KR20070036668A - 반도체 장치 - Google Patents

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KR20070036668A
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마코토 사사키
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오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

과제
패키지와 반도체 소자의 열팽창계수의 차이에 의한 응력의 발생을 저감하고, 또한, 반도체 소자를 수납하는 패키지의 외부 응력이나 열팽창계수 등에 의한 변형에 대하여 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치를 제공한다.
해결 수단
반도체 장치 (100) 는, 내부에 캐비티 (101a 및 101b) 를 갖는 패키지 (하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)) 와, 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 면에도 접촉하지 않도록, 단자 (102) 에 고정된 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 갖는다.
반도체 장치, 열팽창계수, 반도체 가속도 센서칩

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1 은 본 발명에 있어서 반도체 소자의 예로 드는 반도체 가속도 센서칩의 구성을 나타내는 사시도.
도 2 는 도 1 에 있어서의 A-A 단면도.
도 3 은 도 1 에 있어서의 B-B 단면도.
도 4 는 본 발명의 실시예 1 에 의한 반도체 장치의 구성을 나타내는 상면도.
도 5 는 도 4 에 있어서의 C-C 단면도.
도 6 은 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면 (1).
도 7 은 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면 (2).
도 8 은 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면 (3).
도 9 는 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면 (4).
도 10 은 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면 (5).
도 11 은 본 발명의 실시예 2 에 의한 반도체 장치의 구성을 나타내는 상면도.
도 12 는 도 11 에 있어서의 D-D 단면도.
도 13 은 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 도면 (6).
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 반도체 가속도 센서칩 11: 고정부
11a: 홈 12: 빔부
13: 방추부 13a: 지지부
13b: 주방추부 14: 전극 패드
15: 피에조 저항 소자 100: 반도체 장치
101, 101': 하부 용기 101A, 101B: 그린 시트
101a, 101b: 캐비티 102: 단자
103: 범프 104: 캐스터레이션
104': 비아 배선 104A, 104B: 도체 패턴
105: 풋 패턴 105': 금속 패드
106: 홈 106A, 106B: 비아 홀
111: 스페이서 112: 상부 덮개
202: 더미 단자
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 제2004-309188호
[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 제2005-127750호
본 발명은, 반도체 장치에 관한 것이며, 특히 중공 구조를 갖는 반도체 소자를 수납한 반도체 장치에 관한 것이다.
최근, MEMS (Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 반도체 가속도 센서칩 등, 소자의 일부를 변위 가능하게 하기 위해서 중공의 영역이 형성된 반도체 소자가 널리 존재한다. 이러한 반도체 소자를, 이하, 중공 구조를 갖는 반도체 소자라고 한다.
중공 구조를 갖는 반도체 소자의 대표예에는, 상기 기술한 반도체 가속도 센서칩을 들 수 있다. 이러한 반도체 가속도 센서칩은, 일반적으로, 피에조 저항 효과, 즉 발생한 응력에 비례하여 저항값이 변화하는 현상을 이용함으로써, 가속도의 검지를 실시하도록 구성되어 있고, 세라믹제의 패키지 내부에 수납되어 사용된다.
구체적으로 설명하면, 일반적인 반도체 가속도 센서칩은, 예를 들어, 고정부와 방추부와 복수의 빔부로 이루어진다. 각 빔부는, 가요성을 갖고, 일방의 단(端) 이 고정부에 고정되고, 타방의 단이 방추부에 고정됨으로써, 고정부에 대하여 방추부를 변위 가능하게 유지한다. 또한, 각 빔부에는, 피에조 저항 소자가 접착되고, 이것들이 배선 패턴에 의해 접속됨으로써, 휘스턴·브릿지 회로가 구성되어 있다.
이러한 중공 구조를 갖는 반도체 가속도 센서칩에 속도의 변화가 발생하면, 방추부의 관성 운동에 의해 발생한 응력에 의해 빔부가 휜다. 동시에, 빔부에 접착된 피에조 저항 소자도 휜다. 이 휨에 의해 각 피에조 저항 소자의 저항값 이 변화하기 때문에, 휘스턴·브릿지의 저항 밸런스가 변화한다. 이 저항 밸런스의 변화를 전류의 변화 또는 전압의 변화로서 측정함으로써, 가속도를 검지할 수 있다.
또한, 상기와 같은 반도체 가속도 센서칩은, 접착재 등을 이용하여 패키지 내부의 캐비티 저부에 고착되는 것이 일반적이었다. 그러나, 반도체 가속도 센서칩을 패키지에 직접 고정시켜 버리면, 예를 들어 반도체 가속도 센서칩의 전극 패드와 패키지의 전극 패드를 접속할 때의 와이어 본딩 공정이나 반도체 가속도 센서칩을 수납하는 패키지를 회로 기판 등에 고정시킬 때의 다이본딩 공정 등에서의 가열에 의해, 잔류 응력이 패키지와 가속도 센서칩 사이에서 발생할 가능성이 있다는 문제가 존재한다.
이러한 과제를 해결하기 위해서, 예를 들어 이하에 나타내는 특허 문헌 1 에는, 패키지의 캐비티 측면에 저면보다도 높은 단차부 (段差部) 를 형성함과 함께, 반도체 가속도 센서칩 측부에 플랜지를 형성하고, 플랜지부를 단차부에 고정시킴으로써, 패키지 내에 반도체 가속도 센서칩을 고정시키는 구성이 개시되어 있다.
또한, 예를 들어 이하에 나타내는 특허 문헌 2 에는, 반도체 가속도 센서칩을 패키지에 플립 칩 본딩한 구성으로 함으로써, 패키지를 포함하는 장치 전체의 소형화를 실현하기 위한 구성이 개시되어 있다.
그러나, 반도체 가속도 센서칩과 같은, 중공 구조를 갖는 반도체 소자를 패키지에 직접 고정시킨 경우, 외부 응력이나 열팽창 등에 의한 패키지의 변형이 반도체 소자에 전달되기 쉽기 때문에, 반도체 소자의 특성이 변화하여 오작동을 일으 키기 쉽다는 문제가 존재한다. 또한, 패키지와 반도체 소자의 열팽창계수가 상이하기 때문에, 가열 후에 패키지와 반도체 소자 사이에 응력이 발생하고, 이것에 의해 반도체 소자의 특성이 변화하여 오작동을 일으킨다는 문제도 존재한다.
또, 예를 들어 상기 기술한 특허 문헌 1 에 의한 구조는, 패키지와 반도체 소자 (반도체 가속도 센서칩) 가 직접 접착되는 개소를 포함하고 있다. 이 때문에, 패키지의 변형이 접착 개소를 통하여 반도체 소자에 전달되어 버리고, 이것에 의해 반도체 소자의 특성이 변화해 버릴 가능성이 있다. 또한, 예를 들어 상기 기술한 특허 문헌 2 에 의한 구조는, 패키지의 일부에 반도체 소자 (반도체 가속도 센서칩) 가, 직접, 플립 칩 본딩되어 있다. 이 때문에, 패키지의 변형이 본딩 개소를 통하여 직접 반도체 소자에 전달되어 버리고, 이것에 의해 반도체 소자의 특성이 변화해 버릴 가능성이나, 패키지와 반도체 소자의 열팽창계수의 차이로부터 가열 후에 이들 사이에 응력이 발생하고, 이것에 의해 반도체 소자의 특성이 변화하여 오작동을 일으킨다는 문제도 존재한다.
그래서 본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 패키지와 반도체 소자의 열팽창계수의 차이에 의한 응력의 발생을 저감하고, 또한, 반도체 소자를 수납하는 패키지의 외부 응력이나 열팽창 등에 의한 변형에 대하여 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 반도체 장치는, 내부에 캐 비티를 갖는 패키지와, 캐비티의 어느 한 면으로부터 돌출되는 지지 부재와, 캐비티의 어느 면에도 접촉하지 않도록 지지 부재에 고정된 반도체 소자를 갖도록 구성된다.
캐비티의 어느 한 면으로부터 돌출되는 지지 부재에 반도체 소자를 고정시킴으로써, 반도체 소자를 캐비티에 있어서의 어느 면에도 접촉하지 않도록 패키지 내부에 수납하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 외부 응력이나 열팽창 등에 의해 패키지가 변형된 경우라도, 이 변형이 직접 반도체 소자로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 패키지에 주어진 외부 응력이나 열팽창 등에 의해 반도체 소자의 동작 특성이 변화하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 패키지가 변형된 경우라도 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들어 패키지가 열에 의해 팽창 또는 신축된 경우라도, 이 열 변화에 의해 지지 부재도 팽창 또는 신축되기 때문에, 패키지의 변형에 의해 반도체 소자로 작용하는 응력을, 지지 부재의 변형에 의해 저감하는 것이 가능해진다.
즉, 패키지와 반도체 소자의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 응력을, 지지 부재에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 열 변화에 대해서 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치를 실현할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 도면과 함께 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
우선, 본 발명에 의한 실시예 1 에 대해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 또, 각 도면은 본 발명의 내용을 이해할 수 있는 정도로 형상, 크기, 및 위치 관계를 개략적으로 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 따라서, 본 발명은 각 도면에서 예시된 형상, 크기, 및 위치 관계에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에서는, 구성의 명료화를 위해, 단면에 있어서의 해칭의 일부가 생략되어 있다. 또한 이후에 예시하는 수치는, 본 발명의 바람직한 예에 지나지 않고, 따라서, 본 발명은 예시된 수치에 한정되는 것은 아니다. 이것은, 후술 하는 각 실시예에 있어서 동일하다.
또한, 이하에서는, 중공 구조를 갖는 반도체 소자로서, 반도체 가속도 센서칩을 채용하고, 이것을 수납한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 예로 들어 설명한다.
·반도체 가속도 센서칩 (10) 의 구성
우선, 본 실시예에 있어서 채용하는 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 구성을 도면과 함께 상세하게 설명한다. 또, 본 실시예에서는, 피에조 저항 효과, 즉 발생한 응력에 비례하여 저항값이 변화하는 현상을 이용한, 3 차원 가속도 센서를 예로 들어 설명한다.
도 1 은, 본 실시예에서 이용하는 3 차원 가속도 센서인 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2 는 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 상면도이며, 도 3(a) 는 도 2 에 있어서의 A-A 단면도이며, 도 3(b) 는 도 2 에 있어서의 B-B 단면도이다.
도 1 내지 도 3 에 나타내는 바와 같이, 반도체 가속도 센서칩 (10) 은, 고정부 (11) 와 빔부(12) 와 방추부 (13) 와 전극 패드 (14) (제1 전극 패드) 와 피에조 저항 소자 (15) 를 갖는다. 고정부 (11) 와 빔부(12) 와 방추부 (13) 는, 소정의 반도체 기판을 가공함으로써, 일체로 형성되어 있다. 또, 이 소정의 반도체 기판에는, 예를 들어 실리콘 기판 등을 적용하는 것이 가능하다.
고정부 (11) 는, 예를 들어 판 형상 부재에 있어서의 일방의 주면 (이것을 상면이라고 한다) 에, 개구 부분이 정사각형인 홈 (11a) 이 형성된 구성을 갖는다. 또, 본 발명에 의한 고정부 (11) 는, 상기 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 판 형상 부재에 상하 면을 관통하는 개구가 형성된 구성을 갖고 있어도 된다. 또한, 판 형상 부재의 상면의 형상 및 홈 또는 개구의 형상은, 도 1 내지 도 3 에 나타내는 바와 같은 사각형에 한정되지 않고, 예를 들어 다각형이나 원형이어도 된다.
고정부 (11) 의 상면에 있어서의 외주 한 변의 길이는 예를 들어 1.6㎜ (밀리미터) 정도로 할 수 있다. 홈 (11a) 의 개구 부분의 한 변의 길이는, 예를 들어 1.2㎜ 정도로 할 수 있다. 또한, 홈 (11a) 의 깊이는, 예를 들어 0.3㎜ 정도로 할 수 있다. 이와 같이 설정한 경우, 고정부 (11) 에 있어서의 외주의 단으로부터 홈 (11a) 의 단까지의 폭은, 0.2㎜ 정도가 된다. 또한, 고정부 (11) 의 두께는, 예를 들어 0.5㎜ 정도로 할 수 있다.
빔부(12) 는, 상기와 같은 고정부 (11) 의 홈에 있어서의 각 측면의 대략 중앙으로부터 홈의 중앙 방향을 향해 각각 연장되도록 설치되어 있다. 단, 본 발명에서는 상기의 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 고정부 (11) 의 홈에 있어서 의 각 코너로부터 홈의 중앙을 향해 각각 연장되도록 설치되어 있어도 된다.
각 빔부(12) 는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 가속도가 가해졌을 때, 후술하는 방추부 (13) 의 관성 운동에 의해 휘도록 형성되어 있다. 즉, 빔부(12) 는 가요성을 갖도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 이 빔부(12) 의 상면의 폭을 예를 들어 0.1㎜ 정도로 하고, 두께를 예를 들어 0.1㎜ 정도로 함으로써, 빔부(12) 에 가요성을 갖게 한다. 또한, 빔부(12) 는, 상면이 상기한 고정부 (11) 의 상면과 동일한 높이 위치가 되도록 형성된다. 이것에 의해, 빔부(12) 의 하면과 홈 (11a) 의 저면 사이에는 0.2㎜ 정도의 간극이 형성되고, 빔부(12) 의 변형이 홈 (11a) 의 저면 등에 의해 방해되는 경우가 없다.
방추부 (13) 는, 4 개의 주방추부 (13b) 와, 이들의 중앙에 배치된 지지부 (13a) 를 갖는다. 다시 말하면, 지지부 (13a) 는, 주위에 4 개의 주방추부 (13b) 가 균등하게 배치되어 있다. 이 지지부 (13a) 는, 고정부 (11) 의 홈 (11a) 에 있어서의 개구의 대략 중앙에 배치되도록, 고정부 (11) 로부터 연재하는 빔부 (12) 에 의해서 변위 가능하게 매달려 있다. 이 때, 각 주방추부 (13b) 는, 홈 (11a) 에 있어서의 각 각부 (角部) 에, 고정부 (11) 와 접촉하지 않도록 배치된다.
이러한 방추부 (13) 는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 가해진 가속도에 따라 빔부(12) 를 휘게 하기 위해 추로서 기능한다. 본 실시예에서는, 지지부 (13a) 의 상면에 있어서의 한 변의 길이를 예를 들어 0.5㎜ 정도로 하고, 각 주방추부 (13b) 의 상면에 있어서의 한 변의 길이를 예를 들어 4.5㎜ 정도로 한다. 또한, 주방추부 (13b) 와 고정부 (11) 의 간극 및 주방추부 (13b) 와 빔부(12) 의 간극을 예를 들어 0.5㎜ 정도로 한다. 또한, 지지부 (13a) 및 주방추부 (13b) 의 두께를 예를 들어 0.2㎜ 정도로 한다.
또, 방추부 (13) 는, 상면이 상기한 고정부 (11) 및 빔부(12) 의 상면과 동일한 높이 위치에 포함되도록 형성된다. 이것에 의해, 방추부 (13) 의 하면과 고정부 (11) 에 있어서의 홈 (11a) 의 저면과의 사이에는, 0.1㎜ 정도의 간극이 형성되고, 방추부 (13) 의 고정부 (11) 에 대한 변위가 홈 (11a) 의 저면 등에 의해 방해되는 경우는 없다.
또한, 각 빔부(12) 의 상면에 있어서, 고정부 (11) 와의 밑동 부분 및 방추부 (13) 와의 밑동 부분에는, 각각 피에조 저항 소자 (15) 가 접착되어 있다. 이들 피에조 저항 소자 (15) 는, 예를 들어 고정부 (11) 상면에 형성된 전극 패드 (14) 와 도시하지 않은 배선 패턴에 의해 전기적으로 접속되고 있고, 이것에 의해 휘스턴·브릿지 회로가 구성되어 있다. 따라서, 전극 패드 (14) 및 도시하지 않은 배선 패턴을 개재하여 피에조 저항 소자 (15) 의 저항 밸런스를 검지함으로써, 빔부(12) 에 발생한 휨 양을 검출할 수 있고, 나아가 이 휨 양으로부터 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 가해진 가속도의 크기 및 방향을 특정할 수 있다.
또, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 이면에는, 필요에 따라 유리 기판 등을 접합해도 된다. 반도체 가속도 센서칩 (10) 과 유리 기판의 접합에는, 예를 들어 양극 접합 방법 등을 적용할 수 있다.
·반도체 장치 (100) 의 구성
다음으로, 상기 기술한 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 패키징함으로써 형성된, 본 실시예에 의한 반도체 장치 (100) 의 구성을 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 4 는 반도체 장치 (100) 의 구성을 나타내는 상면도이다. 또한, 도 5 는 도 4 에 있어서의 C-C 단면도이다. 또, 도 4 에서는, 설명의 편의상, 반도체 장치 (100) 에 있어서의 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 를 제외한 구성을 나타낸다.
도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 반도체 장치 (100) 는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 과 하부 용기 (101) 와 상부 덮개 (112) 와 스페이서 (111) 와 단자 (102) 를 갖는다. 또, 하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 수납하는 패키지를 형성한다. 또한, 이하에서는, 설명의 편의상, 하부 용기 (101) 에 대하여 상부 덮개 (112) 가 위치하는 측을 상측으로 한다.
하부 용기 (101) 는, 예를 들어 적층 구조를 갖는 세라믹제의 패키지이며, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 수납하기 위한 캐비티 (101a) 를 갖는다.
캐비티 (101a) 는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 외치수보다 더 크다. 상기 기술한 바와 같이, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 고정부 (11) 의 외주를 예를 들어 한 변 1.6㎜ 정도로 하고, 두께를 예를 들어 0.5㎜ 정도로 한 경우, 캐비티 (101a) 는, 개구를 예를 들어 한 변 2.0㎜ 정도 이상으로 하고, 깊이를 예를 들어 0.7㎜ 정도 이상으로 한다. 이것에 의해, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 중 공 상태로 캐비티 (101a) 내에 수납하는 것이 가능해진다.
하부 용기 (101) 의 외측 측면에는, 단면이 반원 형상인 홈 (106) 이 형성되어 있다. 이 홈의 표면에는, 동이나 은이나 금 등의 도전체가 도금됨으로써, 캐스터레이션 (104) 이 형성되고 있다. 이 캐스터레이션 (104) 은, 하부 용기 (101) 의 상면부터 하면까지를 전기적으로 접속하는 배선으로서 기능한다. 또한, 하부 용기 (101) 의 하면에는, 도시하지 않은 회로 기판 등에 있어서의 전극 패드와 전기적으로 접속하기 위한 전극 패드로서 기능하는 풋 패턴 (105) (제 2 전극 패드) 이 형성되어 있다.
캐비티 (101a) 의 측면을 형성하는 측벽의 상면에는, 캐비티 (101a) 의 개구 측으로 연장되는 복수의 단자 (102) 가 부설되어 있다. 이 단자 (102) 는, 후술하는 바와 같이, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 캐비티 (101a 및 101b) 내에 중공 상태에서 유지하기 위한 지지 부재이다. 단자 (102) 는, 예를 들어 소정의 불순물을 함유하는 실리콘판이나, 동이나 은이나 금 등의 금속판 등, 도전성을 갖는 판 형상 부재를 가공함으로써 형성할 수 있다. 또한, 단자 (102) 는, 하부 용기 (101) 의 외측면에 형성된 캐스터레이션 (104) 과 전기적으로 접속된다. 따라서, 단자 (102) 는, 캐스터레이션 (104) 을 통하여 하부 용기 (101) 하면의 풋 패턴 (105) 까지 전기적으로 주회되어 있다.
하부 용기 (101) 의 측벽 상면에 장착된 복수의 단자 (102) 의 각 선단에는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 전극 패드 (14) 가 각각 범프 (103) 를 사용하여 전기적 및 물리적으로 접속되어 있다. 범프 (103) 에는, 예를 들어 금 범프나 땜 납 범프 등의 도전성을 갖는 범프를 적용할 수 있다. 이 범프 (103) 에 의해, 반도체 가속도 센서칩 (10) 이 단자 (102) 에 의해 캐비티 (101a) 내에 매달리도록 유지된다.
이 때, 반도체 가속도 센서칩 (10) 과 캐비티 (101a) 내면 사이에는, 열이나 외부로부터의 응력에 의해 패키지 (하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)) 가 변형됐을 때 캐비티 (101a) 내면이 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 접촉하지 않은 정도의 간극이 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 하부 용기 (101) 와 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 로 형성되는 패키지 내에 반도체 가속도 센서칩 (10) 이 중공 상태에서 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 기술한 반도체 가속도 센서칩 (10) 과 캐비티 (101a) 의 치수에서는, 이들 사이에 적어도 2.0㎜ 정도의 간극이 형성되기 때문에, 열이나 외부로부터의 응력에 의해 패키지 (하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)) 가 변형된 경우에서도 캐비티 (101a) 내면이 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 접촉하지 않는다.
또한, 각 단자 (102) 는, 전부의 단자 (102) 에 의해 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 유지할 수 있는 정도의 강인함을 적어도 갖는다. 이 강인함은, 예를 들어 단자 (102) 의 두께를 원하는 값으로 설정함으로써 얻을 수 있다. 본 실시예에서는, 단자 (102) 의 두께를, 예를 들어 1.0mm 정도로 한다.
이상과 같이 반도체 가속도 센서칩 (10) 이 수납된 하부 용기 (101) 는, 상부 덮개 (112) 에 의해 밀봉된다. 이 때, 하부 용기 (101) 와 상부 덮개 (112) 사이에 스페이서 (111) 를 개재시킴으로써, 하부 용기 (101) 의 측벽 상 이외의 단 자 (102) 와 상부 덮개 (112) 사이에 소정의 간극 (캐비티 (101b)) 이 형성되도록 구성하면 된다. 이 캐비티 (101b) 에 의해, 예를 들어 열이나 응력 등에 의해서 상부 덮개 (112) 가 변형된 경우라도, 단자 (102) 가 상부 덮개 (112) 에 접촉하지 않고, 중공 상태를 유지할 수 있도록 구성하는 것이 가능해진다. 즉, 상부 덮개 (112) 의 변형이 단자 (102) 를 통하여 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 전달되지 않도록 구성할 수 있다.
이들 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112) 는, 예를 들어 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 사용하여 하부 용기 (101) 에 고착된다. 또한, 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112) 의 재료에는, 예를 들어 42 앨로이 합금이나 스텐레스 등을 적용할 수 있다. 또, 밀폐된 패키지 (하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)) 내부는, 예를 들어 질소 가스나 드라이에어에 의해 퍼지된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 반도체 장치 (100) 는, 하부 용기 (101) 와 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 가 형성하는 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면 (본 실시예에서는 측면) 으로부터 돌출되며, 또한 돌출 개소 이외에서는 캐비티 (101a 및 101b) 와 접촉하지 않는 단자 (102) 를 이용함으로써, 캐비티 (101a 및 101b) 내에, 중공 상태로 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 유지하는 구성을 갖는다 . 바꿔 말하면, 하부 용기 (101) 와 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 가 형성하는 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면 (본 실시예에서는 측면) 으로부터 돌출되는 단자 (102) 에, 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 면에도 접촉하지 않도록 반도체 소자를 고정시킨 구성을 갖는다. 이 때문에, 외부 응력이나 열팽창 등 에 의해 패키지 (101, 111, 112) 가 변형된 경우라도, 이 변형이 직접 반도체 가속도 센서칩 (10) 으로 전달되는 것을 방지할 수 있고, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 동작 특성이 변화하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 수납하는 패키지의 외부 응력이나 열팽창 등에 의한 변형에 대해서 안정적으로 동작하는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들어 패키지 (101, 111, 112) 가 열에 의해 팽창 또는 신축된 경우라도, 이 열 변화에 의해 단자 (102) 도 팽창 또는 신축되기 때문에, 패키지 (101, 111, 112) 의 변형에 의해서 반도체 가속도 센서칩 (10) 으로 작용하는 응력을, 단자 (102) 의 변형에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 즉, 패키지 (101, 111, 112) 와 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 응력을, 단자 (102) 에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 열 변화에 대해서 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치를 실현할 수 있다.
·반도체 장치 (100) 의 제조 방법
다음으로, 본 실시예에 의한 반도체 장치 (100) 의 제조 방법을 도면과 함께 상세하게 설명한다.
본 제조 방법에서는, 우선, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 하부 용기 (101) 를 구성하기 위한 부재로서 캐비티 (101a) 의 측벽을 구성하는 그린 시트 (101A) 와 캐비티 (101a) 의 저판을 구성하는 그린 시트 (101B) 를 준비한다. 또, 각 그린 시트 (101A 및 101B) 는, 각각이 적층된 그린 시트이어도 된다.
그린 시트 (101B) 에는, 캐스터레이션 (104) 의 일부가 형성되는 비아 홀 (106B) 이, 예를 들어 펀칭기를 사용하여 형성되어 있다. 그린 시트 (101A) 에는, 캐스터레이션 (104) 의 일부가 형성되는 비아 홀 (106A) 이, 예를 들어 펀칭기를 사용하여 형성되어 있다. 또한, 그린 시트 (101A) 에는, 캐비티 (101a) 도 예를 들어 펀칭기를 사용하여 형성되어 있다. 또, 그린 시트 (101B) 의 비아 홀 (106B) 과, 그린 시트 (101A) 의 비아 홀 (106A) 은, 그린 시트 (101B 및 101A) 를 적층했을 때에 연결하는 위치에 형성되어 있다. 이들 비아 홀 (106B 및 106A) 내부에는, 캐스터레이션 (104) 으로 가공되는 도체 패턴 (104B 및 104A) 이, 예를 들어 스크린 인쇄법에 의해 형성되어 있다.
다음으로, 그린 시트 (101B 와 101A) 를 적층하고, 이들을 상하에서 가압한 후에 소성 처리함으로써, 캐비티 (101a) 와 캐스터레이션 (104) 으로 가공되는 비아 배선 (104') 과 풋 패턴 (105) 으로 가공되는 금속 패드 (105') 를 갖는 개편화 (個片化) 전의 하부 용기 (101') 를 제조한다. 또, 이 소성 처리에서는, 압력을 상압으로 하고, 온도를 1500℃ 로 하고, 처리 시간을 24 시간으로 할 수 있다.
다음으로, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 하부 용기 (101') 를, 예를 들어도시하지 않은 다이싱 블레이드를 사용하여 소정의 다이싱 라인을 따라 다이싱한다. 이것에 의해, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 하부 용기 (101') 가 개개의 하부 용기 (101) 에 개편화된다. 이 때 비아 배선 (104') 과 금속 패드 (105') 는, 각각 캐스터레이션 (104) 과 풋 패턴 (105) 으로 가공된다.
또한, 본 제조 방법에서는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 준비한다. 또, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 제조 방법에 대해서는, 종래, 일반적으로 사용 되고 있는 방법을 적용하는 것이 가능하기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략 한다. 다음으로, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 있어서의 전극 패드 (14) 에, 예를 들어 금제나 땜납제의 범프 (103) 를 사용하여 단자 (102) 의 선단 부분을 전기적 및 물리적으로 접속한다. 이 때, 예를 들어, 단자 (102) 를 소정의 작업 테이블 상에 탑재하고, 이 단자 (102) 에, 전극 패드 (14) 에 범프 (103) 가 부착된 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 페이스 다운 상태에서 적재하고, 그 후, 단자 (102) 및 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 가열, 냉각하는 방법을 채용할 수 있다.
이상과 같이, 개편화 된 하부 용기 (101) 와 단자 (102) 가 부설된 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 준비하면, 다음으로, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 하부 용기 (101) 의 캐비티 (101a) 내에 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 수납한다. 이것에 의해, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 전극 패드 (14) 에 부설된 단자 (102) 의 외측 부분은, 하부 용기 (101) 에 있어서의 측벽 상에 탑재된다. 이 때, 각 단자 (102) 의 외측 부분은, 하부 용기 (101) 의 측벽 상면에 노출된 캐스터레이션 (104) 의 상면과 접촉한다. 이 상태에서, 가압 및 가열 처리를 실행함으로써, 단자 (102) 의 외측 부분이 하부 용기 (101) 의 측벽 상면에 고정됨과 함께, 단자 (102) 와 캐스터레이션 (104) 이 전기적으로 접속된다.
다음으로, 예를 들어 42 앨로이 합금제나 스텐레스제 등의 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112) 를 준비하고, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 이들을 반도체 가속도 센서칩 (10) 이 수납된 하부 용기 (101) 상에 순서대로 적층한다. 다음으 로, 이상과 같이 적층된 하부 용기 (101) 와 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 를 상하에서 가압한 상태로 열처리함으로써, 스페이서 (111) 를 하부 용기 (101) 에 고착함과 함께, 상부 덮개 (112) 를 스페이서 (111) 에 고착한다. 이것에 의해, 하부 용기 (101) 와 스페이서 (111) 에 의해 형성되는 캐비티 (101a 및 101b) 가 상부 덮개 (112) 에 의해 밀봉되고, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같은 반도체 장치 (100) 가 제조된다. 또, 이 열처리에서는, 압력을 5kg (/cm2) 으로 하고, 온도를 150℃ 로 하고, 처리 시간을 2 시간으로 할 수 있다. 또한, 하부 용기 (101) 를 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112) 로 밀봉할 때, 캐비티 (101a 및 101b) 내는 예를 들어 질소 가스나 드라이에어에 의해 퍼지된다.
·작용 효과
이상과 같이, 본 실시예에 의한 반도체 장치 (100) 는, 내부에 캐비티 (101a 및 101b) 를 갖는 패키지 (하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)) 와 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면으로부터 돌출되는 단자 (102) 와, 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 면에도 접촉하지 않도록, 단자 (102) 에 고정된 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 갖고 구성된다.
캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면으로부터 돌출되는 단자 (102) 에 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 고정시킴으로써, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 캐비티 (1 01a 및 101b) 에 있어서의 어느 면에도 접촉하지 않도록 패키지 내부에 수납하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 외부 응력이나 열팽창 등에 의해 패키지가 변형된 경우라도, 이 변형이 직접 반도체 가속도 센서칩 (10) 으로 전달되는 것을 방 지할 수 있다. 이 결과, 패키지에 주어진 외부 응력이나 열팽창 등에 의해 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 동작 특성이 변화하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 패키지가 변형된 경우라도 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치 (100) 를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들어 패키지가 열에 의해 팽창 또는 신축된 경우라도, 이 열 변화에 의해 단자 (102) 도 팽창 또는 신축되기 때문에, 패키지의 변형에 의해서 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 작용하는 응력을, 단자 (102) 의 변형에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 즉, 패키지와 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 응력을, 단자 (102) 에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 열 변화에 대해 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치 (100) 를 실현할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 단자 (102) 는 도전성을 갖는 단자이며, 반도체 가속도 센서칩 (10) 은, 단자 (102) 에 전기적 및 물리적으로 접속된 전극 패드 (14) 를 갖고, 단자 (102) 와 전극 패드 (14) 의 접속에 의해 단자 (102) 에 고정된다.
또한, 본 실시예에서는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 단자 (102) 에 고정시킬 때, 도전성 범프를 이용하고 있다. 또한 본 실시예에 있어서, 단자 (102) 는 접지되어 있어도 된다.
[실시예 2]
다음으로, 본 발명의 실시예 2 에 대해 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 또, 이하의 설명에 있어서, 실시예 1 과 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 특기하지 않은 구성에 관해서는 실시예 1 과 동일하다.
또한, 이하에서도, 중공 구조를 갖는 반도체 소자로서, 반도체 가속도 센서칩을 채용하고, 이것을 수납한 반도체 장치 및 그 제조 방법을 예로 들어 설명한다. 또, 본 실시예에서 채용하는 반도체 가속도 센서칩은, 실시예 1 에 의한 반도체 가속도 센서칩 (10) 과 동일하기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략 한다.
·반도체 장치 (100) 의 구성
다음으로, 상기 기술한 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 패키징함으로써 형성된, 본 실시예에 의한 반도체 장치 (200) 의 구성을 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 11 은 반도체 장치 (200) 의 구성을 나타내는 상면도이다. 또한, 도 12 는 도 11 에 있어서의 C-C 단면도이다. 또, 도 11 에서는, 설명의 편의상, 반도체 장치 (200) 에 있어서의 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 를 제외한 구성을 나타낸다.
도 11 및 도 12 에 나타내는 바와 같이, 반도체 장치 (200) 는, 실시예 1 에 의한 반도체 장치 (100) 와 동일한 구성을 갖고, 또한 이 밖의 구성으로서 더미 단자 (202) 를 갖는다.
더미 단자 (202) 는, 단자 (102) 와 동일하게, 하부 용기 (101) 와 스페이서 (111) 와 상부 덮개 (112) 가 형성하는 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면 (본 실시예에서는 측면) 으로부터 돌출되고, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 캐비티 (101a 및 101b) 내에 중공 상태에서 유지하기 위한 지지 부재이다. 이 더미 단자 (202) 는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 있어서의 전극 패드 (14) 와, 범프 (103) 를 사용하여 플립 칩 본딩된다. 또한, 더미 단자 (202), 그 일부가, 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 있어서의 방추부 (13), 특히 주방추부 (13b) 상으로 연장된다. 단, 방추부 (13) 와 더미 단자 (202) 사이에는, 소정의 간극 (클리어런스) 이 존재한다.
이와 같이, 더미 단자 (202) 를, 변위 부분인 방추부 (13) 상에 소정의 간극을 형성하면서 존재시킴으로써, 방추부 (13) 의 변위량을 제한할 수 있다. 즉, 돌발적인 충격 등, 반도체 장치 (200) 에 주어진 가속도에 의해, 과도하게 방추부 (13) 가 변위되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 이 과도한 가속도에 의해서 방추부 (13) 가 과잉으로 변위됨으로써, 빔부(12) 등이 파손되는 것을 방지할 수 있고, 이 결과, 반도체 장치 (200) 의 특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다. 또, 더미 단자 (202) 와 방추부 (13) 사이의 간극은, 범프 (103) 에 의해 규정할 수 있다.
이러한 더미 단자 (202) 는, 예를 들어 단자 (102) 와 마찬가지로, 소정의 불순물을 함유하는 실리콘판이나, 동이나 은이나 금 등의 금속판 등, 도전성을 갖는 판 형상 부재를 가공함으로써 형성할 수 있다. 다만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 절연성의 판 형상 부재를 가공함으로써 형성된 부재여도 된다. 또, 예를 들어 도전성의 판 형상 부재로 더미 단자 (202) 를 형성한 경우, 더미 단 자 (202) 는, 캐스터레이션 (104) 을 통하여 접지되는 것이 바람직하다.
이 밖의 구성 및 그 제조 방법은, 실시예 1 과 동일하기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다. 다만, 본 실시예에서는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 전극 패드 (10) 에 범프 (103) 를 사용하여 단자 (102) 를 접속하는 공정에 있어서 (도 8 참조), 도 13 에 나타내는 바와 같이, 단자 (102) 이외에 더미 단자 (202) 도 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 소정의 전극 패드 (14) 에 전기적 및 물 리적으로 접속된다.
·작용 효과
이상과 같이, 본 실시예에 의한 반도체 장치 (200) 는, 내부에 캐비티 (101a 및 101b) 를 갖는 패키지 (하부 용기 (101), 스페이서 (111) 및 상부 덮개 (112)) 와 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면으로부터 돌출되는 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 와, 캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 면에도 접촉하지 않도록, 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 에 고정된 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 갖고 구성된다.
캐비티 (101a 및 101b) 의 어느 한 면으로부터 돌출되는 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 에 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 고정시킴으로써, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 캐비티 (101a 및 101b) 에 있어서의 어느 면에도 접촉하지 않도록 패키지 내부에 수납하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 외부 응력이나 열팽창 등에 의해 패키지가 변형된 경우라도, 이 변형이 직접 반도체 가속도 센서칩 (10) 으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 패키지에 주어진 외부 응력이나 열팽창 등에 의해 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 동작 특성이 변화하는 것을 저감할 수 있다. 즉, 패키지가 변형된 경우라도 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치 (100) 를 실현하는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들어 패키지가 열에 의해 팽창 또는 신축된 경우라도, 이 열 변화에 의해 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 도 팽창 또는 신축되기 때문에, 패키지의 변형에 의해 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 작용하는 응력을, 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 의 변형에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 즉, 패키지와 반도체 가속도 센서칩 (10) 의 열팽창계수의 차이에 의해 발생하는 응력을, 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 열 변화에 대해서 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치 (200) 를 실현할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 단자 (102) 는 도전성을 갖는 단자이다. 또한, 더미 단자 (202) 는, 도전성을 갖고 있어도 된다. 반도체 가속도 센서칩 (10) 은, 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 에 각각 전기적 및 물리적으로 접속된 전극 패드 (14) 를 갖고, 단자 (102) 와 전극 패드 (14) 의 접속 및 더미-단자 (202) 와 전극 패드 (14) 의 접속에 의해 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 에 고정된다.
또한, 본 실시예에서는, 반도체 가속도 센서칩 (10) 을 단자 (102) 및 더미 단자 (202) 에 고정시킬 때, 도전성 범프를 사용하고 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 단자 (102) 또는 더미 단자 (202) 는 접지되어 있어도 된다.
또한, 본 실시예에서는, 더미 단자 (202) 의 적어도 일부가, 반도체 가속도 센서칩 (10) 에 있어서의 방추부 (13) 로부터 소정의 간격을 두면서 방추부 (13) 상으로 연장되어 있다.
이와 같이, 더미 단자 (202) 를, 변위 부분인 방추부 (13) 상에 소정의 간극을 형성하면서 존재시킴으로써, 방추부 (13) 의 변위량을 제한할 수 있다. 즉, 돌발적인 충격 등, 반도체 장치 (200) 에 주어진 가속도에 의해, 과도하게 방추부 (13) 가 변위하는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 이 과도한 가속도에 의해 방추부 (13) 가 과잉으로 변위함으로써, 빔부(12) 등이 파손되는 것을 방지할 수 있고, 이 결과, 반도체 장치 (200) 의 특성이 열화하는 것을 방지할 수 있다. 또, 더미 단자 (202) 와 방추부 (13) 사이의 간극은, 범프 (103) 에 의해 규정할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 및 실시예 2 는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않고, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고, 이들의 실시예를 여러가지로 변형시키는 것은 본 발명의 범위 내의 것이고, 또한 본 발명의 범위 내에 있어서, 다른 각종 실시예가 가능한 것은 상기 기재로부터 자명하다.
본 발명에 의하면, 패키지와 반도체 소자의 열팽창계수의 차이에 의한 응력의 발생을 저감하고, 또한, 반도체 소자를 수납하는 패키지의 외부 응력이나 열팽창 등에 의한 변형에 대해서 안정적으로 동작하는 것이 가능한 반도체 장치를 실현하는 것이 가능해진다.

Claims (9)

  1. 내부에 캐비티를 갖는 패키지;
    상기 캐비티의 어느 한 면으로부터 돌출되는 지지 부재; 및
    상기 캐비티의 어느 면에도 접촉하지 않도록, 상기 지지 부재에 고정된 반도체 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 도전성을 갖는 단자이며,
    상기 반도체 소자는, 상기 지지 부재에 전기적 및 물리적으로 접속된 제 1 전극 패드를 갖고, 상기 지지 부재와 상기 제 1 전극 패드의 접속에 의해 당해 지지 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 소자는, 도전성 범프를 이용하여 상기 지지 부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 더미 단자인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 접지되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 소자는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지 부재는, 적어도 일부가 상기 방추부로부터 소정의 간극을 두면서 당해 방추부 상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키지는, 제 1 캐비티가 개구된 하부 용기와, 상하 면을 관통하는 제 2 캐비티가 개구된 스페이서와, 상기 제 1 캐비티와 상기 제 2 캐비티로 이루어지는 상기 캐비티를 밀봉하는 상부 덮개를 갖고,
    상기 지지 부재는, 상기 하부 용기와 상기 스페이서 사이로부터 상기 캐비티내로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키지는, 상기 지지 부재와 전기적으로 접속된 배선 패턴과, 당해 배선 패턴과 전기적으로 접속된 제 2 전극 패드를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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