(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子であって：
固体表面（１１）を有する支持構造（１２）であって、リードフレームを備える支持構造；
前記支持構造の固体表面に装着されたアセンブリ（２０）であって、センサを備えるアセンブリ；および
前記アセンブリの表面領域全体よりも少ない別々の位置に堆積された室温加硫型（ＲＴＶ）材料で構成される複数の接着剤ドットであって、前記アセンブリを前記支持構造に、前記アセンブリの少なくとも一部および前記支持構造の前記固体表面間にギャップを維持しつつ、接着し、応力を分離する、複数の接着剤ドット；
から成ることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
集積回路であって：
固体表面（１１）を有するリードフレーム（１２）；および
接着剤によって前記リードフレームの前記固体表面上に装着されたセンサ・アセンブリ（２０）であって、前記接着剤を前記センサ・アセンブリの表面領域全体よりも少ない複数の位置に堆積し、前記センサ・アセンブリの少なくとも一部および前記リードフレームの前記固体表面間にギャップを維持し、応力を分離するセンサ・アセンブリ（２０）；
から成ることを特徴とする集積回路。
【請求項３】
センサ・アセンブリ（２０）をリードフレーム（１２）に装着する方法であって：
前記センサ・アセンブリの表面領域全体よりも少ない複数の位置に接着剤（３０，３２）を配する段階；および
前記センサ・アセンブリを前記リードフレームに嵌合しつつ、前記センサ・アセンブリの前記表面領域の少なくとも一部および前記リードフレーム間にギャップを維持し、前記センサ・アセンブリおよび前記リードフレーム間において応力を分離する段階；
から成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、集積回路に関し、更に特定すれば、半導体ダイおよび支持基板間に塗布し、半導体ダイを支持しつつギャップを維持し支持基板からの応力分離を行う接着剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願は、John R. Settles et al.によって１９９６年１２月２日に出願され、本願と同一譲受人であるMotorola, Inc.に譲渡された、"INTEGRATED CIRCUIT ASSEMBLY ADHESIVE AND METHOD THEREOF" と題する、同時係属中の米国特許出願番号第０８／７５８，６６０号（弁理士整理番号SC10019T）に関係するものである。
【０００３】
集積回路（ＩＣ）アセンブリは、典型的に、半導体ダイに対して物理的および構造的な基盤を形成するリードフレームのような支持構造を含む。半導体ダイは、ボンド・ワイヤによってリードフレームに電気的に接続され、既知のように、外部素子との通信が可能となる。
【０００４】
ＩＣの用途の１つに、検出した加速度および減速度を表わす電気信号を供給するセンサがある。例えば、自動車の用途では、センサは衝突から減速を検出し、エア・バッグの展開をトリガする電気信号を供給する。
【０００５】
センサは、典型的に、微細加工された検出素子を用いて構成され、検出アセンブリを形成する基板にこの検出素子を取り付ける。検出アセンブリは、室温加硫型（ＲＴＶ：room temperature vulcanizing）接着剤を用いて、金属リードフレームの表面またはパッドに取り付けられる。ＲＴＶ材料は、センサ・アセンブリおよびリードフレーム装着面間の全表面領域に均等に分配する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
センサからの電気信号は加速度または減速度の大きさに線形的に関係することが理想的である。しかしながら、検出素子は応力に過度に敏感である。リードフレームによってかなりの量の応力が導入される可能性がある。金属リードフレームは温度と共に膨張および収縮するので、ＲＴＶ材料を通じて応力を検出素子に伝達してしまう。製造の間のリードフレームの温度サイクルによって生ずる応力は、検出素子に反りや伸びを誘発し、これが電気信号の非線形成分に変換され、センサを使用不能にしてしまう。センサ・アセンブリおよびリードフレーム装着面間の表面領域全体にＲＴＶ材料を用いるセンサは、歩留まりが低く、そのためにコストの上昇および採算性の低下を招いている。
【０００７】
したがって、支持基板から応力を分離したＩＣアセンブリが必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の４つの角にＲＴＶ接着剤を配することにより、集積回路センサ・アセンブリを金属リードフレームの固体表面に装着する。ＲＴＶ材料は、リードフレーム表面および基板間の、表面領域全体よりも少ない領域を被覆する。ＲＴＶは、基板およびリードフレーム表面間の表面領域の大部分にギャップを維持しつつ、センサ・アセンブリを同共平面的に支持する。金属リードフレームは、製造プロセスの間、温度サイクルによる収縮および膨張応力を受ける。ギャップがセンサ・アセンブリをリードフレームから切断することにより、応力を分離する。更に、４つの角のＲＴドットの可撓性および弾性により、リードフレームが誘発する応力を吸収する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、リードフレーム１２の固体表面またはパッド１１に装着された即ち取り付けられたセンサ・アセンブリ１０の側面図が示されている。リードフレーム１２は、銅，合金−４２金属，またはポリマ材で作られ、センサ・アセンブリ１０の支持構造として機能する。合金−４２は、センサ・アセンブリ１０のシリコン組成に緊密に整合する熱膨張特性を有するので、望ましいものである。
【００１０】
センサ・アセンブリ１０は、厚さが約３５０ミクロンのシリコン基板１４を含む半導体ダイである。検出構造１６および検出構造１８は、基板１４上に配置されたポリ・ガラス(poly-glass)の層である。検出構造１６，１８には、堆積およびフォトエッチングの連続プロセスによってパターニングが施される。溶解プロセスによって不要のポリ・ガラス材料を除去し、図１に示す構造を残す。検出構造１６および検出構造１８の厚さは、各々約２ミクロンである。基板１４および検出構造１６間、検出構造１６および検出構造１８間、ならびに検出構造１８およびシリコン・キャップ２０間には、約２ミクロンの間隔がある。あるいは、センサ素子は、所望の寸法に微小加工したものとすることも可能である。キャップ２０は、基板１４に装着されたガラス支持部２４，２６によって支持されている。検出構造１６，１８は、片持ちばり構造を形成し、基板１４および検出構造１６間に関連する容量Ｃ1 、ならびに検出構造１８およびシリコン・キャップ２０間に関連する容量Ｃ2 を有する。キャップ２０および基板１４間の空気空間は、窒素およびその他の周囲気体によって大気圧に(atmospherically) 制御され、些細な移動の間検出構造１６，１８の振れ止めを行う。
【００１１】
外力がない環境では、容量Ｃ1 ，Ｃ2 は等しい。外部から加えられる加速度または減速度に応答して、検出構造１６および検出構造１８は変位し、そのために容量が変化する。即ちＣ1 がＣ2 より大きくなるか、あるいはその逆となる。電気回路（図示せず）が容量の変化を検出し、加えられた加速度を表わす電気信号を供給する。センサ・アセンブリ１０は、加速度が加えられない場合には、応力を受けない状態になければならない。
【００１２】
別の実施例では、センサ・アセンブリは、基板に装着された４本のアームによって角で支持された中央プレートを有するトランポリン構造を含む。このセンサ・アセンブリの容量は、外部から加えられた加速度または減速度があるために中央プレートが変位するに連れて変化する。
【００１３】
従来技術では、センサ・アセンブリは、厚さ約１２５ミクロンのＲＴＶ材料の層で、リードフレームのベースまたはパッドに装着されている。ＲＴＶ材料は、リードフレームのベースおよびセンサ・アセンブリ間の表面領域全体を被覆する。リードフレームは金属で作られており、その結果、温度が−６５℃から＋１２５℃間の範囲で変化する製造プロセスの間、熱膨張および収縮特性を呈する。製造プロセスの間の温度サイクルによって生ずるリードフレームのあらゆる膨張および収縮は、ＲＴＶ層を通じてセンサ・アセンブリに応力を誘発することになる。センサ・アセンブリは、誘発された応力に応答して反りや伸びを生じ、そのためにセンサ構造間の間隔が変化し、容量の測定に悪影響を与えることになる。この問題は、特に、ＲＴＶ材料が結晶化し、より多くの応力をリードフレームからセンサ・アセンブリに伝達する低温において厳しいものとなる。応力を受けたセンサ・アセンブリは、容認できないヒステリシス応答、および非線形エラーを電気信号に有し、製造歩留まりの低下を招くことになる。
【００１４】
本発明では、製造プロセスの一部として、柔軟なＲＴＶまたはＣＲＴＶ（特注室温可硫）ポリマ接着剤を用いて、センサ・アセンブリ１０をリードフレーム１２の固体表面またはパッド１１に装着し、表面１１および基板１４間の表面領域の全体は覆わないようにする。例えば、図２に示すように、加圧下でオリフィスを通じて接着剤を排出するシリンジまたはその他の分与ツールを用いて、直径約３５０ミクロンのＲＴＶドットまたはバンプ３０，３２，３４，３６を、基板１４の４つの角に堆積する。抑制剤のような添加物をＲＴＶ材料に含ませ、１００℃以下での硬化を防止してもよい。一旦硬化したなら、ＲＴＶドット３０ないし３６は接着剤として作用し、センサ・アセンブリ１０をリードフレーム１２の表面１１に固着する。ＲＴＶドットはセンサ・アセンブリ１０を支持し、リードフレーム１２の固体表面および基板１４間にギャップを形成することにより、リードフレーム１２の熱膨張および収縮からの応力を分離する。ＲＴＶドット３０ないし３６の可撓性および弾性は、リードフレーム１２によって誘発される応力を吸収する。リードフレーム１２および基板１４間の接触表面領域を少なくすることによって、即ち、センサ・アセンブリを１つ以上のＲＴＶドットで支持しつつ、その他の場所でギャップを維持することによって、リードフレームからセンサ・アセンブリに伝達される応力は、格段に少なくなる。
【００１５】
また、ＲＴＶドット３０ないし３６はセンサ・アセンブリ１０の４つの角を支持するので、構造体に対して共平面性(coplanarity) を維持する。即ち、センサ・アセンブリ１０をリードフレーム１２と平行に維持する。典型的に、最終センサ・パッケージは、終端の適用面(end application surface) に対して垂直から２°以内であることが要求されるので、共平面性は重要である。
【００１６】
本発明の別の態様では、半導体ダイの表面全体よりも小さい４つの角にＲＴＶ材料を堆積することによって、ＩＣを製造する。半導体ダイをリードフレームに嵌合しつつ、半導体ダイの表面領域の少なくとも一部およびリードフレーム間にギャップを維持し、半導体ダイおよびリードフレーム間の応力分離を図る。
【００１７】
別の実施例では、ＲＴＶドットは、例えば各辺の中央のように、基板周囲の他の場所に配置することも可能である。更に、他のパターンまたは形状のＲＴＶドットを用い、４つよりも多くてもあるいは少なくても、基板１４を支持することは可能である。ビーズ状のＲＴＶ材料で構造体の周囲を囲み、おそらくは通気のためのギャップを設けることも可能である。通常、ＲＴＶドットは基板およびリードフレーム表面間の表面領域の大部分にギャップを維持しつつ、センサ・アセンブリに対する支持を与えるように、計画的に配置される。ギャップはリードフレームからセンサ・アセンブリを切断することにより、ある程度の応力分離をもたらす。
【００１８】
シリコン・ゲルのドーム３８を、センサ・アセンブリ１０全体に覆い被せ、ＩＣパッケージ内に配置する際に、センサ・アセンブリをオーバーモルド・エポキシ(overmolded epoxy)から分離する。シリコン・ドーム３８は完全にセンサ・アセンブリ１０を被覆する。適切な被覆を確保するためには、センサ・アセンブリ上に大量のシリコン・ゲルを堆積しなければならない。センサ・アセンブリのいずれかの部分がＩＣパッケージのエポキシと接触すると、応力がセンサ・アセンブリに伝達され、その結果不良を発生する可能性がある。基板１４の４つの角にあるＲＴＶドット３０ないし３６は、シリコン・ゲルに締結点(anchor point)を与えるので、センサ・アセンブリの角を露出させたり、センサ・アセンブリの形状係数から逸脱(wick out)したり、他の隣接する構造または素子を妨害することはない。
【００１９】
また、本発明は、応力の分離を必要とする他のタイプの半導体ダイまたは微小構造も考慮対象としている。いずれのタイプの半導体ダイでも、基板およびリードフレーム間の計画的な位置、即ち、４つの角に配置されたＲＴＶ材料によって、リードフレームのような支持構造に装着し、応力分離ギャップを維持しつつ支持を与えることが可能である。
【００２０】
以上の説明から、本発明は、センサ・アセンブリの基板およびリードフレーム間の計画的な位置にＲＴＶドットを配置することによって、センサ・アセンブリを支持しつつ、基板およびリードフレーム面間の表面領域の大部分にギャップを維持し、応力を分離することが認められよう。ギャップはセンサ・アセンブリをリードフレームから切断することにより、応力を分離する。多数のＲＴＶドットを分与しドット上にアセンブリを配置する方が、格段に多い量のＲＴＶ材料を延伸してアセンブリおよびリードフレーム間の表面領域全体を覆うよりも一層容易であり、しかもリードフレームとの共平面性も維持するので、センサ・アセンブリの生産性が向上する。更に、センサ・アセンブリが受ける、リードフレームによって誘発される応力は減少するので、本発明によって製造歩留まりも向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】選択した位置に堆積した接着剤によってリードフレームに装着されたセンサ・アセンブリを示す側面図。
【図２】センサ・アセンブリの平面図。
【符号の説明】
１０    センサ・アセンブリ
１１    パッド
１２    リードフレーム
１４    シリコン基板
１６，１８    検出構造
２０    シリコン・キャップ
２４，２６    ガラス支持部
３０，３２，３４，３６    ＲＴＶドット
３８    ドーム
【図１】
0004169385.tif 000002
【図２】
0004169385.tif 000003