JP5029727B2 - 半導体装置及びマイクロフォン - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置及びマイクロフォンに関し、具体的には、半導体素子をパッケージ内に納めた半導体装置に関するものである。また、マイクチップ(音響センサ)をパッケージ内に納めたマイクロフォンに関するものである。
電子機器、特に携帯用機器では機器の小型化が求められており、そのためには小さな回路基板に部品を高密度実装する必要がある。そして、部品の高密度実装を可能にするためには、部品の実装時占有面積(以下、実装面積という。)を小さくすることが要求される。しかし、MEMSマイクロフォンの場合、マイクチップと回路素子がパッケージ内に実装されているが、従来のマイクロフォンではマイクチップと回路素子はパッケージの基板あるいはカバーの同一面上に並べて設置されている。そのため、マイクロフォンの実装面積を小さくするのに制限があり、実装面積を小さくすることが困難であった。
そこで、本発明の発明者らは、パッケージ内でマイクチップと回路素子を上下に配置することによってパッケージの底面積を小さくし、マイクロフォンの実装面積を小さくすることを着想した。
従来の文献を調査したところ、マイクチップと回路素子を上下に配置したものとして、特許文献1に開示されたマイクロフォンが存在した。特許文献1のマイクロフォンでは、パッケージを構成する基板とカバーのうち、基板の上面に回路素子を実装し、カバーの天面にマイクチップを実装している。
しかし、特許文献1に開示されたマイクロフォンでは、基板の上面に回路素子とシールド用メタルを並べて配置し、シールド用メタルの直上に位置するようにしてカバーの天面にマイクチップを配置している。そのため、マイクロフォンを垂直上方から見たとき、マイクチップと回路素子は重なり合っていない。このように特許文献1のマイクロフォンでは、回路素子とマイクチップを上下に配置しているものの、実装面積を小さくすることを目的としておらず、また実装面積を小さくするような構造にはなっていない。
また、回路素子とマイクチップをパッケージの内部で接続する必要があるが、回路素子を基板に実装し、マイクチップをカバーに実装した場合には、その接続方法が問題となる。たとえば、基板に実装された回路素子とカバーに実装されたマイクチップとをボンディングワイヤでつないだ後、基板にカバーを重ね合わせたのでは、ボンディングワイヤによって回路が短絡するおそれがある。しかし、特許文献1には、回路素子とマイクチップを接続するための配線方法については開示されていない。
同様な配線方法の問題は、回路素子とマイクチップをいずれもカバーに設けた場合にも生じる。回路素子を基板に設け、マイクチップをカバーに設けた場合には、回路素子とマイクチップとの接続方法が問題となるが、回路素子とマイクチップをカバーに設けた場合には、回路素子と基板との接続方法が問題となる。
カバーに設けられた回路素子と基板の接続方法に関しては、特許文献2−4に開示されている。特許文献2では、カバーの天面に回路素子とマイクチップを並べて実装し、パッケージ内のはんだボールを介して回路素子と基板を接続している。しかし、このような方法では、はんだボールでの配線が複雑となり、またはんだボールの位置ずれなどによって接続不良が発生するおそれがあり、マイクロフォンの歩留まりが低下する問題がある。
また、特許文献3のマイクロフォンでは、カバーの天面に回路素子とマイクチップを並べて実装し、カバー内面の側壁に配線パターンを設けている。そして、カバーの天面に位置する配線パターンの端部と回路素子とをボンディングワイヤでつなぎ、カバーを基板に重ね合わせることによって配線パターンの他端を基板に接続している。しかし、特許文献3のような構造では、カバーの天面から側壁の全高にかけて配線パターンを形成しなければならないので、製造コストが高価につく。また、カバーの隅部で配線パターンの端部にワイヤボンディングを行わなければならないので、ワイヤボンド用の治具(キャピラリ)が入るスペースが必要となり、マイクロフォンの実装面積がさらに大きくなる。
また、特許文献4のマイクロフォンでは、カバーの内面に回路素子とマイクチップを実装して回路素子とマイクチップをボンディングワイヤによってカバー内面の電極パッドに接続し、回路素子カバーの側壁部(サイド基板)の内部に設けたスルーホールとコイルスプリングを介してカバーの電極パッドを基板に接続している。しかし、特許文献4のような構造では、カバーの側壁部にスルーホールやコイルスプリングといった構造を作製しなければならず、パッケージ構造が複雑化してマイクロフォンの製造コストが高くつく。また、側壁部の壁厚を小さくできないので、パッケージの実装面積が大きくなるという問題がある。
米国特許第7166910号明細書(図9、図10) 米国特許出願公開第2008/0175425号明細書 米国特許出願公開第2008/0283988号明細書 米国特許出願公開第2007/0058826号明細書
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、本発明の第1の目的は、実装面積の小さな半導体装置(特に、マイクロフォン)を提供することにある。また、本発明の第2の目的は、パッケージを構成する別部材にそれぞれセンサチップと回路素子を実装された半導体素子において、センサチップと回路素子とを簡単な構造で接続可能にすることにある。
本発明に係る半導体装置は、少なくとも一方に凹部を形成された第1の部材及び第2の部材からなるパッケージと、前記第1の部材の内面に実装されたセンサと、前記第2の部材の内面に実装された回路素子とを備え、前記パッケージの底面に垂直な方向から見たとき、前記センサと前記回路素子が互いに、前記パッケージの底面に垂直な上方向又は下方向に位置するように、重なり合った半導体装置において、前記第1の部材の表面に第1のボンディング用パッドを設け、前記センサと前記第1のボンディング用パッドとを第1のワイヤ配線によって接続し、前記第2の部材の表面に第2のボンディング用パッドを設け、前記回路素子と前記第2のボンディング用パッドとを第2のワイヤ配線によって接続し、前記第1の部材と前記第2の部材を接合させてパッケージを形成する際に、前記第1のボンディング用パッドと前記第2のボンディング用パッドとを導電性材料で接合させたことを特徴としている。
本発明の半導体装置にあっては、パッケージの底面に垂直な方向から見て、センサと回路素子が互いに、パッケージの底面に垂直な上方向又は下方向に位置するように、重なり合っているので、パッケージの底面積をほぼ最小にし、半導体装置の実装面積をほぼ最小にすることができる。したがって、センサと回路素子を同じ面に並べて実装する場合と比較して、パッケージの底面積をかなり小さくできる。
さらに、本発明に係る半導体装置は、前記第1の部材の表面に第1のボンディング用パッドを設け、前記センサと前記第1のボンディング用パッドとを第1のワイヤ配線によって接続し、前記第2の部材の表面に第2のボンディング用パッドを設け、前記回路素子と前記第2のボンディング用パッドとを第2のワイヤ配線によって接続し、前記第1の部材と前記第2の部材を接合させてパッケージを形成する際に、前記第1のボンディング用パッドと前記第2のボンディング用パッドとを導電性材料で接合させているので、第1及び第2のワイヤ配線、第1及び第2のボンディング用パッド及び導電性材料を介して簡単な構造でセンサと回路素子を接続することができる。また、第1及び第2のボンディング用パッドをそれぞれ第1の部材と第2の部材の表面に設けているので、第1の部材と第2の部材を重ねてパッケージを形成する際に第1のボンディング用パッドと第2のボンディング用パッドを導電性材料で接合させることができ、センサや回路素子を短絡させることなく容易に接続させることができる。また、第1及び第2のボンディング用パッドをそれぞれ第1の部材と第2の部材の表面に設けているので、第1のワイヤ配線や第2のワイヤ配線の配線作業も容易に行える。
なお、前記導電性材料としては、ハンダ、導電性樹脂、導電性テープ又はろう材のうちの少なくとも1つを用いることができる。
本発明に係る半導体装置のある実施態様は、前記第1のボンディング用パッドと対向する領域において前記第2の部材の表面を部分的に除去して前記第1のワイヤ配線を逃がすための空間を形成したことを特徴としている。かかる実施態様によれば、第1のワイヤ配線が第2の部材に当たって曲がったり、短絡したりするのを防ぐことができる。
本発明に係る半導体装置の別な実施態様は、前記第2のボンディング用パッドと対向する領域において前記第1の部材の表面を部分的に除去して前記第2のワイヤ配線を逃がすための空間を形成したことを特徴としている。かかる実施態様によれば、第2のワイヤ配線が第1の部材に当たって曲がったり、短絡したりするのを防ぐことができる。
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記センサが前記第1の部材に設けた前記凹部内に実装され、前記第1のワイヤ配線の通過領域において、前記第1の部材の前記凹部を囲む周壁部の角部を窪ませたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、第1のワイヤ配線が第1の部材の導電層に触れてセンサに短絡が発生するのを防ぐことができる。
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記回路素子が前記第2の部材に設けた前記凹部内に実装され、前記第2のワイヤ配線の通過領域において、前記第2の部材の前記凹部を囲む周壁部の角部を窪ませたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、第2のワイヤ配線が第2の部材の導電層に触れて回路素子に短絡が発生するのを防ぐことができる。
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様においては、前記第1の部材がパッケージのカバーで、前記第2の部材がパッケージの基板となっている。
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様においては、前記第1の部材がパッケージの基板で、前記第2の部材がパッケージのカバーとなっている。
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記カバー及び前記基板が、それぞれ前記凹部を有していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、センサが凹部内に納まるので、第1のボンディング用パッドとセンサの表面との高低差が小さくなり、第1のワイヤ配線の接続作業が容易になる。また、回路素子も凹部内に納まるので、第2のボンディング用パッドと回路素子の表面との高低差が小さくなり、第2のワイヤ配線の接続作業が容易になる。
本発明に係る半導体装置のさらに別な実施態様は、前記カバーが前記凹部を有し、前記基板が平板状に形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、センサが凹部内に納まるので、第1のボンディング用パッドとセンサの表面との高低差が小さくなり、第1のワイヤ配線の接続作業が容易になる。一方、基板は平板状となっているので、基板の構造が簡単になり、コストを安価にすることができる。
本発明に係る半導体装置においては、前記第1の部材の材料としては、銅貼り積層板、ガラスエポキシ、セラミック、プラスチック、金属、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つの材料又はこれらの複合材料を用いることができる。また、前記第2の部材としても、銅貼り積層板、ガラスエポキシ、セラミック、プラスチック、金属、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つの材料又はこれらの複合材料を用いることができる。また、前記第1の部材及び前記第2の部材は、外部の電磁ノイズを遮断するための電磁シールド機能を備えていることが好ましい。
本発明に係る第1のマイクロフォンは、本発明に係る半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用いたマイクロフォンであって、前記第1の部材に音響孔が開口され、前記マイクチップが前記音響孔を覆うようにして前記第1の部材に実装されていることを特徴としている。かかる第1のマイクロフォンによれば、実装面積の小さなマイクロフォンを製作することができ、またパッケージ内の空間がマイクチップのバックチャンバとなるので、マイクチップの感度が向上する。
本発明に係る第2のマイクロフォンは、本発明に係る半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用いたマイクロフォンであって、前記マイクチップと重なり合わないようにして前記第1の部材に音響孔が開口されていることを特徴としている。また、本発明に係る第3のマイクロフォンは、本発明に係る半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用いたマイクロフォンであって、前記回路素子と重なり合わないようにして前記第2の部材に音響孔が開口されていることを特徴としている。かかる第2及び第3のマイクロフォンによれば、実装面積の小さなマイクロフォンを製作することができる。また、これらのマイクロフォンによれば、パッケージ内の空間がマイクチップのフロントチャンバとなる。
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
図1(A)は、本発明の実施形態1におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図1(B)は、実施形態1における回路素子を実装した基板の平面図である。 図2(A)は、ソルダーレジストを除去した実施形態1のカバーの下面図である。図2(B)は、ソルダーレジストを除去した実施形態1の基板の平面図である。 図3は、実施形態1のマイクロフォンの断面図であって、図1のX1−X1線に相当する箇所における断面を表している。 図4は、実施形態1のマイクロフォンの断面図であって、図1のY1−Y1線に相当する箇所における断面を表している。 図5は、実施形態1のマイクロフォンの断面図であって、図1のZ1−Z1線に相当する箇所における断面を表している。 図6(A)は、ボンディング用パッドの異なる形態を説明する図である。図6(B)は、ソルダーレジストを除去して示す図6(A)のボンディング用パッドである。 図7(A)は、ボンディング用パッドのさらに異なる形態を説明する図である。図7(B)は、ソルダーレジストを除去して示す図7(A)のボンディング用パッドである。 図8(A)は、異なる形態のカバーを示す下面図である。図8(B)は、異なる形態の基板を示す平面図である。 図9(A)は、本発明の実施形態2におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図9(B)は、実施形態2における回路素子を実装した基板の平面図である。 図10は、実施形態2のマイクロフォンの断面図であって、図9のX2−X2線に相当する箇所における断面を表している。 図11は、実施形態2のマイクロフォンの断面図であって、図9のY2−Y2線に相当する箇所における断面を表している。 図12(A)は、本発明の実施形態3におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図12(B)は、実施形態3における回路素子を実装した基板の平面図である。 図13(A)は、本発明の実施形態4におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図13(B)は、実施形態4における回路素子を実装した基板の平面図である。 図14(A)は、ソルダーレジストを除去した実施形態4のカバーの下面図である。図14(B)は、ソルダーレジストを除去した実施形態4の基板の平面図である。 図15は、実施形態4のマイクロフォンの断面図であって、図13のX4−X4線に相当する箇所における断面を表している。 図16は、実施形態4のマイクロフォンの断面図であって、図13のY4−Y4線に相当する箇所における断面を表している。 図17(A)は、本発明の実施形態5におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図17(B)は、実施形態5における回路素子を実装した基板の平面図である。 図18は、実施形態5のマイクロフォンの断面図であって、図17のX5−X5線に相当する箇所における断面を表している。 図19は、実施形態5のマイクロフォンの断面図であって、図17のY5−Y5線に相当する箇所における断面を表している。 図20(A)は、本発明の実施形態6におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図20(B)は、実施形態6における回路素子を実装した基板の平面図である。 図21(A)は、本発明の実施形態7における回路素子を実装したカバーの下面図である。図21(B)は、実施形態7におけるマイクチップを実装した基板の平面図である。 図22は、実施形態7のマイクロフォンの断面図であって、図21のX7−X7線に相当する箇所における断面を表している。 図23は、実施形態7のマイクロフォンの断面図であって、図21のY7−Y7線に相当する箇所における断面を表している。 図24(A)は、本発明の実施形態8におけるマイクチップを実装した基板の平面図である。図24(B)は、実施形態8のマイクロフォンの断面図であって、図24(A)のX8−X8に相当する箇所における断面を表している。 図25(A)は、本発明の実施形態9における回路素子を実装したカバーの下面図である。図25(B)は、実施形態9のマイクロフォンの断面図であって、図25(A)のX9−X9に相当する箇所における断面を表している。 図26(A)は、本発明の実施形態10における回路素子を実装したカバーの下面図である。図26(B)は、実施形態10におけるマイクチップを実装した基板の平面図である。 図27(A)は、実施形態10のマイクロフォンの断面図であって、図26のX10−X10線に相当する箇所における断面を表している。図27(B)は、実施形態10のマイクロフォンの断面図であって、図26のY10−Y10線に相当する箇所における断面を表している。 図28(A)は、本発明の実施形態11におけるマイクチップを実装した基板の平面図である。図28(B)は、実施形態11のマイクロフォンの断面図であって、図28(A)のX11−X11に相当する箇所における断面を表している。 図29(A)は、本発明の実施形態12における回路素子を実装したカバーの下面図である。図29(B)は、実施形態12のマイクロフォンの断面図であって、図29(A)のX12−X12に相当する箇所における断面を表している。 図30(A)は、本発明の実施形態13におけるマイクチップを実装したカバーの下面図である。図30(B)は、実施形態13における回路素子を実装した基板の平面図である。 図31(A)は、実施形態13のマイクロフォンの断面図であって、図30のX13−X13線に相当する箇所における断面を表している。図31(B)は、実施形態13のマイクロフォンの断面図であって、図30のY13−Y13線に相当する箇所における断面を表している。 図32は、本発明の実施形態14にかかるマイクロフォンの断面図である。 図33は、本発明の実施形態15にかかるマイクロフォンの断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
(第1の実施形態)
図1−図4を参照して本発明の実施形態1によるトップポート型のマイクロフォン41を説明する。マイクロフォン41は、MEMS技術を用いて製造されるMEMSマイクロフォンであって、カバー44(第1の部材)と基板45(第2の部材)からなるパッケージ内にマイクチップ42(センサ)と回路素子43を納めたものである。また、実施形態1のマイクロフォン41は、カバー44に音響孔53を開口されていてトップポート型となっている。図1(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図であり、図1(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。図2(A)はソルダーレジストを除去したカバー44の下面図であり、図2(B)はソルダーレジストを除去した基板45の平面図である。また、図3は、図1のX1−X1線に相当する箇所におけるマイクロフォン41の断面図である。図4は、図1のY1−Y1線に相当する箇所におけるマイクロフォン41の断面図である。図5は、図1のZ1−Z1線に相当する箇所におけるマイクロフォン41の断面図である。
図3−図5に示すように、カバー44は銅貼り積層板やガラスエポキシ、セラミック、プラスチック、金属、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つの材料又はこれらの複合材料からなる2枚の絶縁性基板を積層することによって構成されている。絶縁性材料によって形成されたカバー44は、マイクチップ42を納めるための箱状をした凹部46を備えている。凹部46の天面、側壁面及び凹部46を囲む側壁部下面には、そのほぼ全体に電磁シールド用の導電層47が形成されている。また、カバー44の天面に形成された導電層47は、絶縁性材料の内部に延びている。
図1(A)に示すように、凹部46の外部すなわちカバー44の下面はソルダーレジスト52によって覆われており、カバー44の下面にはソルダーレジスト52から露出するようにして複数のボンディング用パッド48(第1のボンディング用パッド)とカバー側接合部49(第1の接合部)が設けられている。また、導電層47の外周部はソルダーレジスト52から露出していてグランド接合部51となっている。
導電層47、ボンディング用パッド48及びカバー側接合部49は金属膜であるが、図2(A)に示すように、ボンディング用パッド48及びカバー側接合部49の周囲は導電層47から分離されており、各ボンディング用パッド48及びカバー側接合部49は導電層47と電気的に絶縁されている。一方、図2(A)に示すように、ボンディング用パッド48とカバー側接合部49は、ソルダーレジスト52の下で互いにつながっていて電気的に導通している。なお、図2(A)においてハッチングを施した箇所は、金属膜が除去されていてカバー44の絶縁性材料が露出している部分である。
マイクチップ42はMEMS素子(音響センサ)であり、例えばSi基板の開口部に音響振動感知用の薄膜のダイアフラムを設け、ダイアフラムに対向させて天蓋状をしたバックプレートをSi基板に固定したものである。そして、バックプレートに設けた固定電極膜とダイアフラム(いずれもポリシリコンからなる。)によって検知信号出力用のキャパシタが構成され、バックプレートには固定電極膜とダイアフラムの間のエアギャップに音響振動を導くための多数のアコースティックホールが開口されている。図3−図5に示すように、マイクチップ42は、凹部46内に納められ、接着剤によってその裏面を凹部46の天面(導電層47)に固定されている。また、マイクチップ42は、カバー44にあけられた音響孔53に合わせて設置され、音響孔53を覆っている。よって、マイクチップ42は、Si基板の開口部と音響孔53がフロントチャンバとなり、パッケージ内の空間がバックチャンバとなるので、広いバックチャンバ容積を持つことができ、マイクチップ42を高感度化させることができる。図1(A)及び図4に示すように、マイクチップ42の表面に設けた端子54は、ボンディングワイヤ50(第1のワイヤ配線)によってボンディング用パッド48に接続されている。
図3−図5に示すように、基板45は多層配線基板、銅貼り積層板、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、プラスチック基板、金属基板、カーボンナノチューブの基板、あるいはこれらの複合基板からなる。基板45は、回路素子43を納めるための箱状をした凹部66を備えている。凹部66の底面、側壁面及び凹部66を囲む側壁部上面には、そのほぼ全体に電磁シールド用の導電層67が形成されている。
図1(B)に示すように、凹部66の外部すなわち基板45の上面はソルダーレジスト72によって覆われており、基板45の下面にはソルダーレジスト52から露出するようにして複数のボンディング用パッド68(第2のボンディング用パッド)、ボンディング用パッド73、74と基板側接合部69(第2の接合部)が設けられている。また、導電層67の外周部はソルダーレジスト72から露出していてグランド接合部71となっている。ここで、ボンディング用パッド68は、回路素子43をマイクチップ42に接続するためのパッドであり、ボンディング用パッド73は回路素子43を下面の信号入出力端子77に接続するためのパッドであり、ボンディング用パッド74はグランド接続用のパッドである。
導電層67、ボンディング用パッド68、73、74及び基板側接合部69は金属膜であるが、図2(B)に示すように、ボンディング用パッド68及び基板側接合部69、ボンディング用パッド73の周囲はそれぞれ導電層67から分離されており、各ボンディング用パッド68及び基板側接合部69、ボンディング用パッド73はそれぞれ導電層67と電気的に絶縁されている。一方、図2(B)に示すように、ボンディング用パッド68と基板側接合部69は、ソルダーレジスト72の下で互いにつながっていて電気的に導通している。また、ボンディング用パッド74は導電層67の一部であって、グランド接合部71に導通している。なお、図2(B)においてハッチングを施した箇所は、金属膜が除去されていて基板45の絶縁性材料が露出している部分である。
基板45の下面にはグランド端子75が設けられており、グランド端子75はバイアホール76を通じて導電層67につながっている。したがって、回路素子43のグランド端子83は、バイアホール76等を通じてグランド端子75に導通している。また、基板45の下面には信号入出力用の信号入出力端子77が設けられており、信号入出力端子77はバイアホール78を通じてボンディング用パッド73につながっている。したがって、回路素子43の端子81は、バイアホール78等を通じて信号入出力端子77に導通している。
回路素子43は、ASICやICチップ等の素子である。図3−図5に示すように、回路素子43は、凹部66内に納められ、接着剤によってその裏面を凹部66の底面に固定されている。
図1(B)に示すように、回路素子43の表面に設けたマイクチップ接続用の端子79は、ボンディングワイヤ80(第2のワイヤ配線)によってボンディング用パッド68に接続されている。回路素子43の表面に設けた信号入出力用の端子81はボンディングワイヤ82によってボンディング用パッド73に接続されている。また、回路素子43の表面に設けたグランド端子83はボンディングワイヤ84によってボンディング用パッド74に接続されている。
カバー44は、図3−図5に示すように、凹部46を下方に向けた状態で基板45の上面に重ねられ、導電性材料86によって対向するカバー側接合部49と基板側接合部69が接合される。導電性材料86としては、導電性接着剤やハンダ、導電性両面粘着テープ、溶接用のろう材のいずれか一つを用いてもよく、あるいはこれらのうちの複数の材料を併用してもよい。また、カバー44の下面外周部に設けたグランド接合部51と、基板45の上面外周部に設けたグランド接合部71とは、導電性材料87によって全周にわたって接合される。導電性材料87としては、導電性接着剤やハンダ、導電性両面粘着テープ、溶接用のろう材のいずれか一つを用いてもよく、あるいはこれらのうちの複数の材料を併用してもよい。カバー44と基板45を貼り合わせるために、さらに非導電性樹脂や非導電テープを併用してもよい。
この結果、マイクチップ42及び回路素子43は、カバー44及び基板45からなるパッケージ内に納められる。また、カバー44の導電層47は、グランド接合部51とグランド接合部71を導電性材料87で接合させることによって基板45の導電層67と電気的に導通するので、グランド端子75を回路基板などのアースラインに接続することによって導電層47及び67がグランド電位に保持され、マイクロフォン41が外部の電磁ノイズから遮蔽される。また、導電性材料86を介してカバー側接合部49と基板側接合部69が接合されているので、マイクチップ42は、ボンディングワイヤ50→ボンディング用パッド48→カバー側接合部49→導電性材料86→基板側接合部69→ボンディング用パッド68→ボンディングワイヤ80という経路を経て、回路素子43の端子79に接続される。
このような構造のマイクロフォン41では、カバー44にマイクチップ42を実装し、基板45に回路素子43を実装して回路素子43の直上に重ね合わせるようにしてマイクチップ42を配置しているので、パッケージも底面積の小さなものを用いることが可能になる。その結果、実装面積のきわめて小さなマイクロフォン41を作製することができる。
このマイクロフォン41では、カバー44の下面に設けたボンディング用パッド48にマイクチップ42からのボンディングワイヤ50を接続しておき、基板45の上面に設けたボンディング用パッド68を回路素子43からのボンディングワイヤ80を接続しておき、カバー44を基板45に接合させる際にカバー側接合部49と基板側接合部69を導電性材料86で接合させることにより、マイクチップ42と回路素子43を電気的に導通させている。また、このマイクロフォン41によれば、ボンディング用パッド48が上になるようにカバー44をひっくり返せば、ボンディング用パッド48がカバー44の表面に位置するので、ワイヤーボンダーを用いて容易にボンディング用パッド48やマイクチップ42の端子54にボンディングワイヤ50を接続することができる。同様に、ボンディング用パッド68が基板45の上面に位置するので、ワイヤーボンダーを用いて容易にボンディング用パッド68や回路素子43の端子79にボンディングワイヤ80を接続することができる。
したがって、マイクロフォン41にあっては、簡単な配線構造と簡単な組立方法によってカバー44上のマイクチップ42と基板45上の回路素子43を電気的に接続させることができる。また、凹部46、66の内部でボンディングワイヤの接続作業を行う必要がないので、ボンディングワイヤ50、80の結線作業が容易になるとともに、特許文献3に開示されたマイクロフォンのように凹部46、66内にワイヤボンド用の治具を入れるスペースが必要ないためにパッケージの底面積が大きくなることがなく、マイクロフォン41の実装面積を小さくできる。さらに、電磁シールド用の金属膜を利用してボンディング用パッド48、68、カバー側接合部49及び基板側接合部69を形成しているので、マイクロフォン41のコストダウンを図ることができる。さらにまた、特許文献4に開示されたマイクロフォンのようにカバー44や基板45の側壁部の厚みが厚くなることがなく、側壁部のためにマイクロフォン41の実装面積が大きくなることがない。
(変形例)
実施形態1のマイクロフォン41では、ボンディング用パッド68、73、74は凹部66の縁に接するように設けていたが、図6(A)又は図7(A)に示すように、ボンディング用パッド68、73、74を凹部66の縁から離間させて設けてもよい。このとき、ボンディング用パッド68、73、74を構成する電極膜は、図6(B)のように凹部66から離間していてもよく、あるいは図7(B)のようにソルダーレジスト72の下で凹部66の縁まで延びていてもよい。同様に、カバー44のボンディング用パッド48も凹部46の縁から離間するように設けてもよい。
また、グランド接合部51やグランド接合部71は、カバー44や基板45の全周に設けられている必要はなく、図8(A)及び図8(B)に示すように、部分的に分断されていてもよい。このとき、グランド接合部51やグランド接合部71を分断しているソルダーレジスト52、72の下に導電層47、67が存在していてもよく、存在していなくてもよい。
なお、これらの変形例は、実施形態1のみならず、実施形態2以降の実施形態にも適用できる。
(第2の実施形態)
つぎに、図9−図11により実施形態2のトップポート型のマイクロフォン91を説明する。図9(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図であり、図9(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。また、図10は、図9のX2−X2線に相当する箇所におけるマイクロフォン91の断面図である。図11は、図9のY2−Y2線に相当する箇所におけるマイクロフォン91の断面図である。なお、本実施形態は、実施形態1とほぼ同じ構造を有しているので、同じ構造の部分には図面に実施形態1と同じ符号を付すことによって説明を省略する(実施形態3以降についても同様)。
マイクロフォン91では、カバー44の凹部46内において、マイクチップ42と重なり合わない位置に音響孔53を開口している。したがって、マイクロフォン91では、パッケージの内部空間がフロントチャンバとなり、Si基板の開口部がバックチャンバとなっており、マイクチップ42は実施形態1の場合とは反対側から到達した音響振動でダイアフラムが振動させられる。
(第3の実施形態)
図12(A)及び図12(B)は本発明の実施形態3によるボトムポート型のマイクロフォンを説明する図であって、図12(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図、図12(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。なお、図12のX3−X3線に相当する箇所における実施形態3のマイクロフォンの断面は図10と同じであり、図12のY3−Y3線に相当する箇所における実施形態3のマイクロフォンの断面は図11と同じである。
実施形態3のマイクロフォンでは、基板45の凹部66内において、回路素子43と重なり合わない位置に音響孔53を開口されていて、ボトムポート型となっている。したがって、このマイクロフォンでも、パッケージの内部空間がフロントチャンバとなり、Si基板の開口部がバックチャンバとなっており、マイクチップ42は実施形態1の場合とは反対側から到達した音響振動でダイアフラムが振動させられる。
(第4の実施形態)
つぎに、本発明の実施形態4によるトップポート型のマイクロフォン92を説明する。図13(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図であり、図13(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。図14(A)はソルダーレジストを除去したカバー44の下面図であり、図14(B)はソルダーレジストを除去した基板45の平面図である。また、図15は、図13のX4−X4線に相当する箇所におけるマイクロフォン92の断面図である。図16は、図13のY4−Y4線に相当する箇所におけるマイクロフォン92の断面図である。
実施形態4のマイクロフォン92は、凹部66のない平板状の基板45を用いている。マイクチップ42を実装したカバー44については、実施形態1の場合と同じ構造を有している。図14(B)に示すように、基板45の上面には平板状の金属膜が設けられており、この金属膜を部分的に除去することによって導電層67、ボンディング用パッド68及び基板側接合部69を形成するための領域、及びボンディング用パッド73、74を形成されている。そして、基板45の上面をソルダーレジスト72で額縁状に覆うことにより、図13(B)に示すように、外周部にグランド接合部71を形成するとともに内側に回路素子43を実装するための領域を形成している。また、ソルダーレジスト72から露出させることによってボンディング用パッド68、基板側接合部69及びボンディング用パッド73、74を形成している。
カバー44と基板45を重ね合わせたマイクロフォン92では、図15及び図16に示すように、基板45の上面で導電性材料87によってグランド接合部51とグランド接合部71が接合される。また、基板45の上面で導電性材料86によってカバー側接合部49と基板側接合部69が接合され、マイクチップ42と回路素子43が接続される。このマイクロフォン92では、パッケージ内の空間がマイクチップ42のバックチャンバとなる。
(第5の実施形態)
図17−図19は、本発明の実施形態5によるトップポート型のマイクロフォン93を説明する。図17(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図であり、図17(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。図18は、図17のX5−X5線に相当する箇所におけるマイクロフォン93の断面図である。図19は、図17のY5−Y5線に相当する箇所におけるマイクロフォン93の断面図である。
このマイクロフォン93は、平板状の基板45と凹部46を有するカバー44からなるパッケージ内に回路素子43とマイクチップ42を納め、回路素子43の直上にマイクチップ42を配置したものである。音響孔53は、マイクチップ42と重なり合わない位置においてカバー44の凹部46内に設けている。よって、パッケージ内の空間は、マイクチップ42のフロントチャンバとなる。
(第6の実施形態)
図20は本発明の実施形態6によるボトムポート型のマイクロフォンを説明する図であって、図20(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図であり、図20(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。なお、図20のX6−X6線に相当する箇所における実施形態6のマイクロフォンの断面は図18と同じであり、図20のY6−Y6線に相当する箇所における実施形態6のマイクロフォンの断面は図19と同じである。
このマイクロフォンは、平板状の基板45と凹部46を有するカバー44からなるパッケージ内に回路素子43とマイクチップ42を納め、回路素子43の直上にマイクチップ42を配置したものである。音響孔53は、回路素子43と重なり合わない位置において基板45に設けている。よって、パッケージ内の空間は、マイクチップ42のフロントチャンバとなる。
(第7の実施形態)
図21−図23を参照して本発明の実施形態7によるボトムポート型のマイクロフォン94を説明する。図21(A)は回路素子43を実装したカバー44(回路素子43がカバー44に実装されている場合には、カバー44が第2の部材に相当する。)の下面図であり、図21(B)はマイクチップ42を実装した基板45(マイクチップ42が基板45に実装されている場合には、基板45が第1の部材に相当する。)の平面図である。図22は、図21のX7−X7線に相当する箇所におけるマイクロフォン94の断面図である。図23は、図21のY7−Y7線に相当する箇所におけるマイクロフォン94の断面図である。
このマイクロフォン94では、カバー44に回路素子43を実装し、基板45にマイクチップ42を実装してあり、マイクチップ42の直上に回路素子43が配置されている。
図21(A)に示すように、カバー44の側壁部下面には、回路素子43と接続するためのボンディング用パッド68、73、74及び基板側接合部69が設けられている。回路素子43の端子79はボンディングワイヤ80によってボンディング用パッド68と接続されており、端子81はボンディングワイヤ82によってボンディング用パッド73と接続されており、グランド端子83はボンディングワイヤ84によってボンディング用パッド74と接続されている。また、図21(B)に示すように、基板45の側壁部上面にはマイクチップ42と接続するためのボンディング用パッド48及びカバー側接合部49が設けられている。マイクチップ42の端子54はボンディングワイヤ50によってボンディング用パッド48に接続されている。
カバー44と基板45は、図22及び図23に示すように、上下に重ね合わせて導電性材料87によりグランド接合部51とグランド接合部71を接合されている。また、カバー44の基板側接合部69と基板45のカバー側接合部49を導電性材料86で接合することにより、回路素子43とマイクチップ42が接続されている。音響孔53は、マイクチップ42の開口部と一致させて基板45に開口されていてボトムポート型となっており、パッケージ内の空間はマイクチップ42のバックチャンバとなっている。
(第8の実施形態)
本発明の実施形態8によるマイクロフォン95は、ボトムポート型のマイクロフォンにおいて、音響孔53をマイクチップ42の近傍に設けたものである。図24(A)は、マイクロフォン95におけるマイクチップ42を実装した基板45の平面図であり、図24(B)は図24(A)のX8−X8線に相当する箇所におけるマイクロフォン95の断面図である。
マイクロフォン95では、基板45の凹部66内にマイクチップ42が実装されており、凹部66内のマイクチップ42と重なり合わない位置に音響孔53を開口している。したがって、このマイクロフォン95はボトムポート型となっており、しかも、パッケージ内の空間がマイクチップ42のフロントチャンバとなっている。
(第9の実施形態)
本発明の実施形態9によるマイクロフォン96は、トップポート型のマイクロフォンにおいて、音響孔53を回路素子43の近傍に設けたものである。図25(A)は、マイクロフォン96における回路素子43を実装したカバー44の下面図であり、図25(B)は図25(A)のX9−X9線に相当する箇所におけるマイクロフォン96の断面図である。
マイクロフォン96では、カバー44の凹部46内に回路素子43が実装されており、凹部46内の回路素子43と重なり合わない位置に音響孔53を開口している。また、マイクチップ42は基板45の上面に実装されている。したがって、このマイクロフォン96はトップポート型となっており、しかも、パッケージ内の空間がマイクチップ42のフロントチャンバとなっている。
(第10の実施形態)
つぎに、本発明の実施形態10によるマイクロフォン97を説明する。図26(A)は回路素子43を実装したカバー44の下面図であり、図26(B)はマイクチップ42を実装した基板45の平面図である。図27(A)は、図26のX10−X10線に相当する箇所におけるマイクロフォン97の断面図である。図27(B)は、図26のY10−Y10線に相当する箇所におけるマイクロフォン97の断面図である。
マイクロフォン97にあっては、カバー44の凹部46内に回路素子43を実装してあり、平板状をした基板45の上面にマイクチップ42を実装し、マイクチップ42と重なる位置において基板45に音響孔53を開口している。また、ボンディングワイヤ80を介して回路素子43とボンディング用パッド68を接続し、ボンディングワイヤ50を介してマイクチップ42とボンディング用パッド48を接続し、導電性材料86によって基板側接合部69とカバー側接合部49を接合してあり、これによって回路素子43とマイクチップ42が接続されている。また、このマイクロフォン97は、マイクチップ42の下面に音響孔53が開口しているので、ボトムポート型となっており、パッケージ内の空間がバックチャンバとなっている。
(第11の実施形態)
図28は本発明の実施形態11によるマイクロフォン98を説明する図である。図28(A)はマイクチップ42を実装した基板45の平面図であり、図28(B)は図28(A)のX11−X11線に相当する箇所におけるマイクロフォン98の断面図である。
このマイクロフォン98では、平板状をした基板45の上面にマイクチップ42を実装してあり、マイクチップ42に隣接する位置において基板45に音響孔53を開口している。したがって、マイクロフォン98はボトムポート型となっており、パッケージ内の空間はフロントチャンバとなっている。
(第12の実施形態)
図29は本発明の実施形態12によるマイクロフォン99を説明する図である。図29(A)は回路素子43を実装したカバー44の下面図であり、図29(B)は図29(A)のX12−X12線に相当する箇所におけるマイクロフォン99の断面図である。
このマイクロフォン99では、平板状をした基板45の上面にマイクチップ42を実装している。また、カバー44の凹部46内に回路素子43を実装し、回路素子43に隣接する位置において凹部46内に音響孔53を開口している。したがって、マイクロフォン99はトップポート型となっており、パッケージ内の空間はフロントチャンバとなっている。
(第13の実施形態)
つぎに、本発明の実施形態13によるマイクロフォン100を説明する。図30(A)はマイクチップ42を実装したカバー44の下面図であり、図30(B)は回路素子43を実装した基板45の平面図である。図31(A)は、図30のX13−X13線に相当する箇所におけるマイクロフォン100の断面図である。図31(B)は、図30のY13−Y13線に相当する箇所におけるマイクロフォン100の断面図である。
マイクロフォン100では、カバー44に実装されたマイクチップ42の端子54にボンディングワイヤ50の一端を接続し、ボンディングワイヤ50の他端をカバー44のボンディング用パッド48に接続している。また、基板45に実装された回路素子43の端子79にボンディングワイヤ80の一端を接続し、ボンディングワイヤ80の他端を基板45のボンディング用パッド68に接続している。そして、図31(A)及び図31(B)に示すように、カバー44のボンディング用パッド48と基板45のボンディング用パッド68を導電性材料86によって直接接合し、それによってマイクチップ42と回路素子43を接続している。よって、実施形態13では、カバー側接合部49や基板側接合部69は設けられていない。
(第14の実施形態)
図32は本発明の実施形態14によるマイクロフォン101を示す断面図である。この実施形態では、ボンディングワイヤ50を接続するボンディング用パッド48と対向する領域及びその近傍で、基板45の表面を除去して凹所88を設けている。したがって、ボンディングワイヤ50が基板45に接触しにくくなる。同様に、ボンディングワイヤ80を接続するボンディング用パッド68と対向する領域及びその近傍で、カバー44の表面を除去して凹所(図示せず)を設けている。したがって、ボンディングワイヤ80がカバー44に接触しにくくなっている。
たとえばボンディングワイヤ50が基板45に接触したとしても、基板45の表面がソルダーレジスト72で覆われていれば短絡の恐れはない。しかし、基板45に当たることによってボンディングワイヤ50が曲がったり、変形したりすると、ボンディングワイヤ50が導電層47などに接触する恐れがある。そのため、この実施形態では、基板45に凹所88を設けることによってボンディングワイヤ50が基板45に接触するのを防止している。ボンディングワイヤ80についても同様である。
なお、図32ではカバー44にマイクチップ42を実装したマイクロフォンを示しているが、実施形態14はカバー44に回路素子43を実装したものにも適用することができる。
(第15の実施形態)
図33は本発明の実施形態15によるマイクロフォン102を示す断面図である。この実施形態では、ボンディングワイヤ50の通過領域においてカバー44の側壁部の角を削除して切欠部89を設けている。よって、ボンディングワイヤ50がカバー44の導電層47などに接触して短絡を起こしにくくなる。
また、同様に、ボンディングワイヤ80の通過領域において基板45の側壁部の角を削除して切欠部を設けてもよい。
なお、図33ではカバー44にマイクチップ42を実装したマイクロフォンを示しているが、実施形態15はカバー44に回路素子43を実装したものにも適用することができる。
41、91−102 マイクロフォン
42 マイクチップ
43 回路素子
44 カバー
45 基板
46、66 凹部
47、67 導電層
48、68、73、74 ボンディング用パッド
49 カバー側接合部
50、80、82、84 ボンディングワイヤ
51、71 グランド接合部
52、72 ソルダーレジスト
53 音響孔
69 基板側接合部
86、87 導電性材料

Claims (16)

  1. 少なくとも一方に凹部を形成された第1の部材及び第2の部材からなるパッケージと、
    前記第1の部材の内面に実装されたセンサと、
    前記第2の部材の内面に実装された回路素子とを備え、
    前記パッケージの底面に垂直な方向から見たとき、前記センサと前記回路素子が互いに、前記パッケージの底面に垂直な上方向又は下方向に位置するように、重なり合った半導体装置において、
    前記第1の部材の表面に第1のボンディング用パッドを設け、前記センサと前記第1のボンディング用パッドとを第1のワイヤ配線によって接続し、
    前記第2の部材の表面に第2のボンディング用パッドを設け、前記回路素子と前記第2のボンディング用パッドとを第2のワイヤ配線によって接続し、
    前記第1の部材と前記第2の部材を接合させてパッケージを形成する際に、前記第1のボンディング用パッドと前記第2のボンディング用パッドとを導電性材料で接合させたことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記導電性材料は、ハンダ、導電性樹脂、導電性テープ又はろう材のうちの少なくとも1つであることを特徴とする、請求項に記載の半導体装置。
  3. 前記第1のボンディング用パッドと対向する領域において前記第2の部材の表面を部分的に除去して前記第1のワイヤ配線を逃がすための空間を形成したことを特徴とする、請求項に記載の半導体装置。
  4. 前記第2のボンディング用パッドと対向する領域において前記第1の部材の表面を部分的に除去して前記第2のワイヤ配線を逃がすための空間を形成したことを特徴とする、請求項に記載の半導体装置。
  5. 前記センサが前記第1の部材に設けた前記凹部内に実装され、前記第1のワイヤ配線の通過領域において、前記第1の部材の前記凹部を囲む周壁部の角部を窪ませたことを特徴とする、請求項に記載の半導体装置。
  6. 前記回路素子が前記第2の部材に設けた前記凹部内に実装され、前記第2のワイヤ配線の通過領域において、前記第2の部材の前記凹部を囲む周壁部の角部を窪ませたことを特徴とする、請求項に記載の半導体装置。
  7. 前記第1の部材がパッケージのカバーで、前記第2の部材がパッケージの基板であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
  8. 前記第1の部材がパッケージの基板で、前記第2の部材がパッケージのカバーであることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
  9. 前記カバー及び前記基板が、それぞれ前記凹部を有していることを特徴とする、請求項7又は8に記載の半導体装置。
  10. 前記カバーが前記凹部を有し、前記基板が平板状に形成されていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の半導体装置。
  11. 前記第1の部材は、銅貼り積層板、ガラスエポキシ、セラミック、プラスチック、金属、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つの材料又はこれらの複合材料によって形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
  12. 前記第2の部材は、銅貼り積層板、ガラスエポキシ、セラミック、プラスチック、金属、カーボンナノチューブのうちの少なくとも1つの材料又はこれらの複合材料によって形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
  13. 前記第1の部材及び前記第2の部材は、外部の電磁ノイズを遮断するための電磁シールド機能を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
  14. 請求項1の半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用いたマイクロフォンであって、
    前記第1の部材に音響孔が開口され、前記マイクチップが前記音響孔を覆うようにして前記第1の部材に実装されていることを特徴とするマイクロフォン。
  15. 請求項1の半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用いたマイクロフォンであって、
    前記マイクチップと重なり合わないようにして前記第1の部材に音響孔が開口されていることを特徴とするマイクロフォン。
  16. 請求項1の半導体装置において前記センサとしてマイクチップを用いたマイクロフォンであって、
    前記回路素子と重なり合わないようにして前記第2の部材に音響孔が開口されていることを特徴とするマイクロフォン。
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