JP3711910B2

JP3711910B2 - 半導体式力学量センサの製造方法

Info

Publication number: JP3711910B2
Application number: JP2001311680A
Authority: JP
Inventors: 昌明田中; 敏哉池澤; 隆重斉藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP2003121280A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサチップを接着剤を介して基台上に搭載した半導体式力学量センサの製造方法に関するもので、特にその接着剤の定量性の向上に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、半導体式力学量センサとして、特開平１０−１７０３６７号公報に開示されているような半導体式圧力センサがある。
【０００３】
ここで、この半導体式圧力センサの構造について、図４を用いて簡単に説明する。
【０００４】
この図４に示されるように、半導体式圧力センサは、印加圧力によって変位可能なダイヤフラム１１ａが形成された半導体センサチップ１１と、この半導体センサチップ１１を固定するガラス台座１２とを有している。
【０００５】
そして、ダイヤフラム１１ａに複数個形成されたピエゾ抵抗（歪みゲージ）１３により、圧力を受けたことによって生じるダイヤフラム１１ａの歪みを検出し、半導体式圧力センサに印加された圧力を検出している。
【０００６】
また、半導体センサチップ１１は、ガラス台座１２を介して接着剤１４によりパッケージ材１５上に接着されている。
【０００７】
ここで、このような半導体式圧力センサの製造工程について、図５を用いて簡単に説明する。
【０００８】
まず、図５（ａ）に示されるように、半導体ウェハ１７を用意する。尚、図示しないが、この半導体ウェハ１７には、予めガラス台座が接合されている。
【０００９】
続いて、この半導体ウェハ１７を、複数の半導体センサチップ１１に分割切断する。尚、半導体センサチップ１１に形成されるダイヤフラム１１ａ及びピエゾ抵抗１３（図示せず）は、半導体ウェハ１７の状態で形成されている。
【００１０】
続いて、図５（ｂ）に示されるように、例えば、ディスペンシング方式などを用いて、パッケージ材１５上の所定領域に接着剤１４を塗布する。
【００１１】
尚、ディスペンシング方式とは、シリンジ内に接着剤１４を充填し、ディスペンサーと呼ばれる装置による空気圧で接着剤１４を吐出する方式である。
【００１２】
ここで、この接着剤１４は流動性の高い材質であるため、後述するダイマウント工程の際に、ダイマウント装置から半導体センサチップ１１及びガラス台座１２に加わる力が不均一であると、センサ毎に接着剤１４の厚さも不均一になってしまうことがある。
【００１３】
そこで、前記従来公報では、接着剤１４に所定サイズのビーズ１６を多数混入して、接着剤１４の厚さをビーズ１６によって規定することにより、センサ毎の接着剤１４の厚さを均一にしている。
【００１４】
続いて、図５（ｃ）に示されるように、ダイマウント装置１８を用いて、分割切断された半導体センサチップ１１及びガラス台座１２を接着剤１４上に搭載する。
【００１５】
最後に、図５（ｄ）に示されるように、ガラス台座１２とパッケージ材１５との間に介在された接着剤１４に熱を加えて硬化させ、それによって、半導体センサチップ１１及びガラス台座１２をパッケージ材１５上に固着させる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、図５（ｂ）に示されるようなパッケージ材１５上の所定領域に接着剤１４を塗布する工程の際に、接着剤１４に混入されたビーズ１６の分散性が悪い場合、図６に示されるように、半導体センサチップ１１及びガラス台座１２が、パッケージ材１５に対して傾いた状態で固着されてしまうことがある。
【００１７】
それによって、温度変化によりパッケージ材１５に熱歪みが生じた際に、パッケージ材１５から半導体センサチップ１１のダイヤフラム１１ａに伝わる熱歪みがセンサ毎に異なってしまうため、センサ特性が不均一になってしまう。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導体センサチップを接着剤を介して基台上に搭載した半導体式力学量センサにおいて、ビーズを用いることなく、接着剤の定量性を向上した製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体式力学量センサの製造方法は、半導体ウェハの一面側に液状の接着剤を塗布する第１工程と、半導体ウェハの一面側に塗布された接着剤に熱を加えて半硬化させる第２工程と、半導体ウェハを分割切断して、力学量の印加により変位する変位部を有するとともに変位部の変位を検出する半導体センサチップを複数形成する第３工程と、半導体センサチップを接着剤を介して基台上に搭載する第４工程と、接着剤に再び熱を加えて本硬化し、半導体センサチップを基台上に固着させる第５工程とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェハの一面側に液状の接着剤を塗布する第１工程を行った後に、半導体ウェハを複数の半導体センサチップに分割切断する第３工程を行っているため、ビーズを用いることなく、接着剤の厚さをチップ毎に均一にすることができる。
【００２１】
それによって、温度変化により基台に熱歪みが生じた際に、基台から半導体センサチップに伝わる熱歪みを均一にすることができるため、センサの特性を均一にすることができる。
【００２２】
尚、本発明では、接着剤に熱を加えて半硬化する第２工程を実行した後に、半導体センサチップを基台上に搭載する第４工程を実行しているため、半導体センサチップの自重による接着剤の変形を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を半導体式圧力センサに適用した一実施形態を、図面に従って説明する。尚、本実施形態の半導体式圧力センサは、例えば、車輌用のエンジンにおけるインテークマニホールド内の吸入空気の圧力を検出するために用いられる。
【００２４】
図１に、本実施形態の半導体式圧力センサの構造を示す。
【００２５】
まず、図１に示されるように、半導体センサチップ１には、異方性エッチングによってダイヤフラム１ａが形成されるとともに、そのダイヤフラム１ａの表面には、ダイヤフラム１ａの変位を検出するピエゾ抵抗（歪みゲージ）２が複数個形成されている。
【００２６】
このピエゾ抵抗２は、図１には３個図示されているが、実際には、ダイヤフラム１ａの表面に４個形成されており、この４個のピエゾ抵抗２にてフルブリッジ回路を構成している。
【００２７】
また、図示しないが、ピエゾ抵抗２は、半導体センサチップ１上に形成されたＡｌ薄膜による配線パターン及びボンディングワイヤにより、外部の信号処理回路に電気的に接続されている。
【００２８】
さらに、半導体センサチップ１は、ガラス台座３と陽極接合されており、それにより、半導体センサチップ１とガラス台座３との間には真空室４が形成されている。
【００２９】
そして、ダイヤフラム１ａは、その表面に印加される圧力と真空室４の圧力との差圧に応じて変位するようになっている。
【００３０】
この場合、各々のピエゾ抵抗２は、ダイヤフラム１ａへの印加圧力の変化に応じて各々の抵抗値が増減変化し、そして、抵抗値の増減変化によって発生する電位差を信号処理回路にて増幅することにより、センサ出力を得ている。
【００３１】
さらに、半導体センサチップ１及びガラス台座３は、熱硬化性の接着剤６によって、エポキシ樹脂などで構成されたパッケージ材５上に接着されている。
【００３２】
以下、本実施形態の半導体式圧力センサの製造工程について、図２及び図３を用いて説明する。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示されるように、半導体ウェハ７を用意する。尚、図示しないが、この半導体ウェハ７には、予めガラス台座が接合されている。
【００３４】
続いて、図３（ａ）に示されるようなスクリーン印刷装置８を用いたスクリーン印刷法によって、上記半導体ウェハ７の裏面側に、シリコン系の熱硬化性接着剤６を全面塗布する第１工程を実行する。
【００３５】
尚、このスクリーン印刷装置８は、開口部８ｂを備えたスクリーン８ａと周囲に接着剤６が塗布されたロール８ｃとで構成されている。また、この図３（ａ）は、後述する半導体ウェハ７をスクリーン８ａの開口部８ｂ内に配設する工程前の状態を示す図である。
【００３６】
ここで、半導体ウェハ７の裏面側に接着剤６を塗布する工程について説明すると、図３（ａ）におけるＡ―Ａ’断面図である図３（ｂ）に示されるように、まず、スクリーン８ａの開口部８ｂ内に、その裏面側７ａが露出するように上記半導体ウェハ７を配設する。
【００３７】
その後、予めその周囲に接着剤６が塗布されたロール８ｃを図中の矢印方向へ進行させつつ反時計回りに回転させることによって、図３（ｃ）に示されるように、半導体ウェハ７の厚さとスクリーン８ａの開口部８ｂの深さの差分Ｔだけ、半導体ウェハ７の裏面側７ａの全面に接着剤６を均一の厚さで塗布することができる。
【００３８】
その後、接着剤６が塗布された半導体ウェハ７をスクリーン８ａから取り外すと、図２（ｂ）に示されるような状態となる。
【００３９】
続いて、上記第１工程において半導体ウェハ７の裏面側７ａに塗布された接着剤６に熱を加えて半硬化させる第２工程を実行する。
【００４０】
尚、第２工程における半硬化とは、後述する半導体センサチップ１及びガラス台座３、接着剤６をパッケージ材５上に搭載する第４工程を実行した際に、半導体センサチップ１及びガラス台座３の自重により接着剤６が変形しない状態であるとともに、接着剤６が完全に固まらず接着剤６の接着力を残した状態に硬化させることである。例えば、接着剤６が完全に固まった状態における弾性率の、約１／１００から約１／２の範囲の弾性率になるまで硬化させることである。
【００４１】
また、接着剤６を硬化させるために必要な温度や時間は接着剤の種類に応じ異なるが、例えば、本実施形態の場合、接着剤６としてシリコン系の熱硬化性接着剤を用いているので、この接着剤６を半硬化させるためには、１５０℃程度の温度で約３分間熱を加えるのが適当である。
【００４２】
続いて、半導体ウェハ７を、複数の半導体センサチップ１に分割切断する第３工程を実行する。尚、半導体センサチップ１に形成されるダイヤフラム１ａ及びピエゾ抵抗２（図示せず）は、半導体ウェハ７の状態で形成されている。
【００４３】
続いて、図２（ｃ）に示されるように、ダイマウント装置９を用いて、分割切断された半導体センサチップ１及びガラス台座３、接着剤６をパッケージ材５上に搭載する第４工程を実行する。
【００４４】
最後に、図２（ｄ）に示されるように、接着剤６に再び熱を加えて本硬化させ、それによって、半導体センサチップ１及びガラス台座３をパッケージ材５上に固着させる第５工程を行う。
【００４５】
尚、第５工程における本硬化とは、半導体センサチップ１及びガラス台座３がパッケージ材５上に固着する状態まで硬化することである。
【００４６】
また、接着剤６を本硬化させるためには、１５０℃程度の温度で約６０分間熱を加えるのが適当である。
【００４７】
このように、本実施形態の半導体式圧力センサの製造方法では、半導体ウェハ７の裏面側７ａに接着剤６を全面塗布する第１工程を実行した後に、半導体ウェハ７を複数の半導体センサチップ１に分割切断する第４工程を実行しているため、ビーズを用いることなく、接着剤６の厚さをセンサ毎に均一にすることができる。
【００４８】
それによって、温度変化によりパッケージ材５に熱歪みが生じた際に、パッケージ部材５から半導体センサチップ１のダイヤフラム１ａに伝わる熱歪みを均一にすることができるため、センサの特性を均一にすることができる。
【００４９】
尚、本実施形態では、接着剤６に熱を加えて半硬化する第２工程を実行した後に、半導体センサチップ１及びガラス台座３、接着剤６をパッケージ材５上に搭載する第４工程を実行しているため、半導体センサチップ１及びガラス台座３の自重による接着剤６の変形を防止することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態のような製造方法を適用することにより、従来技術において、センサ毎に接着剤６の厚さを均一にする目的で接着剤６に混入させていたビーズが不要となるため、それによって、コストの低減や製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５１】
また、従来技術では、個別の半導体センサチップ毎に接着剤を塗布していたが、本実施形態の製造方法では、半導体ウェハ７毎に接着剤６を塗布しているため、それによって、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００５２】
尚、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な態様に適用可能である。
【００５３】
例えば、本発明は、本実施形態のような半導体式圧力センサに限らず、加速度センサなどのような他の力学量センサにも適用可能である。
【００５４】
また、半導体式圧力センサとしては、ガラス台座３を貫通してダイヤフラム１ａに測定媒体の圧力を導入するタイプのものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサの構造を示す図である。
【図２】（ａ）から（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサの製造工程を示す図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体式圧力センサの接着剤塗布工程を示す図である。
【図４】従来技術の半導体式圧力センサの構造を示す図である。
【図５】（ａ）から（ｄ）は、従来技術の半導体式圧力センサの製造工程を示す図である。
【図６】従来技術の半導体式圧力センサの問題点を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体センサチップ、
１ａ…ダイヤフラム、
２…ピエゾ抵抗（歪みゲージ）、
３…ガラス台座、
４…真空室、
５…パッケージ材、
６…シリコン系の熱硬化性接着剤、
７…半導体ウェハ、
７ａ…半導体ウェハの裏面側、
８…スクリーン印刷装置、
８ａ…スクリーン、
８ｂ…スクリーンの開口部、
８ｃ…ロール、
９…ダイマウント装置、
Ｔ…半導体ウェハの厚さとスクリーンの開口部の深さの差分。

Claims

半導体ウェハの一面側に液状の接着剤を塗布する第１工程と、
前記半導体ウェハの一面側に塗布された前記接着剤に熱を加えて半硬化させる第２工程と、
前記半導体ウェハを分割切断して、力学量の印加により変位する変位部を有するとともに該変位部の変位を検出する半導体センサチップを複数形成する第３工程と、
前記半導体センサチップを前記接着剤を介して基台上に搭載する第４工程と、
前記接着剤に再び熱を加えて本硬化し、前記半導体センサチップを前記基台上に固着させる第５工程と
を備えたことを特徴とする半導体式力学量センサの製造方法。