(57)【要約】【課題】  センサチップと回路チップ間を電気的に接続するボンディングワイヤ間に発生する寄生容量による悪影響を防止して容量型半導体力学量センサの特性の向上を図る。【解決手段】  センサチップ１２と回路チップ１３とを接続する接着フィルム１６として、弾性率が２００ＭＰａ以下のものを用いることで、温度特性を低減する。そして、センサチップ１２と回路チップ１３とを接続する４本のボンディングワイヤ１７が、センサチップ１２の各辺部の中央部もしくは各角部に１本ずつ配置されるようにする。これにより、ボンディングワイヤ１７相互間の間隔を十分に広げることができ、発生する寄生容量の絶対値を十分に小さくすることができる。このため、４本のボンディングワイヤ１７の相互間の寄生容量が変動することがあっても、その変動はごく僅かなものとなり、センサ特性に対する影響を小さくすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号処理回路を有する回路チップ（１３）の上に、接着性フィルム（１６）を介して、力学量検出部を有するセンサチップ（１２）を搭載してなるスタック構造を備え、複数本のボンディングワイヤ（１７、２２）によりそれらチップ間の電気的接続がなされる容量型半導体センサ装置であって、
前記接着性フィルム（１６）は、弾性率が２００ＭＰａ以下となっており、
前記複数本のボンディングワイヤ（１７、２２）は、前記センサチップ（１２）の複数の辺部又は角部に分散して配置されていることを特徴とする容量型半導体センサ装置。
【請求項２】
前記センサチップ（１２）と前記回路チップ（１３）とを接続する前記複数本のボンディングワイヤ（１７、２２）は４本あり、該４本のボンディングワイヤは、前記センサチップ（１２）の各辺部の中央部に夫々配置されていることを特徴とする請求項１記載の容量型半導体センサ装置。
【請求項３】
前記センサチップ（１２）と回路チップ（１３）とを接続する前記複数本のボンディングワイヤ（１７、２２）は４本あり、該４本のボンディングワイヤは、前記センサチップの各角部に夫々配置されていることを特徴とする請求項１記載の容量型半導体センサ装置。
【請求項４】
前記回路チップ（１３）は、基板（１４）上に実装され、４本以上のボンディングワイヤ（３２）によりそれらの間の電気的接続がなされるものであって、
前記ボンディングワイヤのうち４本のものが、前記回路チップの各角部に夫々配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の容量型半導体センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば加速度センサやジャイロセンサ等の力学量を静電容量の変化として検出する容量型半導体センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の容量型半導体センサ、例えば自動車のエアバッグ用の半導体加速度センサとして、図７及び図８に示すような、半導体チップを積層したスタック構造を備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。このものでは、図８に示すように、加速度検出部を有するセンサチップ１が、信号処理回路を有する回路チップ２上に接着により搭載され、更に回路チップ２が、セラミック基板からなるパッケージ３内に接着により取付けられるようになっている。
【０００３】
そして、図７に示すように、センサチップ１の一辺部に形成された例えば４個の電極パッドと、それらに対応して形成された回路チップ２の電極パッドとが、ボンディングワイヤ４によりそれぞれ電気的に接続されるようになっている。また、回路チップ２とパッケージ３の電極リード３ａとの間も、ボンディングワイヤ５（図８にのみ図示）により電気的に接続されるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−２２７４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の半導体加速度センサは、セラミック基板からなるパッケージ３がプリント基板に実装されることでプリント基板上に固定されることになる。しかしながら、プリント基板の変形、例えば周囲温度に応じた膨張収縮による変形や外部からの衝撃などによる変形が発生したときに、それによる応力がパッケージ３に伝わり、さらに、パッケージ３に接着された回路チップ２やセンサチップ１に伝わることになる。このような応力は、回路チップ２とセンサチップ１との接着の剥がれ、ボンディングワイヤ５の断線等の要因になるため好ましくない。
【０００５】
このため、図８に示されるように、センサチップ１と回路チップ２との間の接着を弾性のある接着フィルム６を介して行うようにすることで、回路チップ２からセンサチップ１に応力が伝わらないようにしている。
【０００６】
ところが、弾性のある接着フィルム６を用いた場合、外部からの振動が伝わったときに、回路チップ２とセンサチップ１間で接着フィルム６上のセンサチップ１が共振してしまうことが確認された。このような場合、以下のような問題が発生することが判った。これについて説明する。
【０００７】
図９は、センサチップ１および回路チップ２に形成されたセンサ回路の一部を示した図である。
【０００８】
センサチップ１には、可動電極および固定電極によって容量１ａが形成されていると共に、４つの電極パッド１ｂが備えられている。４つの電極パッド１ｂは、２個の入力端子及び１個の出力端子並びにグランド端子からなる。
【０００９】
回路チップ２にも、４つの電極パッド２ａが備えられている。４つの電極パッド２ａは、２個の出力端子及び１個の入力端子並びにグランド端子からなる。また、回路チップ２には、出力端子から搬送波を出力する２つの搬送波発生部２ｂが備えられていると共に、入力端子から入力される信号を電圧信号に変換する変換回路２ｃが設けられている。
【００１０】
このような構成において、回路チップ２に備えられた２つの搬送波発生部２ｂから、出力端子を通じて互いに逆相の電圧となる搬送波が出力されるようになっている。これにより、センサチップ１の入力端子を通じてその搬送波が入力され、容量１ａに対してその電圧が印加される。
【００１１】
そして、加速度が加わり、可動電極が変位すると、容量１ａが変動することから、その容量１ａの変動に応じた信号がセンサチップ１の出力端子から出力される。この信号が加速度検出信号であり、この加速度検出信号が回路チップ２の入力端子を通じて電圧変換回路２ｃ入力され、電圧変換回路２ｃにて電圧信号に変換される。
【００１２】
このようにして、加速度センサによる加速度検出が行われるようになっている。このため、センサチップ１の出力端子から出力される加速度検出信号が正確に回路チップ２の入力端子に入力される必要がある。
【００１３】
しかしながら、上記従来の構成では、センサチップ１と回路チップ２とを電気的に接続するボンディングワイヤ４同士の間隔が比較的狭くなっているため、隣り合うボンディングワイヤ４間に発生する寄生容量７が比較的大きくなる。
【００１４】
このため、この寄生容量７の影響により、センサチップ１の出力端子から出力される加速度検出信号が変化し、正確に回路チップ２の入力端子に入力されない状態となる。そして、上述したセンサチップ１の共振によってボンディングワイヤ４間の間隔が変動して寄生容量７が変動すると、寄生容量７の影響によるセンサチップ１の出力端子から出力される加速度検出信号の変化も変わってしまう。このため、加速度が０の場合におけるセンサチップ１の加速度検出信号を基準として出力電圧の０点（以下、０点出力電圧という）を決めても、ボンディングワイヤ４間の間隔の変動によってその０点出力電圧が変動してしまい、正確な加速度検出が行えなくなるという問題がある。
【００１５】
本発明は上記点に鑑みてなされ、センサチップを回路チップ上に接着フィルムを介して搭載したスタック構造を備える容量型半導体センサにおいて、それらチップ間を電気的に接続するボンディングワイヤ間に発生する寄生容量による悪影響を防止して特性の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、本発明の容量型半導体センサ装置は、接着性フィルムを介してセンサチップを回路チップに実装したスタック構造を備えるものにあって、接着性フィルムとして弾性率が２００ＭＰａ以下のものを用い、かつ、センサチップと回路チップ間の電気的接続を行う複数本のボンディングワイヤを、センサチップの複数の辺部又は角部に分散して配置したことを特徴としている。
【００１７】
このように、接着性フィルムとして弾性率が２００ＭＰａ以下のものを用いることにより、加速度センサ１１の温度特性をほぼ０にすることが可能となる。
【００１８】
また、複数本のボンディングワイヤが、センサチップの一辺部に集中して設けられるのではなく、分散して配置されるようにすることで、ボンディングワイヤ相互間の間隔が広がり、発生する寄生容量の絶対値を小さくすることができる。従って、ボンディングワイヤが変形して相互間の寄生容量が変動することがあっても、その変動はごく僅かなものとなり、センサ特性（検出精度）に対する影響を小さくすることができる。この結果、請求項１の発明によれば、ボンディングワイヤ間に発生する寄生容量による悪影響を防止して特性の向上を図ることができる。
【００１９】
このとき、センサチップと回路チップとが４本のボンディングワイヤにより電気的に接続されるものにあっては、請求項２に示されるように、４本のボンディングワイヤを、センサチップの各辺部の中央部に夫々配置したり、あるいは、請求項３に示されるように、センサチップの各角部に夫々配置したりすることができる。
【００２０】
これらによれば、４本のボンディングワイヤの相互間の間隔を十分に広げることができ、寄生容量の絶対値を十分に小さくすることができ、ひいては寄生容量による悪影響の防止効果に優れるものとなる。そして、４本のボンディングワイヤが四方向に張られた状態となるから、それらボンディングワイヤによってセンサチップの回路チップに対するバランスの良い保持力が得られ、耐衝撃性が向上する（共振の防止）効果も期待できる。
【００２１】
ところで、回路チップは、基板上に実装され、複数本のボンディングワイヤにより電気的に接続されるのであるが、この場合、請求項４に示されるように、それらボンディングワイヤのうち４本のものを、回路チップの各角部に夫々配置する構成とすることができる。これによれば、四方向に張られた状態のボンディングワイヤにより、回路チップの基板に対するバランスの良い保持力が得られ、基板に対する回路チップの共振の防止ひいてはセンサチップに対する衝撃の抑制の効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した容量型半導体センサとしての加速度センサの全体構成の概略平面図を示す。また、図２に、図１に示す半導体加速度センサの概略的な縦断正面図を示すと共に、図３に、加速度センサに備えられるセンサ回路の一部を示す。以下、これらの図を参照して、本実施形態の加速度センサについて説明する。
【００２４】
図１および図２に示されるように、本実施形態の加速度センサ１１は、センサチップ１２を回路チップ１３に実装したスタック構造を備え、それらを基板としてのパッケージ１４内に収容して構成される。センサチップ１２は、詳しい図示は省略するが、半導体（シリコン）基板に、マイクロマシニング技術によって、その表面の中央部に位置して力学量検出部としての加速度検出部を形成して構成されている。周知のように、加速度検出部は、いわゆる櫛歯状の固定電極と可動電極とを相互間に隙間をもって対向配置し、加速度を、それら固定電極と可動電極との間の静電容量の変化として検出するようになっている。
【００２５】
センサチップ１２の表面部（図で上面）には、回路チップ１３との間の電気的接続を行うための４個の電極パッド（端子）１２ａが形成されている。図３に示すように、それら４個の電極パッド１２ａは、２個の入力端子及び１個の出力端子並びにグランド端子からなる。本実施形態では、これら４個の電極パッド１２ａは、センサチップ１２の各辺部の中央部に位置して設けられている。
【００２６】
回路チップ１３は、センサチップ１２よりも大きい矩形状に構成され、センサチップ１２からの信号を処理するための信号処理回路を有して構成されている。この回路チップ１３の表面の中央部が、センサチップ１２が搭載されるチップマウント領域とされており、このチップマウント領域の外側に、センサチップ１２の４個の電極パッド１２ａに対応した４個の電極パッド（端子）１３ａが形成されている。
【００２７】
図３に示すように、それら４個の電極パッド１３ａは、２個の出力端子及び１個の入力端子並びにグランド端子からなる。回路チップ１３は、搬送波発生部１３ｂから、２個の出力端子１３ａを通じて互いに逆相となるパルス状の搬送波を出力するようになっており、また、入力端子１３ａから入力された加速度検出信号を、電圧信号に変換する変換回路１５が設けられている。なお、詳しく図示はしないが、この回路チップ１３の表面の左右の両側辺部には、パッケージ１４との接続のための複数個の電極パッドが夫々形成されている。
【００２８】
パッケージ１４は、例えばセラミック基板によって構成され、薄型の矩形容器状をなしている。パッケージ１４の中央部が、回路チップ１３が搭載される領域とされている。そして、このパッケージ１４内の左右の辺部に沿って、回路チップ１３の電極パッドに対応した複数本の電極リード１４ａ（便宜上ハッチングを付して示す）が設けられていると共に、外面部に位置して図示しない外部接続用の端子が設けられている。
【００２９】
そして、図２に示すように、センサチップ１２は回路チップ１３に対し、接着性フィルム１６により接着されるようになっている。この接着性フィルム１６は、低弾性を有しており、比較的厚く構成されていることにより、温度変化時などにより発生する外部からの応力がセンサチップ１２に伝わらない様に、応力を吸収するようになっている。
【００３０】
具体的には、接着性フィルム１６として、例えば厚みが１７５ミクロンのものが用いられる場合、接着性フィルム１６の弾性率が２００ＭＰａ以下となるようにしている。これは、接着性フィルム１６の弾性率が高すぎる場合、加速度センサ１１の使用環境が室温から変化したとき、その温度変動によって上記応力が吸収しきれなくなり、０点出力電圧が変動してしまうということが確認されたためである。
【００３１】
図４は、接着性フィルム１６の厚みを１７５ミクロンとした場合における弾性率（ＭＰａ）の変動に起因する加速度センサ１１の温度特性を実験により調べた結果を示したものである。この実験では、加速度センサ１１の使用環境の温度を２５℃〜８５℃に変化させた場合と２５℃〜−４０℃に変化させた場合における加速度センサ１１の０点出力電圧の変動値（ΔＧ）を調べている。
【００３２】
この図に示されるように、接着性フィルム１６の弾性率が２００ＭＰａ以下になると、加速度センサ１１の温度特性がほとんど０となるが、弾性率２００ＭＰａを超えると、弾性率が大きくなるほど温度特性が大きくなっていることが判る。このため、本実施形態では、接着性フィルム１６の弾性率が２００ＭＰａ以下となるように設定している。
【００３３】
また、回路チップ１３は、パッケージ１４に例えば接着剤により接着されるようになっている。これにより、センサチップ１２および回路チップ１３がパッケージ１４に固定された状態となっている。
【００３４】
センサチップ１２の各電極パッド１２ａと、回路チップ１３の各電極パッド１３ａとの間は、４本のセンサチップ用のボンディングワイヤ１７により電気的に接続されている。この４本のボンディングワイヤ１７は、図１に示すように、センサチップ１２の各辺部の中央部において、１本ずつが四方向に放射方向（十字状）に延びるように配置されている。また、回路チップ１３の左右の両側辺部の電極パッドと、パッケージ１４の電極リード１４ａとの間が、複数本の回路チップ接続用のボンディングワイヤ１８（図２参照）により電気的に接続されている。
【００３５】
そして、パッケージ１４の上面開口部は、蓋１９（図２参照）により気密に塞がれるようになっている。
【００３６】
次に、上記のように構成された本実施形態の加速度センサ１１の作用について述べる。上記構成においては、図３に示すように、センサチップ１２と回路チップ１３とを接続するボンディングワイヤ１７相互間に寄生容量が発生する。そして、外部からの衝撃（例えば回路チップ１３に対するセンサチップ１２の共振）などによってボンディングワイヤ１７に変形が生ずるようなことがあると、その寄生容量の変動を招いて特性（０点出力電圧）が変化してしまう懸念がある。
【００３７】
しかしながら、本実施形態では、センサチップ１２と回路チップ１３とを接続する４本のボンディングワイヤ１７が、センサチップ１２の各辺部の中央部に１本ずつ配置されているので、ボンディングワイヤ４をセンサチップ１の一辺部に配置していた従来のものと異なり、ボンディングワイヤ１７相互間の間隔を十分に広げることができ、発生する寄生容量の絶対値を十分に小さくすることができる。
【００３８】
このため、外部からの振動に基づいてセンサチップ１２の共振が発生するなどにより、４本のボンディングワイヤ１７の相互間の寄生容量が変動することがあっても、その変動はごく僅かなものとなり、従って、センサ特性（検出精度）に対する影響を小さくすることができる。
【００３９】
このように本実施形態によれば、センサチップ１２を回路チップ１３に実装したスタック構造を備えるものにあって、センサチップ１２と回路チップ１３とを電気的に接続するボンディングワイヤ１７相互間に発生す寄生容量による悪影響を防止して特性の向上を図ることができるという優れた効果を奏する。
【００４０】
そして、本実施形態では、４本のボンディングワイヤ１７が四方向に張られた状態となるから、それらボンディングワイヤ１７によってセンサチップ１２の回路チップ１３に対するバランスの良い保持力が得られ、耐衝撃性が向上する（共振の防止）効果も期待できる。
【００４１】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る加速度センサ２１の構成を示している。この第２の実施形態のうち上記第１の実施形態と異なるところは、センサチップ１２と回路チップ１３とを接続する４本のボンディングワイヤ２２を、センサチップ１２の４つの角部に１本ずつ配置した点にある。
【００４２】
これによっても、上記第１の実施形態と同様に、４本のボンディングワイヤ２２の相互間の間隔を十分に広げることができ、寄生容量の絶対値を十分に小さくすることができ、ひいては寄生容量による悪影響の防止効果に優れ、特性の向上を図ることができる。そして、やはり４本のボンディングワイヤ２２が四方向に張られた状態となるから、それらボンディングワイヤ２２によってセンサチップ１２の回路チップ１３に対するバランスの良い保持力が得られ、耐衝撃性が向上する（共振の防止）効果も期待できる。
【００４３】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る加速度センサ３１の構成を示している。この第３の実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、センサチップ１２と回路チップ１３とを接続する４本のボンディングワイヤ１７を、センサチップ１２の各辺部の中央部に１本ずつ配置し、これに加え、回路チップ１３とパッケージ１４とを電気的に接続するボンディングワイヤ３２のうち４本のものを、回路チップ１３の各角部に夫々配置するようにしている。
【００４４】
これによれば、上記第１の実施形態と同様の効果が得られることに加え、四方向に張られた状態のボンディングワイヤ３２により、回路チップ１３のパッケージ１４に対するバランスの良い保持力が得られ、この結果、パッケージ１４に対する回路チップ１３の共振の防止ひいてはセンサチップ１２に対する衝撃の抑制の効果が期待できる。
【００４５】
（他の実施形態）
尚、上記実施形態では、センサチップ１２と回路チップ１３とを４本のボンディングワイヤ１７で接続する場合を例としたが、３本あるいは５本以上のボンディングワイヤで接続する場合にあっても、複数本のボンディングワイヤを、センサチップの複数の辺部又は角部に分散して配置することにより、上記の目的を達成することができる。また、上記実施形態では、本発明を加速度センサに適用するようにしたが、例えばジャイロセンサ等、他の容量型半導体センサ装置にも適用することができる。その他、本発明は上記し図面に示した各実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態における加速度センサの概略的な平面図である。
【図２】図１に示す加速度センサの縦断正面図である。
【図３】図１に示すセンサチップ及び回路チップに形成されたセンサ回路の回路構成を概略的に示す図である。
【図４】接着性フィルムの弾性率（ＭＰａ）の変動に起因する加速度センサの温度特性を実験により調べた結果を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における加速度センサの概略的な平面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における加速度センサの概略的な平面図である。
【図７】従来における加速度センサの概略的な平面図である。
【図８】図７に示す加速度センサの縦断面正面図である。
【図９】図７に示すセンサチップ及び回路チップに形成されたセンサ回路の回路構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１、２１、３１…加速度センサ（容量型半導体センサ装置）、１２…センサチップ、
１３…回路チップ、１４…パッケージ（基板）、１６…接着性フィルム、
１７、１８、２２、３２…ボンディングワイヤ。
【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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【図８】
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【図９】
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