JPH0613426A - センサ部を有するハイブリッド半導体装置の組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサを半導体チップ上に直接取付けること
によって機械的手段による工程を省き、組み立てコスト
の削減および信頼性の向上を達成する。 【構成】 センサダイ１１と集積回路ダイ１０とはそれ
ぞれ別々に製造され、そののちセンサ１１は半導体チッ
プ１０上にハンダ突起１２を用いて取付けられる。絶縁
物シール材料（２１）はセンサ１１の周囲端部をシール
してパッケージの封止材料などのセンサ内部への侵入を
防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置の組立
てに関し、さらに詳細にはハンダ突起を用いた少なくと
も１つのセンサダイの集積回路への取付けに関する。

【０００２】

【従来の技術】センサを製造する方法として今日もっと
もよく使われるのはバルクマイクロマシニング（Bulk M
icro-machining)法である。このバルクマイクロマシニ
ング工程は非常にコストがかかり、さらにこれによって
製造されたセンサを他の電子部品に組み込む際にも余分
なコストが発生する。バルクマイクロマシンニングされ
たセンサは通常、高価なセラミックパッケージ内に封
入、密閉される。センサの製造に表面マイクロマシンニ
ングを用いるのはコストの面からはかなり有効な方法で
ある。

【０００３】

【解決すべき課題】一般的にこれらマイクロマシンニン
グによって製造された固体素子センサとそれに関連する
半導体素子は２つの分離した部品として製造され、その
後回路基盤、ワイヤ等を介して接続される。この方法は
多くの配置スペースを必要とし、さらに組立てには比較
的高いコストがかかる。したがって、配置スペースを削
減し、組立工程における欠陥を減らすことで信頼性を向
上させ結果コストを低減することのできる、センサと集
積回路との直接接合を実現する方法は非常に望ましいも
のとなっている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的および特徴
は、少なくとも１つのハンダ突起によって結合されるセ
ンサと集積回路とからなるハイブリッド回路組立体の形
成によって実現される。集積回路に取付けられるセンサ
はセンサの周辺端部を覆う絶縁材料によって封止され
る。この絶縁材料は周囲の様々な環境からセンサを保護
する。その後ハイブリッド回路組立体は封止材料によっ
て封止される。

【０００５】本明細書における好適実施例ではセンサは
少なくとも１つの可動部分を有する加速度計である。

【０００６】

【実施例】図１にハイブリッド回路組立体の断面図が図
示されている。ハイブリッド回路組立体は図示のために
非常に簡略化された集積回路基盤１０を含んでいる。こ
こで集積回路基盤１０は能動デバイスまたは受動デバイ
ス、およびそれらの組み合わせであってよいし、これら
のデバイスは単独で動作するものであっても、センサデ
バイスまたはセンサダイと協力して動作するものであっ
てもよいことは理解されるだろう。センサダイ１１は本
発明の図案化をやりやすくするために集積回路１０の上
方に持ち上げられた位置に図示されている。この図にお
いて、集積回路１０上にハンダ突起１２によってセンサ
ダイ１１と結合する複数のボンディングサイトまたは接
点パッド１６が図示されている。ここで持ち上げられた
センサダイ１１は１組の点線１３を用いて図示されてい
るが、これはセンサダイ１１、ハンダ突起１２および集
積回路１０の相互の整合関係を示している。センサダイ
１１を集積回路１０に対して位置合わせすることが重要
な工程であることは明らかだろう。もしこの工程が正確
に行なわれないと、センサ１１と集積回路１０との間の
信号伝達はうまく行なわれなくなる。

【０００７】ハイブリッド回路組立体はプラスティック
材料１４によって封止される。プラスティック材料１４
の一部が集積回路１０とセンサ１１との相互接続をわか
りやすく図示するために切り欠かれている。集積回路１
０を封止するのに用いられるプラスティック材料は熱硬
化性液体ポリエステル等に代表される多くの材料のなか
から選択されたものでよい。単純化のために集積回路１
０から他の回路への接続は図示されていないが、本発明
の理解のためにはそれらは必要でないことは理解される
だろう。また当該技術分野に通じたものであれば、集積
回路基盤１０およびセンサ１１はどんな種類の回路およ
びセンサであってもよい、ことはよく理解されるだろ
う。例えばセンサ１１は加速度計でもよいし、圧力計、
流量計などでもよい。

【０００８】図２は集積回路１０およびセンサ１１を拡
大断面図で示したものである。図示のためにセンサ１１
は加速度計として図示されている。当該技術分野に通じ
たものであれば異なったタイプの加速度計が使用可能で
あるだけでなく、異なったタイプのセンサも同様に使用
可能であることは理解しうるだろう。参考のために、カ
ンチレバーを有する加速度計１１が米国特許４，７３
６，６２９としてＪｏｈｎ Ｃｏｌｅに対し１９８８年
４月１２日に特許されている。ここではこの加速度計を
参照のために組み込んだ。

【０００９】加速度計１１は天地逆さまにされ、センサ
１１上のハンダ突起１２が集積回路１０の基板上の接点
パッド１６と電気的に接続するように位置合わせされ
る。ここでハンダ突起１２はセンサ１１上にあっても、
集積回路１０上にあってもどちらでもよい。また接点１
６および接点１８、またはそれらのうちのどちらか、の
金属部を厚くしてハンダ突起１２を置き換えることが可
能であり、これによって金属部１６と１８とに直接的な
冶金による接合をもたらすことになる。センサダイ１１
の端部は凹部１５の周囲長さを決定し、一方凹部１５の
高さはハンダ突起１２、集積回路１０上の接点パッド１
６およびセンサダイ１１上の接点パッド１８によって決
定される。ここでキャパシタプレート２０は接点パッド
１８と電気的に連続であるということがわかるだろう。
それによって接点パッド１８はこのように設置されるこ
とが可能となる、という設計上の特長が理解されるだろ
う。前記凹部１５はセンサ用キャパシタおよびカンチレ
バービーム１７等を内蔵している。凹部１５がもたらす
空間は図示された加速度計にとっては重要なものであ
る。これによってカンチレバービーム１７が加速に反応
して自由に動くことができる。カンチレバー１７の加速
に反応しての動きを補助するためにおもり１９を使用す
ることは従来技術としてよく知られている。さらにおも
り１９が多くの異なった物質から形成可能なことは理解
されるだろう。その実施例が米国特許４，７３６，６２
９にさらに詳しく説明されているが、好適実施例におい
てはポリシリコンをおもり１９として使用する。センサ
の基板または加速度計１１は集積回路１０の基板と同様
に、カンチレバービーム１７の機械的ストッパとして働
く。この機能によって痛烈な加速に反応してカンチレバ
ービーム１７が過度に動き、結果としてカンチレバービ
ーム１７に損傷を与えるのを防いでいる。したがってこ
の機能により、たとえセンサデバイス１１がその設計上
の限界を越える加速にさらされたあとでもセンサデバイ
ス１１を繰り返し使用することを可能にしている。

【００１０】絶縁物のシール材２１は加速度計等の精密
な部品を外界から保護するために用いられる。ここでは
異物が内部に侵入してカンチレバービーム１７の自由な
動きを妨げることを防いでいる。シール材２１は凹部１
５内の精密な部品を環境中の汚染物質から効果的に分離
するとともに、さらに重要にはパッケージの封止材料が
凹部１５内に侵入することを防ぐ。シール材２１は多く
の異なった絶縁物質、例えば半溶けガラス、エポキシ等
から用いることが可能である。半溶けガラスはペースト
状で加えられたあと、熱によって融熔されシールを形成
する。

【００１１】ここで半導体回路とセンサデバイスとを接
合させる改良手段が提供されたことは明らかであろう。
ハイブリッド回路組立てによって、センサと集積回路と
を直接接合させて低コストのプラスティックパッケージ
に封止することができる。これによって従来必要だった
多くの工程を省き、結果として信頼性の向上および組立
工程の低コスト化へとつながる。本発明を使用した場合
のさらに他の特長は多くの異なったタイプのセンサに対
して一般的な電気的手段による工程を用いる可能性を与
えることである。一般的な電気的手段による工程の使用
はまたコストの削減へとつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の１実施例を一部を切り欠いた簡
略分解図で示したものである。

【図２】図２は図１の実施例の一部を拡大断面図で示し
たものである。

【符号の説明】

１０ 半導体装置 １１ センサ（センサダイ） １２ ハンダ突起 １５ 凹部（作動空間） １６ 接点突起 ２１ 封止材料

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハイブリッド回路組立体であって：セン
   サ（１１）；および半導体集積回路（１０）；とを含
   み、前記センサ（１１）と前記半導体集積回路（１０）
   とはハンダ突起（１２）によって互いに電気的に結合さ
   れている、ことを特徴とするハイブリッド回路組立体。
2. 【請求項２】 センサダイ（１１）を集積回路装置（１
   ０）に結合させる方法であって：前記センサダイ（１
   １）を用意する段階；前記センサダイ（１１）を前記集
   積回路装置（１０）に位置合わせして、前記センサダイ
   （１１）と前記集積回路装置（１０）との間にハンダ突
   起（１２）によって接点をもたらす段階；および前記セ
   ンサダイ（１１）の周辺端部を封止して前記センサダイ
   （１１）の作動空間（１５）を周囲の環境から保護する
   段階；を含むことを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の方法であって、前記セン
   サダイ（１１）の周辺端部を封止する段階は、前記セン
   サダイ（１１）の周辺端部に半溶けガラスを加えたのち
   これを加熱することによって行なわれる、ことを特徴と
   する方法。