JPWO2011018973A1 - Ｍｅｍｓセンサパッケージ - Google Patents

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Abstract

駆動ＩＣと同一の実装面に搭載するＭＥＭＳセンサの性能を劣化させることがなく、高性能なＭＥＭＳセンサパッケージを得る。ＭＥＭＳセンサと該ＭＥＭＳセンサを駆動制御する駆動ＩＣとを所定のパッケージ材料からなる同一の実装面に接着固定してなるＭＥＭＳセンサパッケージにおいて、実装面にＭＥＭＳセンサ実装エリアと駆動ＩＣ実装エリアを設定し、駆動ＩＣ実装エリアのパッケージ材料上にダイアタッチメタライズ層を形成して、このダイアタッチメタライズ層上に駆動ＩＣを実装し、ＭＥＭＳセンサ実装エリアのパッケージ材料上にＭＥＭＳセンサを実装した。

Description

本発明は、ＭＥＭＳセンサと駆動ＩＣを同一の実装面に備えるＭＥＭＳセンサパッケージに関する。
近年では、加速度計、光通信、生物医学システムなど多くの技術分野で、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を利用したＭＥＭＳセンサが注目されている。
ＭＥＭＳセンサは、通常、該ＭＥＭＳセンサを駆動制御する駆動ＩＣと同一の実装面に実装された状態で樹脂材料により封止されてＭＥＭＳセンサパッケージとなり、このＭＥＭＳセンサパッケージの状態で回路基板に搭載される。従来のＭＥＭＳセンサパッケージは、ＭＥＭＳセンサと駆動ＩＣを実装面に直接接着固定するか、または、実装面を全面的にダイアタッチメタライズ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｍｅｔａｌｉｚｅｄ）加工し、このダイアタッチメタライズ層上にＭＥＭＳセンサと駆動ＩＣを接着固定していた。ダイアタッチメタライズ層を介してＭＥＭＳセンサまたはセンサ基板を接合する技術は、例えば特許文献１−３に記載されている。
特開昭６０−３７７５３号公報 特開平１−２０６２２８号公報 特開平４−２５７３６号公報
しかし、実装面がすべてダイアタッチメタライズ化されていると、駆動ＩＣはダイアタッチメタライズ層を介してグランド接地できることから外部ノイズの影響が及ばなくて好ましい反面、極微細加工された可動部を有しているＭＥＭＳセンサは、金属材料からなるダイアタッチメタライズ層がＭＥＭＳセンサに比べて線膨張率が極めて高いために、ＭＥＭＳセンサ実装時に生じるパッケージ側の熱歪応力を受けてセンサ性能が劣化してしまうことが判明した。逆に、ダイアタッチメタライズ層を備えず、ＭＥＭＳセンサと駆動ＩＣを実装面に直接接着固定した場合には、ＭＥＭＳセンサの性能劣化は少ないものの、駆動ＩＣが外部ノイズの影響を受けやすくなって好ましくない。
本発明は、駆動ＩＣと同一の実装面に搭載するＭＥＭＳセンサの性能を劣化させることがなく、高性能なＭＥＭＳセンサパッケージを得ることを目的とする。
本発明は、ダイアタッチメタライズ層を介して駆動ＩＣ実装エリアをグランドとすることで駆動ＩＣに対する外部ノイズの影響を低減すること、及び、ＭＥＭＳセンサ実装エリアにダイアタッチメタライズ層を設けないことでＭＥＭＳセンサにかかる熱歪応力を抑え、センサ性能の劣化を防止することに着目して完成されたものである。
すなわち、本発明は、ＭＥＭＳセンサと該ＭＥＭＳセンサを駆動制御する駆動ＩＣとを所定のパッケージ材料からなる同一の実装面に接着固定してなるＭＥＭＳセンサパッケージにおいて、実装面にＭＥＭＳセンサ実装エリアと駆動ＩＣ実装エリアを設定し、駆動ＩＣ実装エリアのパッケージ材料上にダイアタッチメタライズ層を形成し、このダイアタッチメタライズ層上に駆動ＩＣを実装し、ＭＥＭＳセンサ実装エリアのパッケージ材料上にＭＥＭＳセンサを実装したことを特徴としている。ダイアタッチメタライズ層は、駆動ＩＣに対する外部ノイズを低減するため、グランドに接続されていることが好ましい。パッケージ材料は、ＭＥＭＳセンサの基材と同等の線膨張率を有する材料とすることが好ましい。ここでＭＥＭＳセンサの基材と同等の線膨張率とは、ＭＥＭＳセンサの基材の線膨張率との差が５ｐｐｍ／℃以内であることをいう。特にパッケージ材料とＭＥＭＳセンサの基材を同一とすれば、ＭＥＭＳセンサとパッケージの線膨張率の差がなくなり、ＭＥＭＳセンサ実装時にＭＥＭＳセンサにかかる熱歪応力をより低減できる。
本発明によれば、駆動ＩＣ実装エリアのパッケージ材料上に形成したダイアタッチメタライズ層上に駆動ＩＣを実装し、ＭＥＭＳセンサ実装エリアのパッケージ材料上にＭＥＭＳセンサを実装したので、ダイアタッチメタライズ層を介して駆動ＩＣへの外部ノイズを低減でき、かつ、ＭＥＭＳセンサ実装時にＭＥＭＳセンサの受ける熱歪応力が抑えられてＭＥＭＳセンサの性能劣化を抑えられる。
本発明によるＭＥＭＳセンサパッケージの全体構成を本体部と蓋部材にわけて示す分解斜視図である。 同ＭＥＭＳセンサパッケージの本体部を上面側から見て示す平面図である。 図２のIII−III線に沿う断面図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 図２のV−V線に沿う断面図である。 ＭＥＭＳセンサ及び駆動ＩＣを実装する前の本体部を上面側から見て示す平面図である。
図１〜図６は、本発明によるＭＥＭＳセンサパッケージを示している。図１はＭＥＭＳセンサパッケージ１を示す分解斜視図、図２はＭＥＭＳセンサパッケージ１の本体部１０を上面側から見て示す平面図、図３は図２のIII−III線に沿う断面図、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図、図５は図２のV−V線に沿う断面図、図６はＭＥＭＳセンサ及び駆動ＩＣを実装する前の本体部１０'を上面側から見て示す平面図である。図１及び図２では封止樹脂を省略してある。
ＭＥＭＳセンサパッケージ１は、ＭＥＭＳセンサ２及びその駆動ＩＣ３を収納するための収納凹部１０ａを有する箱型の本体部１０と、この本体部１０の収納凹部１０ａを塞ぐ蓋部材２０とを有している。蓋部材２０は、その中央に本体部１０の内外を連通させる円形穴２１を有し、周縁部が全周に渡って本体部１０の上面に樹脂接着剤２２で接着固定されている。
本体部１０は、平面略正方形状の開口部１１ａを中央に有する最上層の第１基板１１と、この第１基板１１の開口部１１ａよりも縦横寸法の一方を小さくした平面略長方形状の開口部１２ａを中央に有する中間層の第２基板１２と、基板表面に巨視的な凹凸や反り、欠けのない平坦な最下層の第３基板１３とを積層して構成したものである。上記収納凹部１０ａは、第１基板１１の開口部１１ａと第２基板１２の開口部１２ａにより形成されていて、第３基板１３の収納凹部１０ａ（具体的には第２基板１２の開口部１２ａ）から露出する部分が、ＭＥＭＳセンサ２と駆動ＩＣ３の実装面１３ａとなっている。本体部１０は、本実施形態のように積層基板で構成しても、単一の基板に収納凹部１０ａを形成して構成してもよい。
実装面１３ａには、図６に示すように、ＭＥＭＳセンサ２の実装面形状に対応させた平面矩形状のＭＥＭＳセンサ実装エリアＳと、駆動ＩＣ３の実装面形状に対応させた平面矩形状の駆動ＩＣ実装エリアＩとがワイヤボンディング可能な程度に隣接して設けられている。この実装面１３ａにおいて、駆動ＩＣ実装エリアＩには、例えば金や銅からなるダイアタッチメタライズ層４が、該駆動ＩＣ実装エリアＩより若干大きめに形成されている。ダイアタッチメタライズ層４は、その一部４ａがグランド端子に接続される電極パッド５Ｇまで引き延ばされ、電極パッド５Ｇを介してグランドに接続されている。これに対し、ＭＥＭＳセンサ実装エリアＳには、ダイアタッチメタライズ層が形成されておらず、パッケージ材料である第３基板１３が露出している。図６では、ダイアタッチメタライズ層４と電極パッド５にエッチングを付して示した。
ＭＥＭＳセンサ２は、例えば圧力センサ、加速度センサ、角速度センサなど、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を利用して微細加工で形成したセンサ部品を一つの基材（シリコン基板、ガラス基板または有機材料など）の上に集積化したデバイスである。このＭＥＭＳセンサ２は、ＭＥＭＳセンサ実装エリアＳに露出している第３基板１３上に、例えばエポキシ系ダイボンド樹脂、シリコン系ダイボンド樹脂、フッ素系ダイボンド樹脂などの樹脂接着剤６で接着固定されている。
ＭＥＭＳセンサパッケージ１の本体部１０を構成する第１〜第３基板１１〜１３は、ＭＥＭＳセンサ２の基材とほぼ同等の線膨張率を有する材料、例えばセラミック基板、シリコン基板、高耐熱性ポリイミドフィルム等で構成されている。第１〜第３基板１１〜１３の線膨張率は、ＭＥＭＳセンサ２の基材の線膨張率と同一であることが理想的であるが、ＭＥＭＳセンサ２の基材の線膨張率との差が５ｐｐｍ／℃以内であることが好ましい。
駆動ＩＣ３は、ＭＥＭＳセンサ２０を駆動制御する半導体駆動制御回路である。この駆動ＩＣ３は、駆動ＩＣ実装エリアＩに形成したダイアタッチメタライズ層４の上に、導電性樹脂接着剤７で接着固定されている。導電性樹脂接着剤７は、例えば導電性フィラーを混入した、エポキシ系ダイボンド樹脂、ウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂等である。
第１基板１１の開口部１１ａに露出する第２基板１２上には、ＭＥＭＳセンサ２及び駆動ＩＣ３に接続する複数の電極パッド５が形成されている。ＭＥＭＳセンサ２、駆動ＩＣ３及び複数の電極パッド５は、それぞれＡｕワイヤー８により電気的に接続されている。これらワイヤボンディング部を含んでＭＥＭＳセンサ２と駆動ＩＣ３は、封止樹脂９により封止されている。封止樹脂９には、例えばエポキシ系ダイボンド樹脂が用いられている。
第３基板１３の実装面１３ａとは反対側の面（ＭＥＭＳセンサパッケージ背面）は、外部回路に実装されるＳＭＤ面１３ｂである。このＳＭＤ面１３ｂには、複数の外部接続用電極パッド（不図示）が形成されている。この複数の外部接続用電極パッドと収納凹部１１ａ内に設けた複数の電極パッド５は、第３基板１３の側面に設けた側面電極１３ｃ（図１）を介して導通接続している。
以上のＭＥＭＳセンサパッケージ１は、次のように製造する。
先ず、図６に示す本体部１０'の実装面１３ａに、ＭＥＭＳセンサ２及び駆動ＩＣ３を実装する。ＭＥＭＳセンサ２の実装は、ＭＥＭＳセンサ２の接着面またはＭＥＭＳセンサ実装エリアＳ上に例えばエポキシ系ダイボンド樹脂、シリコン系ダイボンド樹脂、フッ素系ダイボンド樹脂などからなる樹脂接着剤６を塗布し、ＭＥＭＳセンサ２をＭＥＭＳセンサ実装エリアＳに接着固定することで行う。この接着固定時には加熱により樹脂接着剤６を硬化させるが、ＭＥＭＳセンサ２の基材とＭＥＭＳセンサ実装エリアＳに露出している第３基板１３との線膨張率の差は小さいので、ＭＥＭＳセンサ２及び第３基板１３に熱歪みが生じてもＭＥＭＳセンサ２が第３基板１３から受ける熱歪応力は小さく、ＭＥＭＳセンサ２の性能に悪影響を与えずに済む。一方、駆動ＩＣ３の実装は、駆動ＩＣ３の接着面または駆動ＩＣセンサエリアＩに形成したダイアタッチメタライズ層４上に導電性接着樹脂７を塗布し、駆動ＩＣ３を駆動駆動ＩＣ実装エリアＩに接着固定することで行う。導電性接着樹脂７には、例えば導電性フィラーを混入したエポキシ系ダイボンド樹脂などを用いる。ダイアタッチメタライズ層４はその一部４ａが延長されてグランド端子に接続する電極パッド５Ｇに接続されているので、駆動ＩＣ３に対する外部ノイズはダイアタッチメタライズ層４を介してグランドに流れ、駆動ＩＣ３へのノイズの影響を軽減できる。ＭＥＭＳセンサ２と駆動ＩＣ３の実装は順不同である。
次に、ＭＥＭＳセンサ２と駆動ＩＣ３をワイヤボンディングにより接続し、さらに、ＭＥＭＳセンサ２及び駆動ＩＣ３の電極パッドと本体部１０側の電極パッド５をワイヤボンディングにより接続する。続いて、本体部１０の収納凹部１０ａに例えばエポキシ系ダイボンド樹脂からなる封止樹脂９を充填し、ワイヤボンディング部を含めてＭＥＭＳセンサ２及び駆動ＩＣ３を封止する。そして、本体部１０の上面に、封止樹脂９で充填した収納凹部１０ａを塞ぐようにして蓋部材２０を接着固定する。
以上により、図１〜図４に示されるＭＥＭＳセンサパッケージ１が完成する。完成後のＭＥＭＳセンサパッケージ１は、第３基板１３の背面に設けた外部接続用電極パッドを介して、外部回路に実装可能となっている。
以上のように本実施形態では、ＭＥＭＳセンサ実装エリアＳにはダイアタッチメタライズ層が形成されておらず、第３基板１３上にＭＥＭＳセンサ２が接着固定されることから、ＭＥＭＳセンサ２の接着固定時に該ＭＥＭＳセンサ２及び第３基板１３に熱歪みが生じてもＭＥＭＳセンサ２が第３基板１３から受ける熱歪応力は小さく、ＭＥＭＳセンサ２の性能を劣化させずに済む。そして、駆動ＩＣ３を接着固定した駆動ＩＣ実装エリアＩにはダイアタッチメタライズ層４を形成したので、このダイアタッチメタライズ層４を介して駆動ＩＣ３に対する外部ノイズを除去できる。これにより、同一の実装面１３ａにＭＥＭＳセンサ２と駆動ＩＣ３を設けても、高性能なＭＥＭＳセンサパッケージ１を実現できた。
本願発明は、駆動ＩＣと同一の実装面に搭載される構造のＭＥＭＳセンサパッケージに適用可能である。
１ ＭＥＭＳセンサパッケージ
２ ＭＥＭＳセンサ
３ 駆動ＩＣ
４ ダイアタッチメタライズ層
５ 電極パッド
６ 樹脂接着剤
７ 導電性樹脂接着剤
８ Ａｕワイヤー
９ 封止樹脂
１０ 本体部
１１ 第１基板
１１ａ 開口部
１２ 第２基板
１２ａ 開口部
１３ 第３基板
１３ａ 実装面
１３ｂ ＳＭＤ面
１３ｃ 側面電極
Ｉ 駆動ＩＣ実装エリア
Ｓ ＭＥＭＳセンサ実装エリア

Claims (3)

  1. ＭＥＭＳセンサと該ＭＥＭＳセンサを駆動制御する駆動ＩＣとを所定のパッケージ材料からなる同一の実装面に接着固定してなるＭＥＭＳセンサパッケージにおいて、
    前記実装面に、ＭＥＭＳセンサ実装エリアと駆動ＩＣ実装エリアを設定し、
    駆動ＩＣ実装エリアのパッケージ材料上にダイアタッチメタライズ層を形成し、
    このダイアタッチメタライズ層上に前記駆動ＩＣを実装し、ＭＥＭＳセンサ実装エリアのパッケージ材料上に前記ＭＥＭＳセンサを実装したことを特徴とするＭＥＭＳセンサパッケージ。
  2. 請求の範囲第１項に記載のＭＥＭＳセンサパッケージにおいて、前記ダイアタッチメタライズ層はグランドに接続されているＭＥＭＳセンサパッケージ。
  3. 請求の範囲第１項または第２項に記載のＭＥＭＳセンサパッケージにおいて、前記パッケージ材料は前記ＭＥＭＳセンサの基材と同等の線膨張率を有する材料であるＭＥＭＳセンサパッケージ。
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