JP2010237058A - Sensor device, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はセンサ装置およびその製造方法に関し、特に、複数個のセンサ素子を備えたセンサ装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a sensor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a sensor device including a plurality of sensor elements and a manufacturing method thereof.
例えば、３軸の電子方位計は、磁気センサなどを用いて電気的に方位を検出できる。そして一般的には、複数の磁気センサ素子を配置して電子方位計を構成する。この様に構成した磁気センサ素子は、磁気センサ素子の出力から得られるデータを演算することによって、基準として決めた方向からの角度、すなわち方位角を算出することができる。この方位角から得られる方位情報は、アナログ又はデジタルの電気信号として処理できるため、例えば携帯電話のような携帯情報端末や、腕時計、カーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向けゲーム機など、種々の電子機器への応用が期待されている。 For example, a three-axis electronic azimuth meter can electrically detect the azimuth using a magnetic sensor or the like. In general, an electronic azimuth meter is configured by arranging a plurality of magnetic sensor elements. The magnetic sensor element configured as described above can calculate an angle from a direction determined as a reference, that is, an azimuth angle by calculating data obtained from the output of the magnetic sensor element. Since azimuth information obtained from this azimuth can be processed as an analog or digital electrical signal, for example, portable information terminals such as mobile phones, wristwatches, car navigation devices, attitude detection of aircraft, game machines for visually impaired people, etc. Application to various electronic devices is expected.
特に近年、ＧＰＳ等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながら判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることによって、利用者が今どの方位を向いているのか、あるいは歩行中であればどの方向に向かっているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。 In particular, in recent years, position information providing services for portable information terminals using GPS or the like have begun. According to this service, the user can understand the current position information while looking at the screen on the terminal. By combining an electronic compass with this terminal, it is possible to determine which direction the user is currently facing or in which direction the user is walking. This information providing service regarding position information and electronic compass is expected to create new business for many industries in the future, and will also provide useful information to users.
一方、上述した携帯情報端末は、小型薄型とする傾向にあり、その中に搭載される電子デバイスとしては小型が求められている。 On the other hand, the above-described portable information terminal tends to be small and thin, and the electronic device mounted therein is required to be small.
図８（Ａ）を参照して、従来型のセンサ装置１００を示す（特許文献１）。この図に示すセンサ装置１００は、実装基板１０３と、３個の磁気センサ素子であるＸ軸磁気センサ素子１０１Ｘ、Ｙ軸磁気センサ素子１０１Ｙ、およびＺ軸磁気センサ素子１０１Ｚと、これらの各磁気センサ素子を駆動するための磁気センサ用ＩＣ１０２から構成されている。
Referring to FIG. 8A, a
そのＸ軸磁気センサ素子１０１Ｘ、Ｙ軸磁気センサ素子１０１Ｙ、およびＺ軸磁気センサ素子１０１Ｚは、それぞれその感磁部１０８ａの長手方向がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って互いに直交するように配置されて、３軸磁気センサを構成している。
The X-axis
また磁気センサ用ＩＣ１０２によって、これらの各磁気センサ素子１０１Ｘ、１０１Ｙ、１０１Ｚの励磁用コイルに励磁電流を流した時に、検出用コイルから出力される検出信号に基いて方位角を演算することができる。
The
そして、各Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸磁気センサ素子１０１Ｘ、１０１Ｙ、１０１Ｚを保護するために封止樹脂１０５（図８（Ｂ）参照）を形成し、さらに、これらの磁気センサ素子を載置した実装基板１０３に、磁気センサ用ＩＣ１０２を駆動するための電源端子、各磁気センサ素子の検出信号に基づいて演算した方位角のデータ（信号）を出力するための出力端子などを設けて、電子方位計としてモジュール２０を構成する。
A sealing resin 105 (see FIG. 8B) is formed to protect the X-axis, Y-axis, and Z-axis
また、各センサ素子の上面には、センサ部と接続された接続パッドが設けられる。そして、実装基板１０３の上面に設けられたパッド１１５と、各センサ素子の接続パッドとは、金属細線１１１を経由して接続される。
A connection pad connected to the sensor unit is provided on the upper surface of each sensor element. Then, the
しかしながら、上記したようにセンサ素子側の接続パッドと実装基板１０３上のパッド１１５とを金属細線１１１にて接続すると、金属細線１１１による接続信頼性に問題があった。
However, when the connection pad on the sensor element side and the
具体的には、図８（Ｂ）を参照して、Ｚ軸磁気センサ素子１０１Ｚに関しては、上面を部分的に窪ませた窪み部１１０が形成され、この窪み部１１０の上面に配置された接続パッドに、金属細線１１１がワイヤボンディングされる。
Specifically, referring to FIG. 8B, with respect to the Z-axis magnetic sensor element 101Z, a
窪み部１１０の幅は、数百μｍ程度と非常に狭いため、この狭い領域の上面に配置された接続パッドに対して、金属細線１１１の端部を安定して接続することは困難であった。また、仮に金属細線１１１が接続されたとしても、金属細線１１１が接続される部分の機械的強度が不十分であるために、封止樹脂で封止する工程に於いて金属細線１１１が接続部にて破断してしまう恐れがある。
Since the width of the
本発明は上記した問題に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、磁気センサ素子が安定して電気的に接続されたセンサ装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sensor device in which magnetic sensor elements are stably electrically connected and a method for manufacturing the same.
本発明のセンサ装置は、上面に導電パターンが形成された回路基板と、センサ部と接続された第１接続パッドが上面に形成され、前記第１接続パッドと前記回路基板の導電パターンとが金属細線を経由して接続された第１センサ素子と、センサ部と接続された第２接続パッドが上面に形成され、前記第２接続パッドと前記回路基板の導電パターンとが金属細線を経由して接続されると共に、長手方向が前記第１センサ素子の長手方向に対して直交するように配置された第２センサ素子と、センサ部と接続された第３接続パッドが側面に形成され、前記第３接続パッドと前記回路基板の前記導電パターンとが導電性接合材を介して接続された第３センサ素子と、を備え、前記第３センサ素子の前記第３接続パッドは、局所的に厚く形成された前記導電パターンから成るポストに前記導電性接合材を介して接続されることを特徴とする。 In the sensor device of the present invention, a circuit board having a conductive pattern formed on the upper surface, a first connection pad connected to the sensor unit is formed on the upper surface, and the first connection pad and the conductive pattern of the circuit board are made of metal. A first sensor element connected via a thin line and a second connection pad connected to the sensor unit are formed on the upper surface, and the second connection pad and the conductive pattern of the circuit board are connected via a metal fine line. A second sensor element that is connected so that a longitudinal direction thereof is orthogonal to a longitudinal direction of the first sensor element, and a third connection pad that is connected to the sensor unit is formed on a side surface; And a third sensor element in which the conductive pattern of the circuit board is connected via a conductive bonding material, and the third connection pad of the third sensor element is locally thickly formed. Before Post made of conductive pattern through the conductive bonding material, characterized in that it is connected.
本発明のセンサ装置の製造方法は、上面に導電パターンが形成された回路基板を用意する工程と、センサ部と接続された接続パッドを上面に有する第１センサ素子および第２センサ素子を、前記回路基板の上面に固着すると共に、前記第１センサ素子および第２センサ素子が備える前記接続パッドと前記回路基板上の前記導電パターンとを金属細線を経由して接続する工程と、センサ部と接続された接続パッドを側面に有する第３センサ素子を、前記回路基板の上面に固着すると共に、前記第３センサ素子の前記接続パッドと前記回路基板上の前記導電パターンとを導電性固着材を介して接続する工程と、を備え、前記第３センサの側面に設けられた前記接続パッドは、局所的に厚く形成された前記導電パターンから成るポストに、前記導電性接合材を介して接続されることを特徴とする。 The method for manufacturing a sensor device of the present invention includes a step of preparing a circuit board having a conductive pattern formed on an upper surface, and a first sensor element and a second sensor element having connection pads connected to a sensor unit on the upper surface. A step of connecting the connection pads provided on the first sensor element and the second sensor element and the conductive pattern on the circuit board via a fine metal wire, and fixing to the upper surface of the circuit board; A third sensor element having a connection pad on the side surface is fixed to the upper surface of the circuit board, and the connection pad of the third sensor element and the conductive pattern on the circuit board are connected via a conductive fixing material. And the connection pad provided on the side surface of the third sensor includes a conductive pattern formed on the side surface of the third sensor. Characterized in that it is connected by means of a bonding material.
本発明によれば、回路基板の上面に設けられた導電パターンを部分的に厚くすることでポストを設け、センサ素子の側面に設けられた接続パッドとポストとを、導電性接合材を介して接続している。この様にすることで、センサ素子の側面に設けられたパッドと、回路基板上のポストとが、導電性接合材を用いて接続されるので、金属細線を経由して接続した場合と比較すると接続信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, the post is provided by partially thickening the conductive pattern provided on the upper surface of the circuit board, and the connection pad and the post provided on the side surface of the sensor element are connected via the conductive bonding material. Connected. By doing in this way, the pads provided on the side surface of the sensor element and the posts on the circuit board are connected using a conductive bonding material, so compared with the case where they are connected via a thin metal wire Connection reliability can be improved.
更に、ポストは、センサ素子の実装に使用される絶縁性接着材よりも厚く形成される。従って、センサ素子を実装するために、液状の絶縁接着材がポストの近傍に塗布しても、ポストが比較的厚く形成されているので、ポストの上面が絶縁性固着材により被覆されてしまうことが抑制されている。結果的に、センサ素子の側面に設けられた接続パッドとポストとを、導電性接合材を介して良好に接続できる。 Further, the post is formed to be thicker than the insulating adhesive used for mounting the sensor element. Therefore, even if a liquid insulating adhesive is applied in the vicinity of the post in order to mount the sensor element, the post is formed to be relatively thick, so that the upper surface of the post is covered with the insulating fixing material. Is suppressed. As a result, the connection pad and the post provided on the side surface of the sensor element can be satisfactorily connected via the conductive bonding material.
本実施の形態に係るセンサ装置１０の構成を、図１を参照して説明する。図１（Ａ）はセンサ装置１０を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のI−I線に於ける断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のII−II線における断面図である。 The configuration of the sensor device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1A is a plan view showing the sensor device 10, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line I-I in FIG. 1A, and FIG. 1C is FIG. It is sectional drawing in the II-II line.
本実施形態のセンサ装置１０は、回路基板１２と、回路基板１２の上面に配置されたセンサ素子１４、１６、１８と、これらのセンサ素子を被覆する封止樹脂３２とを主要に備えた構成となっている。
The sensor device 10 of this embodiment mainly includes a circuit board 12,
図１（Ａ）を参照して、先ず、センサ装置１０を説明するための方向に関して説明する。Ｘ軸方向はセンサ装置１０の横方向の軸であり、Ｙ軸方向は縦方向の軸であり、Ｚ軸方向は厚み方向（紙面上では紙面を突き抜ける方向）の軸であり、これらの方向は互いに直交している。また、回路基板１２の主面は、Ｘ−Ｙ平面に対して平行に載置されている。 With reference to FIG. 1 (A), the direction for describing the sensor apparatus 10 is demonstrated first. The X-axis direction is the horizontal axis of the sensor device 10, the Y-axis direction is the vertical axis, the Z-axis direction is the thickness direction (the direction that penetrates the paper surface), and these directions are They are orthogonal to each other. The main surface of the circuit board 12 is placed in parallel to the XY plane.
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、回路基板１２は、ガラスエポキシ基板等の樹脂を主材料とする基板であり、回路基板１２の上面および下面には所定形状の導電パターンが形成されている。回路基板１２の上面に形成された導電パターンと、下面に形成された導電パターンとは、所定の箇所にて回路基板１２を貫通して接続されている。また、回路基板１２の裏面に形成されるパッド状の裏面電極３６には、半田バンプ３８が形成されている。図１（Ｂ）を参照すると、２層の多層配線が構成されているが、４層や６層に積層された配線層が構成されても良い。 1A and 1B, a circuit board 12 is a board mainly made of a resin such as a glass epoxy board, and a conductive pattern having a predetermined shape is formed on the upper and lower surfaces of the circuit board 12. Is formed. The conductive pattern formed on the upper surface of the circuit board 12 and the conductive pattern formed on the lower surface are connected through the circuit board 12 at a predetermined location. Solder bumps 38 are formed on the pad-like back electrode 36 formed on the back surface of the circuit board 12. Referring to FIG. 1B, a two-layer multilayer wiring is configured, but a wiring layer laminated in four layers or six layers may be configured.
本実施の形態では、回路基板１２の上面に、３つの磁気センサ素子（センサ素子１４、１６、１８）を配置し、これらのセンサ素子は互いに直交する３つの軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の磁界を検出している。この様にすることで、測定された３つの磁界を合成することにより、センサ装置１０が水平面に対して傾斜して配置された場合でも、正確に方位角を求めることができる。また、本実施の形態では、センサ素子としてフラックスゲート型の磁気センサ素子が採用されている。従って、各センサ素子のセンサ部には、励磁用コイルと検出用コイルが設けられ、励磁用コイルに励磁電流を流した時に、検出用コイルから出力される検出信号に基いて方位角を演算することができる。
In the present embodiment, three magnetic sensor elements (
図１（Ａ）および図１（Ｃ）を参照して、センサ素子１４は、Ｙ軸方向に対して平行に長手方向を備えており、Ｙ軸方向の磁界を測定する磁気センサ素子である。センサ素子１４の構造は、非磁性の材料である半導体材料（例えばシリコン）から成る半導体基板の上面に、センサ部２６と、このセンサ部２６と接続された接続パッド１４Ａが設けられている。また、センサ部２６は磁性コア材にコイルが巻回されており、このコイルはセンサ素子１４の上面に形成された接続パッド１４Ａに接続されている。更に、センサ素子１４が備える接続パッド１４Ａは、金属細線２４を経由して回路基板１２の上面に形成されたパッド３４と接続されている。
Referring to FIGS. 1A and 1C,
センサ素子１４の上面に形成されたセンサ部２６は、窒化膜または酸化膜から成る保護膜により保護されている。この様にすることで、各センサ素子を被覆する封止樹脂３２が硬化収縮することにより圧縮応力がセンサ素子１４に作用しても、この保護膜により応力が緩和されることで、センサ素子１４の変形が抑制される。更に、センサ素子１４の下面は、エポキシ樹脂等から成る絶縁接着材を介して回路基板１２の上面に固着される。センサ素子１４の高さは例えば５００μｍ程度である。
The sensor unit 26 formed on the upper surface of the
更に、図１（Ｃ）を参照して、センサ素子１４の基板の上部を一部分窪ませることにより段差領域１９が形成され、センサ素子１４の接続パッド１４Ａはこの段差領域１９の底面に形成されている。段差領域１９では、底面および側面の両方に、接続パッド１４Ａとなる配線が形成されている。
Further, referring to FIG. 1C, a step region 19 is formed by partially denting the upper portion of the substrate of
尚、図１の各図を参照すると、全てのセンサ素子に段差領域１９が設けられているが、Ｚ軸の磁界を検出するセンサ素子１８のみに段差領域１９を設け、他のセンサ素子１４およびセンサ素子１６には段差領域１９を設けなくても良い。更には、全てのセンサ素子に対して、段差領域１９を設けずに、平坦面から成るセンサ素子の上面または側面に、センサ部および接続パッドを設けても良い。
Referring to each drawing of FIG. 1, the step region 19 is provided in all sensor elements. However, the step region 19 is provided only in the sensor element 18 that detects the Z-axis magnetic field, and the
図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、センサ素子１６は、Ｘ軸方向に対して平行に長手方向を備えており、Ｘ軸方向の磁界を測定する磁気センサである。センサ素子１６の構造は、上記したセンサ素子１４と同様であり、半導体から成る基板の上面にセンサ部２８および接続パッド１６Ａが設けられている。接続パッド１６Ａは、金属細線２４を経由して、回路基板１２の上面に設けられたパッドと接続される。
Referring to FIGS. 1A and 1B, sensor element 16 is a magnetic sensor having a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and measuring a magnetic field in the X-axis direction. The structure of the sensor element 16 is the same as that of the
センサ素子１８は、Ｘ軸方向に対して平行に長手方向を備えており、Ｚ軸方向の磁界を測定する磁気センサである。センサ素子１８では、Ｚ軸方向の磁界を測定するために、基板の側面にセンサ部３０が設けられている。原理的には、センサ部３０が設けられる基板の側面は、装置の内側に面する基板の側面でも良いし、外側に面する基板の側面でも良い。ここでは、内側に面するセンサ素子１８の基板の側面にセンサ部３０が形成されている。センサ素子１８は、基板側面に設けられるセンサ部３０に含まれるコイルの長さを確保するために、他のセンサ素子よりも高く形成される。具体的には、センサ素子１８の高さは８００μｍ程度である。
The sensor element 18 has a longitudinal direction parallel to the X-axis direction and is a magnetic sensor that measures a magnetic field in the Z-axis direction. In the sensor element 18, a
更に、センサ素子１８は、センサ素子１４、１６とは接続される構造が異なる。具体的には、センサ素子１４、１６は金属細線２４を経由して回路基板１２の上面のパッドと接続されるのに対し、センサ素子１８は半田（導電性接合材）を介して接続されている。この様にすることで、センサ部３０および接続パッド１８Ａを側面に備えるセンサ素子１８を、高い接続信頼性をもって回路基板１２の上面に設けられたポスト３５と接続することができる。センサ素子１８が接続される構造の詳細は、図２を参照して後述する。
Furthermore, the sensor element 18 is different in structure from the
上記したセンサ素子１４、１６、１８は、回路基板１２の上面において半導体素子２０を囲むように、コの字形状に配置されている。
The
半導体素子２０は、回路基板１２の上面において中央部付近に載置されており、回路基板１２の上面に形成されたパッドおよび金属細線を経由して、センサ素子１４、１６、１８と接続されている。半導体素子２０は、各センサ素子の出力に基づいて方位角を算出する回路が組み込まれている。ＬＳＩである半導体素子２０の厚みは例えば３００μｍ程度であり、センサ素子１４等と比較すると薄く形成されている。
The
加速度センサ２２は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）が採用されたセンサであり、センサ装置１０に作用した加速度を計測して、計測された加速度を示す電気信号を出力する機能を備えている。加速度センサ２２の周辺部に設けられた電極は、回路基板１２の上面に設けられたパッドに金属細線を経由して接続される。加速度センサ２２の厚みは、例えば半導体素子２０と同様の３００μｍ程度である。ここで、加速度センサ２２を省いてセンサ装置１０が構成されても良い。
The
封止樹脂３２は、回路基板１２の上面に配置された各センサ等および回路基板１２の上面が被覆されるように形成されている。具体的には、センサ素子１４、１６、１８、半導体素子２０、加速度センサ２２および金属細線が封止樹脂３２により被覆されている。封止樹脂３２は、シリカ粒子等から成るフィラーが充填された樹脂材料から成る。封止樹脂３２を構成する樹脂材料としては、トランスファーモールドにより形成されるエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、インジェクションモールドにより形成されるアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂が採用される。封止樹脂３２全体に対してフィラーが含まれる割合は、例えば８５重量％以上９０重量％以下である。
The sealing
図２を参照して、センサ素子１８が回路基板に接続される構造を説明する。図２（Ａ）はセンサ素子１８が接続される構成を示す断面図であり、図２（Ｂ）は他の構成を示す断面図である。 A structure in which the sensor element 18 is connected to a circuit board will be described with reference to FIG. 2A is a cross-sectional view showing a configuration to which the sensor element 18 is connected, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing another configuration.
図２（Ａ）を参照して、センサ素子１８の下面は、絶縁接着材１５を介して回路基板１２の上面に固着されている。絶縁接着材１５は、エポキシ樹脂等の樹脂材料から成る接着材であり、液状又は半固形状の状態で回路基板１２の上面に塗布した後に加熱硬化することにより形成されている。絶縁接着材１５の厚みＬ１は例えば２０μｍ程度である。 Referring to FIG. 2A, the lower surface of sensor element 18 is fixed to the upper surface of circuit board 12 with insulating adhesive material 15 interposed therebetween. The insulating adhesive 15 is an adhesive made of a resin material such as an epoxy resin, and is formed by being applied to the upper surface of the circuit board 12 in a liquid or semi-solid state and then cured by heating. The thickness L1 of the insulating adhesive 15 is, for example, about 20 μm.
上記したようにセンサ素子１８の側面には、センサ部３０と、センサ部３０と接続された接続パッド１８Ａが設けられている。この接続パッド１８Ａは、半田１１を介してポスト３５に接続されている。ここでは、両者を接続させる導電性固着材として半田１１が採用されているが、Ａｇ等から成る金属粉を樹脂材料に添加した導電ペーストが採用されても良い。
As described above, the
ここで、ポスト３５は、回路基板１２の上面に形成される他の導電パターンよりも厚く形成される。一例として、他の導電パターンの厚みが２０μｍ程度であれば、ポスト３５の厚みＬ２は４０μｍ以上１００μｍ以下程度に設定される。更に、ポスト３５は絶縁接着材１５よりも厚く形成されるので、ポスト３５の上面は絶縁接着材１５の上面よりも上方に位置している。
Here, the
ポスト３５を他の導電パターンよりも厚く形成する構造としては、導電パターンに銅片等の金属片を積層させても良いし、局所的にメッキ膜を積層させることにより厚いポスト３５を形成しても良い。
As a structure in which the
この様にポスト３５を絶縁接着材１５よりも厚く形成することにより、ポスト３５の上面が絶縁接着材１５により被覆されることが抑制される。具体的には、絶縁接着材１５は、液状または半固形状でポスト３５近傍の回路基板１２の上面に塗布され、その後に絶縁接着材１５の上面にセンサ素子１８が載置される。従って、絶縁接着材１５の上面にセンサ素子１８を載置すると、センサ素子１８の重みにより絶縁接着材１５は側方に広がり、その一部はポスト３５に接触する場合がある。ここで、ポスト３５の厚みが絶縁接着材１５と同等以下であれば、広がった絶縁接着材１５によりポスト３５の上面が覆われる恐れがある。しかしながら、本形態では、ポスト３５の厚みを絶縁接着材１５よりも厚く設定しているので、絶縁接着材１５がポスト３５の側面に付着することはあっても、ポスト３５の上面は絶縁接着材１５により被覆されない。従って、半田１１を介した接続が絶縁接着材１５により阻害されることがない。
By forming the
図２（Ｂ）に示す断面図では、ポスト３５の下部を窪ませることで窪み部１７を設けている。具体的には、上記と同様に、導電パターンを局所的に厚くすることによりポスト３５を設け、このポスト３５の下部を内側に窪ませることにより、窪み部１７を設けている。窪み部１７は、上部に載置されたセンサ素子１８の重みにより絶縁接着材１５が広がった際に、ポスト３５に向かって接近した絶縁接着材１５を収納する機能を備えている。
In the cross-sectional view shown in FIG. 2B, the
この図では、ポスト３５の左右両方の下部に窪み部１７が設けられているが、左側（センサ素子１８に面する側）のみの下部に窪み部１７を設けても良い。更に、窪み部１７の形状に関しては、四角形形状が図示されているが、三角形形状の他の形状でも良い。窪み部１７の高さＬ３に関しては特に制限はないが、Ｌ３を絶縁接着材１５の厚みＬ１よりも長くすると、より多量の絶縁接着材１５を貯留することが可能となる。
In this figure, the
窪み部１７を備えたポスト３５を形成する方法としては、断面が四角形形状の厚いポスト３５を形成した後に、部分的なエッチングを行うことで窪み部１７を形成することができる。更には、厚みが一様の導電パターンを形成した後に、幅が広い金属片を導電パターンの上面に載置することによっても、ポスト３５を形成することができる。更にまた、所定形状のメッキレジストを用いてメッキ処理を行うことで、窪み部１７を備えたポスト３０を積み上げ、その後にメッキレジストを除去することも可能である。
As a method of forming the
図３から図７を参照して、上記した構成のセンサ装置の製造方法を説明する。 With reference to FIGS. 3 to 7, a method of manufacturing the sensor device having the above-described configuration will be described.
図３を参照して、先ず、回路基板４０の表面に導電パターンを形成する。図３（Ａ）は回路基板４０の一部分を示す平面図であり、図３（Ｂ）は回路基板４０の一部を示す断面図であり、図３（Ｃ）はポスト３５を示す断面図である。
With reference to FIG. 3, first, a conductive pattern is formed on the surface of the
図３（Ａ）を参照して、ガラスエポキシ等の樹脂を主体とする材料から成る回路基板４０の上面には、マトリックス状に配置された素子配置領域４４から成るブロック４２が形成されている。ここで、素子配置領域４４とは１つのセンサ装置となる部位のことである。そして、後の工程にてブロック４２毎に樹脂封止が行われている。また、紙面上では１つのみのブロック４２が示されているが、実際には短冊形の外形を備えた回路基板４０に、離間されて複数個のブロック４２が一列またはマトリックス状に配置される。
Referring to FIG. 3A, a
更に図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、各素子配置領域４４の内部では、回路基板４０の上面に、素子配置領域４４毎に同一形状の導電パターン４６が形成され、回路基板４０の下面には同一形状の導電パターン４８が形成されている。そして、導電パターン４６と導電パターン４８とは、回路基板４０を貫通して所定の箇所にて接続されている。ここでは、２層の多層配線が回路基板４０に形成されているが、更に多層の配線（例えば４層や６層）が回路基板４０に構成されても良い。
Further, referring to FIG. 3A and FIG. 3B, in each element arrangement region 44, a conductive pattern 46 having the same shape is formed on the upper surface of the
図３（Ｃ）を参照して、本工程では、パッド状の導電パターン４６を部分的に厚く形成してポスト３５が形成されている。一例として、他の導電パターン４６の厚みが２０μｍ程度であれば、ポスト３５の厚みＬ２は４０μｍ以上１００μｍ以下に設定される。
Referring to FIG. 3C, in this step, the
ポスト３５を他の導電パターン４６よりも厚く形成する方法としては、導電パターンに銅片等の金属片を積層させても良いし、局所的にメッキ膜を厚く積層させることにより厚いポスト３５を形成しても良い。
As a method of forming the
更に、ポスト３５の下部を内側に窪ませることにより窪み部１７が形成されている。窪み部１７を形成する方法としては、断面が四角形形状の厚いポスト３５を形成した後に、部分的なエッチングを行うことで窪み部１７を形成することができる。更には、厚みが一様の導電パターンを形成した後に、幅が広い金属片を導電パターンの上面に載置することによっても、ポスト３５を形成することができる。
Further, a
図４及び図５を参照して、次に、回路基板４０の上面に各素子を配置し、回路基板４０の上面に形成された導電パターン４６と各素子とを金属細線２４を経由して接続する。本工程では、センサ素子１４、１６を金属細線を介して接続し、センサ素子１８は半田を介して接続している。また、本工程では、センサ素子１４、１６を接続した後に、センサ素子１８を接続しているが、この順番は逆でも良い。
Next, referring to FIGS. 4 and 5, each element is arranged on the upper surface of the
図４の各図を参照して、本工程では、先ず、回路基板４０の各素子配置領域４４の上面に、センサ素子１４、１６、半導体素子２０および加速度センサ２２を固着し、各素子を金属細線を経由して回路基板上の導電パターンと接続する。図４（Ｂ）を参照して、センサ素子１４は、Ｙ軸方向に長手方向を備えてＹ軸方向の磁界を測定する磁気センサであり、半導体から成る基板の上面にセンサ部２６を備えている。センサ素子１６は、Ｘ軸方向に長手方向を備えてＸ軸方向の磁界を測定する磁気センサであり、基板の上面にセンサ部２８を備えている。各センサ素子の上面には、センサ部と接続された接続パッドが設けられており、これらの接続パッドは金属細線２４を経由して回路基板４０の上面に形成されたパッド状の導電パターン４６と接続される。また、各センサ素子の底面は、エポキシ樹脂等の絶縁性材料から成る絶縁接着材を介して、回路基板４０の上面に固着される。
4, in this step, first,
半導体素子２０は所定の回路が上面に組み込まれたＬＳＩであり、センサ素子１４、１６により囲まれる領域の内部に固着される。半導体素子２０の上面に設けられた電極は、金属細線２４および導電パターン４６を経由して各センサ素子と接続され、各センサ素子の出力に基づいて方位角を算出する。
The
加速度センサ２２は、半導体素子２０に隣接するように回路基板４０の上面に固着され、上面に設けられた電極は金属細線２４を経由して導電パターン４６と接続される。加速度センサ２２は、作用した加速度を示す電気信号を出力する機能を備える。
The
図５を参照して、次に、半田を介してセンサ素子１８を接続する。センサ素子１８は、Ｚ軸方向の磁界を測定する磁気センサであり、基板の側面にセンサ部３０および接続パッド１８Ａを備えている。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は本工程を示す断面図であり、図５（Ｃ）は本工程が終了した状態の素子配置領域４４を示す平面図である。
Referring to FIG. 5, next, sensor element 18 is connected via solder. The sensor element 18 is a magnetic sensor that measures a magnetic field in the Z-axis direction, and includes a
図５（Ａ）を参照して、先ず、回路基板１２の上面にセンサ素子１８を固着する。具体的には、エポキシ樹脂等の樹脂材料から成る絶縁接着材１５を、回路基板１２の上面に液状または半固形状の状態で塗布する。次に、塗布された絶縁接着材１５の上部にセンサ素子１８を載置した後に、絶縁接着材１５を加熱硬化することで、センサ素子１８が回路基板１２に固着される。また、ポスト３５の上面には、半フラックスが塗布された半田ボール１１Ａが塗布されている。
Referring to FIG. 5A, first, sensor element 18 is fixed to the upper surface of circuit board 12. Specifically, the insulating adhesive 15 made of a resin material such as an epoxy resin is applied to the upper surface of the circuit board 12 in a liquid or semi-solid state. Next, the sensor element 18 is fixed to the circuit board 12 by placing the sensor element 18 on the applied insulating adhesive 15 and then curing the insulating adhesive 15 by heating. Further, a solder ball 11A coated with a half flux is applied to the upper surface of the
図５（Ｂ）を参照して、次に、半田ボール１１Ａを溶融した後に冷却することにより、半田１１がポスト３５の上面および接続パッド１８Ａの両方に付着する。このことで、半田１１を経由して、センサ素子の接続パッド１８Ａとポスト３５とが接続される。
Referring to FIG. 5B, next, the solder ball 11A is melted and then cooled, so that the solder 11 adheres to both the upper surface of the
上記工程が終了した後の平面図を図５（Ｃ）に示す。３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）の磁界を検出するために、センサ素子１４、１６、１８は全体として、半導体素子２０を囲むようにコの字状に配置される。
FIG. 5C shows a plan view after the above process is completed. In order to detect a magnetic field in three axial directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction), the
図５（Ａ）を参照して、センサ素子１８が絶縁接着材１５の上部に載置されると、センサ素子１８の重みにより絶縁接着材１５が周囲に広がり、その一部はポスト３５に接触する。そして、広がった絶縁接着材１５によりポスト３５の上面が被覆されると。センサ素子１８の接続パッド１８Ａと、ポスト３５とが導電性接合材を経由して良好に接続されない恐れがある。
Referring to FIG. 5A, when the sensor element 18 is placed on top of the insulating adhesive 15, the insulating adhesive 15 spreads around due to the weight of the sensor element 18, and a part thereof contacts the
本形態では、ポスト３５を厚く形成し、更に窪み部１７を設けることにより、絶縁接着材１５によりポスト３５の上面が被覆されることを防止している。
In this embodiment, the
具体的には、図５（Ａ）を参照して、ポスト３５の厚みＬ２を、４０μｍ以上１００μｍ以下程度にすることにより、絶縁接着材１５の厚みＬ１（２０μｍ）よりも厚くしている。この様にすることで、絶縁接着材１５の一部がポスト３５側に広がっても、ポスト３５の側面には絶縁接着材１５は付着するが、ポスト３５の上面は絶縁接着材１５により覆われなくなる。
Specifically, referring to FIG. 5A, the thickness L2 of the
更に本形態では、ポスト３５の側面下端付近を内側に窪ませた窪み部１７を設けている。従って、センサ素子１８の重量により広がった絶縁接着材１５がポスト３５側に接近しても、接近した絶縁接着材１５が窪み部１７に収納されてポスト３５の上面までは這い上がらない。
Furthermore, in this embodiment, a recessed
以上のことにより、センサ素子１８の接続パッド１８Ａは、絶縁接着材１５に覆われずに、半田１１を介して確実にポスト３５と電気的に接続される。
As described above, the connection pad 18 </ b> A of the sensor element 18 is reliably connected to the
更に本工程では、センサ素子１８に段差領域１９を設け、この段差領域１９の側壁に設けられた接続パッド１８Ａとポスト３５とを半田１１で接続している。従って、センサ素子１８が備える段差領域１９に、ポスト３５の一部（紙面上では左側の端部）を収納させることが可能となるので、センサ素子１８の実装に必要とされる面積を低減させて実装密度を向上させることができる。
Further, in this step, a step region 19 is provided in the sensor element 18, and the
図６を参照して、次に、回路基板４０の上面に配置された各素子を、金型を用いた射出成形により樹脂封止する。図６（Ａ）は本工程を示す平面図であり、図６（Ｂ）は断面図である。
Referring to FIG. 6, next, each element arranged on the upper surface of the
図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、本工程では、モールド用の金型５０のキャビティ６０に各ブロック４２を収納させて樹脂封止を行っている。即ち本工程では、回路基板４０の上面に設けられた複数の素子配置領域４４を一括して樹脂封止した後に、各素子配置領域４４を分離するＭＡＰ（ｍｕｌｔｉ ａｒｅａ ｐａｃｋａｇｅ）を行っている。キャビティ６０の紙面上に於ける右側の側辺には、封止樹脂が注入されるゲート５６が設けられ、左側の側辺にはキャビティ６０内部の空気が放出されるエアベント５８が設けられている。
Referring to FIGS. 6A and 6B, in this step, each
図６（Ｂ）を参照して、本工程で用いる金型５０は、上金型５２と下金型５４とから構成される。下金型５４の上面に回路基板４０を載置した後に、上金型５２と下金型５４とを当接させることにより、ブロック４２に含まれる各素子がキャビティ６０の内部に収納される。この状態で、液状または半固形状の封止樹脂３２を、ゲート５６からキャビティ６０に注入すると、注入された封止樹脂３２によりキャビティ６０は充填される。封止樹脂３２の注入に伴い、キャビティ６０内部の空気はエアベント５８を経由して外部に放出される。封止樹脂３２のキャビティ６０への注入が終了した後は、注入された封止樹脂３２を硬化させた後に、上金型５２と下金型５４とを離形させて、各ブロック４２が樹脂封止された回路基板４０を金型５０から取り出す。
With reference to FIG. 6B, the
キャビティ６０に注入される封止樹脂３２は、粒状のフィラーが高充填された樹脂材料からなり、封止樹脂３２全体に対してフィラーが含まれる割合は例えば８５重量％程度である。また、封止樹脂３２を構成する樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂またはアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂が採用される。
The sealing
図７の平面図を参照して、次に、封止樹脂３２および回路基板４０を分離して、分離された素子配置領域４４から成るセンサ装置を得る。
With reference to the plan view of FIG. 7, next, the sealing
本工程では、素子配置領域４４同士の間に規定されたダイシングラインＤＬに沿って、高速で回転するブレードを移動させることにより、封止樹脂３２および回路基板４０のダイシングを行う。尚、本工程のダイシングは、回路基板４０全体の下面をダイシングシートに貼着した後に行っても良いし、ブロック４２に含まれる封止樹脂および回路基板を、回路基板４０の周辺部から分離した後に、ブロック４２を個別にダイシングシートに貼着した後に行っても良い。
In this step, the sealing
以上の工程を経て、図１に構造を示すセンサ装置１０が製造される。 Through the above steps, the sensor device 10 having the structure shown in FIG. 1 is manufactured.
１０ センサ装置
１１ 半田
１１Ａ 半田ボール
１２ 回路基板
１４ センサ素子
１４Ａ 接続パッド
１５ 絶縁接着材
１６ センサ素子
１６Ａ 接続パッド
１７ 窪み部
１８ センサ素子
１８Ａ 接続パッド
１９ 段差領域
２０ 半導体素子
２２ 加速度センサ
２４ 金属細線
２６ センサ部
２８ センサ部
３０ センサ部
３２ 封止樹脂
３４ パッド
３５ ポスト
３６ 裏面電極
３８ 半田バンプ
４０ 回路基板
４２ ブロック
４４ 素子配置領域
４６ パターン
４８ パターン
５０ 金型
５２ 上金型
５４ 下金型
５６ ゲート
５８ エアベント
６０ キャビティ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor apparatus 11 Solder 11A Solder ball 12
Claims (7)
センサ部と接続された第１接続パッドが上面に形成され、前記第１接続パッドと前記回路基板の導電パターンとが金属細線を経由して接続された第１センサ素子と、
センサ部と接続された第２接続パッドが上面に形成され、前記第２接続パッドと前記回路基板の導電パターンとが金属細線を経由して接続されると共に、長手方向が前記第１センサ素子の長手方向に対して直交するように配置された第２センサ素子と、
センサ部と接続された第３接続パッドが側面に形成され、前記第３接続パッドと前記回路基板の前記導電パターンとが導電性接合材を介して接続された第３センサ素子と、を備え、
前記第３センサ素子の前記第３接続パッドは、局所的に厚く形成された前記導電パターンから成るポストに前記導電性接合材を介して接続されることを特徴とするセンサ装置。 A circuit board having a conductive pattern formed on the upper surface;
A first connection element connected to the sensor unit is formed on the upper surface, and the first sensor element is connected to the first connection pad and the conductive pattern of the circuit board via a thin metal wire;
A second connection pad connected to the sensor unit is formed on the upper surface, the second connection pad and the conductive pattern of the circuit board are connected via a fine metal wire, and the longitudinal direction of the first sensor element is A second sensor element arranged to be orthogonal to the longitudinal direction;
A third connection pad connected to the sensor unit is formed on a side surface, and the third connection pad and the conductive pattern of the circuit board are connected to each other through a conductive bonding material.
3. The sensor device according to claim 1, wherein the third connection pad of the third sensor element is connected to a post made of the conductive pattern formed locally thick via the conductive bonding material.
前記ポスト厚みは、前記絶縁接着材よりも厚く形成されることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。 The lower surface of the third sensor element is fixed to the upper surface of the circuit board via an insulating adhesive,
The sensor device according to claim 1, wherein the post thickness is formed to be thicker than the insulating adhesive.
センサ部と接続された接続パッドを上面に有する第１センサ素子および第２センサ素子を、前記回路基板の上面に固着すると共に、前記第１センサ素子および第２センサ素子が備える前記接続パッドと前記回路基板上の前記導電パターンとを金属細線を経由して接続する工程と、
センサ部と接続された接続パッドを側面に有する第３センサ素子を、前記回路基板の上面に固着すると共に、前記第３センサ素子の前記接続パッドと前記回路基板上の前記導電パターンとを導電性固着材を介して接続する工程と、を備え、
前記第３センサの側面に設けられた前記接続パッドは、局所的に厚く形成された前記導電パターンから成るポストに、前記導電性接合材を介して接続されることを特徴とするセンサ装置の製造方法。 Preparing a circuit board having a conductive pattern formed on the upper surface;
The first sensor element and the second sensor element having a connection pad connected to the sensor unit on the upper surface are fixed to the upper surface of the circuit board, and the connection pad included in the first sensor element and the second sensor element and the Connecting the conductive pattern on the circuit board via a fine metal wire;
A third sensor element having a connection pad connected to the sensor portion on a side surface is fixed to the upper surface of the circuit board, and the connection pad of the third sensor element and the conductive pattern on the circuit board are electrically conductive. A step of connecting via a fixing material,
The connection pad provided on the side surface of the third sensor is connected to a post made of the conductive pattern formed locally thick via the conductive bonding material. Method.
前記ポストは、前記絶縁接着材よりも厚く形成されることを特徴とする請求項５記載のセンサ装置の製造方法。 The lower surface of the third sensor is fixed to the upper surface of the circuit board via an insulating adhesive,
6. The method of manufacturing a sensor device according to claim 5, wherein the post is formed thicker than the insulating adhesive.
液状または半固形状の状態で前記回路基板の上面に供給される前記絶縁接着材の一部を、前記窪み部に収納させることを特徴とする請求項６記載のセンサ装置の製造方法。 The lower part of the post on the third sensor element side is recessed to provide a recessed part,
The method for manufacturing a sensor device according to claim 6, wherein a part of the insulating adhesive supplied to the upper surface of the circuit board in a liquid or semi-solid state is stored in the recess.
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| JP2009085850A JP2010237058A (en) | 2009-03-31 | 2009-03-31 | Sensor device, and method for manufacturing the same |
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|---|---|---|---|---|
| JP2013195076A (en) * | 2012-03-15 | 2013-09-30 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic detector and manufacturing method of the same |
| US9685412B2 (en) | 2013-09-04 | 2017-06-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor apparatus and manufacturing method for same |
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2009
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