JPH109980A - 半導体チップの接合構造及びその接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属，セラミック，ガラス材料等からなるベ
ース板とガラス材料からなる台座とを半田や低融点ガラ
ス等の接合部材を用いて接合する場合において、前記台
座にクラックを発生させない半導体チップの接合構造及
びその接合方法を提供するものである。 【解決手段】 圧力センサ（半導体チップ）は、表面か
ら裏面に連通する圧力導入部（第１の連通孔）４ａ’を
形成した金属ベース板（ベース板）４上に、表面から裏
面に連通する圧力導入孔（第２の連通孔）２ａ’を形成
したガラス台座（台座）２を有する圧力センサチップ３
を配設する。圧力導入孔２ａ’の孔径は、圧力導入部４
ａ’の孔径に対し同等もしくはそれ以上に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体，気体等の媒
体の圧力を検出する圧力センサや加速度を検出する加速
度センサや温度センサ等の半導体に関し、特に半導体の
ガラス材料からななる台座と金属，セラミック，ガラス
材料等からなるベース板とを半田や低融点ガラス等の接
合部材を用いて接合する場合の接合構造及びその接合方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体の接合構造及び接合方法を
圧力センサを用いて説明する。従来の圧力センサは、特
開平６−２４１９３１号公報等に開示されるものがあ
る。かかる圧力センサは、図５，図６示すようにシリコ
ン単結晶によって薄肉状の受圧起歪ダイアフラム１を多
数有するシリコンウエハ（図示しない）と、前記ダイア
フラム１の位置に相当する圧力導入孔２ａがあき、かつ
熱膨張係数が略等しいガラス台座２となるガラス基板
（図示しない）とが陽極接合法によって接合された後、
前記各ダイアフラム１間を切削加工により切断し、個々
のセンサチップ３を得るものである。

【０００３】そして、前記媒体を導入する圧力導入部４
ａが形成された金属材料からなる金属ベース板４上にセ
ンサチップ３の圧力導入孔２ａが金属ベース板４の圧力
導入部４ａに対向するようセンサチップ３を配設し、金
属ベース板４とセンサチップ３とを半田接合させるもの
であるが、この場合、前記台座２の底面２ｂ及び圧力導
入孔２ａの内面２ｃに金等からなるメタライズ層５を蒸
着あるいはスパッタリング法により形成し、メタライズ
層５と金属ベース板１との間にリング状半田６を配設し
てリフロー炉に投入することでセンサチップ３と金属ベ
ース基板４との接合を図るものである。また、ダイボン
ダ装置を使用することもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる圧力センサは、
金属ベース板４の圧力導入部４ａの孔径に対しガラス台
座２の圧力導入孔２ａの孔径が小さく形成されているた
め、ガラス台座２の圧力導入孔２ａの周縁が金属ベース
板４の圧力導入部４ａの内側へ露出することになり、半
田６の溶融時に前記露出部（圧力導入孔２ａの周縁）に
半田６が溜まり、この半田６が固化することにより非常
に大きな応力が前記露出部に集中するため、前記露出部
に図６で示すようなクラックａが発生し、圧力センサの
製造工程における歩留まりが低下してしまうと言った問
題点があった。

【０００５】また、圧力導入孔２ａが形成されたガラス
台座２の底面２ｂにメタライズ層５を形成させる際に、
圧力導入孔２ａが予め形成されているため、圧力導入孔
２ａの内面２ｃにもメタライズ層５が同時に形成される
ことから、半田６の溶融時に圧力導入孔２ａの内面２ｃ
にも半田６が濡れて、半田６が溜まり易くなり、前述し
たように前記露出部のクラックａの原因になると言った
問題点があった。そこで、本発明は金属，セラミック，
ガラス等の材料からなるベース板とガラス材料からなる
台座とを半田や低融点ガラス等の接合部材を用いて接合
する場合において、前記台座にクラックを発生させない
半導体チップの接合構造及びその接合方法を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面から裏面
に連通する第１の連通孔を形成した金属，セラミック，
ガラス等の材料からなるベース板上に、表面から裏面に
連通する第２の連通孔を形成したガラス材料からなる台
座を有する半導体チップを、前記第１の連通孔と前記第
２の連通孔とが対向するように配設し、前記ベース板と
前記台座とを低融点ガラスや半田等の接合部材により接
合を行う半導体チップの接合構造において、前記第２の
連通孔の孔径を前記第１の連通孔の孔径と同等もしくは
それ以上に形成したものである。

【０００７】また、表面から裏面に連通する第１の連通
孔を形成した金属，セラミック，ガラス等の材料からな
るベース板上に、表面から裏面に連通する第２の連通孔
を形成したガラス材料からなる台座を有する半導体チッ
プを、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが対向す
るように配設し、前記ベース板と前記台座とを半田によ
り接合を行う半導体の接合構造において、前記台座の前
記ベース板との対向面にメタライズ層を形成するととも
に、前記第２の連通孔の孔径を前記第１の連通孔の孔径
と同等もしくはそれ以上に形成したものである。

【０００８】また、表面から裏面に連通する第１の連通
孔を形成した金属，セラミック，ガラス等の材料からな
るベース板上に、表面から裏面に連通する第２の連通孔
を形成したガラス材料からなる台座を有する半導体チッ
プを、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが対向す
るように配設し、前記ベース板と前記台座とを半田によ
り接合する半導体チップの接合方法において、前記台座
の前記ベース板との対向面に前記半田により前記ベース
板に接合させるためのメタライズ層を形成するメタライ
ズ層形成工程と、前記メタライズ層を前記台座に形成し
た後、前記台座に前記第１の連通孔の孔径と同等もしく
はそれ以上の孔径を有する第２の連通孔を形成する連通
孔形成工程と、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔と
が対向するように前記台座を前記ベース板上に配設し、
前記メタライズ層と前記ベース板とを半田により接合さ
せる接合工程と、を含むものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、表面から裏面に連通す
る圧力導入部を形成した金属ベース板上に、表面から裏
面に連通する圧力導入孔を形成したガラス台座を有する
圧力センサチップを、前記圧力導入部と前記圧力導入孔
とが対向するように配設し、前記金属ベース板と前記ガ
ラス台座とを半田を用いて接合をする圧力センサの接合
構造及び接合方法であって、前記圧力導入部の孔径に対
し前記圧力導入孔の孔径を大きく形成することで、前記
ガラス台座の前記圧力導入孔の周縁が前記金属ベース板
の前記圧力導入部の内側へ露出する露出部を有すること
が無く、従来のように前記露出部に前記半田が溜まるこ
とがなくなることから、前記半田が固化することにより
発生する応力が小さくなりクラックが発生が防止でき、
圧力センサの製造工程における歩留まりを向上させるこ
とが可能になる。

【００１０】また、前記ガラス台座の底面にメタライズ
層を前記圧力導入孔の内面に形成しないように設けるこ
とで、前記半田の溶融時に前記圧力導入孔の内面に前記
半田が濡れないため、前記クラックの原因になる半田溜
まりを発生させない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を従来例同様に添付図面に記載
した圧力センサを例に挙げて説明するが、従来例と同一
または相当箇所には同一符号を付してその詳細な説明は
省く。

【００１２】図１，図２において、１は、シリコン単結
晶によって薄肉状の受圧起歪ダイアフラム、２は、パイ
レックス製のガラス台座（台座）であり、このガラス台
座２の略中央部には、媒体の圧力を導入する圧力導入孔
（第２の連通孔）２ａ’が形成されている。そして、ダ
イアフラム１とガラス台座２とは陽極接合され圧力セン
サチップ３を構成している。４は、ガラス台座２の圧力
導入孔２ａ’に連通する圧力導入部（第１の連通孔）４
ａ’を形成し、表面に金（Au）メッキが施されたコバー
ル（Fe-Ni-Co合金）等の金属材料からなる金属ベース基
板（ベース板）である。前述したガラス台座２の圧力導
入孔２ａ’の径は金属ベース板４の圧力導入部４ａ’の
径に対し大きく形成されている。７は、ガラス台座２の
圧力導入孔２ａ’部分を除いた底面（対向面）２ｂに後
述する製造方法により形成されるメタライズ層、６は、
メタライズ層７に対応する箇所に配設され、ガラス台座
２と金属ベース基板４とを接合させるための半田であ
り、以上により圧力センサの一部分を構成している。

【００１３】かかる圧力センサは、前述した従来の圧力
センサに比べて、ガラス台座２の圧力導入路２ａ’が金
属ベース板４の圧力導入部４ａ’がに比べて大きく形成
されている点、また、メタライズ層７がガラス台座２の
内面２ｃに形成されず、ダラス台座３の底面２ｂだけに
形成されている点で相違する。

【００１４】次に図３，図４を用いて本発明の製造方法
を説明する。

【００１５】かかる圧力センサの製造方法は、以下に示
すように、ガラス台座２となるパイレックス製等のガラ
ス基板８の底面８ａに、例えばスパッタリング法等によ
り下地にチタン（Ti）、表面に金（Au）等を形成してな
るメタライズ層７を形成する（メタライズ層形成工程Ｓ
１，［ａ］）。但し、メタライズ層７の下地としてクロ
ム（Cr），ニッケル（Ni）等を使用しても良く、形成方
法もスパッタリング法の他にメッキや蒸着等を用いても
良い。

【００１６】そして、メタライズ層７を形成した後、後
述する製造工程で接合する金属ベース板４の圧力導入部
４ａ’より大きい、例えば直径0.6 mm〜0.8 mm程度のガ
ラス基板８の表面から裏面に連通する圧力導入孔２ａ’
を、後述する製造工程で接合するシリコンウエハのダイ
アフラム１の位置に相当する箇所に超音波加工法やサン
ドブラスト法等を用いて複数形成する（圧力導入孔形成
工程Ｓ２，［ｂ］）。この場合、メタライズ層７にキズ
等を付けないために、メタライズ層７上にレジスト等の
保護膜を形成し、圧力導入孔２ａ’の形成後にレジスト
除去液を用いて前記保護膜を剥離させる。

【００１７】次に、シリコン単結晶によって薄肉状のダ
イアフラム１を多数有するシリコンウエハ９を、ダイア
フラム１が圧力導入孔２ａ’の形成位置に対応するよう
にガラス基板８上に配設し、このガラス基板８とシリコ
ンウエハ９とを陽極接合により接合する（陽極接合工程
Ｓ３，［ｃ］）。

【００１８】ガラス基板８とシリコンウエハ９とを陽極
接合した後、各ダイアフラム１間をダイシング・ソー等
を用いて切断し、個々の圧力センサチップ３を得る（切
断工程Ｓ４，［ｄ］）。

【００１９】そして、表面から裏面に連通し圧力導入孔
２ａ’より小さい直径0.4 mm〜0.6mm程度の連通孔から
なる圧力導入部４ａ’を形成したコバール金属にニッケ
ルメッキを施した金属ベース基板１上に、圧力センサチ
ップ３を、ガラス台座２の圧力導入孔２ａ’と金属ベー
ス板４の圧力導入部４ａ’とが対向するように、Sn-Sb
合金のリング状の半田６成形体を介在させて配設し、こ
れを専用の治具にセットし、リフロー炉にて半田６を溶
融，固化させ圧力センサの一部分を完成させる（金属ベ
ース板接合工程Ｓ５，［ｅ］）。

【００２０】前述した半田６以外では、Au-Sn合金系半
田を用いても良く、また、金属ベース板として熱膨張係
数が圧力センサチップ３に近いもの、例えば42％Ni-Fe
合金に金メッキを施した金属ベース板を用いても良い。
また、本実施例の接合ではリフロー炉を使用したが、別
法としてダイボンダを用いることも可能である。

【００２１】前述した製造工程により完成させた圧力セ
ンサのガラス台座２と金属ベース板４との接合部の断面
を光学顕微鏡で観察したところ、従来のような半田６溜
まりは存在せず、ガラス台座２の接合面（底面２ｂ）は
圧力導入孔２ａ’を除く全領域において半田６を介して
金属ベース板１と接合されており、ガラス台座２にクラ
ックの発生が認められなかった。また、本発明の圧力セ
ンサを冷熱試験にかけたが、同様にクラック等の発生は
認められなかった。

【００２２】本発明は前述した実施例に示すように、表
面から裏面に連通する圧力導入部４ａ’を形成した金属
ベース板４上に、表面から裏面に連通する圧力導入孔２
ａ’を形成したガラス台座２を有する圧力センサチップ
３を、圧力導入部４ａ’と圧力導入孔２ａ’とが対向す
るように配設し、金属ベース板４とガラス台座２とを半
田６を用いて接合をする圧力センサの接合構造及び接合
方法であって、圧力導入部４ａ’の孔径に対し圧力導入
孔２ａ’の孔径を大きく形成することで、ガラス台座２
の圧力導入孔２ａ’の周縁が金属ベース板４の圧力導入
部４ａの内側へ露出する露出部を有することが無く、ま
た、従来のように半田６が前記露出部に溜まることもな
くなることから、半田６が固化することにより発生する
応力が小さくなり、図５で示すようなクラックａが発生
しなくなるため、圧力センサの製造工程における歩留ま
りを向上させることができる。

【００２３】また、ガラス基板８の底面８ａにメタライ
ズ層７を形成した後、圧力導入孔２ａを形成するため、
ガラス台座２の底面２ｂにメタライズ層７を圧力導入孔
２ａ’の内面に形成しないように設けることができ、半
田６の溶融時に圧力導入孔２ａ’の内面２ｃに半田６が
濡れないため、クラックａの原因になる半田溜まりの発
生を阻止するものである。

【００２４】尚、本実施例では金属ベース板４の圧力導
入部４ａ’の孔径に対しガラス台座２の圧力導入孔２
ａ’の孔径を大きく形成したが、ガラス台座２の圧力導
入孔の孔径を金属ベース板４の圧力導入部と同等の孔径
としても半田溜まりが無く、クラックａの発生を防ぐこ
とができる。

【００２５】また、本実施例ではガラス台座２と金属ベ
ース板４とをメタライズ層７を介して半田６接合する例
を挙げて説明したが、例えば低融点ガラス等の接合部材
を用いてガラス台座２と金属ベース板４とを接合させる
場合であっても、ガラス台座２の圧力導入孔の孔径を金
属ベース板４の圧力導入部の孔径と同等もしくは前記圧
力導入部以上に設定することで、前述した実施例と同様
にクラックの発生を防ぐことができる。

【００２６】また、本実施例では圧力センサを例に挙げ
本発明を説明したが、ガラス材料からなる台座と金属材
料からなるベース板とを接合させる例えば加速度センサ
や温度センサ等の半導体チップの接合構造及び接合方法
に適用しても良い。

【００２７】また、本実施例の製造方法において、ベー
ス板としてコバール金属にニッケルメッキを施した金属
ベース板４を用いて説明したが、例えばセラミックやガ
ラス材料を用いたベース板とし、前記ベース板のメタラ
イズ層７の対向面に、例えば金層を形成するようにして
も良く、本発明は本実施例に限定されるものではない。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、表面から裏面に連通する第１
の連通孔を形成した金属，セラミック，ガラス等の材料
からなるベース板上に、表面から裏面に連通する第２の
連通孔を形成したガラス材料からなる台座を有する半導
体チップを、前記第１の連通孔が前記第２の連通孔に対
向するように配設し、前記ベース板と前記台座とを低融
点ガラスや半田等の接合部材により接合を行う半導体チ
ップの接合構造及び接合方法であって、前記第２の連通
孔の孔径を前記第１の連通孔の孔径と同等もしくはそれ
以上に形成するものであり、従来のように前記ガラス台
座の前記圧力導入孔の周縁が前記金属ベース板の前記圧
力導入部の内側へ露出する露出部を有することが無く、
前記接合部材が溜まらなくなり、前記接合部材が固化す
ることにより発生する応力が小さくなりクラックが発生
しなくなるため、圧力センサの製造工程における歩留ま
りを向上させることが可能になる。

【００２９】また、前記接合部材として半田を用いた場
合、前記ガラス台座の底面にメタライズ層を前記圧力導
入孔の内面に形成しないように設けることで、前記半田
の溶融時に前記圧力導入孔の内面に前記半田が濡れない
ため、前記クラックの原因になる半田溜まりの発生を阻
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部断面図

【図２】同上実施例の要部拡大断面図。

【図３】本発明の製造方法を示す図。

【図４】本発明の製造方法を示すフロー図。

【図５】従来例を示す要部断面図。

【図６】同上従来例を示す要部拡大断面図。

【符号の説明】

２ ガラス台座（台座） ２ａ’ 圧力導入孔（第２の連通孔） ２ｂ 底面（対向面） ３ 圧力センサチップ（半導体チップ） ４ 金属ベース板（ベース板） ４ａ’圧力導入部（第１の連通孔） ６ 半田 ７ メタライズ層 Ｓ１ メタライズ層形成工程 Ｓ２ 圧力導入孔形成工程 Ｓ３ 金属ベース板接合工程（接合工程）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面から裏面に連通する第１の連通孔を
   形成した金属，セラミック，ガラス等の材料からなるベ
   ース板上に、表面から裏面に連通する第２の連通孔を形
   成したガラス材料からなる台座を有する半導体チップ
   を、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが対向する
   ように配設し、前記ベース板と前記台座とを低融点ガラ
   スや半田等の接合部材により接合を行う半導体チップの
   接合構造において、前記第２の連通孔の孔径を前記第１
   の連通孔の孔径と同等もしくはそれ以上に形成したこと
   を特徴とする半導体の接合構造。
2. 【請求項２】 表面から裏面に連通する第１の連通孔を
   形成した金属，セラミック，ガラス等の材料からなるベ
   ース板上に、表面から裏面に連通する第２の連通孔を形
   成したガラス材料からなる台座を有する半導体チップ
   を、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが対向する
   ように配設し、前記ベース板と前記台座とを半田により
   接合を行う半導体の接合構造において、前記台座の前記
   ベース板との対向面にメタライズ層を形成するととも
   に、前記第２の連通孔の孔径を前記第１の連通孔の孔径
   と同等もしくはそれ以上に形成したことを特徴とする半
   導体の接合構造。
3. 【請求項３】 表面から裏面に連通する第１の連通孔を
   形成した金属，セラミック，ガラス等の材料からなるベ
   ース板上に、表面から裏面に連通する第２の連通孔を形
   成したガラス材料からなる台座を有する半導体チップ
   を、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが対向する
   ように配設し、前記ベース板と前記台座とを半田により
   接合する半導体チップの接合方法において、前記台座の
   前記ベース板との対向面に前記半田により前記ベース板
   に接合させるためのメタライズ層を形成するメタライズ
   層形成工程と、前記メタライズ層を前記台座に形成した
   後、前記台座に前記第１の連通孔の孔径と同等もしくは
   それ以上の孔径を有する第２の連通孔を形成する連通孔
   形成工程と、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが
   対向するように前記台座を前記ベース板上に配設し、前
   記メタライズ層と前記ベース板とを半田により接合させ
   る接合工程と、を含むことを特徴とする半導体チップの
   接合方法。