(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
一面側に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部(32)が形成されていると共に、前記センシング部と電気的に接続されて前記センサ信号を出力するパッド(33)が形成された半導体基板(31)と、前記半導体基板の一面に配置され、前記センシング部および前記パッドを露出させる開口部(35、36)が形成された保護膜(34)と、を有するセンサチップ(30)と、
前記パッドと電気的に接続されるワイヤ(40)と、
前記パッドと前記ワイヤとの接続部分を封止する封止部材(50)と、を備え、
前記保護膜は、前記センシング部と前記パッドとの間に位置する部分に段差を構成する堰止手段(37a)が形成され、前記センシング部側に位置する第1領域(34a)の表面と、前記パッド側に位置する第2領域(34b)の表面とが前記堰止手段によって分離されており、
前記堰止手段は、溝部であり、
前記保護膜の表面と前記溝部の側面との成す角度(θ1)は、90°未満とされていることを特徴とする物理量センサ。
一面側に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部(32)が形成されていると共に、前記センシング部と電気的に接続されて前記センサ信号を出力するパッド(33)が形成された半導体基板(31)と、前記半導体基板の一面に配置され、前記センシング部および前記パッドを露出させる開口部(35、36)が形成された保護膜(34)と、を有するセンサチップ(30)と、
前記パッドと電気的に接続されるワイヤ(40)と、
前記パッドと前記ワイヤとの接続部分を封止する封止部材(50)と、を備え、
前記保護膜は、前記センシング部と前記パッドとの間に位置する部分に段差を構成する堰止手段(37b)が形成され、前記センシング部側に位置する第1領域(34a)の表面と、前記パッド側に位置する第2領域(34b)の表面とが前記堰止手段によって分離されており、
前記堰止手段は、凸部であり、
前記凸部の先端面と前記凸部の側面との成す角度(θ2)は、90°未満とされていることを特徴とする物理量センサ。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0013】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1および
図2に示されるように、物理量センサは、リードフレーム10と、リードフレーム10を封止して保持するモールド樹脂20と、モールド樹脂20上に搭載されたセンサチップ30と、センサチップ30とリードフレーム10のリード11とを接続するボンディングワイヤ40と、主にボンディングワイヤ40の接続部分を封止する封止部材50と、を備えている。
【0014】
なお、
図1は
図2中のI−I線に相当する断面図である。また、
図2では、封止部材50を省略して示してある。
【0015】
リードフレーム10は、一方の板面である一面10aと他方の板面である他面10bとが表裏の関係にある板状のものであり、板材をパターニングすることで複数本のリード11およびアイランド12を形成するものである。すなわち、リードフレーム10の一面10a、他面10bは、そのままリード11、アイランド12の一面10a、他面10bに相当する。
【0016】
このようなリードフレーム10は、Cuや42アロイ等の金属製の板材より構成され、当該板材をプレスやエッチングでパターニングすることで、図示しない外枠およびタイバーによってリード11、アイランド12が一体に連結された状態で形成される。
【0017】
そして、リードフレーム10は、モールド樹脂20で封止された後、上記外枠、タイバーがカットされることにより、リード11、アイランド12が互いに分離したものとされる。つまり、
図1に示される物理量センサにおいては、リード11とアイランド12とは、モールド樹脂20で支持されつつ互いに分離した状態とされている。
【0018】
なお、各リード11は、それぞれ電気的に分離されているが、モールド樹脂20内にて図示しないポリイミド等の電気絶縁性のテープ等により一体に連結されている。例えば、テープは、複数本のリード11の配列方向に沿って全リードを横断するように、各リード11の他面10bに貼り付けられている。そして、このようなテープは、リード11と共にモールド樹脂20にて封止されている。
【0019】
各リード11は、細長板状とされており、一面10aが同一平面に位置するように、長手方向を揃えた状態で互いに等間隔の隙間を設けて配置されている。そして、各リード11の一面10aにバンプ60が配置されている。このバンプ60は、金や銀等よりなる導電性のものであって、ボールボンディング法やメッキ、あるいはスパッタや蒸着等の典型的手法により形成される。
【0020】
そして、
図1に示されるように、各リード11、隣り合うリード11間の隙間、および、バンプ60の周りがモールド樹脂20で埋められている。これにより、複数本のリード11およびバンプ60は、モールド樹脂20に保持されている。
【0021】
なお、モールド樹脂20は、例えば、エポキシ樹脂等がトランスファーモールド法によって成形されることで構成されている。そして、モールド樹脂20には凹部21が形成されており、バンプ60の先端面は凹部21の底面から露出している。特に限定されるものではないが、本実施形態では、バンプ60は円柱状とされている。
【0022】
また、リード11における長手方向の一端の外側にはセンサチップ30が配置され、他端の外側にはモールド部品70が配置されている。センサチップ30は、凹部21の底面に、エポキシ樹脂等よりなる接着剤80を介して搭載されている。つまり、センサチップ30は、モールド樹脂20より露出した状態でモールド樹脂20に固定されている。
【0023】
センサチップ30は、矩形板状の半導体基板31等を用いて構成され、表面側に物理量に応じてセンサ信号を出力するセンシング部32が形成されると共に、このセンシング部32と図示しない配線を介して電気的に接続されるパッド33が形成されたものである。センシング部32は、特に限定されるものではないが、例えば、流量、加速度、角速度等に応じたセンサ信号を出力するものであり、半導体基板31の裏面に凹部が形成されることで構成されるダイヤフラムを有するものであってもよい。
【0024】
なお、特に図示しないが、本実施形態では、センシング部32とパッド33とは、センシング部32とパッド33との最短距離を結ぶAl配線等の配線部によって電気的に接続されている。また、パッド33は、Cu等がパターニングされて構成されている。
【0025】
半導体基板31には、表面にレジスト等からなる保護膜34が半導体基板31の端部と一致するように形成されている。そして、この保護膜34には、センシング部32を露出させる開口部35が形成されていると共に、パッド33を露出させる開口部36が形成されている。
【0026】
また、保護膜34には、センシング部32とパッド33との間の部分に段差を構成する溝部37aが形成されており、センシング部32側の第1領域34aの表面と、パッド33側の第2領域34bの表面とが溝部37aによって分離されている。言い換えると、第1領域34aの表面と第2領域34bの表面とは繋がっていない。本実施形態の溝部37aは後述するようにウェットエッチングによって形成されており、保護膜34の表面と溝部37aの側面との成す角度θ1が90°以下とされている。
【0027】
なお、保護膜34(第1、第2領域34a、34b)の表面とは、保護膜34のうち半導体基板31側と反対側の一面のことである。また、本実施形態では、半導体基板31の表面が本発明の半導体基板31の一面に相当し、溝部37aが本発明の堰止手段に相当している。
【0028】
そして、開口部36から露出しているパッド33がバンプ60とボンディングワイヤ40を介して電気的に接続されている。
【0029】
また、
図1および
図3に示されるように、パッド33およびバンプ60と、ボンディングワイヤ40との接続部分は、封止部材50によって封止されて保護されている。この封止部材50は、パッド33とボンディングワイヤ40との接続部分を覆うように凹部21および第2領域34bの表面上に配置され、溝部37aによって堰き止められている。つまり、封止部材50は、第1領域34a上には配置されていない。なお、封止部材50は、例えば、シリカよりなるフィラーを含有するエポキシ樹脂等の液状樹脂が塗布された後に硬化されることで構成される。
【0030】
モールド部品70は、
図1および
図2に示されるように、モールド樹脂20に封止されており、モールド樹脂20内にてアイランド12の一面10a上に搭載されている。このようなモールド部品70としては、例えば、回路チップ等の表面実装部品や回路基板等が挙げられる。
【0031】
そして、モールド樹脂20内にて、モールド部品70とリード11の一面10aの他端側とが、ボンディングワイヤ41を介して電気的に接続されている。つまり、リード11およびモールド部品70とボンディングワイヤ41との接続部分は、モールド樹脂20によって封止されている。
【0032】
また、アイランド12の一部である外部接続端子13は、モールド樹脂20より露出している。この外部接続端子13には、図示しない外部の配線部材等が接続されるようになっており、この外部接続端子13によって物理量センサと外部との電気的接続が行われるようになっている。
【0033】
以上が本実施形態における物理量センサの構成である。このような物理量センサでは、センサチップ30からの信号がボンディングワイヤ40、リード11を介して、アイランド12上のモールド部品70に伝わり、さらに、外部接続端子13から外部に出力されるようになっている。次に、上記物理量センサの製造方法について説明する。
【0034】
まず、センシング部32やパッド33が形成された半導体基板31の表面全面に保護膜34を形成し、センシング部32やパッド33を露出させる開口部35、36および溝部37aをエッチングにより形成してセンサチップ30を用意する。
【0035】
なお、本実施形態では、少なくとも溝部37aは、ウェットエッチングによって形成され、保護膜34の表面と溝部37aの側面との成す角度θ1が90°以下とされている。
【0036】
また、外枠およびタイバーによって、複数本のリード11とアイランド12とが一体に連結された状態のリードフレーム10を用意する。なお、このリードフレーム10は、外枠およびタイバー以外にも上記電気絶縁性のテープにより一体に連結されている。
【0037】
そして、各リード11の一面10aのうち所定領域にバンプ60を形成する。バンプ60は、例えば、上記のようにボールボンディングやメッキ等によって形成される。
【0038】
次に、アイランド12の一面10a上にモールド部品70を搭載し、ワイヤボンディングを行ってモールド部品70とリード11とをボンディングワイヤ41で電気的に接続する。
【0039】
なお、ボンディングワイヤ41の形成は、金やアルミニウム等のワイヤを用いたボールボンディング、ウェッジボンディング等のワイヤボンディングにより行われる。また、この工程は、バンプ60を形成する前に行ってもよいし、バンプ60を形成した後に行ってもよい。
【0040】
次に、樹脂成型用の金型を用い、バンプ60の先端面およびアイランド12の外部接続端子13が露出するように、複数本のリード11、アイランド12、バンプ60、モールド部品70を覆うモールド樹脂20を成形する。
【0041】
その後、モールド樹脂20より露出するリードフレーム10のタイバーおよび外枠をカットすることにより、リード11とアイランド12とをモールド樹脂20で支持されつつ互いに分離した状態とする。
【0042】
続いて、モールド樹脂20の表面上に接着剤80を配置し、接着剤80を介してセンサチップ30をモールド樹脂20に搭載する。
【0043】
そして、センサチップ30に形成された各パッド33と各バンプ60とをボンディングワイヤ40を介して電気的に接続する。ボンディングワイヤ40の形成は、上記ボンディングワイヤ41と同様に、金やアルミニウム等のワイヤを用いたボールボンディング、ウェッジボンディング等のワイヤボンディングにより行われる。
【0044】
次に、パッド33およびバンプ60とボンディングワイヤ40との接続部分に封止部材(液状樹脂)50を塗布して硬化することにより、上記物理量センサが製造される。
【0045】
具体的には、
図4(a)に示されるように、パッド33およびバンプ60とボンディングワイヤ40との接続部分を覆うように、凹部21の底面および第2領域34b上に封止部材50を塗布する。このとき、封止部材50は第2領域34bの表面を広がるが、
図4(b)に示されるように、封止部材50は、溝部37aに流れ込んで滞留するか、または、溝部37aに流れ込んだ後は溝部37aに沿って半導体基板31の側面に流れる。つまり、封止部材50は、溝部37aによって堰き止められる。このため、封止部材50が第1領域34aの表面上に広がることが抑制される。
【0046】
以上説明したように、本実施形態では、保護膜34には段差を構成する溝部37aが形成されており、センシング部32側の第1領域34aの表面とパッド33側の第2領域34bの表面とが分離されている。このため、第2領域34bの表面上を封止部材50が広がってもこの封止部材50は溝部37aによって堰き止められる。したがって、第1領域34aの表面に封止部材50が広がることを抑制でき、センシング部32に封止部材50が付着することを抑制できる。
【0047】
また、溝部37aはウェットエッチングで形成されており、保護膜34の表面と溝部37aの側面との成す角度θ1が90°以下とされている。つまり、第1領域34aの表面と溝部37aの側面との成す角度θ1が90°以下とされている。このため、第1領域34aの表面と溝部37aの側面との成す角度θ1が90°より大きくされている場合と比較して、溝部37aに流れ込んだ封止部材50が第1領域34aの表面に這い上がることを抑制し易くなる。
【0048】
さらに、保護膜34の端部は半導体基板31の端部と一致している。つまり、第1領域34aの端部が半導体基板31の端部と一致している。このため、半導体基板31の表面のうち第1領域34aの外側に位置する部分が露出している場合には、溝部37aに流れ込んだ封止部材50が半導体基板31の表面のうち第1領域34aの外側に位置する部分に流れ込んだ後に第1領域34aの表面に這い上がる可能性があるが、本実施形態では、溝部37a以外の領域から封止部材50が第1領域34aの表面に這い上がることを抑制できる。
【0049】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の物理量センサは、第1実施形態に対して堰止手段を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0050】
図5に示されるように、本実施形態では、保護膜34には、溝部37aの代わりに、堰止手段として段差を構成する凸部37bが形成されている。そして、この凸部37bにより、センシング部32側の第1領域34aの表面と、パッド33側の第2領域34bの表面とが分離されている。
【0051】
このようなセンサチップ30を用いた物理量センサとしても、封止部材50は凸部37bにて第1領域34aに広がることが抑制されるため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0052】
なお、このようなセンサチップ30は、例えば、半導体基板31の表面上に保護膜34を構成するレジスト等を2度形成して2層構造とし、凸部37bを構成するように上層(半導体基板31と反対側の層)を除去することによって形成される。また、凸部37bの先端面と側面との成す角度θ2は、上記θ1と同様に、90°以下とされている。
【0053】
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の物理量センサは、第1実施形態に対して第1領域34aの厚さを変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0054】
図6に示されるように、本実施形態では、保護膜34は、第1領域34aの厚さが第2領域34bの厚さより厚くされている。これによれば、溝部37a内の封止部材50が第1領域34aの表面に這い上がることをさらに抑制できる。
【0055】
なお、このようなセンサチップ30は、例えば、半導体基板31の表面上に保護膜34を構成するレジスト等を形成した後、第2領域34bが構成される部分のレジストを除去する。その後、再びレジスト等を形成することにより、第1領域34aの厚さが第2領域34bの厚さより厚くなる保護膜34を形成することができる。
【0056】
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して溝部37aを複数形成したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0057】
図7および
図8に示されるように、本実施形態では、保護膜34には、2つの溝部37aが形成されている。これによれば、封止部材50がパッド33側の溝部37aを這い上がったとしても、封止部材50はセンシング部32側の溝部37aによって堰き止められる。このため、センシング部32に封止部材50が付着することをさらに抑制できる。
【0058】
なお、本実施形態では、第1領域34aがさらに2つの領域に分離されているといえる。また、
図7は
図8中のVII−VII線に相当する断面図であり、
図8では、封止部材50を省略して示してある。
【0059】
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第4実施形態に対してセンシング部32側の溝部37aの形状を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0060】
図9および
図10に示されるように、本実施形態では、センシング部32側の溝部37aは、センシング部32を囲むように枠状に形成されている。このようなセンサチップ30としても、上記第4実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0061】
なお、このような枠状の溝部37aは、例えば、第1領域34aの端部と半導体基板31の端部とが一致しておらず、半導体基板31の表面のうち第1領域34aの外側に位置する部分が露出しているようなセンサチップ30に形成されると特に好ましい。言い換えると、溝部37a以外の領域から封止部材50が第1領域34aの表面に這い上がる可能性があるセンサチップ30に形成されると好ましい。
【0062】
また、
図9は
図10中のIX−IX線に相当する断面図であり、
図10では、封止部材50を省略して示してある。
【0063】
(他の実施形態)
上記各実施形態を適宜組み合わせた物理量センサとしてもよい。例えば、上記第2実施形態を上記第3〜第5実施形態に組み合わせ、堰止手段を凸部37bとしてもよい。また、上記第3実施形態を上記第4、第5実施形態に組み合わせ、第1領域34aを第2領域34bより厚くしてもよい。
【0064】
さらに、上記第1、第3、第4実施形態を組み合わせ、第1領域34aを第2領域34bより厚くしつつ、複数の溝部37aを形成してもよい。同様に、上記第2、第3、第4実施形態を組み合わせてもよいし、第1、第2実施形態の一方と、第3、第5実施形態とを組み合わせてもよい。
【0065】
また、上記第4、第5実施形態において、複数の堰止手段を形成する場合には、溝部37aおよび凸部37bをそれぞれ形成してもよい。そして、上記第1、第2実施形態において、上記第5実施形態のように、堰止手段を枠状としてもよい。さらに、上記第5実施形態において、複数の溝部37aを全て枠状としてもよい。
【0066】
さらに、センシング部32とパッド33とを繋ぐ配線部を半導体基板31の略中央部に密集させて形成してもよい。このようなセンサチップ30では、配線部を覆う第2領域34bの表面に若干の凹凸が形成され、封止部材50は凹凸が密集している部分を広がり易い。このため、第2領域34bから溝部37aに流れ込む封止部材50の領域を特定し易くなる。したがって、例えば、第3実施形態のように第1領域34aを厚くする場合には、第1領域34aのうち封止部材50が流れ込み易い溝部37aの近傍領域を特に厚くすることにより、第1領域34aに封止部材50が這い上がることをさらに抑制できる。
【0067】
また、上記各実施形態において、保護膜34は半導体基板31の端部まで形成されていなくてもよい。すなわち、半導体基板31の端部が露出していてもよい。
【0068】
そして、上記第1、第3〜第5実施形態において、溝部37aをドライエッチングにより形成してもよい。この場合、保護膜34の表面と溝部37aの側面との成す角度θ1は90°未満となるが、第1領域34aと第2領域34bとの間に溝部37aによって段差が形成されるため、第1領域34aに封止部材50が這い上がることを抑制できる。同様に、上記第2実施形態において、凸部37bの先端面と側面との成す角度θ2が90°未満とされていてもよい。