JP4703424B2

JP4703424B2 - 複合センサーパッケージ

Info

Publication number: JP4703424B2
Application number: JP2006033805A
Authority: JP
Inventors: 悟倉持; 義孝福岡
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP2007214439A

Description

本発明は、複合センサーパッケージに係り、特にＭＥＭＳセンサーと電子部品とを実装した複合センサーパッケージに関する。

従来から、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサー、加速度センサー等の各種ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサーが種々の用途に用いられている。例えば、イメージセンサーは、半導体チップの一方の面が、光電変換を行う受光素子が配設されたアクティブ面となっている。このようなセンサーは、アクティブ面を保護したり、センサーの稼動を確保するために、センサー本体のアクティブ面に空隙部を設けるように保護材が配設され気密封止されたパッケージ構造となっている
また、シリコン基板上に複数のＭＥＭＳセンサーを実装したり、ＭＥＭＳセンサーと所望の電子部品を実装した複数センサーパッケージが開発されている（特許文献１）。
特開２００５−７２４１８号公報

しかしながら、従来の複合センサーパッケージは、実装したＭＥＭＳセンサーや電子部品毎に、気密封止や樹脂封止を行うものであり、このため面方向の広がりが大きくなり、小型化に限界があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、小型で信頼性が高い複合センサーパッケージを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の複合センサーパッケージは、シリコン基板と、該シリコン基板の一方の面に実装された１個以上のＭＥＭＳセンサーと１個以上の電子部品と、これらのＭＥＭＳセンサーと電子部品とを覆うようにシリコン基板に接合されたキャップ体と、前記シリコン基板に形成された複数の表裏導通ビアと、を有し、前記シリコン基板は前記表裏導通ビアが位置するスルーホールの内壁面を含む全面に、二酸化珪素または窒化珪素の電気絶縁層を備え、前記キャップ体は、フランジを周縁部に備えたものであり、該フランジにおいて接合部材を介して前記シリコン基板に接合されており、該接合部材は、ろう材層を金属層で挟持した多層構造であり、該ろう材層は、融点が４５０℃以下であるＳｎ−Ａｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｉｎ−Ｐｂ合金のいずれかであり、該金属層は、Ａｕ／Ｔｉ積層、Ａｕ／Ｃｒ積層、Ｃｕ／Ｔｉ積層、Ｃｕ／Ｃｒ積層のいずれかであり、前記表裏導通ビアは、前記キャップ体の接合部位よりも外側の領域に位置するような構成とした。

また、本発明の複合センサーパッケージは、裏面側に凹部を備えるシリコン基板と、該シリコン基板の表面側に実装された１個以上のＭＥＭＳセンサーと、該ＭＥＭＳセンサーを覆うようにシリコン基板に接合されたキャップ体と、前記シリコン基板に裏面側の凹部に実装された１個以上の電子部品と、該電子部品を封止するとともにシリコン基板の裏面と同一面をなす樹脂部材と、前記シリコン基板に形成された複数の表裏導通ビアと、を有し、前記シリコン基板は前記表裏導通ビアが位置するスルーホールの内壁面と前記凹部を含む全面に、二酸化珪素または窒化珪素の電気絶縁層を備え、前記キャップ体は、フランジを周縁部に備えたものであり、該フランジにおいて接合部材を介して前記シリコン基板に接合されており、該接合部材は、ろう材層を金属層で挟持した多層構造であり、該ろう材層は、融点が４５０℃以下であるＳｎ−Ａｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｉｎ−Ｐｂ合金のいずれかであり、該金属層は、Ａｕ／Ｔｉ積層、Ａｕ／Ｃｒ積層、Ｃｕ／Ｔｉ積層、Ｃｕ／Ｃｒ積層のいずれかであり、前記表裏導通ビアは、前記キャップ体の接合部位よりも外側の領域に位置するような構成とした。

このような本発明の複合センサーパッケージは、実装されたＭＥＭＳセンサーや電子部品がキャップ体により覆われるので、実装したＭＥＭＳセンサーや電子部品毎に気密封止や樹脂封止を行う場合に比べて、面方向の広がりが大幅に抑制され、小型化が可能である。また、シリコン基板の表面にＭＥＭＳセンサーを備え、裏面凹部に電子部品を備えた構造では、更なる小型化が可能である。また、接合部材よりも外側の領域に表裏導通ビアを備えた構造では、表裏導通ビアの一部にボイド等の欠陥が存在する場合でも、キャップ体で覆われた内部は良好な気密状態が維持され、汚染が確実に防止されて信頼性が更に高いものとなる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の複合センサーパッケージの一実施形態を示す概略断面図である。図１において、本発明のセンサーパッケージ１は、複数の表裏導通ビア３を備えるシリコン基板２と、このシリコン基板２の一方の面に実装された１個以上のＭＥＭＳセンサー４と１個以上の電子部品５と、これらのＭＥＭＳセンサー４および電子部品５を覆うように接合部材７を介してシリコン基板２に接合されたキャップ体６とを備えている。
複数の表裏導通ビア３は、キャップ体６の接合部位（接合部材７）よりも内側の領域に位置しており、図示しない配線により、所望のＭＥＭＳセンサー４の端子や電子部品５の端子と接続されている。また、表裏導通ビア３の端部には、バンプ９が配設されている。
このような複合センサーパッケージ１は、実装されたＭＥＭＳセンサー４や電子部品５がキャップ体６により覆われ、面方向の広がりが小さく、小型化が可能である。

また、本発明の複合センサーパッケージは、図２に示されるように、複数の表裏導通ビア３が、キャップ体６の接合部位（接合部材７）よりも外側の領域に位置した複合センサーパッケージ１１であってもよい。このような複合センサーパッケージ１１は、実装されたＭＥＭＳセンサー４や電子部品５がキャップ体６により覆われるので、面方向の広がりが小さく、小型化が可能である。また、接合部材７よりも外側の領域に表裏導通ビア３を備えているので、表裏導通ビア３の一部にボイド等の欠陥が存在する場合でも、キャップ体６で覆われた内部は良好な気密状態が維持される。

図３は、本発明の複合センサーパッケージの他の実施形態を示す概略断面図である。図３において、本発明のセンサーパッケージ２１は、裏面側に凹部２２ａを有し、複数の表裏導通ビア２３を備えるシリコン基板２２と、このシリコン基板２２の表面側に実装された１個以上のＭＥＭＳセンサー２４と、これらのＭＥＭＳセンサー２４を覆うように接合部材２７を介してシリコン基板２２の表面側に接合されたキャップ体２６とを備えている。さらに、シリコン基板２２に裏面側の凹部２２ａに実装された１個以上の電子部品２５と、これらの電子部品２５を封止するとともにシリコン基板２２の裏面と同一面をなす樹脂部材２８とを備えている。
複数の表裏導通ビア２３は、キャップ体２６の接合部位（接合部材２７）よりも内側の領域に位置しており、図示しない配線により、所望のＭＥＭＳセンサー２４の端子や電子部品２５の端子と接続されている。また、表裏導通ビア２３の端部には、バンプ２９が配設されている。

このような複合センサーパッケージ２１は、シリコン基板の一方の面に実装したＭＥＭＳセンサーや電子部品毎に気密封止や樹脂封止を行う場合に比べて、面方向の広がりが大幅に抑制され、小型化が可能である。
また、本発明の複合センサーパッケージは、図４に示されるように、複数の表裏導通ビア２３が、キャップ体２６の接合部位（接合部材２７）よりも外側の領域に位置した複合センサーパッケージ３１であってもよい。このような複合センサーパッケージ３１は、シリコン基板の一方の面に実装したＭＥＭＳセンサーや電子部品毎に気密封止や樹脂封止を行う場合に比べて、面方向の広がりが大幅に抑制され、小型化が可能である。また、接合部材２７よりも外側の領域に表裏導通ビア２３を備えているので、表裏導通ビア２３の一部にボイド等の欠陥が存在する場合でも、キャップ体２６で覆われた内部は良好な気密状態が維持される。

次に、上記のような本発明の複合センサーパッケージの各部材について説明する。
複合センサーパッケージ１，１１，２１，３１を構成するシリコン基板２，２２は、複数のスルーホール内に表裏導通ビア３，２３が形成されたものである。また、シリコン基板２，２２は、スルーホールの内壁面を含む全面に、二酸化珪素、窒化珪素等の電気絶縁層を備えるものであってもよい。上記のスルーホールは、例えば、内径が１０〜３００μｍの範囲内であってよく、図示のようにシリコン基板２，２２の厚み方向で内径がほぼ一定のストレート形状であってもよく、また、一方の開口径が広いテーパー形状、シリコン基板２の厚み方向の略中央で内径が狭くなっているような形状等であってもよい。また、シリコン基板２，２２は、その厚みが５０〜６００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの範囲内とすることができる。シリコン基板２，２２の厚みが５０μｍ未満であると、支持体として充分な強度を保持できず、６００μｍを超えると、複合センサーパッケージの薄型化に支障を来たすことになり好ましくない。
尚、シリコン基板２，２２には、ＭＥＭＳセンサー４，２４や電子部品５，２５を実装するために必要なパッド、配線、端子が形成されている。

表裏導通ビア３，２３は、例えば、銅、銀、金、タングステン、タンタル等の金属材料、銅粒子、銀粒子等の導電性粒子を含有した公知の導電性ペースト、あるいは、スズ−亜鉛系、スズ−銀系、スズ−ビスマス系、スズ−鉛系等の半田であってよい。また、これらを組み合わせて使用することもできる。
また、複合センサーパッケージ２１，３１を構成するシリコン基板２２の凹部２２ａは、この中に電子部品２５を実装し、樹脂部材２８で封止した状態で、樹脂部材２８がシリコン基板２２の裏面と同一面を構成するような深さ、形状とすることができ、特に限定はされない。

複合センサーパッケージ１，１１，２１，３１を構成するＭＥＭＳセンサー４，２４は、特に制限はなく、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のイメージセンサーや、加速度センサー、圧力センサー、ジャイロセンサー等の各種ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサーであってよい。このようなＭＥＭＳセンサー４，２４は、アクティブ面（センサーの所望の検知機能を発現する領域）を保護したり、センサーの稼動を確保するために、アクティブ面に空隙部を設けるように保護材が配設され気密封止されたパッケージ構造であってよい。尚、２個以上のＭＥＭＳセンサーを備える場合には、各ＭＥＭＳセンサーの機能は同一、異なるもの、いずれであってもよい。
また、複合センサーパッケージ１，１１，２１，３１を構成する電子部品５，２５は、特に制限はなく、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ、ＬＣＲ回路部品等のいずれか１種または２種以上とすることができる。

上記のようなＭＥＭＳセンサー４，２４および電子部品５，２５のシリコン基板上への実装方式には特に制限はない。
複合センサーパッケージ１，１１，２１，３１を構成するキャップ体６，２６の材料は、複合センサーパッケージの用途に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、シリコン、セラミック等を挙げることができる。また、キャップ体６，２６の形状は、図示例では、周縁部にフランジを備えたものであり、このフランジにおいて接合部材７，２７を介してシリコン基板２，２２に接合されている。しかし、キャップ体６，２６の形状は、図示例に限定されるものではなく、複合センサーパッケージの用途に応じて適宜設定することができる。

また、接合部材７，２７は、気密性を問わない封止でもよい場合は、例えば、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の絶縁樹脂であってよく、また、これらにガラス、セラミックス等のビーズを含有したものであってもよい。さらに、気密封止を要求される場合には、接合部材８は、ろう材層を金属層で挟持したような多層構造であってもよい。この場合、ろう材層は、融点が４５０℃以下である、いわゆる「軟ろう」であり、例えば、Ｓｎ−Ａｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｉｎ−Ｐｂ合金のいずれかからなる層とすることができる。また、金属層は、例えば、Ａｕ／Ｔｉ積層、Ａｕ／Ｃｒ積層、Ｃｕ／Ｔｉ積層、Ｃｕ／Ｃｒ積層等とすることができる。
複合センサーパッケージ２１，３１を構成する樹脂部材２８は、従来から樹脂封止に用いられる樹脂を使用することができ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。

上述の複合センサーパッケージは、例示であり、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図５に示されるように、キャップ体６に隣接してメモリー部品１０をシリコン基板２上に備えた複合センサーパッケージ１′であってもよい。この場合、ＭＥＭＳセンサー４や電子部品５からの情報信号をメモリー１０に格納することが可能である。尚、メモリー部品１０は、図示例のようなスタック構造に限定されるものではない。

小型で高信頼性の複合センサーパッケージが要求される種々の分野において適用できる。

本発明の複合センサーパッケージの一実施形態を示す概略断面図である。本発明の複合センサーパッケージの他の実施形態を示す概略断面図である。本発明の複合センサーパッケージの他の実施形態を示す概略断面図である。本発明の複合センサーパッケージの他の実施形態を示す概略断面図である。本発明の複合センサーパッケージの他の実施形態を示す概略断面図である。

符号の説明

１，１′，２１，３１，４１…複合センサーパッケージ
２，２２…シリコン基板
３，２３…表裏導通ビア
４，２４…ＭＥＭＳセンサー
５，２５…電子部品
６，２６…キャップ体
７，２７…接合部材
９，２９…バンプ
２２ａ…凹部
２８…樹脂部材

Claims

シリコン基板と、該シリコン基板の一方の面に実装された１個以上のＭＥＭＳセンサーと１個以上の電子部品と、これらのＭＥＭＳセンサーと電子部品とを覆うようにシリコン基板に接合されたキャップ体と、前記シリコン基板に形成された複数の表裏導通ビアと、を有し、前記シリコン基板は前記表裏導通ビアが位置するスルーホールの内壁面を含む全面に、二酸化珪素または窒化珪素の電気絶縁層を備え、前記キャップ体は、フランジを周縁部に備えたものであり、該フランジにおいて接合部材を介して前記シリコン基板に接合されており、該接合部材は、ろう材層を金属層で挟持した多層構造であり、該ろう材層は、融点が４５０℃以下であるＳｎ−Ａｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｉｎ−Ｐｂ合金のいずれかであり、該金属層は、Ａｕ／Ｔｉ積層、Ａｕ／Ｃｒ積層、Ｃｕ／Ｔｉ積層、Ｃｕ／Ｃｒ積層のいずれかであり、前記表裏導通ビアは、前記キャップ体の接合部位よりも外側の領域に位置することを特徴とする複合センサーパッケージ。
裏面側に凹部を備えるシリコン基板と、該シリコン基板の表面側に実装された１個以上のＭＥＭＳセンサーと、該ＭＥＭＳセンサーを覆うようにシリコン基板に接合されたキャップ体と、前記シリコン基板に裏面側の凹部に実装された１個以上の電子部品と、該電子部品を封止するとともにシリコン基板の裏面と同一面をなす樹脂部材と、前記シリコン基板に形成された複数の表裏導通ビアと、を有し、前記シリコン基板は前記表裏導通ビアが位置するスルーホールの内壁面と前記凹部を含む全面に、二酸化珪素または窒化珪素の電気絶縁層を備え、前記キャップ体は、フランジを周縁部に備えたものであり、該フランジにおいて接合部材を介して前記シリコン基板に接合されており、該接合部材は、ろう材層を金属層で挟持した多層構造であり、該ろう材層は、融点が４５０℃以下であるＳｎ−Ａｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｉｎ−Ｐｂ合金のいずれかであり、該金属層は、Ａｕ／Ｔｉ積層、Ａｕ／Ｃｒ積層、Ｃｕ／Ｔｉ積層、Ｃｕ／Ｃｒ積層のいずれかであり、前記表裏導通ビアは、前記キャップ体の接合部位よりも外側の領域に位置することを特徴とする複合センサーパッケージ。