加速度センサー装置
【課題】 小型で温度安定性に優れた加速度センサー装置を提供する。
【解決手段】 可動部を有するＭＥＭＳチップとＭＥＭＳチップの少なくとも可動部を密
封するキャップチップとで形成されたＭＥＭＳ組立体を有し、配線基板と回路基板と前記
ＭＥＭＳ組立体を積層し、前記配線基板と前記回路基板の間を第１のダイアタッチフィル
ムで接続し、前記回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体の間を第２のダイアタッチフィルムで接
続し、前記ＭＥＭＳチップと前記回路基板、前記回路基板と前記配線基板は、おのおの配
線で接続され、前記配線基板上において、前記回路基板、前記配線および前記ＭＥＭＳ組
立体が樹脂部材で封止されていることを特徴とする半導体センサー装置。
【解決手段】 可動部を有するＭＥＭＳチップとＭＥＭＳチップの少なくとも可動部を密
封するキャップチップとで形成されたＭＥＭＳ組立体を有し、配線基板と回路基板と前記
ＭＥＭＳ組立体を積層し、前記配線基板と前記回路基板の間を第１のダイアタッチフィル
ムで接続し、前記回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体の間を第２のダイアタッチフィルムで接
続し、前記ＭＥＭＳチップと前記回路基板、前記回路基板と前記配線基板は、おのおの配
線で接続され、前記配線基板上において、前記回路基板、前記配線および前記ＭＥＭＳ組
立体が樹脂部材で封止されていることを特徴とする半導体センサー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔ
ｅｍｓ）チップを有する半導体センサー装置に関し、特に、可動部を有するＭＥＭＳチッ
プを備えたピエゾ検出型半導体加速度センサー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス技術に機械加工技術や材料技術などを組み合わせることによって、
半導体基板上に三次元的な微細構造を有するシステムを実現するＭＥＭＳ技術は、極めて
広汎な分野に応用可能である。特に、自動車や航空機、携帯端末機器、玩具などに用いら
れるこれら半導体センサー装置は、加速度や角速度、圧力等の物理量検出分野への適用が
注目されている。
【０００３】
これらの半導体センサー装置は、ＭＥＭＳ技術で形成された可動部を有しているのが特
徴である。可動部の変化をピエゾ抵抗素子の抵抗変化や静電容量変化で検知し、データー
処理することで、加速度や角速度、圧力等の値を得るものである。特許文献１から３に加
速度センサー装置、特許文献４から６に角速度センサー装置、特許文献７から８に圧力セ
ンサー装置が開示されている。
各特許文献における半導体センサー装置は微小な可動部を有する。可動部を有する部分
の気密性を上げる方法の一例が特許文献９に記載されている。
さらに特許文献１０には半導体の樹脂封止技術（樹脂モールド技術）を応用し、ＭＥＭ
Ｓ組立体を樹脂で覆った半導体センサー装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３３１２３号 公報
【特許文献２】特開平８−２３３８５１号 公報
【特許文献３】特開平１１−１６０３４８号 公報
【特許文献４】特開２００６−１７５５５４号 公報
【特許文献５】特開２００３−１９４５４５号 公報
【特許文献６】特表２００５−５２４０７７号 公報
【特許文献７】特開２００４―１３２９４７号 公報
【特許文献８】特開平１０−０９８２０１号 公報
【特許文献９】特開平３−００２５３５号 公報
【特許文献１０】特開平１０−１７０３８０号 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂封止技術（樹脂モールド技術）を応用し、ＭＥＭＳ組立体を樹脂で覆った半導体セ
ンサー装置においては、モールド樹脂と半導体センサーチップの熱膨張係数の不一致に起
因して温度安定性の低下が課題となっている（非特許文献１）。
【０００６】
【非特許文献１】”Ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｏｆ ａ ＭＥＭＳ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ”， Ｌ．Ｅ． Ｆｅｌｔｏｎ， ｅｔ ａｌ， Ｐｒｏｃ．２００４ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ｐｐ．８６９−８７３， （２００４）（”チップスケールパッケージング オブ ア メムス アクセロメーター”， エル・イー・フェルトン他 ，プロシーディング オブ ２００４年エレクトリック コンポーネンツ アンド テクノロジー カンファレンス， ｐｐ．８６９−８７３， （２００４） ）
【０００７】
半導体センサーチップの小型化は半導体センサーチップ自身の対称性を犠牲にする傾向
にあるので、上述した温度安定性の低下の問題は半導体センサーチップを小型化する場合
により顕著になる。
【０００８】
本願発明の目的は、小型で温度安定性に優れた半導体センサー装置を、より具体的には
加速度センサー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の加速度センサー装置は、可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップ
の少なくとも可動部を密封するキャップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体を有し、
配線基板と回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体を積層し、
前記配線基板と前記回路基板の間を第１のダイアタッチフィルムで接続し、
前記回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体の間を第２のダイアタッチフィルムで接続し、
前記ＭＥＭＳチップと前記回路基板、前記回路基板と前記配線基板は、おのおの配線で
接続され、
前記配線基板上において、前記回路基板、前記配線および前記ＭＥＭＳ組立体が樹脂部
材で封止されており、第１のダイアタッチフィルムが第２のダイアタッチフィルムより厚
い。
【００１０】
前記キャップチップは上下キャップチップで構成されており、前記第２のダイアタッチ
フィルムを介して、前記ＭＥＭＳ組立体の下キャップチップが前記回路基板と固着されて
いることが望ましい。
【００１１】
本願発明の加速度センサー装置は、熱膨張係数の大きな配線基板（リードフレーム）の
変形およびそれに起因して発生する応力を配線基板（リードフレーム）と回路基板（検出
用ＩＣ）との間の厚いダイアタッチフィルム（下ＤＡＦ）で吸収すると同時に、回路基板
（検出用ＩＣ）と下キャップチップとの間を薄いダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ）で接
続することで回路基板（検出用ＩＣ）と下キャップチップを実質的に一体化する。
【００１２】
これにより、外乱としての応力が回路基板（検出用ＩＣ）およびそれに接続する半導体
センサーチップへ伝播することを下ＤＡＦで抑制すると同時に、実質的に一体化させ高い
剛性を与えた回路基板（検出用ＩＣ）と下キャップチップとで伝播してきた応力の作用を
軽減する。その結果、半導体センサーチップの出力は安定化する。実使用上は温度変化に
起因する外乱の頻度が高いので、本願発明の加速度センサー装置では、温度変化に対する
安定性が向上する。
【００１３】
さらに下ＤＡＦの厚さは上ＤＡＦの厚さの２倍以上とすることが望ましい。さらに上Ｄ
ＡＦの厚さは薄い方が望ましい。作業性を考慮すると上ＤＡＦを１０μｍ程度、下ＤＡＦ
を２５μｍ程度とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明において、配線基板（リードフレーム）と回路基板（検出用ＩＣ）との間の下
ＤＡＦを厚くすると同時に、回路基板（検出用ＩＣ）と下キャップチップとの間の上ＤＡ
Ｆを薄くすることで、小型で温度変化に対する安定性に優れた加速度センサー装置を提供
できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、これら実施形態
により本発明が必ずしも限定されるものではない。
【００１６】
［実施形態１］
本願発明の加速度センサー装置は、可動部を有するセンサーチップと少なくともセンサ
ーチップ内の可動部を密封する上下キャップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体の下キャ
ップチップを配線基板上に固着された回路基板上に固着し、センサーチップと回路基板お
よび回路基板と配線基板を配線で接続し、配線基板上の回路基板と配線およびＭＥＭＳ組
立体を樹脂部材で封止した半導体センサー装置である。
【００１７】
外部から加速度や角速度および圧力等の力がセンサーチップに加わると、可動部上に形
成した抵抗素子や静電容量素子等で形成した電気回路が、外部からの加速度や角速度およ
び圧力等の力を電流や電圧および静電容量等の物理量に変換して出力する。出力される物
理量の変化は非常に微小であるため、回路基板には出力を増幅する素子（増幅回路等）を
形成する。また、前記素子が温度の影響を受ける場合、温度補正回路等を搭載することが
好ましい。
【００１８】
ＭＥＭＳ組立体はセンサーチップと上キャップチップおよび下キャップチップの３要素
を構成要素にもつ。センサーチップと上キャップチップおよびセンサーチップと下キャッ
プチップはそれぞれ接合部で接合されている。
【００１９】
上キャップチップのセンサーチップ対向面側は、センサーチップと固着する接合部と可
動部の駆動を抑制する凹部（駆動抑制溝）、電極パッドの開口部（分離溝）を構成要素と
して有する。分離溝の深さを駆動抑制溝より深く形成することで、上キャップチップの個
片化が容易となる。センサー基板と上下キャップ基板が接合されたＭＥＭＳ組立基板の、
上キャップ基板をエッチングや研磨加工で分離し個片化して上キャップチップとするが、
分離溝を深くしておくことで、短時間のエッチングや研磨加工で個片化できる。これらの
接合部や駆動抑制溝および分離溝は、フォトリソ技術とウェットエッチング、ドライエッ
チング技術を用いて形成することができる。
【００２０】
下キャップチップのセンサーチップ対向面側は、センサーチップと固着する接合部と可
動部の駆動を抑制する凹部（駆動抑制溝）を構成要素として有する。接合部や駆動抑制溝
は、フォトリソ技術とウェットエッチング、ドライエッチング技術を用いて形成すること
ができる。
【００２１】
接合部には、低融点金属や樹脂等の接合材料を形成する。接合材料でセンサー基板とキ
上下ャップ基板を密封固着するものである。接合材料はリフトオフやイオンミリング、エ
ッチング、めっき等の手法を用いて接合部に形成する。接合材料に低融点金属や樹脂等の
様に加熱時に流れ易い材料を用いる場合、接合部面に接合材料の流れを堰き止める溝等を
形成して置くことが好ましい。
【００２２】
センサーチップと上下キャップチップとの接合は、センサーチップ上の検出素子や配線
、電極パッド等が耐高温特性ではないため、陽極接合や低融点材料接合（低融点金属接合
や共晶接合、低融点ガラス接合、樹脂接合等を含む）、拡散接合、表面活性化接合のいず
れかの方法を用いることが好ましい。センサーチップ基板と上下キャップ基板との接合は
、低融点材料接合がより好ましい。センサーチップ基板と上下キャップ基板を位置合わせ
した後、加圧と加熱により接合する。センサーチップ基板と上下キャップ基板のうねり等
により発生する隙間を、低融点材料が流れることで隙間を埋め気密性を向上させることが
できる。このため、大きな圧力を加えて基板のうねりを強制する必要がないので、上下キ
ャップ基板等を破損する危険性が低くなる。ＭＥＭＳ組立体内の空間を真空（減圧下）に
保つ、もしくは乾燥窒素や不活性ガス等を充填気密するため、真空（減圧）雰囲気下や乾
燥窒素、不活性ガス雰囲気下で接合できることが好ましい。
【００２３】
上下キャップ基板をウェットエッチングや研磨加工で薄肉化し、上キャップ基板を個片
化した後、ＭＥＭＳ組立体基板をダイヤモンド砥石で切断することで、ＭＥＭＳ組立体を
得ることができる。ＭＥＭＳ組立体基板を個片化し、ＭＥＭＳ組立体とするのに、ウェッ
トエッチングやダイヤモンド砥石による切断（ダイシング）を用いる。
【００２４】
配線基板（リードフレーム）上にダイアタッチフィルム（下ＤＡＦ）を用いて回路基板
（検出用ＩＣ）を接着する。さらに、回路基板（検出用ＩＣ）上にＭＥＭＳ組立体をダイ
アタッチフィルム（上ＤＡＦ）で接着する。下ＤＡＦは上ＤＡＦよりも厚く、望ましくは
２倍以上厚くする。一方、上ＤＡＦは薄くすることが望ましい。作業性を考慮して１０μ
ｍ程度とすることが望ましい。
【００２５】
ここで配線基板はＣｕを主成分とするため約１６×１０−６／℃の熱膨張係数を持つ。
一方回路基板はＳｉを主成分とするため約３×１０−６／℃の熱膨張係数を持つ。両者の
熱膨張係数は大きく異なるので、トランスファーモールド工程後、あるいは加速度センサ
ー装置完成後の環境温度の変化に対し、配線基板は回路基板と比較して大きな変形を示す
。配線基板の変形および変形に起因する応力が回路基板を介して、ＭＥＭＳ組立体に伝播
し、加速度センサー装置の出力に影響する。
【００２６】
図１０ａ）および図１０ｂ）に、配線基板２６の変形の影響およびその吸収効果を図示
した。図１０ａ）および図１０ｂ）は半導体センサーチップ装置１に温度変化を与えたと
きの変形を断面図で示したものである。図１０ａ）および図１０ｂ）から、下ＤＡＦを厚
くすることで、配線基板２６の変形およびそれに起因する応力が吸収できることが確認で
きた。さらに、上ＤＡＦを薄くすることで回路基板２５と下キャップチップ２３が一体の
ように変形すること、即ち実質的に一体化することが確認できた。このとき配線基板２６
の変形は高剛性化した回路基板と下キャップチップに阻まれてセンサーチップに伝播し難
い。
【００２７】
下ＤＡＦを厚くし上ＤＡＦを薄くすることで、望ましくは下ＤＡＦを上ＤＡＦの２倍以
上とすることで、さらに望ましくは上ＤＡＦを１０μｍとした上で下ＤＡＦを上ＤＡＦの
２倍以上とすることで、下ＤＡＦによる応力吸収と上ＤＡＦによる応力伝播抑制の効果の
併用が可能となり、加速度センサー装置の出力を安定させることができる。
【００２８】
ＭＥＭＳ組立体と回路基板、回路基板と配線基板は金属の極細線（ワイヤー）等で接続
する。電極パッドと金属の極細線の接続は、超音波溶接もしくは半田溶接で行うことがで
きる。金属の極細線による接続の代わりに、半田ボールやボールボンドによる接続を用い
ることもできる。なお、配線基板はプリント回路やリードフレーム等である。
【００２９】
配線基板はセンサーチップに形成した電気回路に対応した主端子を有する。主端子は葉
半導体センサー装置の底面の４方向に、回転対称配置することが望ましい。配線基板（を
構成する主端子、補助端子、ダイパッド等）は半導体センサー装置において大きな熱膨張
係数を有する部材である。主端子を４方向に配置することで、配線基板（を構成する主端
子、補助端子、ダイパッド等）に起因する変形を対象にすることができるので、配線基板
の変形に起因する半導体センサー装置の特性ばらつきを抑制できる。また、環境温度が変
化し配線基板の変形が生じた場合においても、配線基板の変形に起因する半導体センサー
装置の特性変動を抑制することができる。
【００３０】
別の形態として、配線基板を構成する主端子の配置を軸対称とし、主端子と補助端子、
ダイパッド等が全体で回転対称を模した形状とすることは、半導体センサー装置の特性の
安定化に有効である。具体的には、対向する二辺に主端子を配置し、残りの二辺に補助端
子を配置し、ダイパッドを概略中央に配置する形状である。この形状は半導体センサー装
置の変形の対称性を向上させることで特性を安定化させる。さらに望ましくは主端子と補
助端子を実装基板にはんだ接続する。主端子と補助端子を実装基板にはんだ接続すること
で、半導体センサー装置の変形の対称性だけでなく、基板実装後の実装基板からの影響も
均等に付与することができる。この結果、半導体センサー装置の特性の安定性が向上する
。
【００３１】
図９にセンサーチップの構造が異なる２ケースについて、対称化した配線基板（図８ｂ
））と非対称な配線基板に対して、有限要素法を用いて半導体センサー装置の特性安定性
を計算し比較した結果を示す。センサーチップ構造は主として梁構造を変更したが、いず
れのケースにおいても対称化した配線基板で特性が安定化することが判った。同様の結果
は、図７および図８ａ）の配線基板に対しても得られた。
【００３２】
ＭＥＭＳ組立体と回路基板、配線基板、ワイヤーの樹脂封止には、エポキシ樹脂やシリ
コン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。成型方法は、液状樹
脂を用いたポッティング法もしくは粉体樹脂を用いたトランスファーモールド法を用いる
ことができる。トランスファーモールド法は、ＭＥＭＳ組立体と回路基板、配線基板、ワ
イヤーが一体化されたものを金型内に設置し、モールド機のポッドにタブレット状に成型
された樹脂を装填しポッドの押出し部を加熱して樹脂を軟化させ、プランジャー（押圧機
構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押圧する。金型内で樹脂を硬化させた後、金型
から樹脂モールド品を取り出し半導体センサー装置を得る。ポティング法は、ＭＥＭＳ組
立体と回路基板、配線基板、ワイヤーが一体化されたものを金型内に設置し、液状樹脂を
金型内に流し込み樹脂を硬化させた後、金型から樹脂モールド品を取り出し半導体センサ
ー装置を得る。
【００３３】
以下、本願発明の半導体センサー装置としての加速度センサー装置を、図１から図５を
用いて、より具体的に説明する。そのため、センサーチップ基板を加速度センサーチップ
基板と同義で、センサーチップを加速度センサーチップと同義で用いている。
図１は加速度センサーチップ２の斜視図である。
図２はＭＥＭＳ組立体２１の斜視図および分解図である。ＭＥＭＳ組立体２１は上キャ
ップチップ２２とセンサーチップ２と下キャップチップ２３を接合することで実現する。
図３は３軸加速度センサーの樹脂パッケージ組立構造、即ち加速度センサー装置１、を
示す半透視斜視図である。
図４は加速度センサー装置１の構造を示す断面図である。
図５は加速度センサー装置の製造プロセスを説明する図である。
【００３４】
図１はピエゾ抵抗素子側から見た加速度センサーチップの斜視図である。図１に示すよ
うに、加速度センサーチップ２はピエゾ抵抗素子１３、１４、１５と配線（省略）、電極
パッド２４、接合部２０、梁部１２、錘部１１、支持枠部１０等で構成している。
【００３５】
加速度センサーチップ２の製作には、約４００μｍ厚のシリコン板に数μｍのシリコン
酸化層と約６μｍのシリコン層を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）ウェファーを使用した。シリコン層側の面にピエゾ抵抗素子１３、１４、１５の形
状にフォトレジストのパターンを形成した。シリコン層にボロンを１〜３ｘ１０１８原子
／ｃｍ３打ち込み、ピエゾ抵抗素子１３、１４、１５を形成し、ピエゾ抵抗素子１３、１
４、１５に接続する配線を、金属スパッターとドライエッチング装置を用いて形成した。
シリコン層とシリコン板をフォトリソとドライエッチング装置を用いて加工し、シリコン
層に形成される梁部１２、およびシリコン層からシリコン板に渡って形成される錘部１１
を形成した。シリコン酸化層はシリコンのドライエッチングの際にエッチングストッパー
として機能する。ドライエッチングされるのはシリコンのみであるので、シリコン板はド
ライエッチングされるがシリコン酸化層は残っている。ドライエッチング後、弗酸、弗化
アンモニウム水溶液に漬けシリコン酸化層をウェットエッチングで除去した。ドライエッ
チングはＳＦ６、酸素混合ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ内で行った。
１枚のウェファー上に多数の加速度センサーチップを作製した。
【００３６】
加速度センサーのピエゾ抵抗素子１３、１４、１５や配線、電極パッド２４を形成した
後、それらの上に窒化シリコンをＣＶＤで（厚さ０．１μｍ）積層した後、電極パッド上
の窒化シリコンをフォトリソ、エッチングで除去した。次にフォトレジストで電極パッド
２４および接合部を開口した後、金属スパッターで、Ｃｒ（厚さ０．１μｍ）−Ｎｉ（厚
さ０．２μｍ）−Ａｕ（厚さ０．５μｍ）の順で積層膜を形成した。次に電極パッド２４
と接合部２０以外のフォトレジストと金属膜を除去し、ウェットエッチング液に晒される
部位を保護した。
【００３７】
図６に加速度センサー基板２’の一部を示す。加速度センサー基板２’には、加速度セ
ンサーチップ２が多数個接合されている。加速度センサー基板２’はウェファー状態で上
キャップ基板２２’および下キャップ基板２３’と一体化した後、一点鎖線で示した分離
部（ダイシングライン）９０で分離し個片化した。加速度センサー基板２’の上下面には
、上キャップ基板２２’および下キャップ基板２３’と接合する接合材が形成された接合
部２０を設けた。接合材はＡｕ−Ｓｎ合金の積層膜を３〜５μｍ厚に真空蒸着で形成した
。
【００３８】
図６に上キャップ基板２２’の一部分を示す。上キャップ基板２２’は４００μｍ厚の
シリコン平板の片面に駆動抑制溝３１と分離溝３２を凹状に、接合部２０を凸状に形成し
たものである。まず、シリコン平板の片面に、酸化シリコン（厚さ０．５μｍ）を積層し
て錘部と対向する駆動抑制溝３１のレジストパターンを形成した。その後、窒化シリコン
０．１μｍを積層してキャップ基板の分離溝３２のパターンを形成した。次に６７℃の温
度で、４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液を用い分離溝３２を８５μｍ深さにウェットエッ
チングした。次に、窒化シリコンを除去して、駆動抑制溝３１を深さ１５μｍに、分離溝
３２を１５μｍ追加ウェットエッチングし、分離溝３２の深さを１００μｍとした。分離
溝３２と駆動抑制溝３１の間に形成された接合部２０には、Ａｕ−Ｓｎ合金積層膜を３〜
５μｍ厚に真空蒸着で形成した。
【００３９】
駆動抑制溝３１と分離溝３２の形成方法は上記のウェットエッチングに限定されない。
別の実施形態として、ＳＦ６、酸素混合ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ
内でのドライエッチングを適用した。更に別の実施形態として駆動抑制溝３１を上記のウ
ェットエッチングにて形成し、分離溝３２を上記のドライエッチングにて形成した。いず
れの場合も分離溝３２は１００μｍ以上の深さとした。１枚のウェファー上に多数の駆動
抑制溝３１と分離溝３２を作製する。
【００４０】
図６に下キャップ基板２３’の一部分を示す。下キャップ基板２３’は４００μｍ厚の
シリコン平板の片面に駆動抑制溝３１を凹状に、接合部２０を凸状に形成した。シリコン
平板の片面に、酸化シリコン０．５μｍを積層して錘部の駆動抑制溝３１のレジストパタ
ーンを形成した。次に６７℃の温度で、４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液を用い駆動抑制
溝３１を深さ１５μｍにウェットエッチングした。接合部２０には、Ａｕ−Ｓｎ合金積層
膜を３〜５μｍ厚に真空蒸着で形成した。
【００４１】
駆動抑制溝３１の形成方法は上記のウェットエッチングに限定されない。別の実施形態
として、ＳＦ６、酸素混合ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ内でのドライ
エッチングを適用した。１枚のウェファー上に多数の駆動抑制溝３１および接合部２０を
作製した。
【００４２】
接合部２０の幅は気密封止できるように６０μｍとした。上キャップ基板２２’、下キ
ャップ基板２３’（以下、上下キャップ基板と称する。）は各々の厚さ４００μｍとした
ので、上下キャップ基板と加速度センサー基板２’を加圧接合する時の圧力約１０ｋＮに
対して十分な強度を有しており、加圧接合時に割れたりクラックが入ったりするような問
題は起きなかった。
【００４３】
図６を用いて、本実施形態の加速度センサー装置１の製造プロセスを説明する。加速度
センサー基板２’の上下面に上下キャップ基板２２’、２３’を接合し、ＭＥＭＳ組立体
基板４５を得る（図６ａ））。
【００４４】
６７℃に加熱した４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液にＭＥＭＳ組立体基板４５を浸漬し
て、上下キャップ基板を３００μｍエッチングし（即ち上下キャップ基板の厚さを１００
μｍとし）、上キャップ基板２３’が分離溝３２で分割された状態の基板、即ち上下キャ
ップ基板を薄肉化したＭＥＭＳ組立体基板４５を得た（図６ｂ））。
【００４５】
別の実施形態として上下キャップ基板を３００μｍ研磨加工し、薄肉化したＭＥＭＳ組
立体基板４５を得た。
【００４６】
ＭＥＭＳ組立体基板４５の下キャップ側にダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ）６１ａを
貼り、図６ｂ）に一点鎖線で示したダイシングライン９０でダイシングすることで個片化
したＭＥＭＳ組立体２１を得た（図６ｃ））。
【００４７】
厚さ１２５μｍの配線基板（リードフレーム）２６上に、加速度センサーチップ２から
の信号の増幅や温度補正等を行う回路基板（検出用ＩＣ）２５を、ダイアタッチフィルム
（下ＤＡＦ）６１ｂで固定した（図６ｄ））。配線基板２６は複数個配列した状態で用意
した。
【００４８】
回路基板２５の上に個片化したＭＥＭＳ組立体２１をダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ
）６１ａで固着した（図６ｅ））。本工程で利用したダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ）
は図６ｃ）でのダイシング工程前に貼り付けた上ＤＡＦ６１ａである。
【００４９】
ＭＥＭＳ組立体２１の電極パッド２４と回路基板２５の電極パッド（２４’）、及び回
路基板２５の電極パッド２４’と配線基板２６は、各々、超音波ボンダーを用いて直径２
５μｍの金の裸ワイヤー２７で接続した。
【００５０】
ＭＥＭＳ組立体２１と回路基板２５、配線基板２６が組立てられた構造体を、トランス
ファーモールド法を用いエポキシ樹脂（モールド樹脂）２９で、被覆するように、成型し
た。完成後の加速度センサー装置１において環境温度変化の影響を抑制するために、トラ
ンスファーモールドに用いるエポキシ樹脂（モールド樹脂）２９の熱膨張係数はＭＥＭＳ
組立体２１の主な構成部材であるＳｉの熱膨張係数に近接していることが望ましい。本加
速度センサー装置においては熱膨張係数が約６×１０−６／℃の樹脂を用いた。
【００５１】
トランスファーモールド作業は次の手順、条件で行った。ＭＥＭＳ組立体２１と回路基
板２５、配線基板２６が組立てられた構造体を、成型用金型内の所定の位置に保持した。
モールド機のポッドにタブレット状に成型された樹脂を装填し、ポッドの押出し部を加熱
して樹脂を軟化させ、プランジャー（押圧機構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押
圧する。金型内に１７５℃の樹脂を５ＭＰａの圧力で押圧した。成型時間は２分とした。
金型内で樹脂を硬化させた後、金型から樹脂モールド品を取り出し個片化することで加速
度センサー装置１を得た（図６ｇ））。一度のトランスファーモールド作業で、５０個の
加速度センサー装置１が得られる金型を用いた。
【００５２】
図４および図５に、それぞれ、加速度センサー装置１のＸ断面図およびＹ断面図を示し
た。図４および図５の装置の斜視図が図３に相当する。図６を参照した製造プロセスの説
明で言及した通り、配線基板２６と回路基板２５、および回路基板２５とＭＥＭＳ組立体
２１は、それぞれ上ＤＡＦ６１ａおよび下ＤＡＦ６１ｂで接続した。配線基板２６と回路
基板２５を接続する下ＤＡＦ６１ｂは厚さ２５μｍとした。回路基板２５とＭＥＭＳ組立
体２１を接続する上ＤＡＦ６１ａは厚さ１０μｍとした。配線基板２６と回路基板２５を
接続する厚さ２５μｍの下ＤＡＦ６１ａはトランスファーモールド工程後、あるいは加速
度センサー装置１完成後の環境温度の変化に対する配線基板２６の変形およびそれに起因
する応力が回路基板２５に伝播することを抑制する。回路基板２５とＭＥＭＳ組立体２１
を接続する厚さ１０μｍの上ＤＡＦ６１ａは、回路基板２５とＭＥＭＳ組立体２１を強固
に接続することで実質的にＭＥＭＳ組立体２１の剛性を高め、配線基板２６の変形に起因
する応力の影響を軽減し、かつトランスファーモールド樹脂起因の応力の影響も軽減する
。
【００５３】
これらのＤＡＦ６１ａ、６１ｂはＭＥＭＳ組立体２１への外乱的応力の作用を軽減して
加速度センサー装置１の特性を安定化させる。
【００５４】
図７に加速度センサー装置１を配線基板（Ｃｕリードフレーム）２６側から見た平面図
を示す。なお別の実施例として図８ａ）、ｂ）それぞれに記載した形状であっても図７で
示した加速度センサー装置と同様の効果が得られる。また図７及び図８で粗いハッチング
領域で示した領域はモールド樹脂が露出している領域であり、断面を示すものではない。
【００５５】
配線基板２６の主端子２６ａは回路基板２５を介して加速度センサー基板２と電気回路
的に接続している。補助端子２６ｂは下ＤＡＦ６１ｂを介して回路基板２５と接続してい
る。図７に示した４つの補助端子２６ｂは中央に配置したパッド（ダイパッド）２６ｃと
加速度センサー装置１内部で一体とした（２６ｄ）。図５に加速度センサー装置１内部で
の補助端子２６ｂとパッド２６ｃが一体となっている様子を示した。またこの部分は図７
及び８における細かいハッチング領域で示した。
【００５６】
図７に示した配線基板２６を適用することで、トランスファーモールド工程後、あるい
は加速度センサー装置１完成後の環境温度の変化に対する配線基板２６の変形およびそれ
に起因する応力を、ＭＥＭＳ組立体に対して均一に作用させることができるので、加速度
センサー装置１の特性を安定化させる。
【００５７】
また、主端子２６ａに加えて補助端子２６ｂも実装基板（図示せず）に接続することで
、実装基板起因の変形およびそれに起因する応力を、ＭＥＭＳ組立体に対して均一に作用
させることができるので、加速度センサー装置１の特性をさらに安定化することができる
。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】加速度センサーチップの斜視図である。
【図２】ＭＥＭＳ組立体の斜視図および分解図である。
【図３】加速度センサー装置の半透視斜視図である。
【図４】加速度センサー装置１の構造を示す断面図である。
【図５】加速度センサー装置１の構造を示す断面図である。
【図６】加速度センサー装置の製造プロセスを説明する図である。
【図７】加速度センサー装置の裏面を示す上面図である。
【図８】加速度センサー装置の裏面の他の例を示す上面図である。
【図９】加速度センサー装置の特性安定化に対する配線基板の対称構造化の効果を示す。
【図１０】配線基板の変形の影響およびその吸収効果を示す図面である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 加速度センサー装置、
２ 加速度センサーチップ（センサーチップ）、
２’ 加速度センサー基板（センサー基板）、
１０ 支持枠部
１１ 錘部
１２ 梁部
１３ Ｘ軸用のピエゾ抵抗素子、
１４ Ｙ軸用のピエゾ抵抗素子、
１５ Ｚ軸用のピエゾ抵抗素子、
２０ 接合部
２１ ＭＥＭＳ組立体
２２ 上キャップチップ、
２２’ 上キャップ基板
２３ 下キャップチップ、
２３’ 下キャップ基板
２４、２４’ 電極パッド
２５ 回路基板（検出用ＩＣ）
２６ 配線基板（リードフレーム）
２６ａ 主端子、
２６ｂ 補助端子、
２６ｃ ダイパッド、
２６ｄ 内部接続部
２７ ワイヤー、
２９ モールド樹脂
３１ 駆動抑制溝、
３２ 分離溝
４５ ＭＥＭＳ組立体基板
６１ａ 上ＤＡＦ（上ダイアタッチフィルム）
６１ｂ 下ＤＡＦ（上ダイアタッチフィルム）
９０ ダイシングライン、
９０’ ダイシングライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔ
ｅｍｓ）チップを有する半導体センサー装置に関し、特に、可動部を有するＭＥＭＳチッ
プを備えたピエゾ検出型半導体加速度センサー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス技術に機械加工技術や材料技術などを組み合わせることによって、
半導体基板上に三次元的な微細構造を有するシステムを実現するＭＥＭＳ技術は、極めて
広汎な分野に応用可能である。特に、自動車や航空機、携帯端末機器、玩具などに用いら
れるこれら半導体センサー装置は、加速度や角速度、圧力等の物理量検出分野への適用が
注目されている。
【０００３】
これらの半導体センサー装置は、ＭＥＭＳ技術で形成された可動部を有しているのが特
徴である。可動部の変化をピエゾ抵抗素子の抵抗変化や静電容量変化で検知し、データー
処理することで、加速度や角速度、圧力等の値を得るものである。特許文献１から３に加
速度センサー装置、特許文献４から６に角速度センサー装置、特許文献７から８に圧力セ
ンサー装置が開示されている。
各特許文献における半導体センサー装置は微小な可動部を有する。可動部を有する部分
の気密性を上げる方法の一例が特許文献９に記載されている。
さらに特許文献１０には半導体の樹脂封止技術（樹脂モールド技術）を応用し、ＭＥＭ
Ｓ組立体を樹脂で覆った半導体センサー装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３３１２３号 公報
【特許文献２】特開平８−２３３８５１号 公報
【特許文献３】特開平１１−１６０３４８号 公報
【特許文献４】特開２００６−１７５５５４号 公報
【特許文献５】特開２００３−１９４５４５号 公報
【特許文献６】特表２００５−５２４０７７号 公報
【特許文献７】特開２００４―１３２９４７号 公報
【特許文献８】特開平１０−０９８２０１号 公報
【特許文献９】特開平３−００２５３５号 公報
【特許文献１０】特開平１０−１７０３８０号 公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂封止技術（樹脂モールド技術）を応用し、ＭＥＭＳ組立体を樹脂で覆った半導体セ
ンサー装置においては、モールド樹脂と半導体センサーチップの熱膨張係数の不一致に起
因して温度安定性の低下が課題となっている（非特許文献１）。
【０００６】
【非特許文献１】”Ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｏｆ ａ ＭＥＭＳ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ”， Ｌ．Ｅ． Ｆｅｌｔｏｎ， ｅｔ ａｌ， Ｐｒｏｃ．２００４ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ｐｐ．８６９−８７３， （２００４）（”チップスケールパッケージング オブ ア メムス アクセロメーター”， エル・イー・フェルトン他 ，プロシーディング オブ ２００４年エレクトリック コンポーネンツ アンド テクノロジー カンファレンス， ｐｐ．８６９−８７３， （２００４） ）
【０００７】
半導体センサーチップの小型化は半導体センサーチップ自身の対称性を犠牲にする傾向
にあるので、上述した温度安定性の低下の問題は半導体センサーチップを小型化する場合
により顕著になる。
【０００８】
本願発明の目的は、小型で温度安定性に優れた半導体センサー装置を、より具体的には
加速度センサー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の加速度センサー装置は、可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップ
の少なくとも可動部を密封するキャップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体を有し、
配線基板と回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体を積層し、
前記配線基板と前記回路基板の間を第１のダイアタッチフィルムで接続し、
前記回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体の間を第２のダイアタッチフィルムで接続し、
前記ＭＥＭＳチップと前記回路基板、前記回路基板と前記配線基板は、おのおの配線で
接続され、
前記配線基板上において、前記回路基板、前記配線および前記ＭＥＭＳ組立体が樹脂部
材で封止されており、第１のダイアタッチフィルムが第２のダイアタッチフィルムより厚
い。
【００１０】
前記キャップチップは上下キャップチップで構成されており、前記第２のダイアタッチ
フィルムを介して、前記ＭＥＭＳ組立体の下キャップチップが前記回路基板と固着されて
いることが望ましい。
【００１１】
本願発明の加速度センサー装置は、熱膨張係数の大きな配線基板（リードフレーム）の
変形およびそれに起因して発生する応力を配線基板（リードフレーム）と回路基板（検出
用ＩＣ）との間の厚いダイアタッチフィルム（下ＤＡＦ）で吸収すると同時に、回路基板
（検出用ＩＣ）と下キャップチップとの間を薄いダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ）で接
続することで回路基板（検出用ＩＣ）と下キャップチップを実質的に一体化する。
【００１２】
これにより、外乱としての応力が回路基板（検出用ＩＣ）およびそれに接続する半導体
センサーチップへ伝播することを下ＤＡＦで抑制すると同時に、実質的に一体化させ高い
剛性を与えた回路基板（検出用ＩＣ）と下キャップチップとで伝播してきた応力の作用を
軽減する。その結果、半導体センサーチップの出力は安定化する。実使用上は温度変化に
起因する外乱の頻度が高いので、本願発明の加速度センサー装置では、温度変化に対する
安定性が向上する。
【００１３】
さらに下ＤＡＦの厚さは上ＤＡＦの厚さの２倍以上とすることが望ましい。さらに上Ｄ
ＡＦの厚さは薄い方が望ましい。作業性を考慮すると上ＤＡＦを１０μｍ程度、下ＤＡＦ
を２５μｍ程度とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明において、配線基板（リードフレーム）と回路基板（検出用ＩＣ）との間の下
ＤＡＦを厚くすると同時に、回路基板（検出用ＩＣ）と下キャップチップとの間の上ＤＡ
Ｆを薄くすることで、小型で温度変化に対する安定性に優れた加速度センサー装置を提供
できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、これら実施形態
により本発明が必ずしも限定されるものではない。
【００１６】
［実施形態１］
本願発明の加速度センサー装置は、可動部を有するセンサーチップと少なくともセンサ
ーチップ内の可動部を密封する上下キャップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体の下キャ
ップチップを配線基板上に固着された回路基板上に固着し、センサーチップと回路基板お
よび回路基板と配線基板を配線で接続し、配線基板上の回路基板と配線およびＭＥＭＳ組
立体を樹脂部材で封止した半導体センサー装置である。
【００１７】
外部から加速度や角速度および圧力等の力がセンサーチップに加わると、可動部上に形
成した抵抗素子や静電容量素子等で形成した電気回路が、外部からの加速度や角速度およ
び圧力等の力を電流や電圧および静電容量等の物理量に変換して出力する。出力される物
理量の変化は非常に微小であるため、回路基板には出力を増幅する素子（増幅回路等）を
形成する。また、前記素子が温度の影響を受ける場合、温度補正回路等を搭載することが
好ましい。
【００１８】
ＭＥＭＳ組立体はセンサーチップと上キャップチップおよび下キャップチップの３要素
を構成要素にもつ。センサーチップと上キャップチップおよびセンサーチップと下キャッ
プチップはそれぞれ接合部で接合されている。
【００１９】
上キャップチップのセンサーチップ対向面側は、センサーチップと固着する接合部と可
動部の駆動を抑制する凹部（駆動抑制溝）、電極パッドの開口部（分離溝）を構成要素と
して有する。分離溝の深さを駆動抑制溝より深く形成することで、上キャップチップの個
片化が容易となる。センサー基板と上下キャップ基板が接合されたＭＥＭＳ組立基板の、
上キャップ基板をエッチングや研磨加工で分離し個片化して上キャップチップとするが、
分離溝を深くしておくことで、短時間のエッチングや研磨加工で個片化できる。これらの
接合部や駆動抑制溝および分離溝は、フォトリソ技術とウェットエッチング、ドライエッ
チング技術を用いて形成することができる。
【００２０】
下キャップチップのセンサーチップ対向面側は、センサーチップと固着する接合部と可
動部の駆動を抑制する凹部（駆動抑制溝）を構成要素として有する。接合部や駆動抑制溝
は、フォトリソ技術とウェットエッチング、ドライエッチング技術を用いて形成すること
ができる。
【００２１】
接合部には、低融点金属や樹脂等の接合材料を形成する。接合材料でセンサー基板とキ
上下ャップ基板を密封固着するものである。接合材料はリフトオフやイオンミリング、エ
ッチング、めっき等の手法を用いて接合部に形成する。接合材料に低融点金属や樹脂等の
様に加熱時に流れ易い材料を用いる場合、接合部面に接合材料の流れを堰き止める溝等を
形成して置くことが好ましい。
【００２２】
センサーチップと上下キャップチップとの接合は、センサーチップ上の検出素子や配線
、電極パッド等が耐高温特性ではないため、陽極接合や低融点材料接合（低融点金属接合
や共晶接合、低融点ガラス接合、樹脂接合等を含む）、拡散接合、表面活性化接合のいず
れかの方法を用いることが好ましい。センサーチップ基板と上下キャップ基板との接合は
、低融点材料接合がより好ましい。センサーチップ基板と上下キャップ基板を位置合わせ
した後、加圧と加熱により接合する。センサーチップ基板と上下キャップ基板のうねり等
により発生する隙間を、低融点材料が流れることで隙間を埋め気密性を向上させることが
できる。このため、大きな圧力を加えて基板のうねりを強制する必要がないので、上下キ
ャップ基板等を破損する危険性が低くなる。ＭＥＭＳ組立体内の空間を真空（減圧下）に
保つ、もしくは乾燥窒素や不活性ガス等を充填気密するため、真空（減圧）雰囲気下や乾
燥窒素、不活性ガス雰囲気下で接合できることが好ましい。
【００２３】
上下キャップ基板をウェットエッチングや研磨加工で薄肉化し、上キャップ基板を個片
化した後、ＭＥＭＳ組立体基板をダイヤモンド砥石で切断することで、ＭＥＭＳ組立体を
得ることができる。ＭＥＭＳ組立体基板を個片化し、ＭＥＭＳ組立体とするのに、ウェッ
トエッチングやダイヤモンド砥石による切断（ダイシング）を用いる。
【００２４】
配線基板（リードフレーム）上にダイアタッチフィルム（下ＤＡＦ）を用いて回路基板
（検出用ＩＣ）を接着する。さらに、回路基板（検出用ＩＣ）上にＭＥＭＳ組立体をダイ
アタッチフィルム（上ＤＡＦ）で接着する。下ＤＡＦは上ＤＡＦよりも厚く、望ましくは
２倍以上厚くする。一方、上ＤＡＦは薄くすることが望ましい。作業性を考慮して１０μ
ｍ程度とすることが望ましい。
【００２５】
ここで配線基板はＣｕを主成分とするため約１６×１０−６／℃の熱膨張係数を持つ。
一方回路基板はＳｉを主成分とするため約３×１０−６／℃の熱膨張係数を持つ。両者の
熱膨張係数は大きく異なるので、トランスファーモールド工程後、あるいは加速度センサ
ー装置完成後の環境温度の変化に対し、配線基板は回路基板と比較して大きな変形を示す
。配線基板の変形および変形に起因する応力が回路基板を介して、ＭＥＭＳ組立体に伝播
し、加速度センサー装置の出力に影響する。
【００２６】
図１０ａ）および図１０ｂ）に、配線基板２６の変形の影響およびその吸収効果を図示
した。図１０ａ）および図１０ｂ）は半導体センサーチップ装置１に温度変化を与えたと
きの変形を断面図で示したものである。図１０ａ）および図１０ｂ）から、下ＤＡＦを厚
くすることで、配線基板２６の変形およびそれに起因する応力が吸収できることが確認で
きた。さらに、上ＤＡＦを薄くすることで回路基板２５と下キャップチップ２３が一体の
ように変形すること、即ち実質的に一体化することが確認できた。このとき配線基板２６
の変形は高剛性化した回路基板と下キャップチップに阻まれてセンサーチップに伝播し難
い。
【００２７】
下ＤＡＦを厚くし上ＤＡＦを薄くすることで、望ましくは下ＤＡＦを上ＤＡＦの２倍以
上とすることで、さらに望ましくは上ＤＡＦを１０μｍとした上で下ＤＡＦを上ＤＡＦの
２倍以上とすることで、下ＤＡＦによる応力吸収と上ＤＡＦによる応力伝播抑制の効果の
併用が可能となり、加速度センサー装置の出力を安定させることができる。
【００２８】
ＭＥＭＳ組立体と回路基板、回路基板と配線基板は金属の極細線（ワイヤー）等で接続
する。電極パッドと金属の極細線の接続は、超音波溶接もしくは半田溶接で行うことがで
きる。金属の極細線による接続の代わりに、半田ボールやボールボンドによる接続を用い
ることもできる。なお、配線基板はプリント回路やリードフレーム等である。
【００２９】
配線基板はセンサーチップに形成した電気回路に対応した主端子を有する。主端子は葉
半導体センサー装置の底面の４方向に、回転対称配置することが望ましい。配線基板（を
構成する主端子、補助端子、ダイパッド等）は半導体センサー装置において大きな熱膨張
係数を有する部材である。主端子を４方向に配置することで、配線基板（を構成する主端
子、補助端子、ダイパッド等）に起因する変形を対象にすることができるので、配線基板
の変形に起因する半導体センサー装置の特性ばらつきを抑制できる。また、環境温度が変
化し配線基板の変形が生じた場合においても、配線基板の変形に起因する半導体センサー
装置の特性変動を抑制することができる。
【００３０】
別の形態として、配線基板を構成する主端子の配置を軸対称とし、主端子と補助端子、
ダイパッド等が全体で回転対称を模した形状とすることは、半導体センサー装置の特性の
安定化に有効である。具体的には、対向する二辺に主端子を配置し、残りの二辺に補助端
子を配置し、ダイパッドを概略中央に配置する形状である。この形状は半導体センサー装
置の変形の対称性を向上させることで特性を安定化させる。さらに望ましくは主端子と補
助端子を実装基板にはんだ接続する。主端子と補助端子を実装基板にはんだ接続すること
で、半導体センサー装置の変形の対称性だけでなく、基板実装後の実装基板からの影響も
均等に付与することができる。この結果、半導体センサー装置の特性の安定性が向上する
。
【００３１】
図９にセンサーチップの構造が異なる２ケースについて、対称化した配線基板（図８ｂ
））と非対称な配線基板に対して、有限要素法を用いて半導体センサー装置の特性安定性
を計算し比較した結果を示す。センサーチップ構造は主として梁構造を変更したが、いず
れのケースにおいても対称化した配線基板で特性が安定化することが判った。同様の結果
は、図７および図８ａ）の配線基板に対しても得られた。
【００３２】
ＭＥＭＳ組立体と回路基板、配線基板、ワイヤーの樹脂封止には、エポキシ樹脂やシリ
コン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。成型方法は、液状樹
脂を用いたポッティング法もしくは粉体樹脂を用いたトランスファーモールド法を用いる
ことができる。トランスファーモールド法は、ＭＥＭＳ組立体と回路基板、配線基板、ワ
イヤーが一体化されたものを金型内に設置し、モールド機のポッドにタブレット状に成型
された樹脂を装填しポッドの押出し部を加熱して樹脂を軟化させ、プランジャー（押圧機
構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押圧する。金型内で樹脂を硬化させた後、金型
から樹脂モールド品を取り出し半導体センサー装置を得る。ポティング法は、ＭＥＭＳ組
立体と回路基板、配線基板、ワイヤーが一体化されたものを金型内に設置し、液状樹脂を
金型内に流し込み樹脂を硬化させた後、金型から樹脂モールド品を取り出し半導体センサ
ー装置を得る。
【００３３】
以下、本願発明の半導体センサー装置としての加速度センサー装置を、図１から図５を
用いて、より具体的に説明する。そのため、センサーチップ基板を加速度センサーチップ
基板と同義で、センサーチップを加速度センサーチップと同義で用いている。
図１は加速度センサーチップ２の斜視図である。
図２はＭＥＭＳ組立体２１の斜視図および分解図である。ＭＥＭＳ組立体２１は上キャ
ップチップ２２とセンサーチップ２と下キャップチップ２３を接合することで実現する。
図３は３軸加速度センサーの樹脂パッケージ組立構造、即ち加速度センサー装置１、を
示す半透視斜視図である。
図４は加速度センサー装置１の構造を示す断面図である。
図５は加速度センサー装置の製造プロセスを説明する図である。
【００３４】
図１はピエゾ抵抗素子側から見た加速度センサーチップの斜視図である。図１に示すよ
うに、加速度センサーチップ２はピエゾ抵抗素子１３、１４、１５と配線（省略）、電極
パッド２４、接合部２０、梁部１２、錘部１１、支持枠部１０等で構成している。
【００３５】
加速度センサーチップ２の製作には、約４００μｍ厚のシリコン板に数μｍのシリコン
酸化層と約６μｍのシリコン層を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）ウェファーを使用した。シリコン層側の面にピエゾ抵抗素子１３、１４、１５の形
状にフォトレジストのパターンを形成した。シリコン層にボロンを１〜３ｘ１０１８原子
／ｃｍ３打ち込み、ピエゾ抵抗素子１３、１４、１５を形成し、ピエゾ抵抗素子１３、１
４、１５に接続する配線を、金属スパッターとドライエッチング装置を用いて形成した。
シリコン層とシリコン板をフォトリソとドライエッチング装置を用いて加工し、シリコン
層に形成される梁部１２、およびシリコン層からシリコン板に渡って形成される錘部１１
を形成した。シリコン酸化層はシリコンのドライエッチングの際にエッチングストッパー
として機能する。ドライエッチングされるのはシリコンのみであるので、シリコン板はド
ライエッチングされるがシリコン酸化層は残っている。ドライエッチング後、弗酸、弗化
アンモニウム水溶液に漬けシリコン酸化層をウェットエッチングで除去した。ドライエッ
チングはＳＦ６、酸素混合ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ内で行った。
１枚のウェファー上に多数の加速度センサーチップを作製した。
【００３６】
加速度センサーのピエゾ抵抗素子１３、１４、１５や配線、電極パッド２４を形成した
後、それらの上に窒化シリコンをＣＶＤで（厚さ０．１μｍ）積層した後、電極パッド上
の窒化シリコンをフォトリソ、エッチングで除去した。次にフォトレジストで電極パッド
２４および接合部を開口した後、金属スパッターで、Ｃｒ（厚さ０．１μｍ）−Ｎｉ（厚
さ０．２μｍ）−Ａｕ（厚さ０．５μｍ）の順で積層膜を形成した。次に電極パッド２４
と接合部２０以外のフォトレジストと金属膜を除去し、ウェットエッチング液に晒される
部位を保護した。
【００３７】
図６に加速度センサー基板２’の一部を示す。加速度センサー基板２’には、加速度セ
ンサーチップ２が多数個接合されている。加速度センサー基板２’はウェファー状態で上
キャップ基板２２’および下キャップ基板２３’と一体化した後、一点鎖線で示した分離
部（ダイシングライン）９０で分離し個片化した。加速度センサー基板２’の上下面には
、上キャップ基板２２’および下キャップ基板２３’と接合する接合材が形成された接合
部２０を設けた。接合材はＡｕ−Ｓｎ合金の積層膜を３〜５μｍ厚に真空蒸着で形成した
。
【００３８】
図６に上キャップ基板２２’の一部分を示す。上キャップ基板２２’は４００μｍ厚の
シリコン平板の片面に駆動抑制溝３１と分離溝３２を凹状に、接合部２０を凸状に形成し
たものである。まず、シリコン平板の片面に、酸化シリコン（厚さ０．５μｍ）を積層し
て錘部と対向する駆動抑制溝３１のレジストパターンを形成した。その後、窒化シリコン
０．１μｍを積層してキャップ基板の分離溝３２のパターンを形成した。次に６７℃の温
度で、４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液を用い分離溝３２を８５μｍ深さにウェットエッ
チングした。次に、窒化シリコンを除去して、駆動抑制溝３１を深さ１５μｍに、分離溝
３２を１５μｍ追加ウェットエッチングし、分離溝３２の深さを１００μｍとした。分離
溝３２と駆動抑制溝３１の間に形成された接合部２０には、Ａｕ−Ｓｎ合金積層膜を３〜
５μｍ厚に真空蒸着で形成した。
【００３９】
駆動抑制溝３１と分離溝３２の形成方法は上記のウェットエッチングに限定されない。
別の実施形態として、ＳＦ６、酸素混合ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ
内でのドライエッチングを適用した。更に別の実施形態として駆動抑制溝３１を上記のウ
ェットエッチングにて形成し、分離溝３２を上記のドライエッチングにて形成した。いず
れの場合も分離溝３２は１００μｍ以上の深さとした。１枚のウェファー上に多数の駆動
抑制溝３１と分離溝３２を作製する。
【００４０】
図６に下キャップ基板２３’の一部分を示す。下キャップ基板２３’は４００μｍ厚の
シリコン平板の片面に駆動抑制溝３１を凹状に、接合部２０を凸状に形成した。シリコン
平板の片面に、酸化シリコン０．５μｍを積層して錘部の駆動抑制溝３１のレジストパタ
ーンを形成した。次に６７℃の温度で、４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液を用い駆動抑制
溝３１を深さ１５μｍにウェットエッチングした。接合部２０には、Ａｕ−Ｓｎ合金積層
膜を３〜５μｍ厚に真空蒸着で形成した。
【００４１】
駆動抑制溝３１の形成方法は上記のウェットエッチングに限定されない。別の実施形態
として、ＳＦ６、酸素混合ガスとＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ内でのドライ
エッチングを適用した。１枚のウェファー上に多数の駆動抑制溝３１および接合部２０を
作製した。
【００４２】
接合部２０の幅は気密封止できるように６０μｍとした。上キャップ基板２２’、下キ
ャップ基板２３’（以下、上下キャップ基板と称する。）は各々の厚さ４００μｍとした
ので、上下キャップ基板と加速度センサー基板２’を加圧接合する時の圧力約１０ｋＮに
対して十分な強度を有しており、加圧接合時に割れたりクラックが入ったりするような問
題は起きなかった。
【００４３】
図６を用いて、本実施形態の加速度センサー装置１の製造プロセスを説明する。加速度
センサー基板２’の上下面に上下キャップ基板２２’、２３’を接合し、ＭＥＭＳ組立体
基板４５を得る（図６ａ））。
【００４４】
６７℃に加熱した４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液にＭＥＭＳ組立体基板４５を浸漬し
て、上下キャップ基板を３００μｍエッチングし（即ち上下キャップ基板の厚さを１００
μｍとし）、上キャップ基板２３’が分離溝３２で分割された状態の基板、即ち上下キャ
ップ基板を薄肉化したＭＥＭＳ組立体基板４５を得た（図６ｂ））。
【００４５】
別の実施形態として上下キャップ基板を３００μｍ研磨加工し、薄肉化したＭＥＭＳ組
立体基板４５を得た。
【００４６】
ＭＥＭＳ組立体基板４５の下キャップ側にダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ）６１ａを
貼り、図６ｂ）に一点鎖線で示したダイシングライン９０でダイシングすることで個片化
したＭＥＭＳ組立体２１を得た（図６ｃ））。
【００４７】
厚さ１２５μｍの配線基板（リードフレーム）２６上に、加速度センサーチップ２から
の信号の増幅や温度補正等を行う回路基板（検出用ＩＣ）２５を、ダイアタッチフィルム
（下ＤＡＦ）６１ｂで固定した（図６ｄ））。配線基板２６は複数個配列した状態で用意
した。
【００４８】
回路基板２５の上に個片化したＭＥＭＳ組立体２１をダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ
）６１ａで固着した（図６ｅ））。本工程で利用したダイアタッチフィルム（上ＤＡＦ）
は図６ｃ）でのダイシング工程前に貼り付けた上ＤＡＦ６１ａである。
【００４９】
ＭＥＭＳ組立体２１の電極パッド２４と回路基板２５の電極パッド（２４’）、及び回
路基板２５の電極パッド２４’と配線基板２６は、各々、超音波ボンダーを用いて直径２
５μｍの金の裸ワイヤー２７で接続した。
【００５０】
ＭＥＭＳ組立体２１と回路基板２５、配線基板２６が組立てられた構造体を、トランス
ファーモールド法を用いエポキシ樹脂（モールド樹脂）２９で、被覆するように、成型し
た。完成後の加速度センサー装置１において環境温度変化の影響を抑制するために、トラ
ンスファーモールドに用いるエポキシ樹脂（モールド樹脂）２９の熱膨張係数はＭＥＭＳ
組立体２１の主な構成部材であるＳｉの熱膨張係数に近接していることが望ましい。本加
速度センサー装置においては熱膨張係数が約６×１０−６／℃の樹脂を用いた。
【００５１】
トランスファーモールド作業は次の手順、条件で行った。ＭＥＭＳ組立体２１と回路基
板２５、配線基板２６が組立てられた構造体を、成型用金型内の所定の位置に保持した。
モールド機のポッドにタブレット状に成型された樹脂を装填し、ポッドの押出し部を加熱
して樹脂を軟化させ、プランジャー（押圧機構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押
圧する。金型内に１７５℃の樹脂を５ＭＰａの圧力で押圧した。成型時間は２分とした。
金型内で樹脂を硬化させた後、金型から樹脂モールド品を取り出し個片化することで加速
度センサー装置１を得た（図６ｇ））。一度のトランスファーモールド作業で、５０個の
加速度センサー装置１が得られる金型を用いた。
【００５２】
図４および図５に、それぞれ、加速度センサー装置１のＸ断面図およびＹ断面図を示し
た。図４および図５の装置の斜視図が図３に相当する。図６を参照した製造プロセスの説
明で言及した通り、配線基板２６と回路基板２５、および回路基板２５とＭＥＭＳ組立体
２１は、それぞれ上ＤＡＦ６１ａおよび下ＤＡＦ６１ｂで接続した。配線基板２６と回路
基板２５を接続する下ＤＡＦ６１ｂは厚さ２５μｍとした。回路基板２５とＭＥＭＳ組立
体２１を接続する上ＤＡＦ６１ａは厚さ１０μｍとした。配線基板２６と回路基板２５を
接続する厚さ２５μｍの下ＤＡＦ６１ａはトランスファーモールド工程後、あるいは加速
度センサー装置１完成後の環境温度の変化に対する配線基板２６の変形およびそれに起因
する応力が回路基板２５に伝播することを抑制する。回路基板２５とＭＥＭＳ組立体２１
を接続する厚さ１０μｍの上ＤＡＦ６１ａは、回路基板２５とＭＥＭＳ組立体２１を強固
に接続することで実質的にＭＥＭＳ組立体２１の剛性を高め、配線基板２６の変形に起因
する応力の影響を軽減し、かつトランスファーモールド樹脂起因の応力の影響も軽減する
。
【００５３】
これらのＤＡＦ６１ａ、６１ｂはＭＥＭＳ組立体２１への外乱的応力の作用を軽減して
加速度センサー装置１の特性を安定化させる。
【００５４】
図７に加速度センサー装置１を配線基板（Ｃｕリードフレーム）２６側から見た平面図
を示す。なお別の実施例として図８ａ）、ｂ）それぞれに記載した形状であっても図７で
示した加速度センサー装置と同様の効果が得られる。また図７及び図８で粗いハッチング
領域で示した領域はモールド樹脂が露出している領域であり、断面を示すものではない。
【００５５】
配線基板２６の主端子２６ａは回路基板２５を介して加速度センサー基板２と電気回路
的に接続している。補助端子２６ｂは下ＤＡＦ６１ｂを介して回路基板２５と接続してい
る。図７に示した４つの補助端子２６ｂは中央に配置したパッド（ダイパッド）２６ｃと
加速度センサー装置１内部で一体とした（２６ｄ）。図５に加速度センサー装置１内部で
の補助端子２６ｂとパッド２６ｃが一体となっている様子を示した。またこの部分は図７
及び８における細かいハッチング領域で示した。
【００５６】
図７に示した配線基板２６を適用することで、トランスファーモールド工程後、あるい
は加速度センサー装置１完成後の環境温度の変化に対する配線基板２６の変形およびそれ
に起因する応力を、ＭＥＭＳ組立体に対して均一に作用させることができるので、加速度
センサー装置１の特性を安定化させる。
【００５７】
また、主端子２６ａに加えて補助端子２６ｂも実装基板（図示せず）に接続することで
、実装基板起因の変形およびそれに起因する応力を、ＭＥＭＳ組立体に対して均一に作用
させることができるので、加速度センサー装置１の特性をさらに安定化することができる
。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】加速度センサーチップの斜視図である。
【図２】ＭＥＭＳ組立体の斜視図および分解図である。
【図３】加速度センサー装置の半透視斜視図である。
【図４】加速度センサー装置１の構造を示す断面図である。
【図５】加速度センサー装置１の構造を示す断面図である。
【図６】加速度センサー装置の製造プロセスを説明する図である。
【図７】加速度センサー装置の裏面を示す上面図である。
【図８】加速度センサー装置の裏面の他の例を示す上面図である。
【図９】加速度センサー装置の特性安定化に対する配線基板の対称構造化の効果を示す。
【図１０】配線基板の変形の影響およびその吸収効果を示す図面である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 加速度センサー装置、
２ 加速度センサーチップ（センサーチップ）、
２’ 加速度センサー基板（センサー基板）、
１０ 支持枠部
１１ 錘部
１２ 梁部
１３ Ｘ軸用のピエゾ抵抗素子、
１４ Ｙ軸用のピエゾ抵抗素子、
１５ Ｚ軸用のピエゾ抵抗素子、
２０ 接合部
２１ ＭＥＭＳ組立体
２２ 上キャップチップ、
２２’ 上キャップ基板
２３ 下キャップチップ、
２３’ 下キャップ基板
２４、２４’ 電極パッド
２５ 回路基板（検出用ＩＣ）
２６ 配線基板（リードフレーム）
２６ａ 主端子、
２６ｂ 補助端子、
２６ｃ ダイパッド、
２６ｄ 内部接続部
２７ ワイヤー、
２９ モールド樹脂
３１ 駆動抑制溝、
３２ 分離溝
４５ ＭＥＭＳ組立体基板
６１ａ 上ＤＡＦ（上ダイアタッチフィルム）
６１ｂ 下ＤＡＦ（上ダイアタッチフィルム）
９０ ダイシングライン、
９０’ ダイシングライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップの少なくとも可動部を密封するキャ
ップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体を有し、
配線基板と回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体を積層し、
前記配線基板と前記回路基板の間を第１のダイアタッチフィルムで接続し、
前記回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体の間を第２のダイアタッチフィルムで接続し、
前記ＭＥＭＳチップと前記回路基板、前記回路基板と前記配線基板は、おのおの配線で
接続され、
前記配線基板上において、前記回路基板、前記配線および前記ＭＥＭＳ組立体が樹脂部
材で封止されており、第１のダイアタッチフィルムが第２のダイアタッチフィルムより厚
いことを特徴とする半導体センサー装置。
【請求項２】
前記第１のダイアタッチフィルムの厚さが、前記第２のダイアタッチフィルムの厚さの
２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサー装置。
【請求項１】
可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップの少なくとも可動部を密封するキャ
ップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体を有し、
配線基板と回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体を積層し、
前記配線基板と前記回路基板の間を第１のダイアタッチフィルムで接続し、
前記回路基板と前記ＭＥＭＳ組立体の間を第２のダイアタッチフィルムで接続し、
前記ＭＥＭＳチップと前記回路基板、前記回路基板と前記配線基板は、おのおの配線で
接続され、
前記配線基板上において、前記回路基板、前記配線および前記ＭＥＭＳ組立体が樹脂部
材で封止されており、第１のダイアタッチフィルムが第２のダイアタッチフィルムより厚
いことを特徴とする半導体センサー装置。
【請求項２】
前記第１のダイアタッチフィルムの厚さが、前記第２のダイアタッチフィルムの厚さの
２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９６９２（Ｐ２０１０−１９６９２Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８０５７５（Ｐ２００８−１８０５７５）
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５０６３３４１７１）トレックス・セミコンダクター株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５０６３３４１７１）トレックス・セミコンダクター株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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