(57)【要約】      （修正有）【課題】３軸センサ・チップパッケージためのシステムと方法を提供する。【解決手段】センサパッケージは、ベース１０５と、第１のセンサダイ１１０が、第１のアクティブセンサ回路１１２および、第１のアクティブセンサ回路に電気的に結合された複数の金属パッド１１４とを備え、ベースに取り付けられた第２のセンサダイ１２０が、第１の表面１２８の上に配置された第２のアクティブセンサ回路１２２と、第２の表面の上に配置された第２のアクティブセンサ回路に電気的に結合された第２の複数の金属パッド１２２とを備え、第２のアクティブセンサ回路は、第１のアクティブセンサ回路に対して直交に方位付けされ、ベースに垂直であるように、第２のセンサダイが配置される。第２の表面は、第１の表面に隣接し、第１の表面の面に対して角度がつけられている。【選択図】図１Ｂ
2012237751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサパッケージが、
ベース（１０５）と、
前記ベース（１０５）に取り付けられた第１のセンサダイ（１１０）であって、前記第１のセンサダイが、第１のアクティブセンサ回路（１１２）および、前記第１のアクティブセンサ回路（１１２）に電気的に結合された第１の複数の金属パッド（１１４）とを備える、ことを特徴とする第１のセンサダイ（１１０）と、
前記ベース（１０５）に取り付けられた第２のセンサダイ（１２０）であって、前記第２のセンサダイが、第１の表面（１２６）の上に配置された第２のアクティブセンサ回路（１２２）と、第２の表面（１２８）の上に配置された第２のアクティブセンサ回路（１２２）に電気的に結合された第２の複数の金属パッド（１２４）とを備える、ことを特徴とする第２のセンサダイ（１２０）と、
を有し、
前記第２のアクティブセンサ回路（１２２）が前記第１のアクティブセンサ回路（１１２）に対して直交に方位付けされ、ベース（１０５）に垂直であるように、前記第２のセンサダイ（１２０）が配置され、
前記第２の表面（１２８）が、前記第１の表面（１２６）に隣接し、前記第１の表面（１２６）の面に対して角度がつけられている
ことを特徴とする指向性センサパッケージ。
【請求項２】
前記第１のセンサダイ（１１０）の第１の複数の金属パッド（１１４）を前記第２のセンサダイ（１２０）の前記第２の複数の金属パッド（１２４）と相互接続する１またはそれ以上のワイヤボンディング結合をさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサパッケージ。
【請求項３】
指向性センサを製造する方法であって、
選択エッチングプロセスを用いてウェハ（２１０）に溝（２１５）を形成するステップと、
前記溝（２１５）内に角度がつけられた表面（２１６）上に金属パッド（２２２）を堆積し、前記溝（２１５）の外側の表面上に第１のアクティブセンサ回路（２２０）を堆積するステップであって、前記第１のアクティブセンサ回路（２２０）が、前記金属パッド（２２２）と電気的に結合することを特徴とする、堆積するステップと、
個別のセンサダイ（１２０）を得るためにウェハ（１２０）を個別化するステップと、
前記第１のアクティブセンサ回路（２２０）が、ベース（１０５）に対して垂直であり、前記金属パッド（２２２）が、前記ベース（１０５）から対向してセンサダイ（１２０）上に取り付けられるように、前記ベース（１０５）の上にセンサダイ（１２０）を垂直に取り付けるステップと、
前記メタルパッド（２２２）の上にワイヤボンド（１４０，１４２）をインストールすることによって、別の回路にアクティブセンサ回路を相互接続するステップと
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  ３次元の磁場の全ての構成要素を検出する磁気センサの必要性は、コンパスデバイスとして携帯電話および他のポータブル電子機器のそれらの用途のために増加している。物理的な寸法の制約および製造の容易さのために、今日の好ましいソリューションは、３つのセンサコンポーネントを単一の集積回路パッケージ内に組み込むことである。市場スペースの現実的なソリューションであるために、センサのかかる組み込みは、価格競争につながる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  異方性の磁気抵抗（AMR）センサのような磁気センサ技術については、それが最も好適な商業的なオプションに達するのを防止する重大ないくつかの面がある。結果として生じるセンサの物理的な高さおよびコストは、それらの態様のうちの2つである。単一つのダイ・モノリシック３軸磁気センサ装置も、現在存在しない。この欠陥は、２つのダイソリューションを利用することによって克服された。例えば、２つの直交方向において感度が高い単一のダイが、平面内で２軸センシングを成し遂げるのに用いられる。次いで、第２のセンサのセンシング軸が、前のダイのそれに対して直交しているように、第２のセンサ・ダイは回転する。後のダイは、基板にリフローはんだ付けを介して取り付けられる。しかし、かかるソリューションは、現在まで、高価で、小さいダイ・サイズのため、製造するのが困難だった。そして、高価な複数ステップ処理が垂直方向のセンサに相互接続を作成するために必要だった。
【０００３】
[0003]  上で述べられる理由のために、および他の理由のために、３軸センサ・パッケージための改良されたシステムと方法用の技術の必要性があることは、当業者が本願明細書を読むとすぐに理解される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  本発明の実施形態は、３軸センサ・パッケージに関する方法および装置を提供して、以下の詳細な説明を読み、研究することによって理解される。
[0005]  ある実施形態では、指向性センサパッケージは、ベース（１０５）と、前記ベース（１０５）に取り付けられた第１のセンサダイ（１１０）であって、前記第１のセンサダイが、第１のアクティブセンサ回路（１１２）および、前記第１のアクティブセンサ回路（１１２）に電気的に結合された第１の複数の金属パッド（１１４）とを備える、ことを特徴とする第１のセンサダイ（１１０）と、前記ベース（１０５）に取り付けられた第２のセンサダイ（１２０）であって、前記第２のセンサダイが、第１の表面（１２６）の上に配置された第２のアクティブセンサ回路（１２２）と、第２の表面（１２８）の上に配置された第２のアクティブセンサ回路（１２２）に電気的に結合された第２の複数の金属パッド（１２４）とを備える、ことを特徴とする第２のセンサダイ（１２０）と、を有する。前記第２のアクティブセンサ回路（１２２）は、前記第１のアクティブセンサ回路（１１２）に対して直交に方位付けされ、ベース（１０５）に垂直であるように、前記第２のセンサダイ（１２０）が配置される。前記第２の表面（１２８）は、前記第１の表面（１２６）に隣接し、前記第１の表面（１２６）の面に対して角度がつけられている。
【０００５】
[0006]  好ましい実施形態および図の説明からみて、本発明の実施形態は、より容易によく理解されて、更なる効果およびそれについてより直ちに明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】[0007]  図１Ａは、本発明のある実施形態の３軸センサを例示している線図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明のある実施形態の３軸センサを例示している線図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明のある実施形態の３軸センサを例示している線図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明のある実施形態の３軸センサを例示している線図である。
【図２】[0008]  図２は、本発明のある実施形態の垂直ダイを製造するための技術を例示している線図である。
【図３】[0009]  図３は、本発明のある実施形態の方法を例示しているフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0010]  一般的な慣習によって、さまざまな記載されている特徴は、一定の縮尺で描かれておらず、本発明に関連する特徴を強調するために描かれる。参照文字・参照番号は、図およびテキストの全体にわたって同じエレメントを意味する。
【０００８】
[0011]  以下の詳細な説明において、本発明が実施されることができる特定の例示の実施形態を介して示され、本発明の一部を形成する添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるのに充分に詳細に記載され、他の実施形態が利用されることができると理解され、その論理的で、機械的および電気的な変化は本発明の範囲内においてなされることができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定的にとられない。
【０００９】
[0012]  本発明の実施形態は、センサ・パッケージ内で非回転されるダイと90度回転されるセンサ・ダイとの両者を利用する３軸センサを提供する。そのアクティブセンサ回路（すなわちセンシング素子が製造されるダイの領域）がその上面にあり、センサの電気接続パッドと同一平面上に配置されるように、現在、実装されているような非回転ダイは製造される。回転されるダイは、２つの異なる表面を有するように製造される。第１の表面は、ダイのアクティブセンサ回路から成るように作られる。第２の表面は、第１の表面に隣接して角度がついた表面を形成するために第１の表面にエッチングによって作られる。第２の角度がついた表面は、第１の表面の上に形成されるアクティブセンサ回路と電気的相互接続を提供する金属パッドから成るように作られる。
【００１０】
[0013]  非回転ダイと回転されるダイとの間の相互接続は、回転されるダイの角度がついた表面にある金属接続パッドと、非回転ダイのアクティブセンサ回路表面にある金属接続パッドとの間のワイヤボンディングを確立するために標準のワイヤボンディング技術を用いて達成される。このように、回転されるダイ上の垂直接続パッドに直接電気接続を作成する必要性は、避けられる。更に、２つのダイに関してワイヤボンディング相互接続の能力は、ダイとパッケージベースとの間のはんだ底部接触接続を提供する必要を避け、比較的より単純な製造プロセスに結果としてなる。これは、はんだ付けされた底の接触のリフロー処理から生じることがありえるセンサ・アライメント・エラーを順番に避ける。典型的なアプリケーションが面外（out-of-plane）測定のため単一軸センサを含んでいる垂直ダイを有する２軸面内（in-plane）センサを有する水平センサ・ダイを含むことが企図されるけれども、本発明の実施形態はこの種の構成に限られない。例えば、３軸センサがまた、２軸センサ（１つの軸は、面内にあり、１つは面外にある）を有する垂直ダイ、および、２軸センサと直交した方位の単一軸センサを有する水平ダイから形成されることが企図される。更に、別の実施形態で、センサが、磁気センサ（すなわち、磁場に影響されるセンサ）、慣性センサ（例えば、加速度計および／またはジャイロスコープ）、または、それらの組合せから成ることができることが企図される。
【００１１】
[0014]  図１Ａおよび１Ｂは、本発明の一実施形態の３軸センサ100を例示している線図である。３軸センサ100は、アクティブセンサ回路112と電気的相互接続を提供する複数の金属パッド114と、アクティブセンサ回路112を備えた第１のセンサ・ダイ110を有する。アクティブセンサ回路112および金属パッド114は、センサ・ダイ110の単一の表面116の上に両方とも形成され、センサ100のベース105に関して同一平面上に方位付けされる。別の実施形態では、ベース105は、基板、フレーム、または、センサのために使用されるパッケージ・タイプに依存する他の集積回路であってもよい。
【００１２】
[0015]  本願明細書において使われる用語として、「パッケージ」は、集積回路または多数の集積回路を収納している保護コンテナとして機能するチップ・キャリア（別名、チップ・コンテナまたはチップパッケージ）と特に証させる集積回路技術の用語である。すなわち、パッケージは、集積回路チップが、外部回路（例えばプリント回路基板）に集積回路を機械的および電気的に結合するために提供するハウジングである。電気接続は、いずれのソケットまたは表面取付けを介しても実行されることができる。このように、パッケージは、通常、金属リード線またはパッドを提供し、それは壊れやすいチップをプリント回路基板に電気的および機械的に接続するのに十分しっかりしている。
【００１３】
[0016]  ３軸センサ100は更に、アクティブセンサ回路122を有する第２のセンサ・ダイ120と、アクティブセンサ回路122と電気的に相互接続を提供している複数の金属パッド124とを備える。センサ・ダイ120で、アクティブセンサ回路は、センサ・ダイ110の表面116に対して直交して方向付けされる第１の表面126の上に形成される。金属パッド124は、第１の表面126からエッチングされた第２の角度がつけられた表面128に形成される。図１Ｂに示すように、アクティブセンサ回路が、ベース105に対して垂直であり、金属パッド124がベース105から少なくとも部分的に向きがそれているように、第２のダイ120は、ベース105に方位付けされる。この方位付けによって、金属パッド114に接続するのに用いられる同じプロセスを用いて金属パッド124に接続されるようにすることができる。ある実施形態では、角度がついた表面128は、少なくとも45度で表面126の平面から角度がつけられる。
【００１４】
[0017]  ある実施形態では、ダイ110および120は、標準のダイアタッチメントプロセスを使用してベース105に取り付けられる。この明細書を読んだ当業者には明らかあるように、ダイ取付けは、ダイが取り付けられ、そのパッケージまたはサポート構造に固定される半導体デバイス製造中のステップである。実施形態によっては、ダイ110および120は、共晶結合である。他の実施形態では、接着剤、テープまたはエポキシ接着剤が、使われる。ある実施形態では、ダイ取り付け接着剤は、２つのダイを一緒に固着するためにダイ110とダイ120との間で使われる。ダイの直交配置のセンシング軸を保つ機械的なサポートを提供することに加えて、２つのダイの間のダイ取り付け材料を嵌入することは、パッケージ内でキャビティを除去するのに役立つ。更に、ダイ110および120に対する電気接続が、それぞれのダイの頂部に位置する金属パッド114および124によって提供されるので、ダイ110とベース105と間に電気接続を提供するためにはんだを適用する必要性必要性は避けられる。
【００１５】
[0018]  この明細書を読めば当業者には明らかなように、１つの重要な利点は、角度がついた表面128が、非回転のダイ110のために使用するのと同じプロセスを使用して垂直に回転されるダイ120上のワイヤボンディングの取付けを可能にすることを企図する。すなわち、両方のダイのためのワイヤボンディングは、上から直接取り付けられることができる。水平表面で、ダイ110の上に形成される接触は、ダイの上面116にある。したがって、通常のワイヤボンディング技術を使うことができる。回転されるダイ120で、ダイの上に形成される回路122は、ベース105に垂直な側に回転する。通常のワイヤボンディング技術は、この種の垂直表面にワイヤボンディングすることができない。このように、角度がついた表面128を有することは、上からワイヤボンディングすることを実行するために上から金属コンタクト124まで充分なアクセスを提供する。
【００１６】
[0019]  図１Ｃおよび１Ｄにて図示したように、ダイ110と120と間のワイヤボンディング接続140を有することに加えて、一つ以上の実装において、ワイヤボンディング接続142はまた、角度がついた表面128にある金属パッド124と、ベース105に形成された金属パッド138との間に形成される。この明細書を読んだ当業者には明らかように、角度がついた表面128上の金属パッド124を有することは、ダイ110および120を相互接続するために通常のワイヤボンディング技術を使用することを容易にし、上から金属パッド124のアクセスしやすさを原因として生じるので、他の回路にダイ120を相互接続するために通常のワイヤボンディング技術を使用するのを容易にする。
【００１７】
[0020]  図２は、ダイ120のような垂直ダイを製造するための本発明の一実施形態の技術を例示する。３軸センサを製造するコンテキストでは、水平ダイが、現在の製造技術を使用して処理され、この理由のために更に議論されないと推定される。
【００１８】
[0021]  垂直センサ・ダイは、回路要素が堆積される2つの異なる表面212および216を有するようにシリコン・ウェハ210から製造される。垂直センサ・ダイは、選択的なエッチング・プロセス（例えば、水酸化カリウム（KOH）を用いる）を適用することによって、グローブ215が、スタートウェハ材料210から形成される。エッチング・プロセスによってグローブ215内に形成される非同一平面上の角度がついた表面216で、表面は、他の回路に垂直センサを相互接続するために使われる金属パッド222を製造するためにつくられる。アクティブセンサ回路220は、ウェハ210の非グローブ水平表面212の上に形成される。水平センサを組み立てるために使われるように、アクティブセンサ回路220の堆積およびパッド222のメタライゼーションは同じウェハ製造プロセスを利用する。ウェハ210は、個々のダイを得るために通常の方法で個別化（singulated）され、現在、金属化された結合パッドを備えた斜めの表面と、水平な活性化表面とを備える。次いで、アクティブセンサ回路が垂直で、水平ダイのアクティブセンサ回路に、直交してパッケージ内に載置されることができるように、このダイは、９０度回転される。ワイヤボンディング接続の取付けを容易にすることに加えて、金属結合パッド222が、垂直までの角度であるので、垂直センサパッケージの全体の高さは減少する。
【００１９】
[0022]  図３は、アクティブセンサ回路に関する第１の表面、および、金属パッドを含む第２の角度がついた表面を有する垂直センサ・ダイを有する３軸センサを組み立てるための本発明の一実施形態の方法を例示しているフローチャートである。図３の方法の１つの用途において、この垂直ダイは、図1A乃至1Dにおいて例示されるような３軸センサを形成するために水平ダイと結合される。ある実施形態において、図３の方法は、図２に関して記載されているような垂直センサを得るためにウェハを処理することを提供する。
【００２０】
[0023]  方法は、選択的なエッチング・プロセスを使用してウェハの溝を形成するステップ310で始まる。方法は、溝の中の角度がついた表面に金属パッドを堆積し、溝の外側表面に第１のアクティブセンサ回路を堆積するステップ320へ進み、第１のアクティブセンサ回路は金属パッドに電気的に連結する。この段階では、アクティブセンサ回路および金属パッドを堆積するための同じプロセスステップが、水平センサ・ウェハをつくるために使われることができる。ある実施形態において、アクティブセンサ回路は、単一の軸センサから成る。別の実施形態では、アクティブセンサ回路は、２軸センサから成る。
【００２１】
[0024]  方法は、次いで、個々のセンサ・ダイを得るためにウェハを個別化（singulating）するステップ330へ進む。ある実施形態において、図２に示すように、第１の個別化切断230が、グローブ壁の上に形成される金属パッド222のセットの間で溝215のベースで実行され、一方、第２の個別化切断235は、ウェハ210の非グローブ部分の上に形成されるアクティブセンサ回路220の間で実行される。ウェハは、個々のセンサ・ダイを同様に提供するために水平方向において個別化される。方法は、センサ・ダイをベースに垂直に取り付けるステップ340へ進み、その結果、アクティブセンサ回路が、ベースに垂直であり、金属パッドがベースから向きがそれる。この取り付けるステップにおいて、センサ・ダイは、ベースの平面に関して垂直である方向を指すセンシング軸を有するように方位付けされる。個別化されたダイは、パッドメタライゼーションをさらすために、シリコン・ウェハの裏側および／または鋸で切られた側を使用して、パッケージの基板またはキャビティに、または、隣接したダイにダイ取り付けされる。
【００２２】
[0025]  次いで、方法は、ワイヤボンディングを金属パッド上にインストールすることによって他の回路にアクティブセンサ回路を相互接続するステップ350へ進む。このステップにおいて、垂直ダイは、他のダイに、または、基板または（例えば、図1A乃至1Dに示されるような）キャビティフィンガーに結合される導線である。ある実施形態において、結果として生じる３軸センサは、銅メタライズリードフレームを使用するクワッドフラットノーリード（quad flat no lead (QF-N)）パッケージタイプ、または、デュアルフラットノーリード（Dual Flat No leads (DF-N)）パッケージのようなパッケージ内に密封されるが、これらに限定されない。
【００２３】
[0026]  このプロセスが、リフロープロセスの必要性を除去するので、それはローコストパスであり、シングル・パス・シリコン製造プロセスは、直交ボンディング可能なコンタクトパッドを作製する追加的なステップを除去する。ある実施形態において、垂直センサ・ダイが、リフロープロセスを経験する必要がないので、方法は垂直センサ・ダイを薄化するステップを更に含む。このステップは、更に更なるコスト削減に至る全体的なパッケージ寸法を減らす。
【００２４】
[0027]  本発明の実施形態によって含まれるセンサを実装するのに用いる基礎をなす技術は、異方性の磁気抵抗（AMR）センサに限定されないが、面内（in-plane）方向および面外（out-of-plane）方向センサの両方を含んでいる他の技術を使用して実施されることができる。例えば、上で議論される実施形態は、（例えば異方性の磁気抵抗（AMR）、巨大磁気抵抗（GMR）およびトンネル磁気抵抗効果（TMR）センサ）を包含する）磁気抵抗（ＭＲ）センサ、磁気誘導（Magneto-Inductive（MI））センサ、ホール効果センサおよび／またはフラックスゲートセンサを使用して実行されることができる。
【００２５】
[0028]  特定の実施形態を例示し、本願明細書において記載してきたけれども、同じ目的を達成するために算出されるいかなるアレンジメントも、特定の図示した実施形態と置換することができることは当業者によって認められる。本出願は、本発明のいかなる適合またはバリエーションをもカバーすることを目的とする。したがって、本発明が、特許請求の範囲およびそれの均等の範囲だけによって制限されることは明白に企図される。
【図１Ａ】
2012237751.tif 000003
【図１Ｂ】
2012237751.tif 000004
【図１Ｃ】
2012237751.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図２】
2012237751.tif 000007
【図３】
2012237751.tif 000008
【外国語明細書】
2012237751000001.pdf