JP2008227087A

JP2008227087A - 半導体素子

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Publication number: JP2008227087A
Application number: JP2007062166A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Watanabe; 達也渡辺; Masahiko Imoto; 正彦井本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25
Also published as: DE102008010532A1; US20080224304A1; US7719006B2

Abstract

【課題】容器と板状の蓋体とを備えた半導体素子において、蓋体の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができる半導体素子を提供する。
【解決手段】本発明の加速度センサ素子２は、半導体センサチップ２０と、セラミックパッケージ２１と、リッド２２とから構成されている。セラミックパッケージ２１の底部２１２には、半導体センサチップ２０が固定されている。リッド２２の中央部には、反半導体センサチップ２０側に突出したドーム状の突出部２２０が形成されている。リッド２２は、セラミックパッケージ２１の開口部２１３を覆うように配置され、シールリング２１４にシーム溶接されている。そのため、リッド２２の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができる。従って、モールド成形時の成形圧によるリッド２２の変形を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップを収容する容器と、容器の開口部を密閉する蓋体とを備えた半導体素子に関する。

従来、半導体チップを収容する容器と、容器の開口部を密閉する蓋体とを備えた半導体素子として、例えば特開２００４−３８８６号公報に開示されているセンサがある。このセンサは、半導体センサチップと、矩形箱状のパッケージと、矩形平板状のリッドとから構成されている。半導体センサチップは、パッケージの内底面に固定されている。パッケージの内底面には、ボンディングパッドの形成された端子台が突設されている。半導体センサチップは、ボンディングワイヤーを介してボンディングパッドに電気的に接続されている。パッケージの開口部分は、リッドによって覆われ密閉されている。
特開２００４−３８８６号公報

このようなセンサが、回路を構成する他の電子部品等とともに、一体的にモールド成形される場合がある。しかし、前述したようにリッドは平板状である。そのため、モールド成形時の成形圧によって、リッドがパッケージ側に変形する恐れがあった。リッドが金属製である場合、変形によってボンディングワイヤーや半導体センサチップと接触し、半導体センサチップが短絡してしまう可能性がある。また、リッドが金属製でない場合、例えば樹脂製の場合であっても、変形によってボンディングワイヤーや半導体センサチップに不要な応力をかけることは好ましくない。これに対し、リッドの板厚を厚くする方法も考えられるが、それに伴ってコストが上昇してしまう。さらに、溶接によってリッドを固定する場合、板厚を厚くしたことで放熱性がよくなり、溶接がしにくくなるという問題もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、容器と板状の蓋体とを備えた半導体素子において、蓋体の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができる半導体素子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、蓋体の中央部を反容器側に突出させることで、蓋体の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の半導体素子は、半導体チップと、半導体チップを収容する有底筒状の容器と、容器の開口部を密閉する板状の蓋体とを備えた半導体素子において、蓋体は、反容器側に突出する突出部を中央部に有することを特徴とする半導体素子。この構成によれば、蓋体の中央部に、反容器側に突出する突出部を設けることで、蓋体の強度を向上させることができる。そのため、蓋体の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができる。従って、モールド成形時の成形圧による蓋体の変形を抑えることができる。また、蓋体が反容器側に突出しているため、例え蓋体が容器側に変形したとしても、従来に比べ、容器に収容される半導体チップや、配線のためのボンディングワイヤー等との間隔を保つことができる。従って、半導体チップの短絡を抑えることができる。

請求項２に記載の半導体素子は、請求項１に記載の半導体素子において、さらに、突出部は、ドーム状に成形されていることを特徴とする。この構成によれば、蓋体の強度を確実に向上させることができる。また、容器に収容される半導体チップとの間隔を確実に保つことができる。なお、突出部は、曲面からなるドーム状であってもよいし、平面からなるドーム状であってもよい。また、曲面及び平面からなるドーム状であってもよい。

請求項３に記載の半導体素子は、請求項２に記載の半導体素子において、さらに、突出部は、反容器側から見た外形の形状が円形、楕円形又は多角形であることを特徴とする。この構成によれば、蓋体の強度を確実に向上させることができる。

請求項４に記載の半導体素子は、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子において、さらに、突出部は、高さが板厚以上であることを特徴とする。この構成によれば、蓋体の強度をさらに向上させることができる。また、容器に収容される半導体チップとの間隔を充分に確保することができる。なお、突出部の高さは、好ましくは２．５倍以上、より好ましくは５倍以上であるとよい。

請求項５に記載の半導体素子は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子において、さらに、半導体チップは、加速度を検出することを特徴とする。この構成によれば、加速度を検出する半導体素子の耐圧性を向上させることができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る半導体素子を、加速度を検出し対応する信号に変換して出力する加速度センサ装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して加速度センサ装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態における加速度センサ装置の断面図である。

図１に示すように、加速度センサ装置１は、加速度センサ素子２と、コンデンサ等の電子部品（図略）と、複数のコネクタターミナル３と、ケース４とから構成されている。加速度センサ素子２と他の電子部品とは、コネクタターミナル３に配線されている。ケース４は、配線された加速度センサ素子２と他の電子部品とを、樹脂で一体的にモールド成形して構成されている。ケース４の前方端面には、コネクタターミナル３の端部が突出している。また、突出したコネクタターミナル３の端部を取囲むように、コネクタハウジング４０が一体的に形成されている。さらに、ケース４の後方端部には、加速センサ装置１を固定するためのブッシュ４１が一体的に固定されている。

次に、図２及び図３を参照して加速度センサ素子の構成について説明する。ここで、図２は、第１実施形態における加速度センサ素子の断面図である。図３は、４分割されたリッドの斜視図である。

図２に示すように、加速度センサ素子２（半導体素子）は、半導体センサチップ２０（半導体チップ）と、セラミックパッケージ２１（容器）と、リッド２２（蓋体）とから構成されている。

半導体センサチップ２０は、加速度を検出し、対応する信号に変換して出力する半導体からなる集積回路である。半導体センサチップ２０は、加速度検出部２００と、変換回路部２０１とから構成されている。加速度検出部２００は、加わる加速度を検出する部分である。変換回路部２０１は、加速度検出部２００によって検出された加速度を、対応する信号に変換して出力する部分である。加速度検出部２００は、変換回路部２０１の上部に固定され、ボンディングワイヤー又は
リードを介して変換回路部２０１に配線されている。

セラミックパッケージ２１は、半導体センサチップ２０を収容するセラミックからなる有底四角形筒状の部材である。セラミックパッケージ２１の側壁部２１０の内側には、ボンディングパッド（図略）が形成された段部２１１が設けられている。セラミックパッケージ２１の底部２１２には、半導体センサチップ２０が固定されている。半導体センサチップ２０は、ボンディングワイヤー又はリードを介してボンディングパッドに配線されている。また、セラミックパッケージ２１の開口部２１３側の端面には、全周に渡ってシールリング２１４がろう付けされている。

リッド２２は、半導体センサチップ２０の収容されたセラミックパッケージ２１の開口部２１３を密閉する金属からなる四角形板状の部材である。リッド２２の外形は、セラミックパッケージ２１の開口部２１３の形状により大きく設定されている。また、リッド２２の中央部には、反半導体センサチップ２０側に突出した曲面からなるドーム状の突出部２２０が形成されている。より具体的には、図３に示すように、上方から見て突出部２２０の外形が円形状である円形ドーム状に形成されている。ここで、突出部２２０の高さｈは、板厚ｔの寸法に設定されている。なお、図３は、突出した状態を分かりやすくするため、板厚ｔに対して高さｈを誇張して表現してある。図２に示すように、リッド２２は、セラミックパッケージ２１の開口部２１３を覆うように配置されている。リッド２２の縁部は、シールリング２１４にシーム溶接されている。これにより、リッド２２によってセラミックパッケージ２１の開口部２１３が密閉される。

最後に、図４〜図６を参照して効果について説明する。ここで、図４〜図６は、第１実施形態における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。より具体的には、図４は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合の解析結果である。図５は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍの場合の解析結果である。図６は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍの場合の解析結果である。

第１実施形態によれば、ケース４のモールド成形時、加速度センサ素子２に成形圧が加わることとなる。しかし、リッド２２の中央部には、反半導体チップ２０側に突出した円形ドーム状の突出部２２０が形成されている。しかも、突出部２２０の高さｈは、板厚ｔの寸法に設定されている。具体的に、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合、図４に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．１ｍｍの平板状のリッド（比較例１）の６０％程度に抑えることができる。そのため、リッド２２の板厚を厚くすることなく、加速度を検出する加速度センサ素子２の耐圧性を向上させることができる。従って、モールド成形時の成形圧によるリッド２２の変形を抑えることができる。また、リッド２２が反半導体センサチップ２０側に突出しているため、例えリッド２２が半導体センサチップ２０側に変形したとしても、従来に比べ、半導体センサチップ２０や、配線のためのボンディングワイヤーやリードとの間隔を保つことができる。従って、半導体センサチップ２０の短絡を抑えることができる。

なお、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍのままで、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍにすると、図５に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．１５ｍｍの平板状のリッド（比較例２）より小さくすることができる。さらに、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍのままで、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍにすると、図６に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．２ｍｍの平板状のリッド（比較例３）より小さくすることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の加速度センサ装置について説明する。第２実施形態の加速度センサ装置は、第１実施形態の加速度センサ装置に対して、加速度センサ素子のリッドの形状のみを変更したものである。

まず、図７を参照してリッドの形状について説明する。ここで、図７は、第２実施形態における４分割されたリッドの斜視図である。ここでは、第１実施形態の加速度センサ装置との相違部分であるリッドの形状についてのみ説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図７に示すように、リッド２３の中央部には、反半導体センサチップ２０側に突出した曲面からなるドーム状の突出部２３０が形成されている。より具体的には、上方から見て突出部２３０の外形が四角形状である、四角形ドーム状に形成されている。

次に、図８〜図１０を参照して効果について説明する。ここで、図８〜図１０は、第２実施形態おける、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。より具体的には、図８は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合の解析結果である。図９は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍの場合の解析結果である。図１０は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍの場合の解析結果である。

第２実施形態によれば、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合、図８に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．１ｍｍの平板状のリッド（比較例１）の６０％程度に抑えることができる。また、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍのままで、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍにすると、図９に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．１５ｍｍの平板状のリッド（比較例２）より小さくすることができる。さらに、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍのままで、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍにすると、図１０に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．２ｍｍの平板状のリッド（比較例３）より小さくすることができる。そのため、第１実施形態と同様に、リッド２３の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができる。また、半導体センサチップ２０の短絡を抑えることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の加速度センサ装置について説明する。第３実施形態の加速度センサ装置は、第１実施形態の加速度センサ装置に対して、加速度センサ素子のリッドの形状のみを変更したものである。

まず、図１１を参照してリッドの形状について説明する。ここで、図１１は、第３実施形態における４分割されたリッドの斜視図である。ここでは、第１実施形態の加速度センサ装置との相違部分であるリッドの形状についてのみ説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図１１に示すように、リッド２４の中央部には、反半導体センサチップ２０側に突出した曲面からなるドーム状の突出部２４０が形成されている。より具体的には、上方から見て突出部２４０の外形が四角形状である、四角形ドーム状に形成されている。しかも、突出部２４０の外形の角部２４１から頂部２４２にかけて角部２４３が形成されている。つまり、突出部２４０の外形の対角線上に角部が形成されている。

次に、図１２〜図１４を参照して効果について説明する。ここで、図１２〜図１４は、第３実施形態における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。より具体的には、図１２は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合の解析結果である。図１３は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍの場合の解析結果である。図１４は、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍの場合の解析結果である。

第２実施形態によれば、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合、図１２に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．１ｍｍの平板状のリッド（比較例１）の６０％程度に抑えることができる。また、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍのままで、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍにすると、図１３に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．１５ｍｍの平板状のリッド（比較例２）より小さくすることができる。さらに、リッドの板厚ｔ＝０．１ｍｍのままで、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍにすると、図１４に示すように、圧力に対するリッドの変形量を、板厚ｔ＝０．２ｍｍの平板状のリッド（比較例３）より小さくすることができる。そのため、第１実施形態と同様に、リッド２４の板厚を厚くすることなく、耐圧性を向上させることができる。また、半導体センサチップ２０の短絡を抑えることができる。

なお、第１実施形態では、上方から見て突出部２２０の外形が円形状の例を、第２及び第３実施形態では、突出部２３０、２４０外形が四角形状の例をそれぞれ挙げているが、これに限られるものではない。突出部の外形の形状は、楕円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。

また、第１〜第３実施形態では、リッド２２、２３、２４の突出部２２０、２３０、２４０が、曲面からなる例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、図１５に示すように、リッド２５の突出部２５０の一部である頂部２５１が平面状であってもよい。つまり、リッドの突出部は、曲面及び平面からなるドーム状であってもよい。さらには、平面からなるドーム状であってもよい。

第１実施形態における加速度センサ装置の断面図である。加速度センサ素子の断面図である。４分割されたリッドの斜視図である。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。第２実施形態における４分割されたリッドの斜視図である。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。第３実施形態における４分割されたリッド斜視図である。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．１ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．２５ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。板厚ｔ＝０．１ｍｍ、突出部の高さｈ＝０．５ｍｍの場合における、外部から加わる圧力に対するリッドの変形量の解析結果を示すグラフである。リッドの変形形態を示す加速度センサ素子の断面図である。

符号の説明

１・・・加速度センサ装置、２・・・加速度センサ素子（半導体素子）、２０・・・半導体センサチップ（半導体チップ）、２００・・・加速度検出部、２０１・・・変換回路部、２１・・・セラミックパッケージ（容器）、２１０・・・側壁部、２１１・・・段部、２１２・・・底部、２１３・・・開口部、２１４・・・シールリング、２２〜２５・・・リッド（蓋体）、２２０、２３０、２４０、２５０・・・突出部、２４１、２４３・・・角部、２４２、２５１・・・頂部、３・・・コネクタターミナル、４・・・ケース、４０・・・コネクタハウジング、４１・・・ブッシュ

Claims

半導体チップと、前記半導体チップを収容する有底筒状の容器と、前記容器の開口部を密閉する板状の蓋体とを備えた半導体素子において、
前記蓋体は、反容器側に突出する突出部を中央部に有することを特徴とする半導体素子。
前記突出部は、ドーム状に成形されていることを特徴とする
請求項１に記載の半導体素子。
前記突出部は、反容器側から見た外形の形状が円形、楕円形又は多角形であることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
前記突出部は、高さが板厚以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子。
前記半導体チップは、加速度を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子。