JP2000150983A - ホ―ル素子およびその製造方法 - Google Patents
ホ―ル素子およびその製造方法Info
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Abstract
く、薄型で、さらに実装の良否の判定が素子を破壊せず
に各種の光学的手段による観察によって可能なホール素
子を提供する。 【解決手段】 ホール素子は、凸形状の非磁性絶縁性基
板の凸部の上面に感磁部と金属からなる内部電極を備え
た半導体装置を有し、内部電極上および凸部の側面の一
部に導電性樹脂層が形成されており、感磁部と内部電極
の前記導電性樹脂層が形成されていない部分が保護膜で
覆われている。
Description
極めて薄型でかつ実装時の良否の判定を素子を破壊する
ことなく行うことができ、さらに半導体装置部分の形成
が簡便な小型のホール素子とその製造方法に関する。
スクやCD−ROM等のドライブモーター用の回転位置
検出センサあるいはポテンショメーター、歯車センサと
して広く用いられている。これら電子部品の小型化に伴
って、ホール素子もより薄型化への要求が益々強まって
いる。
有する磁気に感ずる半導体薄膜から本質的になる半導体
装置を、リードフレームのアイランド部と呼ばれる部分
に固着し、リードフレームと内部電極を金属細線で結線
し、次いで、半導体装置を覆うリードフレームの一部を
含めた部分を樹脂によりモールドし、バリ取り、フォー
ミング、電磁気的検査等の工程を経て製造されている。
図12はこのようにして製造された素子の一例として上
述した比較的小型の素子の外形を示す図で、(A)は側
面図、(B)は平面図である。高さhは0.8mm、幅
wは1.25mm、リードフレームを含めた長さLおよ
び幅Wはそれぞれ2.1mmである。
の外形寸法は、実装時の外部電極であるリードフレーム
を含めて、2.5×1.5mmの投影寸法で高さが0.
6mm、あるいは2.1×2.1mmの投影寸法で高さ
が0.55mmである。これらの素子は高さの低いこと
が特徴になっている。
ームを介在させないテープキャリア方式が提案されてい
る。この方式は、半導体装置の電極部をテープにバンプ
で接続して、実装基板等に実装するやり方である。これ
もテープの厚みの介在分だけ厚さが制限される。
開昭60−244084号公報には、極めて薄型のホー
ル素子がチップホール素子の名称で開示されている。す
なわち、非磁性セラミック基板表面上に形成されるとと
もに保護膜により被覆された感磁部と、外部接続用の電
極膜とを有しており、リードフレームもモールド樹脂も
ないホール素子であり、極めて薄いものである。しか
し、上記の電極は蒸着によって側面にも付着するように
しなければならず、電極と感磁部の接触に特殊な蒸着技
術を必要としていた(特開昭60−244083号公
報、特開昭61−59786号公報参照)。
来の問題点を解決し、極めて薄型でかつ実装時の良否の
判定を素子を破壊することなく行うことができ、さらに
半導体装置部分の形成が簡便で、かつペレットサイズ
の、すなわちホール素子の寸法がペレットの寸法と実質
的に等しいホール素子とその製造方法を提供することを
課題とする。
を重ねた結果、前述したようなリードフレームを用いて
いる限り、特に投影面積の上での小型化と薄型化には自
ずと限界があるという結論に達した。素子はモールドさ
れるのであるが、モールド寸法自体は1.5×1.5m
m程度にできても、そこからはみ出たリードフレームを
実装のためにフォーミングする必要があり、そのはみだ
し部分が小型化の足枷になっている。また、リードフレ
ームを薄くするにも限界があること、リードフレームの
表裏をモールド樹脂で覆う必要があることなどで、高さ
の減少にも限界がある。
ール素子全体の寸法を、実装用電極も含めてモールド寸
法程度にする工夫からなされた。
形状の非磁性絶縁性基板の凸部の上面に感磁部と金属か
らなる内部電極を備えた半導体装置を有し、前記内部電
極上および前記凸部の側面の一部に導電性樹脂層が形成
されており、前記感磁部と前記内部電極の前記導電性樹
脂層が形成されていない部分が保護膜で覆われているこ
とを特徴とする。
の非絶縁性基板の側面に相当する部分が金属層で形成さ
れていることを特徴とする。
は、基板の表面に磁気に感ずる半導体薄膜を形成し、該
半導体薄膜に最終のホール素子のパターン状に多数個の
感磁部および金属からなる内部電極を形成して多数個の
半導体装置を一括して形成する工程、各ホール素子の前
記感磁部と前記内部電極の一部を保護膜で覆う工程、各
半導体装置を分離するように前記基板に切り込みを入れ
る工程、前記半導体装置のそれぞれの内部電極と隣り合
う半導体装置の内部電極とに跨ってかつ前記切り込み部
の少なくとも一部を埋めて導電性樹脂を形成する工程、
および前記切り込み部に沿って前記基板を切断して多数
個のホール素子を個別化する工程を有することを特徴と
する。
は、それぞれの素子の側面に相当する部分が金属層で形
成された基板を用いることを特徴とし、前記製造方法に
より、多数個のホール素子を個別化した後、半導体装置
の導電性樹脂層および露出した非磁性絶縁性基板の金属
層にはんだ付けに適した金属を被覆する工程を付与する
ことを特徴とする。
って、例えば、0.8×1.5mmの投影寸法で高さが
0.3mmといった極めて小型かつ薄型のホール素子が
簡便な方法によって実現可能になった。
構成する磁気に感ずる半導体薄膜は、インジウムアンチ
モン、ガリウム砒素、インジウム砒素等の化合物半導体
あるいは(インジウム、ガリウム)−(アンチモン、砒
素)の3元または4元化合物半導体薄膜から選択でき
る。いわゆる量子効果素子も使用できる。これらの化合
物半導体薄膜は、種々の基板上に形成されるが、その基
板としては、非磁性のセラミックス、石英等のガラス基
板、サファイア等の無機基板を使用することができる
が、安く、かつ工程に対して安定であるという点ではセ
ラミックスが好適に使用できる。
膜を一旦良好な結晶性基板に蒸着によって形成し、それ
を樹脂を介して上述の非磁性基板に写し取ったような形
態がある。本発明者等は、インジウムアンチモン系の高
移動度化、つまり高感度化のための蒸着方法を種々提案
してきたが、これらの方法によって作製した半導体薄膜
を本発明に好適に適用できる(特公平1−13211号
公報、特公平1−15135号公報、特公平2−478
49号公報、特公平3−59571号公報参照)。
来の組立方法である金線ボンディング法をとる場合に
は、少なくとも3回も感光性レジストの塗布、乾燥、パ
ターニング、レジスト除去の工程を経ねばならず、生産
性の上でネックとなっているのが現状である。本発明に
よれば、導電性樹脂により外部電極に接続される構造に
なるので、大幅な工程短縮が図られることになる。
スを経てウエハー上に同時に多数固形成される。その
際、磁電変換素子(ホール素子)として使用されるため
に、1個の素子について一般に4つの内部電極が一括し
て形成される。その内部電極に金等の金属細線を介在さ
せないで、直接外部電極に結線できるようにするのが、
本発明の特徴の一つである。
エハー上の多数個の半導体装置に多数個の内部電極を形
成する。内部電極の材料としては、Al、Cu、Pd等
の金属が適用される。その形成方法としては、メッキや
蒸着等が適用できる。そのうち、導電性の点や安価に形
成できる点で無電解メッキによるCuが好適に使用でき
る。
する工程が続く。この際、感光性樹脂を使用するのが簡
便である。例えば、ソルダーレジストや感光性ポリイミ
ドを使用すれば、普通のマスクを用いた露光現像工程に
より精度良く保護膜を形成できる。また、この段階ある
いはその前の段階で金属酸化物やガラスのような絶縁物
を少なくとも受感部の上に積層してより信頼性の向上を
図るような、いわゆるパッシベーション層を設けること
もできる。
板に切り込みを入れる工程が続く。この工程はダイシン
グによって行うのが簡便である。
つなげるためのパターンにすることも本発明の特徴であ
る。そのために、金属の内部電極上に導電性樹脂層を形
成する。例えば、導電性樹脂を印刷でウエハー上に刷り
込む形態や、あるいは、いわゆるリフトオフ法を利用し
て導電性樹脂層を付与する形態がとられる。その際、隣
り合う素子の内部電極に跨るように導電性樹脂層を形成
するのがより好ましい形態である。この際、前述の切り
込み部の側面の少なくとも基板上面と連続している部分
にも導電性樹脂層がうまく形成される。上面から少なく
とも0.1mmのところまでは導電性樹脂層が形成され
る。
ング工程は、金属による内部電極の形成の前あるいは後
に行われる。金属内部電極の上に導電性樹脂層を0.0
2mm以上の厚みに形成する。この厚みが0.02mm
未満であると下記のような問題が生じる。すなわち、素
子の完成後、素子を基板に実装する際に、はんだにより
電極部を形成するが、はんだの溶融時に導電性物体がは
んだに食われ、断線につながる場合がある。また、導電
性樹脂層の厚みは前述した保護膜の厚みよりも大きいこ
とが必要である。さもなければ、保護膜が邪魔になって
外部への実装が困難になる。導電性樹脂層の厚みが薄く
なれば、表面感磁部側に形成される樹脂がさらに薄くな
ることにより、温度湿度ストレスに対する信頼性が低下
する。この点からも、導電性樹脂層の厚みは0.02m
m以上が好ましい厚みである。
Ag、Pdあるいはそれらの混合金属粉末がエポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂、イミド変性エポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂、あるいはフェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、
ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレタン樹脂、ポリ
ビニルアセテート樹脂等の熱可塑性樹脂に分散された多
くの導電性樹脂の中から選択できる。いわゆる異方導電
性樹脂も好適に使用できる。この導電性樹脂層の形成に
はポッティング法等が使用できるが、スクリーン印刷法
を用いるのが好ましい。
裏面までダイシング等により個別の素子に切断すること
によってホール素子が完成する。
性樹脂層が外部電極との接続に使用されるので、素子を
基板等に実装する際の良否の判定が、顕微鏡などの光学
的手段による観察、例えば横側面へのはんだなどの濡れ
の観察により、素子を破壊せずに可能になる。
ある。導電性樹脂そのままでの実装よりも従来のはんだ
による実装を好む場合には、導電性樹脂の上にNi、A
g、Au、Pdの単層をあるいはそれらの金属の積層を
無電解メッキで形成することが可能である。その場合、
例えば、上記の導電性樹脂層の形成後に前述の切り込み
部に沿って、より薄い刃で再度切り込みを入れ、上述の
金属をメッキし、その後、個別素子に切り離すことによ
って作ることができる。また、まず個別素子に切り離し
た後に、バレルメッキで所定部分に金属層をメッキする
形態もとり得る。
板の裏面にも樹脂による保護層を設けることも可能であ
って、その場合、表面保護に用いた樹脂を好適に使用で
きる。また、この場合には、樹脂がラミネート状に付与
されたフィルムを熱圧着することによって裏面保護層の
形成を行うこともできる。
の変更も可能である。
ことを特徴とする。
属層が埋め込まれて形成された非磁性絶縁性基板上に、
上述の方法で半導体薄膜を形成する。さらにそのウエハ
ー上に多数個の半導体装置と多数個の内部電極を上述の
方法で形成する。
板は、例えば、アルミナ基板にW金属が局部的に埋め込
まれた形態がある。これは、次のような工程を経て作製
する。90%の含有量のアルミナとバインダーを混合
し、ドクターブレード法で所望の厚さのシート状に成形
する。次いで打ち抜き金型によって局部的にシートを打
ち抜き、この部分にW金属粉が混合されたペーストを埋
め込む。本発明において、この埋め込み部が半導体装置
の側面裏面電極部となる。その後、場合によっては、表
面裏面に前記Wペーストを所望の部分にスクリーン印刷
等でプリントする。これは、本発明において半導体装置
外部電極部の裏面電極部を広く形成するのに有効であ
る。次いで、還元雰囲気下で最大1600℃で焼成し
て、W金属が埋め込まれたアルミナ基板(メタライズ・
アルミナ基板)が完成する。
に切り込みを入れる工程が続く。切り込み深さは、前記
基板中に形成された金属層が出現する程度で良い。ダイ
シングによって行うのが簡便であり、ブレードの摩耗等
を考慮し、例えば30μmの深さの切り込みを入れる。
また、切り込みは必ずしもXY方向に入れる必要はな
く、X方向のみ行なっても良い。
に保護膜を形成する工程が続く。この際、切り込み部の
一部にも保護膜を形成することが可能である。
つなげるために、金属の内部電極上に導電性樹脂層を前
述の方法で形成する。
裏面までダイシング等によって個別の半導体装置に切断
する。その際、前述の切り込み時に使用したブレードの
厚さより薄いブレードを使用して切断することが好まし
い。この二つのブレードの厚さの差の半分の幅が、導電
性樹脂と非磁性絶縁性基板中に埋め込まれている金属と
が接合される部位となる。
の導電性樹脂層や、切断により出現した非磁性絶縁性基
板中の金属部および非磁性絶縁性基板裏面の金属部、す
なわち露出した金属部にはんだ付けに適した金属を被覆
するためのメッキを行う。この被覆としては、電解メッ
キまたは無電解メッキなど何れの方法も可能である。
て処理して極めて簡便に素子化することを特徴とするも
のである。
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
子の実施例の模式的断面図を示す。図1において、1は
アルミナ基板、2は半導体装置の内部電極であり金属か
らなる。3は半導体装置の感磁部、4は内部電極2上に
形成された導電性樹脂層、5aは感磁部3を覆ったソル
ダーレジスト、5bは基板裏面のソルダーレジストであ
る。
工程を図2〜図5を用いて説明する。図2(A)はアル
ミナ基板1上に多数個の半導体装置のパターンが形成さ
れている様子を示し、図2(B)は、各半導体装置の内
部電極2、感磁部3の形状を示すための図2(A)の部
分拡大図である。図2に示した状態のウエハーを次のよ
うな工程を経て作製した。直径4インチ(10.2c
m)で厚さが0.2mmのアルミナ基板上に、電子移動
度13000cm2/V/secのInSb薄膜を形成
し、フォトリソグラフィーの手法でホール素子パターン
を形成した。感磁部3の長さは350μm、幅は170
μmであった。各ホール素子のための一つのペレットの
大きさは1.3mm×0.8mm角であった。内部電極
用のパターニングを行い、個々の半導体装置の四隅に無
電解Cuメッキによって内部電極2を形成した。
るが、レジストを厚み10μmに塗布後、リソグラフィ
ーの工程を経て所定の部分にのみ形成した。使用したレ
ジストはシップレイ社製CFPR−G−200であっ
た。その状態を図3に示す。
板に切り込み6を入れた状態を図4に示す。この際の切
り込み6の深さは約100μmであった。
置の内部電極部分と跨ってスクリーン印刷により50μ
mの厚さで導電性樹脂層4を設けた。この際に用いた導
電性樹脂は(株)アサヒ化学研究所製のLS−005P
であった。次に、上記のソルダーレジスト5aと同じソ
ルダーレジスト5bを基板1の裏面の全面に塗布し乾燥
させた。この状態の断面図を図5に示す。
0.05mm幅のブレードを使用したダイシングによっ
て基板1を切断し、個別のホール素子に分離した。
に示したものである。本実施例のホール素子の寸法は、
1.3×0.8mm角(すなわち、素子ペレットと同一
の寸法)で、厚さが0.25mmであった。この素子の
感度は1V、0.1Tの条件で平均約60mVであっ
た。
ナ基板を以下のようにして作った。
めにIn過剰のInSb薄膜を蒸着により形成し、次い
で過剰のInと化合物を形成するSbを過剰に蒸着する
方法により、電子移動度46000cm2/V/sec
のInSb薄膜を厚さ0.7μmに形成した。次に、5
5mm角、厚さ0.2mmのアルミナ基板1を準備し、
上記のInSb薄膜上にポリイミド樹脂を滴下し、アル
ミナ基板をその上に重ね、重石を置いて200℃で12
時間放置した。次に室温に戻し、雲母を剥ぎ取った。高
さの制約から接着のための樹脂の厚さは数μmに抑える
必要がある。
板を用いて、実施例1と同じようにして、ホール素子を
作製した。素子の寸法は実施例1の素子とほぼ同じ寸法
であり、感度は1V、0.1Tの条件で平均210mV
とこの高さの素子としては極めて高いものであった。
基板に代えて、金属が局部的に埋め込まれた非磁性絶縁
性基板(メタライズ・アルミナ基板)を使用した場合を
示す。
の模式的断面図を示す。図6において、8は、金属が埋
め込まれているアルミナ基板、すなわちメタライズ・ア
ルミナ基板である。9はメタライズ・アルミナ基板のW
金属部であり、2は半導体装置の内部電極であり金属か
らなる。3は半導体装置の感磁部、4は内部電極2上に
形成された導電性樹脂層、5は感磁部3を覆ったソルダ
ーレジスト、10は外部電極上に形成したNi、Auメ
ッキ部である。
工程を、図7〜図11を用いて説明する。図7(A)
は、メタライズ・アルミナ基板8上に多数個の半導体装
置のパターンが形成されている様子を示し、図7(B)
は、各半導体装置の内部金属電極2、感磁部3の形状を
示すための図7(A)の部分拡大図である。図7に示し
た状態のウエハーを次のような工程を経て作製した。
じめにIn過剰のInSb薄膜を蒸着により形成し、次
いでInSb膜中にある過剰のInと化合物を形成する
Sbを過剰に蒸着する方法により、電子移動度4600
0cm2/V/secのInSb薄膜を厚さ0.7μm
に形成した。次に54mm角、厚さ0.25mmのメタ
ライズ・アルミナ基板8を準備し、上記のInSb薄膜
上にポリイミド樹脂を滴下し、メタライズ・アルミナ基
板をその上に重ね、重石を置いて200℃で12時間放
置した。次に室温に戻し、雲母を剥ぎ取った。高さの制
約から接着のための樹脂の厚さは数μmに抑える必要が
ある。
ル素子工程で半導体装置を個片に切断した際に半導体装
置の四隅にW金属が配置する様、W金属がポール状にア
ルミナ基板中に多数埋め込まれている。
磁部を形成するように、基板外形から位置合わせを実施
し、フォトリソグラフィーの手法でホール素子パターン
を形成する。内部電極用のパターニングを実施し、無電
解銅メッキを施し厚付けのため更に電解銅メッキを施
し、次にエッチングパターンを形成して、エッチングに
より、感磁部3と内部電極2を形成した。感磁部3の長
さは350μm、幅は170μmであった。各ホール素
子のための一つのペレットの大きさは1.5mm×0.
8mm角であった。この状態を図8に示す。
板に切り込み6を入れた状態を図9に示す。0.3mm
幅のブレードを使用してダイシングソーで切り込みを入
れた。この際の切り込み6の深さは約30μmであっ
た。切り込みは最終の個片素子の長手方向になる一方向
(X方向)のみ実施した。上記ポリイミド樹脂層を破
り、メタライズ・アルミナ基板のW部分が出現した状態
となった。
ダーレジスト5を形成するが、レジストを厚さ40μm
に塗布後、リソグラフィーの工程を経て所定の部分のみ
形成した。使用したソルダーレジストは、タムラ社製D
SR−2200BGXであった。その状態を図10に示
す。
置の内部電極部分と跨ってスクリーン印刷により50μ
mの厚さで導電性樹脂層4を形成した。この際用いた導
電性樹脂は(株)アサヒ化学研究所製のLS−005P
であった。この状態の断面図を図11に示す。
0.1mm幅のブレードを使用してダイシングソーで基
板1をXY方向に切断し、個別のホール素子に分離し
た。
メッキでNiを3μm、無電解AuメッキでAuを0.
05μm、ソルダーレジストで保護されていない内部電
極の一部と導電性樹脂部とメタライズ・アルミナ基板の
ダイシングソーでの切断によって出現したホール素子側
面のW金属部とメタライズ・アルミナ基板の裏面にある
W金属部に上記金属のメッキ被膜を施した。
6に示したものである。本実施例のホール素子寸法は、
0.8×1.5mm角(すなわち、素子ペレットと同一
の寸法)で、厚さが0.3mmであった。この素子の感
度は入力電圧1V、0.1Tの磁束密度中の条件で平均
約210mVであった。
イズ・アルミナ基板を以下のようにして作製した。54
mm角で厚さが0.25mmのメタライズ・アルミナ基
板片面にSiO2を5000Å形成した。その上に、実
施例1と同様な蒸着法により、電子移動度13000c
m2/V/secのInSb薄膜を形成した。
・アルミナ基板を用いて、実施例3と同じようにして、
ホール素子を作製した。素子の寸法は実施例3の素子と
ほぼ同じ寸法であり、感度は、入力電圧1V、0.1T
の磁束密度中の条件で平均約60mVであった。
極めて小型薄型でかつ実装時の良否判定を素子を破壊す
ることなく行うことができ、さらに半導体装置部分の形
成が簡便なペレットサイズのホール素子を提供すること
ができる。
面図である。
て、セラミック基板上に内部電極と感磁部を多数個形成
した状態を示す図である。
て、保護層として感磁部上にソルダーレジストを形成し
た状態を示す図である。
て、半導体装置を分離するように基板に切り込みを入れ
た状態を示す図である。
て、内部電極上に導電性樹脂層を形成した状態を示す図
である。
面図である。
て、メタライズ・アルミナ基板上に内部電極と感磁部を
多数個形成した状態を示す図である。
て、メタライズ・アルミナ基板上に内部電極と感磁部を
多数個形成した状態を示す断面図である。
て、半導体装置を分離するように基板に切り込みを入れ
た状態を示す図である。
って、保護層として感磁部上にソルダーレジストを形成
した状態を示す図である。
って、内部電極上に導電性樹脂層を形成した状態を示す
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 凸形状の非磁性絶縁性基板の凸部の上面
に感磁部と金属からなる内部電極を備えた半導体装置を
有し、前記内部電極上および前記凸部の側面の一部に導
電性樹脂層が形成されており、前記感磁部と前記内部電
極の前記導電性樹脂層が形成されていない部分が保護膜
で覆われていることを特徴とするホール素子。 - 【請求項2】 前記凸形状の非磁性絶縁性基板の側面に
相当する部分が金属層で形成されていることを特徴とす
る請求項1記載のホール素子。 - 【請求項3】 基板の表面に磁気に感ずる半導体薄膜を
形成し、該半導体薄膜に最終のホール素子のパターン状
に多数個の感磁部および金属からなる内部電極を形成し
て多数個の半導体装置を一括して形成する工程、各ホー
ル素子の前記感磁部と前記内部電極の一部を保護膜で覆
う工程、各半導体装置を分離するように前記基板に切り
込みを入れる工程、前記半導体装置のそれぞれの内部電
極と隣り合う半導体装置の内部電極とに跨ってかつ前記
切り込み部の少なくとも一部を埋めて導電性樹脂層を形
成する工程、および前記切り込み部に沿って前記基板を
切断して多数個のホール素子を個別化する工程を有する
ことを特徴とするホール素子の製造方法。 - 【請求項4】 それぞれの素子の側面に相当する部分が
金属層で形成された基板を用いることを特徴とする請求
項3記載のホール素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記半導体装置の導電性樹脂層および露
出した非磁性絶縁性基板の金属層にはんだ付けに適した
金属を被覆する工程を付与してなる請求項4に記載のホ
ール素子の製造方法。
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---|---|---|---|
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JP10-245849 | 1998-08-31 | ||
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