JP4853455B2 - Semiconductor device and semiconductor device unit - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックパッケージにコンデンサが内蔵された半導体装置及びこのような半導体装置を備えた半導体装置ユニットに関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a capacitor is incorporated in a ceramic package, and a semiconductor device unit including such a semiconductor device.
例えば、通信機能を有する半導体式センサにおいては、通信に必要な電源電圧を一旦コンデンサに蓄えてから、センサ出力を送信する通信方式が提供されている。
このような構成のものでは、コンデンサ容量が比較的大きいことから、コンデンサを半導体式センサ内に設けることが困難である。このため、半導体式センサが搭載されるプリント配線基板上にセラミックコンデンサを実装する構造を採用しており、部品コスト、加工コストが高いという問題がある。
このような課題に対して、セラミックパッケージにコンデンサを構成する電極を埋設することが提案されているものの、電極をセラミックパッケージに埋設する構成は複雑でコスト高となる(特許文献1参照)。
With such a configuration, since the capacitor capacity is relatively large, it is difficult to provide the capacitor in the semiconductor sensor. For this reason, the structure which mounts a ceramic capacitor on the printed wiring board in which a semiconductor type sensor is mounted is employ | adopted, and there exists a problem that component cost and processing cost are high.
Although it has been proposed to embed an electrode constituting a capacitor in a ceramic package for such a problem, the structure in which the electrode is embedded in a ceramic package is complicated and expensive (see Patent Document 1).
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、セラミックパッケージにコンデンサを内蔵する構成を低コストで実施することができる半導体装置及び半導体装置ユニットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a semiconductor device unit that can implement a configuration in which a capacitor is built in a ceramic package at a low cost.
請求項1記載の発明によれば、セラミック基板を積層状態で焼結してセラミックパッケージを形成することによりコンデンサを構成することができるので、全体の構成を簡単化することができ、コストを低減することができる。つまり、コンデンサの部品費用、コンデンサを搭載するためのプリント配線基板、コンデンサをプリント配線基板に搭載するための加工費用等を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the capacitor can be configured by sintering the ceramic substrate in a laminated state to form a ceramic package, the overall configuration can be simplified and the cost can be reduced. can do. That is, it is possible to reduce the component cost of the capacitor, the printed wiring board for mounting the capacitor, the processing cost for mounting the capacitor on the printed wiring board, and the like.
請求項2の発明によれば、対向電極はセラミック基板と一体であるので、セラミック基板と独立した対向電極を特別に設けることなくコンデンサを構成することができるので、コンデンサを容易に製造することができる。
請求項3記載の発明によれば、対向電極で挟まれたセラミック基板の層数を変更することによりコンデンサの容量を容易に設定することができる。
請求項4の発明によれば、対向電極の面積を変更することによりコンデンサの容量を容易に設定することができる。
According to the second aspect of the present invention, since the counter electrode is integral with the ceramic substrate, the capacitor can be configured without specially providing the counter electrode independent of the ceramic substrate, so that the capacitor can be easily manufactured. it can.
According to the invention of
According to invention of
請求項5ないし7の発明によれば、通信電流充電用コンデンサ、静電気対策用コンデンサ、電気フィルタ用コンデンサをセラミックパッケージに内蔵することができる。
請求項8の発明によれば、複数のコンデンサを組み合わせることによりコンデンサの容量を増大したり、容量を変更したり、異なる機能のコンデンサをセラミックパッケージに内蔵することができる。
請求項10の発明によれば、対向電極と外部電極とを兼ねることができるので、全体構成の簡単化を図ることができる。
According to the fifth to seventh aspects of the present invention, the communication current charging capacitor, the static electricity countermeasure capacitor, and the electric filter capacitor can be built in the ceramic package.
According to the invention of
According to the invention of
以下、本発明を自動車のエアバッグ用の加速度センサユニットに適用した場合の一実施例について図1ないし図4を参照して説明する。
図2は加速度センサユニットを示す平面図、図3はその縦断側面図である。尚、図2は、蓋を取外した状態で示している。加速度センサユニット(半導体装置ユニットに相当)1は、ハウジング2、半導体加速度センサ(半導体装置に相当)3、蓋4から構成されている。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an acceleration sensor unit for an automobile airbag will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a plan view showing the acceleration sensor unit, and FIG. 3 is a longitudinal side view thereof. FIG. 2 shows a state where the lid is removed. The acceleration sensor unit (corresponding to a semiconductor device unit) 1 includes a housing 2, a semiconductor acceleration sensor (corresponding to a semiconductor device) 3, and a
ハウジング2は、複数のターミナル5をインサート成形して形成されており、そのターミナル5の先端部がハウジング2のカバー部6内に突出すると共に、基端部がキャビティ7に位置して図示上方を臨んでいる。ハウジング2の取付部8には孔部9が形成されていると共に、その孔部9に金属製のカラー10が装着されており、そのカラー10を通じて図示しないボルトを螺着することにより加速度センサユニット1を所定部位に固定可能となっている。
The housing 2 is formed by insert-molding a plurality of terminals 5, and the distal end portion of the terminals 5 protrudes into the
図1は半導体加速度センサ3の縦断面図、図4(a)はその平面図、図4(b)はその側面図、図4(d)はその底面図である。尚、これらの図は概略図である。
半導体加速度センサ3は、センサチップ(MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサチップ、半導体チップに相当)11と、このセンサチップ11の下側に配置された回路チップ(半導体チップに相当)12と、これらを収納する容器形状のセラミックパッケージ13とから構成されている。
1 is a longitudinal sectional view of the
The
セラミックパッケージ13は、複数のグリーンシート状態のセラミック基板13a〜13g(実際の枚数とは異なる)を積層して焼結することにより形成されている。この場合、グリーンシート状態のセラミック基板13a〜13dにはあらかじめキャビティ7を形成するための開口部13a1〜13d1が形成されている。
The
セラミック基板13c〜13gには図示しないスルーホールが所定部位に形成されていると共に、後述する導体パターンの下地金属となるW(タングステン)膜が印刷処理により形成されている。このように加工されたグリーンシート状態のセラミック基板13a〜13gは、加圧積層された後、所定の焼結工程を経て一体物としてのセラミックパッケージ13が形成される。
尚、セラミック基板13a〜13gの厚み寸法としては、例えばセラミックパッケージ13の底面側となるセラミック基板13e〜13gが0.15mm、キャビティ7形成用のセラミック基板13a〜13dが0.4mmに設定されている。
Through holes (not shown) are formed in predetermined portions in the
As the thickness dimensions of the
上述のようにセラミックパッケージ13を形成した後、下地金属のW膜のうち表面に露出している部分はめっき処理工程によりNi(ニッケル)膜およびAu(金)膜が形成されることにより、配線用導体パターン14およびボンディング用導体パターン15ならびに外部電極16が形成される。配線用導体パターン14は、セラミックパッケージ13の外周面部または所定面部とキャビティ7内の部分とを電気的に接続するためのもので、スルーホール内に形成されるW膜を介して導通するようになっている。ボンディング用導体パターン15は、キャビティ7内に導いた配線用導体パターン14とキャビティ7内に配設される回路チップ12の各ボンディングパッドとをボンディングワイヤにより電気的に接続する部分に形成するためのものである。
After the
次に、センサチップ11及び回路チップ12は、キャビティ7内の所定位置にシリコーン系のダイボンド剤をディスペンスやスタンピングにより必要量だけ塗布された後マウントされる。
次に、キャビティ7内にマウントされたセンサチップ11及び回路チップ12の各電極パッド(図示せず)とキャビティ7内に配設されたボンディング用導体パターン15との間をボンディング工程により接続する。ボンディングワイヤ17は、Al(アルミニウム)ワイヤあるいはAuワイヤなどが使用される。
Next, the
Next, the electrode pads (not shown) of the
最後に、キャビティ7を閉塞するキャップ18を装着する。キャップ18は、キャビティ7の形状に対応したシール部に、あらかじめガラスあるいは高温はんだまたは低融点ガラスなどの封止剤が印刷などにより配設されている。このキャップ18を治具を用いて位置合わせを行って所定位置に配置し、この後、ベルト炉やオーブンなどを用いて例えば300℃程度の温度で加熱処理する。これによって半導体加速度センサ3をリードレス表面実装形パッケージとして構成することができる。このように形成された加速度センサユニット1の外部電極16にはハンダバンプ19が配設されている。
Finally, a
一方、本実施例では、セラミックパッケージ13にコンデンサが内蔵されており、以下、その構成について説明する。グリーンシート状態の所定のセラミック基板13gの両面の所定領域にはW膜が印刷処理により形成されており、セラミック基板13gの図示上方となる面に形成されたW膜が内部電極(導体パターンに相当)20aを形成している。セラミック基板13gの図示下方となる面(セラミックパッケージ3の外面)に形成されたW膜が、めっき処理工程によりNi(ニッケル)膜およびAu(金)膜が形成されることにより外部電極(導体パターンに相当)20bを形成している。これらの電極20a,20bによりセラミック基板13gを挟んだ対向電極20が形成されている。内部電極20aは、配線用導体パターン14を通じてボンディング用導体パターン15と接続されている。対向電極20を構成する外部電極20bにハンダバンプ19が装着されている。
On the other hand, in the present embodiment, a capacitor is built in the
以上のような構成により、セラミック基板13gにおいて対向電極20で挟まれた部位が誘電体として機能するもので、セラミックパッケージ13にコンデンサ21を内蔵することができる。この場合のコンデンサ21の容量は、C=ε・S/dの式で表すことができる。但し、C:コンデンサ容量、ε:誘電率、S=電極面積、d:電極間の距離である。
With the configuration described above, the portion sandwiched between the
加速度センサユニット1は、ハンダバンプ19を例えばはんだリフロー処理によりターミナル5にフリップチップ実装することにより製作されている。
加速度センサユニット1は、車両に搭載された状態では、半導体加速度センサ3により加速度の大きさを検出し、その大きさを示す信号を例えばDSI(distributed system interface)通信によりエアバックシステムに出力する。このとき、上述のようにセラミックパッケージ13に形成したコンデンサ21は、エアバックシステムとの通信電流充電用コンデンサとして使用されるようになっており、通信時に瞬間的に大きな電流を必要とする場合であっても、コンデンサ21から十分な通信電流を供給することができる。
The
When mounted on the vehicle, the
このような実施例によれば、複数のグリーンシート状態のセラミック基板13a〜13gを積層状態で焼結してセラミックパッケージ13を形成する際に、セラミック基板13gを挟むように対向電極20を形成しておくことによりセラミック基板13gを誘電体として機能させるようにしたので、セラミックパッケージ13にコンデンサ21を内蔵することができる。従って、セラミックパッケージにコンデンサを構成する電極を埋設する構成のものと違って、セラミックパッケージ13を形成する際にコンデンサ21を同時に構成することができるので、低コストで実施することができる。また、外付け部品としてのコンデンサを省略することができる結果、コンデンサを搭載するために従来必要であったプリント配線基板をも省略することが可能となるので、コストを一層低減することができる。
According to such an embodiment, when the
尚、セラミックパッケージ13に形成するコンデンサ21の容量を変更する場合は、図5に示すように対向電極20で挟むセラミック基板の枚数を増加するようにしてもよい。また、図6の参考例に示すように対向電極20の面積を変更したりしてもよい。また、図6の参考例に示すようにセラミック基板に挟まれたセラミック基板13fを対向電極20で挟み、電極20bを外部電極16と接続するようにしてもよい。さらに、図7の参考例に示すようにセラミックパッケージ13の側面に外部電極16、20bを形成し、外部電極20bと内部電極20aとで対向電極20を形成することによりコンデンサ21を構成するようにしてもよい。このような構成によれば、半導体加速度センサ3をハウジング2のターミナル5に縦型に搭載することができる。
In addition, when changing the capacity | capacitance of the capacitor |
本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
図1のように、内部電極20aおよび外部電極20bの両方が、センサチップ11および回路チップ12の投射面上に存在しないことが望ましい。ここで、センサチップ11が、シリコンよりなる可動部と固定部とを、絶縁層を介してシリコン基板とシリコン支持基板を積層したSOI基板の一方のシリコン層に形成し、加速度などによる可動体の変位を、可動部と固定部との間の静電容量により検出する構造であるとする。この場合、内部電極20aおよび外部電極20bの一部が、センサチップ11の投射面上に存在すると、シリコンよりなる可動部と内部電極20a、可動部と外部電極20b、シリコンよりなる固定部と内部電極20a、固定部と外部電極20b、支持基板と内部電極20b、支持基板と外部電極20bとの間に静電容量(寄生容量)が発生する恐れがある。このような寄生容量は、可動部の変位に基づく静電容量にノイズとして重畳されS/N比が悪化する可能性や、可動部が固定部などに固着するスティッキング現象の原因となり得る。従って、内部電極20aおよび外部電極20bの両方が、センサチップ11の投射面上に存在しない構造であれば、上記の寄生容量の発生を抑制することができ、S/N比の悪化などを防ぐことができる。同様に、内部電極20aおよび外部電極20bの両方が、回路チップ12の投射面上に存在しない構造であれば、投射面上に存在する場合に比べて、回路チップ12と内部電極20a、回路チップ12と外部電極20bの間に発生する寄生容量を抑制することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified or expanded as follows.
As shown in FIG. 1, it is desirable that both the
さらに、内部電極20aおよび外部電極20bの両方が、セラミックパッケージ13のキャビティ7形成用のセラミック基板13a〜13dの投射面上にのみ存在することが望ましい。この場合、ボンディングワイヤ17と内部電極20a、ボンディングワイヤ17と外部電極20bとの間に発生する寄生容量を抑制することができる。
セラミックパッケージ13に内蔵したコンデンサ21の用途としては、ESD(Electrostatic Discharge、静電気放電)、或いは電気フィルタ用として使用するようにしてもよい。
Furthermore, it is desirable that both the
The
セラミックパッケージ13に複数のコンデンサ21を内蔵するようにしてもよい。この場合、複数のコンデンサ21を並列接続することによりコンデンサの容量の増大を図ったり、複数のコンデンサ21のそれぞれに異なる機能を持たせたりすることができる。
半導体加速度センサ3をハウジング2のターミナル5にボンディグワイヤにより接続するようにしてもよい。
本発明を半導体加速度センサ以外の各種センサに適用するようにしてもよい。
A plurality of
The
The present invention may be applied to various sensors other than the semiconductor acceleration sensor.
図面中、1は加速度センサユニット(半導体装置ユニット)、2はハウジング、3は半導体加速度センサ(半導体装置)、5はターミナル、11はセンサチップ(半導体チップ)、12は回路チップ(半導体チップ)、13はセラミックパッケージ、13a〜13gはセラミック基板、20は対向電極、20aは内部電極(導体パターン)、20bは外部電極(導体パターン)、21はコンデンサである。 In the drawings, 1 is an acceleration sensor unit (semiconductor device unit), 2 is a housing, 3 is a semiconductor acceleration sensor (semiconductor device), 5 is a terminal, 11 is a sensor chip (semiconductor chip), 12 is a circuit chip (semiconductor chip), 13 is a ceramic package, 13a to 13g are ceramic substrates, 20 is a counter electrode, 20a is an internal electrode (conductor pattern), 20b is an external electrode (conductor pattern), and 21 is a capacitor.
Claims (10)
前記セラミック基板の基板上に実装された半導体チップと、
前記半導体チップの動作時に所定機能を発揮するコンデンサとを備え、
前記コンデンサは、前記セラミック基板が誘電体として機能するように当該セラミック基板を対向電極で挟んで構成されていると共に前記半導体チップの前記セラミック基板への投射面上から完全にオフセットした位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。 A ceramic package formed by sintering a plurality of thin ceramic substrates in a laminated state;
A semiconductor chip mounted on the ceramic substrate ;
A capacitor that exhibits a predetermined function during operation of the semiconductor chip,
The capacitor is configured such that the ceramic substrate is sandwiched between counter electrodes so that the ceramic substrate functions as a dielectric, and is provided at a position completely offset from the projection surface of the semiconductor chip onto the ceramic substrate. wherein a is.
前記コンデンサは、通信電流充電用コンデンサであることを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の半導体装置。 The semiconductor chip has a communication function with the outside,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the capacitor is a communication current charging capacitor.
外部機器と接続されるターミナルを有したハウジングとを備え、
前記半導体装置は、前記外部電極にバンプが配設され、当該バンプにより前記ターミナルと接続されていることを特徴とする半導体装置ユニット。 A semiconductor device according to any one of claims 1 to 9;
A housing having a terminal connected to an external device,
In the semiconductor device, a bump is provided on the external electrode, and the semiconductor device unit is connected to the terminal by the bump.
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