JP2009038053A - 半導体センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁シールド効果の向上、半導体センサ装置の薄型化、キャビティの十分な容量の確保等を可能にする。
【解決手段】外部から加えられた物理的ストレスを検出するセンサチップ１０１と、その出力信号を処理する回路素子１０２とを備え、これらの部品１０１，１０２が中空のハウジング１０３に内蔵された半導体センサ装置に関する。ハウジング１０３は、センサチップ１０１及び回路素子１０２が上面に固定され、かつ、これらの部品１０１，１０２に電気的に接続される金属板１０５と、射出成型により金属板１０５と一体的に形成され、上方が開口していると共にセンサチップ１０１及び回路素子１０２を包囲する絶縁性の樹脂部１０６と、樹脂部１０６の内周面のほぼ全域を覆うように固定されるシールド用枠１１０と、センサチップ１０１及び回路素子１０２の上方に固定される蓋用金属板１１１とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成されるセンサチップと、このセンサチップの出力信号を処理するアンプ等の回路素子と、を中空のハウジングに内蔵してなる半導体センサ装置に関する。

MEMS技術により形成されて圧力、流量、温度等を検出するセンサチップは一般に微小であるため、半導体センサ装置全体の小型化、薄型化に寄与することが知られている。
しかし、この種のセンサチップから出力される電気信号は、一般的に微少である。従って、センサチップの出力信号を増幅するアンプ等の回路素子を、センサチップと同一のハウジング内に実装して配線する場合が多い。
また、外部から加わる空気圧、音波、振動等を高精度に検出できるように、センサチップを中空のハウジングに収納する構造も採用されている。なお、上記ハウジングには、リードフレーム及びモールド樹脂、セラッミック基板、印刷回路基板等が用いられている。

MEMS技術により形成される半導体センサ装置としては、特許文献１に記載されているように、シリコン基板からなるコンデンサ素子を備えたコンデンサマイクロホンがある。
図７は、この従来技術を示す断面図である。図７において、５０１は回路基板、５０２はカバー、５０３はトランスデューサ（コンデンサ素子）、５０４はカバー５０２に形成された開口部である。この従来技術では、受音特性を向上させるために、回路基板５０１に穴をあけてキャビティ５０６を形成している。

また、特許文献２には、図８に示すように、中空部を有するパッケージ本体５１１とアイランド（ダイパッド）５１２を有するインナーリード５１３とを備え、アイランド５１２上に半導体チップ５１４を配置した半導体パッケージが記載されている。なお、５１５はシールガラスである。

特許文献３には、図９に示すように、ダイヤフラム部５２１及びその下方のキャビティ５２２を有するシリコン基板５２３と、このシリコン基板５２３の下方に配置され、かつ大気導入用の貫通孔５２４を備えたガラス基板５２５と、によりセンサチップ５２６を構成し、このセンサチップ５２６を台座５２７の上面に配置した静電容量型圧力センサが記載されている。なお、５２８は台座５２７に形成された貫通孔である。
更に、この従来技術では、リード端子５２９が、センサチップ５２６を立体的に包囲するシールド材５２９ａに接続されている。

また、特許文献４には、図１０に示す如く、ダイヤフラム５３１を有する半導体センサチップ５３２と、この半導体チップ５３２が固定されるステージ部５３３と、その下方の封止樹脂層５３４とを備え、ダイヤフラム５３１の直下に空間（キャビティ）５３５を形成した半導体装置が記載されている。
なお、５３６は封止樹脂層５３７の内側に設けられた蓋体であり、その内面には、電磁シールド材としての導電性ペースト５３８が塗布されている。

特表２００４−５３７１８２号公報（段落［００１０］，［００１１］、図１〜図６等） 特開２００１−７７２７７号公報（段落［００１９］〜［００２５］、図１〜図５等） 特開平８−９４４６８号公報（段落［００１１］、図１等） 特開２００７−６６９６７号公報（段落［００３２］〜［００４２］、図２等）

前述したように、MEMS技術により形成されるセンサチップの出力信号は通常、微少であるため、外部装置との間で電気信号を受け渡す際には電磁ノイズの影響を極力排除することが必要である。また、センサチップが内蔵されるハウジングを、電磁ノイズの影響を受けない構造とする場合には、製造コストの抑制や生産性を考慮する必要がある。

特に、この種の半導体センサ装置がコンデンサマイクロホンである場合、受音特性を向上させるために、コンデンサ素子の振動膜の下部または上部に十分な容積の空間を確保することが求められる。この空間を、シリコン基板にキャビティを形成して確保する場合には、シリコン基板が十分な厚みを持っていなくてはならず、これがハウジングや半導体センサ装置全体を薄型化する際の障害となる。

一方、特許文献１のように印刷回路基板に穴を設けてキャビティを形成する場合、基板に穴をあける工程自体が煩雑であり、その作業も困難であるため、生産性の向上を阻害する。また、穴あけを許容するだけの厚みが回路基板に必要であるから、ハウジングの薄型化が難しい。
更に、キャビティ用の印刷回路基板の穴の上にシリコン基板を接合するため、シリコン基板との接合部を避けて回路基板の穴を設けなければならず、穴の十分な面積、言い換えればキャビティの十分な容積を確保することが困難である。

上述した問題は、特許文献２〜４に係る従来技術にも同様に当てはまるものであり、半導体センサ装置の薄型化、キャビティの十分な容量の確保、製造コストの低減及び生産性の向上が解決課題となっていた。

なお、特許文献３や特許文献４には、パッケージ内にシールド部材を設けてセンサチップ等を電磁ノイズから遮蔽する技術が開示されているが、パッケージの薄型化やキャビティの容量確保等の課題を同時に解決する半導体センサ装置は開示されていない。

そこで、本発明の目的は、シールド効果を高めて電磁ノイズの影響を受けないようにし、しかもハウジングを含む装置全体の薄型化を可能にした半導体センサ装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、キャビティの十分な容量を確保した半導体センサ装置を提供することにある。
更に、本発明の別の目的は、製造コストの低減及び生産性の向上を可能にした半導体センサ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る半導体センサ装置は、外部から加えられた圧力、音波、振動、加速度等の物理的ストレスを検出するセンサチップと、センサチップの静電容量や電気抵抗、起電力等の変化に基づく出力信号に対してインピーダンス変換や増幅等の処理を行う回路素子とを備え、これらのセンサチップ及び回路素子が中空のハウジングに内蔵された半導体センサ装置に関するものである。ここで、センサチップはMEMS技術によって形成されている。
そして、前記ハウジングは、基板部用導体板、絶縁性の樹脂部、枠状のシールド部材、及び、導電性の蓋部を備えており、センサチップ及び回路素子を保護している。
基板部用導体板は、センサチップ及び回路素子が上面に固定されてこれらのセンサチップ及び回路素子にワイヤボンディング等によって電気的に接続されるものである。また、樹脂部は、射出成型により基板部用導体板と一体的に形成され、かつ、上方が開口していると共に、センサチップ及び回路素子を包囲するように構成されている。
また、シールド部材は、樹脂部の内周面のほぼ全域を覆うように樹脂部に固定されるものである。更に、蓋部は、センサチップ及び回路素子の上方に固定されるようになっている。

請求項２に係る半導体センサ装置は、例えばシリコン基板からなるコンデンサ素子と、その出力信号に対してインピーダンス変換や増幅等の処理を行う回路素子とを備え、これらのコンデンサ素子及び回路素子が中空のハウジングに内蔵されたコンデンサマイクロホンとして構成されるものである。
ここで、前記ハウジングは、基板部用導体板、絶縁性の樹脂部、トレイ状のシールド部材、及び、導電性の蓋部を備えている。
基板部用導体板は、コンデンサ素子及び回路素子にワイヤボンディング等によって電気的に接続されるものであり、樹脂部は、射出成型により基板部用導体板と一体的に形成され、かつ、上方が開口している。
また、シールド部材は、樹脂部の内面のほぼ全域を覆い、かつ、底板上に固定されたコンデンサ素子及び回路素子を包囲するように樹脂部に固定されるものである。このシールド部材には、ワイヤボンディング等による配線のために部分的に穴が空けられる場合がある。
更に、蓋部は、コンデンサ素子及び回路素子の上方に固定されるようになっている。

コンデンサマイクロホンを構成する半導体センサ装置では、請求項３に記載するように、シールド部材の底板に形成された穴と、樹脂部に形成されて前記の穴に連通するほぼバスタブ状の凹部と、コンデンサ素子に固定された振動膜とを備え、前記の穴及び凹部により形成されるキャビティを振動膜の下方に配置することが望ましい。
上記のキャビティは、コンデンサマイクロホンの受音特性を向上させるためのものである。このキャビティの面積は、コンデンサ素子を構成するシリコン基板の大きさを超えて確保できるため、バスタブ状の凹部が浅い場合にもキャビティの容積を十分に確保することができる。

請求項４に記載するように、基板部用導体板は、印刷回路基板への表面に実装される電源入力端子，電気信号出力端子，グラウンド端子として機能するものである。
その場合、請求項５に記載するように、基板部用導体板とシールド部材と蓋部とを電気的に導通させれば、これらの部材によってセンサチップ及び回路素子の周囲を包囲し、電磁シールドとして機能させることができる。基板部用導体板とシールド部材と蓋部とを電気的に導通させる方法としては、これらの部材を直接接続するか、導電性接着剤、導電性ペースト等を用いて互いに接続すれば良い。

更に、請求項６に記載するように、ハウジングには、外部から加えられた圧力、音波、振動、加速度等の物理的ストレスをハウジング内に伝えるための開口部を設けることが望ましい。

基板部用導体板，シールド部材または蓋部は、それ自体を金属により形成しても良いが、請求項７に記載するように、セラミックス板の表面を導電性材料により被覆して形成することができる。

請求項７に記載するように、基板部用導体板に少なくとも一つ以上の段差を設けることにより、射出成型によって基板部用導体板と一体化される樹脂部の固定状態が一層、確実強固になる。

なお、基板部用導体板としては、銅，アルミニウム，ニッケル，金のうち少なくとも一種を含む導電性材料を有することが望ましい。すなわち、基板部用導体板をこれらの金属により形成するか、セラミックス板の表面をこれらの金属により被覆して基板部用導体板を形成すれば良い。
また、シールド部材や蓋部は、銅，アルミニウム，鉄，ニッケルのうち少なくとも一種を含む導体であることが望ましい。この場合も、シールド部材や蓋部をこれらの金属により形成するか、セラミックス部材の表面をこれらの金属により被覆してシールド部材や蓋部を形成すれば良い。

本発明においては、センサチップ及び回路素子の周囲大部分が導電性材料によって包囲され、しかもこの導電性材料がグラウンド端子と電気的に接続される。このため、外部から侵入する電磁ノイズや回路素子から発生する電磁ノイズがグラウンドに吸収され、センサチップ及び回路素子に対する電磁シールドを行うことができる。
また、射出成形により形成されるバスタブ状の凹部とシールド部材の底板の穴とによってコンデンサマイクロホン用のキャビティを形成すれば、シリコン基板や印刷回路基板に穴を開けてキャビティを形成する場合に比べて、一層広い容積を確保することができる。従って、コンデンサ素子のシリコン基板を厚くする必要がなく、シリコン基板を薄くすることで、ハウジングひいては半導体センサ装置全体の薄型化に寄与することができると共に、シリコン基板に設けるキャビティ形成のための穴あけ工程の時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
更に、ハウジングの構造物は、基板部用導体板に樹脂部を射出成形して構成可能であり、同一の金型を用いて一括に形成できることから、部品点数や組み立て工数の削減、製造コストの低減が可能になる。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す半導体センサ装置１００の断面図である。この図１は、後述する図３において、基板部用金属板１０５とこれに一体化された樹脂部１０６、シールド用枠１１０、及び蓋用金属板１１１のすべてを接合した状態におけるＩ−Ｉ断面図に相当している。なお、図３は２個の半導体センサ装置１００を形成するためのハウジングの分解斜視図に相当する。

図１において、半導体センサ装置１００は、ハウジング１０３に内蔵されたセンサチップ１０１と回路素子１０２とを備えている。
この半導体センサ装置１００では、外部から加えられた圧力、音波、振動、加速度等の物理的ストレスを、センサチップ１０１の構造体や電極により静電容量、電気抵抗、起電力等の変化として検出する。そして、回路素子１０２は、センサチップ１０１の出力信号に対してインピーダンス変換や増幅等の処理を行い、外部へ出力する。

ハウジング１０３の基板部１０４は、図２に示す基板部用金属板１０５と、図３に示す絶縁性の樹脂部１０６を構成する基板部用樹脂部１０６ａと、からなっている。樹脂部１０６は射出成型により形成されていて上方が開口しており、その材料としては、射出成型性と耐熱性に優れる液晶ポリマー系の樹脂が適している。
図２に示す基板部用金属板１０５は、厚板部分１０５１，１０５３が２００〜３００μｍ程度、薄板部分１０５２が１００μｍ程度の二種類の厚みを有する金属板から不要部分を取り除いて形成されており、銅を主材料としている。また、厚板部分１０５１，１０５３と薄板部分１０５２との境界部には、複数の段差が形成されており、射出成型される樹脂部１０６と基板部用金属板１０５とが確実強固に一体化するように考慮されている。この金属板１０５は、いわゆるリードフレームと呼ばれているものである。

基板部用金属板１０５の材質としては、銅を主材料としたものばかりでなく、銅、アルミニウム、ニッケル、金のうち少なくとも１種類を含んでいれば良い。更に、基板部用金属板１０５の代わりに、セラミックス板の表面を導電性材料により被覆して形成した部材を用いても良い。
このように、基板部用金属板、またはセラミックス板の表面を導電性材料により被覆して形成した部材は、請求項における基板部用導体板に相当している。

基板部用金属板１０５は、入出力端子用金属板１０５ａ及びグラウンド端子用金属板１０５ｂを備えている。基板部用金属板１０５の厚板部分は、基板部用樹脂部１０６ａに覆われることなく半導体センサ装置１００の底部において外表面に露出しており、他の回路基板に接続するための端子となる。
入出力端子用金属板１０５ａは、この半導体センサ装置１００を駆動するための電源入力端子、または外部装置への電気信号の出力端子として機能する。グラウンド端子用金属板１０５ｂは、グラウンド端子として機能する。
図１に示すように、センサチップ１０１及び回路素子１０２は、絶縁性または導電性の接着剤またはテープ１０７により基板部用金属板１０５の表面に固定され、金線１０８によりワイヤボンディングされて前記入出力端子用金属板１０５ａまたはグラウンド端子用金属板１０５ｂに電気的に接続されている。

また、回路素子１０２のボンディングパッド部の腐食を防ぐために、回路素子１０２はポッティング材１０９によって覆われている。
図１，図３に示すように、ポッティング材１０９は、枠状のダム部１０６ｃにより包囲されており、不要な箇所へのポッティング材１０９の流出を防止している。ここで、ダム部１０６ｃは、樹脂部１０６の一部を構成しており、射出成型により形成されるものである。

樹脂部１０６の一部である側壁用樹脂部１０６ｂは、その大部分が、請求項におけるシールド部材としての金属製のシールド用枠１１０により覆われている。このシールド用枠１１０は、電磁シールドを目的として設けられている。シールド用枠１１０も、その全体を金属により形成するか、セラミックス板の表面を導電性材料により被覆して形成されるものである。
図３に示すように、シールド用枠１１０には、側壁用樹脂部１０６ｂとの位置決め及び接合性向上のために、複数の穴１１０ａが形成されている。シールド用枠１１０は、上記の穴１１０ａを前記側壁用樹脂部１０６ｂの上面の樹脂突起１０６ｄに通した状態で固定される。この樹脂突起１０６ｄも、他の樹脂部と共に同一の金型を用いて一括で形成される。

図１，図３に示すように、ハウジング１０３の上部は、請求項における蓋部としての、ほぼ長方形の蓋用金属板１１１によって覆われている。この蓋用金属板１１１には、外部の圧力、音波、振動、加速度等の物理的ストレスをハウジング内部へ伝えるために、円形の開口部１１１ａが設けられている。この蓋用金属板１１１の代わりに、セラミックス部材の表面を導電性材料により被覆して蓋部を形成しても良い。
蓋用金属板１１１には、ハウジング１０３の側壁用樹脂部１０６ｂとの位置決め及び接合性向上のために、穴１１１ｂが形成されている。蓋用金属板１１１は、樹脂部６の上面との間にシールド用枠１１０を挟んだ状態で、穴１１１ｂを前記樹脂突起１０６ｄに通して位置決めされる。

シールド用枠１１０及び蓋用金属板１１１は、少なくとも一部が互いに直接接触し、または、図１に示す如く、導電性接着剤１１２により接合されて互いに導通している。シールド用枠１１０及び蓋用金属板１１１は、銅、アルミニウム、ニッケルのうち少なくとも１種類を含むことにより導電性材料として作用すれば良い。
シールド用枠１１０は、絶縁性接着剤１１３により側壁用樹脂部１０６ｂの上面に接合されている。更に、シールド用枠１１０とグラウンド端子用金属板１０５ｂとは、直接接触するか、あるいは、図１に示すように導電性接着剤１１４により接合されて互いに導通している。

この結果、ハウジング１０３内のセンサチップ１０１及び回路素子１０２は、これらの周囲の大部分が金属板１０５ｂ，１１１及びシールド用枠１１０によって包囲される。そして、これらの部材１０５ｂ，１１０，１１１は互いに導通しており、しかもグラウンド端子用金属板１０５ｂがグラウンド端子に接続されている。これにより、外部から侵入する電磁ノイズや回路素子１０２から発生する電磁ノイズがグラウンドに吸収され、センサチップ１０１や回路素子１０２の電磁シールド性が確保されることになる。
更に、金属板１０５ｂ，１１１及びシールド用枠１１０はセンサチップ１０１が動作する空間をハウジング１０３の内部に確保しており、センサチップ１０１や回路素子１０２を外部から保護する機能も果たしている。

金属板１０５ａ，１０５ｂの上面の一部にはワイヤボンディングのための金メッキが施されており、金属板１０５ａ，１０５ｂの基板部用樹脂部１０６ａ及び側壁用樹脂部１０６ｂとの接触面には、金メッキは施されていない。

なお、図１に示したセンサチップ１０１や回路素子１０２を基板部用金属板１０５に実装する前に、シールド用枠１１０をハウジング１０３に実装しておくと生産性が良い。
すなわち、シールド用枠１１０をハウジング１０３に予め実装しておき、次いでセンサチップ１０１及び回路素子１０２を基板部用金属板１０５に実装してから蓋用金属板１１１を接合する。そして、次の切断工程において、一つの基板部用金属板１０５から２個の半導体センサ装置１００へと個片化すれば良い。ただし、蓋用金属板１１１や樹脂部１０６は、予め個別に分離しておいても良い。

以上のように、第１実施形態によれば、ハウジング１０３の内部において、センサチップ１０１及び回路素子１０２が、基板部用金属板１０５、シールド用枠１１０及び蓋用金属板１１１によりほぼ完全に包囲されている。また、上記金属板１０５，１１１及びシールド用枠１１０がグラウンド端子に接続されることにより電磁シールド効果を得ることができ、外部の電磁ノイズがセンサチップ１０１や回路素子１０２に悪影響を与えるのを防止することができる。
また、ハウジング１０３を構成する樹脂部１０６等は、絶縁性樹脂の射出成型により同一の金型を用いて一括して形成することができる。従って、部品点数や組み立て工数の削減に寄与し、半導体センサ装置１００の製造コストを低減することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図４は、本発明に係る半導体センサ装置の第２実施形態として、シリコン基板を用いたコンデンサマイクロホン２００を構成した場合の断面図である。
この図４は、ハウジング２０４の分解斜視図である図５において、基板部用金属板２０６とこれに一体化された樹脂部２０７、シールド用トレイ２０８、及び蓋用金属板２１３のすべてを接合した状態のIV−IV断面図に相当している。つまり、図５は２個のコンデンサマイクロホン２００を形成するためのハウジングの分解斜視図に相当する。

図４に示すように、本実施形態のコンデンサマイクロホン２００では、シリコン基板により形成されたコンデンサ素子２０１と回路素子２０３とが、ハウジング２０４に内蔵されている。
コンデンサマイクロホン２００の動作の概要としては、図４において、外部からの音波がコンデンサ素子２０１に設けられた２つの対向電極膜を有する振動膜２０２を振動させると、コンデンサ素子２０１の静電容量が変化する。上記静電容量の変化を電気信号として回路素子２０３に入力し、インピーダンス変換や増幅等の処理を行うことにより、外部へ電気信号として出力するものである。

ハウジング２０４の基板部２０５は、図５に示すように基板部用金属板２０６と、絶縁性の樹脂部２０７を構成する基板部用樹脂部２０７ａと、からなっている。樹脂部２０７は射出成型により形成されていて上方が開口しており、その材料としては、射出成型性と耐熱性に優れる液晶ポリマー系の樹脂が適している。

基板部用金属板２０６は、図２に示した基板部用金属板１０５とほぼ同一の構造であり、厚板部分２０６１，２０６３が２００〜３００μｍ程度、薄板部分２０６２が１００μｍ程度の二種類の厚みを有する金属板から不要部分を取り除いて形成され、銅を主材料としている。
基板部用金属板２０６の材質としては、銅、アルミニウム、ニッケル、金のうち少なくとも１種類を含んでいれば良い。また、基板部用金属板２０６の代わりに、セラミックス板の表面を導電性材料により被覆して形成した部材を用いても良い。
基板部用金属板２０６は、電源入力端子、または外部装置への電気信号の出力端子として機能する入出力端子用金属板２０６ａと、グラウンド端子用金属板２０６ｂと、を備えている。基板部用金属板２０６の厚板部分は、基板部用樹脂部２０７ａに覆われることなくコンデンサマイクロホン２００の底部において外部に露出しており、他の回路基板に接続するための端子となる。

ハウジング２０４の内部には、電磁シールド性を向上させるために、樹脂部２０７の側壁部と基板部２０５側の大部分を覆うように金属製のシールド用トレイ２０８が配置されている。シールド用トレイ２０８は、第１実施形態のシールド用枠１１０と同様に、その全体を金属により形成するか、セラミックス板の表面を導電性材料により被覆して形成される。
シールド用トレイ２０８の底板２０８ｃには、図４の振動膜２０２の下方に位置するように長方形の穴２０８ａが形成されている。更に、前記底板２０８ｃには、ワイヤボンディングのための複数の穴２０８ｂが設けられている。

このシールド用トレイ２０８が入出力端子用金属板２０６ａと接触しないように、基板部用樹脂部２０７ａには、金属板２０６ａの上面を基準として１００〜２００μｍ程度超える高さに、台座用樹脂部２０７ｃ，２０７ｄが形成される。
台座用樹脂部２０７ｄは、バスタブ状の凹部２０７ｅを保有している。この凹部２０７ｅはシールド用トレイ２０８の穴２０８ａに連通しており、これらの凹部２０７ｅ及び穴２０８ａは振動膜２０２の下方に配置されて、受音特性を向上させるための空間２０９を形成している。
なお、台座用樹脂部２０７ｄには、凹部２０７ｅ内の気圧調節用に、空気を逃がすための微少な溝が設けられることもある。

基板部用樹脂部２０７ａ、側壁用樹脂部２０７ｂ、台座用樹脂部２０７ｃ，２０７ｄを含む樹脂部２０７は、第１実施形態と同様に射出成型によって形成されており、その材料としては、射出成型性と耐熱性に優れる液晶ポリマー系の樹脂が適している。
これらの樹脂部２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄは同一の金型により一括で射出成型できるため、生産性に優れている。よって、部品点数や組み立て工数の削減に寄与し、コンデンサマイクロホン２００を安価に製作することができる。

図４に示すように、シールド用トレイ２０８は、絶縁性接着剤またはテープ２１０により、台座用樹脂部２０７ｃ，２０７ｄに固定される。
また、コンデンサ素子２０１及び回路素子２０３は、絶縁性または導電性の接着剤またはテープ２１１によりシールド用トレイ２０８の底板２０８ｃに接合され、金線２１２によりワイヤボンディングされる。

ハウジング２０４の上部は、請求項における蓋部としての、ほぼ長方形の蓋用金属板２１３によって覆われている。この蓋用金属板２１３には、外部からの音波をハウジング内部へ伝えるために、円形の開口部２１３ａが設けられている。蓋用金属板２１３の代わりに、セラミックス部材の表面を導電性材料により被覆した蓋部を用いても良い。

蓋用金属板２１３とシールド用トレイ２０８とは、少なくとも一部が直接接触し、または、導電性の接着剤２１４により接合されて互いに導通している。シールド用トレイ２０８は、グラウンド端子用金属板２０６ｂに直接接触するか、図示しない導電性接着剤により金属板２０６ｂに接合されて金属板２０６ｂと導通している。
シールド用トレイ２０８及び蓋用金属板２１３は、銅、アルミニウム、ニッケルのうち少なくとも１種類を含むことにより導電性材料として作用すれば良い。

図５に示すように、グラウンド端子用金属板２０６ｂには、必要に応じて突起部２０６ｃが形成される。この突起部２０６ｃは、シールド用トレイ２０８と金属板２０６ｂとの接触性を向上させるためのものであり、シールド用トレイ２０８側に突起部を設けても良い。
なお、金属板２０６ａ，２０６ｂの上面の一部にはワイヤボンディングのための金メッキが施されているが、金属板２０６ａ，２０６ｂの基板部用樹脂部２０７ａ及び側壁用樹脂部２０７ｂとの接触面には金メッキは施されない。

このように、本実施形態では、ハウジング２０４の内部において、コンデンサ素子２０１及び回路素子２０３が、基板部用金属板２０６（金属板２０６ａ、２０６ｂ）、シールド用トレイ２０８及び蓋用金属板２１３によりほぼ完全に包囲されている。また、上記金属板２０６，２１３及びシールド用トレイ２０８がグラウンド端子に接続されることにより電磁シールド効果を得ることができ、外部の電磁ノイズがコンデンサ素子２０１や回路素子２０３に悪影響を与えるのを防止することができる。
また、金属板２０６，２１３及びシールド用トレイ２０８はコンデンサ素子２０１が動作する空間をハウジング２０４の内部に確保しており、コンデンサ素子２０１や回路素子２０３を外部から保護する機能も果たしている。

本実施形態によれば、射出成型によりバスタブ状に形成される樹脂フレームに基板部用金属板２０６を接合した際に形成される空間２０９を、コンデンサマイクロホン用のキャビティとして利用することができる。
このような構造とすれば、例えば特許文献１のように回路基板にキャビティを形成するよりも広い容積を確保することができる。また、コンデンサ素子のシリコン基板自体でキャビティを保有する必要がなくなり、シリコン基板を薄くすることができるため、ハウジングひいてはコンデンサマイクロホン全体の薄型化にも寄与する。

次に、図６は本発明の第３実施形態を示す断面図である。
この実施形態に係るコンデンサマイクロホン２００Ａが第２実施形態と異なるのは、図４における蓋用金属板２１３の代わりに、上側に凸状となった金属キャップ３１３を側壁用樹脂部２０７ｂの上面に導電性接着剤２１４にて接合した点であり、他の構成は第２実施形態と同様である。３１３ａは、外部からの音波をハウジング２０４内部へ伝えるための開口部である。
この第３実施形態でも、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図１１は、本発明の第４実施形態を示す断面図である。
この実施形態に係るコンデンサマイクロホン２００Ｂが第３実施形態と異なるのは、図６における開口部３１３ａの代わりに、グラウンド端子用金属板２０６ｂと基板部用樹脂部２０７ａとを貫通する開口部２０６ｄを形成した点であり、他の構成は第３実施形態と同様である。開口部２０６ｄは、コンデンサマイクロホン２００Ｂの振動膜２０２に対向する位置に形成するのが望ましいが、側壁用樹脂部２０７ｂに形成してもよい。
この第４実施形態でも、第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図１２は、本発明の第５実施形態を示す断面図である。
この実施形態に係るコンデンサマイクロホン２００Ｃが第３実施形態と異なるのは、図６における開口部３１３ａの代わりに、底板２０８ｃと、接着剤またはテープ２１０と、台座用樹脂部２０７ｄと、グラウンド端子用金属板２０６ｂと、基板部用樹脂部２０７ａとを貫通する開口部２０６ｅを、側壁用樹脂部２０７ｂ寄りに形成した点であり、他の構成は第３実施形態と同様である。開口部２０６ｅは、コンデンサマイクロホン２００Ｃの振動膜２０２に対向する位置に形成するのが望ましいが、側壁用樹脂部２０７ｂに形成してもよい。
この第５実施形態でも、第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、図４においても、開口部２１３ａの代わりに、グラウンド端子用金属板２０６ｂと基板部用樹脂部２０７ａとを貫通する開口部を形成しても同様の作用効果を得ることができる。
更に、図１における半導体センサ装置１００においても、センサチップ１０１の機能を満たす範囲で、蓋用金属板１１１の開口部１１１ａの代わりに、基板部用金属板１０５と基板部用樹脂部１０６ａとを貫通する開口部、または、側壁用樹脂部１０６ｂとシールド用枠１１０とを貫通する開口部を形成してもよい。

本発明の第１実施形態における図３のＩ−Ｉ断面図である。 第１実施形態における基板部用金属板の斜視図である。 第１実施形態におけるハウジングの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態における図５のIV−IV断面図である。 第２実施形態におけるハウジングの分解斜視図である。 本発明の第３実施形態を示す断面図である。 特許文献１に記載された従来技術の断面図である。 特許文献２に記載された従来技術の断面図である。 特許文献３に記載された従来技術の断面図である。 特許文献４に記載された従来技術の断面図である。 本発明の第４実施形態を示す断面図である。 本発明の第５実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１００ 半導体センサ装置
１０１ センサチップ
１０２ 回路素子
１０３ ハウジング
１０４ 基板部
１０５ 基板部用金属板
１０５ａ 入出力端子用金属板
１０５ｂ グラウンド端子用金属板
１０５１，１０５３ 厚板部分
１０５２ 薄板部分
１０６ 樹脂部
１０６ａ 基板部用樹脂部
１０６ｂ 側壁用樹脂部
１０６ｃ ダム部
１０６ｄ 樹脂突起
１０７ 接着剤またはテープ
１０８ 金線
１０９ ポッティング材
１１０ シールド用枠
１１０ａ 穴
１１１ 蓋用金属板
１１１ａ 開口部
１１１ｂ 穴
１１２，１１４ 導電性接着剤
１１３ 絶縁性接着剤
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ コンデンサマイクロホン
２０１ コンデンサ素子
２０２ 振動膜
２０３ 回路素子
２０４ ハウジング
２０５ 基板部
２０６ 基板部用金属板
２０６ａ 入出力端子用金属板
２０６ｂ グラウンド端子用金属板
２０６ｃ 突起部
２０６ｄ，２０６ｅ 開口部
２０６１，２０６３ 厚板部分
２０６２ 薄板部分
２０７ 樹脂部
２０７ａ 基板部用樹脂部
２０７ｂ 側壁用樹脂部
２０７ｃ，２０７ｄ 台座用樹脂部
２０７ｅ 凹部
２０８ シールド用トレイ
２０８ａ，２０８ｂ 穴
２０８ｃ 底板
２０９ 空間
２１０，２１１ 接着剤またはテープ
２１２ 金線
２１３ 蓋用金属板
２１３ａ 開口部
２１４ 導電性接着剤
３１３ 金属キャップ
３１３ａ 開口部

Claims (11)

1. 外部から加えられた物理的ストレスを検出するセンサチップと、このセンサチップの出力信号を処理する回路素子と、を備え、前記センサチップ及び回路素子が中空のハウジングに内蔵されてなる半導体センサ装置において、
   前記ハウジングは、
   前記センサチップ及び回路素子が上面に固定され、かつ、これらのセンサチップ及び回路素子に電気的に接続される基板部用導体板と、
   射出成型により前記基板部用導体板と一体的に形成され、かつ、上方が開口していると共に前記センサチップ及び回路素子を包囲する絶縁性の樹脂部と、
   前記樹脂部の内周面のほぼ全域を覆い、かつ、前記樹脂部に固定される枠状のシールド部材と、
   前記センサチップ及び回路素子の上方に固定される導電性の蓋部と、
   を備えたことを特徴とする半導体センサ装置。
2. 外部から加えられた物理的ストレスを検出するセンサチップとしてのコンデンサ素子と、このコンデンサ素子の出力信号を処理する回路素子と、を備え、前記コンデンサ素子及び回路素子が中空のハウジングに内蔵されてなる半導体センサ装置において、
   前記ハウジングは、
   前記コンデンサ素子及び回路素子に電気的に接続される基板部用導体板と、
   射出成型により前記基板部用導体板と一体的に形成され、かつ、上方が開口している絶縁性の樹脂部と、
   前記樹脂部の内面のほぼ全域を覆い、かつ、前記樹脂部に固定されると共に、底板上に固定された前記コンデンサ素子及び回路素子を包囲するトレイ状のシールド部材と、
   前記コンデンサ素子及び回路素子の上方に固定される導電性の蓋部と、
   を備えたことを特徴とする半導体センサ装置。
3. 請求項２に記載した半導体センサ装置において、
   前記シールド部材の前記底板に形成された穴と、前記樹脂部に形成されて前記穴に連通するほぼバスタブ状の凹部と、前記コンデンサ素子に固定された振動膜と、を備え、
   前記穴及び凹部により形成されるキャビティを、前記振動膜の下方に配置したことを特徴とする半導体センサ装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
   前記基板部用導体板が、少なくとも電源入力端子，電気信号出力端子，グラウンド端子として機能することを特徴とする半導体センサ装置。
5. 請求項４に記載した半導体センサ装置において、
   前記基板部用導体板と前記シールド部材と前記蓋部とが電気的に導通していることを特徴とする半導体センサ装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
   前記ハウジングは、外部から加えられた物理的ストレスを前記ハウジング内に伝えるための開口部を有することを特徴とする半導体センサ装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
   前記基板部用導体板，前記シールド部材または前記蓋部のうち少なくとも一つが、セラミックス板の表面を導電性材料により被覆して構成されていることを特徴とする半導体センサ装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
   前記基板部用導体板は、少なくとも一つ以上の段差を有する構造であることを特徴とする半導体センサ装置。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
   前記基板部用導体板が、銅，アルミニウム，ニッケル，金のうち少なくとも一種を含む導電性材料を有することを特徴とする半導体センサ装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
    前記シールド部材が、銅，アルミニウム，鉄，ニッケルのうち少なくとも一種を含む導電性材料を有することを特徴とする半導体センサ装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載した半導体センサ装置において、
    前記蓋部が、銅，アルミニウム，鉄，ニッケルのうち少なくとも一種を含む導電性材料を有することを特徴とする半導体センサ装置。

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