JP4692260B2 - 半導体力学量センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体力学量センサ装置およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体よりなるセンサチップを、接着フィルムを介してパッケージ上に搭載してなる半導体力学量センサ装置およびその製造方法に関する。
従来より、この種の半導体力学量センサ装置としては、半導体よりなり力学量の印加に基づく信号を出力するセンサチップが、弾性を有する接着フィルムを介してパッケージ上に搭載されてなるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
このものは、温度サイクルなどにより発生するパッケージ側からセンサチップへ伝わる熱応力を、パッケージとセンサチップとの間に介在する低弾性の接着フィルムにより緩和するものである。
このような装置は、センサチップが複数個形成された半導体ウェハをダイシングカットして、センサチップを形成するとともに、一方で、接着フィルムをセンサチップのサイズに対応したサイズにカットしておき、パッケージ上に、フィルムを搭載した後、その上にセンサチップを搭載して接着することで製造される。
特開２００３−２７０２６４号公報
ここで、接着フィルムは、上記したように、応力緩和の機能を発揮するために低弾性のものであるが、このような低弾性のものは、吸水性が大きい。
そのため、この接着フィルムを半導体ウェハに貼り付けた状態とし、半導体ウェハとともにダイシングカットしようとすると、接着フィルムがダイシングの切削水を吸収して、接着性や弾性が劣化してしまうという問題がある。また、半導体ウェハに貼り付ける際の熱により接着反応が進行するため、ダイシング後にチップを実装する時には接着力が弱まってしまう問題がある。
そこで、従来では、上述したように、半導体ウェハのカットおよび搭載と低弾性の接着フィルムのカットおよび搭載を別個に行っていたが、この場合、組み付け工数が多くなるなどの問題が生じている。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、接着フィルムの熱応力緩和機能を発揮させつつ、接着フィルムを半導体ウェハに貼り付けた状態でダイシングカットしセンサチップと一緒にパッケージ上に搭載できるようにすることを目的とする。
本発明の第１の特徴では、接着フィルム（４０）として、第１の層（４１）と第２の層（４２）とからなり且つ第１の層（４１）が第２の層（４２）よりも低い弾性を有するとともに第２の層（４２）が第１の層（４１）よりも吸水性が小さいものを用い、これを、半導体ウェハ（２００）側から第１の層（４１）、第２の層（４２）となるように、半導体ウェハ（２００）に貼り付け、続いて、半導体ウェハ（２００）を接着フィルム（４０）とともにダイシングカットし、しかる後、接着フィルム（４０）が貼り付けられたセンサチップ（３０）をパッケージ（１０）上に搭載し、第２の層（４２）にて接着するようにしている。
このような製造方法では、接着フィルム（４０）において、比較的低弾性な第１の層（４１）にて熱応力緩和機能が発揮され、この第１の層（４１）は防水性に優れた第２の層（４２）によりダイシングの切削水から保護されるため、接着フィルム（４０）の熱応力緩和機能を発揮させつつ、接着フィルム（４０）を半導体ウェハ（２００）に貼り付けた状態でダイシングカットしセンサチップ（３０）と一緒にパッケージ（１０）上に搭載することができる。
このような製造方法では、接着フィルム（４０）として、第１の層を構成する第１のフィルム（４１）と第２の層を構成する第２のフィルム（４２）とを貼り合わせるものを用いることができる。
この場合、接着フィルム（４０）の貼り付けは、半導体ウェハ（２００）の一面に順次、第１のフィルム（４１）、第２のフィルム（４２）を貼り付けることにより行ってもよいし、第１のフィルム（４１）と第２のフィルム（４２）とを貼り付けて一体化した後、この一体化したものを第１のフィルム（４１）側にて半導体ウェハ（２００）の一面に貼り付けることにより行ってもよい。
また、接着フィルム（４０）としては、第１の層（４１）を構成する材質よりなるフィルムの一面側を改質し、この改質された部位を第２の層（４２）として構成したものを用いてもよい。
また、第２の層（４２）としては、上記した防水機能を持たせるためには、その吸水率が０．２重量％以下であるものを用いることが好ましい。また、第１の層（４１）としては、熱応力緩和機能を持たせるためには、その弾性率が１００ＭＰａ以下であるものを用いることが好ましい。
また、上記製造方法においては、第１の層（４１）の方を第２の層（４２）よりも厚いものとすることができる。それによれば、第２の層（４２）の影響を極力受けることなく、第１の層（４１）による弾性を発揮するためには好ましい。
本発明の第２の特徴では、センサチップ（３０）とパッケージ（１０）との間に介在する接着フィルム（４０）を、第１の層（４１）、第２の層（４２）がセンサチップ（３０）側から順次配置されてなるものとし、第１の層（４１）が第２の層（４２）よりも低い弾性を有するとともに、第２の層（４２）が第１の層（４１）よりも吸水性が小さいものとした半導体力学量センサ装置である。
このような構成によれば、上記した本発明の第１の特徴としての製造方法と同様の製造工程を採用できるため、接着フィルム（４０）の熱応力緩和機能を発揮させつつ、接着フィルム（４０）を半導体ウェハ（２００）に貼り付けた状態でダイシングカットしセンサチップ（３０）と一緒にパッケージ（１０）上に搭載することができる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体力学量センサ装置としての加速度センサ装置１００の概略断面構成を示す図であり、図２は図１中のセンサチップ３０を図１中の矢印Ａ方向からみたときの概略平面構成を示す図である。
この加速度センサ装置１００は、特に限定するものではないが、たとえば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサなどに適用することができる。
図１に示されるように、この加速度センサ装置１００は、大きくは、パッケージ１０と、パッケージ１０上に支持された回路チップ２０と、この回路チップ２０上に接着フィルム４０を介して接着されたセンサチップ３０とを備えて構成されている。
パッケージ１０は、センサチップ３０および回路チップ２０を収納するものであって、加速度センサ装置１００の本体を区画形成する基部となるとともに、加速度センサ装置１００を被測定体の適所に取り付けるためのものである。このパッケージ１０は、特に限定するものではないが、セラミックや樹脂などからなる。
本例では、パッケージ１０は、アルミナなどのセラミック層が複数積層された積層基板として構成されており、このパッケージ１０における配線は、図示しないが、各セラミック層の表面や各セラミック層に形成されたスルーホールの内部などに形成されている。そして、この配線を介して加速度センサ装置１００と外部とが電気的に接続可能となっている。
回路チップ２０は、このパッケージ１０の底面に搭載され、エポキシ樹脂などよりなる接着剤２１を介して固定されている。この回路チップ２０は、センサチップ３０からの出力信号を処理するための検出回路などが形成されたものである。たとえば、回路チップ２０は、シリコン基板等の半導体基板に半導体プロセスを用いてＭＯＳトランジスタ素子などを形成し、回路を構成したものである。
この回路チップ２０の上には、接着フィルム４０を介してセンサチップ３０が搭載され、これら回路チップ２０とセンサチップ３０とは、接着フィルム４０を介して接着されている。
そして、センサチップ３０の各パッド３４（図２参照）、回路チップ２０の図示しないパッド、およびパッケージ１０における上記した図示しない配線は、金やアルミニウムなどのボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。
センサチップ３０は、たとえば、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とを酸化膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板により構成されたものであり、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて加速度を検出する静電容量式加速度センサチップを構成している。この静電容量式加速度センサチップは、周知のものであるため、ここではその概略を述べる。
図２に示されるように、センサチップ３０には、互いに対向する櫛歯状の可動電極３１と固定電極３２とを備えた梁構造体３３が形成されており、図２中の矢印Ｘ方向に力学量としての加速度が印加されると、可動電極３１がこの矢印Ｘ方向へ変位する。
すると、この変位量に基づいて両電極３１、３２間の静電容量信号が変化し、この容量信号は、上記ワイヤ５０から回路チップ２０へ取り出され、回路チップ２０にて電圧等の信号に変換される。この変換された信号は、ワイヤ５０からパッケージ１０へ伝達され、パッケージ１０に備えられた上記配線から外部へ出力される。このようにして、印加される加速度が検出されるようになっている。
ここで、接着フィルム４０は、センサチップ３０におけるセンシング部である上記梁構造体３３が形成されている面とは、反対側の面に接着されている。
図１に示されるように、接着フィルム４０は、第１の層４１、第２の層４２がセンサチップ３０側から順次配置されてなるものであり、第１の層４１が第２の層４２よりも低い弾性を有するとともに、第２の層４２が第１の層４１よりも吸水性が小さいものとなっている。
具体的に、第１の層４１の弾性率は１００ＭＰａ以下であり、望ましくは１〜１０ＭＰａである。また、第２の層４２の吸水率は０．２重量％以下であり、第１の層４１よりも防水性に優れたものとなっている。
本例の接着フィルム４０においては、第１の層４１、第２の層４２は、それぞれ別体のフィルム４１、４２よりなる。そして、接着フィルム４０は、第１の層４１を構成する第１のフィルム４１と第２の層４２を構成する第２のフィルム４２とを貼り合わせてなるものである。
このようなフィルム４１、４２は、熱硬化性樹脂のフィルムなどからなるものである。そして、本例では、第１のフィルム４１としては、シリコーン系樹脂よりなるフィルムを採用し、第２のフィルム４２としては、ポリイミド系樹脂よりなるフィルムを採用している。
また、本実施形態においては、加速度センサ装置１００に温度変化が生じたとき、センサチップ３０や回路チップ２０、パッケージ１０の熱膨張率の相違により、センサチップ３０に熱応力が加わろうとする。しかし、接着フィルム４０における低弾性な第１の層４１の弾性により、センサチップ３０に伝達する熱応力が緩和され、センサ特性の変動を防止することができる。
このようなことから、接着フィルム４０全体の弾性に及ぼす第２の層４２の弾性の影響を小さくし、第１の層４１による弾性を適切に発揮するには、第２の層４２は薄くする方がよい。
そこで、本例では、第１のフィルム４１の方が第２のフィルム４２よりも厚いものとしている。具体的には、第１のフィルム４１の厚さが１７５μｍ程度、第２のフィルム４２の厚さが１５μｍ程度である。
また、図１に示されるように、パッケージ１０の開口部には蓋１１が溶接やロウ付けなどにより取り付けられている。この蓋１１は、金属、樹脂、セラミックなど何でもよく、そして、この蓋１１によってパッケージ１０の内部が封止されている。
次に、本加速度センサ装置１００の製造方法について、図３、図４を参照して説明する。図３は、センサチップ３０が複数個形成された半導体ウェハ２００に、接着フィルム４０を貼り付けた状態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。また、図４は、図３に示される半導体ウェハ２００をダイシングカットするときの様子を示す概略断面図である。
半導体ウェハ２００は、上記ＳＯＩ基板などの半導体基板を周知の半導体製造技術を用いて加工してなるもので、図３（ａ）に示されるように、センサチップ３０がチップ単位毎に複数個形成されている。なお、各センサチップ３０は、スクライブ領域すなわちカットされる部位であるダイシングライン２１０により区画されている。
そして、接着フィルム４０として、第１の層４１と第２の層４２とを用意し、図３（ｂ）に示されるように、この半導体ウェハ２００の一面側から第１の層４１、第２の層４２が順次配置されるように、接着フィルム４０を半導体ウェハ２００の一面に貼り付ける。
ここで、本例では、接着フィルム４０の貼り付けは、半導体ウェハ２００の一面に、まず第１のフィルム４１を貼り付け、次に、第１のフィルム４１に第２のフィルム４２を貼り付けることにより行う。
ここで、第１のフィルム４１の半導体ウェハ２００への貼り付け、および、第２のフィルム４２の第１のフィルム４１への貼り付けは、加熱圧着により行われ、その条件は、たとえば１５０℃〜２５０℃程度の温度で、数秒間加圧するものである。
なお、上記例では、半導体ウェハ２００の一面に順次、第１のフィルム４１、第２のフィルム４２を貼り付けたが、第１のフィルム４１と第２のフィルム４２とをあらかじめ貼り付けて一体化した後、この一体化した２層構造のものを第１のフィルム４１側にて半導体ウェハ２００の一面に貼り付けるようにしてもよい。
この場合、各フィルム４１、４２の貼り付け順序は上記例とは異なるが、各フィルム４１、４２同士の貼り付けや、フィルム４１、４２の半導体ウェハ２００への貼り付けにおける温度などの条件は、上記例と同程度のものにできる。
続いて、図４に示されるように、接着フィルム４０が貼り付けられた半導体ウェハ２００をダイシング装置の支持台３００にセットする。ここで、半導体ウェハ２００は、センサチップ３０におけるセンシング部すなわち上記梁構造体３３を保護するなどの目的から、接着フィルム４０側を上に向けてセットされ、この接着フィルム４０側からダイシングされる。
また、半導体ウェハ２００は、マスク４００を介して支持台３００上にセットされる。このマスク４００は、上記ダイシングライン２１０に対応した形状を有し且つセンサチップ３０に対応した開口部４１０を有する金属製のものである。
そして、この図４に示される状態にて、ダイシングブレード４２０を用いて、半導体ウェハ２００を接着フィルム４０とともにチップ単位にダイシングカットする。ここで、ダイシングの切削水Ｗは、接着フィルム４０側から供給される。
そのため、接着フィルム４０における比較的低弾性な第１の層４１は、これを被覆する防水性に優れた第２の層４２により保護され、切削水Ｗを吸収することはない。そして、このダイシングにより、接着フィルム４０が貼り付けられたセンサチップ３０が形成される。
一方で、パッケージ１０の底面に、上記図１に示されるように、回路チップ２０を搭載し固定しておく。そして、この接着フィルム４０が貼り付いたセンサチップ３０を、第２の層４２側を、パッケージ１０上の回路チップ２０に向けた状態でパッケージ１０上に搭載する。このとき、マウンタなどを用いて、たとえば１５０℃〜２５０℃程度の温度で、数秒程度の加圧を行う。
その後、オーブンなどを用いて、たとえば、１５０℃〜２００℃程度の温度で数十分の加熱を行い、接着フィルム４０を本硬化する。これにより、センサチップ３０は第２の層４２にて、パッケージ１０上の回路チップ２０に接着される。
続いて、アルミや金等の一般的なワイヤボンディングにより、センサチップ３０、回路チップ２０、パッケージ１０の間をボンディングワイヤ５０にて結線する。その後、パッケージ１０に、蓋１１を溶接することにより、上記図１に示される加速度センサ装置１００が完成する。
ところで、本実施形態によれば、接着フィルム４０を、センサチップ３０側から低弾性な第１の層４１と、この第１の層４１を被覆する吸水性の小さい第２の層４２とが設けられたものとしている。
そのため、この接着フィルム４０において、比較的低弾性な第１の層４１にて熱応力緩和機能が発揮され、この第１の層４１は防水性に優れた第２の層４２により、ダイシング時の切削水から保護される。
ちなみに、本実施形態の接着フィルム４０が第１の層４１のみの場合には、上記図４に示されるダイシングにおいて、第２の層４２が省略された状態となり、第１の層４１には切削水Ｗが、直に降りかかってしまい、接着性や弾性の劣化を招いてしまう。
こうして、本実施形態の加速度センサ装置１００およびその製造方法によれば、接着フィルム４０の熱応力緩和機能を発揮させつつ、接着フィルム４０を半導体ウェハ２００に貼り付けた状態でダイシングカットしセンサチップ３０と一緒にパッケージ１０上に搭載することができる。
そして、本実施形態によれば、半導体ウェハ２００のカットと低弾性の接着フィルム４０のカットを同時に行い、パッケージ１０への搭載も同時に行えるため、組み付け工数を低減することができる。
また、従来では、低弾性フィルムのカットは、フィルム単独で行っていたため、フィルムのちぎれやカットミスなどが生じ、それがフィルムの使用率を下げ材料費の増加を招いていたが、本実施形態ではそのような問題を極力回避できる。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、接着フィルム４０として、第１の層を構成する第１のフィルム４１と第２の層を構成する第２のフィルム４２とを貼り合わせるものを用いたが、第１の層４１を構成する材質よりなるフィルムの一面側を改質し、この改質された部位を第２の層４２として構成したものを用いてもよい。
具体的には、シリコン系樹脂などよりなるフィルムの一面側にイオン照射、紫外線照射、あるいは加熱処理を加えることにより、当該一面側の表層部分を若干硬化させるようにすればよい。この場合、この硬化した部位が第２の層４２として構成され、残部が第１の層４１として構成される。
そして、この場合、第１の層４１が第２の層４２よりも低い弾性を有するとともに、第２の層４２が第１の層４１よりも吸水性が小さいものとなる。また、この場合も、具体的に、第１の層４１の弾性率は１００ＭＰａ以下であり、望ましくは１〜１０ＭＰａであり、また、第２の層４２の吸水率は０．２重量％以下である。
また、上記実施形態では、センサチップ３０は、回路チップ２０を介してパッケージ１０に搭載され接着されていたが、たとえば、上記図１において、回路チップ２０を省略し、センサチップ３０を直接、接着フィルム４０を介してパッケージ１０に接着し固定してもよい。
また、上記実施形態のセンサチップ３０は、ＳＯＩ基板を用いた加速度センサチップであったが、センサチップとしては、半導体よりなり力学量の印加に基づく信号を出力するものであればよく、たとえば角速度センサチップなどでもよい。
また、上記実施形態では、センサチップ３０として、梁構造体３３を形成し変位部として可動電極３１を有するものについて説明したが、これに限られるものはなく、たとえば、力学量が印加された時に変位し電気信号を出力するピエゾ素子を有するものであってもよい。
また、パッケージとしては、上記したような配線を内蔵するセラミック積層基板に限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係る加速度センサ装置の概略断面図である。 図１中のセンサチップのＡ矢視概略平面図である。 半導体ウェハに接着フィルムを貼り付けた状態を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 図３に示される半導体ウェハをダイシングカットするときの様子を示す概略断面図である。
符号の説明
１０…パッケージ、３０…センサチップ、４０…接着フィルム、４１…第１の層、
４２…第２の層、２００…半導体ウェハ。

Claims (13)

  1. 半導体よりなり力学量の印加に基づく信号を出力するセンサチップ（３０）が、弾性を有する接着フィルム（４０）を介してパッケージ（１０）上に搭載されてなる半導体力学量センサ装置の製造方法において、
    前記接着フィルム（４０）として、第１の層（４１）と第２の層（４２）とからなるものであって前記第１の層（４１）が前記第２の層（４２）よりも低い弾性を有するとともに前記第２の層（４２）が前記第１の層（４１）よりも吸水性が小さいものを用意し、
    前記センサチップ（３０）が複数個形成された半導体ウェハ（２００）を用意し、この半導体ウェハ（２００）の一面側から前記第１の層（４１）、前記第２の層（４２）が順次配置されるように、前記接着フィルム（４０）を前記半導体ウェハ（２００）の一面に貼り付け、
    続いて、前記半導体ウェハ（２００）を前記接着フィルム（４０）とともにダイシングカットすることにより、前記接着フィルム（４０）が貼り付けられた前記センサチップ（３０）を形成し、
    しかる後、前記センサチップ（３０）を前記パッケージ（１０）上に搭載し、前記第２の層（４２）にて接着することを特徴とする半導体力学量センサ装置の製造方法。
  2. 前記接着フィルム（４０）として、前記第１の層を構成する第１のフィルム（４１）と前記第２の層を構成する第２のフィルム（４２）とを貼り合わせるものを用い、
    前記接着フィルム（４０）の貼り付けは、前記半導体ウェハ（２００）の一面に順次、前記第１のフィルム（４１）、前記第２のフィルム（４２）を貼り付けることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
  3. 前記接着フィルム（４０）として、前記第１の層を構成する第１のフィルム（４１）と前記第２の層を構成する第２のフィルム（４２）とを貼り合わせるものを用い、
    前記接着フィルム（４０）の貼り付けは、前記第１のフィルム（４１）と前記第２のフィルム（４２）とを貼り付けて一体化した後、この一体化したものを前記第１のフィルム（４１）側にて前記半導体ウェハ（２００）の一面に貼り付けることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
  4. 前記接着フィルム（４０）として、前記第１の層（４１）を構成する材質よりなるフィルムの一面側を改質し、この改質された部位を前記第２の層（４２）として構成したものを用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
  5. 前記第２の層（４２）の吸水率は、０．２重量％以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
  6. 前記第１の層（４１）の弾性率は、１００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
  7. 前記第１の層（４１）の方を前記第２の層（４２）よりも厚いものとすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ装置の製造方法。
  8. 半導体よりなり力学量の印加に基づく信号を出力するセンサチップ（３０）が、弾性を有する接着フィルム（４０）を介してパッケージ（１０）上に搭載されてなる半導体力学量センサ装置において、
    前記接着フィルム（４０）は、第１の層（４１）、第２の層（４２）が前記センサチップ（３０）側から順次配置されてなるものであり、
    前記第１の層（４１）が前記第２の層（４２）よりも低い弾性を有するとともに、前記第２の層（４２）が前記第１の層（４１）よりも吸水性が小さいものであることを特徴とする半導体力学量センサ装置。
  9. 前記接着フィルム（４０）は、前記第１の層を構成する第１のフィルム（４１）と前記第２の層を構成する第２のフィルム（４２）とを貼り合わせてなるものであることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量センサ装置。
  10. 前記接着フィルム（４０）は、前記第１の層（４１）を構成する材質よりなるフィルムの一面側を改質し、この改質された部位を前記第２の層（４２）として構成したものであることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量センサ装置。
  11. 前記第２の層（４２）の吸水率は、０．２重量％以下であることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ装置。
  12. 前記第１の層（４１）の弾性率は、１００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ装置。
  13. 前記第１の層（４１）の方が前記第２の層（４２）よりも厚いことを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ装置。
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