JP5859133B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＥＭＳセンサを備えた半導体装置に関する。

特許文献１および特許文献２には、ＭＥＭＳデバイスに関する発明が開示されている。
特許文献１，２に示すようにＭＥＭＳセンサは基板上に配置され、モールド樹脂にて封止されている。ＭＥＭＳセンサはシリコンを主体として形成されている。

従来においては、ＭＥＭＳセンサとＭＥＭＳセンサを覆うモールド樹脂との間での線熱膨張係数の差および、ＭＥＭＳセンサと基板との間での線熱膨張係数の差により、ＭＥＭＳセンサに熱応力が加わり、それによりセンサ感度が低下する問題があった。

特開２０１２−３５３３８号公報 特開２０１０−１６４４１２号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響を従来よりも小さくすることができる半導体装置を提供することを目的としている。

本発明における半導体装置は、
支持基板上に第１のダイボンド樹脂を介して積層されたシリコンを主体とするＭＥＭＳセンサと、前記ＭＥＭＳセンサ上に第２のダイボンド樹脂を介して積層された第１のシリコン基板と、封止材としてのモールド樹脂と、を有しており、
各ダイボンド樹脂は、前記モールド樹脂よりも軟質な材質により形成されていることを特徴とするものである。

このように本発明では、ＭＥＭＳセンサと同種の材質の第１のシリコン基板をＭＥＭＳセンサ上に重ねて配置した。したがってＭＥＭＳセンサとモールド樹脂との間には、ＭＥＭＳセンサの線熱膨張係数と同じかあるいはそれに近い第１のシリコン基板が介在するため、ＭＥＭＳセンサの上方から線熱膨張係数が異なるモールド樹脂の影響を直接受けない。本発明では、ＭＥＭＳセンサと同種の第１のシリコン基板をＭＥＭＳセンサ上に重ねるとともに、ＭＥＭＳセンサと第１のシリコン基板との間、および支持基板とＭＥＭＳセンサとの間に、モールド樹脂よりも軟質なダイボンド樹脂を用いることで、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響を効果的に緩和することが可能になる。

前記第１のシリコン基板は、磁気センサ用ＡＳＩＣを構成しており、前記磁気センサ用ＡＳＩＣ上に磁気センサが配置されていることが好ましい。これにより部品点数を減らすことができ、半導体装置の小型化を実現できる。

また本発明では、磁界の検知方向が異なる複数の前記磁気センサが、共通の前記磁気センサ用ＡＳＩＣ上に配置されていることが好ましい。これにより、ＭＥＭＳセンサ上を適切に一つの磁気センサ用ＡＳＩＣ（第１のシリコン基板）で覆うことができ、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響を効果的に緩和することができるとともに、多軸検知が可能な磁気センサを配置できる。

また本発明では、各ダイボンド樹脂のヤング率は、０．１〜１０ＧＰａであり、前記モールド樹脂のヤング率は、１０〜３０ＧＰａであることが好ましい。これにより、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響を効果的に緩和することが可能になる。

また本発明では、前記支持基板は、ガラスエポキシ基板より構成されたプリント基板であることが好ましい。かかる場合、ガラスエポキシ基板とＭＥＭＳセンサとの間を、ダイボンド樹脂を介して接合することで、ガラスエポキシ基板とＭＥＭＳセンサとの線熱膨張係数差に起因する、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響を緩和することができる。

また本発明では、前記ＭＥＭＳセンサは、シリコンを主体としたセンサ基板と機能層とが積層された構成であり、前記支持基板上に前記第１のダイボンド樹脂を介して配置された前記センサ基板は、少なくともＭＥＭＳセンサ用としてのＡＳＩＣを構成していることが好ましい。これにより部品点数を低減でき、半導体装置の小型化を実現できる。

また本発明では、前記ＭＥＭＳセンサは、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に前記機能層が設けられた積層構造であり、前記第１のセンサ基板が前記ＡＳＩＣであり、前記第１のセンサ基板は前記第２のセンサ基板よりも厚く形成されていることが好ましい。これにより、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響をより効果的に緩和することが可能になる。

また本発明では、前記ＭＥＭＳセンサは、支持基板上に配置された第２のシリコン基板上に前記第１のダイボンド樹脂を介して積層されていることが好ましい。本発明では、ＭＥＭＳセンサと同種の材質の第１のシリコン基板および第２のシリコン基板によりＭＥＭＳセンサの上下を、軟質のダイボンド樹脂を介して挟んだ。これにより、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響をより効果的に緩和することが可能になる。

また本発明では、前記第２のシリコン基板は、少なくともＭＥＭＳセンサ用としてのＡＳＩＣを構成していることが好ましい。これにより部品点数を低減でき、半導体装置の小型化を実現できる。

また本発明では、前記ＭＥＭＳセンサは、シリコンを主体としたセンサ基板と機能層とが積層された構成であることが好ましい。

また本発明では、複数の前記ＭＥＭＳセンサが積層されていることが好ましい。あるいは、複数のＭＥＭＳセンサが、共通のＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣ上に並設されていることが好ましい。

本発明によれば、ＭＥＭＳセンサに対する熱応力の影響を効果的に緩和することが可能になる。

図１は、第１実施形態における半導体装置の斜視図である。 図２は、図１に示す半導体装置の縦断面図である。 図３は、本実施形態におけるガラスエポキシ基板により構成されたプリント基板の部分拡大縦断面図である。 図４（ａ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳセンサの機能層の一例を示す平面図であり、図４（ｂ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳセンサの一部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。 図５（ａ）は、Ｙ軸方向の外部磁界を検知するＹ軸磁気センサの部分拡大平面図であり、図５（ｂ）は、Ｚ軸方向の外部磁界を検知するＺ軸磁気センサの部分拡大縦断面図であり、図４（ｃ）は、Ｘ軸方向の外部磁界を検知するＸ軸磁気センサの部分拡大平面図である。 図６は、第２実施形態における半導体装置の縦断面図である。 図７は、第３実施形態における半導体装置の縦断面図である。 図８は、第４実施形態における半導体装置の縦断面図である。 図９は、第５実施形態における半導体装置の縦断面図である。 図１０は、シミュレーション実験に使用した半導体装置の斜視図である。 図１１は、ダイボンド樹脂のヤング率とＭＥＭＳセンサにおけるオフセット量との関係を示すグラフである。

図１に示す半導体装置１には、ガラスエポキシ基板により構成されたプリント基板（支持基板）２上にＭＥＭＳセンサ３と磁気センサ４とが積層されている。よって半導体装置１は、ＭＥＭＳセンサ３および磁気センサ４の各機能を備えた構成となっている。例えばＭＥＭＳセンサ３は加速度センサで、磁気センサ４は地磁気センサを構成している。

図２に示すように、プリント基板２上には第１のダイボンド樹脂５を介してシリコンを主体とするＭＥＭＳセンサ３が積層されている。

図２に示すようにＭＥＭＳセンサ３は、第１のセンサ基板６と第２のセンサ基板７と、第１のセンサ基板６と第２のセンサ基板７との間に設けられた機能層８とを有して構成される。

機能層８について図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。機能層８はシリコン層である。機能層８には、周囲領域に枠体層１５が形成されており、枠体層１５の内部がセンサ部の形成領域となっている。図４（ａ）では枠体層１５を斜線で示している。

図４（ａ）に示すように、機能層８には枠体層１５の内側にセンサ部の外形を規定する第１の穴２６と第２の穴２７および第３の穴２８が形成されており、それぞれの穴２６，２７，２８は、枠体層１５を厚さ方向に貫通している。

図４（ｂ）に示すように枠体層１５と第２のセンサ基板７との間が絶縁層２９により接合されている。第２のセンサ基板７はシリコンで形成されている。また図４（ｂ）に示すように枠体層１５と第１のセンサ基板６との間が金属接合層３０により接合されている。金属接合層３０は例えば、Ａｌ層３６とＧｅ層３７とが共晶接合されたものである。第１のセンサ基板６はシリコン基板６ａの表面に絶縁層６ｂが形成された構成であり、また絶縁層６ｂの内部には配線層が形成されている。

図４（ａ）に示すように第１の穴２６には、第１の可動体４１が設けられている。第１の可動部４１により、各センサ基板６，７と直交する向きのＺ方向の加速度を検知できる。また、第２の穴２７には第２の可動体４２が設けられている。第２の可動体４２により、各センサ基板６，７の基板面と平行なＹ方向の加速度を検知できる。また、第３の穴２８には、第３の可動体４３が設けられている。第３の可動体４３により、Ｚ方向およびＹ方向に直交するＸ方向の加速度を検知できる。
各可動体４１〜４３はシリコン層からディープＲＩＥ等により切り出したものである。

図４（ａ）に示すセンサ構造は、例えば静電容量型であり、各可動体４１〜４３と対向する固定部が設けられている。そして各可動体４１〜４３と固定部との間で生じる静電容量変化に基づいて、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の加速度を検知できる。なお検出方法としては静電容量型以外であってもよい。

図４（ｂ）に示すように、可動体４１〜４３や固定部を支持するアンカ部４４が設けられており、アンカ部４４と第２のセンサ基板７間は絶縁層２９を介して接合されている。また、アンカ部４４と第１のセンサ基板６との間は、Ａｌ層３６とＧｅ層３７とが共晶接合されてなる金属接合層３０により接合されている。また図４（ｂ）に示す符号４６は可動体である。可動体４６は、図４（ａ）に示す各可動体４１〜４３のいずれかを示しているが、図４（ｂ）では特に限定していない。可動体４６はアンカ部４４に図示しないばね部を介してつながっている。

図４（ｂ）に示すように、アンカ部４４は金属接合層３０を介して第１のセンサ基板６の絶縁層６ｂ内に設けられた配線層４５と電気的に接続されている。配線層４５を通して静電容量変化を検出することができる。

図４（ａ）に示す機能層８の構成はあくまで一例であり、ほかの機能層８の構成であってもよい。

図４（ｂ）に示す第２のシリコン基板７と、機能層８と絶縁層２９によりＳＯＩ基板を構成することができる。絶縁層２９にはＳｉＯ_２を選択できる。また第１のセンサ基板６側の絶縁層６ｂはＳｉＯ_２やＳｉＮ等で形成され、単層であっても材質の異なる複数の絶縁層が積層された構成であってもよい。

ＭＥＭＳセンサ３には絶縁層６ｂ，２９や金属接合層３０を含むが、それ以外の部分は基本的にシリコンである。このように、ＭＥＭＳセンサ３は、機能層８の部分がシリコン層であり、また機能層８（シリコン層）と対向するセンサ基板６，７がシリコン基板を有した構成となっており、シリコンを主体とした構成となっている。

図２、図４（ｂ）に示すようにＭＥＭＳセンサ３は下面側に第１のセンサ基板６が配置され、上面側に第２のセンサ基板７が配置されており、ＭＥＭＳセンサ３の上下面は、シリコン表面が露出している。

図１，図２に示す第１実施形態では、ＭＥＭＳセンサ３を構成する第１のセンサ基板６が、ＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣを兼用している。すなわち第１のセンサ基板６はＭＥＭＳセンサ３の機能層８に対する配線基板の役割とＡＳＩＣとしての役割を持っている。

図４（ｂ）に示す配線層４５は、ＡＳＩＣの回路に接続されており、図１，図２に示すように第１のセンサ基板（ＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣ６）の表面には複数の電極部１０が露出形成されている。

図２に示すようにＭＥＭＳセンサ３上には第２のダイボンド樹脂９を介してシリコン基板（第１のシリコン基板）１１が接合されている。また後述の図６では第１のシリコン基板のみならず第２のシリコン基板も存在するが、本明細書では、シリコン基板に対する第１、第２の用語は、ＭＥＭＳセンサ３以外の部分に使用されるシリコン基板に対して適用される。

図１，図２に示す第１実施形態では、第１のシリコン基板１１は、磁気センサ用ＡＳＩＣ１２を構成している。図３に示すように磁気センサ用ＡＳＩＣ１２は第１のシリコン基板１１の表面に形成された各種の半導体素子１１ａ〜１１ｄと、第１のシリコン基板１１の表面を覆う絶縁層１３と、各半導体素子１１ａ〜１１ｄと配線層（図示せず）を介して電気的に接続された電極部１４とを有して構成される。

そして図１，図２に示すように磁気センサ用ＡＳＩＣ１２上には複数の磁気センサ４ａ，４ｂが配置されている。磁気センサ４は一つであってもよいが、第１実施形態では複数の磁気センサ４ａ，４ｂが設けられている。例えば磁気センサ４ａはＸ軸方向およびＹ軸方向の外部磁界検知用であり、磁気センサ４ｂはＺ軸方向の外部磁界検知用である。

図５（ａ）はＹ軸磁気センサ１６の一部を示している。図５（ａ）に示すようにＹ軸磁気センサ１６は、Ｘ方向に延出するとともにＹ方向に間隔をあけて配置された複数の素子部１６ａと、各素子部１６ａの端部を電気的に接続する接続部１６ｂとを有して構成される。素子部１６ａは、例えばＧＭＲ素子の素子構造で形成されており、感度軸方向がＹ方向である。感度軸方向とは、その方向に外部磁界が作用したとき素子部１６ａの電気抵抗値が最大値あるいは最小値となる方向である。素子部１６ａがＧＭＲ素子であるとき、ＧＭＲ素子を構成する固定磁性層（ピンド層）の固定磁化方向が感度軸方向である。

よって図５（ａ）のＹ軸磁気センサ１６では、Ｙ方向からの外部磁界が作用した際の電気抵抗変化に基づいてＹ方向の外部磁界を検知することができる。

また、図５（ｂ）はＺ軸磁気センサ１７の一部を示している。図５（ｂ）に示すようにＺ軸磁気センサ１７では、素子部１７ａと、素子部１７ａ上を覆う絶縁層１７ｂと、絶縁層１７ｂ上に設けられた軟磁性体１７ｃとを有して構成されている。

素子部１７ａは例えばＧＭＲ素子であり、感度軸方向は例えばＹ方向とされている。図５（ｂ）に示すようにＺ方向（垂直方向）から軟磁性体１７ｃに進入した外部磁界Ｈ１は、軟磁性体１７ｃの下端部１７ｃ１から漏れ出したとき、一部がＸ方向に変換された外部磁界Ｈ２を構成する。そして素子部１７ａを外部磁界Ｈ２が作用する場所に配置することで、見かけ上、Ｚ方向の外部磁界Ｈ１を素子部１７ａにより検知することができる。

図５（ｃ）はＸ軸磁気センサ１８の一部を示している。図５（ｃ）に示すようにＸ軸磁気センサ１８は、Ｙ方向に延出するとともにＸ方向に間隔をあけて配置された複数の素子部１８ａと、各素子部１８ａの端部を電気的に接続する接続部１８ｂとを有して構成される。素子部１８ａは、例えばＧＭＲ素子の積層構造であり、感度軸方向がＸ方向である。

よって図５（ｃ）のＸ軸磁気センサ１８では、Ｘ方向からの外部磁界が作用した際の電気抵抗変化に基づいてＸ方向の外部磁界を検知することができる。なおＹ軸磁気センサ１６、Ｚ軸磁気センサ１７およびＸ軸磁気センサ１８の形態は図５以外であってもよい。

図１に示す磁気センサ４ａは、図５（ａ）（ｃ）に示すＹ軸磁気センサ１６およびＸ軸磁気センサ１８を備えたパッケージ構造である。また、図１に示す磁気センサ４ｂは、図５（ｂ）に示すＺ軸磁気センサ１７を備えたパッケージ構造である。

各磁気センサ４ａ，４ｂは、磁気センサ用ＡＳＩＣ１２上に固定支持されている。各磁気センサ４ａ，４ｂは例えば地磁気センサを構成している。

図１に示すように磁気センサ用ＡＳＩＣ１２の表面には複数の電極部１２ａが露出している。磁気センサ用ＡＳＩＣ１２の電極部１２ａと各磁気センサ４ａ、４ｂの出力部との間が、ワイヤボンディングされて電気的に接続されている。また、複数の電極部１２ａと複数の電極部１２ｂ間が磁気センサ用ＡＳＩＣ内の回路を介して電気的に接続されている。

図１，図２に示すように、プリント基板２上からＭＥＭＳセンサ３および磁気センサ４の側面、さらには磁気センサ４の表面にかけて封止材としてのモールド樹脂２０が覆っている。なお図１では、導体装置１内部に配置されるＭＥＭＳセンサ３および磁気センサ４が見えるように、モールド樹脂２０を透明で示した。

モールド樹脂２０は、ＭＥＭＳセンサ３、第１のシリコン基板１１（磁気センサ用ＡＳＩＣ１２）、および磁気センサ４の表面にほぼ隙間なく接している。

図１，図２に示すようにプリント基板２の表面に設けられた各電極部２ａと、ＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣである第１のセンサ基板６の各電極部１０との間、およびプリント基板２の表面に設けられた各電極部２ｂと、磁気センサ用ＡＳＩＣ１２に設けられた電極部１２ｂとの間がそれぞれ、ワイヤボンディングにより電気的に接続されている。

また図１に示すようにプリント基板２の裏面には、プリント基板２の表面に設けられた各電極部２ａ，２ｂと内部配線層（図示せず）を介して電気的に接続された複数の端子部２ｃが設けられている。

図２に示す第１のダイボンド樹脂５および第２のダイボンド樹脂９は、モールド樹脂２０よりも軟質な材質により形成されている。

ダイボンド樹脂５，９がモールド樹脂２０より軟質であれば特に材質を限定するものでないが、一例を示すと、ダイボンド樹脂５，９はエポキシ系樹脂であり、モールド樹脂２０はエポキシ系樹脂にガラスフィラーが混在した構成である。また第１のダイボンド樹脂５と第２のダイボンド樹脂９とで材質を変えることも可能であるが、材質を同じとすることが、生産コストの低減を図ることができ、またＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力を効果的に緩和でき好適である。

モールド樹脂２０は、ガラスエポキシ基板２により構成されたプリント基板２の線熱膨張係数に近づくように上記したように樹脂に例えばガラスフィラーを混在した構成となっている。

ところでＭＥＭＳセンサ３の場合、磁気センサ４と異なって、熱応力が作用してバイアスがかかったとき、オフセット補正をソフト上で行うことが困難である。

このため、シリコンを主体としたＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力の影響を効果的に抑制すべく、第一に、ＭＥＭＳセンサ３と同種の材質の第１のシリコン基板１１をＭＥＭＳセンサ３上に重ねて配置した。すなわちＭＥＭＳセンサ３とモールド樹脂２０との間には、ＭＥＭＳセンサ３の線熱膨張係数と同じかあるいはそれに近い第１のシリコン基板１１が介在するため、ＭＥＭＳセンサ３は上方から線熱膨張係数が異なるモールド樹脂２０の影響を直接受けないようにできる。ただし、ＭＥＭＳセンサ３と同種の第１のシリコン基板１１をＭＥＭＳセンサ３上に重ねただけでは、ＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力を十分に緩和できない。そこで本実施形態では、ＭＥＭＳセンサ３と第１のシリコン基板１１との間、およびプリント基板（支持基板）２とＭＥＭＳセンサ３との間に使用されるダイボンド樹脂５，９にモールド樹脂２０よりも軟質な材質を用いた。これにより、ＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力の影響を効果的に緩和することが可能になる。

ここで、各ダイボンド樹脂５，９は、モールド樹脂２０よりも軟質であるため、各ダイボンド樹脂５，９は、モールド樹脂２０よりもヤング率が低い。具体的には、ダイボンド樹脂５，９のヤング率は、０．１〜１０ＧＰａであり、モールド樹脂２０のヤング率は、１０〜３０ＧＰａであることが好ましい。また、ダイボンド樹脂５，９のヤング率は、モールド樹脂２０のヤング率に対して１／２以下の大きさであることが好ましく、１／４以下であることがより好ましい。

これにより、ＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力の影響を効果的に緩和することができる。

本実施形態では、第１のシリコン基板１１は磁気センサ用ＡＳＩＣ１２を構成しており、磁気センサ用ＡＳＩＣ１２上に磁気センサ４が配置されている。これにより、磁気センサ用ＡＳＩＣ１２を第１のシリコン基板１１とは別に設けなくてもよく、したがって部品点数を減らすことができ、半導体装置１の小型化（低背化）を実現することができる。

また図１に示すように、外部磁界の検知方向が異なる複数の磁気センサ４ａ，４ｂが、共通の磁気センサ用ＡＳＩＣ１２上に配置されていることが好ましい。これにより、ＭＥＭＳセンサ３上を適切に一つの磁気センサ用ＡＳＩＣ（第１のシリコン基板１１）１２で覆うことができ、ＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力の影響を効果的に緩和することができるとともに、多軸検知が可能な磁気センサ４を配置できる。

また第１実施形態では、ガラスエポキシ基板により構成されたプリント基板２とＭＥＭＳセンサ３との間が、モールド樹脂２０よりも軟質のダイボンド樹脂５により接合されているため、プリント基板（ガラスエポキシ基板）２とＭＥＭＳセンサ３との線膨張係数差に起因する、ＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力の影響を緩和することができる。

また、図１，図２に示す第１実施形態では、ＭＥＭＳセンサ３を構成する第１のセンサ基板６が、ＭＥＭＳセンサ３の配線基板およびＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣを兼用している。これにより、部品点数を減らすことができ、半導体装置１の小型化（低背化）を実現できる。

また図２に示すように、第１のセンサ基板６は厚さ寸法がＴ１で、第２のセンサ基板７は厚さ寸法がＴ２であり、Ｔ１はＴ２よりも厚くなっている。このようにプリント基板２（ガラスエポキシ基板）とダイボンド樹脂５を介して接合される第１のセンサ基板６を厚く形成することで、ＭＥＭＳセンサ３に対する熱応力の影響を効果的に緩和することができる。

図６は、第２実施形態における半導体装置５０の縦断面図である。なお図１、図２に示す半導体装置１と同じ部分については同じ符号を付した。

図６に示すように、ガラスエポキシ基板からなるプリント基板２上には第３のダイボンド樹脂５４を介して第２のシリコン基板５１が積層されている。そして第２のシリコン基板５１上に第１のダイボンド樹脂５を介してＭＥＭＳセンサ５３が積層されている。さらにＭＥＭＳセンサ５３上に第２のダイボンド樹脂９を介して第１のシリコン基板１１が積層されている。第１のシリコン基板１１は磁気センサ用ＡＳＩＣ１２を構成しており、磁気センサ用ＡＳＩＣ１２上に磁気センサ４が設置されている。また、プリント基板２上から第２のシリコン基板５１、ＭＥＭＳセンサ５３、第１のシリコン基板１１（磁気センサ用ＡＳＩＣ１２）および磁気センサ４の各側面さらに磁気センサ４上にかけて封止材としてのモールド樹脂２０が設けられている。
各ダイボンド樹脂５，９，５４は、モールド樹脂２０よりも軟質な材質である。

図６の第２実施形態では、図１、図２に示す第１実施形態と異なって、第２のシリコン基板５１が、ＭＥＭＳセンサ５３とプリント基板２との間に設けられている。したがって図６では、第１のシリコン基板１１および第２のシリコン基板５１により、ＭＥＭＳセンサ５３の上下を、軟質のダイボンド樹脂５，９を介して挟んだ形態となっている。これにより、ＭＥＭＳセンサ５３に対する熱応力の影響をより効果的に緩和することができる。

図６に示す形態では、第２のシリコン基板５１は、少なくともＭＥＭＳセンサ用としてのＡＳＩＣ５５を構成していることが好ましい。かかる構成では、図１，図２に示す形態と異なって、ＭＥＭＳセンサ５３を構成する第２のセンサ基板５２をＭＥＭＳセンサ５３の配線基板としてのみ使用することができる。ＭＥＭＳセンサ５３は、第１のセンサ基板５２と第２のセンサ基板７との間に機能層８が介在した積層構造である。第２のセンサ基板５２は、シリコン基板の表面に配線層が内在する絶縁層が形成された構成であり、ＭＥＭＳセンサ５３はシリコン基板およびシリコン層を有するシリコン主体の構成とされている。

図６に示すように、ＭＥＭＳセンサ５３の配線基板である第２のセンサ基板５２の電極５２ａとＡＳＩＣ５５の電極部５５ａ間がワイヤボンディングされている。

なお第２のシリコン基板５１は、磁気センサ４およびＭＥＭＳセンサ５３双方のＡＳＩＣとすることもできる。

図６に示す実施形態では、第２のシリコン基板５１をＡＳＩＣ５５として使用しているため、第２のシリコン基板５１とは別にＡＳＩＣを設けることが必要でなく、部品点数を低減でき、半導体装置５０の小型化（低背化）を促進できる。

図７は、第３実施形態の半導体装置６０を示す。図７では、ガラスエポキシ基板から構成されるプリント基板２上に第２のシリコン基板５１（ＭＥＭＳセンサ用、あるいは磁気センサおよびＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣ５５）が第３のダイボンド樹脂５４を介して積層され、ＡＳＩＣ５５上にＭＥＭＳセンサ６１が第１のダイボンド樹脂５を介して積層されている。図７では、ＭＥＭＳセンサ６１を簡易的に示したが、例えば図６に示すＭＥＭＳセンサ５３と同様の構成である。図７に示す形態では、さらにＭＥＭＳセンサ６１上に第４のダイボンド樹脂６２を介してＭＥＭＳセンサ６３が積層されている。そしてＭＥＭＳセンサ６３上に第２のダイボンド樹脂９を介して第１のシリコン基板１１が積層されている。そして、プリント基板２上から第２のシリコン基板５１、ＭＥＭＳセンサ６１，６３、第１のシリコン基板１１（磁気センサ用ＡＳＩＣ１２）および磁気センサ４の各側面さらに磁気センサ４上にかけて封止材としてのモールド樹脂２０が設けられている。
各ダイボンド樹脂５，９，５４，６２は、モールド樹脂２０よりも軟質な材質である。

図７に示す実施形態においても、第１のシリコン基板１１および第２のシリコン基板５１により、ＭＥＭＳセンサ６１，６３の上下を、軟質のダイボンド樹脂を介して挟んだ形態となっている。これにより、ＭＥＭＳセンサ５３に対する熱応力の影響をより効果的に緩和することができる。

図７に示す形態では、複数のＭＥＭＳセンサ６１，６３が積層された構成となっている。ＭＥＭＳセンサ６１，６３は同じ種類のものであっても、あるいは異なるものであってもよい。例えばＭＥＭＳセンサ６１，６３はともに加速度センサであるが、ＭＥＭＳセンサ６１とＭＥＭＳセンサ６３とで加速度の検出方向が異なる方向とすることができる。また、ＭＥＭＳセンサ６１およびＭＥＭＳセンサ６３を、加速度センサ、ジャイロ、気圧センサ等の異なるＭＥＭＳセンサとして構成することもできる。

図８は、第４実施形態の半導体装置７０を示す。図８では、ガラスエポキシ基板から構成されるプリント基板２上に第２のシリコン基板５１（ＭＥＭＳセンサ用、あるいは磁気センサおよびＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣ５５）が第３のダイボンド樹脂５４を介して積層され、ＡＳＩＣ５５上に複数のＭＥＭＳセンサ７１，７２が第１のダイボンド樹脂５を介して並設されている。また各ＭＥＭＳセンサ７１，７２上には第２のダイボンド樹脂９を介して第１のシリコン基板１１が積層されている。各第１のシリコン基板１１を磁気センサ用ＡＳＩＣ１２として構成でき、各磁気センサ用ＡＳＩＣ上に磁気センサ４が設けられている。そして、プリント基板２上から第２のシリコン基板５１、各ＭＥＭＳセンサ７１，７２、各第１のシリコン基板１１（磁気センサ用ＡＳＩＣ１２）および各磁気センサ４の各側面さらに各磁気センサ４上にかけて封止材としてのモールド樹脂２０が設けられている。
各ダイボンド樹脂５，９，５４は、モールド樹脂２０よりも軟質な材質である。

図８に示す実施形態においても、第１のシリコン基板１１および第２のシリコン基板５１により、ＭＥＭＳセンサ７１，７２の上下を、軟質のダイボンド樹脂を介して挟んだ形態となっている。これにより、ＭＥＭＳセンサ７１，７２に対する熱応力の影響をより効果的に緩和することができる。

図８に示す形態では、複数のＭＥＭＳセンサ７１，７２が共通のＡＳＩＣ５５上に並設された構成となっている。ＭＥＭＳセンサ７１，７２は同じ種類のものであっても、あるいは異なるものであってもよい。

図８では、並設された各ＭＥＭＳセンサ７１，７２の上面にダイボンド樹脂９を介して第１のシリコン基板１１を積層している。図８では、各ＭＥＭＳセンサ７１，７２の上面に、それぞれ第１のシリコン基板１１を設けているが、各ＭＥＭＳセンサ７１，７２の上面に共通の第１のシリコン基板１１を配置することも可能である。

図９は、第５実施形態の半導体装置８０を示す。図９では、ガラスエポキシ基板から構成されるプリント基板２上に第２のシリコン基板５１（ＭＥＭＳセンサ用、あるいは磁気センサおよびＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣ５５）が第３のダイボンド樹脂５４を介して積層され、ＡＳＩＣ５５上にＭＥＭＳセンサ８１が第１のダイボンド樹脂５を介して並設されている。またＭＥＭＳセンサ８１上に第２のダイボンド樹脂９を介して第１のシリコン基板８２が積層されている。そして、プリント基板２上から第２のシリコン基板５１、ＭＥＭＳセンサ８１、および第１のシリコン基板１１の各側面さらに第１のシリコン基板１１上にかけて封止材としてのモールド樹脂２０が設けられている。
各ダイボンド樹脂５，９，５４は、モールド樹脂２０よりも軟質な材質である。

図９に示す実施形態においても、第１のシリコン基板１１および第２のシリコン基板５１により、ＭＥＭＳセンサ８１の上下を、軟質のダイボンド樹脂介して挟んだ形態となっている。これにより、ＭＥＭＳセンサ８１に対する熱応力の影響をより効果的に緩和することができる。

図９に示す形態では、第１のシリコン基板１１は磁気センサ用ＡＳＩＣではなく、単なるシリコン基板である。よって図９に示す半導体装置８０には磁気センサが設けられていない。図９では磁気センサを配置しないものの、ＭＥＭＳセンサ８１に対する熱応力を緩和するために、ＭＥＭＳセンサ８１の上面にダイボンド樹脂を介して第１のシリコン基板１１を配置したのである。

図１０に示す半導体装置９０を作製した。基本的には図２に示す半導体装置１と同様の構成である。すなわちガラスエポキシ基板からなるプリント基板２の上面にダイボンド樹脂（図示せず）を介してＭＥＭＳセンサ３を積層し、ＭＥＭＳセンサ３上にダイボンド樹脂（図示せず）を介して第１のシリコン基板１１を積層した。さらに第１のシリコン基板１１上に磁気センサ４を配置した。さらに周囲をモールド樹脂２０で封止した。

なお図１０での半導体装置９０はシミュレーション実験に使用したものであり、実際には、図４や図５に示すようにＭＥＭＳセンサやプリント基板には、シリコン基板だけでなく絶縁層や金属接合層等が存在するが、この実験ではシリコン基板で形成されているものとした。

また実験では、モールド樹脂２０のヤング率を２０ＧＰａとした。そしてダイボンド樹脂のヤング率を０．６ＧＰａ、２．８ＧＰａ、９ＧＰａおよび２００ＧＰａと変化させて、その際のＭＥＭＳセンサ３のオフセット量を調べた。オフセット量は、常温（２５℃）に対して、±６０℃の熱処理を施した際に、ＭＥＭＳセンサ３から得られる検出値の変化量を示すものである。したがってオフセット量はゼロであるほど好ましい。

そしてＭＥＭＳセンサ３の機能層８は例えば図４（ａ）と同様の３軸の加速度センサの構造であり、各軸の加速度のオフセット量が、ダイボンド樹脂のヤング率に対してどのように変化するか調べた。その実験結果が図１１に示されている。

図１１に示すように、ダイボンド樹脂のヤング率が２００ＧＰａにまで大きくなると、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれの加速度のオフセット量も非常に大きくなり悪化することがわかった。ここでモールド樹脂２０のヤング率は２０ＧＰａであるため、ダイボンド樹脂のヤング率をモールド樹脂のヤング率よりも小さい０．６ＧＰａ〜９ＧＰａとすれば、ダイボンド樹脂をモールド樹脂２０よりも軟質にでき、オフセット量を小さくできることがわかった。

１、５０、６０、７０、８０ 半導体装置
２ プリント基板
３、５３、６１、６３、７１、７２、８１ ＭＥＭＳセンサ
４、４ａ、４ｂ 磁気センサ
５ 第１のダイボンド樹脂
６ 第１のセンサ基板
７、５２ 第２のセンサ基板
８ 機能層
９ 第２のダイボンド樹脂
１１ 第１のシリコン基板
１６ Ｙ軸磁気センサ
１７ Ｚ軸磁気センサ
１８ Ｘ軸磁気センサ
２０ モールド樹脂
２９ 絶縁層
３０ 金属接合層
４１〜４３ 可動体
４５ 配線層
５１ 第２のシリコン基板
５４ 第３のダイボンド樹脂

Claims (12)

1. 支持基板上に第１のダイボンド樹脂を介して積層されたシリコンを主体とするＭＥＭＳセンサと、前記ＭＥＭＳセンサ上に第２のダイボンド樹脂を介して積層された第１のシリコン基板と、封止材としてのモールド樹脂と、を有しており、
   各ダイボンド樹脂は、前記モールド樹脂よりも軟質な材質により形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記第１のシリコン基板は、磁気センサ用ＡＳＩＣを構成しており、前記磁気センサ用ＡＳＩＣ上に磁気センサが配置されている請求項１記載の半導体装置。
3. 磁界の検知方向が異なる複数の前記磁気センサが、共通の前記磁気センサ用ＡＳＩＣ上に配置されている請求項２記載の半導体装置。
4. 各ダイボンド樹脂のヤング率は、０．１〜１０ＧＰａであり、前記モールド樹脂のヤング率は、１０〜３０ＧＰａである請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記支持基板は、ガラスエポキシ基板より構成されたプリント基板である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記ＭＥＭＳセンサは、シリコンを主体としたセンサ基板と機能層とが積層された構成であり、前記支持基板上に前記第１のダイボンド樹脂を介して配置された前記センサ基板は、少なくともＭＥＭＳセンサ用としてのＡＳＩＣを構成している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記ＭＥＭＳセンサは、第１のセンサ基板と第２のセンサ基板との間に前記機能層が設けられた積層構造であり、前記第１のセンサ基板が前記ＡＳＩＣであり、前記第１のセンサ基板は前記第２のセンサ基板よりも厚く形成されている請求項６記載の半導体装置。
8. 前記ＭＥＭＳセンサは、支持基板上に配置された第２のシリコン基板上に前記第１のダイボンド樹脂を介して積層されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置。
9. 前記第２のシリコン基板は、少なくともＭＥＭＳセンサ用としてのＡＳＩＣを構成している請求項８記載の半導体装置。
10. 前記ＭＥＭＳセンサは、シリコンを主体としたセンサ基板と機能層とが積層された構成である請求項８または９に記載の半導体装置。
11. 複数の前記ＭＥＭＳセンサが積層されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. 複数のＭＥＭＳセンサが、共通のＭＥＭＳセンサ用ＡＳＩＣ上に並設されている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体装置。