KR100487038B1 - 반도체 디바이스 - Google Patents

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KR100487038B1
KR100487038B1 KR10-2002-0042503A KR20020042503A KR100487038B1 KR 100487038 B1 KR100487038 B1 KR 100487038B1 KR 20020042503 A KR20020042503 A KR 20020042503A KR 100487038 B1 KR100487038 B1 KR 100487038B1
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semiconductor
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오타니히로시
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

외부의 노이즈의 영향을 받기 어렵고, 신뢰성이 높은 반도체 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 반도체 디바이스는, 반도체로 형성되고, 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 회로가 형성되고, 이 회로와 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판을 구비하고 있다. 그리고, 기판의 전위는 일정한 값으로 고정되어 있다.

Description

반도체 디바이스{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 가속도 센서, 각가속도 센서, 정전 액추에이터 등에 사용되는 반도체 마이크로 디바이스에 관한 것이다.
도 7은 종래의 반도체 마이크로 디바이스(70)의 구조를 나타낸 단면도이다. 반도체 마이크로 디바이스(70)는, 소정의 기능, 동작을 실행하도록 패키지화되어 있다. 반도체 마이크로 디바이스(70)는, 패키지의 내부의 다이패드(13) 위에, 2종류의 칩을 구비하고 있다. 구체적으로는, 칩은, 칩 기판(74)에 설치된 마이크로 구조체 칩(71), 및, 특정용도를 위한 IC 칩(이하, 「ASIC」(Application Specific Integrated Circuit)이라 한다)(72)이다. 이들 칩은, 반도체 마이크로 디바이스(70)의 사용목적에 따라 적절히 선택된다. 마이크로 구조체 칩(71)과 칩 기판(74)과는 전기적으로 접속되어 있다. 칩 기판(74)과 ASIC(72)은, 본딩 와이어(75)에 의해 접속되어 있다. 더구나, ASIC(72)은, 본딩 와이어(76)에 의해, 리드(17)와도 접속되어 있다. 리드(17)가 패키지 외부의 회로 등과 접속되는 것에 의해, 마이크로 구조체 칩(71) 및 ASIC(72)에 전력이 공급되고, 그것에 의해 이들 칩은 동작이 가능하게 된다. 이때, 다이패드(13)와 칩 기판(74), 및 다이패드(13)와 ASIC(72)은 수지층(78)을 개재하여 고정되어 있다.
종래에, 진동, 가속도 등을 검출하는 센서로서, 반도체 마이크로 머시닝 기술을 사용한 용량형 관성력 센서가 알려져 있다. 도 8은 용량형 관성력 센서에 이용되는 마이크로 구조체 칩(80)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 8a는 마이크로 구조체 칩(80)의 평면도이고, 도 8b는 마이크로 구조체 칩(80)의 단면도이다.
마이크로 구조체 칩(80)은, 실리콘 기판(81) 위에 얹혀진 전극(82, 83)에 의해 형성된 커패시터의 정전용량을 검출한다. 전극 82는, 기판(81)에 대해 고정된 고정 전극이다. 한편, 전극 83은 관성력에 따라, 기판(81)에 대해 이동가능한 가동 전극이다. 가동 전극(83)은 한 개의 구조체로서 형성되고, 빔(84)에 의해 실리콘 기판 상에 지지되어 있다. 전극 83은, 전극 82에 대해 이동가능하기 때문에, 가속도에 따라 전극 83의 위치가 변하고, 이에 따라 전극 82, 83 사이의 거리, 즉 커패시터의 정전용량이 변화한다. 커패시터의 정전용량 변화를 검출하는 것에 의해, 부착된 물체의 가속도를 얻을 수 있다.
정전용량의 변화는, 매우 미소하기 때문에(예를 들면, 1pF), 마이크로 구조체 칩(80)은, 정전기, 전파 등의 외부의 노이즈의 영향을 받기 쉽다. 따라서, 종래의 마이크로 구조체(80)를 사용한 반도체 마이크로 디바이스(가속도 센서)는 신뢰성이 낮다.
본 발명의 목적은, 외부의 노이즈의 영향을 받기 어렵고, 신뢰성이 높은 반도체 마이크로 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스는, 반도체로 형성되고, 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 회로가 형성되고, 이 회로와 상기 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판을 구비한 반도체 디바이스에 있어서, 상기 기판의 전위가 일정한 값으로 고정되어 있다. 이것에 의해 상기 목적이 달성된다.
상기 일정한 전위는, 접지전위라도 된다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스는, 반도체로 형성되고, 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 회로가 형성되고, 이 회로와 상기 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판과, 상기 기판이 도전성 재료로 고착된 다이패드를 구비한 반도체 디바이스에 있어서, 상기 다이패드의 전위가 일정한 값으로 고정되어 있다. 이것에 의해 상기 목적이 달성된다.
상기 도전성 재료는, 도전성 수지라도 된다.
상기 도전성 재료는, 도전성 금속이라도 된다.
도전성 재료로 상기 다이패드가 고착되고, 상기 신호출력칩으로부터 출력된 신호를 처리하는 신호처리칩을 더 구비하며, 이 신호처리칩에 접지전위를 제공하는 것에 의해, 상기 다이패드 및 상기 기판의 전위를 일정한 접지전위로 고정하여도 된다.
상기 도전성 재료는, 도전성 수지라도 된다.
상기 도전성 재료는, 도전성 금속이라도 된다.
상기 다이패드는, 이 반도체 디바이스가 실장 기판에 실장되는 측을 기준으로 하여, 상기 신호출력칩, 기판 및 신호처리칩보다도 떨어진 위치에 배치되어 있어도 된다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스는, 반도체로 형성되고, 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 회로가 형성되고, 이 회로와 상기 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판과, 상기 신호출력칩으로부터 출력된 신호를 처리하는 신호처리칩과, 신호처리칩의 표면에 형성되고, 도전성을 갖는 도전층으로서, 상기 기판이 도전성 재료로 고착된 도전층을 구비한 반도체 디바이스에 있어서, 상기 도전층의 전위를 일정한 값으로 고정하는 것에 의해, 상기 칩이 기판과 접하는 면의 전위를 상기 일정한 값으로 고정한다. 이것에 의해 상기 목적이 달성된다.
신호출력칩은, 신호출력칩 기판 상에 형성되어 있고, 신호출력칩 기판의 이면은 금속층이 설치되어 있어도 된다.
(실시예)
이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
도 1은, 실시예 1에 따른 반도체 마이크로 디바이스(10)의 구성을 나타낸 단면도이다. 반도체 마이크로 디바이스(10)는, 소정의 기능, 동작을 실현하도록 패키지화되어 있으며, 예를 들면 가속도 센서로서의 기능을 한다.
도 1a를 참조하면, 반도체 마이크로 디바이스(10)는, 패키지의 내부의 다이패드(13) 상에, 2종류의 칩을 구비하고 있다. 구체적으로는, 칩은, 마이크로 구조체가 설치되고, 칩 기판(14)에 놓인 마이크로 구조체 칩(11), 및 특정용도를 위한 신호처리회로용 IC 칩(이하, 「ASIC」(Application Specific IC)라 한다)(12)이다. 예를 들면, 반도체 마이크로 디바이스(10)가, 가속도 센서일 때, 마이크로 구조체 칩(11)은 가속도 센서 칩으로, 검출된 신호를 출력한다. 한쪽의 ASIC(12)은, 반도체 마이크로 디바이스(10)로부터 출력된 신호를 처리하여, 가속도를 나타내는 검출신호를 반도체 마이크로 디바이스(10) 패키지 외부로 출력한다. 이때, 반도체 마이크로 디바이스(10)는, 가속도 센서에 한정되지 않고, 그 내부의 칩은, 반도체 마이크로 디바이스(10)의 사용목적에 따라 적절히 선택된다. 본 발명은, 실리콘 기판 상에 마이크로 구조체 칩(11)을 형성하는, 표면 마이크로 머시닝에 의한 반도체 마이크로 디바이스(10)를 제공한다.
칩 기판(14)에는, 소정의 전기회로가 형성되고, 전기회로와 마이크로 구조체 칩(11)과는 전기적으로 접속되어 있다. 칩 기판(14)은, 실리콘으로 형성되어 있다. 마이크로 구조체 칩(11)은, 도 8a에 나타낸 가동부(가동 전극(83))와 고정부(고정된 검출 전극(82))를 칩 기판(14) 위에 구비하고 있다. 다시 도 1을 참조하면, 칩 기판(14)과 ASIC(12)은, 본딩 와이어(15)에 의해 접속되어 있다. 더구나, ASIC(12)은, 본딩 와이어(16)에 의해, 리드(17)와도 접속되어 있다. 리드(17)는, 정확하게는 패키지 내부는 인너리드, 패키지 외부는 외부 리드로 언급된다. 리드(17)가 패키지 외부의 전원회로 등과 접속되는 것에 의해, 마이크로 구조체 칩(11) 및 ASIC(12)에 전력이 공급되고, 그것에 의해 이들 칩은 동작이 가능해진다.
실시예 1의 특징은, 외부의 노이즈의 영향을 받기 쉽고, 그것의 노이즈를 제거해야 하는 구성요소를 일정한 전위(예를 들면, 접지전위)로 고정하는 것에 있다. 정전기, 전파장해 등의 외란을 배제할 수 있기 때문이다. 이하, 구체예로 설명한다.
다이패드(13)와 칩 기판(14), 및 다이패드(13)와 ASIC(12)은, 본딩재(18)에 의해 고착(다이본드)되어 있다. 본딩재(18)는, 예를 들면, 은 에폭시 수지 등의 도전성 수지, 또는, 땜납, Au-Si 공정(共晶) 등의 도전성 금속이다. 본딩재(18)로 도전성 재료를 사용하는 것에 의해, ASIC(12), 칩 기판(14) 및 다이패드(13)는, 동일한 전위로 유지할 수 있다.
여기서, 칩 기판(14)의 전위를 일정한 전위로 고정한 경우를 생각한다. 예를 들면, 칩 기판(14)을 고정된 전위를 제공하는 단자(기준 접지전위를 제공하는 GND 단자, 또는 정전압원의 단자(모두 미도시))에 접속한 경우이다. 이 단자는, 예를 들면 반도체 마이크로 디바이스(10)가 설치되는 기판 상의 단자이다. 일반적으로, ASIC(12)의 내부회로는, 본딩 와이어(16), 리드(17)에 의해 외부회로와 접속되어 있다. 이 외부회로에는, 전술한 기판 상의 GND 단자도 포함된다. 이 때문에, ASIC(12)의 내부 회로와 도통하고 있는 ASIC(12)의 이면은 접지전위가 된다. 칩 기판(14)이 ASIC(12)의 이면과 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 칩 기판(14)도 또한 접지전위가 된다. 전술한 것과 같이, ASIC(12), 칩 기판(14) 및 다이패드(13)는, 동일한 전위로 유지되기 때문에, ASIC(12), 칩 기판(14) 및 다이패드(13)의 대전을 방지할 수 있다. 이것은, 칩 기판(14) 및 마이크로 구조체 칩(11) 뿐만 아니라, 반도체 마이크로 디바이스(10)로부터 정전위, 전파장해 등의 외란을 배제할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 칩 기판(14)의 전위를 일정한 전위로 고정하는 것에 의해, 정전위, 전파장해 등의 외란의 영향을 받지 않는 고성능이면서 신뢰성이 높은 제품을 실현할 수 있다.
이때, 칩 기판(14)의 전위로 일정한 전위로 고정하였지만, 말할 필요도 없이, 다이패드(13), 또는 ASIC(12)을 일정한 전위로 고정하여도 된다. 다이패드(13)를 일정한 전위로 고정하는 경우에는, 도면에 나타낸 것과 같이, ASIC(12), 본딩 와이어(16)를 거쳐, 다이패드(13)를 일정한 전위를 제공하는 외부 리드, 즉 리드(17)의 패키지 외부 부분에 접속한다. 또는, 다이패드(13)를 인너리드(17)에 직접 접속하고, 다시 외부 리드에 접속한다. 도 2 및 도 3은 직접 접속한 예를 나타낸다. 구체적으로는, 도 2는 다이패드(13)와 인너리드(17)를 본딩 와이어(26)로 접속된 반도체 마이크로 디바이스(20)를 나타낸 평면도이다. 도 3은, 다이패드(13)에 접속된 인너리드(36)를 갖는 반도체 마이크로 디바이스(30)를 나타낸 평면도이다. 이것에 의해, 전술한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 도 1b에 나타낸 것과 같이, 칩 기판, 및/또는 ASIC이 형성된 기판의 이면에, 금속층(19)을 설치하여도 된다. 금속층(19)을 설치하는 것에 의해, 더욱 확실하게 기판의 전위를 고정할 수 있다. 이 금속층은, 예를 들면, Au 및 Ti-Ni-Au의 스퍼터링법, 또는 증착법에 의해 형성할 수 있다. 칩 기판의 전위를 일정한 전위로 고정하는 경우에는, 칩 기판의 이면에 금속층을 설치하고, ASIC의 이면을 일정한 전위로 고정하는 경우에는, ASIC의 이면에 금속층을 설치하는 쪽이 바람직하다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 마이크로 구조체 칩(11)과 ASIC(12)의 배치가 실시예 1과 다른 반도체 마이크로 디바이스를 설명한다.
도 4는, 실시예 2에 따른 반도체 마이크로 디바이스(40)의 구성을 나타낸 단면도이다. 반도체 마이크로 디바이스(40)는, 신호처리 회로용 ASIC의 위에, 마이크로 구조체를 형성한 칩을 배치한 스택 구조의 디바이스이다. 보다 구체적으로는, 최하부의 다이패드(43) 위에, 순서대로, 본딩재(41), ASIC(12), 도전층(42), 본딩재(41), 칩 기판(44) 및 마이크로 구조체 칩(11)이 적층되어 있다. 본딩재(41)는, 실시예 1의 본딩재(18)와 마찬가지로, 은 에폭시 수지 등의 도전성 수지, 또는 땜납, Au-Si 공정 등의 도전성 금속이다. ASIC(12)과 칩 기판(44), 및 ASIC(12)과 리드(17)의 접속은, 각각 본딩 와이어(15, 16)에 의해 확보된다.
실시예 1에서는, 칩 기판(14)의 전위를 일정한 전위로 고정한 경우를 고려하였지만, 실시예 2에서는, ASIC(12)의 표면 영역에 설치된 도전층(42)을 일정한 전위로 고정한 경우를 고려한다. 이때, 본딩재(41)가 도전성인 것, 및 칩 기판(44)은 본딩재(41) 및 마이크로 구조체 칩(11)과 전기적으로 접속되어 있는 것으로부터, 마이크로 구조체 칩(11) 이면의 전위도 그 전위로 고정된다. 이것에 의해, 실시예 1과 동일한 효과, 즉 정전기, 전파장해 등의 외란의 영향을 받지 않는 고성능이면서도 신뢰성이 높은 제품을 실현할 수 있다.
이때, ASIC(12), 칩 기판(44) 및 마이크로 구조체 칩(11)의 위치 관계는, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 5는, 실시예 2에 따른 또 다른 반도체 마이크로 디바이스(50)의 구성을 나타낸 단면도이다. 반도체 마이크로 디바이스 50과, 반도체 마이크로 디바이스 40(도 4)과의 차이점은, ASIC(12)의 위치와, 칩 기판(54) 및 마이크로 구조체 칩(11)의 위치가 바뀐 것, 및 도전층(42)(도 4)이 없어진 것이다.
반도체 마이크로 디바이스(50)에 있어서, 마이크로 구조체 칩(11)의 표면의 전위를 칩 기판(54)과 동 전위(예를 들면, GND)로 하고, ASIC(12)의 기판의 전위도 동일한 값으로 하는 것에 의해, 전술한 효과를 얻을 수 있다.
이때, 실시예 1에 있어서 도 1b를 참조하여 설명한 것과 같이, 칩 기판, 및/또는 ASIC이 형성된 기판의 이면에 금속층을 설치하여도 된다. 금속층을 설치하는 것에 의해, 보다 확실하게 기판의 전위를 고정할 수 있다.
(실시예 3)
실시예 3은, 마이크로 구조체 칩(11)과 ASIC(12)의 배치가 실시예 1 및 2와 다른 반도체 마이크로 디바이스를 설명한다.
도 6은, 실시예 3에 따른 반도체 마이크로 디바이스(60)의 구성을 나타낸 단면도이다. 반도체 마이크로 디바이스 60은, 반도체 마이크로 디바이스 10(도 1)의 패키지를 상하 반전시켜 구성되어 있다. 이 결과, 외부 리드(17)는, 반도체 마이크로 디바이스 10(도 1)의 외부 리드(17)와는 거꾸로 구부러져 있다. 이것에 의해, 반도체 마이크로 디바이스(60)가, 실장기판에 실장되는 측을 기준으로 하여, 마이크로 구조체 칩(11), 칩 기판(64) 및 ASIC(12)보다도 떨어진 위치에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 반도체 마이크로 디바이스(60) 내부에는, 최상부가 다이패드(63)이고, 그것의 아래에, 순서대로 본딩재(61), 칩 기판(64), 마이크로 구조체 칩(11)이 설치되어 있다. 본딩재(61)의 아래에는, ASIC(12)이 설치되어 있다. ASIC(12)과 칩 기판(44), 및 ASIC(12)과 인너리드(17)와의 접속은, 각각 본딩 와이어(15, 16)에 의해 확보된다.
이와 같이, 다이패드(63)를 최상부에 배치하는 것에 이해, 다이패드(63)에 전파장해 등의 외란을 차단하는 실드 효과를 갖게 할 수 있다. 또한, 칩 기판(64)의 반도체 마이크로 디바이스(11)와의 대향면에 도전성 패턴(GND 패턴(69))을 설치하고, 칩 기판(64)의 전위를 일정한 전위(예를 들면, GND 전위)로 하는 것에 의해, 외란의 영향이 더욱 차단되는 고성능의 제품이 얻어진다.
이때, 실시예 1에 있어서 도 1b를 참조하여 설명한 것과 같이, 칩 기판, 및/또는 ASIC이 형성된 기판의 이면에, 금속층을 설치하여도 된다. 금속층을 설치하는 것에 의해, 더욱 확실하게 기판의 전위를 고정할 수 있다.
본 발명에서는, 신호출력칩이 놓인 기판의 전위를 일정한 전위(접지전위)로 고정한다. 이것에 의해, 기판 및 신호출력칩의 대전을 방지할 수 있어, 정전기, 전파장해 등의 외란의 영향을 받지 않는 고성능이면서 신뢰성이 높은 제품을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 기판이 도전성 재료(예를 들면, 도전성의 수지, 도전성의 금속)로 고착된 다이패드를 설치하고, 다이패드의 전위를 일정한 전위로 한다. 이것에 의해, 도전성 재료를 거쳐 기판 및 신호출력칩의 대전을 방지할 수 있어, 정전기, 전파장해 등의 외란의 영향을 받지 않은 고성능이면서도 신뢰성이 높은 제품을 실현할 수 있다.
더구나, 본 발명에서는, 도전성 재료(예를 들면, 도전성 수지, 도전성 금속)로 다이패드에 고착되고, 신호출력칩으로부터 출력된 신호를 처리하는 신호처리칩을 설치하여, 신호처리칩에 접지전위를 제공한다. 이것에 의해, 도전성 재료를 거쳐 기판 및 신호출력칩의 대전을 방지할 수 있어, 정전기, 전파장해 등의 외란의 영향을 받지 않은 고성능이면서도 신뢰성이 높은 제품을 실현할 수 있다.
본 발명에서는, 반도체 디바이스가 실장기판에 실장된 측을 기준으로 하여, 다이패드를 가장 떨어진 위치(최상부)에 배치하는 것에 의해, 다이패드에 전파장해 등의 외란을 차단하는 실드 효과를 갖도록 할 수 있다.
본 발명에서는, 신호처리칩의 표면에 형성되고, 도전성을 갖는 도전층으로서, 기판이 도전성 재료로 고착된 도전층의 전위를 일정한 값으로 고정한다. 이 결과, 신호처리칩이 기판과 접하는 면의 전위를 상기 일정한 값으로 고정하게 된다. 이것에 의해, 기판 및 신호출력칩의 대전을 방지할 수 있어, 정전기, 전파장해 등의 외란의 영향을 받지 않은 고성능이면서도 신뢰성이 높은 제품을 실현할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 반도체 마이크로 디바이스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 다이패드와 인너리드를 본딩 와이어로 접속한 반도체 마이크로 디바이스를 나타낸 평면도이다.
도 3은 다이패드에 접속된 인너리드를 갖는 반도체 마이크로 디바이스를 나타낸 평면도이다.
도 4는 실시예 2에 따른 반도체 마이크로 디바이스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시예 2에 또 다른 반도체 마이크로 디바이스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시예 3에 따른 반도체 마이크로 디바이스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 종래의 반도체 마이크로 디바이스의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 8은 용량형 관성력 센서에서 사용되는 마이크로 구조체 칩의 구성을 나타낸 도면으로, 도 8a는 마이크로 구조체 칩의 평면도이고, 도 8b는 마이크로 구조체 칩의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 반도체 마이크로 디바이스 11: 마이크로 구조체 칩
12: ASIC 13: 다이패드
14: 칩 기판 15, 16: 와이어
17: 리드 18: 본딩재
19: 금속층

Claims (3)

  1. 반도체로 형성되고 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 한쪽 면상으로 회로가 형성되고 그 회로와 상기 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판을 구비한 반도체 디바이스에 있어서,
    상기 기판의 다른쪽 면에는 도전성 재료가 설치되고,
    상기 기판이 고정전위를 주는 도전체에 상기 도전성 재료를 통하여 접속되는 것에 의하여, 그 기판의 전위가 일정한 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  2. 반도체로 형성되고 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 한쪽 면상으로 회로가 형성되고 그 회로와 상기 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판과, 상기 기판이 도전성 재료로 고착된 다이패드를 구비한 반도체 디바이스에 있어서,
    상기 다이패드가 고정전위를 주는 도전체에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는 것에 의하여, 그 다이패드의 전위가 일정한 값으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
  3. 반도체로 형성되고 소정의 신호를 출력하는 신호출력칩과, 한쪽 면상으로 회로가 형성되고 그 회로와 상기 신호출력칩이 전기적으로 접속된 기판과, 상기 신호출력칩으로부터 출력된 신호를 처리하는 신호처리칩과, 상기 신호처리칩의 표면에 형성되고 도전성을 갖는 도전층으로서 상기 기판이 도전성 재료로 고착된 도전층을 구비한 반도체 디바이스에 있어서,
    상기 도전층이 고정전위를 주는 도전체에 접속되는 것에 의하여, 상기 신호출력칩이 기판과 접하는 면의 전위가 그 일정한 값으로 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스.
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