JP5977780B2 - 垂直ダイ・チップオンボード - Google Patents

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Description

本発明は、概括的には、センサーを製造する方法と、そのような方法で作られたセンサー
に関する。より具体的には、本発明は、薄型多軸センサー、例えば磁気センサーや傾斜セ
ンサー、の設計及び製造に関する。
地球の磁界強度は、約０．５から０．６ガウスであり、地表に平行で常に磁北を指す成分
を有している。この磁界は、双極子モデルを使って近似することができ、磁界は常に北を
指しているが、地表に対する磁界の角度は、赤道での水平方向から、北半球では下水平方
向（即ち、地面に向かって「下向き」）まで、南半球では上水平方向（即ち、空中に向か
って「上向き」）まで変化する。全ての場合において、地球の磁界の水平方向は、磁北を
指し、コンパスの方向を判定するのに用いられる。
磁気センサーは、２０００年以上に亘って使用されており、主に、地球の磁界を感知して
方向を見定め又は航行するために用いられている。今日、磁気センサーは、未だに航行の
主たる手段であり、他にも多くの用途が展開されている。その結果、磁気センサーは、医
療、研究、及び電子器具、例えば、気象ブイ、仮想現実システム、及び様々な他のシステ
ムに使われている。
近年の消費者用及び商業用の電子装置の設計は、一般的に、数多くの異なる機能の単一の
デバイスへの統合と、デバイスを益々小型化する進化とを伴っている。デバイスを小型に
し、或いはデバイスに数多くの機能を組み込むには、内部構成要素をできるだけ小さくす
る必要がある。進路発見及び航行技術をそのような小型のデバイスに組み込むには、磁気
センサー及び／又は傾斜センサーのような２次元及び３次元のセンサーのＺ軸方向の高さ
（即ち、印刷回路板（ＰＣＢ）の面からの高さ）を最小にしなければならない。垂直方向
センサーをＺ軸に沿って取り付けるのは、半導体アッセンブリ業界、特に空間が限られて
いる製品にとっては挑戦である。現在の方法では、垂直方向（Ｚ軸）センサーを、空間が
限られており、コストに敏感で、大量生産の、標準的なＰＣＢの工程で作られる製品には
搭載できていない。
従って、センサーを、印刷回路板の面に取り付けられている他のセンサーに対して直交方
向に取り付けて、Ｚ軸方向の力又は磁界を測定することが必要とされている。具体的には
、例えば携帯電話や他の消費者用及び商業用の製品で、直交するセンサーを省スペース方
式で取り付けることが必要とされている。これらは、コストに敏感で、大量生産され、一
般的なＰＣＢアッセンブリ工程に容易に適合できる製品の需要に応えるものとなる。
Ｖａｎ Ｚａｎｔ「マイクロチップ製作、第４版」マグローヒル社（２０００年）、第１８章５５７頁−５９３頁
本発明の或る態様では、垂直方向センサー回路構成要素と水平方向センサー回路構成要素
を備えたセンサーパッケージが提供されている。垂直方向センサー回路構成要素は、第１
面、第２面、底縁部、上縁部、２つの側縁部、入／出力（Ｉ／Ｏ）パッド、及び感受方向
を備えており、Ｉ／Ｏパッドは、垂直方向センサー回路構成要素の第２面上に配置されて
おり、感受方向は、前記底縁部近くに配置されているＩ／Ｏパッドに垂直となる。或る実
施形態では、Ｉ／Ｏパッドは、一列に配置されている。水平方向センサー回路構成要素は
、上面、印刷回路板（ＰＣＢ）取り付け面、垂直方向センサー回路構成要素境界縁部、少
なくとも２つ又はそれ以上の他の縁部、及び、垂直方向センサー回路構成要素の感受方向
に直交する１つ又は複数の感受方向を備えている。本発明のこの態様では、水平方向セン
サー回路構成要素の、垂直方向センサー回路構成要素境界縁部は、垂直方向センサー回路
構成要素をＺ軸に沿って接続的に支えている。
本発明の或る実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素の底縁部と上縁部の間の距離
は、約１．１ｍｍである。他の実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素の底縁部と
上縁部の間の距離は、約１．１ｍｍ未満である。
垂直方向センサー回路構成要素上のＩ／Ｏパッドは、ワイヤボンディング、フリップチッ
プ、はんだバンピング、スタッドバンピング、導電性エポキシ、及び可撓性相互接続ボン
ディング、例えばテープボンディング（ＴＡＢ）、技法から成るグループから選択された
方法と適合性のあるのが望ましい。他の実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素は
、水平方向センサー回路構成要素に導電接続するため、第１面にＩ／Ｏパッドを備えてお
り、前記Ｉ／Ｏパッドは、ワイヤボンディング、フリップチップ、はんだバンピング、ス
タッドバンピング、導電性エポキシ、及び可撓性相互接続ボンディング、例えばテープボ
ンディング（ＴＡＢ）、技法から成るグループから選択された方法と適合性のあるのが望
ましい。このように、垂直方向センサー回路構成要素は、或る実施形態では、水平方向セ
ンサー回路構成要素に導電的に接続されていてもよい。
更に別の実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素と水平方向センサー回路構成要素
は半導体センサーであり、別の実施形態では、センサーの回路構成要素は磁気センサーで
ある。更に別の実施形態では、１つ又は複数の垂直方向センサー回路構成要素と１つ又は
複数の水平方向センサー回路構成要素は、傾斜センサーである。更に別の実施形態では、
１つ又は複数の垂直方向センサー構成要素は、磁気又は傾斜センサーのような或る種類の
センサーであり、１つ又は複数の水平方向センサー回路構成要素は、垂直方向の支持縁部
を提供できる半導体チップのような異なる種類のセンサーであってもよい。更に別の実施
形態では、１つ又は複数の垂直方向センサー構成要素は、磁気又は傾斜センサーなど、ど
の様な種類のセンサーでもよく、１つ又は複数の水平方向センサー回路構成要素は、垂直
方向センサー回路構成要素を支持できる垂直方向センサー回路構成要素境界縁部を備えて
いれば、実際のセンサーか否かに関わらず、どの様な半導体チップでもよい。
本発明の第２の態様では、垂直方向センサー回路構成要素を取り付けるための方法が提供
されている。垂直方向センサー回路構成要素は、第１面、第２面、底縁部、上縁部、２つ
の側縁部、ＰＣＢに対する第２面上に配置されているＩ／Ｏパッドと、を備えている。本
方法は、垂直方向センサー回路構成要素の底縁部をＰＣＢに接続する段階と、垂直方向セ
ンサー回路構成要素の第１面を、上面、ＰＣＢ取り付け面、垂直方向センサー回路構成要
素境界縁部、及びＰＣＢに接続されている少なくとも２つの他の縁部を有する１つ又は複
数の水平方向センサー回路構成要素の垂直方向センサー回路構成要素境界縁部に接続する
段階と、を備えている。垂直方向センサー回路構成要素は、水平方向センサー回路構成要
素の垂直方向センサー回路構成要素境界縁部が、垂直方向センサー回路構成要素をＺ軸に
沿って支持するように取り付けてもよい。
或る実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素は、ワイヤボンディング、フリップチ
ップ、はんだバンピング、スタッドバンピング、導電性エポキシ、及び可撓性相互接続ボ
ンディング、例えばテープボンディング（ＴＡＢ）、技法から成るグループから選択され
た方法によって、ＰＣＢに導電的に接続されている。本方法の別の実施形態では、垂直方
向センサー回路構成要素は、導電性エポキシ、はんだバンピング、又はスタッドバンピン
グ技法によって、ＰＣＢに導電的に接続されている。本発明の幾つかの実施形態では、垂
直方向センサー回路構成要素と１つ又は複数の水平方向センサー回路構成要素は、各縁部
が面に実質的に垂直になるように賽の目に切断される。
本発明の第３の態様では、少なくとも２つの直交軸に沿って磁界の強度を測定するための
多軸磁力計を作るための方法が提供されている。本方法は、上面、ＰＣＢ取り付け面、垂
直方向磁気センサー回路構成要素境界縁部、及び１つ又は複数の縁部を備えた１つ又は複
数の磁界感知回路構成要素を、それらのＰＣＢ取り付け面でＰＣＢに取り付ける段階と、
第１面、第２面、底縁部、上縁部、２つの側縁部、入／出力（Ｉ／Ｏ）パッド、及び感受
方向を備えている垂直方向磁気センサー回路構成要素をＰＣＢに取り付ける段階とから成
り、前記Ｉ／Ｏパッドは垂直方向センサー回路構成要素の第２面上に配置され、前記感受
方向は底縁部に近接して配置されているＩ／Ｏパッドに直交している。この方法では、垂
直方向磁気センサー回路構成要素は、磁界感知回路構成要素に取り付けられ、それによっ
て支持されている。
幾つかの実施形態では、１つ又は複数の磁界感知回路構成要素は、水平方向センサー回路
構成要素であり、他の実施形態では、１つ又は複数の水平方向１次元センサー回路構成要
素である。垂直方向磁気感知回路構成要素は、磁界感知回路構成要素に導電的又は非導電
的に接続することができ、導電性接続は、例えば導電性エポキシ又は接着剤で形成するこ
とができ、一方、非導電性接続は、非導電性エポキシのような接着剤で形成することがで
きる。
本発明の第４の態様では、少なくとも２つの直交軸に沿って磁界の強度を測定するための
多軸磁力計が提供されている。多軸磁力計は、上に述べた本発明の第３の態様の方法に従
って作られている。幾つかの実施形態では、多軸磁力計は、傾斜センサーを更に備えてい
る。傾斜センサーのあるなしに関わらず、３つの直交軸に沿って磁界強度を測定するため
の多軸磁力計は、ＰＣＢからの高さが約１．１ｍｍの垂直方向磁気センサー回路構成要素
を備えていてもよい。同様に、代替実施形態では、傾斜センサーのあるなしに関わらず、
垂直方向磁気センサー回路構成要素は、ＰＣＢからの高さが約１．１ｍｍ未満である。
Ｘ−Ｙ面内の２軸磁気センサーと、Ｚ面の１軸磁気センサーを備えている代表的な実施形態による垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの概略図である。 本発明に従って取り付けられている、Ｘ面の１軸磁気センサーと、Ｙ面の１軸磁気センサーと、Ｚ面の１軸磁気センサーとを備えている代表的な実施形態による、垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの、２つの異なる構成の概略図である。 垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの正面及び側面概略図であり、垂直方向センサー、水平方向センサー及びＰＣＢの間の取り付けの代表的な方法を示している。 垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの正面及び側面概略図であり、垂直方向センサー、水平方向センサー及びＰＣＢの間の取り付けの代表的な方法を示している。 代表的な実施形態による、垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの側面概略図であり、印刷回路板表面上のセンサーの間の代替非導電性接着を示している。 代表的な実施形態による、垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの側面概略図であり、印刷回路板表面上のセンサーの間の導電性接着を示している。 代表的な実施形態による、垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの側面概略図であり、代表的な補助的非導電性接着による、印刷回路板表面上のセンサーの間の導電性接着を示している。 一列のＩ／Ｏパッドが垂直方向センサー回路構成要素の感受方向に直交する垂直方向センサー回路構成要素の第２面上に配置されている代表的な実施形態による垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの概略図である。この列と感受方向の両方は、この代表的な実施形態に示されているのとは違うように配置することができる。 代表的な実施形態による、垂直方向センサー回路構成要素を印刷回路板（ＰＣＢ）上に取り付ける方法のフローチャートである。 代表的な実施形態による、多軸磁力計を作る方法のフローチャートである。
本発明の代表的な実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。
本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明するが、図面は代
表的な実施形態を示しているに過ぎない。図１は、全体を参照番号１００で示す本発明の
３軸センサーの構造を示している。３軸センサーは、センサー回路構成要素（即ちセンサ
ー）が取り付けられている印刷回路板（ＰＣＢ）１０１を含んでいる。例えば、集積回路
パッケージに組み込まれるか、又は剥き出しのダイとして用いられる磁気抵抗性又はホー
ル効果材料である水平方向センサー回路構成要素１０２は、ワイヤボンディング、フリッ
プチップ、及び可撓性相互接続ボンディングのような標準的なチップオンボード技法を使
って、ＰＣＢ１０１に取り付けられている。例えば、Ｖａｎ Ｚａｎｔの「マイクロチッ
プ製作、第４版」マグローヒル社（２０００年）、第１８章５５７頁から５９３頁を参照
頂きたく、同文献の開示を参考文献として援用する。一般的に、１０２、１０３、２０４
で示しているセンサーは、「センサー回路構成要素」と呼ばれ、必要に応じて更に具体的
な記述子が加えられ、例えば、磁界センサー回路構成要素は、磁界を感知するセンサー回
路構成要素である。ここに記載している他のセンサー構成要素も、同じ標準的なチップオ
ンボード技法を使ってＰＣＢ１０１に取り付けることができる。水平方向センサー回路構
成要素１０２は、その厚さに沿って略垂直方向縁部を有するように、賽の目に切断される
のが望ましい。水平方向センサー回路構成要素１０２の厚さに沿う縁部は、水平方向セン
サー回路構成要素１０２に直交方向に取り付けられている垂直方向センサー回路構成要素
１０３を支持する働きをする。このことを念頭に、ここで用いる場合、「センサー」及び
「水平方向センサー回路構成要素」は、更に、例えば、それ自体は「感知」能力を持たな
いが、その厚さに沿って、ＰＣＢに垂直方向に取り付けられている磁気センサーのような
センサーを物理的に支持することのできる垂直方向縁部（「垂直方向センサー回路構成要
素境界縁部」）を備えている半導体チップを備えている。代表的な実施形態は、ＰＣＢに
垂直方向に取り付けられている２軸磁気センサーを備えた２つの軸の磁気センサーであり
、垂直方向に取り付けられている磁気センサーは、ＰＣＢ上に、何らかの総称的（感知又
は非感知的）半導体チップに相対して取り付けられている。半導体の１つ又は複数のチッ
プは、垂直方向センサーの垂直方向軸の支持部として働く垂直方向センサー回路構成要素
境界縁部を備えていさえすればよい。
図１の代表的な実施形態では、水平方向センサー回路構成要素１０２は、Ｘ及びＹ軸、即
ちＰＣＢ１０１の面を定義する軸に沿う磁力のような力を感知する。この例では、垂直方
向センサー回路構成要素１０３は、残りの直交軸、即ちＺ軸に沿って力を感知する。従っ
て、この代表的な図では、水平方向センサー回路構成要素１０２は、２次元のセンサーで
ある。取り付けられているあらゆるセンサー回路構成要素から独立しているか、又は取り
付けられている何れかの回路構成要素と協力して働く、追加の回路をＰＣＢ１０１に取り
付けることも考えられる。第１及び第２センサー回路構成要素は、垂直方向であれ水平方
向であれ、図３から図７に示しているように、導電的又は非導電的に互いに接続されてい
てもよく、更に、図１から図４では、水平方向センサー回路構成要素を同じ高さに描いて
いるが、そのように制限されているわけではない。一般的に、垂直方向センサー回路構成
要素は、Ｚ軸沿いには水平方向センサー回路構成要素より高いが、両方の構成要素が同じ
高さであってもよいし、水平方向センサー回路構成要素が高くてもよい。しかしながら、
センサーパッケージの高さは、約１．１ｍｍ以下であるのが望ましい。
図１に示している本発明の代表的な実施形態によれば、水平方向センサー回路構成要素１
０２と垂直方向センサー回路構成要素１０３個々の角度方向は、３次元又は３軸、即ちＸ
、Ｙ、Ｚ軸に沿う外部磁界の３つの直交する成分を正確に感知し、測定できるように配置
されている。この代表的な実施形態では、そのような位置決めは、垂直方向センサー回路
構成要素１０３が水平方向センサー回路構成要素１０２に直角又は垂直に確実に取り付け
られることを伴っている。本発明のこの態様の好適な実施形態では、垂直方向センサー回
路構成要素１０３、従って垂直方向及び水平方向センサー回路構成要素の組み合わせセン
サーパッケージは、薄型で、高さが約１．１ｍｍ以下である。更に、水平方向及び垂直方
向センサー回路構成要素は、一般的に、電気的接続部、例えば、各種の適した接続技術の
中でもはんだバンピング又はスタッドバンピング用の入力／出力（Ｉ／Ｏ）パッドを、Ｐ
ＣＢに取り付ける面や、或る実施形態では他のセンサー回路構成要素に取り付ける面に備
えている。別のチップオンボード技法は、ＰＣＢとセンサー回路構成要素の間に、電気的
接続を確立するのに用いることができる。
図２は、本発明の方法に従って作られた３軸センサーパッケージの２つの代替構造を示し
ており、全体を参照番号２００で示している。図２の代表的な実施形態では、センサーパ
ッケージは、少なくとも３つの主要構成要素、即ち、第１及び第２の水平方向１次元セン
サー回路構成要素２０４と、垂直方向センサー回路構成要素１０３を備えている。ここで
用いる「水平方向１次元センサー回路構成要素」とは、単一の軸に沿って力を感知するセ
ンサーのことである。図２では、第１及び第２の水平方向１次元センサー回路構成要素２
０４は、それぞれが、ＰＣＢの面上の互いに直交する力を感知するように取り付けられて
いる。図２Ａは、２つの水平方向１次元センサー回路構成要素がＰＣＢ上の空間に分離し
て取り付けられているセンサーパッケージを示しており、２つのセンサー回路構成要素の
内の一方だけが垂直方向センサー回路構成要素１０３の支持部として働いている。図２Ｂ
は、２つの水平方向１次元センサー回路構成要素２０４が、接触して、導電的又は非導電
的に取り付けられ、両方が垂直方向センサー回路構成要素１０３の支持部として働いてい
るセンサーパッケージを示している。水平方向１次元センサー回路構成要素は、水平方向
センサー回路構成要素２０４同士が導電的又は非導電的に接触しているが、水平方向１次
元センサー回路構成要素の内の一方だけが垂直方向センサー回路構成要素１０３の支持部
として働いている、センサーパッケージに取り付けてもよい。本発明の代替実施形態では
、垂直方向センサー回路構成要素を、垂直方向に、しかしＺ軸以外の１つ又は複数の軸に
沿って力を感知するように取り付けることができる。つまり、本発明のセンサーパッケー
ジを形成するのに用いられている垂直方向及び水平方向センサー回路構成要素は、何れも
、１つ又は複数の軸に沿って力を感知することができる。
水平方向１次元センサー回路構成要素２０４（並びに「第１センサー回路構成要素」１０
２）は、一般的に、電気的接続部、例えば、はんだバンピング又はスタッドバンピング用
の入力／出力（Ｉ／Ｏ）パッドを、少なくともＰＣＢ１０１に取り付ける面に有している
。水平方向１次元センサー回路構成要素２０４（並びに「垂直方向センサー回路構成要素
」１０３）も、例えばセンサー回路構成要素同士の間のような余分のＰＣＢ電気的接続を
やり易くするために、Ｉ／Ｏパッドのような電気的接続部を、ＰＣＢと接する面以外の面
に有していてもよい。他のチップオンボード技法を用いて、電気的接続を確立することも
できる。
図１の３軸センサー１００と同様に、１つ又は複数の水平方向１次元センサー回路構成要
素（２０４）の厚さに沿う縁部は、１つ又は複数の水平方向１次元センサー回路構成要素
２０４に直交して取り付けられる垂直方向センサー回路構成要素１０３用の支持部として
働く。水平方向１次元センサー回路構成要素２０４は、それらが導電的又は非導電的に接
続されている垂直方向に取り付けられたセンサー回路構成要素１０３を支持するため、厚
さに沿って略垂直方向の縁部を有するように、賽の目に切断されている。
水平方向１次元センサー回路構成要素２０４は、垂直方向構成要素がＰＣＢ１０１に、概
ね、センサーの面ではなく、センサーの厚さ又は縁部に沿って取り付けられている、即ち
垂直方向に取り付けられていること以外は、垂直方向センサー回路構成要素１０３と実質
的に同じである。そのような垂直方向センサー回路構成要素は、一般的に、センサーの少
なくとも１つの面、一般的にはＰＣＢ１０１に取り付けられる縁部近くに、何らかの電気
的接続部（例えば、はんだバンピング又はスタッドバンピング用のＩ／Ｏパッド、又はワ
イヤボンディング用の接着パッド）を有している。Ｉ／Ｏパッドは、一列に配置され、列
はセンサーの感受方向に垂直であるのが望ましい。代表的な実施形態について、図７を参
照されたい。垂直方向センサー回路構成要素は、１つの軸に沿って力を感知するセンサー
を備えており、従って、その様な実施形態では「垂直方向１次元センサー回路構成要素」
と呼ばれる。別の実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の何れ
かに沿う二方向以上の力を感知する。
図２に示す本発明の代表的な実施形態Ａ及びＢによれば、第１及び第２水平方向１次元セ
ンサー回路構成要素２０４それぞれと、垂直方向センサー回路構成要素１０３との角度方
向は、３次元又は軸、即ちＸ、Ｙ、Ｚ軸に沿う外部磁界の３つの直交する成分を正確に感
知し測定するように調整される。本発明のこの態様の好適な実施形態では、垂直方向セン
サー回路構成要素１０３は、薄型で、即ち高さが約１．１ｍｍに満たない。代替実施形態
では、３軸より少ない軸に沿って力を感知する垂直方向ダイ・チップオンボードセンサー
パッケージを作ることができる。図２を例に用いると、１つの水平方向１次元センサー回
路構成要素２０４を省き、残りの水平方向センサー回路構成要素２０４と垂直方向センサ
ー回路構成要素１０３を、本発明の方法に従って取り付けたまま残すことができる。
図３は、垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの前面及び側面概略図であ
り、垂直方向センサー回路構成要素１０３、水平方向センサー回路構成要素１０２、２０
４、及びＰＣＢの間の代表的な取り付け方法を示している。図３は、例えば、図１の３軸
センサー１００、又は図２の１つ又は複数の水平方向１次元センサー回路構成要素２０４
及び垂直方向センサー回路構成要素１０３を備えている。センサーパッケージ、例えば磁
気センサーは、センサー回路構成要素を取り付けるＰＣＢ１０１を含んでいる。水平方向
センサー回路構成要素１０２又は水平方向１次元センサー回路構成要素２０４は、ワイヤ
ボンディング、フリップチップ及び可撓性相互接続ボンディングのような標準的なチップ
オンボード技法を使って、電気的接続１０５でＰＣＢ１０１に取り付けられている。その
ような代表的な電気的接続は、図３（Ａ）では水平方向センサー回路構成要素１０２、２
０４とＰＣＢ１０１の間のワイヤボンディング又はＴＡＢボンディング１０５で表されて
おり、図３（Ａ）及び（Ｃ）では垂直方向センサー回路構成要素１０３とＰＣＢ１０１の
間のはんだ付け接合１０５で表されており、図３（Ｂ）では垂直方向センサー回路構成要
素１０３とＰＣＢ１０１の間の、導電性エポキシ１０５に包まれているスタッドバンプで
表されている。図４−７も、フリップチップ式電気的接続を代表例として示している。電
気的接続１０５は、図に示しているものに限定されない。この代表的な実施形態では、Ｐ
ＣＢ１０１のＸ−Ｙ面に取り付けられているか、又はＰＣＢ１０１の面上の磁界を感知す
るセンサー１０２、２０４と、垂直方向センサー回路構成要素１０３は、それらの間の電
気的接続１０５を特徴としてはおらず、センサー構成要素接着剤１０４によって接続され
ており、センサー１０２、２０４、垂直方向センサー回路構成要素１０３、及びＰＣＢ１
０１の間には接着剤の層が形成されている。センサー構成要素接着剤１０４は、非導電性
又は導電性の何れでもよい。例えば、センサー構成要素接着剤１０４は、非導電性エポキ
シ、導電性エポキシ、又ははんだで形成することができる。センサー構成要素接着剤１０
４は、具体的な縮尺を示唆するためのものではなく、図３に示しているものよりも厚くて
も薄くてもよい。先に述べた実施形態でのように、ＰＣＢ１０１のＸ−Ｙ面に取り付けら
れているか、ＰＣＢ１０１の面上の磁界を感知するセンサー１０２、２０４は、その厚さ
に沿って略垂直方向の縁部を有するように、賽の目に切断されているのが望ましい。セン
サー１０２、２０４の厚さに沿う縁部は、センサー１０２、２０４、及びＰＣＢ１０１に
直交して取り付けられる垂直方向センサー回路構成要素１０３への支持部として働く。
図４は、図３の代表的なセンサーパッケージの代替実施形態の側面図である。この代表的
な実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素１０３は、水平方向に、即ちＰＣＢ１０
１のＸ−Ｙ面上に縁部が垂直方向センサー回路構成要素１０３に対する直接の支持部とし
て働くように取り付けられているセンサー１０２、２０４の縁部に、直接相対して取り付
けられている。そのような実施形態では、センサー１０２、２０４と垂直方向センサー回
路構成要素１０３は、導電性エポキシ、非導電性エポキシ、又は他の接着剤を備えている
センサー構成要素固定部１０７（導電性、又は望ましくは非導電性）によって接着されて
いるのが望ましい。センサー構成要素固定部１０７は、例えば、センサー１０２、２０４
と垂直方向センサー回路構成要素１０３の間の境界１０８に沿ってビードを形成する。代
表的な電気的接続１０５は、水平方向センサー回路構成要素１０２、２０４の上面とＰＣ
Ｂの間のワイヤボンディング又はＴＡＢボンディング１０５のような可撓性相互接続ボン
ディング、並びに、水平方向センサー回路構成要素１０２、２０４のＰＣＢ取り付け面と
ＰＣＢ１０１の間のフリップチップ技法によって示されている。水平方向センサー回路構
成要素とＰＣＢの間の電気的相互接続の代替方法は、別々に用いるのが望ましいが、同時
に用いてもよい。
図５は、本発明による垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの別の代わり
の代表的な実施形態の側面図である。図５は、図３に示している実施形態と似ているが、
１つだけ大きな相違点がある。図５は、ＰＣＢ１０１のＸ−Ｙ面に取り付けられているセ
ンサー１０２、２０４と、垂直方向センサー回路構成要素１０３が、直接電気的に連通し
ており、即ち、両者の間の電気的接続１０６を特徴としている実施形態を示している。そ
のような実施形態では、センサー１０２、２０４の縁部、並びに両者の間の電気的接続１
０６の両方が、垂直方向センサー回路構成要素１０３の支持部として働く。ＰＣＢ１０１
のＸ−Ｙ面に取り付けられているセンサー１０２、２０４と垂直方向センサー回路構成要
素１０３の間の電気的接続は、ワイヤボンディング、フリップチップ、及び例えばテープ
ボンディング（ＴＡＢ）などの可撓性相互接続ボンディングのような、当該技術分野にお
ける標準的な技法を使って形成することができる。同様に、図２（Ｂ）に示しているよう
な実施形態では、センサー構成要素１０３、２０４は、どちらも、隣接している何れの他
のセンサー構成要素とも直接電気的に連通していてもよい。水平方向及び垂直方向センサ
ー回路構成要素は互いに電気的に連通していてもよいが、垂直方向センサー回路構成要素
は、例えば、図７に示しているＩ／Ｏパッドによって容易に形成できる接続部を通して、
ＰＣＢと電気的に接触しているのが望ましい。図４でのように、代表的な電気的接続１０
５は、水平方向センサー回路構成要素１０２、２０４の上面とＰＣＢの間のワイヤボンデ
ィング又はＴＡＢボンディングのような可撓性相互接続ボンディング、並びに水平方向セ
ンサー回路構成要素１０２、２０４のＰＣＢ取り付け面とＰＣＢ１０１の間のフリップチ
ップ技法によって示されている。この場合も、水平方向センサー回路構成要素とＰＣＢの
間の電気的相互接続の方法は、別々に用いるのが望ましいが、同時に用いてもよい。
図６は、本発明による垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージの別の代わり
の代表的な実施形態の側面図である。図６は、図５と似ているが、センサー構成要素固定
部１０７が追加されている。例えば、センサーを整列不良にするか、或いは損傷させるよ
うに作用しかねない大きな力がセンサーに掛かるような、頑強なセンサーを必要とする用
途では、１つ又は複数の電気的接続部１０６又はセンサー構成要素接着部１０４から得ら
れる以上の構造的な完全性を必要とする。そのような事例では、垂直方向センサー回路構
成要素１０３を、センサー１０２、２０４の縁部に対して、又は直接に、より適切に支え
又は支持するために、センサー構成要素固定部１０７を利用することができる。センサー
構成要素固定部１０７は、センサー回路構成要素同士の間の境界面の何処にでも配置する
ことができる。例えば、センサー構成要素固定部１０７は、図６に示すように、ダイの側
面に沿って配置することもできる。代わりに、センサー構成要素固定部１０７は、図４に
示すように、水平方向センサー回路構成要素の面と垂直方向センサー回路構成要素の縁部
の間の境界面に沿って配置することもできる。そのような実施形態では、センサー構成要
素固定部１０７（導電性、又は望ましくは非導電性）は、例えば、導電性エポキシ、非導
電性エポキシ、又は他の接着剤を含んでいる。センサー構成要素固定部１０７は、センサ
ー１０２、２０４と垂直方向センサー回路構成要素１０３の間の境界面１０８に沿ってビ
ードを形成する。同様に、センサー構成要素固定部１０７は、図２（Ｂ）に示しているよ
うな、全てのセンサー構成要素１０３、２０４が、直接電気的又は非電気的に連通してい
る実施形態と共に用いることもできる。図４及び図５でのように、先に概説した電気的相
互接続１０５を形成する方法は、別々に用いるのが望ましいが、同時に用いてもよい。
図７は、一列のＩ／Ｏパッド７０２が、この代表的な例では垂直方向センサー回路構成要
素の感受方向に直交している（図３（Ｃ）に似ている）垂直方向センサー回路構成要素の
第２面に配置されている、代表的な垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージ
の概略図である。先に述べたように、垂直方向センサー回路構成要素は、１つ又は複数の
軸に沿って力を感知することができるので、Ｚ軸だけに沿って力を感知できる必要はない
。この代表的な実施形態では、垂直方向及び水平方向のセンサー回路構成要素は、例えば
図１−６の何れかに示しているように接続することができる。一列の電気的接点は、この
代表的な例では、垂直方向センサー回路構成要素の感受方向に直交する、垂直方向センサ
ー回路構成要素の第１面に沿って配置されている。更に、ここではＸ及びＹ軸の２つの軸
に沿った力を感知する水平方向センサー回路構成要素を示しているが、水平方向センサー
回路構成要素も、Ｚ軸を含む１つの軸に沿った力を感知することができる。はんだ又はス
タッドバンプのような電気的接点は、一列に配置され、垂直方向センサー回路構成要素１
０３とＰＣＢ１０１の間の電気的接続をやり易くするのが望ましい。
図８は、垂直方向センサー回路構成要素１０３をＰＣＢ１０１に取り付ける方法のフロー
チャートである。垂直方向センサー回路構成要素は、第１及び第２面、底面、上及び２つ
の側縁部、及び第２面に底縁部近くに配置されているＩ／Ｏパッドを備えている。垂直方
向センサー回路構成要素１０３の底縁部は、ＰＣＢ１０１に導電的又は非導電的に接続さ
れており、そのことは、ボックス１に示している。前記垂直方向センサー回路構成要素１
０３は、水平方向センサー回路構成要素１０２、２０４に近接又は隣接して取り付けられ
ている。ボックス２は、垂直方向センサー回路構成要素１０３の第１面を、１つ又は複数
の水平方向センサー回路構成要素１０２、２０４の垂直方向センサー回路構成要素境界縁
部に接続する段階を示しており、前記水平方向センサー回路構成要素は、上面、ＰＣＢ取
り付け面、垂直方向センサー回路構成要素境界縁部、及び少なくとも２つの他の縁部を備
えている。ワイヤボンディング、フリップチップ、はんだバンピング、スタッドバンピン
グ、導電性エポキシ、及びテープボンディング（ＴＡＢ）のような可撓性相互接続ボンデ
ィング技法のような標準的なチップオンボード技法が用いられる。センサー１０２、２０
４は、垂直方向センサー回路構成要素１０３をＰＣＢ１０１に接続する前又は後に取り付
けることもできる。垂直方向センサー回路構成要素をＰＣＢ１０１に取り付けるこの方法
は、結果として、センサー回路構成要素１０３が電気的又は非電気的に接続されている１
つ又は複数の水平方向センサー回路構成要素１０２、２０４の垂直方向センサー回路構成
要素境界縁部が、垂直方向センサー回路構成要素１０３をＺ軸に沿って支持することにな
る。出来上がったセンサーパッケージは、直交整列している感知軸の間の整列の歪みに対
して、耐久性及び抵抗性がある。垂直方向センサー回路構成要素１０３は、１つ又は複数
の面にＩ／Ｏパッドを備えることができる。ＰＣＢ１０１上に垂直方向に取り付けられて
いる１つ又は複数のセンサー回路構成要素１０３と、望ましくは１つ又は複数の水平方向
センサー回路構成要素１０２、２０４は、縁部が面に実質的に垂直になるように、賽の目
に切断されているのが望ましい。
幾つかの実施形態では、１つ又は複数の磁界感知回路構成要素は、水平方向センサー回路
構成要素であり、別の実施形態では、１つ又は複数の水平方向１次元センサー回路構成要
素である。垂直方向磁界感知回路構成要素は、磁界感知回路構成要素に非導電的に接続し
、非導電性接続は、非導電性エポキシのような接着剤を使って形成することができる。
図９は、３つの直交軸に沿う磁界の強さを測定するための多軸磁力計を作る方法のフロー
チャートである。上面、ＰＣＢ取り付け面、垂直方向磁気センサー回路構成要素境界縁部
、及び２つ又はそれ以上の他の縁部を備えた１つ又は複数の磁界感知回路構成要素１０２
、２０４は、ボックス１に示しているように、それらのＰＣＢ取り付け面によってＰＣＢ
１０１に取り付けられている。ボックス２は、第１面、第２面、底縁部、上縁部、２つの
側縁部、入／出力（Ｉ／Ｏ）パッド、及び感受方向を備えた磁気センサー回路構成要素１
０３を、ＰＣＢ１０１に取り付ける段階を示しており、Ｉ／Ｏパッドは、センサー回路構
成要素１０３の第２面に配置されており、この代表的な事例では、感受方向は、底縁部に
近接して配置されたＩ／Ｏパッドに垂直である。図７も参照されたい。先に述べたように
、垂直方向センサー回路構成要素の感受方向は、Ｚ軸に沿っている必要はない。更に、垂
直方向センサー回路構成要素は、２つ以上の軸に沿って力を感知できてもよい。この方法
では、垂直に取り付けられている磁気センサー回路構成要素１０３は、水平方向に取り付
けられている磁界感知回路構成要素１０２、２０４に取り付けられており、それによって
支持されている。垂直方向に取り付けられている磁気感知回路構成要素１０３は、１つ又
は複数の磁界感知回路構成要素１０２、２０４に、接着剤、望ましくは非導電性エポキシ
で非導電的に接続することができる。
幾つかの実施形態では、１つ又は複数の磁界感知回路構成要素は、水平方向センサー回路
構成要素（即ち、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ軸の内の何れか２軸に沿って力を感知する２次元セ
ンサー）であり、別の実施形態では、１つの軸に沿って力を感知する１つ又は複数の水平
方向１次元センサー回路構成要素である。垂直方向磁気感知回路構成要素は、磁界感知回
路構成要素に非導電的に接続することができ、非導電性接続は、非導電性エポキシのよう
な接着剤で形成することができる。
更に、垂直方向に取り付けられた磁気感知回路構成要素１０３は、その第１面にＩ／Ｏパ
ッドを備えていてもよく、１つ又は複数の磁界感知回路構成要素１０２、２０４は、例え
ば、それらの上面にＩ／Ｏパッドを備えており、垂直方向磁気感知回路構成要素と１つ又
は複数の磁界感知回路構成要素は、Ｉ／Ｏパッドによって導電的に接続することができる
。図６も参照されたい。垂直方向磁気感知回路構成要素と１つ又は複数の磁界感知回路構
成要素の間の導電性接続は、例えば、ワイヤボンディング、フリップチップ、はんだバン
ピング、スタッドバンピング、導電性エポキシ、及びテープボンディング（ＴＡＢ）のよ
うな可撓性相互接続ボンディング技法によって形成することができる。
本発明の上記態様の好適な実施形態では、垂直方向センサー回路構成要素１０３は、薄型
で、即ち、高さが約１．１ｍｍ以下である。更に、各図は、代表的な実施形態を示してお
り、本発明の垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージ法及びセンサーパッケ
ージを磁気センサーに限定するわけではない。各図の磁気センサーに置き換えることので
きる別のセンサー型式は、例えば、傾斜センサーか、又は、ＰＣＢ工程で使用でき、小型
で、望ましくは高さが約１．１ｍｍ以下の何らかの他のセンサーである。本発明の垂直方
向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージと、前記垂直方向ダイ・チップオンボード
センサーパッケージを作る方法は、携帯電話のような持ち運び可能で、手で持てるサイズ
の装置を含む電子装置に組み込むことができる。
一般的に述べると、磁界は、大きさと方向の両方を有するベクトル量として特徴付けるこ
とができる。磁気センサーは、この量を様々な方法で測定する。或る種の磁力計は、磁界
の合計強さを測定するが、方向は測定しない（スカラーセンサー）。他の磁力計は、磁化
の成分のその感知軸に沿う強さを測定する（全方向性センサー）。この測定は、方向も含
んでいる（二方向センサー）。ベクトル磁気センサーは、２つ又は３つの二方向センサー
を有していてもよい。或る種の磁気センサーは、ビルトインされた閾値を有しており、そ
の閾値を上回ったときだけに出力を生成する。本発明で使用できる磁気センサーの型式に
は、リードスイッチ、可変磁気抵抗センサー、磁束ゲート磁力計、磁気誘導センサー、及
びホール装置を含む旧式技法が含まれているが、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサーのよ
うな比較的新しい半導体センサーが、ＰＣＢ工程に適応性があり、小型であるため、好適
である。本発明は、先に述べたセンサー、望ましくはＡＭＲセンサーを任意に組み合わせ
て作られた垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージと関係している。前記セ
ンサーパッケージは、製造時に、ここに記載している垂直方向ダイ・チップオンボード法
を利用する。
地球の磁界は、（磁界の変化の導関数を測定することによって）、例えば、航行のコンパ
ス方位及びヨーレートを判定するのに利用することができる。ＡＭＲセンサーは、ＤＣ静
止磁界、並びに磁界の強さと方向を感知することができるので、地球の磁界内の直線方向
及び角度方向の位置と変位を測定する優れた手段を提供する。ＡＭＲセンサーは、一般的
に、シリコンウェーハ上に蒸着されたニッケル鉄（パーマロイ）の薄膜で作られ、抵抗性
の条片としてパターン化されている。ＡＭＲの薄膜の特性は、磁界が存在しているところ
では、薄膜の抵抗を２−３％変化させる。通常、これら抵抗器４個がホイートストンブリ
ッジ構成に接続され、１つの軸に沿って磁界の強さと方向の両方を測定できるようになっ
ている。典型的なＡＭＲセンサーでは、帯域幅は、１−５ＭＨｚの範囲にある。磁気抵抗
効果の応答は迅速で、コイル又は振動周波数によって制限されない。ＡＭＲセンサーの他
の利点は、低コスト、高感度、小型で、信頼性が高く、十分なノイズ免疫性を有しており
、シリコンウェーハ上に大量に製作して、商業ベースの集積回路パッケージに取り付ける
ことができることである。これによって、磁気センサーを、他の回路及びシステムの構成
要素と共に自動的に組み立てることができるようになる。ＡＭＲセンサーは、例えば、ハ
ネウェル社から入手可能である。
本発明は、様々な機能の垂直方向ダイ・チップオンボードセンサーパッケージを作るため
に、本発明の垂直方向ダイ・チップオンボードパッケージ法によって、追加的型式のセン
サー（磁気センサー以外）を利用することにも関する。例えば、航行及び輸送機姿勢情報
を提供するために、傾斜センサーを磁気センサーと組み合わせて使うことができる。航空
機協定は、ヘディング、ピッチ及びロールという３つの角度に関して姿勢パラメータを定
義している。３つの角度は、局所的水平面を基準にしている。つまり、この面は地球の重
力ベクトルに垂直である。ヘディングは、局所的水平面上の、真北（地球の極軸）から時
計回りに測定した角度と定義される。ピッチは、航空機の長手方向軸と局所的水平面の間
の角度と定義される（機首が上がっているのが正）。ロールは、局所的水平面と実際の飛
行方位の間の長手方向軸回りの角度と定義される（右翼が下がっているのが正）。傾斜セ
ンサー出力からヘディング、ピッチ及びロールを求める方法は、当該技術分野では周知で
ある。
普通の傾斜測定装置は、加速度計、電解質（流体）ベースの傾斜センサー、及びジンバル
付機械構造体を含んでいる。局所的水平面を求める別の方法は、既知の慣性座標方位を常
時維持するためにジャイロスコープを使用することである。ＰＣＢ工程で使用するように
適合させることができ小型にすることのできる傾斜センサー、例えば加速度計と電解質セ
ンサーは、好適な傾斜センサーである。前記傾斜センサーは、本発明によってＰＣＢに取
り付けることができる。
２軸電解質及び二軸加速度計のような低コストの傾斜センサーは、ロール及びピッチ角度
を直接測定する。ガラス製の「シンブル」に似ている液体充填式電解質傾斜センサーは、
センサーが角度を変えたときの流体の運動を監視する電極を使用する。半導体の加速度計
傾斜センサーは、電子機械回路によって地球の重力場を測定する。これらのセンサーは、
局所的水平面からの角度の偏りを測定する２つの単軸構成要素を有している点で同様であ
る。信号調整回路は、傾斜角度に比例する出力信号を生成するのに用いられる。これらの
センサーの型式は、動くか又は振動する部品を有していないので、ストラップダウン装置
と考えられる。ヘディングを何れの方位にでも出力するためにストラップダウンコンパス
が必要な場合、最低でも、コンパスシステムは、３軸磁気センサーと２軸傾斜を有してい
なければならない。ヘディングの計算は、３つ全ての磁気構成要素（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に依存
しているので、コンパスの方位を水平面まで数学的に回転させることができる。従って、
Ｘｈ及びＹｈ（地球の磁界の水平方向成分）成分を、ヘディング値を求めるために計算す
ることができる。
従って、本発明は、センサーを、印刷回路板の面に取り付けられている他のセンサーに対
して直交方向に取り付けるための需要を満たしており、前記直交方向に取り付けられるセ
ンサーは、Ｚ軸上の力又は磁界を測定する。具体的に、本発明は、直交方向のセンサーを
、例えば、携帯電話及び他の消費者用及び商業用製品に、薄型方式で取り付けるための方
法を提供しており、その方法は、コストに敏感で、大量生産され、普通のＰＣＢアッセン
ブリ工程に容易に適用することができる。
理解頂けるように、図示の実施形態は、代表的な例に過ぎず、本発明の範囲を限定するも
のではない。請求項は、記載されている順序又は要素に、その効果について述べていない
限り、限定されるものではない。従って、特許請求の範囲に述べる範囲及び精神に含まれ
る全ての実施形態と、その等価物を、本発明として請求する。

Claims (9)

  1. センサーパッケージにおいて、
    ａ）入／出力（Ｉ／Ｏ）パッドと垂直方向センサーチップとを備えた垂直方向センサー回路構成要素であって、前記垂直方向センサーチップは、第１面、第２面、底縁部、上縁部、２つの側縁部、及び、垂直方向の感受方向を有し、前記入／出力（Ｉ／Ｏ）パッドは、前記垂直方向センサーチップの前記第１面と前記第２面の少なくとも一方の上において前記垂直方向の感受方向に直交して一列に配置され、前記入／出力（Ｉ／Ｏ）パッドは、前記垂直方向の感受方向に平行な感知された力に対応する信号を伝送するように構成されている、垂直方向センサー回路構成要素と、
    ｂ）上面、印刷回路板（ＰＣＢ）取り付け面、第１の垂直方向センサーチップ境界縁部、少なくとも２つ又はそれ以上の他の縁部、及び前記垂直方向センサーチップの垂直の感受方向に直交する第１の感受方向を備えた第１の水平方向センサーチップと、
    ｃ）上面、印刷回路板（ＰＣＢ）取り付け面、第２の垂直方向センサーチップ境界縁部、少なくとも２つ又はそれ以上の他の縁部、及び、前記垂直方向センサーチップの垂直の感受方向と直交し、且つ、前記第１の水平方向センサーチップの第１の感受方向と直交する第２の感受方向を備えた第２の水平方向センサーチップと、
    を備えており、
    前記第１及び第２の水平方向センサーチップがＰＣＢに接続されており、
    前記第１及び第２の各々の水平方向センサーチップの前記第１及び第２の垂直方向センサーチップ境界縁部の少なくとも１つが、前記垂直方向センサーチップの前記第２面を垂直の感受方向と平行な軸線に沿って接続的に支持している、ことを特徴とするセンサーパッケージ。
  2. 前記垂直方向センサーチップは、前記第１の水平方向センサーチップ及び前記第２の水平方向センサーチップの少なくとも１つに非導電的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサーパッケージ。
  3. 前記非導電性接続は接着剤で形成されている、請求項２に記載のセンサーパッケージ。
  4. 前記接着剤は非導電性エポキシである、請求項３に記載のセンサーパッケージ。
  5. 前記垂直方向センサーチップは、前記第１の水平方向センサーチップ及び前記第２の水平方向センサーチップの少なくとも１つに導電的に接続されている、請求項１に記載のセンサーパッケージ。
  6. 前記垂直方向センサーチップの前記底縁部と前記上縁部の間の距離は、１．１ｍｍ以下である、請求項１に記載のセンサーパッケージ。
  7. 前記垂直センサーチップの前記入／出力（Ｉ／Ｏ）パッドは、ワイヤボンディング、フリップチップ、はんだバンピング、スタッドバンピング、導電性エポキシ、可撓性相互接続ボンディング、及びテープボンディング（ＴＡＢ）技法から成るグループから選択された方法によるものである、請求項１に記載のセンサーパッケージ。
  8. 前記垂直方向センサーチップと、前記第１の水平方向センサーチップと、前記第２の水平方向センサーチップとのうちの少なくとも１つが、半導体センサーであることを特徴とする請求項１に記載のセンサーパッケージ。
  9. 前記垂直方向センサーチップと、前記第１の水平方向センサーチップと、前記第２の水平方向センサーチップとのうちの少なくとも１つが、磁気センサーであることを特徴とする請求項１に記載のセンサーパッケージ。
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