JP2000105157A - 半導体圧力センサ - Google Patents

半導体圧力センサ

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JP2000105157A
JP2000105157A JP10276918A JP27691898A JP2000105157A JP 2000105157 A JP2000105157 A JP 2000105157A JP 10276918 A JP10276918 A JP 10276918A JP 27691898 A JP27691898 A JP 27691898A JP 2000105157 A JP2000105157 A JP 2000105157A
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JP
Japan
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pressure sensor
semiconductor pressure
pedestal
hole
metal pipe
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Pending
Application number
JP10276918A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Saito
宏 齊藤
Sumio Akai
澄夫 赤井
Masaharu Yasuda
正治 安田
Nobuyuki Takakura
信之 高倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属パイプとガラス台座の接合に際し、ガラ
ス台座にクラックが発生することのない半導体圧力セン
サを提供する。 【解決手段】 凹部を形成することにより薄肉状に形成
されたダイアフラム1aを有する半導体圧力センサチッ
プ1とダイアフラム1aに圧力を導入するための貫通孔
2aが形成された台座2とを接合し、台座2の半導体圧
力センサチップ1との接合面と反対側の面にはメタライ
ズ層8を形成し、メタライズ層8を介してパッケージの
金属パイプ4と半田接合してなる半導体圧力センサにお
いて、台座2に形成されるメタライズ層8を、台座2の
貫通孔2aの内壁の所定の深さまで延設8aするように
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイアフラムの形
成された半導体圧力センサチップとパッケージの金属パ
イプとを台座を介して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】一般に、半導体圧力センサはエアコンや
空調機等の微圧領域の圧力の測定を行うものであり、図
4に示すように、凹部を形成することにより薄肉状に形
成されたダイアフラム1aを有する半導体圧力センサチ
ップ1がガラス台座2に陽極接合等により接合され、中
心にコバール製又は42アロイ等の金属パイプ4が配置
されたPPSやPBT等のプラスチックパッケージ3内
に設置される。半導体圧力センサチップ1表面のアルミ
パッドとリード5とは金又はアルミ製のワイヤ6で接続
されている。なお、7はプラスチックパッケージ3の蓋
であり、1bは半導体圧力センサチップ1に形成された
歪みゲージ抵抗であり、1cは半導体圧力センサチップ
1の表面を保護するオーバーコートである。ガラス台座
2の材料としては、例えばパイレックスガラス(コーニ
ング社製、品番♯7740等)が用いられる。
【0003】ガラス台座2の中心部には、半導体圧力セ
ンサチップ1のダイアフラム1aに圧力を印加するため
の貫通孔2aが形成され、ガラス台座2はこの貫通孔2
aと金属パイプ4の貫通孔4aとが対向するような配置
で、金属パイプ4に接合される。ガラス台座2と金属パ
イプ4とは半田9で接合される。この場合、半田9で接
合するために、ガラス台座2の半導体圧力センサチップ
1と接合しない側の面にはメタライズ層8が形成され
る。メタライズ層8の例としては、Cr(最下層)/P
t/Au(最上層)、Ti(最下層)/Ni/Au(最
上層)、Ti(最下層)/Pt/Au(最上層)等が挙
げられる。半田9としては、錫、錫−アンチモン合金、
鉛、錫−鉛合金、金−シリコン合金、錫−銀合金等があ
る。
【0004】また、図5は、パッケージとして、金属ス
テムのパッケージ30を使用したものを示している。3
1はキャップであり、金属ステムとは溶接で接続され
る。
【0005】金属パイプ4とガラス台座2とがメタライ
ズ層8を介して半田9により接合される。メタライズ層
8の最上層のAuの表面には半田9が塗れるのである。
【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、ガラス台座2と金
属パイプ4との半田9によるダイボンド接合時に、図6
に示すように、ガラス台座2の貫通孔2aと金属パイプ
4の貫通孔4aとの接合位置ずれが発生した場合や、図
7に示すように、金属パイプ4の貫通孔4aの孔径より
ガラス台座2の貫通孔2aの孔径が小さくて、金属パイ
プ4の貫通孔4aの上方にガラス台座2の貫通孔2aの
周囲部が配置された場合には、ガラス台座2の貫通孔2
aのエッジ部分に半田9が溜まってしまう。
【0007】この場合には、図8に示すように、半田9
が固化する時に、温度の低い金属パイプ4の貫通孔4a
の周辺から固化していく。従って、半田9が固化する時
には、引っ張り応力が加わり、ガラス台座2の貫通孔2
aの開口部周辺にクラック10が入るため、半導体圧力
センサチップ1が破壊されてしまうという問題があっ
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、金属パイプと台座の接
合に際し、台座にクラックが発生することのない半導体
圧力センサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダイアフ
ラムを有する半導体圧力センサチップと前記ダイアフラ
ムに圧力を導入するための貫通孔が形成された台座とを
接合し、該台座の前記半導体圧力センサチップとの接合
面と反対側の面にはメタライズ層を形成し、該メタライ
ズ層を介してパッケージの金属パイプと半田接合してな
る半導体圧力センサにおいて、前記台座に形成されるメ
タライズ層を、前記台座の貫通孔の内壁の所定の深さま
で延設するようにしたことを特徴とするものである。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記台座の貫通孔の金属パイプ側の角部
を、テーパ状に形成するかあるいは丸みを持たせるよう
に形成し、メタライズ層を、前記角部を経由して貫通孔
の内壁の所定の深さまで延設するようにしたことを特徴
とするものである。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1又は請求
項2記載の発明において、前記金属パイプの開口部の角
部に凸部を形成し、該突部が台座の貫通孔内に入り込む
ようにしたことを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき説明する。図1は本発明の第1の実施形
態の半導体圧力センサに係る半導体圧力センサチップと
ガラス台座と金属パイプの接合状態を示す断面図であ
る。本実施形態においては、半導体圧力センサの基本的
構成は従来例で説明したもの同等であるので、同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。
【0013】本実施形態の特徴部は、ガラス台座2の半
導体圧力センサチップ1と接合しない側の面に形成され
るメタライズ層8にある。本実施形態のメタライズ層8
は、ガラス台座2の貫通孔2aの内壁の所定の深さまで
延ばして形成している。つまり、ガラス台座2の貫通孔
2aの金属パイプ4側の開口部の角部を介して貫通孔2
aの内壁の所定の深さまでメタライズ層8aがメタライ
ズ層8に付加して形成されるようにしたのである。
【0014】ここで、ガラス台座2の貫通孔2a内壁の
所定の深さとは、例えば、半田9の厚みが50μmの場
合、その数倍を超えない程度の深さである。つまり、メ
タライズ層8aをガラス台座2の貫通孔2a内壁全面に
形成してしまうと、ガラス台座2と半導体圧力センサチ
ップ1との陽極接合に際し、両者の接合部とメタライズ
層8a間で放電する恐れがあり、この放電を防止するた
めに、前記所定の深さに止めるのである。
【0015】以上のようにして、メタライズ層8、8a
の形成されたガラス台座2は、反対側の面が半導体圧力
センサウエハに陽極接合により接合される。陽極接合の
条件としては、真空雰囲気中で約400℃に加熱し、約
500V〜800Vの直流電圧を半導体圧力センサウエ
ハ側が正極になるように印加すると、静電引力により原
子的に接合されるのである。
【0016】ガラス台座2に接合された半導体圧力セン
サウエハをダイシングして、個々の半導体圧力センサチ
ップ1(約2〜3mm角)にし、これをパッケージの金
属パイプ4上に半田9によりダイボンド接合して、図1
のような構造のものになるのである。半田9の厚みは3
0〜100μmであり、ガラス台座2の貫通孔2aの半
導体圧力センサチップ1側の大きさは、約φ0.6〜
1.3mmである。
【0017】従来、ガラス台座2の貫通孔2aの開口部
エッジのメタライズ層8とガラス台座2との接合界面端
部(貫通孔2a内壁側)付近を起点として、クラックが
ガラス台座2の内部方向へ広がる場合が多いが、本実施
形態によれば、メタライズ層8とガラス台座2との接合
界面の端部を、その境界部が露出しないようにメタライ
ズ層8aが形成されるので、クラックが発生しにくくな
る。さらに、ガラス台座2の貫通孔2aの角部がメタラ
イズ層8aにより被覆されることにより強度が向上され
るので、クラックの発生が防止される。
【0018】従って、半田9として、融点が280℃と
高く、ヤング率も約6000kg/cm2 と大きく硬い
のでクラックが発生しやすい金−錫20%半田を使用し
た場合でも、クラックの発生を防止できる。
【0019】図2は本発明の第2の実施形態の半導体圧
力センサに係る半導体圧力センサチップとガラス台座と
金属パイプの接合状態を示す断面図である。本実施形態
では、ガラス台座2の貫通孔2aの金属パイプ4側の開
口部の角部2bを、テーパ状あるいは丸みを付けた形状
に加工し、メタライズ層8を延設し、角部2bから貫通
孔2aの内壁の所定の深さ(第1の実施形態の場合と同
様)までメタライズ層8bを形成したものである。
【0020】本実施形態によれば、ガラス台座2の貫通
孔2aの金属パイプ4側の開口部の角部2bがテーパ状
あるいは丸みを付けた形状に加工され、丸みを帯びるよ
うになっているので、半田9の固化時の応力が分散され
るので、クラックがより発生しにくくなる。
【0021】図3は本発明の第3の実施形態の半導体圧
力センサに係る半導体圧力センサチップとガラス台座と
金属パイプの接合状態を示す断面図である。本実施形態
では、第2の実施形態のものにおいて、金属パイプ4の
貫通孔4aの開口部上端に突部4bを形成し、突部4b
がガラス台座2の貫通孔2aの内部に張り出すようにし
たものである。従って、半田9は突部4bとメタライズ
層8b間にも濡れるようになるのである。なお、本実施
形態では、第2の実施形態のものにおいて突部4bを形
成したが、第1の実施形態のものにおいて突部4bを形
成しても、同様の効果が得られる。
【0022】本実施形態によれば、金属パイプ4と突部
4bの半田9が濡れる部分の表面温度は同じ温度となる
ので、半田9は均一に固化されることになり、この時に
半田9にかかる応力は均一化され、応力の集中がなくな
るので、クラックがより発生しにくくなる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、凹部を形成することにより薄肉状に形成されたダ
イアフラムを有する半導体圧力センサチップと前記ダイ
アフラムに圧力を導入するための貫通孔が形成された台
座とを接合し、該台座の前記半導体圧力センサチップと
の接合面と反対側の面にはメタライズ層を形成し、該メ
タライズ層を介してパッケージの金属パイプと半田接合
してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座に形成さ
れるメタライズ層を、前記台座の貫通孔の内壁の所定の
深さまで延設するようにしたので、台座の貫通孔の角部
がメタライズ層により被覆されることにより強度が向上
され、金属パイプと台座の接合に際し、台座にクラック
が発生することのない半導体圧力センサが提供できた。
【0024】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の発明において、前記台座の貫通孔の金属パイプ側の
角部を、テーパ状に形成するかあるいは丸みを持たせる
ように形成し、メタライズ層を、前記角部を経由して貫
通孔の内壁の所定の深さまで延設するようにしたので、
台座の貫通孔の角部が丸みを帯びるように形成されてお
り、半田の固化時の応力が分散され、クラックがより発
生しにくくなる。
【0025】請求項3記載の発明によれば、前記金属パ
イプの開口部の角部に凸部を形成し、該突部が台座の貫
通孔内に入り込むようにしたので、金属パイプと突部の
半田が濡れる部分の表面温度は同じ温度となり、半田は
均一に固化されることになり、この時に半田にかかる応
力は均一化され、応力の集中がなくなり、クラックがよ
り発生しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の半導体圧力センサに
係る半導体圧力センサチップとガラス台座と金属パイプ
の接合状態を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の半導体圧力センサに
係る半導体圧力センサチップとガラス台座と金属パイプ
の接合状態を示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態の半導体圧力センサに
係る半導体圧力センサチップとガラス台座と金属パイプ
の接合状態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。
【図5】他の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。
【図6】従来例に係る半導体圧力センサの問題点の一例
を示す説明図である。
【図7】従来例に係る半導体圧力センサの問題点のタイ
ミングの例を示す説明図である。
【図8】従来の半導体圧力センサに係る半田固化時の状
態変化の説明図である。
【符号の説明】
1 半導体圧力センサチップ 1a ダイアフラム 1b 歪みゲージ抵抗 1c オーバーコート 2 ガラス台座 2a 貫通孔 2b 角部 3 プラスチックパッケージ 4 金属パイプ 4a 貫通孔 4b 突部 5 リード 6 ワイヤ 7 蓋 8 メタライズ層 8a メタライズ層 8b メタライズ層 9 半田 10 クラック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 正治 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 高倉 信之 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 2F055 AA39 BB20 CC02 DD01 DD04 DD07 EE13 FF23 GG14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凹部を形成することにより薄肉状に形成
    されたダイアフラムを有する半導体圧力センサチップと
    前記ダイアフラムに圧力を導入するための貫通孔が形成
    された台座とを接合し、該台座の前記半導体圧力センサ
    チップとの接合面と反対側の面にはメタライズ層を形成
    し、該メタライズ層を介してパッケージの金属パイプと
    半田接合してなる半導体圧力センサにおいて、前記台座
    に形成されるメタライズ層を、前記台座の貫通孔の内壁
    の所定の深さまで延設するようにしたことを特徴とする
    半導体圧力センサ。
  2. 【請求項2】 前記台座の貫通孔の金属パイプ側の角部
    を、テーパ状に形成するかあるいは丸みを持たせるよう
    に形成し、メタライズ層を、前記角部を経由して貫通孔
    の内壁の所定の深さまで延設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。
  3. 【請求項3】 前記金属パイプの開口部の角部に凸部を
    形成し、該突部が台座の貫通孔内に入り込むようにした
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体圧
    力センサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011013178A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Yamatake Corp 圧力センサ及び製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011013178A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Yamatake Corp 圧力センサ及び製造方法

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