JP2013164279A - Semiconductor device and electronic apparatus - Google Patents
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- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びこの半導体装置を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and an electronic apparatus including the semiconductor device.
従来、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサー機能を備えた半導体装置として、複数のリードと、複数のリードに跨るように固定された半導体基板と、半導体基板に保持されたセンサー素子とを備え、半導体基板(以下、ICチップという)の接続用端子が複数のリードと電気的に接続されている構成のセンサーデバイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a semiconductor device having a sensor function for detecting physical quantities such as acceleration and angular velocity, a plurality of leads, a semiconductor substrate fixed so as to straddle the plurality of leads, and a sensor element held on the semiconductor substrate are provided. A sensor device having a configuration in which connection terminals of a semiconductor substrate (hereinafter referred to as an IC chip) are electrically connected to a plurality of leads is known (for example, see Patent Document 1).
図8は、従来(特許文献1)のセンサーデバイスの概略構成を示す模式図である。図8(a)は、リッド(蓋体)側から俯瞰した模式平面図であり、図8(b)は、図8(a)のA−A線での模式断面図である。なお、図8(a)では、便宜的にリッドを省略してある。
図8に示すように、特許文献1のセンサーデバイス101は、パッケージベース111とリッド113とを有して中空の略直方体形状に構成されたパッケージ110と、パッケージ110内に収容される、複数のICチップ120と、複数のセンサー素子130と、複数のリード150と、を備えている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional sensor device (Patent Document 1). FIG. 8A is a schematic plan view seen from the lid (lid body) side, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 8A, the lid is omitted for convenience.
As shown in FIG. 8, the
センサーデバイス101は、各ICチップ120が複数のリード150に跨るように固定されている。そして、センサーデバイス101は、各ICチップ120に保持された各センサー素子130の、物理量を検出する検出軸の方向(例えば、X’軸、Y’軸、Z’軸の各軸に沿った方向)に応じて、複数のリード150が平坦な状態や、直角に折り曲げられた状態で、パッケージベース111の端子115にそれぞれ固定されている。
これにより、センサーデバイス101は、方向の異なる複数の検出軸回りの角速度などの物理量を検出することができるとされている。
The
Thereby, it is supposed that the
しかしながら、上記センサーデバイス101は、各センサー素子130を保持した各ICチップ120のパッケージ110への搭載に複数のリード150が介在していることから、部品点数の多さに伴う生産性の低下や、小型化(薄型化)が阻害されているという問題がある。
However, since the
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例にかかる半導体装置は、凸状の第1突起電極が設けられた第1接続端子を主面に有する基板と、凸状の第2突起電極が設けられた第2接続端子を第1面側に有するICチップと、を備え、前記ICチップは、前記第1面が前記基板の前記主面に対して直立し、平面視で前記第1突起電極と前記第2突起電極との少なくとも一部が互いに重なるように前記基板上に配置され、前記第1突起電極と前記第2突起電極とが、導電性接合部材を介して互いに接続されていることを特徴とする。 Application Example 1 A semiconductor device according to this application example includes a substrate having a first connection terminal provided with a convex first protruding electrode on the main surface and a second electrode provided with a convex second protruding electrode. An IC chip having a connection terminal on the first surface side, and the IC chip has the first surface standing upright with respect to the main surface of the substrate, and the first protruding electrode and the second in a plan view. The projection electrode is disposed on the substrate so that at least a part of the projection electrode overlaps each other, and the first projection electrode and the second projection electrode are connected to each other through a conductive bonding member. .
これによれば、半導体装置は、ICチップが、その第1面が基板の主面に対して直立するように基板上に配置され、基板の第1突起電極とICチップの第2突起電極との少なくとも一部が互いに重なり、両者が互いに導電性接合部材を介して接続されている。
これにより、半導体装置は、第1突起電極と第2突起電極とによって、導電性接合部材が両電極間に保持され易くなることから、第1突起電極と第2突起電極との導通を確実に取ることができると共に、ICチップを直立状態で基板に確実に固定することができる。加えて、半導体装置は、導電性接合部材が周囲に流出することなく両電極間に保持されることから、両電極と他の電極との導電性接合部材を介した短絡を回避することができる。
According to this, in the semiconductor device, the IC chip is arranged on the substrate so that the first surface thereof is upright with respect to the main surface of the substrate, and the first protruding electrode of the substrate and the second protruding electrode of the IC chip are Are overlapped with each other, and both are connected to each other via a conductive bonding member.
As a result, the first protruding electrode and the second protruding electrode make it easier for the semiconductor device to hold the conductive bonding member between the two electrodes, so that the conduction between the first protruding electrode and the second protruding electrode is ensured. In addition, the IC chip can be securely fixed to the substrate in an upright state. In addition, in the semiconductor device, since the conductive bonding member is held between both electrodes without flowing out to the surroundings, a short circuit between the both electrodes and the other electrode via the conductive bonding member can be avoided. .
この結果、半導体装置は、上記構成を特許文献1の半導体装置としてのセンサーデバイスに適用することによって、ICチップを基板としてのパッケージに直に直立させることができる。
これにより、半導体装置は、センサーデバイスの複数のリードが不要となることから、センサーデバイスを小型化(薄型化)し、生産性を向上させることが可能となる。
As a result, by applying the above configuration to the sensor device as the semiconductor device of Patent Document 1, the semiconductor device can directly stand the IC chip on the package as the substrate.
As a result, the semiconductor device does not require a plurality of leads of the sensor device, so that the sensor device can be reduced in size (thinned) and productivity can be improved.
[適用例2]上記適用例にかかる半導体装置において、前記第1突起電極と前記第2突起電極との間には、隙間が設けられていることが好ましい。 Application Example 2 In the semiconductor device according to the application example described above, it is preferable that a gap is provided between the first protruding electrode and the second protruding electrode.
これによれば、半導体装置は、第1突起電極と第2突起電極との間に隙間が設けられていることから、基板の第1突起電極とICチップの第2突起電極とが互いに干渉することなく、ICチップの直立度を調整することができる。 According to this, in the semiconductor device, since the gap is provided between the first protruding electrode and the second protruding electrode, the first protruding electrode of the substrate and the second protruding electrode of the IC chip interfere with each other. The uprightness of the IC chip can be adjusted without any problems.
[適用例3]上記適用例にかかる半導体装置において、前記第2突起電極は、ループ状の金属ワイヤーで構成されていることが好ましい。 Application Example 3 In the semiconductor device according to the application example, it is preferable that the second protruding electrode is formed of a looped metal wire.
これによれば、半導体装置は、第2突起電極がループ状の金属ワイヤーで構成されていることから、第2突起電極の突出量を容易に大きくすることができる。 According to this, since the 2nd projection electrode is comprised with the loop-shaped metal wire, the semiconductor device can enlarge the protrusion amount of a 2nd projection electrode easily.
[適用例4]上記適用例にかかる半導体装置において、前記第2突起電極は、多段バンプで構成されていることが好ましい。 Application Example 4 In the semiconductor device according to the application example described above, it is preferable that the second protruding electrode is formed of a multi-stage bump.
これによれば、半導体装置は、第2突起電極が多段バンプ(バンプの上に更にバンプを積み重ねたもの)で構成されていることから、第2突起電極の突出量を容易に大きくすることができる。 According to this, in the semiconductor device, since the second protruding electrode is composed of multi-stage bumps (the bumps are further stacked on the bumps), the protruding amount of the second protruding electrodes can be easily increased. it can.
[適用例5]上記適用例にかかる半導体装置において、物理量を検出するセンサー素子を更に備え、前記ICチップの前記第1面側には、前記センサー素子が配置され、前記第2突起電極は、前記第1面からの突出量が前記センサー素子における前記第1面からの突出量よりも大きいことが好ましい。 Application Example 5 In the semiconductor device according to the application example described above, the semiconductor device further includes a sensor element that detects a physical quantity, the sensor element is disposed on the first surface side of the IC chip, and the second protruding electrode is It is preferable that the amount of protrusion from the first surface is larger than the amount of protrusion from the first surface of the sensor element.
これによれば、半導体装置は、ICチップの第1面側にセンサー素子が配置され、第2突起電極は、第1面からの突出量がセンサー素子の第1面からの突出量よりも大きいことから、導電性接合部材を、センサー素子と干渉することなく、第1突起電極及び第2突起電極に付着させる(塗布する)ことができる。 According to this, in the semiconductor device, the sensor element is disposed on the first surface side of the IC chip, and the protruding amount of the second protruding electrode from the first surface is larger than the protruding amount of the sensor element from the first surface. Accordingly, the conductive bonding member can be attached (applied) to the first protruding electrode and the second protruding electrode without interfering with the sensor element.
[適用例6]本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の半導体装置を備えていることを特徴とする。 Application Example 6 An electronic apparatus according to this application example includes the semiconductor device according to any one of the application examples described above.
これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の半導体装置を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された電子機器を提供することができる。 According to this, since the electronic apparatus of this configuration includes the semiconductor device described in any of the above application examples, the electronic apparatus reflecting the effect described in any of the above application examples is provided. Can do.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、半導体装置の一例としてのセンサーデバイスの概略構成を示す模式図である。図1(a)は、リッド(蓋体)側から俯瞰した模式平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A線での模式断面図である。図2は、図1(b)のB部の模式拡大図であり、図3は、ICチップの構成を説明する模式要部断面図である。
なお、図1(a)では、便宜的にリッドを省略し、リッドの内壁形状を2点鎖線で示し、図1(b)では、便宜的に一部の構成要素を省略してある。また、分かり易くするために、各図における各構成要素の寸法比率は、実際と異なる。図中のX’軸、Y’軸、Z’軸は、互いに直交する軸である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a sensor device as an example of a semiconductor device. FIG. 1A is a schematic plan view seen from the lid (lid) side, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 2 is a schematic enlarged view of a portion B of FIG. 1B, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of the IC chip.
In FIG. 1A, the lid is omitted for the sake of convenience, and the inner wall shape of the lid is indicated by a two-dot chain line, and in FIG. 1B, some components are omitted for the sake of convenience. In addition, for easy understanding, the dimensional ratio of each component in each drawing is different from the actual one. The X ′ axis, Y ′ axis, and Z ′ axis in the drawing are axes orthogonal to each other.
本実施形態では、センサーデバイスの一具体例として、ジャイロセンサーについて説明する。
図1に示すように、ジャイロセンサー1は、パッケージ10と、パッケージ10内に収容されたICチップ20A,20Bと、ICチップ20A,20Bに配置(搭載)された物理量(ここでは、角速度)を検出するセンサー素子としての振動ジャイロ素子30と、を備えている。
In this embodiment, a gyro sensor will be described as a specific example of a sensor device.
As shown in FIG. 1, the gyro sensor 1 includes a
パッケージ10は、基板としての矩形平板状のパッケージベース11と、凹部12を有しパッケージベース11を覆う箱状のリッド(蓋体)13と、を備え、中空の略直方体形状に構成されている。
パッケージベース11には、セラミックグリーンシートを成形して焼成した酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体などのセラミックス系の絶縁性材料や、水晶、ガラスなどの絶縁性材料が用いられている。
The
The
リッド13には、パッケージベース11と同材料、または、コバール、42アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。
リッド13は、後述するICチップ20A,20B、振動ジャイロ素子30がパッケージベース11に搭載された後、シールリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材42によりパッケージベース11へ取り付けられる。これにより、パッケージ10の内部は、気密に封止されている。
なお、パッケージ10の内部は、振動ジャイロ素子30の振動が阻害されないように、真空状態(真空度が高い状態)に保持されていることが好ましい。
The
The
Note that the inside of the
パッケージベース11の主面14(リッド13に覆われる面)には、2つのICチップ20Aとの接続用の、第1接続端子としての内部端子15,16が複数設けられている。また、パッケージベース11の主面14には、ICチップ20Bとの接続用の内部端子17が複数設けられている。
内部端子15,16には、凸状の第1突起電極15a,16aが設けられている。
パッケージベース11の底面18(主面14の反対側の面)には、外部機器(外部部材)などに実装される際に用いられる外部端子19が複数設けられている。
内部端子15,16,17は、図示しない内部配線により、外部端子19に接続されている。
A plurality of
The
A plurality of
The
内部端子15,16,17及び外部端子19は、例えば、タングステン(W)やモリブデン(Mo)などの金属粉末に有機バインダー、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、例えば、スクリーン印刷法を用いて印刷(塗布)後、加熱処理することによって形成されたメタライズ層に、ニッケル(Ni)、金(Au)などの各被膜をメッキ法などにより積層した金属被膜からなる。
図2に示すように、第1突起電極15a,16aは、金(Au)、銅(Cu)などの金属ワイヤーをワイヤーボンディング技術である超音波圧着法などにより略円板状(略太鼓状)に加工したバンプで構成されている。なお、このバンプ形成の際には、金属ワイヤーを操作するキャピラリー(工具)を、紙面左右方向に移動させて金属ワイヤーを切断することが好ましい。これにより、第1突起電極15a,16aは、バンプの中央部の盛り上がりを抑制できる。
The
As shown in FIG. 2, the first
なお、パッケージは、凹部を有したパッケージベースと、パッケージベースを覆う平板状のリッドなどから構成されていてもよい。また、パッケージは、パッケージベース及びリッドの両方に凹部を有していてもよい。 The package may include a package base having a recess and a flat lid that covers the package base. The package may have a recess in both the package base and the lid.
図2、図3に示すように、ICチップ20A,20Bは、第1面としての能動面21側の一辺に沿って、第2接続端子23が複数設けられている。そして、ICチップ20Aの各第2接続端子23には、凸状の第2突起電極23aが設けられている。
第2突起電極23aは、金(Au)、銅(Cu)などの金属ワイヤーを超音波圧着法などにより加工した多段バンプ(バンプの上に更にバンプを積み重ねたもの、ここでは3段重ね)で構成されている。
なお、ICチップ20AとICチップ20Bとの相違点は、第2突起電極23aの有無のみである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the IC chips 20 </ b> A and 20 </ b> B are provided with a plurality of
The second
The difference between the
ICチップ20Aは、能動面21がパッケージベース11の主面14に対して直立し(能動面21と主面14との成す角度が略直角になり)、平面視でパッケージベース11の第1突起電極15a,16aのそれぞれと、各ICチップ20Aの第2突起電極23aのそれぞれとの、少なくとも一部が互いに重なるようにパッケージベース11の主面14上に配置されている。
そして、パッケージベース11の第1突起電極15a,16aと各ICチップ20Aの第2突起電極23aとが、導電性接合部材40を介して互いに接続されている。これにより、各ICチップ20Aは、パッケージベース11に固定されると共に、第1突起電極15a,16aと第2突起電極23aとが電気的に接続される。
In the
The first
この際、図2に示すように、第2突起電極23aは、能動面21からの突出量H1が、ICチップ20Aの能動面21側に配置された振動ジャイロ素子30における能動面21からの突出量H2よりも大きくなるように形成されている。
また、第2突起電極23aと第1突起電極15a,16aとの間には、互いに干渉しないように隙間が設けられている。
なお、導電性接合部材40には、例えば、金属フィラー(一例として銀(Ag)フィラー)などの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤が用いられている。
At this time, as shown in FIG. 2, the second
Further, a gap is provided between the second
For the
図1に戻って、ICチップ20Bは、能動面21の反対側の面であって、能動面21に沿った(略平行な)非能動面29側が、パッケージベース11の主面14に図示しない接着剤などで固定されている。
そして、ICチップ20Bは、ワイヤーボンディング法などにより金(Au)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などの金属ワイヤー41を介して、第2接続端子23がパッケージベース11の内部端子17と電気的に接続されている。
Returning to FIG. 1, the IC chip 20 </ b> B is a surface opposite to the
The
ここで、パッケージベース11に固定された、2つのICチップ20A、ICチップ20Bは、各能動面21同士の成す角度が直角になるように配置されている。換言すれば、ジャイロセンサー1は、一方(図1の紙面左側)のICチップ20Aの能動面21に対する法線がX’軸に沿い、他方(図1の紙面右側)のICチップ20Aの能動面21に対する法線がY’軸に沿い、ICチップ20Bの能動面21に対する法線がZ’軸に沿うように、2つのICチップ20A、ICチップ20Bがパッケージベース11上に取り付けられている。
これに伴い、パッケージベース11の内部端子15,16,17は、上記配置における第2接続端子23(第2突起電極23a)に対応した位置に設けられている。
Here, the two IC chips 20 </ b> A and 20 </ b> B fixed to the
Accordingly, the
ここで、ICチップ20A,20Bの構成について詳述する。
図3に示すように、ICチップ20A,20Bには、能動面21側にトランジスターやメモリー素子などの半導体素子を含んで構成される集積回路(図示せず)が形成されている。この集積回路には、振動ジャイロ素子30を駆動振動させる駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャイロ素子30に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。
ICチップ20A,20Bは、能動面21側に設けられた第1の電極24と、第1の電極24に電気的に接続されて能動面21側に設けられた接続端子22と、能動面21と接続端子22との間に設けられた応力緩和層25と、能動面21側に設けられた第2接続端子23とを備えている。
Here, the configuration of the IC chips 20A and 20B will be described in detail.
As shown in FIG. 3,
The IC chips 20A and 20B include a
第1の電極24は、ICチップ20A,20Bの集積回路に直接導通して形成されたものである。また、能動面21上には、パッシベーション膜となる第1絶縁層26が形成されており、この第1絶縁層26には、第1の電極24上に開口部26aが形成されている。
このような構成によって第1の電極24は、開口部26a内にて外側に露出した状態となっている。
The
With such a configuration, the
第1絶縁層26上には、第1の電極24や他の電極を避けた位置に、絶縁樹脂からなる応力緩和層25が形成されている。
また、第1の電極24には、第1絶縁層26の開口部26a内にて再配置配線としての配線27が接続されている。この配線27は、集積回路の電極の再配置を行うためのもので、ICチップ20A,20Bの所定部に配置された第1の電極24から延びて形成され、さらに応力緩和層25上にまで引き回されて形成されたものである。
この配線27は、ICチップ20A,20Bの第1の電極24と接続端子22との間を配線することから、一般的には再配置配線とよばれ、微細設計によって位置の制約が大きい第1の電極24に対して、接続端子22の位置を任意にずらして配置し、ICチップ20A,20Bにおける振動ジャイロ素子30との接続位置の自由度を高めるための重要な構成要素である。
On the first insulating
Further, the
Since this
また、ICチップ20A,20Bの能動面21側には、配線27や応力緩和層25、第1絶縁層26を覆って樹脂からなる耐熱性を有した第2絶縁層28が形成されている。なお、第2絶縁層28は、ソルダーレジストでもよい。
この第2絶縁層28には、応力緩和層25上にて配線27上に開口部28aが形成されている。このような構成によって配線27の一部は、開口部28a内にて外側に露出した状態となっている。
On the
In the second insulating
そして、この開口部28a内に露出した配線27上に、接続端子22が配設されている。この接続端子22は、例えば、ハンダボール、金線、アルミニウム線などを用いて形成された突起電極となっている。ここで、接続端子22として、樹脂突起の表面に金属膜や導電性接着剤などを設けたバンプ(例えば、樹脂コアバンプ)を用いることも可能である。また、金属バンプの表面に導電性接着剤などを設けることで、接続端子22による電気的接続を更に確実にしてもよい。
このような構成のもとに、ICチップ20A,20Bに形成された集積回路は、第1の電極24、配線27、接続端子22を介して振動ジャイロ素子30と電気的に接続されるようになっている。
The
Based on such a configuration, the integrated circuit formed on the
また、ICチップ20A,20Bに形成された集積回路には、第1の電極24以外に図示しない他の電極が形成されている。この他の電極は、第1の電極24の場合と同様に、再配置配線が接続され、第2絶縁層28の開口部28b内にて、外部に露出した第2接続端子23と接続されている。
In addition to the
第1の電極24、他の電極、配線27などの再配置配線は、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、チタン(Ti)、タングステン(W)、チタンタングステン(TiW)、窒化チタン(TiN)、ニッケル(Ni)、ニッケルバナジウム(NiV)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)などによって形成されている。
また、第1絶縁層26、第2絶縁層28を形成するための樹脂としては、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、BCB(benzocyclobutene)及びPBO(polybenzoxazole)などが用いられる。
なお、第1絶縁層26については、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)などの無機絶縁材料によって形成することもできる。
The rearrangement wiring such as the
Examples of the resin for forming the first insulating
The first insulating
ここで、センサー素子としての振動ジャイロ素子30の構成について詳述する。
図4は、振動ジャイロ素子の模式拡大平面図である。
図4に示すように、振動ジャイロ素子30は、圧電材料である水晶を基材(主要部分を構成する材料)として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸及び光学軸と呼ばれるZ軸を有している。
そして、振動ジャイロ素子30は、水晶結晶軸において直交するX軸及びY軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するZ軸方向に所定の厚みを有している。なお、所定の厚みは、発振周波数(共振周波数)、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
Here, the configuration of the
FIG. 4 is a schematic enlarged plan view of the vibrating gyro element.
As shown in FIG. 4, the vibrating
The vibrating
また、振動ジャイロ素子30を成す平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、X軸、Y軸及びZ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、平板は、X軸を中心に0度から7度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。これは、Y軸及びZ軸についても同様である。
振動ジャイロ素子30は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング(ウエットエッチングまたはドライエッチング)により形成されている。なお、振動ジャイロ素子30は、1枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
Further, the flat plate forming the vibrating
The vibrating
振動ジャイロ素子30は、ダブルT型と呼ばれる構成となっている。
振動ジャイロ素子30は、中心部分に位置する基部31と、基部31からY軸に沿って延伸された1対の検出用振動腕32a,32bと、検出用振動腕32a,32bと直交するように、基部31からX軸に沿って延伸された1対の連結腕33a,33bと、検出用振動腕32a,32bと略平行になるように、各連結腕33a,33bの先端側からY軸に沿って延伸された各1対の駆動用振動腕34a,34b,35a,35bとを備えている。
The
The vibrating
また、振動ジャイロ素子30は、検出用振動腕32a,32bに、図示しない検出電極が形成され、駆動用振動腕34a,34b,35a,35bに、図示しない駆動電極が形成されている。
振動ジャイロ素子30は、検出用振動腕32a,32bで、角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕33a,33bと駆動用振動腕34a,34b,35a,35bとで、振動ジャイロ素子30を駆動する駆動振動系を構成している。
In the vibrating
The
また、検出用振動腕32a,32bのそれぞれの先端部には、重り部32c,32dが形成され、駆動用振動腕34a,34b,35a,35bのそれぞれの先端部には、重り部34c,34d,35c,35dが形成されている。
これにより、振動ジャイロ素子30は、小型化および角速度の検出感度の向上が図られている。
Further,
Thereby, the
振動ジャイロ素子30は、平面視において、ICチップ20A,20Bと重なるようにICチップ20A,20Bの能動面21側に配置されている。
なお、振動ジャイロ素子30は、基部31、検出用振動腕32a,32b、駆動用振動腕34a,34b,35a,35bを含む平板の表裏面を主面とする。本実施形態では、外部と電気的に接続される面を主面30aとし、主面30aの反対側の面を主面30bとする。
The
Note that the vibrating
振動ジャイロ素子30の基部31の主面30aには、上記各検出電極、各駆動電極から引き出された6個の接続電極36が設けられている。
図3に示すように、振動ジャイロ素子30は、主面30aが、ICチップ20A,20Bの能動面21に沿う(略平行になる)ようにして、各接続電極36がICチップ20A,20Bの各接続端子22に取り付けられている(電気的及び機械的に接続されている)。
On the
As shown in FIG. 3, the vibrating
ここで、振動ジャイロ素子30の動作について説明する。
図5、図6は、振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。図5は、駆動振動状態を示す模式平面図であり、図6(a)、図6(b)は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示す模式平面図である。
なお、図5、図6において、振動状態を簡易に表現するために、各振動腕、各連結腕は線で表してある。
Here, the operation of the vibrating
5 and 6 are schematic plan views for explaining the operation of the vibrating gyro element. FIG. 5 is a schematic plan view showing a driving vibration state, and FIGS. 6A and 6B are schematic plan views showing a detection vibration state in a state where an angular velocity is applied.
In FIGS. 5 and 6, the vibrating arms and the connecting arms are represented by lines in order to simply express the vibration state.
図5において、振動ジャイロ素子30の駆動振動状態を説明する。
まず、ICチップ20A,20Bの集積回路(駆動回路)から駆動信号が印加されることにより、振動ジャイロ素子30は角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕34a,34b,35a,35bが矢印Eで示す方向に屈曲振動を行う。この屈曲振動は、実線で示す振動姿態と2点鎖線で示す振動姿態とを所定の周波数で繰り返している。
In FIG. 5, the drive vibration state of the
First, when a driving signal is applied from the integrated circuits (driving circuits) of the IC chips 20A and 20B, the vibrating
次に、この駆動振動を行っている状態で、振動ジャイロ素子30にZ軸回りの角速度ωが加わると、振動ジャイロ素子30は、図6に示すような振動を行う。
まず、図6(a)に示すように、駆動振動系を構成する駆動用振動腕34a,34b,35a,35b及び連結腕33a,33bには、矢印F方向のコリオリ力が働く。また同時に、検出用振動腕32a,32bは、矢印F方向のコリオリ力に呼応して、矢印H方向に変形する。
Next, when an angular velocity ω about the Z-axis is applied to the vibrating
First, as shown in FIG. 6A, the Coriolis force in the direction of arrow F acts on the
その後、図6(b)に示すように、駆動用振動腕34a,34b,35a,35b及び連結腕33a,33bには、矢印F’方向に戻る力が働く。また同時に、検出用振動腕32a,32bは、矢印F’方向の力に呼応して、矢印H’方向に変形する。
振動ジャイロ素子30は、この一連の動作を交互に繰り返して新たな振動が励起される。
なお、矢印F,F’方向の振動は、重心Gに対して周方向の振動である。そして、振動ジャイロ素子30は、検出用振動腕32a,32bに形成された検出電極が、振動により発生した水晶の歪を検出することでZ軸回りの角速度ωが求められる。
Thereafter, as shown in FIG. 6 (b), the
The
The vibrations in the directions of arrows F and F ′ are vibrations in the circumferential direction with respect to the center of gravity G. In the vibrating
ジャイロセンサー1は、各能動面21の法線(X’軸、Y’軸、Z’軸に沿った線)が互いに直交するようにパッケージベース11上に配置されたICチップ20A,20Bに、主面30aが各能動面21に沿うように取り付けられた各振動ジャイロ素子30によって、互いに直交するX’軸、Y’軸、Z’軸に沿った3軸を検出軸とした3軸周りの角速度を検出することができる。
このことから、ジャイロセンサー1は、例えば、撮像機器の手ぶれ補正や、GPS(Global Positioning System)衛星信号を用いた移動体ナビゲーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御などに用いられる。
The gyro sensor 1 is connected to the IC chips 20A and 20B disposed on the
Thus, the gyro sensor 1 is used for, for example, camera shake correction of an imaging device, posture detection of a vehicle or the like in a mobile navigation system using a GPS (Global Positioning System) satellite signal, posture control, and the like.
上述したように、本実施形態のジャイロセンサー1は、ICチップ20Aが、能動面21が、パッケージベース11の主面14に対して直立するようにパッケージベース11上に配置され、パッケージベース11の第1突起電極15a,16aとICチップ20Aの第2突起電極23aとが導電性接着剤を用いた導電性接合部材40を介して接続されている。
これにより、ジャイロセンサー1は、第1突起電極15a,16aと第2突起電極23aとに跨る導電性接合部材40に表面張力が働くこととなる。
この結果、ジャイロセンサー1は、導電性接合部材40が、第1突起電極15a,16aと第2突起電極23aとの間に保持され易くなることから、第1突起電極15a,16aと第2突起電極23aとの導通を確実に取ることができると共に、ICチップ20Aを直立状態でパッケージベース11に確実に固定する(取り付ける)ことができる。
加えて、ジャイロセンサー1は、導電性接合部材40が周囲に流出することなく第1突起電極15a,16aと第2突起電極23aとの間に保持されることから、隣り合う電極同士の導電性接合部材40を介した短絡を回避することができる。
As described above, in the gyro sensor 1 of the present embodiment, the IC chip 20 </ b> A is disposed on the
As a result, in the gyro sensor 1, surface tension acts on the
As a result, in the gyro sensor 1, since the
In addition, since the gyro sensor 1 is held between the first
ジャイロセンサー1は、上記構成を図8に示す従来(特許文献1)のセンサーデバイス101に適用することによって、ICチップ120を基板としてのパッケージベース111に直に直立させることができることとなる。
これにより、ジャイロセンサー1は、上記センサーデバイス101の複数のリード150が不要となることから、センサーデバイス101を小型化(薄型化)し、生産性を向上させることが可能となる。
By applying the above configuration to the conventional (patent document 1)
As a result, the gyro sensor 1 does not require the plurality of
また、ジャイロセンサー1は、パッケージベース11の第1突起電極15a,16aと、ICチップ20Aの第2突起電極23aとの間に隙間が設けられていることから、第1突起電極15a,16aと第2突起電極23aとが互いに干渉することなく、パッケージベース11の主面14に対するICチップ20Aの直立度を調整することができる。
Further, since the gyro sensor 1 has a gap between the first projecting
また、ジャイロセンサー1は、ICチップ20Aの第2突起電極23aが多段バンプで構成されていることから、第2突起電極23aの能動面21からの突出量H1を、比較的容易に大きくすることができる。
Further, in the gyro sensor 1, since the second
また、図2に示すように、ジャイロセンサー1は、ICチップ20Aの能動面21側に振動ジャイロ素子30が配置され、第2突起電極23aの能動面21からの突出量H1が振動ジャイロ素子30の能動面21からの突出量H2よりも大きい。
このことから、ジャイロセンサー1は、図2の紙面上方からディスペンサーなどの塗布装置を用いて、導電性接合部材40を振動ジャイロ素子30と干渉することなく、第1突起電極15a,16a及び第2突起電極23aに塗布することができる。
Further, as shown in FIG. 2, in the gyro sensor 1, the
Therefore, the gyro sensor 1 uses the coating device such as a dispenser from the upper side of FIG. 2 without interfering the
なお、図7の模式要部拡大断面図に示すように、第2突起電極23aは、第2接続端子23に金(Au)、銅(Cu)などの金属ワイヤーが、ループ状(略U字状)に突出してボンディングされている構成としてもよい。
これによれば、ジャイロセンサー1は、第2突起電極23aがループ状の金属ワイヤーで構成されていることから、第2突起電極23aの突出量H1を、比較的容易に大きくすることができる。
As shown in the enlarged schematic cross-sectional view of the main part of FIG. 7, the second
According to this, the gyro sensor 1 can relatively easily increase the protruding amount H1 of the second
なお、ICチップ20Bの第2接続端子23と、パッケージベース11の内部端子17との電気的な接続は、金属ワイヤー41に代えて、可撓性を有するフレキシブル配線基板などを用いてもよい。
なお、ジャイロセンサー1は、ICチップ20B、またはICチップ20B及びICチップ20Aの1つを除去して、3軸ではなく2軸または1軸の角速度検出に対応した構成としてもよい。
また、第2突起電極23aは、多段バンプによる構成ではなく、通常の(一段の)バンプ構成としてもよい。
The electrical connection between the
Note that the gyro sensor 1 may have a configuration corresponding to the detection of the angular velocity of two axes or one axis instead of three axes by removing one of the
In addition, the second
また、振動ジャイロ素子30は、基部31から各振動腕間(例えば、検出用振動腕32aと駆動用振動腕34aとの間など)を通って概ねY軸に沿って延伸された複数の支持腕と、複数の支持腕の先端部に跨って設けられた支持部とを備え、支持部に接続電極36が設けられている構成としてもよい。
これによれば、振動ジャイロ素子30は、誤検出の原因となる機械的衝撃が加わった際に、支持腕が撓みや屈曲などの変形をすることによって、その機械的衝撃を吸収する機能を有する。
これにより、振動ジャイロ素子30は、誤検出の原因となる機械的衝撃が、駆動用振動腕34a,34b,35a,35bや、検出用振動腕32a,32bへ伝わることを抑制できる。この結果、ジャイロセンサー1は、角速度の検出精度を向上させることが可能となる。
In addition, the vibrating
According to this, the
As a result, the
なお、上記実施形態では、振動ジャイロ素子30の基材を水晶としたが、これに限定するものではなく、例えば、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体、またはシリコン(Si)などの半導体であってもよい。
In the above embodiment, the base material of the vibrating
また、振動ジャイロ素子30は、ダブルT型以外にも、二脚音叉、三脚音叉、H型音叉、くし歯型、直交型、角柱型など、種々のジャイロ素子(センサー素子)を用いることが可能である。
また、ジャイロ素子は振動型以外のものであってもよい。
また、振動ジャイロ素子30の振動の駆動方法や検出方法は、圧電体の圧電効果を用いた圧電型によるものの他に、クーロン力を利用した静電型によるものや、磁力を利用したローレンツ型によるものなどであってもよい。
また、センサー素子の検出軸(センシング軸)は、センサー素子の主面に直交する軸のほかに、センサー素子の主面に平行な軸であってもよい。
In addition to the double T type, the vibrating
The gyro element may be other than the vibration type.
In addition to the piezoelectric type using the piezoelectric effect of the piezoelectric body, the driving method and the detecting method of the
Further, the detection axis (sensing axis) of the sensor element may be an axis parallel to the main surface of the sensor element in addition to the axis orthogonal to the main surface of the sensor element.
また、上記実施形態では、センサー素子として振動ジャイロ素子30を例に挙げたが、これに限定するものではなく、例えば、加速度に反応する加速度感知素子、圧力に反応する圧力感知素子、重さに反応する重量感知素子などでもよい。
これにより、センサーデバイスとしては、上記実施形態のジャイロセンサー1に限定されるものではなく、センサー素子として上記加速度感知素子を備えた加速度センサー、圧力感知素子を備えた圧力センサー、重量感知素子を備えた重量センサーなどでもよい。
In the above embodiment, the
As a result, the sensor device is not limited to the gyro sensor 1 of the above embodiment, but includes an acceleration sensor including the acceleration sensing element as a sensor element, a pressure sensor including a pressure sensing element, and a weight sensing element. A weight sensor may be used.
(電子機器)
上記ジャイロセンサー1、加速度センサー、圧力センサー、重量センサーなどのセンサーデバイスは、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、携帯電話、ヘッドマウントディスプレイなどの電子機器に、センシング機能を備えたデバイスとして好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態で説明した効果が反映された電子機器を提供することができる。
(Electronics)
Sensor devices such as the gyro sensor 1, acceleration sensor, pressure sensor, and weight sensor are electronic devices such as a digital still camera, a video camera, a navigation device, a vehicle body posture detection device, a pointing device, a game controller, a mobile phone, and a head-mounted display. In addition, it can be suitably used as a device having a sensing function, and in any case, it is possible to provide an electronic device in which the effects described in the above embodiments are reflected.
1…半導体装置としてのジャイロセンサー、10…パッケージ、11…基板としてのパッケージベース、12…凹部、13…リッド、14…主面、15,16…第1接続端子としての内部端子、15a,16a…第1突起電極、17…内部端子、18…底面、19…外部端子、20A,20B…ICチップ、21…第1面としての能動面、22…接続端子、23…第2接続端子、23a…第2突起電極、24…第1の電極、25…応力緩和層、26…第1絶縁層、26a…開口部、27…配線、28…第2絶縁層、28a,28b…開口部、29…非能動面、30…センサー素子としての振動ジャイロ素子、30a,30b…主面、31…基部、32a,32b…検出用振動腕、32c,32d…重り部、33a,33b…連結腕、34a,34b,35a,35b…駆動用振動腕、34c,34d,35c,35d…重り部、36…接続電極、101…センサーデバイス、110…パッケージ、111…パッケージベース、113…リッド、115…端子、120…ICチップ、130…センサー素子、150…リード。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gyro sensor as a semiconductor device, 10 ... Package, 11 ... Package base as a board | substrate, 12 ... Recessed part, 13 ... Lid, 14 ... Main surface, 15, 16 ... Internal terminal as 1st connection terminal, 15a, 16a DESCRIPTION OF SYMBOLS 1st protruding electrode, 17 ... Internal terminal, 18 ... Bottom surface, 19 ... External terminal, 20A, 20B ... IC chip, 21 ... Active surface as 1st surface, 22 ... Connection terminal, 23 ... 2nd connection terminal, 23a 2nd protruding electrode, 24 ... 1st electrode, 25 ... Stress relaxation layer, 26 ... 1st insulating layer, 26a ... Opening, 27 ... Wiring, 28 ... 2nd insulating layer, 28a, 28b ... Opening, 29 ... non-active surface, 30 ... vibrating gyro element as sensor element, 30a, 30b ... main surface, 31 ... base, 32a, 32b ... detection vibrating arm, 32c, 32d ... weight, 33a, 33b ... connecting arm, 34a , 4b, 35a, 35b ... driving vibration arm, 34c, 34d, 35c, 35d ... weight, 36 ... connection electrode, 101 ... sensor device, 110 ... package, 111 ... package base, 113 ... lid, 115 ... terminal, 120 ... IC chip, 130 ... sensor element, 150 ... lead.
Claims (6)
凸状の第2突起電極が設けられた第2接続端子を第1面側に有するICチップと、を備え、
前記ICチップは、前記第1面が前記基板の前記主面に対して直立し、平面視で前記第1突起電極と前記第2突起電極との少なくとも一部が互いに重なるように前記基板上に配置され、
前記第1突起電極と前記第2突起電極とが、導電性接合部材を介して互いに接続されていることを特徴とする半導体装置。 A substrate having a first connection terminal provided with a convex first protruding electrode on the main surface;
An IC chip having a second connection terminal provided with a convex second protruding electrode on the first surface side, and
The IC chip is disposed on the substrate such that the first surface stands upright with respect to the main surface of the substrate and at least a part of the first protruding electrode and the second protruding electrode overlap each other in plan view. Arranged,
The semiconductor device, wherein the first protruding electrode and the second protruding electrode are connected to each other through a conductive bonding member.
前記第1突起電極と前記第2突起電極との間には、隙間が設けられていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device, wherein a gap is provided between the first protruding electrode and the second protruding electrode.
前記第2突起電極は、ループ状の金属ワイヤーで構成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second protruding electrode is formed of a loop-shaped metal wire.
前記第2突起電極は、多段バンプで構成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second protruding electrode is composed of a multi-stage bump.
物理量を検出するセンサー素子を更に備え、
前記ICチップの前記第1面側には、前記センサー素子が配置され、
前記第2突起電極は、前記第1面からの突出量が前記センサー素子における前記第1面からの突出量よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
It further includes a sensor element that detects a physical quantity,
The sensor element is disposed on the first surface side of the IC chip,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second protruding electrode has a protruding amount from the first surface larger than a protruding amount from the first surface of the sensor element.
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