JPH0613426A - Assembly of hybrid semiconductor device having sensor part - Google Patents
Assembly of hybrid semiconductor device having sensor partInfo
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- JPH0613426A JPH0613426A JP17185091A JP17185091A JPH0613426A JP H0613426 A JPH0613426 A JP H0613426A JP 17185091 A JP17185091 A JP 17185091A JP 17185091 A JP17185091 A JP 17185091A JP H0613426 A JPH0613426 A JP H0613426A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置の組立
てに関し、さらに詳細にはハンダ突起を用いた少なくと
も1つのセンサダイの集積回路への取付けに関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to semiconductor device assembly, and more particularly to mounting at least one sensor die to an integrated circuit using solder bumps.
【0002】[0002]
【従来の技術】センサを製造する方法として今日もっと
もよく使われるのはバルクマイクロマシニング(Bulk M
icro-machining)法である。このバルクマイクロマシニ
ング工程は非常にコストがかかり、さらにこれによって
製造されたセンサを他の電子部品に組み込む際にも余分
なコストが発生する。バルクマイクロマシンニングされ
たセンサは通常、高価なセラミックパッケージ内に封
入、密閉される。センサの製造に表面マイクロマシンニ
ングを用いるのはコストの面からはかなり有効な方法で
ある。Bulk micromachining (Bulk Micromachining) is the most commonly used method of manufacturing sensors today.
icro-machining) method. This bulk micromachining process is very costly and also adds extra cost when incorporating the manufactured sensor into other electronic components. Bulk micromachined sensors are typically encapsulated and sealed in expensive ceramic packages. The use of surface micromachining for sensor fabrication is a very cost effective method.
【0003】[0003]
【解決すべき課題】一般的にこれらマイクロマシンニン
グによって製造された固体素子センサとそれに関連する
半導体素子は2つの分離した部品として製造され、その
後回路基盤、ワイヤ等を介して接続される。この方法は
多くの配置スペースを必要とし、さらに組立てには比較
的高いコストがかかる。したがって、配置スペースを削
減し、組立工程における欠陥を減らすことで信頼性を向
上させ結果コストを低減することのできる、センサと集
積回路との直接接合を実現する方法は非常に望ましいも
のとなっている。Generally, a solid-state element sensor manufactured by micromachining and a semiconductor element related thereto are manufactured as two separate parts, and then connected through a circuit board, a wire and the like. This method requires a lot of space and is relatively expensive to assemble. Therefore, a method of realizing a direct sensor-to-integrated circuit bond that can reduce placement space, reduce defects in the assembly process, and improve reliability and consequently cost is highly desirable. There is.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の目的および特徴
は、少なくとも1つのハンダ突起によって結合されるセ
ンサと集積回路とからなるハイブリッド回路組立体の形
成によって実現される。集積回路に取付けられるセンサ
はセンサの周辺端部を覆う絶縁材料によって封止され
る。この絶縁材料は周囲の様々な環境からセンサを保護
する。その後ハイブリッド回路組立体は封止材料によっ
て封止される。The objects and features of the present invention are realized by forming a hybrid circuit assembly comprising a sensor and an integrated circuit coupled by at least one solder bump. The sensor mounted on the integrated circuit is encapsulated by an insulating material that covers the peripheral edge of the sensor. This insulating material protects the sensor from various surrounding environments. The hybrid circuit assembly is then encapsulated with an encapsulant material.
【0005】本明細書における好適実施例ではセンサは
少なくとも1つの可動部分を有する加速度計である。In the preferred embodiment herein, the sensor is an accelerometer having at least one moving part.
【0006】[0006]
【実施例】図1にハイブリッド回路組立体の断面図が図
示されている。ハイブリッド回路組立体は図示のために
非常に簡略化された集積回路基盤10を含んでいる。こ
こで集積回路基盤10は能動デバイスまたは受動デバイ
ス、およびそれらの組み合わせであってよいし、これら
のデバイスは単独で動作するものであっても、センサデ
バイスまたはセンサダイと協力して動作するものであっ
てもよいことは理解されるだろう。センサダイ11は本
発明の図案化をやりやすくするために集積回路10の上
方に持ち上げられた位置に図示されている。この図にお
いて、集積回路10上にハンダ突起12によってセンサ
ダイ11と結合する複数のボンディングサイトまたは接
点パッド16が図示されている。ここで持ち上げられた
センサダイ11は1組の点線13を用いて図示されてい
るが、これはセンサダイ11、ハンダ突起12および集
積回路10の相互の整合関係を示している。センサダイ
11を集積回路10に対して位置合わせすることが重要
な工程であることは明らかだろう。もしこの工程が正確
に行なわれないと、センサ11と集積回路10との間の
信号伝達はうまく行なわれなくなる。1 is a cross-sectional view of a hybrid circuit assembly. The hybrid circuit assembly includes an integrated circuit board 10 which is greatly simplified for purposes of illustration. Here, the integrated circuit board 10 may be an active device or a passive device, and a combination thereof, and these devices may operate independently or cooperate with a sensor device or a sensor die. It will be understood that it is okay. The sensor die 11 is shown in a raised position above the integrated circuit 10 to facilitate the design of the present invention. In this figure, a plurality of bonding sites or contact pads 16 are shown on integrated circuit 10 that are joined to sensor die 11 by solder bumps 12. The elevated sensor die 11 is shown here with a set of dashed lines 13 showing the mutual alignment of the sensor die 11, the solder bumps 12 and the integrated circuit 10. It will be appreciated that aligning the sensor die 11 with the integrated circuit 10 is an important step. If this step is not performed correctly, the signal transmission between the sensor 11 and the integrated circuit 10 will not work properly.
【0007】ハイブリッド回路組立体はプラスティック
材料14によって封止される。プラスティック材料14
の一部が集積回路10とセンサ11との相互接続をわか
りやすく図示するために切り欠かれている。集積回路1
0を封止するのに用いられるプラスティック材料は熱硬
化性液体ポリエステル等に代表される多くの材料のなか
から選択されたものでよい。単純化のために集積回路1
0から他の回路への接続は図示されていないが、本発明
の理解のためにはそれらは必要でないことは理解される
だろう。また当該技術分野に通じたものであれば、集積
回路基盤10およびセンサ11はどんな種類の回路およ
びセンサであってもよい、ことはよく理解されるだろ
う。例えばセンサ11は加速度計でもよいし、圧力計、
流量計などでもよい。The hybrid circuit assembly is encapsulated by plastic material 14. Plastic material 14
Is cut away to better illustrate the interconnection between integrated circuit 10 and sensor 11. Integrated circuit 1
The plastic material used to seal the 0 may be selected from many materials represented by thermosetting liquid polyesters and the like. Integrated circuit 1 for simplicity
The connections from 0 to other circuits are not shown, but it will be understood that they are not necessary for an understanding of the invention. It will also be appreciated that the integrated circuit board 10 and the sensor 11 can be any type of circuit and sensor as is known in the art. For example, the sensor 11 may be an accelerometer, a pressure gauge,
A flow meter or the like may be used.
【0008】図2は集積回路10およびセンサ11を拡
大断面図で示したものである。図示のためにセンサ11
は加速度計として図示されている。当該技術分野に通じ
たものであれば異なったタイプの加速度計が使用可能で
あるだけでなく、異なったタイプのセンサも同様に使用
可能であることは理解しうるだろう。参考のために、カ
ンチレバーを有する加速度計11が米国特許4,73
6,629としてJohn Coleに対し1988年
4月12日に特許されている。ここではこの加速度計を
参照のために組み込んだ。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the integrated circuit 10 and the sensor 11. Sensor 11 for illustration
Is shown as an accelerometer. It will be appreciated that not only can different types of accelerometers be used by those skilled in the art, but different types of sensors can be used as well. For reference, an accelerometer 11 having a cantilever is disclosed in US Pat.
Patented to John Cole on April 12, 1988 as 6,629. This accelerometer is incorporated here for reference.
【0009】加速度計11は天地逆さまにされ、センサ
11上のハンダ突起12が集積回路10の基板上の接点
パッド16と電気的に接続するように位置合わせされ
る。ここでハンダ突起12はセンサ11上にあっても、
集積回路10上にあってもどちらでもよい。また接点1
6および接点18、またはそれらのうちのどちらか、の
金属部を厚くしてハンダ突起12を置き換えることが可
能であり、これによって金属部16と18とに直接的な
冶金による接合をもたらすことになる。センサダイ11
の端部は凹部15の周囲長さを決定し、一方凹部15の
高さはハンダ突起12、集積回路10上の接点パッド1
6およびセンサダイ11上の接点パッド18によって決
定される。ここでキャパシタプレート20は接点パッド
18と電気的に連続であるということがわかるだろう。
それによって接点パッド18はこのように設置されるこ
とが可能となる、という設計上の特長が理解されるだろ
う。前記凹部15はセンサ用キャパシタおよびカンチレ
バービーム17等を内蔵している。凹部15がもたらす
空間は図示された加速度計にとっては重要なものであ
る。これによってカンチレバービーム17が加速に反応
して自由に動くことができる。カンチレバー17の加速
に反応しての動きを補助するためにおもり19を使用す
ることは従来技術としてよく知られている。さらにおも
り19が多くの異なった物質から形成可能なことは理解
されるだろう。その実施例が米国特許4,736,62
9にさらに詳しく説明されているが、好適実施例におい
てはポリシリコンをおもり19として使用する。センサ
の基板または加速度計11は集積回路10の基板と同様
に、カンチレバービーム17の機械的ストッパとして働
く。この機能によって痛烈な加速に反応してカンチレバ
ービーム17が過度に動き、結果としてカンチレバービ
ーム17に損傷を与えるのを防いでいる。したがってこ
の機能により、たとえセンサデバイス11がその設計上
の限界を越える加速にさらされたあとでもセンサデバイ
ス11を繰り返し使用することを可能にしている。Accelerometer 11 is turned upside down and aligned so that solder bumps 12 on sensor 11 electrically connect to contact pads 16 on the substrate of integrated circuit 10. Here, even if the solder protrusion 12 is on the sensor 11,
It may be either on the integrated circuit 10. Contact point 1
It is possible to thicken the metal part of 6 and / or the contact 18 to replace the solder bump 12, thereby providing a direct metallurgical bond to the metal parts 16 and 18. Become. Sensor die 11
The edges of the recess determine the perimeter of the recess 15, while the height of the recess 15 depends on the height of the solder bump 12, the contact pad 1 on the integrated circuit 10.
6 and the contact pad 18 on the sensor die 11. It will be appreciated that the capacitor plate 20 is now electrically continuous with the contact pad 18.
It will be appreciated that the design feature allows the contact pad 18 to be installed in this manner. The recess 15 contains a sensor capacitor, a cantilever beam 17, and the like. The space provided by the recess 15 is important for the illustrated accelerometer. This allows the cantilever beam 17 to move freely in response to acceleration. The use of weights 19 to assist movement of cantilever 17 in response to acceleration is well known in the art. It will be further appreciated that the weight 19 can be formed from many different materials. An example is US Pat. No. 4,736,62.
9, which is described in more detail in the preferred embodiment, polysilicon is used as the weight 19 in the preferred embodiment. The substrate of the sensor or the accelerometer 11, like the substrate of the integrated circuit 10, acts as a mechanical stop for the cantilever beam 17. This function prevents the cantilever beam 17 from excessively moving in response to severe acceleration and consequently damaging the cantilever beam 17. This feature thus allows the sensor device 11 to be used repeatedly, even after being exposed to accelerations beyond its design limits.
【0010】絶縁物のシール材21は加速度計等の精密
な部品を外界から保護するために用いられる。ここでは
異物が内部に侵入してカンチレバービーム17の自由な
動きを妨げることを防いでいる。シール材21は凹部1
5内の精密な部品を環境中の汚染物質から効果的に分離
するとともに、さらに重要にはパッケージの封止材料が
凹部15内に侵入することを防ぐ。シール材21は多く
の異なった絶縁物質、例えば半溶けガラス、エポキシ等
から用いることが可能である。半溶けガラスはペースト
状で加えられたあと、熱によって融熔されシールを形成
する。The insulating seal material 21 is used to protect precision parts such as an accelerometer from the outside world. Here, foreign matter is prevented from entering the inside and impeding the free movement of the cantilever beam 17. The sealing material 21 is the recess 1
It effectively separates the precision components within 5 from contaminants in the environment and, more importantly, prevents the encapsulating material of the package from entering recess 15. The sealing material 21 can be used from many different insulating materials such as semi-molten glass, epoxy and the like. The semi-molten glass is added in paste form and then melted by heat to form a seal.
【0011】ここで半導体回路とセンサデバイスとを接
合させる改良手段が提供されたことは明らかであろう。
ハイブリッド回路組立てによって、センサと集積回路と
を直接接合させて低コストのプラスティックパッケージ
に封止することができる。これによって従来必要だった
多くの工程を省き、結果として信頼性の向上および組立
工程の低コスト化へとつながる。本発明を使用した場合
のさらに他の特長は多くの異なったタイプのセンサに対
して一般的な電気的手段による工程を用いる可能性を与
えることである。一般的な電気的手段による工程の使用
はまたコストの削減へとつながる。It will be apparent that an improved means has now been provided for joining a semiconductor circuit and a sensor device.
Hybrid circuit assembly allows the sensor and integrated circuit to be directly bonded and encapsulated in a low cost plastic package. This eliminates many steps that were required in the past, resulting in improved reliability and lower cost of the assembly process. Yet another advantage of using the present invention is that it provides the possibility to use the process by common electrical means for many different types of sensors. The use of processes by common electrical means also leads to cost savings.
【図1】図1は本発明の1実施例を一部を切り欠いた簡
略分解図で示したものである。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in a partially exploded simplified exploded view.
【図2】図2は図1の実施例の一部を拡大断面図で示し
たものである。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the embodiment shown in FIG.
10 半導体装置 11 センサ(センサダイ) 12 ハンダ突起 15 凹部(作動空間) 16 接点突起 21 封止材料 10 Semiconductor Device 11 Sensor (Sensor Die) 12 Solder Protrusion 15 Recess (Working Space) 16 Contact Protrusion 21 Sealing Material
Claims (3)
サ(11);および半導体集積回路(10);とを含
み、前記センサ(11)と前記半導体集積回路(10)
とはハンダ突起(12)によって互いに電気的に結合さ
れている、ことを特徴とするハイブリッド回路組立体。1. A hybrid circuit assembly comprising: a sensor (11); and a semiconductor integrated circuit (10); the sensor (11) and the semiconductor integrated circuit (10).
Is electrically coupled to each other by solder lugs (12), a hybrid circuit assembly.
0)に結合させる方法であって:前記センサダイ(1
1)を用意する段階;前記センサダイ(11)を前記集
積回路装置(10)に位置合わせして、前記センサダイ
(11)と前記集積回路装置(10)との間にハンダ突
起(12)によって接点をもたらす段階;および前記セ
ンサダイ(11)の周辺端部を封止して前記センサダイ
(11)の作動空間(15)を周囲の環境から保護する
段階;を含むことを特徴とする方法。2. The sensor die (11) is integrated circuit device (1).
0) to the sensor die (1)
1) preparing; aligning the sensor die (11) with the integrated circuit device (10), and contacting the sensor die (11) with the integrated circuit device (10) by solder protrusions (12) And sealing the peripheral edge of the sensor die (11) to protect the working space (15) of the sensor die (11) from the ambient environment.
サダイ(11)の周辺端部を封止する段階は、前記セン
サダイ(11)の周辺端部に半溶けガラスを加えたのち
これを加熱することによって行なわれる、ことを特徴と
する方法。3. The method of claim 2, wherein the step of sealing the peripheral edge of the sensor die (11) comprises adding semi-molten glass to the peripheral edge of the sensor die (11) and then applying the glass. A method characterized by being carried out by heating.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US54300390A | 1990-06-25 | 1990-06-25 | |
US543003 | 1990-06-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0613426A true JPH0613426A (en) | 1994-01-21 |
Family
ID=24166191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17185091A Pending JPH0613426A (en) | 1990-06-25 | 1991-06-18 | Assembly of hybrid semiconductor device having sensor part |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0613426A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005528235A (en) * | 2002-05-31 | 2005-09-22 | ノースロップ グラマン コーポレーション | Dies connected to integrated circuit components |
-
1991
- 1991-06-18 JP JP17185091A patent/JPH0613426A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005528235A (en) * | 2002-05-31 | 2005-09-22 | ノースロップ グラマン コーポレーション | Dies connected to integrated circuit components |
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