JP2000162068A - 半導体圧力センサの構造 - Google Patents
半導体圧力センサの構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高精度で安定性に優れた高品質の半導体圧力セ
ンサを提供することにある。 【解決手段】歪ゲージ抵抗６を備えたダイヤフラム７を
形成したセンサチップ１に陽極接合されるガラス台座２
の熱膨張係数が、センサチップ１の熱膨張係数以上、略
１．２倍以下であり、ガラス台座２と金属製パッケージ
３をメタライズ膜８を介して接続するための半田４の融
点が略２４０℃より高い温度から略３００℃までで、熱
膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より小さく、かつ厚さが略
２５μｍから１００μｍである。
ンサを提供することにある。 【解決手段】歪ゲージ抵抗６を備えたダイヤフラム７を
形成したセンサチップ１に陽極接合されるガラス台座２
の熱膨張係数が、センサチップ１の熱膨張係数以上、略
１．２倍以下であり、ガラス台座２と金属製パッケージ
３をメタライズ膜８を介して接続するための半田４の融
点が略２４０℃より高い温度から略３００℃までで、熱
膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より小さく、かつ厚さが略
２５μｍから１００μｍである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、歪ゲージ型半導体
圧力センサの構造に関し、詳しくは、ゲージ圧型半導体
圧力センサにおける出力温度特性の改善に関するもので
ある。
圧力センサの構造に関し、詳しくは、ゲージ圧型半導体
圧力センサにおける出力温度特性の改善に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体圧力センサを図４を用いて
説明する。図４は、従来の半導体圧力センサの構造を示
す構造図である。これは微圧領域の圧力の測定を目的と
している。歪ゲージ抵抗５６を備えたダイヤフラム５７
を有するセンサチップ５１は、ガラス台座５２に陽極接
合などにより取り付けられている。このガラス台座５２
はパイレックス製（例えばコーニング社商標＃７７４０
など）であり、メタライズ膜６１を介して、４２アロイ
などの金属製パッケージ５３とＳｎ−Ｓｂ半田５４等で
接合されている。
説明する。図４は、従来の半導体圧力センサの構造を示
す構造図である。これは微圧領域の圧力の測定を目的と
している。歪ゲージ抵抗５６を備えたダイヤフラム５７
を有するセンサチップ５１は、ガラス台座５２に陽極接
合などにより取り付けられている。このガラス台座５２
はパイレックス製（例えばコーニング社商標＃７７４０
など）であり、メタライズ膜６１を介して、４２アロイ
などの金属製パッケージ５３とＳｎ−Ｓｂ半田５４等で
接合されている。
【０００３】金属製パッケージ５３は、金属製のキャッ
プ６０を溶接して封止されており、センサチップ５１表
面のアルミパッドと、外部接続ピン５９は金ワイヤ５８
でボンディングされている。ガラス台座５２及び金属製
パッケージ５３には、センサチップ５１に圧力を印加す
るための貫通孔５５が形成されている。外部接続ピン５
９は硼珪酸ガラス６２などで金属製パッケージ５３と固
定されている。
プ６０を溶接して封止されており、センサチップ５１表
面のアルミパッドと、外部接続ピン５９は金ワイヤ５８
でボンディングされている。ガラス台座５２及び金属製
パッケージ５３には、センサチップ５１に圧力を印加す
るための貫通孔５５が形成されている。外部接続ピン５
９は硼珪酸ガラス６２などで金属製パッケージ５３と固
定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の半導
体圧力センサの構造では、高温環境下（例えば１５０
℃）で使用する場合、パイレックス製のガラス台座５２
とシリコンからなるセンサチップ５１の熱膨張係数の差
異により、接合部に歪みが発生し、センサチップ５１の
歪ゲージ抵抗５６に影響を与え、オフセット電圧や感度
電圧が大きく変化し、検出精度が悪くなる。これは、パ
イレックス製のガラス台座５２はセンサチップ５１に対
し、熱膨張特性の整合がとれていない問題によるもので
ある。図３の関係図に示される熱膨張曲線で説明する
と、シリコン（Ｓｉ）とパイレックスガラス（♯７７４
０）の各温度における伸び率（線膨張率）の差の符号
が、約２７０℃近辺で逆転していることと、陽極接合温
度（約４００℃）ではシリコン（Ｓｉ）の方がパイレッ
クスガラスより伸び率が大きいことが原因である。（特
開平４−８３７３３号、特開平７−２４７１３４号に
は、ガラスの熱膨張による伸び率とシリコン結晶の伸び
率との比率が０．８〜１．２の範囲の値である点が開示
されている。） 従って、センサチップ５１の熱膨張係数をα、ガラス台
座５２の熱膨張係数をβとすると、α−βの値が常温か
ら陽極接合温度までの範囲で一定ではなく、温度に対す
るオフセット電圧や感度電圧を補正する必要があり、こ
の補正時の誤差により精度を向上することが困難だっ
た。
体圧力センサの構造では、高温環境下（例えば１５０
℃）で使用する場合、パイレックス製のガラス台座５２
とシリコンからなるセンサチップ５１の熱膨張係数の差
異により、接合部に歪みが発生し、センサチップ５１の
歪ゲージ抵抗５６に影響を与え、オフセット電圧や感度
電圧が大きく変化し、検出精度が悪くなる。これは、パ
イレックス製のガラス台座５２はセンサチップ５１に対
し、熱膨張特性の整合がとれていない問題によるもので
ある。図３の関係図に示される熱膨張曲線で説明する
と、シリコン（Ｓｉ）とパイレックスガラス（♯７７４
０）の各温度における伸び率（線膨張率）の差の符号
が、約２７０℃近辺で逆転していることと、陽極接合温
度（約４００℃）ではシリコン（Ｓｉ）の方がパイレッ
クスガラスより伸び率が大きいことが原因である。（特
開平４−８３７３３号、特開平７−２４７１３４号に
は、ガラスの熱膨張による伸び率とシリコン結晶の伸び
率との比率が０．８〜１．２の範囲の値である点が開示
されている。） 従って、センサチップ５１の熱膨張係数をα、ガラス台
座５２の熱膨張係数をβとすると、α−βの値が常温か
ら陽極接合温度までの範囲で一定ではなく、温度に対す
るオフセット電圧や感度電圧を補正する必要があり、こ
の補正時の誤差により精度を向上することが困難だっ
た。
【０００５】またセンサチップ５１とガラス台座５２
を、真空中で約４００℃、電圧約６００Ｖ〜８００Ｖで
接合すると、センサチップ５１を上にガラス台座５２を
下にした場合、下に凸の形状で反りが発生する。つま
り、センサチップ５１のダイヤフラム５７上の歪ゲージ
抵抗５６が常に圧縮されるため、ダイヤフラム５７に歪
みが生じ、オフセット電圧、感度電圧、直線性などの特
性が悪くなる。
を、真空中で約４００℃、電圧約６００Ｖ〜８００Ｖで
接合すると、センサチップ５１を上にガラス台座５２を
下にした場合、下に凸の形状で反りが発生する。つま
り、センサチップ５１のダイヤフラム５７上の歪ゲージ
抵抗５６が常に圧縮されるため、ダイヤフラム５７に歪
みが生じ、オフセット電圧、感度電圧、直線性などの特
性が悪くなる。
【０００６】また従来、ガラス台座５２と金属製パッケ
ージ５３を接続する半田５４に、融点が約２４０℃のＳ
ｎ−８．５％Ｓｂ半田を用いていたが、高温１７０℃で
１０００時間高温放置したところ、半田中のＳｂがガラ
ス台座５２のメタライズ膜６１（約１μｍ厚、組成はＴ
ｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
など、全てＡｕ膜が最上層）へ拡散し、脆性劣化を起こ
し、接合強度が劣化した。
ージ５３を接続する半田５４に、融点が約２４０℃のＳ
ｎ−８．５％Ｓｂ半田を用いていたが、高温１７０℃で
１０００時間高温放置したところ、半田中のＳｂがガラ
ス台座５２のメタライズ膜６１（約１μｍ厚、組成はＴ
ｉ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
など、全てＡｕ膜が最上層）へ拡散し、脆性劣化を起こ
し、接合強度が劣化した。
【０００７】そしてまた、融点２２１℃のＳｎ−３．５
％Ａｇ半田は、高温高湿中で腐食やマイグレーションを
発生する恐れがある。Ｐｂ系半田もあるが腐食しやすい
のと、環境面からの問題が有り、使用しない方が望まし
い。また、Ｓｎ−８．５％Ｓｂ半田の熱膨張係数は２２
ｐｐｍ／℃と大きく、その熱応力がセンサチップ５１へ
伝わり、特性を劣化させていた。
％Ａｇ半田は、高温高湿中で腐食やマイグレーションを
発生する恐れがある。Ｐｂ系半田もあるが腐食しやすい
のと、環境面からの問題が有り、使用しない方が望まし
い。また、Ｓｎ−８．５％Ｓｂ半田の熱膨張係数は２２
ｐｐｍ／℃と大きく、その熱応力がセンサチップ５１へ
伝わり、特性を劣化させていた。
【０００８】また、ＣＡＮ封止型の金属製パッケージ５
３について、従来は４２アロイで構成されていたが、こ
の熱膨張係数が７．０ｐｐｍ／℃と大きく、金属製パッ
ケージ５３からの応力がセンサチップ５１に伝わって特
性が劣化していた。
３について、従来は４２アロイで構成されていたが、こ
の熱膨張係数が７．０ｐｐｍ／℃と大きく、金属製パッ
ケージ５３からの応力がセンサチップ５１に伝わって特
性が劣化していた。
【０００９】ところで、センサチップ５１表面のアルミ
パッドと、金属製パッケージ５３の外部接続ピン５９の
上端は、金ワイヤ５８で接続されていたが、高温雰囲気
（約１５０℃）において、金ワイヤ５８とアルミパッド
の接続部に脆い金属間化合物が形成され、金ワイヤ５８
の接続強度が劣化していた。
パッドと、金属製パッケージ５３の外部接続ピン５９の
上端は、金ワイヤ５８で接続されていたが、高温雰囲気
（約１５０℃）において、金ワイヤ５８とアルミパッド
の接続部に脆い金属間化合物が形成され、金ワイヤ５８
の接続強度が劣化していた。
【００１０】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、高温雰囲気中で使用する場合、各部
材の接合部に、熱膨張係数差から発生する熱応力を低減
することにより、高精度で安定性に優れた高品質の半導
体圧力センサを提供することにある。
あり、その目的は、高温雰囲気中で使用する場合、各部
材の接合部に、熱膨張係数差から発生する熱応力を低減
することにより、高精度で安定性に優れた高品質の半導
体圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
めに本発明は、シリコン基板の一部分を肉薄のダイヤフ
ラムとしたセンサチップと、前記センサチップと陽極接
合され、中心に貫通孔を備えたガラス台座と、前記ガラ
ス台座と半田により接続される金属製パッケージを備
え、前記ダイヤフラムのたわみ量より圧力を検出する半
導体圧力センサの構造において、常温から陽極接合温度
までの範囲で、前記ガラス台座の熱膨張係数が前記セン
サチップの熱膨張係数以上、略１．２倍以下であり、さ
らに、前記半田は融点が略２４０℃より高い温度から略
３００℃までで、熱膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より小
さく、かつ厚さが略２５μｍから１００μｍであること
を特徴とする。
めに本発明は、シリコン基板の一部分を肉薄のダイヤフ
ラムとしたセンサチップと、前記センサチップと陽極接
合され、中心に貫通孔を備えたガラス台座と、前記ガラ
ス台座と半田により接続される金属製パッケージを備
え、前記ダイヤフラムのたわみ量より圧力を検出する半
導体圧力センサの構造において、常温から陽極接合温度
までの範囲で、前記ガラス台座の熱膨張係数が前記セン
サチップの熱膨張係数以上、略１．２倍以下であり、さ
らに、前記半田は融点が略２４０℃より高い温度から略
３００℃までで、熱膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より小
さく、かつ厚さが略２５μｍから１００μｍであること
を特徴とする。
【００１２】また、前記金属製パッケージは、前記ガラ
ス台座にメタライズ層を介して半田で接続されており、
その熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であるコバールであ
り、前記金属製パッケージに硼珪酸ガラスで固定された
ピンの上端と、前記センサチップ表面に設けられたアル
ミパッドが、アルミ製の金属ワイヤで接続され、さらに
前記金属製パッケージは蓋により溶接または接着され封
止されていることを特徴とする。
ス台座にメタライズ層を介して半田で接続されており、
その熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であるコバールであ
り、前記金属製パッケージに硼珪酸ガラスで固定された
ピンの上端と、前記センサチップ表面に設けられたアル
ミパッドが、アルミ製の金属ワイヤで接続され、さらに
前記金属製パッケージは蓋により溶接または接着され封
止されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】（実施形態１）以下、図面を参照
にしながら本発明の実施例を説明する。本発明の実施形
態１を図１を用いて説明する。図１は、本発明の半導体
圧力センサの要部の構造を示す構造図であり、歪ゲージ
抵抗６を備えたダイヤフラム７を有するセンサチップ１
は、ダイヤフラム７が形成されていない側がガラス台座
２に陽極接合などにより取り付けられている。また、ガ
ラス台座２はメタライズ層であるメタライズ膜８を介し
て、半田４で金属製パッケージ３と接合されている。
にしながら本発明の実施例を説明する。本発明の実施形
態１を図１を用いて説明する。図１は、本発明の半導体
圧力センサの要部の構造を示す構造図であり、歪ゲージ
抵抗６を備えたダイヤフラム７を有するセンサチップ１
は、ダイヤフラム７が形成されていない側がガラス台座
２に陽極接合などにより取り付けられている。また、ガ
ラス台座２はメタライズ層であるメタライズ膜８を介し
て、半田４で金属製パッケージ３と接合されている。
【００１４】また、センサチップ１表面のアルミパッド
は図示せぬ外部接続ピンとアルミワイヤ９で接続されて
おり、表面が樹脂によりコートされる。ガラス台座２及
び金属製パッケージ３には、センサチップ１に圧力を印
加するための貫通孔５が形成されており、ダイヤブラム
７のたわみによる歪ゲージ抵抗６の電気信号より圧力が
検出できる。
は図示せぬ外部接続ピンとアルミワイヤ９で接続されて
おり、表面が樹脂によりコートされる。ガラス台座２及
び金属製パッケージ３には、センサチップ１に圧力を印
加するための貫通孔５が形成されており、ダイヤブラム
７のたわみによる歪ゲージ抵抗６の電気信号より圧力が
検出できる。
【００１５】このとき、このガラス台座２の熱膨張係数
は、常温から陽極接合温度範囲で常に、センサチップ１
を構成するシリコンの熱膨張係数以上であり、シリコン
の熱膨張係数の１．２倍以下であるのが望ましい。この
ガラス台座２のガラス材料は、例えば岩城硝子（株）の
品番ＳＷ３（以下、ガラスＳＷ３と称する。）というも
のを用い、図３に示すように、センサチップ１を構成す
るシリコンの熱膨張係数αと、ガラスＳＷ３の熱膨張係
数βの差がほとんど一定であり、温度に対する変化が直
線的であり、オフセット電圧などの温度特性の補償が容
易である。このガラスＳＷ３の成分は、Ａｌ2Ｏ3が１３
％、Ｂ2Ｏ3が７％、Ｎａ2Ｏが３％、ＺｎＯ＋ＭｇＯ＋
ＣａＯが約１６％含有されている。
は、常温から陽極接合温度範囲で常に、センサチップ１
を構成するシリコンの熱膨張係数以上であり、シリコン
の熱膨張係数の１．２倍以下であるのが望ましい。この
ガラス台座２のガラス材料は、例えば岩城硝子（株）の
品番ＳＷ３（以下、ガラスＳＷ３と称する。）というも
のを用い、図３に示すように、センサチップ１を構成す
るシリコンの熱膨張係数αと、ガラスＳＷ３の熱膨張係
数βの差がほとんど一定であり、温度に対する変化が直
線的であり、オフセット電圧などの温度特性の補償が容
易である。このガラスＳＷ３の成分は、Ａｌ2Ｏ3が１３
％、Ｂ2Ｏ3が７％、Ｎａ2Ｏが３％、ＺｎＯ＋ＭｇＯ＋
ＣａＯが約１６％含有されている。
【００１６】このガラスＳＷ３とシリコンを真空中、４
００℃、６００Ｖ〜８００Ｖで陽極接合すると、シリコ
ンウェハを上に、ガラスＳＷ３を下にした場合、上に凸
の形状で反りが発生する。ガラス台座２の熱膨張係数
が、センサチップ１を構成するシリコンの熱膨張係数よ
り大きいからである。この反りは４インチウェハで約３
０μｍ〜５０μｍレベルである。つまり、センサチップ
１のダイヤフラム７上の歪ゲージ抵抗６が常に引っ張ら
れるため、ダイヤフラム７に常にテンションが加わりダ
イヤフラム７が歪まないため、オフセット電圧、感度電
圧、直線性などの特性が格段と向上する。また、ガラス
台座２の熱膨張係数がセンサチップ１の熱膨張係数の
１．２倍を超えると整合性が悪くなり、精度の高い圧力
センサが得られなくなる。
００℃、６００Ｖ〜８００Ｖで陽極接合すると、シリコ
ンウェハを上に、ガラスＳＷ３を下にした場合、上に凸
の形状で反りが発生する。ガラス台座２の熱膨張係数
が、センサチップ１を構成するシリコンの熱膨張係数よ
り大きいからである。この反りは４インチウェハで約３
０μｍ〜５０μｍレベルである。つまり、センサチップ
１のダイヤフラム７上の歪ゲージ抵抗６が常に引っ張ら
れるため、ダイヤフラム７に常にテンションが加わりダ
イヤフラム７が歪まないため、オフセット電圧、感度電
圧、直線性などの特性が格段と向上する。また、ガラス
台座２の熱膨張係数がセンサチップ１の熱膨張係数の
１．２倍を超えると整合性が悪くなり、精度の高い圧力
センサが得られなくなる。
【００１７】また、ガラス台座２と金属製パッケージ３
を接続する半田４は、その融点が２４０℃より高い温度
から約３００℃まででのものを使用するのが好ましい。
２４０℃以下であると、従来例で説明したように、高温
放置したときに半田中の物質がメタライズ膜へ拡散し、
メタライズ膜の接合強度の劣化が発生してしまう。ま
た、ガラス中にはＮａが含有されており、約３５０℃以
上で移動する。半田ダイボンドの温度は、一般に融点よ
り４０℃から５０℃高めにして行う。よって、３５０℃
より５０℃を差し引いた３００℃が半田の融点の上限で
ある。
を接続する半田４は、その融点が２４０℃より高い温度
から約３００℃まででのものを使用するのが好ましい。
２４０℃以下であると、従来例で説明したように、高温
放置したときに半田中の物質がメタライズ膜へ拡散し、
メタライズ膜の接合強度の劣化が発生してしまう。ま
た、ガラス中にはＮａが含有されており、約３５０℃以
上で移動する。半田ダイボンドの温度は、一般に融点よ
り４０℃から５０℃高めにして行う。よって、３５０℃
より５０℃を差し引いた３００℃が半田の融点の上限で
ある。
【００１８】そしてまた、半田４の熱膨張係数は２２ｐ
ｐｍ／℃より小さいのが望ましい。これは、従来例で説
明したように、Ｓｎ−８．５％Ｓｂ半田の熱膨張係数は
２２ｐｐｍ／℃と大きく、その熱応力がセンサチップへ
伝わり、特性を劣化させていたからである。
ｐｍ／℃より小さいのが望ましい。これは、従来例で説
明したように、Ｓｎ−８．５％Ｓｂ半田の熱膨張係数は
２２ｐｐｍ／℃と大きく、その熱応力がセンサチップへ
伝わり、特性を劣化させていたからである。
【００１９】そこで、本実施形態では半田４として、例
えばＡｕ−２０％Ｓｎ半田を用いる。この半田は、融点
が２８０℃、熱膨張係数は１５．９ｐｐｍ／℃であり、
融点が高く、かつ熱膨張係数が小さいため、高温使用環
境下（約１５０℃〜１８０℃）での圧力センサの温度特
性が向上する。
えばＡｕ−２０％Ｓｎ半田を用いる。この半田は、融点
が２８０℃、熱膨張係数は１５．９ｐｐｍ／℃であり、
融点が高く、かつ熱膨張係数が小さいため、高温使用環
境下（約１５０℃〜１８０℃）での圧力センサの温度特
性が向上する。
【００２０】また、半田４の厚さは約２５μｍ〜１００
μｍとする。厚さが約２５μｍより薄いとボイド（空
隙）が多くなり、厚さが約１００μｍより厚ければ、半
田の量が多すぎるため、ガラス台座２や金属製パッケー
ジ３の圧力導入孔である貫通孔５を塞ぐ恐れがあるから
である。
μｍとする。厚さが約２５μｍより薄いとボイド（空
隙）が多くなり、厚さが約１００μｍより厚ければ、半
田の量が多すぎるため、ガラス台座２や金属製パッケー
ジ３の圧力導入孔である貫通孔５を塞ぐ恐れがあるから
である。
【００２１】尚、センサチップ１の大きさは約２〜３ｍ
ｍで、その厚さは約０．３〜０．６ｍｍであり、ガラス
台座２の厚さは約１〜３ｍｍである。また、ガラス台座
２のメタライズ膜８はＴｉ／Ｐｔ／ＡｕやＣｒ／Ｐｔ／
Ａｕなどの組成で形成されている。 （実施形態２）次に、図２を用いて実施形態２を説明す
る。図２は、図１で説明した半導体圧力センサの要部を
備えた半導体圧力センサの全体構造を示す構造図であ
り、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省
略する。図２の構造図では、図１で示した金属製パッケ
ージ３の台部１０に、外部との接続のためのピンである
外部接続ピン１１が硼珪酸ガラス１３で固定されてお
り、センサチップ１の表面のアルミパッドと外部接続ピ
ン１１とはアルミ製の金属ワイヤであるアルミワイヤ９
で接続されている。また、金属製パッケージ３の外周
は、金属製の蓋であるキャップ１２が溶接、あるいは接
着されて封止されている。
ｍで、その厚さは約０．３〜０．６ｍｍであり、ガラス
台座２の厚さは約１〜３ｍｍである。また、ガラス台座
２のメタライズ膜８はＴｉ／Ｐｔ／ＡｕやＣｒ／Ｐｔ／
Ａｕなどの組成で形成されている。 （実施形態２）次に、図２を用いて実施形態２を説明す
る。図２は、図１で説明した半導体圧力センサの要部を
備えた半導体圧力センサの全体構造を示す構造図であ
り、図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省
略する。図２の構造図では、図１で示した金属製パッケ
ージ３の台部１０に、外部との接続のためのピンである
外部接続ピン１１が硼珪酸ガラス１３で固定されてお
り、センサチップ１の表面のアルミパッドと外部接続ピ
ン１１とはアルミ製の金属ワイヤであるアルミワイヤ９
で接続されている。また、金属製パッケージ３の外周
は、金属製の蓋であるキャップ１２が溶接、あるいは接
着されて封止されている。
【００２２】ここで、金属製パッケージ３の表面にはＮ
ｉと金がメッキされている。従来、金属製パッケージを
構成していた４２アロイは、熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃
と大きく、金属製パッケージからの応力がセンサチップ
に伝わって特性が劣化していたので、金属製パッケージ
３の熱膨張係数は、７ｐｐｍ／℃以下であることが好ま
しいが、特に５ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
ｉと金がメッキされている。従来、金属製パッケージを
構成していた４２アロイは、熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃
と大きく、金属製パッケージからの応力がセンサチップ
に伝わって特性が劣化していたので、金属製パッケージ
３の熱膨張係数は、７ｐｐｍ／℃以下であることが好ま
しいが、特に５ｐｐｍ／℃以下であることが望ましい。
【００２３】これは、金属製パッケージ３の熱膨張係数
を、ガラス台座２と半田４の間のメタライズ膜８の熱膨
張係数（約５ｐｐｍ／℃）以下とすることで、ガラス台
座２とメタライズ膜８の接着界面に及ぼすストレスが低
減でき、接着強度を維持できる。特に、金属製パッケー
ジ３の容積が大きいので、その体熱膨張の影響は無視で
きない。
を、ガラス台座２と半田４の間のメタライズ膜８の熱膨
張係数（約５ｐｐｍ／℃）以下とすることで、ガラス台
座２とメタライズ膜８の接着界面に及ぼすストレスが低
減でき、接着強度を維持できる。特に、金属製パッケー
ジ３の容積が大きいので、その体熱膨張の影響は無視で
きない。
【００２４】そこで、本実施形態ではこの金属製パッケ
ージ３として、コバール製で熱膨張係数が４．５ｐｐｍ
／℃と小さいものを用いており、上述した効果を有す
る。
ージ３として、コバール製で熱膨張係数が４．５ｐｐｍ
／℃と小さいものを用いており、上述した効果を有す
る。
【００２５】また、外部接続ピン１１の材質は、コバー
ルの表面にＮｉメッキされたものを用いる。アルミワイ
ヤ９は超音波ワイヤボンドで外部接続ピン１１と接続さ
れており、ＡｌとＮｉで接続されるため、脆弱なＡｕ−
Ａｌの金属間化合物が高温環境下で形成されない。ここ
で、Ｎｉメッキの上層に、ごく薄いＡｕ膜を約０．２〜
０．５μｍの範囲で形成しても、ワイヤボンディング時
の超音波エネルギーにより、薄いＡｕ膜は擦れて除去さ
れ、その下層のＮｉと接続できる。
ルの表面にＮｉメッキされたものを用いる。アルミワイ
ヤ９は超音波ワイヤボンドで外部接続ピン１１と接続さ
れており、ＡｌとＮｉで接続されるため、脆弱なＡｕ−
Ａｌの金属間化合物が高温環境下で形成されない。ここ
で、Ｎｉメッキの上層に、ごく薄いＡｕ膜を約０．２〜
０．５μｍの範囲で形成しても、ワイヤボンディング時
の超音波エネルギーにより、薄いＡｕ膜は擦れて除去さ
れ、その下層のＮｉと接続できる。
【００２６】また、センサチップ１表面のアルミパッド
とアルミワイヤ９の接続は、同種金属の接続であるた
め、金属間化合物が形成されず、接続信頼性が良い。
とアルミワイヤ９の接続は、同種金属の接続であるた
め、金属間化合物が形成されず、接続信頼性が良い。
【００２７】
【発明の効果】本発明の請求項１に記載の半導体圧力セ
ンサの構造は、シリコン基板の一部分を肉薄のダイヤフ
ラムとしたセンサチップと、前記センサチップと陽極接
合され、中心に貫通孔を備えたガラス台座と、前記ガラ
ス台座と半田により接続される金属製パッケージを備
え、前記ダイヤフラムのたわみ量より圧力を検出する半
導体圧力センサの構造において、常温から陽極接合温度
までの範囲で、前記ガラス台座の熱膨張係数が前記セン
サチップの熱膨張係数以上、略１．２倍以下であり、さ
らに、前記半田は融点が略２４０℃より高い温度から略
３００℃までで、熱膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より小
さく、かつ厚さが略２５μｍから１００μｍであるた
め、各部材間の接合部で発生する熱応力が極力低減さ
れ、センサチップに与える応力の影響が少なくなり、高
温使用環境下での、オフセット温度特性、出力感度温度
特性などの精度が向上し、安定性が優れ、信頼性が高い
圧力センサを実現できる。
ンサの構造は、シリコン基板の一部分を肉薄のダイヤフ
ラムとしたセンサチップと、前記センサチップと陽極接
合され、中心に貫通孔を備えたガラス台座と、前記ガラ
ス台座と半田により接続される金属製パッケージを備
え、前記ダイヤフラムのたわみ量より圧力を検出する半
導体圧力センサの構造において、常温から陽極接合温度
までの範囲で、前記ガラス台座の熱膨張係数が前記セン
サチップの熱膨張係数以上、略１．２倍以下であり、さ
らに、前記半田は融点が略２４０℃より高い温度から略
３００℃までで、熱膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より小
さく、かつ厚さが略２５μｍから１００μｍであるた
め、各部材間の接合部で発生する熱応力が極力低減さ
れ、センサチップに与える応力の影響が少なくなり、高
温使用環境下での、オフセット温度特性、出力感度温度
特性などの精度が向上し、安定性が優れ、信頼性が高い
圧力センサを実現できる。
【００２８】また、請求項２に記載の半導体圧力センサ
の構造においては、前記金属製パッケージは、前記ガラ
ス台座にメタライズ層を介して半田で接続されており、
その熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であるコバールであ
り、前記金属製パッケージに硼珪酸ガラスで固定された
ピンの上端と、前記センサチップ表面に設けられたアル
ミパッドが、アルミ製の金属ワイヤで接続され、さらに
前記金属製パッケージは蓋により溶接または接着され封
止されているため、メタライズ層とガラス台座の接着界
面に及ぼすストレスが低減でき、接着強度を維持できる
と共に、金属製パッケージからの応力がセンサチップに
伝わることによる特性の劣化を防止でき、また金属ワイ
ヤの接続部に脆弱な金属間化合物が高温環境下で形成さ
れず、金属ワイヤの接続強度が劣化することもない。
の構造においては、前記金属製パッケージは、前記ガラ
ス台座にメタライズ層を介して半田で接続されており、
その熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であるコバールであ
り、前記金属製パッケージに硼珪酸ガラスで固定された
ピンの上端と、前記センサチップ表面に設けられたアル
ミパッドが、アルミ製の金属ワイヤで接続され、さらに
前記金属製パッケージは蓋により溶接または接着され封
止されているため、メタライズ層とガラス台座の接着界
面に及ぼすストレスが低減でき、接着強度を維持できる
と共に、金属製パッケージからの応力がセンサチップに
伝わることによる特性の劣化を防止でき、また金属ワイ
ヤの接続部に脆弱な金属間化合物が高温環境下で形成さ
れず、金属ワイヤの接続強度が劣化することもない。
【図１】本発明の実施形態１に対応する半導体圧力セン
サの要部の構造を示す構造図である。
サの要部の構造を示す構造図である。
【図２】本発明の実施形態２に対応する半導体圧力セン
サの全体構造を示す構造図である。
サの全体構造を示す構造図である。
【図３】各物質の温度と線膨張率の関係を示す関係図で
ある。
ある。
【図４】従来の半導体圧力センサの全体構造を示す構造
図である。
図である。
１ センサチップ ２ ガラス台座 ３ 金属製パッケージ ４ 半田 ５ 貫通孔 ６ 歪ゲージ抵抗 ７ ダイヤフラム ８ メタライズ膜 ９ アルミワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 毛野 拓治 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 AA40 BB20 CC02 DD05 EE13 FF01 FF15 GG12 GG25 HH05 4M112 AA01 BA01 CA11 CA15 DA18 EA02 EA11 EA13 FA05 GA01
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン基板の一部分を肉薄のダイヤフ
ラムとしたセンサチップと、前記センサチップと陽極接
合され、中心に貫通孔を備えたガラス台座と、前記ガラ
ス台座と半田により接続される金属製パッケージを備
え、前記ダイヤフラムのたわみ量より圧力を検出する半
導体圧力センサの構造において、 常温から陽極接合温度までの範囲で、前記ガラス台座の
熱膨張係数が前記センサチップの熱膨張係数以上、略
１．２倍以下であり、 さらに、前記半田は融点が略２４０℃より高い温度から
略３００℃までで、熱膨張係数が略２２ｐｐｍ／℃より
小さく、かつ厚さが略２５μｍから１００μｍであるこ
とを特徴とする半導体圧力センサの構造。 - 【請求項２】 前記金属製パッケージは、前記ガラス台
座にメタライズ層を介して半田で接続されており、その
熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃以下であるコバールであり、
前記金属製パッケージに硼珪酸ガラスで固定されたピン
の上端と、前記センサチップ表面に設けられたアルミパ
ッドが、アルミ製の金属ワイヤで接続され、さらに前記
金属製パッケージは蓋により溶接または接着され封止さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体圧力
センサの構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10334747A JP2000162068A (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 半導体圧力センサの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10334747A JP2000162068A (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 半導体圧力センサの構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000162068A true JP2000162068A (ja) | 2000-06-16 |
Family
ID=18280783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10334747A Pending JP2000162068A (ja) | 1998-11-25 | 1998-11-25 | 半導体圧力センサの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000162068A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002310831A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-10-23 | Denso Corp | 半導体センサ |
| CN104729770A (zh) * | 2015-02-16 | 2015-06-24 | 福建上润精密仪器有限公司 | 一种硅片和金属基座的无应力组合方法及其结构 |
| CN116929610A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-10-24 | 中航光电华亿(沈阳)电子科技有限公司 | 一种高温微熔压力传感器芯体及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63110643A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPH0269630A (ja) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Nippon Denso Co Ltd | 半導体圧力センサ |
| JPH0483733A (ja) * | 1990-07-23 | 1992-03-17 | Hoya Corp | シリコン台座用ガラス、シリコン基材型センサー、及びシリコン基材型圧力センサー |
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| JPH0753235A (ja) * | 1993-06-08 | 1995-02-28 | Iwaki Glass Kk | 低膨張ガラス |
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| JPH10281908A (ja) * | 1997-04-11 | 1998-10-23 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体圧力センサおよびその製造方法 |
-
1998
- 1998-11-25 JP JP10334747A patent/JP2000162068A/ja active Pending
Patent Citations (7)
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|
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|
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