DE19830805A1 - Semiconductor pressure measuring sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiter- Druckmeßfühler.The present invention relates to a semiconductor Pressure sensor.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 200 nach dem Stand der Technik. Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 ist ein sogenannter Piezowiderstand-Druckmeßfühler mit einer in seiner Rückseite eingelassenen druckempfindlichen Oberfläche. Auf dieser druckempfindlichen Oberfläche ist ein Widerstand angeordnet, der mit einer Wheatston'schen-Brücke verbunden ist. Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 hat einen Stromversorgungskontakt, einen Erdungskontakt, und zwei Output-Kontakte. Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 wandelt Belastung (Druck), der auf die druckempfindliche Oberfläche wirkt, in ein bestimmtes Signal um, und gibt das resultierende Signal an den Leiter 202 ab. Der Leiter 202 ist mit einer externen Leitung 203 verbunden. Ein anderer Leiter 205 ist mit dem Stromversorgungskontakt des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 201 verbunden, und mit einer anderen externen Leitung 206. Beide externen Leitungen 203 und 206 verlaufen durch einen abgedichteten Sockel 204 nach außen. Die Leiter und externen Leitungen, die mit dem Erdungskontakt und den anderen Kontakten des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 201 verbunden sind, sind aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt, und in der nachfolgenden Beschreibung weggelassen. Fig. 10 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 200 according to the prior art. The semiconductor pressure sensor chip 201 is a so-called piezoresistive pressure sensor with a pressure-sensitive surface embedded in its rear side. A resistor, which is connected to a Wheatston bridge, is arranged on this pressure-sensitive surface. The semiconductor pressure sensor chip 201 has a power supply contact, a ground contact, and two output contacts. The semiconductor pressure sensor chip 201 converts stress (pressure) acting on the pressure sensitive surface into a specific signal and outputs the resulting signal to the conductor 202 . The conductor 202 is connected to an external line 203 . Another conductor 205 is connected to the power supply contact of the semiconductor pressure sensor chip 201 and to another external line 206. Both external lines 203 and 206 run through a sealed base 204 to the outside. The conductors and external leads that are connected to the ground contact and the other contacts of the semiconductor pressure sensor chip 201 are not shown for the sake of simplicity and are omitted in the following description.
Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 ist an seiner Rückseite an einen Si-Sockel 207 gebunden, der ein Luftloch zur druckempfindlichen Oberfläche aufweist, und bildet eine luftdichte Verbindung, z. B. durch Plättchenbonden, aus. Der Si-Sockel 207 fungiert als Puffermaterial für zwischen dem Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 und dem Bauelement auftretenden mechanischen Spannungen. Der Si-Sockel 207 ist an den vakuumdichten Sockel 204 gebunden, der eine Öffnung an einer Position aufweist, die dem Luftloch entspricht, um eine luftdichte Verbindung auszubilden. Ein äußeres Druckeinlaßrohr 208 zum Führen eines bestimmten Druckmediums zur druckempfindlichen Oberfläche des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 201 ist mit der Öffnung des abgedichteten Sockels 204 verbunden. Der abgedichtete Sockel 204 ist an eine Kappe 209 geschweißt, unter Ausbildung einer Vakuumkammer 210 innerhalb des Bauelements. Der Druck innerhalb dieser Vakuumkammer 210 wirkt als Bezugsdruck für den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201. The semiconductor pressure sensor chip 201 is bonded on its rear side to a Si base 207 , which has an air hole to the pressure-sensitive surface, and forms an airtight connection, for. B. by platelet bonding. The Si base 207 acts as a buffer material for mechanical stresses occurring between the semiconductor pressure sensor chip 201 and the component. Si socket 207 is bonded to vacuum-tight socket 204 , which has an opening at a position corresponding to the air hole to form an airtight connection. An outer pressure inlet tube 208 for guiding a particular pressure medium to the pressure sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 201 is connected to the opening of the sealed base 204 . The sealed base 204 is welded to a cap 209 to form a vacuum chamber 210 within the device. The pressure within this vacuum chamber 210 acts as a reference pressure for the semiconductor pressure sensor chip 201.
Zur Anordnung des Si-Sockels 207, einer Vielzahl externer Leitungen 203 und 206, und anderer Komponenten ist auf dem vakuumdichten Sockel 204 ein ausreichender Raum erforderlich, und die Kappe 209 muß dazu ausreichen, um die Vielzahl der externen Leitungen 203 und 206, den Si-Sockel 207, der luftdicht an den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 gebunden ist, und andere Komponenten zu umfassen. Diese Größen- und Kapazitätserfordernisse des vakuumdichten Sockels 204 und der Kappe 209 verhindern eine weitere Verringerung der Größe des Halbleiter-Druckmeßfühlers 200. Sufficient space is required to place the Si base 207 , a plurality of external leads 203 and 206 , and other components on the vacuum-tight base 204 , and the cap 209 must be sufficient to accommodate the plurality of external leads 203 and 206 , the Si Socket 207 , airtightly bonded to the semiconductor pressure sensor chip 201 , and other components. These size and capacity requirements of the vacuum tight base 204 and cap 209 prevent further reduction in the size of the semiconductor pressure sensor 200.
In einem wie vorstehend beschriebenen Halbleiter- Druckmeßfühler 200 sind außerdem luftdichte Verbindungen zwischen dem Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 und dem Si-Sockel 207, zwischen dem Si-Sockel 207 und dem vakuumdichten Sockel 204, zwischen der Kappe 209 und dem vakuumdichten Sockel 204, und zwischen dem vakuumdichten Sockel 204 und der Vielzahl der externen Leitungen 203 und 206 vorhanden. Um die Zuverlässigkeit dieser luftdichten Verbindungen sicherzustellen, wird für den vakuumdichten Sockel 204 und die Kappe 209 Metall verwendet und es ist eine komplizierte Verfahrenstechnologie erforderlich, weshalb die Kosten sind entsprechend hoch sind.In a semiconductor pressure sensor 200 as described above, there are also airtight connections between the semiconductor pressure sensor chip 201 and the Si base 207 , between the Si base 207 and the vacuum-tight base 204 , between the cap 209 and the vacuum-tight base 204 , and between the vacuum-tight base 204 and the plurality of external lines 203 and 206 . In order to ensure the reliability of these airtight connections, metal is used for the vacuum-tight base 204 and the cap 209 and a complicated process technology is required, and the costs are therefore correspondingly high.
Diese Art von Halbleiter-Druckmeßfühler 200 wird oft in Kombination mit einem anwendungsspezifischen IC (ASIC)- Element verwendet, das Funktionen zur Verstärkung und Temperaturkompensation des elektrischen Signaloutputs von der externen Leitung 203 aufweist. Solche ASIC-Elemente nehmen typischerweise eine große Fläche ein.This type of semiconductor pressure sensor 200 is often used in combination with an application specific IC (ASIC) element that has functions for amplifying and temperature compensating the electrical signal output from the external line 203 . Such ASIC elements typically take up a large area.
Unter Berücksichtigung dieser Probleme wurde ein Halbleiter- Druckmeßfühler vorgeschlagen, in dem eine Vakuumkammer ausgebildet wird durch Verbinden einer Glas- oder Siliconkappe mit einer Aussparung für die Ausbildung der Vakuumkammer zusammen mit einer Oberfläche des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 201 durch Verfahren, wie z. B. anodisches Verbinden, oder Verwendung eines Glases mit einem niedrigen Schmelzpunkt (siehe die Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 59-217126 und die Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 3-293532).In view of these problems, a semiconductor pressure sensor has been proposed in which a vacuum chamber is formed by connecting a glass or silicone cap with a recess for forming the vacuum chamber together with a surface of the semiconductor pressure sensor chip 201 by methods such as. Anodic bonding, or using a glass having a low melting point (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-217126 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-293532).
Mit dem in den beiden vorstehend genannten Publikationen beschriebenen Verfahren wird die Notwendigkeit der Ausbildung einer luftdichten Verbindung zwischen dem vakuumdichten Sockel 204 und der Kappe 209 durch Schweißen vermieden, und deshalb können andere Materialien als Metall verwendet werden. Dadurch können die Kosten verringert werden. Abhängig von den beabsichtigten Verwendungsbedingungen ist es auch nicht erforderlich, den vakuumdichten Sockel 204 mit einer Kappe 209 zu umschließen, und deshalb kann ein kleinerer Halbleiter-Druckmeßfühler erreicht werden.The method described in the two publications mentioned above eliminates the need for an airtight connection between the vacuum-tight base 204 and the cap 209 by welding, and therefore materials other than metal can be used. This can reduce costs. Depending on the intended conditions of use, it is also not necessary to enclose the vacuum-tight base 204 with a cap 209 , and therefore a smaller semiconductor pressure sensor can be achieved.
Es ist aber immer noch erforderlich, in einem wie vorstehend vorgeschlagenen Halbleiter-Druckmeßfühler ein getrenntes ASIC-Element zur Output-Signalverstärkung und Temperaturkompensation zu verwenden, und der erforderliche Raum bei Verwendung eines solchen ASIC-Elementes ist immer noch groß.However, it is still required in one as above proposed semiconductor pressure sensor a separate ASIC element for output signal amplification and Use temperature compensation and the required There is always space when using such an ASIC element still big.
Eine Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen kleinen Halbleiter-Druckmeßfühler mit niedrigen Kosten bereitzustellen.It is an object of the present invention therefore, using a small semiconductor pressure sensor to provide low cost.
Um diese Aufgabenstellung zu erreichen, wird erfindungsgemäß
ein Halbleiter-Druckmeßfühler bereitgestellt, der umfaßt:
einen Halbleiter-Druckmeßfühlerchip, von dem die untere
Oberfläche eine druckempfindliche Oberfläche ist, und die
Oberseite sich innerhalb einer Vakuumkammer befindet, die
ausgebildet ist durch Verbinden einer Glaskappe mit einer
Aussparung an diesen Halbleiter-Druckmeßfühlerchip; und einen
mit dieser Kappe verbundenen IC-Chip zur Verarbeitung eines
Signaloutputs vom Halbleiter-Druckmeßfühlerchip.In order to achieve this task, a semiconductor pressure sensor is provided according to the invention, which comprises:
a semiconductor pressure sensor chip, the bottom surface of which is a pressure sensitive surface and the top is inside a vacuum chamber formed by connecting a glass cap to a recess on this semiconductor pressure sensor chip; and an IC chip connected to this cap for processing a signal output from the semiconductor pressure sensor chip.
Gegenstand der Erfindung ist ein Halbleiter-Druckmeßfühler nach Anspruch 1.The invention relates to a semiconductor pressure sensor according to claim 1.
Zweckmäßige Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.Appropriate configurations thereof are the subject of Claims 2 to 4.
Vorzugsweise umfaßt der Halbleiter-Druckmeßfühler außerdem eine Öffnung zum Zuführen eines äußeren Druckes an die druckempfindliche Oberfläche des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips, und verwendet ein Harz zur Abdichtung des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips, der Kappe und des IC-Chips.Preferably, the semiconductor pressure sensor also includes an opening for supplying an external pressure to the pressure sensitive surface of the semiconductor Pressure sensor chips, and uses a resin for sealing of the semiconductor pressure sensor chip, the cap and the IC chips.
In diesem Fall kann das Harz außerdem einen Hohlraum umfassen, in dem ein Halbleiter-Druckmeßfühlerchip und eine Kappe in einem ausreichenden Raum untergebracht sind, um eine darauf ausgeübte externe Belastung zu vermeiden.In this case, the resin may also have a cavity include in which a semiconductor pressure sensor chip and a Are housed in a sufficient space to hold a cap to avoid external stress exerted on it.
Zur Verbindung einer oder mehrerer Kontakte des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips und des IC-Chips an eine oder mehrere Leitungen des Leiterrahmens kann außerdem ein Leiterrahmen vorgesehen sein.For connecting one or more contacts of the semiconductor Pressure sensor chips and the IC chip to one or more Lines of the lead frame can also be a lead frame be provided.
Andere Aufgabenstellungen und erfindungsgemäß erzielte Eigenschaften zusammen mit einem vollständigeren Verständnis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen.Other tasks and achieved according to the invention Features along with a more complete understanding the invention result from the following description and the claims in connection with the attached Drawings.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 1 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a first embodiment of the invention.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 2 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a second embodiment of the invention.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 3 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a third embodiment of the invention.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 4 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a fourth embodiment of the invention.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 5 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a fifth embodiment of the invention.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 6 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a sixth embodiment of the invention.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer siebten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 7 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a seventh embodiment of the invention.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer achten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 8 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to an eighth embodiment of the invention.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach einer neunten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 9 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor according to a ninth embodiment of the invention.
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers nach dem Stand der Technik. Figure 10 is a graphical representation of a prior art semiconductor pressure sensor.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beschrieben.The preferred embodiments of the Invention with reference to the accompanying figures described.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 100 nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 100 umfaßt eine Glaskappe 3 mit einer Aussparung zur Ausbildung einer Vakuumkammer, die an einen Halbleiter-Druckmeßfühlerchip unter Verwendung eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt gebunden ist, wodurch im Inneren eine Vakuumkammer 2 ausgebildet wird. Ein ASIC (Applikations-spezifisches IC)- Element 4 zur Verarbeitung eines Output-Signals aus dem Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 ist an die Oberseite der Glaskappe 3 gebunden. Fig. 1 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 100 according to a first embodiment of the invention. This semiconductor pressure sensor 100 includes a glass cap 3 having a recess for forming a vacuum chamber, which is bonded to a semiconductor pressure sensor chip using a low melting point glass, thereby forming a vacuum chamber 2 inside. An ASIC (application-specific IC) element 4 for processing an output signal from the semiconductor pressure sensor chip 1 is bound to the top of the glass cap 3 .
Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 ist ein sogenannter Piezowiderstand-Druckmeßfühler mit einer druckempfindlichen Oberfläche, die in seiner Rückseite ausgespart ist. Auf dieser druckempfindlichen Oberfläche sind Widerstände vorgesehen, die mit einer Wheatston'schen-Brücke verbunden sind. Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 weist einen Stromversorgungskontakt, einen Erdungskontakt und zwei Output-Kontakte auf. Der Druck innerhalb der Vakuumkammer 2 wirkt als Bezugsdruck für den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1. The semiconductor pressure sensor chip 1 is a so-called piezoresistive pressure sensor with a pressure-sensitive surface which is recessed in the back. Resistors are provided on this pressure-sensitive surface, which are connected by a Wheatston bridge. The semiconductor pressure sensor chip 1 has a power supply contact, a ground contact and two output contacts. The pressure within the vacuum chamber 2 acts as a reference pressure for the semiconductor pressure sensor chip 1.
Wenn Belastung (Druck) an die druckempfindliche Oberfläche angelegt wird, verändert sich der Widerstand des Widerstandes der Wheatston'schen-Brücke aufgrund des Piezowiderstand- Effektes des Halbleiters. Der Halbleiter-Druckmeßfühler 100 bestimmt diese Veränderung des Widerstands, indem er einen Strom oder eine Spannung, die durch die Wheatston'schen- Brücke fließt, mißt, und ein bestimmtes Signal ausgibt, das dem Druck entspricht, der an die druckempfindliche Oberfläche angelegt wurde.When stress is applied to the pressure sensitive surface, the resistance of the resistance of the Wheatston bridge changes due to the piezoresistance effect of the semiconductor. The semiconductor pressure sensor 100 determines this change in resistance by measuring a current or voltage flowing through the Wheatston bridge and outputting a particular signal that corresponds to the pressure applied to the pressure sensitive surface.
Der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 gibt das Signal, das dem an der druckempfindlichen Oberfläche empfangenen Druck entspricht, an einen Leiter 5 ab. Das ASIC-Element 4 bewirkt eine Verstärkung und Temperaturkompensation des Signaloutputs vom Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1. Die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 und dem ASIC-Element 4 wird durch Verbinden eines Aluminium (Al)-, Gold (Au)- oder anderen Leiter 5 und 6 an einen Signal-Output-Kontakt des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und einen Signal-Input-Kontakt des ASIC-Elements 4 bewerkstelligt, und Verbinden der Leiter 5 und 6. Wenn der Halbleiter-Druckmeßfühler zusammengebaut wird, können die Kontakte direkt mit den Leitungen verbunden werden, oder indirekt über einen externen Anschluß. The semiconductor pressure sensor chip 1 outputs the signal, which corresponds to the pressure received on the pressure-sensitive surface, to a conductor 5 . The ASIC element 4 effects an amplification and temperature compensation of the signal output from the semiconductor pressure sensor chip 1. The electrical connection between the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 is made by connecting an aluminum (Al), gold (Au) or other Conductors 5 and 6 to a signal output contact of the semiconductor pressure sensor chip 1 and a signal input contact of the ASIC element 4 , and connecting the conductors 5 and 6. When the semiconductor pressure sensor is assembled, the contacts can be made directly be connected to the lines, or indirectly via an external connection.
Die Leiter und externen Leitungen, die mit dem Erdungskontakt und anderen Kontakten des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips verbunden sind, sind der einfachheithalber nicht dargestellt, und werden in der nachfolgenden Beschreibung weggelassen.The conductors and external leads that are connected to the ground contact and other contacts of the semiconductor pressure sensor chip are not shown for the sake of simplicity, and are omitted in the description below.
Zunächst wird das Verfahren beschrieben, mit dem eine Glaskappe 3 an den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 unter Verwendung eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt gebunden wird.First, the method will be described by which a glass cap 3 is bonded to the semiconductor pressure sensor chip 1 using a glass with a low melting point.
Zuerst wird eine Glaskappe 3 mit einer Aussparung für die Ausbildung der Vakuumkammer an dem Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1 angebracht. Die Position der Glaskappe 3 wird vertikal und horizontal fixiert, um ein Verschieben der Position zu verhindern, das auftreten könnte, wenn das Glas mit niedrigem Schmelzpunkt erhitzt wird.First, a glass cap 3 with a recess for forming the vacuum chamber is attached to the semiconductor pressure sensor chip 1 . The position of the glass cap 3 is fixed vertically and horizontally to prevent shifting of the position that might occur when the low melting point glass is heated.
Nach Fixieren der Glaskappe 3 in ihrer Position wird der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 in einen Ofen gestellt, die Luft entfernt, um einen inneren Druck von ca. 10-5 Torr auszubilden, eine Belastung von ca. 1 psi wird von oben angelegt, und die Ofentemperatur wird dann auf die Siegeltemperatur des niedrigschmelzenden Glases erhöht.After fixing the glass cap 3 in place, the semiconductor pressure sensor chip 1 is placed in an oven, the air is removed to form an internal pressure of about 10 -5 Torr, a load of about 1 psi is applied from above, and the The furnace temperature is then increased to the sealing temperature of the low-melting glass.
Durch eine getrennte Durchführung des vorstehenden Verfahrens für jeden Chip werden die Herstellungskosten erhöht, und es wird deshalb unter Verwendung von Wafers durchgeführt.By performing the above procedure separately for each chip, the manufacturing cost is increased, and it is therefore carried out using wafers.
Nachfolgend werden einige Vorsichtsmaßnahmen, die im vorstehenden Verfahren-beachtet werden müssen, beschrieben. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der für die Ausbildung der Vakuumkammer verwendeten Glaskappe 3 liegt vorzugsweise im Bereich von 25 × 10-7 bis 35 × 10-7/°C, und damit nahe dem von Silicium (Si). Unter Berücksichtigung des Effektes einer Restspannung und von Temperaturkoeffizienten während des Verbindens auf die Temperaturcharakteristika des Chips ist die Dicke der Glaskappe 3 vorzugsweise gering, aber der Wafer tendiert dazu, sich leicht zu verformen, wenn er dünner wird. Mit anderen Worten beeinträchtigt eine Restspannung die Meßfühlercharakteristika, und ein sich verbindender Wafer verursacht während des Zusammenbaus Probleme. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren und der für die Ausbildung einer Vakuumkammer erforderlichen Festigkeit der Glaskappe 3 ist eine Glaskappe 3 einer Dicke von 0,5 mm bis 1,0 mm geeignet.Some precautions that must be followed in the above procedure are described below. The coefficient of thermal expansion of the glass cap 3 used for forming the vacuum chamber is preferably in the range from 25 × 10 -7 to 35 × 10 -7 / ° C., and thus close to that of silicon (Si). Considering the effect of residual stress and temperature coefficients during bonding on the temperature characteristics of the chip, the thickness of the glass cap 3 is preferably small, but the wafer tends to deform easily as it becomes thinner. In other words, residual voltage affects sensor characteristics and a bonding wafer causes problems during assembly. Taking these factors into account and the strength of the glass cap 3 required for the formation of a vacuum chamber, a glass cap 3 with a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm is suitable.
Probleme werden auch verursacht durch das wie vorstehend beschriebene Verformen und die Restspannung, wenn das für die Verbindung verwendete niedrigschmelzende Glas keinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der in der Nähe von dem von Si ist, und insbesondere nicht 90 × 10-7/°C oder geringer ist.Problems are also caused by the deformation and the residual stress as described above when the low-melting glass used for the connection does not have a coefficient of thermal expansion close to that of Si, and especially not 90 × 10 -7 / ° C or less is.
Das Verformen und die Restspannung sind auch abhängig von der Temperatur des Erhitzens. Je höher die Temperatur ist, um so höher ist die Tendenz für eine Restspannung und eine Verformung. Es ist deshalb bevorzugt, ein niedrigschmelzendes Glas zu verwenden, das einen Erweichungspunkt von 500°C oder geringer besitzt, um die Siegeltemperatur zu erniedrigen.The deformation and the residual stress are also dependent on the Heating temperature. The higher the temperature, the more the tendency for a residual tension and one is higher Deformation. It is therefore preferred to use a low melting point Use glass that has a softening point of 500 ° C or has less in order to lower the sealing temperature.
Als Material zur Ausbildung der Vakuumkammer wird, wenn die He-Permeabilität der für die Ausbildung der Vakuumkammer verwendeten Glaskappe 3 größer ist als die von Si, und eine hohe Luftdichtigkeit erforderlich ist, vorzugsweise Si verwendet. Die vorstehend angegebenen Vorsichtsmaßnahmen sind auch gültig, wenn Si als Material zur Ausbildung der Vakuumkammer verwendet wird.Si is preferably used as the material for forming the vacuum chamber when the He permeability of the glass cap 3 used for forming the vacuum chamber is greater than that of Si and a high airtightness is required. The above precautions also apply when Si is used as the material for forming the vacuum chamber.
In dem wie vorstehend beschriebenen Halbleiter-Druckmeßfühler 100 kann die Notwendigkeit, zur Ausbildung der Vakuumkammer einen vakuumdichten Sockel 204 und eine Kappe 209 aus Metall zu verwenden, so wie in dem in Fig. 10 dargestellten Halbleiter-Druckmeßfühler 200 gemäß dem Stand der Technik, vermieden werden, indem man eine Glaskappe 3 zur Ausbildung einer Vakuumkammer 3 direkt auf dem Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1 aufbringt. Dadurch läßt sich eine beträchtliche Verringerung der Meßfühlergröße erreichen.In the semiconductor pressure sensor 100 as described above, the need to use a vacuum-tight base 204 and a cap 209 made of metal to form the vacuum chamber, such as in the prior art semiconductor pressure sensor 200 shown in FIG. 10, can be avoided be by applying a glass cap 3 to form a vacuum chamber 3 directly on the semiconductor pressure sensor chip 1 . This allows a significant reduction in sensor size.
Durch Anbinden eines ASIC-Elementes 4 direkt an die Glaskappe 3 kann außerdem ein Einzelchip-Element erhalten werden, und die vom Halbleiter-Druckmeßfühler 100 auf der Schaltkreisplatte, auf die er montiert ist, eingenommene Fläche kann verringert werden.By attaching an ASIC element 4 directly to the glass cap 3 , a single chip element can also be obtained, and the area occupied by the semiconductor pressure sensor 100 on the circuit board on which it is mounted can be reduced.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 110 nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Gleiche Teile des in Fig. 1 dargestellten Halbleiter-Druckmeßfühlers 100 und des Halbleiter- Druckmeßfühlers 100 nach der zweiten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und ihre weitere Beschreibung ist nachfolgend weggelassen. Fig. 2 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 110 according to a second embodiment of the invention. The same parts of the shown in FIG. 1, the semiconductor pressure sensor 100 and the semiconductor pressure sensor 100 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and further description thereof is omitted below.
Der Halbleiter-Druckmeßfühler 110 nach dieser Ausführungsform wird erhalten, indem man unter Verwendung des in der obigen ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahrens eine Glaskappe 3 zur Ausbildung der Vakuumkammer an den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 201 des Halbleiter- Druckmeßfühlers 2 nach dem unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschriebenen Stand der Technik bindet, und dann das ASIC- Element 4 an die Glaskappe 3 bindet.The semiconductor pressure sensor 110 according to this embodiment is obtained by using a glass cap 3 for forming the vacuum chamber on the semiconductor pressure sensor chip 201 of the semiconductor pressure sensor 2 after that described with reference to FIG. 10 using the method described in the first embodiment above Prior art binds, and then binds the ASIC element 4 to the glass cap 3 .
Das ASIC-Element 4 bewirkt eine Verstärkung und Temperaturkompensation des Signal-Outputs vom Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1, und gibt das verarbeitete Signal an den Leiter 7 ab. Der Leiter 7 ist mit einem externen Leiter 9 verbunden. Ein anderer Leiter 12 ist mit einem Spannungsversorgungskontakt des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 1 verbunden. Dieser Leiter 12 ist mit der externen Leitung 13 verbunden. Die externen Leitungen 9 und 13 führen durch den Sockel 11 nach außen.The ASIC element 4 effects an amplification and temperature compensation of the signal output from the semiconductor pressure sensor chip 1 , and outputs the processed signal to the conductor 7 . The conductor 7 is connected to an external conductor 9 . Another conductor 12 is connected to a voltage supply contact of the semiconductor pressure sensor chip 1 . This conductor 12 is connected to the external line 13 . The external lines 9 and 13 lead through the base 11 to the outside.
Der Erdungskontakt und andere Kontakte des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips sind ebenfalls an andere externe Leitungen verbunden, die in der Figuren nicht dargestellt sind.The ground contact and other contacts of the semiconductor Pressure sensor chips are also connected to other external ones Connected lines, not shown in the figures are.
Die Rückseite des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 ist an einen Si-Sockel 8 gebunden, der ein Luftloch zur druckempfindlichen Oberfläche aufweist. Der Si-Sockel 8 fungiert als Puffermaterial für zwischen dem Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1 und dem Bauelement auftretende mechanische Spannungen. Der Si-Sockel 8 ist an einen Sockel 11 gebunden, der Öffnungen (nicht dargestellt) an Positionen aufweist, die den Luftlöchern (nicht dargestellt) im Si- Sockel 8 entsprechen. Äußere Druckeinleitungsrohre 10 zum Weiterleiten eines Druckes an die druckempfindliche Oberfläche des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 sind mit den Öffnungen des Sockels 11 verbunden. Der Sockel 11 ist an die Kappe 12 unter Ausbildung des Bauelementes verbunden.The back of the semiconductor pressure sensor chip 1 is bound to a Si base 8 , which has an air hole to the pressure-sensitive surface. The Si base 8 acts as a buffer material for mechanical stresses occurring between the semiconductor pressure sensor chip 1 and the component. The Si base 8 is bound to a base 11 which has openings (not shown) at positions which correspond to the air holes (not shown) in the Si base 8 . Outer pressure introduction tubes 10 for transmitting a pressure to the pressure-sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 1 are connected to the openings of the base 11 . The base 11 is connected to the cap 12 to form the component.
Wie in der Figur dargestellt, umfaßt der Halbleiter- Druckmeßfühler 110 gemäß dieser zweiten Ausführungsform einen Halbleiter-Druckmeßfühler 100 gemäß der ersten Ausführungsform mit einem Sockel 11 und einer Kappe 12, was ähnlich ist mit dem Halbleiter-Druckmeßfühler gemäß dem Stand der Technik. In dieser Ausführungsform wird jedoch die Vakuumkammer 2 bereits mittels der Glaskappe 3 ausgebildet, und es ist deshalb nicht notwendig, einen luftdichten Verbund mittels des Sockels 11 und der Kappe 12 auszubilden. In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 110 ist die Kappe 12 nur vorgesehen, um den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 zu schützen, und kann aus einem billigen nicht-metallischen Material bestehen. Die Kosten dieses Halbleiter- Druckmeßfühlers können deshalb im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden.As shown in the figure, the semiconductor pressure sensor 110 according to this second embodiment comprises a semiconductor pressure sensor 100 according to the first embodiment with a base 11 and a cap 12 , which is similar to the semiconductor pressure sensor according to the prior art. In this embodiment, however, the vacuum chamber 2 is already formed by means of the glass cap 3 , and it is therefore not necessary to form an airtight connection by means of the base 11 and the cap 12 . In this semiconductor pressure sensor 110 , the cap 12 is only provided to protect the semiconductor pressure sensor chip 1 and can be made of an inexpensive non-metallic material. The cost of this semiconductor pressure sensor can therefore be reduced compared to the prior art.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 120 nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Gleiche Teile der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Halbleiter-Druckmeßfühler 100 und 110 und des Halbleiter-Druckmeßfühlers 120 gemäß der dritten Ausführungsform werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre weitere Beschreibung ist nachfolgend weggelassen. Fig. 3 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 120 according to a third embodiment of the invention. Like parts of the semiconductor pressure sensors 100 and 110 shown in FIGS . 1 and 2 and the semiconductor pressure sensor 120 according to the third embodiment are given the same reference numerals, and their further description is omitted below.
Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 120 wird nicht, wie im Halbleiter-Druckmeßfühler 110 der zweiten Ausführungsform, durch Binden einer Kappe 12 an einen Sockel 11 erhalten, sondern durch Abdichten eines Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1, einer Glaskappe 3, eines ASIC-Elementes 4, eines Si-Sockels 8, externer Leitungen 9 und 13, und anderer Komponenten, die auf einem Sockel 11 angeordnet sind, unter Verwendung eines Harzes 14. Abgesehen davon ist jedoch dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 120 identisch mit dem Halbleiter- Druckmeßfühler 110 der zweiten Ausführungsform.This semiconductor pressure sensor 120 is not obtained, as in the semiconductor pressure sensor 110 of the second embodiment, by binding a cap 12 to a base 11 , but by sealing a semiconductor pressure sensor chip 1 , a glass cap 3 , an ASIC element 4 , an Si Socket 8 , external leads 9 and 13 , and other components arranged on a socket 11 using a resin 14. Apart from this, however, this semiconductor pressure sensor 120 is identical to the semiconductor pressure sensor 110 of the second embodiment.
Thermische Spannungen des Harzes 14 wirken direkt auf den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 im Halbleiter-Druckmeßfühler 120. Die elektrothermischen Charakteristika sind deshalb schlechter als die des Halbleiter-Druckmeßfühlers 110 der zweiten Ausführungsform, aber es können geringe Kosten erzielt werden.Thermal stresses of the resin 14 act directly on the semiconductor pressure sensor chip 1 in the semiconductor pressure sensor 120. The electrothermal characteristics are therefore poorer than those of the semiconductor pressure sensor 110 of the second embodiment, but a low cost can be achieved.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 130 nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Gleiche Teile des in Fig. 1 dargestellten Halbleiter-Druckmeßfühlers 100 und des Halbleiter- Druckmeßfühlers 130 nach der vierten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre weitere Beschreibung ist nachfolgend weggelassen. Fig. 4 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 130 according to a fourth embodiment of the invention. Like parts of the semiconductor pressure sensor 100 shown in Fig. 1 and the semiconductor pressure sensor 130 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and their further description is omitted below.
In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 130 sind ein Si-Sockel 8 mit einem Loch zum Durchtritt eines bestimmten Druckmediums und ein äußeres Druckeinleitungsrohr 16 an die druckempfindliche Oberfläche am Boden des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 1 im Halbleiter-Druckmeßfühler 100 gemäß der ersten Ausführungsform gebunden. Kontakte des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 1 und des ASIC-Elements 4 sind über Leiter mit den Leitungen eines Leiterrahmens verbunden, und die gesamte Anordnung wird dann durch ein Harz 17 umformt. Unter einer Vielzahl von Leitungen ist in Fig. 4 nur die vorderste Leitung 18 dargestellt.In this semiconductor pressure sensor 130, a Si-base 8 of the first embodiment are attached with a hole for the passage of a particular print medium, and an external pressure introduction pipe 16 to the pressure-sensitive surface at the bottom of the semiconductor Druckmeßfühlerchips 1 in the semiconductor pressure sensor 100 in accordance with. Contacts of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 are connected via conductors to the lines of a lead frame, and the entire arrangement is then molded by a resin 17 . Of a multitude of lines, only the foremost line 18 is shown in FIG. 4.
Der Si-Sockel 8 wird vorgesehen, um mechanische Spannungen am Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 abzubauen, und kann abhängig von der erforderlichen Meßgenauigkeit auch weggelassen werden.The Si base 8 is provided in order to reduce mechanical stresses on the semiconductor pressure sensor chip 1 , and can also be omitted depending on the required measurement accuracy.
Das äußere Druckeinleitungsrohr 16 kann aus irgendeinem Material bestehen, das dazu fähig ist, den Druckbedingungen der Vorrichtung zu widerstehen. Wenn z. B. der Druck hoch ist, oder wenn eine hohe Genauigkeit erforderlich ist, kann ein Metallrohr an den Si-Sockel 8 geschweißt werden, und wenn der Druck niedrig ist oder keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, kann ein Harzrohr mit dem Si-Sockel 8 verbunden werden.The outer pressure introduction tube 16 may be made of any material that is capable of withstanding the pressure conditions of the device. If e.g. For example, if the pressure is high, or if high accuracy is required, a metal tube may be welded to the Si base 8 , and if the pressure is low or high accuracy is not required, a resin tube may be connected to the Si base 8 will.
Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 130 weist auch eine Struktur auf, in der, wie in einem konventionellen Halbleiter-IC- Element, ein Leitungsrahmen verwendet wird, um die Leitungen extern zugänglich zu machen. Der Halbleiter-Druckmeßfühler 130 kann also auf einer Schaltkreisplatte auf die gleiche Weise wie ein konventionelles Halbleiter-IC-Element angebracht werden.This semiconductor pressure sensor 130 also has a structure in which, like in a conventional semiconductor IC element, a lead frame is used to make the leads externally accessible. The semiconductor pressure sensor 130 can thus be mounted on a circuit board in the same way as a conventional semiconductor IC element.
Unter Verwendung eines Leitungsrahmens wird es auch möglich, die Größe der externen Leitungen zu verringern, und damit auch im Vergleich zu den Halbleiter-Druckmeßfühlern 110 und 120 der zweiten und dritten Ausführungsformen auch die Größe und die Herstellungskosten des Meßfühlers.Using a lead frame also makes it possible to reduce the size of the external leads, and thus also the size and manufacturing cost of the probe compared to the semiconductor pressure sensors 110 and 120 of the second and third embodiments.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 140 nach einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 140 ist im wesentlichen ein Halbleiter-Druckmeßfühler 130 nach der vierten Ausführungsform, der für Messungen bei atmosphärischem Druck modifiziert ist. Fig. 5 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 140 according to a fifth embodiment of the invention. This semiconductor pressure sensor 140 is essentially a semiconductor pressure sensor 130 according to the fourth embodiment, which is modified for measurements at atmospheric pressure.
In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 140 ist eine Si-Sockel 8 mit einem Loch zur Durchführung eines bestimmten Druckmediums an die druckempfindliche Oberfläche an der Unterseite des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 in einem Halbleiter- Druckmeßfühler 100 gemäß der ersten Ausführungsform gebunden. Kontakte des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und des ASIC- Elements 4 sind über Leiter mit den Leitungen eines Leitungsrahmens verbunden und die gesamte Anordnung wird dann mit dem Harz 19 umformt, wobei zum Durchtritt des äußeren Druckes zur druckempfindlichen Oberfläche des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 1 eine Öffnung ausgebildet ist.In this semiconductor pressure sensor 140 , a Si base 8 having a hole for carrying a certain pressure medium is bonded to the pressure-sensitive surface on the underside of the semiconductor pressure sensor chip 1 in a semiconductor pressure sensor 100 according to the first embodiment. Contacts of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 are connected via conductors to the lines of a lead frame and the entire arrangement is then molded with the resin 19 , an opening being formed for the passage of the external pressure to the pressure-sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 1 is.
Bei diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 140 ist es nur erforderlich, daß die druckempfindliche Oberfläche des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, und deshalb ist kein äußeres Druckeinleitungsrohr 16, wie im Halbleiter-Druckmeßfühler 130 der vierten Ausführungsform, erforderlich. Es ist deshalb möglich, den atmosphärischen Druck unter Verwendung eines Halbleiter-Druckmeßfühlers 140 (170, sic) einer einfachen Konstruktion nach der vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu messen.In this semiconductor pressure sensor 140 , the pressure sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 1 is only required to be exposed to the atmospheric pressure, and therefore no external pressure introduction pipe 16 as in the semiconductor pressure sensor 130 of the fourth embodiment is required. It is therefore possible to measure the atmospheric pressure using a semiconductor pressure sensor 140 ( 170 , sic) of a simple construction according to the fourth embodiment of the invention.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 150 nach der sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 150 ist im wesentlichen ein Halbleiter-Druckmeßfühler 130 nach der vierten Ausführungsform, der zur Messung von atmosphärischem Druck modifiziert ist, wobei die erforderliche Genauigkeit gering ist. Fig. 6 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 150 according to the sixth embodiment of the invention. This semiconductor pressure sensor 150 is essentially a semiconductor pressure sensor 130 according to the fourth embodiment, which is modified to measure atmospheric pressure, and the required accuracy is low.
In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 150 sind Kontakte des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und des ASIC-Elements 4 eines Halbleiter-Druckmeßfühlers 100 gemäß der ersten Ausführungsform über Leiter an die Leitungen eines Leiterrahmens 18 gebunden, und die gesamte Anordnung wird dann im Harz 20 versiegelt, wobei eine Öffnung zum Durchtritt des äußeren Druckes an die druckempfindliche Oberfläche des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 vorgesehen ist. Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 115 unterscheidet sich vom Halbleiter-Druckmeßfühler 140 gemäß der fünften Ausführungsform dadurch, daß der Si-Sockel 8 fehlt.In this semiconductor pressure sensor 150 , contacts of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 of a semiconductor pressure sensor 100 according to the first embodiment are bonded to the leads of a lead frame 18 via conductors, and the entire arrangement is then sealed in the resin 20 , whereby an opening for the passage of the external pressure to the pressure-sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 1 is provided. This semiconductor pressure sensor 115 differs from the semiconductor pressure sensor 140 according to the fifth embodiment in that the Si base 8 is missing.
Wenn keine hohe Meßgenauigkeit erforderlich ist, kann der Halbleiter-Druckmeßfühler 150 verwendet werden, um den Atmosphärendruck mittels einer einfach konstruierten Vorrichtung zu messen.If high measurement accuracy is not required, the semiconductor pressure sensor 150 can be used to measure atmospheric pressure using a simply constructed device.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 160 nach der siebten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 160 ist im wesentlichen ein Halbleiter-Druckmeßfühler 130 nach der vierten Ausführungsform; gleiche Teile werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre weitere Beschreibung ist nachfolgend weggelassen. Fig. 7 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 160 according to the seventh embodiment of the invention. This semiconductor pressure sensor 160 is essentially a semiconductor pressure sensor 130 according to the fourth embodiment; Like parts are given the same reference numerals, and their further description is omitted below.
In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 160 sind ein Si-Sockel 8 mit einem Loch zum Durchtritt eines bestimmten Druckmediums und ein äußeres Druckeinleitungsrohr 16 an die druckempfindliche Oberfläche am Boden des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 1 in einem Halbleiter-Druckmeßfühler 100 nach der ersten Ausführungsform gebunden. Kontakte des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und des ASIC-Elements 4 sind über Leiter mit den Leitungen eines Leitungsrahmens verbunden, und die Anordnung wird dann in einer Harzverpackung 21 aufgenommen. Wie in der Figur dargestellt weist diese Harzverpackung 21 einen hohlen Teil auf, in dem der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 und die Glaskappe 3 so untergebracht werden können, daß zum Schutz gegen eine auf die Harzverpackung 21 einwirkende Beanspruchung ein freier Raum ausgebildet wird.In this semiconductor pressure sensor 160, a Si-base 8 100 are bonded to the first embodiment with a hole for the passage of a particular print medium, and an external pressure introduction pipe 16 to the pressure-sensitive surface at the bottom of the semiconductor Druckmeßfühlerchips 1 in a semiconductor pressure sensor. Contacts of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 are connected to the lines of a lead frame via conductors, and the arrangement is then accommodated in a resin package 21 . As shown in the figure, this resin package 21 has a hollow part in which the semiconductor pressure sensor chip 1 and the glass cap 3 can be accommodated in such a way that a free space is formed for protection against stress acting on the resin package 21 .
In dem Halbleiter-Druckmeßfühler 130 gemäß der in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsform kontaktieren die Seiten des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und der anderen Komponenten direkt das Harz 17, wodurch sie für an dem Harz 17 wirkende äußere Spannungen empfänglich sind. Im Halbleiter-Druckmeßfühler 160 gemäß der vorliegenden Ausführungsform puffert jedoch die Harzverpackung 21 mit einem darin vorgesehenen zentralen Hohlraum die inneren Komponenten von einer äußeren Beanspruchung ab, wodurch eine Druckmessung mit hoher Genauigkeit möglich wird.In the semiconductor pressure sensor 130 according to the fourth embodiment shown in FIG. 4, the sides of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the other components directly contact the resin 17 , whereby they are susceptible to external stresses acting on the resin 17 . However, in the semiconductor pressure sensor 160 according to the present embodiment, the resin package 21 having a central cavity provided buffers the inner components from an external stress, thereby making it possible to measure pressure with high accuracy.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 170 nach einer achten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 170 ist im wesentlichen ein Halbleiter-Druckmeßfühler 160 nach der siebten Ausführungsform, der für Messungen des Atmosphärendrucks modifiziert ist. Fig. 8 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 170 according to an eighth embodiment of the invention. This semiconductor pressure sensor 170 is essentially a semiconductor pressure sensor 160 according to the seventh embodiment, which is modified for measurements of the atmospheric pressure.
In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 170 ist ein Si-Sockel 8 mit einem Loch zum Durchtritt eines bestimmten Druckmediums an die druckempfindliche Oberfläche am Boden des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips 1 in einem Halbleiter-Druckmeßfühler 100 gemäß der ersten Ausführungsform gebunden. Kontakte des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und des ASIC-Elements 4 sind über Leiter mit den Leitungen eines Leitungsrahmens verbunden, und die gesamte Anordnung wird dann in einer Harzverpackung 22 eingeschlossen. Wie in Fig. 8 gezeigt, weist diese Harzverpackung 22 einen hohlen Teil auf, in dem der Halbleiter-Druckmeßfühlerchip 1 und die Glaskappe 3 so angebracht werden können, daß zum Schutz gegen auf die Harzverpackung 22 einwirkende äußere Beanspruchungen ein hohler Raum um sie ausgebildet ist.In this semiconductor pressure sensor 170 , a Si base 8 having a hole for passage of a certain pressure medium is bonded to the pressure-sensitive surface at the bottom of the semiconductor pressure sensor chip 1 in a semiconductor pressure sensor 100 according to the first embodiment. Contacts of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 are connected to the leads of a lead frame via conductors, and the entire arrangement is then enclosed in a resin package 22 . As shown in Fig. 8, this resin package 22 has a hollow part in which the semiconductor pressure sensor chip 1 and the glass cap 3 can be mounted so that a hollow space is formed around them for protection against external stresses on the resin package 22 .
Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 170 benötigt nur die dem Atmosphärendruck ausgesetzte druckempfindliche Oberfläche des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1, und erfordert deshalb kein äußeres Druckeinleitungsrohr 16, wie im Halbleiter- Druckmeßfühler 160 der siebten Ausführungsform. This semiconductor pressure sensor 170 only requires the atmospheric pressure sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 1 , and therefore does not require an external pressure introduction pipe 16 as in the semiconductor pressure sensor 160 of the seventh embodiment.
In dem Halbleiter-Druckmeßfühler 170 gemäß der in Fig. 8 dargestellten achten Ausführungsform sind der Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1, die Glaskappe 3 und das ASIC-Element 4 nicht vom Harz umformt, sondern in einer Harzverpackung 22 mit einem zentralen Hohlraum untergebracht. Dadurch werden die internen Komponenten gegenüber einer externen Beanspruchung abgepuffert, und Atmosphärendruck kann mit guter Genauigkeit mittels einer einfach konstruierten Vorrichtung gemessen werden.In the semiconductor pressure sensor 170 according to the eighth embodiment shown in FIG. 8, the semiconductor pressure sensor chip 1 , the glass cap 3 and the ASIC element 4 are not molded by the resin, but rather are accommodated in a resin package 22 with a central cavity. As a result, the internal components are buffered against external stress, and atmospheric pressure can be measured with good accuracy using a simply constructed device.
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung eines Halbleiter- Druckmeßfühlers 180 nach der neunten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Fig. 9 is a graphical representation of a semiconductor pressure sensor 180 according to the ninth embodiment of the invention.
Dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 180 ist ein Halbleiter- Druckmeßfühler zur Messung von Atmosphärendruck, wenn keine hohe Meßgenauigkeit erforderlich ist.This semiconductor pressure sensor 180 is a semiconductor pressure sensor for measuring atmospheric pressure when high measurement accuracy is not required.
In diesem Halbleiter-Druckmeßfühler 180 sind Kontakte des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 und des ASIC-Elements 4 eines Halbleiter-Druckmeßfühlers 100 gemäß der ersten Ausführungsform mit Leitern an die Leitungen eines Leitungsrahmens 18 verbunden, und die gesamte Anordnung wird dann in einer Harzverpackung 23, die mit einer Öffnung zum Durchtritt des äußeren Druckes an die druckempfindliche Oberfläche des Halbleiter-Druckmeßfühlerchips 1 versehen ist, untergebracht. Wie in Fig. 9 dargestellt, weist diese Harzverpackung 23 einen Hohlraum auf, in dem der Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1 und die Glaskappe 3 so untergebracht werden können, daß zum Schutz gegen auf die Harzverpackung 23 aufgeübte externe Beanspruchung um sie herum ein Hohlraum verbleibt.In this semiconductor pressure sensor 180 , contacts of the semiconductor pressure sensor chip 1 and the ASIC element 4 of a semiconductor pressure sensor 100 according to the first embodiment are connected to conductors on the leads of a lead frame 18 , and the whole assembly is then sealed in a resin package 23 which is provided with an opening for passage of the external pressure to the pressure-sensitive surface of the semiconductor pressure sensor chip 1 . As shown in Fig. 9, this resin package 23 has a cavity in which the semiconductor pressure sensor chip 1 and the glass cap 3 can be accommodated so that a cavity remains around them to protect against external stress applied to the resin package 23 .
Es ist ersichtlich, daß sich dieser Halbleiter-Druckmeßfühler 180 vom Halbleiter-Druckmeßfühler 170 nach der achten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß der Si-Sockel 8 fehlt.It can be seen that this semiconductor pressure sensor 180 differs from the semiconductor pressure sensor 170 according to the eighth embodiment in that the Si base 8 is missing.
Im Halbleiter-Druckmeßfühler 180 gemäß der in Fig. 9 dargestellten neunten Ausführungsform sind der Halbleiter- Druckmeßfühlerchip 1, die Glaskappe 3, und das ASIC-Element 4 des Halbleiter-Druckmeßfühlers 100 gemäß der ersten Ausführungsform nicht im Harz eingesiegelt, sondern in einer Harzverpackung 23 mit einem zentralen Hohlraum untergebracht. Dadurch können die internen Komponenten gegenüber externen Beanspruchungen abgepuffert werden, und Atmosphärendruck kann mit guter Genauigkeit mittels einer einfach konstruierten Vorrichtung gemessen werden.In the semiconductor pressure sensor 180 according to the ninth embodiment shown in FIG. 9, the semiconductor pressure sensor chip 1 , the glass cap 3 , and the ASIC element 4 of the semiconductor pressure sensor 100 according to the first embodiment are not sealed in the resin, but in a resin package 23 housed with a central cavity. This allows the internal components to be buffered against external stresses, and atmospheric pressure can be measured with good accuracy using a simply constructed device.
Wie vorstehend beschrieben, wird in dem Halbleiter- Druckmeßfühler nach der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Vakuumkammer ausgebildet, indem man eine Glaskappe, die eine Aussparung zur Ausbildung einer Vakuumkammer aufweist, an den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip bindet, und einen IC-Chip zur Verarbeitung eines Output- Signals vom Halbleiter-Druckmeßfühler an die Kappe bindet. Auf diese Weise wird die Notwendigkeit eines vakuumdichten Sockels und einer Kappe aus Metall zur Ausbildung einer Vakuumkammer, wie im Stand der Technik, vermieden. Es ist außerdem nicht erforderlich, getrennt ein Signal verarbeitetes ASIC-Element bereit zustellen, um eine praktische Durchführung zu ermöglichen, und auf diese Weise können die Größe und die Kosten des Halbleiter- Druckmeßfühlers verringert werden.As described above, in the semiconductor Pressure sensor according to the first preferred embodiment the invention a vacuum chamber formed by a Glass cap that has a recess to form a Has vacuum chamber to the semiconductor pressure sensor chip binds, and an IC chip for processing an output Signals from the semiconductor pressure sensor binds to the cap. This way the need for a vacuum tight Base and a cap made of metal to form a Vacuum chamber, as in the prior art, avoided. It is furthermore not necessary to separate a signal provide processed ASIC element to a to enable practical implementation, and in this way can the size and cost of the semiconductor Pressure sensor can be reduced.
Es ist außerdem möglich, den vorstehend beschriebenen ersten Halbleiter-Druckmeßfühler in einem Harzmaterial einzuschließen, wodurch die Größe des Bauelements im Vergleich zur Verwendung eines vakuumdichten Sockels und einer Kappe aus Metall zum Schutz des Halbleiter- Druckmeßfühlerchips nach dem Stand der Technik verringert werden kann.It is also possible to use the first described above Semiconductor pressure sensor in a resin material include, thereby the size of the device in Comparison to using a vacuum-tight base and a metal cap to protect the semiconductor Pressure sensor chips reduced according to the prior art can be.
Es ist außerdem möglich, bei der Verwendung eines Harzes zur Versiegelung des Halbleiter-Druckmeßfühlers einen Hohlraum im Harz vorzusehen. Dieser Hohlraum kann verwendet werden, um den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip und die Kappe so anzuordnen, daß zum Schutz gegen auf das Harzmaterial ausgeübte externe Beanspruchung um sie herum ein Hohlraum verbleibt. Auf diese Weise lassen sich die Wirkungen einer externen Beanspruchung auf die internen Komponenten verringern, und die Druckmeßgenauigkeit kann verbessert werden.It is also possible to use a resin for Sealing the semiconductor pressure sensor a cavity in the To provide resin. This cavity can be used to the semiconductor pressure sensor chip and the cap so to arrange that to protect against on the resin material exerted external stress around them a cavity remains. In this way, the effects of a external stress on the internal components decrease, and the pressure measurement accuracy can be improved become.
In den vorstehend beschriebenen zweiten und dritten Halbleiter-Druckmeßfühlern kann außerdem ein Leitungsrahmen zur Verbindung mit Leitern aus dem Halbleiter- Druckmeßfühlerchip und dem IC-Chip im Halbleiter- Druckmeßfühler vorgesehen werden. Dadurch kann ein auf einer Oberfläche anbringbarer Halbleiter-Druckmeßfühler, der auf einer Schaltkreisplatte ähnlich wie ein konventionelles Halbleiter-IC-Element angebracht werden kann, bereitgestellt werden. Die Verwendung eines Leitungsrahmens ermöglicht es außerdem, daß die Größe im Vergleich mit einem konventionellen Halbleiter-Druckmeßfühler, der über eine getrennten Verbindung an jede externen Leitung verbunden ist, verringert werden kann.In the second and third described above Semiconductor pressure sensors can also be a lead frame for connection to conductors from the semiconductor Pressure sensor chip and the IC chip in the semiconductor Pressure sensors are provided. This allows one on one Surface mountable semiconductor pressure sensor that is on a circuit board similar to a conventional one Semiconductor IC element can be provided become. The use of a lead frame makes it possible also that the size compared to a conventional semiconductor pressure sensor, which has a separate connection is connected to each external line, can be reduced.
Es ist offensichtlich, daß in den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen verschiedene Variationen möglich sind. Solche Variationen fallen nicht aus dem Wesen und Rahmen der Erfindung, und alle für einen Fachmann erkennbaren Modifikationen werden vom Rahmen, der durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, umfaßt.It is obvious that in those described above Embodiments according to the invention different variations possible are. Such variations are not out of character and scope of the invention, and all for a person skilled in the art recognizable modifications are from the framework by the the following claims is defined.
Claims (4)
einen Halbleiter-Druckmeßfühlerchip (1), bei dem die untere Oberfläche eine druckempfindliche Oberfläche ist, und die Oberseite sich in einer Vakuumkammer befindet;
eine Glaskappe (3) mit einer Aussparung, die an den Halbleiter-Druckmeßfühlerchip (1) gebunden ist, wobei die Glaskappe (3) in der Aussparung eine Vakuumkammer (2) bildet; und
einen IC-Chip (4) zur Verarbeitung eines Signal-Outputs aus dem Halbleiter-Druckmeßfühlerchip (1), der an die Glaskappe (3) gebunden ist.1. A semiconductor pressure sensor ( 100 , 110 , 120 , 130 , 140 , 150 , 160 , 170 , 180 ) comprising:
a semiconductor pressure sensor chip ( 1 ) in which the bottom surface is a pressure sensitive surface and the top is in a vacuum chamber;
a glass cap ( 3 ) with a recess which is bonded to the semiconductor pressure sensor chip ( 1 ), the glass cap ( 3 ) forming a vacuum chamber ( 2 ) in the recess; and
an IC chip ( 4 ) for processing a signal output from the semiconductor pressure sensor chip ( 1 ), which is bound to the glass cap ( 3 ).
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