JP3882592B2 - 半導体イオンセンサとその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンセンサに関し、特に、溶液中での成分検出を行う電界効果型の半導体イオンセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
溶液(被測定液)中の成分、例えば、イオン濃度などを検出するために用いられる半導体イオンセンサとして、ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor)と呼ばれる半導体イオンセンサが提供されている。この種の半導体イオンセンサは、電界効果トランジスタ(MOSFET)のゲート電極に相当する部位を、特定のイオン成分に感応して、その濃度に応じた表面電位を生じさせるイオン感応部に転換したものであり、イオン感応部と溶液との界面に生じる電界の変化に応じて半導体表面近傍のコンダクタンスが変化することを利用して、溶液中の特定イオン成分のイオン濃度などを検出すること、更に詳しくは、溶液中の特定イオン成分を定性的、定量的に分析することができる。
【0003】
その具体的なものとしては、図8に示されている構造のものが知られている。このものは、センサチップ110と、支持体120と、金属細線130と、封止樹脂体140を主要構成要素としている。
【0004】
センサチップ110は、検出したイオン濃度を電気信号に変換するものであり、p型の半導体基板の表面(図4の上方向)にn+層よりなるドレイン領域111とソース領域112を離間して形成し、両領域間111,112のチャネル領域113上に当接する部位を薄膜化したシリコン酸化膜よりなる絶縁膜(図示せず)と、薄膜化した絶縁膜上面にシリコン窒化膜からなるイオン感応部114をそれぞれ形成したものである。また、ドレイン領域111及びソース領域112には配線抵抗115,115が連設され、電極116,116と電気的に接続されている。
【0005】
支持体120は、センサチップ110を固定するとともに外部と信号の授受をするための導電路121を擁したものであり、例えば、ガラスエポキシ材からなるプリント配線基板等により形成されている。そして、センサチップ110を、例えば、接着剤等により支持体120の導電路121が形成されている面側に固着している。
【0006】
金属細線130は、センサチップ110と導電路121とを電気的に接続するためのものであり、例えば、金等により構成されている。また、このものは、例えば、超音波熱圧着併用法等を用いて電極116と導電路121とに接続されている。
【0007】
封止樹脂体140は、センサチップ110と金属細線130とを水分及び異物並びに衝撃から保護するものであり、例えば、シリコーン樹脂等の合成樹脂で構成されている。また、このものは、イオン感応部114のみを露出して、センサチップ110のそれ以外の部位及び金属細線130を覆うように設けられている。
【0008】
この半導体イオンセンサによると、イオン感応部114がイオン成分濃度に応じてチャネル領域113のコンダクタンスを変化させる。つまり、このコンダクタンスの変化を電気信号の変化として出力するようにすれば、溶液中の被検出対象のイオン濃度を電気的な物理量として検出できるのである。また、イオン感応部114以外の部位は、シリコーン樹脂等の封止樹脂体140により封止しているので、溶液中に浸漬しても電極116等を腐食し難くすることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような半導体イオンセンサにおいて、その封止樹脂体140は、塗布する際の温度や湿度、さらには放置時間によって粘度が変化するため、塗布後の形状が不安定に成り易いという懸念がある。また、このような状態になると、封止樹脂体140がイオン感応部114上に流れ込んでしまい、最悪の場合、半導体イオンセンサのイオンセンシング機能が損なわれてしまう可能性がある。また、このような懸念点を解決するためには、恒温恒湿の環境と精密に塗布量を制御する、例えば、計量塗布装置等の装置が必要となり、製造工程が繁雑になるという問題が生じる恐れがある。
【0010】
本発明は、上記の点を鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、イオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させた半導体イオンセンサを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明の半導体イオンセンサは、半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと少なくとも同等の大きさの開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の他方の表面側と当接してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、前記封止樹脂体を、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体に覆うように金型成形を用いて設けたことを特徴としている。
【0012】
請求項2に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項1記載の構成において、前記センサチップに外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材を設けたものとしている。
【0013】
請求項3に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項2記載の構成において、前記緩衝部材を、センサチップと枠体との間に配設したものとしている。
【0014】
請求項4に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項2又は3記載の構成において、前記緩衝部材を、センサチップと支持体との間に配設したものとしている。
【0015】
請求項5に係る半導体イオンセンサは、請求項1乃至4記載のいずれかの構成において、前記支持体を、リードフレームにて形成したものとしている。
【0016】
請求項6に係る半導体イオンセンサは、請求項5記載の構成において、リードフレームを、センサチップと外部とを電気的に接続するリード及びセンサチップを載置するアイランドで構成される第1のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部とそれを支持する支持脚で構成される第2のリードフレームとで構成したものとしている。
【0017】
請求項7に係る半導体イオンセンサは、請求項5記載の構成において、リードフレームを、センサチップを載置するアイランドで構成される第3のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部及び枠部を支持してセンサチップと外部とを電気的に接続する支持脚で構成される第4のリードフレームとで構成したものとしている。
【0018】
請求項8に係る半導体イオンセンサは、請求項6又は7記載の構成において、前記リードフレームの、少なくとも枠部に金メッキを施したものとしている。
【0019】
請求項9に係る半導体イオンセンサの製造方法は、半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと同等若しくはより大きい開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の従表面側と当設してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、枠体の開口面に成形金型の所定の一部を当接させることにより開口部を塞ぎ、金型成形にて樹脂封止することを特徴としている。
【0020】
請求項10に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項9記載の方法において、外部からの応力を緩和する緩衝部材を介してセンサチップの所定の位置に枠体及び支持体を配設することとしている。
【0021】
請求項11に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項9又は10記載の方法において、前記成形金型が枠体と密接するように、少なくともイオン感応部を設けた位置に相当する支持体の裏面側を支持することとしている。
【0022】
請求項12に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項11記載の方法において、支持体の裏面側の支持跡を樹脂封止することとしている。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0024】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体イオンセンサを示すものであり、(a)はその断面図を、(b)はその平面図である。また、図4は、第1のリードフレームを示す平面図である。また、図8は、本発明の第1の実施形態に係る半導体イオンセンサの製造方法を示すものである。
【0025】
この半導体イオンセンサは、センサチップ1と、枠体2と、支持体3と、封止樹脂体4と、緩衝部材5とを主要構成要素とするものである。
【0026】
センサチップ1は、検出したイオン濃度を電気信号に変換するものであり、略四角状のp型半導体基板の表面(図1の上方向)にn+層からなるドレイン領域11とソース領域12と両領域間11,12にチャネル領域13を形成している。また、ドレイン領域11及びソース領域12には配線抵抗15,15が連設され、電極16,16と電気的に接続されている。そして、p型半導体基板上には、チャネル領域13と当接する部位を薄膜化したシリコン酸化膜よりなる絶縁膜(図示せず)が形成され、さらに、チャネル領域上の絶縁膜上面にはシリコン窒化膜よりなるイオン感応部14が形成されている。
【0027】
枠体2は、樹脂封止の際に、後述する封止樹脂体4がイオン感応部14に浸入して表面が覆い隠されるのを防止するものであり、例えば、エポキシ樹脂やフッ素樹脂等の高分子材料にて形成されている。その形状は、平面視において略円形の枠状であり、その開口部21は、イオン感応部14の大きさと少なくとも同等の大きさに形成している。また、このものは、平面視において後述する第1の緩衝部材5aを介してイオン感応部14を囲むようにセンサチップ1上に設けられており、シリコーン樹脂(図示せず)にて固着されている。
【0028】
支持体3は、センサチップ1を固定するとともに外部と信号の授受をするための導電路を擁したものであり、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等からなる第1のリードフレーム31にて形成している。このものは、リード31aと、アイランド31bとを備えており、このうち、リード31aは、センサチップ1からの信号を外部に授受するための導電路であり、また、このものは、平面視において略四角形をした棒状である。また、このものは、センサチップ1の電極16と、例えば、金等を用いた金属細線6により、例えば、超音波熱圧着併用法等を用いて電気的に接続されている。アイランド31bは、センサチップ1を搭載して固定するためのものであり、平面視において略四角形をした平板である。また、このものとセンサチップ1とは、後述する第2の緩衝部材5bを介してシリコーン樹脂(図示せず)にてそれぞれが固着されている。また、第1のリードフレーム31の送りしろ部31cには、第2の実施形態で詳述する第2のリードフレーム32との位置あわせの際に使用する円形の合わせマーク31dが形成されている。
【0029】
封止樹脂体4は、センサチップ1と金属細線6とを水分及び異物並びに衝撃から保護するものであり、例えば、エポキシ樹脂等の合成樹脂で構成されている。また、このものは、イオン感応部14と、イオン感応部14を設けた位置に相当するアイランド31bの裏面側(支持部41)のみを露出して、それ以外のセンサチップ1及び支持体3を覆うように封止するように設けられている。
【0030】
緩衝部材5は、樹脂封止の際に枠体2やアイランド31bを介してセンサチップ1に掛かる応力を緩和するものであり、例えば、シリコーンゴム等の弾性を有する樹脂にて構成している。その形状は、第1の緩衝部材5aについては枠体2と、緩衝部材5bについてはセンサチップ1と同じ形状(第1の緩衝部材5aは略円形、第2の緩衝部材5bは略四角形)をしている。また、平面視における大きさは、第1の緩衝部材5aについては、枠体2より小さく、第2の緩衝部材5bについては、センサチップと同等の大きさに形成している。また、このものは、センサチップ1や枠体2やアイランド31bと、例えば、シリコーン樹脂(図示せず)にて接着されている。
【0031】
次に、その製造方法について説明する。
【0032】
まず、第1のリードフレーム31のアイランド31bに、シリコーン樹脂(図示せず)を介して第2の緩衝部材5bを接着する。この際、シリコーン樹脂は、アイランド31bと第2の緩衝部材5baのどちらに塗布してもかまわない。同様に、第2の緩衝部材5bの上面(図8の上方向)に同じくシリコーン樹脂(図示せず)を介してセンサチップ1を接着する。このときも、シリコーン樹脂は、第2の緩衝部材5bとセンサチップ1のどちらに塗布してもかまわない(図8(a))。次いで、シリコーン樹脂を150℃の温度下で硬化し、センサチップ1の電極16とリード31aとを金属細線6にてワイヤボンドして電気的に接続する(図8(b))。次いで、センサチップ1のイオン感応部14を囲むようにシリコーン樹脂(図示せず)を介して第1の緩衝部材5aを接着し、さらに、その上面に同じくシリコーン樹脂(図示せず)を介して枠体2を接着する。このときも、シリコーン樹脂は、第1の緩衝部材5aとセンサチップ1と枠体2のいずれに塗布してもかまわない(図8(c))。次いで、150℃の温度下でシリコーン樹脂を硬化後、成型金型7にて第1のリードフレーム31にマウントされたセンサチップ1を固定する。この際、成型金型7の任意の部位が、枠体2と、イオン感応部14を設けた位置に相当するアイランド31bの下面側(図8の下方向)とを挟持するようにセンサチップ1を設置する(図8(d))。そして、成型金型7内にエポキシ樹脂からなる封止樹脂体4を充填してイオン感応部14を除くすべての部位を封止樹脂体4で覆い隠す(図8(e))。最後に、封止樹脂体4が硬化した後、アイランド31bの下面側に形成された凹状の支持部41に、再度、封止樹脂体4を埋入し、第1のリードフレーム31の送りしろ部31cからリード31aを切断して半導体イオンセンサを完成させる(図8(f))。
【0033】
したがって、以上説明した実施形態に係る半導体イオンセンサによると、封止樹脂体4を金型成形を用いてイオン感応部14を除いたセンサチップ1及び支持体3を覆うことにより、封止樹脂体4を充填した際に、封止樹脂体4は、イオン感応部14を囲む枠体2によりイオン感応部14への浸入を阻まれるので、封止する際の温度や湿度、さらには放置時間による粘度変化に起因する封止後の形状を考慮することが無くなり、イオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。また、センサチップ1に外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材5を、センサチップ1と枠体2との間及びセンサチップ1とアイランド31bとの間に設けることにより、封止の際に、成形金型7でセンサチップ1を固定するために応力を加えた際に、緩衝部材5は弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップ1に伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップ1の破損を低減することができる。また、支持体3を、第1のリードフレーム31にて形成することにより、支持体3自身の大きさを小さくすることができるので、センサチップ1と支持体3とを封止する樹脂量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。
【0034】
なお、イオン感応部14は、シリコン窒化膜からなるものに限定されるものではなく、例えば、五酸化二タンタル膜や酸化アルミニウム膜等でもよい。また、イオン感応部14は、センシングするイオンに応じて選択されるもので、上記の他にも有機膜等が存在する。
【0035】
また、枠体2の形状は、略円形に限定されるものではなく、例えば、略四角形でもよく、平面視において開口部21がイオン感応部14と少なくとも同じ大きさあれば形状は限定されない。また、その材料についても、エポキシ樹脂やフッ素樹脂等の高分子材料に限定されるものではなく、例えば、ステンレス等の金属材料やシリコン等の半導体を用いてもよい。
【0036】
また、支持体3は、第1のリードフレーム31に限定されるものではなく、例えば導電路を有した樹脂基板やセラミック基板等でもよい。
【0037】
また、緩衝部材5は、シリコーンゴム等に限定されるものではなく、弾性を有する部材であれば上記効果を得ることができる。また、このものは、予め枠体2やセンサチップ1と同じ形状に成形したものを使用する方法の他に、例えば、シリコーン樹脂等のように、硬化後に弾性を有する性質を有した樹脂を使用し、接着剤と兼用させてもよい。また、緩衝部材5aの平面視における大きさは、少なくとも成形金型7が枠体2と当接する部位と同じ大きさであることが好ましい。また、緩衝部材5aは、センサチップ1と枠体2との間に設けるものに限定されるものではなく、枠体2上に設けてもよい。
【0038】
また、封止樹脂体4は、枠体2上面の開口部21を除くすべてが隠れるまで塗布してもよい。
【0039】
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る半導体イオンセンサを示すものである。この実施形態の半導体イオンセンサは、枠体が支持体を構成する第2のフィードフレームにて形成されていることが第1の実施形態と異なるもので、他の構成要素は第1の実施形態のものと実質的に同一であるので説明を省略する。また、同一部材においては第1の実施形態と同一の番号を付す。
【0040】
第2のリードフレーム32は、第1の実施形態における枠体2と役割を同じにし、樹脂封止の際に、封止樹脂体4がイオン感応部14に浸入して表面が覆い隠されるのを防止するものであるが、このものは、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等からなる枠部32eと支持脚32bで構成されている。枠部32eは、平面視において、略四角形の平板をしており、その中央には略円形の開口部32gが設けられている。その開口部32gは、イオン感応部14の大きさと少なくとも同じ大きさに形成したものである。また、この枠部32eには、耐腐食性を確保するために金メッキが施されている。支持脚32bは、平面視において略四角形をした棒状であり、リード31aと相対する枠部32eの辺の両端からリード31a方向に向かって延設されている。また、この支持脚32bは、断面視において滑り台のように段違いに折れ曲がって形成されており、その折曲部32fは、第2のリードフレーム32の剛性や反発力を低減して支持脚32bの形状を安定化させるために薄く形成されている。その段違いの高さは、枠部32eを第1の緩衝部材5aに固着させたときに、支持脚32bがリード31aと同一平面上にあるように設定されている。また、送りしろ部32cには、第1のリードフレーム31との位置あわせの際に使用する円形の合わせマーク32dが形成されている。
【0041】
ところで、枠部32eの下部には、第1の緩衝部材5aが平面視においてイオン感応部14を囲むようにセンサチップ1上に設けられており、シリコーン樹脂(図示せず)にて枠部32eと第1の緩衝部材5aが固着されている。
【0042】
次に、その製造方法であるが、第1のリードフレーム31に第2の緩衝部材5bを介してセンサチップ1を固着し、金属細線6をワイヤボンドした後に第1の緩衝部材5aをセンサチップ1上に接着する工程までは、第1の実施形態と実質的に同様である。次いで、枠部32eと支持脚32bを構成する第2のリードフレーム32を、支持脚32bがリード31aと同一平面を形成するように第1の緩衝部材5aにシリコーン樹脂にて接着する。この際、両リードフレーム31,32の送りしろ部31c、32cにある合わせマーク31d、32dを用いることにより、両リードフレーム31,32の相対位置精度を向上することができる。次いで、150℃の温度下でシリコーン樹脂を硬化後、成型金型7にて第1のリードフレーム31にマウントされたセンサチップ1を固定する。この際、成型金型7の任意の部位が、枠部32eとイオン感応部14を設けた位置に相当するアイランド31bの下面側とを挟持するようにセンサチップ1を設置する。そして、成型金型7内にエポキシ樹脂からなる封止樹脂体4を充填してイオン感応部14を除くすべての部位を封止樹脂体4で覆い隠す。最後に、封止樹脂体4が硬化した後、アイランド31bの下面側に形成された凹状の支持部41に、再度、封止樹脂体4を埋入し、第1リードフレーム31の送りしろ部31cからリード31aと第2のリードフレーム32の送りしろ部32cから支持脚32bを切断して半導体イオンセンサを完成させる。
【0043】
したがって、以上説明した実施形態に係る半導体イオンセンサによると、封止樹脂体4を金型成形を用いてイオン感応部14を除いたセンサチップ1及び支持体3を封止することにより、封止樹脂体4を充填した際に、封止樹脂体4は、イオン感応部14を囲む枠部32eによりイオン感応部14への浸入を阻まれるので、塗布する際の温度や湿度、さらには放置時間による粘度変化に起因する塗布後の形状を考慮することが無くなりイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。また、センサチップ1に外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材5を、センサチップ1と枠部32eとの間及びセンサチップ1とアイランド31bとの間に設けることにより、封止の際に、成形金型7でセンサチップ1を固定するために応力を加えた際に、緩衝部材5は弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップ1に伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップ1の破損を低減することができる。また、支持体3を、第1のリードフレーム31と第2のリードフレーム32にて形成することにより、支持体3自身の大きさを小さくすることができるので、センサチップ1と支持体3とを封止する樹脂量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。そして、両リードフレーム31,32の送りしろ部31c、32cに設けられた合わせマーク31d,32dにより第1のリードフレーム31と第2のリードフレーム32の合わせ精度が向上するので、枠部32eの大きさを小さくすることができる。また、第2のリードフレーム32の、少なくとも枠部32eに金メッキを施すことにより、第2のリードフレーム32の露出部が耐食性の高い金によって被覆されるので、第2のリードフレームの材料である、例えば、銅や鉄などの金属が溶液に直接触れなくなり、第2のリードフレームの耐腐食性を確保することができる。
【0044】
(第3の実施形態)
図3は、本発明の第3の実施形態に係る半導体イオンセンサを示すものである。この実施形態の半導体イオンセンサは、アイランドのみで構成されている第3のリードフレームと、枠部とリードで構成されている第4のリードフレームとで形成されていることが第2の実施形態と異なるもので、他の構成要素は第2の実施形態のものと実質的に同一であるので説明を省略する。また、同一部材においては第2の実施形態と同一の番号を付す。
【0045】
第3のリードフレーム33は、センサチップ1を搭載して固定するアイランド33bで構成されており、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等にて形成している。その形状は、平面視において略四角形をした平板である。また、このものとセンサチップ1とは、第2の緩衝部材5bを介してシリコーン樹脂(図示せず)にて固着されている。また、第3のリードフレーム33の送りしろ部33cには、後述する第4のリードフレーム34との位置あわせの際に使用する円形の合わせマーク33dが形成されている。
【0046】
第4のリードフレーム34は、第2の実施形態と役割を同じにし、樹脂封止の際に、封止樹脂体4がイオン感応部14に浸入して表面が覆い隠されるのを防止するもので、例えば、銅合金や鉄ニッケル合金等からなる枠部34eと支持脚34bで構成されている。この第4のリードフレーム34に形成された枠部34eと支持脚34bがそれぞれ金属細線6とリードの役割を果たすものであることが第2の実施形態と異なる点である。枠部34eは、平面視において、略四角形の2枚の平板を、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性を示す樹脂34hを介して継合することにより1枚の平板にしたものであり、その中央には略円形の開口部34gが設けられている。その開口部34gは、イオン感応部14の大きさと少なくとも同じ大きさに形成したものである。また、この枠部34eは、センサチップ1上の電極16,16と、例えば、半田等のバンプ8を介して接続されており、互いの電極16,16が電気的に絶縁するように配設している。また、この枠部34eには、耐腐食性を確保するために金メッキが施されている。支持脚34bは、平面視において略四角形をした棒状であり、枠部34eの電気的に絶縁された平板から同一方向に向かってそれぞれ併設されている。また、この支持脚34bは、断面視において滑り台のように段違いに折れ曲がって形成されており、その折曲部34fは、第4のリードフレーム34の剛性や反発力を低減して支持脚34bの形状を安定化させるために薄く形成されている。その段違いの高さは、枠部34eを電極16,16に接続させたときに、支持脚34bが第3のリードフレーム33のアイランド33bと同一平面上にあるように設定されている。
【0047】
ところで、枠部34eの下部には、第1の緩衝部材5aが平面視においてイオン感応部14を囲むようにセンサチップ1上に設けられている。
【0048】
次に、その製造方法であるが、第3のリードフレームに第2の緩衝部材5baを介してセンサチップ1を固着する工程までは、第2の実施形態と実質的に同様である。次いで、枠部34eを構成する第4のリードフレーム34を、支持脚34bがアイランド33bと同一平面を形成するように枠部34eの所定の位置を、電極16,16に半田バンプ8を用いて接続する。この際、両リードフレーム33,34の送りしろ部33c,34cにある合わせマーク33d,34dを用いることにより、両リードフレーム33,34の相対位置精度を向上することができる。次いで、成型金型7にて第3のリードフレーム33にマウントされたセンサチップ1を固定する。この際、成型金型7の任意の部位が、枠部34eとイオン感応部14を設けた位置に相当するアイランド33bの下面側とを挟持するようにセンサチップ1を設置する。そして、成型金型7内にエポキシ樹脂からなる封止樹脂体4を充填してイオン感応部14を除くすべての部位を封止樹脂体4で覆い隠す。最後に、封止樹脂体4が硬化した後、アイランド33bの下面側に形成された凹状の支持部41に、再度、封止樹脂体4を埋入し、第3のリードフレーム33の送りしろ部33cからアイランド33bと第4のリードフレーム34の送りしろ部34cから支持脚34bを切断して半導体イオンセンサを完成させる。
【0049】
したがって、以上説明した実施形態の半導体イオンセンサによると、封止樹脂体4を金型成形を用いてイオン感応部14を除いたセンサチップ1及び支持体3を封止することにより、封止樹脂体4を充填した際に、封止樹脂体4は、イオン感応部14を囲む枠部34eによりイオン感応部14への浸入を阻まれるので、封止する際の温度や湿度、さらには放置時間による粘度変化に起因する塗布後の形状を考慮することが無くなりイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。また、センサチップ1に外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材5を、センサチップ1と枠部34eとの間及びセンサチップ1とアイランド33bとの間に設けることにより、封止の際に、成形金型7でセンサチップ1を固定するために応力を加えた際に、緩衝部材5は弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップ1に伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップ1の破損を低減することができる。また、支持体3を、第3のリードフレーム33と第4のリードフレーム34にて形成することにより、支持体3自身の大きさを小さくすることができるので、センサチップ1と支持体3とを封止する樹脂量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。そして、両リードフレーム33,34の送りしろ部33c,34cに設けられた合わせマーク33d,34dにより第3のリードフレームと第4のリードフレームの合わせ精度が向上するので枠部34eの大きさを小さくすることができる。また、支持脚34bを、センサチップ1と外部とを電気的に接続するリードを兼ねたものとすることにより、センサチップ1と導電路を電気的に接続する金属細線6の機能を兼ね備えるので、金属細線6を省略できるようになり、半導体イオンセンサを構成する部品点数を削減することができる。また、第4のリードフレーム34の、少なくとも枠部34eに金メッキを施すことにより、第4のリードフレーム34の露出部が耐食性の高い金によって被覆されるので、第4のリードフレーム34の材料である、例えば、銅や鉄などの金属が溶液に直接触れなくなり、第4のリードフレーム34の耐腐食性を確保することができる。
【0050】
なお、枠部34eを構成する平板の数は、2つに限定されるものではなく、センサチップ1に形成されている電極16の数に合わせて任意に選択できるものである。
【0051】
また、バンプ8は、半田バンプに限定されるものではなく、例えば、異方性導電性ペースト等を用いて形成してもよい。
【0052】
【発明の効果】
請求項1に係る発明の半導体イオンセンサは、封止樹脂体を、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を覆うように金型成形を用いて設けることにより、封止する際の温度や湿度、さらには封止樹脂体の放置による粘度変化に起因する封止後の形状変化を考慮することが無くなるので、イオン感応部に封止樹脂体が覆い被さることによるイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。
【0053】
請求項2に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項1の効果に加えて、センサチップに外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材を設けることにより、センサチップを固定するために成形金型で応力を加えた際に、緩衝部材が弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【0054】
請求項3に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項2の効果に加えて、緩衝部材を、センサチップと枠体との間に配設することにより、イオン感応部に樹脂が浸入しないように枠体の開口面に成形金型で直接外力を加えた際に、緩衝部材が弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【0055】
請求項4に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項2又は3の効果に加え、緩衝部材を、センサチップと支持体との間に配設することにより、イオン感応部に樹脂が浸入しないように枠体の開口面に成形金型で支持体を介して外力を加えた際に、緩衝部材が弾性変形して衝撃を吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【0056】
請求項5に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項1乃至4いずれかの効果に加えて、支持体を、リードフレームにて形成することにより、支持体の大きさを小さくすることができるので、センサチップと支持体とを封止する封止樹脂体の量を少なくできるようになり、半導体イオンセンサの形状を小型化することができる。
【0057】
請求項6に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項5の効果に加えて、センサチップと外部とを電気的に接続するリード及びセンサチップを載置するアイランドで構成される第1のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部とそれを支持する支持脚で構成される第2のリードフレームとで構成することにより、両リードフレームの送りしろ部に設けられた合わせマークにより第1のリードフレームと第2のリードフレームの合わせ精度が向上するので、枠体の大きさを小さくすることができる。
【0058】
請求項7に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項5の効果に加えて、センサチップを載置するアイランドで構成される第3のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部及び枠部を支持してセンサチップと外部とを電気的に接続する支持脚で構成される第4のリードフレームとで構成することにより、第4のリードフレームは、センサチップと導電路を電気的に接続する金属細線の機能を兼ね備えるので、センサチップと導電路を電気的に接続する金属細線を省略できるようになり、半導体イオンセンサを構成する部品点数を削減することができる。
【0059】
請求項8に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項6又は7の効果に加え、リードフレームの、少なくとも枠部に金メッキを施すことにより、溶液と接する部位が耐食性の高い金によって被覆されるので、リードフレームの材料である、例えば、銅や鉄などの金属が溶液に直接触れなくなり、枠部の耐腐食性を向上することができる。
【0060】
請求項9に係る発明の半導体イオンセンサは、枠体の開口面に成形金型の所定の一部を当接させることにより開口部を塞ぎ、金型成形にて樹脂封止することにより、枠体の開口部内は密封状態になって封止樹脂体がイオン感応部へ浸入することを低減できるようになり、また、金型成形により、封止樹脂体の充填及び成形が一度に大量に行えるようになるので、塗布する際の温度や湿度、さらには、放置による粘度変化に起因する塗布後の形状を考慮することが無くなりイオンセンシング機能の低下を招くことなく製造工程の簡略性を向上させることができる。
【0061】
請求項10に係る発明の半導体イオンセンサは、請求項9の効果に加え、外部からの応力を緩和する緩衝部材を介してセンサチップの所定の位置に枠体及び支持体を配設することにより、成形金型が枠体を押さえるために加える応力を、緩衝部材が弾性変形することで吸収するので、センサチップに伝わる応力を緩和できるようになり、センサチップの破損を低減することができる。
【0062】
請求項11に係る半導体イオンセンサの製造方法は、請求項9又は10記載の方法において、前記成形金型が枠体と密接するように、少なくともイオン感応部を設けた位置に相当する支持体の裏面側を支持することにより、枠体は、成形金型により開口面と直交する上下方向から応力を受けることになるので、枠体の開口面と成形金型の密着性が向上するようになり、樹脂のイオン感応部への浸入をさらに低減することができる。
【0063】
請求項12発明の半導体イオンセンサは、請求項11の効果に加え、支持体の裏面側の支持跡を樹脂封止することにより、イオンセンシングに必要のない支持跡による空隙を塞ぐことができるので、その空隙からの溶液の浸入を低減できるようになり、半導体イオンセンサの品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の半導体イオンセンサを示すもので、(a)はその断面図、(b)はその平面図である。
【図2】 同上の半導体イオンセンサの製造方法を示すものである。
【図3】 本発明の第2の実施形態の半導体イオンセンサを示すもので、(a)はその断面図、(b)はその平面図である。
【図4】 本発明の第3の実施形態の半導体イオンセンサを示すもので、(a)はその断面図、(b)はその平面図である。
【図5】 第1のリードフレームを示す平面図である。
【図6】 第2のリードフレームを示す平面図である。
【図7】 第3のリードフレームを示す平面図である。
【図8】 第4のリードフレームを示す平面図である。
【図9】 従来の半導体イオンセンサを示すものであり、(a)はその断面図、(b)はその平面図である。
【符号の説明】
1 センサチップ
14 イオン感応部
2 枠体
21 開口部
3 支持体
31 第1のリードフレーム
31a リード
31b アイランド
32 第2のリードフレーム
32b 支持脚
32e 枠部
33 第3のリードフレーム
33b アイランド
34 第4のリードフレーム
34b 支持脚
34e 枠部
4 封止樹脂体
5 緩衝部材
5a 第1の緩衝部材
5b 第2の緩衝部材
7 成型金型
Claims (12)
- 半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと少なくとも同等の大きさの開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の他方の表面側と当接してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、
前記封止樹脂体を、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体に覆うように金型成形を用いて設けたことを特徴とする半導体イオンセンサ。 - 前記センサチップに外部からの応力に対して弾性を有する緩衝部材を設けた請求項1記載の半導体イオンセンサ。
- 前記緩衝部材を、センサチップと枠体との間に配設した請求項2記載の半導体イオンセンサ。
- 前記緩衝部材を、センサチップと支持体との間に配設した請求項2又は3記載の半導体イオンセンサ。
- 前記支持体は、リードフレームにて形成されている請求項1乃至4いずれかに記載の半導体イオンセンサ。
- 前記リードフレームは、センサチップと外部とを電気的に接続するリード及びセンサチップを載置するアイランドで構成される第1のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部とそれを支持する支持脚で構成される第2のリードフレームとで構成されている請求項5記載の半導体イオンセンサ。
- 前記リードフレームは、センサチップを載置するアイランドで構成される第3のリードフレームと、イオン感応部を露出する開口を有した枠部及び枠部を支持してセンサチップと外部とを電気的に接続する支持脚で構成される第4のリードフレームとで構成されている請求項5記載の半導体イオンセンサ。
- 前記リードフレームの、少なくとも枠部に金メッキが施されている請求項6又は7記載の半導体イオンセンサ。
- 半導体基板の主表面側にイオン感応部を有するセンサチップと、イオン感応部の大きさと少なくとも同等の大きさの開口を有し、平面視においてイオン感応部を囲むように設けられた枠体と、半導体基板の従表面側と当設してセンサチップを支持する支持体と、イオン感応部を除いたセンサチップ及び支持体を封止する封止樹脂体とを備えた半導体イオンセンサにおいて、
枠体の開口面に成形金型の所定の一部を当接させることにより開口部を塞ぎ、金型成形にて樹脂封止することを特徴とする半導体イオンセンサの製造方法。 - 外部からの応力を緩和する緩衝部材を介してセンサチップの所定の位置に枠体及び支持体を配設する請求項9記載の半導体イオンセンサの製造方法。
- 前記成形金型が枠体と密接するように、少なくともイオン感応部を設けた位置に相当する支持体の裏面側を支持する請求項9又は10記載の半導体イオンセンサの製造方法。
- 支持体の裏面側の支持跡を樹脂封止する請求項11記載の半導体イオンセンサの製造方法。
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