JPH11261080A

JPH11261080A - 半導体素子及びその実装構造

Info

Publication number: JPH11261080A
Application number: JP8048698A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Yabe; 衛矢部; Kentaro Hara; 健太郎原
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】温度変化による半導体素子の特性の変動がな
い半導体素子を提供すること【解決手段】ダイアフラム１２（可動電極１４）を備
えた半導体基板１０と固定電極２１を備えたガラス基板
２０とを接合した圧力センサの下側に、シリコーン樹脂
からなる応力吸収層４０を介してＰＰＣ樹脂からなる樹
脂基板３０を配置する。ガラス基板は、半導体基板を構
成するシリコンと熱膨張係数の等しいパイレックスガラ
スを用いることにより、両基板１０，２０間での温度変
化に伴う歪みは発生しない。樹脂基板は、回路基板とし
て一般に用いられるものと等価の材料を用いたので、や
はり回路基板上に実装した状態において樹脂基板と回路
基板との間でも熱的歪みは生じない。さらに、樹脂基板
とガラス基板との熱膨張係数の相違は、応力吸収層によ
り吸収されるので、温度変化に伴う応力は発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子及びそ
の実装構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体基板を備えた半導体素子の
一例として、圧力センサ・加速度センサなどの半導体セ
ンサがある。この種のセンサは、圧力などの測定対象物
量を受けて変位する感知部分を半導体基板で形成し、そ
の半導体基板を固定する固定基板（多くの場合ガラス基
板が用いられる）に接合して一体化する。また、上記変
位を検知する方式として、静電容量型やピエゾ型などが
あり、静電容量型の場合には、固定基板の接合面側表面
のうち、上記した可動電極の変位する部分（可動電極と
なる）に対向する領域に固定電極を設け、電極間の距離
に応じて変化する静電容量に基づいて、センサにかかっ
た物理量を求めるようになっている。

【０００３】そして、半導体基板と固定基板とを接合し
て形成されるセンサチップをパッケージレスの状態で信
号処理回路に接続する方法として、例えば特開平４−３
１２９８０で開示された発明がある。この発明は、半導
体基板に圧力を受けて変形するダイアフラムを設け、そ
のダイアフラムの変位量から圧力を測定する圧力センサ
の接続構造に関するもので、まず、半導体基板の下に固
定基板（台座）を取り付け、その固定基板をプリント配
線板（実装基板）上に取り付けるようになっている。

【０００４】そして、固定基板の内部には、上下に貫通
する貫通孔を形成するとともに、その貫通孔内に金など
の金属を充填することによりビアホールを形成し、その
ビアホールを利用して半導体基板に設けたピエゾ素子等
のダイアフラムの変位を検出する素子から出力される電
気信号を固定基板の非接合面、つまり、プリント配線板
（回路基板）への実装面に導くようにしている。これに
より、面実装が可能となる。

【０００５】つまり、プリント配線板上に印刷された配
線パターンとビアホールの端部とを接触させた状態では
んだ付けすることにより、センサからの出力信号をプリ
ント配線板上の信号処理回路に送ることができるように
している。そして、はんだ処理時の熱を考慮して、固定
基板を構成するガラス板は、その板厚を十分に厚くして
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体素子の実装構造では、以下に示す種々の
問題を有している。

【０００７】すなわち、従来から半導体センサで用いら
れている固定基板を構成するガラス板と、シリコン基板
の熱膨張係数が異なり、さらにガラス板とプリント配線
板の熱膨張係数も異なる。その結果、センサ使用時に温
度変化が生じたときや、半導体素子をプリント配線板に
はんだ付けにより取り付ける際の熱によりセンサチップ
を構成する基板間や、プリント配線板と固定基板との接
合部分で膨張率のずれに伴う応力が発生する。そして、
その応力によりダイアフラムなどの物理量を受けて変位
する部分の動作特性（物理量に対する変位量）が変動し
てしまい、センサ出力の誤差を招く。さらには、最悪の
場合に、センサチップが破壊されてしまうおそれもあ
る。さらにはまた、はんだが剥がれてしまい、プリント
配線板からセンサチップが剥離したり、仮に剥離までは
しないとしても、しっかりとオーミックコンタクトがと
れず、接続部分での抵抗が大きくなり、センサ出力の誤
差を招くおそれもある。

【０００８】また、固定基板として使用するガラス板の
材料を選択することにより、半導体基板と熱膨張係数を
ほぼ等しくすることは可能であるが、その場合でも、固
定基板とプリント配線板の熱膨張係数の相違に基づき発
生する応力が、固定基板を介して半導体基板側にも伝達
されることがあり、やはり上記と同様の問題を生じる。

【０００９】そこで、係る温度特性の影響をできるだけ
抑制するために、従来説明したように固定基板のガラス
板の肉厚を増すことにより、応力が半導体基板側に伝達
しにくくする必要がある。すると、センサチップ全体の
厚さが厚くなるので、センサチップが大型化してしま
う。さらに、そのように厚くなると、ビアホールの長さ
も増すため、形成しにくくしてしまう。また、係る固定
基板を形成するためのガラス板の材料費が増加してしま
うため、センサチップ全体のコスト高を招く。

【００１０】さらには、固定基板を肉厚のガラス板で構
成した場合、ガラス板の容積が増すことから熱容量が大
きくなる。その結果、プリント配線板に実装する他の電
子部品と比べて、はんだが溶けにくい。従って、他の電
子部品とともに一括してリフローはんだを行ってはんだ
付けをすることができなくなり、作業性が悪くなる。し
かも、はんだ部分は固定基板の底面（プリント配線板と
の接合面）であるので、はんだの状態を目視することが
できないので、係る目視による検査を行えない。

【００１１】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、耐熱性，温度特性が良好で、小型（薄型）とな
り、しかも、他の電子部品と一括して実装基板上にはん
だ付けすることができる半導体素子及びその実装構造を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る半導体素子及びその実装構造では、
半導体基板とガラス基板とを接合して一体化するととも
に、前記ガラス基板の前記半導体基板との非接合面に樹
脂基板を直接または所定層を介して樹脂基板が接合され
てなり、かつ、前記半導体基板と前記ガラス基板の温度
係数をほぼ等しくするとともに、前記樹脂基板には、前
記半導体基板と前記ガラス基板の少なくとも一方に形成
された電気回路と導通するとともにその樹脂基板の底面
側に至る引出配線経路を設けた（請求項１）。

【００１３】ここで、電気回路は、実施の形態では、可
動電極・固定電極とそれに連続する引出配線等に対応す
る。また、引出配線経路は、実施の形態では、内周面に
メタライズした溝部（基板の側面に形成したもの）及び
その溝部内に充填した導電性樹脂により実現されてい
る。そして、この様に側面に形成することにより、はん
だ付けが容易かつ確実に行えるとともに、はんだ付けし
た後で外部から目視によりはんだ付けの良否を検査でき
るようになるので好ましい。但し、基板内部に形成した
ものであっても、はんだ付けを容易に行うようにした
り、温度特性を良好にするという効果は発揮でき、また
個々の基板の厚さを薄くすることができるので孔開け加
工も容易に行えるという効果も奏するので、必ずしも側
面に露出状態で形成する必要はない。

【００１４】係る構成にすると、半導体基板とガラス基
板の接合面での温度変化に伴う応力発生はない。また、
通常樹脂基板とガラス基板の温度係数は異なるが、一般
に樹脂基板よりはガラス基板の方が剛性があり、仮にガ
ラス基板と樹脂基板との間で熱膨張係数の差に基づいて
温度変化時に応力が生じたとしても、それがガラス基板
を介して半導体基板側に伝達しにくくなる。よって、温
度特性が良好となる。さらに、ガラス基板を厚くする必
要がないので、孔開け加工をする場合にも容易に行え
る。

【００１５】そして、半導体素子を回路基板にはんだ付
けするときには、ガラス基板よりも熱容量が小さい樹脂
基板の部分ではんだ付けされ、しかも、板厚もあまり厚
くする必要がないので、比較的小さな熱量でもってはん
だを溶解することができる。これにより、リフローによ
って他の電子部品と同時に回路基板上に実装することが
できる。

【００１６】また、半導体ＩＣの回路面と反対の実装面
側に、直接または所定層を介して樹脂基板が接合され、
前記樹脂基板には、前記半導体ＩＣ内の回路と導通する
とともにその樹脂基板の底面側に至る引出配線経路を設
けるようにしてもよい（請求項２）。この発明において
も、上記した請求項１における作用効果とほぼ同様の効
果が発揮される。また、ガラス基板がないため、ガラス
基板で温度変化時の応力の伝達を遮断する効果はないも
のの、樹脂基板と接合しているので、熱膨張係数が違っ
ていたとしても、温度変化に伴い発生する膨張・収縮の
差に基づく応力は樹脂基板でも吸収されるので低く抑え
られることが期待できる。

【００１７】そして、好ましくは請求項１の発明を前提
とし、前記ガラス基板を前記半導体基板よりも大きく形
成して、前記ガラス基板の接合面側に前記半導体基板に
被覆されない領域を形成し、前記領域上に配線パターン
を形成するとともに、その配線パターンに接続されるＩ
Ｃ素子を配置するとよい（請求項３）。

【００１８】つまり、係る構成にすると、ＩＣを半導体
基板等で構成される電気回路に近づけて配置できるの
で、寄生容量などを抑え、特性の向上が図れるととも
に、素子の集積化及びそれに伴う小型化が図れる。

【００１９】さらに、前記固定基板と前記樹脂基板の間
に、前記樹脂基板よりも弾性系数の小さい応力吸収層を
介在させるとより好ましい（請求項４）。この様にする
と、樹脂基板とガラス基板の熱膨張係数の違いにより、
温度変化に伴い両基板間で膨張率が異なっても応力吸収
層でその差を吸収するので結局各接合面で応力が発生し
ない。よって、温度特性がより向上する。

【００２０】そして、請求項１〜４のいずれか１項に記
載の半導体素子を、他の電子部品とともに、回路基板上
に面実装することにより本発明の半導体素子の実装構造
が構成できる（請求項５）。この時、樹脂基板を回路基
板に面接触させるとともに、はんだ付けなどを行うこと
になるが、樹脂基板の熱膨張係数を回路基板のそれに合
わせておくと、温度変化に伴い回路基板との接合面での
歪みの発生を可及的に抑制できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る半導体素子の
第１の実施の形態を示している。本形態では、静電容量
型の圧力センサの例を示している。同図に示すように、
半導体基板１０と固定基板としてのガラス基板２０を陽
極接合して一体化している。後述するように、この半導
体基板１０とガラス基板２０の部分で圧力センサのセン
シング部分を構成している。

【００２２】そして、本発明では、このガラス基板２０
の下面（半導体基板１０との非接合面）に、応力吸収層
４０を介して樹脂基板３０を接合している。この応力吸
収層４０及び樹脂基板３０により、実装・配線引出機能
を発揮する部分を構成している。本発明では、各種の問
題を解決しているので、その解決目的に分けてその構造
の特徴を説明する。

【００２３】＊センシング部分半導体基板１０は、周枠部１１の内側に薄肉のダイアフ
ラム１２を設けている。このダイアフラム１２を設ける
に際し、半導体基板１０の中央の両側をそれぞれエッチ
ングすることにより形成する。この時、上面側を深く削
り込み、下面側（接合面側）を浅く削り込むことによ
り、ダイアフラム１２の下側に凹部を形成し、その凹部
の開口部分がガラス基板２０を接合することにより閉塞
され、圧力室１３となる。さらに、そのダイアフラム１
２の下面は可動電極１４となる。

【００２４】一方、ガラス基板２０の接合面側中央に
は、可動電極１４に対向してリング状の固定電極２１が
形成され、この固定電極２１に連続する引出配線２２も
合わせて形成されその先端の電極パッド２２ａは半円弧
状となり、ガラス基板２０の側縁に達している。そし
て、この引出配線２２に対向する半導体基板１０の表面
には凹溝１５が形成されるとともに、その凹溝１５内に
ポリイミド樹脂１６を充填し、引出配線２２と半導体基
板１０との絶縁と、圧力室１３の密封を行っている。

【００２５】また、ガラス基板２０の接合面のうち、上
記引出配線２２の先端と反対側の側縁には、半円弧状の
電極パターン２３が形成されている。そして、この電極
パターン２３と半導体基板１０とをアルミコンタクト１
７により導通させている。これにより、可動電極１４
は、電極パターン２３まで引き出される。

【００２６】さらに、ガラス基板２０，応力吸収層４
０，樹脂基板３０を積層方向に貫通する圧力導入孔４１
を設けている。この圧力導入孔４１の形成位置は、固定
電極２１と同心円上にしている。これにより、圧力室１
４とセンサ外部とは圧力導入孔４１を介して連通する。

【００２７】係る構成にすることにより、測定対象圧力
を圧力導入孔４１を介して圧力室１４内に導入すること
ができ、圧力室１４内の圧力に応じてダイアフラム１２
を撓ませることができる。この撓みに伴い固定電極２１
と可動電極１４との間の電極距離が変動し、両電極間に
発生する静電容量も変化する。この変化する静電容量に
基づいて圧力が検出可能となる。この圧力のセンシング
自体は、基本的に従来と同様である。

【００２８】＊配線の引出構造上記した両電極１４，２１間に発生する静電容量を外部
の信号処理回路に送るため、以下のように構成してい
る。すなわち、上記した「センシング部分」の説明にお
いて、可動電極１４はガラス基板２０の表面に形成した
電極パッド２３に導通され、また固定電極２１は引出配
線２２を介してガラス基板２０の側縁の先端側の電極パ
ッド２２ａにまで導通されている（厳密にいうと、係る
ガラス基板上等に形成した配線等も、この引出構造とな
る）。

【００２９】そこで、本形態では、積層された各基板の
側面を利用して最終的に最下層の樹脂基板３０の下面に
導くようにしている。具体的な構造は、以下のようにな
る。ガラス基板２０，応力吸収層４０，樹脂基板３０の
側面に積層方向に延びるとともに、その両端がガラス基
板２０の上面と樹脂基板３０の下面に達するように溝部
４２を形成する。この溝部４２は、その内面形状が半割
の円筒状の側面と略一致するようになり、その時の半径
を固定電極２１につながる半円弧状の電極パッド２２ａ
の内周縁の半径と略一致させている。そして、その形成
位置も溝部４２のガラス基板２０側の上端内周縁が、電
極パッド２２ａの内周縁に一致するようにしている。し
かも、その溝部４２の内周面をメタライズしている。こ
れにより、電極パッド２２ａと溝部４２内周面とは電気
的に導通される。

【００３０】さらに、樹脂基板３０の下面のうち、溝部
４２の下端に連続する位置に半円弧状の電極パッド３２
を形成している。これにより、固定電極２１からの信号
は、引出配線２２→電極パッド２２ａ→溝部４２の内周
面のメタライズ部分を介して樹脂基板３０の下面に形成
した電極パッド３２に伝達されるので、係る電極パッド
３２の部分で面実装が可能となる。

【００３１】さらには、溝部４２内に導電性樹脂４３を
充填している。これにより、上記した溝部４２における
電気伝導路をより確実に確保する。さらに、これにより
導電性樹脂４３の側面と、基板２０，３０の側面とが面
一になり、導電性樹脂４３の側面下方部分においてもリ
フローはんだ付けを行うことが可能となる。

【００３２】同様な構成を用いて可動電極１４の外部引
き出しを行う。つまり、上記した溝部４２と反対側の側
面に、可動電極用の電気パッド２３と連続するように内
周面をメタライズして半割円筒状の溝部４４を形成す
る。そして、この溝部４４内に導電性樹脂４５を充填
し、さらにその溝部４４の下端に連続するようにして樹
脂基板３０の下面に半円弧状の電極パッド３３を形成す
る。これにより、可動電極１４からの信号は、半導体基
板１０→アルミコンタクト１７→電極パッド２３→溝部
４４の内周面のメタライズ部分及び導電性樹脂４５を介
して樹脂基板３０の下面に形成した電極パッド３３に伝
達されるので、係る電極パッド３３の部分で面実装が可
能となる。

【００３３】なお、導電性樹脂４３，４５は、応力吸収
層４０が応力吸収のため大きく変形して溝部４２，４４
の内周面に形成したメタルが破壊しても導通を維持する
ためにある。そして、導電性樹脂４３，４５は、応力吸
収層４０の弾性を損ねないために、やはり弾性率が低い
シリコーン樹脂を用いた。

【００３４】＊温度変動対策ガラス基板２０としては、半導体基板１０を構成するシ
リコンと熱膨張係数の近いパイレックスガラスを使用し
て形成している。これにより、少なくともセンシング部
分となる半導体基板１０とガラス基板２０の接合部分で
は、周囲温度の変化があっても接合部分に熱膨張・収縮
のずれがほとんど発生せず、よって、温度変化による特
性変動がない。

【００３５】また、樹脂基板３０は、実装対象の回路基
板と熱膨張係数が同等のＰＰＳ樹脂を使用しており、本
形態の半導体素子を回路基板上にはんだ付けして固定し
た場合に、その後の使用時における温度変動の繰り返し
によるはんだのクラックの発生を防いでいる。

【００３６】さらには、ガラス基板２０と樹脂基板３０
との間に配置した応力吸収層４０として、シリコーン樹
脂を用いている。このシリコーン樹脂は弾性係数が十分
に低いため、回路基板や樹脂基板３０の熱膨張（はんだ
のリフロー時も含む）による応力をセンシング部分を構
成するガラス基板２０，半導体基板１０側に伝達しない
ように機能を発揮する。これにより、各層・基板の接続
部分で温度変化に伴う応力が発生せず、温度特性が良好
な半導体素子（圧力センサ）となる。また、樹脂基板３
０のガラス基板２０との接続面側の頂点位置には、突起
３１を設けている。この突起３１は、本形態では、１組
の対角線上に１個ずつ設けている。これにより、ガラス
基板２０と樹脂基板３０の間には突起３１の高さ分の間
隔が確保される。つまり、この突起３１を設けることに
より、応力吸収層４０の厚さを一定に保つようにしてい
る。さらにシリコーン樹脂は、ガラス基板２０と樹脂基
板３０を接合する接着剤としての機能も発揮している。

【００３７】なお、この様に４層構造とするのが望まし
い実施の形態であるが、中間の応力吸収層４０を省い
て、ガラス基板２０と樹脂基板３０の２層の積層として
も対応できる。つまり、少なくともセンシング部分での
温度特性が良好であるのは上記した通りであり、また、
温度変化により樹脂基板３０と回路基板を接合するはん
だ付け部分がクラックすることを阻止できるという効果
が十分発揮できる。そして、樹脂基板３０側からガラス
基板２０側に応力伝達がされるおそれはあるが、ガラス
と樹脂との剛性の相違や、温度変化の少ない環境下では
十分使用に耐えられるからである。

【００３８】＊その他の構造なお、樹脂基板３０の下面中央、つまり、圧力導入孔４
１の外周囲には、リング状のメタル３５がパターニング
されている。このメタル３５は、後述する回路基板に半
導体素子１を実装する際に、そのメタル３５の部分で回
路基板にもはんだ付けして固定するためのものである。
これにより、外部から供給される圧力測定対象媒体を圧
力導入孔４１内に漏れることなく供給することができる
ようになる。

【００３９】次に、上記した半導体素子を用いた本発明
に係る半導体素子の実装構造の実施の形態を説明する。
図２に示すように、半導体素子（圧力センサ）１を実装
する回路基板は、立体成形基板を用いたハウジング５０
から形成され、そのハウジング５０の底面にプリント配
線５１が形成される。従って、見方をかえると、その底
面部分が回路基板ともいえる。

【００４０】このハウジング５０は、その下面に圧力導
入パイプ５０ａを突出形成し、また、側面には電気的入
出力のためのコネクタ部５０ｂを形成している。つま
り、ハウジング５０が、圧力導入機能，実装用の回路基
板機能，電子回路・部品のパッケージング機能，電気信
号の入出力機能（コネクタ部５０ｂ）を一つの部品で兼
ね備えている。

【００４１】そして、このハウジング５０の底面に形成
される回路基板上の所定位置に、本発明に係る圧力セン
サ１や、ＩＣ２並びに各種電子部品（図示の例では、フ
リップチップタイプのＩＣ３，チップ抵抗やチップコン
デンサ４）を実装することにより、信号処理回路を構成
する。そして、圧力センサ１も他のＩＣ２，電子部品
３，４と同様にリフローはんだ処理によりはんだ５２を
付けて固定している。つまり、樹脂基板３０の厚みはさ
ほど厚くしなくてもよいし、樹脂基板３０の下面に形成
した電極パッド３２，３３及び導電性樹脂４３，４５の
側面下方部分ではんだ付けすることができるため、上記
のように他の電子部品と同時にリフローによりはんだ付
けできる。これにより、実装処理が簡略化する。

【００４２】さらに、圧力センサ１の直下には、上記し
た圧力導入パイプ５０ａが位置しており、その圧力導入
パイプ５０ａと圧力センサ１の圧力導入孔４１とが同一
直線状に位置するよう設定してある。そして、図示省略
するが、ハウジング５０の底面の圧力導入パイプ５０ａ
の開口部外周囲もメタライズしておき、そのメタライズ
部分と樹脂基板３０に設けたメタル３５もはんだ付けす
る。これにより、接続部分での気密性が確保でき、圧力
導入パイプ５０を介して導入された圧力Ｐ１を圧力セン
サ１の圧力室１３内に導入できる。

【００４３】なお、圧力センサ素子１は、そのように圧
力室１３内に供給された測定圧力Ｐ１と大気圧Ｐａとの
差圧（Ｐ１−Ｐａ）に応じた静電容量に応じた信号を出
力し、この静電容量に応じた信号が各素子２，３，４で
構成される信号処理回路でディジタル信号に変換しコネ
クタ５０ｂより出力される。そして、外部の測定装置に
て圧力を算出するようになる。

【００４４】図３〜図５は上記した半導体素子の製造プ
ロセスの一例を示し、図６は、それを実装する方法を示
している。

【００４５】＊シリコン側の製造プロセスまず、図３（Ａ）に示すように、用意したシリコンウエ
ハ１０′に対して接合面側の所定位置をパターニングし
たレジストでマスクするとともにＴＭＡＨによりエッチ
ングすることにより、静電容量形成空間（圧力室）１
３、ポリイミドを充填する凹溝１５並びにアルミコンタ
クトを取り付けるための溝１７′を生成する。

【００４６】次いで、そのエッチングした面を、イオン
インプラで所定深さまでリン（Ｐ）を拡散させ、エッチ
ストップ層１０ａ（ダイアフラム１３の厚さ制御用）を
形成する（図３（Ｂ）参照）。また、このエッチストッ
プ層１０ａはアルミコンタクト部分（溝１７′）にもリ
ンを注入・拡散することになるので、シリコンとアルミ
コンタクト１７の電気的接続を良好にすることになる。

【００４７】次に、同図（Ｃ）に示すように、シリコン
ウエハ１０′にダイアフラム形成用のマスクＭを形成す
る。これは、ＬＰＣＶＤで窒化膜形成後パターニングす
ることにより簡単に形成できる。つまり、周枠部１２と
なる部分にマスクＭを残すことになる。

【００４８】そして、スパッタリングを行い、アルミを
シリコンウエハ１０′の全面に成膜後、パターニングし
て、溝１７′内にアルミコンタクト１７を形成する（同
図（Ｄ）参照）。さらに、スピンローターでポリイミド
をシリコンウエハ１０′の全面に塗布し、硬化後、パタ
ーニングすることにより、同図（Ｅ）に示すように、凹
溝１５内に所定のパターンの封止用のポリイミド樹脂１
６を形成する。上記工程により、シリコンウエハ単独で
のプロセスを終了する。

【００４９】＊ガラス／樹脂積層プロセスまず、一般に電子部品で使用されるＰＰＳ樹脂からなる
樹脂ウエハ３０′を用意する。この樹脂ウエハ３０′
は、図４（Ａ）に示すように、応力吸収層（シリコーン
樹脂）４０の厚さを保持するための突起３１がウエハ内
面と周囲（シリコーン樹脂注入部分を除く）に設けられ
ている。

【００５０】一方、シリコンウエハと熱膨張係数の等し
いパイレックスガラスからなるガラスウエハ２０′を用
意し（図４（Ａ）参照）、そのガラスウエハ２０′と上
記成形樹脂ウエハ３０′の突起３１の形成面を合わせて
保持する。これにより、突起３１の高さに相当する分だ
け、両ウエハ２０′，３０′間に空間が形成されるの
で、その空間にシリコーン樹脂４０を注入し、熱硬化さ
せる。この時、シリコーン樹脂の注入は、成形樹脂ウエ
ハ３０′の周囲突起部３１のない部分から行う。また、
熱硬化後であっても、シリコーン樹脂４０は、十分低い
弾性係数を有している。そして、この熱硬化時に接触す
る成形樹脂ウエハ３０′及びガラスウエハ２０′の表面
と接着されるので、結果的にシリコーン樹脂４０が両ウ
エハ２０′，３０′を接合する接着剤としての機能を発
揮し、シリコーン樹脂の硬化後は一枚の積層ウエハとな
る（同図（Ｂ））。

【００５１】なお、ここで素子としての厚さを薄くする
ためにガラスウエハ２０′または樹脂ウエハ３０′を研
磨してもよい。つまり、両ウエハが積層されて全体とし
て厚さが厚くなるため、強度が向上して負荷のかかるハ
ンドリングに対しても割れたりしなくなるからである。

【００５２】そして、接合されたガラスウエハ２０′と
樹脂ウエハ３０′に、超音波加工法，サンドブラスト加
工法等を用いて、導通用の孔４２′，４４′を開ける
（同図（Ｃ））。ここで、孔４２′は、最終的に固定電
極２１を引き出すための溝部４２となり、孔４４′は、
最終的に可動電極１４を引き出すための溝部４４となる
位置に形成する。

【００５３】次に、ガラス／樹脂の積層ウエハに対し、
メッキ或いはスパッタを行いクロム等のメタルを成膜す
るとともにパターニングを行い、固定電極２１や、電極
引出用の配線や、電極パッド２２ａ，２３と導通用の孔
４２′，４４′の内周面、さらには、裏面側の電極パッ
ド３２，３３及び圧力導入経路接続用パッド（メタル）
３５を形成する。この時、パターニングの際に用いるレ
ジストは、孔４２′，４４′の中に入らないようにフィ
ルム状のものを用いる（同図（Ｄ））。

【００５４】そして、内周面をメタライズした各孔４
２′，４４′の内部に、ディスペンサーなどを用いて、
弾性系数が低く、導電性を有するシリコーン樹脂を充填
した後、係るシリコーン樹脂を熱硬化させることによ
り、導電性樹脂４３，４５の充填処理を終了する（同図
（Ｅ））。

【００５５】さらに、超音波加工法，サンドブラスト加
工法等を用いて、固定電極２１の中心位置に、接合ウエ
ハを積層方向に貫通する圧力導入孔４１を形成する（同
図（Ｆ））。

【００５６】＊シリコンウエハとガラス／樹脂ウエハの
接合プロセス図５（Ａ）に示すように、上記した各工程を実施して得
られたシリコンウエハ１０′と、ガラスウエハ２０′／
樹脂ウエハ３０′の接合ウエハを用意し、シリコンウエ
ハ１０′とガラスウエハ２０′を陽極接合して各ウエハ
を一体化する。

【００５７】そして、シリコンウエハ１０′の表面側を
ディープエッチングすることによりマスクＭで覆われず
に露出する部分を除去し、ダイアフラム１２を形成する
（同図（Ｂ））。これは、裏面に保護テープを貼り、樹
脂基板の保護と、圧力導入孔４１等からのエッチング液
の進入を防いだ状態で、ＫＯＨ溶液に浸漬してエレクト
ロケミカルエッチングを施すことにより行う。

【００５８】その後、エッチング用のレジストを取り除
き、接合された基板をダイシングすることによって、複
数の半導体素子１を形成する（同図（Ｃ））。このダイ
シング位置は、導電用の孔４２′，４４′の中央で行
う。これにより、半割された溝部４２，４４（内部に円
柱（厳密には円錐台）を半割した形状の導電性樹脂が充
填）が、半導体素子（圧力センサ）１の側面に露出する
ように形成されることになる。

【００５９】＊コンポーネント組立てハウジング５０の底面に形成された回路パターン５１上
の所定位置に、スクリーン印刷やディスペンサーを用い
てクリームはんだ５５を塗布する（図６（Ａ））。この
塗布位置は、実装する圧力センサ１や他の電子部品４の
電極位置に対応する位置としている。

【００６０】次いで、所定の位置にセンサ素子１や電子
部品４を配置するとともに、リフローはんだ処理を実行
し、各素子をハウジング５０の所定位置に対して電気・
機械的に接続し、コンポーネントとして完成させる（同
図（Ｂ））。

【００６１】図７は、本発明に係る半導体素子の第２の
実施の形態を示している。本形態では、第１の実施の形
態における半導体素子の構造と相違して、ガラス基板２
０，樹脂基板３０及び応力吸収層４０の平面形状を、シ
リコン基板１０のそれに比べて長くなるようにしてい
る。図示の例では、半導体基板１０は、平面形状を正方
形状とし、ガラス基板２０は、係る正方形を２個連続さ
せた長方形状としている。これにより、ガラス基板２０
の接合面側は、その半分が半導体基板１０に覆われずに
露出する。

【００６２】そこでこの露出する面に、配線パターン２
５を形成するとともに、ＩＣチップ５をフリップチップ
実装した（ＩＣチップ５と、配線パターン２５の先端に
形成されるパッド２６との接続は、スタッドバンプ６を
介して行う）。そして、このＩＣチップ５の外部回路へ
の引き出しも、圧力センサと同様に、基板の側面に形成
した上下に延びる溝部４６（内周面をメタライズしてい
る）と、その内部に充填した導電性樹脂４７さらには、
樹脂基板３０の底面に連続して形成する電極パッド３６
を介して行うようにしている。さらに、本形態では、上
記ＩＣチップ５の上方、つまり、露出したガラス基板２
０の上方空間は、樹脂モールド６０により固めている。

【００６３】本形態によれば、圧力センサと回路・ＩＣ
チップが近くに配置されるため寄生容量の影響が少なく
良好な特性が得られ、第１の実施の形態に比べてさらに
小型で回路一体型の圧力センサが得られる。また、ＩＣ
チップ５はガラス基板２０面上にフリップチップ実装さ
れるため、ＩＣにとっても熱の影響を受け難くなるので
好ましい。

【００６４】なお、圧力センサとして機能及びその構
造、並びに温度特性の改良などの基本的機能は、上記し
た第１の実施の形態と同様である（引出配線のパターン
や、導電性樹脂を充填した溝部の具体的な形成位置等は
異なる）ので、同一符号を付しその詳細な説明を省略す
る。

【００６５】そして、上記構成のセンサを製造する方法
について簡単に説明すると、図３に示した第１の実施の
形態におけるシリコンウエハに基づく製造プロセスと同
様の工程を行い、適宜位置をエッチングして溝部を形成
したり、メタルコンタクト・ポリイミド樹脂を装着した
シリコンウエハを製造する。なお、このポリイミド樹脂
は、第１の実施の形態と同様にセンサ内部を外部から遮
断する封止機能とともに、樹脂モールドする際のモール
ド材がセンサ内部に流れ込むのを阻止する役目もなして
いる。また、図４に示したガラス／樹脂基板に基づく製
造プロセスとほぼ同様の工程を行い、所定位置にメタル
をパターニングするとともに、圧力導入孔や、溝部用の
孔（導電性樹脂充填済み）等を所定位置に形成した接合
ウエハを製造する。

【００６６】そして、それらのウエハを重ねるととも
に、陽極接合することにより、図８（Ａ）に示すように
各ウエハを一体化する。なお、同図からわかるように、
接合基板側には、圧力導入孔４１とともに、モールド材
の充填用孔６１も形成している（溝部用の孔はこの断面
には現れていない）。次いで、ディープエッチングによ
りダイアフラム１２を形成する（同図（Ｂ））。ここま
での処理は、具体的なパターン形状等の相違があるもの
の、第１の実施の形態と同様の処理となる。

【００６７】次に、ＩＣ搭載部の周囲をダイシングし
て、ＩＣチップが搭載される部分のシリコンウエハを除
去する（同図（Ｃ））。これにより、ガラスウエハ２
０′の一部が露出する。

【００６８】＊ＩＣチップ搭載プロセス必要なＩＣチップ５を用意する。この時、ＩＣチップ５
の電極パッドには、金のスタッドバンプ６（ワイヤボン
ディングのｌｓｔボンドのみで得られたバンプ）が形成
されている（図９（Ａ））。そして、係るＩＣチップ５
をガラスウエハ２０′上の所定位置に実装する。つま
り、ＩＣチップ５のスタッドバンプ６とガラスウエハ２
０′のバンプ用パッド２６の位置合わせをし、ＩＣチッ
プ５に超音波を印加することでバンプ６とパッド２６を
電気的，機械的に接続させる（同図（Ｂ））。

【００６９】次いで、ウエハのシリコン側にダミーウエ
ハ６２を押さえつけ、充填用孔６２からモールド材（樹
脂６０）を充填するとともに加熱硬化させる（同図
（Ｃ））。これにより、シリコンウエハ１０′の存在し
ないガラスウエハ２０′の上方空間部分に樹脂６０が充
満する。なお、この樹脂６０は、一般的なＩＣの封止樹
脂であるエポキシを用いる。

【００７０】その後、ダミーウエハ６２を引き剥がし
（図１０（Ａ））、さらに、所定位置をダイシングする
ことにより、同図（Ｂ）に示すようなＩＣチップ５を備
えた半導体素子が完成する。

【００７１】図１１は本発明に係る半導体素子及びその
実装構造の第３の実施の形態を示している。同図に示す
ように、本形態では回路基板５５の片面に、半導体素子
１′と電子部品４がリフローはんだ付けされている。

【００７２】半導体素子１′は、第１の実施の形態にお
ける半導体素子１の構造を基本とし、樹脂基板３０に一
体的に圧力導入パイプ３８を形成している。これによ
り、ハウジング５０における圧力導入パイプ５０ａが不
要となる。さらに、ガラス基板２０と樹脂基板３０の間
に形成する応力吸収層４０として、異方性導電シートを
使用するようにした点でも相違する。この様に異方性導
電シートを用いることで、製作工程が簡略化される。

【００７３】また、ダイアフラム１２に形成した可動電
極１４と、ガラス基板２０に形成した固定電極２１の電
極取り出しを基板の側面で行うという点では上記した各
実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、同図
（Ｂ）に示すように、同一の側面で取るようにしてい
る。つまり、内周面にメタライズした溝部４２，４４内
に導電性樹脂４３，４５を充填したものを、回路基板５
５の上面に形成した配線パターンに接触させるととも
に、はんだ付けする。

【００７４】これにより、圧力導入パイプ３８が、基板
平面と平行に突出するようになり、この圧力導入パイプ
３８にチューブ５６を装着し、圧力を供給するようにな
る。つまり、上記した各実施の形態と相違して、回路基
板５５の下側に圧力導入管・パイプを突出する必要がな
いので、全体的に薄型化できる。

【００７５】また、本形態では、ガラス基板２０と樹脂
基板３０の間に異方性導電シートからなる応力吸収層４
０を設けたため、第１，第２の実施の形態と相違して、
樹脂基板３０に突起を設ける必要はなく、その点でも製
造工程を少なくすることができる。なお、その他の構成
並びに作用効果は上記した各実施の形態と同様である。

【００７６】そして、上記構成のセンサを製造する方法
について説明すると、まず、シリコンウエハ１０′を用
意し、第１の実施の形態と同様に片面（接合面）側をエ
ッチングして静電容量形成空間（圧力室）１３，アルミ
コンタクト用の溝１７′，ポリイミド用凹溝１５を形成
し、さらに、リンを注入・拡散してエッチングストップ
層１０ａを形成した後、アルミコンタクト１７及びポリ
イミド樹脂１６を装着する。さらに、ダイアフラム形成
用のマスクＭを形成することにより、図１２（Ａ）に示
すようになる。ここまでは第１の実施の形態と同様であ
る。

【００７７】次に、ディープエッチングを行い、ダイア
フラム１２を形成する（同図（Ｂ）参照）。つまり、上
記した各実施の形態では、いずれもシリコンウエハとガ
ラスウエハを接合後ダイアフラムを製造するようにした
が、本形態の場合には樹脂基板３０には圧力導入パイプ
３８を設けたため、シリコンとガラスの接合後にエッチ
ングを行うとすると樹脂ウエハをエッチング液から保護
するのが困難なため先にエッチングを行うようにした。

【００７８】一方、ガラス／樹脂積層プロセスは、図１
３（Ａ）に示すように、ガラスウエハ２０′を用意し、
ガラスウエハ２０′に、溝部を構成する孔４２′，４
４′並びに圧力導入孔４１を開けてから両面にメタル３
２，３３をパターニングする。また、固定電極２１等の
必要なメタルパターンも形成する。

【００７９】また、異方性導電シート４０′を用意す
る。この異方性導電シート４０′としては、例えば日立
化成工業（株）製の商品名「フリップタップ」のように
加熱、加圧による接着で、応力吸収能力に優れているも
のを使用することができる。また、本シートの導通用の
孔４２′，４４′及び圧力導入用の孔４１に相当する部
分は、あらかじめ打ち抜いて形成しておく。

【００８０】さらに、成形樹脂ウエハ３０′を用意す
る。この成形樹脂ウエハ３０′には圧力導入用パイプ３
８が設けられており、また、導通用の孔４２′，４４′
の内部及び周囲にはメタルをパターニングしておく。

【００８１】そして、上記のような所定形状のウエハ及
びシートを準備したならば、それらを各孔を位置合わせ
しつつ接着する（同図（Ｄ））。この接着は、ガラスウ
エハ２０′，成形樹脂ウエハ３０′並びに異方性導電シ
ート４０′を導通用の孔を合わせながら重ねあわせ、加
圧及び加熱により異方性導電シート４０′を溶融軟化さ
せ、接触するガラスウエハ２０′及び成形樹脂ウエハ３
０′を接着一体化する。

【００８２】さらに、上記の工程を経て製造したガラス
ウエハ２０′の上にシリコンウエハ１０′を積層した状
態で陽極接合して一体化する（図１４（Ａ））。この
時、プラスの電位は接合面に相当するガラスウエハ２
０′の樹脂基板側に印加するようにすると、より強固な
接合が得られるので好ましい。その後、所定位置をダイ
シングすることにより、半導体素子として完成させる
（同図（Ｂ））。

【００８３】図１５は、本発明に係る半導体素子の第４
の実施の形態を示している。本形態では、半導体素子と
して、ＩＣ素子に適用した例を示している。同図に示す
ように、シリコンのＩＣ７０において図中の上面にシリ
コン基板１０からなる回路面で、その下面にシリコーン
樹脂からなる応力吸収層４０とＰＰＳなどの樹脂基板３
０が積層されている。そして、ＩＣ７０の電気的入出力
は側面の溝部４２の内周面にメタライズされたメタルパ
ターン４８を通して下面に導かれるようにしている。係
る溝部４２の内周面のメタルパターン４８により、半導
体ＩＣの電気信号を入出力することができる。そして、
図示省略するがこの溝部４２の内周面のメタルパターン
４８を用いてリフローはんだ付けを行うことで、一般の
電子部品と同様に表面実装ができる。さらに、温度特性
が良好となるのは、上記した各実施の形態と同様であ
る。

【００８４】また、上記構成の半導体素子の製造方法と
しては、例えば図１６に示すようなプロセスをとること
ができる。すなわち、まず一般のＩＣプロセスで製作さ
れたシリコンウエハ１０′を用意する（図１６
（Ａ））。そして、シリコンウエハ１０′の回路とは反
対の面に、スピンローターなどでシリコーン樹脂を前面
に塗布し、応力吸収層４０を形成する（同図（Ｂ））。
次いで、応力吸収層（シリコーン樹脂）４０の表面に、
ウエハ状のＰＰＳ板（樹脂基板３０）を張り合わせ、そ
の状態でシリコーン樹脂を加熱硬化させる。これによ
り、各ウエハが一体化される。

【００８５】次にシリコンウエハ１０′の回路面にマス
クを施し、電気的入出力用の孔が開けられるべき領域以
外の面に保護膜として酸化膜Ｍを付ける（同図
（Ｄ））。そして、超音波加工などで酸化膜Ｍにより覆
われていない露出部分に貫通孔４９を形成する（同図
（Ｅ））。次いで、貫通孔４９の内面を含む露出表面に
アルミなどのメタルパターン４８を成膜する（同図
（Ｆ））。その後、酸化膜Ｍを除去することによりリフ
トオフしてその酸化膜Ｍの上面に成膜されたメタルを除
去し、さらに切断ラインＬにてダイシングすることによ
り（同図（Ｇ））、素子として完成させる。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体素子
及びその実装構造では、回路基板への実装面側に樹脂基
板を設けたため、はんだ付けなどを行う場合であって
も、比較的厚みを薄くした熱容量の小さい樹脂基板の部
分で行えばよいので、回路基板にはんだ付けして実装す
る場合に、容易にはんだを溶融させることができるた
め、他の電子部品といっしょにリフロー処理によるはん
だ付けが可能となる。よって、作業性が向上する。さら
に、樹脂基板とガラス基板（或いは半導体基板）との間
の熱膨張係数の差に基づく応力が発生しようとしても、
樹脂基板側である程度吸収することができるので、やは
り半導体基板側まで応力が伝わるのを抑制することがで
きる。よって、温度特性も良好となる。

【００８７】また、請求項１などに代表されるガラス基
板を備えた半導体素子であっても、各基板の厚さを薄く
することができ、加工が容易となる。また、半導体基板
とガラス基板の熱膨張係数をほぼ等しくしておくことに
より、両基板の接合部分での温度変化に伴う歪みは発生
しない。

【００８８】また、樹脂基板とガラス基板の間に応力吸
収層を設けた場合には、温度変化に伴う樹脂基板とガラ
ス基板・半導体基板の変形率の相違を、応力吸収層で吸
収するため、結局各基板間の接合部分に応力が発生しな
い。よって、半導体素子の温度特性をさらに良好にする
ことができる。

【００８９】また、半導体素子を構成するガラス基板上
にＩＣ素子を設置した場合には、半導体基板等で構成さ
れる電気回路からＩＣ素子までの距離が短くなるので、
寄生容量や配線抵抗等のロス分を可及的に小さくできる
ので、特性が向上する。さらには、集積化に伴う小型化
も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体素子の第１の実施の形態を
示す一部破断斜視図である。

【図２】本発明に係る半導体素子の実装構造の一実施の
形態を示す一部破断斜視図である。

【図３】第１の実施の形態における半導体素子の製造プ
ロセスを説明する工程図（その１）である

【図４】第１の実施の形態における半導体素子の製造プ
ロセスを説明する工程図（その２）である

【図５】第１の実施の形態における半導体素子の製造プ
ロセスを説明する工程図（その３）である。

【図６】図２に示す半導体素子の実装構造の製造プロセ
スを説明する工程図である。

【図７】本発明に係る半導体素子の第２の実施の形態を
示す一部破断斜視図である。

【図８】第２の実施の形態における半導体素子の製造プ
ロセスを説明する工程図（その１）である。

【図９】第２の実施の形態における半導体素子の製造プ
ロセスを説明する工程図（その２）である。

【図１０】第２の実施の形態における半導体素子の製造
プロセスを説明する工程図（その３）である。

【図１１】本発明に係る半導体素子の第３の実施の形態
における半導体素子及びその実装構造を説明するための
図である。

【図１２】第３の実施の形態における半導体素子の製造
プロセスを説明する工程図（その１）である。

【図１３】第３の実施の形態における半導体素子の製造
プロセスを説明する工程図（その２）である。

【図１４】第３の実施の形態における半導体素子の製造
プロセスを説明する工程図（その３）である。

【図１５】本発明に係る半導体素子の第４の実施の形態
を示す斜視図である。

【図１６】第４の実施の形態における半導体素子の製造
プロセスを説明する工程図である。

【符号の説明】

１０半導体基板２０ガラス基板３０樹脂基板４０応力吸収層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板とガラス基板とを接合して一
体化するとともに、前記ガラス基板の前記半導体基板と
の非接合面に樹脂基板を直接または所定層を介して樹脂
基板が接合されてなり、かつ、前記半導体基板と前記ガラス基板の温度係数をほ
ぼ等しくするとともに、前記樹脂基板には、前記半導体
基板と前記ガラス基板の少なくとも一方に形成された電
気回路と導通するとともにその樹脂基板の底面側に至る
引出配線経路を設けたことを特徴とする半導体素子。
【請求項２】半導体ＩＣの回路面と反対の実装面側
に、直接または所定層を介して樹脂基板が接合され、前記樹脂基板には、前記半導体ＩＣ内の回路と導通する
とともにその樹脂基板の底面側に至る引出配線経路を設
けたことを特徴とする半導体素子。
【請求項３】前記ガラス基板を前記半導体基板よりも
大きく形成して、前記ガラス基板の接合面側に前記半導
体基板に被覆されない領域を形成し、前記領域上に配線パターンを形成するとともに、その配
線パターンに接続されるＩＣ素子を配置したことを特徴
とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項４】前記固定基板と前記樹脂基板の間に、前
記樹脂基板よりも弾性系数の小さい応力吸収層を介在さ
せたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の半導体素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の半
導体素子を、他の電子部品とともに、回路基板上に面実
装したことを特徴とする半導体素子の実装構造。