JP3711910B2 - Manufacturing method of semiconductor mechanical quantity sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサチップを接着剤を介して基台上に搭載した半導体式力学量センサの製造方法に関するもので、特にその接着剤の定量性の向上に関する。
【0002】
【従来技術】
従来、半導体式力学量センサとして、特開平10−170367号公報に開示されているような半導体式圧力センサがある。
【0003】
ここで、この半導体式圧力センサの構造について、図4を用いて簡単に説明する。
【0004】
この図4に示されるように、半導体式圧力センサは、印加圧力によって変位可能なダイヤフラム11aが形成された半導体センサチップ11と、この半導体センサチップ11を固定するガラス台座12とを有している。
【0005】
そして、ダイヤフラム11aに複数個形成されたピエゾ抵抗(歪みゲージ)13により、圧力を受けたことによって生じるダイヤフラム11aの歪みを検出し、半導体式圧力センサに印加された圧力を検出している。
【0006】
また、半導体センサチップ11は、ガラス台座12を介して接着剤14によりパッケージ材15上に接着されている。
【0007】
ここで、このような半導体式圧力センサの製造工程について、図5を用いて簡単に説明する。
【0008】
まず、図5(a)に示されるように、半導体ウェハ17を用意する。尚、図示しないが、この半導体ウェハ17には、予めガラス台座が接合されている。
【0009】
続いて、この半導体ウェハ17を、複数の半導体センサチップ11に分割切断する。尚、半導体センサチップ11に形成されるダイヤフラム11a及びピエゾ抵抗13(図示せず)は、半導体ウェハ17の状態で形成されている。
【0010】
続いて、図5(b)に示されるように、例えば、ディスペンシング方式などを用いて、パッケージ材15上の所定領域に接着剤14を塗布する。
【0011】
尚、ディスペンシング方式とは、シリンジ内に接着剤14を充填し、ディスペンサーと呼ばれる装置による空気圧で接着剤14を吐出する方式である。
【0012】
ここで、この接着剤14は流動性の高い材質であるため、後述するダイマウント工程の際に、ダイマウント装置から半導体センサチップ11及びガラス台座12に加わる力が不均一であると、センサ毎に接着剤14の厚さも不均一になってしまうことがある。
【0013】
そこで、前記従来公報では、接着剤14に所定サイズのビーズ16を多数混入して、接着剤14の厚さをビーズ16によって規定することにより、センサ毎の接着剤14の厚さを均一にしている。
【0014】
続いて、図5(c)に示されるように、ダイマウント装置18を用いて、分割切断された半導体センサチップ11及びガラス台座12を接着剤14上に搭載する。
【0015】
最後に、図5(d)に示されるように、ガラス台座12とパッケージ材15との間に介在された接着剤14に熱を加えて硬化させ、それによって、半導体センサチップ11及びガラス台座12をパッケージ材15上に固着させる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、図5(b)に示されるようなパッケージ材15上の所定領域に接着剤14を塗布する工程の際に、接着剤14に混入されたビーズ16の分散性が悪い場合、図6に示されるように、半導体センサチップ11及びガラス台座12が、パッケージ材15に対して傾いた状態で固着されてしまうことがある。
【0017】
それによって、温度変化によりパッケージ材15に熱歪みが生じた際に、パッケージ材15から半導体センサチップ11のダイヤフラム11aに伝わる熱歪みがセンサ毎に異なってしまうため、センサ特性が不均一になってしまう。
【0018】
そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導体センサチップを接着剤を介して基台上に搭載した半導体式力学量センサにおいて、ビーズを用いることなく、接着剤の定量性を向上した製造方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体式力学量センサの製造方法は、半導体ウェハの一面側に液状の接着剤を塗布する第1工程と、半導体ウェハの一面側に塗布された接着剤に熱を加えて半硬化させる第2工程と、半導体ウェハを分割切断して、力学量の印加により変位する変位部を有するとともに変位部の変位を検出する半導体センサチップを複数形成する第3工程と、半導体センサチップを接着剤を介して基台上に搭載する第4工程と、接着剤に再び熱を加えて本硬化し、半導体センサチップを基台上に固着させる第5工程とを備えたことを特徴としている。
【0020】
請求項1に記載の発明によれば、半導体ウェハの一面側に液状の接着剤を塗布する第1工程を行った後に、半導体ウェハを複数の半導体センサチップに分割切断する第3工程を行っているため、ビーズを用いることなく、接着剤の厚さをチップ毎に均一にすることができる。
【0021】
それによって、温度変化により基台に熱歪みが生じた際に、基台から半導体センサチップに伝わる熱歪みを均一にすることができるため、センサの特性を均一にすることができる。
【0022】
尚、本発明では、接着剤に熱を加えて半硬化する第2工程を実行した後に、半導体センサチップを基台上に搭載する第4工程を実行しているため、半導体センサチップの自重による接着剤の変形を防止することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を半導体式圧力センサに適用した一実施形態を、図面に従って説明する。尚、本実施形態の半導体式圧力センサは、例えば、車輌用のエンジンにおけるインテークマニホールド内の吸入空気の圧力を検出するために用いられる。
【0024】
図1に、本実施形態の半導体式圧力センサの構造を示す。
【0025】
まず、図1に示されるように、半導体センサチップ1には、異方性エッチングによってダイヤフラム1aが形成されるとともに、そのダイヤフラム1aの表面には、ダイヤフラム1aの変位を検出するピエゾ抵抗(歪みゲージ)2が複数個形成されている。
【0026】
このピエゾ抵抗2は、図1には3個図示されているが、実際には、ダイヤフラム1aの表面に4個形成されており、この4個のピエゾ抵抗2にてフルブリッジ回路を構成している。
【0027】
また、図示しないが、ピエゾ抵抗2は、半導体センサチップ1上に形成されたAl薄膜による配線パターン及びボンディングワイヤにより、外部の信号処理回路に電気的に接続されている。
【0028】
さらに、半導体センサチップ1は、ガラス台座3と陽極接合されており、それにより、半導体センサチップ1とガラス台座3との間には真空室4が形成されている。
【0029】
そして、ダイヤフラム1aは、その表面に印加される圧力と真空室4の圧力との差圧に応じて変位するようになっている。
【0030】
この場合、各々のピエゾ抵抗2は、ダイヤフラム1aへの印加圧力の変化に応じて各々の抵抗値が増減変化し、そして、抵抗値の増減変化によって発生する電位差を信号処理回路にて増幅することにより、センサ出力を得ている。
【0031】
さらに、半導体センサチップ1及びガラス台座3は、熱硬化性の接着剤6によって、エポキシ樹脂などで構成されたパッケージ材5上に接着されている。
【0032】
以下、本実施形態の半導体式圧力センサの製造工程について、図2及び図3を用いて説明する。
【0033】
まず、図2(a)に示されるように、半導体ウェハ7を用意する。尚、図示しないが、この半導体ウェハ7には、予めガラス台座が接合されている。
【0034】
続いて、図3(a)に示されるようなスクリーン印刷装置8を用いたスクリーン印刷法によって、上記半導体ウェハ7の裏面側に、シリコン系の熱硬化性接着剤6を全面塗布する第1工程を実行する。
【0035】
尚、このスクリーン印刷装置8は、開口部8bを備えたスクリーン8aと周囲に接着剤6が塗布されたロール8cとで構成されている。また、この図3(a)は、後述する半導体ウェハ7をスクリーン8aの開口部8b内に配設する工程前の状態を示す図である。
【0036】
ここで、半導体ウェハ7の裏面側に接着剤6を塗布する工程について説明すると、図3(a)におけるA―A’断面図である図3(b)に示されるように、まず、スクリーン8aの開口部8b内に、その裏面側7aが露出するように上記半導体ウェハ7を配設する。
【0037】
その後、予めその周囲に接着剤6が塗布されたロール8cを図中の矢印方向へ進行させつつ反時計回りに回転させることによって、図3(c)に示されるように、半導体ウェハ7の厚さとスクリーン8aの開口部8bの深さの差分Tだけ、半導体ウェハ7の裏面側7aの全面に接着剤6を均一の厚さで塗布することができる。
【0038】
その後、接着剤6が塗布された半導体ウェハ7をスクリーン8aから取り外すと、図2(b)に示されるような状態となる。
【0039】
続いて、上記第1工程において半導体ウェハ7の裏面側7aに塗布された接着剤6に熱を加えて半硬化させる第2工程を実行する。
【0040】
尚、第2工程における半硬化とは、後述する半導体センサチップ1及びガラス台座3、接着剤6をパッケージ材5上に搭載する第4工程を実行した際に、半導体センサチップ1及びガラス台座3の自重により接着剤6が変形しない状態であるとともに、接着剤6が完全に固まらず接着剤6の接着力を残した状態に硬化させることである。例えば、接着剤6が完全に固まった状態における弾性率の、約1/100から約1/2の範囲の弾性率になるまで硬化させることである。
【0041】
また、接着剤6を硬化させるために必要な温度や時間は接着剤の種類に応じ異なるが、例えば、本実施形態の場合、接着剤6としてシリコン系の熱硬化性接着剤を用いているので、この接着剤6を半硬化させるためには、150℃程度の温度で約3分間熱を加えるのが適当である。
【0042】
続いて、半導体ウェハ7を、複数の半導体センサチップ1に分割切断する第3工程を実行する。尚、半導体センサチップ1に形成されるダイヤフラム1a及びピエゾ抵抗2(図示せず)は、半導体ウェハ7の状態で形成されている。
【0043】
続いて、図2(c)に示されるように、ダイマウント装置9を用いて、分割切断された半導体センサチップ1及びガラス台座3、接着剤6をパッケージ材5上に搭載する第4工程を実行する。
【0044】
最後に、図2(d)に示されるように、接着剤6に再び熱を加えて本硬化させ、それによって、半導体センサチップ1及びガラス台座3をパッケージ材5上に固着させる第5工程を行う。
【0045】
尚、第5工程における本硬化とは、半導体センサチップ1及びガラス台座3がパッケージ材5上に固着する状態まで硬化することである。
【0046】
また、接着剤6を本硬化させるためには、150℃程度の温度で約60分間熱を加えるのが適当である。
【0047】
このように、本実施形態の半導体式圧力センサの製造方法では、半導体ウェハ7の裏面側7aに接着剤6を全面塗布する第1工程を実行した後に、半導体ウェハ7を複数の半導体センサチップ1に分割切断する第4工程を実行しているため、ビーズを用いることなく、接着剤6の厚さをセンサ毎に均一にすることができる。
【0048】
それによって、温度変化によりパッケージ材5に熱歪みが生じた際に、パッケージ部材5から半導体センサチップ1のダイヤフラム1aに伝わる熱歪みを均一にすることができるため、センサの特性を均一にすることができる。
【0049】
尚、本実施形態では、接着剤6に熱を加えて半硬化する第2工程を実行した後に、半導体センサチップ1及びガラス台座3、接着剤6をパッケージ材5上に搭載する第4工程を実行しているため、半導体センサチップ1及びガラス台座3の自重による接着剤6の変形を防止することができる。
【0050】
さらに、本実施形態のような製造方法を適用することにより、従来技術において、センサ毎に接着剤6の厚さを均一にする目的で接着剤6に混入させていたビーズが不要となるため、それによって、コストの低減や製造工程の簡略化を図ることができる。
【0051】
また、従来技術では、個別の半導体センサチップ毎に接着剤を塗布していたが、本実施形態の製造方法では、半導体ウェハ7毎に接着剤6を塗布しているため、それによって、製造工程の簡略化を図ることができる。
【0052】
尚、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な態様に適用可能である。
【0053】
例えば、本発明は、本実施形態のような半導体式圧力センサに限らず、加速度センサなどのような他の力学量センサにも適用可能である。
【0054】
また、半導体式圧力センサとしては、ガラス台座3を貫通してダイヤフラム1aに測定媒体の圧力を導入するタイプのものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサの構造を示す図である。
【図2】(a)から(d)は、本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサの製造工程を示す図である。
【図3】(a)から(c)は、本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサの接着剤塗布工程を示す図である。
【図4】従来技術の半導体式圧力センサの構造を示す図である。
【図5】(a)から(d)は、従来技術の半導体式圧力センサの製造工程を示す図である。
【図6】従来技術の半導体式圧力センサの問題点を示す図である。
【符号の説明】
1…半導体センサチップ、
1a…ダイヤフラム、
2…ピエゾ抵抗(歪みゲージ)、
3…ガラス台座、
4…真空室、
5…パッケージ材、
6…シリコン系の熱硬化性接着剤、
7…半導体ウェハ、
7a…半導体ウェハの裏面側、
8…スクリーン印刷装置、
8a…スクリーン、
8b…スクリーンの開口部、
8c…ロール、
9…ダイマウント装置、
T…半導体ウェハの厚さとスクリーンの開口部の深さの差分。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor mechanical quantity sensor in which a semiconductor sensor chip is mounted on a base via an adhesive, and particularly relates to improvement of quantitativeness of the adhesive.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a semiconductor type mechanical quantity sensor, there is a semiconductor type pressure sensor as disclosed in JP-A-10-170367.
[0003]
Here, the structure of the semiconductor pressure sensor will be briefly described with reference to FIG.
[0004]
As shown in FIG. 4, the semiconductor pressure sensor includes a
[0005]
Then, a plurality of piezoresistors (strain gauges) 13 formed on the diaphragm 11a detect the strain of the diaphragm 11a caused by receiving pressure, and the pressure applied to the semiconductor pressure sensor is detected.
[0006]
Further, the
[0007]
Here, a manufacturing process of such a semiconductor pressure sensor will be briefly described with reference to FIG.
[0008]
First, as shown in FIG. 5A, a
[0009]
Subsequently, the
[0010]
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the
[0011]
The dispensing method is a method in which the
[0012]
Here, since the
[0013]
Therefore, in the conventional publication, a large number of
[0014]
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the
[0015]
Finally, as shown in FIG. 5 (d), the
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, the dispersibility of the
[0017]
As a result, when thermal distortion occurs in the
[0018]
Therefore, in view of the above problems, the object of the present invention is to improve the quantitativeness of the adhesive without using beads in the semiconductor mechanical quantity sensor in which the semiconductor sensor chip is mounted on the base via the adhesive. It is to provide a manufacturing method.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor mechanical quantity sensor according to
[0020]
According to the first aspect of the present invention, after performing the first step of applying the liquid adhesive on one surface side of the semiconductor wafer, the third step of dividing and cutting the semiconductor wafer into a plurality of semiconductor sensor chips is performed. Therefore, the thickness of the adhesive can be made uniform for each chip without using beads.
[0021]
Accordingly, when thermal distortion occurs in the base due to temperature change, the thermal distortion transmitted from the base to the semiconductor sensor chip can be made uniform, so that the sensor characteristics can be made uniform.
[0022]
In the present invention, since the fourth step of mounting the semiconductor sensor chip on the base is performed after performing the second step of semi-curing by applying heat to the adhesive, the self-weight of the semiconductor sensor chip is used. The deformation of the adhesive can be prevented.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor pressure sensor will be described with reference to the drawings. The semiconductor pressure sensor of this embodiment is used for detecting the pressure of intake air in an intake manifold in a vehicle engine, for example.
[0024]
FIG. 1 shows the structure of the semiconductor pressure sensor of this embodiment.
[0025]
First, as shown in FIG. 1, a diaphragm 1a is formed on the
[0026]
Although three
[0027]
Although not shown, the
[0028]
Further, the
[0029]
And the diaphragm 1a is displaced according to the differential pressure | voltage of the pressure applied to the surface, and the pressure of the vacuum chamber 4. FIG.
[0030]
In this case, each
[0031]
Further, the
[0032]
Hereafter, the manufacturing process of the semiconductor type pressure sensor of this embodiment is demonstrated using FIG.2 and FIG.3.
[0033]
First, as shown in FIG. 2A, a
[0034]
Subsequently, a first step of coating the entire surface of the silicon-based
[0035]
The
[0036]
Here, the process of applying the adhesive 6 to the back surface side of the
[0037]
Thereafter, the
[0038]
Thereafter, when the
[0039]
Subsequently, a second step is performed in which heat is applied to the adhesive 6 applied to the
[0040]
The semi-curing in the second step means that the
[0041]
The temperature and time required for curing the adhesive 6 vary depending on the type of the adhesive. For example, in the present embodiment, a silicon-based thermosetting adhesive is used as the adhesive 6. In order to semi-cure the adhesive 6, it is appropriate to apply heat at a temperature of about 150 ° C. for about 3 minutes.
[0042]
Subsequently, a third step of dividing and cutting the
[0043]
Subsequently, as shown in FIG. 2 (c), a fourth step of mounting the
[0044]
Finally, as shown in FIG. 2 (d), a fifth process is performed in which the adhesive 6 is heated again to be fully cured, thereby fixing the
[0045]
The main curing in the fifth step is curing until the
[0046]
In order to fully cure the adhesive 6, it is appropriate to apply heat at a temperature of about 150 ° C. for about 60 minutes.
[0047]
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor pressure sensor according to this embodiment, after the first step of applying the adhesive 6 to the
[0048]
Thereby, when thermal distortion occurs in the
[0049]
In the present embodiment, after performing the second step of semi-curing by applying heat to the adhesive 6, the fourth step of mounting the
[0050]
Furthermore, by applying the manufacturing method as in the present embodiment, the beads that have been mixed in the adhesive 6 for the purpose of making the thickness of the adhesive 6 uniform for each sensor in the prior art are unnecessary. As a result, the cost can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
[0051]
In the prior art, the adhesive is applied to each individual semiconductor sensor chip. However, in the manufacturing method according to the present embodiment, the adhesive 6 is applied to each
[0052]
In addition, this invention is not restricted to the said embodiment, It can apply to various aspects.
[0053]
For example, the present invention is not limited to the semiconductor pressure sensor as in the present embodiment, but can be applied to other mechanical quantity sensors such as an acceleration sensor.
[0054]
The semiconductor pressure sensor may be of a type that introduces the pressure of the measurement medium to the diaphragm 1a through the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are views showing a manufacturing process of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 3A to 3C are diagrams showing an adhesive application process of a semiconductor pressure sensor according to an embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a conventional semiconductor pressure sensor.
FIGS. 5A to 5D are diagrams showing a manufacturing process of a conventional semiconductor pressure sensor.
FIG. 6 is a diagram showing a problem of a conventional semiconductor pressure sensor.
[Explanation of symbols]
1 ... Semiconductor sensor chip,
1a ... diaphragm,
2 ... Piezoresistor (strain gauge),
3 ... Glass pedestal,
4 ... Vacuum chamber,
5 ... Packaging materials,
6 ... Silicon thermosetting adhesive,
7 ... Semiconductor wafer,
7a: The back side of the semiconductor wafer,
8: Screen printing device,
8a ... screen,
8b ... the opening of the screen,
8c ... roll,
9 ... Die mount device,
T: Difference between the thickness of the semiconductor wafer and the depth of the opening of the screen.
Claims (1)
前記半導体ウェハの一面側に塗布された前記接着剤に熱を加えて半硬化させる第2工程と、
前記半導体ウェハを分割切断して、力学量の印加により変位する変位部を有するとともに該変位部の変位を検出する半導体センサチップを複数形成する第3工程と、
前記半導体センサチップを前記接着剤を介して基台上に搭載する第4工程と、
前記接着剤に再び熱を加えて本硬化し、前記半導体センサチップを前記基台上に固着させる第5工程と
を備えたことを特徴とする半導体式力学量センサの製造方法。A first step of applying a liquid adhesive on one side of the semiconductor wafer;
A second step in which heat is applied to the adhesive applied to one side of the semiconductor wafer and semi-cured;
A third step of dividing and cutting the semiconductor wafer to form a plurality of semiconductor sensor chips that have a displacement portion that is displaced by application of a mechanical quantity and that detects displacement of the displacement portion;
A fourth step of mounting the semiconductor sensor chip on a base via the adhesive;
A method of manufacturing a semiconductor mechanical quantity sensor, comprising: a fifth step in which heat is applied again to the adhesive to perform main curing, and the semiconductor sensor chip is fixed onto the base.
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