JP4609477B2

JP4609477B2 - 半導体装置

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Publication number: JP4609477B2
Application number: JP2007266923A
Authority: JP
Inventors: 博斉藤; 利尚鈴木; 昌良大村
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: JP2008098644A

Description

本発明は、音圧センサチップや圧力センサチップ等の半導体センサチップを備える半導体装置に関する。

従来、シリコン半導体を用いて製造される、例えば圧力センサやシリコンマイクなどの半導体装置には、略矩形板状に形成され、その表面から裏面に向けて凹む凹状部が形成された半導体センサチップを備え、この半導体センサチップがプリント基板上に実装されて構成されたものがある。この半導体センサチップは、凹状部により薄肉化された部分がダイヤフラム（可動電極）とされ、例えば音圧などの圧力が加わるとこのダイヤフラムに変位やひずみが生じ、ダイヤフラムに形成した例えばブリッジ抵抗回路がこの変位やひずみを電気抵抗の変化として捉え、変位やひずみ（以下、変位という）の大きさに応じた電気抵抗の変化をもとに圧力を検出することが可能とされている。

この種の半導体装置は、一般に、ダイヤフラムの変位が微小な範囲で使用するほど、またダイヤフラムに流体の付着などがないほどに精度や再現性がよいという特徴を有している。このため、半導体装置には、ダイヤフラムの微小な変位で出力された電気信号を増幅するオペアンプなどの増幅器が設けられ、この増幅器を半導体センサチップとともにプリント基板に実装したものもある。そして、半導体センサチップと増幅器を同一空間内に配するようプリント基板の表面にカバー（蓋体）を被せてパッケージし、外部環境からこれらを保護して構成されたものもある（例えば、特許文献１参照）。

このような半導体装置においては、半導体センサチップと増幅器を同一空間内に納めるカバーに、この空間と外部とを連通させる開口部が設けられ、この開口部を介して外部で生じた例えば音圧等の変動する圧力を空間内に導き、半導体センサチップに到達させることが可能とされている。また、プリント基板のダイヤフラムの直下に位置する部分には、プリント基板の表面から裏面に向けて凹む凹部が設けられ、この凹部でダイヤフラム直下に空間が形成されることによって、ダイヤフラムが、到達した圧力に応じた変形量で正しく振動（変位）することが可能とされている。
特表２００４−５３７１８２号公報

しかしながら、上記の半導体装置は、半導体センサチップが予め凹状部を形成したプリント基板に実装されて構成されているため、例えば半導体センサチップの特性に応じて凹部のサイズ変更を要する場合などでは、プリント基板の製造が面倒となり、また、このような場合には、製造効率の低下を招き、半導体装置の製造コストひいては半導体装置のコストが増大するという問題があった。

さらに、半導体センサチップや増幅器が設置されたプリント基板の同一の表面に、半導体センサチップや増幅器の上方に空間を形成しつつこれらを被覆するカバーが設置されているため、このカバーの設置時に、半導体センサチップや増幅器、またはそれぞれを電気的に接続するワイヤーなどに接触してしまいこれらが損傷される場合があるという問題があった。また、このカバーは、その先端部をプリント基板に例えは接着剤のみで固着されて保持されているため、例えば衝撃などが負荷された際に外れてしまうこともあり、半導体装置の耐久性、ひいては半導体装置の信頼性の低下を招くという問題もあった。

本発明は、上記事情を鑑み、耐久性を向上させつつ製造効率の向上及びコストの低減が可能な半導体装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の半導体装置は、加えられた圧力によって変形し変形量に応じた前記圧力を検出するダイヤフラムが形成された半導体センサチップを備える半導体装置であって、板状に形成され上面に前記半導体センサチップが固着されるステージ部と、該ステージ部に一端が接続されてこれを持ち上げた状態に支持する吊りリードと、前記ステージ部の近傍に一端を配置したリードと、前記リードの他端を外部に露出させ、かつ前記ステージ部の上方を開放状態として前記ステージ部と前記吊りリードと前記リードを封止する第１封止樹脂層と、該第１封止樹脂層に載置され前記半導体センサチップの上方に空間を形成しつつこれを被覆する蓋体と、該蓋体の外面を覆って前記第１封止樹脂層に固着された第２封止樹脂層とを備え、前記ステージ部には、前記半導体センサチップの前記ダイヤフラムに対向して貫通孔が形成され、前記第１封止樹脂層には、前記貫通孔に連通しつつ前記第１封止樹脂層の下面に向けて延びる凹部が形成され、前記蓋体には、前記空間を外部に連通状態とする開口部が形成されるとともに内面に導電性材料からなる導電性層が形成されており、前記半導体センサチップが、前記蓋体の導電性層と前記吊りリードと前記ステージ部とからなる電気的に連続の電磁シールドで囲繞されていることを特徴とする。

また、本発明の半導体装置は、加えられた圧力によって変形し変形量に応じた前記圧力を検出するダイヤフラムが形成された半導体センサチップを備える半導体装置であって、板状に形成され上面に前記半導体センサチップが固着されるステージ部と、該ステージ部に一端が接続されてこれを持ち上げた状態に支持する吊りリードと、前記ステージ部の近傍に一端を配置したリードと、前記リードの他端を外部に露出させ、かつ前記ステージ部の上方を開放状態として前記ステージ部と前記吊りリードと前記リードを封止する第１封止樹脂層と、該第１封止樹脂層に載置され前記半導体センサチップの上方に密閉状態の空間を形成しつつこれを被覆する蓋体と、該蓋体の外面を覆って前記第１封止樹脂層に固着された第２封止樹脂層とを備え、前記ステージ部には、前記半導体センサチップの前記ダイヤフラムに対向して貫通孔が形成され、前記第１封止樹脂層には、前記貫通孔に連通しつつ前記第１封止樹脂層の下面に開口する孔部が形成され、前記蓋体には、前記空間を外部に連通状態とする開口部が形成されるとともに内面に導電性材料からなる導電性層が形成されており、前記半導体センサチップが、前記蓋体の導電性層と前記吊りリードと前記ステージ部とからなる電気的に連続の電磁シールドで囲繞されていることを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、ダイヤフラムを挟んで一方の側にステージ部の貫通孔とこれに連通する第１封止樹脂層に形成された凹部とが設けられ、他方の側に開口部を備え外部と連通する空間を画成する蓋体が設けられた場合には、例えば外部で変動する圧力を、開口部を介して前記空間に導き、ダイヤフラムに到達させることが可能とされ、また、この圧力によってダイヤフラムが変形する際に、ダイヤフラムに対向する貫通孔と凹部とにより、加えられた圧力に比例した変形量で正しくダイヤフラムを振動（変位）させることが可能とされる。

つまり、ステージ部が吊りリードによって持ち上げ状態で支持されていることで第１封止樹脂層の層厚を大きくとることができ、この第１封止樹脂層の形成時に第１金型の突起部をステージ部の下方に延ばし、凹部を大きな容量で形成することができるため、ダイヤフラムの振動に伴い生じる貫通孔と凹部の密閉空間の圧力変化を小さく抑えることができ、ダイヤフラムの変形が阻害されることを防止できる。これにより、ダイヤフラムを加えられた圧力に応じた変形量で正しく振動させることが可能となり、この半導体装置で検出した圧力を正確なものとすることができる。

また、本発明の半導体装置においては、リードフレームを用いて製造されるため、例えば半導体センサチップの特性に応じて貫通孔と凹部で画成される密閉空間のサイズ変更を要する場合に、第１金型の突起部のサイズを変更するのみで対応することができ、従来のプリント基板を用いるものと比較して、容易にサイズ変更に応じることが可能とされる。さらに、リードフレームを用いて製造されることで、プリント基板を用いるものと比較して、量産性に優れるものとされ、これらによって、製造効率の低下を招くことがなく、半導体装置の製造コストひいては半導体装置のコストを低減することが可能となる。

一方、ダイヤフラムを挟んで一方の側にステージ部の貫通孔とこれに連通して第１封止樹脂層の下面に開口する孔部とが設けられ、他方の側に密閉状態の空間を画成する蓋体が設けられた場合には、例えば外部で変動する圧力を、孔部を介してダイヤフラムに到達させることが可能とされ、また、この圧力によってダイヤフラムが変形する際に、蓋体で画成される空間により、加えられた圧力に比例した変形量で正しくダイヤフラムを振動（変位）させることが可能とされる。

つまり、蓋体の大きさや形状に応じて密閉状態の前記空間の容量を大きく形成することができるため、ダイヤフラムの振動に伴い生じる前記空間の圧力変化を小さく抑えることができ、ダイヤフラムの変形が阻害されることを防止できる。これにより、ダイヤフラムを加えられた圧力に応じた変形量で正しく振動させることが可能となり、この半導体装置で検出した圧力を正確なものとすることができる。

また、本発明の半導体装置においては、半導体装置が第１封止樹脂層と第２封止樹脂層の樹脂で覆われて強固なものとされるため、従来の蓋体で半導体装置の外郭を構成するものと比較して、その耐久性を大幅に向上させることができ、例えば衝撃などが負荷されて蓋体が外れるなどの不具合が生じることがなく、信頼性の高い半導体装置とすることが可能とされる。

さらに、本発明の半導体装置においては、蓋体の内面に導電性材料からなる導電性層が設けられ、蓋体を設置した状態で、この導電性層を吊りリードと電気的に接続することによって、導電性層と吊りリードとステージ部とからなる電気的に連続の電磁シールドを形成することができ、空間に納められた半導体センサチップをこの電磁シールドで囲繞することができるため、外部で発生し、第１封止樹脂層や第２封止樹脂層を透過して空間内に侵入しようとする電磁気的なノイズをこの電磁シールドで遮断することができ、半導体センサチップをノイズから保護することが可能となる。これにより、ノイズが半導体センサチップに到達してダイヤフラムの誤振動が生じることを防止でき、より正確に圧力を検出することが可能とされる。

以下、図１から図７を参照し、本発明の第１実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。本実施形態は、外部に発生した音響などの音圧を検出する半導体装置に関し、リードフレームを用いて製造される半導体装置に関するものである。

本実施形態の半導体装置Ａは、図１から図２に示すように、平面視略矩形状を呈する板状のステージ部１と、ステージ部１に一端２ａが接続されこれを持ち上げた状態に支持する複数の吊りリード２と、ステージ部１の近傍に一端３ａを配置するように半導体装置Ａの側端側からステージ部１に向けて延出する複数のリード３と、ステージ部１と吊りリード２とリード３とを封止する第１封止樹脂層４と、ステージ部１の上面１ａに固着された平面視矩形状を呈する半導体センサチップ（音圧センサチップ）５と、同じくステージ部１の上面１ａに固着され半導体センサチップ５が出力した電気信号を増幅する増幅器６と、半導体センサチップ５と増幅器６とリード３を電気的に接続するワイヤー７と、第１封止樹脂層４に載置され半導体センサチップ５及び増幅器６の上方に空間（第１の空間）１２を形成しつつこれらを被覆する断面略凹状の蓋体９と、蓋体９の外面９ｄを覆って第１封止樹脂層４に固着された第２封止樹脂層１０とが主な構成要素とされている。

ステージ部１には、上面１ａから下面１ｂに貫通する貫通孔１ｃが形成されている。また、ステージ部１には、その上面１ａの各側端からそれぞれ外方に延出しつつ第１封止樹脂層４の下面４ａ側に垂下した垂下部１ｄが設けられており、この各垂下部１ｄの先端側の下面１ｅは、第１封止樹脂層４の下面４ａと面一とされ、且つ第１封止樹脂層４の下面（半導体装置Ａの下面）４ａから露出されている。ステージ部１の上面１ａは、第１封止樹脂層４の上面４ｂと面一とされつつ露出されている。

吊りリード２は、それぞれ略板状で略帯状に形成され、平面視略矩形状のステージ部１の角部付近に一端２ａが接続されステージ部１の外側に向けて延設されている。また、吊りリード２の延設方向略中央には、屈曲部２ｂが設けられている。この屈曲部２ｂは、屈曲部２ｂを挟んで延設方向前方と後方に位置するそれぞれの上面２ｃと平行する一面２ｄを備えており、この一面２ｄは、屈曲部２ｂを挟む前記各上面２ｃよりも上方で、ステージ部１の上面１ａよりも上方に配されている。ここで、この吊りリード２においては、一端２ａから屈曲部２ｂまでの上面２ｃがステージ部１の上面１ａと略同一水平面上に配され、屈曲部２ｂから他端２ｆまでの上面２ｃは、一端２ａから屈曲部２ｂまでの上面２ｃよりも下方で、且つステージ部１の下面１ｂよりも下方に配されて、この他端２ｆ側の下面２ｅは、第１封止樹脂層４の下面４ａと略同一水平面上に配されつつ露出されている。

リード３は、隣り合う吊りリード２の間に複数設けられており、対向するステージ部１の側端に直交しつつ外部からステージ部１に向けて延設されている。ここで、それぞれのリード３は、その先端（一端）３ａが隣り合う吊りリード２の屈曲部２ｂよりもステージ部１側に配されるように延設されている。さらに、各リード３には、延設方向の途中に折曲部３ｂが設けられており、他端３ｃから折曲部３ｂまでの下面３ｄが第１封止樹脂層４の下面４ａと略同一水平面上に配されつつ露出されている。この一方で、折曲部３ｂから先端３ａまでの上面３ｅがステージ部１及び第１封止樹脂層４の各上面１ａ、４ｂと略同一水平面上に配されつつ露出されている。

このように構成されたステージ部１と吊りリード２とリード３を封止する第１封止樹脂層４は、平行する上面４ｂと下面４ａを備えるとともに、吊りリード２の屈曲部２ｂを封止した部分が上方に突出した形で形成されている。他方、この第１封止樹脂層４には、ステージ部１の下面１ｂと垂下部１ｄで囲まれた部分に、一端が第１封止樹脂層４の下面４ａよりも上方に位置し、他端がステージ部１の貫通孔１ｃに繋がる凹部４ｃが設けられており、連通するこの凹部４ｃと貫通孔１ｃとを合わせて第２の空間８が構成されている。本実施形態において、この第２の空間８は、断面視でその幅が貫通孔１ｃの幅と略同一とされているとともに、半導体センサチップ５がステージ部１の上面１ａに設置されることにより、密閉状態とされている。

半導体センサチップ５は、略平板状に形成され、下面５ａ側からの平面視で略中央に、下面５ａから上面５ｂに向けて凹む凹状部５ｃが形成されている。この半導体センサチップ５は、凹状部５ｃにより薄肉化された部分がダイヤフラム（可動電極）５ｄとされ、このダイヤフラム５ｄが、これに加えられる例えば音響などの音圧の大きさに応じた変形量で変形（振動）可能とされている。そして、ダイヤフラム５ｄの変形を電気容量から電気信号に変換することで音圧を検出し、音圧の大きさに応じた電気信号を出力することが可能とされている。このように構成される半導体センサチップ５は、ステージ部１の上面１ａに、下面５ａを対向させつつ、ステージ部１と半導体センサチップ５とを電気的に絶縁する絶縁部材１１を介して固着されている。また、このとき半導体センサチップ５は、ダイヤフラム５ｄの直下にステージ部１の貫通孔１ｃが配されてダイヤフラム５ｄと貫通孔１ｃとが対向するように固着されている。

また、本実施形態においては、ステージ部１の上面１ａに、ＩＣ（Integrated Circuit）化された例えばオペアンプなどの増幅器６が、絶縁部材１１を介して固着されており、この増幅器６は、半導体センサチップ５と並設されている。

このように設置された半導体センサチップ５と増幅器６には、複数のボンディングパッドがそれぞれに設けられており、これらボンディングパッドを介して、半導体センサチップ５と増幅器６とを、また増幅器６とリード３の第１封止樹脂層４の上面４ｂに露出して第１の空間１２に配された上面３ｅとを、それぞれワイヤー７で接続し、半導体センサチップ５と増幅器６とリード３とが電気的に接続されている。

蓋体９は、開口側を下方に向けた断面略凹状に形成され、平板状の天板部９ａと、天板部９ａと繋がり下方に延びる側壁部９ｂと、この側壁部９ｂに繋がり水平方向外側に延出された先端部９ｃとから構成されている。また、蓋体９の天板部９ａには、外部と第１の空間１２とを連通させる開口部９ｉが設けられており、この開口部９ｉは、蓋体９の内面９ｆを天板部９ａの直交方向上側に向けて延出させるように形成されている。さらに、側壁部９ｂに位置する蓋体９の外面９ｄには、支持部材９ｅが設けられており、この支持部材９ｅは側壁部９ｂの外面９ｄに一端が接続され、外側に延出つつその先端（他端）が第２封止樹脂層１０の上面（半導体装置Ａの上面）１０ａに達するように延設されている。また、蓋体９の内面９ｆ及びこの内面９ｆに繋がる先端部９ｃの下面９ｇには、導電性ペースト（導電性材料）９ｈが例えば塗布するなど適宜手段によって固着され、導電性層９ｈが形成されている。ここで、本実施形態では、先端部９ｃの下面９ｇも蓋体９の内面９ｆの一部を構成するものとされる。

このように構成される蓋体９は、導電性ペースト９ｈが固着された先端部９ｃの一部の下面９ｇを、吊りリード２の屈曲部２ｂの一面２ｄに密着させ、他の部分の下面９ｇを第１封止樹脂層４の上面４ｂに密着させて、第１封止樹脂層４の上面４ｂに載置した形で設置されている。これにより、蓋体９と第１封止樹脂層４とで囲まれた部分に、第１の空間１２が画成され、この第１の空間１２に半導体センサチップ５と増幅器６とワイヤー７とが納められている。このとき、蓋体９は、その内面９ｆに設けられた導電性ペースト９ｈが半導体センサチップ５と増幅器６とワイヤー７と非接触状態に保持されるよう十分な離間をもって設置され、また、第１封止樹脂層４の上面４ｂから露出した屈曲部２ｂの一面２ｄが導電性ペースト９ｈと電気的に接続されている。これにより、第１の空間１２内の半導体センサチップ５と増幅器６とワイヤー７は、電気的に連続とされた導電性ペース９ｈと吊りリード２とステージ部１からなる電磁シールドで囲繞されている。

第２封止樹脂層１０は、第１封止樹脂層４の上面４ｂから天板部９ａに設けられた開口部９ｉの上端までの範囲で設けられており、蓋体９の外面９ｄを覆いつつ第１封止樹脂層４の上面４ｂに固着されてこれらを封止するように形成されている。また、第２封止樹脂層１０の上面（半導体装置Ａの上面）１０ａは、第１封止樹脂層４の下面（半導体装置Ａの下面）４ａと平行するように形成され、この第２封止樹脂層１０の上面１０ａには、蓋体９の支持部材９ｅの先端が同一平面上に配されている。

ついで、上記の構成からなる半導体装置Ａの製造方法について説明する。

この半導体装置Ａは、リードフレーム２０を用いて製造されるものであり、はじめに、図３から図４に示すように、外周矩形枠を形成する矩形枠部２１と、この矩形枠部２１の各外周辺側から内方に向けて突出する前述の複数のリード３と、矩形枠部２１の角部側から内方に向けて延出する前述の吊りリード２と、この吊りリード２と連結されて支持される前述のステージ部１とを備えたリードフレーム２０を用意する。このリードフレーム２０においては、矩形枠部２１とリード３と吊りリード２とを合わせてフレーム部２２とされている。

このように構成されるリードフレーム２０は、金属製薄板を、プレス加工もしくはエッチング加工、あるいはこの両方の加工を施すことによって形成される。本実施形態においては、ステージ部１の垂下部１ｄやリード３の折曲部３ｂ、吊りリード２の屈曲部２ｂもこの段階で形成され、これに加えてステージ部１の貫通孔１ｃもこの段階で形成されている。なお、垂下部１ｄ、折曲部３ｂ、屈曲部２ｂや貫通孔１ｃは、必ずしも同時に形成されなくてもよく、また、特に貫通孔１ｃにおいてはプレス加工やエッチング加工以外の方法で加工されてもよいものである。

上記のリードフレーム２０を用意した段階で、図３及び図５に示すように、フレーム部２２のうち、矩形枠部２１及びリード３と吊りリード２の一部を除いた部分を一対の第１金型Ｅ、Ｆに挟み込んで型締めを行なう。ここで、この一対の第１金型Ｅ、Ｆのうち、リードフレーム２０の上面側に配される一方の金型Ｅは、その内面Ｅ１が、ステージ部１の上面１ａ及びリード３の折曲部３ｂよりも先端３ａ側の上面３ｅに当接する平面と、吊りリード２の屈曲部２ｂに係合する凹状の面と、吊りリード２の屈曲部２ｂよりも外側の上面２ｃ及びリード３の折曲部３ｂよりも外側の上面３ｅにそれぞれ当接する平面とを有するものとされている。また、この一方の金型Ｅには、型締めを行った際にステージ部１の貫通孔１ｃと係合しつつこれに挿通し、且つその先端が他の金型Ｆの内面Ｆ１よりも若干上方に配される突起部Ｅ２が形成されている。一方、リードフレーム２０の下面側に配される他方の金型Ｆは、その内面Ｆ１が平面とされ、型締めを行なった状態で、ステージ部１の垂下部１ｄの下面１ｅと、リード３の折曲部３ｂよりも外側に位置する部分の下面３ｄと、吊りリード２の屈曲部２ｂよりも外側に位置する部分の下面２ｅに当接される。

このように一対の第１金型Ｅ、Ｆを用いて型締めを行なった段階で、第１金型Ｅ、Ｆのキャビティー内に溶融した例えばエポキシ樹脂などの第１樹脂を射出し、ステージ部１とリード３と吊りリード２とを第１樹脂の内部に埋め、第１封止樹脂層４を形成する。ちなみに、ステージ部１が吊りリード２と接続されて持ち上げた状態で支持され、且つ垂下部１ｄの下面１ｅが他方の金型Ｆの内面Ｆ１に当接されて強固に保持されているため、第１樹脂の射出に伴ってステージ部１が変移することがないものとされている。
ついで、第１樹脂が硬化して第１封止樹脂層４が形成された段階で、第１金型Ｅ、Ｆを取り外す。この段階で、ステージ部１の下方には、貫通孔１ｃと連通し第１封止樹脂層４の下面４ａよりも若干上方に配された凹部４ｃが画成され、第２の空間８が形成される。

本実施形態においては、この段階で、第１封止樹脂層４を形成したリードフレーム２０を、例えば銀や金、パラジウムなどのメッキ液に浸漬する。このとき、直流電源の陰極をリードフレーム２０の第１封止樹脂層４の外側に位置する例えば矩形枠部２１に、陽極をメッキ液にそれぞれ接続してリードフレーム２０に直流電流を通電することで、図２に示すように、第１封止樹脂層４から露出したリード３の一端３ａ側の上面３ｃや他端３ｃ側の下面３ｄなどの部分にメッキ層２３が形成される。ちなみに、このメッキ層２３は、例えば携帯電話機などの装置が備える回路基板に半導体装置Ａを実装する際に、リード３と回路基板のパターンとの接続（接合）や、半導体センサチップ５と増幅器６とリード３とを電気的に接続するワイヤー７の接続（接合）に際し、半田付けのぬれ性を向上させるためのものである。

ついで、図６に示すように、半導体センサチップ５と増幅器６を、それぞれ絶縁部材１１を介しつつステージ部１の上面１ａに並設させつつ固着する。このとき、半導体センサチップ５においては、下面５ａとステージ部１の上面１ａとを対向させ、且つダイヤフラム５ｄがステージ部１の貫通孔１ｃの直上に配されて対向するように設置する。さらに、半導体センサチップ５及び増幅器６のボンディングパッドとリード３とのそれぞれにワイヤー７を接合して、半導体センサチップ５と増幅器６とリード３とを電気的に接続する。

そして、蓋体９の先端部９ｃの下面９ｇ側を吊りリード２の屈曲部２ｂの一面２ｄに接触させて導電性ペースト９ｈと吊りリード２とを電気的に接続しつつ蓋体９を第１封止樹脂層４の上面４ｂに載置し、蓋体９で半導体センサチップ５と増幅器６とワイヤー７とを覆ってこれらの上方に第１の空間１２を形成する。このとき、屈曲部２ｂの一面２ｄがステージ部１の上面１ａよりも上方に突出状態で配されていることにより、蓋体９を設置する際に、半導体センサチップ５や増幅器６、ワイヤー７に蓋体９が接触して損傷を生じさせることがないものとされる。

ついで、図７に示すように、それぞれの内面Ｇ１、Ｈ１が平面とされた一対の第２金型Ｇ、Ｈで型締めを行なう。このとき、上方に配される一方の金型Ｇは、その内面Ｇ１が蓋体９の開口部９ｉの上端及び支持部材９ｅの先端に当接されるように設置され、下方に配される他方の金型Ｈは、その内面Ｈ１が第１封止樹脂層４の下面４ａと面接触するように設置される。そして、一対の第２金型Ｇ、Ｈで型締めを行なった段階で、キャビティー内に、溶融した例えばエポキシ樹脂などの第２樹脂を射出し、蓋体９の外面９ｄを覆い第１封止樹脂層４に固着してこれらを封止する第２封止樹脂層１０を形成する。ここで、蓋体９は、開口部９ｉの上端及び支持部材９ｅの先端が一方の金型Ｇの内面Ｇ１に当接されて確実に保持されているため、第２樹脂の射出に伴う付勢力でずれることのないものとされている。

第２樹脂が硬化し一対の第２金型Ｇ、Ｈを取り外した段階で、最後に、リードフレーム２０の矩形枠部２１や半導体装置Ａの外側部分の不要なリード３、吊りリード２を切り離して半導体装置Ａの製造が完了する。

上記のように製造された半導体装置Ａにおいては、外部に発生した音響等の音圧が、蓋体９の開口部９ｉを通じて第１の空間１２に導かれ、半導体センサチップ５のダイヤフラム５ｄに到達し、これに伴いダイヤフラム５ｄが音圧の大きさに応じた変形量をもって振動することとなる。そして、ダイヤフラム５ｄの変形を電気容量から電気信号に変換することで音圧が検出される。また、このときダイヤフラム５ｄから出力された電気信号は、増幅器６に送られて増幅されることで、より正確に音圧を検出することが可能とされる。また、本実施形態の半導体装置Ａでは、ステージ部１が持ち上げた状態とされて第１封止樹脂層４の層厚が大きなものとされることで凹部４ｃを形成することができ、ダイヤフラム５ｄの下面５ａ側の第２の空間８を大きな容量で形成することができる。このため、第２の空間８が密閉空間とされても、ダイヤフラム５ｄの振動に伴い生じるこの空間８内の圧力変化によってダイヤフラム５ｄの変形が阻害され、検出する音圧に狂いを生じさせることがないものとされている。よって、ダイヤフラム５ｄは到達した音圧に応じた変形量もって正しく振動されることとなる。

一方、半導体装置には、検出対象の音圧以外に外部で発生した電磁気的なノイズも作用する。この種のノイズは、本実施形態の半導体装置Ａに具備された第１封止樹脂層４や第２封止樹脂層１０を透過し、半導体センサチップ５に到達してダイヤフラム５ｄの誤振動を生じさせる恐れがある。このようにノイズがダイヤフラム５ｄに到達した場合には、半導体装置で検出した音圧に狂いが生じて半導体装置の信頼性を損なう結果を招くこととなる。これに対して、本実施形態の半導体装置Ａにおいては、蓋体９に導電性ペースト９ｈが設けられ、この導電性ペースト９ｈと吊りリード２とステージ部１とからなり第１の空間１２内の半導体センサチップ５などを囲繞する電磁シールドが具備されている。このため、第１封止樹脂層４や第２封止樹脂層１０を透過したノイズを電磁シールドで遮断することができ、ノイズが第１の空間１２内の半導体センサチップ５に達することがないものとされている。これにより、本実施形態の半導体装置Ａにおいては、ノイズの影響によるダイヤフラム５ｄの誤振動が生じないものとされる。

したがって、上記の半導体装置Ａにおいては、蓋体９の開口部９ｉを介し第１の空間１２を通じて半導体センサチップ５のダイヤフラム５ｄに音響などの音圧を到達させることができ、貫通孔１ｃと凹部４ｃとで形成された第２の空間８によって、ダイヤフラム５ｄを振動させることができる。このとき、密閉状態とされた第２の空間８が、第１金型Ｅの突起部Ｅ２の大きさを変えることでその容量を容易に大きく形成することが可能で、これにより、到達した音圧に応じてダイヤフラム５ｄが振動する際に、この振動に伴い生じる第２の空間８の圧力変化を小さく抑えることも可能とされる。よって、この圧力変化の影響を受けることなく正しくダイヤフラム５ｄを振動させることが可能となり、音圧を正確に、且つ精度よく検出することが可能とされる。

また、本実施形態の半導体装置Ａは、リードフレーム２０を用いて製造されるものであり、金属製薄板にプレス加工やエッチング加工を施す、比較的容易な製造方法で半導体センサチップ５を実装する基板を形成することができるため、従来のようにプリント基板を用いるものと比較して、量産性に優れたものとすることができ、半導体装置Ａの製造コストひいては半導体装置Ａのコストを低減することが可能とされる。また、リードフレーム２０を用いて製造することで、樹脂封止技術を適用することが可能となり、第１封止樹脂層４と第２封止樹脂層１０とで封止されることによって、半導体装置Ａを耐久性に優れた信頼性の高いものにすることが可能となる。

また、一対の第１金型Ｅ、Ｆの型締めを行い、第１樹脂をキャビティー内に射出するときに、ステージ部１に垂下部１ｄが設けられていることによってステージ部１を強固に保持することが可能とされ、第１樹脂の射出に伴う付勢力でステージ部１がずれることを防止できる。さらに、蓋体９に支持部材９ｅが設けられていることによって、一対の第２金型Ｇ、Ｈの型締めを行い、第２樹脂をキャビティー内に射出することによる蓋体９のずれを確実に防止できる。

また、吊りリード２に屈曲部２ｂを設け、この屈曲部２ｂが一面２ｄをステージ部１の上面１ａよりも上方に配するように形成されることにより、蓋体９を設置する際に、半導体センサチップ５や増幅器６、ワイヤー７などに蓋体９が接触して損傷が生じることを防止できる。

さらに、蓋体９に導電性ペースト９ｈが設けられることで、半導体装置Ａに電磁シールドを具備させることができ、ノイズによりダイヤフラム５ｄに誤振動が生じることを防止できる。これにより、正確な音圧を検出可能な半導体装置Ａとすることができる。

なお、本発明は、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ステージ部１に垂下部１ｄが設けられ、この垂下部１ｄによって第１樹脂の射出に伴うステージ部１のずれを防止することが可能であるとして説明を行なっているが、ステージ部１は吊りリード２によって支持されているとともに、第１樹脂の射出時に、貫通孔１ｃに金型Ｅの突起部Ｅ２が挿通されて支持されるため、図８に示すように垂下部１ｄを設けずに形成されてもよいものである。また、本実施形態では、蓋体９に導電性ペースト（導電性材料）９ｈが設けられているものとしたが、この種の導電性材料は、ペースト材に限定される必要はない。

さらに、本実施形態では、吊りリード２に屈曲部２ｂを設け、一面２ｄに当接させて蓋体９を設置するものとし、これにより設置時の蓋体９が半導体センサチップ５やワイヤー７などに接触することを防止できるものとしたが、予め蓋体９を、設置時に半導体センサチップ５やワイヤー７などと接触しないように大きく形成した場合には、吊りリード２に屈曲部２ｂを設けなくてもよいものである。

また、第１封止樹脂層４を形成する際に、図９に示すように、屈曲部２ｂよりも外側に、さらに第１封止樹脂層４を設けるようにしてもよく、このようにした場合には、蓋体９を設置する際に、屈曲部２ｂの一面２ｄから蓋体９の先端部９ｃがずり落ちる恐れがないものとされる。さらに、図９に示すように、屈曲部２ｂよりも外側の第１封止樹脂層４の高さを一面２ｄより高くしておけば、さらに蓋体９を安定して設置することが可能とされる。

また、本実施形態では、第１封止樹脂層４を形成した段階で、リードフレーム２０をメッキ液に浸漬してメッキ層２３を形成するものとしたが、リードフレーム２０の加工を完了し第１封止樹脂層４を形成する前段でリードフレーム２０をメッキ液に浸漬して、リードフレーム２０全面にメッキ層２３を形成してもよいものである。このようにリードフレーム２０の全面にメッキ層２３を形成する場合には、例えばパラジュームメッキとしてもよく、また、本実施形態のように、第１封止樹脂層４から露出したリード３の上面３ｅや下面３ｄなどにスポット的にメッキ層２３を形成する場合には、金メッキや銀メッキ以外に、ビスマスメッキなどを施してもよいものである。

また、本実施形態では、半導体装置Ａに半導体センサチップ５と増幅器６が具備され、共にステージ部１に設置されているものとしたが、例えば半導体センサチップ５のみで音圧を検出してもよく、さらに、半導体装置Ａとは別に設けた増幅器６で半導体センサチップ５から出力された電気信号を増幅するようにしてもよいものである。

さらに、半導体センサチップ５は、ステージ部１の上面１ａに、下面５ａを対向させつつ固着されているものとしたが、半導体センサチップ５の上面５ｂをステージ部１の上面１ａに対向させて設置してもよいものである。

また、本実施形態では、半導体センサチップ５のダイヤフラム５ｄの直上に蓋体９の開口部９ｉが形成されているように図示したが、この開口部９ｉは、第１の空間１２と外部とを連通させるように形成されれば、その設置位置は限定を必要とするものではない。例えば、ダイヤフラム５ｄの上方から横方向にずらして開口部９ｉを形成した場合には、圧力の検出精度が低下しないばかりか、逆に開口部９ｉを通じて第１の空間１２内に水分などが浸入したとき、この水分などがダイヤフラム５ｄに直接接触することを防止できるため、圧力の検出精度を維持または高めることも可能となる。

さらに、本実施形態では、蓋体９に支持部材９ｅが設けられ、この支持部材９ｅの先端が一方の金型Ｇの内面Ｇ１に当接されることによって、第２樹脂の射出に伴う付勢力で蓋体９にずれが生じないとして説明を行なったが、蓋体９は、第２樹脂の射出時に開口部９ｉの上端にも金型Ｇの内面Ｇ１が当接されて保持されるため、必ずしも支持部材９ｅが形成される必要はない。

ついで、図１０から図１３を参照し、本発明の第２実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。

本実施形態の半導体装置Ｂは、第１実施形態で示した半導体装置Ａに対し、図１０に示すように、蓋体９の天板部９ａに外部と第１の空間１２とを連通させる開口部９ｉが形成されず、第１の空間１２が密閉状態とされている。

この一方で、第１封止樹脂層４には、ステージ部１の貫通孔１ｃと連通し、第１封止樹脂層４の下面４ａに開口する孔部４ｄが設けられている。ここで、本実施形態の孔部４ｄは、断面視でその幅が貫通孔１ｃの幅よりも大きく形成されており、貫通孔１ｃとこの孔部４ｄとを合わせて第２の空間８が形成されている。

ついで、上記構成からなる半導体装置Ｂの製造方法について説明する。

この半導体装置Ｂは、第１実施形態と同様のリードフレーム２０を用いて製造されるものであり、リードフレーム２０を用意した段階で、図３及び図１１に示すように、フレーム部２２のうち、矩形枠部２１およびリード３と吊りリード２の一部を除いた部分を一対の第１金型Ｍ、Ｎに挟み込んで型締めが行なわれる。ここで、本実施形態では、この一対の第１金型Ｍ、Ｎのうち、リードフレーム２０の下面側に配される他方の金型Ｎには、その内面Ｎ１側に突起部Ｎ２が設けられており、この突起部Ｎ２は、型締め時にステージ部１の貫通孔１ｃにその先端部分の凸部Ｎ３が係合されて貫通孔１ｃが閉塞される。一方、リードフレーム２０の上面側に配される一方の金型Ｍは、その内面Ｍ１が、ステージ部１の上面１ａ及びリード３の折曲部３ｂよりも先端側の上面３ｃに当接する平面と、吊りリード２の屈曲部２ｂに係合する凹状の面と、吊りリード２の屈曲部２ｂよりも外側の上面２ｃ及びリード３の折曲部３ｂよりも外側の上面３ｅにそれぞれ当接する平面とを有するものとされている。

このように一対の第１金型Ｍ、Ｎの型締めを行なった段階で、第１金型Ｍ、Ｎのキャビティー内に溶融した第１樹脂を射出し、第１封止樹脂層４を形成する。そして、第１樹脂が硬化して第１金型Ｍ、Ｎを取り外した段階で、ステージ部１の下方には、貫通孔１ｃと連通し第１封止樹脂層４の下面４ａに開口する孔部４ｄが形成されて、本実施形態の外部と繋がる第２の空間８が形成される。

ついで、図１２に示すように、第１実施形態と同様に、半導体センサチップ５と増幅器６とをステージ部１の上面１ａに固着しワイヤー７を接続した段階で、屈曲部２ｂの一面２ｄに先端部９ｃを当接させつつ蓋体９を設置して密閉状態の第１の空間１２を形成する。そして、図１３に示すように、一対の第２金型Ｏ、Ｐの型締めを行い、第２封止樹脂層１０を形成し、第１封止樹脂層４と蓋体９とを封止する。このとき、一方の金型Ｏの内面Ｏ１を支持部材９ｅの先端に当接させて蓋体９を強固に保持し、他方の金型Ｐの内面Ｐ１を第１封止樹脂層４の下面４ａに当接させて型締めを行なうことによって、第２樹脂の射出に伴う付勢力で蓋体９にずれが生じることが防止される。第２封止樹脂層１０が形成された段階で、最後に、リードフレーム２０の第１封止樹脂層４及び第２封止樹脂層１０から外方に位置する部分を切り離して半導体装置Ｂの製造が完了することとなる。

このように構成される本実施形態の半導体装置Ｂにおいては、外部から第２の空間８を介して圧力を半導体センサチップ５のダイヤフラム５ｄに到達させることが可能とされる。そして、このダイヤフラム５ｄは、密閉状態の第１の空間１２が形成されていることによって振動することが可能とされ、このとき、第１の空間１２の容量が、蓋体９の大きさや形状を変えることで容易に変更できるため、ダイヤフラム５ｄの振動に伴う圧力変化を小さく抑えることも容易とされ、ダイヤフラム５ｄを正しく振動させることが可能とされる。

なお、本発明は、上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態において、孔部４ｄは断面視で幅が貫通孔１ｃの幅よりも大きく形成されているものとしたが、貫通孔１ｃの幅と略同一の幅をもって形成されてもよいものである。この場合には、例えば、第１実施形態で示した一対の第１金型Ｅ、Ｆのうち一方の金型Ｅに形成された突起部Ｅ２を、型締めを行った際に他方の金型Ｆの内面Ｆ１と当接する長さで形成することによって、第１封止樹脂層４の下面４ａに開口し貫通孔１ｃと略同一の幅を有する孔部４ｄを形成してもよいものである。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示した図である。図１に示した半導体装置の断面図である。図１の半導体装置の製造に用いられるリードフレームを示した図である。図３に示したリードフレームの断面図である。本発明の第１実施形態における一対の第１金型を用いて第１封止樹脂層を形成した状態を示す図である。本発明の第１実施形態における蓋体を設置した状態を示す図である。本発明の第１実施形態における一対の第２金型を用いて第２封止樹脂層を形成した状態を示す図である。本発明の第１実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。本発明の第１実施形態に係る半導体装置の変形例を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。本発明の第２実施形態における一対の第１金型を用いて第１封止樹脂層を形成した状態を示す図である。本発明の第２実施形態における蓋体を設置した状態を示す図である。本発明の第２実施形態における一対の第２金型を用いて第２封止樹脂層を形成した状態を示す図である。

符号の説明

１・・・ステージ部、１ａ・・・上面、１ｂ・・・下面、１ｃ・・・貫通孔、１ｄ・・・垂下部、１ｅ・・・垂下部の下面、２・・・吊りリード、２ｂ・・・屈曲部、２ｃ・・・上面、２ｄ・・・一面、３・・・リード、３ａ・・・一端（先端）、３ｂ・・・折曲部、３ｃ・・・他端、３ｄ・・・下面、４・・・第１封止樹脂層、４ａ・・・下面、４ｂ・・・上面、４ｃ・・・凹部、４ｄ・・・孔部、５・・・半導体センサチップ、５ａ・・・下面、５ｂ・・・上面、５ｃ・・・凹状部、５ｄ・・・ダイヤフラム、６・・・増幅器、７・・・ワイヤー、８・・・第２の空間、９・・・蓋体、９ａ・・・天板部、９ｂ・・・側壁部、９ｃ・・・先端部、９ｄ・・・外面、９ｅ・・・支持部材、９ｆ・・・内面、９ｇ・・・先端部の下面、９ｈ・・・導電性ペースト（導電性材料、導電性層）、９ｉ・・・開口部、１０・・・第２封止樹脂層、１０ａ・・・上面、１１・・・絶縁部材、１２・・・第１の空間、２０・・・リードフレーム、２１・・・矩形枠部、２２・・・フレーム部、２３・・・メッキ層、Ａ，Ｂ・・・半導体装置、Ｅ，Ｆ，Ｍ，Ｎ・・・第１金型、Ｇ，Ｈ，Ｏ，Ｐ・・・第２金型、Ｅ２，Ｎ２・・・突起部

Claims

加えられた圧力によって変形し変形量に応じた前記圧力を検出するダイヤフラムが形成された半導体センサチップを備える半導体装置であって、
板状に形成され上面に前記半導体センサチップが固着されるステージ部と、該ステージ部に一端が接続されてこれを持ち上げた状態に支持する吊りリードと、前記ステージ部の近傍に一端を配置したリードと、前記リードの他端を外部に露出させ、かつ前記ステージ部の上方を開放状態として前記ステージ部と前記吊りリードと前記リードを封止する第１封止樹脂層と、該第１封止樹脂層に載置され前記半導体センサチップの上方に空間を形成しつつこれを被覆する蓋体と、該蓋体の外面を覆って前記第１封止樹脂層に固着された第２封止樹脂層とを備え、
前記ステージ部には、前記半導体センサチップの前記ダイヤフラムに対向して貫通孔が形成され、前記第１封止樹脂層には、前記貫通孔に連通しつつ前記第１封止樹脂層の下面に向けて延びる凹部が形成され、前記蓋体には、前記空間を外部に連通状態とする開口部が形成されるとともに内面に導電性材料からなる導電性層が形成されており、
前記半導体センサチップが、前記蓋体の導電性層と前記吊りリードと前記ステージ部とからなる電気的に連続の電磁シールドで囲繞されていることを特徴とする半導体装置。
加えられた圧力によって変形し変形量に応じた前記圧力を検出するダイヤフラムが形成された半導体センサチップを備える半導体装置であって、
板状に形成され上面に前記半導体センサチップが固着されるステージ部と、該ステージ部に一端が接続されてこれを持ち上げた状態に支持する吊りリードと、前記ステージ部の近傍に一端を配置したリードと、前記リードの他端を外部に露出させ、かつ前記ステージ部の上方を開放状態として前記ステージ部と前記吊りリードと前記リードを封止する第１封止樹脂層と、該第１封止樹脂層に載置され前記半導体センサチップの上方に密閉状態の空間を形成しつつこれを被覆する蓋体と、該蓋体の外面を覆って前記第１封止樹脂層に固着された第２封止樹脂層とを備え、
前記ステージ部には、前記半導体センサチップの前記ダイヤフラムに対向して貫通孔が形成され、前記第１封止樹脂層には、前記貫通孔に連通しつつ前記第１封止樹脂層の下面に開口する孔部が形成され、前記蓋体には、前記空間を外部に連通状態とする開口部が形成されるとともに内面に導電性材料からなる導電性層が形成されており、
前記半導体センサチップが、前記蓋体の導電性層と前記吊りリードと前記ステージ部とからなる電気的に連続の電磁シールドで囲繞されていることを特徴とする半導体装置。