JP6020100B2 - 物理量センサ - Google Patents

Description

本発明は、センサ信号を出力するセンシング部と電気的に接続されるパッドにワイヤが接続され、パッドとワイヤとの接続部分が封止部材に封止されてなる物理量センサに関するものである。

従来より、センサ信号を出力するセンシング部と、このセンシング部と電気的に接続されるパッドとが形成されたセンサチップのパッドにワイヤが接続され、パッドとワイヤとの接続部分が封止部材にて封止されてなる物理量センサが提案されている。なお、封止部材は、エポキシ樹脂等の液状樹脂が塗布された後に硬化されることで構成される。

このような物理量センサでは、例えば、センサチップとして、センシング部およびパッドが形成された半導体基板の表面に保護膜が配置され、この保護膜にセンシング部およびパッドを露出させる開口部が形成されたものが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５０７８７号公報

しかしながら、上記センサチップを用いた物理量センサでは、パッドとワイヤとの接続部分に封止部材（液状樹脂）を塗布すると、封止部材が保護膜上を広がってセンシング部を露出させる開口部に入り込んでしまうことがある。このため、センシング部に封止部材が付着し、センシング部の特性変動が発生するという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、センシング部に封止部材が付着することを抑制できる物理量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１および２に記載の発明では、一面側に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（３２）が形成されていると共に、センシング部と電気的に接続されてセンサ信号を出力するパッド（３３）が形成された半導体基板（３１）と、半導体基板の一面に配置され、センシング部およびパッドを露出させる開口部（３５、３６）が形成された保護膜（３４）と、を有するセンサチップ（３０）と、パッドと電気的に接続されるワイヤ（４０）と、パッドとワイヤとの接続部分を封止する封止部材（５０）とを備え、以下の点を特徴としている。

すなわち、保護膜は、センシング部とパッドとの間に位置する部分に段差を構成する堰止手段（３７ａ、３７ｂ）が形成され、センシング部側に位置する第１領域（３４ａ）の表面と、パッド側に位置する第２領域（３４ｂ）の表面とが堰止手段によって分離されていることを特徴としている。また、請求項１に記載の発明では、堰止手段は、溝部であり、保護膜の表面と溝部の側面との成す角度（θ１）は、９０°未満とされていることを特徴としている。請求項２に記載の発明では、堰止手段は、凸部であり、凸部の先端面と凸部の側面との成す角度（θ２）は、９０°未満とされていることを特徴としている。

これによれば、パッドとワイヤとの接続部分に封止部材が配置されたとき、封止部材がパッド側に位置する第２領域の表面上を広がっても封止部材は堰止手段によって堰き止められる。したがって、第１領域の表面に封止部材が広がることを抑制でき、センシング部に封止部材が付着することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における物理量センサの断面図である。 図１に示す物理量センサの平面図である。 図１に示すセンサチップおよびセンサチップ近傍に配置された封止部材の斜視図である。 封止部材を塗布したときの状態を示す平面図である。 本発明の第２実施形態における物理量センサの断面図である。 本発明の第３実施形態における物理量センサの断面図である。 本発明の第４実施形態における物理量センサの断面図である。 図７に示す物理量センサの平面図である。 本発明の第５実施形態における物理量センサの断面図である。 図９に示す物理量センサの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１および図２に示されるように、物理量センサは、リードフレーム１０と、リードフレーム１０を封止して保持するモールド樹脂２０と、モールド樹脂２０上に搭載されたセンサチップ３０と、センサチップ３０とリードフレーム１０のリード１１とを接続するボンディングワイヤ４０と、主にボンディングワイヤ４０の接続部分を封止する封止部材５０と、を備えている。

なお、図１は図２中のI−I線に相当する断面図である。また、図２では、封止部材５０を省略して示してある。

リードフレーム１０は、一方の板面である一面１０ａと他方の板面である他面１０ｂとが表裏の関係にある板状のものであり、板材をパターニングすることで複数本のリード１１およびアイランド１２を形成するものである。すなわち、リードフレーム１０の一面１０ａ、他面１０ｂは、そのままリード１１、アイランド１２の一面１０ａ、他面１０ｂに相当する。

このようなリードフレーム１０は、Ｃｕや４２アロイ等の金属製の板材より構成され、当該板材をプレスやエッチングでパターニングすることで、図示しない外枠およびタイバーによってリード１１、アイランド１２が一体に連結された状態で形成される。

そして、リードフレーム１０は、モールド樹脂２０で封止された後、上記外枠、タイバーがカットされることにより、リード１１、アイランド１２が互いに分離したものとされる。つまり、図１に示される物理量センサにおいては、リード１１とアイランド１２とは、モールド樹脂２０で支持されつつ互いに分離した状態とされている。

なお、各リード１１は、それぞれ電気的に分離されているが、モールド樹脂２０内にて図示しないポリイミド等の電気絶縁性のテープ等により一体に連結されている。例えば、テープは、複数本のリード１１の配列方向に沿って全リードを横断するように、各リード１１の他面１０ｂに貼り付けられている。そして、このようなテープは、リード１１と共にモールド樹脂２０にて封止されている。

各リード１１は、細長板状とされており、一面１０ａが同一平面に位置するように、長手方向を揃えた状態で互いに等間隔の隙間を設けて配置されている。そして、各リード１１の一面１０ａにバンプ６０が配置されている。このバンプ６０は、金や銀等よりなる導電性のものであって、ボールボンディング法やメッキ、あるいはスパッタや蒸着等の典型的手法により形成される。

そして、図１に示されるように、各リード１１、隣り合うリード１１間の隙間、および、バンプ６０の周りがモールド樹脂２０で埋められている。これにより、複数本のリード１１およびバンプ６０は、モールド樹脂２０に保持されている。

なお、モールド樹脂２０は、例えば、エポキシ樹脂等がトランスファーモールド法によって成形されることで構成されている。そして、モールド樹脂２０には凹部２１が形成されており、バンプ６０の先端面は凹部２１の底面から露出している。特に限定されるものではないが、本実施形態では、バンプ６０は円柱状とされている。

また、リード１１における長手方向の一端の外側にはセンサチップ３０が配置され、他端の外側にはモールド部品７０が配置されている。センサチップ３０は、凹部２１の底面に、エポキシ樹脂等よりなる接着剤８０を介して搭載されている。つまり、センサチップ３０は、モールド樹脂２０より露出した状態でモールド樹脂２０に固定されている。

センサチップ３０は、矩形板状の半導体基板３１等を用いて構成され、表面側に物理量に応じてセンサ信号を出力するセンシング部３２が形成されると共に、このセンシング部３２と図示しない配線を介して電気的に接続されるパッド３３が形成されたものである。センシング部３２は、特に限定されるものではないが、例えば、流量、加速度、角速度等に応じたセンサ信号を出力するものであり、半導体基板３１の裏面に凹部が形成されることで構成されるダイヤフラムを有するものであってもよい。

なお、特に図示しないが、本実施形態では、センシング部３２とパッド３３とは、センシング部３２とパッド３３との最短距離を結ぶＡｌ配線等の配線部によって電気的に接続されている。また、パッド３３は、Ｃｕ等がパターニングされて構成されている。

半導体基板３１には、表面にレジスト等からなる保護膜３４が半導体基板３１の端部と一致するように形成されている。そして、この保護膜３４には、センシング部３２を露出させる開口部３５が形成されていると共に、パッド３３を露出させる開口部３６が形成されている。

また、保護膜３４には、センシング部３２とパッド３３との間の部分に段差を構成する溝部３７ａが形成されており、センシング部３２側の第１領域３４ａの表面と、パッド３３側の第２領域３４ｂの表面とが溝部３７ａによって分離されている。言い換えると、第１領域３４ａの表面と第２領域３４ｂの表面とは繋がっていない。本実施形態の溝部３７ａは後述するようにウェットエッチングによって形成されており、保護膜３４の表面と溝部３７ａの側面との成す角度θ１が９０°以下とされている。

なお、保護膜３４（第１、第２領域３４ａ、３４ｂ）の表面とは、保護膜３４のうち半導体基板３１側と反対側の一面のことである。また、本実施形態では、半導体基板３１の表面が本発明の半導体基板３１の一面に相当し、溝部３７ａが本発明の堰止手段に相当している。

そして、開口部３６から露出しているパッド３３がバンプ６０とボンディングワイヤ４０を介して電気的に接続されている。

また、図１および図３に示されるように、パッド３３およびバンプ６０と、ボンディングワイヤ４０との接続部分は、封止部材５０によって封止されて保護されている。この封止部材５０は、パッド３３とボンディングワイヤ４０との接続部分を覆うように凹部２１および第２領域３４ｂの表面上に配置され、溝部３７ａによって堰き止められている。つまり、封止部材５０は、第１領域３４ａ上には配置されていない。なお、封止部材５０は、例えば、シリカよりなるフィラーを含有するエポキシ樹脂等の液状樹脂が塗布された後に硬化されることで構成される。

モールド部品７０は、図１および図２に示されるように、モールド樹脂２０に封止されており、モールド樹脂２０内にてアイランド１２の一面１０ａ上に搭載されている。このようなモールド部品７０としては、例えば、回路チップ等の表面実装部品や回路基板等が挙げられる。

そして、モールド樹脂２０内にて、モールド部品７０とリード１１の一面１０ａの他端側とが、ボンディングワイヤ４１を介して電気的に接続されている。つまり、リード１１およびモールド部品７０とボンディングワイヤ４１との接続部分は、モールド樹脂２０によって封止されている。

また、アイランド１２の一部である外部接続端子１３は、モールド樹脂２０より露出している。この外部接続端子１３には、図示しない外部の配線部材等が接続されるようになっており、この外部接続端子１３によって物理量センサと外部との電気的接続が行われるようになっている。

以上が本実施形態における物理量センサの構成である。このような物理量センサでは、センサチップ３０からの信号がボンディングワイヤ４０、リード１１を介して、アイランド１２上のモールド部品７０に伝わり、さらに、外部接続端子１３から外部に出力されるようになっている。次に、上記物理量センサの製造方法について説明する。

まず、センシング部３２やパッド３３が形成された半導体基板３１の表面全面に保護膜３４を形成し、センシング部３２やパッド３３を露出させる開口部３５、３６および溝部３７ａをエッチングにより形成してセンサチップ３０を用意する。

なお、本実施形態では、少なくとも溝部３７ａは、ウェットエッチングによって形成され、保護膜３４の表面と溝部３７ａの側面との成す角度θ１が９０°以下とされている。

また、外枠およびタイバーによって、複数本のリード１１とアイランド１２とが一体に連結された状態のリードフレーム１０を用意する。なお、このリードフレーム１０は、外枠およびタイバー以外にも上記電気絶縁性のテープにより一体に連結されている。

そして、各リード１１の一面１０ａのうち所定領域にバンプ６０を形成する。バンプ６０は、例えば、上記のようにボールボンディングやメッキ等によって形成される。

次に、アイランド１２の一面１０ａ上にモールド部品７０を搭載し、ワイヤボンディングを行ってモールド部品７０とリード１１とをボンディングワイヤ４１で電気的に接続する。

なお、ボンディングワイヤ４１の形成は、金やアルミニウム等のワイヤを用いたボールボンディング、ウェッジボンディング等のワイヤボンディングにより行われる。また、この工程は、バンプ６０を形成する前に行ってもよいし、バンプ６０を形成した後に行ってもよい。

次に、樹脂成型用の金型を用い、バンプ６０の先端面およびアイランド１２の外部接続端子１３が露出するように、複数本のリード１１、アイランド１２、バンプ６０、モールド部品７０を覆うモールド樹脂２０を成形する。

その後、モールド樹脂２０より露出するリードフレーム１０のタイバーおよび外枠をカットすることにより、リード１１とアイランド１２とをモールド樹脂２０で支持されつつ互いに分離した状態とする。

続いて、モールド樹脂２０の表面上に接着剤８０を配置し、接着剤８０を介してセンサチップ３０をモールド樹脂２０に搭載する。

そして、センサチップ３０に形成された各パッド３３と各バンプ６０とをボンディングワイヤ４０を介して電気的に接続する。ボンディングワイヤ４０の形成は、上記ボンディングワイヤ４１と同様に、金やアルミニウム等のワイヤを用いたボールボンディング、ウェッジボンディング等のワイヤボンディングにより行われる。

次に、パッド３３およびバンプ６０とボンディングワイヤ４０との接続部分に封止部材（液状樹脂）５０を塗布して硬化することにより、上記物理量センサが製造される。

具体的には、図４（ａ）に示されるように、パッド３３およびバンプ６０とボンディングワイヤ４０との接続部分を覆うように、凹部２１の底面および第２領域３４ｂ上に封止部材５０を塗布する。このとき、封止部材５０は第２領域３４ｂの表面を広がるが、図４（ｂ）に示されるように、封止部材５０は、溝部３７ａに流れ込んで滞留するか、または、溝部３７ａに流れ込んだ後は溝部３７ａに沿って半導体基板３１の側面に流れる。つまり、封止部材５０は、溝部３７ａによって堰き止められる。このため、封止部材５０が第１領域３４ａの表面上に広がることが抑制される。

以上説明したように、本実施形態では、保護膜３４には段差を構成する溝部３７ａが形成されており、センシング部３２側の第１領域３４ａの表面とパッド３３側の第２領域３４ｂの表面とが分離されている。このため、第２領域３４ｂの表面上を封止部材５０が広がってもこの封止部材５０は溝部３７ａによって堰き止められる。したがって、第１領域３４ａの表面に封止部材５０が広がることを抑制でき、センシング部３２に封止部材５０が付着することを抑制できる。

また、溝部３７ａはウェットエッチングで形成されており、保護膜３４の表面と溝部３７ａの側面との成す角度θ１が９０°以下とされている。つまり、第１領域３４ａの表面と溝部３７ａの側面との成す角度θ１が９０°以下とされている。このため、第１領域３４ａの表面と溝部３７ａの側面との成す角度θ１が９０°より大きくされている場合と比較して、溝部３７ａに流れ込んだ封止部材５０が第１領域３４ａの表面に這い上がることを抑制し易くなる。

さらに、保護膜３４の端部は半導体基板３１の端部と一致している。つまり、第１領域３４ａの端部が半導体基板３１の端部と一致している。このため、半導体基板３１の表面のうち第１領域３４ａの外側に位置する部分が露出している場合には、溝部３７ａに流れ込んだ封止部材５０が半導体基板３１の表面のうち第１領域３４ａの外側に位置する部分に流れ込んだ後に第１領域３４ａの表面に這い上がる可能性があるが、本実施形態では、溝部３７ａ以外の領域から封止部材５０が第１領域３４ａの表面に這い上がることを抑制できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の物理量センサは、第１実施形態に対して堰止手段を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図５に示されるように、本実施形態では、保護膜３４には、溝部３７ａの代わりに、堰止手段として段差を構成する凸部３７ｂが形成されている。そして、この凸部３７ｂにより、センシング部３２側の第１領域３４ａの表面と、パッド３３側の第２領域３４ｂの表面とが分離されている。

このようなセンサチップ３０を用いた物理量センサとしても、封止部材５０は凸部３７ｂにて第１領域３４ａに広がることが抑制されるため、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、このようなセンサチップ３０は、例えば、半導体基板３１の表面上に保護膜３４を構成するレジスト等を２度形成して２層構造とし、凸部３７ｂを構成するように上層（半導体基板３１と反対側の層）を除去することによって形成される。また、凸部３７ｂの先端面と側面との成す角度θ２は、上記θ１と同様に、９０°以下とされている。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の物理量センサは、第１実施形態に対して第１領域３４ａの厚さを変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図６に示されるように、本実施形態では、保護膜３４は、第１領域３４ａの厚さが第２領域３４ｂの厚さより厚くされている。これによれば、溝部３７ａ内の封止部材５０が第１領域３４ａの表面に這い上がることをさらに抑制できる。

なお、このようなセンサチップ３０は、例えば、半導体基板３１の表面上に保護膜３４を構成するレジスト等を形成した後、第２領域３４ｂが構成される部分のレジストを除去する。その後、再びレジスト等を形成することにより、第１領域３４ａの厚さが第２領域３４ｂの厚さより厚くなる保護膜３４を形成することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して溝部３７ａを複数形成したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図７および図８に示されるように、本実施形態では、保護膜３４には、２つの溝部３７ａが形成されている。これによれば、封止部材５０がパッド３３側の溝部３７ａを這い上がったとしても、封止部材５０はセンシング部３２側の溝部３７ａによって堰き止められる。このため、センシング部３２に封止部材５０が付着することをさらに抑制できる。

なお、本実施形態では、第１領域３４ａがさらに２つの領域に分離されているといえる。また、図７は図８中のVII−VII線に相当する断面図であり、図８では、封止部材５０を省略して示してある。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第４実施形態に対してセンシング部３２側の溝部３７ａの形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図９および図１０に示されるように、本実施形態では、センシング部３２側の溝部３７ａは、センシング部３２を囲むように枠状に形成されている。このようなセンサチップ３０としても、上記第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、このような枠状の溝部３７ａは、例えば、第１領域３４ａの端部と半導体基板３１の端部とが一致しておらず、半導体基板３１の表面のうち第１領域３４ａの外側に位置する部分が露出しているようなセンサチップ３０に形成されると特に好ましい。言い換えると、溝部３７ａ以外の領域から封止部材５０が第１領域３４ａの表面に這い上がる可能性があるセンサチップ３０に形成されると好ましい。

また、図９は図１０中のIX−IX線に相当する断面図であり、図１０では、封止部材５０を省略して示してある。

（他の実施形態）
上記各実施形態を適宜組み合わせた物理量センサとしてもよい。例えば、上記第２実施形態を上記第３〜第５実施形態に組み合わせ、堰止手段を凸部３７ｂとしてもよい。また、上記第３実施形態を上記第４、第５実施形態に組み合わせ、第１領域３４ａを第２領域３４ｂより厚くしてもよい。

さらに、上記第１、第３、第４実施形態を組み合わせ、第１領域３４ａを第２領域３４ｂより厚くしつつ、複数の溝部３７ａを形成してもよい。同様に、上記第２、第３、第４実施形態を組み合わせてもよいし、第１、第２実施形態の一方と、第３、第５実施形態とを組み合わせてもよい。

また、上記第４、第５実施形態において、複数の堰止手段を形成する場合には、溝部３７ａおよび凸部３７ｂをそれぞれ形成してもよい。そして、上記第１、第２実施形態において、上記第５実施形態のように、堰止手段を枠状としてもよい。さらに、上記第５実施形態において、複数の溝部３７ａを全て枠状としてもよい。

さらに、センシング部３２とパッド３３とを繋ぐ配線部を半導体基板３１の略中央部に密集させて形成してもよい。このようなセンサチップ３０では、配線部を覆う第２領域３４ｂの表面に若干の凹凸が形成され、封止部材５０は凹凸が密集している部分を広がり易い。このため、第２領域３４ｂから溝部３７ａに流れ込む封止部材５０の領域を特定し易くなる。したがって、例えば、第３実施形態のように第１領域３４ａを厚くする場合には、第１領域３４ａのうち封止部材５０が流れ込み易い溝部３７ａの近傍領域を特に厚くすることにより、第１領域３４ａに封止部材５０が這い上がることをさらに抑制できる。

また、上記各実施形態において、保護膜３４は半導体基板３１の端部まで形成されていなくてもよい。すなわち、半導体基板３１の端部が露出していてもよい。

そして、上記第１、第３〜第５実施形態において、溝部３７ａをドライエッチングにより形成してもよい。この場合、保護膜３４の表面と溝部３７ａの側面との成す角度θ１は９０°未満となるが、第１領域３４ａと第２領域３４ｂとの間に溝部３７ａによって段差が形成されるため、第１領域３４ａに封止部材５０が這い上がることを抑制できる。同様に、上記第２実施形態において、凸部３７ｂの先端面と側面との成す角度θ２が９０°未満とされていてもよい。

３０ センサチップ
３１ 半導体基板
３２ センシング部
３３ パッド
３４ 保護膜
３４ａ 第１領域
３４ｂ 第２領域
３５、３６ 開口部
３７ａ 溝部
３７ｂ 凸部
４０ ワイヤ
５０ 封止部材

Claims (7)

1. 一面側に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（３２）が形成されていると共に、前記センシング部と電気的に接続されて前記センサ信号を出力するパッド（３３）が形成された半導体基板（３１）と、前記半導体基板の一面に配置され、前記センシング部および前記パッドを露出させる開口部（３５、３６）が形成された保護膜（３４）と、を有するセンサチップ（３０）と、
   前記パッドと電気的に接続されるワイヤ（４０）と、
   前記パッドと前記ワイヤとの接続部分を封止する封止部材（５０）と、を備え、
   前記保護膜は、前記センシング部と前記パッドとの間に位置する部分に段差を構成する堰止手段（３７ａ）が形成され、前記センシング部側に位置する第１領域（３４ａ）の表面と、前記パッド側に位置する第２領域（３４ｂ）の表面とが前記堰止手段によって分離されており、
   前記堰止手段は、溝部であり、
   前記保護膜の表面と前記溝部の側面との成す角度（θ１）は、９０°未満とされていることを特徴とする物理量センサ。
2. 一面側に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部（３２）が形成されていると共に、前記センシング部と電気的に接続されて前記センサ信号を出力するパッド（３３）が形成された半導体基板（３１）と、前記半導体基板の一面に配置され、前記センシング部および前記パッドを露出させる開口部（３５、３６）が形成された保護膜（３４）と、を有するセンサチップ（３０）と、
   前記パッドと電気的に接続されるワイヤ（４０）と、
   前記パッドと前記ワイヤとの接続部分を封止する封止部材（５０）と、を備え、
   前記保護膜は、前記センシング部と前記パッドとの間に位置する部分に段差を構成する堰止手段（３７ｂ）が形成され、前記センシング部側に位置する第１領域（３４ａ）の表面と、前記パッド側に位置する第２領域（３４ｂ）の表面とが前記堰止手段によって分離されており、
   前記堰止手段は、凸部であり、
   前記凸部の先端面と前記凸部の側面との成す角度（θ２）は、９０°未満とされていることを特徴とする物理量センサ。
3. 前記保護膜は、前記第１領域の厚さが前記第２領域の厚さより厚くされていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサ。
4. 前記堰止手段は、前記センシング部と前記パッドとの間に位置する部分に複数形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物理量センサ。
5. 前記堰止手段は、前記センシング部を囲む枠状とされていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量センサ。
6. 前記保護膜の端部は、前記半導体基板の端部と一致していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物理量センサ。
7. 凹部（２１）が形成され、前記凹部に前記センサチップを搭載するモールド樹脂（２０）を有し、
   前記センサチップは、前記一面と反対側の面の全面が前記凹部に接着剤（８０）を介して前記モールド樹脂に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の物理量センサ。

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