JPH09126920A

JPH09126920A - 半導体圧力センサ

Info

Publication number: JPH09126920A
Application number: JP27943295A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Saito; 宏齊藤; Tomohiro Inoue; 智広井上; Mitsuhiro Kani; 充弘可児; Shigenari Takami; 茂成高見; Takamasa Sakai; 孝昌酒井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-05-16
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JP3136087B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実装スペースが比較的小さい半導体圧力センサ
を提供する。【解決手段】センサ本体１は、ダイアフラム２４の上に
歪ゲージ２２を形成したセンサチップ２０にガラスの台
座２５を接合することにより形成される。歪ゲージ２２
を形成したセンサチップ２０の一面には歪ゲージ２２に
電気的に接続されたバンプ２９が突設される。バンプ２
９は回路基板３０に形成された回路パターン３２にフェ
イスダウンボンディングにより実装される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾ抵抗効果を
利用した小型の半導体圧力センサに関し、とくにエンジ
ン制御、トランスミッション制御、サスペンション制
御、ブレーキ制御などに適した車載用の半導体圧力セン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より提供されている半導体圧力セン
サは、パッケージから端子ピンやリード片が突出した形
状や、パッケージからリード線が引き出された形状のも
のが多い。たとえば、ＴＯ−５型のパッケージのように
端子ピンを下面から突出させるものや、図１２に示した
もののようにパッケージ１０の両側面にリード片１１が
突出するＤＩＰ形状のものが提供されている。

【０００３】図１２に示した半導体圧力センサは、リー
ドフレーム１２と同時一体に成形した合成樹脂よりなる
パッケージ１０を有し、リードフレーム１２のうちパッ
ケージ１０の両側面から突出する部分をリード片１１と
して用いている。パッケージ１０には下面が開放された
凹所１３が形成され、さらに凹所１３の内底面にはチッ
プ収納凹所１４が形成される。パッケージ１０の上面に
は円筒状の導入筒１５が突設され、導入筒１５からチッ
プ収納凹所１４に跨がる部位にはパッケージ１０の内外
を連通させる圧力導入孔１６が形成されている。

【０００４】リードフレーム１２の一部はパッケージ１
０における凹所１３の内底面に露出し後述するセンサチ
ップ２０に金ないしアルミニウムよりなるボンディング
ワイヤ２１を介して接続されるボンディングパッドとし
て機能する。また、凹所１３の開口付近には段部１８が
形成され、周部が段部１８に当接する蓋板１９によりパ
ッケージ１０の凹所１３が閉塞される。蓋板１９はパッ
ケージ１０に対して接着剤を用いて気密的に封着され
る。

【０００５】ところで、センサチップ２０には、複数個
（一般にはブリッジ回路を形成するために４個）の歪ゲ
ージ２２をシリコン単結晶の半導体基板２３の上に形成
したものを用いる。各歪ゲージ２２は半導体基板２３に
不純物を拡散させることにより形成され、応力の変化を
電気抵抗の変化に変換する。また、歪ゲージ２２は半導
体基板２３において他の部分よりも薄肉に形成されてい
るダイアフラム２４の部位に形成され、ダイアフラム２
４が表裏の圧力差により撓んだときに、その撓みに伴う
応力の変化を歪ゲージ２２によって電気抵抗の変化に変
換することによって圧力の変化を電気抵抗の変化に変換
する。

【０００６】上述のように形成されたセンサチップ２０
は絶縁材料の台座２５の上に陽極接合法などの接合法を
用いて接合されることによりエンサ本体１を形成する。
センサ本体１の台座２５は接着剤を用いてチップ収納凹
所１４の底面に気密的に固着される。台座２５には表裏
に貫通する圧力導入孔２６が形成され、この圧力導入孔
２６はパッケージ１０に形成された圧力導入孔１６に連
通している。したがって、センサチップ２０に形成され
たダイアフラム２４の上面にはパッケージ１０の外部の
圧力が作用することになる。一方、台座２５がパッケー
ジ１０に気密的に固着され、蓋板１９がパッケージ１０
に気密的に封着されていることによって、パッケージ１
０の内部には気密な圧力基準室２７が形成されるから、
ダイアフラム２４の下面には圧力基準室２７の内部のほ
ぼ一定の圧力が作用する。したがて、パッケージ１０の
外部の圧力に変化があると、ダイアフラム２４の表裏に
圧力差が生じ、結果的に外部の圧力の変化を検出するこ
とができるのである。

【０００７】ところで、センサチップ２０は上述のよう
にボンディングワイヤ２１を介してリードフレーム１２
に接続され、リードフレーム１２の一部であるリード片
１１を介して外部回路に接続される。リード片１１はパ
ッケージ１０の厚み方向（上向きまたは下向き）に折曲
されており、薄肉の導電材よりなる回路パターン３２
（薄板の貼着、薄膜の被着、導電ペーストの塗布などに
より形成される）を形成した回路基板（たとえばハイブ
リッド集積回路を形成する基板）３０に実装したソケッ
ト３１に差し込まれることによって外部回路と接続され
る。ここにおいて、リードフレーム１２は帯板材（フー
プ材）を用いて形成され、パッケージ１０の成形後にタ
イバーが切断されることによって各リード片１１が分離
されるから、タイバーの切断後にリード片１１をパッケ
ージ１０の厚み方向に折曲する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体圧力センサでは、センサチップ２０をリード片
１１に接続するためにボンディングワイヤ２１を用いて
おり、また、リード片１１はパッケージ１０の両側面に
突出しているから、実装面積および実装体積が大きくな
るという問題が生じる。つまり、リードフレーム１２と
センサチップ２０とをボンディングワイヤ２１を介して
接続するために、リードフレーム１２をセンサチップ２
０の側方に並べて配置してあり、しかもリードフレーム
１２はパッケージ１０から側方に突出するから、センサ
チップ２０の幅に比較して実装面積が大幅に増加するこ
とになる。さらに、上述のようにソケット３１を用いる
場合には、回路基板３０にあらかじめソケット３１を実
装しなければならず実装作業に手間がかかるとともに部
品点数の増加によるコスト高につながる。また、ソケッ
ト３１が存在すると、実装面積が一層増加するとともに
回路基板３０からの高さが大きくなり、結果的に実装体
積が大きくなる。

【０００９】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、実装スペースが比較的小さく、しか
もソケットを用いることなく低コストで実装することが
できる半導体圧力センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、他の部位よりも薄肉に形成され
圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の
歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面に突出す
る板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材によ
る回路パターンが形成され周辺回路を構成する電子部品
とともにセンサ本体が表面実装される回路基板とを備
え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の配列に一
致するように配置された電極パッドが形成され、電極パ
ッドに対して凸状電極がフェイスダウンボンディグによ
り接合されて成ることを特徴とする。

【００１１】この構成によれば、端子ピンに対してセン
サ本体を接合する場合に比較するとセンサ本体と電極パ
ッドとの位置合わせが容易になる。とくに、凸状電極を
半田によって実装する場合に、端子ピンにセンサ本体を
実装する場合のように半田の溶融時にセンサ本体が端子
ピンから位置ずれして落ちることがなく、半田の表面張
力によってセンサ本体が自動的に位置決めされ（セルフ
アライメント）、電極パッドの位置に応じた所望の位置
に実装されることになる。しかも、周辺回路を構成する
電子部品とともに回路基板に表面実装することができる
から、作業性、生産性が高くなる。また、端子ピンを用
いる場合に比較すると実装時の回路基板からの突出寸法
が小さく周辺回路を含む圧力センサ全体としての小型化
が可能になる。さらに、周辺回路を構成する電子部品と
センサ本体との距離が小さくなり雑音の影響を受けにく
いから感度を向上させることができる。また、凸状電極
を用いて回路基板に実装してあり回路基板との接触面積
が比較的小さく、しかも凸状電極がある程度変形可能で
あるから、センサ本体と回路基板との熱膨張率の差によ
る熱応力を緩和することができ、温度特性に優れた（オ
フセット温度特性が安定し温度に対するヒステリシスが
少ない）半導体圧力センサを得ることができる。

【００１２】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、センサ本体は、半導体基板の厚み方向の一面の中
央部に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフ
ラムとするセンサチップと、上記凹所との間に空間を形
成するようにセンサチップの上記一面に気密的に接合さ
れた台座とからなることを特徴とする。この構成によれ
ば、センサチップと台座との間に空間を形成することに
よって、この空間を真空にすれば絶対圧を検出すること
ができ、またこの空間に被測定圧力を導入してセンサ本
体の周囲圧力との相対圧を検出することもできる。

【００１３】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
いて、凸状電極はセンサチップの他面に突設され、セン
サ本体のうちの少なくとも歪ゲージおよび凸状電極を回
路基板との間で囲むように回路基板に固着されたケース
を備え、ケースの周壁の一部には圧力を受けて撓む第２
のダイアフラムが設けられ、ケースと回路基板とに囲ま
れる空間には第２のダイアフラムで受けた圧力変化をセ
ンサ本体のダイアフラムに伝達するとともに歪ゲージお
よび凸状電極を防食する不活性液体が充填されているこ
とを特徴とする。

【００１４】この構成によれば、歪ゲージおよび凸状電
極を不活性液体中に浸漬しているから、歪ゲージや凸状
電極が空気に触れることがなく腐食が防止されて耐久性
が向上する。請求項４の発明では、請求項２の発明にお
いて、回路基板との間でセンサ本体を囲むように回路基
板に固着されたケースを備えることを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、センサ本体を回路基板
とケースとにより囲んでいるから、センサ本体の全周を
収納するようなパッケージが不要であって、パッケージ
コストを低減することができる。請求項５の発明では、
請求項４の発明において、センサ本体に設けた台座がケ
ースの内周面に固着されていることを特徴とする。

【００１６】この構成によれば、ケースにセンサ本体が
固着され、またケースが回路基板に固着されているか
ら、凸状電極のみによって回路基板に接合している場合
に比較するとセンサ本体の固定強度を向上させることが
できる。また、センサ本体とケースおよびケースと回路
基板のそれぞれの固着部位に弾性材料を用いれば、凸状
電極に作用する応力を固着部分で分散緩和することがで
き、凸状電極の接触状態を安定に保つことができる。さ
らに、ケースの回路基板からの高さ寸法を適宜に設定す
れば、ケースによってセンサ本体を回路基板側に押し付
けることで凸状電極の回路基板への接続状態を安定させ
ることが可能である。

【００１７】請求項６の発明では、請求項２の発明にお
いて、センサチップは第１導電形半導体により形成さ
れ、センサチップのうちダイアフラムの周部には高濃度
の第２形半導体よりなる第１の導電路が形成され、台座
には第１導電路に対応する部位に貫設された貫通孔の内
周にメタライゼーションを施すことによって第１の導電
路に電気的に接続された第２の導電路が形成され、セン
サチップに設けた歪ゲージと台座の一面に突設された凸
状電極とが第１導電路および第２導電路を介して電気的
に接続されていることを特徴とする。

【００１８】この構成では、センサ本体において歪ゲー
ジを設けている面とは反対側の面に凸状電極を設けてい
るのであって、凸状電極からセンサ本体への応力がダイ
アフラムに作用しにくく安定した精度の高い圧力測定が
可能になる。また、センサ本体における回路基板との対
向面とは反対側の面に歪ゲージが露出するから、歪ゲー
ジ側に導電検査用のプローブを接触させることでセンサ
本体の実装後に凸状電極と回路基板との接続状態を検査
することができ、さらに歪ゲージをレーザ光でトリミン
グするなどすることによってセンサ本体の実装後に歪ゲ
ージの特性を調整することも可能になる。

【００１９】請求項７の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、センサ本体よりも厚み
が大きい基材の表面に薄肉の導電材による回路パターン
が形成され周辺回路を構成する電子部品が実装される回
路基板と、回路基板の厚み方向に貫設した収納孔に収納
されるセンサ本体を一面に固着した形で収納孔の一方の
開口面を閉塞するように回路基板に固着された第１の蓋
板と、収納孔の他方の開口面を閉塞するように回路基板
に固着された第２の蓋板とからなり、回路パターンの一
部は収納孔の開口内に延長されるとともにセンサ本体の
凸状電極の配列に一致するように配置されたリード片を
形成し、リード片に対して凸状電極が収納孔の内側から
接合されていることを特徴とする。

【００２０】この構成によれば、センサ本体を回路基板
の厚み寸法内に実装しているから、センサ本体の実装ス
ペースを大幅に小さくすることができる。また、センサ
本体は収納孔を閉塞する蓋板の一方に固着されているか
ら、蓋板を形成する材料としてセンサ本体と熱膨張率の
近いものを選択すればセンサ本体への熱応力を小さくす
ることができ、安定した圧力測定が可能になる。さら
に、リード片は収納孔の内側に突設されているから、リ
ード片の弾性によって凸状電極に作用する応力を緩和す
ることができる。加えて、蓋板によって収納孔を覆って
いることにより、必要に応じて蓋板に回路部品を実装す
ることも可能であって周辺回路を含む実装効率が高くな
る。

【００２１】請求項８の発明では、請求項７の発明にお
いて、収納孔の内周面とセンサ本体の外周面との間に形
成される隙間の少なくとも一部にゲル状の応力緩和材が
充填されていることを特徴とする。この構成によれば、
センサ本体の周囲にゲル状の応力緩和材を充填している
ことによって、センサ本体への振動や衝撃を緩和するこ
とができる。

【００２２】請求項９の発明では、請求項１の発明にお
いて、センサ本体は半導体基板の内部に空洞を設けるこ
とにより空洞の周壁の一部にダイアフラムを形成したセ
ンサチップであることを特徴とする。この構成では、セ
ンサチップに台座を接合する必要がなく、材料コストを
低減することができる。

【００２３】請求項１０の発明では、請求項１の発明に
おいて、センサ本体は半導体基板の厚み方向の一面の中
央部に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフ
ラムとするセンサチップであって、センサチップのうち
ダイアフラムの周部にはセンサ本体の厚み方向に貫通す
る導電路が形成され、センサチップの上記一面には導電
路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸状電極が突
設され、センサチップの周部と回路基板との間には凹所
と回路基板との間の空間を気密的に封止するとともに凸
状電極の応力を緩和する応力緩和材が充填されているこ
とを特徴とする。

【００２４】この構成によれば、請求項６の発明と同様
の構成および作用を有し、加えて、センサチップの周部
と回路基板との間に応力緩和材を充填することによって
凹所と回路基板との間に気密空間を形成するから、セン
サチップに台座を接合する必要がなく、材料コストを低
減することができる。しかも、応力緩和材は凸状電極を
支持することでセンサチップの回路基板への固定強度を
高め、かつセンサチップに作用する応力を緩和すること
によって安定した精度のよい圧力測定を可能にする。

【００２５】請求項１１の発明では、請求項１の発明に
おいて、センサ本体は半導体基板の厚み方向の一面の中
央部に凹所が開口することにより凹所の底壁をダイアフ
ラムとするセンサチップであって、センサチップのうち
ダイアフラムを囲む周部にはセンサ本体の厚み方向に貫
通する導電路が形成され、センサチップの上記一面には
導電路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸状電極
が突設され、センサチップには凸状電極のセンサチップ
からの突出寸法よりも厚み寸法が小さくかつ凹所を気密
的に封止する蓋板が固着されて成ることを特徴とする。

【００２６】この構成では、請求項６と同様の構成およ
び作用を有し、加えて、凸状電極の突出寸法内で蓋板を
設けるから、台座を設ける場合に比較すればセンサ本体
の厚み寸法を小さくすることができる。しかも、凸状電
極が実装時に変形しても凸状電極のセンサ本体からの突
出寸法は蓋板の厚み寸法よりも小さくなることはないか
ら、凸状電極を回路基板との接触面積が小さい状態に保
つことができ、凸状電極による応力緩和の効果を維持す
ることができる。

【００２７】請求項１２の発明では、請求項１０または
請求項１１の発明において、センサチップが第１導電形
半導体により形成され、導電路は高濃度の第２導電形半
導体により形成されていることを特徴とする。この構成
では、導電路を半導体の製造プロセスによって形成する
ことができるから製造が容易である。

【００２８】請求項１３の発明では、請求項１０または
請求項１１の発明において、導電路はセンサチップを形
成する半導体基板に貫設した貫通孔の内周面に絶縁層を
介してメタライゼーションを施すことにより形成されて
いることを特徴とする。この構成では、請求項１２の発
明の構成に比較して、絶縁層によって電流リークを低減
することができ、しかもメタライゼーションした金属に
よって導電路の導電性を高くすることができる。その結
果、圧力測定の感度を高めるとともに測定精度が向上す
ることになる。

【００２９】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１に本実施形態の断面図を示す。セン
サチップ２０は従来の技術で説明したものと同様の構成
を有し、耐熱ガラス（商品名：パイレックス）よりなる
台座２５に陽極接合法によって接合されることによりセ
ンサ本体１を形成する。ここに、陽極接合法は、シリコ
ン単結晶よりなるセンサチップ２０と同程度の熱膨張係
数を有する耐熱ガラスの台座２５を用い、センサチップ
２０における凹所の開口側と台座２５との平滑面同士を
突き合わせるとともに、３００〜４００℃に加熱した状
態で、台座２５に５００Ｖ程度の負電圧を印加する方法
であって、センサチップ２０と台座２５との界面に大き
なクーロン力を作用させることによりセンサチップ２０
と台座２５との界面で化学結合を生じさせてセンサチッ
プ２０と台座２５とを接合する方法である。

【００３０】センサチップ２０と台座２５とを接合させ
た状態では、センサチップ２０と台座２５との間に気密
な圧力基準室２７が形成される。つまり、センサチップ
２０は一面の中央部に凹所が開口し凹所の底壁がダイア
フラム２４になるから、台座２５によって凹所を閉塞す
ることにより、凹所内が圧力基準室２７となるのであ
る。ところで、センサチップ２０と台座２５との接合時
には加熱されているから、大気圧下で接合した場合には
圧力基準室２７の内部圧力は常温では０．４〜０．５気
圧程度になる。一方、絶対圧を測定するには圧力基準室
２７を真空にする必要があり、センサチップ２０と台座
２５とを真空中で接合しなければならない。この場合、
真空中では熱伝導がないから、主として輻射熱を利用し
て加熱するようにセンサチップ２０と台座２５とを囲む
形にヒータを配置する。

【００３１】センサチップ２０は凹所の開口側である上
面が上述のように台座２５に接合され、センサチップ２
０の下面には外部回路と接続するための配線パターン２
８が形成されている。配線パターン２８には凸状電極と
してのバンプ２９が固着され、回路基板３０の上の回路
パターン３２に対してバンプ２９がフェイスダウンボン
ディングによって接合される。バンプ２９は半田、金、
錫、銅などの各種金属や導電性合成樹脂を用いて形成さ
れる。

【００３２】本実施形態では半田を用いてバンプ２９を
形成する。センサチップ２０の配線パターン２８はアル
ミニウムにより形成されており半田の濡れ性が低いか
ら、半田の濡れ性を高めるために配線パターン２８の表
面に金属膜による中間層を形成する。中間層は、基本的
に２層の金属膜からなり、配線パターン２８側の層には
アルミニウムとの結合力が高いクロムを用い、バンプ２
９側の層には半田との結合力が高い銅を用いる。また、
中間層はスパッタリングや蒸着などの方法で形成され
る。バンプ２９となる半田材料は、たとえば錫と鉛との
比率が６０：４０あるいは５：９５であるものを用い、
メタルマスクを用いて蒸着するかフォトレジストマスク
を用いてメッキするなどの方法で配線パターン２８の上
に中間層となる金属膜を介して堆積させる。その後、不
活性ガス（希ガスや窒素ガス）の雰囲気中でリフローを
行ない、表面張力によって半球状となるように溶融させ
る。

【００３３】ここに、金を用いてバンプ２９を形成する
場合は、ボンディングワイヤと同様の細いワイヤの先端
部に直径が５０〜２００μｍのボールを形成し、このボ
ールをキャピラリに装着して超音波を印加することによ
りセンサチップ２０の配線パターン２８の上に結合させ
た、その後、キャピラリを横にずらすことによって、ボ
ールだけをワイヤから切り離せばよい。また、導電性合
成樹脂を用いてバンプ２９を形成する場合には、導電性
合成樹脂として導電ペースト（銀ペーストや銅ペース
ト）を用い、配線パターン２８の表面に半球状に塗布し
た後に、加熱を行なって硬化させる。上述のように、錫
や銅でもバンプ２９を形成することができるが、バンプ
２９の形成方法は従来周知の各種方法が適用可能である
から、説明を省略する。

【００３４】上述のようにして形成されたバンプ２９
は、半田により形成されたものであれば、周辺回路を構
成する電子部品の実装とともにリフロー炉によって回路
基板３０の回路パターン３２に接合することができる。
また、バンプ２９は材料に応じて、導電性接着剤（銀ペ
ースト、銅ペーストなどの導電ペースト）、インジウム
合金、半田などを用いて回路基板３０の上の回路パター
ン３２と接続することができる。導電性接着剤を用いる
場合には接着後に１００〜２００℃で加熱することによ
り導電性接着剤を硬化させる。

【００３５】センサ本体１を回路基板３０と接合した状
態で、センサ本体１にはケース４０が被嵌される。ケー
ス４０は一面が開口した有底筒状に金属（コバール、ニ
ッケル、洋白、鉄など）により形成され、ケース４０の
開口縁を半田付け、溶着、熱硬化性合成樹脂による接着
のいずれかにより回路基板３０に封着し、回路基板３０
との間にセンサチップ２０を収納する空間を形成する。
半田付けや溶着の場合には、回路基板３０の上にケース
４０と接する部位のほぼ全周にわたるパターンを形成し
ておく。ただし、このパターンは回路パターン３２とは
絶縁し、ケース４０も回路パターン３２とは絶縁してお
く。

【００３６】ケース４０の底壁（図１の上壁）の中央部
にはステンレスなどの薄肉のダイアフラム４１が一体に
設けられる。したがって、ケース４０と回路基板３０と
の間には気密空間が形成され、センサチップ２０および
台座２５はこの気密空間に納装されることになる。回路
基板３０とケース４０との間に形成された気密空間に
は、シリコーンオイルよりなる絶縁性を有する不活性液
体４２が封入される。不活性液体４２は、回路基板３０
あるいはケース（ダイアフラム４１を除く部位）４０の
一部に形成した導入孔から上記気密空間に導入され、導
入孔は不活性液体４２の充填後に半田付けまたは溶接に
よって封止される。

【００３７】上述の構成によって、センサチップ２０は
不活性液体４２に浸漬され、外気から遮断されることに
なって劣化が少なくなり、長期間にわたって電気的およ
び機械的な特性を安定に保つことができる。一方、ケー
ス４０の外部からダイアフラム４１に作用する圧力は不
活性液体４２を介してセンサチップ２０のダイアフラム
２４に伝達される。上記構造の圧力センサは、２つのダ
イアフラム２４，４１を備えていることに因んで二重ダ
イアフラム方式と呼ばれている。

【００３８】以上説明したように、従来構成のようにリ
ードフレームを用いず、本実施形態ではセンサチップ２
０に設けたバンプ２９を回路基板３０の回路パターン３
２にフェイスダウンボンディングによって直付けしてい
るから、外部回路との接続にソケットが不要であるとと
もに、ケース４０の幅がリードフレームを用いる場合に
比較して大幅に小さくセンサチップ２０の幅程度まで小
型化することが可能になる。つまり、実装面積および実
装高さが小さくなる。また、小型であって不活性液体４
２の充填量は少なくてよいから、二重ダイアフラム方式
を採用しているにもかかわらず比較的軽量であり、かつ
不活性液体４２の熱膨張による内部圧力の変化が少なく
なっている。さらに、回路基板３０ないしは回路パター
ン３２とセンサチップ２０とは熱膨張率が異なっている
が、回路パターン３２とセンサチップ２０とはバンプ２
９を介して接合されており、回路パターン３２とバンプ
２９、センサチップ２０とバンプ２９のそれぞれの接触
面の直径は５０〜２００μｍ程度と非常に小さいから、
熱膨張率の違いによる歪が伝達されにくく、この点でも
センサチップ２０に対する周囲温度の影響が小さくなっ
ている。

【００３９】（実施形態２）実施形態１では、周辺回路
を構成する電子部品を実装した回路基板３０にフェイス
ダウンボンディングによって圧力センサを実装している
から、電子部品と圧力センサとの距離が比較的近くな
り、電路が短くなってノイズを低減することができると
ともに、電子部品と圧力センサとの温度差が小さくなっ
て温度補償が容易になる。本実施形態は、電子部品と圧
力センサとの温度差を実施形態１よりもさらに低減した
ものであって、図２に示すように、周辺回路を構成する
電子部品２をセンサ本体１とともにケース４０に収納し
てあり、かつケース４０と回路基板３０とに囲まれた空
間に不活性液体４２を充填してある。また、ケース４０
の一部にはダイアフラム４１を設け、ダイアフラム４１
に作用した圧力が不活性液体４２を介してセンサ本体１
のダイアフラム２４に伝達されるようにしてある。つま
り、本実施形態も二重ダイアフラム方式を採用してい
る。

【００４０】この構成では、周辺回路を構成する電子部
品２とセンサ本体１とが一つのケース４０に収納され、
かつそのケース４０には不活性液体４２が充填されてい
るから、不活性液体４２を介して空気中よりも迅速に熱
が伝導され、結果的に電子部品２とセンサ本体１との温
度差が小さくなる。他の構成および動作は実施形態１と
同様である。

【００４１】（実施形態３）本実施形態は、センサチッ
プ２０と台座２５との全体を不活性液体４２に浸漬する
のではなく、図３に示すように、センサチップ２０にお
いて歪ゲージ２２とバンプ２９の周辺部位のみを不活性
液体４２に浸漬することにより、電路部分の腐食を防止
したものである。

【００４２】基本的な構成は実施形態１と同様であり、
センサチップ２０に台座２５を接合することによりセン
サチップ２０と台座２５との間に圧力基準室２７を形成
し、センサチップ２０の下面側に配線パターン（図示せ
ず）を形成するともに、配線パターンにバンプ２９を突
設してある。このバンプ２９は回路基板３０の回路パタ
ーン３２にフェイスダウンボンディングにより接合され
る。ケース４０は両端が開放された筒状であって、セン
サチップ２０を回路基板３０に実装した状態での回路基
板３０からの高さがセンサチップ２０と同程度に設定さ
れている。また、ケース４０の上端部とセンサチップ２
０ないし台座２５との間はシール４５により封止されて
いる。シール４５にはシリコーン樹脂や低融点ガラスが
用いられる。また、ケース４０の周壁の一部にはダイア
フラム４１が形成され、このダイアフラム４１に作用す
る圧力をセンサチップ２０のダイアフラム２４に伝達す
るために、ケース４０と回路基板３０とシール４５とに
より囲まれた気密空間には不活性液体４２が充填され
る。つまり、本実施形態も二重ダイアフラム方式を採用
している。この不活性液体４２により、センサチップ２
０に形成された歪ゲージ２２、配線パターン２８、バン
プ２９が空気に触れなくなり、これらの酸化による腐食
を防止することができる。

【００４３】（実施形態４）実施形態１ではケース４０
を用いているが、図４に示すように、ケース４０に代え
てセンサチップ２０の周部と回路基板３０との間を気密
的に封止するシリコーンゴムのシール４６を設けてもよ
い。この場合に、検出すべき圧力を受けるダイアフラム
４１を設けるケース４０が存在しないから、回路基板３
０の一部に透孔３８を形成し、透孔３８を塞ぐ形でダイ
アフラム４１を設ける。不活性液体４２は、センサチッ
プ２０と回路基板３０とシール４６とに囲まれた気密空
間に充填され、透孔３８はこの気密空間に連通するよう
に形成されるから、ダイアフラム４１に作用した圧力
は、不活性液体４２を介してセンサチップ２０のダイア
フラム２４に伝達される。つまり、本実施形態の構成も
二重ダイアフラム方式になる。他の構成および動作は実
施形態１と同様であり、本実施形態においても実施形態
３と同様に不活性液体４２を必要最小限としながらもセ
ンサチップ２０の導電路の腐食を防止することができ
る。

【００４４】（実施形態５）本実施形態は、図５に示す
ように、センサチップ２０に形成されたダイアフラム２
４と台座２５との間の空間に圧力の検出対象となる流体
を導入し、回路基板３０とケース４０とに囲まれた空間
を圧力基準室２７とした構成を有する。すなわち、セン
サチップ２０は実施形態１と同様の構成を有し、耐熱ガ
ラスの台座２５に陽極接合法によって接合される。セン
サチップ２０にはバンプ２９が形成され、バンプ２９は
回路基板３０に形成された回路パターン３２に接合され
る。さらに、実施形態１と同様に有底筒状のケース４０
がセンサチップ２０および台座２５を覆う形で回路基板
３０に封着される。

【００４５】ところで、本実施形態ではセンサチップ２
０のダイアフラム２４と台座２５との間の空間に圧力の
検出対象となる流体を導入するために、台座２５には厚
み方向の表裏に貫通した圧力導入孔２６が超音波ドリル
等を用いて形成される。また、台座２５はケース４０の
内底面にシリコーン樹脂などを用いて圧力導入孔２６の
部位を除いて気密的に接着される。したがって、ケース
４０からセンサ本体１への外力の伝達が接着部によって
緩和されることになる。また、ケース４０の高さ寸法を
適宜に設定すれば、センサ本体１にケース４０を被嵌し
てケース４０を回路基板３０に固定することによってバ
ンプ２９を回路パターン３２に押し付けることができ、
結果的にバンプ２９の電気的接続の信頼性を高めること
ができる。ケース４０には、圧力導入孔２６に連通する
圧力導入孔１６の形成された導入筒１５が上面に突出す
る。図５では導入筒１５に接続したチューブ４３を通し
て圧力検出対象となる流体を導入している。

【００４６】ここに、台座２５がケース４０に気密的に
接着されているから、センサチップ２０および台座２５
と回路基板３０とケース４０とに囲まれた空間は圧力導
入孔１６，２６とは分離されるが、ケース４０の底壁
（図５の上壁）の一部に通気孔４４が形成されているこ
とによって、圧力基準室２７の内部はほぼ大気圧に保た
れる。ただし、通気孔４４を形成せずに気密を保つよう
にし、圧力基準室２７には空気、窒素、希ガス（主とし
てアルゴン）などの適宜の気体を所望圧力で封入しても
よい。

【００４７】回路基板３０には、厚膜セラミック、シリ
コンウェハ、ポリイミド樹脂・エポキシ樹脂・ポリフェ
ニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）・液晶ポリマ（ＬＣ
Ｐ）のような合成樹脂、ガラス、銅・コバール・アルミ
ニウムのような金属などを用いることができる。ただ
し、金属を回路基板３０に用いる場合には回路パターン
３２との間に絶縁が必要であるから、金属の表面にガラ
スエポキシなどを絶縁層として被着しておく。また、こ
れらの回路基板３０の基板材料はとくに限定する主旨で
はなく、一般に使用可能な材料を列挙しているだけであ
る。これらの基板材料は、以下に示す実施形態でも回路
基板３０に使用することができる。

【００４８】他の構成および効果は実施形態１と同様で
あり、センサチップ２０に設けたバンプ２９を回路基板
３０の回路パターン３２にフェイスダウンボンディング
によって接合しているから、リードフレームを用いてい
る従来構成に比較して小型で実装スペースが小さくなる
のである。（実施形態６）本実施形態では、図６に示すように、セ
ンサチップ２０のダイアフラム２４とセンサチップ２０
に接合された台座２５との間に圧力基準室２７を設けて
ある。つまり、センサチップ２０と台座２５とは実施形
態１と同様の構成になる。

【００４９】一方、センサチップ２０および台座２５を
収納する容器は、回路基板３０と回路基板３０の厚み方
向の両面に被着された一対の蓋板３３，３４とにより形
成される。すなわち、回路基板３０にはセンサチップ２
０と台座２５との合計の厚みよりも厚み寸法の大きいも
のを用いており、回路基板３０の一部には厚み方向に貫
設された収納孔３５が形成される。また、回路基板３０
の一面に回路パターン３２を形成する導電体は後述する
リード片１７を形成できる程度厚みを有する。上述した
蓋板３３，３４は、収納孔３５を塞ぐ形で回路基板３０
に対して接着剤により気密的に固着される。回路基板３
０のうち回路パターン３２が形成されていない一面に固
着される蓋板３３は平板状であって、回路パターン３２
が形成されている一面に固着される蓋板３４には、収納
孔３５にほぼ一致する開口を有する凹所３６が形成され
ている。回路基板３０への蓋板３３，３４の固着に際し
ては接着剤を用いているが、金属材料を用いる場合には
半田付けあるいは溶接を行なってもよい。とくに、蓋板
３３をコバールによって形成すれば台座２５との熱膨張
率の差が小さいから、回路基板３０の熱膨張による応力
が台座２５に作用しにくくなり、圧力の測定が高精度か
つ安定して行なえることになる。しかして、回路基板３
０は回路パターン３２の一部を収納孔３５の開口面に沿
って収納孔３５の内周側に突出させた形状に形成され、
回路パターン３２における突出部位はリード片１７とし
て機能する。つまり、リード片１７にはセンサチップ２
０に突設されたバンプ２９が収納孔３５の内側から接合
され、センサチップ２０に接合されている台座２５に対
して収納孔３５を塞ぐ蓋板３３が接着剤により固着され
る。この構造によって、バンプ２９に作用する機械的応
力がリード片１７の弾性により緩和されセンサ本体１に
ストレスが加わりにくくなる。また、台座２５の外周面
と収納孔３５の内周面との間には絶縁材料の応力緩和材
３７が充填される。応力緩和材３７にはシリコーン樹脂
などのゲル状材料を用いてあり、振動や衝撃などの外力
を応力緩和材３７によって低減することができる。もち
ろん、外力がほとんど作用しない環境で使用する場合に
は、応力緩和材３７は必ずしも設けなくてもよい。

【００５０】蓋板３３の固着後に凹所３６を収納孔３５
に合致させた形で蓋板３４を回路基板３０に気密的に固
着すれば、回路基板３０と蓋板３３，３４とによりセン
サチップ２０を収納するケースが形成されることにな
る。つまり、センサチップ２０および台座２５の機械的
保護がなされる。しかも、センサチップ２０と台座２５
とは回路基板３０の厚み寸法程度の範囲内に収納される
ことになり、実装スペースを大幅に小さくすることがで
きる。ここにおいて、蓋板３４には圧力導入孔１６が形
成され、圧力導入孔１６から導入された流体の圧力がセ
ンサチップ２０のダイアフラム２４に作用して圧力の検
出が可能になるのである。つまり、この構成の圧力セン
サは、回路基板３０を測定対象となる流体内に配置する
ことによって圧力の測定が可能となるものである。

【００５１】上記実施形態では、リード片１７が回路パ
ターン３２の一部を延長して形成されているが、別に設
けた導電性の小片（ビームリード）を収納孔３５の周囲
の回路パターン３２に接続したり、ポリイミドフィルム
に薄くメタライズしたもの（ＴＡＢフィルム）を回路パ
ターン３２に接続したりすることによってもリード片１
７を形成することができる。この場合には、回路パター
ン３２はリード片１７を形成することができるほどの厚
みは不要であり薄肉のものでよい。また、台座２５を蓋
板３３に接着剤によって接着しているが、台座２５を省
略し蓋板３３をガラス材料により形成することによっ
て、センサチップ２０を陽極接合法により台座２５に接
合してもよい。他の構成および効果は実施形態１と同様
である。

【００５２】（実施形態７）上記各実施形態ではセンサ
チップ２０を台座２５に接合するものであったが、本実
施形態では図７に示すように、センサチップ２０の内部
に空洞５１を形成することによって、空洞５１の上部を
ダイアフラム２４として機能させる構成を採用してい
る。

【００５３】さらに具体的に説明すると、ｎ形の単結晶
シリコンよりなる半導体基板２３の上面中央部を正方形
状に窒化して窒化シリコン膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）を形成し、
窒化シリコン膜の周囲の適所にエッチング孔５２を形成
し、エッチング孔５２からエッチング液を導入して異方
性エッチングを施すことにより、窒化シリコン膜の裏面
側に逆ピラミッド状の空洞５１を形成するのである。こ
の構造によって、空洞５１の上面側の窒化シリコン膜を
ダイアフラム２４として利用することが可能になる。空
洞５１が形成された後、エッチング液を洗浄し空洞５１
の排気を行なってプラズマＣＶＤによって膜を形成する
ことによりエッチング孔５２を封止する。つまり、空洞
５１は真空の圧力基準室２７を形成する。上述のように
して形成されたダイアフラム２４の上面には歪ゲージ２
２が形成され、また歪ゲージ２２はアルミニウムの薄膜
による配線パターン２８に接続される。

【００５４】ところで、回路基板３０の回路パターン３
２に接続されるバンプ２９はセンサチップ２０の下面側
に突設される。一方、上述のように配線パターン２８は
半導体基板２３の上面に形成されるから、配線パターン
２８とバンプ２９とを電気的に接続するために、本実施
形態では半導体基板２３の内部に導電路５３を形成して
いる。すなわち、導電路５３はｐ⁺形半導体により形成
されており、この導電路５３はサーモマイグレーション
法により形成される。すなわち、ｎ形である半導体基板
２３の上面にアルミニウムを蒸着しておき、半導体基板
２３を約１０００℃に加熱するとともに、半導体基板２
３の上面よりも下面が高温になるように５０℃／ｃｍ程
度の温度勾配を与える。このような方法で加熱すれば、
アルミニウムは溶融し半導体基板２３の中でシリコンを
溶解しながら下面側に進み、アルミニウムを含んだｐ⁺
形半導体が再結晶して導電路５３が形成されるのであ
る。半導体基板２３の裏面に表出したｐ⁺形半導体の表
面にはメタライジングを施して銅などの金属薄膜を形成
し、この金属薄膜の表面にバンプ２９を形成するのであ
る。

【００５５】バンプ２９を形成した後には、回路基板３
０の回路パターン３２にフェイスダウンボンディングに
よって接合する。すなわち、回路基板３０に他の部品と
ともに組み付け、リフロー等の方法で回路パターン３２
に接続する。この構成はベアチップの状態で回路基板３
０に実装されるから、実装スペースを非常に小さくする
ことができる。また、センサ本体１のうち回路基板３０
との対向面とは反対側の面（図中の上面）に配線パター
ン２８が露出するから、導電検査用のプローブなどを配
線パターン２８と回路パターン３２とに接触させること
によって、センサ本体１の回路パターン３２への接続状
態を容易に検査することができる。さらに、歪ゲージ２
２が上面に露出していることにより、レーザトリミング
などを施して動作特性を調整することも可能である。こ
のような検査の容易さや動作特性の調整の容易さは、以
下の実施形態においても実現される。他の構成および動
作は実施形態１と同様である。

【００５６】（実施形態８）本実施形態は、図８のよう
に、実施形態１などに示したセンサチップ２０と同様
に、中央部に薄肉のダイアフラム２４を形成したセンサ
チップ２０を用いている。ただし、台座２５は設けてお
らず、センサチップ２０の周部の厚肉部分に実施形態７
と同様の方法で形成された導電路５３を有している。す
なわち、ダイアフラム２４の上面には歪ゲージ２２を形
成し、センサチップ２０の上面にはアルミニウムによる
配線パターン２８を形成してある。また、バンプ２９は
センサチップ２０の厚肉部分の下面に形成してあり、配
線パターン２８とバンプ２９との間をｐ⁺形の導電路５
３で導通させるのである。

【００５７】上述のように形成されたベアチップ状の圧
力センサは、回路基板３０の回路パターン３２に対して
バンプ２９をフェイスダウンボンディング法によって接
合し他の部品とともに回路基板３０に実装される。ここ
で、バンプ２９の存在によって回路基板３０とセンサチ
ップ２０との間に隙間が形成されるから、この隙間には
合成樹脂の応力緩和材５４を充填する。たとえば液状の
シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などをディスペンサなど
を用いて上記隙間付近に塗布すれば、表面張力によって
上記隙間に浸透するから、その後に加熱硬化させれば弾
性を有した応力緩和材５４を形成することができる。ま
た、応力緩和材５４を形成する合成樹脂としては加熱硬
化するもののほか、光硬化型（紫外線硬化型、可視光硬
化型）の合成樹脂を用いることもできる。応力緩和材５
４はセンサチップ２０の全周に亙って形成され、センサ
チップ２０の下面側と回路基板３０との間には応力緩和
材５４により封止された気密な圧力基準室２７が形成さ
れる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

【００５８】（実施形態９）本実施形態では、図９に示
すように、実施形態１と同様にセンサチップ２０を台座
２５に接合してある。つまり、センサチップ２０と台座
２５との間に圧力基準室２７が形成されている。センサ
チップ２０には、実施形態８と同様に、中央部に薄肉の
ダイアフラム２４を形成し、周部の厚肉部分にｐ⁺形半
導体の導電路５３を形成してある。ここで、バンプ２９
は台座２５の下面に形成されるから、導電路５３とバン
プ２９との電気的接続を行なうために、台座２５の内部
にも導電路５５を形成する必要がある。そこで、台座２
５には貫通孔５６を形成し、貫通孔５６の内周面および
センサチップ２０の下面に露出している導電路５３の表
面にメタライゼーションを施すことによって導電路５５
を形成する。なお、台座２５に形成された貫通孔５６は
センサチップ２０に形成された導電路５３に位置合わせ
されるのはもちろんのことである。

【００５９】貫通孔５６は、放電加工ないしはレーザ加
工を施すことによって形成される。ここで採用する放電
加工は電解放電加工と称するものであって、センサチッ
プ２０を接合する前の台座２５に対して加工を施す。す
なわち、３５％程度の水酸化ナトリウム水溶液中に台座
２５を浸漬し、水溶液中に設けた白金電極と台座２５に
接触させた金属針との間に４０〜５０Ｖの直流電圧を印
加して放電させ、放電により生じる熱により台座２５を
エッチングするのである。また、レーザ加工に際して
は、炭酸ガスレーザのレーザ光（波長１０．６μｍ）が
シリコンを透過しガラスに吸収される性質を利用し、セ
ンサチップ２０を接合した状態での台座２５に対してレ
ーザ光を照射することによって、台座２５に選択的に貫
通孔５６を形成することができる。

【００６０】また、メタライゼーションは、クロム、
銅、金、アルミニウムなどを蒸着ないしスパッタリング
することであって、形成された金属の薄膜が導電路５５
として機能する。さらに、メタライゼーションによって
台座２５の下面に導電路５５に連続するランド５７を形
成し、このランド５７にバンプ２９を形成する。メタラ
イゼーションの際にアルミニウムを用いる場合には金や
導電性合成樹脂によってバンプ２９を形成し、他の金属
を用いる場合には上記材料以外に半田も用いることがで
きる。また、実施形態１で説明したように、アルミニウ
ムと半田との間に中間金属層を形成する構成を採用する
のであれば、導電路５５がアルミニウムであってもラン
ド５７を中間金属層として半田のバンプ２９を形成する
ことが可能である。他の構成は実施形態７と同様であっ
て、センサチップ２０を台座２５に接合したベアチップ
の状態で回路基板３０の回路パターン３２にバンプ２９
を接合するのである。また、ランド５７は不要であれば
形成しなくてもよい。

【００６１】（実施形態１０）本実施形態は、図１０に
示すように、実施形態８と同様の構成を有するが、セン
サチップ２０に形成した導電路５３として、ｐ⁺形の半
導体を用いるのではなく、実施形態９の台座２５に形成
した導電路５５と同様に、センサチップ２０に貫通孔５
６を形成し、貫通孔５６の内周面にメタライゼーション
を施すことによって導電路５３を形成しているものであ
る。また、導電路５３の上端は配線パターン２８に連続
し、導電路５３の下端はセンサチップ２０の下面に形成
された電極パッド５７に連続している。ここで、半導体
基板２３への導電路５３からの電流リークが生じないよ
うに、貫通孔５６の内周面は酸化されて酸化シリコンに
よる絶縁層が形成されており、酸化シリコン層の上に導
電路５３が形成される。したがって、上述したｐ⁺形半
導体を用いる場合に比較して電流リークが少なく、しか
も金属膜による導電路５３であるから電流容量が大きく
なる。その結果、電流リークによる誤差がすくなく圧力
の測定精度が高くなる。

【００６２】貫通孔５６の形成には、レーザ加工、収束
イオンビーム加工などが用いられる。レーザ加工では、
たとえばＹＡＧレーザのレーザ光（波長１．０６μｍ）
をセンサチップ２０に照射する。また、収束イオンビー
ム加工では、塩素ガス雰囲気で収束イオンビームを照射
する。収束イオンビームとしては、溶融状態のガリウム
をイオン源に用いている。

【００６３】メタライゼーションに用いる金属は、金、
タングステン、クロム、アルミニウムなどであって、蒸
着ないしスパッタリングにより上記金属の薄膜を形成
し、その薄膜を導電路５３として用いるのである。導電
路５３は、上述のように貫通孔５６の内周面にメタライ
ゼーションを施して形成するほか、貫通孔５６に導電性
合成樹脂や導電ペースト（銀ペーストなど）を充填する
ことによって形成してもよい。他の構成および動作は、
実施形態８と同様であって、回路基板３０の回路パター
ン３２にバンプ２９をフェイスダウンボンディングした
後に、回路基板３０とセンサチップ２０との隙間を全周
に亙って封止する応力緩和材５４を形成する。このよう
にして、回路基板３０とセンサチップ２０との間に気密
な圧力基準室２７が形成される。応力緩和材５４は実施
形態８と同様の合成樹脂を用いたり、低融点ガラスを用
いて形成される。

【００６４】なお、本実施形態にあってはバンプ２９を
形成せずに、電極パッド５７を半田（Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａ
ｕ−Ｓｉ系など）や導電ペースト（銀ペースト、ニッケ
ルペースト、銅ペーストなど）を用いて回路基板３０の
回路パターン３２に接合してもよい。（実施形態１１）実施形態８では、センサチップ２０と
回路基板３０との間の隙間に全周に亙って応力緩和材５
４を充填することによって、センサチップ２０と回路基
板３０との間に気密な圧力基準室２７を形成していた
が、本実施形態では、図１１に示すように、センサチッ
プ２０の下面側に平板状の蓋板６３を接合することによ
って、ダイアフラム２４と蓋板６３との間に圧力基準室
２７を形成している。蓋板６３は耐熱ガラスのようなガ
ラスにより形成され、蓋板６３の周部がセンサチップ２
０に対して陽極接合法によって接合される。バンプ２９
は実施形態８と同様にセンサチップ２０の下面に突設さ
れるから、センサチップ２０には導電路５３が形成され
る。また、蓋板６３をセンサチップ２０の下面に接合す
るから、バンプ２９の突出量は蓋板６３の厚みよりも大
きく設定される。この構成により、バンプ２９がつぶれ
たとしても、蓋板６３の厚み寸法よりも小さいなること
がなく、回路パターン３２との接触面積を小さい状態に
保つことができ、また一部のバンプ２９がつぶれすぎる
ことによるセンサ本体１の傾きも防止できる。

【００６５】なお、上記実施形態では、蓋板６３はバン
プ２９からずれた位置に形成されているが、蓋板６３の
一部がバンプ２９に重複するような位置関係とし、バン
プ２９の通過する透孔を蓋板６３に形成しておいてもよ
い。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明は、他の部位よりも薄肉
に形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイア
フラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一
面に突出する板状のセンサ本体と、基材の表面に薄肉の
導電材による回路パターンが形成され周辺回路を構成す
る電子部品とともにセンサ本体が表面実装される回路基
板とを備え、回路パターンにはセンサ本体の凸状電極の
配列に一致するように配置された電極パッドが形成さ
れ、電極パッドに対して凸状電極がフェイスダウンボン
ディグにより接合されたものであり、周辺回路を構成す
る電子部品とともに回路基板に表面実装することができ
るから、作業性、生産性が高くなるという利点がある。
また、凸状電極を回路基板に実装する際に、半田の表面
張力によってセンサ本体が電極パッドの位置に自動的に
位置決めされ、このことによっても実装作業が容易にな
るという効果がある。さらに、センサ本体を回路基板に
フェイスダウンボンディングによって実装しているか
ら、実装時の実装面積や回路基板からの突出寸法が小さ
く周辺回路を含む圧力センサ全体としての小型化が可能
になるという利点がある。さらに、周辺回路を構成する
電子部品とセンサ本体との距離が小さくなり雑音の影響
を受けにくいから感度を向上させることができ、また凸
状電極を用いて回路基板に実装していることにより回路
基板との接触面積が比較的小さく、しかも凸状電極があ
る程度変形可能であるから、センサ本体と回路基板との
熱膨張率の差による熱応力を緩和することができ、温度
特性に優れた半導体圧力センサを得ることができるとい
う利点がある。

【００６７】請求項２の発明は、半導体基板の厚み方向
の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底壁
をダイアフラムとするセンサチップと、上記凹所との間
に空間を形成するようにセンサチップの上記一面に気密
的に接合された台座とによりセンサ本体を構成している
から、センサチップと台座との間に空間を形成すること
によって、この空間を真空にすれば絶対圧を検出するこ
とができ、またこの空間に被測定圧力を導入してセンサ
本体の周囲圧力との相対圧を検出することが可能にな
る。

【００６８】請求項３の発明では、凸状電極はセンサチ
ップの他面に突設され、センサ本体のうちの少なくとも
歪ゲージおよび凸状電極を回路基板との間で囲むように
回路基板に固着されたケースを備え、ケースの周壁の一
部には圧力を受けて撓む第２のダイアフラムが設けら
れ、ケースと回路基板とに囲まれる空間には第２のダイ
アフラムで受けた圧力変化をセンサ本体のダイアフラム
に伝達するとともに歪ゲージおよび凸状電極を防食する
不活性液体が充填されているのであって、歪ゲージおよ
び凸状電極を不活性液体中に浸漬しているから、歪ゲー
ジや凸状電極が空気に触れることがなく腐食が防止され
て耐久性が向上するという効果がある。

【００６９】請求項４の発明では、回路基板との間でセ
ンサ本体を囲むように回路基板に固着されたケースを備
えるから、センサ本体の全周を収納するようなパッケー
ジが不要であって、パッケージコストを低減することが
できるという利点がある。請求項５の発明では、センサ
本体に設けた台座がケースの内周面に固着されているの
であり、ケースにセンサ本体が固着され、ケースは回路
基板に固着されているから、凸状電極のみによって回路
基板に接合している場合に比較するとセンサ本体の固定
強度を向上させることができるという利点がある。

【００７０】請求項６の発明では、センサチップは第１
導電形半導体により形成され、センサチップのうちダイ
アフラムの周部には高濃度の第２形半導体よりなる第１
の導電路が形成され、台座には第１導電路に対応する部
位に貫設された貫通孔の内周にメタライゼーションを施
すことによって第１の導電路に電気的に接続された第２
の導電路が形成され、センサチップに設けた歪ゲージと
台座の一面に突設された凸状電極とが第１導電路および
第２導電路を介して電気的に接続されているのであり、
センサ本体において歪ゲージを設けている面とは反対側
の面に凸状電極を設けているから、凸状電極からセンサ
本体への応力がダイアフラムに作用しにくく安定した精
度の高い圧力測定が可能になるという利点がある。ま
た、センサ本体における回路基板との対向面とは反対側
の面に歪ゲージが露出するから、歪ゲージ側に導電検査
用のプローブを接触させることでセンサ本体の実装後に
凸状電極と回路基板との接続状態を検査することがで
き、さらに歪ゲージをレーザ光でトリミングするなどす
ることによってセンサ本体の実装後に歪ゲージの特性を
調整することも可能になるという利点がある。

【００７１】請求項７の発明は、他の部位よりも薄肉に
形成され圧力を受けて撓むダイアフラムを有しダイアフ
ラム上の歪ゲージに電気的に接続された凸状電極が一面
に突出する板状のセンサ本体と、センサ本体よりも厚み
が大きい基材の表面に薄肉の導電材による回路パターン
が形成され周辺回路を構成する電子部品が実装される回
路基板と、回路基板の厚み方向に貫設した収納孔に収納
されるセンサ本体を一面に固着した形で収納孔の一方の
開口面を閉塞するように回路基板に固着された第１の蓋
板と、収納孔の他方の開口面を閉塞するように回路基板
に固着された第２の蓋板とからなり、回路パターンの一
部は収納孔の開口内に延長されるとともにセンサ本体の
凸状電極の配列に一致するように配置されたリード片を
形成し、リード片に対して凸状電極が収納孔の内側から
接合されているものであり、センサ本体を回路基板の厚
み寸法内に実装しているから、センサ本体の実装スペー
スを大幅に小さくすることができるという利点がある。
また、リード片は収納孔の内側に突設されているから、
リード片の弾性によって凸状電極に作用する応力を緩和
することができ、さらに蓋板によって収納孔を覆ってい
ることにより、必要に応じて蓋板に回路部品を実装する
ことも可能であって周辺回路を含む実装効率が高くなる
という利点がある。

【００７２】請求項８の発明では、収納孔の内周面とセ
ンサ本体の外周面との間に形成される隙間の少なくとも
一部にゲル状の応力緩和材が充填されているから、セン
サ本体への振動や衝撃を緩和することができるという利
点がある。請求項９の発明では、半導体基板の内部に空
洞を設けることにより空洞の周壁の一部にダイアフラム
を形成したセンサチップをセンサ本体としているから、
センサチップに台座を接合する必要がなく、材料コスト
を低減することができるという利点がある。

【００７３】請求項１０の発明では、半導体基板の厚み
方向の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の
底壁をダイアフラムとするセンサチップをセンサ本体と
し、センサチップのうちダイアフラムの周部にはセンサ
本体の厚み方向に貫通する導電路が形成され、センサチ
ップの上記一面には導電路を介して歪ゲージと電気的に
接続された凸状電極が突設され、センサチップの周部と
回路基板との間には凹所と回路基板との間の空間を気密
的に封止するとともに凸状電極の応力を緩和する応力緩
和材が充填されているのであって、請求項６の発明と同
様の効果を奏するとともに、センサチップの周部と回路
基板との間に応力緩和材を充填することによって凹所と
回路基板との間に気密空間を形成していることにより、
センサチップに台座を接合する必要がなく、材料コスト
を低減することができるという利点がある。しかも、応
力緩和材は凸状電極を支持することでセンサチップの回
路基板への固定強度を高め、かつセンサチップに作用す
る応力を緩和することによって安定した精度のよい圧力
測定を可能にするという利点がある。

【００７４】請求項１１の発明では、半導体基板の厚み
方向の一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の
底壁をダイアフラムとするセンサチップをセンサ本体と
し、センサチップのうちダイアフラムを囲む周部にはセ
ンサ本体の厚み方向に貫通する導電路が形成され、セン
サチップの上記一面には導電路を介して歪ゲージと電気
的に接続された凸状電極が突設され、センサチップには
凸状電極のセンサチップからの突出寸法よりも厚み寸法
が小さくかつ凹所を気密的に封止する蓋板が固着されて
いるのであって、請求項６と同様の効果を奏するととも
に、凸状電極の突出寸法内で蓋板を設けていることによ
り台座を設ける場合に比較すればセンサ本体の厚み寸法
を小さくすることができるという利点がある。また、凸
状電極が実装時に変形しても凸状電極のセンサ本体から
の突出寸法は蓋板の厚み寸法よりも小さくなることはな
いから、凸状電極を回路基板との接触面積が小さい状態
に保つことができ、凸状電極による応力緩和の効果を維
持することができるという利点がある。

【００７５】請求項１２の発明では、センサチップが第
１導電形半導体により形成され、導電路は高濃度の第２
導電形半導体により形成されているのであり、導電路を
半導体の製造プロセスによって形成することができるか
ら製造が容易になるという利点がある。請求項１３の発
明では、導電路はセンサチップを形成する半導体基板に
貫設した貫通孔の内周面に絶縁層を介してメタライゼー
ションを施すことにより形成されているのであり、絶縁
層によって電流リークを低減することができ、しかもメ
タライゼーションした金属によって導電路の導電性を高
くすることができるという利点があり、結果的に、圧力
測定の感度が高まるとともに測定精度が向上することに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す断面図である。

【図２】実施形態２を示す断面図である。

【図３】実施形態３を示す断面図である。

【図４】実施形態４を示す断面図である。

【図５】実施形態５を示す断面図である。

【図６】実施形態６を示す断面図である。

【図７】実施形態７を示す断面図である。

【図８】実施形態８を示す断面図である。

【図９】実施形態９を示す断面図である。

【図１０】実施形態１０を示す断面図である。

【図１１】実施形態１１を示す断面図である。

【図１２】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１センサ本体２電子部品１７リード片２０センサチップ２２歪ゲージ２４ダイアフラム２５台座２９バンプ３０回路基板３２回路パターン３３蓋板３４蓋板３５収納孔３７応力緩和材４０ケース４１ダイアフラム４２不活性液体５１空洞５３導電路５４応力緩和材５５導電路５６貫通孔６３蓋板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高見茂成大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者酒井孝昌大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
に電気的に接続された凸状電極が一面に突出する板状の
センサ本体と、基材の表面に薄肉の導電材による回路パ
ターンが形成され周辺回路を構成する電子部品とともに
センサ本体が表面実装される回路基板とを備え、回路パ
ターンにはセンサ本体の凸状電極の配列に一致するよう
に配置された電極パッドが形成され、電極パッドに対し
て凸状電極がフェイスダウンボンディグにより接合され
て成ることを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項２】センサ本体は、半導体基板の厚み方向の
一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底壁を
ダイアフラムとするセンサチップと、上記凹所との間に
空間を形成するようにセンサチップの上記一面に気密的
に接合された台座とからなる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】凸状電極はセンサチップの他面に突設さ
れ、センサ本体のうちの少なくとも歪ゲージおよび凸状
電極を回路基板との間で囲むように回路基板に固着され
たケースを備え、ケースの周壁の一部には圧力を受けて
撓む第２のダイアフラムが設けられ、ケースと回路基板
とに囲まれる空間には第２のダイアフラムで受けた圧力
変化をセンサ本体のダイアフラムに伝達するとともに歪
ゲージおよび凸状電極を防食する不活性液体が充填され
ていることを特徴とする請求項２記載の半導体圧力セン
サ。
【請求項４】回路基板との間でセンサ本体を囲むよう
に回路基板に固着されたケースを備えることを特徴とす
る請求項２記載の半導体圧力センサ。
【請求項５】センサ本体に設けた台座がケースの内周
面に固着されていることを特徴とする請求項４記載の半
導体圧力センサ。
【請求項６】センサチップは第１導電形半導体により
形成され、センサチップのうちダイアフラムの周部には
高濃度の第２形半導体よりなる第１の導電路が形成さ
れ、台座には第１導電路に対応する部位に貫設された貫
通孔の内周にメタライゼーションを施すことによって第
１の導電路に電気的に接続された第２の導電路が形成さ
れ、センサチップに設けた歪ゲージと台座の一面に突設
された凸状電極とが第１導電路および第２導電路を介し
て電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記
載の半導体圧力センサ。
【請求項７】他の部位よりも薄肉に形成され圧力を受
けて撓むダイアフラムを有しダイアフラム上の歪ゲージ
に電気的に接続された凸状電極が一面に突出する板状の
センサ本体と、センサ本体よりも厚みが大きい基材の表
面に薄肉の導電材による回路パターンが形成され周辺回
路を構成する電子部品が実装される回路基板と、回路基
板の厚み方向に貫設した収納孔に収納されるセンサ本体
を一面に固着した形で収納孔の一方の開口面を閉塞する
ように回路基板に固着された第１の蓋板と、収納孔の他
方の開口面を閉塞するように回路基板に固着された第２
の蓋板とからなり、回路パターンの一部は収納孔の開口
内に延長されるとともにセンサ本体の凸状電極の配列に
一致するように配置されたリード片を形成し、リード片
に対して凸状電極が収納孔の内側から接合されているこ
とを特徴とする半導体圧力センサ。
【請求項８】収納孔の内周面とセンサ本体の外周面と
の間に形成される隙間の少なくとも一部にゲル状の応力
緩和材が充填されていることを特徴とする請求項７記載
の半導体圧力センサ。
【請求項９】センサ本体は半導体基板の内部に空洞を
設けることにより空洞の周壁の一部にダイアフラムを形
成したセンサチップである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１０】センサ本体は半導体基板の厚み方向の
一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底壁を
ダイアフラムとするセンサチップであって、センサチッ
プのうちダイアフラムの周部にはセンサ本体の厚み方向
に貫通する導電路が形成され、センサチップの上記一面
には導電路を介して歪ゲージと電気的に接続された凸状
電極が突設され、センサチップの周部と回路基板との間
には凹所と回路基板との間の空間を気密的に封止すると
ともに凸状電極の応力を緩和する応力緩和材が充填され
ている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１１】センサ本体は半導体基板の厚み方向の
一面の中央部に凹所が開口することにより凹所の底壁を
ダイアフラムとするセンサチップであって、センサチッ
プのうちダイアフラムを囲む周部にはセンサ本体の厚み
方向に貫通する導電路が形成され、センサチップの上記
一面には導電路を介して歪ゲージと電気的に接続された
凸状電極が突設され、センサチップには凸状電極のセン
サチップからの突出寸法よりも厚み寸法が小さくかつ凹
所を気密的に封止する蓋板が固着されて成ることを特徴
とする請求項１記載の半導体圧力センサ。
【請求項１２】センサチップが第１導電形半導体によ
り形成され、導電路は高濃度の第２導電形半導体により
形成されていることを特徴とする請求項１０または請求
項１１記載の半導体圧力センサ。
【請求項１３】導電路はセンサチップを形成する半導
体基板に貫設した貫通孔の内周面に絶縁層を介してメタ
ライゼーションを施すことにより形成されていることを
特徴とする請求項１０または請求項１１記載の半導体圧
力センサ。