JP5475946B2 - センサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、センサ素子と、当該センサ素子と協働する半導体素子とが１つのパッケージ内に収納されたセンサモジュールに関するものである。

電子デバイスの小型高機能化のニーズに伴い、層間絶縁膜として低誘電率（low-k）材料を用いたＩＣチップなどの半導体素子や、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）チップなどのセンサ素子の開発が各所で行われているが、この種の半導体素子やセンサ素子は、脆弱であり、パッケージなどに実装する実装工程で発生する応力が問題視されている。

これに対して、従来から、加速度センサチップからなるセンサ素子と、当該センサ素子の出力信号を信号処理する信号処理回路が形成されたＩＣチップからなる半導体素子とを１つのパッケージ内に収納し、センサ素子および半導体素子それぞれに発生する応力を低減したセンサモジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に記載されたセンサモジュールは、図９に示すように、加速度センサチップからなるセンサ素子１’と、センサ素子１’の出力信号を信号処理する信号処理回路が形成されセンサ素子１’と協働するＩＣチップからなる半導体素子２’と、一面が開放された箱状であって内底面３ａ’にセンサ素子１’のフレーム部１１’が固着されたパッケージ３’と、パッケージ３’との間にセンサ素子１’および半導体素子２’を収納する形でパッケージ３’の上記一面を閉塞する蓋体４’とを備え、センサ素子１’における矩形枠状のフレーム部１１’の４箇所が、球状のスペーサ（硬質プラスチック球）が混合されたダイボンド材（シリコーン系樹脂）からなる接着部５’によりパッケージ３’の内底面３ａ’に固着されている。なお、センサ素子１’は、矩形枠状のフレーム部１１’の開口窓内に配置される重り部１２’が一表面側において可撓性を有する４つの撓み部１３’を介してフレーム部１１’に揺動自在に支持されている。このセンサ素子１’は、互いに直交する３方向の加速度を検出可能な３軸加速度センサチップであって、センサ素子１’の厚み方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１’の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向、センサ素子１’の厚み方向をｚ軸方向と規定すれば、重り部１２’の変位により撓み部１３’に生じる歪みによって抵抗値の変化するピエゾ抵抗Ｒ’が各撓み部１３’の適宜位置に形成され、これらのピエゾ抵抗Ｒ’が各軸それぞれの加速度を検出するブリッジ回路を構成するように図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。

また、図９に示した構成のセンサモジュールは、半導体素子２’が、センサ素子１’の重り部１２’および撓み部１３’の過度な変位を規制するストッパを兼ねており、センサ素子１’の主表面との間に所望のギャップ長のギャップが形成され、且つ、センサ素子１’の主表面側の複数のパッド１９’が露出するようにセンサ素子１’に重ねて配置されている。ここにおいて、半導体素子２’は、４箇所が、球状のスペーサ（硬質プラスチック球）が混合されたダイボンド材（シリコーン系樹脂）からなる接着部６’によりセンサ素子１’に固着されている。

また、図９に示した構成のセンサモジュールは、センサ素子１’の主表面側の複数のパッド１９’それぞれがボンディングワイヤ８’を介して半導体素子２’の主表面側の複数のパッド２９’の一部と電気的に接続され、半導体素子２’の残りのパッド２９’それぞれがボンディングワイヤ９’を介してパッケージ３’の上記一面側に設けられた端子パターン３１’と電気的に接続されている。
特開２００６−１３３１２３号公報（段落〔００３７〕−〔００４１〕、および図１−４）

しかしながら、図９に示した構成のセンサモジュールでは、センサ素子１’の４箇所が接着部５’によりパッケージ３’の内底面３ａ’に固着されているので、センサ素子１’をパッケージ３’に実装するにあたって、パッケージ３’の内底面３ａ’の４箇所に常温下でダイボンド材を塗布してからセンサ素子１’を搭載した後、ダイボンド材が硬化するように所定温度（例えば、１５０℃）に加熱するとパッケージ３’が熱変形し、その後、常温になるとパッケージ３’が熱変形のない状態に戻ろうとするが、センサ素子１’はパッケージ３’が熱変形した状態で固定されていたので、センサ素子１’が変形して応力が発生してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、パッケージへの実装時や実装後の温度変化に起因したセンサ素子への応力を低減することが可能なセンサモジュールを提供することにある。

請求項１の発明は、一面が開放された箱状のパッケージと、パッケージの内底面に固着されたセンサ素子と、センサ素子と協働する半導体素子であってセンサ素子のパッドを露出させてセンサ素子に重なる形でパッケージ内に配置された半導体素子とを備え、センサ素子は、第１の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第１のダイボンド材からなる第１の接着部によりパッケージの内底面に固着され、半導体素子は、第２の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第２のダイボンド材からなる第２の接着部によりセンサ素子に固着されてなることを特徴とする。

この発明によれば、センサ素子が、第１の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第１のダイボンド材からなる第１の接着部によりパッケージの内底面に固着され、半導体素子が、第２の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第２のダイボンド材からなる第２の接着部によりセンサ素子に固着されているので、パッケージへの実装時や実装後の温度変化に起因したセンサ素子への応力を低減することが可能になる。また、請求項１の発明において、第１の接着部が第１のスペーサを混合した第１のダイボンド材からなり、第２の接着部が第２のスペーサを混合した第２のダイボンド材からなる別の発明では、第１のスペーサの直径によりセンサ素子とパッケージの内底面とのギャップ長を規定することができ、第２のスペーサの直径によりセンサ素子と半導体素子とのギャップ長を規定することができ、センサ素子の厚み方向の両側それぞれに所望のギャップ長を確保することが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１の接着部と前記第２の接着部とは前記センサ素子の厚み方向において重なる位置に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記第１の接着部と前記第２の接着部とは前記センサ素子の厚み方向において重なる位置に配置されているので、温度変化に起因して前記センサ素子に生じる応力をより低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記パッケージの内底面から前記半導体素子までの設定高さよりも低い所定高さまで突出した突台部の先端面に前記半導体素子の一部が第３のダイボンド材からなる第３の接着部により固着されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記センサ素子との間に前記第２のスペーサの直径により規定されるギャップが形成される形で配置された前記半導体素子へのワイヤボンディングを安定して行うことが可能になる。ここにおいて、第３のダイボンド材は、スペーサが混合されていないので、突台部の突出寸法のばらつきに起因して前記半導体素子が傾くのを防止することができ、前記センサ素子と前記半導体素子との間のギャップ長の高精度化を図れる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第３のダイボンド材は、シリコーン系樹脂からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記第３のダイボンド材としてエポキシ樹脂に比べて弾性率の低いシリコーン系樹脂を用いることにより、前記パッケージから前記半導体素子への応力の伝達を抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記第３のダイボンド材からなる第３の接着部は、前記半導体素子の２つの角部に対応する箇所のみに設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、前記第３のダイボンド材の量を低減でき、第３のダイボンド材の収縮や前記パッケージからの応力伝達の影響を低減することができる。

請求項１の発明では、パッケージへの実装時や実装後の温度変化に起因したセンサ素子への応力を低減することが可能になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態のセンサモジュールについて図１を参照しながら説明する。

本実施形態のセンサモジュールは、加速度センサモジュールであり、加速度センサチップからなるセンサ素子１と、センサ素子１の出力信号を信号処理する信号処理回路が形成されセンサ素子１と協働するＩＣチップからなる矩形板状の半導体素子２と、一面が開放された箱状（矩形箱状）であって内底面にセンサ素子１が固着されたパッケージ３と、パッケージ３との間にセンサ素子１および半導体素子２を収納する形でパッケージ３の上記一面を閉塞する矩形板状の蓋体（図示せず）とを備えている。ここにおいて、本実施形態の加速度センサモジュールでは、半導体素子２の平面サイズがセンサ素子１の平面サイズよりも大きく、センサ素子１のパッド１９を露出させてセンサ素子１に重なる形でパッケージ３内に配置されている。なお、上記蓋体は、パッケージ３の上記一面の周部に金属材料（例えば、コバール）により形成された枠状（矩形枠状）の取付部３２に溶接されている。

以下、センサ素子１について図２を参照しながら詳細に説明してから、加速度センサモジュールについて具体的に説明する。

センサ素子１は、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側（図２（ｂ）における上面側）において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ素子１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。ここにおいて、センサ素子１は、シリコン基板からなる支持基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃを有するＳＯＩウェハを加工することにより形成してあり、フレーム部１１は、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部１３は、ＳＯＩウェハにおけるシリコン層１０ｃを利用して形成してあり、フレーム部１１よりも薄肉となっている。

重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサ素子１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサ素子１の上記一表面側から見た平面視において、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成してある。しかして、センサ素子１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサ素子１の上記他表面側（図２（ｂ）における下面側）へ離間して位置している。なお、センサ素子１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、マイクロマシニング技術を利用して形成すればよい。

ところで、図２（ａ），（ｂ）それぞれの右下に示したように、センサ素子１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ素子１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサ素子１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。

重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のゲージ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのゲージ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のゲージ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのゲージ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのゲージ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように図示しない配線（センサ素子１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。

また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のゲージ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのゲージ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のゲージ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのゲージ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのゲージ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように図示しない配線（センサ素子１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。

また、フレーム部１１近傍に形成された４つのゲージ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図３における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように図示しない配線（センサ素子１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したゲージ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したゲージ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。

ここで、センサ素子１の基本的な動作の一例について説明する。

いま、センサ素子１に加速度がかかっていない状態で、センサ素子１に対してｘ軸の正方向に加速度がかかったとすると、ｘ軸の負方向に作用する重り部１２の慣性力によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的にｘ軸方向を長手方向とする撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているゲージ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ゲージ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ゲージ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般的にゲージ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ゲージ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ゲージ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図３に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図３に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図３に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図３に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ素子１は、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ素子１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。

ここにおいて、センサ素子１は、上述の３つのブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤと、ブリッジ回路Ｂｘの２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２と、ブリッジ回路Ｂｙの２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２と、ブリッジ回路Ｂｚの２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２とを備えており、これらの各入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤおよび各出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２が、上記一表面側にパッド（外部接続用電極）１９として設けられている。ここにおいて、８つのパッド１９は、センサ素子１の１辺に沿って配置されている。なお、センサ素子１は、上記一表面側において上記シリコン層１０ｃ上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成されており、パッド１９および上記金属配線は絶縁膜１６上に形成されている。

上述の各ゲージ抵抗（ピエゾ抵抗）Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４および上記各拡散層配線は、上記シリコン層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成され、上記金属配線は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ合金膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されている。なお、上記金属配線は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。

また、上述の半導体素子２は、センサ素子１の出力信号を増幅する増幅回路、出力信号のオフセット（オフセット電圧）を調整するオフセット調整回路、出力信号の温度補償を行う温度補償回路などが集積化されたＡＳＩＣ（Application Specific IC）であり、シリコンウェハを用いて形成してある。

また、パッケージ３は、上述のように一面が開放された矩形箱状に形成されており、センサ素子１における矩形枠状のフレーム部１１の３箇所が、球状の第１のスペーサ５２が混合された第１のダイボンド材（例えば、弾性率が１ＭＰａ以下のシリコーン樹脂などのシリコーン系樹脂）５１からなる第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着されている。ここにおいて、センサ素子１は、第１の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着されている。具体的には、センサ素子１は、外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、パッド１９の配列方向に沿った１辺の両端付近と、当該１辺に平行な１辺の中央付近との３箇所が第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着されている。

したがって、センサ素子１とパッケージ３の内底面３ａとの間には、重り部１２の変位を可能とする第１のギャップが形成され、当該第１のギャップのギャップ長は、第１のスペーサ５２の直径により決まるので、センサ素子１とパッケージ３の内底面３ａとのギャップ長の精度の向上を図れ、重り部１２の過度な変位をより確実に規制することができる。ここで、第１のスペーサ５２の直径は、例えば、３μｍ〜３０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。ここにおいて、第１のスペーサ５２をシリカもしくはシリコンにより形成すれば、プラスチックにより形成する場合に比べて、第１のスペーサ５２の寸法精度を高めることができる。なお、第１のダイボンド材５１における第１のスペーサ５２の混合割合は１〜２０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。

また、半導体素子２は、センサ素子１の重り部１２および撓み部１３の過度な変位を規制するストッパを兼ねており、センサ素子１の上記一表面（主表面）との間に所定間隔のギャップが形成され、且つ、センサ素子１の上記一表面側の複数のパッド１９が露出するようにセンサ素子１に重ねて配置されている。しかして、半導体素子２をセンサ素子１に固着した後で、センサ素子１の上記一表面側の各パッド１９と半導体素子２の主表面側の一部のパッド２９とをそれぞれボンディングワイヤ８を介して電気的に接続することができる。

ここにおいて、半導体素子２は、第２の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所が、球状の第２のスペーサ６２が混合された第２のダイボンド材（例えば、弾性率が１ＭＰａ以下のシリコーン樹脂などのシリコーン系樹脂）６１からなる第２の接着部６によりセンサ素子１に固着されている。具体的には、半導体素子２は、外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であって、各辺の寸法がセンサ素子１の各辺の寸法よりもやや大きくなっており、４辺のうちのセンサ素子１のパッド１９の配列方向に沿った１辺と、当該１辺に隣り合う２辺との３辺それぞれに沿って複数のパッド２９が配列されており、センサ素子１のパッド１９の配列方向に沿った１辺の両端付近と、当該１辺に平行な辺の中央付近との３箇所が第２の接着部６によりセンサ素子１の上記一表面側の外周部（センサ素子１の上記一表面側においてフレーム部１１）に固着されている。

したがって、センサ素子１と半導体素子２との間には、重り部１２の変位を可能とする第２のギャップが形成され、当該第２のギャップのギャップ長は、第２のスペーサ６２の直径により決まるので、センサ素子１と半導体素子２とのギャップ長の精度の向上を図れ、重り部１２の過度な変位をより確実に規制することができる。第２のスペーサ６２の直径は、例えば、３μｍ〜３０μｍ程度の範囲内で適宜設定すればよい。ここにおいて、第２のスペーサ６２をシリカもしくはシリコンにより形成すれば、プラスチックにより形成する場合に比べて、第２のスペーサ６２の寸法精度を高めることができる。なお、第２のダイボンド材６１における第２のスペーサ６２の混合割合は１〜２０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。

ここで、本実施形態の加速度センサモジュールは、第１の接着部５と第２の接着部６とがセンサ素子１の厚み方向において重なる位置に配置されている。要するに、本実施形態では、上述の第１の仮想三角形と第２の仮想三角形とが同じ形状に設定されている。

また、パッケージ３は、内底面３ａにおいてセンサ素子１と重複する領域とは異なる部位から突出する矩形枠状の突台部３ｂを備えており、突台部３ｂの先端面に、半導体素子２の複数のパッド２９それぞれとボンディングワイヤ９を介して電気的に接続される複数の端子パターン３６が露出している。ここにおいて、各端子パターン３６は、パッケージ３の外部に露出した外部接続用電極部（図示せず）と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、パッケージ３を、多層積層型セラミックパッケージ（積層セラミックパッケージ）により構成してあり、積層する複数枚のシートのうちパッケージ３の底壁に対応するシート上に積層するシートの厚み寸法を突台部３ｂの突出寸法に設定してある。また、半導体素子２は、センサ素子１の厚み方向において大部分がセンサ素子１に重なるように配置されているが、一部は突台部３ｂに重なっている。

以下、本実施形態の加速度センサモジュールの製造方法について図４を参照しながら説明する。

まず、パッケージ３の内底面３ａ上の３箇所に常温下で第１の接着剤５ａ（第１のスペーサ５２が混合された第１のダイボンド材５１）をディスペンサなどにより塗布することによって、図４（ａ）に示す構造を得る。なお、センサ素子１のチップサイズが１ｍｍ□〜１０ｍｍ□、厚みが０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の場合、第１の接着剤５ａはφ２００μｍ〜φ１０００μｍ程度の領域に塗布すればよい。

その後、センサ素子１を搭載して第１の接着剤５ａを硬化させることでセンサ素子１を第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着することによって、図４（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、センサ素子１を搭載した後、第１の接着剤５ａが硬化するように所定温度（例えば、１５０℃）に加熱するとパッケージ３の底壁が熱変形し、その後、常温になるとパッケージ３の底壁が熱変形のない状態に戻ろうとする。ここで、センサ素子１はパッケージ３の底壁が熱変形した状態で固定されていたが、パッケージ３の内底面３ａに対して３箇所のみしか第１の接着部５により固着されていないので、常温に戻ったときに温度変化によるパッケージ３の底壁側の変形がセンサ素子１には当該センサ素子１の傾きとして伝わり、センサ素子１の表面を３点で決定でき、センサ素子１が変形して応力が発生するのを防止することができる。パッケージ３が常温に戻ったときにセンサ素子１は若干傾くが、高低差がナノメータレベルの傾きであり、特に問題ない。

上述のようにセンサ素子１を第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着した後、センサ素子１のフレーム部１１上の３箇所に常温下で第２の接着剤６ａ（第２のスペーサ６２が混合された第２のダイボンド材６１）をディスペンサなどにより塗布することによって、図４（ｃ）に示す構造を得る。なお、センサ素子１のチップサイズが１ｍｍ□〜１０ｍｍ□、厚みが０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の場合、第２の接着剤６ａはφ２００μｍ〜φ１０００μｍ程度の領域に塗布すればよい。

その後、半導体素子２をセンサ素子１に搭載して第２の接着剤６ａを硬化させることで半導体素子２を第２の接着部６によりセンサ素子１に固着することによって、図４（ｄ）に示す構造を得る。

次に、センサ素子１のパッド１９と半導体素子２のパッド２９とをボンディングワイヤ８により電気的に接続し、半導体素子２のパッド２９とパッケージ３の端子パターン３１とをボンディングワイヤ９により電気的に接続することによって、図４（ｅ）に示す構造を得て、その後、上記蓋体を所定雰囲気中（例えば、不活性ガス中）でパッケージ３の取付部３２に溶接すればよい。

以上説明した本実施形態のセンサモジュールでは、センサ素子１が、第１の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、球状の第１のスペーサ５２を混合した第１の第１のダイボンド材５１からなる第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着され、半導体素子２が、第２の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、球状の第２のスペーサ６２を混合した第２のダイボンド材６１からなる第２の接着部６によりセンサ素子１に固着されているので、パッケージ３への実装時や実装後の温度変化に起因したセンサ素子１への応力を低減することが可能で、且つ、第１のスペーサ５２の直径によりセンサ素子１とパッケージ３の内底面３ａとの間のギャップ長を規定することができ、第２のスペーサ６２の直径によりセンサ素子１と半導体素子２との間のギャップ長を規定することができ、センサ素子１の厚み方向の両側それぞれに所望のギャップ長を確保することが可能になる。また、本実施形態のセンサモジュールでは、第１の接着部５と第２の接着部６とがセンサ素子１の厚み方向において重なる位置に配置されているので、温度変化に起因してセンサ素子１に生じる応力をより低減することができる。ここで、本実施形態のセンサモジュールのようにセンサ素子１が上述のような加速度センサチップであれば、フレーム部１１の４つの角部を固着した場合（つまり、４箇所で固着した場合）やフレーム部１１を全周に亙って固着した場合に比べて、パッケージ３からセンサ素子１への応力が撓み部１３に作用しにくく安定した精度の高い加速度測定が可能となる。

また、本実施形態では、第１のダイボンド材５１としてエポキシ樹脂に比べて弾性率の低いシリコーン系樹脂を用いることにより、パッケージ３からセンサ素子１への応力の伝達を抑制する（つまり、応力を緩和する）ことができ、第２のダイボンド材６１としてエポキシ樹脂に比べて弾性率の低いシリコーン系樹脂を用いることにより、半導体素子２からセンサ素子１への応力の伝達を抑制する（つまり、応力を緩和する）ことができる。

（実施形態２）
本実施形態のセンサモジュールの基本構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、パッケージ３の内底面３ａから半導体素子２までの設定高さよりも低い所定高さまで突出した突台部３ｂの先端面に半導体素子２の一部が第３のダイボンド材（弾性率が１ＭＰａ以下のシリコーン樹脂などのシリコーン系樹脂）からなる第３の接着部７により固着されている点が相違する。ここにおいて、半導体素子２は、突台部３ｂの先端面に重なる部分の大部分が第３の接着部７により突台部３ｂの先端面に固着されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態のセンサモジュールの製造方法について図６を参照しながら説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、パッケージ３の内底面３ａ上の３箇所に常温下で第１の接着剤５ａ（第１のスペーサ５２が混合された第１のダイボンド材５１）をディスペンサなどにより塗布することによって、図６（ａ）に示す構造を得る。

その後、センサ素子１を搭載して第１の接着剤５ａを硬化させることでセンサ素子１を第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着することによって、図６（ｂ）に示す構造を得る。

次に、センサ素子１のフレーム部１１上の３箇所に常温下で第２の接着剤６ａ（第２のスペーサ６２が混合された第２のダイボンド材６１）をディスペンサなどにより塗布することによって、図６（ｃ）に示す構造を得る。

その後、半導体素子２をセンサ素子１に搭載して第２の接着剤６ａを硬化させることで半導体素子２を第２の接着部６によりセンサ素子１に固着することによって、図６（ｄ）に示す構造を得る。

続いて、第３のダイボンド材を半導体素子２とパッケージ３の突台部３ｂの先端面との間の隙間に充填して硬化させることで半導体素子２の一部を第３の接着部７により突台部３ｂの先端面に固着することによって、図６（ｅ）に示す構造を得る。

次に、センサ素子１のパッド１９と半導体素子２のパッド２９とをボンディングワイヤ８により電気的に接続し、半導体素子２のパッド２９とパッケージ３の端子パターン３１とをボンディングワイヤ９により電気的に接続することによって、図６（ｆ）に示す構造を得て、その後、上記蓋体を所定雰囲気中（例えば、不活性ガス中）でパッケージ３の取付部３２に溶接すればよい。

ところで、実施形態１にて説明したセンサモジュールでは、半導体素子２の４辺のうちのセンサ素子１のパッド１９の配列方向に沿った１辺と、当該１辺に隣り合う２辺との３辺それぞれに沿って複数のパッド２９が配列されており、パッド１９の配列方向に沿った１辺の両端付近には第２の接着部６が位置しているので、当該１辺に沿った複数のパッド２９へのワイヤボンディングは安定して行うことができるが、当該１辺に隣り合う２辺についてはそれぞれの一端側にしか第２の接着部６が位置していないので、当該２辺それぞれの他端側に近いパッド２９へのワイヤボンディング時にボンディング不良が発生する懸念がある。

これに対して、本実施形態のセンサモジュールでは、センサ素子１との間に第２のスペーサ６２の直径により規定されるギャップが形成される形で配置された半導体素子２へのワイヤボンディングを安定して行うことが可能になる。ここにおいて、本実施形態では、第３のダイボンド材にはスペーサを混合していないので、突台部３ｂの突出寸法のばらつきに起因して半導体素子２が傾くのを防止することができ、センサ素子１と半導体素子２との間のギャップ長の高精度化を図れる。また、第３のダイボンド材としてエポキシ樹脂に比べて弾性率の低いシリコーン系樹脂を用いることにより、パッケージ３から半導体素子２への応力の伝達を抑制することができる。

（実施形態３）
本実施形態のセンサモジュールの基本構成は実施形態２と略同じであって、図７に示すように、第３のダイボンド材からなる第３の接着部７が、半導体素子２の２つの角部に対応する箇所のみに設けられている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態のセンサモジュールの製造方法について図８を参照しながら説明するが、実施形態２と同様の工程については説明を適宜省略する。

まず、パッケージ３の内底面３ａ上の３箇所に常温下で第１の接着剤５ａ（第１のスペーサ５２が混合された第１のダイボンド材５１）をディスペンサなどにより塗布することによって、図８（ａ）に示す構造を得る。

その後、センサ素子１を搭載して第１の接着剤５ａを硬化させることでセンサ素子１を第１の接着部５によりパッケージ３の内底面３ａに固着することによって、図８（ｂ）に示す構造を得る。

次に、センサ素子１のフレーム部１１上の３箇所に常温下で第２の接着剤６ａ（第２のスペーサ６２が混合された第２のダイボンド材６１）をディスペンサなどにより塗布することによって、図８（ｃ）に示す構造を得る。

続いて、パッケージ３の突台部３ｂの先端面の２箇所に常温下で第３の接着剤７ａ（第３のダイボンド材）をディスペンサなどにより塗布することによって、図８（ｄ）に示す構造を得る。

その後、半導体素子２をセンサ素子１に搭載して第２の接着剤６ａおよび第３の接着剤７ａを硬化させることで半導体素子２を第２の接着部６によりセンサ素子１に固着するとともに第３の接着部７によりパッケージ３の突台部３ｂの先端面に固着することによって、図８（ｅ）に示す構造を得る。

次に、センサ素子１のパッド１９と半導体素子２のパッド２９とをボンディングワイヤ８により電気的に接続し、半導体素子２のパッド２９とパッケージ３の端子パターン３１とをボンディングワイヤ９により電気的に接続することによって、図８（ｆ）に示す構造を得て、その後、上記蓋体を所定雰囲気中（例えば、不活性ガス中）でパッケージ３の取付部３２に溶接すればよい。

以上説明した本実施形態のセンサモジュールでは、実施形態２に比べて、第３のダイボンド材の量を低減でき、第３のダイボンド材の収縮やパッケージ３からの応力伝達の影響を低減することができる。

なお、上記各実施形態では、センサ素子１として、加速度センサチップを例示したが、センサ素子１は、加速度センサチップに限らず、例えば、ジャイロセンサなどでもよい。

実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。 同上の要部を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）の概略断面図である。 同上におけるセンサ素子の回路図である。 同上のセンサモジュールの製造方法の説明図である。 実施形態２を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。 同上のセンサモジュールの製造方法の説明図である。 実施形態３を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。 同上のセンサモジュールの製造方法の説明図である。 従来例を示し、（ａ）は概略分解斜視図、（ｂ）は概略断面図である。

符号の説明

１ センサ素子
２ 半導体素子
３ パッケージ
３ａ 内底面
３ｂ 突台部
５ 第１の接着部
６ 第２の接着部
７ 第３の接着部
８ ボンディングワイヤ
９ ボンディングワイヤ
１９ パッド
２９ パッド
３１ 端子パターン
５１ 第１のダイボンド材
５２ 第１のスペーサ
６１ 第２のダイボンド材
６２ 第２のスペーサ

Claims (5)

1. 一面が開放された箱状のパッケージと、パッケージの内底面に固着されたセンサ素子と、センサ素子と協働する半導体素子であってセンサ素子のパッドを露出させてセンサ素子に重なる形でパッケージ内に配置された半導体素子とを備え、センサ素子は、第１の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第１のダイボンド材からなる第１の接着部によりパッケージの内底面に固着され、半導体素子は、第２の仮想三角形の３つの頂点に対応する３箇所において、第２のダイボンド材からなる第２の接着部によりセンサ素子に固着されてなることを特徴とするセンサモジュール。
2. 前記第１の接着部と前記第２の接着部とは前記センサ素子の厚み方向において重なる位置に配置されてなることを特徴とする請求項１記載のセンサモジュール。
3. 前記パッケージの内底面から前記半導体素子までの設定高さよりも低い所定高さまで突出した突台部の先端面に前記半導体素子の一部が第３のダイボンド材からなる第３の接着部により固着されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサモジュール。
4. 前記第３のダイボンド材は、シリコーン系樹脂からなることを特徴とする請求項３記載のセンサモジュール。
5. 前記第３のダイボンド材からなる第３の接着部は、前記半導体素子の２つの角部に対応する箇所のみに設けられていることを特徴とする請求項３または請求項４記載のセンサモジュール。

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