(57)【要約】【課題】フィルム状接着材の未硬化領域の発生を抑制し、センサ製作後の硬化反応の進行によるセンサ特性の低下を防止できるＭＥＭＳセンサを提供する。【解決手段】制御ＩＣ１に樹脂製保護膜２が被着され、この保護膜２とＭＥＭＳ素子３との間にフィルム状接着材４を介装させ、この接着材４の加熱加圧による硬化よって制御ＩＣ１上にＭＥＭＳ素子３を接合固定させてなるＭＥＭＳセンサにおいて、樹脂製保護膜２に、その制御ＩＣ１とＭＥＭＳ素子３との重畳面の中央部対応位置から四隅部対応位置に向かって放射状に溝５を延出形成する。またこの溝５の延出先端部に、一部がセンサ外部に露出する開口部６を形成し、樹脂製保護膜２中に残留してフィルム状接着材４の硬化反応を阻害するアミン系物質をその開口部６からセンサ外部に揮発拡散して排出させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御ＩＣの表面に樹脂製保護膜が被着され、この樹脂製保護膜とＭＥＭＳ素子との間にフィルム状接着材を介装させ、このフィルム状接着材の加熱加圧による硬化よって前記制御ＩＣ上に前記ＭＥＭＳ素子を接合固定させてなるＭＥＭＳセンサにおいて、
前記樹脂製保護膜には、前記制御ＩＣと前記ＭＥＭＳ素子との重畳面の中央部に対応する位置からその重畳面の少なくとも四方端部を含む端部複数箇所に対応する位置に延出する溝が形成され、この溝の延出先端部には、少なくとも一部がセンサ外部に露出する開口部が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記重畳面は四角形をなし、
前記溝は、前記重畳面の中央部に対応する位置からその重畳面の少なくとも四隅部を含む端部複数箇所に対応する位置に向かって放射状に延出形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記フィルム状接着材は、前記溝との対向部分をこの溝内に食い込ませていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御ＩＣ（Integrated Circuit）上にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を実装してなるＭＥＭＳセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては特許文献１に記載のものがあった。
これは、半導体力学量センサにおいて、半導体センサ（チップ）と制御ＩＣ対向面部分とがフィルム状接着材を介して接合されており、制御ＩＣ（チップ）の半導体センサ搭載面は樹脂材によりコーティングされている、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−００５９５１号公報（請求項１、２及び７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術によれば、フィルム状接着材によって半導体センサ（ＭＥＭＳ素子）と制御ＩＣとが位置ずれなく接合され、また、樹脂材のコーティングによって制御ＩＣの半導体センサ搭載面に凹凸があっても平滑化できるという利点があるが、次のような課題があった。
すなわち上記樹脂材としては、有機高分子からなる膜、例えばポリイミド膜が用いられ、このポリイミド膜は、α線や異物から被コーティング部品を保護するという機能もあってこの種の樹脂材（樹脂製保護膜）として有用である。しかし、この樹脂製保護膜としてのポリイミド膜中には、溶剤等に由来するごく微量なアミン系物質が残留している。このアミン系物質は、フィルム状接着材として用いられているシリコーンを主成分とするフィルム材（シリコーン系フィルム材）の硬化反応を阻害する働きがある。
【０００５】
このようなフィルム状接着材は、見掛け上は固体（エラストマー）であるが硬化反応は完了しておらず、半導体センサと制御ＩＣとの接合後のポストキュアを経て、フィルム状接着材全体の硬化反応が終了する。仮に、フィルム状接着材の製造工程で硬化反応を完了させたとすると、この場合はフィルム状接着材表面の接着性まで失われるため、いわゆる「半生状態」として使用せざるを得ない。
また、半導体センサを制御ＩＣ上にフィルム状接着材で接合する場合、２００℃前後の熱と１ＭＰａ前後の圧力とを同時に加える。このとき、制御ＩＣ表面のポリイミド膜からアミン成分が放出されてフィルム状接着材内部に移動し、トラップされる。このため、その後のポストキュアを経ても硬化が完了していない部位（未硬化領域）が残ってしまう。
【０００６】
フィルム状接着材の内部に残留した未硬化領域は、半導体センサを高温状態で作動させると徐々に硬化反応が進行、つまり、フィルム状接着材の硬度が徐々に増加する現象を生じさせる。硬度が増すと、半導体センサ自身の振動の漏れ状態が変化し、具体的には漏れ振動が小さくなる方向に作用し、その結果、ヨーレート検出信号の感度、０点出力（無負荷時出力）や、加速度検出信号の０点を変動させ、半導体センサ（ＭＥＭＳ素子）のセンサ特性を低下させる。
【０００７】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、フィルム状接着材の未硬化領域の発生を抑制し、センサ製作後の硬化反応の進行によるセンサ特性の低下を防止できるＭＥＭＳセンサを提供することを課題とする。
【０００８】
以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、各々対応する。（４）項及び（５）項は請求項に係る発明ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１） 制御ＩＣの表面に樹脂製保護膜が被着され、この樹脂製保護膜とＭＥＭＳ素子との間にフィルム状接着材を介装させ、このフィルム状接着材の加熱加圧による硬化よって前記制御ＩＣ上に前記ＭＥＭＳ素子を接合固定させてなるＭＥＭＳセンサにおいて、前記樹脂製保護膜には、前記制御ＩＣと前記ＭＥＭＳ素子との重畳面の中央部に対応する位置からその重畳面の少なくとも四方端部を含む端部複数箇所に対応する位置に延出する溝が形成され、この溝の延出先端部には、少なくとも一部がセンサ外部に露出する開口部が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
ＭＥＭＳセンサにおいて、制御ＩＣとＭＥＭＳ素子との重畳面は一般に四角形をなすが、他の形状であってもよい。重畳面が丸形等の隅部のない形状である場合には、溝は重畳面の中央部に対応する位置から少なくとも四方の端部に延出形成される。
また、樹脂製保護膜にはポリイミド膜が、フィルム状接着材にはシリコーンを主成分とするフィルム材（シリコーン系フィルム材）が通常用いられるが、これのみに限らない。フィルム状接着材の加熱加圧による硬化反応を阻害する物質が樹脂製保護膜中に残留し、フィルム状接着材の未硬化領域を発生させるようなフィルム材、膜であれば、いずれのフィルム材、膜であってもよい。
制御ＩＣとしては、例えばＭＥＭＳセンサからの出力信号を処理するための信号処理用回路を構成するＩＣチップが挙げられる。
（２）前記重畳面は四角形をなし、前記溝は、前記重畳面の中央部に対応する位置からその重畳面の少なくとも四隅部を含む端部複数箇所に対応する位置に向かって放射状に延出形成されていることを特徴とする（１）項に記載のＭＥＭＳセンサ。
重畳面が四角形である典型的な形状のＭＥＭＳセンサに適用される。
（３）前記フィルム状接着材は、前記溝との対向部分をこの溝内に食い込ませていることを特徴とする（１）項又は（２）項に記載のＭＥＭＳセンサ。
フィルム状接着材の溝内への食い込ませは、例えば、フィルム状接着材の加熱加圧による硬化よって制御ＩＣ上にＭＥＭＳ素子を接合固定させた後の、再度のフィルム状接着材の加圧によって行われる。
（４） 前記開口部は、ほぼ四角形に形成されていることを特徴とする（１）項、（２）項又は（３）項に記載のＭＥＭＳセンサ。
本項に記載の発明によれば、制御ＩＣ上（実際には樹脂製保護膜上）へのフィルム状接着材の載置位置の精度を判別するため、又は、その結果として搭載精度を高めるための目印としても開口部を利用できる、という副次的効果が得られる。
（５）前記樹脂製保護膜としてポリイミド膜が用いられ、前記フィルム状接着材としてシリコーンを主成分とするフィルム材が用いられることを特徴とする（１）項、（２）項、（３）項又は（４）項に記載のＭＥＭＳセンサ。
本項に記載の発明によれば、樹脂製保護膜及びフィルム状接着材として使用されている材質（ポリイミド膜及びシリコーン系フィルム材）において、（１）項に記載の発明の効果を顕著に発揮できる。
【発明の効果】
【００１０】
（１）項に記載の発明では、制御ＩＣの表面に樹脂製保護膜が被着され、この樹脂製保護膜とＭＥＭＳ素子との間にフィルム状接着材を介装させ、このフィルム状接着材の加熱加圧による硬化よって前記制御ＩＣ上に前記ＭＥＭＳ素子を接合固定させてなるＭＥＭＳセンサにおいて、制御ＩＣとＭＥＭＳ素子との重畳面の中央部に対応する位置からその重畳面の少なくとも四方端部を含む端部複数箇所に対応する位置に延出する溝を樹脂製保護膜に形成した。そして、その溝の延出先端部に、少なくとも一部がセンサ外部に露出する開口部を形成した。
これによれば、樹脂製保護膜中に残留し、フィルム状接着材の硬化反応を阻害するアミン系物質等の物質が開口部からセンサ外部に効率よく揮発拡散して排出される。したがって、フィルム状接着材の未硬化領域の発生を抑制することができ、センサ製作後の硬化反応の進行によるセンサ特性の低下を防止できる。
（２）項に記載の発明では、重畳面が四角形である場合に、上記溝を、重畳面の中央部に対応する位置からその重畳面の少なくとも四隅部を含む端部複数箇所に対応する位置に向かって放射状に延出形成した。
これによれば、重畳面が四角形である典型的な形状のＭＥＭＳセンサについて、（１）項に記載の発明の効果を一層効率よく、かつ顕著に発揮できる。
（３）項に記載の発明によれば、フィルム状接着材の、溝との対向部分をその溝内に食い込ませたので、その食込み部分がフィルム状接着材の下面中央部から放射状に延出するリブとして機能し、ＭＥＭＳ素子の回転方向の共振点を高くすることができ、センサ特性を向上できる。
なお、（４）項及び（５）項に記載の発明は、本発明（特許請求の範囲に記載した発明）ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサの斜視図である。
【図２】同じく分解斜視図である。
【図３】同じく要部を示す斜視図である。
【図４】図１に示すＭＥＭＳセンサの製作工程の一例を示すフローチャートである。
【図５】同上ＭＥＭＳセンサの樹脂製保護膜に形成された溝の作用効果を説明するための斜視図である。
【図６】同上ＭＥＭＳセンサのフィルム状接着材が樹脂製保護膜の溝内へ食い込んでいる様子を示す断面図である。
【図７】同上ＭＥＭＳセンサの樹脂製保護膜に形成された溝内へのフィルム状接着材の食い込みによる作用効果を説明するための斜視図である。
【図８】同上ＭＥＭＳセンサの樹脂製保護膜に形成された溝先端部の開口部形状による作用効果を説明するための平面図である。
【図９】同上ＭＥＭＳセンサがパッケージ内に組み込まれた様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳセンサの斜視図、図２は同じく分解斜視図、図３は同じく要部を示す斜視図である。
これら図１〜図３を参照して分かるように、本実施形態は、制御ＩＣ１の表面に樹脂製保護膜２が被着され、この樹脂製保護膜２とＭＥＭＳ素子３との間にフィルム状接着材４を介装させ、このフィルム状接着材４の加熱加圧による硬化よって制御ＩＣ１上にＭＥＭＳ素子３を接合固定（実装）させてなるＭＥＭＳセンサに適用される。
ここで、制御ＩＣ１としては、ＭＥＭＳセンサからの信号、例えばヨーレートや加速度等を検出するための信号を処理する信号処理用回路を構成するＩＣチップが挙げられる。
樹脂製保護膜２としては、有機高分子からなる膜、例えばポリイミド膜が用いられる。また、フィルム状接着材４としては、シリコーンを主成分とするフィルム材（シリコーン系フィルム材）が用いられる。フィルム状接着材４にはシート状接着材を含むものとする。
【００１３】
また、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサにおいては、上記樹脂製保護膜２に溝５が形成されている。
この溝５は、制御ＩＣ１とＭＥＭＳ素子３との重畳面の中央部に対応する位置（中央部対応位置）からその重畳面の少なくとも四方端部を含む端部複数箇所に対応する位置（端部対応位置）に形成されている。
図示例では、制御ＩＣ１及びＭＥＭＳ素子３共に高さの低い直方体（板状直方体）をなす。また、ＭＥＭＳ素子３は制御ＩＣ１よりも平面視形状が小さく、制御ＩＣ１上に各々中央部を合わせて位置決めされ、上記のようにフィルム状接着材４によって固定される。
【００１４】
制御ＩＣ１及びＭＥＭＳ素子３は共に直方体であるので、それらが重なる重畳面は四角形をなす。この場合、上記溝５は、四角形の重畳面の中央部に対応する位置（中央部対応位置）からその重畳面の少なくとも四隅部を含む端部複数箇所に対応する位置（端部対応位置）に向かって放射状に複数本延出形成されている。
図示例では、溝５は四隅部に対応する位置（四隅部対応位置）に向かって放射状に４本延出形成されている。この４本を含めて、更に複数本、放射状に延出形成してもよい。溝５の本数や幅寸法等は、制御ＩＣ１のＭＥＭＳ素子３搭載面（載置面）の平滑化等、樹脂製保護膜２の機能を妨げない範囲で設定されることは勿論である。
そしてこの溝５の延出先端部（四隅部対応位置）には、少なくとも一部がセンサ外部に露出する、すなわち、重畳面からはみ出すように位置及び大きさが設定された開口部６が形成されている。開口部６の形状は、図示例ではほぼ四角形をなすが、この形状のみに限られない。なお、上記重畳面の中央部対応位置には全溝５を連通する中央開口７が形成されている。
【００１５】
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳセンサの製作工程の要部について図４のフローチャートを併用して説明する。
まず、図３に示すように溝５、開口部６及び中央開口７が形成された樹脂製保護膜２が表面に被着された制御ＩＣ１を用意する。
次に、図２に示すように、制御ＩＣ１上、詳しくは制御ＩＣ１表面に被着された樹脂製保護膜２上にフィルム状接着材４を載せ、更にこのフィルム状接着材４の上にＭＥＭＳ素子３を載せる（ステップ４０１）。
これにより、樹脂製保護膜２とＭＥＭＳ素子３との間にフィルム状接着材４が介装された状態となる。このとき、溝５先端部の開口部６が、その直上に載置されるフィルム状接着材４やＭＥＭＳ素子３の外周端より外側にその一部がはみ出すように位置決めされる。図示例では、フィルム状接着材４の外周端より外側にその一部がはみ出すように位置決めされる。
【００１６】
その後、制御ＩＣ１、樹脂製保護膜２、フィルム状接着材４及びＭＥＭＳ素子３の積層体に対して加熱加圧を施す。具体的には、同積層体に対して２００℃前後の熱と０．７〜０．８ＭＰａ程度の圧力を同時に加える（ステップ４０２）。
このステップ４０２の加熱加圧によれば、フィルム状接着材４が硬化して制御ＩＣ１上にＭＥＭＳ素子３が接合固定される。
この際、フィルム状接着材４と樹脂製保護膜（ポリイミド膜）２の溝５とで形成されるトンネルを通じて、樹脂製保護膜２中に残留しているアミン系物質が、４つの開口部６からセンサ外部に効率よく揮発拡散して排出される。
図５中の矢印アは、上記アミン系物質が開口部６からセンサ外部に揮発拡散して、つまりガス化して排出される様子を示す。アミン系物質は、フィルム状接着材４の硬化阻害物質となるものであって、これがセンサ外部に排出されることにより、フィルム状接着材４の未硬化領域の発生を抑制し、センサ製作後の硬化反応の進行によるセンサ特性の低下を防止できる。
なお、溝５及び開口部６による上記アミン系物質排出機能はセンサ製作後においても、高温下でのセンサ動作時において同様に発揮される。
【００１７】
ステップ４０３では、ステップ４０２にてアミン系物質（硬化阻害物質）をセンサ外部に排出した後の上記積層体に対して０．８〜１．０ＭＰａ程度の圧力を加え、図６に示すように、フィルム状接着材４の、樹脂製保護膜２の溝５との対向部分を、同溝５内に僅かに食い込ませる。食い込ませる量は、フィルム状接着材４と樹脂製保護膜２の溝５とで形成されるトンネルを通じたアミン系物質の開口部６からセンサ外部への排出を妨げない程度とする。
これによれば、フィルム状接着材４の溝５内への食込み部分８が同フィルム状接着材４の下面中央部から放射状に延出するリブとして機能し、図７に示すＭＥＭＳ素子３の回転方向イの共振点を高くすることができる。このため、ＭＥＭＳ素子３の励振振動の漏れが小さくなり、その出力信号（検出信号）のＳ／Ｎが向上し、センサ特性が向上する（０点出力のリップルが小さくなる）。ＭＥＭＳ素子３の回転方向の共振点が高くなるということは、フィルム状接着材４の硬度変化に対する相対的な漏れ振動の変化量が小さくすることに繋がり、センサのロバスト性が向上する。
【００１８】
図８に、図７中の破線ウで囲んだ部分を拡大して示す。
図８から分かるように、本実施形態では溝５先端部の開口部６をほぼ四角形に形成している。これは、ほぼ四角形に形成すれば、制御ＩＣ１上へのフィルム状接着材４の載置位置の精度を高めるための目印としても開口部６を利用できる、という副次的効果が得られるからである。
すなわち、開口部６をほぼ四角形に形成すれば、フィルム状接着材４の載置位置精度を目視や画像処理検査で確認する場合、４箇所ある各開口部６について、例えばフィルム状接着材４で隠されずに平面視できる開口部６の形状（欠け形状）を比較することにより、上記位置精度を容易に判定できる。
なお、このような効果は、ほぼ四角形の中でも図示するようにほぼ正方形とした場合により顕著に得られる。
【００１９】
上述したステップ４０３を経て図１に示すＭＥＭＳセンサが得られるが、このＭＥＭＳセンサは、例えば図９に示すようにセラミックからなるパッケージ部材９１内に組み込まれる。
この図において、パッケージ部材９１の底面上には接着剤を介して制御ＩＣ１が搭載されている。そして、制御ＩＣ１上（詳しくは樹脂製保護膜２上）には、フィルム状接着材４を介してＭＥＭＳ素子３が搭載されている。
パッケージ部材９１と制御ＩＣ１は、ボンディングワイヤ９２によって電気的に接続され、制御ＩＣ１とＭＥＭＳ素子３は、ボンディングワイヤ９３によって電気的に接続されている。
ＭＥＭＳ素子３からの検出信号は、ボンディングワイヤ９３を介して制御ＩＣ１へ送出され、制御ＩＣ１にて電圧等の信号に変換される。この変換された信号は、ボンディングワイヤ９２を介してパッケージ部材９１へ送出され、パッケージ部材９１に備えられた図示しない配線によりパッケージ部材９１の外部へ出力される。
【００２０】
以上述べたＭＥＭＳセンサによれば、図１〜図３に示すように、制御ＩＣ１とＭＥＭＳ素子３との重畳面の中央部対応位置から四隅部対応位置に向かって放射状に溝５を延出形成し、この溝５の延出先端部に、一部がセンサ外部に露出する開口部６を形成したので、次のような効果がある。
すなわち、樹脂製保護膜２中に残留し、フィルム状接着材４の硬化反応を阻害するアミン系物質を開口部６からセンサ外部に高効率にて揮発拡散させ、排出できる。したがって、フィルム状接着材４の未硬化領域の発生を抑制することができ、センサ製作後の硬化反応の進行によるセンサ特性の低下を防止できる。
また、図６に示すように、フィルム状接着材４の、溝５との対向部分をその溝５内に食い込ませたので、その食込み部分８がフィルム状接着材４の下面中央部から放射状に延出するリブとして機能し、ＭＥＭＳ素子３の回転方向の共振点を高くすることができ、センサ特性を向上できる。
更に、図８に拡大して示すように、開口部６をほぼ四角形に形成したので、制御ＩＣ１（樹脂製保護膜２）上へのフィルム状接着材４の載置位置の精度を高めるための目印としても開口部６を利用できる等の効果がある。
【符号の説明】
【００２１】
１：制御ＩＣ、２：樹脂製保護膜（ポリイミド膜）、３：ＭＥＭＳ素子、４：フィルム状接着材（シリコーン系フィルム材）、５：溝、６：開口部。
【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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