JPH09126920A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JPH09126920A JPH09126920A JP27943295A JP27943295A JPH09126920A JP H09126920 A JPH09126920 A JP H09126920A JP 27943295 A JP27943295 A JP 27943295A JP 27943295 A JP27943295 A JP 27943295A JP H09126920 A JPH09126920 A JP H09126920A
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- sensor chip
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/1515—Shape
- H01L2924/15151—Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
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
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(Si3 N4 )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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (13)
- 【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。
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