JP4568202B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、特に中空構造を有する半導体素子を収納した半導体装置に関する。
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した半導体加速度センサチップなど、素子の一部を変位可能とするために中空の領域が形成された半導体素子が広く存在する。このような半導体素子を、以下、中空構造を有する半導体素子という。
中空構造を有する半導体素子の代表例には、上述した半導体加速度センサチップを挙げることができる。このような半導体加速度センサチップは、一般的に、ピエゾ抵抗効果、すなわち発生した応力に比例して抵抗値が変化する現象を利用することで、加速度の検知を行うように構成されており、セラミック製のパッケージ内部に収納されて使用される。
具体的に説明すると、一般的な半導体加速度センサチップは、例えば、固定部と錘部と複数の梁部とからなる。各梁部は、可撓性を有し、一方の端が固定部に固定され、他方の端が錘部に固定されることで、固定部に対して錘部を変位可能に保持する。また、各梁部には、ピエゾ抵抗素子が貼り付けられ、これらが配線パターンによって接続されることで、ホイーストン・ブリッジ回路が構成されている。
このような中空構造を有する半導体加速度センサチップに速度の変化が生じると、錘部の慣性運動によって生じた応力により梁部が撓む。同時に、梁部に貼り付けられたピエゾ抵抗素子も撓む。この撓みにより各ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化するため、ホイーストン・ブリッジの抵抗バランスが変化する。この抵抗バランスの変化を電流の変化または電圧の変化として測定することで、加速度を検知することができる。
また、上記のような半導体加速度センサチップは、接着材等を用いてパッケージ内部のキャビティ底部に固着されることが一般的であった。しかしながら、半導体加速度センサチップをパッケージに直接固定してしまうと、例えば半導体加速度センサチップの電極パッドとパッケージの電極パッドとを接続する際のワイヤボンディング工程や半導体加速度センサチップを収納するパッケージを回路基板等へ固定する際のダイボンド工程などにおける加熱によって、残留応力がパッケージと加速度センサチップとの間に発生する可能性があるという問題が存在する。
このような問題を解決するために、例えば以下に示す特許文献１には、パッケージのキャビティ側面に底面よりも高い段差部を設けると共に、半導体加速度センサチップ側部にフランジを設け、フランジ部を段差部に固定することで、パッケージ内に半導体加速度センサチップを固定する構成が開示されている。
また、例えば以下に示す特許文献２には、半導体加速度センサチップをパッケージにフリップチップボンディングした構成とすることで、パッケージを含む装置全体の小型化を実現するための構成が開示されている。
特開２００４−３０９１８８号公報 特開２００５−１２７７５０号公報
しかしながら、半導体加速度センサチップのような、中空構造を有する半導体素子をパッケージに直接固定した場合、外部応力や熱膨張などによるパッケージの変形が半導体素子へ伝達され易いため、半導体素子の特性が変化して誤作動を生じ易いという問題が存在する。また、パッケージと半導体素子との熱膨張係数が異なるため、加熱後にパッケージと半導体素子との間に応力が発生し、これにより半導体素子の特性が変化して誤作動を生じさせるという問題も存在する。
なお、例えば上述した特許文献１による構造は、パッケージと半導体素子（半導体加速度センサチップ）とが直接接着される箇所を含んでいる。このため、パッケージの変形が接着箇所を介して半導体素子に伝達されてしまい、これにより半導体素子の特性が変化してしまう可能性がある。また、例えば上述した特許文献２による構造は、パッケージの一部に半導体素子（半導体加速度センサチップ）が、直接、フリップチップボンディングされている。このため、パッケージの変形がボンディング箇所を介して直接半導体素子へ伝達されてしまい、これにより半導体素子の特性が変化してしまう可能性や、パッケージと半導体素子との熱膨張係数の違いから加熱後にこれらの間に応力が発生し、これにより半導体素子の特性が変化して誤作動を生じさせるという問題も存在する。
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、パッケージと半導体素子との熱膨張係数の違いによる応力の発生を低減し、且つ、半導体素子を収納するパッケージの外部応力や熱膨張などによる変形に対して安定して動作することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明による半導体装置は、内部にキャビティを有するパッケージと、キャビティの内部側面から前記キャビティの中央部側へ向けて突出し、かつ第１電極パッドに電気的に直接接続される導電性を有する端子である、支持部材と、第１電極パッドを有し、かつキャビティの何れの面にも接触しないように、支持部材と第１電極パッドとの接続により支持部材に固定された、素子の一部が変位可能な半導体素子とを有して構成される。
キャビティの内部側面から前記キャビティの中央部側へ向けて突出する支持部材に半導体素子を固定することで、半導体素子をキャビティにおける何れの面にも接触しないようにパッケージ内部に収納することが可能となる。このため、外部応力や熱膨張などによりパッケージが変形した場合でも、この変形が直接半導体素子へ伝達されることを防止できる。この結果、パッケージに与えられた外部応力や熱膨張などにより半導体素子の動作特性が変化することを低減できる。すなわち、パッケージが変形した場合でも安定して動作することが可能な半導体装置を実現することが可能となる。
また、例えばパッケージが熱により膨張または伸縮した場合でも、この熱変化により支持部材も膨張または伸縮するため、パッケージの変形によって半導体素子へ作用する応力を、支持部材の変形により低減することが可能となる。すなわち、パッケージと半導体素子との熱膨張係数の違いにより発生する応力を、支持部材により低減することが可能となる。これにより、熱変化に対して安定して動作することが可能な半導体装置を実現することができる。
本発明によれば、パッケージと半導体素子との熱膨張係数の違いによる応力の発生を低減し、且つ、半導体素子を収納するパッケージの外部応力や熱膨張などによる変形に対して安定して動作することが可能な半導体装置を実現することが可能となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
まず、本発明による実施例１について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。これは、後述する各実施例において同様である。
また、以下では、中空構造を有する半導体素子として、半導体加速度センサチップを採用し、これを収納した半導体装置及びその製造方法を例に挙げて説明する。
・半導体加速度センサチップ１０の構成
まず、本実施例において採用する半導体加速度センサチップ１０の構成を図面と共に詳細に説明する。なお、本実施例では、ピエゾ抵抗効果、すなわち発生した応力に比例して抵抗値が変化する現象を利用した、３次元加速度センサを例に挙げて説明する。
図１は、本実施例で利用する３次元加速度センサである半導体加速度センサチップ１０の概略構成を示す斜視図である。また、図２は半導体加速度センサチップ１０の上視図であり、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
図１から図３に示すように、半導体加速度センサチップ１０は、固定部１１と梁部１２と錘部１３と電極パッド１４（第１電極パッド）とピエゾ抵抗素子１５とを有する。固定部１１と梁部１２と錘部１３とは、所定の半導体基板を加工することで、一体に形成されている。なお、この所定の半導体基板には、例えばシリコン基板などを適用することが可能である。
固定部１１は、例えば板状部材における一方の主面（これを上面とする）に、開口部分が正方形の溝１１ａが形成された構成を有する。なお、本発明による固定部１１は、上記の形状に限定されず、例えば板状部材に上下面を貫通する開口が形成された構成を有していても良い。また、板状部材の上面の形状並びに溝又は開口の形状は、図１から図３に示すような四角形に限定されず、例えば多角形や円形であってもよい。
固定部１１の上面における外周一辺の長さは例えば１．６ｍｍ（ミリメートル）程度とすることができる。溝１１ａの開口部分の一辺の長さは、例えば１．２ｍｍ程度とすることができる。また、溝１１ａの深さは、例えば０．３ｍｍ程度とすることができる。このように設定した場合、固定部１１における外周の端から溝１１ａの端までの幅は、０．２ｍｍ程度となる。また、固定部１１の厚さは、例えば０．５ｍｍ程度とすることができる。
梁部１２は、上記のような固定部１１の溝における各側面の略中央から溝の中央方向へ向かってそれぞれ延在するように設けられている。ただし、本発明では上記の構成に限定されず、例えば固定部１１の溝における各コーナから溝の中央へ向かってそれぞれ延在するように設けられていても良い。
各梁部１２は、半導体加速度センサチップ１０に加速度が加えられた際、後述する錘部１３の慣性運動によって撓むように形成されている。すなわち、梁部１２は可撓性を有するように構成されている。本実施例では、この梁部１２の上面の幅を例えば０．１ｍｍ程度とし、厚さを例えば０．１ｍｍ程度とすることで、梁部１２に可撓性を持たせる。また、梁部１２は、上面が上記した固定部１１の上面と同じ高さ位置となるように形成される。これにより、梁部１２の下面と溝１１ａの底面との間には、０．２ｍｍ程度の隙間が形成され、梁部１２の変形が溝１１ａの底面などにより妨げられることがない。
錘部１３は、４つの主錘部１３ｂと、これらの中央に配置された支持部１３ａとを有する。言い換えれば、支持部１３ａは、周囲に４つの主錘部１３ｂが均等に配置されている。この支持部１３ａは、固定部１１の溝１１ａにおける開口の略中央に配置されるように、固定部１１から延在する梁部１２によって変位可能に吊り下げられている。この際、各主錘部１３ｂは、溝１１ａにおける各角部へ、固定部１１と接触しないように配置される。
このような錘部１３は、半導体加速度センサチップ１０に加えられた加速度に応じて梁部１２を撓ませるために錘として機能する。本実施例では、支持部１３ａの上面における一辺の長を例えば０．５ｍｍ程度とし、各主錘部１３ｂの上面における一辺の長さを例えば４．５ｍｍ程度とする。また、主錘部１３ｂと固定部１１との隙間並びに主錘部１３ｂと梁部１２との隙間を例えば０．５ｍｍ程度とする。さらに、支持部１３ａおよび主錘部１３ｂの厚さを例えば０．２ｍｍ程度とする。
なお、錘部１３は、上面が上記した固定部１１および梁部１２の上面と同じ高さ位置に含まれるように形成される。これにより、錘部１３の下面と固定部１１における溝１１ａの底面との間には、０．１ｍｍ程度の隙間が形成され、錘部１３の固定部１１に対する変位が溝１１ａの底面などにより妨げられることがない。
また、各梁部１２の上面において、固定部１１との付け根部分並びに錘部１３との付け根部分には、それぞれピエゾ抵抗素子１５が貼り付けられている。これらピエゾ抵抗素子１５は、例えば固定部１１上面に形成された電極パッド１４と図示しない配線パターンにより電気的に接続されており、これによりホイーストン・ブリッジ回路が構成されている。したがって、電極パッド１４および図示しない配線パターンを介してピエゾ抵抗素子１５の抵抗バランスを検知することで、梁部１２に生じた撓みの量を検出することができ、さらにこの撓みの量から半導体加速度センサチップ１０に加えられた加速度の大きさおよび方向を特定することができる。
なお、半導体加速度センサチップ１０の裏面には、必要に応じてガラス基板などを接合してもよい。半導体加速度センサチップ１０とガラス基板との接合には、例えば陽極接合方法などを適用することができる。
・半導体装置１００の構成
次に、上述した半導体加速度センサチップ１０をパッケージングすることで形成された、本実施例による半導体装置１００の構成を図面と共に詳細に説明する。
図４は半導体装置１００の構成を示す上視図である。また、図５は図４におけるＣ−Ｃ断面図である。なお、図４では、説明の都合上、半導体装置１００におけるスペーサ１１１と上部蓋１１２とを除いた構成を示す。
図４および図５に示すように、半導体装置１００は、半導体加速度センサチップ１０と下部容器１０１と上部蓋１１２とスペーサ１１１と端子１０２とを有する。なお、下部容器１０１、スペーサ１１１および上部蓋１１２は、半導体加速度センサチップ１０を収納するパッケージを形成する。また、以下では、説明の都合上、下部容器１０１に対して上部蓋１１２が位置する側を上側とする。
下部容器１０１は、例えば積層構造を有するセラミック製のパッケージであり、半導体加速度センサチップ１０を収納するためのキャビティ１０１ａを有する。
キャビティ１０１ａは、半導体加速度センサチップ１０の外寸法よりも一回り大きい。上述したように、半導体加速度センサチップ１０の固定部１１の外周を例えば一辺１．６ｍｍ程度とし、厚さを例えば０．５ｍｍ程度とした場合、キャビティ１０１ａは、開口を例えば一辺２．０ｍｍ程度以上とし、深さを例えば０．７ｍｍ程度以上とする。これにより、半導体加速度センサチップ１０を中空の状態でキャビティ１０１ａ内に収納することが可能となる。
下部容器１０１の外側の側面には、断面が半円状の溝１０６が形成されている。この溝の表面には、銅や銀や金などの導電体がメッキされることで、キャスタレーション１０４が形成されている。このキャスタレーション１０４は、下部容器１０１の上面から下面までを電気的に接続する配線として機能する。また、下部容器１０１の下面には、図示しない回路基板などにおける電極パッドと電気的に接続するための電極パッドとして機能するフットパターン１０５（第２電極パッド）が形成されている。
キャビティ１０１ａの側面を形成する側壁の上面には、キャビティ１０１ａの開口側へ延出する複数の端子１０２が付設されている。この端子１０２は、後述するように、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）内に中空の状態で保持するための支持部材である。端子１０２は、例えば所定の不純物を含むシリコン板や、銅や銀や金などの金属板など、導電性を有する板状部材を加工することで形成することができる。また、端子１０２は、下部容器１０１の外側面に形成されたキャスタレーション１０４と電気的に接続される。したがって、端子１０２は、キャスタレーション１０４を介して下部容器１０１下面のフットパターン１０５まで電気的に引き回されている。
下部容器１０１の側壁上面に取り付けられた複数の端子１０２の各先端には、半導体加速度センサチップ１０の電極パッド１４がそれぞれバンプ１０３を用いて電気的及び物理的に接続されている。バンプ１０３には、例えば金バンプやはんだバンプなどの導電性を有するバンプを適用することができる。このバンプ１０３により、半導体加速度センサチップ１０が端子１０２によってキャビティ１０１ａ内に吊り下げられるように保持される。
この際、半導体加速度センサチップ１０とキャビティ１０１ａ内面との間には、熱や外部からの応力によりパッケージ（下部容器１０１、スペーサ１１１および上部蓋１１２）が変形した際にキャビティ１０１ａ内面が半導体加速度センサチップ１０に接触しない程度の隙間が形成されることが好ましい。すなわち、下部容器１０１とスペーサ１１１と上部蓋１１２とで形成されるパッケージ内に半導体加速度センサチップ１０が中空の状態で保持されることが好ましい。例えば上述した半導体加速度センサチップ１０とキャビティ１０１ａとの寸法では、これらの間に少なくとも２．０ｍｍ程度の隙間が形成されるため、熱や外部からの応力によりパッケージ（下部容器１０１、スペーサ１１１および上部蓋１１２）が変形した場合でもキャビティ１０１ａ内面が半導体加速度センサチップ１０に接触しない。
また、各端子１０２は、全部の端子１０２により半導体加速度センサチップ１０を保持できる程度の強靱さを少なくとも有する。この強靱さは、例えば端子１０２の厚さを所望する値に設定することで得ることができる。本実施例では、端子１０２の厚さを、例えば１．０ｍｍ程度とする。
以上のように半導体加速度センサチップ１０が収納された下部容器１０１は、上部蓋１１２により封止される。この際、下部容器１０１と上部蓋１１２との間にスペーサ１１１を介在させることによって、下部容器１０１の側壁上以外の端子１０２と上部蓋１１２との間に所定の隙間（キャビティ１０１ｂ）が形成されるように構成するとよい。このキャビティ１０１ｂにより、例えば熱や応力などによって上部蓋１１２が変形した場合でも、端子１０２が上部蓋１１２に接触せず、中空の状態を維持できるように構成することが可能となる。すなわち、上部蓋１１２の変形が端子１０２を介して半導体加速度センサチップ１０へ伝達されないように構成することができる。
これらスペーサ１１１及び上部蓋１１２は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて下部容器１０１に固着される。また、スペーサ１１１及び上部蓋１１２の材料には、例えば４２アロイ合金やステンレスなどを適用することができる。なお、密閉されたパッケージ（下部容器１０１、スペーサ１１１及び上部蓋１１２）内部は、例えば窒素ガスやドライエアーでパージされる。
以上のように、本実施例による半導体装置１００は、下部容器１０１とスペーサ１１１と上部蓋１１２とが形成するキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面（本実施例では側面）から突出し、且つ突出箇所以外ではキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）と接触しない端子１０２を用いることで、キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）内に、中空の状態で半導体加速度センサチップ１０を保持する構成を有する。言い換えれば、下部容器１０１とスペーサ１１１と上部蓋１１２とが形成するキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面（本実施例では側面）から突出する端子１０２に、キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れの面にも接触しないように半導体素子を固定した構成を有する。このため、外部応力や熱膨張などによりパッケージ（１０１、１１１、１１２）が変形した場合でも、この変形が直接半導体加速度センサチップ１０へ伝達されることを防止でき、半導体加速度センサチップ１０の動作特性が変化することを低減できる。すなわち、半導体加速度センサチップ１０を収納するパッケージの外部応力や熱膨張などによる変形に対して安定して動作することが可能となる。
また、例えばパッケージ（１０１、１１１、１１２）が熱により膨張または伸縮した場合でも、この熱変化により端子１０２も膨張または伸縮するため、パッケージ（１０１、１１１、１１２）の変形によって半導体加速度センサチップ１０へ作用する応力を、端子１０２の変形により低減することが可能となる。すなわち、パッケージ（１０１、１１１、１１２）と半導体加速度センサチップ１０との熱膨張係数の違いにより発生する応力を、端子１０２により低減することが可能となる。これにより、熱変化に対して安定して動作することが可能な半導体装置を実現することができる。
・半導体装置１００の製造方法
次に、本実施例による半導体装置１００の製造方法を図面と共に詳細に説明する。
本製造方法では、まず、図６に示すように、下部容器１０１を構成するための部材として、キャビティ１０１ａの側壁を構成するグリーンシート１０１Ａと、キャビティ１０１ａの底板を構成するグリーンシート１０１Ｂとを準備する。なお、各グリーンシート１０１Ａおよび１０１Ｂは、それぞれが積層されたグリーンシートであってもよい。
グリーンシート１０１Ｂには、キャスタレーション１０４の一部が形成されるビアホール１０６Ｂが、例えばパンチング機を用いて形成されている。グリーンシート１０１Ａには、キャスタレーション１０４の一部が形成されるビアホール１０６Ａが、例えばパンチング機を用いて形成されている。また、グリーンシート１０１Ａには、キャビティ１０１ａも例えばパンチング機を用いて形成されている。なお、グリーンシート１０１Ｂのビアホール１０６Ｂと、グリーンシート１０１Ａのビアホール１０６Ａとは、グリーンシート１０１Ｂおよび１０１Ａを積層した際に連結する位置に形成されている。これらビアホール１０６Ｂおよび１０６Ａ内部には、キャスタレーション１０４へ加工される導体パターン１０４Ｂおよび１０４Ａが、例えばスクリーン印刷法によって形成されている。
次に、グリーンシート１０１Ｂと１０１Ａとを積層し、これらを上下から加圧した後に焼成処理することで、キャビティ１０１ａとキャスタレーション１０４へ加工されるビア配線１０４’とフットパターン１０５へ加工される金属パッド１０５’とを有する個片化前の下部容器１０１’を製造する。なお、この焼成処理では、圧力を常圧とし、温度を１５００℃とし、処理時間を２４時間とすることができる。
次に、図７（ａ）に示すように、下部容器１０１’を、例えば図示しないダイシングブレードを用い、所定のダイシングラインに沿ってダイシングする。これにより、図７（ｂ）に示すように、下部容器１０１’が個々の下部容器１０１に個片化される。この際、ビア配線１０４’と金属パッド１０５’とは、それぞれキャスタレーション１０４とフットパターン１０５とへ加工される。
また、本製造方法では、半導体加速度センサチップ１０を準備する。なお、半導体加速度センサチップ１０の製造方法については、従来、一般的に使用されている方法を適用することが可能であるため、ここでは詳細な説明を省略する。次に、図８に示すように、半導体加速度センサチップ１０における電極パッド１４に、例えば金製やはんだ製のバンプ１０３を用いて端子１０２の先端部分を電気的及び物理的に接続する。この際、例えば、端子１０２を所定の作業テーブル上に載置し、この端子１０２に、電極パッド１４にバンプ１０３が付着された半導体加速度センサチップ１０をフェイスダウンの状態で積載し、その後、端子１０２及び半導体加速度センサチップ１０を加熱、冷却する方法を採用することができる。
以上のように、個片化された下部容器１０１と端子１０２が付設された半導体加速度センサチップ１０とを準備すると、次に、図９に示すように、下部容器１０１のキャビティ１０１ａ内に半導体加速度センサチップ１０を収納する。これにより、半導体加速度センサチップ１０の電極パッド１４に付設された端子１０２の外側部分は、下部容器１０１における側壁上に載置される。この際、各端子１０２の外側部分は、下部容器１０１の側壁上面に露出されたキャスタレーション１０４の上面と接触する。この状態で、加圧及び加熱処理を実行することで、端子１０２の外側部分が下部容器１０１の側壁上面に固定されると共に、端子１０２とキャスタレーション１０４とが電気的に接続される。
次に、例えば４２アロイ合金製やステンレス製などのスペーサ１１１及び上部蓋１１２を準備し、図１０に示すように、これらを半導体加速度センサチップ１０が収納された下部容器１０１上に順次積層する。次に、以上のように積層された下部容器１０１とスペーサ１１１と上部蓋１１２とを上下から加圧した状態で熱処理することで、スペーサ１１１を下部容器１０１に固着すると共に、上部蓋１１２をスペーサ１１１に固着する。これにより、下部容器１０１とスペーサ１１１とにより形成されるキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）が上部蓋１１２により封止され、図４及び図５に示すような半導体装置１００が製造される。なお、この熱処理では、圧力を５ｋｇ（／ｃｍ2）とし、温度を１５０℃とし、処理時間を２時間とすることができる。また、下部容器１０１をスペーサ１１１及び上部蓋１１２で封止する際、キャビティ１０１ａ及び１０１ｂ内は例えば窒素ガスやドライエアーでパージされる。
・作用効果
以上のように、本実施例による半導体装置１００は、内部にキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）を有するパッケージ（下部容器１０１、スペーサ１１１及び上部蓋１１２）と、キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面から突出する端子１０２と、キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れの面にも接触しないように、端子１０２に固定された半導体加速度センサチップ１０とを有して構成される。
キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面から突出する端子１０２に半導体加速度センサチップ１０を固定することで、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）における何れの面にも接触しないようにパッケージ内部に収納することが可能となる。このため、外部応力や熱膨張などによりパッケージが変形した場合でも、この変形が直接半導体加速度センサチップ１０へ伝達されることを防止できる。この結果、パッケージに与えられた外部応力や熱膨張などにより半導体加速度センサチップ１０の動作特性が変化することを低減できる。すなわち、パッケージが変形した場合でも安定して動作することが可能な半導体装置１００を実現することが可能となる。
また、例えばパッケージが熱により膨張または伸縮した場合でも、この熱変化により端子１０２も膨張または伸縮するため、パッケージの変形によって半導体加速度センサチップ１０へ作用する応力を、端子１０２の変形により低減することが可能となる。すなわち、パッケージと半導体加速度センサチップ１０との熱膨張係数の違いにより発生する応力を、端子１０２により低減することが可能となる。これにより、熱変化に対して安定して動作することが可能な半導体装置１００を実現することができる。
なお、本実施例では、端子１０２は導電性を有する端子であり、半導体加速度センサチップ１０は、端子１０２に電気的及び物理的に接続された電極パッド１４を有し、端子１０２と電極パッド１４との接続により端子１０２に固定される。
また、本実施例では、半導体加速度センサチップ１０を端子１０２に固定する際、導電性のバンプを用いている。さらに、本実施例において、端子１０２は接地されていてもよい。
次に、本発明の実施例２について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１と同様である。
また、以下でも、中空構造を有する半導体素子として、半導体加速度センサチップを採用し、これを収納した半導体装置及びその製造方法を例に挙げて説明する。なお、本実施例で採用する半導体加速度センサチップは、実施例１による半導体加速度センサチップ１０と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
・半導体装置１００の構成
次に、上述した半導体加速度センサチップ１０をパッケージングすることで形成された、本実施例による半導体装置２００の構成を図面と共に詳細に説明する。
図１１は半導体装置２００の構成を示す上視図である。また、図１２は図１１におけるＣ−Ｃ断面図である。なお、図１１では、説明の都合上、半導体装置２００におけるスペーサ１１１と上部蓋１１２とを除いた構成を示す。
図１１および図１２に示すように、半導体装置２００は、実施例１による半導体装置１００と同様の構成を有し、さらに、この他の構成としてダミー端子２０２を有する。
ダミー端子２０２は、端子１０２と同様に、下部容器１０１とスペーサ１１１と上部蓋１１２とが形成するキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面（本実施例では側面）から突出し、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）内に中空の状態で保持するための支持部材である。このダミー端子２０２は、半導体加速度センサチップ１０における電極パッド１４と、バンプ１０３を用いてフリップチップボンディングされる。また、ダミー端子２０２は、その一部が、半導体加速度センサチップ１０における錘部１３、特に主錘部１３ｂ上に延在する。ただし、錘部１３とダミー端子２０２との間には、所定の隙間（クリアランス）が存在する。
このように、ダミー端子２０２を、変位部分である錘部１３上に所定の隙間を形成しつつ存在させることで、錘部１３の変位量を制限することができる。すなわち、突発的な層劇など、半導体装置２００に与えられた加速度により、過渡に錘部１３が変位することを防止できる。これにより、この過渡な加速度によって錘部１３が過剰に変位することで、梁部１２などが破損することを防止でき、この結果、半導体装置２００の特性が劣化することを防止できる。なお、ダミー端子２０２と錘部１３との間の隙間は、バンプ１０３によって規定することができる。
このようなダミー端子２０２は、例えば端子１０２と同様に、所定の不純物を含むシリコン板や、銅や銀や金などの金属板など、導電性を有する板状部材を加工することで形成することができる。ただし、これに限定されず、例えば絶縁性の板状部材を加工することで形成された部材であってもよい。なお、例えば導電性の板状部材でダミー端子２０２を形成した場合、ダミー端子２０２は、キャスタレーション１０４を介して接地されることが好ましい。
この他の構成及びその製造方法は、実施例１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。ただし、本実施例では、半導体加速度センサチップ１０の電極パッド１０にバンプ１０３を用いて端子１０２を接続する工程において（図８参照）、図１３に示すように、端子１０２の他にダミー端子２０２も半導体加速度センサチップ１０の所定の電極パッド１４に電気的及び物理的に接続される。
・作用効果
以上のように、本実施例による半導体装置２００は、内部にキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）を有するパッケージ（下部容器１０１、スペーサ１１１及び上部蓋１１２）と、キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面から突出する端子１０２及びダミー端子２０２と、キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れの面にも接触しないように、端子１０２及びダミー端子２０２に固定された半導体加速度センサチップ１０とを有して構成される。
キャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）の何れかの面から突出する端子１０２及びダミー端子２０２に半導体加速度センサチップ１０を固定することで、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ（１０１ａ及び１０１ｂ）における何れの面にも接触しないようにパッケージ内部に収納することが可能となる。このため、外部応力や熱膨張などによりパッケージが変形した場合でも、この変形が直接半導体加速度センサチップ１０へ伝達されることを防止できる。この結果、パッケージに与えられた外部応力や熱膨張などにより半導体加速度センサチップ１０の動作特性が変化することを低減できる。すなわち、パッケージが変形した場合でも安定して動作することが可能な半導体装置１００を実現することが可能となる。
また、例えばパッケージが熱により膨張または伸縮した場合でも、この熱変化により端子１０２及びダミー端子２０２も膨張または伸縮するため、パッケージの変形によって半導体加速度センサチップ１０へ作用する応力を、端子１０２及びダミー端子２０２の変形により低減することが可能となる。すなわち、パッケージと半導体加速度センサチップ１０との熱膨張係数の違いにより発生する応力を、端子１０２及びダミー端子２０２により低減することが可能となる。これにより、熱変化に対して安定して動作することが可能な半導体装置２００を実現することができる。
なお、本実施例では、端子１０２は導電性を有する端子である。また、ダミー端子２０２は、導電性を有していてもよい。半導体加速度センサチップ１０は、端子１０２及びダミー端子２０２にそれぞれ電気的及び物理的に接続された電極パッド１４を有し、端子１０２と電極パッド１４との接続並びにダミー端子２０２と電極パッド１４との接続により端子１０２及びダミー端子２０２に固定される。
また、本実施例では、半導体加速度センサチップ１０を端子１０２及びダミー端子２０２に固定する際、導電性のバンプを用いている。さらに、本実施例において、端子１０２又はダミー端子２０２は接地されていてもよい。
さらにまた、本実施例では、ダミー端子２０２の少なくとも一部が、半導体加速度センサチップ１０における錘部１３から所定の隙間を隔てつつ錘部１３上に延在している。
このように、ダミー端子２０２を、変位部分である錘部１３上に所定の隙間を形成しつつ存在させることで、錘部１３の変位量を制限することができる。すなわち、突発的な層劇など、半導体装置２００に与えられた加速度により、過渡に錘部１３が変位することを防止できる。これにより、この過渡な加速度によって錘部１３が過剰に変位することで、梁部１２などが破損することを防止でき、この結果、半導体装置２００の特性が劣化することを防止できる。なお、ダミー端子２０２と錘部１３との間の隙間は、バンプ１０３によって規定することができる。
また、上記実施例１及び実施例２は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
本発明において半導体素子の例として上げる半導体加速度センサチップの構成を示す斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例１による半導体装置の構成を示す上視図である。 図４におけるＣ−Ｃ断面図である。 本発明による半導体装置の製造方法を示す図である（１）。 本発明による半導体装置の製造方法を示す図である（２）。 本発明による半導体装置の製造方法を示す図である（３）。 本発明による半導体装置の製造方法を示す図である（４）。 本発明による半導体装置の製造方法を示す図である（５）。 本発明の実施例２による半導体装置の構成を示す上視図である。 図１１におけるＤ−Ｄ断面図である。 本発明による半導体装置の製造方法を示す図である（６）。
符号の説明
１０ 半導体加速度センサチップ
１１ 固定部
１１ａ 溝
１２ 梁部
１３ 錘部
１３ａ 支持部
１３ｂ 主錘部
１４ 電極パッド
１５ ピエゾ抵抗素子
１００ 半導体装置
１０１、１０１’ 下部容器
１０１Ａ、１０１Ｂ グリーンシート
１０１ａ、１０１ｂ キャビティ
１０２ 端子
１０３ バンプ
１０４ キャスタレーション
１０４’ ビア配線
１０４Ａ、１０４Ｂ 導体パターン
１０５ フットパターン
１０５’ 金属パッド
１０６ 溝
１０６Ａ、１０６Ｂ ビアホール
１１１ スペーサ
１１２ 上部蓋
２０２ ダミー端子

Claims (8)

  1. 内部にキャビティを有するパッケージと、
    前記キャビティの内部側面から前記キャビティの中央部側へ向けて突出し、かつ第１電極パッドに電気的に直接接続される導電性を有する端子である、支持部材と、
    前記第１電極パッドを有し、かつ前記キャビティの何れの面にも接触しないように、前記支持部材と前記第１電極パッドとの接続により前記支持部材に固定された、素子の一部が変位可能な半導体素子と
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体素子は、導電性のバンプを用いて前記支持部材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記支持部材はダミー端子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記支持部材は接地されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体素子は加速度センサであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の半導体装置。
  6. 前記支持部材は、少なくとも一部が前記錘部から所定の隙間を隔てつつ当該錘部上に延在することを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
  7. 前記パッケージは、第１キャビティが開口された下部容器と、上下面を貫通する第２キャビティが開口されたスペーサと、前記第１キャビティと前記第２キャビティとからなる前記キャビティを封止する上部蓋とを有し、
    前記支持部材は、前記下部容器と前記スペーサとの間から前記キャビティ内へ延在していることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記パッケージは、前記支持部材と電気的に接続された配線パターンと、当該配線パターンと電気的に接続された第２電極パッドとを有することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の半導体装置。
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