JP4151667B2 - 物理量センサの製造方法及びボンディング装置 - Google Patents

物理量センサの製造方法及びボンディング装置 Download PDF

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Description

この発明は、磁気や重力等の物理量の方位や向きを測定する物理量センサを製造する方法、及びこれに用いるボンディング装置に関する。
近年、携帯電話機等の携帯端末装置には、ユーザの位置情報を表示させるＧＰＳ（Global Positioning System）機能を持つものが登場している。このＧＰＳ機能に加え、地磁気を正確に検出する機能や加速度を検出する機能を持たせることで、ユーザが携帯する携帯端末装置の三次元空間内の方位や向きあるいは移動方向の検知を行うことができる。
上述した機能を携帯端末装置に持たせるためには、磁気センサ、加速度センサ等の物理量センサを携帯端末装置に内蔵させることが必要となる。また、このような物理量センサにより三次元空間での方位や加速度を検知可能とするためには、物理量センサチップの設置面を傾斜させることが必要となる。
ここで、上述した物理量センサは、現在様々なものが提供されており、例えば、その１つとして、磁気を検出すると共に上述したものとは異なり設置面が傾斜しない磁気センサが知られている。この磁気センサは、基板の表面上に載置されて該表面に沿って互いに直交する２方向（Ｘ，Ｙ方向）の外部磁界の磁気成分に対して感応する一方の磁気センサチップ（物理量センサチップ）と、基板の表面上に載置されて該表面に直交する方向（Ｚ方向）の外部磁界の磁気成分に対して感応する他方の磁気センサチップとを有している。
そして、この磁気センサはこれら一対の磁気センサチップにより検出された磁気成分により、地磁気成分を３次元空間内のベクトルとして測定を行っている。
ところが、この磁気センサは、他方の磁気センサチップを基板の表面に対して垂直に立てた状態で載置していたため、厚み（Ｚ方向に対する高さ）が増してしまう不都合がある。したがって、この厚みを極力小さくする意味においても、始めに説明したように設置面が傾斜する物理量センサ（例えば、特許文献１から３参照。）が好適に用いられている。
さらに、この種の物理量センサとして、上記特許文献１に記載されているような加速度センサがある。この片側ビーム構造の加速度センサは、搭載基板に対して予め加速度センサチップ（物理量センサチップ）を傾斜させているため、センサパッケージングを搭載基板の表面上に載置したとしても、傾斜方向に応じた所定軸方向の感度を高く保ち、基板の表面に沿う方向を含む他軸方向の感度を低減することができる。
上述したように、物理量センサチップを相互に傾斜させた物理量センサは、厚みを極力なくして薄型化を図ることができると共に、傾斜に伴う各種の利点を有するので、今後の主流となるものである。
この種の物理量センサは、例えば、図１１に示すように、物理量センサチップ８１，８２と、物理量センサチップ８１，８２を外部に対して電気的に接続するための複数のリード８３と、これらを一体的に固定する樹脂モールド部８４とからなる。また、物理量センサチップ８１，８２は、樹脂モールド部８４の下面（底面）８４ａに対して傾斜して配置されている。
上記記載の物理量センサ８０を製造する際には、例えば、プレス加工等によりリードフレームのステージ部８５，８６を傾斜させておき、次いで、ステージ部８５，８６に物理量センサチップ８１，８２を搭載する。その後、ワイヤーボンディングにより物理量センサチップ８１，８２の表面に形成されたパッドとリード８３とを電気的に接続するワイヤー８７を配する。
このワイヤーボンディングを行う際は、ワイヤー８７を吐出するキャピラリーの先端をリード８３やパッドに押し当てて、熱及び超音波振動を加えながらワイヤー８７の両端部をリード８３及びパッドにそれぞれ接合する。上記ワイヤーボンディングは、通常ボールボンディング法により行われ、このボールボンディング法においては、通常リード８３の表面に対してキャピラリーの向きを垂直に配した状態で接合することが好ましい。
特開平９−２９２４０８号公報 特開２００２−１５６２０４号公報 特開２００４−１２８４７３号公報
しかしながら、ステージ部や物理量センサチップの表面は、リードの表面に対して傾斜しているため、上記ボールボンディング法によりワイヤーを接合した場合には、ワイヤーと物理量センサチップのパッドとの接合力が低下するという問題がある。
また、ワイヤーと物理量センサチップのパッドとの接合力低下を防止するためには、パッドの面積を大きく形成する必要があり、物理量センサチップや物理量センサの小型化が困難になるという問題がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、パッドの面積を大きくすることなく、ワイヤーと物理量センサチップのパッドとの接合力を向上させることができる物理量センサの製造方法及びこれに使用するボンディング装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、表面に物理量センサチップを載置するステージ部と、その周囲に配される複数のリードを備えるフレーム部とを有すると共に前記ステージ部が前記フレーム部に対して傾斜したリードフレームを用い、前記ステージ部に載置された前記物理量センサチップと前記各リードとをウェッジボンディング法により相互に電気接続するボンディング装置であって、前記リードフレームを配する基台と、前記基台に対して移動可能に取り付けられると共に、前記各リードの表面と傾斜した前記物理量センサチップの表面とをワイヤーで電気接続するウェッジツールとを備え、該ウェッジツールに、前記リードの表面と略平行に形成され、前記リードの表面と共に前記ワイヤーを挟み込む第１の平坦面と、前記物理量センサチップの表面と略平行に形成され、前記物理量センサチップの表面と共に前記ワイヤーを挟み込む第２の平坦面とが設けられることを特徴とするボンディング装置を提案している。
この発明に係るボンディング装置を用いて物理量センサチップと各リードとを電気的に接続する際には、予め物理量センサチップをリードフレームのステージ部の表面に配しておくと共に、物理量センサチップ及びステージ部をフレーム部に対して傾斜させておく。この状態においては、各リードの表面と物理量センサチップの表面とが相互に傾斜している。次いで、この傾斜状態を保持した状態でリードフレームをボンディング装置の基台に配する。
その後、ウェッジツールの第２の平坦面と物理量センサチップの表面に形成されたボンディングパッドとの間に、ウェッジツールから吐出されるワイヤーの一端を挟み込む。そして、この状態において、熱や超音波振動を加えてワイヤーの一端をボンディングパッドに接合させる。
その後、ウェッジツールからワイヤーを吐出させながら、ウェッジツールを物理量センサチップの表面からリードの表面まで移動させる。そして、ウェッジツールの第１の平坦面とリードの表面との間に、ウェッジツールから吐出されるワイヤーの他端を挟み込む。この状態において、熱や超音波振動を加えてワイヤーの他端をリードの表面に接合させる。
なお、ワイヤーは、リードに接合した後にボンディングパッドに接合してもよい。すなわち、例えば、はじめに、第１の平坦面を利用してリードとワイヤーの一端とを接合させ、その後に、第２の平坦面を利用して物理量センサチップのボンディングパッドとワイヤーの他端とを接合させるとしても良い。
以上のように、ワイヤーを挟み込む際には、第２の平坦面と物理量センサチップの表面とが、また、第１の平坦面とリードの表面とが、それぞれ略平行に配されるため、ウェッジツールの各平坦面によりワイヤーの両端をそれぞれ物理量センサチップ及びリードの各表面に均一に押さえつけることができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のボンディング装置において、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面から窪んで形成され、前記ワイヤーを配するガイド溝が、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面のそれぞれに沿う方向に延びてなることを特徴とするボンディング装置を提案している。
この発明に係るボンディング装置によれば、ワイヤーをガイド溝に入り込ませておくことにより、ウェッジツールを物理量センサチップとリードとの間で移動させても、ウェッジツールから吐出されるワイヤーを確実に第１の平坦面や第２の平坦面に配した状態に保持することができる。したがって、ワイヤーを物理量センサチップのボンディングパッドやリードの表面に接合する際に、ウェッジツールの第１の平坦面や第２の平坦面により、ワイヤーを確実にボンディングパッドやリードの表面に押さえつけることができる。
また、第１の平坦面及び第２の平坦面に対するワイヤーの位置がガイド溝により決められるため、ボンディングパッドやリードの表面に対するウェッジツールの位置を調整するだけで、ボンディングパッドやリードの表面に対するワイヤーの位置決めを容易に行うことができる。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のボンディング装置において、少なくとも前記リード及び前記物理量センサチップの各表面の近傍において、前記ウェッジツールを前記ガイド溝の長手方向に移動させることを特徴とするボンディング装置を提案している。
前述のように、ウェッジツールにガイド溝を形成しておくことにより、ワイヤーをウェッジツールから吐出させながら、ウェッジツールを物理量センサチップとリードとの間で移動させる際には、ワイヤーがガイド溝の長手方向に沿って移動することになる。そして、この発明に係るボンディング装置では、ウェッジツールの移動方向がガイド溝の長手方向に一致するため、ガイド溝内におけるワイヤーの移動方向とウェッジツールの移動方向とが異なることによってワイヤーに応力が発生することを防止できる。
なお、物理量センサチップやリードの表面にはワイヤーが接合されるため、これら物理量センサチップやリードの表面の近傍においてガイド溝内におけるワイヤーの移動方向とウェッジツールの移動方向とが異なると、前述した応力が特に大きくなる。したがって、前記接合部分の近傍において、ウェッジツールの移動方向をガイド溝の長手方向に一致させることにより、この大きな応力の発生を防止することができる。
請求項４に係る発明は、表面に物理量センサチップを載置するステージ部と、その周囲に配される複数のリードを備えるフレーム部とを有するリードフレームを用意する準備工程と、前記ステージ部を前記フレーム部に対して傾斜させるステージ傾斜工程と、前記ステージ部に前記物理量センサチップを接着する接着工程と、ウェッジボンディング法により前記各リードの表面と傾斜した前記物理量センサチップの表面とをワイヤーで電気接続する配線工程とを備え、前記配線工程では、前記ウェッジボンディング法に使用するウェッジツールの平坦面が、前記リード及び前記物理量センサチップの各表面に対して略平行に配された状態で、前記リード及び前記物理量センサチップの各表面と共に前記ワイヤーを挟み込むことを特徴とする物理量センサの製造方法を提案している。
この発明に係る物理量センサの製造方法によれば、配線工程において、物理量センサチップの表面に形成されたボンディングパッドにワイヤーの一端を接合する際には、ウェッジツールの一方の平坦面及び物理量センサチップの表面によりワイヤーの一端を挟み込む。また、リードにワイヤーの他端を接合する際には、ウェッジツールの他方の平坦面及びリードの表面によりワイヤーの他端を挟み込む。
以上のように、ワイヤーを挟み込む際には、ウェッジツールの各平坦面を物理量センサチップの表面に対して略平行に位置させるため、ウェッジツールの各平坦面によりワイヤーの両端をそれぞれ物理量センサチップ及びリードの各表面に均一に押さえつけることができる。
以上説明したように、請求項１及び請求項４に係る発明によれば、物理量センサチップと各リードとをワイヤーで電気接続する際には、このワイヤーの両端が、ウェッジツールの２つの平坦面によって、物理量センサチップ及びリードの各表面に均一と押さえつけられる。このため、物理量センサチップ及びリードの各表面とワイヤーとの接合力を向上させることができる。
また、従来のように、前記接合力を向上させるために、物理量センサチップのボンディングパッドを大きく形成する必要が無くなるため、物理量センサチップや物理量センサの小型化も図ることができる。
また、請求項２に係る発明によれば、ボンディングパッドやリードの表面にワイヤーを接合させる際には、ワイヤーを確実にウェッジツールの各平坦面に配することができるため、ワイヤーを確実にボンディングパッドやリードの表面に押さえつけることができる。
さらに、各平坦面に対するワイヤーの位置がガイド溝により決められるため、ボンディングパッドやリードの表面に対するワイヤーの位置決めを容易に行うことができる。
また、請求項３に係る発明によれば、ウェッジツールを物理量センサチップとリードとの間で移動させる際に、ウェッジツールの移動方向をガイド溝の長手方向に一致させることにより、ワイヤーがガイド溝に対してその長手方向に沿って移動しても、ワイヤーに応力が発生することを防止できるため、ワイヤーの損傷を防ぐことができる。
図１から図１０は、本発明の一実施形態を示しており、この実施の形態に係る磁気センサの製造方法及びボンディング装置は、相互に傾斜させた２つの磁気センサチップにより外部磁界の向きと大きさを測定する磁気センサ（物理量センサ）に適用されるものである。この磁気センサは、薄板状の銅材等からなる金属製薄板にプレス加工及びエッチング加工を施して形成されるリードフレームを用いて製造される。
図１に示すように、リードフレーム１は、平面視矩形の板状に形成された磁気センサチップ（物理量センサチップ）３，５を載置する２つのステージ部７，９と、ステージ部７，９を支持するフレーム部１１と、各ステージ部７，９及びフレーム部１１を相互に連結する連結リード１３とを備えており、これらステージ部７，９、フレーム部１１及び連結リード１３は一体的に形成されている。
フレーム部１１は、ステージ部７，９を囲むように平面視略矩形の枠状に形成された矩形枠部１５と、この矩形枠部１５の各辺１５ａ〜１５ｄから内方側に突出する複数のリード１７とを備えている。
リード１７は、矩形枠部１５の各辺１５ａ〜１５ｄにそれぞれ複数設けられており、磁気センサチップ３，５のボンディングパッド（図示せず）と電気的に接続することを目的としたものである。
２つのステージ部７，９は、その表面７ａ，９ａにそれぞれ磁気センサチップ３，５を載置するように平面視略矩形状に形成されており、矩形枠部１５の互いに対向する一対の辺１５ｂ，１５ｄに沿って並べて配されている。
また、相互に対向する２つのステージ部７，９の一端部７ｂ，９ｂには、これら２つのステージ部７，９を相互に連結するステージ連結部２１が２つ形成されている。これらステージ連結部２１は、各ステージ部７，９の不要なぐらつきを防止するためのものであり、容易に変形可能となっている。
連結リード１３は、矩形枠部１５の各角部１５ｅ〜１５ｈから各ステージ部７，９の他端部７ｃ，９ｃに向けて突出しており、その一端部は、各ステージ部７，９の他端部７ｃ，９ｃ側の両端に位置する側端部に連結されている。ここで、各ステージ部７，９の側端部は、２つのステージ部７，９の配列方向に直交する各ステージ部７，９の幅方向の端部を示している。
各ステージ部７，９の他端部７ｃ，９ｃ側に位置する連結リード１３の一端部には、易変形部２３が形成されている。この易変形部２３は、矩形枠部１５の厚さ方向に直交する軸線Ｌ１を中心にステージ部７，９の向きを変化させるために、容易に変形可能に形成されている。ここで、各軸線Ｌ１は、２つのステージ部７，９の配列方向に直交している。
易変形部２３は、例えば、予めフォトエッチング加工によりリードフレーム１の厚さ方向に窪む凹状の溝や、連結リード１３の幅方向から切り欠いた切欠部等からなる。これら溝や切欠部は、例えば、金属製薄板にリードフレーム１を形成する際に同時に行えばよい。
次に、このリードフレーム１を用いて磁気センサを製造する方法を説明する。
はじめに、上述したリードフレーム１を用意し（準備工程）、リードフレーム１にプレス加工を施すことにより、図２に示すように、軸線Ｌ１を中心にステージ部７，９の向きを変化させて矩形枠部１５やリード１７に対して傾斜させる（ステージ傾斜工程）。
このステージ傾斜工程においては、プレス加工によって連結リード１３の易変形部２３、及び、ステージ連結部２１が変形することで、軸線Ｌ１を中心にステージ部７，９の向きが変化することになる。また、ステージ傾斜工程においては、ステージ部７，９の他端部７ｃ，９ｃが矩形枠部１５及びリード１７に対して金属製薄板の厚さ方向にずれた位置に配される。このリードフレーム１では、ステージ部７，９が、矩形枠部１５及びリード１７に対して所定の角度で傾斜している。
このステージ傾斜工程の後に、各ステージ部７，９の表面７ａ，９ａに銀ペーストを介してそれぞれ磁気センサチップ３，５を接着する（接着工程）。なお、磁気センサチップ３，５の表面３ａ，５ａには、リード１７と電気接続する複数のボンディングパッド２７，２９が形成されており、これらボンディングパッド２７，２９は、軸線Ｌ１に沿って各ステージ部７，９の他端部７ｃ，９ｃ側に並べて配されている。
接着工程の終了後には、図３に示すように、ボンディング装置３１を用いて、ウェッジボンディング法により磁気センサチップ３，５のボンディングパッド２７，２９と各リード１７とを金属製のワイヤー（不図示）で電気的に接続する（配線工程）。
ここで使用するボンディング装置３１は、リードフレーム１を配する基台３３と、ボンディングパッド２７，２９とリード１７との間にワイヤーを配するウェッジツール３５とを備えている。
基台３３は、その平坦面３３ａから突出する略楔状のステージ支持部３７を設けて構成されている。ステージ支持部３７には、基台３３の平坦面３３ａに対して傾斜する一対の傾斜面３７ａ，３７ｂが形成されており、各傾斜面３７ａ，３７ｂにそれぞれステージ部７，９が配されるようになっている。
したがって、リードフレーム１を基台３３に取り付けた状態においては、矩形枠部１５及びリード１７が基台３３の平坦面３３ａに配されると共に、各ステージ部７，９がステージ支持部３７の表面３７ａ，３７ｂに配されるため、矩形枠部１５及び各リード１７に対する各ステージ部７，９の傾斜状態を保持することができる。
なお、配線工程においては、ワイヤーボンディングに基づく熱や機械的応力が発生するため、この基台３３は、これら熱や機械的応力に耐えうる金属から形成することが好ましい。
ウェッジツール３５は、その長手方向に延びる中心軸線Ｌ２が基台３３の平坦面３３ａに対して略垂直となるように、すなわち、その先端部３５ａが磁気センサチップ３，５の表面３ａ，５ａやリード１７の表面１７ａに対向するように配されている。このウェッジツール３５は、基台３３に対して、その平坦面３３ａに沿う方向及び直交する方向に平行移動可能、かつ、ウェッジツール３５の中心軸線Ｌ２を中心に回転可能となっている。
図４に示すように、ウェッジツール３５の先端部３５ａには、中心軸線Ｌ２に略直交する第１の平坦面３５ｂと、この第１の平坦面３５ｂに対して傾斜する第２の平坦面３５ｃとが互いに隣接して形成されている。これら２つの平坦面３５ｂ，３５ｃの相互の傾斜角度は、各ステージ部７，９に配された磁気センサチップ３，５の表面３ａ，５ａとリード１７の表面１７ａとの相対的な傾斜角度と略等しくなっている。
各平坦面３５ｂ，３５ｃには、凹状のガイド溝３７ａ，３７ｂが各平坦面３５ｂ，３５ｃから窪んでそれぞれ形成されており、各平坦面３５ｂ，３５ｃに沿ってそれぞれ直線状に延びている。また、これら２つのガイド溝３７ａ，３７ｂは、２つの平坦面３５ｂ，３５ｃの配列方向（ＧＨ方向）に沿う方向に延びており、相互に繋がっている。これらガイド溝３７ａ，３７ｂにはワイヤーが配されるようになっており、ワイヤーを２つの平坦面３５ｂ，３５ｃの配列方向に沿って移動させる役割を果たすものである。
各ガイド溝３７ａ，３７ｂの深さ寸法は、挿通孔３９やワイヤーの直径よりも小さく形成されており、ワイヤーをガイド溝３７ａ，３７ｂに配した状態においては、ワイヤーの一部が各平坦面３５ｂ，３５ｃから突出することになる。また、ウェッジツール３５には、ワイヤーをウェッジツール３５の側部３５ｄから第１の平坦面３５ｂまで導く挿通孔３９が形成されており、第１の平坦面３５ｂのガイド溝３７ａの端部に連結されている。
したがって、ウェッジツール３５の側部３５ｄから挿入されたワイヤーは、２つのガイド溝３７ａ，３７ｂに誘導されて、第１の平坦面３５ｂ及び第２の平坦面３５ｃ上を移動することができる。
以上のように構成されたボンディング装置３１を用いて前述した配線工程を行う。この配線工程においては、図５に示すように、はじめに、一方の磁気センサチップ５の表面５ａに配されたボンディングパッド２９に挿通孔３９を介してウェッジツール３５から吐出されるワイヤー４１の一端を接合する。
この際には、ワイヤー４１を第２の平坦面３５ｃのガイド溝３７ｂに配した状態で、ウェッジツール３５を中心軸線Ｌ２方向に移動させて、ウェッジツール３５の第２の平坦面３５ｃとボンディングパッド２９とによりワイヤー４１の一端を挟み込む。この状態においては、第２の平坦面３５ｃと磁気センサチップ５の表面５ａとが略平行に配されるため、ガイド溝３７ｂに配されたワイヤー４１を第２の平坦面３５ｃによりボンディングパッド２９の全体に均一に押さえつけることができる。そして、この状態において、熱や超音波振動を加えてワイヤー４１の一端をボンディングパッド２９に接合する。
ボンディングパッド２９へのワイヤー４１の接合が終了した後には、ウェッジツール３５からワイヤー４１を吐出させながら、ガイド溝３７ａ，３７ｂの長手方向（Ｈ方向）に沿って、一方の磁気センサチップ５の表面５ａから離間するようにウェッジツール３５を移動させる。この際には、ワイヤー４１がガイド溝３７ａ，３７ｂ内をその長手方向に沿って移動する。
そして、このウェッジツール３５をステージ部９の他端部９ｃに隣接するリード１７の先端部１７ｃまで移動させ、図６（ａ）に示すように、このリード１７の表面１７ａにウェッジツール３５から吐出されるワイヤー４１の他端を接合する。
この際には、ワイヤー４１を第１の平坦面３５ｂのガイド溝３７ａに配した状態で、ウェッジツールを中心軸線Ｌ２方向に移動させて、ウェッジツール３５の第１の平坦面３５ｂとリード１７の表面１７ａとによりワイヤー４１の他端を挟み込む。この状態においては、第１の平坦面３５ｂとリード１７の表面１７ａとが略平行に配されるため、ガイド溝３７ａに配されたワイヤー４１を第１の平坦面３５ｂによりリード１７の表面１７ａに均一に押さえつけることができる。そして、この状態において、熱や超音波振動を加えてワイヤー４１の一端をリード１７の表面１７ａに接合する。
その後、図６（ｂ）に示すように、ワイヤー４１をウェッジツール３５から吐出させながらウェッジツール３５をリード１７の表面１７ａから離間させる。最後に、挿通孔３９からのワイヤー４１の供給を止めた状態で、ウェッジツール３５をリード１７の表面１７ａからさらに離間させることにより、ワイヤー４１が切断され、一方の磁気センサチップ５のボンディングパッド２９とリード１７との電気接続が終了する。
一方の磁気センサチップ５と各リード１７との間にワイヤー４１を配した後には、他方の磁気センサチップ３の各ボンディングパッド２７と各リード１７とを、前述と同様に、それぞれワイヤー４１により電気接続する。なお、この電気接続を行う際には、第２の平坦面３５ｃが他方の磁気センサチップ３の表面３ａと略平行となるように、事前に中心軸線Ｌ２を中心にウェッジツールを１８０°回転させておく。
上述した配線工程では、ガイド溝３７ａ，３７ｂの長手方向が軸線Ｌ１に直交した状態に保持して、ウェッジツール３５からワイヤー４１を吐出させながら、ウェッジツール３５を基台３３に対して平行移動させる。
このため、図７に示すように、ボンディングパッド２７，２９、及び、これとワイヤーで接続するリード１７の先端部１７ｃの相対位置が、ガイド溝３７ａ，３７ｂの長手方向に関して相互にずれている場合、すなわち、ボンディングパッド２７，２９及びリード１７の先端部１７ｃの配列方向が軸線Ｌ１に対して直交ではなく傾斜している場合には、これらボンディングパッド２７，２９とリード１７の先端部１７ｃとの間でウェッジツール３５を直線的には移動させない。すなわち、この場合には、ワイヤーに応力が発生しないように、ボンディングパッド２７，２９及びリード１７の表面１７ａの近傍において、ウェッジツール３５を軸線Ｌ１に直交する図中の経路Ｉ，Ｊにそれぞれ合致させるようにガイド溝３７ａ，３７ｂの長手方向に移動させる。
ここで、ワイヤーに発生する応力とは、ガイド溝３７ａ，３７ｂ内におけるワイヤーの移動方向とウェッジツール３５の移動方向が異なることによって、ガイド溝３７ａ，３７ｂ内に配されたワイヤーと、ガイド溝３７ａ，３７ｂからウェッジツール３５の外方に延びるワイヤーとが相互に折り曲げられて発生するものである。また、ボンディングパッド２７，２９やリード１７の先端部１７ｃにはワイヤーの両端が接合されるため、ボンディングパッド２７，２９やリード１７の先端部１７ｃの近傍において、ガイド溝３７ａ，３７ｂ内におけるワイヤーの移動方向とウェッジツール３５の移動方向とが異なると、前述した応力が特に大きくなる。
なお、ボンディングパッド２７，２９及びリード１７の表面１７ａの近傍から離れた位置においては、経路Ｉ，Ｊを繋ぐ図中の経路Ｋに合致させるように、ウェッジツール３５を斜めに移動させる。この斜めの移動は、ボンディングパッド２７，２９から磁気センサチップ３，５やリード１７の表面３ａ，５ａ，１７ａから上方に離れた位置で行うことができるため、この移動の際には、ガイド溝３７ａ，３７ｂ内におけるワイヤーの移動方向とウェッジツール３５の移動方向とが異なっていてもワイヤーには応力が発生しない。
上記配線工程の終了後には、リードフレーム１をボンディング装置３１から取り外し、図８に示すように、一対の金型Ｅ，Ｆによりリードフレーム１を上下方向から挟み込む。一方の金型Ｅは平坦面Ｅ１を有しており、この平坦面Ｅ１に矩形枠部１５やリード１７が配される。他方の金型Ｆには表面Ｆ１から窪む複数の凹部Ｆ２が形成されており、一対の金型Ｅ，Ｆによりリードフレーム１の矩形枠部１５を挟み込んだ状態においては、磁気センサチップ３，５と、各リードフレーム１のステージ部７，９及びリード１７が凹部Ｆ２内に収容されることになる。
その後、金型Ｅ，Ｆの凹部Ｆ２及び平坦面Ｅ１により画定される樹脂形成空間に溶融した樹脂を射出し、磁気センサチップ３，５を樹脂の内部に埋める樹脂モールド部を形成する（モールド工程）。
このモールド工程においては、ステージ部７，９の全体が矩形枠部１５に対して金属製薄板の厚さ方向にずれて配されているため、溶融樹脂をステージ部７，９の裏面７ｄ，９ｄ側にも容易に流し込むことができ、結果として、ステージ部７，９の裏面７ｄ，９ｄと金型Ｅの平坦面Ｅ１との隙間にも溶融樹脂を容易に充填することができる。
上述したモールド工程を行うことにより、図９，１０に示すように、磁気センサチップ３，５が、相互に傾斜した状態で樹脂モールド部４９の内部に固定されることになる。なお、ここで用いる樹脂は、樹脂の流動によって磁気センサチップ３，５の傾斜角度が変化しないように、流動性の高い材質であることが好ましい。
最後に、矩形枠部１５を切り落として連結リード１３及びリード１７を個々に切り分け、磁気センサ５０の製造が終了する。
以上のように製造された磁気センサ５０の樹脂モールド部４９は、前述した矩形枠部１５と同様の平面視略矩形状に形成されている。また、各リード１７は、金属製のワイヤー４１により磁気センサチップ３，５と電気的に接続されており、その裏面１７ｂは、樹脂モールド部４９の下面４９ａ側に露出している。
磁気センサチップ３，５は、樹脂モールド部４９の内部に埋まっており、樹脂モールド部４９の下面４９ａに対して傾斜している。また、相互に対向する磁気センサチップ３，５の一端部３ｂ，５ｂが樹脂モールド部４９の上面４９ｃ側に向くと共に、その表面３ａ，５ａが相互に鋭角に傾斜している。ここで鋭角とは、ステージ部７の表面７ａと、ステージ部９の裏面９ｄとのなす角度θを示している。
磁気センサチップ３は、外部磁界の２方向の磁気成分に対してそれぞれ感応するものであり、これら２つの感応方向は、磁気センサチップ３の表面３ａに沿って互いに直交する方向（Ａ方向およびＢ方向）となっている。
また、磁気センサチップ５は、外部磁界の２方向の磁気成分に対して感応するものであり、これら２つの感応方向は、磁気センサチップ５の表面５ａに沿って互いに直交する方向（Ｃ方向およびＤ方向）となっている。
ここで、Ａ，Ｃ方向は各ステージ部７，９の軸線Ｌ１と平行な方向で、互いに逆向きとなっている。また、Ｂ，Ｄ方向は軸線Ｌ１に直交する方向で、互いに逆向きとなっている。
さらに、磁気センサチップ３の表面３ａに沿ってＡ，Ｂ方向により画定される平面（Ａ−Ｂ平面）と、磁気センサチップ５の表面５ａに沿ってＣ，Ｄ方向により画定される平面（Ｃ−Ｄ平面）とは、互いに鋭角な角度θで交差している。
なお、Ａ−Ｂ平面とＣ−Ｄ平面とがなす角度θは、０°よりも大きく、９０°以下であり、理論上では、０°よりも大きい角度であれば３次元的な地磁気の方位を測定できる。ただし、Ａ−Ｂ平面あるいはＣ−Ｄ平面に対する垂直方向の地磁気ベクトル成分を最低限度以上の感度で感知し、誤差が少なくなるように地磁気ベクトルを演算するためには、角度θを２０°以上とすることが好ましく、さらに誤差を減少させるためには３０°以上とすることがさらに好ましい。
この磁気センサ５０は、例えば、図示しない携帯端末装置内の基板に搭載され、この携帯端末装置では、磁気センサ５０により測定した地磁気の方位を携帯端末装置の表示パネルに示すようになっている。
上記のボンディング装置３１及び磁気センサ５０の製造方法によれば、磁気センサチップ３，５と各リード１７とをワイヤー４１で電気接続する際には、このワイヤー４１の両端が、ウェッジツール３５の２つの平坦面３５ｂ，３５ｃによって、磁気センサチップ３，５のボンディングパッド２７，２９やリード１７の表面１７ａに均一と押さえつけられる。このため、ボンディングパッド２７，２９及びリード１７の表面１７ａとワイヤー４１との接合力を向上させることができる。
また、従来のように、前記接合力を向上させるために、磁気センサチップ３，５のボンディングパッド２７，２９を大きく形成する必要が無くなるため、磁気センサチップ３，５や磁気センサ５０の小型化も図ることができる。
ボンディングパッド２７，２９やリード１７の表面１７ａにワイヤー４１を接合させる際には、ワイヤー４１を確実にウェッジツール３５の各平坦面３５ｂ，３５ｃに配することができるため、ワイヤー４１を確実にボンディングパッド２７，２９やリード１７の表面に押さえつけることができる。
また、ウェッジツール３５の各平坦面３５ｂ，３５ｃに対するワイヤー４１の位置がガイド溝３７ａ，３７ｂにより決められるため、ボンディングパッド２７，２９やリード１７の表面１７ａに対するワイヤー４１の位置決めを容易に行うことができる。
ウェッジツール３５を磁気センサチップ３，５とリード１７との間で移動させる際に、ウェッジツール３５の移動方向をガイド溝３７ａ，３７ｂの長手方向に一致させることにより、ワイヤー４１がガイド溝３７ａ，３７ｂに対してその長手方向に沿って移動しても、ワイヤー４１に応力が発生することを防止できるため、ワイヤー４１の損傷を防ぐことができる。
なお、上記の実施の形態において、各ワイヤー４１は、ボンディングパッド２７，２９に接合した後に、リード１７の表面１７ａに接合されるとしたが、リード１７の表面１７ａに接合した後にボンディングパッド２７，２９に接合してもよい。すなわち、例えば、ウェッジツール３５の第１の平坦面３５ｃを利用してリード１７の表面１７ａにワイヤー４１の一端とを接合させ、その後に、第２の平坦面３５ｂを利用してボンディングパッド２７，２９にワイヤー４１の他端とを接合させるとしても良い。
また、ウェッジツール３５は、各平坦面３５ｂ，３５ｃにガイド溝３７ａ，３７ｂを設けて構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともリード１７の表面１７ａに略平行に配することができる第１の平坦面３５ｂ、及び、傾斜した磁気センサチップ３，５の表面３ａ，５ａに略平行に配することができる第２の平坦面３５ｃを備えていればよい。
さらに、ステージ傾斜工程は、リードフレーム１の準備工程の後に行われるとしたが、これに限ることはなく、リードフレーム１の準備工程と同時に行うとしても構わない。
また、ステージ傾斜工程の後に接着工程を行うとしたが、これに限ることはなく、接着工程の後にステージ傾斜工程を行うとしても構わない。
さらに、接着工程において、磁気センサチップ３，５は、銀ペーストを介してステージ部７，９の表面７ａ，９ａに接着されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも各ステージ部７，９に接着されればよい。
また、上記実施形態においては、２つのステージ部７，９を備えるリードフレーム１について述べたが、これに限ることはなく、１つ若しくは３つ以上のステージ部を備えるリードフレームに適用してもよい。すなわち、１つ若しくは３つ以上の磁気センサチップを備える磁気センサの製造方法や、この磁気センサの製造に使用するボンディング装置に適用してもよい。
さらに、フレーム部１１は、平面視略矩形の枠状に形成された矩形枠部１５を備えるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも内方側に向けてリード１７を突出させる枠体部を備えていればよい。すなわち、この枠体部は、例えば、平面視で円形状に形成されるとしても構わないし、３次元的な立体構造を持っていても構わない。
また、ステージ部７，９は、平面視で略矩形状に形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも磁気センサチップ３，５が表面７ａ，９ａに接着可能に形成されていればよい。すなわち、ステージ部７，９は、例えば、平面視で円形、楕円形に形成されるとしてもよいし、厚さ方向に貫通する穴を設けたものや、網目状に形成したものとしても構わない。
さらに、樹脂モールド部４９によって、磁気センサチップ３，５、リード１７やステージ部７，９を一体的に固定するとしたが、これに限ることはなく、例えば、パッケージとしての箱体の内部空間に磁気センサチップ３，５、リード１７やステージ部７，９を収納し、これらを一体的に固定するとしても構わない。
また、本発明の実施形態では、３次元空間内の磁気方向を検出する磁気センサに適用して説明したが、これに限ることはなく、少なくとも３元空間内の方位や向きを測定する物理量センサであればよい。ここで物理量センサは、例えば、磁気センサチップの代わりに加速度の大きさや方向を検出する加速度センサチップを搭載した加速度センサであってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造法に使用するリードフレームを示す平面図である。 図１のリードフレームに、ステージ傾斜工程及び接着工程を施した状態を示す側断面図である。 本発明の一実施形態に係るボンディング装置を示す概略側断面図である。 図４のボンディング装置のウェッジツールの先端部を示す要部拡大断面図、及び、拡大平面図である。 図４のボンディング装置により、磁気センサチップにワイヤーを接合する方法を示す拡大断面図である。 図４のボンディング装置により、リードにワイヤーを接合する方法を示す拡大断面図であり、（ａ）は、リードの表面にワイヤーの一端を押さえつけた状態を示しており、（ｂ）は、（ａ）の状態からウェッジツールをリードの表面から離間させた状態を示している。 ボンディングパッドからリードまでのウェッジツールの移動経路を示す概略平面図である。 樹脂モールド部の形成方法を示す拡大断面図である。 図１のリードフレームにより製造された磁気センサを示す平面図である。 図１のリードフレームにより製造された磁気センサを示す断面図である。 従来の磁気センサのワイヤーボンディングした状態を示す側面図である。
符号の説明
１・・・リードフレーム、３，５・・・磁気センサチップ（物理量センサチップ）、３ａ，５ａ・・・表面、７，９・・・ステージ部、７ａ，９ａ・・・表面、１１・・・フレーム部、１７・・・リード、１７ａ・・・表面、３１・・・ボンディング装置、３３・・・基台、３５・・・ウェッジツール、３５ｂ・・・第１の平坦面、３５ｃ・・・第２の平坦面、３７ａ，３７ｂ・・・ガイド溝、４１・・・ワイヤー、５０・・・磁気センサ（物理量センサ）

Claims (4)

  1. 表面に物理量センサチップを載置するステージ部と、その周囲に配される複数のリードを備えるフレーム部とを有すると共に前記ステージ部が前記フレーム部に対して傾斜したリードフレームを用い、前記ステージ部に載置された前記物理量センサチップと前記各リードとをウェッジボンディング法により相互に電気接続するボンディング装置であって、
    前記リードフレームを配する基台と、前記基台に対して移動可能に取り付けられると共に、前記各リードの表面と傾斜した前記物理量センサチップの表面とをワイヤーで電気接続するウェッジツールとを備え、
    該ウェッジツールに、前記リードの表面と略平行に形成され、前記リードの表面と共に前記ワイヤーを挟み込む第１の平坦面と、前記物理量センサチップの表面と略平行に形成され、前記物理量センサチップの表面と共に前記ワイヤーを挟み込む第２の平坦面とが設けられることを特徴とするボンディング装置。
  2. 前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面から窪んで形成され、前記ワイヤーを配するガイド溝が、前記第１の平坦面及び前記第２の平坦面のそれぞれに沿う方向に延びてなることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
  3. 少なくとも前記リード及び前記物理量センサチップの各表面の近傍において、前記ウェッジツールを前記ガイド溝の長手方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載のボンディング装置。
  4. 表面に物理量センサチップを載置するステージ部と、その周囲に配される複数のリードを備えるフレーム部とを有するリードフレームを用意する準備工程と、
    前記ステージ部を前記フレーム部に対して傾斜させるステージ傾斜工程と、
    前記ステージ部に前記物理量センサチップを接着する接着工程と、
    ウェッジボンディング法により前記各リードの表面と傾斜した前記物理量センサチップの表面とをワイヤーで電気接続する配線工程とを備え、
    前記配線工程では、前記ウェッジボンディング法に使用するウェッジツールの平坦面が、前記リード及び前記物理量センサチップの各表面に対して略平行に配された状態で、前記リード及び前記物理量センサチップの各表面と共に前記ワイヤーを挟み込むことを特徴とする物理量センサの製造方法。
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