ガスセンサ
【構成】
ガスセンサは、半導体チップと、通気性のあるセラミックもしくはガラスのパッケージとから成る。半導体チップは、半導体チップの一面に設けられた絶縁膜と、絶縁膜と半導体チップとを貫通するキャビティと、絶縁膜に設けられた感ガス部と、感ガス部に接続されたパッド、とを備えている。パッケージは、半導体チップのパッドとバンプを介してフリップチップ接続されたパッドと、パッケージのパッドからパッケージの他の面まで引き出された配線、とを備えている。
【効果】 雰囲気は感ガス部側から半導体チップ内を貫通でき、チップをフリップチップ接続するとパッケージに組み付けることができ、パッケージ以外のカバーが不要である。
ガスセンサは、半導体チップと、通気性のあるセラミックもしくはガラスのパッケージとから成る。半導体チップは、半導体チップの一面に設けられた絶縁膜と、絶縁膜と半導体チップとを貫通するキャビティと、絶縁膜に設けられた感ガス部と、感ガス部に接続されたパッド、とを備えている。パッケージは、半導体チップのパッドとバンプを介してフリップチップ接続されたパッドと、パッケージのパッドからパッケージの他の面まで引き出された配線、とを備えている。
【効果】 雰囲気は感ガス部側から半導体チップ内を貫通でき、チップをフリップチップ接続するとパッケージに組み付けることができ、パッケージ以外のカバーが不要である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型のガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
MEMS型のガスセンサとして種々のものが検討されている。しかしMEMS型のガスセンサでは、雰囲気は感ガス部へ半導体チップの一面のみから供給され、チップ内を雰囲気が通過することができない。またチップをパッケージに組み付けるには、例えばチップの底面をダイボンドし、パッドをワイヤボンドする必要があり、さらにチップを覆うようにカバーを取り付ける必要がある。
【0003】
なお特許文献1:JP3585082Bは、Siチップの一面に絶縁膜を設け、絶縁膜の反対側からチップをエッチングしてダイアフラムとし、ダイアフラムに感ガス部を設けたガスセンサに関して、ダイアフラムに貫通孔を設けて、応力を緩和することを提案している。特許文献2:JP2001-337063Aは、MEMS型ではないガスセンサについて、パッケージに固定したリードにガスセンサの電極をフリップチップ接続することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】JP3585082B
【特許文献2】JP2001-337063A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この発明の課題は、ガスセンサの半導体チップ内を雰囲気が通過できるようにすることと、半導体チップのパッケージへの組み付けを容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明は、半導体チップと、通気性のあるセラミックもしくはガラスのパッケージとから成り、
半導体チップは、半導体チップの一面に設けられた絶縁膜と、絶縁膜と半導体チップとを貫通するキャビティと、絶縁膜に設けられた感ガス部と、感ガス部に接続されたパッド、とを備え、
パッケージは、半導体チップのパッドとバンプを介してフリップチップ接続されたパッドと、パッケージのパッドからパッケージの他の面まで引き出された配線、とを備えている。
【0007】
この発明では、キャビティが半導体チップと絶縁膜とを貫通するので、半導体チップ内を雰囲気が容易に移動できる。従って感ガス部を雰囲気に速やかに接触させることができる。
【0008】
好ましくは、パッケージは感ガス部と向き合う凹部を備えている。このようにすると、感ガス部とパッケージとの接触を防止できる。
特に好ましくは、パッケージは凹部からパッケージを貫通する孔を備えている。このようにすると、貫通孔、凹部、感ガス部、キャビティの順に、ガスセンサ内を貫通する流路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施例のガスセンサとプリント基板との断面図
【図2】実施例での半導体チップの平面図
【図3】変形例の半導体チップの断面図
【図4】他の変形例のガスセンサとプリント基板との断面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【0011】
図1〜図4に、実施例と変形例のガスセンサを示す。図1,図2は実施例のガスセンサ2を示し、4はプリント基板である。ガスセンサ2は、シリコン,GaAsなどの半導体チップ6と、パッケージ8とから成り、パッケージ8はセラミックでもガラスでもよい。半導体チップ6には、チップ6を貫通するキャビティ10がエッチングなどで設けられ、その一面に絶縁膜12が設けられ、絶縁膜12にもキャビティ10と連通する貫通孔16が設けられている。絶縁膜12のうちでキャビティ10に面した面をベース14とし、ベース14上に感ガス部18が設けられている。なおチップ6が厚い場合、感ガス部18の反対側の面でチップ6をグラインドして薄肉化しても良い。また絶縁膜12は少なくともベース14を含み、キャビティ10以外の面では設けなくても良い。さらにキャビティ10は絶縁膜12側から設けても、その反対面側から設けても良い。
【0012】
感ガス部18は、例えば図示しない薄膜ヒータと、薄膜ヒータを保護する絶縁膜、及び絶縁膜上の一対の電極と、SnO2などの金属酸化物半導体、とから成る。なおSnO2に代えて ZnO,In2O3などの他の金属酸化物半導体でもよい。また金属酸化物半導体と電極、及び金属酸化物半導体と薄膜ヒータ間の絶縁膜を設けず、薄膜ヒータを酸化触媒で被覆し、接触燃焼式ガスセンサとしてもよい。感ガス部18から、図2に示す脚19を介して、配線をキャビティ10の外部まで引き出し、パッド20,21に接続する。20は例えば金属酸化物半導体の電極に接続したパッド、21は薄膜ヒータに接続したパッドである。
【0013】
パッケージ8はセラミックもしくはガラスから成り、感ガス部18に面して凹部22が設けられ、感ガス部18がパッケージ8に接触しないようにする。なおチップ6とパッケージ8間のバンプ26を背の高いバンプとすると、例えば高さ数10μm程度のバンプとすると、凹部22は設けなくてもよい。
【0014】
凹部22の底面から、チップ6の反対面側へと1個あるいは複数個の貫通孔28が設けられている。パッケージ8のチップ6側の面に複数個のパッド24が設けられ、バンプ26を介してチップ6のパッド20,21とフリップチップ接続されている。パッド24からパッケージ8の反対面へと電気的に接続する導電ポスト30が設けられ、パッド31を介して、プリント基板4の配線32に半田層33で半田付けされている。またプリント基板4には貫通孔28に面して貫通孔34を設ける。この結果、貫通孔34,28,凹部22,貫通孔16,キャビティ10を介する雰囲気の流路が形成される。
【0015】
チップ6とパッケージ8との隙間を封止する必要がある場合、例えば図1,図2に鎖線で示すように配線35,36を設け、この間を溶着部37で溶着する。溶着部37は例えばバンプ26と同一材料で、溶着に代えて樹脂封止を用いても良い。さらに図1でのキャビティ10の上側から埃などが侵入することを防止するため、チップ6の絶縁膜12とは反対側の面を気体透過膜などでコートしても良い。
【0016】
図3は半導体チップ6の変形例を示し、他の点では図1,図2の実施例と同一である。38は新たなキャビティで、感ガス部18とは反対面側からエッチングなどで設けられ、39は新たな貫通孔である。
【0017】
図4は第2の変形例を示し、40は新たなセラミックパッケージで、多孔質である。パッケージ40は、全面が多孔質でも、凹部22の周囲の層のみが多孔質でも、凹部22の底面側の層のみが多孔質でもよい。42は新たなプリント基板で、貫通孔34を設けていない他は、図1,図2のプリント基板4と同様である。図4の変形例では、雰囲気は例えばプリント基板42とパッケージ40との隙間から、パッケージ40内を拡散して、凹部22へ至り、感ガス部18に接触して、キャビティ10内を通過する。あるいは凹部22の周囲から、パッケージ40を通過して凹部22内へ至り、キャビティ10を通過する。
【0018】
実施例では、パッケージ8,40から感ガス部18を介してキャビティ10を貫通する雰囲気の流路ができるので、吸引ポンプなどで雰囲気を定量ずつ感ガス部18へ供給できる。またこれ以外の用途でも、感ガス部へ多量の雰囲気を供給できるので、より大きな感度を得ることができる。さらにチップ6のフリップチップ接続によりパッケージへの組み付けが完成するので、チップ6のダイボンドも、パッド20,21からのワイヤボンドも不要で、カバーも不要である。そして導電ポスト30を介して、ガスセンサ2をプリント基板4,42に接続できる。さらに半導体チップ6を設けたウェハー、あるいはこのウェハーを数分割したサブウェハーを、未分割のパッケージ8、40を多数備えた板に、一括してフリップチップ接続し、チップ6単位でダイシングすると、製造が容易になる。なお導電ポスト30に代えて、パッケージ8などの端面に配線を設けてもよい。
【符号の説明】
【0019】
2 ガスセンサ
4,42 プリント基板
6 半導体チップ
8,40 パッケージ
10,38 キャビティ
12 絶縁膜
14 ベース
16,39 貫通孔
18 感ガス部
19 脚
20,21 パッド
22 凹部
24 パッド
26 バンプ
28 貫通孔
30 導電ポスト
31 パッド
32 配線
33 半田層
34 貫通孔
35,36 配線
37 溶着部
【技術分野】
【0001】
この発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型のガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
MEMS型のガスセンサとして種々のものが検討されている。しかしMEMS型のガスセンサでは、雰囲気は感ガス部へ半導体チップの一面のみから供給され、チップ内を雰囲気が通過することができない。またチップをパッケージに組み付けるには、例えばチップの底面をダイボンドし、パッドをワイヤボンドする必要があり、さらにチップを覆うようにカバーを取り付ける必要がある。
【0003】
なお特許文献1:JP3585082Bは、Siチップの一面に絶縁膜を設け、絶縁膜の反対側からチップをエッチングしてダイアフラムとし、ダイアフラムに感ガス部を設けたガスセンサに関して、ダイアフラムに貫通孔を設けて、応力を緩和することを提案している。特許文献2:JP2001-337063Aは、MEMS型ではないガスセンサについて、パッケージに固定したリードにガスセンサの電極をフリップチップ接続することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】JP3585082B
【特許文献2】JP2001-337063A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この発明の課題は、ガスセンサの半導体チップ内を雰囲気が通過できるようにすることと、半導体チップのパッケージへの組み付けを容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明は、半導体チップと、通気性のあるセラミックもしくはガラスのパッケージとから成り、
半導体チップは、半導体チップの一面に設けられた絶縁膜と、絶縁膜と半導体チップとを貫通するキャビティと、絶縁膜に設けられた感ガス部と、感ガス部に接続されたパッド、とを備え、
パッケージは、半導体チップのパッドとバンプを介してフリップチップ接続されたパッドと、パッケージのパッドからパッケージの他の面まで引き出された配線、とを備えている。
【0007】
この発明では、キャビティが半導体チップと絶縁膜とを貫通するので、半導体チップ内を雰囲気が容易に移動できる。従って感ガス部を雰囲気に速やかに接触させることができる。
【0008】
好ましくは、パッケージは感ガス部と向き合う凹部を備えている。このようにすると、感ガス部とパッケージとの接触を防止できる。
特に好ましくは、パッケージは凹部からパッケージを貫通する孔を備えている。このようにすると、貫通孔、凹部、感ガス部、キャビティの順に、ガスセンサ内を貫通する流路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施例のガスセンサとプリント基板との断面図
【図2】実施例での半導体チップの平面図
【図3】変形例の半導体チップの断面図
【図4】他の変形例のガスセンサとプリント基板との断面図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【0011】
図1〜図4に、実施例と変形例のガスセンサを示す。図1,図2は実施例のガスセンサ2を示し、4はプリント基板である。ガスセンサ2は、シリコン,GaAsなどの半導体チップ6と、パッケージ8とから成り、パッケージ8はセラミックでもガラスでもよい。半導体チップ6には、チップ6を貫通するキャビティ10がエッチングなどで設けられ、その一面に絶縁膜12が設けられ、絶縁膜12にもキャビティ10と連通する貫通孔16が設けられている。絶縁膜12のうちでキャビティ10に面した面をベース14とし、ベース14上に感ガス部18が設けられている。なおチップ6が厚い場合、感ガス部18の反対側の面でチップ6をグラインドして薄肉化しても良い。また絶縁膜12は少なくともベース14を含み、キャビティ10以外の面では設けなくても良い。さらにキャビティ10は絶縁膜12側から設けても、その反対面側から設けても良い。
【0012】
感ガス部18は、例えば図示しない薄膜ヒータと、薄膜ヒータを保護する絶縁膜、及び絶縁膜上の一対の電極と、SnO2などの金属酸化物半導体、とから成る。なおSnO2に代えて ZnO,In2O3などの他の金属酸化物半導体でもよい。また金属酸化物半導体と電極、及び金属酸化物半導体と薄膜ヒータ間の絶縁膜を設けず、薄膜ヒータを酸化触媒で被覆し、接触燃焼式ガスセンサとしてもよい。感ガス部18から、図2に示す脚19を介して、配線をキャビティ10の外部まで引き出し、パッド20,21に接続する。20は例えば金属酸化物半導体の電極に接続したパッド、21は薄膜ヒータに接続したパッドである。
【0013】
パッケージ8はセラミックもしくはガラスから成り、感ガス部18に面して凹部22が設けられ、感ガス部18がパッケージ8に接触しないようにする。なおチップ6とパッケージ8間のバンプ26を背の高いバンプとすると、例えば高さ数10μm程度のバンプとすると、凹部22は設けなくてもよい。
【0014】
凹部22の底面から、チップ6の反対面側へと1個あるいは複数個の貫通孔28が設けられている。パッケージ8のチップ6側の面に複数個のパッド24が設けられ、バンプ26を介してチップ6のパッド20,21とフリップチップ接続されている。パッド24からパッケージ8の反対面へと電気的に接続する導電ポスト30が設けられ、パッド31を介して、プリント基板4の配線32に半田層33で半田付けされている。またプリント基板4には貫通孔28に面して貫通孔34を設ける。この結果、貫通孔34,28,凹部22,貫通孔16,キャビティ10を介する雰囲気の流路が形成される。
【0015】
チップ6とパッケージ8との隙間を封止する必要がある場合、例えば図1,図2に鎖線で示すように配線35,36を設け、この間を溶着部37で溶着する。溶着部37は例えばバンプ26と同一材料で、溶着に代えて樹脂封止を用いても良い。さらに図1でのキャビティ10の上側から埃などが侵入することを防止するため、チップ6の絶縁膜12とは反対側の面を気体透過膜などでコートしても良い。
【0016】
図3は半導体チップ6の変形例を示し、他の点では図1,図2の実施例と同一である。38は新たなキャビティで、感ガス部18とは反対面側からエッチングなどで設けられ、39は新たな貫通孔である。
【0017】
図4は第2の変形例を示し、40は新たなセラミックパッケージで、多孔質である。パッケージ40は、全面が多孔質でも、凹部22の周囲の層のみが多孔質でも、凹部22の底面側の層のみが多孔質でもよい。42は新たなプリント基板で、貫通孔34を設けていない他は、図1,図2のプリント基板4と同様である。図4の変形例では、雰囲気は例えばプリント基板42とパッケージ40との隙間から、パッケージ40内を拡散して、凹部22へ至り、感ガス部18に接触して、キャビティ10内を通過する。あるいは凹部22の周囲から、パッケージ40を通過して凹部22内へ至り、キャビティ10を通過する。
【0018】
実施例では、パッケージ8,40から感ガス部18を介してキャビティ10を貫通する雰囲気の流路ができるので、吸引ポンプなどで雰囲気を定量ずつ感ガス部18へ供給できる。またこれ以外の用途でも、感ガス部へ多量の雰囲気を供給できるので、より大きな感度を得ることができる。さらにチップ6のフリップチップ接続によりパッケージへの組み付けが完成するので、チップ6のダイボンドも、パッド20,21からのワイヤボンドも不要で、カバーも不要である。そして導電ポスト30を介して、ガスセンサ2をプリント基板4,42に接続できる。さらに半導体チップ6を設けたウェハー、あるいはこのウェハーを数分割したサブウェハーを、未分割のパッケージ8、40を多数備えた板に、一括してフリップチップ接続し、チップ6単位でダイシングすると、製造が容易になる。なお導電ポスト30に代えて、パッケージ8などの端面に配線を設けてもよい。
【符号の説明】
【0019】
2 ガスセンサ
4,42 プリント基板
6 半導体チップ
8,40 パッケージ
10,38 キャビティ
12 絶縁膜
14 ベース
16,39 貫通孔
18 感ガス部
19 脚
20,21 パッド
22 凹部
24 パッド
26 バンプ
28 貫通孔
30 導電ポスト
31 パッド
32 配線
33 半田層
34 貫通孔
35,36 配線
37 溶着部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体チップと、通気性のあるセラミックもしくはガラスのパッケージとから成り、
前記半導体チップは、半導体チップの一面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜と前記半導体チップとを貫通するキャビティと、前記絶縁膜に設けられた感ガス部と、前記感ガス部に接続されたパッド、とを備え、
前記パッケージは、半導体チップのパッドとバンプを介してフリップチップ接続されたパッドと、パッケージのパッドからパッケージの他の面まで引き出された配線、とを備えている、ガスセンサ。
【請求項2】
前記パッケージは、前記感ガス部と向き合う凹部を備えていることを特徴とする、請求項1のガスセンサ。
【請求項3】
前記パッケージは、前記凹部からパッケージを貫通する孔を備えていることを特徴とする、請求項2のガスセンサ。
【請求項1】
半導体チップと、通気性のあるセラミックもしくはガラスのパッケージとから成り、
前記半導体チップは、半導体チップの一面に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜と前記半導体チップとを貫通するキャビティと、前記絶縁膜に設けられた感ガス部と、前記感ガス部に接続されたパッド、とを備え、
前記パッケージは、半導体チップのパッドとバンプを介してフリップチップ接続されたパッドと、パッケージのパッドからパッケージの他の面まで引き出された配線、とを備えている、ガスセンサ。
【請求項2】
前記パッケージは、前記感ガス部と向き合う凹部を備えていることを特徴とする、請求項1のガスセンサ。
【請求項3】
前記パッケージは、前記凹部からパッケージを貫通する孔を備えていることを特徴とする、請求項2のガスセンサ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図2】
【図3】
【図4】
【公開番号】特開2012−98234(P2012−98234A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−248142(P2010−248142)
【出願日】平成22年11月5日(2010.11.5)
【出願人】(000112439)フィガロ技研株式会社 (58)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年11月5日(2010.11.5)
【出願人】(000112439)フィガロ技研株式会社 (58)
【Fターム(参考)】
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