JP2000249612A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2000249612A JP2000249612A JP4995599A JP4995599A JP2000249612A JP 2000249612 A JP2000249612 A JP 2000249612A JP 4995599 A JP4995599 A JP 4995599A JP 4995599 A JP4995599 A JP 4995599A JP 2000249612 A JP2000249612 A JP 2000249612A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半田の熱収縮による台座の割れを防止し、信
頼性の高い半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 ダイアフラム11を有する半導体基板1
とダイアフラム11に圧力を導入するための圧力導入孔
21が形成された台座2とを接合し、台座2をパッケー
ジ3に固定してなる半導体圧力センサにおいて、台座2
の半導体基板1との接合面とは逆側の面側の開口部近傍
に筒状突部22を形成し、筒状突部22とパッケージ3
のダイ31の圧力導入部の内壁34との間で嵌合構造2
2a、34aを形成し、両者の間に熱硬化物9を介在さ
せた状態で嵌合構造22a、34aにより嵌合させ、熱
硬化物9に熱を加えて硬化させることにより、台座2と
パッケージ3を固定するようにした。
頼性の高い半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 ダイアフラム11を有する半導体基板1
とダイアフラム11に圧力を導入するための圧力導入孔
21が形成された台座2とを接合し、台座2をパッケー
ジ3に固定してなる半導体圧力センサにおいて、台座2
の半導体基板1との接合面とは逆側の面側の開口部近傍
に筒状突部22を形成し、筒状突部22とパッケージ3
のダイ31の圧力導入部の内壁34との間で嵌合構造2
2a、34aを形成し、両者の間に熱硬化物9を介在さ
せた状態で嵌合構造22a、34aにより嵌合させ、熱
硬化物9に熱を加えて硬化させることにより、台座2と
パッケージ3を固定するようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、台座を介してダイ
アフラムの形成された半導体基板とパッケージのダイと
を結合してなる半導体圧力センサに関するものである。
アフラムの形成された半導体基板とパッケージのダイと
を結合してなる半導体圧力センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、産業上の様々な分野で圧力センサ
が用いられている。中でも、信頼性、コスト、小型軽量
化の点から車載関係や家電製品等において半導体圧力セ
ンサの使用が急増している。
が用いられている。中でも、信頼性、コスト、小型軽量
化の点から車載関係や家電製品等において半導体圧力セ
ンサの使用が急増している。
【0003】この半導体圧力センサは、図4に示すよう
に、ダイアフラム11を形成したシリコンチップ(半導
体基板)1の一方の面にピエゾ抵抗12を形成した構造
が使用される。このシリコンチップ1は台座2を介して
パッケージ3のダイ31に接合される。シリコンチップ
1と台座2とは陽極接合により接合されており、台座2
のシリコンチップ1との接合面と反対側の面とパッケー
ジ3のダイ31とは半田6により半田接合されている。
これらの接合により、物理的に強固な接合を得ることが
できる。なお、台座2にはダイアフラム11に圧力を導
入するための圧力導入孔21が形成されている。
に、ダイアフラム11を形成したシリコンチップ(半導
体基板)1の一方の面にピエゾ抵抗12を形成した構造
が使用される。このシリコンチップ1は台座2を介して
パッケージ3のダイ31に接合される。シリコンチップ
1と台座2とは陽極接合により接合されており、台座2
のシリコンチップ1との接合面と反対側の面とパッケー
ジ3のダイ31とは半田6により半田接合されている。
これらの接合により、物理的に強固な接合を得ることが
できる。なお、台座2にはダイアフラム11に圧力を導
入するための圧力導入孔21が形成されている。
【0004】台座2はパッケージ3等からシリコンチッ
プ1へ及ぼされる応力を緩和するためのものであり、材
料としては、シリコンチップ1と熱膨張係数の近いガラ
スやシリコン基板が使用される。台座2のパッケージ3
のダイ31との接合面には半田と容易に共晶接合する材
料からなる金属薄膜層4が形成され、ダイ31の台座2
との接合面は半田と容易に共晶接合する材料からなるメ
ッキ層5が施されている。
プ1へ及ぼされる応力を緩和するためのものであり、材
料としては、シリコンチップ1と熱膨張係数の近いガラ
スやシリコン基板が使用される。台座2のパッケージ3
のダイ31との接合面には半田と容易に共晶接合する材
料からなる金属薄膜層4が形成され、ダイ31の台座2
との接合面は半田と容易に共晶接合する材料からなるメ
ッキ層5が施されている。
【0005】シリコンチップ1表面の電極パッド13と
リード7とは金又はアルミ製のワイヤ8で接続されてい
る。シリコンチップ1の表面には、複数のピエゾ抵抗1
2が拡散により形成されており、複数のピエゾ抵抗12
を互いに結線することによりホイートストンブリッジ回
路を形成している。リード7から電流等をホイートスト
ンブリッジ回路に供給し、ピエゾ抵抗12の抵抗値の変
化を電圧の変化として検出することにより、圧力導入管
32を介して伝わる圧力変化33を電気的な信号の変化
として取り出すことができる。
リード7とは金又はアルミ製のワイヤ8で接続されてい
る。シリコンチップ1の表面には、複数のピエゾ抵抗1
2が拡散により形成されており、複数のピエゾ抵抗12
を互いに結線することによりホイートストンブリッジ回
路を形成している。リード7から電流等をホイートスト
ンブリッジ回路に供給し、ピエゾ抵抗12の抵抗値の変
化を電圧の変化として検出することにより、圧力導入管
32を介して伝わる圧力変化33を電気的な信号の変化
として取り出すことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような半導体圧力センサにあっては、上記の半田6によ
る接合に際して、半田6の融点より高い温度で接合する
必要がある。この温度では、半田6、パッケージ3のダ
イ31、台座2、シリコンチップ1との間で互いに応力
を及ぼし合うということはないが、融点より高い温度
(一般的には200℃より高温)であるため、半導体圧
力センサを使用する温度まで冷却するにつれて、半田6
とシリコンチップ1が接合された台座2との物理的な特
性が異なるために、お互いに力を及ぼし合う状態とな
る。
ような半導体圧力センサにあっては、上記の半田6によ
る接合に際して、半田6の融点より高い温度で接合する
必要がある。この温度では、半田6、パッケージ3のダ
イ31、台座2、シリコンチップ1との間で互いに応力
を及ぼし合うということはないが、融点より高い温度
(一般的には200℃より高温)であるため、半導体圧
力センサを使用する温度まで冷却するにつれて、半田6
とシリコンチップ1が接合された台座2との物理的な特
性が異なるために、お互いに力を及ぼし合う状態とな
る。
【0007】一般的には、シリコンチップ1や台座2よ
りも半田6の熱膨張係数の方が大きく、室温レベルにお
いては半田6がシリコンチップ1や台座2よりも収縮し
ている。そして、半田6の収縮に伴って、半田6からの
応力がシリコン基板からなるシリコンチップ1に接合さ
れた台座2を圧縮するように作用し、台座2にクラック
等の割れが生じる原因になっている。実使用時に環境ス
トレス(例えば、高温から低温への温度変化、あるいは
低温から高温への温度変化)が繰り返し加わった場合に
は、クラックが成長して、やがて所定の圧力に耐えられ
なくなり、破壊に至るといった問題があった。
りも半田6の熱膨張係数の方が大きく、室温レベルにお
いては半田6がシリコンチップ1や台座2よりも収縮し
ている。そして、半田6の収縮に伴って、半田6からの
応力がシリコン基板からなるシリコンチップ1に接合さ
れた台座2を圧縮するように作用し、台座2にクラック
等の割れが生じる原因になっている。実使用時に環境ス
トレス(例えば、高温から低温への温度変化、あるいは
低温から高温への温度変化)が繰り返し加わった場合に
は、クラックが成長して、やがて所定の圧力に耐えられ
なくなり、破壊に至るといった問題があった。
【0008】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、半田の熱収縮による台
座の割れを防止し、信頼性の高い半導体圧力センサを提
供することにある。
あり、その目的とするところは、半田の熱収縮による台
座の割れを防止し、信頼性の高い半導体圧力センサを提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダイアフラムに
圧力を導入するための圧力導入孔が形成された台座とを
接合し、該台座をパッケージに固定してなる半導体圧力
センサにおいて、前記台座の半導体基板との接合面とは
逆側の面側の開口部近傍に筒状突部を形成し、該筒状突
部と前記パッケージのダイの圧力導入部の内壁との間で
嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬化物を介在させた状
態で前記嵌合構造により嵌合させ、前記熱硬化物に熱を
加えて硬化させることにより、台座とパッケージを固定
するようにしたことを特徴とするものである。
ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダイアフラムに
圧力を導入するための圧力導入孔が形成された台座とを
接合し、該台座をパッケージに固定してなる半導体圧力
センサにおいて、前記台座の半導体基板との接合面とは
逆側の面側の開口部近傍に筒状突部を形成し、該筒状突
部と前記パッケージのダイの圧力導入部の内壁との間で
嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬化物を介在させた状
態で前記嵌合構造により嵌合させ、前記熱硬化物に熱を
加えて硬化させることにより、台座とパッケージを固定
するようにしたことを特徴とするものである。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記台座に形成した筒状突部の外周部に突
起部を形成し、前記パッケージのダイの圧力導入部の内
壁には、所定位置に凹部を設けるとともに、台座との接
合面側から前記凹部にかけて前記突起部を案内する溝部
を設け、前記突起部と凹部との嵌合により、前記嵌合構
造を構成するようにしたことを特徴とするものである。
明において、前記台座に形成した筒状突部の外周部に突
起部を形成し、前記パッケージのダイの圧力導入部の内
壁には、所定位置に凹部を設けるとともに、台座との接
合面側から前記凹部にかけて前記突起部を案内する溝部
を設け、前記突起部と凹部との嵌合により、前記嵌合構
造を構成するようにしたことを特徴とするものである。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記台座に形成した筒状突部の外周部と前
記パッケージのダイの圧力導入部の内壁とに、互いに螺
合する螺合構造を形成し、該螺合構造により前記嵌合構
造を構成するようにしたことを特徴とするものである。
明において、前記台座に形成した筒状突部の外周部と前
記パッケージのダイの圧力導入部の内壁とに、互いに螺
合する螺合構造を形成し、該螺合構造により前記嵌合構
造を構成するようにしたことを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。本発明の半導体圧力センサ
は、図4に示した従来の半導体圧力センサと基本的構成
は同等であるので、同一個所には同一符号を付して説明
を省略する。
を図面に基づき説明する。本発明の半導体圧力センサ
は、図4に示した従来の半導体圧力センサと基本的構成
は同等であるので、同一個所には同一符号を付して説明
を省略する。
【0013】図1は本発明の第1の実施形態に係る半導
体圧力センサの概略構成を示す断面図であり、図2は部
分的拡大図である。本実施形態は、図4に示した半導体
圧力センサの台座2の半導体基板1との接合面とは逆側
の面側の開口部近傍に筒状突部22を形成し、筒状突部
22の外周部に円柱状の突起部22aを形成し、パッケ
ージ3のダイ31の圧力導入部の内壁34には、図2に
示すように、所定位置に凹部34aを設けるとともに、
台座2との接合面側から凹部34aにかけて突起部22
aを案内する溝部34cを設け、突起部22aと凹部3
4aとの嵌合により、嵌合構造を構成するようにしたも
のである。突起部22aは、台座2の筒状突部22の外
周部に少なくとも1つは形成され、個数や形成位置は限
定されない。また、形状も円柱状に限定されない。溝部
34cは突起部22aが通過できる幅と深さを有したも
のであり、図2に示すように、台座2との接合面側から
パッケージ3の圧力導入管32の方向に形成され、突起
部22aが形成されている高さと同位置で折れ曲がった
形状になっている。
体圧力センサの概略構成を示す断面図であり、図2は部
分的拡大図である。本実施形態は、図4に示した半導体
圧力センサの台座2の半導体基板1との接合面とは逆側
の面側の開口部近傍に筒状突部22を形成し、筒状突部
22の外周部に円柱状の突起部22aを形成し、パッケ
ージ3のダイ31の圧力導入部の内壁34には、図2に
示すように、所定位置に凹部34aを設けるとともに、
台座2との接合面側から凹部34aにかけて突起部22
aを案内する溝部34cを設け、突起部22aと凹部3
4aとの嵌合により、嵌合構造を構成するようにしたも
のである。突起部22aは、台座2の筒状突部22の外
周部に少なくとも1つは形成され、個数や形成位置は限
定されない。また、形状も円柱状に限定されない。溝部
34cは突起部22aが通過できる幅と深さを有したも
のであり、図2に示すように、台座2との接合面側から
パッケージ3の圧力導入管32の方向に形成され、突起
部22aが形成されている高さと同位置で折れ曲がった
形状になっている。
【0014】半導体基板1の固定された台座2をパッケ
ージ3に固定する場合、台座2の筒状突部22の突起部
22aがパッケージ3のダイ31の圧力導入部の内壁3
4に設けられた溝部34cを通るように、台座2の筒状
突部22をパッケージ3のダイ31の圧力導入部に挿入
し、その後水平方向に移動させることにより、凹部34
aまで案内する。その後、台座2の筒状突部22の外周
面とパッケージ3のダイ31の圧力導入部の内壁34と
の間に、例えば、水ガラス等の熱硬化物9を注入して介
在させるようにし、熱硬化物9に熱を加えて硬化させる
ことにより、台座2とパッケージ3とを固定するように
している。
ージ3に固定する場合、台座2の筒状突部22の突起部
22aがパッケージ3のダイ31の圧力導入部の内壁3
4に設けられた溝部34cを通るように、台座2の筒状
突部22をパッケージ3のダイ31の圧力導入部に挿入
し、その後水平方向に移動させることにより、凹部34
aまで案内する。その後、台座2の筒状突部22の外周
面とパッケージ3のダイ31の圧力導入部の内壁34と
の間に、例えば、水ガラス等の熱硬化物9を注入して介
在させるようにし、熱硬化物9に熱を加えて硬化させる
ことにより、台座2とパッケージ3とを固定するように
している。
【0015】なお、熱硬化物9としては、水ガラスの替
りに、接着剤等を用いても良い。また、パッケージ3の
ダイ31と台座2との間には、Oリング10が設けられ
ており、ダイアフラム11内部の気密性を保持する役割
を果たしている。
りに、接着剤等を用いても良い。また、パッケージ3の
ダイ31と台座2との間には、Oリング10が設けられ
ており、ダイアフラム11内部の気密性を保持する役割
を果たしている。
【0016】本実施形態によれば、台座2とパッケージ
3との固定を、台座2とパッケージ3のダイ31との間
の半田接合により行うのではなく、台座2の筒状突部2
2に形成された突起部22aとパッケージ3のダイ31
の圧力導入部の内壁34に形成された凹部34aとの嵌
合及び、水ガラス等の熱硬化物9を用いて行っているの
で、半田の熱収縮による応力が発生せず、台座2のクラ
ック発生を防止することができる。
3との固定を、台座2とパッケージ3のダイ31との間
の半田接合により行うのではなく、台座2の筒状突部2
2に形成された突起部22aとパッケージ3のダイ31
の圧力導入部の内壁34に形成された凹部34aとの嵌
合及び、水ガラス等の熱硬化物9を用いて行っているの
で、半田の熱収縮による応力が発生せず、台座2のクラ
ック発生を防止することができる。
【0017】図3は本発明の第2の実施形態に係る半導
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態は、台座2の半導体基板1との接合面とは逆側の面側
の開口部近傍に筒状突部22を形成し、筒状突部22の
外周面にネジ山22bを形成し、パッケージ3のダイ3
1の圧力導入部の内壁34には、ネジ山22bと螺合す
るネジ山34bを形成したものである。本実施形態にお
いて、台座2をパッケージ3に固定する場合には、ま
ず、台座2の筒状突部22の外周面に熱硬化物9を塗布
し、次に、台座2の筒状突部22をパッケージ3のダイ
31の圧力導入部の内壁34にねじ込み、ネジ山22
b、34bを互いに螺合させ、その後、熱を加えて熱硬
化物9を硬化させる。
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態は、台座2の半導体基板1との接合面とは逆側の面側
の開口部近傍に筒状突部22を形成し、筒状突部22の
外周面にネジ山22bを形成し、パッケージ3のダイ3
1の圧力導入部の内壁34には、ネジ山22bと螺合す
るネジ山34bを形成したものである。本実施形態にお
いて、台座2をパッケージ3に固定する場合には、ま
ず、台座2の筒状突部22の外周面に熱硬化物9を塗布
し、次に、台座2の筒状突部22をパッケージ3のダイ
31の圧力導入部の内壁34にねじ込み、ネジ山22
b、34bを互いに螺合させ、その後、熱を加えて熱硬
化物9を硬化させる。
【0018】なお、本実施形態においても、熱硬化物9
としては、水ガラスの替りに、接着剤等を用いても良
い。また、パッケージ3のダイ31と台座2との間に
は、Oリング10が設けられており、ダイアフラム11
内部の気密性を保持する役割を果たしている。
としては、水ガラスの替りに、接着剤等を用いても良
い。また、パッケージ3のダイ31と台座2との間に
は、Oリング10が設けられており、ダイアフラム11
内部の気密性を保持する役割を果たしている。
【0019】本実施形態によれば、台座2とパッケージ
3との固定を、台座2とパッケージ3のダイ31との間
の半田接合により行うのではなく、台座2の筒状突部2
2の外周面とパッケージ3のダイ31の圧力導入部の内
壁34との螺合及び、水ガラス等の熱硬化物9を用いて
行っているので、半田の熱収縮による応力が発生せず、
台座2のクラック発生を防止することができる。
3との固定を、台座2とパッケージ3のダイ31との間
の半田接合により行うのではなく、台座2の筒状突部2
2の外周面とパッケージ3のダイ31の圧力導入部の内
壁34との螺合及び、水ガラス等の熱硬化物9を用いて
行っているので、半田の熱収縮による応力が発生せず、
台座2のクラック発生を防止することができる。
【0020】
【発明の効果】以上のように、請求項1乃至請求項3記
載の発明によれば、ダイアフラムを有する半導体基板と
前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が
形成された台座とを接合し、該台座をパッケージに固定
してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座の半導体
基板との接合面とは逆側の面側の開口部近傍に筒状突部
を形成し、該筒状突部と前記パッケージのダイの圧力導
入部の内壁との間で嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬
化物を介在させた状態で前記嵌合構造により嵌合させ、
前記熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座
とパッケージを固定するようにしたので、台座とパッケ
ージとの固定を、台座とパッケージのダイとの間の半田
接合により行うのではなく、前記台座の筒状突部と前記
パッケージのダイの圧力導入部の内壁との間の嵌合構造
及び熱硬化物を用いて固定するようにしており、半田の
熱収縮による応力が発生せず、半田の熱収縮による台座
の割れを防止し、信頼性の高い半導体圧力センサが提供
できた。
載の発明によれば、ダイアフラムを有する半導体基板と
前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が
形成された台座とを接合し、該台座をパッケージに固定
してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座の半導体
基板との接合面とは逆側の面側の開口部近傍に筒状突部
を形成し、該筒状突部と前記パッケージのダイの圧力導
入部の内壁との間で嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬
化物を介在させた状態で前記嵌合構造により嵌合させ、
前記熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座
とパッケージを固定するようにしたので、台座とパッケ
ージとの固定を、台座とパッケージのダイとの間の半田
接合により行うのではなく、前記台座の筒状突部と前記
パッケージのダイの圧力導入部の内壁との間の嵌合構造
及び熱硬化物を用いて固定するようにしており、半田の
熱収縮による応力が発生せず、半田の熱収縮による台座
の割れを防止し、信頼性の高い半導体圧力センサが提供
できた。
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体圧力セン
サの概略構成を示す断面図である。
サの概略構成を示す断面図である。
【図2】同上の部分的拡大図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る半導体圧力セン
サの概略構成を示す断面図である。
サの概略構成を示す断面図である。
【図4】従来例に係る半導体圧力センサの概略構成を示
す断面図である。
す断面図である。
1 シリコンチップ 2 台座 3 パッケージ 4 金属薄膜層 5 メッキ層 6 半田 7 リード 8 ワイヤ 9 熱硬化物 10 Oリング 11 ダイアフラム 12 ピエゾ抵抗 13 電極パッド 21 圧力導入孔 22 筒状突部 22a 突起部 22b ネジ山 31 ダイ 32 圧力導入管 33 圧力変化 34 内壁 34a 凹部 34b ネジ山 34c 溝部
Claims (3)
- 【請求項1】 ダイアフラムを有する半導体基板と前記
ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成
された台座とを接合し、該台座をパッケージに固定して
なる半導体圧力センサにおいて、前記台座の半導体基板
との接合面とは逆側の面側の開口部近傍に筒状突部を形
成し、該筒状突部と前記パッケージのダイの圧力導入部
の内壁との間で嵌合構造を形成し、両者の間に熱硬化物
を介在させた状態で前記嵌合構造により嵌合させ、前記
熱硬化物に熱を加えて硬化させることにより、台座とパ
ッケージを固定するようにしたことを特徴とする半導体
圧力センサ。 - 【請求項2】 前記台座に形成した筒状突部の外周部に
突起部を形成し、前記パッケージのダイの圧力導入部の
内壁には、所定位置に凹部を設けるとともに、台座との
接合面側から前記凹部にかけて前記突起部を案内する溝
部を設け、前記突起部と凹部との嵌合により、前記嵌合
構造を構成するようにしたことを特徴とする請求項1記
載の半導体圧力センサ。 - 【請求項3】 前記台座に形成した筒状突部の外周部と
前記パッケージのダイの圧力導入部の内壁とに、互いに
螺合する螺合構造を形成し、該螺合構造により前記嵌合
構造を構成するようにしたことを特徴とする請求項1記
載の半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4995599A JP2000249612A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4995599A JP2000249612A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000249612A true JP2000249612A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12845471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4995599A Pending JP2000249612A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000249612A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002077598A1 (en) * | 2001-03-23 | 2002-10-03 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor pressure sensor and regulation method therefor |
GB2441785A (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-19 | Schlumberger Holdings | A ruggedized pressure sensor for high presure applications |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP4995599A patent/JP2000249612A/ja active Pending
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