JP5172254B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、半導体装置に関し、特に、センサ素子を備えた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device provided with a sensor element.

従来、加速度を検出する加速度センサ素子（センサ素子）を備えた半導体装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device including an acceleration sensor element (sensor element) that detects acceleration is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献１には、センサチップ（センサ素子）が樹脂封止された樹脂封止型の半導体装置が記載されている。このセンサチップ（センサ素子）には、加速度を受けて変位する可動部としての梁構造体がシリコン基板上に形成されている。また、梁構造体には可動電極が設けられているとともに、シリコン基板上には固定電極が設けられている。そして、可動電極と固定電極との間の変位に応じて変化する静電容量の変化により加速度を検出するようにセンサチップ（センサ素子）が構成されている。すなわち、上記したセンサチップは、静電容量型の加速度センサ素子に構成されている。   Patent Document 1 describes a resin-encapsulated semiconductor device in which a sensor chip (sensor element) is encapsulated with resin. In this sensor chip (sensor element), a beam structure as a movable portion that is displaced by acceleration is formed on a silicon substrate. The beam structure is provided with a movable electrode, and a fixed electrode is provided on the silicon substrate. The sensor chip (sensor element) is configured to detect acceleration based on a change in capacitance that changes according to the displacement between the movable electrode and the fixed electrode. That is, the sensor chip described above is configured as a capacitance type acceleration sensor element.

また、センサチップ（センサ素子）の上面には、梁構造体などを保護するための耐熱性樹脂シートが設けられている。これにより、センサチップ（センサ素子）を樹脂封止した場合でも、封止樹脂によって梁構造体の動作が妨げられるという不都合が生じるのを抑制することが可能となる。ここで、センサチップ（センサ素子）が搭載される半導体装置を、樹脂封止型の半導体装置に構成した場合には、内部に空間部を有するセラミックス製の保護ケースを用いて半導体装置を構成する場合に比べて、製造工程を簡素化できるという利点がある。なお、樹脂封止型の半導体装置は、一般的に、トランスファー成形法を用いて形成される。   In addition, a heat resistant resin sheet for protecting the beam structure and the like is provided on the upper surface of the sensor chip (sensor element). Thereby, even when the sensor chip (sensor element) is resin-sealed, it is possible to suppress the inconvenience that the operation of the beam structure is hindered by the sealing resin. Here, when the semiconductor device on which the sensor chip (sensor element) is mounted is configured as a resin-encapsulated semiconductor device, the semiconductor device is configured using a ceramic protective case having a space inside. Compared to the case, there is an advantage that the manufacturing process can be simplified. Note that a resin-sealed semiconductor device is generally formed using a transfer molding method.

特開２０００−３１３４９号公報JP 2000-31349 A

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の半導体装置では、トランスファー成形法によってセンサチップ（センサ素子）が樹脂封止される際に、センサチップ（センサ素子）に大きな応力が加わるという不都合がある。このため、梁構造体などを保護するための耐熱性樹脂シートが設けられている場合でも、センサチップ（センサ素子）に大きな応力が加わることによって、センサチップ（センサ素子）が破損したり、センサチップ（センサ素子）に歪みが加わったりするという不都合がある。特に、センサチップ（センサ素子）の側面部などには、耐熱性樹脂シートが設けられていないため、センサチップ（センサ素子）の側面部などに大きな応力が加わることによって、センサチップ（センサ素子）に歪みが加わるという不都合がある。これにより、センサチップ（センサ素子）の特性（素子特性）が低下するという問題点がある。   However, the conventional semiconductor device described in Patent Document 1 has a disadvantage that a large stress is applied to the sensor chip (sensor element) when the sensor chip (sensor element) is resin-sealed by the transfer molding method. . For this reason, even when a heat-resistant resin sheet for protecting a beam structure or the like is provided, a large stress is applied to the sensor chip (sensor element), which may damage the sensor chip (sensor element) There is a disadvantage that distortion is applied to the chip (sensor element). In particular, since a heat-resistant resin sheet is not provided on the side surface of the sensor chip (sensor element), a large stress is applied to the side surface of the sensor chip (sensor element). There is an inconvenience that distortion is added. Thereby, there exists a problem that the characteristic (element characteristic) of a sensor chip (sensor element) falls.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、製造工程を簡素化するために樹脂封止型のパッケージ形態に構成した場合でも、センサ素子の素子特性が低下するのを抑制することが可能な半導体装置を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to provide a sensor element even when configured in a resin-sealed package form in order to simplify the manufacturing process. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of suppressing deterioration of element characteristics.

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体装置は、支持枠と、支持枠に支持部を介して支持される可動部とを含むセンサ素子と、センサ素子を保護する保護部材と、少なくとも、センサ素子を封止する弾力性を有する第１樹脂封止層と、第１樹脂封止層とは異なる材料から構成され、第１樹脂封止層を介して、センサ素子を封止する第２樹脂封止層とを備えている。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a support frame, a sensor element including a movable part supported by the support frame via a support part, and a protective member that protects the sensor element. And at least the first resin sealing layer having elasticity for sealing the sensor element and the first resin sealing layer, and the sensor element is sealed via the first resin sealing layer. And a second resin sealing layer to be stopped.

この一の局面による半導体装置では、上記のように、弾力性を有する第１樹脂封止層で予めセンサ素子を封止しておくことによって、トランスファー成型法を用いて第２樹脂封止層でセンサ素子を封止した場合でも、成型時（樹脂封止時）にセンサ素子に加わる圧力を第１樹脂封止層により緩和することができるので、センサ素子に加わる応力を低減することができる。このため、センサ素子に大きな応力が加わるのを抑制することができるので、センサ素子に大きな応力が加わることに起因して、センサ素子が破損したり、センサ素子に歪みが加わったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、製造工程を簡素化するために樹脂封止型のパッケージ形態に半導体装置を構成した場合でも、センサ素子の素子特性が低下するのを抑制することができる。なお、上記のように構成することによって、センサ素子を搭載した半導体装置を樹脂封止型のパッケージ形態に構成することができるので、製造工程を簡素化できることに加えて、半導体装置の製造コストを低減することもできる。   In the semiconductor device according to this aspect, as described above, the sensor element is sealed in advance with the first resin sealing layer having elasticity, so that the second resin sealing layer is formed using the transfer molding method. Even when the sensor element is sealed, the pressure applied to the sensor element at the time of molding (resin sealing) can be relieved by the first resin sealing layer, so that the stress applied to the sensor element can be reduced. For this reason, since it is possible to suppress a large stress from being applied to the sensor element, there is a disadvantage that the sensor element is damaged or a strain is applied to the sensor element due to the large stress being applied to the sensor element. It can be suppressed from occurring. Thereby, even when the semiconductor device is configured in the form of a resin-sealed package in order to simplify the manufacturing process, it is possible to suppress degradation of the element characteristics of the sensor element. By configuring as described above, the semiconductor device on which the sensor element is mounted can be configured in a resin-sealed package form, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. It can also be reduced.

また、上記した構成では、センサ素子は保護部材によって保護されているので、第１樹脂封止層でセンサ素子を封止した場合でも、第１樹脂封止層によってセンサ素子の可動部の動作が妨げられるという不都合が生じるのを抑制することができる。このため、これによっても、センサ素子の素子特性が低下するのを抑制することができる。   In the above-described configuration, since the sensor element is protected by the protective member, even when the sensor element is sealed with the first resin sealing layer, the operation of the movable portion of the sensor element is performed by the first resin sealing layer. The inconvenience of being hindered can be suppressed. For this reason, it can suppress that the element characteristic of a sensor element falls also by this.

なお、上記一の局面による半導体装置において、第１樹脂封止層はポッティングにより形成するのが好ましい。このように構成した場合には、第１樹脂封止層でセンサ素子を封止する際に、センサ素子に加わる応力（圧力）を容易に低減することができる。   In the semiconductor device according to the aforementioned aspect, the first resin sealing layer is preferably formed by potting. When comprised in this way, when sealing a sensor element with a 1st resin sealing layer, the stress (pressure) added to a sensor element can be reduced easily.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、センサ素子と電気的に接続された半導体素子をさらに備え、保護部材は、半導体素子から構成されている。このように構成すれば、半導体素子は、耐熱性樹脂シートなどに比べて強度が高いので、半導体素子でセンサ素子を保護することによって、容易に、センサ素子の素子特性の低下を抑制することができる。なお、本発明の半導体素子は、センサ素子の可動部の動きに基づいて検出される電気的な検出信号を増幅・補正して、物理量に比例した電圧として出力する制御回路素子などである。   The semiconductor device according to the above aspect preferably further includes a semiconductor element electrically connected to the sensor element, and the protection member is formed of the semiconductor element. If comprised in this way, since a semiconductor element has high intensity | strength compared with a heat resistant resin sheet etc., protecting the sensor element with a semiconductor element can suppress the fall of the element characteristic of a sensor element easily. it can. The semiconductor element of the present invention is a control circuit element that amplifies and corrects an electrical detection signal detected based on the movement of the movable part of the sensor element and outputs the amplified signal as a voltage proportional to the physical quantity.

この場合において、好ましくは、可動部および支持部は、平面的に見て、支持枠の内側の領域に配置されており、半導体素子は、センサ素子の上面上に、可動部および支持部を覆うようにフリップチップ実装されている。このように構成すれば、容易に、半導体素子とセンサ素子とを互いに電気的に接続することができるとともに、半導体素子によって、容易に、センサ素子の可動部および支持部を保護することができる。   In this case, preferably, the movable part and the support part are arranged in a region inside the support frame in a plan view, and the semiconductor element covers the movable part and the support part on the upper surface of the sensor element. So that it is flip-chip mounted. If comprised in this way, while a semiconductor element and a sensor element can be electrically connected mutually, the movable part and support part of a sensor element can be easily protected by a semiconductor element.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、センサ素子は、可動部の変位量に応じて加速度を検出する半導体加速度センサ素子である。このように構成すれば、良好な素子特性を有する樹脂封止型の加速度センサを容易に得ることができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the sensor element is preferably a semiconductor acceleration sensor element that detects acceleration in accordance with the amount of displacement of the movable part. If comprised in this way, the resin-sealed type acceleration sensor which has a favorable element characteristic can be obtained easily.

この場合において、好ましくは、センサ素子の支持部には、ピエゾ抵抗素子が形成されている。このように構成すれば、センサ素子をピエゾ抵抗型の加速度センサ素子とすることができるので、静電容量型の加速度センサ素子に比べて、容易に、センサ素子を小型化することができる。これにより、センサ素子の素子特性の低下を抑制しながら、半導体装置の小型化を図ることができる。   In this case, a piezoresistive element is preferably formed on the support portion of the sensor element. With this configuration, the sensor element can be a piezoresistive acceleration sensor element, and therefore, the sensor element can be easily downsized as compared with the capacitance type acceleration sensor element. Thereby, it is possible to reduce the size of the semiconductor device while suppressing the deterioration of the element characteristics of the sensor element.

上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、センサ素子が第２樹脂封止層で封止されることによって、ＱＦＮ型またはＢＧＡ型のパッケージ形態に構成されている。このように構成すれば、センサ素子の素子特性の低下を抑制しながら、実装面積の小さい半導体装置を得ることができる。   In the semiconductor device according to the above aspect, the sensor element is preferably sealed with a second resin sealing layer to be configured in a QFN type or BGA type package. If comprised in this way, the semiconductor device with a small mounting area can be obtained, suppressing the fall of the element characteristic of a sensor element.

以上のように、本発明によれば、製造工程を簡素化するために樹脂封止型のパッケージ形態に構成した場合でも、センサ素子の素子特性が低下するのを抑制することが可能な半導体装置を容易に得ることができる。   As described above, according to the present invention, a semiconductor device capable of suppressing deterioration of element characteristics of a sensor element even when configured in a resin-sealed package form in order to simplify the manufacturing process. Can be easily obtained.

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態による半導体装置の断面図である。図２は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置のセンサ素子および制御回路素子の全体斜視図である。図３は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置のセンサ素子および制御回路素子の分解斜視図である。図４〜図８は、図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置の構造を説明するための図である。図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による半導体装置の構造について説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an overall perspective view of the sensor element and the control circuit element of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the sensor element and the control circuit element of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 to 8 are views for explaining the structure of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. With reference to FIGS. 1-8, the structure of the semiconductor device by one Embodiment of this invention is demonstrated.

一実施形態による半導体装置は、図１に示すように、製造工程を簡素化することが可能な樹脂封止型パッケージ（ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ−Ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）型のパッケージ）に構成されている。具体的には、一実施形態による半導体装置は、リードフレーム１と、リードフレーム１に装着されるセンサ素子１０と、センサ素子１０の上面上に実装される制御回路素子２０と、センサ素子１０および制御回路素子２０を封止する第１樹脂封止層３０と、第１樹脂封止層３０を介してセンサ素子１０および制御回路素子２０を封止する第２樹脂封止層４０とを備えている。なお、制御回路素子２０は、本発明の「保護部材」および「半導体素子」の一例である。   As shown in FIG. 1, a semiconductor device according to an embodiment is configured in a resin-encapsulated package (QFN (Quad Flat Non-Leaded Package) type package) capable of simplifying the manufacturing process. Specifically, the semiconductor device according to the embodiment includes a lead frame 1, a sensor element 10 attached to the lead frame 1, a control circuit element 20 mounted on the upper surface of the sensor element 10, the sensor element 10, and A first resin sealing layer 30 for sealing the control circuit element 20; and a second resin sealing layer 40 for sealing the sensor element 10 and the control circuit element 20 via the first resin sealing layer 30. Yes. The control circuit element 20 is an example of the “protective member” and “semiconductor element” in the present invention.

リードフレーム１は、たとえば、燐青銅や無酸素銅などの銅系（銅またはその合金）材料などからなる金属板によって構成されており、ダイパッド１ａと、ダイパッド１ａから分離された複数のリード端子１ｂとを含んでいる。このダイパッド１ａ上には、はんだ材や銀ペーストなどからなる接着層２を介して、センサ素子１０が固定されている。なお、ダイパッド１ａとセンサ素子１０との間には、接着層２によって、約５０μｍ〜約１００μｍの高さを有する隙間部３が形成されている。この隙間部３は、センサ素子１０の後述する重り部１２の動き代を確保するために設けられている。また、接着層２は、隙間部３への第１樹脂封止層３０の侵入を抑制するために、センサ素子１０の外周部の全周にわたって形成されている。   The lead frame 1 is made of a metal plate made of a copper-based (copper or its alloy) material such as phosphor bronze or oxygen-free copper, for example, and includes a die pad 1a and a plurality of lead terminals 1b separated from the die pad 1a. Including. A sensor element 10 is fixed on the die pad 1a via an adhesive layer 2 made of a solder material, silver paste, or the like. A gap 3 having a height of about 50 μm to about 100 μm is formed between the die pad 1 a and the sensor element 10 by the adhesive layer 2. The gap 3 is provided in order to secure a movement allowance of a weight 12 to be described later of the sensor element 10. The adhesive layer 2 is formed over the entire circumference of the outer peripheral portion of the sensor element 10 in order to suppress the first resin sealing layer 30 from entering the gap portion 3.

また、複数のリード端子１ｂの各々は、ボンディングワイヤ４を介して、センサ素子１０と電気的に接続されている。   Each of the plurality of lead terminals 1 b is electrically connected to the sensor element 10 via the bonding wire 4.

また、センサ素子１０は、３軸方向の加速度を検出可能なピエゾ抵抗型の加速度センサ素子から構成されている。具体的には、図３および図６に示すように、センサ素子１０は、枠体部１１と、枠体部１１の内側に配置される重り部１２と、重り部１２の四方から所定の方向に延びるとともに、重り部１２を枠体部１１に揺動自在に支持する４つの撓み部１３とを備えている。なお、枠体部１１は、本発明の「支持枠」の一例であり、重り部１２は、本発明の「可動部」の一例である。また、撓み部１３は、本発明の「支持部」の一例である。   The sensor element 10 is composed of a piezoresistive acceleration sensor element capable of detecting acceleration in three axial directions. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 6, the sensor element 10 includes a frame body portion 11, a weight portion 12 disposed inside the frame body portion 11, and a predetermined direction from four directions of the weight portion 12. And four bending portions 13 that support the weight portion 12 on the frame body portion 11 in a swingable manner. The frame body portion 11 is an example of the “support frame” in the present invention, and the weight portion 12 is an example of the “movable portion” in the present invention. Further, the bending portion 13 is an example of the “supporting portion” in the present invention.

センサ素子１０の重り部１２は、図６〜図８に示すように、４つの撓み部１３を介して枠体部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、平面的に見て、コア部１２ａの四隅の各々に一体的に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを含んでいる。また、付随部１２ｂの各々と枠体部１１および撓み部１３との間には、隙間が設けられている。この隙間は、加速度を受けて重り部１２が揺動した際に、付随部１２ｂが枠体部１１や撓み部１３と接触しない程度の大きさに構成されている。   As shown in FIGS. 6 to 8, the weight portion 12 of the sensor element 10 includes a rectangular parallelepiped core portion 12 a supported by the frame body portion 11 via the four flexure portions 13 and a core as viewed in a plan view. It includes four rectangular parallelepiped attached portions 12b integrally connected to each of the four corners of the portion 12a. In addition, a gap is provided between each of the accompanying portions 12 b and the frame body portion 11 and the bending portion 13. The gap is configured to have such a size that the accompanying portion 12b does not come into contact with the frame body portion 11 or the bending portion 13 when the weight portion 12 swings due to acceleration.

一方、４つの撓み部１３の各々の表面には、複数のピエゾ抵抗素子１４が形成されている。このピエゾ抵抗素子１４は、外力（応力）が加わると抵抗値が変化する素子であり、加速度を受けて重り部１２が揺動した際の撓み部１３の変位を抵抗値の変化として検出する。すなわち、ピエゾ抵抗型の加速度センサ素子であるセンサ素子１０では、加速度が加わるとその加速度によって重り部１２が揺動し、重り部１２を支持している撓み部１３が変形する。そして、撓み部１３が変形することによって、撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗素子１４に応力が加わり、ピエゾ抵抗素子１４の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気信号として検出することにより、半導体装置に加わった加速度が検出される。なお、上記したセンサ素子１０は、半導体プロセス技術を応用した微細加工技術（ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術）を用いて形成することができる。   On the other hand, a plurality of piezoresistive elements 14 are formed on the respective surfaces of the four flexures 13. The piezoresistive element 14 is an element whose resistance value changes when an external force (stress) is applied, and detects the displacement of the bending portion 13 when the weight portion 12 swings due to acceleration as a change in resistance value. That is, in the sensor element 10 which is a piezoresistive acceleration sensor element, when acceleration is applied, the weight portion 12 swings due to the acceleration, and the bending portion 13 supporting the weight portion 12 is deformed. Then, when the bending portion 13 is deformed, stress is applied to the piezoresistive element 14 formed in the bending portion 13, and the resistance value of the piezoresistive element 14 changes. By detecting this change in resistance value as an electrical signal, the acceleration applied to the semiconductor device is detected. The sensor element 10 described above can be formed by using a microfabrication technique (MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique) to which a semiconductor process technique is applied.

また、制御回路素子２０は、センサ素子１０によって検出された電気信号を増幅及び補正するとともに、加速度に比例した電圧として電気信号を出力する機能を有している。この制御回路素子２０は、図１および図２に示すように、センサ素子１０の上面上にフリップチップ実装されている。具体的には、図３および図４に示すように、制御回路素子２０は、センサ素子１０の開口よりも大きい平面積に構成されているとともに、図４および図５に示すように、一方の主面の四隅にＡｕバンプからなる突起電極２１が形成されている。そして、この突起電極２１とセンサ素子１０の電極パッド（図示せず）とが電気的に接続するように、センサ素子１０の上面上に制御回路素子２０が固定されている。また、制御回路素子２０は、枠体部１１の開口（重り部１２および撓み部１３）を覆うように、センサ素子１０の上面上に固定されている。これにより、一実施形態による半導体装置では、制御回路素子２０によって、センサ素子１０の重り部１２および撓み部１３が保護されるように構成されている。 The control circuit element 20 has a function of amplifying and correcting the electric signal detected by the sensor element 10 and outputting the electric signal as a voltage proportional to the acceleration. As shown in FIGS. 1 and 2, the control circuit element 20 is flip-chip mounted on the upper surface of the sensor element 10. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the control circuit element 20 is configured to have a larger planar area than the opening of the sensor element 10, and as shown in FIGS. 4 and 5, Projecting electrodes 21 made of Au bumps are formed at the four corners of the main surface. The control circuit element 20 is fixed on the upper surface of the sensor element 10 so that the protruding electrode 21 and an electrode pad (not shown) of the sensor element 10 are electrically connected. Further, the control circuit element 20 is fixed on the upper surface of the sensor element 10 so as to cover the opening (the weight part 12 and the bending part 13) of the frame body part 11. Thereby, in the semiconductor device according to the embodiment, the control circuit element 20 is configured to protect the weight portion 12 and the bending portion 13 of the sensor element 10.

また、センサ素子１０の上面と制御回路素子２０との間には、図１および図５に示すように、突起電極２１によって、約５０μｍの高さを有する隙間部２２が形成されている。この隙間部２２も、センサ素子１０の重り部１２の動き代を確保するために設けられている。また、制御回路素子２０の外周部には、隙間部２２への第１樹脂封止層３０の侵入を抑制するために、全周にわたって接着層２３が形成されている。   Further, as shown in FIGS. 1 and 5, a gap 22 having a height of about 50 μm is formed between the upper surface of the sensor element 10 and the control circuit element 20 by the protruding electrode 21. This gap portion 22 is also provided in order to secure the movement allowance of the weight portion 12 of the sensor element 10. In addition, an adhesive layer 23 is formed on the entire outer periphery of the control circuit element 20 in order to suppress the first resin sealing layer 30 from entering the gap 22.

ここで、本実施形態では、センサ素子１０および制御回路素子２０は、所定の弾力性を有する第１樹脂封止層３０によって樹脂封止されている。この第１樹脂封止層３０は、センサ素子１０および制御回路素子２０などに加わる応力を緩和することが可能な弾力性を有する樹脂材料から構成されている。具体的には、第１樹脂封止層３０は、透明樹脂（たとえば、エポキシ樹脂）などから構成されている。また、第１樹脂封止層３０は、ポッティングによって、ダイパッド１ａ上に、センサ素子１０および制御回路素子２０を封止するように形成されている。   Here, in this embodiment, the sensor element 10 and the control circuit element 20 are resin-sealed by the first resin sealing layer 30 having a predetermined elasticity. The first resin sealing layer 30 is made of an elastic resin material that can relieve stress applied to the sensor element 10, the control circuit element 20, and the like. Specifically, the 1st resin sealing layer 30 is comprised from transparent resin (for example, epoxy resin) etc. The first resin sealing layer 30 is formed so as to seal the sensor element 10 and the control circuit element 20 on the die pad 1a by potting.

また、本実施形態では、第２樹脂封止層４０は、第１樹脂封止層３０とは異なる材料であるエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によって構成されており、トランスファー形成法などによって、第１樹脂封止層３０を介してセンサ素子１０および制御回路素子２０などを封止するように形成されている。   In the present embodiment, the second resin sealing layer 40 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin, which is a different material from the first resin sealing layer 30. The sensor element 10, the control circuit element 20, and the like are sealed through a single resin sealing layer 30.

本実施形態では、上記のように、所定の弾力性を有する第１樹脂封止層３０でセンサ素子１０および制御回路素子２０を封止することによって、トランスファー成型法を用いて第２樹脂封止層４０でセンサ素子１０および制御回路素子２０を封止した際に、成型時（樹脂封止時）にセンサ素子１０に加わる圧力を第１樹脂封止層３０により緩和することができるので、センサ素子１０に加わる応力を低減することができる。このため、センサ素子１０に大きな応力が加わるのを抑制することができるので、センサ素子１０に大きな応力が加わることに起因して、センサ素子１０が破損したり、センサ素子１０に歪みが加わったりするという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、製造工程を簡素化するために樹脂封止型のパッケージ形態に半導体装置を構成した場合でも、センサ素子１０の素子特性が低下するのを抑制することができる。   In the present embodiment, as described above, the second resin sealing is performed using the transfer molding method by sealing the sensor element 10 and the control circuit element 20 with the first resin sealing layer 30 having a predetermined elasticity. When the sensor element 10 and the control circuit element 20 are sealed with the layer 40, the pressure applied to the sensor element 10 during molding (resin sealing) can be relieved by the first resin sealing layer 30. The stress applied to the element 10 can be reduced. For this reason, since it is possible to suppress a large stress from being applied to the sensor element 10, the sensor element 10 is damaged or a strain is applied to the sensor element 10 due to the large stress being applied to the sensor element 10. It is possible to suppress the occurrence of inconvenience. Thereby, even when the semiconductor device is configured in a resin-encapsulated package form in order to simplify the manufacturing process, it is possible to suppress deterioration in element characteristics of the sensor element 10.

また、上記した本実施形態の構成では、センサ素子１０の重り部１２および撓み部１３は制御回路素子２０によって保護されているので、第１樹脂封止層３０でセンサ素子１０を封止した場合でも、第１樹脂封止層３０によってセンサ素子１０の重り部１２の揺動動作が妨げられるという不都合が生じるのを抑制することができる。このため、これによっても、センサ素子１０の素子特性が低下するのを抑制することができる。   Moreover, in the structure of this embodiment mentioned above, since the weight part 12 and the bending part 13 of the sensor element 10 are protected by the control circuit element 20, when the sensor element 10 is sealed with the 1st resin sealing layer 30 However, it can be prevented that the first resin sealing layer 30 hinders the swinging operation of the weight portion 12 of the sensor element 10. For this reason, it can suppress that the element characteristic of the sensor element 10 falls also by this.

また、本実施形態では、第１樹脂封止層３０をポッティングにより形成することによって、第１樹脂封止層３０でセンサ素子１０および制御回路素子２０を封止する際に、センサ素子１０に加わる応力（圧力）を容易に低減することができる。   Further, in the present embodiment, the first resin sealing layer 30 is formed by potting, so that when the sensor element 10 and the control circuit element 20 are sealed with the first resin sealing layer 30, the sensor element 10 is added. Stress (pressure) can be easily reduced.

また、本実施形態では、制御回路素子２０を、センサ素子１０の上面上に、重り部１２および撓み部１３を覆うようにフリップチップ実装することによって、容易に、制御回路素子２０とセンサ素子１０とを互いに電気的に接続することができるとともに、制御回路素子２０によって、容易に、センサ素子１０の重り部１２および撓み部１３を保護することができる。   In the present embodiment, the control circuit element 20 and the sensor element 10 can be easily mounted by flip-chip mounting the control circuit element 20 on the upper surface of the sensor element 10 so as to cover the weight portion 12 and the bending portion 13. Can be electrically connected to each other, and the control circuit element 20 can easily protect the weight portion 12 and the bending portion 13 of the sensor element 10.

また、本実施形態では、センサ素子１０を、重り部１２の変位量に応じて加速度を検出するピエゾ抵抗型の半導体加速度センサ素子に構成することによって、センサ素子１０を静電容量型の加速度センサ素子から構成する場合に比べて、容易に、センサ素子１０を小型化することができる。これにより、センサ素子１０の素子特性の低下を抑制しながら、半導体装置の小型化を図ることができる。   In the present embodiment, the sensor element 10 is configured as a piezoresistive semiconductor acceleration sensor element that detects acceleration in accordance with the amount of displacement of the weight 12, so that the sensor element 10 is a capacitive acceleration sensor. The sensor element 10 can be easily downsized as compared with the case where the sensor element 10 is configured from elements. Thereby, size reduction of a semiconductor device can be achieved, suppressing the fall of the element characteristic of the sensor element 10. FIG.

また、本実施形態では、半導体装置をＱＦＮ型のパッケージ形態に構成することによって、センサ素子１０の素子特性の低下を抑制しながら、実装面積の小さい半導体装置を得ることができる。   Further, in the present embodiment, by configuring the semiconductor device in a QFN type package form, it is possible to obtain a semiconductor device with a small mounting area while suppressing deterioration in element characteristics of the sensor element 10.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記実施形態では、半導体装置をＱＦＮ型のパッケージ形態に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、半導体装置をＱＦＮ型以外のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型のパッケージ形態に構成してもよい。また、ＱＦＮ型およびＢＧＡ型以外のパッケージ形態に構成してもよい。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the semiconductor device is configured in the QFN type package form is shown. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor device is formed in a BGA (Ball Grid Array) type package form other than the QFN type. It may be configured. Moreover, you may comprise in package forms other than a QFN type and a BGA type.

また、上記実施形態では、制御回路素子によってセンサ素子を保護するように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、制御回路素子以外の保護部材を用いてセンサ素子を保護するように構成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the example comprised so that a sensor element might be protected by a control circuit element was shown, this invention is not limited to this but protects a sensor element using protection members other than a control circuit element. You may comprise.

また、上記実施形態では、センサ素子を、ピエゾ抵抗型の加速度センサ素子に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ピエゾ抵抗型以外の加速度センサ素子に構成してもよい。たとえば、センサ素子を、静電容量型の加速度センサ素子に構成してもよい。   In the above embodiment, the sensor element is configured as a piezoresistive acceleration sensor element. However, the present invention is not limited to this, and the sensor element may be configured as an acceleration sensor element other than the piezoresistive sensor. For example, the sensor element may be configured as a capacitive acceleration sensor element.

また、上記実施形態では、３軸方向の加速度を検出するセンサ素子を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、１軸方向または２軸方向の加速度を検出するセンサ素子を用いてもよい。   Moreover, although the example which used the sensor element which detects the acceleration of a triaxial direction was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this, The sensor element which detects the acceleration of a uniaxial direction or a biaxial direction is used. May be.

また、上記実施形態では、第１樹脂封止層をポッティングによって形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ポッティング以外の方法を用いて第１樹脂封止層を形成してもよい。なお、第１樹脂封止層は、第２樹脂封止層の形成時に所定の弾力性を有していればよい。   Moreover, although the example which formed the 1st resin sealing layer by potting was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this, Even if it forms the 1st resin sealing layer using methods other than potting Good. In addition, the 1st resin sealing layer should just have predetermined elasticity at the time of formation of the 2nd resin sealing layer.

本発明の一実施形態による半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device by one Embodiment of this invention. 図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置のセンサ素子および制御回路素子の全体斜視図である。FIG. 2 is an overall perspective view of a sensor element and a control circuit element of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置のセンサ素子および制御回路素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the sensor element and control circuit element of the semiconductor device by one Embodiment of this invention shown in FIG. 図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置のセンサ素子および制御回路素子の平面図である。It is a top view of the sensor element and control circuit element of the semiconductor device by one Embodiment of this invention shown in FIG. 図４の１００−１００線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the 100-100 line of FIG. 図１に示した本発明の一実施形態による半導体装置のセンサ素子の平面図である。It is a top view of the sensor element of the semiconductor device by one Embodiment of this invention shown in FIG. 図６の２００−２００線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the 200-200 line | wire of FIG. 図６の３００−３００線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the 300-300 line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ リードフレーム
１ａ ダイパッド
１ｂ リード端子
２、２３ 接着層
３、２２ 隙間部
４ ボンディングワイヤ
１０ センサ素子
１１ 枠体部（支持枠）
１２ 重り部（可動部）
１２ａ コア部
１２ｂ 付随部
１３ 撓み部（支持部）
１４ ピエゾ抵抗素子
２０ 制御回路素子（保護部材、半導体素子）
２１ 突起電極
３０ 第１樹脂封止層
４０ 第２樹脂封止層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lead frame 1a Die pad 1b Lead terminal 2, 23 Adhesive layer 3, 22 Gap part 4 Bonding wire 10 Sensor element 11 Frame part (support frame)
12 Weight part (movable part)
12a Core part 12b Associated part 13 Deflection part (support part)
14 Piezoresistive element 20 Control circuit element (protective member, semiconductor element)
21 protruding electrode 30 first resin sealing layer 40 second resin sealing layer

Claims (22)

支持枠と、前記支持枠に支持部を介して支持される可動部とを含むセンサ素子と、
前記センサ素子の前記支持枠と電気的に接続される制御回路素子であると共に、前記支持枠の開口を覆うように前記センサ素子の上面上に固定されることにより前記センサ素子を保護する保護部材としても機能する半導体素子と、
弾力性を有する樹脂材料から構成され、少なくとも前記センサ素子および前記半導体素子を封止する第１樹脂封止層と、
前記第１樹脂封止層とは異なる材料から構成され、前記第１樹脂封止層を介して、前記センサ素子および前記半導体素子を封止する第２樹脂封止層と、
ダイパッドと、当該ダイパッドから分離されたリード端子とを含むリードフレームと、
を備え、
前記可動部および前記支持部は、平面的に見て、前記支持枠の内側の領域に配置されており、
前記半導体素子は、前記センサ素子の上面上に、前記可動部および前記支持部を覆うようにフリップチップ実装されており、
前記リード端子は、ボンディングワイヤを介して、前記センサ素子の前記支持枠と電気的に接続されており、
前記センサ素子は、前記支持枠の下面と前記可動部の下面が少なくとも一部で面一となるように形成されており、
前記ダイパッド上には、接着層を介して、前記センサ素子の前記支持枠が固定されており、かつ、
前記ダイパッドと前記センサ素子との間には、前記接着層によって、前記可動部の動き代を確保するために必要な高さを有する隙間部が形成されていることを特徴とする、半導体装置。 A sensor element including a support frame and a movable part supported by the support frame via a support part;
A protective member that is a control circuit element electrically connected to the support frame of the sensor element, and that protects the sensor element by being fixed on the upper surface of the sensor element so as to cover the opening of the support frame A semiconductor element that also functions as:
A first resin sealing layer that is made of an elastic resin material and seals at least the sensor element and the semiconductor element;
A second resin sealing layer that is made of a material different from the first resin sealing layer and seals the sensor element and the semiconductor element via the first resin sealing layer;
A lead frame including a die pad and a lead terminal separated from the die pad;
With
The movable part and the support part are arranged in a region inside the support frame when seen in a plan view,
The semiconductor element is flip-chip mounted on the upper surface of the sensor element so as to cover the movable part and the support part,
The lead terminal is electrically connected to the support frame of the sensor element via a bonding wire,
The sensor element is formed such that the lower surface of the support frame and the lower surface of the movable portion are at least partially flush with each other,
On the die pad, the support frame of the sensor element is fixed via an adhesive layer, and
A gap between the die pad and the sensor element is formed with a gap having a height necessary for securing a movement allowance of the movable portion by the adhesive layer. 前記センサ素子は、前記可動部の変位量に応じて加速度を検出する半導体加速度センサ素子であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the sensor element is a semiconductor acceleration sensor element that detects acceleration according to a displacement amount of the movable portion. 前記センサ素子の前記支持部には、ピエゾ抵抗素子が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a piezoresistive element is formed on the support portion of the sensor element. 前記センサ素子および前記半導体素子が前記第２樹脂封止層で封止されることによって、ＱＦＮ型またはＢＧＡ型のパッケージ形態に構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。   The said sensor element and the said semiconductor element are comprised by the 2nd resin sealing layer, and are comprised in the QFN type or BGA type package form, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 2. A semiconductor device according to item 1. 前記リードフレームは、燐青銅または無酸素銅を含む銅またはその合金材料からなる金板によって構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。 The lead frame is characterized in that it is constituted by a gold plate made of copper or an alloy material including phosphor bronze or no acid Motodo semiconductor device according to any one of claims 1 to 4. 前記接着層は、はんだ材または銀ペーストからなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive layer is made of a solder material or a silver paste. 前記隙間部は、５０μｍ〜１００μｍの高さを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the gap portion has a height of 50 μm to 100 μm. 前記接着層は、前記センサ素子の外周部の全周にわたって形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive layer is formed over the entire outer periphery of the sensor element. 前記センサ素子の前記可動部は、前記支持部を介して前記支持枠に支持されたコア部と、平面的に見て、当該コア部に一体的に連結された付随部とを含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。   The movable part of the sensor element includes a core part supported by the support frame via the support part, and an accompanying part integrally connected to the core part in plan view. The semiconductor device according to claim 1. 前記センサ素子は、３軸方向の加速度を検出可能な加速度センサ素子から構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the sensor element includes an acceleration sensor element capable of detecting an acceleration in a triaxial direction. 前記付随部と前記支持枠および前記支持部との間には、隙間が設けられていることを特徴とする、請求項９に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 9, wherein a gap is provided between the accompanying portion and the support frame and the support portion. 前記隙間は、前記付随部が前記支持枠または前記支持部と接触しない程度の大きさに構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 11, wherein the gap is configured to have a size such that the accompanying portion does not contact the support frame or the support portion. 前記半導体素子は、前記センサ素子によって検出された電気信号を増幅及び補正するとともに、加速度に比例した電圧として電気信号を出力する機能を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor element has a function of amplifying and correcting an electric signal detected by the sensor element and outputting the electric signal as a voltage proportional to acceleration. The semiconductor device according to item. 前記半導体素子は、前記センサ素子の開口よりも大きい平面積に構成されているとともに、主面の隅に突起電極が形成されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置。   14. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element has a planar area larger than an opening of the sensor element, and a protruding electrode is formed at a corner of the main surface. A semiconductor device according to 1. 前記突起電極は、Ａｕバンプからなることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 14, wherein the protruding electrode is made of an Au bump. 前記突起電極と前記センサ素子の電極パッドとが電気的に接続するように、前記センサ素子の上面上に前記半導体素子が固定されていることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の半導体装置。   16. The semiconductor according to claim 14, wherein the semiconductor element is fixed on an upper surface of the sensor element so that the protruding electrode and an electrode pad of the sensor element are electrically connected. apparatus. 前記センサ素子と前記半導体素子との間には、前記突起電極によって、５０μｍの高さを有する第２の隙間部が形成されていることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置。   17. The second gap portion having a height of 50 [mu] m is formed between the sensor element and the semiconductor element by the protruding electrode. A semiconductor device according to 1. 前記半導体素子の外周部には、全周にわたって第２の接着層が形成されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の半導体装置。   18. The semiconductor device according to claim 1, wherein a second adhesive layer is formed on an entire periphery of the semiconductor element. 前記第１樹脂封止層は、透明樹脂から構成されていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first resin sealing layer is made of a transparent resin. 前記第１樹脂封止層は、ポッティングによって、前記ダイパッド上に、前記センサ素子および前記半導体素子を封止するように形成されていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置。   The first resin sealing layer is formed on the die pad by potting so as to seal the sensor element and the semiconductor element. A semiconductor device according to 1. 前記半導体装置は、ＱＦＮ型またはＢＧＡ型のパッケージであることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a QFN type or BGA type package. 前記センサ素子が静電容量型の加速度センサ素子であることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the sensor element is a capacitance type acceleration sensor element.
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