
パッケージ方法を示す。図１において、セラミック基板
１にＧセンサ５をダイボンド材６を用いて接合し、その
後、ＡｕもしくはＡｌワイヤでワイヤボンディングを行
い、Ｇセンサ５上のパッドとセラミック基板１上の配線
を結線する。この点は図２に示す従来のものと同じであ
る。ここで、ダイボンド材６としては、セラミック基板
１（Ａｌ 2 Ｏ3 で構成され、熱膨張率７ｐｐｍ／°Ｃの
もの）とＧセンサ５（Ｓｉで構成され、熱膨張率２．５
ｐｐｍ／°Ｃのもの）の熱膨張差を吸収する柔らかさ
と、ワイヤボンディング時の荷重等に耐えうる硬さを併
せ持つ樹脂を用いている。 【００１５】次に、所望の接続部分に予めはんだリフロ
ーされたセラミック製のキャップ３を、設置台９上に設
置されたセラミック基板１上の配線２（表面Ａｕめっ
き）に位置合わせする。そして、パルスヒート方式熱圧
着装置のヒータツール８をキャップ３上にあて、加圧
（２０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）した状態で通電し、ジュール熱
による加熱（３２０°Ｃ）を数秒間行った後、エアーを
吹き掛け強制冷却し、圧力を開放する。 【００１６】この際、加圧力は、はんだ４と配線２の表
面に存在する酸化膜を突き破る程度の大きな圧力が必要
となる。この値は、実験により約２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の
圧力が必要であることを確認している。なお、上記パル
スヒート方式熱圧着装置を用いれば、加圧力を、エアー
圧もしくは油圧で段階的に設定できるため、その制御が
容易となる。 【００１７】以上の工程により、セラミック基板１にセ
ラミック製のキャップ３を取り付けて中空パッケージを
構成することができる。上記のように、本実施例に係る
熱圧着はパルスヒート方式であり、温度は３２０°Ｃで
あるが加熱時間は数秒間であり、パッケージ内部にほと
んど熱は伝わらない。従って、ダイボンド材６の耐熱性
を気にする必要は全くなく、材料選択の自由度を狭める
ことがない。 【００１８】さらに、１パッケージあたり数秒での接続
となるため、工数低減となり、コストダウンのためのイ
ンライン化、自動化が容易であり、量産性に適する。な
お、パッケージ内に収納するものとしては、Ｇセンサ５
のみならず、それを制御するモノリシックＩＣやアクチ
ュエータを駆動するパワーＩＣをも収納するようにして
もよい。また、本発明に係るセンサ装置を、Ｇセンサ装
置以外に、圧力センサ装置等の半導体力学センサにも適
用してもよい。 【００１９】さらに、パッケージとしては、セラミック
製のものに限らず、他のパッケージ例えば液晶ポリマー
等の樹脂パッケージを用いるようにしてもよい。
置等のセンサ装置をパッケージする方法に関し、特にセ
ンサ素子を搭載する基板にキャップを取り付けて中空パ
ッケージ構造とするもののパッケージ方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、センサ装置として、例えばＧセン
サ装置をパッケージする場合、図２に示すような工程を
用いて行っている。まず、配線が表面上に形成されたセ
ラミック基板１に、Ｇセンサ５を、ダイボンド材６を用
いて接合する。このダイボンド材６は、セラミック基板
１とＧセンサ５の熱膨張差を吸収し、かつ後工程で行わ
れるワイヤボンディング時の荷重等に耐え得る樹脂を用
いている。 【０００３】この後、ＡｕもしくはＡｌワイヤでワイヤ
ボンディングを行い、Ｇセンサ５上のパッドとセラミッ
ク基板１上の配線を結線する。次に、所望の接続部分に
予めはんだ４がリフローされたセラミック製のキャップ
３を、セラミック基板１上の配線２（表面Ａｕめっき）
に位置合わせし、キャップ３の上に重り１０を載せて圧
力をかける。 【０００４】ここで、キャップ３のサイズは約１ｃｍ2
であり、重り１０ではせいぜい数１０ｋｇｆ／ｃｍ2 程
度の圧力しかかけられない。そのため、Ｎ2 リフロー炉
１１にてＮ2 など還元雰囲気でのリフローを行ってい
る。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記リ
フローを行った場合、セラミック基板１とキャップ３の
接合はできるものの、ところどころに濡れ不良によるボ
イドが残り、十分な気密性が確保できない場合がある。
このように気密性が悪いと、パッケージ外部より水蒸気
が侵入し、Ｇセンサ５表面上の保護膜が吸湿することに
よって、膜応力が発生し、その応力によってセンサが誤
動作してしまう。また、侵入水蒸気量が多くなるとセン
サ表面に結露が発生し、パッド間でのリーク、Ａｌ腐食
等の不具合が発生してしまう。 【０００６】また、はんだ４は、最終的にプリント板に
はんだで組付ける都合上、必然的に融点２７０°Ｃ以上
の高温はんだとなる。そのため、リフロー炉１１内の温
度は最大で約３２０°Ｃ、炉に入っている時間は３０分
以上であり、この間パッケージを構成する材料が高温に
さらされ続けることになる。この場合、ダイボンド材６
の耐熱性（接続強度劣化、アウトガス等）が問題とな
り、上記した要求の厳しいダイボンド材の選択の自由度
をさらに狭めることになる。 【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、パッケージ内に気密封止されるセンサ装置の気密性
を向上させることを第１の目的とする。また、センサ素
子が基板にダイボンド材を介して接合される構造におい
て、そのダイボンド材の選定の自由度を狭めないように
することを第２の目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、センサ素子
（５）を搭載した基板（１）上に、接合部材（４）を介
してキャップ（３）を取り付け、内部を中空に気密封止
してなるセンサ装置のパッケージ方法において、前記セ
ンサ素子（５）はダイボンド材（６）を用いて前記基板
（１）上に設置されるとともに、前記キャップ（３）は
前記接合部材としてのはんだ（４）を介し前記基板
（１）上に形成された配線（２）上に取り付けられ、パ
ルスヒート方式の熱圧着装置のヒータツール（８）を前
記キャップ（３）上にあて、加圧した状態で通電し加熱
を行うことにより、熱圧着法にて前記基板（１）と前記
キャップ（３）との間を接合するものであって、前記ヒ
ータツール（８）による加圧力は、前記はんだ（４）と
前記配線（２）上に存在する酸化膜を突き破る程度の圧
力であることを特徴としている。 【０００９】 【００１０】 【００１１】なお、上記各手段のカッコ内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。 【００１２】 【発明の作用効果】請求項１に記載の発明によれば、接
合部材としてはんだを用い、熱圧着法により基板とキャ
ップとの間を接合し、センサ装置のパッケージを行うよ
うにしているから、熱圧着法によりパッケージ内の気密
性を向上させることができる。また、請求項１に記載の
発明によれば、センサ素子がダイボンド材を用いて基板
上に設置されており、パルスヒート方式の熱圧着装置の
ヒータツールをキャップ上にあて、加圧した状態で通電
し加熱を行うことにより、基板とキャップとの間を接合
している。このパルスヒート方式の熱圧着により、加熱
時間を短くすることができるため、パッケージ内部には
ほとんど熱は伝わらない。従って、ダイボンド材の耐熱
性を気にする必要がなく、ダイボンド材の選定の自由度
を狭めないようにすることができる。 【００１３】さらに、請求項１に記載の発明によれば、
キャップがはんだを介し基板上に形成された配線上に取
り付けられるものであり、ここにおいてヒータツールに
よる加圧力を、はんだと配線上に存在する酸化膜を突き
破る程度の圧力としている。このような大きな加圧力を
加えることにより、パッケージ内の気密性を一層向上さ
せることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１に、本発明の一実施例を示すＧセンサ装置の
パッケージ方法を示す。図１において、セラミック基板
１にＧセンサ５をダイボンド材６を用いて接合し、その
後、ＡｕもしくはＡｌワイヤでワイヤボンディングを行
い、Ｇセンサ５上のパッドとセラミック基板１上の配線
を結線する。この点は図２に示す従来のものと同じであ
る。ここで、ダイボンド材６としては、セラミック基板
１（Ａｌ 2 Ｏ3 で構成され、熱膨張率７ｐｐｍ／°Ｃの
もの）とＧセンサ５（Ｓｉで構成され、熱膨張率２．５
ｐｐｍ／°Ｃのもの）の熱膨張差を吸収する柔らかさ
と、ワイヤボンディング時の荷重等に耐えうる硬さを併
せ持つ樹脂を用いている。 【００１５】次に、所望の接続部分に予めはんだリフロ
ーされたセラミック製のキャップ３を、設置台９上に設
置されたセラミック基板１上の配線２（表面Ａｕめっ
き）に位置合わせする。そして、パルスヒート方式熱圧
着装置のヒータツール８をキャップ３上にあて、加圧
（２０ｋｇｆ／ｃｍ2 ）した状態で通電し、ジュール熱
による加熱（３２０°Ｃ）を数秒間行った後、エアーを
吹き掛け強制冷却し、圧力を開放する。 【００１６】この際、加圧力は、はんだ４と配線２の表
面に存在する酸化膜を突き破る程度の大きな圧力が必要
となる。この値は、実験により約２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の
圧力が必要であることを確認している。なお、上記パル
スヒート方式熱圧着装置を用いれば、加圧力を、エアー
圧もしくは油圧で段階的に設定できるため、その制御が
容易となる。 【００１７】以上の工程により、セラミック基板１にセ
ラミック製のキャップ３を取り付けて中空パッケージを
構成することができる。上記のように、本実施例に係る
熱圧着はパルスヒート方式であり、温度は３２０°Ｃで
あるが加熱時間は数秒間であり、パッケージ内部にほと
んど熱は伝わらない。従って、ダイボンド材６の耐熱性
を気にする必要は全くなく、材料選択の自由度を狭める
ことがない。 【００１８】さらに、１パッケージあたり数秒での接続
となるため、工数低減となり、コストダウンのためのイ
ンライン化、自動化が容易であり、量産性に適する。な
お、パッケージ内に収納するものとしては、Ｇセンサ５
のみならず、それを制御するモノリシックＩＣやアクチ
ュエータを駆動するパワーＩＣをも収納するようにして
もよい。また、本発明に係るセンサ装置を、Ｇセンサ装
置以外に、圧力センサ装置等の半導体力学センサにも適
用してもよい。 【００１９】さらに、パッケージとしては、セラミック
製のものに限らず、他のパッケージ例えば液晶ポリマー
等の樹脂パッケージを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＧセンサ装置のパッケ
ージ工程を示す工程図である。 【図２】従来のＧセンサ装置のパッケージ工程を示す工
程図である。 【符号の説明】 １……セラミック基板、２……配線、３……キャップ、
４……はんだ、５……Ｇセンサ、６……ダイボンド材、
７……ワイヤ、８……ボンディングツール。
ージ工程を示す工程図である。 【図２】従来のＧセンサ装置のパッケージ工程を示す工
程図である。 【符号の説明】 １……セラミック基板、２……配線、３……キャップ、
４……はんだ、５……Ｇセンサ、６……ダイボンド材、
７……ワイヤ、８……ボンディングツール。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−315461（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 センサ素子を搭載した基板上に、接合部
材を介してキャップを取り付け、内部を中空に気密封止
してなるセンサ装置のパッケージ方法において、前記センサ素子はダイボンド材を用いて前記基板上に設
置されるとともに、前記キャップは前記接合部材として
のはんだを介し前記基板上に形成された配線上に取り付
けられ、パルスヒート方式の熱圧着装置のヒータツール
を前記キャップ上にあて、加圧した状態で通電し加熱を
行うことにより、 熱圧着法にて前記基板と前記キャップ
との間を接合するものであって、前記ヒータツールによ
る加圧力は、前記はんだと前記配線上に存在する酸化膜
を突き破る程度の圧力であることを特徴とするセンサ装
置のパッケージ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29677194A JP3391123B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | センサ装置のパッケージ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29677194A JP3391123B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | センサ装置のパッケージ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08153816A JPH08153816A (ja) | 1996-06-11 |
| JP3391123B2 true JP3391123B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=17837921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29677194A Expired - Fee Related JP3391123B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | センサ装置のパッケージ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391123B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7859070B2 (en) | 2006-12-06 | 2010-12-28 | Olympus Corporation | Airtight apparatus having a lid with an optical window for passage of optical signals |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1120729A (ja) | 1997-07-02 | 1999-01-26 | Toyota Autom Loom Works Ltd | 車両におけるセンサの取付構造 |
| US6346742B1 (en) * | 1998-11-12 | 2002-02-12 | Maxim Integrated Products, Inc. | Chip-scale packaged pressure sensor |
| US6351996B1 (en) | 1998-11-12 | 2002-03-05 | Maxim Integrated Products, Inc. | Hermetic packaging for semiconductor pressure sensors |
| US6229190B1 (en) * | 1998-12-18 | 2001-05-08 | Maxim Integrated Products, Inc. | Compensated semiconductor pressure sensor |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP29677194A patent/JP3391123B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7859070B2 (en) | 2006-12-06 | 2010-12-28 | Olympus Corporation | Airtight apparatus having a lid with an optical window for passage of optical signals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08153816A (ja) | 1996-06-11 |
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