(57)【要約】【課題】  パッケージへ伝達された熱に対して安定した動作が可能な半導体装置およびその製造方法、ならびにそれに使用される接着材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体加速度センサ装置１は、内部にキャビティ２１ｃを有し、下部容器２１と上部蓋２５とからなるパッケージと、半導体加速度センサチップ１０と、フレーク状の金属片である粒子３１ｂが添加されたシリコーン樹脂などの比較的低弾性率の樹脂３１ａよりなり、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ２１ｃ内部に固着する接着部３１とを備える。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にキャビティを有するパッケージと、
所定の素子を有する半導体チップと、
所定形状の粒子が添加されたシリコーン樹脂よりなり、前記半導体チップを前記キャビティ内部に固着する接着部と
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
内部にキャビティを有するパッケージと、
所定の素子を有する半導体チップと、
所定形状の粒子が添加されたフッ素樹脂よりなり、前記半導体チップを前記キャビティ内部に固着する接着部と
を備えたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記接着部は、前記粒子が７０〜９０重量％添加されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記粒子は、フレーク状の粒子であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記粒子は、平均粒径が５±１μｍで平均厚が１μｍ±１０％であるフレーク状の粒子であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記粒子は、球状の粒子であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記粒子は、平均粒径が５〜２０μｍの球状の粒子であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記粒子は銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記パッケージの少なくとも一部はセラミック製であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体チップは加速度センサであることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体チップは、前記板状部材に固着された固定部と、当該固定部に対して変位可能な錘部と、一方の端が前記錘部に固定され且つ他方の端が前記固定部に固定れた可撓性の梁部と、前記梁部に着設された圧電素子とを含む加速度センサであることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
半導体チップを所定のパッケージに固着するための接着材料であって、
所定形状の粒子が７０〜９０重量％添加されたシリコーン樹脂よりなることを特徴とする接着材料。
【請求項１３】
半導体チップを所定のパッケージに固着するための接着材料であって、
所定形状の粒子が７０〜９０重量％添加されたフッ素樹脂よりなることを特徴とする接着材料。
【請求項１４】
前記粒子は、平均粒径が５±１μｍで平均厚が１μｍ±１０％のフレーク状の粒子または平均粒径が５〜２０μｍの球状の粒子であることを特徴とする請求項１２または１３項に記載の接着材料。
【請求項１５】
前記粒子は銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなることを特徴とする請求項１２から１５の何れか１項に記載の接着材料。
【請求項１６】
所定の素子が形成された半導体チップを準備する工程と、
内部にキャビティを有するパッケージを準備する工程と、
前記パッケージ内部の前記キャビティに、所定形状の粒子が添加されたシリコーン樹脂よりなる接着材料を用いて前記半導体チップ固着する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
所定の素子が形成された半導体チップを準備する工程と、
内部にキャビティを有するパッケージを準備する工程と、
前記パッケージ内部の前記キャビティに、所定形状の粒子が添加されたフッ素樹脂よりなる接着材料を用いて前記半導体チップ固着する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記接着材料は、前記粒子が７０〜９０重量％添加されていることを特徴とする請求項１６または１７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記粒子は、フレーク状の粒子であることを特徴とする請求項１６から１８の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記粒子は、球状の粒子であることを特徴とする請求項１６から１８の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記粒子は銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなることを特徴とする請求項１６から２０の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記半導体チップは加速度センサであることを特徴とする請求項１６から２１の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項２３】
半導体チップを所定のパッケージに固着するための接着材料の製造方法であって、
シリコーン樹脂を準備する工程と、
所定形状の粒子よりなる添加物を準備する工程と、
前記添加物を重量濃度が７０〜９０重量％となるように前記シリコーン樹脂に添加する工程と、
前記添加物が添加された前記シリコーン樹脂を練混する工程と
を有することを特徴とする接着材料の製造方法。
【請求項２４】
半導体チップを所定のパッケージに固着するための接着材料の製造方法であって、
フッ素樹脂を準備する工程と、
所定形状の粒子よりなる添加物を準備する工程と、
前記添加物を重量濃度が７０〜９０重量％となるように前記フッ素樹脂に添加する工程と、
前記添加物が添加された前記フッ素樹脂を練混する工程と
を有することを特徴とする接着材料の製造方法。
【請求項２５】
前記添加物は、平均粒径が５±１μｍで平均厚が１μｍ±１０％のフレーク状の粒子または平均粒径が５〜２０μｍの球状の粒子であることを特徴とする請求項２３または２４項に記載の接着材料の製造方法。
【請求項２６】
前記粒子は銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなることを特徴とする請求項２３から２５の何れか１項に記載の接着材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ内部に素子が収納された半導体装置およびその製造方法、ならびにそれに使用される接着材料およびその製造方法に関し、特に３次元それぞれの加速度を検出する加速度センサがパッケージに収納された半導体装置およびその製造方法、ならびにそれに使用される接着材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自走車やロボット、各種精密機器など、産業上の様々な分野において加速度センサが広く用いられている。なかでも、小型で且つ軽量であること、正確且つ確実な動作が期待できること、低コストであることなどの観点から、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した半導体加速度センサの需要が急増している。
【０００３】
半導体加速度センサには、ピエゾ抵抗効果、すなわち発生した応力に比例して抵抗値が変化する現象を利用することで、加速度の検知を行うものが存在する。このような半導体加速度センサは、一般的にセラミック製のパッケージ内部にセンサ部分を成す半導体チップ（以下、センサチップと言う）が収納された構成を有する。
【０００４】
ピエゾ抵抗効果を利用するセンサチップは、例えば、中央に配置された錘部と可撓性を有する４本の梁部と４本の梁部の一方の端がそれぞれ固定されたロ字状の固定部とを有し、錘部が四方から４本の梁部で支持された構成を有する。各梁部には、ピエゾ抵抗素子が貼り付けられ、これらが配線パターンによって接続されることで、ホイーストン・ブリッジ回路が構成されている。
【０００５】
このようなセンサチップを有する半導体加速度センサに速度の変化が生じると、錘部の慣性運動によって生じた応力により梁部が撓む。同時に、梁部に貼り付けられたピエゾ抵抗素子も撓む。この撓みにより各ピエゾ抵抗素子の抵抗値が変化するため、ホイーストン・ブリッジの抵抗バランスが変化する。この抵抗バランスの変化を電流の変化または電圧の変化として測定することで、加速度を検知することができる。
【０００６】
また、上記のようなセンサチップは、例えばエポキシ樹脂やパイレックス（登録商標）ガラス７７４４やコバールなどを接着材料として、パッケージ内部のキャビティに固着されることが一般的であった（例えば以下に示す特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平６−１６０４２３号公報
【特許文献２】特開平９−３１６１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したエポキシ樹脂やパイレックス（登録商標）ガラス７７４４やコバールなどを接着材料は、例えばシリコーン樹脂などと比較して弾性率が高い。このため、センサチップのパッケージへの搭載に上記のような接着材料を用いた場合、半導体加速度センサの耐衝撃性が低下してしまう恐れがある。
【０００８】
このような問題を解決する方法としては、上記のような比較的高弾性率の接着材料を用いる代わりに、例えばシリコーン樹脂やフッ素樹脂などのような、比較的低弾性率の樹脂を接着材料として用いることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、比較的低弾性率の樹脂は、一般的に熱膨張係数が大きい。このため、温度が変化した際に接着部分が大きく膨張／縮小し、これによりセンサチップに比較的大きな応力がかかり、センサチップが大きく歪んでしまう可能性がある。この結果、センサチップに取り付けられたピエゾ抵抗素子の電気的特性が変化し、正確に加速度を検知できなくなる可能性があるという問題を生じさせる。
【００１０】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、パッケージへ伝達された熱に対して安定した動作が可能な半導体装置およびその製造方法、ならびにそれに使用される接着材料およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明による半導体装置は、内部にキャビティを有するパッケージと、所定の素子を有する半導体チップと、所定形状の粒子が添加されたシリコーン樹脂よりなり、半導体チップをキャビティ内部に固着する接着部とを備える。
【００１２】
シリコーン樹脂は、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このシリコーン樹脂を用いて半導体チップをパッケージに固着することで、半導体装置の耐衝撃性を向上することができる。この際、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなるフレーク状または球状の粒子が、例えば７０〜９０重量％となるように添加されたシリコーン樹脂を用いることで、接着部の熱膨張係数を低減すると共に、これの熱伝導率を増加することができる。このように接着材料、すなわち接着部の熱膨張係数を低減させることで、温度変化に対する接着部の変形量を低減させることが可能となり、この結果、接着部が変形することで生じる半導体チップの変形も低減させることができる。また、同じく以上のように接着材料、すなわち接着部の熱伝導率を増加させることで、パッケージと半導体チップとの間における熱の伝達効率が向上する。この結果、外部の温度変化に対する半導体チップの温度の追従性を向上することが可能となる。すなわち、パッケージへ伝達された熱に対して安定して動作する半導体装置を実現することが可能となる。
【００１３】
また、本発明による他の半導体装置は、内部にキャビティを有するパッケージと、所定の素子を有する半導体チップと、所定形状の粒子が添加されたフッ素樹脂よりなり、半導体チップをキャビティ内部に固着する接着部とを備える。
【００１４】
フッ素樹脂は、シリコーン樹脂と同様に、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このフッ素樹脂を用いて半導体チップをパッケージに固着することで、半導体装置の耐衝撃性を向上することができる。この際、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなるフレーク状または球状の粒子が、例えば７０〜９０重量％となるように添加されたフッ素樹脂を用いることで、接着部の熱膨張係数を低減すると共に、これの熱伝導率を増加することができる。このように接着材料、すなわち接着部の熱膨張係数を低減させることで、温度変化に対する接着部の変形量を低減させることが可能となり、この結果、接着部が変形することで生じる半導体チップの変形も低減させることができる。また、同じく以上のように接着材料、すなわち接着部の熱伝導率を増加させることで、パッケージと半導体チップとの間における熱の伝達効率が向上する。この結果、外部の温度変化に対する半導体チップの温度の追従性を向上することが可能となる。すなわち、パッケージへ伝達された熱に対して安定して動作する半導体装置を実現することが可能となる。
【００１５】
また、本発明による接着材料は、半導体チップを所定のパッケージに固着するための接着材料であって、所定形状の粒子が７０〜９０重量％添加されたシリコーン樹脂よりなる。
【００１６】
上述したように、シリコーン樹脂は、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このようなシリコーン樹脂を半導体チップとパッケージとの固着に使用することで、半導体装置の耐衝撃性を向上することができる。この際、シリコーン樹脂に、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなるフレーク状または球状の粒子を、例えば７０〜９０重量％となるように添加しておくことで、固化したシリコーン樹脂の熱膨張係数を低減させることが可能となると共に、これの熱伝導率を増加させることが可能となる。したがって、このような接着材料を用いて半導体チップとパッケージとを固着することで、これらの接着部における熱膨張係数を低減させることが可能となる。この結果、温度変化に対する接着部の変形量を低減させることが可能となり、接着部が変形することで生じる半導体チップの変形も低減させることができる。また、同じく以上のような接着材料を用いて半導体チップとパッケージとを固着することで、これらの接着部における熱伝導率を増加させることが可能となる。この結果、パッケージと半導体チップとの間における熱の伝達効率を向上させることが可能となり、これにより、外部の温度変化に対する半導体チップの温度の追従性を向上させることが可能となる。すなわち、パッケージへ伝達された熱に対して安定して動作する半導体装置を実現できる接着材料を実現することが可能となる。
【００１７】
また、本発明による他の接着材料は、半導体チップを所定のパッケージに固着するための接着材料であって、所定形状の粒子が７０〜９０重量％添加されたフッ素樹脂よりなる。
【００１８】
上述したように、フッ素樹脂は、シリコーン樹脂と同様に、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このようなフッ素樹脂を半導体チップとパッケージとの固着に使用することで、半導体装置の耐衝撃性を向上することができる。この際、フッ素樹脂に、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなるフレーク状または球状の粒子を、例えば７０〜９０重量％となるように添加しておくことで、固化したフッ素樹脂の熱膨張係数を低減させることが可能となると共に、これの熱伝導率を増加させることが可能となる。したがって、このような接着材料を用いて半導体チップとパッケージとを固着することで、これらの接着部における熱膨張係数を低減させることが可能となる。この結果、温度変化に対する接着部の変形量を低減させることが可能となり、接着部が変形することで生じる半導体チップの変形も低減させることができる。また、同じく以上のような接着材料を用いて半導体チップとパッケージとを固着することで、これらの接着部における熱伝導率を増加させることが可能となる。この結果、パッケージと半導体チップとの間における熱の伝達効率を向上させることが可能となり、これにより、外部の温度変化に対する半導体チップの温度の追従性を向上させることが可能となる。すなわち、パッケージへ伝達された熱に対して安定して動作する半導体装置を実現できる接着材料を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、パッケージへ伝達された熱に対して安定した動作が可能な半導体装置、その製造方法、接着材料、およびその製造方法を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明による実施例１について図面を用いて詳細に説明する。なお、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。これは、後述する各実施例において同様である。
【００２２】
・半導体加速度センサチップ１０の構成
まず、本実施例による半導体加速度センサチップ１０の構成を図面と共に詳細に説明する。なお、本実施例では、ピエゾ抵抗効果、すなわち発生した応力に比例して抵抗値が変化する現象を利用した、３次元加速度センサを例に挙げて説明する。
【００２３】
図１は、本実施例で利用する３次元加速度センサである半導体加速度センサチップ１０の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、半導体加速度センサチップ１０は、固定部１２と梁部１３と錘部１４とピエゾ抵抗素子１５ｉおよび１５ｏと電極パッド１６とを有する。固定部１２と梁部１３と錘部１４とは、所定の半導体基板を加工することで、一体に形成されている。
【００２４】
固定部１２と梁部１３と錘部１４とが作り込まれる所定の半導体基板には、例えばシリコン基板などを適用することが可能である。
【００２５】
固定部１２は、例えば断面が四角形の棒状部材をロ字状に組み合わせることでなるリング状の部材である。言い換えれば、例えば正方形の縁を象ったリング状の部材であり、中央部に四角形状の開口部を有する。ただし、本発明による固定部１２は、上記の形状に限定されず、例えば円形の縁を象ったリング状の部材であってもよい。また、以下では、説明の都合上、ロ字状を成す面であって後述する梁部１３におけるピエゾ抵抗素子１５ｉおよび１５ｏが形成された面と同じ側を上側とする。
【００２６】
固定部１２の上面における外周一辺の長さは例えば１．６ｍｍ（ミリメートル）程度とすることができる。また、同じく固定部１２の上面における内周一辺の長さ（すなわち開口部一辺の長さ）は例えば１．２ｍｍ程度とすることができる。このように設定した場合、固定部１２を形成する各棒状部材の上面の幅は、０．２ｍｍ程度となる。また、固定部１２の厚さは、例えば０．３ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
梁部１３は、上記のような固定部１２の内周における各コーナに設けられており、各コーナから固定部１２の中央へ向かってそれぞれ延在する。したがって、本実施例による半導体加速度センサチップ１０は、４本の梁部１３を有する。ただし、本発明では上記の構成に限定されず、例えば固定部１２を形成する棒状部材の略中央部から固定部１２の中央へ向かってそれぞれ延在するように設けられていても良い。
【００２８】
各梁部１３は、半導体加速度センサチップ１０に加速度が加えられた際、後述する錘部１４の慣性運動によって撓むように形成されている。すなわち、梁部１３は可撓性を有するように構成されている。本実施例では、この梁部１３の上面の幅を例えば０．１ｍｍ程度とし、厚さを例えば０．１ｍｍ程度とすることで、梁部１３に可撓性を持たせる。また、梁部１３は、上面が上記した固定部１２の上面と同じ高さ位置となるように形成される。したがって、梁部１３の下面は、固定部１２の下面よりも上面側に配置される。これにより、例えば固定部１２の下面を後述するパッケージにおけるキャビティ２１ｃの底面２１ａに固着した場合でも、梁部１３の変形がキャビティ２１ｃの底面２１ａによって妨げられることがない。
【００２９】
錘部１４は、ロ字状の固定部１２における開口部の略中央に配置されるように、上記した４本の梁部１３の先端に設けられている。言い換えれば、錘部１４は、４本の梁部１３によって固定部１２の開口部における略中央に位置するように吊り下げられている。
【００３０】
この錘部１４は、半導体加速度センサチップ１０に加えられた加速度に応じて梁部１３を撓ませるために錘として機能する。本実施例では、錘部１４の上面を正方形とし、その一辺の長を例えば０．６ｍｍ程度とする。また、錘部１４の厚さを例えば０．２ｍｍ程度とする。さらに、錘部１４は、上面が上記した固定部１２および梁部１３の上面と同じ高さ位置に含まれるように形成される。したがって、錘部１４の下面は、固定部１２の下面よりも上面側に配置される。これにより、例えば固定部１２の下面を後述するパッケージにおけるキャビティ２１ｃの底面２１ａに固着した場合でも、錘部１４の固定部１２に対する変位がキャビティ２１ｃの底面２１ａによって妨げられることがない。
【００３１】
また、各梁部１３の上面において、固定部１２との付け根部分には、ピエゾ抵抗素子１５ｏが貼り付けられている。同様に、各梁部１３の上面において、錘部１４との付け根部分には、ピエゾ抵抗素子１５ｉが貼り付けられている。これらピエゾ抵抗素子１５ｉおよび１５ｏは、例えば固定部１２上面に形成された電極パッド１６と図示しない配線パターンにより電気的に接続されており、これによりホイーストン・ブリッジ回路が構成されている。したがって、電極パッド１６および図示しない配線パターンを介してピエゾ抵抗素子１５ｉおよび１５ｏの抵抗バランスを検知することで、梁部１３に生じた撓みの量を検出することができ、さらにこの撓みの量から半導体加速度センサチップ１０に加えられた加速度の大きさおよび方向を特定することができる。
【００３２】
なお、半導体加速度センサチップ１０の裏面には、必要に応じてガラス基板などを接合してもよい。半導体加速度センサチップ１０とガラス基板との接合には、例えば陽極接合方法などを適用することができる。
【００３３】
・半導体加速度センサ装置１の構成
次に、上述した半導体加速度センサチップ１０をパッケージングすることで形成された、本実施例による半導体加速度センサ装置１の構成を図面と共に詳細に説明する。
【００３４】
図２は半導体加速度センサ装置１の構成を示す断面図である。また、図３は図２におけるＩ−Ｉ’断面図であり、図４は図２におけるＩＩ−ＩＩ’断面図である。なお、図２は、図３および図４におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’断面図に相当する。
【００３５】
図２から図４に示すように、半導体加速度センサ装置１は、半導体加速度センサチップ１０と下部容器２１と上部蓋２５とを有する。なお、下部容器２１および上部蓋２５は、半導体加速度センサチップ１０を収納するパッケージを形成する。また、以下では、説明の都合上、下部容器に対して上部蓋２５が位置する側を上側とする。
【００３６】
この構成において、半導体加速度センサチップ１０は、下部容器２１のキャビティ２１ｃの底面２１ａにおける略中央の領域に、後述する接着材料を用いて固着される。図面および以下の説明では、この接着材料が固化した構成を接着部３１として説明する。また、この際に使用する接着材料については、後述において詳細に説明する。
【００３７】
接着部３１は、図２および図４に示すように、半導体加速度センサチップ１０における固定部１２の下面に形成される。すなわち、接着部３１を成す接着材料は、半導体加速度センサチップ１０における固定部１２の下面にのみ塗着され、この領域でのみ、半導体加速度センサチップ１０がキャビティ２１ｃの底面２１ａに固着される。
【００３８】
半導体加速度センサチップ１０を収納するためのパッケージを構成する下部容器２１は、例えば積層構造を有するセラミック製のパッケージであり、図２に示すように、半導体加速度センサチップ１０を収納するためのキャビティ２１ｃを有する。
【００３９】
下部容器２１の側壁は、図２および図３に示すように、キャビティ２１ｃ側に上面（上部蓋２５が接着される面）よりも低い段差面２１ｂを有する。段差面２１ｂには、下部容器２１内部に形成された配線パターン２３の一部が露出している。この配線パターン２３の露出部分には、後述する金属ワイヤ２６を用いて、半導体加速度センサチップ１０における電極パッド１６が電気的に接続される。
【００４０】
下部容器２１内部に形成された配線パターン２３は、図２に示すように、下部容器２１下面に形成された金属パッド（以下、フットパターン２２と言う）に電気的に接続されている。このフットパターン２２は、図示しない回路基板などにおける電極パッドと電気的に接続するための電極パターンである。
【００４１】
また、下部容器２１のキャビティ２１ｃ内に収納された半導体加速度センサチップ１０における電極パッド１６は、図２および図３に示すように、下部容器２１の段差面２１ｂに露出された配線パターン２３と、金属ワイヤ２６を用いて電気的に接続されている。この金属ワイヤ２６は、例えば金や銅やアルミニウムなどの金属製ワイヤで形成することができる。
【００４２】
以上のように半導体加速度センサチップ１０が収納された下部容器２１の開口部は、図２に示すように、上部蓋２５により封止される。上部蓋２５は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂２４を用いて下部容器２１の上面を密閉するように固着されている。この上部蓋２５の材料には、例えば４２アロイ合金やステンレスなどを適用することができる。また、密閉されたパッケージ（２１、２５）内部は、例えば窒素ガスやドライエアーでパージされている。
【００４３】
上記構成において、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ２１ｃの底面２１ａに接着するための接着材料には、フレーク状の金属片が添加された比較的低弾性率の樹脂を用いる。図５に、図４における領域Ａの拡大図を示す。また、図５を用いて、本実施例による接着部３１の構成を説明する。
【００４４】
図５に示すように、本実施例による接着部３１は、主成分となる樹脂３１ａにフレーク状の粒子３１ｂが添加されてなる接着材料を固化することで形成される。
【００４５】
主成分である樹脂３１ａとしては、例えばシリコーン樹脂などのような、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を骨格としたポリオルガノシロキシサンなどによる樹脂を用いることができる。また、この他にも、例えばフッ素樹脂などを適用することもできる。
【００４６】
また、樹脂３１ａに添加されるフレーク状の粒子３１ｂには、例えば平均粒径が例えば５±１μｍ（マイクロメートル）程度で平均の厚さが１μｍ±１０％程度の金属片を適用することができる。なお、図５では、平面の形状が四角形の金属片を例に挙げるが、本発明はこれに限定されず、平面の形状が三角形や五角形などの多角形の形状である金属片を適用することができる。この際、本発明は、異なる形状の金属片が含まれることを妨げない。
【００４７】
フレーク状の粒子３１ｂの材料としては、例えば銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属、あるいは金属以外の無定形カーボンやグラファイトや酸化スズや酸化インジウムなどを適用することができる。
【００４８】
このようなフレーク状の粒子３１ｂが例えば７０〜９０重量％（パーセント）程度となるように添加された樹脂３１ａを用いることで、接着部３１の熱膨張係数を低減すると共に、これの熱伝導率を増加することができる。
【００４９】
例えば樹脂３１ａにシリコーン樹脂を用い、これに銀製の粒子３１ｂを８０重量％程度となるように添加することで、この接着材料が固化した接着部３１の熱膨張係数を、添加無しの３００ｐｐｍ（パーツ・パー・ミリオン）［／℃］程度から１５０ｐｐｍ［／℃］程度に半減することができた。また、同じく接着部３１の熱伝導率を、添加無しの０．１６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］から０．１８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］に改善することができた。
【００５０】
この結果、フレーク状の粒子３１ｂを含まないシリコーン樹脂を接着部３１に使用した場合と比較して、半導体加速度センサ装置１におけるピエゾ抵抗素子１５ｉおよび１５ｏの抵抗値のオフセット値が温度変化に対して変化する量を約５０％改善することができた。すなわち、温度変化に対してオフセット値を安定させることができた。また同様に、フレーク状の粒子３１ｂを含まないシリコーン樹脂を接着部３１に使用した場合と比較して、半導体加速度センサ装置１におけるピエゾ抵抗素子１５ｉおよび１５ｏの抵抗値のオフセット値のオーバシュートを、５〜２０％から略０％に改善することができた。なお、この条件では、１１０００Ｇ（重力加速度）以上という、十分な値の耐衝撃性を接着部３１に確保させることもできた。
【００５１】
以上のように接着材料、すなわち接着部３１の熱膨張係数を低減させることで、温度変化に対する接着部３１の変形量を低減させることが可能となり、この結果、接着部３１が変形することで生じる半導体加速度センサチップ１０の変形も低減させることができる。また、同じく以上のように接着材料、すなわち接着部３１の熱伝導率を増加させることで、パッケージと半導体加速度センサチップ１０との間における熱の伝達効率が向上する。これにより、外部の温度変化に対する半導体加速度センサチップ１０の温度の追従性を向上することが可能となる。
【００５２】
・半導体加速度センサ装置１の製造方法
次に、本実施例による半導体加速度センサ装置１の製造方法を図面と共に詳細に説明する。
【００５３】
本製造方法では、まず、図６（ａ）に示すように、下部容器２１を構成するための部材として、グリーンシート２１Ａ、２１Ｂおよび２１Ｃを準備する。グリーンシート２１Ｃは、下部容器２１において、段差面２１ｂより上のキャビティ２１ｃ側壁を構成する部材である。グリーンシート２１Ｂは、下部容器２１において、段差面２１ｂと段差面２１ｂ以下のキャビティ２１ｃ側壁とを構成する部材である。グリーンシート２１Ａは、下部容器２１における底板を構成する部材である。なお、各グリーンシート２１Ｃ、２１Ｂおよび２１Ａは、それぞれが積層されたグリーンシートであってもよい。
【００５４】
グリーンシート２１Ｃには、パンチング機を用いてキャビティ孔２１Ｅがパンチング加工されている。グリーンシート２１Ｂには、同じくパンチング機を用いてキャビティ孔２１Ｄと配線パターン２３の一部（上部）を形成するためのビアホールとがパンチング加工されている。グリーンシート２１Ａには、同じくパンチング機を用いて配線パターン２３の一部（下部）を形成するためのビアホールがパンチング加工されている。なお、グリーンシート２１Ｃに形成されたキャビティ孔２１Ｅは、グリーンシート２１Ｂに形成されたキャビティ孔２１Ｄよりも一回り大きい。これにより、グリーンシート２１Ｃとグリーンシート２１Ｂとを積層した際に段差面２１ｂが形成される。
【００５５】
また、グリーンシート２１Ｂのビアホールと、グリーンシート２１Ａのビアホールとは、グリーンシート２１Ｂおよび２１Ａを積層した際に重なる位置に形成されている。これらビアホール内部には、配線パターン２３となる導体パターン２３Ｂおよび２３Ａが、例えばスクリーン印刷法によって形成されている。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に示すように、グリーンシート２１Ｃ、２１Ｂおよび２１Ａを順に積層し、これらを上下から加圧した後に焼成処理することで、キャビティ２１ｃと配線パターン２３とが形成された下部容器２１を形成する。なお、この焼成処理では、圧力を常圧とし、温度を１５００℃とし、処理時間を２４時間とすることができる。
【００５７】
その後、図６（ｃ）に示すように、下部容器２１の下面に、配線パターン２３と電気的に接続するフットパターン２２を、例えばスクリーン印刷法によって形成する。なお、フットパターン２２は、各グリーンシート２１Ｃ、２１Ｂおよび２１Ａを接合する前に形成しておいても良い。
【００５８】
以上のように、配線パターン２３およびフットパターン２２が形成された下部容器２１を準備すると、次に、図７（ａ）に示すように、半導体加速度センサチップ１０における固定部１２の下面に、本実施例によるフレーク状の粒子３１ｂが例えばシリコーン樹脂などの樹脂３１ａに添加されてなる接着材料３１Ａを塗着する。次に、接着材料３１Ａが塗着された半導体加速度センサチップ１０を下部容器２１のキャビティ２１ｃ底面における所定の位置に載置し、これらを上下から加圧した状態で熱処理を行う。これにより、図７（ｂ）に示すように、接着材料３１Ａが固化されて接着部３１が形成され、この接着部３１により、半導体加速度センサチップ１０がキャビティ２１ｃの底面２１ａに固着される。なお、この熱処理では、圧力を常圧とし、温度を１８０℃とし、処理時間を１時間とすることができる。
【００５９】
次に、図８（ａ）に示すように、例えば金製の金属ワイヤ２６をボンディングすることで、半導体加速度センサチップ１０における電極パッド１６と、下部容器２１における露出した配線パターン２３とを電気的に接続する。なお、金属ワイヤ２６のボンディングには、例えば圧力を３０ｇｆ（／ｃｍ2）とし、温度を２３０℃とした、超音波併用熱圧着法を用いることができる。また、金属ワイヤ２６の一方の端がボンディングされる電極パッド１６は、半導体加速度センサチップ１０における固定部１２上に形成されているため、金属ワイヤ２６のボンディング時に半導体加速度センサチップ１０における梁部１３などが破損することはない。
【００６０】
次に、図８（ｂ）に示すように、例えば４２アロイ合金やステンレスなどの上部蓋２５を準備し、上部蓋２５の下面に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂２４を塗着する。次に、上部蓋２５を下部容器２１上に載置し、これらを上下から加圧した状態で熱処理を行うことで、上部蓋２５を下部容器２１に固着する。なお、この熱処理では、圧力を５ｋｇ（／ｃｍ2）とし、温度を１５０℃とし、処理時間を２時間とすることができる。これにより、図２から図４に示すような半導体加速度センサ装置１が製造される。なお、上部蓋２５で下部容器２１を封止する際、キャビティ２１ｃを例えば窒素ガスやドライエアーでパージする。
【００６１】
・接着材料３１Ａの製造方法
また、本実施例による接着材料３１Ａは、上述したように、例えばシリコーン樹脂などのような、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ）を骨格としたポリオルガノシロキシサンなどによる樹脂３１ａに、例えば平均粒径が例えば５±１μｍ（マイクロメートル）程度で平均の厚さが１μｍ程度のフレーク状の粒子３１ｂを、例えば７０〜９０重量％（パーセント）程度となるように添加し、これを練混することで製造することが可能である。
【００６２】
・作用効果
上述したように、本実施例による半導体装置である半導体加速度センサ装置１は、内部にキャビティ２１ｃを有し、下部容器２１と上部蓋２５とからなるパッケージと、半導体加速度センサチップ１０と、フレーク状の金属片である粒子３１ｂが添加されたシリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａよりなり、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ２１ｃ内部に固着する接着部３１とを備える。
【００６３】
シリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａは、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このような樹脂３１ａを用いて半導体加速度センサチップ１０をパッケージ（２１、２５）に固着することで、半導体加速度センサ装置１の耐衝撃性を向上することができる。この際、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなるフレーク状の粒子３１ｂが、例えば７０〜９０重量％となるように添加された樹脂３１ａを用いることで、接着部３１の熱膨張係数を低減すると共に、これの熱伝導率を増加することができる。このように接着材料、すなわち接着部３１の熱膨張係数を低減させることで、温度変化に対する接着部３１の変形量を低減させることが可能となり、この結果、接着部３１が変形することで生じる半導体加速度センサチップ１０の変形も低減させることができる。また、同じく以上のように接着材料、すなわち接着部３１の熱伝導率を増加させることで、パッケージ（２１、２５）と半導体加速度センサチップ１０との間における熱の伝達効率が向上する。この結果、外部の温度変化に対する半導体加速度センサチップ１０の温度の追従性を向上することが可能となる。すなわち、パッケージ（２１、２５）へ伝達された熱に対して安定して動作する半導体加速度センサ装置１を実現することが可能となる。
【００６４】
また、本発明による接着材料は、半導体加速度センサチップ１０を下部容器２１および上部蓋２５よりなるパッケージに固着するための接着材料であって、フレーク状の粒子３１ｂが７０〜９０重量％添加されたシリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａよりなる。
【００６５】
上述したように、シリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａは、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このような樹脂３１ａを半導体加速度センサチップ１０とパッケージ（２１、２５）との固着に使用することで、半導体加速度センサ装置１の耐衝撃性を向上することができる。この際、樹脂３１ａに、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなるフレーク状の粒子３１ｂを、例えば７０〜９０重量％となるように添加しておくことで、樹脂３１ａが固化した接着部３１の熱膨張係数を低減させることが可能となると共に、これの熱伝導率を増加させることが可能となる。したがって、このような接着材料を用いて半導体加速度センサチップ１０とパッケージ（２１、２５）とを固着することで、これらの接着部３１における熱膨張係数を低減させることが可能となる。この結果、温度変化に対する接着部３１の変形量を低減させることが可能となり、接着部３１が変形することで生じる半導体加速度センサチップ１０の変形も低減させることができる。また、同じく以上のような接着材料を用いて半導体加速度センサチップ１０とパッケージ（２１、２５）とを固着することで、これらの接着部３１における熱伝導率を増加させることが可能となる。この結果、パッケージ（２１、２５）と半導体加速度センサチップ１０との間における熱の伝達効率を向上させることが可能となり、これにより、外部の温度変化に対する半導体加速度センサチップ１０の温度の追従性を向上させることが可能となる。すなわち、パッケージ（２１、２５）へ伝達された熱に対して安定して動作する半導体加速度センサ装置１を実現できる接着材料を実現することが可能となる。
【実施例２】
【００６６】
次に、本発明の実施例２について図面を用いて詳細に説明する。尚、以下の説明において、実施例１と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、特記しない構成に関しては実施例１と同様である。
【００６７】
・半導体加速度センサ装置２の構成
図９（ａ）は、本実施例による半導体加速度センサ装置２の構成を示す断面図である。また、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＶＩ−ＶＩ’断面図である。なお、図９（ａ）は図９（ｂ）におけるＶ−Ｖ’断面図に相当する。
【００６８】
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、本実施例による半導体加速度センサ装置２は、実施例１による半導体加速度センサ装置１と比較して、接着部３１が接着部４１に置き換えられた構成を有する。
【００６９】
接着部４１は、接着部３１と同様に、半導体加速度センサチップ１０を、パッケージを構成する下部容器２１におけるキャビティ２１ｃの底面２１ａに固着するための構成であり、後述する接着材料が固化したものである。なお、他の構成は、実施例１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７０】
本実施例では、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ２１ｃの底面２１ａに接着するための接着材料に、球状の金属片が添加された比較的低弾性率の樹脂を用いる。図１０に、図９（ｂ）における領域Ｂの拡大図を示す。また、図１０を用いて、本実施例による接着部４１の構成を説明する。
【００７１】
図１０に示すように、本実施例による接着部４１は、主成分となる樹脂３１ａに球状の金属（これを以下、粒子４１ｂという）が添加されてなる接着材料を固化することで形成される。主成分である樹脂３１ａは、実施例１と同様である。
【００７２】
また、樹脂３１ａに添加される粒子４１ｂには、例えば平均粒径が例えば５〜２０１μｍ（マイクロメートル）程度の球状の金属を適用することができる。なお、本発明では、実施例１で例示したフレーク状の粒子３１ｂなど、異なる形状の金属片が含まれることを妨げない。
【００７３】
粒子４１ｂの材料としては、実施例１と同様に、例えば銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属、あるいは金属以外の無定形カーボンやグラファイトや酸化スズや酸化インジウムなどを適用することができる。
【００７４】
このような粒子４１ｂが例えば７０〜９０重量％（パーセント）程度となるように添加された樹脂３１ａを用いることで、接着部４１の熱膨張係数を低減すると共に、これの熱伝導率を増加することができる。
【００７５】
また、本実施例において添加する粒子４１ｂは、これを樹脂３１ａに添加して形成された接着材料の粘度を、実施例１によるフレーク状の金属３１ｂよりも増加させにくい。このため、実施例１と比較して、より大きな重量濃度に金属球を添加したとしても、この接着材料を塗着する際の糸引きを抑制することができ、これにより接着材料の半導体加速度センサチップ１０裏面への塗着作業性が低下することを防止できる。すなわち、実施例１と比較して、塗着作業性の低下を抑えつつ、接着部４１の熱膨張係数をさらに低減できると共に、これの熱伝導率をさらに増加させることができる。
【００７６】
以上のように接着材料、すなわち接着部４１の熱膨張係数を低減させることで、温度変化に対する接着部４１の変形量を低減させることが可能となり、この結果、接着部４１が変形することで生じる半導体加速度センサチップ１０の変形も低減させることができる。また、同じく以上のように接着材料、すなわち接着部４１の熱伝導率を増加させることで、パッケージと半導体加速度センサチップ１０との間における熱の伝達効率が向上する。これにより、外部の温度変化に対する半導体加速度センサチップ１０の温度の追従性を向上することが可能となる。
【００７７】
・半導体加速度センサ装置２の製造方法
また、本実施例による半導体センサ装置２および接着部４１を形成する接着材料の製造方法は、実施例１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本実施例による製造方法では、接着材料３１Ａおよび接着部３１、ならびにフレーク状の金属３１ｂが、それぞれ接着材料４１Ａおよび接着部４１、ならびに粒子４１ｂに置き換えられる。
【００７８】
・作用効果
上述したように、本実施例による半導体装置である半導体加速度センサ装置２は、内部にキャビティ２１ｃを有し、下部容器２１と上部蓋２５とからなるパッケージと、半導体加速度センサチップ１０と、フレーク状の金属片である粒子３４ｂが添加されたシリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａよりなり、半導体加速度センサチップ１０をキャビティ２１ｃ内部に固着する接着部４１とを備える。
【００７９】
上述したように、シリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａは、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このような樹脂３１ａを用いて半導体加速度センサチップ１０をパッケージ（２１、２５）に固着することで、実施例１と同様に、半導体加速度センサ装置１の耐衝撃性を向上することができる。この際、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなる球状の粒子４１ｂが、例えば７０〜９０重量％となるように添加された樹脂３１ａを用いることで、接着部４１の熱膨張係数を低減すると共に、これの熱伝導率を増加することができる。このように接着材料、すなわち接着部４１の熱膨張係数を低減させることで、温度変化に対する接着部４１の変形量を低減させることが可能となり、この結果、接着部４１が変形することで生じる半導体加速度センサチップ１０の変形も低減させることができる。また、同じく以上のように接着材料、すなわち接着部４１の熱伝導率を増加させることで、パッケージ（２１、２５）と半導体加速度センサチップ１０との間における熱の伝達効率が向上する。この結果、外部の温度変化に対する半導体加速度センサチップ１０の温度の追従性を向上することが可能となる。すなわち、パッケージ（２１、２５）へ伝達された熱に対して安定して動作する半導体加速度センサ装置２を実現することが可能となる。
【００８０】
また、本発明による接着材料は、半導体加速度センサチップ１０を下部容器２１および上部蓋２５よりなるパッケージに固着するための接着材料であって、球状の粒子４１ｂが７０〜９０重量％添加されたシリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａよりなる。
【００８１】
上述したように、シリコーン樹脂やフッ素樹脂などの樹脂３１ａは、例えばエポキシ樹脂などと比較して、低い弾性率を有する。このような樹脂３１ａを半導体加速度センサチップ１０とパッケージ（２１、２５）との固着に使用することで、半導体加速度センサ装置１の耐衝撃性を向上することができる。この際、樹脂３１ａに、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、無定形カーボン、グラファイト、酸化スズまたは酸化インジウムよりなる球状の粒子４１ｂを、例えば７０〜９０重量％となるように添加しておくことで、樹脂３１ａが固化した接着部４１の熱膨張係数を低減させることが可能となると共に、これの熱伝導率を増加させることが可能となる。したがって、このような接着材料を用いて半導体加速度センサチップ１０とパッケージ（２１、２５）とを固着することで、これらの接着部４１における熱膨張係数を低減させることが可能となる。この結果、温度変化に対する接着部４１の変形量を低減させることが可能となり、接着部４１が変形することで生じる半導体加速度センサチップ１０の変形も低減させることができる。また、同じく以上のような接着材料を用いて半導体加速度センサチップ１０とパッケージ（２１、２５）とを固着することで、これらの接着部４１における熱伝導率を増加させることが可能となる。この結果、パッケージ（２１、２５）と半導体加速度センサチップ１０との間における熱の伝達効率を向上させることが可能となり、これにより、外部の温度変化に対する半導体加速度センサチップ１０の温度の追従性を向上させることが可能となる。すなわち、パッケージ（２１、２５）へ伝達された熱に対して安定して動作する半導体加速度センサ装置１を実現できる接着材料を実現することが可能となる。
【００８２】
また、本実施例では、樹脂３１ａに添加する粒子４１ｂを、樹脂３１ａに添加して形成された接着材料の粘度を増加させにくい球状としている。このため、実施例１と比較して、より大きな重量濃度に金属球を添加したとしても、この接着材料を塗着する際の糸引きを抑制することができ、これにより接着材料の半導体加速度センサチップ１０裏面への塗着作業性が低下することを防止できる。すなわち、実施例１と比較して、塗着作業性の低下を抑えつつ、接着部４１の熱膨張係数をさらに低減できると共に、これの熱伝導率をさらに増加させることができる。
【００８３】
また、上記実施例１および実施例２は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の各実施例で使用する半導体加速度センサチップ１０の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１による半導体加速度センサ装置１の構成を示す断面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ断面構造を示す図である。
【図４】図２におけるＩＩ−ＩＩ断面構造を示す図である。
【図５】図４における領域Ａの拡大図であり、本発明の実施例１による接着部３１を形成する接着材料を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１による半導体加速度センサ装置１の製造方法を示すプロセス図である（１）。
【図７】本発明の実施例１による半導体加速度センサ装置１の製造方法を示すプロセス図である（２）。
【図８】本発明の実施例１による半導体加速度センサ装置１の製造方法を示すプロセス図である（３）。
【図９】（ａ）は本発明の実施例２による半導体加速度センサ装置２の構成を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩＶ−ＩＶ断面構造を示す図である。
【図１０】図９（ｂ）における領域Ｂの拡大図であり、本発明の実施例２による接着部４１を形成する接着材料を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８５】
１、２  半導体加速度センサ装置
１０  半導体加速度センサチップ
１２  固定部
１３  梁部
１４  錘部
１５ｉ、１５ｏ  ピエゾ抵抗素子
１６  電極パッド
２１  下部容器
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  グリーンシート
２１Ｄ、２１Ｅ  キャビティ孔
２１ａ  底面
２１ｂ  段差面
２１ｃ”  キャビティ
２２  フットパターン
２３  配線パターン
２３Ａ、２３Ｂ  導体パターン
２４  熱硬化性樹脂
２５  上部蓋
２６  金属ワイヤ
３１、４１  接着部
３１ａ  樹脂
３１ｂ、４１ｂ  粒子
３１Ａ  接着材料
【図１】
2007035965.tif 000003
【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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