(57)【要約】      （修正有）【課題】水中又は適度な温度及び／若しくは圧力下での空気中で使用するための圧力センサを提供する。【解決手段】半導体センサアセンブリ３０は、処理デバイス１０’とセンサデバイス２０であって、処理デバイスの第１のボンドパッド１２とセンサデバイスの第２のボンドパッド２１との間の信号接続を行うボンディングワイヤ３４とを備える。処理デバイスは、第２の耐腐食性材料３２により一部オーバーモールドされており、耐腐食性材料内の空洞に部分的に曝露される。センサデバイスは空洞内に存在し、処理デバイスとセンサデバイスとの間の信号接続を空洞内で物理的に行うことを可能にするために再配信層１８が提供され、第２の耐腐食性材料は第１のボンドパッドを被覆する。【選択図】図１３
2018032846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食性環境で使用するための半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）であって、
−前記腐食性環境内の腐食性成分によって腐食され得る材料の少なくとも１つの第１のボンドパッド（１２）を備える処理デバイス（１０´）と、
−少なくとも１つの第２のボンドパッド（２１、２１´）を備えるセンサデバイス（２０、２０´）であって、前記第２のボンドパッドは、第１の耐腐食性材料よりなる、及び／又は第１の耐腐食性材料によって被覆されている、センサデバイスと、
−前記処理デバイスの前記少なくとも１つの第１のボンドパッドと前記センサデバイスの前記少なくとも１つの第２のボンドパッドとの間の信号接続を行うための少なくとも１つのボンディングワイヤ（３４）と、を備え、
前記処理デバイス（１０´）は、第２の耐腐食性材料（３２）によって部分的にオーバーモールドされており、かつ前記耐腐食性材料（３２）内の空洞（３６）に部分的に曝露され、前記センサデバイス（２０、２０´）は、前記空洞（３６）内に存在し、
前記処理デバイス（１０´）と前記センサデバイス（２０、２０´）との間の信号接続を前記空洞（３６）内で物理的に行うことを可能にするために再配信層（１８）が提供される一方で、前記第２の耐腐食性材料（３２）は、前記少なくとも１つの第１のボンドパッド（１２）を被覆する、半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項２】
前記再配信層（１８）は、オーバーパッドメタライゼーションを備える、請求項１に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項３】
前記オーバーパッドメタライゼーションは、第３の耐腐食性材料からなり、前記オーバーパッドメタライゼーション（１８）は、近位部分（１８ａ）及び遠位部分（１８ｃ）を備える形状を有し、前記遠位部分（１８ｃ）は、前記近位部分（１８ａ）から距離（Ｌ２）に位置し、中間部分（１８ｂ）を介して前記近位部分（１８ａ）に接続され、前記近位部分（１８ａ）は、前記少なくとも１つの第１のボンドパッド（１２）を被覆する形状を有する、請求項２に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項４】
前記ボンディングワイヤは、前記オーバーパッドメタライゼーション（１８）の前記遠位部分（１８ｃ）に接続された第１の端部と、前記センサデバイス（２０、２０´）の前記少なくとも１つの第２のボンドパッド（２１、２１´）に接続された第２の端部と、を有し、前記ボンディングワイヤ（３４）は、第４の耐腐食性材料からなる、請求項３に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項５】
前記第１の耐腐食性材料及び／又は前記第３の耐食性材料及び／又は前記第４の耐腐食性材料は、以下の選択肢：
−貴金属、
−金のみ、
−白金のみ、
−Ａｕ及びＰｔのみからなる混合物、
−Ａｕ又はＰｔを含有する合金、
のうちの１つから個別に選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項６】
前記センサデバイス（２０、２０´）は、基板（３３´）の頂部に、かつ前記処理デバイス（１０´）に近接して実装される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０´）。
【請求項７】
前記センサデバイス（２０、２０´）は、前記処理デバイス（１０´）の頂部に位置する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´´）。
【請求項８】
前記再配信層（１８）の頂部にパッシベーション層（４０）をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項９】
前記センサデバイス（２０、２０´）の頂部に適用されたゲル（３８）をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１０】
基板を備え、前記基板（３３、３３´、３３´´）はリードフレームである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１１】
前記処理デバイス（１０´）は、第２のボンディングワイヤ（３５）を介して基板（３３、３３´、３３´´）に接続された第３のボンドパッド（１１）をさらに備え、前記第２のボンディングワイヤ（３５）も前記第２の耐腐食性材料（３２）によって封止されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１２】
前記処理デバイス（１０´）は、ＣＭＯＳチップであり、前記センサデバイスは異なる技術で作製されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１３】
前記ＣＭＯＳチップは、マイクロプロセッサ及び不揮発性メモリを備える、請求項１２に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１４】
５ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍより小さい外形寸法を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１５】
前記センサデバイス（２０、２０´）は、絶対圧センサ又は差圧センサ又は赤外線センサである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）。
【請求項１６】
自動車エンジンの排気ガスの圧力及び／又は組成を測定するための、請求項１５に記載の半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）の使用。
【請求項１７】
半導体センサアセンブリ（３０、３０´、３０´´）を製造する方法であって、
−腐食性環境中の腐食性成分によって腐食され得る材料の少なくとも１つの第１のボンドパッド（１２）を備える処理デバイス（１０´）を提供する工程と、
−少なくとも１つの第２のボンドパッド（２１、２１´）を備えるセンサデバイス（２０、２０´）を提供する工程であって、前記第２のボンドパッドは、第１の耐腐食性材料からなり、及び／又は第１の耐腐食性材料で被覆されている、工程と、
−少なくとも１つのボンディングワイヤ（３４）によって、前記処理デバイスの前記少なくとも１つの第１のボンドパッドと前記センサデバイスの前記少なくとも１つの第２のボンドパッドとの間の信号接続を行う工程と、
−前記処理デバイス（１０´）を第２の耐腐食性材料（３２）によって部分的にオーバーモールドする工程であって、このようにして前記処理デバイス（１０´）を前記第２の耐腐食性材料（３２）内の空洞（３６）に部分的に曝露させる、工程と、
−前記空洞（３６）内に前記センサデバイス（２０、２０´）を実装する工程と、
−前記処理デバイスを部分的にオーバーモールドする前に、前記処理デバイス（１０´）と前記センサデバイス（２０、２０´）との間の前記信号接続を前記空洞（３６）内で物理的に行うことを可能にするための再配信層（１８）を提供する一方で、前記第２の耐腐食性材料（３２）が前記少なくとも１つの第１のボンドパッド（１２）を被覆する工程と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体センサデバイスの分野に関し、より具体的には、腐食環境、例えば自動車エンジンの排気ガス環境での使用に好適な半導体センサアセンブリ、及びその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体センサ、例えば、水中又は適度な温度及び／若しくは圧力下での空気中で使用するための圧力センサは、当技術分野において良く知られている。
【０００３】
そのような圧力センサの第１のタイプは、例えば１９７９年に公開されたＧＢ１５４７５９２Ａから既知である。典型的には、そのようなセンサは、薄い部分（「膜」又は「ダイヤフラム」と呼ばれる）を有する基板を備え、その膜上に、圧力感知回路、例えば４つのピエゾ抵抗素子を備えたホイートストンブリッジが配置されている。そのような基板は、典型的には、圧力感知回路のノード、例えば、回路を電圧又は電流でバイアスするための２つの供給ノード、及び流体によって膜に加えられる機械的圧力を示す電圧を検知するための２つの出力ノードと電気的に接触する４つのボンドパッドをさらに備える。圧力センサには、絶対圧センサ及び相対圧センサの２種類がある。両方とも当技術分野において良く知られており、したがって、ここでより詳細に説明する必要はない。
【０００４】
半導体圧力センサの基本原理は１９７９年以来ほとんど同じのままであるが、例えば、オフセットの補償及び／若しくはデジタル読み出し回路のための機構のような、同じダイ上に追加の機能を追加すること、又は圧力センサを過酷な媒体に好適なものにすることなど、いくつかの方面で継続的な開発が続けられている。
【０００５】
そのようなセンサの第２のタイプは、例えば、測定された赤外線スペクトルに基づいて、流体又はガスの化学組成についての情報を抽出するために使用することができる赤外線センサである。
【０００６】
過酷な環境に好適なセンサアセンブリを作製することは課題である。既存の解決策は、例えば米国特許第７９９２４４１（Ｂ２）号（特許文献１）及び米国特許出願公開第２００９／２１８６４３（Ａ１）号（特許文献２）に見出すことができる。
【０００７】
米国特許出願公開第２００７／０５２０４７（Ａ１）号（特許文献３）では、一解決策がタンタル又はタンタル合金に基づいて提案されている。
【０００８】
米国特許第８２９９５４９号（特許文献４）には、相互接続ラインを介してオーミックコンタクトで接触する少なくとも１つの貴金属層を有する層構造が記載されている。
【０００９】
常に改善や代替の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７９９２４４１（Ｂ２）号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／２１８６４３（Ａ１）号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０５２０４７（Ａ１）号
【特許文献４】米国特許第８２９９５４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の実施形態の目的は、ガス、例えば自動車からの排気ガスの特性（例えば、圧力又は赤外線スペクトル）を測定するのに好適なセンサアセンブリを提供することであり、そのガスは腐食性成分を含有し、そのアセンブリは、（第１の技術で作製された）別個のセンサデバイスと、前記センサデバイスに電気的に接続された別個の処理デバイス（第１の技術とは異なる第２の技術で作製されている）とを備えたタイプのものであり、かつ過酷な環境に耐えることができ、及びそのようなセンサアセンブリを作製する方法を提供することである。
【００１２】
本発明の実施形態の利点は、そのようなセンサアセンブリが低減された腐食の危険性を有し、その結果、ひび又は割れ目が存在しても改善された寿命を有することである。
【００１３】
本発明の特定の実施形態の利点は、そのようなセンサアセンブリが従来の技術解決策よりもコンパクトであることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的は、本発明の実施形態による半導体センサアセンブリ及びそのような半導体センサアセンブリを製造する方法によって達成される。
【００１５】
第１の態様では、本発明は、腐食性環境、例えば自動車エンジンの排気ガス環境で使用するための半導体センサアセンブリを提供する。センサアセンブリは、
−腐食環境、例えば排気ガス環境中の腐食性成分、例えば排気ガスによって腐食され得る材料の少なくとも１つの第１のボンドパッドを備える処理デバイスと、
−少なくとも１つの第２のボンドパッドを備えるセンサデバイスであって、第２のボンドパッドは、第１の耐腐食性材料よりなる、及び／又は第１の耐腐食性材料によって被覆されている、センサデバイスと、
−処理デバイスの少なくとも１つの第１のボンドパッドとセンサデバイスの少なくとも１つの第２のボンドパッドとの間の信号接続を行うための少なくとも１つのボンディングワイヤと、を備える。
処理デバイスは、第２の耐腐食性材料、例えば耐腐食性プラスチック材料によって部分的にオーバーモールドされており、かつ耐腐食性材料内の空洞に部分的に曝露されている。センサデバイスは、空洞内に存在する。さらに、処理デバイスとセンサデバイスとの間の信号接続を空洞内で物理的に行うことを可能にするために再配信層が提供される一方で、第２の耐腐食性材料は、少なくとも１つの第１のボンドパッドを被覆する。
【００１６】
センサデバイスは、ピエゾ抵抗器などの受動部品だけを備える離散した圧力センサであってもよい。圧力センサは、可撓性膜と複数の前記第２のボンドパッドに接続された圧力感知回路とを含んでもよい。
【００１７】
処理デバイスは、例えば少なくとも１つのアルミニウムパッド及び／又は少なくとも１つの銅パッドを有するＣＭＯＳチップであってもよい。
【００１８】
処理デバイスの一部を封止するパッケージ、例えばプラスチックパッケージを使用することの利点は、処理デバイスの一部が腐食性流体に曝露されるのを防止することである。特に、例えば、ボンドパッド及びビアのような、腐食環境、例えば排気環境中のガス及び／又は元素による腐食の影響を受けやすい処理デバイスの部品は、第２の耐腐食性材料によって被覆されてもよい。耐腐食性材料は、例えばエポキシ系、ハロゲンフリー、「トランスファー成形合成物」であることができるが、他の好適なプラスチック材料を使用してもよい。言い換えれば、モールド合成物、例えばプラスチックモールド合成物は、過酷な環境に対してセンサアセンブリをより頑強にするための追加の保護を提供する。
【００１９】
本発明の実施形態では、再配信層は、オーバーパッドメタライゼーション（ＯＰＭ）を備えるか、それで構成されてもよい。オーバーパッドメタライゼーションは、第３の耐腐食性材料からなってもよい。それは近位部分と遠位部分とを備える形状を有してもよく、遠位部分は近位部分から所定の距離に位置し、中間部分を介して近位部分に接続されている。近位部分は、少なくとも１つの第１のボンドパッドを被覆するような形状を有してもよい。
【００２０】
競合他社は、排気ガスなどの腐食性成分によって腐食され得る材料、例えばアルミニウム又は銅のパッドのボンドパッドの上に追加の金属層を追加することに焦点を合わせ、それは非標準的なプロセス及び追加のマスク、並びに複数の層を必要とし、又は処理チップを腐食性の環境から遠ざけるように移動させるのに対して、本発明者らは、処理デバイスをセンサデバイスに近づけることと、再配信層、例えばオーバーパッドメタライゼーション層を例えば電気めっきを使用してパッドの上に追加することと、処理デバイス、例えばＣＭＯＳチップの一部、及び再配信層の一部分、例えばＯＰＭの近位部分及び中間部分の一部を耐腐食性パッケージングによって被覆することによって封止することと、のアイデアにたどり着いた。このようにして、排気ガスなどの腐食性成分によって腐食される可能性のある材料、例えばアルミニウム又は銅のパッドのボンドパッドに到達するために腐食性粒子がたどる必要がある拡散経路の長さが増加する。
【００２１】
本発明の実施形態では、ボンディングワイヤは、オーバーパッドメタライゼーションの遠位部分に接続された第１の端部と、センサデバイスの少なくとも１つの第２のボンドパッドに接続された第２の端部とを有してもよい。ボンディングワイヤは、第４の耐腐食性材料から構成されてもよい。
【００２２】
ボンディングワイヤ及び再配信層、例えばＯＰＭは、耐腐食性材料で作製されているので、その一部分を腐食性、例えば排気流体に曝露させることができ、一方別の部分は、耐腐食性材料、例えばプラスチックによって封止することができる。したがって、「過酷な世界」と「非過酷な世界」、例えば「ＣＭＯＳの世界」との間の移行は、先行技術の解決法で行われているように、ＣＭＯＳチップの接触界面でというよりも中間部分で起こる。
【００２３】
パッケージを成形すること、例えばプラスチックパッケージが、非常に成熟したプロセスであり、かつ民生用産業及び自動車産業の両方の大量生産に非常に好適であるということは、利点である。
【００２４】
離散した又は別個のセンサ及び離散した又は別個の処理チップを使用することの利点は、センサに対して及び処理デバイスに対して異なる技術を使用することを可能にするので、それにより、想定される用途又は環境によって、それぞれが別個に製造及び最適化することができることである。
【００２５】
再配信層、例えばオーバーパットメタライゼーションは、スパッタリング又は電気めっきを適用することができる。電気めっきされた層を使用することの利点は、単に薄いコーティングではなくむしろ、排気ガスなどの腐食性成分によって腐食され得る材料のボンドパッド、例えばアルミニウム又は銅のパッドの頂部に比較的厚い層が形成され、ピンホール又はひびが発生した場合でも十分な保護を提供することである。好ましくは、再配信層、例えばＯＰＭ層は、Ｔｉを含有しない。
【００２６】
センサデバイスを処理デバイスの上方に配置することにより、又は中間物体を介さずに処理デバイスに直接近接させることにより、コンパクトな配置を提供することができる。コストの理由だけでなく、より小さいセンサアセンブリを較正する利点があるため、コンパクトさは非常に望ましい。圧力センサのようなセンサは、例えば、個々のセンサごとに通常異なるオフセット値及び／又は感度値を決定するために、異なる圧力及び温度で個別に較正する必要がある。よりコンパクトな設計を有することは、センサの熱質量が低減されるので、較正プロセスを高速化することを可能にし、デバイスのより速い温度設定、例えば測定当たり約最大１．０秒程度を可能にする。又は換言すれば、所与の時間の間に、より多くの測定点をとることができるので、精度を向上させることができる。
【００２７】
所望される場合、センサアセンブリの頂部だけでなく底面側も、第２の耐腐食性材料、例えばプラスチック材料で被覆されるか、又は封止される。これは、基板が例えば銅で作製されている場合に特に適切である。しかし、耐腐食性材料、例えばプラスチック材料による底面の保護は、腐食性成分、例えば排気ガスがセンサアセンブリの底面側に接近しない用途においては省略することができる。
【００２８】
一実施形態では、第１の耐腐食性材料及び／又は第３の耐食性材料及び第４の耐腐食性材料は、以下の選択肢：貴金属、金のみ、白金のみ、Ａｕ及びＰｔのみからなる混合物、Ａｕ又はＰｔを含有する合金、のうちの１つから個別に選択される。
【００２９】
一実施形態では、第１の耐腐食性材料は第１の貴金属であり、第３の耐食性材料は第２の貴金属であり、第４の耐腐食性材料は第３の貴金属であることができる。第１の貴金属と第２の貴金属と第３の貴金属とは、同一の貴金属であってもよいが、必ずしも必要ではなく、第２の貴金属は第１の貴金属と異なってもよく、第３の貴金属は、第１及び／又は第２の貴金属と異なってもよい。
【００３０】
好ましい実施形態では、第１及び第２及び第３の貴金属は金である。
【００３１】
別の好ましい実施形態では、第１及び第２及び第３の貴金属は白金である。
【００３２】
金及び／又は白金は、耐腐食性の高い材料であり、優れた導電体である。金ワイヤでのボンディングは、標準的で非常に成熟したプロセスである。
【００３３】
一実施形態では、センサデバイスは、基板の頂部に、及び処理デバイスに近接して実装される。
【００３４】
一実施形態では、センサデバイスは、処理デバイスの頂部に位置する。
【００３５】
この構成により、センサデバイスは、オーバーモールドされたパッケージ、例えばプラスチックパッケージ内に形成された空洞内に位置し、処理デバイスは、部分的に空洞の内側又は下方に配置されることが可能になる。
【００３６】
一実施形態では、半導体センサアセンブリは、例えばＳｉＮ製の再配信層、例えばオーバーパッドメタライゼーションの頂部にパッシベーション層をさらに備える。
【００３７】
例えばＳｉＮ又はポリイミド又はＰＢＯ製の付加的なパッシベーション層は、耐腐食性をさらに向上させる。
【００３８】
一実施形態では、半導体センサアセンブリは、センサデバイスの頂部の空洞内に適用されたゲルをさらに備える。
【００３９】
センサデバイス、例えば圧力センサの頂部にゲルを提供することの利点は、破片、ほこり、又は水分がセンサに直接触れることを防ぐからである。それはまた、第１のボンディングワイヤを機械的に保護し、例えば湿気に対してボンディングワイヤを電気的に機械的に絶縁する。好適なゲルは、例えばシリコーン系又はフッ化ゲルであるが、他のゲルも使用することができる。
【００４０】
本発明の特定の実施形態では、処理デバイスは、部分的に第２の耐腐食性材料によってオーバーモールドされ、さらにセンサデバイスが提供された第２の耐腐食性材料内の空洞に部分的に曝露され、空洞はゲルで充填される。
【００４１】
排気ガスなどの腐食性成分によって腐食される可能性がある材料で作製された処理デバイスのすべてのボンドパッド、例えばアルミニウム又は銅パッドが、ゲルで満たされているかどうかにかかわりなく、これらのボンドパッドのどれも空洞内で得られないように第２の耐腐食性材料によってオーバーモールドされている処理デバイスのその部分に位置するならば特定の利点がある。
【００４２】
一実施形態では、半導体センサアセンブリは基板を備え、基板はリードフレームである。
【００４３】
基板は、例えばＣｕリードフレームとすることができ、又は別の材料で作製することもできる。
【００４４】
一実施形態では、処理デバイスは、第２のボンディングワイヤを介して基板に接続された第３のボンドパッドをさらに備え、第２のボンディングワイヤもまた第２の耐腐食性材料によって封止されている。
【００４５】
第２のボンディングワイヤは、第１のボンディングワイヤと同じ材料で作製することができる。好ましくは、これらのボンディングワイヤは、金又は白金で作製される。
【００４６】
一実施形態では、処理デバイスはＣＭＯＳチップであり、センサデバイスはＣＭＯＳチップとは異なる技術で作製される。
【００４７】
ＣＭＯＳは、特に民生用電子機器及び自動車産業において大量生産のために選択される技術である。本明細書に記載されるアセンブリ技術は、両方の世界の最良のものを組み合わせた異種センサを製造することを可能にする。ＣＭＯＳ技術は、制御ユニットの実施に理想的である。他の異なる技術は、例えば、ＩＩＩ−Ｖ技術、又はＧａＡｓ若しくはＩｎＰに基づくことができるが、離散した部品を備えることもできる。
【００４８】
一実施形態では、ＣＭＯＳチップは、マイクロプロセッサ及び不揮発性メモリを備える。
【００４９】
このようなアセンブリの利点は、センサからの信号をデジタル的に処理できる「スマートな」センサアセンブリを作製することができることである。好ましくは、この集積回路は、例えばオフセットデータのようなとりわけ較正データを格納するための不揮発性メモリを備える。そのようなアセンブリは、高精度なデータを提供することができる。
【００５０】
一実施形態では、半導体センサアセンブリは、５ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍより小さい外形寸法、例えば２．４ｍｍ×５．０ｍｍ×４．０ｍｍより小さい、例えば２．０ｍｍ×３．０ｍｍ×３．０ｍｍより小さい、例えば１．５ｍｍ×２．０ｍｍ×２．０ｍｍより小さい外形寸法を有する。
【００５１】
本発明による実施形態の主要な利点は、アセンブリの外形寸法が非常にコンパクトなチップスケールであり得ることである。そのようなアセンブリは、測定される流体の流れに顕著に又は著しく影響を及ぼすことなく、ほぼどこにでも実装できることである。
【００５２】
一実施形態では、センサデバイスは絶対圧センサ又は差圧センサ又は赤外線センサである。
【００５３】
圧力センサは、ブリッジ回路又は差動検出回路に配置された複数のピエゾ抵抗素子を備えてもよく、ブリッジ回路のノードは第１のボンドパッドに電気的に接続されている。
【００５４】
膜の頂部にピエゾ抵抗器が配置され、ブリッジ、例えばホイートストンブリッジに接続された膜を有する圧力センサは、小さな圧力変化でも電圧信号に変換するのに理想的に適している。
【００５５】
第２の態様によれば、本発明は、腐食性ガス、例えば自動車エンジンの排気ガスの圧力及び／又は組成を測定するための第１の態様による半導体センサアセンブリの使用に関する。
【００５６】
第３の態様によれば、本発明は、半導体センサアセンブリを製造する方法に関する。その方法は、
−腐食性環境、例えば排気ガス環境中で、腐食性ガス、例えば排気ガスによって腐食され得る材料の少なくとも１つの第１のボンドパッドを備える処理デバイスを提供する工程と、
−少なくとも１つの第２のボンドパッドを備えるセンサデバイスを提供する工程であって、その第２のボンドパッドは、第１の耐腐食性材料からなり、及び／又は第１の耐腐食性材料で被覆されている、工程と、
−少なくとも１つのボンディングワイヤによって、処理デバイスの少なくとも１つの第１のボンドパッドとセンサデバイスの少なくとも１つの第２のボンドパッドとの間の信号接続を行う工程と、
−処理デバイスを第２の耐腐食性材料によって部分的にオーバーモールドする工程であって、このようにして処理デバイスを第２の耐腐食性材料内の空洞に部分的に曝露させる、工程と、
−空洞内にセンサデバイスを実装する工程と、
−処理デバイスを部分的にオーバーモールドする前に、処理デバイスとセンサデバイスとの間の信号接続を空洞内で物理的に行うことを可能にするための再配信層を提供する一方で、第２の耐腐食性材料が少なくとも１つの第１のボンドパッドを被覆する工程と、を含む。
【００５７】
好ましくは、Ｔｉは再配信層、ＯＰＭを堆積させるために使用されない。
【００５８】
任意選択的に、前記方法は、例えば空洞内のセンサデバイスの頂部にゲルコーティングを追加するさらなる工程を含んでもよい。
【００５９】
本発明の特定かつ好ましい態様は、付随する独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴及び他の従属請求項の特徴と適宜組み合わせてもよく、請求項に明示的に記載されているだけではない。
【００６０】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明白かつ明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】当技術分野で既知の圧力センサアセンブリを、それぞれ側面視及び上面視で示す。アセンブリは、圧力センサと離散した処理ボードとを備える。
【図２】当技術分野で既知の圧力センサアセンブリを、それぞれ側面視及び上面視で示す。アセンブリは、圧力センサと離散した処理ボードとを備える。
【図３】図１の圧力センサが、先行技術の圧力センサアセンブリの離散した処理ボードにどのように接続されているかをより詳細に示す。
【図４】本発明の実施形態で使用することができる例示的な離散した絶対圧センサの図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明はこの特定の例（例えば、正方形断面を有し、４つのボンドパッドを有する）に限定されず、他の絶対圧センサを使用してもよい。
【図５】本発明の実施形態で使用することができる例示的な離散した絶対圧センサの図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明はこの特定の例（例えば、正方形断面を有し、４つのボンドパッドを有する）に限定されず、他の絶対圧センサを使用してもよい。
【図６】本発明の実施形態で使用することができる例示的な離散した相対又は差圧センサの図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明はこの特定の例（例えば、正方形断面を有し、４つのボンドパッドを有する）に限定されず、他の相対圧センサを使用してもよい。
【図７】本発明の実施形態で使用することができる例示的な離散した相対又は差圧センサの図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明はこの特定の例（例えば、正方形断面を有し、４つのボンドパッドを有する）に限定されず、他の相対圧センサを使用してもよい。
【図８】本発明の実施形態で使用することができるアルミニウム又は銅パッドを有する例示的な処理デバイス（例えば、ＣＭＯＳチップ）の図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明は処理デバイスのこの特定の例（例えば、頂部に１１個の接点を有する）に限定されず、他の処理デバイスも使用することができる。
【図９】本発明の実施形態で使用することができるアルミニウム又は銅パッドを有する例示的な処理デバイス（例えば、ＣＭＯＳチップ）の図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明は処理デバイスのこの特定の例（例えば、頂部に１１個の接点を有する）に限定されず、他の処理デバイスも使用することができる。
【図１０】図８及び図９に示したものと同様の処理デバイス（側面視及び上面視）を示し、前記処理デバイスのアルミニウム又は銅パッドの少なくとも一部の上にオーバーパッドメタライゼーション（本明細書では「ＯＰＭ」と略記する）の追加を有する。図１０及び図１１では、すべてのパッドは頂部にＯＰＭを有する。本発明の実施形態では、ＯＰＭを備えたそのような処理デバイスを使用することができる。
【図１１】図８及び図９に示したものと同様の処理デバイス（側面視及び上面視）を示し、前記処理デバイスのアルミニウム又は銅パッドの少なくとも一部の上にオーバーパッドメタライゼーション（本明細書では「ＯＰＭ」と略記する）の追加を有する。図１０及び図１１では、すべてのパッドは頂部にＯＰＭを有する。本発明の実施形態では、ＯＰＭを備えたそのような処理デバイスを使用することができる。
【図１２】本発明の一実施形態によるセンサアセンブリ（上面視）を示し、図４及び図５に示したもの、又は図６及び図７に示したものと同様のセンサデバイス、及び図１１に示したものと同様のＯＰＭを有する処理デバイスを含んでいる。処理デバイスは基板、例えばリードフレームの頂部に実装されている。センサデバイスは、処理デバイスの頂部に実装されている。
【図１３】図１２に示したものと同様のセンサアセンブリを側面視（ただし、一部のパッドは説明の目的のためにシフトされている）で示す。
【図１４】図１２に示したセンサアセンブリの変形を上面視で示す。処理デバイスは、リードフレームの頂部に実装されている。センサデバイスもまたリードフレームの頂部に実装され、処理デバイスに近接している。
【図１５】図１４に示したものと同様のセンサアセンブリを側面視（ただし、一部のパッドは説明の目的のためにシフトされている）で示す。
【図１６】図１３に示したものと同様のセンサアセンブリを側面視で示し、オーバーパットメタライゼーションの頂部に付加的なパッシベーション層を有する。
【図１７】本発明の実施形態によるセンサアセンブリを製造する方法を示す。
【図１８】図１７の工程の１つをより詳細に示す。
【００６２】
図面は概略図であるに過ぎず、限定的ではない。図面では、いくつかの要素のサイズは、説明の目的のために誇張されており、縮尺通りに描画されていない場合がある。特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。異なる図面において、同じ参照符号は、同じ又は類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
本発明は、特定の実施形態に関して及び特定の図面を参照して記載されるが、本発明はそれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載される図面は概略的であるに過ぎず、限定的ではない。図面では、いくつかの要素のサイズは、説明の目的ために誇張されており、縮尺通りに描画されていない場合がある。寸法及び相対的な寸法は、本発明の実行のための実際の縮小に対応していない。
【００６４】
さらに、明細書及び特許請求の範囲における第１、第２などの用語は、時間的に、空間的に、ランク付けで、又は任意の他の様態でのいずれかおいても、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも順序を記述するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で同義的であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示されている以外の順序で動作することが可能であることを理解すべきである。
【００６５】
それに加えて、明細書及び特許請求の範囲における頂部、下部などの用語は、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で同義的であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載又は図示されている以外の配向で動作することが可能であることを理解すべきである。
【００６６】
特許請求の範囲で使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものとして解釈されるべきではないことに留意すべきであり、他の要素又は工程を排除するものではない。したがって、述べられた特徴、整数、工程又は構成要素の存在を特定するものとして解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、工程又は構成要素、又はそれらのグループの存在又は追加を妨げるものではない。したがって、「手段Ａ及びＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。本発明に関してそれは、デバイスのただ関連する構成要素が、Ａ及びＢであることを意味する。
【００６７】
本明細書を通して、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「実施形態（ａ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「実施形態では（ｉｎ  ａ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という成句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではないが、その場合もある。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、本開示から当業者に明らかであるように、１つ以上の実施形態において、任意の好適な様態で組み合わせてもよい。
【００６８】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴は、開示を合理化し、様々な発明的態様の１つ以上の理解を助ける目的で、単一の実施形態、図、又はその説明において時には一緒にグループ化される。しかしながら、この開示の方法は、請求された発明が各請求項に明示的に列挙されているより多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明的態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない。したがって、詳細な説明に続く請求項は、この詳細な説明に明確に組み込まれ、本発明の別個の実施形態として独立している各請求項を備えている。
【００６９】
さらに、本明細書に記載されたいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれたいくつかの、しかし他ではない特徴を含むが、当業者には理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、異なる実施形態を形成することを意図する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求された実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。
【００７０】
本明細書で提供された説明では、多数の具体的な詳細が示されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしで実行されてもよいことが理解される。他の事例では、周知の方法、構造及び技術は、本説明の理解を不明瞭にしないために詳細に示されていない。
【００７１】
本明細書では、「処理チップ」及び「処理デバイス」という用語は、同意語として使用されている。
【００７２】
本明細書では、「センサチップ」及び「センサデバイス」という用語は、同意語として使用されている。
【００７３】
本明細書では、排気ガス環境及び排気ガスに言及している。これは決して限定しようとするものではなく、むしろ本発明の態様及び実施形態に対する適用分野の例である。
【００７４】
本明細書では、プラスチック材料、オーバーモールド材料、モールド部品、第２の耐腐食性材料という用語はすべて同じものを指す。これらの用語は、同意語として使用することができる。
【００７５】
本発明は、腐食性ガス環境、例えば自動車エンジンの排気ガス環境で使用するためのセンサアセンブリ、例えば、自動車の排気ガスのような腐食性ガスの絶対圧又は相対圧を測定するための圧力センサアセンブリ、又は赤外線特性（例えば、吸収特性又は透過特性）を測定するための赤外線センサアセンブリを提供する。そのような排気ガスは、通常、例えば亜硝酸イオンのような腐食性成分を含有する。本明細書の残りの部分では、本発明は「排気ガス」という用語に言及して説明されるだけであるが、本発明は、腐食性成分を有する他の流体に対しても機能する。
【００７６】
先行技術では、車両の排気ガスが、例えばアルミニウム又は銅などのような金属に対して腐食性であることはよく知られているが、これらの金属は、通常、リードフレームを構築するため、及び半導体デバイス、特にＣＭＯＳデバイスの金属被覆のために使用される。したがって、腐食を防止又は低減するための技術が先行技術において提案されている。
【００７７】
図１及び図２は、米国特許出願公開第２００９／０２１８６４３（Ａ１）号（特許文献２）から知られている圧力センサアセンブリ１００を、それぞれ側面視及び上面視で示している。この圧力センサアセンブリは、いわゆる「端子」１１０（図３参照）によって離散した処理ボード１３３に接続された２つの圧力センサ１０１ａ、１０１ｂを有する。圧力センサ１０１は、流路１９０を介して排気ガスと流体連通して空洞内に位置し、一方で処理ボード１３３は、前記ガスに曝露されてないか、又は部分的にしか曝露されておらず、圧力センサから比較的離れて位置している。
【００７８】
図３は、先行技術の圧力センサ１０１が、ガラス基板１０７上に実装され、粘着剤１０９を介してケース１０８に粘着されたセンサチップ１０２を備えることを示す。センサチップは頂部にＳｉＮ保護層１０４を有し、その中に圧力感知回路（図示せず）との電気的接触のために開口が作製されている。開口はアルミニウム１０３を含有し、アルミニウムはＴｉＷで被覆され、次に金コーティング１０６で被覆される。金コーティングは、十分に厚く（「０．５マイクロメートル以上」）なければならず、それは非常に厚く、したがって非常に高価である。次に、金コーティング１０６は、処理ボード１３３（図２参照）との電気的接触のために、金製ボンディングワイヤ１１４を介していわゆる端子１１０に接続される。端子１１０は、Ｎｉ層１１２でめっきされた「ベース材料」（おそらくアルミニウム又は銅）を含む多層スタックであり、Ｎｉ層は金層１１３でメッキされている。
【００７９】
本発明の発明者は、特に処理デバイスの腐食の危険性が低減された、センサデバイスと処理デバイスとを有するセンサアセンブリを提供する課題に直面した。
【００８０】
簡単に言えば、センサチップ（例えば、圧力チップ又はＭＥＭｓデバイス）及び処理チップ（例えば、アルミニウムパッド、標準パッシベーション層などを有するＣＭＯＳデバイス）を提供した。
【００８１】
腐食のリスクを減らすために次の考えに達した：
ｉ）センサチップと処理チップを単一の基板、例えばリードフレームに実装することによって、処理チップを排気流路に近づけること。排気流路に近いほど、腐食性成分又は粒子の濃度が高くなるので、処理チップを腐食性環境の近くに移動させることは反直感的である。
ｉｉ）処理チップのアルミニウム接触パッドの一部又は全部を、少なくとも０．６μｍ、例えば少なくとも０．８μｍ、例えば少なくとも１．０μｍ、例えば少なくとも２．０μｍ、例えば少なくとも２．５μｍ、例えば少なくとも３．０μｍ、例えば少なくとも４．０μｍ、例えば少なくとも５．０μｍ、の厚さを有する耐腐食性材料、例えば純金の層の比較的厚い電気めっき、又はスパッタ金属被覆（ＯＰＭ）で被覆すること。これは、粒子が金層を通って拡散する危険性を大幅に減少させる。
【００８２】
電気めっきを使用できるようにするために、いわゆる「シード層」を当技術分野で知られている様態で（例えばスパッタリングによって）設ける必要がある。当技術分野でそれ自体知られているように、シード層はいくつかの層のスタックを備えてもよい。処理チップとセンサチップとの間の通信を可能にするために、ボンドワイヤが設けられている。これらのボンドワイヤは排気媒体に曝露されるので、例えば金又は白金製の耐腐食性材料のボンドワイヤが選択される。
【００８３】
しかし、本発明者らは一歩前進した。慎重に考察した結果、本発明者らは、アルミニウムパッドの腐食は、比較的厚い金層（又はその中のピンホール又はひび）を通る粒子拡散だけで起きるのではなく、アルミニウムパッドと厚い金層との間に位置するシード層を介しても起きることに気付き、次のさらなる考えに達した：
ｉｉｉ）処理デバイスとＯＰＭの一部を好適なオーバーモールド材料、例えばプラスチックでオーバーモールドし、一方でセンサデバイス（又はその少なくとも一部）を排気ガスに曝露されたままにする。本発明者らは、このように、プラスチックパッケージの外側の環境からアルミニウムパッドに達するための拡散経路の長さを有効に増加させることができることを見出した。
【００８４】
処理デバイス、例えばＣＭＯＳデバイスをプラスチック材料で封止すること自体は当技術分野において周知である一方で、腐食の問題を解決又は改善するための上述の特徴の特定の配置及び組み合わせは、自明ではなく、反直感的ですらある。
【００８５】
本提案は、ＣＭＯＳチップは排気ガスと流体接続している空洞の中又は下に配置されてはならないという一般的な考え方に反している。
【００８６】
一実施形態では、本発明者らは、圧力センサをＣＭＯＳチップの頂部に積み重ね、それにより究極のコンパクト性を達成するというさらなる考えに至った。
【００８７】
これは、本発明の根底にある考えのいくつかを説明する。
【００８８】
なお、この組み立て技術は、ＣＭＯＳ技術で作製された処理デバイスがＣＭＯＳ技術で作製されていないセンサデバイスに接続されることを可能にし、言い換えれば、センサデバイスは、高度に耐腐食性（例えば、純Ｐｔメタライゼーションを使用して）である第１の技術で作製され、処理デバイスは、民生用電子機器や自動車産業といった大量生産のために選択される技術であるＣＭＯＳ技術で作製されるという、「両方の世界」の最良のものを組み合わせたハイブリッド又は異種デバイスを製造することを可能にする。
【００８９】
本発明によるセンサアセンブリの実際の実施形態を説明する前に、個々の構成要素：離散したセンサデバイス（例えば圧力センサ）、及び処理デバイス（例えば、ＣＭＯＳチップ）について次に簡単に説明する。
【００９０】
図４及び図５は、本発明の実施形態で使用可能な例示的な離散した絶対圧センサ２０の図式表現（側面視及び上面視）である。実際、絶対圧センサ２０のごくわずかな詳細しか示されておらず、基板２２は、膜２３（ダイアフラムとしても知られている）を形成する薄い部分と膜２３上に位置する圧力感知回路（図示せず）に接続された接触パッド２１とを有する。圧力感知回路は、ホイートストンブリッジに配置された４つのピエゾ抵抗器を備えてもよいが、別の圧力感知回路を使用することもできる。上記タイプ（膜及びピエゾ抵抗構造を有する）の圧力センサは、当技術分野において周知であり、したがって、ここでさらに説明する必要はない。
【００９１】
実際、流体、例えば排気ガスへの曝露に対して十分に保護されていれば、任意の圧力センサを使用することができる。本発明はそれに限定されるものではないが、そのような保護は、例えば（ａ）膜は、例えば窒化ケイ素のような保護層で被覆されている、及び（ｂ）電気接点２１、例えばアルミニウム製、が金で被覆され、その間に例えばＴｉＷのような拡散防止層がある、を含んでもよい。他のセンサデバイスは、例えば、Ｐｔメタライゼーションのみを含有してもよく、又は耐腐食性金属としてタンタルを含んでもよい。
【００９２】
図５に示す絶対圧センサ２０は、４つの接触パッド２１を有するが、本発明は、４つの接触パッドのみを有する圧力センサに限定されず、４つより多い、又は４つ未満の接触パッド２１を有する圧力センサが使用されてもよい。図５に示す例において、接触パッド２１は直線的に整列しているが、それは本発明にとって必要ではなく、他の位置も使用することができる。
【００９３】
図６及び図７は、本発明の実施形態で使用可能な例示的な離散した相対圧又は差圧センサ２０´の図式表現（側面視及び上面視）であるが、本発明の実施形態はこの特定の例に限定されない。相対圧センサ２０´の膜２３´下の空洞２４´が背面からアクセス可能であることを除いて、絶対圧センサ２０について上述したものはすべて、相対圧センサ２０´にも適用可能であるが、絶対圧センサ２０の空洞２４は背面からアクセス可能ではない。本発明によるアセンブリの実施形態は、図４及び図５に示すもののような絶対圧センサ２０で、又は図６及び図７に示すもののような相対圧センサ２０´とともに機能することができるが、他の圧力センサとも、ともに機能し得る。
【００９４】
上述のように、本発明は、他の種類のセンサデバイス、例えば、典型的には赤外光を透過させる少なくとも１つの窓を有する赤外線センサデバイスとも、ともに機能するが、本発明では、センサが腐食性ガスに対して適切に保護（例えば、１つ以上の保護層によって）され、さらに説明される様態で、処理デバイスに接続されることになる少なくとも１つの接触パッドを有していれば十分と言える。
【００９５】
図８及び図９は、例示的な処理デバイス１０、例えばＣＭＯＳチップ、の図式表現（側面視及び上面視）である。以下では、「処理デバイス」の代わりに「ＣＭＯＳチップ」という用語が使用されることがあるが、本発明はそれに限定されるものではなく、別の技術で作製された処理デバイス、例えばＩＩＩ−Ｖ技術で作製された処理デバイスを使用することもできる。
【００９６】
処理デバイス１０は、例えば純アナログ、又はアナログ及びデジタル混合の任意の集積半導体デバイスとすることができ、不揮発性メモリなどを有するプログラム可能なプロセッサを備えてもよい。しかし、処理デバイス１０の機能性又は処理デバイスが作製される技術は、処理デバイス１０がその表面にアルミニウム又は銅のボンディングパッドを含有することを除けば、本発明の主要な焦点ではない。したがって、処理デバイスの細事のみ、すなわち、半導体基板１３及びボンドパッド１１、１２が図８及び図１０に示されている。ボンドパッドは、典型的にはアルミニウム製であるため、保護なしで自動車の排気ガスに曝露されると腐食する。
【００９７】
図８及び図９の例では、処理デバイスは１１個のパッドを有するが、本発明はこのパッドの数に限定されるものではなく、かつ図９に示す特定の配置に限定されず、１１個より多い又は少ないパッドの数を有する処理デバイス１０も使用することができる。図８及び図９の例では、パッドは３つの列に配置されているが、それは必要ではなく、他の好適な配置でも機能する。
【００９８】
図１０及び図１１は、図８及び図９に示したものと同様の（側面視及び上面視の）処理デバイス１０´を示すが、前記処理デバイスのアルミニウムパッド１１、１２の少なくとも一部（しかし、好ましくはすべて）の上に「オーバーパッドメタライゼーション」（本明細書では「ＯＰＭ」と略記する）の形態の再配信層の追加を有している。
【００９９】
本発明によれば、オーバーパットメタライゼーションは、比較的厚い耐腐食性材料の層、例えば貴金属、例えば純金の層からなる。
【０１００】
好ましくは、この層は、周知の技術である電気めっきを介して適用されるため、ここでは詳細に説明する必要はない。典型的には、最初に、シード層１５がアルミニウムの頂部に、例えばスパッタリングによって適用されると言えば十分である。シード層１５は、粘着層として、かつ拡散バリアとして機能し、ＴｉＷ／Ａｕを含んでもよい。貴金属が、シード層の頂部に電気めっきすることによって追加される。電気めっきされた層の厚さＴは、例えば、約１．０又は約２．０又は約３．０又は約４．０又は約５．０μｍ、又は５μｍ以上であることもできる。
【０１０１】
しかし、耐腐食性材料は、他の方法で、例えばスパッタリングによって堆積させることもできる。
【０１０２】
図９から図１１の例に見てとれるように、参照番号１１のアルミニウムパッドは、アルミニウムパッドを完全に被覆する「正方形」のオーバーパッドメタライゼーション１７を有し、一方参照番号１２のアルミニウムパッドは、本明細書では「近位部分」１８ａと称される局所的「正方形」形状を備えるだけでなく、ＯＰＭの近位部分１８ａから少なくとも所定の距離「Ｌ１」だけ離れて位置する「遠位部分」１８ｃも有する形状を備えたＯＰＭを有する。近位部分１８ａ及び遠位部分１８ｃは、「中間部分」１８ｂを介して相互接続され、図１１に示す例ではジグザグラインを有しているが、それは必ずしも必要ではなく、ＯＰＭの中間部分１８ｂは直線であってもよい。示されている例では、遠位部分１８ｃもまた、後で説明するように、再配信パッド１６として機能するために正方形の形状を有するが、それは絶対に必要ではなく、他の好適な形状も使用することができる。
【０１０３】
図１２は、本発明の一実施形態によるセンサアセンブリ３０を上面視で示している。図１３は、いくつかのパッドが説明のために内側にシフトされている点を除いて、図１２に示すものと非常に類似したセンサアセンブリを側面視で示す。このわずかな違いを別にして、図１２及び図１３は、本発明の一実施形態によるセンサアセンブリ３０の上面図及び側面図と考えることができる。
【０１０４】
センサアセンブリ３０は、基板３３、例えばリードフレーム、及び図１０及び図１１に示したもののようなＯＰＭを有する処理デバイス１０´、例えばＣＭＯＳ処理デバイス、並びにセンサデバイス２０、例えば図４及び図５に示したもののような絶対圧センサを備える。ＯＰＭを有する処理デバイス１０´は、リードフレーム３３の頂部に実装される。この例では、センサデバイス２０は処理デバイス１０´の頂部に実装されている。
【０１０５】
見てとれるように、再配信パッド１６と称されるＯＰＭの遠位部分１８ｃは、第１のボンディングワイヤ３４によってセンサチップ２０のパッド２１に接続されている。これらのボンディングワイヤは、耐腐食性材料、例えば貴金属又は貴金属のみからなる合金で作製されている。
【０１０６】
パッド１１の少なくとも１つは、第２のボンディングワイヤ３５を介してリードフレーム３３のパッケージピン３１と相互接続されている。さらに説明されるように、それらが直接曝露されないという事実にもかかわらず、これらのボンディングワイヤも典型的には金製である。
【０１０７】
暗灰色で示されるように、耐腐食性プラスチック合成物のオーバーモールド３２が、少なくともパッド１１及びその頂部上の対応するＯＰＭ１７（例えば、パッド１１上の正方形部分）を囲み、及びパッド１２をＯＰＭ１８の近位部分１８ａで被覆し、並びにＯＰＭ１８の中間部分１８ｂの一部（例えば、少なくとも所定の距離「Ｌ２」）を被覆するような様態で適用される。長さＬ２は、好ましくは１００μｍより大きく、例えば２００μｍよりも大きく、例えば３００μｍより大きく、例えば４００μｍより大きい。再配信パッド１６として機能する遠位部分１８ｃは、プラスチック合成物によって封止されない、すなわち曝露されたままである。これは、プラスチックモールド合成物の好適な成形によって容易に達成することができ、例えばプラスチック内に空洞３６を形成し、センサデバイス２０が前記空洞３６内に位置する（図１３でよりよく見える）ようにすることによって達成できる。モールド合成物３２の重要な利点は、腐食性粒子がＯＰＭの近位部分１８ａに直接到達することができないことであり、近位部分１８ａに達し、次にアルミニウムパッド１２に達する前に、モールド合成物３２を通して、又はシード層１５を通して腐食性粒子をまず拡散する必要がある。ＯＰＭ１８の下に位置するシード層１５（図１０に示す）が空洞３６内で終わっても（図１３参照）、経路「Ｐ１」をたどる腐食性粒子は、アルミニウムパッド１２に達する前に、少なくとも所定の距離「Ｌ２」で拡散しなければならない。この距離「Ｌ２」を大きくすることにより、腐食速度を大幅に低減することができ、こうして製品の寿命を大幅に延ばすことができる。
【０１０８】
ここで、比較的厚いＯＰＭ層（例えば、少なくとも２μｍ、例えば約５μｍ）を有する処理デバイス１０´の頂部にプラスチック合成物３２を適用する技術は簡単な技術であっても、これは、特徴の組み合わせ、すなわち、（ｉ）処理デバイスをセンサチップの近くに配置し、処理チップの上にＯＰＭを適用し、そのチップをプラスチックパッケージ内に封止するという特徴の組み合わせがささいなことであることを意味するものではない。ほとんどの競合会社は、全く異なる方向、すなわち処理デバイスの頂部に直接のより良い保護層を見出すことを試みているように見える。
【０１０９】
上述のように、図１３は、いくつかのパッド１２が説明の目的のためにシフトされていることを除いて、図１２のセンサアセンブリ３０の側面図であると考えることができる。図１３は、高さ方向（処理デバイス１０´の平面に直交する方向）における上述した要素の相対位置を示す。センサアセンブリ３０は、基板３３、例えばダイパドル（中央に示されている）を備えるリードフレームと、図１３の左右にある複数のパッケージピン３１とを有する。図１０及び図１１に記載されたものと同様のＯＰＭ１７、１８を有する処理デバイス１０´は、例えば粘着剤又は接着剤によって基板３３の頂部に実装される。
【０１１０】
上述したように、処理デバイス１０´は、アルミニウムパッド１１、１２を有するＣＭＯＳデバイスであってもよい。アルミニウムパッドの頂部に、シード層１５が適用される（図１０参照）。シード層１５の頂部に、比較的厚い貴金属の層、例えば５μｍの金がオーバーパッドメタライゼーション（ＯＰＭ）１７、１８として適用される。このオーバーパッドメタライゼーション１７の幅「Ｗｏ」は、アルミニウムパッドを完全に被覆するように、典型的にはアルミニウムパッド１１の幅「Ｗｐ」より約５０％（各側で２５％）大きい（図１２参照）。
【０１１１】
再び図１３を参照して、パッドの一部、すなわち参照番号１１のパッドは、例えば正方形の形状の局所的ＯＰＭ１７のみを有する。パッド１１は、第２のボンディングワイヤ３５を介してパッケージピン３１に接続されてもよい。これらのボンディングワイヤ３５は、モールド合成物３２内に封止されているので、腐食性流体に曝露されない。
【０１１２】
いくつかのパッド１２は、細長い形状のＯＰＭ１８を有する（図１０、図１１及び図１２も参照）。ＯＰＭ１８は、遠位部分１８ｃ（例えば、正方形の形態の）と，中間部分１８ｂ（例えば、直線又はジグザグ線の形態の）と、近位部分１８ａとを備える。遠位部分１８ｃは、再配信パッド１６として機能することができる。
【０１１３】
再び図１３を参照して、センサデバイス２０、例えば絶対圧センサ又は赤外線センサが示され、図示の例では、処理デバイス１０´の頂部に取り付けられ、任意の好適な様態で、例えばはんだ付け又は接着によってそれに実装されている。センサチップ２０のパッド２１は、第１のボンディングワイヤ３４を介して配信パッド１６に電気的に接続することができ、こうして処理デバイス１０´のアルミニウムパッド１２に間接的に接続することができる。
【０１１４】
プラスチックモールド３２が、アルミニウムパッド１１の上の少なくともＯＰＭ１７（図１３の左右参照）の上、並びに近位部分１８ａ及びＯＰＭ１８の中間部分１８ｂの一部分（少なくとも長さ「Ｌ２」にわったて）の上に適用される。距離「Ｌ２」が長いほど、腐食性粒子が、アルミニウムパッド１２に到達する前に、拡散経路「Ｐ１」に沿って通らなければならない距離は長くなる。もちろん、腐食性粒子はまた、ＯＰＭ１８の底部に達するように（距離Ｈにわたって）プラスチック合成物を通して、例えば第２の拡散経路「Ｐ２」に沿って、通ることができ、その後処理デバイス１０´とＯＰＭ１８ａとの間に位置する距離Ｗｏ−Ｗｐ（図１２参照）にわたってシード層１５を通ってアルミニウムパッド１２に到達するように拡散するので、プラスチック合成物３２の厚さ「Ｈ」も十分に大きくなければならない。この開示の恩恵を受ける当業者は、値「Ｌ２」及び値「Ｈ」の好適な寸法を、例えば試行錯誤によって容易に見つけることができる。
【０１１５】
図１３に見てとれるように、任意選択的にゲル３８を空洞３６内に追加してもよく、好ましくはフルオロゲルがよい。この方法で、排気ガスからの腐食性粒子とボンディングワイヤ３４との間の直接接触を回避することができるが、このようなゲルはやはり圧力を感知させることになる。
【０１１６】
図１４は、図１２に示すセンサアセンブリの変形を示す。図１２及び図１３の実施形態について上述したすべては、次の相違点：（ａ）処理チップ１０´のサイズはより小さい、（ｂ）センサチップ２０´は、処理デバイス１０´の頂部に実装されておらず、処理チップ１０´に近接して実装されており、例えば基板３３上に直接実装されている、及び（ｃ）基板３３は、センサデバイス２０´への流体アクセスを提供するための開口３９（図１５参照）を任意に有してもよい、を除いてここでも適用可能である。
【０１１７】
図１５は、（近位部のみを有するＯＰＭ１７と、近位部と遠位部と中間部とを有するＯＰＭ１８との間の違いを明確に示すために）いくつかのパッド１２が説明のためにシフトされている点を除いて、図１４のセンサアセンブリ３０´の側面図であると考えることができる。見てとれるように、センサチップ２０´は、処理チップ１０´に近接して基板３３上に実装されている。この実施形態は、相対圧センサ２０´を有するセンサアセンブリを構築するのに理想的に適している。
【０１１８】
図１４及び図１５の変形においては、基板３３は開口３９を有さず、センサデバイス２０´は絶対圧センサ又は赤外線センサであってもよい。ゲル３８は任意に存在してもよい。
【０１１９】
図１６は、図１３に示すセンサアセンブリの別の変形と考えられるセンサアセンブリ３０´´を示す。主な違いは、図１６のセンサアセンブリ３０´´では、例えばポリイミド又はＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）からなる追加パッシベーション層４０がオーバーパッドメタライゼーション１７、１８の頂部に置かれていることである。コンタクト開口４１が、ボンドワイヤ３４の接続を可能にするために設けられている。この追加パッシベーション層４０の重要な効果は、シード層１５の端部の曝露を防止し、ピンホールを閉じることである。
【０１２０】
図示されていないが、このような追加パッシベーション層を図１５の実施形態に追加することもできる。言い換えれば、追加パッシベーション層４０の存在は、センサの種類（例えば、絶対圧若しくは相対圧センサ又は赤外線センサ）に、又はセンサの配置（例えば、処理チップの頂部に又はそれに近接して）に関係しない。
【０１２１】
上述のセンサアセンブリ、特にセンサデバイスが処理デバイスの上に積み重ねられたセンサアセンブリは、非常にコンパクトなセンサアセンブリを提供する。特に、外形寸法が５ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍより小さいパッケージ、例えば２．４ｍｍ×５．０ｍｍ×４．０ｍｍより小さい、例えば２．０ｍｍ×３．０ｍｍ×３．０ｍｍより小さい、例えば１．５ｍｍ×２．０ｍｍ×２．０ｍｍより小さい、が想定されている。
【０１２２】
図１７は、本発明の実施形態によるセンサアセンブリの製造方法を示す。前記方法は、
−基板、例えばリードフレームを提供する工程１７１と、
−アルミニウムパッド及びアルミニウムパッドの頂部のＯＰＭ１７、１８を有し、ＯＰＭは第１の耐腐食性材料からなる処理デバイス１０´を提供する工程であって、例えば、アルミニウムパッド１１、１２の上にスパッタリング又は電気めっきによって堆積された、例えば５μｍの厚さを有する金層を有するＣＭＯＳチップを提供する工程１７２と、
−処理デバイス１０´を、例えば半田付けによって又は接着によって基板に実装する工程１７３と、
−第３の耐腐食性材料、例えば金で作製されたワイヤボンド３５を提供することによって、処理デバイス１０´を基板にワイヤボンディングする工程１７４と、
−上述した様態で（すなわち、少なくともＯＰＭ１７を被覆し、ＯＰＭ１８の少なくとも第１の部分１８ａ及び第２の部分１８ｂの一部を被覆し、一方センサデバイスを実装するための開口又は空洞の空間を残すことによって）、処理デバイス１０´を部分的にオーバーモールドする工程１７５と、
−例えば好適なパッシベーション層を有し、第２の耐腐食性材料、例えば金又は白金又はタンタルで作製されたパッドを有して、排ガス環境に曝露されるのに好適な技術で作製された、センサデバイスを提供する工程１７６と、
−例えば処理デバイス１０´の頂部に（図１３又は図１６を参照）、又は処理デバイス１０´に近接して（図１５を参照）、例えば半田付けによって又は接着によってセンサデバイスを前記空間又は前記空洞に実装する工程１７７と、
−第３の耐腐食性材料、例えば金で作製されたワイヤボンド３４を提供することによって、処理デバイス１０´を基板に及びセンサチップにワイヤボンディングする工程１７８と、を含む。
本方法は、任意選択的に、センサデバイス２０、２０´の頂部にゲルコーティングを追加するさらなる工程１７９を含んでもよい。
【０１２３】
図１８に示すように、処理デバイス１０´を提供する工程１７２は、次の副工程：
−処理デバイス１０、例えばアルミニウムパッド１１、１２を有するＣＭＯＳデバイスを提供する工程１８１と、
−任意選択的に、アルミニウムパッド１１、１２の頂部にシード層１５、前記シード層は、例えばＴｉＷ／Ａｕを含んでもよい、を提供する工程１８２と、
−第１の耐腐食性材料、好ましくは貴金属又は貴金属を含有する合金でスパッタリング又は電気めっきによって、オーバーパッドメタライゼーション層ＯＰＭ１７、１８を適用する工程１８３と、
−任意選択的に、ＯＰＭ１８の頂部に追加のパッシベーション層４０（例えば、ポリイミド）を追加する工程であって、かつＯＰＭ１８へのアクセスを可能にするための開口４１を作製する、工程１８４と、を含んでもよい。
【０１２４】
ＯＰＭ層は、例えばスパッタリングによってなど、他の好適な技術によって堆積させることもできる。
【符号の説明】
【０１２５】
１０：アルミニウムパッドを有する処理デバイス（例えば、ＣＭＯＳチップ）、
１１：処理デバイスのボンドパッド（局所部分のみを有するＯＰＭで被覆される）、
１２：処理デバイスのボンドパッド（局所＋中間＋遠位部分を有するＯＰＭで被覆される）、
１３：処理デバイスの基板、１５：シード層、１６：再配信パッド、
１７：オーバーパッドメタライゼーション（局所部分のみを有するＯＰＭ）、
１８：オーバーパッドメタライゼーション（局所＋中間＋遠位部分を有するＯＰＭ）、
１０′：アルミニウムパッドの頂部にＯＰＭを備えた処理デバイス、
２０：センサデバイス（例えば、ＭＥＭｓ）、２１：（第２の）パッド、２２：センサデバイスの基板、
２３：膜、２４：センサデバイスの空洞、３０：センサアセンブリ、３１：パッケージピン、
３２：プラスチックモールド合成物、３３：基板（例えば、リードフレームのダイパドル）、
３４：ボンディングワイヤ（処理デバイスとセンサデバイスとの間の）、
３５：ボンディングワイヤ（処理デバイスと基板との間の）、３６：モールド空洞、
３７：ダイ取付（例えば、接着剤）、３８：ゲルコート、４０：追加のパッシベーション層、
４１：パッシベーション開口（ワイヤボンド用）。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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