KR20050120578A - 반도체 가속도 센서 장치 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

반도체 가속도 센서 장치 및 그것을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

다이 패드상에 고정된 가속도 센서 칩의 웨이트부가 낮은 탄성의 점착성 수지 부재로 코팅되더라도, 웨이트부는 외부 가속도에 의해 쉽게 변위된다. 따라서, 가속도가 정확하게 검출될 수 있다. 또한, 통상의 수지 패키지와 동일한 장기간의 신뢰도는, 가속도 감지를 위해 사용되지 않은 가속도 센서 장치의 부분들이 수지 부재로 밀봉되기 때문에 보장된다.

Description

반도체 가속도 센서 장치 및 그것을 제조하는 방법{SEMICONDUCTOR ACCELERATION SENSOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
1. 발명의 분야
본 발명은 수지 봉인된 패키지를 이용하는 반도체 가속도 센서 장치 및 이 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 MEMS (마이크로 일렉트로 메카니칼 시스템) 또는 MCP (멀티 칩 패키지) 를 이용하는 장치에 관한 것이다. MCP는 MEMS 및 반도체 회로칩이 함께 탑재된 패키지이다.
2. 관련 기술의 설명
최근, 전자 장치의 감소된 사이즈 및 두께로 인해, 센서 또는 전자 기계 부품 등의 제조를 마이크로미터 사이즈에서 가능하게 하는 MEMS 기술에 대해 관심이 집중되고 있다.
첨부된 도면의 도 8A 내지 8C는 종래의 MEMS 패키지를 이용하는 반도체 가속도 센서 장치의 구성의 실시예의 단면도를 도시한다. 도 8A는 싱글-칩형 장치를 도시하고, 도 8B는 멀티-칩형 (스택형) 장치를 도시하고, 도 8C는 멀티-칩형 (횡단-탑재된 형태) 장치를 도시한다.
일반적으로, 홀로 (hollow) 세라믹 패키지가 반도체 가속도 센서 장치를 패키징하는데 사용된다. 예를 들어, 도 8A에 도시한 싱글-칩형 장치에서, 가속도 센서 칩 (10) 이 홀로 세라믹 패키지 (20) 에 수용된다. 가속도 센서 칩 (10) 은 반도체 제고 공정에 기초하여 형성된다. 웨이트부 (11) 는 실리콘 칩의 벌크 부분의 중앙 영역에서 에칭을 통해 형성된다. 4개의 빔부 (12) 가 칩의 표면상에서 웨이트부 (11) 를 지지하기 위해 크로스 형상으로 형성된다. 스페이스 (13) 가 웨이트부 (11) 와 주변의 실리콘 사이에 형성된다. 칩이 가속도에 영향을 받을 때, 빔부 (12) 가 변형된다. 빔부 (12) (도면에 도시 생략) 상에 형성된 압전 소자가 응력을 검출하고, 그것에 의해 가속도가 얻어진다 (계산된다). 빔부 (12) 가 허용값 보다 큰 응력에 영향을 받는 경우에, 빔부 (12) 는 파괴 한계를 넘는 스트레인으로 인해 손상된다. 따라서, 소정의 범위 내에서 변위를 억제하기 위해 가속도 센서 칩 (10) 의 상부 표면측상의 빔부 (12) 상과 가속도 센서 칩 (10) 의 하부 표면측상의 웨이트부 (11) 아래에 각각 스토퍼 (stopper) 가 제공된다.
가속도 센서 칩 (10) 은 세라믹 패키지 (20) 의 세라믹 헤더 (21) 상에 고정된다. 금속의 얇은 와이어인 와이어 (15) 가 가속도 센서 칩 (10) 의 전극 패드와 세라믹 헤더 (21) 의 포스트 섹션을 접속시킨다. 세라믹 패키지 (20) 의 세라믹 캡 (22) 은 세라믹 헤더 (21) 상에 고정되고, 가속도 센서 칩 (10) 을 커버한다.
홀로 세라믹 패키지 (20) 가 가속도 센서 장치를 패키지하기 위해 사용되는 이유는, 웨이트부 (11) 가 가속될 때 드래그에 의해 손상되지 않도록 세라믹 캡 (22) 내의 스페이스 (23) 가 진공하에서 유지되거나 가스로 채워질 때 장치의 민감도 및 반복 가능성이 증가되기 때문이다. 스페이스 (13) 가 점도 탄성이 안정한 동안 오일 또는 겔로 채워질 때, 웨이트부 (11) 상에서 작용하는 드래그는 오일 또는 겔의 특성을 튜닝함으로써 상쇄될 수 있다.
일본 특허 공보 제 10-170380 호에 개시된 반도체 압력 센서 장치는 오일 또는 겔로 채워진 반도체 압력 센서 칩 내에서 스페이스를 갖는 장치의 예로서 공지되어 있다. 이러한 반도체 압력 센서 장치에서, 반도체 압력 센서 칩의 표면은 반도체 압력 센서 칩이 오염물질로부터 보호되도록 탄성 수지로 코팅된다.
도 8B에 도시한 스택형 장치에서, 반도체 회로 칩 (16) 은 세라믹 헤더 (21) 상에 고정된다. 반도체 회로 칩 (16) 은 가속도 센서 칩 (10) 에 의해 검출된 응력의 검출 결과의 신호-프로세싱을 수행하여 검출 신호를 생성한다. 와이어 (17) 는 반도체 회로 칩 (16) 의 전극 패드와 세라믹 헤더 (21) 의 포스트 섹션을 접속한다. 가속도 센서 칩 (10) 이 반도체 회로 칩 (16) 상에 고정된다. 와이어 (15) 는 가속도 센서 칩 (10) 의 전극 패드와 반도체 회로 칩 (16) 의 전극 패드를 접속한다.
도 8C에 도시한 횡단-탑재된 형태의 장치에서, 반도체 센서 칩 (10) 및 반도체 회로 칩 (16) 은 세라믹 헤더 (21) 상에 고정된다. 가속도 센서 칩 (10) 및 반도체 회로 칩 (16) 은 세라믹 캡 (22) 으로 커버되고, 밀폐된다.
종래의 세라믹 패키지 (20) 를 이용하는 반도체 가속도 센서 장치는 아래와 같은 문제점 (1) 내지 (3) 을 갖는다.
(1) 도 8A 내지 8C에 도시한 세라믹 패키지 (20) 의 제조 비용은, 제조에 사용되는 고가의 부품으로 인해 높아진다. 또한, 세라믹 헤더 (21) 및 세라믹 캡 (22) 은 낮은 용융점의 유리 또는 땜납으로 밀폐될 필요가 있다. 밀봉처리는 360 ℃ (낮은 용융점의 유리에 관하여 400 ℃ 이상) 이상의 온도에서의 고온 프로세싱을 요구하고, 이것은 도 8B 및 8C에 도시한 바와 같이 가속도 센서 칩 (10) 과 함께 패키지되는 반도체 회로 칩 (16) 의 특성의 변화를 발생시킨다.
(2) MCP에 관하여, 도 8B에 도시한 바와 같은 스택형 장치에서, 가속도 센서 칩 (10) 이 유기 재료로 반도체 회로 칩 (16) 상에 접착될 때, 세라믹 헤더 (21) 및 세라믹 캡 (22) 은 제조 프로세스의 편의를 위해 수지 밀봉 (접착) 될 필요가 있다. 이러한 수지 밀봉처리는 긴 기간의 서비스 수명 테스트에서 내습성에서 문제점을 초래한다. 한편, 도 8C에 도시한 가로-탑재형 장치에서, 패키지 (20) 는 충분한 패키지 밀도를 갖기에는 너무 커진다.
(3) 상기 문제점 (1) 및 (2) 를 해결하기 위해, 일본 특허 공개 10-170380 호의 기술을 이용하여, 세라믹 패키지 (20) 대신에 수지를 사용하여 칩(들) 을 밀봉할 수 있다. 도 8C에 도시한 바와 같이, 일본 특허 공개 제 10-170380 호에 개시한 장치는 기판상에서 가로로 압력 센서 칩과 반도체 회로 칩을 탑재한다. 외부로 노출된 리세스 (즉, 칩 탑재부) 를 갖는 수지 패키지는 수지 밀봉되는 반도체 회로 칩 전체와 몰딩된다. 압력 센서 칩은 리세스에 고정되고 외부 응력을 검출하기 위해 외부에 노출되어 유지된다. 압력 센서 칩을 외부 오염물질로부터 보호하기 위해, 압력 센서 칩의 표면은 압력 전달을 방해하지 않는 탄성 보호 수지로 코팅된다.
그러나, 도 8C에 도시한 반도체 회로 칩 (16) 전체가 수지 밀봉되고 가속도 센서 칩 (10) 의 표면이 일본 특허 공개 제 10-170380 호의 상기 기술을 사용하여 탄성 수지로 코팅되더라도, 가속도 센서 칩 (10) 의 주위에는 내습의 문제점이 남아 있다. 따라서, 상기 문제점 (1) 및 (2) 를 극복하기는 여전히 어렵다.
본 발명의 일 목적은 장기간의 신뢰도를 유지하면서 저가이고 대량 생산에 우수한 반도체 가속도 센서 장치를 제공하고, 또한 이러한 반도체 가속도 센서 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 반도체 가속도 센서 장치는 겔 재료로 MEMS 칩의 내부를 채우고 겔 재료로 MEMS 칩을 코팅함으로써 저가의 수지 패키징을 MEMS 칩에 제공하는 것을 통해 제공된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 가속도 센서 칩, 탄성 제 1 수지 부재, 및 제 2 수지 부재를 갖는 반도체 가속도 센서 장치가 제공된다. 가속도 센서 칩은 웨이트부, 지지부, 페디스털부, 및 응력 검출 소자를 갖는다. 지지부는 웨이트부에 접속된 하나의 종단으로 웨이트부를 플렉시블하게 지지한다. 페디스털부는 거기에 접속된 지지부의 대향하는 종단으로 웨이트부를 둘러싼다. 응력 검출 소자는 가속도로 인해 지지부에서 초래되는 변형으로부터 응력을 검출한다. 제 1 수지 부재는 웨이트부와 지지부를 코팅한다. 제 2 수지 부재는 제 1 수지 부재 및 가속도 센서 칩을 밀봉한다.
가속도 센서 칩의 웨이트부가 탄성 제 1 수지 부재로 코팅되더라도, 외부 가속도에 의해 쉽게 변위된다. 따라서, 가속도가 정확성을 가지고 검출될 수 있다. 또한, 통상의 수지 패키지와 동일한 장기간의 신뢰도가, 가속도 감지를 위해 사용되지 않은 가속도 센서 장치의 부분들이 제 2 수지 부재로 밀봉되기 때문에 보장된다. 따라서, 종래의 장치에 비교하여, 저가이고 더 높은 대량 생산성의 장치가 예상될 수 있다.
이러한 반도체 가속도 센서 장치를 제조하는 방법은, 제 1 수지 부재를 페디스탈부로 주입하여 제 1 수지 부재로 지지부와 웨이트부를 코팅하는 단계, 및 제 2 수지 부재로 제 1 수지 부재과 가속도 센서 칩을 밀봉하는 단계를 포함한다.
이러한 방법에 따르면, 장기간의 신뢰도가 우수한 반도체 가속도 장치가 비교적 단순한 프로세스를 통해 저가로 대량 생산될 수 있다.
반도체 가속도 센서 장치는 가속도 센서 칩에 부착된 리드 (lid) 부, 제 2 수지 부재로부터 외부로 연장하는 도전부를 갖는 기판, 기판의 도전부에 전기적으로 접속되고 기판상에 탑재된 반도체 회로 칩, 및 반도체 회로 칩상에 제공되고 가속도 센서 칩에 전기적으로 접속된 범프를 더 구비할 수 있다. 가속도 센서 칩은 범프상에 탑재된다. 가속도 센서 칩은 제 1 수지 부재를 통해 반도체 회로 칩에 접속될 수도 있다.
가속도 센서 칩이 반도체 회로 칩상에 배열되기 때문에, 패키지 사이즈의 감소가 반도체 가속도 센서 장치에 의해 달성될 수 있다.
이러한 반도체 가속도 센서 장치를 제조하는 방법은, 기판상에 반도체 회로 칩을 고정하고, 반도체 회로 칩에 기판의 도전부를 전기적으로 접속시키는 단계; 반도체 회로 칩상에 제공된 범프상에 페디스탈부를 고정함으로써 범프에 응력 검출 소자를 전기적으로 접속시키는 단계; 제 1 수지 부재를 페디스탈부에 주입함으로써 제 1 수지 부재를 사용하여 페디스탈부와 반도체 회로 칩 사이의 갭을 채우는 단계; 및 리드부로 페디스탈부를 차단 (폐쇄) 하고, 제 2 수지 부재를 사용하여 제 1 수지 부재, 가속도 센서 칩, 리드부, 및 기판의 도전부 이외의 부분을 밀봉하는 단계를 포함한다.
이러한 제조 방법에 따르면, 장기간의 신뢰도가 우수한 반도체 가속도 센서 장치가 단순한 제조 프로세스를 통해 저가로 대량 생산될 수 있다.
반도체 가속도 센서 장치는 다이 패드 (die pad) 및 관통 홀을 포함할 수도 있다. 다이 패드는 제 1 영역 및 제 2 영역을 갖고, 또한, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는다. 제 2 영역은 제 1 영역을 둘러싼다. 가속도 센서 칩의 페디스탈부는 제 2 영역상에 탑재된다. 관통 홀은 다이 패드의 제 1 영역의 하부 표면을 통해 다이 패드의 제 1 영역의 상부 표면으로부터 형성된다.
이러한 반도체 가속도 센서 장치를 제조하는 방법은, 다이 패드의 상부 표면의 제 2 영역상에 페디스탈부를 고정하는 단계; 다이 패드의 관통 홀을 통해 페디스탈로 제 1 수지 부재를 주입함으로써 제 1 수지 부재를 사용하여 지지부와 웨이트부를 커버링하는 단계; 및 제 2 수지 부재를 사용하여 제 1 수지 부재, 가속도 센서 칩, 및 다이 패드를 밀봉하는 단계를 포함한다.
제 1 실시형태
도 1A 내지 1F를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 QFN 패키지형 반도체 가속도 센서 장치를 설명한다.
반도체 가속도 센서 장치 (30) 는 리드 (lead) 프레임 (40) 상에 탑재된다. 리드 프레임 (40) 은 직사각형 지지판인 다이 패드 (41) 를 갖는다. 다이 패드 (41) 의 중앙부를 차지하는 제 1 영역에서 제 1 관통 홀 (41a) 이 형성된다. 복수의 리드 (42) 의 4개의 도전부 (예를 들어, 포스트 섹션) (42a) 가 다이 패드 (41) 주위에 제공된다. 다이 패드 (41) 의 하부 표면상에 관통 홀 (41a) 을 폐쇄하기 위해 리드부 (lid part : 43) 가 고정된다. 다이 패드 (41) 의 상부 표면의 중앙부를 차지하는 제 1 영역을 둘러싸는 다이 패드의 제 2 영역에 외부 가속도를 검출하는 가속도 센서 칩 (50) 이 고정된다.
가속도 센서 칩 (50) 은 페디스탈부 (예를 들어, 실리콘 칩 또는 반도체 칩) (51) 를 갖는다. 실리콘 칩 (51) 의 중앙 영역에 반도체 제조 프로세스에 기초한 에칭을 통해 웨이트부 (52) 가 형성된다. 웨이트부 (52) 를 지지하기 위해, 4개의 지지부 (예를 들어, 빔부) (53) 가 크로스 형상으로 실리콘 칩 (51) 의 상부 표면상에 형성된다. 스페이스 (54) 가 웨이트부 (52) 와 둘러싸고 있는 실리콘 사이에 형성된다. 스페이스 (54) 는 실리콘 칩 (51) 의 상부 표면상에 형성된 제 2의 관통 홀 (55) 과 통해 있다. 4개의 빔부 (53) 각각상에 응력 검출 소자 (예를 들어, 압전 소자) (56) 가 제공된다. 빔부 (53) 가 가속도로 인한 응력에 영향을 받을 때, 빔부는 변형되고, 압전 소자 (56) 의 전기 저항이 변화된다. 전기 저항의 이러한 변화로부터, 압전 소자 (56) 는 응력을 검출한다. 이들 압전 소자 (56) 는 실리콘 칩 (51) 의 상부 표면상에 제공된 복수의 전극 패드 (57) 에 전기적으로 접속된다. 전극 패드 (57) 는 와이어 (58) 에 의해 포스트 섹션 (42a) 의 상부 표면에 접속된다. 포스트 섹션 (42a) 은 하부 표면 (제 1 표면) 과 하부 표면 (제 2 표면) 을 갖는다.
가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 는 점착성의 제 1 수지 부재 (61) 로 채워진다. 또한, 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상에 형성된 빔부 (53) 는 수지 부재 (61) 로 코팅된다. 예를 들어, 점착성의 제 1 수지 부재 (61) 는 먼저 점성 액체이고 그 후 가열 (대략 150 ℃에서) 함으로써 점착성 수지로 바뀌는 실리콘 수지이다. (예를 들어, 수지는 대략 1 X 10-2Mpa (= 1 X 10-3kg/mm2 ) 의 탄성 계수 및 대략 2Paㆍs의 점성을 갖는다.) 수지 부재 (61) 로 코팅되는 가속도 센서 칩 (50), 및 와이어 (58) 의 접속 포인트는 에폭시 수지, 실리콘 수지, 또는 페널 수지와 같은 열경화성의 제 2 수지 부재 (62) 에서 캡슐화된다.
가속도 센서 칩 (50) 이 허용 가능한 값 보다 큰 가속도를 받는 경우에, 빔부 (53) 가 파괴 한계 이상의 스트레인으로 인해 파괴된다. 따라서, 소정의 범위 이내에서 변위를 억제하기 위해 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면측상의 빔부 (53) 상부에 및 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면측상의 웨이트부 (52) 하부에 각각 스토퍼를 제공하는 것이 바람직하다. 제 1 실시형태에서, 빔부 (53) 의 상부 표면은 그 사이에 점착성 수지 부재 (61) 의 개재에 의해, 고체 상태로 변화하는 수지 부재 (62) 로 코팅된다. 여기서, 수지 부재 (62) 는 스토퍼로서 기능한다. 유사하게, 웨이트부 (52) 의 하측에는 또한 스토퍼로서 작용하는 다이 패드 (41) 의 제 1 영역이 제공된다. 수직 방향에서 웨이트부 (52) 의 짧음으로 인해 다이 패드 (41) 가 스토퍼로서 충분히 기능하지 못할 때, 관통 홀을 갖는 스페이서가 다이 패드 (41) 상에 사전에 배치될 수도 있어서, 스페이서가 스토퍼로서 기능한다.
반도체 가속도 센서 장치가 가속도를 받을 때, 웨이트부 (52) 가 이동한다. 웨이트부 (52) 가 점착성 수지 부재 (61) 로 코팅되었지만, 점착성 수지 부재 (61) 가 낮은 탄성을 갖고 (즉, 수지가 고체 상태에서 높은 탄성을 갖고 액체 상태에서는 낮은 탄성을 갖는다) 가속도와 같은 순간적으로 인가된 힘에 대해서는 낮은 유동 저항을 갖기 때문에, 웨이트부 (52) 가 쉽게 변위된다. (수지 부재 (61) 의 점성은 저속에서 인가된 힘 (예를 들어, 압력) 에 대해 큰 영향을 갖는다.) 따라서, 웨이트부 (52) 를 지지하는 빔부 (53) 가 외부 가속도의 힘에 의해 변형되고, 압전 소자 (56) 의 전기 저항이 변화된다. 그것에 의해, 빔부 (53) 상에서 작용하는 응력이 검출된다. 검출된 응력은 와이어 (58) 를 통해 전극 패드 (57) 로부터 포스트 섹션 (42a) 으로 공급된다. 가속도와 변위 (응력) 사이의 관계가 반도체 회로 또는 포스트 섹션 (42a) 의 하부 표면에 접속된 다른 장치에 사전에 저장된 경우에 가속도가 정확하게 얻어질 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태는 아래와 같은 (1) 내지 (4) 의 이점을 갖는다.
(1) 가속도 센서 칩 (50) 의 웨이트부 (52) 및 빔부 (53) 가 낮은 탄성의 점착성 수지 부재 (61) 로 코팅되었지만, 이들은 외부적으로 인가된 가속도에 의해 쉽게 변위된다. 따라서, 정확한 가속도가 검출될 수 있다. 또한, 가속도 감지를 위해 사용되지 않은 가속도 센서 장치의 이들 부분이 수지 부재 (62) 로 밀봉되기 때문에, 통상의 수지 패키지와 동일한 장기간의 신뢰도가 보장된다. 따라서, 종래의 가속도 센서 장치에 비교하여, 저가이고 높은 대량 생산성의 장치가 기대될 수 있다.
(2) 가속도 센서 칩 (50) 상부의 수지 부재 (62) 및 가속도 센서 칩 (50) 하부의 다이 패드 (41) 가 웨이트부 (52) 및 빔부 (53) 의 수직 변위를 억제하여, 수직 변위를 억제하기 위한 스토퍼의 개별적인 제공에 대한 필요성을 제거하기 때문에, 가속도 센서 장치는 단순한 구조를 가질 수 있다. 웨이트부 (52) 의 짧음으로 인해 다이 패드 (41) 가 스토퍼로서 충분히 기능하지 못할 때, 관통 홀을 갖는 스페이서가 다이 패드 (41) 상에 사전에 배치되어서 스페이서가 스토퍼로서 기능한다.
(3) 수지 부재 (61) 가 다이 패드 (41) 의 관통 홀 (41a) 로 누출하지 않는 스페이서 (54) 를 채우는 점착성 수지 부재 (61) 의 점도를 적절히 제어함으로써, 리드부 (43) 를 제공할 필요성을 제거할 수 있다. 이것은 가속도 센서 장치의 구조를 더 단순하게 할 수 있다.
(4) 도 1이 QFN 패키지형 장치를 도시하지만, 본 발명의 제 1 실시형태는 통상의 수지 패키지에 적용될 수 있다.
제 2 실시형태
도 2A 내지 2D는 도 1에 도시한 반도체 가속도 센서 장치 (30) 를 제조하는 제조 단계의 시리즈를 도시한다.
반도체 가속도 센서 장치 (30) 는 예를 들어, 아래의 단계 (1) 내지 (4) 를 통해 제조된다.
(1) 도 2A의 단계
도 1의 가속도 센서 칩 (50) 은 사전에 제조된다. 가속도 센서 칩 (50) 을 리드 (lead) 프레임 (40) 의 다이 패드 (41) 상에 위치시킨다. 다이 패드 (41) 를 리드 (42) 를 통해 복수의 다른 다이 패드 (41) 에 연결한다. 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면을 접착제 등을 이용하여 다이 패드 (41) 의 상부 표면에 다이-접합 (고정) 한다. 다이 패드 (41) 가 웨이트부 (52) 의 짧음으로 인해 스토포로서 충분하게 기능하지 않을 때, 관통 홀을 갖는 스페이서가 다이 패드 (41) 상에 사전에 위치될 수도 있어서, 스페이서가 스토퍼로서 기능한다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 전극 패드 (57) 가 와이어 (58) 에 의해 리드 프레임 (40) 의 각각의 포스트 섹션 (42a) 에 접합 (접속) 된 이후에, 리드 프레임 (40) 은 도 2A 에 도시한 바와 같이 상하가 바뀐다.
(2) 도 2B의 단계
다이 패드 (41) 의 중앙부에 제공된 관통 홀 (41a) 을 통해 수지 주입용 니들 (needle : 63) 이 위치된다. 그 후, 니들 (63) 로부터, 점성 액체 수지 (예를 들어, 열경화성 실리콘과 같은) (61a) 가 관통 홀 (41a) 로 주입된다. 관통 홀 (41a) 로 주입된 수지 (61a) 는 반도체 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 를 채우고, 관통 홀 (55) 을 통해 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 빔부 (53) 를 코팅한다.
(3) 도 2C의 단계
가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 가 수지 (61a) 로 채워지고 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 빔부 (53) 가 수지 (61a) 로 코팅된 이후에, 리드 (lid) 부 (43) 가 다이 패드 (41) 에서 관통 홀 (41a) 을 통해 고정된다. 액체 수지 (61a) 는 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 경화된다.
(4) 도 2D의 단계
리드 프레임 (40) 을 원래 위치로 상하를 바꾼다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 빔부 (53) 를 커버하는 수지 부재 (61) 의 두께가 충분하지 않을 때, 액체 수지 (61a) 가 필요한 만큼 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면으로부터 공급된다. 액체 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 경화되어 빔부 (53) 상의 코팅의 형성을 완료한다.
그 후, 통상의 수지 패키지와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 은 트랜스퍼 몰딩과 같은 방법에 의해 수지 부재 (62) 로 캡슐화되고, 리드 (42) 의 절단과 같은 리드 프로세싱 및 포스트 섹션 (42a) 의 도금과 같은 표면 처리가 수행된다. 따라서, 도 1의 반도체 가속도 센서 장치 (30) 의 제조가 완료된다.
본 발명의 제 2 실시형태는 아래와 같은 (1) 내지 (3) 의 이점을 갖는다.
(1) 가속도 센서 칩 (50) 의 웨이트부 (52) 및 빔부 (53) 가 점착성 수지 부재 (61) 로 커버된 이후에 가속도 센서 칩 (50) 이 수지 부재 (62) 로 밀봉되기 때문에, 장기간의 신뢰도가 뛰어난 반도체 가속도 센서 장치 (30) 가 비교적 단순한 프로세스를 통해 저가로 대량 생산될 수 있다.
(2) 수지 부재 (61) 가 다이 패드 (41) 의 관통 홀 (41a) 로 누설하지 않는 스페이스 (54) 를 채우는 점착성 수지 부재 (61) 의 점도를 적절히 제어함으로써, 리드부 (43) 를 제공할 필요성을 제거할 수 있다. 이것은 제조 프로세스를 더 단순하게 할 수 있다.
(3) 열경화성의 실리콘 수지 등이 점성 액체 수지 (61a) 로서 사용되더라도, 비열경화성 실리콘 수지 등이 사용될 수도 있다. 이러한 경우에, 비열경화성 실리콘 수지는 소정의 열 처리 대신에 점착성 상태로 경화하도록 소정의 기간 동안 방치된다. 또한, 수지 (61a) 로서 처음부터 점착성인 수지가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 도 2B에 도시한 단계에서 가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 를 채울 때, 관통 홀 (55) 을 통해 주입되는 수지로 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 빔부 (53) 를 완전하게 코팅하는 것이 어려워진다. 따라서, 도 2C에 도시한 단계에서 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면으로부터 수지 (61a) 를 추가로 공급하는 것이 필요하다.
제 3 실시형태
도 3A 내지 3D는 도 1에 도시한 반도체 가속도 센서 장치 (30) 를 제조하기 위한 제조 단계의 또 다른 시리즈를 도시한다. 이 방법은 제 2 실시형태의 방법과 유사하다. 반도체 가속도 센서 장치 (30) 는 예를 들어, 아래의 단계 (1) 내지 (4) 를 통해 제조된다.
(1) 도 3A의 단계
도 2A에 도시한 바와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 은 리드 프레임 (40) 의 다이 패드 (41) 상에 다이-접합된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 전극 패드 (57) 가 와이어 (58) 에 의해 리드 프레임 (40) 의 포스트 섹션 (42a) 에 접합된 이후에, 리드 프레임 (40) 은 도 3A에 도시한 바와 같이 상하가 바뀐다.
(2) 도 3B의 단계
수지 주입용 니들 (63) 이 다이 패드 (41) 의 중앙부에 제공되는 관통 홀 (41a) 상에 위치된다. 그 후, 니들 (63) 로부터, 점성 액체 수지 (예를 들어, 열경화성 실리콘 수지와 같은) (61a) 가 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면을 코팅하는데 충분한 양 만큼만 관통 홀 (41a) 을 통해 주입된다. 관통 홀 (41a) 로 주입된 수지 (61a) 는 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 빔부 (53) 를 커버하기 위해 가속도 센서 칩 (50) 의 관통 홀 (55) 을 통해 흐른다. 그 후, 빔부 (53) 를 커버하는 수지 (61a) 는 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 상태로 변화한다.
(3) 도 3C의 단계
다시, 액체 수지 (61a) 가 가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 를 채우기 위해 다이 패드 (41) 의 관통 홀 (41a) 로부터 주입된다. 그 후, 리드부 (43) 가 다이 패드 (41) 의 관통 홀 (41a) 을 통해 고정된다. 스페이스 (54) 내의 수지 (61a) 가 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 상태로 변화한다. 따라서, 가속도 센서 칩 (50) 의 웨이트부 (52) 및 빔부 (53) 는 점착성 수지 부재 (61) 로 코팅된다.
(4) 도 3D의 단계
리드 프레임 (40) 이 처음 위치로 역으로 상하가 바뀐 이후에, 통상의 수지 패키지와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 은 트랜스퍼 몰딩과 같은 방법에 의해 수지 부재 (62) 로 캡슐화되고, 리드 (42) 의 절단과 같은 리드 프로세싱 및 포스트 섹션 (42a) 의 도금과 같은 표면 처리가 수행된다. 따라서, 도 1의 반도체 가속도 센서 장치 (30) 의 제조가 완료된다.
본 발명의 제 3 실시형태는 아래와 같은 이점 (1) 및 (2) 를 갖는다.
(1) 수지 (61a) 의 주입은 2개의 단계에서 수행된다. 제 1 단계에서, 가속도 센서 칩 (50) 의 빔부 (53) 가 점착성 수지 부재 (61) 로 코팅된다. 제 2 단계에서, 웨이트부 (52) 가 점착성 수지 부재 (61) 로 커버된다. 따라서, 제 1 단계 및 제 2 단계에서의 수지 (61a) 의 주입은 상하가 바뀐 리드 프레임 (40) 으로 연속적으로 수행될 수 있다. 따라서, 수지 부재 (61) 와의 코팅 형성이 효율적으로 실시될 수 있다.
(2) 수지 부재 (61) 가 다이 패드 (41) 의 관통 홀 (41a) 로 누설하지 않는 스페이스 (54) 를 채우는 점착성 수지 부재 (61) 의 점성을 적절히 제어함으로써, 리드부 (43) 를 제공할 필요성을 제거할 수 있다. 이것은 제조 프로세스를 더 단순하게 할 수 있다. 이러한 이점은 제 2 실시형태의 이점과 유사하다.
제 4 실시형태
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 SON (Small Outline Nonlead) 패키지형 반도체 가속도 센서 장치의 횡단면도이다. 도 1에 도시한 제 1 실시형태와 공통인 구성 요소는 동일하거나 유사한 참조 부호로 나타낸다.
반도체 가속도 센서 장치 (30A) 는 기판 (예를 들어, 배선 기판) (70) 상에 탑재된다. 배선 기판 (70) 은 상부 표면에 복수의 포스트 섹션 (71) 및 하부 표면에 복수의 도전부 (72) 를 갖는다. 포스트 섹션 (71) 및 도전부 (72) 는 도면에는 도시하지 않은 관통 홀 등에 의해 접속된다. 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 상에는 도 1에 도시한 바와 유사한 가속도 센서 칩 (50) 이 플립-칩 접합된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상에 제공된 복수의 전극 패드 (57) 상에는 전극 패드 (57) 에 전기적으로 접속된 범프 (59) 가 각각 형성된다. 이들 범프 (59) 는 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 상에 접합되어서, 가속도 센서 칩 (50) 을 배선 기판 (70) 에 전기적 및 기계적으로 접속시킨다.
가속도 센서 칩 (50) 내의 스페이스 (54) 는 점착성 실리콘 수지와 같은 수지 부재 (61) 로 채워지고, 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 배선 기판 (70) 의 하부 표면 사이의 갭 또한 점착성 수지 부재 (61) 로 채워진다. 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면상에는 리드부 (44) 가 고정된다. 리드부 (44) 는 스페이스 (54) 를 차단한다. 가속도 센서 칩 (50) 은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 또는 페놀 수지와 같은 열경화성 수지 부재 (62) 에서 캡슐화된다.
제 4 실시형태에서, 배선 기판 (70) 은 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상의 빔부 (53) 에 대하여 하부 스토퍼로서 기능하고, 리드부 (44) 는 가속도 센서 칩 (50) 의 웨이트부 (52) 에 대하여 상부 스토퍼로서 기능한다. 리드부 (44) 가 수직 방향에서 웨이트부 (52) 의 짧음으로 인해 스토퍼로서 충분히 기능하지 못할 때, 돌출부가 리드부 (44) 의 중앙부에서 드로잉 프로세스 등에 의해 형성될 수도 있어서, 돌출부가 가속도 센서 칩 (50) 으로 연장한다. 또 다른 방법으로는, 스페이서가 리드부 (44) 의 상부 표면 (가속도 센서 칩 (50) 에 고정되는 표면) 에 부착될 수도 있어서, 스페이서가 스토퍼로서 기능한다.
전술한 구조를 갖는 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 는 제 1 실시형태의 장치와 거의 동일한 방식으로 동작한다. 장치가 외부 가속도를 받을 때, 웨이트부 (52) 가 이동한다. 웨이트부 (52) 주위의 점착성 수지 부재 (61) 의 낮은 탄성으로 인해, 웨이트부 (52) 가 쉽게 변위된다. 빔부재 (53) 상의 압전 소자 (56) 가 변위를 검출한다. 압전 소자 (56) 에 의해 검출된 결과는 전극 패드 (57) 및 범프 (59) 를 통해 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 으로 전달되고 도전부 (72) 로부터 출력된다. 가속도와 변위 (응력) 사이의 관계가 배선 기판 (70) 에 접속된 반도체 회로 또는 다른 장치에 사전에 저장된 경우에 가속도가 정확하게 얻어질 수 있다.
제 4 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 는 예를 들어, 아래의 단계 (a) 내지 (c) 를 통해 제조된다.
(a) 제 1 단계
사전에 제조된 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면이 배선 기판 (70) 상에 제공된 포스트 섹션 (71) 상에 위치된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상에 형성된 범프 (59) 가 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 상에 플립-칩 접합된다.
(b) 제 2 단계
점성 액체 수지 (예를 들어, 열경화성 실리콘 수지와 같은) (61a) 가 가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 로 주입된다. 수지 (61a) 는 빔부 (53) 를 코팅하기 위해 관통 홀 (55) 을 통해 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 배선 기판 (70) 의 상부 표면 사이의 갭을 채우고, 또한, 스페이스 (54) 를 채운다. 그 후, 리드부 (44) 가 스페이스 (54) 를 차단하기 위해 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면상에 고정된다. 액체 수지 (61a) 는 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 수지부 (61) 로 경화된다.
(c) 제 3 단계
통상의 수지 패키지와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 은 트랜스퍼 몰딩과 같은 방법에 의해 수지 부재 (62) 에서 캡슐화되고 도 4의 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 의 제조가 완료된다.
본 발명의 제 4 실시형태는 아래와 같은 (1) 내지 (5) 의 이점을 갖는다.
(1) 제 1 실시형태와 유사하게, 가속도 센서 칩 (50) 의 웨이트부 (52) 가 낮은 탄성의 점착성 수지 부재 (61) 로 코팅되더라도, 외부 가속도에 의해 쉽게 변위된다. 따라서, 가속도가 정확하게 검출될 수 있다. 또한, 가속도 감지를 위해 사용되지 않은 가속도 센서 장치의 부분들이 수지 부재 (62) 로 밀봉되기 때문에, 통상의 수지 패키지와 동일한 장기간 신뢰도가 보장된다.
(2) 가속도 센서 칩 (50) 상의 리드부 (44) 와 가속도 센서 칩 (50) 아래의 배선 기판 (70) 이 웨이트부 (52) 와 빔부 (53) 의 수직 변위를 억제하여, 수직 변위를 억제하기 위해 스토퍼를 개별적으로 제공할 필요성을 제거하기 때문에, 단순한 구조의 가속도 센서 장치가 얻어질 수 있다. 리드부 (44) 가 웨이트부 (52) 의 짧음으로 인해 스토퍼로서 충분히 기능하지 못할 때, 돌출부가 리드부 (44) 의 중앙부에 형성될 수도 있어서, 돌출부가 가속도 센서 칩 (50) 으로 연장한다. 또 다른 방법으로는, 스페이서가 리드부 (44) 의 상부 표면 (가속도 센서 칩 (50) 에 고정되는 표면) 에 부착될 수도 있어서, 스페이서가 스토퍼로서 기능한다.
(3) 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 는 아래의 순서를 통해 제조되고, 먼저, 가속도 센서 칩 (50) 이 배선 기판 (70) 상에서 플립-칩 접합되고; 그 후, 가속도 센서 칩 (50) 내의 스페이스 (54), 및 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 배선 기판 (70) 의 상부 표면 사이의 갭이 점착성 수지 부재 (61) 로 채워지며, 그 후에, 가속도 센서 칩 (50) 은 수지 부재 (62) 로 밀봉된다. 따라서, 제 1 실시형태의 장치와 비교하여, 패키지 사이즈가 감소될 수 있다. 또한, 제조 프로세스가 더 단순화될 수 있다. 따라서, 장기간의 신뢰도가 뛰어난 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 가 저가로 대량 생산될 수 있다.
(4) 또 다른 방법으로는, 도 3B 및 3C와 유사한 제조 단계가 도 4에 도시한 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 를 제조하기 위해 채용될 수도 있다. 상기 경우에, 액체 수지 (61a) 의 주입은 2개 단계에서 수행된다. 제 1 단계에서, 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 배선 기판 (70) 의 상부 표면 사이의 갭은 수지 (61a) 로 채워지고, 그 후, 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 변화된다. 제 2 단계에서, 스페이스 (54) 는 액체 수지 (61a) 로 채워지고, 그 후, 액체 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 변화된다.
(5) 도 4가 SON 패키지형 장치를 도시하지만, 본 발명의 제 4 실시형태는 통상의 수지 패키지에 적용될 수 있다.
제 5 실시형태
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 또 다른 SON 패키지형 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 의 횡단면도이다. 도 4에 도시한 제 4 실시형태와 공통인 구조적 요소는 동일하거나 유사한 참조 부호로 나타낸다.
도 4의 점착성 수지 부재 (61) 의 점성 특성이 제어 (즉, 점성이 변화된다) 되기 때문에, 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 는 리드부 (44) 를 필요로 하지 않는다. 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 는 리드부 (44) 를 제외하고는 도 4의 제 4 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 와 동일하다.
전술한 구조를 갖는 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 는 제 4 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치와 거의 동일한 방식으로 동작한다. 반도체 가속도 센서 장치가 외부적으로 가속될 때, 웨이트부 (52) 가 이동된다. 웨이트부 (52) 주위의 점착성 수지 부재 (61) 의 낮은 탄성으로 인해, 웨이트부 (52) 가 쉽게 변위된다. 빔부 (53) 상의 압전 소자 (56) 가 변위를 검출한다. 웨이트부 (52) 가 가속도로 인해 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면을 향해 (도 5에서 상방향) 변위될 때, 스토퍼로서 작용하는 고체 상태 수지 부재 (62) 는 가속도 센서 칩 (50) 이 손상되는 것을 방지한다.
제 5 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 는 예를 들어, 아래의 단계 (a) 내지 (c) 를 통해 제조된다.
(a) 제 1 단계
가속도 센서 칩 (50) 이 배선 기판 (70) 상의 포스트 섹션 (71) 에 위치된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상에 형성된 범프 (59) 가 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션상에 플립-칩 접합된다.
(b) 제 2 단계
점성 액체 수지 (예를 들어, 상대적으로 큰 점성을 갖는 열경화성 실리콘 수지와 같은) (61a) 가 가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 로 주입된다. 수지 (61a) 는 빔부 (53) 를 코팅하기 위해 관통 홀 (55) 을 통해 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 배선 기판 (70) 의 상부 표면 사이의 갭을 채우고, 또한, 스페이스 (54) 를 채운다. 그 후, 액체 수지 (61a) 는 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 경화된다.
(c) 제 3 단계
통상의 수지 패키지와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 은 트랜스퍼 몰딩과 같은 방법에 의해 수지 부재 (62) 에서 캡슐화된다. 따라서, 도 5의 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 의 제조가 완료된다.
본 발명의 제 5 실시형태는 제 4 실시형태의 (1), 및 (3) 내지 (5) 와 거의 동일한 이점에 더하여 이점 (ⅰ) 및 (ⅱ) 를 갖는다.
(ⅰ) 점착성 수지 부재 (61) 의 점성 특성이 제어 (즉, 점성이 변화된다) 되어서, 수지 부재 (61) 가 가속도 센서 칩 (50) 을 둘러싸는 영역으로 누설하지 않음으로써, 리드부 (44) 의 필요성을 제거한다. 이것은 제 4 실시형태와 비교하여 가속도 센서 장치의 구조 및 가속도 센서 장치의 제조 프로세스를 더 단순화한다. 따라서, 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 가 저가로 제공될 수 있다.
(ⅱ) 가속도 센서 칩 (50) 상의 수지 부재 (62) 와 가속도 센서 칩 (50) 아래의 배선 기판 (70) 은 웨이트부 (52) 및 빔부 (53) 의 수직 변위를 억제하여, 수직 변위를 억제하기 위해 스토퍼를 개별적으로 제공할 필요성을 제거한다. 따라서, 가속도 센서 장치가 더 단순한 구조를 가질 수 있다.
제 6 실시형태
도 6은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 MCP형 반도체 가속도 센서 장치 (30C) 의 횡단면도이다. 도 4에 도시한 제 4 실시형태와 공통인 구조적 요소는 동일하거나 유사한 부호로 나타낸다.
반도체 가속도 센서 장치 (30C) 는 예를 들어, 도 4에 도시한 반도체 가속도 센서 장치 (30A) 내에서 반도체 회로 칩 (80) 을 갖는 MCP형 장치이다. 반도체 회로 칩 (80) 은 반도체 가속도 센서 칩 (50) 상에 적층되고, 가속도 센서 칩 (50) 과 반도체 회로 칩 (80) 이 수지로 밀봉된다. 반도체 회로 칩 (80) 은 가속도 센서 칩 (50) 에 의해 검출된 응력의 신호-프로세싱을 수행하고, 검출 신호를 생성한다.
반도체 회로 칩 (80) 은 배선 기판 (70) 의 상부 표면상에 다이-접합된다. 배선 기판 (70) 는 그것의 상부 표면상에 포스트 섹션 (71) 및 그것의 하부 표면에 도전부 (72) 를 갖는다. 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면의 주연에는 복수의 전극 패드 (81) 가 제공된다. 전극 패드 (81) 의 내부에 복수의 탑재용 패드가 배치된다. 전극 패드 (81) 는 와이어 (83) 에 의해 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 에 접합된다. 탑재용 패드 (82) 상에는 도 4의 가속도 센서 칩과 유사한 가속도 센서 칩 (50) 이 플립-칩 접합된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상에 제공된 전극 패드 (57) 상에 범프 (59) 가 형성된다. 범프 (59) 는 전극 패드 (57) 에 전기적으로 접속된다. 이들 범프 (59) 는 반도체 회로 칩 (80) 의 탑재용 패드 (82) 상에 접합되어, 가속도 센서 칩 (50) 을 반도체 회로 칩 (80) 에 전기적 및 기계적으로 접속시킨다.
가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 는 점착성 실리콘 수지와 같은 수지 부재 (61) 로 채워진다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면 사이의 갭 또한 점착성 수지 부재 (61) 로 채워진다. 가속도 센서 칩 (50) 의 하위 표면에는 리드부 (44) 가 고정된다. 리드부 (44) 는 스페이스 (54) 를 차단한다. 가속도 센서 칩 (50) 과 반도체 회로 칩 (80) 은 에폭시 수지, 실리콘 수지, 또는 페놀 수지와 같은 열경화성 제 2 수지 부재 (62) 에서 캡슐화된다.
제 6 실시형태에서, 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면은 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면상에 제공된 빔부 (53) 에 대하여 하부 스토퍼로서 기능하고, 리드부 (44) 는 가속도 센서 칩 (50) 의 웨이트부 (52) 에 대하여 상부 스토퍼로서 작용한다. 리드부 (44) 가 웨이트부 (52) 의 짧은 수직 길이로 인해 스토퍼로서 충분히 작용하지 못할 때, 돌출부가 리드부 (44) 의 중앙부에 드로잉 프로세스 등에 의해 형성될 수도 있어서, 돌출부가 가속도 센서 칩 (50) 으로 연장하거나, 스페이서가 리드부 (44) 의 상부 표면 (가속도 센서 칩 (50) 에 고정된 표면) 에 부착될 수도 있어서, 스페이서가 스토퍼로서 작용한다.
반도체 기속 센서 장치 (30C) 가 가속도를 받을 때, 웨이트부 (52) 가 이동한다. 웨이트부 (52) 주위의 점착성 수지 부재 (61) 의 낮은 탄성으로 인해, 웨이트부 (52) 가 쉽게 변위된다. 빔부 (53) 상의 압전 소자 (56) 가 변위를 검출한다. 검출된 결과는 전극 패드 (57) 및 범프 (59) 를 통해 탑재용 패드 (82) 로 출력된다. 반도체 회로 칩 (80) 에는 가속도와 변위 (응력) 사이의 관계가 사전에 저장된다. 반도체 회로 칩 (80) 은 가속도 검출 신호를 생성하기 위해 검출된 결과를 프로세스한다. 가속도 검출 신호는 전극 패드 (81) 와 와이어 (83) 를 통해 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 으로 전달되고 도전부 (72) 로부터 출력된다.
제 6 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치 (30C) 는 예를 들어, 아래의 단계 (a) 내지 (d) 를 통해 제조된다.
(a) 제 1 단계
사전에 제조한 반도체 회로 칩 (80) 의 하부 표면이 배선 기판 (70) 상에 위치되고 다이-접합된다. 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면상에 형성된 전극 패드 (81) 는 와이어 (83) 에 의해 배선 기판 (70) 의 상부 표면상에 형성된 포스트 섹션 (71) 에 접합된다.
(b) 제 2 단계
사전에 제조한 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면이 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면상에 형성된 탑재용 패드 (82) 상에 위치된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면의 전극 패드상에 형성된 범프 (59) 는 반도체 회로 칩 (80) 의 탑재용 패드 (82) 상에 플립-칩 접합된다. 제 1 단계에서 와이어 (83) 에 의한 와이어-본딩은 범프 (59) 가 탑재용 패드 (82) 상에 플립-칩 접합된 이후에 실시될 수도 있다.
(c) 제 3 단계
점성 액체 수지 (예를 들어, 열경화성 실리콘 수지와 같은) (61a) 가 가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 에 주입된다. 수지 (61a) 는 빔부 (53) 를 코팅하기 위해 관통 홀 (55) 을 통해 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면 사이의 갭을 채우고, 또한, 수지 (61a) 는 스페이스 (54) 를 채운다. 그 후, 리드부 (44) 가 스페이스 (54) 를 차단하기 위해 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면상에 고정된다. 액체 수지 (61a) 는 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 경화된다.
(d) 제 4 단계
통상의 수지 패키지와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 및 반도체 회로 칩 (80) 이 트랜스퍼 몰딩과 같은 방법에 의해 수지 부재 (62) 에서 캡슐화된다. 따라서, 도 6의 반도체 가속도 센서 장치 (30C) 의 제조가 완료된다.
본 발명의 제 6 실시형태는 제 4 실시형태의 (1), (2) 및 (5) 와 거의 동일한 이점에 더하여 이점 (ⅰ) 및 (ⅱ) 를 갖는다.
(ⅰ) 가속도 센서 칩 (50) 및 반도체 회로 칩 (80) 을 포함하는 MCP가 아래의 시퀀스를 통해 제조되는데, 먼저, 가속도 센서 칩 (50) 은 배선 기판 (70) 상에 고정되는 반도체 회로 칩 (80) 상에 플립-칩 접합되고, 그 후, 가속도 센서 칩 (50) 내의 스페이스 (54), 및 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면 사이의 갭이 점착성 수지 부재 (61) 로 채워지고, 그 후, 가속도 센서 칩 (50) 및 반도체 회로 칩 (80) 이 수지 부재 (62) 로 밀봉된다. 따라서, 이러한 MPC가 저가 및 저온 프로세스에서 제공될 수 있다.
(ⅱ) 도 3B 및 3C와 유사한 제조 단계가 도 6의 가속도 센서 장치 (30C) 를 제조하는데 채용될 수도 있다. 상기 경우에, 액체 수지 (61a) 의 주입은 2개의 단계로 수행된다. 제 1 단계에서, 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면 사이의 갭이 수지 (61a) 로 채워지고, 그 후, 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 변화된다. 제 2 단계에서, 스페이스 (54) 는 액체 수지 (61a) 로 채워지고, 그 후, 액체 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 변화된다.
제 7 실시형태
도 7은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 MCP형 반도체 가속도 센서 장치 (30D) 의 횡단면도이다. 도 6에 도시한 제 6 실시형태와 공통인 구조적 요소는 동일하거나 유사한 부호로 나타낸다.
도 6의 점착성 수지 부재 (61) 의 점성 특성이 제어 (즉, 점성이 변화된다) 되기 때문에, 반도체 가속도 센서 장치 (30D) 는 리드부 (44) 를 갖지 않는다. 반도체 가속도 센서 장치 (30D) 는 리드부 (44) 를 제외하고는 도 6의 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치와 동일하다.
전술한 구조를 갖는 반도체 가속도 센서 장치 (30D) 는 제 6 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치와 거의 동일한 방식으로 동작한다. 반도체 가속도 센서 장치가 외부적으로 가속될 때, 웨이트부 (52) 가 이동한다. 웨이트부 (52) 주위의 점착성 수지 부재 (61) 의 낮은 탄성으로 인해, 웨이트부 (52) 는 쉽게 변위된다. 빔부 (53) 상의 압전 소자 (56) 가 변위를 검출한다. 검출된 결과에 기초하여, 반도체 회로 칩 (80) 은 가속도 검출 신호를 생성한다. 가속도 검출 신호는 배선 기판 (70) 의 포스트 섹션 (71) 으로 전달되고 도전부 (72) 로부터 출력된다. 웨이트부 (52) 가 가속도로 인해 가속도 센서 칩 (50) 의 하부 표면을 향해 (도 7에서 상방향으로) 변위될 때, 스토퍼로서 기능하는 고체 상태 수지 부재 (62) 는 가속도 센서 칩 (50) 이 손상되는 것을 방지한다.
제 7 실시형태의 반도체 가속도 센서 장치 (30D) 는 예를 들어, 아래의 단계 (a) 내지 (d) 를 통해 제조된다.
(a) 제 1 단계
반도체 회로 칩 (80) 의 하부 표면이 배선 기판 (70) 상에 위치 및 다이-접합된다. 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면상의 전극 패드 (81) 가 와이어 (83) 에 의해 배선 기판 (70) 의 상부 표면상의 포스트 섹션 (71) 에 접합된다.
(b) 제 2 단계
가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면이 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면상에 형성된 탑재용 패드 (82) 상에 위치된다. 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면의 전극 패드 (57) 상에 각각 형성된 범프 (59) 가 반도체 회로 칩 (80) 의 탑재용 패드 (82) 상에 플립-칩 접합된다. 제 1 단계에서의 와이어 (83) 에 의한 와이어-본딩은 탑재용 패드 (82) 상에 범프 (59) 가 플립-칩 접합된 이후에 실시될 수도 있다.
(c) 제 3 단계
점성 액체 수지 (예를 들어, 열경화성 실리콘 수지와 같은) (61a) 가 가속도 센서 칩 (50) 의 스페이스 (54) 에 주입된다. 수지 (61a) 는 빔부 (53) 를 코팅하기 위해 관통 홀 (55) 을 통해 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면 사이의 갭을 채우고, 또한, 수지 (61a) 는 스페이스 (54) 를 채운다. 그 후, 액체 수지 (61a) 는 가열 처리 (예를 들어, 대략 150 ℃에서) 를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 경화된다.
(d) 제 4 단계
통상의 수지 패키지와 동일한 방식으로, 가속도 센서 칩 (50) 및 반도체 회로 칩 (80) 은 트랜스퍼 몰딩과 같은 방법에 의해 수지 부재 (62) 에서 캡슐화되고, 도 7의 반도체 가속도 센서 장치 (30D) 의 제조가 완료된다.
본 발명의 제 7 실시형태는 제 4 실시형태와 동일한 이점 (1), (2) 및 (5), 및 제 6 실시형태와 거의 동일한 이점 (ⅰ) 에 더하여, 이점 (Ⅰ) 및 (Ⅱ) 를 갖는다.
(Ⅰ) 본 발명의 제 5 실시형태는 제 4 실시형태와 거의 동일한 이점 (1), (3) 내지 (5) 에 더하여, 이점 (ⅰ) 및 (ⅱ) 를 갖는다.
(ⅰ) 점착성 수지 부재 (61) 의 점성 특성이 제어 (즉, 점성이 변화된다) 되어서, 수지 부재 (61) 가 가속도 센서 칩 (50) 을 둘러싸는 영역으로 누설하지 않음으로써, 리드부 (44) 에 대한 필요성을 제거한다. 이것은 제 6 실시형태와 비교하여, 가속도 센서 장치의 구조와 그것의 제조 프로세스를 더 단순화한다. 따라서, 반도체 가속도 센서 장치 (30B) 가 저가로 제공될 수 있다.
(Ⅱ) 도 3B 및 3C와 유사한 제조 단계가 도 7의 가속도 센서 장치 (30D) 를 제조하는데 채용될 수도 있다. 상기 경우에, 액체 수지 (61a) 의 주입은 2개의 단계에서 수행된다. 제 1 단계에서, 가속도 센서 칩 (50) 의 상부 표면과 반도체 회로 칩 (80) 의 상부 표면 사이의 갭은 수지 (61a) 로 채워지고, 그 후, 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 변화된다. 제 2 단계에서, 스페이스 (54) 는 액체 수지 (61a) 로 채워지고, 그 후, 액체 수지 (61a) 는 가열 처리를 통해 점착성 수지 부재 (61) 로 변화된다.
본 발명을 반도체 가속도 센서 장치와 그 장치의 제조 방법과 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 가속도 센서 칩 이외의 센서 칩이 탑재되는 다양한 반도체 센서 장치에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명에 따르면, 장기간의 신뢰도를 유지하면서 저가이고 대량 생산에 우수한 반도체 가속도 센서 장치를 제공하고, 또한 이러한 반도체 가속도 센서 장치를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1A 내지 1F는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 QFN (Quad Flat Nonlead) 패키지형 반도체 가속도 센서 장치의 구조를 도시한것으로, 도 1A는 반도체 가속도 센서 장치의 단면도, 도 1B는 반도체 가속도 센서 장치에 포함된 가속도 센서 칩의 사시도, 도 1C는 도 1B의 라인 1C - 1C에 따라 취해진 단면도의 사시도, 도 1D는 도 1B의 라인 1D - 1D를 따라 취해진 단면도의 양단된 사시도, 도 1E는 도 1B에 도시한 반도체 가속도 센서 장치의 평면도, 도 1F는 도 1E의 라인 1F - 1F를 따라 취해진 단면도.
도 2A 내지 2D는 도 1의 반도체 가속도 센서 장치를 제조하기 위한 제 2 실시형태에 따른 일련의 제조 단계를 도시한 도면.
도 3A 내지 3D는 도 1의 반도체 가속도 센서 장치를 제조하기 위한 제 3 실시형태에 따른 또 다른 일련의 제조 단계를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 SON 패키지형 반도체 가속도 센서 장치의 횡단면도.
도 5는 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 또 다른 SON 패키지형 반도체 가속도 센서 장치의 횡단면도.
도 6은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 MCP형 반도체 가속도 센서 장치의 횡단면도.
도 7은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 또 다른 MCP형 반도체 가속도 센서 장치의 횡단면도.
도 8A 내지 8C는 종래의 MEMS 패키지 각각을 이용하는 반도체 가속도 센서 장치의 횡단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30, 30A~30D : 반도체 가속도 센서 장치
40 : 리드 프레임 41 : 다이 패드
41a, 55 : 관통 홀 42 : 리드
43 : 리드부 50 : 가속도 센서 칩
51 : 실리콘 칩 52 : 웨이트부
53 : 빔부 54 : 스페이스
56 : 압전 소자 57, 81 : 전극 패드
58, 83 : 와이어 59 : 범프
61, 62 : 수지 부재 61a : 수지
70 : 배선 기판 71 : 포스트 섹션
72 : 도전부 80 : 반도체 회로 칩
82 : 탑재용 패드

Claims (13)

  1. 웨이트부, 상기 웨이트부에 일단이 접속되며 상기 웨이트부를 플렉시블하게 지지하는 지지부, 상기 지지부의 타단에 접속되며 상기 웨이트부를 둘러싸는 페디스탈부, 및 가속도로 인해 상기 지지부에서 발생하는 변형으로부터 응력을 검출하는 응력 검출 소자를 구비하는 가속도 센서 칩;
    상기 웨이트부 및 상기 지지부를 코팅하기 위한 탄성 제 1 수지 부재; 및
    상기 제 1 수지 부재 및 상기 가속도 센서 칩을 밀봉하기 위한 제 2 수지 부재를 구비하는, 반도체 가속도 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 둘러싸고 상기 가속도 센서 칩의 페디스탈부가 탑재되는 제 2 영역을 가지며, 또한, 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 다이 패드; 및
    상기 다이 패드의 상기 제 1 영역의 상부 표면으로부터 상기 다이 패드의 상기 제 1 영역의 하부 표면을 통과해 형성되는 관통 홀을 더 구비하는, 반도체 가속도 센서 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다이 패드에 형성된 상기 관통 홀을 완벽하게 커버하고 상기 제 2 수지 부재로 코팅되는 리드부를 더 구비하는, 반도체 가속도 센서 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 수지 부재로부터 외부로 연장하는 제 1 표면을 갖고, 상기 다이 패드의 주연에 상기 다이 패드로부터 간격을 두고 배치되는 도전부; 및
    상기 응력 검출 소자와 상기 도전부를 전기적으로 접속하는 와이어를 더 구비하는, 반도체 가속도 센서 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속도 센서 칩에 부착된 리드부;
    상기 제 2 수지 부재로부터 외부로 연장하는 도전부를 갖고, 상기 제 1 수지 부재를 통해 상기 가속도 센서 칩이 접속되는 기판; 및
    상기 기판상에 제공되고 상기 가속도 센서 칩에 전기적으로 접속되며 또한 상기 가속도 센서 칩이 탑재되는 범프를 더 구비하는, 반도체 가속도 센서 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속도 센서 칩에 부착되는 리드부;
    상기 제 2 수지 부재로부터 외부로 연장하는 도전부를 갖는 기판;
    기판의 도전부에 전기적으로 접속되고, 상기 기판상에 탑재되며, 또한 상기 제 1 수지 부재를 통해 상기 가속도 센서 칩이 접속되는 반도체 회로 칩; 및
    상기 반도체 회로 칩상에 제공되고, 상기 가속도 센서 칩에 전기적으로 접속되며, 또한 상기 가속도 센서 칩이 탑재되는 범프를 더 구비하는, 반도체 가속도 센서 장치.
  7. 웨이트부, 상기 웨이트부에 일단이 접속되며 상기 웨이트부를 플렉시블하게 지지하는 지지부, 상기 지지부의 타단에 접속되며 상기 웨이트부를 둘러싸는 페디스탈부, 및 가속도로 인해 상기 지지부에서 발생하는 변형으로부터 응력을 검출하는 응력 검출 소자를 구비하는 가속도 센서 칩을 준비하는 단계;
    상기 지지부 및 상기 웨이트부를 코팅하기 위해 탄성 제 1 수지 부재를 주입하는 단계; 및
    상기 제 1 수지 부재 및 상기 가속도 센서 칩을 제 2 수지 부재로 밀봉하는 단계를 포함하는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 둘러싸고 상기 가속도 센서 칩의 페디스탈부가 탑재되는 제 2 영역을 가지며, 또한, 상부 표면 및 하부 표면을 갖고, 상기 다이 패드의 상기 제 1 영역의 상부 표면으로부터 다이 패드의 상기 제 1 영역의 하부 표면을 통과해 형성되는 관통 홀을 갖는 다이 패드를 준비하는 단계;
    상기 페디스탈부를 상기 다이 패드의 상기 제 2 영역상에 고정하는 단계;
    상기 다이 패드의 관통 홀을 통해 상기 페디스탈부로 상기 제 1 수지 부재를 주입함으로써 상기 지지부와 상기 웨이트부를 상기 제 1 수지 부재로 커버링하는 단계; 및
    상기 제 1 수지 부재, 상기 가속도 센서 칩, 및 상기 다이 패드를 상기 제 2 수지 부재로 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다이 패드에 형성된 상기 관통 홀을 완벽하게 커버하는 리드부를 준비하는 단계; 및
    상기 관통 홀을 상기 리드부로 차단한 후, 상기 제 1 수지 부재, 상기 가속도 센서 칩, 상기 다이 패드, 및 상기 리드부를 상기 제 2 수지 부재로 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    제 1 표면을 갖고 상기 다이 패드의 주연에 상기 다이 패드로부터 간격을 두고 배치되는 도전부를 준비하는 단계;
    상기 도전부와 상기 가속도 센서 칩의 응력 검출 소자를 와이어에 의해 전기적으로 접속시키는 단계; 및
    상기 도전부의 제 1 표면이 노출되도록, 상기 제 1 수지 부재, 가속도 센서 칩, 상기 다이 패드, 상기 와이어, 및 상기 도전부를 상기 제 2 수지 부재로 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 가속도 센서칩에 부착된 리드부, 상기 제 2 수지 부재로부터 외부로 연장하는 도전부, 및 기판상에 제공되며 상기 가속도 센서 칩에 전기적으로 접속되는 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판상에 제공된 범프상에 페디스탈부를 고정함으로써 상기 응력 검출 소자를 상기 범프에 전기적으로 접속시키는 단계;
    상기 페디스탈부에 상기 제 1 수지 부재를 주입함으로써 상기 페디스탈부와 상기 기판 사이의 갭을 상기 제 1 수지 부재로 채우고, 상기 지지부와 상기 웨이트부를 상기 제 1 수지 부재로 커버링하는 단계; 및
    상기 페디스탈부를 상기 리드부로 차단한 후, 상기 제 1 수지 부재, 상기 가속도 센서 칩, 상기 리드부, 및 상기 기판의 도전부 이외의 부분을 상기 제 2 수지 부재로 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 가속도 센서 칩에 부착된 리드부, 및 상기 제 2 수지 부재로부터 외부로 연장하는 도전부를 갖는 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판의 도전부에 전기적으로 접속되고 상기 기판상에 탑재되는 반도체 회로 칩으로서, 상기 반도체 회로 칩상에 제공되고 상기 가속도 센서 칩에 전기적으로 접속되는 범프를 갖는, 상기 반도체 회로 칩을 준비하는 단계;
    상기 기판상에 상기 반도체 회로 칩을 고정하고, 상기 기판의 도전부를 상기 반도체 회로 칩에 전기적으로 접속시키는 단계;
    상기 반도체 회로 칩상에 제공된 상기 범프상에 상기 페디스탈부를 고정함으로써 상기 응력 검출 소자를 상기 범프에 전기적으로 접속시키는 단계;
    상기 페디스탈부에 상기 제 1 수지 부재를 주입함으로써 상기 페디스탈부와 상기 반도체 회로 칩 사이의 갭을 상기 제 1 수지 부재로 채우고, 상기 지지부 및 상기 웨이트부를 상기 제 1 수지 부재로 커버링하는 단계; 및
    상기 페디스탈부를 상기 리드부로 차단한 후, 상기 제 1 수지 부재, 상기 가속도 센서 칩, 상기 리드부, 및 상기 기판의 도전부 이외의 부분을 상기 제 2 수지 부재로 밀봉하는 단계를 더 포함하는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 페디스탈부로 주입된 상기 제 1 수지 부재로 코팅되고, 상기 웨이트부는 상기 페디스탈부로 추가로 주입된 상기 제 1 수지 부재로 커버되는, 반도체 가속도 센서 장치의 제조 방법.
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