JP2010245645A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010245645A JP2010245645A JP2009089574A JP2009089574A JP2010245645A JP 2010245645 A JP2010245645 A JP 2010245645A JP 2009089574 A JP2009089574 A JP 2009089574A JP 2009089574 A JP2009089574 A JP 2009089574A JP 2010245645 A JP2010245645 A JP 2010245645A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- converter
- hole
- substrate
- semiconductor element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
- B81C1/0023—Packaging together an electronic processing unit die and a micromechanical structure die
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/02—Sensors
- B81B2201/0257—Microphones or microspeakers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/02—Containers; Seals
- H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
- H01L23/053—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
- H01L23/055—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body the leads having a passage through the base
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/3025—Electromagnetic shielding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
Abstract
【課題】小型化、かつマイクロフォン感度の高い半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体110と、前記変換体110で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する増幅素子140Aとを備える半導体装置であって、前記変換体110は、上面から下面へ空洞部113が形成されている台座112と、前記空洞部113の上面側の開口を塞ぐように配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜111とを有し、前記増幅素子140Aは、前記空洞部113を塞ぐように前記変換体の下方に配置されている。
【選択図】図1
【解決手段】本実施形態の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体110と、前記変換体110で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する増幅素子140Aとを備える半導体装置であって、前記変換体110は、上面から下面へ空洞部113が形成されている台座112と、前記空洞部113の上面側の開口を塞ぐように配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜111とを有し、前記増幅素子140Aは、前記空洞部113を塞ぐように前記変換体の下方に配置されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、音を電気信号に変換する半導体装置とその製造方法に関するものである。
近年、携帯電話などの携帯機器においては、更なる小型化、軽量化が求められてきており、そのような要望に応え、その内部に実装されるマイクロフォンも小型化、軽量化を目指した構成となっている。
具体的には、音孔を有する基板上に、音を電気信号へ変換する変換体を実装し、基板の基板電極と、変換体に対応する電極とを、ボンディングワイヤーにより接続し、また、変換体の電気信号を増幅するための増幅素子を同じく、基板の基板電極と増幅素子の電極とを、ボンディングワイヤーにより接続し、基板のマイクロフォンを基板モジュール化することにより、小型化、軽量化を図っている(例えば、特許文献1参照)。
図11は、特許文献1に記載の従来の半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示すように、従来の半導体装置1100では、振動膜1101を有する変換体1102と、変換体1102からの信号を処理する増幅素子1103及び1104とが、回路基板1105上に実装されている。これらは、音孔1106が形成された金属ケース1107で覆われている。このような構成により、半導体装置1100では、音孔1106から伝送された音波により振動膜1101が振動し、この振動膜1101の振動に応じた電気信号を検知することで音を検出する。
しかし、特許文献1記載の半導体装置1100の構成においては、半導体装置1100の小型化が不十分になるという課題があった。なぜなら、回路基板1105上に変換体1102及び増幅素子1103及び1104を並べて実装するため回路基板1105のサイズが大きくなり、結果として半導体装置1100の小型化が十分に図れないからであった。
そこで、変換体と増幅素子とを積層することで小型化を図った半導体装置が提案されている(例えば、特許文献2記載)。
図12は、特許文献2に記載の従来の半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示すように特許文献2に記載の半導体装置1200は、振動膜1201を有する変換体1202と、変換体1202からの信号を処理する半導体基板1203とが積層されて回路基板1204に実装されている。これら変換体1202、半導体基板1203及び回路基板1204は、音孔1205が形成されたシールドキャップ1206で覆われ、振動膜1201下の半導体基板1203の表面には凹部1207が形成されている。
このような構成により、音孔1205から伝送された音圧により振動膜1201が振動することで、音を検出する。
しかしながら、特許文献2に記載の半導体装置1200では、変換体1202の振動膜1201を振動させる為に、増幅回路を有する半導体基板1203に凹みとなる凹部1207を設置せねばならず、半導体基板1203の厚みが薄い場合、半導体基板1203に凹部1207を設置できない場合がある。
また、一般的に、マイクロフォンの性能で最も重要であるマイクロフォン感度は、音の進行方向において、振動膜1201の背面の密閉空間(以降、背面空間と記載)の大きさに対応し、背面空間が大きいほどマイクロフォン感度が高くなる。つまり、マイクロフォン感度を高くするためには、背面空間を大きくとることが必要である。なお、本明細書においては、半導体装置のマイクロフォン感度は、振動膜の音圧に対する圧力検出感度と同義である。
しかしながら、半導体装置1200では、小型化を図るが故に十分に凹部1207の容量を確保できず、結果的にマイクロフォン感度を劣化させてしまうという課題がある。
一方、マイクロフォン感度を十分に得るために凹部1207を大きく形成した場合、半導体基板1203の厚みが厚くなり、低背化が困難になるという課題がある。
そこで本発明は、小型化、かつマイクロフォン感度の高い半導体装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置は音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記変換体は、上面から下面へ貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の上面側の開口を塞ぐように配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、前記半導体素子は、前記貫通孔を塞ぐように前記変換体の下方に配置される。
これによると、変換体と半導体素子とをスタック構造配置にしているために、半導体装置の小型化、更に軽量化を図ることができる。また、変換体は、台座の半導体素子側と反対側の面である上面に振動膜を備えることにより、増幅素子に凹部を設けることなく、入力される音の進行方向において振動膜の背面の空間である背面空間を確保できる。その結果、半導体装置のマイクロフォン感度が高くなる。
また、前記半導体素子は、凹部を有し、前記凹部は、前記貫通孔に向かって開口していてもよい。
これにより、より容積の大きな背面空間を確保でき、半導体装置のマイクロフォン感度がよくなり更なる音質向上を図ることができる。
また、前記半導体装置はさらに、前記台座の下面に第1のバンプを備え、前記台座は、当該台座を上面から下面に貫通する第1の貫通導体部を有し、前記振動膜と前記半導体素子とは、前記第1の貫通導体部及び前記第1のバンプを介して電気的に接続されていてもよい。
これにより、変換体と半導体素子とをワイヤーにより電気的に接続し、スタック構造配置にした場合と比較して、半導体装置の平面サイズをより小さくできる。
また、前記半導体装置はさらに、前記第1のバンプの周囲に充填されたアンダーフィルを備えてもよい。
これにより、台座と半導体素子との接着強度が増し、耐衝撃性が向上する。
また、前記変換体と前記半導体素子とは、上からの投影面積が実質的に等しくてもよい。
これにより、スタック構造配置である変換体と半導体素子を平面的に同等サイズにすることができるために、特にスタック構造の下方側の増幅素子の平面サイズを縮小することができ、更なる半導体装置の小型・軽量化を図ることができる。また、製造工程において、複数の半導体素子を含むウェーハと複数の変換体を含むウェーハとの2枚のウェーハ接合状態において、ダイシング加工等で1つの半導体素子と1つの変換体との接合個片状態に同時加工できるので、加工時間を短縮でき製造コストダウンが可能となる。
また、前記半導体装置はさらに、前記半導体素子の下面に第2のバンプと、前記半導体素子の下方に前記第2のバンプを介して設けられ、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送する電気配線を有する基板とを備え、前記半導体素子は、当該半導体素子を上面から下面に貫通する第2の貫通導体部を有し、前記電気配線と前記第2の貫通導体部とは、前記第2のバンプを介して電気的に接続され、前記基板と前記半導体素子とは、上からの投影面積が実質的に等しくてもよい。
これにより、スタック構造配置である変換体と半導体素子と基板とを平面的に同等サイズにすることができるために、特にスタック構造の下方側の増幅素子の平面サイズを縮小することができ、更なる半導体装置の小型・軽量化を図ることができる。また、製造工程において、複数の半導体素子を含むウェーハと複数の変換体を含むウェーハとの2枚のウェーハ接合状態において、複数の基板を含む母基板に接合した後に、増幅素子と変換体と基板とを同時に個片加工できるので、より一層加工時間を短縮でき製造コストダウンが可能となる。
また、前記半導体装置は、さらに、前記変換体及び前記半導体素子を覆うように形成されたシールドキャップを備え、前記シールドキャップは、周縁が前記基板に固着され、前記音圧を前記振動膜へ伝達するための音孔が形成されていてもよい。
これにより、外部からの衝撃又は電磁波などのノイズの影響を受けにくくなる。
また、前記音孔は、前記貫通孔の上方に形成されていてもよい。
これにより、振動膜が振動しやすくなり、半導体装置のマイクロフォン感度が向上する。
また、前記シールドキャップは、前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、前記枠の上に固着された板とを備えてもよい。
これにより、コストダウンが可能となる。
また、本発明の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、前記変換体は、上面から下面に貫通する第1の貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の下面側の開口を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、前記半導体素子は、前記変換体の下方に配置され、当該半導体素子を上面から下面に貫通する第2の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、前記基板は、前記半導体素子の下方に配置され、当該基板を上面から下面に貫通する第3の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、前記半導体装置は、さらに、周縁が前記基板に固着され、前記変換体及び前記半導体素子を覆うように形成されているシールドキャップを備える。
これにより、変換体と半導体素子をスタック構造配置にしているために、半導体装置の小型化・軽量化を図ることができる。また、基板側から音が入射される構造とすることで、音の進行方向において振動膜の背面側の密閉空間である背面空間を大きく確保できる。その結果、振動膜が振動しやすくなり、半導体装置のマイクロフォン感度がより高くなり更なる音質向上を図ることができる。
なお、この半導体装置も、音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記変換体は、貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の一方の開口を塞ぐように設けられた振動膜とを有し、前記振動膜への前記音圧の入射方向において、前記振動膜に対して前記貫通孔が後方となるように配置され、前記変換体及び前記半導体素子とは前記音圧の入射方向において重なって配置されている点が、上述の半導体装置と共通である。
また、前記シールドキャップは、前記台座の上面に接してもよい。
これにより、変換体と半導体素子とをワイヤーにより電気的に接続し、スタック構造配置にした場合と比較して、半導体装置の平面サイズをより小さくできる。
また、前記半導体装置は、さらに、前記台座の下面にバンプ及びアンダーフィルを有し、前記変換体と前記半導体素子とは、前記バンプを介して電気的に接続され、前記アンダーフィルは前記バンプの周囲に充填されていてもよい。
これにより、変換体と半導体素子とをスタック構造配置にすることができるために、半導体装置の小型・軽量化を図れる。
また、前記バンプ及び前記アンダーフィルは、前記台座の下面に対する前記第1の貫通孔の開口部を連続的に取り囲むように配置されていてもよい。
これにより、第2及び第3の貫通孔を介して振動膜に入射する音圧がバンプ間の隙間からシールドキャップ側へ漏れることを防止できる。その結果、外部から半導体装置に入射する音圧に対して、振動膜が効率良く振動するので、半導体装置のマイクロフォン感度が向上する。
また、前記シールドキャップは、前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、前記枠の上に固着された板とを備えてもよい。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上面から下面へ第1の貫通孔が形成されている台座、及び前記第1の貫通孔を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜を有し、音圧を電気信号に変換する変換体と、第2の貫通孔が形成され、前記変換体で変換された電気信号を増幅する半導体素子と、第3の貫通孔が形成され、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、前記枠の上に固着された板とを備える半導体装置の製造方法であって、複数の前記基板を含む第1の母材と、複数の前記枠を含む第2の母材と、複数の前記板を含む第3の母材とを組み立てる組み立てステップと、組み立てられた前記第1の母材と、前記第2の母材と、前記第3の母材とをダイシングブレードにより同時切断することにより前記半導体装置を複数個製造する切断ステップとを含む。
このように、ダイシングブレードで第1の母材、第2の母材及び第3の母材を同時切断することで半導体装置の製造コストを抑えることできる。
また、さらに、前記組み立てステップと前記切断ステップとの間に、前記第1の母材の前記第2の母材側と対向する面上にテープを接着する接着ステップと、前記切断ステップの後に、切断された前記第1の母材から前記テープを剥がす剥離ステップとを含んでもよい。
これにより、ダイシングブレードによる切断時には、第3の貫通孔の下面を塞ぐようにテープが貼られているので、切削水の水流力や切削屑などで振動膜が破壊されるのを容易に防止できる。その結果、製造時における歩留まりが改善する。
以上のように本発明によれば、小型化、かつマイクロフォン感度の高い半導体装置とその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を示す半導体装置およびその製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、図面で同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。また、本発明の図記載の開口部は、開口部とわかりやすいように、稜線を省略し図示している。
(実施形態1)
実施形態1の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記変換体は、上面から下面へ貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の上面側の開口を塞ぐように配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、前記半導体素子は、前記貫通孔を塞ぐように前記変換体の下方に配置されている。
実施形態1の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記変換体は、上面から下面へ貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の上面側の開口を塞ぐように配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、前記半導体素子は、前記貫通孔を塞ぐように前記変換体の下方に配置されている。
図1は、実施形態1の半導体装置の構成を示す断面図である。
同図に示すように、本実施形態の半導体装置100Aは、変換体110と、バンプ120と、変換体アンダーフィル130と、増幅素子140Aと、ワイヤー150と、基板160と、シールドキャップ170とを備える。
変換体110は、振動膜111と台座112とを備え、音圧を電気信号に変換する。
振動膜111は、台座112の上面から下面へ貫通するように形成された貫通孔である空洞部113の上面側の開口を塞ぐように、台座112の上面に備えられ、半導体装置100Aの外部からの音の音圧に応じて振動することで、音を電気信号に変換する。具体的には、この振動膜111は、所定の形状に固定されている受動膜と、音に応じて振動する能動膜との2層の平行平板電極構造を有する。受動膜と能動膜との間は隙間が形成されており、受動膜と能動膜との隙間に変動があれば、受動膜と能動膜との間のコンデンサ容量変化の理論で電気容量変化が生じる。したがって、音圧を受けた能動膜の振動により容量が変化することで、振動膜111は音圧を電気信号に変換する。
台座112は、振動膜111を支持する台座であって、上面から下面へ貫通する貫通孔である空洞部113が形成されている。この空洞部113の上面側の開口を塞ぐように振動膜111が設けられている。また台座112は、当該台座112の上面から下面に貫通する貫通導体部である貫通孔導体部114と、貫通孔導体部114の上面に形成されている変換体電極115と、当該台座112の上面に形成され、変換体電極115と振動膜111とを電気的に接続する配線116と、貫通孔導体部114の下面に形成されている変換体電極117とを備える。この変換体電極117は、貫通孔導体部114、変換体電極115及び配線116を介して振動膜111と電気的に接続されている。したがって、変換体110は、半導体装置100Aの外部から入力される音を振動膜111により電気信号に変換し、貫通孔導体部114を介して下面の変換体電極117へ伝達する。
また、貫通孔導体部114の側壁には、酸化膜が形成されている。これにより、貫通孔導体部114からの漏れ電流を抑制でき、振動膜111からの電気信号を精度良く変換体電極117へ伝達するので、変換体110の感度の劣化を防止できる。
バンプ120は、変換体110の下面に備えられ、変換体110と増幅素子140Aとを電気的に接続する。バンプ120は具体的には変換体電極117の直下に配置されている。
変換体アンダーフィル130は、変換体110と増幅素子140Aとの間に備えられ、バンプ120の周囲に充填され、バンプ120を保護する。また、変換体アンダーフィル130は、変換体110と増幅素子140Aとの接合を確保及び持続させる。例えば、変換体アンダーフィル130は、熱を加えると硬化する熱硬化性樹脂である。
増幅素子140Aは、変換体110で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子であり、変換体110の下にバンプ120及び変換体アンダーフィル130を介して備えられている。具体的には、増幅素子140Aは、電気信号を増幅するアンプ出力機能や整流出力機能、またデジタル化信号処理出力機能などを有する内部回路を具備する。また、増幅素子140Aは、上面に電極141及び142を有する。電極141は、バンプ120の直下に配置され、増幅素子140Aの内部回路の入力端に接続されている。つまり、増幅素子140Aが有する増幅回路は、電極141及びバンプ120を介して振動膜111と電気的に接続されている。したがって、変換体110の振動膜111は、配線116と変換体電極115及び116と貫通孔導体部114と電極141とを介し、増幅素子140Aの内部回路の入力端と電気的に接続されている。一方、電極142は、増幅素子140Aの内部回路の出力端に接続されている。
ワイヤー150は、増幅素子140Aと基板160とを電気的に接続し、増幅素子140Aで増幅された電気信号を基板160へ伝達する。
基板160は、増幅素子140Aの下面に素子接着剤161により固着された、例えば樹脂系有機基板であり、増幅素子140Aにより増幅された電気信号を半導体装置100Aの外部に伝達する。具体的には、基板160は、上層基板160a及び下層基板160bの2層構造を有し、上面に基板電極162、下面に実装電極163を有する。基板電極162と実装電極163とは、上層基板160a及び下層基板160bそれぞれに形成されたコンタクト164及び下層基板160bの上面に形成されているパターン165を介して電気的に接続されている。ここで、基板電極162は、ワイヤー150を介して電極142と接続されている。よって、基板電極162、コンタクト164、パターン165及び実装電極163は、増幅素子140Aにより増幅された電気信号を外部に伝送する電気配線として機能する。なお、基板160は、リードフレームのCu系、Fe系の金属材料系や、セラミック材料などの無機基板を使用してもよい。
シールドキャップ170は、孔171が形成され、変換体110及び増幅素子140Aを覆うように、キャップ接着剤172により周縁が基板160に固着され、変換体110及び増幅素子140Aを保護する。シールドキャップ170に形成された孔171は、半導体装置100Aの外部からの音を振動膜111に伝達するための音孔であり、振動膜111の上方に形成されている。このように孔171が振動膜111の上方に形成されていることで、音圧が振動膜111に伝達しやすくなり、振動膜111が効率良く振動するので、半導体装置100Aのマイクロフォン感度が向上する。
このように構成された半導体装置100Aは、孔171から入力された音を振動膜111が振動することで、音に応じた電気信号に変換する。振動膜111は、配線116、変換体電極115、貫通孔導体部114、変換体電極117、バンプ120及び電極141を介して増幅素子140Aの内部回路の入力端と接続されているので、振動膜111で変換された電気信号は、増幅素子140Aで増幅される。また、増幅素子140Aの内部回路の出力端は、電極141、ワイヤー150、基板電極162、コンタクト164及びパターン165を介して、実装電極163と接続されている。よって、増幅素子140Aで増幅された電気信号は、実装電極163から出力される。
以上のように、本実施形態の半導体装置100Aは、基板160、増幅素子140A及び変換体110を重ねてスタック構造配置にしているので、小型化及び軽量化を図ることができる。また、変換体110は、台座112の増幅素子140A側と反対側の面である上面に振動膜111を備えることにより、増幅素子140Aに凹部を設けることなく、入力される音の進行方向に対して振動膜111の背面の空間である背面空間を確保できる。その結果、半導体装置100Aのマイクロフォン感度が高くなる。
なお、半導体装置100Aは、言い換えると、音を電気信号に変換する変換体110と、前記変換体110で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記変換体110は、貫通孔が形成されている台座112と、前記貫通孔の一方の開口を塞ぐように設けられた振動膜111とを有し、前記振動膜111への前記音の入射方向において、前記振動膜111に対して前記貫通孔が後方となるように配置され、前記変換体110及び前記半導体素子とは前記音の入射方向において重なって配置されている。
また、変換体110と増幅素子140Aとが、バンプ120を介したフリップチップ実装により接続されているので、ワイヤーボンディングで接続する場合と比較して、小型化できる。
また、バンプ120の周囲に変換体アンダーフィル130を充填させたので、バンプ120が保護され、さらに、変換体110と増幅素子140Aとの接合を確保及び持続させる。よって、半導体装置100Aの耐衝撃性が高くなる。
また、変換体110及び増幅素子140Aを覆うようにシールドキャップ170を備えることにより、半導体装置100Aは、外部からの衝撃又は電磁波などのノイズの影響を受けにくくなる。
また、シールドキャップ170の孔171を振動膜111の真上に形成することで、外部からの音に応じた音圧が効率良く振動膜111に伝達でき、振動膜111が振動しやすくなるので、半導体装置100Aのマイクロフォン感度が向上する。
上述した半導体装置100Aの製造方法を以下に示す。
まず、上面上に基板電極162と下面上に実装電極163を有した、基板160を用意する。ここで、基板160の基板電極162と実装電極163は電気的に接続されている。なお、図1では上層基板160a及び下層基板160bの2層構造を表しているが、実装電極163の数や配列に制約がなければ、単層基板でも構わない。実装電極163の数や配列を増やしたい場合は2層以上の多層基板にする。
次に、基板160の上面上に増幅素子140Aを素子接着剤161によって接着し、増幅素子140Aの電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続する。
次に、増幅素子140Aの上面上に、増幅素子電極141と変換体電極117とをバンプ120により接続することで、変換体110を固着する。このとき、変換体110を、振動膜111よりも空洞部113が増幅素子140A側となるように配置する。
次に、増幅素子電極141とバンプ120と変換体電極117との接合を確保及び持続させるために、変換体アンダーフィル130を流し込み、変換体アンダーフィル130を温度などにより固める。なお、変換体アンダーフィル130は増幅素子電極141と変換体電極117とをバンプ120により接続する際に塗布などで加工してもよい。また、変換体アンダーフィル130は、テープ材などにより代替しても構わない。
最後に、接続された増幅素子140A及び変換体110を覆うように、孔171が形成されたシールドキャップ170をキャップ接着剤172により基板160の上面に設置することで、本実施形態の半導体装置100Aが製造される。
ここまで、本実施形態の半導体装置100A及びその製造方法について説明してきたが、本実施形態は上記に限定されるものではない。
例えば、本実施形態の半導体装置100Aにおいては、バンプ120の保護の為に変換体アンダーフィル130を用いたが、変換体アンダーフィル130なしでも変換体110と増幅素子140Aとの接続の強度が十分であれば、変換体アンダーフィル130を備えなくてもよい。この構成により、隣接するバンプ120間にはバンプ120間のピッチに応じた空間が存在する。その結果、変換体110の空洞部113から台座112と増幅素子140Aとの隙間からシールドキャップ170で囲まれた空間内へ空気流出が可能となる。これにより、背面空間の容量が増加でき、振動膜111の圧力検出感度が向上する。つまり半導体装置100Aのマイクロフォン感度が向上する。
また、上記説明では、増幅素子140Aの増幅素子電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続した後に増幅素子140Aの上方に変換体110を実装したが、増幅素子140Aの上方に変換体110を実装した後に増幅素子電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続しても構わない。
また、増幅素子は凹部を有し、この凹部は空洞部113に向かって開口していてもよい。
図2は、凹部を有する増幅素子を備える半導体装置の構成を示す断面図である。
同図に示す増幅素子140Bは、図1に示した増幅素子140Aと比較して上面に凹部145を備える。この凹部145はドライエッチングやウエットエッチング等により形成される。
このように、増幅素子140Bの上面に凹部145が形成されることにより、背面空間の容量が増加するので、振動膜111が振動しやすくなり、振動膜111の圧力検出感度が向上する。さらに、凹部145を設けても増幅素子140Bのサイズは増幅素子140Aと同じであるので、図2に示す半導体装置100Bは、半導体装置100Aと比較してサイズを大きくすることなく、より一層マイクロフォン感度が向上する。
(実施形態2)
実施形態2の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、前記変換体は、上面から下面に貫通する第1の貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の下面側の開口を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、前記半導体素子は、前記変換体の下方に配置され、当該半導体素子を上面から下面に貫通する第2の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、前記基板は、前記半導体素子の下方に配置され、当該基板を上面から下面に貫通する第3の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、前記半導体装置は、さらに、周縁が前記基板に固着され、前記変換体及び前記半導体素子を覆うように形成されているシールドキャップを備える。
実施形態2の半導体装置は、音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、前記変換体は、上面から下面に貫通する第1の貫通孔が形成されている台座と、前記貫通孔の下面側の開口を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、前記半導体素子は、前記変換体の下方に配置され、当該半導体素子を上面から下面に貫通する第2の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、前記基板は、前記半導体素子の下方に配置され、当該基板を上面から下面に貫通する第3の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、前記半導体装置は、さらに、周縁が前記基板に固着され、前記変換体及び前記半導体素子を覆うように形成されているシールドキャップを備える。
図3は、実施形態2の半導体装置の構成を示す断面図である。
同図に示す半導体装置200Aは、図1に示した半導体装置100Aと比較して、基板260側から音が入力される構造となっている点が大きく異なる。以下、実施形態1と比較して異なる点を中心に述べる。
変換体210は、変換体110と比較して、上下方向に反対に配置され、貫通孔導体部114及び変換体電極117を備えていない。つまり、変換体210は、台座112と、台座112に形成されている空洞部113の下面側の開口を塞ぐように配置された振動膜111とを備える。
バンプ120は、変換体電極115の直下に配置される。
増幅素子240は、増幅素子140Aと比較して、上面から下面に貫通する第2の貫通孔である増幅素子貫通孔241が形成されている。この増幅素子貫通孔241は、空洞部113の下方に形成されている。
変換体210と増幅素子240とは、半導体装置100Aと同様に、バンプ120及び変換体アンダーフィル130により接合されている。ここで、変換体アンダーフィル130は、変換体210の振動膜111と増幅素子貫通孔241との空間的に連続するように、つまり、増幅素子貫通孔241から振動膜111までの空間を塞がないように充填される。
変換体アンダーフィル130及びバンプ120は、空洞部113の台座112の下面側の開口を連続的に取り囲むように配置されている。
基板260は、基板160と比較して、上面から下面に貫通する第3の貫通孔である基板貫通孔261が形成されている。この基板貫通孔261は、空洞部113及び増幅素子貫通孔241の下方に形成されている。したがって、増幅素子貫通孔241で囲まれた空間と、基板貫通孔261で囲まれた空間とは、空間的に連続している。
よって、基板貫通孔261と増幅素子貫通孔241とで囲まれた空間は、半導体装置200Aの外部からの音を振動膜111へ伝達する。そして、音を伝達された振動膜111は、音に応じた音圧を受けて振動することで音を電気信号に変換する。
シールドキャップ270Aは、シールドキャップ170と比較して孔171が形成されていない。また、シールドキャップ270A、変換体210、増幅素子240及び基板260で囲まれた空間は、本実施形態において振動膜111の背面空間となる。より詳細には、シールドキャップ270A、振動膜111、台座112、増幅素子240及び基板260で囲まれた空間が背面空間である。したがって、半導体装置200Aの背面空間は、半導体装置100Aの背面空間と比較して、容積をより大きくとることができる。
以上のように、本実施形態の半導体装置200Aは、実施形態1の半導体装置100Aと比較して、半導体装置200Aのサイズを大きくすることなく、振動膜111の背面空間の容積を大きくとることができる。したがって、振動膜111の圧力検出感度を一層向上でき、その結果、半導体装置200Aのマイクロフォン感度が一層向上する。
また、変換体アンダーフィル130及びバンプ120は、台座112の下面に対する空洞部113の開口部を連続的に取り囲むように配置されているので、基板260側から伝達されて音圧が背面空間側に漏れることなく、効率良く振動膜111に伝えられる。したがって、半導体装置200Aのマイクロフォン感度をより一層向上できる。
なお、本実施形態の半導体装置200Aは、音を電気信号に変換する変換体210と、前記変換体210で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、前記変換体210は、貫通孔が形成されている台座112と、前記貫通孔の一方の開口を塞ぐように設けられた振動膜111とを有し、前記振動膜111への前記音の入射方向において、前記振動膜111に対して前記貫通孔が後方となるように配置され、前記変換体210及び前記半導体素子とは前記音の入射方向において重なって配置されている点が、実施形態1の半導体装置100A及び100Bと共通である。
上述した半導体装置200Aの製造方法は、半導体装置100Aの製造方法とほぼ同じであるが、基板260に基板貫通孔261、増幅素子240に増幅素子貫通孔241が予め形成されていることによる位置合わせの工程等を含む点が異なる。
まず、上面上に基板電極162と下面上に実装電極163とを有し、基板貫通孔261
が形成された基板260を用意する。ここで、基板260の基板電極162と実装電極163とは電気的に接続されている。なお、図3では上層基板260a、下層基板260bの2層構造を表しているが、実装電極163の数や配列に制約がなければ、単層基板でも構わない。実装電極163の数や配列を増やしたい場合は2層以上の多層基板にする。また、図3では、基板260として一般的な樹脂系有機基板を想定しているが、リードフレームのCu系、Fe系等の金属材料系やセラミック材料などの無機基板を使用しても構わない。
が形成された基板260を用意する。ここで、基板260の基板電極162と実装電極163とは電気的に接続されている。なお、図3では上層基板260a、下層基板260bの2層構造を表しているが、実装電極163の数や配列に制約がなければ、単層基板でも構わない。実装電極163の数や配列を増やしたい場合は2層以上の多層基板にする。また、図3では、基板260として一般的な樹脂系有機基板を想定しているが、リードフレームのCu系、Fe系等の金属材料系やセラミック材料などの無機基板を使用しても構わない。
次に、基板260の基板貫通孔261に増幅素子貫通孔241を合わせるように基板260の上面に増幅素子240を素子接着剤161によって接着し、増幅素子240の電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続する。ここで素子接着剤161は基板260の基板貫通孔261を塞がないようにする。
次に、増幅素子240の上面上に、変換体210の振動膜111側が増幅素子240側となるように、電極141と変換体電極115とをバンプ120により接続する。
続いて、電極141とバンプ120と変換体電極115との接合を確保及び持続させるために、変換体アンダーフィル130を流し込み、変換体アンダーフィル130を温度などにより固める。なお、変換体アンダーフィル130は電極141と変換体電極115とをバンプ120により接続する際に塗布などで加工してもよい。なお、上述では、増幅素子240の電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続した後に増幅素子240の上方に変換体210を実装したが、増幅素子240の上方に変換体210を実装した後に電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続しても構わない。
ここで、変換体アンダーフィル130は、変換体210の振動膜111と増幅素子貫通孔241とが空間的に連続するように、つまり、増幅素子貫通孔241から振動膜111までの空間を塞がないように充填される。つまり、基板260の基板貫通孔261と振動膜111と増幅素子貫通孔241とを空間的につなぐようにする。
その後、接続された増幅素子240及び変換体210を覆うように、前記基板260上にシールドキャップ270Aをキャップ接着剤172により設置する。以上により、半導体装置200Aを形成する。
ここまで、本実施形態の半導体装置200A及びその製造方法について説明してきたが、本実施形態は上記に限定されるものではない。
例えば、シールドキャップは、台座112の上面、すなわち台座112に対して振動膜111が備えられた面に対向する面に接していてもよい。図4は、台座112の上面に接するように設けられたシールドキャップを有する半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示すように、シールドキャップ270Bは、図2に示したシールドキャップ270Aと比較して、台座112の上面に接するように、高さが低く形成されている。
このように、シールドキャップ270Bが台座112の上面に接して配置されることで、図3で示した半導体装置200Aに対して、図4で示した半導体装置200Bは、より低背化できる。
(実施形態3)
実施形態3の半導体装置は、実施形態1の半導体装置100Aとほぼ同じであるが、増幅素子がフリップチップ実装されている点が異なる。以下、実施形態1の半導体装置100Aと比較して異なる点を中心に述べる。
実施形態3の半導体装置は、実施形態1の半導体装置100Aとほぼ同じであるが、増幅素子がフリップチップ実装されている点が異なる。以下、実施形態1の半導体装置100Aと比較して異なる点を中心に述べる。
図5は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示すように、半導体装置300Aは、半導体装置100Aと比較して増幅素子340Aが基板160上にフリップチップ実装されている点が異なる。また、半導体装置300Aは、増幅素子340Aがフリップチップ実装されていることに伴い、ワイヤー150に代わり、増幅素子340Aと基板160とを電気的に接続する第2のバンプであるバンプ350を備える。また、増幅素子340Aと基板160との間に、素子接着剤161に代わり、増幅素子アンダーフィル361が充填されている。
増幅素子340Aは、増幅素子140Aと比較して、さらに、増幅素子340Aを上面から下面に貫通する第2の貫通導体部である増幅素子貫通孔導体部341と、増幅素子340Aの下面に配置された下面電極342とを有する。
増幅素子貫通孔導体部341は、増幅素子340A上面の電極142と下面電極342とを上下方向に電気的に接続する。これにより、増幅素子340Aで増幅された電気信号は、電極142、増幅素子貫通孔導体部341、下面電極342及びバンプ350を介して基板160へ伝えられる。
増幅素子アンダーフィル361は、バンプ350の保護と、増幅素子340A及び基板160との接合を確保及び持続させるために用いられる。例えば、増幅素子アンダーフィル361は、熱を加えると硬化する熱硬化性樹脂である。
以上のように、本実施形態の半導体装置300Aは、半導体装置100Aと比較して増幅素子340Aを基板160上にフリップチップ実装により配置することで、ワイヤー150を配置する空間を確保する必要がなく、平面サイズを小さくできる。
上述した半導体装置300Aの製造方法を以下に示す。本実施形態の半導体装置300Aの製造方法は、実施形態1に示した半導体装置100Aの製造方法とほぼ同じであるが、増幅素子340Aを基板160上に実装する工程において、バンプ350を介して接続し、その後で、バンプを保護するための増幅素子アンダーフィル361を流し込む工程等が異なる。以下、実施形態1に示した半導体装置100Aの製造方法と異なる点について説明する。
まず、基板160を用意し、前記基板160の上面上に増幅素子340Aを基板電極162と下面電極342とをバンプ350によって接続する。
次に、下面電極342とバンプ350と基板電極162との接合を確保及び持続させるために、増幅素子アンダーフィル361を流し込む。
次に、増幅素子340Aの上面上に、振動膜111と振動膜111で塞がれた空洞部113を有する変換体210の空洞部113側を電極141と変換体電極117とをバンプ350により接続する。
次に、電極141とバンプ350と変換体電極117との接合を確保及び持続させるために、変換体アンダーフィル130を流し込み、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130とを温度などにより固める。ここで、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130とは、同一の材料を使用し、例えば、熱を加えると硬化する熱硬化性樹脂である。このように、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130とを同等性質の材質を使用することで、アンダーフィルを硬化させるのに同一工程で硬化させやすく量産性が向上する。
その後、接続された増幅素子340A及び変換体110を覆うように、前記基板160上に孔171が形成されたシールドキャップ170をキャップ接着剤172により設置する。以上により、半導体装置300Aを形成する。
なお、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130とは異なる材料であってもよい。上記説明では、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130との材質が同等で粘性が同等であったため、別工程で増幅素子アンダーフィル361及び変換体アンダーフィル130を流し込んだが、粘性の異なる、例えば平面サイズが大きい増幅素子340A側に変換体アンダーフィル130より粘性の低い増幅素子アンダーフィル361を用いてもよい。これにより、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130とを同一工程で流し込むことが可能となり量産性が向上する。
また、増幅素子アンダーフィル361と変換体アンダーフィル130とはバンプ120及び350を接合する際に塗布などで加工してもよい。
また、増幅素子アンダーフィル361及び変換体アンダーフィル130は、テープ材などにより代替しても構わない。
また、本実施形態では、バンプ120の接続保護のために変換体アンダーフィル130を用いたが、変換体アンダーフィル130なしでも接続保護が可能であれば、隣接するバンプ120間にはバンプピッチ隙間の空間が存在する。これにより、変換体110の空洞部113からシールドキャップ170内へ空気流出が可能となり、背面空間の容量が増えたことと同じ効果が得られるので、半導体装置300Aのマイクロフォン感度がよくなり音質が良化する。
また、上述では、増幅素子340Aと基板160とをバンプ350によって接続した後に、増幅素子340Aの上方に変換体110を実装したが、増幅素子340Aの上方に変換体110を実装した後に、増幅素子340Aと基板160とをバンプ350によって接続しても構わない。
ここまで、本実施形態の半導体装置300A及びその製造方法について説明してきたが、本実施形態は上記に限定されるものではない。
例えば、増幅素子と変換体110とが平面的に同等サイズであってもよい。
図6は、平面サイズが同等である変換体110と増幅素子とを有する半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示す半導体装置300Bは、図5に示した半導体装置300Aと比較して、増幅素子340Bと変換体110とが平面的に同等サイズであることである。なお、平面的に同等サイズとは、上からの投影面積の差が5%以下であり、好適には2%以下である。
このように、半導体装置300Bは、変換体110と増幅素子340Bとを平面的に同等サイズにすることにより、増幅素子340Bの平面サイズをより小さくできるので、半導体装置300Aと比較して、さらに小型化・軽量化を図ることができる。
また、半導体装置300Bの製造方法は、予め複数の増幅素子340Aを含む半導体ウェーハと複数の変換体110を含むウェーハとでウェーハ同士をバンプ120で接合する。その後、複数の増幅素子340Aを含む半導体ウェーハと複数の変換体110を含むウェーハとの2枚のウェーハ接合状態においてダイシング加工等を施すことで増幅素子340Aと変換体110との接合個片状態に同時加工する。その後、増幅素子340Aと変換体110の接合個片状態で基板160にバンプ350で接合し、シールドキャップ170を実装し半導体装置300Bを作製する。
このように、半導体装置300Bは、増幅素子340Aと変換体110との2枚のウェーハ接合状態においてダイシング加工等で増幅素子340Aと変換体110の接合個片状態に同時加工するため、加工時間を短縮でき製造コストダウンが可能となる。
また、例えば、半導体装置はシールドキャップ170を備えなくてもよいし、変換体110、増幅素子340A及び基板160が平面的に同等サイズであってもよい。
図7は、シールドキャップを備えず、かつ、変換体110、増幅素子340B及び基板の平面サイズが同等である半導体装置の構成を示す断面図である。同図に示す半導体装置300Cは、図6に示した半導体装置300Bと比較して、増幅素子340Bと変換体110と基板360とが平面的に同等サイズでありシールドキャップ170を省いたことである。これにより、半導体装置300Cは、半導体装置300Bと比較して、より一層小型化・軽量化が図られる。
また、半導体装置300Cの製造方法は、半導体装置300Bの製造方法と同様に、予め複数の増幅素子340Bを含む半導体ウェーハと複数の変換体110を含むウェーハとでウェーハ同士をバンプ120で接合した後に、複数の増幅素子340Bを含む半導体ウェーハと複数の変換体110を含むウェーハとの2枚のウェーハ接合状態においてダイシング加工等を施すことで増幅素子340Bと変換体110の接合個片状態にする。その後、増幅素子340Bと変換体110の接合個片状態で基板360にバンプ350で接合し半導体装置300Cを作製する。
また別の製造方法としては、複数の増幅素子340Bを含む半導体ウェーハと複数の変換体110を含むウェーハとの2枚のウェーハ接合状態で複数の基板360を含む母基板に接合した後に、増幅素子340Bと変換体110と基板360とを同時に個片加工してもよい。これにより、更なる加工時間を短縮でき製造コストダウンが可能となる。
(実施形態4)
実施形態4の半導体装置は、実施形態1に示した半導体装置100Aと比較して、シールドキャップが、変換体210及び増幅素子240の側面を取り囲む枠と、その枠の上に固着された板とを備える点が異なる。
実施形態4の半導体装置は、実施形態1に示した半導体装置100Aと比較して、シールドキャップが、変換体210及び増幅素子240の側面を取り囲む枠と、その枠の上に固着された板とを備える点が異なる。
図8は、実施形態4の半導体装置における構成を示す断面図であり、図9は実施形態4の半導体装置の製造方法を示す平面図である。
図8に示す半導体装置400は、図3に示した半導体装置200Aとほぼ同じであるが、シールドキャップ470が、変換体210及び増幅素子240の側面を取り囲む枠であるリブ471と、そのリブ471の上に備えられた板である板キャップ472とを含む点が異なる。板キャップ472は、リブ471の上に上部接着剤473により固着されている。これにより、リブ471、板キャップ472及び上部接着剤473を備えるシールドキャップ470は、半導体装置200Aのシールドキャップ270Aと同様に、変換体210及び増幅素子240を覆うことができる。このように形成されたシールドキャップ470は、下部接着剤474により基板260上に固着される。
このように構成される半導体装置400の製造方法について、以下に述べる。
半導体装置400の製造方法は、上面から下面へ第1の貫通孔が形成されている台座、及び前記第1の貫通孔を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜を有し、音圧を電気信号に変換する変換体と、第2の貫通孔が形成され、前記変換体で変換された電気信号を増幅する半導体素子と、第3の貫通孔が形成され、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、前記枠の上に固着された板とを備える半導体装置の製造方法であって、複数の前記基板を含む第1の母材と、複数の前記枠を含む第2の母材と、複数の前記板を含む第3の母材とを組み立てる組み立てステップと、組み立てられた前記第1の母材と、前記第2の母材と、前記第3の母材とをダイシングブレードにより同時切断することにより前記半導体装置を複数個製造する切断ステップとを含む。
以下、図9を参照しながら詳細に説明する。
まず、上面上に基板電極162と下面上に実装電極163とを有し、第3の貫通孔である基板貫通孔261が形成された基板260を複数含む第1の母材である母基板m260を用意する(図6(a)参照)。例えば、母基板m260は、行列状に複数の基板260が配置された集合体である。ここで、基板260の基板電極162と実装電極163は電気的に接続されている。なお、図8では、基板260は上層基板260a及び下層基板260bの2層構造を表しているが、実装電極163の数や配列に制約がなければ、単層基板でも構わない。実装電極163の数や配列を増やしたい場合は2層以上の多層基板にする。また、図8では一般的な樹脂系有機基板を想定しているが、リードフレームのCu系、Fe系等の金属材料系やセラミック材料などの無機基板を使用しても構わない。特にこの基板260の特徴は、基板260を貫通する基板貫通孔261が形成されていることである。
次に、図9(b)に示すように、基板貫通孔261に第2の貫通孔である増幅素子貫通孔241を合わせるように、増幅素子240を母基板m260の上面に素子接着剤161によって接着し、増幅素子240の電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続する。ここで、素子接着剤161は基板260の基板貫通孔261を塞がないようにする。更に、増幅素子240の上面上に、変換体210の振動膜111側が増幅素子240側となるように電極141と変換体電極115とをバンプ120により接続する。
その後、電極141とバンプ120と変換体電極115との接合を確保及び持続させるために、変換体アンダーフィル130を流し込み、変換体アンダーフィル130を温度などにより固める。ここで、変換体アンダーフィル130は、変換体210の振動膜111と増幅素子貫通孔241とが空間的に連続するように、つまり、増幅素子貫通孔241から振動膜111までの空間を塞がないように充填される。つまり、基板貫通孔261と振動膜111と増幅素子貫通孔241とを空間的につなぐようにする。変換体アンダーフィル130は、例えば、熱を加えると硬化する熱硬化性樹脂である。
なお、変換体アンダーフィル130は電極141と変換体電極115とをバンプ120により接続する際に塗布などで加工してもよい。また、変換体アンダーフィル130をテープ材などにより代替しても構わない。更に、上述では、増幅素子240の電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続した後に増幅素子240の上方に変換体210を実装したが、増幅素子240の上方に変換体210を実装した後に電極142と基板電極162とを電気的にワイヤー150で接続しても構わない。
その後、接続された増幅素子240及び変換体210を覆うように、基板260上に下部接着剤474により、複数の枠を含む第2の母材、すなわち複数のリブ471を含むリブ母材m471を設置する。
次に、図9(c)に示すように、リブ母材m471上に上部接着剤473により、複数の板を含む複数の第3の母材、すなわち複数の板キャップ472を含む板キャップ母材m472を設置する。下部接着剤474と上部接着剤473とは、同等材質の熱硬化性樹脂を用い、その板キャップ472を設置した後、下部接着剤474と上部接着剤473とを約150〜250℃の熱にてまた酸化防止のためN2雰囲気中で硬化させ固着させる。
その後、母基板m260の下面にテープを接着する。
次に、図9(d)において、母基板m260とリブ母材m471と板キャップ母材m472とをダイシングブレード等で図中の矢印方向に同時切断することで、テープに保持された複数の半導体装置400が得られる。ここで、ダイシングブレードは母基板m260の下面に接着されたテープは切断しない。ダイシングブレードの砥粒は、例えばダイヤモンドである。なお、ダイシングブレードの砥粒はCBNでも構わない。また砥粒を固着する為のボンド材は、例えばCu−Sn系のメタルボンドである。なお、ボンド材は、Ni系、熱硬化性樹脂を用いても構わない。
このように、母基板m260下面にテープを貼ることで以下の効果が得られる。ダイシングブレードで切断する際には、発生する熱を冷却するために、また切断屑の除去などのために、一般的に切削水が使用される。このとき、この切削水の水流力や切削屑などで振動膜111を破壊しないように注意が必要である。母基板m260の下面にテープを貼ることで、基板貫通孔261に浸入する切削水や切削屑を抑制でき、振動膜111の破壊を防止でき、製造時の歩留まりが改善する。
なお、ダイシングブレードにて切断する際の母基板m260の固定にテープを用いたが、別の固定方式の真空吸着でも構わない。ただし、基板貫通孔261と振動膜111は空間的につながっているため、真空吸着力にて振動膜111を破壊しないように注意が必要である。
最後に、テープに保持された半導体装置400をピックアップし、図6(e)に示すように半導体装置400を得る。なお、図6(e)でのA−A’断面の詳細が、図8に示した実施形態4の半導体装置400の断面図となる。
以上のように、本実施形態の半導体装置400は、シールドキャップ470が、変換体210及び増幅素子240の側面を囲むリブ471と、リブ471の上に固着された板キャップ472とを有することで、製造が容易となり、コストダウンが可能となる。また、板キャップ母材m472と母基板m260とを同時切断することで半導体装置400の製造コストをダウンできる。また、ダイシングブレードによる切断時にテープを用いて半導体装置400を保持することで、切削水の水流力や切削屑などで振動膜111が破壊されるのを容易に防止でき、製造時における歩留まりが改善する。
なお、上記説明では、実施形態2の半導体装置200Aのシールドキャップ270Aの構造をリブ471と板キャップ472とを有するシールドキャップ470とする構造について説明したが、このシールドキャップ470の構造を、図10に示すように、実施形態1の半導体装置100Aに適用しても構わない。
図10は、シールドキャップとして孔が形成された板キャップ482を有する半導体装置の構成を示す断面図である。この板キャップ482は、図8の板キャップ472と比較して振動膜111の上に貫通孔である孔483が形成されている点が異なる。
以上、本発明の半導体装置及びその製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明の半導体装置は、小型、かつマイクロフォン感度が高く、今後ますます高性能で薄型化および小型化を要求されるデジタルカメラや携帯電話等の分野に有用である。
100A、100B、200A、200B、300A、300B、300C、400、1100、1200 半導体装置
110、210、1102、1202 変換体
111、1101、1201 振動膜
112 台座
113 空洞部
114 貫通孔導体部
115、117 変換体電極
116 配線
120、350 バンプ
130 変換体アンダーフィル
140A、140B、240、340A、340B、1103、1104 増幅素子
141、142 電極
145、1207 凹部
150 ワイヤー
160、260、360 基板
160a、260a 上層基板
160b、260b 下層基板
161 素子接着剤
162 基板電極
163 実装電極
164 コンタクト
165 パターン
170、270A、270B、470、1206 シールドキャップ
171、483 孔
172 キャップ接着剤
241 増幅素子貫通孔
261 基板貫通孔
342 下面電極
361 増幅素子アンダーフィル
471 リブ
472、482 板キャップ
473 上部接着剤
474 下部接着剤
1106、1205 音孔
1107 金属ケース
1105、1204 回路基板
1203 半導体基板
m260 母基板
m471 リブ母材
m472 板キャップ母材
110、210、1102、1202 変換体
111、1101、1201 振動膜
112 台座
113 空洞部
114 貫通孔導体部
115、117 変換体電極
116 配線
120、350 バンプ
130 変換体アンダーフィル
140A、140B、240、340A、340B、1103、1104 増幅素子
141、142 電極
145、1207 凹部
150 ワイヤー
160、260、360 基板
160a、260a 上層基板
160b、260b 下層基板
161 素子接着剤
162 基板電極
163 実装電極
164 コンタクト
165 パターン
170、270A、270B、470、1206 シールドキャップ
171、483 孔
172 キャップ接着剤
241 増幅素子貫通孔
261 基板貫通孔
342 下面電極
361 増幅素子アンダーフィル
471 リブ
472、482 板キャップ
473 上部接着剤
474 下部接着剤
1106、1205 音孔
1107 金属ケース
1105、1204 回路基板
1203 半導体基板
m260 母基板
m471 リブ母材
m472 板キャップ母材
Claims (16)
- 音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、
前記変換体は、
上面から下面へ貫通孔が形成されている台座と、
前記貫通孔の上面側の開口を塞ぐように配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、
前記半導体素子は、前記貫通孔を塞ぐように前記変換体の下方に配置される
半導体装置。 - 前記半導体素子は、凹部を有し、
前記凹部は、前記貫通孔に向かって開口している
請求項1記載の半導体装置。 - 前記半導体装置はさらに、前記台座の下面に第1のバンプを備え、
前記台座は、当該台座を上面から下面に貫通する第1の貫通導体部を有し、
前記振動膜と前記半導体素子とは、前記第1の貫通導体部及び前記第1のバンプを介して電気的に接続されている
請求項1又は2記載の半導体装置。 - 前記半導体装置はさらに、前記第1のバンプの周囲に充填されたアンダーフィルを備える
請求項3記載の半導体装置。 - 前記変換体と前記半導体素子とは、上からの投影面積が実質的に等しい
請求項3又は4記載の半導体装置。 - 前記半導体装置はさらに、
前記半導体素子の下面に第2のバンプと、
前記半導体素子の下方に前記第2のバンプを介して設けられ、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送する電気配線を有する基板とを備え、
前記半導体素子は、当該半導体素子を上面から下面に貫通する第2の貫通導体部を有し、
前記電気配線と前記第2の貫通導体部とは、前記第2のバンプを介して電気的に接続され、
前記基板と前記半導体素子とは、上からの投影面積が実質的に等しい
請求項5記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、さらに、
前記変換体及び前記半導体素子を覆うように形成されたシールドキャップを備え、
前記シールドキャップは、周縁が前記基板に固着され、前記音圧を前記振動膜へ伝達するための音孔が形成されている
請求項5記載の半導体装置。 - 前記音孔は、前記貫通孔の上方に形成されている
請求項7記載の半導体装置。 - 前記シールドキャップは、
前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、
前記枠の上に固着された板とを備える
請求項7又は8記載の半導体装置。 - 音圧を電気信号に変換する変換体と、前記変換体で変換された電気信号を増幅する増幅回路を有する半導体素子とを備える半導体装置であって、
前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、
前記変換体は、
上面から下面に貫通する第1の貫通孔が形成されている台座と、
前記貫通孔の下面側の開口を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜とを有し、
前記半導体素子は、前記変換体の下方に配置され、当該半導体素子を上面から下面に貫通する第2の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、
前記基板は、前記半導体素子の下方に配置され、当該基板を上面から下面に貫通する第3の貫通孔が前記第1の貫通孔の下方に形成され、
前記半導体装置は、さらに、
周縁が前記基板に固着され、前記変換体及び前記半導体素子を覆うように形成されているシールドキャップを備える
半導体装置。 - 前記シールドキャップは、前記台座の上面に接する
請求項10記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、さらに、前記台座の下面にバンプ及びアンダーフィルを有し、
前記変換体と前記半導体素子とは、前記バンプを介して電気的に接続され、
前記アンダーフィルは前記バンプの周囲に充填されている
請求項10又は11記載の半導体装置。 - 前記バンプ及び前記アンダーフィルは、前記台座の下面に対する前記第1の貫通孔の開口部を連続的に取り囲むように配置されている
請求項12記載の半導体装置。 - 前記シールドキャップは、
前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、
前記枠の上に固着された板と
を備える請求項10記載の半導体装置。 - 上面から下面へ第1の貫通孔が形成されている台座、及び前記第1の貫通孔を塞ぐように前記台座の下面に配置され、前記音圧に応じて振動することで当該音圧を電気信号に変換する振動膜を有し、音圧を電気信号に変換する変換体と、第2の貫通孔が形成され、前記変換体で変換された電気信号を増幅する半導体素子と、第3の貫通孔が形成され、前記半導体素子により増幅された電気信号を外部に伝送するための基板と、前記変換体及び前記半導体素子の側面を取り囲む枠と、前記枠の上に固着された板とを備える半導体装置の製造方法であって、
複数の前記基板を含む第1の母材と、複数の前記枠を含む第2の母材と、複数の前記板を含む第3の母材とを組み立てる組み立てステップと、
組み立てられた前記第1の母材と、前記第2の母材と、前記第3の母材とをダイシングブレードにより同時切断することにより前記半導体装置を複数個製造する切断ステップと
を含む製造方法。 - さらに、
前記組み立てステップと前記切断ステップとの間に、前記第1の母材の前記第2の母材側と対向する面上にテープを接着する接着ステップと、
前記切断ステップの後に、切断された前記第1の母材から前記テープを剥がす剥離ステップと
を含む請求項15記載の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009089574A JP2010245645A (ja) | 2009-04-01 | 2009-04-01 | 半導体装置とその製造方法 |
PCT/JP2010/001024 WO2010113384A1 (ja) | 2009-04-01 | 2010-02-18 | 半導体装置とその製造方法 |
US13/247,226 US20120018820A1 (en) | 2009-04-01 | 2011-09-28 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009089574A JP2010245645A (ja) | 2009-04-01 | 2009-04-01 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010245645A true JP2010245645A (ja) | 2010-10-28 |
Family
ID=42827702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009089574A Withdrawn JP2010245645A (ja) | 2009-04-01 | 2009-04-01 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120018820A1 (ja) |
JP (1) | JP2010245645A (ja) |
WO (1) | WO2010113384A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012222473A (ja) * | 2011-04-06 | 2012-11-12 | Nec Access Technica Ltd | 防水マイク構造及びそれを用いた防水型の携帯端末装置 |
JP2020056711A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | Tdk株式会社 | センサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュール |
JP2020078018A (ja) * | 2018-11-09 | 2020-05-21 | 新日本無線株式会社 | トランスデューサ装置 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012209235B4 (de) * | 2012-05-31 | 2023-08-10 | Robert Bosch Gmbh | Sensormodul mit zwei mikromechanischen Sensorelementen |
US8809973B2 (en) * | 2013-01-23 | 2014-08-19 | Infineon Technologies Ag | Chip package comprising a microphone structure and a method of manufacturing the same |
US10097918B2 (en) | 2013-01-23 | 2018-10-09 | Infineon Technologies Ag | Chip arrangement and a method for manufacturing the same |
US9704829B2 (en) | 2013-03-06 | 2017-07-11 | Win Semiconductor Corp. | Stacked structure of semiconductor chips having via holes and metal bumps |
TWI524487B (zh) * | 2013-03-06 | 2016-03-01 | 穩懋半導體股份有限公司 | 結合基板通孔與金屬凸塊之半導體晶片之製程方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1188992A (ja) * | 1997-09-03 | 1999-03-30 | Hosiden Corp | 集積型容量性変換器及びその製造方法 |
JPH11266499A (ja) * | 1998-03-18 | 1999-09-28 | Hosiden Corp | エレクトレットコンデンサマイクロホン |
JP4264104B2 (ja) * | 2004-03-09 | 2009-05-13 | パナソニック株式会社 | エレクトレットコンデンサーマイクロホン |
WO2006011383A1 (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 非可逆回路素子、その製造方法及び通信装置 |
JP2006211468A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体センサ |
JP2007263677A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Yamaha Corp | 半導体装置 |
JP2007180201A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Yamaha Corp | 半導体装置 |
JP4850086B2 (ja) * | 2007-02-14 | 2012-01-11 | パナソニック株式会社 | Memsマイクロホン装置 |
-
2009
- 2009-04-01 JP JP2009089574A patent/JP2010245645A/ja not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-02-18 WO PCT/JP2010/001024 patent/WO2010113384A1/ja active Application Filing
-
2011
- 2011-09-28 US US13/247,226 patent/US20120018820A1/en not_active Abandoned
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012222473A (ja) * | 2011-04-06 | 2012-11-12 | Nec Access Technica Ltd | 防水マイク構造及びそれを用いた防水型の携帯端末装置 |
JP2020056711A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | Tdk株式会社 | センサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュール |
US11053118B2 (en) | 2018-10-03 | 2021-07-06 | Tdk Corporation | Sensor package substrate and sensor module having the same |
JP7110888B2 (ja) | 2018-10-03 | 2022-08-02 | Tdk株式会社 | センサー用パッケージ基板及びこれを備えるセンサーモジュール |
JP2020078018A (ja) * | 2018-11-09 | 2020-05-21 | 新日本無線株式会社 | トランスデューサ装置 |
JP7193066B2 (ja) | 2018-11-09 | 2022-12-20 | 日清紡マイクロデバイス株式会社 | トランスデューサ装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010113384A1 (ja) | 2010-10-07 |
US20120018820A1 (en) | 2012-01-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010113384A1 (ja) | 半導体装置とその製造方法 | |
JP5763682B2 (ja) | Mems及びasicを備える小型化した電気的デバイス及びその製造方法 | |
US8043897B2 (en) | Method for forming micro-electro-mechanical system (MEMS) package | |
US8179678B2 (en) | Electronic component module | |
US8571249B2 (en) | Silicon microphone package | |
US10200010B2 (en) | Elastic wave filter device | |
US20080219482A1 (en) | Condenser microphone | |
TWI533715B (zh) | Packaging Method of Stacked Micro - Electromechanical Microphone | |
TW201230821A (en) | Microphone unit | |
JP4655017B2 (ja) | 音響センサ | |
US20150061045A1 (en) | MEMS Device | |
JP2010041565A (ja) | マイクロホンユニットおよびその筐体の製造方法 | |
JP2010141870A (ja) | シリコンマイクロホンモジュール及びその製造方法 | |
JP6580356B2 (ja) | 単一指向性memsマイクロホン | |
WO2011104784A1 (ja) | 変換体モジュール及びその製造方法 | |
Feiertag et al. | Flip chip packaging for MEMS microphones | |
JP2008136195A (ja) | コンデンサマイクロホン | |
JP2007071821A (ja) | 半導体装置 | |
JP4642634B2 (ja) | 音響センサの製造方法 | |
JP2008211466A (ja) | マイクロホン用パッケージ、マイクロホン搭載体、マイクロホン装置 | |
JP2009260924A (ja) | マイクロフォンとその製造方法 | |
TWI532388B (zh) | Microelectromechanical Microphone Packaging | |
JP2009055490A (ja) | マイクロホン装置 | |
KR101392751B1 (ko) | 표면 탄성파 필터 및 그 제조 방법 | |
JP7118632B2 (ja) | マイクロフォン用パッケージおよびマイクロフォン装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120305 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20121126 |