(57)【要約】【課題】モールド樹脂の吸湿による応力変化を利用して、湿度変化を抵抗の変化として検知するモノリシックＩＣを備えた高信頼性な湿度センサを提供する。【解決手段】本発明の湿度センサは、リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサである。集積回路（モノリシックＩＣ）２は、シリコンウェハ上に一体構造として形成されている。第１の抵抗素子４は、集積回路２上に形成されている。モールド樹脂３は、集積回路２及び第１の抵抗素子４を覆うように形成されている。このような構成により、予め定められたモールド樹脂３の吸湿率に対する第１の抵抗素子４の抵抗変化率に基づいて湿度を検知することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサにおいて、
シリコンウェハ上に一体構造として形成された集積回路と、
該集積回路上に形成された第１の抵抗素子と、
前記集積回路及び前記第１の抵抗素子を覆うように形成されたモールド樹脂とを備え、
予め定められた前記モールド樹脂の吸湿率に対する前記第１の抵抗素子の抵抗変化率に基づいて湿度を検知することを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】
リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサにおいて、
シリコンウェハ上に一体構造として形成された集積回路と、
該集積回路上に形成された第１の抵抗素子と、
前記集積回路上に形成され、前記第１の抵抗素子とは極性の異なる第２の抵抗素子と、
前記集積回路及び前記第１及び第２の抵抗素子を覆うように形成されたモールド樹脂とを備え、
予め定められた前記モールド樹脂の吸湿率に対する前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子との抵抗比に基づいて湿度を検知することを特徴とする湿度センサ。
【請求項３】
前記モールド樹脂が、該モールド樹脂より厚くした樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の湿度センサ。
【請求項４】
前記第１の抵抗素子がＮ型拡散抵抗で、かつ前記第１の抵抗素子上に、前記モールド樹脂を介して、該モールド樹脂より吸湿率の大きい樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の湿度センサ。
【請求項５】
前記モールド樹脂のフィラー含有量が、５０％乃至８０％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度センサに関し、より詳細には、リードフレームに半導体素子を搭載したものを樹脂で封止するモールドタイプの半導体装置で、モールド樹脂の吸湿による応力変化を利用して、湿度変化を抵抗の変化として検知するモノリシックＩＣを備えた湿度センサに関する
【背景技術】
【０００２】
湿度センサの制御回路としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この特許文献１に記載のものは、家電商品向けの空調機器、除湿機、加湿機などにおいて空気の相対湿度を連続的に検知する湿度検知回路に関するものである。また、湿度センサの素子としては、例えば、特許文献２，３のものが知られているが、これらはいずれもモノリシックＩＣを想定した装置では無い。湿度センサをモノリシックＩＣとして実現出来れば、ＩＣの小型化、製造コストの低減化など利点が数多く有る。
【０００３】
湿度センサをモノリシックＩＣとして実現する方法としては、例えば、特許文献４に記載のものがある。この特許文献４によれば、ゲート絶縁膜上に感湿部材を載せ、その上にゲート電極を載せる構造をしたＭＯＳＦＥＴである。このＭＯＳＦＥＴは、大気中の湿度に応じて感湿部材の容量が変化しゲート容量が変化することを利用し、ＭＯＳＦＥＴのインピーダンスの変動量を検知することで、湿度センサの感湿素子として機能している。このような構成の素子を利用する場合、感知部領域の配線層の層間膜及びパッシベーション膜に対して水蒸気が透過する加工が必要になると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４９６８４号公報
【特許文献２】特開平１−２６１３９号公報
【特許文献３】特開昭５８−５７７０１号公報
【特許文献４】特開昭５８−２７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シリコン基板を用いた通常のモノリシックＩＣでは、ＩＣを構成する素子、例えばＭＯＳＦＥＴを吸湿させるとＶｔｈシフト試験、ＮＢＴＩ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｂｉａｓ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）試験、ホットキャリア試験などで電気的特性の変動が大きくなることが知られている。その為、モノリシックＩＣの吸湿を抑制するために、配線層のパッシベーション膜にナイトライド膜を適用することや、チップの外周にコンタクトやＶＩＡのガードリングを設けることなどの吸湿対策を施すことが一般的である。そのため、高信頼性を追求すれば湿度感度がなくなってしまい、湿度感度を追求すれば信頼性が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、モールド樹脂の吸湿による応力変化を利用して、湿度変化を抵抗の変化として検知するモノリシックＩＣを備えた高信頼性な湿度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサにおいて、シリコンウェハ上に一体構造として形成された集積回路（２）と、該集積回路（２）上に形成された第１の抵抗素子（４）と、前記集積回路（２）及び前記第１の抵抗素子（４）を覆うように形成されたモールド樹脂（３）とを備え、予め定められた前記モールド樹脂（３）の吸湿率に対する前記第１の抵抗素子（４）の抵抗変化率に基づいて湿度を検知することを特徴とする。（図１）
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサにおいて、シリコンウェハ上に一体構造として形成された集積回路（２）と、該集積回路（２）上に形成された第１の抵抗素子（４）と、前記集積回路（２）上に形成され、前記第１の抵抗素子（４）とは極性の異なる第２の抵抗素子（５）と、前記集積回路（２）及び前記第１及び第２の抵抗素子（４，５）を覆うように形成されたモールド樹脂（３）とを備え、予め定められた前記モールド樹脂（３）の吸湿率に対する前記第１の抵抗素子（４）と前記第２の抵抗素子（５）との抵抗比に基づいて湿度を検知することを特徴とする。（図４）
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又２に記載の発明において、前記モールド樹脂（３）が、該モールド樹脂（３）より厚くした樹脂層（３ａ）で覆われていることを特徴とする。（図５）
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又２に記載の発明において、前記第１の抵抗素子（４）がＮ型拡散抵抗で、かつ前記第１の抵抗素子（４）上に、前記モールド樹脂（３）を介して、該モールド樹脂（３）より吸湿率の大きい樹脂層（６）で覆われていることを特徴とする。（図７）
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記モールド樹脂（３）のフィラー含有量が、５０％乃至８０％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モールド樹脂の吸湿による応力変化を利用して、湿度変化を抵抗の変化として検知するモノリシックＩＣを備えた高信頼性な湿度センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る湿度センサの実施例１を説明するための構成図である。
【図２】シリコンＩＣ上に形成されたＮ型拡散抵抗の乾燥−吸湿−乾燥の変動量を示す図である。
【図３】本発明の湿度センサのブロック回路図である。
【図４】本発明に係る湿度センサの実施例２を説明するための構成図である。
【図５】本発明に係る湿度センサの実施例３を説明するための構成図である。
【図６】樹脂吸湿量とＮ型拡散抵抗の変化率を示す図である。
【図７】本発明に係る湿度センサの実施例４を説明するための構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。  
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明に係る湿度センサの実施例１を説明するための構成図で、図中符号１はリードフレーム、２はシリコンＩＣ（集積回路／モノリシックＩＣ）、３はモールド樹脂、４は第１の抵抗素子を示している。
本実施例１の湿度センサは、リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサである。集積回路（モノリシックＩＣ）２は、シリコンウェハ上に一体構造として形成されている。また、第１の抵抗素子４は、集積回路２上に形成されている。また、モールド樹脂３は、集積回路２及び第１の抵抗素子４を覆うように形成されている。
【００１４】
このような構成により、予め定められたモールド樹脂３の吸湿率に対する第１の抵抗素子４の抵抗変化率に基づいて湿度を検知することができる。
図２は、シリコンＩＣ上に形成されたＮ型拡散抵抗の乾燥−吸湿−乾燥の変動量を示す図である。この図２に示す結果は、モールド樹脂３が吸湿することでシリコンＩＣ２上にモールド樹脂３から受ける応力が変動し、その結果が、抵抗値の変動として表れている。このような現象を利用することで、湿度センサを構築することが可能である。
【００１５】
図３は、本発明の湿度センサのブロック回路図で、図中符号４はＮ型拡散抵抗、５はＰ型拡散抵抗、１０は感知回路を示している。シリコンＩＣ２は、モールド樹脂３の吸湿によって応力を受ける。応力変化に対して感度に高い抵抗として、例えば、Ｎ型拡散抵抗４を用いる。応力変化に対して感度に低い抵抗として、例えば、Ｐ型拡散抵抗５を用いる。図３に示したブロック図によれば、感知回路１０に入力される電圧は、Ｎ型拡散抵抗４とＰ型拡散抵抗５の抵抗比で決まるため、モールド樹脂３の吸湿の度合いに応じてＮ型拡散抵抗４が変化し、感知回路１０に入力される電圧が感知することで湿度センサとして機能する。
【００１６】
このように、本発明によれば、モールド樹脂が吸湿することでモールド樹脂の応力が変化し、また、シリコンＩＣは、吸湿することなくモールド樹脂の応力変化を感知する。そのため、湿度センサをモノリシックＩＣで、かつ高信頼性な湿度センサを実現することが可能となる。
【実施例２】
【００１７】
図４は、本発明に係る湿度センサの実施例２を説明するための構成図で、図１及び図３と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。なお、図３に示したＮ型拡散抵抗４は第１の抵抗素子で、Ｐ型拡散抵抗５は第２の抵抗素子を示している。
本実施例２の湿度センサは、リードフレーム上に半導体素子を搭載して樹脂で封止してなる湿度センサである。集積回路（モノリシックＩＣ）２は、シリコンウェハ上に一体構造として形成されている。また、第１の抵抗素子４は、集積回路２上に形成されている。また、第２の抵抗素子５は、集積回路２上に形成され、第１の抵抗素子４とは極性の異なる抵抗素子である。また、モールド樹脂３は、集積回路２及び第１及び第２の抵抗素子４，５を覆うように形成されている。
【００１８】
このような構成により、予め定められたモールド樹脂３の吸湿率に対する第１の抵抗素子４と第２の抵抗素子５との抵抗比に基づいて湿度を検知することができる。
抵抗素子のチップの形状については、正方形でも長方形でも構わないが、長方形の場合は、図４に示すように、長軸と並行にＮ型拡散抵抗４を配置することで、Ｎ型拡散抵抗４の応力感度を高めるために都合が良い。また、短軸方向と平行にＰ型拡散抵抗５を配置することで、Ｐ型拡散抵抗５の応力の影響を小さくするために都合が良い。よりＮ型拡散抵抗４の応力感度を高めるために、あえて細長い長方形にしても良い。
【００１９】
また、応力に応じて抵抗値が変化するＮ型拡散抵抗４は、モールド樹脂３の厚が厚い程、吸湿の応力変化が大きくなるため、都合が良く、それ以外のＰ型拡散抵抗５や感知回路１０などは、モールド樹脂３の厚が薄い程、吸湿の応力変化が小さくなるため、都合が良い。
【実施例３】
【００２０】
図５は、本発明に係る湿度センサの実施例３を説明するための構成図で、モールド樹脂の厚さを厚くしたＮ型拡散抵抗の領域を有する湿度センサの構成図である。図中符号３ａはモールド樹脂を厚くした突出層、１２はＮ型拡散抵抗の領域、１４はＮ型拡散抵抗以外の領域を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００２１】
本実施例３の湿度センサは、Ｎ型拡散抵抗４の領域１２が、モールド樹脂３より厚くした突出層３ａで覆われている。
図５に示すように、応力に応じて抵抗値が変化するＮ型拡散抵抗４の領域１２のみモールド樹脂３を厚くして突起層３ａを形成し、Ｎ型拡散抵抗以外の領域１４のモールド樹脂３を薄くすることで、Ｎ型拡散抵抗４のみ吸湿の感度を大きくし、それ以外の領域１４について吸湿による特性変動を小さくすることが可能である。
【００２２】
図６は、樹脂吸湿量とＮ型拡散抵抗の変化率を示す図で、樹脂Ａ，Ｂ，Ｃの吸湿量と各樹脂を用いたときのＮ型拡散抵抗の変化率を示している。図６から樹脂の吸湿量が大きいほど湿度感度が良いと言える。樹脂の吸湿量は、フィラーの含有率との相関が有り、フィラー含有率が少ない程、吸湿量が大きい。そのため、フィラー含有率の少ない樹脂、例えば、５０％乃至８０％を用いることで、吸湿感度を上げることが可能である。但し、吸湿量が大きい樹脂ほど吸湿時の樹脂の膨張が大きいため、シリコンと樹脂の剥れ、リードフレームと樹脂の剥れ、ボンディングワイヤーの断線などリスクが高まる。
【実施例４】
【００２３】
図７は、本発明に係る湿度センサの実施例４を説明するための構成図で、モールド樹脂の吸湿性を考慮した湿度センサの構成図である。図中符号６は吸湿量の小さい樹脂、７は吸湿量の大きい樹脂層を示している。なお、図５と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施例４の湿度センサは、第１の抵抗素子４がＮ型拡散抵抗で、かつ第１の抵抗素子４上に、モールド樹脂３を介して、このモールド樹脂３より吸湿率の大きい樹脂層７で覆われている。
【００２４】
図７に示すように、吸湿量の小さい樹脂６（例えば、フィラー含有率８０％以上）で、シリコンＩＣ２とリードフレーム１とワイヤーボンディングを覆い、その上から吸湿量の大きい樹脂７で覆うことで、上述したようなリスクを低減することができる。また、吸湿量の大きい樹脂７を、図５に示したようにＮ型拡散抵抗の領域のみモールド樹脂を厚くし、それ以外の領域のモールド樹脂を薄くすることで、Ｎ型拡散抵抗４のみ吸湿の感度を大きくし、それ以外の領域の吸湿による特性変動を小さくすることが可能である。
【００２５】
以上のように、本発明によれば、モールド樹脂が吸湿することでモールド樹脂の応力が変化し、また、シリコンＩＣは、吸湿することなくモールド樹脂の応力変化を感知する。そのため、湿度センサをモノリシックＩＣで、かつ高信頼性な湿度センサを実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１  リードフレーム
２  シリコンＩＣ（集積回路／モノリシックＩＣ）
３  モールド樹脂
３ａ  モールド樹脂を厚くした突出層
４  第１の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗）
５  第２の抵抗素子（Ｐ型拡散抵抗）
６  吸湿量の小さい樹脂
７  吸湿量の大きい樹脂層
１０  感知回路
１２  Ｎ型拡散抵抗の領域
１４  Ｎ型拡散抵抗以外の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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