JP4786328B2 - 半導体パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、半導体加速度センサ等のセンサチップを収納するケース体を備えた半導体パッケージに関する。

従来の半導体パッケージは、有底のケース体の底板に半導体加速度センサ等のセンサチップをダイボンディング材を介して実装し、ケース体に蓋体を取付けてセンサチップをそのチップ収納空間に密封して収納している（例えば、特許文献１参照。）。
また、センサチップを搭載した第１の回路基板と、有底のケース体に固定された第２の回路基板とを上下に配置し、振動を吸収する長さに設定した接続端子、またはくの字状等の吸振構造を有する接続端子で振動吸収可能に保持しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−７８５６９号公報（主に第３頁段落００１２−段落００１３、第１図） 特開平５−１４９９６７号公報（主に第３頁段落００１４−段落００１７、第１図、第２図）

しかしながら、上述した特許文献１の技術においては、ケース体の底板にセンサチップをダイボンディング材を介して実装しているため、ケース体の底板へのセンサチップの実装は、通常、センサチップの耐衝撃性を確保するために比較的弾性に富んだシリコン系の接着剤が用いられることが多く、このシリコン系の接着剤の熱膨張係数は、センサチップに比べて大きいために、環境温度の変化に伴う熱膨張によって半導体加速度センサ等のセンサチップに歪を生じさせ、センサチップの電気的特性に悪影響を与え、温度が変化する環境下においては安定に動作させることができないという問題がある。

また、特許文献２の技術においては、センサチップを搭載した第１の回路基板と、第２の回路基板とを上下に配置して接続端子で接続しているため、信号を伝達する機能を有する接続端子に第１の回路基板を支える機能を追加しなければならず、振動や衝撃の吸収時の歪によって接続端子の永久変形や破損が生じやすく、永久変形した場合には半導体加速度センサが傾斜してその可撓部に予期せぬ歪が生じ電気的特性に悪影響を与え、破損した場合には信号を伝達する機能が損なわれてしまうという問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、センサチップへの振動や衝撃の影響を抑制すると共に、温度が変化する環境下においてもセンサチップを安定して動作させる手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、有底のケース体と、該ケース体に収納されるセンサチップとを備えた半導体パッケージにおいて、前記ケース体の底板に、前記センサチップより大きい凹部を設けると共に、該凹部の内壁に固定される支持枠と、前記センサチップを貼付する取付部と、弾性を有し、前記取付部と前記支持枠とを接続する梁部とを備えた衝撃吸収部材と、前記ケース体の凹部の底面に形成された、前記取付部より大きい形状の貫通穴とを設けたことを特徴とする。

これにより、本発明は、半導体パッケージに加えられた振動や衝撃を梁部により吸収してセンサチップへの振動や衝撃の影響を抑制することができると共に、熱膨張係数の比較的小さい接着層でセンサチップを貼付することが可能になり、温度が変化する環境下においてもセンサチップを安定に動作させることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による半導体パッケージの実施例について説明する。

図１は実施例１の半導体パッケージの上面を示す説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す説明図である。
なお、図１は図２の蓋体９を取外した状態で示した上面図である。
図１、図２において、１は半導体パッケージである。
２はケース体であり、図２に示すようにセラミック材料等で形成された底板３を有する有底の枠体であって、底板３にはその周囲を囲う矩形の枠状に形成された側壁４と、側壁４の開口側の底板３をセンサチップ５の外形形状より大きく矩形に掘り込んだ深さ５０〜１００μｍ程度の凹部６とが形成されており、底板３と側壁４とで囲まれた内側の空間がセンサチップ５を収納するチップ収納空間７として機能する。

センサチップ５は、その一の面（図２においてセンサチップ５の上面）にはセンサチップ５の内部回路が形成され、その所定の部位に電気的に接続するパッド８がセンサチップ５の一の面側に複数形成されている（センサチップ５の内部回路が形成されている側の面をおもて面、その反対側の面を裏面という。半導体パッケージ１を構成する各部品においても同方向の面をそれぞれおもて面、裏面という。）。

９は蓋体であり、セラミック材料等で形成され、センサチップ５のおもて面と対向してチップ収納空間７の側壁４の開口を覆うようにケース体２に接合される。
１１は衝撃吸収部材としての衝撃吸収板であり、４２Ａｌｌｏｙや銅等の金属材料または樹脂材料等の弾性を有する材料で形成された矩形の薄板状部材であって、その中央部にはセンサチップ５の外形形状に後述する接着層１９の所定のはみ出し代を加えた大きさに形成された矩形の取付部１２と、取付部１２の４辺の各中央部から外側に伸張した短冊状の梁部１３と、梁部１３の取付部１２とは反対側の端部を支持する枠状の支持枠１４とで形成され、取付部１２のおもて面側にセンサチップ５の裏面が貼付されて取付けられる。

また、衝撃吸収板１１は、ケース体２の凹部６の形成時等にその支持枠１４の縁部が凹部６の内壁に埋め込まれて固定される。
これにより、衝撃吸収板１１の取付部１２に貼付されたセンサチップ５が、梁部１３の弾性により振幅自在に支持される。
１６は内部端子であり、底板３のチップ収納空間７側から底板３を厚さ方向に貫通して形成された端子であって、金やアルミニウム等の金属で形成された細い導線である図示しないワイヤによりセンサチップ５のパッド８と電気的に接続される。

図２において、１７は外部端子であり、ケース体２の底板３の裏面に形成された半導体パッケージ１と外部との間の信号の送受を中継する端子であって、図示しない外部回路を有する実装基板の配線端子に直接またはリード線を介して電気的に接続する。これにより外部回路とセンサチップ５の内部回路との間が、外部端子１７および内部端子１６、図示しないワイヤ、パッド８を介して電気的に接続される。

接着層１９は、衝撃吸収板１１の取付部１２のおもて面にセンサチップ５の裏面を接着する接着剤を硬化させて形成される。
本実施例では、衝撃吸収板１１で振動や衝撃が吸収されるので、接着層１９は接着性を優先させた熱膨張係数が比較的小さい接着剤で形成され、例えばエポキシ系の接着剤である。

本実施例のセンサチップ５は、半導体加速度センサであり、図１、図２に示すようにその中央領域に略正方形の４辺の中央部を残して貫通させたスリット２０を形成し、残された中央部の裏側を掘込んで可撓性を持たせた可撓部２１により重錘部２２を振幅可能に支持し、可撓部２１に形成された内部回路としてのピエゾ抵抗素子により構成されたブリッジ回路とおもて面に形成されたパッド８とを電気的に接続し、センサチップ５の裏面側にガラス板２３を接合して構成されている。

上記の構成の半導体パッケージ１は、衝撃吸収板１１の梁部１３に支持された取付部１２にセンサチップ５を接着層１９により貼付するので、半導体パッケージ１に加えられた振動や衝撃は梁部１３により吸収され、センサチップ５への振動や衝撃の影響を抑制して半導体パッケージ１の耐衝撃性を確保することができる。
また、振動や衝撃の吸収を専用部品である梁部１３を有する衝撃吸収板１１により行うようにしたので、弾性に富んだ熱膨張係数の大きい接着剤を接着層１９に用いる必要がなくなって熱膨張係数の比較的小さい接着剤とすることができ、環境温度の変化に伴う熱膨張によってセンサチップに歪が生じることはなく、温度が変化する環境下においてもセンサチップ５を安定に動作させることができる他、梁部１３等に変形や破損が生じることはない。

更に、ケース体２に予め取付部１２を形成した衝撃吸収板１１を固定しておくので、センサチップ５の貼付位置を精度よく認識することが可能になり、貼付位置を安定させてセンサチップ５の電気的特性の安定化を図ることができる。
更に、ケース体２の底板３に設ける凹部６は、その開口をケース体２の開口と同方向になるように形成したので、ケース体２を成形するときに同時に形成することが可能になり、凹部６を有するケース体２を安価に製造することができる。

以上説明したように、本実施例では、有底のケース体の底板にセンサチップより大きい凹部を設け、取付部にセンサチップを貼付し、この取付部を弾性を有する梁部により支持した衝撃吸収板をその支持枠により凹部の内壁に固定するようにしたことによって、半導体パッケージに加えられた振動や衝撃を梁部により吸収してセンサチップへの振動や衝撃の影響を抑制することができ、半導体パッケージの耐衝撃性を確保することができると共に、衝撃吸収板を専用部品とすることができ、接着層による衝撃等の吸収を不要にして熱膨張係数の比較的小さい接着層でセンサチップを貼付することが可能になり、温度が変化する環境下においてもセンサチップを安定に動作させることができる。

図３は実施例２の半導体パッケージの上面を示す説明図、図４は図３のＢ−Ｂ断面を示す説明図である。
なお、図３は図４の蓋体９を取外した状態で示した上面図であり、図３に示すセンサチップ５は衝撃吸収板１１の形状を示すためにパッド８等を省略して描いてある。
また、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例の衝撃吸収部材としての衝撃吸収板１１は、上記実施例１の衝撃吸収板と同様であるが、その取付部１２がセンサチップ５の外形形状より小さい矩形に形成されてセンサチップ５の中央部に配置され、その支持枠１４は実施例１の支持枠よりは幅広に形成され、取付部１２と支持枠１４とを接続する梁部１３は実施例１の梁部よりは長い短冊状に形成されている。

また、センサチップ５を貼付する接着層１９の形成領域は、取付部１２の外形形状に接着層１９の所定のはみ出し代を減じた大きさに設定されている。これにより本実施例のセンサチップ５はその裏面の中央部の狭い面積を用いて接着層１９により取付部１２のおもて面に貼付される。
なお、本実施例の衝撃吸収板１１は、実施例１と同様にケース体２の形成時等に支持枠１４の縁部を凹部６の内壁に埋め込んで固定される。

また、接着層１９を形成する接着剤は、実施例１と同様である。
このように、衝撃吸収板１１の梁部１３に支持された取付部１２を小さくして梁部１３を長くすると共に、センサチップ５を狭い面積とした接着層１９により貼付するので、半導体パッケージ１に加えられた振動や衝撃は長くなった梁部１３により更に多く吸収され、センサチップ５への振動や衝撃の影響を更に抑制して半導体パッケージ１の耐衝撃性を確保することができると共に、狭い面積とした接着層１９により振動や衝撃の吸収に伴う梁部１３の弾性変形による取付部１２の歪がセンサチップ５に伝達されることを抑制するので、センサチップ５の電気的特性を更に安定させることができる。

なお、衝撃吸収板１１の専用部品化や、ケース体２への衝撃吸収板１１の固定、ケース体２と凹部６の同時形成に伴う効果は、上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、取付部をセンサチップより小さくした衝撃吸収板を用いるようにしたことによって、半導体パッケージに加えられた振動や衝撃を長くなった梁部により更に吸収してセンサチップへの振動や衝撃の影響を更に抑制することができると共に、狭い面積とした接着層により振動や衝撃の吸収に伴う梁部の弾性変形の取付部を介したセンサチップへの伝達を抑制してセンサチップの電気的特性を更に安定させることができる。

図５は実施例３の半導体パッケージの上面を示す説明図、図６は図５のＣ−Ｃ断面を示す説明図である。
なお、図５は図６の蓋体９を取外した状態で示した上面図であり、図５に示すセンサチップ５は衝撃吸収板１１の形状を示すためにパッド８等を省略して描いてある。
また、上記実施例１および実施例２と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例の衝撃吸収部材としての衝撃吸収板１１は、上記実施例２の衝撃吸収板と同様であるが、その長くされた梁部１３の取付部１２の近傍には、取付部１２を凹部６とは反対側に台形状に浮上らせる曲折部３１が形成されている。
なお、センサチップ５を貼付する接着層１９の形成領域は、実施例２と同様に設定されている。

また、本実施例の衝撃吸収板１１は、実施例１と同様にケース体２の形成時等に支持枠１４の縁部を凹部６の内壁に埋め込んで固定される。
更に、接着層１９を形成する接着剤は、実施例１と同様である。
このように、衝撃吸収板１１の長くされた梁部１３の取付部１２の近傍に取付部１２を凹部６とは反対側に台形状に浮上らせる曲折部３１を設けるので、半導体パッケージ１に加えられた振動や衝撃は長くなった梁部１３により更に多く吸収され、センサチップ５への振動や衝撃の影響を更に抑制して半導体パッケージ１の耐衝撃性を確保することができると共に、曲折部３１が振動や衝撃の吸収に伴う梁部１３の弾性変形を吸収して取付部１２の歪を抑制するので、狭い面積とした接着層１９により抑制されるセンサチップ５への取付部１２の歪の伝達を更に抑制してセンサチップ５の電気的特性を一層安定させることができる。

なお、衝撃吸収板１１の専用部品化や、ケース体２への衝撃吸収板１１の固定、ケース体２と凹部６の同時形成に伴う効果は、上記実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例２と同様の効果に加えて、梁部の取付部の近傍に取付部を台形状に浮上らせる曲折部を設けた衝撃吸収板を用いるようにしたことによって、半導体パッケージに加えられた振動や衝撃に伴う梁部の弾性変形を曲折部で吸収することが可能になり、センサチップへの取付部を介した歪の伝達を更に抑制してセンサチップの電気的特性を一層安定させることができる。

図７は実施例４の半導体パッケージの上面を示す説明図、図８は図７のＤ−Ｄ断面を示す説明図である。
なお、図７は図８の蓋体９を取外した状態で示した上面図である。
また、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の半導体パッケージ１の構成は、上記実施例１と同様であるが、凹部６の底面に、凹部６の底面からケース体２の裏面に貫通し、衝撃吸収板１１の取付部１２の外形形状より大きい矩形形状の貫通穴３５が形成されている。

図８において、３７は取付部支持冶具であり、貫通穴３５に遊嵌し、取付部１２の裏面を支持する凸部３８と、ケース体２の裏面に当接する基台３９とにより構成される。
また、凸部３８の先端の基台３９からの高さは、ケース体２の裏面から取付部１２の裏面までの距離に所定の押圧代を加えた高さに形成され、基台３９がケース体２の裏面に当接したときに、凸部３８の平面とされた先端が取付部１２の裏面を梁部１３の弾性変形を利用して押圧する。これにより取付部１２の裏面が凸部３８の先端により確実に支持される。

このような取付部支持冶具３７は、取付部１２にセンサチップ５を接着層１９により貼付するとき、および図示しないワイヤによりセンサチップ５のパッド８とケース体２の内部端子１６とを電気的に接続するときに用いられる。
この取付部支持冶具３７をセンサチップ５の接着作業やワイヤによる接続作業に用いれば、その接着や接続の際の作業を安定して行うことができると共に、接着層１９の形成やワイヤによる接続を確実なものとすることができる。

以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、ケース体の凹部の底面に取付部より大きい形状の貫通穴を形成するようにしたことによって、取付部へのセンサチップの貼付やワイヤによるセンサチップのパッドとケース体の内部端子と間の接続の際に、凸部を設けた取付部支持冶具を容易に挿入して用いることができ、接着作業や接続作業を安定させて接着層の形成やワイヤによる接続を確実なものとすることができる。

なお、本実施例においては、実施例１のケース体の凹部に貫通穴を形成する場合を例に説明したが、上記実施例２および実施例３のケース体に同様の貫通穴を形成すれば、本実施例と同様の効果を得ることができる。
また、貫通穴の形状は矩形として説明したが、取付部の外形形状に内接する円の直径より大きな直径を有する円形状を用いるようにしても、同様の効果を得ることができる。

上記各実施例においては、ケース体や蓋体はセラミック材料で製作するとして説明したが、ケース体や蓋体を製作する材料は前記に限らず、樹脂材料であってもよい。
また、上記各実施例においては、センサチップは半導体加速度センサであるとして説明したが、センサチップは前記に限らず、振動や衝撃により電気的特性等が変化する虞があるセンサチップであればどのようなものであってもよい。このようなセンサチップに本発明を適用すれば、その振動や衝撃の吸収効果により取付台に貼付したセンサチップへの振動や衝撃の影響を抑制して半導体パッケージの耐衝撃性を確保することができる。

実施例１の半導体パッケージの上面を示す説明図 図１のＡ−Ａ断面を示す説明図 実施例２の半導体パッケージの上面を示す説明図 図３のＢ−Ｂ断面を示す説明図 実施例３の半導体パッケージの上面を示す説明図 図５のＣ−Ｃ断面を示す説明図 実施例４の半導体パッケージの上面を示す説明図 図７のＤ−Ｄ断面を示す説明図

符号の説明

１ 半導体パッケージ
２ ケース体
３ 底板
４ 側壁
５ センサチップ
６ 凹部
７ チップ収納空間
８ パッド
９ 蓋体
１１ 衝撃吸収板
１２ 取付部
１３ 梁部
１４ 支持枠
１６ 内部端子
１７ 外部端子
１９ 接着層
２０ スリット
２１ 可撓部
２２ 重錘部
２３ ガラス板
２５ 中空部

Claims (4)

1. 有底のケース体と、該ケース体に収納されるセンサチップとを備えた半導体パッケージにおいて、
   前記ケース体の底板に、前記センサチップより大きい凹部を設けると共に、該凹部の内壁に固定される支持枠と、前記センサチップを貼付する取付部と、弾性を有し、前記取付部と前記支持枠とを接続する梁部とを備えた衝撃吸収部材と、前記ケース体の凹部の底面に形成された、前記取付部より大きい形状の貫通穴とを設けたことを特徴とする半導体パッケージ。
2. 請求項１において、
   前記取付部の形状を、前記センサチップより小さくしたことを特徴とする半導体パッケージ。
3. 請求項２において、
   前記梁部の前記取付部の近傍に、前記取付部を前記凹部の反対側に台形状に浮上らせる曲折部を設けたことを特徴とする半導体パッケージ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記センサチップが、半導体加速度センサであることを特徴とする半導体パッケージ。