JP2000009566A - 半導体圧力センサ - Google Patents
半導体圧力センサInfo
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- JP2000009566A JP2000009566A JP17734398A JP17734398A JP2000009566A JP 2000009566 A JP2000009566 A JP 2000009566A JP 17734398 A JP17734398 A JP 17734398A JP 17734398 A JP17734398 A JP 17734398A JP 2000009566 A JP2000009566 A JP 2000009566A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半田の熱収縮による台座の割れを防止し、信
頼性の高い半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 ダイアフラム１１を有する半導体基板１
とダイアフラム１１に圧力を導入するための圧力導入孔
２１が形成された台座２とを接合し、台座２の半導体基
板１との接合面と反対側の面とパッケージ３のダイ３１
とを半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、台座
２のパッケージ３のダイ３１との接合面でかつ圧力導入
孔２１の近傍に、機械的に弱い脆弱部２２を形成した。
頼性の高い半導体圧力センサを提供する。 【解決手段】 ダイアフラム１１を有する半導体基板１
とダイアフラム１１に圧力を導入するための圧力導入孔
２１が形成された台座２とを接合し、台座２の半導体基
板１との接合面と反対側の面とパッケージ３のダイ３１
とを半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、台座
２のパッケージ３のダイ３１との接合面でかつ圧力導入
孔２１の近傍に、機械的に弱い脆弱部２２を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、台座を介してダイ
アフラムの形成された半導体基板とパッケージのダイと
を接合してなる半導体圧力センサに関するものである。
アフラムの形成された半導体基板とパッケージのダイと
を接合してなる半導体圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業上の様々な分野で圧力センサ
が用いられている。中でも、信頼性、コスト、小型軽量
化の点から車載関係や家電製品等において半導体圧力セ
ンサの使用が急増している。
が用いられている。中でも、信頼性、コスト、小型軽量
化の点から車載関係や家電製品等において半導体圧力セ
ンサの使用が急増している。
【０００３】この半導体圧力センサは、図４に示すよう
に、ダイアフラム１１を形成したシリコンチップ（半導
体基板）１の一方の面にピエゾ抵抗１２を形成した構造
が使用される。このシリコンチップ１は台座２を介して
パッケージ３のダイ３１に接合される。シリコンチップ
１と台座２とは陽極接合により接合されており、台座２
のシリコンチップ１との接合面と反対側の面とパッケー
ジ３のダイ３１とは半田６により半田接合されている。
これらの接合により、物理的に強固な接合を得ることが
できる。なお、台座２にはダイアフラム１１に圧力を導
入するための圧力導入孔２１が形成されている。
に、ダイアフラム１１を形成したシリコンチップ（半導
体基板）１の一方の面にピエゾ抵抗１２を形成した構造
が使用される。このシリコンチップ１は台座２を介して
パッケージ３のダイ３１に接合される。シリコンチップ
１と台座２とは陽極接合により接合されており、台座２
のシリコンチップ１との接合面と反対側の面とパッケー
ジ３のダイ３１とは半田６により半田接合されている。
これらの接合により、物理的に強固な接合を得ることが
できる。なお、台座２にはダイアフラム１１に圧力を導
入するための圧力導入孔２１が形成されている。
【０００４】台座２はパッケージ３等からシリコンチッ
プ１へ及ぼされる応力を緩和するためのものであり、材
料としては、シリコンチップ１と熱膨張係数の近いガラ
スやシリコン基板が使用される。台座２のパッケージ３
のダイ３１との接合面には半田と容易に共晶接合する材
料からなる金属薄膜層４が形成され、ダイ３１の台座２
との接合面は半田と容易に共晶接合する材料からなるメ
ッキ層５が施されている。
プ１へ及ぼされる応力を緩和するためのものであり、材
料としては、シリコンチップ１と熱膨張係数の近いガラ
スやシリコン基板が使用される。台座２のパッケージ３
のダイ３１との接合面には半田と容易に共晶接合する材
料からなる金属薄膜層４が形成され、ダイ３１の台座２
との接合面は半田と容易に共晶接合する材料からなるメ
ッキ層５が施されている。
【０００５】シリコンチップ１表面の電極パッド１３と
リード７とは金又はアルミ製のワイヤ８で接続されてい
る。シリコンチップ１の表面には、複数のピエゾ抵抗１
２が拡散により形成されており、複数のピエゾ抵抗１２
を互いに結線することによりホイートストンブリッジ回
路を形成している。リード７から電流等をホイートスト
ンブリッジ回路に供給し、ピエゾ抵抗１２の抵抗値の変
化を電圧の変化として検出することにより、圧力導入管
３２を介して伝わる圧力変化を電気的な信号の変化とし
て取り出すことができる。
リード７とは金又はアルミ製のワイヤ８で接続されてい
る。シリコンチップ１の表面には、複数のピエゾ抵抗１
２が拡散により形成されており、複数のピエゾ抵抗１２
を互いに結線することによりホイートストンブリッジ回
路を形成している。リード７から電流等をホイートスト
ンブリッジ回路に供給し、ピエゾ抵抗１２の抵抗値の変
化を電圧の変化として検出することにより、圧力導入管
３２を介して伝わる圧力変化を電気的な信号の変化とし
て取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような半導体圧力センサにあっては、上記の半田６によ
る接合に際して、半田６の融点より高い温度で接合する
必要がある。この温度では、半田６、パッケージ３のダ
イ３１、台座２、シリコンチップ１との間で互いに応力
を及ぼし合うということはないが、融点より高い温度
（一般的には２００℃より高温）であるため、半導体圧
力センサを使用する温度まで冷却するにつれて、半田６
とシリコンチップ１が接合された台座２との物理的な特
性が異なるために、お互いに力を及ぼし合う状態とな
る。
ような半導体圧力センサにあっては、上記の半田６によ
る接合に際して、半田６の融点より高い温度で接合する
必要がある。この温度では、半田６、パッケージ３のダ
イ３１、台座２、シリコンチップ１との間で互いに応力
を及ぼし合うということはないが、融点より高い温度
（一般的には２００℃より高温）であるため、半導体圧
力センサを使用する温度まで冷却するにつれて、半田６
とシリコンチップ１が接合された台座２との物理的な特
性が異なるために、お互いに力を及ぼし合う状態とな
る。
【０００７】一般的には、シリコンチップ１や台座２よ
りも半田６の熱膨張係数の方が大きく、室温レベルにお
いては半田６がシリコンチップ１や台座２よりも収縮し
ている。そして、半田６の収縮に伴って、半田６からの
応力がシリコン基板からなるシリコンチップ１に接合さ
れた台座２を圧縮するように作用し、台座２にクラック
等の割れが生じる原因になっている。実使用時に環境ス
トレス（例えば、高温から低温への温度変化、あるいは
低温から高温への温度変化）が繰り返し加わった場合に
は、クラックが成長して、やがて所定の圧力に耐えられ
なくなり、破壊に至るといった問題があった。
りも半田６の熱膨張係数の方が大きく、室温レベルにお
いては半田６がシリコンチップ１や台座２よりも収縮し
ている。そして、半田６の収縮に伴って、半田６からの
応力がシリコン基板からなるシリコンチップ１に接合さ
れた台座２を圧縮するように作用し、台座２にクラック
等の割れが生じる原因になっている。実使用時に環境ス
トレス（例えば、高温から低温への温度変化、あるいは
低温から高温への温度変化）が繰り返し加わった場合に
は、クラックが成長して、やがて所定の圧力に耐えられ
なくなり、破壊に至るといった問題があった。
【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなしたもので
あり、その目的とするところは、半田の熱収縮による台
座の割れを防止し、信頼性の高い半導体圧力センサを提
供することにある。
あり、その目的とするところは、半田の熱収縮による台
座の割れを防止し、信頼性の高い半導体圧力センサを提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の半導体圧
力センサは、ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダ
イアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成さ
れた台座とを接合し、該台座の前記半導体基板との接合
面と反対側の面とパッケージのダイとを半田接合してな
る半導体圧力センサにおいて、台座のパッケージのダイ
との接合面でかつ圧力導入孔の近傍に、機械的に弱い脆
弱部を形成したことを特徴とするものである。
力センサは、ダイアフラムを有する半導体基板と前記ダ
イアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成さ
れた台座とを接合し、該台座の前記半導体基板との接合
面と反対側の面とパッケージのダイとを半田接合してな
る半導体圧力センサにおいて、台座のパッケージのダイ
との接合面でかつ圧力導入孔の近傍に、機械的に弱い脆
弱部を形成したことを特徴とするものである。
【００１０】請求項２記載の半導体圧力センサは、請求
項１記載の半導体圧力センサにおいて、前記台座のパッ
ケージのダイとの接合面でかつ圧力導入孔の近傍にイオ
ン注入を施すことにより、前記脆弱部を形成するように
したことを特徴とするものである。
項１記載の半導体圧力センサにおいて、前記台座のパッ
ケージのダイとの接合面でかつ圧力導入孔の近傍にイオ
ン注入を施すことにより、前記脆弱部を形成するように
したことを特徴とするものである。
【００１１】請求項３記載の半導体圧力センサは、請求
項１記載の半導体圧力センサにおいて、前記台座の半導
体基板との接合面でかつ圧力導入孔の近傍に切り欠きを
形成することにより、台座の前記切り欠きより下の部分
を前記脆弱部としたことを特徴とするものである。
項１記載の半導体圧力センサにおいて、前記台座の半導
体基板との接合面でかつ圧力導入孔の近傍に切り欠きを
形成することにより、台座の前記切り欠きより下の部分
を前記脆弱部としたことを特徴とするものである。
【００１２】請求項４記載の半導体圧力センサは、請求
項１記載の半導体圧力センサにおいて、前記台座の圧力
導入孔の近傍にスリットを形成することにより、台座の
前記スリットより下の部分を前記脆弱部としたことを特
徴とするものである。
項１記載の半導体圧力センサにおいて、前記台座の圧力
導入孔の近傍にスリットを形成することにより、台座の
前記スリットより下の部分を前記脆弱部としたことを特
徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。本発明の半導体圧力センサ
は、図４に示した半導体圧力センサと基本的構成は同等
であるので、同一個所には同一符号を付して説明を省略
する。本発明は、台座２のパッケージ３のダイ３１との
接合面でかつ圧力導入孔２１の近傍に、機械的に弱い脆
弱部を予め形成しておくようにしたことを特徴としてお
り、以下、脆弱部の形成の仕方の具体例を説明する。
を図面に基づき説明する。本発明の半導体圧力センサ
は、図４に示した半導体圧力センサと基本的構成は同等
であるので、同一個所には同一符号を付して説明を省略
する。本発明は、台座２のパッケージ３のダイ３１との
接合面でかつ圧力導入孔２１の近傍に、機械的に弱い脆
弱部を予め形成しておくようにしたことを特徴としてお
り、以下、脆弱部の形成の仕方の具体例を説明する。
【００１４】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態では、予め、台座２のパッケージ３のダイ３１との接
合面でかつ圧力導入孔２１の近傍にイオン注入を行うこ
とにより、機械的に弱い脆弱部２２を形成している。
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態では、予め、台座２のパッケージ３のダイ３１との接
合面でかつ圧力導入孔２１の近傍にイオン注入を行うこ
とにより、機械的に弱い脆弱部２２を形成している。
【００１５】本実施形態によれば、半田接合後に、半田
６と台座２との熱膨張係数の差から発生する応力が台座
２に作用した時には、脆弱部２２にクラックが入る。そ
して、このクラックが進行し脆弱部２２が取り除かれて
しまい、その結果、クラックの成長は止まり、脆弱部２
２より外側には広がらない。従って、半田の熱収縮によ
る台座２の割れが防止できるのである。
６と台座２との熱膨張係数の差から発生する応力が台座
２に作用した時には、脆弱部２２にクラックが入る。そ
して、このクラックが進行し脆弱部２２が取り除かれて
しまい、その結果、クラックの成長は止まり、脆弱部２
２より外側には広がらない。従って、半田の熱収縮によ
る台座２の割れが防止できるのである。
【００１６】図２は本発明の第２の実施形態に係る半導
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態では、台座２のシリコンチップ１との接合面でかつ圧
力導入孔２１の近傍に切り欠き２３を形成することによ
り、台座２の切り欠き２３より下の部分が脆弱部２４と
なるようにしたものである。
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態では、台座２のシリコンチップ１との接合面でかつ圧
力導入孔２１の近傍に切り欠き２３を形成することによ
り、台座２の切り欠き２３より下の部分が脆弱部２４と
なるようにしたものである。
【００１７】本実施形態によれば、半田接合後に、半田
６と台座２との熱膨張係数の差から発生する応力が台座
２に作用した時には、圧力導入孔２１と半田６とが接触
する部分から斜め上方にクラックがはいり、このクラッ
クが進行すると、切り欠き２３にまで成長して台座２の
一部２４がはがれる。このはがれる部分が脆弱部２４と
なっている。この時点でクラックの成長は止まるのであ
る。従って、半田の熱収縮による台座２の割れが防止で
きるのである。
６と台座２との熱膨張係数の差から発生する応力が台座
２に作用した時には、圧力導入孔２１と半田６とが接触
する部分から斜め上方にクラックがはいり、このクラッ
クが進行すると、切り欠き２３にまで成長して台座２の
一部２４がはがれる。このはがれる部分が脆弱部２４と
なっている。この時点でクラックの成長は止まるのであ
る。従って、半田の熱収縮による台座２の割れが防止で
きるのである。
【００１８】図３は本発明の第３の実施形態に係る半導
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態では、台座２の圧力導入孔２１の側面にスリット２５
を形成することにより、台座２のスリット２５より下の
部分が脆弱部２６となるようにしたものである。スリッ
ト２５の形成方法としては、例えば、２枚の基板を用い
て、片側の基板にスリット２５の元となるように圧力導
入孔に窪んだ構造を形成し、他方の基板には圧力導入孔
のみで何ら加工を施さずにおき、この両方の基板を貼り
合わせることにより実現できる。
体圧力センサの概略構成を示す断面図である。本実施形
態では、台座２の圧力導入孔２１の側面にスリット２５
を形成することにより、台座２のスリット２５より下の
部分が脆弱部２６となるようにしたものである。スリッ
ト２５の形成方法としては、例えば、２枚の基板を用い
て、片側の基板にスリット２５の元となるように圧力導
入孔に窪んだ構造を形成し、他方の基板には圧力導入孔
のみで何ら加工を施さずにおき、この両方の基板を貼り
合わせることにより実現できる。
【００１９】本実施形態によれば、半田接合後に、半田
６と台座２との熱膨張係数の差から発生する応力が台座
２に作用した時には、圧力導入孔２１と半田６とが接触
する部分から斜め上方にクラックがはいり、このクラッ
クが進行すると、スリット２５にまで成長して台座２の
一部２６がはがれる。このはがれる部分が脆弱部２６と
なっている。この時点でクラックの成長は止まるのであ
る。従って、半田６の熱収縮による台座２の割れが防止
できるのである。
６と台座２との熱膨張係数の差から発生する応力が台座
２に作用した時には、圧力導入孔２１と半田６とが接触
する部分から斜め上方にクラックがはいり、このクラッ
クが進行すると、スリット２５にまで成長して台座２の
一部２６がはがれる。このはがれる部分が脆弱部２６と
なっている。この時点でクラックの成長は止まるのであ
る。従って、半田６の熱収縮による台座２の割れが防止
できるのである。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、請求項１乃至請求項４記
載の発明によれば、ダイアフラムを有する半導体基板と
前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が
形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体基板と
の接合面と反対側の面とパッケージのダイとを半田接合
してなる半導体圧力センサにおいて、台座のパッケージ
のダイとの接合面でかつ圧力導入孔の近傍に、機械的に
弱い脆弱部を形成したので、半田接合後に、半田と台座
との熱膨張係数の差から発生する応力が台座に作用した
時には、脆弱部にクラックが入り、該クラックが進行し
脆弱部が取り除かれてしまい、その結果、クラックの成
長は止まり、脆弱部より外側には広がらず、半田の熱収
縮による台座の割れが防止できることになり、信頼性の
高い半導体圧力センサが提供できた。
載の発明によれば、ダイアフラムを有する半導体基板と
前記ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が
形成された台座とを接合し、該台座の前記半導体基板と
の接合面と反対側の面とパッケージのダイとを半田接合
してなる半導体圧力センサにおいて、台座のパッケージ
のダイとの接合面でかつ圧力導入孔の近傍に、機械的に
弱い脆弱部を形成したので、半田接合後に、半田と台座
との熱膨張係数の差から発生する応力が台座に作用した
時には、脆弱部にクラックが入り、該クラックが進行し
脆弱部が取り除かれてしまい、その結果、クラックの成
長は止まり、脆弱部より外側には広がらず、半田の熱収
縮による台座の割れが防止できることになり、信頼性の
高い半導体圧力センサが提供できた。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体圧力セン
サの概略構成を示す断面図である。
サの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体圧力セン
サの概略構成を示す断面図である。
サの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体圧力セン
サの概略構成を示す断面図である。
サの概略構成を示す断面図である。
【図４】従来例に係る半導体圧力センサの概略構成を示
す断面図である。
す断面図である。
１ シリコンチップ ２ 台座 ３ パッケージ ４ 金属薄膜層 ５ メッキ層 ６ 半田 ７ リード ８ ワイヤ １１ ダイアフラム １２ ピエゾ抵抗 １３ 電極パッド ２１ 圧力導入孔 ２２ 脆弱部 ２３ 切り欠き ２４ 脆弱部 ２５ スリット ２６ 脆弱部 ３１ ダイ ３２ 圧力導入管
Claims (4)
- 【請求項１】 ダイアフラムを有する半導体基板と前記
ダイアフラムに圧力を導入するための圧力導入孔が形成
された台座とを接合し、該台座の前記半導体基板との接
合面と反対側の面とパッケージのダイとを半田接合して
なる半導体圧力センサにおいて、台座のパッケージのダ
イとの接合面でかつ圧力導入孔の近傍に、機械的に弱い
脆弱部を形成したことを特徴とする半導体圧力センサ。 - 【請求項２】 前記台座のパッケージのダイとの接合面
でかつ圧力導入孔の近傍にイオン注入を施すことによ
り、前記脆弱部を形成するようにしたことを特徴とする
請求項１記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項３】 前記台座の半導体基板との接合面でかつ
圧力導入孔の近傍に切り欠きを形成することにより、台
座の前記切り欠きより下の部分を前記脆弱部としたこと
を特徴とする請求項１記載の半導体圧力センサ。 - 【請求項４】 前記台座の圧力導入孔の近傍にスリット
を形成することにより、台座の前記スリットより下の部
分を前記脆弱部としたことを特徴とする請求項１記載の
半導体圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17734398A JP2000009566A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 半導体圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17734398A JP2000009566A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 半導体圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000009566A true JP2000009566A (ja) | 2000-01-14 |
Family
ID=16029316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17734398A Pending JP2000009566A (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 半導体圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000009566A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101943622A (zh) * | 2009-07-06 | 2011-01-12 | 株式会社山武 | 压力传感器及制造方法 |
-
1998
- 1998-06-24 JP JP17734398A patent/JP2000009566A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101943622A (zh) * | 2009-07-06 | 2011-01-12 | 株式会社山武 | 压力传感器及制造方法 |
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