JPH0745642A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に応力を感知するセンサ素子を半導体
用接着剤にて固定した場合、温度変化に伴う基板側から
の応力とワイヤボンディング時のボンディング不良を同
時に解決する。 【構成】 基板2上に応力を感知するセンサ素子1が固
定される半導体装置において、可とう性樹脂からなるベ
−ス接着剤3と、このベ−ス接着剤3に樹脂からなる樹
脂ビ−ズ4を配合してなる半導体用接着剤を用いた半導
体装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、応力を感知するセンサ
素子の固定に半導体用接着剤を用いた半導体装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の装置として、特開昭60
−154403号公報があり、IC、LSIペレットや
電子部品等を絶縁基板や電極に接着剤を用いて接着して
いる。この接着剤としては、ベ−ス接着剤とこれに配合
されるビ−ズとが用いられており、ビ−ズには、シリカ
粉末及び/又はガラスが採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電子部品等とは別に、応力を感知するセンサ素子を備え
る半導体装置に上記ビ−ズが配合される半導体用接着剤
を用いたところ、出力電圧変動(特性変動)が大きく発
生してしまうという問題が生じた。これについて、種々
検討した結果、半導体製造工程上の温度変化により、基
板側からの応力がシリカ粉末及び/又はガラスによって
センサ素子に大きく作用したためであることが見い出さ
れた。
【0004】そこで、応力を感知するセンサ素子を備え
る半導体装置に上記ビ−ズが配合されない接着剤を用い
て検討したところ、出力電圧変動(特性変動)の抑制は
可能であったが、その反面、ワイヤボンディング時のボ
ンディングツ−ルからの超音波振動の伝達が不十分とな
りワイヤボンディング不良が発生した。従って、基板側
からの応力とワイヤボンディング時のボンディング不良
の両方を、同時に解決する必要がある。
【0005】また、基板とセンサ素子との間の応力を緩
和するため、基板とセンサ素子との間にシリコン製或い
はモリブデン製等の台座を挿入する方法を実施したとこ
ろ、出力電圧変動(特性変動)の抑制は十分可能であ
り、かつ、ワイヤボンディング性も良好であった。しか
し、この方法では、応力緩和とワイヤボンディング不良
の低減が可能となったものの、新たに台座を追加するこ
とで昨今の市場のニ−ズにあった小型化が非常に困難に
なり、半導体製造工程においても大幅なコストアップと
なるという欠点があった。
【0006】従って、本発明は、台座を用いることな
く、応力を感知するセンサ素子の出力電圧変動(特性変
動)を小さくし、かつワイヤボンディング不良を防止す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明においては、基板上に応力を感知するセンサ
素子を固定した半導体装置において、可とう性樹脂から
なるベース接着剤と、該ベ−ス接着剤に樹脂からなる樹
脂ビ−ズを配合してなる半導体用接着剤を用いて前記セ
ンサ素子を基板上に固定したことを特徴としている。
【0008】
【作用】本発明によれば、半導体用接着剤として、ベー
ス接着剤に可とう性樹脂を用いており、これに配合する
ビ−ズに樹脂を用いている。従って、基板側からの応力
が半導体用接着剤によって緩和されるため、センサ素子
への応力が緩和できる。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の使用状態を示した実施例で
ある。センサ素子1は、圧力を感知して出力する加速度
センサの一構成要素であって、このセンサ素子1からの
出力信号に基づき図示しない電気回路にて加速度検出が
なされる。
【0010】ベース接着剤3と、樹脂ビーズ4を配合し
てなる半導体用接着剤により、応力を感知するセンサ素
子1はアルミナ基板若しくはリードフレーム(以下、基
板という)2にダイボンディングされる。次に、ダイボ
ンディングされたセンサ素子1にボンディングパッド6
を介してボンディングワイヤ5は、超音波ボンディング
法等により固定される。また、応力8は半導体素子1と
樹脂ビ−ズ4との接点7において上下方向に作用する。
【0011】図2は、ビ−ズ弾性率の異なるアルミナ、
ガラス、ポリジビニルベンゼンをそれぞれ弾性率1MP
aのベ−ス接着剤3に同量配合した際の、センサ素子1
へ作用する応力の関係を示す。図2よりビ−ズ弾性率に
比例してセンサ素子1へ作用する応力は大きくなること
が確認される。この様な弾性率の異なる各ビ−ズを弾性
率1MPaのベ−ス接着剤3に同量配合した際の、温度
変化に伴う出力電圧変動(以下、特性変動という)、即
ち、特性変動の温度依存性を図3に示す。図3は、ベ−
ス接着剤3に配合するビ−ズにアルミナ、ガラス、ポリ
ジビニルベンゼンのいずれを使用した場合においても、
特性変動が温度変化に伴ってほぼ直線的に変化すること
を示している。
【0012】図2及び図3より明らかな様に、ビ−ズ弾
性率が大きい程、換言すれば、センサ素子1への応力が
大きい程、温度変化に応じて特性変動も大きくなること
が確認される。これは、温度変化に伴って基板2側から
の応力がセンサ素子1へ伝わるために発生する。即ち、
基板2とセンサ素子1との間でビ−ズが支柱のような格
好となって存在する。これに温度変化が伴うと、基板2
側からの応力は、十分に伸縮するベ−ス接着剤3によっ
て緩和される反面、ビ−ズによっては緩和され難いもの
があり、センサ素子1との接点7において上下方向の応
力8に変換される。そして、応力8によりセンサ素子1
が(弓なりに)撓むためにセンサ素子1の特性変動が発
生するのである。ここで、従来技術のような硬質のシリ
カ粉末やガラスをビ−ズに採用すると、応力8は図2に
示したようにより大きくなり、よって図3に示したよう
なより大きな特性変動が発生し半導体装置としての信頼
性が低下することとなる。
【0013】これらの結果をもとに技術的試行を繰り返
した結果、温度変化に伴う基板若しくはリ−ドフレ−ム
2側からの応力を緩和し特性変動を抑えるためには、ベ
−ス接着剤3に配合される樹脂ビ−ズ4の材質は、硬質
フェノ−ル樹脂、硬質エポキシ樹脂等がよく、弾性率は
20GPa以下が適合であると言える。特に、微小な応
力を感知するセンサ素子1においては、弾性率が10G
Pa以下の樹脂ビーズ4を使用することが望ましい。こ
れには、ビニル樹脂、シリコ−ン樹脂、ウレタン樹脂、
アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、可と
う性エポキシ樹脂等、およびこれらの樹脂のうち少なく
とも1つからなるものが使用可能である。
【0014】また、ベース接着剤3の材質は、特に弾性
率が500MPa以下であることが望ましく例えば、シ
リコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポイミド樹脂、可とう性エポキシ樹脂等、およ
びこれらの可とう性樹脂のうち少なくとも1つからなる
ものが使用可能である。図4は、樹脂ビ−ズ4の粒径に
対するワイヤボンディング性を確認した結果であり、○
印はワイヤボンディング性が良好であることを表し、×
印はワイヤボンディング性が不良(ワイヤ付かず)を表
している。粒径が5μm未満の樹脂ビ−ズ4を使用する
とワイヤボンディング性が極めて悪く、その殆どがワイ
ヤが付かない不良となった。
【0015】また、その他技術的試行を繰り返した結
果、粒径が70μmを超えるとセンサ素子1の引張り接
着強度が大きくばらつき、さらに100μmを超えると
引張り接着強度は著しく低下した。従って、ベ−ス接着
剤3に配合される樹脂ビーズ4の最適粒径はセンサ素子
1の大きさや形状によって変動するが、ワイヤボンディ
ング不良が発生しない5μm以上を必須条件として、5
〜100μmがよく、望ましくは20〜70μmが好適
である。
【0016】以上の結果を加味し、従来例との比較にお
いて試行したテスト結果を下記の表1に示す。なお、ベ
−ス接着剤にシリコ−ン樹脂を、配合ビ−ズに低アルカ
リガラスを用いた場合を比較例として表1に示した。
【0017】
【表1】
【0018】表1から明らかな様に、ベ−ス接着剤3に
配合するビ−ズは、従来使用の84GPaもの弾性率を
有する低アルカリガラスではなく4〜6GPaの弾性率
を有するポリジビニルベンゼン樹脂またはシリコーン樹
脂であれば、センサ素子1の特性変動が小さくなること
が確認できる。なお、ベ−ス接着剤3には10GPaの
弾性率を有する硬質エポキシ樹脂ではなく、1×10-3
GPaの弾性率を有するシリコ−ン樹脂や可とう性エポ
キシ樹脂を用いることが有効である。
【0019】次に、樹脂ビ−ズ4の配合量は次の条件に
て決定する。1個当たりの接着層中に最少3個の樹脂ビ
ーズ4が均一に配置されていれば、理論上、接着膜厚が
均一に確保できるため、この最少3個に相当する樹脂ビ
−ズ4の配合量を下限として設定できる。一方、体積含
有率が70%を超えると配合する樹脂ビーズ量に対して
ベ−ス接着剤3が不足し、センサ素子1の引張り接着強
度が低下する。さらに、配合する樹脂ビーズ転写個数が
大きくばらつくため、樹脂ビーズ4の配合量の上限につ
いては体積含有率70%以下が適合である。
【0020】好ましくは、樹脂ビ−ズ転写個数のばらつ
きが抑えられ十分に工程能力が確保できる範囲を得るた
めに、体積含有率を50%以下とすることが望ましい。
実際に本実施例の接着剤を製造するにあたっては、下記
の条件に従えばよい。即ち、ベ−ス接着剤3に配合する
樹脂ビ−ズ4の体積含有率、及び樹脂ビ−ズ個数は数式
1で与えられ、これにより、樹脂ビーズ配合量は数式2
の範囲に限定され、好ましくは数式3の範囲に限定する
ことが望ましい。
【0021】
【数1】
【0022】
【数2】
【0023】
【数3】
【0024】 XV :樹脂ビーズの体積含有率(vol%) XW :樹脂ビーズの重量含有率(wt%) n:センサ素子下の接着層中に配合する樹脂ビーズ個数 r:樹脂ビーズの平均粒径(μm) rmax :樹脂ビーズの最大粒径(μm) ρr :ベース接着剤の比重 ρb :樹脂ビーズの比重 S:センサ素子の接着面積(mm2 ) 上記のような弾性率を有するベ−ス接着剤3と、上記の
ような弾性率、粒径、を有する樹脂ビ−ズ4を、上記の
ような配合状態で作成した半導体用接着剤を用いて、図
1の如く基板2上に応力を感知するセンサ素子1を直接
ダイボンディングすることは、構造が簡単であるため小
型化が可能となり、かつ、十分に応力が緩和されてセン
サ素子1の出力特性変動が小さくできると同時に、ワイ
ヤボンディング不良が防止可能となる。
【0025】なお、接着層膜厚のばらつきを小さくする
目的で、樹脂ビ−ズ4の形状は、球形率80%以上の球
状であることが望ましい。ここで言う球形率とは樹脂ビ
−ズ4の形状が完全球体でない場合、直径は1数値に限
定されず、最大径と最小径が1個の球体中に存在し、下
記の数式4で表される。
【0026】
【数4】
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
板上に応力を感知するセンサ素子を固定する際に使用す
る半導体用接着剤において、ベース接着剤に可とう性樹
脂を用い、これに配合する樹脂ビ−ズに樹脂を用いてい
るから、基板側からの応力緩和がより効果的に行われ、
応力を感知するセンサ素子の特性変動を小さくすること
が可能となると共に、ワイヤボンディング時に良好なワ
イヤボンディングが実現されるという優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の使用状態図である。
【図2】本発明のビーズ弾性率に対する応力を示した説
明図である。
【図3】本発明の特性変動の温度依存性を示した説明図
である。
【図4】本発明の樹脂ビーズ粒径に対するワイヤボンデ
ィング性を示した説明図である。
【符号の説明】
1 半導体素子 2 アルミナ基板またはリードフレーム 3 ベース接着剤 4 樹脂ビーズ 5 ボンディングワイヤ 6 ボンディングパッド 7 接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 利貴 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 北野 雅彦 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に応力を感知するセンサ素子を固
    定した半導体装置において、 可とう性樹脂からなるベース接着剤と、該ベ−ス接着剤
    に樹脂からなる樹脂ビ−ズを配合してなる半導体用接着
    剤を用いて前記センサ素子を基板上に固定したことを特
    徴とする半導体装置。
JP18971193A 1993-07-30 1993-07-30 半導体装置 Expired - Lifetime JP3445641B2 (ja)

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